KR20010012168A

KR20010012168A - 냉간 단조용 강 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20010012168A
Application number: KR19997010117A
Authority: KR
Inventors: 하시무라마사유끼; 가니사와히데오; 오꼬노기마꼬또
Original assignee: 아사무라 타카싯; 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2001-02-15
Also published as: KR100349008B1; EP1045044A4; JPH11246939A; DE69931601D1; JP4119516B2; DE69931601T2; EP1045044A1; US6419761B1; WO1999045162A1; EP1045044B1

Abstract

본 발명은, 중량 퍼센트(wt%)로, C : 0.1 내지 1.0%, Si : 0.1 내지 2.0%, Mn : 0.01 내지 1.50%, P : 0.100% 이하, S : 0.500% 이하, 졸(sol).N : 0.005% 이하로 제한, 및 잔부 Fe와 불가피한 불순물을 함유하고, 강 조직에서 퍼얼라이트 비율은 120 x (C%)% 이하이고, 및 최외부 표층 경도는 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상인 소둔에 의해 표층 경도와 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다. 또한 본 발명은 강내에서 탄소 함량에 대한 흑연 양의 비율은 20% 이상이고, 흑연의 주요 결정립경은 10 x (C%)^1/3μm 이하이고 및 최대 결정립경이 20μm 이하인 조직을 구성한 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다.

Description

냉간 단조용 강 및 그 제조방법{STEELS FOR COLD FORGING AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

구조용 부재로 이용된 강들은 그들에 요구된 특성을 부여하기 위해서 다양한 성형 공정을 통하여 통과된다. 표층 경화를 위한 고주파 소입이 그들 공정중의 하나이다. 그러한 구조용 부재가 단지 높은 표층 경도를 가지는 것이 요구되므로, 대부분의 경우, 많은 공정 증가로, 종래 문제점 중의 하나인 제조 비용의 증가를 초래하였다. 종래 구조용강의 압연된 상태 재료들이 낮은 냉각 속도를 가질때, 그들은 대부분의 경우 페라이트-퍼얼라이트 조직을 가진다. 그러나, 그들의 표층 경도는 낮고 및 결코 고주파 소입으로 이루어질 수 있는 수준으로 도달되지 못한다. 종종, 표층 경도는 탈탄 등의 영향으로 인하여 내부 경도보다 낮다. 비록 일반적인 부재가 고주파 소입에 따라 C(탄소) 함량에 일치하여 언제나 최대 경도를 가지지 않지만, 상기는 약간의 부재가 소둔 재료보다 높은 경도를 가지는 것이 요구됨은 부정할 수 없다. 따라서, 압연된 상태로, 내부 경도보다 높은 표층 경도를 가지는 강의 공급이 또 다른 과제로 되고 있다.

복잡한 형상이 요구될 때, 강 재료들은 단조 및 절단 공정을 통하여 통과된다. 열간 단조는 단조시 가열을 필요로 하고 및 성형의 정확성이 낮기 때문에, 성형 정확성이 높은 냉간 단조가 바람직하다. 그럼에도 불구하고, 종래 압연된 재료들은 경도가 너무 높기 때문에 냉간 단조용으로 적당하지 않았다. 냉간 단조용 일반 강들은 구상화 시멘타이트에 의해 일반적으로 연질화된다. 소둔 시간은 매우 길고 및 약 20 시간 정도이다.

일본 특개평(고까이) 제 3-140411 호와 같은 종래 참고 자료들은 냉간 단조용 탄소강의 수준과 동등한 탄소 함량을 가진 강에서 냉간 성형성 및 절삭성은 탄소 흑연화와 페라이트-그라파이트 이상(二想) 조직으로 강 조직을 변환하므로써 개선될 수 있는 것을 기술하였다. 그러나, 장시간 동안 소둔이 그러한 조직을 성취하는데 필요하고, 및 생산 효율과 제조 비용의 문제들이 해결되지 않고 남아 있다. 다시 말하자면, 소둔 시간 단축의 문제를 해결하기 위한 것이다.

흑연화 소둔 시간을 단축하기 위해서, 하나의 기술이 B을 첨가하고 및 석출핵으로써 BN을 사용하는 것이 제안되고 있다. 그러나, 그러한 특정의 석출물이 사용될 때, BN 석출 온도 범위에서, 온도 유지 공정은 소둔이 행해지기전 필요하고, 및 부가적인 소둔 공정이 필요하게 된다. 만약 상기 열처리가 단조가 아닌 압연을 통해 공동으로 행해진다면, 온도 제어는 소둔까지 매우 엄격하게 행해져야 하므로, 상기는 실질적으로 불가능하다.

바꾸어 말하면, BN의 석출온도가 약 850 내지 약 900℃이지만, 압연 및 열간 단조는 실질적으로 많은 경우에서 1000℃ 보다 더 높은 온도에서 실행된다. 따라서, 냉간 단조, 압연 및 열간 단조용으로 흑연을 함유한 강을 사용하기 위해서, 종래 공정에서 처럼, 1000℃ 이하 온도에서 행해져야한다. 그러한 온도에서 열간 단조는 롤 및 펀치와 같은 공구 수명을 단축한다. 공정에 대한 많은 제한의 증가는 제조 효율성의 저하를 초래하고, 및 또한 제조 비용의 증가 억제를 위해 피해야한다. 강 제조 및 열간 단조의 양상으로부터, 냉간 단조에 대한 종래 공정에 있어서, 엄격한 온도 제어가 필요하지 않고 및 짧은 시간내에 소둔되고 연화될 수 있는 강 재료가 요구되고 있다.

일본 특개평(고까이) 제 2-111842호에는 짧은 시간내에 흑연 함유량을 억제하므로써 소둔 시간을 단축하는 것을 보이고 있다. 그러나, 상기 기술은 냉간 단조성 및 절삭성이 흑연 함량의 억제 결과로써 강 재료에 잔존하는 시메타이트의 양 비율이 저하되기 때문에 근본적인 해결책을 제공하지 못하고 있다.

상기에 기술된 것 처럼, 종래 압연된 재료들은 그들의 표층 경도가 그와 같이 사용될 때 충분하지 않기 때문에 완전히 만족스럽지는 않지만, 그들이 냉간 단조 및 절단으로 영향을 받을 때 너무 높게된다. 한편, 제조 관점에서도, 강이 제조 비용을 감소시키기 위해서 많은 그들의 종류를 감소시키므로써 바람직하게 집중적으로 제조되어야 하는 근본적인 문제점이 있다. 따라서, 상기는 압연된 재료들이 충분한 표면 경도를 가지고, 소둔 시간은 압연된 상태 재료들이 냉간 단조될 때 단축될 수 있는 것이 바람직하고, 및 그들은 소둔 후 우수한 냉간 단조성을 나타낼 수 있어야 한다.

또한 추가로 강도가 요구될 때, 원칙적으로 상기는 소입성을 개선시키기 위한 흑연화를 저해하지 않고 소입성을 개선시킬 수 있는 상기 성분들을 첨가하는 것이 가능하다. 특히 고주파 소입을 통한 표면 경도가 요구될 때, 소입성은 경화된 층을 증가시키는 또 다른 문제가 대두되고 있다. 그러나, Cr, Mn, Mo 등과 같은 일반 소입성을 개선하는 성분이 흑연화를 방해할 때, 첨가 양은 제한된다. 흑연화 소둔 시간이 BN을 형성하므로써 단축될 때, B는 소입성 개선 성분으로써 사용될 수 없고, 및 경화 깊이는 충분히 확보될 수 없다.

상기 기술된 조건하에, 소둔 시간을 감소하는 것을 가능하게 하고, 및 소둔 후 냉간 단조성, 소입성 및 절삭성이 우수한 강이 요구되고 있다.

본 발명은 압연된 상태로 또는 압연 및 소둔 후 냉간 단조되는 구조용강과 그와 같은 강의 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 퍼얼라이트 비율 측정 방법의 개요를 나타낸 설명도이고,

도 2는 0.20% 등급의 실시예에서 연질화까지 퍼얼라이트 영역 비율과 소둔 시간 사이의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 3은 0.35% 등급의 실시예에서 연질화까지 퍼얼라이트 영역 비율과 소둔 시간 사이의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 4는 0.45% 등급의 실시예에서 연질화까지 퍼얼라이트 영역 비율과 소둔 시간 사이의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 5는 0.55% 등급의 실시예에서 연질화까지 퍼얼라이트 영역 비율과 소둔 시간 사이의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 6은 복원 온도와 표층 경도사이의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 7은 복원 온도와 퍼얼라이트 영역 비율사이의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 8은 연질화까지 고용 질소와 소둔 시간사이의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 9는 0.55% 등급의 실시예에서 고주파 가열을 통해 최대 결정립경과 소입 시간 사이의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 10은 0.55% 등급의 실시예에서 고주파 가열을 통해 주요 결정립경과 소입 시간 사이의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 11은 0.35% 등급의 실시예에서 고주파 가열을 통해 주요 결정립경과 소입 시간 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 목적은 강의 화학성분과 미세 조직을 조정하는 일로써, 압연된 상태의 재료로써 표층 경도의 우수함과 동시에 냉간 단조와 절단 가공전 매우 짧은 연질화/소둔 시간으로 우수한 냉간 단조성을 부여할 수 있는 강과 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 강의 화학성분을 조절하므로써 소둔 시간을 단축할 수 있고, 소둔 후 냉간 성형성 및 절삭성이 우수하고 및 소입 및 템퍼링 (tempering) 후 강도와 인성이 우수한 소둔 후 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 발명들을 제공한다.

(1) 첫 번째 본 발명은 중량 퍼센트(wt%)로, C : 0.1 내지 1.0%, Si : 0.1 내지 2.0%, Mn : 0.01 내지 1.50%, P : 0.100% 이하, S : 0.500% 이하, 졸(sol).N : 0.005% 이하로 제한하고, 및 잔부 Fe와 불가피한 불순물을 함유하고, 강 조직에서 퍼얼라이트 비율(현미경 면내에 퍼얼라이트 점유 면적율/현미경 면적)은 120 x (C%)% 이하이고(최대 100% 이하), 및 최외부 표층 경도는 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상인 표층 경도와 소둔에 의해 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다.

(2) 두 번째 본 발명은 상기 기술된 첫 번째 발명(1)의 화학성분에 부가(附加)적으로 Cr : 0.01 내지 0.70% 및 Mo : 0.05 내지 0.50% 중 하나 이상을 함유하고, 강 조직내에서 퍼얼라이트 비율은(현미경 면내에 퍼얼라이트 점유 면적율/ 현미경 면적)은 120 x (C%)% 이하이고, 및 최외부 표층 경도는 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상인 표층 경도와 소둔에 의해 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다.

(3) 세 번째 본 발명은 상기 기술된 (1) 또는 (2)의 화학성분에 부가적으로 Ti: 0.01 내지 0.20%, V : 0.05 내지 0.50%, Nb : 0.01 내지 0.10%, Zr : 0.01 내지 0.30% 및 Al : 0.001 내지 0.050% 중 하나 이상을 함유하고, 강 조직내에서 퍼얼라이트 비율은(현미경 면내에 퍼얼라이트 점유 면적율/ 현미경 면적)은 120 x (C%)% 이하이고, 및 최외부 표층 경도는 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상인 표층 경도와 소둔에 의해 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다.

(4) 네 번째 본 발명은 상기 기술된 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 따른 화학성분에 부가적으로 B: 0.0001 내지 0.0060% 를 함유하고, 강 조직내에서 퍼얼라이트 비율은 (현미경 면내에 퍼얼라이트 점유 면적율/ 현미경 면적)은 120 x (C%)% 이하이고(최대 100% 이하), 및 최외부 표층 경도는 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상인 표층 경도와 소둔에 의해 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다.

(5) 다섯 번째 본 발명은 상기 기술된 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 따른 화학성분에 부가적으로 Pb: 0.01 내지 0.30%, Ca: 0.0001 내지 0.0020%, Te: 0.001 내지 0.100%, Se:0.01 내지 0.50% 및 Bi: 0.01 내지 0.50%를 함유하고, 강 조직내에 퍼얼라이트 비율은 (현미경 면내에 퍼얼라이트 점유 면적율/ 현미경 면적)은 120 x (C%)% 이하이고, 및 최외부 표층 경도는 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상인 표층 경도와 소둔에 의해 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다.

(6) 여섯 번째 본 발명은 상기 기술된 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 따른 화학성분에 부가적으로 Mg: 0.0005 내지 0.0200%를 함유하고, 강 조직내에서 퍼얼라이트 비율은 (현미경 면내에 퍼얼라이트 점유 면적율/ 현미경 면적)은 120 x (C%)% 이하이고, 및 최외부 표층 경도는 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상인 표층 경도와 소둔에 의해 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다.

(7) 일곱 번째 본 발명은 중량 퍼센트(wt%)로, C: 0.1 내지 1.0%, Si: 0.1 내지 2.0%, Mn: 0.01 내지 1.50%, P: 0.100% 이하, S: 0.500% 이하, 졸 N : 0.005%로 제한 및 잔부 Fe와 불가피한 불순물을 함유하고, 및 강내에서 탄소 함량에 대한 흑연 양의 비율은(흑연화 비율: 흑연으로 석출된 탄소의 양/강내에 탄소 함량) 20% 이상이고, 흑연의 주요 결정립경은 10 x (C%)^1/3μm 이하이고 및 최대 결정립경이 20μm이하인 조직을 구성한 냉간 성형성, 절삭성 및 고주파 소입성이 우수한 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다.

(8) 여덟 번째 본 발명은 상기 기술된 (7)의 화학성분에 부가적으로 Cr: 0.01 내지 0.70% 및 Mo: 0.05 내지 0.50%를 함유하고, 및 강내에서 탄소 함량에 대한 흑연 양의 비율(흑연화 비율: 흑연으로 석출된 탄소의 양/강내에 탄소 함량)은 20% 이상이고, 흑연의 주요 결정립경은 10 x (C%)^1/3μm 이하이고 및 최대 결정립경이 20μm이하인 조직을 구성한 냉간 성형성, 절삭성 및 고주파 소입성이 우수한 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다.

(9) 아홉 번째 본 발명은 (7) 또는 (8)에 기술된 화학성분에 부가적으로 Ti: 0.01 내지 0.20%, V: 0.05 내지 0.50%, Nb: 0.01 내지 0.10%, Zr: 0.01 내지 0.30% 및 Al: 0.001 내지 0.050% 중 하나 이상을 함유하고, 및 강내에서 탄소 함량에 대한 흑연 양의 비율은(흑연화 비율: 흑연으로 석출된 탄소의 양/강내에 탄소 함량) 20% 이상이고, 흑연의 주요 결정립경은 10 x (C%)^1/3μm 이하이고 및 최대 결정립경이 20μm이하인 조직을 구성한 냉간 성형성, 절삭성 및 고주파 소입성이 우수한 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다.

(10) 열 번째 본 발명은 (7) 내지 (9) 중 하나에 따른 화학성분에 부가적으로 0.0001 내지 0.0060%를 함유하고, 및 강내에서 탄소 함량에 대한 흑연 양의 비율은(흑연화 비율: 흑연으로 석출된 탄소의 양/강내에 탄소 함량) 20% 이상이고, 흑연의 주요 결정립경은 10 x (C%)^1/3μm 이하이고 및 최대 결정립경이 20μm이하인 조직을 구성한 냉간 성형성, 절삭성 및 고주파 소입성이 우수한 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다.

(11) 열 한번째 본 발명은 (7) 내지 (10) 중 하나에 따른 화학성분에 부가적으로 Pb: 0.01 내지 0.30%, Ca: 0.0001 내지 0.0020%, Te: 0.001 내지 0.100%, Se: 0.01 내지 0.50% 및 Bi: 0.01 내지 0.50%를 함유하고, 및 강내에서 탄소 함량에 대한 흑연 양의 비율은(흑연화 비율: 흑연으로 석출된 탄소의 양/강내에 탄소 함량) 20% 이상이고, 흑연의 주요 결정립경은 10 x (C%)^1/3μm 이하이고 및 최대 결정립경이 20μm이하인 조직을 구성한 냉간 성형성, 절삭성 및 고주파 소입성이 우수한 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다.

(12) 열 두번째 본 발명은 (7) 내지 (11) 중 하나에 따른 화학성분에 부가적으로 Mg: 0.0005 내지 0.0200%를 함유하고, 및 강내에서 탄소 함량에 대한 흑연 양의 비율은(흑연화 비율: 흑연으로 석출된 탄소의 양/강내에 탄소 함량) 20% 이상이고, 흑연의 주요 결정립경은 10 x (C%)^1/3μm 이하이고 및 최대 결정립경이 20μm이하인 조직을 구성한 냉간 성형성, 절삭성 및 고주파 소입성이 우수한 냉간 단조용 강을 제공하기 위한 것이다.

(13) 강 조직내에서 퍼얼라이트 비율이(현미경 면내에 퍼얼라이트 점유 면적율/ 현미경 면적)은 120 x (C%)% 이하이고, 및 최외부 표층 경도가 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상이 되도록 오스테나이트 온도 영역에서 또는 오스테나이트-페라이트 이상 영역에서 상기 기술된 (1) 내지 (6) 중 하나의 화학성분을 가진 강을 압연하고; 1℃/s 이상의 속도로 마무리 압연 한 후 즉시 강을 급냉시키고; 및 650℃ 이하의 복원 온도로 제어하는 단계를 구성하는 표층 경도 및 소둔에 따른 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강 제조방법이다.

아래에, 본 발명이 상세하게 설명될 것이다.

처음에, 본 발명에 따른 냉간 단조용 강으로 사용된 강 조직, 및 그의 함량이 설명되었다.

C(탄소)의 0.1% 이상이 소입 및 템퍼링 후 구성 성분로써 강도를 확보하기 위해 함유되어야 한다. 상한은 점화 크랙을 방지할 목적으로 1.0%로 설정되었다.

Si(실리콘)은 강내에서 탄소 활동도를 증가시키므로써 흑연화를 촉진시키는 기능을 가진다. 그의 하한은 흑연화의 양상으로부터 바람직하게 0.1% 이상이다. 만약 Si 함량이 2.0%를 초과한다면, 페라이트 경도 증가 및 강의 인성 손실과 같은 문제들이 현저하게 될 것이다. 따라서, 상한은 2.0% 이다. Si는 흑연화 비율을 조절하는 성분으로써 사용될 수 있다. 그의 함량이 적을 수록, 소둔 후 흑연화 비율은 적게된다. 흑연화 비율이 Si 함량을 증가시키므로써 저하될 때, 페라이트상의 경도를 떨어뜨린다. 따라서, 강 재료의 경도는 상기 기술된 범위안으로 증가되지 않고, 및 냉간 단조성은 저하되지 않는다.

Mn(망간)은 MnS로써 강내에 S를 분산시키고 고정하기 위해 요구된 양으로 및 메트릭스내 Mn을 고용시키므로써 소입 후 강도를 확보하기 위해 요구된 양으로 전체 양에 첨가된다. 그의 하한 치는 0.01%이다. 기부(base)의 경도는 Mn 함량의 증가와 함께 높아지게 되고, 및 냉간 성형성은 떨어진다. 또한 Mn은 흑연화 방해 성분이다. 첨가 양이 증가할 때, 소둔 시간은 길어지는 경향이 있다. 따라서, 상한이 1.50%로 설정되었다.

P(인)은 강내에 기부 금속의 경도를 증가하고 및 냉간 성형성을 낮춘다. 따라서, 그의 상한이 0.1000%가 되어야한다.

S(황)은 Mn과 결합하므로써 MnS 개재물로써 존재한다. 냉간 성형성의 일면으로 그의 상한은 0.500%로 설정되어야 한다.

질화물로써 존재하지 않은 고용 질소는 시멘타이트내에서 용해하고 및 시멘타이트의 분해를 방지한다. 따라서, 상기는 흑연화 방해 성분이다. 따라서, 본 발명은 졸 N으로써 N을 규정하였다. 만약 졸 N 함량이 0.005%를 초과한다면, 흑연화를 위해 필요한 소둔 시간은 매우 길게된다. 따라서, 졸 N의 상한은 0.005%이다. 상기는 C의 확산을 방해하고, 흑연화를 저지하고 및 페라이트 경도를 강화하기 때문이다.

Cr(크롬)은 소입성 향상 성분이고 동시에 흑연화 방해 성분이다. 따라서, 소입성 개선이 요구될 때, Cr의 0.01% 이상이 첨가되어야 한다. 많은 양으로 첨가될 때, Cr은 흑연화를 방해하고 및 소둔 시간을 연장한다. 따라서, 상한이 0.70%이다.

Mo(몰리브데늄)은 소입 후 강도를 증가시키는 성분이지만, 탄화물을 형성하고 및 흑연화를 방해하는 경향이 있다. 따라서, 상한이 흑연화 방해 효과가 뚜렷한 0.50%로 설정되었고, 및 Mo 함량이 흑연 핵 형성을 크게 방해하지 않은 첨가량으로 설정되었다. 그러나, 다른 소입성 개선 성분과 비교하여 Mo에 의해 흑연화의 방해 정도는 작다. 상기 이유에 있어서, Mo 첨가량은 상기 규정된 범위내에서 소입성을 개선시키기 위해서 증가되었다.

Ti(티타늄)은 강에서 TiN을 형성하고 및 γ 입경을 감소한다. 흑연은 γ입계 및 석출물들, 또는 다른 말로, 격자의 "불균일 부"에서 석출하기 쉽고, 및 Ti의 탄질화물은 흑연의 석출핵으로써 역할과 미세한 직경으로 γ 입경의 감소로 인한 흑연 석출물 핵의 창출 역할을 담당한다. 또한, Ti는 질화물로써 N를 고정하고 및 따라서 졸 N을 감소시킨다. 만약 Ti 함량이 0.01% 이하이면, 그의 효과는 적고, 및 만약 Ti 함량이 0.20%를 초과한다면, 효과는 과포화되고 동시에 많은 양의 TiN이 석출되고 및 기계적 특성을 저해한다.

V(바나듐)은 탄질화물을 형성하고, 및 γ립자와 석출물 핵의 미세화 양상으로부터 흑연화 소둔 시간을 단축한다. 상기는 탄질화물 형성시기에 졸 N을 감소한다. 만약 V 함량이 0.05% 이하이면, 상기 효과는 적고, 및 만약 V함량이 0.50%를 초과하면, 상기 효과는 과포화되고 및 동시에 많은 양의 미용해 탄화물로 기계적 특성을 악화시키는 결과를 초래한다.

Nb(니오비움)은 탄질화물을 형성하고 및 미세한 직경에 대하여 γ입경과 석출물 핵의 미세화 양상으로부터 흑연화 소둔 시간을 단축한다. 상기는 질화물 형성시기에 졸 N을 감소시킨다. 만약 Nb 함량이 0.01% 이하이면, 효과는 적고 및 만약 상기가 0.10%를 초과하면, 효과는 과포화되고 및 동시에 많은 양의 미용해 탄화물로 기계적 특성을 악화시키는 결과를 초래한다.

Zr(지르코늄)은 석출물 핵으로써 흑연화 소둔 시간을 단축하는 산화물, 질화물, 탄화물 및 황화물을 형성한다. Zr은 질화물의 형성시 졸 N을 감소시킨다. 또한, Zr은 MnS와 같은 황화물의 형상을 구상화하고, 및 기계적 특성 중의 하나로써 압연 이방성을 완화할 수 있다. 또한, Zr은 소입성을 개선시킬 수 있다. 만약 Zr 함량이 0.01% 이하이면, 상기 효과는 적고, 및 만약 0.30%를 초과하면, 상기 효과는 과포화되고 및 동시에 많은 양의 미용해 탄화물로 기계적 특성을 악화시키는 결과를 초래한다.

Al(알루미늄)의 0.001% 이상이 강의 탈산화 및 압연시 표면 스크래치를 방지하기 위해 필요한 성분이다. 탈산 효과는 Al함량이 0.050%를 초과할 때 과포화상태가 되고 및 알루미늄 형태의 개재물 양이 증가한다. 따라서, 상한은 0.050%이다. AlN으로써 석출될 때, 알루미늄은 흑연의 석출물 핵의 역할과 미세한 직경으로 γ입경의 미세화로 인하여 흑연 석출물 핵을 창출하는 역할을 담당한다. 또한, Al이 질화물로서 N을 고정하기 때문에, 상기는 졸 N을 감소시킨다.

B(보론)은 N과 반응하고 및 오스테나이트 결정립계에서 BN으로 석출한다. 따라서 상기는 졸 N 감소용으로 유용하다. BN은 흑연과 같은 방법을 통한 그의 결정 구조로써 6 방정계를 가지며, 및 흑연의 석출 핵으로써 작용한다. 또한, 졸 B은 소입성을 개선시키는 성분이고, 및 바람직하게 소입성이 요구될 때 첨가된다. 그의 하한치가 0.0001%로 되어야 한다. BN 석출 및 소입성 개선 효과는 B 함량이 0.0060%를 초과할 때 과포화된다. 따라서, 상한은 0.0060% 이다.

Pb(납)은 절삭성을 개선시키는 성분이고, 및 0.01% 이상이 절삭성이 요구될 때 필요하다. 만약 Pb 함량이 0.30%를 초과한다면, Pb는 흑연화를 방해하고 및 제조시 압연 스크래치와 같은 문제를 발생한다. 따라서, 상한은 0.30% 이다.

Ca(칼슘)은 MnS의 구상화로써 압연 이방성의 완화 및 절삭성의 개선이 요구될 때 효과적이다. 만약 Ca 함량이 0.0001% 이하이면, 상기 효과는 적고, 및 만약 상기가 0.0020%를 초과한다면, 석출물들은 기계적 특성을 악화시킬 것이다. 따라서, 상한은 0.0020%이다.

Te(텔루르)은 절삭성 향상 성분이고 및 MnS의 구상화로 압연 이방성 완화를 돕는다. 만약 Te 함량이 0.001% 이하이면, 상기 효과는 적고 및 만약 0.100%를 초과하면, 흑연화의 방해와 압연 스크래치와 같은 문제를 발생한다. 따라서, 상한은 0.100%이다.

Se(셀레늄)은 절삭성을 개선시키기 위해 효율적이다. 만약 Se 함량이 0.01% 이하이면, 상기 효과는 적고, 및 만약 0.50%를 초과한다면, 상기 효과는 과포화된다. 따라서, 상한이 0.50%이다.

Bi(비스무스)는 절삭성 개선을 위해 효과적이다. 만약 Bi 함량이 0.01% 이하이면, 상기 효과는 적고, 및 만약 0.50%를 초과한다면, 상기 효과는 과포화된다. 따라서, 상한이 0.50%이다.

Mg(마그네슘)은 MgO와 같은 산화물을 형성하고 및 또한 황화물을 형성하는 성분이다. MgS는 많은 경우에서 MnS와 공존하고 및 그러한 산화물 및 황화물은 흑연 석출물 핵으로써 작용하고, 및 흑연을 미세하게 분산하고 및 소둔 시간을 단축하는데 효과적이다. 만약 Mg 함량이 0.0005% 이하이면, 상기 효과는 관찰될 수 없고 및 만약 0.0200%를 초과한다면, Mg는 많은 양의 산화물을 형성하고 및 강의 강도를 낮춘다. 따라서, Mg 함량이 0.0005 내지 0.0200%의 범위로 제한된다.

다음, 본 발명에 따른 냉간 단조용강의 압연된 강 조직이 설명될 것이다.

냉간 단조용 강의 표층 경도는 변태점 위의 온도에서 강을 빠르게 냉각시키므써 증가될 수 있지만, C 함량에 의해 영향을 받는다. 표층 경도가 너무 낮을 때, 강은 표층 경도가 요구되는 적용부를 위해 사용될 수 없다. 예를 들면, 마모 저항이 요구되는 상기 강들은 일반적으로 소둔된 강 재료의 강도보다 높은 경도를 가져야 한다. 본 발명은 C 함량에 따라서 비커스 경도 Hv로 450 x (C%) + 90 이상의 경도를 가진 강을 제공할 수 있다.

다음, 강 조직에서 퍼얼라이트 비율, 즉, (현미경내 퍼얼라이트 점유 면적율 /현미경 면적)이 120 x (C%)%(단, 값이 100% 이하인 조건; 및 이하 동일함) 이하로 제하된 이유가 설명될 것이다. 강내에서 탄소가 본 발명의 구성분계에서 흑연화될 때, 시멘타이트는 일반적으로 만약 강이 분위기 냉각 속도 또는 전자보다 높은 속도로 오스테나이트 영역에서 냉각된다면 형성된다. 그러나, 소둔 후 우수한 냉간 성형성을 부여하기 위해서, 탄소(C)는 소둔에 의해 흑연화되어야 한다. 소둔을 통한 흑연화 공정은 시멘타이트의 분해→C의 확산→흑연 핵 형성 및 성장을 구성하는 것으로 믿어져 왔다. 시멘타이트의 분해 관점에서, 긴 시간은 만약 시멘타이트의 크기가 크다면 시멘타이트의 분해를 위해 및 상기는 만약 C가 라멜라 (lamella)위에 퍼얼라이트를 형성한다면 에너지적으로 안정한 형태를 위해 필요하다. 결과적으로, 소둔 시간은 단축될 수 없다.

흑연 성장의 관점에서, C에 대해 작은 확산 거리를 가진 위치에서 흑연은 형성되고 성장하기 쉽다. 바꾸어 말하면, 흑연은 앞의 퍼얼라이트의 위치 근처에 형성되기 쉽다. 상기는 그렇게 형성된 흑연이 조대하고 및 불균일하게 분포됨을 의미한다. 소둔 후 파괴까지 변형 양은 감소되고, 고주파 소입을 통한 흑연의 분해 및 C의 확산은 시간을 소모하고, 및 고주파 소입을 통한 소입 특성은 저하된다. 상기 방법에서, 본 발명에 따른 강에서, 퍼얼라이트 형성은 소둔 시간이 짧게되고 및 우수한 변형 특성이 소둔 후 부여될 수 있도록 가능한 만큼 제어되어야 한다.

다음, 퍼얼라이트 비율 측정을 위한 방법의 개요가 도 1에 나타내어졌다. 퍼얼라이트 비율 측정 방법을 통해 퍼얼라이트 비율 계산 방법은 다음과 같은 방정식에 따라서 이루어졌다.

여기에서, ri = (i-1)·w + w/2, w = R/n

(P%) = 퍼얼라이트 비율

w : 측정 대표 폭

n : 분할 수

(Pi%) : 측정 장소의 퍼얼라이트 비율

ri : 측정 대표 반경

i : 내측에서 분할시의 독립 변수(I=1,2,...., n)

R : 봉강 또는 선재의 반경

상기 방법은 단순한 방법이다. 분할 수 n이 클수록 w는 작게된다. 따라서, 강의 퍼얼라이트 비율은 정확한 면적 비율로써 계산될 수 있다.

본 발명은 n≥5로 n을 규정하였다. 더욱 구체적으로, 현미경 관찰을 위한 연마된 시편은 나이탈 시약으로 단면 방향을 부식시켰고, 1000x 광학 현미경(20mm 선재에서 n=10)을 통하여 표층에서 중심까지 1mm 피치로 관찰되었다. 시야(視野) 내에서 퍼얼라이트 영역 비율은 화상 처리 장치에 따라서 측정되었고, 및 단면적내 퍼얼라이트 점유 면적율은 봉강 또는 선재의 반경 방향에서 1mm 폭의 대표값 w로써 면적 비율을 사용하여 계산되었다.

상기 경우에서, 라멜라 구조가 나이탈 시약을 통한 에칭으로 관찰될 수 있는 시험편들이 퍼얼라이트로써 한정되었다. 상기 면적 비율이 120 x (C%)%를 초과할 때, 소둔 시간은 매우 연장된다. 소둔 시간에서 영향은 원료의 C 함량에 따라 변한다. 그러나, 만약 C 함량이 크고 및 퍼얼라이트 점적율이 120 x (C%)% 보다 크다면, 재료는 제조 비용의 관점에서 실질적으로 사용될 수 없다. 따라서, 퍼얼라이트 영역 비율의 상한을 120 x (C%)%로 제한하였다. 그러나, 상기 값은 100%를 초과하지 않는다.

도 2 내지 5는 각각 C 함량이 다를 때 소둔 전 퍼얼라이트 면적 비율과 소둔 시간 사이의 관계를 나타낸다. 상기 강은 C 함량이 적을 때 더욱 용이하게 연화되지만, 소둔 시간은 상기 그래프를 통해 볼 수 있는 것 처럼, 본 발명의 범위를 벗어나 극도로 연장된다.

다음, 경화되고 또는 소둔된 후, 본 발명에 따른 냉간 단조용 강의 강 조직이 설명될 것이다.

강내에서 C의 대부분이 시멘타이트 또는 흑연으로 존재한다. 흑연은 분할을 가지기 때문에 쉽게 변형을 겪을 수 있다. 만약 메트릭스가 연하다면, 냉간 단조성은 우수하다. 강이 절단될 때, 절삭성은 내부 윤활과 파괴 시작점의 작용으로 개선될 수 있다. 만약 흑연 함량이 20% 보다 적다면, 강은 충분한 변형/윤활 기능을 나타낼 수 없다. 따라서, 흑연 함량이 20%를 초과해야 한다. 변형 특성이 우선적으로 요구될 때, 흑연화는 증가된다. 다른 한편, 우수한 고주파 소입성을 확보하기 위해서, 상기는 고의적으로 흑연화되지 않은 C의 부분을 남기고 및 시멘타이트로써 상기를 남기는 것이 효율적이다.

또한, 본 발명은 고주파 소입성을 고려하여 흑연의 주요 결정립경이 10 x (C%)^1/3μm 이하이고 및 최대 입경이 20μm이하로 규정되었다. 다른 말로, 고주파 소입이 행해질 때, 소입 특성은 흑연내 C의 분해/확산에 지배를 받는다. 상기 경우에서, 만약 흑연 입경이 크다면, 많은 양의 에너지 및 많은 시간이 분해/확산을 위해 필요하고, 및 안정한 경화 층이 고주파 소입을 통해 용이하게 얻어질 수 없다. 고주파 소입을 통해 강내에 함유된 C 함량에 일치한 경화층을 안정하게 얻기 위해서, 공정은 짧은 시간안에 마무리되어야 하고, 흑연의 주요 입경은 10x(C%)^1/3μm 이하여야 한다. 만약 주요 입경이 상기 한계를 초과한다면, 미용해된 흑연의 양은 고주파 소입 후에도 크게되고, 또는 확산 공정에서 C를 함유한 층의 혼합구조의 양 및 확산된 C를 아직 함유하지 않은 페라이트는 크게된다. 결과적으로, 소입이 어렵게될 뿐만아니라 안정화된 소입층이 얻어질 수 없다.

도 10 및 11은 흑연의 주요 입경과 고주파 소입을 통한 소입 시간사이의 관계를 나타내었고, 및 도 9는 흑연의 최대 입경과 고주파 소입을 통한 소입 시간 사이의 관계를 나타내었다.

다음, 본 발명에 따른 냉간 단조용 강이 압연되어 사용될 때 제조 방법이 설명될 것이다.

상기 기술된 강 성분을 가진 강이 오스테나이트 온도 영역에서 압연될 때, 퍼얼라이트 형성 양은 만약 냉각 속도가 낮다면 크게될 것이고, 및 연질화까지 소둔 시간이 연장될 것이다. 표층 경도가 충분하지 않기 때문에, 강은 직접적으로 사용될 수 없는 너무 연질이거나 및 냉간 단조용으로는 너무 단단하였다. 상기 문제들을 해결하기 위해서, 상기 강은 바람직하게 빠르게 냉각되었다. 만약 압연 종료온도에서 500℃까지 표층의 냉각 속도가 1℃/s 이상이면, 표층에서 경도는 점진적으로 냉각되는 내부의 경도와 비교하여 증가될 수 있다. 120 x (C%)% 이하로 강 단면에서 퍼얼라이트 면적율을 유지하기 위해서, 또한, 냉각은 1℃/s 이상의 냉각속도로 실행되어야한다. 오스테나이트 양은 강을 냉각과 동시에 감소될 수 있고, 상기는 다시 오스테나이트화 온도까지 가열하고, 및 그 후 수냉된다. 그러나, 온-라인(on-line) 처리는 제조 비용 및 제조 공정의 관점에서 더욱 바람직하였다.

강의 내부 조직과 관련하여, 본 발명의 주요 목적은 보통 소입의 경우에서와 같이 급냉에 의해서 경도를 증가시키기 위한 것이 아니고 분해가 소둔시 쉽게 일어나도록 퍼얼라이트의 형성을 방지하기 위한 것이다. 상기 이유에 대해서, 냉각 능력의 요구는 특별하게 증가되지 않고 있다. 강재료의 실질적인 제조공정에서, 5 내지 150mm 의 직경을 가진 제품들은 대부분의 경우 선적되고, 및 본 발명은 그러한 제품내에서 퍼어라이트 형성을 억제하도록 지시받는다. 다른 말로, 강 조직은 특별하게 마르텐사이트 조직을 구성할 필요가 없고, 및 심지어 베이나이트 조직을 가진 구조는 페라이트 및 퍼얼라이트 조직을 가진 강보다 훨씬 연화를 위한 소둔 시간이 단축될 수 있다. 구체적인 수단들이 최 후단부에 설치된 냉각 통로 또는 물 탱크와 같은 냉각 장치를 통하여 압연한 후 즉시 강 재료를 관통한다.

온-라인 공정에서, 강 재료는 냉각 수단을 통하여 관통되고 및 그 후 대기에서 냉각된다. 상기는 표층이 한번 냉각될 때에도 강 재료의 내측 열에 의한 회복 가열이 중요하다. 상기는 650℃ 이하로 상기 복원 온도를 제한하는 것이 필요하다.

복원 온도가 650℃ 이상이면, 표층 경도는 떨어지고, 및 퍼얼라이트는 대기에서 강 재료의 냉각시 조직의 일부에 형성된다. 따라서, 상기는 120 x (C%)% 으로 퍼얼라이트 량을 제한하는 것을 어렵게 만든다. 냉각 속도 및 복원 특성은 압연된 봉강 및 선재의 직경에 크게 영향을 받는다. 냉각 수단은 수냉으로 제한하지 않았고, 및 1 ℃/sec 이상의 냉각 속도를 달성하기 위한 임의의 수단 및 650℃ 이하의 복원 온도가 오일 냉각, 공기 냉각 등이 사용될 수 있다.

상기에 기술된 것 처럼, 강 재료는 압연 라인에 장착된 냉각 수단을 통해 압연 후 즉시 냉각되고, 및 복원 온도는 650℃ 이하로 제한되었다. 상기 방법에서, 표층 경도는 증가될 수 있고 및 퍼얼라이트 점유 면적율은 120 x (C%)%로 제한될 수 있다.

도 6은 복원 온도와 표층 경도사이의 관계를 나타내었다. 도 6에 나타낸 것 처럼, 표층 경도는 복원이 높게될 때 확보될 수 없다. 도 7은 복원 온도와 퍼얼라이트 점유 면적율 사이의 관계를 나타낸다. 퍼얼라이트 점유 면적율이 복원 온도가 높게될 때 증가하는 것이 도 7로부터 알 수 있다. 급냉 후 복원 온도의 저지가 중요함이 도 6 및 7로부터 인식할 수 있다.

다음, 본 발명에 따라 제조된 단조용 강이 소둔 후 냉간 단조용으로 사용될 때 소둔 조건이 설명될 것이다.

냉간 단조용 강을 사용하기 위해서 본 발명에 의해 규정된 양으로 흑연을 얻기 위해 추가 소둔이 필요하다. 흑연이 Fe-C 형 강내에서 강의 안정상일 때, 강은 장 시간 동안 A₁변태 온도보다 낮은 온도를 유지할 것이다. 그러나, 특별히 제한된 시간내에 흑연 석출이 요구되므로써, 강은 바람직하게 흑연 석출이 더욱 빠르게 일어나는 600 내지 710℃의 범위로 온도를 유지하였다. 상기 경우에서, 흑연화는 1 내지 50 시간내에 완성될 수 있다.

강에서 흑연으로써 C의 존재 비율이 20% 초과되는 그러한 조건이 적용될 때, 흑연의 주요 입경은 10 x (C%)μm 이하이고 및 본 발명에 규정된 것으로써 최대 입경은 20μm이하인 조직이 얻어질 수 있다.

실시예

〈실시예 1〉

표 1 내지 8에 나타낸 화학성분을 가진 강들이 용융되었다. 상기 실시예에서, 강들은 오스테나이트 온도 영역에서 50mm 또는 20mm의 직경으로 압연되었고 및 즉시 물로 냉각되었다. 압연 온도는 오스테나이트 온도 영역내로 떨어지는 800 내지 1100℃ 범위내이다. 수냉은 압연 라인의 최 후단부에 설치된 냉각 통로를 사용하여 행해졌다. 비교 실시예들을 포함한 약간의 시험편들이 1200℃ 이상의 온도에서 50mm 또는 20mm의 직경으로 압연되었고 및 공기중 냉각되었다.

광학현미경 관찰을 위한 시험편이 단면 방향에서 각 시험 강으로부터 채취되었고 및 거울 표면과 같이 연마된 후, 각 시험편은 나이탈을 사용하여 부식되었다. 퍼얼라이트는 1000x 확대로 다른 구조들로부터 분리되었고, 및 퍼얼라이트 면적율은 면상처리장치를 통해 정량으로 결정되었다. 상기 경우에서, 대상으로 하는 시야 수는 50이었다.

그러한 열처리된 재료들은 680℃에서 소둔되었다. 경도를 결정하기 위해, 경도는 16 시간의 소둔 시간까지 4 시간 마다, 48 시간 소둔 시간까지 8 시간마다 및 48 시간 보다 긴 소둔 시간 후 24 시간마다 측정되었다. 비커스 경도는 경도가 Hv:130 이하로 떨어진 소둔 시간을 통해 결정되었다. 온도에 관하여, 강 재료의 표면 온도는 복사온도계로 측정되었다. 냉각 속도는 복원을 위해 요구된 시간을 통해 냉각 바로 직전 온도와 복원 후 온도사이의 온도 차이를 분리하므로써 얻어졌다.

표 1 내지 6은 본 발명의 실시예(번호 1 내지 42)를 설명하였고 및 표 7 및 8은 비교 실시예(번호 43 내지 62)를 나타내었다. 모든 본 발명의 실시예들은 높은 표층 경도를 가졌고, 및 연화 소둔 시간은 짧았다. 그러나, 비교 실시예 43 내지 54에서, 연화를 소둔 시간은 졸 N양이 본 발명의 범위를 벗어날 때 연장되었다. 비교 실시예 55 내지 59에서, 퍼얼라이트 분율은 냉각 속도가 불충분하기 때문에 컸고, 및 소둔 시간은 길었다. 비교 실시예 60 내지 62에서, 복원 온도는 높았고 및 역시 소둔 시간은 길었다. 표층 경도는 냉각 속도 및 복원 온도가 본 발명을 통해 규정된 각각의 범위를 벗어날 때 불충분한 것으로 인식되었다.

〈실시예 2〉

표 9 내지 16에 나타낸 화학성분을 가진 강들이 용융되었고, 및 750 내지 850℃에서 50mm 또는 30mm의 직경으로 압연되었다. 비교 실시예를 포함한 약간의 시험 시편들은 1200℃ 이상 온도에서 단조되었다. 본 발명의 실시예에서 처럼, 압연된 재료들은 압연 바로 직후 800 내지 900℃로 온-라인 수냉 장치를 통해 수냉되었다. 단조 재료들은 가열로에서 850℃로 가열되었다. 본 발명의 실시예는 비교 실시예가 공냉 또는 수냉되는 동안 수냉되었다. 공냉이 행해질 때, 흑연의 입경은 크게된다. 상기 경우에서 시험 시편의 크기는 직경으로 30mm 및 길이로 40mm였다. 냉각 후, 열처리 재료들은 680℃로 다시 가열되었고 및 소둔되었다. 흑연화 비율은 JIS G 1211에 따라 측정되었다.

연마된 시편들이 준비되었고, 및 흑연 입경이 면상처리장치로 400배 이상의 확대와 시야 50의 수로 측정되었다. 흑연화 소둔 후, 경도의 측정, 절삭 시험 및 고주파 소입 시험이 행해졌다. 절삭성 시험은 3mmΦ의 직경을 가진 고속도강 드릴을 사용하여 천공(穿孔)하므로써 실행되었다. 상기 시험은 절삭 속도가 변하는 동안 행해졌고, 및 1000mm 이상의 공구 수명, 또는 VL 1000(m/min)인 원주 속도에 도달되었고, 및 상기 값은 기준치로써 사용되었다. 상기는 0.33mm/rev의 공급량인 수용성 오일을 사용한 습윤 절삭이다.

상기 결과들을 표 17 내지 19에 나타내었다.

상기 표들은 소둔 전과 후 경도 및 고주파 소입을 통한 소둔 시간을 나타내었다. 본 발명의 실시예들(번호 1 내지 59)은 소둔 전 약 Hv: 120 경도를 가졌고 및 소둔 후 약 Hv: 600으로 경화될 수 있다. 고주파 가열을 통한 소입성이 변태점 자동 측정장치("포마스터(Formaster)")를 통해 평가되었다. 1000℃로 가열 및 급냉이 포마스터를 통해 행해질 때, 흑연은 느린 확산 시간을 가지므로써 고주파 소입 후 경도에서 변화가 발생된다. 따라서, 변화되지 않은 경도로 인하여 경도의 상기 변화 전 시간은 가열 시간의 변화와 급냉의 수행에 의해서 측정되었고, 및 소입성은 동시에 평가되었다. 여기에서, 경도의 변화는 다섯 개의 시험 시편의 경도 변화가 Hv: 200으로 떨어질 때 변화되지 않는 것으로 간주되었다.

본 발명의 실시예의 강들은 짧은 소둔 시간내에서 충분하게 연화될 수 있고, 및 우수한 절삭성을 가졌다. 절삭성 VL 1000 = 150m/min이 시험기의 한계이므로, 강들은 추가 개선의 가능성을 가졌다. 연질화에도 불구하고, 그들은 고주파 소입을 통해 변화없이 경화되었다. 소둔 시간은 3초였고, 강들은 포마스터 시험기로 제어될 수 있는 짧은 시간에 변화없이 경화되었다. 상기 경향은 Ti 및 Cr과 같은 성분들이 첨가될 때 조차도 근본적으로 변화지 않고, 및 이러한 성분들은 절삭성 및 소입성이 추가로 요구될 때마다 첨가될 수 있다.

비교예 번호 57 내지 70은 N 함량이 본 발명의 범위를 초과하고 및 흑연 입경이 본 발명의 범위를 초과한 시험편들이다. 졸 N의 효과를 추가로 입증하기 위해서, 도 8은 흑연 소둔 시간에 미치는 졸 N의 영향과 경도를 나타내었다. 도 8에 나타낸 원내에 숫자들은 실시예 번호를 나타내고, 및 그를 통해 얻어진 경도가 더해졌다.

Hv: 120 이하를 성취하기 위해 필요한 소둔 시간은 졸 N이 감소될 때 현저히 단축될 수 있다. 일반적으로, 강 재료의 경도는 C 함량에 영향을 받고, 및 페라이트 경도의 영향은 흑연이 형성될 때 뚜렷하게 된다. 많은 양의 졸 N이 함유될 때, 경도는 소둔 시간이 120 시간까지 연장될 때에도 임이의 C 함량으로 충분히 저하되지 않는다. 또한 상기는 전체 N 함량이 같은 수준일 때에도, 소둔 시간이 졸 N 양에 의존하여 크게 변화되는 것을 인식할 수 있다(본 발명 실시예 7 및 26과 비교예 57 및 60).

최소 경도는 졸 N을 낮추므로써 저하될 수 있다. 그러한 저하된 양의 졸 N을 가진 강들은 많은 졸 N 함량을 가진 강들보다 연질화된다. 따라서 상기는 졸 N양이 본 발명의 범위를 초과할 때, 비록 거기에 첨가 성분내에서 어떠한 차이가 있을 지라도 소둔 시간은 길게되는 것으로 인식될 수 있다. 소둔이 비교예 번호 65 내지 67에서 처럼 반으로 줄어들 때, 소준 후 경도가 낮고 및 냉간 단조성을 저하시키는 흑연화 비율을 불충분하게 한다. 경도가 높을 때, 또한 절삭성이 떨어진다. 경제적으로 불리한 공정이 소둔 시간 연장을 통해 행해질때 조차도, 경도의 편차는 흑연 입경이 본 발명의 범위내로 떨어지도록 충분히 작지 않는 한 고주파 소입내에서 발생하기 쉽다.

최대 입경이 크고 및 고주파 소입을 통한 C의 확산이 비교예 번호 68 내지 71에서 어렵게될 때, 긴 가열 시간은 균일한 경도를 얻기 위해 필요하였다.

비교예 71 내지 73으로부터 관찰될 수 있는 것 처럼, 고주파 소둔 가열 시간은 주 입경이 클 때 편차를 제거하기 위해서 연장되어야 한다. 상기는 고주파 가열을 통해 전체 가열로 동등하게 된다. 결과적으로, 경화층의 두께 제어는 어렵게 되고, 및 점화 크랙이 발생하기 쉽다.

본 발명에 따른 냉간 단조용 강은 우수한 표면 경도, 우수한 변형 특성 및 절삭성을 가지며, 압연된 상태로 또는 짧은 시간 동안 소둔 상태하에 사용될 수 있다. 또한, 강이 C를 함유하기 때문에 강도는 열처리를 통해 현저히 개선될 수 있고, 및 기계적 구성 요소들은 쉽고 고도의 효율성으로 제조될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 냉간 단조용 강은 연질화를 위한 소둔 시간을 단축할 수 있다.

Claims

중량 퍼센트(wt%)로,

C : 0.1 내지 1.0%,

Si : 0.1 내지 2.0%,

Mn : 0.01 내지 1.50%,

P : 0.100% 이하,

S : 0.500% 이하,

졸(sol).N : 0.005% 이하로 제한하고, 및 잔부 Fe와 불가피한 불순물을 함유하고,

강 조직에서 퍼얼라이트 비율(현미경 면내에 퍼얼라이트 점유 면적율/ 현미경 면적)은 120 x (C%)% 이하이고(단, 비율은 100% 이하), 및 최외부 표층 경도는 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상인 것을 특징으로 하는 표층 경도와 소둔에 따른 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강.
제 1 항에 있어서, 상기 화학성분에 부가(附加)적으로 Cr : 0.01 내지 0.70% 및 Mo : 0.05 내지 0.50% 중 하나 이상을 함유하고, 강 조직내에서 퍼얼라이트 비율(현미경 면내에 퍼얼라이트 점유 면적율/ 현미경 면적)은 120 x (C%)% 이하이고, 및 최외부 표층 경도는 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상인 것을 특징으로 하는 표층 경도와 소둔에 따른 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 화학성분에 부가적으로 Ti: 0.01 내지 0.20%, V : 0.05 내지 0.50%, Nb : 0.01 내지 0.10%, Zr : 0.01 내지 0.30% 및 Al : 0.001 내지 0.050% 중 하나 이상을 함유하고, 강 조직내에서 퍼얼라이트 비율(현미경 면내에 퍼얼라이트 점유 면적율/ 현미경 면적)은 120 x (C%)% 이하이고, 및 최외부 표층 경도는 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상인 것을 특징으로 하는 표층 경도와 소둔에 따른 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학성분에 부가적으로 B: 0.0001 내지 0.0060% 를 함유하고, 강 조직내에서 퍼얼라이트 비율(현미경 면내에 퍼얼라이트 점유 면적율/ 현미경 면적)은 120 x (C%)% 이하이고(최대 100% 이하), 및 최외부 표층 경도는 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상인 것을 특징으로 하는 표층 경도와 소둔에 따른 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학성분에 부가적으로 Pb: 0.01 내지 0.30%, Ca: 0.0001 내지 0.0020%, Te: 0.001 내지 0.100%, Se:0.01 내지 0.50% 및 Bi: 0.01 내지 0.50%를 함유하고, 강 조직내에 퍼얼라이트 비율(현미경 면내에 퍼얼라이트 점유 면적율/ 현미경 면적)은 120 x (C%)% 이하이고, 및 최외부 표층 경도는 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상인 것을 특징으로 하는 표층 경도와 소둔에 따른 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학성분에 부가적으로 Mg: 0.0005 내지 0.0200%를 함유하고, 강 조직내에서 퍼얼라이트 비율(현미경 면내에 퍼얼라이트 점유 면적율/ 현미경 면적)은 120 x (C%)% 이하이고, 및 최외부 표층 경도는 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상인 것을 특징으로 하는 표층 경도와 소둔에 따른 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강.
중량 퍼센트(wt%)로,

C: 0.1 내지 1.0%,

Si: 0.1 내지 2.0%,

Mn: 0.01 내지 1.50%,

P: 0.100% 이하,

S: 0.500% 이하,

졸 N : 0.005% 이하로 제한하고, 및 잔부 Fe와 불가피한 불순물을 함유하고,

강내에서 탄소 함량에 대한 흑연 양의 비율(흑연화 비율: 흑연으로 석출된 탄소의 양/강내에 탄소 함량)이 20% 이상이고, 흑연의 주요 결정립경은 10 x (C%)^1/3μm 이하이고 및 최대 결정립경이 20μm 이하인 조직을 구성하는 것을 특징으로 하는 냉간 성형성, 절삭성 및 고주파 소입성이 우수한 냉간 단조용 강.
제 7 항에 있어서, 상기 화학성분에 부가적으로 Cr: 0.01 내지 0.70% 및 Mo: 0.05 내지 0.50% 중 하나 이상을 함유하고, 및 강내에서 탄소 함량에 대한 흑연 양의 비율(흑연화 비율: 흑연으로 석출된 탄소의 양/강내에 탄소 함량)은 20% 이상이고, 흑연의 주요 결정립경은 10 x (C%)^1/3μm 이하이고 및 최대 결정립경이 20μm이하인 조직을 구성하는 것을 특징으로 하는 냉간 성형성, 절삭성 및 고주파 소입성이 우수한 냉간 단조용 강.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 화학성분에 부가적으로 Ti: 0.01 내지 0.20%, V: 0.05 내지 0.50%, Nb: 0.01 내지 0.10%, Zr: 0.01 내지 0.30% 및 Al: 0.001 내지 0.050% 중 하나 이상을 함유하고, 및 강내에서 탄소 함량에 대한 흑연 양의 비율(흑연화 비율: 흑연으로 석출된 탄소의 양/강내에 탄소 함량)은 20% 이상이고, 흑연의 주요 결정립경은 10 x (C%)^1/3μm 이하이고 및 최대 결정립경이 20μm이하인 조직을 구성하는 것을 특징으로 하는 냉간 성형성, 절삭성 및 고주파 소입성이 우수한 냉간 단조용 강.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학성분에 부가적으로 0.0001 내지 0.0060%를 함유하고, 및 강내에서 탄소 함량에 대한 흑연 양의 비율(흑연화 비율: 흑연으로 석출된 탄소의 양/강내에 탄소 함량)은 20% 이상이고, 흑연의 주요 결정립경은 10 x (C%)^1/3μm 이하이고 및 최대 결정립경이 20μm이하인 조직을 구성하는 것을 특징으로 하는 냉간 성형성, 절삭성 및 고주파 소입성이 우수한 냉간 단조용 강.
제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학성분에 부가적으로 Pb: 0.01 내지 0.30%, Ca: 0.0001 내지 0.0020%, Te: 0.001 내지 0.100%, Se: 0.01 내지 0.50% 및 Bi: 0.01 내지 0.50%를 함유하고, 및 강내에서 탄소 함량에 대한 흑연 양의 비율(흑연화 비율: 흑연으로 석출된 탄소의 양/강내에 탄소 함량)은 20% 이상이고, 흑연의 주요 결정립경은 10 x (C%)^1/3μm 이하이고 및 최대 결정립경이 20μm이하인 조직을 구성하는 것을 특징으로 하는 냉간 성형성, 절삭성 및 고주파 소입성이 우수한 냉간 단조용 강.
제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학성분에 부가적으로 Mg: 0.0005 내지 0.0200%를 함유하고, 및 강내에서 탄소 함량에 대한 흑연 양의 비율(흑연화 비율: 흑연으로 석출된 탄소의 양/강내에 탄소 함량)은 20% 이상이고, 흑연의 주요 결정립경은 10 x (C%)^1/3μm 이하이고 및 최대 결정립경이 20μm이하인 조직을 구성하는 것을 특징으로 하는 냉간 성형성, 절삭성 및 고주파 소입성이 우수한 냉간 단조용 강.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 화학성분을 가진 강 조직내에서 퍼얼라이트 비율(현미경 면내에 퍼얼라이트 점유 면적율/현미경 면적)은 120 x (C%)% 이하이고, 및 최외부 표층 경도가 비커스 경도 Hv로써 450 x (C%) + 90 이상이 되도록 오스테나이트 온도 영역에서 또는 오스테나이트-페라이트 이상(二想) 영역에서 상기 강을 압연하고;

1℃/s 이상의 냉각 속도로 강을 마무리 압연 한 후 급냉시키고; 및

650℃ 이하의 복원 온도로 제어하는 단계를 구성하는 표층 경도 및 소둔에 따른 연질화 특성이 우수한 냉간 단조용 강 제조방법.