KR100448623B1 - 표면탈탄이 적은 고실리콘 첨가 중탄소 선재의 제조방법 - Google Patents

표면탈탄이 적은 고실리콘 첨가 중탄소 선재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고실리콘 첨가 중탄소강 선재의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 선재가열공정에서 빌레트의 표면에 탄소고용도가 낮은 페라이트 탈탄층을 형성하여 빌레트의 표면에 탈탄속도를 현저하게 줄임으로써 표면탈탄층의 두께를 저감할 수 있는 선재의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 탄소 0.40-0.60%, 실리콘 2.0-4.0%, 망간 0.1-0.8%, 크롬 0.1-0.8%, 인 0.01%이하, 황 0.01% 이하, 질소 0.005-0.01%, 산소 0.005% 이하, 여기에 니켈 0.3-2.0%, 보론 0.001-0.003%, 바나듐: 0.01-0.5%, 니오븀:0.01-0.5%, 몰리브덴 0.01-0.5%, 티타늄 0.01-0.2%, 텅스텐 0.01-0.5%, 구리 0.01-0.2%로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 빌레트를 Ac1변태점까지 20±5℃/분의 가열속도로 가열하고 이상역 범위인 Ac1변태점에서 Ac3변태점까지는 9±4℃/분의 가열속도로 가열하고 이후 1050±100℃까지 15±5℃/분의 가열속도로 가열하여 30분 이상 유지후 선재압연하는 것을 포함하여 이루어지는 고실리콘 첨가 중탄소강 선재의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

표면탈탄이 적은 고실리콘 첨가 중탄소 선재의 제조방법{Method for manufacturing high Si added medium carbon wire rod to reduce decarburization depth of its surface}
본 발명은 볼트 등으로 가공되어 사용되는 선재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘의 첨가량이 높음에 따라 발생하는 표면탈탄층을 선재가열공정에서 탄소고용도가 낮은 페라이트 탈탄층을 형성하여 저감할 수 있는 선재의 제조방법에 관한 것이다.
선재는 일정형상으로 가공되어 다양한 기계부품류에 이용되는데, 그 예로는 볼트, 너트, 스프링 등이 있다. 이러한 기계부품류의 경량화와 고성능화를 위해 선재의 고강도에 대한 요구는 계속 높아지고 있다. 고강도 소재는 일정하중이 지속적으로 가해지면 수소에 의해 균열이 진전되는 지연파괴가 발생할 수 있다.
일례로, 볼트는 지연파괴저항성이 열화되는 문제점으로 현재, 인장강도 130 kg/mm2급 이상 사용하는 것이 불가능하여 그 사용용도 및 범위가 제한되고 있는 실정이다. 지연파괴저항성이 우수하면서 고강도화가 가능한 볼트용강을 개발할 경우 기대되어지는 잇점으로는 다음과 같다. 즉, 강구조물 측면에서 볼트 체결은 용접 접합에 비해 숙련된 기술을 요구치 않고, 취약한 용접부를 대체하는 잇점 등을 고려할 때 첫째, 볼트 체결력 강화에 따른 강구조물의 안정성을 높일 수 있으며 둘째, 볼트 체결 갯수의 감소에 의해 강재 사용량을 줄일 수 있다. 또한 자동차 부품 측면에서는 셋째, 부품의 경량화에 기여하며 넷째, 부품 경량화에 따른 자동차 조립장치의 설계 다양화 및 컴팩트화(compact)가 가능한 잇점이 있다. 따라서 소재의 지연파괴저항성 저하없이 고강도화를 달성할 수 있다면 고강도화가 될수록 사용상의 잇점과 산업계에 미치는 영향을 고려할 때 그 파급도는 상당히 클 것으로 예측된다.
고강도 소재의 지연파괴저항성은 결정입계에 분포하고 있는 석출물이 수소의 트랩 사이트(trapped site)로 작용하여 입계의 강도를 열화시키기 때문에 저하되는 것으로 알려져 있으며, 고강도화를 달성하기 위해서는 열처리후 결정립계에 분포하게 되는 Fe계 석출물들의 분포를 최대한으로 억제시키는 것이 가장 중요하다. 이에 본 발명자는 결정립에 Fe계 석출물의 석출 가능성이 전혀 없는 페라이트+잔류오스테나이트의 미세조직을 갖는 고실리콘 첨가 중탄소로 조성되는 강을 개발하였다.
그러나, 고실리콘 첨가 중탄소강을 선재로 제조할 때, 선재압연공정에서 재가열시 실리콘이 소재내의 탄소의 활동도를 증가시키면서 탄소의 확산계수를 감소시키는데 큰 영향을 미친다. 이로 인해 선재압연공정에서 재가열시 탄소의 활동도증가로 표면에서는 탈탄속도가 증가하며, 반대로 중심부에서의 표면으로 확산계수의 감소로 표면으로 탄소공급이 원활하지 않아 표면에서의 탄소농도 구배심화를 조장하게 된다. 표면에서 탈탄층의 깊이가 깊어질수록 볼트에서는 체결력이 떨어지고 스프링에서는 피로특성이 열악해진다. 이와 같이, 고실리콘 첨가강의 표면탈탄은 저실리콘 첨가강 대비 표면탈탄속도가 매우 빠르기 때문인 것으로 잘 알려진 사실이다. 그래서, 고실리콘 첨가강 선재를 제조할 경우, 소재의 탈탄제어가 적절하지 못할 경우 사용상의 많은 문제점이 발생할 수 있다.
지금까지 알려진 탈탄제어방법의 대표적인 예로는 대한민국 특허공보 92-24974호, 92-24163호, 92-24161호, 일본 특허공보 (평)2-301514호, (평)1-31960, (소)63-216591호 등이 있다. 이들 대부부은 실리콘의 함량을 낮추거나 납, 주석 등의 합금원소를 첨가하는 방법에 의해서 탈탄을 제어하는 방법이다. 그러나, 고강도화를 위해 고실리콘 첨가가 불가피한 강종에서 실리콘 함량을 낮출수는 없으며, 또한, 납, 주석 등의 합금원소를 첨가하게 되면 충격인성 등의 기계적성질이 열악해지는 문제가 있다.
본 발명은 고실리콘 첨가 중탄소강의 선재가열공정에서 표면에 탈탄층이 발생을 방지하기 위한 연구과정에서 안출된 것으로, 선재가열공정에서 빌레트의 표면에 탄소고용도가 낮은 페라이트 탈탄층을 형성하여 빌레트의 표면에 탈탄속도를 현저하게 줄임으로써 표면탈탄층의 두께를 저감할 수 있는 선재의 제조방법을 제공함에 있다.
도 1은 선재단면의 광학현미경 사진
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선재제조방법은, 중량%로 탄소 0.40-0.60%, 실리콘 2.0-4.0%, 망간 0.1-0.8%, 크롬 0.1-0.8%, 인 0.01%이하, 황 0.01% 이하, 질소 0.005-0.01%, 산소 0.005% 이하, 여기에 니켈 0.3-2.0%, 보론 0.001-0.003%, 바나듐: 0.01-0.5%, 니오븀:0.01-0.5%, 몰리브덴 0.01-0.5%, 티타늄 0.01-0.2%, 텅스텐 0.01-0.5%, 구리 0.01-0.2%로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 빌레트를 Ac1변태점까지 20±5℃/분의 가열속도로 가열하고 이상역 범위인 Ac1변태점에서 Ac3변태점까지는 9±4℃/분의 가열속도로 가열하고 이후 1050±100℃까지 15±5℃/분의 가열속도로 가열하여 30분 이상 유지후 선재압연하는 것을 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명자는 고실리콘 첨가 중탄소강 선재의 탈탄저감을 위해 다각도로 연구한 결과, 선재압연을 위한 빌레트 가열시(선재가열로 가열시) 이상역(Ac1변태점에서 Ac3변태점사이의 온도, 페라이트와 오스테나이트상이 혼재되어 평형상태를 유지하는 구간)을 통과하는 승온가열 속도를 제어하면, 빌레트 표면에 탄소 고용도가 매우 낮은 페라이트층을 0.05-0.5mm두께로 균일하게 유도할 수 있으며, 이러한 표면 페라이트층은 매우 낮은 탄소 고용도를 갖는 이유로 페라이트상의 석출직후 이 영역을 통과하는 탄소원자의 확산은 매우 늦어지기 때문에 이에 의해 탈탄반응 속도를 현저하게 감소시킬 수 있고 표면 페라이트 층은 산화정도에 따라 그 두께를 조정할 수 있어 선재가열로 추출시 빌레트 표면 탈탄층을 현저하게 개선할 수 있다는 결과를 얻고, 본 발명을 완성하게 된 것이다. 이러한 본 발명의 대상이 되는 고실리콘 첨가 중탄소 강에 대해서 먼저 설명한 다음에 이 강을 선재로 제조하는 방법을 설명한다.
[고실리콘 첨가 중탄소강]
탄소(C)의 함량은 0.40-0.60%으로 제한 것이 바람직하다. 탄소의 함량이 0.40%미만에서는 페라이트+잔류오스테나이트 복합조직강 제조를 위한 열처리후 페라이트+ 잔류오스테나이트 복합조직내의 총 잔류 오스테나이트양과 잔류 오스테나이트의 형상 및 크기, 그리고 기계적 및 열적 안정성의 확보가 어렵고, 또한 고강도 볼트용강으로서의 충분한 인장강도와 항복강도를 확보하기 어렵기 때문이다. 0.60% 초과하는 경우에는 이상역 페라이트가 생성되기 어렵고, 열처리후 적정 단면감소율, 연신율 및 충격인성 등의 저하되며, 또한 선재제조시 편석및 표면흠 발생, 가열로 장입시 표면탈탄 심화, 볼트 체결시 영구변형성 및 정적 피로특성과 미세복합 조직의 형상 및 크기, 페라이트+잔류오스테나이트 복합조직을 확보하기 위한 변태 소요시간, 잔류 오스테나이트내의 탄소농도 및 계면농도구배등에 영향을 미치기 때문이다.
실리콘(Si)의 함량은 2.0-4.0%로 한정하는 것이 바람직하다. 실리콘이 2.0%미만에서는 페라이트 변태후 잔류 오스테나이트의 기계적 및 열적 안정성이 저하되어 페라이트+잔류오스테나이트 복합조직의 확보와 적정 잔류 오스테나이트양을 확보하기가 어려우며 또한 페라이트의 고용강화 효과가 미흡하여 강도확보에 어려움이 있고, 또한 지연파괴저항성, 표면 부식특성, 충격인성, 베이나이트 조직 구성, 볼트체결시 영구변형성등에 영향을 미치기 때문이고, 또한 선재 탈탄제어를 위한 선재가열로내에서의 표면 페라이트 탈탄층의 균일성 및 적정두께를 확보하기가 어려워 탈탄이 심화되고, 선재냉각시 소입성 증가로 표면 스케일 특성의 제어가 어려운 단점이 있기 때문이다. 4.0%초과의 경우에는 상기 언급한 효과가 포화되고 소입성, 베이나이트 조직 구성, 충격인성, 피로특성 등에 영향을 미치기 때문에 바람직하지 않으며, 선재제조를 위한 부룸(bloom) 또는 빌레트(billet) 제조시 실리콘 편석에 의한 미세조직의 불균질화를 초래하여 최종 제품에서의 품질특성이 저하되기 때문이며, 또한 열처리시 표면 페라이트층의 두께가 증가하여 균질 표면 탈탄제어가 어렵기 때문이다.
망간(Mn)은 기지조직내에 치환형 고용체를 형성하여 고용강화하는 원소로 고장력 볼트 특성에 매우 유용하므로 모재의 강도, 열처리시 소입성, 응력이완성, 편석대생성에 따른 유해한 영향 등을 고려하여 0.1-0.8%로 하는 것이 바람직하다. 망간의 함량이 0.8%를 초과할 경우 고용강화 효과 보다는 주조시 망간편석으로 인한 국부소입성이 증대하고 편석대의 형성으로 조직이방성이 심화되어 조직이 불균질하게 되어 볼트 특성에 더 유해한 영향을 미치기 때문이다. 즉, 강의 응고시 편석기구에 따라 거시편서과 미시편석이 일어나기 용이한데, 망간편석은 타원소에 비해 상대적으로 낮은 확산계수로 인해 편석대를 조장하고 이로 인한 경화능 향상은 선재제조시 중심부 저온조직(core martensite)를 생성하는 주원인이 된다. 또한, 망간이 0.1%미만의 경우 망간편석에 의한 편석대의 형성은 거의 없으나 고용강화효과의 미흡으로 응력이완 개선효과는 기대하기 어렵다.
크롬(Cr)의 함량은 0.1-0.8%로 하는 것이 바람직하다. 크롬의 함량이 0.1%미만에서는 고실리콘 첨가강의 열처리시 표면 탈탄제어를 위한 표면 페라이트층의 형성이 어려워 탈탄억제 효과가 거의 없으며, 소입성 개선을 기대하기 어렵기 때문이다. 또한, 0.8%를 초과하면 등온열처리시 페라이트+잔류 오스테나이트 복합조직의 변태 소요시간이 길어지기 때문에 바람직하지 않으며, 선재 탈탄층 제어를 위한 선재 가열로 장입시 표면 적정 페라이트층의 생성이 어려워 균질 탈탄제어에 영향을 미치기 때문이다.
인(P) 및 황(S)의 함량은 0.01%이하로 하는 것이 바람직하다. 인은 결정입계에 편석되어 인성을 저하시키므로 그 상한을 0.01%로 제한하는 것이며, 황은 저융점 원소로 입계 편석되어 인성을 저하시키고 유화물을 형성시켜 지연파괴저항성 및 응력이완특성에 유해한 영향을 미치므로 그 상한을 0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.
질소(N)의 함량은 0.005-0.01%로 하는 것이 바람직한데, 이는 0.005%마만에서는 비확산성 수도 트랩 사이트로 작용하는 바나듐 및 니요븀계 질화물의 형성이 어렵기 때문이며, 0.01%를 초과할 경우에는 그 효과가 포화되기 때문이다.
산소(O)의 함량은 0.005%이하로 하는 것이 바람직한데, 이는 산소함량이 0.005%미만에서는 조대한 산화물계 비금속개재물이 용이하게 형성되어 피로수명이 저하되기 때문이다.
니켈(Ni)은 열처리시 표면에 니켈 농화층을 형성하여 외부수소의 투과(permeation)를 억제하여 지연파괴저항성을 개선하는 원소로, 그 함량은 0.3-2.0%로 하는 것이 바람직하다. 니켈의 함량이 0.3%미만에서는 표면 농화층 형성이 불완전하여 지연파괴정항성의 개선효과를 기대하기 어려우며, 또한 탈탄제어, 인성 및 냉간성형성 향상을 위한 구상화 또는 흑연화처리시 열처리시간이 길어지며, 볼트 성형시의 냉간성형성의 개선효과가 없기 때문이다. 니켈의 함량이 2.0%를 초과할 경우에는 그 효과가 포화되고 잔류 오스테나이트량의 적정한 양, 크기 및 형상 등에 영향을 미치기 때문이다.
붕소(보론,B)는 본 발명에서 소입성 및 지연파괴저항성 개선을 위한 입계강화 원소로, 그 함량은 0.001-0.003%로 하는 것이 바람직하다. 붕소의 함량이 0.001%미만에서는 열처리시 보론원자들의 입계편석이 미흡하여 입계강도개선이 크지 않으며, 또한 냉간성형성 개선을 위한 흑연화 처리시 흑연화 촉진 효과가 미흡하기 때문이다. 또한, 붕소의 함량이 0.003%를 초과할 경우에는 그 효과가 포화되고 오히려 입계에 보론계 질화물의 석출로 입계강도의 저하를 초래하기 때문이다.
바나듐(V) 또는 니요븀(Nb)은 지연파괴저항성 및 응력이완성 개선원소로, 그 함량은 0.01-0.5%로 하는 것이 바람직하다. 이들의 함량이 0.01%미만에서는 모재내 바나듐 또는 니요븀계 석출물들의 분포가 적어짐에 따라 비확산성 수소 트랩사이트(trap site)로의 역할이 미흡하여 지연파괴저항성 개선효과를 기대하기 어려우며, 또한 석출강화를 기대하기 어려워 응력이완저항성에 대한 개선효과가 충분하지 못하며, 오스테나이트 결정립 미세화를 기대하기 어려워 페라이트+잔류 오스테나이트 복합조직의 구성시 조직 미세화에 영향을 미치기 때문이다. 또한, 0.5%를 초과할 경우에는 V 또는 Nb계 석출물들에 의한 지연파괴저항성 및 응력이완저항성에 대한 개선 효과가 포화하고 오스테나이트 열처리시 모재에 용해되지 않은 조대한 합금 탄화물양이 증가하여 비금속 개재물과 같은 작용을 하기 때문에 피로특성의 저하를 초래하기 때문이다.
몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)의 함량은 0.01-0.5%로 하는 것이 바람직하다. 이들의 함량이 0.01%미만에서는 페라이트와 잔류 오스테나이트의 입계강화 효과가 미흡하고 또한 열처리시 소입성, 페라이트의 고용강화, Mo 및 W계 석출강화 효과가 미흡하기 때문이다. 0.5%를 초과할 경우에는 그 효과가 포화되고, 소입성의 증가로 선재제조시 저온조직(마르텐사이트+베이나이트)의 생성이 용이하고 냉간성형성 개선을 위한 구상화 또는 흑연화처리시 열처리 시간이 길어지는 단점이 있어 바람직하기 않다.
티타늄(Ti)의 함량은 0.01-0.2%로 하는 것이 바람직하다. 티타늄의 함량이 0.01%미만에서는 오스테나이트 결정입자 미세화 효과가 미흡하며, 지연파괴저항성에 유효한 결정입계내의 티타늄계 탄,질화물의 석출분포가 미흡하여 그 개선효과를 기대하기 어렵기 때문이다. 또한, 0.2%초과할 경우에는 그 효과가 포화되고 조대한 티타늄계 탄, 질화물을 형성하여 기계적 성질에 영향을 미치기 때문이다.
구리(Cu)의 함량은 0.01-0.2%로 하는 것이 바람직한데, 이는 구리의 함량이 0.01%미만에서는 부식저항에 대한 개선효과가 미흡하며, 0.2%이상에서는 그 개선효과가 포화되고 입계 편석시 녹는점(melting point)이 낮아져 선재압연을 위한 가열로 장입시 결정입계 취화에 따른 표면흠 발생 가능성이 높고, 최종 제품에서의 충격인성이 저하되기 때문이다.
[선재의 제조방법]
상기와 같이 조성되는 강은 선재로 제조하기 위한 가열공정에서 표면에 탈탄층이 발생하는데, 이를 방지하기 위해서는 빌레트를 선재압연하기 위한 가열공정에서 가열조건을 적절히 조절하여 빌레트의 표면에 페라이트 탈탄층을 형성하는 것이 중요하다.
먼저, 본 발명에 따라 빌레트를 Ac1변태점까지 가열속도 20±5℃/분 범위로 가열한다. 이때의 가열속도는 탈탄개선효과 보다는 제조공정상의 편이성을 고려하여 설정한 것으로, 가열속도 15℃미만에서는 전체 가열로 장입시간이 너무 길어지며, 25℃보다 빨라지면, 빌레트 표면과 내부의 온도차이가 발생하여 Ac1변태시기가 상이해져 이때 빌레트가 휘어지는 문제점이 있다.
이어, 이상역 범위인 Ac1변태점에서 Ac3변태점까지는 9±4℃/분의 가열속도로 가열한다. 이때의 가열속도가 5℃/min미만에서는 선재가열로에서의 빌레트 표면에 이상역 페라이트층의 두께가 필요 이상으로 증가(≥0.5mm)하여 오히려 탈탄개선 효과를 얻기 어려우며, 또한 가열로 재로시간(장입시간)이 길어지는 단점이 있다.또한, 승온속도 13℃/min를 초과할 경우에는 탈탄반응 억제에 필요한 빌레트의 적정 표면 페라이트층(0.05-0.5mm)을 형성시키기가 어렵기 때문이다.
이어서, 1050±100℃까지 15±5℃/분의 가열속도로 가열하여 30분 이상 유지한 후 선재압연한다. 상기 이상역 종료온도 이후에서는 모재의 미세조직은 이상조직(페라이트+오스테나이트)에서 오스테나이트 단상조직으로 변태하게 되는데, 이때 가열유지온도까지 승온속도가 10℃/min미만에서는 재로시간이 증가하고, 20℃/min를 초과할 경우에는 빌레트 내외부의 온도편차 심화로 빌레트 휘어짐이 발생하기 쉽고 열간압연에 적합한 빌레트의 내외부 온도제어가 어렵기 때문이다. 또한, 이때의 선재가열로의 가열온도가 950℃미만에서는 탈탄제어를 위한 빌레트 표면 페라이트층 적정두께 제어에 문제점이 있으며, 빌레트 제조시 조대하게 석출된 바나듐계 또는 니요븀계 석출물들의 재고용이 용이하지 않은 것과, 열간변형저항성의 증가로 압연시 과부하로 인해 작업성이 열악해지기 때문이며, 1150℃ 초과할 경우에는 탈탄제어를 위한 균일한 페라이트층을 표면에 석출시킬 수 없기 때문이다. 즉 탄소 고용도가 매우 낮은 표면 페라이트층을 석출시켜 탈탄반응을 급격히 감소시키기 위해서는 가열 유지온도에서 표면 페라이트층이 잔존하여야 가능하나 가열온도가 1150℃ 초과할 경우에는 표면의 페라이트층이 오스테나이트로 변태하기 때문에 탈탄속도가 급격히 증가하며 이로 인해 표면탈탄이 심화되기 때문이다. 가열유지시간이 30분미만에서는 선재압연을 위한 빌레트 외내부의 균일한 온도 분포를 확보하기 어렵기 때문이다.
상기와 같이 빌레트를 가열하여 선재압연하는데, 이때 가열로에서 추출되는 빌레트의 탈탄면적은 선재압연후에 선재의 탈탄면적과 동일하기 때문에 선경이 클수록 탈탄층이 증가하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 점을 고려하여 지름 30mm이하로 선재압연하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
아래 표 1과 같은 성분계를 갖는 고실리콘 첨가 중탄소강 빌레트를 본 발명에 따라 가열한후 선재압연하여 발명예(1-14)로 하는 한편, 본 발명의 조건을 벗어나는 조건으로 가열한후 선재압연하여 비교예(1-5)로 하였다.
상기 발명예(1-14)는 25±5℃/분으로 Ac1변태점까지 가열하고 이상역 범위인 Ac1에서 Ac3까지 9±4℃/분 범위의 가열속도로 가열하고 이후 1050±100℃의 범위까지 가열속도 15±5℃/분으로 가열하여 30분 이상 유지후 지름 16mm로 선재압연하였다.
비교예(1-5)는 빌레트를 가열속도 20℃/분로 Ac1까지 가열하고 이상역 범위인 Ac1에서 Ac3까지 3-17℃/분 범위의 가열속도로 가열하고 이후 1050℃까지 가열속도 5-25℃/분으로 가열하여 30-60분 유지후 지름 16mm로 선재압연하였다.
상기와 같이 고속압연한 후 압연된 지름 13mm 선재제품을 950℃로 물분사에 의해 급속 냉각하여 권취한 후 600℃까지 1.0℃/sec로 서냉하여 공냉하였다. 상기와 같이 제조된 선재의 표면 탈탄층 깊이는 KS규격(KD D 0216)에 의하여 측정하였다. 이 규격에 의하면 광학 현미경 관찰법과 미소경도 측정법등이 제안되고 있는데, 본 실시예에서는 미소경도 측정법을 이용하였다. 상기와 같이 측정된 탈탄층 깊이는 하기표 2에 나타내었다. 측정위치는 선재단면을 8등분한 위치에서 측정하였으며 측정값은 평균값을 기준으로 하였다.
강종 C Si Mn Cr V Ni Mo Ti W B P S N2
1 0.45 3.03 0.29 0.58 0.05 - - - - - 0.005 0.004 0.008
2 0.40 3.42 0.31 0.79 0.2 - - 0.01 - 0.0013 0.006 0.005 0.014
3 0.60 2.99 0.32 0.33 0.05 0.54 - - 0.02 - 0.007 0.009 0.007
4 0.45 2.0 0.77 0.51 0.11 - 0.2 0.03 - - 0.006 0.008 0.009
5 0.44 3.96 0.23 0.27 0.06 - - - 0.2 0.0015 0.009 0.008 0.008
6 0.53 3.01 0.35 0.55 - - 0.05 0.05 0.07 0.0010 0.004 0.009 0.004
7 0.58 2.56 0.80 0.29 - 1.10 0.13 0.10 - - 0.005 0.006 0.005
강종1-7에는 O가 0.005%이하 함유됨.강종 7에는 Nb, Cu가 각각 0.01% 함유됨
구분 사용강종 Ac1까지 승온속도(℃/min) 이상역 승온속도(℃/min) Ac3이후 가열유지온도까지 승온속도(℃/min) 가열유지온도(℃) 가열유지시간(min) 지름 16mm 선재 전탈탄 깊이(mm)
발명예1 강종1 20 5 15 1000 40 0.05
발명예2 20 9 15 1050 30 0.03
발명예3 20 13 15 1050 30 0.06
발명예4 20 9 10 1050 30 0.05
발명예5 20 9 15 1050 30 0.04
발명예6 20 9 20 1050 30 0.05
발명예7 20 9 15 950 40 0.04
발명예8 20 9 15 1100 30 0.06
발명예9 강종2 20 9 15 1050 30 0.05
발명예10 강종3 20 9 15 1050 30 0.06
발명예11 강종4 20 9 15 1050 30 0.05
발명예12 강종5 20 9 15 1050 30 0.04
발명예13 강종6 20 9 15 1050 30 0.05
발명예14 강종7 20 9 15 1050 30 0.05
비교예1 강종1 20 3 15 1050 30 0.10
비교예2 강종1 20 17 15 1050 30 0.15
비교예3 강종1 20 17 5 1050 30 0.21
비교예4 강종1 20 17 25 1050 30 0.16
비교예5 강종1 20 17 25 1200 30 0.25
표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명예(1-14)의 선재 표면탈탄 깊이는 0.03-0.06mm범위를 보이는 반면, 비교예(1-5)의 경우 0.10-0.25mm범위로 본 발명이 선재탈탄을 개선하는데 매우 효과적임을 알 수 있다.
도 1은 본 발명재의 선재압연(16mmφ)직후 수냉하여 선재단면을 광학현미경으로 관찰한 사진이다. 선재 표면에 흰 부분은 본 발명의 효과를 나타내는 페라이트층이며 내부는 마르텐사이트 조직이다. 사진에서 보는 바와같이 본 발명에서 추구하는 페라이트층을 균일하게 분포시킴으로서 페라이트 탈탄층+부분탈탄층의 총 깊이는 비교재 총탈탄층과 비교하여 현저하게 감소되었다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 선재가열로 가열시 이상역 통과 승온속도를 낯추어 빌레트 표면에 균일하고 얇은 페라이트층을 석출시킴으로서 가열시 탈탄반응을 억제시키는 효과로 고실리콘 첨가 중탄소 볼트용강 강 선재를 제공할 수 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 중량%로 탄소 0.40-0.60%, 실리콘 2.0-4.0%, 망간 0.1-0.8%, 크롬 0.1-0.8%, 인 0.01%이하, 황 0.01% 이하, 질소 0.005-0.01%, 산소 0.005% 이하, 여기에 니켈 0.3-2.0%, 보론 0.001-0.003%, 바나듐: 0.01-0.5%, 니오븀:0.01-0.5%, 몰리브덴 0.01-0.5%티타늄 0.01-0.2%, 텅스텐 0.01-0.5%, 구리 0.01-0.2%로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 빌레트를 Ac1변태점까지 20±5℃/분의 가열속도로 가열하고 이상역 범위인 Ac1변태점에서 Ac3변태점까지는 9±4℃/분의 가열속도로 가열하고 이후 Ac3변태점에서 1050±100℃까지 10±5℃/분의 가열속도로 가열하여 30분 이상 유지후 선재압연하는 것을 포함하여 이루어지는 고실리콘 첨가 중탄소강 선재의 제조방법.
  4. 삭제
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