KR19980036734A - 신선성 및 스케일 박리성이 우수한 선재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신선성 및 스케일 박리성이 우수한 선재의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 탄소강에서 변태시 페라이트 핵생성 위치가 되는 오스테나이트 결정립을 성장시키는 방법으로 연료비의 상승이 되는 가열온도의 상승을 피하고, 레잉헤드(Laying Head, 코일링)온도의 상승 및 냉각속도를 제어하여 오스테나이트→페라이트 변태를 610℃-500℃의 온도 범위에서 시킴으로써 소재의 신선성 향상 및 스케일의 박리성이 우수한 신선용 선재를 제거하는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로 C:0.3-0.7%, Mn:0.1-1%, Si:0.1-0.5%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유한 강를 1000℃ 이상에서 선재로 열간압연한 다음, 900℃ 이상에서 코일링한 후, 610-500℃의 온도범위에서 오스테나이트에서 펄라이트로의 변태가 일어나도록 냉각하는 신선성 및 스케일 박리성이 우수한 선재의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

신선성 및 스케일 박리성이 우수한 선재의 제조방법

본 발명은 와이어로프, 비드와이어, 스프링 등으로 사용되는 선재의 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 신선성 및 스케일 박리성이 우수한 신선용 선재의 제조방법에 관한 것이다.

통상, 신선용으로 사용하는 탄소강은 0.4% 이상의 탄소를 함유한 강으로써, 목적하는 제품의 강도 및 선경 등에 알맞도록 그 성분을 선택적으로 제어한다. 용도별로 성분조정이 끝난 강은 선재로 제조하고, 제조된 선재는 산세 등에 의하여 스케일을 박리한 다음 윤활재를 코팅(coating)한 후 신선 가공에 의하여 제품을 생산한다.

상기 스케일 박리 방법은 과거에는 산을 이용한 방법이 널리 이용되었으나 최근 환경문제 등에 의하여 산에 의한 박리보다는 기계적 박리에 의한 스케일 박리가 점차 널리 보급되고 있다. 이러한 기계적 박리에 의한 스케일 제거를 위하여서는 냉각도중 결정되는 스케일의 두께가 어느 정도 두꺼워야 한다. 이러한 기계적 성질을 필요로 하는 소재로 사용되어지는 탄소강은 통상 탄소량에 비례하여 페라이트와 펄라이트의 2상 조직 또는 펄라이트의 단상의 미세조직을 나타내며, 각 상 분률의 변화에 의하여 기계적 성질이 다양하게 변한다. 현재 주로 사용되는 0.4wt% C 강의 경우는 20% 내외의 페라이트를 포함하고, 0.6wt% C의 경우는 10% 내외의 페라이트를 포함하고 있는데, 이러한 2상 조직을 신선가공을 할 경우 연한 페라이트와 비교적 강한 펄라이트의 계면 및 결정립계 세멘타이트에서 균일이 우선적으로 발생하여 신선성이 저하하게 된다.

한편, 탄소강의 신선성을 향상시키는 종래의 기술로는 대부분의 경우 0.7% 이상의 고탄소강에서 오스테나이트의 결정립을 미세화시켜 고탄소강의 신선성을 확보하고자 하는 다음과 같은 방법들이 제시되고 있다.

먼저, 미국특허 US 5156692는 고온에서 변형을 가하여 오스테나이트 결정립의 크기를 5㎛ 정도로 제어하여 고강도 고연성을 확보하는 기술이다. 이 발명은 오스테나이트의 결정립 크기를 제어하여 이후 펄라이트 상의 코로니 및 충격간격의 미세화에 따른 신선성의 향상을 꾀할 것이다.

다음으로, 일본공개특허공보 평 6-136452는 페이턴팅 처리시 AIN을 석출시켜 오스테나이트 결정립 성장을 억제시키는 방법이다.

그러나, 상기 두 방법의 오스테나이트 결정립 크기의 미세화는 중탄소강의 경우 페라이트의 분률을 증대시켜 신선성을 오히려 악화시켜 중탄소강에서는 적용시키기 어렵다.

또한, 일본공개 특허공보 평4-325627은 강에 Si를 다량 첨가시켜 고용강화에 의한 강도 및 연성을 꾀하는 방법이나, Si가 다량 첨가되면 압연시 탈탄을 촉진시키는 문제점이 있다.

또한, 본 발명자들도 동일 성분계에서 펄라이트의 분률을 증대시키면 결정립계 세멘타이트와 페라이트/펄라이트 계면이 감소하여 신선성을 향상시킬 수 있을 것이라는 점에 착안하여, 탄소강의 미세조직 제어에 따른 신선거동을 조사하고 그 결과로서 신선성을 증개시킬 수 있는 방법으로 대한민국 특허출원 제95-56693호를 제시한 바 있다. 그러나, 펄라이트 분률을 증가시키기 위하여 가열온도를 상승시키는 것은 원가가 다소 상승하는 문제점이 있다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 탄소강에서 변태시 페라이트 핵생성 위치가 되는 오스테나이트 결정립을 성장시키는 방법으로 연료비의 상승이 되는 가열온도의 상승을 피하고 코일링(레잉헤드(Laying Head)) 온도의 상승 및 냉각속도를 제어하여 오스테나이트→펄라이트 변태를 610-500℃의 온도범위에서 시킴으로써 소재의 신선성 향상 및 스케일의 박리성이 우수한 신선용 선재를 제조하는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 종래재와 발명재의 신선성의 변화를 나타낸 그래프

도 2는 오스테나이트 결정립 크기변화에 따른 신선성의 변화를 나타낸 그래프

도 3은 변태온도에 따른 신선성의 변화를 나타낸 그래프

본 발명은 중량%로, C:0.3-0.7%, Mn:0.1-1%, Si:0.1-0.5%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유한 강을 1000℃ 이상에서 선재로 열간압연한 다음, 900℃ 이상에서 코일링한 후, 610-500℃의 온도범위에서 오스테나이트에서 펄라이트로의 변태가 일어나도록 냉각하는 신선성 및 스케일 박리성이 우수한 선재의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 성분한정 이유를 설명한다.

상기 C는 강도상승에 가장 효과적인 원소로써, 사용용도에 따라 그 첨가량이 변화하나, 그 함량이 0.3% 이하로 되는 경우에는 기지조직이 페라이트로 되어, 펄라이트 분률을 증대시키는 것보다 페라이트의 분률을 증대시키는 것이 훨씬 용이해지는 문제가 있다. 또한, C 함량이 0.7% 이상에서는 오스테나이트 결정립 크기가 미세하여도 펄라이트 분률이 95% 이상이 되어 오스테나이트 결정립 크기의 증대에 따른 펄라이트 분률의 증가는 거의 없고 오히려 오스테나이트 결정립 조대화에 의해 연성이 감소한다. 따라서, 본 발명에서는 C의 함량을 0.3-0.7%로 한정한다.

상기 Si은 강의 탈산에 필요한 원소로써 그 함량이 0.1% 이하인 경우에는 탈산효과가 충분하지 않고, 그 함량이 0.5% 이상인 경우에는 선재제조시 가열로에서 빌렛의 탈탄을 조장한다. 따라서, 본 발명에서는 그 함량을 0.1-0.5%로 한정한다.

상기 Mn은 강의 제조시 탈산효과 뿐만 아니라 소재내의 황과 더불어 유화망간(MnS)을 형성시켜 황에 의한 적열취성을 방지하고, 또한 강도상승과 펄라이트 층간 간격을 미세화시키는 매우 효과적인 원소로써, 이러한 효과를 얻기 위해서는 Mn의 함량이 0.1 이상이 되어야 한다. 그러나, Mn이 과다하게 함유될 경우 편석이 발생할 가능성이 높고, 마르텐사이트가 발생하는 임계속도가 낮추어 진다. 이러한 현상은 변태온도를 610-500℃로 적절히 제어함으로써 베이나이트 혹은 마르텐사이트의 형성을 억제함으로써 어느 정도 방지할 수 있으나, 상기 Mn은 다른 원소에 비하여 신선한계를 현저히 저하시킴으로써 그 함량을 0.1%로 제한한다.

본 발명에서는 상기와 같이 구성되는 강을 1000℃ 이상에서 선재로 열간압연한 다음, 900℃ 이상에서 코일링하는 과정을 거치는데, 다음에서 이에 대하여 설명한다.

상기 열간압연은 통상적으로 행해지는 온도인 1000℃ 이상에서 행한다.

그리고, 상기 코일링 온도는 레잉헤드(Laying Head) 온도라고도 하는데, 이 온도는 900℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 코일링이 900℃ 이하에서 행해지는 경우 오스테나이트 결정립의 성장이 불충분해서 결정립의 크기가 20㎛ 이하가 되어 펄라이트 분률이 적어짐으로써 신선성이 저하되기 때문이다. 또한, 900℃ 이상인 경우에는 스케일층의 두께가 두꺼워져 박리성이 보다 향상되기 때문이다. 이와 같은 이유로 본 발명에서는 코일링을 900℃ 이상에서 행하는 것이고, 보다 바람직하게는 900-1000℃ 범위에서 행하는 것이 좋다.

상기와 같은 조건의 열간압연 및 코일링을 거침으로써 오스테나이트 결정립 크기가 20-40㎛로 제어된다. 상기 오스테나이트 결정립의 크기가 20㎛ 이하인 경우는 펄라이트 분률이 떨어져 신선성이 저하되고, 크기가 40㎛ 이상인 경우는 연성이 떨어진다. 따라서, 오스테나이트 결정립의 크기는 20-40㎛ 범위가 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 상기 코일링후, 610-500℃ 온도범위에서 오스테나이트에서 펄라이트로의 변태가 일어나도록 냉각하는 과정을 거치는데, 다음에서 이에 대하여 설명한다.

코일링후 냉각함에 있어 500℃ 미만에서는 상부 베어나이트가 생성되어 신선성을 저하시키고, 610℃ 이상에서는 펄라이트중의 세멘타이트층의 두께가 너무 두꺼워져 신선성이 떨어진다. 따라서, 본 발명에서는 610-500℃ 온도범위에서 오스테나이트→펄라이트 변태가 일어나도록 냉각하는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

하기표 1과 같은 화학성분을 갖는 강괴를 160×160mm 강편(billet)으로 연속주조한 후 가열온도 및 코일링 온도를 하기표 2와 같이 변화시켜 압연한 후, 오스테나이트 결정립 크기(AGS)와 초석 페라이트양의 미세조직 변화 및 이에 따른 기계적 성질의 변화와 스케일(scale) 박리성을 측정하였다. 하기표 1의 강 1에 대한 측정결과를 하기표 2에 나타내었고, 이때 소재의 신선성을 단면감소율로 평가하여 그 결과를 도 1에 나타내었다.

하기표 2 및 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조건을 만족하는 발명재는 종래재나 비교재에 비해 소재의 연성이 증가되었고, 신선성도 향상되었으며, 특히 스케일 박리성은 매우 우수함을 보였다.

[표 1]

[표 2]

[실시예 2]

도 2는 상기표 1의 강 2의 오스테나이트 결정립 크기 변화에 따른 신선성의 변화를 보여주고 있다. 도 2에 나타난 바와 같이 오스테나이트 결정립이 9㎛에서 27㎛로 증가함에 따라 신선성이 증가하고 있으나 오스테나이트 결정립 크기가 45㎛로 더욱 성장하면 다시 신선성이 감소함을 알 수 있다. 따라서 신선성을 향상시키는데는 적정 범위의 오스테나이트 결정립 크기가 존재함을 알 수 있다. 한편 도 3은 상기 표 1의 강 3의 변태온도에 따른 신선성의 변화를 보여주고 있는데 변태온도가 650℃에서는 신선성이 급격히 감소하여 신선 도중 단선이 발생하였으나 변태온도가 낮아짐에 따라 신선성은 증가하고 있다. 그러나 450℃에서 변태될 경우 신선변형량 ε(2×ln(신선된 후의 단면적/초기단면적)이 2.5이상에서는 단면감소률은 큰 차이가 나지 않으나 비틀림시험시 디라미네이숀(delamination)이 발생하여 신선성이 현저히 감소하였다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 열연온도를 제어하여 적정한 오스테나이트 결정립 크기를 얻고, 변태온도를 제어하여 펄라이트 분률을 증대시킴으로써, 탄소강의 신선가공 향상 및 스케일 박리성이 우수하여 기계적 박리에 의한 스케일 제거율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 중량%로 C:0.3-0.7%, Mn:0.1-1%, Si:0.1-0.5%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 함유한 강를 1000℃ 이상에서 선재로 열간압연한 다음, 900℃ 이상에서 코일링한 후, 610-500℃의 온도범위에서 오스테나이트에서 펄라이트로의 변태가 일어나도록 냉각하는 신선성 및 스케일 박리성이 우수한 선재의 제조방법
2. 제1항에 있어서,

   상기 오스테나이트 결정립의 크기가 20-40㎛인 것을 특징으로 하는 신선성 및 스케일 박리성이 우수한 선재의 제조방법
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 코일링이 900-1000℃의 온도범위에서 행해지는 것을 특징으로 하는 신선성 및 스케일 박리성이 우수한 선재의 제조방법