KR101952287B1 - Method for manufacturing stainless steel for cold heading quality wire rod - Google Patents
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Abstract
냉간 압조성이 우수한 CHQ용 스테인리스강의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제조방법은, JIS G4308 SUSXM7 성분 범위를 만족하는 용강을 마련하는 EAF 공정; 상기 EAF 공정으로 마련된 용강을 탈탄 및 환원 탈류하는 AOD 공정; 상기 AOD공정을 거친 용강에 Ca을 용강 100 톤당 25~1,000kg 범위로 첨가함으로써 용강 중 비금속 개재물을 개질하는 LT 공정; 상기 LT 공정을 거친 용강 중 C%+N%가 250ppm이하가 되도록 VD 진공 탈가스 처리함으로써, 중량%로, C: 0.02% 이하, Si: 0.5% 이하, Mn: 1.0% 이하, S: 0.03% 이하, Ni: 9.0~10.5%, Cr: 17.0~19.0%, Cu: 3.0~4.0%, N: 0.015% 이하, C+N: 0.025% 이하, Ca: 0.025% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 마련하는 공정; 및 상기 제조된 용강을 이용하여 연속 주조함으로써 주편을 제조하고, 이어, 상기 주편을 열간 압연하여 선재를 제조하는 공정;을 포함한다.A method for producing a stainless steel for CHQ excellent in cold pressure composition is provided.
The production method of the present invention is characterized by comprising: an EAF step of preparing molten steel satisfying the JIS G4308 SUSXM7 component range; An AOD process of decarburizing and reducing desulfurizing molten steel prepared in the EAF process; An LT process for modifying non-metallic inclusions in molten steel by adding Ca to molten steel passing through the AOD process in a range of 25 to 1,000 kg per 100 ton of molten steel; C: not more than 0.02%, Si: not more than 0.5%, Mn: not more than 1.0%, S: not more than 0.03%, by weight, by VD vacuum degassing treatment so that C% + N% , Ni: 9.0 to 10.5%, Cr: 17.0 to 19.0%, Cu: 3.0 to 4.0% 0.015% or less of N, 0.025% or less of C + N, 0.025% or less of Ca, the balance Fe and unavoidable impurities; And continuously casting the produced molten steel to produce a cast steel, and then hot rolling the cast steel to produce a wire.
Description
본 발명은 CHQ용 STS강 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 STS강의 화학성분, 제강 공정 및 열처리 조건 등을 최적화함으로써 STS 선재를 이용하여 Bolt를 냉간압조 시 터짐을 개선할 수 있는 냉간 압조성이 우수한 CHQ용 STS강 제조방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing STS steel for CHQ, and more particularly, to a method of manufacturing STS steel for CHQ by optimizing the chemical composition, steelmaking process and heat treatment conditions of STS steel, And an excellent STS steel manufacturing method for CHQ.
CHQ용 선재(냉간 압조용 선재; Cold Heading Quality Wire rod)는 SUS304계 STS(stainless steel)에 Cu를 첨가하여 연질의 특성으로 개량한 강종으로서, 현재, SUSXM7, SUS304J3 등이 널리 사용되고 있다. 특히, 절삭/열간 가공에 비해 가열을 하지 않고 단조를 함으로써 소재의 Loss를 줄이고 연료비가 절감되며 공정의 자동화, 고속화를 구현할 수 있기 때문에 생산원가 및 제품 수율을 향상시킬 수 있는 특징을 지니고 있다. CHQ wire rod (Cold Heading Quality Wire rod) is a steel grade modified by softness characteristics by adding Cu to SUS304 STS (stainless steel). Currently, SUSXM7, SUS304J3 and the like are widely used. Especially, compared with cutting / hot working, forging is performed without heating to reduce loss of material, fuel cost is reduced, process automation and speed can be realized, and thus it is possible to improve production cost and product yield.
따라서 2차 세계대전 이후 유럽 및 미국에서 자동차 공업의 발전과 병행하여 일본에서 급격히 발전 되었다. 그러나 이러한 장점은 있지만 제조의 어려움으로 인해 많은 시행착오를 겪으며 현재의 다양한 CHQ용 소재가 개발되어 오고 있으며, 그 주된 관리 사항은 아래와 같다. Therefore, after the Second World War in Europe and America, along with the development of automobile industry, Japan has developed rapidly. However, due to difficulties in manufacturing, CHQ materials for various CHQ have been developed due to many trial and error, and the main management items are as follows.
첫째 냉간 압조 시 변형능을 확보해야 한다. 재료의 연성이 부족하면 냉간 압조시 압조 방향에 대해 45도 각도로 shear crack이 발생하기 때문이다. First, the deformability must be secured during cold pressing. If the ductility of the material is insufficient, a shear crack occurs at an angle of 45 degrees with respect to the direction of cold pressing.
둘째 소재에 잔존하는 표면흠(Seam, Wrinckle, Crack등) 관리이다. 표면흠이 없는 Free defect를 구현하는 것이 이론적으로 타당하나, 실제 조업에서는 표면결함이 발생하게 되고 이러한 결함이 압조 방향과 평형일 경우 Open Crack이 발생하게 된다. Second is the management of residual surface flaws (Seam, Wrinkle, Crack, etc.) on the material. It is theoretically reasonable to implement free defects without surface flaws, but surface cracks occur in actual operation and open cracks occur when these defects are in equilibrium with the direction of the pressure.
셋째 정련방법의 개선이다. 공정을 통해 S, O을 낮추고 개재물 함량 및 형상을 제어함으로써 소재의 청정성을 확보해야 한다. Third, improvement of refining method. Through the process, the cleanliness of the material must be ensured by lowering S and O and controlling inclusion content and shape.
마지막으로 열처리 부분이다. 300계 STS의 경우 Austenite조직을 확보하기 위해 고용화 열처리 (Solution Treatment)를 실시한다. 일반적으로 1,000~1,200℃ 구간에서 일정시간 균열 후 물이나 오일로 소재를 급냉함으로써 Carbon을 Matrix에 고용시키는 열처리 방법을 이용하고 있다. Finally, it is the heat treatment part. In the case of the 300 series STS, a solution treatment is carried out to secure an Austenite structure. Generally, a heat treatment method is employed in which the material is quenched with water or oil after being cracked for a certain period of time in the range of 1,000 to 1,200 ° C to solidify the carbon in the matrix.
그러나 종래에는 상술한 사항 전체를 효과적으로 관리하는 기술이 개발되지 않아, 제조된 CHQ용 STS 선재가 냉간 압조시 균열이 발생하는 등의 문제가 지속되어 오고 있는 실정이다.
However, in the past, techniques for effectively managing all of the above-mentioned matters have not been developed, and problems such as cold cracking cracks have been continuing in the manufactured STS wire for CHQ.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 한계를 극복하기 위하여 안출된 것으로서, STS 강 화학성분, 제강 공정 및 열처리조건을 최적화함으로써 압조비가 높은 볼트(Screw)의 냉간 압조시 Bolt Head부에서 발생되는 shear crack을 효과적으로 개선할 수 있는 CHQ용 STS 강의 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다. Accordingly, the present invention has been made in order to overcome the limitations of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a method of optimizing STS steel chemical composition, steelmaking process and heat treatment condition, cracks in the STS steel for CHQ.
또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
Further, the technical problems to be solved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems which are not mentioned can be understood from the following description in order to clearly understand those skilled in the art to which the present invention belongs .
상술한 바와 같은 구성의 본 발명은,The present invention having the above-
JIS G4308 SUSXM7 성분 범위를 만족하는 용강을 마련하는 EAF(Electric Arc Furnace) 공정;An EAF (Electric Arc Furnace) process for preparing molten steel satisfying the JIS G4308 SUSXM7 component range;
상기 EAF 공정으로 마련된 용강을 탈탄 및 환원 탈류하는 AOD 공정;An AOD process of decarburizing and reducing desulfurizing molten steel prepared in the EAF process;
상기 AOD공정을 거친 용강에 Ca을 용강 100 톤당 25~1,000kg 범위로 첨가함으로써 용강 중 비금속 개재물을 개질하는 LT 공정;An LT process for modifying non-metallic inclusions in molten steel by adding Ca to molten steel passing through the AOD process in a range of 25 to 1,000 kg per 100 ton of molten steel;
상기 LT 공정을 거친 용강 중 C%+N%가 250ppm 이하가 되도록 진공 탈가스 처리함으로써, 중량%로, C: 0.02% 이하, Si: 0.5% 이하, Mn: 1.0% 이하, S: 0.03% 이하, Ni: 9.0~10.5%, Cr: 17.0~19.0%, Cu: 3.0~4.0%, N: 0.015% 이하, C+N: 0.025% 이하, Ca: 0.025% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 마련하는 VD 공정; 및 C: not more than 0.02%, Si: not more than 0.5%, Mn: not more than 1.0%, S: not more than 0.03% in weight percent by vacuum degassing treatment so that C% + N% , Ni: 9.0 to 10.5%, Cr: 17.0 to 19.0%, Cu: 3.0 to 4.0% 0.0 >%,< / RTI > N: 0.015% or less, C + N: 0.025% or less, Ca: 0.025% or less, the balance Fe and unavoidable impurities; And
상기 제조된 용강을 이용하여 연속 주조함으로써 주편을 제조하고, 이어, 상기 주편을 열간 압연하여 선재(wire rod)를 제조하는 공정;을 포함하는 냉간 압조성이 우수한 CHQ용 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.
And a process for producing a cast steel by continuous casting using the produced molten steel and then hot rolling the cast steel to produce a wire rod, .
본 발명에서는 상기 선재를 제조하는 공정 이후, 1,050~1,150℃에서 60분 이상 동안 열처리하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
In the present invention, after the step of manufacturing the wire rod, the method may further include a heat treatment at 1,050 to 1,150 DEG C for 60 minutes or more.
상기 LT 공정에서 Ca의 첨가로 용강 중 고 융점 비금속 개재물을 저융점 비금속개재물로 개질하여 냉간 압조 작업시 변형저항을 감소시킬 수 있다.
In the LT process, by adding Ca, the high-melting-point nonmetallic inclusions in the molten steel can be reformed into low-melting-point nonmetallic inclusions, thereby reducing the deformation resistance during the cold pressing operation.
상술한 바와 같은 구성의 본 발명은 용강 중 개재물의 함량을 줄임과 동시에 개재물을 연질화할 수 있으며, 나아가, Cu 함량 증대와 열처리 조건 변경을 통하여 소재의 연성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 변형저항을 감소시켜 다양하고 복잡한 형상의 볼트를 냉간압조 시 Head부 Shear Crack 발생 없이 생산할 수 있는 유용한 효과가 있다.
The present invention having the above-described constitution can reduce the content of inclusions in the molten steel and soften the inclusions. Further, by increasing the Cu content and changing the heat treatment conditions, the ductility of the material can be secured, So that various complicated shapes of bolts can be produced without producing a shear crack at the head portion during cold pressing.
도 1(a)는 Ca 투입 전의 CaO-SiO2-Al2O3 3원계 상태도이며, 도 2(b)는 Ca 투입 후의 CaO-SiO2-Al2O3 3원계 상태도를 나타내는 그림이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 제작되는 내풍(耐風) Screw를 보이는 개략도이다.
도 3은 본 실시예에서 본 발명의 방법으로 제조된 screw(도 3(b))와 그렇지 않은 screw(도 3(a))를 냉간 압조 시 Head crack 발생 관점에서 대비하여 나타낸 사진이다. Figure 1 (a) is a CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 3 Ca alloy phase diagram before injection, Fig. 2 (b) is an illustration showing a CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 3 ternary phase diagram after the Ca added.
2 is a schematic view showing an anti-wind screw manufactured in an embodiment of the present invention.
3 is a photograph showing a screw (FIG. 3 (b)) manufactured by the method of the present invention in the present embodiment and a screw (FIG.
이하, 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.
본 발명은 냉간압조 시 볼트 Head부에서 발생하는 Shear Crack이 발생 되지 않도록 함에 그 기술적 의의가 있다. 이를 위하여 본 발명은, 제품 설계에서 제품생산까지 전 공정의 기준을 setup하는 것을 특징으로 한다. 즉, 개발 STS강을 제강(EAF-AOD-LT-VD-연속주조), 압연, 열처리, 산세 공정을 거쳐 생산함을 특징으로 한다. 구체적으로, 본 발명은 JIS G4308 SUSXM7 성분 범위를 만족하는 용강을 마련하는 EAF(Electric Arc Furnace) 공정; 상기 EAF 공정으로 마련된 용강을 탈탄 및 환원 탈류하는 AOD 공정; 상기 AOD공정을 거친 용강에 Ca을 용강 100 톤당 25~1,000kg 범위로 첨가함으로써 용강 중 비금속 개재물을 개질하는 LT 공정; 상기 LT 공정을 거친 용강 중 C%+N%가 250ppm이하가 되도록 진공 탈가스 처리함으로써, 중량%로, C: 0.02% 이하, Si: 0.5% 이하, Mn: 1.0% 이하, S: 0.03% 이하, Ni: 9.0~10.5%, Cr: 17.0~19.0%, Cu: 3.0~4.0%, N: 0.015% 이하, C+N: 0.025% 이하, Ca: 0.025% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 마련하는 VD 공정; 및 상기 제조된 용강을 이용하여 연속 주조함으로써 주편을 제조하고, 이어, 상기 주편을 열간 압연하여 선재를 제조하는 공정;을 포함한다.The present invention is technically effective in preventing shear cracks from occurring in the bolt head portion during cold pressing. To this end, the present invention is characterized in that the reference of all processes from product design to product production is set up. In other words, it is characterized by producing STS steel by steelmaking (EAF-AOD-LT-VD-continuous casting), rolling, heat treatment and pickling. Specifically, the present invention relates to an EAF (Electric Arc Furnace) process for preparing molten steel satisfying the JIS G4308 SUSXM7 component range; An AOD process of decarburizing and reducing desulfurizing molten steel prepared in the EAF process; An LT process for modifying non-metallic inclusions in molten steel by adding Ca to molten steel passing through the AOD process in a range of 25 to 1,000 kg per 100 ton of molten steel; C: not more than 0.02%, Si: not more than 0.5%, Mn: not more than 1.0%, S: not more than 0.03% in weight percent by vacuum degassing treatment so that C% + N% , Ni: 9.0 to 10.5%, Cr: 17.0 to 19.0%, Cu: 3.0 to 4.0% 0.0 >%,< / RTI > N: 0.015% or less, C + N: 0.025% or less, Ca: 0.025% or less, the balance Fe and unavoidable impurities; And continuously casting the produced molten steel to produce a cast steel, and then hot rolling the cast steel to produce a wire.
이하, 본 발명의 제조공정을 상세히 설명한다.Hereinafter, the production process of the present invention will be described in detail.
먼저, 본 발명에서는 EAF(Electric Arc Furnace)공정을 이용하여 JIS G4308 SUSXM7 성분 범위를 만족하는 용강을 마련한다. 즉, EAF공정에서 3상 전극에서 발생하는 Arc와 LNG Gas를 이용한 버너, 그리고 Gas 및 C을 고압으로 사용하여 생성되는 열원을 복합적으로 사용하여 용강을 제조한다. 이때, 본 발명에서는 기존에 사용하고 있는 SUSXM7(9.5Ni-3.1Cu) 강 종보다 원가가 저렴하도록 합금설계를 하였으며, JIS G4308 SUSXM7 합금을 출발 합금재료로 이용하였다. 다시 말하면, C: 0.08% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, P: 0.045% 이하, S: 0.03% 이하, Ni: 8.5~10.5%, Cr: 17~19%, Cu: 3~4% 를 포함하는 강 종을 출발 합금원료로 이용하였다. First, in the present invention, molten steel satisfying the JIS G4308 SUSXM7 component range is prepared using an EAF (Electric Arc Furnace) process. That is, in the EAF process, molten steel is produced using a combination of arc and LNG gas burners generated from three-phase electrodes, and a heat source generated by using gas and C at high pressure. At this time, in the present invention, the alloy is designed to be less expensive than the conventional SUSXM7 (9.5Ni-3.1Cu) steel, and JIS G4308 SUSXM7 alloy is used as the starting alloying material. In other words, it is preferable to satisfy the following conditions: C: not more than 0.08%, Si: not more than 1.0%, Mn: not more than 2.0%, P: not more than 0.045%, S: not more than 0.03%, Ni: 8.5 to 10.5% To 4% were used as the starting alloying material.
다음으로, 본 발명에서는 AOD(Argon Oxygen Decarburization) 공정을 이용하여 EAF 공정으로 마련된 용강을 탈탄 및 환원 탈류한다. Next, in the present invention, molten steel prepared by an EAF process is decarburized and reduced by degassing using an AOD (Argon Oxygen Decarburization) process.
AOD공정은 Ladle 내 불활성 가스와 산소 가스를 동시에 취입하여 용강 내 탄소를 제거하면서 온도를 상승시키는 공정이다. 즉, AOD 상부 Top lance 및 하부 Tuyer를 사용하여 O₂를 취입시켜 용강 중 C, Cr을 반응시켜 탈탄 공정을 진행한다. 이때, C%가 높을 때는 CO가스가 형성되어 탈탄 반응이 진행되지만, C%가 낮을 때는 Cr이 먼저 O₂와 반응하여 Cr2O3를 형성하고 C와 반응하여 Cr이 일부 환원되면서 CO가스가 생성되어 탈탄 반응이 진행된다. 그리고 취입된 O₂가스는 다른 금속과도 반응하면서 산화되어 발열반응이 일어난 후, 공정 진행에 필요한 온도까지 상승시킨다.The AOD process is a process in which inert gas and oxygen gas are simultaneously blown in the Ladle to raise the temperature while removing carbon in the molten steel. In other words, O 2 is blown by using the top lance and bottom tuyer of AOD, and C and Cr are reacted in molten steel to carry out the decarburization process. At this time, when C% is high, CO gas is formed and the decarburization proceeds, but when C% is low, Cr first reacts with O 2 to form Cr 2 O 3 , reacts with C to partially reduce Cr, And the decarburization reaction proceeds. Then, the injected O 2 gas is oxidized while reacting with other metals, causing an exothermic reaction and then raising to a temperature necessary for the process.
상기 탈탄 공정은 불활성가스(N2, Ar)와 O2가스를 단계별로 구성비를 달리하여 취입함으로써 용강의 탈탄을 도모하는 공정이다. 그런데 상기 공정에 의해 O2가스 취입으로 인해 용강이 산화되어 용강 중 산소 포텐셜이 높아져 Cr, Mn 등 고가금속이 산화됨과 동시에 슬래그의 탈류능이 감소한다. 따라서 탈탄 공정 후 환원 탈류 공정을 수행하게 되는데, Si의 투입으로 용강 탈산 및 산화된 고가금속을 Slag로부터 환원시켜 Slag의 탈류능을 증가시킨다 The decarburization process is a process for decarburizing molten steel by injecting inert gas (N 2 , Ar) and O 2 gas in different composition ratios in stages. However, by the above process, the molten steel is oxidized due to the injection of O 2 gas to increase the oxygen potential in the molten steel, thereby oxidizing the high-priced metals such as Cr and Mn, and at the same time, the desulfurizing ability of the slag decreases. Therefore, the reduction desulfurization process is performed after the decarburization process, and deoxidation of the molten steel and reduction of the oxidized high-priced metal from the slag by the introduction of Si increases the desulfurizing ability of the slag
즉, 본 발명에서는 AOD 탈탄 공정 후 환원 탈류 공정을 진행하면서 용강 탈산 및 탈류(S) 반응을 통해 용강의 청정도를 향상시킨다. 그리고 AOD 출강시 Si 성분을 0.3% 이상 확보한 후 용강 탈산을 진행함으로써 추가 재산화 요인을 방지하고 탈류(S) 조건을 최적화한다. 이때 Slag를 1.4 이상 고염기도로 유지하여 Oxide 개재물 제거와 탈류(S) 반응이 용이하게 부원료 투입량을 설정한다. That is, in the present invention, the degree of cleanliness of the molten steel is improved through the deoxidation of the molten steel and the desulfurization (S) reaction while the reduction desulfurization process is performed after the AOD decarburization process. In the AOD process, more than 0.3% of Si content is ensured and the molten steel is deoxidized to prevent further re-oxidation and to optimize the desulfurization (S) condition. At this time, the slag is kept at 1.4 or more as high-salt airflow, and the amount of adduct material is set so that oxide inclusion removal and desulfurization (S) reaction are easy.
통상 Sulfide는 이방성을 가지며, 용융점이 낮은 조성도 많이 있기 때문에 용강 내 S%를 최대한으로 낮게 관리하여 Sulfide가 형성되지 않도록 관리해야 할 필요성이 있다.
In general, sulfides are anisotropic and have a low melting point. Therefore, it is necessary to control the S% in the molten steel as low as possible to prevent formation of sulfide.
이어, 본 발명에서는 LT공정에서 AOD공정을 거친 용강에 Ca을 용강 100 톤당 25~1,000kg 범위에 첨가함으로써 용강 중 비금속 개재물을 개질한다. 즉, LT(Ladle Treatment)공정에서는 Ladle 내 불활성 가스를 취입하여 용강을 교반시키고 합금철을 첨가시켜 성분의 미세 조정을 실시하며 Ca-wire를 투입한다. 그러므로 AOD공정에서 넘어온 Slag가 개재물 부상분리의 역할을 수행할 수 있으며, 용강의 청정도를 향상시키도록 유동성을 부여하고 용강 중 개재물의 조성이 변화할 수 있는 시간을 확보하기 위해 Ca을 투입한다.In the present invention, Ca is added to molten steel subjected to the AOD process in the LT process in a range of 25 to 1,000 kg per 100 ton of molten steel to modify the nonmetallic inclusions in molten steel. In other words, in the Ladle Treatment (LT) process, inert gas is blown in the Ladle to stir the molten steel, add iron alloy to fine-tune the components, and insert the Ca-wire. Therefore, Slag introduced from the AOD process can perform the role of separation of inclusion flotation, and Ca is added to give fluidity to improve the cleanliness of the molten steel and to secure a time for the composition of the inclusions in the molten steel to change.
Ca 투입을 통해 용강 중 잔존하는 CaO-SiO2-Al2O3, MgO-Al2O3(스피넬) 조성의 고융점 개재물을 저융점화시키고 형상제어를 도모하여 압조시 Shear crack을 예방할 수 있다. The CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 and MgO-Al 2 O 3 (spinel) remained in the molten steel can be prevented from shear cracking by lowering the melting point of the high melting point inclusions and controlling the shape through Ca addition. .
이때, 본 발명에서는 Ca을 용강 100톤 25~1,000kg 범위로 투입하여 개재물 조성을 변경시킨다. Ca은 일정량 이상 사용하는 것이 용강 중 개재물 조성을 고융점에서 저융점으로 변경하는데 유효하지만, 다량으로 사용하면 연주 시 Stopper를 포함한 내화물 침식이 발생하여 작업이 중단될 수 있으므로 Slag 염기도, 용강 온도 및 용강 산소 함량 등의 용강 상태에 따라 그 투입량을 조절할 필요가 있다. In the present invention, Ca is added in the range of 100 to 2500 kg of molten steel to change the inclusion composition. Ca is used to change the content of inclusions in molten steel from a high melting point to a low melting point. However, when a large amount of Ca is used, refractory erosion including stoppers may occur and work may be stopped. Therefore, Slag basicity, molten steel temperature, It is necessary to adjust the amount of the molten steel depending on the content of the molten steel.
한편 고염기도 slag 작업으로 용강 중 비금속 개재물의 조성은 Al2O3 및 Al2O3-SiO2 조성을 가지며 그 용융점은 1,700~2,000℃로 높게 형성된다. 여기에, Ca을 투입하게 되면, Ca는 Al, Si 보다 산소에 대한 친화력이 크기 때문에, Al2O3 및 SiO2와 결합하고 있는 산소와 반응하기 위해 기존의 Al2O3 및 SiO2 Oxide와 반응 결합하게 되며, 이는 Ellingham Diagram에서 Ca은 △G(Gibbs Free Energy)가 가장 낮아 산소에 대한 반응성이 가장 크기 때문이다. 따라서 기존 Al2O3-SiO2로 형성되어 있던 개재물이 CaO가 추가된 복합 개재물(40CaO-17Al2O3-43SiO2)이 형성되면서 개재물 조성이 저융점 영역으로 이동하게 된다. 이에 따라, Ca성분은 용강 내 존재하는 CaO-SiO2-Al2O3, MgO-Al2O3(스피넬) 조성의 고융점 개재물을 저융점화시키고 부상분리가 원활하게 하고 이를 통해 용강의 청정성 확보 및 형상제어를 도모하여 압조 시 터짐을 예방할 수 있는 것이다. On the other hand, the composition of the nonmetallic inclusions in the molten steel has a composition of Al 2 O 3 and Al 2 O 3 -SiO 2, and the melting point is formed as 1,700 ~ 2,000 ° C. If Ca is added, Ca has a larger affinity for oxygen than Al and Si. Therefore, in order to react with oxygen bonded to Al 2 O 3 and SiO 2 , Ca has to be replaced with Al 2 O 3 and SiO 2 Oxide This is because in the Ellingham Diagram, Ca has the lowest Gibbs Free Energy (G) and is the most reactive to oxygen. Therefore, the inclusions formed by the existing Al 2 O 3 -SiO 2 are formed into a complex inclusion (CaO-17Al 2 O 3 -43SiO 2 ) to which CaO is added, and the inclusions are shifted to the low melting point region. Accordingly, Ca component is present within the CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 , MgO-Al 2 O 3 ( spinel) a high-melting-point inclusions of the composition and the melting point is smooth and floatation This cleanness of the molten steel to steel It is possible to prevent disintegration when the pressure is applied by securing and controlling the shape.
도 1(a)는 Ca 투입 전(개재물 개질 전)의 CaO-SiO2-Al2O3 3원계 상태도이며, 도 2(b)는 Ca 투입 후(개재물 개질 후)의 CaO-SiO2-Al2O3 3원계 상태도를 나타내는 그림이다. 도 1(a-b)에 나타난 바와 같이, 기존 개재물 조성은 Al203함량이 높아 1,600~1,800℃에서도 변형이 불가능 하나, 본 발명의 경우 도 1(b)와 같이 1,300~1,500℃에서도 변형이 가능 한대, 이는 Ca 투입에 따라 개재물의 융점이 고융점에서 저융점으로 개질됨에 따른 결과임을 알 수 있다.
Figure 1 (a) is put around the Ca (inclusions before modification) of CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 3 a ternary phase diagram, Figure 2 (b) is added after Ca CaO-SiO 2 -Al of (inclusions after modification) 2 O 3 represents the state diagram of the three-element system. As shown in Fig. 1 (ab), the existing inclusion composition has a high Al 2 O 3 content and can not be deformed even at 1,600 to 1,800 ° C., but it can be deformed at 1,300 to 1,500 ° C. as shown in FIG. 1 (b) It can be seen that this is a result of the modification of the inclusions from the high melting point to the low melting point according to the Ca addition.
후속하여 본 발명에서는 상기 LT 공정을 거친 용강 중 C%+N%가 250ppm이하가 되도록 VD(Vacuum Degassing)에서 진공 탈가스 처리함으로써, 중량%로, C: 0.02% 이하, Si: 0.5% 이하, Mn: 1.0% 이하, S: 0.03% 이하, Ni: 9.0~10.5%, Cr: 17.0~19.0%, Cu: 3.0~4.0%, N: 0.015% 이하, C+N: 0.025% 이하, Ca: 0.025% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 마련한다. Subsequently, in the present invention, vacuum degassing is performed in VD (vacuum degassing) so that the C% + N% of the molten steel subjected to the LT process is 250 ppm or less, so that C is 0.02% or less, Si is 0.5% Mn: not more than 1.0%, S: not more than 0.03%, Ni: 9.0 to 10.5%, Cr: 17.0 to 19.0%, Cu: 3.0 to 4.0% 0.015% or less of N, 0.025% or less of C + N, 0.025% or less of Ca, and the balance Fe and unavoidable impurities.
VD(Vacuum Degassing)공정은 진공 탈가스작업으로 Tank 내 분위기를 펌프들을 이용해 진공상태(0.5torr이하)로 만들어 가스분압을 낮추게 되면 N가스의 평형 농도가 낮아져 용강으로부터 N가스들이 빠져나오고, 래들 하부에 불활성가스를 취입하여 용강을 교반 시키면 이러한 반응이 촉진되어 용강 내 질소 성분이 Gas로 빠져나가 N%을 낮출 수 있다. The VD (Vacuum Degassing) process is a vacuum degassing process, in which the atmosphere in the tank is vacuumed (less than 0.5 torr) using pumps to lower the gas partial pressure, the N 2 gas equilibrium concentration is lowered, And the molten steel is stirred to accelerate the reaction, so that the nitrogen component in the molten steel can escape to the gas and the N% can be lowered.
STS강의 주 성분인 Cr은 질소의 활동도 계수를 감소시킴으로써 용강 중 질소의 용해도를 증가시키며, 대기 분위기에서 작업하는 전술한 AOD 작업의 특성상 AOD 공정에서는 극저 N%를 확보하기 힘들고 N가 대기를 통해 재고용되는 문제가 있기 때문에, 본 발명에서는 VD 진공 탈가스 작업을 통해 최대한 N%를 낮게 관리하는 것이가능하다. Cr, which is the main component of the STS steel, increases the solubility of nitrogen in the molten steel by reducing the activity coefficient of nitrogen. It is difficult to obtain an extremely low N% in the AOD process due to the above-mentioned AOD operation in the atmospheric environment. There is a problem of being reused, so that it is possible to manage N% as low as possible through the VD vacuum degassing operation in the present invention.
또한 O 가스도 진공상태에서도 포화용해도가 높기 때문에 N가스 생성과 같은 반응이 어려워 용강 중 C와 반응하여 CO가스 형태로 제거되어야 한다. VD 진공시 산소분압을 낮게 유지함으로써, 탈탄반응과 탈산반응을 동시에 진행되어 CO가스 형태로 제거되므로 C 저감에 효과가 있다.Also, O gas has a high saturation solubility even in a vacuum state, so that reaction such as N gas generation is difficult, so that it must react with C in molten steel and be removed as CO gas. By maintaining the oxygen partial pressure at a low level in the VD vacuum, the decarburization reaction and the deoxidation reaction proceed at the same time and are removed in the form of CO gas, which is effective in decreasing the C content.
본 발명에서는 용강 중 C%+N%을 250ppm이하로 관리하기 위하여 VD 공정을 추가적으로 이용함을 특징으로 하며, 이러한 C%+N% 함량을 낮게 관리함으로써 냉간압조 시 볼트 Head부의 Shear Crack 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 즉, VD 공정을 거친 용강은, 중량%로, 중량%로, C: 0.02% 이하, Si: 0.5% 이하, Mn: 1.0% 이하, S: 0.03% 이하, Ni: 9.0~10.5%, Cr: 17.0~19.0%, Cu: 3.0~4.0%, N: 0.015% 이하, C+N: 0.025% 이하, Ca: 0.025% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성된다. C+N 함량을 낮게 제어하는 이유는 Austenite계 STS는 냉간가공 중 가공 유기 마르텐사이트를 생성하므로 강도가 상승하여 냉간압조 시 터짐을 유발할 수 있는 우려가 높으므로, 본 발명에서는 소재 자체의 강도를 낮추기 위해 C+N을 규제하는 것이다. 한편 S는 압연 중 입계(Grainboundry)에 고용되거나 MnS 등의 개재물을 형성하게 되면 강의 청정성 및 압연성을 저하시킬수 있기 때문에 일정 수준 이하(0.03% 이하)를 확보함으로써 용강의 청정성 및 압연성을 좋게 할 수 있다. In the present invention, the VD process is additionally used to control the C% + N% of the molten steel to 250 ppm or less. By controlling the content of C% + N% to be low, it is possible to effectively suppress the occurrence of shear crack in the bolt head portion during cold- can do. Namely, the molten steel that has been subjected to the VD process contains 0.02% or less of C, 0.5% or less of Si, 1.0% or less of Mn, 0.03% or less of S, 9.0 to 10.5% 17.0 to 19.0%, Cu: 3.0 to 4.0% 0.015% or less of N, 0.025% or less of C + N, 0.025% or less of Ca, and the balance Fe and unavoidable impurities. The reason why the C + N content is controlled to be low is because the Austenite STS generates the processed organic martensite during the cold working, so there is a high possibility that the strength may increase and cause the cracking during the cold pressing. Therefore, in the present invention, We regulate the C + N. On the other hand, since S can be lowered to a certain level or less (0.03% or less) because it can lower the cleanliness and rolling property of a steel when it is solidified in a grain boundary during rolling or when inclusions such as MnS are formed, it can improve the cleanliness and rolling property .
이러한 본 발명의 강은 전술한 JIS G4308 SUSXM7 합금의 성분범위에는 포함이 되나 C+N, S함량 등의 미세 성분관리를 통하여 기존 SUSXM7과 품질적으로 동등 이상 수준이면서 저 원가의 제품에 해당한다.
The steel according to the present invention is included in the composition range of the above-mentioned JIS G4308 SUSXM7 alloy, but it is equivalent to a product having a quality level equal to or higher than that of the existing SUSXM7 through micro-component management such as C + N, S content and low cost.
후속하여, 본 발명에서는 상기 제조된 용강을 이용하여 연속 주조함으로써 주편을 제조하고, 이어, 상기 주편을 압연하여 선재를 제조하기 위한 빌렛을 제조한다. 이때, 본 발명에서는 압연 공정에서 소재 표면에 흠을 발생하지 않기 위해 빌렛을 전면 연마함이 바람직하다.
Subsequently, in the present invention, a cast steel is produced by continuous casting using the molten steel produced above, followed by rolling the cast steel to prepare a billet for producing a wire rod. At this time, in the present invention, it is preferable that the billet is entirely polished so as not to cause scratches on the surface of the material in the rolling process.
나아가, 본 발명에서는 상기 선재를 제조하는 공정 이후, 1,050~1,150℃에서 60분 이상 열처리하는 공정을 추가로 포함할 수 있다. Further, in the present invention, after the step of manufacturing the wire rod, the method may further include a heat treatment at 1,050 to 1,150 ° C for 60 minutes or more.
이러한 공정은 Austenite계 STS의 경우 압연된 소재를 1000~1100℃ 온도로 재가열하여 일정시간 유지 후 급냉(수냉)시켜서 탄화물을 기지조직(Matrix)에 고용시키는 열처리공정을 말한다. 왜냐하면 650~850℃구간으로 소재가 서냉 되면 결정입계에 Cr Carbide(Cr23C6)가 석출되고 석출물 주위에는 Cr고갈층이 형성되어 내식성을 저하시키기 때문이다. 따라서 일정온도와 시간 가열 후 냉각함으로써 Carbon을 고용시키기 위한 열처리 방법이 필요하며, 본 발명에서는 Solution 열처리를 1,050~1,150℃에서 60분 이상 실시함으로써 결정립을 성장시켰고 이를 통해 소재에 연성을 더욱 확보하였다. 따라서 결정입계의 선밀도를 줄여 재료가 쉽게 변형하도록 함으로써 변형저항을 감소시켜 냉간 압조 시 Shear crack을 효과적으로 예방할 수 있다. In the case of Austenite STS, this process refers to a heat treatment process in which the rolled material is reheated to a temperature of 1000 to 1100 ° C, held for a certain period of time, and quenched (water cooled) to solidify the carbide in the matrix. This is because, when the material is slowly cooled in the range of 650 to 850 ° C, Cr Carbide (Cr 23 C 6 ) precipitates at the crystal grain boundaries, and a Cr-depleted layer is formed around the precipitates to lower the corrosion resistance. Therefore, a heat treatment method for solidifying carbon by heating after cooling at a predetermined temperature and for a long time is required. In the present invention, the solution is heat treated at 1,050 ~ 1,150 ℃ for more than 60 minutes to grow crystal grains. Therefore, by reducing the linear density of the grain boundaries, the material can be easily deformed, thereby reducing the deformation resistance and effectively preventing the shear crack during cold pressing.
이어, 본 발명에서는 상기 열처리된 선재를 냉각한 후 산세한다. 이러한 산세처리에 의해 열간압연 시 선재의 표면에 형성된 스케일을 제거할 수 있다.In the present invention, the heat-treated wire rod is cooled and pickled. By this pickling treatment, scale formed on the surface of the wire rod can be removed during hot rolling.
본 발명에서는 상기 산세처리된 선재의 CWHF(냉간가공경화지수; Cold Work Harden Factor)가 90 이하임을 특징으로 한다. 이러한 CWHF를 규제한 이유는 Austenite계 STS는 냉간가공 중 가공유기 마르텐사이트를 생성하므로 강도가 상승하여 냉간압조시 터짐을 유발할 수 있는 우려가 높다. 따라서 가공경화 시 경화되는 정도를 낮추기 위함이다.
In the present invention, the CWHF (Cold Work Hardening Factor) of the pickled wire is 90 or less. The reason why the CWHF is regulated is that the Austenite STS generates machined organic martensite during the cold working, resulting in an increase in strength, which may cause the cold-rolled steel to break down. This is to lower the degree of curing during work hardening.
상술한 바와 같은 제조공정으로 제조된 본 발명의 CHQ용 스테인리스 강재는 다양하고 복잡한 형상의 볼트를 냉간압조 시 Head부 Shear Crack 발생 없이 효과적으로 생산할 수 있다.
The stainless steel material for CHQ manufactured by the manufacturing process as described above can effectively produce various and complex bolts without causing a shear crack at the head portion during cold pressing.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.
(실시예)(Example)
EAF에서 JIS G4308 SUSXM7 성분 범위를 만족하는 용강을 마련한 후, 상기 마련된 용강을 AOD공정에서 탈탄 및 환원 탈류작업을 실시하였다. 이러한 탈탄 등이 된 용강의 일부를 LT공정에서 성분을 조정한 후 용강 100 톤당 25~1,000kg 범위로 Ca을 첨가함으로써 용강중 비금속 개재물을 저융점 개재물로 개질 처리하였으며, 나머지 용강에 대해서는 이러한 별도의 개질 처리를 행하지 아니하였다. After the molten steel satisfying the JIS G4308 SUSXM7 component range was prepared in the EAF, the prepared molten steel was subjected to decarburization and reduction degreasing operations in the AOD process. A part of the molten steel having been decarburized or the like was subjected to the modification of the components in the LT process and then the nonmetal inclusions in the molten steel were reformed into low melting inclusions by adding Ca in the range of 25 to 1,000 kg per 100 ton of molten steel. No treatment was performed.
이어, 상기 개질 처리된 용강을 VD공정에서 진공탈가스 처리하여 용강 중 C%+N%를 250ppm이하가 되도록 제어하여, 중량%로, C: 0.02% 이하, Si: 0.5% 이하, Mn: 1.0% 이하, S: 0.03% 이하, Ni: 9.0~10.5%, Cr: 17.0~19.0%, Cu: 3.0~4.0%, N: 0.015% 이하, C+N: 0.025% 이하, Ca: 0.025% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 최종적으로 마련하였다. 그러나 상기 비금속 개재물 개질 처리하지 않은 용강에 대해서는 상술한 별도의 VD 공정처리를 행하지 아니하였다.
The modified molten steel was subjected to vacuum degassing treatment in the VD process to control the C% + N% in the molten steel to be 250 ppm or less so that C: 0.02% or less, Si: 0.5% or less, Mn: 1.0 %, S: not more than 0.03%, Ni: 9.0 to 10.5%, Cr: 17.0 to 19.0%, Cu: 3.0 to 4.0% 0.015% or less of N, 0.025% or less of C + N, 0.025% or less of Ca, and the balance Fe and unavoidable impurities were finally prepared. However, the above-mentioned separate VD process process was not performed on the molten steel not subjected to the above-mentioned non-metallic inclusion modification treatment.
이와 같이, 마련된 2 종의 용강을 이용하여 통상의 조건으로 연속주조하여 주편을 제조한 후, 열간압연하여 선재를 제조하였다. 상기 열간 압연된 선재들 중 상술한 비금속 개재물을 개질한 용강을 이용하여 제조된 빌렛은 1,050~1,150℃에서 60분 이상 용체화 열처리를 실시하였으며, 상술한 비금속 개재물 개질 처리하지 않은 용강을 이용하여 제조된 선재는 1,050℃에서 40분 동안 용체화 열처리를 실시하였다. 그리고 상기 열처리된 2 종의 선재를 냉각하고, 이어, 산세 처리하여 그 표면에 부착된 스케일을 제거한 후, 잘 알려진 냉간 인발(cold drawing)과 냉간 압조 공정을 이용하여 도 2와 같은 형상의 내풍(耐風) Screw를 제작하였다. In this way, the cast steel was produced by continuously casting two types of molten steel using the prepared two kinds of molten steel under normal conditions, and then hot rolled to produce a wire. The billets manufactured using the above-mentioned non-metallic inclusion-modified molten steel among the hot-rolled wire rods were subjected to solution heat treatment at 1,050 to 1,150 ° C for 60 minutes or more. The above-described nonmetal inclusion- The wire rods were subjected to solution heat treatment at 1,050 ° C for 40 minutes. Then, the two kinds of heat-treated wire rods are cooled and then subjected to a pickling treatment to remove the scale attached to the surface of the wire rods. Thereafter, the cold wind drawing and the cold pressing process, Resistant windscrew.
도 2에 나타난 바와 같이, screw의 형상은 단순하나 Head 크기에 비해 “+” 모양이 크고 깊기 때문에 냉간 압조 시 Head crack이 발생할 개연성이 높다. 이런 Head Crack을 방지하기 위해 연질의 소재를 사용하면 Long pitch의 볼트가 사용시 좌굴되어 사용하기 어렵기 때문에 일정수준의 강도를 확보해야 할 필요가 있다. 따라서 해당 screw는 냉간 압조성과 강도를 동시에 확보해야 한다. 이를 위해 본 실시예에서는 상기 선재를 냉간 인발(Cold Drawing)을 통해 가공유기 마르텐사이트를 형성시켜 강도를 향상시킨 후 냉간 압조를 행하여 screw를 제작하였다.As shown in FIG. 2, the shape of the screw is simple, but since the "+" shape is large and deep compared to the head size, there is a high probability that the head crack will occur during cold pressing. If you use soft material to prevent such head cracks, it is necessary to secure a certain level of strength because long pitch bolts are buckled and difficult to use. Therefore, the screw should have both cold pressing and strength at the same time. For this purpose, in the present embodiment, the wire is formed by cold drawing to form machined organic martensite to improve the strength, followed by cold pressing to produce a screw.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명과 같은 슬래그 개질처리 및 VD 공정을 이용하고 C%+N% 함량을 적정치 이하로 제어한 용강을 이용하여 주편을 제조하고, 이를 압연한 후, 소정의 온도 및 시간에서 용체화 열처리를 실시한 본 발명예의 경우 도 3(b)와 같이 냉간 압조 시 Head crack이 발생하지 않았다. As shown in FIG. 3, a slab is prepared by using the molten steel in which the content of C% + N% is controlled to a predetermined value or less by using the slag reforming process and the VD process as in the present invention, rolling it, And in the case of the present invention example in which solution heat treatment was performed at the time, head crack did not occur during cold pressing as shown in Fig. 3 (b).
이에 반하여, 전술한 바와 같이, 본 발명의 제강조건을 벗어난 조건으로 제조된 용강을 이용하여 본 발명의 범위 밖인 용체화 열처리 조건을 이용한 비교예의 경우 도 3(a)와 같이 냉간 압조시 Head crack이 발생함을 알 수 있다.
On the other hand, as described above, in the case of the comparative example using the molten steel heat treatment conditions outside the scope of the present invention using molten steel produced under the conditions of the steelmaking conditions of the present invention, cold cracking head crack Can be seen.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of course, this is possible. Accordingly, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims as well as equivalents thereof
Claims (5)
상기 EAF 공정으로 마련된 용강을 탈탄 및 환원 탈류하는 AOD 공정;
상기 AOD공정을 거친 용강에 Ca을 용강 100 톤당 25~1,000kg 범위로 첨가함으로써 용강 중 비금속 개재물을 개질하는 LT 공정;
상기 LT 공정을 거친 용강 중 C%+N%가 250ppm이하가 되도록 진공 탈가스 처리함으로써, 중량%로, C: 0.02% 이하, Si: 0.5% 이하, Mn: 1.0% 이하, S: 0.03% 이하, Ni: 9.0~10.5%, Cr: 17.0~19.0%, Cu: 3.0~4.0%, N: 0.015% 이하, C+N: 0.025% 이하, Ca: 0.025% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 마련하는 VD 공정;
상기 제조된 용강을 이용하여 연속 주조함으로써 주편을 제조하고, 이어, 상기 주편을 열간 압연하여 선재를 제조하는 공정; 및
상기 제조된 선재를 1,050~1,150℃에서 60분 이상 열처리하는 공정;을 포함하는 냉간 압조성이 우수한 CHQ용 스테인리스강 제조방법.
An EAF (Electric Arc Furnace) process for preparing molten steel satisfying the JIS G4308 SUSXM7 component range;
An AOD process of decarburizing and reducing desulfurizing molten steel prepared in the EAF process;
An LT process for modifying non-metallic inclusions in molten steel by adding Ca to molten steel passing through the AOD process in a range of 25 to 1,000 kg per 100 ton of molten steel;
C: not more than 0.02%, Si: not more than 0.5%, Mn: not more than 1.0%, S: not more than 0.03% in weight percent by vacuum degassing treatment so that C% + N% , Ni: 9.0 to 10.5%, Cr: 17.0 to 19.0%, Cu: 3.0 to 4.0% 0.0 >%,< / RTI > N: 0.015% or less, C + N: 0.025% or less, Ca: 0.025% or less, the balance Fe and unavoidable impurities;
Continuously casting the produced molten steel to produce a cast steel, and then subjecting the cast steel to hot rolling to produce a wire rod; And
And heat-treating the wire rod at 1,050 to 1,150 DEG C for 60 minutes or more to obtain a cold-rolled stainless steel.
The method according to claim 1, wherein the addition of Ca in the LT step reforms the high-melting-point nonmetallic inclusions in the molten steel to a low-melting point nonmetallic inclusion.
The method for manufacturing a stainless steel for CHQ according to claim 1, further comprising a step of pickling the heat-treated wire after cooling it.
5. The method according to claim 4, wherein the pickled wire has a CWHF (Cold Work Hardening Factor) of 90 or less.
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