KR20220023118A - 냉간 가공성이 향상된 선재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에서는 다양한 응력 및 부식 환경에 노출되는 산업기계, 자동차 또는 구조물 등의 복잡한 형상의 부품으로 이용될 수 있는 선재 및 그 제조방법을 개시한다.
개시되는 냉간 가공성이 향상된 선재의 일 실시예에 따르면, 중량%로, C: 0.20 내지 0.50%, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0.4 내지 1.4%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, Al: 0.010 내지 0.050%, N: 0.010 내지 0.020%, Cr: 0.7 내지 1.4%, Mo: 0.1 내지 0.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 부피분율로, 85% 이상의 베이나이트 및 15% 이하의 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 가지며, 상기 잔류 오스테나이트 중 고용 탄소 함량이 0.7 내지 1.5중량% 범위를 만족할 수 있다.

Description

냉간 가공성이 향상된 선재 및 그 제조방법{STEEL WIRE HAVING ENHANCED COLD FORMABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 냉간 가공성이 향상된 선재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 다양한 응력 및 부식 환경에 노출되는 산업기계, 자동차 또는 구조물 등의 복잡한 형상의 부품으로 이용될 수 있는 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
선재는 냉간 가공 공정을 통해 볼트, 볼 등 다양한 모양의 최종제품으로 제조된다. 냉간 가공 공정에서 사용되는 금형의 마모를 최소화하기 위하여 구상화 열처리를 통한 미세조직 제어로 선재의 강도를 낮추는 방법을 사용하고 있다. 보통 최종제품의 형상이 복잡할수록 높은 수준의 구상화율이 요구되고, 이를 위해서는 최소 1회 이상의 구상화 열처리가 요구된다.
구상화 열처리는 강종에 따라 다소 차이가 있지만 페라이트와 펄라이트 조직으로 이루어진 강재를 일정 온도범위에서 15시간 이상으로 장시간 동안 유지해야 되기 때문에 비용이 많이 들어 제조원가 측면에서 불리한 측면이 있다.
선재 상태에서의 미세조직을 미세한 펄라이트 조직으로 만들거나 베이나이트 또는 마르텐사이트와 같은 저온 조직으로 만들 수 있으면 구상화 열처리 시간을 크게 줄일 수 있다. 그러나, 통상의 선재 냉각 방식으로는 냉각속도의 한계로 인해 전술한 미세한 펄라이트 조직이나 베이나이트 또는 마르텐사이트와 같은 저온 조직을 형성하는데 어려움이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2007-0068511호(공개일:2007년07월02일)
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 합금조성과 제조방법을 통해 미세조직을 제어함으로써 구상화 열처리 시간을 단축하고, 동시에 냉간 가공성이 향상된 선재 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 냉간 가공성이 향상된 선재는 중량%로, C: 0.20 내지 0.50%, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0.4 내지 1.4%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, Al: 0.010 내지 0.050%, N: 0.010 내지 0.020%, Cr: 0.7 내지 1.4%, Mo: 0.1 내지 0.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 부피분율로, 85% 이상의 베이나이트 및 15% 이하의 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 가지며, 상기 잔류 오스테나이트 중 고용 탄소 함량이 0.7 내지 1.5중량% 범위를 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 각 냉간 가공성이 향상된 선재에 있어서, 부피분율로, 베이나이트 85 내지 95%, 잔류 오스테나이트 5 내지 15%를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 각 냉간 가공성이 향상된 선재에 있어서, 상기 베이나이트의 래쓰 두께가 1㎛ 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 각 냉간 가공성이 향상된 선재에 있어서, 구오스테나이트 결정립 크기는 20㎛ 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 각 냉간 가공성이 향상된 선재에 있어서, 700 내지 800℃에서 12시간 이하로 구상화 열처리 시 구상화율이 90% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 각 냉간 가공성이 향상된 선재에 있어서, 700 내지 800℃에서 12시간 이하로 구상화 열처리 시 임계 업셋율이 70% 이상일 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 냉간 가공성이 향상된 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.20 내지 0.50%, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0.4 내지 1.4%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, Al: 0.010 내지 0.050%, N: 0.010 내지 0.020%, Cr: 0.7 내지 1.4%, Mo: 0.1 내지 0.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 선재 압연하고, 700 내지 900℃에서 권취하는 단계, 상기 권취된 강재를 마르텐사이트 변태 개시 온도를 초과하는 온도의 용융염 또는 용융납에 침지하여 10℃/s 초과의 냉각속도로 냉각한 다음, 5분 이상 항온 열처리하는 단계 및 공냉하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 각 냉간 가공성이 향상된 선재의 제조방법에 있어서, 상기 용융염 또는 용융납의 온도는 300 내지 400℃일 수 있다.
본 발명에 따르면 합금조성 및 제조조건을 제어하여 선재의 기지조직을 베이나이트로 제어하고, 잔류 오스테나이트 중 고용 탄소 함량을 제어함으로써 구상화 열처리 시간을 단축하고, 동시에 냉간 가공성이 향상된 선재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 가령, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명자들은 산업기계, 자동차 또는 구조물 등의 복잡한 형상의 부품을 제조하기 위해 요구되는 냉간 가공성을 확보하면서도, 가공성을 확보하기 위해 수행되는 장시간의 구상화 열처리를 단축할 수 있는 방안에 대해 깊이 연구하였다. 그 결과, 합금조성 및 미세조직을 제어함으로써 베이나이트가 기지조직이 되는 미세조직을 도출하는 것과 동시에 잔류 오스테나이트 중 고용 탄소 함량을 제어함으로써 전술한 과제를 해결할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 일 예에 따른 냉간 가공성이 향상된 선재는 중량%로, C: 0.20 내지 0.50%, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0.4 내지 1.4%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, Al: 0.010 내지 0.050%, N: 0.010 내지 0.020%, Cr: 0.7 내지 1.4%, Mo: 0.1 내지 0.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
각 합금원소의 성분범위를 한정한 이유를 이하에서 서술한다.
C의 함량은 0.20 내지 0.50중량%일 수 있다.
C는 제품의 강도를 확보하기 위해서 첨가되는 원소이다. C의 함량이 0.20중량% 미만일 경우에는 목표하는 강도를 확보할 수 없다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 페라이트 및 펄라이트 상변태가 빠르게 진행되어 베이나이트 상을 충분히 형성할 수 없는 문제가 있어, C 상한은 0.50중량%로 한정될 수 있다.
Si의 함량은 0중량% 초과 0.5중량% 이하일 수 있다.
Si은 강의 탈산을 위해서 유용할 뿐만 아니라, 고용 강화를 통해 강도 확보에도 효과적이어서 0중량% 초과하여 첨가된다. 강의 탈산 및 고용 강화를 통한 강도 강화를 위하여 Si의 함량은 바람직하게는 0.1중량% 이상일 수 있다. 그러나, Si은 과다첨가 시 강재의 충격특성을 저하시킨다. 만약 그 함량이 0.5중량%를 초과하는 경우에는 충격특성 및 냉간 가공성의 저하가 우려되므로 Si 상한은 0.5중량%로 한정될 수 있다.
Mn의 함량은 0.4 내지 1.4중량%일 수 있다.
Mn은 경화능을 향상시키고, 기지조직 내에 치환형 고용체를 형성하여 고용강화 효과를 나타내는 원소로 본 발명에서 0.4중량% 이상 첨가된다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 망간편석이 발생하여 선재 조직이 불균일해지고, 경화능이 커져 베이나이트 형성에 과도한 시간이 소요되는 문제가 있어 Mn 상한은 1.4중량%로 한정될 수 있다.
P 및 S의 함량은 0.030중량% 이하일 수 있다.
P과 S은 강 제조과정 중에 불가피하게 혼입되는 원소로서 결정립계에 편석되어 인성을 저하시키고 지연파괴 저항성을 감소시키는 주요 원인이 되며, 특히 S은 저융점 유화물을 형성하여 열간 가공성을 저하시킨다. P와 S는 가능한 포함되지 않는 것이 바람직하며, 본 발명에서 P, S 상한은 0.030중량%로 한정될 수 있다.
Al의 함량은 0.010 내지 0.050중량%일 수 있다.
Al은 강력한 탈산 원소로서 강 중 산소를 제거해 청정도를 높일 뿐만 아니라, 강 중 고용된 질소와 결합하여 AlN을 형성함으로써 결정립을 미세화하게 한다. 그 결과, 강재의 연성 및 충격 인성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에서는 알루미늄을 적극적으로 첨가하여 0.010중량% 이상으로 첨가할 수 있다. 다만, Al 함량이 과다하여 0.050중량%를 초과하면 알루미나 개재물이 다량 생성되어 기계적 물성을 크게 저하시킬 우려가 있어 본 발명에서 Al 상한은 0.050중량%로 한정될 수 있다.
N의 함량은 0.010 내지 0.020중량%일 수 있다.
N는 질화물을 형성하여 결정립을 미세하게 하여 강도 및 연성을 향상시키는 원소이다. 이를 위해 본 발명에서 N의 함량은 0.010중량% 이상으로 첨가될 수 있다. 다만, N 함량이 과다하여 0.020중량%를 초과할 경우에는 강 중 고용되는 질소량이 증가하여 냉간 단조성을 저하시킬 우려가 있어 본 발명에서 N 상한은 0.020중량%로 한정될 수 있다.
Cr의 함량은 0.7 내지 1.4중량%일 수 있다.
Cr은 Mn과 함께 고용강화 및 경화능 향상에 유효하고, 부식 환경에서는 내식성을 향상시키는 원소이다. 또한, Cr은 첨가 시 상변태 거동에 크게 영향을 주며, 상대적으로 느린 냉각속도에서도 페라이트, 펄라이트 형성이 늦어지는 반면 베이나이트가 잘 형성되게 하는 효과가 있으며, 평형상태에서의 변태온도에도 영향을 준다. 아울러, Cr은 베이나이트 변태 시 탄화물의 핵으로 작용하여 베이나이트 내부에 탄화물 석출을 촉진하고 강도 및 충격특성을 향상시킬 수 있으므로 본 발명에서는 0.7중량% 이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 조대한 탄화물이 생성되거나 베이나이트 형성에 과도한 시간이 소요되는 문제가 있어, 본 발명에서 Cr 상한은 1.4중량%로 한정될 수 있다.
Mo의 함량은 0.1 내지 0.5중량%일 수 있다.
Mo은 경화능을 향상시키고 입계 산화 억제에 효과적인 원소이며, 특히 베이나이트 형성을 위한 열처리 과정에서 형성되는 Mo 탄화물(Mo을 포함하는 탄화물)은 강력한 수소 트랩 사이트로 작용하여 지연파괴 저항성을 향상시킬 수 있다. 또한, Mo는 첨가 시 상변태 거동에 크게 영향을 주며, 상대적으로 느린 냉각속도에서도 페라이트, 펄라이트 형성이 늦어지는 반면 베이나이트가 잘 형성되게 하는 효과가 있으며, 평형상태에서의 변태온도에도 영향을 준다. 이를 위해 본 발명에서 Mo은 0.1중량% 이상 첨가된다. 다만, Mo 함량이 과다하면 경화능이 과도하게 커져 베이나이트 형성에 과도한 시간이 소요되는 문제가 있어 본 발명에서 Mo 상한은 0.5중량%로 한정될 수 있다.
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 발명의 일 예에 따르면 상술한 합금조성의 선재는 부피분율로, 85% 이상의 베이나이트 및 15% 이하의 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.
잔류 오스테나이트 조직이 부피분율로 15%를 초과하면 고용 탄소 함량이 낮아져 잔류 오스테나이트 상이 불안정해지기 때문에 신선가공 중 마르텐사이트 변태가 일어나 강도가 크게 증가할 뿐만 아니라 조직이 불균일해져 구상화 열처리 후 선재의 물성이 열위해질 우려가 있다. 이러한 측면에서 일 예에 따른 선재는 바람직하게는 부피분율로 베이나이트 85 내지 95%, 잔류 오스테나이트 5 내지 15%를 포함할 수 있다.
잔류 오스테나이트 내 고용 탄소 함량은 신선 가공 중 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변태경향에 영향을 미치며, 지나치게 과다하면 신선 가공 중 변형 쌍정(deformation twin)이 집중적으로 형성되어 강재가 취화될 우려가 있다.
본 발명의 일 예에 따르면 상술한 미세조직을 구성하는 잔류 오스테나이트 중 고용 탄소 함량이 0.7 내지 1.5중량% 범위를 만족할 수 있다. 만일 고용 탄소 함량이 0.7중량% 미만이면 잔류 오스테나이트의 상 안정도가 낮아져 신선 가공 중 마르텐사이트 변태가 일어나기 쉬워 조직이 불균일해질 우려가 있고, 고용 탄소 함량이 1.5중량%를 초과하게 되면 신선 가공 중 변형 쌍정이 집중적으로 형성되어 취화될 우려가 있다. 잔류 오스테나이트 내 고용 탄소는 베이나이트 변태가 일어나면서 고용한계를 초과하는 탄소가 오스테나이트로 확산되게 된다. 본 발명에서는 이에 착안하여 잔류 오스테나이트 중 고용 탄소 함량을 적절히 제어한다.
베이나이트는 한 개의 오스테나이트 결정립이 패킷(packet)과 블록(block)이라고 하는 하부 조직의 단위로 분할되어 생성된다. 패킷은 가장 조밀한 결정면이 서로 평행관계를 갖는　래쓰(lath)집단이고, 블록은 등가의 결정방위를 갖는　래쓰집단이며, 한 개의 패킷은 여러 개의 블록으로 분할된다.
본 발명에 따르면 상술한 미세조직을 구성하는 베이나이트의 래쓰 두께는 1㎛ 이하일 수 있다. 래쓰 두께가 1㎛를 초과하면 구상화 열처리 시간이 길어져 제조비용이 증가하는 문제가 있으므로 강의 합금조성, 제조공정 등의 조건을 조절하여 래쓰 두께가 1㎛ 이하가 되도록 관리하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 베이나이트 래쓰 두께는 0.8㎛ 이하일 수 있다.
본 발명에 따르면 구(舊)오스테나이트 결정립 크기(prior austenite grain size)는 20㎛ 이하일 수 있다. 결정립 크기가 지나치게 조대하면 구상화 열처리 시간이 길어져 경제적인 측면에서 불리하므로 본 발명에서는 구오스테나이트 결정립 크기를 20㎛ 이하로 제어할 수 있다. 여기서, 구오스테나이트란 항온 열처리 이전의 선재 미세조직 내 오스테나이트를 의미한다.
본 발명의 냉간 가공성이 향상된 선재는 다양한 응력 및 부식 환경에 노출되는 산업기계, 자동차 또는 구조물 등의 복잡한 형상의 부품으로 이용될 수 있다. 본 발명의 일 예에 따른 선재는 1회 이상의 신선가공 및 구상화 열처리와 냉간 단조 등을 수행하여 다양한 형상의 부품으로 제조될 수 있으며, 부품의 예로는 너트, 볼트 등을 들 수 있으나 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 열거된 예시일 뿐 특별히 본 발명의 사상을 한정하는 것이 아님을 유의할 필요가 있다.
본 발명의 일 예에 따른 냉간 가공성이 향상된 선재는 700 내지 800℃에서 12시간 이하로 구상화 열처리 시 구상화율이 90% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 냉간 가공성이 향상된 선재는 700 내지 800℃에서 12시간 이하로 구상화 열처리 시 임계 업셋율이 70% 이상일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 냉간 가공성이 향상된 선재를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 선재는 상술한 합금조성을 가지는 강재를 선재 압연 - 권취 - 항온 열처리 - 공냉하여 제조될 수 있다.
일 예에 따른 냉간 가공성이 향상된 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.20 내지 0.50%, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0.4 내지 1.4%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, Al: 0.010 내지 0.050%, N: 0.010 내지 0.020%, Cr: 0.7 내지 1.4%, Mo: 0.1 내지 0.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 선재 압연하고, 700 내지 900℃에서 권취하는 단계, 상기 권취된 강재를 마르텐사이트 변태 개시 온도를 초과하는 온도의 용융염 또는 용융납에 침지하여 10℃/s 초과의 냉각속도로 냉각한 다음, 5분 이상 항온 열처리하는 단계 및 공냉하는 단계를 포함할 수 있다.
합금원소 함량의 수치 한정 이유에 대한 설명은 전술한 바와 동일하므로 편의상 생략한다.
먼저 본 발명의 일 예에 따르면 상술한 합금조성을 갖는 강재를 선재 압연하고, 700 내지 900℃에서 권취할 수 있다. 권취온도가 700℃ 미만인 경우, 초석 페라이트 변태가 용이해져 베이나이트를 기지조직으로 하는 미세조직을 도출할 수 없다. 반면에 권취온도가 900℃를 초과하는 경우에는 오스테나이트 결정립 크기(AGS)이 조대해져 상변태 후 베이나이트의 래쓰 두께가 1㎛를 초과하게 된다. 그 결과 구상화 열처리 시간이 길어지게 되어 공정 비용이 증가하므로 권취온도는 700 내지 900℃로 하는 것이 바람직하다.
이후 본 발명의 일 예에 따르면 권취된 강재를 마르텐사이트가 형성되지 않도록 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms)를 초과하는 용융염 또는 용융납에 침지하여 급냉시키고, 이 온도 범위에서 항온 열처리를 수행할 수 있다. 이때 항온 열처리 온도는 용융염 또는 용융납의 온도와 거의 동일하다.
본 발명에서는 Cr과 Mo를 첨가하여 100℃/s 초과의 냉각속도 보다 훨씬 느린 냉각속도에서도 페라이트, 펄라이트 형성을 늦출 수 있는 효과가 있다. 본 발명의 일 예에 따르면 용융염 또는 용융납에 침지하여 10℃/s 초과의 냉각속도로 냉각할 수 있다. 만약 냉각속도가 10℃/s 이하이면 냉각 중에 초석 페라이트 및 펄라이트가 형성될 수 있어 바람직하지 않다. 용융염 또는 용융납의 온도는 바람직하게는 300 내지 400℃일 수 있다. 항온 열처리 온도가 300℃ 미만이면 베이나이트 변태시간이 길어져 충분한 생산성을 확보할 수 없으며, 마르텐사이트가 생성되어 미세조직이 불균일해지고, 잔류 오스테나이트의 고용 탄소 함량이 과도해져 냉간 신선 시 변형이 집중되어 취화될 우려가 있다. 그 결과 구상화 열처리 후 선재의 물성이 열위될 우려가 있다. 반면 항온 열처리 온도가 400℃를 초과하게 되면, 베이나이트 대신 미세한 펄라이트가 형성되어 구상화 열처리 시간이 길어져 공정 비용이 증가하므로 생산성을 확보할 수 없다. 또한, 잔류 오스테나이트의 탄소 함량이 너무 낮아 냉간 신선 시 마르텐사이트 변태가 일어날 우려가 있다.
항온 열처리는 5분 이상 행하는 것이 바람직하며, 항온 열처리가 5분 미만으로 유지되는 경우 일부 미변태 오스테나이트가 후속되는 공냉 중 마르텐사이트로 변태되어 선재 미세조직 내에 베이나이트와 잔류 오스테나이트 상 이외에 마르텐사이트가 형성될 수 있다. 마르텐사이트가 형성되면 필요 이상으로 강도가 크게 증가할 뿐 아니라 조직이 불균일해지고, 구상화 특성도 열위해질 우려가 있으므로 이는 바람직하지 않다.
이어서 항온 열처리되어 변태 완료된 선재를 공냉할 수 있다.
상술한 제조방법에 따라 제조된 냉간 가공성이 향상된 선재의 미세조직은 부피분율로, 85% 이상의 베이나이트 및 15% 이하의 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 가지며, 상기 잔류 오스테나이트 중 고용 탄소 함량이 0.7 내지 1.5중량% 범위를 만족할 수 있다. 또한, 상기 베이나이트의 래쓰 두께가 1㎛ 이하일 수 있다. 또한, 구오스테나이트 결정립 크기가 20㎛ 이하일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 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}
하기 표 1의 조성을 갖는 강재를 1050℃로 재가열하고 선재 압연한 다음, 하기 표 2의 조건으로 권취하고, 용융염 또는 용융납에 침지하여 항온 열처리를 실시한 후 공냉하여 선재를 제조하였다.
표 2의 베이나이트 부피분율과 구오스테나이트 결정립 크기는 화상 분석기(Image Analyzer)를 이용하여 측정하였고, 잔류 오스테나이트 부피분율은 Cu-Kα X선 회절 분석기를 이용해 측정하였으며, 베이나이트 래쓰 두께는 후방 산란전자 회절(Electron Back Scatter Diffraction, EBSD)을 이용하여 측정하였다.
또한, 표 1, 2의 선재를 30% 냉간 신선한 다음 750℃에서 대략 10시간 구상화 열처리를 수행하였으며, 이때의 구상화율과 임계 업셋율을 측정하였다.
업셋율은 업셋(upsetting)에 따른 시편 높이의 변화율을 의미하며, 상온에서 측정되었다. 임계 업셋율이란 크랙이 발생하지 않는 최대 업셋율을 의미한다.
구상화율은 임의의 10 이상의 지점에서 SEM 전자현미경으로 촬영한 다음, x5000 시야에서 관찰한 모든 탄화물 중 종횡비가 2.5 이하인 구상화 탄화물의 점유율을 측정하여 도출하였다.
강종 조성(중량%)
C Si Mn P S Al N Cr Mo
A 0.38 0.3 1.2 0.018 0.020 0.033 0.010 1.2 0.3
B 0.28 0.5 1.0 0.020 0.010 0.035 0.015 1.0 0.5
C 0.30 0.4 0.7 0.014 0.011 0.029 0.012 0.9 0.2
D 0.26 0.2 0.9 0.011 0.018 0.031 0.014 1.3 0.3
E 0.45 0.3 0.7 0.021 0.009 0.023 0.011 0.8 0.2
F 0.27 0.4 1.0 0.009 0.012 0.034 0.015 0.8 0.4
G 0.41 0.3 0.8 0.012 0.015 0.037 0.013 1.1 0.3
H 0.35 0.2 1.2 0.013 0.008 0.025 0.011 0.9 0.1
I 0.31 0.3 1.0 0.020 0.015 0.036 0.016 1.0 0.2
강종 구분 권취
온도
(℃)		 항온 열처리 잔류
오스테나이트		 베이나이트 구오스테나이트 결정립 크기
(㎛)		 구상
화율
(%)		 임계
업셋율
(%)
유지
온도
(℃)		 유지
시간
(min)		 부피
분율
(%)		 고용
탄소
함량		 부피
분율
(%)		 래쓰
두께
(㎛)
A 발명예1 810 370 9 12 0.9 87 0.8 14 90 70
B 발명예2 865 355 10 11 1.1 89 0.7 18 92 72
C 발명예3 770 330 13 8 1.4 92 0.6 10 95 79
D 발명예4 845 340 12 9 1.2 90 0.6 17 92 74
E 비교예1 660 320 18 8 1.3 77 0.5 9 80 59
F 비교예2 950 350 15 10 1.1 89 1.3 38 82 64
G 비교예3 830 265 30 7 1.8 73 0.6 15 85 65
H 비교예4 780 435 10 3 0.5 - - 11 73 55
I 비교예5 860 345 2 7 1.3 53 0.7 20 82 64
A 비교예6 855 400 25 13 0.6 82 1.0 19 79 60
B 비교예7 865 300 30 7 1.7 96 0.4 19 87 68
C 비교예8 830 405 10 16 0.5 86 1.0 13 81 61
표 1, 2를 참조하면 본 발명의 합금조성과 제조조건을 충족하는 발명예 1~4의 선재들은 부피분율로, 85% 이상의 베이나이트 및 15% 이하의 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 가지며, 잔류 베이나이트 중 고용 탄소 함량이 0.7 내지 1.5중량% 범위를 만족함을 알 수 있다. 또한, 베이나이트 래쓰 두께가 1㎛ 이하이며, 구오스테나이트 결정립 크기는 20㎛ 이하이며, 700 내지 800℃에서 12시간 이하로 구상화 열처리 시 구상화율이 90% 이상으로 높고, 임계 업셋율이 70% 이상으로 냉간 가공성이 개선됨을 알 수 있다.
이에 비해 비교예 1은 권취온도가 660℃로 700℃미만으로 초석 페라이트 변태가 용이해짐에 따라 충분한 양의 베이나이트를 형성하지 못하여 구상화 열처리 시 구상화율과 임계 업셋율도 저하되었다.
비교예 2는 권취온도가 950℃로 900℃를 초과하여 베이나이트 래쓰 두께가 1㎛를 초과하고, 구 오스테나이트 결정립 크기도 20㎛를 초과함에 따라 구상화 열처리 시 구상화율과 임계 업셋율이 저하되었다.
비교예 3은 항온 열처리 온도가 265℃로 300℃ 미만으로 마르텐사이트가 형성되어 미세조직이 불균일하게 도출되었으며 잔류 오스테나이트의 고용 탄소 함량이 1.8중량%로 과도하여 냉간 신선 시 변형이 집중되어 취화되었다. 그 결과 구상화 열처리 시 구상화율과 임계 업셋율이 저하되었다.
비교예 4는 항온 열처리 온도가 435℃로 400℃를 초과하여 미세조직으로 베이나이트 대신 미세한 펄라이트가 형성되고, 잔류 오스테나이트의 탄소 함량이 너무 낮아 냉간 신선 시 마르텐사이트 변태가 일어났다. 그 결과 구상화 열처리 시 구상화율과 임계 업셋율이 저하되었다.
비교예 5는 항온 열처리 유지시간이 2분으로 너무 짧아 베이나이트가 충분히 형성되지 못하고, 미변태 오스테나이트가 공냉 시 마르텐사이트로 변태하였다. 그 결과 미세조직이 불균일해져 구상화 열처리 시 구상화율과 임계 업셋율이 저하되었다.
비교예 6, 7은 본 발명의 합금조성 및 베이나이트와 잔류 오스테나이트의 부피분율을 만족하였으나, 잔류 오스테나이트 중 고용 탄소 함량이 본 발명이 한정한 범위를 벗어났다.
잔류 오스테나이트 중 고용 탄소 함량이 0.6중량%로 적은 비교예 6은 잔류 오스테나이트의 상 안정도가 낮아졌고, 신선 가공 중 마르텐사이트 변태가 일어나 조직이 불균일해져 구상화 열처리 시 구상화율과 임계 업셋율이 저하되었다. 반면, 잔류 오스테나이트 중 고용 탄소 함량이 1.7중량%로 과다한 비교예 7은 신선 가공 중 변형 쌍정이 집중적으로 형성되어 강재가 취하되었다. 그 결과, 구상화 열처리 시 구상화율과 임계 업셋율이 저하되었다.
비교예 8은 잔류 오스테나이트 분율이 과다한 경우로 고용 탄소 함량이 낮아져 잔류 오스테나이트의 상 안정도가 낮아지고, 신선 가공 중 마르텐사이트 변태가 일어나 조직이 불균일해져 구상화 열처리 시 구상화율과 임계 업셋율이 저하되었다.
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 (8)

  1. 중량%로, C: 0.20 내지 0.50%, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0.4 내지 1.4%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, Al: 0.010 내지 0.050%, N: 0.010 내지 0.020%, Cr: 0.7 내지 1.4%, Mo: 0.1 내지 0.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    부피분율로, 85% 이상의 베이나이트 및 15% 이하의 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 가지며, 상기 잔류 오스테나이트 중 고용 탄소 함량이 0.7 내지 1.5중량% 범위를 만족하는 냉간 가공성이 향상된 선재.
  2. 제1항에 있어서,
    부피분율로, 베이나이트 85 내지 95%, 잔류 오스테나이트 5 내지 15%를 포함하는 냉간 가공성이 향상된 선재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 베이나이트의 래쓰 두께가 1㎛ 이하인 냉간 가공성이 향상된 선재.
  4. 제1항에 있어서,
    구오스테나이트 결정립 크기가 20㎛ 이하인 냉간 가공성이 향상된 선재.
  5. 제1항에 있어서,
    700 내지 800℃에서 12시간 이하로 구상화 열처리 시 구상화율이 90% 이상인 냉간 가공성이 향상된 선재.
  6. 제1항에 있어서,
    700 내지 800℃에서 12시간 이하로 구상화 열처리 시 임계 업셋율이 70% 이상인 냉간 가공성이 향상된 선재.
  7. 중량%로, C: 0.20 내지 0.50%, Si: 0% 초과 0.5% 이하, Mn: 0.4 내지 1.4%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, Al: 0.010 내지 0.050%, N: 0.010 내지 0.020%, Cr: 0.7 내지 1.4%, Mo: 0.1 내지 0.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 선재 압연하고, 700 내지 900℃에서 권취하는 단계;
    상기 권취된 강재를 마르텐사이트 변태 개시 온도를 초과하는 온도의 용융염 또는 용융납에 침지하여 10℃/s 초과의 냉각속도로 냉각한 다음, 5분 이상 항온 열처리하는 단계; 및
    공냉하는 단계;를 포함하는 냉간 가공성이 향상된 선재의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 용융염 또는 용융납의 온도는 300 내지 400℃인 냉간 가공성이 향상된 선재의 제조방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10298664A (ja) * 1997-04-23 1998-11-10 Nippon Steel Corp 高一様伸び低降伏比高張力鋼材の製造方法
KR20070068511A (ko) 2005-12-27 2007-07-02 주식회사 포스코 냉간가공성과 소입성이 우수한 강선재 및 그 제조방법
KR20190074824A (ko) * 2017-12-20 2019-06-28 주식회사 포스코 고강도 선재 및 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 강재와 그 제조방법
KR20210077531A (ko) * 2019-12-17 2021-06-25 주식회사 포스코 냉간가공성이 우수한 선재 및 그 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10298664A (ja) * 1997-04-23 1998-11-10 Nippon Steel Corp 高一様伸び低降伏比高張力鋼材の製造方法
KR20070068511A (ko) 2005-12-27 2007-07-02 주식회사 포스코 냉간가공성과 소입성이 우수한 강선재 및 그 제조방법
KR20190074824A (ko) * 2017-12-20 2019-06-28 주식회사 포스코 고강도 선재 및 지연파괴 저항성이 우수한 고강도 강재와 그 제조방법
KR20210077531A (ko) * 2019-12-17 2021-06-25 주식회사 포스코 냉간가공성이 우수한 선재 및 그 제조방법

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