KR20170056059A

KR20170056059A - 냉간가공성이 우수한 비조질 선재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20170056059A
Application number: KR1020150158814A
Authority: KR
Inventors: 문동준; 이상윤; 허용관; 김하늬
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2015-11-12
Publication date: 2017-05-23
Also published as: JP2018537584A; US10889876B2; KR101758470B1; WO2017082687A8; JP6605141B2; DE112016005223T5; WO2017082687A1; US20180298464A1; MX2018005059A; CN108350549A; CN108350549B

Abstract

중량%로, C: 0.15~0.30%, Si: 0.05~0.3%, Mn: 1.0~2.0%, Cr: 0.5% 이하(0% 제외), P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, sol.Al: 0.01~0.05%, Nb: 0.005~0.02%, V: 0.05~0.2%, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 선재의 직경 방향으로 1/2d 위치(여기서, d는 선재의 직경을 의미하며, 이하 동일함) 및 1/4d 위치에서 측정한 선재의 경도를 각각 Hv,_1/2d(Hv), Hv,_1/4d(Hv)라고 할 때, 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 비조질 선재와 이를 제조하는 방법이 개시된다.
[관계식 1]
(Hv,_1/2d+Hv,_1/4d)/2 ≤ 240
[관계식 2]
Hv,_1/2d/Hv,_1/4d ≤ 1.2

Description

냉간가공성이 우수한 비조질 선재 및 그 제조방법{NON-QUENCHED AND TEMPERED WIRE ROD HAVING EXCELLENT COLD WORKABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 냉간가공성이 우수한 비조질 선재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 자동차용 소재 또는 기계 부품용 소재로서 사용하기에 적합한 냉간가공성이 우수한 비조질 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

냉간 가공 방법은 열간 가공 방법이나 기계 절삭 가공 방법과 비교할 때, 생산성이 우수할 뿐만 아니라, 열처리 비용 절감의 효과가 크기 때문에, 볼트, 너트 등의 기계 부품 제조에 널리 사용되고 있다.

다만, 상기와 같이 냉간 가공 방법을 이용하여 기계 부품을 제조하기 위해서는 본질적으로 강재의 냉간 가공성이 우수할 것이 요구되며, 보다 구체적으로는 냉간 가공시 변형 저항이 낮으며, 연성이 우수할 것이 요구된다. 왜냐하면 강의 변형 저항이 높을 경우 냉간 가공시 사용하는 공구의 수명이 저하되며, 강의 연성이 낮을 경우 냉간 가공시 분열이 발생하기 쉬워 불량품 발생의 원인이 되기 때문이다.

이에 따라, 통상적인 냉간 가공용 강재는 냉간 가공 전 구상화 소둔 열처리를 거치게 된다. 구상화 소둔 열처리시 강재가 연화되어 변형 저항이 감소하고, 연성이 향상되어 냉간 가공성이 향상되기 때문이다. 그런데, 이 경우 추가 비용이 발생하고, 제조 효율이 저하되기 때문에, 추가 열처리 없이도 우수한 냉간 가공성을 확보할 수 있는 비조질 선재의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 여러 목적 중 하나는, 추가 열처리 없이도 우수한 강도 및 냉간가공성을 확보할 수 있는 비조질 선재와 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 중량%로, C: 0.15~0.30%, Si: 0.05~0.3%, Mn: 1.0~2.0%, Cr: 0.5% 이하(0% 제외), P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, sol.Al: 0.01~0.05%, Nb: 0.005~0.02%, V: 0.05~0.2%, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 선재의 직경 방향으로 1/2d 위치(여기서, d는 선재의 직경을 의미하며, 이하 동일함) 및 1/4d 위치에서 측정한 선재의 경도를 각각 Hv,_1/2d(Hv), Hv,_1/4d(Hv)라고 할 때, 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 비조질 선재를 제공한다.

[관계식 1]

(Hv,_1/2d+Hv,_1/4d)/2 ≤ 240

[관계식 2]

Hv,_1/2d/Hv,_1/4d ≤ 1.2

또한, 본 발명의 다른 일 측면은, 중량%로, C: 0.15~0.30%, Si: 0.05~0.3%, Mn: 1.0~2.0%, Cr: 0.5% 이하(0% 제외), P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, sol.Al: 0.01~0.05%, Nb: 0.005~0.02%, V: 0.05~0.2%, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 탄소당량(Ceq)이 0.5 이상 0.6 이하이며, 하기 관계식 3 및 4를 만족하는 블룸(bloom)을 1200~1300℃의 가열 온도로 가열 후, 강편 압연하여 빌렛(billet)을 얻는 단계, 상기 빌렛을 1050~1250℃의 재가열 온도로 재가열 후, 마무리 압연온도 Ae3~(Ae3+50)℃의 조건 하 선재 압연하여 선재를 얻는 단계, 및 상기 선재를 권취 후, 냉각하는 단계를 포함하는 비조질 선재의 제조방법을 제공한다.

[관계식 3]

7.35[C] + 1.88[Mn] + 0.34[Cr] + 0.25[Nb] + 0.47[V] ≤ 4.5

[관계식 4]

0.5 ≤ 10[Nb]/[V] ≤ 2.0

(여기서, [C], [Mn], [Cr], [Nb] 및 [V] 각각은 해당 원소의 함량(%)을 의미함)

덧붙여, 상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점 및 효과는 하기의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 구상화 소둔 열처리를 생략하더라도 냉간 가공시 변형 저항을 충분히 억제할 수 있는 비조질 선재를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 측면인 냉간가공성이 우수한 비조질 선재에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자들은 신선 가공 후 소정의 강도를 가지면서도 우수한 냉간가공성을 확보할 수 있는 선재를 제공하기 위하여 다양한 각도에서 검토하였으며, 그 결과, 선재의 평균 경도와 선재의 중심편석부 및 비편석부의 경도비를 적절히 제어함으로써, 신선가공 후 소정의 강도를 가지면서도 냉간가공성이 열화되지 않는 선재를 제공할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 선재는, 선재의 직경 방향으로 1/2d 위치(여기서, d는 선재의 직경을 의미하며, 이하 동일함) 및 1/4d 위치에서 측정한 선재의 경도를 각각 Hv,_1/2d(Hv), Hv,_1/4d(Hv)라고 할 때, 하기 관계식 1 및 2를 만족한다. 하기 관계식 1을 만족하지 않을 경우, 신선 가공 후 강도가 지나치게 커져 냉간가공성이 열화될 수 있으며, 하기 관계식 2를 만족하지 않을 경우, 신선 가공 후 냉간 단조시 선재 내부에 균열이 발생할 수 있으며, 이에 따라 냉간가공성이 열화될 수 있다.

[관계식 1]

(Hv,_1/2d+Hv,_1/4d)/2 ≤ 240

[관계식 2]

Hv,_1/2d/Hv,_1/4d ≤ 1.2

상기 관계식 1 및 2를 만족시키기 위하여, 본 발명의 선재는 아래와 같은 합금조성 및 성분범위를 가질 수 있다. 후술하는 각 성분의 함량은 특별히 언급하지 않는 한, 모두 중량 기준임을 미리 밝혀둔다.

먼저, 비조질 선재의 합금조성 및 성분범위에 대하여 상세히 설명한다.

C: 0.15~0.30%

탄소는 선재의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 0.15% 이상 포함되는 것이 바람직하며, 0.16% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 강의 변형 저항이 급증하며, 이로 인해 냉간가공성이 열화되는 문제가 있다. 따라서, 상기 탄소 함량의 상한은 0.3%인 것이 바람직하고, 0.29%인 것이 보다 바람직하다.

Si: 0.05~0.3%

실리콘은 탈산제로서 유용한 원소이다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 0.05% 이상 포함되는 것이 바람직하고, 0.06% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 고용강화에 의해 강의 변형 저항이 급증하며, 이로 인해 냉간가공성이 열화되는 문제가 있다. 따라서, 상기 실리콘 함량의 상한은 0.3%인 것이 바람직하고, 0.25%인 것이 보다 더 바람직하다.

Mn: 1.0~2.0%

망간은 탈산제 및 탈황제로서 유용한 원소이다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 1.0% 이상 포함되는 것이 바람직하고, 1.1% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 강 자체의 강도가 지나치게 높아져 강의 변형 저항이 급증하며, 이로 인해 냉간가공성이 열화되는 문제가 있다. 따라서, 상기 망간 함량의 상한은 2.0%인 것이 바람직하고, 1.8%인 것이 보다 바람직하다.

Cr: 0.5% 이하(0% 제외)

크롬은 열간압연시 페라이트 및 펄라이트 변태를 촉진시키는 역할을 한다. 또한, 강 자체의 강도를 필요 이상으로 높이지 않으면서도, 강 중 탄화물을 석출시켜 고용 탄소량을 저감시켜, 고용 탄소에 의한 동적 변형 시효의 감소에 기여한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 강 자체의 강도가 지나치게 높아져 강의 변형 저항이 급증하며, 이로 인해 냉간가공성이 열화되는 문제가 있다. 상기 크롬 함량은 0.5% 이하(0% 제외)인 것이 바람직하고, 0.05~0.45%인 것이 보다 바람직하다.

P: 0.02% 이하

인은 불가피하게 함유되는 불순물로써, 결정립계에 편석되어 강의 인성을 저하시키고, 지연 파괴 저항성을 감소시키는데 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이론상 인의 함량은 0%로 제어하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 인의 함량의 상한을 0.02%로 관리한다.

S: 0.02% 이하

황은 불가피하게 함유되는 불순물로써, 결정립계에 편석되어 강의 연성을 크게 저하시키고, 강 중 유화물을 형성하여 지연 파괴 저항성 및 응력 이완 특성을 열화시키는데 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이론상 황의 함량은 0%로 제어하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 황의 함량의 상한을 0.02%로 관리한다.

sol.Al: 0.01~0.05%

가용 알루미늄은 탈산제로서 유용하게 작용하는 원소 이다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 0.01% 이상 포함되는 것이 바람직하고, 0.015% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하며, 0.02% 이상 포함되는 것이 보다 더 바람직하다. 다만, 그 함량이 0.05%를 초과할 경우 AlN 형성에 의한 오스테나이트 입도 미세화 효과가 커지게 되어 냉간가공성이 저하된다. 따라서 본 발명에서는 상기 가용 알루미늄 함량의 상한을 0.05%로 관리한다.

Nb: 0.005~0.02%

니오븀은 탄질화물을 형성하여 오스테나이트 및 페라이트의 입계 이동을 제한하는 역할을 하는 원소로서 0.005% 이상 함유한다. 하지만, 상기 탄질화물은 파괴 기점으로 작용하여 충격인성 특히, 저온 충격인성을 저하시킬 수 있으므로 역시 용해도 한계를 지켜 첨가하는 것이 바람직하다. 더욱이, 그 함량이 과다할 경우, 고용한계를 넘게 되어 조대한 석출물을 형성하는 문제가 있다. 따라서, 그 함량은 0.02% 이하로 제한하는 것이 바람직하고, 0.018% 이하로 제한하는 것이 보다 바람직하다.

V: 0.05~0.2%

바나듐은 니오븀과 마찬가지로 탄질화물을 형성하여 오스테나이트 및 페라이트의 입계 이동을 제한하는 역할을 하는 원소로서 0.05% 이상 함유한다. 다만, 상기 탄질화물은 파괴 기점으로 작용하여 충격인성 특히, 저온 충격인성을 저하시킬 수 있으므로, 용해도 한계(solubility limit)를 지켜 첨가하는 것이 바람직하다. 따라서, 그 함량은 0.2% 이하로 제한하는 것이 바람직하고, 0.18% 이하로 제한하는 것이 보다 바람직하다.

N: 0.01% 이하

질소는 불가피하게 함유되는 불순물로써, 그 함량이 과다할 경우, 고용 질소량이 증가하여 강의 변형 저항이 급증하며, 이로 인해 냉간가공성이 열화되는 문제가 있다. 이론상 질소의 함량은 0%로 제어하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 질소의 함량의 상한을 0.01%로 관리하는 것이 바람직하고, 0.008%로 관리하는 것이 보다 바람직하며, 0.007%로 관리하는 것이 보다 더 바람직하다.

상기 합금조성 외 잔부는 철(Fe)이다. 뿐만 아니라, 본 발명의 비조질 선재는 통상 강의 공업적 생산 과정에서 포함될 수 있는 기타의 불순물을 포함할 수 있다. 이러한 불순물들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 알 수 있는 내용이므로 본 발명에서 특별히 그 종류와 함량을 제한하지는 않는다.

다만, Ti는 본 발명의 효과를 얻기위해 그 함량을 최대한 억제하여야 하는 대표적인 불순물에 해당하기 때문에, 이에 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

Ti: 0.005% 이하

타이타늄은 탄질화물 형성원소로써, Nb 및 V보다 높은 온도에서 탄질화물을 형성한다. 따라서, 강 중 타이타늄이 포함될 경우 비록 C 및 N의 고정에는 유리할 수 있으나, Ti 탄질화물을 핵으로 하여 Nb 및/또는 V가 석출되어 기지 내에 조대한 탄질화물이 다량 형성됨으로써 냉간 가공성이 열화될 수 있다. 따라서, 그 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 타이타늄의 함량의 상한을 0.005%로 관리하는 것이 바람직하고, 0.004%로 관리하는 것이 보다 바람직하다.

일 예에 따르면, 본 발명의 선재의 탄소당량(Ceq)은 0.5 이상 0.6 이하일 수 있다. 여기서, 탄소당량(Ceq)은 하기 식 1에 의해 정의될 수 있다. 만약, 탄소당량(Ceq)이 0.5 미만이거나, 0.6을 초과하는 경우 목표 강도 확보가 어려울 수 있다.

[식 1]

Ceq = [C] + [Si]/9 + [Mn]/5 + [Cr]/12

(여기서, [C], [Si], [Mn] 및 [Cr] 각각은 해당 원소의 함량(%)을 의미함)

일 예에 따르면, C, Mn, Cr, Nb 및 V의 함량은 하기 관계식 3을 만족할 수 있다. 만약, 하기 관계식 3을 만족하지 않을 경우, 중심부 편석으로 인해 선재의 중심편석부 및 비편석부의 경도차가 급증하며, 이에 따라 냉간 단조 가공시 내부 크랙 발생 가능성이 현저히 증가하여 냉간가공성이 열화될 우려가 있다.

[관계식 3]

7.35[C] + 1.88[Mn] + 0.34[Cr] + 0.25[Nb] + 0.47[V] ≤ 4.5

일 예에 따르면, Nb 및 V의 함량은 하기 관계식 4를 만족할 수 있다. 본 발명자들은 관계식 4를 만족할 경우 조대한 Nb 및 V 복합 탄질화물의 형성이 억제됨을 확인하였다. 만약, Nb 및 V의 함량이 하기 관계식 4를 만족하지 않을 경우 빌렛 재가열시 Nb, V 탄질화물이 충분히 고용되지 않고 선재 제조 공정중에 기지 내에 조대하게 석출되어 냉간 가공성이 열화될 우려가 있다.

[관계식 4]

0.5 ≤ 10[Nb]/[V] ≤ 2.0

(여기서, [Nb] 및 [V] 각각은 해당 원소의 함량(%)을 의미함)

일 예에 따르면, 상기 비조질 선재는 Nb 및/또는 V를 포함하는 탄질화물을 포함하며, 상기 탄질화물의 평균 원상당 직경(equivalent circular diameter)은 70nm 이하일 수 있다. 만약, 탄질화물의 평균 원상당 직경이 70nm를 초과할 경우 중심 편석부에서 이러한 탄질화물들이 파괴의 기점으로 작용할 우려가 있다. 여기서, 탄질화물이란 탄소 및/또는 질소를 포함하는 석출물을 의미한다.

일 예에 따르면, 상기 Nb 및/또는 V를 포함하는 탄질화물 중 평균 원상당 직경 80nm 이상인 탄질화물의 단위 면적 당 개수가 5개/μm² 이하일 수 있다. 만약, 평균 원상당 직경 80nm 이상인 탄질화물의 단위 면적 당 개수가 5개/μm²를 초과할 경우, 목표하는 냉간 가공성 확보가 어려울 수 있다.

한편, 본 발명에서는 Nb 및/또는 V를 포함하는 탄질화물의 평균 원상당 직경 등을 측정하는 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 다음과 같은 방법을 이용할 수 있다. 즉, 비조질 선재를 길이 방향과 수직한 방향으로 절단한 후, 주사전자현미경(FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope)을 이용해 1/4d 위치(여기서, d는 비조질 선재의 직경을 의미함)에서 1,000배율로 단면 사진을 촬영하고, 전자 탐침 미량 분석기(EPMA, Electron Probe Micro-Analyzer)를 이용하여 각각의 석출물의 조성을 분석하여 그 종류를 구분한 후, 이를 분석하여 Nb 및/또는 V를 포함하는 탄질화물의 평균 원상당 직경, 평균 원상당 직경 80nm 이상인 조대 탄질화물의 개수를 산출할 수 있다.

일 예에 따르면, 본 발명의 선재는 그 미세조직으로 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pearlite)를 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는, 면적분율로 30% 이상(100% 제외)의 페라이트(ferrite) 및 70% 이하(0% 제외)의 펄라이트(pearlite)를 포함할 수 있다. 상기와 같은 조직을 확보할 경우, 우수한 냉간가공성 확보와 더불어 적절한 신선가공 후 우수한 강도를 확보할 수 있는 장점이 있다.

또한, 일 예에 따르면, 상기 페라이트의 평균입경은 5~25㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 10~20㎛일 수 있다. 상기 페라이트의 평균입경이 5㎛ 미만일 경우 입계 미세화에 의해 강도가 증가하여 냉간가공성이 감소할 우려가 있으며, 반면 25㎛를 초과할 경우 강도가 감소할 우려가 있다.

한편, 함께 형성되는 펄라이트의 평균입경은 상기 페라이트의 평균입경에 영향을 받기 때문에 특별히 제한하지 않는다. 이때, 상기 평균입경은, 선재의 길이 방향 일 단면을 관찰하여 검출한 입자들의 평균 원 상당 직경(equivalent circular diameter)을 의미한다.

일 예에 따르면, 본 발명의 선재는 선재 상태에서 단면감소율(RA)이 70% 이상으로 연성이 매우 우수한 장점이 있다.

일 예에 따르면, 본 발명의 선재를 5~25%의 신선 가공량(D)으로 신선가공시, 신선가공 후 선재의 경도는 하기 관계식 5를 만족할 수 있다. 만약, 신선가공 후 선재의 경도가 관계식 5를 만족하지 않을 경우, 가공경화에 의한 강도 상승이 매우 커져서 냉간가공성이 급격하게 저하될 수 있다.

[관계식 5]

Hv,₁-10 ≤ (Hv,_D,_1/2d+Hv,_D,_1/4d)/2 ≤ Hv,₁+10

(여기서, Hv,₁은 "(Hv,_1/2D+Hv,_1/4D)/2+85.45×{1-exp(-D/11.41)}"를 의미하고, Hv,_D,_1/2d, Hv,_D,_1/4d 각각은 신선가공 후 선재의 직경 방향으로 1/2d 위치 및 1/4d 위치에서 측정한 선재의 경도를 의미함)

이상에서 설명한 본 발명의 신선용 선재는 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 그 제조방법은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 일 구현예로써 다음과 같은 방법에 의해 제조될 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 일 측면인 냉간가공성이 우수한 비조질 선재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 상기 성분계를 만족하는 블룸(bloom)을 가열 후, 강편 압연하여 빌렛(billet)을 얻는다.

블룸(bloom)의 가열 온도는 1200~1300℃인 것이 바람직하고, 1220~1280℃인 것이 보다 바람직하다. 블룸의 가열 온도가 1200℃ 미만일 경우 열간 변형 저항이 증가할 우려가 있으며, 반면, 1300℃를 초과할 경우 오스테나이트의 조대화로 인해 연성이 열화할 우려가 있다.

일 예에 따르면, 블룸의 가열시, 가열 온도에서의 유지 시간은 4시간 이상일 수 있다. 만약, 그 유지 시간이 4시간 미만일 경우 균질화 처리가 충분치 못할 우려가 있다. 한편, 가열 온도에서의 유지 시간이 길수록 균질화에 유리하여 편석의 저감에 유리한 바, 본 발명에서는 그 유지 시간의 상한에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.

다음으로, 상기 빌렛(billet)을 재가열 후, 선재 압연하여 비조질 선재를 얻는다.

빌렛의 재가열 온도는 1050~1250℃인 것이 바람직하고, 1100~1200℃인 것이 보다 바람직하다. 만약, 빌렛의 재가열 온도가 1050℃ 미만일 경우, 열간 변형 저항이 증가하여 생산성의 저하를 가져 올 우려가 있으며, 반면, 가열 온도가 1250℃를 초과할 경우, 페라이트 결정립이 지나치게 조대해져 연성이 저하될 우려가 있다.

일 예에 따르면, 빌렛의 재가열시, 재가열 온도에서의 유지 시간은 80분 이상일 수 있다. 만약, 그 유지 시간이 80분 미만일 경우 균질화 처리가 충분치 못할 우려가 있다. 한편, 재가열 온도에서의 유지 시간이 길수록 편석 조장 원소들의 균질화에 유리한 바, 본 발명에서는 그 유지 시간의 상한에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.

선재 압연시, 마무리 압연온도는 Ae3~(Ae3+50)℃인 것이 바람직하다. 만약, 마무리 압연온도가 Ae3 미만인 경우 페라이트 결정립 미세화에 의한 강도 상승으로 변형 저항이 증가할 우려가 있으며, 반면, Ae3+50℃를 초과하는 경우 페라이트 결정립이 지나치게 조대해져 인성이 저하될 우려가 있다.

이후, 상기 비조질 선재를 권취한 후, 냉각한다.

비조질 선재의 권취온도는 750~900℃일 수 있고, 보다 바람직하게는 800~850℃일 수 있다. 만약, 권취온도가 750℃ 미만인 경우에는 냉각시 발생한 표층부의 마르텐사이트가 복열에 의해 회복되지 않고, 소려 마르텐사이트가 생성되어 딱딱하고 무른 강이 되기 때문에 냉간가공성이 저하될 우려가 있다. 반면, 권취온도가 900℃를 초과하는 경우 그 표면에 두꺼운 스케일이 형성되어 탈스케일시 트러블이 발생하기 쉬울 뿐만 아니라, 냉각시간이 길어져 생산성이 저하될 우려가 있다.

비조질 선재의 냉각시 냉각속도는 0.1~1℃/sec일 수 있고, 바람직하게는 0.3~0.8℃/sec 이하일 수 있다. 이는 안정적으로 페라이트 및 펄라이트 복합조직을 형성하기 위함으로, 만약, 냉각속도가 0.1℃/sec 미만일 경우 펄라이트 조직의 라멜라 간격이 넓어져 연성이 부족할 우려가 있으며, 1℃/sec를 초과할 경우 페라이트 분율이 부족하여 냉간가공성이 열화될 우려가 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.

( 실시예 )

하기 표 1과 같은 합금조성을 갖는 블룸(bloom)을 1250℃에서 5시간 가열한 후, 1150℃의 마무리 압연 온도 조건으로 강편압연하여 빌렛(billet)을 얻었다. 이후, 상기 빌렛(billet)을 1150℃에서 2시간 재가열한 후, 선경 20mm로 선재 압연 하여 비조질 선재를 제조하였다. 이때, 마무리 압연온도는 850℃에서 실시하였고, 이후, 800℃의 온도에서 권취한 후, 0.5℃/sec의 속도로 냉각하였다. 이후, 주사전자현미경을 이용해 냉각된 선재의 미세조직을 관찰하고, 탄질화물의 원상당 직경 등을 산출한 후, 직경 방향으로 1/2d 위치 및 1/4d 위치에서 경도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

또한, 냉각된 선재의 냉간가공성을 평가하여 하기 표 2에 함께 나타내었다. 냉간가공성 평가는 노치압축시편을 진변형 0.7의 압축 시험을 실시하여 균열 발생 유무로 평가하였으며, 균열이 발생하지 않을 경우 "GO", 균열이 발생한 경우, "NG"로 평가하였다.

강종	합금 성분(중량%)											①	②	③
강종	C	Si	Mn	P	S	Cr	Al	Nb	V	N	Ti	①	②	③
발명강1	0.16	0.16	1.45	0.011	0.0042	0.41	0.03	0.009	0.12	0.0045	0.003	0.50	4.10	0.75
발명강2	0.18	0.17	1.41	0.010	0.0055	0.35	0.02	0.012	0.15	0.0044	0.004	0.51	4.17	0.8
발명강3	0.19	0.18	1.38	0.012	0.0053	0.31	0.04	0.010	0.11	0.0042	0.001	0.51	4.15	0.91
발명강4	0.21	0.14	1.42	0.011	0.0061	0.25	0.03	0.011	0.13	0.0053	0.002	0.53	4.36	0.85
발명강5	0.24	0.17	1.37	0.012	0.0043	0.23	0.04	0.009	0.11	0.0052	0.003	0.55	4.47	0.82
발명강6	0.27	0.18	1.26	0.011	0.0057	0.16	0.03	0.008	0.10	0.0048	0.002	0.56	4.46	0.80
발명강7	0.28	0.21	1.20	0.010	0.0052	0.14	0.02	0.009	0.08	0.0040	0.004	0.56	4.40	1.13
발명강8	0.29	0.19	1.17	0.011	0.0064	0.13	0.03	0.008	0.07	0.0037	0.001	0.56	4.41	1.14
비교강1	0.15	0.18	1.75	0.010	0.0055	0.21	0.03	0.007	0.17	0.0055	0.015	0.54	4.55	0.41
비교강2	0.17	0.17	1.68	0.012	0.0062	0.19	0.02	0.006	0.13	0.0053	0.012	0.54	4.54	0.46
비교강3	0.18	0.15	1.63	0.013	0.0053	0.23	0.04	0.002	0.20	0.0047	0.010	0.54	4.56	0.1
비교강4	0.22	0.16	1.59	0.010	0.0062	0.17	0.03	0.007	0.16	0.0045	0.008	0.57	4.74	0.44
비교강5	0.26	0.17	1.52	0.011	0.0063	0.25	0.04	0.005	0.12	0.0052	0.007	0.61	4.91	0.42
비교강6	0.28	0.18	1.48	0.012	0.0051	0.27	0.02	0.002	0.07	0.0046	0.004	0.62	4.97	0.29
비교강7	0.32	0.20	1.32	0.011	0.0059	0.29	0.03	0.002	0.06	0.0048	0.003	0.63	4.96	0.33
비교강8	0.35	0.22	1.24	0.010	0.0047	0.31	0.02	0.001	0.05	0.0054	0.006	0.65	5.03	0.2
여기서, ①=[C]+[Si]/9+[Mn]/5+[Cr]/12이고, ②=7.35[C]+1.88[Mn]+0.34[Cr]+0.25[Nb]+0.47[V]이며, ③=10[Nb]/[V]이며, 상기 [C], [Si], [Mn], [Cr], [Nb] 및 [V] 각각은 해당 원소의 함량(중량%)을 의미함

강종	미세조직	페라이트 분율(면적%)	페라이트 평균입경(㎛)	①	②	냉간 가공성
발명강1	페라이트+펄라이트	55.4	14	214.2	1.04	GO
발명강2	페라이트+펄라이트	52.8	13	230.0	1.08	GO
발명강3	페라이트+펄라이트	51.5	15	220.4	1.07	GO
발명강4	페라이트+펄라이트	48.7	11	231.4	1.10	GO
발명강5	페라이트+펄라이트	46.8	12	233.2	1.18	GO
발명강6	페라이트+펄라이트	43.6	11	230.8	1.17	GO
발명강7	페라이트+펄라이트	43.1	10	229.9	1.12	GO
발명강8	페라이트+펄라이트	42.3	9	229.2	1.13	GO
비교강1	페라이트+펄라이트	56.7	18	236.9	1.23	GO
비교강2	페라이트+펄라이트	53.2	19	231.2	1.22	GO
비교강3	페라이트+펄라이트	52.5	17	246.7	1.24	GO
비교강4	페라이트+펄라이트	48.1	13	253.0	1.29	GO
비교강5	페라이트+펄라이트	44.0	14	241.6	1.34	GO
비교강6	페라이트+펄라이트	43.4	15	238.4	1.37	GO
비교강7	페라이트+펄라이트	38.7	16	242.6	1.35	GO
비교강8	페라이트+펄라이트	34.1	12	248.3	1.41	GO
①=(Hv,_1/2d+Hv,_1/4d)/2, ②= Hv,_1/2d/Hv,_1/4d

이후, 각각의 선재에 각각 10%, 20%, 30%의 신선 가공량을 인가하여 강선을 제조하였으며, 제조된 각각의 강선에 대해 직경 방향으로 1/2d 위치 및 1/4d 위치에서 경도를 측정하고, 냉간가공성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

강종	(Hv,_D,_1/2d+Hv,_D,_1/4d)/2			냉간 가공성
강종	10%	20%	30%	10%	20%	30%
발명강1	264.0	277.2	286.0	GO	GO	GO
발명강2	279.8	293.0	301.8	GO	GO	GO
발명강3	270.2	283.4	292.2	GO	GO	GO
발명강4	281.3	294.5	303.3	GO	GO	GO
발명강5	283.1	296.3	305.1	GO	GO	GO
발명강6	280.7	293.9	302.7	GO	GO	GO
발명강7	279.7	293.0	301.8	GO	GO	GO
발명강8	279.1	292.3	301.1	GO	GO	GO
비교강1	288.8	292.4	312.3	GO	GO	NG
비교강2	285.1	294.7	304.3	GO	GO	NG
비교강3	290.6	308.2	318.7	GO	GO	NG
비교강4	299.2	311.5	322.9	GO	GO	NG
비교강5	297.5	302.1	313.5	GO	NG	NG
비교강6	288.7	293.9	309.2	GO	NG	NG
비교강7	290.6	307.1	316.6	GO	NG	NG
비교강8	296.1	306.8	318.1	GO	NG	NG

표 3에서 알 수 있듯이, 본 발명에서 제안하는 합금조성 및 제조조건을 만족하는 발명예 1 내지 8의 경우, 선재의 평균 경도와 선재의 중심편석부 및 비편석부의 경도비가 본 발명에서 제안하는 범위를 만족하여 냉간가공성이 매우 우수하다는 것을 알 수 있다. 반면, 비교예 1 내지 8의 경우, 선재의 중심편석부 및 비편석부의 경도비가 본 발명에서 제안하는 범위를 초과하여 신선가공 후 냉간단조시 내부에 크랙이 발생되었으며 발명강 대비 냉간가공성이 열위하게 나타났다.

Claims

중량%로, C: 0.15~0.30%, Si: 0.05~0.3%, Mn: 1.0~2.0%, Cr: 0.5% 이하(0% 제외), P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, sol.Al: 0.01~0.05%, Nb: 0.005~0.02%, V: 0.05~0.2%, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
선재의 직경 방향으로 1/2d 위치(여기서, d는 선재의 직경을 의미하며, 이하 동일함) 및 1/4d 위치에서 측정한 선재의 경도를 각각 Hv,_1/2d(Hv), Hv,_1/4d(Hv)라고 할 때, 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 비조질 선재.
[관계식 1]
(Hv,_1/2d+Hv,_1/4d)/2 ≤ 240
[관계식 2]
Hv,_1/2d/Hv,_1/4d ≤ 1.2
제1항에 있어서,
상기 불가피한 불순물은 Ti를 포함하고, 중량%로, Ti: 0.005% 이하로 억제된 비조질 선재.
제1항에 있어서,
Nb 및/또는 V를 포함하는 탄질화물을 포함하고, 상기 탄질화물의 평균 원상당 직경이 5~70nm인 비조질 선재.
제3항에 있어서,
상기 탄질화물 중 평균 원상당 직경 80nm 이상인 탄질화물의 단위 면적 당 개수가 5개/μm² 이하인 비조질 선재.
제1항에 있어서,
탄소당량(Ceq)이 0.5 이상 0.6 이하인 비조질 선재.
제1항에 있어서,
하기 관계식 3을 만족하는 비조질 선재.
[관계식 3]
7.35[C] + 1.88[Mn] + 0.34[Cr] + 0.25[Nb] + 0.47[V] ≤ 4.5
(여기서, [C], [Mn], [Cr], [Nb] 및 [V] 각각은 해당 원소의 함량(%)을 의미함)
제1항에 있어서,
하기 관계식 4를 만족하는 비조질 선재.
[관계식 4]
0.5 ≤ 10[Nb]/[V] ≤ 2.0
(여기서, [Nb] 및 [V] 각각은 해당 원소의 함량(%)을 의미함)
제1항에 있어서,
미세조직으로, 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pearlite)를 포함하는 비조질 선재.
제1항에 있어서,
미세조직으로, 30면적% 이상(100면적% 제외)의 페라이트(ferrite) 및 70면적% 이하(0면적% 제외)의 펄라이트(pearlite)를 포함하는 비조질 선재.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 페라이트의 평균입경은 5~25μm인 비조질 선재.
제1항에 있어서,
5~25%의 신선 가공량(D)으로 신선 가공시, 신선 가공 후 선재의 경도가 하기 관계식 5를 만족하는 비조질 선재.
[관계식 5]
Hv,₁-10 ≤ (Hv,_D,_1/2d+Hv,_D,_1/4d)/2 ≤ Hv,₁+10
(여기서, Hv,₁은 "(Hv,_1/2d+Hv,_1/4d)/2+85.45×{1-exp(-D/11.41)}"를 의미하고, Hv,_D,_1/2d, Hv,_D,_1/4d 각각은 신선가공 후 선재의 직경 방향으로 1/2d 위치 및 1/4d 위치에서 측정한 선재의 경도를 의미함)
중량%로, C: 0.15~0.30%, Si: 0.05~0.3%, Mn: 1.0~2.0%, Cr: 0.5% 이하(0% 제외), P: 0.02% 이하, S: 0.02% 이하, sol.Al: 0.01~0.05%, Nb: 0.005~0.02%, V: 0.05~0.2%, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 탄소당량(Ceq)이 0.5 이상 0.6 이하이며, 하기 관계식 3 및 4를 만족하는 블룸(bloom)을 1200~1300℃의 가열 온도로 가열 후, 강편 압연하여 빌렛(billet)을 얻는 단계;
상기 빌렛을 1050~1250℃의 재가열 온도로 재가열 후, 마무리 압연온도 Ae3~(Ae3+50)℃의 조건 하 선재 압연하여 선재를 얻는 단계; 및
상기 선재를 권취 후, 냉각하는 단계;
를 포함하는 비조질 선재의 제조방법.
[관계식 3]
7.35[C] + 1.88[Mn] + 0.34[Cr] + 0.25[Nb] + 0.47[V] ≤ 4.5
[관계식 4]
0.5 ≤ 10[Nb]/[V] ≤ 2.0
(여기서, [C], [Mn], [Cr], [Nb] 및 [V] 각각은 해당 원소의 함량(%)을 의미함)
제12항에 있어서,
상기 불가피한 불순물은 Ti를 포함하고, 중량%로, Ti: 0.005% 이하로 억제된 비조질 선재의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 블룸의 가열시, 가열 온도에서의 유지 시간은 4시간 이상인 비조질 선재의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 빌렛의 재가열시, 재가열 온도에서의 유지 시간은 80분 이상인 비조질 선재의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 권취시, 권취온도는 750~900℃인 비조질 선재의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 냉각시, 냉각속도는 0.1~1℃/sec인 비조질 선재의 제조방법.