KR0137425B1 - 신선가공성이 우수한 중탄소 경강선재의 제조방법 - Google Patents
신선가공성이 우수한 중탄소 경강선재의 제조방법Info
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Abstract
본 발명은 소둔 열처리 단계를 행하지 않고도 신선속도의 상향 조정을 가능하게 하여 신선 가공시의 단선율을 저감시킴으로써, 소둔 열처리에 따르는 불필요한 에너지 소비를 줄일 수 있게 할 뿐 아니라, 그 만큼의 제조비용을 절감시킬 수 있는 신선가공성이 우수한 중탄소 경강 선재의 제조 방법을 제공하기 위하여 중량퍼센트로 탄소:0.30∼0.60%, 규소:0.15∼0.25%, 망간:0.40∼0.80%, 황:0.01% 이하, 인:0.02% 이하, Sol Al:0.015% 이하를 함유한 빌레트(billet)을 조성하고, 이러한 빌레트를 1200℃에서 140분간 유지한 후 지름 5.5mm로 선재로 열간압연하고, 압연직 후 선재제품을 물분사에 의해 950∼1050℃의 온도로 급속냉각하면서 코일형태로 권취하고, 41℃/sec의 냉각속도로 89010℃의 범위까지 냉각시키고, 또 12
Description
제1도는 종래 기술에 의해 제조된 선재의 미세조직을 전자현미경으로 관찰한 사진이며,
제2도는 종래 기술에 의해 제조한 선재의 미세조직의 광학 현미경 관찰 사진이며,
제3도는 본 발명을 실시하기 위한 제어 냉각 설비를 개략적으로 도시한 도면,
제4도는 본 발명에 따라 제조된 선재의 미세조직을 전자현미경으로 관찰한 사진,
제5도, 제6도는 본 발명에 따라 제조된 선재의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:가열로 2:압연스탠드
3:수냉 구역 4:권취기
본 발명은 중탄소 경강 선재의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신선 열간가공 상태에서 와이어로 제조되는 중탄소강의 신선 가공성을 향상시킬 수 있는 신선가공성이 우수한 중탄소 경강 선재의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 중탄소(C:0.4중량%) 경강 선재는 열간 상태에서 제조한 선재를 용도별 특성에 맞게 사이즈별로 가공하여 와이어 로프용으로 사용하거나 신선 가공 상태 그대로 최종 제품화하여 사용된다.
이러한 중탄소 경강 선재는 통상 지름 5.5mm의 선재를 1차 신선하고 단선을 방지하기 위해 소둔 열처리후 2차 신선으로 제조하며, 최종 신선된 선재는 용도에 따라 보통 지름 1∼2mm의 크기로 신선하여 사용한다.
상술한 바와 같은 중탄소 경강 선재는 용도별로 선재의 직경을 조정하고 강도를 향상시키기 위해 신선(Drawing) 가공을 거치는데 신선 가공시 신선 속도 및 단선율이 생산성 및 경쟁력 측면에 상당한 영향을 미친다.
한편, 중탄소 경강 선재의 통상적인 신선 조건은 최종 신선 속도가 약 450m/분이며, 신선시 단선율은 톤당 2,3회 정도이다.
그러나 종래의 신선 조건에서는 문제 없는 강종이라도 신선 조건이 가혹해짐에 따라 선재의 단선율의 증가로 신선 속도의 상향 조정이 불가능하며, 또한 용도별 특성에 따라 2.0mm 이하의 선재 신선시 소둔 열처리를 하여야 하기 때문에 신선시 소둔 열처리에 따른 불필요한 에너지의 소모를 증가시켜 제조원가를 상승시키게 된다.
본 발명자들은 신선시 단선에 미치는 영향에 대해 깊이 연구한 결과 여러 가지 지배 인자중 열간 상태에서 선재 압연후 선재 냉각시 퍼얼라이트 및 페라이트의 분율을 조정하면 신선가공시 단선율을 크게 감소시킬 수 있음을 알게 되었다.
또한, 종래 기술에 의해 제조된 선재에서 퍼얼라이트 및 페라이트의 미세 조직을 분석한 바, 통상적으로 제조시, 퍼얼라이트:약 70%, 페라이트:약 30% 정도 수준의 혼합 조직을 나타내는바, 페라이트 조직의 분율이 약 25% 이상인 경우 신선시 페라이트와 페라이트 계면 부위에 조대한 세멘타이트가 생성되는데, 이러한 조대 세멘타이트와 페라이트 계면의 정합관계는 퍼얼라이트와 퍼얼라이트 계면, 퍼얼라이트와 페라이트 계면의 정합관계 보다 상당히 취약하기 때문에 신선시 균열의 핵생성 자리로 작용하게 되고 이러한 균열들의 성장이 신선시 단선의 원인으로 작용하는 것을 알고 신선시 단선율을 저하시키기 위해서는 이러한 조대 세멘타이트의 생성 억제가 중요함을 착안하고 이를 개선하기 위해 선재 상태에서 페라이트의 분율을 감소시켜 세멘타이트의 생성을 억제시키는데 착안하였다.
본 발명은 상기 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 상기 설명한 바와 같은 연구 결과 이루어진 것으로, 소둔 열처리 없이 신선 속도의 상향 조정이 가능하며 신선 가공시 단선율을 저하시킨 신선 가공성이 우수한 중탄소 경강 선재의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 신선가공성이 우수한 중탄소 경강 선재의 제조 방법은, 중량%로, C:0.30∼0.60%, Si:0.15∼0.25%, Mn:0.40∼0.80%, S:0.01% 이하, P:0.02% 이하, Sol Al:0.015% 이하 및 잔여량의 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한 조성의 강 빌레트를 1150∼1200℃로 가열하여 140분간 유지후 지름 5.5mm의 선재로 열간압연하고, 압연직후 물분사에 의해 선재를 950∼1050℃의 온도로 급속냉각하여 코일로 권취하고, 이어서 4±1℃/초의 냉각속도로 890±10℃까지 냉각시키며, 또한 12±3℃/초의 냉각속도로 620±30℃까지 냉각시킨 다음 공냉하는 것을 특징으로 하는 구성이다.
이하에서는 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에서 선재를 제조하기 위한 강빌레트(Billet)는 중량%로, C:0.30∼0.60%, Si:0.15∼0.25%, Mn:0.40∼0.80%, S:0.01% 이하, P:0.02% 이하, Sol Al:0.015% 이하 및 잔여량의 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한 조성이다.
본 발명에 이용된 소재의 화학 성분을 상기와 같이 한정하는 것은 다음의 이유이다.
C 함량을 0.30∼0.60중량%로 한정하는 것은, 0.30중량% 이하에서는 경강 선재로서 신선후 충분한 강도를 확보하기 곤란하기 때문이며, 0.60중량% 이상에서는 강도 증가에 따라 연성 및 인성이 저하하기 때문이다.
Si 함량을 0.15∼0.25중량%로 한정한 것은, 0.15중량% 이하에서는 규소가 페라이트내에 고용되어 모재의 강도를 강화시키는 효과가 충분치 못하기 때문이며, 0.25중량% 이상에서는 연성이 저하하고 모래 강화의 개선 효과가 포화되며 열처리시 표면 탈탄의 가능성이 높기 때문이다.
Mn 함량을 0.40∼0.80중량%로 한정하는 것은, 0.40중량% 이하에서는 충분한 강도 및 소입성을 확보하기 곤란하고, 0.80중량% 이상에서는 인성이 저하되기 때문이다.
P은 결정입계에 편석되어 인성을 저해시키므로 상한을 0.02중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
S은 인성을 저하시키고 황화물을 생성시켜 냉간가공성에 유해한 영향을 미치므로 상한을 0.01중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
Al은 비금속 개재물의 형성에 따른 신선가공성이 저하되기 때문에 0.015중량% 이하로 제한한다.
앞에서 설명한 바와 같은 조성의 강빌레트는 제3도 도시와 같이 가열로(1)를 통과하여 1150∼1200℃로 가열된 상태에서 130∼150분간 유지후 수평식 공형 압연 스탠드(2)로 이송되어 지름 5.5mm의 선재로 열간압연된다.
이어서, 수냉각 구역(3)으로 이송되어 물분사에 의해 950∼1050℃의 온도로 급속냉각된후 권취기(4)에 의해 코일로 권취된다. 권취된 선재 코일은 이어서 4±1℃/초의 냉각속도로 890±10℃까지 냉각시키고, 이후 12±3℃/초의 냉각속도로 620±30℃까지 냉각시킨 다음 콘베어(5)에 의해 후공정으로 이송하면서 공냉하여 중탄소 경강 선재를 제조한다.
상기와 같이 본 발명에서 온도 범위를 한정하는 이유를 설명하면 다음과 같다.
우선, 가열 온도를 1150∼1200℃에서 130∼150분간 유지하는 것은, 1150℃ 이하에서는 충분한 오스테나이트 결정립을 확보하기 어렵고, 1200℃ 이상에서는 국부 멜팅(melting; burning) 현상에 기인하는 표면 균열 및 압연후 표면흠의 발생가능성이 높기 때문이며 적어도 130∼150분간 정도는 유지되어야 빌레트의 내외면 온도편차를 없앨 수 있기 때문이다. 오스테나이트 결정립이 조대할수록 선재 압연후 동일 선재 냉각시 페라이트 분율의 저감에 매우 유효하다.
본 발명에서 선재 냉각시 냉각 개시 온도를 950∼1050℃로 한정하는 것은, 퍼얼라이트 및 페라이트 변태 개시 전까지의 유지 시간이 부족하여 950℃ 이하에서는 오스테나이트 결정립의 성장이 충분치 못하여 소입성 향상에 효과적이지 못하고, 1050℃ 이상에서는 열간압연후 선재 권취시 권취 불량이 발생하기 때문이다.
또한, 본 발명에서 선재 냉각 속도를 한정하는 이유는 다음과 같다.
선재 상태로 고속 열간압연후 물분사에 의해 급속냉각하여 코일형태로 권취후 4±1℃/초의 냉각속도로 890±10℃까지 우선 냉각시키는데, 이러한 냉각 온도 및 냉각속도 조건은 신선성이 양호한 퍼얼라이트 분율을 90% 이상 확보하기 위한 조건으로 냉각속도 4±1℃/초 이상에서는 오스테나이트 결정립 성장에 필요한 시간이 부족하여 그 효과가 미미하며, 그 이하에서는 스케일 생성의 심화로 신선성에 유해한 영향을 미치는 흑점(black rust)이 선재 표면에 발생하여 선재의 표면 품질을 열화시키기 때문이다.
이후 890±10℃에서 12±3℃/초의 냉각속도로 620±30℃까지 냉각시키는데, 냉각속도 12±3℃/초 이하에서는 상변태시 페라이트 변태량의 증가로 인한 조대 세멘타이트의 생성을 초래하여 신선시 페라이트와 조대 세멘타이트 계면에서 균열이 발생할 가능성이 높고, 그 이상에서는 급속 냉각에 따른 저온 조직(베이나이트+마르텐사이트)의 발생가능성이 높기 때문에 신선성에 유해하다.
여기서 냉각온도 범위를 ±10, 20℃, ±1, 3℃로 한 것은 선재가 코일 형태로 권취된후 콘베아 상의 선재 집적 상태 즉, 겹침부와 비겹침부위의 냉각 정도에 대한 차이를 고려한 범위이다.
이하에서는 실시예와 관련하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
[실시예]
본 발명에 따라 제조한 발명재는, 중량%로, C:0.42%, Si:0.20%, Mn:0.52%, S:0.008%, P:0.01%, Sol Al:0.0035% 및 잔여량의 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한 조성의 강 빌레트를 1200℃로 가열하여 140분 유지후 열간상태에서 지름 5.5mm의 선재로 압연하고, 압연직후 물분사에 의해 선재를 950∼1050℃의 온도로 급속냉각하여 코일로 권취하고, 이어서 4±1℃/초의 냉각속도로 890±10℃까지 냉각시키며, 또한 12±3℃/초의 냉각속도로 620±30℃까지 냉각시킨 다음 공냉하여 제조하였으며, 비교재는 1050℃로 가열하여 140분간 유지후 열간상태에서 선재를 압연하고, 압연직후 물분사에 의해 선재 880℃ 범위로 급속냉각하여 코일 형태로 권취하고 12±2℃/초의 냉각속도로 620±30℃까지 냉각하여 제조하였다. 표 1에는 발명재와 비교재들의 가열온도, 가열시간, 권취온도 및 냉각조건을 나타내었다. 선재 냉각후 선재 상태에서의 미세 조직을 전자현미경에 의해 관찰하였으며, 이에 대한 미세 조직상의 퍼얼라이트 및 페라이트의 조직 분율을 영상분석기(image analyzer)를 이용하여 측정하였다.
표 2에는 발명재와 비교재들의 선재 상태에서의 미세 조직상의 퍼얼라이트 및 페라이트의 조직 분율을 나타내고 있는데, 발명재의 경우 퍼얼라이트 분율이 94% 이상이며, 비교재는 66%, 70% 수준임을 알 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 발명재의 선재 상태에서의 미세조직을 전자현미경으로 관찰하여 나타낸 사진이 제4도이고, 비교재의 미세조직 사진이 제1도인데, 발명재의 경우 비교재에 비해 기지 조직내에 퍼얼라이트 및 페라이트 분율의 차이가 나타남을 알 수 있다. 또한, 발명재를 선재 상태에서 광학현미경을 사용하여 미세조직을 관찰한 400배 사진이 제5도, 6도이며, 비교재의 경우가 제2도인데, 발명재의 경우 퍼얼라이트 분율이 증가하였음을 알 수 있다.
발명재 및 비교재의 신선가공성을 평가하기 위해 발명재는 550m/분의 속도로, 비교재는 450m/분의 속도로 신선속도를 달리하여 신선가공하되, 지름 5.5mm의 선재를 비교재는 2.0mm까지, 발명재는 1.0mm까지 소둔 열처리를 생략하여 직접 신선가공하였으며, 이때의 신선시 단선율을 측정하여 표 3에 나타내었다.
표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 발명재의 경우 톤당 단선율이 0.3회 이하인 반면, 비교재 1은 2.3회, 비교재 2는 3회로 나타난 바, 본 발명의 효과를 확인할 수 있었다.
상기 설명한 바로부터 명확한 바와 같이, 본 발명에 의하면 소둔 열처리 없이 신선 속도를 향상시키고 신선가공시 단선율을 저감시킴으로써 소둔 열처리에 따르는 불필요한 에너지 소비를 감소시킬 수 있으며, 그만큼 제조 비용을 절감하며, 단선율을 저하시키고 신선가공성을 향상시키는등 유용한 효과가 달성되었다.
Claims (1)
- 중량%로, C:0.30∼0.60%, Si:0.15∼0.25%, Mn:0.40∼0.80%, S:0.01% 이하, P:0.02% 이하, Sol Al:0.015% 이하 및 잔여량의 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한 조성의 강 빌레트를 1150∼1200℃로 가열하여 130∼150분간 유지후 선재로 열간압연하고, 압연직후 물분사에 의해 선재를 950∼1050℃의 온도로 급속냉각하면서 코일로 권취하고, 이어서 4±1℃/초의 냉각속도로 890±10℃까지 냉각시키며, 또한 12±3℃/초의 냉각속도로 620±30℃까지 냉각시킨 다음 공냉하는 것을 특징으로 하는 신선가공성이 우수한 중탄소 경강 선재의 제조 방법.
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| KR1019940038719A KR0137425B1 (ko) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | 신선가공성이 우수한 중탄소 경강선재의 제조방법 |
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ID=19404935
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| KR100587736B1 (ko) * | 2004-10-13 | 2006-06-09 | 김근순 | 고강도 마환봉의 제조방법 |
| KR101482422B1 (ko) * | 2013-07-22 | 2015-01-13 | 주식회사 포스코 | 신선재의 딜라미네이션 예측 방법, 강도와 비틀림 특성이 우수한 신선재 및 이의 제조방법 |
| KR101629617B1 (ko) | 2015-12-15 | 2016-06-10 | (주) 한남라이팅 | 내부 확장식 아암지지관체 회동방지 기능을 구비한 가로등 |
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-
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- 1994-12-29 KR KR1019940038719A patent/KR0137425B1/ko not_active IP Right Cessation
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