KR102389281B1 - 강도 및 단면 감소율 편차가 균일한 선재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 겹침 밀도 차이에 의해 발생하는 강도 및 단면 감소율 편차를 억제할 수 있는 고강도 선재 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 강도 및 단면 감소율 편차가 균일한 선재의 제조 방법은,
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 선재 압연하여 선재를 제조하는 단계; 선재를 코일 형상으로 권취하는 단계; 권취된 선재를 냉각조로 이송하는 단계; 이송된 선재를 링 엣지부의 깊이가 링 센터부의 깊이 보다 깊은 형상의 냉각조에 침지하는 단계; 및 냉각조에서 추출된 선재를 송풍 냉각하는 단계;를 포함한다.
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 선재 압연하여 선재를 제조하는 단계; 선재를 코일 형상으로 권취하는 단계; 권취된 선재를 냉각조로 이송하는 단계; 이송된 선재를 링 엣지부의 깊이가 링 센터부의 깊이 보다 깊은 형상의 냉각조에 침지하는 단계; 및 냉각조에서 추출된 선재를 송풍 냉각하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 강도 및 단면 감소율 편차가 균일한 선재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 침지식 냉각을 적용할 때, 링 엣지부와 센터부의 냉각을 균일하게 하여 재질 편차를 억제할 수 있는 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
선재 압연 후, 냉각 속도를 빠르게 확보하여 미세한 라멜라 간격을 갖는 펄라이트 조직을 확보하는 것은, 고강도 선재를 얻기 위한 핵심 기술 요소이다. 선재의 미세 조직을 상기와 같이 제어하는 이유는 라멜라 간격이 미세할수록 강도와 연성을 확보할 수 있어, 후속 신선 가공 시 유리하기 때문이다.
한편, 펄라이트의 라멜라 간격은 냉각 시 펄라이트 변태가 수반되는 온도와 관계가 있다. 구체적으로, 냉각 속도가 상대적으로 빠른 경우에는 펄라이트 변태 온도가 낮아 라멜라 간격이 미세한 조직이 얻어지는 반면, 냉각 속도가 느릴 경우에는 펄라이트 변태 온도가 높아서 라멜라 간격이 조대한 조직이 얻어진다. 따라서, 선재 내부에서 펄라이트 층상간격의 편차가 발생하는 것은, 추후 가공 공정을 고려할 때 바람직하지 않다.
한편, 열간 압연된 선재를 직선화 할 경우, 선경이 작을수록 그 길이가 과도해지는 바 설비의 공간적인 한계가 존재하므로, 열간 압연을 거친 선재를 냉각할 때, 통상적으로 레잉헤드(Laying Head)를 통하여 비동심 원형 링 형태로 감긴 상태로 냉각시키는 방법을 사용한다. 이때, 링 형태로 진행하는 선재를 위에서 보면, 상대적으로 소재 밀도가 높은 링 엣지부와 상대적으로 밀도가 낮은 센터부가 존재한다. 이와 같은 소재 밀도 차이는, 후속 냉각 시 냉각 불균일에 의해 소재의 재질 편차를 유발하는 주요한 원인으로 작용한다.
따라서, 선재의 냉각 기술은, 전체 냉각 속도를 높이면서도 소재의 재질 편차를 줄이기 위해 링 엣지부와 센터부의 균일 냉각을 구현하여 고강도 고연성 조직을 확보하는 방향으로 발전되어 왔다.
예를 들어, 기존의 송풍 냉각(Stelmor 방법) 대신 염욕, 온수, 폴리머 수용액 등 냉각매질에 소재를 침지하는 방식의 기술이 제안된 바 있다. 침지식 냉각 방법은, 냉각 매질의 온도를 제어하여 송풍 방식 대비 높은 냉각 효능을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 냉매가 담긴 bath 에 선재가 침지 될 때, 소재 밀도가 높은 링 엣지부에도 냉매가 골고루 침투되어 송풍 냉각 대비 상대적으로 균일한 냉각을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
그런데, 소재 밀도가 높은 엣지부 주변의 냉매온도는 센터부 대비 상대적으로 높으므로, 엣지부는 상대적으로 높은 냉매 온도 조건에서 냉각됨에 따라 센터부와의 냉각 편차가 발생하게 된다. 이러한 냉각 온도 편차로 인하여 선재의 조직이 균질화되지 못하는 경우, 추후 가공 시 인장강도의 편차가 심화되어 단선이 발생하고, 제품 신뢰도에 문제가 있다.
이에, 엣지부와 센터부의 재질 편차를 억제할 수 있는 선재 및 그 제조방에 대한 개발이 요구된다.
본 발명은 강도 및 인성을 확보하면서도 엣지부와 센터부의 재질 편차를 억제할 수 있는 선재 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강도 및 단면 감소율 편차가 균일한 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 선재 압연하여 선재를 제조하는 단계; 상기 선재를 코일 형상으로 권취하는 단계; 상기 권취된 선재를 냉각조로 이송하는 단계; 이송된 선재를 링 엣지부의 깊이가 링 센터부의 깊이 보다 깊은 형상의 냉각조에 침지하는 단계; 및 냉각조에서 추출된 선재를 송풍 냉각하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각조에 침치되는 선재에서, 엣지부 깊이는 센터부 깊이의 3배 이상 5배 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 송풍 냉각하는 단계에서, 추출된 후 5초 이내의 구간에서 링 엣지부의 온도 상승을 50℃ 이하로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 권취된 선재를 3초 에서 6초 이내에 냉각조로 이송할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 링 형상의 선재를 8등분 하였을 때, 인장강도의 최대값과 최소값의 차이가 평균 인장강도의 3 % 미만이고, 단면감소율의 최대값과 최소값의 차이가 평균 단면 감소율의 5 % 미만일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 강도 및 단면 감소율 편차가 균일한 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, 링을 8등분 하였을 때, 인장강도의 최대값과 최소값의 차이가 평균 인장강도의 3 % 미만이고, 단면감소율의 최대값과 최소값의 차이가 평균 단면 감소율의 5 % 미만이다.
본 발명의 실시예에 따른 선재는 강도 및 인성을 확보하면서도 엣지부와 센터부의 재질 편차를 억제할 수 있어, 다양한 산업분야에 적용이 가능하다.
도 1은 링 형상의 선재의 이송방법을 간략히 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 선재의 냉각조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 선재의 냉각조를 개략적으로 도시한 도면이다.
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.
도 1은 링 형상의 선재의 이송방법을 간략히 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 선재는 레잉헤드(Laying Head)에 의해 직선 형태에서 비동심 원형 코일형태로 변형되는데, 선재 중 겹침 밀도가 높은 부분인 상하 엣지부와 상대적으로 겹침 밀도가 낮은 부분인 센터부가 상존한다. 이하, 엣지부 및 센터부라고 한다.
링 형상의 선재는 이송롤러에 의해 겹쳐진 상태로 이송되면서, 냉각 과정을 거친다. 이 때, 선재 코일의 겹침 밀도 차이에 의해, 선재의 부위별 냉각온도 편차가 발생한다. 선재의 냉각 온도 편차는 겹침 밀도 차에 비례하고, 탄소 함량이 높은 고탄소강의 경우에는 냉각 온도 편차가 더욱 커진다. 이러한 냉각 온도 편차로 인하여 선재의 조직이 균질화되지 못하는 경우, 추후 가공 시 인장강도의 편차가 심화되어 단선이 발생하고, 제품 신뢰도에 문제가 있다.
열연 압연과정을 거친 선재를 재가열 열처리를 거치지 않고 신선하는 경우에는, 신선 전 선재의 부위별 재질 편차를 최소화하는 것이 가장 중요한 이슈이다.
본 발명자들은 링 형상의 선재를 8등분 하여 인장 강도 및 단면 감소율(Reduction Area, RA)를 측정하였을 때, 인장강도의 최대값과 최소값의 차이가 평균 인장강도의 5 % 미만으로, 단면감소율의 최대값과 최소값의 차이가 평균 단면 감소율의 5 % 미만으로 도출되는 경우, 추가적인 열처리 없이 신선 가공을 거치더라도 최종 강선에서 재질 편차의 문제가 없음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이하, 본 발명의 일 측면인 강도 및 단면 감소율 편차가 균일한 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 강도 및 단면 감소율 편차가 균일한 선재는 후술할 합금조성을 만족하는 빌렛을 가열하는 단계와, 빌렛을 선재 압연하는 단계와, 선재를 코일 형상으로 권취하는 단계와, 선재를 제어된 조건에서 침지 냉각하는 단계를 포함하는 일련의 과정을 거쳐 제조될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따른 강도 및 단면 감소율 편차가 균일한 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 선재 압연하여 선재를 제조하는 단계; 상기 선재를 코일 형상으로 권취하는 단계; 상기 권취된 선재를 냉각조로 이송하는 단계; 이송된 선재를 링 엣지부의 깊이가 링 센터부의 깊이 보다 깊은 형상의 냉각조에 침지하는 단계; 및 냉각조에서 추출된 선재를 송풍 냉각하는 단계;를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 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 침지식 냉각방식을 적용할 경우, 과냉되어 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 침지식 냉각방식을 적용할 경우, 과냉되어 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.
먼저, 상술한 조성성분을 갖는 빌렛(Billet)을 제조한 후, 오스테나이트 단상으로 균질화하는 가열 단계를 거친다.
이 때, 가열온도의 범위를 950 내지 1,100℃로 한정할 수 있다. 본 발명에서는 후속하는 선재 압연의 온도 영역을 확보하고, 빌렛의 미세조직을 오스테나이트 단상으로 확보하기 위해, 빌렛의 가열 온도를 950℃ 이상으로 설정하였다. 한편, 상기 가열 온도가 과도할 경우에는, 스케일 생성 및 탈탄 현상으로 인해 표면 품질이 열위해지는 문제가 발생하므로, 가열 온도의 상한을 1,100℃로 한정할 수 있다.
이이서, 가열된 빌렛을 선재 압연한 후 냉각하는 단계를 거친다. 이때, 선재 압연 단계에서는 900 내지 1,000℃의 온도범위에서 마무리 압연을 수행하는 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(Austenite Grain Size, 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.
압연된 선재는 링 형태로 권취되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 권취 단계는 750 내지 950℃의 온도범위에서 수행될 수 있다. 여기서 권취온도는 선재 표면의 온도를 기준으로 한다.
다음으로, 권취된 선재를 냉각조로 이송하는 단계를 거친다. 권취 후에는 소재를 보호하는 피막 역할을 하는 스케일을 형성하기 위해, 침지 전 냉각조로 이동하는 시간을 제어할 필요가 있다. 통상적으로, 열간 압연을 거친 고온의 선재는 공기 중에 노출된 상태로 냉각조로 이동하는 과정에서 표면에 스케일이 형성된다. 선재 표면에 형성된 스케일은, 선재를 보호 피막 역할을 하는 바, 적절한 두께로 형성되는 것이 중요하다.
이 때, 침지식 냉각 방법을 적용한 선재의 최종 스케일 두께는 권취된 선재를 냉각조로 이송하는 시간에 따라 달라진다. 즉, 권취된 선재를 냉각조로 이송하는 시간이 증가할수록 스케일의 두께는 두꺼워진다.
본 발명에서는, 권취 후 침지까지의 시간을 3초 이상으로 제어함으로써 보호 피막 역할을 하는 스케일의 형성을 충분히 확보하고자 하였고, 스케일이 지나치게 두껍게 형성되어 냉각조 침지 시 열충격에 의하여 박리되는 문제를 고려하여 권취 후 침지까지의 시간을 6초 이하로 한정하였다.
이후, 이송 된 선재를 냉각조에 침지하여 냉각하는 단계를 거친다.
구체적으로, 링 엣지부의 깊이가 링 센터부의 깊이 보다 깊은 형상의 냉각조에 침지함으로써, 엣지부와 센터부에서의 냉각 매질의 온도 상승폭을 균일하게 제어하고자 하였다.
선재가 냉각조에 침지되면, 선재가 냉각됨에 따라 선재 주변의 냉각 매질의 온도는 조금씩 상승한다. 이 때, 냉각 매질 온도의 상승폭은 소재로부터 방출되는 열량에 비례한다. 구체적으로, 선재의 질량이 높을수록, 냉각에 관여하는 냉각 매질의 양이 적을수록 냉각 매질의 온도 상승폭은 커진다.
만약, 선재 엣지부와 센터부에서 냉각에 관여하는 유효 냉각 매질의 양이 동일하다면, 소재 밀도가 높은 엣지부 주변의 냉매온도는 센터부 대비 상대적으로 높으므로, 엣지부는 상대적으로 높은 냉매 온도 조건에서 냉각됨에 따라 센터부와의 냉각 편차가 발생하게 된다.
이에 따라, 본 발명에서는 엣지부 냉각에 직접적으로 관여하는 유효 냉매량을 센터부 대비 높이는 데 주목하고, 오랜 연구를 수행한 끝에 엣지부와 센터부에서 냉각조 바닥까지의 깊이가 유효 냉매량과 밀접한 영향이 있음을 발견하였다.
즉, 소재로부터 냉각조 바닥까지의 깊이가 깊으면 유효 냉매량이 많아지게 되어 냉매의 온도 상승폭이 낮아지고, 반대로 그 깊이가 얕으면 유효 냉매량이 줄어들어 냉매의 온도 상승폭이 높이지게 된다.
따라서, 링 엣지부에서의 깊이가 링 센터부의 깊이 보다 깊은 형상의 냉각조에 침지함으로써, 상대적으로 소재 밀도가 높은 링 엣지부에서의 냉각 매질의 온도 상승폭을 상쇄하고자 하였다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 선재의 냉각조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에서, 화살표 크기는 유효 냉매량에 따른 열방출 정도를 의미한다. 도 2를 참조하면, 통상적인 냉각조에 침지할 경우에는 엣지부와 센터부의 깊이가 동일함에 따라 열방출 정도가 유사하고, 이에 따라 엣지부와 센터부의 냉각 편차가 발생한다. 반면, 링 엣지부에서의 깊이가 링 센터부의 깊이 보다 깊은 형상의 냉각조에 침지할 경우에는 엣지부에서의 열방출 정도가 센터부 대비 큼에 따라 엣지부와 센터부의 냉각 편차를 감소시킬 수 있다.
바람직하게, 엣지부의 밀도가 센터부 대비 3배 이상인 점을 고려하여, 냉각조에 침지되는 선재에서, 엣지부 깊이는 센터부 깊이의 3배 이상 5배 이하로 한정할 수 있다.
또한, 냉각조에서의 냉매는 고온염, 온수, 폴리머수용액으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 전술한 침지단계를 거치더라도, 성분계 및 선경에 따라 펄라이트 상변태가 완료되지 않는 경우가 발생한다. 만약, 이 상태에서 공기 중 상변태가 수반된다면 변태발열이 억제되지 않아 라멜라 간격이 조대한 펄라이트가 형성되는 문제가 있다. 이러한 문제는 소재 밀도가 높은 엣지부에서 더욱 심하게 발생한다.
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.
본 발명에서는 이러한 현상을 고려하여, 선재를 냉각조에서 추출한 후, 5초 이내의 구간에서 엣지부의 온도 상승을 50℃ 이하로 제어하는 송풍 냉각 단계를 도입하였다.
추출 후 시간이 5초를 초과하는 경우에는, 공기 중 상변태가 완료되어 엣지부 발열을 억제하는 것이 무의미하고, 5초 이내 일지라도 발열에 의한 엣지부 온도 상승이 50℃를 초과하면, 냉각조 내부에서 생성된 펄라이트의 라멜라 간격이 상이한 미세조직이 도출되어 최종적으로 내부 재질이 균일한 선재를 확보할 수 없다.
상술한 제조방법에 따라 제조된 강도 및 단면 감소율 편차가 균일한 선재는, 링을 8등분 하였을 때, 인장강도의 최대값과 최소값의 차이가 평균 인장강도의 3 % 미만이고, 단면감소율의 최대값과 최소값의 차이가 평균 단면 감소율의 5 % 미만이다.
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, 8, 13mm로 선재 압연을 실시하였다. 이후 압연된 선재를 수냉한 후, 850℃에서 권취하여 코일 형상으로 제조하였다.
| (중량%) | C | Si | Mn | Nb | 직경 (mm) |
| 실시예1 | 0.60 | 0.30 | 0.90 | 0.05 | 5.5 |
| 실시예2 | 0.60 | 0.10 | 0.50 | 0.03 | 8.0 |
| 실시예3 | 0.60 | 0.30 | 0.90 | 0.05 | 13.0 |
| 실시예4 | 0.60 | 0.10 | 0.50 | 0.03 | 5.5 |
| 실시예5 | 0.60 | 0.50 | 0.50 | 0.05 | 8.0 |
| 실시예6 | 0.70 | 0.50 | 0.70 | 0.01 | 13.0 |
| 실시예7 | 0.70 | 0.10 | 0.20 | 0.03 | 5.5 |
| 실시예8 | 0.70 | 0.30 | 0.70 | 0.05 | 8.0 |
| 실시예9 | 0.70 | 0.50 | 0.70 | 0.01 | 13.0 |
| 실시예10 | 0.70 | 0.10 | 0.20 | 0.03 | 5.5 |
| 실시예11 | 0.70 | 0.30 | 0.70 | 0.05 | 8.0 |
| 실시예12 | 0.80 | 0.10 | 0.20 | 0.01 | 13.0 |
| 실시예13 | 0.80 | 0.10 | 0.20 | 0.01 | 5.5 |
| 실시예14 | 0.80 | 0.50 | 0.20 | 0.03 | 8.0 |
| 실시예15 | 0.80 | 0.30 | 0.90 | 0.01 | 13.0 |
| 실시예16 | 0.90 | 0.30 | 0.90 | 0.01 | 5.5 |
| 실시예17 | 0.90 | 0.50 | 0.70 | 0.05 | 8.0 |
| 실시예18 | 0.90 | 0.10 | 0.50 | 0.03 | 13.0 |
| 비교예1 | 0.70 | 0.10 | 0.20 | 0.03 | 5.5 |
| 비교예2 | 0.80 | 0.50 | 0.20 | 0.03 | 8.0 |
| 비교예3 | 0.90 | 0.10 | 0.50 | 0.03 | 13.0 |
| 비교예4 | 0.9 | 0.1 | 0.5 | 0.03 | 13 |
다음으로, 표 2에 기재된 조건에 따라 침지 및 송풍 냉각 조건을 달리하여 냉각하였다.
이후, 제조된 실시예 및 비교예 선재의 1링에 대해 8등분하여 인장강도, 단면 감소율(RA)을 측정한 후 평균값, 최대값과 최소값 차이의 평균값 대비 % 비율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 구체적으로, 강도 편차(%)는 (최대강도-최소강도)/평균강도 X 100으로, RA 편차(%)는 (최대RA-최소RA)/평균RA X 100을 통해 도출하였다.
| (중량%) | 권취에서 침지까지의 소요 시간 | 엣지부 깊이/센터부 깊이의 비 | 추출된 후 5초 이내 최대 발열 온도 | 평균 인장 강도 (MPa) | 강도 편차 (%) |
평균 RA (%) | RA 편차 (%) |
| 실시예1 | 3 | 4 | 50 | 1120 | 2.90 | 54 | 5 |
| 실시예2 | 5 | 4 | 20 | 1037 | 2.50 | 58.5 | 4.90 |
| 실시예3 | 6 | 3.2 | 50 | 1050 | 2.60 | 61.9 | 4.70 |
| 실시예4 | 4 | 3 | 10 | 1052 | 2.30 | 58.8 | 4.20 |
| 실시예5 | 6 | 3.5 | 40 | 1081 | 2.80 | 55.4 | 4.50 |
| 실시예6 | 6 | 3.5 | 20 | 1149 | 2.70 | 55.0 | 4.70 |
| 실시예7 | 4 | 4.2 | 40 | 1126 | 2.90 | 53.6 | 4.80 |
| 실시예8 | 3 | 4.2 | 20 | 1180 | 2.50 | 48.5 | 4.60 |
| 실시예9 | 6 | 4 | 30 | 1153 | 2.30 | 54.7 | 4.30 |
| 실시예10 | 6 | 3 | 50 | 1127 | 2.60 | 53.5 | 4.10 |
| 실시예11 | 3 | 4.2 | 30 | 1176 | 2.80 | 48.8 | 3.50 |
| 실시예12 | 4 | 3.5 | 30 | 1164 | 2.80 | 54.0 | 4.20 |
| 실시예13 | 6 | 4.2 | 10 | 1230 | 2.20 | 46.3 | 4.30 |
| 실시예14 | 5 | 3.2 | 30 | 1249 | 1.50 | 43.7 | 3.80 |
| 실시예15 | 5 | 3 | 10 | 1248 | 2.60 | 48.1 | 4.60 |
| 실시예16 | 4 | 4 | 20 | 1420 | 2.70 | 33.0 | 4.70 |
| 실시예17 | 5 | 3.2 | 40 | 1400 | 2.80 | 33.1 | 4.10 |
| 실시예18 | 3 | 3.5 | 10 | 1293 | 2.50 | 44.9 | 4.50 |
| 비교예1 | 2.9 | 4.2 | 40 | 1130 | 2.30 | 53.3 | 4.30 |
| 비교예2 | 5 | 2.9 | 30 | 1249 | 3.02 | 43.7 | 5.01 |
| 비교예3 | 3 | 3.5 | 51 | 1293 | 3.20 | 44.9 | 5.10 |
| 비교예4 | 3 | 1 | 45 | 1291 | 3.7 | 44.8 | 6.5 |
실시예 및 비교예 선재의 1링에 대해 8등분한 각 시편의 인장강도, 단면 감소율(RA)은 하기 표 3과 같다.
| 시편번호 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 실시예1 | TS [MPa] | 1,133 | 1,126 | 1,101 | 1,113 | 1,121 | 1,124 | 1,125 | 1,117 |
| RA [%] | 55.0 | 54.5 | 52.4 | 53.4 | 54.1 | 54.4 | 54.5 | 53.7 | |
| 실시예2 | TS [MPa] | 1,021 | 1,030 | 1,038 | 1,041 | 1,042 | 1,034 | 1,047 | 1,043 |
| RA [%] | 56.8 | 57.9 | 58.6 | 58.9 | 59.0 | 58.2 | 59.6 | 59.0 | |
| 실시예3 | TS [MPa] | 1,055 | 1,047 | 1,061 | 1,056 | 1,033 | 1,043 | 1,051 | 1,054 |
| RA [%] | 62.4 | 61.6 | 63.1 | 62.4 | 60.2 | 61.3 | 62.0 | 62.3 | |
| 실시예4 | TS [MPa] | 1,058 | 1,037 | 1,045 | 1,053 | 1,056 | 1,057 | 1,049 | 1,061 |
| RA [%] | 59.3 | 57.2 | 58.2 | 58.9 | 59.2 | 59.3 | 58.5 | 59.7 | |
| 실시예5 | TS [MPa] | 1,078 | 1,093 | 1,087 | 1,063 | 1,074 | 1,082 | 1,085 | 1,086 |
| RA [%] | 55.1 | 56.4 | 55.9 | 53.9 | 54.8 | 55.5 | 55.8 | 55.9 | |
| 실시예6 | TS [MPa] | 1,130 | 1,142 | 1,150 | 1,153 | 1,154 | 1,146 | 1,162 | 1,155 |
| RA [%] | 53.4 | 54.4 | 55.1 | 55.4 | 55.5 | 54.7 | 56.0 | 55.5 | |
| 실시예7 | TS [MPa] | 1,107 | 1,119 | 1,127 | 1,130 | 1,131 | 1,123 | 1,139 | 1,132 |
| RA [%] | 52.0 | 53.0 | 53.7 | 54.0 | 54.1 | 53.3 | 54.6 | 54.1 | |
| 실시예8 | TS [MPa] | 1,192 | 1,186 | 1,162 | 1,173 | 1,181 | 1,184 | 1,185 | 1,177 |
| RA [%] | 49.3 | 49.0 | 47.1 | 47.9 | 48.6 | 48.9 | 49.0 | 48.2 | |
| 실시예9 | TS [MPa] | 1,159 | 1,137 | 1,146 | 1,154 | 1,157 | 1,158 | 1,150 | 1,163 |
| RA [%] | 55.2 | 53.2 | 54.1 | 54.8 | 55.1 | 55.2 | 54.4 | 55.6 | |
| 실시예10 | TS [MPa] | 1131 | 1132 | 1124 | 1139 | 1133 | 1109 | 1120 | 1128 |
| RA [%] | 53.9 | 54.0 | 53.2 | 54.3 | 54.0 | 52.1 | 52.9 | 53.6 | |
| 실시예11 | TS [MPa] | 1,157 | 1,169 | 1,177 | 1,180 | 1,181 | 1,173 | 1,189 | 1,182 |
| RA [%] | 47.6 | 48.2 | 48.9 | 49.2 | 49.3 | 48.5 | 49.3 | 49.3 | |
| 실시예12 | TS [MPa] | 1,177 | 1,170 | 1,145 | 1,157 | 1,165 | 1,168 | 1,169 | 1,161 |
| RA [%] | 54.8 | 54.5 | 52.5 | 53.4 | 54.1 | 54.4 | 54.5 | 53.7 | |
| 실시예13 | TS [MPa] | 1213 | 1223 | 1231 | 1234 | 1235 | 1227 | 1241 | 1236 |
| RA [%] | 45.0 | 45.7 | 46.4 | 46.7 | 46.8 | 46.0 | 47.0 | 46.8 | |
| 실시예14 | TS [MPa] | 1,255 | 1,255 | 1,237 | 1,242 | 1,250 | 1,253 | 1,254 | 1,246 |
| RA [%] | 44.2 | 44.2 | 42.5 | 43.1 | 43.8 | 44.1 | 44.2 | 43.4 | |
| 실시예15 | TS [MPa] | 1,254 | 1,229 | 1,241 | 1,249 | 1,252 | 1,253 | 1,245 | 1,261 |
| RA [%] | 48.6 | 46.7 | 47.5 | 48.2 | 48.5 | 48.6 | 47.8 | 48.9 | |
| 실시예16 | TS [MPa] | 1,436 | 1,426 | 1,398 | 1,413 | 1,421 | 1,424 | 1,425 | 1,417 |
| RA [%] | 33.5 | 33.5 | 31.9 | 32.4 | 33.1 | 33.4 | 33.5 | 32.7 | |
| 실시예17 | TS [MPa] | 1,417 | 1,406 | 1,377 | 1,393 | 1,401 | 1,404 | 1,405 | 1,397 |
| RA [%] | 33.7 | 33.6 | 32.3 | 32.5 | 33.0 | 33.5 | 33.4 | 32.8 | |
| 실시예18 | TS [MPa] | 1,290 | 1,306 | 1,299 | 1,274 | 1,286 | 1,294 | 1,297 | 1,298 |
| RA [%] | 44.6 | 45.6 | 45.4 | 43.6 | 44.3 | 45.0 | 45.3 | 45.4 | |
| 비교예1 | TS [MPa] | 1,136 | 1,114 | 1,123 | 1,131 | 1,134 | 1,135 | 1,127 | 1,140 |
| RA [%] | 53.8 | 51.9 | 52.7 | 53.4 | 53.7 | 53.8 | 53.0 | 54.1 | |
| 비교예2 | TS [MPa] | 1,265 | 1,255 | 1,227 | 1,242 | 1,250 | 1,253 | 1,254 | 1,246 |
| RA [%] | 44.5 | 44.2 | 42.3 | 43.1 | 43.8 | 44.1 | 44.2 | 43.4 | |
| 비교예3 | TS [MPa] | 1,299 | 1,269 | 1,286 | 1,294 | 1,297 | 1,298 | 1,290 | 1,311 |
| RA [%] | 45.4 | 43.5 | 44.3 | 45.0 | 45.3 | 45.4 | 44.6 | 45.8 | |
| 비교예4 | TS [MPa] | 1,299 | 1,291 | 1,308 | 1,298 | 1,260 | 1,287 | 1,285 | 1,296 |
| RA [%] | 45.3 | 44.3 | 46 | 45.3 | 43.1 | 44.2 | 44.9 | 45.2 |
표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 합금 조성과 제조방법을 만족하는 실시예 1 내지 18의 선재는, 권취 후 침지까지의 시간을 3초 이상 6초 이하로 제어하고, 링 엣지부의 깊이가 링 센터부의 깊이 3배 이상 보다 깊은 형상의 냉각조에 침지하여 엣지부와 센터부에서의 냉각 매질의 온도 상승폭을 균일하게 제어하고, 선재를 냉각조에서 추출한 후, 5초 이내의 구간에서 엣지부의 온도 상승을 50℃ 이하로 제어하는 송풍 냉각 조건을 만족하여, 강도 및 인성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 선재 엣지부와 센터부의 재질 편차를 억제할 수 있다. 이에 따라, 링 형상의 선재를 8등분 하였을 때, 인장강도의 최대값과 최소값의 차이가 평균 인장강도의 3 % 미만이고, 단면감소율의 최대값과 최소값의 차이가 평균 단면 감소율의 5 % 미만으로 나타나, 선재 엣지부와 센터부의 재질이 균일함을 확인할 수 있었다.
비교예 1 내지3 은 합금조성은 본 발명에서 제안하는 바를 만족하나, 제조공정 조건이 본 발명을 벗어나므로 비교예로 표기한 것이다.
비교예 1은 강도 편차를 3% 미만으로, RA 편차를 5% 미만으로 확보한 경우이나, 권취에서 침지까지의 시간이 3초 미만으로 짧아 보호 피막 역할을 하는 스케일이 충분히 형성되지 않는 경우이다. 보호 피막이 충분히 형성되지 않았다는 것은 소재의 단면 표층부에서 스케일의 두께를 측정하였을 때 두께 3 ㎛ 이하인 영역이 전체의 50% 이상인 경우를 의미한다.
비교예 2는 선재를 침지 냉각할 때, 링 엣지부의 깊이를 링 센터부의 깊이의 3배 이상으로 확보할 수 없어, 상대적으로 소재 밀도가 높은 링 엣지부에서의 냉각 매질의 온도 상승폭을 상쇄할 수 없었으며, 강도 편차는 3.02%로 나타나 선재 엣지부와 센터부의 재질이 균일하지 못함을 확인할 수 있었다.
비교예 3은 선재를 냉각조에서 추출한 후, 5초 이내의 구간에서 엣지부의 온도 상승을 50℃ 이하로 억제할 수 없어, 펄라이트의 라멜라 간격이 상이한 미세조직이 도출됨에 따라 강도 편차는 3.20%, RA 편차는 5.10%로 나타나 선재 엣지부와 센터부의 재질이 균일하지 못함을 확인할 수 있었다.
비교예 4는 링 엣지부와 센터부의 깊이의 비가 1인 통상적인 냉각조에 침지한 경우로, 소재 밀도가 높은 엣지부와 소재 밀도가 상대적으로 낮은 센터부와의 냉각 편차가 발생함에 따라 강도 편차는 3.7%, RA 편차는 6.5%로 나타나 비교예 1 내지 3에 비해 선재 엣지부와 센터부에서의 재질 편차가 더 심화된 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 침지식 냉각을 적용할 때, 링 엣지부와 센터부의 냉각을 균일하게 하여 엣지부 및 센터부의 재질이 균일한 선재를 도출하였다. 이에 따라, 선재에 추가적인 열처리 과정을 거치지 않고, 곧바로 신선 가공을 적용하더라도 최종 강선에서의 재질 편차 문제를 해결할 수 있었다.
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 (6)
- 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 선재 압연하여 선재를 제조하는 단계;
상기 선재를 코일 형상으로 권취하는 단계;
상기 권취된 선재를 냉각조로 이송하는 단계;
이송된 선재를 링 엣지부의 깊이가 링 센터부의 깊이 보다 깊은 형상의 냉각조에 침지하는 단계; 및
냉각조에서 추출된 선재를 송풍 냉각하는 단계;를 포함하고,
냉각조에 침치되는 선재에서, 엣지부 깊이는 센터부 깊이의 3배 이상 5배 이하이고,
상기 송풍 냉각하는 단계에서, 추출된 후 5초 이내의 구간에서 링 엣지부의 온도 상승을 50℃ 이하로 제어하고,
상기 권취된 선재를 3초 에서 6초 이내에 냉각조로 이송하는, 강도 및 단면 감소율 편차가 균일한 선재의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
링 형상의 선재를 8등분 하였을 때, 인장강도의 최댓값과 최솟값의 차이가 평균 인장강도의 3 % 미만이고,
단면감소율의 최댓값과 최솟값의 차이가 평균 단면 감소율의 5% 미만인 강도 및 단면 감소율 편차가 균일한 선재의 제조방법. - 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,
링을 8등분 하였을 때, 인장강도의 최댓값과 최솟값의 차이가 평균 인장강도의 3 % 미만이고, 단면감소율의 최댓값과 최솟값의 차이가 평균 단면 감소율의 5 % 미만인 강도 및 단면 감소율 편차가 균일한 선재.
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