KR0143496B1 - 냉간압조성이 우수한 스테인레스 선재의 제조방법 - Google Patents
냉간압조성이 우수한 스테인레스 선재의 제조방법Info
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Abstract
본 발명은 냉간압조용. 스테인레스강의 제조시 소재의 광휘열처리 조건및 오스테나이트 입자의 크기를 적절히 제어하므로서 소재의 강도를 감소시켜 피가공체의 마모를 지연시키고 인성의 값등을 향상시켜 냉간압조성이 우수한 스테인 레스선재의 제조방법에 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 오스테나이트가 안정화된 냉간압조용 스테인레스강을 통상의 방법으로 선재 압연한 다음, 고용화 열처리를 거쳐 신선, 광휘소둔후 냉간압조하여 선재를 제조하는 방법에 있어서, 상기 광휘소둔 열처리시 1050-1150℃의 온도범위에서 10-100분동안 오스테나이트 결정립의 크기가 45-60 μm의 범위를 갖도록 열처리함을 포함하여 구성되는 냉간압조성이 우수한 스테인레스 선재의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.
Description
제 1 도 (a)는 비교재의 조직을 나타낸 사진
(b)는 본 발명재의 조직을 나타낸 사진
제 2 도는 발명재와 비교재의 오스테나이트 결정립 크기에 따른 기계적 특성 변화를 나타내는 그래프
제 3 도는 발명재와 비교재의 오스테나이트 결정립 크기에 따른 연신율 변화를 나타내는 그래프
제 4 도는 발명재와 비교재의 오스테나이트 결정립 크기에 따른 단면감소율 변화를 나타내는 그래프
제 5 도는 발명재와 비교재의 오스테나이트 결정립 크기에 다른 가공경화지수의 변화를 나타내는 그래프
제 6 도는 발명재와 비교재에 적용된 열처리 조건과 오스테나이트 결정립과의 상관관계를 나타내는 그래프
제 7 도는 냉간압연조성에 대한 시험결과를 나타내는 사진으로서,
(a)및 (b)는 비교재의 경우
(c)는 발명재의 경우임.
본 발명은 소형 고 가공도 볼트 또는 스크루우 등에 사용되는 스테인레스 선재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉간압조성이 우수한 스테인레스 선재의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉간압조(cold heading)용 스테인레스 선재는 상온 또는 냉각상태에서 고속으로 압축가공되어 볼트 또는 스크루우등으로 사용되는데, 이러한 냉간압조용 스테인레스 선재중 최고급 강종으로는 SUS304에 Ni의 함량을 높이고 Cu를 첨가하여 오스테나이트를 안정화시켜 냉간가공시 가공 유기 마르텐사이트의 생성을 억제시킨 강을 들 수 있다. 이러한 소재는 제강, 연주, 빌레트(billt)압연, 선재압연 후 고용화 열처리(solid solution treatment)를 거쳐 신선, 광휘소둔(bright annealing)후, 고속및 고가공도의 냉간압조 단계를 거쳐 제품으로 생산된다. 그러나, 이러한 과정을 거친 소재는 고가공도, 고속으로 냉간압조되기 때문에 통상 표면에 크랙이 발생되는 경우가 빈번하다.
상기의 문제점을 개선하기 위하여 침입형 원소로써 작용하여 소재의 강도를 높이고, 인성을 낮추는 탄소와 질소를 낮추려는 제조공정상의 노력을 해 왔으나. 이를 위해서는 스테인레스 강의 제조공정중 정련의 마지막 단계인 에어버블링(Air Bubbling)의 시간을 늘여야 되기 때문에 생산성 및 원가절감의 측면에서 많은 문제점을 가지고 있다. 이를 보완하기 위해서는 종래에는 Ni나 Cu등을 기존의 강보다 더 많이 첨가시켜 오스테나이트를 좀 더 안정화시키고 소성변형에 요구되는 에너지를 감소시킴으로써 가공경화도를 낮추는 동시에 가공시 발생되는 가공 유기마르텐사이트의 생성을 억제시킴으로써 품질의 향상을 도모하여 왔다.(Metal. Trans, 7A, 1976, P1897)
그러나, 이와같은 방법은 Ni나 Cu의 첨가에 의한 생산원가를 상승시켜 소재의 경쟁력을 상실할 뿐만 아니라, 연속주조시의 결함(star crack)아나 선재압연시에 융점이 낮은 금속간 화합물을 형성하여 선재압연시 결함등을 유발시킨다는 단점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 냉간압조용 스테인레스강의 제조시 소재의 광히열처리 조건 및 오스테나이트 입자의 크기를 적절히 제어하므로서 소재의 강도를 감소시켜 피가공체의 마모를 지연시키고 인성의 값등을 향상시켜 냉간압조성이 우수한 스테인레스 선재의 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명은 중량%로, C:0.01-0.2%, Si:0.3% 이하, Mn:1.0% 이하, P:0.05% 이하, S:0.05% 이하, Cr:17-19%, Ni:8-10%, Cu:4% 이하 및 나머지 Fe 와 기타 불가피한 불순물로 이루어진 오스테나이트가 안정화된 냉간압조용 스테인레스강을 통상의 방법으로 선재 압연한 다음, 고용화 열처리를 거쳐 신선, 광휘소둔후, 냉간압조하여 선재를 제조하는 방법에 있어서, 상기 광휘소둔 열처리시 1050-1150℃의 온도범위에서 10-100분 동안 오스테나이트 결정립의 크기가 45-60μm의 범위를 갖도록 열처리함을 포함하여 구성되는 냉간압조성이 우수한 스테인레스 선재의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명에 적용되는 오스테나이트가 안정화된 냉간압조용 스테인레스강의 대표적인 조성을 예로들면, 중량%로 C:0.01-0.2%, Si:03%이하, Mn:1.0%이하, P:0.05%이하, S:0.05%이하, Cr:17-19%, Ni:8-10%, 및 Cu:4%이하를 포함하여 조성되는 강을 들 수 있다.
상기 통상의 오스테나이트가 안정화된 냉간압조용 스테인레스강은 Ni및 Cu가 함유되어 오스테나이트가 안정화되고 있고, 오스테나이트의 결정립크기가 25-40μm정도로서, 매우 높은 강도를 갖고 있다. 즉, Hall과 Petch등이 제시한 하기식을 통해서도 알 수 있듯이, 결정입자의 크기가 작을수록 강도의 값이 증가하여 피가공체의 마모를 향상시킬 뿐만 아니라, 오스테나이트의 상태가 안정이 되어 광휘열처리(bright annealing)시 쌍정이 형성되지 않기 때문에 연성이 저하되어 냉간가공시 소재의 파단을 일으킬 경우가 있다.
σ = σσ + kd-1/2
σ : 항복응력
σσ : 전위의 운동을 방해하는 마찰응력
k : 전위가 집적된 입도를 측정하는 상수
d : 결정의 지름
본 발명은 상기 통상이 냉간압연용 스테인레스강의 조성을 변화시키지 않고도 광휘열처리를 통해 오스테나이트 결정립의 크기를 45-60μm의 범위로 제어하므로서, 냉간가공성을 확보하는 것이다.
이를 위해 광휘열처리시 1050-1150℃의 온도범위에서 10-100분 동안 열처리함이 바람직한데, 만일 상기 열처리 조건범위를 벗어나게 되면 강 중 45-60μm크기의 오스테나이트 결정립이 얻어지지 않는다. 그리고, 이때의 열처리 분위기는 통상의 방법대로 스테인레스강 표면에 산화스케일이 형성되지 않도록 환원성 분위기로 행하는 것이다. 또한 본 발명에서는 상기 열처리 조건으로 광휘열처리를 할 지라도 오스테나이트 결정립의 트기가 45-60μm의 범위를 벗어나는 경우가 있으므로 광휘열처리 온도 및 유지시간을 적절히 조절할 필요가 있다. 따라서, 강중 오스테나이트 결정립의 크기를 45-60μm로 제어하는 것이 중요하다.
즉, 오스테나이트 결정입자의 크기가 30μm인 기존제품의 경우에는 현미경 조직상으로 오스테나이트 결정립의 미세화에 의한 강화효과와 함께 오스테나이트상의 안정성이 높아져서 변형유기상인 변형쌍정의 발생이 억제되고 완전전위에 의한 슬립변형이 촉진되므로 연신율이 감소 연성이 저하된다. 따라서, 가공체 즉, 소재의 강도가 높을 경우 연성이 저하되며, 냉간가공시 소재의 파단을 일으킬 경우가 있으므로 본 발명에서는 오스테나이트 결정립의 크기를 45μm이상으로 제한하였다. 그러나, 오스테나이트 결정립의 크기가 60μm이상인 경우에는 쌍정이 생성되어 연신율 및 가공경화지수가 45μm-60μm의 제품의 경우와 유사하나, 소재의 표면이 오렌지필(orange-peel)현상으로 인해 가공 후 불균일하므로 제품으로의 사용이 불가능하므로 본 발명에서는 오스테나이트 결정립의 크기를 60μm이하로 한정하였다.
이와같이, 본 발명은 강중 오스테나이트의 결정립의 크기를 45-60μm의 범위로 제어하므로서 변형쌍정의 발생을 증가시켜 연신율을 증가시킬 뿐만 아니라 미세한 변형쌍정을 망상의 형태로 생성시키므로 서로 엇갈리는 기회가 많아서 높은 가공경화지수를 나타내는 냉간가공성이 우수한 스테인레스강 선재를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.
[실시예]
하기 표1과 같은 조성을 갖는 오스테나이트가 안정화된 스테인레스강 선재를 대상소재로 하고, 상기 소재를 각각 950, 1050, 1150℃의 온도에서 유지시간을 달리하면서 NH4가스의 환원성 분위기에서 광휘소둔을 실시하였다. 공휘소둔된 선재에 대하여 현미경으로 조직을 관찰하고, 편의상 오스테나이트 결정립의 크가가 45μm미만인 소재를 비교재(1)그룹으로, 45-60μm인 소재를 발명재로, 60μm를 초과한 소재를 비교재(2)그룹으로 정하였다. 이와같이 분류된 발명재및 비교재에 대하여 현미경 조직은 제 1 도에, 그리고 각 소재의 오스테나이트 결정립 크기에 따른 기계적 특성을 제 2 도 내지 제 5 도에, 또한 열처리 조건에 따른 오스테나이트 결정립 크기의 상관관계를 제 6 도에 나타내었다.
제 1 도(a)는 비교재의 대표적인 현미경 조직사진을 나타낸 것이며, (b)는 본발명재의 대표적인 현미경 조직사진을 나타낸 것으로서, 제 1 도에서 알 수 있는 바와같이, 오스테나이트 결정립의 크리가 55μm인 본 발명재(소둔조건:1050℃,60분)의 경우에는 오스테나이트의 입계와 입계사이에 쌍정이 발달되어 있으며, 오스테나이트의 입계의 크가가 30μm인 비교재(소둔조건:950℃, 60분)의 경우에는 쌍정의 생성을 관찰할 수 없었다. 이때의 조직은 질산을 이용하여 전해부식 시킨 후 광학현미경을 이용하여 관찰하였다.
또한, 제 2 도는 대상소재의 오스테나이트 입자크기를 변경시켜 제조된 본 발명재와 비교재의 인장시험 후 항복강도, 인장강도 및 표면의 형상을 비교한 것으로서 제 2 도에 나타난 바와같이 오스테나이트 결정립의 크기가 40-60μm인 경우에는 비교재(1)에 비하여 강도의 값이 충분히 낮아 가공체의 가공시 피가공체의 변형저항을 감소시켜 피가공체의 마모등을 지연시킬 수 있으며, 오스테나이트 입자가 큰 비교재(2)에서 문제가 되는 가공체의 표면형상 불량등을 방지가 가능하였다.
또한, 제 3 도는 대상소재의 오스테나이트 입자크기를 변경시켜 제조된 본 발명재와 비교재의 인장시험 후 연신율 및 표면의 형상을 비교한 것으로서 제 3 도에 나타난 바와같이, 오스테나이트 결정립의 크기가 45-60μm인 경우에는 비교재(1)에 비해 연신율이 높아, 냉간상태에서 가공성이 우수하다는 것을 알 수 있다. 한편, 오스테나이트 입자가 70μm인 비교재(2)의 경우에는 발면재보다 약간 우수한 연신율의 값을 나타내고 있지만, 표면의 형상이 울퉁불퉁하여 실제 가공후 제품의 형상에 불량이 발생될수가 있다.
또한, 제 4 도는 대상소재의 오스테나이트 입자크기를 변경시켜 제조된 본 발명재와 비교재의 단면 감소율을 비교한 것으로서, 제 4 도에 나타난 바와같이, 오스테나이트 결정립의 크기가 45-60μm인 경우에는 비교재(1)에 비해 단면감면율이 높아, 냉간가공성이 우수하다는 것을 알 수 있으며 70μm이상인 경우에는 표면형상 상태가 불량하다.
또한, 제 5 도는 대상소재의 오스테나이트 입자크기를 변경시켜 제조된 본 발명재와 비교재의 인장시험후 가공경화지수를 비교한 것으로서 제 5 도에 나타난 바와같이 오스테나이트 결정립의 크기가 45-60μm인 경우에는 비교재(1)에 비해 가공경화지수가 높아 최대균일연성(maximum uniform ductility)을 증가시켜 강의 냉간가공성이 우수해진다는 것을 알 수 있으며, 70μm이상의 경우에는 제 1 도내지 제 4 도에서 언급한 바와같이, 가공후 표면형상의 상태가 불균일하여 소재로의 사용이 불가능하다.
또한, 제 6 도는 광휘소둔(bright annealing)시 열처리 온도및 유지시간의 변화에 따른 발명재와 비교재의 오스테나이트 결정립의 크기를 비교한 것으로 본 발명재에 부합되는 오스테나이트 결정립 크기를 얻기 위한 열처리방법을 나타낸 것이다. 제 6 도에 나타난 바와같이 열처리 온도 1050℃에서 45분동안 유지하면 오스테나이트 결정입자의 크기가 25-35μm인 통상재(비교재 1)가 얻어지지만, 1150℃에서 10-20분 사이로 유지하거나, 1050℃에서 50분이상 100분이하로 유지하면 오스테나이트 결정입자의 크기가 45-60μm인 본 발명재의 생산이 가능하였다. 그러나, 1150℃에서 유지시간이 20분이상(비교재 2)인 경우에는 오스테나이트 결정립의 크기가 60μm 이상이 되므로 제 1 도 내지 제 5 도에서 설명한 바와같은 발명의 효과를 기대할 수 없다. 이와같이, 본 발명에 부합되는 오스테나이트 결정립 크기를 얻기 위해서는 1050-1150℃의 온도범위에서 10-100분동안 광휘열처리를 하되, 그 결정립 크기가 45-60μm의 범위를 갖도록 해야하므로 제 6 도의 빗금친 영역에서 열처리를 함이 바람직함을 알 수 있다.
한편, 본 발명재와 배교재에 대한 냉간압조성을 알아보기 위해 낙중시험(drop-weight-tear test)를 실시하고, 그 결과를 제 7 도에 나타내었다.
제 7 도는 대상소재의 오스테나이트 입자 크기를 변경시켜 낙중시험기(drop-weight-tear tester)를 이용하여 고속으로 압축시험을 행한 후, 본 발명재와 비교재의 균열발생 유무 및 소재의 표면형상을 비교한 것이다. 제 7 도에 나타난 바와같이, 오스테나이트 결정립의 크기가 30μm인 비교재(1)(소둔조건:1050℃, 9분)의 경우(a) 험후 표면에 균열이 발생하였으며, 95μm인 비교재(2)(소둔조건:1150℃, 110분)의 경우(b)에는 표면의 상태가 울퉁불퉁한 오렌지필 현상과 함께 표면에 미소균열이 발생하여 최종제품의 소재조건으로 적용시키기에는 부적합하다는 것을 알 수 있다. 그러나, 오스테나이트 결정립의 크기가 55μm인 본 발명재(소둔조건:1050℃, 90분)의 경우(c)에는 표면의 균열을 방지할 수 있었으며, 표면의 형상도 균일하였다.
이상과 같은 결과로 볼때, 통상 사용되는 냉간압조용 스테인레스 선재의 화학성분을 변경시키지 않고, 열처리조건을 1050-1150℃의 온도에서 10-100분동안 유지시켜 열처리하고 오스테나이트 결정립의 크기를 45-60μm로 변경시킴으로써, 오스테나이트의 입계와 입계사이에 쌍정을 발생시킬 수 있었다. 또한, 소재 강도의 값을 낮춤으로써 피가공체의 마모를 지연시킬 수 있으며, 연신율과 단면감면율을 개선시켜, 소재의 인성을 향상시킬 수 있었으며, 가공경화지수를 증가시켜 최대균일연성(maximum uniform ductility)을 증가시켜 강의 냉간가공성을 향상시킬 수 있었다.
더 나아가 본 발명자의 실험에 의하면, 고속으로 압축시험을 했을 경우, 표면에 발생하는 균열을 방지할 수 있었으며, 오스테나이트 결정립 크기가 클 경우 발생되는 소재표면의 불균일성의 개선을 실현할 수 있었다.
Claims (1)
- 중량%로, C:0.01-0.2%, Si:0.3% 이하, Mn:1.0% 이하, P:0.05이하%, S:0.05% 이하, Cr:17-19%, Ni:8-10%, Cu:4% 이하 및 나머지 Fe 와 기타 불가피한 불순물로 이루어진 오스테나이트가 안정화된 냉간압조용 스테인레스강을 통상의 방법으로 선재 압연한 다음, 고용화 열처리를 거쳐 신선, 광휘소둔후 냉간압조하여 선재를 제조하는 방법에 있어서, 상기 광휘소둔 열처리시 1050-1150℃의 온도범위에서 10-100분동안 오스테아이트 결정립의 크기가 45-60μm의 범위를 갖도록 열처리함을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 냉간압조성이 우수한 스테인레스선재의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019940038257A KR0143496B1 (ko) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 냉간압조성이 우수한 스테인레스 선재의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019940038257A KR0143496B1 (ko) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 냉간압조성이 우수한 스테인레스 선재의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR0143496B1 true KR0143496B1 (ko) | 1998-08-17 |
Family
ID=19404519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019940038257A KR0143496B1 (ko) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 냉간압조성이 우수한 스테인레스 선재의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR0143496B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115323144A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-11-11 | 江苏康瑞新材料科技股份有限公司 | 一种镜框用不锈钢丝的制备方法 |
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1994
- 1994-12-28 KR KR1019940038257A patent/KR0143496B1/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115323144A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-11-11 | 江苏康瑞新材料科技股份有限公司 | 一种镜框用不锈钢丝的制备方法 |
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