KR100435483B1 - 표면결함이 없고 표면탈탄이 우수한 철도레일크립용선재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도레일크립용 스프링선재의 제조방법에 관한 것으로서, 강성분을 조정하고 열간선재압연후 권취온도 및 냉각속도를 적절히 제어함으로써, 소재표면흠이 없어서 필링공정을 생략할 수 있고 최종제품의 탈탄을 저감시킬 수 있는 철도레일크립용 선재의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 철도레일크립용 선재의 제조방법에 있어서,

중량%로, 탄소(C): 0.40~0.70%, 실리콘(Si): 1.60~2.0%, 망간(Mn): 0.70~1.00%, 알루미늄(Al): 0.015~0.050%, 인(P): 0.030%이하, 황(S): 0.030%이하, 크롬(Cr): 0.10~0.40%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유한 빌렛을 재가열하고 열간선재압연한 후, 900~970℃의 온도범위로 권취하고, 2℃/sec 이하의 냉각속도로 공냉하는 것을 특징으로 하는, 표면결함이 없고 표면탈탄이 우수한 철도레일크립용 선재의 제조방법을, 그 기술적 요지로 한다.

Description

표면결함이 없고 표면탈탄이 우수한 철도레일크립용 선재의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING WIRE ROD FOR TRAIN RAIL CREEP WITH NO SURFACE DEFECT AND SUPERIOR SURFACE DECARBORIZATION}

본 발명은 철도레일크립용 스프링선재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강성분을 조정하고 선재압연후 권취온도 및 냉각속도를 적절히 제어함으로써, 표면흠 및 탈탄층의 발생을 현저하게 감소시키면서 동등 이상의 기계적성질을 갖는 표면결함이 없고 표면탈탄이 우수한 철도레일크립용 선재의 제조방법에 관한 것이다.

통상 선재를 제조하기 위해서는 도1에 나타낸 바와같이 연속 주조한 빌렛(Billet)을 선재압연기(1)에서 열간압연후 수냉장치(2)에 의해 냉각개시온도(이하 "권취온도"라 함)까지 급속히 냉각하고, 이후 권취기(3)에서 링(Ring)상으로 낙하하여 냉각 콘베이어(5)에서 이송되면서 하부 송풍기(6)에 의해 공냉속도를 적절히 제어하면서 주문자 용도특성에 맞는 선재제품을 제조한다.

여기서 빌렛(Billet)이라 함은 연속주조법에 의해 제조된 브룸(Bloom) 소재를 빌렛(Billet)압연기에서 압연에 의해 제조된 소재를 의미한다. 한편, 선재라 함은 이러한 빌렛(Billet)을 수요가 용도특성에 맞게 특정 칫수(본발명에서는 12.0mm)로 선재압연에 의해 제조된 제품을 의미한다.

이렇게 제조된 선재를 가공공정에서 필링(Peeling) →열간성형→재가열→소입(Quenching)→소려(Tempering)등의 열처리를 실시해서 최종제품을 제조한다.

통상적으로 철도레일크립용 스프링강선재의 경우, 소재상태의 표면흠 발생은 최종 제품상태에서 크랙(Crack)의 기점으로 작용해서 스프링 제품품질을 저해하는 사례가 발생하고 있다. 이것의 발생을 방지하기 위해서, 가공공정상 사전에 표면흠제거를 위한 필링(Peeling)을 통해 소재표면을 깍아서 사용하는데, 이것은 실수율 하락 등 공정추가로 인한 원가상승을 유발하기 때문에, 이에 대한 해결의 필요성이절실히 대두되고 있었다.

또한, 상기 기술의 강종은 고 실리콘(Si) 강종으로서, 실리콘 성분 특성상 가열시 탄소(C) 활동도를 활성화하므로, 열처리과정에서 표면탈탄이 필연적으로 발생이 되고 있다. 그러나, 이 탈탄층은 스프링 피로수명을 현저하게 저하시키므로, 스프링강의 특성을 발휘하지 못하게 한다.

이에, 본 발명자들은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과를 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 강성분을 조정하고 열간선재압연후 권취온도 및 냉각속도를 적절히 제어함으로써, 소재표면흠이 없어서 필링공정을 생략할 수 있고 최종제품의 탈탄을 저감시킬 수 있는 철도레일크립용 스프링강선재의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도1은 선재제조장치의 구성개략도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1...선재압연기, 2...수냉장치

3...권취기, 4...선재코일

5...냉각 콘베이어, 6...송풍기

7...집적기

본 발명은 철도레일크립용 선재의 제조방법에 있어서,

중량%로, 탄소(C): 0.40~0.70%, 실리콘(Si): 1.60~2.0%, 망간(Mn): 0.70~1.00%, 알루미늄(Al): 0.015~0.050%, 인(P): 0.030%이하, 황(S): 0.030%이하, 크롬(Cr): 0.10~0.40%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유한 빌렛을 재가열하고 열간선재압연한 후, 900~970℃의 온도범위로 권취하고, 2℃/sec 이하의 냉각속도로 공냉하는 것을 특징으로 하는, 표면결함이 없고 표면탈탄이 우수한 철도레일크립용 선재의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.본 발명은 강성분을 적절히 제어함에 의하여 표면탈탄을 저감하고, 권취온도 및 냉각속도를 제어함에 의하여 소재표면흠을 제거하는데 특징이 있으며, 이하 강성분에 대하여 먼저 살펴본다.

상기 탄소(C)는 강에 있어 강도와 인성을 지배하는 기본적인 원소로, 그 함량이 높으면 강도는 증가하지만, 인성은 저하되고 가열시 탈탄이 발생하기 쉬워 최종제품에 까지 영향을 미친다. 따라서, 그 상한은 0.70중량%로 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함량이 부족하면 철도레일크립용 스프링선재에서 요구하는 강도를 만족시키지 못하기 때문에 강도확보의 관점에서 탄소함량의 하한은 0.40중량%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 실리콘(Si)은 페라이트에 고용되어 강도를 증가시키는 작용을 하지만 제강공정에서는 탈산제로서 유효하다.

본 발명에서는, 소입소려시 소려연화특성을 방지하는 성분으로서의 효과를 얻기 위해서, 실리콘을 1.60% 이상을 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 실리콘 함량이 많게 되면 용강의 응고시 주조작업성을 저해하기 때문에, 그 상한은 2.0%이하로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 망간(Mn)은 제강공정에서 탈산제 및 소재의 강화원소로서 사용되며, 황(S)과 결합해 망간 유화물(MnS)을 형성하여 열간취성을 유발하는 철유화물(FeS)의 생성을 억제함으로써, 열간압연성을 개선하는데, 이러한 효과를 발휘하기 위해서는 0.70% 이상 함유되어 있어야 한다. 그러나, 그 함량이 1.0%를 초과하면 편석이 일어나기 쉽고 냉각 공정에서 편석부에 국부적으로 경한조직인 마르텐사이트가 생성되어 열간가공성에 악영향을 미치게 되므로, 망간은 0.7~1.0%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 인(P)는 재료의 강도를 높이는 작용을 하지만, 결정입계에서의 편석경향이 높아 인성을 저하시키는 원인이 되므로, 0.030% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 황(S)은 인성에 악영향을 미치는 유해한 원소이므로, 0.030% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 알루미늄(Al)은 탈산제 및 오스테나이트 결정입도를 미세하게 조정하는 원소이며, 이러한 효과를 나타내기 위해서는 0.015%이상 첨가해야 한다. 그러나, 0.050%보다 많이 첨가되는 경우에는 용강의 응고시 주조작업성을 저하하기 쉽기 때문에, 그 상한은 0.050%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 크롬(Cr)은 강도와 인성을 지배하는 원소이며, 탄소의 활동도를 저하함으로써 탈탄을 방지한다. 이러한 효과를 나타내기 위해서는 최소 0.10%이상 첨가되어야 하지만, 그 함량이 증가함에 따라 스프링강종의 열처리후 소려연화특성을 조장하기 때문에, 그 상한은 0.40%로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명강에 있어 잔부 성분은 철(Fe) 및 불가역불순물이며, 이 불가역불순물은 강도 및 인성의 관점에서 낮을수록 좋다.

상기와 같이 조성된 강편을 재가열하고 열간선재압연한 후 권취하여 냉각하여 이루어지는 철도레일크립용 선재의 제조방법에 있어서, 상기 권취온도는 900~970℃ 범위로 한정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

통상적으로 선재압연후 최종 소재의 온도는 1,050℃인데, 이를 냉각하여 권취할 경우, 그 온도가 900℃미만이면 수냉장치에서 순간적으로 소재가 목표로 원하는 온도로 도달하기 위해 고압의 물이 소재를 냉각함으로 인하여 수냉장치내에서 소재와 수냉장치와의 마찰로 인하여 표면흠을 유발하게 된다. 이로 인해 발생한 표면흠은 최종 제품의 크랙의 기점으로 작용하여 스프링제품 품질을 저하시킨다. 반면에, 권취온도가 970℃보다 높을 경우에는 작업성에 악영향을 미칠뿐만 아니라 선재의 코일내 인장강도 편차를 심화시키게 된다.

또한, 상기 냉각속도는 2℃/sec 이하로 한정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 그 냉각속도가 2℃/sec보다 빠르게 되면 급냉에 의하여 저온조직인 마르텐사이트 및 베이나이트 등 경조직 발생하여 고객사 가공조건을 현저히 저하하게 되기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

(실시예)

하기 표1의 화학성분으로 조성되고 가로 및 세로길이가 각각 160mm이고 길이가 10.1m인 빌렛(Billet)을 이용하여 1000~1030℃의 온도에서 1시간 40분동안 가열한 후, 도1의 선재압연기(1)에 의해 직경 12.0mm로 열간압연을 실시하였다. 이렇게 열간압연한 선재를 수냉장치(2) 통과시켜 권취하였다. 이후, 권취기(3)에서 링 (ring)상으로 낙하한후 냉각콘베이어(5)에서 이송하면서 하부 송풍기(6)의 송풍량을 조정하여 냉각하였다. 상기와 같이 제조된 선재를 가공공정에서 스프링으로 열간성형후 900℃에서 30분간 가열하고, 오일(Oil)에 소입(Quenching)한후 455℃에서 1시간 소려(Tempering)처리를 실시하였다.

그 후, 선재 권취온도에 따른 표면결함깊이를 선재상태에서 현미경으로 분석하고 선재냉각속도에 따른 저온조직 발생유무를 관찰하여 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

또한, 스프링에 대한 화학성분에 따른 탈탄깊이, 기계적성질을 측정하고, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

구분	화학성분(중량%)	제조조건
	C	Si	Mn	P	S	Al	Cr	권취온도(℃)	냉각속도(℃/s)
발명재1	0.058	1.80	0.87	0.020	0.015	0.030	0.15	920	1.8
발명재2	0.057	1.81	0.88	0.021	0.013	0.031	0.35	960	1.7
종래재1	0.058	1.80	0.87	0.019	0.016	0.027	0.05	840	2.5
종래재2	0.059	1.79	0.89	0.018	0.014	0.029	0.50	890	3.2

구분	열처리후 품질특성	선재표면결함깊이(mm)	경조직발생유무
	페라이트탈탄(mm)			전탈탄깊이(mm)	인장강도(kg/㎟)
발명재1	0	0.05	191.5	0.01	없음
발명재2	0	0.05	192.0	0.01	없음
종래재1	0.03	0.15	190.9	0.06	발생
종래재2	0	0.05	175.9	0.05	발생

상기 표2에 나타난 바와 같이, 본 발명재(1),(2)는 선재냉각속도가 본 발명범위를 만족하여 저온조직의 발생이 없고, 열처리후 품질특성이 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 강성분을 조정하고 열간선재압연후 권취온도 및 냉각조건을 적절히 제어하여 최종제품 탈탄을 저감하고 표면흠발생을 저감함으로써, 가공공정상 필링공정을 생략하여 획기적으로 비용을 절감할 뿐만 아니라, 철도레일크립용 스프링선재의 피로수명을 현격히 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 철도레일크립용 선재의 제조방법에 있어서,

   중량%로, 탄소(C): 0.40~0.70%, 실리콘(Si): 1.60~2.0%, 망간(Mn): 0.70~1.00%, 알루미늄(Al): 0.015~0.050%, 인(P): 0.030%이하, 황(S): 0.030%이하, 크롬(Cr): 0.10~0.40%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유한 빌렛을 재가열하고 열간선재압연한 후, 900~970℃의 온도범위로 권취하고, 2℃/sec 이하의 냉각속도로 공냉하는 것을 특징으로 하는, 표면결함이 없고 표면탈탄이 우수한 철도레일크립용 선재의 제조방법.