KR101867677B1

KR101867677B1 - 내지연파괴 특성이 우수한 선재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101867677B1
Application number: KR1020160093545A
Authority: KR
Inventors: 이형직; 이상윤
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2018-06-15
Also published as: KR20180011427A; CN107641771A; CN107641771B

Abstract

본 발명은 다양한 부식 환경에 노출되는 자동차, 구조물의 체결용 볼트 등에 사용할 수 있는 선재와 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

Description

내지연파괴 특성이 우수한 선재 및 그 제조방법{STEEL WIRE ROD HAVING ENHANCED DELAYED FRACTURE RESISTANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

최근 환경오염의 주범으로 지목되고 있는 이산화탄소의 배출을 줄이기 위한 노력이 전세계적인 이슈가 되고 있다. 그 일환으로 자동차의 배기가스를 규제하는 움직임도 활발하며, 이에 대한 대책으로 자동차 메이커들은 연비 향상을 통해 이 문제를 해결해 나가려고 하고 있다. 그런데 연비 향상을 위해서는 자동차의 경량화 및 고성능화가 요구되므로, 이에 따른 자동차용 소재 또는 부품의 고강도 필요성이 증대되고 있다. 이런 추세에 따라 자동차용 볼트도 고강도화가 활발하게 진행되고 있다.

또한, 강구조물을 시공할 때 체결부를 용접하는 대신 작업성이 훨씬 우수한 고강도 볼트를 채용하면 볼트 체결시 체결력 강화와 체결부의 공공 감소에 따른 강구조물의 안정성을 높일 수 있고, 볼트 체결 갯수의 감소에 의해 강재 사용량을 줄이고 건축 공기를 단축할 수 있는 장점이 있어, 강구조 체결용 볼트도 고강도화가 활발하게 진행되고 있다.

통상 강재의 강도가 증가할수록 지연파괴 저항성은 현저하게 감소하는 것으로 잘 알려져 있어, 고강도 볼트가 외부 환경에 노출될 경우 지연파괴가 일어날 수 있는 가능성은 매우 높아진다. 그러므로, 고강도 강재일수록 지연파괴 저항성(내지연파괴 특성)이 요구된다.

지연파괴 저항성을 개서하기 위한 종래의 기술로는 1) 강재의 부식억제, 2) 수소 침입량의 최소화, 3) 지연파괴에 기여하는 확산성 수소의 억제, 4) 한계 확산성 수소농도가 큰 강재 사용, 5) 인장 응력 최소화, 6) 응력집중 완화 등을 들 수 있다. 이를 달성하기 위한 수단으로 고합금화를 추구하거나, 외부 수소침입방지를 위한 표면 코팅 또는 도금을 부여하는 방법을 주로 사용하고 있는 실정이다.

이외에도, 오스테나이트 입계를 취화시키는 P, S를 최대한 억제하면서 특정 원소를 첨가하여 확산성 수소를 트랩할 수 있는 석출물을 생성시키는 방법 등이 있다. 이러한 방법을 통해 지연파괴 저항성을 개선한 예로는 특허문헌 1이 있다.

그러나, 상기 특허문헌 1은 미세 석출물을 분산 석출하기 위해서, 고가의 합금원소를 다량 첨가하고, 높은 템퍼링 온도로 인해서, 실생산에 적용하기 어려운 문제점이 있다.

일본 공개특허공보 제2003-321743호

본 발명은 합금 조성과 제조방법을 통해, 미세조직을 제어함으로써 고강도를 확보하는 동시에 우수한 내지연파괴 특성을 확보할 수 있는 선재와 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일태양은 중량%로, C: 0.35~0.55%, Si: 0.05~1.0%, Mn: 0.1~1.5%, Cr: 0.3~1.5%, P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Al: 0.010~0.10%, N: 0.003~0.020%, V: 0.05~0.5%, Ni: 0.1~0.5%, Mo: 0.1~1.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,

알루미늄 질화물(AlN)의 원상당 최대 직경이 30㎚ 이하이고,

상기 알루미늄 질화물(AlN)은 단위 면적당(㎛²) 원상당 직경이 20㎚이상~30㎚이하인 것이 10~20개, 10㎚이상~20㎚미만인 것이 5~15개, 10㎚ 미만인 것이 5개 이하인 내지연파괴 특성이 우수한 선재를 제공한다.

본 발명의 또다른 일태양은 중량%로, C: 0.35~0.55%, Si: 0.05~1.0%, Mn: 0.1~1.5%, Cr: 0.3~1.5%, P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Al: 0.010~0.10%, N: 0.003~0.020%, V: 0.05~0.5%, Ni: 0.1~0.5%, Mo: 0.1~1.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 마련한 후 900~1000℃의 온도로 재가열하는 단계;

상기 재가열된 강재를 열간 압연하고, 마무리 열간 압연은 800~900℃의 온도로 행하는 단계; 및

상기 열간 압연된 강재를 0.5℃/s 이하의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함하는 내지연파괴 특성이 우수한 선재의 제조방법을 제공한다.

상술한 구성에 따른 본 발명은, 강 선재의 결정립도를 미세하게 제어함으로써 산업기계 및 자동차용 소재 또는 부품에서 요구되는 고강도 및 지연파괴 저항성이 우수한 선재를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 선재에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 선재는 중량%로, 탄소(C): 0.35~0.55%, 실리콘(Si): 0.05~1.0%, 망간(Mn): 0.1~1.5%, 크롬(Cr): 0.3~1.5%, 인(P): 0.015% 이하, 황(S): 0.010% 이하, 알루미늄(Al): 0.010~0.10%, 질소(N): 0.003~0.020%, 바나듐(V): 0.05~0.5%, 니켈(Ni): 0.1~0.5%, 몰리브덴(Mo): 0.1~1.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

이하, 본 발명의 선재의 강 성분과 조성범위의 한정이유를 상세히 설명한다(이하, 중량%임).

탄소(C): 0.35~0.55%

탄소는 제품의 강도를 확보하기 위해서 첨가되는 원소이다. 탄소 함량이 0.35% 미만일 경우에는 목표하는 강도를 확보하는 것이 어렵고, 0.55%를 초과하는 경우에는 충격인성이 저하되고, 오스테나이트 결정립계에 필름(film) 형태의 탄화물이 생성되어 수소지연파괴 저항성을 저하시키기 때문에 바람직하지 않다.

실리콘(Si): 0.05~1.0%

실리콘은 강의 탈산을 위해서 유용할 뿐만 아니라, 고용강화를 통해 강도 확보에도 효과적인 원소이다. 실리콘 함량이 0.05% 미만일 경우에는 강도 확보가 용이하지 않고, 1.0%를 초과하는 경우에는 냉간 가공성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.

망간(Mn): 0.1~1.5%

망간은 경화능 향상 원소이고, 기지조직 내에 치환형 고용체를 형성하여 고용강화하는 원소로 고강도화를 달성하기 위해 매우 유용한 원소이다. 망간의 함량이 0.1% 미만인 경우에는 고용강화 효과와 경화능이 충분하지 못하기 때문에 목표 강도 확보가 어렵고, 1.5%를 초과하는 경우에는 망간 편석에 의한 조직 불균질로 이방성을 크게 할 수 있기 때문에 바람직하지 못하다.

크롬(Cr): 0.3~1.5%

크롬은 망간과 함께 경화능 향상에 유효하고, 부식 환경에서는 강의 내식성 향상에도 기여하는 원소이다. 또한, 볼트 가공 전에 시행하는 구상화 소둔시 크롬은 탄화물의 핵으로 작용하여 강의 연화를 촉진시킬 수 있기 때문에 냉간 단조성 향상을 위해서도 중요한 원소이다. 상기 크롬의 함량이 0.3% 미만일 경우에는 충분한 경화능을 확보하기 어렵고, 1.5%를 초과하는 경우에는 조대한 탄화물이 생성되어, 충격인성이 저하될 뿐만 아니라, 이러한 탄화물이 오스테나이트 결정립계에 필름 형태로 존재하게 될 경우에는 지연파괴 저항성도 저하시키기 때문에 바람직하지 않다.

인(P): 0.015% 이하 (0%는 포함하지 않는다)

인은 결정립계에 편석되어 인성을 저하시키고 지연파괴 저항성을 감소시키는 주요 원인으로 가능한 포함하지 않는 것이 바람직하므로,그 상한을 0.015%로 한다.

황(S): 0.010% 이하 (0%는 포함하지 않는다)

황은 인과 마찬가지로 결정립계에 편석되어 인성을 저하시킬 뿐만 아니라, 저융점 유화물을 형성시켜 열간 압연을 저해하는 원소이기 때문에 가능한 포함하지 않는 것이 바람직하므로, 그 상한을 0.010%로 한다.

알루미늄(Al): 0.010~0.10%

알루미늄은 강력한 탈산 원소로서 강중의 산소를 제거해 청정도를 높일 뿐만 아니라, 강중에 고용된 질소와 결합하여 AlN을 형성하고 결정립 미세화를 통해 충격인성 뿐만 아니라 지연파괴 저항성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에서는 알루미늄을 적극적으로 첨가하지만 함유량이 0.010% 미만이면 그 첨가 효과를 기대하기 어렵고, 0.10%를 초과하게 되면 알루미나 개재물이 다량 생성되어 기계적 물성을 크게 저하시킬 수 있다. 이러한 점을 고려하여 본 발명에서는 알루미늄의 함량을 0.010~0.10%로 한다.

질소(N): 0.003~0.020%

질소는 질화물을 형성하여 결정립을 미세하게 하여 지연파괴 저항성을 향상시키는 원소이다. 질소의 함량이 0.0030% 미만일 경우 상기 효과를 기대하기 어렵고, 0.020%를 초과할 경우에는 강 중에 고용되는 질소량이 증가하여 냉간 단조성을 저하시키기 때문에 바람직하지 않다.

바나듐(V): 0.05~0.5%

바나듐은 담금질 후 뜨임 처리시에 석출물을 형성하여 지연파괴 및 연화 저항성을 개선하는 원소이다. 바나듐의 함량이 0.05% 미만일 경우에는 기지 내 바나듐계 석출물의 양이 충분하지 않아 트랩(trap)되는 수소량이 적어지기 때문에 지연파괴 저항성 개선을 기대하기 어렵고, 또한 석출강화 효과도 적어 연화 저항성에 대한 개선 효과도 충분하지 못하다. 바나듐의 함량이 0.5%를 초과할 경우에는 석출물에 의한 지연파괴 및 연화 저항성에 대한 개선 효과가 포함되고, 조대한 합금 탄화물이 증가할 수 있어 피로 및 인성 등 기계적 물성의 저하를 초래하기 때문에 바람직하지 않다.

니켈(Ni): 0.1~0.5%

니켈은 열처리에 의해 강재 표면에 니켈 농화층을 형성하면 니켈 중 수소의 느린 확산속도 인해 외부 수소의 침투를 억제하는 효과가 있어 지연파괴 저항성을 개선하는 원소이다. 또한, 충격인성을 향상시키고, 부식환경에서의 내식성도 개선한다. 니켈의 함량이 0.1% 미만일 경우에는 강재의 표면 농화층 형성이 불완전하여 지연파괴 저항성 개선 효과를 기대하기 어렵고, 0.5%를 초과하는 경우에는 상기 효과가 포화되고 제조 비용이 크게 증가하기 때문에 바람직하지 않다.

몰리브덴(Mo): 0.1~1.5%

몰리브덴은 경화능 향상 및 입계 산화 억제에 효과적인 원소이다. 또한, 담금질 후 뜨임 처리시에 탄화물이 형성되면 강력한 수소 트랩 사이트로 작용해 지연파괴 저항성을 향상시키고, 연화 저항성 개선에도 매우 효과적이다. 몰리브덴 함량이 0.1% 미만일 경우에는 석출물의 양이 충분하지 않아, 트랩되는 수소량이 적어지기 때문에 지연파괴 저항성 개선을 기대하기 어렵고, 또한 석출강화 효과도 적어 연화 저항성에 대한 개선 효과도 충분하지 못하다. 몰리브덴의 함량이 1.5%를 초과하는 경우에는 석출물에 의한 지연파괴 및 연화 저항성에 대한 개선 효과가 포화되고, 조대한 합금 탄화물이 증가할 수 있어 피로 및 인성 등 기계적 물성의 저하를 초래한다. 또한, 선재 제조시 취성을 갖는 저온조직(마르텐사이트, 베이나이트 등)이 생성되기 쉽기 때문에 바람직하지 않다.

상기 조성 이외에 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 포함한다. 본 발명에서는 상기 언급된 합금 조성이외에 다른 합금의 추가를 배제하지 않는다.

한편, 본 발명에서 상기 알루미늄(Al)과 질소(N)의 함량은 아래 관계식 1을 만족하는 것이 바람직하다.

[관계식 1]

1 ≤ Al/N ≤ 4

단, 상기 관계식 1에서 알루미늄(Al)과 질소(N)는 각 해당원소의 중량기준 함량을 의미한다.

본 발명에서 알루미늄은 강중에 고용된 질소와 결합하여, AlN을 형성하고, 이들 질화물은 오스테나이트 결정립계를 고정해주는 역할을 통해 결정립도를 미세하게 만든다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 통상적인 수준 이상으로 미세한 AlN을 다량으로 석출시켜 결정립 미세화가 얻어져야 하고, 이를 통해 강재의 수소지연파괴 저항성이 크게 향상될 수 있다.

본 발명자들은 상기 점에 착안하여 연구와 실험을 거듭한 결과, 상기 알루미늄과 질소의 관계가 중량% 기준으로 1 ≤ Al/N ≤ 4 를 만족했을 때 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 선재를 제공할 수 있음을 확인하고 본 조성성분의 관계식을 제시하는 것이다.

이하, 본 발명의 미세조직에 대해서 상세히 설명한다.

본 발명 선재는 알루미늄 질화물(AlN)을 포함하여, 원상당 최대 직경이 30㎚ 이하인 것이 바람직하다. 최대 직경이 30㎚를 초과하여 조대해지면, 오스테나이트 결정립계를 효과적으로 고정하기 어렵기 때문에, 재가열온도를 낮게 제어함으로써, 최대직경이 30㎚ 이하가 되도록 한다.

보다 구체적으로, 상기 알루미늄 질화물(AlN)은 단위 면적당(㎛²) 직경이 20㎚ 이상 ~ 30㎚ 이하인 것이 10~20개, 10㎚ 이상 ~ 20㎚ 미만인 것이 5~15개, 10㎚ 미만인 것이 5개 이하인 것이 바람직하다.

본원발명에서 상기 알루미늄 질화물(AlN)의 단위면적당 직경의 크기가 중요한 이유는 사이즈별 AlN 개수가 너무 많아지면, 담금질 및 뜨임과 같은 후열처리시 AlN이 서로 결합하여 조대해지고, 그 결과 기계적 물성의 저하를 유발할 수 있다. 한편, 사이즈별 AlN 개수가 부족하면, 오스테나이트 결정립계를 충분히 고정할 수 없어서, 결정립의 미세화를 도모할 수 없기 때문이다.

한편, 본 발명의 선재 미세조직은 면적 분율로, 페라이트 25~50%, 펄라이트 50~75%를 포함하고, 저온조직은 5% 미만인 것이 바람직하다.

상기 페라이트가 너무 많아지거나 펄라이트가 적어지게 되면, 충분한 강도를 확보하기 어렵고, 반대로 페라이트가 너무 적거나 펄라이트가 많아지게 되면 연성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.

상기 저온 조직은 마르텐사이트, 베이나이트 등을 의미하며, 상기 저온 조직이 5% 이상 포함되면, 취성이 높아져서 크랙이 발생할 가능성이 높아지기 때문에 바람직하지 않다.

상기 페라이트와 펄라이트의 평균 결정립도는 20㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기 페라이트와 펄라이트의 평균 결정립도가 20㎛를 초과하면, 수소지연파괴 저항성 향상 효과가 충분하지 않기 때문에, 강의 합금조성, 제공공정 등의 조건을 조절하여 결정립도가 20㎛ 이하가 되도록 관리하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 선재를 제조하는 방법에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 선재를 제조하는 방법은, 상술한 조성을 갖는 강재를 재가열하는 공정; 상기 재가열된 강재를 열간 압연하는 단계; 및 상기 열간 압연 후 냉각하는 공정을 포함한다.

먼저, 본 발명에서는 상술한 조성을 갖는 강재를 마련한 후, 이를 재가열한다. 상기 강재의 형태는 특별히 한정되지 않으나, 통상적으로는 블룸(bloom)이나 빌렛(billet) 형태인 것이 바람직하다.

상기 재가열 온도 범위는 900~1000℃로 행하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 재가열 온도가 900℃ 미만이면, 열간 압연 중 강재의 온도가 너무 떨어져 표면 결함이 유발될 가능성이 크고, 1000℃를 초과하면 AlN이 재용해되거나 성장하여 오스테나이트 결정립이 조대해지는 것을 효과적으로 제어할 수 없기 때문에 재가열 온도는 900~1000℃의 온도 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

이어, 상기 재가열된 강재를 열간 압연하여 선재를 제조한다. 상기 열간 압연의 마무리 열간 압연 온도는 800~900℃로 하는 것이 바람직하다. 상기 마무리 열간 압연 온도가 800℃ 미만이면 강재의 표면 결함이 유발될 가능성이 크고, 900℃를 초과하면 결정립이 미세하게 되지 않아서 원하는 수소지연파괴 저항성을 얻을 수 없기 때문에 마무리 열간 압연 온도는 800~900℃의 온도범위로 관리하는 것이 바람직하다.

상기 열간 압연 후 냉각처리되는데, 냉각 개시 온도에서부터 냉각 종료 온도까지의 냉각 구간을 0.5℃/s 이하의 냉각속도로 냉각하는 것이 바람직하다. 상기 냉각속도가 0.5℃/s 이하를 초과하게 되면, 저온 조직의 형성이 증가되어 내부 크랙을 유발할 수 있기 때문에 냉각속도는 0.5℃/s 이하로 관리하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 냉각 구간은 상기 열간 압연이 종료된 후, 펄라이트 변태가 완료될 때까지인 것이 바람직하다

이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

(실시예)

하기 표 1의 조성 성분(단위는 중량%이며, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물임)을 갖는 강재를 준비한 후, 표 2에 개시된 조건으로 재가열, 열간 압연 및 냉각을 행하여 선재를 제조하였다.

상기와 같이 제조된 선재에 대해서, 저온조직의 분율, 페라이트와 펄라이트 결정립도, AlN 석출물의 크기 및 분포를 측정하여 표 2 및 3에 나타내었다. 저온조직과 페라이트와 펄라이트의 결정립도는 화상 분석기(Image Analyzer)를 이용하여 측정하였고, AlN 석출물의 크기 및 분포는 추출 replica를 이용하여 투과전자현미경으로 10 시야 이상을 관찰하여 확인하였다.

한편, 상기 제조된 선재의 지연파괴 저항성을 확인하기 위해서, 870℃에서 소입하고, 500℃에서 소려처리를 하고, 지연파괴강도를 측정하여 표 2에 나타내었다.

지연파괴강도는 일반적으로 사용되는 일정하중법을 적용하였다. 이 평가법은 부가응력별 또는 특정응력하에서 파괴까지의 소요시간으로 지연파괴 저항성을 평가하는 방법이다. 지연파괴 시험시 시험응력은 노치인장강도(notched tensile strength)를 기준으로 부가응력(applied stress)을 결정하였다.

지연파괴 시험기는 일정하중형 지연파괴 시험기(Constant loading type delayed fracture testing machine)을 이용하였다. 지연파괴 시험편은 시편지름 6㎜, 노치부 지름 4㎜, 노치반경 0.1㎜로 제조하고, 시험편 분위기 용액인 pH 2인 용액(NaCl+CH₃CHOOH)을 만들어 상온 25℃±5℃에서 시험을 실시하였다.

임계 지연파괴강도는 동일 응력비(부하응력/노치인장강도)에서 파단시까지 소요시간 150시간 이상 미절손되는 인장강도를 의미하며, 노치강도는 노치시편 편을 인장시험하여 (최대하중/노치부 단면적)의 값으로 구하였다. 임계지연파괴 강도의 설정을 위한 시험편수는 최소 15개를 기준으로 하여 구하였다.

구분	C	Si	Mn	Cr	P	S	V	Ni	Mo	Al	N
발명예 1	0.43	0.2	1.0	0.4	0.010	0.010	0.15	0.24	0.4	0.035	0.0091
발명예 2	0.45	0.4	0.4	0.8	0.012	0.006	0.21	0.30	0.8	0.024	0.0107
발명예 3	0.40	0.3	0.7	1.2	0.008	0.008	0.08	0.17	0.5	0.027	0.0068
발명예 4	0.38	0.2	0.5	0.6	0.009	0.005	0.12	0.14	0.7	0.041	0.012
비교예 1	0.44	0.3	0.6	1.0	0.009	0.004	0.14	0.20	0.6	0.009	0.019
비교예 2	0.39	0.2	1.1	0.7	0.011	0.009	0.10	0.16	0.9	0.063	0.0082
비교예 3	0.41	0.5	0.8	0.9	0.010	0.007	0.17	0.18	0.6	0.033	0.0088
비교예 4	0.42	0.1	0.3	0.5	0.008	0.008	0.11	0.22	0.4	0.052	0.0145
비교예 5	0.40	0.4	0.4	1.1	0.013	0.005	0.13	0.32	0.7	0.025	0.0101

구분	재가열온도(℃)	마무리 열간 압연 온도(℃)	냉각속도(℃/s)	저온조직 분율(%)	Al/N	AlN 최대 직경(㎚)	페라이트와 펄라이트 결정립도(㎛)	지연파괴강도(MPa)
발명예 1	1000	830	0.5	1	3.85	25	16	1265
발명예 2	960	850	0.1	0	2.24	22	18	1242
발명예 3	950	860	0.3	0	3.97	22	17	1258
발명예 4	980	840	0.2	0	3.42	23	16	1237
비교예 1	940	830	0.4	0	0.47	17	31	1120
비교예 2	980	860	0.4	0	7.68	55	33	1098
비교예 3	1120	850	0.1	0	3.75	90	55	976
비교예 4	970	980	0.2	0	3.59	23	42	992
비교예 5	990	880	5	8	2.48	24	20	766

구분	크기별 AlN석출물 밀도(개/㎛²)
구분	10㎚ 미만	10㎚이상~20㎚미만	20㎚이상~30㎚이하	30㎚ 초과
발명예 1	1	9	13	-
발명예 2	2	6	15	-
발명예 3	3	5	16	-
발명예 4	2	12	11	-
비교예 1	2	1	-	-
비교예 2	-	2	5	3
비교예 3	-	4	2	4
비교예 4	3	8	12	-
비교예 5	2	11	14	-

상기 표 1 내지 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 강조성과 제조조건을 충족하는 발명예 1 내지 4에서는 모두 20㎛ 이하의 미세한 페라이트와 결정립도와 미세한 AlN 석출물을 확인할 수 있었고, 이때 우수한 지연파괴강도를 나타냄을 확인할 수 있었다.

그러나, 비교예 1은 Al 함량이 본 발명의 범위를 벗어나고, Al/N의 값이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로서, 유효한 AlN 석출물의 수가 너무 적어서, 오스테나이트 결정립을 고정하는 효과가 충분하지 못하여, 최종조직인 페라이트의 결정립도가 커지고 지연파괴강도가 열위해짐을 확인할 수 있었다. 비교예 2는 강의 조성은 본 발명의 범위를 충족하나, Al/N의 비가 본 발명의 범위를 벗어난 경우로서, AlN 석출물의 수가 크게 줄어들고, 조대한 석출물이 많아져서 오스테나이트 결정립도를 고정하는 효과가 충분하지 못하기 때문에, 최종조직인 페라이트의 결정립도가 커지고 지연파괴 강도가 열위해지는 것을 확인할 수 있었다.

비교예 3은 강의 조성과 Al/N의 비는 충족되나, 재가열온도가 너무 높은 경우로서, 고온에서 AlN 석출물이 크게 성장하여, 오스테나이트가 충분히 미세화되지 못하기 때문에 최종 조직인 페라이트의 결정립도가 커지고 지연파괴강도는 열위해짐을 확인할 수 있다. 비교예 4는 강의 조성과 Al/N의 비는 충족되나, 열간 압연 온도 범위가 벗어난 경우로서, 오스테나이트가 충분히 미세화되지 못하여, 최종조직인 페라이트의 결정립도가 커져서 지연파괴강도는 열위해짐을 알 수 있다.

한편, 비교예 5는 강의 조성과 Al/N의 비는 충족되나, 제조공정에서 냉각속도가 빨라짐에 따라서 저온조직이 형성되고 미세한 내부 크랙이 생겨서 지연파괴강도가 크게 저하되는 것을 보여주고 있다.

Claims

중량%로, C: 0.35~0.55%, Si: 0.05~1.0%, Mn: 0.1~1.5%, Cr: 0.3~1.5%, P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Al: 0.010~0.10%, N: 0.003~0.020%, V: 0.05~0.5%, Ni: 0.1~0.5%, Mo: 0.1~1.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
알루미늄 질화물(AlN)의 원상당 최대 직경이 30㎚ 이하이고,
상기 알루미늄 질화물(AlN)은 단위 면적당(㎛²) 원상당 직경이 20㎚이상~30㎚이하인 것이 10~20개, 10㎚이상~20㎚미만인 것이 5~15개, 10㎚ 미만인 것이 5개 이하인 내지연파괴 특성이 우수한 선재.
청구항 1에 있어서,
상기 Al 및 N은 함량(중량%)은,
1 ≤ Al/N ≤ 4의 관계를 만족하는 내지연파괴 특성이 우수한 선재.
청구항 1에 있어서,
상기 선재의 미세조직은 면적 분율로, 페라이트 25~50%, 펄라이트 50~75% 및 저온조직을 5% 미만 포함하는 내지연파괴 특성이 우수한 선재.
청구항 3에 있어서,
상기 페라이트와 펄라이트의 평균 결정립도는 20㎛ 이하인 내지연파괴 특성이 우수한 선재.
중량%로, C: 0.35~0.55%, Si: 0.05~1.0%, Mn: 0.1~1.5%, Cr: 0.3~1.5%, P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Al: 0.010~0.10%, N: 0.003~0.020%, V: 0.05~0.5%, Ni: 0.1~0.5%, Mo: 0.1~1.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 마련한 후 900~1000℃의 온도로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 강재를 열간 압연하고, 마무리 열간 압연은 800~900℃의 온도로 행하는 단계; 및
상기 열간 압연된 강재를 0.5℃/s 이하의 냉각속도로 냉각하는 단계
를 포함하는 내지연파괴 특성이 우수한 선재의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 Al 및 N은 함량(중량%)은,
1 ≤ Al/N ≤ 4의 관계를 만족하는 내지연파괴 특성이 우수한 선재의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 냉각은 열간 압연 종료 후 펄라이트 변태 완료까지 행하는 내지연파괴 특성이 우수한 선재의 제조방법