본 발명은 스틸코드용 선재의 제조방법에 있어서,
중량%로 탄소: 0.84~0.88%, 망간: 0.4~0.6%, 규소: 0.3% 이하, 알루미늄: 0.005% 이하, 질소: 20ppm 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 용강을, 0.60~0.70m/min의 주조속도로 연속주조하고, 6~8mm의 경압하를 실시하여 주편으로 제조한 후 빌렛으로 만들고, 이것을 1280~1310℃의 온도범위에서 5시간 이상 확산균열처리한 다음 선재압연하고, 880~910℃의 온도범위까지 수냉한 다음 이 온도범위에서 권취하고, Ar1변태온도까지 10~15℃/h의 냉각속도로 공냉한후 통상의 방법으로 상온까지 것을 특징으로 하는 초고강도 극미세 스틸코드용 선재의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 불룸주편중에 함유되는 탄소는 강도향상에 기여하는 원소로서, 종래재와 동등 이상의 강도를 실현하기 위해서는, 적어도 0.84%이상 함유되어야 하지만, 그 함량이 0.88%보다 많으면 펄라이트내의 세멘타이트 두께를 급속히 증가시켜 최종 강선의 인성 특성을 감소시키고, 단선 및 디라미네이숀현상을 유발하므로, 그 성분범위는 0.84~0.88%로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 망간은 강을 탈산시키고 소입성을 개선하여 선재 단면내에 균일한 펄라이트를 생성시키기 위해 첨가하는 원소로서, 그 함량은 0.4~0.6%로 설정하는 것이 바람직하다. 만일, 그 함량이 0.4% 미만이면 효과가 충분치 않고, 반면에 0.6%를 초과하면 변태 지연에 의한 저온조직을 생성시켜 연성과 인성을 저하시킨다.
상기 규소는 탈산작용뿐 아니라 펼라이트를 구성하는 페라이트를 강화하기 위해 함유되는 원소로서, 그 함량이 적으면 효과가 충분치 않고 지니차게 많으면 연성을 해치게 되므로, 그 함량범위는 0.3% 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 질소는 제강과정중 그 함량이 많으면 질소와의 화합력이 합금철 등에서 유래하는 바나듐-나이트라이드(VN)을 형성하여 극세선 신선에 적합한 조직을 얻기가 곤란하므로, 그 함량은 20ppm 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 알류미늄은 그 함량을 0.010% 이하로 설정하는 것이 바람직한데 그 이유는, 그 함량이 0.01%보다 많이 첨가되면 산소와 반응하여 비연성 알루미나(Al2O3)개재물을 형성하는데, 이들 개재물들은 인장조건하에서 파단의 기점으로 작용하기 때문이다. 특히 10μm 이상의 대형 개재물 또는 비금속 개재물량이 단위 면적당 0.1%를 초과할 경우에는 단선의 원인이 되므로, 본 발명에서는 부룸내 잔류하는 비연성 개재물의 크기를 최대 10μm로 제한하고, 그 함량은 0.1% 이하로 제하하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 부룸주편내부의 편석농도(즉, 중심부의 탄소농도(C)와 건전무의 탄소농도(Co)의 비(C/Co)는 1.2 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
그 이유는 중심 편석(C/Co)가 1.2를 초과하면 강편의 확산균열온도 및 시간에 무관하게 완벽한 확산이 이루어지지 않기 때문이다.
즉, 중심편석(C/Co)이 1.2를 초과하면 주편내 편석띠 점유비가 4% 이상이고, 또한 상기 중심편석이 1.2미만이면 주편내 편석띠 점유비가 4% 미만을 나타내는데, 편석띠중 중심부에 집적된 고농도 편석부는 표면으로의 탄소확산거리가 길어 충분한 확산후에도 탄화물이 잔류한다.
상기와 같이 조성된 용강을 부룸으로 제조하는데 있어서, 연속주조시 주조속도는 0.60~0.70m/min로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 고상율(fs : fraction of Solidification)이 0.4~0.8로, 바람직하게는 0.4~0.6 범위가 되도록 주편을 약 6~8mm의 범위로 경압하하는 것이 바람직하다. 만일, 상기 압하량이 8mm를 초과하면편석도는 향상될 수 있지만 주편의 크랙이 발생하는 문제가 있다.
제조된 부룸주편을 빌렛으로 만들고 재가열하여 확산균열처리하는데, 1,280~1,310℃의 온도범위에서 5시간 이상 유지하는 것이 바람직하다. 이 때, 동일 성분계에서의 편석부 확산은 유지시간보다는 온도에 지수적으로 비례한다는 사실을 하기 관계식 1을 통해 발견하였다.
[관계식 1]
탄소확산계수(D)= kT × √t
〔T : 확산균열온도, t : 소킹시간〕
상기 관계식 1에 따라, 본 발명과 같은 0.86%C급에서 적합한 확산균열온도(T)는 1,280~1310℃의 범위임을 알 수 있다. 만일 상기 온도가 1280℃ 미만이면 중심부가 목표 온도에 도달하는 시간이 길어져 중심부에는 충분한 확산이 이루어지지 않으며, 그 온도가 1,310℃를 초과하면 과다한 탈탄발생으로 완제품에서 단선의 기점이 된다.
그 후, 열간선재압연을 실시하고 880~910℃의 온도범위까지 수냉한 다음, 이 온도에서 권취하는데, 상기 권취온도가 880℃ 미만이면, 오스테나이트 결정입(이하 : AGS)이 작아져 연속냉각곡선상에서 변태곡선을 왼쪽으로 앞당기며, 이로 인해 변태시 세멘타이트변태를 유발하여 입계 시멘타이트가 잔류하게 하므로, 바람직하지않다. 또한, 상기 권취온도가 910℃보다 높으면, 권취형상불량과 스케일 과다생성의 문제점이 있으므로 바람직하지 않다.
그 다음 수냉권취된 선재를 Ar1변태온도까지 10~15℃/h의 냉각속도로 공냉하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 냉각속도가 10℃/h미만이면 강도를 얻기가 어렵고, 15℃/h보다 빠르면 저온조직이 발생하기 때문이다.
이후, 상기와 같이 냉각된 선재는 통상의 방법을 이용하여 상온까지 공냉으로 냉각시킨다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
고로 용선을 탈 P처리공정에서 용선예비처리를 실시하고, 100톤 전로에서의 화학성분이 하기 표1과 같이 조정되도록 용강을 정련하고, 정련된 용강을 0.65m/min의 주조속도로 연속주조하여, 가로, 세로가 각각 250mm, 330mm이고 길이가 10m인 부룸으로 제조하였다. 이 때, 주조된 응고말기 고상율이 0.4~0.8인 변화 구간에서 경압하량을 6~8mm의 범위로 압하하면서 주조하였다.
그 다음, 연속주조된 부룸을 1,240~1,320℃에서 약 5시간 동안 재가열하고 주조조직을 제거한 후 가로세로가 각각 160mm인 빌렛트를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 빌렛을 다시 재가열 및 압연기로 최종 압연 직경이5.5mm이 되도록 열간선재압연하였다.
그 다음, 열간압연한 선재를 연속수냉설비를 통과시켜 냉각개시온도인 레잉헤드온도가 750~920℃까지 강제 수냉하였다. 그후, 변태개시온도인 600℃까지 10~15℃/h의 냉각속도로 냉각하였다. 그 다음, 변태구역의 냉각속도를 15℃/h로 유지하여 스틸코드용 선제를 제조하고, 강도 및 감면율을 조사하여, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.
구분 |
화학성분(중량%) |
개재물량(%) |
선재 5.5mmφ물성치 |
C |
Si |
Mn |
Cr |
Al |
N |
강도(kg/mm2) |
감면율(%) |
비교강1 |
0.80 |
0.15 |
0.40 |
0.01 |
0.040 |
40 |
0.20 |
112 |
35 |
비교강2 |
0.82 |
0.20 |
0.45 |
0.02 |
0.030 |
20 |
0.15 |
114 |
30 |
비교강3 |
0.84 |
0.15 |
0.50 |
0.01 |
0.005 |
30 |
0.08 |
116 |
25 |
발명강1 |
0.86 |
0.20 |
0.50 |
0.01 |
0.004 |
20 |
0.07 |
120 |
24 |
발명강2 |
0.88 |
0.25 |
0.50 |
0.01 |
0.005 |
10 |
0.08 |
123 |
23 |
비교강4 |
0.92 |
0.20 |
0.65 |
0.30 |
0.006 |
10 |
0.08 |
128 |
10 |
상기 표1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조성범위를 벗어난 비교강(1),(2)는 강중 탄소함량이 적어 고강도 스틸코드용 선재의 인장강도가 120kg/mm2이하로 취약하였으며, max 0.35φ 소선강도도 발명강 요구강도인 340kg/mm2을 만족치 못하였다. 비교강(4)의 경우는 강도는 우수하나 강중 Cr 탄화물 석출의 영향으로, 감면율이 15% 이하로 떨어져 인성이 크게 저하되었다.
반면에, 본 발명강(1),(2)의 경우에는 선재의 강도가 최소한 120kg/mm2넘고 감면율도 적정한 수준임을 알 수 있다.
(실시예 2)
실시예 1의 발명강(1)에 대하여 주조조건을 하기 표2에 제시된 바와 같이 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 스틸코드용 선재를 제조하였다.
그 후, 편석도(C/C0)를 조사하고, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다. 상기 편석도는 부룸주편에 3.0mm 드릴로 중심부 편석부(C)와 건전부(Co)에 드릴칩을 내어 탄소에 대한 습식 분석을 실험한 결과이다.
구 분 |
경압하량(mm) |
고상율(fs) |
편석도(C/C0) |
비교재1 |
2 |
0.2-0.4 |
1.40 |
비교재2 |
4 |
0.3-0.5 |
1.30 |
발명재1 |
6 |
0.4-0.6 |
1.15 |
발명재2 |
7 |
0.6-0.8 |
1.10 |
비교재3 |
9 |
0.8-0.9 |
1.35 |
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 발명재(1),(2)의 경우에는 편석도가 1.2 이하로 양호함을 알 수 있다. 반면에, 경압하량이 본 발명범위를 벗어나는 비교재(1)~(3)의 경우에는 편석도가 높고 주편의 크랙이 발생하였다.
(실시예 3)
실시예 1의 발명강(1),(2)에 대해 본 발명의 경압하를 적용하고 빌렛으로 제조한 후, 확산시간은 5시간으로 고정하고, 확산균열온도는 하기 표3과 같이 변화시켜서 빌렛내부의 편석도(C/C0)를 조사하여, 그 결과를 하기 표3에 나타내었다.
구 분 |
확산균열온도(℃) |
편석도(C/C0) |
선재표면탈탄(mm) |
선재 페라이트탈탄 |
비교재4 |
발명강1 |
1,240 |
1.08 |
0.03 |
0 |
발명재3 |
1,280 |
1.04 |
0.04 |
0 |
발명재4 |
발명강2 |
1,280 |
1.03 |
0.04 |
0 |
비교재5 |
1,320 |
1.00 |
0.10 |
발생 |
상기 표3에 나타난 바와 같이, 중심편석(C/C0)이 1.2 이하인 발명강(1),(2)를 대상으로 온도변화에 따른 빌렛의 잔류 편석도(C/C0)조사한 결과, 편석감소효과는 발명재(3),(4)가 가장 우수함을 알 수 있었다.
한편, 확산균열온도가 높은 비교재(5)는 선재탈탄발생문제외 빌렛표면의 버닝(burning)현상(표면갈라짐)이 발생하여 조업이 불가능한 문제가 있었다.
(실시예 4)
실시예 3의 발명재(3)에 대하여 선재압연 및 냉각후 권취온도를 하기 표4와 같이 변화시키고, 이후 변태개시까지 및 변태구간의 냉각속도를 10~15℃/h로 하여냉각시켰다. 그 후, 초석세멘타이트와 강도비교를 통해 제조된 선재의 물성치를 측정하고, 그 결과를 하기 표4에 나타내었다.
구 분 |
권취온도(℃) |
초석세멘타이트 |
오스테나이트 결정입도(㎛) |
단선율(회/톤) |
비교예1 |
780 |
발생 |
10 |
5-11 |
비교예2 |
830 |
발생 |
9 |
4-9 |
발명예 |
890 |
미발생 |
7 |
2-3 |
비교예3 |
920 |
미발생 |
6 |
- |
상기 표4에 나타난 바와 같이, 권취온도가 낮은 비교예(1),(2)에서는 초석 세멘타이트가 발생하였다. 이로 인하여, 동소재들에 대한 톤당 단선율을 평가한 결과, 상업적 신선속도인 900m/min으로 0.35mm max로 신선시, 톤당 단선율이 3회를 초과하여 가공이 불가능하였다.
또한, 비교예(3)은 초석 세멘타이트 발생은 없었으나, 고온권취로 인한 형상불량이 발생하였으며 스케일증가가 커서 적용이 불가하였다.
한편, 본 발명의 발명예는 초석 세멘타이트의 발생도 없었고 오스테나이트 (AGS)가 미세하였다.