KR20200021754A

KR20200021754A - 수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 볼트용 강재, 이들의 제조방법

Info

Publication number: KR20200021754A
Application number: KR1020180097511A
Authority: KR
Inventors: 이준모; 이재승; 최석환; 최명수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2020-03-02
Also published as: KR102117401B1

Abstract

본 발명은 미세조직을 제어하여 수소를 트랩할 수 있는 탄화물을 제어한 수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 볼트용 강재, 이들의 제조방법을 제공하고자 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재는 중량%로, C: 0.3 내지 0.55%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.2 내지 1.0%, Cr: 0.2 내지 1.0%, Mo: 0.4 내지 1.2%, P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Al: 0.010 내지 0.10%, N: 0.005% 이하, Nb: 0.01 내지 0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불순물을 포함하고, 하기 식(1)로 표현되는 C_eq가 0.8 초과 1.3 미만이며, 미세조직으로 페라이트를 포함하며, 상기 페라이트 결정립 사이즈는 평균 10μm 이하이다.
C_eq= [C] + [Mn]/6 +([Cr] + [Mo])/5 +([Cu] + [Ni])15 ---식(1)
(여기서, [C], [Mn], [Cr], [Mo], [Cu], [Ni]는 각각 C, Mn, Cr, Mo, Cu, Ni의 중량%를 의미한다.)

Description

수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 볼트용 강재, 이들의 제조방법{HIGH-STRENGTH WIRE ROD WITH EXCELLENT HYDROGEN BRITTLENESS RESISTANCE, STEEL FOR VOLT USING THE SAME, AND METHODS FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 볼트용 강재, 이들의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세조직을 제어하여 수소를 트랩할 수 있는 탄화물을 제어한 수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 볼트용 강재, 이들의 제조방법에 관한 것이다.

최근 철강 재료는 Al과 같은 비철 재료의 발전과, 각종 환경 규제에 대응하기 위해 고강도화를 도모하고 있다. 자동차 분야에서는 차량의 경량화와 엔진의 소형화를 위해 꾸준히 고강도 선재에 대한 수요가 증가하고 있으며, 건축 분야의 경우 건축기간의 단축을 위해 고강도 볼트에 대한 수요가 증가하고 있다.

다만, 철강재료에서 수소 침투환경에서 유입된 수소에 의해 수소 취성 저항성이 현저히 감소하기 때문에 1.2GPa 이상의 고강도 제품은 설계 시 필수적으로 수소 취성 저항성에 대한 검증이 필요하다. 특히 볼트와 같은 제품은 노치로 인해 수소 취성 저항성에 민감하며, 철강 조직 중 수소 취성에 가장 취약한 템퍼드 마르텐사이트 조직으로 수소에 더 취약하다.

이러한 템퍼드 마르텐사이트 조직을 가지는 고강도 재료에서 수소 취성 저항성을 향상시키기 위해 강재의 부식 특성 향상, 세멘타이트 형상 제어, 응력 집중 완화, P와 S를 최소화 시키는 방법들이 있다. 현재로서는 고온 템퍼링과 탄화물을 활용한 수소 취성 저항성 향상 방법이 많이 사용되고 있으나, 탄화물을 활용함에 있어서 경우의 수가 매우 많으며, 저렴한 강종을 제조하기가 쉽지 않다.

본 발명은 결정립을 미세화하고 탄화물을 제어하여 수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 볼트용 강재, 이들의 제어방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재는 중량%로, C: 0.3 내지 0.55%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.2 내지 1.0%, Cr: 0.2 내지 1.0%, Mo: 0.4 내지 1.2%, P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Al: 0.010 내지 0.10%, N: 0.005% 이하, Nb: 0.01 내지 0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불순물을 포함하고, 하기 식(1)로 표현되는 C_eq가 0.8 이상 1.3 미만이며, 미세조직으로 페라이트를 포함하며, 상기 페라이트 결정립 사이즈는 평균 10μm 이하이다. C_eq= [C] + [Mn]/6 +([Cr] + [Mo])/5 +([Cu] + [Ni])/15 ---식(1)

(여기서, [C], [Mn], [Cr], [Mo], [Cu], [Ni]는 각각 C, Mn, Cr, Mo, Cu, Ni의 중량%를 의미한다.)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 중량%로, Cu: 0.1 내지 0.3%, Ni: 0.1 내지 0.3% 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세조직으로 Nb계 탄화물을 포함하며, 20nm 이하의 Nb계 탄화물이 mm²당 1000개 이상 분포할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 볼트용 강재는 중량%로, C: 0.3 내지 0.55%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.2 내지 1.0%, Cr: 0.2 내지 1.0%, Mo: 0.4 내지 1.2%, P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Al: 0.010 내지 0.10%, N: 0.005% 이하, Nb: 0.01 내지 0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불순물을 포함하고, 하기 식(1)로 표현되는 C_eq가 0.8 이상 1.3 미만이며, 미세조직으로 Mo계 탄화물을 포함하며, 상기 Mo계 탄화물이 ㎛²당 2개 이상 분포한다. C_eq= [C] + [Mn]/6 +([Cr] + [Mo])/5 +([Cu] + [Ni])/15 ---식(1)

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세조직으로 Nb계 탄화물을 포함하며, 20nm 이하의 Nb계 탄화물이 mm²당 1000개 이상 분포할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세조직으로 템퍼드 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트를 포함하며, 면적분율로 상기 템퍼드 마르텐사이트는 90% 이상이며, 상기 잔류 오스테나이트는 10% 이하일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 수소취성 저항성이 우수한 선재의 제조방법은, 중량%로, C: 0.3 내지 0.55%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.2 내지 1.0%, Cr: 0.2 내지 1.0%, Mo: 0.4 내지 1.2%, P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Al: 0.010 내지 0.10%, N: 0.005% 이하, Nb: 0.01 내지 0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불순물을 포함하는 빌렛을 가열하는 단계, 상기 가열된 빌렛을 마무리 압연 직전의 오스테나이트 결정립 사이즈가 5 내지 20μm가 되도록 압연하는 단계, 상기 압연된 선재를 3℃/s 이하로 냉각하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압연하는 단계에 있어서, 마무리 압연은 압연 온도 Ae3 내지 730℃에서 변형량 0.3 내지 2.0일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 빌렛의 가열은 900 내지 1050℃에서 180분이하에서 가열할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 수소취성 저항성이 우수한 볼트용 강제의 제조방법은, 중량%로, C: 0.3 내지 0.55%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.2 내지 1.0%, Cr: 0.2 내지 1.0%, Mo: 0.4 내지 1.2%, P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Al: 0.010 내지 0.10%, N: 0.005% 이하, Nb: 0.01 내지 0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불순물을 포함하는 선재를 880 내지 940℃에서 1시간 이내로 가열하는 단계, 상기 가열된 선재를 냉각하는 단계, 상기 냉각한 선재를 550 내지 600℃까지 재가열하고 60분 내지 90분간 유지하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 선재의 냉각은 40 내지 80℃까지 급냉하고, 1 내지 15분간 유지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 볼트용 강재, 이들의 제조방법은 선재의 조직을 미세화 시키고 내부에 미세 탄화물을 분포시킬 수 있다. 또한, 이를 이용하여 제조된 볼트용 강재는 탄화물을 석출시켜 수소를 트랩시킬 수 있어 건축분야, 자동차 분야에서 수소취성 저항성이 우수한 볼트용 강재를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1을 다양한 온도에서 템퍼링한 후 수소 TDS(Thermal Desorption Analysis)를 분석한 그래프이다.

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 수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재는 중량%로, C: 0.3 내지 0.55%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.2 내지 1.0%, Cr: 0.2 내지 1.0%, Mo: 0.4 내지 1.2%, P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Al: 0.010 내지 0.10%, N: 0.005% 이하, Nb: 0.01 내지 0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불순물을 포함하고, 하기 식(1)로 표현되는 C_eq가 0.8 이상 1.3 미만이다.

C_eq= [C] + [Mn]/6 +([Cr] + [Mo])/5 +([Cu] + [Ni])/15 ---식(1)

이하, 본 발명에 따른 수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재 및 이를 이용한 볼트용 강재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 하기 성분에 대한 %는 중량%를 의미한다.

C(탄소)의 함량은 0.3 내지 0.55%이다.

C는 제품의 강도를 확보하기 위해서 첨가되는 원소이다. C의 함량이 0.3% 미만일 경우에는 목표하는 강도를 확보하는 것이 어렵다. 이와 반대로 C의 함량이 0.55%를 초과하는 경우에는 충격인성 열화로 수소 취성 저항성이 저하될 수 있기 때문에 그 상한을 0.55%로 한다. 이에 본 발명의 일 실시예에 의하면 C의 함량은 0.3 내지 0.55%로 한다.

Si(실리콘)의 함량은 0.2 내지 1.0%이다.

Si는 강의 탈산을 위해서 사용될 뿐만 아니라, 수소 취성 저항성의 저하 없이 고용 강화를 통한 강도 확보에 유리한 원소이다. 이에 따라 0.2% 이상을 첨가한다. 그러나 과하게 첨가할 시 가공에 어려움이 있기 때문에 상한을 1.0%로 제한한다. C_eq가 낮을 시에는 그 첨가량을 0.5% 이상으로 한다.

Mn(망간)의 함량은 0.2 내지 1.0%이다.

Mn은 경화능 향상 원소로 고강도의 템퍼드 마르텐사이트 조직의 강을 만들기 위한 필수 원소 중 하나이다. 이에 0.2% 이상 첨가한다. 그러나 템퍼드 마르텐사이트 조직 강에서 Mn 함량이 높아질 시 수소 취성 저항성 및 인성이 저하되기 때문에 그 상한을 1.0%로 제한한다. 또한 동일 강도에서 수소 취성 저항성을 증가시키기 위해서는 Mn 함량을 줄이고, Si 함량을 늘리는 것이 필요하다. 이에 본 발명의 일 실시예에 의하면 Mn의 함량은 0.2 내지 1.0%로 한다.

Cr(크롬)의 함량은 0.2 내지 1.0%이다.

Cr은 Mn과 함께 경화능 향상에 유효하고, 강의 내식성을 향상시키는 원소이다. 이에 0.2% 이상 첨가한다. 그러나 Cr이 일정 수준 이상 첨가되면 충격인성이 저하되며, 수소 취성에 열위한 탄화물이 형성되기 때문에 그 상한을 1.0%로 제한한다. 또한, Cr 첨가량을 줄이면 공식(pitting corrosion) 저항성이 올라가기 때문에 Cl^-기가 있는 염수환경에서는 Cr 첨가량을 줄이고 Mo 첨가량을 늘리는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 Cr은 0.2 내지 1.0% 로 한다.

Mo(몰리브덴)의 함량은 0.4 내지 1.2%이다.

Mo는 경화능 향상 및 입계 산화 억제 원소이며, MC(M=Fe + Cr + Mo) 탄화물을 형성하는 원소이다. 또한, Mo와 Nb가 함께 첨가되는 경우 Nb의 성장을 제어하여 미세한 Nb를 분포시킬 수 있으며, 응력 부식 환경에서 수소의 유입을 막아줄 수 있기 때문에 수소 취성 저항성을 향상시키기에 최적의 합금원소이다. 이에 0.4% 이상을 첨가한다. 그러나 고가의 원소이며, 다량 첨가 시 저온 조직을 유발할 수 있어 선재의 품질에 영향을 미칠 수 있다. 이에 그 상한을 1.2%로 제한한다. 또한 C의 함량이 0.5% 이상인 경우에는 Mo의 함량이 0.8%를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 Mo의 함량은 0.4 내지 1.2%로 한다.

Nb(니오븀)의 함량은 0.01 내지 0.05%이다.

Nb는 수소를 트랩할 수 있는 탄화물 형성 원소이며, Nb계 탄화물은 상대적으로 고용 온도가 높아 소재의 결정립 크기 제어가 유용한 원소이다. ?칭(Quenching), 템퍼링(Tempering) 열처리 시에도 조직을 미세하기 유지하기 위해 Nb와 같은 결정립 제어 원소는 필수적이다. 결정립 제어 원소는 Ti, Zr, V 등이 있지만 Nb의 경우 생산 시 Ti에 비해서 조대한 탄질화물이 나올 확률이 적으며, Nb 탄질화물은 조대한 경우에도 다른 조대한 탄질화물과 달리 수소를 강하게 트랩하지 않는다. 조대한 탄질화물은 수소를 강하게 트랩하기 때문에 수소 취성이 원인이 될 수 있기 때문에 가급적 생성되지 않도록 제어할 필요가 있다. 그러나 Nb의 경우에도 과하게 첨가하는 경우에는 조대한 Nb 탄질화물이 생성될 수 있기 때문에 그 상한을 0.05%로 한다. 이에 본 발명의 일 실시예에 따르면 Nb의 함량은 0.01 내지 0.05%로 한다.

P(인)의 함량은 0.015%이다.

P는 결정립계에 편석되어 인성을 저하시키고 저항성을 저하시키는 원소이다. 이에 가능한 첨가하지 않는 것이 바람직하다. 다만, 공정 상 첨가되는 것을 막을 수 없기 때문에 그 상한을 0.015%로 한다.

S(황)의 함량은 0.010% 이다.

S는 결정립계에 편석되어 인성을 저하시킬 뿐만 아니라 MnS를 형성시켜 수소취성 저항성을 저하시킬 수 있기 때문에 가능한 첨가하지 않는 것이 바람직하다. 다만, 공정 상 첨가되는 것을 막을 수 없기 때문에 그 상한을 0.010% 로 한다.

Al(알루미늄)의 함량은 0.010 내지 0.10%이다.

Al은 강력한 탈산 원소로 강 중의 산소를 제거하여 청정도를 높일 수 있는 원소이다. 이에 0.01% 이상 첨가한다. 다만, Al은 Al₂O₃개재물을 형성시킬 수 있기 때문에 일정이상 첨가되면 피로저항성을 저하시킬 수 있기 때문에 그 상한을 0.10%로 한다. 이에 본 발명의 일 실시예에 의하면 Al의 함량은 0.01 내지 0.1% 로 한다.

N(질소)의 함량은 0.005% 이하이다.

N은 불순물이나 Nb와 결합하여 열처리 시에 용해되지 않는 조대한 질화물을 형성하는 원소이다. 이에 따라 N은 미세한 Nb 탄화물을 형성하기 어렵기 때문에 상한을 0.005%로 제한한다.

하기 식(1)로 표현되는 C_eq가 0.8 이상 1.3 미만이다.

C_eq= [C] + [Mn]/6 +([Cr] + [Mo])/5 +([Cu] + [Ni])/15 ---식(1)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 중량%로, Cu: 0.1 내지 0.3%, Ni: 0.1 내지 0.3% 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

Cu(구리)의 함량은 0.1 내지 0.3%일 수 있다.

Cu는 내식성 향상에 유용한 원소이다. 이에 0.1% 이상 첨가한다. 그러나 0.3% 이상 첨가하는 경우에는 열간 압연 시 고온 취성에 의한 결함이 형성될 수 있다. 이에 본 발명의 일 실시예에 의하면 Cu의 함량은 0.1 내지 0.3%로 한다.

Ni(니켈)의 함량은 0.1 내지 0.3%일 수 있디.

Ni는 내식성 향상에 유용하며, Cu와 함께 첨가되는 경우 Cu에 의한 적열 취성을 방지하는 원소이다. 따라서 Cu가 첨가될 시 Ni를 일정 부분 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나 Ni는 고가의 원소로 그 상한을 0.3%로 제한한다. 이에 본 발명의 일 실시예에 따르면 Ni의 함량은 0.1 내지 0.3%로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선재는 미세조직으로 페라이트를 포함하며, 페라이트 결정립 사이즈는 평균 10μm 이하이다. 페라이트 결정립 사이즈는 냉각 속도를 3℃/s 이하로 조절하여 제어하며, 이에 대해서는 후술한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선재는 미세조직으로 Nb계 탄화물을 포함하며, 20nm 이하의 Nb계 탄화물이 mm²당 1000개 이상 분포할 수 있다. Nb계 탄화물에서는 Nb는 원자질량으로 10% 이상일 수 있다. 미세한 Nb계 탄화물로 인해 수소를 트랩할 수 있다. Nb계 탄화물은 냉간가공 이후 ?칭, 템처링 열처리 이후까지 유지되는 조직이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 볼트용 강재는 미세조직으로 Mo계 탄화물을 포함하며, Mo계 탄화물이 μm²당 2개 이상 분포할 수 있다. Mo계 탄화물에서 Mo는 원자질량으로 10%이상일 수 있다. Mo계 탄화물의 제어를 위해 선재의 재가열, 즉 템퍼링은 500℃이상에서 진행된다. 이에 대해서는 후술한다. Mo계 탄화물이 석출되어 수소 트랩이 증가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 볼트용 강재의 미세조직은 템퍼드 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트를 포함하며, 면적분율로 템퍼드 마르텐사이트는 90% 이상이며, 잔류 오스테나이트는 10%이하일 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재 및 이를 이용한 볼트용 강재의 제조방법에 대해 설명한다.

상술한 성분계를 만족하는 빌렛을 가열한다. 빌렛의 가열은 900 내지 1050℃에서 180분 이하로 가열될 수 있다.

가열된 빌렛을 마무리 압연 직전의 오스테나이트 결정립 사이즈가 5 내지 20μm 가 되도록 압연한다. 압연 시에 마무리 압연은 압연 온도 Ae3 내지 730℃에서 변형량 0.3 내지 2.0에서 진행될 수 있다.

압연된 선재를 3℃/s 이하로 냉각한다. 이는 선재의 미세조직을 결정립 사이즈가 평균 10μm 이하인 페라이트로 제어하기 위함이다. 서냉 시에 C_eq가 0.9 이상이며, 선재의 직경이 10mm이하이면 저온 조직 제거를 위해 추가적으로 열처리를 진행할 수 있다.

추가적인 열처리는 500 내지 700℃에서 10시간 이하로 진행할 수 있다.

이후 냉각된 선재를 880 내지 940℃에서 가열, 즉 오스테나이징(Austenitizing)을 한다. 이 때 940℃이하에서 가열하는 이유는 선재 압연 이후 미세화된 오스테나이트 조직을 유지하기 위함이다. 또한, 선재 압연 이후 조직의 미세화를 위하여 제어한 미세 Nb 탄화물이 조대해지는 것을 방지하기 위함이다. 이 때, 가열 시간은 1시간 이내로 진행한다.

가열된 선재를 냉각, 즉 ?칭한다. 선재의 냉각은 40 내지 80℃까지 급냉하고, 1 내지 15분간 유지할 수 있다.

냉각한 선재를 550 내지 600℃까지 재가열, 즉 템퍼링하고 60분 내지 90분간 유지한다. Mo계 탄화물의 석출을 위해 최소 550℃ 이상에서 재가열 한다. 재가열 온도는 수소 취성 저항성을 극대화하는 온도를 검출하기 위해 500 내지 600℃사이에서 재가열 하고 TDS(Thermal Desorption Analysis)를 통해 얻은 그래프인 도1에서 수소 피크가 최대가 되는 온도로 정할 수 있다. 도 1에서 확인할 수 있듯이, 이 때 수소 트랩이 다른 온도에 비해 2배 이상인 것을 확인할 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 재료를 잉곳으로 주조 후, 1200℃에서 균질화 열처리를 하고 이후 1050에서 730℃까지 온도를 내려가면서, 최종두께 12mm로 열간압연한 후 3℃/s 이하로 공냉하였다. 이후 [표 2]의 조건으로 열처리를 진행하고 ASTM의 E-8M 규격을 통해 물성을 측정하여 [표 3]에 기재하였다. 여기서, 선재 압연 후의 평균 페라이트 결정립 사이즈는 ASTM E112로 평가하였으며, Nb계 탄화물, Mo계 탄화물은 FIB(Focus Ion Beam)과 Replica를 통해 시편을 채취하여 TEM을 통해 확인하였다. 수소 취성은 4-point bending test를 이용하여 인장강도의 90%를 적용한 NH₄SCN 1% 용액에서 침지 시험을 하여 파단 시간을 측정하였으며, 최대 300시간까지 측정하였다. 4-point bending test의 시험편은 가로 1.5mm, 세로 65mm, 두께 8mm의 시편을 활용하였으며, 표면 상태에 따른 영향을 최소화하기 위하여 침지 시험 전 연마를 통해 동일한 상태의 표면을 만들고 침지 시험을 진행하였다.

구분	C	Si	Mn	Ni	Cu	Cr	Mo	Nb	Al	P	S	N	C_eq
비교예1	0.4	0.2	0.7	-	-	1.0	0.2	-	0.023	0.01	<0.003	<0.003	0.76
비교예2	0.4	0.2	0.7	-	-	1.0	0.2	-	0.026	0.01	<0.003	<0.003	0.76
비교예3	0.4	-	0.5	-	-	1.0	0.5	-	0.028	0.01	<0.003	<0.003	0.78
비교예4	0.5	0.5	0.7	-	-	1.0	0.8	-	0.024	0.01	<0.003	<0.003	0.98
실시예1	0.5	0.5	0.7	-	-	1.0	0.8	0.02	0.024	0.01	<0.003	<0.003	0.98
실시예2	0.5	0.5	0.7	0.2	0.2	1.0	0.8	0.02	0.029	0.01	<0.003	<0.003	1

구분	선재 가열온도 (℃)	선재 가열시간(min)	선재 재가열 온도 (℃)	선재 재가열 시간(min)
비교예1	920	60	500	60
비교예2	920	60	450	60
비교예3	920	60	500	60
비교예4	920	60	550	60
실시예1	920	60	550	60
실시예2	920	60	550	60

구분	평균 페라이트결정립 사이즈 (μm)	Nb계 탄화물(개/mm²)	Mo계 탄화물 (개/μm²)	강도(MPa)	수소취성(hrs)
비교예1	18	0	0	1200	124
비교예2	21	0	0	1400	33
비교예3	19	0	0	1300	111
비교예4	18	0	3	1400	212
실시예1	7	3000이상	2	1400	272
실시예2	6	3000이상	3	1400	300

상기 [표 3]에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 실시예 1, 실시예 2는 모두 강도 1400MPa 이상의 고강도를 가지며, 수소 취항 저항성이 우수하다.

비교예 1의 경우 강도가 열위하며, 페라이트의 결정립 사이즈 또한 18μm로 크다. 또한, Mo 함량이 적어 Mo계 탄화물이 생성되지 않았으며, 이에 따라 수소 취성 저항성이 낮은 것을 확인할 수 있다.

비교예 2의 경우 재가열 온도가 450℃로 낮기 때문에 강도는 증가하였으나, Mo 함량이 부족하고 재가열 온도가 낮아 Mo계 탄화물이 생성되지 않았으며, 이에 따라 수소 취성 저항성이 낮은 것을 확인할 수 있다.

비교예 3의 경우 Mo의 함량은 충분하나 재가열 온도가 500℃로 낮아 Mo계 탄화물이 생성되지 않아 수소 취성 저항성이 낮은 것을 확인할 수 있다.

비교예 4의 경우에는 상대적으로 양호한 수소 취성 저항성을 확보하였으나, Nb계 탄화물이 존재하지 않아 페라이트 결정립 사이즈가 조대하여 실시예들에 비해 수소 취성 저항성이 낮은 것을 확인할 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: 0.3 내지 0.55%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.2 내지 1.0%, Cr: 0.2 내지 1.0%, Mo: 0.4 내지 1.2%, P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Al: 0.010 내지 0.10%, N: 0.005% 이하, Nb: 0.01 내지 0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불순물을 포함하고,
하기 식(1)로 표현되는 C_eq가 0.8 이상 1.3 미만이며,
미세조직으로 페라이트를 포함하며, 상기 페라이트 결정립 사이즈는 평균 10μm 이하인 수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재.
C_eq= [C] + [Mn]/6 +([Cr] + [Mo])/5 +([Cu] + [Ni])/15 ---식(1)
(여기서, [C], [Mn], [Cr], [Mo], [Cu], [Ni]는 각각 C, Mn, Cr, Mo, Cu, Ni의 중량%를 의미한다.)
제1항에 있어서,
중량%로, Cu: 0.1 내지 0.3%, Ni: 0.1 내지 0.3% 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재.
제1항에 있어서,
미세조직으로 Nb계 탄화물을 포함하며,
20nm 이하의 Nb계 탄화물이 mm²당 1000개 이상 분포하는 수소취성 저항성이 우수한 고강도 선재.
중량%로, C: 0.3 내지 0.55%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.2 내지 1.0%, Cr: 0.2 내지 1.0%, Mo: 0.4 내지 1.2%, P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Al: 0.010 내지 0.10%, N: 0.005% 이하, Nb: 0.01 내지 0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불순물을 포함하고,
하기 식(1)로 표현되는 C_eq가 0.8 이상 1.3 미만이며,
미세조직으로 Mo계 탄화물을 포함하며, 상기 Mo계 탄화물이 ㎛²당 2개 이상 분포하는 수소취성 저항성이 우수한 볼트용 강재.
C_eq= [C] + [Mn]/6 +([Cr] + [Mo])/5 +([Cu] + [Ni])/15 ---식(1)
(여기서, [C], [Mn], [Cr], [Mo], [Cu], [Ni]는 각각 C, Mn, Cr, Mo, Cu, Ni의 중량%를 의미한다.)
제4항에 있어서,
중량%로, Cu: 0.1 내지 0.3%, Ni: 0.1 내지 0.3% 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 수소취성 저항성이 우수한 볼트용 강재.
제4항에 있어서,
미세조직으로 Nb계 탄화물을 포함하며,
20nm 이하의 Nb계 탄화물이 mm²당 1000개 이상 분포하는 수소취성 저항성이 우수한 볼트용 강재.
제4항에 있어서,
미세조직으로 템퍼드 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트를 포함하며,
면적분율로 상기 템퍼드 마르텐사이트는 90% 이상이며, 상기 잔류 오스테나이트는 10% 이하인 수소취성 저항성이 우수한 볼트용 강재.
중량%로, C: 0.3 내지 0.55%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.2 내지 1.0%, Cr: 0.2 내지 1.0%, Mo: 0.4 내지 1.2%, P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Al: 0.010 내지 0.10%, N: 0.005% 이하, Nb: 0.01 내지 0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불순물을 포함하는 빌렛을 가열하는 단계;
상기 가열된 빌렛을 마무리 압연 직전의 오스테나이트 결정립 사이즈가 5 내지 20μm가 되도록 압연하는 단계;
상기 압연된 선재를 3℃/s 이하로 냉각하는 단계;
를 포함하는 수소취성 저항성이 우수한 선재의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 압연하는 단계에 있어서, 마무리 압연은 압연 온도 Ae3 내지 730℃에서 변형량 0.3 내지 2.0인 수소취성 저항성이 우수한 선재의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 빌렛의 가열은 900 내지 1050℃에서 180분 이하 가열하는 수소취성 저항성이 우수한 선재의 제조방법.
중량%로, C: 0.3 내지 0.55%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.2 내지 1.0%, Cr: 0.2 내지 1.0%, Mo: 0.4 내지 1.2%, P: 0.015% 이하, S: 0.010% 이하, Al: 0.010 내지 0.10%, N: 0.005% 이하, Nb: 0.01 내지 0.05%, 나머지는 Fe 및 기타 불순물을 포함하는 선재를 880 내지 940℃에서 1시간 이내로 가열하는 단계;
상기 가열된 선재를 냉각하는 단계;
상기 냉각한 선재를 550 내지 600℃까지 재가열하고 60분 내지 90분간 유지하는 단계;
를 포함하는 수소취성 저항성이 우수한 볼트용 강재의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 선재의 냉각은 40 내지 80℃까지 급냉하고, 1 내지 15분간 유지하는 수소취성 저항성이 우수한 볼트용 강재의 제조방법.