KR20010059686A - Bainite steel composition which could be produced by press quenching - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소(C) 0.05∼0.9 중량%, 망간(Mn) 0.6∼2.0 중량%, 실리콘(Si) 0.15∼0.45 중량%, 황(S) 0.03 중량% 이하, 인(P) 0.035 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.1∼1.2 중량% 이하. 몰리브덴(Mo) 0.15∼0.6 중량% 및 니켈(Ni) 0.3∼1.2 중량%를 포함하는 소재를 가열하고 이를 프레스 소입(press quenching)하여 성형하거나 프레스 소입 후 방냉하는 방법으로 제조함으로써 경도 및 인장강도가 향상된 베이나이트 조직을 갖는 강 조성물에 관한 것이다.0.05 to 0.9 wt% of carbon (C), 0.6 to 2.0 wt% of manganese (Mn), 0.15 to 0.45 wt% of silicon (Si), 0.03 wt% or less of sulfur (S), 0.035 wt% or less of phosphorus (P) , Chromium (Cr) 0.1 to 1.2% by weight or less. Hardness and tensile strength are prepared by heating a material containing 0.15 to 0.6% by weight of molybdenum (Mo) and 0.3 to 1.2% by weight of nickel (Ni) and molding it by press quenching or by cooling after press quenching. A steel composition with improved bainite structure is disclosed.
베이나이트는 800 ℃ 이상의 온도에서 가열한 강을 500∼300 ℃까지 급냉시키고 그 온도에서 항온변태시킬 때 생기는 조직을 말하며, 강의 경도 및 인장강도를 향상시키는 장점이 있다. 베이나이트 조직의 생성을 위해서는 가열된 강을 냉각시키는 온도범위 및 그 강 조성물에 포함되는 다른 원소의 함량이 중요한데, 탄소 0.65∼0.9 중량%, 실리콘 0.35 중량% 이하, 망간 0.5 중량% 이하, 인 0.03 중량% 이하 및 황 0.035 중량%를 함유한 강 조성물을 소재로 사용하는 경우 베이나이트 조직을 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다.Bainite refers to a structure generated by rapidly cooling a steel heated at a temperature of 800 ° C. or higher to 500 to 300 ° C. and inducing constant temperature transformation at that temperature, and has the advantage of improving hardness and tensile strength of the steel. The temperature range for cooling the heated steel and the content of other elements included in the steel composition are important for the formation of bainite structure, including 0.65 to 0.9% by weight of carbon, 0.35% by weight of silicon, 0.5% by weight of manganese, and phosphorus 0.03. It is known that bainite structures can be obtained when using as a material a steel composition containing up to% by weight and 0.035% by weight sulfur.
베이나이트 조직을 갖는 강을 얻는 방법으로는 염욕을 이용한 항온 열처리 과정이 가장 일반적이다. 프레스(press)품의 경우에는 소재를 프레스(press) 가공하고 이를 800∼900 ℃로 가열한 다음, 300∼650 ℃에서 10분 내지 20분간 염욕 열처리한 후 수냉(또는 방냉)하여 제조되며, 구조용 부품의 경우에는 소재를 단조 등의 기계 가공을 하고 이를 800∼900 ℃로 가열한 다음, 300∼650 ℃에서 10분 내지 20분간 염욕 열처리한 후 수냉(또는 방냉)하여 제조된다.In order to obtain a steel having a bainite structure, a constant temperature heat treatment process using a salt bath is most common. In the case of press products, the raw materials are press processed, heated to 800 to 900 ° C., and then dyed and heat-treated at 300 to 650 ° C. for 10 to 20 minutes, followed by water cooling (or cooling). In the case of the raw material is subjected to the machining, such as forging, it is heated to 800 ~ 900 ℃, and then subjected to a salt bath heat treatment at 300 to 650 ℃ for 10 to 20 minutes and then cooled by water (or cool).
염욕을 이용한 항온 열처리 과정은 염화바륨, 염화나트륨 등의 염류를 용해하고 그 속에서 강 조성물을 가열하는 방법으로서, 강 조성물이 고르게 가열되어 열처리 효과가 우수하다는 장점이 있다. 그러나, 상기 방법은 항온 열처리를 염욕에서 하므로 염류가 물에 용해되어 수질오염 등 환경 문제를 야기시키는 문제점이 있으며, 부품을 성형한 후 재가열하여 열처리하므로 열변형이 생겨서 이에 따른 교정 작업이 필요하다는 단점이 있다.The constant temperature heat treatment process using the salt bath is a method of dissolving salts such as barium chloride and sodium chloride and heating the steel composition therein, and the steel composition is uniformly heated to have an excellent heat treatment effect. However, the method has a problem in that the constant temperature heat treatment in the salt bath, salts are dissolved in water, causing environmental problems, such as water pollution, and because the heat treatment by reheating after molding the parts, heat deformation occurs, so that the corrective work is required accordingly. There is this.
프레스로 부품을 성형함과 동시에 금형과 피처리품을 압착시켜 금형의 높은 열전도도에 의해 피처리품의 온도를 급격히 떨어뜨림으로써 소입효과를 얻을 수 있는 방법인 프레스 소입법을 이용하는 경우, 상기한 염욕을 이용하여 항온 열처리 하는 경우의 문제점을 해결할 수 있으나, 기존의 열처리법에 비하여 가열된 강의 냉각속도가 느려서, 상변태가 일어나기 시작하는 시간이 짧은 경우에는 베이나이트 형성 온도에 도달하기 전에 에스곡선의 변태개시곡선과 접하게 되어 베이나이트가 형성되는 대신에 퍼얼라이트가 형성되는 경우가 많아 실용화될 수가 없었다.In the case of using the press hardening method, which is a method of forming a part by a press and simultaneously compressing a mold and an object to be quenched by dropping the temperature of the object rapidly due to the high thermal conductivity of the mold, the above-described salt bath The problem of constant temperature heat treatment can be solved by using, but the transformation of the S-curve before reaching the bainite formation temperature when the phase transformation time is short because the cooling rate of the heated steel is slower than the conventional heat treatment method. Instead of the bainite being formed in contact with the starting curve, the pearlite is often formed and thus could not be put to practical use.
이에 본 발명자는 염욕을 이용하는 항온 열처리를 하지 않고 프레스 소입법에 의해 베이나이트 조직을 갖는 강 조성물을 얻는 방법을 연구하던 중, 프레스 소입에 의하여 열처리를 하는 경우에도 베이나이트 조직이 형성될 수 있는 강의 조성비를 알아냄으로써 본 발명을 완성하였다.Accordingly, while the present inventors are studying a method of obtaining a steel composition having bainite structure by press quenching without constant temperature heat treatment using a salt bath, the present invention can provide a bainite structure even when heat treatment is performed by press quenching. The present invention was completed by finding out the composition ratio.
본 발명의 목적은 경도 및 인장강도가 우수한 베이나이트 조직을 갖는 강 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a steel composition having bainite structure with excellent hardness and tensile strength.
도 1은 온도와 시간에 따른 상변태를 나타내는 에스곡선(항온변태곡선)의 일반적인 형태를 나타낸 것이다. Figure 1 shows the general form of the S curve (constant temperature transformation curve) showing the phase transformation with temperature and time.
a : 코(NOSE)부분 도달 시간a: Time to reach nose
b : 베이나이트(bainite) 생성시간b: bainite generation time
S : 변태개시곡선 F : 변태종료곡선S: Transformation start curve F: Transformation end curve
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 탄소(C) 0.05∼0.9 중량%, 망간(Mn) 0.6∼2.0 중량%, 실리콘(Si) 0.15∼0.45 중량%, 황(S) 0.03 중량% 이하, 인(P) 0.035 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.1∼1.2 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) 0.15∼0.6 중량% 및 니켈(Ni) 0.3∼1.2 중량%를 포함하는 소재를 가열하고, 이를 프레스 소입(press quenching)하여 성형하거나 프레스 소입 후 방냉하는 방법으로 제조되는 베이나이트 조직을 갖는 강 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, carbon (C) 0.05-0.9% by weight, manganese (Mn) 0.6-2.0% by weight, silicon (Si) 0.15-0.45% by weight, sulfur (S) 0.03% by weight or less, phosphorus (P) A material comprising 0.035 wt% or less, chromium (Cr) 0.1 to 1.2 wt% or less, molybdenum (Mo) 0.15 to 0.6 wt%, and nickel (Ni) 0.3 to 1.2 wt% is heated and press quenched ( A steel composition having bainite structure is produced by press quenching) or by cooling after press quenching.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 유황(S), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 니켈(Ni)의 화학조성을 포함하는 강 조성물에 관한 것으로, 프레스 소입 후 방냉 또는 급냉에 의해 베이나이트 조직이 생겨 강도가 확보되는 강 조성물을 제공한다.The present invention relates to a steel composition comprising a chemical composition of carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), phosphorus (P), sulfur (S), chromium (Cr), molybdenum (Mo) and nickel (Ni). The present invention relates to a steel composition in which bainite structure is formed by cooling or quenching after press quenching to secure strength.
본 발명의 소재를 구성하는 각각의 화학성분을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Looking at each of the chemical components constituting the material of the present invention in detail.
탄소는 강도를 결정하는 기본 원소로서 소재 내의 탄소량은 0.05 내지 0.9 중량%가 바람직하다. 이는 소재 내의 탄소량이 0.05 중량% 이하가 되면 냉각시 베이나이트 조직형성이 어려우며, 0.9 중량%를 초과하면 유리(free) 세멘타이트가 석출하게 되기 때문이다.Carbon is a basic element for determining strength, and the amount of carbon in the material is preferably 0.05 to 0.9% by weight. This is because when the amount of carbon in the material is less than 0.05% by weight, it is difficult to form bainite structure during cooling, and when it exceeds 0.9% by weight, free cementite is precipitated.
실리콘은 제강시 넣어야할 탈산제로서 사용되며, 망간은 소입성 향상 원소로서, 소입성 향상 및 강도 보완을 위해 첨가된다. 소재 내의 망간량은 0.6 내지2.0 중량%가 바람직한데, 1.1 중량% 미만시 충분한 경도를 얻을 수 없으며, 2.0 중량%를 초과하면 소입성 포화, 입계편석, 결정립 조대화 등을 초래하게 되기 때문이다.Silicon is used as a deoxidizer to be added during steelmaking, and manganese is added as an element for improving quenchability and for improving strength. The amount of manganese in the material is preferably 0.6 to 2.0% by weight, because when it is less than 1.1% by weight, sufficient hardness cannot be obtained, and when it exceeds 2.0% by weight, hardening saturation, grain boundary segregation, grain coarsening, and the like are caused.
인과 유황은 불순물로서 존재하며, 소재 내 함량이 0.03 중량%를 초과하면 결정입계에 편석하여 강도를 저하시키므로, 0.03 중량% 이하인 것이 바람직하다.Phosphorus and sulfur are present as impurities, and if the content in the material exceeds 0.03% by weight, it will segregate at the grain boundaries and lower the strength.
망간외에 소입성을 향상시키는 원소로는 크롬, 몰리브덴 및 니켈이 있다. 이러한 소입성 향상 원소는 부족할 때는 소입성 효과가 미흡하여 강도가 향상되지 않는 반면, 너무 많으면 강도가 포화되어 더 이상 효과가 없기 때문에 첨가량이 중요한데, 크롬은 0.1∼1.3 중량%, 몰리브덴은 0.15∼0.6 중량%, 니켈은 0.3∼1.2 중량%인 것이 바람직하다.In addition to manganese, elements that improve hardenability include chromium, molybdenum and nickel. When the quenching-improving element is insufficient, the quenching effect is insufficient and the strength is not improved.However, if the quenching element is too large, the added amount is important because the strength is saturated and no longer effective.The chromium content is 0.1 to 1.3% by weight and the molybdenum content is 0.15 to 0.6. It is preferable that weight% and nickel are 0.3-1.2 weight%.
본 발명의 베이나이트 조직을 갖는 강 조성물은 소재를 가열하고 이를 프레스 소입하여 성형하거나 프레스 소입 후 방냉하는 방법으로 제조된다. 프레스 소입시 금형의 온도 상승을 막기 위해서는 금형 본체에 냉각 통로를 만들고 물이나 오일을 통과시켜 유지시키는 것이 바람직하며, 이 때의 금형 온도는 30∼90℃정도로 유지시키는 것이 바람직하다.The steel composition having the bainite structure of the present invention is manufactured by heating a material and pressing it into a mold, or by cooling after press quenching. In order to prevent the temperature rise of the mold during press hardening, it is preferable to make a cooling passage in the mold body and to keep it by passing water or oil, and at this time, the mold temperature is preferably maintained at about 30 to 90 ° C.
프레스 소입법은 기존의 염욕을 이용한 항온 열처리법에 비하여 냉각 온도가 느려서 베이나이트 형성온도에 도달하기 전에 에스곡선(항온변태곡선)의 변태 개시 곡선과 접하게 되어 퍼얼라이트 조직이 형성되는 경우가 많아 베이나이트 조직을 형성하기 어렵다는 단점이 있다. 그러나, 본 발명에서는 강의 화학성분비를 조성하여 에스곡선에서 코(NOSE)부분 도달 시간을 연장하고 베이나이트 생성 시간을 연장시킴으로써 프레스 소입법에 의해서도 베이나이트 조직을 얻을 수 있다.Press quenching method has a slower cooling temperature compared to the conventional thermal bath using salt bath, so it is in contact with the transformation start curve of S curve (constant transformation curve) before reaching the bainite formation temperature. There is a disadvantage in that it is difficult to form a nit structure. However, in the present invention, the bainite structure can also be obtained by the press hardening method by forming the chemical composition ratio of the steel to extend the time to reach the nose portion in the S curve and to extend the bainite formation time.
즉, 에스곡선이 온도축에 가장 접근한 부분인 코부분의 하부에서는 베이나이트가 형성되는 반면 상부에서는 퍼얼라이트계 조직이 형성되는데(도 1), 본 발명에서는 강의 화학성분비를 상기와 같이 조절하여 코부분까지의 도달시간을 연장시킴으로써 프레스 소입법에 의해 인장강도 및 경도가 향상된 베이나이트 조직을 갖는 강 조성물을 얻을 수 있다.That is, bainite is formed at the lower part of the nose portion, the portion of which is the S curve is closest to the temperature axis, while the pearlite-based structure is formed at the upper part ( FIG. 1 ). By extending the reach time to the nose part, a steel composition having bainite structure with improved tensile strength and hardness by press hardening can be obtained.
본 발명의 베이나이트 조직을 갖는 조성물은 염욕을 이용한 항온 열처리법을 통해서도 제조될 수 있음은 물론이나, 프레스 소입법을 이용함으로써 부품치수 교정공정 등의 공정을 생략할 수 있어 공정을 간단히 할 수 있으며, 염욕에 의한 환경오염을 근절할 수 있다.The composition having the bainite structure of the present invention can be prepared by a constant temperature heat treatment method using a salt bath, as well as by using a press hardening method, a process such as a part dimension correction process can be omitted, thereby simplifying the process. In addition, environmental pollution caused by salt bath can be eradicated.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.
하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.The following examples are intended to illustrate the invention and are not intended to limit the scope of the invention.
실시예. 베이나이트 조직을 갖는 강 조성물의 제조Example. Preparation of Steel Compositions with Bainite Tissue
탄소 0.19 중량%, 망간 1.53 중량%, 실리콘 0.25 중량%, 황 0.007 중량%, 인 0.005 중량%, 크롬 1.08 중량%, 몰리브덴 0.28 중량% 및 니켈 0.83 중량%를 포함하는 강 조성물을 30 kg 용해로에서 제조하여 직경 100 mm, 길이 100 mm의 원통모양의 인곳트를 주조한 후 1200 ℃로 가열하였다. 이를 950 ℃에서 두께 2.3 mm로 열간압연하고 방냉한 다음 930 ℃에서 20분간 재가열한 후, 300톤 프레스를 사용하여 KS 5호 인장 시험편으로 프레스 소입(100MPA로 3분 유지, 금형온도 48 ℃)함으로써 베이나이트 조직을 갖는 강 조성물을 제조하였다.A steel composition comprising 0.19% carbon, 1.53% manganese, 0.25% silicon, 0.007% sulfur, 0.005% phosphorus, 1.08% chromium, 0.28% molybdenum, and 0.83% nickel was produced in a 30 kg furnace To cast a cylindrical ingot 100 mm in diameter and 100 mm in length, and then heated to 1200 ° C. It was hot rolled to 2.3 mm thickness at 950 ° C, cooled and reheated at 930 ° C for 20 minutes, and then press-quenched with a KS No. 5 tensile test piece using a 300 ton press (maintained at 100 MPA for 3 minutes and mold temperature of 48 ° C). A steel composition with a bainite structure was prepared.
비교예. 종래기술에 의한 베이나이트 조직을 갖는 강 조성물의 제조Comparative example. Preparation of Steel Compositions Having Bainite Structure According to the Prior Art
탄소 0.85 중량%, 망간 0.4 중량%, 실리콘 0.25 중량%, 황 0.007 중량%, 인 0.005 중량%를 포함하는 강 조성물을 30 kg 용해로에서 제조하여 직경 100 mm, 길이 100 mm의 원통모양의 인곳트를 주조한 후 1200 ℃로 가열하였다. 이를 950 ℃에서 두께 2.3 mm로 열간압연하고 방냉한 다음 800 ℃에서 재가열하고, 오스템퍼링노에서 오스템퍼링한 후 염분세척 및 교정작업을 함으로써 베이나이트 조직을 갖는 강 조성물을 제조하였다.A steel composition comprising 0.85 wt% carbon, 0.4 wt% manganese, 0.25 wt% silicon, 0.007 wt% sulfur, 0.005 wt% phosphorus was prepared in a 30 kg furnace to form a cylindrical ingot 100 mm in diameter and 100 mm in length. After casting it was heated to 1200 ° C. It was hot rolled to 2.3 mm thickness at 950 ° C, cooled and reheated at 800 ° C, and A steel composition having bainite tissue was prepared by ostempering followed by saline washing and calibration.
실험예. 경도 및 인장시험Experimental Example Hardness and Tensile Test
실시예 및 비교예에서 제조한 베이나이트 조직을 갖는 조성물을 JIS Z 2204에 따른 경도시험 및 KS B0802에 따른 인장시험(KS 5호 시편)을 실시하였다. 그 결과, 실시예로부터 제조된 본 발명의 조성물이 비교예로부터 제조된 기존의 조성물보다 인장강도 및 경도가 향상되었음을 알 수 있었다(표 1).The composition having the bainite structure prepared in Examples and Comparative Examples was subjected to a hardness test according to JIS Z 2204 and a tensile test (KS 5 specimen) according to KS B0802. As a result, it was found that the tensile strength and hardness of the composition of the present invention prepared from the Examples were improved over the existing compositions prepared from the Comparative Examples ( Table 1 ).
본 발명의 프레스 소입법에 의해 제조된 베이나이트 조직 강 조성물은 강재의 화학조성비의 최적화 과정을 통하여 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 이에 따라 인성, 충돌성능 및 부품의 내구성이 우수하며, 이러한 강도 및 인성의 향상으로 경량 설계가 가능하다.The bainite tissue steel composition prepared by the press quenching method of the present invention not only has high strength through the optimization process of steel chemical composition ratio, but also has excellent toughness, impact performance, and durability of parts, and thus, such strength and toughness. Lightweight design is possible by improving.
또한, 본 발명의 강 조성물의 제조방법은 기존의 방법과 달리 염역을 이용하는 항온 열처리를 하지 않으므로, 부품치수 교정공정 및 염욕처리 설비가 불필요하여 공정단계를 줄이고 비용을 절약할 수 있을 뿐만 아니라, 염욕에 의한 수질오염을 근절할 수 있는 이점을 갖는다.In addition, the manufacturing method of the steel composition of the present invention does not perform constant temperature heat treatment using the salt zone, unlike the conventional method, it is not necessary to reduce the size of the process step and the salt bath treatment equipment, as well as to reduce the cost, salt bath Has the advantage of eradicating water pollution.
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