KR102326245B1 - 냉간압조용 선재 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구상화 열처리 시간을 단축할 수 있는 냉간압조용 선재 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉간압조용 선재는 중량%로, C: 0.15 내지 0.6%, Si: 0.02 내지 0.6%, Mn: 0.3 내지 1.5%, Al: 0.01 내지 0.05%, N: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직으로, 페라이트. 베이나이트, 마르텐사이트, 펄라이트 및 페라이트 기지에 존재하는 구상 세멘타이트를 포함하며, 면적분율로 상기 페라이트는 90 내지 95%이고, 상기 베이나이트, 마르텐사이트, 펄라이트의 합은 5%의 이하이다.

Description

냉간압조용 선재 및 이의 제조방법{STEEL WIRE ROD FOR COLD FORGING AND METHODS FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 냉간압조용 선재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선재의 미세조직을 구상화하도록 제어함으로써 후속하는 연질화 열처리 시간의 생략 및 단축이 가능한 냉간압조용 선재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 냉간압조용 선재 제품은 선재, 냉간 신선, 구상화 열처리, 냉간 신선, 냉간 압조, 급냉 및 소려를 진행하여 기계 구조 및 자동차 부품 등으로 제조된다.
냉간압조용 선재의 탄소 함유량이 높아질수록, 소재의 강도가 급격히 증가하기 때문에, 연화 열처리 없이 직접적인 성형 및 가공이 어렵고, 냉각시 구오스테나이트 결정립계를 따라 석출되는 초석 시멘타이트로 인해 소재의 연성 또는 인성이 급격히 저하된다.
이러한 원인으로, 제품화되어 있는 과공석강은 구상화 등의 추가적 열처리 공정을 통해 입계 초석시멘타이트를 세멘타이트를 구형화하고 균질한 입자 분포를 유도한다. 또한, 구상화 열처리를 통해 가공되는 소재의 강도를 낮추어 가공 다이스의 수명을 향상시키고 다이스 파손 등의 문제를 해결할 수 있다. 상기 2가지의 목적을 달성하기 위해, 구상화 열처리는 선재의 연질화를 위한 수단으로 사용되고 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).
선재의 초기 미세조직이 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 연질 열처리를 위해서는 일반적으로 20 시간 이상의 장시간이 소요되어, 많은 열처리 비용 및 생산시간이 들어가므로 제품의 제조원가를 상승시키는 원인이 된다. 이에, 추가 구상화 열처리 공정을 단축 또는 생략할 수 있는 선재 및 이의 제조방법에 대한 개발이 필요하다.
본 발명은 구상화 열처리 시간을 단축하거나 생략할 수 있는 냉간압조용 선재 및 이들의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉간압조용 선재는 중량%로, C: 0.15 내지 0.6%, Si: 0.02 내지 0.6%, Mn: 0.3 내지 1.5%, Al: 0.01 내지 0.05%, N: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직으로, 페라이트. 베이나이트, 마르텐사이트, 펄라이트 및 페라이트 기지에 존재하는 구상 세멘타이트를 포함하며, 면적분율로 상기 페라이트는 90 내지 95%이고, 상기 베이나이트, 마르텐사이트, 펄라이트의 합은 5%의 이하이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, C: 0.2 내지 0.5%일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, P: 0.03% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 냉간압조용 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.15 내지 0.6%, Si: 0.02 내지 0.6%, Mn: 0.3 내지 1.5%, Al: 0.01 내지 0.05%, N: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 800 내지 1,050℃의 온도범위에서 가열한 뒤, 150 내지 210분 동안 유지하는 제1 열처리 단계; 상기 빌렛을 Ae1 내지 Ae3+200℃의 온도에서 3 내지 10의 변형량으로 열간압연하여 선재를 제조하는 단계; 상기 선재를 Ae1-200 내지 Ae1℃의 온도로 40초 이상 유지하는 제2열처리 단계; 및 상기 열처리된 선재를 염욕조에 장입하여 구상화 열처리하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 염욕조에서 사용하는 염은 Cl계 염일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 염욕조에서 사용하는 염은, BaCl2, CaCl2, NaCl 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, A1-40 내지 A1+60℃의 염욕조에서 5분 내지 3시간 동안 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 염욕조 내의 냉각속도는 5℃/h 이상 200℃/h 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 구상화 열처리된 선재를 세척하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, C: 0.2 내지 0.5%일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, P: 0.03% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉간압조용 선재 및 이의 제조방법은 구상화 열처리 시간을 단축하거나 생략할 수 있어 비용의 절감이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 발명예 1의 선재를 구상화 열처리 후, 광학현미경(Optical Microscope,　OM)으로 촬영한 미세조직 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 비교예 3의 선재를 구상화 열처리 후, 광학현미경(Optical Microscope,　OM)으로 촬영한 미세조직 사진이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
냉간압조용 선재는 가공성을 확보하기 위해 구상화 열처리를 거치는 경우가 있다. 구상화 열처리는 추가적인 공정으로, 많은 열처리 비용과 시간이 소요되기 때문에 제조 원가를 상승시키는 원인이 된다.
본 발명자들은 냉간압조용 선재를 제공함에 있어서, 구상화 연화 열처리를 단축 또는 생략할 수 있는 방안에 대하여 깊이 연구하였다. 그 결과, 합금조성 및 제조조건을 최적화하여 페라이트와 구상 세멘타이트로 구성된 복합 미세조직을 도출함으로써 선재 제조과정 중에 구상화를 실현할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉간압조용 선재는 중량%로, C: 0.15 내지 0.6%, Si: 0.02 내지 0.6%, Mn: 0.3 내지 1.5%, Al: 0.01 내지 0.05%, N: 0.01% 이하(0은 제외), P: 0.03% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 냉간압조용 선재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 하기 성분에 대한 %는 중량%를 의미한다.
C의 함량은 0.15 내지 0.6%이다.
C(탄소)는 제품의 강도를 확보하기 위해서 첨가되는 원소이다. C의 함량이 0.15% 미만일 경우에는 목표하는 강도를 확보할 수 없고, 냉간 단조 후 ??칭(Quenching), 템퍼링(Tempering) 열처리시(이하 'QT 열처리'라 한다.) 마르텐사이트 미세조직으로 변태시키기 어렵다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, QT 열처리 후 강도는 높으나 인성이 크게 저하하고, 수소에 의한 파단효과가 발생하는 문제점이 있어, 그 상한을 0.6%로 한정할 수 있다. 바람직하게, C의 함량은 0.2 내지 0.5%이다.
Si의 함량은 0.02 내지 0.6%이다.
Si(실리콘)는 대표적인 치환형 원소로서 고용 강화를 통한 강도 확보에 유리한 원소로 0.02% 이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 단조 시 강도가 상승하여 가공에 어려움이 있고, 선재압연 중 탈탄 조직을 생성하여 추가적인 제거비용이 발생하는 문제가 있어, 그 상한을 0.6%로 한정할 수 있다.
Mn의 함량은 0.3 내지 1.5%이다.
Mn(망간)은. QT 열처리 후 선재의 소입성을 향상시켜 마르텐사이트 조직을 확보하는데 유리하며, 기지조직내에 치환형 고용체를 형성하고 A1 온도를 낮추어 펄라이트 층간간격을 미세화하는 역할을 하는 원소로 0.3% 이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 망간편석이 발생하여 선재 조직이 불균일해지는 문제가 있다. 강의 응고시 편석기구에 따라 거시편석과 미시편석이 일어난다. 망간은 다른 원소에 비해 상대적으로 낮은 확산계수를 가지므로 망간편석을 일으키고, 이로 인해 경화 조직이 발생하기 쉽고 선재 중심부 저온조직(Core Martensite)를 생성하는 문제가 있어, 그 상한을 1.5%로 한정할 수 있다.
Al의 함량은 0.01 내지 0.05%이다.
알루미늄(Al)은 탈산 효과뿐만 아니라 고용 강화 효과를 위해 0.01% 이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과도할 경우, Al2O3 등의 경질 개재물의 발생이 증가하고, 특히 연주시 개재물에 의한 노즐 막힘이 발생하는 문제가 있어, 그 상한을 0.05%로 한정할 수 있다.
N의 함량은 0.01% 이하(0은 제외)이다.
질소(N)는 고용 강화 효과가 있으나, 그 함량이 과다하면 질화물로 결합하지 않은 고용 질소로 인해 소재의 인성 및 연성이 열위해지는 문제가 있어, 그 상한을 0.01%로 한정할 수 있다.
P의 함량은 0.03% 이하(0은 제외)이다.
인(P)은 강 제조과정 중에 불가피하게 첨가되는 원소로서, 결정립계에 편석하여 선재의 인성을 저하시키는 문제가 있어, 그 상한을 0.03%로 한정할 수 있다.
S의 함량은 0.01% 이하(0은 제외)이다.
황(S)은 강 제조과정 중에 불가피하게 첨가되는 원소로서, 입계편석하여 인성을 저하시키거나, 융점이 낮은 FeS 황화물을 형성하는 문제가 있어, 그 상한을 0.01%로 한정할 수 있다.
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.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간압조용 선재의 미세조직은 면적분율로, 90 내지 95%의 페라이트, 5%의 이하의 베이나이트, 마르텐사이트, 펄라이트를 포함하고, 나머지는 페라이트 기지에 구상 세멘타이트가 존재한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉간압조용 선재의 미세조직은 페라이트. 베이나이트, 마르텐사이트, 펄라이트 및 페라이트 기지에 존재하는 구상 세멘타이트를 포함하며, 면적분율로 페라이트는 90 내지 95%이며, 베이나이트, 마르텐사이트, 펄라이트의 합은 5%의 이하이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 평균 오스테나이트 결정립 사이즈는 30㎛ 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 선재 압연시 소재에 적용될 수 있는 변형량은 4 이상이다.
다음으로, 본 발명의 다른 일 측면인 냉간압조용 선재를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 선재는 상술한 합금조성을 가지는 빌렛(Billet)을 제작한 후, 이를 재가열 -제1열처리 - 선재 압연 - 제2열처리 - 구상화 열처리 과정을 거쳐 제조할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 스프링용 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.15 내지 0.6%, Si: 0.02 내지 0.6%, Mn: 0.3 내지 1.5%, Al: 0.01 내지 0.05%, N: 0.01% 이하(0은 제외), P: 0.03% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 800 내지 1,050℃의 온도범위에서 가열한 뒤, 150 내지 210분 동안 유지하는 제1 열처리 단계; 상기 빌렛을 Ae1 내지 Ae3+200℃의 온도에서 3 내지 10의 변형량으로 열간압연하여 선재를 제조하는 단계; 상기 선재를 Ae1-200 내지 Ae1℃의 온도로 40초 이상 유지하는 제2열처리 단계; 및 상기 열처리된 선재를 염욕조에 장입하여 구상화 열처리하는 단계;를 포함한다.
합금원소 함량의 수치 한정 이유에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
먼저, 본 발명은 상술한 조성성분을 갖는 빌렛을 800 내지 1,050℃의 온도범위에서 가열한 뒤, 150 내지 210분 동안 유지하는 제1열처리 단계를 거친다.
상기 가열온도가 800℃ 미만인 경우, 균일한 오스테나이트를 형성시키기 위한 유지 시간이 길어지고, 조압연 중 압연 롤에 인가되는 부하가 커지게 되며, 이로 인해 롤 교체주기가 짧아져서 제조원가 상승하는 문제점이 있다. 반면에, 상기 가열 온도가 1,050℃를 초과하는 경우에는, 오스테나이트 결정립 크기(AGS)가 커져, 구상화 열처리 전 페라이트와 펄라이트로의 미세조직 변태시간 및 구상화 열처리 시 페라이트와 구상 세멘타이트로의 미세조직 변태시간이 증가하여 생산성을 확보할 수 없다.
더불어, 상기 가열은 150 내지 210분 동안 행하는 것이 바람직하다. 210분을 초과하여 가열을 행할 경우에는 오스테나이트 결정립의 조대화 및 이로 인한 미세조직 변태시간 증가의 문제가 있다. 반면, 150분 미만으로 가열을 행할 경우 가열에 의한 효과를 얻기 어려운 문제점이 있다.
제1열처리 단계를 거친 빌렛에 조압연, 중간 조압연/사상압연 및 마무리 압연으로 순차적으로 구성된 열간압연을 행하여 선재를 얻는다. 구체적으로, 빌렛을 Ae1 내지 Ae3+200℃의 온도에서 3 내지 10의 변형량으로 열간압연하여 선재를 제조한다.
상기 열간압연시 온도가 Ae1℃ 미만이면 미세조직의 상변태로 높은 압연부하가 우려되며, 반면 Ae3+200℃를 초과하게 되면 높은 온도로 인하여 빌렛을 냉각시키기 위한 물을 과다하게 투입하여야 하는 문제가 있고, 특히 조압연 구간에서는 빌렛의 외부만 냉각되고 내부는 냉각되지 않아 소재 내/외부의 균일한 물성을 확보할 수 없게 되는 문제가 있다.
또한, 위 온도범위에서 열간압연시 변형량을 3 내지 10으로 제어할 수 있다. 압연 변형량은 -ln(1-RA)로 정의되며, 이때 RA는 압연패스에 의한 감면률(RA<1)이다. 변형량이 10을 초과할 경우, 롤 부하로 인한 롤 파손 등 설비 부하가 발생할 수 있고, 선재의 직경이 너무 작아 생산성이 떨어지는 문제가 있다. 반대로, 변형량이 3에 미달하는 경우, 제조되는 선재의 직경이 너무 커서 냉각시 내외부 편차에 의해 균일한 미세조직을 얻기 힘든 문제가 있다.
상술한 온도범위에서 열간압연하여 선재를 제조한 후 제2열처리 단계 및 구상화 열처리 단계를 거쳐 본 발명의 냉간압조용 선재를 제조할 수 있다. 제2열처리 단계는 페라이트와 구상 세멘타이트로 구성된 복합 미세조직 형성을 위해 필수적인 공정으로, 본 발명에서는 제2차열처리의 온도범위 및 유지시간을 제어하여, 추후 구상화 열처리 시 선재의 연질화를 도모하고자 하였다. 보다 구체적으로, 제2열처리 단계에서는 제조된 선재를 Ae1-200 내지 Ae1℃의 온도범위에서 40초 이상 유지한다.
상기 제2차열처리시 온도가 Ae1-200℃ 미만이면, 후술할 염욕조 장입 직전 낮은 온도 및 빠른 냉각속도로 인해 베이나이트 등의 저온조직이 발생하여, 구상화 열처리에도 불구하고 연질화가 충분히 진행되지 못하는 문제가 있다. 반대로 상기 제2차열처리시 온도가 Ae1℃를 초과하는 경우에는, 염욕조 장입 직전 온도가 너무 높아, 오스테나이트상이 페라이트와 펄라이트상으로 변태되지 못한 상태에서 염욕조 구상화 열처리가 진행될 수 있기 때문이다.
더불어, 상기 제2차열처리는 40초 이상 수행되는 것이 바람직하다. 제2차열처리의 유지시간이 40초 미만인 경우에는, 오스테나이트상이 페라이트와 펄라이트상으로 충분히 변태되지 못하여, 페라이트와 구상 세멘타이트로 구성된 복합 미세조직을 도출하기 어렵다.
다음으로, 제2차열처리 단계를 거친 선재를 염욕조에 장입하여 구상화 열처리한다. 본 발명에서는 선재의 직경을 기준으로 온도편차를 감소시키기 위해　염욕(salt bath)에서 구상화 열처리를 실시하였다. 염욕조에서 사용하는 염은 Cl계 염이며, 예를 들어, BaCl2, CaCl2, NaCl 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 한편, 염욕조에서 사용하는 염은 600 내지 900℃의 온도범위에서 사용할 수 있는 염이라면 대체 가능하다.
구상화 열처리는, A1-40 내지 A1+60℃의 염욕조에서 5분 내지 3시간 동안 수행될 수 있다.
염욕조의 온도가 A1+60℃를 초과하는 경우에는, 분절된 세멘타이트가 Matrix에 고용됨에 따라, 구상화 탄화물 시드(seed)가 부족하게 되어 재생 펄라이트가 생성된 페라이트-펄라이트 조직이 형성되어, 페라이트와 구상 세멘타이트로 구성된 복합 미세조직을 도출할 수 없다. 반면에, 염욕조의 온도가 A1-60℃ 미만인 경우, 펄라이트 내 선형상의 세멘타이트 분절속도가 현저히 감소하기 때문에 생산성을 확보할 수 없다.
더불어, 염욕조 침지는 5분 내지 3시간 동안 수행되는 것이 바람직하다
한편, 염욕조 유지 시간이 5분 미만인 경우에는, 펄라이트 내 선형상의 세멘타이트가 분절되는 시간을 확보할 수 없어 구상화 탄화물 시드(seed)로 활용될 수 없다. 반면에, 염욕조 유지 시간이 3시간을 초과하는 경우에는, 분절된 세멘타이트가 Matrix에 고용됨에 따라, 구상화 탄화물 시드(seed)가 부족하게 되어 재생 펄라이트가 생성되는 문제점이 있고, 제조원가를 상승시키는 원인이 된다.
한편, 염욕조 내의 냉각속도는 Matrix에 존재하는 탄소의 확산속도를 확보하지 못하여 재생 펄라이트가 생성되는 문제점을 고려하여, 200℃/h 이하로 한정할 수 있고, 생산성을 확보하기 위해 5℃/h 이상으로 한정할 수 있다.
구상화 열처리 과정은 선재의 Ae1℃ 부근의 온도에서 요구하는 연질화 정도에 따라 다양한 열처리 패턴을 적용할 수 있다. 본 발명에서는 염욕조에 장입하여 740℃에서 30분간 유지한 후, 25℃/h의 냉각속도로 660℃까지 서냉하는 구상화 열처리를 수행하였다. 이 때, Ae1℃ 직상의 온도에서 펄라이트 내 선 형상의 세멘타이트를 분절시키고, 서냉하면서 기지 내에 존재하는 탄소를 구상탄화물 seed로 확산시킨다. 냉각 속도는 느릴수록 선재의 연질화에 유리하나, 반대로 생산성은 떨어지게 된다.
염욕조에 장입하여 구상화 열처리를 수행한 이후, 선재의 미세조직은 페라이트. 베이나이트, 마르텐사이트, 펄라이트 및 페라이트 기지에 존재하는 구상 세멘타이트를 포함하며, 면적분율로 페라이트는 90 내지 95%를 포함하며, 베이나이트, 마르텐사이트, 펄라이트의 합은 5% 이하일 수 있다.
종래의 열간압연 직후의 선재는 초석 페라이트와 펄라이트 혼합조직 조직으로 이루어져 있으나, 본 발명에서는 구상화 열처리가 염욕조에서 수행되어 페라이트 기지에 구상 세멘타이트가 존재하는 미세조직을 도출할 수 있다. 이에 따라, 선재 제조 후 추가 공정인 구상화 열처리 시간을 단축하거나 생략할 수 있어 비용의 절감이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구상화 열처리하는 단계 이후, 구상화 열처리된 선재를 세척하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
구상화 열처리 후, 세척을 수행함으로써, 선재 표면의 염을 제거할 수 있다. 예를 들어, 상기 세척은 5bar 조건의 물세척을 통해 수행될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 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 1]의 조성을 가지는 빌렛을 가열로 내에서 950℃에서 180분 동안 유지하고, 조압연, 중간압연하였으며, 마무리 압연 온도는 780℃ 이하로, 변형량은 5.2로 설정하여 직경 9 ㎜의 선재를 제조하였다. 이후, 선재를 염욕조 장입 전 조건을 달리하여 냉각하였으며, 냉각된 선재를 NaCl 37%, CaCl2 45%, BaCl2 18%를 사용한 염욕조에 장입하여 740℃에서 30분간 유지한 후, 25℃/h의 냉각속도로 660℃까지 서냉하는 구상화 열처리를 수행하였다.
구분 합금 성분 염욕조 장입 전 조건
C Si Mn Al N 염욕조 장입 직전 온도(℃) 유지시간(초)
실시예 1 0.45 0.19 0.76 0.025 0.005 601 73
실시예 2 0.46 0.21 0.77 0.023 0.004 615 42
실시예 3 0.43 0.2 0.77 0.026 0.004 621 87
실시예 4 0.43 0.22 0.75 0.027 0.005 598 61
실시예 5 0.45 0.21 0.75 0.025 0.005 591 93
비교예 1 0.43 0.23 0.73 0.025 0.004 785 52
비교예 2 0.46 0.17 0.79 0.026 0.005 311 62
비교예 3 0.44 0.22 0.68 0.026 0.005 628 21
이후, 제조된 각각의 선재에 대해 미세조직의 면적분율 및 인장강도를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
　선재 물성 및 미세조직
페라이트
분율(%)		 베이나이트
분율(%)		 마르텐사이트
분율(%)		 펄라이트
분율(%)		 구상화 세멘타이트
분율(%)		 인장강도
(kgf/mm2)
실시예 1 93.5 0 0 0 6.5 56.1
실시예 2 93.5 0 0 0 6.5 55.7
실시예 3 93.7 0 0 0 6.3 56.2
실시예 4 93.6 0 0 0 6.4 55.4
실시예 5 93.6 0 0 0 6.4 55.9
비교예 1 58.5 0 0 38.4 3.1 64.3
비교예 2 93.5 0 0 0 6.5 61.1
비교예 3 66.2 0 0 30.0 3.8 62.8
[표 2]에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 실시예 1 내지 5의 인장강도는 모두 60 kgf/mm2 미만이나, 비교예 1 내지 비교예 3의 인장강도는 모두 60 kgf/mm2 이상이다.
도 1 및 도 2는 각각 실시예 1 및 비교예 3의 선재를 구상화 열처리 후, 광학현미경(Optical Microscope,　OM)으로 촬영한 미세조직 사진이다. 도 1을 참조하면, 실시예 1의 경우 페라이트 기지에 구상 세멘타이트들이 고르게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이에 비해, 비교예 3의 경우에는 구상 세멘타이트와 펄라이트 조직이 혼재되어 있는 것을 도 2를 통해 확인할 수 있다.
비교예 1 내지 3은 합금조성은 본 발명에서 제안하는 바를 만족하나, 하기 제조공정 조건이 본 발명을 벗어나므로 비교예로 표기한 것이다.
비교예 1의 경우, 염욕조 장입 직전 온도가 785℃로, Ae1℃를 초과하여 오스테나이트상에서 페라이트와 펄라이트상으로 변태되지 못하고 염욕조 구상화 열처리가 진행된 경우이다. 따라서 구상화 탄화물 시드(seed)로 작용하는 세멘타이트가 염욕조에서의 서냉 중에만 발생한 것을 제외하고는, 활발하게 발생하지 못했다. 이에 따라, 구상화 탄화물 시드(seed)의 부족으로 대부분의 오스테나이트 내 탄소가 ostwald ripening을 위한 구상화 탄화물 시드(seed)로 확산되지 못하고 재생 펄라이트로 대체 되었다. 결국 염욕조의 구상화 열처리 패턴이 적용되었음에도 불구하고, 구상화된 조직을 얻을 수 없었으며 인장강도 값이 64.3 kgf/mm2로 높게 도출되었다.
비교예 2의 경우, 염욕로 장입 직전 온도가 311℃로, Ae1-200℃에 미달하여 베이나이트 등의 저온조직이 발생하였다. 저온조직이 발생하면, 구상화 열처리에도 불구하고 연질화가 충분히 진행되지 못하는 문제가 있으며, 이러한 저온조직에서 생성되는 구상탄화물은 seed의 크기가 작고 넓은 면적에 고르게 분포하여, 인장강도 값이 61.1 kgf/mm2로 높게 도출되었다.
비교예 3의 경우, Ae3℃ 이상의 온도에서 충분한 냉각시간을 확보하지 못하여, 오스테나이트 상에서 페라이트상과 펄라이트상으로 충분한 변태가 이루어지지 못하였다. 이에 따라, 염욕조의 구상화 열처리 도중 중, 펄라이트 내 세멘타이트는 구상탄화물로 변형되었으나, 페라이트와 펄라이트상으로 변태되지 못한 영역에서는 구상화 탄화물 시드(seed)의 부족으로 일부 재생 펄라이트가 발생하여, 실시예들에 비해 인장강도가 62.8 kgf/mm2로 높게 도출되었다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 염욕조에서 구상화 열처리를 실시하면서도, 염욕조 장입 전 조건을 제어하여 페라이트와 구상 세멘타이트로 구성된 복합 미세조직을 도출하였다. 이에 따라, 선재의 제조 후 연질화를 위해 수반되는, 구상화 열처리 공정을 단축하거나 생략할 수 있어 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 중량%로, C: 0.15 내지 0.6%, Si: 0.02 내지 0.6%, Mn: 0.3 내지 1.5%, Al: 0.01 내지 0.05%, N: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 800 내지 1,050℃의 온도범위에서 가열한 뒤, 150 내지 210분 동안 유지하는 제1 열처리 단계;
    상기 빌렛을 Ae1 내지 Ae3+200℃의 온도에서 3 내지 10의 변형량으로 열간압연하여 선재를 제조하는 단계;
    상기 선재를 Ae1-200 내지 Ae1℃의 온도로 40초 이상 유지하는 제2열처리 단계; 및
    상기 열처리된 선재를 염욕조에 장입하여 구상화 열처리하는 단계;를 포함하는 냉간압조용 선재의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 염욕조에서 사용하는 염은 Cl계 염인 것을 특징으로 하는 냉간압조용 선재의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 염욕조에서 사용하는 염은, BaCl2, CaCl2, NaCl 중 1종 이상을 포함하는 냉간압조용 선재의 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 구상화 열처리 단계는, A1-40 내지 A1+60℃의 염욕조에서 5분 내지 3시간 동안 수행되는 냉간압조용 선재의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    염욕조 내의 냉각속도는 5℃/h 이상 200℃/h 이하인 냉간압조용 선재의 제조 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    구상화 열처리된 선재를 세척하는 단계;를 더 포함하는 냉간압조용 선재의 제조 방법.
  10. 제4항에 있어서,
    C: 0.2 내지 0.5%인 냉간압조용 선재의 제조 방법.
  11. 제4항에 있어서,
    P: 0.03% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외)를 더 포함하는 냉간압조용 선재의 제조 방법.
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