KR101787241B1 - 비조질강 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

비조질강 및 이의 제조방법에 대한 발명이 개시된다. 상기 비조질강 제조방법은 탄소(C): 0.1~0.2 중량%, 망간(Mn): 0.3~3.0 중량%, 크롬(Cr): 0.1~1.5 중량%, 실리콘(Si): 0.05~0.3 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 재가열하는 단계; 상기 재가열된 반제품을 750℃~800℃의 온도에서 열간 단조하여 단조재를 제조하는 단계; 및 상기 단조재를 냉각하는 단계;를 포함한다.

Description

비조질강 및 이의 제조방법 {NON-HEAT TREATED STEEL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 비조질강 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 강도 및 인성이 우수한 비조질강 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
예기치 못한 자연재해나 기후변화의 원인은 지구환경의 오염으로 인하여 지구 온난화가 지속적으로 이루어지고 있기 때문으로 분석되고 있다. 한편 지구 온난화의 주요 요인은 이산화탄소(CO2) 발생인 것으로 지적되고 있다. 연구에 의하면 전체 이산화탄소 발생의 약 17%는 자동차 산업에 의하여 발생하는 것으로 추정되고 있다. 한편, 자동차 업계에서는 연비효율 향상을 목표로 부단한 연구개발에 박차를 가하고 있는데, 연료소비를 줄일 수 있는 가장 효과적인 방법은 자동차의 중량을 감소하는 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 범세계적으로 18 개국의 35개의 철강제조 회사들이 모여 25%의 차량 중량 감소를 목표로 ULSAB-project을 수행한 바 있다.
한편, 자동차 부품은 조질강을 이용하여 열간 단조 공정을 이용하여 제조되고 있다. 이러한 단조 부품 제조공정은 중탄소강 혹은 합금강을 단조소재로 하고 이를 오스테나이트 영역에서 열간 단조 후 조질 열처리(Quenching and Tempering)하는 제조공정으로 이루어져 있다. 이와 같이 최근 환경규제 기준의 강화로 인해 자동차 사에서는 경량화를 통한 연비향상을 위한 기술개발이 다각도로 진행 중이며, 자동차 엔진 등에 사용되는 비조질강 역시 경량화를 이루기 위해 고강도화 기술을 개발하고 있다. 본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2006-0106637호(2006.10.12. 공개, 발명의 명칭: 음향이방성이 작은 고강도 고인성의 베이나이트 비조질 강판)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 강도 및 인성이 우수한 비조질강 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 경량성, 가공성 및 변형 방지 특성이 우수한 비조질강 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 가공성 및 변형 방지 특성이 우수한 비조질강 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 비조질강 제조방법에 의해 제조된 비조질강을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 비조질강 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 비조질강 제조방법은 탄소(C): 0.1~0.2 중량%, 망간(Mn): 0.3~3.0 중량%, 크롬(Cr): 0.1~1.5 중량%, 실리콘(Si): 0.05~0.3 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 재가열하는 단계; 상기 재가열된 반제품을 750℃~800℃의 온도에서 열간 단조하여 단조재를 제조하는 단계; 및 상기 단조재를 냉각하는 단계;를 포함한다.
한 구체예에서 상기 반제품은, 구리(Cu): 0 초과 0.5 중량% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.5 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.5 중량% 이하, 니오븀(Nb): 0 초과 0.01 중량% 이하, 바나듐(V): 0 초과 0.01% 중량% 이하, 칼슘(Ca): 0 초과 0.005 중량% 이하, 마그네슘(Mg): 0 초과 0.005 중량% 이하, 안티몬(Sb): 0 초과 0.05 중량% 이하 및 주석(Sn): 0 초과 0.05 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 냉각은, 상기 단조재를 600℃~500℃의 온도까지 5~12℃/s의 냉각 속도로 1차 냉각하고; 그리고 상기 1차 냉각된 단조재를 550℃~350℃의 온도까지 10~20℃/s의 냉각 속도로 2차 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 재가열은 1150℃~1250℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 비조질강 제조방법에 의해 제조된 비조질강에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 비조질강은 탄소(C): 0.1~0.2 중량%, 망간(Mn): 0.3~3.0 중량%, 크롬(Cr): 0.1~1.5 중량%, 실리콘(Si): 0.05~0.3 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 함유한다.
한 구체예에서 상기 비조질강은 구리(Cu): 0 초과 0.5 중량% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.5 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.5 중량% 이하, 니오븀(Nb): 0 초과 0.01 중량% 이하, 바나듐(V): 0 초과 0.01% 중량% 이하, 칼슘(Ca): 0 초과 0.005 중량% 이하, 마그네슘(Mg): 0 초과 0.005 중량% 이하, 안티몬(Sb): 0 초과 0.05 중량% 이하 및 주석(Sn): 0 초과 0.05 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 비조질강은 인장강도(TS): 660 MPa 이상, 항복강도(YS): 470 MPa 이상 및 연신율(El): 30% 이상일 수 있다.
본 발명의 비조질강은 강도 및 인성이 우수하고, 경량성, 가공성 및 변형 방지 특성이 우수하며, 가공성이 우수하여 생산성 및 품질이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 비조질강 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 따른 실시예 및 본 발명에 대한 비교예 시편의 미세조직을 나타낸 사진이다.
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.
비조질강 제조방법
본 발명의 하나의 관점은 비조질강 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 비조질강 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 비조질강 제조방법은 (S10) 반제품 재가열 단계; (S20) 열간 단조 단계; 및 (S30) 냉각 단계;를 포함한다. 좀 더 구체적으로, 상기 비조질강 제조방법은 (S10) 탄소(C): 0.1~0.2 중량%, 망간(Mn): 0.3~3.0 중량%, 크롬(Cr): 0.1~1.5 중량%, 실리콘(Si): 0.05~0.3 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 재가열하는 단계; (S20) 상기 재가열된 반제품을 750℃~800℃의 온도에서 열간 단조하여 단조재를 제조하는 단계; 및 (S30) 상기 단조재를 냉각하는 단계;를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 비조질강 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 반제품 재가열 단계
상기 단계는 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr), 실리콘(Si) 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 재가열 하는 단계이다.
이하, 상기 반제품에 포함되는 성분의 역할 및 그 함량 대하여 상세히 설명하도록 한다.
탄소(C)
상기 탄소(C)는 강의 강도를 높이는데 가장 효과적이며 중요한 원소이다. 오스테나이트에 고용되어 담금질시 마르텐사이트조직을 형성시킨다. 탄소량 증가에 따라 담금질 경도를 향상시키지만 담금질시 변형 가능성을 크게 만든다. 상기 탄소는, 철(Fe), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 및 바나듐(V) 등의 원소와 화합하여 탄화물을 형성하여, 강의 강도 및 경도를 향상시킨다.
한 구체예에서 상기 탄소는 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.1~0.2 중량% 포함된다. 상기 범위로 포함시 강의 강도가 우수할 수 있다. 상기 탄소를 0.1 중량% 미만으로 포함시 본 발명의 인장강도 및 경도 등의 기계적 강도를 확보하기 어려우며, 0.2 중량%를 초과하여 포함시 가공성이 저하될 수 있다.
망간(Mn)
상기 망간(Mn)은 상기 비조질강의 강도를 향상시키고 고온에서 소성을 증가시켜 주조성을 향상시키는 목적으로 포함된다. 특히, 상기 망간 중 일부는 강 내부에 고용되며, 일부는 상기 강 중에 함유된 황과 결합하여 비금속개재물인 MnS를 형성하는데, 상기 MnS는 연성이 있어서 소성 가공시 가공방향으로 길게 연신하여 절삭 가공성을 향상시킬 수 있다. 그러나 Mns의 형성으로 강속에 있는 황성분이 감소하면서 결정립이 취약해지고 저융점화합물인 FeS의 형성을 억제시킨다. 강의 내산성과 내산화성을 저해하지만 펄라이트가 미세해지고 페라이트를 고용강화 시킴으로써 항복강도를 향상시킨다.
한 구체예에서 상기 망간은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.3~3.0 중량% 포함된다. 상기 범위로 포함시 절삭 가공성, 및 주조성이 우수할 수 있다. 상기 망간을 0.3 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 3.0 중량%를 초과하여 포함시, 담금질 균열 및 변형을 유발시킬 수 있다.
크롬( Cr )
상기 크롬(Cr)은 페라이트 안정화 원소로, C-Mn 강에 첨가시 용질 방해효과로 탄소의 확산을 지연하여 입도 미세화에 영향을 미친다.
한 구체예에서 상기 크롬은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.1~1.5 중량% 포함된다. 상기 범위로 포함시 입도 미세화 효과가 우수하며, 연성이 향상될 수 있다. 상기 크롬을 0.1 중량% 미만으로 포함시 첨가 효과를 제대로 발휘하기 어렵고, 1.5 중량%를 초과하여 포함시 상기 비조질강의 인성이 저하되고, 가공성 혹은 피삭성을 저하시킬 수 있다.
실리콘( Si )
상기 실리콘(Si)은 선철과 탄산제에서 잔류된 것으로 SiO2와 같은 화합물을 형서하지 않는 한 페라이트에 고용되므로, 강의 기계적 성질에 큰 영향을 미치지 않는다. 또한, 강력한 탈산제 역할을 하며 뜨임 시 연화 저항성을 증대시키는 효과도 있다.
한 구체예에서 상기 실리콘은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.05~0.3 중량% 포함된다. 상기 범위로 포함시 기지 내 페라이트 강화 효과가 우수할 수 있다. 상기 실리콘을 0.05 중량% 미만으로 포함시 첨가 효과가 미미하며, 0.3 중량%를 초과하여 포함시 강의 인성을 해쳐 성형성을 저하시키므로 단조 및 가공성이 저하될 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에서 상기 반제품은 구리(Cu): 0 초과 0.5 중량% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.5 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.5 중량% 이하, 니오븀(Nb): 0 초과 0.01 중량% 이하, 바나듐(V): 0 초과 0.01% 중량% 이하, 칼슘(Ca): 0 초과 0.005 중량% 이하, 마그네슘(Mg): 0 초과 0.005 중량% 이하, 안티몬(Sb): 0 초과 0.05 중량% 이하 및 주석(Sn): 0 초과 0.05 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
구리(Cu)
상기 구리(Cu)는 고용 강화 효과를 나타내므로 강도 및 경도 개선효과를 가질 수 있다. 또한 대기 및 해수 중에서 내식성을 현저하게 증가시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 구리는 상기 반제품 전체중량에 대하여 0 초과 0.5 중량% 이하로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 열간 가공성 및 취성을 방지하면서, 강도 및 경도를 개선할 수 있으며, 내식성이 우수할 수 있다. 예를 들면, 0.3~0.5 중량% 포함될 수 있다.
니켈( Ni )
상기 니켈(Ni)은 강의 조식을 미세화시키고 오스테나이트와 페라이트에 잘 고용되어 기지 강화를 목적으로 포함될 수 있다. 상기 니켈은 경화능이 우수하고, 대형 강재의 열처리를 용이하게 만들며 오스테나이트 안정화 원소로 작용할 수 있다. 또한, 강의 저온인성을 강화시키고 용접성 및 가단성을 해치지 않는다. 상기 니켈은 탄소 및 질소의 확산을 느리게 만들기 ‹š문에 내열강의 열화를 방지하고 팽창률, 강성률 및 도자율 등을 향상시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 니켈은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0 초과 0.5 중량% 이하로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 강의 강성, 저온 인성 및 용접성이 우수할 수 있다.
티타늄( Ti )
상기 티타늄(Ti)은 산소(O), 질소(N), 황(S) 및 수소(H) 등과 친화력이 우수하며 탈산, 탈질 및 탈황을 위해 포함될 수 있다. 상기 티타늄은 탄화물 형성능이 크롬보다 우수하며, 결정립 미세화 효과가 우수하여 스테인리스 강 또는 절삭 공구강의 개량에도 이용된다. 또한 타 금속원소와도 화합물을 형성하여 석출경화 효과가 우수하다.
한 구체예에서 상기 티타늄은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0 초과 0.5 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 오스테나이트 결정립 미세화 효과가 우수할 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서 상기 반제품에 포함되는 구리(Cu), 니켈(Ni), 및 티타늄(Ti)은, 하기 식 1의 관계를 만족하여 포함될 수 있다:
[식 1]
0.01 ≤ [Cu] + [Ni] + [Ti] ≤ 0.5
(상기 식 1에서, 상기 Cu, Ni, 및 Ti는 각각 상기 반제품에 포함되는 구리(Cu), 니켈(Ni), 및 티타늄(Ti)의 함량(단위: 중량%) 이다.)
상기 구리(Cu), 니켈(Ni), 및 티타늄(Ti)이 상기 식 1의 조건을 만족하여 포함시, 본 발명의 연신율 및 강도가 우수할 수 있다.
니오븀( Nb )
상기 니오븀(Nb)은 결정립 미세화를 목적으로 포함될 수 있다. 상기 니오븀은, 미세한 니오븀 탄질화물을 석출시켜 입계에 대한 피닝(pinning) 작용을 하여 결정을 미세화시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 니오븀은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0 초과 0.01 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 결정립 미세화 효과가 우수할 수 있다.
바나듐(V)
상기 바나듐(V)은 열간 단조 후의 냉각시에 주로 탄화물, 탄질화물을 형성하여 석출 강화에 의하여 페라이트를 강화시키는 목적으로 포함될 수 있다.
한 구체예에서 상기 바나듐은 0 초과 0.01% 중량% 이하로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 석출 강화 효과가 우수할 수 있다.
칼슘(Ca)
상기 칼슘(Ca)은 탈산 원소이며, 연질 산화물을 생성하여 피삭성을 향상시킬 뿐만 아니라, MnS계 개재물에 고용하여 복합 황화물을 형성하고, 그 변형 능력을 저하시킴으로써, 열간 단조할 때에 MnS계 개재물의 연신을 억제하는 효과가 있다.
한 구체예에서 상기 칼슘은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0 초과 0.005 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 연질 산화물을 생성하여 피삭성이 우수할 수 있다.
마그네슘(Mg)
상기 마그네슘(Mg)은 탈산 원소이며, Mg 산화물을 형성한다. Mg 산화물은 MnS계 개재물의 정출, 석출 핵이 되므로 MnS계 개재물의 정출, 석출 사이트를 늘리고, MnS계 개재물을 균일·미세하게 분산시키는 효과가 있다. 또한, Mg은 MnS계 개재물에 고용하여 복합 황화물을 형성하고, 그 변형 능력을 저하시킴으로써, 열간 단조 시의 MnS계 개재물의 연신을 억제하는 효과가 있다. 따라서, Mg은 MnS계 개재물의 미세 분산화 및 이방성의 개선에 유효한 원소이다.
한 구체예에서 상기 마그네슘은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0 초과 0.005 중량% 이하로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 MnS계 개재물의 미세 분산화 및 이방성 개선 효과가 우수할 수 있다.
안티몬( Sb )
상기 안티몬(Sb)은 오스테나이트 기재내에 Sb 산화물을 형성하여, 결정립계(grain boundary) 입계성장을 억제시키고 철산화물 형성을 억제시켜 강의 표면 결함을 방지할 수 있다.
한 구체예에서 상기 안티몬은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0 초과 0.05 중량% 이하로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 결정립 미세화 효과 및 표면 결함 방지 효과가 우수할 수 있다.
주석( Sn )
상기 주석(Sn)은 강의 부식 촉진 작용을 억제하고 내식성을 향상시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 주석은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0 초과 0.05 중량% 이하로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 강의 내식성이 우수할 수 있다.
인(P) 및 황(S)
한 구체예에서 상기 반제품은, 불가피한 불순물로서, 인(P) 및 황(S) 중에서 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 황(S) 및 인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 저온 충격인성을 저하시키는 대표적인 원소로써 그 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 한 구체예에서 상기 황(S) 및 인(P)의 함량을 반제품 전체 중량에 대하여 각각 0 초과 0.01 중량% 이하로 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 반제품은 전술한 성분과 나머지 철(Fe), 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 용탕을 형성한 후, 연속주조공정을 이용하여 소정의 형상으로 제조할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 래들 퍼니스(Ladle Furnace)에서 용탕에 포함된 상기 각 성분 함량의 조절과, 탈산 및 탈황 공정을 수행하고, 진공 탈가스 설비(Vacuum Degasing)에서 용탕에 포함된 가스 함량을 제어한 후, 연속주조공정을 통하여 일정한 형상으로 주조하여 반제품을 제조할 수 있다. 한 구체예에서 상기 반제품은 빌렛(billet) 또는 블름(bloom) 형태일 수 있다.
한 구체예에서 상기 재가열은 상기 반제품을 1150℃~1250℃의 온도에서 가열하여 이루어질 수 있다. 상기 재가열 온도가 1150℃ 미만일 경우에는, 열간 단조시 가공성이 저하되는 문제가 있다. 상기 재가열 온도가 1250℃를 초과하는 경우, 오스테나이트 결정립이 조대화되어 제조되는 강의 강도를 확보하기 어려운 문제점이 있다.
(S20) 열간 단조 단계
상기 단계는 상기 재가열된 반제품을 열간 단조하여 단조재를 제조하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 열간 단조는, 상기 재가열된 반제품을 750℃~800℃의 온도에서 열간 단조하여 단조재를 제조하는 것이다.
상기 열간 단조 온도 범위(또는 열간 변형 마무리 온도 범위)는, 본 발명에서 연속적인 초석 세멘타이트 형성을 방지하고, 폭발적인 핵생성을 일으키기 위해 공석변태온도(A1) 근방에서 변형을 실시한다. 상기 반제품을 750℃ 미만의 온도에서 열간 단조시, 가공성이 저하되고 엣지(edge)부 혼립 조직이 발생할 수 있다. 또한, 상기 반제품을 800℃를 초과하여 열간 단조시, 결정립의 성장이 일어나 저온 인성을 저해하는 문제가 있다.
(S30) 냉각 단계
상기 단계는 상기 단조재를 냉각하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 냉각은, 상기 단조재를 1차 냉각하는 단계; 및 상기 1차 냉각된 단조재를 2차 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단조재의 냉각시, 냉각 종료 온도가 높아지면 베이나이트 분율이 감소하거나 펄라이트 조직 간격 등이 증가하여 전위 이동에 장애물로 작용하기 힘들어져 강도가 감소하게 되며, 조대한 시멘타이트(cementite) 및 페라이트(ferrite) 간의 계면에 변형이 집중되어 void와 같은 결함이 발생하게 되고 크랙 성장 사이트로 작용하여 가공성을 저하 시킬 수 있다. 연신율 보상을 위해 적절한 1차 냉각 온도 선택이 필요하다.
한 구체예에서 상기 1차 냉각은 상기 단조재를 600℃~500℃의 온도까지 냉각할 수 있다. 상기 온도 조건에서 1차 냉각시, 베이나이트 분율이 증가하고, 연신율 및 가공 특성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 1차 냉각은 5℃/s~12℃/s의 냉각 속도로 1차 냉각할 수 있다. 상기 냉각속도에서, 펄라이트 조직 생성을 억제할 수 있다.
한 구체예에서 상기 2차 냉각은 상기 1차 냉각된 단조재를 550℃~350℃의 온도까지 냉각할 수 있다. 상기 범위 조건으로 2차 냉각하였을 때, 상기 1차 냉각에서 펄라이트 조직 생성을 억제된 강의 최종 조직을 베이나이트 조직으로 촉진하는 효과가 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 2차 냉각은, 10℃/s~20℃/s의 냉각 속도로 2차 냉각할 수 있다. 상기 냉각 속도에서, 결정립 성장을 억제하면서 우수한 강도 및 충격 인성을 확보할 수 있다. 예를 들면 15℃/s~20℃/s의 냉각 속도로 2차 냉각할 수 있다.
비조질강
본 발명의 다른 관점은 상기 비조질강 제조방법에 의해 제조된 비조질강에 관한 것이다.
한 구체예에서 상기 비조질강은 탄소(C): 0.1~0.2 중량%, 망간(Mn): 0.3~3.0 중량%, 크롬(Cr): 0.1~1.5 중량%, 실리콘(Si): 0.05~0.3 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다. 상기 비조질강에 포함되는 성분은, 전술한 제조 방법에 설명된 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 구체예에서 상기 비조질강은 구리(Cu): 0 초과 0.5 중량% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.5 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.5 중량% 이하, 니오븀(Nb): 0 초과 0.01 중량% 이하, 바나듐(V): 0 초과 0.01% 중량% 이하, 칼슘(Ca): 0 초과 0.005 중량% 이하, 마그네슘(Mg): 0 초과 0.005 중량% 이하, 안티몬(Sb): 0 초과 0.05 중량% 이하 및 주석(Sn): 0 초과 0.05 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서 상기 비조질강에 포함되는 구리(Cu), 니켈(Ni), 및 티타늄(Ti)은, 하기 식 1의 관계를 만족하여 포함될 수 있다:
[식 1]
0.01 ≤ [Cu] + [Ni] + [Ti] ≤ 0.5
(상기 식 1에서, 상기 Cu, Ni, 및 Ti는 각각 상기 비조질강에 포함되는 구리(Cu), 니켈(Ni), 및 티타늄(Ti)의 함량(단위: 중량%) 이다.)
상기 구리(Cu), 니켈(Ni), 및 티타늄(Ti)이 상기 식 1의 조건을 만족하여 포함시, 본 발명의 연신율 및 강도가 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 비조질강은 인장강도(TS): 660 MPa 이상, 항복강도(YS): 470 MPa 이상 및 연신율(El): 30% 이상일 수 있다. 예를 들면 인장강도(TS): 660~750 MPa, 항복강도(YS): 470~580 MPa 및 연신율(El): 30%~37% 일 수 있다.
본 발명의 비조질강은 특정 합금 성분계 및 냉각 조건을 적용하여 펄라이트 조직 생성을 억제된 강의 최종 조직을 베이나이트 조직으로 촉진하는 효과가 우수하여, 우수한 소입성 및 기계적 특성을 제공하므로 자동차 등 운송 수단 및 경량화에 기여할 수 있다. 또한 가공성 및 내구성이 요구되는 자동차용 부품에 요구되는 변형 방지 특성 및 우수한 연신율을 제공하고, 제조 공정을 단순화 할 수 있는 효과를 제공할 수 있다. 따라서 강종을 제조할 수 있는 원가를 절감할 수 있으며 생산 효율을 증대시킬 수 있는 효과를 제공할 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
실시예 1~2
하기 표 1과 같은 성분과, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을, 하기 표 2와 같은 재가열 온도에서 재가열한 다음, 표 2의 열간 단조 온도에서 열간 단조를 실시하여 단조재를 제조하였다. 그 다음에, 상기 단조재를 표 2의 조건으로 1차 냉각 및 2차 냉각을 실시하여 비조질강 시편을 제조하였다.
비교예 1
하기 표 1과 같은 성분 및 함량의 반제품을 적용하여, 하기 표 2와 같은 재가열 온도에서 재가열한 다음, 표 2의 열간 단조 온도에서 열간 단조를 실시하여 상온까지 냉각하여 비조질강 시편을 제조하였다.
Figure 112016027744814-pat00001
Figure 112016027744814-pat00002
기계적 물성 평가
상기 실시예 1~2 및 비교예의 비조질강의 기계적 물성을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
Figure 112016027744814-pat00003
상기 표 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 1~2는, 비교예 보다 인장강도, 항복강도 및 연신율이 우수함을 알 수 있었다. 일반적으로, 상기 구리(Cu)의 경우 0.5 중량% 이상이 첨가되면, 연신율 감소나 적열취성의 원인이 된다.
이는, 상기 구리(Cu)의 첨가로 크롬(Cr)에 의해 용질 방해하여 펄라이트 층상 간격 미세화 효과를 얻을 수 있을 뿐 아니라, 고온가열시 철(Fe)보다 구리(Cu)의 산화속도가 작으므로, 강 표면에 편재하여 열간 단조 가공 중에, 강재내부로 침투하기 때문이며, 본 발명에서는 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti)을 더 첨가하여, 이러한 현상을 개선하여 비교예 비조질강 시편에 비하여 향상된 강도, 인성 및 연신율 확보가 가능한 것으로 판단된다.
도 2는 상기 실시예 1~2 및 비교예 시편의 미세조직을 나타낸 사진이다. 상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 열간 변형 온도 하에서 열간 단조를 실시한 실시예 1~2의 경우, 지배적인 형성미세조직은 미세한 베이나이트 조직이였으며, 극히 일부 미세 펄라이트 조직이 급격히 형성되어 있음을 알 수 있으며, 초석 페라이트가 생성되지 않았음을 확인 할 수 있었다.
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 (7)

  1. 탄소(C): 0.1~0.2 중량%, 망간(Mn): 0.3~3.0 중량%, 크롬(Cr): 0.1~1.5 중량%, 실리콘(Si): 0.05~0.3 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 반제품을 750℃~800℃의 열간 마무리 온도에서 열간 단조하여 단조재를 제조하는 단계; 및
    상기 단조재를 냉각하는 단계;를 포함하며,
    상기 냉각은,
    상기 단조재를 600℃~500℃의 온도까지 5~12℃/s의 냉각 속도로 1차 냉각하고; 그리고
    상기 1차 냉각된 단조재를 550℃~350℃의 온도까지 10~20℃/s의 냉각 속도로 2차 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비조질강 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반제품은, 구리(Cu): 0 초과 0.5 중량% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.5 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.5 중량% 이하, 니오븀(Nb): 0 초과 0.01 중량% 이하, 바나듐(V): 0 초과 0.01% 중량% 이하, 칼슘(Ca): 0 초과 0.005 중량% 이하, 마그네슘(Mg): 0 초과 0.005 중량% 이하, 안티몬(Sb): 0 초과 0.05 중량% 이하 및 주석(Sn): 0 초과 0.05 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비조질강 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 재가열은 1150℃~1250℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 비조질강 제조방법.
  5. 탄소(C): 0.1~0.2 중량%, 망간(Mn): 0.3~3.0 중량%, 크롬(Cr): 0.72~1.5 중량%, 실리콘(Si): 0.05~0.3 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.5 중량% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.5 중량% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.5 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 함유하고,
    인장강도(TS): 660~750 MPa, 항복강도(YS): 470~580 MPa 및 연신율(El): 30~37%인 것을 특징으로 하는 비조질강.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비조질강은 니오븀(Nb): 0 초과 0.01 중량% 이하, 바나듐(V): 0 초과 0.01% 중량% 이하, 칼슘(Ca): 0 초과 0.005 중량% 이하, 마그네슘(Mg): 0 초과 0.005 중량% 이하, 안티몬(Sb): 0 초과 0.05 중량% 이하 및 주석(Sn): 0 초과 0.05 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비조질강.
  7. 삭제
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