KR20100048254A - 구상화 열처리가 생략가능한 과공석강 강재, 상기 과공석강강재로부터 인라인 구상화된 강선재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구상화 열처리가 생략가능한 과공석강 강재, 상기 과공석강 강재로부터 인라인 구상화된 강선재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래 냉간가공을 위하여 압연된 선재를 재가열하여 선재 내부조직 중 존재하는 세멘타이트가 구형의 형상을 가지도록 하던 구상화 처리를 하지 않더라도 압연된 상태 그대로 냉간가공이 가능한 과공석강 선재로 제조될 수 있는 강재, 상기 강재로부터 제조된 강선재 및 그 상기 강선재를 제조하는 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 강재는 중량%로, 탄소 : 0.9-1.4%, 실리콘 : 0.3-0.7%, 망간 : 0.3-0.7%, 알루미늄 : 0.75-1.45%, 크롬 : 1.3-1.7%, 니켈 : 0.3-0.7%, 티타늄 : 0.1-0.3%, 니오븀 : 0.05-0.2%, 바나듐 : 0.05-1.5% 및 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구상화 열처리, 생략, 과공석강, 냉간가공

Description

구상화 열처리가 생략가능한 과공석강 강재, 상기 과공석강 강재로부터 인라인 구상화된 강선재 및 그 제조방법{HYPER-EUTECTOID STEEL DISPENSABLE WITH SPHEROIDIZATION ANNEALING, IN-LINE SPHEROIDIZED WIRE ROD AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 구상화 열처리가 생략가능한 과공석강 강재, 상기 과공석강 강재로부터 인라인 구상화된 강선재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래 냉간가공을 위하여 압연된 선재를 재가열하여 선재 내부조직 중 존재하는 세멘타이트가 구형의 형상을 가지도록 하던 구상화 처리를 하지 않더라도 압연된 상태 그대로 냉간가공이 가능한 과공석강 선재로 제조될 수 있는 강재, 상기 강재로부터 제조된 강선재 및 그 상기 강선재를 제조하는 제조방법에 관한 것이다.
선재의 구상화 열처리라 함은 선재의 조직이 펄라이트 상태로 존재할 경우 가공성이 열악하기 때문에 펄라이트를 구성하는 판상 시멘타이트 등을 가공시 저항을 유발하지 않는 구형의 시멘타이트로 바꿈으로써 페라이트 조직의 점유율을 증가시키는 적절한 조건으로 강재를 가열 및 냉각시키는 일련의 열처리 과정을 의미한 다.
구상화 열처리의 결과, 펄라이트를 구성하는 시멘타이트가 구형이며 균일하게 분포된 시멘타이트 입자로 바뀌기 때문에 소재의 경도가 감소하여 가공 다이스의 수명이 향상될 수 있으며, 냉간가공성이 향상되게 된다. 또한 그 뿐만 아니라 절삭가공이 필요한 경우에도 통상의 페라이트+시멘타이트 강보다 우수한 절삭성능을 나타낼 수 있게 된다.
이러한 구상화 열처리는 열처리 온도를 기준으로 하여 크게 2가지로 나뉠 수 있다. 상기 기준이 되는 열처리 온도는 공석온도 즉, 펄라이트가 생성될 수 있는 온도를 의미하는 것으로서, 따라서 구상화 열처리 중 하나는 공석온도 이하에서 열처리를 수행하는 소위 서브 크리티컬 어닐링(sub-critical annealing) 방법이 있으며, 나머지 하나는 오스테나이트와 페라이트가 공존하는 온도범위인 공석온도 이상 오스테나이트 변태온도 이하의 온도범위에서 열처리하는 인터 크리티컬 어닐링(inte-critical annealing) 방법이다.
상기 서브 크리티컬 어닐링 방법에서 구상화는 고온 확산에 의하여 주로 이루어지며 펄라이트를 구성하는 라멜라 시멘타이트의 결함 또는 끝 부분에서 주로 시작되며, 끝 부위와 옆의 평평한 계면과의 곡률 차이에 의한 탄소 농도 구배에 의해 라멜라 시멘타이트가 분절된 형태를 가지게 되며, 이후 표면에너지를 줄이기 위 해 구상화 되는 것으로 알려져 있다. 상기 구상화의 결과 펄라이트를 구성하는 시멘타이트의 비율이 감소하게 되므로 펄라이트의 일부는 자연히 페라이트로 변태되는 효과를 가진다. 이후, 상기 구상화된 시멘타이트는 소위 오스왈트 라이프닝(Oswald ripening) 효과에 의하여 그 크기가 증가하게 되고 소재의 경도를 감소시키게 된다.
인터 크리티컬 어닐링은 상기 서브 크리티컬 어닐링과는 그 구상화 기구가 약간 상이하다. 즉, 오스테나이트와 페라이트가 공존하는 이상영역까지 소재가 가열되기 때문에 펄라이트는 대부분 오스테나이트로 변태하게 된다. 이때, 펄라이트를 구성하던 시멘타이트가 완전히 오스테나이트에 용해되지 못하고 일부 미용해된 상태로 존재할 수 있는데, 상기 미용해된 시멘타이트가 구형화된 구상화 핵으로 작용하여 냉각시 보다 조대한 입자의 시멘타이트를 형성하게 되는 것이다. 이때, 냉각시 냉각조건을 어떻게 제어하는가에 따라 펄라이트가 다시 생성될 수도 있으며 아니면 구상화된 시멘타이트의 비율이 증가할 수도 있는데, 비교적 서냉할 경우에는 오스테나이트 → 페라이트 변태가 보다 안정적으로 일어날 수 있으므로 구형화된 시멘타이트의 비율도 증가할 수 있으며, 반대로 강냉의 경우에는 펄라이트 조직의 비율이 증가하므로 구상화 비율도 감소하게 되는 것이다.
어떠한 방법에 의하든 상기의 열처리 과정에 의하여 냉간가공성이 향상된 조직을 얻을 수 있다. 그러나, 상기 구상화 열처리는 이미 압연되어 최종형상으로 제조된 선재를 단지 가공성을 향상시키기 위하여 다시 가열하는 과정을 겪어야 하므로 생산성을 저하시킬 뿐만 아니라 에너지 비용을 증가시키는 원인이 된다. 따라서, 선재 제조사에서는 상기 구상화 열처리를 간략히 하거나 또는 아예 생략하기 위하여 여러가지 방법을 제안하고 있다.
구상화 열처리 또는 연화 열처리가 생략가능한 강선재의 제조방법의 일례로 대한민국 공개특허번호 제2005-0000101호를 들 수 있다. 상기 방법은 0.2중량% 이상의 탄소 및 0.5∼1.5중량%의 Si를 함유하고, 그 조직이 페라이트와 시멘타이트로 구성되고, 상기 페라이트는 소성유기 동적 변태에 의하여 생성된 페라이트 및 정적 변태에 의하여 생성된 페라이트로 이루어지고, 그리고 상기 시멘타이트는 상기 동적 페라이트들 사이에 분포되고, 그 형상이 구형인 것을 특징으로 하는 소성유기 동적 변태에 의하여 생성된 페라이트를 갖는 연화열처리 생략 강재에 관한 것으로서 상기 연화열처리 생략 강재를 얻기 위하여 소성유기 동적 변태 과정을 도입하고 있으며, 동적 변태 페라이트 사이에 시멘타이트가 형성되도록 하는 조건을 요구하고 있다. 그러나, 소성유기 동적변태 과정은 압연온도를 정밀하게 제어하여야 할 뿐만 아니라 시멘타이트 형성조건도 까다롭기 때문에 그 제조가 용이하지 않다는 문제점을 가질 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면 별도의 구상화 열처리 없이도 비교적 간단한 압연과정을 통하여 충분한 양의 구상화된 시멘타이트를 보유하는 강선재를 제조할 수 있도록 하는 유리한 조건을 가진 강재가 제공된다.
본 발명의 또하나의 측면에 따르면 상기 강재로부터 제조된 강선재가 제공된다.
본 발명의 또다른 일측면에 따르면 상기 강선재를 제조하기 위한 보다 바람직한 압연 방법이 제공된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 강재는 중량%로, 탄소 : 0.9-1.4%, 실리콘 : 0.3-0.7%, 망간 : 0.3-0.7%, 알루미늄 : 0.75-1.45%, 크롬 : 1.3-1.7%, 니켈 : 0.3-0.7%, 티타늄 : 0.1-0.3%, 니오븀 : 0.05-0.2%, 바나듐 : 0.05-1.5% 및 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 일측면으로서 그 자체로 구상화 처리 없이 냉간가공에 사용할 수 있는 강선재는 중량%로, 탄소 : 0.9-1.4%, 실리콘 : 0.3-0.7%, 망간 : 0.3-0.7%, 알루미늄 : 0.75-1.45%, 크롬 : 1.3-1.7%, 니켈 : 0.3-0.7%, 티타늄 : 0.1-0.3%, 니오븀 : 0.05-0.2%, 바나듐 : 0.05-1.5% 및 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지고, 내부조직이 구상화 시멘타이트, 페라이트 및 펄라이트의 3상으로 구성되되 각각의 면적분율은 구상화 시멘타이트 35~45%, 페라이트 40~60%, 펄라이트 5~15%의 값을 가지며, 시멘타이트의 종횡비가 1.5 이하이며 평균 입도가 3~10 ㎛ 인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또다른 일측면인 상기 유리한 강선재의 제조방법은 1000~1100℃의 온도로 30분~1시간 30분간 가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 5~15℃/S의 냉각속도로 냉각하는 단계; 상기 강재를 A1 온도 이상에서 압연하여 강선재 형상으로 제조하는 단계; 및 상기 강선재를 30℃/s 이하로 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 간단한 압연과정에 의하여 구상화된 강선재를 얻을 수 있기 때문에 가공성이 우수한 강선재를 얻기 위한 제조공정이 복잡하지 않으며 에너지 비용도 절감되는 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 의미하는 인라인 구상화라 함은 선재를 제조한 후 구상화 열처리를 위하여 별도로 재가열하는 과정 없이도 압연된 상태 그대로에서 구상화된 조직을 가질 수 있도록 압연하는 것을 의미한다.
본 발명의 발명자들은 구상화 열처리가 생략가능한 강선재(또는 인라인 구상화처리가 가능한 강선재)를 제공하기 위하여 종래의 압연 방법에 대하여 깊이 연구하여 종래의 압연법에서 압연된 상태로 바로 구상화 열처리된 선재를 얻을 수 없었던 이유를 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
즉, 통상 선재는 빌레트(또는 강편)로부터 압연이 되는데, 압연 저항을 줄이고 조직을 제어하기 위하여 상기 빌레트를 필수적으로 일정 온도 이상으로 가열하여야 한다. 따라서, 통상 빌레트를 가열하는 온도는 1000℃ 이상(1100℃ 이하)가 된다.
그런데, 과공석강의 경우는 도 1에서 볼 수 있듯이, 상온에서 가열할 때 온도가 상승함에 따라서 펄라이트+시멘타이트 → 오스테나이트+시멘타이트 → 오스테나이트 단상으로 변태되는 과정을 겪게 된다. 이때, 통상의 과공석강은 상기 오스테나이트+시멘타이트 → 오스테나이트 단상으로 변태되는 온도인 소위 Acm 온도가 상기 1000℃ 보다 낮기 때문에 압연을 위해 빌레트를 가열할 때 모든 시멘타이트가 오스테나이트로 변태해 버리게 되어 강중에는 잔존하는 시멘타이트가 없게 된다. 그러할 경우에는 비록 압연후 재냉각한다 하더라도 극서냉하지 않는한 다시 펄라이트 조직이 형성되기 때문에 구상화된 선재를 얻는 것은 불가능한 것이다.
따라서, 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 강재의 성분계를 제어하여 상기 Acm 온도가 빌레트의 가열온도보다 높아 빌레트를 가열하더라도 강중에 일정 수준 이상의 시멘타이트가 잔존할 수 있도록 하는 동시에, 적절한 압연 방법을 도입함으로써 추가적인 구상화 열처리를 수행하지 않더라도 내부에 충분한 크기와 숫자의 구상화 시멘타이트가 존재하는 냉간 가공성(특히, 냉간 압조성)이 뛰어난 선재를 얻을 수 있도록 하였다.
또한, 본 발명에서 고려하여야 할 또 하나의 포인트는 상기 시멘타이트가 존재하되 M7C3 등과 같은 바람직하지 못한 탄화물 상이 형성되지 않도록 하여야 한다는 것이다. 이 역시 탄화물의 한 종류이기는 하나, 시멘타이트(Fe3C)와는 그 특성이 매우 상이하게 때문인데, Fe 외의 다른 탄화물 형성원소 Nb, V 및 Ti 등과 결합하여 NbC, VC 및 TiC 와 같은 형태가 아닌 Nb7C3, V7C3 및 Ti7C3 와 같은 형태를 형성할 수 있다. 이러한 경우 경도가 매우 높은 탄화물이 되어 구상화를 생략할 만한 낮은 강도를 확보할 수 없고 인장강도를 필요 이상으로 높이거나 연성의 저하를 유발하기 때문이다. 또한 한번 생성되면 다른 열처리를 통해 용해시키는데 상당한 시간을 요하기 때문에 본 발명에서는 피하고자 하였다.
특히, 과공석강의 경우에는 탄소가 다량 첨가되기 때문에 Acm을 제어하기 위하여 투입되는 합금원소와 반응하여 상기 M7C3 형태의 탄화물이 형성되기 쉬운조건이 형성되므로 이를 적절하게 제어하여 이들 탄화물에 의한 문제가 발생되지 않도록 하여야 한다.
또한, 냉간 가공성 특히, 냉간 압조성을 향상시키기 위하여 강선재 내에 존재하는 각 조직의 분율을 적절히 제어하여야 한다.
그 뿐만 아니라, 빌레트를 가열하는 온도가 Acm 이하이기 때문에 비록 미용해 시멘타이트가 존재한다 하더라도 이후 압연과정에서 이들 시멘타이트를 핵으로 하여 구상화된 시멘타이트가 적절히 형성되도록 하기 위해서는 압연조건을 설정하는 것이 보다 바람직하다. 물론 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 통상의 방법을 적절히 이용함에 의해서도 본 발명에서 의도하는 강선재를 제조할 수 있겠지만, 본 발명에서는 보다 효율적이고 바람직한 신규한 압연방법을 제공함으로써 상기 유리한 강선재를 효과적으로 제조할 수 있도록 하였다.
따라서, 이하 상기 강재 및 강선재의 특징 및 상기 유리한 특징을 가진 강선재를 제공하기 위한 제조방법으로 나누어 설명한다.
(강재의 조성)
탄소 : 0.9-1.4% (이하 중량%)
탄소는 강재의 강도를 향상시키는 원소이며 강재를 과공석 조성으로 유지하기 위해 필수적으로 첨가되는 원소이다. 또한, 탄소 역시 Acm 온도를 증가시키는 효과가 있으므로 그 함량을 적절히 조절할 필요가 있다. 0.9% 미만의 함량에서는 Acm 상승효과가 크지 않고, 1.4%를 초과하게 되면 M7C3 등과 같은 새로운 상이 발생하기 때문에 바람직하지 않다.
실리콘 : 0.3-0.7%
실리콘의 함량을 0.3-0.7%로 한정하는 이유는 다음과 같다. 실리콘 함량이 0.7%를 초과하는 경우 냉간 인발 및 압조 공정 중 가공경화 현상이 급격하게 일어나 가공성에 많은 문제가 되며 0.3%미만에서는 볼트의 충분한 강도를 확보하지 할 수 없기 때문이다.
망간 : 0.3-0.7%
망간은 기지조직 내에 치환형 고용체를 형성하여 고용 강화하는 원소로 연성의 저하 없이도 요구 강도를 얻을 수 있는 유용한 원소이며, 그 함량은 0.3-0.7%로 한정한다. 상기 망간을 0.7%를 초과하여 첨가할 경우 고용강화 효과보다는 망간 편석에 의하여 제품특성에 더 유해한 영향을 나타내는데, 강의 응고시 편석 기구에 따라 거시 편석과 미시 편석이 일어나기 용이한데, 망간 편석은 타 원소에 비해 상대적으로 낮은 확산계수로 인해 편석 대를 조장하고 이로 인한 경화능 향상은 중심부 저온조직(core martensite)를 생성하는 주원인이 된다. 또한 상기 망간이 0.3% 미만으로 첨가될 경우 망간 편석에 의한 편석 대의 영향은 거의 없으나 고용강화에 의한 강도 보장 및 인성의 개선효과는 기대하기 어렵다.
알루미늄 : 0.75-1.45%
알루미늄 함량에 따른 Fe-C 상태도를 계산하여 보면, 알루미늄 함량이 증가함에 따라 오스테나이트 영역이 작아져 1.45% 이상에서는 오스테나이트 단상으로 존재할 수 없다. 따라서 이를 제한한 것이며 0.75% 미만으로 첨가하면, 본 발명에서 고안한 Acm 온도 증가를 1000℃ 이상으로 증가시킬 수 없기 때문에 제한하는 것이다.
크롬 : 1.3-1.7%
크롬 함량이 1.7% 이상인 경우 과공석강의 탄소 함량범위 1.1~1.4%C 영역에서 M7C3가 형성된다. 이러한 M7C3의 형성을 억제하기 위해 Cr 첨가량을 1.7% 이하로 첨가하는 것이며, 1.3% 미만으로 첨가하면, Acm 온도 증가에 영향이 없기 때문에 제한하는 것이다.
니켈 : 0.3-0.7%
니켈은 알루미늄과 유사한 형태로 함량 증가에 따라 오스테나이트 영역이 확장되며, 0.7%을 초과하게 되면 오스테나이트 영역이 소멸되고, 0.3% 이하로 투입하는 경우에는 Acm 온도 증가 효과가 없어서 약 1,000도 에서 미용해 시멘타이트가 존재할 수 없기 때문에 본 발명에는 적합하지 않다.
티타늄 : 0.1-0.3%
티타늄은 강력한 탄화물 형성 원소로서 미용해 시멘타이트 형성 이전에 형성된 탄화물을 형성시켜 압연 및 냉각시 시멘타이트 형성을 위한 seed 역할을 할 수 있을 것으로 기대되어 합금설계 시 고려한 원소들이다. 이와 같은 탄화물 들은 1000℃ 이상의 고온에서 형성되기 때문에 시멘타이트 핵생성 자리로 작용한다. 0.3%을 초과하게 되면, 탄화물 형성의 목적 외에 과다한 고용경화 및 M7C3의 형성 효과로 소재의 연성을 감소시키므로 제한하며, 0.1%이하 첨가 시 탄화물 형성이 곤란하다.
니오븀 : 0.05-0.2%
니오븀 역시 강력한 탄화물 형성 원소로서 역할은 티타늄 첨가와 동일하다. 0.2%을 초과하게 되면, 탄화물 형성의 목적 외에 과다한 고용경화 및 M7C3의 형성 효과로 소재의 연성을 감소시키므로 제한하며, 0.05%이하 첨가 시 탄화물 형성이 곤란하다.
바나듐 : 0.05-1.5%
바나듐 역시 강력한 탄화물 형성 원소로서 역할은 티타늄 첨가와 동일하다. 1.5%을 초과하게 되면, 탄화물 형성의 목적 외에 과다한 고용경화 및 M7C3의 형성 효과로 소재의 연성을 감소시키고 비용 측면에서 곤란한 면이 있으며, 0.05%이하 첨가 시 탄화물 형성이 곤란하다.
그러므로, 본 발명의 과공석강 강재는 중량%로, 탄소 : 0.9-1.4%, 실리콘 : 0.3-0.7%, 망간 : 0.3-0.7%, 알루미늄 : 0.75-1.45%, 크롬 : 1.3-1.7%, 니켈 : 0.3-0.7%, 티타늄 : 0.1-0.3%, 니오븀 : 0.05-0.2%, 바나듐 : 0.05-1.5% 및 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지는 강재이다.
상기 강재를 압연하기 위하여 1000℃ 이상의 온도로 재가열하더라도 시멘타이트가 완전히 용해되지 않고 잔류하여 이후 압연 과정에서 구상화 시멘타이트의 핵으로 작용할 수 있는 것이며, 또한, 상술한 바와 같이 티타늄, 니오븀 또는 바나듐의 탄화물 등이 구상화 시멘타이트의 핵으로 작용하기 때문에 구상화 시멘타이트의 비율이 증가할 수 있는 것이다.
(강선재의 조직)
이하, 상기 강재로부터 제조된 강선재의 바람직한 조건에 대하여 설명한다. 강선재는 상기 강재와 동일한 조성을 가진다. 다만, 압연 과정에 의하여 인라인 구상화가 일어난 강선재이기 때문에 내부에는 구상화 시멘타이트가 바람직하게 형성된 것을 특징으로 한다. 따라서, 상술한 조건의 강재를 압연하여 얻어진 강선재로서 압연된 상태 그대로 더이상의 추가적인 인라인 구상화가 필요없는 강선재는 그 내부조직이 구상화 시멘타이트, 페라이트 및 펄라이트의 3상으로 구성되되 각각의 면적분율은 구상화 시멘타이트 35~45%, 페라이트 40~60%, 펄라이트 5~15%의 값을 가지며 시멘타이트의 종횡비가 1.5 이하이며 평균 입도가 3~10 ㎛ 인 것을 특징으로 한다.
상기 구상화 시멘타이트의 면적 분율이 너무 낮을 경우에는 냉간압조성이 향상되기 어려우며, 반대로 구상화 시멘타이트의 비율이 너무 높을 경우에는 구상화 시멘타이트의 크기가 조대해질 우려가 있기 때문에 바람직하지 않을 뿐만 아니라 현실적으로 시멘타이트의 공급원이 되는 탄소의 함량에도 한계가 있기 때문에 상기 범위로 제한한다. 또한, 상기 펄라이트 면적 비율이 15%를 초과할 경우에는 강선재의 변형저항이 증가하기 때문에 냉간 압조성이 악화되기 때문에 바람직하지 않으며, 상기 5% 정도의 펄라이트는 불가피하게 잔류하는 정도를 나타낸 것이다. 페라이트 비율은 탄소 함량과 구상화 시멘타이트 비율 및 잔류 펄라이트 비율에 따라 자연적으로 결정되는 범위를 의미한다.
또한, 상기 시멘타이트의 형상은 구형에 가까울 필요가 있는데, 판상 시멘타이트의 경우에는 강재의 냉간 가공성 향상에 바람직하지 않다. 따라서, 구상 시멘타이트의 종횡비는 1.5 이하인 것이 바람직하다.(종횡비는 가로와 세로의 비율로서 둘중 큰 쪽이 분자가 되므로 1이 최소치임에 유의할 필요가 있다.)
더불어, 시멘타이트의 평균 크기는 3~10 ㎛로 한정한다. 이것은 3 ㎛ 이하의 경우에는 입자가 너무 미세해지기 때문에 구상화 열처리를 생략할만한 충분한 낮은 강도를 얻을 수 없고, 또한 미세해짐과 동시에 그 개수가 상당히 증가하기 때문이며, 10 ㎛ 이상은 본 발명에서 제안하는 상업적인 조건보다 고온에서 장시간 유지해야 얻을 수 있는 것이다. 실제 압연 조건은 연속 조업이기 때문에 10 ㎛ 이상의 경우는 거의 불가능 하며, 이와 같은 장시간 유지로 말미암아 기지 조직인 페라이트의 결정립의 크기가 매우 증가하므로 연성의 저하 역시 유발되기 때문에 제한하는 것이다.
(제조방법)
상술한 유리한 조건을 가지는 본 발명의 강선재는 상기 조성의 강재로부터 제조될 수 있다. 여기서는 상기 강선재를 제조하기 위하여 종래 제공된 제조방법에 비하여 보다 바람직하고 신규한 제조방법에 대하여 설명한다. 간략히 설명하면 본 발명의 제조방법은 도 2에 그 예가 도시되어 있듯이, 강재를 적절한 온도로 일정시간 가열하고, 냉각한 이후 압연하고 서냉하는 과정으로 이루어져 있다. 이하, 본발명의 제조조건을 이루는 강재의 가열온도, 가열시간, 가열후 냉각조건, 압연 온도, 압연후 냉각조건에 대하여 상세히 설명한다.
강재의 가열 온도 : 1000~1100℃
상기 온도에서의 가열은 본 발명의 유리한 조성을 가진 강재 내부에 오스테나이트와 미용해 시멘타이트가 함께 존재하면서도 오스테나이트 결정립이 과다하게 조대화 되지 않도록 한다. 가열온도가 너무 높을 경우에는 오스테나이트 결정립이 매우 조대하게 될 뿐만 아니라 시멘타이트의 용해량이 증가하여 잔존 시멘타이트 양이 부족해질 수 있다.
또한, 가열온도가 너무 낮을 경우에는 미용해 시멘타이트의 양이 너무 많아져서 압연이 곤란할 수 있다.
강재의 가열 시간 : 30분 ~ 1시간 30분
강재의 가열은 후속되는 압연과정이 원활하게 될 수 있도록 하고 시멘타이트가 적절히 용해될 수 있도록 하는 것이기 때문에 30분 이상 가열하여 강재 내부의 온도가 균일하게 되도록 할 필요가 있다. 다만, 너무 장시간 가열할 경우에는 오스테나이트 결정립 조대화의 가능성이 높아질 뿐만 아니라, 생산성이 현저하게 감소하기 때문에 가열 범위를 제한한다.
가열후 냉각속도 : 5~15℃/s
상기 냉각속도는 열간 압연 전 냉각 단계에서 미세조직의 변태를 최소화할 목적으로 제한한 것이다. 열간 압연 전 냉각속도가 5℃/s 이하인 경우에는 생산성이 감소하고, 서냉을 유지하기 위해서는 추가적인 장치를 필요로 한다. 또한 가열시간을 장시간 유지한 경우와 같이, 열간 압연 완료 후 선재의 강도와 인성이 저하될 우려가 있다. 이에 반해 냉각속도가 15℃/s를 초과하면 압연 전 빌레트가 가지는 변태의 구동력이 증가하기 때문에 압연 중 새로운 미세조직이 출현할 가능성이 커지게 되며, 이와 같은 미세조직은 극히 저온(예를 들면 600℃)에서 압연하여야 제거가 가능한데, 통상의 압연설비로는 상기 저온압연이 불가하므로 바람직하지 않다.
압연 온도 : A1 이상
압연온도가 페라이트+펄라이트로의 변태온도인 상기 A1 미만일 경우에는 압연 중 펄라이트와 같은 새로운 미세조직이 생성될 우려가 있기 때문에 상기 압연은 A1 이상으로 한다. 압연 온도가 상기 냉각온도 이하에서 이루어지는 것은 당연한 것이기 때문에 압연온도의 상한은 특별히 제한하지 않으나 가열온도를 고려할 경우 1000℃ 이하로 하는 것이 일반적이다.
압연 후 냉각속도 : 30℃/s 이하
냉각속도 30℃/s를 초과하여 급냉 하게 되면 오스테나이트 및 미용해 시멘타이트의 미세조직 중 오스테나이트가 베이나이트 또는 마르텐사이트로 변태되어 목적을 달성할 수 없다. 또한 30℃/s 이하의 냉각속도로 서냉하면 충분한 변태가 이루어질 수 있고, 30℃/s 이하의 어떠한 냉각속도라도 본 발명에서 고안한 미세조직을 얻을 수 있고, 냉각속도가 느릴수록 매우 유용하다. 상기 냉각속도는 강재의 온도가 500℃ 이하로 될때까지 제어하는 것이 보다 바람직하다.
따라서, 본 발명의 강선재 제조방법은 상술한 유리한 조성의 강재를 1000~1100℃의 온도로 30분~1시간 30분간 가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 5~15℃/S의 냉각속도로 냉각하는 단계; 상기 강재를 A1 온도 이상에서 압연하여 강선재 형상으로 제조하는 단계; 및 상기 강선재를 30℃/s 이하로 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 정해지는 것이기 때문이다.
(실시예)
하기 표 1에 기재된 조성을 가진 빌레트를 준비하고 표 2에 기재된 조건으로 압연을 실시하여 강선재를 제조하였다. 표 1에서 각 성분의 함량은 중량%를 의미하며, 표 2에서 각종온도는 ℃을 냉각속도는 ℃/s를 의미한다.
하기 표 1에서 Acm은 열역학적 계산법을 이용하여 도출한 것으로서 그 정확도는 ±5℃임을 확인할 수 있었다.
구분 C Si Mn Al Cr Ni Ti Nb V Acm(℃)
비교재1 0.8 0.3 0.3 0.75 1.3 0.3 0.1 0.05 0.05 827
비교재2 0.9 0.1 0.3 0.75 1.3 0.3 0.1 0.05 0.05 798
비교재3 0.9 0.3 0.1 0.75 1.3 0.3 0.1 0.05 0.05 923
비교재4 0.9 0.3 0.3 0.2 1.3 0.3 0.1 0.05 0.05 895
비교재5 0.9 0.3 0.3 0.75 0.1 0.3 0.1 0.05 0.05 986
비교재6 0.9 0.3 0.3 0.75 1.3 0.1 0.1 0.05 0.05 906
비교재7 0.9 0.3 0.3 0.75 1.3 0.3 - 0.05 0.05 899
비교재8 0.9 0.3 0.3 0.75 1.3 0.3 0.1 - 0.05 962
비교재9 0.9 0.3 0.3 0.75 1.3 0.3 0.1 0.05 - 981
발명재1 0.9 0.3 0.3 0.75 1.3 0.3 0.1 0.05 0.05 1035
발명재2 1.0 0.3 0.3 0.75 1.3 0.3 0.1 0.05 0.05 1042
발명재3 1.2 0.7 0.7 1.45 1.7 0.7 0.3 0.2 1.5 1078
발명재4 1.4 0.7 0.7 1.45 1.7 0.7 0.3 0.2 1.5 1096
비교재10 1.6 0.7 0.7 1.45 1.7 0.7 0.3 0.2 1.5 1099
비교재11 1.4 1.0 0.7 1.45 1.7 0.7 0.3 0.2 1.5 1102
비교재12 1.4 0.7 1.0 1.45 1.7 0.7 0.3 0.2 1.5 1111
비교재13 1.4 0.7 0.7 2.0 1.7 0.7 0.3 0.2 1.5 1085
비교재14 1.4 0.7 0.7 1.45 2.0 0.7 0.3 0.2 1.5 1023
비교재15 1.4 0.7 0.7 1.45 1.7 1.0 0.3 0.2 1.5 996
비교재16 1.4 0.7 0.7 1.45 1.7 0.7 0.5 0.2 1.5 989
비교재17 1.4 0.7 0.7 1.45 1.7 0.7 0.3 0.5 1.5 1025
비교재18 1.4 0.7 0.7 1.45 1.7 0.7 0.3 0.2 2.0 1108
구분 가열온도 가열시간 가열후 냉각속도 압연온도 압연후 냉각속도(500℃까지)
비교재1 1007 85분 8 889 27
비교재2 1010 85분 9 913 13
비교재3 1003 82분 11 902 12
비교재4 1009 87분 9 945 21
비교재5 1010 90분 10 941 22
비교재6 1013 85분 8 899 23
비교재7 1011 90분 12 923 21
비교재8 1001 90분 7 961 26
비교재9 1019 90분 14 887 18
발명재1 1009 85분 7 946 7
발명재2 1013 90분 8 967 14
발명재3 1008 87분 11 956 15
발명재4 1008 90분 12 923 11
비교재10 1050 90분 10 915 22
비교재11 1018 90분 9 935 18
비교재12 1010 85분 12 942 12
비교재13 1019 90분 13 901 23
비교재14 1000 90분 10 957 21
비교재15 1001 85분 9 921 19
비교재16 1003 87분 15 897 18
비교재17 1003 90분 14 899 18
비교재18 1011 90분 10 942 16
상기 표 1에 기재된 바와 같이 발명재는 본 발명에서 요구하는 조성범위를 모두 충족시키는 강재이나, 비교재1의 경우는 탄소 함량이 본 발명이 요구하는 범위에 미달되는 경우를, 비교재2는 실리콘 함량이 부족한 경우를, 비교재3은 망간함량이 부족한 경우를, 비교재4는 알루미늄 함량이 미달되는 경우를 나타낸다. 그리고, 비교재5,6,7,8 및 9는 각각 크롬, 니켈, 티타늄, 니오븀 및 바나듐이 본 발명에서 규정하는 함량조건에 미달되는 경우를 나타낸다. 또한, 비교재10의 경우는 탄소 함량이 본 발명이 요구하는 범위를 초과하는 경우를, 비교재11는 실리콘 함량이 과다한 경우를, 비교재12은 망간함량이 과다한 경우를, 비교재13은 알루미늄 함량이 본 발명에서 규정한 범위를 초과하는 경우를 나타낸다. 그리고, 비교재14,15,16,17 및 18는 각각 크롬, 니켈, 티타늄, 니오븀 및 바나듐이 본 발명에서 규정하는 함량조건을 초과하는 경우를 나타낸다.
상기 표 1에 기재된 조성의 강재를 표 2의 조건으로 압연하여 강선재를 제조하였다. 상기 표 2는 발명재와 비교재에 관계없이 모두 본 발명의 압연 조건대로 압연되도록 압연조건을 설정한 것이다. 상기 표 1의 조성을 충족하는 각 강재를 표 2의 조건으로 압연하여 제조한 강선재의 물성을 검토한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
본 발명의 발명재들은 모두 본 발명에서 요구하는 조건을 충족하고 있었음을 확인할 수 있었다. 특히, 발명재 3에 대한 조직을 관찰한 현미경 사진인 도 3을 참고하면 내부에 구상화 평균크기 3~10 ㎛ 정도인 구상화 시멘타이트가 균일하게 분포되고 있음을 확인할 수 있었다.
표 3에는 표 1에 나타낸 소재에 대하여 모두 표 2에 나타낸 조건과 같이 제조한 결과를 나타내었다. 상기 표 2에 기재되어 있듯이, 비교재 1~9은 Acm 온도가 1000℃ 미만인 경우로서 미세 시멘타이트 핵을 잔존시키는데 부적합하여, 결국 조직내 구상화 시멘타이트가 형성되기 곤란하다. 즉, 비교재1의 조성을 가지는 강재를 표 2의 가열온도와 가열시간으로 처리한 후 급냉처리하여 그 조직을 관찰한 사진인 도 4에 나타낸 바와 같이, 미세한 시멘타이트는 전혀 관찰하기 어려웠다. 고온에서 미세 시멘타이트가 잔존하지 않으면 이를 핵으로 하여 구상화 시멘타이트가 형성하기 어려우므로 본 발명의 조건에 부합하지 않는 것이다. 또한, 특별히 도면으로 나타내지는 않았지만 나머지 비교재1,3~9 역시 동일한 형태의 조직을 가지고 있었다.
도 5에는 본 발명의 성분 조건을 충족하는 발명예2를 표 2에 도시한 가열온도와 가열시간으로 가열한 후 급냉한 후 조직을 관찰한 사진을 나타내었다. 도 5에서 볼 수 있듯이, 강재를 가열하더라도 시멘타이트가 완전히 용해되지 않고 미세하게 잔존하기 때문에 이후 냉각, 압연 등의 과정에서 구상화 시멘타이트로 발전할 수 있으며, 그에 따라 추가적인 구상화 열처리가 필요없게 되는 것이다.
도 6에는 비교재3을 표 2의 조건으로 제조한 결과를 나타내었다. 앞에서 설명한 바와 같이 비교재3의 경우에도 가열시 미세 시멘타이트가 존재하지 않기 때문에, 조직은 모두 일반 펄라이트 조직으로 변태되었으며, 이는 냉간가공에 적합하지 않다. 이러한 결과는 나머지 비교재인 비교재1,2,4-9에서도 동일함을 확인할 수 있었다.
비교재 11은 본 발명의 조건에 비하여 실리콘의 함량이 과다한 경우이다. 상기 실리콘은 가공경화를 조장하는 원소로써, 그 함량이 과다할 경우 본 발명에서 목표로 하고 있는 냉간압조용 소재에는 적합하지 않다. 즉, 상기 비교재11에서는 가공중 극심한 가공경화 현상이 발생되기 때문에 냉간압조에 사용하기 곤란한 것이다. 즉, 표 2의 조건으로 제조된 발명재3과 비교해볼 때, 그 미세조직이 유사하며, 압연 및 냉각후 선재의 인장강도 역시 발명재1~4와 유사하게 720~780MPa 수준으로서 본 발명에서 제안하는 범위에 속한다. 다만, 상기 선재에 대하여 30% 정도의 냉간가공을 실시한 경우 발명재1~4의 인장강도는 750~780MPa 수준으로서 인장강도의 상승이 거의 없었으나 상기 비교재11은 그 인장강도가 850MPa로서 냉간가공에 의하여 극심한 가공경화가 발생하였음을 확인할 수 있었다. 상기와 같이 가공경화가 심할 경우 성형하중이 증가하게 되며 다이스의 조기 마모를 유발하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 비교예11은 적합하지 않다.
비교재10 및 14의 경우에는 탄화물 중 일부가 M7C3 형태로 존재하여 강도가 높고 연성이 급격하게 저하하여 적합하지 않았다. 도 7에는 비교재10에서 관찰된 M7C3와 일반 시멘타이트를 투과전자현미경으로 관찰한 사진을 나타내었는데 육안으로는 거의 동일하게 관찰되나, 성분 분석에 의하여 구별가능하다.
비교재12는 경우는 망간 함량이 높은 경우이다. 이러한 경우 망간에 의한 편석이 상당량 관찰되고, 편석으로 인하여 중심부에 마르텐사이트 등과 같은 경한 조직이 생성될 우려가 있으므로 바람직하지 않다. 표 4에 상기 각 발명재와 비교재에 대한 편석량 분석 결과를 나타내었다. 표에서 Mn(C)는 표 2의 조건으로 제조된 선재의 길이 방향에 수직한 면의 중심부 망간함량을 나타낸 것이며, Mn(S)는 중심부와 표면의 중간 지점에서 분석한 망간함량을 나타낸다. 표에서 확인할 수 있듯이, 비교재12의 중심부 망간 함량은 1.8중량% 수준인데 일반적으로 망간함량이 이 정도로 높으면 공냉을 통해서도 마르텐사이트가 생성될 수 있으므로 바람직하지 않다.
비교재13의 경우는 알루미늄 함량이 매우 높은 경우를 나타낸다. 알루미늄 함량이 과다할 경우에는 오스테나이트가 단상으로 존재할 수 없으며, 오스테나이트 및 페라이트의 공존 구역이 넓게 나타난다. 또한, 냉각 시 오스테나이트와 초석 시멘타이트의 상태도를 지나는 것이 아니라 오스테나이트, 시멘타이트 및 페라이트의 3상 공존 구역을 지나기 때문에 곤란하다. 더불어 이것은 시멘타이트의 양보다 페라이트의 양이 훨씬 증가할 뿐만 아니라 변태되는 페라이트에 상당량의 탄소가 용해된 상태이기 때문에 강도는 낮아질 수 없다. 본 발명에서 제안하는 방법은 층상의 펄라이트 조직에 있는 층상의 시멘타이트를 적정한 범위 내로 구상화 시켜 강도를 낮추고자 하는 것이므로 이 경우는 적합하지 않다.
비교재 16~18은 티타늄, 니오븀 및 바나듐이 본 발명에서 규정하는 함량조건을 초과하는 경우이며, 이는 티타늄 카바이드, 니오븀 카바이드 및 바나듐 카바이드가 다량 M7C3 형태로 존재하여 강도가 높고 연성이 저하하여 적합치 않은 경우이다. 그 결과, 비교재 16~18은 모두 인장강도 1000 MPa 이상이 되어 본 발명에서 적합하지 않으며, 연성 역시 발명재에 비하여 50% 수준인 10% 이하로 급격하게 감소하므로 적합하지 않다. 탄화물 생성 형태는 도 7과 같은 M7C3 형태로 관찰된다.
표 3은 표 1의 함량을 가진 소재를 표 2의 조건에 따라 제조한 후 다양한 미세조직적 특성과 기계적 특성을 비교한 것이다. 더불어 비고에는 각 경우별로 본 발명에 적합하지 않은 이유를 기재하였다.
통상 강재가 800MPa 이하의 인장강도와 15% 이상의 연신율을 가질 경우 냉간압조에 적합하다. 표 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 경우에 적합한 강재인 발명재들의 경우는 모두 상기 조건을 충족하고 있었다. 비교재는 비교재11과 비교재12가 상기 인장강도 조건을 충족하고 있었으나 이들은 상술한 바와 같이 가공경화가 극심하거나 편석이 심한 경우로서 본 발명의 조건에 적합하지 않다. 따라서, 발명재들만 본 발명에서 목적하는 냉간압조용 강재로 적합함을 알 수 있었는데, 이들의 공통적인 특징을 관찰한 결과, 구상화 시멘타이트 35~45%, 페라이트 40~60%, 펄라이트 5~15%의 값을 가지며 시멘타이트의 종횡비가 1.5 이하인 경우에 해당함을 알 수 있었다. 또한, 상기 구상화 시멘타이트의 평균 입도가 3 ㎛ 이하인 경우에는 구상화에 의한 효과를 얻기 어려웠으며 오히려 인장강도를 증가시키는 결과를 초래함을 알 수 있었으며, 반대로 구상화 시멘타이트의 평균입도가 10㎛를 초과한 경우에는 인장강도는 감소시킬 수 있었으나 상업적인 방법으로는 제조가 거의 불가능하였다.
또한, 표 3에서 정의되는 바는 시멘타이트 및 페라이트 조직의 비율은 펄라이트에 포함된 것을 의미하지 않고, 독립적으로 존재하는 조직을 의미하는 것이라는 점에 유의할 필요가 있다. 이것은 펄라이트 내에 존재하는 시멘타이트와 페라이트는 펄라이트에 포함되어 관찰되었기 때문이다. 더불어 비교재 1~9의 경우는 대부분이 펄라이트 조직으로 변태하였기 때문에 시멘타이트 형상 역시 구상의 형태로 독립적으로 존재하는 시멘타이트의 형상만을 언급하는 것이다.
구분 조직 비율 시멘타이트 형상 인장 강도 연신율 비고
시멘타이트 페라이트 펄라이트 종횡비 평균입도
비교재1 - - 100 - - 1205 12 Acm 온도 부족
비교재2 - - 100 - - 1243 14 Acm 온도 부족
비교재3 - - 100 - - 1356 16 Acm 온도 부족
비교재4 - - 100 - - 1402 15 Acm 온도 부족
비교재5 - - 100 - - 1289 11 Acm 온도 부족
비교재6 - - 100 - - 1264 12 Acm 온도 부족
비교재7 - - 100 - - 1321 13 Acm 온도 부족
비교재8 - - 100 - - 1416 12 Acm 온도 부족
비교재9 - - 100 - - 1379 14 Acm 온도 부족
발명재1 45 40 15 1.3 3 768 16 본 발명에 적합
발명재2 36 52 12 1.2 7 772 18 본 발명에 적합
발명재3 39 48 13 1.1 8 750 19 본 발명에 적합
발명재4 35 40 25 1.5 10 781 18 본 발명에 적합
비교재10 58 28 14 1068 3 M7C3 형성
비교재11 36 52 12 1.2 7 763 17 가공경화 극심
비교재12 36 52 12 1.2 7 778 9 중심 편석 극심
비교재13 48 39 13 1.5 3 1026 5 오스테나이트상 소멸
비교재14 49 31 30 1.1 2 1256 7 M7C3 형성
비교재15 52 36 12 1.5 6 1123 3 오스테나이트상 소멸
비교재16 49 18 33 1.8 1 1325 9 M7C3 형성
비교재17 51 16 33 1.2 2 1232 8 M7C3 형성
비교재18 50 21 29 1.3 3 1161 5 M7C3 형성
구분 전체 망간 함량 (wt.%) Mn(C) (wt.%) Mn(S) (wt.%) Mn(C)/Mn(S) 비 고
비교재1 0.3 0.31 0.29 1.1 편석 양호
비교재2 0.3 0.30 0.30 1.0 편석 양호
비교재3 0.1 0.12 0.09 1.3 편석 양호
비교재4 0.3 0.30 0.30 1.0 편석 양호
비교재5 0.3 0.30 0.28 1.1 편석 양호
비교재6 0.3 0.32 0.28 1.1 편석 양호
비교재7 0.3 0.35 0.31 1.1 편석 양호
비교재8 0.3 0.32 0.30 1.1 편석 양호
비교재9 0.3 0.31 0.28 1.1 편석 양호
발명재1 0.3 0.30 0.29 1.0 편석 양호
발명재2 0.3 0.34 0.28 1.2 편석 양호
발명재3 0.7 0.75 0.68 1.1 편석 양호
발명재4 0.7 0.76 0.62 1.2 편석 양호
비교재10 0.7 0.79 0.70 1.1 편석 양호
비교재11 0.7 0.72 0.71 1.0 편석 양호
비교재12 1.0 1.82 0.82 2.2 편석 극심
비교재13 0.7 0.73 0.69 1.1 편석 양호
비교재14 0.7 0.73 0.65 1.1 편석 양호
비교재15 0.7 0.75 0.68 1.1 편석 양호
비교재16 0.7 0.72 0.70 1.0 편석 양호
비교재17 0.7 0.78 0.71 1.1 편석 양호
비교재18 0.7 0.74 0.69 1.1 편석 양호
본 발명의 제조조건의 영향을 관찰하기 위하여 본 발명의 조성조건에 적합한 상기 발명재1 내지 발명재4의 강재에 대하여 강재 가열 시간의 영향을 관찰하였다. 실험시 가열온도는 약 1000℃으로 설정하였으며, 도 8에 기재된 가열 시간동안 가열한 이후 900℃의 온도에서 선재 마무리 압연을 종료하였으며, 압연 이후 500℃까지 평균 16℃/s의 냉각속도로 냉각하였다.
도 8의 그래프로 도시되어 있듯이, 1시간 30분(90분)을 초과하여 가열할 경우 오스테나이트 결정립이 급속히 조대하게 되어 버리는 것을 확인할 수 있었다. 반대로 30분 미만으로 가열할 경우에는 본 발명자들의 해석 결과 예열시간이 부족하여 강재(빌레트) 전체에 온도가 균일하지 않게 되고, 중심부와 표면부의 온도차에 의하여 압연시 빌레트에 균열이 생겼기 때문에 결과적으로 결과 열간압연을 수행할 수 없게 되었다.
다음은 선재의 압연후 냉각속도의 영향을 관찰하기 위하여 상기 발명재 3의 조성을 가지는 강재(빌레트)를 가열온도 약 1003℃, 가열시간 84분, 냉각속도 평균 11℃/s로 냉각한 후 921℃에서 압연한 후 각 냉각속도 조건으로 500℃까지 냉각한 후의 선재 내부의 각 조직의 비율을 관찰한 결과를 도 9에 나타내었다. 도면에서 확인할 수 있듯이, 냉각속도가 30℃/s를 초과하면서 펄라이트의 비율이 15%를 초과하게 됨을 알 수 있다. 또한, 냉각속도가 더욱 높아지면 베이나이트나 마르텐사이트와 같이 냉간가공용 소재에서 바람직하지 않은 조직까지 발생하게 되어 강재의 변형저항이 매우 높아지게 되는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 상기 냉각속도는 30℃/s 이하가 되는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
도 1은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 Fe-C 평형상태도,
도 2는 본 발명의 강선재 제조방법의 바람직한 일구현례를 나타낸 개념도,
도 3은 본 발명에 의해 제조된 강선재의 내부조직을 관찰한 전자현미경 사진,
도 4는 비교재 2을 표 2의 가열온도 및 시간 조건 후 급냉 처리하여 시멘타이트를 관찰한 전자 현미경 사진,
도 5는 발명재 2를 표 2의 가열온도 및 시간 조건 후 급냉 처리하여 시멘타이트를 관찰한 전자 현미경 사진,
도 6은 비교재 3의 최종 미세조직을 나타낸 전자현미경 사진,
도 7은 비교재 10의 관찰된 M7C3의 형태와 일반 시멘타이트의 투과전자현미경 사진,
도 8는 가열시간에 따라 결정립 크기가 변화하는 것을 나타낸 그래프, 그리고
도 9는 냉각속도에 따라 강선재 내부조직의 비율이 변화하는 것을 나타낸 그래프이다.

Claims (3)

  1. 중량%로, 탄소 : 0.9-1.4%, 실리콘 : 0.3-0.7%, 망간 : 0.3-0.7%, 알루미늄 : 0.75-1.45%, 크롬 : 1.3-1.7%, 니켈 : 0.3-0.7%, 티타늄 : 0.1-0.3%, 니오븀 : 0.05-0.2%, 바나듐 : 0.05-1.5% 및 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 구상화 열처리가 생략가능한 과공석강 강재.
  2. 중량%로, 탄소 : 0.9-1.4%, 실리콘 : 0.3-0.7%, 망간 : 0.3-0.7%, 알루미늄 : 0.75-1.45%, 크롬 : 1.3-1.7%, 니켈 : 0.3-0.7%, 티타늄 : 0.1-0.3%, 니오븀 : 0.05-0.2%, 바나듐 : 0.05-1.5% 및 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지고,
    내부조직이 구상화 시멘타이트, 페라이트 및 펄라이트의 3상으로 구성되되 각각의 면적분율은 구상화 시멘타이트 35~45%, 페라이트 40~60%, 펄라이트 5~15%의 값을 가지며,
    시멘타이트의 종횡비가 1.5 이하이며 평균 입도가 3~10 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 구상화 열처리가 생략가능한 강선재.
  3. 1000~1100℃의 온도로 30분~1시간 30분간 가열하는 단계; 상기 가열된 강재 를 5~15℃/S의 냉각속도로 냉각하는 단계; 상기 강재를 A1 온도 이상에서 압연하여 강선재 형상으로 제조하는 단계; 및 상기 강선재를 30℃/s 이하로 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구상화 열처리가 생략가능한 강선재의 제조방법.
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