KR100331233B1 - 스케일의기계적박리성이고탄소강선재의제조방법 - Google Patents

Abstract

중량비로 0.40% 이상 1.2%이하의 탄소를 함유하고 스케일의 기계적 박리성이 우수하며 재생 스케일의 발생을 방지하기 위한 고탄소강 선재의 제조 방법이 개시된다.

본 발명의 스케일의 기계적 박리성이 우수한 고탄소강 선재의 제조 방법은, 탄소함량이 중량비로 0.4% 이상 1.2% 이하인 고탄소강 선재를 열간압연후, 냉각개시온도를 850∼900℃로 하여 초당 10 내지 15℃의 평균냉각속도로 680℃ 까지 냉각하고 그후 680℃를 통과하는 순간의 냉각속도를 기준으로 초당 15 내지 25℃의 냉각속도로 680℃ 부터 200℃ 까지 냉각하는 2단계의 제어냉각을 실시한 다음, 선재 코일의 기계적 충격에 의한 재생스케일의 발생을 방지하도록 냉각마감 온도를 300℃ 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 구성이다.

Description

스케일의 기계적 박리성이 개선된 고탄소강 선재의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF HIGH CARBON STEEL WIRE ROD HAVING GOOD MECHANICAL DESCALING CAPACITY}

본 발명은 중량비로 0.40% 이상 1.2%이하의 탄소를 함유하고 스케일의 기계적 박리성이 우수하며 재생 스케일의 발생을 방지하기 위한 고탄소강 선재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고탄소강 선재를 열간압연후 냉각시키는 과정에서 냉각속도를 적절히 제어함으로써 통상의 선재에 비해 스케일의 기계적 박리성이 우수함은 물론 제조공정상 불가피한것으로 여겨졌던 재생 스케일의 발생도 방지할 수 있는 고탄소강 선재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 선재는 열간압연된 것을 수요가들이 2차 가공하기에 앞서 반드시 스케일의 박리공정을 거치게 된다. 이 박리방법은 지금까지 주로 염산이나 황산을 사용해서 화학적으로 처리하는 산세법이 일반적이었다. 그러나 이 산세법은 박리성이 우수한 반면에 산세 설비의 설치나 가동을 위해 비용이 상당히 들 뿐만 아니라 엄청난 공해 방지 시설이 필요하고그 규제도 엄격하다.

그래서 염산이나 황산을 사용하지 않고 기계적으로 스케일을 제거하기 위한 방법이 제안되고 있는데 반복 굽힘법, 쇼트블라스트(Shot Blast)법 및 공기 블라스트(Air Blast)법 등이 널리 이용되고 있다. 이들 기계적인 박리법은 산세법 만큼은 박리성이 우수하지 않지만 공해가 적고 제조 및 운전 원가 측면에서 유리하기 때문에 최근 신선 업계에서는 기계적 박리후에 약한 산세를 하는 복합적인 방법과 기계적인 박리만으로 스케일을 제거시키는 방법을채택하는사례가 늘고 있다.

스케일이 완전히 탈락하지 않고 선재의 표면에 잔존하게 되면 나중의 신선 공정의 전처리인 피막처리시 균일한 표면 조건을 확보할 수 없어 신선시 표면 결함이나 단선의 발생등 심각한 문제의 원인이 될 수 있기 때문에 스케일의 박리성 향상은 매우 절실한 문제이다.

그런데 기계적 박리법은 산세법에 비해서 스케일의 잔존율이 높기 때문에 선재를 생산하는 과정에서부터 기계적 박리성이우수한 스케일을 형성시켜야 한다.

산세법에 의한 스케일 제거시에는 스케일의 두께가 얇을 수록 유리하기 때문에 지금까지는 합금 성분, 열간압연후의 냉각속도 등을 조정하는 방법을 이용해 얇은 스케일을 형성시키는 한편, 산성 용액내에서 쉽게 용해 탈락되는 스케일의 형성에 주안점을 두었다.

한편 선재 공장에서 선재를 생산하는 공정을 간략히 설명하면 다음과 같다.

우선, 빌렛을 가열로내에서 충분히 가열하여 주조 조직을 완화시킨 다음 열간압연하기에 알맞은 온도로 추출하여 조압연, 중간조압연, 중간사상압연, 사상압연등의 4단계에 걸쳐서 원하는 최종 직경을 얻게 된다. 도 1에 선재 생산 공정을 사상압연 이후의 공정 부터 개략적으로 도시하였는데, 사상압연기(2)에서 사상압연시의 압연 속도가 매우 빠르기 때문에 압연시 가공 발열에 의해 압연 선재(1)의 온도는 상당히 상승한다. 이렇게 온도가 높아진 소재(1)를 수냉 장치(3)를 통과시켜750 내지 900℃의 온도까지 급격히 냉각시킨다. 여기까지는 압연소재가 직선의 형태로 유지되어 왔으나 레잉 헤드(LayingHead)라고 하는 권취기(5)를 이용하여 원형의 코일 형상으로 만들어 주며, 이때부터 선재 최종 제품의 물성을 결정짓는미세 조직을 얻기 위해 스텔모아(Stelmor)라고 하는 강제 송풍 냉각장치(4)를 이용하여 소재의 냉각 속도를 제어함으로써원하는 미세 조직 및 소재강도를 확보한다.

이때 레잉 헤드 이후의 코일 형상의 선재는 코일 콘베아(6) 위를 지나게 되는데 송풍 냉각장치(4)는 콘베아(6)의 하부에설치되어 있다. 변태가 완료된 코일은코일 집속기(7)를 이용하여 쌓은 다음 포장후 출하된다.

도 2 에는 코일 콘베아(6) 위를 지나는 소재(1) 코일을 위에서 관찰한 모양을 개략적으로 도시하였다.

일반적으로 고탄소강 선재의 경우 제품의 물성치로서 가장 중요한 항목은 높은 인장 강도와 신선 가공시의 가공성을 확보하는 것인데 이를 위해서는 레일 헤드 이후의 냉각시 냉각 속도를 조절하는 제어 냉각을 함으로써 미세하고 균일한 펄라이트 조직을 얻는 것이 필수적이다.

그리고 선재 공장에서의 코일 집속 작업성의 문제와 선재 제품의 운송이나 취급시 표면의 긁힘 또는 마모, 단선 등의 문제를 극소화하기 위해 선재 코일의 권취 형상을 가능한 한 원형으로 균일하게 조정하는 것이 중요한데 이를 위해 권취기(5)인 레잉 헤드에서의 냉각 개시 온도가 약 830℃ 근방으로 유지되도록 수냉 장치(3)를 통해 소재 온도를 제어한다. 널리 알려진 바와 같이 레잉 헤드에서의 소재 온도가 증가하면 선재의 제품 상태에서의 인장강도는 약간 상승하는데 이는별문제가 되지 않는다.

이와 같이 레잉헤드에서의 냉각개시 온도를 조정한 다음 초당 15 내지 25℃의 냉각 속도로써 소재를 냉각하면 나중의 신선공정 전의 납파텐팅(Lead Patenting) 공정을 생략할 수 있을 정도로 신선가공성이 우수하고 또한 신선가공후 원하는 인장강도를 확보할 수 있는 선재를 생산할 수 있다.

이와 같은 제어냉각 공정을 거치는 동안 선재의 표면에는 얇은 스케일이 생성되는데 750 내지 900℃의 냉각개시 온도와초당 15 내지 25℃의 냉각 속도로 제어냉각하는 동안에 생성되는 스케일의 대부분이 FeO(뷔스타트)로 이루어진다는 것과이렇게 FeO 로써 이루어진 스케일은 Fe3O4(마그네타이트)에 비해서 산세 또는 기계적 박리시 공히 제거시키기가 쉽다는 것은 공지의 사실이다.

그런데 570℃ 이하의 온도에서는 FeO 보다는 Fe3O4가 열역학적으로 안정하기 때문에 이 온도 범위에서 오랜 시간이 지나면FeO 는 Fe3O4로 변태한다. 특히 이 변태속도는 온도가 400℃ 부근일 경우 가장 빨라서 약 3 분 정도 지나면 변태가 개시되는데 , 이렇게 변태된 Fe3O4는 지철과 FeO의 경계면에서 석출하여 FeO에 비해서 지철과의 접착력이 훨씬 큰 마그네타이트 심(Magnetite Seam)이라는 스케일층을 형성한다. 따라서 스케일의 박리성을 증대시키기 위해서는 마그네타이트심이 형성되지 않도록 하는 것이 중요하다. 따라서, 고탄소강 선재의 냉각시 상변태가 완료되는 550℃ 이하의 온도에서는 가능한한급냉하는 것이 필요하다. 그리고 고탄소강 선재의 경우 각종 합금 성분을 중량비로 했을 때 탄소 0.4∼1.2%, 실리콘 0.2∼0.3%, 망간 0.3∼0.9% 그리고 잔부는 철 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는데, 이러한 범위내의 성분 변화에서는 이상 언급한 스케일의 성장 기구 및 속도론은 거의 차이가 없는 것이 공지의 사실이다.

그동안의 고탄소강 선재의 경우 이상 서술한 바와 같이 선재 제품의 미세 조직 및 기계적 성질을 확보하기 위한 제어냉각법으로 생산했을 경우 산세법으로 충분히 제거시킬 수 있을 정도의 얇은 스케일이 형성되어 문제가 없었다. 그러나 기계적으로 박리시키는 경우에는 FeO로 이루어진 스케일의 두께가 두꺼울수록 박리성이 우수하다. 이를 위해서 레잉헤드에서의 냉각개시 온도를 현재 보다 증가시키고그 이후의 냉각 속도를 낮추면 FeO의 스케일층이 두꺼워지지만 이에는 몇가지이유로 한계가 있다.

첫째, 레잉헤드 온도가 너무 높으면 선재 코일의 권취 형상이 나빠져서 작업성에 악영향을 미칠 뿐만아니라 선재의 코일내 인장강도 편차가 심화된다. 도 2 에 나타낸 바와 같이, 콘베아(6) 위를 지나는 코일의 횡방향으로의 소재 밀도가 위치에 따라 다르기 때문에 냉각 속도의 편차가 발생하고, 이것이 최종 제품 상태에서의 인장강도 편차의 원인이 된다. 이러한 냉각속도의 편차는 레잉헤드 온도가 높을수록 심화된다.

둘째, 고탄소강 선재의 냉각속도가 너무 낮으면 상변태 온도가 너무 높아져서 최종 제품의 인장강도가 규격에 미달하게될 뿐만 아니라 미세조직 중 펄라이트 분율이 낮아지고 펄라이트의 층상간격이 넓어져서 신선가공성을 급격히 저하시키게된다.

세째, 레잉헤드 온도가 너무 높거나 냉각 속도가 너무 낮아서 FeO 층의 두께가 과잉으로 두꺼워지면 스케일 생성시 형성되는 압축잔류응력이 집적되어 지철과 스케일층 사이에 간극이 발생하게 된다. 이런 현상이 발생하면 마그네타이트심이매우 용이하게 생성되기 때문에 박리성에는 치명적인 영향을 미친다. 그외에도 스케일로 인해서 버려지는 지철의 양이 증대되기 때문에 생산 원가의 측면에서도 불리한 결과를 초래한다. 따라서 선재의 기계적 성질을 유지하면서 스케일의 박리성이 우수한 제품을 제조하기 위해서는 적절한 냉각 속도의 제어가 필요하다고 할 수 있다.

그리고 선재의 기계적 박리성이 우수한 경우에는 약한 기계적 충격에도 스케일이 탈락할 확률이 커진다. 실제로 도 1 의코일집속기(7)에 선재가 집속되는 동안에 선재 링 사이 혹은 선재와 집속기 사이의 기계적 충격에 의해 스케일이 일부 탈락하는 경우가 발생한다. 이렇게 되면 스케일 탈락 부위의 지철 표면이 공기중에 노출되는데 이때의 소재 표면 온도가 필요 이상으로 높을 경우에는 재생 스케일이 형성되어 후공정에서의 기계적 박리시 거의 제거되지 않고 신선 공정 까지 잔존하게 되어 단선등의 문제를 발생시킨다.

고탄소강 선재의 스케일의 기계적 박리성을 향상시키기 위한 종래의 기술로는 일본 특개소 제 61-154702 호 및 일본특개평 2-213448 호 등이 있다.

일본 특개소 제 61-154702 호에서는 선재를 열간압연시 가열로 및 압연중에 생성되는 스케일을 각각 조압연 직전 및 사상압연 직전에 90kg/㎠ 이상의 고압수에 의해 스케일을 제거함으로써 평균표면조도를 1.5㎛ 이하로 조정하여 스케일의 기계적 박리성을 향상시킨 바가 있고, 일본 특개평 2-213448 호에서는 중량비로 탄소 0.4∼0.9%, 실리콘 0.1∼0.9%, 망간 0.3∼1.0%, 니켈 0.05∼0.15%를 함유한 고탄소강 선재에 크롬 또는 바나듐 중 1 종 또는 2 종을 총량으로 0.05∼0.30% 함유하고, 평균표면조도를 1.5㎛ 이하로 조정하여 스케일의 밀착성 및 기계적 박리성을 개선시킨 바가 있다.

그러나, 상기 종래 기술들에서는 고탄소강 선재의 스케일의 기계적 박리성에 가장 큰 영향을 미치는 스케일의 조성 및 두께를 조정하기 위한 냉각 방법에 대해서는 착안한 바가 없으며, 재생 스케일의 발생을 방지하기 위한 해결 방안에 대해서도 착안한 바가 없다.

본 발명자들은 상기 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 고탄소강 선재의 열간압연후 냉각속도의 조정을 통해최종 제품의 물성에는 영향을 미치지 않으면서 스케일의 조성 및 두께를 조절하여 스케일의 기계적 박리성을 향상시키는한편 냉각 마감 온도를 적절히 조정하여 재생 스케일의 발생을 방지하는 방법에 대해 깊이 있게 연구한 결과 본 발명을착안하기에 도달한 것으로, 본 발명은 선재 제품의 기계적 성질 및 미세조직을 우수하게 유지하면서 동시에 스케일의기계적박리성을 향상시키기 위해 레잉헤드 온도를 적당하게 제어하고 냉각속도를 엄격하게 제어함으로써 스케일의 기계적박리성이 우수한 고탄소강 선재를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 종래 실시되는 선재 제조 공정을 개략적으로 도시한 도면,

도 2 는 코일 콘베아 위에서 이송중인 선재 코일을 도시한 도면,

도 3 (a),(b)는 비교재의 표면 스케일 탈락후 외관을 관찰한 광학 현미경 사진, 도 3(c)는 본 발명재의 표면 스케일 탈락후 외관을 관찰한 광학 현미경 사진,

도 4 (a),(b)는 6% 인장 변형시 탈락한 비교재의 스케일 형상을 나타낸 사진이며, 도 4 (c)는 발명재의 스케일 형상을 나타낸 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1:선재 2:사상압연기 3:수냉장치 4:송풍냉각장치

5:권취기 6:콘베아 7:코일 집속기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스케일의 기계적 박리성이 우수한 고탄소강 선재의 제조 방법은, 탄소함량이 중량비로 0.4% 이상 1.2% 이하인 고탄소강 선재를 열간압연후, 냉각개시온도를 850∼900℃로 하여 초당 10 내지 15℃의 평균냉각속도로 680℃ 까지 냉각하고 그후 680℃를 통과하는 순간의 냉각속도를 기준으로 초당 15 내지 25℃의 냉각속도로680℃ 부터 200℃ 까지 냉각하는 2단계의 제어냉각을 실시한 다음, 선재 코일의 기계적 충격에 의한 재생 스케일의 발생을 방지하도록 냉각마감 온도를 300℃ 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 구성이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 스케일의 기계적 박리성이 우수한 고탄소강 선재의 제조방법에서는 탄소함량이 중량비로 0.4% 이상 1.2% 이하인 고탄소강 선재를 열간압연후, 다음과 같이 열간압연한 선재를 2단계 제어냉각한다.

우선, 냉각개시온도를 850∼900℃로 하여 초당 10 내지 15℃의 평균 냉각속도로 680℃ 까지 1차 냉각한다.

다음에, 680℃를 통과하는 순간의 냉각속도를 기준으로 초당 15 내지 25℃의 냉각속도로 680℃ 부터 200℃ 까지 2차 냉각한다. 이러한 냉각에 의해 최종 제품에서의 스케일 두께가 10 내지 15㎛ 로 형성된다.

그리고, 이어서 선재코일의 기계적 충격에 의한 재생 스케일의 발생을 방지하도록 냉각마감 온도를 300℃ 이하로 제어한다.

본 발명에서 냉각 온도 및 냉각 속도를 상기와 같이 한정한 이유를 설명하면 다음과 같다.

1차 냉각 단계에서 냉각개시 온도를 850℃ 보다 낮은 온도로 하는 경우 원하는 두께의 FeO층을 확보하기 위해서는 냉각속도가 10℃ 미만으로 감소되어야 하는데 이렇게 되면 고탄소강 선재의 필수적인 물성인 높은 인장강도와 우수한 신선가공성을 확보하는 것이 불가능해진다. 그리고 냉각개시 온도를 900℃ 보다 높게 하는 경우 앞서 설명한 바와 같이, 선재 코일의 권취 형태가 불량해져서 작업성에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 선재의 코일내 인장강도 편차를 심화시키게 되므로 냉각개시 온도는 850 내지 900℃의 범위로 한정하는 것이 바람직하다.

또한, 선재의 냉각속도를 680℃를 경계로 하여 변화시킨 것은 고탄소강 선재의 경우 연속 냉각시 펄라이트 변태의 개시온도가 680℃ 근처가 되기 때문이다. 680℃ 이상의 온도 범위에서는 페라이트 변태가 일어나는데 이는 고탄소강 선재의경우에 펄라이트에 비해 최종 제품의 물성에 그다지 큰 영향을 미치지 않는다. 따라서 680℃ 이상의 온도 범위에서는 FeO의 성장 속도가 빠르기 때문에 초당 10 내지 15℃ 범위의 비교적 낮은 냉각속도를 유지하여 충분한 두께의 스케일층을 형성시킨 다음 680℃ 이하의 온도 범위에서 펄라이트 변태 온도를 제어함으로써 원하는 두께의 스케일층과 적절한기계적성질을 얻을 수 있다.

한편, 680℃ 이후 200℃ 까지의 냉각속도의 범위를 680℃를 통과하는 순간의 냉각속도로 규정한 이유는 다음과 같다. 고탄소강 선재가 연속냉각되는 도중에 펄라이트 변태가 진행되면 변태에 의한 변태 잠열이 상당히 발생하게 되는데 이때문에 냉각 도중 소재의 온도가 일시적으로 상승하게 되어 결과적으로 냉각 지연 현상이 발생한다. 따라서 이 영역에서는 송풍 속도가 일정하더라도 변태 속도가 빨라지는 640 내지 670℃의 온도 범위에서의 온도 상승 효과에 의해 전체적으로 냉각속도를 평균했을 때 매우 낮은 값을 나타내게 된다. 따라서 펄라이트 변태가 개시되는 온도인 680℃를 통과하는 순간의냉각 속도를 기준으로 하는 것이 실제적인 의미를 지니게 된다.

상기 680℃ 이상의 온도에서 냉각 속도 범위를 초당 10 내지 15℃로 한 이유는 다음과 같다. 냉각 속도가 초당 10℃ 이하가 되면, 소재 온도가 펄라이트 변태가 개시되는 680℃ 근처에 도달했을 때 콘베아상의 횡방향의 소재 밀도 편차에 의한냉각 속도 편차가 심화되어 최종 제품의 인장강도 편차가 제품 규격을 벗어나게된다. 또한, 냉각속도가 너무 느리게 되면 소재가 고온 영역에서 지체하는 시간이 길어져 FeO 층이 과잉으로 두껍게 형성되어 스케일층 내부에 압축잔류응력이집적된다. 이렇게 되면 지철과 스케일 층 사이에 간극이 발생하게 되고 이후에 마그네타이트심이 매우 용이하게 생성되기때문에 박리성에는 치명적인 영향을 미친다. 반면에 냉각속도가 15℃ 이상이 되어 너무 빠르면 FeO 층이 충분한 두께로형성되지 않기 때문에 기계적 박리시 스케일이 분말 형태로 선재의 표면에 잔존하거나 아예 박리되지 않는 부분도 발생하는 문제가 발생한다.

그리고 상기 680℃ 통과시 냉각속도가 초당 15 내지 25℃로 한정되는 이유는 다음과 같다. 냉각속도가 15℃ 보다 작게 되면 펄라이트 변태온도가 높아져서 펄라이트 층상간격이 증대되기 때문에 선재 제품의 인장강도가 규격 범위 이하로 낮아질 뿐만 아니라 신선가공성에도 악영향을 미치게 되어 단선 발생의 원인이 된다. 그리고 소재 온도가 570℃ 이하의 범위에서 냉각 속도가 느리면 박리성에 불리한 마그네타이트심이 발생할 가능성이 있다. 한편 냉각속도가 초당 25℃ 이상이 되면 선재 중심부에 존재할 수 있는 탄소 및 망간 성분의 편석 지점에서의 펄라이트 변태가 지연됨으로써 베이나이트 또는마르텐사이트 등의 저온변태 조직 발생의 원인이 된다. 이러한 저온변태 조직은 연성이 현저히 떨어지기 때문에 신선 가공시 단선을 유발하는등 심각한 문제를 야기한다. 따라서 680℃ 이하의 온도에서는 냉각속도를 초당 15 내지 25℃의 범위로 제한하는 것이 필요하다.

본 발명에서 또한 냉각마감 온도를 300℃ 이하로 제한하는 이유는 다음과 같다. 냉각마감 온도가 300℃를 넘게 되면 선재표면에 이미 기계적 박리성이 우수한스케일이 형성되어 있기 때문에 약간의 기계적 충격에도 쉽게 탈락하게 된다. 냉각과정이 끝나고 코일 집속기에 선재가 집속되는 동안에 선재 링 사이에기계적인 충돌이 발생하고 또한 선재 링과 집속 장치 사이에도기계적충격이 발생한다. 이러한 기계적 충돌에 의해 선재 표면의 일부 스케일은 탈락되어 지층의 표면이 공기중에 노출되게 된다. 이때의 선재 표면 온도가 300℃를 넘게 되면 밀착성이 매우 좋은 재생 스케일이 발생시 이 재생스케일은 Fe3O4의 조성을 가지며 후공정의 기계적 박리 공정에서 거의 제거되지 않는다. 그러나 선재 냉각마감 온도가 300℃ 이하가 되면 선재 코일의 기계적 충격에 의해 표면 스케일이 탈락하더라도 재생 스케일이 발생하지 않는다. 따라서,코일 콘베아 위에서의 선재 냉각마감 온도는 300℃ 이하가 되도록 제어하는 것이 매우 중요하다.

이하에서는 실시예와 관련하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

실시예

본 발명의 경우 중량%로 표 1 과 같이 조성되는 고탄소 경강 선재를 연속 주조에 의해 가로 및 세로가 각각 160mm, 길이가 약 10m 인 빌렛으로 제조하고 1100℃ 이상의 온도에서 1 시간 30 분 동안 가열하여 주조 조직을 제거한후 29개의 압연단계로 이루어진 압연기로 연속압연하여 최종 압연 소재의 직경이 5.5 mm가 되도록 열간압연하였다.

이어서, 열간압연한 선재를 표 2 에 나타낸 조업 조건으로 냉각하였다. 우선, 소재를 연속적으로 수냉 설비를 통과시켜레잉헤드 온도를 874℃로 조정하였으며, 이후 스텔모아(Stelmor) 강제 송풍 냉각장치의 송풍량을 조정하여 소재 온도가680℃가 되기까지는 평균냉각속도(CR1)가 초당 13℃가 되도록 하였으며, 그 이후 펄라이트 변태가 개시되는 680℃ 근처를통과하는 시점에서는 냉각속도(CR2)를 초당 19℃로 하였다. 냉각속도의 조절은 콘베아의 하부에 있는 송풍장치의 풍량을변경하여 시행하엿으며, 콘베아상의 선재 냉각마감 온도가 300℃ 이하가 되도록 콘베아 이송속도를 조정하였으며, 실제로선재가 집속기에서 집속될 때의 온도는 278℃로 측정되었다.

본 발명의 경우와 비교하기 위하여 종래 방법으로 선재를 제조하였는데 5.5mm 직경으로 열간압연하는 과정까지는 본 발명의 경우와 동일하다. 그러나 냉각 조건은 표 2 에 나타낸 바와 같이 비교재 1 의 경우는 레잉헤드 온도는 835℃ 이며, 소재 온도가 680℃가 될 때까지는 평균냉각속도(CR1)가 초당 23℃가 되도록 하였으며, 그이후 펄라이트 변태가 개시되는680℃ 근처를 통과하는 시점에서는 냉각속도(CR2)를 초당 18℃로 하였다. 이경우는 콘베아상의 선재 냉각마감 온도가 300℃ 보다 높은 온도가 되도록 콘베아 이송 속도를 조정하였으며, 실제로 선재가 집속기에서 집속될 때의 온도는 410℃로측정되었다.

표 2 에 나타낸 비교재 2 의 경우는 레잉헤드 온도는 871℃ 이며, 소재 온도가 680℃가 될 때까지는 평균냉각속도(CR1)가초당 11℃가 되도록 하였으며, 그이후 펄라이트 변태가 개시되는 680℃ 근처를 통과하는 시점에서는 냉각속도(CR2)를 초당 21℃로 하였다. 이경우는 콘베아상의 선재 냉각마감 온도가 300℃ 보다 높은 온도가 되도록 콘베아 이송 속도를 조정하였으며, 실제로 선재가 집속기에서 집속될 때의 온도는 405℃로 측정되었다.

상기와 같이 제조된 선재 시편에 대해 인장강도(TS) 및 단면감소율(RA), 스케일 두께, 스케일 중량비, 기계적 박리후의스케일 잔존율 그리고 재생 스케일의 발생 여부 등을 측정, 관찰하였다.

비교재와 발명재의 선재 표층부 스케일의 광학 현미경 사진을 도 3 (a),(b),(c)로 나타내었다. 그리고 표 3 에는 비교재와 발명재에 대해 선재 최종 제품 상태에서의 인장강도, 단면감소율, 스케일 중량비 및 두께, 공칭 변형율(engineeringstrain) 6% 인장후의 스케일의 박리율 및 재생 스케일 박리 여부 등을 측정한 결과를 나타내었다.

여기서, 스케일의 중량비는 박리전의 단위 길이당 선재의 무게중에서 표층부 스케일의 총무게가 차지하는 비율을 말하며,통상 스케일의 박리성 시험을 공칭 변형율 8 내지 10% 의 인장 변형을 가한 후에 잔존하는 스케일의 중량%로 하는 것이일반적이지만, 본 발명의 실시예에서 사용된 소재의 경우 인장시 8 내지 10%의 변형 이전에 완전 파단이 발생하는 경우가있기 때문에 6%의 인장 변형율하에서 종래재와 비교하였다.

표 3 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 인장 변형을 가하는 동안 선재의 표면으로부터기계적으로박리된 스케일의 중량비및 박리율이 비교재1에 비해 비교재2 및 발명재의 경우 훨씬 높은 것을 알 수 있다.

그리고 비교재1 및 비교재2의 경우는 재생스케일이 발생한 반면 본 발명재의 경우 재생스케일이 발생하지 않았다. 도 3(a),(b)는 비교재의 스케일의 기계적 박리후 선재 표면을 관찰한 광학 현미경 사진이며, 도 3(c)는 발명재의 스케일의 기계적 박리후 선재 표면을 관찰한 광학 현미경 사진이다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이 비교재1, 비교재2 에 비해 발명재의 경우 재생스케일이 잔존하지 않으므로 선재 표면이 매우 미려한 것을 관찰할 수 있다. 또한, 이렇게 스케일의 특성을 향상시킨 발명재의 경우 소재의 인장 시험시 인장강도 및 단면감소율의 측정 결과가 비교재와 거의 차이를 보이지않는 양호한 결과를 나타내고 있다.

한편, 도 4 (a),(b)는 비교재1 및 비교재2의 기계적 박리후 스케일의 모양을관찰한 사진이며, 도 4 (c)는 발명재의 기계적 박리후 스케일의 모양을 관찰한 사진이다. 비교재1의 경우 스케일이 분말 형태(Powder Type)로 탈락된 반면에 비교재2및 발명재의 경우는 파편 형태(Flaky Type) 또는 링(Ring) 형태를 보이는 것을 알 수 있다. 이렇게 탈락되는 스케일이 분말 형태가 아닌 파편 형태 또는 링 형태의 양상을 보일 수록 스케일의 기계적 박리성은 향상된다.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 스케일의 기계적 박리성이 우수한 고탄소강 선재의 제조 방법에 의하면 선재의기계적 성질에 해로운 영향을 미치지 않으면서 스케일의 기계적 박리성을 현저히 개선시키고 신선 가공성에 해를 미치는재생 스케일의 발생이 없어서 선재의 품질이 향상되는 등 유용한 효과가 얻어진다.

Claims (1)

1. 탄소함량이 중량비로 0.4% 이상 1.2% 이하인 고탄소강 선재를 열간압연후, 냉각개시온도를 850∼900℃로하여 초당 10 내지 15℃의 평균냉각속도로 680℃ 까지 냉각하고 그후 680℃를 통과하는 순간의 냉각속도를 기준으로 초당15 내지 25℃의 냉각속도로 680℃ 부터 200℃ 까지 냉각하는 2단계의 제어냉각을 실시한 다음, 선재코일의 기계적 충격에의한 재생스케일의 발생을 방지하도록 냉각마감 온도를 300℃ 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는스케일의 기계적 박리성이 개선된 고탄소강 선재의 제조 방법.

Images