KR20000058178A

KR20000058178A - 초미세조직강의 제조방법

Info

Publication number: KR20000058178A
Application number: KR1020000009032A
Authority: KR
Inventors: 토리즈카시로우; 우메자와오사무; 쯔자키카네아키; 나가이코토부
Original assignee: 오카다 마사토시; 카가쿠기쥬쯔죠 킨조쿠자이료 기쥬쯔켄큐쇼죠가 대표하는 일본국
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2000-09-25
Also published as: EP1031632A3; DE60020421D1; EP1031632B1; EP1031632B9; TW477822B; US6464807B1; EP1031632A2; KR100522418B1; DE60020421T2; CN1131323C; CN1297062A

Abstract

본 출원의 발명은, 초미세조직강의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 본 발명은 고강도의 용접용 강 등으로서 유용한 초미세조직강을 높은 생산성으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 출원의 발명은 보다 낮은 변형저항 하에서, 보다 적은 압하량과 특히 느린 냉각속도로, 평균입경 3미크론 이하의 페라이트를 모상으로 하는 초미세조직강을 제조하는 새로운 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

이를 위한 해결수단으로 본 발명은 원료를 용융조제 후에 Ac3점 이상의 온도로 가열하여 오스테나이트화하고, 이어서 Ae3점 이하 Ar3-l50℃, 또는 550℃ 이상의 온도로, 압하율 50% 이상의 압축가공을 가하고, 그 후 냉각하여 평균입경 3㎛ 이하의 페라이트를 모상으로 하는 초미세조직강의 제조방법에 있어서, 압축가공시의 비틀림 속도를 0.001∼10/S의 범위의 것으로 한다.

본 출원의 발명에 의해서 보다 낮은 변형저항하에서 보다 적은 압하량과 특히 느린 냉각속도로 평균입경 3㎛ 이하의 페라이트를 모상으로 하는 초미세조직강을 제조하는 새로운 방법이 제공된다.

Description

초미세조직강의 제조방법{Production method of super fine texture steel}

종래, 제어압연-가속냉각기술은 저합금강에 있어서, 미세한 페라이트 (ferrite)를 얻기 위한 유효한 방법이였다. 즉, 오스테나이트(austenite) 미재결정역(未再結晶域)에 있어서의 누적압하율과 그 후의 냉각속도를 제어함에 의해서, 미세한 조직이 얻어지고 있다. 그러나, 얻어지는 페라이트 입경은 기껏 Si-Mn강으로 10㎛, Nb강으로 5㎛가 한계였다. 더욱이, 일본국 특공소 62-39228, 특공소 62-7247호에 기술된 바와 같이, 2상역(2-phase range)도 포함한 Ar1∼Ar3+100℃의 온도역에서 합계 감면율이 75% 이상의 압하를 가하고, 그 후 20K/s 이상으로 냉각함으로써, 3-4㎛ 정도의 페라이트립이 얻어지는 것이 보고되고 있다. 그러나, 예를 들어 일본 특공평 5-65564호에 기술된 바와 같이, 3㎛ 미만으로 되면 지극히 큰 압하량과 냉각속도(40K/s 이상)를 필요로 한다. 20K/s 이상의 급냉은, 판두께가 얇은 경우에만 성립되는 수단이고, 실제적으로 널리 일반적인 용접구조용강의 제조방법으로서는 성립하기 어렵다. 또한, 강 가공 그 자체에 관해서도, 로울압연으로서는 오스테나이트저온역에서의 50%를 넘는 대압하를 하는 것은 그 변형저항의 크기나 로울의 물어넣는 제한때문에 일반적으로 어렵다. 또한, 미재결정역에서의 누적압하에서는 일반적으로는 70% 이상 필요하지만 강판의 온도저하에 의해 그것도 어렵다.

제어압연강의 변태 페라이트상은 일반적으로 집합조직을 형성하는 것이 알려지고 있고, 강압하의 결과로 얻어진 페라이트상은 적은 경사각입계를 갖게 된다. 즉, 단순한 강가공에서는 집합조직이 형성되어 큰 경사각입계로 이루어지는 페라이트립을 얻는 것은 불가능하다. 따라서, 일본국 특공소 62-39228, 특공소 62-7247호에 표시된 이상의 강한 가공을 하더라도 큰 경사각입계로 되기때문에 미세한 페라이트조직을 얻는 것은 곤란하다.

이러한 상황에 있어서, 본 출원의 발명자들은 Ac3점 이상으로 가열하여 오스테나이트화한 후에 Ar3 이상의 온도로 압하율 50% 이상의 압축가공을 가하고, 계속해서 냉각함에 의해 평균입경 3㎛ 이하의 페라이트를 모상으로 하는 초미세조직강을 얻는 방법을 개발했다(일본국 특원평 9-256682, 특원평 9-256802, 특원평 10-52545). 이 새로운 제조방법에 의해서, 평균입경이 3㎛ 이하로 방향차각 15°이상의 큰 경사각입계에 둘러싸인 페라이트를 모상으로 하는 초미세조직강이 제공가능해졌다.

그러나, 이 새로운 방법에 대하여 실제적으로는 더욱더 개선이 요망도 되고 있었다. 그 하나로는 보다 미세한 조직을 얻는 것이 또한 공업적 견지로부터는 열간가공시의 변형저항은 될 수 있는 한 낮은 것이 바람직한 때문이다. 특히 l패스(pass)로 50% 이상의 가공을 오스테나이트저온역에서 하는 경우, 변형저항이 크고 이것을 될 수 있는 한 저하시키는 것이 바람직한 때문이다. 즉, 평균입경으로 3㎛, 바람직하기로는 2㎛ 이하의 페라이트를 주상(主相)으로 하는 조직을 오스테나이트저온역 가공과 제어냉각으로 얻는 것에 관해서, 보다 낮은 변형저항하에서 보다 적은 압하량과 특히 느린 냉각속도로 얻는 방법이 요구되고 있다라고 말할 수 있다.

본 출원의 발명은, 이상과 같은 상황하에서 이루어진 것으로, 보다 낮은 변형저항하에서 보다 적은 압하량과 특히 느린 냉각속도로 평균입경 3㎛ 이하, 바람직하기로는 2㎛ 이하의 페라이트를 모상으로 하는 초미세조직강을 제조하는 것이 가능한 새로운 방법을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

도 l은 앤빌(anvil)압축가공과 비틀림을 도시한 요부단면도,

도 2는 본 발명의 강의 단면을 나타낸 도면대용 SEM사진,

도 3은 비교예로서의 도면대용 SEM사진,

도 4는 페라이트(ferrite)입경과 비커스(vickers)경도와의 관계를 도시한 도면이다.

본 출원의 발명은 상기의 과제를 해결하는 것으로서, 우선 제l측면에는 원료 용제후에 Ac3점 이상의 온도로 가열하여 오스테나이트화하고, 이어서 Ae3점 이하 Ar3-l50℃, 또는 550℃ 이상의 온도에서 압하율 50% 이상의 압축가공을 가하고, 그 후 냉각하여 평균입경 3㎛ 이하의 페라이트를 모상으로 하는 초미세조직강의 제조방법에 있어서, 압축가공시의 비틀림 속도를 0.001∼l0/s의 범위의 것으로 하는 것을 특징으로 하는 초미세조직강의 제조방법을 제공한다.

그리고, 본 출원의 발명은 제2측면에는, 이상의 방법에 의해 제조된 평균입경 2㎛ 이하의 페라이트를 모상으로 하는 초미세조직강을 제공하고, 제3측면에는 비뚤어지는 속도를 0.01∼1/s의 범위의 것으로 하는 상기의 제조방법을, 제4측면에는 가공후의 냉각속도를 10K/s 이하로 하는 상기의 제조방법을 더 제공한다.

이하 본발명을 보다 자세하게 설명한다.

위에서 기술한 바와 같은 본 출원의 발명은 발명자의 검토의 결과, 압축가공시에 있어서 온도와 비틀림 속도의 제어가 조직의 미세화와 변형저항의 저하에 극히 유효한 것으로, 보다 구체적으로는, Ae3점 이하의 온도에 있어서의 50%를 넘는 강가공-제어냉각에 의해서 페라이트-퍼얼라이트(pearlite)조직을 형성하는 경우, 비틀림 속도가 l/s 이하라도 평균입경 3㎛ 이하, 더욱이 2㎛ 이하의 미세한 페라이트입경이 얻어지는 것을 밝혀내고, 이에 따라서 본 발명이 완성된 것이다.

그리고, 더욱 자세히 본 발명의 제조방법에 관해서 설명하면, 본 발명의 제조방법에 있어서는,

<A>원료의 용제에 의한 Ac3점 이상의 온도로 가열하는 오스테나이트화와,

<B>Ae3점 이하 Ar3점-l50℃, 또는 550℃ 이상의 온도로 압하율 50% 이상의 압축가공

<C>그 후의 냉각

을 기본적인 공정요건으로 하고 있다. 또 여기서, Ae3점은 오스테나이트-페라이트 평형변태점으로 상태도상에서{델타 페라이트(delta ferrite)를 제외함} 페라이트가 존재할 수 있는 최고온도이다. 또한, Ar3점이란 무가공시에 있어서 오스테나이트, 페라이트변태의 개시온도를 나타내고 있다. 그리고, 본 발명의 방법에있어서 <B> 압축가공시에 비틀림 속도를 0.001∼10/s의 범위로 하고 있다.

예를 들어, 도 1에 예시한 상하로 움직이는 앤빌에 의한 평면압축가공에 관해서 도시한 바와 같이, 압축가공에 의한 소재의 두께가 t초의 시간에 의해서 1₀로부터 1로 변형했다고 하면 비틀림(ε)은,

ε= 1_n(1₀/1)

으로 나타내여지고, 따라서 비틀림 속도는 ε/t, 즉

1_n=(l₀/1)/t

로 나타내여진다.

이상과 같이 본 발명에 있어서, 비틀림 속도는 상기 대로 0.001∼10/s 이고, 적당하기로는 0.0l∼l/s이다.

비틀림 속도가 10/s보다 큰 경우에는 변형저항이 크고, 또 페라이트의 미세화 효과가 적다. 또한, 비틀림 속도가 0.001/s보다 작은 경우에는 가공에 대단이 많은 시간이 걸리게 되고, 따라서 공업적으로는 어느 쪽의 경우에도 불리하다.

압축가공은, 본 발명에 있어서 보다 적당하기로는 도 l에 예시한 앤빌가공방법이 채용된다.

예를 들어, 이 앤빌압축가공의 경우에는 감면율로 1패스 90%를 넘는 강가공도 가능한 방법으로서, 소재(샘플)의 상하에 위치하는 앤빌의 구동속도를 제어함에 의해 압축가공시에 있어 비틀림 속도의 제어가 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 제조방법에 있어서는, <C> 냉각의 공정에서 냉각속도를 l0K/s 이하로 하는 것이 또한 유효하다.

본 발명의 제조방법에 의해 평균입경이 3㎛ 이하 더 나아가 2.5㎛ 이하의 페라이트, 그리고 방위차각 15°이상의 큰 경사각입계에 둘러싸인 페라이트를 모상으로 하는 초미세조직강이 제조가능하게 된다. 페라이트-페라이트입계에 있어서의 큰 경사각입계의 비율은 80% 이상이다. 따라서, 용접가능한 고강도의 강이 경제적으로 얻어지게 된다. 이 강의 화학조성에 있어서는 특히 한정되지 않지만, 바람직하기로는 0.3중량% 이하의 C(탄소)와, Si, Mn, P, S, N 및 불가피적 불순물을 함유하는 Fe에 의해 구성될 수 있다. 보다 바람직하기로는, 중량%로, Si가 2%이하, Mn이 3%이하, P가 0.1%이하, S가 0.02%이하, N이 0.005% 이하로 하는 것이 고려된다.

한편, 중량%으로 3% 이하의 Cr, Ni, Mo, Cu, 또한, Ti : 0.003∼0.l%, Nb : 0.003∼0.05%, V : 0.005∼0.2%가 포함되어 있더라도 좋다. 그러나, 본 발명에서는 비싼 원소인 Ni, Cr, Mo, Cu 등을 쓰는 일없이도 초미세조직를 얻어지고 고강도강을 염가에 제조할 수 있다.

용제를 위한 원료는 상기의 화학조성에 따라 각 원소의 첨가비율이 적정하게 정해진다.

이하에서 실시예를 게시하여 더욱 자세히 본 발명에 관해서 설명한다.

<실시예>

(실시예 1∼5)

(비교예 1)

표 1의 조성의 강(1)을 900℃로 가열하고, 완전히 오스테나이트화한 후에 표 2의 가공온도로 냉각하고, 즉시 압하율 75%로 도 1에 예시한 평면 비틀림 압축가공을 했다. Ae3점은 817℃이다. 포마스터(formaster)로 측정한 Ar3점은 670℃였다. 비틀림 속도와 압축가공후의 냉각속도를 표 2에 나타난 조건으로 행했다. 얻어진 조직에 관해서의 페라이트의 평균입경, 제2상의 종류, 그 체적율(體積卒), 큰경사각입계(방향차각≥l5°)의 비율, 가공시의 평균변형저항을 표 2에 나타냈다. 페라이트립의 방향차각은 전자선후방산란(EBSD)법으로 측정했다. 평균입경의 측정은 직선절단법에 의해서 행했다. 제2상은 주로 퍼얼라이트 및 탄화물이였다.

표 1

강종번호	C	Si	Mn	P	S	N	Al
1	0.15	0.3	1.5	0.02	0.005	0.002	0.04

표 2

실시예	가공온도(℃)	비틀림속도(1/s)	냉각속도(K/s)	평균변태저항(㎏/㎟)	페라이트입경(㎛)	대각입계의비율(%)
1	750	1	10	43	1.9	95
2	750	0.1	10	32	1.8	94
3	750	0.01	10	21	1.8	95
4	750	0.001	10	10	2.6	95
5	750	0.1	2.5	32	2.0	92
비교예
1	750	20	10	50	2.5	95

이상의 실시예 1∼5 및 비교예 1과의 대비로부터 명백하듯이, 비틀림 속도가 0.01∼1/s에서 가장 미세한 페라이트립이 얻어지고, 또한 변형저항에 관해서는 비틀림 속도를 작게 하면 현저한 저하가 확인된다.

또한, 실시예 2 및 5로부터는 냉각속도가 빠른 경우에 페라이트입경의 미세화가 진행하는 것도 알 수 있다.

(실시예 6∼l8)

실시예 1∼5와 같이 하여 표 3의 조건하에서 압축가공을 하여 냉각했다.

그 결과를 표 3에 나타냈으며, 이 표에 나타난 결과로부터, 비틀림 속도 0.001∼10/s에서 미세한 페라이트립를 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 가공온도의 저하가 조직의 미세화에 유효한 것을 알았다.

표 3

실시예	가공온도(℃)	비틀림속도(1/s)	냉각속도(K/s)	평균변태저항(㎏/㎟)	페라이트입경(㎛)	대각입계의비율(%)
6	700	10	10	57	1.5	95
7	700	1	10	49	1.0	95
7	700	0.1	10	39	1.6	95
8	700	0.01	10	28	1.7	95
9	700	0.001	10	17	2.0	95
9	650	10	10	65	0.8	93
10	650	1	10	58	0.6	93
11	650	0.1	10	49	0.8	93
12	650	0.01	10	40	1.4	93
13	650	0.001	10	30	1.9	93
14	600	10	10	86	0.8	85
15	600	1	10	74	0.5	81
16	600	0.1	10	64	0.6	90
17	600	0.01	10	53	0.9	91
18	600	0.001	10	43	1.4	90

(실시예 l9)

(비교예 2∼6)

상기 실시예에 있어서, 오스테나이트입경이 l7㎛의 재료에 대하여, 가공온도 750℃, 압하율 75%, 비틀림 속도를 0.l/s, 냉각속도를 10K/s로 했을 때의 단면 SEM상을 관찰했다. 도 2는 이것을 나타낸 사진이다.

또한, 도 3은 비틀림 속도를 10/s로 한 경우의 것이다.

비틀림 속도를 작게 하는 것으로 페라이트입자의 미세화가 도모되는 것을 도면으로 부터 알 수 있다.

또한, 도 4는 같은 방법으로 제조한 미세조직강의 페라이트조직에 관해서 페라이트입경(d)과 비커스경도(Hv)와의 관계를 나타내는 홀벳치형(hollbetch type)의 직선관계가 인정된다. 도면중의 온도는 가공온도를 나타낸다.

평균입경 2.3㎛의 페라이트입경의 미세조직강의 빅커스경도는 203이고, TS= 3.435Hv의 관계식에 의하면, 인장강도로서는 약 700㎫에 해당한다. 참고로 미소한 한 장력시험편(평행부 길이 3.5㎜×폭 2㎜×두께 0.5㎜)을 제작하고, 크로스 헤드( cross-head)속도 0.13㎜/min에서 인장시험을 했던 바, 인장강도 675㎫이 얻어졌다.

표 4에는 가공온도를 Ae3점(817℃)을 넘는 850℃로 한 경우의 비교예를 게시하고 있다. 페라이트입경은 어느 쪽의 경우도 5㎛을 넘고 있음을 알 수 있다.

표 4

비교예	가공온도(℃)	비틀림속도(1/s)	냉각속도(℃/s)	평균변태저항(㎏/㎟)	페라이트입경(㎛)	대각입계의비율(%)
2	850	10	10	32	5.3	·
3	850	1	10	27	5.2	·
4	850	0.1	10	22	5.4	·
5	850	0.01	10	15	6	·
6	850	0.001	10	8	6	·

이상 자세히 설명한 바와 같이, 본 출원의 발명에 의해서 보다 낮은 변형저항하에서 보다 적은 압하량과 특히 느린 냉각속도로 평균입경 3㎛ 이하의 페라이트를 모상으로 하는 초미세조직강을 제조할 수 있는 새로운 방법이 제공된다.

Claims

원료용제 뒤에 Ac3점이상의 온도로 가열하여 오스테나이트화하고, 이어서 Ae3점이하 Ar3-l50℃ 또는 550℃ 이상의 온도에서 압하율(壓下卒) 50% 이상의 압축가공을 가하고, 그 후 냉각하여 평균입경 3㎛ 이하의 페라이트(ferrite)를 모상으로 하는 초미세조직강의 제조방법에 있어서, 압축가공때의 비틀림 속도를 0.00l∼10/s의 범위의 것으로 하는 것을 특징으로 하는 초미세조직강의 제조방법.
제 1항에 있어서,가공후의 냉각속도를 l0K/s 이하로 함을 특징으로 하는 초미세조직강의 제조방법.
청구항 1 또는 2의 방법에 의해 제조된 평균입경 2㎛ 이하의 페라이트를 모상으로 하는 초미세조직강.
제 3항에 있어서, 강의 제조에서 가공후의 냉각속도를 l0K/s 이하로 함을 특징으로 하는 초미세조직강.