KR20020088425A

KR20020088425A - 어닐링 생략 가능한 기계 구조용 열간압연 선재·봉강 및그 제조 방법

Info

Publication number: KR20020088425A
Application number: KR1020027013237A
Authority: KR
Inventors: 쓰치다기이치로; 다나베고지; 아다치고지; 이토세이지
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2002-11-27
Also published as: EP1281782A4; KR100517674B1; JP4018905B2; DE60130755T2; DE60130755D1; US6896746B2; US20030098104A1; EP1281782B1; WO2001075186A1; EP1281782A1; TW512175B

Abstract

종래의 열간압연 후에 연화 어닐링을 실시한 선재·봉강과 동등한 냉간 가공성을 가지는 열간압연한 상태의 기계 구조용 선재·봉강 및 그 제조방법을 제공하는 것으로, 질량%로 C: 0.1%∼0.5%, Si: 0.01%∼0.5%, Mn: 0.3%∼1.5%, 나머지 부분이 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강으로서, 마이크로 조직이 페라이트와 펄라이트로 이루어지며, JIS G 0552로 규정하는 페라이트 결정립도 번호가 11번 이상이며, 원 상당 직경이 2μm 이하이고, 또한 가로세로비 3 이하인 입상 탄화물을 5∼40%의 면적율로 함유하며, 인장강도 TS (MPa)≤ 573×Ceq+257, 드로잉값 RA(%)≥ -23×Ceq+75 (Ceq = C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2)를 가지는 것을 특징으로 하는 어닐링 생략 가능한 기계 구조용 열간압연 선재·봉강.

Description

어닐링 생략 가능한 기계 구조용 열간압연 선재·봉강 및 그 제조 방법{HOT ROLLED WIRE OR STEEL BAR FOR MACHINE STRUCTURAL USE CAPABLE OF DISPENSING WITH ANNEALING, AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

종래, 자동차용 부품, 건설 기계용 부품 등은 열간압연 선재·봉강에 연화 어닐링을 실시하여 냉간 가공성을 확보한 후에, 인발, 냉간주조 등의 냉간가공에 의하여 성형하고, 퀀칭·템퍼링을 실시하여 제조하였다. 이 연화 어닐링 공정은 예를 들면, 기계 부품의 하나인 볼트를 열간압연 선재로부터 제조하는 경우, 냉간 가공량이 적은 스터드 볼트 등으로는 약650℃에서 2시간의 저온 어닐링을, 6각 볼트 등으로는 약700℃에서 3시간의 통상 어닐링을, 또한 냉간 가공량이 많은 플랜지 부착 볼트 등으로는 약720℃에서 20시간의 구상화 어닐링을 실시하여 냉간 가공성을 확보하였다. 이와 같이 연화 어닐링 공정은 장시간을 요하고, 또한 어닐링 처리 비용은 최근 몇년동안 에너지 물가 상승으로 인하여 기계 부품 등의 제조 비용 중에서 큰 비중을 차지하게 되었다. 이 때문에, 생산성의 향상 및 에너지 절약의 관점에서, 냉간가공 전의 연화어닐링을 생략하는 기술이 여러가지로 제안되어 있다. 예를 들면, 냉간 가공성이 우수한 저합금 강의 제조 방법인 특개소57-73123호 공보, 구조용 강선·봉강의 직접 연화 처리방법인 특개소58-58235호 공보나 직접 연화 선봉재의 제조 방법인 특개평2-185920호 공보나 냉간가공에 적합한 기계 구조용 강의 제조 방법인 특개평8-209236호 공보 등이 제안되어 있다.

그러나, 이러한 제조 방법으로 얻어지는 열간압연한 상태에서의 선재·봉강의 냉간 가공성은 종래의 연화 어닐링을 실시한 선재·봉강에 비하여 불충분하여, 아직 실용화를 위하여 만족할 수 있는 열간압연한 상태에서의 기계 구조용 연질 선재·봉강이 얻어지지 않은 상태이다.

본 발명자들은 상기 과제를 검토하여, 특원평l1-146625에서, 어닐링재 정도로 연질화한 강재를 제안한 바 있으나, 가공도가 큰 경우에도 종래의 연화 어닐링재 이상의 냉간 가공성이 얻어지는 강재가 요망되어 왔다.

발명의 요약

본 발명은 상기 현상을 감안하여, 종래의 열간압연 후에 연화어닐링을 실시한 선재·봉강과 동등한 냉간 가공성을 가지는 열간압연한 상태에서의 기계 구조용 선재·봉강 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

본 발명자는 연화 어닐링에 의하여 얻어진 선재·봉강의 조직과 드로잉값(변형능)에 착안하여, 열간압연한 상태에서의 연화어닐링과 동등한 조직으로 압축하여변형능을 얻음으로써 냉간 가공성을 확보하는 것을 연구하였다.

도1은 CH45K강의 열간압연 선재에 통상의 연화 처리(700℃ ×3hr)를 실시한 현미경 사진(4000배)이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 강의 마이크로 조직은 페라이트(1)과 라멜라펄라이트 중의 판상 세멘타이트의 일부가 분단된 탄화물(2) 조직으로 되어 있다. 강의 연화는 강 조직중의 소정량의 페라이트 분율 및 라멜라펄라이트 중의 세멘타이트의 분단에 기인하며, 선재의 냉간가공성이 확보된다.

본 발명자는 소정의 강 조성의 강편에, 850℃ ∼1000℃ 이하의 온도 범위에서 열간 조압연하고, 700℃ 이상 1000℃ 이하의 온도 범위에서 마무리 압연한 후, 550℃ 이상 650℃ 이하의 온도까지, 냉속 0.1℃/S 이상의 범위로 냉각하고, 그 후 바로 650℃ 이상 720℃ 이하의 노분위기 온도에서 15분 이상 90 분 이하로 유지한 후, 방냉하여 선재·봉강을 얻었다. 상기 선재·봉강은 도2(a)의 현미경 사진 및 도2(b)의 현미경 사진의 모식도에 도시하는 바와 같이, 조직 중의 페라이트(1)의 페라이트 분율이 높고, 라멜라가 분단하여 구상화된 입상 탄화물(4) 및 입계로 석출된 입상 탄화물(5)에 도시하는 바와 같이, 라멜라펄라이트(3) 중의 세멘타이트의 일부가 구상화된 신규한 강 조직이 얻어지고, 또한 열간압연한 상태에서 높은 드로잉값을 가지고 있으므로 냉방 가공성을 확보될 수 있다는 것을 알아내고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 질량%로,

C: 0.1%∼0.5%,

Si: 0.01%∼0.5%,

Mn: 0.3%∼1.5%,

나머지 부분 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강이고, 마이크로 조직이 페라이트와 펄라이트로 이루어지며, JIS G 0552로 규정하는 페라이트 결정립 도 번호가 11번 이상이며, 원 상당 직경이 2μm이하이고, 또한 가로세로비로 3 이하인 입상 탄화물을 면적율로 5∼40%를 함유하고, 또한 인장 강도 TS (MPa)≤573×Ceq+257, 드로잉값 RA(%)≥-23×Ceq+75 (단, Ceq = C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2)를 가지는 것을 특징으로 하는 어닐링 생략 가능한 기계 구조용 열간압연 선재·봉강.

(2) 질량%로 또한,

Cr: 0.2%∼2.0%,

Mo: 0.1%∼1.0%,

Ni: 0.3%∼1.5%,

Cu: 1.0% 이하,

B: 0.005% 이하

중에 1종 또는 2종 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)항에 기재된 기계 구조용 열간압연 선재·봉강.

(3) 질량%로 또한,

Ti: 0.005%∼0.04%,

Nb: 0.005%∼0.1%,

V: 0.03%∼0.3%

중에 1종 또는 2종 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)항에 기재된 기계 구조용 열간압연 선재·봉강.

(4) 상기 (1)∼(3)항 중 어느 하나에 기재된 강 성분을 가지는 강을 850℃ 이상 1000℃ 이하의 온도 범위로 열간조압연하고, 700℃ 이상 1000℃ 이하의 온도 범위로 마무리 압연한 후, 550℃ 이상 650℃ 이하의 온도까지, 냉속 0.1℃ /S 이상의 범위로 냉각하고, 그 후 650℃ 이상 720℃ 이하의 노분위기 온도로 15분 이상 90분 이하 유지하고, 그 후 방랭하는 것을 특징으로 하는 어닐링 생략 가능한 기계 구조용 열간압연 선재·봉강의 제조 방법.

(5) 마이크로 조직이 페라이트와 펄라이트로 이루어지고, JIS G 0552로 규정하는 페라이트 결정립도 번호가 11번 이상이며, 원 상당 직경이 2μm이하이고, 또한 가로세로비 3 이하의 입상 탄화물을 5∼40%의 면적율로 함유하며, 또한 아래 식 (1) 및 (2)에 의하여 규정되는 인장 강도와 드로잉값을 가지는것을 특징으로 하는 기계 구조용 열간압연 선재·봉강.

TS≤573×Ceq+257…(1)

RA≥-23×Ceq+75…(2)

단, Ceq=C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2 (질량%)

TS: 인장 강도(Mpa)

RA: 드로잉값(%)

(6) 청구항1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 강 성분을 가지는 강을 700℃이상 1200℃ 이하의 온도 범위로 열간조압연하고, 700℃ 이상 1000℃ 이하의 온도 범위로 마무리 압연한 후, 200℃ 이상 650℃ 이하의 온도까지 냉속 0.l℃/S 이상의 범위로 냉각하고, 그 후 바로 600℃ 이상 850℃ 이하의 노분위기 온도로 15분 이상 240분 이하 유지하고, 그 후 방랭하는 것을 특징으로 하는 어닐링 생략 가능한 기계 구조용 열간압연 선재·봉강의 제조 방법.

(7) 강을 700℃ 이상 1200℃ 이하의 온도 범위로 열간조압연하고, 700℃ 이상 1000℃ 이하의 온도 범위로 마무리 압연한 후, 200℃ 이상 650℃ 이하의 온도까지, 냉속 0.1℃/S 이상의 범위로 냉각하고, 그 후 바로 600℃이상 850℃ 이하의 노분위기 온도로 15분 이상 240분 이하 유지하고, 그 후 방랭하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 열간압연 선재·봉강의 제조 방법.

(8) 강을 850℃이상 1000℃ 이하의 온도 범위로 열간조압연하고, 700℃ 이상1000℃ 이하의 온도 범위로 마무리 압연한 후, 550℃ 이상 650℃ 이하의 온도까지 냉속 0.l℃/S 이상의 범위로 냉각하고, 그 후 바로 650℃ 이상 720℃이하의 노분위기 온도로 15분 이상 90분 이하 유지하고 그 후 방랭하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 열간압연 선재·봉강의 제조 방법.

(9) 아래 식 (1) 및 (2)에 의하여 규정되는 인장 강도와 드로잉값을 가지는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 열간압연 선재·봉강.

TS≤573×Ceq+257…(1)

RA≥-23×Ceq+75…(2)

단, Ceq= C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2(질량%)

TS: 인장 강도(Mpa)

RA: 드로잉값(%)

본 발명은 기계 구조용 열간선재·봉강 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 부품, 건설용 부품 등의 제조에 관한 것이며, 열간압연에 이어, 2차 가공공정에서 필수로 되어 있는 연화 어닐링 처리에서 얻어지는 강도 및 변형능 등의 기계 특성을 열간압연한 상태 그대로 달성할 수 있는 연질 선재·봉강 및 그 제조 방법에 관한 것이다

도1은 CH45K강의 열간압연 선재에 통상 어닐링 (700℃×3hr)을 실시한 강조직 현미경 사진(×4000)이다.

도2(a), 도2(b)는 본 발명의 열간압연한 상태에서의 선재의 강 조직에 대한 현미경 사진(×4000)이다.

도3은 종래의 열간압연한 상태에서의 선재, 통상 어닐링 후의 선재 및 본 발명의 열간압연한 상태에서의 선재 강도의 비교를 나타내는 도이다.

도4는 종래의 열간압연한 상태에서의 선재, 통상 어닐링 후의 선재 및 본 발명의 열간압연한 상태에서의 선재의 드로잉값의 비교를 나타내는 도이다.

[발명의 구성]

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

종래의 열간압연 선재·봉강은 강 조직이 페라이트와 라멜라펄라이트로 구성되어 있고, 강도가 높으며, 열간압연한 상태로 냉간가공하기가 곤란하다. 그때문에, 냉간가공 전에 연화어닐링을 실시하고, 냉간가공 후에 퀀칭·템퍼링의 열처리를 하여 소정 강도의 성형 가공 부품으로 하고 있다.

본 발명은 연화어닐링을 실시한 것과 동등 이상의 강도와 드로잉값을 가지는 선재·봉강을 열간압연한 상태에서 얻을 수 있음으로써 열간압연한 상태로 냉간가공을 할 수 있게 한 것이고, 특히 변형능이 우수한 드로잉값 RA(%)≥-23×Ceq+75 (단, Ceq=C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2)를 가지는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 열간압연 선재·봉강을 제안하는 것이다.

도3은 종래의 열간압연한 상태의 선재, 통상 어닐링 후의 선재 및 본 발명의 열간압연한 상태의 선재의 강도의 비교를 나타내는 도이다. 도중 ①은 종래의 열간압연한 상태의 선재이고, ②는 열간압연후에 통상 어닐링한 선재이며, ③은 본 발명의 열간압연한 상태의 선재 강도를 나타내고 있다.

도3에 도시하는 바와 같이, C량 (0.25∼0.45%)이 다른 선재의 어느 것에 있어서나, 본 발명의 열간압연한 상태의 선재 ③은 종래의 열간압연한 상태의 선재보다 60∼100MPa 강도가 저하되어, 대폭적인 연질화가 달성되어 있다. 본 발명 ③의 강도는 ② 열간압연 후에 통상 어닐링한 선재와 거의 동등 또는 본 발명이 보다 연질화된 것임을 확인할 수 있다. 또한 도4는 열간압연후 통상 어닐링한 선재 ② 및 본 발명의 열간압연한 상태의 선재 ③의 드로잉값의 비교를 나타내는 도이다. 본 발명의 열간압연한 상태의 선재 ③는 열간압연 후에 통상 어닐링한 선재 ②보다 연질화 및 드로잉값의 향상이 달성되고 있는 것을 알 수 있다. 종래 기술에서는 냉간 단조 가공도의 엄격한 조건에서 강재가 갈라지는 현상을 보였지만, 본 발명의 열간압연한 상태의 선재③는 압축율 80% 이상에서도 균열이 발생하지 않는 것을 확인하였다. (80% 이상은 측정기의 다이스(dice) 파손 위험성이 있기 때문에 시험 불가)

연질화를 달성하기 위하여 필요한 입상 탄화물은 원 상당 직경이 2μm 이하이고, 또한 가로세로비에 3이하인 입상 탄화물이다. 이 입상 탄화물은 어닐링에 의하여 판상 탄화물이 분단되어 발생하는 탄화물과는 명확하게 구별된다. 또한, 80%압축율에서도 균열이 생기지 않는 고변형능을 가지므로 드로잉값은 RA(%)≥-23×Ceq+75 (단, Ceq=C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2)가 필요하게 된다.

어닐링한 선재와 동등한 연질화를 달성하기 위하여 마이크로 조직 중에 존재하는 페라이트의 결정립이 미세화하고, JIS G 0552로 규정하는 결정립도 번호 11 이상의 것이 필요하다. 페라이트 결정립도 번호가 11 미만이 되면, 펄라이트중에 존재하는 세멘타이트의 입상화가 불충분하게 되어, 소망하는 연질화를 달성할 수 없다. 또한, 연질화를 위하여 입상 탄화물 분량은 면적율로 5∼40% 필요하지만, 10% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

열간압연한 상태의 소재는 금형을 사용하여 냉간주조에 의하여 성형 부품으로 하는 것이기 때문에, 예를 들면, 소재의 강도가 100MPa 저하(연질화)되면, 금형 수명이 4∼5배 향상된다. 따라서, 본 발명의 열간압연한 상태의 선재·봉강은 금형 수명을 대폭적으로 향상시키기 위하여, 인장 강도 TS(MPa)≤573×Ceq+257(단, Ceq = C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2)를 만족하는 것이다. 상기 관계를 만족하지 않으면 변형능이 확보되지 않아 연화 어닐링 생략이 곤란하게 된다.

다음으로, 본 발명에서의 대상 강의 성분을 한정한 이유에 대하여 설명한다.

C는 기계 구조용 부품으로서의 강도를 증가시키기 위하여 필요한 원소지만, 0.1% 미만에서는 최종 제품의 강도가 부족하고, 또한 0.5%를 넘으면 오히려 최종 제품의 인성 악화를 초래하기 때문에, C 함유량을 0.1∼0.5%로 하였다.

Si는 탈산원소로서 및 고용체 경화에 의한 최종 제품의 강도를 증가시키는 것을 목적으로 하여 첨가하지만, 0.01% 미만에서는 이러한 경화는 불충분하고, 한편, 0.5%를 초과하면 이러한 경화는 포화되어 오히려 인성 악화를 초래하기 때문에, Si 함유량을 0.01∼0.5%로 하였다. 또한, 강의 탈산은 Si에 의한 탈산 이외에 Al 탈산도 채용된다. 특히 산소 함유량을 낮추면 강력한 Al 탈산의 적용이 바람직하다. 이와 같은 경우, 강 중에 0.2% 이하의 Al이 잔류하는 경우가 있으나, 본 발명에서는 이 Al의 잔류를 허용할 수 있다.

Mn은 담금질성의 향상을 통하여, 최종 제품의 강도를 증가시키는데 유효한 원소지만, 0.3% 미만에서는 이 효과가 불충분한 한편, 1.5%를 초월하면 이 효과는 포화하여 오히려 인성의 악화를 초래하기 때문에, Mn 함유량을 0.3∼1.5%로 하였다.

또한 S는 강중에 불가피하게 함유되는 부분으로, 강중에 MnS으로서 존재하고, 피삭성의 향상 및 조직 미세화에 기여하기 때문에, 본 발명에 있어서는 S:0.1% 이하를 허용할 수 있다. 그러나, S는 냉간 성형 가공에 있어서는 유해한 원소이기 때문에, 피삭성을 필요로 하지 않는 경우에는 0.035% 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

또한, P도 강 중에 불가피하게 함유되는 성분이지만, P는 강중에서 입계 편석을 일으키고, 인성 악화의 원인이 되므로, 0.035% 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

이상이 본 발명이 대상으로 하는 강의 기본 성분이지만, 본 발명에서는 또한, Cr, Mo, Ni, Cu, B의 1종 또는 2종 이상을 함유시킬 수 있다. 이러한 원소는 담금질성의 증가 등에 의하여 최종 제품의 강도를 증가시키기 위하여 첨가한다.단, 이러한 원소의 다중 첨가는 열간압연한 상태로 베이나이트, 마르텐사이트 조직을 발생시켜 경도의 증가를 초래하고, 또한 경제성이라는 점에서 바람직하지 않기 때문에, 그 함유량을, Cr:0.2∼2.0%, Mo:0.1∼1.0%, Ni:0.3∼1.5%, Cu:1.0% 이하, B:0.005% 이하로 하였다.

또한, 본 발명에 있어서는 입도 조정 목적으로, Ti, Nb, V의 1종 또는 2종 이상을 함유시킬 수 있다. 그러나, Ti 함유량이 0.005% 미만, Nb 함유량이 0.005% 미만, V첨가량이 0.03% 미만에서는 그 효과가 불충분하고, 한편, Ti함유량이 0.04% 초과, Nb 함유량이 0.1% 초과, V함유량이 0.3% 초과가 되면, 그 효과는 포화하여, 오히려 인성을 악화시키기 때문에, 이들의 함유량을 Ti:0.005∼0.04%, Nb:0.005∼0.1%, V:0.03∼0.3%로 하였다.

다음으로, 본 발명의 기계 구조용 선재·봉강의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명은 청구항 1∼3 중 어느 한 항에 기재된 강에 열간압연을 실시하고, 오스테나이트립의 세립화를 행하고, 이어서, 냉각함으로써 페라이트·펄라이트 변태를 완료시키고, 이어서 가열(re-heat)함으로써 신규한 강 조직을 가진 선재·봉강으로 만든다. 얻어진 선재·봉강은 열간압연한 상태로 연질화 및 높은 드로잉값을 가지고 있으므로, 냉간 가공성이 좋은 기계 구조용 선재·봉강으로 할 수 있다.

본 발명에서는 강편을 850℃ ∼1000℃ 이하의 온도 범위에서 열간조압연하고, 700℃이상 1000℃ 이하의 온도 범위에서 마무리 압연한 후, 550℃ 이상 650℃이하의 온도까지, 냉속 0.1℃/S 이상의 범위로 냉각하고, 페라이트·펄라이트 변태를 완료시키며, 650℃ 이상 720℃ 이하의 노분위기 온도에서 15분 이상 90분 이하로 유지한 후 방냉한다.

열간조압연 850℃∼1000℃ 미만으로 한 것은 850℃ 미만에서는 압연기 부하 라는 점에서 압연이 곤란하게 되고, 또한 1000℃ 이상이 되면 오스테나이트 결정립이 조대화하여, 압연후의 페라이트 결정립도 번호가 11번 이상인 것은 얻어지지 않기 때문이다. 마무리 압연은 1000℃이상이 되면, 페라이트 결정립도 번호가 11번 이상인 것이 얻어지지 않기 때문에, 본 발명에서는 허용할 수 있는 상한을 1000℃로 하였다. 또한, 700℃ 미만의 마무리 온도에서는 오스테나이트와 페라이트의 2상역(2相域)에서의 압연이 되고, 압연후에 균일 미세한 페라이트·펄라이트 조직이 얻어지지 않아 일부 침상 페라이트·베이나이트 조직이 되어 바람직하지 않다. 따라서, 700℃ 이상 1000℃ 이하의 온도 범위로 마무리 압연을 한다.

또한 냉속 0.1℃/S 이상의 범위로 냉각하여, 페라이트·펄라이트 변태를 완료시키고 있는데, 냉속 0.1℃/S 이상의 범위를 벗어나면 변태까지의 시간이 길어져 공업적으로 생산할 수 없기 때문으로 규정하고 있다. 바람직하게는 0.1℃/S∼50℃/S의 범위이다. 또한, 마무리 압연후, 페라이트·펄라이트 변태를 완료시키는 온도 범위를 550℃ 이상 650℃ 이하로 하고 있다. 펄라이트 변태 종료시의 강재 온도가 550℃ 미만에서는 그 후의 가열에 있어서 온도 상승되기 어려운 코일 내부의 강재 온도가 650℃ 이상의 온도 범위에 달하기까지 장시간(90분 이상)을 필요로 하여 생산성의 현저한 저하에 의한 코스트 상승을 초래하기 때문에 바람직하지 않고, 550℃ 이하까지 냉각하면 경질의 베이나이트 조직이 생성되는 강종도있기 때문에, 하한 온도는 550℃로 한다. 또한 펄라이트 변태 종료시의 강재 온도가 650℃ 이상에서는 펄라이트 변태 완료까지 장시간을 요구하고, 생산성의 저하 및 냉각 라인 길이가 불필요하게 길어져 설비비의 증가를 동반하여 경제적이지 않으므로, 상한 온도는 650℃로 한다.

페라이트·펄라이트 변태를 완료 한 후의 가열 온도 범위 및 가열 시간을 각각 650℃ 이상 720℃이하, 15분 이상 90분 이하로 한 이유는 650℃ 보다 낮은 온도로는 세멘타이트의 입상화, 페라이트 분율의 증가가 달성되지 않아 연질화 및 높은 드로잉 값이 얻어지지 않기 때문이다. 또한 720℃ 보다도 높은 온도에서는 페라이트·펄라이트 조직 일부가 다시 오스테나이트화되어 버리고, 그 후 방랭에 의하여 강도가 높아져 버린다. 따라서 가열 온도 범위는 650℃ 이상 720℃ 이하로 한다. 또한 가열 시간 15분보다 짧은 시간에서는 충분히 코일 내부까지 온도가 오르지 않아 소망 연질화 및 드로잉값이 얻어지지 않기 때문에, 15분 이상으로 하였다. 90분 이상에서는 설비적인 면, 등 생산성이 현저한 저하에 의한 코스트 상승을 초래하여, 바람직하지 않기 때문에 가열 시간은 90분 이하로 한다.

그 결과, 마이크로 조직이 페라이트와 펄라이트로 이루어지고, JIS G 0552로 규정하는 페라이트 결정립도 번호가 11번 이상이고, 원 상당 직경이 2μm이하이며, 또한 가로세로비로 3이하의 입상 탄화물을 면적율로 5∼40%를 함유하고, 인장 강도 TS(MPa)≤573×Ceq+257, 드로잉치 RA(%)≥-23×Ceq+75(단, Ceq=C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2)를 가지는 선재·봉강을 얻는 것이 가능하게 된다.

실시례

이하, 본 발명의 실시례에 의하여 더욱 구체적으로 설명한다.

표1에 공시재의 화학 성분을 도시한다. 이들은 모두 전로 용제 후에 연속 주조로 제조되었다. 162mm 각강편으로 분괴압연한 후, 표2에 도시하는 압연 조건으로 11mm경 선재로 압연하였다. 본 발명법의 압연수준 ①은 950℃로 열간조압연하고, 700℃ 이상 1000℃ 이하의 온도 범위인 900℃에서 마무리 압연한 후, 링상에 감아, 바로 열탕조에 침지함으로써 550℃ 이상 650℃ 이하의 온도 범위인 600℃까지 냉각하고, 그 후 바로 코일상으로 성형하여, 코일을 노내로 이동하면서 700℃에서 30분 가열 후, 노외에서 방냉하였다. 비교례 수준②는 850℃∼1000℃에서의 온도 범위보다 높은 1050℃에서 열간조압연하고, 기타의 조건은 본 발명법의 압연 수준①과 같이 처리하여 표3의 기호(2, 11, 20)에 나타내는 선재를 얻었다.

비교례 수준 ③은 마무리 압연 온도를 700℃ 이상 1000℃ 이하의 온도 범위보다 높은 1050℃에서 마무리 압연하고, 기타의 조건은 본 발명법의 압연 수준①과 같이 처리하여 표3의 기호(3, 12, 21)에 나타내는 선재를 얻었다. 비교례 수준 ④는 냉각 종점 온도를 550℃ 이상 650℃ 이하보다 높은 660℃까지 냉각하고, 기타의 조건은 본 발명법의 압연수준①과 같이 처리하여 표3의 기호(4, 13, 22)에 나타내는 선재를 얻었다. 비교례 수준 ⑤는 노분위기 온도 650℃ 이상, 720℃ 이하의 온도 범위보다 낮은 600℃이고, 비교례 수준(6)은 노분위기 온도 650℃ 이상 720℃ 이하의 온도 범위보다 높은 730℃로 가열하고, 기타의 조건은 본 발명법의 압연수준 ①과 같이 처리하여 표3의 기호(5, 6, 14, 15, 23, 24)로 나타내는 선재를 얻었다.

비교례 수준(7)은 15분 이상 90분 이하의 범위보다 짧은 10분간 유지하고, 기타 조건은 본 발명법의 압연 수준 ①과 같이 처리하여 표3의 기호 (7, 16, 25)에 나타내는 선재를 얻었다. 비교례 수준 ⑧은 900℃에서 열간조압연하고, 750℃에서 마무리 압연한 후, 반송 라인에 서냉커버를 덮고, 또한 권취한 코일을 서냉화로에 의하여 조정 냉각을 하고, 그 후 방랭하고, 표3의 기호(8, 17, 26)에 나타내는 선재를 얻었다. 비교례 수준⑨는 1000℃에서 열간조압연 하고, 900℃에서 마무리 압연한 후, 코일 반송 라인에 서냉커버를 걸침으로써 조정 냉각을 하고, 그 후 방랭하였다. 또한, 냉각 후의 코일을 700℃×4hr 보정후 방냉 조건으로 연화어닐링을 하고, 표3의 기호(9, 18, 27)에 나타내는 선재를 얻었다.

완성한 선재로부터, JIS2호 인장 시험편과 직경10φ mm×길이15mm의 냉간 압축 시험편을 작성하여, 인장 시험과 양단 구속 냉간 압축 시험을 하고, 인장 강도, 드로잉, 한계 압축율을 구하였다. 또한 조직상의 특징으로서, 마이크로 조직, 페라이트 분율, 페라이트 결정립도 번호 및 입상화 탄화물 면적율을 본 발명과 비교례를 대비하여 표3에 나타낸다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 1, 10, 19는 비교례 8, 17, 26보다 높은 드로잉값 및 높은 한계 압축율을 나타낸다. 또한 본 발명재는 「비교예의 압연 9, 18, 27의 압연재 + 연화어닐링」재료와 동등 이상의 연질화, 드로잉값, 한계 압축율 레벨을 달성하고 있는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명의 기계 구조용 열간압연 선재·봉강은 연화 어닐링을 하지 않고 열간압연한 상태로 연질화 및 높은 드로잉값을 가지고 있고, 종래의 연화 어닐링을 실시한 선재·봉강과 동등 이상의 연질도, 드로잉값, 한계 압축율을 얻었다. 따라서, 종래와 같이 냉간가공 전에 연화어닐링을 실시할 필요가 없기 때문에 생산성의 향상 및 에너지 절약을 달성할 수 있고, 또한 냉간가공으로 사용하는 금형의 수명을 대폭적으로 향상시킬 수 있다고 하는 효과를 가진다.

Claims

질량%로,

C: 0.1%∼0.5%,

Si: 0.01%∼0.5%,

Mn: 0.3%∼1.5%,

나머지 부분이 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강이고, 마이크로 조직이 페라이트와 펄라이트로 이루어지며, JIS G 0552로 규정하는 페라이트 결정립도 번호가 11번 이상이며, 원 상당 직경이 2μm 이하이고, 또한 가로세로비 3 이하인 입상 탄화물을 5∼40%의 면적률로 함유하고, 또한 아래 식 (1) 및 (2)에 의하여 규정되는 인장 강도와 드로잉값을 가지는 것을 특징으로 하는 어닐링 생략 가능한 기계 구조용 열간압연 선재·봉강.

TS (MPa)≤ 573×Ceq+257 …(1)

RA(%)≥ -23×Ceq+75 …(2)

단, Ceq = C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2 (질량%)

TS: 인장강도(MPa)

RA: 드로잉값(%)
제 1항에 있어서,

질량%로 또한,

Cr: 0.2%∼2.0%,

Mo: 0.1%∼1.0%,

Ni: 0.3%∼1.5%,

Cu: 1.0% 이하,

B: 0.005% 이하

중, 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 어닐링 생략 가능한 기계 구조용 열간압연 선재·봉강.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

질량%로 또한,

Ti: 0.005%∼0.04%,

Nb: 0.005%∼0.1%,

V: 0.03%∼0.3%

중에 1종 또는 2종 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 어닐링 생략 가능한 기계 구조용 열간압연 선재·봉강.
청구항 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 기재된 강 성분을 가지는 강을 850℃이상 1000℃ 이하의 온도 범위로 열간조압연하고, 700℃ 이상 1000℃ 이하의 온도 범위에서 마무리 압연한 후, 550℃ 이상 650℃ 이하의 온도까지 냉속 0.1℃/S 이상의 범위로 냉각하고, 그 후, 650℃ 이상 720℃ 이하의 노분위기 온도로 15분 이상90분 이하 유지하고, 그 후 방랭하는 것을 특징으로 하는 어닐링 생략 가능한 기계 구조용 열간압연 선재·봉강의 제조 방법.
마이크로 조직이 페라이트와 펄라이트로 이루어지고, JIS G 0552로 규정하는 페라이트 결정립도 번호가 11번 이상이며, 원 상당 직경이 2μm이하이고, 또한 가로세로비 3 이하의 입상 탄화물을 면적율로 5∼40%를 함유하며, 또한 아래 식 (1) 및 (2)에 의하여 규정되는 인장 강도와 드로잉값을 가지는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 열간압연 선재·봉강.

TS≤573×Ceq+257…(1)

RA≥-23×Ceq+75…(2)

단, Ceq=C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2 (질량%)

TS: 인장 강도(Mpa)

RA: 드로잉값(%)
청구항 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 기재된 강 성분을 가지는 강을 700℃ 이상 1200℃ 이하의 온도 범위로 열간조압연 하고, 700℃ 이상 1000℃ 이하의 온도 범위로 마무리 압연한 후, 200℃ 이상 650℃ 이하의 온도까지, 냉속0.l℃/S 이상의 범위로 냉각하고, 그 후 바로 600℃ 이상 850℃ 이하의 노분위기 온도에서 15분 이상 240분 이하 유지하고, 그 후 방랭하는 것을 특징으로 하는 어닐링 생략 가능한 기계 구조용 열간압연 선재·봉강의 제조 방법.
강을 700℃이상 1200℃ 이하의 온도 범위로 열간조압연하고, 700℃ 이상1000℃ 이하의 온도 범위로 마무리 압연한 후, 200℃ 이상 650℃ 이하의 온도까지, 냉속 0.1℃/S 이상의 범위로 냉각하고, 그 후 바로 600℃ 이상 850℃ 이하의 노분위기 온도로 15분 이상 240분 이하로 유지하고, 그 후 방랭하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 열간압연 선재·봉강의 제조 방법.
강을 850℃이상 1000℃ 이하의 온도 범위로 열간조압연하고, 700℃ 이상 1000℃ 이하의 온도 범위로 마무리 압연한 후, 550℃ 이상 650℃ 이하의 온도까지, 냉속 0.l℃/S 이상의 범위로 냉각하고, 그 후 바로 650℃ 이상 720℃이하의 노분위기 온도로 15분 이상 90분 이하 유지하고, 그 후 방랭하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 열간압연 선재·봉강의 제조 방법.
아래 식 (1) 및 (2)에 의하여 규정되는 인장 강도와 드로잉값을 가지는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 열간압연 선재·봉강.

TS≤573×Ceq+257…(1)

RA≥-23×Ceq+75…(2)

단, Ceq= C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2(질량%)

TS: 인장 강도(Mpa)

RA: 드로잉값(%)