KR101919363B1 - Pc 강봉을 제조하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 의하여, 본 발명에서는 PC 강봉을 제조하는 방법 및 장치를 제공하고 있으며, 특히, PC 강봉을 크게 두 가지 공정으로 나누어, 산화피막을 생성하여 제거하는 공정 및 신선 제품을 고주파 열처리 함으로써 완제품을 생성하는 PC 강봉을 제조하는 방법 및 장치를 제공함에 특징이 있다.
Description
본 발명은 PC 강봉을 제조하는 방법 및 제조하는 장치에 관한 것으로서,특히 PC 강봉 제조 공정을 크게 두 개의 공정으로 나누어, 1차 공정에서 스케일을 제거하고, 2 차 공정에서 고주파 열처리 공정을 통하여 완제품을 만드는 기술에 관한 것이다.
자동차용 부품 중에서도, 등속 조인트나 허브 유닛이라고 하는 부품에는, 높은 면압이 반복적으로 작용한다. 따라서, 이들 부품에서는, 뛰어난 전동 피로 특성이 요구된다. 이들 부품의 소재에는, 주로 JIS G 4051(2009)에 기재된 「기계 구조용 탄소강 강재」가 이용된다. 이들 부품 중, 전동 피로 특성이 요구되는 부위는, 고주파 담금질 처리에 의해 경화된다.
고주파 담금질은, 필요한 부위만을 경화할 수 있다. 또, 고주파 담금질 장치가 제조 라인 위에 배치되는 경우, 이른바 인 라인으로 고주파 담금질을 실시할 수 있다. 그로 인해, 배치식으로의 표면 처리를 이용하는 경우에 비해, 고주파 담금질을 이용하는 경우, 제조 공정의 자유도가 높아진다.
전동 피로 특성은 강 중의 비금속 개재물(이하, 간단히 「개재물」이라고 한다), 특히, 산화물과 황화물에 의해, 저하하는 것이 알려져 있다. 그로 인해, 종래는, 제강 프로세스에 의해 강 중의 O(산소) 및 S(유황)의 함유량을 줄여, 전동 피로 수명을 높이고 있었다.
근래, 예를 들어, 엔진의 고출력화나 부품의 경량화의 요구에 따라, 상기 부품의 사용 환경이 점점 더 고면압화, 고온화되고 있다. 그로 인해, 부품의 소재가 되는 고주파 담금질용 강재는, 한층 더한 전동 피로 수명의 향상이 요구되고 있다.
그러나 단순히 강 중의 산소(O) 및 유황(S)의 함유량을 저감시키는 것만으로는 양호한 전동 피로 수명이 얻어지기 어렵다. 그래서, 강 중의 산화물 및 황화물의 사이즈를 작게 함으로써, 전동 피로 수명을 개선하는 것을 목적으로 한 고주파 담금질이 제안되었으나, 산화물 및 황화물의 조성 제어에 대해서는 고려되어 있지 않다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 PC 강봉을 제조하는 공정에서 공정을 크게 두 개로 나누어 각각 다른 조건에 의하여 PC 강봉을 제조함으로써, 용도에 알맞은 경도 및 강도를 갖는 PC 강봉을 제조할 수 있는 방법 및 장치를 제조함에 목적이 있다.
일 개시에 의하여, 본원발명은 PC 강봉을 제조하는 방법을 제공할 수 있으며, 본 방법은 중량%로, C: 0.85~0.95%, Si: 0.8~1.6%, Mn: 0.3~0.8%, Cr: 0.1~0.5%, V: 0.1~0.3%, P: 0.015% 이하, S: 0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 극저탄소강으로 구비되고, 표면을 갖는 선재를 성형하는 단계, 선재의 표면으로부터 선재의 내측에, 선재의 침입형 자리에 질소가 고용되고 선재의 조직과 동일한 조직을 갖는 고용체층을 형성하는 단계, KNO3, KNO2, Ca(NO3)2, NaNO3 및 NaNO2 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 염을 포함하는 용융염을 준비하는 단계, 용융염을 700~920로 2시간 가열한 후, 가열된 용융염에 선재를 5시간 침지하는 단계, 선재를 용융염으로부터 취출하여, 냉각수를 이용하여 4~10/s의 냉각속도로 380~470까지 급냉하는 단계, 선재의 표면을 덮고, 철산화물로 구비된 산화피막을 형성하는 단계, 선재의 표면에 형성된 산화피막을 제거하는 단계, 산화피막을 제거한 후에, 고용체층 상에 선재의 표면과 접하여 형성되고 고용체층의 부식을 방지하는 제 1피막층을 형성하는 단계, 고용체층 상에 표면에 접하여 형성되고 철과 질소의 화합물로 구비된 제 2피막층을 형성하는 단계, 제 2 피막층이 형성된 선재를 전압 100~110V, 전류 300~310A, 주파수 25~35㎑, 가열시간 15~20분 동안 고주파 열처리 하는 단계 및 고주파 열처리된 선재를 인장강도가 1420~1480MPa이 1100~1200급속 가열 및 550~620로 급속 냉각을 반복하는 단계를 제공할 수 있다.
또한, 선재를 성형하는 단계는. 중량%로, C: 0.83~0.90%, Si: 0.1~1.4%, Mn: 0.5~0.6%, Cr: 0.2~0.3%, V: 0.25~0.3%, P: 0.012~0.015% 이하, S: 0.013~0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 스틸 빌렛 (steel billet)을 1400~1600로 3시간 가열하는 단계, 가열된 스틸 빌렛을 900~1000에서 열간 압연하는 단계, 열간 압연된 압연재를 560 ~ 600에서 1차 중간 열처리 후, 40~60%의 압하율로 1차 냉간 압연하는 단계, 1차 냉간 압연된 압연재를 620 ~ 670에서 2차 중간 열처리 후, 20~50%의 압하율로 2차 냉간 압연하는 단계 및 2차 냉간 압연된 압연재를 6~17/s의 냉각속도로 370~430까지 냉각하여 선재를 성형하는 단계를 제공할 수 있다.
일 개시에 의하여, 선재를 신선패스당 15~20%의 단면감소율로 신선하는 신선단계 및 선재를 250~350 범위에서 200초 동안 고주파 열처리하여 선재의 릴렉세이션 특징을 향상시키는 단계를 제공할 수 있다.
일 개시에 의하여, 2차 중간 열처리는, 1차 냉간 압연된 압연재의 표면으로부터 내측 3mm 깊이까지의 온도가 600~~ 640가 될 때까지 열처리하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 개시에 의하여, 산화피막을 형성하는 단계는, 산화피막의 전체에 대한 질량 %로, Fe3O4: 40~80%를 포함하고, Fe3O4와 Fe2O3의 질량비가 1:4 이며, 산화피막의 평균 두께는 3~10㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 개시에 의하여, PC 강봉을 제조하는 장치에 있어서, 프로세서 및 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어들을 저장하는 메모리를 포함하고, 프로세서는,명령어들을 실행함으로써, 중량%로, C: 0.85~0.95%, Si: 0.8~1.6%, Mn: 0.3~0.8%, Cr: 0.1~0.5%, V: 0.1~0.3%, P: 0.015% 이하, S: 0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 극저탄소강으로 구비되고, 표면을 갖는 선재를 성형하고, 선재의 표면으로부터 선재의 내측에, 선재의 침입형 자리에 질소가 고용되고 선재의 조직과 동일한 조직을 갖는 고용체층을 형성하고, KNO3, KNO2, Ca(NO3)2, NaNO3 및 NaNO2 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 염을 포함하는 용융염을 준비하고, 용융염을 700~920℃로 2시간 가열한 후, 가열된 용융염에 선재를 5시간 침지하고, 선재를 용융염으로부터 취출하여, 냉각수를 이용하여 4~10/s의 냉각속도로 380~470℃까지 급냉하고, 선재의 표면을 덮고, 철산화물로 구비된 산화피막을 형성하고, 선재의 표면에 형성된 산화피막을 제거하고, 산화피막을 제거한 후에, 고용체층 상에 선재의 표면과 접하여 형성되고 고용체층의 부식을 방지하는 제 1피막층을 형성하고, 고용체층 상에 표면에 접하여 형성되고 철과 질소의 화합물로 구비된 제 2피막층을 형성하고, 제 2 피막층이 형성된 선재를 전압 100~110V, 전류 300~310A, 주파수 25~35㎑, 가열시간 15~20분 동안 고주파 열처리하고, 고주파 열처리된 선재를 인장강도가 1420~1480MPa이 될 때될 때 1100~1200℃로 2시간 급속 가열 후 550~620℃로 3시간 급속 냉각을 반복할 수 있다.
일 개시에 의하여 본원발명에 의하여 생산된 PC 강봉은 기존에 비하여 뛰어난 전동 피로 수명을 가질 수 있다.
일 개시에 의하여, 고탄소강 선재에 V를 첨가하여 선재상태에서 충분한 인장강도를 확보하고, Cr을 첨가하여 신선가공성을 향상시키고, Si의 첨가를 통하여 고용강화 효과 증대 및 블루잉 열처리에 따른 연화에 대한 저항성을 향상시켜, 종래의 문제점을 가지지 않으며 선재 상태에서도 높은 강도를 가진 PC강연선용 선재를 제공할 수 있다.
도 1 은 일 개시에 의한 본원발명의 PC 강봉을 제작하기 위한 선재의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 2는 일 개시에 의한 PC 강봉을 제작하기 위한 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 일 개시에 의한 열간 압연의 종료 온도, 열간 압연 종료로부터 냉각 개시까지의 시간, 분위기의 습도, 냉각 속도를 변화에 따른 스케일층의 조성 및 두께에 대한 표이다.
도 4는 일 개시에 의한 스케일층의 성분 조성에 따른 효과를 나타낸 표이다.
도 5는 일 개시에 의한 탄소함량이 0.002 중량%인 IF강 2개를 650의 용융 NaNO3에 5시간 동안 침지시킨 후 꺼내어 각각 급랭(I) 및 서냉()시킨 후 스케일을 제거한 후 인장시험한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 일 개시에 의한 PC 강봉을 제작하기 위한 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 일 개시에 의한 열간 압연의 종료 온도, 열간 압연 종료로부터 냉각 개시까지의 시간, 분위기의 습도, 냉각 속도를 변화에 따른 스케일층의 조성 및 두께에 대한 표이다.
도 4는 일 개시에 의한 스케일층의 성분 조성에 따른 효과를 나타낸 표이다.
도 5는 일 개시에 의한 탄소함량이 0.002 중량%인 IF강 2개를 650의 용융 NaNO3에 5시간 동안 침지시킨 후 꺼내어 각각 급랭(I) 및 서냉()시킨 후 스케일을 제거한 후 인장시험한 결과를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 일 개시에 의한 본원발명의 PC 강봉을 제작하기 위한 선재의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 강재는 제1층(1), 상기 제1층(1)에 인접하여 위치하는 제2층(2)을 포함한다.
상기 제1층(1)은 강으로 이루어진 모재가 그대로 유지되어 있는 부분이다. 이 제1층(1)은 철-질소 화합물을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 제1층(1)에는 특수 용도를 위해 합금원소로서 질소가 극미량 첨가된 것일 수 있다.
상기와 같은 제1층(1)은 탄소 함량이 0.01중량%이하(0을 포함하지 않음)로 이루어진 극저탄소강을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 제1층(1)이 후술하는 제2층(2)의 형성을 위한 모재가 되는 것이기 때문에 후술하는 바와 같이 제2층(2)이 보다 용이하게 두껍게 형성되도록 하기 위한 것이다.
상기 제2층(2)은 모재인 강재의 주원소인 철의 침입형 자리(Interstitial site)에 질소가 고용된 고용체층(solid solution layer)으로 구비된 부분이다. 이러한 제2층(2)은 제1층(1)에 대해 반대측에 제1표면(21)을 구비하며, 제2층(2)의 내부 및 제1표면(21)에는 Fe2N, Fe3N, Fe4N과 같은 철-질소 화합물이 존재하지 않는다.
이 제2층(2)이 철-질소 화합물을 포함하지 않으므로 질소는 제1표면(21)으로부터 충분한 깊이까지 확산될 수 있고, 이에 따라 제2층(2)의 두께(t1)가 충분히 두껍게 형성되어 인장강도가 크게 향상될 수 있다.
상기 제2층(2)의 두께(t1)는 원하는 인장강도에 따라 적정하게 조절될 수 있다. 즉, 비교적 높은 인장강도를 요하는 경우에는 제2층(2)의 두께(t1)가 두껍게 되도록 하고, 비교적 낮은 인장강도를 요하는 경우에는 제2층(2)의 두께(t1)를 얇게 형성하면 된다.
상기와 같은 제2층(2)은 상기 모재의 표면으로부터 질소가 확산되어 철의 침입형 자리에 고용되어 있는 고용체층이다.
상기 제2층(2)도 상기 제1층(1)과 마찬가지로 탄소의 함량이 0.01중량%이하(0을 포함하지 않음)로 이루어진 극저탄소강을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 전술한 바와 같이 상기 제2층(2)이 모재의 표면으로부터 질소가 확산되어 형성된 고용체층이기 때문으로, 탄소의 함량이 0.01중량%를 초과하게 되면 제2층(2)의 두께(t1)를 충분히 두껍게 얻을 수 없고, 이에 따라 강재의 인장강도도 향상시키기 어렵기 때문이다.
도 2는 일 개시에 의한 PC 강봉을 제작하기 위한 방법을 나타낸 흐름도이다.
일 개시에 의하여, 본원발명은 PC 강봉을 제조하는 방법을 제공할 수 있으며, 본 방법은 단계 S301에서 중량%로, C: 0.85~0.95%, Si: 0.8~1.6%, Mn: 0.3~0.8%, Cr: 0.1~0.5%, V: 0.1~0.3%, P: 0.015% 이하, S: 0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 극저탄소강으로 구비되고, 표면을 갖는 선재를 성형할 수 있다.
일 개시에 의하여 단계 S302에서, 선재의 표면으로부터 선재의 내측에, 선재의 침입형 자리에 질소가 고용되고 선재의 조직과 동일한 조직을 갖는 고용체층을 형성하는 단계, KNO3, KNO2, Ca(NO3)2, NaNO3 및 NaNO2 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 염을 포함하는 용융염을 준비할 수 있다.
일 개시에 의하여 단계 S303에서, 용융염을 700~920℃로 2시간 가열한 후, 가열된 용융염에 선재를 5시간 침지시킬 수 있다.
일 개시에 의하여 단계 S304에서, 선재를 용융염으로부터 취출하여, 냉각수를 이용하여 4~10℃/s의 냉각속도 로 380~470℃까지 급냉할 수 있다. 일 개시에 의하여 모재를 300℃ 내지 800℃범위의 염욕 내에서 처리한 후에는 물이나 오일 등으로 급속히 냉각시킬 수 있다.
이렇게 용융 염욕 내에서 처리되던 모재를 급냉시키게 되면 전술한 바와 같이 질소 고용체층인 제2층(2)의 조직을 얻을 수 있어 모재의 조직과 동일하게 되도록 할 수 있다. 용융 염욕 내에서 처리되던 모재를 서서히 냉각시킬 경우 고용체층인 제2층의 조직은 제1층(1)과는 다르게 침상 조직이 나타난다. 따라서, 이 경우에는 전술한 바와 같은 균질한 조직으로 인한 크랙 및 파단 방지 효과를 얻기가 어렵다.
일 개시에 의하여 단계 S305에서, 선재의 표면을 덮고, 철산화물로 구비된 산화피막을 형성할 수 있다.
또한, 용융 염욕 내에서 처리된 모재의 냉각 조건에 따라 강재의 인장강도도 현저히 차이가 난다. 도 5는 탄소함량이 0.002 중량%인 IF강 2개를 650의 용융 NaNO3에 5시간 동안 침지시킨 후 꺼내어 각각 급랭(I) 및 서랭(II)시킨 후 스케일을 제거한 후 인장시험한 결과를 나타낸 것이다. 이 때, 급랭(I)의 조건은 일반적인 냉각수로 냉각시킨 것을 말하고, 서랭(II)의 조건은 상온에서 방치시켜 둔 것을 말한다. 모재인 IF강이 300MPa급의 인장강도를 갖는 것인 데, 급랭시킨 경우(I)에는 750MPa까지 인장강도가 올라갔으나, 서랭(II)시킨 경우에는 540MPa로 급랭시킨 경우(I)에 비해 인장강도가 현격히 떨어짐을 알 수 있다.
이렇게 급랭된 강재는, 도 1에서와 같이 제1층(1)의 상부에 질소가 고용된 층인 제2층(2)이 형성되고, 제2층(2)의 제1표면(21) 상부로 철산화물로 구비된 산화피막이 형성된 구조가 될 수 있다. 이러한 산화피막의 형성은 전술한 바와 같이 자발적 반응이고, 철-질소 화합물의 형성은 비자발적 반응이 되므로, 모재에는 철-질소 화합물에 우선하여 질소가 고용된 질소 고용체층, 즉, 제2층(2)이 형성되고, 표면에 산화피막이 형성되는 것이다.
일 개시에 의하여 단계 S306에서, 선재의 표면에 형성된 산화피막을 제거할 수 있다. 표면에 형성된 산화피막은 표면 스케일 작업을 통해 제거될 수 있다.
일 개시에 의하여 단계 S307에서, 산화피막을 제거한 후에, 단계 S308에서 고용체층에 선재의 표면과 접하여 형성되고 고용체층의 부식을 방지하는 제 1피막층을 형성할 수 있다.
일 개시에 의하여 단계 S309에서 고용체층 상에 형성된 제 1피막층의 표면에 접하여 형성되고 철과 질소의 화합물로 구비된 제 2피막층을 형성할 수 있다.
일 개시에 의하여 단계 S310에서, 제 2 피막층이 형성된 선재를 전압 100~110V, 전류 300~310A, 주파수 25~35㎑, 가열시간 15~20분 동안 고주파 열처리할 수 있다.
일 개시에 의하여 단계 S311에서, 고주파 열처리된 선재를 인장강도가 1420~148MPa을 측정될 때까지 1100~1200℃에서 20~80분 급속 가열시키고, 550~620℃로 10~60분 급속 냉각을 반복할 수 있다.
또한, 선재를 성형하는 단계는. 중량%로, C: 0.83~0.90%, Si: 0.1~1.4%, Mn: 0.5~0.6%, Cr: 0.2~0.3%, V: 0.25~0.3%, P: 0.012~0.015% 이하, S: 0.013~0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 스틸 빌렛 (steel billet)을 1400~1600로 3시간 가열하는 단계, 가열된 스틸 빌렛을 900~1000℃에서 열간 압연하는 단계, 열간 압연된 압연재를 560 ~ 600℃에서 1차 중간 열처리 후, 40~60%의 압하율로 1차 냉간 압연하는 단계, 1차 냉간 압연된 압연재를 620 ~ 670℃에서 2차 중간 열처리 후, 20~50%의 압하율로 2차 냉간 압연하는 단계 및 2차 냉간 압연된 압연재를 6~17℃/s의 냉각속도로 370~430℃까지 냉각하여 선재를 성형하는 단계를 제공할 수 있다.
일 개시에 의하여, 선재를 신선패스당 15~20%의 단면감소율로 신선하는 신선단계 및 선재를 250~350℃범위에서 200초 동안 고주파 열처리하여 선재의 릴렉세이션 특징을 향상시키는 단계를 제공할 수 있다.
일 개시에 의하여, 2차 중간 열처리는, 1차 냉간 압연된 압연재의 표면으로부터 내측 3mm 깊이까지의 온도가 600~640℃가 될 때까지 열처리하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 개시에 의하여, 산화피막을 형성하는 단계는, 산화피막의 전체에 대한 질량 %로, Fe3O4: 40~80%를 포함하고, Fe3O4와 Fe2O3의 질량비가 1:4 이며, 산화피막의 평균 두께는 3~10㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 개시에 의하여 산화피막, 즉 스케일층의 두께는 사용 환경에 있어서 방식성을 장기간 유지하기 위해서 최적화할 필요가 있다. 스케일층이 지나치게 얇으면, Cl 이온 등의 부식성 인자의 소지 강재로의 침입의 억제 효과가 불충분해져, 충분한 방식성이 얻어지지 않는다. 한편, 스케일층이 지나치게 두꺼우면, 사용 환경에 있어서의 주야의 온도 변화 등에 의한 스케일 박 리가 일어나기 쉬워져, 방식성을 장기간 유지할 수 없다. 이와 같은 관점에서, 스케일층의 두께는 평균 두께로 3㎛ 내지 15㎛로 할 것이 필요하다. 스케일층의 평균 두께의 보다 바람직한 하한은 3.5㎛이고, 더 바람직한 하한은 4㎛이다. 또한, 스케일층의 평균 두께의 보다 바람직한 상한은 14.5㎛이고, 더 바람직한 상한은 14㎛이다.
이 스케일층의 두께에 대해서는, 강재의 단면 관찰로부터 측정하는 것이 가능하고, 그 밖에 초음파 두께계를 이용하여 측정하는 것도 가능하다. 한편, 스케일층의 두께는 강판의 측정 위치에 따라 상이한 경우가 있기 때문에, 임의의 10점 이상의 평균값, 즉 평균 두께를 스케일층의 두께로 하는 것이 바람직하다.
도 3은 일 개시에 의한 열간 압연의 종료 온도, 열간 압연 종료로부터 냉각 개시까지의 시간, 분위기의 습도, 냉각 속도를 변화에 따른 스케일층의 조성 및 두께에 대한 표이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 No. 1~7 및 14~52에서는, 열간 압연의 종료 온도는 660~770℃의 범위로 적절히 조정하고, 열간 압연 종료로부터 냉각 개시까지의 시간은 30~120초의 범위로 적절히 조정하고, 디스케일링으로부터 냉각 개시까지의 사이는 강판이 노출되는 분위기의 습도를 70%RH 이하로 적절히 조정하고, 열간 압연 후의 냉각 속도는 1~10℃/s의 범위로 적절히 조정하여, 스케일층의 조성 및 두께가 본 발명의 조건을 만족하도록 조정했다.
또한, 실시예 No. 8~13에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이 열간 압연의 종료 온도, 열간 압연 종료로부터 냉각 개시까지의 시간, 분위기의 습도, 냉각 속도를 변화시켜, 화학 성분은 본 발명의 규정을 만족하지만, 스케일층의 조성 또는 두께가 본 발명의 조건에서 벗어나도록 조정했다.
이와 같이 해서 얻어진 강재로부터 스케일층을 형성한 면을 그대로 남기고, 크기 150mm,150mm,10mm의 대기 폭로 시험용의 시험편을 각각 3매씩 잘라냈다. 또한, 스케일층의 조성을 구하기 위해, 열간 압연 후의 강 소재로부터 크기 40mm,40mm,10mm의 샘플을 채취하고, Co 타겟을 사용한 X선 회절법에 의한 정량 분석을 행했다. 또한, 초음파 두께계를 이용해서 스케일 두께를 측정하여, 그들의 평균값을 스케일층의 평균 두께로 했다. 비래염분에 의한 부식성이 심한 환경에 있어서의 각 스케일 부착 강재의 일시 방청 능력을 평가하기 위해, 대기 폭로 시험을 실시했다. 폭로 장소는 일본 효고현 가코가와시의 해안으로부터의 거리가 100m인 위치이며, 각 시험편의 상기 시험면이 45가 되도록 도 1의 시험편을 폭로했다. 폭로한 시험편은 각 강재당, 각각 3매씩이다. 시험편에는 부식 촉진을 위해, 1주간에 1회, 해수를 산포(散布)했다. 폭로 기간은 56일간이다. 일시 방청 능력으로서, 폭로 후의 시험면의 발청 면적 및 최대 부식 깊이를 평가했다.
발청 면적에 대해서는, 폭로 후의 시험면을 디지털 카메라로 사진 촬영하고, 화상 해석에 의해 발청부의 면적을 구하여, 3매의 시험편의 평균값을 발청 면적으로 했다. 또한, 최대 부식 깊이에 대해서는, 폭로 후의 시험편을 온도 80의 10% 시트르산수소이암모늄 수용액에 침지하여 탈청 처리를 행한 후, 깊이 게이지를 이용해서 국부 부식 개소의 부식 깊이를 측정하여, 3매의 시험편 중 가장 깊은 것을 최대 부식 깊이로 했다.
평가 기준은 이하와 같다. 우선, 발청 면적에 대해서는, No. 1의 강재의 발청 면적을 100으로 했을 때의 상대값이 60 이상 70 미만인 것을 A, 상대값이 50 이상 60 미만인 것을 AA, 상대값이 50 미만인 것을 AAA로 나타냈다.
또한, 최대 부식 깊이에 대해서는, No. 1의 강재의 최대 부식 깊이를 100으로 했을 때의 상대값이 70 이상 80 미만인 것을 A, 상대값이 60 이상 70 미만인 것을 AA, 상대값이 60 미만인 것을 AAA로 나타냈다.
발청 면적, 최대 부식 깊이 모두 A~AAA인 것을 합격으로 하고, 양 항목 모두 A~AAA인 것을 종합 평가에서 합격으로 하여, 일시 방청 능력이 우수한 강재라고 평가했다.
도 4는 일 개시에 의한 스케일층의 성분 조성에 따른 효과를 나타낸 표이다.
시험에 의한 평가 결과를 도 4에 개시된 표에 나타낸다. No. 1~No. 13의 비교예는 발청 면적 및 최대 부식 깊이의 상대값이 90~100으로, 일시 방청성은 충분하지는 않다. No. 2~No. 7은 모두 소지 강재의 성분 조성이 본 발명의 조건을 만족하지 않는 것으로, 각각 Cu, Cr, N, Ti, Nb 및 Zr의 첨가량이 지나치게 적기 때문에, 일시 방청성이 충분히 얻어지지 않는다.
No. 8~No. 13은 소지 강재의 성분 조성은 본 발명의 조건을 만족하는 것이지만, 모두 스케일층의 조성 또는 두께가 본 발명의 조건을 만족하지 않는 것이다. No. 8은 스케일층 중의 Fe3O4의 함유율이, No. 9는 Fe2O3/Fe3O4비가 각각 지나치게 작기 때문에, 일시 방청성이 충분히 얻어지지 않는다. No. 10은 스케일층의 두께가 지나치게 얇기 때문에, 일시 방청성이 충분히 얻어지지 않는다.
또한, No. 11은 스케일층 중의 Fe3O4의 함유율이, No. 12는 Fe2O3/Fe3O4비가 각각 지나치게 크기 때문에, 일시 방청성이 충분히 얻어지지 않는다. No. 13은 스케일층의 두께가 지나치게 두껍기 때문에, 일시 방청성이 충분히 얻어지지 않는다.
이들 비교예에 비하여, 발명예 No. 14~No. 52는 모두 발청 면적이 70 미만으로 억제되어 있음과 더불어, 최대 부식 깊이의 상대값이 80 미만으로 억제되어 있다. 이와 같이, 본 발명의 조건을 모두 만족하는 No. 14~No. 52의 강재는 비래염분의 부식성 환경에 있어서 우수한 내식성을 발휘한다.
특히, Ni, Co, Mo 및 W 중 어느 1종 또는 2종 이상을 적량 함유시킨 S16~S22의 소지 강재의 표면 상에, 본 발명의 조건을 만족하는 스케일층을 형성한 No. 22~No. 28은 발청 면적의 억제 효과가 현저하다.
이들에, Sn, Sb 및 Se 중 어느 1종 또는 2종 이상을 적량 추가로 함유시킨 S37~S40의 소지 강재의 표면 상에, 본 발명의 조건을 만족하는 스케일층을 형성한 No. 43~No. 46은 발청 면적의 억제 효과가 더 현저하다.
또한, Mg, Ca 및 REM 중 어느 1종 또는 2종 이상을 적량 함유시킨 S23~S28의 소지 강재의 표면 상에, 본 발명의 조건을 만족하는 스케일층을 형성한 No. 29~No. 34는 최대 부식 깊이의 억제 효과가 특히 현저하다.
이들에, Sn, Sb 및 Se 중 어느 1종 또는 2종 이상을 적량 추가로 함유시킨 S41~S43의 소지 강재의 표면 상에, 본 발명의 조건을 만족하는 스케일층을 형성한 No. 47~No. 49는 최대 부식 깊이의 억제 효과가 더 현저하다.
이상과 같이, 본 발명의 조건을 만족하는, 소지 강재의 표면에 스케일층을 형성한 강재는, 모두 심한 대기 부식 환경 하에 있어서 우수한 일시 방청성을 발휘할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
삭제
Claims (6)
- 중량%로, C: 0.85~0.95%, Si: 0.8~1.6%, Mn: 0.3~0.8%, Cr: 0.1~0.5%, V: 0.1~0.3%, P: 0.015% 이하, S: 0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 극저탄소강으로 구비되고, 표면을 갖는 선재를 성형하는 단계;
상기 선재의 표면으로부터 상기 선재의 내측에, 상기 선재의 침입형 자리에 질소가 고용되고 상기 선재의 조직과 동일한 조직을 갖는 고용체층을 형성하는 단계;
KNO3, KNO2, Ca(NO3)2, NaNO3 및 NaNO2 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 염을 포함하는 용융염을 준비하는 단계;
상기 용융염을 700~920℃로 2시간 가열한 후, 가열된 용융염에 상기 선재를 5시간 침지하는 단계;
상기 선재를 상기 용융염으로부터 취출하여, 냉각수를 이용하여 4~10℃/s의 냉각속도로 380~470℃까지 급냉하는 단계;
상기 선재의 표면을 덮고, 철산화물로 구비된 산화피막을 형성하는 단계;
상기 선재의 표면에 형성된 산화피막을 제거하는 단계;
상기 산화피막을 제거한 후에, 상기 고용체층 상에 상기 선재의 표면과 접하여 형성되고 상기 고용체층의 부식을 방지하는 제 1피막층을 형성하는 단계;
상기 고용체층 상에 형성된 제 1피막층의 표면에 접하여 형성되고 철과 질소의 화합물로 구비된 제 2 피막층을 형성하는 단계;
상기 제 2 피막층이 형성된 선재를 전압 100~110V, 전류 300~310A, 주파수 25~35㎑, 가열시간 15~20분 동안 고주파 열처리 하는 단계;및
상기 고주파 열처리된 선재를 인장강도가 1420~1480MPa로 측정될 때까지 1100~1200℃로 30~40분 급속 가열 후, 550~620℃로 30~50분 급속 냉각을 반복하는 단계;를 포함하는, PC 강봉을 제조하는 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 선재를 성형하는 단계는.
중량%로, C: 0.83~0.90%, Si: 0.1~1.4%, Mn: 0.5~0.6%, Cr: 0.2~0.3%, V: 0.25~0.3%, P: 0.012~0.015% 이하, S: 0.013~0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 스틸 빌렛 (steel billet)을 1400~1600로 3시간 가열하는 단계;
상기 가열된 스틸 빌렛을 900~1000에서 열간 압연하는 단계;
상기 열간 압연된 압연재를 560 ~ 600℃에서 1차 중간 열처리 후, 40~60%의 압하율로 1차 냉간 압연하는 단계;
상기 1차 냉간 압연된 압연재를 620 ~ 670℃에서 2차 중간 열처리 후, 20~50%의 압하율로 2차 냉간 압연하는 단계;및
상기 2차 냉간 압연된 압연재를 6~17℃/s의 냉각속도로 370~430℃까지 냉각하여 선재를 성형하는 단계;를 포함하는, PC 강봉을 제조하는 장치. - 제 2항에 있어서,
상기 선재를 신선패스당 15~20%의 단면감소율로 신선하는 신선단계;및
상기 선재를 250~350℃ 범위에서 200초 동안 고주파 열처리하여 상기 선재의 릴렉세이션 특징을 향상시키는 단계;를 포함하는, PC 강봉을 제조하는 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 2차 중간 열처리는, 상기 1차 냉간 압연된 압연재의 표면으로부터 내측 3mm 깊이까지의 온도가 600~640℃가 될 때까지 열처리하는 것을 특징으로 하는, PC 강봉을 제조하는 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 산화피막을 형성하는 단계는,
상기 산화피막의 전체에 대한 질량 %로, Fe3O4: 40~80%를 포함하고, Fe3O4와 Fe2O3의 질량비가 1:4 이며, 상기 산화피막의 평균 두께는 3~10㎛인 것을 특징으로 하는, PC 강봉을 제조하는 방법. - PC 강봉을 제조하는 장치에 있어서,
프로세서;및
상기 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어들을 저장하는 메모리;를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 명령어들을 실행함으로써,
중량%로, C: 0.85~0.95%, Si: 0.8~1.6%, Mn: 0.3~0.8%, Cr: 0.1~0.5%, V: 0.1~0.3%, P: 0.015% 이하, S: 0.015% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 극저탄소강으로 구비되고, 표면을 갖는 선재를 성형하고,
상기 선재의 표면으로부터 상기 선재의 내측에, 상기 선재의 침입형 자리에 질소가 고용되고 상기 선재의 조직과 동일한 조직을 갖는 고용체층을 형성하고,
KNO3, KNO2, Ca(NO3)2, NaNO3 및 NaNO2 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 염을 포함하는 용융염을 준비하고,
상기 용융염을 700~920℃로 2시간 가열한 후, 가열된 용융염에 상기 선재를 5시간 침지하고,
상기 선재를 상기 용융염으로부터 취출하여, 냉각수를 이용하여 4~10℃/s의 냉각속도로 380~470℃까지 급냉하고,
상기 선재의 표면을 덮고, 철산화물로 구비된 산화피막을 형성하고,
상기 선재의 표면에 형성된 산화피막을 제거하고,
상기 산화피막을 제거한 후에, 상기 고용체층 상에 상기 선재의 표면과 접하여 형성되고 상기 고용체층의 부식을 방지하는 제 1피막층을 형성하고,
상기 고용체층 상에 형성된 제 1 피막층의 표면에 접하여 형성되고 철과 질소의 화합물로 구비된 제 2 피막층을 형성하고,
상기 제 2 피막층이 형성된 선재를 전압 100~110V, 전류 300~310A, 주파수 25~35㎑, 가열시간 15~20분 동안 고주파 열처리하고,
상기 고주파 열처리된 선재를 인장강도가 1420~1480MPa로 측정될 때까지 1100~1200℃로 30~40분 급속 가열 후, 550~620℃로 30~50분 급속 냉각을 반복하는, PC 강봉을 제조하는 장치.
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| KR101919363B1 true KR101919363B1 (ko) | 2018-11-16 |
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| KR (1) | KR101919363B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112792307A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-05-14 | 江苏永钢集团有限公司 | 一种提高低碳管坯钢表面质量的工艺方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007015000A (ja) | 2005-07-08 | 2007-01-25 | Nisshin Steel Co Ltd | 高強度電縫鋼管の製造方法 |
| KR100922619B1 (ko) | 2008-11-07 | 2009-10-21 | 일진경금속 주식회사 | 고강도 강재 및 그 제조방법 |
| JP2013053375A (ja) | 2012-12-21 | 2013-03-21 | Kobe Steel Ltd | 塑性加工用鋼材およびその製造方法、並びに塑性加工製品 |
-
2018
- 2018-01-18 KR KR1020180006404A patent/KR101919363B1/ko active IP Right Grant
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