KR100448617B1

KR100448617B1 - 기계적스케일박리성이우수한침대스프링용경강선재제조방법

Info

Publication number: KR100448617B1
Application number: KR10-1998-0056282A
Authority: KR
Inventors: 우기택; 손진용
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2004-12-04
Also published as: KR20000040612A

Abstract

본 발명은 침대스프링용 선재의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 기존의 산세에 의한 박리법대신 기계적박리방법으로 박리성이 우수한 스케일을 가지도록 하면서도 기계적성질이 우수한 선재의 제조방법을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명은, 중량%로 C: 0.60 ~ 0.85%, Si: 0.15 ~ 0.35%, Mn: 0.60 ~ 0.90%, P: 0.30%이하, S: 0.30% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 빌렛을 열간선재압연하고 900 ~ 970℃의 온도에서 권취한 다음, 10℃/sec이하의 평균 냉각속도로 700±30℃의 온도까지 냉각하고, 이어 10 ~ 15℃/sec의 속도로 공냉함을 포함하여 이루어지는 기계적 스케일 박리성이 우수한 침대스프링용 경강선재의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

이러한 본 발명은 기존의 침대스프링용 경강선재의 스케일을 산세법 대신 기계적박리법을 적용하여 제거할 수 있도록 함에 따라 스케일제거 비용이 상당히 절감될 뿐만 아니라, 환경보호에 일조하는 효과가 있다.

Description

기계적 스케일 박리성이 우수한 침대스프링용 경강선재 제조방법

본 발명은 침대스프링용 선재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 산세에 의한 박리법대신 기계적박리방법으로 박리성이 우수한 스케일을 가지도록 하면서도 기계적성질이 우수한 선재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 선재는 강편을 선재압연하여 제조되는데, 이러한 선재압연공정의 일례가 도 1에 나타나 있다. 빌렛(Billet)을 선재 압연기(1)에서 열간압연하고 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 제어하여 주문자 용도 특성에 맞는 선재제품을제하고 있다.

통상 침대스프링용 경강선재의 경우 제품의 물성치로 가장 중요한 항목은 적정한 인장강도와 신선가공 할 때의 가공성을 확보하는 것으로, 이를 위해서는 권취기 이후 냉각 콘베이어에서 공냉시 제어냉각을 함으로써 미세하고 균일한 펄라이트 조직을 얻는 것이 필수적이다.

이와 같이 제어냉각공정에서는 선재의 표면에 얇은 스케일이 생성되는데, 이 스케일은 주문자들이 가공하기에 앞서 반드시 스케일 박리공정을 거쳐 제거하고 있다. 스케일박리방법으로는 염산이나 황산을 사용해서 화학적으로 처리하는 산세법이 일반적으로 널리 이용되고 있다. 산세법에 의한 스케일 제거시에는 스케일의 두께가 얇을수록 유리하기 때문에 지금까지는 합금성분, 열간압연후의 냉각속도 등을 조정하는 방법을 이용해 얇은 스케일을 형성시키는 한편, 산성용액 내에서 쉽게 용해 탈락되는 스케일을 형성시켜왔다. 그러나, 산세법은 비용이 상당히 들뿐만 아니라 엄청난 공해방지 시설이 필요하고 그 규제도 점차 엄격해지고 있다.

따라서, 염산이나 황상을 사용하지 않고 기계적으로 스케일을 제거하기 위한 방법이 시도되고 있다. 기계적박리법으로는 반복굽힘법, 쇼트블라스트(Shot blast)법 및 공기 블라스트(Air blast)법 등이 있다. 이러한 기계적박리법은 산세법만큼은 박리성이 우수하지는 않지만, 공해가 적고 제조 및 원가측면에서 유리하기 때문에 최근 신선업계에서는 기계적 박리 후에 약한 산세를 하는 복합적인 방법과 기계적 박리법만으로 스케일을 제거시키는 방법 등을 채택하는 사례가 늘고 있다.

스케일 박리공정에서 스케일이 완전히 탈락되지 않고 선재의 표면에 잔존하게 되면 나중의 신선 공정의 전처리인 피막처리시 균일한 표면조건을 확보할 수가 없어서 신선시 표면 결함이나 단선의 발생 등 심각한 문제점의 원인이 될 수 있기 때문에 스케일의 박리성의 향상은 매우 절실한 문제이다. 그런데, 기계적 박리법은 산세법에 비해서 스케일의 잔존율이 높기 때문에 선재를 생산하는 과정에서부터 기계적 박리성이 우수한 스케일을 형성시키는 것이 요구되고 있다.

그러나, 침대스프링용 경강선재에서 요구되는 적정 인장강도와 신선가공성을 확보하기 위해 권취온도를 830℃ 정도로 유지하고 냉각 콘베이어에서 공냉을 초당 10 ~ 20℃ 냉각하고 있어 기계적박리성이 우수한 스케일을 형성하는 것이 쉽지 않다. 왜냐하면, 이러한 냉각개시온도(권취온도)와 냉각속도에서는 대부분 뷰스타이트(Wustite)인 FeO로 이루어진 스케일이 형성되다가 570℃ 이하의 온도에서는 뷰스타이트(Wustite)인 FeO보다는 마그네타이트(Magnetite)가 Fe₃0₄가 열역학적으로 안정하기 때문에 이 온도범위에서 오랜 시가 유지하면 뷰스타이트(Wustite)는 마그네타이트(Magnetite)로 변태하게 된다. 이렇게 변태된 마그네타이트(Magnetite)는 지철과 뷰스타이트(Wustite) 경계면에서 석출하여 지철과 접착력이 큰 마그네타이트심(Magnetite seam)이라는 스케일층을 형성하게 되어 기계적박리법으로는 스케일제거가 어렵게 된다.

따라서, 스케일 박리성을 향상시키기 위해서는 마그네타이트심이 형성되지 않도록 하는 것이 중요하나, 선재에 요구되는 기계적성질을 확보하면서 기계적박리법으로 제거가 용이한 스케일을 형성하기 어려워 해결이 되지 못하고 있는 실정이다.

이에 본 발명은 열간압연후 적정한 권취온도와 권취후 온도 단계별 엄격한 공냉 속도를 제어함으로써, 종래재와 동등이상의 기계적성질을 갖으면서도 기계적인 스케일 박리성이 우수한 침대스프링용 경강선재의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

제 1도는 본 발명의 선재를 제조하기 위한 선재압연기의 일례도.

※도면의 주요부위에 대한 부호의 설명※

1…선재압연기 2…수냉장치 3…권취기

4…선재코일 5…냉각 콘베이어 6…송풍기

7…집적기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선재 제조방법은, 중량%로 C: 0.60 ~ 0.85%, Si: 0.15 ~ 0.35%, Mn: 0.60 ~ 0.90%, P: 0.30%이하, S: 0.30% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 빌렛을 열간선재압연하고 900 ~ 970℃의 온도에서 권취한 다음, 10℃/sec이하의 평균 냉각속도로 700±30℃의 온도까지 냉각하고, 이어 10 ~ 15℃/sec의 속도로 공냉함을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자들은 침대스프링용 경강선재에 있어 최종 선재제품의 물성에는 영향을 미치지 않으면서, 스케일의 기계적 박리성을 향상시키는 방법에 대하여 깊이 있게 연구한 결과, 다음과 같은 사실을 인식하게 되었다.

첫째, 권취온도가 900℃보다 낮으면 초기 냉각시점에서 뷰스타이트(Wustite)발생량에 비해 마그네타이트(Magnetite) 점유 구성비가 상대적으로 증가하기 때문에 이는 최종제품에서 기계적인 박리성을 저해하는 주요인이 된다. 둘째, 뷰스타이트 형성온도구간에서 냉각속도가 빠르면 뷰스타이트(Wustite)인 FeO가 충분한 두께로 성장하지 못한다. 셋째, 570℃ 이하의 온도에서 오래 유지하게 되면 열역학적으로 안정한 마그네타이트심(Magnetite seam) 생성에 의한 지철과의 접착력이 커서 스케일 박리성에 치명적인 영향을 미친다.

본 발명은 상기와 같은 연구결과에 의거하여 침대스프링 경강선재시 권취온도와 공냉속도의 조정을 통하여 최종제품의 물성에는 영향을 미치지 않으면서 스케일의 박리성을 향상시키는 방법을 계발하게 되었다. 이러한 본 발명을 강성분과 제조조건으로 구분하여 설명한다.

한편, 본 발명에서 빌렛(Billet)이란 용어는 연속주조법에 의해 제조된 브룸(Bloom) 소재를 빌렛(Billet)압연기에서 압연에 의해 제조된 소재를 의미하며, 선재란 이러한 빌렛(Billet)을 수요가 용도특성에 맞게 일정 치수로 선재압연에 의해 제조된 제품을 의미한다.

[강성분]

탄소(C)는 강에 있어 강도와 인성을 지배하는 기본적인 원소로, 고탄소화하는 경우 강도는 증가하지만 연성은 반대로 저하되고 가열시 탈탄이 발생하기 쉬우며 이는 최종 제품에까지 영향을 미치게 된다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 특성을 감안하여 0.85중량%(이하,단지 '%'라 함)이하로 한정한다. 그러나, 탄소함량이 부족하면 침대스프링용 경강선재에서 요구하는 강도를 만족시키지 못하기 때문에 강도 확보의 관점에서 탄소함량의 하한은 0.60%로 한정한다.

실리콘(Si)은 페라이트에 고용되어 강도를 증가시키는 작용을 하지만 탈산제로서도 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는 실리콘 함량은 0.15%이상을 함유하여야 한다. 그러나, 실리콘 함량이 많게 되면 스케일 생성량이 감소함과 동시에 스케일과 지철계면에 FeO, Fe₂SiO₄의 혼합층이 생성되어 결국 스케일의 밀착성이 증가함게 됨에 따라 신선가공전의 스케일 박리성을 저하시키게 된다. 또한 실리콘은 탄소의 함량을 높여 탈탄을 촉진하게 되므로 실리콘 함량의 상한은 0.35% 이하로 한정한다.

망간(Mn)은 제강공정에서 탈산제 및 소재의 강화원소로서 사용되며 황(S)과 결합하여 망간유화물(MnS)을 형성함에 따라 열간취성을 유발하는 철유화물(FeS)의 생성을 억제하여 열간압연성을 개선한다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는 0.60% 이상 함유되어 있어야 한다. 그러나, 망간함량이 많이 있으면 편석이 일어나기 쉽고 냉각공정에서 편석부에 국부적으로 경한조직인 마르텐사이트가 생성되어 신선가공성에 악영향을 미치게 되므로 망간함량의 상한은 0.90% 이하로 한정한다.

인(P)은 스케일박리성 및 재료의 강도를 높이는 작용이 있지만 결정입계에서의 편석경향이 높아 인성을 저하시키는 원인이 되므로 0.030% 이하로 한정한다.

황(S)은 스케일박리성을 높이는 원소로 알려져 있으나 또한 인성에 악영향을 미치는 유해한 원소이므로 0.30% 이하로 한정한다.

이외에도 나머지 성분으로 철(Fe) 및 불가피하게 함유되는 불순물이 함유될 수 있는데, 강도 및 인성의 관점에서 불순물은 낮을수록 좋다.

[제조조건]

상기와 같이 조성되는 빌렛을 재가열하여 통상의 방법으로 열간선재압연한다음, 권취하는데, 이때의 권취온도는 900~970℃로 하는 것이 좋다. 그 이유는 권취온도가 900℃이하에서는 박리성이 양호한 뷰스타이트(Wustite)인 FeO발생율에 비해 마그네타이트(Magnetite)인 Fe₃0₄발생율이 상대적으로 많아져서 이는 최종 제품의 스케일의 박리성을 저해하는 주요인이 된다. 또한, 권취온도가 970℃ 이상에서는 권취온도가 높아서 작업성에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 선재의 코일내의 인장강도 편차를 심화시키게 된다.

권취한 다음 냉각하는데, 이때의 냉각속도는 소재온도가 변태구간인 700±30℃ 온도까지는 냉각속도를 10℃/sec 이하로 한정하는데, 그 이유는 다음과 같다. 상기 700±30℃의 온도구간이상의 온도에서 냉각속도를 10℃/sec 이상으로 하게되면 스케일 박리성이 양호한 뷰스타이트(Wustite)인 Fe0가 충분히 성장하지 못하여 충분한 두께로 형성되지 않기 때문에 스케일 박리시 표면에 잔존하거나 아예 박리되지 않는 부분이 발생하게 된다.

상기와 같이 냉각속도로 700±30℃의 온도구간까지 냉각하고 이어 냉각속도를 10℃ ~ 15℃/sec 이하로 한정하는 이유는 다음과 같다. 변태온도인 700±30℃의 온도 이후부터 10℃/sec 이하의 냉각속도로 냉각하면 펄라이트의 변태온도가 높아져서 펄라이트 층상간격이 높아지기 때문에 선재제품의 인장강도가 규격범위 이하로 낮아질 뿐만 아니라 신선가공성에서도 악영향을 미치게 된다. 한편 냉각속도가 15℃/sec 이상이 되면 중심부에 국부적으로 존재할 수 있는 탄소(C) 및 망간(Mn)성분의 편석지점에서 펄라이트 변태가 지연됨에 따라 베이나이트 또는 마르텐사이트발생으로 연성이 현저히 떨어지기 때문에 신선가공시 단성을 유발할 가능성이 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

중량%로 탄소(C): 0.73%, 실리콘(Si): 0.25%, 망간(Mn): 0.75%, 인(P): 0.20%, 황(S): 0.015%를 함유하고 크기가 160mm×10.1m인 빌렛(Billet)을 1030~1050℃의 온도에서 1시간 40분 동안 가열하여 선재압연기에서 직경 5.5mm로 열간선재압연하고 이어 발명재는 900 ~ 970℃의 온도범위에서 권취하고, 종래재는 830 ~ 900℃의 온도범위에서 권취하였다. 이후 권취기(3)에서 링(rign)상으로 낙하한 후 냉각콘베이어(5)에서 이송하면서 하부 송풍기(6)의 송풍량을 조정하여, 발명재의 경우 소재온도 700℃ 이상에서는 냉각속도를 10℃/sec 이하로 조정하였고, 소재온도가 700℃ 이하에서는 냉각속도를 10~15℃/sec 범위가 되도록 조정하였다. 종래재의 경우는 평균냉각속도를 온도 단계별로 구분없이 12℃/sec 범위로 조정하였다. 상기와 같이 제조된 선재 시편에 대해 인장강도, 스케일 두께 및 스케일 박리율을 측정하고 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다. 여기서, 스케일박리율은, 통상의 시험방법대로 6 ~ 8%의 인장변형을 가한 후 스케일의 박리율을 측정한 것이다.

[표 1]

표 1에 나타낸 바와 같이, 발명재와 종래재의 평균 인장강도는 동일한 값을 나타내었다. 스케일의 두께는 발명재의 경우 12 ~ 14㎛로 균일하였고, 종래재의 경우는 6 ~ 7㎛정도로 얇게 생성되는 것을 알 수 있었으며, 스케일박리율은 발명재가 종래재 보다 매우 높게 나타났다.

상기 결과를 종합해보면, 본 발명재는 종래재와 동일한 기계적성질을 유지하면서도 스케일의 기계적 박리율이 현저하게 개선됨을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 기존의 침대스프링용 경강선재의 스케일을 산세법 대신 기계적박리법을 적용하여 제거할 수 있도록 함에 따라 스케일제거 비용이 상당히 절감될 뿐만 아니라, 환경보호에 일조하는 효과가 있다.

Claims

중량%로 C: 0.60 ~ 0.85%, Si: 0.15 ~ 0.35%, Mn: 0.60 ~ 0.90%, P: 0.30%이하, S: 0.30% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 빌렛을 열간선재압연하고 900 ~ 970℃의 온도에서 권취한 다음, 10℃/sec미만의 평균 냉각속도로 700±30℃의 온도까지 냉각하고, 이어 10℃/sec이상 ~ 15℃/sec의 속도로 공냉함을 포함하여 이루어지는 기계적 스케일 박리성이 우수한 침대스프링용 경강선재의 제조방법.