KR20230048710A - High carbon steel sheet and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자동차 안전벨트의 스프링 등에 사용되는 고탄소 강판과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a high carbon steel sheet used in springs of automobile seat belts and a method for manufacturing the same.
안전벨트에 사용되는 스프링 등은 사용자가 잡아 당겼을 때 원래의 상태로 되돌아 가는 복원력을 필요로 하며, 반복하여 사용했을 경우에도 탄성력의 저하나 파단이 발생하지 않아야 한다. 최근, 자동차에 대한 안전기준이 강화됨에 따라 안전벨트를 구성하는 스프링의 내구성 또한 기준이 강화되고 있다. 이에 대한 가장 적합한 소재로는 냉간가공된 고탄소 박강판이 알려져 있고, 이의 미세조직은 심하게 변형된 펄라이트로 구성되어 있다.Springs used in seat belts require a restoring force to return to their original state when pulled by a user, and should not be degraded or broken even when used repeatedly. Recently, as safety standards for automobiles have been strengthened, durability standards of springs constituting seat belts have also been strengthened. The most suitable material for this is known as a cold-worked high-carbon thin steel sheet, the microstructure of which is composed of severely deformed pearlite.
이와 관련하여, 종래에는 내구성을 확보하기 위해서 박강판의 강도를 높이는 방향으로 개발되었고, 이를 위해 강판을 냉간가공하여 가공경화와 펄라이트 층상 간격을 미세하게 만들기 위한 기술이 개발되었다.In this regard, in the prior art, in order to secure durability, it has been developed in the direction of increasing the strength of the thin steel sheet, and for this purpose, a technique for making work hardening and pearlite layer spacing fine by cold working the steel sheet has been developed.
특허문헌 1은 강판을 재가열 및 항온변태한 후 냉간가공 전 초기 펄라이트 조직을 미세하게 만들어, 냉간가공 후 최종 박강판의 강도를 상향시키는 방법이 개시되어 있고, 특허문헌 2는 항온변태를 통한 상부 베이나이트를 적극 이용하는 방안이 개시되어 있다. Patent Document 1 discloses a method of increasing the strength of the final thin steel sheet after cold working by reheating and constant temperature transformation of the steel sheet and then making the initial pearlite structure fine before cold working, and Patent Document 2 discloses an upper bay through constant temperature transformation A method of actively using the night is disclosed.
위와 같은 방법들은 고강도의 판스트립을 제조하는 것은 가능하다. 그러나, 스프링의 내구성은 강도에 비해 편차가 크기 때문에 엄격한 내구성이 요구되는 고품위의 안전벨트용 스프링을 제조하기에는 한계가 있다. The above methods are capable of manufacturing high-strength plate strips. However, since the durability of the spring varies greatly compared to the strength, there is a limit to manufacturing a high-quality seat belt spring that requires strict durability.
본 발명의 일측면은 내구성이 우수한 스프링을 제조할 수 있는 고탄소 강판과 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a high carbon steel sheet capable of manufacturing a spring with excellent durability and a method for manufacturing the same.
본 발명의 과제는 상술한 사항에 한정되지 아니한다. 본 발명의 추가적인 과제는 명세서 전반적인 내용에 기술되어 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 명세서에 기재된 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above. Additional tasks of the present invention are described throughout the specification, and those skilled in the art will have no difficulty in understanding the additional tasks of the present invention from the contents described in the specification of the present invention.
본 발명의 일태양은 중량 %로, C: 0.75~0.85%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 0.2~0.5%, Cr: 0.1~0.3%, Al: 0.05% 이하(0% 제외), P: 0.03% 이하, S: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, One aspect of the present invention, in weight %, C: 0.75 ~ 0.85%, Si: 0.1 ~ 0.3%, Mn: 0.2 ~ 0.5%, Cr: 0.1 ~ 0.3%, Al: 0.05% or less (excluding 0%), P : 0.03% or less, S: 0.005% or less, including the remaining Fe and other unavoidable impurities,
미세조직은 펄라이트를 기지조직으로 하고, 상기 펄라이트 평균 결정립 크기가 5~14 ㎛이하이고, 1 ㎟당 미고용 시멘타이트의 개수가 100개 이하인 고탄소 강판에 관한 것이다.The microstructure relates to a high-carbon steel sheet having pearlite as a base structure, an average grain size of pearlite of 5 to 14 μm or less, and the number of unresolved cementite per 1 mm 2 of 100 or less.
본 발명의 다른 일태양은 중량 %로, C: 0.75~0.85%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 0.2~0.5%, Cr: 0.1~0.3%, Al: 0.05% 이하(0% 제외), P: 0.03% 이하, S: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 가열하고, 열간압연 및 권취하여 열연강판을 제조하는 단계;Another aspect of the present invention, by weight %, C: 0.75 ~ 0.85%, Si: 0.1 ~ 0.3%, Mn: 0.2 ~ 0.5%, Cr: 0.1 ~ 0.3%, Al: 0.05% or less (excluding 0%), P: 0.03% or less, S: 0.005% or less, heating a steel slab containing Fe and other unavoidable impurities, hot rolling and winding to prepare a hot-rolled steel sheet;
상기 열연강판을 20~50%의 압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계;manufacturing a cold-rolled steel sheet by cold-rolling the hot-rolled steel sheet at a reduction ratio of 20 to 50%;
상기 냉연강판을 820~950℃로 재가열하고, 하기 식(1)을 만족하는 조건으로 유지하는 단계; 및Reheating the cold-rolled steel sheet at 820 to 950° C., and maintaining the condition that satisfies Equation (1) below; and
상기 유지 후 530~600℃로 냉각하고, 항온변태처리하는 단계;After the maintenance, cooling to 530 ~ 600 ℃, constant temperature transformation treatment;
를 포함하는 고탄소 강판의 제조방법에 관한 것이다.It relates to a method for manufacturing a high carbon steel sheet comprising a.
[관계식 1] [Relationship 1]
T*(log t + 0.07) ≥ 124*[C] + 510*[C]2 + 928*[Cr] - 815*r0.5 + 2915T*(log t + 0.07) ≥ 124*[C] + 510*[C] 2 + 928*[Cr] - 815*r 0.5 + 2915
(여기서, T는 재가열 최고온도(K), t는 시간(sec), [C]는 탄소 중량%, [Cr]은 크롬 중량%, r은 냉간 압하율이다.)(Where T is the maximum reheating temperature (K), t is the time (sec), [C] is the carbon weight%, [Cr] is the chromium weight%, and r is the cold reduction.)
본 발명에 의하면, 냉간가공을 통해 제조되는 스프링 박강판의 내구성을 향상시킴으로써, 고품위의 안전벨트 스프링 제조에 적용할 수 있다. According to the present invention, it can be applied to the manufacture of high-quality seat belt springs by improving the durability of spring thin steel sheets manufactured through cold working.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않고, 본 발명의 구체적인 실시 태양을 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Various advantageous advantages and effects of the present invention are not limited to the above description, and will be more easily understood in the process of describing specific embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명 실시예 중 발명예 1의 미세조직을 주사전자현미경으로 관찰한 EBSD 사진이다.
도 2는 본 발명 실시예 중 비교예 1의 미세조직을 주사전자현미경으로 관찰한 EBSD 사진이다. 1 is an EBSD photograph of the microstructure of Inventive Example 1 of Examples of the present invention observed with a scanning electron microscope.
Figure 2 is an EBSD photograph of the microstructure of Comparative Example 1 of Examples of the present invention observed with a scanning electron microscope.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명을 설명하기 위한 것이고, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 관련 정의가 이와 명백히 반대되는 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. The terms used herein are intended to describe the present invention and are not intended to limit the present invention. Also, the singular forms used herein include the plural forms unless the related definition clearly dictates the contrary.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 구성을 구체화하고, 다른 구성의 존재나 부가를 제외하는 것은 아니다.The meaning of "comprising" as used in the specification specifies a component, and does not exclude the presence or addition of other components.
달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지도록 해석된다.Unless otherwise defined, all terms including technical terms and scientific terms used in this specification have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. The terms defined in the dictionary are interpreted to have a meaning consistent with the related technical literature and the currently disclosed content.
본 발명의 발명자들은 스프링의 내구성 낮고, 편차가 큰 원인을 찾기 위하여, 각 공정 단계별 미세조직을 확인한 결과, 냉간가공 전 강판의 미세조직이 조대하거나, 미고용 세멘타이트가 존재하는 공통점을 확인할 수 있었다. 이에, 조직이 미세하면서도 미고용 세멘타이트의 형성을 극적으로 억제하게 되면, 이후 냉간가공을 통해 만들어지는 스프링용 박강판의 내구성이 향상되는 것을 인지하고 본 발명에 이르게 되었다. The inventors of the present invention confirmed the microstructure of each process step in order to find the cause of the low durability and large deviation of the spring, and as a result, it was possible to confirm that the microstructure of the steel sheet before cold working was coarse or that unresolved cementite existed in common. . Accordingly, it was recognized that the durability of the thin steel sheet for springs made through cold working is improved when the formation of cementite for unsolidified use is dramatically suppressed while the structure is fine, and the present invention has been reached.
특히, 소정의 합금조성을 갖는 열연강판을 소둔하지 않고 냉간압연하면 판상의 라멜라 세멘타이트 조직의 분해가 촉진되는 것을 확인하고, 이를 이용하여, 소둔하지 않고 냉간압연을 행한 후, 820~950℃에서 짧은 시간 유지하더라도, 세멘타이트를 모두 고용하고, 오스테나이트 성장을 억제하여, 이를 통해 펄라이트의 미세화를 확보할 수 있음을 확인하고 본 발명에 적용하였다. In particular, it was confirmed that the decomposition of the plate-like lamellar cementite structure is promoted when cold rolling of a hot-rolled steel sheet having a predetermined alloy composition without annealing, and after performing cold rolling without annealing using this, a short Even if the time is maintained, it was confirmed that all cementite was employed and the growth of austenite was suppressed, thereby securing refinement of pearlite and applied to the present invention.
이하, 본 발명 고탄소 강판의 일예에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, an example of the high carbon steel sheet of the present invention will be described in detail.
본 발명의 강판은 중량 %로, C: 0.75~0.85%, Si: 0.1~0.3%, Mn: 0.2~0.5%, Cr: 0.1~0.3%, Al: 0.05% 이하(0% 제외), P: 0.03% 이하, S: 0.005% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물 원소를 포함한다. 이하, 각 합금조성에 대해 상세히 설명한다.In the steel sheet of the present invention, by weight %, C: 0.75 to 0.85%, Si: 0.1 to 0.3%, Mn: 0.2 to 0.5%, Cr: 0.1 to 0.3%, Al: 0.05% or less (excluding 0%), P: 0.03% or less, S: 0.005% or less, including the remainder Fe and other unavoidable impurity elements. Hereinafter, each alloy composition will be described in detail.
탄소(C): 0.75~0.85% (이하, 각 합금조성에 대한 함량은 중량%를 의미함)Carbon (C): 0.75 to 0.85% (hereinafter, the content of each alloy composition means % by weight)
상기 C는 강의 강도를 확보하기 위한 원소이다. 상기 C이 0.75% 미만인 경우에는 충분한 강도를 확보하기 어렵고, 반면에 0.85%를 초과하는 경우에는 미고용 세멘타이트의 잔류가 용이해질 수 있다. 또한 냉간가공 시 균열의 발생 가능성이 높고, 강판의 인성 및 피로 특성이 열화될 수 있다. 따라서, 상기 C의 함량은 0.75~0.85%인 것이 바람직하다.The C is an element for securing strength of steel. If the C is less than 0.75%, it is difficult to secure sufficient strength, whereas if it exceeds 0.85%, it may be easy to remain unresolved cementite. Also cold worked The possibility of cracking is high, and the toughness and fatigue properties of the steel sheet may be deteriorated. Therefore, the content of C is preferably 0.75 to 0.85%.
실리콘(Si): 0.1~0.3%Silicon (Si): 0.1 to 0.3%
상기 Si은 펄라이트 기지에서 고용강화 효과를 갖는 원소이므로, 상기 Si의 함량이 증가할수록 강도 및 영구변형 저항성이 커진다. 이를 위해, 0.1% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.3%를 초과하는 경우에는 냉간압연성이 열위해질 뿐만 아니라, 열처리시 탈탄 가능성이 커지며, 강재 표면에 스케일 결함의 증가를 유발할 수 있다. 따라서, 상기 Si의 함량은 0.1~0.3%인 것이 바람직하다. Since Si is an element having a solid-solution strengthening effect in the pearlite matrix, strength and permanent set resistance increase as the content of Si increases. For this purpose, it is preferable to include 0.1% or more. However, if it exceeds 0.3%, not only the cold rolling property is inferior, but also the possibility of decarburization increases during heat treatment, and it may cause an increase in scale defects on the steel surface. Therefore, the Si content is preferably 0.1 to 0.3%.
망간(Mn): 0.2~0.5%Manganese (Mn): 0.2 to 0.5%
상기 Mn은 고용강화 효과와 함께 경화능 향상 원소로, 강 중 고용 황을 망간 황화물로 석출하여 황의 의한 적열취성을 방지한다. 이를 위해, 0.2% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.5%를 초과하는 경우에는 냉간가공성이 열위해질 뿐만 아니라, 중심 편석에 의한 가공성의 저하가 우려되므로, 상기 Mn의 함량은 0.2~0.5%인 것이 바람직하다.The Mn is a hardenability improving element with a solid solution strengthening effect, and solid solution sulfur in steel is precipitated as manganese sulfide to prevent red heat embrittlement caused by sulfur. For this purpose, it is preferable to include 0.2% or more. However, when it exceeds 0.5%, not only is cold workability inferior, but there is a concern about deterioration of workability due to center segregation, so the content of Mn is preferably 0.2 to 0.5%.
크롬(Cr): 0.1~0.3%Chromium (Cr): 0.1~0.3%
상기 Cr은 Mn과 마찬가지로 강의 경화능을 향상시키며, 펄라이트 조직의 냉간 가공에 의한 강도 상향 효과가 큰 원소이다. 이를 위해, 0.1% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.3%를 초과하는 경우에는 재가열에 의한 세멘타이트 분해가 지나치게 늦어 미고용 세멘타이트가 형성되므로, 상기 Cr의 함량은 0.1~0.3%인 것이 바람직하다. Cr, like Mn, improves the hardenability of steel and is an element that has a large effect of increasing the strength by cold working of a pearlite structure. For this purpose, it is preferable to include 0.1% or more. However, if it exceeds 0.3%, the decomposition of cementite by reheating is too slow, so unresolved cementite is formed, so the Cr content is preferably 0.1 to 0.3%.
알루미늄(Al): 0.05% 이하 (0% 제외)Aluminum (Al): 0.05% or less (excluding 0%)
강 중 Al은 탈산을 위해 추가되는 합금 원소이며, 다량 첨가될 경우에는 AlN 형성으로 인해 미세조직의 크기에 영향을 끼친다. 상기 Al이 과도하게 첨가되는 경우에는 강재 내부에 알루미늄계 산화물이 형성되어, 소재의 피로 특성을 저하시킬 수 있으므로, 상기 Al의 함량은 0.05%를 넘지 않는 것이 바람직하다. Al in steel is an alloying element added for deoxidation, and when added in large amounts, it affects the size of the microstructure due to the formation of AlN. When the Al is excessively added, an aluminum-based oxide is formed inside the steel material, which may deteriorate the fatigue properties of the material. Therefore, the Al content is preferably not more than 0.05%.
인(P): 0.03% 이하Phosphorus (P): 0.03% or less
상기 P은 강재 제조과정에 불가피하게 포함되는 원소이나, 성형성을 크게 해치지 않으면서도 강도 확보에 가장 유리한 원소이기도 하다. 다만, P이 과도하게 첨가되는 경우에는 취성파괴 가능성이 증가하여 열간압연 도중 슬라브의 판파단을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 도금강판의 표면 특성을 크게 저하시킬 수 있다. 따라서, 상기 P는 0.03% 이하인 것이 바람직하다.The P is an element that is inevitably included in the steel manufacturing process, but is also the most advantageous element for securing strength without significantly impairing formability. However, when P is excessively added, the possibility of brittle fracture increases, which can cause plate breakage of the slab during hot rolling, and can also significantly degrade the surface properties of the coated steel sheet. Therefore, the P is preferably 0.03% or less.
황(S): 0.005% 이하Sulfur (S): 0.005% or less
상기 S은 강 중 불가피하게 유입되는 불순물 원소로서, 가능한 한 그 함량을 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 특히, 강 중 S은 적열 취성을 유발할 수 있으므로, 상기 S 함량의 상한은 0.005% 인 것이 바람직하다.S is an impurity element that is inevitably introduced into steel, and it is desirable to keep its content as low as possible. In particular, since S in steel may cause red-hot brittleness, the upper limit of the S content is preferably 0.005%.
나머지는 철(Fe)를 포함하며, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 제조과정에서 통상의 기술자가라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.The rest includes iron (Fe), and since unintended impurities from raw materials or the surrounding environment may inevitably be mixed in a normal manufacturing process, they cannot be excluded. Since these impurities are known to anyone skilled in the art during the manufacturing process, not all of them are specifically mentioned in the present specification.
상기 강판의 미세조직은 페라이트와 세멘타이트가 라멜라(Lamellar) 층상구조를 이루는 펄라이트(Pearlite)를 기지조직으로 하며, 바람직하게는 96 면적% 이상인 것이 바람직하다.The microstructure of the steel sheet is based on pearlite, in which ferrite and cementite form a lamellar layered structure, and is preferably 96 area% or more.
상기 기지조직 이외에, 페라이트 조직이 3 면적% 이하로 포함하고, 베이나이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트 등 기타 조직이 1 면적% 이하 포함할 수 있다. 또한, 제조 과정에 따라 초석 세멘타이트가 소량 생성될 수 있다. In addition to the base structure, the ferrite structure may include less than 3 area %, and other structures such as bainite, martensite, and retained austenite may contain less than 1 area %. In addition, a small amount of proeutectoid cementite may be produced depending on the manufacturing process.
상기 펄라이트의 평균 결정립 크기는 5~14㎛ 인 것이 바람직하다. 상기 결정립의 크기가 미세할수록 본 발명의 효과가 높아지므로, 상기 펄라이트의 평균 결정립 크기는 14㎛ 이하인 것이 바람직하다. 그러나, 결정립 크기를 5㎛ 미만으로 제어하기 위해서는 추가적인 공정 및 비용이 발생하므로 바람직하지 못하다. The average grain size of the pearlite is preferably 5 to 14 μm. Since the effect of the present invention increases as the size of the crystal grains is finer, the average grain size of the pearlite is preferably 14 μm or less. However, in order to control the grain size to less than 5 μm, additional processes and costs are incurred, which is undesirable.
상기 강판은 단위면적 1㎟ 당 미고용 세멘타이트가 100개 이하인 것을 포함하는 것이 바람직하다. 미고용 세멘타이트는 최종 제품의 사용 과정에서 균열을 생성하고 전파하는 경로를 제공하여, 내구성을 저해하므로 가급적 미고용 세멘타이트가 적게 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 미고용 세멘타이트라고 함은, 상기 미세 펄라이트를 제조하기 위해 820~950℃에서 짧은 시간 유지하여, 펄라이트 조직을 오스테나이트 조직으로 역변태 하는 단계에서 펄라이트를 구성하는 세멘타이트가 충분히 재고용되지 않고, 오히려 탄화물 입자로 잔존하는 것을 의미한다. 본 발명에서 상기 미고용 세멘타이트의 개수를 측정하는 방법으로 바람직한 일예를 설명하면, 다음과 같다. 강판 두께방향 t/4 지점에 대하여 미고용 세멘타이트를 탄화물의 크기가 면적기준 1㎛2 이상, 장단축비 2.0 이하인 것을 판별하여, 주사전자현미경을 이용하여 x2,000배 조직사진 10장 이상, 면적기준 30,000㎛2 이상에 대하여 조사하여 측정한 것이다. The steel sheet preferably contains 100 or less unsolidified cementite per unit area of 1 mm 2 . Unresolved cementite provides a path for generating and propagating cracks during use of the final product, thereby impairing durability, so it is preferable to form as little unresolved cementite as possible. Here, unresolved cementite refers to cementite constituting pearlite in the step of reverse transformation of pearlite structure to austenite structure by holding at 820 to 950 ° C. for a short time to produce the fine pearlite. Rather, it means remaining as carbide particles. In the present invention, a preferred example as a method for measuring the number of cementite for unresolved use is as follows. With respect to the point t/4 in the thickness direction of the steel plate, it is determined that the size of the carbide of the unresolved cementite is 1㎛ 2 or more on the area basis and the long to short axis ratio is 2.0 or less. It was measured by irradiating for an area of 30,000 μm 2 or more.
다음으로, 본 발명 강판 제조방법의 일예에 대해 상세히 설명한다.Next, an example of the steel sheet manufacturing method of the present invention will be described in detail.
본 발명의 강재는 전술한 조성을 충족하는 강 슬라브를 가열하고 열간압연하고, 권취, 냉간압연을 행한다. 이후 냉연강판을 재가열 및 유지, 냉각, 항온변태처리 하여 강판을 제조한다. 이하, 각 과정을 상세히 설명한다. In the steel material of the present invention, a steel slab satisfying the above-described composition is heated, hot-rolled, coiled, and cold-rolled. Thereafter, the cold-rolled steel sheet is reheated, maintained, cooled, and subjected to constant temperature transformation treatment to manufacture a steel sheet. Hereinafter, each process will be described in detail.
먼저, 전술한 조성을 충족하는 강 슬라브를 가열하고, 열간압연 및 권취를 행한다. 상기 열간압연 및 권취는 본 발명에서 특별히 한정하지 않고, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 기술자가 행하는 방법이라면 모두 가능하다. 바람직한 일예로, 850~1100℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 제조하고, 600~680℃에서 권취를 행할 수 있다.First, a steel slab satisfying the above-described composition is heated, and hot-rolled and coiled. The hot rolling and winding are not particularly limited in the present invention, and any method performed by a person of ordinary skill in the art pertaining to the present invention is possible. As a preferred example, a hot-rolled steel sheet may be prepared by finishing hot rolling at a temperature range of 850 to 1100° C., and winding may be performed at 600 to 680° C.
상기 열연강판에 대해 별도의 소둔(구상화 열처리)을 행하지 않고, 20~50%의 압하율로 냉간압연을 행한다. 상기 냉연강판을 통해, 세멘타이트가 기계적으로 분절된 조직을 갖는 강판 제조가 가능하다. 상기 냉간압연 전에 별도의 소둔을 행하지 않아, 후속으로 이어지는 열처리 시 오스테나이트 역변태 과정에서 세멘타이트의 재고용을 촉진하고 낮은 온도에서도 짧은시간에 세멘타이트의 분해를 완료하여, 미고용 세멘타이트의 잔류를 방지할 수 있다. Cold rolling is performed at a reduction ratio of 20 to 50% without performing separate annealing (spheroidizing heat treatment) on the hot-rolled steel sheet. Through the cold-rolled steel sheet, it is possible to manufacture a steel sheet having a structure in which cementite is mechanically segmented. Since separate annealing is not performed before the cold rolling, the re-dissolution of cementite is promoted in the austenite reverse transformation process during the subsequent heat treatment, and the decomposition of cementite is completed in a short time even at low temperature, thereby reducing the residual of unresolved cementite. It can be prevented.
상기 냉간압연시 압하율이 20% 미만이면 라멜라 세멘타이트의 분해 속도가 충분히 확보되지 못하여 미고용 세멘타이트가 증가할 수 있다. 반면, 압하율이 50%를 초과하게 되면 냉간압연은 압연 부하가 높아 설비에 무리가 있을 뿐만 아니라, 소재의 판파단 발생의 위험이 있어 바람직하지 않다. 상기 냉연압연을 하기 전에 산세공정을 추가할 수 있다. If the reduction ratio during the cold rolling is less than 20%, the decomposition rate of lamellar cementite cannot be sufficiently secured, and thus unresolved cementite may increase. On the other hand, when the rolling reduction ratio exceeds 50%, cold rolling is not preferable because the rolling load is high, which not only puts strain on the equipment, but also poses a risk of plate breakage of the material. An pickling process may be added before the cold rolling.
상기 냉간압연된 냉연강판을 820~950℃로 재가열하고, 최고온도(T) 대비 T-20℃~T 의 범위에서 하기 [관계식 1]의 조건을 충족하도록 유지한다. The cold-rolled cold-rolled steel sheet is reheated to 820 to 950 ° C, and maintained to satisfy the condition of [Relationship 1] below in the range of T-20 ° C to T relative to the maximum temperature (T).
[관계식 1] [Relationship 1]
T*(log t + 0.07) ≥ 124*[C] + 510*[C]2 + 928*[Cr] - 815*r0.5 + 2915T*(log t + 0.07) ≥ 124*[C] + 510*[C] 2 + 928*[Cr] - 815*r 0.5 + 2915
(여기서, T는 재가열시 최고 온도(K), t는 유지시간(sec), [C]는 탄소 중량%, [Cr]은 크롬 중량%, r은 냉간압연 압하율이다.)(Where, T is the maximum temperature during reheating (K), t is the holding time (sec), [C] is the carbon weight%, [Cr] is the chromium weight%, and r is the cold rolling reduction.)
상기 냉연강판을 820~950℃로 재가열하고, 상기 [관계식 1]의 조건을 충족하도록 유지하는 공정을 행하는 것이 바람직하다. 상기 재가열 온도가 950℃를 초과하는 경우에 오스테나이트 상으로의 변태는 용이하나, 추가적인 오스테나이트 조직의 성장이 일어나, 최종 제품의 내구성을 감소시키므로 바람직하지 않다. 반면, 상기 재가열 온도가 820℃ 미만이거나, 상기 [관계식 1]이 만족하지 않는 경우에는 오스테나이트 조직으로의 변태에 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라, 세멘타이트의 분해가 충분히 이루어지지 않아 미고용 세멘타이트가 잔류하여 최종 제품의 내구성을 감소시키므로 바람직하지 않다. 따라서, 오스테나이트 조직의 조대화를 억제하면서도 미고용 세멘타이트 형성을 최소화하기 위해서는 상기 [관계식 1]을 만족하는 재가열 유지 처리가 바람직하다. It is preferable to perform a process of reheating the cold-rolled steel sheet at 820 to 950° C. and maintaining the condition to satisfy the condition of [Relationship 1]. When the reheating temperature exceeds 950° C., the transformation into the austenite phase is easy, but an additional austenite structure is grown, which is undesirable because durability of the final product is reduced. On the other hand, when the reheating temperature is less than 820 ° C or the [Relational Expression 1] is not satisfied, not only does it take a long time to transform into an austenite structure, but also the decomposition of cementite is not sufficiently performed, resulting in unresolved cementite. It is undesirable because it remains and reduces the durability of the final product. Therefore, in order to minimize the formation of undissolved cementite while suppressing the coarsening of the austenite structure, a reheating and holding treatment that satisfies the above [Relational Expression 1] is preferable.
상기 [관계식 1]을 통해 관리되는 유지시간(t)이 짧을 경우, 세멘타이트가 모두 오스테나이트 기지에 녹지 않고, 일부 잔류하게 되어, 이후 냉각과정에서 미고용 세멘타이트가 다수 형성될 수 있다. 한편, 상기 유지공정은 펄라이트의 결정립 크기가 14㎛를 넘지 않도록 지나치게 오랜 시간 행하지 않는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 [관계식 1]의 등호 조건에 해당하는 유지시간(t)의 2배가 넘지 않는 것이 바람직하다. When the holding time t managed through [Relationship 1] is short, all of the cementite is not dissolved in the austenite matrix, and some remains, so that a large number of unresolved cementite may be formed in the subsequent cooling process. On the other hand, it is preferable not to perform the maintaining process for an excessively long time so that the crystal grain size of the pearlite does not exceed 14 μm. More preferably, it is preferable not to exceed twice the holding time (t) corresponding to the equal sign condition of [Relational Expression 1].
상기 유지 후 냉각을 행하고, 530~600℃에서 항온변태처리를 행하는 것이 바람직하다.It is preferable to perform cooling after the holding, and to perform constant temperature transformation treatment at 530 to 600 ° C.
상기 냉각은 목표 온도까지 평균냉각속도 50℃/s 이상의 빠른 냉각속도로 행하는 것이 바람직하다. 충분한 냉각속도를 확보하는 방법은 여러가지 방법이 있으나 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다. 바람직한 일예로, 재가열되어 유지 처리된 소재를 염욕에 침지하여 행할 수 있다. 상기 냉각속도가 50℃/s 미만인 경우에는 목표한 냉각정지 온도에 도달하기 전에 높은 온도에서 펄라이트 상변태가 시작되어 미세조직이 조대하고 불균일하게 된다. 따라서 상기 평균냉각속도는 50℃/s 이상인 것이 바람직하다.The cooling is preferably performed at a high cooling rate of 50° C./s or more at an average cooling rate to the target temperature. There are various methods for securing a sufficient cooling rate, but it is not particularly limited in the present invention. As a preferred example, the reheated and maintained material may be immersed in a salt bath. If the cooling rate is less than 50 °C / s, the pearlite phase transformation starts at a high temperature before reaching the target cooling stop temperature, and the microstructure becomes coarse and non-uniform. Therefore, the average cooling rate is preferably 50 ℃ / s or more.
냉각 후 목표온도인 530~600℃의 온도범위에서 1분 이상이 항온변태처리를 행할 수 있다. 항온변태 온도가 600℃를 초과하는 경우에는 펄라이트 내 세멘타이트 충상간격이 넓게 되어, 강도가 감소할 뿐만 아니라, 균열의 전파 저항성이 악화되어 내구성을 감소시키므로 바람직하지 않다. 반면, 상기 항온변태온도가 530℃ 미만이면 펄라이트 상변태 이전에 베이나이트 상변태가 발생하여 균열의 전파 저항성이 악화되어 내구성을 감소시키므로 바람직하지 않다.After cooling, constant temperature transformation treatment may be performed at a target temperature of 530 to 600 ° C for 1 minute or more. When the constant temperature transformation temperature exceeds 600 ° C., the interval between cementite impregnations in pearlite becomes wide, which is not preferable because not only strength decreases, but also crack propagation resistance deteriorates and durability decreases. On the other hand, if the constant temperature transformation temperature is less than 530 ° C., bainite phase transformation occurs before pearlite phase transformation, and crack propagation resistance deteriorates, which is not preferable because durability is reduced.
상기 항온변태 유지시간은 적절한 펄라이트 상변태를 위해 30초 이상 행하는 것이 바람직하며, 펄라이트 상변태가 95% 이상 완료되는 시점 이상으로 충분히 유지하는 것이 보다 바람직하다. 다만, 판재를 연속제조라인에 통과하여 열처리 하는 경우 생산성을 고려하여, 항온변태 유지시간은 5분을 넘지 않는 것이 바람직하다.The constant temperature transformation holding time is preferably performed for 30 seconds or more for appropriate pearlite phase transformation, and more preferably sufficiently maintained beyond the point at which the pearlite phase transformation is completed by 95% or more. However, it is preferable that the constant temperature transformation holding time does not exceed 5 minutes in consideration of productivity when heat treatment is performed by passing the plate material through the continuous production line.
다음으로, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. Next, examples of the present invention will be described.
하기 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것으로서, 본 발명의 권리범위는 하기 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Of course, the following examples can be modified in various ways without departing from the scope of the present invention to those skilled in the art. The following examples are for understanding of the present invention, and the scope of the present invention should not be limited to the following examples and should not be defined, but should be defined by the claims described later as well as those equivalent thereto.
(실시예 1)(Example 1)
하기 표 1의 조성(나머지는 Fe와 불가피한 불순물임)을 갖는 강재를 용해한 후, 850~1100℃에서 열간압연하여 2.0~2.3mm 두께의 열연강판을 제조하였다. 이후, 표 2의 공정에 따라 냉간압연을 행하고, 이후 재가열 및 유지, 항온변태처리를 행하여 강판을 제조하였다. After dissolving the steel having the composition of Table 1 (the rest being Fe and unavoidable impurities), hot-rolled at 850 to 1100 ° C. to prepare a hot-rolled steel sheet having a thickness of 2.0 to 2.3 mm. Thereafter, cold rolling was performed according to the process of Table 2, and then reheating, maintenance, and constant temperature transformation treatment were performed to manufacture a steel sheet.
한편, 상기와 같이 제조된 강판 샘플에 대해, 미세조직을 분석하여 펄라이트의 평균 결정립 크기와 미고용 세멘타이트의 개수를 측정하여 표 3에 나타내었다. 상기 펄라이트 결정립 크기는 주사전자현미경 및 EBSD를 이용하여 측정하였으며, 결정립계는 방위차 15도를 기준으로 구분하였다. 미고용 세멘타이트는 주사전자현미경을 이용하여 x2,000배로 10장 이상, 면적기준 30,000㎛2을 촬영하여 분석하였으며, 미고용 세멘타이트 탄화물의 크기는 면적기준 1㎛2 이상, 장단축비 2.0 이하로 판별기준으로 하여, 촬영한 면적에서의 개수를 측정 합산하여, 단위면적(㎟)당 개수를 구하였다.On the other hand, for the steel sheet sample prepared as described above, the microstructure was analyzed to measure the average grain size of pearlite and the number of unresolved cementite, and are shown in Table 3. The grain size of the pearlite was measured using a scanning electron microscope and EBSD, and the grain boundary was classified based on a 15 degree orientation difference. Unresolved cementite was analyzed by taking more than 10 pictures at x2,000 magnification using a scanning electron microscope, 30,000㎛ 2 based on area. As the criterion for discrimination, the number per unit area (mm 2 ) was obtained by measuring and summing the numbers in the photographed area.
한편, 내구성 평가는 상기 강판 샘플을 냉간가공하여 0.2~0.25㎜ 두께의 박물을 제조한 후, 폭 10mm로 슬리팅하여 강띠를 제조하고, 원형으로 감아 스프링을 제조하고 평가하였다. 상기 냉간가공은 83~85%의 압하율로 냉간압연하고, 스프링을 제조한 후 240℃에서 30분간 열처리하고, 틀에 삽입하여 테엽스프링을 제조하고, 내구성을 평가하였다. 내구성은 제조된 테엽 스프링 끝에 외력을 가해 2m 길이로 잡아당긴 후, 외력을 제거하여 말려 들어가는 것을 1회로 하여, 파단이 발생하기 전까지의 반복 회수를 측정하여 평가하였고, 그 결과를 하기 표 3에 함께 나타내었다.On the other hand, durability evaluation was performed by cold-working the steel sheet sample to prepare a thin material having a thickness of 0.2 to 0.25 mm, then slitting to a width of 10 mm to prepare a steel strip, and winding it into a circular spring to prepare and evaluate. The cold working was performed by cold rolling at a reduction ratio of 83 to 85%, heat treatment at 240 ° C. for 30 minutes after preparing a spring, inserting it into a frame to prepare a tapered spring, and evaluating durability. Durability was evaluated by applying an external force to the end of the manufactured ring spring, pulling it to a length of 2m, then removing the external force and rolling it in once, measuring the number of repetitions until breakage occurred, and the results are shown in Table 3 below showed up
(mm)hot rolled thickness
(mm)
(%)cold reduction
(%)
(℃)highest temperature
(℃)
(s)hour
(s)
(℃)temperature
(℃)
(s)hour
(s)
상기 [관계식 1]은 T*(log t + 0.07) ≥ 124*[C] + 510*[C]2 + 928*[Cr] - 815*r0.5 + 2915 (여기서, T는 재가열 최고온도(K), t는 시간(sec), [C]는 탄소 중량%, [Cr]은 크롬 중량%, r은 압하율이다.)임The [Relationship 1] is T * (log t + 0.07) ≥ 124 * [C] + 510 * [C] 2 + 928 * [Cr] - 815 * r 0.5 + 2915 (where T is the maximum reheating temperature (K ), t is time (sec), [C] is carbon weight%, [Cr] is chromium weight%, and r is reduction ratio.)
(㎜)cold rolled thickness
(mm)
상기 표 3에서 발명예 1 내지 4는 본 발명의 조건을 충족하는 것으로서, 미세한 결정립을 확보하고, 미세조직 중 미고용 세멘타나이트의 개수를 최소화함으로써, 냉간가공 후 제조된 스프링이 19만회 이상의 내구성을 확보할 수 있었다. Inventive examples 1 to 4 in Table 3 satisfy the conditions of the present invention, and by securing fine crystal grains and minimizing the number of cementanite for unresolved use in the microstructure, the springs manufactured after cold working have durability of 190,000 or more cycles. was able to secure
도 1과 도 2는 각각 상기 발명예 1과 비교예 1의 미세조직을 주사전자현미경으로 관찰한 EBSD 사진이다. 이에 본 발명에 의한 발명예 1은 미세한 펄라아트 평균 입자를 확인할 수 있었으나, 비교예 1에서는 조대한 펄라이트 조직을 확인할 수 있었다. 1 and 2 are EBSD photographs of the microstructures of Inventive Example 1 and Comparative Example 1, respectively, observed with a scanning electron microscope. Accordingly, in Inventive Example 1 according to the present invention, fine pearlite average particles were confirmed, but in Comparative Example 1, a coarse pearlite structure was confirmed.
구체적으로, 비교예 1은 재가열 처리 전 냉간압연시 충분한 압하율로 압연하지 않아, 재가열처리 후 펄라이트 결정립 크기와 미고용 세멘타이트 개수가 모두 본 발명 범위를 초과하였다. 비교예 2는 재가열처리 및 유지 공정에 대해, [관계식 1]의 조건을 충족시키지 못하여 미고용 세멘타이트가 초과 생성되는 것을 확인할 수 있었다. 비교예 3 및 4는 재가열처리 온도가 본 발명의 범위를 벗어난 것으로서, 이에 본 발명에서 요구되는 미세조직의 요건을 충족하지 못하는 못하는 것을 확인할 수 있었다. 위의 이유로, 비교예 1 내지 4를 이용하여 제조된 스프링은 내구성이 15만회에도 미치지 못하는 것을 확인할 수 있었다.Specifically, Comparative Example 1 was not rolled at a sufficient reduction ratio during cold rolling before reheating treatment, so both the pearlite crystal grain size and the number of undissolved cementite exceeded the scope of the present invention after reheating treatment. Comparative Example 2 did not satisfy the condition of [Relationship 1] for the reheat treatment and maintenance process, and it was confirmed that excess cementite was produced. In Comparative Examples 3 and 4, the reheating temperature was out of the range of the present invention, and it was confirmed that the microstructure requirements required in the present invention were not satisfied. For the above reasons, it was confirmed that the springs manufactured using Comparative Examples 1 to 4 had durability less than 150,000 cycles.
비교예 5는 본 발명의 조성을 만족하나, 냉간압연 전 구상화 소둔 열처리를 행하여, 미고용 세멘타이트가 초과 생성되고 스프링의 내구성이 확보되지 않았다. 비교예 6 및 7은 본 발명의 제조조건은 충족되나, 성분 범위를 벗어난 것으로서, 최종 스프링의 내구성을 확보하기 어려운 것을 확인할 수 있었다.Comparative Example 5 satisfies the composition of the present invention, but spheroidization annealing heat treatment was performed before cold rolling, so that excess cementite was generated and the durability of the spring was not secured. Comparative Examples 6 and 7 met the manufacturing conditions of the present invention, but were out of the component range, and it was confirmed that it was difficult to secure the durability of the final spring.
Claims (10)
미세조직은 펄라이트를 기지조직으로 하고, 상기 펄라이트 평균 결정립 크기가 5~14 ㎛이하이고, 1 ㎟당 미고용 시멘타이트의 개수가 100개 이하인 고탄소 강판.
In % by weight, C: 0.75 to 0.85%, Si: 0.1 to 0.3%, Mn: 0.2 to 0.5%, Cr: 0.1 to 0.3%, Al: 0.05% or less (excluding 0%), P: 0.03% or less, S : 0.005% or less, including the remaining Fe and other unavoidable impurities,
The microstructure is a high-carbon steel sheet in which pearlite is used as a base structure, the pearlite average grain size is 5 to 14 μm or less, and the number of unresolved cementite per 1 mm 2 is 100 or less.
상기 펄라이트는 면적분율로 96% 이상인 고탄소 강판.
The method of claim 1,
The pearlite is a high carbon steel sheet having an area fraction of 96% or more.
상기 미세조직은 기지조직 이외에, 페라이트 조직이 3 면적% 이하 포함하고, 베아나이트, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트 중 1종 이상이 1 면적% 이하로 포함되는 고탄소 강판.
The method of claim 1,
The microstructure includes a ferrite structure of 3 area% or less in addition to the base structure, and at least one of beanite, martensite, and retained austenite is included in 1 area% or less of the high-carbon steel sheet.
상기 미고용 세멘타이트는 강판 두께방향 t/4 지점에 존재하는 미고용 세멘타이트로서, 크기가 면적기준 1㎛2 이상, 장단축비 2.0 이하인 것인 고탄소 강판.
The method of claim 1,
The unresolved cementite is unresolved cementite present at the point t/4 in the thickness direction of the steel sheet, and has a size of 1 μm 2 or more based on area and a long-short axis ratio of 2.0 or less.
상기 열연강판을 20~50%의 압하율로 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계;
상기 냉연강판을 820~950℃로 재가열하고, 하기 식(1)을 만족하는 조건으로 유지하는 단계; 및
상기 유지 후 530~600℃로 냉각하고, 항온변태처리하는 단계;
를 포함하는 고탄소 강판의 제조방법.
[관계식 1]
T*(log t + 0.07) ≥ 124*[C] + 510*[C]2 + 928*[Cr] - 815*r0.5 + 2915
(여기서, T는 재가열 최고온도(K), t는 시간(sec), [C]는 탄소 중량%, [Cr]은 크롬 중량%, r은 냉간 압하율이다.)
In % by weight, C: 0.75 to 0.85%, Si: 0.1 to 0.3%, Mn: 0.2 to 0.5%, Cr: 0.1 to 0.3%, Al: 0.05% or less (excluding 0%), P: 0.03% or less, S : preparing a hot-rolled steel sheet by heating, hot-rolling and winding a steel slab containing 0.005% or less of Fe and other unavoidable impurities;
manufacturing a cold-rolled steel sheet by cold-rolling the hot-rolled steel sheet at a reduction ratio of 20 to 50%;
Reheating the cold-rolled steel sheet at 820 to 950° C., and maintaining the condition that satisfies Equation (1) below; and
After the maintenance, cooling to 530 ~ 600 ℃, constant temperature transformation treatment;
Method for producing a high carbon steel sheet comprising a.
[Relationship 1]
T*(log t + 0.07) ≥ 124*[C] + 510*[C] 2 + 928*[Cr] - 815*r 0.5 + 2915
(Where T is the maximum reheating temperature (K), t is the time (sec), [C] is the carbon weight%, [Cr] is the chromium weight%, and r is the cold reduction.)
상기 열간압연은 850~1100℃의 온도범위에 마무리 열간압연하는 고탄소 강판의 제조방법.
The method of claim 5,
The hot rolling is a method for producing a high carbon steel sheet that is hot-rolled in a temperature range of 850 to 1100 ° C.
상기 권취는 600~680℃에서 행하는 고탄소 강판의 제조방법.
The method of claim 5,
The winding is a method for producing a high carbon steel sheet performed at 600 ~ 680 ℃.
상기 냉간압연 전에 소둔을 생략하는 고탄소 강판의 제조방법.
The method of claim 5,
A method for producing a high carbon steel sheet in which annealing is omitted before the cold rolling.
상기 냉각은 50℃/s 이상의 냉각속도 행하는 고탄소 강판의 제조방법.
The method of claim 5,
The cooling is a method for producing a high carbon steel sheet performed at a cooling rate of 50 ° C / s or more.
상기 항온변태처리의 유지시간은 30초 이상인 고탄소 강판의 제조방법.
The method of claim 5,
The holding time of the constant temperature transformation treatment is a method of manufacturing a high carbon steel sheet of 30 seconds or more.
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
JPH08302428A (en) | 1995-05-10 | 1996-11-19 | Nisshin Steel Co Ltd | Production of high strength steel strip for spring |
KR20080060619A (en) | 2006-12-27 | 2008-07-02 | 주식회사 포스코 | A high carbon steel sheet superior in yield strength and cold working and manufacturing method thereof |
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2021
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