KR102464609B1 - Non-tempered steel for steering rack bar and manufacturing method thereof - Google Patents

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송영하
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현대제철 주식회사
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Abstract

The present invention is to provide non-tempered steel for a steering rack bar and a manufacturing method thereof to achieve excellent mechanical properties and toughness without a heat treatment process. Non-tempered steel for a steering rack bar according to an aspect of the present invention comprises 0.40 to 0.55 wt% of carbon (C), 0.10 to 0.40 wt% of silicon (Si), 1.00 to 1.50 wt% of manganese (Mn), 0.01 to 0.20 wt% of vanadium (V), 0.05 to 0.30 wt% of chromium (Cr), 0.01 to 0.050 wt% of aluminum (Al), 0.002 wt% or less of titanium (Ti), 0.05 to 0.30 wt% of nickel (Ni), 0.006 to 0.020 wt% of nitrogen (N), and the balance iron (Fe) and other unavoidable impurities, and includes a ferrite and pearlite composite structure.

Description

스티어링 랙 바용 비조질강재 및 그 제조방법{NON-TEMPERED STEEL FOR STEERING RACK BAR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}NON-TEMPERED STEEL FOR STEERING RACK BAR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

본 발명은 스티어링 랙 바(Steering rack bar)용 비조질강재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강재 조성 및 공정 개선을 통해 열처리 공정 없이도 우수한 기계적 특성과 인성을 가지는 스티어링 랙바용 비조질강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a non-tempered steel material for a steering rack bar and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a non-tempered steel material for a steering rack bar having excellent mechanical properties and toughness without a heat treatment process through improvement of the steel composition and process. and to a method for manufacturing the same.

스티어링 랙 바는 차량의 조향 장치에 연결되는 부품으로서, 차량의 하중을 직접적으로 받는 부품이기 때문에 높은 강도 및 인성이 요구된다. 따라서 랙 바의 소재로는 일반적으로 중탄소강을 오스테나이트 영역에서 열처리하여 소재의 강도와 인성을 향상시키는 조질강이 사용되어 왔다. 그러나 조질강 제조 공정에는 상기한 바와 같이 소입, 소려, 고주파 열처리 등의 공정이 수반되어 공정이 복잡하고 소요되는 비용과 시간이 높다.The steering rack bar is a component connected to the vehicle's steering system, and since it is a component directly receiving the vehicle's load, high strength and toughness are required. Therefore, as a material of the rack bar, tempered steel that improves the strength and toughness of the material by heat-treating medium-carbon steel in the austenite region has generally been used. However, as described above, the temper steel manufacturing process involves processes such as quenching, annealing, and induction heat treatment, which makes the process complicated and requires high cost and time.

반면, 열처리 공정이 생략되는 비조질강의 경우 공정이 단순화되고, 열처리 과정에서 발생될 수 있는 휨 결함으로부터 자유롭다는 점에서 바람직하지만, 열처리 공정이 생략됨에 따라 조질강 대비 낮은 충격인성을 가지게 된다. On the other hand, in the case of non-tempered steel, in which the heat treatment process is omitted, the process is simplified and it is preferable in that it is free from bending defects that may occur during the heat treatment process.

이에 조질강 강재 보다 공정 효율이 높은 비조질강을 활용하면서도 동시에 비조질강 강재의 충격인성과 강도를 개선할 수 있는 발명이 요청된다. Accordingly, there is a demand for an invention capable of improving the impact toughness and strength of non-tempered steel while using non-tempered steel with higher process efficiency than tempered steel.

관련된 기술로는 공개특허공보 제10-2008-0109351호(2008. 12. 17. 공개, 발명의 명칭: 차량의 스티어링 랙 바 제조용 비조질강)가 있다. As a related technology, there is Korean Patent Publication No. 10-2008-0109351 (published on December 17, 2008, title of the invention: non-tempered steel for manufacturing a steering rack bar of a vehicle).

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 강도 및 충격인성이 우수한 비조질강재 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a non-tempered steel material having excellent strength and impact toughness and a method for manufacturing the same.

본 발명의 일 측면에 따른 비조질강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.40 내지 0.55, 실리콘(Si): 0.10 내지 0.40, 망간(Mn): 1.00 내지 1.50, 바나듐(V): 0.01 내지 0.20, 크로뮴(Cr): 0.05 내지 0.30, 알루미늄(Al): 0.01 내지 0.050, 티타늄(Ti): 0.002 이하, 니켈(Ni): 0.05 내지 0.30, 질소(N): 0.006 내지 0.020, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 페라이트 및 펄라이트 복합 조직을 가진다.Non-tempered steel material according to an aspect of the present invention, by weight, carbon (C): 0.40 to 0.55, silicon (Si): 0.10 to 0.40, manganese (Mn): 1.00 to 1.50, vanadium (V): 0.01 to 0.20, chromium (Cr): 0.05 to 0.30, aluminum (Al): 0.01 to 0.050, titanium (Ti): 0.002 or less, nickel (Ni): 0.05 to 0.30, nitrogen (N): 0.006 to 0.020, remainder iron (Fe) ) and other unavoidable impurities, and has a ferrite and pearlite composite structure.

일 실시예에 있어서, 상기 비조질강재의 페라이트 분율은 18 내지 30%일 수 있다.In one embodiment, the ferrite fraction of the non-tempered steel may be 18 to 30%.

일 실시예에 있어서, 상기 비조질강재는 충격강도 55 J/cm2 이상, 인장강도(TS, Tensile strength) 820 MPa 이상, 연신율(EL, Elongation ratio) 12% 내지 23%일 수 있다.In one embodiment, the non-tempered steel may have an impact strength of 55 J/cm 2 or more, a tensile strength (TS, Tensile strength) of 820 MPa or more, and an elongation ratio (EL) of 12% to 23%.

일 실시예에 있어서, 상기 비조질강재는 표면상에 VC, VN, AlN, TiN 및 BN으로 이루어진 군 중 적어도 1종 이상의 석출물을 포함하며, 상기 석출물은 평균 직경 10 nm 이하이고, 상기 비조질강재 표면적 100 x 100 nm 당 평균 3 내지 10 개 이하로 포함될 수 있다.In one embodiment, the non-tempered steel includes at least one or more precipitates from the group consisting of VC, VN, AlN, TiN and BN on the surface, and the precipitates have an average diameter of 10 nm or less, and the non-tempered steel It may be included in an average of 3 to 10 or less per 100 x 100 nm of the surface area.

본 발명의 다른 측면에 따른 스티어링 랙 바용 비조질강재의 제조 방법이 개시된다. 상기 제조 방법은 중량%로, 탄소(C): 0.40 내지 0.55, 실리콘(Si): 0.10 내지 0.40, 망간(Mn): 1.00 내지 1.50, 바나듐(V): 0.01 내지 0.20, 크로뮴(Cr): 0.05 내지 0.30, 알루미늄(Al): 0.01 내지 0.050, 티타늄(Ti): 0.002 이하, 니켈(Ni): 0.05 내지 0.30, 질소(N): 0.006 내지 0.020, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 소재를 1,200℃ 이상 내지 1,300℃ 미만에서 재가열하는 단계; 재가열된 상기 소재를 700℃ 내지 900℃에서 제어 압연하는 단계를 포함한다. Disclosed is a method for manufacturing a non-tempered steel material for a steering rack bar according to another aspect of the present invention. The manufacturing method is, in weight %, carbon (C): 0.40 to 0.55, silicon (Si): 0.10 to 0.40, manganese (Mn): 1.00 to 1.50, vanadium (V): 0.01 to 0.20, chromium (Cr): 0.05 to 0.30, aluminum (Al): 0.01 to 0.050, titanium (Ti): 0.002 or less, nickel (Ni): 0.05 to 0.30, nitrogen (N): 0.006 to 0.020, the remainder including iron (Fe) and other unavoidable impurities Reheating the material at 1,200° C. or higher to less than 1,300° C.; and controlling the reheated material at 700°C to 900°C.

본 발명에 따르면, 합금 성분 및 그 함량을 적절히 제어하고, 가열 및 고온 고속 압연하여 열처리 공정 없이도 페라이트 및 펄라이트의 미세조직을 가지는 고강도 및 고인성 비조질강재를 효율적으로 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to efficiently provide a high-strength and high-toughness non-tempered steel having a microstructure of ferrite and pearlite without a heat treatment process by appropriately controlling alloy components and their content, heating and high-temperature and high-speed rolling.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 비조질강재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 압연의 공정 조건을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 비조질강재 시편의 미세 조직을 나타낸 사진이다.
1 is a process flow diagram schematically showing a method of manufacturing a non-refined steel material according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph schematically showing process conditions of rolling according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
3 is a photograph showing the microstructure of a non-tempered steel specimen according to an embodiment and a comparative example of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily practice it. The present invention may be embodied in several different forms, and is not limited to the embodiments described herein. The same reference numerals are given to the same or similar components throughout this specification. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

본 발명의 실시예에서는, 열처리 공정을 생략함으로써 강재의 휨 결함을 방지하고, 동시에 강재의 성분 및 함량 설계와 압연 공정을 통해 열처리 공정을 생략하더라도 높은 충격인성을 가지는 비조질강재 및 그 제조방법을 제공한다. In an embodiment of the present invention, by omitting the heat treatment process, bending defects of the steel are prevented, and at the same time, even if the heat treatment process is omitted through the component and content design of the steel and the rolling process, a non-tempered steel material having high impact toughness and a method for manufacturing the same to provide.

본 발명의 실시예에 따르면, 중탄소강에 바나듐(V)이 일정량 첨가됨으로써 VC, VN, V(C,N) 계의 석출물을 강재상에 효과적으로 형성시키며, 니켈(Ni)이 일정량 첨가됨으로써 비조질강재의 저온 충격인성 및 피로 특성이 향상되며, 합금철 원가 상승에 거의 영향이 없는 질소(N)를 다량 포함시킴으로써 재가열 후 압연 공정 중 상대적으로 이른 시점에 페라이트 핵 생성 사이트로 작용하는 석출물의 형성이 시작되게 하여 원가 상승 없이도 비조질강재의 강도와 충격인성을 향상시킬 수 있다. 상기 석출물들은 또한 강재 내 경정립을 효과적으로 미세화 시키는 동시에 압연 시에 페라이트 핵 생성 사이트로 작용하여 페라이트 분율을 극대화 시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, by adding a certain amount of vanadium (V) to medium carbon steel, VC, VN, V(C,N) type precipitates are effectively formed on the steel, and by adding a certain amount of nickel (Ni) to the steel, non-refining The low-temperature impact toughness and fatigue properties of steel are improved, and the formation of precipitates that act as ferrite nucleation sites at a relatively early point during the rolling process after reheating by including a large amount of nitrogen (N), which has little effect on the increase in ferroalloy cost, is prevented. It is possible to improve the strength and impact toughness of non-tempered steel without increasing the cost. The precipitates can also maximize the ferrite fraction by effectively refining the hard grain in the steel and at the same time acting as a ferrite nucleation site during rolling.

고강도 및 고인성 비조질강재High strength and high toughness non-tempered steel

본 발명의 실시예에 따른 고강도 및 고인성 비조질강재는 중량%로, 탄소(C): 0.40 내지 0.55, 실리콘(Si): 0.10 내지 0.40, 망간(Mn): 1.00 내지 1.50, 바나듐(V): 0.01 내지 0.20, 크로뮴(Cr): 0.05 내지 0.30, 알루미늄(Al): 0.01 내지 0.050, 티타늄(Ti): 0.002 이하, 니켈(Ni): 0.05 내지 0.30, 질소(N): 0.006 내지 0.020, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다. 상기 비조질강재는 페라이트 및 펄라이트 복합 조직을 가진다. High-strength and high-toughness non-tempered steel according to an embodiment of the present invention is, by weight, carbon (C): 0.40 to 0.55, silicon (Si): 0.10 to 0.40, manganese (Mn): 1.00 to 1.50, vanadium (V) : 0.01 to 0.20, Chromium (Cr): 0.05 to 0.30, Aluminum (Al): 0.01 to 0.050, Titanium (Ti): 0.002 or less, Nickel (Ni): 0.05 to 0.30, Nitrogen (N): 0.006 to 0.020, the rest iron (Fe) and other unavoidable impurities. The non-tempered steel material has a ferrite and pearlite composite structure.

본 발명의 실시예에 따른 비조질강재는 페라이트를 18 내지 30%의 분율로 포함할 수 있다.The non-tempered steel material according to an embodiment of the present invention may include ferrite in a fraction of 18 to 30%.

본 발명의 실시예에 따른 상기 비조질강재는 충격강도 55 J/cm2 이상, 인장강도(TS, Tensile strength) 820 MPa 이상, 연신율(EL, Elongation ratio) 12% 내지 23%일 수 있다.The non-tempered steel material according to an embodiment of the present invention may have an impact strength of 55 J/cm 2 or more, a tensile strength (TS, Tensile strength) of 820 MPa or more, and an elongation ratio (EL) of 12% to 23%.

본 발명의 실시예에 따른 비조질강재는 표면상에 VC, VN, AlN, TiN 및 BN으로 이루어진 군 중 적어도 1종 이상의 석출물을 포함하며, 상기 석출물은 평균 직경 10 nm 이하이고, 상기 비조질강재 표면적 100 x 100 nm 당 평균 3 내지 10 개 이하로 포함될 수 있다.The non-tempered steel material according to an embodiment of the present invention includes at least one precipitate from the group consisting of VC, VN, AlN, TiN and BN on the surface, and the precipitate has an average diameter of 10 nm or less, and the non-tempered steel material It may be included in an average of 3 to 10 or less per 100 x 100 nm of the surface area.

이하에서는, 본 발명의 일 구체예에 따른 고강도 및 고인성 비조질강재에 포함되는 성분 각각의 역할 및 함량에 관하여 상세히 설명한다. 하기에 표기된 성분 함량은 전체 강재에 대한 중량%로서, 이하에서 단순히 %로 표시된 부분은 달리 정함이 없는 한 중량%를 의미한다.Hereinafter, the role and content of each component included in the high-strength and high-toughness non-tempered steel material according to an embodiment of the present invention will be described in detail. The component content indicated below is a weight % with respect to the total steel material, and the portion indicated by simply % below means weight % unless otherwise specified.

탄소(C) : 0.40 내지 0.55 중량% Carbon (C): 0.40 to 0.55 wt%

탄소(C)는 강의 강도 확보를 위해 첨가된다. 일 구체예에서, 상기 탄소(C)는 강재 전체 중량의 0.40 내지 0.55 중량%, 예를 들어 0.41 내지 0.46 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 탄소는 0.40 중량% 미만으로 포함될 경우 강재의 충분한 강도를 확보할 수 없고, 0.55 중량% 초과로 포함될 경우 강재의 충격인성과 연성이 감소된다.Carbon (C) is added to secure the strength of the steel. In one embodiment, the carbon (C) is preferably added in an amount of 0.40 to 0.55% by weight of the total weight of the steel, for example, 0.41 to 0.46% by weight. When the carbon is included in less than 0.40 weight %, it is not possible to secure sufficient strength of the steel, and when included in more than 0.55 weight %, the impact toughness and ductility of the steel are reduced.

실리콘(Si) : 0.10 내지 0.40 중량%Silicon (Si): 0.10 to 0.40 wt%

실리콘(Si)은 강의 탈산 및 내피로 특성 확보를 위해 포함되며, 강도 상승의 효과를 가진다. 일 구체예에서, 상기 실리콘(Si)는 강재 전체 중량의 0.10 내지 0.40 중량%, 예를 들어 0.20 내지 0.30 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 실리콘은 변형 저항성을 향상시키는 원소로서 0.40% 초과로 과잉 첨가되면 강재의 충격인성과 연성이 크게 저하될 수 있고, 0.10% 미만으로 첨가될 경우 강재의 충분한 강도를 확보하기 어렵게 된다. Silicon (Si) is included to secure deoxidation and fatigue resistance of steel, and has the effect of increasing strength. In one embodiment, the silicon (Si) is preferably added in an amount of 0.10 to 0.40% by weight, for example, 0.20 to 0.30% by weight of the total weight of the steel. The silicon is an element for improving the deformation resistance, and when it is added in excess of 0.40%, the impact toughness and ductility of the steel may be greatly reduced, and when it is added in less than 0.10%, it is difficult to secure sufficient strength of the steel.

망간(Mn) : 1.00 내지 1.50 중량%Manganese (Mn): 1.00 to 1.50 wt%

망간(Mn)은 비조질강재 소재의 A1 변태점 하락을 유도함으로써 강재의 층간 펄라이트 미세화를 통해 비조질강재의 강도 및 인성 확보에 기여하게 된다. 일 구체예에서 망간은 1,00 내지 1.50 중량%, 예를 들어 1.30 내지 1.60 중량% 포함됨으로써 저온상의 분율을 증가시키고 고용 강화 효과로 강의 강도를 증가시키는 원소로 사용되었다. 상기 망간 함량이 1.00% 미만일 경우 강재 강도를 충분히 확보하기 어렵고, 1.50% 초과일 경우 강도의 향상으로 인하여 강재의 인성이 저하될 수 있다. Manganese (Mn) contributes to securing the strength and toughness of non-tempered steel through refining of pearlite between layers by inducing a decrease in the A1 transformation point of non-tempered steel. In one embodiment, manganese is included in an amount of 1,00 to 1.50% by weight, for example, 1.30 to 1.60% by weight, thereby increasing the fraction of the low-temperature phase and used as an element for increasing the strength of the steel with a solid solution strengthening effect. When the manganese content is less than 1.00%, it is difficult to sufficiently secure the strength of the steel, and when it exceeds 1.50%, the toughness of the steel may be reduced due to the improvement of the strength.

바나듐(V): 0.010 내지 0.200% Vanadium (V): 0.010 to 0.200%

바나듐(V)은 강재 소재 내의 탄소, 질소와 반응하여 V(C, N) 복합 석출물을 형성시키는 원소로 사용된다. 일 구체예에서 바나듐(V)은 0.010 내지 0.200, 예를 들어 0.050 내지 0.10 중량% 포함됨으로써 V계 석출물은 석출 강화 및 입계 조대화 방지에 기여하고, 강재의 압연 공정에서 페라이트핵 생성 사이트로 작용하여 페라이트 분율을 증대시킴으로써 궁극적으로는 강재의 강도와 인성을 향상시킨다. 다만, 바나듐이 0.010% 미만으로 포함될 경우 충분한 석출강화 효과를 기대하기 어렵고, 0.20% 초과로 첨가될 시 강재 내 결정립미세화 효과는 저하되면서 강도의 과도한 증가로 이어져 비조질강재의 충격인성을 저하시킬 수 있다.Vanadium (V) is used as an element that reacts with carbon and nitrogen in the steel material to form V(C, N) composite precipitates. In one embodiment, vanadium (V) is included in an amount of 0.010 to 0.200, for example, 0.050 to 0.10% by weight, so that the V-based precipitates contribute to precipitation strengthening and preventing grain boundary coarsening, and act as a ferrite nucleation site in the steel rolling process. Increasing the ferrite fraction ultimately improves the strength and toughness of the steel. However, when vanadium is contained in an amount of less than 0.010%, it is difficult to expect a sufficient precipitation strengthening effect, and when it is added in an amount exceeding 0.20%, the effect of refining grains in the steel is reduced, leading to an excessive increase in strength, which can reduce the impact toughness of non-tempered steel. have.

크로뮴(Cr): 0.05 내지 0.30 중량%Chromium (Cr): 0.05 to 0.30 wt%

크로뮴(Cr)은 비조질강재에 포함되어 A3 변태점을 상승시켜 저온 압연 효율 및 강재의 강도 향상에 기여한다. 일 구체예에서 크로뮴은 상기 강재 전제 중량에 대하여 0.05 내지 0.30 중량%, 예를 들어 0.12 내지 0.25 중량%로 포함된다. 크로뮴이 0.05% 미만일 경우 강도 확보 효과가 낮고, 0.30% 초과로 첨가될 경우 강재의 충격 인성이 크게 저하될 수 있다.Chromium (Cr) is included in the non-refining steel and increases the A3 transformation point, thereby contributing to the improvement of low-temperature rolling efficiency and strength of steel. In one embodiment, chromium is included in an amount of 0.05 to 0.30% by weight, for example, 0.12 to 0.25% by weight, based on the total weight of the steel. When chromium is less than 0.05%, the effect of securing strength is low, and when it is added in excess of 0.30%, the impact toughness of the steel may be greatly reduced.

알루미늄(Al) : 0.010 내지 0.050 중량%Aluminum (Al): 0.010 to 0.050 wt%

알루미늄(Al)은 탈산 원소로서 포함될 수 있으며, 강재 소재 내 질소와 반응하여 AlN을 형성하고, 이를 통해 강재 내 결정립 미세화 및 충격인성 향상에 기여한다, 일 구체예에서 상기 알루미늄(Al)은 상기 강판 전체 중량에 대하여 0.010 내지 0.050 중량%, 예를 들어 0.030 내지 0.045 중량%로 포함된다. 상기 알루미늄이 0.010% 미만으로 포함될 경우 탈산 효과가 미미하며, 충분한 AlN을 형성할 수 없어 강재의 충격 인성 향상이 부족할 수 있다. 상기 알루미늄이 0.050%를 초과하여 포함될 시 Al계 개재물의 증가에 의해 기계적 물성이 저하될 수 있다. Aluminum (Al) may be included as a deoxidation element, and reacts with nitrogen in the steel material to form AlN, thereby contributing to grain refinement and impact toughness improvement in the steel material. In one embodiment, the aluminum (Al) is the steel sheet 0.010 to 0.050% by weight, for example, 0.030 to 0.045% by weight based on the total weight. When the aluminum is included in less than 0.010%, the deoxidation effect is insignificant, and it is not possible to form sufficient AlN, so the improvement of the impact toughness of the steel may be insufficient. When the aluminum is included in an amount exceeding 0.050%, mechanical properties may be reduced due to an increase in Al-based inclusions.

니켈(Ni): 0.05 내지 0.30 중량%Nickel (Ni): 0.05 to 0.30 wt%

니켈(Ni)은 비조질강재의 저온 충격인성 및 피로 특성을 향상시키는데 기여한다. 일 구체예에서 니켈은 강재 전체 중량에 대하여 0.05 내지 0.30 중량%로 포함된다. 니켈 함량이 0.05 중량% 미만일 경우 강도 확보 효과를 기대하기 어렵고 0.3 중량% 초과로 첨가될 경우 냉간 인발 시 안발성을 크게 저하시킬 수 있다.Nickel (Ni) contributes to improving the low-temperature impact toughness and fatigue properties of non-tempered steel. In one embodiment, nickel is included in an amount of 0.05 to 0.30% by weight based on the total weight of the steel. When the nickel content is less than 0.05% by weight, it is difficult to expect an effect of securing strength, and when it is added in an amount of more than 0.3% by weight, it may significantly decrease the stability during cold drawing.

질소(N): 0.004 내지 0.020 중량%Nitrogen (N): 0.004 to 0.020 wt%

질소(N)는 고온에서 알루미늄(Al) 및 바나듐(V)과 결합하여 강재 내의 결정립 미세화 및 페라이트 분율 증가로 이어지는 Al 및 V 복합 질화물을 형성함으로써 종국적으로는 강재의 충격 인성 향상에 기여한다. 일 구체예에서, 상기 질소는 상기 강재 전체 중량에 대하여 0.0080 내지 0.020 중량%로 포함되며, 예를 들어 0.010 내지 0.015 중량%로 포함될 수 있다. 상기 질소가 0.004 중량% 미만으로 포함될 경우 충분한 복합 질화물(AlN, VN)이 형성될 수 없어 강재의 고인성을 기대하기 어렵게 되고, 0.020 중량% 초과로 첨가될 경우 Al함량에 따라 조대화된 석출물을 형성시켜 오히려 충격 인성을 저하시킬 수 있다.Nitrogen (N) combines with aluminum (Al) and vanadium (V) at high temperatures to form Al and V composite nitrides that lead to grain refinement and an increase in ferrite fraction in the steel, ultimately contributing to the improvement of the impact toughness of the steel. In one embodiment, the nitrogen may be included in an amount of 0.0080 to 0.020 wt%, for example, 0.010 to 0.015 wt%, based on the total weight of the steel. When the nitrogen is included in less than 0.004 wt%, sufficient complex nitride (AlN, VN) cannot be formed, making it difficult to expect high toughness of the steel, and when added in excess of 0.020 wt%, coarsened precipitates according to the Al content It may rather reduce the impact toughness.

질소 투입량과 AlN 석출물 생성량과의 관계는 아래 수식으로 표현될 수 있다. The relationship between the nitrogen input amount and the AlN precipitate production amount can be expressed by the following equation.

AlN = 0.21 x exp(0.012 x [N])AlN = 0.21 x exp(0.012 x [N])

위 식에서,In the above formula,

AlN = 알루미늄 질화물 함량(Vol.%)AlN = aluminum nitride content (Vol.%)

[N] = 질소함량(ppm)[N] = nitrogen content (ppm)

‘0.021’ 및 ‘0.012’ = 보정계수를 의미한다.‘0.021’ and ‘0.012’ = means the correction factor.

본 발명의 고장력 열연 강판의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 철강 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 철강 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.The remaining component of the high-tensile hot-rolled steel sheet of the present invention is iron (Fe). However, since unintended impurities from raw materials or the surrounding environment may inevitably be mixed in the normal steel manufacturing process, it cannot be excluded. Since these impurities are known to anyone skilled in the steel manufacturing process, all of them are not specifically mentioned in this specification.

이상에서 설명한 본 발명의 고강도 및 고인장 비조질강재는 그 일 실시예로서 하기와 같은 방법으로 제조될 수 있다.The high-strength and high-tensile non-tempered steel of the present invention described above may be manufactured by the following method as an embodiment thereof.

고강도 고인장 비조질강재의 제조방법Manufacturing method of high-strength, high-tensile non-tempered steel

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 고강도 고인장 비조질강재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 비조질강재의 제조 방법은 강재 소재의 슬라브 재가열 단계(S110), 그리고 제어 압연 단계(S120)를 포함한다. 이하, 상기 본 발명의 열연 강판의 제조방법을 단계별로 보다 상세히 설명한다.1 is a process flow diagram schematically illustrating a method of manufacturing a high-strength high-tensile non-tempered steel material according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , the method for manufacturing a non-tempered steel material according to the present invention includes a slab reheating step (S110) of a steel material, and a control rolling step (S120). Hereinafter, the manufacturing method of the hot-rolled steel sheet of the present invention will be described in more detail step by step.

블룸 및 빌렛 재가열 단계(S110)Bloom and billet reheating step (S110)

블룸 및 빌렛 재가열 단계(S110)는, 비조질강재는 중량%로, 탄소(C): 0.40 내지 0.55, 실리콘(Si): 0.10 내지 0.40, 망간(Mn): 1.00 내지 1.50, 바나듐(V): 0.01 내지 0.20, 크로뮴(Cr): 0.05 내지 0.30, 알루미늄(Al): 0.01 내지 0.050, 티타늄(Ti): 0.002 이하, 니켈(Ni): 0.05 내지 0.30, 질소(N): 0.006 내지 0.020, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재 소재를 가열하여 주조 시 편석된 성분을 재고용시키는 단계이다. 상기 재가열 단계의 공정 온도는 강재의 결정립 성장에 중요한 영향을 미치는 요인이다.In the bloom and billet reheating step (S110), the non-refined steel is in weight %, carbon (C): 0.40 to 0.55, silicon (Si): 0.10 to 0.40, manganese (Mn): 1.00 to 1.50, vanadium (V): 0.01 to 0.20, Chromium (Cr): 0.05 to 0.30, Aluminum (Al): 0.01 to 0.050, Titanium (Ti): 0.002 or less, Nickel (Ni): 0.05 to 0.30, Nitrogen (N): 0.006 to 0.020, remaining iron This is a step of re-dissolving segregated components during casting by heating a steel material containing (Fe) and other unavoidable impurities. The process temperature of the reheating step is a factor that has an important influence on the grain growth of steel.

본 발명의 일 구체예에 따른 재가열 조건은 온도(SRT) 1,000 내지 1,300℃의 조건에서 가열하는 것이며, 특히 1,150 내지 1,250℃의 범위일 수 있다. 가열 온도가 1,000℃ 미만일 경우 반제품 압연 시 압연 과부하가 발생되어 형성 불량의 가능성이 있으며, 1,300℃ 초과일 경우 석출물 결정립의 조대화로 인하여 강재의 강도 및 인성의 저하가 발생된다. The reheating condition according to an embodiment of the present invention is heating at a temperature (SRT) of 1,000 to 1,300 °C, and in particular, may be in the range of 1,150 to 1,250 °C. If the heating temperature is less than 1,000℃, there is a possibility of poor formation due to rolling overload during rolling of the semi-finished product.

제어 압연 단계(S120)Control rolling step (S120)

열간 압연 단계(S120)는 재가열된 강 빌렛을 열간 압연하여 선재 제품을 제조하는 단계이다. 본 발명의 일 구체예에서, 제어 압연 단계는 재가열된 빌렛을 조압연 내지 중간압연 한 다음 수행될 수 있다. The hot rolling step ( S120 ) is a step of manufacturing a wire rod product by hot rolling the reheated steel billet. In one embodiment of the present invention, the control rolling step may be performed after rough or intermediate rolling of the reheated billet.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조성의 강재를 가열한 후 압연할 경우 기존 대비 높은 온도에서 V(C,N) 및 AlN 등의 석출물이 생성되기 시작되어 압연 공정 중에 비조질강재의 페라이트 분율이 높아지게 된다. 구체적으로, 본 발명에 따른 비조질강재의 경우 높은 질소 함량으로 인하여 종래 기술 대비 약 30℃ 내지 50℃ 높은 온도에서 석출물의 생성이 시작되며, 에를 들어 동일한 조건에서 질소의 함량이 50 ppm인 경우 V(C,N)의 생성 온도가 약 840℃임에 반하여 질소 함량이 100 ppm인 경우 V(C,N)의 생성 온도는 약 865℃이다. 비조질강재에 생성되는 석출물은 페라이트 핵 생성 사이트로 작용하기 때문에 압연 공정 중 페라이트 분율이 증가하여 비조질강재의 충격인성이 높아진다.As shown in FIG. 2, when the steel of the composition according to the present invention is heated and then rolled, precipitates such as V(C,N) and AlN start to be generated at a higher temperature than before, so that during the rolling process, The ferrite fraction is increased. Specifically, in the case of the non-refined steel according to the present invention, the formation of precipitates starts at a temperature of about 30 to 50° C. higher than that of the prior art due to the high nitrogen content, and for example, when the nitrogen content is 50 ppm under the same conditions, V When the nitrogen content is 100 ppm, the formation temperature of V(C,N) is about 865°C, whereas the formation temperature of (C,N) is about 840°C. Since the precipitates generated in the non-refined steel act as a ferrite nucleation site, the ferrite fraction increases during the rolling process, thereby increasing the impact toughness of the non-tempered steel.

나아가 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 강재의 경우 AlN 계 석출물의 생성 온도도 높아지므로 AlN 석출물의 분율 또한 높아지게 된다. 압연 공정이 마무리되는 시점을 기준으로 AlN 석출물의 분율이 종래 기술에 비해여 약 2배가 되며, AlN 분율 증가는 곧 결정립 피닝(pinning) 효과로 이어지고, 따라서 비조질강재 결정립의 혼립을 방지하는 동시에 결정립 미세화가 심화된다.Furthermore, as shown in FIG. 3 , in the case of the steel material according to the present invention, the production temperature of AlN-based precipitates is also increased, so that the fraction of AlN precipitates is also increased. Based on the time when the rolling process is finished, the fraction of AlN precipitates is about twice that of the prior art, and the increase in the AlN fraction soon leads to a grain pinning effect, thus preventing the mixing of grains in non-refined steel and at the same time refinement intensifies.

마무리 압연을 기준으로 제어 압연 온도는 A1 변태점 내지 A3 변태점 사이에서 수행될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따른 강재의 경우 제어 압연의 온도는 780 내지 820℃에서 수행될 수 있다. 마무리 압연 온도가 780℃ 미만인 경우에는 이상영역의 압연에 의해 혼립 조직의 발생으로 선재의 가공성을 확보하기 어려우며 압연공정에 부하를 야기할 수 있다. Based on the finish rolling, the controlled rolling temperature may be performed between the A1 transformation point and the A3 transformation point. In the case of a steel material according to an embodiment of the present invention, the temperature of the controlled rolling may be performed at 780 to 820 °C. When the finish rolling temperature is less than 780° C., it is difficult to secure the workability of the wire rod due to the generation of a mixed grain structure due to rolling in an abnormal region, which may cause a load on the rolling process.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하나, 이는 본 발명의 바람직한 실시예일뿐 본 발명의 범위가 이러한 실시예의 기재범위에 의하여 제한되는 것은 아니다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples, but these are only preferred examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the scope of the description of these examples. Content not described here will be omitted because it can be technically inferred sufficiently by those skilled in the art.

실시예Example

하기 표 1의 성분계(단위: 중량%)를 가지는 강재 소재를 준비하고, 강재 소재에 대하여 표 2의 공정 조건으로 가열, 압연 및 냉각을 진행하여 각각 비교예 및 실시예의 시편을 제조하였다.A steel material having the component system (unit: wt%) of Table 1 below was prepared, and heating, rolling, and cooling were performed under the process conditions of Table 2 for the steel material to prepare specimens of Comparative Examples and Examples, respectively.

구분division CC SiSi MnMn VV CrCr AlAl NiNi NN 비교예 1Comparative Example 1 0.450.45 0.250.25 1.331.33 0.0540.054 0.180.18 0.0350.035 0.020.02 0.00410.0041 비교예 2Comparative Example 2 0.450.45 0.250.25 1.351.35 0.0550.055 0.190.19 0.0400.040 0.020.02 0.02150.0215 비교예 3Comparative Example 3 0.450.45 0.250.25 1.351.35 0.0550.055 0.190.19 0.0450.045 0.110.11 0.00540.0054 실시예 1Example 1 0.440.44 0.250.25 1.361.36 0.0550.055 0.190.19 0.0300.030 0.110.11 0.00850.0085 실시예 2Example 2 0.450.45 0.250.25 1.351.35 0.0540.054 0.190.19 0.0420.042 0.100.10 0.00930.0093 실시예 3Example 3 0.450.45 0.250.25 1.321.32 0.0540.054 0.190.19 0.0330.033 0.090.09 0.01040.0104 각각의 성분 함량은 강재 전체 중량에 대한 중량%를 의미함.The content of each component means the weight % with respect to the total weight of the steel.

구분division 재가열온도 (℃)Reheating temperature (℃) 제어 압연온도(℃)Controlled rolling temperature (℃) 냉각속도
(℃/s)
cooling rate
(℃/s)
충격강도
(J/cm2)
impact strength
(J/cm 2 )
인장강도
(MPa)
The tensile strength
(MPa)
연신율
(%)
elongation
(%)
페라이트
분율(%)
ferrite
Fraction (%)
비교예 1Comparative Example 1 12301230 802802 1 이하1  or less 52.252.2 825825 12.312.3 16.516.5 비교예 2Comparative Example 2 813813 62.562.5 849849 9.19.1 27.127.1 비교예 3Comparative Example 3 785785 56.556.5 822822 12.012.0 17.417.4 실시예 1Example 1 802802 63.663.6 902902 18.618.6 19.819.8 실시예 2Example 2 808808 64.264.2 884884 18.918.9 20.920.9 실시예 3Example 3 785785 71.271.2 900900 19.619.6 26.326.3

상기 표 1의 성분계를 가진 실시예 및 비교예의 시편을 1230℃로 재가열한 후, 조압연, 중간압연 및 제어압연 후에, 자연 냉각한 다음 비교예 및 실시예의 시편에 대해 물성 평가를 진행하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다. After reheating the specimens of Examples and Comparative Examples having the component system of Table 1 to 1230° C., after rough rolling, intermediate rolling, and control rolling, natural cooling, and then evaluating the physical properties of the specimens of Comparative Examples and Examples was performed, and the The results are shown in Table 2.

이어서 실시예 및 비교예의 시편에 대해서 석출물의 수와 크기 및 페라이트 분율을 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다. Next, the number and size of the precipitates and the ferrite fraction were measured for the specimens of Examples and Comparative Examples, and the results are shown in Table 3.

구분division 조직group 석출물 수
(100 x 100 nm2)
number of precipitates
(100 x 100 nm 2 )
석출물의 평균 입경 (nm)Average particle size of precipitates (nm) 페라이트 분율 (%)Ferrite fraction (%)
실시예 1Example 1 F+PF+P 3.43.4 3.33.3 19.819.8 실시예 2Example 2 F+PF+P 4.64.6 4.04.0 20.920.9 실시예 3Example 3 F+PF+P 6.76.7 3.33.3 26.326.3 비교예 1Comparative Example 1 F+PF+P 1.41.4 4.34.3 16.516.5 비교예 2Comparative Example 2 F+PF+P 6.26.2 7.37.3 27.127.1 비교예 3Comparative Example 3 F+PF+P 1.81.8 3.93.9 17.417.4 시편 조직에 있어서 F는 페라이트, P는 펄라이트를 의미함.In the specimen structure, F stands for ferrite and P stands for pearlite.

비교예 및 실시예에 대하여 스티어링 랙바를 제작하여 냉간인발 테스트를 수행하고, 제품의 균열 발생 여부를 육안으로 관찰하여 그 결과를 표 4에 기재하였다. For the comparative examples and examples, a cold drawing test was performed by manufacturing a steering rack bar, and whether cracks occurred in the product was visually observed, and the results are shown in Table 4.

평가 방법Assessment Methods

기계적 물성: 상기 실시예1 내지 비교예3에서 제작한 강재에 대하여 인장시험은 KS 14A호로 제작된 시험편을 KS B 0802 규격에 의거하여 인장강도와 연신율을 표2에 나타내었다.Mechanical properties: As for the tensile test for the steels manufactured in Examples 1 to 3, the tensile strength and elongation of the test piece made in KS 14A according to the KS B 0802 standard are shown in Table 2.

석출물 측정방법: 상기 강재의 석출물은 TEM(투과전자현미경) 탄화물 추출 Precipitation measurement method: The precipitate of the steel material is TEM (transmission electron microscope) carbide extraction

복제 분석을 통하여 수행하였다. Replication analysis was performed.

냉간인발: 상기 강재들은 Schmag사 신선기를 활용하여 감면율 12%로 Cold drawing: The above steels are reduced by 12% using a Schmag drawing machine.

냉간인발을 진행하였다. Cold drawing was performed.

구분division 냉간인발 시 끊어짐 유무Is there any breakage during cold drawing? 제품 균열 발생 유무No cracks in the product 불량발생 평가Defect occurrence evaluation 실시예 1Example 1 없음doesn't exist 없음doesn't exist 적합fitness 실시예 2Example 2 없음doesn't exist 없음doesn't exist 적합fitness 실시예 3Example 3 없음doesn't exist 없음doesn't exist 적합fitness 비교예 1Comparative Example 1 없음doesn't exist 없음doesn't exist 적합fitness 비교예 2Comparative Example 2 발생Occur 없음doesn't exist 부적합incongruity 비교예 3Comparative Example 3 없음doesn't exist 없음doesn't exist 적합fitness <평가기준>
부적합: 냉간인발 시 끊어짐 발생 또는 최종제품에 균열 발생
적합: 냉간인발 시 끊어짐 미발생 및 최종제품에 균열 미발생
<Evaluation criteria>
Unsuitable: Cracks in the final product or breakage during cold drawing
Suitable: No breakage during cold drawing and no cracks in the final product

표 1 내지 4를 참조하면, 시편에 질소 함량이 많을수록 높은 페라이트 분율이 형성된다는 것이 확인되었다. 이는 질소 함량이 많아짐에 따라 페라이트 생석 핵으로 작용하는 석출물이 생성되는 온도가 높아지므로 압연 공정 중에 비조질강재의 표면에서 페라이트 생성이 가속화되기 때문인 것으로 확인되었다. 이와 같은 차이점은 선재 및 BlC압연과 같이 고속으로 압연 공정이 진행되는 강재 제품의 경우 압연 공정 중에서 석출물의 생성량 및 그에 따른 페라이트 분율의 증가로 이어지며, 그 결과 인한 비조질강재의 물리적 성질에도 영향을 미치게 된다.Referring to Tables 1 to 4, it was confirmed that the higher the nitrogen content in the specimen, the higher the ferrite fraction was formed. It was confirmed that this is because, as the nitrogen content increases, the temperature at which the precipitates acting as ferrite-generating nuclei are generated increases, so that the formation of ferrite on the surface of the non-refined steel material is accelerated during the rolling process. Such a difference leads to an increase in the amount of precipitates produced during the rolling process and the resulting ferrite fraction in the case of steel products that undergo a high-speed rolling process such as wire rod and BLC rolling, and as a result, the physical properties of non-refined steel are also affected. go crazy

다만 비교예 2에서 확인되는 바와 같이 질소의 함량이 0.02%를 초과할 경우 냉간인발 시 끊어짐이 발생하고, 석출물이 조대화되어 충격인성이 오히려 저하된다는 사실이 확인되었다.However, as confirmed in Comparative Example 2, when the nitrogen content exceeds 0.02%, it was confirmed that breakage occurred during cold drawing, and the precipitates were coarsened and the impact toughness was rather reduced.

한편 니켈(Ni)이 적정량 포함될 경우, 그렇지 않을 경우에 비하여 강재의 충격인성 및 기계적 특성의 향상에 기여하는 것으로 확인되었다.On the other hand, it was confirmed that when nickel (Ni) was included in an appropriate amount, it contributed to the improvement of the impact toughness and mechanical properties of the steel compared to the case where it was not.

실시예4의 시편에 대하여 EDS 성분 분석계를 통한 석출물의 성분 분석을 수행하였으며, 그 결과 VC, VN, AlN, TiN 및 BN의 석출물이 시편의 표면에 형성되었음을 확인하였다.Component analysis of the precipitates through an EDS component analyzer was performed on the specimen of Example 4, and as a result, it was confirmed that VC, VN, AlN, TiN and BN precipitates were formed on the surface of the specimen.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나 지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이 하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다. Although the above description has been focused on the embodiments of the present invention, various changes or modifications may be made at the level of those skilled in the art. As long as such changes and modifications do not depart from the scope of the present invention, it can be said that they belong to the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be judged by the claims set forth below.

Claims (5)

스티어링 랙 바용 비조질강재로서,
중량%로, 탄소(C): 0.40 내지 0.55, 실리콘(Si): 0.10 내지 0.40, 망간(Mn): 1.00 내지 1.50, 바나듐(V): 0.01 내지 0.20, 크로뮴(Cr): 0.05 내지 0.30, 알루미늄(Al): 0.01 내지 0.050, 니켈(Ni): 0.05 내지 0.30, 질소(N): 0.01 내지 0.02, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하되,
상기 비조질강재의 페라이트 분율은 18 내지 30% 이며,
상기 비조질강재는 표면상에 VC, VN, AlN, TiN 및 BN으로 이루어진 군 중 적어도 1종 이상의 석출물을 포함하며,
상기 비조질강재는 1,150℃ 이상 내지 1,250℃ 미만에서 재가열되고, 780℃ 내지 820℃에서 제어 압연되는 것을 특징으로 하며,
상기 석출물은 평균 직경 10 nm 이하인 AlN 석출물을 포함하며,
상기 석출물은 상기 비조질강재 표면적 100 x 100 nm 당 평균 3 내지 10개이며,
상기 질소 함량은 수식을 만족하는 것인 페라이트 및 펄라이트 복합 조직을 포함하는 비조질강재;
AlN = 0.21 x exp(0.012 x [N])
식 중,
AlN는 알루미늄 질화물 함량(Vol.%)
[N]는 질소함량(ppm)이다.
A non-tempered steel material for a steering rack bar, comprising:
In wt%, carbon (C): 0.40 to 0.55, silicon (Si): 0.10 to 0.40, manganese (Mn): 1.00 to 1.50, vanadium (V): 0.01 to 0.20, chromium (Cr): 0.05 to 0.30, aluminum (Al): 0.01 to 0.050, nickel (Ni): 0.05 to 0.30, nitrogen (N): 0.01 to 0.02, remaining iron (Fe) and other unavoidable impurities,
The ferrite fraction of the non-tempered steel is 18 to 30%,
The non-tempered steel includes at least one or more precipitates from the group consisting of VC, VN, AlN, TiN and BN on the surface,
The non-tempered steel is reheated at 1,150° C. or higher to less than 1,250° C., characterized in that it is controlled-rolled at 780° C. to 820° C.,
The precipitates include AlN precipitates having an average diameter of 10 nm or less,
The number of precipitates is an average of 3 to 10 per 100 x 100 nm of the surface area of the non-refined steel,
The nitrogen content is a non-refined steel comprising a ferrite and pearlite composite structure that satisfies the formula;
AlN = 0.21 x exp(0.012 x [N])
during the meal,
AlN is aluminum nitride content (Vol.%)
[N] is the nitrogen content (ppm).
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 비조질강재는 충격강도 55 J/cm2 이상, 인장강도 820 MPa 이상이며, 연신율이 12% 내지 23%인 비조질강재.The non-tempered steel material according to claim 1, wherein the non-tempered steel has an impact strength of 55 J/cm 2 or more, a tensile strength of 820 MPa or more, and an elongation of 12% to 23%. 삭제delete 삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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