KR101665799B1

KR101665799B1 - 보론강 선재의 제조방법

Info

Publication number: KR101665799B1
Application number: KR1020140187371A
Authority: KR
Inventors: 이용우
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2016-10-13
Also published as: KR20160077522A

Abstract

본 발명은 볼트 등에 사용되는 보론강 선재의 제조방법에 관한 것으로서, 선재 압연조건을 적절히 제어하여 선재의 신선 시 재질 편차가 없는 중탄소 보론강 선재를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 강편을 가열로에서 가열한 후 가열로에서 추출하여 조압연(RM), 중간 조압연(IRM), 중간사상압연(IFM),마무리 압연(FM), 최종압연(RSM), 권취하여 강 선재 제조하는 방법에 있어서, 상기 강편은 중량%로, 탄소: 0.35-0.40%, 실리콘: 0.15-0.30%, 망간: 0.30-0.90%, 인: 0.03%이하, 황: 0.02%이하, 보론: 0.001-0.003%, 크롬: 0.2~1.15% , 티타늄: 0.001-0.05%, 나머지 Fe 및 기타 불순물을 포함하고; 상기 강편을 가열로에서 980 ~ 1080℃로 추출하고; 상기 강편이 압연을 거친 후 최종압연기 (RSM)로 진입되기 전 입구측 소재의 온도를 810 ~ 870℃로 설정한 후 상기 최종 압연기에서 압연하고; 그리고 상기 최종압연기를 거친 선재의 온도를 780 ~ 830℃로 설정한 후 레잉헤드에 진입시켜 권취하는 보론강 선재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 선재의 압연조건을 적절히 제어하여 선재의 신선 시 재질 편차가 없는 중탄소 보론강 선재를 제조할 수 있다.

Description

보론강 선재의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF BORON STEEL WIRE}

본 발명은 볼트 등에 사용되는 보론강 선재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선재의 신선 시 재질 편차가 없는 중탄소 보론강 선재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

보론강은 고가의 합금원소인 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)등을 배제 또는 그 첨가량을 하향시키고 대신 보론(B)을 첨가하여 담금질성을 향상시킨 강이다.

보론강 선재는 인성과 내충격성이 우수하며 특히, 고장도, 고경도, 내마모성이 우수하므로 자동차 및 건설 중장비의 부품 등에 주로 사용된다.

최근의 냉간 압조용 선재의 기술개발 동향은 열처리 및 가공 공정 등을 생략한 공정생략형 선재와 더불어 기능성이 우수한 고강도 선재 개발에 집중되고 있는 추세이다.

보론강 선재는 통상적으로 도 1에 도시한 바와 같이, 보론강 강편을 가열로에서 압연이 가능한 온도로 가열한 후 조압연(RM), 중간 조압연(IRM), 중간사상압연(IFM),마무리 압연(FM) 및 최종압연(RSM)을 거쳐 제조되고, 레잉헤드(laying head)에 의해 권취된 후 컨베이어에 의해 집적기로 이송된다.

그러나, 종래 방법에 따라 제조된 선재에는 거대 펄라이트 조직 및/또는 미세조직이 발생하게 되는 문제점이 있다. 상기와 같이 선재에 거대 펄라이트 조직 및/또는 미세조직이 발생하게 되는 경우에는 경도 편차를 가져오게 되고, 이는 주로 열처리 생략강으로 사용되는 보론강 선재의 신선 시 신선 불균일을 야기시키게 된다.

본 발명의 일 측면은 선재 압연조건을 적절히 제어하여 선재의 신선 시 재질 편차가 없는 중탄소 보론강 선재를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 중량%로, 탄소: 0.35-0.40%, 실리콘: 0.15-0.30%, 망간: 0.30-0.90%, 인: 0.03%이하, 황: 0.02%이하, 보론: 0.001-0.003%, 크롬: 0.2~1.15% , 티타늄: 0.001-0.05%, 나머지 Fe 및 기타 불순물을 포함하는 강편을 가열로에서 가열한 후 가열로에서 추출하여 조압연(RM), 중간 조압연(IRM), 중간사상압연(IFM),마무리 압연(FM) 및 최종압연(RSM)을 거쳐 선재를 제조하고 레잉헤드(laying head)에 의해 선재를 권취하는 보론강 선재 제조방법에 있어서,

상기 강편을 가열로에서 980 ~ 1080℃로 추출하고;

상기 강편이 압연을 거친 후 최종압연기 (RSM)로 진입되기 전 입구측 소재의 온도를 810 ~ 870℃로 설정한 후 상기 최종 압연기에서 압연하고; 그리고

상기 최종압연기를 거친 선재의 온도를 780 ~ 830℃로 설정한 후 레잉헤드에 진입시켜 권취하는 것을 특징으로 하는 보론강 선재의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선재의 압연조건을 적절히 제어하여 선재의 신선 시 재질 편차가 없는 중탄소 보론강 선재를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명이 바람직하게 적용될 수 있는 강 선재 제조공정의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 범위를 벗어나는 조건으로 제조된 선재(비교예 1)의 미세조직을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일례에 따라 제조된 선재(발명예 1)의 미세조직을 나타내는 사진이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

보론강 선재 제조방법에서는 통상적으로 도 1에 도시한 바와 같이, 보론강 강편을 가열로에서 압연이 가능한 온도로 가열한 후 조압연(RM), 중간 조압연(IRM), 중간사상압연(IFM),마무리 압연(FM) 및 최종압연(RSM)을 거쳐 선재를 제조하고 레잉헤드(laying head)에 의해 권취된 후 컨베이어에 의해 집적기로 이송된다.

본 발명자는 이러한 종래 선재의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행한 결과, 거대 펄라이트 조직의 발생은 저탄소강 보다는 중탄소강에서 심하고, 거대 펄라이트 조직 및/또는 미세조직의 발생이 최종압연온도와 권취온도에 영향을 받는다는 것을 확인하고, 이러한 결과에 근거하여 본 발명을 완성하게 이른 것이다.

즉, 본 발명은 대상 강종을 중탄소 보론강으로 선정하고, 가열로 추출온도, 최종압연온도 및 권취온도를 적절히 제어하여 거대 펄라이트 조직 및 미세조직의 발생을 최소화시켜 선재의 신선 시 재질 편차가 없는 보론강 선재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

이하, 본 발명의 보론강 선재의 조성범위에 대하여 설명한다.

본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 강 종의 일례로는 중량%로, 탄소: 0.35-0.40%, 실리콘: 0.15-0.30%, 망간: 0.30-0.90%, 인: 0.03%이하, 황: 0.02%이하, 보론: 0.001-0.003%, 크롬: 0.2~1.15% , 티타늄: 0.001-0.05%, 나머지 Fe 및 기타 불순물로 조성되는 중탄소 보론 강을 들 수 있다.

탄소: 0.35~0.40%(이하 중량%)

탄소는 강도를 확보하기 위하여 첨가되는 성분으로서, 충분한 강도 확보를 위해서는 0.35%이상 첨가되는 것이 바람직하다.

한편, 퍼얼라이트는 페라이트와 세멘타이트가 서로 번갈아 층을 이루는 층상구조를 가지고 있다. C의 함량이 증가할수록 세멘타이트의 분율이 증가하며, 퍼얼라이트가 형성될 가능성이 높아진다.

탄소강의 경우 냉각시 Ar₃변태점 부근에서 머무르는 시간이 증가하면 퍼얼라이트의 결정립 크기가 증가하는데 퍼얼라이트의 분율이 높을수록 결정립 크기가 커질 가능성도 높다.

이러한 점을 고려하여 탄소 함량의 상한은 0.40%로 제한하는 것이 바람직하다.

실리콘: 0.15~0.30%

실리콘의 함량을 0.15-0.30%로 한정하는 이유는 다음과 같다. 실리콘 함량이 0.30%를 초과하는 경우 냉간압조 공정 중에 가공경화 현상이 급격하게 일어나 가공성에 많은 문제가 되며 0.15%미만에서는 볼트의 충분한 강도를 확보하지 못할 뿐만 아니라 세멘타이트의 구상화에도 악영향을 미친다.

망간: 0.30~0.90%

망간은 기지조직 내에 치환형 고용체를 형성하여 고용강화하는 원소로 고장력 볼트특성에 매우 유용한 원소이며, 그 함량은 0.30~0.90%로 한정한다.

상기 망간을 0.90%를 초과하여 첨가할 경우 고용강화 효과보다는 망간편석에 의하여 제품특성에 더 유해한 영향을 미친다. 강의 응고 시 편석기구에 따라 거시편석과 미시편석이 일어나기 용이한데, 망간편석은 타 원소에 비해 상대적으로 낮은 확산계수로 인해 편석대를 조장하고 이로 인한 경화능 향상은 중심부 저온조직(core martensite)를 생성하는 주원인이 된다.

또한 상기 망간이 0.30% 미만으로 첨가될 경우 망간편석에 의한 편석대의 영향은 거의 없으나 고용강화에 의한 응력이완 개선효과는 기대하기 어렵다. 즉 망간의 함량이 0.30% 미만인 경우에는 고용강화 효과 미흡으로 소입성 및 영구변형 저항성 개선이 미흡하고 0.90%를 초과하는 경우에는 주조 시 망간편석으로 인한 국부소입성 증대 및 편석대 형성으로 조직 이방성 심화, 즉 조직 불균일로 제품특성이 저하된다.

인: 0.030%이하, 황: 0.02%이하

인 및 황의 함량은 각각 0.030% 이하와 0.02% 이하로 한정한다. 상기 인은 결정립계에 편석되어 인성을 저하시키고 지연파괴 저항성을 감소시키는 주요 원인이므로 그 상한을 0.030%로 제한하는 것이며, 상기 황은 저 융점 원소로 입계 편석되어 인성을 저하시키고 유화물을 형성시켜 지연파괴 저항성 및 응력이완 특성에 유해한 영향을 미치므로 그 상한을 0.02%로 한정하는 것이 바람직하다.

크롬: 0.2~1.15%

크롬의 함량은 0.2~1.15%로 함이 바람직하다. 그 함량이 0.2% 미만에서는 소입, 소려 열처리시 충분한 소입성 확보가 어렵다. 크롬 자체의 소입성 향상은 미미하지만 보론과 함께 넣어줄 경우 그 효과가 매우 증가하는 것으로 알려져 있다. 1.15%를 초과하는 경우 강재 내에 필름형태의 탄화물을 생성하기 때문이다.

이러한 필름형태의 탄화물은 오스테나이트 입계에 존재하게 되면 수소지연파괴 저항성을 저하시키는 것으로 알려져 있다.

보론: 0.001~0.003%

보론은 소입성 및 지연파괴 저항성 개선을 위한 입계강화원소로 보론의 함량을 0.001%-0.003%로 한정한다. 그 함량이 0.001% 미만에서는 열처리 시 보론 원자들이 입계편석에 따른 입계 강도 개선효과나 소입성 개선효과가 미흡하며, 0.003%를 초과하면 효과가 포화되고 입계에 보론 질화물이 석출하여 입계강도가 저하되기 때문이다.

티타늄: 0.001~0.05%

티타늄의 함량은 0.001~0.05%로 한정한다. 그 함량이 0.001% 미만에서는 부식저항성에 대한 개선효과가 미흡하고 보론의 소입성 향상을 위해 보론 질화물의 생성을 막는 티타늄 질화물 생성이 어려우며, 0.05%를 초과하면 효과가 포화되고 조대한 티타늄계 질화물이 형성하여 피로특성에 유해하기 때문이다.

이하, 본 발명의 보론강 선재를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

본 발명에서는 대상 강종을 중탄소 보론강으로 선정하고, 가열로 추출온도, 최종압연온도 및 권취온도를 적절히 제어하여 거대 펄라이트 조직 및 미세조직의 발생을 최소화시켜 선재의 신선 시 재질 편차가 없는 보론강 선재을 제조한다.

본 발명에서는 도 1에 도시한 바와 같이, 강편을 가열로에서 가열한 후 가열로에서 추출하여 조압연(RM), 중간 조압연(IRM), 중간사상압연(IFM),마무리 압연(FM) 및 최종압연(RSM)을 거쳐 선재를 제조하고 레잉헤드(laying head)에 의해 선재를 권취하여 강 선재를 제조한다.

본 발명에서는 강편을 가열로에서 980 ~ 1080℃로 추출하고, 상기 강편이 압연을 거친 후 최종압연기 (RSM)로 진입되기 전 입구측 소재의 온도를 810 ~ 870℃로 설정한 후 상기 최종 압연기에서 압연하고, 상기 최종압연기를 거친 선재의 온도를 780 ~ 830℃로 설정한 후 레잉헤드에 진입시켜 권취한다.

가열로 추출온도: 980 ~ 1080℃

본 실시 예의 열처리 생략강인 보론강에는 강내에 티타늄(Ti)이 첨가되어 있고, 이러한 티타늄 성분은 우선적으로 TiN과 결합 후 TiC로 석출되어 소재를 강하게 만든다.

이에 가열로에서 추출되는 보론강의 추출온도를 TiC가 고용되는 온도 이하인 980 ~ 1080℃로 형성함에 의해 TiC 석출물의 석출강화 효과를 낮추어 TiC 석출을 억제하였다. 여기서 추출온도가 1100℃이상인 경우에는 TiC의 석출강화 효과가 높아 소재를 강하게 만들 수 있고, 1000℃이하인 경우에는 열간 압연시 압연효과는 낮아질 수 있다.

최종 압연전 소재 온도(최종압연온도): 810 ~ 870℃

소재가 최종압연기로 진입하여 제어압연되는 경우 최종 압연기 입구측 소재의 온도를 810 ~ 870℃로 형성한 후 저온 압연을 하게 되면 AGS(austenite grain size)가 작은 상태에서 압연을 진행하게 되며 결정립계(grain boundary)의 면적은 넓게 된다. 이러한 결정립계는 불안정한 상태로 초석 페라이트(free ferrite)가 성장하기 좋은 조건이므로 전술한 온도로 압연시 초석 페라이트의 성장은 촉진되고 이는 최종 변태가 완료되었을 때 초석 페라이트의 분율을 높이는 효과를 나타낸다. 페라이트에 비해 상대적으로 강도가 낮은 초석 페라이트의 분율을 높임에 의해 소재의 강도를 하향시킬 수 있다.

권취 전 소재 온도(권취온도): 780 ~ 830℃

최종압연을 거친 후 레잉헤드에 권취되기 전 소재의 온도를 780 ~ 830℃로 설정하여 최종압연 온도와 권취온도의 차이를 최소화함에 의해 표면 미세조직 생성을 억제할 수 있다.

한편, 본 발명에서 조압연(RM), 중간 조압연(IRM), 중간사상압연(IFM), 및 마무리 압연(FM)공정은 통상적으로 사용되는 것이면, 충분하고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 조압연(RM)온도: 900 ~ 1150℃, 중간 조압연(IRM)온도: 900 ~ 1150℃, 중간사상압연(IFM)온도: 900 ~ 1105℃ 및 마무리 압연(FM) 온도: 900 ~ 1150℃를 들수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

탄소: 0.380%, 실리콘: 0.20%, 망간: 0.50%, 인: 0.001%, 황: 0.007%, 보론 0.002%, 크롬: 0.8% , 티타늄 0.02%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 중탄소 보론강 빌렛을 하기 표 1과 같은 조건으로 가열, 마무리압연, 최종압연 및 권취하여 선재를 제조하였다.

상기와 같이 제조된 선재의 조직을 관찰하고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 2 및 3에에 나타내었다.

도 2는 비교예 1의 미세조직을 나타낸 것이고, 도 3은 발명예 1의 미세조직을 나타낸 것이다.

실시예 No.	추출온도(℃)	마무리압연온도(℃)	최종압연온도(℃)	권취온도(℃)
비교예1	1036	1011	957	861
비교예2	1033	1008	856	862
비교예3	1031	1006	864	880
발명예1	1034	1045	837	805
발명예2	1035	1039	836	813

실시예 No.	인장강도(Mpa)	퍼얼라이트 크기(㎛)	미세조직 분율(부피 %)
비교예 1	543	100~150	0
비교예 2	528	100~150	0
비교예 3	530	100~150	0
발명예 1	558	50 이하	0
발명예 2	540	50 이하	0

상기 표 1 및 표 2 및 도 2 및 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 선재(발명예 1 및 2)의 경우에는 거대한 퍼얼라이트가 형성되지 않음을 알 수 있다. 반면에, 본 발명의 범위를 벗어나는 조건으로 제조된 선재(비교예 1-3)의 경우에는 거대한 퍼얼라이트가 형성됨을 알 수 있다.

이러한 결과로부터, 본 발명에 따르면, 선재의 신선 시 재질 편차가 없는 중탄소 보론강 선재를 제조할 수 있음을 알 수 있다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

Claims

중량%로, 탄소: 0.35-0.40%, 실리콘: 0.15-0.30%, 망간: 0.30-0.90%, 인: 0.03%이하, 황: 0.02%이하, 보론: 0.001-0.003%, 크롬: 0.2~1.15% , 티타늄: 0.001-0.05%, 나머지 Fe 및 기타 불순물을 포함하는 강편을 가열로에서 가열한 후 가열로에서 추출하여 조압연(RM), 중간 조압연(IRM), 중간사상압연(IFM),마무리 압연(FM) 및 최종압연(RSM)을 거쳐 선재를 제조하고 레잉헤드(laying head)에 의해 선재를 권취하는 강 선재 제조방법에 있어서,
상기 강편을 가열로에서 980 ~ 1080℃로 추출하고;
상기 강편이 압연을 거친 후 최종압연기 (RSM)로 진입되기 전 입구측 소재의 온도를 810 ~ 870℃로 설정한 후 상기 최종압연기에서 압연하고; 그리고
상기 최종압연기를 거친 선재의 온도를 780 ~ 830℃로 설정한 후 레잉헤드에 진입시켜 권취하는 것을 특징으로 하는 보론강 선재의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 조압연(RM)온도는 900 ~ 1150℃이고, 상기 중간 조압연(IRM)온도는 900 ~ 1150℃이고, 상기 중간사상압연(IFM)온도는 900 ~ 1105℃이고, 그리고 상기 마무리 압연(FM) 온도는 900 ~ 1150℃인 것을 특징으로 하는 보론강 선재의 제조방법.