KR102043511B1 - Quenched high carbon steel sheet and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내마모나 내구성이 요구되는 부품 등에 사용되는 강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열처리를 통해 강도 및 인성을 높인 열처리 경화형 고탄소 강판과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a steel sheet used for parts requiring wear resistance or durability, and more particularly, to a heat treatment hardened high carbon steel sheet having a high strength and toughness through heat treatment and a method of manufacturing the same.
Description
본 발명은 내마모나 내구성이 요구되는 부품 등에 사용되는 강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열처리를 통해 강도 및 인성을 높인 열처리 경화형 고탄소 강판과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a steel sheet used for parts requiring wear resistance or durability, and more particularly, to a heat treatment hardened high carbon steel sheet having a high strength and toughness through heat treatment and a method of manufacturing the same.
고탄소강은 통상적으로 고강도, 고경도를 요구하는 부품에 많이 사용되고 있다. 예를 들면, 자동차 부품, 톱날, 제침, 체인, 농기구 등에 다양하게 사용된다. 이는 고탄소강이 고강도, 고경도의 특성을 갖기 때문이다.High carbon steel is commonly used in parts requiring high strength and high hardness. For example, it is variously used for automobile parts, saw blades, depilation, chains, farm equipment, and the like. This is because high carbon steel has high strength and high hardness.
위와 같은 고탄소강에 대해 강도, 경도 및 인성을 높이는 방법으로는 다음과 같은 특허문헌 1 내지 4가 알려져 있다. As a method of increasing the strength, hardness and toughness of the high carbon steel as described above, Patent Documents 1 to 4 are known.
특허문헌 1은 담금질과 템퍼링 열처리를 행하여 템퍼드 마르텐사이트를 제조하는 기술이 개시되어 있다. 위와 같은 통상의 담금질 및 템퍼링 열처리 방식은 담금질 시 상온까지 냉각하여 마르텐사이트 조직을 얻은 후 템퍼링 열처리를 통해 템퍼드 마르텐사이트 조직을 얻는 것을 특징으로 한다. 그러나 이런 경우에 잔류 오스테나이트가 일정 분율 이상으로 남게 되어 강도를 높이는데 한계가 있다.Patent Literature 1 discloses a technique for producing tempered martensite by performing quenching and tempering heat treatment. Conventional quenching and tempering heat treatment method as described above is characterized by obtaining a tempered martensite structure through the tempering heat treatment after cooling to room temperature to obtain the martensite structure. In this case, however, residual austenite remains above a certain fraction, which limits its strength.
한편, 특허문헌 2는 Cr과 같은 합금원소를 첨가한 후, 열간압연을 통해 페라이트와 펄라이트의 조직을 얻어 강도와 연성을 확보하는 기술을 개시하고 있다. 그러나 이 경우 강도는 600MPa 정도밖에 되지 않아 내마모를 요구하는 부품에 사용할 수 없다. On the other hand, Patent Document 2 discloses a technique of securing the strength and ductility by adding an alloying element such as Cr and then obtaining a structure of ferrite and pearlite through hot rolling. In this case, however, the strength is only about 600 MPa, so it cannot be used for parts requiring wear.
특허문헌 3은 오스템퍼링 열처리를 통해 미세한 펄라이트를 제조하는 기술을 개시하고 있으며, 미세한 펄라이트를 80% 이하의 압하율로 냉간압연함으로써 강도를 높이고 있다. 그러나, 이러한 공정은 80% 이상의 추가적인 냉간압연 공정이 필요하여 제조비용을 크게 높이게 되는 문제점이 있다.Patent Literature 3 discloses a technique for producing fine pearlite through an ostempering heat treatment, and increases strength by cold rolling fine pearlite at a rolling reduction of 80% or less. However, such a process requires an additional cold rolling process of 80% or more, which greatly increases the manufacturing cost.
특허문헌 4는 오스템퍼링 열처리 시, 2단의 냉각 과정을 통한 미세조직 제어를 통해 고강도 고인성의 고탄소 강판을 제조하는 기술이나, 강도가 1200MPa 수준으로 강도를 크게 높이는 데에는 한계가 있다. Patent document 4 is a technique for producing a high-strength high-toughness high carbon steel sheet by controlling the microstructure through the two-stage cooling process during the ostempering heat treatment, but the strength is limited to greatly increase the strength to 1200MPa level.
상기 부품들은 높은 강도와 경도를 요구하면서, 한편으로는 충격에 의한 파손을 최소화하는 것이 필요하다. 따라서, 파손을 줄이기 위해서, 인성을 향상시킬 필요가 있다. 즉, 단순히 강도나 경도가 높은 소재만이 아니라, 우수한 인성이 조화된 소재의 요구가 높아지고 있는 실정이다.These parts require high strength and hardness, while minimizing impact breakage on the one hand. Therefore, in order to reduce damage, it is necessary to improve toughness. That is, not only a material having high strength and hardness but also a demand for a material in which excellent toughness is harmonized is increasing.
본 발명의 일 측면은, 고가의 합금원소를 첨가하지 않고, 합금조성과 열처리 조건을 최적화하여 고경도를 갖는 동시에 우수한 인성을 확보한 열처리 경화형 고탄소 강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a heat-curing hardened high carbon steel sheet and a method of manufacturing the same, which have high hardness and excellent toughness by optimizing alloy composition and heat treatment conditions without adding expensive alloy elements.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, another task that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일측면은 중량%로, C: 0.65~1.0%, Si: 0.5% 이하(0은 제외), Mn: 0.1~2.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.03% 이하를 포함하고, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 포함하며,One aspect of the present invention by weight, C: 0.65 ~ 1.0%, Si: 0.5% or less (excluding 0), Mn: 0.1 ~ 2.0%, P: 0.05% or less, S: 0.03% or less, The rest contains Fe and inevitable impurities,
미세조직은 면적분율로, 마르텐사이트를 85% 이상 포함하고, 잔류 오스테나이트는 5% 이하, 탄화물 및 페라이트상 중 하나 이상을 10% 이하로 포함하며, The microstructure is an area fraction, containing at least 85% martensite, the residual austenite at most 5%, at least 10% of at least one of the carbide and ferrite phases,
취성 파괴에 대한 재료 저항 정도를 나타내는 KIC는 15 MPa·m1/2 이상인 열처리 경화형 고탄소 강판을 제공한다.K IC indicating a degree of material resistance to brittle fracture provides a heat treatment at least 15 MPa · m 1/2 curing type high-carbon steel plate.
본 발명의 또다른 일측면은 중량%로, C: 0.65~1.0%, Si: 0.5% 이하(0은 제외), Mn: 0.1~2.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.03% 이하를 포함하고, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 강판을 준비하는 단계;Another aspect of the present invention is by weight, C: 0.65 ~ 1.0%, Si: 0.5% or less (excluding 0), Mn: 0.1 ~ 2.0%, P: 0.05% or less, S: 0.03% or less Preparing a steel sheet containing Fe and inevitable impurities;
상기 준비된 강판을 Ae3 이상의 가열온도까지 가열하는 단계;Heating the prepared steel sheet to a heating temperature of Ae3 or higher;
상기 가열된 강판을 냉각종료온도(Tc)까지 냉각하는 단계; 및Cooling the heated steel sheet to a cooling end temperature (Tc); And
상기 냉각 후 100℃ 이상의 온도에서 후속 열처리하는 단계를 포함하며, 상기 냉각종료온도(Tc)는 하기 관계식 1을 만족하는 열처리 경화형 고탄소 강판의 제조방법을 제공한다.And a subsequent heat treatment at a temperature of 100 ° C. or higher after the cooling, and the cooling end temperature (Tc) provides a method of manufacturing a heat treatment hardened high carbon steel sheet that satisfies the following relational expression 1.
[관계식 1][Relationship 1]
Tc ≤ 374 - 423*C(중량%) - 30.4*Mn(중량%)Tc ≤ 374-423 * C (% by weight)-30.4 * Mn (% by weight)
본 발명에 의하면, 고가의 합금원소를 다량 첨가하지 않더라도 경도와 인성이 조화를 이룬 열처리 경화형 고탄소 강판과 이를 제조할 수 있는 방법을 제공한다.According to the present invention, even without adding a large amount of expensive alloying elements provides a heat treatment hardening type high carbon steel sheet with a balance of hardness and toughness and a method for producing the same.
도 1은 본 발명의 미세조직의 일예를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 제조방법인 열처리 프로파일을 그래프로 모식화한 것이다.Figure 1 schematically shows an example of the microstructure of the present invention.
Figure 2 is a graphical representation of the heat treatment profile of the manufacturing method of the present invention.
본 발명의 발명자들은 전술한 종래기술의 문제를 해결하고 강판의 강도, 경도 및 인성을 높이기 위한 기술에 대해서 깊이 연구한 결과, 탄소 함량을 최적화하고, 열처리 온도를 적절히 제어하여, 강판의 미세조직으로 마르텐사이트 분율을 높이고, 잔류 오스테나이트 분율을 낮춤으로써, 고가의 합금원소 첨가 없이도 강판의 경도와 인성을 크게 향상시킬 수 있다는 점을 인지하고 본 발명에 이르게 되었다.The inventors of the present invention have solved the above-mentioned problems of the prior art and studied deeply the techniques for increasing the strength, hardness, and toughness of the steel sheet. As a result, the inventors have optimized the carbon content and appropriately controlled the heat treatment temperature, By increasing the martensite fraction and lowering the residual austenite fraction, it has been realized that the hardness and toughness of the steel sheet can be greatly improved without the addition of expensive alloying elements.
이하, 본 발명의 일측면인 열처리 경화형 고탄소 강판에 대하여 상세히 설명한다. 먼저, 본 발명의 강판에 대한 합금조성에 대해 상세히 설명한다(이하, 중량%).Hereinafter, the heat treatment hardening type high carbon steel plate which is one side of this invention is demonstrated in detail. First, the alloy composition of the steel sheet of the present invention will be described in detail (hereinafter, by weight).
탄소(C): 0.65~1.0% Carbon (C): 0.65-1.0%
탄소는 강판의 강도를 향상시키는 필수적인 원소일 뿐만 아니라, 본 발명에서 구현하고자 하는 마르텐사이트 조직 및 전위밀도를 확보하기 위해서 적정하게 첨가가 필요하다. 상기 탄소의 함량이 0.65% 미만인 경우에는 열처리 후 강판의 미세조직으로 85 면적% 이상의 마르텐사이트 조직을 확보하기 어려운 문제가 있다. 뿐만 아니라, 마르텐사이트 조직을 형성하더라도 내부에 전위밀도가 충분히 확보되지 않아, 충분한 강도를 얻을 수 없다. 반면, 상기 탄소의 함량이 1.0%를 초과하는 경우에는 마르텐사이트 형성 온도가 낮아져 잔류 오스테나이트가 많이 남게 된다. 이러한 잔류 오스테나이트를 줄이기 위해 더 낮은 온도로 냉각을 하게 되면 열처리 충격에 의한 균열이 발생하는 원인이 된다. 따라서, 본 발명에서 C의 함량은 0.65~1.0%로 하는 것이 바람직하다.Carbon is not only an essential element for improving the strength of the steel sheet, but also appropriately added to secure the martensite structure and dislocation density to be implemented in the present invention. When the carbon content is less than 0.65%, there is a problem that it is difficult to secure martensite structure of 85 area% or more as a microstructure of the steel sheet after heat treatment. In addition, even when the martensite structure is formed, the dislocation density is not sufficiently secured inside, and sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, when the carbon content exceeds 1.0%, the martensite formation temperature is lowered, leaving much residual austenite. In order to reduce the residual austenite, cooling to a lower temperature causes cracking due to heat treatment impact. Therefore, the content of C in the present invention is preferably set to 0.65 ~ 1.0%.
실리콘(Si): 0.5% 이하 (0%는 제외)Silicon (Si): 0.5% or less (except 0%)
실리콘은 탈산제로 작용할 뿐만 아니라, 강판의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 상기 실리콘의 함량이 0.5%를 초과하는 경우에는 강판 표면에 스케일이 형성되어 강판의 표면품질이 저하되는 문제가 있으므로, 본 발명에서 Si의 함량은 0.5% 이하(0은 제외)로 하는 것이 바람직하다.Silicon not only acts as a deoxidizer, but also improves the strength of the steel sheet. When the content of the silicon exceeds 0.5%, since the scale is formed on the surface of the steel sheet, there is a problem that the surface quality of the steel sheet is deteriorated, so the content of Si in the present invention is preferably 0.5% or less (excluding 0). .
망간(Mn): 0.1~2.0%Manganese (Mn): 0.1-2.0%
망간은 강의 강도 및 경화능을 향상시킬 뿐만 아니라, 강의 제조공정 중 불가피하게 함유되는 황(S)과 결합하여 MnS를 형성시킴으로써 S에 의한 크랙 발생을 억제하는 역할을 한다. 본 발명에서 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 상기 망간의 함량이 0.1% 이상인 것이 바람직하다. 반면, 2.0%를 초과하는 경우에는 잔류 오스테나이트가 많이 남게되는 문제가 있으므로, 본 발명에서 상기 Mn의 함량은 0.1~2.0%로 하는 것이 바람직하다.Manganese not only improves the strength and hardenability of the steel, but also serves to suppress crack generation by S by forming MnS in combination with sulfur (S), which is inevitably contained in the steel manufacturing process. In order to obtain such an effect in the present invention, the content of the manganese is preferably 0.1% or more. On the other hand, if the content exceeds 2.0%, there is a problem that a large amount of retained austenite remains. In the present invention, the content of Mn is preferably 0.1 to 2.0%.
인(P): 0.05% 이하Phosphorus (P): 0.05% or less
인은 강 중의 불가피하게 함유되는 불순물로서, 결정립계에 편성되어 강의 인성을 저하시키는 주요 원인이 되는 원소이므로, 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이론상 P의 함량은 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 P의 상한을 0.05%로 하는 것이 바람직하다.Phosphorus is an inevitably contained impurity in steel, and is preferably an element which is a major cause of deterioration of the toughness of the steel formed at the grain boundary, and is preferably controlled as low as possible. In theory, the P content is advantageously limited to 0%, but inevitably contained in the manufacturing process. Therefore, it is important to manage an upper limit, and in this invention, it is preferable to make the upper limit of said P into 0.05%.
황(S): 0.03% 이하Sulfur (S): 0.03% or less
황은 강 중에 불가피하게 함유되는 불순물로서, 망간과 반응하여, MnS를 형성하여 석출물의 함량을 증가시키고, 강을 취화시키는 주요 원인이 되는 원소이다. 따라서, 가능한 한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이론상 S의 함량은 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 S의 상한을 0.03%로 하는 것이 바람직하다.Sulfur is an inevitable impurity contained in steel, and reacts with manganese to form MnS, which increases the content of precipitates and is a major cause of embrittlement of steel. Therefore, it is desirable to control as low as possible. In theory, the content of S is advantageously limited to 0%, but inevitably contained in the manufacturing process. Therefore, it is important to manage an upper limit, and in this invention, it is preferable to make the upper limit of said S into 0.03%.
상기 조성이외에 본 발명은 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. 상기 조성 이외에 유효한 성분의 첨가를 배제하는 것은 아니다.In addition to the above composition, the present invention includes Fe and unavoidable impurities. The addition of an effective ingredient other than the above composition is not excluded.
다음으로, 본 발명 열처리 경화형 강판의 미세조직과 기계적 물성에 대해 상세히 설명한다. Next, the microstructure and mechanical properties of the heat-curing steel sheet of the present invention will be described in detail.
본 발명의 강판은 상기 성분계를 만족할 뿐만 아니라, 강판의 미세조직으로 85 면적% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 마르텐사이트가 85 면적% 미만인 경우에는 요구되는 경도를 충분히 확보하기 어려운 문제가 있다. 또한, 잔류 오스테나이트는 5 면적% 미만을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 잔류 오스테나이트가 5 면적% 이상인 경우에는 마르텐사이트 대비 경도가 낮은 오스테나이트로 인해 요구하는 경도를 충분히 확보하기 어려운 문제가 있다. 상기 마르텐사이트는 템퍼드 마르텐사이트인 것이 바람직하다. It is preferable that the steel sheet of this invention not only satisfy | fills the said component system, but also contains martensite more than 85 area% as a microstructure of a steel plate. If the martensite is less than 85 area%, there is a problem that it is difficult to sufficiently secure the required hardness. In addition, the retained austenite preferably contains less than 5 area%. When the residual austenite is 5 area% or more, there is a problem that it is difficult to sufficiently secure the required hardness due to austenite having a lower hardness than martensite. The martensite is preferably tempered martensite.
또한, 후속 열처리 과정에서 추가로 페라이트상(α)이 일부 나타날 수 있고 경우에 따라 탄화물이 일부 형성될 수 있다. 상기 탄화물이나 페라이트상은 높은 강도를 유지하면서, 동시에 높은 인성을 가질 수 있게 한다. 그러나 후속 열처리 과정에서 상기 탄화물이나 페라이트 상이 지나치게 많을 경우에는 강도와 인성을 모두 저하시키기 때문에, 10 면적% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 인성을 확보하기 위해서, 상기 페라이트의 분율은 1 면적% 이상인 것이 바람직하다.In addition, a part of the ferrite phase (α) may appear in the subsequent heat treatment, and in some cases, some carbide may be formed. The carbide or ferrite phase allows high toughness while maintaining high strength. However, when the carbide or ferrite phase is excessively large in the subsequent heat treatment, both strength and toughness are lowered, and therefore it is preferably 10 area% or less. On the other hand, in order to ensure toughness, it is preferable that the fraction of the said ferrite is 1 area% or more.
한편, 상기 조직 이외에 잔부로서는 시멘타이트, 베이나이트 등이 포함될 수 있다.Meanwhile, in addition to the structure, the remainder may include cementite, bainite, and the like.
또한, 본 발명의 일 구현례에 따르면, 마르텐사이트 판의 평균 두께는 0.25㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기 마르텐사이트 판은 도 1을 참고하여 상세히 설명한다. 본 발명에 형성된 마르텐사이트상(α')은 도 1에 나타난 형태로 형성되며, 상기 마르텐사이트 판은 단축 길이를 의미한다. 상기 마르텐사이트 판의 크기가 0.25㎛를 초과하는 경우에는 마르텐사이트 상의 강도가 낮아져 강판의 경도가 저하될 우려가 있다. 따라서, 마르텐사이트 판의 평균 두께는 0.25㎛ 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 한편, 도 1에서는 상기 마르테나이트와 잔류 오스테나이트 이외에 페라이트와 탄화물이 존재하는 것을 함께 표현하고 있다. In addition, according to one embodiment of the present invention, the average thickness of the martensite plate is preferably 0.25 μm or less. The martensite plate will be described in detail with reference to FIG. 1. The martensite phase (α ') formed in the present invention is formed in the shape shown in Fig. 1, and the martensite plate means a short axis length. When the size of the martensite plate exceeds 0.25 µm, the strength of the martensite phase is lowered, which may lower the hardness of the steel sheet. Therefore, it is preferable to control the average thickness of martensite plate to 0.25 micrometer or less. In addition, in FIG. 1, the presence of ferrite and carbide other than martensite and retained austenite is expressed together.
앞서 언급한 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 상기 마르텐사이트는 침상형으로 형성된다. 특히 마르텐사이트 판의 두께가 0.4㎛ 이하인 것이 70% 이상인 것이 바람직하다. 이러한 경우에 높은 경도를 확보할 수 있다.As shown in FIG. 1 mentioned above, in the present invention, the martensite is formed in a needle shape. It is preferable that it is 70% or more especially that the thickness of a martensite plate is 0.4 micrometer or less. In such a case, high hardness can be ensured.
본 발명에 의한 열처리 경화형 강판은 고가의 합금원소를 첨가하지 않더라도 매우 높은 강도를 확보할 있다. 일례로, 본 발명에 의한 열처리 경화형 강판은 경도가 600Hv 이상일 수 있다.The heat-treated hardened steel sheet according to the present invention can secure very high strength even without adding expensive alloy elements. In one example, the heat-treated hardened steel sheet according to the present invention may have a hardness of 600 Hv or more.
한편, 본 발명에 의한 열처리 경화형 강판은 강판의 취성 파괴에 대한 재료 저항 정도를 나타내는 KIC가 15 MPa·m1/2 이상인 것이 바람직하다. 상기 KIC는 취성파괴 저항값을 의미한다. On the other hand, it is preferable that the heat treatment hardened steel sheet according to the present invention has a K IC showing a material resistance degree to brittle fracture of the steel sheet of 15 MPa · m 1/2 or more. The K IC means a brittle fracture resistance value.
한편, 본 발명에 의한 열처리 경화형 강판은 경도와 인성을 동시에 향상시켜, 조화를 갖는 점에서 특징이 있으며, 바람직하게는 취성파괴 저항값과 경도(Hv)의 곱이 14,000 Hv·MPa·m1/ 2이상이다.On the other hand, the heat treatment hardening type steel sheet according to the invention is characterized in that to improve the hardness and toughness at the same time, having a blend, preferably a product of the brittle fracture resistance and hardness (Hv) 14,000 Hv · MPa · m 1/2 That's it.
이하, 본 발명의 열처리 경화형 고탄소 강판의 제조방법에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the heat treatment hardening type high carbon steel plate of this invention is demonstrated in detail.
먼저, 전술한 조성을 만족하는 강판을 준비한다. 본 발명에서 적용될 수 있는 상기 강판의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 사용될 수 있는 강판이면 충분하고, 열연강판이나 냉연강판 등으로 구별하지 않는다.First, the steel plate which satisfies the composition mentioned above is prepared. The type of the steel sheet that can be applied in the present invention is not particularly limited, and any steel sheet that can be used in the technical field to which the present invention belongs is sufficient, and is not distinguished as a hot rolled steel sheet or a cold rolled steel sheet.
상기 준비된 강판을 Ae3℃ 이상의 온도까지 가열한다. 상기 가열온도가 Ae3℃ 미만일 경우에는 오스테나이트가 충분히 형성되지 않아, 냉각 후 85 면적% 이상의 마르텐사이트 조직을 얻을 수 없다. 따라서, 상기 가열 온도는 Ae3℃ 이상인 것이 바람직하다. 상기 Ae3 온도는 오스테나이트 단상으로 존재하는 경계온도를 의미한다. The prepared steel sheet is heated to a temperature of Ae 3 ° C or higher. When the heating temperature is less than Ae3 ° C, austenite is not sufficiently formed, and martensite structure of 85 area% or more cannot be obtained after cooling. Therefore, it is preferable that the said heating temperature is Ae3 degreeC or more. The Ae3 temperature means a boundary temperature existing as an austenite single phase.
상기 Ae3℃ 이상을 가열한 후 0.5~15분 동안 유지하는 것이 바람직하다. 이는 준비된 강판에서 완전한 오스테나이트화가 이루어지기 위한 것이다. 가열 후 유지시간이 0.5분 미만일 경우에는 균일한 오스테나이트를 이루기 어렵고, 15분을 초과하는 경우에는 오스테나이트가 지나치게 조대해지거나, 열처리 비용이 과도하게 상승하는 문제가 있다. After heating the above Ae3 ℃ is preferably maintained for 0.5 to 15 minutes. This is to achieve complete austenitization on the prepared steel sheet. If the holding time after heating is less than 0.5 minutes, it is difficult to form a uniform austenite. If the holding time is longer than 15 minutes, the austenite becomes excessively coarse or the heat treatment cost is excessively increased.
상기 가열된 강판을 냉각종료온도(Tc)까지 냉각한다. 상기 냉각종료온도(Tc)는 아래 관계식 1을 만족하는 것이 바람직하다. 상기 냉각종료온도(Tc)가 관계식 1을 만족하지 않을 경우에는 85 면적% 이상의 마르텐사이트를 얻을 수 없고, 잔류 오스테나이트가 5 면적% 이상 남게 되어, 본 발명에 의도하는 강도를 확보할 수 없다.The heated steel sheet is cooled to the cooling end temperature (Tc). The cooling end temperature (Tc) preferably satisfies the relation 1 below. When the cooling end temperature (Tc) does not satisfy the relation 1, martensite of 85 area% or more cannot be obtained, and residual austenite remains 5 area% or more, and thus the strength intended for the present invention cannot be secured.
[관계식 1][Relationship 1]
Tc ≤ 374 - 423*C(중량%) - 30.4*Mn(중량%)Tc ≤ 374-423 * C (% by weight)-30.4 * Mn (% by weight)
상기 관계식 1은 마르텐사이트 생성 및 종료 온도의 관계를 고려하여 도출한 것으로서, 탄소와 망간의 함량이 후속과정에서 페라이트나 탄화물로 형성될 수 있고, 마르텐사이트 형성에 중요한 영향을 미치는 것을 고려하여 도출한 것이다. Equation 1 is derived by considering the relationship between the martensite formation and the termination temperature, the content of carbon and manganese can be formed as a ferrite or carbide in the subsequent process, derived from considering that it has a significant effect on the formation of martensite will be.
본 발명에서 상기 냉각은 가열된 강판을 영하의 온도까지 냉각시키는 극저온 냉각을 행하는 것이 바람직하다. 이는 충분한 마르텐사이트를 확보하기 위한 것으로, 상기 가열된 강판이 영하의 온도까지 내려가지 않으면 마르텐사이트로의 변태가 완전하기 않고 오스테나이트가 많이 잔류하게 되어, 요구되는 경도를 확보할 수 없다. In the present invention, the cooling is preferably performed by cryogenic cooling to cool the heated steel sheet to a sub-zero temperature. This is to secure sufficient martensite. If the heated steel sheet does not fall to the sub-zero temperature, transformation to martensite is not complete and austenite remains much, and thus the required hardness cannot be secured.
상기 극저온 냉각을 위한 방식은 여러가지가 있으나, 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다. 일예로서, 액체 질소를 이용하여 냉각한다.There are many ways for the cryogenic cooling, but the present invention is not particularly limited. As an example, cooling is performed using liquid nitrogen.
상기 냉각종료온도(Tc)까지 냉각하는 단계에서의 냉각속도는 70℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 냉각속도가 70℃/s 미만일 경우에는 냉각하는 과정에서 페라이트, 펄라이트, 베이나이트와 같은 상이 다량 생겨 충분한 양의 마르텐사이트를 얻을 수 없게 된다.Cooling rate in the step of cooling to the cooling end temperature (Tc) is preferably at least 70 ℃ / s. If the cooling rate is less than 70 ℃ / s in the cooling process, such as ferrite, pearlite, bainite is produced in a large amount is unable to obtain a sufficient amount of martensite.
상기 냉각 후에는 100℃ 이상의 온도로 후속 열처리하는 것이 바람직하다. 이는 상기 냉각 특히, 급속한 냉각 과정에서 형성된 고강도의 조직을 풀어주면서 인성을 부여하기 위한 것이다. 상기 열처리 온도는 300℃ 이하인 것이 바람직하며, 300℃를 초과하게 되면 강도 및 경도가 지나치게 하락하게 된다. 전술한 바와 같이, 상기 후속 열처리 과정에서 일부 페라이트나 탄화물의 형성될 수 있다. After the cooling, it is preferable that the subsequent heat treatment at a temperature of 100 ℃ or more. This is to impart toughness while releasing the high-strength tissue formed during the cooling, in particular rapid cooling. Preferably, the heat treatment temperature is 300 ° C. or lower, and when it exceeds 300 ° C., the strength and hardness drop excessively. As described above, some ferrite or carbide may be formed during the subsequent heat treatment.
한편, 상기 후속 열처리는 1~300분 동안의 유지시간을 갖는 것이 바람직하다. 상기 유지시간인 1분 이내로 너무 짧으면 충부한 인성 확보가 어렵고, 300분을 초과하게 되면 과도한 열처리 비용이 소요된다. On the other hand, the subsequent heat treatment preferably has a holding time for 1 ~ 300 minutes. If it is too short within the holding time of 1 minute, it is difficult to secure sufficient toughness, and if it exceeds 300 minutes, excessive heat treatment costs are required.
한편, 도 2는 본 발명 일예인 열처리 공정 조건 시간과 온도의 관계로 모식적으로 나타낸 그래프이다, 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제시하는 제조방법은 준비된 강판을 가열하고, 냉각한 후 후속 열처리하고 냉각하는 공정을 포함한다. On the other hand, Figure 2 is a graph schematically showing the relationship between the heat treatment process condition time and temperature as an example of the present invention, as shown in Figure 2, the manufacturing method proposed in the present invention is to heat the prepared steel sheet, and then cooled Heat treatment and cooling.
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.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, it is necessary to note that the following examples are only for illustrating the present invention in more detail, and are not intended to limit the scope of the present invention. This is because the scope of the present invention is determined by the matters described in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.
(실시예)(Example)
하기 표 1의 조성(중량%, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물임)을 갖는 강판을 준비한 후, 상기 강판을 하기 표 2의 조건을 가열하고, 냉각하였다. 그 후, 강판의 미세조직을 관찰하고, 기계적 물성을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. After preparing a steel sheet having the composition of Table 1 (% by weight, the remainder is Fe and inevitable impurities), the steel sheet was heated and cooled to the conditions of Table 2 below. Thereafter, the microstructure of the steel sheet was observed, and mechanical properties were measured and shown in Table 3 below.
상기 미세조직은 EBSD(Electron backscatter diffraction)를 이용하여 측정한 후, 이미지 분석을 통해 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트의 분율과 마르텐사이트 판의 평균 두께를 측정하였다. The microstructure was measured by using EBSD (Electron backscatter diffraction), and the image thickness was measured by the fraction of martensite and retained austenite and the average thickness of the martensite plate.
경도 시험은 5g 하중에서 10초간 유지하는 조건으로 각 미세조직의 비커스 경도시험을 수행하였다. 취성 파괴에 대한 재료 저항 정도를 나타내는 KIC는 C-T(Compact Tension) 시편을 이용하여 하중에 따른 균열의 변위를 측정하여 평가하였다.In the hardness test, Vickers hardness test of each microstructure was performed under conditions of 10 seconds at a load of 5 g. K IC indicating a degree of material resistance to brittle fracture was evaluated by using the (Compact Tension) CT specimens measure the displacement of the crack in accordance with the load.
(℃)Heating temperature
(℃)
(℃/s)Cooling rate
(℃ / s)
(℃)Cooling end temperature
(℃)
(℃)Tc *
(℃)
(℃)Subsequent heat treatment temperature
(℃)
(분)Subsequent heat treatment time
(minute)
상기 Tc*는 관계식 1에 의해 계산된 냉각종료온도(374-423*C(중량%)-30.4*Mn(중량%)The Tc * is the cooling end temperature calculated by Equation 1 (374-423 * C (% by weight)-30.4 * Mn (% by weight))
상기 표 2에서 발명예 5, 비교예 5 및 6의 냉각속도는 수압 및 수량을 조절한 수냉을 통해 상온까지 냉각하고, 액체질소에 투입하여 영하의 온도로 냉각한 것이다. 한편, 냉각속도가 500℃/s인 것은 가열된 강판을 액체질소에 투입하여 1~2초 이내에 영하의 온도까지 냉각된 것은 토대로 산출한 대략의 속도이다. In Table 2, the cooling rates of Inventive Example 5, Comparative Examples 5 and 6 are cooled to room temperature through water cooling with water pressure and water quantity adjusted, and then cooled to subzero temperature by adding to liquid nitrogen. On the other hand, the cooling rate of 500 ° C / s is the approximate speed calculated based on the fact that the heated steel sheet is poured into liquid nitrogen and cooled to sub-zero temperature within 1 to 2 seconds.
(면적%)Martensite fraction
(area%)
(면적%)Residual austenite
(area%)
(㎛)Average thickness of martensite plate
(Μm)
(면적%)Ferrite fraction
(area%)
(MPa·m1/2)Brittle fracture resistance
(MPam 1/2 )
(Hv)Hardness
(Hv)
(Hv·MPa·m1/2)Brittle fracture resistance x hardness
(Hv, MPam 1/2 )
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명이 제안하는 합금 조성 및 제조조건을 만족하는 발명예 1 내지 7은 모두 취성파괴 저항값이 15 MPa·m1/2 이상이고, 마르텐사이트 판의 평균 두께자 0.25㎛ 이하인 동시에 마르텐사이트 85 면적% 이상의 분율을 포함한다. 특히, 600Hv 이상의 가짐과 동시에, 취성파괴 저항값과 경도값의 곱이 14,000 Hv·MPa·m1/2이상으로서, 우수한 경도와 인성의 조화를 가진 것을 확인할 수 있다. As shown in Table 3, the invention examples 1 to 7 satisfying the alloy composition and manufacturing conditions proposed by the present invention has a brittle fracture resistance value of 15 MPa · m 1/2 or more, and the average thickness of the martensite plate And a fraction of not less than 0.25 µm and at least 85 area% of martensite. In particular, it is confirmed that the product of the brittle fracture resistance value and the hardness value is not less than 600 Hv and the hardness value is 14,000 Hv · MPa · m 1/2 or more, which has a good balance of hardness and toughness.
이에 비해, 비교예 1은 강 중 탄소 함량이 낮아서, 마르텐사이트 판의 평균 두께가 크고, 경도가 열위하게 나타났다. 비교예 2 및 3은 후속 열처리 온도가 본 발명 범위를 벗어난 경우로서, 경도와 인성을 동시에 확보하지 못하는 문제가 있다. 비교예 4는 강판 가열온도가 낮아 마르텐사이트가 충분히 형성되지 않은 경우이며, 비교예 5 및 6은 냉각속도가 느려서 마르텐사이트가 충분히 형성되지 않아, 충분한 경도를 가지지 못한 경우이다. 한편, 비교예 7 및 8은 본 발명의 제시하는 망간 함량보다 높아서, 잔류 오스테나이트 분율이 높아, 충분한 경도를 확보하지 못하였다. In comparison, Comparative Example 1 had a low carbon content in steel, so that the average thickness of the martensite plate was large and the hardness was inferior. Comparative Examples 2 and 3 are cases where the subsequent heat treatment temperature is outside the scope of the present invention, and there is a problem in that hardness and toughness cannot be secured at the same time. Comparative Example 4 is a case in which the martensite is not sufficiently formed due to the low heating temperature of the steel sheet, and Comparative Examples 5 and 6 are cases in which the martensite is not sufficiently formed due to the slow cooling rate, and thus does not have sufficient hardness. On the other hand, Comparative Examples 7 and 8 are higher than the manganese content of the present invention, the residual austenite fraction is high, and sufficient hardness was not secured.
Claims (9)
미세조직은 면적분율로, 마르텐사이트를 85% 이상 포함하고, 잔류 오스테나이트는 5% 이하, 탄화물 및 페라이트상 중 하나 이상을 10% 이하로 포함하며,
취성 파괴에 대한 재료 저항 정도를 나타내는 KIC는 15 MPa·m1/2 이상인 열처리 경화형 고탄소 강판.
By weight percent, C: 0.65 to 1.0%, Si: 0.5% or less (excluding 0), Mn: 0.1 to 2.0%, P: 0.05% or less, S: 0.03% or less, and the rest are Fe and unavoidable impurities Including;
The microstructure is an area fraction, containing at least 85% martensite, the residual austenite at most 5%, at least 10% of at least one of the carbide and ferrite phases,
K IC indicating a degree of material resistance to brittle fracture is 15 MPa · m 1/2 or more thermal processing curing type high-carbon steel plate.
상기 강판의 경도와 인성의 곱은 14,000 Hv·MPa·m1/ 2이상인 열처리 경화형 고탄소 강판.
The method according to claim 1,
The steel sheet of the hardness and the product of 14,000 Hv · MPa · m 1/ 2 or more thermal processing curing type high-carbon steel in toughness.
상기 마르텐사이트의 판의 평균 두께는 0.25㎛ 이하인 열처리 경화형 고탄소 강판.
The method according to claim 1,
The heat-hardening type high carbon steel plate whose average thickness of the said martensite plate is 0.25 micrometer or less.
상기 마르텐사이트의 판의 두께가 0.4㎛ 이하인 것이 70% 이상인 열처리 경화형 고탄소 강판.
The method according to claim 1,
The heat-hardening type high carbon steel plate whose 70% or more of thickness of the said martensite plate is 0.4 micrometer or less.
상기 준비된 강판을 Ae3 이상의 가열온도까지 가열하는 단계;
상기 가열된 강판을 냉각종료온도(Tc)까지 냉각하는 단계; 및
상기 냉각 후 100~300℃의 온도에서 후속 열처리하는 단계를 포함하며,
상기 냉각단계에서 냉각속도는 70℃/s 이상이고, 상기 냉각종료온도(Tc)는 하기 관계식 1을 만족하는 열처리 경화형 고탄소 강판의 제조방법.
[관계식 1]
Tc ≤ 374 - 423*C(중량%) - 30.4*Mn(중량%)
By weight percent, C: 0.65 to 1.0%, Si: 0.5% or less (excluding 0), Mn: 0.1 to 2.0%, P: 0.05% or less, S: 0.03% or less, and the rest are Fe and unavoidable impurities Preparing a steel sheet comprising a;
Heating the prepared steel sheet to a heating temperature of Ae3 or higher;
Cooling the heated steel sheet to a cooling end temperature (Tc); And
And subsequent heat treatment at a temperature of 100 to 300 ° C. after the cooling,
Cooling rate in the cooling step is 70 ℃ / s or more, the cooling end temperature (Tc) is a method of manufacturing a heat-treated hardened high carbon steel sheet satisfying the following relation 1.
[Relationship 1]
Tc ≤ 374-423 * C (% by weight)-30.4 * Mn (% by weight)
상기 가열시 가열온도에서 0.5~15분 동안 유지하는 열처리 경화형 고탄소 강판의 제조방법.
The method according to claim 5,
Method of producing a heat treatment hardened high carbon steel sheet which is maintained for 0.5 to 15 minutes at the heating temperature when the heating.
상기 냉각은 액체 질소를 이용하여 행하는 열처리 경화형 고탄소 강판의 제조방법.
The method according to claim 5,
The cooling method for producing a heat treatment hardened high carbon steel sheet using liquid nitrogen.
상기 후속 열처리는 1~300분 동안의 유지시간으로 행하는 열처리 경화형 고탄소 강판의 제조방법.
The method according to claim 5,
The subsequent heat treatment is a method for producing a heat treatment hardened high carbon steel sheet is carried out with a holding time for 1 to 300 minutes.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |