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KR100285258B1 - Spheroidizing method of high ally steel for wire rod - Google Patents

Spheroidizing method of high ally steel for wire rod Download PDF

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KR100285258B1
KR100285258B1 KR1019960056455A KR19960056455A KR100285258B1 KR 100285258 B1 KR100285258 B1 KR 100285258B1 KR 1019960056455 A KR1019960056455 A KR 1019960056455A KR 19960056455 A KR19960056455 A KR 19960056455A KR 100285258 B1 KR100285258 B1 KR 100285258B1
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cooling
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최종교
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이구택
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Abstract

PURPOSE: A method of spheroidizing a high ally steel for wire rod is provided to rapidly obtain spheroidizing speed and uniform bainite microstructure. CONSTITUTION: The spheroidizing method of high alloy steel for wire rod includes the steps of (i) hot rolling a high alloy steel billet comprising C 0.2-0.6wt.%, Si 0.1-1.0wt.%, Mn 0.1-1.5wt.%, at least one element selected from the group consisting of Cr 0.1-2.0wt.%, Ni 0.1-5.0wt.%, Mo 0.1-1.5wt.%, B 5-200ppm, a balance of Fe and other inevitable impurities(wherein, the impurities includes Al less than 0.1wt.%, N less than 0.01wt.%, P less than 0.02wt.%, S less than 0.02wt.%); (ii) cooling the hot rolled high alloy steel wire in a cooling rate of 0.5 to 5deg.C/sec to control bainitic fraction of microstructure of the steel wire over 70%.

Description

균질구상화용 고합금강 선재의 제조방법Fabrication of High Alloy Steel Wire for Homogenization

본 발명은 기계구조용 또는 볼트 및 너트등으로 사용하기 위해 열간 또는 냉간단조를 하기전에 구상화 열처리를 행하는 고합금강 선재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 후공정에서의 구상화(spheroidization)열처리시 통상의 선재에 비해 현저히 빠른 구상화속도 및 균일한 구상화조직을 얻을 수 있는 고합금강 선재 및 이의제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high alloy steel wire rod subjected to spheroidizing heat treatment before hot or cold forging for use in mechanical structures, bolts and nuts, and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a high alloy steel wire rod for spheroidizing heat treatment And a method of manufacturing the same. [0002] The present invention relates to a high alloy steel wire rod and a method of manufacturing the same.

일반적으로 고합금강선재는 경화능이 우수하기 때문에 열간압연 및 제어냉각된 것을 2차 가공업체에서 열간 또는 냉간단조를 통해 원하는 최종형상을 얻은 다음, 담금질 또는 뜨임처리를 하여 인성과 강도를 동시에 높일 수 있는 뜨임 마르텐사이트(tempered martensite)조직을 가진 최종제품으로 제조한다. 한편, 이러한 열간 및 냉간단조가공시 부위에 따라 매우 높은 변형이 발생하기 때문에 소재의 연성이 충분히 확보되지 않으면 가공도중 균열 등의 결함이 발생할 소지가 높다. 따라서 고합금강의 열간 또는 냉간단조가공을 하기전에 일반적으로 소재의 연성을 확보하기 위해 구상화열처리를 행한다. 여기서 구상화열처리란 페라이트 기지에 세멘타이트입자를 구형으로 분포시켜서 연성이 우수한 페라이트 기지가 열간 또는 냉간가공시 변형을 감당함으로써 균열 등의 결함이 발생하지 않도록 해주는 열처리과정을 칭한다.Generally, since high alloy steel wire has excellent hardenability, it can be hot-rolled and controlled-cooled to obtain desired final shape through hot or cold forging in a secondary processing company, and then quenching or tempering treatment to increase toughness and strength And is manufactured as a final product having a tempered martensite structure. On the other hand, since a very high deformation occurs in such hot and cold forging processes, defects such as cracks are likely to occur during processing unless the ductility of the material is sufficiently secured. Therefore, prior to hot or cold forging of high alloy steel, spheroidizing heat treatment is generally performed to secure ductility of the material. Here, the spheroidizing heat treatment refers to a heat treatment process that distributes spherical cementite particles to a ferrite base so that a ferrite base having excellent ductility can deal with deformation during hot or cold working so that defects such as cracks do not occur.

이러한 구상화열처리를 행하는 방법은 매우다양하게 알려져 있으나, 최근 일반적으로 적용되고 있는 방법은 소재를 우선 A1변태온도 직상으로 가열한 다음, 이 온도에서 오스테나이트 기지에 탄화물들을 용해시킨다. 이떼의 유지시간을 너무 길게하면 오스테나이트 기지에 용해된 탄소함량이 위치에 따라 변화가 없이 균일해지게 되고, 그 다음의 과정인 A1온도 직하에서의 유지기간동안 펄라이트조직으로 다시 변태하게 된다. 따라서 이를 방지하기 위해 A1직상의 온도에서 유지하는 시간을 적절히 조절하여 오스트테나이트 내의 탄소함량이 위치에 따라 변화가 있는 상태에서 A1 온도 직하로 냉각하여 유지함으로써 부분적으로 탄소함량이 높은 지점이 구상 세멘타이트의 핵생성 장소로 역할을 하도록 유도한다. 이 A1직하의 온도에서 유지하는 동안 구상세멘타이트 입자와 페라이트 결정립이 성장하고, 이로 인하여 소재의 강도가 점차적으로 감소하기 때문에 필요에 따라 적당한 시간을 유지한 다음 로냉시킨 후 구상화열처리과정을 끝내게 된다.There are many ways to perform such spheroidizing heat treatment, but the most commonly applied method is to heat the material directly on the A1 transformation temperature and dissolve the carbides on the austenite base at this temperature. If the holding time of the flock is made too long, the carbon content dissolved in the austenite base will be uniform without any change depending on the position, and will be transformed into pearlite structure during the maintenance period immediately below the A1 temperature. In order to prevent this, it is necessary to adjust the holding time at the temperature just above A1 so that the carbon content in the austenite is cooled down to a temperature just below the A1 temperature while the carbon content in the austenite changes depending on the position, And induces them to serve as the nucleation site of the tight. As the spherical cementite particles and ferrite grains grow during the holding at the temperature directly below the A1, the strength of the material gradually decreases. Therefore, after the appropriate time is maintained as required, the annealing process is finished after cooling.

한편, 1987년 8월 24일-25일 캐나다의 위니페그(winnipeg)에서 개최된 압연강의 가속냉각에 관한 국제심포지움 회보(Proceeding of the International Symposium on Accelerated Cooling of Rolled Steel)의 제331-344 페이지에서 보고된 바와 같이 구상화 열처리를 하기 위한 고합금 선재는 일반적으로 열간압연 후 제어냉각을 통해 주로 페라이트와 펄라이트로 이루어진 미세조직을 갖도록 한다. 그러나 미세조직이 페라이트와 펄라이트로 이루어지게 되면, 펄라이트 내부의 판상의 세멘타이트를 구상으로 변화시키기 위해서는 매우 긴 시간을 필요로하게 된다. 그리고 구상화열처리 이후에는 구상의 세멘타이트가 원래의 펄라이트 영역에만 집중적으로 분포하기 때문에 구상화 열처리 후의 미세조직이 불균일해져서 이후의 열간 또는 냉간 단조시 균열 등의 결함이 발생할 가능성이 여전히 높은 문제점이 있다.On pages 331-344 of the Proceeding of the International Symposium on Accelerated Cooling of Rolled Steel, held in Winnipeg, Canada, from August 24 to August 25, 1987, As reported, the high alloy wire for performing the spheroidizing heat treatment generally has a microstructure composed mainly of ferrite and pearlite through controlled cooling after hot rolling. However, when the microstructure is made of ferrite and pearlite, it takes a very long time to change the planar cementite inside the pearlite into a spherical shape. Since the spherical cementite is concentrated only in the original pearlite region after the spheroidizing heat treatment, the microstructure after the spheroidizing heat treatment is uneven, and there is still a high possibility that defects such as cracks are generated in the subsequent hot or cold forging.

그리고 선재의 미세조직이 마르텐사이트로 이루어지는 경우에는, 마르텐사이트 내부의 탄화물이 매우 미세하게 분포하고 있기 때문에 구상화열처리시 오스테나이트 기지 내부로 쉽게 용해될 수 있으나, 그 속도가 너무 빠르기 때문에 구상화열처리시 A1 온도 이상에서 유지하는 동안 탄소성분이 균질화되어 버린다. 이 때문에 A1이하의 온도로 냉각시에 구상 세멘타이트의 핵생성장소로 작용할 만한 상대적으로 탄소함량이 높은 영역이 소멸되어 다시 펄라이트로의 변태가 발생하게 되는 것이다. 이를 통상 재생펄라이트라 칭한다. 그리고 소재가 마르텐사이트로 이루어진 경우는 연성이 거의 없기 때문에 선재코일의 취급 또는 직선화과정에서 단선을 유발하게 되는 문제점이 있다. 따라서 고합금강 선재의 미세조직중 마르텐사이트의 분율은 가능하면 낮추는 것이 유리하다.In the case where the microstructure of the wire is made of martensite, since the carbide inside the martensite is very finely distributed, it can be easily dissolved into the austenite matrix during the spheroidization heat treatment. However, since the velocity is too fast, The carbon component is homogenized while the temperature is maintained above the temperature. For this reason, when cooling is performed at a temperature of not more than A1, a region having a relatively high carbon content, which serves as a nucleation site of spherical cementite, disappears and transformation into pearlite occurs again. This is called normal regenerated pearlite. When the material is made of martensite, there is almost no ductility, which causes a disconnection in handling or straightening of the wire coil. Therefore, it is advantageous to lower the fraction of martensite in the microstructure of the high alloy steel wire as much as possible.

한편, 본 발명의 발명자는 베이나이트의 경우는 탄화물의 부정형으로 형성되기 때문에 A1 온도 직상의 유지시간 동안 펄라이트에 비해서 오스테나이트 기지내부로의 용해 속도가 빠르며, 구상화 열처리 후의 미세조직 또한 매우 균일한 분포를 보이게 되고, 또한 마르텐사이트와는 달리 상당한 연성을 지니고 있기 때문에 선재코일의 취급 또는 직선화과정에 단선을 유발할 가능성도 없다는 사실에 착안하여 고합금강 선재를 열간압연한 후 제어냉각하는 과정에 있어서, 구상화속도를 증대시키고 구상화 조직이 균일하도록 하는 방법에 대해 깊이 있게 연구한 결과, 상기의 합금성분을 함유한 빌렛을 열간압연한 후 송풍냉각에 의해 최적의 미세조직을 얻을 수 있는 제어냉각기술을 개발하고 이에 근거하여 본 발명을 제안하게 되었다.On the other hand, the inventors of the present invention found that since the bainite is formed in the indefinite form of carbide, the dissolution rate into the austenite base is faster than that of pearlite during the holding time immediately above the temperature of A1, and the microstructure after the spheroidizing heat treatment is also highly uniform And since it has considerable ductility unlike martensite, there is no possibility of causing disconnection during the handling or straightening process of the wire coil. In the process of controlling and cooling the high alloy steel wire rod by hot rolling, As a result of in-depth study on the method of increasing the speed and uniformizing the structure of the spheroidizing structure, a control cooling technique capable of obtaining an optimal microstructure by hot-rolling the billets containing the above alloy components and then cooling them by blowing Based on this, the present invention has been proposed.

따라서, 본 발명의 목적은 후공정에서의 구상화열처리시 현저히 빠른 구상화 속도 및 균일한 구상화조직을 얻을 수 있는 기계구조용 또는 볼트 및 너트용 고합금강 선재 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a high alloy steel wire for machine structure, bolt and nut, and a method for manufacturing the same, which can obtain a significantly faster sphere velocity and a uniform spheroidizing structure in a spheroidizing heat treatment in a subsequent step.

제1도는 본 발명의 실시예에서의 (표 1)의 합금성분을 지닌 고합금강선재의 연속냉각변태곡선을 나타내는 그래프.1 is a graph showing a continuous cooling transformation curve of a high alloy steel wire rod having an alloy component of Table 1 in an embodiment of the present invention.

제2도는 구상화열처리를 하기 이전의 가공공정을 나타내는 공정순서도.FIG. 2 is a process flow chart showing a processing step before the spheroidizing heat treatment. FIG.

제3도는 구상화열처리시의 시간에 따른 온도변동조건을 나타내는 그래프.FIG. 3 is a graph showing temperature fluctuation conditions with time during spheroidizing heat treatment. FIG.

제4도는 본 발명의 실시예에서의 (표 2)에 나타낸 각종선재의 구상화열처리이후 주사전자현미경으로 관찰한 구상화미세조직의 사진이다.FIG. 4 is a photograph of spherical microstructure observed by a scanning electron microscope after spheroidizing heat treatment of various wire materials shown in (Table 2) in the embodiment of the present invention.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제1측면으로서, 기계구조용 또는 볼트 및 너트 등으로 사용하기 위해 열간 또는 냉간단조를 하기 전에 구상화열처리를 행하는 선재에 있어서, 중량비로 탄소:0.2~0.6%, 규소:0.1~1.0%, 망간:0.1~1.5%를 함유하면서, 크롬:0.1~2.0%, 니켈:0.1~5.0%, 몰리브덴:0.1~1.5%, 붕소:5~200ppm으로 이루어진 군으로부터 선택된 1이상의 원소, 및 잔부:철 및 불가피한 불순물(단, 불순물 중에서 알미늄:0.1%이하, 질소:0.01%이하, 인:0.02%이하, 황:0.02%이하)를 함유하고, 미세조직의 70%이상이 베이나이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고합금강 선재를 제공한다.In order to attain the above object, the present invention provides, as a first aspect, a wire rod for performing a spheroidizing heat treatment before hot or cold forging for use in mechanical structure, bolt and nut, etc., At least one member selected from the group consisting of Cr: 0.1 to 2.0%, nickel: 0.1 to 5.0%, molybdenum: 0.1 to 1.5%, and boron: 5 to 200 ppm, containing 0.1-1.0% silicon and 0.1-1.5% manganese, And more than 70% of the microstructure is contained in the bainite, and the remainder is iron and unavoidable impurities (in the impurity, the content of aluminum is 0.1% or less, the content of nitrogen is 0.01% or less, the content of phosphorus is 0.02% Wherein the high-alloy steel wire comprises a high-alloy steel wire.

또한, 본 발명은 제2측면으로서, 중량비로 탄소:0.2~0.6%, 규소:0.1~1.0%, 망간:0.1~1.5%를 함유하면서, 크롬:0.1~2.0%, 니켈:0.1~5.0%, 몰리브덴:0.1~1.5%, 붕소:5~200ppm으로 이루어진 군으로부터 선택된 1이상의 원소 및 잔부:철 및 불가피한 불순물(단, 불순물 중에서 알미늄 0.1%이하, 질소 0.01이하, 인 0.02%이하, 황 0.02%이하)를 함유하는 고합금강의 빌렛을 열간압연한 다음 초당 0.5 내지 5℃의 범위의 냉각속도로 제어냉각하여 미세조직의 70% 이상이 베이나이트로 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는, 기계구조용 또는 볼트 및 너트용으로 사용하기 위해 열간 또는 냉간단조를 하기전에 구상화 열처리를 행하는 고합금강 선재의 제조방법을 제공한다.The second aspect of the present invention is a method for producing a steel sheet comprising the steps of: mixing 0.2 to 0.6% of carbon, 0.1 to 1.0% of silicon, 0.1 to 1.5% of manganese, 0.1 to 2.0% of chromium, 0.1 to 5.0% of nickel, At least one element selected from the group consisting of molybdenum: 0.1 to 1.5% and boron: 5 to 200 ppm, and the balance: iron and unavoidable impurities (provided that the content of aluminum is 0.1% or less, the content of nitrogen is 0.01 or less, the content of phosphorus is 0.02% ) And then controlled cooling at a cooling rate in the range of from 0.5 to 5 DEG C per second, so that at least 70% of the microstructure is made of bainite. There is provided a method for manufacturing a high alloy steel wire rod which is subjected to spheroidizing heat treatment before hot or cold forging for use as a nut.

이하, 상기의 수치한정이유에 대하여 설명한다.Hereinafter, the reason for limiting the above numerical values will be described.

탄소는 강의 강도를 증대시키는데 있어서 가장 효과적이며 중요한 원소이다. 탄소가 0.2%이하로 첨가되면 최종제품의 미세조직인 뜨임 마르텐사이트조직으로 충분히 높은 강도를 얻을 수 없다.Carbon is the most effective and important element in increasing the strength of steel. When carbon is added in an amount of 0.2% or less, a sufficiently high strength can not be obtained in the tempered martensite structure which is the microstructure of the final product.

따라서 탄소함량은 0.2% 이상이 되도록 첨가해야 한다. 그리고 탄소가 0.6% 이상 첨가되면 마르텐사이트의 인상이 현저히 감소하기 때문에 기계구조용 볼트 및 너트의 용도로 사용할 수 없게 된다.Therefore, the carbon content should be 0.2% or more. If the carbon content is more than 0.6%, the impression of the martensite is remarkably decreased, so that it can not be used for the purpose of the mechanical structure bolts and nuts.

규소는 강의 탈산에 필요한 원소이기 때문에 함유량이 너무 적을 경우 탈산효과가 충분하지 않으므로 0.1% 이상 첨가해야 한다. 그러나 규소가 과다하게 첨가되면 선재제조공정 중 표면탈탄이 심해지기 때문에 1.0% 이하로 규제하는 것이 바람직하다.Since silicon is an element required for deoxidation of steel, if the content is too small, deoxidation effect is not sufficient, so it should be added by 0.1% or more. However, if silicon is added excessively, surface decarburization will become severe during the wire manufacturing process, so it is desirable to regulate it to 1.0% or less.

망간은 강의 제조시에 탈산효과가 있을 뿐만아니라 소재내의 황과 더불어 황화망간(MnS)을 형성시켜 황에 의한 적열취성현상을 방지하는 역할을 하기 때문에 0.1% 이상 첨가되어야 하며, 1.5% 이상으로 첨가될 경우 상변태속도를 현저히 저하시키기 때문에 압연후 송풍냉각시 원하는 미세조직인 베이나이트를 얻지 못하고 마르텐사이트가 형성되기 때문에 구상화 열처리시 재생 펄라이트의 발생원인이 된다.Manganese not only has a deoxidation effect in the production of steel but also forms manganese sulphide (MnS) together with sulfur in the material to prevent the brittle phenomenon caused by sulfur. Therefore, the manganese should be added by 0.1% or more, The bainite of the desired microstructure can not be obtained and the martensite is formed at the time of blowing and cooling after rolling. Therefore, it is a cause of recrystallization pearlite in the spheroidizing heat treatment.

크롬은 강의 내식성을 개선시키는 효과가 있으며, 고합금강 선재의 최종 열처리공정인 담금질시경화능을 증대시키기 위해서는 최소한 0.1% 이상이 첨가되어야 한다. 그러나 크롬의 함량이 지나치면 선재압연후 송풍냉각시 마르텐사이트를 발생시킬 뿐만아니라 2차 스케일을 지나치게 치밀하게 만들어 기계적 탈스케일능 또는 산세탈스케일능을 악화시킨다. 따라서 크롬의 함량을 2.0% 이하로 제한하는 것이 필요하다.Chromium has the effect of improving the corrosion resistance of steel, and at least 0.1% should be added in order to increase hardenability during quenching, which is the final heat treatment process of high alloy steel wire. However, if the content of chromium is exceeded, not only the martensite is generated during the cooling of the air after the rolling of the wire, but also the secondary scale is excessively dense to deteriorate the mechanical descaling ability or the pickling scalability. Therefore, it is necessary to limit the content of chromium to 2.0% or less.

니켈은 뜨임 마르텐사이트조직의 인성을 향상시키는 원소이다. 그러나 0.1% 이하로 첨가되면 그 효과를 얻을 수 없으며 5.0%를 넘을 때는 그 효과가 포화된다.Nickel is an element that improves the toughness of tempered martensite structure. However, if it is added below 0.1%, the effect can not be obtained, and when it exceeds 5.0%, the effect is saturated.

몰리브덴은 오스테나이트 결정립계에서 인이 편석되는 것을 억제하여 최종제품의 인성을 개선시키는 효과가 있으며, 고합금강 선재의 담금질시 경화능을 증대시키는 효과를 얻기 위해서는 최소한 0.1%는 첨가되어야 한다. 한편, 몰리브덴의 함량이 1.5%를 초과하면 선재압연후 송풍냉각시 마르텐사이트를 발생시킨다.Molybdenum has the effect of inhibiting the phosphorus segregation in the austenite grain boundaries and improving the toughness of the final product. At least 0.1% should be added in order to obtain the effect of increasing the hardenability of the high alloy steel wire by quenching. On the other hand, if the content of molybdenum exceeds 1.5%, martensite is generated upon cooling the air after blowing the wire.

붕소는 담금질열처리시 마르텐사이트를 얻는데 효과적인 원소이나 5ppm 이하를 첨가하면 그 효과를 얻을 수 없다. 그리고 200ppm 이상이 첨가되면 그 효과가 포화된다.Boron is an element effective for obtaining martensite during quenching heat treatment, but if it is added in an amount of 5 ppm or less, the effect can not be obtained. If more than 200 ppm is added, the effect is saturated.

본 발명에 따른 열간 또는 냉간단조공정 이전에 구상화 열처리를 하게되는 고합금강 선재는 상기의 원소외에 잔부로서 불가피한 불순물을 포함한다. 불순물중에서 알미늄, 질소, 인, 그리고 황의 함량은 하기와 같이 제한되어야 한다.The high alloy steel wire rod subjected to the spheroidizing heat treatment before the hot or cold forging process according to the present invention contains impurities which are unavoidable as the remainder in the above-mentioned circle. The content of aluminum, nitrogen, phosphorus, and sulfur in the impurities should be limited as follows.

알미늄은 용융공정에서 탈산을 위해, 그리고 오스테나이트 결정립의 조대화를 방지하기 위해 효과적인 원소이다. 그러나 알미늄의 함량이 과다하게 함유되면 알루미나(Al2O3)계통의 비금속개재물이 다량으로 발생하여 최종제품의 피로 특성을 현저히 저하시킨다. 따라서 알미늄은 0.1% 이하로 관리하여야 한다.Aluminum is an effective element for deoxidation in a melting process and to prevent coarsening of austenite grains. However, if the content of aluminum is excessive, a large amount of nonmetallic inclusions of alumina (Al 2 O 3 ) system is generated and the fatigue property of the final product is remarkably lowered. Therefore, aluminum should be controlled to be less than 0.1%.

인의 강주편의 응고도중 중심부에 편석되기 쉬운 원소이며, 강중에 고용되었을 때 연성과 인성을 저감시키는 역할을 하는데 특히 고강도 강일수록 연성 저하폭이 크다. 따라서 인은 최대한 줄이는 것이 필요하며 최대 0.02%이하로 관리하여야 한다.It is an element which is easily segregated in the center part during the coagulation of phosphorus steel of phosphorus. It plays a role to reduce ductility and toughness when it is employed in steel. Especially, high strength steel has a large deterioration in ductility. Therefore, it is necessary to reduce phosphorus as much as possible, and it should be managed at a maximum of 0.02% or less.

황은 편석되었을 때 강의 인성 및 연성을 저하시키기 때문에 최대 0.02% 이하로 관리하여야 한다.Sulfur degrades the toughness and ductility of the steel when segregated, so it should be controlled to a maximum of 0.02% or less.

질소는 알미늄과 함께 질화알미늄(AlN)을 형성하여 오스테나이트 입계를 효과적으로 미세하게 하는 역할을 한다. 하지만 0.01% 이상 함유되면 그 효과가 포화되며, 더 이상 과다하게 함유하면 단조가공시 연성을 저하시킬 우려가 있다.Nitrogen, together with aluminum, forms aluminum nitride (AlN) to effectively refine the austenite grain boundaries. However, when the content is 0.01% or more, the effect is saturated, and if it is contained excessively, the ductility may be deteriorated during forging.

상기 범위의 합금성분을 함유한 고합금강의 열간압연선재를 송풍냉각과정을 통해 미세조직을 제어함에 있어서, 베이나이트 이외의 미세조직의 30% 이상이 페라이트 및 펄라이트로 이루어지게 되면 구상화열처리시 장시간을 필요로 할뿐만아니라 불균일 구상화조직이 형성될 우려가 있으며, 베이나이트 이외의 미세조직의 30% 이상이 마르텐사이트로 이루어질 경우에는 구상화 열처리 이후 재생 펄라이트 발생에 의해 구상화율이 현저히 감소하기 때문에 미세조직중의 베이나이트분율을 최소한 70% 이상이 되도록 제어냉각을 해야한다.When 30% or more of the microstructure other than bainite is made of ferrite and pearlite in controlling the microstructure through hot-air cooling and cooling process of the hot-rolled wire of the high alloy steel containing the alloy component in the above range, In addition, when 30% or more of the microstructure other than bainite is made of martensite, the spheroidization rate is remarkably decreased due to the generation of regenerated pearlite after spheroidizing heat treatment, Should be controlled to be at least 70% above the bainite fraction.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples.

[실시예][Example]

중량%로 하여 하기(표 1)과 같이 조성되는 고합금강 선재를 연속주조에 의해서 가로 및 세로가 각각 160mm, 길이가 약 10m인 빌렛으로 제조하고, 1100℃ 이상의 온도에서 1시간 30분동안 가열하여 주조조직을 제거한 후에 열간상태에서 연속압연기를 이용하여 최종직경이 8.5mm가 되도록 열간압연을 하였다.A high alloy steel wire rod having a weight percentage of the following composition (Table 1) was formed into a billet having a length of 160 mm and a length of about 10 m by continuous casting and heated at a temperature of 1100 캜 or higher for 1 hour and 30 minutes After removal of the casting structure, hot rolling was carried out in a hot rolling mill to a final diameter of 8.5 mm by means of a continuous rolling mill.

이렇게 열간압연한 소재를 연속적으로 수냉설비를 통과시킴으로써 권취온도를 830℃로 조정하였다. 이후 강제송풍 냉각장치의 송풍량을 조정하여 소재의 냉각속도를 제어하면서 상온까지 냉각하여 선재코일을 제작하였다.The hot-rolled material was continuously passed through a water-cooling apparatus to adjust the coiling temperature to 830 캜. Thereafter, the air blowing amount of the forced air cooling device was adjusted to cool the material to a room temperature while controlling the cooling rate of the material, thereby producing a wire coil.

이 때 선재의 냉각속도를 초당 0.5 내지 5℃의 범위로 제어함으로써 최종선재의 미세조직의 70%이상이 베어나이트가 되도록 조정할 수 있다. 이는 제1도에 나타낸 상기(표 1)의 합금성분을 가진 소재를 8.5mm 직경이 되도록 열간압연한 경우의 연속냉각 변태곡선으로부터 확인할 수가 있었다. 즉, 제1도의 냉각곡선 D의 경우, 냉각속도가 초당 5℃인데 이때의 미세조직은 상분석기(image analyzer)로 분석한 결과 73%의 베어나이트와 27%의 마르덴사이트로 이루어졌다.At this time, by controlling the cooling rate of the wire rod in the range of 0.5 to 5 ° C per second, it is possible to adjust the bareite to 70% or more of the microstructure of the final wire rod. This was confirmed from the continuous cooling transformation curve in the case where the material having the alloy component of the above (Table 1) shown in FIG. 1 was hot-rolled to have a diameter of 8.5 mm. That is, in the case of the cooling curve D in FIG. 1, the cooling rate is 5 ° C. per second. The microstructure was analyzed by an image analyzer, and it was found that 73% of bareite and 27% of meldensite were formed.

그리고 제1도의 냉각곡선 G의 경우는 냉각속도가 초당 0.5℃인데 이 때의 최종 미세조직은 75%의 베이나이트와 25%의 페라이트 및 펄라이트로 이루어졌다. 냉각속도가 초당 5℃이상으로 증가하면 마르텐사이트의 분율이 30%이상으로 증가하고, 반대로 냉각속도가 초당 0.5℃이하로 감소하면 페라이트 및 펄라이트의 분율이 30%이상으로 증가하여 어느 경우라도 베이나이트의 분율이 70%이하로 감소하게 된다.In the case of the cooling curve G in FIG. 1, the cooling rate was 0.5 ° C. per second, and the final microstructure was composed of 75% of bainite and 25% of ferrite and pearlite. When the cooling rate increases to 5 ° C or more per second, the fraction of martensite increases to 30% or more. On the contrary, when the cooling rate decreases to 0.5 ° C or less per second, the fraction of ferrite and pearlite increases to 30% Is reduced to 70% or less.

하기(표 2)에는 최종 미세조직이 구상화거동에 미치는 영향을 알아보기 위해서 선재의 냉각속도를 변화시키면서 시험한 경우의 각 냉각속도별 선재의 최종 미세조직의 분율을 나태내었다. 하기(표 2)의 A강의 경우는 평균냉각속도가 초당 10.9℃로서 매우 빠르기 때문에 마르텐사이트의 분율이 89%, 베이나이트의 분율이 11%였으며, 페라이트 및 펄라이트는 발생하지 않았다. 반면에 (표 2)의 C강의 경우는 냉각속도가 초당 0.3℃로 너무 느리기 때문에 최종 미세조직 중에서 페라이트 및 펄라이트가 차지하는 비율이 65%였으며, 베이나이트가 35%로 나타났다. 그리고 발명강인 B강의 경우는 냉각속도가 초당 1.2℃였으며 96%의 베이나이트와 4%의 페라이트 및 펄라이트로 이루어진 미세조직을 얻었다.Table 2 below shows the final microstructural fractions of the wire rods at each cooling rate when the wire rods were tested at different cooling rates in order to examine the effect of the final microstructure on the roughening behavior. In the case of the A steel shown below (Table 2), the average cooling rate was 10.9 ° C per second, which was very fast, so that the fraction of martensite was 89% and the fraction of bainite was 11%, and ferrite and pearlite did not occur. On the other hand, in the case of the C steel of Table 2, the cooling rate was too slow to 0.3 ° C. per second, so that the percentage of ferrite and pearlite in the final microstructure was 65% and that of bainite was 35%. In the case of the inventive steel B, the cooling rate was 1.2 ° C. per second, and a microstructure consisting of 96% bainite and 4% ferrite and pearlite was obtained.

이렇게 제조한 선재들을 이용하여 제2도에 나타낸 바와 같이 공정을 통해 구상화 열처리를 행하였다. 여기서 신선공정은 선재의 가공업체에서 최종제품의 직경을 정밀하게 맞추고, 구상화열처리를 촉진시키는 목적으로 통상 시행되고 있는 공정이며, 저온 어닐링공정은 신선공정시 단선의 발생을 방지하기 위해서 통상 약 700℃이하의 온도에서 어닐링열처리를 하는 공정이다. 제3도에 구상화열처리시의 시간에 따른 온도변동조건을 나타내었다.As shown in Fig. 2, the roughening heat treatment was carried out through the process using the wire rods thus produced. Here, the drawing process is a process which is usually performed for the purpose of precisely adjusting the diameter of the final product and promoting the spheroidizing heat treatment in the wire rod processing company, and the low temperature annealing process is usually performed at about 700 ° C Annealing heat treatment at a temperature not higher than the above temperature. FIG. 3 shows the temperature change conditions with time in the spheroidizing heat treatment.

이렇게 구상화한 상기(표 2)의 각종 선재의 구상화조직의 형태를 주사전자현미경으로 관찰하고 그 결과를 제4(a)도 내지 제4(c)도에 나타내었다. 제4(a)도는 (표 2)에서의 A강에 대한 것이고, 제4(b)도는 B강, 제4(c)도는 C강에 대한 것이다. 제4(a)도 내지 제4(c)도에서 알 수 있듯이 선재상태에서 마르텐사이트의 분율이 과도하게 높은 A강의 경우는 구상화열처리 후 재생 펄라이트가 발생하였다. 이는 전술한 바와 같이 구상화열처리시 소재의 온도를 A1 변태점 이상으로 상승시키는 동안 마르텐사이트 내의 탄소 성분이 매우 빠르게 오스테나이트에 용해되고 균질화되어 소재의 온도가 A1온도 이하로 냉각되는 과정에서 새로운 펄라이트가 발생하기 때문이다. 그리고 제4도의 C강의 경우는 페라이트 및 펄라이트의 분율이 과도하게 높은 경우의 구상화열처리 후의 조직인데, 펄라이트 내부의 판상 세멘타이트의 경우는 전술한 바와 같이 A1이상의 온도에서 오스테나이트 내에 용해되기 위해서는 판상 세멘타이트의 분절과정을 우선적으로 겨쳐야 하기 때문에 용해되기 위해서는 많은 시간을 필요로 한다. 따라서 제3도에 나타낸 바와 같은 구상화열처리 패턴으로는 펄라이트 내의 세멘타이트가 충분히 용해되지 않고 일부가 그대로 잔존하여 냉각 후에도 판상 또는 막대기 모양의 세멘타이트로 조직 내부에서 관찰되는 것이다. 이 때문에 구상화율이 현저히 떨어지며, 제3도에서 볼 수 있듯이 원래의 조직이 페라이트였던 영역에서는 탄소의 함량이 매우 적기 때문에 구상화열처리 후에도 세멘타이트 입자가 거의 관찰되지 않는다. 이는 구상화조직을 불균일하게 하는 요인이 되어 이후에 이어지는 열간 또는 냉간단조시 결함의 발생을 촉진할 우려가 있다.The morphology of spheroidized tissues of various wire rods of the above-mentioned spheroidized (Table 2) was observed with a scanning electron microscope, and the results are shown in FIGS. 4 (a) to 4 (c). Figure 4 (a) is for the A river in Table 2, Figure 4 (b) is for the B river, and 4 (c) is for the C river. As can be seen from FIGS. 4 (a) to 4 (c), in the case of the A steel having an excessively high fraction of martensite in the wire rod state, regenerated pearlite was generated after spheroidizing heat treatment. As described above, during the spheroidizing heat treatment, while the temperature of the material is raised to the A1 transformation point or higher, the carbon component in the martensite dissolves very quickly in the austenite and becomes homogenized, so that a new pearlite is generated . In case of the C steel of FIG. 4, the structure after the spheroidizing heat treatment in the case where the fraction of the ferrite and the pearlite is excessively high. In the case of the plate-shaped cementite inside the pearlite, as described above, in order to be dissolved in the austenite at the temperature of A1 or higher, It takes a lot of time to dissolve because it is necessary to give priority to the segmentation process of the tight. Therefore, in the spheroidizing heat treatment pattern as shown in FIG. 3, the cementite in the pearlite is not sufficiently dissolved, and a part thereof remains as it is and is observed in the inside of the structure as a plate or stick cementite even after cooling. As a result, as shown in FIG. 3, in the region where the original structure was ferrite, the content of carbon is very small, so that cementite particles are hardly observed even after spheroidizing heat treatment. This causes nonuniformity of the spheroidizing structure, which may promote the occurrence of defects in the subsequent hot or cold forging.

한편 제4도의 B강의 경우는 거의 대부분의 세멘타이트가 구형으로 존재할 뿐만아니라 분포상태도 매우 균일한 것을 관찰할 수 있다. 따라서 상기의 합금성분을 갖는 고합금강선재의 미세조직의 70% 이상이 베이나이트조직으로 이루어 지는 경우에는 구상화열처리시 구상화속도를 촉진시키는 것은 물론 구상화후의 조직의 균일성을 동시에 얻을 수 있다는 사실을 알 수가 있다.On the other hand, in the case of the B steel of FIG. 4, it can be seen that most of the cementite exists not only in a spherical form but also in a very uniform distribution state. Therefore, when the bainite structure of 70% or more of the microstructure of the high alloy steel wire having the above-described alloy component is used, it is possible to simultaneously obtain the homogeneity of the structure after spheroidization as well as to accelerate the rate of spheroidization in the spheroidizing heat treatment. There is a number.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 후공정에서의 열처리시 현저히 빠른 구상화 속도 및 균일한 구상화 조직을 얻을 수 있는 기계구조용 또는 볼트 및 너트용 고합금강 선재를 얻을 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a high-alloy steel wire rod for a mechanical structure or a bolt and a nut which can achieve a significantly faster spheroidization rate and a uniform spheroidizing structure in a heat treatment in a subsequent step.

Claims (1)

중량비로 탄소:0.2~0.6%, 규소:0.1~1.0%, 망간:0.1~1.5%를 함유하면서, 크롬:0.1~2.0%, 니켈:0.1~5.0%, 몰리브덴:0.1~1.5%, 붕소:5~200ppm으로 이루어진 군에서 선택된 1이상의 원소 및 잔부:철 및 불가피한 불순물(단, 불순물 중에서 알미늄:0.1%이하, 질소:0.01%이하, 인:0.02%이하, 황:0.02%이하)를 함유하는 고합금강의 빌렛을 열간압연한 다음; 초당 0.5~5℃의 냉각속도로 제어냉각하여; 미세조직의 70% 이상이 베이나이트로 이루어지도록 제조하는 것을 특징으로 하는 균질구상화용 고합금강 선재의 제조방법.The steel sheet according to any one of claims 1 to 3, which contains 0.2 to 0.6% by weight of carbon, 0.1 to 1.0% of silicon, 0.1 to 1.5% of manganese, 0.1 to 1.5% of chromium, 0.1 to 2.0% of chromium, 0.1 to 5.0% of nickel, 0.1 to 1.5% of molybdenum, And the balance: iron and unavoidable impurities (provided that the content of aluminum is 0.1% or less, nitrogen: 0.01% or less, phosphorus: 0.02% or less, and sulfur: 0.02% or less in the impurities) Hot rolling the billet of the alloy steel; Controlled cooling at a cooling rate of 0.5 to 5 占 폚 per second; Wherein at least 70% of the microstructure is made of bainite.
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