KR101715515B1

KR101715515B1 - 강재 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101715515B1
Application number: KR1020150142691A
Authority: KR
Inventors: 김찬우; 최태성; 홍석우
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2017-03-13

Abstract

강재 및 이의 제조방법에 대한 발명이 개시된다. 상기 강재 제조방법은 탄소(C): 0.35~0.45 중량%, 실리콘(Si): 0.55~0.75 중량%, 망간(Mn): 1.0~2.0 중량%, 인(P): 0.01~0.03 중량%, 황(S): 0.03~0.06 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.1 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.1 중량%, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.05 중량%, 바나듐(V): 0.15~0.30 중량%, 크롬(Cr): 0.05~0.5 중량%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05 중량%, 질소(N): 0.005~0.02 중량%, 잔량부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 중간성형체를 제조하는 단계; 및 상기 중간성형체를 1050℃~1200℃에서 단조하는 단계;를 포함한다.

Description

강재 및 이의 제조방법 {STEEL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 강재 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 차량 크랭크 샤프트용 비조질 강재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

차량 엔진의 크랭크샤프트는 동력을 발생하는데 중요한 기능을 수행하는 부품이다. 구체적으로, 크랭크샤프트는 엔진의 각 실린더에서 발생하는 피스톤의 직선운동을 커넥팅로드를 통하여 회전운동으로 바꾸거나, 반대로 피스톤에 운동을 가하여 동력을 발생시키는 역할을 한다.

본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2012-0060197호(2012.06.11) 공개, 발명의 명칭: 열간 단조용 고강도 및 고인성 베이나이트강 및 이의 제조방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 가공성 및 피로강도가 우수한 강재 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 생산성 및 경제성이 우수한 강재 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강재 제조방법에 의해 제조된 강재를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 관점은 강재 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 강재 제조방법은 탄소(C): 0.35~0.45 중량%, 실리콘(Si): 0.55~0.75 중량%, 망간(Mn): 1.0~2.0 중량%, 인(P): 0.01~0.03 중량%, 황(S): 0.03~0.06 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.1 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.1 중량%, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.05 중량%, 바나듐(V): 0.15~0.30 중량%, 크롬(Cr): 0.05~0.5 중량%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05 중량%, 질소(N): 0.005~0.02 중량%, 잔량부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 중간성형체를 제조하는 단계; 및 상기 중간성형체를 1,050℃~1,200℃에서 단조하는 단계;를 포함한다.

한 구체예에서 상기 중간성형체는 하기 식 1로 정의되는 탄소 당량(Ceq)이 0.8~1.1 일 수 있다:

[식 1]

(상기 식 1에서, 상기 [C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni] 및 [Cu]는, 각각 상기 중간성형체에 포함되는 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 구리(Cu)의 함량(중량％)이다).

한 구체예에서 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 칼슘(Ca): 0.001~0.010 중량%, 마그네슘(Mg): 0.001~0.010 중량%, 지르코늄(Zr): 0.001~0.010 중량%, 비스무트(Bi): 0.01~0.02 중량%, 및 보론(B): 0.001~0.010 중량% 중에서 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 관점은 상기 강재 제조방법에 의해 제조된 강재에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 강재는 탄소(C): 0.35~0.45 중량%, 실리콘(Si): 0.55~0.75 중량%, 망간(Mn): 1.0~2.0 중량%, 인(P): 0.01~0.03 중량%, 황(S): 0.03~0.06 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.1 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.1 중량%, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.05 중량%, 바나듐(V): 0.15~0.30 중량%, 크롬(Cr): 0.05~0.5 중량%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05 중량%, 질소(N): 0.005~0.02 중량%, 잔량부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.

한 구체예에서 상기 강재는 하기 식 1로 정의되는 탄소 당량(Ceq)이 0.8~1.1일 수 있다:

[식 1]

(상기 식 1에서, 상기 [C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni] 및 [Cu]는, 각각 상기 강재에 포함되는 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 구리(Cu)의 함량(중량％)이다).

한 구체예에서 상기 강재는, 칼슘(Ca): 0.001~0.010 중량%, 마그네슘(Mg): 0.001~0.010 중량%, 지르코늄(Zr): 0.001~0.010 중량%, 비스무트(Bi): 0.01~0.02 중량%, 및 보론(B): 0.001~0.010 중량% 중에서 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

한 구체예에서 상기 강재는 인장강도(TS) 950 MPa 이상, 항복강도(YS): 650 MPa 이상, 및 피로강도가 45 kgf/mm² 이상일 수 있다.

본 발명의 강재 제조방법에 의해 제조된 강재는 가공성, 강성 및 피로특성이 동시에 우수하여, 특히 차량 내연기관의 크랭크샤프트 용도로 사용하기 적합할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 강재 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따라 제조된 강재 시편의 표면 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 3(a)는 본 발명에 따른 실시예 강재 시편의 회전굽힘피로도 측정결과를 나타낸 그래프이며, 도 3(b)는 본 발명에 대한 비교예 강재 시편의 회전굽힘피로도 측정결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 하나의 관점은 강재 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 강재 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 강재 제조방법은 (S10) 중간성형체 제조단계; 및 (S20) 단조단계;를 포함한다. 좀 더 구체적으로 상기 강재 제조방법은 탄소(C): 0.35~0.45 중량%, 실리콘(Si): 0.55~0.75 중량%, 망간(Mn): 1.0~2.0 중량%, 인(P): 0.01~0.03 중량%, 황(S): 0.03~0.06 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.1 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.1 중량%, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.05 중량%, 바나듐(V): 0.15~0.30 중량%, 크롬(Cr): 0.05~0.5 중량%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05 중량%, 질소(N): 0.005~0.02 중량%, 잔량부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 중간성형체를 제조하는 단계; 및 상기 중간성형체를 1050℃~1200℃에서 단조하는 단계;를 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 강재 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.

(S10) 중간성형체 제조단계

상기 단계는 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 구리(Cu), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 질소(N), 잔량부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 중간성형체를 제조하는 단계이다.

이하, 상기 중간성형체에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.

탄소(C)

상기 탄소(C)는 강재의 소입성을 높여 강도를 확보하며, 본 발명의 단조 공정 이전의 중간성형체 가공성을 향상시키는 역할을 한다.

한 구체예에서 상기 탄소는 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0.35~0.45 중량% 포함된다. 상기 탄소를 0.35 중량% 미만으로 포함시 본 발명의 강재의 소입성이 저하되어 단조 공정 이후, 원하는 강도를 확보하기 어렵다. 상기 탄소를 0.45 중량% 초과하여 포함시 인성 및 가공성이 저하되어, 단조 성형시 취성이 발생할 수 있다.

실리콘( Si )

상기 실리콘(Si)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다. 또한 중간성형체의 압연시, 페라이트 내에 고용되어 모재의 강도를 강화할 수 있다. 또한, 입실론 카바이드 석출물을 안정화시켜 최종제품의 피로특성 및 영구변형저항성을 향상시킨다.

한 구체예에서 상기 실리콘은 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0.55~0.75 중량% 포함된다. 상기 범위에서, 단조 후 형성되는, 마르텐사이트-잔류 오스테나이트 혼합 조직의 양을 최소화할 수 있다. 상기 실리콘을 0.55 중량% 미만으로 포함시 실리콘 첨가에 따른 강도 향상 효과가 불충분하고, 0.75 중량%를 초과하여 포함시 단조 후 마르텐사이트-잔류오스테나이트의 혼합조직 발생량이 증가할 수 있다.

망간(Mn)

상기 망간(Mn)은 강재의 강도 및 인성을 향상시키고, 단조 이후 담금질성을 향상시키는 원소로 작용한다.

한 구체예에서 상기 망간은 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 1.0~2.0 중량% 포함된다. 상기 망간을 1.0 중량% 미만으로 포함시 단조 이후의 소입성 향상 효과가 불충분하여, 단조 이후 공기 냉각한 대로의 미세조직의 확보가 어렵고, 2.0 중량%를 초과하여 포함시 MnS계 개재물 생성량이 증가하여, 단조시 취성이 증가하고, 인성이 저하될 수 있다.

인(P)

상기 인(P)은 강도 향상에 일부 기여한다. 그러나 인은 강판 제조 시 편석 가능성이 큰 원소로서, 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.

한 구체예에서 상기 인은 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0.01~0.03 중량% 포함된다. 이를 통해, 미세 편석의 형성을 방지하여 본 발명의 강재의 가공 후 물성을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 인을 0.01 중량% 미만으로 포함시, 그 효과가 미미하고, 0.03 중량%를 초과하여 포함시, 인성 및 내피로성 등이 저하될 수 있다.

황(S)

상기 황(S)은 절삭성 혹은 가공성을 향상시키기 위하여 첨가된다. 한 구체예에서 상기 황은 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0.03~0.06 중량% 포함된다.

상기 황을 0.03 중량% 미만으로 포함시 상기 강재의 가공성이 저하되며, 0.06 중량%를 초과하여 포함시, 상기 황의 이방성 특성으로 인하여, 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 주며, 또한 용접성을 악화시킨다.

구리(Cu)

상기 구리(Cu)는 강재의 강도 상승 및 인성 개선에 유효한 원소이다. 또한, 구리(Cu)는 실리콘(Si) 및 망간(Mn)과 함께 일정한 함량 조절을 통해 강재의 고용강화 효과에 기여한다.

한 구체예에서 상기 구리는 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0 초과 0.1 중량% 포함된다. 상기 구리를 0.1 중량%를 초과하여 포함시, 단조 성형 시 표면에 균열을 유발시켜 표면품질을 저하시킬 수 있으며, 표면 농화를 유발할 수 있다.

니켈( Ni )

상기 니켈(Ni)은 담금질성을 확보하며, 결정립을 미세화하고 오스테나이트 및 페라이트에 고용되어 기지를 강화시킨다. 또한, 상기 니켈은 저온 충격인성을 향상시키는데 효과적인 원소이므로, 단조 시 가공성을 향상시키며, 전술한 구리(Cu)에 의해 발생하는 화합물의 녹는점을 높여 농화를 방지할 수 있다.

한 구체예에서 상기 니켈은 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0 초과 0.1 중량% 포함된다. 상기 니켈을 0.1 중량%를 초과하여 포함시, 단조 성형 시 표면에 균열을 유발시켜 표면품질을 저하시킬 수 있으며, 최종제품에 취성이 발생할 수 있다.

몰리브덴( Mo )

상기 몰리브덴(Mo)은 강도 및 인성을 향상시키는 원소이다.

상기 몰리브덴은 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0 초과 0.05 중량% 포함된다. 상기 몰리브덴을 0.05 중량% 초과하여 포함시, 강재의 가공성이 저하될 수 있다.

바나듐(V)

상기 바나듐(V)은 강력한 질화물 형성 원소로서, 석출강화 효과에 의하여 강의 피로강도를 향상시킨다. 또한, 바나듐은 결정립의 미세화 및 비금속 개재물의 형성 제어에 도움을 주는 원소로서, 강의 쾌삭화를 향상시키는 역할을 한다.

한 구체예에서 상기 바나듐은 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0.15~0.30 중량% 포함된다. 상기 바나듐을 0.15 중량% 미만으로 포함시 강재 피로강도 향상 효과가 미미하며, 0.30 중량%를 초과하여 포함시 고가의 바나듐의 첨가량 증가에 비례하는 효과 상승이 없어 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.

크롬( Cr )

상기 크롬(Cr)은 담금질성을 확보하며, 페라이트 조직을 안정화하여 강재의 연신율을 향상시키며, 강재의 경화능 및 강도 향상에 기여하는 원소이다. 또한, 상기 크롬(Cr)은 최종제품의 영구변형저항성을 향상시키는데 중요한 작용을 한다.

한 구체예에서 상기 크롬은 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0.05~0.5 중량% 포함된다. 상기 크롬을 0.05 중량% 미만으로 포함시 단조 이후의 강도향상 효과가 불충분하며, 0.5 중량%를 초과하여 포함시 강성 및 연성의 균형이 깨질 수 있다.

티타늄( Ti )

상기 티타늄(Ti)은 티타늄계 질화물(TiN) 등의 석출물 형성원소로서 강도 향상에 기여할 수 있고, 결정립을 미세화할 수 있다. 또한, 티타늄(Ti)은 황(S)과 결합하여 구형의 개재물을 형성함으로써 긴 띠 형태의 MnS 개재물 형성을 방지할 수 있다.

한 구체예에서 상기 티타늄은 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0.01~0.05 중량% 포함된다. 상기 티타늄을 0.01 중량% 미만으로 포함시, 그 효과가 미미하며, 0.05 중량%를 초과하여 포함시 제조되는 최종제품의 표면 결함을 유발하거나, 조대한 입자 및 과다한 석출물을 생성하여 강재의 페라이트 연성을 저하시킬 수 있다.

질소(N)

상기 질소(N)는 질화물을 형성하여 오스테나이트 결정입도를 세립화하고, 강재의 강도 및 저온인성을 향상시킬 수 있다. 이러한 경우, 강재의 열간성형성을 향상시키면서도 단조 이후의 강도를 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.

한 구체예에서 상기 질소는 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0.005~0.02 중량% 포함된다. 상기 질소를 0.005 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.02 중량%를 초과하여 포함시 석출물이 조대화되어 피로특성이 저하될 수 있다.

본 발명의 한 구체예에서, 상기 중간성형체는 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 지르코늄(Zr), 비스무트(Bi), 및 보론(B) 중에서 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

칼슘(Ca)

상기 칼슘(Ca)은 칼슘(Ca)은 황(S)과의 높은 친화도를 가지므로, 구형의 CaS를 형성시켜 강재의 황 함량을 낮추고, 또한, MnS 개재물의 과도한 생성을 방해하여 가공성 향상에 기여한다.

한 구체예에서 상기 칼슘은 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0.001~0.010 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 강재의 가공성 향상 효과가 더욱 우수할 수 있다.

마그네슘(Mg)

상기 마그네슘(Mg)은 상기 강재의 인성 및 가공성을 향상시키는 역할을 한다.

한 구체예에서 상기 마그네슘은 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0.001~0.010 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 강재의 인성 및 가공성 향상효과가 더욱 우수할 수 있다.

지르코늄( Zr )

상기 지르코늄(Zr)은 상기 중간성형체의 MnS 형성시 핵생성 위치로 작용하며, 설파이드 개재물의 구상화를 통하여 가공성 확보에 기여한다. 또한, 강도 증가의 효과가 있다.

한 구체예에서 상기 지르코늄은 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0.01~0.02 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 강재의 강도 및 가공성 향상효과가 더욱 우수할 수 있다.

비스무트( Bi )

상기 비스무트(Bi)는 강재의 압연방향으로 연신된 MnS 개재물 주위에 석출하여, 구형의 MnS+Bi 개재물을 형성하고 압연 직각 방향의 충격 특성을 향상시키며, 가공성 향상에 기여할 수 있다.

한 구체예에서 상기 비스무트는 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0.01~0.02 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 강재의 충격 특성 및 가공성 향상효과가 더욱 우수할 수 있다.

보론(B)

상기 보론(B)은 강재의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다. 또한, 보론은 강재 상태에서의 인장강도는 상승시키지 않으면서도 소입성을 향상시킬 수 있다. 이러한 경우, 강재의 열간 성형성을 향상시키면서도 단조 이후의 강도를 큰 폭으로 향상시킬 수 있다. 특히, 단조 후 붕소질화물의 생성 및 크기 결정에 큰 영향을 미친다.

한 구체예에서 상기 보론은 상기 중간성형체 전체중량에 대하여 0.001~0.010 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 강재의 피로 강도가 우수할 수 있다.

한 구체예에서, 상기 중간성형체는 하기 식 1로 정의되는 탄소 당량(Ceq)이 0.8~1.1일 수 있다:

[식 1]

상기 범위를 만족시, 후열처리의 생략이 가능하면서도, 가공성이 우수하고, 최종 기계부품에 고강도 및 우수한 피로강도를 부여할 수 있는 강재를 제공할 수 있다. 상기 식 1에 따른 중간성형체의 탄소당량(Ceq)이 0.8 미만이 경우, 본 발명의 강도 확보가 어려우며, 상기 중간성형체의 탄소당량이 1.1을 초과하는 경우, 본 발명의 가공성 확보가 어려울 수 있다.

한 구체예에서 상기 중간성형체는, 제강 공정을 통해 전술한 바와 동일한 조성을 갖는 용강을 제조하고, 이를 연속주조하여 반제품을 제조할 수 있다. 한 구체예에서 상기 반제품은 블룸(bloom) 또는 빌렛(billet) 형태로 제조할 수 있다. 그 다음에, 상기 반제품을 재가열 및 압연하여 중간성형체를 제조할 수 있다.

한 구체예에서 상기 압연은 상기 반제품을 마무리 압연 온도(Final Delivery Temperature, FDT): 1,100~1,200℃의 온도에서 압연하여 중간성형체를 제조할 수 있다. 상기 조건으로 압연시 상기 강재의 미세조직이 균일하게 형성되며, 가공성이 우수할 수 있다. 한 구체예에서 상기 압연시 라운드 바(round bar) 형태의 중간성형체를 제조할 수 있다.

(S20) 단조단계

상기 단계는 상기 중간성형체를 단조하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 단조는 1,050℃~1,200℃에서 이루어진다. 상기 단조 온도가 1,050℃ 미만시 상기 몰리브덴 및 바나듐을, 강재 중에 충분히 용체화시킬 수 없고, 냉각 과정에서의 석출 강화량이 작아, 피로 강도 특성이 저하된다. 상기 단조 온도가 1,200℃를 초과시, 오스테나이트립의 성장을 촉진시키고, 그 후의 냉각 과정에서 변태된 조직이 조대해져 오히려 내구비가 저하된다.

[식 1]

한 구체예에서 상기 강재는 페라이트, 및 펄라이트를 포함하는 미세조직이 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 강재의 미세조직은 베이나이트, 페라이트 및 펄라이트를 포함할 수 있다. 상기 페라이트 및 펄라이트의 분율은 특별히 제한되지 않는다. 한 구체예에서 상기 강재의 미세조직 표면적은 페라이트 0~20%, 펄라이트 80~100%, 및 베이나이트 10% 이하로 형성될 수 있다.

본 명세서에서, 미세조직의 표면적은 업계에서 통상적으로 측정하는 방법에 따라 미세조직 단면을 촬영한 뒤, 얻어진 이미지로부터 각 조직의 표면적(%)을 측정한 것일 수 있다.

한 구체예에서 상기 강재는 인장강도(TS): 950 MPa 이상, 항복강도(YS): 650 MPa 이상, 및 피로강도가 45 kgf/mm² 이상일 수 있다. 예를 들면 인장강도(TS): 950~1,100 MPa, 항복강도(YS): 650~800 MPa, 연신율(El): 6~12%, 경도: 300~350 Hv, 및 피로강도 45~50 kgf/mm² 일 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

실시예 및 비교예

하기 표 1의 함량을 갖는 합금 원소와, 나머지 철과 기타 불순물로 이루어지는 용강을, 연속주조공정을 이용하여 반제품(블룸)을 주조하였다. 그 다음에 상기 반제품을 1,100℃~1,200℃에서 열간 압연하여 라운드 바 형태의 중간성형체를 제조하였다. 그 다음에, 상기 중간성형체를 1,050℃~1,200℃에서 단조하여 강재(크랭크 샤프트) 시편을 제조하였다. 이때, 실시예 및 비교예 중간성형체에 대하여, 하기 식 1로 정의되는 탄소당량(Ceq)을 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다:

[식 1]

상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 시편에 대하여, 인장강도(MPa), 항복강도(MPa), 신율(%), 경도(Hv) 및 피로강도(kgf/㎟)를 각각 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 시편에 대하여, 하기 표 3에 따른 조건으로 회전굽힘피로도를 측정하여 그 결과를 도 3에 그래프로 나타내었다.

도 2는 본 발명의 한 구체예에 따라 제조된 강재 시편의 표면 미세조직을 나타낸 사진이다. 도 3(a)는 본 발명에 따른 실시예 강재 시편의 회전굽힘피로도 측정결과를 나타낸 그래프이며, 도 3(b)는 본 발명에 대한 비교예 강재 시편의 회전굽힘피로도 측정결과를 나타낸 그래프이다. 상기 도 2, 도 3, 표 2 및 표 3의 결과를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예의 시편은, 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 표면 미세조직을 가지며, 비교예 시편에 비하여 인장강도, 항복강도, 신율 및 피로강도 특성이 모두 우수함을 알 수 있었다.

또한, 상기 실시예 시편에 형성된 개재물을 ISO 4967에 의거하여 측정하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

탄소(C): 0.35~0.45 중량%, 실리콘(Si): 0.55~0.75 중량%, 망간(Mn): 1.0~2.0 중량%, 인(P): 0.01~0.03 중량%, 황(S): 0.03~0.06 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.1 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.1 중량%, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.05 중량%, 바나듐(V): 0.15~0.30 중량%, 크롬(Cr): 0.05~0.5 중량%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05 중량%, 질소(N): 0.005~0.02 중량%, 잔량부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 중간성형체를 제조하는 단계; 및
상기 중간성형체를 1,050℃~1,200℃에서 단조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강재 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 중간성형체는 하기 식 1로 정의되는 탄소 당량(Ceq)이 0.8~1.1인 것을 특징으로 하는 강재 제조방법:
[식 1]

(상기 식 1에서, 상기 [C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni] 및 [Cu]는, 각각 상기 중간성형체에 포함되는 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 구리(Cu)의 함량(중량％)이다).
제1항에 있어서,
상기 중간성형체 전체중량에 대하여 칼슘(Ca): 0.001~0.010 중량%, 마그네슘(Mg): 0.001~0.010 중량%, 지르코늄(Zr): 0.001~0.010 중량%, 비스무트(Bi): 0.01~0.02 중량%, 및 보론(B): 0.001~0.010 중량% 중에서 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강재 제조방법.
탄소(C): 0.35~0.45 중량%, 실리콘(Si): 0.55~0.75 중량%, 망간(Mn): 1.0~2.0 중량%, 인(P): 0.01~0.03 중량%, 황(S): 0.03~0.06 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.1 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.1 중량%, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.05 중량%, 바나듐(V): 0.15~0.30 중량%, 크롬(Cr): 0.05~0.5 중량%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05 중량%, 질소(N): 0.005~0.02 중량%, 잔량부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강재.
제4항에 있어서,
상기 강재는 하기 식 1로 정의되는 탄소 당량(Ceq)이 0.8~1.1인 것을 특징으로 하는 강재:
[식 1]

(상기 식 1에서, 상기 [C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni] 및 [Cu]는, 각각 상기 강재에 포함되는 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 구리(Cu)의 함량(중량％)이다).
제4항에 있어서,
상기 강재는, 칼슘(Ca): 0.001~0.010 중량%, 마그네슘(Mg): 0.001~0.010 중량%, 지르코늄(Zr): 0.001~0.010 중량%, 비스무트(Bi): 0.01~0.02 중량%, 및 보론(B): 0.001~0.010 중량% 중에서 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강재.
제4항에 있어서,
상기 강재는 인장강도(TS): 950 MPa 이상, 항복강도(YS): 650 MPa 이상, 및 피로강도가 45 kgf/mm² 이상인 것을 특징으로 하는 강재.