KR930003643B1 - Non-quenched & tempered steel having a high toughness - Google Patents

Abstract

A high toughness non-tempered steel is composed of 0.35-0.55 wt.% carbon, 0.15-0.45 wt.% silicon, 0.01-0.075 wt.% aluminum, 0.6- 1.55 wt.% manganese, less than 0.05 wt.% sulphur, less than 0.15 wt.% niobium or vanadium or the mixture of them, 0.2923 Ti 0.02 wt.% nitrogen, less than 0.03 wt.% titanium, and the balance of iron and inevitable impurities. More than one of rare earth metals and misch metals such as calcium, cerium and tellurium are added to the steel to make shapes of inclusions, then the total weight percent of inclusions is 0.00001-0.04.

Description

개재물형상이 제어된 고인성 비조질강High toughness non-coated steel with controlled inclusion shape

제 1 도는 본 발명에 따른 비조질강에 분포된 개재물의 형상을 400배로 확대한 현미경조직사진이고,1 is a microscopic histogram of a magnification of 400 times the shape of inclusions distributed in non-coarse steel according to the present invention,

제 2 도는 종래 기술에 따른 비조질강에 분포된 개재물의 형상을 400배로 확대한 현미경조직사진이다.2 is a microscopic photograph of a magnification of 400 times the shape of inclusions distributed in non-coarse steel according to the prior art.

본 발명은 비조질강의 조성에 관한 것이고, 특히 제강과정에서 혼입되는 개재물의 형상이 제어됨으로써 석출강 등에 의해 인성이 크게 향상시켜진 고인성 비조질강에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to the composition of non-coated steel, and more particularly, to a high toughness non-coated steel whose toughness is greatly improved by precipitation steel by controlling the shape of inclusions mixed in the steelmaking process.

일반적으로 비조질강(非調質鋼)은 기계구조용 강을 제조할 때 소정의 담금질이나 뜨임작업(Tempering)으로 강의 기계적 성질을 개선함으로써 조질처리(調質處理)를 하지 않고서도 조질처리된 강과 비슷한 기계적 성질을 갖도록 된 강을 말하는 바, 이는 인성(靭性 : toughness)이 조질강에 비해 극히 낮기 때문에 기계구성부품 중 인성이크게 요구되지 않고 고강도만 요구되는 부분에만 제한적으로 사용할 수 밖에 없는 결점이 있게 된다.In general, non-alloyed steel is similar to tempered steel without tempering by improving the mechanical properties of the steel with a certain quenching or tempering process when manufacturing mechanical structural steel. The steel is intended to have mechanical properties, which means that the toughness of the steel is extremely lower than that of the tempered steel, and thus there is a drawback in that it is limited to use only in parts where mechanical strength is not required to be tough and only high strength is required. .

한편 이와 같은 결점을 해소하기 위해 Mn을 1.55%이하로 첨가해서 조직의 인성을 향상시키는 방법이 제안되기도 하였으나, Mn첨가량이 증가하면 소재의 절삭성이 나빠지게 되고, 그 때문에 절삭성을 높이기 위해 S, Pb, Bi와 같은 원소를 별도로 첨가하기도 하나, 이 역시 소재의 인성을 나빠지게 하는 결점이 있을 뿐 아니라, 이들 원소는 강철재료를 열간가공할 때 쉽게 소성변형이 일어나 조직내부에 선(線) 형상의 A타입 개재물(介在物)상태로 남게 되는 결점이 있게 된다.On the other hand, the method of improving the toughness of the structure by adding Mn to 1.55% or less has been proposed to solve such defects, but as the amount of Mn added is increased, the machinability of the material is deteriorated. In addition to the addition of elements such as Bi, it also has the disadvantage of deteriorating the toughness of the material, and these elements easily undergo plastic deformation during hot processing of steel material, resulting in a line There is a drawback that remains a type A inclusion.

여기서 상기 개재물로서는 그 형상에 따라 제 2 도에 도시된 선형상의 A타입과 다각형 형상의 B타입 및 제 1 도에 검게 나타내어진 것과 같은 구(球)형의 C타입이 있고, 그 중 선형상의 A타입 개재물은 방향성을 갖기 때문에 강철재료의 인성이나 피로강도 등과 같은 기계적 성질을 취약하게 한다. 즉 예컨대 제 2 도에 도시된 소재의 충격치는 상온인 20℃에서의 KS3호 2mm U-노치샤르피충격시험편(이하 UE20이라 함)이 약 3.9kg_f·m/cm²으로 되어 극히 취약하기 때문에, 개재물 자체의 존재량은 물론 그 형상을 제어할 필요가 있게 된다.The inclusions include linear A type shown in FIG. 2, polygonal B type, and spherical C type as shown in FIG. The type inclusions are oriented and therefore vulnerable to mechanical properties such as toughness and fatigue strength of steel materials. That is, for example, the impact value of the material shown in FIG. 2 is about 3.9 kg _f · m / cm ² of KS3 No. 2 mm U-Notch Charpy impact test specimen (hereinafter referred to as UE20) at 20 ° C., which is extremely fragile, It is necessary to control the shape of the inclusion itself, as well as its shape.

또한 이러한 문제를 해결하기 위해 베이나이트(Bainite)계 비조질강이 개발되어 있기도 하지만, 이는 제조시에 급냉작업이 수반되게 됨으로써, 만일 조직내에 함유된 하부베이나이트가 50중량% 이상인 경우에는 소재의 충격치가 감소하게 된다고 하는 문제점이 있기 때문에 적용에 제한이 따르게 되고, 또 이러한 문제를 해결하기 위해 Ca 또는 회토류금속을 첨가하는 방법이 제안되어 있기도 하나, 이는 첨가되는 원소의 조성범위가 명확하지 않을 뿐만 아니라 탈산 작용과 관련한 작용만이 설명되고 있을뿐 구체적인 기계적 성질을 향상시키기 위한 방법이 제시되고 있지 못한 상태에 있다.In addition, bainite-based non-coated steel has been developed to solve this problem, but it is accompanied by a quenching operation during manufacturing, so if the lower bainite contained in the tissue is 50% by weight or more, the impact value of the material Since there is a problem that decreases, there is a limit to the application, and to solve this problem, a method of adding Ca or rare earth metal has been proposed, but the composition range of the added element is not clear. In addition, only the action related to the deoxidation action has been described, and there is no method for improving specific mechanical properties.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 중량%로 0.35~0.55%의 C와 0.15~0.45%의 Si, 0.01~0.075%의 Al, 0.60~1.55%의 Nn, 0.05% 이하의 S, 0.15% 이하의 Nb 및 V의 단독 또는 혼합물, 0.2923 Ti-0.02%의 N, 0.03% 이하의 Ti, 잔유 Fe 및, 기타 불순물원소로 이루어진 화학조성을 갖는 합금강에, 개재물 형상을 제어하기 위한 특수원소로서 Ca나 Ce 및 기타 회토류금속, 또는 미쉬메탈(Misch-metal)중의 적어도 1가지 이상의 원소가 0.0001 내지 0.04%의 양으로 선택적으로 첨가됨으로써, 비금속개재물의 형상이 제어됨과 더불어 합금원소의 석출강화와 고용강화 및 페라이트의 가공강화현상으로 조질강과 거의 대등한 기계적 성질을 갖도록 된 고인성 비조질강을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was invented to solve the above problems, 0.3% to 0.55% C and 0.15 to 0.45% Si, 0.01 to 0.075% Al, 0.60 to 1.55% Nn, 0.05% by weight To control inclusion shapes in alloy steels having a chemical composition of up to S, up to 0.15% Nb and V alone or in mixtures, 0.2923 Ti-0.02% N, up to 0.03% Ti, residual Fe and other impurity elements As a special element, at least one or more elements of Ca, Ce and other rare earth metals or misch-metals are selectively added in an amount of 0.0001 to 0.04%, thereby controlling the shape of the nonmetallic inclusions and alloying elements. The purpose of the present invention is to provide high toughness non-coated steel which has almost the same mechanical properties as tempered steel due to precipitation strengthening, solid solution strengthening, and ferrous strengthening.

이하 본 발명에 대해 첨부도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 사용되는 합금강은 그 화학조성이, 중량 %로 0.35~0.55%의 C와 0.15~0.45%의 Si, 0.01~0.75%의 Al, 0.60~1.55%의 Mn, 0.05% 이하의 S, 0.15% 이하의 Nb 및 V의 단독 또는 혼합물, 0.2923 Ti~0.02%의 N, 0.03% 이하의 Ti, 잔유 Fe 및 기타 제강과정에서 혼입되게 되는 불순물원소로 되어 있는바, 여기서 상기와 같이 각 성분원소의 조성범위를 한정하는 이유는 다음과 같다.The alloy steel used in the present invention has a chemical composition of 0.35 to 0.55% C, 0.15 to 0.45% Si, 0.01 to 0.75% Al, 0.60 to 1.55% Mn, 0.05% S, and 0.15 in weight%. Single or mixture of up to% Nb and V, from 0.2923 Ti to 0.02% N, up to 0.03% Ti, residual Fe and other impurity elements to be incorporated in the steelmaking process, wherein The reason for limiting the composition range is as follows.

탄소(C)는 강철재료에서 강도와 경도에 영향을 주는 기본원소로서, 강철재료에서 인장강도가 75kg_f/mm²이상이고 만족스러운 고주파유도 경화열처리효과를 얻기 위해서는 최소한 탄소량이 0.35중량 % 이상이어야 하지만, 0.55중량 %이상이 되면 인성이 감소하게 되므로 구조용 강으로서는 적합하지 못하게 된다.Carbon (C) is a basic element that affects the strength and hardness of steel materials. The tensile strength of steel materials is 75kg _f / mm ² or more and at least 0.35% by weight of carbon to obtain satisfactory high-frequency induction hardening heat treatment effect. However, when it is more than 0.55% by weight, the toughness is reduced, so it is not suitable for structural steel.

Si는 제강과정에서 페라이트기지의 강화작용을 함과 더불어 SiO₂의 형태로 슬랙으로 만들어져 탈산작용을 하게 되는 원소로서, 함유량이 0.15중량% 이상이면 효과적이 탈산효과를 얻을 수 있으나, 0.45중량%가 넘게 되면 강도상승에 비해 인성감소효과가 크기 때문에 그 첨가량이 제한되어야 한다.Si is an element that deoxidizes ferrite base and is made of slack in the form of SiO ₂ during steelmaking process. When the content is 0.15% by weight or more, deoxidation effect can be effectively obtained, but 0.45% by weight If it exceeds, the added amount should be limited because the toughness reduction effect is greater than the increase in strength.

Mn은 1.55중량 %까지는 강의 인성을 향상시키나 그 이상 첨가하게 되면 절삭성 및 용접성을 저하시키게되므로 그 양을 제한할 필요가 있고, 특히 제강중 탈황(脫黃)처리 및 황(S)에의한 취성방지와 강도향상을 위해 최소한 0.60%이상은 첨가 되어야 한다.Mn improves the toughness of the steel up to 1.55% by weight, but if it is added more, it reduces the machinability and weldability, so it is necessary to limit the amount thereof. In particular, desulfurization in steelmaking and prevention of brittleness by sulfur (S) At least 0.60% should be added to improve the strength and strength.

Al은 이 역시 강한 탈산작용을 갖는 한편 잔류하는 Al이 분산산화물과 질화물을 생성시켜 입자의 미세화 및 인성을 향상시키게 되지만, 그 첨가량이 0.01 중량% 이하가 되면 탈산작용이 충분히 이루어지기 어렵고, 또 0.75중량% 이상이 되면 오히려 인성과 절삭성을 저하시키기 때문에 그 함유량이 제한되어야 한다.Al also has strong deoxidation, while remaining Al forms dispersed oxides and nitrides to improve the fineness and toughness of the particles. However, when the amount of the Al added is 0.01 wt% or less, deoxidation is difficult to occur sufficiently, and 0.75 If the content is more than% by weight, the toughness and machinability are deteriorated, so the content thereof should be limited.

S는 제강과정에서 필연적으로 함유되는 원소로서, 이는 강철조직내에서 소성변형온도가 낮은 황화물을 생성하기 때문에 종래에는 그 함유량을 통상 0.02중량% 이하로 제한하고 있으나, 본 발명에서는 강철재료의 절삭성을 확보하기 위해 0.05중량%까지 되도록 하고 있는바, 이는 그 이상 함유되면 인성이 크게 감소되기 때문이다.S is an element that is inevitably contained in the steelmaking process, and since it generates sulfide having a low plastic deformation temperature in the steel structure, the content thereof is conventionally limited to 0.02% by weight or less, but in the present invention, the machinability of steel materials In order to ensure up to 0.05% by weight, it is because the toughness is greatly reduced if it contains more.

N은 Ti, Al, V 등과 함께 질화물을 형성하고, 입자의 미세화에 중요한 역할을 하는 한편, 탄소보다 경도를 향상시키는 효과가 큰것으로, 함유량이 0.02중량% 이상이 되면 인성을 감소시키는 역할을 하게 되므로 그 이하로 제한 되어야 하고, Ti는 N과 결합되어 오오스테나이트입자를 미세화시켜 인성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서 그 첨가량이 0.03중량% 이상이 되면 절삭가공에서 요구되는 기계가 공성이 나빠지기 때문에 그 이하로 제한되어야 한다.N forms a nitride together with Ti, Al, and V, and plays an important role in the refinement of particles, and has a greater effect of improving hardness than carbon. When N is more than 0.02% by weight, N serves to reduce toughness. Therefore, it should be limited to less than that, Ti is bonded to N and serves to improve the toughness by miniaturizing the austenite particles. When the addition amount is more than 0.03% by weight, the machine required in the cutting process is poor It should be limited below that.

한편 본 발명에서는 제강과정에서 생성되는 개재물의 형상을 제어하기 위해 Ca가 0.0001~0.04중량% 첨가되는바, 이와 관련하여 개재물에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, in the present invention, Ca is added to 0.0001 to 0.04% by weight in order to control the shape of inclusions generated during the steelmaking process. In this regard, the inclusions will be described in more detail as follows.

전기로 또는 진공용해로 등으로 제강하는 과정에서는 내적 또는 외적요인으로 기재물이 생성되는 바, 그중 내적요인에 의해 생성되는 개재물로서는 주로 탈산작용에 따른 SiO₂, MnO과 같은 탈산생성물과 MnS과 같은 황화물이나 질화물 또는 이들의 복화합물 등을 들 수 있고, 외적요인에 의한 개재물로서는 용융상태의 강이 노벽등을 구성하고 내화물과 반응을 일으켜 생성되는 규산질내화물인 바, 이는 형상이 선형인 A타입과 다각형인 B타입, 구(球)형인 C타입으로 나뉘어진다.In the process of steelmaking by electric furnace or vacuum melting furnace, etc., substrates are generated as internal or external factors. Among them, inclusions generated by internal factors are mainly deoxidation products such as SiO ₂ and MnO and sulfides such as MnS. And nitrides, complexes thereof, and the like, and inclusions due to external factors include siliceous nitrides formed by molten steel constituting furnace walls and reacting with refractory materials. It is divided into B type and spherical C type.

즉 탈산처리를 한 킬드강(killed steel)중 Si-Mn계 킬드강에서 생성되는 개재물은 SiO₂과 MnO, Mn-실리케이트 등이, Al계 킬드강에서 생성된 개재물은 Al₂O₃계통이 각각 주체를 이루는바, 이와 같은 개재물은 융점이 낮을 때에는 구형으로 존재하게 되나, Al이나 Ti, Cr과 같은 원소의 산화물은 융점이 높아 서로 뭉쳐진 형상을 하고서 분포하게 된다.In other words the inclusions generated by the Si-Mn-based killed steel in the deoxidation-treated killed steel (killed steel) is SiO ₂ and MnO, Mn- silicate etc., an Al-based inclusions generated in the killed steel are Al ₂ O ₃ system, respectively As the main body, the inclusions are spherical when the melting point is low, but the oxides of elements such as Al, Ti, and Cr have a high melting point, and are dispersed together.

그런데 융점이 낮은 산화물은 열간압연 또는 단조작업과 같은 열간 가공작업을 할 때 쉽게 소성변형되어져 선(線)형으로 길게 늘어지기 때문에, 이 개재물과 기지 조직과의 물성의 차이로 소재의 인성이 저하되거나 절삭성이 나빠지게 된다. 그 때문에 본 발명에서는 Al을 이용해서 탈산작업을 실시하도록 되어 있는바, 이 경우 탈산작업에 의해 생성되는 탈산생성물인 알루미나(Al₂O₃)는 비교적 입도가 작으면서 경도가 높기 때문에 열간가공을 하게 되더라도 소성변형에 따른 선형으로의 형상변형이 쉽게 일어나지 않게 된다.However, oxides with low melting points are easily plastically deformed and stretched linearly during hot working such as hot rolling or forging, so the toughness of the material decreases due to the difference in physical properties between the inclusions and the matrix structure. Or poor machinability. Therefore, in the present invention, the deoxidation operation is performed using Al. In this case, alumina (Al ₂ O ₃ ), which is a deoxidation product produced by the deoxidation operation, has a relatively small particle size and high hardness, so that the hot working is performed. Even if the shape deformation in the linear form according to the plastic deformation does not occur easily.

한편 상기 개재물중 많은 양을 차지하는 것은 황화물로서, 이는 통상 MnS인 경우가 대부분으로서, 만일 Al이나 Ti, Cr과 같은 원소가 존재하는 경우라면 미량이기는 하나 Al₂이나 C₃, CrS, TiS과 같은 황화물이 존재하기도 한다.On the other hand, a large amount of the inclusions are sulfides, which are usually MnS, and in the case where elements such as Al, Ti, and Cr are present, the sulfides such as Al ₂ , C ₃ , CrS, and TiS are small. This also exists.

다음에는 상기와 같은 조성을 가진 본 발명 고인성 비조질강을 개재물의 제조하는 방법에 대해 설명한다.Next, a method for producing an inclusion of the high toughness non-coated steel of the present invention having the composition as described above will be described.

중량%로 0.35~0.55%의 C와 0.15~0.45%의 Si, 0.01~0.075%의 Al, 0.60~1.55%의 Mn, 0.05% 이하의 S, 0.15% 이하의 Nb 및 V의 단독 또는 혼합물, 0.2923 Ti-0.02%의 N, 0.03% 이하의 Ti, 잔유 Fe 및, 기타 불순물원소로 이루어진 합금강을 전기로 또는 진공융해로에 넣고 소정온도로 용융시키는 바, 전기로를 이용하는 경우에는 S, P와 같은 불순물원소가 혼입될 염려는 없으나 공기중의 O₂, N₂등의 혼입양이 증가하기 때문에, Al과 같은 적절한 탈산제를 사용하거나 진공탈가스방법으로 가스를 제거하여야 한다.0.35 to 0.55% C by weight, 0.15 to 0.45% Si, 0.01 to 0.075% Al, 0.60 to 1.55% Mn, 0.05% or less S, 0.15% or less Nb and V alone or mixture, 0.2923 An alloy steel composed of Ti-0.02% N, 0.03% or less Ti, residual Fe, and other impurity elements is placed in an electric furnace or a vacuum melting furnace and melted at a predetermined temperature. When using an electric furnace, impurities such as S and P are used. There is no risk of element mixing, but the amount of O ₂ , N _2, etc. in the air increases, so it is necessary to remove gas by using an appropriate deoxidizer such as Al or vacuum degassing method.

즉, Al을 탈산제를 사용하는 탈산법에 의한 탈산공정에 따라 얻어지는 생성물 중 Al₂O₃, SiO₂과 같은 산화물계 개재물은 강괴(鋼塊 ; Ingot)의 표면에, Mns과 같은 황화물계 개재물은 편석(偏析) 부위에 각각 존재할 확률이 높은 바, 산화물계 개재물인 경우에는 입도가 작고 경도가 커서 결과적으로 강의 기계적 성질에 미치는 영향이 비교적 적기 때문에 큰 문제가 되지 않지만, 상기 황화물계 개재물은 그 입도가 크고 선형등과 같이 불규칙한 형상을 이루기 때문에, 황화물계 개재물의 형상을 제어하는 것이 필수적으로 요청되게 된다.That is, oxide inclusions such as Al ₂ O ₃ and SiO ₂ in the product obtained by the deoxidation process by the deoxidation method using Al as a deoxidizer are formed on the surface of the ingot, and sulfide inclusions such as Mns The presence of segregation in the segregation site is high, and since the oxide inclusions have a small particle size and a large hardness, they are not a big problem because they have a relatively small influence on the mechanical properties of the steel. Is large and has an irregular shape such as a linear lamp, it is essential to control the shape of the sulfide inclusions.

따라서 본 발명에서는 황화물계 개재물의 형상을 제어하기 위해 0.0001~0.04중량%의 Ca을 첨가함으로써 탈산작용과 더불어 황화물의 형상이 제어되도록 하고 있는 바, 이 경우 Si, Mn, Al과 같은 원소로 탈산작업을 한 다음 Ca를 첨가하게 되면 개재물의 형상제어효과가 보다 더 높아지게 된다.Therefore, in the present invention, in order to control the shape of the sulfide-based inclusions, by adding 0.0001 to 0.04% by weight of Ca, the desulfurization and the shape of the sulfide are controlled. In this case, the deoxidation work is performed with elements such as Si, Mn, and Al. After the addition of Ca, the shape control effect of inclusions becomes higher.

즉 Ca는 탈산공정 후의 생성물인 Al₂O₃와 같은 고융점산화물과 결합시켜진 형태의 산화물로 외부가 포위된 형태의 황화물을 형성시킴으로써 전체적으로 구형을 이루는 개재물이 형성되도록 하게 되고, 이와 같은 구형을 이루는 개재물은 열간가공공정에서도 소성변형이 쉽게 일어나지 않게 되어 제 1 도에 도시된 것과 같이 대략구형인 C타입으로 잔류하게 되는 바, 이때의 충격치는 UF₂₀에서 약 8.6kg/cm²로 되어 강의 인성이 크게 향상될 수 있게 된다.That is, Ca is an oxide combined with a high melting point oxide such as Al ₂ O ₃ , which is a product after the deoxidation process, to form sulfides in the form of an outer envelope, thereby forming an overall spherical inclusion. The inclusions do not easily undergo plastic deformation even in the hot working process and remain in a substantially spherical C type as shown in FIG. 1, and the impact value at this time is about 8.6kg / cm ² at UF ₂₀ to give toughness of steel. This can be greatly improved.

한편 Ca가 첨가됨으로써 개재물의 형상이 제어되어져 따라 인성이 증가하게 되는 효과외에도 각 합금원소에 의해 기계적 성질도 개선되게 되는바, 즉 상기와 같은 원료합금강을 열간가공하게 되면 1300℃ 이상의 온도에서 AIN 또는 TiN이 석출되어 이들이 오오스테나이트입자의 생성핵으로 작용하게 됨으로써, 1000℃ 이하의 온도에서 압연 또는 단조작을 하는 경우 NbC와 VN, VCN과 같은 화합물이 차례로 석출시켜지게 된다. 여기서 상기 탄질화물들은 오오스테나이트입자가 조대화(粗大化)되는 것을 억제함으로써 입자미세화 작용을 하게 됨과 더불어 재결정온도가 저하되는 것을 방지하는 열할을 하게 된다.On the other hand, in addition to the effect that the shape of the inclusion is controlled by the addition of Ca to improve the toughness, the mechanical properties are also improved by each alloying element, that is, when hot-processing the raw material alloy steel as described above AIN or at a temperature of 1300 ℃ or more Since TiN precipitates and acts as a nucleus of the austenite particles, when rolling or forging at a temperature of 1000 ° C. or lower, compounds such as NbC, VN, and VCN are sequentially precipitated. In this case, the carbonitrides act to suppress the coarsening of the austenite particles, thereby making the particles finer and deteriorating the recrystallization temperature.

그리고 상기와 같은 열간 가공공정중 성장하게 되는 오오스테나이트 입자는 통상적으로 둥글면서 넓적한 형상을 하게 되는 바, 이는 Ar₃변태선에 해당하는 온도 이하로 냉각되면 탄질화물이 입계에 석출되면서 입계석출강화효과가 얻어짐과 더불어, 기히 냉각과정에서 변태를 일으켜 석출된 페라이트는 가공경화를 통해 그 강도가 훨씬 더 높아지고, 이어 Ar₁변태선에 해당하는 온도 이하로 냉각되면 퍼얼라이트(peralite)를 구성하고 있는 라멜라(lamellar)조직도 단조작업에 따른 가공경화 현상으로 강화되어져 강의 피로강도와 같은 강성도 향상되게 된다.In addition, the austenite particles grown during the hot working process are generally round and broad in shape, which is when carbonitride precipitates at grain boundaries when the temperature is lower than the temperature corresponding to the Ar ₃ transformation line. In addition to the effect, the ferrite precipitated by the transformation during the cooling process is much higher through the work hardening, and then, when cooled below the temperature corresponding to the Ar ₁ transformation line, it forms a permanentite. The lamellar structure is also strengthened by work hardening due to forging, which also improves the stiffness such as fatigue strength of steel.

한편 상기 설명에서는 개재물의 형상제어를 위한 원소로서 0.0001~0.04중량%의 Ca를 사용하는 것에 대해서만 설명하였으나, 이를 다른 원소인 MnS와 같은 것으로 대체하여도 황화물의 형상이 C타입인 구형으로 변형됨을 실험을 통해 확인하였고, 또 예컨대 0.0001~0.04중량%의 Te나 0.0001~0.04중량%의 Ce 및 기타 회토류금속을 단독 또는 복합적으로 첨가하던가, 또는 0.0001~0.004중량%의 미쉬메탈을 첨가하여 개재물의 형상이 구형으로 제어될 수 있음을 알 수 있었다.Meanwhile, in the above description, only 0.0001 to 0.04% by weight of Ca is used as an element for shape control of the inclusions. However, even if it is replaced with another element such as MnS, the sulfide is transformed into a C type sphere. It was confirmed through, and for example, 0.0001 to 0.04% by weight of Te or 0.0001 to 0.04% by weight of Ce and other rare earth metals alone or in combination, or 0.0001 to 0.004% by weight of the misc metal added to the shape of the inclusions It can be seen that it can be controlled by this sphere.

표 1과 표 2는 각각 본 발명에 따라 제조된 조성원소의 함유량이 각가 달리되어 있는 비조절강과 비교강의 조성표 및 그들의 각 기계적 성질을 지교한 비교표이다.Table 1 and Table 2 are comparative tables in which the composition tables of the unregulated steels and the comparative steels having different contents of the composition elements produced according to the present invention, respectively, and their respective mechanical properties.

[표 1]TABLE 1

[표 2]TABLE 2

상기 표 1에 나타내어진 강은, 모두 실험실용융로에서 용해하여 100mm×100mm 규격 4각잉곳케이스로 주조한 다음, 1300~900℃ 범위에서 단조하여 ψ50mm로 인발한 강을 550℃까지 60~80℃/min의 속도로 냉각시킨 것을 사용하였다.The steels shown in Table 1 are all melted in a laboratory melting furnace and cast into a 100 mm × 100 mm standard ingot case, and then forged in a range of 1300 to 900 ° C., and the steel drawn to ψ50 mm is heated to 550 ° C. to 60 to 80 ° C. / The thing cooled by the speed of min was used.

표 2는 KS4호의 인장시편과 KS3호의 충격시편으로 시험한 측정치인 바, 표에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 비조질강(A, B, C, D)이 종래의 비교강(E)에 비해 기계적 성질이 월등함을 알 수 있다.Table 2 shows the measured values of the tensile specimens of KS4 and the impact specimens of KS3. As can be seen from the table, the non-alloyed steels (A, B, C, D) according to the present invention are mechanically compared to conventional comparative steels (E). You can see that the quality is superior.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 의하면, 소정의 화학조성을 갖는 합금강에 Ca나, Te, Ce 및 기타 회토류금속이 단독 또는 복합적으로 첨가되거나, 미쉬메탈과 같은 특수원소가 소정량 첨가됨으로써, 이들 특수원소가 Al탈산작업의 생성물인 Al₂O₃를 MnS 등과 같은 황화물이 포위하도록 생성되어 개재물의 형상이 구형으로 형성되도록 함으로써 강의 인성이 저하되지 않게 되는 한편, Nb, V, N 등의 합금원소가 입자의 미세화를 촉진함과 더불어 석출강화작용을 하게 되어 열간가공중의 재결정온도의 저하가 방지됨에따른 폐라이트의 가공강화효과가 얻어지게 됨으로써 강의 강성이 크게 향상되고, 그에 따라 별도의 조질처리를 하지 않고서도 조질강과 대등한 기계적 성질을 갖는 우수한 비조질강이 얻어질 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, Ca, Te, Ce and other rare earth metals are added to the alloy steel having a predetermined chemical composition alone or in combination, or a predetermined amount of a special element such as a mismetal is added to these special steels. Al ₂ O ₃ , an element of which is an Al deoxidation product, is formed to surround sulfides such as MnS to form inclusions in a spherical shape so that the toughness of the steel is not deteriorated, while alloy elements such as Nb, V, and N In addition to facilitating the refinement of the particles, the precipitation strengthening effect is achieved, thereby reducing the recrystallization temperature during the hot working, thereby obtaining a hardening effect of the waste light, which greatly improves the rigidity of the steel, and accordingly, separate refining treatment. Without this, excellent non-coated steels having mechanical properties comparable to those of codified steels can be obtained.

Claims (1)

중량%로 0.35~0.55%의 C와, 0.15~0.45%의 Si, 0.01~0.075%의 Al, 0.60~1.55%의 Mn, 0.05% 이하의 S, 0.15% 이하의 Nb 및 V의 단독 또는 혼합물, 0.2923 Ti-0.02%의 N, 0.03% 이하의 Ti, 잔유 Fe 및, 기타 불순물 원소로 이루어진 화학조성을 갖는 합금강에, Ca나 Ce, Te와 같은 회토류금속 및 미쉬메탈중 적어도 1가지 이상이 선택되어 0.00001~0.04 중량%로 함유되어 개재물의 형상이 된 고인성 비조질강.Single or a mixture of 0.35 to 0.55% C by weight, 0.15 to 0.45% Si, 0.01 to 0.075% Al, 0.60 to 1.55% Mn, 0.05% or less S, 0.15% or less Nb and V, At least one of rare earth metals such as Ca, Ce, Te and misc metal is selected for an alloy steel having a chemical composition of 0.2923 Ti-0.02% N, 0.03% or less Ti, residual Fe and other impurity elements. A high toughness non-coated steel that contains 0.00001 ~ 0.04% by weight to form inclusions.

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