KR101839240B1 - 냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재 및 이의 제조방법 - Google Patents

냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 소재 또는 기계 부품용 소재로 사용되는 선재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉간가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재 및 이의 제조방법 {HIGH FORMING LOW-CARBON WIRE ROD HAVING EXCELLENT COLD WORKABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은 자동차용 소재 또는 기계 부품용 소재로 사용되는 선재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
냉간 가공 방법은 열간 가공 방법이나 기계 절삭 가공 방법과 비교하여 생산성이 우수할 뿐만 아니라, 열처리 비용 절감 효과가 크므로, 자동차용 소재 또는 볼트, 너트 등 기계 부품용 소재로 널리 사용되고 있다.
그런데, 이러한 냉간 가공 방법을 이용하여 기계 부품을 제조하기 위해서는 본질적으로 강재의 냉간 가공성이 우수할 것이 요구되며, 보다 상세하게는 냉간 가공시 변형 저항이 낮으면서, 연성이 우수할 것이 요구된다.
그 이유는, 강의 변형 저항이 높을 경우 가공시 사용하는 공구의 수명이 저하되며, 강의 연성이 낮을 경우 냉간 가공시 분열이 발생하기 쉬워져 불량품 발생의 원인이 되기 때문이다.
이에, 통상적인 냉간 가공용 강재는 냉간 가공 전 구상화 소둔 열처리를 거치게 된다 (특허문헌 1). 구상화 소둔 열처리시에는 강재가 연화되어 변형 저항이 감소하고, 연성이 향상되어 냉간 가공성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
하지만, 구상화 소둔 열처리를 행함에 따라 추가 비용이 발생하고, 제조 효율이 저하되는 단점이 있어, 추가적인 열처리를 행하지 않고서도 냉간 가공성을 우수하게 확보할 수 있는 선재의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
일본공개특허공보 특개평6-73437호
본 발명의 일 측면은, 추가 열처리 공정을 행하지 않고서도 냉간 가공성이 우수한 고성형 선재 및 이것을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 중량%로, C: 0.02~0.15%, Si: 0.2% 이하(0% 제외), Mn: 0.2~0.8%, Cr: 0.6% 이하(0% 포함), P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, Sol.Al: 0.01~0.05%, Ti: 0.005~0.04%, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
미세조직으로 페라이트 및 펄라이트 복합조직을 포함하며, 표면에서부터 두께(직경) 방향으로 500㎛ 내의 페라이트 평균 입도가 9~10이고, 1/8D(여기서 D는 직경(diameter)을 의미함)~중심부 내의 페라이트 평균 입도가 6~8인 냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재를 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은, 상술한 합금조성을 만족하는 빌렛을 1050~1250℃의 온도범위로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 빌렛을 2상역(페라이트 및 오스테나이트 공존 영역) 온도범위에서 선재압연하여 선재로 제조하는 단계; 상기 선재의 표면 온도가 오스테나이트 단상 영역으로 상승한 후 20℃/s 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계; 상기 냉각된 선재를 권취하는 단계; 및 상기 권취 후 0.1~1.0℃/s의 냉각속도로 페라이트 및 펄라이트 변태 완료점까지 냉각하는 단계를 포함하는 냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 추가 열처리(예컨대, 구상화 소둔 열처리)를 생략하더라도 냉간 가공시 변형 저항을 충분히 억제할 수 있는 선재를 제공할 수 있다.
본 발명자들은 추가 열처리를 생략하더라도 신선가공성 및 냉간단조성이 우수한 선재를 제공할 수 있는 방안에 대하여 깊이 연구하였다. 그 결과, 합금조성 및 제조조건을 최적화하여 의도하는 물성 확보에 유리한 미세조직을 확보함으로써, 신선 가공시에 신선 가공성이 우수하고, 소정의 강도를 가지면서 냉간단조성이 열화되지 않는 선재를 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른, 냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재는 중량%로, C: 0.02~0.15%, Si: 0.2% 이하(0% 제외), Mn: 0.2~0.8%, Cr: 0.6% 이하(0% 포함), P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, Sol.Al: 0.01~0.05%, Ti: 0.005~0.04%, N: 0.01% 이하를 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 있어서, 상기 선재의 합금조성을 위와 같이 제어하는 이유에 대하여 상세히 설명한다. 이때, 특별한 언급이 없는 한 각 성분의 함량은 중량%를 의미한다.
C: 0.02~0.15%
탄소(C)는 선재의 강도를 향상시키는데에 유리한 원소이므로, 0.02% 이상으로 포함하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다하여 0.15%를 초과하게 되면 강의 변형 저항이 급증하여 냉간단조성이 열화되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 C의 함량을 0.02~0.15%로 제어하는 것이 바람직하며, 보다 유리하게는 0.04~0.13%로 제어하는 것이 바람직하다.
Si: 0.2% 이하(0% 제외)
실리콘(Si)은 탈산제로서 유용한 원소이나, 그 함량이 과다하여 0.2%를 초과하게 되면 고용강화에 의해 강의 변형 저항이 급증하여 냉간단조성이 열화되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 Si의 함량을 0.2% 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 보다 유리하게는 0.15% 이하로 제어하되, 0%는 제외한다.
Mn: 0.2~0.8%
망간(Mn)은 탈산제 및 탈황제로서 유용한 원소로서, 그 효과를 충분히 확보하기 위해서는 0.2% 이상으로 포함하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 0.8%를 초과하게 되면 강의 강도가 지나치게 높아져 강의 변형 저항이 급증하게 되고, 이로 인해 냉간단조성이 열화되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 Mn의 함량을 0.2~0.8%로 제어하는 것이 바람직하며, 보다 유리하게는 0.3~0.7%로 제어하는 것이 바람직하다.
Cr: 0.6% 이하(0% 포함)
크롬(Cr)은 열간압연시 페라이트 및 펄라이트 변태를 촉진하는데에 유리한 원소이다. 또한, 강 자체의 강도를 필요 이상으로 높이지 않으면서, 강 중 탄화물을 석출시켜 고용 탄소량을 저감시킴으로써, 고용 탄소에 의한 동적 변형 시효의 감소에 기여하는 효과가 있다.
그런데, 상기 Cr의 함량이 과다하여 0.6%를 초과하게 되면 강 자체의 강도가 지나치게 높아져 강의 변형 저항이 급증하며, 이로 인해 냉간단조성이 열화되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 Cr의 함량을 0.6% 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 보다 유리하게는 0.5% 이하로 제어한다. 단, 본 발명에서는 상기 Cr을 필수로 포함하지 않더라도 목표 물성 확보에는 무리가 없다.
P: 0.02% 이하
인(P)은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로서, 결정립계에 편석되어 강의 인성을 저하시키고, 지연파괴저항성을 감소시키는데에 주 원인이 되는 원소이다. 따라서, 상기 P의 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다.
이론상 상기 P의 함량을 0%로 제어하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없으므로, 그 상한을 0.02%로 제어하는 것이 바람직하다.
S: 0.02% 이하
황(S)은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물로서, 결정립계에 편석되어 강의 연성을 크게 저하시키고, 강 중 유화물을 형성하여 지연파괴저항성 및 응력 이완 특성을 열화시키는데 주 원인이 되는 원소이다. 따라서, 상기 S의 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다.
이론상 상기 S의 함량을 0%로 제어하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없으므로, 그 상한을 0.02%로 제어하는 것이 바람직하다.
Sol.Al: 0.01~0.05%
알루미늄은 탈산제로서 유용한 원소로서, 그것의 충분한 효과를 얻기 위해서는 가용 상태에서의 함량이 0.01% 이상으로 포함하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, AlN 형성에 의한 오스테나이트 입도 미세화 효과가 커져 냉간단조성이 저하될 우려가 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 Sol.Al의 함량을 0.01~0.05%로 제어하는 것이 바람직하다. 보다 유리하게는 0.015~0.05%, 보다 더 유리하게는 0.02~0.05%로 제어하는 것이 바람직하다.
Ti: 0.005~0.04%
티타늄(Ti)은 탄질화물 형성원소로서, 강 중에 티타늄이 포함되는 경우 C 및 N의 고정에 유리하게 작용하여 냉간단조성 확보에 유리하다. 다만, 미세한 Ti(C,N) 석출물이 다량 석출될 경우 석출강화에 의한 기지 강도가 급격히 상승하여 오히려 냉간단조성을 열화시킬 우려가 있다. 따라서, 상기 Ti을 함유함에 있어서, C와 N의 고정 효과에 적절한 수준으로 그 함량을 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 Ti의 함량이 0.005% 미만이면 C, N 고정 효과가 미비하고, 반면 그 함량이 0.04%를 초과하게 되면 Ti 석출물이 다량 형성되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 Ti의 함량을 0.005~0.04%로 제어하는 것이 바람직하며, 보다 유리하게는 0.005~0.03%로 제어하는 것이 바람직하다.
N: 0.01% 이하
질소(N)는 강 중에 불가피하게 첨가되는 불순물이다. 이러한 N의 함량이 과도하면 고용 질소량이 증가하여 강의 변형 저항이 급증하게 되어, 냉간단조성이 열화되는 문제가 있다.
이론상 상기 N의 함량은 0%로 제어하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로함유될 수 밖에 없으므로, 그 상한을 0.01%로 제어하는 것이 바람직하다.
보다 유리하게는 상기 N의 함량을 0.008% 이하, 보다 더 유리하게는 0.007% 이하로 제어하는 것이 바람직하며, 0%는 제외한다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
다만, 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)은 본 발명에서 목표로 하는 물성을 확보함에 있어서 그 함량을 억제하여야 하는 불순물에 해당하는 바, 이들 함량에 대해서 다음과 같이 제어하는 것이 바람직하다.
니오븀 및 바나듐은 탄질화물 원소로서, 이들의 함량이 과다할 경우 냉각 중에 미세 탄화물이 형성되어, 석출 강화나 결정립 미세화에 의해 강의 강도가 필요 이상으로 증가되며, 이로 인해 열간 단조성을 열화시키는 문제가 있다.
따라서, 상기 Nb 및 V에 대해서 그 상한을 관라하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 Nb 및 V의 함량 합의 상한을 0.06%로 제어한다. 보다 유리하게는 상기 Nb 및 V의 함량 합의 상한을 0.05%로 제어하는 것이 바람직하다.
상술한 합금조성을 만족하는 본 발명의 선재는 미세조직으로 페라이트 및 펄라이트 복합조직을 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 페라이트는 면적분율로 80% 이상(100% 제외), 상기 펄라이트는 20% 이하(0% 제외)로 제어하는 것이 바람직하며, 이와 같은 분율로 복합조직을 확보하는 경우, 우수한 냉간단조성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 신선가공 후 목표 수준의 강도를 확보할 수 있다.
한편, 상기 선재는 표면에서부터 두께(직경) 방향으로 500㎛ 내의 페라이트 평균 입도가 9~10이고, 1/8D~중심부 내의 페라이트 평균 입도가 6~8인 것이 바람직하다.
상기 1/8D의 D는 직경(diameter)을 의미하는 것으로서, 상기 1/8D는 전체 직경(D)의 1/8 지점을 의미하는 것이다. 또한, 상기 중심부는 전체 직경(D)의 1/2 지점을 의미하는 것이다.
표면에서부터 두께(직경) 방향으로 500㎛ 내의 페라이트 평균 입도가 9~10으로 미세할 경우, 신선가공시에 신선성이 우수할 뿐만 아니라, 냉간단조시에 표면흠으로부터 크랙(crack) 전파를 크게 저감시키는 효과가 있다.
또한, 1/8D~중심부 내의 페라이트 평균 입도가 6~8인 것이 바람직한데, 만일 상기 평균 입도가 8을 초과하게 되면 입계 미세화에 의해 강도가 크게 증가하여 냉간단조성이 열위할 우려가 있다. 반면, 상기 평균 입도가 6 미만이면 오히려 강도가 감소하여 목표 수준의 강도를 확보할 수 없게되는 문제가 있다.
본 발명에서는 상기 페라이트와 함께 형성되는 펄라이트의 평균 입경은 페라이트 평균 입경의 영향을 받으므로, 특별히 한정하지 아니한다.
본 발명에서 언급하는 평균 입도는 선재의 길이 방향 일 단면을 관찰하여 검출한 입자들의 평균 원 상당 직경(equivalent circular diameter)을 의미하며, ASTM 입도 번호로 나타낸 것이다.
상술한 합금조성 및 미세조직을 모두 만족하는 본 발명의 선재는 1~20%의 신선 가공량으로 신선을 행함에 있어서, 신선 가공 전 인장강도(TSw)와 신선 가공 후 인장강도(TSd)의 차이가 신선 가공량에 따라 하기 관계식 1 내지 3을 만족하는 것이 바람직하다.
[관계식 1]
TSd - TSw ≤ 20MPa (단, 5% 이하의 신선 가공량으로 신선시)
[관계식 2]
TSd - TSw ≤60MPa (단, 5% 초과 10% 이하의 신선 가공량으로 신선시)
[관계식 3]
TSd - TSw ≤ 120MPa (단, 10% 초과 20% 이하의 신선 가공량으로 신선시)
상술한 관계식 1 내지 3은 신선가공에 의한 가공경화를 나타내는 식으로서, 신선 가공 후 인장강도(TSd)와 신선 가공 전 인장강도(TSw)의 차이가 관계식 1 내지 3을 만족하지 아니할 경우, 가공 경화에 의한 강도 상승이 매우 커져 냉간단조성이 급격하게 저하될 우려가 있다.
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 선재는 상술한 합금조성을 만족하는 빌렛을 제조한 후, 일련의 공정을 거쳐 제조할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 선재는 당해 기술분야에서 통상적으로 널리 알려진 다양한 선재 제조 기술을 통해 제조할 수 있으나, 바람직하게는 후술하는 일련의 공정을 거쳐 제조하는 것이 바람직하다.
[빌렛 재가열]
먼저, 상술한 합금조성을 만족하는 빌렛을 제조한 후, 이것을 1050~1250℃의 온도범위에서 재가열하는 것이 바람직하다. 이때의 가열온도가 1050℃ 미만이면 열간 변형 저항이 증가하여 생산성의 저하를 가져올 우려가 있으며, 반면 그 온도가 1250℃를 초과하게 되면 페라이트 결정립이 지나치게 조대해져 연성이 저하될 우려가 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 재가열 공정을 1050~1250℃의 온도범위에서 실시하는 것이 바람직하며, 보다 유리하게는 1100~1200℃에서 행하는 것이 바람직하다.
[선재압연]
상기 재가열된 빌렛을 열간압연하여 선재로 제조하는 것이 바람직하다.
이와 같이 선재로 압연을 행함에 있어서, 마무리 열간압연시 선재 표면온도가 2상역(2 phase, 페라이트 및 오스테나이트 공존 영역) 온도범위인 A1변태점(공석 변태점)~A3변태점에서 실시하는 것이 바람직하다. 이는, 오스테나이트 결정립에 가공을 가하여 팬 케이크(pan cake) 모양으로 형성시킴으로써 오스테나이트 입계에서 핵생성되는 페라이트의 크기를 미세화하기 위한 것이다.
만일, 마무리 열간압연시 온도가 A3 변태점을 초과하게 되면 입도 미세화가 어렵고, 반면 A1 변태점 미만에서는 압연부하에 의해 실적용이 어려워지는 문제가 있다.
상술한 온도범위에서 마무리 열간압연을 행하는 경우, 10~20%의 감면율로 실시하는 것이 바람직하다. 만일, 상기 감면율이 10% 미만이면 표면~500㎛ 내 페라이트의 평균 입도가 미세화되는 영역이 충분치 않아 의도하는 효과를 얻기 어렵고, 반면 20%를 초과하게 되면 페라이트의 평균 입도가 미세화되는 영역이 500㎛를 초과하게 되어 냉간단조성이 열화되는 문제가 있다.
[권취]
상기에 따라 마무리 열간압연된 선재의 표면 온도가 오스테나이트 단상 영역으로 상승하게 되면 20℃/s 이상의 냉각속도로 권취 온도까지 냉각한 후 그 온도에서 권취를 행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 선재는 마무리 압연 후 복열에 의해 오스테나이트 단상 영역으로 그 온도가 상승되므로, 최소한 20℃/s 이상의 냉각속도로 권취온도까지 냉각하여야 마무리 열간압연에 의해 미세화된 입도를 유지하는 것이 가능하다. 만일, 상기 냉각속도가 20℃/s 미만이면 미세화된 입도가 다시 성장하여 본 발명에서 의도하는 수준의 입도 미세화를 확보할 수 없게 되는 문제가 있다. 상기 냉각속도의 상한에 대해서는 특별히 한정하지 아니하며, 냉각설비를 고려하여 적절하게 선택할 수 있다.
상기 권취 온도는 상기 선재 표면온도를 기준으로 750~850℃인 것이 바람직하다. 만일, 상기 권취 온도가 750℃ 미만이면 온도가 낮아 권취 형상이 불량해질 우려가 있으며, 반면 그 온도가 850℃를 초과하게 되면 표면~500㎛ 내 페라이트의 평균 입도가 성장하여 의도하는 조직을 확보할 수 없게 되는 문제가 있다.
[냉각]
상기 권취를 완료한 후 0.1~1.0℃/s의 냉각속도로 페라이트 및 펄라이트 변태 완료점까지 냉각하는 것이 바람직하다.
이때, 냉각속도가 0.1℃/s 미만이면 펄라이트 조직 중 라멜라 간격이 조대해져 연성을 우수하게 확보하기 어려워지며, 반면 1.0℃/s를 초과하게 되면 페라이트 분율이 감소하여 냉간단조성이 열화될 우려가 있다.
본 발명에서 제시하는 합금조성의 경우 상술한 냉각속도로 냉각을 행함에 있어서 500℃ 이전에 페라이트 및 펄라이트 변태가 모두 완료되므로, 본 발명에서는 보다 바람직하게 상술한 냉각속도로 냉각시 500℃까지 냉각을 완료하는 것이 바람직하다.
다만, 상기 냉각을 완료한 이후에는 냉각속도에 크게 영향을 받지 않으므로, 특별히 한정하지 아니한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
하기 표 1에 나타낸 합금조성을 갖는 강편을 표 2에 나타낸 조건으로 [재가열 - 선재압연 - 권취 - 냉각]하여 각각의 선재를 제조하였다.
이후, 각 선재에 대해 미세조직을 평가한 다음, 신선가공량에 따라 신선가공한 후 냉간단조성을 평가하였다. 또한, 신선가공 전과 신선가공량 별 인장강도를 측정하였다.
이때, 냉간단조성 평가는 노치압축시편을 진변형 0.85의 압축 시험을 실시하여 균열 발생 유무로 평가하였으며, 균열이 발생하지 않은 경우 "GO", 균열이 발생한 경우 "NG"로 나타내었다.
상기 미세조직 결과는 표 3에 나타내었으며, 인장강도 및 냉간단조성 평가는 표 4에 나타내었다.
구분 합금조성 (중량%)
C Si Mn P S Cr Sol.Al Ti N Nb V
발명강1 0.03 0.14 0.52 0.012 0.0050 0 0.03 0.022 0.0048 0 0
발명강2 0.07 0.11 0.41 0.011 0.0062 0 0.02 0.025 0.0045 0.003 0.034
발명강3 0.10 0.09 0.35 0.011 0.0054 0.2 0.04 0.027 0.0047 0 0.021
발명강4 0.13 0.13 0.30 0.009 0.0052 0 0.03 0.021 0.0042 0 0
비교강1 0.04 0.18 0.57 0.011 0.0054 0 0.03 0.012 0.0055 0 0.068
비교강2 0.08 0.20 0.43 0.011 0.0067 0 0.02 0 0.0056 0.008 0.087
비교강3 0.12 0.15 0.52 0.012 0.0051 0 0.03 0 0.0048 0 0.095
비교강4 0.15 0.12 0.73 0.010 0.0062 0 0.04 0.008 0.0043 0 0
(표 1에서 비교강 1 및 4는 하기와 같이 제조공정이 본 발명을 벗어나는 경우로서, 이에 비교강로서 나타낸 것이다.)
구분 제조조건 A1
(℃)		 A3
(℃)
추출온도
(℃)		 마무리 열간압연 출측온도
(℃)		 냉각속도1
(℃/s)		 권취온도
(℃)		 냉각속도2
(℃/s)
온도(℃) 감면율(%)
발명강
1		 1128 872 15 912 28 823 0.4 712 897
발명강
2		 1135 860 17 905 25 811 0.5 721 883
발명강
3		 1092 854 18 894 23 798 0.7 729 872
발명강
4		 1073 843 13 876 21 782 0.3 723 864
비교강
1		 1108 985 30 1012 16 905 1.4 718 896
비교강
2		 1096 974 27 996 11 896 1.6 726 885
비교강
3		 1084 957 23 973 13 884 1.2 726 866
비교강
4		 1136 943 18 956 10 877 0.6 713 843
(상기 표 2에서 '추출온도'는 강편 재가열 후 가열로에서 추출할 때의 온도를 의미하며, 출측온도는 마무리 열간압연 후 압연기에서 추출시 온도를 의미하며, 냉각속도 1은 권취온도까지의 냉각시 속도를 의미하며, 냉각속도 2는 권취 후 행해지는 냉각시의 속도를 의미한다. 상기 냉각속도 2는 500℃까지 실시한 것이다.)
구분 미세조직 페라이트
분율 (%)		 표면~500㎛ 내
페라이트 평균
입도 번호		 1/8D~중심부 내
페라이트 평균
입도 번호
발명강 1 F+P 92 9 6
발명강 2 F+P 89 9 8
발명강 3 F+P 86 10 8
발명강 4 F+P 83 10 7
비교강 1 F+P 89 8 8
비교강 2 F+P 86 9 9
비교강 3 F+P 81 9 10
비교강 4 F+P 76 8 9
(표 3에서 F는 페라이트, P는 펄라이트 이며, 상기 페라이트 분율을 제외한 나머지는 펄라이트인 것이다.)
구분 인장강도 (MPa) 냉간 가공성
신선 전 5% 10% 15% 20% 5% 10% 155 20%
발명강 1 330 347 382 414 443 GO GO GO GO
발명강 2 383 398 440 468 501 GO GO GO GO
발명강 3 379 395 435 462 492 GO GO GO GO
발명강 4 368 382 422 442 476 GO GO GO GO
비교강 1 384 406 454 482 506 GO GO GO NG
비교강 2 428 458 495 526 552 GO GO NG NG
비교강 3 454 482 523 552 579 GO NG NG NG
비교강 4 415 441 488 516 545 GO GO NG NG
상기 표 1 내지 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 합금조성 및 제조조건을 모두 만족하는 발명강 1 내지 4의 경우, 선재의 미세조직 및 분포가 본 발명에서 제안하는 범위를 만족하여 냉간단조성이 우수함을 확인할 수 있다.
반면, 비교강 1 내지 4의 경우, 본 발명에서 제안하는 합금조성 또는 제조조건을 만족하지 못함에 따라, 선재의 미세조직 및 분포가 본 발명에서 제안하는 범위를 만족하지 못하였다. 이에, 신선가공 중 내부에 크랙이 발생되었으며 발명강 대비 냉간단조성이 열위하게 나타났다.

Claims (8)

  1. 중량%로, C: 0.02~0.15%, Si: 0.2% 이하(0% 제외), Mn: 0.2~0.8%, Cr: 0.6% 이하(0% 포함), P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, Sol.Al: 0.01~0.05%, Ti: 0.005~0.04%, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    미세조직으로 페라이트 및 펄라이트 복합조직을 포함하며,
    표면에서부터 두께(직경) 방향으로 500㎛ 내의 페라이트 평균 입도가 9~10이고, 1/8D(여기서 D는 직경(diameter)을 의미함)~중심부 내의 페라이트 평균 입도가 6~8인 냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 선재는 면적분율 80% 이상(100% 제외)의 페라이트 및 20% 이하(0% 제외)의 펄라이트를 포함하는 냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 선재는 강 중 니오븀 및 바나듐 중 1종 이상의 함량이 그 합으로 0.06% 이하인 냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 선재는 신선 가공 전 인장강도(TSw)와 신선 가공 후 인장강도(TSd)의 차이가 신선 가공량에 따라 하기 관계식 1 내지 3을 만족하는 냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재.

    [관계식 1]
    TSd - TSw ≤ 20MPa (단, 5% 이하의 신선 가공량으로 신선시)
    [관계식 2]
    TSd - TSw ≤60MPa (단, 5% 초과 10% 이하의 신선 가공량으로 신선시)
    [관계식 3]
    TSd - TSw ≤ 120MPa (단, 10% 초과 20% 이하의 신선 가공량으로 신선시)
  5. 중량%로, C: 0.02~0.15%, Si: 0.2% 이하(0% 제외), Mn: 0.2~0.8%, Cr: 0.6% 이하(0% 포함), P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, Sol.Al: 0.01~0.05%, Ti: 0.005~0.04%, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 1050~1250℃의 온도범위로 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 빌렛을 2상역(페라이트 및 오스테나이트 공존 영역) 온도범위에서 10~20%의 감면율로 선재압연하여 선재로 제조하는 단계;
    상기 선재의 표면 온도가 오스테나이트 단상 영역으로 상승한 후 20℃/s 이상의 냉각속도로 권취 온도까지 냉각하는 단계;
    상기 냉각된 선재를 권취하는 단계; 및
    상기 권취 후 0.1~1.0℃/s의 냉각속도로 페라이트 및 펄라이트 변태 완료점까지 냉각하는 단계
    를 포함하는 냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 권취 온도는 750~850℃인 냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재의 제조방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 권취 후 냉각은 500℃까지 행하는 것인 냉간 가공성이 우수한 고성형 저탄소 선재의 제조방법.
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JP2000336456A (ja) * 1999-05-26 2000-12-05 Nippon Steel Corp 機械構造用熱間圧延線材・棒鋼及びその製造方法
KR20150022492A (ko) * 2013-08-23 2015-03-04 주식회사 포스코 고강도 및 고인성 비조질 선재 및 그 제조방법

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일본 특허공보 특공평07-013257호(1995.02.15.) 1부. *

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