KR102065264B1

KR102065264B1 - 연질 열처리 시간 단축형 냉간 압조용 선재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102065264B1
Application number: KR1020180092288A
Authority: KR
Inventors: 이병갑; 이상윤; 박인규; 이재승; 김한휘; 양요셉
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2020-01-10
Also published as: JP2021533271A; JP7159445B2; CN112703266B; WO2020032785A1; CN112703266A

Abstract

연질 열처리 단축형 냉간 압조용 선재 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명의 냉간압조용 선재는, 중량%로 C: 0.15~0.5%, Si: 0.02~0.4%, Mn: 0.3~1.2%, Al: 0.02~0.05%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 미만, N: 0.01% 미만을 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 그 내부조직이, 20~90 면적%의 초석 페라이트 조직, 5 면적% 이하의 베이나이트 및 마르텐사이트 조직, 및 잔여 펄라이트 조직을 포함하고, 상기 내부조직을 이루는 초석 페라이트는 평균 입경이 5㎛ 이하이고 레버룰(lever rule)에 의해 계산된 평형 초석 페라이트 분율 중 80% 이상에 해당하며, 그리고 상기 미세조직별 초미세 경도는 관계식 1 및 관계식 2를 만족한다.

Description

연질 열처리 시간 단축형 냉간 압조용 선재 및 그 제조 방법{WIRE ROD FOR CHQ CAPABLE OF REDUCING SOFTENING TREATMENT TIME, AND METHOD FOR MANUFATURING THE SAME}

본 발명은 연질 열처리 시간 단축형 냉간 압조용 선재의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 압연후 선재의 미세조직을 제어함로써 후속하는 연질화 열처리 시간을 단축할 수 있는 냉간 압조용 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

선재를 연질화하기 위하여 일반적으로 구상화 열처리를 한다. 구상화 열처리는 냉간 성형시 냉간 가공성을 향상시키기 위하여 세멘타이트를 구형화하고 균질한 입자 분포를 유도한다. 또한, 가공 다이스의 수명을 향상시키기 위하여 가공되는 소재의 경도를 가능한 한 낮추어 줄 수 있다. 상기 2가지의 목적을 달성하기 위해 소재의 연질화 개념으로서 이용되고 있다.

이러한 구상화 열처리는 크게 2가지로 분류된다. 하나는 공석온도 이하에서 장시간 가열하는 방법으로서, 주로 열연 제품의 구상화 처리에 이용되고 있다(sub-critical annealing). 다른 하나는 공석온도와 오스테나이트화 온도 사이에서 가열 후 극서냉하여 구상화 조직을 얻는 방법이다(inter-critical annealing).

초기 조직이 펄라이트로 구성된 경우, 구상화 열처리 온도에서 구상화가 진행되는 과정은, 높은 온도에서의 확산에 의하여 라멜라(lamellar) 세멘타이트의 결함 또는 끝 부분에서의 평평한 계면과의 곡률 차이에 의한 탄소농도 구배가 발생하여 라멜라 세멘타이트가 분절되고, 이후 계면 에너지를 줄이기 위해 구상화된다고 알려져 있다.

이러한 구상화 연질화 처리를 위해서는 별도의 공정수와 많은 비용과 시간이 들어가므로 그 공정 시간을 가급적 단축함이 바람직하며, 따라서 상술한 구상화 연질화 처리공정을 단축하는 기술 개발에 연구가 대두되고 있다.

대한민국 특허출원공개 2018-0072965(2018.07.02 공개)

따라서 본 발명은 압연 후 선재의 조직을 초석 페라이트 분율이 평형상의 80% 이상인 최대 5㎛ 이하의 결정립경을 갖는 미세 초석 페라이트와, 베이나이트/마르텐사이트 분율은 5% 이하, 잔여 펄라이트 조직을 포함하는 복합조직으로 제어함으로서 연질화 열처리 시간 단축형 냉간압조용 선재 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로 C: 0.15~0.5%, Si: 0.02~0.4%, Mn: 0.3~1.2%, Al: 0.02~0.05%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 미만, N: 0.01% 미만을 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,

그 내부조직이, 20~90 면적%의 초석 페라이트 조직, 5 면적% 이하의 베이나이트 및 마르텐사이트 조직, 및 잔여 펄라이트 조직을 포함하고, 상기 내부조직을 이루는 초석 페라이트는 평균 입경이 5㎛ 이하이고 레버룰(lever rule)에 의해 계산된 평형 초석 페라이트 분율 중 80% 이상에 해당하며, 그리고

상기 미세조직별 초미세 경도는 하기 관계식 1 및 관계식 2를 만족하는 연질화 열처리 시간을 단축할 수 있는 냉간 압조용 선재에 관한 것이다.

[관계식 1]

초석 페라이트: Hardness(Hv) ≥ 128+61*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)

[관계식 2]

펄라이트: Hardness(Hv) ≤ 254+23*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)

상기 C가 0.4~0.5% 범위를 만족하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은,

상기 조성의 강재를 900℃이상~1050℃이하로 가열한 후, 180분 이내로 유지하는 공정;

상기 강재의 오스테나이트 결정입 크기(AGS)를 5~20㎛ 범위로 제어하는 공정;

상기 AGS가 제어된 강재를 Ae₃이하 ~ 730℃이상의 온도에서 0.3 ~ 2.0의 변형량으로 선재형상으로 마무리 열간압연하는 공정; 및

상기 마무리 열간압연된 선재를 3~20℃/s의 냉각속도로 냉각하는 공정;을 포함하는 연질화 열처리 시간을 단축할 수 있는 냉간 압조용 선재 제조방법에 관한 것이다.

상기 C는 0.4~0.5% 범위를 만족하는 것이 바람직하다.

상기 냉각으로 제조된 선재는,

상기 미세조직별 초미세 경도는 하기 관계식 1 및 관계식 2를 만족하는 것이바람직하다.

[관계식 1]

초석 페라이트: Hardness(Hv) ≥ 128+61*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)

[관계식 2]

펄라이트: Hardness(Hv) ≤ 254+23*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)

상기 냉각된 선재를 구상화 열처리하는 하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.

상기 구상화 열처리후 펄라이트 내 시멘타이트(cementite)의 형상비가 2.5이하일 수가 있다.

상술한 바와 구성의 구성은 본 발명은, 제조된 선재 미세조직의 최적화를 통하여 소망하는 특성을 갖는 선재를 비교적 짧은 연질화 열처리시간을 통하여도 얻을 수 있으며, 이에 따라 제조비용 및 시간을 줄일 수 있는 유용한 효과가 있다.

도 1은 마무리 열간압연 전 강재의 AGS를 보이는 조직사진으로서, (a)는 발명예 1를, 그리고 (b)는 비교예 5를 나타낸다.
도 2는 선재 압연후 냉각으로 얻어진 선재의 미세조직을 나타내는 조직으로서, (a)는 발명예 2를, 그리고 (b)는 비교예 1을 나타낸다.
도 3은 구상화 열처리후의 선재의 미세조직을 나타내는 조직으로서, (a)는 발명예 1를, 그리고 (b)는 비교예 1을 나타낸다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 중량%로 C: 0.15~0.5%, Si: 0.02~0.4%, Mn: 0.3~1.2%, Al: 0.02~0.05%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 미만, N: 0.01% 미만을 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재에 압연을 통해 초석 페라이트를 생성시켜 결정립 미세화를 유도하여 소재의 연질 열처리 중 탄소의 확산 가속을 통해 연질 선재를 얻도록 하는 열처리 단축형 선재의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 선재 조성성분 및 그 함량 제한사유를 설명한다. 여기에서, %는 달리 정의한 바가 없다면 중량%를 의미한다.

·C: 0.15~0.5%

상기 탄소의 함량을 0.15~0.5%으로 제한한 이유는 그 함량이 0.5% 초과하면 거의 모든 조직이 펄라이트로 구성되어 목적으로 하는 초석 페라이트 아결정립을 확보하기 어려우며, 0.15% 미만에서는 초석 페라이트 분율 증가로 결정립이 미세하지 않고 QT 열처리시 마르텐사이트 미세조직으로 변태시키기 어려우며 상기 마르텐사이트 조직에서도 낮은 탄소함량으로 인해 충분한 강도를 확보하기 어렵기 때문이다.

본 발명에서 보다 바람직하게는 상기 탐소 함량을 0.4~0.5% 범위로 제한하는 것이다.

·Si: 0.02~0.4%,

상기 실리콘(Si)의 함량을 0.02~0.4%로 한정하는 데, 그 이유는 다음과 같다. Si은 대표적인 치환형 원소로서 강의 강도확보에 큰 영향을 미친다. 만일 그 함량이 0.02% 미만에서는 강의 강도확보가 어려우며, 0.4%를 초과하면 선재압연 중 탈탄 조직 생성을 조장하여 추가적 제거 비용이 필요하고, 단조 시 강도가 상승하여 단조하기 어렵기 때문이다.

·Mn: 0.3~1.2%

상기 망간(Mn)은 기지조직내에 치환형 고용체를 형성하고 A1 온도를 낮추어펄라이트 층간간격을 미세화한다, 그리고 초석 페라이트 조직내 아결정립을 증가시키므로 그 함량은 0.3~1.2%로 제한한다. 상기 망간을 1.2%를 초과하여 첨가할 경우, 망간편석에 의한 조직 불균질에 의해 유해한 영향을 미치게 된다. 강의 응고시 편석기구에 따라 거시편석과 미시편석이 일어나기 용이한데, 망간편석은 타원소에 비해 상대적으로 낮은 확산계수로 인해 편석대를 조장하고 이로인한 경화능 향상은 중심부 저온조직(core martensite)를 생성하는 주원인이 된다. 또한 상기 망간이 0.3% 미만으로 첨가될 경우, QT후 마르텐사이트 조직 확보를 위한 충분한 소입성이 확보되기 어려울 수 있다.

·Al: 0.02~0.05%

본 발명에서 상기 알루미늄 함량은 0.02~0.05%로 한정함이 좋다. 만일 그 함량이 0.02% 미만에서는 충분한 탈산력이 확보되기 어려우며, 0.05%를 초고하면 Al2O3 등의 경질 개재물이 증가할 수 있으며, 특히 연주시 개재물에 의한 노즐 막힘이 발생할 수 있기 때문이다.

·N: 0.01% 미만

본 발명에서 질소의 함량은 0.01% 미만으로 관리되어야 한다. 0.01% 이상에서는 석출물로 결합하지 않은 고용 질소로 인해 소재 인/연성의 저하가 발생할 수 있기 때문이다.

·P: 0.03% 이하, S: 0.01% 미만

P 및 S는 불순물로서 P는 결정립계에 편석하여 인정을 저하시키기 때문에 그 함양을 0.03%이하로 제한함이 바람직하다. 그리고 S는 저융점 원소로 입계편석하여 인성을 저하시키고 유화물을 형성시켜 제품에 유해한 영향을 미치기 때문에 그 함량을 0.01% 미만으로 관리함이 바람직하다.

또한 본 발명의 냉간압조용 선재는 그 내부조직이, 20~90면적%의 초석 페라이트 조직과, 5면적% 이하의 베이나이트 및 마르텐사이트 조직, 및 잔여 펄라이트 조직을 포함하고, 평형 초석 페라이트 분율 중 80면적% 이상이 평균 입경 5㎛ 이하인 초석 페라이트 조직이다.

본 발명에서 평형 초석 페라이트 분율이란 각 조성의 상태도에서 A1 직상의 온도에서 레버룰에 의한 초석페라이트 분율을 의미한다. 본 발명에서는 Thermo calc. 소프트웨어에서 계산된 상태도를 활용하였다.

본 발명은 이러한 평형 초석 페라이트 분율이 80% 이상인 초석 페라이트 조직을 갖는 것을 특징으로 한다. 통상의 냉각 중에 생성 및 성장하는 선재 내 초석 페라이트와 비교하여, Ae₃이하 ~ 730℃ 온도에서 마무리 압연 중 초석 페라이트가 생성 및 성장하고, 냉각 중 성장하기 때문에 본 발명강의 초석 페라이트 분율은 통상의 방법으로 제조된 동일 조성의 선재 내 초석 페라이트 분율 보다 높다.

본 발명에서 아울러 초석 페라이트 평균 입경을 5㎛ 이하로 제한하는 이유는 상기 초석 페라이트가 마무리 압연 중 급속히 생성됨으로써 결정립을 미세화되기 때문이며, 이는 후공정인 연질화 열처리 시 상기 미세한 결정립을 통해 탄소의 확산을 가속시켜 통상보다 짧은 시간에 구상화 조직을 얻을 수 있기 때문이다. 그리고 베이나이트 및 마르텐사이트 조직의 면적율을 5% 이하로 제어하는 이유는 상기 조직이 존재할 경우 연질화 열처리 전 신선공정 혹은 언코일 시 소재가 단선될 수 있기 때문이다.

또한 본 발명의 선재 경우에는 결정립 미세화에 따른 선재의 경도가 통상재와 비교하여 높으며 각각의 미세조직을 초미소경도로 측정하였을 때 페라이트는 통상재 대비하여 경도값이 높으며, 펄라이트의 경우는 반대로 경도값이 낮은 특성이 있다. 즉, 본 발명에서는 상기 미세조직별 초미세 경도가 하기 관계식 1 및 관계식 2를 만족하도록 함이 바람직하다. 하기 관계식 1-2를 만족함으로써 동일 구상화열처리 시 구상화 시간 단축 효과가 있다. 선재의 미세조직별 경도는 합금원소(C, Si, Mn)가 증가함에 따라 증가하나, 본 발명재의 경우는 초석 페라이트는 통상재와 대비하여 높은 경도값을 지니고, 펄라이트는 통상재와 대비하여 낮은 경도값을 특징으로 하며 하기 관계식에 따라 구분된다.

[관계식 1]

초석 페라이트: Hardness(Hv) ≥ 128+61*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)

[관계식 2]

펄라이트: Hardness(Hv) ≤ 254+23*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)

다음으로, 본 발명의 연질화 열처리를 가속시킬 수 있는 초세립 선재를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 연질화 열처리 시간을 단축할 수 있는 냉간 압조용 선재 제조방법은, 상술한 조성성분을 갖는 강재를 900~1050℃ 범위로 가열한 후, 일정시간 유지하는 공정; 상기 강재의 오스테나이트 결정입 크기(AGS)를 5~20㎛ 범위로 제어하는 공정; 상기 AGS가 제어된 강재를 Ae₃이하 ~ 730℃이상의 온도에서 0.3 ~ 2.0의 변형량으로 선재형상으로 마무리 열간압연하는 공정; 및 상기 마무리 열간압연된 선재를 3~20℃/s의 냉각속도로 냉각하는 공정;을 포함한다.

먼저, 본 발명은 상술한 조성성분을 갖는 강재를 900~1050℃ 범위로 가열한 후, 180분 이내로 유지한다. 상기 가열온도가 1050℃를 초과하면 AGS가 크게 성장하여 마무리 압연 중 더 많은 변형량으로 초석 페라이트를 유도하여 결정립을 미세화시키는데 문제가 있고, 900℃ 미만이면 조압연 중 압하량 증가로 장비에 과부하가 걸리기 때문이다. 그리고 유지시간이 180분을 초과하면 상기와 같은 이유로 AGS가 크게 성장하여 마무리 압연 중 더 많은 변형량으로 초석 페라이트를 유도하여 결정립을 미세화시키는데 문제가 있기 때문이다.

이어, 본 발명에서는 마무리 열간 압연 직전 상기 강재의 오스테나이트 결정입 크기(AGS)를 5~20㎛ 범위로 제어한다 이와 같이 오스테나이 결정입 크기(AGS)를 제어하는 이유는 마무리 압연 중 0.3 이상의 변형량으로도 초석 페라이트를 유도하여 결정립을 미세화시키기 위함이다. 만일 상기 크기가 20㎛를 초과하면 더 많은 마무리압연량이 요구되어 결정립 미세화가 어렵고, 조압연 중 5㎛이하의 AGS 소재를 만들려면 통상의 제조방법보다 더 많은 변형량이 필요하여 billet 사이즈가 증가하거나, interpass time을 줄이기 위해 소재 이송속도를 증가시켜야 하기 때문에 공정적 제약의 문제가 있다.

그리고 본 발명에서는 상기 AGS가 제어된 강재를 Ae₃이하 ~ 730℃이상의 온도에서 0.3 ~ 2.0의 변형량의 선재형상으로 마무리 열간압연한다.

이때, 열간마무리온도 범위를 Ae₃이하 ~ 730℃이상의 온도 범위로 제어함이 바람직한데, 만일 Ae₃온도를 초과하면 초석 페라이트가 생성되지 않아 결정립 미세화에 불리하고, 730℃ 미만에서는 펄라이트가 압연 중 생성되어 결정립 미세화에 불리하고 압연온도가 낮아 압연롤에 과부하가 걸리기 때문이다.

그리고 그 변형량을 0.3~2.0이 되도록 함이 바람직한데, 이는 0.3 이하일 경우, 변형량이 작아 초석페라이트를 유도하지 못해 결정립을 미세화시킬 수 없으며, 2.0 이상일 경우, 변형량 증대로 압연량 과부화 및 원하는 소재의 직경을 제조하기 어렵다.

이어, 본 발명에서는 상기 마무리 열간압연된 선재를 3~20℃/s의 냉각속도로 냉각함으로써 상술한 바와 같은 그 내부 미세조직이 세립으로 제어된 선재를 얻을 수 있다. 이때, 냉각속도를 3~20℃/s 범위로 제어하는 이유는 열간압연 종료 이후, 페라이트 결정입 크기(FGS) 5㎛ 이하의 결정입 성장을 억제하기 위함이다.

그리고 본 발명에서는 상기 냉각된 선재를 구상화 열처리할 수 있다.

구체적으로, 30% 단면 감소 신선공정을 거친 후, 690℃에서 2시간 열처리 후 ?칭할 수 있다. 이와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 선재는 펄라이트 내 cementite의 분절속도가 증가하여 cementite의 형상비가 2.5이하로 우수하고, 경도 또한 10Hv정도 낮다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1에 나타낸 성분조성을 갖는 빌렛을 9mm 선재 압연하였다. 발명예들은 본 발명의 성분 범위 및 제조 조건을 만족하는 것이고, 비교예들은 본 발명의 제조조건을 벗어난 것이다.

구분	합금 성분(중량%)					가열조건		마무리 압연			냉각 조건
구분	C	Si	Mn	Al	N	온도 (℃)	유지시간(min)	압연전 AGS(㎛)	압연온도(℃)	변형량	냉각 조건
비교예1	0.45	0.24	0.83	0.025	0.004	1032	92	13	887	1	5
비교예2	0.46	0.17	0.75	0.028	0.005	982	132	14	862	1.2	4
비교예3	0.43	0.29	0.62	0.023	0.004	993	121	11	749	0.1	9
비교예4	0.44	0.21	0.84	0.026	0.005	976	143	13	762	0.8	1
비교예5	0.45	0.24	0.76	0.027	0.005	1120	90	24	752	1	5
발명예1	0.43	0.19	0.59	0.029	0.004	967	94	12	761	1.4	4
발명예2	0.45	0.31	0.82	0.028	0.005	1012	127	11	754	1.6	7
발명예3	0.46	0.24	0.93	0.025	0.004	984	113	11	749	0.5	3
발명예4	0.48	0.23	0.74	0.029	0.004	1031	97	12	759	0.8	9
발명예5	0.45	0.24	0.72	0.027	0.004	996	149	11	768	1.1	11

*냉각조건은 선재 표면온도가 500℃까지 도달하는 냉각속도(℃/s)

도 1은 마무리 열간압연 전 강재의 AGS를 보이는 조직사진으로서, (a)는 발명예 1를, 그리고 (b)는 비교예 5를 나타낸다. AGS는 ASTM E112법을 활용하여 측정되었다. 상기 비교예 5의 경우, 다른 조건에 비해 높은 가열온도에서 가열되었기 때문에 마무리 압연전 AGS가 다른 조건에 비해 큼을 알 수 있다. 한편 마무리 압연전 작은 AGS는 마무리 압연시 변형량에 의해 입계에서 많은 초석 페라이트를 생성시킬 수 있으며, 따라서 압연 중 초석 페라이트의 생성 및 성장에 의해 최종 선재의 결정립 크기를 작게 만들 수 있다.

하기 표 2는 상기의 제조 조건으로 만들어진 선재 미세조직과, 연질화 열처리재된 연질화재의 미세조직 및 기계적 물성을 나타내고 있다.

구분	선재 미세조직			선재 물성					연질화 열처리 조건		연질화재 미세조직	연질화재 경도
구분	a	b	c	d	e	f	g	경도 (Hv)	열처리온도(℃)	열처리시간(h)	i	j
비교예1	15	42	26	132	160	288	266	194	690	2	7.4	170
비교예2	11	41	30	148	160	282	266	195	690	2	6.7	168
비교예3	13	47	26	152	159	286	266	196	690	2	6.9	169
비교예4	12	46	38	151	159	272	266	193	690	2	6.3	169
비교예5	16	42	27	131	160	290	266	195	690	2	7.8	170
발명예1	5	47	42	166	158	254	265	203	690	2	1.8	160
발명예2	3	42	41	168	161	252	266	205	690	2	1.5	162
발명예3	4	41	39	167	161	256	266	204	690	2	1.7	161
발명예4	5	39	46	174	162	255	267	203	690	2	1.9	159
발명예5	4	42	41	169	160	251	266	205	690	2	2.1	162

*표 2에서 a는 초석 페라이트 결정입 크기(㎛), b는 초석 페라이트 평형분율(%), c는 초석 페라이트 분율(%), d는 페라이트 초미세경도(Hv), e는 페라이트 초미세경도 파라메터, Hardness(Hv) ≥ 128+61*([C]+[Si]/8+[Mn]/18), f는 펄라이트 초미세경도(Hv), g는 펄라이트 초미세경도 파라메터, Hardness(Hv)≤ 254+23*([C]+[Si]/8+[Mn]/18), i는 열처리후 cementite aspect ratio, 그리고 j는 구상화 열처리후 경도(Hv)를 나타낸다.

구체적으로, 비교예 1-2는 압연온도가 887℃, 862℃로 Ae3의 이상의 온도에서 마무리 압연되었기 때문에 초석 페라이트가 유도되지 못했다. 비교강 3의 경우는 선재 표면온도가 500℃까지 도달하는 냉각속도가 1℃/s으로 초석 페라이트가 너무 성장하였다. 비교예 4의 경우, 마무리 압연중 변형량이 0.1로 너무 작았기 때문에 변형에 의한 초석 페라이트를 유도하지 못했다. 그리고 비교예 5의 경우, 상술한 바와 같이, 가열온도가 1120℃로 다른 조건에 비해 높았기 때문에 마무리 압연전 AGS가 다른 조건에 비해 커서 압연 중 충분히 초석 페라이트가 유도되지 않았다.

도 2는 선재 압연후 냉각으로 얻어진 선재의 미세조직을 나타내는 조직으로서, (a)는 발명예 2를, 그리고 (b)는 비교예 1을 나타낸다.

표 2에서 비교예들 대비 발명예들은 페라이트의 결정립 크기가 작으며, 초석 페라이트 분율이 평형분율의 80%이상이 나올 정도로 초석페라이트 분율이 높은 것이 특징이다. 또한, 발명예들의 페라이트의 초미세경도는 비교예들에 비해 페라이트의 경도값이 높으며 반대로 펄라이트의 경도값은 비교예들에 비해 낮은 것이 특징임을 알 수 있다.

그리고 이때 본 발명예들의 선재 미세조직은, 페라이트 초미세경도 파라메터, Hardness(Hv) ≥ 128+61*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)와 펄라이트 초미세경도 파라메터, Hardness(Hv)≤ 254+23*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)를 모두 만족하고 있음을 확인할 수 있다.

한편 본 발명예들의 선재는 결정립 미세화로 인해 비교예들에 비교하여 10Hv정도 높은 선재의 경도를 보였으나, 690℃에서 2시간 열처리 후 구상화된 소재의 경도는 10Hv가 낮았다.

도 3은 구상화 열처리후의 선재의 미세조직을 나타내는 조직으로서, (a)는 발명예 1를, 그리고 (b)는 비교예 1을 나타낸다. 도 3과 같이, Cementite의 형상비가 2.5 이하로 결정립 미세화에 의해 펄라이트 내 cementite가 690℃ 2시간이라는 짧은 시간동안에도 충분히 분절되었음을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 실험예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

Claims

중량%로 C: 0.15~0.5%, Si: 0.02~0.4%, Mn: 0.3~1.2%, Al: 0.02~0.05%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 미만, N: 0.01% 미만을 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
그 내부조직이, 20~90 면적%의 초석 페라이트 조직, 5 면적% 이하의 베이나이트 및 마르텐사이트 조직, 및 잔여 펄라이트 조직을 포함하고, 상기 내부조직을 이루는 초석 페라이트는 평균 입경이 5㎛ 이하이고 레버룰(lever rule)에 의해 계산된 평형 초석 페라이트 분율 중 80% 이상에 해당하며, 그리고
상기 미세조직별 초미세 경도는 하기 관계식 1 및 관계식 2를 만족하는 연질화 열처리 시간을 단축할 수 있는 냉간 압조용 선재.
[관계식 1]
초석 페라이트: Hardness(Hv) ≥ 128+61*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)
[관계식 2]
펄라이트: Hardness(Hv) ≤ 254+23*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)
제 1항에 있어서, 상기 C가 0.4~0.5% 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 연질화 열처리 시간을 단축할 수 있는 냉간 압조용 선재.
중량%로 C: 0.15~0.5%, Si: 0.02~0.4%, Mn: 0.3~1.2%, Al: 0.02~0.05%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 미만, N: 0.01% 미만을 포함하고, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 900℃이상~1050℃이하로 가열한 후, 180분 이내로 유지하는 공정;
상기 강재의 오스테나이트 결정입 크기(AGS)를 5~20㎛ 범위로 제어하는 공정;
상기 AGS가 제어된 강재를 Ae₃이하 ~ 730℃이상의 온도에서 0.3 ~ 2.0의 변형량으로 선재형상으로 마무리 열간압연하는 공정; 및
상기 마무리 열간압연된 선재를 3~20℃/s의 냉각속도로 냉각하는 공정;을 포함하는 연질화 열처리 시간을 단축할 수 있는 냉간 압조용 선재 제조방법.
제 3항에 있어서, 상기 C는 0.4~0.5% 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 연질화 열처리 시간을 단축할 수 있는 냉간 압조용 선재 제조방법.
제 3항에 있어서, 상기 냉각으로 제조된 선재는,
그 내부조직이, 20~90 면적%의 초석 페라이트 조직, 5 면적% 이하의 베이나이트 및 마르텐사이트 조직, 및 잔여 펄라이트 조직을 포함하고, 상기 내부조직을 이루는 초석 페라이트는 평균 입경이 5㎛ 이하이고 레버룰(lever rule)에 의해 계산된 평형 초석 페라이트 분율 중 80% 이상에 해당하며, 그리고
상기 미세조직별 초미세 경도는 하기 관계식 1 및 관계식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 연질화 열처리 시간을 단축할 수 있는 냉간 압조용 선재 제조방법.
[관계식 1]
초석 페라이트: Hardness(Hv) ≥ 128+61*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)
[관계식 2]
펄라이트: Hardness(Hv) ≤ 254+23*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)
제 3항에 있어서, 상기 냉각된 선재를 구상화 열처리하는 하는 공정을 추가로 포함하는 연질화 열처리 시간을 단축할 수 있는 냉간 압조용 선재 제조방법.
제 6항에 있어서, 상기 구상화 열처리후 펄라이트 내 시멘타이트(cementite)의 형상비가 2.5이하인 것을 특징으로 하는 연질화 열처리 시간을 단축할 수 있는 냉간 압조용 선재 제조방법.