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KR102336758B1 - Alloy steel for cold-forging and method of manufacturing the same - Google Patents

Alloy steel for cold-forging and method of manufacturing the same Download PDF

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KR102336758B1
KR102336758B1 KR1020200047472A KR20200047472A KR102336758B1 KR 102336758 B1 KR102336758 B1 KR 102336758B1 KR 1020200047472 A KR1020200047472 A KR 1020200047472A KR 20200047472 A KR20200047472 A KR 20200047472A KR 102336758 B1 KR102336758 B1 KR 102336758B1
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cold forging
alloy steel
heat treatment
ppm
steel
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김명식
남궁승
한용수
김태중
최재영
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법은 (a) 탄소(C): 0.17 ~ 0.23 중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.7 중량% 이하, 망간(Mn): 0.45 ~ 0.9 중량%, 크롬(Cr): 0.85 ~ 2.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.015 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 질소(N): 100 ~ 160 ppm, 산소(O): 0 초과 15 ppm 및 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 870 ~ 930 ℃에서 2 ~ 3 시간 유지하는 노멀라이징(Normalizing) 단계; (b) 상기 강재를 680 ~ 790 ℃까지 0.02 ~ 0.06 ℃/s의 냉각속도로 로냉하는 단계; 및 (c) 상기 강재를 680 ~ 790 ℃에서 2 ~ 3 시간 유지하는 응력 완화(Stress Relief) 단계; 를 포함한다. The method of manufacturing an alloy steel for cold forging according to an embodiment of the present invention is (a) carbon (C): 0.17 to 0.23 wt%, silicon (Si): more than 0 and 0.7 wt% or less, manganese (Mn): 0.45 to 0.9 wt%, chromium (Cr): 0.85 to 2.25 wt%, niobium (Nb): 0.015 to 0.035 wt%, nickel (Ni): more than 0 and 0.25 wt% or less, nitrogen (N): 100 to 160 ppm, oxygen (O) ): Normalizing (Normalizing) step of maintaining the steel containing more than 0 15 ppm and the remainder iron (Fe) and other unavoidable impurities at 870 ~ 930 ℃ 2-3 hours; (b) furnace cooling the steel to 680 to 790 °C at a cooling rate of 0.02 to 0.06 °C/s; and (c) maintaining the steel material at 680 to 790° C. for 2 to 3 hours for stress relief (Stress Relief); includes

Description

냉간 단조용 합금강 및 그 제조 방법{ALLOY STEEL FOR COLD-FORGING AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}Alloy steel for cold forging and manufacturing method thereof

본 발명은 합금강 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경도 저감 열처리 소요시간을 감소시킬 수 있는 냉간 단조용 합금강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an alloy steel and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an alloy steel for cold forging capable of reducing the required time for hardness reduction heat treatment and a method for manufacturing the same.

자동차 부품 제조 공정 중에 냉간 단조 공법은 치수 정밀도가 높고, 고생산성 및 자동화로 인한 대량 생산이 용이하여 공법 적용이 점진적으로 증가하는 추세이다. 하지만, 냉간 단조 하중은 금형 수명 및 부품 치수 정밀도와 직접적인 연관성이 있어, 냉간 단조 전 소재는 경도 물성이 85 HRB 이하로 관리되어야 한다. During the manufacturing process of automobile parts, the cold forging method has high dimensional precision and is easy to mass-produce due to high productivity and automation, so the application of the method is gradually increasing. However, the cold forging load is directly related to the mold life and dimensional accuracy of parts, so the material before cold forging must have a hardness property of 85 HRB or less.

이에 관련된 기술로는 한국등록특허 제10-0285258호가 있다.As a related technology, there is Korean Patent Registration No. 10-0285258.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 경도 저감 열처리 소요시간이 감소되며 연속 열처리로에서 구현이 가능한 냉간 단조용 합금강 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an alloy steel for cold forging and a method for manufacturing the same, which reduces the time required for the hardness reduction heat treatment and can be implemented in a continuous heat treatment furnace.

본 발명의 일 측면에 따른 냉간 단조용 합금강은 탄소(C): 0.17 ~ 0.23 중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.7 중량% 이하, 망간(Mn): 0.45 ~ 0.9 중량%, 크롬(Cr): 0.85 ~ 2.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.015 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 질소(N): 100 ~ 160 ppm, 산소(O): 0 초과 15 ppm 및 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 페라이트 및 펄라이트로 이루어지는 미세조직을 가지며, 경도가 85 HRB 이하이다. Alloy steel for cold forging according to an aspect of the present invention is carbon (C): 0.17 to 0.23 wt%, silicon (Si): more than 0 and 0.7 wt% or less, manganese (Mn): 0.45 to 0.9 wt%, chromium (Cr) : 0.85 to 2.25 wt%, niobium (Nb): 0.015 to 0.035 wt%, nickel (Ni): more than 0 and 0.25 wt% or less, nitrogen (N): 100 to 160 ppm, oxygen (O): more than 0 15 ppm and It contains iron (Fe) and other unavoidable impurities in the balance, has a microstructure made of ferrite and pearlite, and has a hardness of 85 HRB or less.

상기 냉간 단조용 합금강은 몰리브덴(Mo): 0.33 ~ 0.65 중량%를 더 포함할 수 있다. The alloy steel for cold forging may further include molybdenum (Mo): 0.33 to 0.65 wt%.

상기 냉간 단조용 합금강은 붕소(B): 10 ~ 30 ppm을 더 포함할 수 있다. The alloy steel for cold forging may further include boron (B): 10 to 30 ppm.

본 발명의 다른 측면에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법은 (a) 탄소(C): 0.17 ~ 0.23 중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.7 중량% 이하, 망간(Mn): 0.45 ~ 0.9 중량%, 크롬(Cr): 0.85 ~ 2.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.015 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 질소(N): 100 ~ 160 ppm, 산소(O): 0 초과 15 ppm 및 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 870 ~ 930 ℃에서 2 ~ 3 시간 유지하는 노멀라이징(Normalizing) 단계; (b) 상기 강재를 680 ~ 790 ℃까지 0.02 ~ 0.06 ℃/s의 냉각속도로 로냉하는 단계; 및 (c) 상기 강재를 680 ~ 790 ℃에서 2 ~ 3 시간 유지하는 응력 완화(Stress Relief) 단계; 를 포함한다. A method of manufacturing an alloy steel for cold forging according to another aspect of the present invention is (a) carbon (C): 0.17 to 0.23 wt%, silicon (Si): 0 to 0.7 wt% or less, manganese (Mn): 0.45 to 0.9 wt% %, chromium (Cr): 0.85 to 2.25 wt%, niobium (Nb): 0.015 to 0.035 wt%, nickel (Ni): more than 0 0.25 wt% or less, nitrogen (N): 100 to 160 ppm, oxygen (O) : Normalizing step of maintaining the steel containing more than 0 15 ppm and the remainder iron (Fe) and other unavoidable impurities at 870 ~ 930 ℃ for 2-3 hours; (b) furnace cooling the steel to 680 to 790 °C at a cooling rate of 0.02 to 0.06 °C/s; and (c) maintaining the steel material at 680 to 790° C. for 2 to 3 hours for stress relief (Stress Relief); includes

상기 냉간 단조용 합금강의 제조 방법에서, 상기 (a) 단계 내지 상기 (c) 단계에서 소요되는 열처리 시간은 8시간 이하일 수 있다. In the manufacturing method of the alloy steel for cold forging, the heat treatment time required in steps (a) to (c) may be 8 hours or less.

상기 냉간 단조용 합금강의 제조 방법에서, 상기 (a) 단계 내지 상기 (c) 단계는 연속 열처리로에서 수행될 수 있다. In the manufacturing method of the alloy steel for cold forging, the steps (a) to (c) may be performed in a continuous heat treatment furnace.

상기 냉간 단조용 합금강의 제조 방법에서, 상기 강재는 몰리브덴(Mo): 0.33 ~ 0.65 중량%를 더 포함할 수 있다. In the method for manufacturing the alloy steel for cold forging, the steel material may further include molybdenum (Mo): 0.33 to 0.65 wt%.

상기 냉간 단조용 합금강의 제조 방법에서, 상기 강재는 붕소(B): 10 ~ 30 ppm을 더 포함할 수 있다. In the manufacturing method of the alloy steel for cold forging, the steel material may further include boron (B): 10 ~ 30 ppm.

본 발명에 따르면, 경도 저감 열처리 소요시간이 감소되며 연속 열처리로에서 구현이 가능한 냉간 단조용 합금강 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide an alloy steel for cold forging and a method for manufacturing the same that can be realized in a continuous heat treatment furnace with a reduced hardness reduction heat treatment time required.

도 1은 본 발명의 비교예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법 중 저온 어닐링(Low Annealing) 공정을 도해하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 비교예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법 중 구상화 열처리 공정을 도해하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법의 열처리 공정을 도해하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실험예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법에서 노멀라이징 열처리 및 응력 완화 열처리 공정을 도해하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실험예에 따른 냉간 단조용 합금강의 조직 사진이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실험예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법에서 노멀라이징 열처리 및 응력 완화 열처리 공정을 도해하는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실험예에 따른 냉간 단조용 합금강의 조직 사진이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실험예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법에서 노멀라이징 열처리 및 응력 완화 열처리 공정을 도해하는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실험예에 따른 냉간 단조용 합금강의 조직 사진이다.
1 is a graph illustrating a low-temperature annealing process in a method of manufacturing an alloy steel for cold forging according to a comparative example of the present invention.
2 is a graph illustrating a spheroidizing heat treatment process in a method for manufacturing an alloy steel for cold forging according to a comparative example of the present invention.
3 is a graph illustrating a heat treatment process of a method for manufacturing an alloy steel for cold forging according to an embodiment of the present invention.
4 is a process flow diagram schematically illustrating a method of manufacturing an alloy steel for cold forging according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating a normalizing heat treatment and a stress relaxation heat treatment process in the method for manufacturing an alloy steel for cold forging according to the first experimental example of the present invention.
6 is a photograph of the structure of the alloy steel for cold forging according to the first experimental example of the present invention.
7 is a graph illustrating a normalizing heat treatment and a stress relaxation heat treatment process in a method for manufacturing an alloy steel for cold forging according to a second experimental example of the present invention.
8 is a photograph of the structure of the alloy steel for cold forging according to the second experimental example of the present invention.
9 is a graph illustrating a normalizing heat treatment and a stress relaxation heat treatment process in a method for manufacturing an alloy steel for cold forging according to a third experimental example of the present invention.
10 is a photograph of the structure of the alloy steel for cold forging according to the third experimental example of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily practice it. The present invention may be embodied in several different forms, and is not limited to the embodiments described herein. The same reference numerals are used throughout this specification to refer to the same or similar components. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

자동차 부품 제조 공정 중에 냉간 단조 공법은 치수 정밀도가 높고, 고생산성 및 자동화로 인한 대량 생산이 용이하여 공법 적용이 점진적으로 증가하는 추세이다. 하지만, 냉간 단조 하중은 금형 수명 및 부품 치수 정밀도와 직접적인 연관성이 있어, 냉간 단조 전 소재는 경도 물성이 85 HRB 이하로 관리되어야 한다. During the manufacturing process of automobile parts, the cold forging method has high dimensional precision and is easy to mass-produce due to high productivity and automation, so the application of the method is gradually increasing. However, the cold forging load is directly related to the mold life and dimensional accuracy of parts, so the material before cold forging must have a hardness property of 85 HRB or less.

기존의 냉간 단조 소재는 제강사에서 전단 절단성 확보를 위해 저온 어닐링(Low Annealing) 열처리를 이용하여 경도 저감 소재를 공급하였으며, 절단 후 냉간 단조 전 추가 경도 저감 열처리가 수행되었다. 추가 열처리는 업체에서 주로 구상화 열처리를 이용하였지만, 구상화 열처리는 열처리 시간이 최소 24 시간 이상 소요되어 생산성 감소에 대한 문제가 항상 대두되고 있다.For the existing cold forging material, the steel mill supplied the material with reduced hardness by using low-temperature annealing heat treatment to secure shear cutability. After cutting, additional hardness reduction heat treatment was performed before cold forging. For additional heat treatment, companies mainly used spheroidizing heat treatment, but the spheroidizing heat treatment requires at least 24 hours of heat treatment, so the problem of reduced productivity is always emerging.

또한, 자동차 변속기에 사용되는 합금강은 최종 침탄 열처리재의 내피로 물성을 향상시키기 위해, 크롬(Cr), 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo) 등의 원소를 첨가하는 방향으로 개발이 되었다. 상기 원소를 첨가한 함금강은 고용 강화 및 시멘타이트 확산을 저해하여 경도를 감소시키기에는 장시간의 열처리가 동반되어야 한다.In addition, alloy steel used for automobile transmission has been developed in the direction of adding elements such as chromium (Cr), silicon (Si), and molybdenum (Mo) in order to improve the fatigue resistance of the final carburizing heat treatment material. The alloy steel to which the above elements are added should be accompanied by heat treatment for a long time in order to decrease hardness by inhibiting solid solution strengthening and cementite diffusion.

따라서, 본 발명은 변속기 합금강을 이용하여 기존 저온 어닐링(Low Annealing) 열처리 공정 대신 노멀라이징(Normalizing) 및 응력 완화(Stress Relief) 열처리 조건을 적용하여, 구상화 열처리 공정을 생략하고 및 구상화 열처리 보다 열처리 시간을 효과적으로 감소하는 공법을 제안한다. 또한, 본 발명에서 제안한 노멀라이징(Normalizing) 및 응력 완화(Stress Relief) 열처리 조건을 연속 열처리로에 적용하여 냉간 단조 요구 물성이 만족되는 것이 확인되어, 기존 업체에서 사용되는 배치로 보다 생산성이 획기적으로 향상되는 것을 확인하였다. Therefore, the present invention applies normalizing and stress relief heat treatment conditions instead of the conventional low annealing heat treatment process using transmission alloy steel, omitting the spheroidizing heat treatment process, and reducing the heat treatment time than the spheroidizing heat treatment We propose an effective reduction method. In addition, it was confirmed that the required physical properties for cold forging were satisfied by applying the normalizing and stress relief heat treatment conditions proposed in the present invention to the continuous heat treatment furnace, and the productivity was dramatically improved compared to the batch used in existing companies. confirmed to be.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 단조용 합금강을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, an alloy steel for cold forging according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.

냉간 단조용 합금강Alloy steel for cold forging

본 발명의 일 측면에 따른 냉간 단조용 합금강은 탄소(C): 0.17 ~ 0.23 중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.7 중량% 이하, 망간(Mn): 0.45 ~ 0.9 중량%, 크롬(Cr): 0.85 ~ 2.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.015 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 질소(N): 100 ~ 160 ppm, 산소(O): 0 초과 15 ppm 및 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다. 또한, 상기 냉간 단조용 합금강은 몰리브덴(Mo): 0.33 ~ 0.65 중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 냉간 단조용 합금강은 붕소(B): 10 ~ 30 ppm을 더 포함할 수 있다. Alloy steel for cold forging according to an aspect of the present invention is carbon (C): 0.17 to 0.23 wt%, silicon (Si): more than 0 and 0.7 wt% or less, manganese (Mn): 0.45 to 0.9 wt%, chromium (Cr) : 0.85 to 2.25 wt%, niobium (Nb): 0.015 to 0.035 wt%, nickel (Ni): more than 0 and 0.25 wt% or less, nitrogen (N): 100 to 160 ppm, oxygen (O): more than 0 15 ppm and The remainder contains iron (Fe) and other unavoidable impurities. In addition, the alloy steel for cold forging may further include molybdenum (Mo): 0.33 to 0.65 wt%. The alloy steel for cold forging may further include boron (B): 10 to 30 ppm.

이하에서는, 본 발명의 일 구체예에 따른 냉간 단조용 합금강에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the role and content of each component included in the alloy steel for cold forging according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

탄소(C): 0.17 ~ 0.23 중량%Carbon (C): 0.17 to 0.23 wt%

탄소(C)는 강도와 경도를 증가시키는 원소로 과다하게 첨가할 경우 냉간 단조성이 감소하게 된다. 탄소 함량이 0.17 중량% 미만인 경우 변속기 등에 필요한 강도와 경도를 얻을 수 없고, 0.23 중량%를 초과하는 경우 인성이 감소되므로 상한을 0.23 중량%로 한정한다. Carbon (C) is an element that increases strength and hardness, and when it is excessively added, cold forgeability is reduced. If the carbon content is less than 0.17 wt%, the strength and hardness required for a transmission or the like cannot be obtained, and if it exceeds 0.23 wt%, toughness is reduced, so the upper limit is limited to 0.23 wt%.

실리콘(Si): 0 초과 0.7 중량% 이하Silicon (Si): greater than 0 0.7 wt% or less

실리콘(Si)은 페라이트 생성 유도 원소로서, 페라이트에 고용되어 이를 강화시키고 템퍼링 연화 저항성을 높이므로 기존 대비 함량을 대폭 증가시켜 피로 강도가 향상되도록 하였다. 실리콘 함량이 0.7 중량%를 초과하면 단조 성형 저항성이 증가하여 상한을 0.7 중량%로 한정한다. Silicon (Si) is a ferrite generation inducing element, dissolved in ferrite to strengthen it and increase tempering softening resistance. When the silicon content exceeds 0.7% by weight, forging resistance increases and the upper limit is limited to 0.7% by weight.

망간(Mn): 0.45 ~ 0.9 중량%Manganese (Mn): 0.45 to 0.9 wt%

Mn(망간)은 기지 조직에 고용되어 연신율을 저하시킴이 없이 회전 굽힘 피로강도를 증가시키고 소입성 향상에 큰 영향을 미친다. 또한, 망간은 펄라이트를 미세화하고 페라이트를 고용 강화시켜 합금강의 항복강도를 크게 향상시킨다. 망간의 함량이 0.45 중량% 미만인 경우 상술한 효과를 구현하기 어렵고 0.9 중량%를 초과하면 합금강의 경도가 85 HRB 이하로 제어하기 어려워 상한을 0.9 중량%로 한정한다. Mn (manganese) is dissolved in the matrix structure to increase the rotational bending fatigue strength without reducing the elongation and has a great influence on the improvement of hardenability. In addition, manganese refines pearlite and strengthens ferrite in solid solution, thereby greatly improving the yield strength of alloy steel. When the manganese content is less than 0.45 wt%, it is difficult to implement the above-described effects, and when it exceeds 0.9 wt%, it is difficult to control the hardness of the alloy steel to 85 HRB or less, thereby limiting the upper limit to 0.9 wt%.

크롬(Cr): 0.85 ~ 2.25 중량%Chromium (Cr): 0.85 to 2.25 wt%

크롬(Cr)은 시멘타이트 안정화 원소 및 소입성을 증대시키고 강도를 향상시키는 원소이다. 크롬의 함량이 0.85 중량% 미만인 경우 상술한 효과를 기대하기 어려우며 2.25 중량%를 초과하는 경우 강도는 증가하나 냉간 단조성이 떨어지게 되므로 크롬의 함량을 0.85 ~ 2.25 중량%로 조절한다. Chromium (Cr) is a cementite stabilizing element and an element that increases hardenability and improves strength. If the content of chromium is less than 0.85% by weight, it is difficult to expect the above-described effects, and if it exceeds 2.25% by weight, the strength increases but cold forgeability deteriorates, so the content of chromium is adjusted to 0.85 to 2.25% by weight.

니오븀(Nb): 0.015 ~ 0.035 중량%Niobium (Nb): 0.015 to 0.035 wt%

니오븀(Nb)은 미세한 탄화물이나 질화물, 탄질화물을 생성하여 오스테나이트 결정립을 미세화하고, 강의 냉간 단조성 및 피로 강도를 높인다. 니오븀의 함량이 0.015 중량% 미만인 경우 상술한 효과를 기대하기 어려우며 0.035 중량%를 초과하는 경우 상기 효과는 포화되고 강의 피삭성이 저하된다. 따라서, 니오븀의 함량을 0.015 ~ 0.035 중량%로 조절한다. Niobium (Nb) produces fine carbides, nitrides, and carbonitrides to refine austenite grains, and increases cold forgeability and fatigue strength of steel. When the content of niobium is less than 0.015% by weight, it is difficult to expect the above-described effect, and when it exceeds 0.035% by weight, the effect is saturated and the machinability of the steel is deteriorated. Therefore, the content of niobium is adjusted to 0.015 to 0.035 wt%.

니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하Nickel (Ni): greater than 0 0.25 wt% or less

니켈(Ni)은 강의 조직을 미세화시키고 소입성을 증대시키는 원소이다. 다만, 니켈의 함량이 0.25 중량%보다 많으면 합금강의 인성은 향상되지만 피삭성이 저하되고 부품의 제조 원가를 높여 경제적이지 못하기 때문에 0.25 중량% 이하로 한정한다.Nickel (Ni) is an element that refines the structure of steel and increases hardenability. However, if the content of nickel is more than 0.25 wt%, the toughness of the alloy steel is improved, but the machinability is lowered and the manufacturing cost of the part is increased, which is not economical, so it is limited to 0.25 wt% or less.

질소(N): 100 ~ 160 ppmNitrogen (N): 100 to 160 ppm

질소(N)는 니오븀과 반응하여 질화물이나 탄질화물을 생성함으로써 오스테나이트 결정립이 미세화되어 강의 냉간 단조성이나 피로 강도가 높아진다. 질소의 함량이 100 ppm 미만인 경우 이러한 효과를 기대하기 어렵다. 한편, 질소의 함량이 160 ppm을 초과하는 경우, 합금강 중에 고용되는 질소는 냉간 단조 시의 변형 저항을 크게 하며, 합금강이 붕소를 함유할 때 질소의 함량이 높으면 BN이 생성되어 붕소의 첨가효과(소입성 향상)를 저하시키므로, 질소의 함량을 100 ~ 160 ppm으로 조절하는 것이 바람직하다. Nitrogen (N) reacts with niobium to form nitrides or carbonitrides, thereby refining austenite grains and increasing cold forgeability and fatigue strength of steel. When the nitrogen content is less than 100 ppm, it is difficult to expect such an effect. On the other hand, when the nitrogen content exceeds 160 ppm, the nitrogen dissolved in the alloy steel increases the deformation resistance during cold forging, and when the nitrogen content is high when the alloy steel contains boron, BN is generated and the effect of adding boron ( hardenability improvement), it is preferable to adjust the nitrogen content to 100 ~ 160 ppm.

산소(O): 0 초과 15 ppmOxygen (O): >0 15 ppm

산소(O)는, 강 중에 있어서 산화물계 개재물로서 존재하고, 피로 강도를 저하시키는 원소이기 때문에, 낮을수록 바람직하지만, 15 ppm까지는 허용될 수 있다. 통상, 산소의 함유량을 0 중량%로 하는 것은 어렵지만, 가능하면 최소화하는 것이 바람직하다. Oxygen (O) exists as oxide-based inclusions in steel and is an element that lowers fatigue strength, so the lower it is, the more preferable it is, but up to 15 ppm is acceptable. Usually, it is difficult to set the oxygen content to 0% by weight, but it is desirable to minimize it if possible.

몰리브덴(Mo): 0.33 ~ 0.65 중량%Molybdenum (Mo): 0.33 to 0.65 wt%

몰리브덴(Mo)은 냉간 단조용 강재의 담금질성을 높이는 원소이다. 몰리브덴의 함량이 0.33 중량% 미만인 경우 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 0.65 중량%를 초과하는 겨우 연성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. Molybdenum (Mo) is an element that enhances the hardenability of steel for cold forging. When the content of molybdenum is less than 0.33% by weight, it is difficult to expect the above-described effect, and when the content of molybdenum exceeds 0.65% by weight, there may be a problem in that ductility is lowered.

붕소(B): 10 ~ 30 ppmBoron (B): 10 to 30 ppm

붕소(B)는 소입성 향상 효과가 탁월하고 미량 첨가하여도 소입성에 큰 영향을 미친다. 따라서, 냉간 가공성을 확보하기 위해 망간의 함량을 감소시키는 대신 붕소를 첨가하여 망간의 감소에 의해 유발된 소입성 저감을 상쇄시킬 수 있다. 또한, 붕소는 켄칭(quenching)성을 향상시키는 원소이다. 붕소의 함량이 10 ppm 미만인 경우 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 30 ppm을 초과하면 인성을 열화시키고 생산원가가 상승하는 문제점이 있으므로, 10 ~ 30 ppm으로 조절하는 것이 바람직하다. Boron (B) has an excellent effect of improving hardenability and has a great effect on hardenability even when added in a small amount. Therefore, instead of reducing the content of manganese to ensure cold workability, boron may be added to offset the reduction in hardenability caused by the reduction of manganese. In addition, boron is an element that improves hardenability. When the content of boron is less than 10 ppm, it is difficult to expect the above-described effect, and when it exceeds 30 ppm, there is a problem in that toughness is deteriorated and production cost is increased, so it is preferable to adjust it to 10 to 30 ppm.

상술한 조성을 가지는 냉간 단조용 합금강은 페라이트 및 펄라이트로 이루어지는 미세조직을 가진다. 특히, 펄라이트를 구성하는 시멘타이트는 분절된 형태를 가질 수 있다. 상기 냉간 단조용 합금강의 경도는 85 HRB 이하를 가질 수 있다. The alloy steel for cold forging having the above composition has a microstructure made of ferrite and pearlite. In particular, cementite constituting the pearlite may have a segmented form. The hardness of the alloy steel for cold forging may be 85 HRB or less.

이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따르는 냉간 단조용 합금강은 다음과 같은 일 실시예의 방법으로 제조될 수 있다. The alloy steel for cold forging according to an embodiment of the present invention described above may be manufactured by the method of an embodiment as follows.

냉간 단조용 합금강의 제조 방법Manufacturing method of alloy steel for cold forging

도 1은 본 발명의 비교예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법 중 저온 어닐링(Low Annealing) 공정을 도해하는 그래프이고, 도 2는 본 발명의 비교예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법 중 구상화 열처리 공정을 도해하는 그래프이다. 1 is a graph illustrating a low-temperature annealing process in a method of manufacturing an alloy steel for cold forging according to a comparative example of the present invention, and FIG. 2 is a spheroidization of the alloy steel for cold forging according to a comparative example of the present invention It is a graph illustrating the heat treatment process.

도 1을 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법에서는 냉간 단조용 합금강의 절단성 확보를 위해 저온 어닐링(Low Annealing) 열처리를 수행할 수 있다. 저온 어닐링(Low Annealing) 열처리 공정은 A1 직하 온도에서 일정 시간 유지하는 단계를 포함하고, 그 후에 냉각하는 단계를 수행한다. Referring to FIG. 1 , in the method of manufacturing an alloy steel for cold forging according to a comparative example of the present invention, a low-temperature annealing heat treatment may be performed to secure cutability of the alloy steel for cold forging. The low-temperature annealing heat treatment process includes a step of maintaining the temperature directly below A1 for a predetermined time, and then performing a step of cooling.

또한, 추가적으로 냉간 단조 소재 요구 경도를 만족시키기 위해 업체에서 수행된 구상화 열처리는 열처리 소요 시간을 감소시키기 위해 많은 방법이 수행되어 왔다. 그 방법 중에서도 경도 저감 및 시멘타이트의 구상화를 촉진시키기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 A1 직상의 온도에서 장시간 가열한 후 A1 이하의 온도에서 일정 시간 유지 후에 냉각하는 방법이 열처리 업체에서 많이 사용되고 있다. 하지만, 이러한 방법은 냉간 단조 업체에서 요구하는 물성을 만족시키기 위해서 보통 24시간 이상 열처리 시간이 소요되고 있다. 또한, 열처리 업체에서는 주로 배치 타입(Batch type)의 로에서 구상화 열처리를 수행함에 따라 생산 속도 및 비용 상승 문제가 대두되고 있다. In addition, in order to additionally satisfy the required hardness of the cold forging material, the spheroidizing heat treatment performed by the company has been performed in many ways to reduce the heat treatment time required. Among the methods, as shown in FIG. 2 to reduce hardness and promote spheroidization of cementite, a method of heating at a temperature directly above A1 for a long time and then cooling after maintaining at a temperature below A1 for a certain period of time is widely used in heat treatment companies. However, in this method, heat treatment time of 24 hours or more is usually required in order to satisfy the physical properties required by cold forging companies. In addition, as heat treatment companies mainly perform spheroidizing heat treatment in batch-type furnaces, problems of increasing production speed and cost are emerging.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법의 열처리 공정을 도해하는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.3 is a graph illustrating a heat treatment process of a method for manufacturing an alloy steel for cold forging according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a process schematically illustrating a method for manufacturing an alloy steel for cold forging according to an embodiment of the present invention It is a flow chart.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법은 (a) 탄소(C): 0.17 ~ 0.23 중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.7 중량% 이하, 망간(Mn): 0.45 ~ 0.9 중량%, 크롬(Cr): 0.85 ~ 2.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.015 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 질소(N): 100 ~ 160 ppm, 산소(O): 0 초과 15 ppm 및 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 870 ~ 930 ℃에서 2 ~ 3 시간 유지하는 노멀라이징(Normalizing) 단계(S100); (b) 상기 강재를 680 ~ 790 ℃까지 0.02 ~ 0.06 ℃/s의 냉각속도로 로냉하는 단계(S200); 및 (c) 상기 강재를 680 ~ 790 ℃에서 2 ~ 3 시간 유지하는 응력 완화(Stress Relief) 단계(S300); 를 포함한다.3 and 4, the method of manufacturing an alloy steel for cold forging according to an embodiment of the present invention is (a) carbon (C): 0.17 to 0.23 wt%, silicon (Si): more than 0 0.7 wt% or less , manganese (Mn): 0.45 to 0.9 wt%, chromium (Cr): 0.85 to 2.25 wt%, niobium (Nb): 0.015 to 0.035 wt%, nickel (Ni): more than 0 and 0.25 wt% or less, nitrogen (N) : 100 ~ 160 ppm, Oxygen (O): Normalizing step (S100) of maintaining the steel containing more than 0 15 ppm and the remainder iron (Fe) and other unavoidable impurities at 870 ~ 930 ℃ for 2-3 hours (S100) ; (B) furnace cooling the steel to 680 ~ 790 ℃ at a cooling rate of 0.02 ~ 0.06 ℃ / s (S200); and (c) maintaining the steel material at 680 to 790° C. for 2 to 3 hours for stress relief (Stress Relief) step (S300); includes

상기 냉간 단조용 합금강의 제조 방법에서, 상기 (a) 단계 내지 상기 (c) 단계에서 소요되는 열처리 시간은 8시간 이하일 수 있으며, 상기 (a) 단계 내지 상기 (c) 단계는 연속 열처리로에서 수행될 수 있다. In the method for manufacturing the alloy steel for cold forging, the heat treatment time required in steps (a) to (c) may be 8 hours or less, and steps (a) to (c) are performed in a continuous heat treatment furnace can be

상기 냉간 단조용 합금강의 제조 방법에서, 상기 강재는 몰리브덴(Mo): 0.33 ~ 0.65 중량%를 더 포함할 수 있으며, 붕소(B): 10 ~ 30 ppm을 더 포함할 수 있다. In the manufacturing method of the alloy steel for cold forging, the steel material may further include molybdenum (Mo): 0.33 to 0.65 wt%, and boron (B): 10 to 30 ppm.

본 발명에서는 합금강의 기존 저온 어닐링(Low Annealing) 열처리 공정 대신에 노멀라이징(N.R) 열처리 및 응력 완화(S.R) 열처리 공정을 적용하여 절단 및 냉간 단조에 필요한 물성을 만족하는 열처리 조건을 제안한다. In the present invention, normalizing (N.R) heat treatment and stress relaxation (S.R) heat treatment process are applied instead of the conventional low annealing heat treatment process of alloy steel, and heat treatment conditions that satisfy the physical properties required for cutting and cold forging are proposed.

구체적으로, 소재 압연 후 균질화 및 경도 저감을 위해 870 ~ 930℃ 온도에서 2 ~ 3시간 유지한다. 그 후, 상변태 중에 발생되는 응력을 최소화하기 위해 680 ~ 790 ℃ 온도까지 0.02 ~ 0.06 ℃/s 냉각 속도로 로냉을 한다. 로냉 후에 상변태 중에 발생되는 응력 제거 및 시멘타이트의 분절 혹은 재석출을 위해 680 ~ 790 ℃ 온도에서 2 ~ 3시간 유지 후 상온까지 냉각한다. Specifically, after rolling the material, it is maintained at a temperature of 870 to 930° C. for 2 to 3 hours for homogenization and hardness reduction. After that, in order to minimize the stress generated during phase transformation, furnace cooling is performed at a cooling rate of 0.02 ~ 0.06 ℃/s to a temperature of 680 ~ 790 ℃. After furnace cooling, in order to remove the stress generated during phase transformation and to fragment or re-precipitate cementite, it is maintained at 680 ~ 790 ℃ for 2-3 hours and then cooled to room temperature.

상술한 조건으로 연속 열처리로를 이용하여 냉간 단조용 합금강에 노멀라이징(Normalizing) 열처리 및 응력 완화(Stress Relief) 열처리를 수행한 결과 냉간 단조 업체에서 요구하는 물성인 경도 85HRB 이하를 만족하는 것이 확인되었다. As a result of performing normalizing heat treatment and stress relief heat treatment on alloy steel for cold forging using a continuous heat treatment furnace under the above-described conditions, it was confirmed that the hardness 85HRB or less, the physical property required by cold forging companies, was satisfied.

실험예Experimental example

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred experimental examples are presented to help the understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only for helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following experimental examples.

C
(wt%)
C
(wt%)
Si
(wt%)
Si
(wt%)
Mn
(wt%)
Mn
(wt%)
Cr
(wt%)
Cr
(wt%)
Mo
(wt%)
Mo
(wt%)
Nb
(wt%)
Nb
(wt%)
Ni
(wt%)
Ni
(wt%)
B
(ppm)
B
(ppm)
N
(ppm)
N
(ppm)
O
(ppm)
O
(ppm)
실험예1Experimental Example 1 0.17~0.230.17 to 0.23 0.15~0.350.15 to 0.35 0.55~0.900.55 to 0.90 0.85~1.250.85-1.25 -- 0.015~0.0350.015~0.035 ~0.25~0.25 10~3010-30 100~160100-160 ~15~15 실험예2Experimental Example 2 0.17~0.210.17~0.21 ~0.15~0.15 0.60~0.850.60 to 0.85 1.25~1.451.25 to 1.45 0.55~0.650.55 to 0.65 0.015~0.0350.015~0.035 ~0.25~0.25 -- 100~160100-160 ~15~15 실험예3Experimental Example 3 0.17~0.230.17 to 0.23 0.50~0.700.50 to 0.70 0.45~0.750.45 to 0.75 1.95~2.251.95~2.25 0.33~0.430.33 to 0.43 0.015~0.0350.015~0.035 ~0.25~0.25 -- 100~160100-160 ~15~15

표 1은 본 발명의 실험예들에 따른 강재의 조성범위를 나타낸 것이다. Table 1 shows the composition range of the steel according to the experimental examples of the present invention.

표 1의 실험예1에 따른 강재는 탄소(C): 0.17 ~ 0.23 중량%, 실리콘(Si): 0.15 ~ 0.35 중량%, 망간(Mn): 0.55 ~ 0.9 중량%, 크롬(Cr): 0.85 ~ 1.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.015 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 붕소(B): 10 ~ 30 ppm, 질소(N): 100 ~ 160 ppm, 산소(O): 0 초과 15 ppm 이하 및 잔부의 철(Fe)로 이루어지는 조성범위를 만족한다. 상술한 조성을 만족하는 실험예1에 따른 강재는 A1 온도가 710℃이며, A3 온도가 805℃인 것으로 예측된다. The steel material according to Experimental Example 1 of Table 1 is carbon (C): 0.17 to 0.23 wt%, silicon (Si): 0.15 to 0.35 wt%, manganese (Mn): 0.55 to 0.9 wt%, chromium (Cr): 0.85 to 1.25 wt%, niobium (Nb): 0.015 to 0.035 wt%, nickel (Ni): greater than 0 and 0.25 wt% or less, boron (B): 10 to 30 ppm, nitrogen (N): 100 to 160 ppm, oxygen (O) ): satisfies the composition range consisting of more than 0 and not more than 15 ppm and the remainder being iron (Fe). In the steel according to Experimental Example 1 satisfying the above-described composition, it is predicted that the A1 temperature is 710°C, and the A3 temperature is 805°C.

실험예2에 따른 강재는 탄소(C): 0.17 ~ 0.21 중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.15 중량% 이하, 망간(Mn): 0.60 ~ 0.85 중량%, 크롬(Cr): 1.25 ~ 1.45 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.55 ~ 0.65 중량%, 니오븀(Nb): 0.015 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 질소(N): 100 ~ 160 ppm, 산소(O): 0 초과 15 ppm 이하 및 잔부의 철(Fe)로 이루어지는 조성범위를 만족한다. 상술한 조성을 만족하는 실험예1에 따른 강재는 A1 온도가 738℃이며, A3 온도가 822℃인 것으로 예측된다. The steel material according to Experimental Example 2 is carbon (C): 0.17 to 0.21 wt%, silicon (Si): more than 0 and 0.15 wt% or less, manganese (Mn): 0.60 to 0.85 wt%, chromium (Cr): 1.25 to 1.45 wt% %, molybdenum (Mo): 0.55 to 0.65 wt%, niobium (Nb): 0.015 to 0.035 wt%, nickel (Ni): greater than 0 0.25 wt% or less, nitrogen (N): 100 to 160 ppm, oxygen (O) : It satisfies the composition range consisting of more than 0 and not more than 15 ppm and the remainder being iron (Fe). The steel material according to Experimental Example 1 satisfying the above-described composition has an A1 temperature of 738°C and a A3 temperature of 822°C.

실험예3에 따른 강재는 탄소(C): 0.17 ~ 0.23 중량%, 실리콘(Si): 0.50 ~ 0.70 중량%, 망간(Mn): 0.45 ~ 0.75 중량%, 크롬(Cr): 1.95 ~ 2.25 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.33 ~ 0.43 중량%, 니오븀(Nb): 0.015 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 질소(N): 100 ~ 160 ppm, 산소(O): 0 초과 15 ppm 이하 및 잔부의 철(Fe)로 이루어지는 조성범위를 만족한다. 상술한 조성을 만족하는 실험예1에 따른 강재는 A1 온도가 760℃이며, A3 온도가 830℃인 것으로 예측된다. The steel material according to Experimental Example 3 is carbon (C): 0.17 to 0.23 wt%, silicon (Si): 0.50 to 0.70 wt%, manganese (Mn): 0.45 to 0.75 wt%, chromium (Cr): 1.95 to 2.25 wt% , molybdenum (Mo): 0.33 to 0.43 wt%, niobium (Nb): 0.015 to 0.035 wt%, nickel (Ni): greater than 0 0.25 wt% or less, nitrogen (N): 100 to 160 ppm, oxygen (O): It satisfies the composition range consisting of more than 0 and 15 ppm or less and the remainder being iron (Fe). In the steel according to Experimental Example 1 satisfying the above-described composition, it is predicted that the A1 temperature is 760°C, and the A3 temperature is 830°C.

저온 어닐링 및 구상화 열처리(비교예)Low-temperature annealing and spheroidizing heat treatment (comparative example) 노멀라이징 및 응력 완화 열처리(실시예)Normalizing and Stress Relief Heat Treatment (Example) 실험예1,2,3Experimental Examples 1, 2, 3 ■경도: 85 HRB 이하
■미세조직: 구상화 조직
■열처리 소요시간: 26시간
Hardness: 85 HRB or less
Microstructure: spheroidized tissue
Heat treatment time required: 26 hours
■경도: 85 HRB 이하
■미세조직: 페라이트 및 펄라이트 조직
■열처리 소요시간: 8시간
Hardness: 85 HRB or less
Microstructure: ferrite and pearlite structure
Heat treatment time required: 8 hours

표 2는 본 발명의 실험예들에 따른 냉간 단조용 합금강의 열처리 조건에 따른 경도, 미세조직 및 열처리 소요시간을 비교하여 나타낸 것이다. 저온 어닐링(Low Annealing) 열처리는 도 1을 참조하여 설명한 열처리이며, 구상화 열처리는 도 2를 참조하여 설명한 열처리이며, 노멀라이징(Normalizing) 및 응력 완화(Stress Relief) 열처리는 도 3을 참조하여 설명한 열처리이다. Table 2 shows the comparison of hardness, microstructure, and heat treatment time required according to the heat treatment conditions of the alloy steel for cold forging according to the experimental examples of the present invention. The low-temperature annealing heat treatment is the heat treatment described with reference to FIG. 1, the spheroidizing heat treatment is the heat treatment described with reference to FIG. 2, and the normalizing and stress relief heat treatment is the heat treatment described with reference to FIG. 3 .

표 1과 표 2를 함께 참조하면, 표 1의 조성을 가지는 실험예1, 실험예2 및 실험예3의 냉간 단조용 합금강에 대하여 저온 어닐링(Low Annealing) 및 구상화 열처리를 수행한 경우(비교예), 경도가 85 HRB 이하이며, 미세조직은 구상화 조직을 가지며, 열처리 소요시간은 26 시간임을 확인할 수 있다. 한편, 저온 어닐링(Low Annealing) 열처리 후 구상화 열처리 전의 경도는 89 내지 99 HBR 임을 확인하였다. Referring to Table 1 and Table 2 together, when low-temperature annealing and spheroidizing heat treatment were performed on the alloy steels for cold forging of Experimental Example 1, Experimental Example 2, and Experimental Example 3 having the composition of Table 1 (Comparative Example) , it can be seen that the hardness is 85 HRB or less, the microstructure has a spheroidized structure, and the heat treatment time required is 26 hours. On the other hand, it was confirmed that the hardness before the spheroidizing heat treatment after the low annealing heat treatment was 89 to 99 HBR.

이에 반하여, 표 1의 조성을 가지는 실험예1, 실험예2 및 실험예3의 냉간 단조용 합금강에 대하여 노멀라이징(Normalizing) 열처리 및 응력 완화(Stress Relief) 열처리를 수행한 경우(실시예), 경도가 85 HRB 이하이며, 미세조직은 페라이트 및 펄라이트 조직이며, 열처리 소요시간은 8 시간 이하임을 확인할 수 있다. 이하에서는 이에 대한 상세한 설명을 제공한다. In contrast, when normalizing heat treatment and stress relief heat treatment were performed on the alloy steel for cold forging of Experimental Example 1, Experimental Example 2 and Experimental Example 3 having the composition of Table 1 (Example), the hardness was It can be seen that 85 HRB or less, the microstructure is ferrite and pearlite, and the heat treatment time required is 8 hours or less. A detailed description thereof is provided below.

도 5는 본 발명의 제 1 실험예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법에서 노멀라이징 열처리 및 응력 완화 열처리 공정을 도해하는 그래프이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실험예에 따른 냉간 단조용 합금강의 조직 사진이다. 5 is a graph illustrating the normalizing heat treatment and stress relaxation heat treatment process in the method for manufacturing the alloy steel for cold forging according to the first experimental example of the present invention, and FIG. 6 is the alloy steel for cold forging according to the first experimental example of the present invention organization picture.

도 5 및 도 6을 참조하면, 표 1의 실험예1의 조성범위를 만족하는 강재를 880 ℃에서 유지하는 노멀라이징(Normalizing) 단계; 상기 강재를 690 ℃까지 0.05 ℃/s의 냉각 속도로 로냉하는 단계; 및 상기 강재를 690 ℃에서 유지하는 응력 완화(Stress Relief) 단계; 를 수행한 후 상온까지 냉각한 결과, 냉간 단조용 합금강의 최종 미세조직은 페라이트 및 펄라이트로 이루어지고, 경도는 80.3 HRB인 것을 확인할 수 있다. 5 and 6, a normalizing step of maintaining the steel material satisfying the composition range of Experimental Example 1 in Table 1 at 880 ℃; furnace cooling the steel to 690 °C at a cooling rate of 0.05 °C/s; And Stress relief (Stress Relief) step of maintaining the steel at 690 ℃; As a result of cooling to room temperature after performing , it can be confirmed that the final microstructure of the alloy steel for cold forging consists of ferrite and pearlite, and the hardness is 80.3 HRB.

도 7은 본 발명의 제 2 실험예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법에서 노멀라이징 열처리 및 응력 완화 열처리 공정을 도해하는 그래프이고, 도 8은 본 발명의 제 2 실험예에 따른 냉간 단조용 합금강의 조직 사진이다. 7 is a graph illustrating the normalizing heat treatment and stress relaxation heat treatment process in the manufacturing method of the alloy steel for cold forging according to the second experimental example of the present invention, and FIG. 8 is the alloy steel for cold forging according to the second experimental example of the present invention organization picture.

도 7 및 도 8을 참조하면, 표 1의 실험예2의 조성범위를 만족하는 강재를 900 ℃에서 유지하는 노멀라이징(Normalizing) 단계; 상기 강재를 740 ℃까지 0.04 ℃/s의 냉각 속도로 로냉하는 단계; 및 상기 강재를 740 ℃에서 유지하는 응력 완화(Stress Relief) 단계; 를 수행한 후 상온까지 냉각한 결과, 냉간 단조용 합금강의 최종 미세조직은 페라이트 및 펄라이트로 이루어지고, 경도는 79.9 HRB인 것을 확인할 수 있다. 7 and 8, the normalizing step of maintaining the steel material satisfying the composition range of Experimental Example 2 in Table 1 at 900 ℃; furnace cooling the steel to 740 °C at a cooling rate of 0.04 °C/s; And Stress relief (Stress Relief) step of maintaining the steel at 740 °C; As a result of cooling to room temperature after performing , it can be confirmed that the final microstructure of the alloy steel for cold forging consists of ferrite and pearlite, and the hardness is 79.9 HRB.

도 9는 본 발명의 제 3 실험예에 따른 냉간 단조용 합금강의 제조 방법에서 노멀라이징 열처리 및 응력 완화 열처리 공정을 도해하는 그래프이고, 도 10은 본 발명의 제 3 실험예에 따른 냉간 단조용 합금강의 조직 사진이다. 9 is a graph illustrating the normalizing heat treatment and stress relaxation heat treatment process in the manufacturing method of the alloy steel for cold forging according to the third experimental example of the present invention, and FIG. 10 is the alloy steel for cold forging according to the third experimental example of the present invention organization picture.

도 9 및 도 10을 참조하면, 표 1의 실험예3의 조성범위를 만족하는 강재를 900 ℃에서 유지하는 노멀라이징(Normalizing) 단계; 상기 강재를 770 ℃까지 0.03 ℃/s의 냉각 속도로 로냉하는 단계; 및 상기 강재를 770 ℃에서 유지하는 응력 완화(Stress Relief) 단계; 를 수행한 후 상온까지 냉각한 결과, 냉간 단조용 합금강의 최종 미세조직은 페라이트 및 펄라이트로 이루어지고, 경도는 81.1 HRB인 것을 확인할 수 있다. 9 and 10, the normalizing step of maintaining the steel material satisfying the composition range of Experimental Example 3 in Table 1 at 900 ℃; furnace cooling the steel to 770 °C at a cooling rate of 0.03 °C/s; And Stress relief (Stress Relief) step of maintaining the steel at 770 ℃; As a result of cooling to room temperature after performing , it can be confirmed that the final microstructure of the alloy steel for cold forging consists of ferrite and pearlite, and the hardness is 81.1 HRB.

지금까지 본 발명의 실험예들에 따른 냉간 단조용 합금강 및 그 제조 방법을 설명하였다. 본 발명은 변속기용 합금강의 절단성 용이 및 냉간 단조가 가능한 원소재 물성을 만족시키기 위해, 노멀라이징(Normalizing) 및 응력 완화(Stress Relief) 열처리를 이용하여 구상화 열처리를 생략하여 공정을 간소화하고 및 열처리 시간을 종례보다 31% 단축시키는 조건을 개발하였다. 또한, 노멀라이징(Normalizing) 및 응력 완화(Stress Relief) 열처리 조건은 연속 열처리로에서 구현이 가능한 것이 확인되어 기존에 업체에서 사용된 배치 타입로 보다는 생산성 향상에 크게 기여할 것으로 기대된다. So far, an alloy steel for cold forging and a method for manufacturing the same according to the experimental examples of the present invention have been described. The present invention simplifies the process and heat treatment time by omitting the spheroidizing heat treatment using normalizing and stress relief heat treatment in order to satisfy the raw material properties that can be easily cut and cold forged of alloy steel for transmission The condition was developed to shorten the time by 31% compared to the previous case. In addition, it has been confirmed that the normalizing and stress relief heat treatment conditions can be implemented in a continuous heat treatment furnace, which is expected to significantly contribute to productivity improvement compared to the batch type furnace used in the company.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이 나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.In the above, the embodiments of the present invention have been mainly described, but various changes or modifications can be made at the level of those skilled in the art. As long as such changes and modifications do not depart from the scope of the present invention, it can be said that they belong to the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be judged by the claims described below.

Claims (8)

탄소(C): 0.17 ~ 0.23 중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.7 중량% 이하, 망간(Mn): 0.45 ~ 0.9 중량%, 크롬(Cr): 0.85 ~ 2.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.015 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 붕소(B): 10 ~ 30 ppm, 질소(N): 100 ~ 160 ppm, 산소(O): 0 초과 15 ppm 및 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
페라이트 및 펄라이트로 이루어지는 미세조직을 가지며,
경도가 85 HRB 이하인 것을 특징으로 하는,
냉간 단조용 합금강.
Carbon (C): 0.17 to 0.23 wt%, Silicon (Si): more than 0 and 0.7 wt% or less, Manganese (Mn): 0.45 to 0.9 wt%, Chromium (Cr): 0.85 to 2.25 wt%, Niobium (Nb): 0.015 to 0.035 wt%, Nickel (Ni): greater than 0 and 0.25 wt% or less, Boron (B): 10 to 30 ppm, Nitrogen (N): 100 to 160 ppm, Oxygen (O): greater than 0 15 ppm and the balance Contains iron (Fe) and other unavoidable impurities,
It has a microstructure made of ferrite and pearlite,
Characterized in that the hardness is 85 HRB or less,
Alloy steel for cold forging.
제 1 항에 있어서,
몰리브덴(Mo): 0.33 ~ 0.65 중량%를 더 포함하는,
냉간 단조용 합금강.
The method of claim 1,
Molybdenum (Mo): 0.33 to 0.65% by weight further comprising,
Alloy steel for cold forging.
삭제delete (a) 탄소(C): 0.17 ~ 0.23 중량%, 실리콘(Si): 0 초과 0.7 중량% 이하, 망간(Mn): 0.45 ~ 0.9 중량%, 크롬(Cr): 0.85 ~ 2.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.015 ~ 0.035 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 붕소(B): 10 ~ 30 ppm, 질소(N): 100 ~ 160 ppm, 산소(O): 0 초과 15 ppm 및 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 870 ~ 930 ℃에서 2 ~ 3 시간 유지하는 노멀라이징(Normalizing) 단계;
(b) 상기 강재를 680 ~ 790 ℃까지 0.02 ~ 0.06 ℃/s의 냉각속도로 로냉하는 단계; 및
(c) 상기 강재를 680 ~ 790 ℃에서 2 ~ 3 시간 유지하는 응력 완화(Stress Relief) 단계; 를 포함하는,
냉간 단조용 합금강의 제조 방법.
(a) carbon (C): 0.17 to 0.23 wt%, silicon (Si): more than 0 and 0.7 wt% or less, manganese (Mn): 0.45 to 0.9 wt%, chromium (Cr): 0.85 to 2.25 wt%, niobium ( Nb): 0.015 to 0.035 wt%, Nickel (Ni): greater than 0 0.25 wt% or less, Boron (B): 10 to 30 ppm, Nitrogen (N): 100 to 160 ppm, Oxygen (O): greater than 0 15 ppm And a normalizing (Normalizing) step of maintaining the steel material containing the remainder iron (Fe) and other unavoidable impurities at 870 ~ 930 ℃ 2 ~ 3 hours;
(b) furnace cooling the steel to 680 ~ 790 ℃ at a cooling rate of 0.02 ~ 0.06 ℃ / s; and
(c) maintaining the steel material at 680 ~ 790 ℃ for 2 ~ 3 hours stress relief (Stress Relief) step; containing,
Method for manufacturing alloy steel for cold forging.
제 4 항에 있어서,
상기 (a) 단계 내지 상기 (c) 단계에서 소요되는 열처리 시간은 8시간 이하인 것을 특징으로 하는,
냉간 단조용 합금강의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
The heat treatment time required in steps (a) to (c) is characterized in that it is 8 hours or less,
Method for manufacturing alloy steel for cold forging.
제 4 항에 있어서,
상기 (a) 단계 내지 상기 (c) 단계는 연속 열처리로에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
냉간 단조용 합금강의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
Steps (a) to (c) are characterized in that performed in a continuous heat treatment furnace,
Method for manufacturing alloy steel for cold forging.
제 4 항에 있어서,
몰리브덴(Mo): 0.33 ~ 0.65 중량%를 더 포함하는,
냉간 단조용 합금강의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
Molybdenum (Mo): 0.33 to 0.65% by weight further comprising,
Method for manufacturing alloy steel for cold forging.
삭제delete
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