KR100240988B1 - 비스무스-유황계 쾌삭강 선재 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절삭가공용 소재로 사용되는 Bi-S계 쾌삭강 선재의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적은 열간압연성 및 표면품질이 우수한 Bi-S계 쾌삭강 선재의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은 중량%로, C:0.03-0.15%, Si:0.03%이하, Mn:0.90-1.40%, P:0.060-0.120%, S:0.250-0.350%, Bi:0.03-0.20%, Al:0.005%이하, N:30-100ppm, 용존산소:5-20ppm, 용존수소:10ppm 이하, 잔부 Fe 및 기타불가피한 불순물로 조성되는 강 빌렛(Billet)을 가열로 장입전 선단부를 면취가공한 다음, 1150~1250℃의 온도에서 1.5-2시간동안 가열하고, 냉각수 접촉 방지용 롤 와이퍼(roll-wiper)가 설치된 조압연기에서 상기 가열된 빌렛의 선단부가 롤을 통과한 후에 냉각수를 살수하면서 조압연하고, 이후 마무리 압연을 행한 후, 900-1000℃의 온도범위에서 권취하고 600℃까지 초당 0.5-0.7℃로 냉각하고 상온까지 공냉시킴을 포함하여 구성되는 Bi-S계 쾌삭강 선재의 제조방법에 관한 것을 그 기능적 요지로 한다.

Description

비스무스-유황계 쾌삭강 선재 제조방법

제1도는 면취가공이 실시된 본 발명에 따른 빌렛 선단부의 사시도.

제2도는 본 발명에 부합되는 냉각수 접촉방지용 롤 와이퍼의 설치된 모습을 나타내는 사시도.

제3도는 본 발명재 및 비교재에 대한 표층부 및 표준부 조직사진이다.

본 발명은 절삭가공용 소재로 사용되는 Bi-S계 쾌삭강 선재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열간압연성 및 표면품질이 우수한 Bi-S계 쾌삭강 선재의 제조방법에 관한 것이다.

Bi-S계 쾌삭강선재 (이하, 단지‘Bi쾌삭강선재’라 한다)는 자동차, 시계등 정밀기계 부품 절삭가공용 소재로 널리 사용되며, 이 선재는 냉각신선 또는 소둔 열처리후 신선하여 용도에 따라 절단, 절삭가공하여 사용한다.

그러나, 이같은 Bi쾌삭강을 열간압연하여 선재를 제조하는 과정에서 Bi, S성분의 영향으로 표면결함(Crack) 및 선단부 세로균열의 발생을 억제하는 것은 매우 까다롭다. 따라서, 적절한 선재제조 조건의 선정은 매우 중요한 문제이다.

선재 표면결함 발생은 신선가공시 단선 및 표면홈이 잔존되어 최종 절삭가공 부품의 표면불량을 유발하게 되며, 선재압연시 선단부 세로균열 발생은 정상적인 선재압연을 곤란하게 함으로 이러한 결함발생을 방지하지 않으면 안된다.

이같은 결함을 방지하기 위해서는 선재압연시 적정 압연온도 유지 및 압연시 압연계획(Pass Schadule)을 조정하여 적정 감면율을 확보하여야 하나, 일반적인 H-V 형태의 선재압연 설비에서 일정수준의 압연온도 확보와 Bi 쾌삭강 선재의 제조를 위한 압연롤을 별도 제작하는 것은 거의 불가능하며, 에너지절약 및 제조원가 상승 측면에서 볼때 설비개조 없이 제조하는 것이 바람직하다.

한편, Bi-S계 쾌삭강의 열간압연성 향상을 위한 종래의 기술로는, 예를들면 일본 특개소 3-120314에 제시된 방법을 들 수 있다.

즉, 상기 방법은 Pb-Bi 쾌삭강의 분괴방법으로서 분괴압연시 1050~1250℃범위내 냉각속도 1-3sec^-1로 제어압연하는 방법이나 이는 분괴 제조방법으로 선재제조 방법에 대해서는 고려하고 있지 않다. 특히 상기 제조방법을 통해 제조된 소재(Bloom)로는 일반적인 선재 제조방법을 통해 표면품질이 양호하고 압연시 종균열 발생이 없는 선재제품을 제조하는 것은 어렵다. 결국 조괴-분괴 생산공정을 통한 제조방법은 연주주조에 의한 소재(Bloom)를 선재압연 제조하는 방법보다 실수율, Cost측면에서 품질및 선재생산에 매우 불리한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결한 Bi 쾌삭강 선재 제조방법을 제공하는데 있다.

나아가 본 발명의 목적은 Bi 쾌삭강 선재 열간압연시 세로균열 발생이 없는 열간압연성이 우수한 선재를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 H-V 형태의 선재압연 설비에서 설재 표면결함이 개선된 열간압연성이 양호한 선재의 제조방법을 제공하는데 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 중량%로, C:0.03-0.15%, Si:0.03%이하, Mn:0.90-1.40%, P:0.060-0.120%, S:0.250-0.350%, Bi:0.03-0.20%, Al:0.005%이하, N:30-100ppm, 용존산소:5-20ppm, 용존수소:10ppm 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강빌렛(billet)을 가열로 장입전 선단부를 면취가공한 다음, 1150~1250℃의 온도에서 1.5-2시간동안 가열하고, 냉각수 접촉 방지용 롤 와이퍼(roll-wiper)가 설치된 조압연기에서 상기 가열된 빌렛의 선단부가 롤을 통과한 후에 냉각수를 살수하면서 조압연하고, 이후 마무리압연을 행한 후, 900-1000℃의 온도범위에서 권취하고 600℃까지 초당 0.5-0.7℃로 냉각하고 상온까지 공냉시킴을 포함하여 구성되는 Bi-S계 쾌삭강 선재의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 부합되는 출발 소재의 화학성분에 대한 수치한정 이유를 설명하면 다음과 같다.

상기 탄소(C)함량은 0.03-0.15중량%(이하, 단지‘%’라함)로 제한하는 것이 바람직한데, 그 이유는 탄소함량이 0.03% 이하에서는 소재의 충분한 강도를 확보하기 어렵고 0.15% 이상에서는 강도 증가에 따른 소재연성을 저하시키기 때문이다.

또한, 상기 망간(Mn) 함량은 0.90-1.40%로, 황(S)함량은 0.250-0.350%로 제한하는 것이 바람직한데, 그 이유는 강중에 MnS개재물을 균일하게 형성시켜 절삭가공성을 향상시키고 FeS형성에 의한 열간취성을 방지하기 위함이다.

상기 인(P) 함량은 0.060-0.120%, 질소(N) 함량은 30-100ppm으로 제한하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 인 또는 질소함량이 상기 조성범위를 벗어나면 페라이트조직내에 인 또는 실소 원자가 고용되어 페라이트 기지조직의 경화로 소재연성을 저하시키기 때문이다.

상기 비스무스(Bi) 함량은 강중에 Bi립 또는 MnS 개재물 주위에 존재하여 절삭가공시 공구 선단부에 발생되는 마찰열 등으로 인해 응융되어 (Bi융점 273℃) 윤활작용을 하므로서 소재의 절삭저항을 감소시키는 역할을 하는 원소로서, 그 함량이 0.03% 이하이면 절삭가공성을 향상시키는 역할이 미흡하고, 0.20%이상에서는 고온 연성을 저하시켜 열간취성을 발생하기 때문에 상기 Bi 함량은 0.03-0.20%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 규소(Si) 및 알루미늄(Al) 성분은 강중에 산소와 결합하여 각각 SiO₂및 Al₂O₃개재물을 형성하여 절삭가공시 공구마모를 증대하여 피삭성을 저하시키며, 개재물 형상을 불균일하게 하여 열간압연시 세로균열 발생의 원인이 되므로 각각 그 상한을 0.03%, 0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 소재(Bloom, Billet) 내부결함을 방지하여 열간압연성을 향상시키고, 개재물 형상을 균일하게 분포시키기 위해서는 강중 용존산소(O) 및 수소(H) 함량을 각각 5-20ppm, 10ppm 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기와 같은 조성을 갖는 강빌렛의 선단부를 가열로 장입에 앞서 면취가공하는 것이 필요한데, 예를들면 제1도에 도시된 형상과 같이 빌렛의 선단을 그라인더(Grinder) 또는 토치절단 등을 통해 면취가공함이 바람직하다. 통상의 Bi 쾌삭강은 강 내부에 다량의 Bi 원소와 MnS계 비금속개재물이 포함되어 있어, 선재생산을 위한 공형 압연시 정사각형 형태의 빌렛에 응력이 가해질때 내부 비금속개재물 주위에 미세 기공(Micro Void)을 형성시켜 균열이 발생, 전파되면서 선재압연이 곤란하게 되는 반면 본 발명에서는 빌렛(Billet) 선단부를 면취가공하여 공형압연 초기 응력을 완화시켜 열간압연성을 양호하게 할 수 있다.

이후, 면취가공된 빌렛은 결정입계의 산화로 선재 압연과정에서 표면결함 발생방지, 주조조직의 편석감소, 석출물의 재고용, 표면탈탄 및 Bi 및 Bi + MnS 개재물의 존재로 고온연성의 확보를 위해서 적정온도와 재로시간의 확보가 필요하다.

이를 위해 상기 빌렛은 가열로에서 1150~1250℃의 범위로 1.5-2시간동안 유지함이 바람직한데, 보다 바람직하게는 1150~1200℃의 온도로 가열하고, 이후 1200-1250℃의 온도에서 균열하는 것이다.

상기와 같이 재가열된 빌렛은 조압연을 행하는데, 이때 초기 조압시 냉각수를 제어함이 필요하다. 즉, 조압연시 롤(Roll) 냉각수와 소재 접촉방지를 목적으로 본 발명에서는 롤 와이퍼(Roll Wiper)(1)를 제2도와 같이 롤(2)에 설치하여 공형압연시 고감면 변형부위에서 열간압연중인 소재(3)가 롤(2) 접촉면에서 급격한 온도하락으로 인하여 소재의 연성 부족과 표면에 횡균열이 발생하는 것을 방지할 필요가 있다. 구체적으로 조압연시 소재 선단부가 롤 통과전에는 냉각수(4)를 잠그며, 소재(3) 선단부가 롤(2)을 통과한 후에는 냉각수를 살수하는 한편 압연소재에 롤 냉각수가 소재에 접촉되지 않도록 상기와 같이 롤 와이어(Roll Wiper)(1)를 H-형태 압연롤에 설치하여 조압연한 다음 마무리 압연을 계속함이 보다 바람직하다.

상기 선재 압연후 권취기를 통하여 900-1000℃에서 권취하여 600℃까지 초당 0.5-0.7℃로 냉각시킨다. 여기서, 냉각온도 및 냉각속도의 조건은 절삭가공성이 양호한 훼라이트+퍼얼라이트 조직을 확보하며, 선재 표면에 과다한 스케일(Scale)생성을 억제하여 표면품질을 개선하기 위함이다.

이와 같이, 본 발명은 적정성분을 갖는 빌렛(Billet) 선단부의 면취가공 및 고온급속가열조건 적용, 공형압연 초기 조압연시 냉각수 조절 및 롤 냉각수가 소재에 접촉하는 것을 방지하기 위하여 롤 와이퍼(Roll Wiper)를 사용하므로서 열간압연성이 우수하고 선재 표면결함이 방지되는 Bi계 쾌삭강 선재를 제조할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

[발명예]

탄소 0.10%, 규소 0.01%, 이하, 망간 1.20%, 인 0.080%, 황 0.300%, 비스무스 0.15%, 알루미늄 0.001% 이하, 질소 70ppm, 용존산소 15ppm, 용존 수소 5ppm 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유한 강종의 빌렛(Billet)을 선재 가열로 장입전 선단부를 면취 가공하여 가열로에서 1200℃에서 1시간 40분간 유지후 열간압연 하며, 조압연시 소재(빌렛, Billet)가 Roll 통과전 냉각수를 차단하고 Roll 통과후에는 냉각수를 사용하나, 압연소재에 Roll 냉각수가 접촉하지 않도록 롤 와이퍼(Roll Wiper)를 조압연 H-Type Roll인 #1, #2, #4, #5 Stand 에 설치하여 압연한 후 950℃에서 권취하고 600℃까지 초당 0.6℃로 냉각한후 상온까지 공냉하였다.

[비교예]

상기 발명예와 동일 화학성분을 함유한 강종의 빌렛(Billet)을 선단부 면취가공 없이 가열로에서 1100℃에서 3시간 유지후 롤 냉각수 조절 및 롤 와이퍼 설치없이 선재압연을 실시하였다.

본 발명에 의해 제조된 발명재와 비교재의 선단부 세로균열, 표면결함 발생정도와 선재인장강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

또한, 본 발명재와 비교재의 표층부 결함과 표준부(선재직경의 3/4t 부위)를 관찰하고, 그 결과를 제2도에 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1에 나타난 바와같이, 본 발명재의 경우 비교재에 비해 세로균열발생이 현저히 감소함은 물론 표면결함 발생도 감소하였으며 균일한 선재 인장강도를 확보할 수 있었다.

또한, 제2도에 나타난 바와같이, 본 발명재의 경우 표층부 계면에서의 균열생성이 비교재에 비하여 현저히 양호한 것을 알 수 있으며, 전체적으로 균일한 훼라이트 + 퍼얼라이트 조직을 확보하고 있음이 확인되고 있다.

따라서, 본 발명에 의해 선재압연이 선단부 세로균열 발생 및 표면결함이 현전히 감소하여 열간압연성이 양호한 Bi 쾌삭강 선재를 제조할 수 있었다.

Claims (1)

1. 중량%로, C:0.03-0.15%, Si:0.03%이하, Mn:0.90-1.40%, P:0.060-0.120%, S:0.250-0.350%, Bi:0.03-0.20%, Al:0.005%이하, N:30-100ppm, 용존산소:5-20ppm, 용존수소:10ppm 이하, 잔부 Fe 및 기타불가피한 불순물로 조성되는 강 빌렛(Billet)을 가열로 장입전 선단부를 면취가공한 다음, 1150~1250℃의 온도에서 1.5-2시간동안 가열하고, 냉각수 접촉 방지용 롤 와이퍼(roll wiper)가 설치된 조압연기에서 상기 가열된 빌렛의 롤을 통과한 후에 냉각수를 살수하면서 조압연하고, 이후 마무리 압연을 행한 후, 900-1000℃의 온도범위에서 권취하고 600℃까지 초당 0.5-0.7℃로 냉각하고 상온까지 공냉시킴을 포함하여 구성되는 Bi-S계 쾌삭강 선재의 제조방법.