JP6475831B2

JP6475831B2 - Wire rod excellent in impact toughness and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP6475831B2
Application number: JP2017522896A
Authority: JP
Inventors: リ，ヒョン−ジク; パク，ソン−ウン
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Holdings Inc
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2035-11-02
Also published as: US20170335439A1; DE112015004989T5; CN107075650B; JP2017538033A; KR101714905B1; CN107075650A; KR20160053782A; MX2017005688A

Description

本発明は、様々な外部負荷環境に露出する産業機械や、自動車などの部品に用いることができる衝撃靭性に優れた線材、及びこれを製造する方法に関する。 The present invention relates to a wire rod excellent in impact toughness that can be used for industrial machines exposed to various external load environments and parts such as automobiles, and a method of manufacturing the same.

最近、環境汚染の主犯として指摘されている二酸化炭素の排出を減らすための努力が世界的な問題とされている。その一環として、自動車の排気ガスを規制する動きが活発であり、これに対する対策として自動車メーカーは燃費向上を通じてこの問題を解決しようとしている。燃費向上のためには、自動車の軽量化及び高性能化が要求されるため、自動車用素材または部品も高強度を有することが必要とされている。さらに、外部衝撃に対する安定性も高く要求されているため、衝撃靭性も素材または部品の重要な物性として認識されている。
フェライトまたはパーライト組織の線材は、優れた強度及び衝撃靭性を確保するのに限界がある。これら組織を含む素材は通常衝撃靭性は高いものの、強度は相対的に低いという特徴がある。また、強度を高めるために冷間伸線を行うと、高強度を得ることができるが、衝撃靭性は、強度上昇につれて急激に低下するという短所がある。
これにより、一般に、優れた強度及び衝撃靭性をともに実現するためには、ベイナイト組織または焼戻しマルテンサイト組織を用いる。ベイナイト組織は、熱間圧延した鋼材を用いて恒温変態熱処理を通じて得ることができ、焼戻しマルテンサイト組織は、焼入れ及び焼戻し熱処理を通じて得ることができる。しかし、一般の熱間圧延及び連続冷却工程だけではこれらの組織を安定的に得ることができないため、熱間圧延した鋼材を用いて上述のような追加の熱処理工程を経る必要がある。 Recently, efforts to reduce carbon dioxide emissions, which have been pointed out as the main culprit of environmental pollution, are regarded as a global problem. As part of this, there is an active movement to regulate automobile exhaust gas, and as a countermeasure against this, automakers are trying to solve this problem by improving fuel efficiency. In order to improve fuel efficiency, it is necessary to reduce the weight and performance of automobiles, and therefore automobile materials or parts are required to have high strength. Furthermore, since high stability against external impact is also required, impact toughness is recognized as an important physical property of materials or parts.
A wire with a ferrite or pearlite structure has a limit in securing excellent strength and impact toughness. A material containing such a structure usually has high impact toughness but relatively low strength. Further, when cold drawing is performed to increase the strength, a high strength can be obtained, but the impact toughness has a disadvantage that it rapidly decreases as the strength increases.
Thereby, generally, in order to realize both excellent strength and impact toughness, a bainite structure or a tempered martensite structure is used. The bainite structure can be obtained through isothermal transformation heat treatment using a hot-rolled steel material, and the tempered martensite structure can be obtained through quenching and tempering heat treatment. However, since these structures cannot be obtained stably only by a general hot rolling and continuous cooling process, it is necessary to go through an additional heat treatment process as described above using a hot rolled steel material.

追加の熱処理をしなくても、高強度及び優れた衝撃靭性を確保することができれば、素材から部品生産に及ぶまでの工程の一部を省略するか、または単純化することができるため、生産性を向上させ、製造コストを下げることができるという長所がある。
しかし、追加の熱処理工程をすることなく熱間圧延及び連続冷却工程を用いてベイナイトまたはマルテンサイト組織を安定的に得ることができる線材は、未だに開発されていないため、かかる線材を開発するための要求が浮上している。 If high strength and excellent impact toughness can be ensured without additional heat treatment, part of the process from raw materials to parts production can be omitted or simplified. There is an advantage that the manufacturing cost can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.
However, since a wire rod that can stably obtain a bainite or martensite structure using a hot rolling and continuous cooling step without an additional heat treatment step has not yet been developed, it is necessary to develop such a wire rod. Requests are emerging.

本発明の課題は、追加の熱処理工程をすることなく熱間圧延及び連続冷却工程だけで高強度及び優れた衝撃靭性を有することができる線材、及びこれを製造する方法を提供することである。
本発明の解決課題は、上記で言及した課題に制限されず、言及されていないさらに他の課題は下記の記載から当業者が明確に理解できる。 The subject of this invention is providing the wire which can have high intensity | strength and the outstanding impact toughness only by a hot rolling and a continuous cooling process, without performing an additional heat treatment process, and the method of manufacturing this.
The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

本発明の衝撃靭性に優れた線材は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．０５〜０．１５％、シリコン（Ｓｉ）：０．２％以下、マンガン（Ｍｎ）：３．５％超過５．０％以下、クロム（Ｃｒ）：０．５〜２．０％、リン（Ｐ）：０．０２０％以下、硫黄（Ｓ）：０．０２０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１０〜０．０５０％、残りはＦｅ及び不可避不純物を含み、微細組織は、面積分率で、９５％以上のマルテンサイト及び残りは残留オーステナイト（γ）を含むことを特徴とする。 The wire rod excellent in impact toughness according to the present invention is, by weight%, carbon (C): 0.05 to 0.15%, silicon (Si): 0.2% or less, manganese (Mn): over 3.5% 5.0% or less, chromium (Cr): 0.5 to 2.0%, phosphorus (P): 0.020% or less, sulfur (S): 0.020% or less, aluminum (Al): 0.010 ~ 0.050%, the remainder contains Fe and inevitable impurities, and the microstructure is characterized by an area fraction of 95% or more martensite and the remainder contains residual austenite (γ).

本発明の衝撃靭性に優れた線材の製造方法は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．０５〜０．１５％、シリコン（Ｓｉ）：０．２％以下、マンガン（Ｍｎ）：３．５％超過５．０％以下、クロム（Ｃｒ）：０．５〜２．０％、リン（Ｐ）：０．０２０％以下、硫黄（Ｓ）：０．０２０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１０〜０．０５０％、残りはＦｅ及び不可避不純物を含む鋼材を再加熱する段階と、再加熱された鋼材を熱間圧延する段階と、熱間圧延後に、Ｍｆ〜Ｍｆ−５０℃の温度範囲まで０．２℃／ｓ以上の速度で冷却する段階と、冷却された鋼材を空冷する段階と、を含むことを特徴とする。 The manufacturing method of the wire rod excellent in impact toughness according to the present invention is, by weight, carbon (C): 0.05 to 0.15%, silicon (Si): 0.2% or less, manganese (Mn): 3. 5% over 5.0% or less, chromium (Cr): 0.5 to 2.0%, phosphorus (P): 0.020% or less, sulfur (S): 0.020% or less, aluminum (Al): 0.010 to 0.050%, the rest is a step of reheating a steel material containing Fe and inevitable impurities, a step of hot rolling the reheated steel material, and after hot rolling, Mf to Mf-50 ° C The method includes a step of cooling to a temperature range at a rate of 0.2 ° C./s or more and a step of air-cooling the cooled steel material.

本発明によると、熱間圧延及び連続冷却工程だけを用いて産業機械及び自動車用素材または部品に要求される強度及び衝撃靭性に優れた線材を提供することができる。
また、従来の追加の熱処理工程を省略することができるため、全体の製造コストを削減するのに非常に有利である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the wire excellent in the intensity | strength and impact toughness which are requested | required of the industrial machine and the raw material or components for motor vehicles only using a hot rolling and a continuous cooling process can be provided.
In addition, since the conventional additional heat treatment step can be omitted, it is very advantageous to reduce the entire manufacturing cost.

以下、本発明について詳細に説明する。本発明は、高強度及び優れた衝撃靭性を確保するために、恒温変態または焼入れ及び焼戻しのような追加の熱処理工程をすることなく熱間圧延及び連続冷却工程だけで優れた衝撃靭性を有する線材及びその製造方法に関するものである。
まず、本発明の線材について詳細に説明する。本発明の線材は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．０５〜０．１５％、シリコン（Ｓｉ）：０．２％以下、マンガン（Ｍｎ）：３．５％超過５．０％以下、クロム（Ｃｒ）：０．５〜２．０％、リン（Ｐ）：０．０２０％以下、硫黄（Ｓ）：０．０２０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１０〜０．０５０％、残りはＦｅ及び不可避不純物を含む。
以下、本発明の線材の鋼成分及び組成範囲を限定する理由について詳細に説明する（以下、重量％である）。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. In order to ensure high strength and excellent impact toughness, the present invention has a wire rod having excellent impact toughness only by hot rolling and continuous cooling steps without additional heat treatment steps such as isothermal transformation or quenching and tempering. And a manufacturing method thereof.
First, the wire rod of the present invention will be described in detail. The wire rod of the present invention is, by weight, carbon (C): 0.05 to 0.15%, silicon (Si): 0.2% or less, manganese (Mn): 3.5% over 5.0% or less , Chromium (Cr): 0.5 to 2.0%, phosphorus (P): 0.020% or less, sulfur (S): 0.020% or less, aluminum (Al): 0.010 to 0.050% The remainder contains Fe and inevitable impurities.
Hereinafter, the reason which limits the steel component and composition range of the wire of this invention is demonstrated in detail (henceforth, it is weight%).

炭素（Ｃ）：０．０５〜０．１５％
炭素は、強度を確保するための必須の元素で、鋼中に固溶されるか、炭化物またはセメンタイトの形態で存在する。強度を増加するための最も簡単な方法は、炭素含有量を増加させて炭化物またはセメンタイトを形成させることであるが、逆に延性及び衝撃靭性は減少するため炭素の添加量を一定の範囲内に調節する必要がある。本発明では、炭素の含有量を０．０５〜０．１５％の範囲で添加することが好ましい。これは、炭素含有量が０．０５％未満である場合は目標強度を得ることが難しく、０．１５％を超えると衝撃靭性が急激に減少する虞があるためである。
シリコン（Ｓｉ）：０．２％以下
シリコンは、アルミニウムとともに脱酸元素として知られており、強度を向上させる元素である。シリコンは、添加時に、フェライトに固溶されて鋼材の固溶強化による強度の増加に非常に大きい効果を奏する元素として知られている。しかし、シリコンの添加により強度は大きく増加するが、延性及び衝撃靭性は急激に減少するため、十分な延性を必要とする冷間鍛造部品の場合は、シリコンの添加を非常に制限している。本発明では、強度の低下を最小限に抑えながらも、優れた衝撃靭性を確保するために、シリコンの含有量を０．２％以下とする。これは、シリコン含有量が０．２％を超えると、目標衝撃靭性を確保することが難しくなる虞があるためである。より好ましくは０．１％以下である。 Carbon (C): 0.05 to 0.15%
Carbon is an essential element for ensuring strength, and is dissolved in steel, or exists in the form of carbide or cementite. The simplest way to increase the strength is to increase the carbon content to form carbides or cementite, but conversely the ductility and impact toughness will decrease, so the carbon addition will be within a certain range. It needs to be adjusted. In the present invention, the carbon content is preferably added in the range of 0.05 to 0.15%. This is because if the carbon content is less than 0.05%, it is difficult to obtain the target strength, and if it exceeds 0.15%, the impact toughness may decrease rapidly.
Silicon (Si): 0.2% or less Silicon is known as a deoxidizing element together with aluminum, and is an element that improves strength. Silicon is known as an element that, when added, is solid-dissolved in ferrite and has a very large effect on the increase in strength due to solid solution strengthening of steel. However, although the strength is greatly increased by the addition of silicon, the ductility and impact toughness are drastically reduced. Therefore, in the case of cold forged parts that require sufficient ductility, the addition of silicon is very limited. In the present invention, the silicon content is set to 0.2% or less in order to ensure excellent impact toughness while minimizing the decrease in strength. This is because if the silicon content exceeds 0.2%, it may be difficult to ensure the target impact toughness. More preferably, it is 0.1% or less.

マンガン（Ｍｎ）：３．５％超過５．０％以下
マンガンは、鋼材の強度を増加させ、硬化能を向上させることで、広い範囲の冷却速度でベイナイトまたはマルテンサイトのような低温組織の形成を容易にする。しかし、マンガン含有量が３．５％以下であると硬化能が十分ではないため、熱間圧延後の連続冷却工程で低温組織を安定的に確保することが難しくなる。また、５．０％を超えると、溶湯の凝固中にＭｎの偏析が助長されやすい。これを考慮して、本発明では、マンガンの含有量を３．５％超過５．０％以下とした。
クロム（Ｃｒ）：０．５〜２．０％
クロムは、マンガンと同様に、鋼材の強度及び硬化能を増加させ、特にマンガンとともに添加する場合は衝撃靭性を向上させる。しかし、クロム含有量が０．５％未満であると、強度、硬化能、及び衝撃靭性の特性の向上効果が大きくなく、クロム含有量が２．０％を超えると、強度及び硬化能の向上には有効であるが衝撃靭性の特性が低下する可能性がある。これを考慮して、本発明では、クロム含有量を０．５〜２．０％とした。 Manganese (Mn): More than 3.5% and less than 5.0% Manganese increases the strength of steel materials and improves hardenability, thereby forming a low-temperature structure such as bainite or martensite at a wide range of cooling rates. To make it easier. However, if the manganese content is 3.5% or less, the hardenability is not sufficient, so that it is difficult to stably secure a low-temperature structure in the continuous cooling step after hot rolling. If it exceeds 5.0%, segregation of Mn tends to be promoted during solidification of the molten metal. Considering this, in the present invention, the manganese content is set to exceed 3.5% and not more than 5.0%.
Chromium (Cr): 0.5-2.0%
Chromium, like manganese, increases the strength and hardening ability of the steel, and particularly improves impact toughness when added together with manganese. However, if the chromium content is less than 0.5%, the effect of improving the properties of strength, hardenability and impact toughness is not great, and if the chromium content exceeds 2.0%, the strength and hardenability are improved. This is effective, but impact toughness characteristics may be reduced. Considering this, in the present invention, the chromium content is set to 0.5 to 2.0%.

リン（Ｐ）：０．０２０％以下
リンは、結晶粒界に偏析されて靭性を低下させ、遅延破壊抵抗性を減少させる主な原因であるため、可能な限り含まないことが好ましく、上記理由により、本発明では、その上限を０．０２０％に限定した。
硫黄（Ｓ）：０．０２０％以下
硫黄は、結晶粒界に偏析されて靭性を低下させ、低融点硫化物を形成させて熱間圧延を阻害するため、可能な限り含まないことが好ましい。上記理由により、本発明では、その上限を０．０２０％に限定した。 Phosphorus (P): 0.020% or less Phosphorus is segregated at the grain boundaries to reduce toughness and is a major cause of reducing delayed fracture resistance. Therefore, in the present invention, the upper limit is limited to 0.020%.
Sulfur (S): 0.020% or less Sulfur is preferably contained as little as possible because it is segregated at grain boundaries to lower toughness and form a low-melting sulfide to inhibit hot rolling. For the above reason, the upper limit is limited to 0.020% in the present invention.

アルミニウム（Ａｌ）：０．０１０〜０．０５０％
アルミニウムは、強力な脱酸元素で、鋼中の酸素を除去することで清浄度を高めるだけでなく、鋼中に固溶された窒素と結合してＡｌＮを形成することにより、衝撃靭性を向上させることができる。本発明では、アルミニウムを積極的に添加するが、含有量が０．０１０％未満であると、アルミニウムの添加効果を期待することが難しく、０．０５０％を超えると、アルミナ介在物が多量生成されて機械的物性を大きく低下させる可能性がある。このような点を考慮して、本発明では、アルミニウムの含有量を０．０１０〜０．０５０％の範囲に限定した。
上記組成以外に、残りはＦｅ及び不可避不純物を含む。本発明では、言及した合金組成に加えて、他の合金の追加を排除しない。 Aluminum (Al): 0.010 to 0.050%
Aluminum is a powerful deoxidizing element that not only improves the cleanliness by removing oxygen in the steel, but also improves the impact toughness by forming AlN by combining with the solid solution nitrogen in the steel. Can be made. In the present invention, aluminum is positively added, but if the content is less than 0.010%, it is difficult to expect the effect of adding aluminum, and if it exceeds 0.050%, a large amount of alumina inclusions are produced. As a result, the mechanical properties may be greatly reduced. Considering such points, in the present invention, the aluminum content is limited to a range of 0.010 to 0.050%.
In addition to the above composition, the remainder contains Fe and inevitable impurities. The present invention does not exclude the addition of other alloys in addition to the alloy composition mentioned.

一方、本発明では、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、及び炭素（Ｃ）が下記の関係式１を満たすように含有されることが好ましい。
［関係式１］
４．０≦Ｃ（Ｍｎ＋Ｃｒ）^５／５０≦９．０
（但し、関係式１において、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、及び炭素（Ｃ）のそれぞれは、該当元素の重量基準含量を意味する。）
本発明では、関係式１のようにマンガン、クロム、及び炭素の含有量を制御することにより、より優れた衝撃靭性を有する線材を製造することができる。すなわち、マンガン及びクロムは硬化能を高めるため、冷却速度が比較的遅い場合にも、マルテンサイトが容易に生成されるように助け、低含有量の炭素及びクロムはマルテンサイトの衝撃靭性を改善するのに大きく寄与することができる。 On the other hand, in the present invention, it is preferable that manganese (Mn), chromium (Cr), and carbon (C) are contained so as to satisfy the following relational expression 1.
[Relational expression 1]
4.0 ≦ C (Mn + Cr) ⁵ /50≦9.0
(However, in relational expression 1, each of manganese (Mn), chromium (Cr), and carbon (C) means the weight-based content of the corresponding element.)
In the present invention, by controlling the contents of manganese, chromium, and carbon as in the relational expression 1, a wire having more excellent impact toughness can be manufactured. That is, manganese and chromium enhance the hardenability, so that martensite is easily generated even when the cooling rate is relatively slow, and low content of carbon and chromium improves the martensite impact toughness. Can greatly contribute.

また、本発明において、マンガン（Ｍｎ）及びシリコン（Ｓｉ）の含有量は、下記関係式２を満たすように含有されることが好ましい。
［関係式２］
Ｍｎ／Ｓｉ≧２２
（但し、関係式２において、マンガン（Ｍｎ）及びシリコン（Ｓｉ）のそれぞれは、該当元素の重量基準含量を意味する。）
本発明において、マンガンは硬化能を高めることで、冷却速度が相対的に遅い場合にも、マルテンサイトが容易に生成されるように助ける。また、シリコンには、鋼中に固溶されて強度は増加させる一方で衝撃靭性を低下させるという短所がある。
本発明者らは、上記のような点に着目して研究と実験を重ねた結果、マンガンとシリコンの関係が重量％を基準にＭｎ／Ｓｉ≧２２を満たすとき、優れた強度及び衝撃靭性を有するマルテンサイト組織の線材を提供することができることを確認し、本関係式を提示した。 In the present invention, the contents of manganese (Mn) and silicon (Si) are preferably contained so as to satisfy the following relational expression 2.
[Relational expression 2]
Mn / Si ≧ 22
(However, in relational expression 2, each of manganese (Mn) and silicon (Si) means the weight-based content of the corresponding element.)
In the present invention, manganese enhances the hardenability so that martensite is easily generated even when the cooling rate is relatively slow. In addition, silicon has a disadvantage in that it is dissolved in steel to increase the strength while decreasing the impact toughness.
As a result of repeated research and experiment focusing on the above points, the present inventors have obtained excellent strength and impact toughness when the relationship between manganese and silicon satisfies Mn / Si ≧ 22 based on weight%. It was confirmed that a wire material having a martensite structure can be provided, and this relational expression was presented.

一方、本発明の線材は、任意の断面領域におけるマンガンの最大濃度［Ｍｎｍａｘ］と最小濃度［Ｍｎｍｉｎ］の比が下記の関係式３を満たすことが好ましい。
［関係式３］
［Ｍｎｍａｘ］／［Ｍｎｍｉｎ］≦４
本発明において、マンガンは硬化能を高めることで、冷却速度が相対的に遅い場合にも、マルテンサイトが容易に生成されるように助ける。しかし、局部的にマンガンが偏析される場合、マルテンサイトが容易に生成されるのに対し、マンガンが枯渇した領域では、フェライトが形成される可能性があるため、微細組織が不均一になり衝撃靭性が劣位になる虞がある。
本発明者らは、上記のような点に着目して研究と実験を重ねた結果、線材の任意の断面領域におけるマンガンの最大濃度と最小濃度の比が４以下であるとき、優れた強度及び衝撃靭性を有するマルテンサイト組織の線材を提供することができることを確認し、本関係式を提示した。 On the other hand, in the wire of the present invention, it is preferable that the ratio of the maximum manganese concentration [Mnmax] and the minimum concentration [Mnmin] in an arbitrary cross-sectional region satisfies the following relational expression 3.
[Relational expression 3]
[Mnmax] / [Mnmin] ≦ 4
In the present invention, manganese enhances the hardenability so that martensite is easily generated even when the cooling rate is relatively slow. However, when manganese is segregated locally, martensite is easily generated, whereas in the region depleted of manganese, ferrite may be formed, resulting in non-uniform microstructure and impact. There is a possibility that the toughness becomes inferior.
As a result of repeated research and experiment focusing on the above points, the present inventors have found that when the ratio of the maximum concentration and the minimum concentration of manganese in an arbitrary cross-sectional area of the wire is 4 or less, excellent strength and After confirming that a martensitic wire having impact toughness can be provided, this relational expression was presented.

以下、本発明の微細組織について詳細に説明する。
本発明の線材の微細組織は、９５面積％以上のマルテンサイト及び残りは残留オーステナイト（γ）を含む。本発明のマルテンサイトは、炭素含有量が低いため、高強度にも拘らず、延性が高く、衝撃靭性にも非常に優れた特徴がある。しかし、マルテンサイト以外のベイナイトまたは残留オーステナイトの量が多くなると、衝撃靭性の側面においてやや有利になり得る反面、強度の低下を防ぐことができないため好ましくない。したがって、本発明の線材は、９５面積％以上のマルテンサイトを含むようにする。
本発明の線材の素材は、断面が円形状であり、引張強度が１０００〜１２００ＭＰａ、衝撃値が８０Ｊ以上であることが好ましい。 Hereinafter, the microstructure of the present invention will be described in detail.
The fine structure of the wire rod of the present invention contains 95% by area or more of martensite and the remainder contains retained austenite (γ). Since the martensite of the present invention has a low carbon content, it has high ductility and high impact toughness despite its high strength. However, if the amount of bainite or retained austenite other than martensite is increased, it may be somewhat advantageous in terms of impact toughness, but it is not preferable because a decrease in strength cannot be prevented. Therefore, the wire of the present invention contains 95 area% or more martensite.
The wire material of the present invention preferably has a circular cross section, a tensile strength of 1000 to 1200 MPa, and an impact value of 80 J or more.

次に、本発明の線材を製造する方法について詳細に説明する。
本発明の線材の製造方法は、上述した組成を有する鋼を準備した後、これを再加熱する段階と、再加熱された鋼材を熱間圧延する段階と、熱間圧延した後、Ｍｆ〜Ｍｆ−５０℃の温度範囲まで０．２℃／ｓ以上の速度で冷却する段階と、冷却された鋼材を空冷する工程と、を含む。
まず、本発明では、上述した組成成分を有する鋼材を準備した後、これを再加熱する。本発明で採用することができる再加熱温度範囲は、１０００〜１１００℃である。
鋼材の形態は特に限定されないが、一般に、ブルーム（ｂｌｏｏｍ）またはビレット（ｂｉｌｌｅｔ）の形態であることが好ましい。 Next, the method for producing the wire of the present invention will be described in detail.
The manufacturing method of the wire rod of the present invention includes preparing a steel having the above-described composition, reheating the steel, hot rolling the reheated steel material, hot rolling, and then Mf to Mf. A step of cooling to a temperature range of −50 ° C. at a rate of 0.2 ° C./s or more, and a step of air-cooling the cooled steel material.
First, in this invention, after preparing the steel materials which have the composition component mentioned above, this is reheated. The reheating temperature range that can be employed in the present invention is 1000 to 1100 ° C.
The form of the steel material is not particularly limited, but in general, it is preferably in the form of a bloom or billet.

続いて、再加熱された鋼材を熱間圧延して線材を製造する。熱間圧延における仕上げ熱間圧延温度は特に限定されないが、８５０〜９５０℃の範囲で管理することが好ましい。
熱間圧延された鋼材は冷却処理されるが、冷却はＭｆ〜Ｍｆ−５０℃の温度範囲まで０．２℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することが好ましい。冷却終了温度がＭｆを超えると、十分な量のマルテンサイト組織を確保しにくく、Ｍｆ−５０℃未満である場合は、鋼材が十分に冷えて取り扱いは容易であるが、生産性を落とすため、冷却終了温度は、Ｍｆ〜Ｍｆ−５０℃の温度範囲にすることが好ましい。Ｍｆとは、オーステナイトからマルテンサイトへの相変態が終了する温度のことである。 Subsequently, the reheated steel material is hot-rolled to produce a wire. Although the finish hot rolling temperature in hot rolling is not particularly limited, it is preferably managed in the range of 850 to 950 ° C.
Although the hot-rolled steel material is cooled, it is preferable that the cooling is performed at a cooling rate of 0.2 ° C./s or more to a temperature range of Mf to Mf−50 ° C. When the cooling end temperature exceeds Mf, it is difficult to secure a sufficient amount of martensite structure, and when it is less than Mf-50 ° C., the steel is sufficiently cooled and easy to handle, but the productivity is reduced. The cooling end temperature is preferably in the temperature range of Mf to Mf-50 ° C. Mf is the temperature at which the phase transformation from austenite to martensite ends.

本発明では、熱間圧延後に連続冷却を行うことにより、マルテンサイト組織を確保することで優れた強度及び衝撃靭性を確保する。これによって、従来行っていた焼入れ及び焼戻しのような熱処理を省略することができるため、追加の工程を必要とせず、製造原価の側面において非常に有利な長所がある。
また、本発明では、冷却開始温度から冷却終了温度までの区間を０．２℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することが好ましい。０．２℃／ｓ以上の冷却速度で冷却してから空冷する段階を経ると、面積分率９５％以上のマルテンサイト組織を確保できる。 In the present invention, by performing continuous cooling after hot rolling, an excellent strength and impact toughness are ensured by securing a martensite structure. As a result, heat treatment such as quenching and tempering, which has been conventionally performed, can be omitted, so that an additional process is not required, and the manufacturing cost is very advantageous.
In the present invention, it is preferable to cool the section from the cooling start temperature to the cooling end temperature at a cooling rate of 0.2 ° C./s or more. After passing through the air cooling stage after cooling at a cooling rate of 0.2 ° C./s or more, a martensite structure having an area fraction of 95% or more can be secured.

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。下記実施例は、本発明の理解を助けるためのものであり、実施例によって本発明を限定するものではない。
下記表１の組成成分を有する溶鋼を鋳造し、これを１１００℃で再加熱して直径１５ｍｍとなるように線材圧延した後、表２の冷却速度でＭｆ温度以下の１５０℃まで冷却してから空冷して線材を製造した。一方、マルテンサイトの相変態終了温度であるＭｆは、膨張計（Ｄｉｌａｔｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定しており、化学組成に応じてやや異なっているが、１５０〜２００℃の範囲であった。
このように製造された線材の微細組織を分析して表２に示した。また、引張強度及び衝撃靭性を測定して表２に示した。一方、マンガンの濃度はＥＰＭＡ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏ−Ａｎａｌｙｓｉｓ）を用いて測定した。
さらに、常温引張試験は、クロスヘッド速度（ｃｒｏｓｓｈｅａｄｓｐｅｅｄ）を降伏点までは０．９ｍｍ／ｍｉｎ、その後は６ｍｍ／ｍｉｎの速度で行って測定した。なお、衝撃試験は、試片に衝撃を加えるストライカー（ｓｔｒｉｋｅｒ）のエッジ（ｅｄｇｅ）部の曲率が２ｍｍで、試験容量が５００Ｊである衝撃試験機を用いて常温で行って測定した。 Examples of the present invention will be described in detail below. The following examples are for helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the examples.
After casting molten steel having the compositional components shown in Table 1 below, reheating this at 1100 ° C. and rolling the wire to a diameter of 15 mm, and then cooling to 150 ° C. below the Mf temperature at the cooling rate shown in Table 2. The wire was manufactured by air cooling. On the other hand, Mf, which is the phase transformation end temperature of martensite, was measured using a dilatometer and was slightly different depending on the chemical composition, but was in the range of 150 to 200 ° C.
The fine structure of the wire thus produced was analyzed and shown in Table 2. The tensile strength and impact toughness were measured and shown in Table 2. On the other hand, the manganese concentration was measured using EPMA (Electron Probe Micro-Analysis).
Furthermore, the room temperature tensile test was performed by measuring the cross head speed at a speed of 0.9 mm / min until the yield point and then 6 mm / min. The impact test was carried out at room temperature using an impact tester in which the curvature of the edge portion of the striker that applies impact to the specimen is 2 mm and the test capacity is 500 J.

表１及び表２に示したとおり、本発明の鋼組成及び製造方法を満たす発明例１〜８は、すべて９５面積％以上のマルテンサイト組織が得られ、１０００〜１２００ＭＰａの高い引張強度及び８０Ｊ以上の優れた衝撃靭性を示すことが分かる。
一方、発明例７は、シリコンの含有量が０．１重量％以下の場合で、他の発明例に比べて非常に優れた衝撃靭性及び延伸率を確保できることが分かる。また、発明例のうち、マンガン、クロム、及び炭素の含有量の関係式１（４．０≦Ｃ（Ｍｎ＋Ｃｒ）^５／５０≦９．０）と、マンガン及びシリコンの関係式２（Ｍｎ／Ｓｉ≧２２．０）の両方を満たす１、４、５、及び７は、そうでない場合と比較すると、衝撃靭性にさらに優れることが分かる。
すなわち、発明例のうち関係式１（４．０≦Ｃ（Ｍｎ＋Ｃｒ）^５／５０≦９．０）及び／または関係式２（Ｍｎ／Ｓｉ≧２２．０）を満たしていない発明例２、３、６及び８は、比較的衝撃靭性がやや劣位になることが分かる。 As shown in Tables 1 and 2, Invention Examples 1 to 8 satisfying the steel composition and production method of the present invention all have a martensite structure of 95 area% or more, a high tensile strength of 1000 to 1200 MPa, and 80 J or more. It can be seen that excellent impact toughness is exhibited.
On the other hand, Invention Example 7 is a case where the silicon content is 0.1% by weight or less, and it can be seen that the impact toughness and the stretch ratio which are very superior to those of the other Invention Examples can be ensured. In addition, among the inventive examples, the relational expression 1 of the contents of manganese, chromium, and carbon (4.0 ≦ C (Mn + Cr) ⁵ /50≦9.0) and the relational expression 2 of manganese and silicon (Mn / Si) It can be seen that 1, 4, 5, and 7 satisfying both ≧ 22.0) are further excellent in impact toughness as compared to the case where it is not.
That is, invention examples 2 and 3 that do not satisfy relational expression 1 (4.0 ≦ C (Mn + Cr) ⁵ /50≦9.0) and / or relational expression 2 (Mn / Si ≧ 22.0) among the invention examples. , 6 and 8 are relatively inferior in impact toughness.

比較例９は、クロム成分が本発明の範囲を外れる場合で、強度は増加したが、延性が低下して最終的に衝撃靭性が劣位であることを示す。比較例１０は、炭素含有量が本発明の範囲を超えた場合で、炭素のマルテンサイト基地への固溶強化の効果が増大して強度は大幅に増加したが、衝撃靭性は非常に低くなるという問題がある。
比較例１１は、マンガン成分が、本発明の範囲を外れる場合で、強度は増加したが、延性が低下して最終的に衝撃靭性が悪くなることを示す。また、鋼中にマンガンが偏析されているため、局部的に不均一な組織の形成によっても衝撃靭性が劣位になることを示している。 Comparative Example 9 shows that when the chromium component is outside the scope of the present invention, the strength is increased, but the ductility is lowered and finally the impact toughness is inferior. In Comparative Example 10, when the carbon content exceeds the range of the present invention, the effect of solid solution strengthening of carbon on the martensite base is increased and the strength is greatly increased, but the impact toughness is very low. There is a problem.
Comparative Example 11 shows that the manganese component is outside the scope of the present invention, and the strength is increased, but the ductility is lowered and the impact toughness is finally deteriorated. Further, since manganese is segregated in the steel, the impact toughness is inferior even by the formation of a locally non-uniform structure.

比較例１２は、マンガンが本発明の成分範囲より少なく添加された場合で、硬化能が比較的低いため、冷却速度が小さい場合には、マルテンサイトの代わりにベイナイト組織を形成して、衝撃靭性は増加するが強度は減少することを示している。また、比較例１３は、シリコンが本発明の成分範囲を超えて含有された場合で、その添加量が０．５２％の水準でも、引張強度は大幅に増加し、それとともに衝撃靭性は急激に減少することが確認できる。
比較例１４は、本発明の鋼組成成分は満たしているものの、冷却速度が遅すぎる場合で、マルテンサイトの代わりにベイナイト組織が形成されて、衝撃靭性は増加したが、強度は減少したことを示している。さらに、クロムが少なく含有された比較例１５は、衝撃靭性が良くないことが分かる。 Comparative Example 12 is a case where manganese is added in an amount less than the component range of the present invention, and since the curing ability is relatively low, when the cooling rate is low, a bainite structure is formed instead of martensite, and impact toughness Indicates that the intensity increases but the intensity decreases. Further, Comparative Example 13 is a case where silicon is contained exceeding the component range of the present invention, and even when the addition amount is 0.52%, the tensile strength is greatly increased, and the impact toughness is drastically increased. It can be confirmed that it decreases.
In Comparative Example 14, although the steel composition component of the present invention was satisfied, the cooling rate was too slow, and a bainite structure was formed instead of martensite, impact toughness increased, but strength decreased. Show. Furthermore, it can be seen that Comparative Example 15 containing a small amount of chromium does not have good impact toughness.

Claims

In mass%, carbon (C): 0.05 to 0.15%, silicon (Si): 0.2% or less, manganese (Mn): more than 3.5%, 5.0% or less, chromium (Cr): 0.5 to 2.0%, phosphorus (P): 0.020% or less, sulfur (S): 0.020% or less, aluminum (Al): 0.010 to 0.050%, the remainder is Fe and inevitable Consisting of impurities,
A wire having excellent impact toughness, characterized in that the microstructure is composed of 95% or more of martensite and the remaining austenite (γ) in terms of area fraction.

The wire material excellent in impact toughness according to claim 1, wherein the contents of manganese (Mn), chromium (Cr), and carbon (C) satisfy the following relational expression 1.
[Relational expression 1]
4.0 ≦ C (Mn + Cr) 5/50 ≦ 9.0
(However, in relational expression 1, each of carbon (C), manganese (Mn), and chromium (Cr) means the weight-based content of the corresponding element.)

The wire material excellent in impact toughness according to claim 1, wherein the contents of manganese (Mn) and silicon (Si) satisfy the following relational expression 2.
[Relational expression 2]
Mn / Si ≧ 22.0
(However, in relational expression 2, each of manganese (Mn) and silicon (Si) means the weight-based content of the corresponding element.)

2. The wire having excellent impact toughness according to claim 1, wherein the ratio of the maximum concentration [Mn _max ] and the minimum concentration [Mn _min ] of manganese in an arbitrary cross section satisfies the following relational expression 3. 3.
[Relational expression 3]
[Mn _max ] / [Mn _min ] ≦ 4

A method for producing a wire rod excellent in impact toughness according to claim 1,
In mass%, carbon (C): 0.05 to 0.15%, silicon (Si): 0.2% or less, manganese (Mn): more than 3.5%, 5.0% or less, chromium (Cr): 0.5 to 2.0%, phosphorus (P): 0.020% or less, sulfur (S): 0.020% or less, aluminum (Al): 0.010 to 0.050%, the remainder is Fe and inevitable Reheating the steel made of impurities;
Hot rolling the reheated steel material;
After the hot rolling, cooling to a temperature range of Mf to Mf-50 ° C at a rate of 0.2 ° C / s or more,
And a step of air-cooling the cooled steel material. A method for producing a wire material having excellent impact toughness.
(The symbol Mf in the text refers to the temperature at which the phase transformation from austenite to martensite ends.)

The method for producing a wire rod having excellent impact toughness according to claim 5, wherein the contents of manganese (Mn), chromium (Cr), and carbon (C) satisfy the following relational expression 1.
[Relational expression 1]
4.0 ≦ C (Mn + Cr) 5/50 ≦ 9.0
(However, in relational expression 1, each of carbon (C), manganese (Mn), and chromium (Cr) means the weight-based content of the corresponding element.)

The method for producing a wire rod excellent in impact toughness according to claim 5, wherein the contents of manganese (Mn) and silicon (Si) satisfy the following relational expression 2.
[Relational expression 2]
Mn / Si ≧ 22.0
(However, in relational expression 2, each of manganese (Mn) and silicon (Si) means the weight-based content of the corresponding element.)

The method for producing a wire rod having excellent impact toughness according to claim 5, wherein the reheating step is performed in a temperature range of 1000 to 1100 ° C.

The method for producing a wire rod excellent in impact toughness according to claim 5, wherein the finish hot rolling in the hot rolling step is performed in a temperature range of 850 to 950 ° C.