KR101837862B1 - 비조질 강재 제조방법 및 이에 의해 제조된 비조질 강재 - Google Patents
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Abstract
비조질 강재 제조방법 및 이에 의해 제조된 비조질 강재에 대한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 비조질 강재 제조방법은 탄소(C): 0.2~0.4 중량%, 실리콘(Si): 0.5~0.9 중량%, 망간(Mn): 1.5~1.7 중량%, 인(P): 0.01~0.05 중량%, 황(S): 0.05~0.20 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.25 중량% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.2 중량% 이하, 크롬(Cr): 1.2~1.6 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.2 중량, 알루미늄(Al): 0 초과 0.04 중량% 이하, 바나듐(V): 0.1~0.2 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 주조재를 제조하는 단계; 상기 주조재를 1000~1350℃에서 재가열 하는 단계; 및 상기 재가열된 주조재를 압연하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 비조질 강재 제조방법 및 이에 의해 제조된 비조질 강재에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 강성 및 파단 분할 특성이 우수한 비조질 강재 제조방법 및 이에 의해 제조된 비조질 강재에 관한 것이다.
차량 내연기관 부품 중 하나인 커넥팅 로드는 내연기관의 부품 중 크랭크샤프트와 결합하는 형태를 가지며, 이를 위해 볼트와 같은 고정장치에 의하여 서로 결합된 상태이며, 두 개 이상의 분리 가능한 구성요소로 이루어진다.
최근 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 환경 규제는 지구온난화와 에너지소비 등의 환경문제를 해결하기 위한 방안으로 세계적인 조약 및 각종 규제를 통해 이뤄지고 있다. 대표적으로 유럽에서는 자동차배기가스 규제로서 Euro 및 환경라벨링 등을 규제하고 있으며, Nox 및 이산화탄소 배출량을 표기하는 등 그 기준을 강화 하고 있다.
이와 같이 환경규제가 가속화 됨에 따라, 차량 내연기관 부품의 경량화 및 고강도화의 요구가 높아지고 있다. 따라서 파단 분할형 커넥팅로드 강재에서도 보다 높은 항복강도를 갖는 소재를 개발하여, 제품 박형화로 인한 경량성을 확보하기 위한 방안이 연구되고 있다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1461763호 (2014.11.13. 공고, 발명의 명칭: 고인성 비조질강 선재 및 그의 제조방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 강성이 우수하여, 이로 인한 경량성을 확보할 수 있는 비조질 강재 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 파단 분할 특성이 우수한 비조질 강재 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 비조질 강재 제조방법에 의해 제조된 비조질 강재를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 비조질 강재 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 비조질 강재 제조방법은 탄소(C): 0.2~0.4 중량%, 실리콘(Si): 0.5~0.9 중량%, 망간(Mn): 1.5~1.7 중량%, 인(P): 0.01~0.05 중량%, 황(S): 0.05~0.20 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.25 중량% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.2 중량% 이하, 크롬(Cr): 1.2~1.6 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.2 중량, 알루미늄(Al): 0 초과 0.04 중량% 이하, 바나듐(V): 0.1~0.2 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 주조재를 제조하는 단계; 상기 주조재를 1000~1350℃에서 재가열 하는 단계; 및 상기 재가열된 주조재를 압연하는 단계;를 포함한다.
한 구체예에서 상기 주조재는, 하기 식 1에 따른 파라미터(P)가 1.2 내지 1.7일 수 있다:
[식 1]
P = ([C] + 1/6[Si] + 2/9[Mn] + 1/4[Cr] + 9/5[V])
(상기 식 1에서, 상기 C, Si, Mn, Cr 및 V는 상기 주조재에 포함되는 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr) 및 바나듐(V)의 함량(단위: 중량%) 이다).
한 구체예에서 상기 주조재는 질소(N): 0.006~0.020 중량%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.01 중량% 이하, 니오븀(Nb): 0.02~0.06 중량%, 납(Pb): 0 초과 0.1 중량% 이하, 텔루륨(Te): 0 초과 0.2 중량% 이하, 칼슘(Ca): 0 초과 0.005 중량% 이하, 비스무스(Bi): 0 초과 0.2 중량% 이하, 및 보론(B): 0 초과 0.01 중량% 이하 중에서 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 비조질 강재 제조방법에 의해 제조된 비조질 강재에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 비조질 강재는 탄소(C): 0.2~0.4 중량%, 실리콘(Si): 0.5~0.9 중량%, 망간(Mn): 1.5~1.7 중량%, 인(P): 0.01~0.05 중량%, 황(S): 0.05~0.20 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.25 중량% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.2 중량% 이하, 크롬(Cr): 1.2~1.6 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.2 중량, 알루미늄(Al): 0 초과 0.04 중량% 이하, 바나듐(V): 0.1~0.2 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유한다.
한 구체예에서 상기 비조질 강재는, 하기 식 1에 따른 파라미터(P)가 1.2 내지 1.7일 수 있다:
[식 1]
P = ([C] + 1/6[Si] + 2/9[Mn] + 1/4[Cr] + 9/5[V])
(상기 식 1에서, 상기 C, Si, Mn, Cr 및 V는 상기 비조질 강재에 포함되는 탄소, 실리콘, 망간, 크롬 및 바나듐의 함량(단위: 중량%) 이다).
한 구체예에서 상기 비조질 강재는 질소(N): 0.006~0.020 중량%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.01 중량% 이하, 니오븀(Nb): 0.02~0.06 중량%, 납(Pb): 0 초과 0.1 중량% 이하, 텔루륨(Te): 0 초과 0.2 중량% 이하, 칼슘(Ca): 0 초과 0.005 중량% 이하, 비스무스(Bi): 0 초과 0.2 중량% 이하, 및 보론(B): 0 초과 0.01 중량% 이하 중에서 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 비조질 강재의 미세조직은 풀 마르텐사이트 조직을 가지며, 인장강도(TS): 1500MPa 이상, 항복강도(YS): 1200MPa 이상, 항복비(YR): 0.70 이상 및 충격에너지: 20J/㎠ 이하를 가질 수 있다.
본 발명의 비조질 강재는 강성이 우수하여, 이로 인한 경량성을 확보할 수 있고, 파단 분할 특성이 우수하여, 차량 내연기관 부품인 커넥팅 로드에 적용하기 적합할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 비조질 강재 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2(a)는 본 발명의 실시예 비조질 강재의 표면 미세조직을 나타낸 광학 현미경 사진이고, 도 2(b)는 본 발명에 대한 비교예 1의 표면 미세조직을 나타낸 광학 현미경 사진이며, 도 2(c)는 본 발명에 대한 비교예 2의 표면 미세조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 2(a)는 본 발명의 실시예 비조질 강재의 표면 미세조직을 나타낸 광학 현미경 사진이고, 도 2(b)는 본 발명에 대한 비교예 1의 표면 미세조직을 나타낸 광학 현미경 사진이며, 도 2(c)는 본 발명에 대한 비교예 2의 표면 미세조직을 나타낸 광학 현미경 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.
비조질
강재 제조방법
본 발명의 하나의 관점은 비조질 강재 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 비조질 강재 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 비조질 강재 제조방법은 (S10) 주조재 제조 단계; (S20) 재가열 단계; 및 (S30) 압연 단계;를 포함한다. 좀 더 구체적으로, 상기 비조질 강재 제조방법은 (S10) 탄소(C): 0.2~0.4 중량%, 실리콘(Si): 0.5~0.9 중량%, 망간(Mn): 1.5~1.7 중량%, 인(P): 0.01~0.05 중량%, 황(S): 0.05~0.20 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.25 중량% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.2 중량% 이하, 크롬(Cr): 1.2~1.6 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.2 중량, 알루미늄(Al): 0 초과 0.04 중량% 이하, 바나듐(V): 0.1~0.2 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 주조재를 제조하는 단계; (S20) 상기 주조재를 1000~1350℃에서 재가열 하는 단계; 및 (S30) 상기 재가열된 주조재를 압연하는 단계;를 포함하여 제조된다.
이하, 본 발명에 따른 비조질 강재 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10)
주조재
제조 단계
상기 단계는 탄소(C): 0.2~0.4 중량%, 실리콘(Si): 0.5~0.9 중량%, 망간(Mn): 1.5~1.7 중량%, 인(P): 0.01~0.05 중량%, 황(S): 0.05~0.20 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.25 중량% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.2 중량% 이하, 크롬(Cr): 1.2~1.6 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.2 중량, 알루미늄(Al): 0 초과 0.04 중량% 이하, 바나듐(V): 0.1~0.2 중량%, 질소(N): 0.006~0.020 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 주조재를 제조하는 단계이다.
이하, 상기 주조재에 함유되는 성분을 상세히 설명하도록 한다.
탄소(C)
상기 탄소(C)는 강도를 결정하는 주 원소중 하나로 강보확보를 위하여 포함된다. 상기 탄소는 상기 주조재 전체 중량에 대하여, 0.2~0.4 중량% 포함된다. 상기 탄소를 0.2 중량% 미만으로 포함시 다른 합금원소의 첨가를 통한 강도 보상이 필요하게 되어 경제성이 저하된다. 상기 탄소를 0.4 중량% 초과하여 포함시, 경도상승으로 인한 가공성이 저하되어, 부품화를 고려하는 경우, 가공비용의 상승을 초래할 수 있다. 예를 들면 상기 탄소는 0.25~0.35 중량% 포함될 수 있다.
실리콘(
Si
)
상기 실리콘(Si)은 제강 공정시 탈산제로 사용하며, 강도확보를 위해 포함된다. 한 구체예에서 상기 실리콘은 상기 주조재 전체 중량에 대하여, 0.5~0.9 중량% 포함된다. 상기 실리콘을 0.5 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.9 중량%를 초과하여 포함시, 강의 취화 가능성이 높아져 강의 건전성이 저해될 수 있다. 예를 들면 상기 실리콘은 0.6~0.8 중량% 포함될 수 있다.
망간(Mn)
상기 망간(Mn)은 강에 첨가시 강도와 소입성을 향상시키는 성질을 지니고 있고, 황(S)과 결합하여 MnS 개재물을 형성하여 가공성을 향상시킨다. 한 구체예에서 상기 망간은 상기 주조재 전체중량에 대하여 1.5~1.7 중량% 포함된다. 상기 망간을 1.5 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하고, 1.7중량%를 초과하여 포함시 강의 취화 가능성이 증가하여, 동반되는 가공성이 저하될 수 있다. 예를 들면 1.50~1.60 중량% 포함될 수 있다.
인(P)
상기 인(P)은 강에 첨가시 입계에 편석되어 인성 즉, 충격 에너지 수치(J/cm2)를 감소시키는 역할을 하며, 파단분할 특성을 향상 시키는 효과가 있다. 한 구체예에서 상기 인은 상기 주조재 전체 중량에 대하여 0.01~0.05 중량% 포함된다. 상기 인을 0.01 중량% 미만으로 포함시, 그 첨가 효과가 미미하며, 0.05 중량%를 초과하여 포함시, 압연 공정에서 입계에 크랙을 유발하고 강도를 저하시킬 수 있다. 예를 들면, 0.01~0.05 중량% 포함될 수 있다.
황(S)
상기 황(S)은 강중 Mn과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성하여 가공성을 향상 시키는 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 황은 상기 주조재 전체 중량에 대하여 0.05~0.20 중량% 포함된다. 상기 황을 0.05 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.20 중량%를 초과하여 포함시 피로강도 저하와 함께 중심편석의 가능성이 높아져 강에 건전성이 저해될 수 있다. 예를 들면, 0.09~0.11 중량% 포함될 수 있다.
구리(Cu)
상기 구리(Cu)는 강도 및 경도를 향상시키는 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 구리는 상기 주조재 전체중량에 대하여 0 초과 0.25 중량% 이하 포함된다. 상기 구리를 0.25 중량% 초과하여 포함시, 압연재 표면에 Cu 농화 현상의 발생 가능성이 증가할 수 있다.
니켈(
Ni
)
상기 니켈(Ni)은 소입성 향상과 결정립 미세화 효과와 인성을 향상시키기 위해 포함되는 원소이다. 한 구체예에서 상기 니켈은 상기 주조재 전체중량에 대하여 0 초과 0.2 중량% 이하로 포함된다. 상기 니켈을 0.2 중량% 초과하여 포함시, 더 이상의 효과를 기대하기 어려우며, 제조 원가가 지나치게 증가된다.
크롬(
Cr
)
상기 크롬(Cr)은 강도와 소입성을 향상시키기 위해 포함되는 원소이다. 한 구체예에서 상기 크롬은 상기 주조재 전체중량에 대하여 1.2~1.6 중량% 포함된다. 상기 함량으로 포함시, 본 발명의 주조재가 별도의 열처리를 통하지 않고 풀 마르텐사이트의 조직을 확보할 수 있다. 상기 크롬을 1.2 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 1.6 중량%를 초과하여 포함시 더 이상의 첨가 효과를 기대하기 어려우며, 제조 비용만 상승할 수 있다. 예를 들면, 1.3~1.5 중량% 포함될 수 있다.
몰리브덴(
Mo
)
상기 몰리브덴(Mo)은 강도 및 소입성을 향상시키는 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 몰리브덴은 상기 주조재 전체중량에 대하여 0.1~0.2 중량% 포함된다. 상기 함량으로 포함시, 별도의 열처리를 통하지 않고 풀 마르텐사이트 조직을 확보할 수 있다. 상기 몰리브덴을 0.1 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.2 중량%를 초과하여 포함시 더 이상의 첨가 효과를 기대하기 어려우며, 제조 비용만 상승할 수 있다. 예를 들면, 0.10~0.15 중량% 포함될 수 있다.
알루미늄(Al)
상기 알루미늄(Al)은 실리콘(Si)과 같이 탈산제로서 작용하며, 질소(N)와 결합하여 AlN을 형성하여, 결정립 미세화 효과를 나타낸다. 한 구체예에서 상기 알루미늄은 상기 주조재 전체중량에 대하여 0 초과 0.04 중량% 포함된다. 상기 알루미늄을 0.04 중량%를 초과하여 첨가시, 연주공정에서의 노즐 막힘, 즉 클로깅 현상이 발생할 수 있으며, 비금속개재물의 생성 또한 피로특성을 저하 할 수 있다.
바나듐(V)
상기 바나듐(V)은 탄소(C) 또는 질소(N)와 결합하여, 탄질화물을 형성시키고, 이러한 탄질화물이 미세하게 형성되어 석출강화효과를 가지는 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 바나듐은 상기 주조재 전체중량에 대하여 0.1~0.2 중량% 포함된다. 상기 바나듐을 0.1 중량% 미만으로 포함시 석출강화효과로 인한 피로특성 향상효과를 기대하기 어려우며, 0.2 중량%를 초과하여 포함시 취성이 증가할 수 있다. 예를 들면, 0.17~0.20 중량% 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에서, 상기 주조재는 질소(N): 0.006~0.020 중량%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.01 중량% 이하, 니오븀(Nb): 0.02~0.06 중량%, 납(Pb): 0 초과 0.1 중량% 이하, 텔루륨(Te): 0 초과 0.2 중량% 이하, 칼슘(Ca): 0 초과 0.005 중량% 이하, 비스무스(Bi): 0 초과 0.2 중량% 이하, 및 보론(B): 0 초과 0.01 중량% 이하 중에서 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
질소(N)
상기 질소(N)는, 미결합된 질소로 포함시 항복강도를 향상시키는 효과가 있으며, 바나듐(V), 티타늄(Ti) 및 니오븀(Nb) 등과 결합하여 질화물을 형성시켜 결정립 미세화 및 강도가 향상시키는 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 질소는 상기 주조재 전체중량에 대하여 0.006~0.020 중량% 포함된다. 상기 질소를 0.006 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.020 중량%를 초과하여 포함시 취성이 증가할 수 있다. 예를 들면 0.012~0.018 중량% 포함될 수 있다.
티타늄(
Ti
)
상기 티타늄(Ti)은 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 탄질화물을 형성시켜 결정립미세화 효과를 나타내고, 바나듐(V)과 복합첨가시 강도는 향상되지만 인성은 저하되어 파단분할성이 향상된다. 한 구체예에서 상기 티타늄은 상기 주조재 전체중량에 대하여 0 초과 0.01 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 결정립 미세화 효과 및 파단 분할성이 우수할 수 있다.
니오븀(
Nb
)
상기 니오븀(Nb)은 본 발명의 가공성을 향상시키는 목적으로 포함될 수 있다. 또한 니오븀은 탄소 및 질소와 결합하여 니오븀계 탄화물 또는 질화물을 형성하며, 압연시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시키므로 강도 향상에 기여한다. 한 구체예에서 상기 니오븀은 상기 주조재 전체중량에 대하여 0.02~0.06 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서 강도 향상효과가 우수할 수 있다.
납(
Pb
)
상기 납(Pb)은 본 발명의 가공성을 향상시키는 목적으로 포함될 수 있다. 한 구체예에서 상기 납은 상기 주조재 전체중량에 대하여 0 초과 0.1 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 가공성 향상 효과가 우수할 수 있다.
텔루륨
(
Te
)
상기 텔루륨(Te)은 본 발명의 가공성을 향상시키는 목적으로 포함될 수 있다. 한 구체예에서 상기 텔루륨은 상기 주조재 전체중량에 대하여 0 초과 0.2 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 가공성 향상 효과가 우수할 수 있다.
칼슘(Ca)
상기 칼슘(Ca)은 본 발명의 가공성을 향상시키는 목적으로 포함될 수 있다.
한 구체예에서 상기 칼슘은 상기 주조재 전체중량에 대하여 0 초과 0.005 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 가공성 향상 효과가 우수할 수 있다.
비스무스
(
Bi
)
상기 비스무스(Bi)는 본 발명의 가공성을 향상시키는 목적으로 포함될 수 있다. 한 구체예에서 상기 비스무스는 상기 주조재 전체중량에 대하여 0 초과 0.2 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 가공성 향상 효과가 우수할 수 있다.
보론(B)
상기 보론(B)은 본 발명의 가공성을 향상시키는 목적으로 포함될 수 있다. 또한 상기 보론은 소입성 원소로서, 인(P)의 편석을 막아 강도를 향상시키는 역할을 한다. 한 구체예에서 상기 보론은 상기 주조재 전체중량에 대하여 0 초과 0.01 중량% 이하로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 강도 및 가공성 향상 효과가 우수할 수 있다.
한 구체예에서 전술한 함량의 성분을 이용하여 용탕을 제조한 다음, 탈산, 탈황 및 진공탈가스 처리를 거쳐, 연속주조공정을 통해 주조재를 제조할 수 있다.
한 구체예에서 상기 주조재는, 하기 식 1에 따른 파라미터(P)가 1.2 내지 1.7일 수 있다:
[식 1]
P = ([C] + 1/6[Si] + 2/9[Mn] + 1/4[Cr] + 9/5[V])
(상기 식 1에서, 상기 C, Si, Mn, Cr 및 V는 상기 주조재에 포함되는 탄소, 실리콘, 망간, 크롬 및 바나듐의 함량(단위: 중량%) 이다).
상기 범위에서 비조질 강재의 항복강도, 인장강도가 우수하고, 충격에너지가 20J/㎠ 이하로 제조되어, 파단 분할 특성이 우수할 수 있다. 상기 파라미터 범위를 벗어나는 경우, 비조질 강재의 항복강도, 인장강도가 저하되거나, 충격에너지가 증가하여 파단 분할 특성이 저하될 수 있다. 예를 들면, 1.3~1.6일 수 있다.
다른 구체예에서 상기 주조재가 니오븀을 더 포함하는 경우, 하기 식 1-1에 따른 파라미터(P)가 1.2 내지 1.7일 수 있다:
[식 1-1]
P = ([C] + 1/6[Si] + 2/9[Mn] + 1/4[Cr] + 9/5[V] + 27/5[Nb])
(상기 식 1에서, 상기 C, Si, Mn, Cr, Nb 및 V는 상기 주조재에 포함되는 탄소, 실리콘, 망간, 크롬, 니오븀 및 바나듐의 함량(단위: 중량%) 이다).
상기 범위에서 비조질 강재의 항복강도, 인장강도가 우수하고, 충격에너지가 20J/㎠ 이하로 제조되어, 파단 분할 특성이 우수할 수 있다. 상기 파라미터 범위를 벗어나는 경우, 비조질 강재의 항복강도, 인장강도가 저하되거나, 충격에너지가 증가하여 파단 분할 특성이 저하될 수 있다. 예를 들면, 1.3~1.6일 수 있다.
(S20) 재가열 단계
상기 단계는 상기 주조재를 1000~1350℃에서 재가열 하는 단계이다. 상기 범위로 재가열시, 상기 주조재의 압연이 용이하게 진행될 수 있다. 상기 재가열 온도가 1000℃ 미만시 주조재 압연이 어려우며, 1350℃를 초과시 제조 시간 및 비용이 증가할 수 있다.
(S30) 압연 단계
상기 단계는 상기 재가열된 주조재를 압연하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 단계는 상기 재가열된 주조재를 소정의 형상으로 압연하여 압연재를 제조할 수 있다.
비조질
강재 제조방법에 의해 제조된
비조질
강재
본 발명의 다른 관점은 상기 비조질 강재 제조방법에 의해 제조된 비조질 강재에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 비조질 강재는 탄소(C): 0.2~0.4 중량%, 실리콘(Si): 0.5~0.9 중량%, 망간(Mn): 1.5~1.7 중량%, 인(P): 0.01~0.05 중량%, 황(S): 0.05~0.20 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.25 중량% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.2 중량% 이하, 크롬(Cr): 1.2~1.6 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.2 중량, 알루미늄(Al): 0 초과 0.04 중량% 이하, 바나듐(V): 0.1~0.2 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유한다.
본 발명의 다른 구체예에서, 상기 비조질 강재는 질소(N): 0.006~0.020 중량%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.01 중량% 이하, 니오븀(Nb): 0.02~0.06 중량%, 납(Pb): 0 초과 0.1 중량% 이하, 텔루륨(Te): 0 초과 0.2 중량% 이하, 칼슘(Ca): 0 초과 0.005 중량% 이하, 비스무스(Bi): 0 초과 0.2 중량% 이하, 및 보론(B): 0 초과 0.01 중량% 이하 중에서 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
상기 비조질 강재에 함유되는 합금 성분은, 전술한 것과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한 구체예에서 상기 비조질 강재는, 하기 식 1에 따른 파라미터(P)가 1.2 내지 1.7일 수 있다:
[식 1]
P = ([C] + 1/6[Si] + 2/9[Mn] + 1/4[Cr] + 9/5[V])
(상기 식 1에서, 상기 C, Si, Mn, Cr 및 V는 상기 비조질 강재에 포함되는 탄소, 실리콘, 망간, 크롬 및 바나듐의 함량(단위: 중량%) 이다).
상기 범위에서 비조질 강재의 항복강도, 인장강도가 우수하고, 충격에너지가 20J/㎠ 이하로 제조되어, 파단 분할 특성이 우수할 수 있다. 상기 파라미터 범위를 벗어나는 경우, 비조질 강재의 항복강도, 인장강도가 저하되거나, 충격에너지가 증가하여 파단 분할 특성이 저하될 수 있다. 예를 들면, 1.3~1.6일 수 있다.
다른 구체예에서 상기 비조질 강재가 니오븀을 더 포함하는 경우, 하기 식 1-1에 따른 파라미터(P)가 1.2 내지 1.7일 수 있다:
[식 1-1]
P = ([C] + 1/6[Si] + 2/9[Mn] + 1/4[Cr] + 9/5[V] + 27/5[Nb])
(상기 식 1에서, 상기 C, Si, Mn, Cr, Nb 및 V는 상기 비조질 강재에 포함되는 탄소, 실리콘, 망간, 크롬, 니오븀 및 바나듐의 함량(단위: 중량%) 이다).
상기 범위에서 비조질 강재의 항복강도, 인장강도가 우수하고, 충격에너지가 20J/㎠ 이하로 제조되어, 파단 분할 특성이 우수할 수 있다. 상기 파라미터 범위를 벗어나는 경우, 비조질 강재의 항복강도, 인장강도가 저하되거나, 충격에너지가 증가하여 파단 분할 특성이 저하될 수 있다. 예를 들면, 1.3~1.6일 수 있다.
상기 비조질 강재의 미세조직은 풀 마르텐사이트 조직을 가지며, 인장강도(TS): 1500MPa 이상, 항복강도(YS): 1200MPa 이상, 항복비(YR): 0.70 이상 및 충격에너지: 20J/㎠ 이하를 가질 수 있다. 예를 들면 인장강도(TS): 1500~1800MPa, 항복강도(YS): 1200~1350MPa, 항복비(YR): 0.7~0.9 및 충격에너지: 0 초과 20J/㎠ 이하일 수 있다.
본 발명의 비조질 강재는 강성이 우수하여, 이로 인한 경량성을 확보할 수 있고, 파단 분할 특성이 우수하여, 차량 내연기관 부품인 커넥팅 로드 용도로 사용하기 적합할 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
하기 표 1과 같은 성분 및 함량의 성분과, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 용탕을 제조한 다음, 탈산, 탈황 및 진공탈가스 처리를 거쳐, 연속주조공정을 통해 주조재를 제조하였다. 상기 주조재를 1200~1250℃에서 재가열한 다음, 상기 재가열된 주조재를 Φ32mm 로 압연하여 압연재를 제조하였다.
이때, 상기 주조재의 성분에 대하여, 하기 식 1에 따른 파라미터(P) 값을 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다:
[식 1]
P = ([C] + 1/6[Si] + 2/9[Mn] + 1/4[Cr] + 9/5[V])
(상기 식 1에서, 상기 C, Si, Mn, Cr 및 V는 상기 주조재에 포함되는 탄소, 실리콘, 망간, 크롬 및 바나듐의 함량(단위: 중량%) 이다).
단위: 중량% |
C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al | V | Ti | (P) |
실시예 | 0.3 | 0.7 | 1.51 | 0.046 | 0.096 | 0.1 | 1.4 | 0.11 | 0.08 | 0.013 | 0.19 | - | 1.44 |
비교예 1 | 0.37 | 0.71 | 1.01 | 0.02 | 0.072 | 0.05 | 0.14 | 0.01 | 0.14 | 0.005 | 0.25 | - | 1.33 |
비교예 2 | 0.36 | 0.97 | 1.13 | 0.019 | 0.08 | 0.04 | 0.1 | 0.01 | 0.22 | 0.007 | 0.27 | 0.051 | 1.28 |
비교예
1~2
상기 표 1의 성분, 함량 및 파라미터(P) 값을 갖는 주조재를 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예와 동일한 방법으로 압연재를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예 1~2의 압연재에 대하여, 커넥팅로드의 냉각조건을 모사하기 위하여 Φ20mm로 가공한 뒤, 1,200℃에서 40분 동안 유지한 다음, 공냉을 실시하고, KS4호에 의거하여 인장강도(TS, MPa), 항복강도(YS, MPa), 연신율(EL, %), 항복비 및 충격에너지(J/㎠) 값을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 | TS(MPa) | YS(MPa) | EL(%) | 항복비(%) | 충격에너지(J/㎠) |
실시예 | 1700 | 1290 | 3.3 | 76 | 4 |
비교예 1 | 959 | 702 | 14.8 | 73 | 8 |
비교예 2 | 1068 | 835 | 12.7 | 78 | 5 |
하기 도 2(a)는 본 발명의 실시예 비조질 강재의 표면 미세조직을 나타낸 광학 현미경 사진이고, 도 2(b)는 본 발명에 대한 비교예 1의 표면 미세조직을 나타낸 광학 현미경 사진이며, 도 2(c)는 본 발명에 대한 비교예 2의 표면 미세조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다. 상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 비조질 강재는, 풀 마르텐사이트 조직이 형성되었으며, 비교예 1~2의 비조질 강재는, 페라이트 및 펄라이트 조직이 형성되어 있음을 알 수 있었다.
상기 표 2 및 도 2의 결과를 참조하면, 실시예 비조질 강재는 항복강도 1,200MPa 이상, 인장강도 1,500MPa 이상과, 20J/cm2 이하의 충격에너지를 모두 만족하였다. 구러나, 비교예 1~2의 비조질 강재는 상기 실시예에 비해 인장강도 및 항복강도가 저하되었으며, 충격에너지 값이 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 본 발명의 실시예 비조질 강재는 바나듐(V) 첨가에 의한 석출강화 및 크롬(Cr) 첨가에 의한 인성향상으로 인해 비교강 대비 항복강도, 인장강도 특성이 모두 우수함을 알 수 있었다.
Claims (7)
- 탄소(C): 0.2~0.4 중량%, 실리콘(Si): 0.5~0.9 중량%, 망간(Mn): 1.5~1.7 중량%, 인(P): 0.01~0.05 중량%, 황(S): 0.05~0.20 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.25 중량% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.2 중량% 이하, 크롬(Cr): 1.2~1.6 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.2 중량, 알루미늄(Al): 0 초과 0.04 중량% 이하, 바나듐(V): 0.1~0.2 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 주조재를 제조하는 단계;
상기 주조재를 1000~1350℃에서 재가열 하는 단계; 및
상기 재가열된 주조재를 압연하는 단계;를 포함하며,
상기 제조된 비조질 강재의 미세조직은 풀 마르텐사이트 조직을 가지며,
인장강도(TS): 1500MPa 이상, 항복강도(YS): 1200MPa 이상, 항복비(YR): 0.70 이상 및 충격에너지: 20J/㎠ 이하를 갖는 것을 특징으로 하는 비조질 강재 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 주조재는, 하기 식 1에 따른 파라미터(P)가 1.2 내지 1.7인 것을 특징으로 하는 비조질 강재 제조방법:
[식 1]
P = ([C] + 1/6[Si] + 2/9[Mn] + 1/4[Cr] + 9/5[V])
(상기 식 1에서, 상기 C, Si, Mn, Cr 및 V는 상기 주조재에 포함되는 탄소, 실리콘, 망간, 크롬 및 바나듐의 함량(단위: 중량%) 이다).
- 제1항에 있어서,
상기 주조재는 질소(N): 0.006~0.020 중량%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.01 중량% 이하, 니오븀(Nb): 0.02~0.06 중량%, 납(Pb): 0 초과 0.1 중량% 이하, 텔루륨(Te): 0 초과 0.2 중량% 이하, 칼슘(Ca): 0 초과 0.005 중량% 이하, 비스무스(Bi): 0 초과 0.2 중량% 이하, 및 보론(B): 0 초과 0.01 중량% 이하 중에서 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비조질 강재 제조방법.
- 탄소(C): 0.2~0.4 중량%, 실리콘(Si): 0.5~0.9 중량%, 망간(Mn): 1.5~1.7 중량%, 인(P): 0.01~0.05 중량%, 황(S): 0.05~0.20 중량%, 구리(Cu): 0 초과 0.25 중량% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.2 중량% 이하, 크롬(Cr): 1.2~1.6 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.2 중량, 알루미늄(Al): 0 초과 0.04 중량% 이하, 바나듐(V): 0.1~0.2 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하며,
미세조직이 풀 마르텐사이트 조직을 가지며,
인장강도(TS): 1500MPa 이상, 항복강도(YS): 1200MPa 이상, 항복비(YR): 0.70 이상 및 충격에너지: 20J/㎠ 이하를 갖는 것을 특징으로 하는 비조질 강재.
- 제4항에 있어서,
상기 비조질 강재는, 하기 식 1에 따른 파라미터(P)가 1.2 내지 1.7인 것을 특징으로 하는 비조질 강재:
[식 1]
P = ([C] + 1/6[Si] + 2/9[Mn] + 1/4[Cr] + 9/5[V])
(상기 식 1에서, 상기 C, Si, Mn, Cr 및 V는 상기 비조질 강재에 포함되는 탄소, 실리콘, 망간, 크롬 및 바나듐의 함량(단위: 중량%) 이다).
- 제4항에 있어서,
상기 비조질 강재는 질소(N): 0.006~0.020 중량%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.01 중량% 이하, 니오븀(Nb): 0.02~0.06 중량%, 납(Pb): 0 초과 0.1 중량% 이하, 텔루륨(Te): 0 초과 0.2 중량% 이하, 칼슘(Ca): 0 초과 0.005 중량% 이하, 비스무스(Bi): 0 초과 0.2 중량% 이하, 및 보론(B): 0 초과 0.01 중량% 이하 중에서 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비조질 강재.
- 삭제
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WO2022227891A1 (zh) * | 2021-04-27 | 2022-11-03 | 江苏永钢集团有限公司 | 一种大规格直接切削用非调质钢的制备方法 |
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2016
- 2016-11-24 KR KR1020160157259A patent/KR101837862B1/ko active IP Right Grant
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