KR101714905B1 - Steel wire rod having high impact toughness, and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다양한 외부 부하 환경에 노출되는 산업기계, 자동차 등의 부품에 사용될 수 있는 강도와 충격 인성이 우수한 선재와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wire rod excellent in strength and impact toughness which can be used for parts such as industrial machines and automobiles exposed to various external load environments, and a method for manufacturing the wire rod.
Description
본 발명은 다양한 외부 부하 환경에 노출되는 산업기계, 자동차 등의 부품에 사용될 수 있는 충격 인성이 우수한 선재와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a wire having excellent impact toughness which can be used for parts such as industrial machines and automobiles exposed to various external load environments, and a method for manufacturing the wire rod.
최근, 환경오염의 주범으로 지목되고 있는 이산화탄소의 배출을 줄이기 위한 노력이 전세계적인 이슈가 되고 있다. 그 일환으로 자동차의 배기가스를 규제하는 움직임이 활발하며, 이에 대한 대책으로 자동차 메이커들은 연비 향상을 통해 이 문제를 해결해 나가려고 하고 있다. 그런데 연비 향상을 위해서는 자동차의 경량화 및 고성능화가 요구되므로, 이에 따른 자동차용 소재 또는 부품의 고강도 필요성이 증대되고 있다. 또한 외부 충격에 대한 안정성의 요구도 높아지고 있으므로, 충격인성도 소재 또는 부품의 중요한 물성으로 인식되고 있다.
Recently, efforts to reduce the emission of carbon dioxide, which is considered to be the main cause of environmental pollution, have become a global issue. As a part of this, there is a trend to regulate automobile exhaust gas. As a countermeasure, automakers are trying to solve this problem by improving fuel efficiency. However, in order to improve fuel efficiency, the weight and high performance of automobiles are required, and hence the necessity of high strength of automobile materials or parts is increasing. In addition, since the demand for stability against external impact is also increasing, impact toughness is also recognized as an important property of a material or part.
페라이트 또는 펄라이트 조직의 선재는 우수한 강도 및 충격 인성을 확보하는데 한계가 있다. 이들 조직을 갖는 소재는 통상 충격 인성은 높은 반면, 강도는 상대적으로 낮은 특징이 있으며, 강도를 높이기 위해서 냉간 신선을 행하게 되면 고강도를 얻을 수 있으나, 충격 인성은 강도 상승에 비례해 급격하게 저하되는 단점이 있다.
Ferrite or pearlite wire rods have limitations in securing excellent strength and impact toughness. The materials having these structures usually have high impact toughness, but are relatively low in strength. In order to increase the strength, high strength can be obtained by cold drawing, but impact toughness is rapidly decreased in proportion to the increase in strength. .
따라서, 일반적으로 우수한 강도와 충격 인성을 동시에 구현하기 위해서는 베이나이트 조직이나 템퍼드 마르텐사이트 조직을 이용하게 된다. 베이나이트 조직은 열간 압연한 강재를 사용하여 항온변태 열처리를 통해 얻을 수 있고, 템퍼트 마르텐사이트 조직은 담금질 및 뜨임 열처리를 통해 얻을 수 있다. 그러나, 통상의 열간 압연 및 연속 냉각 공정만으로 이러한 조직들은 안정적으로 얻을 수 없기 때문에 열간 압연된 강재를 사용하여 상기와 같은 추가적인 열처리 공정을 거쳐야만 한다.
Therefore, in order to realize excellent strength and impact toughness at the same time, a bainite structure or a tempered martensite structure is used. The bainite structure can be obtained by heat-induced transformation heat treatment using hot-rolled steel, and the tempered martensite structure can be obtained by quenching and tempering heat treatment. However, since such structures can not be stably obtained only by ordinary hot rolling and continuous cooling processes, additional heat treatment processes as described above must be performed using hot-rolled steel.
추가적인 열처리를 하지 않고도 고강도 및 우수한 충격 인성을 확보할 수 있다면 소재로부터 부품 생산에 이르기까지 공정의 일부가 생략되거나 단순해질 수 있어 생산성을 향상시키고, 제조원가를 낮출 수 있는 장점이 있다.If high strength and excellent impact toughness can be secured without additional heat treatment, a part of the process from the material to the part production can be omitted or simplified, thereby improving the productivity and reducing the manufacturing cost.
그러나, 추가적인 열처리 공정 없이 열간압연 및 연속 냉각 공정을 이용하여 베이나이트 또는 마르텐사이트 조직을 안정적으로 얻을 수 있는 선재는 아직 개발되지 못하고 있어, 이러한 선재 개발에 대한 요구가 대두되고 있다.
However, wire rods which can stably obtain bainite or martensite structure by using hot rolling and continuous cooling processes without additional heat treatment process have not yet been developed, and there is a demand for development of such wire rods.
본 발명은 추가 열처리 공정 없이 열간압연 및 연속 냉각 공정만으로 고강도와 우수한 충격 인성을 가질 수 있는 선재 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다. The present invention provides a wire rod which can have high strength and excellent impact toughness only by a hot rolling and a continuous cooling process without an additional heat treatment process, and a method of manufacturing the wire rod.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일태양은 중량%로, 탄소(C): 0.05~0.15%, 실리콘(Si): 0.2% 이하, 망간(Mn): 3.5% 초과 5.0% 이하, 크롬(Cr): 0.5~2.0%, 인(P): 0.020% 이하, 황(S): 0.020% 이하, 알루미늄(Al): 0.010~0.050%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,One aspect of the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: 0.05 to 0.15% carbon (C), 0.2% or less silicon (Si), 5.0 to 5.0% manganese (Mn) 0.020% or less of phosphorus (P), 0.020% or less of sulfur (S), 0.010 to 0.050% of aluminum (Al), and Fe and unavoidable impurities,
미세조직은 면적분율로, 95% 이상의 마르텐사이트와 나머지는 잔류 오스테나이트(γ)를 포함하는 충격 인성이 우수한 선재를 제공한다.
The microstructure is an area fraction, and provides a wire having excellent impact toughness including 95% or more of martensite and the remainder being retained austenite (?).
본 발명의 또다른 일태양은 중량%로, 탄소(C): 0.05~0.15%, 실리콘(Si): 0.2% 이하, 망간(Mn): 3.5% 초과 5.0% 이하, 크롬(Cr): 0.5~2.0%, 인(P): 0.020% 이하, 황(S): 0.020% 이하, 알루미늄(Al): 0.010~0.050%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 재가열하는 단계;Another aspect of the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: 0.05 to 0.15% of carbon (C), 0.2% or less of silicon (Si) Reheating a steel material containing 2.0% of phosphorus (P): 0.020% or less, sulfur (S): 0.020% or less, aluminum (Al): 0.010-0.050%, and the balance of Fe and unavoidable impurities;
상기 재가열된 강재를 열간 압연하는 단계;Hot rolling the reheated steel material;
상기 열간 압연 후, Mf~Mf-50℃의 온도범위까지 0.2℃/s 이상의 속도로 냉각하는 단계; 및After the hot rolling, cooling to a temperature range of Mf to Mf-50 占 폚 at a rate of 0.2 占 폚 / s or more; And
상기 냉각된 강재를 공냉하는 단계를 포함하는 충격 인성이 우수한 선재의 제조방법을 제공한다.
And air cooling the cooled steel material. The present invention also provides a method of manufacturing a wire rod excellent in impact toughness.
상술한 구성에 따른 본 발명은, 열간 압연 및 연속 냉각 공정만을 이용하여 산업기계 및 자동차용 소재 또는 부품에서 요구되는 강도 및 충격 인성이 우수한 선재를 제공할 수 있다. The present invention according to the above-described structure can provide a wire rod excellent in strength and impact toughness required in industrial machinery and automobile materials or parts using only the hot rolling and the continuous cooling process.
또한, 종래의 추가적인 열처리 공정을 생략할 수 있어서, 전체 제조비용을 절감하는데 매우 유리하다.
In addition, since the conventional additional heat treatment process can be omitted, it is very advantageous to reduce the total manufacturing cost.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 고강도 및 우수한 충격 인성을 확보하기 위해, 항온변태나 담금질 및 뜨임과 같은 추가 열처리 공정이 없이도 열간압연 및 연속 냉각 공정만으로 우수한 충격 인성을 갖는 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in detail. The present invention relates to a wire having excellent impact toughness only by hot rolling and a continuous cooling process without additional heat treatment such as constant temperature transformation, quenching and tempering, and a manufacturing method thereof, in order to secure high strength and excellent impact toughness.
먼저, 본 발명의 선재에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 선재는 중량%로, 탄소(C): 0.05~0.15%, 실리콘(Si): 0.2% 이하, 망간(Mn): 3.5% 초과 5.0% 이하, 크롬(Cr): 0.5~2.0%, 인(P): 0.020% 이하, 황(S): 0.020% 이하, 알루미늄(Al): 0.010~0.050%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
First, the wire material of the present invention will be described in detail. The wire of the present invention preferably contains 0.05 to 0.15% of carbon (C), 0.2% or less of silicon (Si), 5.0 to 5.0% of manganese (Mn), 0.5 to 2.0% of chromium (Cr) 0.020% or less of phosphorus (P), 0.020% or less of sulfur (S), 0.010 to 0.050% of aluminum (Al), and Fe and unavoidable impurities.
이하, 본 발명의 선재의 강 성분과 조성범위의 한정이유를 상세히 설명한다(이하, 중량%임).Hereinafter, the reasons for limiting the steel composition and the composition range of the wire of the present invention will be described in detail (hereafter referred to as weight%).
탄소(C): 0.05~0.15%Carbon (C): 0.05 to 0.15%
탄소는 강도를 확보하기 위한 필수적인 원소로서, 강중에 고용되거나 탄화물 또는 세멘타이트 형태로 존재한다. 강도의 증가를 위해 가장 손쉽게 할 수 있는 방법이 탄소 함량을 증가시켜 탄화물이나 세멘타이트를 형성시키는 일이지만, 반대로 연성과 충격 인성은 감소하기 때문에 일정한 범위내로 탄소의 첨가량을 조절할 필요가 있다. 본 발명에서는 C 함량을 0.05~0.15% 범위로 첨가함이 바람직한데, 이는 탄소 함량이 0.05% 미만이면 목표 강도를 얻기 힘들고, 0.15%를 초과하면 충격 인성이 급격히 감소할 수 있기 때문이다.
Carbon is an indispensable element for securing strength, which is either solid in steel or in the form of carbide or cementite. The easiest way to increase the strength is to increase the carbon content to form carbide or cementite. However, since the ductility and impact toughness decrease, it is necessary to control the addition amount of carbon within a certain range. In the present invention, it is preferable to add the C content in the range of 0.05 to 0.15% because if the carbon content is less than 0.05%, it is difficult to obtain the target strength, and if the carbon content is more than 0.15%, the impact toughness can be drastically reduced.
실리콘(Si): 0.2% 이하Silicon (Si): not more than 0.2%
실리콘은 알루미늄과 함께 탈산 원소로 알려져 있고, 강도를 향상시키는 원소이다. 실리콘은 첨가시 페라이트에 고용되어 강재의 고용 강화를 통한 강도 증가에 매우 효과가 큰 원소로 알려져 있다. 그러나, 실리콘 첨가에 의해 강도는 크게 증가하지만 연성과 충격 인성은 급격히 감소하기 때문에 충분한 연성을 필요로 하는 냉간 단조 부품의 경우 실리콘 첨가를 매우 제한하고 있다. 본 발명에서는 강도 하락을 최소화하면서, 우수한 충격 인성을 확보하기 위해서, 상기 실리콘의 함량을 0.2%이하로 포함한다. 실리콘 함량이 0.2%를 초과하면 목표 충격인성의 확보가 어려울 수 있기 때문이다. 보다 바람직하게는 0.1%이하로 포함한다.
Silicon, together with aluminum, is known as a deoxidizing element and is an element that improves strength. It is known that silicon is added to ferrite when added and is very effective in increasing the strength through solid solution strengthening of steel. However, the addition of silicon greatly increases the strength, but the ductility and impact toughness decrease sharply, so that the addition of silicon is very limited for cold forging parts that require sufficient ductility. In the present invention, the content of silicon is 0.2% or less in order to secure a good impact toughness while minimizing the strength drop. If the silicon content exceeds 0.2%, it may be difficult to secure the target impact toughness. And more preferably 0.1% or less.
망간(Mn): 3.5% 초과, 5.0% 이하Manganese (Mn): more than 3.5%, not more than 5.0%
망간은 강재의 강도를 증가시키고, 경화능을 향상시켜 넓은 범위의 냉각속도에서 베이나이트 또는 마르텐사이트와 같은 저온조직의 형성을 용이하게 한다. 그러나 망간 함량이 3.5% 이하이면 경화능이 충분하지 못해 열간압연 후 연속냉각 공정으로 저온조직을 안정적으로 확보하기 곤란해 진다. 또한 5.0%를 초과하면 응고 중 Mn의 편석이 조장되기 쉽다. 이를 고려하여, 본 발명에서는 망간의 함량을 3.5% 초과, 5.0% 이하로 포함하는 것이 바람직하다.
Manganese increases the strength of the steel and improves the hardenability, facilitating the formation of low temperature structures such as bainite or martensite at a wide range of cooling rates. However, if the manganese content is less than 3.5%, the curing ability is not sufficient and it becomes difficult to stably obtain the low-temperature structure by the continuous cooling process after the hot rolling. If it exceeds 5.0%, segregation of Mn during coagulation tends to be facilitated. In consideration of this, in the present invention, it is preferable that the content of manganese is more than 3.5% and 5.0% or less.
크롬(Cr): 0.5~2.0%Chromium (Cr): 0.5 to 2.0%
크롬은 망간과 유사하게 강재의 강도와 경화능을 증가시키고, 특히 망간과 함께 첨가할 경우에는 충격 인성을 향상시킨다. 그러나, 크롬 함량이 0.5% 미만이면 강도, 경화능 및 충격특성 향상 효과가 크지 않고, 크롬 함유량이 2.0%를 초과하면 강도와 경화능 향상에는 유효하지만 충격 특성이 저하될 수 있다. 이를 고려하여, 본 발명에서는 크롬의 함량을 0.5~2.0%로 포함하는 것이 바람직하다.
Chromium increases the strength and hardenability of steel similar to manganese and improves impact toughness, especially when added with manganese. However, if the chromium content is less than 0.5%, the effect of improving the strength, hardenability and impact properties is not significant. If the chromium content exceeds 2.0%, the impact property may be deteriorated although the strength and hardenability are improved. In consideration of this, in the present invention, it is preferable that the content of chromium is 0.5 to 2.0%.
인(P): 0.020% 이하Phosphorus (P): not more than 0.020%
상기 인은 결정립계에 편석되어 인성을 저하시키고, 지연파괴 저항성을 감소시키는 주요 원인이므로, 가능한 포함되지 않는 것이 바람직하며, 이러한 이유로 본 발명에서는 그 상한을 0.020%로 한정한다.
Since phosphorus is segregated at grain boundaries to decrease toughness and reduce delayed fracture resistance, it is preferably not included as much as possible. For this reason, the upper limit of the present invention is limited to 0.020%.
황(S): 0.020% 이하Sulfur (S): not more than 0.020%
상기 황은 결정립계에 편석되어 인성을 저하시키고 저융점 유화물을 형성시켜 열간 압연을 저해하므로, 가능한 포함되지 않는 것이 바람직하다. 이러한 이유로 본 발명에서는 그 상한을 0.020%로 한정한다.
The sulfur is segregated in the grain boundaries to lower the toughness and form a low melting point emulsion to inhibit hot rolling, so that it is preferably not contained. For this reason, the upper limit of the present invention is limited to 0.020%.
알루미늄(Al): 0.010~0.050%Aluminum (Al): 0.010 to 0.050%
알루미늄은 강력한 탈산 원소로서 강중의 산소를 제거해 청정도를 높일 뿐만 아니라, 강중에 고용된 질소와 결합하여 AlN을 형성함으로써, 충격 인성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에서는 알루미늄을 적극적으로 첨가하지만 함유량이 0.010% 미만이면, 그 첨가 효과를 기대하기 어렵고, 0.050%를 초과하면 알루미나 개재물이 다량 생성되어 기계적 물성을 크게 저하시킬 수 있다. 이러한 점을 고려하여 본 발명에서는 알루미늄의 함량을 0.010~0.050%의 범위로 하는 것이 바람직하다.
Aluminum is a strong deoxidizing element which not only improves cleanliness by removing oxygen in steel, but also bonds with nitrogen dissolved in steel to form AlN, which can improve impact toughness. In the present invention, aluminum is positively added, but if the content is less than 0.010%, the effect of the addition is unlikely to be expected. If the content exceeds 0.050%, a large amount of alumina inclusions is produced, which may greatly deteriorate mechanical properties. Taking this into consideration, in the present invention, it is preferable that the aluminum content is in the range of 0.010 to 0.050%.
상기 조성 이외에 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 포함한다. 본 발명에서는 상기 언급된 합금 조성이외에 다른 합금의 추가를 배제하지 않는다.
In addition to the above composition, the balance includes Fe and unavoidable impurities. The present invention does not exclude the addition of alloys other than the alloy composition mentioned above.
한편, 본 발명에서는 상기 망간(Mn), 크롬(Cr) 및 탄소(C)의 함량이 하기 관계식 1을 만족하도록 함유됨이 바람직하다. Meanwhile, in the present invention, it is preferable that the content of manganese (Mn), chromium (Cr) and carbon (C) is contained so as to satisfy the following relational expression 1.
[관계식 1][Relation 1]
4.0 ≤ C(Mn+Cr)5/50 ≤ 9.04.0 ≤ C (Mn + Cr) 5/50 ≤ 9.0
단, 상기 관계식 1에서 망간(Mn), 크롬(Cr) 및 탄소(C)는 각각 해당원소의 중량기준 함량을 의미한다.
In the above relational expression 1, manganese (Mn), chromium (Cr), and carbon (C) refer to the content by weight of the corresponding element, respectively.
본 발명에서는 상기 관계식 1과 같이 망간, 크롬 및 탄소의 함량을 제어함으로써, 보다 우수한 충격 인성을 갖는 선재를 제조할 수 있다. 즉, 망간과 크롬은 경화능을 높여서 냉각속도가 상대적으로 작은 경우에도 마르텐사이트가 용이하게 생성되도록 돕고, 저함유량의 탄소와 크롬은 마르텐사이트의 충격 인성을 개선하는데 크게 기여할 수 있도록 한다.
In the present invention, the wire material having better impact toughness can be manufactured by controlling the content of manganese, chromium and carbon as in the above-mentioned relational expression (1). That is, manganese and chromium increase the hardenability, so that martensite can be easily produced even when the cooling rate is relatively low, and low carbon and chromium contribute greatly to improve impact toughness of martensite.
또한, 본 발명에서 상기 망간(Mn) 및 실리콘(Si)의 함량은 하기 관계식 2를 만족하도록 함유되는 것이 바람직하다.In the present invention, the content of manganese (Mn) and silicon (Si) is preferably contained so as to satisfy the following relational expression (2).
[관계식 2][Relation 2]
Mn/Si ≥ 22Mn / Si? 22
단, 상기 관계식 2에서 망간(Mn) 및 실리콘(Si)은 각각 해당원소의 중량기준 함량을 의미한다.In the formula 2, manganese (Mn) and silicon (Si) mean the content by weight of the corresponding element, respectively.
본 발명에서 망간은 경화능을 높여서 냉각속도가 상대적으로 작은 경우에도 마르텐사이트가 쉽게 생성되도록 돕는다. 그리고 실리콘은 강중에 고용되어 강도는 증가시키지만 충격 인성은 떨어뜨리는 단점이 있다. In the present invention, manganese improves the hardenability so that martensite can be easily produced even when the cooling rate is relatively small. Silicon is employed in steel to increase strength, but it has a disadvantage in that impact toughness is lowered.
본 발명자들은 상기 점에 착안하여 연구와 실험을 거듭한 결과, 상기 망간과 실리콘의 관계가 중량% 기준으로 Mn/Si ≥ 22를 만족했을 때 우수한 강도와 충격 인성을 가지는 마르텐사이트 조직의 선재를 제공할 수 있음을 확인하고 본 조성성분 관계식을 제시하는 것이다.
As a result of extensive research and experimentation, the present inventors have found that when a relationship between manganese and silicon satisfies Mn / Si ≥ 22 on a weight% basis, the present invention provides a wire rod of martensite structure having excellent strength and impact toughness And to present the relationship of composition composition.
한편, 본 발명의 선재는 임의의 단면 영역에서 망간의 최대 농도[Mnmax]와 최소 농도[Mnmin]의 비가 하기 관계식 3을 만족하는 것이 바람직하다.On the other hand, in the wire rod of the present invention, the ratio of the maximum concentration [Mn max ] and the minimum concentration [Mn min ] of manganese in an arbitrary cross-sectional area preferably satisfies the following relational expression
[관계식 3][Relation 3]
[Mnmax]/[Mnmin] ≤ 4[Mn max ] / [Mn min ] < = 4
본 발명에서 망간은 경화능을 높여서 냉각속도가 상대적으로 작은 경우에도 마르텐사이트가 쉽게 생성되도록 돕지만, 국부적으로 망간이 편석되어 있으면 마르텐사이트가 쉽게 생성될 수 있는 반면, 망간이 고갈된 영역에서는 페라이트가 형성될 수 있어 미세조직이 불균일해지고, 충격 인성이 열위해질 수 있다.In the present invention, manganese improves the hardenability of manganese even if the cooling rate is relatively small. However, when manganese is locally segregated, martensite can be easily formed. On the other hand, in the region where manganese is depleted, The microstructure may become uneven and the impact toughness may become dull.
본 발명자들은 상기 점에 착안하여 연구와 실험을 거듭한 결과, 상기 선재의 임의의 단면 영역에서 망간의 최대 농도와 최소 농도의 비가 4 이하일 때 우수한 강도와 충격 인성을 가지는 마르텐사이트 조직의 선재를 제공할 수 있음을 확인하고 본 관계식을 제시하는 것이다.
The inventors of the present invention have conducted extensive research and experiments on this matter and have found that the present invention provides a wire rod of martensite structure having excellent strength and impact toughness when the ratio of the maximum concentration and the minimum concentration of manganese in an arbitrary cross- And to present this relation.
이하, 본 발명의 미세조직에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the microstructure of the present invention will be described in detail.
본 발명의 선재의 미세조직은 95 면적% 이상의 마르텐사이트와 잔부 잔류 오스테나이트(γ)를 포함한다. 본 발명의 마르텐사이트는 탄소함량이 낮아, 고강도임에도 불구하고, 연성이 높고, 충격 인성 또한 매우 우수한 특징이 있다. 그러나, 상기 마르텐사이트 이외의 베이나이트 또는 잔류 오스테나이트 양이 많아지게 되면 충격 인성의 측면은 다소 유리해질 수 있으나, 강도의 저하를 막을 수 없으므로 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명의 선재는 95 면적% 이상의 마르텐사이트를 포함한다.
The microstructure of the wire of the present invention contains martensite of 95% or more by area and residual austenite (?). The martensite of the present invention has a low carbon content and is characterized by high ductility and impact toughness in spite of its high strength. However, if the amount of bainite or retained austenite other than martensite is increased, impact toughness may be somewhat advantageous, but the strength can not be lowered. Therefore, the wire rod of the present invention contains martensite of 95% by area or more.
본 발명의 선재는 단면이 원형의 소재이고, 인장강도가 1000~1200MPa 이고, 충격치가 80J 이상인 것이 바람직하다.
It is preferable that the wire rod of the present invention has a circular cross section and has a tensile strength of 1000 to 1200 MPa and an impact value of 80 J or more.
다음으로, 본 발명의 선재를 제조하는 방법에 대해 상세히 설명한다.Next, a method for manufacturing the wire rod of the present invention will be described in detail.
본 발명의 선재의 제조방법은, 상술한 조성을 갖는 강을 마련한 후, 이를 재가열하는 공정; 상기 재가열된 강재를 열간 압연하는 단계; 상기 열간 압연한 후, Mf~Mf-50℃의 온도범위까지 0.2℃/s 이상의 속도로 냉각하는 공정; 및 상기 냉각된 강재를 공냉하는 공정;을 포함한다.
A method of manufacturing a wire rod according to the present invention comprises the steps of: preparing a steel having the above composition and reheating the steel; Hot rolling the reheated steel material; After the hot rolling, cooling to a temperature range of Mf to Mf-50 占 폚 at a rate of 0.2 占 폚 / s or more; And air cooling the cooled steel material.
먼저, 본 발명에서는 상술한 조성성분을 갖는 강재를 마련한 후, 이를 재가열 한다. 본 발명에서 채용할 수 있는 재가열 온도 범위는 1000~1100℃ 범위를 이용하면 좋다. First, in the present invention, a steel material having the above-mentioned composition components is prepared and reheated. The reheating temperature range that can be employed in the present invention may be in the range of 1000 to 1100 占 폚.
상기 강재의 형태는 특별히 한정되지 않으나, 통상적으로는 블룸(bloom)이나 빌렛(billet) 형태인 것이 바람직하다.
The shape of the steel material is not particularly limited, but is preferably in the form of a bloom or a billet.
이어, 상기 재가열된 강재를 열간 압연하여 선재를 제조한다. 상기 열간 압연의 마무리 열간 압연 온도는 특별히 한정되지 않으나, 850~950℃ 범위로 관리하는 것이 바람직하다.
Next, the reheated steel is hot-rolled to produce a wire rod. The finish hot rolling temperature of the hot rolling is not particularly limited, but is preferably controlled in the range of 850 to 950 占 폚.
상기 열간 압연된 강재는 냉각처리되는데, 상기 냉각은 Mf~Mf-50℃의 온도범위까지 0.2℃/s 이상의 냉각속도로 냉각하는 것이 바람직하다. 냉각 종료 온도가 Mf를 초과하면 충분한 양의 마르텐사이트 조직을 확보하기 어렵고, Mf-50℃ 미만이면 강재가 충분히 식어 취급은 용이하나, 생산성을 떨어뜨리기 때문에 냉각종료온도는 Mf~Mf-50℃의 온도범위로 하는 것이 바람직하다. 상기 Mf는 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 상변태가 종료되는 온도를 의미한다.
The hot-rolled steel is subjected to cooling treatment, which is preferably cooled to a temperature range of Mf to Mf-50 ° C at a cooling rate of 0.2 ° C / s or more. If the cooling end temperature exceeds Mf, it is difficult to secure a sufficient amount of martensite structure. If Mf-50 deg. C or less, the steel material is sufficiently cooled to facilitate handling, but the productivity is lowered. Temperature range is preferable. The Mf means a temperature at which the phase transformation from austenite to martensite is terminated.
본 발명에서는 열간 압연 후 연속 냉각을 수행하여 마르텐사이트 조직을 확보함으로써 우수한 강도와 충격 인성을 확보한다. 이에, 기존에 행했던 담금질 및 템퍼링과 같은 열처리를 생략할 수 있어, 추가 공정을 요하지 않아 제조원가 측면에서 매우 유리한 장점이 있다.
In the present invention, continuous cooling after hot rolling is carried out to secure a martensite structure to secure excellent strength and impact toughness. Accordingly, it is possible to omit the heat treatment such as quenching and tempering which has been performed in the prior art, and there is an advantage that it is very advantageous from the viewpoint of the manufacturing cost because no additional process is required.
또한, 본 발명에서는 냉각 개시 온도에서부터 냉각 종료 온도까지의 구간을 0.2℃/s 이상의 냉각속도로 냉각함이 바람직하다. 0.2℃/s 이상의 냉각속도로 냉각하고, 이후 공냉하는 단계를 거치게 되면 면적분율 95% 이상의 마르텐사이트로 조직을 확보할 수 있다.
In the present invention, it is preferable to cool the section from the cooling start temperature to the cooling end temperature at a cooling rate of 0.2 DEG C / s or more. If cooling is carried out at a cooling rate of 0.2 DEG C / s or more and then air cooling is carried out, a structure can be secured with martensite having an area fraction of 95% or more.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The following examples are for the purpose of understanding the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
(실시예)(Example)
하기 표 1의 조성 성분을 갖는 용강을 주조한 후, 이를 1100℃로 재가열한 후 직경 15mm로 선재 압연한 후, 표 2의 냉각속도로 Mf 온도 이하인 150℃까지 냉각한 이후 공냉하여 선재를 제조하였다. 한편, 마르텐사이트 상변태 종료 온도인 Mf는 Dilatometer를 이용하여 측정하였고, 화학조성이 따라 다소 차이가 나며, 150~200℃ 범위를 보였다.
After casting molten steel having the composition shown in the following Table 1, it was reheated at 1100 DEG C and then subjected to wire rolling at a diameter of 15 mm, followed by cooling to 150 DEG C below the Mf temperature at the cooling rate shown in Table 2, . On the other hand, Mf, which is the end temperature of the martensite phase transformation, was measured using a dilatometer. The Mf was found to vary from 150 to 200 ° C depending on the chemical composition.
이렇게 제조된 선재를 미세조직을 분석하여 표 2에 나타내었으며, 인장강도와 충격 인성을 측정하여 표 2에 나타내었다. 한편, 망간의 농도는 EPMA(Electron Probe Micro-Analysis)를 이용하여 측정하였다.
Table 2 shows the tensile strength and impact toughness of the wire rod thus manufactured, and Table 2 shows the tensile strength and impact toughness. Meanwhile, the concentration of manganese was measured using EPMA (Electron Probe Micro-Analysis).
그리고, 상온 인장시험은 crosshead speed를 항복점까지는 0.9mm/min, 그 이후로는 6mm/min의 속도로 실시하여 측정하였다. 또한 충격 시험은 시편에 충격을 가하는 striker의 edge부 곡률이 2mm이고, 시험 용량이 500J인 충격시험기를 이용하여 상온에서 실시하여 측정하였다.
The room temperature tensile test was carried out at a crosshead speed of 0.9 mm / min until the yield point and then at a rate of 6 mm / min. The impact test was carried out at room temperature using an impact tester with an edge curvature of 2 mm and a test capacity of 500 J of the striker impacting the specimen.
No.
Relationship 1
Relation 2
(상기 표 1에서 관계식 1은 C(Mn+Cr)5/50, 관계식 2는 Mn/Si이며, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물임)
(1 equations in Table 1 is C (Mn + Cr) 5/ 50, equation 2 is a Mn / Si, the remainder being Fe and inevitable impurities)
(℃/s)Cooling rate
(° C / s)
(MPa)Yield strength
(MPa)
(MPa)The tensile strength
(MPa)
(%)Elongation
(%)
(J)Shock
(J)
(상기 표 2에서 관계식 3은 [Mnmax]/[Mnmin]임)
(In the above Table 2, the relation 3 is [Mn max ] / [Mn min ]
상기 표 1 및 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 강조성 및 제조방법을 만족하는 발명예 1 내지 8은 모두 95 면적% 이상의 마르텐사이트 조직이 얻어져, 1000~1200MPa 이상의 높은 인장강도와 80J 이상의 우수한 충격 인성을 나타내고 있음을 알 수 있다.As shown in Tables 1 and 2, the inventive examples 1 to 8 satisfying the stress and the manufacturing method of the present invention all had a martensite structure of 95% or more by area, and had a high tensile strength of 1000 to 1200 MPa or more and an excellent Impact toughness is exhibited.
한편, 발명예 7은 실리콘의 함량이 0.1 중량% 이하인 경우로서, 다른 발명예에 비해 매우 우수한 충격 인성과 연신율을 확보할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 상기 발명예들 중에서, 망간, 크롬 및 탄소의 함량의 관계식 1(4.0 ≤ C(Mn+Cr)5/50 ≤ 9.0)과 망간과 실리콘의 관계식 2(Mn/Si ≥ 22.0)를 모두 만족하는 1, 4, 5 및 7은 그렇지 않은 경우와 비교할 때, 충격 인성이 더욱 우수해지는 것을 알 수 있다. On the other hand, Example 7 shows that when the content of silicon is 0.1% by weight or less, excellent impact toughness and elongation can be secured compared with other examples. Further, the invention example of these, the relation of the amount of manganese, chromium and carbon 1 (4.0 ≤ C (Mn + Cr) 5/50 ≤ 9.0) and the relationship of manganese and silicon 2 satisfies the (Mn / Si ≥ 22.0) 1, 4, 5 and 7 show that the impact toughness is more excellent when compared with the case where it is not.
즉, 상기 발명예들 중에서 관계식 1(4.0 ≤ C(Mn+Cr)5/50 ≤ 9.0) 및/또는 관계식 2(Mn/Si ≥ 22.0)를 만족하지 않는 발명예 2, 3, 6 및 8은 상대적으로 충격 인성이 다소 열위해지는 것을 알 수 있다.
That is, the relationship among the Inventive Example 1 (4.0 ≤ C (Mn + Cr) 5/50 ≤ 9.0) and / or equation 2, Inventive Example 2 does not satisfy the (Mn / Si ≥ 22.0), 3, 6 and 8 It can be seen that the impact toughness relatively becomes slightly dull.
비교예 9는 크롬 성분이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로서, 강도는 증가되었지만, 연성이 감소하여 결국 충격 인성이 열위한 것을 보이고 있다. 비교예 10은 탄소의 함량이 본 발명의 범위를 초과한 경우로서, 탄소의 마르텐사이트 기지 고용강화 효과의 증대로 강도가 크게 증가하였으나, 충격 인성은 매우 낮아지는 문제가 있다. Comparative Example 9 shows a case where the chromium component is out of the scope of the present invention, and the strength is increased, but the ductility is decreased, and the impact toughness is finally shown to heat. Comparative Example 10 is a case where the content of carbon exceeds the range of the present invention. Although the strength of the carbon greatly increases due to the effect of strengthening the solid solution of martensite base, the impact toughness is very low.
비교예 11은 망간 성분이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로서, 강도는 증가하였으나, 연성이 감소하여 결국 충격 인성이 나빠짐을 보이고 있다. 또한 강 중에 망간이 편석되어 있기 때문에 국부적으로 불균일한 조직의 형성으로 인해서도 충격 인성이 열위해지고 있음을 보여준다.Comparative Example 11 shows that the manganese component is out of the range of the present invention, but the strength is increased, but the ductility is decreased and the impact toughness is deteriorated. Also, due to the segregation of manganese in the steel, it is shown that impact toughness is becoming weak due to the formation of local uneven texture.
비교예 12는 망간이 본 발명의 성분 범위보다 적게 첨가된 경우로서, 상대적으로 경화능이 낮기 때문에 냉각속도가 작을 경우, 마르텐사이트 대신 베이나이트 조직을 형성하여, 충격 인성은 증가하지만, 강도는 감소하는 것을 보여주고 있다. 또한, 비교예 13은 실리콘이 본 발명의 성분 범위를 초과하여 함유된 경우로서, 그 첨가량이 0.52% 수준에서도 인장강도는 크게 증가하며 그와 함께 충격 인성은 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있다.Comparative Example 12 is a case where manganese is added in an amount less than the component range of the present invention. Since the curing ability is relatively low, when the cooling rate is low, bainite structure is formed instead of martensite to increase impact toughness, . In addition, in Comparative Example 13, silicon contained in an amount exceeding the content range of the present invention, the tensile strength was greatly increased at an addition amount of 0.52%, and the impact toughness was sharply reduced.
비교예 14는 본 발명의 강 조성성분은 만족하나 냉각속도가 너무 느릴 경우 마르텐사이트 대신 베이나이트 조직이 형성되어, 충격 인성은 증가되었지만 강도는 감소한 것을 보여주고 있다. 아울러, 크롬이 적게 함유된 비교예 15은 충격인성이 좋지 않음을 알 수 있다.
In Comparative Example 14, the bainite structure was formed instead of martensite when the steel composition component of the present invention was satisfied but the cooling rate was too slow, and the impact toughness was increased, but the strength was decreased. In addition, it can be seen that Comparative Example 15 containing less chromium has poor impact toughness.
Claims (9)
미세조직은 면적분율로, 95% 이상의 마르텐사이트와 나머지는 잔류 오스테나이트(γ)를 포함하며,
상기 망간(Mn), 크롬(Cr) 및 탄소(C)의 함량은 하기 관계식 1을 만족하는 충격 인성이 우수한 선재.
[관계식 1]
4.0 ≤ C(Mn+Cr)5/50 ≤ 9.0
(C): 0.05 to 0.15%, silicon (Si): not more than 0.2% (excluding 0), manganese (Mn): more than 3.5% and not more than 5.0%, chromium (Cr): 0.5 to 2.0% 0.020% or less of phosphorus (P), 0.020% or less of sulfur (S), 0.010 to 0.050% of aluminum (Al), and Fe and unavoidable impurities,
The microstructure has an area fraction of 95% or more of martensite and the remainder contains residual austenite (?),
The content of manganese (Mn), chromium (Cr) and carbon (C) satisfies the following relational expression (1).
[Relation 1]
4.0 ≤ C (Mn + Cr) 5/50 ≤ 9.0
상기 망간(Mn) 및 실리콘(Si)의 함량은 하기 관계식 2를 만족하는 충격 인성이 우수한 선재.
[관계식 2]
Mn/Si ≥ 22.0
The method according to claim 1,
The content of manganese (Mn) and silicon (Si) satisfies the following relational expression (2).
[Relation 2]
Mn / Si? 22.0
상기 선재는 임의의 단면에서 망간의 최대 농도[Mnmax]와 최소 농도[Mnmin]의 비가 하기 관계식 3을 만족하는 충격 인성이 우수한 선재.
[관계식 3]
[Mnmax]/[Mnmin] ≤ 4
The method according to claim 1,
Wherein the wire rod has excellent impact toughness satisfying the following relational expression 3 in the ratio of the maximum concentration [Mn max ] and the minimum concentration [Mn min ] of manganese in an arbitrary section.
[Relation 3]
[Mn max ] / [Mn min ] < = 4
상기 재가열된 강재를 열간 압연하는 단계;
상기 열간 압연 후, Mf~Mf-50℃의 온도범위까지 0.2℃/s 이상의 속도로 냉각하는 단계; 및
상기 냉각된 강재를 공냉하는 단계
를 포함하는 충격 인성이 우수한 선재의 제조방법.
[관계식 1]
4.0 ≤ C(Mn+Cr)5/50 ≤ 9.0
(C): 0.05 to 0.15%, silicon (Si): not more than 0.2% (excluding 0), manganese (Mn): more than 3.5% and not more than 5.0%, chromium (Cr): 0.5 to 2.0% (Mn), chromium (Cr), and carbon (Al), and the balance of Fe and unavoidable impurities. (C) is reheating a steel material satisfying the following relational expression 1;
Hot rolling the reheated steel material;
After the hot rolling, cooling to a temperature range of Mf to Mf-50 占 폚 at a rate of 0.2 占 폚 / s or more; And
Air cooling the cooled steel
Wherein the impact resistance is high.
[Relation 1]
4.0 ≤ C (Mn + Cr) 5/50 ≤ 9.0
상기 망간(Mn) 및 실리콘(Si)의 함량은 하기 관계식 2를 만족하는 충격 인성이 우수한 선재의 제조방법.
[관계식 2]
Mn/Si ≥ 22.0
The method of claim 5,
Wherein the content of manganese (Mn) and silicon (Si) satisfy the following relational expression (2).
[Relation 2]
Mn / Si? 22.0
상기 재가열 온도는 1000~1100℃로 행하는 충격 인성이 우수한 선재의 제조방법.
The method of claim 5,
Wherein the reheating temperature is 1000 to 1100 占 폚.
상기 열간 압연의 마무리 열간 압연은 850~950℃의 온도범위에서 행하는 충격 인성이 우수한 선재의 제조방법.
The method of claim 5,
Wherein the finish hot rolling of the hot rolling is excellent in impact toughness in a temperature range of 850 to 950 占 폚.
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