KR102364426B1 - 신선 가공성이 향상된 선재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내부 재질이 균일하고, 소재 내부에 응력집중을 억제할 수 있는 신선 가공성이 향상된 선재 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 신선 가공성이 향상된 선재는, 중량%로, C: 0.6 내지 0.9%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.2 내지 0.9%, Al: 0.05% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 펄라이트 상을 기지조직으로 하며, 하기 식 (1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
식(1): C*(NC - NS)/(NQ * D) < 0.09
(여기서, C는 탄소의 함량(중량%)을, D는 소재의 직경(mm)을, NC, NQ , NS는 각각 길이 방향에 수직한 단면의 중심, 중심으로부터 반경의 1/2 지점, 표면으로부터 200 μm 지점에서 측정한 펄라이트 노듈(Nodule) 크기(㎛)를 의미한다.)
식(1): C*(NC - NS)/(NQ * D) < 0.09
(여기서, C는 탄소의 함량(중량%)을, D는 소재의 직경(mm)을, NC, NQ , NS는 각각 길이 방향에 수직한 단면의 중심, 중심으로부터 반경의 1/2 지점, 표면으로부터 200 μm 지점에서 측정한 펄라이트 노듈(Nodule) 크기(㎛)를 의미한다.)
Description
본 발명은 신선 가공성이 향상된 선재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소재 내부의 국부적인 영역에서의 응력집중을 억제하여 신선 가공성을 확보할 수 있는 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
선경 4 내지 15mm로 생산되는 고강도 선재는 열처리 및 가공을 통하여 고강도 강선으로 만들어지며, 강선은 다양한 형태로 자동차용 타이어코드, 침대 스프링, PC 강선, 교량용 케이블 등등 산업 전반 곳곳에서 사용되고 있다.
고강도 선재를 강선으로 가공할 때는 통상 인발(Drawing)을 거치게 되는데, 인발은 다른 가공 조건에 비하여 허용되는 냉간 가공량이 많아 가공 경화 효과를 최대한 활용할 수 있기 때문이다.
한편, 인발 가공은 선재의 미세조직을 페라이트와 세멘타이트의 층상 구조로 이루어진 펄라이트로 제어할 때 매우 유리하다. 이는 냉간가공 시 페라이트와 세멘타이트의 계면에서 전위의 생성이 활발하여 가공경화 효과가 클 뿐만 아니라, 강도 확보에는 유리하지만 취성이 열위한 세멘타이트가 인발가공 시 정수압 변형 조건에서 활성화되는 추가적인 슬립계로 인하여 소성 가공능 또한 확보할 수 있기 때문이다.
그런데 인발 가공 중 소재 내부의 국부적인 영역에서 응력 집중이 심화될 경우, 가공 중 단선이 발생하거나 비록 단선 없이 공정이 마무리 되더라도 최종 강선에서, 소재 표면에서 내부로 전파하는 크랙에 민감한 물성(예를 들어, 비틀림 특성)이 열위해지는 문제가 발생하고 있다.
열간 압연 혹은 열처리한 소재를 냉각하는 과정에서 소재의 표면부는 중심부 보다 층상 간격이 더 미세하게 도출되는데, 이는 표면부의 냉각속도가 항상 더 빠른 자연현상에 기인하다. 기존 연구에서는, 소재 내부의 국부적인 영역에서 응력 집중이 심화되는 문제의 발생 원인을 소재 표면부와 중심부의 펄라이트 층상간격(Interlamellar Spacing)으로 인식하였다. 그런데 펄라이트 조직의 초기 강도 및 가공 경화율은 층간간격이 미세할수록 커지는 경향이 있어, 후속의 인발 가공에서 소재의 표면부와 중심의 강도 차이는 더욱 커지게 되고 결국 국부적인 영역에서 응력집중의 원인으로 작용한다.
본 발명자들은 국부적인 영역에서 응력집중에 소재 표면부와 중심부의 펄라이트 층상간격 차이뿐만 아니라, 노듈사이즈 편차가 관여함을 발견하여 본 발명을 제시하기에 이르렀다.
본 발명은 표면부와 중심부의 노듈 크기 및 펄라이트 층상간격을 균일하게 제어함으로써 자동차용 타이어코드, 침대 스프링, PC 강선, 교량용 케이블 등에 사용할 수 있는 신선 가공성이 향상된 선재 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신선 가공성이 향상된 선재는, 중량%로, C: 0.6 내지 0.9%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.2 내지 0.9%, Al: 0.05% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 펄라이트 상을 기지조직으로 하며, 하기 식 (1)을 만족한다.
식(1): C*(NC - NS)/(NQ * D) < 0.09
여기서, C는 탄소의 함량(중량%)을, D는 소재의 직경(mm)을, NC, NQ , NS는 각각 길이 방향에 수직한 단면의 중심, 중심으로부터 반경의 1/2 지점, 표면으로부터 200 μm 지점에서 측정한 펄라이트 노듈(Nodule) 크기(㎛)를 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 식 (2)를 만족할 수 있다.
식(2): │HVNormal/SNormal│≤ 3.2
여기서, HVNormal 는 소재 표면으로부터 200 μm 지점에서 직경 방향으로 측정한 경도값을, SNormal 는 HVNormal 를 0부터 1까지 정규화(Normalization) 한 값을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 몰리브덴(Mo): 0.002 내지 0.02% 또는 니오븀(Nb): 0.0005 내지 0.005%를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선재의 직경은 4 내지 15mm일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 신선 가공성이 향상된 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.6 내지 0.9%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.2 내지 0.9%, Al: 0.05% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 가열하는 단계; 상기 가열된 빌렛을 선재 압연하여 선재를 제조하는 단계; 상기 선재를 코일 형상으로 권취하는 단계; 상기 권취된 선재를 680 내지 800℃의 온도 범위에 이르기까지 25 ℃/s 이상의 속도로 냉각시키는 단계; 및 상기 냉각된 선재를 2초 내지 5초 동안 공냉하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 빌렛의 가열온도는 950 내지 1,100℃일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열간압연은 900 내지 1,000℃에서 마무리 압연될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각단계는, 송풍 냉각, 염욕조 침지, 온수 침지, 폴리머수용액 침지 중 어느 하나로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 권취 단계 전, 수냉 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.
식(1): C*(NC - NS)/(NQ * D) < 0.09
여기서, C는 탄소의 함량(중량%)을, D는 소재의 직경(mm)을, NC, NQ , NS는 각각 길이 방향에 수직한 단면의 중심, 중심으로부터 반경의 1/2 지점, 표면으로부터 200 μm 지점에서 측정한 펄라이트 노듈(Nodule) 크기(㎛)를 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 몰리브덴(Mo): 0.002 내지 0.02% 또는 니오븀(Nb): 0.0005 내지 0.005%를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표면부와 중심부의 재질이 균일한 선재는 소재 내부에 응력집중을 억제함으로써 신선 가공성을 확보할 수 있어, 다양한 산업분야에 적용이 가능하다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
펄라이트 조직의 초기 강도 및 가공 경화율은 층간간격이 미세할수록 커지는 경향이 있어, 후속의 인발 가공에서 소재의 표면부와 중심의 강도 차이는 더욱 커지게 되고 결국 국부적인 영역에서 응력집중의 원인으로 작용한다.
또한, 크기 편차가 큰 노듈 사이의 계면은 신선 가공 시 인접한 노듈이 변형되는 과정에서 응력집중의 원인으로 작용한다.
본 발명자들은 소재의 신선 가공 시, 응력 집중도를 낮출 수 있는 방안에 대하여 깊이 연구하였다. 그 결과, 표면부와 중심부에서 펄라이트의 층상간격 차이 및 노듈크기 차이가 작을수록, 신선 가공시 응력 집중도를 낮출 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 일 측면에 따른 신선 가공성이 향상된 선재는, 중량%로, C: 0.6 내지 0.9%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.2 내지 0.9%, Al: 0.05% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 냉간신선용 선재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 하기 성분에 대한 %는 중량%를 의미한다.
C의 함량은 0.6 내지 0.9%이다.
탄소(C)는 강선에서 세멘타이트(Cementite)를 형성하는 원소로서, 세멘타이트는 페라이트(Ferrite)와 함께 층상 구조의 펄라이트(Pearlite)를 형성한다. 세멘타이트는 페라이트에 비해 강도가 높은 상이므로, 세멘타이트의 분율이 높을수록 소재의 강도가 증가하게 된다. 또한, 층상 구조의 간격이 균일하고 미세할수록 소재의 강도를 더 향상시킬 수 있다.
C는 세멘타이트 분율을 향상시키고, 라멜라 층상 구조의 간격을 미세화하는 원소로서, 선재의 강도를 확보하기 위해 0.6% 이상 첨가할 수 있다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 세멘타이트가 두꺼워지고 인접한 페라이트 대비 연성 차이가 커져 응력집중에 취약해지는 문제가 있는바, 그 상한을 0.9%로 한정할 수 있다.
Si의 함량은 0.1 내지 0.5%이다.
Si(실리콘)은 기지조직인 페라이트에 고용되어 강을 강화시키는 원소로서, 선재를 강선으로 가공하는 경우 세멘타이트 분절(fragmentation)을 억제하여 인발 가공 후에도 건전한 라멜라 구조를 유지시킬 수 있어 0.1% 이상 첨가할 수 있다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 소입성을 크게 증가시켜 선재 압연 후 본 발명에서 한정하는 냉각속도로 냉각할 경우, 마르텐사이트를 생성시키는 문제가 있는 바, 그 상한을 0.5%로 한정할 수 있다.
Mn의 함량은 0.2 내지 0.9%이다.
Mn(망간)은 펄라이트 변태를 지연시키는 원소로서, 다소 느린 냉각속도에서도 미세한 펄라이트가 용이하게 생성되도록 하기 위해 0.2% 이상 첨가할 수 있다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 소입성을 크게 증가시켜 선재 압연 후 본 발명에서 한정하는 냉각속도로 냉각할 경우, 마르텐사이트를 생성시키는 문제가 있는 바, 그 상한을 0.9%로 한정할 수 있다.
Al의 함량은 0.05% 이하(0은 제외)이다.
알루미늄(Al)은 산소와 반응하기 쉬운 원소로, 제강의 탈산 반응에 활용되는 대표적인 원소이다. 다만, Al은 강 중에 존재하는 경우, 개재물을 생성할 우려가 있으므로, 가능한 강 중에 잔존하지 않도록 제어하는 것이 바람직하다.
또한, Al은 고온에서 탄소의 확산 거동에 관여하여 오스테나이징 가열 및 고온 유지시, C가 세멘타이트에서 페라이트로 용해되는 반응을 억제하여 용해되지 않은 세멘타이트를 잔존시킬 수 있어, 그 상한을 0.05%로 한정할 수 있다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 신선 가공성이 향상된 선재는, 몰리브덴(Mo): 0.002 내지 0.02% 또는 니오븀(Nb): 0.0005 내지 0.005%를 더 포함할 수 있다.
Mo 의 함량은 0.002 내지 0.02%이다.
몰리브덴(Mo)은 오스테나이트 입계를 안정화하는 원소로서 결정립 크기를 미세하게 하고, 동시에 인접한 결정립의 크기를 균일하게 하는 작용을 한다. 특히, 펄라이트 상변태 시 노듈 크기를 미세화하고, 균질화하기 위해 0.002% 이상 더 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 조대한 탄화물을 형성하여 신성 가공성을 저해하는 문제가 있어, 그 상한을 0.02%로 한정할 수 있다.
Nb 의 함량은 0.0005 내지 0.005%이다.
니오븀(Nb)은 오스테나이트 입계를 안정화하는 원소로서 결정립 크기를 미세하게 하고, 동시에 인접한 결정립의 크기를 균일하게 하는 작용을 한다. 특히, 펄라이트 상변태 시 노듈 크기를 미세화하고, 균질화하기 위해 0.0005% 이상 더 포함할 수 있다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 조대한 탄화물을 형성하여 신성 가공성을 저해하는 문제가 있어, 그 상한을 0.005%로 한정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 합금조성을 만족하는 신선 가공성이 향상된 선재는 미세조직으로 펄라이트 상을 기지조직으로 하며, 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.
식(1): C*(NC - NS)/(NQ * D) < 0.09
여기서, C는 탄소의 함량(중량%)을, D는 소재의 직경(mm)을, NC, NQ , NS는 각각 길이 방향에 수직한 단면의 중심, 중심으로부터 반경의 1/2 지점, 표면으로부터 200 μm 지점에서 측정한 펄라이트 노듈(Nodule) 크기(㎛)를 의미한다.
전술한 바와 같이 C 함량이 낮을수록, 소재 내부의 노듈 크기가 균일할수록 신선 시 국부적인 응력이 발생하는 정도는 낮다. 한편, 소재 내부의 노듈 크기의 균일한 정도를 평가할 때 동시에 고려해야 할 요소는 소재의 평균적인 노듈 사이즈와 소재의 직경이다. 구체적으로, NC - NS 값이 동일하더라도 평균적인 노듈 사이즈가 클수록, 소재의 직경이 클수록 소재 내부 국부적인 영역에서 응력 집중 현상이 감소한다.
따라서, 소재 내부의 노듈 크기의 균일한 정도는, 표면과 중심의 노듈 사이즈 편차를 평균 노듈 사이즈 및 소재 직경에 대하여 정규화하여 판단하여야 한다.
한편, 소재의 노듈 사이즈는 냉각 거동에 영향을 받는다는 점을 고려하여, 본 발명에서는 소재의 중심으로부터 반경의 절반 지점이 소재의 평균적인 냉각 거동에 가깝다고 판단하였다. 전술한 사항들을 종합하여 본 발명에서는 신선 가공 중 응력 집중 발생 정도를 나타내기 위한 식(1)을 도출하였다.
구체적으로, C 함량이 낮을수록 세멘타이트 두께가 얇아서 연성을 확보할 수 있으므로, 신선 가공 시 소재 내부의 전위 발생이 수월한 편이다. 따라서, 소재 내부의 국부적인 영역에 변형이 집중될 확률이 감소하여 응력 집중이 완화되는 결과로 이어지게 된다.
또한, 신선 가공 시 노듈의 회전 변형이 일어나는데 이때 인접한 노듈의 크기 차이가 작을수록 주의의 다른 계면에 비해 응력이 집중되는 경향이 감소하는 것을 확인하고, 중심부와 표면부에서의 펄라이트 노듈 크기의 편차를 가능한 작게 제어하고자 하였다.
마지막으로, 소재의 직경이 클수록 신선 가공 시 소재 내부의 국부적인 영역에서 응력이 집중되는 정도도 낮다는 것을 확인하였다.
본 발명자들은 식 (1)의 값이 높을수록, 신선 가공시 소재 내부의 국부적인 영역에 변형이 집중되는 것을 확인하였다. 구체적으로, 식 (1)의 값이 0.09 초과인 경우, 내부의 재질 편차 수준이 과다하여 신선 가공 중에 국부적인 영역에서 응력이 집중되어 단선이 발생하거나 비틀림 특성이 열위해지는 문제가 있어, 식 (1)의 값 상한을 0.09로 한정하고자 한다.
또한, 개시된 실시예에 따른 신선 가공성이 향상된 선재는 식 (2)를 만족할 수 있다.
식(2): │HVNormal/SNormal│≤ 3.2
여기서, HVNormal 는 소재 표면으로부터 200 μm 지점에서 직경 방향으로 측정한 경도값을, SNormal 는 HVNormal 를 0 부터 1까지 정규화(Normalization) 한 값을 의미한다.
본 발명자들은 소재 내부에서 직경 방향 층간간격의 변화율이 신선 가공 중 응력 집중 발생 정도와 상관 관계가 있다는 것을 발견하였다. 일반적으로, 층간간격의 측정은 여러 장의 고배율 전자 현미경 사진 분석을 통해서만 가능하기 때문에 실제 산업현장에서 활용하기 어려운 측면이 있다.
한편, 동일 성분계의 펄라이트 조직에서 펄라이트 층간간격은 경도와 상관관계가 높다는 것은 잘 알려진 사실이다. 즉, 펄라이트 층간각격이 넓으면 경도값이 낮게 도출되고, 펄라이트 층간간격이 좁으면 경도값이 높게 도출된다.
전술한 사항을 고려하여, 본 발명에서는 펄라이트 층간간격보다 상대적으로 측정이 용이한 경도값을 사용하고자 하였다. 또한, 직경 방향에 따른 경도의 변화율 역시 정규화하여 분석할 때, 응력 집중 정도와의 상관관계가 더 높아진다는 것을 확인하고, 신선 가공 중 응력 집중 발생 정도를 나타내기 위한 식(2)를 도출하였다.
구체적으로, 본 발명자들은 소재 내부에서 직경 방향에 따라 경도가 급격하게 변하는 경우에는, 신선 가공시 소재 내부의 국부적인 영역에 변형이 집중되는 것을 확인하고, 중심의 좌우영역에서 정규화된 위치값의 변화에 대한 정규화된 경도값의 변화율을 고려하여 수치화 한 │HVNormal/SNormal│ 를 도출하고, 그 값을 3.2 이하로 한정하였다.
만일 식 (2)의 값이 3.2를 초과할 경우, 내부의 재질 편차 수준이 과다하여 신선 가공 중에 국부적인 영역에서 응력이 집중되어 결함 발생확률이 높아지는 문제가 있다.
이와 같이, 개시된 실시예에 따르면, 선재 표면부와 중심부의 노듈 크기를 균일하게 확보하고, 정규화된 경도 변화율을 제어함으로써, 소재 내부에 응력집중을 억제함으로써 신선 가공성을 확보할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 일 측면인 신선 가공성이 향상된 선재를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.
상기 선재는 당해 기술분야에서 통상적으로 널리 알려진 다양한 선재 제조 기술을 통해 제조할 수 있으나, 바람직하게는 후술하는 일련의 공정을 거쳐 제조될 수 있다.
개시된 실시예에 따른 신선 가공성이 향상된 선재는 상술한 합금조성을 만족하는 빌렛을 가열하는 단계와, 빌렛을 선재 압연하는 단계와, 선재를 제어된 온도조건에서 권취하는 단계와, 선재를 제어된 온도조건에서 냉각하는 단계를 포함하는 일련의 과정을 거쳐 제조될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 신선 가공성이 향상된 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.6 내지 0.9%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.2 내지 0.9%, Al: 0.05% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 가열하는 단계; 상기 가열된 빌렛을 열간압연하여 선재를 제조하는 단계; 상기 선재를 코일 형상으로 권취하는 단계; 및 냉각단계를 포함하고, 상기 냉각단계는 상기 권취된 선재를 680 내지 800℃의 온도 범위에 이르기까지 25 ℃/s 이상의 속도로 냉각시키는 단계; 및 상기 냉각된 선재를 2초 내지 5초 동안 공냉하는 단계;를 포함한다.
빌렛에 포함되는 합금원소 함량의 수치 한정 이유에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
먼저, 본 발명은 상술한 조성성분을 갖는 빌렛을 950 내지 1,100℃의 온도범위에서 가열하여 오스테나이트 단상으로 균질화하는 단계를 거친다.
후속하는 선재압연의 온도 영역을 확보하고, 빌렛의 미세조직을 오스테나이트 단상으로 확보하기 위해, 본 발명에서는 빌렛의 가열 온도를 950℃ 이상으로 설정하였다. 한편, 상기 가열 온도가 1,100℃를 초과하는 경우에는, 스케일 생성 및 탈탄 현상으로 인해 표면 품질이 열위해지는 문제가 발생한다.
이이서, 가열된 빌렛을 선재 압연한 후 냉각하는 단계를 거친다. 이때, 선재 압연 단계에서는 900 내지 1,000℃의 온도범위에서 마무리 압연을 행하는 것이 바람직하다.
마무리 압연 온도가 900℃미만이면, 압연 부하에 의해 압연롤이 파손될 우려가 있으며, 반면 마무리 압연 온도가 1,000℃를 초과하게 되면, 오스테나이트 결정립 크기(AGS)가 조대해짐에 따라, 추후 냉각단계에서 생성되는 펄라이트 층상간격 및 노듈 크기도 커지게 되어 재질이 열위해지는 문제가 발생한다.
이어서, 통상적인 수냉을 통하여 후속하는 권취 단계를 위한 온도범위까지 냉각하는 과정을 포함할 수 있다.
이후, 상기 제조된 선재를 750 내지 950℃의 온도범위에서 코일 형상으로 권취하는 단계를 거친다.
상기 권취온도가 750℃ 미만인 경우, 소재가 본격적인 냉각에 진입하기 전에 초석 세멘타이트가 생성되어 신선 가공성을 열위하게 하는 문제가 있다. 반면에, 상기 권취온도가 950℃를 초과하는 경우에는, 오스테나이트 결정립 크기(AGS)가 조대해짐에 따라, 추후 냉각단계에서 생성되는 펄라이트 층상간격 및 노듈 크기도 커지게 되어 재질이 열위해지는 문제가 발생한다. 바람직하게, 권취온도는 800 내지 900℃로 한정할 수 있다.
권취 후에는 펄라이트의 층상간격을 미세하기 도출하기 위해, 오스테나이트가 준안정상인 영역에서의 잔류시간을 최소화하는 냉각 방식이 필요하며, 이 때 요구되는 냉각 속도는 소재의 성분계에 따라 달라진다. 즉, 소입성이 큰 성분계에 해당할수록 요구되는 냉각속도는 낮다.
본 발명에서 제시하는 전술한 성분계에서는, 오스테나이트가 준안정상인 영역인, 680 내지 800℃의 온도 범위에서의 냉각속도를 25 ℃/s 이상으로 제어하는 것이 필요하다. 전술한 냉각 조건은 응력 집중을 완화하기 위한 미세조직을 구현하는 것과는 별개로 고강도 조직을 확보하기 위함이다. 즉 냉각속도가 25 ℃/s 미만일 경우 응력집중은 완화될 수 있지만, 초기 선재의 강도가 낮아 신선 가공 시 고강도 조직을 확보할 수 없다.
이때, 선재의 냉각은 통상의 냉각 공정으로 실시할 수 있다. 상기 냉각 공정은 예를 들어, 송풍 냉각, 염욕조 침지, 온수 침지, 폴리머수용액 침지 중 1종 또는 2종 이상의 조합일 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
이후, 냉각 후 선재의 중심부와 표면부가 열평형에 도달할 수 있도록 균열단계를 거친다.
전술한 냉각단계를 거쳐, 고온의 오스테나이트가 펄라이트로 상변태 할 수 있는 680℃ 이하의 온도범위에 도달하더라도, 선재 중심부와 표면부가 열평형에 도달하지 않은 상태이다. 만약, 이 상태에서 상변태가 수반된다면 소재 표면부와 중심부에서의 노듈 크기 및 펄라이트 층상 간격이 불균일하여, 응력집중에 취약한 미세조직이 형성되는 문제가 있다.
전술한 문제점을 고려하여, 본 발명에서는 냉각 후 상변태 영역의 온도에 도달하였을 때, 소재의 중심부와 표면부가 열평형에 도달할 수 있도록 냉각된 선재를 항온 분위기에서 2초 내지 5초 동안 공냉하는 균열단계를 도입하였다.
균열 시간이 2초 미만인 경우, 선재의 중심부와 표면부가 열평형에 도달할 수 없고, 균열 시간이 5초를 초과하는 경우, 후속 냉각으로 진입하는 시간이 지연되어 상변태 시 발생하는 변태발열을 제어할 수 없어, 펄라이트의 층상간격이 조대해 질 뿐만 아니라, 선재 표면부와 중심부의 노듈 크기 및 펄라이트 층상간격을 균일하게 확보할 수 없다.
변태발열이란, 오스테나이트에서 펄라이트로 상변태 할 때 화학적 상태 에너지 차이에 기인하여 국부적으로 소재가 발열되는 현상이다. 변태발열은 소재 중심부로부터의 열전달을 방해하여 중심부의 냉각속도를 더욱 늦추게 된다.
상술한 제조방법에 따라 제조된 신선 가공성이 향상된 선재의 미세조직은, 하기 식 (1)을 만족한다.
식(1): C*(NC - NS)/(NQ * D) < 0.09
여기서, C는 탄소의 함량(중량%)을, D는 소재의 직경(mm)을, NC, NQ , NS는 각각 길이 방향에 수직한 단면의 중심, 중심으로부터 반경의 1/2 지점, 표면으로부터 200 μm 지점에서 측정한 펄라이트 노듈(Nodule) 크기(㎛)를 의미한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
실시예
표 1에 기재된 합금조성을 만족하는 잉곳(70Kg)을 주조한 후 1100℃의 가열로에서 약 2시간 동안 가열한 다음, 가열로에서 추출하여 900℃ 이상의 온도에서 선경 5.5, 6, 8, 10, 11, 13mm로 선재압연을 실시하였다. 이후 압연된 선재를 수냉한 후, 850℃에서 권취하여 코일 형상으로 제조하였다.
| (중량%) | C | Si | Mn | Mo | Nb | Al | 직경 (mm) |
| 실시예1 | 0.7 | 0.5 | 0.7 | 0.02 | 5.5 | ||
| 실시예2 | 0.7 | 0.1 | 0.2 | 0.03 | 6 | ||
| 실시예3 | 0.6 | 0.3 | 0.9 | 0.04 | 8 | ||
| 실시예4 | 0.8 | 0.1 | 0.2 | 0.05 | 10 | ||
| 실시예5 | 0.6 | 0.1 | 0.5 | 0.02 | 11 | ||
| 실시예6 | 0.7 | 0.3 | 0.7 | 0.03 | 13 | ||
| 실시예7 | 0.7 | 0.5 | 0.7 | 0.002 | 0.04 | 5.5 | |
| 실시예8 | 0.7 | 0.1 | 0.2 | 0.0005 | 0.05 | 6 | |
| 실시예9 | 0.6 | 0.3 | 0.9 | 0.005 | 0.02 | 8 | |
| 실시예10 | 0.8 | 0.1 | 0.2 | 0.0015 | 0.03 | 10 | |
| 실시예11 | 0.6 | 0.1 | 0.5 | 0.008 | 0.04 | 11 | |
| 실시예12 | 0.7 | 0.3 | 0.7 | 0.0025 | 0.05 | 13 | |
| 실시예13 | 0.9 | 0.3 | 0.9 | 0.01 | 0.02 | 5.5 | |
| 실시예14 | 0.8 | 0.5 | 0.2 | 0.0035 | 0.03 | 6 | |
| 실시예15 | 0.9 | 0.5 | 0.7 | 0.016 | 0.04 | 8 | |
| 실시예16 | 0.8 | 0.3 | 0.9 | 0.0045 | 0.05 | 10 | |
| 실시예17 | 0.9 | 0.1 | 0.5 | 0.02 | 0.02 | 11 | |
| 실시예18 | 0.6 | 0.5 | 0.5 | 0.005 | 0.03 | 13 | |
| 비교예1 | 0.6 | 0.1 | 0.5 | 0.008 | 0.04 | 11 | |
| 비교예2 | 0.7 | 0.3 | 0.7 | 0.0025 | 0.05 | 13 | |
| 비교예3 | 0.9 | 0.3 | 0.9 | 0.01 | 0.01 | 5.5 | |
| 비교예4 | 0.8 | 0.5 | 0.2 | 0.0035 | 0.03 | 6 | |
| 비교예5 | 0.9 | 0.5 | 0.7 | 0.016 | 0.05 | 8 | |
| 비교예6 | 0.6 | 0.3 | 0.9 | 0.005 | 0.02 | ||
| 비교예7 | 0.9 | 0.1 | 0.5 | 0.02 | 0.02 |
다음으로, 표 2에 따라 냉각 및 균열 조건을 달리하여 냉각하였다.
이후, 제조된 각각의 선재에 대해 펄라이트 노듈 편차 및 경도 편차를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
펄라이트 노듈 사이즈의 경우, 선재의 단면에서 후방산란 전자회절 장비 (Electron Back Scatter Diffraction, EBSD)를 사용하여 페라이트 조직의 결정방위를 측정한 다음, 인접한 페라이트 결정의 방위차(Misorientation)가 8°이상인 경우를 노듈 경계로 정의하고, 이때 그려지는 경계선으로 이루어지는 결정립의 크기를 측정한 값을 나타내었다.
한편, 각각의 실시예와 비교예의 선재 중심에서 표면으로부터 200 μm 지점까지 직경 방향으로 동일 간격으로 10 지점의 경도를 측정하였다. 이때 경도값은 HV 값으로 나타내었으며, 하중은 1kg, 하중 유지 시간은 10초이다. 측정된 경도값을 바탕으로 연속하는 5 지점에서 양 끝 단 두 점을 대상으로 HVNormal , SNormal 값을 각각 측정하여 │HVNormal/SNormal│후보 를 도출하였고 여기서 얻어진 │HVNormal/SNormal│후보 중 최대값을 하기 표 2에 │HVNormal/SNormal│ 으로 나타내었다.
| 1차 냉각 | 2차 냉각 | 노튤 편차 | 경도 편차 | |||
| 680~800℃구간 냉각속도 (℃/s) | 냉각방법 | 균열시간 (초) |
냉각방법 | C*(NC - NS)/ (NQ * D) |
│HVNormal/SNormal│ | |
| 실시예1 | 44 | 송풍 | 3 | 용융염 | 0.049 | 2.3 |
| 실시예2 | 39 | 용융염 | 2 | 송풍 | 0.042 | 2.0 |
| 실시예3 | 36 | 폴리머 수용액 | 2 | 폴리머수용액 | 0.042 | 2.3 |
| 실시예4 | 31 | 온수 | 3 | 용융염 | 0.040 | 1.6 |
| 실시예5 | 28 | 송풍 | 4 | 송풍 | 0.024 | 1.3 |
| 실시예6 | 25 | 폴리머 수용액 | 4 | 폴리머수용액 | 0.056 | 2.6 |
| 실시예7 | 45 | 송풍 | 2 | 용융염 | 0.049 | 2.3 |
| 실시예8 | 40 | 용융염 | 2 | 송풍 | 0.042 | 2.0 |
| 실시예9 | 35 | 폴리머 수용액 | 2 | 폴리머수용액 | 0.042 | 2.3 |
| 실시예10 | 30 | 온수 | 3 | 용융염 | 0.040 | 1.6 |
| 실시예11 | 27 | 송풍 | 5 | 송풍 | 0.024 | 1.3 |
| 실시예12 | 25 | 폴리머 수용액 | 4 | 폴리머수용액 | 0.056 | 2.6 |
| 실시예13 | 46 | 용융염 | 2 | 온수 | 0.054 | 2.0 |
| 실시예14 | 38 | 폴리머 수용액 | 3 | 송풍 | 0.040 | 1.6 |
| 실시예15 | 33 | 온수 | 2 | 폴리머수용액 | 0.045 | 1.6 |
| 실시예16 | 30 | 송풍 | 3 | 온수 | 0.080 | 3.2 |
| 실시예17 | 26 | 용융염 | 3 | 용융염 | 0.063 | 2.3 |
| 실시예18 | 25 | 폴리머 수용액 | 2 | 폴리머수용액 | 0.030 | 0.05 |
| 비교예1 | 27 | 송풍 | 1 | 송풍 | 0.096 | 3.3 |
| 비교예2 | 25 | 폴리머 수용액 | 1.5 | 폴리머수용액 | 0.091 | 3.4 |
| 비교예3 | 46 | 용융염 | 1 | 온수 | 0.099 | 3.3 |
| 비교예4 | 38 | 폴리머 수용액 | 1 | 송풍 | 0.096 | 3.4 |
| 비교예5 | 33 | 온수 | 1.5 | 폴리머수용액 | 0.099 | 3.3 |
| 비교예6 | 24 | 용융염 | 2 | 송풍 | 0.049 | 2.3 |
| 비교예7 | 26 | 용융염 | 6 | 온수 | 0.094 | 3.4 |
표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 합금 조성과 제조방법을 만족하는 실시예 1 내지 6의 선재는, 680 내지 800℃의 온도 범위에서의 냉각 속도를 25 ℃/s 이상으로 확보하고, 2초 내지 5초 동안 공냉하는 조건을 만족하여, 선재의 중심부와 표면부가 열평형에 도달할 수 있을 뿐만 아니라, 상변태 시 발생하는 변태발열을 제어할 수 있다. 이에 따라, C*(NC - NS)/(NQ * D)값은 0.09 미만이고, │HVNormal/SNormal│값은 3.2 이하로 나타나, 선재 표면부와 중심부의 재질이 균일함을 확인할 수 있었다.
표 2를 참조하면, 몰리브덴(Mo): 0.002 내지 0.02% 또는 니오븀(Nb): 0.0005 내지 0.005%를 더 포함하는 실시예 7 내지 18의 경우에도 C*(NC - NS)/(NQ * D)값은 0.09 미만이고, │HVNormal/SNormal│값은 3.2 이하로 나타나, 선재 표면부와 중심부의 재질이 균일함을 확인할 수 있었다.
비교예 1 내지 5는 합금조성은 본 발명에서 제안하는 바를 만족하나, 제조공정 조건이 본 발명을 벗어나므로 비교예로 표기한 것이다.
이에 비해, 비교예 1 내지 비교예 5는 본 발명의 성분계를 모두 만족하지만, 균열 시간을 2초 이상 확보할 수 없어, 선재의 중심부와 표면부가 열평형에 도달할 수 없었으며, C*(NC - NS)/(NQ * D)값은 0.09 이상이고, │HVNormal/SNormal│값은 3.2를 초과하여 선재 표면부와 중심부의 재질이 균일하지 못함을 확인할 수 있었다.
비교예 6은 식 (1)과 식(2)를 만족하지만, 680 내지 800℃의 온도 범위에서의 냉각속도가 25 ℃/s 미만으로, 본 발명에서 목적하는 강도를 확보할 수 없는 경우에 해당하여, 비교예로 편성한 것이다.
비교예 7은 공냉 시 균열 시간이 5초를 초과함에 따라, 변태발열을 제어할 수 없어, 선재 표면부와 중심부의 노듈 크기를 균일하게 확보할 수 없었다. 이에 따라, C*(NC - NS)/(NQ * D)값은 0.09 이상이고, │HVNormal/SNormal│값은 3.2를 초과하여 선재 표면부와 중심부의 재질이 균일하지 못함을 확인할 수 있었다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 합금성분 및 제조방법을 제어함으로써 선재 표면부와 중심부의 노듈 크기 및 펄라이트 층상간격이 균일한 미세조직을 도출하였다. 이에 따라, 소재 내부에 응력집중을 억제함으로써 신선 가공성을 확보할 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (11)
- 중량%로, C: 0.6 내지 0.9%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.2 내지 0.9%, Al: 0.05% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 몰리브덴(Mo): 0.002 내지 0.02% 또는 니오븀(Nb): 0.0005 내지 0.005%를 더 포함하고,
펄라이트 상을 기지조직으로 하며,
하기 식 (1)을 만족하는 신선 가공성이 향상된 선재.
식(1): C*(NC - NS)/(NQ * D) < 0.09
(여기서, C는 탄소의 함량(중량%)을, D는 소재의 직경(mm)을, NC, NQ, NS는 각각 길이 방향에 수직한 단면의 중심, 중심으로부터 반경의 1/2 지점, 표면으로부터 200 μm 지점에서 측정한 펄라이트 노듈(Nodule) 크기(㎛)를 의미한다.) - 제1항에 있어서,
식 (2)를 만족하는 신선 가공성이 향상된 선재.
식(2): │HVNormal/SNormal│≤ 3.2
(여기서, HVNormal 는 소재 표면으로부터 200 μm 지점에서 직경 방향으로 측정한 경도값을, SNormal 는 HVNormal 를 0 부터 1까지 정규화(Normalization) 한 값을 의미한다.) - 삭제
- 제1항에 있어서,
직경이 4 내지 15mm인 신선 가공성이 향상된 선재. - 중량%로, C: 0.6 내지 0.9%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.2 내지 0.9%, Al: 0.05% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 몰리브덴(Mo): 0.002 내지 0.02% 또는 니오븀(Nb): 0.0005 내지 0.005%를 더 포함하는 빌렛을 가열하는 단계;
상기 가열된 빌렛을 선재 압연하여 선재를 제조하는 단계;
상기 선재를 코일 형상으로 권취하는 단계;
상기 권취된 선재를 680 내지 800℃의 온도 범위에 이르기까지 25 ℃/s 이상의 속도로 냉각시키는 단계; 및
상기 냉각된 선재를 2초 내지 5초 동안 공냉하는 단계;를 포함하고,
하기 식 (1)을 만족하는 신선 가공성이 향상된 선재의 제조방법.
식(1): C*(NC - NS)/(NQ * D) < 0.09
(여기서, C는 탄소의 함량(중량%)을, D는 소재의 직경(mm)을, NC, NQ, NS는 각각 길이 방향에 수직한 단면의 중심, 중심으로부터 반경의 1/2 지점, 표면으로부터 200 μm 지점에서 측정한 펄라이트 노듈(Nodule) 크기(㎛)를 의미한다.) - 제5항에 있어서,
빌렛의 가열온도는 950 내지 1,100℃인 신선 가공성이 향상된 선재의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 열간압연은, 900 내지 1,000℃에서 마무리 압연하는 것을 특징으로 하는 신선 가공성이 향상된 선재의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 냉각단계는, 송풍 냉각, 염욕조 침지, 온수 침지, 폴리머수용액 침지 중 어느 하나로 수행되는 신선 가공성이 향상된 선재의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 권취 단계 전, 수냉 단계;를 더 포함하는 신선 가공성이 향상된 선재의 제조방법. - 삭제
- 삭제
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|---|---|---|---|---|
| KR100742821B1 (ko) * | 2005-12-27 | 2007-07-25 | 주식회사 포스코 | 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재 및그 제조방법 |
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