KR100199200B1 - 봉강 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 새로운 조성의 봉강 및 연화소둔공정을 생략한 봉강의 제조방법을 개시한다. 이 압연강재는 중량%로, C:0.30∼0.50%, Mn:0.20∼2.00%, Cr:0.10∼2.00%, Mo:0.10∼1.00%를 주성분으로 함유하고, 이 주성분에 Si:0.10∼1.00%, Al:0.010∼0.050%, V:0.02∼0.30%, N:0.002∼0.02%중 하나 이상의 성분을 선택적으로 포함한다. 이 강재의 열간 압연방법은 위와 같은 조성을 갖는 강재를 1,250∼900℃로 가열하며 조압연 및 중간압연하는 단계; 조압연 및 중간 압연된 강재를 Ar3∼Ar3+150℃의 변태온도범위로 수냉하는 단계; 15%이상의 압연비로 마무리 압연하여 페라이트/퍼어라이트 변태를 유도하는 단계; 및 공냉하는 단계를 포함한다.

Description

봉강 및 그의 제조방법

제1도는 종래의 기술에 따라 일반 압연한 봉강단면의 조직사진.

제2도는 본 발명의 기술에 따라 연화소둔공정이 생략된 봉강 단면의 조직사진.

[발명의 분야]

본 발명은 압연강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열간압연후 연화소둔 열처리를 생략하는 봉강 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

[종래기술]

금속에 소성변형을 주는 작업을 소성가공(Plastic working)이라 한다. 가공이란 말은 단지 변형한다는 의미보다는 얻고자 하는 형상을 주는 작업이라고 하는 의미가 강하다. 금속의 가공에는 기계적인 절삭에 의한 가공과 소성변형에 의한 가공이 있다. 소성가공에는 또 가공할 때의 온도가 재결정 온도보다 낮은가 또는 높은가에 따라서 냉간가공과 열간가공으로 구분한다.

냉간가공을 하면 금속결정의 내부에 전위나 공격자점과 같은 결함이 증가하므로 다음과 같이 물리적, 기계적 성질이 변화한다.

(1) 가공하면 경화한다. 가공경화에 의하여 금속은 경화와 항복강도가 증가하나 연신은 감소한다. 즉 강도는 증가하나 인성은 저하한다. 그 이유는 전술한 바와 같이 전위의 집적에 의하여 전위의 이동이 어렵게 되기 때문이다.

(2) 가공에 의하여 전기저항은 증가한다. 이것은 결정 내에 공격자점이 있으면 거기에서 자유전자가 산란되기 때문에 전기의 전도 즉 자유전자의 이동이 방해되는 데에 기인한다. 따라서 가공으로 금속 내의 공격자점이 증가하면 전기저항이 증가하는 것이다.

(3) 가공하면 밀도가 감소한다. 이것도 가공에 의한 공격자점의 증가 때문에 증가하므로 적으나마 밀도가 감소한다.

가공도라 함은 압연의 경우에는 두께의 감소율로 가공의 정도를 표시한 값이다. 가공에 의한 금속의 성질변화는 특히 강도의 증가라는 점에서 실용적 가치가 커지는 것이며, 실제로 금속재료는 가공하여 강화한 상태로 사용하는 예가 많다.

이러한 가공법에는 압연(rolling), 압출(extrusion), 인발(drawing), 프레스가공(pressing), 단조(forging)등이 있으며, 어는 것이나 소성가공에 속한다.

압연가공은 회전하는 롤 사이에 금속재료의 소재를 통과시켜 성형하는 방법으로서, 일반적으로 판재의 제조에 많이 이용되지만, 적당한 공형을 가진 롤을 사용하면 봉, 관, 형재, 레일 등도 만들 수 있다.

압연강재는 수요가에서 절단 및 기계가공 등의 후속공정을 거치게 되는데, 이러한 후속공정을 원활히 수행하기 위해서는 일반적으로 HV270(HB255)이하의 경도가 요구된다.

그러나, 일반압연강재의 경우, 압연후 부가적인 열처리를 하지 않는한 그 경도가 HV270을 넘게 되므로, 이를 저하시키기 위해 연화소둔 열처리가 반드시 필요하다.

따라서, 본 발명은 압연후 별도의 연화소둔 열처리 없이 압연만으로 요구경도를 HV270이하로 유지함은 물론이고 일반 압연강재보다 더욱 미세한 결정립을 만들어주므로 강재의 특성을 한층 향상시킬 수 있는 봉강을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 제조공정을 간략화할 수 있는 봉강의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 첫 번째 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 봉강은 중량%로, C:0.30∼0.50%, Mn:0.20∼2.00%, Cr:0.10∼2.00%, Mo:0.10∼1.00%를 주성분으로 함유하고, 상기 주성분에 Si:0.10∼1.00%, Al:0.010∼0.050%, V:0.02∼0.30%, N:0.002∼0.02%중 하나 이상의 성분을 선택적으로 포함한다.

상기 두 번째 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 봉강의 제조방법은 먼저, 중량%로, C:0.30∼0.50%, Mn:0.20∼2.00%, Cr:0.10∼2.00%, Mo:0.10∼1.00%를 주성분으로 함유하고, 상기 주성분에 Si:0.10∼1.00%, Al:0.010∼0.050%, V:0.02∼0.30%, N:0.002∼0.02%중 하나 이상의 성분을 선택적으로 함유하는 강재를 1250∼900℃로 가열하여 조압연 및 중간압연한다. 다음으로, 조압연 및 중간 압연된 강재를 Ar3∼Ar3+150℃의 변태온도범위로 수냉한다. 그런다음, 15%이상의 감면으로 마무리 압연하여 페라이트/퍼어라이트 변태를 유도한 후, 공냉한다.

본 발명에 따른 봉강의 제조방법은 기존의 열간압연에 비해 상대적으로 낮은 범위의 온도에서 변형을 가함으로 인하여 결정립계의 계면적을 증대시킨다. 이로 인하여 많은 핵생성 위치(Site)가 만들어 지므로써 보다 미세한 결정립을 생성시킬 수 있으며, 또한 페라이트(Ferrite)의 면적분율을 증대시켜 압연강재를 연화시켜 준다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

본 발명을 적용하는 강재의 조성은 C가 가장 중요하며, 그 범위는 C:0.30∼0.50%이다. 그 이유는 0.30% 이하이면 열간압연후 베이나이트(Bainite)변태에 의한 경화가 심하지 않으며, 0.50% 이상이면 페라이트 분율 조절로 연화효과가 크지 않기 때문이다. 그밖의 합금원소는 필요에 따라 적절히 첨가할 수 있다. 소입성 향상을 위해 Mn, Cr, Mo을 각각 0.20∼2.00%, 0.10∼2.00%, 0.10∼1.00%를 첨가할 수 있으며, 용강의 탈산을 위해 Si, Al을 각각 0.10∼1.00%m 0.010∼0.050%첨가할 수 있다. 또한 결정입도의 조절을 위해 V, N을 각각 0.02∼0.30%, 0.002∼0.02%를 첨가할 수 있으며, 기계 가공성 향상을 위해 S를 0.01∼0.15%첨가할 수 있다.

본 발명에서는 상기 조성의 강재를 1250∼900℃로 가열해서 조압연 및 중간압연한 다음, 압연재를 수냉하여 Ar3∼Ar3+150℃ 온도 범위로 유도하여 15% 이상의 압연비(reduction ratio)로 마무리 압연하여 공냉한다.

조압연 및 중간압연시 온도를 1250∼900℃로 한정하는 이유는, 가열온도가 1250℃이상이면 미량원소의 고용효과는 있으나 필요 이상의 온도로서 오스테나이트 결정립 조대화를 유발하며, 900℃이하이면 압연기에 과다한 부하를 유발하므로 적합하지 않기 때문이다.

수냉에 의한 압연강재의 냉각정도는 화학성분 조성에 의한 변태온도와 압연재의 치수 및 압연속도 변화에 따라 적절히 조절해야 한다. 냉각속도가 3℃/sec이하이면 냉각효과가 너무 적고 많은 시간이 요구되므로 실제 압연상에서 압연재의 온도저하 효과를 기대하기 어려우며, 75℃/sec이상의 냉각속도는 압연재 표면에 마텐사이트 또는 베이나이트를 생성시켜 경화층이 형성되므로 바람직하지 않기 때문에 냉각속도는 3∼75℃범위로 제한한다.

마무리 압연시 압연비는 15%이상이 필요한데 그 이유는 압연비가 너무적으면 압연재에 이상 결정립을 생성시켜 부분적으로 조대한 경정립이 나타나 불균일한 조직이 얻어지기 때문이다.

이상의 과정을 거쳐 압연된 압연소재는 페라이트+퍼어라이트의 미세 혼합조직으로 내부 품질이 우수하며, HV270이하의 경도를 보유하므로 압연후 높은 경도를 해소하기 위해 실시하는 연화소둔 열처리를 생락할 수 있다.

[실시예]

시험한 강재의 화학조성은 표 1에 나타낸 바와 같고, 표 1에서 A∼E는 본 발명에 따른 발명강이고, F∼H는 종래의 기술에 따른 비교강이다.

이들 강재는 전기로에서 용해하여 480×370mm 블룸(Bloom)으로 연속주조하였으며, 그 후 가열에 의해 155×155mm의 빌렛(Billet)으로 압연한 후 2차 가열하여 지름이 20mm에서 50mm의 압연봉재로 생산되었다.

이때 2차 가열 이후의 압연조건에 따라 시편들을 표 2와 같이 분류하고, 그 각각의 압연후 압연강재의 경도값을 나타내었다. 표 2의 경도값 비교로부터 발명 압연기술에 의해 생산된 소재는 일반압연강재보다 낮은 HV270이하의 경도로 나타났다.

대표적인 예로 SCM440의 경우, 종래의 일반압연강재와 본 발명 압연기술에 의한 미세조직을 비교하기 위하여 각각의 미세조직사진을 제1도와 제2도에 나타내었다.

제2도에 나타낸 본 발명 압연기술에 의한 압연강재는 제1도의 일반 압연강재와는 달리 미세하고 균일한 조직으로 구성되었으며, 동시에 페라이트 분율이 높아 충분한 연화효과를 얻을 수 있었다.

본 발명자들이 실험한 결과에 의거하여, 연화소둔 공정을 생략한 본 발명의 압연강재 및 그 제조방법은 압연후 높아진 경도값을 낮추기 위하여 실시하던 연화소둔 공정을 생락하여도 HV270이하의 경도를 얻을 수 있으므로 공정을 단순화시키는 효과를 제공하며, 아울러 일반 압연강재보다 더욱 미세한 결정립을 만들어 주므로써 강재의 특성을 한층 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 중량%로, C:0.30∼0.50%, Mn:0.20∼2.00%, Cr:0.10∼2.00%, Mo:0.10∼1.00%를 주성분으로 함유하고, 상기 주성분에 Si:0.10∼1.00%, Al:0.010∼0.050%, V:0.02∼0.30%, N:0.002∼0.02%중 하나 이상의 성분을 선택적으로 함유하는 강재를 900∼1250℃로 가열하여 조압연 및 중간압연하는 단계; 상기 압연된 강재를 Ar3∼Ar3+150℃의 변태온도범위로 수냉하는 단계; 15%이상의 감면율로 마무리 압연하는 단계; 및 공냉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 봉강의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 수냉속도는 변태온도, 압연치수 및 압연속도에 따라서 3∼75℃/sec. 인 것을 특징으로 하는 봉강의 제조방법.