KR20190076694A

KR20190076694A - 냉간압조용 선재 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20190076694A
Application number: KR1020170178711A
Authority: KR
Inventors: 문동준; 민세홍; 이기호; 임현진
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-07-02
Also published as: CN109957724A; KR102042062B1; CN109957724B

Abstract

본 발명은 구상화 소둔 열처리를 생략하여도 우수한 냉간가공성을 확보할 수 있는 선재 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉간압조용 선재는 중량%로, C: 0.01 내지 0.15%미만, Si: 0.3% 이하, Mn: 0.2 내지 0.75%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, sol. Al: 0.01 내지 0.05%, Cr: 0.5% 이하, Ti: 0.005 내지 0.05%, N: 0.01% 이하, 나머지는 Fe 및 기타 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족하고, 결정 방위차가 15°이상의 페라이트입계로 둘러싸인 페라이트의 평균 입경이 15 내지 40㎛이다.
{(A/4) +[(Bx30) / (2A+40)]} x (C/3) ≥ 700......식(1)
여기서, A는 결정 방위차가 15°이상의 페라이트 입계 평균원상당 지름(㎛)이며, B는 결정 방위차가 15°이상의 페라이트 입계 결정립이 페라이트상 전체에 대해 차지하는 면적분율(면적%)이며, C는 페라이트상의 평균 경도(Hv)를 의미한다.

Description

냉간압조용 선재 및 이의 제조방법{STEEL WIRE ROD FOR COLD FORGING AND METHODS FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 냉간압조용 선재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 소재 또는 기계 부품용 소재로서 사용하기에 적합한 냉간압조용 선재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 선재 제품은 열간압연 선재, 냉간 신선, 구상화 열처리, 냉간 신선, 냉간 압조, 급냉 및 소려를 진행하여 최종 제품으로 제조된다.

냉간 가공 방법은 열간 가공 방법이나 기계 절삭 가공 방법과 비교하여 생산성이 우수하며, 열처치 비용 절감의 효과가 크기 때문에 자동차용 소재 또는 볼트, 너트 등 기계 부품용 소재로 널리 사용되고 있다.

다만, 냉간 가공을 통해 기계 부품을 제조하기 위해서는 냉간 가공 시 변형 저항이 낮으며, 연성이 우수할 필요가 있다. 강의 변형 저항이 높을 경우 냉간 가공 시 사용하는 공구의 수명이 저하되며, 강의 연성이 낮을 경우 냉간 가공시 분열이 발생하기 쉬워 불량품 발생의 원인이 되기 때문이다.

이에 냉간 가공용 선재의 경우 냉간 가공 전 구상화 소둔 열처리를 진행한다. 구상화 소둔 열처리의 경우 강이 연화되어 변형 저항이 감소하고, 연성이 향상되어 냉간 가공성이 향상될 수 있다. 다만, 구상화 소둔 열처리를 진행하는 경우 추가 비용이 발생하고, 제조 효율이 저하되기 때문에 추가적인 구상화 소둔 열처리 없이도 우수한 냉간 가공성을 확보할 수 있는 선재의 개발이 필요하다.

본 발명은 구상화 소둔 열처리를 생략하여도 우수한 냉간가공성을 확보할 수 있는 선재 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 냉간압조용 선재는 중량%로, C: 0.01 내지 0.15%미만, Si: 0.3% 이하, Mn: 0.2 내지 0.75%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, sol. Al: 0.01 내지 0.05%, Cr: 0.5% 이하, Ti: 0.005 내지 0.05%, N: 0.01% 이하, 나머지는 Fe 및 기타 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족하고, 결정 방위차가 15°이상의 페라이트입계로 둘러싸인 페라이트의 평균 입경이 15 내지 40㎛이다.

{(A/4) +[(Bx30) / (2A+40)]} x (C/3) ≥ 700......(1)

여기서, A는 결정 방위차가 15°이상의 페라이트 입계 평균원상당 지름(㎛)이며, B는 결정 방위차가 15°이상의 페라이트 입계 결정립이 페라이트상 전체에 대해 차지하는 면적분율(면적%)이며, C는 페라이트상의 평균 경도(Hv)를 의미한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 B: 0.006% 이하를 더 포함하며, 하기 식(2)를 만족할 수 있다.

0≤[0.31Ti + 1.4B-N]≤0.004......(2)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하기 식(3)을 만족할 수 있다.

0.8≤[(Si + Mn + Cr)/10C + Ti/C]≤2.3 .......식(3)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세조직은 펄라이트와 페라이트로 구성되며, 면적분율로 페라이트가 차지하는 분율이 80% 이상일 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 냉간압조용 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.01 내지 0.15%미만, Si: 0.3% 이하, Mn: 0.2 내지 0.75%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, sol.Al: 0.01 내지 0.05%, Cr: 0.5% 이하, Ti: 0.005 내지 0.05%, B: 0.006% 이하, N: 0.01% 이하, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 성분의 함량은 하기 식(1) 및 식(2)를 만족하는 빌렛을 가열하는 단계, 상기 가열된 빌렛을 마무리 압연온도 920 내지 1020℃에서 열간압연하는 단계, 상기 열간압연된 선재를 귄취하고, 냉각하는 단계를 포함한다.

0.8≤[(Si + Mn + Cr)/10C + Ti/C]≤2.3 ......식(1)

0≤[0.31Ti + 1.4B-N]≤0.004......식(2)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각단계는 상기 열간 압연에서 마무리 압연 온도 이하에서 권취 온도 미만의 온도범위까지 5℃/s 내지 20℃/s 미만의 냉각속도로 냉각하는 제1냉각단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각단계는 상기 제1냉각단계 이후 상기 권취온도부터 750℃ 미만까지 2℃/s 내지 5℃/s 미만의 냉각속도로 냉각하는 제2냉각단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각단계는 제2냉각단계 이후 750℃ 부터 650℃ 미만까지 1℃/S 내지 2℃/s 미만의 냉각속도로 냉각하는 제3냉각단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각단계는 제3냉각단계 이후 650℃ 부터 400℃ 미만까지 0.8℃/s 미만(0℃/s는 제외)의 냉각속도로 냉각하는 제4냉각단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 빌렛을 가열하는 단계에서 가열 온도는 1000 내지 1150℃일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 권취 단계에서 권취 온도는 800 내지 880℃일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 선재 및 이의 제조방법은 구상화 소둔 열처리를 생략하여도 냉간 가공시의 변형 저항을 억제할 수 있는 선재를 제공할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 냉간압조용 선재는, 중량%로, C: 0.01 내지 0.15%미만, Si: 0.3% 이하, Mn: 0.2 내지 0.75%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, sol. Al: 0.01 내지 0.05%, Cr: 0.5% 이하, Ti: 0.005 내지 0.05%, N: 0.01% 이하, 나머지는 Fe 및 기타 불순물을 포함하고, 하기 식(1)을 만족한다.

{(A/4) +[(Bx30) / (2A+40)]} x (C/3) ≥ 700......식(1)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간압조용 선재는 추가적으로 B: 0.006% 이하를 더 포함하며, 하기 식(2)를 만족할 수 있다.

0≤[0.31Ti + 1.4B-N]≤0.004......식(2)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간압조용 선재는 추가적으로 하기 식(3)을 만족할 수 있다.

0.8≤[(Si + Mn + Cr)/10C + Ti/C]≤2.3 .......식(3)

이하, 본 발명에 따른 냉간압조용 선재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 하기 성분에 대한 %는 중량%를 의미한다.

C(탄소)의 함량은 0.01 내지 0.15%미만이다.

C는 선재의 강도를 향상시키는 원소이다. 선재의 강도를 향상시키는 위해 C는 0.01% 이상 포함되어야 하며, 0.03% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다한 경우, 강의 변형 저항이 급증하며, 이로 인해 냉간단조성이 악화된다. 이에 C 함량의 상한은 0.14%로 한다. C 함량의 상한이 0.12%인 것이 보다 바람직하다.

Si(실리콘)의 함량은 0.3% 이하이다.

Si은 탈산제로서 유용한 원소이다. 다만, 그 함량이 과다한 경우 고용강화에 의해 강의 변형 저항이 급증하며, 이로 인해 냉간단조성이 악화된다. 이에 따라, Si 함량의 상한은 0.3%로 한다. 보다 바람직하게 Si 함량의 상한은 0.2%로 할 수 있다.

Mn(망간)의 함량은 0.2 내지 0.75%이다.

Mn은 탈산제 및 탈황제로서 유용한 원소이다. 이러한 효과를 위하여 Mn은 0.2% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.3% 이상 포함될 수 있다. 다만, Mn의 함량이 과다한 경우, 강 자체의 강도가 지나치게 높아셔 강의 변형 저항이 급증하며, 이로 인해 냉간단조성이 악화될 수 있다. 이에 Mn 함량의 상한은 0.75% 로 한다. 바람직하게는 Mn 함량의 상한은 0.7%일 수 있다.

P(인)의 함량은 0.03%이하이다.

P은 불가피하게 함유되는 불순물이며, 결정립게에 편석되어 강의 인성을 저하시키고, 지연 파괴 저항성을 감소하는 주요 원인이 되는 원소이다. 이에 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이론상 P의 함량은 0%로 제어하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없다. 따라서 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 P의 함량의 상한을 0.03%로 한다.

S(황)의 함량은 0.03% 이하이다.

S는 불가피하게 함유되는 불순물로서, 결정립계에 편석되어 강의 연성을 저하시키고, 강 중 유화물을 형성하여 지연 파괴 저항성 및 응력 이완 특성을 악화시키는 원소이다. 이에 그 함량을 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이론상 S의 함량을 0%로 제어하는 것이 유리하나, 제조공정 상 필연적으로 함유될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 S의 함량의 상한을 0.03%로 한다.

Sol. Al(가용 알루미늄)의 함량은 0.01 내지 0.05%이하이다.

Al은 탈산제로서 유용한 원소이다. 본 발명에서 이러한 효과를 가지기 위해서는 Al은 0.01% 이상 포함되어야 한다. 또한, 바람직하게는 Al은 0.015% 이상 포함될 수 있다. 보다 바람직하게는 Al은 0.02% 이상 포함될 수 있다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 AlN 형성에 의해 오스테나이트 결정립 미세화 효과가 커지게 되어 냉간단조성이 저하될 수 있다. 이에 본 발명에서는 Al 함량의 상한을 0.05%로 한다.

Cr(크롬)의 함량은 0.5% 이하이다.

Cr은 열간압연시 페라이트 및 펄라이트 변태를 촉진시키는 역할을 한다. 또한, 강 자체의 강도를 필요 이상으로 높이지 않으면서, 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 냉간단조성이 악화될 수 있다. 따라서, Cr 함량의 상한은 0.5%로 한다. Cr의 함량은 바람직하게는 0.4% 이하일 수 있다.

Ti(티타늄)의 함량은 0.005 내지 0.05%이다.

Ti는 탄질화물 형성원소로 강 중 Ti가 포함될 경우 C 및 N의 고정에 유리하게 작용하여 냉간단조성에 유리하게 작용할 수 있다. 다만, 미세한 Ti(C, N) 석출물이 다량 석출될 경우 석출 강화에 의한 매트릭스 강도가 급격히 상승하여 냉간단조성을 악화시킬 수 있다. 이에 그 함량, 크기 및 분포를 적절히 제어하여야 한다. Ti 함량이 0.005% 미만이면 C, N 고정효과가 미비하다. 이와 반대로, Ti 함량이 0.05%를 초과하면 Ti 석출물이 다량 형성되는 문제가 있다. 이에, 본 발명에서는 Ti의 함량을 0.005 내지 0.05%로 한다. 또한, 바람직하게는 Ti의 함량이 0.005 내지 0.03%일 수 있다.

N(질소)의 함량은 0.01% 이하이다.

N은 불가피하게 함유되는 불순물로, 그 함량이 과다할 경우 고용 질소량이 증가하여 강의 변형 저항이 급증하며, 이로 인해 냉간단조성이 악화될 수 있다. 이론상 N의 함량은 0%로 제어하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서 N의 함량의 상한은 0.01%로 한다. 바람직하게는 N의 함량의 상한은 0.008%일 수 있다. 보다 바람직하게는 N의 함량의 상한은 0.007%일 수 있다.

B(보론)의 함량은 0.006% 이하이다.

B는 질화물 형성원소로 강 중 B가 포함될 경우 고용 N의 고정에 유리하게 작용하여 냉간단조성에 유리하게 작용할 수 있다. 다만, Ti와 복합으로 사용할 경우 그 효과가 사라질 수 있기 때문에 적절히 조합하여 사용해야 한다. 또한, B의 함량이 과다한 경우 입계 BN 석출물 형성에 의해 강의 연성에 악영향을 미칠 수 있으므로 그 상한을 제어하여야 한다. B 함량의 상한은 0.006%로 한다. 바람직하게는 B 함량의 상한은 0.005%일 수 있다. 더욱 바람직하게는 B 함량의 상한은 0.004%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, Ti, B, N의 함량은 아래의 식(2)를 만족할 수 있다.

0≤[0.31Ti + 1.4B-N]≤0.004......식(2)

식(2)의 값이 0 미만인 경우에는 강의 변형 저항이 급증하여 냉간단조성이 악화될 수 있다. 식(2)의 함량이 0.004를 초과하는 경우에는 석출물이 과다하게 석출되어 강의 연성이 약해질 수 있다. 이에 본 발명의 일 실시예에 따르면, 식(2)의 값은 0 내지 0.04 로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, Si, Mn, Cr, C, Ti의 함량은 아래의 식(3)을 만족한다.

0.8≤[(Si + Mn + Cr)/10C + Ti/C]≤2.3 ......식(3)

식(3)의 값이 0.8 미만인 경우에는 C의 함량이 과다하여 냉간단조성이 악화될 수 있다. 이와 반대로, 식(3)의 값이 2.3을 초과하는 경우에는 강의 변형 저항이 급증하여 냉간단조성이 악화될 수 있다. 이에 식(3)의 값은 0.8 내지 2.3으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선재는 미세조직으로 페라이트(ferrite)와 펄라이트(pearlite)를 포함할 수 있다. 면적분율로 페라이트가 차지하는 분율은 80%이상(100% 제외)일 수 있다. 펄라이트는 면적분율로 20%이하(0% 제외) 포함될 수 있다. 이러한 조직은 우수한 냉간가공성 확보와 더불어 신선 가공 후 강도를 확보할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 페라이트의 평균 입경은 15 내지 40㎛일 수 있다. 바람직하게는 페라이트의 평균 입경은 20 내지 35㎛일 수 있다. 페라이트의 평균 입경이 15㎛ 미만인 경우에는 입계 미세화에 의해 강도가 증가하여 냉간단조성이 감소할 수 있다. 이와 반대로 페라이트의 평균 입경이 40㎛를 초과하는 경우에도 강도가 감소할 수 있다.

상술한 평균 입경은, 선재의 길이 방향 일 단면을 관찰하여 검출한 입자들의 평균 원 상당 직경(equivalent circular diameter)를 의미한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선재의 미세조직은 하기 식(3)을 만족할 수 있다. 본 발명에서는 추가적인 실험을 통하여 결정 방위차가 15° 이상의 페라이트 입계 평균 원상당 지름(A), 결정 방위차가 15° 이상의 페라이트 입계 결정립의 비율(B) 및 페라이트 상의 평균 경도(C)가 하기 식(3)을 만족할 경우 냉간단조성이 개선되는 것이 판명되었다.

{(A/4) +[(Bx30) / (2A+40)]} x (C/3) ≥ 700......식(3)

식(3)의 값이 700미만인 경우에는 냉간단조성이 감소할 수 있다.

평균 경도값 C는 (Hv, 1/2d +Hv, 1/4d)/2를 의미하며, Hv, 1/2d 및 Hv, 1/4d 각각은 선재의 길이 방향에 수직한 단면에서 선재의 표면으로부터 선재의 직경(d) 방향 1/2d 위치 및 1/4d 위치에서 측정한 선재의 경도를 의미한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 냉간압조용 선재의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.

상술한 성분계를 만족하는 강편을 가열한다. 이 때, 가열 온도는 1000 내지 1150℃일 수 있다. 가열 온도는 바람직하게는 1030 내지 1130℃일 수 있다. 가열 온도가 1000℃ 미만인 경우에는 열간 변형 저항이 증가하여 생산성의 저하를 가져올 수 있다. 이와 반대로, 가열 온도가 1150℃를 초과하는 경우에는 페라이트 결정립이 조대해져 연성이 저하될 수 있다.

이후, 선재를 얻기 위하여 열간압연을 진행한다. 이 때, 마무리 압연 온도는 920 내지 1020℃일 수 있다. 바람직하게는 마무리 압연 온도는 930 내지 1000℃일 수 있다. 마무리 압연 온도가 920℃ 미만인 경우에는 페라이트 결정립 미세화에 의한 강도 상승으로 변형 저항이 증가할 수 있다. 이와 반대로, 마무리 압연 온도가 1020℃를 초과하는 경우에는 페라이트 결정립이 지나치게 조대해져 연성이 저하될 수 있다.

이후, 선재를 권취하고, 냉각한다. 이 때 선재의 권취 온도는 800 내지 880℃일 수 있다. 바람직하게는 선재의 권취 온도는 820 내지 860℃일 수 있다. 권취온도가 800℃ 미만인 경우에는 냉각시 발생한 표층부의 마르텐사이트가 복열에 의해 회복되지 않고, 소려 마르텐사이트가 생성되어 딱딱하고 무른 강이 생성되어 냉간단조성이 저하될 수 있다. 이와 반대로 권취온도가 880℃를 초과하는 경우에는 표면에 스케일이 두껍게 형성되어 탈스케일시 문제가 생길 수 있으며, 냉각시간이 길어져 생산성이 저하될 수 있다.

냉각은 아래와 같이 순차적으로 냉각될 수 있다.

냉각단계는 열간압연에서 마무리 압연 온도에서 권취 온도 미만의 온도범위까지 5℃/s 내지 20℃/s 미만의 냉각속도로 냉각하는 제1냉각단계를 포함할 수 있다. 제1냉각단계는 권취와 함께 진행될 수 있다.

제1냉각단계 이후 권취온도에서 750℃미만까지 2℃/s 내지 5℃/s 미만의 냉각속도로 냉각하는 제2냉각단계를 포함할 수 있다.

제2냉각단계 이후 750℃에서 650℃미만까지 1℃/s 내지 2℃/s 미만의 냉각속도로 냉각하는 제3냉각단계를 포함할 수 있다.

제3냉각단계 이후 600℃에서 400℃ 미만까지 0.8℃/s 미만(0℃/s 는 제외)의 냉각속도로 냉각하는 제4냉각단계를 포함할 수 있다.

이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예

하기 [표 1]의 조성을 가지는 강편을 1100℃에서 3시간 가열한 후, Φ25mm로 열간압연하여 선재를 제조하였다. 이 때, 마무리 압연온도는 950℃로, 압연비는 80%로 일정하게 하였다. 이후, 제1냉각단계(CR1)로 850℃까지 냉각하고 권취하고, 제2냉각단계(CR2), 제3냉각단계(CR3), 제4냉각단계(CR4)에 걸쳐 냉각을 진행하여 선재를 제조하였다. 냉각 진행 공정은 하기 [표 2]에 나타내었다.

강종	합금 조성(중량%)
강종	C	Si	Mn	P	S	Cr	Al	Ti	B	N	식(1)	식(2)
발명강1	0.04	0.08	0.53	0.009	0.007	-	0.025	0.025	-	0.0055	2.15	0.0022
발명강2	0.07	0.10	0.65	0.010	0.008	-	0.036	0.014	0.0015	0.0048	1.27	0.0016
발명강3	0.11	0.11	0.74	0.011	0.005	0.31	0.033	0.022	-	0.0037	1.25	0.0031
발명강4	0.14	0.12	0.68	0.012	0.006	0.48	0.042	0.007	0.0023	0.0042	0.96	0.0011
비교강1	0.08	0.10	0.37	0.010	0.004	-	0.028	0.018	-	0.0058	0.81	-0.0002
비교강2	0.12	0.07	0.49	0.008	0.007	-	0.033	0.005	0.0012	0.0047	0.51	-0.0015
비교강3	0.15	0.14	0.56	0.011	0.005	0.22	0.039	0.014	-	0.0062	0.71	-0.0019
비교강4	0.20	0.16	0.72	0.010	0.006	0.54	0.046	0.011	0.0020	0.0058	0.77	0.0004
여기서, 식(1)=([Si]+[Mn]+[Cr]/10[C])+[Ti]/[C] 이고, 식(2)=0.31[Ti]+1.4[B]-[N] 이고, 상기 [C],[Si],[Mn],[Cr],[Ti],[B] 및 [N]은 해당 원소의 함량(중량%)을 의미함

종냉각속도(℃/s)					미세조직 종류	Ferrite 분율	Ferrite 평균입경(㎛)	A (㎛)	B (%)	C (Hv)	식(3)	비고
CR1		CR2	CR3	CR4			Ferrite 평균입경(㎛)	A (㎛)	B (%)	C (Hv)	식(3)
7.4		2.6	1.3	0.6	F+P	91	33.2	34.8	68	90.3	775	발명예1
6.2		3.8	1.6	0.4	F+P	88	30.5	32.9	62.5	95.6	778	발명예2
5.8		4.3	1.2	0.5	F+P	85	23.7	22.5	57.3	98.7	780	발명예3
8.5		3.1	1.8	0.7	F+P	81	17.6	18.6	48.7	104.6	746	발명예4
5.3		2.3	0.7	0.6	F+P	86	25.7	21.7	42.3	99.5	630	비교예1
4.2		1.6	0.5	0.8	F+P	84	13.5	14.3	31.2	106.7	550	비교예2
6.7		1.2	1.1	0.9	F+P	79	22.4	26.1	27.6	109.3	532	비교예3
3.8		2.7	1.3	1.0	F+P	74	14.3	12.1	20.1	124.5	462	비교예4
	여기서, 미세조직 종류 중 F는 페라이트(ferrite)를 의미하고, P는 펄라이트(pearlite)를 의미함. 또한, 식(3)={(A/4)+[(Bx30)/(2A+40)]}x(C/3)을 의미하고,평균경도값 C는 (Hv,1/2d+Hv,1/4d)/2을 의미함. (여기서, Hv,1/2d 및 Hv,1/4d 각각은 선재의 길이 방향에 수직한 단면에서 선재의 표면으로부터 선재의 직경(D) 방향 1/2D 위치 및 1/4D 위치에서 측정한 선재의 경도를 의미함)

이후 냉각된 선재에 각각 10%, 20%, 30%의 신선 가공량을 인가하여 강선을 제조하였으며, 냉간단조성을 평가하여 하기 [표 3]에 나타내었다. 냉간단조성 평가는 노치압축시편을 진변형 0.85의 압축 시험을 실시하여 균열 발생 유무로 평가하였으며, 균열이 발생하지 않은 경우 "GO", 균열이 발생한 경우 "NG"로 평가하였다.

강종	인장강도(Mpa)				냉간 가공성				비고
강종	0%	10%	20%	30%	0%	10%	20%	30%	비고
발명강1	343	389	432	476	GO	GO	GO	GO	발명예 1
발명강2	366	402	455	491	GO	GO	GO	GO	발명예 2
발명강3	395	428	472	507	GO	GO	GO	GO	발명예 3
발명강4	418	443	484	516	GO	GO	GO	GO	발명예 4
비교강1	374	418	465	505	GO	GO	GO	NG	비교예 1
비교강2	402	442	481	514	GO	GO	GO	NG	비교예 2
비교강3	436	480	522	568	GO	GO	NG	NG	비교예 3
비교강4	468	503	554	597	GO	GO	NG	NG	비교예 4

[표 3]에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 합금 조성 및 제조조건을 만족하는 발명예 1 내지 발명예 4의 경우 미세조직, 결정방위차가 15° 이상의 입계로 둘러싸인 페라이트 입계 평균 사이즈, 페라이트 분율, 페라이트상의 평균 경도가 본 발명의 범위를 만족하며 냉간단조성이 우수한 것을 확인할 수 있다.

한편, 비교예 1의 경우 제3냉각단계의 냉각속도가 0.7℃/s로 본 발명의 범위를 만족하지 못하고, 식(3)의 값이 700이하로 본 발명의 범위를 만족하지 못하여 신선가공량 30%에서 크랙이 발생되어 냉간가공성이 열위한 것을 알 수 있다.

비교예 2의 경우 식(1)과 식(2)의 값을 만족하지 못하며, 제1냉각단계, 제2냉각단계, 제3냉각단계의 냉각속도가 본 발명의 범위를 만족하지 못하며, 식(3)의 값 또한 본 발명의 범위를 만족하지 못하며, 페라이트 결정립의 사이즈 또한 본 발명의 범위를 만족하지 못하여 신선가공량 30%에서 크랙이 발생되어 냉간가공성이 열위한 것을 알 수 있다.

비교예 3의 경우 C의 함량이 본원 발명의 범위를 만족하지 못하며, 식(1)과 식(2)의 값을 만족하지 못하며, 제2냉각단계, 제4냉각단계의 냉각속도가 본 발명의 범위를 만족하지 못하며, 이에 페라이트 분율 또한 80%가 되지 못하며, 식(3)의 값 또한 본 발명의 범위를 만족하지 못한다. 이에 신선가공량 20, 30%에서 크랙이 발생되어 냉간가공성이 열위한 것을 알 수 있다.

비교예 4의 경우 C의 함량이 본원 발명의 범위를 만족하지 못하며, 식(1)과 식(2)의 값을 만족하지 못하며, 제1냉각단계, 제4냉각단계의 냉각속도가 본 발명의 범위를 만족하지 못하며, 페라이트 결정립 사이즈 또한 본원 발명의 범위를 만족하지 못하며, 이에 페라이트 분율 또한 80%가 되지 못하며, 식(3)의 값 또한 본 발명의 범위를 만족하지 못한다. 이에 신선가공량 20, 30%에서 크랙이 발생되어 냉간가공성이 열위한 것을 알 수 있다.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

중량%로, C: 0.01 내지 0.15%미만, Si: 0.3% 이하, Mn: 0.2 내지 0.75%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, sol. Al: 0.01 내지 0.05%, Cr: 0.5% 이하, Ti: 0.005 내지 0.05%, N: 0.01% 이하, 나머지는 Fe 및 기타 불순물을 포함하고,
결정 방위차가 15°이상의 페라이트 입계로 둘러싸인 페라이트의 평균 입경이 15 내지 40㎛이며, 하기 식(1)을 만족하는 냉간압조용 선재.
{(A/4) +[(Bx30) / (2A+40)]} x (C/3) ≥ 700......식(1)
여기서, A는 결정 방위차가 15°이상의 페라이트 입계 평균원상당 지름(㎛)이며, B는 결정 방위차가 15°이상의 페라이트 입계 결정립이 페라이트상 전체에 대해 차지하는 면적분율(면적%)이며, C는 페라이트상의 평균 경도(Hv)를 의미한다.
제1항에 있어서,
B: 0.006% 이하를 더 포함하며,
하기 식(2)를 만족하는 냉간압조용 선재.
0≤[0.31Ti + 1.4B-N]≤0.004......식(2)
제1항 또는 제2항에 있어서,
하기 식(3)을 만족하는 냉간압조용 선재.
0.8≤[(Si + Mn + Cr)/10C + Ti/C]≤2.3......식(3)
제1항에 있어서,
미세조직은 펄라이트와 페라이트로 구성되며, 면적분율로 페라이트가 차지하는 분율이 80% 이상인 냉간압조용 선재.
중량%로, C: 0.01 내지 0.15%미만, Si: 0.3% 이하, Mn: 0.2 내지 0.75%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, sol.Al: 0.01 내지 0.05%, Cr: 0.5% 이하, Ti: 0.005 내지 0.05%, B: 0.006% 이하, N: 0.01% 이하, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 성분의 함량은 하기 식(1) 및 식(2)를 만족하는 빌렛을 가열하는 단계;
상기 가열된 빌렛을 마무리 압연온도 920 내지 1020℃에서 열간압연하는 단계;
상기 열간압연된 선재를 귄취하고, 냉각하는 단계;
를 포함하는 냉간압조용 선재의 제조방법.
0.8≤[(Si + Mn + Cr)/10C + Ti/C]≤2.3 ......식(1)
0≤[0.31Ti + 1.4B-N]≤0.004......식(2)
제5항에 있어서,
상기 냉각단계는 상기 열간 압연에서 마무리 압연 온도에서 권취 온도 미만의 온도범위까지 5℃/s 내지 20℃/s 미만의 냉각속도로 냉각하는 제1냉각단계를 포함하는 냉간압조용 선재의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 냉각단계는 상기 제1냉각단계 이후 상기 권취온도부터 750℃ 미만까지 2℃/s 내지 5℃/s 미만의 냉각속도로 냉각하는 제2냉각단계를 더 포함하는 냉간압조용 선재의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 냉각단계는 제2냉각단계 이후 750℃부터 650℃까지 1℃/S 내지 2℃/s 미만의 냉각속도로 냉각하는 제3냉각단계를 더 포함하는 냉간압조용 선재의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 냉각단계는 제3냉각단계 이후 650℃ 부터 400℃ 미만까지 0.8℃/s 미만(0℃/s는 제외)의 냉각속도로 냉각하는 제4냉각단계를 더 포함하는 냉간압조용 선재의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 빌렛을 가열하는 단계에서 가열 온도는 1000 내지 1150℃인 냉간압조용 선재의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 권취 단계에서 권취 온도는 800 내지 880℃인 냉간압조용 선재의 제조방법.