KR20230170753A - 열처리 강재 및 강재의 열처리 방법 - Google Patents

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Abstract

인장 강도 및 인성의 양쪽이 우수한 열처리 강재를 제공한다. 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 열처리 강재이며, 입계 설정 각도 15°에 있어서의 평균 결정 입경이 10×C＋7(㎛) 이하(C는 탄소 함유량(％))인 열처리 강재.

Description

열처리 강재 및 강재의 열처리 방법
본 발명은 열처리 강재 및 강재의 열처리 방법에 관한 것이다.
와이어 및 복수 개의 와이어를 합쳐 꼰 와이어 로프는, 제철 메이커에서 열간 압연에 의해 제작된 와이어 로드라고 불리는 강재, 구체적으로는 경강선재(JIS G 3506)나 피아노선재(JIS G 3502) 등으로 만들어진다. 이 제철 메이커에서 제작된 경강선재나 피아노선재 등의 와이어 로드는 길이 방향의 인장 강도의 변동이 통상 커, 길이 방향의 품질을 안정시킨 고품질의 와이어, 와이어 로프 등을 제조하기 위해 와이어 로드에 대해 열처리가 행해진다. 제철 메이커에 의해 제작되는 와이어 로드의 최소 직경은 통상 약 5.5mm이다. 보다 가는 와이어를 제조하는 경우에는 열처리된 와이어 로드가 신선 가공된다. 한 번의 신선 가공에 의해 와이어 로드의 직경을 급격하게 줄이려고 하면 인성이 열화되는 경우가 있어, 이것을 피하기 위해 열처리와 신선 가공이 교호로 복수 회 행해지는 경우도 있다.
품질 안정을 위해 와이어 로드 및 신선 가공재에 대해 행해지는 열처리는 일반적으로 「패턴팅」이라고 불리고 있다. 패턴팅에서는, 패턴팅 전의 와이어 로드 및 신선 가공재(열처리 전 강재)를 소정 온도로 가열하고, 그 후에 가열 온도보다 낮은 소정 온도로 가열된 매체(예를 들어 용융 납)에 열처리 전 강재를 통과시켜 냉각한다. 패턴팅을 거침으로써, 길이 방향의 인장 강도에 변동이 적으면서 적당한 인성을 갖는 열처리 강재(와이어)를 만들 수 있다. 열처리 강재는 예를 들어 도금된 후에 편조되어 금속망이나 돌망태로서 이용되는 경우도 있고, 열처리 강재를 신선 가공하는 경우도 있다. 신선 가공된 열처리 강재는 그대로 출하되는 경우도 있고, 도금 처리, 피복 처리 후에 출하되는 경우도 있다. 복수 개의 신선 가공된 열처리 강재를 합쳐 꼬아 와이어 로프가 제조되거나, 또한 황동 도금을 하여 스틸 코드가 제조되기도 한다. 어쨌든, 패턴팅은, 고품질의 와이어, 와이어 로프, 스틸 코드 등의 제조 공정에 있어서 매우 중요한 공정이다.
신선 가공 시의 단선 등의 트러블을 억제하려면 인장 강도와 인성의 양립이 불가결하다. 그 때문에 열처리 강재(신선 가공 전의 상태의 것으로, 일반적으로는 신선 가공의 대상이 되는 것)는 페라이트와 시멘타이트(Fe(철)와 C(탄소)의 금속간 화합물)가 층상으로 교호로 배열된 펄라이트라고 불리는 조직의 것이 바람직하다고 여겨지고 있다. 펄라이트는, 상술한 바와 같이 강재를 가열함으로써 결정 구조가 체심 입방으로부터 면심 입방으로 변태된(오스테나이트화된) 강재를 얻고, 이것을 급랭함으로써 출현한다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
오스테나이트화된 강재를 얻기 위한 가열이 불충분하면, 시멘타이트가 가열 중에 용체화되지 않고, 그 결과, 열처리 강재의 인장 강도가 저하되어, 신선 가공 후의 강재의 인성이 열화된다. 예를 들어, 열처리되는 강재의 두께(직경)가 크면, 강재의 표면(표층)부의 가열은 충분하지만 중심(중심층)부에 가열 부족의 가능성이 발생한다. 일반적으로는 가열 부족으로 되지 않도록(오스테나이트화가 완전히 행해지도록) 강재에 대해 여유를 둔 장시간의 가열 처리가 행해지지만, 그렇게 하면, 특히 표면부의 결정립(오스테나이트립)이 성장하는 경우가 있고, 결정 입경이 크면 금속 조직이 거칠어져 인성이 작아져 버린다.
일본 특허 제3599551호 공보
본 발명은, 인장 강도 및 인성의 양쪽이 우수한 열처리 강재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 냉각 매체조의 보온 시의 방사열을 억제하여, 연료비의 비용 절감을 도모하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 동일한 조성(동일 강종)의 강재로부터 종래보다 고강도측으로 폭넓은 범위의 인장 강도를 갖는 열처리 강재를 얻을 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 고강도화를 위해 고가의 합금 원소를 열처리 강재에 첨가하지 않고, 합금 원소를 첨가한 열처리 강재와 동등한 인장 강도를 얻을 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같이, 인장 강도와 인성을 양립시키는 열처리 강재는, 지금까지 페라이트와 시멘타이트가 층상으로 교호로 배열된 펄라이트의 것이 바람직하다고 여겨지고 있었던바, 발명자의 시험 및 검토에 의하면, 페라이트와 시멘타이트가 층상으로 교호로 배열된 펄라이트를 갖지 않아도(그러한 펄라이트가 적은 금속 조직이라고 해도), 인장 강도와 인성을 양립하는 열처리 강재가 제공된다는 지견을 얻을 수 있었다.
본 발명에 의해 제공되는 열처리 강재는 종래의 열처리 강재와 다른 복수의 특성을 갖고 있는 것도 확인되었다. 이하에 설명하는 바와 같이, (1) 결정 입경, (2) 결정립 수, (3) GOS(Grain Orientation Spread)값, (4) 단면, (5) 단면 수축률, (6) S-S 곡선으로부터, 본 발명에 의한 열처리 강재는 규정할 수 있다.
(1) 결정 입경에 착안하면, 제1 관점의 발명에 의해 제공되는 열처리 강재는, 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 것이며, 입계 설정 각도 15°에 있어서의 평균 결정 입경이 10×C＋7(㎛) 이하(C는 탄소 함유량(％))인 것을 특징으로 한다.
마찬가지로 (1) 결정 입경에 착안하면, 제1 관점의 발명에 의해 제공되는 열처리 강재는, 또한 (입계 설정 각도 15°에 있어서의 표면부의 평균 결정 입경)/(입계 설정 각도 15°에 있어서의 중심부의 평균 결정 입경)이 0.70 이상 1.10 이하인 것을 특징으로 한다.
(2) 결정립 수에 착안하면, 제2 관점의 발명에 의해 제공되는 열처리 강재는, 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 것이며, (입계 설정 각도 5°에 있어서의 결정립 수)/(입계 설정 각도 15°에 있어서의 결정립 수)의 값이 5.4×C－0.95 이하인 것, 또는 (입계 설정 각도 2°에 있어서의 결정립 수)/(입계 설정 각도 15°에 있어서의 결정립 수)의 값이 9.8×C－1.9 이하인 것(C는 탄소 함유량(％))을 특징으로 한다.
(3) GOS값에 착안하면, 제3 관점의 발명에 의해 제공되는 열처리 강재는, 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 것이며, 입계 설정 각도 15°에 있어서의 GOS값 평균이 11×(C－0.42)＋5.3 이하(C는 탄소 함유량(％))인 것을 특징으로 한다.
마찬가지로 (3) GOS값에 착안하면, 제4 관점의 발명에 의해 제공되는 열처리 강재는, 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 것이며, 입계 설정 각도 15°에 있어서의 GOS값 0° 내지 10°의 범위의 누적 도수가, -0.1C3－1.3C2＋1.1C＋0.7 이상(C는 탄소 함유량(％))인 것을 특징으로 한다.
본 발명이 제공하는 열처리 강재는, 종래 알려져 있는 펄라이트 조직 및 베이나이트 조직에 포함되는 시멘타이트(Fe3C)와는 다른 철 탄화물(Fe2~2.5C, Fe2~3C 등)을 포함하는 경우가 있다. 또한, 본 발명이 제공하는 열처리 강재에 포함되는 철 탄화물(실시예에서는 「특수 시멘타이트」라고 칭함)은, 종래 알려져 있는 펄라이트 조직 및 베이나이트 조직에 포함되는 시멘타이트와 다른 형상, 즉 분기, 굴곡 또는 만곡되어 있는 부분이 많다는 특징을 갖는다.
(4) 단면에 착안하면, 제5 관점의 발명에 의해 제공되는 열처리 강재는, 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 것이며, 반사 전자 상(BSE)에 의해 조직을 관찰하였을 때, 페라이트와 철 탄화물의 층상 조직에 있어서, 분기, 굴곡 또는 만곡되어 있는 철 탄화물의 면적비가 시야 중에 9％ 이상 포함되어 있는 것을 특징으로 한다. BSE 화상에 있어서 분기, 굴곡 또는 만곡되어 있는 철 탄화물은 얼룩 모양으로 보인다.
마찬가지로 (4) 단면에 착안하면, 제6 관점의 발명에 의해 제공되는 열처리 강재는, 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 것이며, 전자 주사 현미경(SEM)에 의해 조직을 관찰하였을 때, 페라이트와 철 탄화물을 포함하는 층상 조직에 있어서, 상기 철 탄화물의 표면에 구상의 볼록부가 관찰되는 것을 특징으로 한다.
또한 (4) 단면에 착안하면, 제7 관점의 발명에 의해 제공되는 열처리 강재는, 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 것이며, 전자 주사 현미경(SEM)에 의해 조직을 관찰하였을 때, 페라이트와 철 탄화물의 층상 조직에 있어서, 상기 철 탄화물의 표면에 요철이 있고, 입체적으로 빗살 형상, 그물눈 형상이 된 봉상 또는 판상의 비교적 등방적인 철 탄화물이 생성되어 있는 것을 특징으로 한다.
(5) 단면 수축률에 착안하면, 제8 관점의 발명에 의해 제공되는 열처리 강재는, 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 것이며, 인장 강도를 TS(MPa)로 하였을 때, 단면 수축률이 -0.000064TS2＋0.09TS＋46(％) 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, (6) S-S 곡선에 착안하면, 제9 관점의 발명에 의해 제공되는 열처리 강재는, 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 것이며, S-S 곡선에 있어서 구해지는 0.4％ 내력으로부터 상기 S-S 곡선에 있어서 구해지는 0.2％ 내력을 감산한 내력 차가, 45×C－3(MPa) 이하(C는 탄소 함유량(％))인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 인장 강도가 높고 또한 인성도 우수한 열처리 강재가 제공된다.
본 발명에 의한 강재의 열처리 방법은, 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 강재를 준비하는 공정과, 상기 강재 자체를 발열시킴으로써 상기 강재를 직접 가열하는 공정과, 항온 변태를 행할 수 있는 냉각 매체가 저장된 욕조에 상기 가열된 강재를 통과시킴으로써 상기 강재를 냉각하는 공정을 포함하고, 상기 가열 공정은 가열 최종 단계의 온도 구배가 가장 크고, 상기 가열 공정의 가열 최종 단락에 있어서 상기 강재가 소정 가열 최고 온도에 도달한 직후에 상기 가열된 강재를 상기 냉각 매체에 진입시킴으로써, 상기 소정 가열 최고 온도를 유지하지 않고 냉각을 개시하는 것을 특징으로 한다. 가열 공정에는 통전 또는 고주파 등을 사용한 가열을 생각할 수 있다. 용융 납 등의 용융 금속 그 밖의 냉각 매체를 강재의 냉각에 사용할 수 있다.
본 발명에 의한 강재의 열처리 방법은 다음과 같이 규정할 수도 있다. 즉, 다른 관점의 본 발명에 의한 강재의 열처리 방법은, 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 강재를, 상온으로부터 800℃ 이상으로 수초 내에 가열하고, 가열 최고 온도를 유지하지 않고, 가열된 강재를 수초 내에 620℃ 이하로 냉각한다.
이 열처리 방법을 거침으로써, 인장 강도가 높고 또한 인성도 우수한 상술한 열처리 강재를 제조할 수 있다.
도 1은 패턴팅 장치를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 2는 가스로를 사용하여 패턴팅한 강재의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 도 1의 패턴팅 장치를 사용하여 패턴팅한 강재의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 강종명과 성분을 표로 나타낸다.
도 5는 종래품의 광학 현미경 화상을 나타낸다.
도 6은 종래품의 광학 현미경 화상을 나타낸다.
도 7은 개발품의 광학 현미경 화상을 나타낸다.
도 8은 개발품의 광학 현미경 화상을 나타낸다.
도 9a는 종래품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 9b는 종래품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 10a는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 10b는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 11a는 종래품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 11b는 종래품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 12a는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 12b는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 13은 종래품의 BSE 화상을 나타낸다.
도 14는 개발품의 BSE 화상을 나타낸다.
도 15는 개발품의 BSE 화상을 나타낸다.
도 16은 종래품의 BSE 화상의 일부 확대 모식도이다.
도 17은 개발품의 BSE 화상의 일부 확대 모식도이다.
도 18a는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 18b는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 19는 개발품의 BSE 화상을 나타낸다.
도 20a는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 20b는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 21은 개발품의 BSE 화상을 나타낸다.
도 22a는 종래품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 22b는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 23a는 종래품의 BSE 화상을 나타낸다.
도 23b는 개발품의 BSE 화상을 나타낸다.
도 24a는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 24b는 개발품의 BSE 화상을 나타낸다.
도 25a는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 25b는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 26은 개발품의 BSE 화상에 나타나는 특이 형상부의 형상예를 도시하는 모식도이다.
도 27은 개발품 및 종래품 각각에 대한, 탄소 함유량과 특이 형상부의 비율의 관계를 나타낸다.
도 28은 개발품 및 종래품 각각에 대한, 입계 설정 각도와 평균 결정 입경의 관계를 나타낸다.
도 29는 개발품 및 종래품 각각에 대한, 탄소 함유량과 입계 설정 각도 15°에 있어서의 평균 결정 입경의 관계를 나타낸다.
도 30은 개발품 및 종래품 각각에 대한, 중심부의 평균 결정 입경과, 표면 근방 및 중심부의 평균 결정 입경의 비율의 관계를 나타낸다.
도 31은 개발품 및 종래품 각각에 대한, 입계 설정 각도와, 입계 설정 각도 15°의 결정립 수에 대한 입계 설정 각도 5° 및 2°일 때의 결정립 수의 비율을 나타낸다.
도 32는 개발품 및 종래품 각각에 대한, 탄소 함유량과 입계 설정 각도 5°의 결정립 수/입계 설정 각도 15°의 결정립 수의 관계를 나타낸다.
도 33은 개발품 및 종래품 각각에 대한, 탄소 함유량과 입계 설정 각도 2°의 결정립 수/입계 설정 각도 15°의 결정립 수의 관계를 나타낸다.
도 34는 개발품 및 종래품 각각에 대한, 입계 설정 각도와 평균 GOS값의 관계를 나타낸다.
도 35는 개발품 및 종래품 각각에 대한, 탄소 함유량과 평균 GOS값의 관계를 나타낸다.
도 36은 개발품 및 종래품 각각에 대한, 누적 도수까지의 GOS값과 입계 설정 각도 15°에 있어서의 누적 도수의 관계를 나타낸다.
도 37은 개발품 및 종래품 각각에 대한, 탄소 함유량과 입계 설정 각도 15°에 있어서의 GOS값 10°까지의 누적 도수의 관계를 나타낸다.
도 38은 개발품 및 종래품 각각에 대한, 진변형률과 인장 강도의 관계를 나타낸다.
도 39a는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 39b는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 40a는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 40b는 개발품의 SEM 화상을 나타낸다.
도 41은 개발품 및 종래품 각각에 대한, 진변형률과 인장 강도의 관계를 나타낸다.
도 42는 개발품 및 종래품 각각에 대한, 진변형률과 인장 강도의 관계를 나타낸다.
도 43은 개발품 및 종래품 각각에 대한, 인장 강도와 단면 수축률의 관계를 나타낸다.
도 44는 개발품 및 종래품 각각에 대한, S-S 곡선을 나타낸다.
도 45는 개발품 및 종래품 각각에 대한, S-S 곡선을 나타낸다.
도 46은 도 44의 일부 확대도이다.
도 47은 개발품 및 종래품 각각에 대한, 탄소 함유량과 0.4％ 내력-0.2％ 내력의 관계를 나타낸다.
도 1은 패턴팅 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 이하의 설명에서는, 패턴팅 전의 강재를 단순히 「강재(11)」라고 칭하고, 패턴팅 후의 강재를 「열처리 강재(12)」라고 칭하여 구별한다.
패턴팅 장치는, 전원(13), 급전 롤(14), 욕조(15) 및 욕조(15)에 저장된 용융 납(16)을 포함한다.
강재(11)는 선조체(선재)의 형태로 공급된다. 페이오프 릴(도시 생략)로부터 조출된 강재(11)는 도 1에 있어서 좌측으로부터 우측으로 일정 속도로 주행하여, 급전 롤(14)을 거쳐 욕조(15)에 저장된 용융 납(16)에 소정 시간 침지된다.
먼저 강재(11)에 대해 열처리(가열 처리)가 행해진다. 패턴팅 장치가 구비하는 전원(13)은 급전 롤(14) 및 욕조(15)에 접속되고, 전원(13), 급전 롤(14), 용융 납(16) 및 욕조(15)를 포함하는 폐회로가 구성된다. 급전 롤(14)로부터 좌측(상류측)에 있어서는 강재(11)에 전류가 흐르지 않도록 절연 장치(도시 생략)가 마련된다. 급전 롤(14)로부터 욕조(15)에 저장된 용융 납(16)의 액면까지의 구간에 있어서, 강재(11)에는 전원(13)으로부터 공급되는 전류가 통전되고, 가열된다.
강재(11)는, 욕조(15)에 저장된 용융 납(16)의 액면에 들어가기 직전 개소가 가장 가열된다. 강재(11)의 가열 온도(강재(11)의 최고 도달 온도)는, 후술하는 특성을 발휘시키기 위해 975℃ 이하가 된다. 가열 온도가 지나치게 높으면 결정립(오스테나이트립)이 성장하여, 금속 조직이 거칠어져 인성, 특히 단면 수축률이 작아지기 때문이다. 그렇지만 가열 부족은 Fe와 C의 금속간 화합물인 철 탄화물(일례로서 시멘타이트)의 비용체화를 초래하므로, 바람직하게는 강재(11)의 가열 온도는 800℃ 이상이 된다. 전원(13)의 전압 또는 전류를 조정함으로써 강재(11)의 가열 온도는 제어할 수 있다. 가열 시간은 급전 롤(14)로부터 용융 납(16)의 액면까지의 경로 길이 및 강재(11)의 주행 속도에 의해 조정된다.
욕조(15)에 저장된 용융 납(16)은 가스로(전열 히터여도 됨)에 의해 일정 온도로 가열되어 있다. 상술한 강재(11)의 가열 온도보다 용융 납(16)의 온도는 낮으며, 용융 납(16)의 액면에 들어가기 직전 개소에 있어서 최고 도달 온도로 가열된 강재(11)는, 용융 납(16)에 들어가면 바로 냉각이 개시된다.
용융 납(16)의 온도(납로 온도), 즉 항온 변태 온도는 620℃ 이하가 된다. 강재(11)를 급랭하여, 오스테나이트로부터 펄라이트나 탄화물의 석출을 얻기 위해서이다. 그렇지만, 지나치게 급랭하면 제품을 취화시키는 마르텐사이트 등이 발현되므로 용융 납(16)의 하한 온도는 350℃ 정도가 된다.
용융 납(16)에 침지되고, 그 후에 욕조(15)로부터 인출된 패턴팅이 완료된 강재, 즉 열처리 강재(12)는, 그 후, 수세 처리, 피막 처리로 진행되고, 필요에 따라서 신선 처리가 행해진다.
도 2는 가스로를 사용하여 패턴팅한 강재(11)(열처리 강재(12))의 온도 변화(승온 커브)를, 도 3은 도 1에 도시하는 패턴팅 장치를 사용하여 패턴팅한 강재(11)(열처리 강재(12))의 온도 변화(승온 커브)를, 각각 나타내고 있다. 도 2 및 도 3의 그래프 중 어느 것에 있어서도, 강재(11)가 용융 납(16)에 진입한 타이밍에서 온도가 급격하게 저하되어 있다. 도 2와 도 3은 시간축(횡축)의 축척이 상이한 것에 유의해야 한다.
도 2를 참조하여, 가스로를 이용하면 강재(11)는 서서히 가열된다. 가스로로 대표되는 분위기 가열로에서는, 가열에 요하는 시간이 강재(11)의 선 직경에 비례하며, 선 직경이 가늘수록 가열 시간은 짧고, 굵어질수록 길어진다. 도 2, 도 3은 선 직경 φ2.11의 강재(11)의 그래프이며, 가스로를 이용하면 최고 도달 온도(목표 가열 온도)에 도달할 때까지 40초 정도의 시간을 요하고 있다. 한편, 도 3을 참조하여, 도 1에 도시하는 패턴팅 장치를 이용하면, 강재(11)는 수초 안에 최고 도달 온도(목표 가열 온도)에 도달한다. 도 1에 도시하는 패턴팅 장치는 선 직경에 관계없이 승온 속도를 일정하게 할 수 있다.
도 2의 그래프와 도 3의 그래프를 대비하면, 승온 커브의 형상이 크게 다르다. 도 2의 그래프에서는, 오스테나이트화가 개시되는 723℃ 부근으로부터 승온 속도가 느려져, 오스테나이트화에 필요한 시간의 비율이 길어지는 것에 비해, 도 3의 그래프에서는, 723℃ 이상에 있어서의 승온 속도가 빨라, 오스테나이트화에 필요한 시간의 비율이 짧다. 또한, 도 2에서는 최고 온도 도달 후 20초 정도 유지되고 있는 것에 비해, 도 3에서는 최고 온도 도달 후 바로 냉각이 개시되어 있다.
출발 선재인 강재(11) 및 이것을 패턴팅한 열처리 강재(12)는 철(Fe) 및 탄소(C)를 포함하는 탄소강이다. 탄소 함유량(탄소 농도)을 0.38％(질량％를 의미한다. 이하 동일함) 이상으로 함으로써 충분한 강도가 얻어지기 쉽고, 1.05％ 이하로 함으로써 가공성의 저하, 피로 한도의 저하 등이 억제된다.
Fe 및 C에 더하여, 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 실리콘(Si)이 열처리 강재(12)에 포함되어도 된다.
망간(Mn)은 탈산재로서 함유되는 것이다. 가공성 저하의 억제를 위해 1.0％ 이하의 함유량에 그치게 한다.
크롬(Cr)은 일반적으로 펄라이트를 미세화하여, 인성의 개선에 효과가 있다. 다량의 Cr의 첨가는 반대로 인성의 저하를 초래하므로 0.50％ 이하의 함유량에 그치게 한다.
실리콘(Si)은 탈산제로서 사용된다. 연성 열화를 피하기 위해 1.5％ 정도의 함유량에 그치게 한다.
그 밖에, 바나듐(V)(0.50％ 이하), 몰리브덴(Mo)(0.25％ 이하), 보론(붕소)(B)(0.005％ 이하), 티타늄(Ti)(0.050％), 니켈(Ni)(0.50％ 이하), 알루미늄(0.10％ 이하), 지르코늄(Zr)(0.050％ 이하) 등의 다른 원소를, 용도에 따라서 강재(11)(열처리 강재(12))에 첨가해도 된다.
이하의 설명에서는, 도 2에 나타내는 바와 같은 가열이 행해지고, 20초 정도의 최고 도달 온도 유지 시간을 확보하여 얻어진 열처리 강재(12)를 「종래품」이라고 칭하고, 도 3에 나타내는 바와 같은 가열이 행해지고, 최고 온도 도달 후 바로 냉각을 개시하여 얻어진 열처리 강재(12)를 「개발품」이라고 칭하여 구별한다. 도 4에, 이하에 설명하는 복수의 강재(11)(열처리 강재(12))의 강종명과 그 성분을 정리해 둔다.
(광학 현미경 화상) (도 5 내지 도 8)
도 5 내지 도 8은, 열처리 전의 강재(11)로서는 모두 동일(모두 직경 2.11mm의 SWRH62A)하지만, 도 2 및 도 3에 각각 나타내는 바와 같이 패턴팅의 방법을 다르게 함으로써 얻어진 열처리 강재(12)의 광학 현미경 화상이며, 도 5 및 도 6은 종래품의 광학 현미경 화상, 도 7 및 도 8은 개발품의 광학 현미경 화상이다. 도 5 내지 도 8에 나타내는 광학 현미경 화상은, 열처리 강재(12)를 길이 방향으로 연마하고, 나이탈을 사용하여 에칭한 후에, 열처리 강재(12)의 중심부 및 그 근방을 촬영한 것이다.
도 5는 용융 납(16)의 온도를 565℃로 하여 얻어진 종래품의 광학 현미경 화상, 도 6은 용융 납(16)의 온도를 450℃로 하여 얻어진 종래품의 광학 현미경 화상이다. 용융 납(16)의 온도를 565℃로 하면 금속 조직은 펄라이트 조직이 되고(도 5), 용융 납(16)의 온도를 450℃로 하면 베이나이트 조직이 된다(도 6). 종래품은 용융 납(16)의 온도를 565℃, 450℃로 하면, 금속 조직의 차이가 분명히 나타난다.
도 7은 용융 납(16)의 온도를 565℃로 하여 얻어진 개발품의 광학 현미경 화상, 도 8은 용융 납(16)의 온도를 450℃로 하여 얻어진 개발품의 광학 현미경 화상이다. 도 5, 도 6과 비교하여, 개발품은 종래품과 비교하여 결정이 미세한 것을 알 수 있다. 또한, 용융 납(16)의 온도가 565℃라도 450℃라도, 금속 조직은 펄라이트 조직의 특징과 비슷하며, 베이나이트 조직의 특징이 나타나 있지 않다. 용융 납(16)의 온도를 565℃로 해도, 450℃로 해도, 광학 현미경 화상에 있어서 종래품만큼 금속 조직에 명확한 차이가 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
(주사 전자 현미경 화상) (도 9a 내지 도 12b)
도 9a 내지 도 12b는, 모두 열처리 전의 강재(11)로서는 모두 동일(모두 직경 2.11mm의 SWRH62A)하지만, 도 2 및 도 3에 각각 나타내는 바와 같이 패턴팅의 방법을 다르게 함으로써 얻어진 열처리 강재(12)의 주사 전자 현미경 화상이며, 도 9a, 도 9b, 도 11a 및 도 11b는 종래품의 주사 전자 현미경 화상, 도 10a 및 도 10b는 개발품의 주사 전자 현미경 화상이다. 상술한 광학 현미경 화상과 마찬가지로, 주사 전자 현미경 화상도, 열처리 강재(12)를 길이 방향으로 연마하고, 나이탈을 사용하여 에칭한 후에, 열처리 강재(12)의 와이어 중심부 근방을 촬영하였다.
도 9a 및 도 9b는 모두 용융 납(16)의 온도를 565℃로 하여 얻어진 종래품의 주사 전자 현미경 화상(이하, SEM 화상이라고 함)이며, 도 9a는 배율 10,000배의 SEM 화상을, 도 9b는 배율 50,000배의 SEM 화상을 각각 나타내고 있다. 다수의 판상(층상)의 시멘타이트(Fe3C)(도 9a 및 도 9b에 있어서 하얗게 보이는 선상 부분)가 페라이트와 시멘타이트의 층상 조직(펄라이트 조직) 중에 확인된다. 시멘타이트의 표면은 평활하며, 복수의 시멘타이트의 판 두께(층 두께)는 거의 균일하다(약 30㎚).
도 10a 및 도 10b는 모두 용융 납(16)의 온도를 565℃로 하여 얻어진 개발품의 SEM 화상이며, 도 10a는 배율 10,000배의 SEM 화상을, 도 10b는 배율 50,000배의 SEM 화상을 각각 나타내고 있다. 다수의 판상(층상)의 조직이 확인된다. 도 10a 및 도 10b에 있어서 하얗게 보이는 부분은, 시멘타이트(Fe3C)가 포함되지만, 시멘타이트와 다른 철 탄화물(예를 들어 Fe2~2.5C, Fe2~3C)을 포함하는 경우가 있고, 그 표면에는 구상의 볼록부가 여기저기 보인다. 또한 복수의 철 탄화물의 판 두께(층 두께)는 불균일하며, 종래품에 비교하여 두껍다(약 60㎚).
이하의 설명에서는, 종래품에 있어서 확인되는 층상 조직을 구성하는 철 탄화물인 「시멘타이트」(Fe3C)와 구별하기 위해, 개발품에 있어서 확인되는 층상 조직을 구성하는 철 탄화물(Fe3C, Fe2~2.5C, Fe2~3C 등)을 「특수 시멘타이트」라고 칭한다.
도 11a 및 도 11b는, 용융 납(16)의 온도를 450℃로 하여 얻어진 종래품의 SEM 화상이며, 도 11a는 배율 10,000배의 SEM 화상을, 도 11b는 배율 50,000배의 SEM 화상을 각각 나타내고 있다. 도 11a 및 도 11b에 있어서 하얗게 보이는 시멘타이트는 판상(층상)으로 되어 있지 않으며, 펄라이트 조직이 아니고 베이나이트 조직으로 되어 있다.
도 12a 및 도 12b는, 용융 납(16)의 온도를 450℃로 하여 얻어진 개발품의 SEM 화상이며, 도 12a는 배율 10,000배의 SEM 화상을, 도 12b는 배율 50,000배의 SEM 화상을 각각 나타내고 있다. 도 12a, 도 12b에 있어서 하얗게 보이는 특수 시멘타이트의 표면에 구상의 볼록부(요철부)가 여기저기 보이며, 특이한 형상을 한 봉상 또는 판상의 비교적 등방적인 부분이 확인되고, 또한 그것들이 조합된 빗살 형상이나 그물눈 형상의 부분, 나무 뿌리와 같이 입체적으로 그물눈 형상으로 된 부분도 확인된다. 이것은 종래의 펄라이트 조직에도 베이나이트 조직에도 보이지 않는 조직이다.
(후방 산란 전자 화상) (도 13 내지 도 15) (도 16 내지 도 17)
도 13 내지 도 15는, 열처리 전의 강재(11)로서는 모두 동일(모두 직경 2.11mm의 SWRH62A)하지만, 도 2 및 도 3에 각각 나타내는 바와 같이 패턴팅의 방법을 다르게 함으로써 얻어진 열처리 강재(12)의 후방 산란 전자(Backscattered Electron: BSE) 화상이며, 도 13은 종래품의 BSE 화상, 도 14 및 도 15는 개발품의 BSE 화상이다(모두 배율은 10,000배). 도 14와 도 15는 납로 온도가 다르다. 상술한 광학 현미경 화상 및 주사 전자 현미경 화상과 달리, 후방 산란 전자 화상은, 열처리 강재(12)를 연마하고, 아르곤 가스를 사용한 밀링 처리를 행하여, 열처리 강재(12)의 길이 방향을 촬영하였다. 도 16은 도 13에 도시하는 종래품의 BSE 화상의 일부 확대 모식도를, 도 17은 도 14에 나타내는 개발품의 BSE 화상의 일부 확대 모식도를, 각각 나타내고 있다.
도 13은 용융 납(16)의 온도를 565℃로 하여 얻어진 종래품의 BSE 화상이다. 도 14는 용융 납(16)의 온도를 450℃로 한 개발품의 BSE 화상, 도 15는 용융 납(16)의 온도를 565℃로 한 개발품의 BSE 화상을 각각 나타내고 있다.
도 13 및 도 16에 나타내는 바와 같이, 종래품의 BSE 화상에는, 구 오스테나이트 입계 내에 있어서 페라이트와 시멘타이트가 층상으로 교호로 배열되는 층상 조직이 확인된다. 종래품의 BSE 화상에 있어서 시멘타이트는 서로 평행하며 또한 가늘고 길게 연장되는 복수의 줄무늬로 보인다.
한편, 도 14, 도 15 및 도 17에 나타내는 바와 같이, 개발품의 BSE 화상에 있어서도 페라이트 및 특수 시멘타이트의 층상 조직은 확인된다. 그렇지만 특수 시멘타이트는 층상으로 배열되는 것(BSE 화상에 있어서 서로 평행하며 또한 가늘고 길게 연장되는 줄무늬)은 상당히 적고, 층 두께(BSE 화상에 있어서의 줄무늬의 굵기)가 불균일하고, 분기, 굴곡, 만곡 등을 하고 있는 부분이 많은 것을 알 수 있다(시야 중에서의 면적비는 9％ 이상). 개발품의 BSE 화상에 있어서 특수 시멘타이트는 말하자면 얼룩 모양으로 보인다. 용융 납(16)의 온도를 565℃로 한 개발품(도 15)에서는, 용융 납(16)의 온도를 450℃로 한 개발품(도 14)과 비교하면 특수 시멘타이트는 곧게 신장되지만, 종래품(도 13)과 비교하면 성장하지 않고, 역시 분기, 굴곡, 만곡되어 있는 부분이 많다.
(고탄소강 SWRS92A의 SEM 화상, BSE 화상)
도 18a 내지 도 21은, 강종으로서 SWRS92A를 사용한 것으로, 도 18a 및 도 18b는 용융 납(16)의 온도를 565℃로 하여 얻어진 개발품의 SEM 화상이다(도 18a의 배율은 10,000배, 도 18b의 배율은 50,000배). 도 19는 용융 납(16)의 온도를 565℃로 하여 얻어진 개발품의 BSE 화상이다. 도 20a 및 도 20b는 용융 납(16)의 온도를 450℃로 하여 얻어진 개발품의 SEM 화상이며 각각 배율을 10,000배, 50,000배로 한 것이다. 도 21은 용융 납(16)의 온도를 450℃로 하여 얻어진 개발품의 BSE 화상이다. 도 18a, 도 18b, 도 20a 및 도 20b의 SEM 화상은, 열처리 강재(12)를 연마하고, 나이탈을 사용하여 에칭한 후에, 열처리 강재(12)의 길이 방향을 촬영한 것이다. 도 19 및 도 21의 BSE 화상은, 열처리 강재(12)를 연마하여, 아르곤 가스가스로 밀링한 후에, 열처리 강재(12)의 길이 방향을 촬영한 것이다.
도 18a, 도 18b를 참조하여, 개발품의 SEM 화상에는 특수 시멘타이트의 표면에 구상의 볼록부가 여기저기 보인다. 도 20a, 도 20b를 참조하여, 용융 납(16)의 온도를 낮게 하면(450℃), 특수 시멘타이트의 특이한 형상이 두드러지게 된다. 도 19 및 도 21을 참조하여, 개발품의 BSE 화상에 있어서는, 용융 납(16)의 온도를 565℃로 해도(도 19), 450℃로 해도(도 21), 층상으로 배열되는 특수 시멘타이트는 적고, 얼룩 모양으로 보인다.
(중탄소강 SWRH42A의 SEM 화상, BSE 화상)
도 22a 및 도 22b는 강종으로서 SWRH42A를 사용한 것으로, 도 22a는 용융 납(16)의 온도를 565℃로 하여 얻어진 종래품의 SEM 화상, 도 22b는 개발품의 SEM 화상이다. 도 22a와 도 22b를 비교하면, 개발품(도 22b)에는 종래품(도 22a)보다 초석 페라이트가 많이 존재한다. 한편, 종래품의 시멘타이트와 개발품의 특수 시멘타이트의 형상의 차이는 알기 어렵다.
도 23a, 도 23b는 강종으로서 SWRH42A를 사용한 것으로, 도 23a는 용융 납(16)의 온도를 565℃로 하여 얻어진 종래품의 BSE 화상, 도 23b는 용융 납(16)의 온도를 565℃로 하여 얻어진 개발품의 BSE 화상이다. 도 22a, 도 22b의 SEM 화상과 비교하면, 도 23a, 도 23b의 BSE 화상에는 종래품의 시멘타이트와 개발품의 특수 시멘타이트의 형상의 차이가 알기 쉽게 나타나 있다. 종래품(도 23a)에서는 시멘타이트가 거의 직선인 것에 비해, 개발품(도 23b)에 있어서 특수 시멘타이트는 분기, 굴곡 또는 만곡되어 있는 부분이 많은 것을 알 수 있다.
도 24a 및 도 24b는 강종으로서 SWRH42A를 사용한 것으로, 도 24a는 용융 납(16)의 온도를 450℃로 하여 얻어진 개발품의 SEM 화상, 도 24b는 용융 납(16)의 온도를 450℃로 하여 얻어진 개발품의 BSE 화상이다. 용융 납(16)의 온도를 565℃로 한 종래품의 SEM 화상(도 22a)과, 용융 납(16)의 온도를 450℃로 한 개발품의 SEM 화상(도 24a)을 비교하면, 도 24a에 나타내는 개발품은 특수 시멘타이트가 미세한 것을 알 수 있다. 또한 용융 납(16)의 온도를 565℃로 한 종래품의 BSE 화상(도 23a)과 용융 납(16)의 온도를 450℃로 한 개발품의 BSE 화상(도 24b)을 비교하면, 개발품의 특수 시멘타이트의 형상은, 분기, 굴곡 또는 만곡되어 있는 부분이 많은 것을 알 수 있다. 종래품의 시멘타이트 및 개발품의 특수 시멘타이트의 형상을 확인하려면 SEM 화상보다 BSE 화상 쪽이 비교하기 쉽다.
(강종 SWRH62A의 SEM 화상)
도 25a 및 도 25b는 모두 강종 SWRH62A를 사용한 개발품이며, 400℃의 용융 납(16)을 사용한 개발품의 SEM 화상으로, 도 25a는 3,500배의 배율의 SEM 화상, 도 25b는 10,000배의 배율의 SEM 화상이다. 도 25a, 도 25b에 나타내는 개발품의 SEM 화상에 있어서도 특수 시멘타이트에 있어서 분기, 굴곡 또는 만곡되어 있는 부분이 많다.
개발품에 있어서 종래품과 다른 금속 조직이 나타나는 요인에는, 이하의 점을 생각할 수 있다. 즉, 종래품은, 열처리의 가열 시간이 길기 때문에 탄소 원자가 충분히 확산된다. 그리고 오스테나이트 중의 탄소 농도가 균일한 상태로부터 급랭이 개시된다. 용융 납(16)의 온도가 565℃이면 오스테나이트 입계로부터 핵 생성이 일어나고, 생성된 핵으로부터 펄라이트 조직이 성장한다. 용융 납(16)의 온도를 450℃로 하면, 페라이트가 생성되고, 페라이트로부터 압출된 탄소 원자가 농축되고, 페라이트가 성장하면서 입상의 시멘타이트를 생성하여, 상부 베이나이트 조직이 된다.
한편, 개발품은, 열처리의 가열 시간이 매우 짧기 때문에, 가열 시에 미용해 탄화물이 나노 오더로 남아 있거나, 미용해 탄화물로서 관찰할 수 없을 정도로 남은 상태가 되어, 탄소 원자가 완전하게는 확산되지 않는다고 생각된다. 오스테나이트 중의 탄소 농도가 불균일한 상태로부터 급랭이 개시되므로, 탄소 농도가 높은 부분부터 탄화물의 핵 생성이 발생한다. 종래품에 있어서 펄라이트 조직이 생성되는 용융 납(16)의 온도(565℃)에서는, 펄라이트 조직과 동일한 생성 메커니즘도 발생하지만, 탄소 농도가 불균일하므로, 분기, 굴곡, 만곡된 특수 시멘타이트가 생성된다고 생각된다. 또한, 베이나이트 조직이 생성되는 용융 납(16)의 온도(450℃)에서는, 오스테나이트 중의 탄소 농도가 높은 부분부터 핵 생성이 개시되므로, 펄라이트 조직의 생성 메커니즘과는 다른 생성 메커니즘이 되어, 분기, 굴곡 또는 만곡된 부분을 많이 포함하는 특수 시멘타이트가 생성된다고 생각된다.
또한, 베이나이트 조직이 생성되는 용융 납(16)의 온도(450℃)에서는, 탄소 함유량이 많아지면 많아질수록, 용체화 전에는 페라이트 부분이 적어지고, 오스테나이트 중의 탄소 농도가 균일화되기 쉬워지므로, 베이나이트 조직이 생성되는 비율이 많아지게 된다. 개발품에서는, 용융 납(16)의 온도가 예를 들어 450℃와 같이 비교적 낮은 경우, 베이나이트 조직에 많은 분기, 굴곡 또는 만곡의 부분을 포함하는 특수 시멘타이트가 섞이게 된다.
분기, 굴곡 또는 만곡되어 있는 부분(이하, 특이 형상부라고 함)이 어느 정도 포함되어 있는지를 이하와 같이 관찰하였다. 즉, 열처리 강재(12)를 길이 방향으로 연마함으로써 길이 방향으로 단면을 형성하고, 중심부로부터 열처리 강재(12)의 직경의 1/2 이내의 범위를 촬영 범위로 하고, 10,000배 이상의 배율로 5매 이상 촬상하여, 합계로 500㎛2의 촬영 면적의 BSE 화상을 촬영한다. 촬영한 화상에 있어서, 촬영 시의 배율로 0.5㎛ 간격이 되도록 세로 방향 및 가로 방향의 각각에 격자 형상으로 되도록 선을 그린다. 촬영 시의 배율에 있어서 0.5㎛ 사방의 복수의 직사각형 프레임을, 특이 형상부가 존재하는 직사각형 프레임과 특이 형상부가 존재하지 않는 직사각형 프레임으로 나눈다. 즉, 복수의 직사각형 프레임에 있어서, 도 26의 (a), (b)에 나타내는 바와 같은 분기된 특이 형상부를 포함하는 직사각형 프레임, 도 26의 (c), (d) 및 (e)에 나타내는 바와 같은 80° 이상 굴곡되어 있는 특이 형상부를 포함하는 직사각형 프레임, 그리고 도 26의 (f)와 같이 곡률 반경 0.5㎛ 이내에서 만곡되어 있는 특이 형상부가 존재하는 직사각형 프레임을 카운트한다. 하나의 특이 형상부가 복수의 직사각형 프레임에 걸쳐 존재할 때는, 분기, 굴곡 또는 만곡을 하고 있는 부분이 포함되어 있는 직사각형 프레임만을 카운트한다. 또한, 하나의 시멘타이트 또는 특수 시멘타이트가 다른 직사각형 프레임 내에 있어서 분기, 굴곡 또는 만곡을 하고 있는 경우에는 각각의 개소의 직사각형 프레임을 카운트한다. 특이 형상부의 형상의 방향에 따라서는 BSE 화상에 있어서 특이 형상부의 형상이 불명확해져 형상 판단을 할 수 없는 것도 있는데, 그 경우는 그 직사각형 프레임은 카운트로부터 제외한다. 특이 형상부의 형상이 불분명한 직사각형 프레임의 비율이 모든 직사각형 프레임에 대해 5％ 이상이 될 때는 그 화상은 사용하지 않고 다시 촬영을 행하는 것으로 한다.
도 27은 탄소 함유량이 다른 복수의 종래품 및 개발품 각각에 대해, 상술한 특이 형상부를 포함하는 직사각형 프레임의 카운트에 기초하여, BSE 화상에 있어서 특이 형상부가 차지하는 비율을 나타낸 것이다. 도 27로부터, 개발품(흰색 동그라미)은 종래품(검정색 동그라미)에 비해 특이 형상부의 비율이 많고, 개발품에는 특이 형상부가 9％ 이상 포함되는 것을 알 수 있다.
종래품의 조직과 다른 조직을 갖는 개발품(열처리 강재(12))에 대해, 그 특성을 확인하기 위해, 상술한 화상 해석에 더하여 다양한 측정을 행하였다. 측정은 종래품의 측정도 아울러 행하였다. 이하, 측정 결과를 설명한다.
도 28은 횡축을 입계 설정 각도(°), 종축을 평균 결정 입경(㎛)으로 하는 그래프이며, 파선이 개발품을, 실선이 종래품을, 각각 나타내고 있다. 도 22에는 SWRH62A의 5개의 개발품에 대한 그래프(파선)와, 2개의 종래품에 대한 그래프(실선)가 나타나 있다. 5개의 개발품의 상세(강종, 직경, 항온 변태 온도(냉각 온도, 납로 온도)) 및 2개의 종래품의 상세는 이하와 같다.
개발품(파선)
(1) SWRH62A, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(2) SWRH62A, φ1.06, 항온 변태 온도 600℃
(3) SWRH62A, φ2.11, 항온 변태 온도 450℃
(4) SWRH62A, φ2.11, 항온 변태 온도 425℃
(5) SWRH62A, φ1.06, 항온 변태 온도 475℃
종래품(실선)
(a) SWRH62A, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(b) SWRH62A, φ1.06, 항온 변태 온도 600℃
도 28의 그래프에 있어서 횡축에 나타내는 입계 설정 각도는 EBSD(전자선 후방 산란 회절: Electron Back Scattered Diffraction) 해석에 있어서 설정되는 각도이다. EBSD 해석에서는 연마된 샘플 단면의 측정 영역이 측정점(일반적으로 「픽셀」이라고 불림)으로 구획되고, 구획된 픽셀의 각각에 전자선이 입사되고, 입사 전자선이 픽셀에서 반사됨으로써 얻어지는 반사 전자에 기초하여, 픽셀 각각에 있어서의 결정 방위가 측정된다. 얻어진 결정 방위 데이터가 상기 EBSD 해석 소프트웨어를 사용하여 해석되어, 각종 파라미터가 산출된다. 금회 사용한 EBSD 검출기는, 가부시키가이샤 TSL 솔루션즈제의 것으로, 픽셀에는 정육각형의 픽셀이 채용되어 있다.
EBSD 해석 소프트웨어에서는, 픽셀마다 얻어지는 결정 방위를 사용하여, 인접하는 픽셀과의 사이의 결정 방위 차가 상술한 입계 설정 각도 이상인 경계가 「입계」로서 취급되고, 입계에 의해 둘러싸이는 범위가 「결정립」으로서 취급된다. 입계 설정 각도(결정립계 설정값)를 작게 하면, 결정 입경은 작아지고, 관측 영역 내에 있어서의 결정 수는 많아진다. 반대로 입계 설정 각도를 크게 하면, 결정 입경은 커지고, 관측 영역 내에 있어서의 결정 수는 적어진다. EBSD 해석에서는 페라이트의 결정 방위가 평가된다.
도 28을 참조하여, 종래품(실선 참조)은, EBSD 해석에 있어서 입계 설정 각도를 크게 하면 할수록 평균 결정 입경(결정립 면적과 동등 면적의 원의 직경으로 환산)이 커지는 것에 비해, 개발품(파선 참조)은, EBSD 해석에 있어서 입계 설정 각도에 관계없이 평균 결정 입경이 거의 일정한 것을 알 수 있다. 입계 설정 각도가 커질수록, 종래품(실선)의 평균 결정 입경과 개발품(파선)의 평균 결정 입경의 차가 커진다.
도 29는 탄소 함유량이 다른 복수의 종래품 및 개발품 각각에 대해, 입계 설정 각도를 15°로 설정하여 평균 결정 입경을 측정한 것이다. 도 29의 횡축은 탄소 함유량(질량％)이고, 종축은 열처리 강재(12)의 중심 범위(중심부로부터 편측 방향으로 직경의 1/4 이내, 양측 합쳐 직경의 1/2 이내의 범위)에 대해, 입계 설정 각도를 15°로 설정하였을 때의 평균 결정 입경(㎛)을 나타내고 있다.
도 29에는 19종류의 개발품에 대한 탄소 함유량 및 평균 결정 입경이 흰색 동그라미에 의해, 10종류의 종래품에 대해 탄소 함유량 및 평균 결정 입경이 검정색 동그라미에 의해 나타나 있다. 19종류의 개발품의 상세(강종, 직경, 항온 변태 온도(냉각 온도, 납로 온도)) 및 10종류의 종래품의 상세는 이하와 같다.
개발품
(1) SWRH42A, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(2) SWRH42A, φ2.11, 항온 변태 온도 450℃
(3) SWRH62A, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(4) SWRH62A, φ2.11, 항온 변태 온도 450℃
(5) SWRH62A, φ2.11, 항온 변태 온도 425℃
(6) SWRH62A, φ1.06, 항온 변태 온도 600℃
(7) SWRH62A, φ1.06, 항온 변태 온도 475℃
(8) SWRH82A, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(9) SWRH82A, φ2.11, 항온 변태 온도 450℃
(10) SWRH82B, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(11) SWRH82B, φ2.11, 항온 변태 온도 450℃
(12) SWRH82B, φ2.51, 항온 변태 온도 450℃
(13) SWRS92A, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(14) SWRS92A, φ2.11, 항온 변태 온도 450℃
(15) 92A-Cr, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(16) 92A-Cr, φ2.11, 항온 변태 온도 450℃
(17) 92B-Si, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(18) 102A-Cr, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(19) 102A-Cr, φ2.11, 항온 변태 온도 450℃
종래품
(a) SWRH42A, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(b) SWRH62A, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(c) SWRH62A, φ1.06, 항온 변태 온도 600℃
(d) SWRH82A, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(e) SWRH82B, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(f) SWRH82B, φ2.51, 항온 변태 온도 565℃
(g) SWRS92A, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(h) 92A-Cr, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
(i) 92B-Si, φ2.11, 항온 변태 온도 580℃
(j) 102A-Cr, φ2.11, 항온 변태 온도 565℃
도 29의 그래프를 참조하여, 그래프 중에 나타내는 파선은 「10×탄소 함유량(％)＋7」(㎛)을 나타내는 직선이다. 종래품(검정색 동그라미)은, 입계 설정 각도를 15°로 설정하면, 모두 평균 결정 입경이 「10×탄소 함유량(％)＋7」㎛를 초과하는 것에 비해, 개발품(흰색 동그라미)은 마찬가지로 입계 설정 각도를 15°로 설정하면, 평균 결정 입경이 모두 「10×탄소 함유량(％)＋7」㎛ 이하였다. 종래품과 개발품은, 입계 설정 각도 15°에 있어서의 평균 결정 입경에 있어서 명확하게 구별할 수 있다.
도 30은 횡축을 열처리 강재(12)의 중심부의 평균 결정 입경(㎛), 종축을 열처리 강재(12)의 표면 근방의 평균 결정 입경과 중심부의 평균 결정 입경의 비율(표면 근방의 평균 결정 입경/중심부의 평균 결정 입경)로 한 그래프이다. 종축의 값이 1.00을 초과하면, 말하자면 중심부에 비해 표면부가 거친 것을 의미한다. 도 30의 그래프는, 도 29의 그래프와 마찬가지로 EBSD 해석에 의해 얻어지는 입계 설정 각도 15°에 있어서의 평균 결정 입경을 사용하여 작성한 것으로, 검정색 동그라미가 종래품을, 흰색 동그라미가 개발품을 각각 나타내고 있다. 도 30에도, 종래품(검정색 동그라미) 및 개발품(흰색 동그라미) 각각에 대해, 용융 납(16)의 항온 변태 온도, 선종, 선 직경 등을 다르게 한 복수의 열처리 강재(12)의 측정 결과가 나타나 있다(이것은 이하에 있어서도 동일하다).
도 30을 참조하여, 개발품(흰색 동그라미)은 표면이 거친 것은 거의 없고, 즉 표면 근방과 중심부의 평균 결정 입경의 비율(종축의 값)이 1.00을 대폭 초과하는 것은 없고, 상기 비율은 0.70 내지 1.10의 범위에 들어가 있다. 한편, 종래품(검정색 동그라미)에 대해서도 그 대부분은, 상기 비율이 0.70 내지 1.10의 범위에 들어가 있다. 그러나 상기 비율이 1.10에 가까운 종래품도 보여, 표면이 약간 거친 것이 종래품에는 포함되어 있다. 상기 비율이 0.7을 하회하는 종래품도 존재하고 있다. 표면의 조도는 제품의 인성과 밀접하게 관련된다. 개발품은 종래품과 동등 이상의 인성을 갖고 있는 것을 알 수 있다.
도 31은 도 28의 그래프 작성에 사용한 5종류의 개발품 및 2종류의 종래품과 동일한 개발품 및 종래품을 사용한 측정 결과를 나타내는 것으로, 횡축을 입계 설정 각도(°)로 하고, 종축을 입계 설정 각도 15°의 결정립 수에 대한 입계 설정 각도 5° 및 2°일 때의 결정립 수의 비율로 하는 그래프이다. EBSD 해석 소프트웨어는 다양한 입계 설정 각도에 있어서의 결정립 수를 산출(카운트)할 수 있다.
도 31을 참조하여, 상기 비율을 산출하면, 종래품(실선)과 개발품(파선)에서는 큰 괴리가 발생한다. 종래품과 개발품은 상기 비율에 있어서도 차이를 갖고 있다.
도 32는 도 29의 그래프의 작성에 사용한 19종류의 개발품 및 10종류의 종래품과 동일한 개발품 및 종래품을 사용한 측정 결과를 나타내는 것으로, 횡축을 탄소 함유량으로 하고, 종축을 입계 설정 각도 15°일 때의 결정립 수에 대한 입계 설정 각도 5°일 때의 결정립 수의 비율로 하는 그래프이다. 도 32의 그래프에는, 「5.4×탄소 함유량(％)－0.95」를 나타내는 직선이 파선에 의해 나타나 있다. 개발품(흰색 동그라미)은 모두 상기 직선보다 하측의 그래프 영역에, 종래품(검정색 동그라미)은 모두 상기 직선보다 상측의 그래프 영역에, 각각 플롯되어 있다. 입계 설정 각도 15°일 때의 결정립 수에 대한 입계 설정 각도 5°일 때의 결정립 수의 비율에 의해서도 개발품과 종래품을 명확하게 구별할 수 있다.
도 33은 상술한 바와 마찬가지로 19종류의 개발품 및 10종류의 종래품을 사용한 측정 결과를 나타내는 것으로, 횡축을 탄소 함유량으로 하고, 종축을 입계 설정 각도 15°일 때의 결정립 수에 대한 입계 설정 각도 2°의 결정립 수의 비율로 하는 그래프이다. 도 33의 그래프에는 「9.8×탄소 함유량(％)－1.9」를 나타내는 직선이 파선에 의해 나타나 있다. 개발품(흰색 동그라미)은 모두 상기 직선보다 하측의 그래프 영역에, 종래품(검정색 동그라미)은 모두 상기 직선보다 상측의 그래프 영역에, 각각 플롯되어 있다. 입계 설정 각도 15°일 때의 결정립 수에 대한 입계 설정 각도 2°일 때의 결정립 수의 비율에 의해서도, 개발품과 종래품을 명확하게 구별할 수 있다.
도 34는 도 28의 그래프의 작성에 사용한 5종류의 개발품 및 2종류의 종래품과 동일한 개발품 및 종래품을 사용한 측정 결과를 나타내는 것으로, 횡축을 입계 설정 각도(°), 종축을 평균 GOS값(°)으로 하는 그래프이다.
GOS(Grain Orientation Spread)값(평균 GOS값이라고도 함)이란, 동일 결정립 내의 2개의 픽셀의 모든 조합에서의 결정립 내 방위차를 계산하고, 이것을 평균화한 것이며, 변형률을 나타내는 지표로서 사용된다. 상술한 바와 같이, 입계 설정 각도에 따라서 결정립계는 변동되므로, 입계 설정 각도를 바꾸면 GOS값은 변동된다. GOS값도 EBSD 해석 소프트웨어에 의해 산출되는 값이다. 이하, 평균 GOS값은 면적비(Area Fraction)로부터 구한 값을 사용한다.
도 34를 참조하여, 개발품(파선)의 GOS값은 종래품(실선)의 GOS값에 비해 작고, 입계 설정 각도가 클수록 개발품의 GOS값과 종래품의 GOS값은 괴리된다. 예를 들어, 입계 설정 각도 15°에 있어서의 GOS값에 착안하면, 개발품(파선)의 GOS값은 6° 이하의 것이 많은 것에 비해, 종래품(실선)에 대해서는 모두 GOS값이 6°를 초과하고 있다.
열처리 강재(12)에 포함되는 탄소량에 따라서도 GOS값은 변동된다. 도 35를 참조하여, 도 35는 입계 설정 각도를 15°로 하여 계측한 것으로, 횡축을 열처리 강재(12)에 차지하는 탄소 함유량(％), 종축을 GOS값(°)으로 하는 그래프이다. 종래품은 검정색 동그라미에 의해, 개발품은 흰색 동그라미에 의해 플롯되어 있다. 또한, 도 35의 그래프에는 「11×(탄소 함유량(％)－0.42)＋5.3」을 나타내는 직선이 파선에 의해 나타나 있다.
도 35를 참조하여, 탄소 함유량이 비교적 적은 열처리 강재(12)에 대해서는, 종래품(검정색 동그라미)과 개발품(흰색 동그라미)의 입계 설정 각도 15°의 GOS값의 차는 작지만, 탄소 함유량이 비교적 많은 열처리 강재(12)에 대해서는 종래품과 개발품에서 GOS값의 차이가 커진다. 개발품(흰색 동그라미)은 모두 입계 설정 각도 15°에 있어서의 GOS값이 「11×(탄소 함유량(％)－0.42)＋5.3」 이하인 것에 비해, 종래품(검정색 동그라미)은 모두 입계 설정 각도 15°에 있어서의 GOS값이 「11×(탄소 함유량(％)－0.42)＋5.3」을 초과하고 있다.
도 36은 복수의 개발품 및 복수의 종래품의 측정 결과를 나타내는 것으로, 횡축을 GOS값(°), 종축을 입계 설정 각도 15°에 있어서의 면적비를 사용한 누적 도수로 하는 그래프이다.
도 36을 참조하여, 개발품(파선)에 대해서는, GOS값이 10°까지(0° 내지 10°의 범위)의 면적비를 사용한 누적 도수가 80％를 초과하고 있다. 도 36에 있어서, 예를 들어 GOS값이 10°일 때의 누적 도수는, GOS값이 0° 내지 10°의 범위의 것이 전체에 대해 어느 정도 포함되어 있는지를 나타내고 있다. 한편, 종래품(실선)에 대해서는 GOS값의 변동이 크고, GOS값이 10°까지(0° 내지 10°의 범위)의 누적 도수가 80％를 초과하는 일은 없었다. 종래품과 개발품은, 입계 설정 각도 15°에 있어서의 GOS값 10°까지(0° 내지 10°의 범위)의 누적 도수에 있어서도 명확한 차이를 갖고 있다.
도 37은 횡축을 탄소 함유량(％), 종축을 입계 설정 각도 15°에 있어서의 GOS값 10°까지의 면적비를 사용한 누적 도수로 하는 그래프이다. 종래품은 검정색 동그라미에 의해, 개발품은 흰색 동그라미에 의해 플롯되어 있다. 도 37에는, -0.1C3－1.3C2＋1.1C＋0.7(C는 탄소 함유량(％))의 곡선이 파선에 의해 나타나 있다.
도 37을 참조하여, 개발품(흰색 동그라미)은, 탄소 함유량을 바꾸어도, 입계 설정 각도 15°에 있어서의 GOS값 10°까지의 누적 도수는 비교적 큰 것에 비해, 종래품(검정색 동그라미)에 대해서는 탄소 함유량이 증가하면 입계 설정 각도 15°에 있어서의 GOS값 10°까지의 누적 도수는 작아지는 경향을 나타내고 있다. 또한, 개발품(흰색 동그라미)은, 입계 설정 각도 15°에 있어서의 GOS값 10°까지의 누적 도수는 0.1C3－1.3C2＋1.1C＋0.7을 초과하고 있는 것에 비해, 종래품(검정색 동그라미)은, 입계 설정 각도 15°에 있어서의 GOS값 10°까지의 누적 도수는 0.1C3－1.3C2＋1.1C＋0.7 미만으로 되어 있다.
도 38은, 횡축을 진변형률, 종축을 인장 강도(MPa)로 하는, 강종 SWRH62A의 열처리 강재(12)의 가공 경화 곡선을 나타내고 있다.
도 38에는 4개의 개발품의 그래프(모두 파선)와 2개의 종래품의 그래프(모두 실선)가 나타나 있다. 개발품의 그래프로서는 용융 납(16)의 온도(항온 변태 온도)를 425℃로 한 것(2개), 450℃로 한 것, 및 565℃로 한 것이 나타나 있다. 종래품의 그래프로서는, 용융 납(16)의 온도를 450℃로 한 것, 및 565℃로 한 것이 나타나 있다. 용융 납(16)의 온도가 425℃인 2개의 개발품의 그래프(425℃ 제1 및 425℃ 제2)는 용융 납(16)에 있어서의 강재(11)(열처리 강재(12))의 침지 시간을 다르게 한 것이다.
파선(개발품)의 그래프를 비교하면, 항온 변태 온도를 425℃ 또는 450℃로 한 개발품 쪽이, 항온 변태 온도를 565℃로 한 개발품보다 인장 강도가 우수한 것을 알 수 있다. 항온 변태 온도, 즉 용융 납(16)의 온도를 제어함으로써, 개발품의 인장 강도를 제어 가능한 것을 알 수 있다. 또한, 항온 변태 온도를 425℃까지 낮추어도 인장 강도가 우수한 열처리 강재(12)를 얻을 수 있고, 항온 변태 온도(용융 납(16)의 온도)를 565℃로 하는 경우와 비교하면 욕조(15)로부터의 방열 손실을 삭감할 수 있어, 연료비를 약 20％ 삭감할 수 있다.
도 39a 및 도 39b는, 항온 변태 온도(납로 온도)를 425℃로 하고 또한 침지 시간을 길게 한 열처리 강재(12)의 SEM 화상이고(도 38의 「425℃ 제1」의 그래프에 대응), 도 40a 및 도 40b는, 항온 변태 온도를 425℃로 하고 또한 침지 시간을 짧게 한(제1의 약 절반), 열처리 강재(12)의 SEM 화상이다(도 38의 「425℃ 제2」의 그래프에 대응). 도 39a와 도 40a의 SEM 화상은 배율 3,500배의 SEM 화상, 도 39b 및 도 40b는 배율 10,000배의 SEM 화상이다.
도 39a 및 도 39b에 나타내는 SEM 화상에는 마이크로 마르텐사이트가 보이지 않고, 도 40a 및 도 40b에 나타내는 SEM 화상에는 마이크로 마르텐사이트가 보인다. 그러나 도 38의 그래프를 참조하면, 425℃ 제1의 그래프와 425℃ 제2의 그래프에 거의 차이는 없고, 모두 동일한 가공도(진변형률)에 있어서 종래품보다도 인성을 유지한 채 고강도화가 도모되어 있다. 개발품은 약간의 마이크로 마르텐사이트가 존재해도 문제가 없는 특성을 얻을 수 있다.
도 41은 다른 강종, 구체적으로는 강종이 SWRH42A, SWRH82A 및 SWRH82B인 개발품 및 종래품에 대한 가공 경화 곡선을 나타내고 있다. 개발품에 대해서는 용융 납(16)의 온도(항온 변태 온도)를 565℃로 한 것과 450℃로 한 것이 나타나 있다. SWRH62A 이외의 상술한 강종에 대해서도, 동일한 강종끼리 종래품과 개발품을 비교하면, 종래품보다 개발품의 인장 강도가 우수하다.
도 42는 또 다른 강종, 즉 강종이 SWRS92A, 92A-Cr, 92B-Si 및 102A-Cr인 개발품 및 종래품에 대한 가공 경화 곡선을 나타내고 있다. 상술한 강종에 대해서도 종래품보다 개발품의 인장 강도가 우수하다.
탄소 함유량의 관점에서 도 38, 도 41 및 도 42를 비교한다. 용융 납(16)의 온도를 450℃로 하였을 때의 개발품의 인장 강도에 착안하면, 탄소 함유량이 적을수록(예를 들어 도 38을 참조), 동일한 강종의 개발품과 종래품을 비교하면, 개발품 쪽이 종래품에 비해 가공 경화 곡선의 기울기가 크게 되어 있어, 인장 강도가 높아지기 쉽다. 반대로 말하면, 탄소 함유량이 많아질수록(예를 들어 도 42를 참조), 개발품의 가공 경화 곡선의 기울기는 종래품의 가공 경화 곡선의 기울기에 가까워진다. 그렇지만, 열처리 직후(진변형률이 0일 때)의 인장 강도에 착안하면, 어느 강종에 대해서도, 동일한 강종끼리 비교하면, 종래품보다 개발품 쪽의 인장 강도가 높아, 개발품은 종래품보다 인장 강도가 우수한 것을 알 수 있다.
용융 납(16)의 온도를 565℃로 한 경우, 용융 납(16)의 온도를 450℃로 한 경우 정도는 개발품과 종래품 사이의 가공 경화 곡선의 기울기의 차이는 발생하지 않는다. 그렇지만, 용융 납(16)의 온도를 565℃로 한 경우도, 어느 강종에 대해서도, 동일한 강종끼리 비교하면, 종래품보다 개발품 쪽의 인장 강도가 높아, 개발품은 종래품보다 인장 강도가 우수한 것을 알 수 있다.
예를 들어 납로 온도를 450℃로 한 강종 SWRH82A의 개발품의 가공 경화 곡선과, 납로 온도를 동일하게 450℃로 한 강종 SWRH82B(망간양이 많은 것임)의 개발품의 가공 경화 곡선을 비교하면, 거의 동일하다. 마찬가지로, 납로 온도를 450℃로 한 강종 SWRS92A의 개발품의 가공 경화 곡선과, 납로 온도를 동일하게 450℃로 한 강종 92A-Cr(크롬 첨가된 것임)의 개발품의 가공 경화 곡선을 비교하면, 거의 동일하다. 이것은, 개발품에 대해서는, 고가의 합금 원소(상술한 망간이나 크롬)의 첨가가 없어도 인장 강도를 높게 할 수 있는 것을 의미한다. 즉, 개발품은, 고강도화를 위해 고가의 합금 원소(망간, 크롬 등)를 포함하는 강종을 채용하지 않아도 고강도화가 달성된다. 비용 삭감을 할 수 있다.
도 43은 종래품과 개발품 각각에 대한, 인장 시험 시의 단면 수축률을 측정한 것으로, 횡축이 인장 시험 시의 인장 강도를, 종축이 단면 수축률을 나타내고 있다. 그래프 중에 나타내는 파선은 「-0.000064×TS2＋0.09×TS＋46」(％)를 나타내는 곡선이다(TS는 인장 강도(MPa)). 개발품(흰색 동그라미) 및 종래품(검정색 동그라미) 중 어느 것에 대해서도, 인장 강도가 높아질수록 단면 수축률이 저하되는 경향이 있지만, 종래품(검정색 동그라미)에 비해 개발품(흰색 동그라미)은 단면 수축률이 양호하다. 도 43을 참조하여, 개발품의 단면 수축률은 모두 「-0.000064×TS2＋0.09×TS＋46」을 초과하고 있는 것에 비해, 종래품의 단면 수축률은 「-0.000064×TS2＋0.09×TS＋46」을 초과하는 일은 없었다. 종래품과 개발품은 단면 수축률에 의해서도 명확하게 구별할 수 있다.
도 44는 강종 SWRH62A의 종래품 및 개발품의 S-S 곡선을 나타내는 것으로, 횡축이 인장 시험 시의 연신율(％)을, 종축이 인장 시험 시의 하중(인장 강도)(MPa)을 나타내고 있다. 도 45는 강종 102A-Cr의 종래품 및 개발품의 S-S 곡선을 나타내고 있다.
재료에 힘을 가해 가면, 처음에는 스프링과 같이 힘의 크기에 비례하여 변형되는데, 어느 크기의 힘을 경계로 크게 변형되게 된다. 이 힘의 크기가 항복점이라고 불리고, 항복점의 전이 탄성, 후가 소성이라고 불린다. 탄성 범위에서는 힘을 제거하면 재료는 원래의 형상으로 돌아가는데, 항복점을 초과하여 소성 범위까지 힘을 가하면 힘을 제거해도 원래의 형상으로 돌아가지 않고 변형이 남는다.
도 44를 참조하여, 열처리 강재(12)의 탄소 함유량이 비교적 적은 경우, 개발품(파선)은 명확한 항복점을 나타낸다(도 44에 있어서 기울기가 급격하게 변화되어 있는 하중이 항복점임). 한편, 종래품(실선)은 항복점이 불명확하다.
도 45를 참조하여, 열처리 강재(12)의 탄소 함유량이 비교적 많은 경우, 종래품뿐만 아니라 개발품에 있어서도 항복점은 불명료해진다.
도 46은 도 44의 일부를 확대한 것이다. S-S 곡선의 탄성역에 접하는 직선 α를 연신율 0.2％ 만큼 평행하게 이동시킨 직선 β와 S-S 곡선의 교점의 하중(인장 강도)은 「0.2％ 내력」이라고 불린다. 직선 α를 연신율 0.4％ 만큼 평행하게 이동시킨 직선 γ와 S-S 곡선의 교점의 하중(인장 강도)은 「0.4％ 내력」이라고 불린다.
도 47은 다수의 개발품 및 종래품 각각에 대해, 횡축을 탄소 함유량, 종축을 0.4％ 내력과 0.2％ 내력의 차(이하, 내력 차라고 함)로 하는 그래프를 나타내고 있다. 또한, 도 47에는 「45×탄소 함유량(％)－3」(MPa)을 나타내는 직선이 파선에 의해 나타나 있다. 탄소 함유량에 관계없이, 개발품(흰색 동그라미)의 상기 내력 차는 종래품(검정색 동그라미)의 상기 내력 차보다 낮다. 또한, 종래품(검정색 동그라미)은 상기 내력 차가 모두 「45×탄소 함유량－3」MPa를 초과하는 것에 비해, 개발품(흰색 동그라미)의 상기 내력 차는 모두 「45×탄소 함유량－3」MPa 이하이다. 종래품과 개발품은 상기 내력 차에 있어서도 명확하게 구별할 수 있다.
항온 변태 온도(납로 온도)를 낮춤으로써, 인장 강도를 종래품과 동등 이상으로 할 수 있다. 일례로서, 도금을 한 개발품의 열처리 강재(12)를 사용하여 금속망을 제작한바, 종래품보다도 고강도이며 연성이 풍부한 제품이 되었다. 열 처리 후에 도금을 행하고, 편조를 하여 금속망이나 돌망태 등을 제작함으로써, 종래품보다 고강도이며 내충격 성능이 높아질 가능성이 있다.
11: 강재
12: 열처리 강재
13: 전원
14: 급전 롤
15: 욕조
16: 용융 납

Claims (13)

  1. 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 열처리 강재이며,
    입계 설정 각도 15°에 있어서의 평균 결정 입경이 10×C＋7(㎛) 이하(C는 탄소 함유량(％))인 것을 특징으로 하는,
    열처리 강재.
  2. 제1항에 있어서,
    (입계 설정 각도 15°에 있어서의 표면부의 평균 결정 입경)/(입계 설정 각도 15°에 있어서의 중심부의 평균 결정 입경)이 0.70 이상 1.10 이하인 것을 특징으로 하는,
    열처리 강재.
  3. 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 열처리 강재이며,
    (입계 설정 각도 5°에 있어서의 결정립 수)/(입계 설정 각도 15°에 있어서의 결정립 수)가 5.4×C－0.95 이하(C는 탄소 함유량(％))인 것을 특징으로 하는,
    열처리 강재.
  4. 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 열처리 강재이며,
    (입계 설정 각도 2°에 있어서의 결정립 수)/(입계 설정 각도 15°에 있어서의 결정립 수)가 9.8×C－1.9 이하(C는 탄소 함유량(％))인 것을 특징으로 하는,
    열처리 강재.
  5. 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 열처리 강재이며,
    입계 설정 각도 15°에 있어서의 GOS값이 11×(C－0.42)＋5.3 이하(C는 탄소 함유량(％))인 것을 특징으로 하는,
    열처리 강재.
  6. 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 열처리 강재이며,
    입계 설정 각도 15°에 있어서의 GOS값 0° 내지 10°의 범위의 누적 도수가, -0.1C3－1.3C2＋1.1C＋0.7(C는 탄소 함유량(％)) 이상인 것을 특징으로 하는,
    열처리 강재.
  7. 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 열처리 강재이며,
    반사 전자 상(BSE)에 의해 조직을 관찰하였을 때, 페라이트와 철 탄화물의 층상 조직에 있어서, 분기, 굴곡, 만곡되어 있는 철 탄화물의 면적비가 시야 중에 9％ 이상 포함되어 있는 것을 특징으로 하는,
    열처리 강재.
  8. 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 열처리 강재이며,
    전자 주사 현미경(SEM)에 의해 조직을 관찰하였을 때, 페라이트와 철 탄화물의 층상 조직에 있어서, 상기 철 탄화물의 표면에 구상의 볼록부가 관찰되는 것을 특징으로 하는,
    열처리 강재.
  9. 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 열처리 강재이며,
    전자 주사 현미경(SEM)에 의해 조직을 관찰하였을 때, 페라이트와 철 탄화물의 층상 조직에 있어서, 상기 철 탄화물의 표면에 요철이 있고, 입체적으로 빗살 형상, 그물눈 형상으로 된 봉상 혹은 판상의 등방적인 철 탄화물이 생성되어 있는,
    열처리 강재.
  10. 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 열처리 강재이며,
    인장 강도를 TS(MPa)로 하였을 때, 단면 수축률이 -0.000064TS2＋0.09TS＋46(％) 이상인 것을 특징으로 하는,
    열처리 강재.
  11. 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 열처리 강재이며,
    S-S 곡선에 있어서 구해지는 0.4％ 내력으로부터 상기 S-S 곡선에 있어서 구해지는 0.2％ 내력을 감산한 내력 차가, 45×C－3(MPa) 이하(C는 탄소 함유량(％))인 것을 특징으로 하는,
    열처리 강재.
  12. 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 강재를 준비하는 공정과,
    상기 강재 자체를 발열시킴으로써 상기 강재를 직접 가열하는 공정과,
    항온 변태를 행할 수 있는 냉각 매체가 저장된 욕조에 상기 가열된 강재를 통과시킴으로써 상기 강재를 냉각하는 공정을 포함하고,
    상기 가열 공정은 가열 최종 단계의 온도 구배가 가장 크고, 상기 가열 공정의 가열 최종 단락에 있어서 상기 강재가 소정 가열 최고 온도에 도달한 직후에 상기 가열된 강재를 상기 냉각 매체에 진입시킴으로써, 상기 소정 가열 최고 온도를 유지하지 않고 냉각을 개시하는 것을 특징으로 하는,
    강재의 열처리 방법.
  13. 질량％에 있어서, C: 0.38 내지 1.05％, Mn: 0.0 내지 1.0％, Cr: 0.0 내지 0.50％ 및 Si: 0.0 내지 1.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 강재를, 상온으로부터 820℃ 이상으로 수초 내에 가열하고, 가열 최고 온도를 유지하지 않고, 가열된 강재를 수초 내에 620℃ 이하로 냉각하는,
    강재의 열처리 방법.
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