KR20210108002A - 냉간압조용 선재 및 그 제조방법에 있어 열처리생략 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연화소둔 생략형 냉간압조용 선재의 제조방법에 관한 것으로서, 중량 % 로 C: 0.2∼0.5%, Si: 0.1∼0.5%, Mn: 0.2∼1.0%, P: 0.03% 이하, S: 0.03%이하, Cr: 0.6∼1.5%, Mo: 0.1∼0.5%, Ti: 0.005∼0.05%, N: 0.001∼0.020%를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 강편을 1100℃이하의 온도로 가열하는 가열단계와, 마무리 압연온도를 1000℃이하로 하여 열간 선재압연 시키는 압연단계와, 압연이 끝난 후 곧바로 730∼780℃까지 급냉시키는 급냉단계와, 이후 0.2∼0.5℃/sec의 냉각속도로 서냉시키는 서냉단계와로 이루어진 연화소둔 생략형 냉간압조용 선재의 제 조방법을 제공하는 것을 요지로 한다.

Description

냉간압조용 선재 및 그 제조방법에 있어 열처리생략{A WIRE ROD FREE FROM HEAT TREAMENT HAVING HIGH TOUGHNESS FOR COLD FORGING AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 연화소둔 생략형 냉간압조용 선재의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 강재를 냉간압조가공하 여 기계부품의 체결용 볼트, 너트를 만드는데 사용하는 연화소둔 생략형 냉간압조용 선재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차, 산업기계등의 부품 체결용으로 사용되는 고강도 볼트, 너트는 표 1에 나타낸 바와같 이 성분의 중탄소 합금강 선재인 SCM435를 소재로 사용하며 제조공정은 선재를 연화소둔→ 신선→ 구상 화열처리→냉간압조를 통하여 제품이 완성된다.

이와같은 강은 선재로 열간 압연한 상태에서 인장강도가 약 100∼120kg/mm 정도인데 이러한 고강도강을 냉간에서 직접 신선가공하기가 곤란하기 때문에 통상 연화열처리를 실시하여 선재를 연화시킨 다음 냉간 에서 신선가공을 하게 된다.

연화열처리는 통상 Ac1 변태온도 이하(약 650℃)에서 일정시간 유지한 후 서냉한다. 이와같은 열처리를 실시하면 선재의 경도가 250(Hv)이하로 낮아지게 된다. 연화열처리를 통하여 소재가 연화되는 이유는 전 위밀도가 크게 감소하고 또 베이나이트 조직으로부터 시멘타이트의 석출 및 성장이 이루어지기 때문이 다. 연화처리된 소재는 냉간신선 공정으로 옮겨져 약 20% 내외로 신선된다. 신선후에는 다시 소재를 750 ℃전도로 가열하여 약 20시간 정도 구상화열처리를 하여 신선재를 충분히 재연화시킨 다음 냉간압조 공 정에 투입하여 볼트 너트를 제작한다.

이와같은 공정을 통하여 제품화되는 종래 선재의 경우, 앞에서 언급한 바와같이 선재상태에서의 강도가 너무 높아서 신선가공전에 연화소둔을 해주어야 하기 때문에 제조공정이 길고 제조원가가 높다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 선재 압연상태에서 코일 전장에 걸쳐 재질을 충분 히 연화시켜 후공정에서 연화열처리가 필요없는 냉간압조강 합금강선재의 제조방법을 제공하는데 그 목 적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량 % 로 C: 0.2∼0.5%, Si: 0.1∼0.5%, Mn: 0.2∼1.0%, P: 0.03% 이하, S: 0.03%이하, Cr: 0.6∼1.5%, Mo: 0.1∼0.5%, Ti: 0.005∼0.05%, N: 0.001∼0.020%를 함유 하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 강편을 1100℃이하의 온도로 가열하는 가열단계와, 마무리 압연온도를 1000℃이하로 하여 열간 선재압연시키는 압연단계와, 압연이 끝난 후 곧 바로 730∼780℃까지 급냉시키는 급냉단계와, 이후 0.2∼0.5℃/sec의 냉각속도로 서냉시키는 서냉단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상술한 바와같이 본 발명은 강중에 티타늄 함량을 적절히 첨가하여 강 조성을 제어하는 한편, 강편 재가 열온도, 마무리 압연온도를 제어하고 나아가 서냉설비를 이용하여 압연 후 냉각속도 및 냉각패턴을 적절 히 제어하여 선재상태에서 강의 재질을 충분히 연화시킴으로서, 신선전에 실시하는 연화소둔처리를 생략 할 수 있다. 연화소둔 생략으로 인한 제조공기 단축효과 및 에너지 절감에 의한 제조원가 절감효과가 있 다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 선재코일 전부분에 걸쳐 균일하게 연화가 이루어져서, 통상 신선가공전에 행하던 연화열처리 생략이 가능한 냉간압조용 합금강 선재를 제조하기 위한 것으로서, 중량 % 로 C: 0.2∼0.5%, Si: 0.1∼0.5%, Mn: 0.2∼1.0%, P: 0.03% 이하, S: 0.03%이하, Cr: 0.6∼1.5%, Mo: 0.1∼0.5%, Ti: 0.005∼0.05%, N: 0.001∼0.020%를 함유하고,잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 강편을 1100℃이하의 온도로 가열한 후 열간 선재압연을 실시함에 있어 마무리 압연온도를 1000℃이하로 하고, 압연이 끝난 소재는 곧 바로 730∼780℃까지 급냉한 후, 서냉설비를 활용하여 0.2∼0.5℃/sec의 냉각속도로 5∼10분간 서냉시켜야 한다.

이하, 본발명에 있어서 첨가원소의 성분 범위 및 선재 제조조건을 한정하는 이유에 대하여 상세히 설명 한다.

탄소는 첨가량이 너무 적으면 최종 제품에서 요구하는 강도를 얻을 수 없고 첨가량이 많으면 소입소려 처리후에 강도가 필요이상으로 높아지게 되므로 첨가 범위를 0.2∼0.5%로 제한하는 것이 바람직하다. 규소는 탈산 및 필요강도 확보를 위해 첨가한다. 첨가량이 적으면 이러한 효과를 나타내지 못하고, 첨가 량이 지나치게 많으면 탈탄을 조장하여 표면경도 및 피로성질을 감소시킨다. 따라서 첨가범위를 0.1∼0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

망간은 강의 탈산에 필요한 원소이며, 또한 소입성을 개선시킬 목적으로 첨가한다. 첨가량이 많으면 선 재 중심부에 편석되어 경질조직인 마르텐사이트(Martensite)를 형성시켜 선재를 경하게 만들어준다. 따 라서 첨가범위를 0.2∼1.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

인은 선재중심부에 망간과 함께 편석되어 저온조직을 발생시키고, 소입소려시 균열발생을 조장하는 원소 이므로 0.03%이상 첨가되지 않도록 하여야 한다.

황은 강중에서 입계에 편석되어 인성을 크게 감소시킨다. 따라서 황은 0.03%이상 첨가되지 않도록 하여 야 한다.

크롬은 열처리시 소입성 확보를 위하여 첨가한다. 첨가량이 적으면 소입성이 떨어지고 첨가량이 많은 경 우 소입처리시 균열발생이 쉽고 또 강도가 과도하게 증가하므로 첨가량은 0.6∼1.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

몰리브덴은 열처리시 소입성 확보 및 고온강도를 향상시키기 위하여 첨가한다. 첨가량이 적으면 이러한 효과를 얻을 수 없고, 첨가량이 많은 경우 소입처리시 균열발생이 쉽고 또 필요이상으로 강도가 증가하 게 되므로 첨가량을 0.1∼0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

티타늄은 강중에서 질소와 결합하여 티탄질화물(TIN)을 형성한다. 이 질화물은 고온에서 극히 안정하며, 또 오스테나이트 입계에 주로 존재하며 오스테나이트 입자의 성장을 억제시켜 조직을 미세화시키는 역할 을 한다. 오스테나이트 조직이 미세하여지면 냉각시 연질조직인 페라이트와 펄라이트의 변태가 촉진되어 선재가 연화된다. 첨가량이 적으면 이러한 효과를 나타낼 수 없고, 첨가량이 많으면 조대한 티탄질화물 이 과도하게 석출되어 인성을 감소시키므로 첨가량을 0.005∼0.05%로 한정하는 것이 바람직하다. 질소는 앞에서 언급한 바와 같이 티타늄과 결합하여 질화물을 형성하여 오스테나이트를 미세화시키는 역 할을 한다. 첨가량이 0.001%이하이면 효과가 적고, 0.02% 이상이면 조대한 티탄질화물이 과도하게 생성 되어 오히려 강의 인성을 감소키시므로 첨가량을 0.001∼0.02%로 한정한다.

상기와 같은 조성의 강을 강편으로 제조한 후 1100℃ 이하로 재가열하여 선재압연을 실시한다. 재가열온 도가 1100℃이상이 되면, 비록 강중에 티탄질화물이 존재한다 하더라도 오스테나이트 입자의 성장이 완 벽하게 억제되지 않아 오스테나이트가 조대하여질 수 있다. 재가열과정에서 오스테나이트 입자가 조대하 게 되면 압연을 완료한 상태에서도 오스테나이트 입자가 조대해질 수 있으며, 이렇게 되는 경우 강의 소 입성이 증가하여 냉각과정에서 저온조직이 다량 발생되므로 선재를 연화시킬 수 없게 된다. 따라서 가열 온도를 1100℃이하로 하여 오스테나이트 성장을 적극 억제시키는 것이 바람직하다.

재가열한 강편은 압연기를 이용하여 필요 선경으로 압연하는데 이때 마무리 압연온도를 1000℃ 이하로 하여야 한다. 공지 기술에서는 마무리 압연온도를 900℃ 이하로 제한하고 있지만 본 발명에서는 이보다 높은 1000℃이상이 되면 오스테나이트가 조대화되어 냉각과정에서 저온변태조직의 발생이 용이하게 된 다. 그러나 마무리 온도가 1000℃이하가 되면 티탄질화물이 오스테나이트 입자 성장을 적극 억제하기 때 문에 미세한 오스테나이트 입자를 확보할 수 있다.

상기와 같은 조건으로 열간 압연한 강재는 압연이 끝나자 말자 곧 바로 730∼770℃까지 급냉한 후, 소재 의 현열을 이용하거나 혹은 적당한 서냉설비를 활용하여 0.2∼0.5℃/sec의 냉각속도로 5∼10 분간 서냉 시킨 후 강제공냉이나 자연방냉시킨다. 급냉온도가 730℃이하가 되면 이후 뒤따르는 서냉과정에서 페라 이트 변태 노즈(nose)를 통과하기가 어려워져 조온조직 생성을 방지하기가 곤란하다. 만일 급냉온도가 780℃ 이상이 되면 오스테나이트 조직의 변태구동력이 그다지 크지 않기 때문에 변태시간이 길어져서 5 분 내지 10분간 정도의 단시간의 서냉각을 통해 연질조직을 얻기가 곤란해진다. 목표온도로 급냉한 소재 를 0.2℃/sec 보다 더 느린 냉각속도로 서냉하면 연질조직을 얻을 수는 있으나 변태에 걸리는 시간이 너 무 길어져 생산성이 크게 떨어진다. 냉각속도를 0.5℃/sec보다 빠르게 하면 오스테나이트가 페라이트+ 펄라이트로 완전히 변태되지 못하고 일부는 저온변태조직인 베이나이트로 변태된다. 서냉시간을 한정하 는 이 유 를 설 명 하 면 5분 보 다 짧 게 서 냉 시 키 면 페 라 이 트 + 펄 라 이 트 변 태 가 완 료 되 지 않 은 상 태 에 서 서 냉 을 종료하게 되어 미변태 오스테나이트가 경질의 베이나이트로 변태하게 되고, 10분이상 서냉시키면 페 라이트+ 펄라이트 변태가 완료된 이후에도 불필요하게 계속 서냉을 시키는 셈이되어 생산성을 감소시키 는 결과를 조래하게 된다.

지금까지 언급한 바대로 강종성분, 압연조건 및 냉각조건을 변경하면 극저온 압연을 하지 않을 뿐 아니 라 2 톤 중량의 선재 코일의 선, 후단부등의 급냉부를 제거하지 않고도 연화열처리 없이 냉간신선이 가 능한 중탄소 저합금강을 제조할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. (실시예)

하기의 표 2와 같은 조성를 갖는 발명강과 비교강종을 소형강괴(160mm ×160mm ×250mm)로 제작한 후 1200 ℃에서 2시간 가열 후 열간에서 압연하여 두께 32mm 판을 제작하였다.

상기의 표 4는 다양한 냉각속도로 냉각시킨 소재의 냉각속도별 경도값 측정결과이다.

통상 경도값은 250Hv 이하이면 신선가공전 연화열처리 생략이 가능한 것으로 알려져 있다. 따라서 냉각 속도 0.2∼0.5℃/sec 범위이면 연화열처리 생략이 가능함을 알수 있다.

Claims (2)

1. 중량 % 로 C: 0.2∼0.5%, Si: 0.1∼0.5%, Mn: 0.2∼1.0%, P: 0.03% 이하, S: 0.03%이하, Cr: 0.6∼1.5%, Mo: 0.1∼0.5%, Ti: 0.005∼0.05%, N: 0.001∼0.020%를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되 는 불순물로 조성되는 강편을 1100℃이하의 온도로 가열하는 가열단계와, 마무리 압연온도를 1000℃이하 로 하여 열간 선재압연시키는 압연단계와, 압연이 끝난 후 곧바로 730∼780℃까지 급냉시키는 급냉단계 와, 이후 0.2∼0.5℃/sec의 냉각속도로 서냉시키는 서냉단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 연화소둔 생략형 냉간압조용 선재의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   
   상기 서냉단계에서 5 ∼ 10분간 서냉하는 것을 특징으로 하는 연화소둔 생략형 냉간압조용 선재의 제조 방법.