KR20200054420A

KR20200054420A - 구상화 열처리성이 우수한 선재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20200054420A
Application number: KR1020180137508A
Authority: KR
Inventors: 이상윤; 이재승; 이병갑
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-11-09
Filing date: 2018-11-09
Publication date: 2020-05-20
Also published as: KR102131523B1

Abstract

본 발명의 일측면은 구상화 열처리성이 우수한 선재 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.3~0.5%, Si: 0.02~0.4%, Mn: 1.0~1.5%, Cr: 0.3~0.7%, B: 0.003% 이하(0%는 제외), Ti: 0.03% 이하(0%는 제외), P: 0.03% 이하(0%를 포함), S: 0.01% 이하(0%를 포함), Al: 0.02~0.05%, N: 0.001~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 주상이 페라이트+펄라이트인 복합조직이며, 베이나이트 또는 마르텐사이트 중 1종 이상을 5면적% 이하로 포함(0%를 포함)하고, 직경의 2/5지점~3/5지점 영역에서의 상기 펄라이트의 콜로니 평균 크기는 7㎛ 이하인 구상화 열처리성이 우수한 선재 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

구상화 열처리성이 우수한 선재 및 그 제조방법{STEEL WIRE ROD HAVING EXCELLENT SPHEROIDIZING HEAT TREATMENT PROPERTIES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 구상화 열처리성이 우수한 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

보론강은 저가의 보론을 미량 첨가하여 강의 소입성을 향상시킴으로서 Cr, Mo와 같은 고가의 합금원소를 절감할 수 있는 경제적인 소재이다. 인장강도가 낮은 800MPa급 보론강은 강도 향상을 위한 합금원소의 미첨가로 인해 인장강도가 낮아 구상화 열처리 생략이 가능하나, 소입성의 한계가 있어 대구경 소재에는 사용이 제한되는 단점이 있다. 1000MPa급 이상의 고강도 제품과 대구경 소재는 Cr, Mn 등의 합금 원소가 많이 첨가되고 그로 인해 선재의 인장강도가 상승하여 구상화 열처리 필요하게 된다.

800MPa급 보론강의 대표적인 기술로는 특허문헌 1이 있다. 특허문헌 1은 열간 압연 봉강선재에서 페라이트 결정립 사이즈를 미세화하고 분율을 높임으로서 강의 인성을 향상시키고자 하였다. 그러나, Cr 함량의 제한으로 소입성의 한계가 있어 대구경 봉강에서는 사용이 제한되는 단점이 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여, 특허문헌 2에서는 Cr, Mo 등을 첨가하고, 미세조직이 페라이트를 포함하도록 한 보론강을 개발하여 고주파 담금질성을 개선하고자 하였다. 그러나, 페라이트는 오스테나이징 열처리시 오스테나이트화 하기 어려운 조직이기 때문에, 고주파 열처리와 같은 짧은 열처리를 이용하기 위해서는 선재의 초기 미세조직에 포함되는 페라이트 상분율을 가능한 감소시켜야 하는 단점이 있다. 또한, 이러한 방법은 페라이트 분율을 가능한 적게 유지하기 위하여 마무리 압연온도를 높여야 하므로 선재 강도가 상승하고, 이에 따라, 가공성 측면에서 불리하게 작용할 수 밖에 없다.

일본 공개특허공보 제2010-053426호 일본 공개특허공보 제2005-133152호

본 발명의 일측면은 구상화 열처리성이 우수한 선재 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.3~0.5%, Si: 0.02~0.4%, Mn: 1.0~1.5%, Cr: 0.3~0.7%, B: 0.003% 이하(0%는 제외), Ti: 0.03% 이하(0%는 제외), P: 0.03% 이하(0%를 포함), S: 0.01% 이하(0%를 포함), Al: 0.02~0.05%, N: 0.001~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 주상이 페라이트+펄라이트인 복합조직이며, 베이나이트 또는 마르텐사이트 중 1종 이상을 5면적% 이하로 포함(0%를 포함)하고, 표면으로부터 직경의 2/5지점~3/5지점 영역에서의 상기 펄라이트의 콜로니 평균 크기는 7㎛ 이하인 구상화 열처리성이 우수한 선재를 제공한다.

본 발명의 다른 실시형태는 중량%로, C: 0.3~0.5%, Si: 0.02~0.4%, Mn: 1.0~1.5%, Cr: 0.3~0.7%, B: 0.003% 이하(0%는 제외), Ti: 0.03% 이하(0%는 제외), P: 0.03% 이하(0%를 포함), S: 0.01% 이하(0%를 포함), Al: 0.02~0.05%, N: 0.001~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1200℃ 이상에서 60분 이상 가열한 뒤, 1차 열간압연하여 빌렛을 얻는 단계; 상기 빌렛을 150~500℃까지 공냉하는 단계; 상기 공냉된 빌렛을 5~30℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계; 상기 냉각된 빌렛을 가열한 뒤, 950~1050℃에서 추출하는 단계; 상기 추출된 빌렛을 2차 열간압연하여 선재를 얻는 단계; 및 상기 선재를 2℃/sec 이하로 냉각하는 단계;를 포함하며, 상기 2차 열간압연은 상기 추출된 빌렛을 중간 사상압연하는 단계; 및 730℃~Ae3에서 마무리 사상압연하는 단계;를 포함하는 구상화 열처리성이 우수한 선재의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 구상화 열처리시 시멘타이트의 구상화율을 높일 수 있는 선재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 구상화 열처리성이 우수한 선재에 대하여 설명한다. 먼저, 본 발명의 합금조성을 설명한다. 하기 설명되는 합금조성의 함량은 별도의 언급이 없는 한 중량%를 의미한다.

C: 0.3~0.5%

C는 시멘타이트의 구상화를 가속화시키기 위해 첨가되는 원소이다. 상기 C의 함량이 0.5%를 초과하는 경우에는 구상화 열처리 및 단조 가공공정 후 진행되는 소입, 소려 열처리 시 잔류 오스테나이트가 과다하게 발생하여 적절한 강도, 인성 및 연성을 얻기 곤란하다. 한편, C 함량이 0.3% 미만인 보론강은 인장강도가 충분히 낮아 별도의 구상화 열처리가 요구되지 않는다. 본 발명에서는 구상화 열처리가 필요한 보론강을 대상 강재로 하며, 시멘타이트의 구상화 속도를 가속화하기 위하여, 상기 C 함량을 0.3% 이상으로 제어한다. 따라서, 상기 C의 함량은 0.3~0.5%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

Si: 0.02~0.4%

Si은 일정 수준의 강도를 확보하기 위해 첨가되는 원소이다. 상기 Si의 함량이 0.02% 미만일 경우에는 상기 강도 향상 효과가 충분하지 않으며, 0.4%를 초과하는 경우에는 고용 강화 효과가 과도하게 높아져 강의 가공성 확보에 불리할 수 있다. 따라서, 상기 Si의 함량은 0.02~0.4%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 Si 함량의 하한은 0.04%인 것이 보다 바람직하고, 상기 Si 함량의 상한은 0.3%인 것이 보다 바람직하다.

Mn: 1.0~1.5%

Mn은 경화능 향상을 위해 첨가되는 원소이다. 상기 Mn의 함량이 1.0% 미만일 경우에는 부족한 경화능으로 인해 충분한 소입성을 얻기 힘들어 구상화 열처리 및 단조 가공공정 후 진행되는 소입, 소려 열처리 시 충분한 강도를 얻기 곤란하며, 1.5%를 초과하는 경우에는 소입성이 지나치게 증가하여 선재 제조시 저온 조직을 생성할 우려가 있다. 저온 조직은 이후 신선 공정에서 내부 균열을 발생할 우려가 있으므로 그 함량을 제한하는 것이 바람직하다. 따라서, Mn의 함량은 1.0~1.5%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 Mn 함량은 1.0~1.3% 사이를 갖는 것이 바람직하다. Mn은 일반적으로 주조공정 중 미세편석이 잘 일어나는 원소이므로, 원하는 수준의 소입성이 충족되는 경우 상기 Mn 함량은 낮게 관리하는 편이 강의 편차제어에 유리하기 때문이다.

Cr: 0.3~0.7%

Cr은 Mn과 마찬가지로 강의 소입성을 높여주는 원소로 주로 사용된다. 상기 Cr의 함량은 0.3% 미만의 경우에는 강의 소입성이 충분하지 않아 대경 소재의 중심부분의 경화능이 부족하게 된다. 강의 소입성이 0.7%를 초과할 경우에는 강의 내부에 편석대로 존재로 인해 선재 제조공정 중 저온조직 띠가 생길 수 있으며 이후 신선공정에서 균열이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 Cr의 함량은 0.3~0.7%의 범위를 갖는 것이 바람직하며, 0.3~0.6%인 것이 보다 바람직하다.

B: 0.003% 이하(0%는 제외)

B은 소입성 향상을 위해 첨가되는 원소이다. 상기 B의 함량이 0.003%를 초과하는 경우에는 상기 B이 Fe₂₃(C,B)₆를 형성하기 때문에 free 보론양이 감소하여 강의 소입성이 줄어들게 된다. 따라서, 상기 B의 함량은 0.003% 이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

Ti: 0.03% 이하(0%는 제외)

Ti은 소입성 향상을 위한 보론의 효과를 최대화하기 위해서 질소를 고정하기 위해 첨가되는 원소이다. 상기 Ti의 함량이 0.03%를 초과하는 경우에는 용강 중 TiN이 정출되는 현상이 발생하여 강 중 질소를 고정하려는 본래의 티타늄 첨가 목적을 달성하기 힘들게 된다. 따라서, 상기 Ti의 함량은 0.03% 이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 Ti 함량의 하한은 0.01%인 것이 보다 바람직하고, 0.015%인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 Ti 함량의 상한은 0.025%인 것이 보다 바람직하다.

P: 0.03% 이하(0%를 포함)

P은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물이며, 그 함량이 0.03%를 초과할 경우에는 오스테나이트 입계에 P가 편석하여 입계 취성을 일으키며 특히 강의 저온 충격인성을 저하할 우려가 있다. 따라서, 상기 P의 함량은 0.03% 이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 P의 함량은 낮으면 낮을수록 강의 건전성 확보에 유리하므로, 0.02% 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.015% 이하인 것이 보다 더 바람직하다.

S: 0.01% 이하(0%를 포함)

S은 강 중 불가피하게 함유되는 불순물이며, 그 함량이 0.01%를 초과할 경우에는 과다한 MnS가 생성되어 강의 충격인성에 악영향을 미치게 된다. 따라서, 상기 S의 함량은 0.01% 이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 S의 함량은 0.007% 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.005% 이하인 것이 보다 더 바람직하다.

Al: 0.02~0.05%

Al은 AlN을 형성하여 오스테나이트 결정립을 생성시키는 역할을 하는 원소이다. 상기 Al의 함량이 0.02% 미만일 경우에는 고용 Al이 적어 AlN이 충분히 형성되지 않게 되어 상기 효과를 충분히 얻기 곤란하며, 0.05%를 초과하는 경우에는 강 중 알루미늄 산화물이 과다하게 성장하여 강의 인성에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 상기 Al의 함량은 0.02~0.05%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

N: 0.001~0.01%

N은 Ti와 반응하여 TiN을 형성함으로써 소입성 향상을 위한 보론의 효과를 향상시키고, 강 중 Al과 반응하여 AlN을 형성함으로써 오스테나이트 결정립 형성에 영향을 주는 원소이다. 상기 N이 0.01%를 초과하는 경우에는 N이 보론과 결합하여 BN을 형성하게 되어 소입성을 위해 첨가한 보론의 역할을 감소시키게 되며, 또한 고용 질소 농도가 증가하여 가공 중 강도 상승을 일으키게 된다. 한편, N 함량은 낮으면 낮을수록 바람직하나, 0.001% 미만으로 제어하기 위해서는 지나친 탈질 공정이 필요하게 되어 공정 비용 상승을 가져오게 된다. 따라서, 상기 N의 함량은 0.001~0.01%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 N 함량은 0.001~0.005%인 것이 보다 바람직하고, 0.001~0.003%인 것이 보다 더 바람직하다.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

본 발명 선재의 미세조직은 페라이트+펄라이트 복합조직인 것이 바람직하다. 강의 구상화 측면만 본다면 미세한 시멘타이트를 가지는 베이나이트강이 유리한 측면이 있으나, 베이나이트에서 구상화된 시멘타이트는 너무 미세하여 성장이 매우 더딘 것으로 보고되고 있어 페라이트+퍼얼라이트+베이나이트 복합조직은 조직 균질화 측면에서 불리하다. 따라서, 본 발명에서는 선재의 미세조직을 페라이트+펄라이트 복합조직으로 제어함으로써 구상화 열처리성을 향상시킬 뿐만 아니라 조직을 보다 균질화시킬 수 있다. 이 때, 상기 페라이트의 분율은 35면적% 이상인 것이 바람직하며, 만일, 35면적% 미만인 경우에는 상대적으로 펄라이트 상분율이 줄어들게 되고, 이로 인해, 펄라이트 콜로니 사이즈에 영향을 주게 되며, 본 발명에서 얻고자 하는 구상화 열처리성을 효과적으로 확보하기 곤란할 수 있다. 특히 동일 페라이트 상분율을 가지고 있더라도 페라이트 결정립 크기가 미세하게 되면 콜로니 사이즈는 더 미세화될 수 있다. 한편, 본 발명에서는 제조시 불가피하게 형성될 수 있는 미세조직 예를 들어, 베이나이트 또는 마르텐사이트 중 1종 이상을 5면적% 이하로 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 미세조직은 주상이 페라이트+펄라이트인 복합조직이며, 베이나이트 또는 마르텐사이트 중 1종 이상을 5면적% 이하로 포함(0%를 포함)할 수 있다.

이 때, 상기 펄라이트의 콜로니 평균 크기는 7㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기와 같이 펄라이트 콜로니 평균 크기를 미세하게 제어함으로써 시멘타이트의 분절 효과를 향상시켜 구상화 열처리시 시멘타이트의 구상화율을 높일 수 있다.

또한, 상기 페라이트의 결정립 평균 크기는 5㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기와 같이 페라이트의 결정립 평균 크기를 미세하게 제어함으로써 펄라이트 콜로니의 크기 또한 미세화시킬 수 있으며, 이를 통해 구상화 열처리시 시멘타이트의 구상화율을 높일 수 있다.

한편, 본 발명에서 상기 펄라이트의 콜로니 평균 크기와 페라이트의 결정립 평균 크기는 선재의 직경 기준 중심부 예를 들어, 직경을 기준으로 표면으로부터 2/5지점~3/5지점 영역에서의 것일 수 있다. 통상적으로 선재의 표층부는 압연시 강한 압하력을 받기 때문에 상기 표층부에서의 펄라이트의 콜로니 평균 크기와 페라이트의 결정립 평균 크기는 미세할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 선재의 표층부 뿐만 아니라 중심부까지 펄라이트의 콜로니 평균 크기와 페라이트의 결정립 평균 크기를 미세화시킴으로써 구상화 열처리시 시멘타이트의 구상화율을 효과적으로 높일 수 있다.

전술한 바와 같이 제공되는 본 발명의 선재는 1회 구상화 열처리 후 시멘타이트의 평균 종횡비가 2.5 이하일 수 있다. 통상적으로 상기 구상화 열처리는 그 처리 횟수가 증가할수록 시멘타이트의 구상화에 효과적임이 널리 알려져 있다. 그러나, 본 발명에서는 1회의 구상화 열처리만으로도 시멘타이트를 충분히 구상화시킬 수 있다. 한편, 앞서 언급한 바와 같이 선재의 표층부는 압연시 강한 압하력을 받기 때문에 시멘타이트의 구상화 또한 원할하게 진행될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 선재의 직경 기준 중심부 예를 들어, 직경을 기준으로 표면으로부터 1/4지점~1/2지점 영역에서의 시멘타이트 또한 충분히 구상화가 가능하여 선재 중심부에서의 시멘타이트 평균 종횡비가 2.5 이하일 수 있다. 또한, 통상적으로 시멘타이트 구상화를 위해서는 미세조직을 분절화하기 위하여 구상화 열처리 전 가공 공정을 거치게 되는데, 본 발명의 선재는 이러한 가공 공정 없이도 시멘타이트의 구상화율을 효과적으로 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 구상화 열처리성이 우수한 선재의 제조방법에 대하여 설명한다.

우선, 전술한 합금조성을 갖는 강재를 1200℃ 이상에서 60분 이상 가열한 뒤, 1차 열간압연하여 빌렛을 얻는다. 상기 언급한 강재는 슬라브, 블룸 및 사이즈가 비교적 큰 빌렛 중 하나일 수 있으며, 상기 1차 열간압연은 상기 강재의 크기 혹은 두께를 감소시키는 판압연인 것이 바람직하다. 보론강에서 Ti는 N을 고정하여 N이 B와 결합하는 것을 막아 free B 함량을 늘리는 역할을 하며, 본 발명에서는 충분한 free B을 만들고자 TiN을 성장시키기 위해 상기와 같이 강재를 가열한다. 상기 강재 가열온도가 1200℃ 미만이거나 상기 강재 가열시간이 60분 미만인 경우에는 TiN이 안정화하여 TiN 성장이 충분히 일어나지 않을 수 있다.

한편, 상기 강재 가열 후, 상기 강재는 TiN의 평균 크기가 500㎛ 이상일 수 있다. 상기 TiN 평균 크기가 500㎛ 미만인 경우에는 free B 증량 효과를 충분히 얻을 수 없다.

이후, 상기 빌렛을 150~500℃까지 공냉한다. 상기 빌렛 공냉정지온도가 500℃를 초과할 경우에는 TiN 외 기타 석출물이 성장하여 압연공정시 선재의 균열이나 파단을 유발할 수 있으며, 150℃ 미만인 경우에는 생산성이 저하될 수 있다.

이후, 상기 공냉된 빌렛을 5~30℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각한다. 상기 빌렛 냉각은 생산성 향상을 위한 것으로서, 150℃ 미만의 온도에서는 빌렛 냉각속도를 5℃/sec 이상으로 높이더라도 균열 발생 위험이 줄어든다. 상기 빌렛 냉각속도는 10℃/sec 이상인 것이 보다 바람직하고, 15℃/sec 이상인 것이 보다 더 바람직하며, 20℃/sec 이상인 것이 가장 바람직하다. 다만, 상기 빌렛 냉각속도가 30℃/sec를 초과하는 경우에는 과도한 냉각속도로 인하여 균열 발생 위험이 증가할 수 있다.

한편, 상기 냉각된 빌렛은 산화성 개재물을 제외한 전체 석출물 중 TiN을 80면적% 이상 포함할 수 있다. 이와 같이 TiN을 다량 형성시킴으로써 B에 의한 소입성 향상 효과를 충분히 얻을 수 있다. 상기 산화성 개재물은 예를 들면, Al₂O₃, SiO₂ 등일 수 있다. 상기 TiN 분율은 90면적% 이상인 것이 보다 바람직하다.

이후, 상기 냉각된 빌렛을 가열한 뒤, 950~1050℃에서 추출한다. 상기 빌렛 추출온도가 950℃ 미만인 경우에는 압연성이 저하되고, 상기 빌렛 추출온도가 1050℃를 초과하는 경우에는 압연을 위하여 급격한 냉각이 필요하므로, 냉각 제어가 어려울 뿐만 아니라 균열 등이 발생하여 양호한 제품 품질을 확보하기 곤란할 수 있다.

이후, 상기 추출된 빌렛을 2차 열간압연하여 선재를 얻는다. 상기 2차 열간압연은 빌렛을 선재의 형태를 갖도록 하는 공형압연인 것이 바람직하다. 상기 2차 열간압연은 상기 추출된 빌렛을 중간 사상압연하는 단계와 730℃~Ae3에서 마무리 사상압연하는 단계를 포함할 수 있다. 선재 압연 속도는 매우 빨라 동적재결정 영역에 속한다. 현재까지의 연구결과에 의하면 동적재결정 조건하에서는 오스테나이트 결정립 크기가 변형 속도와 변형 온도에만 의존한다고 밝혀져 있다. 선재 압연의 특성상 선경이 정해지면 변형량, 변형 속도는 정해지게 되어 오스테나이트 결정립 크기는 변형 온도를 조정하여 변화시킬 수 있게 된다. 본 발명에서는 동적재결정 중 동적 변형유기변태 현상을 이용하여 결정립을 미세화하고자 한다. 이러한 현상을 이용하여 본 발명이 얻고자 하는 페라이트 결정립을 확보하기 위해서는 마무리 사상압연 온도를 730℃~Ae3로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 마무리 사상압연 온도가 Ae3를 초과하는 경우에는 본 발명에서 얻고자 하는 페라이트 결정립을 얻기 어려워 충분한 구상화 열처리성을 얻기 곤란할 수 있고, 730℃ 미만일 경우에는 설비 부하가 높아져 설비 수명이 급격히 저하될 수 있다.

한편, 상기 중간 사상압연 후, 선재의 오스테나이트 결정립 평균 크기는 5~20㎛인 것이 바람직하다. 페라이트는 오스테나이트 결정립계에서 핵생성하여 성장하는 것으로 알려져 있다. 모상인 오스테나이트 결정립이 미세하면 그 결정립계에서 핵생성하는 페라이트도 미세하게 생성을 시작할 수 있으므로, 상기와 같이 중간 사상압연 후 선재의 오스테나이트 결정립 평균 크기를 제어함으로써 페라이트 결정립 미세화 효과를 얻을 수 있다. 상기 오스테나이트 결정립 평균 크기가 20㎛를 초과하는 경우에는 페라이트 결정립 미세화 효과를 얻기 곤란하고, 5㎛ 미만의 오스테나이트 결정립 평균 크기를 얻기 위해서는 강압하와 같은 높은 변형량을 추가적으로 가해야 하는 별도의 설비가 필요하다는 단점이 있을 수 있다.

이후, 상기 선재를 2℃/sec 이하로 냉각한다. 상기 선재 냉각속도가 2℃/sec를 초과하는 경우에는 선재의 미세편석부에서 베이나이트와 같은 저온조직이 생성될 우려가 있다. 상기 미세편석부에서는 선재의 평균대비 2배 이상의 편석이 형성될 수 있으며, 이로 인해 낮은 냉각 속도에서도 저온 조직이 생성되어 강의 조직 균질화에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 한편, 상기 선재 냉각속도는 페라이트 결정립 미세화 측면에서 0.5~2℃/sec인 것이 보다 바람직하다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

50kg 진공 유도 용해로를 이용하여 주조함으로써 하기 표 1의 합금조성을 갖는 강재를 제조하였다. 상기 강재를 1230℃에서 480분간 가열하고, 300℃까지 공냉한 후 상온까지 10℃/sec의 냉각속도로 냉각하여 빌렛을 제조하였다. 상기 제조된 빌렛을 하기 표 2에 기재된 조건을 이용하여 선재를 제조하였다. 이와 같이 제조된 선재에 대하여 미세조직, 페라이트의 결정립 평균 크기, 펄라이트의 콜로니 평균 크기 및 1회 구상화 열처리 후 시멘타이트의 평균 종횡비를 측정한 뒤, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

중간 사상압연 후 오스테나이트 결정립 평균 크기(AGS)는 마무리 사상압연 전 수행하는 절단 crop을 통해 측정하였다.

Ae3는 상용 프로그램인 JmatPro를 이용하여 계산한 값을 표시하였다.

페라이트의 결정립 평균 크기(FGS)는 선재 압연 후 미수냉부를 제거한 뒤 채취한 시편에 대하여 직경으로부터 2/5지점~3/5지점 영역에서 임의의 3지점을 측정한 후 평균값으로 나타내었다.

펄라이트의 콜로니 평균 크기는 상기 FGS 측정과 동일 지점에서 임의의 펄라이트 콜로니 10개를 선정하여 각 콜로니의 (장축+단축)/2 값을 구한 후 측정한 콜로니 크기의 평균값으로 나타내었다.

한편, 구상화 열처리는 상기와 같이 제조된 선재의 시편에 대하여 별도의 가공 공정없이 바로 수행하였다. 이 때, 상기 구상화 열처리는 100℃/Hr의 가열속도로 760℃까지 가열한 후 4~6시간 유지시키고, 730℃까지 50℃/Hr의 냉각속도로 냉각시킨 후 730℃에서 670℃ 사이 구간에서는 10℃/Hr의 냉각속도로 냉각한 뒤 그 이하의 온도에서는 노냉을 유지하는 것으로 진행하였다. 시멘타이트의 평균 종횡비는 구상화 열처리 후 선재의 직경 방향으로 1/4~1/2 지점의 2000배 SEM을 3시야 촬영하여 이미지 측정 프로그램을 사용하여 시야 내 시멘타이트의 장축/단축을 자동측정 후 통계처리를 통해 측정하였다.

강종No.	합금조성(중량%)
강종No.	C	Si	Mn	Cr	P	S	Ti	B	Al	N
발명강1	0.32	0.21	1.2	0.45	0.018	0.006	0.015	0.002	0.03	0.004
발명강2	0.36	0.2	1.15	0.51	0.015	0.006	0.018	0.003	0.02	0.005
발명강3	0.43	0.15	1.3	0.38	0.01	0.008	0.025	0.0015	0.04	0.003
발명강4	0.38	0.25	1.18	0.62	0.011	0.003	0.015	0.0015	0.03	0.005
비교강1	0.34	0.54	1.05	0.6	0.016	0.004	0.023	0.002	0.03	0.004
비교강2	0.43	0.56	1.22	0.43	0.013	0.005	0.014	0.0018	0.03	0.004

구분	강종No.	빌렛 추출 온도(℃)	중간 사상 압연 후 AGS(㎛)	Ae3 (℃)	마무리 사상 압연온도(℃)	선재 냉각 속도(℃/sec)
발명예1	발명강1	1032	12	792	742	0.8
발명예2	발명강2	1025	11	783	755	1.2
발명예3	발명강3	1034	14	766	764	0.9
발명예4	발명강4	1043	13	801	760	1.5
발명예5	발명강1	1021	12	778	752	1.8
발명예6	발명강2	1030	12	780	770	0.9
비교예1	비교강1	1024	12	792	802	0.4
비교예2	비교강2	1031	24	783	823	0.3
비교예3	비교강3	1034	22	766	790	1.5
비교예4	비교강4	1035	21	801	835	2
비교예5	비교강1	1011	15	778	804	2.4
비교예6	비교강2	1028	18	780	816	3

구분	미세조직(면적%)			페라이트 결정립 평균 크기(㎛)	펄라이트 콜로니 평균 크기(㎛)	구상화 열처리 후 시멘타이트 평균 종횡비
구분	F	P	B+M	페라이트 결정립 평균 크기(㎛)	펄라이트 콜로니 평균 크기(㎛)	구상화 열처리 후 시멘타이트 평균 종횡비
발명예1	57	41	2	3.8	5.5	2.1
발명예2	53	47	0	4.5	5.2	2.3
발명예3	41	55	4	4.8	6.7	2.4
발명예4	53	45	2	4.3	5.4	2.2
발명예5	56	42	2	4.7	6.2	2.4
발명예6	52	46	2	4.6	5.3	2.2
비교예1	47	51	2	9.4	14	3.1
비교예2	32	66	2	11	12	2.8
비교예3	46	52	2	9.5	15	3.3
비교예4	34	64	2	12	13	2.9
비교예5	48	50	2	11	18	3.1
비교예6	35	63	2	11	17	3.3
F: 페라이트, P: 펄라이트, B: 베이나이트, M: 마르텐사이트

상기 표 1 내지 3을 통해 알 수 있듯이, 본 발명이 제안하는 합금조성과 제조조건을 만족하는 발명예 1 내지 6의 경우에는 본 발명의 미세조직 종류 및 분율 뿐만 아니라 미세한 결정립을 확보함으로써 1회의 구상화 열처리만으로도 2.5 이하의 시멘타이트 평균 종횡비를 가지고 있음을 알 수 있다.

그러나, 본 발명이 제안하는 합금조성 또는 제조조건을 만족하지 않는 비교예 1 내지 6의 경우에는 본 발명의 미세조직 종류 및 분율을 만족하지 않거나 미세한 결정립을 확보하지 못함으로써 1회의 구상화 열처리시 시멘타이트 평균 종횡비가 높은 수준임을 알 수 있고, 결국, 최종 제품에 적용하기 위해서는 추가적인 구상화 열처리가 필요함을 확인할 수 있다.

Claims

중량%로, C: 0.3~0.5%, Si: 0.02~0.4%, Mn: 1.0~1.5%, Cr: 0.3~0.7%, B: 0.003% 이하(0%는 제외), Ti: 0.03% 이하(0%는 제외), P: 0.03% 이하(0%를 포함), S: 0.01% 이하(0%를 포함), Al: 0.02~0.05%, N: 0.001~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
미세조직은 주상이 페라이트+펄라이트인 복합조직이며, 베이나이트 또는 마르텐사이트 중 1종 이상을 5면적% 이하로 포함(0%를 포함)하고,
표면으로부터 직경의 2/5지점~3/5지점 영역에서의 상기 펄라이트의 콜로니 평균 크기는 7㎛ 이하인 구상화 열처리성이 우수한 선재.
청구항 1에 있어서,
상기 페라이트의 분율은 35면적% 이상인 구상화 열처리성이 우수한 선재.
청구항 1에 있어서,
상기 선재는 표면으로부터 직경의 2/5지점~3/5지점 영역에서의 상기 페라이트의 결정립 평균 크기가 5㎛ 이하인 구상화 열처리성이 우수한 선재.
청구항 1에 있어서,
상기 선재는 1회 구상화 열처리 후 시멘타이트의 평균 종횡비가 2.5 이하인 구상화 열처리성이 우수한 선재.
중량%로, C: 0.3~0.5%, Si: 0.02~0.4%, Mn: 1.0~1.5%, Cr: 0.3~0.7%, B: 0.003% 이하(0%는 제외), Ti: 0.03% 이하(0%는 제외), P: 0.03% 이하(0%를 포함), S: 0.01% 이하(0%를 포함), Al: 0.02~0.05%, N: 0.001~0.01%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1200℃ 이상에서 60분 이상 가열한 뒤, 1차 열간압연하여 빌렛을 얻는 단계;
상기 빌렛을 150~500℃까지 공냉하는 단계;
상기 공냉된 빌렛을 5~30℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계;
상기 냉각된 빌렛을 가열한 뒤, 950~1050℃에서 추출하는 단계;
상기 추출된 빌렛을 2차 열간압연하여 선재를 얻는 단계; 및
상기 선재를 2℃/sec 이하로 냉각하는 단계;를 포함하며,
상기 2차 열간압연은 상기 추출된 빌렛을 중간 사상압연하는 단계; 및
730℃~Ae3에서 마무리 사상압연하는 단계;를 포함하는 구상화 열처리성이 우수한 선재의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 강재 가열 후, 상기 강재는 TiN의 평균 크기가 500㎛ 이상인 구상화 열처리성이 우수한 선재의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 냉각된 빌렛은 산화성 개재물을 제외한 전체 석출물 중 TiN을 80면적% 이상 포함하는 구상화 열처리성이 우수한 선재의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 중간 사상압연 후, 선재의 오스테나이트 결정립 평균 크기는 5~20㎛인 구상화 열처리성이 우수한 선재의 제조방법.