KR101432797B1 - 기계적 박리성이 우수한 특수용접봉용 선재의 제조방법 - Google Patents

기계적 박리성이 우수한 특수용접봉용 선재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 기계적 박리성이 우수한 특수용접봉용 선재의 제조방법은 빌렛을 제조하는 단계, 상기 빌렛을 재가열후 조압연 및 마무리압연을 통해 선재로 만드는 단계, 상기 선재를 귄취 및 냉각하는 단계를 포함하며, 상기 권취온도를 910~950℃인 것을 특징으로 한다.

Description

기계적 박리성이 우수한 특수용접봉용 선재의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING SPECIAL WELDING WIRE ROD WITH EXCELLENT MECHANICAL DESCALABILITY}
본 발명은 특수용접봉용 선재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 산세에 의한 박리법 대신 기계적 박리방법으로 박리성이 우수한 스케일을 가지는 특수용접봉용 선재의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 선재는 강편을 선재압연하여 제조되는데, 이러한 선재압연공정의 일례가 도1에 나타나 있다. 빌렛을 선재 압연기(2)에서 열간압연하고 수냉대(3)에 의해 냉각개시온도까지 급속히 냉각하고 이후 권취기(5)에서 링상으로 낙하하여 냉각 컨베이어(6)에서 이송되면서 하부 송풍기(4)에 의해 공냉속도를 적절히 제어하여 주문자 용도 특성에 맞는 선재제품을 제조하고 있다.
이러한 열간압연 공정중 마무리압연시의 압연속도가 매우 빠르기 때문에 압연시 가공발열에 의해 압연소재의 온도가 상당히 상승한다. 이렇게 온도가 높아진 선재(1)는 수냉대(3)에서 물분사에 의해 급격히 냉각시켜 일정온도에서 권취하고 있다. 권취는 레잉헤드(laying head)라고 하는 권취기(5)를 이용하여 원형의 코일형상으로 만들어 주며, 이때부터 선재 최종제품의 물성을 결정짓는 미세조직을 얻기 위해 스텔모아(stelmor)라고 하는 냉각제어 장치를 이용해 소재의 냉각속도를 극서냉함으로써 특수용접봉에 필요한 적정 인장강도를 확보하고 있다.
이때, 권취기(5) 이후의 코일형상의 선재는 컨베이어(6)의 위를 지나게 되는 데, 서냉커버(도면 미도시)는 컨베이어(6)의 상부에 설치되어 있고, 강제송풍장치(4)는 컨베이어(6)의 하부에 위치한다.
상기와 같이 냉각제어장치에서 변태가 완료된 코일은 코일집적기(7)를 이용해 코일을 쌓은 다음 포장 후 출하되고 있다.
이와 같이 제조되어 출하되는 선재는 이후 2차 가공(신선가공)하기에 앞서 반드시 스케일의 박리공정을 거치게 된다.
특수용접봉 선재의 경우 산세를 함으로써 선재의 스케일을 제거하여 신선을 하였지만 최근에 산세처리에 따른 환경문제 및 원가절감 목적으로 기계적 박리공정으로 전환하고 있는 추세이다.
기계적 박리용으로 사용하기 위해서는 산세와는 달리 스케일 층이 두꺼워야 하며, 특히 FeO층이 두껍게 형성될수록 기계적 박리에 유리하다.
기존의 특수용접봉 선재는 산세용으로 선재표면의 스케일 틈새로 침투 및 반응이 용이하도록 스케일층을 2~3㎛ 정도로 얇게 형성하였다. 또한 특수용접봉 선재는 고객사 가공공정으로 통해 5.5mmφ에서 1.2mmφ로가늘게 신선되며, 자동 용접에 사용되기 때문에 송급성이 우수해야한다. 따라서 내부조직이 우수하고 재질 편차가 적은 선재를 제조하기 위해 제어압연 및 극서냉 패턴 조업을 실시하게 된다. 특수용접봉 선재는 높은 Mn, Mo의 함유량으로 인해 마르텐사이트 발생이 용이하기 때문에 고속정밀압연기(RSM)의 입구 온도 870℃, 권취온도 850℃로 관리하여 제어압연을 실시한다. 이 때 제어압연을 실시하는 경우 낮은 권취온도로 인해 스케일 층이 얇게 형성되므로 기계적 박리용 선재에는 적합하지 않게 된다.
따라서, 저온조직 발생을 최소화 하면서 기계적 박리공정에 적합한 스케일 두께 확보를 위한 냉각기술이 필요한 실정이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 특수용접봉 선재의 스케일 두께를 상향하여 고객사의 기계적 박리공정을 용하게 하기 위한 것으로 선재 압연 온도 및 냉간 패턴 등의 적절한 제어를 통해 저온조직에 의한 재질 편차가 적으며 기계적 박리성이 우수한 특수용접봉 선재의 제조방법을 제공하는 데 있다.
위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 박리성이 우수한 특수용접봉용 선재의 제조방법은 빌렛을 제조하는 단계, 상기 빌렛을 재가열후 조압연 및 마무리압연을 통해 선재로 만드는 단계, 상기 선재를 귄취 및 냉각하는 단계를 포함하며, 상기 권취온도를 910~950℃인 것을 특징으로 한다.
상기 냉각하는 단계는 냉각속도는 0.9~1.1℃/s일 수 있다.
상기 빌렛은 중량 퍼센트(wt%)로 C: 0.02~0.05%, Si: 0.7~0.9%, Mn: 1.4~1.6%, Ti: 0.16~0.21%, Mo: 0~0.1%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 것일 수 있다.
본 발명에 의한 기계적 박리성이 우수한 특수용접봉용 선재의 제조방법에 따르면 선제의 기계적 특성 및 미세조직을 우수하게 유지하면서 스케일의 두께을 증대시켜 기계적 박리성이 우수한 특수용접봉용 선재를 제공할 수 있는 효과가 있으며, 이로 인한 특수용접봉 가공업체의 원가절감, 생산상 향상 및 품질개선등의 효과가 있다.
도 1은 일반적인 선재공장의 설비를 나타낸 개략도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명재2 및 비교재1의 스케일 두께를 나타낸 광항현미경 사진이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발명재2 및 비교재1의 인장변형후 탈락한 스케일의 형상을 나타내는 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 특수용접봉용 선재의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 중량 퍼센트(wt%)로, C: 0.02~0.05%, Si: 0.7~0.9%, Mn: 1.4~1.6%, Ti: 0.16~0.21%, Mo: 0.1% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 빌렛을 재가열한다.
이하 빌렛의 성분 함량의 한정이유를 설명한다.
C: 0.02~0.05%
탄소(C)는 강에 있어 강도와 인성을 지배하는 기본적인 성분으로서 고탄소화하는 경우 강도는 증가하지만 연성은 반대로 저하되고 가열시 탈탄이 발생하기 쉬우며 이는 최종 제품에까지 영향을 미치게 된다. 따라서, 본 발명에서는 용접봉의 승급성을 고려할 때 인장강도를 낮출 필요가 있으므로 0.05%이하로 한정한다. 탄소함량이 부족하면 기본적은 특수용접봉용 선재에서 요구하는 강도를 만족시키지 못하기 때문에 강도 확보의 관전에서 그 하한은 0.02%로 한정한다.
Si: 0.7~0.9%
규소(Si)는 용접시 용접풀내 탈산성분으로 작용하며 저전류 고속용접에서의 아크 안정성 및 용접비드 확보를 위해 그 함유량이 0.7%이상이 되어야 한다. 다만, Si는 선재 제조시 가열로 및 냉각대에서 표면 탈탄을 일으키므로 그 상한을 0.9%이하로 제한한다.
Mn: 1.4~1.6%
망간(Mn)은 용접부의 탈산 및 강도, 충격치를 향상시키며 Si와 마찬가지로 용접비드를 확보할 수 있는 성분으로 그 함유량이 1.4%이상 첨가되어야 한다. 다만, 고온 균열에 민감하기 때문에 그 상한을 1.6%이하로 제한한다.
Ti: 0.16~0.21%
티탄(Ti)은 후물용접시 대전류영역에서의 아크 안정성 및 용착금속 강도를 확보하며 S 성분 고정에 의한 적열취성을 방지하는데 유익한 성분이다. Ti의 함량이 0.16% 미만인 경우 요구되는 충분한 강도 및 소입성을 얻기 어려우며, 0.21%를 초과하는 경우에는 인성이 저하되므로 상기 범위로 한정한다.
Mo: 0.1% 이하
몰리브덴(Mo)는 부식방지를 돕고 용접부 상변태시 베이나이트 구역의 확대로 침상 페라이트 생성을 용이하게 하여 인성을 향상시키나 과다 첨가시 강도확보에 어려움이 있으므로 그 상한은 0.1%로 한정한다.
가열온도로 가열된 빌렛은 조압연, 중간마무리압연, 최종마무리압연을 거친 후 고속정밀압연기(RSM)을 거쳐 레잉헤드(laying head)라는 권취기를 통하여 권취된다. 이때 권취온도는 910~950℃인 것이 바람직하다.
권취온도는 선재의 물성을 결정짓는 냉각공정의 초기온도로 매우 중요한 의미를 갖는다. 본 발명의 실시예에서는 기계적 박리성을 향상시키기 위해 스케일의 두께를 두껍게 하기 위해 가능한 권취온도를 높게 하였다. 권취온도가 높을수록 Fe의 외향 확산(outward diffusion)의 속도가 빨라져 FeO층이 두껍게 성장하기 때문이다. 권취온도는 낮게 설정하는 경우 원하는 두께의 FeO층을 확보할 수 없으며, 온도를 너무 높게 설정하는 경우 조업 과정에서 수냉대 냉각수량의 감소로 소재의 심각한 표면 긁힘을 유발할 수 있으며, 선재 코일의 권취형상이 나빠져 작업성에 악영향을 미칠 수 있으므로 본 발명의 실시예에서는 910~950℃로 한정한다.
상기 권취된 선재를 0.9~1.1℃/s 의 냉각속도로 냉각한다.
스텔모아(Stelmor) 냉각대의 정해진 구간 내에서 변태를 완료시키고 커버안에서의 복열 효과를 최소화 하기 위해 특수용접봉 선재의 경우 일반적으로 1.2-1.4℃/s 냉각속도로 작업해왔다. 그러나 하지만 앞서 권취온도를 기존보다 상향시켜 저온조직의 발생우려가 있어 그에 대한 보상이 냉각라인에서 이루어져야 하며, 고온에서 유지하는 시간이 길어질수록 스케일 성장에 유리하기 때문에 본 발명에서는 냉각속도 구간을 0.9~1.1℃/s 한정한다.
이때의 냉각속도가 0.9℃/s 미만인 경우 코일이 늘어질 수 있어 권취불량이 발생하고, 콘베이어 롤러의 설비사고의 위험성이 높아 지게 되며, 미변태된 조직이 변태되어 저온조직이 발생할 수 있으며, 냉각속도가 1.1℃/s 초과인 경우 박리성이 좋은 FeO를 충분히 확보하지 못하여 기계적 박리성이 저하될 수 있다.
상기 냉각속도는 컨베이어 이동속도, 서냉커버의 개폐정도 및 송풍장치의 송풍량을 제어함으로써 조절할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 송풍장치를 작동하지 않고, 컨베이어 이동속도를 약 0.25m/s으로 구동시키면서, 서냉커버중 초기1개의 냉각커버를 제외하고 모두 덮은 상태로 냉각속도를 유지할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 자세히 설명한다.
하기 표1과 같이 성분계를 가지는 특수용접봉용 선재를 각각 160*160mm2의 빌렛으로부터 5.5mmφ 선재로 압연한 후 선재를 C방향으로 절단한 단면 중심부에서 저온조직 및 스케일 두께를 확인하였다. 또한 6% 인장에 의해 제거되는 산화물의 양과 선재의 총 산화물 양의 비를 계산하여 박리율로 표현하여 하기 표2에 나타내었다.
성분 C Si Mn P S Cr Ti Mo
wt% 0.0424 0.858 1.489 0.018 0.005 0.028 0.189 0.004
구분 권취온도
(℃)		 냉각속도
(℃/s)		 컨베이어속도
(m/s)		 서냉커버 저온조직
(%)		 스케일
두께
(㎛)		 스케일
박리율
(%)
비교재1 846 1.23 0.25 4개 OPEN 0.1 3.53 9.0
비교재2 850 1.23 0.25 4개 OPEN 0.1 5.03 10.4
비교재3 845 1.23 0.25 4개 OPEN 0.3 3.19 8.3
발명재1 933 1.00 0.25 1개 OPEN 0.0 11.66 56.5
발명재2 932 1.00 0.25 1개 OPEN 0.0 12.09 50.2
발명재3 933 1.00 0.25 1개 OPEN 0.0 11.28 54.1
상기 표2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 권취온도 조건과 냉각속도 조건을 적용하여 생산한 발명재는 스케일 특성 분석 결과, 스케일 두께는 약 11.3~12.1㎛, 박리율은 50.2~56.5%를 나타내어 종래의 조건으로 생산한 비교예와 비교하여 스케일은 두꺼워지고 박리율이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
또한, 제어압연 조건을 적용한 비교재에서는 저온조직이 0.1%이상 확인되었지만 발명재에는 저온조직이 발생되지 않아 재질 편차 제어에도 우수함을 확인할 수 있었다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명재2 및 비교재1의 스케일 두께를 나타낸 광항현미경 사진이다. 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발명재2 및 비교재1의 인장변형후 탈락한 스케일의 형상을 나타내는 사진이다.
도2 및 도3을 참조하면 발명재2의 경우 표면에 안정적으로 10㎛이상의 스케일이 형성된 것을 알 수 있으며, 탈락된 스케일의 양도 50%가 넘는 것을 알 수 있다.
이상 첨부된 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 선재 2: 마무리압연구간
3: 수냉대 4: 송풍장치
5: 권취기 6: 컨베이어
7: 코일집적기

Claims (3)

  1. 빌렛을 제조하는 단계;
    상기 빌렛을 재가열후 조압연 및 마무리압연을 통해 선재로 만드는 단계;
    상기 선재를 귄취 및 냉각하는 단계를 포함하며
    상기 권취온도는 910~950℃이고,
    상기 냉각하는 단계는 냉각속도는 0.9~1.1℃/s이고,
    상기 빌렛은 중량 퍼센트(wt%)로 C: 0.02~0.05%, Si: 0.7~0.9%, Mn: 1.4~1.6%, Ti: 0.16~0.21%, Mo: 0~0.1%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고,
    상기 냉각속도는 컨베이어 이동속도, 상기 컨베이어의 상부에 설치된 복수개의 서냉커버의 개폐정도, 및 상기 컨베이어의 하부에 위치한 송풍장치의 송풍량을 제어함으로써 조절하며, 상기 송풍장치를 작동하지 않고, 컨베이어를 구동시키면서, 서냉커버중 초기 1개의 냉각커버를 제외하고 모두 덮은 상태로 냉각속도를 유지하는 것을 특징으로 하는 기계적 박리성이 우수한 특수용접봉용 선재의 제조방법.
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