KR101757754B1

KR101757754B1 - 고온침탄이 가능한 냉간단조용 강재의 제조방법

Info

Publication number: KR101757754B1
Application number: KR1020150178733A
Authority: KR
Inventors: 이승민; 신정호
Original assignee: 주식회사 세아베스틸
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2017-07-14
Also published as: KR20170070967A

Abstract

본 발명은 고온에서 침탄이 가능한 냉간단조용 강재의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명은 침탄용 저탄소 합금강을 균열온도 1250℃이상, 재로시간 300분 이상 가열 및 유지하여 압연을 실시함으로서, AlN을 입계 석출하여 피닝 효과를 최적화하는 단계; 상기 압연된 강재를 오스테나이징 구간에서 870~930℃에서 90분 내지 3시간 동안 가열하고, 상기 가열된 강재를 600~650℃의 온도까지 냉각하여 미세 균일한 페라이트와 펄라이트로 변태시키며, 상기 변태된 강재를 600~700℃의 온도에서 3시간 내지 6시간 동안 템퍼링하여 연화시키는 페라이트 펄라이트 어닐링을 적용하는 단계; 상기 열처리가 적용된 강재를 냉간단조를 실시함으로서 AlN 석출물을 매우 미세하고 균일하게 분포시켜, 980℃의 고온에서 침탄이 가능한 냉간단조용 강재의 제조 방법을 제공한다.

Description

고온침탄이 가능한 냉간단조용 강재의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING COLD FORGING STEEL CAPABLE OF BEING CARBURIZED AT HIGH TEMPERATURE}

본 발명은 980℃ 고온 침탄조건에서 결정립 성장을 억제할 수 있도록 AlN 석출물을 이용한 피닝 효과(Pinning Effect)의 최적화와 미세한 페라이트+펄라이트 조직을 갖게 하는 페라이트 펄라이트 어닐링 열처리를 실시하여 연화한 후, 냉간 단조를 실시하여 AlN 석출물을 미세하고 균일하게 분포시킴으로서, 980℃의 고온에서 결정립 성장을 억제하여 고온침탄이 가능한 냉간단조용 강재의 제조 공정 기술에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 침탄열처리에 의해 제조되는 자동차 기어용 강재에 대해 AlN 석출물을 이용한 피닝 효과(Pinning Effect)와 냉간단조 전, 구상화 탄화물과 페라이트 주체가 아닌 미세 균일한 페라이트 펄라이트 조직을 갖게 하고, 냉간단조를 실시하여 AlN 석출물을 미세하고 균일하게 분포시킴으로서, 고온 침탄열처리 시 결정립 성장 제어에 의해 부품 특성을 극대화시킬 수 있는 냉간단조용 강재의 제조 공정 기술에 관한 것이다.

자동차 기어나 샤프트와 같은 구동계 부품의 강재는 저탄소 Cr, Cr-Mo, Ni-Cr-Mo 등의 합금강을 이용해 부품 표면에 고강도를 부여하기 위해 침탄열처리를 적용하고 있다. 침탄열처리 부품의 고성능화를 달성하기 위해서는 침탄경도의 저하 뿐만 아니라 침탄시 결정립 성장이 억제되어야 한다.

최근 제조원가 절감 및 CO₂ 배출억제에 의한 환경오염 저감 등을 목적으로 기존 열간단조에서 냉간단조를 이용한 제조방법이 채용되고 있다. 현재 냉간단조 시 구상화 어닐링 열처리를 통해 구상화탄화물과 페라이트 조직을 갖게 하여 냉간압조성을 확보하고 있다. 그러나 열처리 시간이 장시간이고 균일한 구상화조직을 확보하지 못하게 되면 고온 침탄시 결정립 성장이 발생할 수 있는 단점이 있다. 결정립 성장이 일어나게 되면 열변형이 발생하여 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 성능 저하가 발생하게 된다.

종래 결정립 성장을 억제하기 위해서는 강중에 나노 크기의 미세석출물을 석출시켜 결정립계 피닝(Pinning)하는 방법이 채택되고 있다. 즉 Nb, Al, Ti 등을 활용한 마이크로 합금(Micro alloying) 기술이 적용되고 있다. 고온침탄용 강재개발을 위하여 한국등록특허 제10-0811912호에서는 Ti, Nb를 복합 첨가하여 고온침탄이 가능한 강재에 대해 제시하고 있으나, 상기 특허는 Ti, Nb의 복합 첨가 없이, AlN 석출물을 이용한 피닝 효과와 냉간단조 전 페라이트 펄라이트 어닐링을 통하여 미세 균일한 페라이트 펄라이트 조직 제어하여 연화한 후 냉간단조를 실시하여 결정립 성장 없이 980℃ 고온 침탄이 가능한 냉간단조용 강재의 제조 공정 기술에 관한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 980℃ 고온에서 결정립 성장 없이 침탄열처리가 가능한 냉간단조용 강재를 개발하기 위한 제조 공정 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명의 목적은 AlN 석출물을 통한 피닝 효과최적화를 위하여 압연 시 고온균열하는 압연방법과 페라이트 펄라이트 어닐링을 통해 이상조직(베이나이트, 마르텐사이트 등의 저온변태조직) 제거 및 미세 균일한 밴드 스트럭쳐를 갖는 페라이트+펄라이트 조직으로 제어하고, 냉간단조를 통해 AlN 석출물을 미세 균일하게 분포시켜, 980℃의 고온 침탄 열처리 공정에서 결정립 성장 억제가 가능하여 열처리 변형 제어, 기계적 특성의 균일성 등을 확보함으로서, 제품의 품질 향상 및 제조원가를 절감할 수 있는 고온 침탄이 가능한 냉간단조용 강재 제조방법을 제공한다.

상기 목적은 침탄용 저탄소 합금강을 1200∼1300℃의 온도에서 총 재로시간 300분 이상 유지하고 압연하는 단계; 상기 압연된 강재를 870∼930℃의 오스테나이징 구역에서 90 분 내지 3 시간 동안 가열하여 오스테나이징하는 단계; 상기 가열된 강재를 600∼650℃의 온도까지 냉각하는 단계; 상기 변태된 강재를 600∼700℃의 온도에서 3시간 내지 6시간 동안 템퍼링하여 페라이트 펄라이트 어닐링을 적용하는 단계; 및 상기 템퍼링된 강재를 냉간단조하는 단계를 포함하는 고온 침탄가능한 냉간 단조용 강재의 제조방법에 의해 달성된다.

바람직하게는 상기 침탄용 저탄소 합금강은 C : 0.17 ~ 0.22 중량%, Si : 0.05 ~ 0.12 중량%, Mn : 1.10 ~ 1.30 중량%, P : 0.030 중량% 이하(0 미포함), S : 0.020 ~ 0.030 중량%, Ni : 0.10 ~ 0.25 중량%, Cr : 1.00 ~ 1.20 중량%, Mo : 0.08 중량%이하(0 미포함), Al : 0.020 ~ 0.040 중량%, N: 0.015 중량% 이하(0 미포함)을 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다.

바람직하게는 상기 침탄용 저탄소 합금강을 1200∼1300℃의 온도에서 총 재로시간 300분 이상 유지하고 압연하는 단계는 1250℃ 내지 1300℃의 온도에서 80분 내지 150분 균일유지하는 것이다.

바람직하게는, 상기 가열된 강재를 600∼650℃의 온도까지 냉각하는 단계는 상기 오스테나이징 된 강재가 페라이트와 펄라이트로 변태되도록 냉각조건이 선택된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 본 발명의 경우 저탄소 합금강을 이용하여 고온균열 압연을 통해 AlN 석출물을 통한 피닝 효과를 최적화하고, 페라이트 펄라이트 열처리를 통해 미세조직을 기존 베이나이트+페라이트에서 미세 균일한 페라이트+펄라이트 조직을 형성시킨 후, 냉간단조를 통해 미세조직을 제어하여 피닝 효과를 극대화시켜, 980℃의 고온에서 결정립 성장이 되지 않는다.

본 발명을 통해 통상적으로 냉간단조 전 냉간성형성을 위해 장시간이 요구되는 구상화 열처리를, 단시간에 가능한 페라이트 펄라이트 열처리로 대체하고, 980℃에서 결정립 성장 없이 고온 침탄이 가능함에 따라 침탄열처리 시간을 단축할 수 있어, 제조원가 절감, 납기단축 및 생산성 향상에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 열처리시 발생되는 환경오염 물질을 억제하여 환경오염 방지에도 기여할 수 있다.

도 1은 종래의 자동차용 소재의 제조 공정과 본 발명에 따른 제조 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 열처리 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 등온 제어냉각장치의 측면 단면도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 페라이트 펄라이트 어닐링(Ferrite Pearlite Annealing)의 냉각곡선을 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 3에서 적용된 열처리 사이클에 대해 나타낸 도면이다.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 하기의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미에 부합된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다. 용어 약이라는 것은 참조 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이를 의미한다.

본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, 포함하다 및 포함하는 이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.

본 발명은 C : 0.17 ~ 0.22 중량%, Si : 0.05 ~ 0.12 중량%, Mn : 1.10 ~ 1.30 중량%, P : 0.030 중량%이하(0 미포함), S : 0.020 ~ 0.030 중량%, Ni : 0.10 ~ 0.25 중량%, Cr : 1.00 ~ 1.20 중량%, Mo : 0.08 중량%이하(0 미포함), Al : 0.020 ~ 0.040 중량%, N: 0.015 중량% 이하(0 미포함)을 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다.

이하 본 발명의 합금성분 첨가 및 성분범위 한정 이유를 설명한다.

C : 0.17 중량% ~ 0.22 중량%

C는 강의 미세조직 및 기계적 성질에 큰 영향을 미친다. 첨가량이 0.17 중량% 미만인 경우에는 최종 제품의 강도가 부족하고, 0.22 중량%를 넘으면 단조 가공성, 피삭성이 저하된다. 따라서 이러한 특성을 고려하여 C함량 범위를 0.17 ~ 0.22 중량%로 설정한다.

Si : 0.05중량% ~ 0.12 중량%

Si는 제강시 유효한 탈산제로 사용되며, 강의 탄소 활동도를 증가시키는 원소이나 페라이트 강화 원소로 함유량이 높을 경우 소재 페라이트 조직이 강화되어 냉간 단조성이 떨어지기 때문에 바람직하지 않으므로 상한을 0.12 중량%로 한정하며 함량이 낮을 경우에 탄소 활동도 낮아지며 제품에서 원하는 강도를 얻기 어렵기 때문에 하한을 0.05 중량%로 한정한다.

Mn : 1.10 중량% ~ 1.30 중량%

Mn은 펄라이트(Pearlite)를 미세하게 하고 페라이트(Ferrite)를 고용강화시킴으로써 항복강도를 향상시킨다. 또한 강의 담금질성과 강도를 향상시키며, 고온에서는 소성을 증가시켜 주조성을 좋게 한다. 특히 유해 성분인 S와 결합하여 MnS를 형성함으로써 적열 취성을 방지하고 절삭 가공성을 향상시킨다. 따라서 Mn의 함량을 1.10 ~ 1.30 중량%로 설정한다.

P : 0.030 중량% 이하 (0 미포함)

0.030 중량% 보다 첨가량이 많으면, 오스테나이트 결정립 입계에 편석되어 인성을 저하시키므로, 0.030 중량% 이하로 한정한다.

S : 0.020 중량% ~ 0.030 중량%

S는 강 중에서 Mn과 결합하여 MnS를 형성한다. MnS를 형성하여 피삭성을 향상시킴으로 최소한 0.020 중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하고, 첨가량이 0.030 중량%보다 많아지면 압연, 단조 등 열간 가공시 거대 개재물에 의한 표면 결함 발생 및 경로가 되므로 첨가량을 0.020 중량% ~ 0.030 중량%로 한정한다.

Ni : 0.10 중량% ~ 0.25 중량%

Ni은 강의 조직을 미세화시키고 소입성을 증대시키는 원소로 0.25 중량%보다 많으면 인성을 향상시키나 피삭성이 저하되고 부품의 제조 원가를 높여 경제적이지 못하기 때문에 0.25 중량% 이하로 한정한다.

Cr : 1.00 중량% ~ 1.20 중량%

Cr은 시멘타이트 안정화 원소 및 소입성을 증대시키고 강도를 향상시키는 원소로 1.00 중량% 미만 첨가 시 냉간단조 전 구상화 열처리에서 시멘타이트 조직이 층상의 펄라이트 조직으로 재결정되어 냉간단조성이 떨어지게 되므로 하한을 1.00 중량%로 한정하며, 1.20 중량%를 초과하여 첨가하게 되면 강도가 증가하나 냉간단조성이 떨어지게 되므로 상한을 1.20 중량%로 한정한다.

Al : 0.020 중량% ~ 0.040 중량%

Al은 강력한 탈산제로서 작용하는 것과 동시에 N와 결합하여 결정립을 미세화시키나, 0.020 중량% 보다 적게 첨가하게 되면 탈산이나 결정립 미세화 작용이 작아지기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, Al의 적정 함량 범위를 0.020 중량% ~ 0.040 중량%로 한정한다.

Mo : 0.08 중량% 이하 (0 미포함)

Mo는 경화성, 강도를 향상시키는 원소이나, 첨가량이 많은 경우 소입처리 시 균열 발생이 쉽고 또 필요 이상으로 강도가 증가하게 되므로, 첨가량은 0.08 중량%이하(0 미포함)로 한정한다.

N : 0.015 중량% 이하 (0 미포함)

N는 Al 합금 원소들과 결합하여 질화물을 형성시켜 오스테나이트 결정립 미세화에 의한 강도 및 인성 향상에 기여한다. 그러나 과잉으로 첨가하면 AlN등 질화물이 조대화되어 결정립 조대화 효과에 기여하지 못하므로 함량을 0.015 중량% 이하로 제한한다.

본 발명은 고온침탄을 위한 Ti와 Nb의 복합첨가 없이 AlN 석출물을 이용한 피닝 효과(Pinning Effect)와, 냉간단조 전 페라이트 펄라이트 어닐링을 통해 미세 균일한 페라이트+펄라이트 조직을 제어하고, 냉간단조를 실시하여 미세조직 제어를 통해 피닝 효과를 극대화하여, 결정립 성장 없이 980℃에서 고온침탄이 가능한 냉간단조용 강재를 제공하는 것을 특징으로 한다.

다음으로 고온 침탄이 가능한 냉간단조용 강재를 제공하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

우선, 상기 조성을 갖는 강재를, AlN 석출물을 통한 피닝 효과 최적화를 위한 목적으로 1200 ~ 1300℃의 온도에서 총 재로시간 300분 이상 유지하며, 바람직하게는 균열온도 1250℃이상에서 80 ~ 150분간 균열유지하고 압연한다.

상기 압연된 강재를 870~930℃의 오스테나이징 구간에서 90분 내지 3시간 동안 가열한다.

상기 가열된 강재를 600~650℃의 온도까지 냉각하여 페라이트와 펄라이트로 변태시킨다. 여기서 냉각조건은 베나이트, 마르텐사이트의 변태구간을 거치지 않도록 선택된다.

상기 변태된 강재를 600~700℃의 온도에서 3시간 내지 6시간 동안 템퍼링하여 연화시킨다. 그리고

상기 열처리 된 강재를 냉간단조를 실시한다. 다음의 조직사진을 통해 냉각단조공정이 AlN 석출물의 미세 균일한 분포로 인한 조대립의 형성을 억제하는 것으로 밝혀졌다.

이러한 단계들을 거침으로써 미세조직 제어를 통한 피닝 효과를 극대화를 통해, 980℃ 고온 침탄조건에서 결정립 성장을 억제할 수 있는 고온침탄용 냉간단조 강재의 제조방법을 제공할 수 있다.

구체적으로 설명하면, 상기 압연 공정을 거친 강재는 도 2의 단계별 열처리 공정, 즉 870℃∼930℃의 오스테나이징 구역에서 가열하고, 가열된 강재를 600∼650℃에서 제어냉각하고, 상기 제어냉각된 강재를 600∼700℃의 온도에서 템퍼링을 거침으로써, 미세 균일한 페라이트+펄라이트 조직을 가질 수 있다.

여기서는 제어냉각에 대하여 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 열처리 공정 중의 등온 제어냉각설비의 측면 단면도를 도시한 것이다.

상기 제어냉각은 도 3의 제어냉각설비에서 이루어진다. 제어냉각설비는 상기 오스테나이징된 강재를 페라이트와 펄라이트로 변태시키는데 중요한 역할을 한다.

강재를 적재한 이송롤러가 제어냉각설비 내로 진입하면, 제어냉각설비의 외부면에 설치된 노즐에서 냉각수를 강재 방향으로 분출시키는 동시에, 제어냉각설비 하단에 위치한 송풍기(Blower)를 가동시켜 제어냉각설비 내부의 뜨거운 공기 중 일부를 상부 배기팬을 통해 외부로 배출함으로써, 강재의 온도를 낮추면서 제어냉각설비의 온도를 일정 수준으로 유지시킬 수 있다. 이때, 상기 냉각수는 10 내지 20℃일 수 있으며, 냉각속도는 1~10℃/min일 수 있다. 제어냉각 단계에서는 상기 제어냉각설비 하단에 위치한 송풍기를 통해 강재와 냉수의 접촉에 의한 직접 냉각 방식과 뜨거운 증기를 외부로 배출하여 설비 내부의 온도를 일정하게 유지하는 간접 냉각 방식을 통해 열을 뺏음으로써 소재가 베이나이트, 마르텐사이트 변태구간을 거치지 않고 100% 페라이트와 펄라이트로 변태되도록 하고 있다.

본 발명은 필요에 따라서 상기 제어냉각설비의 조건, 즉 냉각수의 온도 및 양, 송풍기와 배기팬의 속도를 조절하여 냉각조건을 변경할 수 있다. 이렇게 급속 냉각된 강재는 도 4에 나타낸 바와 같이 베이나이트, 마르텐사이트 구간을 거치지 않으므로, 완전한 페라이트와 펄라이트 변태 온도 등을 예측하여 열처리를 실시하였다.

본 발명에 따른 제어냉각은 베나이트, 마르텐사이트 구간을 거치지 않고, 완전하게 100% 페라이트와 펄라이트로 변태가 이루어지도록 냉각조건이 선택된다는 점을 특징으로 한다.

이하에서 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하지만, 실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

아래 표 1의 조성을 갖는 저탄소 합금강을 제조하였다. 표 1은 본 실시예에 사용된 합금강의 조성을 나타내며, 잔부는 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진다.

(중량%)

구분	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	Al	N
발명강	0.22	0.09	1.22	0.016	0.022	0.12	1.14	0.02	0.0320	0.0126

실시예 1

상기 합금강을 균열온도 1250℃의 온도로 130분간 균열유지 후 압연을 실시하고, 상기 압연된 강재를 페라이트 펄라이트 어닐링(템퍼링)을 실시하고, 어닐링된 강재를 냉간단조 실시하였다.

비교예 1

상기 합금강을 균열온도 1250℃의 온도로 130분간 균열유지 후 압연을 실시하고, 상기 압연된 강재를 페라이트 펄라이트 어닐링(템퍼링)을 실시하였다(냉각단조를 실시하지 아니함).

비교예 2

상기 상용강을 균열온도 1250℃의 온도로 130분간 균열유지 후 압연을 실시하고, 페라이트 펄라이트 어닐링(템퍼링)은 실시하지 않았다.

비교예 3

상기 합금강을 균열온도 1250℃의 온도로 130분간 균열유지 후 압연을 실시하고, 상기 압연된 강재를 구상화 어닐링을 실시하고, 어닐링된 강재를 냉간단조 실시한다.

다음으로, 상기 실시예 1, 비교예 1, 2 및 3에서 얻어진 강재를 980℃에서 4시간 유지 후 수냉하여 오스테나이트 입도를 측정하였다.

도 5는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 3에서 적용된 열처리 사이클에 대해 나타낸 도면이다.

도 6는 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 미세조직 및 상기 실시예 1, 비교예 1, 2 및 3에서 얻어진 강재를 각각 980℃에서 4시간 유지 후 수냉하여 관찰한 오스테나이트 입도를 나타낸 도면이다.

도 6에서 (a)는 실시예 1의 조직 및 입도, (b)는 비교예 1의 조직 및 입도, (c)는 비교예 2의 조직 및 입도, (d)는 비교예 3의 조직 및 입도를 나타낸다.

도 6를 참조하면, 페라이트 펄라이트 어닐링(템퍼링)과 냉간단조를 적용한 실시예 1의 조직은 소성변형된 페라이트+펄라이트이고(도6(a) 참고), 비교예 1의 조직은 페라이트+펄라이트이고(도6(b) 참고), 비교예 2의 조직은 페라이트+베이나이트이며(도6(c) 참고), 비교예 3의 조직은 구상화 조직으로(도6(d) 참고) 관찰된다.

상기 전 조직들을 갖는 시편들을 각각 사용하여 980℃에서 4시간 유지 후 수냉 후 오스테나이트 입도를 분석하였다.

실시예 1, 비교예 1과 비교예 2 내지 3을 비교해보면, 전 조직에 따른 입도 성장의 영향성은 페라이트+베이나이트 또는 구상화 조직 대비하여 미세 균일한 페라이트+펄라이트 조직이 입도 성장 억제에 유리한 것으로 확인된다.

도 6의 (d)를 참조하면, 저탄소계의 합금강의 경우, 장시간의 구상화 열처리를 실시하여 균일한 구상화 탄화물을 형성하는데 어려움이 있다. 이에 따라 일부 구상화 조직이 뭉치는 부분을 기점으로 입도 조대화가 이루어지는 것으로 판단된다.

또한, 실시예 1과 비교예 1은 미세 균일한 페라이트+펄라이트 동일 조직이지만, 냉간단조를 실시하지 않은 비교예 1의 경우 조대립이 관찰된다. 이는 냉간단조를 통한 AlN 석출물의 미세 균일한 분포 유무에 따른 영향성으로 판단된다.

따라서, 980℃의 고온에서 결정립 성장을 억제하기 위해서는 1차적으로 AlN 석출물을 이용한 피닝 효과를 목적으로 1250℃에서 80~150분 이상 균열 유지하여 압연을 실시하고, 미세한 페라이트+펄라이트 조직을 갖는 강재를 냉간단조하는 단계가 동시에 적용되어야 980℃에서 결정립 성장을 억제할수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

그러므로 본 발명에서는 AlN 석출물을 이용한 피닝 효과를 효과적으로 이용하기 위한 압연 조건과 페라이트 펄라이트 어닐링을 통해 미세 균일한 페라이트 펄라이트 조직을 가지고 냉간단조를 실시하는 제조 공정 기술이 동시에 적용된다면, 980℃에서 결정립 성장 없이 고온 침탄열처리가 가능한 냉간단조용 강재의 제조가 가능한 것을 확인 할 수 있었다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

C : 0.17 ~ 0.22 중량%, Si : 0.05 ~ 0.12 중량%, Mn : 1.10 ~ 1.30 중량%, P : 0.030 중량%이하(0 미포함), S : 0.020 ~ 0.030 중량%, Ni : 0.10 ~ 0.25 중량%, Cr : 1.00 ~ 1.20 중량%, Mo : 0.08 중량%이하(0 미포함), Al : 0.020 ~ 0.040 중량%, N: 0.015 중량% 이하(0 미포함)을 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 침탄용 저탄소 합금강을 1200∼1300℃의 온도에서 총 재로시간 300분 이상 유지하고 압연하는 단계;
상기 압연된 강재를 870∼930℃의 오스테나이징 구역에서 90분 내지 3 시간 동안 가열하여 오스테나이징하는 단계;
상기 가열된 강재를 600∼650℃의 온도까지 냉각하는 단계;
상기 강재를 600∼700℃의 온도에서 3시간 내지 6시간 동안 템퍼링하여 연화시키는 단계; 및
상기 템퍼링된 강재를 냉간단조하는 단계를 포함하는 고온 침탄가능한 냉간 단조용 강재의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 침탄용 저탄소 합금강을 1200∼1300℃의 온도에서 총 재로시간 300분 이상 유지하고 압연하는 단계는 1250℃ 내지 1300℃의 온도에서 80분 내지 150분 균일유지 후 압연하는 것을 포함하는 고온 침탄가능한 냉간단조용 강재의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 가열된 강재를 600∼650℃의 온도까지 냉각하는 단계는 상기 오스테나이징 된 강재가 페라이트와 펄라이트로 변태되도록 냉각조건이 선택되는 것인 고온 침탄가능한 냉간단조용 강재의 제조방법.
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