KR101600723B1 - 중탄소 강판, 켄칭 부재 및 그들의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

이 중탄소 강판은, 질량%이며, C : 0.10 내지 0.80%, Si : 0.01 내지 0.3%, Mn : 0.3 내지 2.0%, Al : 0.001 내지 0.10%, N : 0.001 내지 0.01%를 함유하고, 탄화물의 평균 직경이 0.4㎛ 이하이고, 상기 탄화물의 평균 직경의 1.5배 이상의 크기인 탄화물의 개수 비율이 상기 탄화물의 총 수에 대해서 30% 이하이고, 상기 탄화물의 구상화율이 90% 이상이고, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 이상이고, 인장 강도(TS)가, 550㎫ 이하이다.

Description

중탄소 강판, 켄칭 부재 및 그들의 제조 방법{MEDIUM CARBON STEEL SHEET, QUENCHED MEMBER, AND METHOD FOR MANUFACTURING MEDIUM CARBON STEEL SHEET AND QUENCHED MEMBER}
본 발명은 냉간 가공성, 특히 냉간 단조성이 우수한 중탄소 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이 중탄소 강판을 성형 후 켄칭하여 얻어지는 부재(켄칭 부재) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본원은, 2011년 9월 9일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-197044호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
체인, 기어, 클러치, 톱, 칼날 등의 부재에서는, 내마모성 및 내피로성이 요구되기 때문에, 켄칭에 의해 부재의 강도(특히, 표면의 강도)를 높이는 것이 필요해진다.
종래, 상기 부재는, 0.2질량% 이하의 C를 포함하는 강(강판이나 강괴)을, 열간 단조에 의해 성형하고, 침탄과 고주파 켄칭에 의해 부재 표면의 강도를 높임으로써 제조되어 왔다. 이러한 부재의 제조 방법에서는, 열간 단조 시의 가공성을 확보하기 위해서, C양이 0.2질량%로 저감되어 있고, 저C에 의한 켄칭성의 부족을 보충하기 위해서, 침탄에 의해 부재 표면의 탄소 농도를 높이고 있다.
최근, CO2 삭감이나 비용 삭감을 목적으로 해서, 에너지 절약의 사회적 요구가 높아지고 있으며, 보다 저온에서 보다 단시간에 또한 보다 적은 공정수의 조건에서 충분한 강도를 갖는 부재를 제조 가능한 제조 방법이 요구되고 있다.
이러한 요구에 대응하기 위해서, 예를 들어 열간 단조와 같은 열간 성형을, 냉간 단조와 같은 냉간 성형으로 변경하거나, 성형 전의 강판 중 탄소 농도(켄칭성)를 높여서 침탄을 생략하거나 하는 것이 생각된다. 이 경우에는, 강판의 C양을 높여도 충분한 냉간 가공성이 얻어지는 중탄소 강판이 필요하다. 특히, 최근 가공 기술이 발달하여, 강판에 대해 종래보다도 가공도가 높은 성형법이 채용될 수 있기 때문에, 강에는, 연질이며 변형되기 쉬운 것(낮은 변형 저항)에 더하여, 균열을 발생시키지 않고 엄격한 가공에 견딜 수 있는 것(높은 변형능)도 요구된다. 이러한 가공도가 높은 성형법으로서, 예를 들어 압축 하중을 다방향으로부터 동시에 가하는, 가공 정밀도의 향상과 가공 시간의 단축을 겨냥한 프레스 방식 등을 들 수 있다.
본 발명자들은, 냉간 가공 시에 상당 변형이 1을 초과하는 가공 영역이 발생한 경우에도, 균열이 발생하지 않는 강판이면, 상기 가공도가 높은 성형법에 적용할 수 있는 것을 발견했다.
그러나, 종래 기술에서는, 상기 가공도가 높은 성형법(상당 변형이 1을 초과하는 가공 영역이 발생하는 성형법)에 대해서, C 농도가 높은 중탄소 강판을 사용하는 것은 곤란했다.
예를 들어, 특허문헌 1 내지 8에는, 가공에 의해 성형품을 얻기 위한 중탄소 강판이 개시되어 있다.
이들 중, 예를 들어 특허문헌 1에는, C : 0.1 내지 0.8질량%, S : 0.01질량% 이하의 아공석강을 포함하여, 탄화물 구상화율이 90% 이상이도록 탄화물이 페라이트 중에 분산되어 있고, 또한 평균 탄화물 입경은 0.4 내지 1.0㎛이며, 필요에 따라서 페라이트 결정립경이 20㎛ 이상으로 조정되어 있는 중·고탄소 강판이 개시되어 있다. 또한, 예를 들어 특허문헌 2에는, 신장 플랜지성이 우수한 중·고탄소 강판의 제조 방법이 개시되어 있다. 이들 특허문헌 1 및 2의 강판에서는, 어닐링에 의해 탄화물을 조대화시켜서 평균 탄화물 입경을 0.4 내지 1.0㎛로 제어하고 있기 때문에, 항복비가 크고, 또한 조대한 탄화물을 기점으로 한 균열이 발생하기 쉬워, 이들 강판을 상기 가공도가 높은 성형법에 적용하는 것은 곤란하다.
또한, 특허문헌 3에는, 피로 특성이 우수한 펀칭 부품용 강판이 개시되어 있다. 이 특허문헌 3에서는, 탄화물을 0.3㎛ 이하로 제어하기 위해서, 50% 이상의 압하율로 냉간 압연한 강판을 Ac1℃ 이하의 온도에서 어닐링하고 있다. 그러나, 이 특허문헌 3에 개시된 강판의 제조 방법에서는, 높은 압하율에 의해 마이크로 조직이 미세화되기 때문에, 강판의 경도가 200 내지 400HV(항복 강도 600 내지 1400㎫ 정도)까지 상승하여, 충분한 냉간 가공성(낮은 변형 저항)을 얻을 수 없다.
마찬가지로, 특허문헌 4 내지 8에는, 탄화물의 형태가 제어된 중탄소 강판이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 4 내지 6에서는, 저온상으로부터 탄화물을 석출시키고 있기 때문에, 탄화물의 입경 분포가 넓어지기 쉬워, 조대한 탄화물을 기점으로 한 균열이 발생하기 쉽다. 또한, 특허문헌 7에서는, 구상화 어닐링 전에 열처리가 실시되어 있지 않기 때문에, 충분히 구상화되어 있지 않은 조대한 탄화물이 발생하기 쉽고, 이 탄화물이 균열의 기점이 되기 쉽다. 특허문헌 8에서는, 구상화 어닐링과 가공을 동시에 행하고 있기 때문에, 탄화물의 입경 분포가 넓어지기 쉬워, 조대한 탄화물을 기점으로 한 균열이 발생하기 쉽다.
이와 같이, 상기 가공도가 높은 성형법에 적용 가능한 중탄소 강판이 발견되지 않은 것이 실정이다.
또한, 기어와 같은 부재는, 켄칭에 의해 부재 표면의 경도를 높인 경우라도, 부재 내의 균일한 켄칭에 의해 우수한 형상 정밀도를 갖는 것이 요구되고 있다.
그러나, 상기 특허문헌 1 및 2의 강판의 제조 방법에서는, 어닐링 시에 Ac1 내지 Ac1+100℃의 온도 범위가 포함되기 때문에, 탄화물이 조대화할뿐만 아니라, 이 온도 범위에서 오스테나이트였던 부분과 페라이트였던 부분 사이에서 탄화물의 크기에 차가 발생한다. 이 탄화물 크기의 차에 따라, 부재 제조에 있어서의 켄칭의 가열 시에 오스테나이트가 혼립 조직이 되어, 강판의 켄칭성 및 켄칭 후의 부재의 형상 정밀도가 저하된다.
이와 같이, 종래 기술에서는, 켄칭 후의 부재의 형상 정밀도가 작다고 하는 문제도 있었다.
일본 특허 공개 평11-80884호 공보 일본 특허 공개 평11-269552호 공보 일본 특허 공개 제2001-59128호 공보 일본 특허 공개 제2003-89846호 공보 일본 특허 공개 평9-268344호 공보 일본 특허 공개 제2004-137527호 공보 일본 특허 공개 제2001-329333호 공보 일본 특허 공개 제2001-355047호 공보
본 발명은 상기 실정을 감안하여, 자동차 분야 등에 적용되는 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 우수한 중탄소 강판 및 형상 정밀도가 우수한 부재와 그들의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하는 방법에 대해서 예의 연구했다. 그 결과, 냉간 가공성의 향상에는 변형 전파의 균일성을 확보함으로써 미세한 균열의 대책을 취하는 것이 유효하고, 평균 페라이트 입경을 10㎛ 이상, 탄화물의 평균 직경을 0.4㎛ 이하, 탄화물의 구상화율을 90% 이상으로 제어하는 것이 중요한 것을 지견했다. 또한, 이 가공성을 향상시킨 강판에서는, 탄화물의 평균 직경이 매우 작은 것 외에, 조대한 탄화물 입자의 비율도 저감되어 있는 것도 큰 특징이며, 특히 어떤 켄칭 조건에서도 켄칭성을 안정시킬 수 있는 것도 지견했다.
또한, 상기 조건을 만족하는 강판은, 단순 압연 조건이나 어닐링 조건 등의 단일 제조 조건을 궁리하더라도 제조 곤란하며, 열연으로부터 냉연을 거쳐서 어닐링에 이르기까지의 공정 등 소위 일관 공정에 의해 복수의 조건을 최적화함으로써만 제조할 수 있는 것도, 다양한 연구를 거듭함으로써 발견하여, 본 발명을 완성했다.
본 발명의 요지는, 다음과 같다.
(1) 본 발명의 일 형태에 관한 중탄소 강판은, 질량%이며, C : 0.10 내지 0.80%, Si : 0.01 내지 0.3%, Mn : 0.3 내지 2.0%, Al : 0.001 내지 0.10%, N : 0.001 내지 0.01% 및 Nb : 0.12 내지 0.5%를 함유하고, P : 0.03% 이하, S : 0.01% 이하, O : 0.0025% 이하, Cr : 1.5% 이하, B : 0.01% 이하, Mo : 0.5% 이하, V : 0.5% 이하, Ti : 0.3% 이하, Cu : 0.5% 이하, W : 0.5% 이하, Ta : 0.5% 이하, Ni : 0.5% 이하, Mg : 0.003% 이하, Ca : 0.003% 이하, Y : 0.03% 이하, Zr : 0.03% 이하, La : 0.03% 이하, Ce : 0.03% 이하, Sn : 0.03% 이하, Sb : 0.03% 이하 및 As : 0.03% 이하로 제한하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고, 탄화물의 평균 직경이 0.4㎛ 이하이고, 상기 탄화물의 평균 직경의 1.5배 이상의 크기인 탄화물의 개수 비율이 상기 탄화물의 총 수에 대해서 30% 이하이고, 상기 탄화물의 구상화율이 90% 이상이고, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 이상이고, 인장 강도(TS)가 550㎫ 이하이다.
(2) 상기 (1)에 기재된 중탄소 강판에서는, 항복비(YR)가, 60% 이하여도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 중탄소 강판에서는, 판 두께가, 1 내지 12.5㎜여도 된다.
(4) 본 발명의 일 형태에 관한 중탄소 강판의 제조 방법에서는, 질량%이며, C : 0.10 내지 0.80%, Si : 0.01 내지 0.3%, Mn : 0.3 내지 2.0%, Al : 0.001 내지 0.10%, N : 0.001 내지 0.01% 및 Nb : 0.12 내지 0.5%를 함유하고, P : 0.03% 이하, S : 0.01% 이하, O : 0.0025% 이하, Cr : 1.5% 이하, B : 0.01% 이하, Mo : 0.5% 이하, V : 0.5% 이하, Ti : 0.3% 이하, Cu : 0.5% 이하, W : 0.5% 이하, Ta : 0.5% 이하, Ni : 0.5% 이하, Mg : 0.003% 이하, Ca : 0.003% 이하, Y : 0.03% 이하, Zr : 0.03% 이하, La : 0.03% 이하, Ce : 0.03% 이하, Sn : 0.03% 이하, Sb : 0.03% 이하 및 As : 0.03% 이하로 제한하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 화학 조성을 갖는 강을, 주조하고; 열간 압연하고; 상기 열간 압연의 종료 직후부터 2 내지 10초간 공냉하고; 상기 공냉 종료의 온도로부터 480 내지 600℃의 온도 범위까지 10 내지 80℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각을 행하고; 400℃ 내지 580℃의 온도 영역 또한 상기 냉각의 종료 온도보다도 낮은 온도에서 권취하고; 5% 이상 또한 30% 미만인 냉연율로 냉연하고; 650 내지 720℃의 온도 범위에서 5 내지 40hr의 시간 어닐링한다.
(5) 상기 (4)에 기재된 중탄소 강판의 제조 방법에서는, 상기 권취 후의 상기 강에 포함되는 펄라이트 중 시멘타이트의 평균 라멜라 두께가 0.02 내지 0.5㎛여도 된다.
(6) 본 발명의 일 형태에 관한 켄칭 부재는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 중탄소 강판으로부터 얻어진 켄칭 부재이며, 질량%이며, C : 0.10 내지 0.80%, Si : 0.01 내지 0.3%, Mn : 0.3 내지 2.0%, Al : 0.001 내지 0.10%, N : 0.001 내지 0.01% 및 Nb : 0.12 내지 0.5%를 함유하고, P : 0.03% 이하, S : 0.01% 이하, O : 0.0025% 이하, Cr : 1.5% 이하, B : 0.01% 이하, Mo : 0.5% 이하, V : 0.5% 이하, Ti : 0.3% 이하, Cu : 0.5% 이하, W : 0.5% 이하, Ta : 0.5% 이하, Ni : 0.5% 이하, Mg : 0.003% 이하, Ca : 0.003% 이하, Y : 0.03% 이하, Zr : 0.03% 이하, La : 0.03% 이하, Ce : 0.03% 이하, Sn : 0.03% 이하, Sb : 0.03% 이하 및 As : 0.03% 이하로 제한하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고, 구오스테나이트 입자의 평균 입경의 0.5배 이하 또는 2배 이상의 입경을 갖는 구오스테나이트 입자가 차지하는 면적 비율이 30% 이하다.
(7) 상기 (6)에 기재된 켄칭 부재에서는, 마르텐사이트의 면적률이 95% 이상이어도 된다.
(8) 본 발명의 일 형태에 관한 켄칭 부재의 제조 방법에서는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 중탄소 강판을 부재로 냉간 가공하고; 상기 부재를 Ac3 변태점보다도 높은 온도로 가열하고; 상기 부재를 냉각한다.
상기 각 형태에 의하면, 엄격한 냉간 가공에 대한 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 우수한 중탄소 강판 및 그 제조 방법과, 형상 정밀도가 우수한 켄칭 부재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
여기서, 켄칭 안정성이란, 강판으로부터 켄칭 부재를 얻은 경우에서의 켄칭 후의 마이크로 조직의 균일성, 열처리 변형의 억제, 강재 내부의 잔류 응력의 균일성을 가리킨다. 또한, 엄격한 냉간 가공에 대한 냉간 가공성(이하에서는, 냉간 가공성이라 생략함)이란, 냉간 가공 시에 상당 변형이 1을 초과하는 가공 영역이 발생한 경우의 가공성을 가리킨다. 또한, 가공(냉간 가공)은, 굽힘, 두께 증가, 드로잉 등을 포함한다.
도 1은 냉간 가공성과, 평균 탄화물 직경 및 조대한 탄화물의 개수 비율의 관계를 도시하는 도면.
도 2a는 냉간 가공성을 평가하기 위한 냉간 가공 전의 시험재의 형상을 도시하는 사시도.
도 2b는 냉간 가공성을 평가하기 위한 냉간 가공 후의 시험재의 형상을 도시하는 사시도.
도 3은 조대한 탄화물의 개수 비율과, 이상 오스테나이트의 면적률%의 관계를 도시하는 도면.
도 4는 냉간 가공성과, 탄화물의 구상화율 및 평균 페라이트 입경의 관계를 도시하는 도면.
도 5는 혼립 지수와 변형량의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6a는 고주파 켄칭 시험의 켄칭 전의 공시재의 일례를 나타내는 측면도.
도 6b는 고주파 켄칭 시험의 켄칭 전의 공시재의 일례를 나타내는 사시도.
도 6c는 고주파 켄칭 시험의 켄칭 후의 공시재의 일례를 나타내는 측면도.
도 6d는 고주파 켄칭 시험의 켄칭 후의 공시재의 일례를 나타내는 사시도.
도 7은 공냉 시간과, 조대한 탄화물의 개수 비율의 관계를 도시하는 도면.
도 8은 냉연율과 비커스 경도의 관계를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 중탄소 강판의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로우차트.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 켄칭 부재의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로우차트.
도 11은 수학식 1에 있어서의 상당 변형의 각 변수를 설명하기 위한 개략도.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
또한, JISG4051(기계 구조용 탄소강), JISG4401(탄소 공구 강재) 또는 JISG4802(스프링용 냉간 압연 강대)에서 규정되는 성분계에 기초하여, 강판 및 그 제조 방법의 조사를 반복함으로써 이하의 각 실시 형태를 얻었다. 이 조사에 있어서, 본 발명자들은, 냉간 가공 시에 상당 변형이 1을 초과하는 가공 영역이 발생하는 냉간 가공(냉간 단조) 시험으로서, 컵 성형 시험을 행하여, 얻어진 강판을 평가했다. 상당 변형(εe)은, 도 11에 도시한 바와 같이 직육면체 소재의 3개의 변이 각각 데카르트 좌표계의 x, y, z축과 일치한다고 가정한 경우에 있어서, 변형 후의 각 좌표에서의 신장 변형[εx(도 11에서는, 팽창), εy(도 11에서는, 수축), εz(도 11에서는, 수축)]을 사용하여 하기 수학식 1에 의해 표현된다.
Figure 112014021218766-pct00001
또한, 각 신장 변형은, 각 축방향 소재의 치수 변화로부터 구해지고, 가공 전의 치수를 기준(즉, 1)으로 한 경우의 치수의 증가 비율이다. 예를 들어, 굽힘 각 90°의 굽힘 시험에서는, 상당 변형이 1 이하이고, 시험 방법에 의해 대상으로 되는 상당 변형이 변화한다.
우선, 이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 중탄소 강판에 대해서 설명한다.
화학 성분(화학 조성)에 관한 한정 이유에 대해서 설명한다. 여기서, 성분에 관한 「%」는, 질량%를 의미한다.
(C : 0.10 내지 0.80%)
C는, 부재(성형 후의 강판)의 켄칭 후의 강도를 확보하는 데 있어 중요한 원소이며, C양이 0.10% 이상이면 필요한 강도가 확보된다. C양이 0.10% 미만에서는, 열연 및 권취 시에 페라이트 변태가 촉진되어, 강재 내에 시멘타이트 입자를 균일 분산시키는 것이 어려워진다. 그로 인해, C양의 하한을 0.10%로 한다. 한편, C양이 0.80%를 초과하면, 어닐링 전의 열연판의 펄라이트에 있어서의 시멘타이트의 라멜라 두께가 0.5㎛를 초과해 버린다. 그로 인해, 이 경우에는, 시멘타이트가 구상화되기 어려워짐과 함께 조대한 시멘타이트의 비율이 증가하여 켄칭 안정성이 저하한다. 그로 인해, C양의 상한을 0.80%로 한다. 강도나 켄칭성을 보다 높이는 경우에는, C양의 하한이, 0.15% 또는 0.20%인 것이 바람직하고, 0.24%, 0.28% 또는 0.32%인 것이 보다 바람직하다. 또한, 보다 켄칭 안정성을 높이는 경우에는, C양의 상한이, 0.70% 또는 0.65%인 것이 바람직하고, 0.60% 또는 0.55%인 것이 보다 바람직하다.
(Si : 0.01 내지 0.3%)
Si는, 탈산제로서 작용하고, 켄칭성의 향상이나 강도의 증가에 유효한 원소이다. Si양이 0.01% 미만에서는, 이러한 첨가 효과를 얻지 못하므로, Si양의 하한을 0.01%로 한다. 한편, Si양이 0.3%를 초과하면, 페라이트의 변형능이 저하하고, 가공 시에 입자 내에서 균열이 발생하기 쉽기 때문에, 냉간 가공성이 저하한다. 그로 인해, Si양의 상한을 0.3%로 한다. 강도나 켄칭성을 보다 높이는 경우에는, Si양의 하한이, 0.03% 또는 0.05%인 것이 바람직하고, 0.08% 또는 0.10%인 것이 보다 바람직하다. 또한, 냉간 가공성을 보다 높이는 경우에는, Si양의 상한이, 0.28%인 것이 바람직하고, 0.25%인 것이 보다 바람직하다.
(Mn : 0.3 내지 2.0%)
Mn은, 시멘타이트의 열적 안정성의 제어에 중요한 원소이다. Mn양이 0.3% 미만에서는, 이러한 첨가 효과를 얻지 못하므로, Mn양의 하한을 0.3%로 한다. 한편, Mn양이 2.0%를 초과하면, MnS의 양이 많아져서 냉간 가공 시에 균열이 발생하기 쉬워진다. 게다가, 이 경우에는, 켄칭 시에 시멘타이트가 잔존하기 쉬워져 오스테나이트의 혼립도가 증가한다. 그로 인해, Mn양의 상한을 2.0%로 한다. 시멘타이트의 열적 안정성을 보다 높이고, 시멘타이트의 입경 제어를 보다 안정적으로 행하는 경우에는, Mn양의 하한이, 0.4% 또는 0.5%인 것이 바람직하고, 0.6% 또는 0.7%인 것이 보다 바람직하다. 또한, 시멘타이트의 열적 안정성을 억제하고, 켄칭 안정성을 보다 높이는 경우에는, Mn양의 상한이, 1.7% 또는 1.6%인 것이 바람직하고, 1.5% 또는 1.4%인 것이 보다 바람직하다.
(Al : 0.001 내지 0.10%)
Al은, 탈산제로서 작용하고, N의 고정에 유효하여 고용 강화능이 큰 원소이다. Al양이 0.001% 미만에서는, 이러한 첨가 효과를 충분히 얻지 못하므로, Al양의 하한을 0.001%로 한다. 한편, Al양이 0.10%를 초과하면, 상기 첨가 효과가 포화하는 것에 더하여, 페라이트의 변형능이 저하하고, 가공 시에 입자 내에서 균열이 발생하기 쉽기 때문에, 냉간 가공성이 저하한다. 그로 인해, Al양의 상한을 0.10%로 한다. 또한, 가능한 한 많은 N을 고정하기 위해, Al양의 하한은, 0.003%, 0.005% 또는 0.010%여도 된다. Al양의 상한을, 0.09%, 0.08% 또는 0.07%로 제한해도 지장은 없다.
(N : 0.001 내지 0.01%)
N은, 질화물을 형성하는 원소이다. 강 중에 과잉량의 N이 포함되면, 냉간 가공성을 저하시키는 것 외에, 켄칭 가열 시의 오스테나이트의 입자 성장을 억제하여 혼립도를 증가시키기 때문에, N양의 상한을 0.01%로 한다. N양은 적을수록 바람직하지만, N양을 0.001% 미만으로 저감하면, 정련 비용이 증가하므로, N양의 하한을 0.001%로 한다. 필요에 따라, N양의 상한을 0.009%, 0.008% 또는 0.007%로 제한해도 된다.
이상의 화학 원소는, 본 실시 형태에 있어서의 강의 기본 성분(기본 원소)이며, 이 기본 원소가 제어(함유 또는 제한)되어, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물을 포함하는 화학 조성이, 본 실시 형태의 기본 조성이다. 그러나, 이 기본 성분에 더하여(잔량부의 Fe의 일부 대신에), 본 실시 형태에서는, 필요에 따라서 이하의 화학 원소(선택 원소)를 강 중에 더 함유시켜도 된다. 또한, 이들 선택 원소가 강 중에 불가피하게(예를 들어, 각 선택 원소의 양이 바람직한 하한 미만의 양) 혼입하여도, 본 실시 형태에 있어서의 효과를 손상시키지 않는다.
즉, 본 실시 형태에 관한 중탄소 강판이, 선택 원소 또는 불가피적 불순물로서, P, S, O, Cr, B, Nb, Mo, V, Ti, Cu, W, Ta, Ni, Mg, Ca, Y, Zr, La, Ce, Sn, Sb 및 As 중 어느 한 종 이상을 함유해도 상관없다. 또한, 이들 원소를, 반드시 강 중에 첨가할 필요는 없기 때문에, 이들 22종의 원소의 하한은, 모두 0%이며 제한되지 않는다. 그로 인해, 이들 22종의 원소의 상한만이 제한된다.
(P : 0 내지 0.03%)
P는 강도의 상승에 작용하는 원소이다. 강 중에 과잉량의 P가 포함되면, 인장 강도(TS)를 증가시키는 것 외에, 인성도 저하시켜, 냉간 가공성을 악화시키기 때문에, P양의 상한을 0.03%로 한다. 인성이나 냉간 가공성의 가일층의 개선을 위해, P양의 상한을, 0.025%, 0.02% 또는 0.015%로 제한해도 된다. 그러나, P를 0.001% 미만으로 저감하면, 정련 비용이 대폭 상승하므로, P양의 하한을 0.001%로 해도 된다.
(S : 0 내지 0.01%)
S는, MnS 등의 비금속 개재물을 형성하고, 냉간 가공성을 악화시킨다. 또한, S는, 가열 시의 오스테나이트 입자의 성장을 피닝하여 오스테나이트 입자의 혼립도를 증가시킨다. 그로 인해, S양의 상한을 0.01%로 한다. 냉간 가공성의 가일층의 향상을 위해서, S양의 상한을 0.008%, 0.007% 또는 0.005%로 제한해도 된다. 그러나, S를 0.0001% 미만으로 저감하면, 정련 비용이 대폭 상승하므로, S양의 하한을 0.0001%로 해도 된다.
(O : 0 내지 0.0025%)
산화물이 응집하여 조대화하면, 냉간 가공성이 저하하므로, O양(산소량)은, 0.0025% 이하로 한다. 이 양은, 불가피적 불순물로서 판단될 수 있는 충분히 적은 양이다. O양은, 적은 쪽이 바람직하고, 0.002% 이하로 제한해도 되지만, O양을 0.0001% 미만으로 저감하는 것은, 기술적으로 곤란하므로, O양이 0.0001% 이상이어도 된다.
우선, 중탄소 강판의 기계 특성을 강화하기 위해서, 선택 원소로서 Cr, B, Nb, Mo, V, Ti, Cu, W 및 Ta로부터 선택되는 적어도 1종을 강 중에 첨가해도 된다.
(Cr : 0 내지 1.5%)
Cr은, 강판의 강도 상승과 시멘타이트의 열적 안정성의 제어에 유효한 원소이다. 강 중에 Cr을 첨가하는 경우, Cr양이 0.010% 미만에서는, 상기 첨가 효과가 적으므로, Cr양의 하한을 0.010%로 해도 된다. 그러나, Cr양이 1.5%를 초과하면, 시멘타이트의 성장 또는 용해 억제에 의해, 항복비(YR)가 상승하거나, 가열 시의 오스테나이트 조직이 혼립이 되거나 하기 때문에, Cr양의 상한을 1.5%로 한다. 합금 비용 저감을 위해, Cr양의 상한을, 1.2%, 1.0%, 0.8%, 0.6% 또는 0.4%로 해도 된다.
(B : 0 내지 0.01%)
B는, 미량의 첨가로, 켄칭성을 높이는 데에 유효한 원소이다. 강 중에 B를 첨가하는 경우, B양이 0.001% 미만에서는, 상기 첨가 효과를 얻지 못하므로, B양의 하한을 0.001%로 해도 된다. 그러나, B양이 0.01%를 초과하면, 연속 주조 시에 편석이 조장되어 조대한 탄화물이 생성되고, 슬래브에 흠집이 발생하기 쉬워진다. 따라서, B양의 상한을 0.01%로 한다. 흠집 방지를 위해서, B양의 상한을, 0.008%, 0.006%, 0.004% 또는 0.002%로 제한해도 된다.
(Nb : 0 내지 0.5%)
Nb는, 탄질화물을 형성하고, 오스테나이트 입자의 현저한 조대화를 방지하는 데에 유효한 원소이다. 강 중에 Nb를 첨가하는 경우, Nb양이 0.01% 미만에서는, 상기 첨가 효과가 충분히 발현되지 못하므로, Nb양의 하한을 0.01%로 해도 된다. 그러나, Nb양이 0.5%를 초과하면, 항복비(YR)를 상승시키는 것 외에, 미세한 오스테나이트 입자의 비율을 지나치게 증가시키기 때문에, Nb양의 상한을 0.5%로 한다. 또한, 미세한 오스테나이트의 비율을 보다 저감하여, 켄칭 안정성을 보다 높이는 경우에는, Nb양의 상한이, 0.3%, 0.2% 또는 0.15%인 것이 바람직하다.
(Mo : 0 내지 0.5%)
Mo는, 탄화물을 형성하고, 오스테나이트 입자의 현저한 조대화를 방지하는 데에 유효한 원소이다. 강 중에 Mo를 첨가하는 경우, Mo양이 0.01% 미만에서는, 상기 첨가 효과를 발현하지 못하므로, Mo양의 하한을 0.01%로 해도 된다. 그러나, Mo양이 0.5%를 초과하면, 항복비(YR)를 상승시키는 것 외에, 미세한 오스테나이트 입자의 비율을 지나치게 증가시키기 때문에, Mo양의 상한을 0.5%로 한다. 필요에 따라, Mo양의 상한을, 0.4%, 0.3%, 0.2% 또는 0.1%로 제한해도 된다.
(V : 0 내지 0.5%)
V도, Nb와 마찬가지로, 탄질화물을 형성하고, 오스테나이트 입자의 현저한 조대화를 방지하는 데에 유효한 원소이다. 강 중에 V를 첨가하는 경우, V양이 0.01% 미만에서는, 상기 첨가 효과를 충분히 발현하지 못하므로, V양의 하한을 0.01%로 해도 된다. 그러나, V양이 0.5%를 초과하면, 항복비(YR)를 상승시키는 것 외에, 미세한 오스테나이트 입자의 비율을 지나치게 증가시키기 때문에, V양의 상한을 0.5%로 한다. 미세한 오스테나이트의 비율을 보다 저감하여, 켄칭 안정성을 보다 높이는 경우에는, V양의 상한을, 0.4%, 0.3%, 0.2% 또는 0.1%로 제한해도 된다.
(Ti : 0 내지 0.3%)
Ti도, V와 마찬가지로, 탄질화물을 형성하고, 오스테나이트 입자의 현저한 조대화를 방지하는 데에 유효한 원소이다. 강 중에 Ti를 첨가하는 경우, Ti양이 0.01% 미만에서는, 상기 첨가 효과를 충분히 발현하지 못하므로, Ti양의 하한을 0.01%로 해도 된다. 그러나, Ti양이 0.3%를 초과하면, 항복비(YR)를 상승시키는 것 외에, 미세한 오스테나이트 입자의 비율을 지나치게 증가시키기 때문에, Ti양의 상한을 0.3%로 한다. 합금 비용 저감을 위해, Ti양의 상한을, 0.2%, 0.1% 또는 0.05%로 제한해도 된다.
(Cu : 0 내지 0.5%)
Cu는, 스크랩 등으로부터 혼입되는 원소이다. 강 중에 Cu가 포함되면, 가공성이 저하하거나, 열간에서의 취성이 높아지거나 하기 때문에, Cu양의 상한을 0.5%로 한다. 필요에 따라, Cu양의 상한을 0.4% 또는 0.3%로 제한해도 된다. Cu양은 적을수록 바람직하지만, Cu양을 0.01% 미만으로 저감하면, 정련 비용이 대폭 증가하기 때문에, Cu양의 하한을 0.01%로 해도 된다.
(W : 0 내지 0.5%)
W는, Mo와 마찬가지로, 탄화물을 형성하고, 오스테나이트 입자의 현저한 조대화를 방지하는 데에 유효한 원소이다. 강 중에 W를 첨가하는 경우, W양이 0.01% 미만에서는, 상기 첨가 효과를 충분히 발현하지 못하므로, W양의 하한을 0.01%로 해도 된다. 그러나, W양이 0.5%를 초과하면, 항복비(YR)를 상승시키는 것 외에, 미세한 오스테나이트 입자의 비율을 지나치게 증가시키기 때문에, W양의 상한을 0.5%로 한다. 필요에 따라, W양의 상한을, 0.4%, 0.2% 또는 0.1%로 제한해도 된다.
(Ta : 0 내지 0.5%)
Ta는, Ti와 마찬가지로, 탄질화물을 형성하고, 오스테나이트 입자의 현저한 조대화를 방지하는 데에 유효한 원소이다. 강 중에 Ta를 첨가하는 경우, Ta양이 0.01% 미만에서는, 상기 첨가 효과를 충분히 발현하지 못하므로, Ta양의 하한을 0.01%로 해도 된다. 그러나, Ta양이 0.5%를 초과하면, 항복비(YR)를 상승시키는 것 외에, 미세한 오스테나이트 입자의 비율을 지나치게 증가시키기 때문에, Ta양의 상한을 0.5%로 한다. 필요에 따라, Ta양의 상한을, 0.3%, 0.2% 또는 0.1%로 해도 된다.
이어서, 중탄소 강판의 기계 특성을, 더욱 강화하기 위해서, 선택 원소로서, Ni, Mg, Ca, Y, Zr, La 및 Ce로부터 선택되는 적어도 1종을 강 중에 첨가해도 된다.
(Ni : 0 내지 0.5%)
Ni는, 인성이나 켄칭성의 향상에 유효한 원소이다. 강 중에 Ni를 첨가하는 경우, Ni양이 0.01% 미만에서는, 상기 첨가 효과가 없으므로, Ni양의 하한을 0.01%로 해도 된다. 그러나, Ni양이 0.5%를 초과하면, 상기 첨가 효과가 포화하고, 비용이 증가하므로, Ni양의 상한을 0.5%로 한다. 합금 비용의 저감을 위해, Ni양의 상한을, 0.3%, 0.2% 또는 0.1%로 해도 된다.
(Mg : 0 내지 0.003%)
Mg는, 미량 첨가에 의한 황화물의 형태 제어에 유효한 원소이며, 필요에 따라서 Mg을 강 중에 첨가할 수 있다. 강 중에 Mg을 첨가하는 경우, Mg양이 0.0005% 미만에서는, 그 효과를 얻지 못하기 때문에, Mg양의 하한을 0.0005%로 해도 된다. 또한, Mg는 산화물을 형성하기 쉬우며, 이들 산화물을 포함하는 화합물은 오스테나이트 입자의 성장을 억제한다. Mg양이 0.003%를 초과하면, 강 중에 Mg가 균일하게 분포되지 않아, 켄칭 가열 시의 오스테나이트 입자의 성장이 억제되는 곳과 억제되지 않는 곳이 편재되게 되기 때문에, 켄칭 시에 입도가 균일한 오스테나이트 조직을 얻기 어렵게 된다. 이로 인해, Mg양의 상한을 0.003%로 한다. 합금 비용 저감을 위해, Mg양의 상한을 0.002% 또는 0.001%로 해도 된다.
(Ca : 0 내지 0.003%)
Ca는, Mg와 마찬가지로 미량 첨가에 의한 황화물의 형태 제어에 유효한 원소이며, 필요에 따라서 Ca를 강 중에 첨가할 수 있다. 강 중에 Ca를 첨가하는 경우, Ca양이 0.0005% 미만에서는, 그 효과를 얻지 못하기 때문에, Ca양의 하한을 0.0005%로 해도 된다. 또한, Ca는 산화물을 형성하기 쉬우며, 이들 산화물을 포함하는 화합물은 오스테나이트 입자의 성장을 억제한다. Ca양이 0.003%를 초과하면, 강 중에 Ca가 균일하게 분포되지 않아, 켄칭 가열 시의 오스테나이트 입자의 성장이 억제되는 곳과 억제되지 않는 곳이 편재되게 되기 때문에, 켄칭 시에 입도가 균일한 오스테나이트 조직을 얻기 어렵게 된다. 이로 인해, Ca양의 상한을 0.003%로 한다. 합금 비용 저감을 위해, Ca양의 상한을 0.002% 또는 0.001%로 해도 된다.
(Y : 0 내지 0.03%)
Y는, Ca, Mg와 마찬가지로 미량 첨가에 의한 황화물의 형태 제어에 유효한 원소이며, 필요에 따라서 Y를 강 중에 첨가할 수 있다. 강 중에 Y를 첨가하는 경우, Y양이 0.001% 미만에서는, 그 효과를 얻지 못하기 때문에, Y양의 하한을 0.001%로 해도 된다. 또한, Y는 산화물을 형성하기 쉬우며, 이들 산화물의 화합물은 오스테나이트 입자의 성장을 억제한다. Y양이 0.03%를 초과하면, 강 중에 Y가 균일하게 분포되지 않아, 켄칭 가열 시의 오스테나이트 입자의 성장이 억제되는 곳과 억제되지 않는 곳이 편재되게 되기 때문에, 켄칭 시에 입도가 균일한 오스테나이트 조직을 얻기 어렵게 된다. 이로 인해, Y양의 상한을 0.03%로 한다. 합금 비용 저감을 위해, Y양의 상한을 0.01% 또는 0.005%로 해도 된다.
(Zr : 0 내지 0.03%)
Zr은, Y, Ca, Mg와 마찬가지로 미량 첨가에 의한 황화물의 형태 제어에 유효한 원소이며, 필요에 따라서 Zr을 강 중에 첨가할 수 있다. 강 중에 Zr을 첨가하는 경우, Zr양이 0.001% 미만에서는, 그 효과를 얻지 못하기 때문에, Zr양의 하한을 0.001%로 해도 된다. 또한, Zr은 산화물이나 탄화물을 형성하기 쉬우며, 이들 산화물이나 탄화물의 화합물은 오스테나이트 입자의 성장을 억제한다. Zr양이 0.03%를 초과하면, 강 중에 Zr이 균일하게 분포되지 않아, 켄칭 가열 시의 오스테나이트 입자의 성장이 억제되는 곳과 억제되지 않는 곳이 편재되게 되기 때문에, 켄칭 시에 입도가 균일한 오스테나이트 조직을 얻기 어렵게 된다. 이로 인해, Zr양의 상한을 0.03%로 한다. 합금 비용 저감을 위해, Zr양의 상한을 0.01% 또는 0.005%로 해도 된다.
(La : 0 내지 0.03%)
La는, Zr, Y, Ca, Mg와 마찬가지로 미량 첨가에 의한 황화물의 형태 제어에 유효한 원소이며, 필요에 따라서 La를 강 중에 첨가할 수 있다. 강 중에 La를 첨가하는 경우, La양이 0.001% 미만에서는, 그 효과를 얻지 못하기 때문에, La양의 하한을 0.001%로 해도 된다. 또한, La는 산화물을 형성하기 쉬우며, 이들 산화물의 화합물은 오스테나이트 입자의 성장을 억제한다. La양이 0.03%를 초과하면, 강 중에 La가 균일하게 분포되지 않아, 켄칭 가열 시의 오스테나이트 입자의 성장이 억제되는 곳과 억제되지 않는 곳이 편재되게 되기 때문에, 켄칭 시에 입도가 균일한 오스테나이트 조직을 얻기 어렵게 된다. 이로 인해, La양의 상한을 0.03%로 한다. 합금 비용 저감을 위해, La양의 상한을, 0.02%, 0.01% 또는 0.005%로 해도 된다.
(Ce : 0 내지 0.03%)
Ce는, La, Zr, Y, Ca, Mg와 마찬가지로 미량 첨가에 의한 황화물의 형태 제어에 유효한 원소이며, 필요에 따라서 Ce를 강 중에 첨가할 수 있다. 강 중에 Ce를 첨가하는 경우, Ce양이 0.001% 미만에서는, 그 효과를 얻지 못하기 때문에, Ce양의 하한을 0.001%로 해도 된다. 또한, Ce는 산화물을 형성하기 쉬우며, 이들 산화물의 화합물은 오스테나이트 입자의 성장을 억제한다. Ce양이 0.03%를 초과하면, 강 중에 Ce가 균일하게 분포되지 않아, 켄칭 가열 시의 오스테나이트 입자의 성장이 억제되는 곳과 억제되지 않는 곳이 편재되게 되기 때문에, 켄칭 시에 입도가 균일한 오스테나이트 조직을 얻기 어렵게 된다. 이로 인해, Ce양의 상한을 0.03%로 한다. 합금 비용 저감을 위해, Ce양의 상한을 0.02%, 0.01% 또는 0.005%로 해도 된다.
(Sn : 0 내지 0.03%, Sb : 0 내지 0.03%, As : 0 내지 0.03%)
또한, 중탄소 강판의 원료로서 스크랩을 사용한 경우, 불가피하게 Sn, Sb 및 As의 1종 이상이, 강 중에 0.003% 이상 혼입하는 경우가 있다. 이들 원소는, 모두, 0.03% 이하이면 중탄소 강판의 켄칭성을 저해하지 않는다. 그로 인해, 강 중에, 0.03% 이하의 Sn, 0.03% 이하의 Sb 및 0.03% 이하의 As의 1종 이상을 함유해도 된다. 또한, Sn, Sb, As의 양의 하한은, 특별히 제한되지 않지만, Sn, Sb, As를 많이 포함하는 스크랩을 사용한 경우의 정련 효율의 관점에서, 예를 들어 0.005% 또는 0.003%여도 된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 중탄소 강판은, 상술한 기본 원소를 포함하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 화학 조성 또는 상술한 기본 원소와, 상술한 선택 원소로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 화학 조성을 갖는다.
본 실시 형태에서는, 중탄소 강판은, 전술한 화학 조성을 만족하여, 페라이트를 포함하는 마이크로 조직 중에 분산한 탄화물(시멘타이트)을 갖는다. 또한, Fe 원자와 C 원자의 결합상[예를 들어, Fe3C(시멘타이트)]이나, 이 결합상 중 Fe 원자를 선택 원소 M(Ti, Nb 등)으로 치환한 Fe 원자와 M 원자와 C 원자의 결합상(Fe를 포함하는 탄화물)을 일반적으로 탄화물이라 호칭한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 탄화물 중 주로 철 탄화물(주로, 시멘타이트)의 형태를 제어하고 있고, 탄화물을 철 탄화물 또는 시멘타이트로 간주할 수 있다.
즉, 본 실시 형태에 관한 중탄소 강판에서는, 탄화물의 평균 직경(평균 탄화물 직경)이 0.4㎛ 이하이며, 이 탄화물의 평균 직경의 1.5배 이상의 크기인 탄화물의 개수 비율(이하에서는, 「조대한 탄화물의 개수 비율」이라고 기재하는 경우도 있음)이 탄화물의 총 수의 30% 이하이고, 탄화물의 구상화율이 90% 이상이고, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 이상이다.
이러한 강판은, 냉간 가공성과, 제품 형상을 갖는 부재로 성형한 후, 켄칭한 경우의 켄칭 안정성이 우수하다.
도 1에, 냉간 가공성과 평균 탄화물 직경 및 조대한 탄화물의 개수 비율의 관계를 나타낸다. 이 도 1에 도시한 바와 같이, 평균 탄화물 직경이 0.4㎛ 이하이고, 또한 조대한 탄화물의 개수 비율이 30% 이하인 경우, 냉간 가공성을 확보할 수 있다(도 1 중 ○를 참조).
냉간 가공 시의 균열은 조대한 탄화물(시멘타이트)로부터 발생하기 쉽기 때문에, 평균 탄화물 직경이 0.4㎛를 초과하면 냉간 가공성을 확보할 수 없다. 탄화물의 평균 직경을, 0.4㎛ 이하로 하고, 바람직하게는 0.35㎛ 이하 또는 0.3㎛ 이하로 한다. 또한, 본 발명자들은, 균열의 발생 빈도가 탄화물의 입경 분포의 영향도 받고, 특히, 조대한 탄화물의 개수 비율이 30%를 초과하면 냉간 가공성을 확보할 수 없는(도 1 중 ×를 참조) 것을 발견했다.
이와 같이, 조대한 탄화물은, 변형 집중에 의해 냉간 가공 시의 균열 발생을 조장한다. 따라서, 탄화물을 상술한 바와 같이 강 중에 미세 분산시키고, 변형을 집중시키지 않는 것이 냉간 가공성의 개선에 유효하다. 그러나, 탄화물 입자에 의한 입자 분산 강화를 억제하여, 변형 저항의 저감에 의해 냉간 가공성을 보다 높이는 경우에는, 평균 탄화물 직경의 하한을 0.10㎛ 이상으로 해도 된다. 또한, 조대한 탄화물의 개수 비율이 적을수록 냉간 가공 시에 있어서의 균열 발생까지의 변형능이 향상되기 때문에, 조대한 탄화물의 개수 비율의 하한은, 특별히 제한되지 않고, 0%여도 된다. 한편, 조대한 탄화물의 개수 비율을 0%로 하기 위해서는, 제조 공정의 엄격화가 필요하다. 그로 인해, 제조 비용을 저감하기 위해서, 조대한 탄화물의 개수 비율의 하한을 5%로 해도 된다.
또한, 도 4에, 냉간 가공성과 탄화물의 구상화율 및 평균 페라이트 입경 사이의 관계를 나타낸다. 이 도 4에 도시한 바와 같이, 탄화물의 구상화율이 90% 이상이고, 또한 평균 페라이트 입경이 10㎛ 이상인 경우, 냉간 가공성을 확보할 수 있다(도 4 중 ○를 참조). 침상 탄화물의 주변에서는, 냉간 가공 시에 응력이 국소화하기 쉬워져, 균열의 발생 기점이 되기 쉽기 때문에, 냉간 가공성의 향상에는, 탄화물의 구상화율이 높은 쪽이 좋다고 생각된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 탄화물의 구상화율이 90% 미만이면 국소적인 응력 집중에 의해 탄화물이 균열의 기점으로 되어 냉간 가공성이 열화된다(도 4 중 ×를 참조). 따라서, 충분한 냉간 가공성을 얻기 위해서, 탄화물의 구상화율을 90% 이상으로 한다. 탄화물의 구상화율을 91% 이상 또는 92% 이상으로 해도 된다. 탄화물의 구상화율은 높을수록 냉간 가공성은 향상된다. 그로 인해, 탄화물의 구상화율의 상한은, 특별히 제한되지 않는다. 이러한 것에서, 이상적으로는 탄화물의 구상화율을 100%까지 높이는 것이 가장 바람직하다. 한편, 모든 탄화물을 구상으로 제어하기 위해서는 제조 공정의 엄격화가 필요하다. 따라서, 수율의 저하를 억제하기 위해서, 탄화물의 구상화율의 상한을 99.5% 이하로 해도 된다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 페라이트의 평균 직경(평균 페라이트 입경)이 10㎛ 미만이면, 항복비(YR)의 증대에 의해, 가공 시에 변형이 일부에 집중하여 균열되기 때문에, 냉간 가공성을 확보할 수 없다. 그로 인해, 평균 페라이트 입경을 10㎛ 이상으로 한다. 평균 페라이트 입경을, 12㎛ 이상, 15㎛ 이상 또는 18㎛ 이상으로 해도 된다. 평균 페라이트 입경의 상한은, 특별히 제한되지 않지만, 강판의 페라이트 입경이 지나치게 조대해지면, 냉간 가공 시에 표면 거칠어짐이 발생하기 쉬워져 제품의 외관을 손상시키는 경우가 있다. 그로 인해, 제품의 외관을 보다 개선하기 위해서, 평균 페라이트 입경의 상한을 100㎛로 해도 된다. 이 평균 페라이트 입경의 상한은, 바람직하게는 80㎛ 또는 60㎛이다.
도 3에는, 조대한 탄화물 입자의 개수 비율과, 켄칭 시의 오스테나이트 조직(즉, 켄칭 후의 구오스테나이트 입자)으로, 평균 입경에 대응하는 입도 번호로부터 2 이상 다른 입도 번호를 갖는 결정립(구오스테나이트 입자)의 면적률%(이상 오스테나이트의 면적률%)의 관계를 나타내고 있다. 여기서, 이상 오스테나이트는, 평균 구오스테나이트 입경의 0.5배 이하 또는 2배 이상의 입경을 갖는 구오스테나이트 입자이며, 이상 오스테나이트의 면적률은, 이상 오스테나이트의 면적의 합계가 구오스테나이트 입자의 전체 면적에 차지하는 비율이다.
이 도 3에 도시한 바와 같이, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 미만에서는, 켄칭 시의 가열 중에 조대한 오스테나이트의 비율이 증가한다. 또한, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 이상에서도, 조대한 탄화물의 개수 비율이 30%를 초과하는 경우에는, 켄칭 시의 가열 중에 조대한 오스테나이트의 비율이 증가한다. 켄칭 시의 가열 중의 오스테나이트 조직에 있어서 이상 오스테나이트 입자의 면적의 합계가 30%를 초과하여, 혼립도가 높아지면, 켄칭 시의 냉각에 있어서, 각각의 오스테나이트 입자의 입경에 따라 변태의 개시 시기와 종료 시기에 차가 발생한다. 그로 인해, 켄칭재의 마이크로 조직의 균일성이 저하하는 것 외에, 열처리 변형이 커져 형상 불량을 초래하는 등, 켄칭 안정성이 저하한다. 이와 같이, 켄칭 안정성의 확보에도 페라이트 및 탄화물의 제어는 중요하다.
또한, 중탄소 강판의 조직 관찰에서는, 주사형 전자 현미경을 사용하여, 3000 내지 10000배, 경우에 따라서는, 30000배 정도의 배율로 조직 관찰면 상에 탄화물(시멘타이트)이 500개 이상 포함되는 시야를 16개소 이상 선택하고, 그 영역 내에 포함되는 각 탄화물의 면적을 상세하게 측정한다. 그 후, 탄화물 1개당 평균 면적으로부터, 입형 형상을 원으로 근사했을 때의 직경을 평균 탄화물 입경으로서 구한다. 그로 인해, 측정 방법을 고려하여, 이 평균 탄화물 입경의 하한은, 0.03㎛여도 된다. 또한, 단축 길이에 대한 장축 길이의 비가 3 이상인 탄화물을 침상 탄화물이라 하고, 이 비가 3 미만인 탄화물을 구상 탄화물로 하여, 침상 탄화물의 개수와 구상 탄화물의 개수를 산출한다. 구상 탄화물의 개수를 전체 탄화물의 개수로 나눈 값을 탄화물(시멘타이트)의 구상화율이라 한다.
강판의 페라이트 입경도 주사형 전자 현미경으로 측정하는 것이 바람직하다. 페라이트 입자가 200개 이상 포함되는 배율로 5개소 이상의 영역을 촬영하고, 촬영 사진 중에 포함되는 페라이트 입자수를 센다. 촬영 사진 내에 전체가 포함되는 페라이트 입자를 1개, 일부만이 포함되는 페라이트 입자를 0.5개라 한다. 촬영 면적을 상기에서 센 페라이트 입자수로 나눔으로써 페라이트 입자 1개당 면적을 구한다. 구한 면적의 평방근을 페라이트 입경이라 하고, 그 평균값(5개소 이상의 영역의 평균)을 평균 페라이트 입경이라 한다. 또한, 마이크로 조직에, 베이나이트 및 마르텐사이트는 혼입되지 않는 것이 바람직하다.
강판의 판 두께를, 1㎜ 이상으로 해도 되고, 1.2㎜ 이상 또는 1.8㎜ 이상으로 해도 된다. 또한, 강판의 판 두께를, 12.5㎜ 이하로 해도 되고, 10㎜ 이하, 8㎜이하 또는 6㎜ 이하로 해도 된다. 인장 강도(TS)는 550㎫ 이하로 한다. 인장 강도(TS)를 550㎫ 이하로 저감하면, 연성이 증가하여, 가공 시의 성형량을 보다 충분히 확보할 수 있다. 이와 같이, 인장 강도(TS)가 낮아지면, 연성이 개선되어, 가공성이 양호해진다. 또한, 인장 강도(TS)를, 500㎫ 이하, 470㎫ 이하 또는 440㎫ 이하로 하면 바람직하다. 여기서, 펀칭 가공 시에서의 늘어짐을 저감할 필요가 있는 경우에는, 인장 강도(TS)를 증가하면 된다. 최근, 펀칭과, 굽힘과, 두께 증가를 일체화한 강판의 단조 기술도 보급되고 있기 때문에, 대상으로 되는 가공 방법에 따라서, 인장 강도(TS)의 하한을 360㎫ 이상 또는 400㎫ 이상으로 해도 된다.
또한, 항복비(YR)(항복점 또는 항복 강도/인장 강도)를 60% 이하로 하면 바람직하다. 항복비(YR)를 60% 이하로 저감하면, 가공 시의 변형의 집중을 피할 수 있다. 특히 판의 가공을 실시하는 경우에는, 금형에 길들여지면서 재료가 변형되어 가기 때문에, 금형의 움직임에 동조하여 균일하게 재료가 변형될 수 있도록, 변형 시의 변형의 전파가 균일하거나, 혹은 재료 유동이 균일하거나 하면 된다. 그를 위해서는, 균일하게 가공 경화가 개시되기 쉽게 낮은 항복비(YR)로 제어하면 되는 것을 금회 또한 지견했다. 항복비(YR)가 60% 이하인 경우에는, 변형이 전파하기 쉽기 때문에, 냉간 가공 시에, 어느 한 곳에서의 응력 집중을 방지하고, 그 결과 유입 불량이나 균열을 더 억제할 수 있다. 항복비(YR)를 56% 이하 또는 52% 이하로 하면 보다 바람직하다. 또한, 항복비(YR)가 30% 이상인 경우에는, 충분한 항복점 또는 항복 강도 YP에 의해 냉간 가공 시에 공구와의 마찰 등에 의해 강판 표면에 흠집이 생기는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이, 강판으로부터 얻어진 부재 표면의 미관을 보다 개선할 수 있기 때문에, 중탄소 강판의 항복비(YR)의 하한을 30% 이상으로 해도 된다.
이어서, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 중탄소 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에서는, 상술한 실시 형태에 기재한 화학 성분(화학 조성)의 범위의 재료를 사용하여, 열연에서의 마무리 압연 후의 냉각의 조건을 궁리함으로써 열연판의 펄라이트 조직을 최적화하여, 경냉연율의 냉간 압연 및 저온이면서 단시간의 어닐링(예를 들어, 1회 냉연 및 1회 어닐링)에 의해 탄화물(철 탄화물)의 하나인 시멘타이트의 형태를 제어한다. 이와 같이 해서, 특히 냉간 가공성이 우수하고, 켄칭 안정성이 우수한 중탄소 강판을 제조할 수 있다. 이하에, 본 실시 형태에 관한 제조 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
본 실시 형태에 관한 중탄소 강판의 제조 방법에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 실시 형태에 기재한 화학 조성을 갖는 강을, 주조하고(S1), 열간 압연하고(S2), 공냉하고(S3), 강냉하고(S4), 권취하고(S5), 냉간 압연하고(S6), 어닐링한다(S7).
(열간 압연)
열간 압연(열연)에서는, 상기 실시 형태에 기재한 화학 성분의 범위를 만족하는 주조 후의 강(예를 들어, 연속 주조 주조편)을, 직접 열간 압연해도 되고, 가열한 후 열간 압연해도 된다. 또한, 열간 압연의 조건은, 특별히 제한되지 않고, 열간 압연의 조건으로서 일반적인 조압연 및 마무리 압연(예를 들어, 압연 종료 온도가 Ar3+50℃ 이상)의 조건을 적용할 수 있다.
(냉각 제어 및 권취)
열간 압연 후, 냉각 제어(냉각 패턴의 제어)를 행하여 펄라이트 변태에 의해 펄라이트를 생성시켜, 400℃ 내지 580℃의 온도 영역으로 권취하면, 펄라이트 중 시멘타이트의 평균 라멜라 두께가 적절하게 제어된 열연판을 얻을 수 있다. 라멜라 두께가 얇을수록 냉간 압연 후의 어닐링 시에 시멘타이트가 구상화하기 쉽기 때문에, 시멘타이트의 라멜라 두께는 얇을수록 바람직하다. 한편, 라멜라 두께가 지나치게 얇으면, 펄라이트가 지나치게 단단해져서, 냉간 압연 시에 펄라이트에 변형이 도입되기 어려워진다. 그로 인해, 그 후의 어닐링 시에 페라이트가 입자 성장하기 어려워진다. 이로 인해, 라멜라 두께의 하한이 0.02㎛여도 된다. 또한, 라멜라 두께가 지나치게 두꺼우면, 냉간 압연 후의 어닐링 시에 시멘타이트의 구상화가 촉진되지 않게 된다. 이로 인해, 라멜라 두께의 상한이 0.5㎛여도 된다.
상기와 같은 열연 후의 조직 형태를 얻기 위해서, 이하와 같이, 권취 온도의 제어와, 마무리 압연 후의 냉각 제어를 행한다. 즉, 강을, 마무리 압연(열간 압연) 직후에 2초 이상 또한 10초 이하 동안 공냉하고, 그 후 공냉의 종료 온도(강냉의 개시 온도)로부터 10 내지 80℃/s의 평균 냉각 속도로 480 내지 600℃의 펄라이트 영역(강냉의 종료 온도)까지 냉각하고, 그 후 400℃ 내지 580℃의 온도 영역에서 권취한다. 이러한 냉각 제어 및 권취 온도의 제어에 의해 상술한 열연 후의 조직 형태(예를 들어, 펄라이트 중 시멘타이트의 평균 라멜라 두께가 0.02 내지 0.5㎛)를 안정적으로 얻을 수 있다. 여기서, 공냉은, 평균 냉각 속도가 10℃/s 미만인 냉각이며, 공냉의 평균 냉각 속도의 하한은, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 공냉의 평균 냉각 속도가 0℃/s초여도 된다.
열간에서의 마무리 압연 직후의 마이크로 조직에는, 통상, 오스테나이트의 재결정 조직과 미재결정 조직이 혼재되어 있어, 입도도 혼립이라고 평가되는 경우가 많다. 그로 인해, 마무리 압연 직후에, 10℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 480 내지 600℃의 펄라이트 변태의 온도 영역까지 강판을 냉각하면, 입경이 작은 재결정 오스테나이트 입자, 혹은 미재결정 오스테나이트 입자로부터 우선적으로 펄라이트 변태가 개시되어 버려, 시멘타이트의 라멜라 간격이 두꺼운 펄라이트가 생성된다. 이러한 열연판을, 산 세정한 후, 후술하는 바와 같이 5% 이상 또한 30% 미만인 냉연율로 냉간 압연하여, 650 내지 720℃의 온도 범위에서 5 내지 40hr 어닐링했다고 해도, 탄화물(시멘타이트)의 평균 직경이 0.4㎛를 초과하거나, 조대한 탄화물(시멘타이트)의 개수 비율이 30%를 초과하거나 한다. 따라서, 열간에서의 마무리 압연 직후의 2초 이상의 공냉에 의해, 열연판의 마이크로 조직을 입경이 균일한 재결정 오스테나이트로 할 수 있을 뿐만 아니라, 공냉 후의 변태의 타이밍을 강대(강판)의 폭 방향 및 판 두께 방향으로 정렬시킬 수 있다. 그로 인해, 펄라이트를 포함하는 균일한 마이크로 조직의 열연판을 얻어, 시멘타이트 및 페라이트를 적절하게 제어할 수 있다. 공냉 시간을 3초 이상으로 해도 된다. 단, 공냉 시간은 길수록 바람직하지만, 10초를 초과하면, 생산성이 저하하거나, 스케일의 성장에 의한 흠집의 발생 등의 문제가 발생하거나 하기 때문에, 공냉 시간의 상한을 10초 이하로 한다. 공냉 시간을 9초 이하 또는 8초 이하로 해도 된다.
여기서, 열연판(강)의 마이크로 조직의 관찰을, 주사형 전자 현미경으로 행할 수 있다. 열연 후의 펄라이트 중 시멘타이트의 라멜라 두께는 0.02 내지 0.5㎛로 미세하기 때문에, 적어도 3000 내지 10000의 배율로 펄라이트를 관찰하여, 관찰면에 대해서 수직한 라멜라의 평균 두께를 측정한다. 라멜라 두께를 선분법에 의해 실측하고, 랜덤하게 추출한 30개 이상의 측정 개소로부터 얻어진 실측값을 평균하여 평균 시멘타이트 라멜라 두께를 산출한다.
(냉간 압연)
상기 강냉 후의 열연판(강)을 산 세정 후에, 냉간 압연율(냉연율=(냉간 압연 전의 판 두께-냉간 압연 후의 판 두께)/냉간 압연 전의 판 두께) 5% 이상 또한 30% 미만인 경압하로 냉간 압연(냉연)한다. 냉간 압연의 횟수는 1회로 하는 것이 바람직하다.
이 냉간 압연에서는, 열연판의 마이크로 조직에 변형을 가함으로써, 각 조직간에 발생하는 변형차를 현저하게 하고, 이 변형차에 의해 어닐링 시의 입자 성장 및 재결정이 촉진된다. 이러한 변형 도입의 효과를 얻기 위해서, 냉연율을 5% 이상으로 한다. 게다가, 이 경우에는, 냉간 압연에 의해 중탄소 강판의 판 두께의 정밀도를 보다 높일 수 있다.
또한, 냉연율을 높이면, 탄화물을 미세화할 수 있다. 냉연율이 5% 미만이면 열연에 의해 석출한 탄화물(예를 들어, 상기 펄라이트 중 라멜라 시멘타이트)이, 냉연 시에 충분히 파괴되지 않고, 어닐링 후 마이크로 조직 내에 잔존하여, 탄화물(시멘타이트)의 평균 입경이 커지거나, 조대한 탄화물(시멘타이트)의 비율이 증가하거나 한다. 또한, 냉연율이 30% 이상이면 어닐링에 의한 재결정 후의 페라이트가 미립화하여 강도가 높아지기 때문에, 높은 냉간 가공성을 달성할 수 없게 된다. 그로 인해, 냉연율의 상한을 30% 미만으로 설정한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 기술 분야에서는, 400℃ 내지 580℃에서 권취한 강판을, 산 세정 후, 그대로 냉연하는 것은 일반적이지 않다. 이 온도 영역에서 권취한 열연판은, 비커스 경도가 200HV 이상으로 단단하고, 또한 균열되기 쉽기 때문에, 냉연 시의 부하가 증대하거나, 생산성이 저하하거나 하는 경우가 있다. 그로 인해, 열연판을, 일단 어닐링하여 연질화시킬 필요가 있었다. 또한, C양이 적은 연질의 강을 사용하는 경우에는, 켄칭성을 확보하기 위해서, 침탄을 후속 공정(예를 들어, 켄칭 부재의 제조 시)으로 행할 필요가 있었다. 이러한 프로세스(예를 들어, 냉연 전의 어닐링, 냉연이나 침탄)의 수를 저감시켜서 비용을 삭감하기 위해서, 냉연을 생략하는 것이 일반적이다.
그러나, 본 발명자들은, 최근 냉연 기술의 발달에 의해, 상기 열연판을 그대로 5% 이상 또한 30% 미만인 냉연율로 냉연해도, 충분한 생산성을 확보하면서 압연기가 냉연 시의 부하에 견딜 수 있는 것을 발견했다. 또한, 냉연과 어닐링에 의해 시멘타이트의 입도 분포를 보다 적절하게 제어하는 기술은, 본 발명자들이, 켄칭 부재의 전체적인 형상 정밀도의 개선이라고 하는 새로운 과제를 해결하기 위해서 새롭게 발견한 방법이다. 게다가, 켄칭 부재의 제조 시의 공정수나 공정 시간의 증가에 의해 발생하는 총 비용을 고려하면, 보다 에너지를 삭감할 수 있다.
(어닐링)
이러한 열연과, 산 세정과, 냉연을 실시한 강판을 어닐링하고, 목표로 하는 탄화물을 포함하는 조직을 갖는 강판으로 한다. 어닐링 후의 강도를 적절한 레벨로 하기 위해서는, 냉간 압연과 어닐링은 각각 1회로 하는 것이 바람직하다.
어닐링에 의해, 각 조직에 집적한 변형량의 차를 이용하여, Ac1 이하의 어닐링 온도에서 초석 페라이트가 재결정하고, 입자 성장하여 조대한 입자로 됨으로써, 강판(강)이 연질화한다.
또한, 어닐링 전의 탄화물(시멘타이트)은, 비교적 낮은 권취 온도에 의해 마이크로 조직 내에 균일하게 분산되고 있는 것에 더하여, 냉연에 의해 냉연 완료 시에 매우 미세해지고 있다. 그 결과, 어닐링을 개시하면, 바로 탄화물이 용해를 개시하여, 구상화가 추진된다. 단, 전술한 제조 조건의 결과, 작은 탄화물이 매우 균일하게 분산되고 있기 때문에, 단숨에 탄화물의 구상화가 진행되고, 매우 미세한 구상 탄화물이 일제히 다수 생성된다. 이 어닐링에 있어서는, 어닐링 조건이 단시간에 저온인 쪽이 바람직하다. 그로 인해, 650 내지 720℃의 온도 범위(어닐링 온도)에서 5 내지 40hr의 어닐링 시간의 어닐링을 행한다. 탄화물의 구상화의 속도를 보다 높이는 경우에는, 어닐링 온도(하한)가, 680℃ 이상인 것이 바람직하고, 탄화물의 조대화를 보다 억제하는 경우에는, 어닐링 온도(상한)가, 700℃ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 탄화물의 구상화율을 보다 높이는 경우에는, 어닐링 시간(하한)이, 20hr 이상인 것이 바람직하다. 최적의 어닐링 조건은, 690℃이면서 20 내지 40hr이다.
또한, 어닐링을, 어닐링 분위기의 제어성의 관점에서 상자 어닐링으로 행하는 것이 바람직하다. 어닐링 분위기는, 특별히 제한되지 않지만, 95% 이상의 수소 농도로, 또한 400℃까지의 노점이 -20℃ 미만이고, 400℃초에서의 노점이 -40℃ 미만이면 된다. 이 경우, 강재의 폭 방향에서의 특성의 편차를 더 억제할 수 있다. 또한, 질소 분위기 하에서도, 목표로 하는 특성의 강재를 제조하는 것은 가능하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 5% 이상 또한 30% 미만인 냉연율의 냉간 압연과 이 냉간 압연 후의 어닐링을 조합하고 있다. 이 조합은 1회로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 어닐링 후에 다시 냉연율 5%를 초과하는 냉간 압연을 행하지 않을 필요가 있다. 즉, 1회의 냉간 압연 중 압하 횟수(롤러에 의한 압연)는 특별히 제한되지 않는다. 이러한 냉간 압연과 냉간 압연 후의 어닐링의 조합에 의해, 탄화물의 형태를 제어하면서 높은 생산성을 확보할 수 있다.
상술한 바와 같이, 열연 후의 냉각 패턴, 권취 온도, 냉연 조건 및 어닐링 조건을 제어함으로써, 탄화물을 구상이면서 미세하게 균일 분산시킨 상태에서 페라이트를 10㎛ 이상으로 성장시키는 것이 가능하며, 얻어진 중탄소 강판의 가공성을 확보할 수 있게 된다. 동시에, 시멘타이트 입경(탄화물 입경)의 조대화의 비율도 제어하는 것이 가능하며, 얻어진 중탄소 강판의 켄칭 안정성도 높일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 켄칭 부재에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에 관한 켄칭 부재(켄칭된 강 부재, 제품 형상을 갖는 켄칭하여 얻어진 강 부재)에서는, 구오스테나이트 입자의 평균 입경의 0.5배 이하 또는 2배 이상의 입경을 갖는 구오스테나이트 입자(이상 오스테나이트)의 면적의 합계가 구오스테나이트 입자 전체의 면적의 합계의 30% 이내이다. 또한, 이 이상 오스테나이트의 면적 비율의 하한은 특별히 제한되지 않고, 이 면적 비율이, 0% 이상이어도 되고, 1% 이상 또는 3% 이상이어도 된다. 또한, 상기 이상 오스테나이트(평균 입경의 0.5배 이하 또는 2배 이상의 입경)의 정의는, 상기 오스테나이트의 입도 번호(평균 입경에 대응하는 입도 번호로부터 2 이상 다른 입도 번호)에 의한 정의에 대응한다.
켄칭 전의 오스테나이트는, 켄칭 후, 각종 저온 조직에 변태하지만, 켄칭 후의 마이크로 조직에 있어서, 변태 전의 오스테나이트의 결정립계가 에칭 등에 의해 명확하게 현출된다. 이와 같이, 저온 조직을 포함하여, 오스테나이트의 결정립계에 둘러싸이는 입자가 1개의 구오스테나이트 입자로서 평가된다.
또한, 켄칭 부재의 마이크로 조직을 특히 규정할 필요는 없지만, 마르텐사이트의 면적률을 95% 이상 또는 98% 이상으로 해도 된다. 또한, 이 마르텐사이트의 면적률은, 100% 이하여도 된다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 켄칭 부재의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에서는, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 실시 형태에 관한 중탄소 강판을, 제품 형상에 냉간 가공하고(S11), Ac3 변태점보다도 높은 온도로 가열 후(S12), 냉각하고(S13), 켄칭 부재(켄칭된 강 부재, 제품 형상을 갖는 켄칭하여 얻어진 강 부재)를 얻는다. 그로 인해, 페라이트 및 시멘타이트를 오스테나이트로 변태시키기 위한 가열 온도를 제외한 조건(예를 들어, 제품 형상, 가공 방법, 가열 온도를 제외한 가열 조건, 유지 조건, 냉각 조건)은, 특별히 제한되지 않고, 일반적인 켄칭과 동일 조건을 적용할 수 있다. 예를 들어, 가열(S12)과 냉각(S13)을 일반적인 고주파 켄칭(고주파 가열 및 급냉)으로 행하면, 적합하다. 이러한 일반적인 켄칭의 조건으로서, 예를 들어 냉간 가공 후의 중탄소 강판(켄칭 전의 부재)을, 900 내지 1200℃의 온도 범위까지 가열한 후, 급냉해도 된다. 또한, 예를 들어 냉간 가공 후의 중탄소 강판(켄칭 전의 부재)을, 가열 후 0 내지 20초 유지하여, 60 내지 1000℃/s의 평균 냉각 속도로 200℃ 이하까지 급냉해도 된다. 또한, 최종적으로 얻어진 켄칭 부재의 마이크로 조직을 특별히 규정할 필요는 없지만, 마르텐사이트의 면적률을 95% 이상 또는 98% 이상으로 해도 된다.
켄칭 안정성은, 켄칭을 위한 가열 시에 있어서의 오스테나이트의 혼립도의 영향을 받는다. 켄칭 부재를 제조할 때, 켄칭 시의 오스테나이트 입경은 균일할수록 바람직하다. 오스테나이트 입자가 혼립인 경우에는, 입경이 작은 오스테나이트 입자로부터 변태가 개시되기 때문에, 변태 변형이 강 내에서 불균일해져서, 열처리 변형이 커지는 등 켄칭 안정성이 손상된다. 특히, 켄칭 시의 오스테나이트 조직에 있어서 이상 오스테나이트의 면적의 합계가 30%를 초과하는 경우에, 켄칭 시의 변형이 커진다. 이로 인해, 켄칭 시의 변형을 충분히 저감할 수 있도록, 높은 켄칭 안정성을 갖는 상기 실시 형태에 관한 중탄소 강판을 사용한다.
실시예
이어서, 실시예에 대해서 설명한다.
실시예의 수준은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해서 채용한 실행 조건의 일례이며, 본 발명은 이 일 조건예에 한정되지 않는다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 도달하는 한에 있어서는, 다양한 조건을 채용 가능하다.
표 1 내지 표 3에 나타내는 화학 조성(잔량부는, 철 및 불가피적 불순물)을 갖는 강괴(강)를, 열간 압연 후, 2.5초간 공냉하여, 30℃/s의 평균 냉각 속도로 540℃까지 강냉하고, 500℃에서 권취하고, 실온까지 냉각하여, 열연판을 얻었다. 또한, 얻어진 열연판을, 15%의 냉연율로 냉간 압연 후, 680℃에서 24hr 어닐링하여, 표 4의 마이크로 조직을 갖는 다양한 강판을 얻어, 각각 냉간 가공성을 평가했다. 표 4에 나타내는 결과 중, 성형성이 양호한 강종의 열연판(열간 압연 후, 냉각 제어하여 얻어진 강판)을 대상으로, 10%의 냉연율로 냉간 압연 후, 680℃에서 4hr 어닐링하여, 표 5의 마이크로 조직을 갖는 다양한 강판을 얻어, 각각 냉간 가공성을 평가했다. 또한, 동일한 열연판을 대상으로, 70%의 냉연율로 냉간 압연 후, 680℃에서 8hr 어닐링하여, 표 6의 마이크로 조직을 갖는 다양한 강판을 얻어, 각각 냉간 가공성을 평가했다. 또한, 표 1 내지 표 3에 나타내는 화학 조성을 갖는 강괴로부터, 표 7 및 표 10에 나타내는 조건에서 강판을 제작하여, 열연판의 펄라이트 내의 라멜라 시멘타이트의 두께 및 어닐링판(제품 강판)의 탄화물의 입도 분포, 어닐링판의 페라이트 입경을 측정하여, 인장 시험을 실시했다. 어닐링에 있어서의 유지가 완료된 후의 강판에 대해서는, 로냉에 의해 어닐링 온도로부터 400℃까지의 동안을 100℃/hr로 냉각했다.
Figure 112014021218766-pct00002
Figure 112014021218766-pct00003
Figure 112014021218766-pct00004
냉간 가공성의 시험에서는, 도 2a에 도시한 바와 같은 직경 100㎜의 원판을, 도 2b에 도시한 바와 같은 직경 60㎜, 높이 28㎜의 컵 모양으로 실온에서 성형하여 균열의 유무를 평가했다. 균열이 발생한 경우에는, 냉간 가공성이 열위인 "No Good"의 평점을 붙였다. 한편, 균열이 없는 경우에는, 냉간 가공성이 우위인 "Good"의 평점을 붙였다. 또한, 이 평가 방법은, 상기한 도 1의 시험 방법과도 동일하며, "○"는 "Good"과, "×"는 "No Good"과 동일하다.
또한, 강판 No.C3, C4, E3, H3, H4, L3, L4, N3, N4, Z3, Z4, AA3, AA4, AB3, AB4, AC3, AC4, AD3, AD4, AE3, AE4, AF3, AF4, AG3, AG4, AH3, AH4, AI3, AI4, AJ3, AJ4, AK3, AK4, AL3, AL4, AM3, AM4에서 도 6a 및 도 6b에 나타내는 판 폭 15㎜, 판 길이 150㎜인 공시재의 판 길이 중심부를, 주파수 78㎑로 상온으로부터 100℃/s의 가열 속도로 승온한 후, 950℃에서 10초 유지하고, 즉시 100℃/s 이상의 냉각 속도로 상온까지 급냉하여, 고주파 켄칭 시험을 실시했다. 켄칭 후의 공시재의 변형량에 대해서, 도 6c 및 도 6d에 도시한 바와 같이, 판 길이 방향으로부터의 휨 θ를 측정함으로써 평가했다. 또한, 휨 θ가, 3° 미만이면 바람직하고, 1° 미만이면 더욱 바람직하다.
또한, 켄칭 후의 공시재의 구오스테나이트 입경의 분포를 측정했다. 이 구오스테나이트 입경의 분포의 측정으로는, 켄칭 후의 부재의 마이크로 조직을 하기 A액에서 현출하고, 그 현출한 마이크로 조직을 디지털 화상으로 촬영 후, 화상 해석에 의해 구오스테나이트의 평균 입경 및 혼립 지수를 구했다. 또한, A액에 대해서는, 증류수 1000㎖에 대해서 수산화나트륨 및 피크르산의 소정량을 혼합하여 제작했다. 화상 해석에서는, 각 구오스테나이트 입자의 면적을 측정한 후, 원상당 직경을 산출하고, 그 각 원상당 직경의 평균값을 평균 입경으로 했다. 또한, 이 평균 입경의 0.5배 이하 또는 2배 이상의 입경을 갖는 결정립이 차지하는 면적을 구하고, 이 면적을 관찰 시야의 면적으로 제산함으로써 얻어진 면적 비율을 혼립 지수로서 결정했다. 도 5에는, 얻어진 혼립 지수와 휨(변형량) θ의 관계를 나타내고 있다. 이 도 5에 도시한 바와 같이, 혼립 지수가 30%를 초과하면, 휨(변형량) θ가 3° 이상으로 되는 것을 알 수 있다. 그로 인해, 이 혼립 지수가 30%를 초과하는 경우에, 켄칭 후의 변형량이 커서, 켄칭 안정성이 뒤떨어진다고 판단했다. 또한, 마이크로 조직의 관찰에 의해, 켄칭 후의 공시재의 마르텐사이트의 면적률이 95% 이상인 것을 확인했다.
표 4 중 강판 No.C0, E0, H0, L0, N0에서는, 탄화물의 평균 직경이 0.4㎛ 이하이며, 이 탄화물의 평균 직경의 1.5배 이상의 크기인 탄화물의 개수 비율이 30% 이하이고, 탄화물의 구상화율이 90% 이상이고, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 이상이었다. 이들 강판 No.의 모두가 양호한 가공성 및 켄칭 안정성을 나타냈다.
표 4 중 강판 No.A0, B0, D0, F0, G0, I0, J0, K0, M0, O0에서는, 강판의 화학 조성, 탄화물의 평균 직경(㎛), 조대한 탄화물의 개수 비율(%), 탄화물의 구상화율(%), 평균 페라이트 입경(㎛) 중 적어도 1개의 조건이 충분하지 않았다. 그로 인해, 이들 강판 No.에서는, 시멘타이트의 집합체를 기점으로 하는 균열, 시멘타이트를 기점으로 하는 균열, MnS를 기점으로 하는 균열, 혹은 입자 내 균열 등에 의해 냉간 가공성이 충분하지 않았다.
표 5의 강판 No.C1, E1, H1, L1, N1에서는, 어닐링 시간이 5hr 미만이었기 때문에, 탄화물의 구상화율이 90% 미만이어서, 시멘타이트를 기점으로 한 균열에 의해 냉간 가공성이 충분하지 않았다.
표 6의 강판 No.C2, E2, H2, L2, N2에서는, 냉연율이 30%를 초과하고 있었기 때문에, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 미만이어서, 변형의 집중에 의해 균열되기 때문에 냉간 가공성이 충분하지 않았다.
표 7 내지 표 12 중 강판 No.C3, C4, E3, H3, L4, N3, Z3, Z4, AA4, AB4, AC4, AD3, AD4, AE4, AF3, AG3, AG4, AH4, AI3, AJ4, AK3, AL3, AM3, AM4는, 냉간 가공성이 우수하고, 혼립 지수가 30% 이하로 켄칭 안정성이 우수했다.
강판 No.D3, D4, J3, J4, K3, K4, P3, P4에서는, Si, Al, P, Cu 중 어느 하나의 양이 많았기 때문에, 냉간 가공성이 나빴다.
강판 No.G3, G4, I3, I4, M3, M4, T3, T4, Y3, Y4에서는, Mn, N, S, Cr, Zr 중 어느 하나의 양이 많았기 때문에, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.A3, A4에서는, C의 양이 적었기 때문에, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 미만이어서, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.B3, B4에서는, Si의 양이 적었기 때문에, 조대한 탄화물의 개수 비율이 30%보다도 높아져서, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.F3, F4에서는, Mn의 양이 적었기 때문에, 평균 탄화물 직경이 0.4㎛보다도 커서, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.O3, O4에서는, C의 양이 많았기 때문에, 조대한 탄화물의 개수 비율 및 탄화물의 구상화율을 적절하게 제어할 수 없어, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.Q3, Q4, R3, R4, S3, S4, U3, U4, V3, V4, W3, W4, AN3, AN4에서는, Nb, Ta, V, W, Ti, Mo 중 어느 하나의 양이 많았기 때문에, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 미만이어서, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.X3, X4에서는, B의 양이 많았기 때문에, 조대한 탄화물의 개수 비율이 30%보다도 높아져서, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.AJ3에서는, 어닐링 온도가 650℃ 미만이었기 때문에, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 미만이어서, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.E4에서는, 어닐링 온도가 720℃보다도 높았기 때문에, 탄화물의 구상화율이 90% 미만이어서, 냉간 가공성이 열위였다.
강판 No.AA3에서는, 어닐링 온도가 720℃보다도 높았기 때문에, 탄화물의 구상화율 및 조대한 탄화물의 개수 비율을 적절하게 제어할 수 없어, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.AH3 및 AL4에서는, 어닐링 시간이 5hr보다도 짧았기 때문에, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 미만이어서, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.H4에서는, 어닐링 시간이 40hr보다도 길었기 때문에, 조대한 탄화물의 개수 비율이 30%보다도 높아져서, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.AE3 및 AI4에서는, 권취 온도가 400℃ 미만이었기 때문에, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 미만이어서, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.L3 및 N4에서는, 권취 온도가 580℃를 초과하고 있었기 때문에, 평균 탄화물 직경, 조대한 탄화물의 개수 비율, 탄화물의 구상화율을 적절하게 제어할 수 없어, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.AK4에서는, 냉연율이 5% 미만이었기 때문에, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 미만이어서, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.AC3에서는, 냉연율이 5% 미만이고, 어닐링 시간이 40hr보다도 길었기 때문에, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 미만이고, 조대한 탄화물의 개수 비율이 30%보다도 높았다. 그로 인해, 이 강판 No.에서는, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
강판 No.AB3 및 AF4에서는, 냉연율이 30%를 초과하고 있었기 때문에, 평균 탄화물 직경 또는 조대한 탄화물의 개수 비율을 적절하게 제어할 수 없는 것에 더하여, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 미만이어서, 냉간 가공성 및 켄칭 안정성이 충분하지 않았다.
또한, 표 1 내지 표 3에 나타내는 강 No.H에 있어서, 마무리 압연 후의 공냉의 시간을 다양하게 변화시켜서, 다양한 강판을 얻었다. 그 결과, 도 7에 도시한 바와 같이, 마무리 압연 후의 공냉 시간과, 조대한 탄화물의 개수 비율의 관계를 얻었다. 이 도 7에서 2초 이상의 공냉을 행함으로써, 조대한 탄화물의 개수 비율을 30% 이하로 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 7에 나타나는 강판은, 이하와 같은 방법에 의해 제조되었다. 1220℃에서 50min강을 유지 후, 900℃에서 마무리 압연을 끝내도록, 판 두께 250㎜로부터 판 두께 3㎜까지 열간에서 강을 압연했다. 마무리 압연 직후, 강을, 각 공냉 시간만큼 공냉하여, 40℃/s의 냉각 속도로 550℃까지 냉각하고, 500℃에서 권취함으로써 열연 강판을 제작했다. 각 열연 강판을 산 세정 후, 28%의 압하율(냉연율)로 냉간 압연을 실시하여, 700℃에서 24hr 어닐링했다.
또한, 표 1 내지 표 3에 나타내는 강 No.H에 있어서, 냉간 압연 시의 압하율(냉연율)을 다양하게 변화시켜서, 다양한 강판을 얻었다. 그 결과, 도 8에 도시한 바와 같이, 냉연율과, 비커스 경도의 관계를 얻었다.
또한, 도 8에 나타나는 강판은, 이하와 같은 방법에 의해 제조되었다. 1220℃에서 50min강을 유지 후, 920℃에서 마무리 압연을 끝내도록, 판 두께 250㎜로부터 판 두께 8㎜까지 열간에서 강을 압연했다. 마무리 압연 직후, 강을, 3초간 공냉하여, 50℃/s의 냉각 속도로 520℃까지 냉각하고, 480℃에서 권취함으로써 열연 강판을 제작했다. 각 열연 강판을 산 세정 후, 각 압하율(냉연율)로 냉간 압연을 실시하여, 700℃에서 24hr 어닐링했다.
또한, 강판의 화학 조성이 충분히 조정된 일부 강종에 대해서, 표 13에, 강판의 마이크로 조직과 켄칭 후의 공시재의 마이크로 조직 사이의 관계를 나타낸다. 이 표 13에서, 강판 No.C3, C4, E3, H3L4, N3, Z3, Z4, AA4, AB4, AC4, AD3, AD4, AE4, AF3, AG3, AG4, AH4, AI3, AJ4, AK3, AL3, AM3 및 AM4에서는, 강판 중 평균 탄화물 직경, 조대한 탄화물의 개수 비율, 탄화물의 구상화율 및 평균 페라이트 입경의 모두가 충분하며, 혼립 지수가 30% 이하였다. 또한, 이들 강판 No.에서는, 탄화물의 평균 직경, 조대한 탄화물의 개수 비율, 탄화물의 구상화율, 평균 페라이트 입경 중 적어도 1개의 조건이 충분하지 않았던 강판 No.H4, L3, N4, AA3, AB3, AC3, AE3, AF4, AH3, AI4, AJ3, AK4 및 AL4에 비해, 보다 높은 면적률의 마르텐사이트를 얻을 수 있었다.
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Figure 112014021218766-pct00006
Figure 112014021218766-pct00007
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Figure 112014021218766-pct00012
Figure 112014021218766-pct00013
Figure 112014021218766-pct00014
냉간 가공성이 우수한 중탄소 강판과 그 제조 방법 및 켄칭 부재를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 질량%이며,
    C : 0.10 내지 0.80%,
    Si : 0.01 내지 0.3%,
    Mn : 0.3 내지 2.0%,
    Al : 0.001 내지 0.10%,
    N : 0.001 내지 0.01% 및
    Nb : 0.12 내지 0.5%
    를 함유하고,
    P : 0.03% 이하,
    S : 0.01% 이하,
    O : 0.0025% 이하,
    Cr : 1.5% 이하,
    B : 0.01% 이하,
    Mo : 0.5% 이하,
    V : 0.5% 이하,
    Ti : 0.3% 이하,
    Cu : 0.5% 이하,
    W : 0.5% 이하,
    Ta : 0.5% 이하,
    Ni : 0.5% 이하,
    Mg : 0.003% 이하,
    Ca : 0.003% 이하,
    Y : 0.03% 이하,
    Zr : 0.03% 이하,
    La : 0.03% 이하,
    Ce : 0.03% 이하,
    Sn : 0.03% 이하,
    Sb : 0.03% 이하 및
    As : 0.03% 이하
    로 제한하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고, 탄화물의 평균 직경이 0.4㎛ 이하이고, 상기 탄화물의 평균 직경의 1.5배 이상의 크기인 탄화물의 개수 비율이 상기 탄화물의 총 수에 대해서 30% 이하이고, 상기 탄화물의 구상화율이 90% 이상이고, 평균 페라이트 입경이 10㎛ 이상이고, 인장 강도(TS)가 550㎫ 이하인 것을 특징으로 하는, 중탄소 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    항복비(YR)가, 60% 이하인 것을 특징으로 하는, 중탄소 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    판 두께가, 1 내지 12.5㎜인 것을 특징으로 하는, 중탄소 강판.
  4. 질량%이며,
    C : 0.10 내지 0.80%,
    Si : 0.01 내지 0.3%,
    Mn : 0.3 내지 2.0%,
    Al : 0.001 내지 0.10%,
    N : 0.001 내지 0.01% 및
    Nb : 0.12 내지 0.5%
    를 함유하고,
    P : 0.03% 이하,
    S : 0.01% 이하,
    O : 0.0025% 이하,
    Cr : 1.5% 이하,
    B : 0.01% 이하,
    Mo : 0.5% 이하,
    V : 0.5% 이하,
    Ti : 0.3% 이하,
    Cu : 0.5% 이하,
    W : 0.5% 이하,
    Ta : 0.5% 이하,
    Ni : 0.5% 이하,
    Mg : 0.003% 이하,
    Ca : 0.003% 이하,
    Y : 0.03% 이하,
    Zr : 0.03% 이하,
    La : 0.03% 이하,
    Ce : 0.03% 이하,
    Sn : 0.03% 이하,
    Sb : 0.03% 이하 및
    As : 0.03% 이하
    로 제한하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 화학 조성을 갖는 강을,
    주조하고;
    열간 압연하고;
    상기 열간 압연의 종료 직후부터 2 내지 10초간 공냉하고;
    상기 공냉 종료의 온도로부터 480 내지 600℃의 온도 범위까지 10 내지 80℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각을 행하고;
    400℃ 내지 580℃의 온도 영역 또한 상기 냉각의 종료 온도보다도 낮은 온도에서 권취하고;
    5% 이상 또한 30% 미만인 냉연율로 냉연하고;
    650 내지 720℃의 온도 범위에서 5 내지 40hr 어닐링하는;
    것을 특징으로 하는, 중탄소 강판의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 권취 후의 상기 강에 포함되는 펄라이트 중 시멘타이트의 평균 라멜라 두께가 0.02 내지 0.5㎛인 것을 특징으로 하는, 중탄소 강판의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 기재된 중탄소 강판으로부터 얻어진 켄칭 부재이며,
    질량%이며,
    C : 0.10 내지 0.80%,
    Si : 0.01 내지 0.3%,
    Mn : 0.3 내지 2.0%,
    Al : 0.001 내지 0.10%,
    N : 0.001 내지 0.01% 및
    Nb : 0.12 내지 0.5%
    를 함유하고,
    P : 0.03% 이하,
    S : 0.01% 이하,
    O : 0.0025% 이하,
    Cr : 1.5% 이하,
    B : 0.01% 이하,
    Mo : 0.5% 이하,
    V : 0.5% 이하,
    Ti : 0.3% 이하,
    Cu : 0.5% 이하,
    W : 0.5% 이하,
    Ta : 0.5% 이하,
    Ni : 0.5% 이하,
    Mg : 0.003% 이하,
    Ca : 0.003% 이하,
    Y : 0.03% 이하,
    Zr : 0.03% 이하,
    La : 0.03% 이하,
    Ce : 0.03% 이하,
    Sn : 0.03% 이하,
    Sb : 0.03% 이하 및
    As : 0.03% 이하
    로 제한하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고,
    구오스테나이트 입자의 평균 입경의 0.5배 이하 또는 2배 이상의 입경을 갖는 구오스테나이트 입자가 차지하는 면적 비율이 30% 이하인
    것을 특징으로 하는, 켄칭 부재.
  7. 제6항에 있어서,
    마르텐사이트의 면적률이 95% 이상인 것을 특징으로 하는, 켄칭 부재.
  8. 제1항 또는 제2항에 기재된 중탄소 강판을 부재로 냉간 가공하고;
    상기 부재를 Ac3 변태점보다도 높은 온도로 가열하고;
    상기 부재를 냉각하는
    것을 특징으로 하는, 켄칭 부재의 제조 방법.
  9. 제3항에 기재된 중탄소 강판을 부재로 냉간 가공하고;
    상기 부재를 Ac3 변태점보다도 높은 온도로 가열하고;
    상기 부재를 냉각하는
    것을 특징으로 하는, 켄칭 부재의 제조 방법.
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