KR20110033534A - 연질화 처리 생략이 가능한 중탄소 연질 선재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중량%로, C: 0.3-0.7%, Si: 0.005-2.0%, Mn: 0.2-1.5%, Al: 0.03% 이하, P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한 빌렛을 A3+100℃이상의 온도에서 오스테나이트화하는 단계, A1~A1+70℃에서 마무리 압연하는 단계 및 상기 압연한 선재를 0.3℃/s 이하의 냉각속도로 A1-100℃ 이하로 냉각하는 단계를 포함하는 연질화 처리 생략이 가능한 중탄소 연질 선재의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 선재를 제공한다.

중탄소, 구상화, 연질화, 열처리, 세멘타이트

Description

연질화 처리 생략이 가능한 중탄소 연질 선재 및 그 제조방법{MEDIUM CARBON SOFT WIRE ROD CAPABLE OF ELIMINATING SOFTENING TREATMENT AND METHOD FOR MANUFATURING THE SAME}

본 발명은 온간 및 냉간 단조 또는 기타 가공을 하기 위한 연질화 처리를 생략 또는 단축하기 위하여 선재의 제조단계에서 선재의 미세조직을 구상화한 중탄소 연질 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

선재를 연질화하기 위하여 일반적으로 구상화 열처리를 한다. 구상화 열처리는 냉간 성형시 냉간 가공성을 향상시키기 위하여 세멘타이트를 구형화하고 균질한 입자 분포를 유도한다. 또한, 가공 다이스의 수명을 향상시키기 위하여 가공되는 소재의 경도를 가능한 한 낮추어 줄 수 있다. 상기 2가지의 목적을 달성하기 위해 소재의 연질화 개념으로서 이용되고 있으며, 부가적으로 절삭가공이 필요한 경우 일반 페라이트 + 펄라이트 강보다 절삭성을 향상시킬 수 있다.

이러한 구상화 열처리는 크게 2가지로 분류된다. 하나는 공석온도 이하에서 장시간 가열하는 방법으로서, 주로 열연 제품의 구상화 처리에 이용되고 있다(sub-critical annealing). 다른 하나는 공석온도와 오스테나이트화 온도 사이에서 가열 후 극서냉하여 구상화 조직을 얻는 방법이다(inter-critical annealing).

초기 조직이 펄라이트로 구성된 경우, 구상화 열처리 온도에서 구상화가 진행되는 과정은, 높은 온도에서의 확산에 의하여 라멜라(lamellar) 세멘타이트의 결함 또는 끝 부분에서의 평평한 계면과의 곡률 차이에 의한 탄소 농도 구배가 발생하여 라멜라 세멘타이트가 분절되고, 이후 계면 에너지를 줄이기 위해 구상화된다고 알려져 있다.

이와 같이 형성된 구형 입자는 Ostwald ripening과 유사한 과정을 거쳐 성장하게 되어 구상화 조직을 형성한다. 이러한 구상화 과정은 오스테나이트로 변태온도 직하에서 주로 관찰되어 소재의 기지조직이 페라이트와 펄라이트로부터 페라이트에 구상 세멘타이트가 존재하는 형태로 변화한다. 즉 초기 조직에서 펄라이트로 존재하던 부분이 페라이트와 구형 세멘타이트로 변하게 되어, 전체 미세조직이 페라이트와 구형 세멘타이트로 이루어진다.

이와 같은 구상화가 이루어지는 기구에 대해서는 많은 연구들이 발표되었는데, 대부분이 판상의 세멘타이트가 그 형태를 잃어가며 구형의 세멘타이트로 형성 되는 과정에 대한 여러 이론들이 있으나, 그 이후의 성장 거동은 대부분의 보고서에서 Ostwald ripening의 형태로 성장하는 것으로 알려져 있다.

구형의 세멘타이트가 형성되는 과정은, 열처리 초기 단계에서 다각형화(polygonization)가 발생하는 페라이트의 회복 또는 재결정 과정에서 형성된 많은 아결정립계 또는 결정립계가 형성되고, 이에 따라 열적으로 불안정한 판상의 세멘타이트는 밴드(band) 또는 리본(ribbon)의 형태로 분절되며, 분절된 세멘타이트는 표면 에너지 감소를 위해 구형으로 된 후 Ostwald ripening 기구에 의해 성장하게 된다.

이러한 구상화 기구를 설명하는 모델은 대체적으로 3가지 정도가 존재한다. 첫번째로 perturbation theory(섭동이론)는 로드(rod)의 형태가 모세관현상(capillarity)에 의해 도입된 perturbation에 의하여 불안정해지는 현상을 말하는 것으로서 perturbation 파장의 길이와 로드의 형태, 즉 길이와의 관계로 구상화가 진행되는 현상을 설명한 것이다.

또한, grain boundary groove model은 변형 또는 변태에 의해 도입된 아결정립계 계면에 grain boundary groove가 형성되며 이러한 boundary groove는 계면에 곡률(Curvature)을 형성하고 이 곡률은 potential의 차이를 나타나게 된다. 이러한 potential의 차이는 원자의 이동을 야기시켜 groove가 계속 성장하게 되고 이로 인 하여 세멘타이트는 분절된 형태로 발전하게 된다. 그러나 구상화 처리중 장시간에 이르게 되면 아결정립계가 감소하게 되므로 이 model은 구상화 열처리의 초기 단계에만 적용 가능하다.

마지막으로 fault migration theory는, 라멜라 구조에서 라멜라의 끝 부분이 존재하며 이 부분은 곡면의 형태를 가지므로 다른 부위에 비하여 에너지적으로 불안정하므로 이 부위에서 구상화가 시작된다. 이러한 라멜라의 끝 부분은 라멜라 성장 완료시에 생성되는 끝단부와 라멜라 성장시 발생되는 결함 부위를 말한다.

이상 영역에서의 가열에 의한 구상화는 공석온도 이하에서의 구상화 방법과는 근본적으로 구상화 기구 및 kinetics 모든 면에서 다르다. 초기 조직이 펄라이트와 페라이트로 구성된 경우, 구상화가 진행되는 과정은 높은 온도에서의 펄라이트 부위 및 페라이트의 일부 부위가 이상 영역 가열시 오스테나이트로 변태하며, 펄라이트가 존재하던 부위에 존재하는 오스테나이트 영역에 세멘타이트 입자가 완전히 용해되지 않고 일부 잔존하여 오스테나이트 + 잔류 세멘타이트의 형태를 유지한 후 서냉시 잔존 세멘타이트가 핵으로 작용하여 오스테나이트로부터 페라이트 + 펄라이트 변태가 아닌 페라이트와 잔존 세멘타이트 입자의 성장의 형태로 변태가 진행되며 변태 이후의 서냉시에는 이미 형성된 구형 입자가 Ostwald ripening과 유사한 과정을 거쳐 성장하게 되어 구상화 조직을 형성하게 된다.

상술한 방식에 의한 구상화 미세조직의 형성기구를 고찰하고자 한다. 일반적인 미세조직인 페라이트와 펄라이트로 구성된 소재를 이상 영역으로 가열하여 서냉에 의한 구상화 조직을 형성하는 것은 상술한 바와 같이, 페라이트와 펄라이트가 공존하는 상태에서 펄라이트는 모두 오스테나이트로 변태하고 페라이트의 일부 또한 오스테나이트로 변태하게 되므로, 가열온도에서 존재하는 상은 페라이트와 오스테나이트가 된다.

또한, 이때 생성되는 오스테나이트는 펄라이트가 존재하던 영역뿐 아니라 페라이트가 존재하던 영역 일부를 포함하기 때문에 이 온도에서의 페라이트 분율은 초기 조직의 경우 보다 작게되고, 펄라이트로부터 오스테나이트로 변태한 부위에 있어서는 모든 공석 세멘타이트가 용해되어 오스테나이트에 용융 상태로 존재하는 것이 아니라 일부 잔존하게 되어 구형의 세멘타이트로 잔류하게 된다. 따라서 이 때 생성된 오스테나이트에는 기존 펄라이트에서의 탄소량보다 낮은 농도의 탄소를 갖고 있다.

이러한 미세조직이 A1 온도에 이르면 오스테나이트가 다시 상온 조직으로 변태하게 되는데, 여기에서 주의해야 할 점은 오스테나이트가 다시 페라이트와 펄라이트로 변태하는 것이 아니라 모두 페라이트로 변태되면서 오스테나이트에 용융되어 있던 탄소는 펄라이트의 세멘타이트로 석출하기보다는 잔존되어 있던 세멘타이트 입자와 결합하여 세멘타이트 입자 크기의 성장에 기여하게 된다. 따라서 이 경 우에 관찰되는 미세조직은 페라이트와 구상화된 세멘타이트 입자로 이루어진다.

다음 단계는 서냉하여 상온까지 냉각하는 단계로서, 상대적으로 크기가 작은 세멘타이트 입자는 소멸되고 크기가 큰 입자만 계속적으로 성장하는 Ostwald ripening에 의한 구상화 입자의 성장이 이루어진다.

이와 같은 구상화 기구를 가열 단계에 따라 검토 해보면, 다음과 같다. 첫째 이상 영역의 온도까지 가열하는 과정에 있어서, 일반적으로 탄소강의 상온 미세조직은 주로 펄라이트 또는 펄라이트 + 페라이트로 구성되어 있다. 이러한 경우 높은 온도의 오스테나이트가 생성되는 온도까지 가열하는 경우, 가열 속도가 이상 영역의 온도에 도달했을 경우 나타나는 미세조직에 영향을 미친다.

본 발명은 선재의 제조공정시 제어압연과 극서냉을 적용하여 선재의 미세조직내에 구형 세멘타이트를 포함시킨 연질화 처리 생략이 가능한 중탄소 연질 선재와 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 일구현례로서, 중량%로, C: 0.3-0.7%, Si: 0.005-2.0%, Mn: 0.2-1.5%, Al: 0.03% 이하, P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직은 구형 세멘타이트를 포함한 페라이트, 페라이트 및 펄라이트 복합조직인 중탄소 연질 선재를 제공한다.

상기 선재는 Cr: 1.5% 이하, Mo: 0.5% 이하, Ni: 1.0% 이하 및 V: 0.5% 이하 중 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.

상기 선재는 구형 세멘타이트를 함유한 페라이트와 펄라이트 중 구형 세멘타이트를 함유한 페라이트의 면적분율이 30%이상인 것이 바람직하다.

상기 선재는 경도가 200Hv 이하인 것이 바람직하다.

상기 선재는 인장강도가 75kg/㎟ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명은 다른 구현례로서, 중량%로, C: 0.3-0.7%, Si: 0.005-2.0%, Mn: 0.2-1.5%, Al: 0.03% 이하, P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가 피한 불순물을 포함한 빌렛을 A3+100℃이상의 온도에서 오스테나이트화하는 단계; A1~A1+70℃에서 마무리 압연하는 단계; 및 상기 압연한 선재를 0.3℃/s 이하의 냉각속도로 A1-100℃ 이하로 냉각하는 단계를 포함하는 중탄소 연질 선재의 제조방법을 제공한다.

상기 선재는 Cr: 1.5% 이하, Mo: 0.5% 이하, Ni: 1.0% 이하 및 V: 0.5% 이하 중 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.

상기 냉각단계 후 5~20℃/s의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 선재의 신선 및 가공을 위한 연질화 공정을 생략 또는 단축하기 위하여, 선재의 제조단계에서 세멘타이트를 구상화하는 공정을 포함한 제조방법을 제공할 수 있다. 이를 통하여, 현재 일반적으로 25시간 이상 소요되는 구상화 공정을 수시간 이내로 단축함으로서 공정을 단순화하고 열처리로 인한 에너지를 저감할 수 있다.

본 발명은 선재의 제조단계에서 제어압연과 극서냉공정을 통하여, 선재의 미세조직내에 구형 세멘타이트를 확보하여 중탄소 연질 선재를 제공할 수 있으며, 이는 종래에 구상화공정에 투입된 시간을 최소화할 수 있으며, 종래의 구상화공정을 실시한 선재와 유사하거나 우수한 기계적 물성을 갖는 중탄소 선재를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 성분계에 대하여 설명한다.

C(탄소): 0.3-0.7(미만) 중량%

C 함량이 높아질수록 선재의 강도는 증가되나, 냉간 단조성이 떨어져 가공이 어렵게 되는 단점이 있다. C의 함량이 0.3 중량% 미만인 경우에는 선재 상태에서 소재의 강도가 낮아 연화 열처리를 거치지 않아도 충분히 냉간 단조 등의 가공을 용이하게 할 수 있다. C의 함량이 0.7 중량% 이상인 경우에는 세멘타이트의 구상화가 어려워지고 냉간 단조성이 현저하게 저하된다. 따라서, 상기 C의 함량은 0.3-0.7 중량%로 한정하는 것이 바람직하다.

Si(실리콘): 0.005-2.0 중량%

Si의 함량이 2.0 중량%를 초과하는 경우에는 강의 편석이 증가하여 선재 내,외부의 차이가 생기고 저온조직의 생성 우려가 있으며, 강의 고온강도가 증가하여 선재공정 중 선재압연시 롤의 부하가 많이 걸리게 된다. 또한 Si 함량 증가는 탄소의 활동도를 증가시켜 표면 탈탄을 조장하는데 이는 선재의 서냉 패턴 중 표면 탈탄의 원인이 될 수 있다. Si 함량의 하한치는 특별한 한정 이유를 갖지는 않으나 강도를 위해서 0.005 중량% 이상을 함유하는 것이 바람직하다.

Mn(망간): 0.2-1.5 중량%

Mn은 기지조직내에 치환형 고용체를 형성하여 고용강화하는 원소로서, 고강도 CHQ의 소입성 향상에 매우 유용한 원소이다. 단, Mn의 함량이 1.5 중량%를 초과하는 경우에는 고용강화 효과보다는 망간편석에 의한 조직 불균질이 선재특성에 더 유해한 영향을 미친다. 그리고, 강의 응고시 편석기구에 따라 거시편석과 미시편석이 일어나기 용이한데, 망간편석은 타원소에 비해 상대적으로 낮은 확산계수로 인해 편석대를 조장하고 이로인한 경화능 향상은 중심부 저온조직(core martensite)를 생성하는 주원인이 된다.

그리고, 상기 Mn의 함량이 0.2 중량% 미만인 경우에는 망간편석에 의한 편석대의 영향은 거의 없으나 고용강화에 의한 응력이완 개선효과는 기대하기 어려우며 MnS 개재물이 감소하게 된다. 따라서, 상기 Mn의 함량은 0.2-1.5 중량%로 한정하는 것이 바람직하다.

Al(알루미늄): 0.03 중량% 이하

Al은 강 중에 질소와 반응하여 AlN을 생성한다. 강중의 미세한 AlN은 오스테나이트 입계 성장을 방해하는 역할을 하여 압연을 통한 시드(seed) 생성에 유리하다. 그러나 Al 함량이 0.03 중량%를 초과하는 경우 과도한 Al₂0₃를 형성시켜 피로파 단의 원인을 제공할 수 있다.

P(인): 0.02 중량% 이하

P은 제조시 불가피하게 함유되는 원소이며, 인은 결정립계에 편석되어 인성을 저하시키고 지연파괴 저항성을 감소시키는 주요 원인이므로 가능한 한 낮게 제어하는 것이 바람직하며, 이론상 P의 함량을 0%로 제한하는 것이 가능하나, 제조공정상 필연적으로 첨가될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 상기 P의 함량의 상한은 0.02 중량%로 한정하는 것이 바람직하다. 경제성을 고려하여 그 상한을 0.015 중량%로 한정하는 것이 보다 바람직하다.

S: 0.02 중량% 이하

S는 제조시 불가피하게 함유되는 원소이며, 저융점 원소로 입계 편석되어 인성을 저하시키고 유화물을 형성시켜 지연파괴 저항성 및 응력이완 특성에 유해한 영향을 미치므로 그 함량을 최대한 억제하는 것이 바람직하다. 이론상 S의 함량을 0%로 제한하는 것이 가능하나, 제조공정상 필연적으로 첨가될 수 밖에 없다. 상한을 관리하는 것이 중요하며, 상기 S의 함량의 상한은 0.02중량%로 한정하는 것이 바람직하다.

그 밖에 함유되는 원소는 특별히 한정하지 않았지만 강의 특성에 따라 함유시킬 수 있다. 본 발명은 일구현례로서, Cr, Mo, Ni 및 V 중 1종 이상을 추가적으 로 포함할 수 있다.

Cr(크롬): 1.5 중량% 이하.

Cr은 세멘타이트의 형성을 조장하고 퍼얼라이트의 라멜라 간격을 작게 하는 특성이 있어 세멘타이트 구상화를 촉진시켜 단조성을 향상시킨다. 그러나 Cr의 함량이 1.5 중량%를 초과하는 경우 기계적 특성에 악형향을 미칠수 있어, 상기 Cr 함량의 상한은 1.5 중량%로 한정하는 것이 바람직하다.

Mo(몰리브덴): 0.5 중량% 이하

Mo는 템퍼링(Tempering)시 2차 강화효과가 있어서 강의 연화저항성 향상에 우수한 원소이다. 그러나 Mo의 함량이 0.5 중량%를 초과하는 경우에는 강도가 지나치게 상승하여 단조성에 악영향을 미치게 된다. 따라서, 상기 Mo 함량의 상한은 0.5 중량%로 한정하는 것이 바람직하다.

Ni(니켈): 1.0 중량% 이하

Ni은 소입성을 증가시키고 인성을 향상시키는데 유용한 원소이기 때문에 적정량이 함유되는 것은 바람직하나 1.0 중량%를 초과하는 경우에는 지나치게 강도가 향상되어 오히려 단조성이 악화될 수 있다. 따라서, 상기 Ni 함량의 상한은 1.0 중량%로 한정하는 것이 바람직하다.

V(바나듐): 0.5 중량% 이하

상기 V은 연화저항성 개선원소로, 그 함량이 0.5 중량% 이하인 경우에는 모재 내 바나듐계 또는 니오븀계 석출물들로 인해 비확산성 수소 트랩사이트로의 역할을 수행하고 지연파괴 저항성 개선효과를 기대할 수 있으며, 석출강화를 통한 연화저항성에 대한 개선효과를 기대할 수 있다. 그러나, 그 함량이 0.5 중량%를 초과하는 경우에는 석출물들에 의한 지연파괴 저항성 및 연화저항성에 대한 개선효과가 포화되고 오스테나이트 열처리시 모재에 용해되지 않은 조대한 합금 탄화물이 증가하여 비금속 개재물과 같은 작용을 하기 때문에 피로특성의 저하를 초래하는 문제 점이 있다.

상기와 같은 성분계를 만족하는 연질 선재를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

중탄소 선재를 신선 및 가공하기 위하여는 선재를 연질화하여야 가공성을 높일 수 있다. 본 발명은 연질화 공정으로서 실시하는 구상화공정을 선재의 제조단계에서 실시하는 것이며, 이를 통하여 선재의 제조단계에서 펄라이트내의 세멘타이트의 일부 또는 전체를 구상화시켜 이후의 연화 열처리 공정을 생략 또는 단축할 수 있는 방법을 제공한다.

상기 성분계를 만족하는 주편을 A3+100℃이상의 온도로 가열하여 그 미세조 직을 오스테나이트화한다. 단, 상기 미세조직에는 일부 페라이트가 더불어 포함될 수 있다. 상기 오스테나이트화 단계의 온도의 상한은 한정되는 것은 아니나, 공정설비를 고려하여 한정될 수 있다.

본 발명은, 상기 오스테나이트화 단계를 거친 빌렛을 A1~A1+70℃에서 압연한 후 A1-100℃ 이하까지 0.3℃/s 이하의 냉각속도로 극서냉한다. 압연에 의하여 조직내에 스트레인을 유발시켜 dislocation density가 높아지게 되며 이로 인해 A1 온도를 지날 때 펄라이트가 생성되자마자 성장을 방지하고 분절되도록 유도하며, 세멘타이트의 구상화를 유도할 수 있다. 압연온도가 A1 온도에 근접할수록 오스테나이트 입내에 dislocation 밀도가 증가하게 되어 구상화율이 증가한다.

일반적인 중탄소강의 750℃에서의 제어압연 전후의 미세조직을 도4 및 5를 통하여 확인할 수 있다. 도4는 제어압연 전의 미세조직을 나타내고, 도5는 제어압연 후의 미세조직을 나타낸다. 상기 압연한 선재를 0.3℃/s 이하의 냉각속도로 A1-100℃ 이하까지 냉각하는데, 극서냉에 의하여, 구형 세멘타이트의 성장을 촉진시킬 수 있다. 비록 압연온도를 A1 온도 근처에 내려서 압연한다 하더라도 임계 냉각속도 이상이 되면 반응속도론 적으로 펄라이트 생성이 안정화하게 된다. 즉 분절된 세멘타이트가 구형으로 성장할 수 있게 하기 위해서는 충분히 늦은 냉각속도를 유지하여야 하며 본 발명에서는 0.3℃/s 이하의 냉각속도로 한정하고 있다.

본 발명은 상기 냉각단계 후 상온까지 최종 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 최종냉각단계의 냉각속도가 5~20℃/s인 것이 바람직하다.

상기와 같은 제조방법에 의하여 제조된 선재의 미세조직은 구형 세멘타이트를 함유한 페라이트, 페라이트 및 펄라이트를 포함한다. 상기 페라이트는 세멘타이트를 포함하지 않는 페라이트를 의미한다. 또한, 여기서, 구형 세멘타이트를 함유한 페라이트와 펄라이트 중 구형 세멘타이트를 함유한 페라이트의 면적분율이 30%이상인 것이 바람직하다. 구형 세멘타이트는 애스팩트비(Aspect ratio)가 1~2.5인 구형 세멘타이트를 50%이상 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 미세조직을 갖는 선재의 경도는 200Hv 이하이고 인장강도는 75kg/㎟ 이하이다. 본 발명은 구상화시간을 획기적으로 단축할 수 있으며, 상기 기계적 물성을 갖는 연질 선재를 제공할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.

(실시예)

(종래예)

중량%로, C: 0.35%, Mn: 0.7%, Si: 0.2%, Cr: 1.0%, Mo: 0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 선재를 오스테나이트화 후 A1~A3 온도에서 일정 시간을 유지하여 세멘타이트를 분절시킨 다음 극서냉하여 A1온도을 통과하는 구상화 처리를 하였다. 전체 열처리 시간은 약 22~30시간이 소요되었다. 종래예에 해당하는 선재의 온도변화는 도1을 통하여 확인할 수 있다.

(발명예1 및 비교예1 내지 9)

상기와 같은 성분계를 만족하는 선재를 A3+100℃ 이상의 온도에서 오스테나이트화한 후에 선재를 하기 표1과 같이, 820 및 880℃에서 사상압연을 실시한 후 0.1, 0.5, 1, 3 및 10℃/s의 속도로 냉각한 후 그 경도를 측정하여 하기 표1에 나타내었다. 또한, 발명예1 및 비교예1 내지 9의 미세조직을 관찰하여 그 사진을 도2에 나타내었으며, 압연온도, 냉각속도 및 경도의 상관관계를 나타낸 그래프를 도3에 나타내었다.

구분	압연온도(℃)	냉각속도(℃/s)	경도(Hv)
발명예1	820	0.1	174
비교예1	820	0.5	239
비교예2	820	1	265
비교예3	820	3	367
비교예4	820	10	374
비교예5	880	0.1	172
비교예6	880	0.5	229
비교예7	880	1	265
비교예8	880	3	435
비교예9	880	10	443

압연온도가 상이하더라도 냉각속도가 동일한 경우에는 유사한 경도값을 내었다. 그러나, 도2를 보면, 820℃에서 압연하는 경우에 880℃에서 압연한 경우보다 세멘타이트의 구상화분율이 증가됨을 확인할 수 있으며, 냉각속도가 늦어짐에 따라 펄라이트의 생성이 억제되고 구형 세멘타이트 및 페라이트의 분율이 증가됨을 확인할 수 있다.

냉각속도가 0.3℃/s 이하로 실시된 발명예1은 경도가 낮게 측정되었으며, 구상화율도 높았다. 반면에, 비교예1 내지 4는 압연온도는 본 발명이 의도하고자하는 압연온도의 범위를 만족하지만 냉각속도가 높아서 경도값이 높게 측정되고, 구상화율도 저하되었음을 도2를 통하여 확인할 수 있다. 비교예5는 냉각속도는 본 발명이 의도하고자하는 범위를 만족하지만 압연온도가 높아서, 경도가 172Hv임에도 불구하고, 구상화율이 저하됨을 도2를 통하여 확인할 수 있다.

그리고, 비교예6은 압연온도 및 냉각속도가 본 발명이 의도하고자 하는 범위를 상회한다. 그러나 냉각속도가 크게 빠르지 않아서 경도가 229Hv로 측정되었다. 다만, 압연온도가 높아서 구상화율이 저하됨을 도2를 통하여 확인할 수 있다. 비교예 7 내지 9는 압연온도 및 냉각속도가 본 발명이 의도하고자 하는 범위를 상회하여, 경도가 높게 측정되고, 구상화율이 저하됨을 도2를 통하여 확인할 수 있다.

도1은 종래의 구상화처리 공정에 따른 온도변화를 나타내는 그래프이다.

도2는 발명예1 및 비교예1 내지 9의 미세조직을 관찰한 사진이다.

도3은 냉각속도, 압연온도 및 경도의 상관관계를 나타내는 그래프이다.

도4는 중탄소강을 제어압연하기 전의 미세조직을 관찰한 사진이다.

도5는 중탄소강을 750℃에서 제어압연한 후의 미세조직을 관찰한 사진이다.

Claims (8)

1. 중량%로, C: 0.3-0.7%, Si: 0.005-2.0%, Mn: 0.2-1.5%, Al: 0.03% 이하, P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 구형 세멘타이트를 함유한 페라이트, 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 중탄소 연질 선재.
2. 제1항에 있어서, 상기 선재는 Cr: 1.5% 이하, Mo: 0.5% 이하, Ni: 1.0% 이하 및 V: 0.5% 이하 중 1종 이상을 추가로 포함하는 중탄소 연질 선재.
3. 제1항에 있어서, 상기 선재는 구형 세멘타이트를 함유한 페라이트와 펄라이트 중 구형 세멘타이트를 함유한 페라이트의 면적분율이 30%이상인 중탄소 연질 선재.
4. 제1항에 있어서, 상기 선재는 경도가 200Hv 이하인 중탄소 연질 선재.
5. 제1항에 있어서, 상기 선재는 인장강도가 75kg/㎟ 이하인 중탄소 연질 선재.
6. 중량%로, C: 0.3-0.7%, Si: 0.005-2.0%, Mn: 0.2-1.5%, Al: 0.03% 이하, P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한 빌렛을 A3+100℃이상의 온도에서 오스테나이트화하는 단계;

   A1~A1+70℃에서 마무리 압연하는 단계; 및

   상기 압연한 선재를 0.3℃/s 이하의 냉각속도로 A1-100℃ 이하로 냉각하는 단계를 포함하는 중탄소 연질 선재의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 선재는 Cr: 1.5% 이하, Mo: 0.5% 이하, Ni: 1.0% 이하 및 V: 0.5% 이하 중 1종 이상을 추가로 포함하는 중탄소 연질 선재의 제조방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 냉각단계 후 5~20℃/s의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계를 더 포함하는 중탄소 연질 선재의 제조방법.

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