KR101953495B1

KR101953495B1 - 고탄소 냉연 강판 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR101953495B1
Application number: KR1020177014614A
Authority: KR
Inventors: 에이지 쓰치야; 유타 마쓰무라; 요시히로 호소야; 유카 미야모토; 다카시 고바야시; 야스노부 나가타키; 가즈히로 세토
Original assignee: 가부시키가이샤 도쿠슈 긴조쿠 엑셀; 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2019-02-28
Also published as: TWI591187B; EP3216889A1; EP3216889A4; TW201712130A; EP3216889B1; WO2017029922A1; JP2017036492A; CN107208224B; JP6089131B2; KR20170075783A; CN107208224A

Abstract

단시간의 용체화 처리와 그 후의 담금질 및 저온 템퍼링 처리를 실시한 후에, 양호한 충격 특성 및 경도 특성을 갖는 것이 가능한, 판두께가 1.0mm 미만인 고탄소 냉연 강판을 제공한다.
mass%로, C: 0.85∼1.10%, Mn: 0.50∼1.0%, Si: 0.10∼0.35%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, Cr: 0.35∼0.45%를 포함하고, 추가로 Nb: 0.005∼0.020mass%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강판 화학 조성으로, 강판 중에 분산되는 탄화물의 평균 입경(d_av)이 0.2∼0.7(μm)이고, 구상화율이 90% 이상인 강판 조직을 갖는 판두께: 1.0mm 미만의 고탄소 냉연 강판으로 한다. 이에 의해, 3∼15분이라는 단시간의 용체화 처리로도, 그 후의 담금질 및 저온 템퍼링 처리에 의해, 충격값이 5J/cm² 이상이라는 우수한 충격 특성과 600∼750HV의 범위라는 충분한 경도 특성을 갖는 기계적 특성을 발현하는 것이 가능해진다.

Description

고탄소 냉연 강판 및 그의 제조 방법{HIGH CARBON COLD-ROLLED STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 담금질 템퍼링 처리에 의해 제조되는 각종 기계 부품의 소재가 되는 고탄소 냉연 강판에 관한 것이다. 특히, 단시간의 용체화 처리로 담금질하고, 저온의 템퍼링 처리 후에 충분한 경도(600∼750HV)와 우수한 충격 특성(인성)을 겸비하고, 더욱이 내구성, 내마모성 등에 대한 요구가 엄격한 편성침(針) 등에 적용할 수 있는 판두께 1.0mm 미만의 고탄소 냉연 강판에 관한 것이다. 여기에서, 단시간의 용체화 처리란, 760∼820℃의 온도 범위에서 3∼15분의 시간에서의 처리를 말하고, 저온의 템퍼링 처리란 200∼350℃의 온도 범위에서의 처리를 말한다.

일반적으로, JIS에 규정되는 기계 구조용 탄소강 강재(S××C)나 탄소 공구강 강재(SK)는 크고 작은 각종 기계 부품에 사용되고 있다. 전신재(展伸材)로서 사용되는 경우에는, 타발 가공이나 각종 소성 가공을 거쳐 부품 형상으로 성형한 후, 담금질·템퍼링 처리를 행한다. 이에 의해, 소정의 경도와 인성(충격 특성)이 부여된다. 그 중에서, 예를 들면, 니트지를 짜는 편성침에서는, 고속으로 왕복 운동을 반복하면서 사(絲)를 끌어당겨 니트지를 짜기 때문에, 회전 구동부와 접촉하는 침 본체의 버트(butt)부에는 충분한 강도와 내마모성이 요구되고, 사와 서로 스치는 훅(hook)부에는 충분한 내마모성에 더하여 선단부의 충격 특성이 우수할 것이 요구된다.

편성침용 소재로서 사용되는 고탄소 냉연 강판은, 판두께가 1.0mm 이상인 경우에는 횡(橫)편기용 편성침용으로서, 판두께가 1.0mm 미만인 경우에는 환(丸)편기나 종(縱)편기용 편성침용으로서 이용된다. 환편기나 종편기용 편성침에서는 세경(細徑)의 사를 고속으로 짜기 때문에, 사용되는 소재의 판두께는 0.4∼0.7mm가 되는 경우가 많다. 또, 편성침용 소재에는, 우수한 냉간 가공성(이하, 2차 가공성이라고도 함)을 갖는 것에 더하여, 침 형상으로 가공(2차 가공)하고, 담금질 템퍼링한 후에, 충분한 경도와 침 선단부에서 충분한 인성을 가질 것이 요구된다.

또한, JIS에 규정되는 기계 구조용 탄소강 강재(S××C)나 탄소 공구강 강재(SK) 등의 소위 고탄소 강판은 C량에 의해 용도가 세세하게 분류되어 있다. C량이 0.8mass% 미만의 영역, 즉 아공석 조성인 강판이면, 페라이트상의 분율이 높기 때문에 냉간 가공성은 우수하지만, 충분한 담금질 경도를 얻기가 어렵다. 그 때문에, 아공석 조성의 강판은 훅부의 내마모성이나 침 본체의 내구성이 요구되는 편성침 용도 등에는 적합하지 않다. 한편, 0.8mass% 이상의 영역, 즉 과공석 조성인 강판 중에서도 C량이 1.1mass%보다 큰 고탄소 강판은, 우수한 담금질성을 갖는 반면, 다량으로 포함되는 탄화물(시멘타이트) 때문에 냉간 가공성이 극단적으로 뒤떨어져, 구절(溝切) 가공 등의 정밀하고 미세한 가공이 행해지는 편성침 용도 등에는 적합하지 않다. C량이 1.1mass%보다 큰 고탄소 강판은 날붙이나 냉간 금형 등, 단순 형상이고 고강도가 요구되는 부품 용도에 한정된다.

종래부터, 편성침에는, C: 0.8∼1.1mass%의 탄소 공구강이나 합금 공구강 또는 이들의 강 조성을 베이스로 하고 제 3 원소를 첨가한 강 조성의 소재가 널리 이용되고 있다. 이 편성침의 제조 과정에서는, 그 소재는 타발(전단 가공), 절삭, 신선, 코킹, 굽힘 등의 다종다양한 소성 가공에 제공된다. 따라서, 이 편성침 제조용의 소재는 침의 제조 공정에서의 소재 가공 시에 충분한 가공성(2차 가공성)을 갖고 있음에 아울러, 침으로서 실제로 사용할 때에 요구되는 담금질 템퍼링 처리 후의 경도 특성이나 충격 특성(인성)을 구비할 필요가 있다.

편성침의 제조에서는, 소정의 경도 특성을 확보하기 위해 소재에 담금질 템퍼링 처리가 행해진다. 이 템퍼링 처리에서는, 200∼350℃의 온도 범위에서의 저온 템퍼링 처리가 일반적으로 채용되고 있다. 그러나, 경도 특성을 중시해서 담금질성에 유효한 Mn이나 Cr의 첨가량을 증량하거나, 그 밖의 제 3 원소를 다량으로 첨가하면, 상기한 저온 템퍼링 처리에서는, 마텐자이트상의 템퍼링이 충분히 행해지지 않아, 충격 특성(인성)의 향상이 불충분하거나 인성값이 불균일하거나 하는 경우가 있었다.

한편, 편성침의 충격 특성을 향상시키는 것을 목적으로 해서, 소재의 화학 조성 중 불순물 원소인 P나 S를 저감하여, P의 입계 편석이나 MnS 개재물의 생성을 극소화시켜, 그들 원소의 악영향의 경감을 도모하는 것도 유효한 대책으로 여겨지고 있다. 그러나, 제강 기술상 및 비용 경제성의 관점에서, P나 S를 저감해서 편성침의 충격 특성의 향상을 도모하는 데에는 한계가 있다.

또한, 충격 특성을 향상시키는 수단으로서 금속 조직의 미세화가 유효하다는 것은 종래부터 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1 및 2에는, Ti, Nb, V 등의 탄질화물 형성 원소를 첨가하여 그들 원소의 미세 탄질화물을 이용해서 금속 조직을 미세화하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이들 원소는 C가 0.8mass% 이하인 아공석 조성의 강의 인성 향상 대책으로서 첨가되는 것이 일반적이었다.

특히, 200∼350℃의 저온 템퍼링 상태에서의 마텐자이트상의 충격 특성에 대한 개개의 제 3 원소의 영향(특히 상호 작용)에 관해서는 충분히 해명되어 있지 않아, 개개의 원소의 효과를 등가로 간주하여 성분 설계되는 경우가 많이 있었다.

예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, C: 0.5∼0.7mass%의 아공석강을 대상으로 하고, V, Ti, Nb 등의 탄질화물 형성 원소를 첨가함으로써, 구 오스테나이트립을 미세화하여, 인성값(충격 특성)을 향상시키고 있다.

특허문헌 2에 기재된 기술에서는, C: 0.60∼1.30mass%의 아공석강으로부터 과공석강의 광범위한 탄소 함유량의 강을 대상으로 하고, 필요에 따라서 Ni: 1.8mass% 이하, Cr: 2.0mass% 이하, V: 0.5mass% 이하, Mo: 0.5mass% 이하, Nb: 0.3mass% 이하, Ti: 0.3mass% 이하, B: 0.01mass% 이하, Ca: 0.01mass% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 첨가하여, 미용해 탄화물의 체적률(Vf)을 (15.3×Cmass%-Vf)가 8.5 초과∼10.0 미만의 범위가 되도록 컨트롤함으로써 충격 특성을 향상시키고 있다.

일본 특허공개 2009-24233호 공보 일본 특허공개 2006-63384호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술은, 아공석강에 한정된 것이고, V, Ti, Nb 등의 탄질화물 형성 원소를 첨가함으로써, 그들 미세 탄질화물에 의해 구 오스테나이트립을 미세화하는 효과를 기대한 기술이다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 기술은, 탄소 레벨이 아공석 조성이기 때문에, 페라이트 모상의 성형성을 개선한 기술이기도 하다. 이 때문에, 이 기술을 편성침과 같은 높은 경도가 요구되는 기계 부품에 적용하는 것은 어렵다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 탄소 함유량이 0.67∼0.81mass%의 범위인 아공석강에 대하여, Mo, V, Ti, Nb, B 등을 첨가하고 있다. 이 Mo, V, Ti, Nb, B 등의 첨가는 명백하게 아공석강의 특성 개선을 의도한 첨가로 해석된다. 특허문헌 2에는, 0.81mass%를 초과하는 탄소량의 강에 있어서의 개개의 제 3 원소의 작용과 그 최적화에 관한 개시는 전혀 없다.

또, 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 제 3 원소의 첨가량에 관하여, 충격값에 악영향을 미치지 않는 상한치를 규정하고 있을 뿐이며, 그의 하한치를 규정하고 있지 않다. 이로부터, 특허문헌 2에는, 제 3 원소를 의도한 범위로 첨가하여 첨가 원소의 작용에 의해 적극적으로 충격 특성의 향상을 도모한 기술의 개시도 없다고 말할 수 있다.

또, 특허문헌 1, 특허문헌 2에는, 고탄소 냉연 강판에 대하여, 3∼15분과 같은 단시간의 용체화 처리 유지 시간으로 담금질, 200∼350℃의 저온 템퍼링에 의해, 원하는 충격 특성 및 소정 경도를 유리하게 개선하는 것과 같은 기술의 개시는 없고, 또한 판두께가 1.0mm 미만인 강판에 대하여 충격 특성을 평가한 기술의 개시도 없다.

그래서, 본 발명은, 단시간의 용체화 처리 후, 담금질 및 저온 템퍼링 처리를 실시한 후에, 충격값이 5J/cm² 이상이고, 또한 경도가 600∼750HV의 범위인 기계적 특성을 발현할 수 있는, 판두께가 1.0mm 미만인 고탄소 냉연 강판(이하, 간단히 「냉연 강판」이라고도 함)을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기한 과제를 해결하기 위해서 고탄소 냉연 강판의 화학 성분의 적정한 첨가 범위와 강 중의 탄화물의 입경이나 존재 형태에 대하여 예의 검토했다.

본 발명은 가공성, 담금질성, 저온 템퍼링 후의 경도와 인성 등의 관점에서 편성침에 적합한 C: 0.85mass% 이상 1.10mass% 이하의 탄소량으로 한정한 것이지만, 그 탄소량의 범위에서 제 3 원소로서 Nb를 소정의 범위 첨가하여, 탄화물의 평균 입경과 구상화의 정도를 제어하는 것이 목적하는 특성의 발현에 유효하다는 지견을 얻은 것이 본 기술의 핵심이다.

특히, 본 발명자들은 종래, 인성 평가가 어려웠던 판두께 1.0mm 미만의 강판을 대상으로 한, 인성 평가를 위한 새로운 시험법(신충격시험법)을 개발했다. 새로운 시험법(신충격시험법)을 도 1 및 도 2에 나타낸다.

이 신충격시험법을 이용해서, 여러 가지의 제 3 원소를 첨가한 판두께 1.0mm 미만의 고탄소 냉연 강판에 대하여, 담금질 저온 템퍼링 상태의 충격값을 조사했다. 그 결과, 소정량의 Nb 첨가가 유일하게 상기한 목적하는 특성을 만족한다는 신규한 지견을 얻었다. 본 발명은 이와 같은 지견에 기초하여 이루어진 것이다.

즉, 본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구하여, 기본 성분을 C: 0.85∼1.10mass%, Mn: 0.50∼1.0mass%, Si: 0.10∼0.35mass%, P: 0.030mass% 이하, S: 0.030mass% 이하, Cr: 0.35∼0.45mass%의 범위로 규정한 고탄소강에 0.005∼0.020mass%의 Nb를 첨가하는 것을 필수로 하고, 탄화물의 구상화와 평균 입경을 소정의 범위로 제어하는 것에 의해, 우수한 담금질성과 우수한 인성을 겸비한 고탄소 냉연 강판을 얻을 수 있고, 더욱이 담금질 처리 시간의 단축이나 템퍼링 온도의 저하도 가능하다는 것을 발견했다. 또한, 박판의 충격 특성을 적정하게 평가하는 시험 방법을 채용함으로써, 적정한 화학 성분 및 탄화물의 구상화율, 평균 입경을 규정할 수 있게 되었다.

우선, 본 발명자들이 행한 실험 결과에 대하여 설명한다.

mass%로, 1.01% C-0.26% Si-0.73% Mn-0.42% Cr-0.02% Mo를 포함하고, 추가로 Nb를 0%, 0.010%, 0.020%, 0.055%로 변화시켜 첨가하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 열연 강판(4mm 두께)에, 냉간 압연(압하율: 25∼65%, 최종은 3∼50%)과, 연화 소둔 및 구상화 소둔(640∼700℃)을 각각 5회 반복하여, 냉연 강판(1mm 미만)으로 했다. 얻어진 냉연 강판에, 가열 온도를 780℃, 800℃의 2수준으로, 유지 시간을 0∼16분의 범위에서 변화시킨 용체화 처리를 실시한 후, 기름 담금질하고, 비커스 경도(HV)를 측정했다. 얻어진 결과를 용체화 처리의 가열 유지 시간(분)과 담금질 경도(HV)의 관계로 도 3(가열 온도: 800℃), 도 4(가열 온도: 780℃)에 나타낸다.

도 3, 도 4로부터, Nb 함유량이 0.010mass%인 냉연 강판이 가장 짧은 가열 유지 시간으로 700HV를 초과하는 담금질 경도를 확보할 수 있다는 것을 알 수 있다. Nb 함유량이 0.010mass%를 초과하여 증가하면, 단시간 가열 유지에서의 경도 상승은 둔화된다. 도 4의 결과로부터, 용체화 처리의 가열 온도가 780℃인 경우에, 담금질 경도가 700HV에 도달하는 가열 유지 시간을 구하고, Nb 함유량과의 관계로 도 5에 나타낸다.

도 5에서, Nb 함유량이 0.020mass% 이상이면, 담금질 경도가 700HV에 도달하는 용체화 처리의 가열 유지 시간은 거의 일정해진다. Nb 함유량이 0.005∼0.015mass%의 범위이면, 원하는 담금질 경도(700HV)를 확보하기 위한 용체화 처리의 가열 유지 시간이 가장 짧아지고, 게다가 안정된 담금질성을 확보할 수 있다. 더욱이, 이 범위의 Nb 함유량이면, 용체화 처리의 가열 유지 시간을 단시간으로 할 수 있다. 이로부터, Nb 함유량을 0.005∼0.015mass%의 범위로 하는 것은, 침 가공 메이커에서 문제로 여겨지는 담금질 신장 격차나 담금질 굽음을 방지할 수 있는 대책으로서 유효해진다는 것을 지견했다.

또한, 각종 Nb 함유량의 냉연 강판에 가열 온도: 800℃, 가열 유지 시간: 10분으로 하는 용체화 처리를 가하고, 기름 담금질한 후, 추가로 템퍼링 처리를 실시했다. 템퍼링 처리에서는, 템퍼링 온도는 150℃, 200℃, 250℃, 300℃, 350℃의 각종 온도로 하고, 유지 시간을 1시간으로 했다. 템퍼링 처리 후, 충격 특성을 조사했다. 한편, 충격 특성은 도 1, 도 2에 나타내는 신시험법을 이용하여 행했다. 얻어진 결과를 도 6에 나타낸다. 충격값은, 템퍼링 온도가 200℃ 이상인 경우에는, Nb 함유량이 0.010mass%인 경우가 가장 높았다.

도 6으로부터, 충격값: 5J/cm²가 얻어지는 템퍼링 온도를 구하고, Nb 함유량과의 관계로 도 7에 나타낸다. 도 7에서, 충격값: 5J/cm²가 얻어지는 템퍼링 온도는 Nb 함유량: 0.010mass%의 강판의 경우가 가장 낮다. 0.020mass%를 초과하여 Nb 함유량이 증가하면, 충격값: 5J/cm²가 얻어지는 템퍼링 온도는 고온측이 된다. 템퍼링 온도가 고온이 되면, 경도가 저하되고, 침으로서의 내구성이 저하된다. 또한, Nb 함유량이 0.005mass% 미만이면, 원하는 충격값을 확보하기 위해서, 템퍼링 온도를 고온으로 할 필요가 있다는 것을 지견했다.

도 5, 도 7에서, 템퍼링 후의 높은 경도와 우수한 충격 특성을 겸비시키기 위해서는, Nb 함유량은 0.005mass%가 하한, 0.020mass%가 상한이다. 또, 용체화 처리의 가열 유지 시간을 단시간으로 하기 위해서는, Nb 함유량의 상한을 0.015mass%로 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 이러한 지견에 기초하고 추가로 검토를 더해 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.

[1] 강판의 화학 조성이 C: 0.85∼1.10mass%, Mn: 0.50∼1.0mass%, Si: 0.10∼0.35mass%, P: 0.030mass% 이하, S: 0.030mass% 이하, Cr: 0.35∼0.45mass%, Nb: 0.005∼0.020mass%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로부터 이루어지며, 상기 강판 중에 분산되는 탄화물의 평균 입경(d_av)과 구상화율(N_SC/N_TC)×100%가 각각 아래 (1)식 및 (2)식을 만족시키고, 상기 강판의 판두께는 1.0mm 미만인 것을 특징으로 하는 고탄소 냉연 강판.

아래

0.2 ≤ d_av ≤ 0.7(μm) …(1)

(N_SC/N_TC)×100 ≥ 90% …(2)

여기에서, (1)식의 평균 입경(d_av)은, 강판 단면에서 관찰되는 개개의 탄화물과 동등한 면적의 원을 상정했을 때의 개개의 원의 직경(원상당경)의 평균값이다.

또한, (2)식의 N_TC 및 N_SC는, 각각 N_TC: 관찰 면적 100μm²당 탄화물의 총개수, N_SC: d_L/d_S가 1.4 이하인 조건을 만족시키는 탄화물 개수이며, 여기에서 탄화물의 장경을 d_L, 단경을 d_S로 한다.

[2] 상기 화학 조성이, 추가로 Mo 및 V 중에서 선택되는 1종 또는 2종을 함유하고, 각각의 함유량이 모두 0.001mass% 이상 0.05mass% 미만인 것을 특징으로 하는, 상기 [1]에 기재된 고탄소 냉연 강판.

[3] 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 화학 조성으로 이루어지는 열연 강판에 냉간 압연 및 구상화 소둔을 반복해서 행하여 고탄소 냉연 강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 고탄소 냉연 강판 중에 분산되는 탄화물의 평균 입경(d_av)과 구상화율(N_SC/N_TC)이 각각 아래 (1)식 및 (2)식을 만족시키고, 상기 고탄소 냉연 강판의 판두께는 1.0mm 미만인 것을 특징으로 하는 고탄소 냉연 강판의 제조 방법.

아래

0.2 ≤ d_av ≤ 0.7(μm) …(1)

(N_SC/N_TC)×100 ≥ 90% …(2)

[4] 상기 열연 강판에 냉간 압연 및 구상화 소둔을 반복해서 행하는 횟수를 2∼5회로 하는 것을 특징으로 하는, 상기 [3]에 기재된 고탄소 냉연 강판의 제조 방법.

[5] 상기 냉간 압연의 압하율이 25∼65%이고, 상기 구상화 소둔의 온도가 640∼720℃인 것을 특징으로 하는, 상기 [3] 또는 [4]에 기재된 고탄소 냉연 강판의 제조 방법.

본 발명에 따른 고탄소 냉연 강판은, 판두께 1.0mm 미만, 특히 판두께 0.4∼0.7mm라는 얇은 고탄소 냉연 강판이고, 탄화물의 평균 입경의 크기를 0.2∼0.7μm의 크기로 제어하고, 더욱이 구상화율을 90% 이상으로 제어한 강판이다. 이 강판에 담금질, 템퍼링의 열처리를 실시하면, 3∼15분이라는 단시간의 용체화 처리로도 담금질, 저온 템퍼링의 열처리에 의해 양호한 충격 특성(충격값: 5J/cm² 이상) 및 경도 특성(600∼750HV)이 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 고탄소 냉연 강판은, 단시간의 용체화 처리 후, 담금질하여 불가피의 잔류 γ상을 포함하는 마텐자이트상으로 한 후, 200∼350℃의 이른바 저온 템퍼링을 행하는 조건하에서, 종래의 고탄소 냉연 강판에 대하여 경도와 충격 특성(인성)의 밸런스의 점에서 명확한 우위성을 발휘한다. 즉, 본 발명에 따른 고탄소 냉연 강판을 이용하면, 우수한 담금질성을 확보하면서, 담금질 템퍼링 후의 인성이 우수한 고탄소강제 기계 공구 부품을 얻을 수 있다. 특히 본 발명에서 개시되는 냉연 강판은, 경도와 인성의 밸런스뿐만 아니라 내마모성이나 내피로특성이 요구되는, 편성침과 같은 과혹한 사용 환경하에서 우수한 내구성이 요구되는 용도에 적합하다.

도 1은 본 발명의 평가에 이용한 충격 시험의 시험 장치의 예를 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 평가에 이용한 충격 시험의 시험편의 형상을 나타내는 설명도이다.
도 3은 담금질 경도와 용체화 처리의 가열 유지 시간의 관계를 나타내는 그래프이다(가열 온도: 800℃).
도 4는 담금질 경도와 용체화 처리의 가열 유지 시간의 관계를 나타내는 그래프이다(가열 온도: 780℃).
도 5는 담금질 경도 700HV가 얻어지는 용체화 처리의 가열 유지 시간과 Nb 함유량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 충격값과 템퍼링 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 충격값: 5J/cm²가 얻어지는 템퍼링 온도와 Nb 함유량의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다.

우선, 본 발명에 따른 강판은, 열연 강판을, 필요에 따라서 연화 소둔을 행하고, 냉간 압연과 구상화 소둔을 교대로 반복하여, 판두께 1.0mm 미만의 고탄소 냉연 강판으로서 얻어지는 것이다. 그 후, 이 고탄소 냉연 강판에 소정의 2차 가공 및 용체화 처리를 행하고, 담금질, 템퍼링 처리를 실시하여, 편성침 등의 부재(기계 부품)에 제공하는 것이다.

우선, 본 발명 강판의 화학 성분을, C: 0.85∼1.10mass%, Mn: 0.50∼1.0mass%, Si: 0.10∼0.35mass%, P: 0.030mass% 이하, S: 0.030mass% 이하, Cr: 0.35∼0.45mass%, Nb: 0.005∼0.020mass%로 규정한 이유에 대하여 이하에 설명한다.

C: 0.85∼1.10mass%

C는 고탄소 냉연 강판의 열처리 후에 충분한 경도를 얻기 위한 필수 원소이다. 그의 하한치는 편성침 등과 같은 정밀 부품에서 600∼750HV의 경도를 확보할 수 있도록, 또한 그의 상한치는 다종다양한 냉간 가공을 저해하지 않는 레벨의 탄화물량으로 제어할 수 있도록 결정했다. 즉, 하한치는 단시간의 담금질 템퍼링 처리에서 안정되게 600HV의 경도를 확보하기 위해 0.85mass%로 규정했다. 또한, 상한치는 타발성, 스웨이징(swaging)성, 굽힘성, 절삭성 등 다방면에 걸친 소성 가공에 견딜 수 있는 상한으로서 1.10mass%로 규정했다. 냉간 압연과 구상화 소둔을 반복함으로써 탄화물의 구상화 처리를 행하면 냉간 가공성이 개선된다. 그러나, C가 1.10mass%를 초과하면, 열간 압연 공정, 냉간 압연 공정에서의 압연 부하가 높아지고, 또한 코일 단부의 균열의 빈도가 현저하게 높아지는 등, 제조 공정상의 문제도 현재(顯在)화된다. 이 때문에, C는 0.85∼1.10mass%의 범위로 규정했다. 한편, 바람직하게는 0.95∼1.05mass%이다.

Mn: 0.50∼1.0mass%

Mn은 강의 탈산에 유효한 원소임과 더불어, 강의 담금질성을 향상시켜 소정의 경도를 안정적으로 얻을 수 있는 원소이다. 과혹한 용도에 적용되는 고탄소 강판을 대상으로 한 경우, 0.50mass% 이상에서 본 발명의 효과가 현저해진다. 그래서, 하한치는 0.50mass%로 규정했다. 한편, 1.0mass%를 초과하면 열간 압연 시에 MnS가 다량으로 석출되어 조대화되기 때문에, 부품 가공 시에 균열 등이 다발하게 된다. 그래서, 상한치는 1.0mass%로 규정했다. 이와 같은 이유에서, Mn은 0.50∼1.0mass%의 범위로 규정했다. 한편, 바람직하게는 0.50∼0.80mass%이다.

Si: 0.10∼0.35mass%

Si는 강의 탈산 원소이기 때문에 청정강을 용제함에 있어서 유효한 원소이다. 또한, Si는 마텐자이트의 템퍼링 연화 저항을 갖는 원소이다. 이와 같은 이유에서, 하한치는 0.10mass%로 규정했다. 또한, 다량으로 첨가하면 저온 템퍼링에서의 마텐자이트의 템퍼링이 불충분해져, 충격 특성을 열화시키기 때문에, 상한치는 0.35mass%로 규정했다. 이 때문에, Si는 0.10∼0.35mass%의 범위로 규정했다.

P: 0.030mass% 이하, S: 0.030mass% 이하

P, S는 불순물 원소로서 불가피적으로 강 중에 존재하고, 모두 충격 특성(인성)에 악영향을 미치기 때문에, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. P는 0.030mass%까지, S는 0.030mass%까지의 함유는 실용상 문제없다. 이와 같은 이유에서, P는 0.030mass% 이하, S는 0.030mass% 이하로 규정했다. 한편, 보다 우수한 충격 특성을 유지하기 위해서는 P는 0.020mass%까지, S는 0.010mass%까지의 함유로 하는 것이 바람직하다.

Cr: 0.35∼0.45mass%

Cr은 강의 담금질성을 향상시키는 원소이지만, 탄화물(시멘타이트) 중에 고용되어 가열 단계에서의 탄화물의 재용해를 지체시키기 때문에, 다량으로 첨가하면 반대로 담금질성을 저해한다. 그 때문에, Cr의 상한치를 0.45mass%로 규정했다. 담금질 템퍼링 후의 경도와 충격 특성의 밸런스로부터, Cr의 하한치는 0.35mass%로 규정했다. 이와 같은 이유에서, Cr은 0.35∼0.45mass%의 범위로 규정했다.

Nb: 0.005∼0.020mass%

Nb는, 종래부터, 열간 압연 시에 강의 미(未)재결정 온도역을 확대하고, 동시에 NbC로서 석출되어 오스테나이트립의 미세화에 기여하는 원소인 것이 알려져 있다. 이 때문에, 고탄소강에 있어서도 냉간 압연 공정 이후에 있어서의 조직의 미세화 효과를 기대하여 첨가되는 경우가 있다. 본 발명에서는, 담금질 후의 저온에서의 템퍼링에 의한 인성 회복을 주목적으로 Nb를 0.005∼0.020mass% 첨가한다. 미량의 Nb 첨가이면, 조직의 미세화에 기여할 정도의 NbC는 형성되지 않고, Nb는 희박 고용 상태가 되어 있다. Nb가 희박 고용 상태가 되어 있는 것에 의해, BCC 구조인 페라이트상과 마텐자이트상 중에서의 C의 확산이 촉진되는 것이라고 생각된다. 즉, 담금질 처리에 있어서의 가열 시에 구상 탄화물로부터 페라이트상으로 녹은 C의 오스테나이트상으로의 확산, 및 템퍼링 처리에 있어서의 가열 시에 마텐자이트상 중의 과포화 고용 C의 확산과 석출이 촉진된다. 그 결과, 단시간 가열로의 담금질성의 향상과 저온 템퍼링 처리에 의한 인성의 회복을 양립시킬 수 있다고 현시점에서는 생각되고 있다. Nb가 0.020mass%를 초과하여 첨가되면, NbC의 석출이 현저해져, Nb의 희박 고용 상태를 확보할 수 없어, Nb의 희박 고용 상태에 기인하는 C의 확산의 촉진 효과가 확인되지 않게 된다. 이 때문에, Nb 첨가량의 상한은 0.020mass%로 규정했다. 한편, 바람직하게는 0.015mass% 이하이다. 한편, Nb 첨가량이 0.005mass% 미만이면, 상기한 효과를 기대할 수 없게 된다. 이 때문에, Nb 첨가량의 하한은 0.005mass%로 규정했다. 이와 같은 이유에서, Nb는 0.005∼0.020mass%의 범위로 규정했다.

상기한 성분이 기본의 성분이지만, 본 발명에서는 임의의 선택 원소로서, 필요에 따라서, 추가로 Mo 및 V 중에서 선택되는 1종 또는 2종을 함유할 수 있다.

Mo 및 V는, 불가피적으로 각각 Mo: 0.001mass% 미만, V: 0.001mass% 미만 함유하는 경우가 있다. 더욱이 본 발명에서는, 임의의 선택 원소로서, 담금질성이나 템퍼링 후의 충격 특성을 향상시키기 위해서, Mo와 V를 불가피적으로 함유하는 수준보다도 많이 첨가할 수 있다. 그러나, Mo나 V를 소정량 이상 첨가하면 Nb의 첨가 효과는 상실되므로, Nb의 첨가 효과를 최대한 발휘하기 위해서, 첨가하는 경우에는, Mo와 V의 함유량을 이하의 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

Mo: 0.001mass% 이상 0.05mass% 미만

Mo는 강의 담금질성 향상에 유효한 원소이지만, 첨가량이 많으면 200∼350℃의 저온 템퍼링에서는 충격 특성을 악화시키는 경우가 있다. 따라서, 첨가하는 경우에는, 불가피적으로 함유하는 수준보다도 많은 0.001mass% 이상, 충격 특성을 저해하지 않는 범위인 0.05mass% 미만으로 규정했다. 한편, 바람직하게는 Mo의 첨가는 0.01∼0.03mass%이다.

V: 0.001mass% 이상 0.05mass% 미만

V는 강 조직을 미세화함으로써 충격 특성의 향상에는 유효한 원소이지만, 담금질성을 악화시키는 경우가 있는 원소이다. 따라서, 첨가하는 경우에는, 불가피적으로 함유하는 수준보다도 많은 0.001mass% 이상, 담금질성을 저해하지 않는 범위에서 0.05mass% 미만으로 규정했다. 한편, 바람직하게는 V의 첨가는 0.01∼0.03mass%이다. 상기한 성분 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.

다음으로, 본 발명에 따른 강판의 탄화물에 대하여 설명한다.

본 발명의 고탄소 냉연 강판에서는, 강판 중에 분산되는 탄화물의 평균 입경(d_av)과 구상화율(N_SC/N_TC)이 각각 아래 (1)식 및 (2)식을 만족시킬 것이 필요하다.

0.2 ≤ d_av ≤ 0.7(μm) …(1)

(N_SC/N_TC)×100 ≥ 90% …(2)

여기에서 (1)식의 평균 입경(d_av)(μm)은, 강판 단면에서 관찰되는 개개의 탄화물과 동등한 면적의 원을 상정했을 때의 개개의 원의 직경(원상당경)의 평균값이다. 평균 입경(d_av)이 이 범위에 있으면, 충격 특성이 우수하고, 더욱이 단시간의 용체화 처리로도 원하는 담금질 경도를 용이하게 달성할 수 있다는 효과가 있다. 평균 입경(d_av)이 0.2μm 미만이면, 경험상, 침 형상으로의 가공인 2차 가공 시의 부하가 증대되고, 또한 0.7μm를 초과하면 단시간의 용체화 처리로는 원하는 담금질성 향상을 달성하기 어려워져 바람직하지 않다.

또한, 본 발명에서는, 탄화물이 구상화되어 있는 비율인 구상화율을 (2)식의 N_TC 및 N_SC로 정의했다. 여기에서, N_TC는 관찰 면적 100μm²당 탄화물의 총개수이다. 또한, N_SC는 동일 관찰 시야에서 구상화되어 있다고 간주할 수 있는 탄화물의 개수이며, d_L/d_S: 1.4 이하의 조건을 만족시키는 탄화물 개수로 했다. 여기에서 탄화물의 장경을 d_L, 단경을 d_S로 했다.

탄화물은 완전한 구상으로 형성되어 있다고는 할 수 없고, 또한 관찰면에 의해서도 타원형으로서 관찰되는 경우가 많으므로, 장경과 단경의 비(d_L/d_S)에 의해 구상화의 정도를 규정했다. 이와 같은 사정으로부터, 본 발명에 있어서는, d_L/d_S: 1.4 이하의 조건을 만족시키는 탄화물을 구상화되어 있다고 간주하고 그의 개수인 N_SC를 정의했다. 또한, 구상화율(N_SC/N_TC)×100이 90% 이상이라고 한 것은, 이 범위이면 강판의 2차 가공성이 양호해진다는 경험적인 지견을 발견했기 때문이다.

이상, 설명한 탄화물의 평균 입경 및 구상화율의 측정은, 주사형 전자 현미경을 이용하여, 2차 전자상을 2천배의 배율로 관찰하는 것에 의해 행했다.

탄화물은, 냉간 압연 후의 강판을 이용하여 열처리 전의 샘플의 압연 방향과 직각 방향으로 판상 시험편을 절취하고, 수지 매설 등의 처리를 행하고, 판두께 중앙부 부근의 관찰 면적 100μm²의 범위에서 원상당경, d_L/d_S비, N_TC, N_SC를 측정하고, 5시야분의 평균값을 산출했다. 이들 측정 및 산출은 시판 중인 화상 해석 소프트 「winroof」(상품명)를 이용했다.

다음으로, 본 발명에 따른 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명에서 이용하는 열연 강판은 통상의 제조 조건에서 얻어지는 것이면 된다. 예를 들면, 상기한 화학 조성을 갖는 강편(슬래브)을 1050∼1250℃로 가열하고, 800∼950℃의 마무리 온도에서 열간 압연하고, 600∼750℃의 권취 온도에서 코일로 함으로써 제조할 수 있다. 한편, 열연 강판의 판두께는 원하는 냉연 강판의 판두께로부터 적합한 냉간 압하율이 되도록 적절히 설정하면 된다.

냉간 압연(25∼65%)과 구상화 소둔(640∼720℃)을 복수회 반복함으로써, 판두께 1.0mm 미만의 고탄소 냉연 강판을 제조한다. 이 냉간 압연(25∼65%)과 구상화 소둔(640∼720℃)은 각각 2∼5회 반복하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 냉간 압연(25∼65%)과 구상화 소둔(640∼720℃)을 복수회 반복한다. 그 이유는, 이하에 기술하는 바와 같이 탄화물의 평균 입경(d_av)과 구상화율(N_SC/N_TC)×100이 각각 상기한 (1)식 및 (2)식을 만족하도록 제어하기 위해서이다.

우선, 냉간 압연에 의해 탄화물에 금이 가고, 구상화 소둔에 의해 깨지기 시작한 탄화물이 구상화되어 간다. 그러나, 1회의 구상화 소둔 횟수만으로는 탄화물의 구상화율을 90% 이상까지 높이는 것은 곤란하여, 봉상 또는 판상의 탄화물이 잔류한다. 그와 같은 경우, 담금질성에도 악영향을 미쳐, 정밀 부품에 대한 냉간 가공성을 악화시킨다. 그 때문에, 탄화물의 구상화율(N_SC/N_TC)×100을 90% 이상으로 하기 위해서는, 냉간 압연과 구상화 소둔을 교대로 반복하는 것이 최적이다. 그 결과로서 강판 중에 미세하고 구상화율이 높은 탄화물의 분포가 얻어진다.

특히 바람직하게는, 2∼5회의 냉간 압연과 2∼5회의 구상화 소둔이다.

냉간 압연 압하율이 25% 미만인 강판(냉연 강판)에 구상화 소둔을 실시하면, 탄화물이 조대화되어 버린다. 한편, 냉간 압연 압하율이 65% 초과이면, 냉간 압연 조업의 부하가 지나치게 큰 경우가 있다. 이 때문에, 냉간 압연 압하율은, 바람직하게는 25∼65%의 범위이다.

한편, 최종 냉간 압연에서는, 냉간 압연 후에 구상화 소둔을 실시하지 않기 때문에, 압하율의 하한은 특별히 한정되지 않는다.

구상화 소둔 온도가 640℃보다 낮으면 구상화가 불충분해지기 쉽고, 720℃보다 고온에서 구상화 소둔을 반복하면 탄화물이 조대화되기 쉽다. 이 때문에, 구상화 소둔 온도는 640∼720℃의 범위로 하는 것이 바람직하다. 구상화 소둔의 유지 시간은, 이 범위의 온도에서 9∼30시간의 범위에서 적절히 선택하여 행할 수 있다.

한편, 냉간 압연 전의 열연 강판의 연화를 목적으로 하는 연화 소둔에 대해서도, 마찬가지의 온도 범위가 바람직하다.

이상이 본 발명에 따른 고탄소 냉연 강판의 제조 방법이지만, 이 강판을 최종 목적인, 편성침과 같은 기계 부품으로 하기 위해서는, 소정의 형상으로 가공한 후, 이하의 열처리를 행하는 것이 바람직하다.

90% 이상 구상화된 탄화물이 분포된 고탄소 냉연 강판을 각종 기계 부품으로 가공 후(프레스 가공, 구절 가공, 스웨이징 가공 등), 용체화 처리하고, 급냉(담금질)하고, 이어서 템퍼링 처리를 실시한다. 용체화 처리는, 가열 온도를 760∼820℃로, 유지 시간을 단시간인 3∼15분으로 한다. 담금질(급냉)은 기름을 이용하는 것이 바람직하다. 템퍼링 처리에서는, 템퍼링 온도를 200∼350℃로 하는 것이 바람직하다. 더욱이, 보다 바람직하게는 250∼300℃이다. 이에 의해, 경도 600∼750HV를 가지는 각종 기계 부품을 제조할 수 있다.

용체화 처리의 유지 시간이 15분보다 길면 탄화물이 지나치게 용입되고, 오스테나이트립이 조대화됨으로써 담금질 후의 마텐자이트상이 거칠어져, 충격 특성이 열화된다. 그 때문에 용체화 처리의 유지 시간의 상한은 15분이 바람직하다. 한편, 3분보다 짧으면 탄화물의 용입이 불충분하여 담금질하기 어려워지기 때문에, 용체화 처리의 유지 시간의 하한은 3분이 바람직하다. 보다 바람직하게는 5∼10분의 범위이다.

템퍼링 온도가 200℃ 미만이면 마텐자이트상의 인성 회복이 불충분하다. 한편, 템퍼링 온도가 350℃를 초과하면 충격값은 회복되지만 경도가 600HV를 하회하기 때문에, 내구성이나 내마모성이 문제가 된다. 따라서 템퍼링 온도의 적정 범위는 200∼350℃로 하는 것이 바람직하다. 한편, 보다 바람직하게는 250∼300℃이다. 템퍼링의 유지 시간은 30분∼3시간의 범위에서 적절히 선택하여 행할 수 있다.

실시예

여러 가지의 화학 조성을 갖는 강을 진공 용해하여 30kg의 강괴로 주조했다. 이 강괴를 분괴 압연 후, 가열 온도 1150℃, 마무리 온도 870℃의 조건에서 열간 압연을 행하여, 4mm 및 2mm의 열연 강판으로 했다. 그 후, 표 1에 나타내는 제조 조건에서 냉간 압연 및 구상화 소둔을 행하여 판두께가 0.4mm 이상 1.0mm 미만인 냉간 압연 강판으로 했다. 이어서, 이 냉간 압연 강판에, 표 2에 나타내는 조건에서, 용체화 처리(800℃의 노(爐)에 10분 장입)를 행한 후 기름 담금질하고, 템퍼링(템퍼링 온도: 250℃)을 행했다.

템퍼링 처리 후의 강판으로부터 소정의 시험편을 채취하여, 충격 시험 및 경도 측정 시험에 제공했다. 경도 측정은, JIS Z 2244의 규정에 준거하여, 비커스 경도계로 하중 5kg 무게(시험력: 49.0N)의 조건에서 행했다.

충격 특성은 샤르피 충격 시험에 의해 평가했다. 충격 시험편은 노치폭 0.2mm의 U 노치 시험편(노치 깊이 2.5mm, 노치 반경 0.1mm)으로 했다. 시험 장치에 시험편을 설치한 상태를 도 1에, 시험편의 형상을 도 2에 나타낸다. 이와 같은 시험편 및 시험 방법을 채용한 것은 이하의 이유 때문이다.

본 발명이 대상으로 하는 판두께 1.0mm 미만의 강판에 대하여, 종래 사용되고 있는 금속 재료용 샤르피 충격 시험 장치에서는, 시험 장치의 정격 용량이 50J 이상으로 지나치게 커버리기 때문에, 정확한 평가를 할 수 없다는 문제가 있었다. 시험 장치의 정격 용량이 50J보다 작은 충격 시험 장치로서, 1J의 충격 시험 장치((주)도요정기제작소제, 형식 DG-GB)를 이용했다. 이 시험 장치는 탄소 섬유 강화 플라스틱의 샤르피 충격 시험 방법(JIS K 7077)에 기초한 샤르피 충격 시험기이다. 이 시험 장치를 개량하여 지지대간 거리를 60mm 내지 40mm로 해서 이용했다. 본 시험 장치에서 지지대간 거리를 60mm 내지 40mm로 한 것은, 금속 재료의 샤르피 충격 시험 방법인 JIS 규격(JIS Z 2242)에 가까운 조건으로 하기 위해서이다.

시험편은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 노치 깊이 2.5mm, 노치 반경 0.1mm(노치폭 0.2mm)로 하고, U 노치를 방전 가공으로 형성한 시험편을 이용했다. 노치 반경을 작게 한 것은, 샤르피 충격 시험 시, 1.0mm 미만의 박판인 경우에는 판의 휨이 문제가 되기 때문에, 응력 집중 계수를 높임으로써 샤르피 충격 시험 시의 판의 휨을 최소한으로 해서 안정된 충격값을 얻기 위해서이다. 이 시험 방법 및 시험편 형상을 채용함으로써, 실제의 사용 환경에 가까운 상태의 충격 특성을 얻을 수 있다는 것을 확인하고 있다. 본 발명에서는 충격값의 수치가 5J/cm² 이상인 경우에 충격 특성이 우수하다고 판단했다.

(실시예 1)

용체화 처리 후에 기름 담금질하고, 템퍼링한 후의 단면 경도 및 충격값에 미치는 각종 첨가 원소의 영향을 확인했다. 시험 결과를 화학 성분과 함께 표 3 및 표 4에 나타낸다. 냉연 강판의 제조 조건은 양자 모두 5A의 조건(표 1)을 이용했다. 압하율은 표 1에 기재되어 있는 범위로 제어했다.

단면 경도는 압연 직각 방향으로 잘라낸 시험편을 수지에 매설하고, 단면을 연마하여, 판두께 중앙부에서 측정했다. 충격값은 압연 평행 방향으로 채취한 충격 시험편을 이용하여 측정했다. 얻어진 결과(경도, 충격값)를 표 3 및 표 4에 나타냈다.

충격값이 5J/cm²보다 크고, 또한 경도가 600∼750HV를 만족하는 경우의 평가를 ◎, 충격값 및 경도의 상기 목표값 중 어느 것이 만족되어 있지 않은 것을 ×로 했다.

표 3에 나타내는 예에서는, C량이 하한치를 벗어난 것(강종 No. 1)은 충격값 및 담금질 템퍼링 경도가 목표값을 벗어나 있었다. C량이 상한치를 벗어난 것(강종 No. 6)은 담금질 템퍼링 경도가 목표값 600∼750HV를 상회하고, 충격값이 목표값 5J/cm²를 하회하고 있었다. Nb를 함유하지 않는 것은, C량이 0.85mass%인 것(강종 No. 2, 비교예), C량이 1.10mass%인 것(강종 No. 4, 비교예) 모두 충격값이 목표값 5J/cm²를 하회하여, 평가는 ×였다. 그에 비하여, 발명예의 화학 성분에 상당하는 강판(강종 No. 3, 5, 7, 8, 9, 10)은 담금질 템퍼링 경도가 목표 범위 내이고, 충격 특성도 우수했다.

표 4에 나타내는 예에서는, 발명예에 상당하는 화학 성분의 강판(강종 No. 15, 16, 17, 19, 21)은 전부 담금질 템퍼링 경도가 목표값 600∼750HV를 만족시키고, 충격 특성이 우수했다. Nb를 첨가하지 않은 것(강종 No. 11), Nb를 첨가하지 않고 V 첨가량이 0.05mass%를 초과하는 것(강종 No. 12), Nb를 첨가하지 않고 Mo 첨가량이 0.05mass%를 초과하는 것(강종 No. 13), Nb+Mo 복합 첨가이고 Nb 첨가량이 0.005mass%보다 적은 것(강종 No. 14), Nb+Mo 복합 첨가이고 Nb 첨가량이 0.020mass%를 초과하는 것(강종 No. 18), Nb+Mo 복합 첨가이고 Mo 첨가량이 0.05mass%보다 많은 것(강종 No. 20), Nb+Mo+V 복합 첨가이고 V 첨가량이 0.05mass%보다 많은 것(강종 No. 22)은, 담금질 템퍼링 경도가 목표값 600∼750HV를 만족시키고 있지만, 충격 특성이 뒤떨어져 있거나, 충격 특성이 목표값 5J/cm²를 만족하고 있지만 담금질 템퍼링 경도가 저하되어 있거나, 담금질 템퍼링 경도 및 충격 특성이 함께 목표값의 하한을 하회하고 있었다.

(실시예 2)

강종 No. 3(표 3)의 화학 성분을 갖는 열연 강판을 이용하여, 표 1에 기재된 냉간 압연과 구상화 처리의 제조 조건을 변화시켜, 표 5에 나타내는 판두께의 냉연 강판을 얻었다. 얻어진 냉연 강판의 구상화율, 탄화물 평균 입경을 표 5에 나타낸다. 또, 얻어진 냉연 강판에, 실시예 1과 마찬가지로, 표 2에 나타내는 조건에서, 용체화 처리 후에 기름 담금질과 저온 템퍼링을 실시했다. 얻어진 냉연 강판의, 용체화 처리 후 담금질 템퍼링한 후의 단면 경도 및 충격값을, 실시예 1과 마찬가지로 측정하여, 표 5에 나타냈다.

구상화 소둔 횟수가 1회인 것(제조 조건 No. 1)은 구상화율이 불충분하고, 충격 특성이 뒤떨어져 있었다. 구상화 소둔 횟수가 2회인 경우, 구상화 소둔 온도를 600∼635℃, 냉간 압연 압하율을 10∼20%로 조합해서 각각 2회 행하면, 구상화가 불충분해지고, 충격 특성이 뒤떨어져 있었다(제조 조건 No. 2A). 구상화 소둔 온도를 600∼635℃, 냉간 압연 압하율을 70∼85%로 조합해서 각각 2회 반복하면, 충격 특성은 충분하지만, 탄화물의 평균 입경이 하한을 벗어나, 담금질 템퍼링 처리 후의 경도가 목표값을 상회하고 있었다(제조 조건 No. 2C).

구상화 소둔 온도를 640∼720℃, 냉간 압연 압하율을 10∼20%로 조합해서 각각 2회 반복하면, 구상화는 충분하지만, 탄화물의 평균 입경이 목표값의 상한을 초과하여, 충격 특성이 뒤떨어져 있었다(제조 조건 No. 2D). 이는 탄화물이 지나치게 크면, 담금질 시에 마텐자이트 소지의 미용해 탄화물이 큰 편이 되고, 파괴 시의 기점이 되기 쉬운 미용해 탄화물과 마텐자이트 소지의 계면의 면적이 크기 때문에, 충격 특성이 뒤떨어지게 된 것이라고 생각된다. 그에 비하여, 구상화 소둔 온도를 640∼720℃, 냉간 압연 압하율을 25∼65%의 조합으로 각각 2회 반복하면 구상화율, 탄화물 입경, 담금질 템퍼링 후의 경도는 각각 목표값의 범위에 들어가고, 충격 특성이 우수했다(제조 조건 No. 2B).

구상화 소둔 횟수를 4회로 했을 때, 1회째∼4회째의 냉간 압연 압하율을 전부 25∼65%로 하면, 구상화율, 탄화물 입경이 목표값의 범위에 들어가고, 충격 특성도 우수했다(제조 조건 No. 5A). 제조 조건 No. 5A와 구상화 소둔 온도를 동일하게 하고, 1회째∼4회째의 냉간 압연 압하율을 전부 10∼20%로 하면, 탄화물 입경이 목표값을 초과하여 지나치게 커지고, 충격 특성도 뒤떨어져 있었다(제조 조건 No. 5B).

(실시예 3)

강종 No. 16(표 4)의 화학 성분을 갖는 열연 강판을 이용하여, 표 1에 기재된 제조 조건을 변화시켜, 표 6에 나타내는 판두께의 냉연 강판을 얻었다. 얻어진 냉연 강판의 구상화율, 탄화물 평균 입경을 표 6에 나타낸다. 또, 얻어진 냉연 강판에, 실시예 1과 마찬가지로, 표 2에 나타내는 조건에서, 용체화 처리 후에 기름 담금질과 저온 템퍼링을 실시했다. 얻어진 냉연 강판의, 용체화 처리 후 담금질 템퍼링한 후의 단면 경도 및 충격값을, 실시예 1과 마찬가지로 측정하여, 표 6에 나타냈다.

본 발명의 제조 방법에 상당하는 제조 조건 No. 2B, No. 5A를 이용하여 냉간 압연, 구상화 소둔을 행한 강판은 목표 구상화율, 목표 충격값을 만족시키고 있었다.

본 발명 범위의 화학 성분을 갖는 강판은, Nb 첨가에 의해 담금질성이 향상되고, 열처리 후의 충격 특성이 개선되기 때문에, 과공석강이고 과혹한 환경에서 사용되는 기계 공구 부품 용도에 적합하다.

C가 0.85∼1.10mass%인 과공석 강판은 편성침과 같이 과혹한 사용 환경하에서 경도와 인성 밸런스가 요구되는 용도에 적합하다.

Claims

강판의 화학 조성이 C: 0.85∼1.10mass%, Mn: 0.50∼1.0mass%, Si: 0.10∼0.35mass%, P: 0.030mass% 이하, S: 0.030mass% 이하, Cr: 0.35∼0.45mass%, Nb: 0.005∼0.020mass%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로부터 이루어지며,
상기 강판 중에 분산되는 탄화물의 평균 입경(d_av)과 구상화율(N_SC/N_TC)×100%가 각각 아래 (1)식 및 (2)식을 만족시키고, 상기 강판의 판두께는 1.0mm 미만인 것을 특징으로 하는 고탄소 냉연 강판.
아래
0.2 ≤ d_av ≤ 0.7(μm) …(1)
(N_SC/N_TC)×100 ≥ 90% …(2)
여기에서, (1)식의 평균 입경(d_av)은, 강판 단면에서 관찰되는 개개의 탄화물과 동등한 면적의 원을 상정했을 때의 개개의 원의 직경(원상당경)의 평균값이다.
또한, (2)식의 N_TC 및 N_SC는, 각각 N_TC: 관찰 면적 100μm²당 탄화물의 총개수, N_SC: d_L/d_S가 1.4 이하인 조건을 만족시키는 탄화물 개수이며, 여기에서 탄화물의 장경을 d_L, 단경을 d_S로 한다.
제 1 항에 있어서,
상기 화학 조성이, 추가로 Mo 및 V 중에서 선택되는 1종 또는 2종을 함유하고, 각각의 함유량이 모두 0.001mass% 이상 0.05mass% 미만인 것을 특징으로 하는 고탄소 냉연 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 화학 조성으로 이루어지는 열연 강판에 냉간 압연 및 구상화 소둔을 반복해서 행하여 고탄소 냉연 강판을 제조하는 방법에 있어서,
상기 고탄소 냉연 강판 중에 분산되는 탄화물의 평균 입경(d_av)과 구상화율(N_SC/N_TC)이 각각 아래 (1)식 및 (2)식을 만족시키고, 상기 고탄소 냉연 강판의 판두께는 1.0mm 미만인 것을 특징으로 하는 고탄소 냉연 강판의 제조 방법.
아래
0.2 ≤ d_av ≤ 0.7(μm) …(1)
(N_SC/N_TC)×100 ≥ 90% …(2)
여기에서, (1)식의 평균 입경(d_av)은, 강판 단면에서 관찰되는 개개의 탄화물과 동등한 면적의 원을 상정했을 때의 개개의 원의 직경(원상당경)의 평균값이다.
또한, (2)식의 N_TC 및 N_SC는, 각각 N_TC: 관찰 면적 100μm²당 탄화물의 총개수, N_SC: d_L/d_S가 1.4 이하인 조건을 만족시키는 탄화물 개수이며, 여기에서 탄화물의 장경을 d_L, 단경을 d_S로 한다.
제 3 항에 있어서,
상기 열연 강판에 냉간 압연 및 구상화 소둔을 반복해서 행하는 횟수를 2∼5회로 하는 것을 특징으로 하는 고탄소 냉연 강판의 제조 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 냉간 압연의 압하율이 25∼65%이고, 상기 구상화 소둔의 온도가 640∼720℃인 것을 특징으로 하는 고탄소 냉연 강판의 제조 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 냉간 압연의 압하율이 25∼65%이고, 상기 구상화 소둔의 온도가 640∼720℃인 것을 특징으로 하는 고탄소 냉연 강판의 제조 방법.