KR20010011965A - 기계적 스케일 박리성이 우수한 특수 와이어로프용 경강선재제조방법 - Google Patents

기계적 스케일 박리성이 우수한 특수 와이어로프용 경강선재제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 염산이나 황산을 사용해서 화학적으로 선재 표면의 스케일을 박리하는 산세법을 회피하고, 특수 와이어로프용 경강선재 제조시 열간압연 후 적정한 권취온도의 부여와 함께, 권취후 온도 단계별로 엄격한 공랭 속도제어를 행함으로써 소재의 기계적 성질을 우수하게 유지하면서 스케일 박리성이 향상될 수 있도록 한 기계적 스케일 박리성이 우수한 특수 와이어로프용 경강선재 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 특수 와이어로프용 경강선재를 제조하는 방법에 있어서, 중량 %로, 탄소(C):0.42∼0.59%, 실리콘(Si):0.15∼0.35%, 망간(Mn):0.60∼0.90%, 인 (P):0.030% 이하, 황(S):0.30% 이하, 잔부는 철(Fe) 및 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함하는 소재를 열간압연한 후에 900∼1000℃의 온도로 냉각하고, 700℃ 이상에서 13℃/sec 이하의 평균 냉각속도로서 공랭하며, 700℃ 이하에서 8∼17℃/sec 이하의 평균 냉각속도로서 공랭하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

Description

기계적 스케일 박리성이 우수한 특수 와이어로프용 경강선재 제조방법{A METHOD OF MANUFACTURING HARD-STEEL WIRE ROD FOR SPECIAL WIRE ROPE HAVING EXCELLENT MECHANICAL SCALE SPALLING-PROPERTY}
본 발명은 기계적 스케일 박리성이 우수한 특수 와이어로프용 경강선재 제조방법에 관한 것으로, 특히 염산이나 황산을 사용해서 화학적으로 선재 표면의 스케일을 박리하는 산세법을 회피하고, 특수 와이어로프용 경강선재 제조시 열간압연 후 적정한 권취온도의 부여와 함께, 권취후 온도 단계별로 엄격한 공랭 속도제어를 행함으로써 소재의 기계적 성질을 우수하게 유지하면서 스케일 박리성이 향상될 수 있도록 한 기계적 스케일 박리성이 우수한 특수 와이어로프용 경강선재 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 선재 제조장치의 구성도로서, 일반적으로 선재(Wire rod)를 제조하기 위해서는 도 1에 나타난 바와 같이 연속주조한 빌렛(Billet)을 선재 압연기(1)에서 열간압연 후 수냉장치(2)에 의해 냉각개시온도(이하 권취온도라 함)까지 급속히 냉각한 다음, 권취기(3)에서 링(Ring)상으로 낙하시켜서 냉각 콘베이어(5)에서 선재 코일(4)을 이송하면서 송풍기(6)에 의해 공랭속도를 적절히 제어하면서 주문자의 용도 특성에 맞는 제품을 제조하게 되며, 미설명 부호 7은 집적기이다.
한편, 와이어 로프용 경강선재의 경우 제품의 물성치로서 가장 중요한 항목이 적정한 인장강도와 신선(Pig iron)가공시의 가공성 확보로서, 이를 위해서는 권취기(3)이후 냉각 콘베이어(5)에서 공랭시 제어 냉각을 함으로써 미세하고 균일한 퍼얼라이트(Pearlite)조직을 얻는 것이 필수적이다.
이를 위해서 권취기(3)에서의 권취 온도를 880℃ 정도로 유지하고, 냉각 콘베이어(5)에서 공랭을 초당 10∼20℃ 냉각하여 신선가공성이 우수하고 또한, 신선가공 후 원하는 인장강도를 확보할 수 있는 선재를 생산한다.
이와 같이 제어냉각 공정을 지나는 동안 선재의 표면에는 얇은 스케일(Scale)이 생성되는 바, 이러한 스케일이 완전히 탈락되지 않고 선재의 표면에 잔존하게 되면 후속 신선 공정의 전처리인 피막처리시 균일한 표면조건을 확보할 수가 없게 되어 신선가공시 표면 결함이나 단선의 발생등 심각한 문제점으로 작용하며, 선재를 주문자들이 가공하기에 앞서 반드시 상기 스케일의 박리공정을 거치게 된다.
이러한 스케일의 박리방법으로는 주로 염산이나 황산을 사용해서 화학적으로 처리하는 산세법이 일반적으로 사용되고 있다.
이러한 산세법에 의한 스케일 제거시에는 스케일의 두께가 얇을 수록 유리하므로 지금까지는 합금 성분, 열간압연후의 냉각속도등을 조정하는 방법을 이용해 얇은 스케일을 형성시키는 한편, 산성용액내에서 쉽게 용해 탈락되는 스케일을 형성시켜 왔다. 이러한 화학적 산세법은 기계적 박리법에 비해 상당한 비용이 들고, 공해 방지시설이 필요하며, 그 규제 또한 엄격해지고 있는 실정이다.
따라서 염산이나 황산을 사용하지 않고 기계적으로 스케일을 제거하기 위한 방법이 제안되고 있는 바, 이에는 반복굽힘법, 쇼트 블라스트(Shot blast)법, 에어 블라스트(Air blast)법등이 널리 사용되고 있다.
이들 기계적인 박리법은 산세법만큼 박리성이 우수하지는 않지만, 공해가 적고 제조 및 원가측면에서 유리하므로 최근 신선업계에서는 기계적 박리후에 약한 산세를 하는 복합적인 방법과 기계적 박리만으로 스케일을 제거시키는 방법등이 채택되고 있다.
그러나, 기계적 박리법은 산세법에 비해서 스케일의 잔존율이 높기 때문에 선재를 생산하는 과정에서부터 기계적 박리성이 우수한 스케일을 형성시키는 것이 요구되고 있다.
통상 선재의 제조시 권취온도를 880℃ 정도로 유지하고, 냉각 콘베이어에서 공랭을 10∼20℃/sec 냉각하는 동안에 스케일이 생성되며 이 스케일의 대부분은 뷰스타이트(Wustite)인 FeO로 이루어지는 데, 570℃ 이하의 온도에서는 뷰스타이트(Wustite)인 FeO보다는 마그네타이트(Magnetite)인 Fe3O4가 열역학적으로 안정하기 때문에 이 온도 범위에서 오랜 시간 유지하면 뷰스타이트(Wustite)는 마그네타이트(Magnetite)로 변태하게 된다.
이렇게 변태된 마그네타이트(Magnetite)는 지철과 뷰스타이트(Wustite) 경계면에서 석출하여 지철과 접착력이 큰 마그네타이트심(Magnetite seam)이라는 스케일 층을 형성하게 되므로 스케일 박리성을 향상시키기 위해서는 상기 마그네타이트심이 형성되지 않도록 하는 것이 중요하다.
따라서 특수 와이어로프용 경강선재의 경우에는 상변태가 완료되는 570℃ 이하의 온도에서는 가능한 한 이 온도 구간을 빨리 통과시키도록 하는 것이 효과적이다.
이에 본 발명자들은 특수 와이어로프용 경강선재의 권취온도와 냉각 콘베이어상에서 공랭 속도의 조정을 통하여 최종 선재 제품의 물성에는 영향을 미치지 않으면서 스케일의 기계적 박리성을 향상시키는 방법에 대해 심도 있게 연구한 결과, 다음과 같은 사실을 인식하게 되었다.
첫째, 권취온도가 900℃ 보다 낮으면 초기 냉각 시점에서 뷰스타이트(Wustite) 발생량에 비해 마그네타이트(Magnetite) 점유 구성비가 상대적으로 증가하기 때문에 이는 최종 제품에서 기계적인 박리성을 저해하는 주요인이 된다.
둘째, 변태 개시 이전인 700℃ 이상의 온도에서 냉각 속도가 빠르면 뷰스타이트(Wustite)인 FeO가 충분한 두께로 성장하지 못한다.
셋째, 570℃ 이하의 온도에서 오래 유지하게 되면 열역학적으로 안정한 마그네타이트심(Magnetite seam) 생성에 의한 지철과의 접착력이 커서 스케일 박리성에 치명적인 영향을 미친다.
본 발명은 이와 같은 연구 결과에 근거하여 창안된 것으로, 특수 와이어로프용 경강선재 제조시 열간압연 후 적정한 권취온도와 권취후 온도 단계별로 엄격한 공랭 속도제어를 행함으로써 기계적 성질을 우수하게 유지하면서 기계적 스케일 박리성이 뛰어난 특수 와이어로프용 경강선재 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 선재 제조장치의 구성도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 선재 압연기 2 : 수냉장치
3 : 권취기 4 : 선재 코일
5 : 냉각 콘베이어 6 : 송풍기
7 : 집적기
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 특수 와이어로프용 경강선재를 제조하는 방법에 있어서, 중량 %로, 탄소(C):0.42∼0.59%, 실리콘(Si):0.15∼0.35%, 망간(Mn):0.60∼0.90%, 인(P):0.030% 이하, 황(S):0.30% 이하, 잔부는 철(Fe) 및 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함하는 소재를 열간압연한 후에 900∼1000℃의 온도로 냉각하고, 700℃ 이상에서 13℃/sec 이하의 평균 냉각속도로서 공랭하며, 700℃ 이하에서 8∼17℃/sec 이하의 평균 냉각속도로서 공랭하여 제조되는 것을 특징으로 하는 기계적 스케일 박리성이 우수한 특수 와이어로프용 경강선재 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 특수 와이어로프용 경강선재 제조시 열간압연 후 적정한 권취온도의 부여와 함께, 권취후 온도 단계별로 엄격한 공랭 속도제어를 행함으로써 소재의 기계적 성질을 우수하게 유지하면서 기계적 스케일 박리성이 향상될 수 있는 특수 와이어로프용 경강선재를 제조할 수 있도록 구성하여 된 것이다.
이에 따라 중량 %로, 탄소(C):0.42∼0.59%, 실리콘(Si):0.15∼0.35%, 망간(Mn):0.60∼0.90%, 인(P):0.030% 이하, 황(S):0.30% 이하, 잔부는 철(Fe) 및 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함하는 소재를 가열한 후, 선재 압연기에 의해 열간압연을 실시한 후에 수냉장치를 통해 900∼1000℃의 온도로 냉각하고, 송풍기를 통해 700℃ 이상에서 13℃/sec 이하의 평균 냉각속도로 공랭하며, 700℃ 이하에서 8∼17℃/sec 이하의 평균 냉각속도로 공랭하여 기계적 성질을 동일하게 유지하면서 스케일의 기계적 박리성이 우수한 특수 와이어로프용 경강선재의 제조방법을 제공할 수 있도록 하였다.
이하, 본 발명의 성분 조성 및 제조조건에 나타난 수치 한정 이유를 설명한다.
상기 탄소(C)는 강에 있어 강도와 인성을 지배하는 기본적인 원소이며, 고탄소화하는 경우 강도는 증가하지만 연성은 반대로 저하된다. 또한 고탄소화하는 경우 가열시 탈탄이 발생하기 쉬우며 이는 최종 제품에까지 영향을 미치게 되므로 0.59 중량 % 이하로 한정한다.
그러나 탄소 함량이 부족하면 특수 와이어로프용 경강선재에서 요구하는 강도를 만족시키지 못하기 때문에 강도 확보의 관점에서 탄소 함량의 하한은 0.42 중량% 이상으로 한정한다.
실리콘(Si)은 페리이트(Ferrite)에 고용되어 강도를 증가시키는 작용을 하지만 제강공정에서 탈산제로서도 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는 실리콘 함량은 0.15 중량% 이상을 함유하여야 한다. 그러나 실리콘 함량이 많게 되면 스케일 생성량이 감소함과 동시에 스케일과 지철 계면에 FeO, Fe2SiO4의 혼합층이 형성되어 결국 스케일의 밀착성이 증가하게 됨에 따라 신선 가공전의 스케일 박리성을 저하시키게 된다.
또한, 실리콘은 탄소의 활량을 높여서 탈탄을 촉진하게 되므로 실리콘 함량의 상한은 0.35 중량% 이하로 한정한다.
망간(Mn)은 제강공정에서 탈산제 및 소재의 강화원소로서 사용되며, 황(S)과 결합하여 망간 유화물(MnS)을 형성함에 따라 열간취성을 유발하는 철 유화물(FeS)의 생성을 억제하여 열간압연서을 개선한다.
이러한 효과를 발휘하기 위해서는 0.60 중량% 이상 함유되어 있어야 한다. 그러나, 망간 함량이 많으면 편석이 일어나기 쉽고, 냉각 공정에서 편석부에 국부적으로 경한 조직인 마르텐사이트(Martensite)가 생성되어 신선 가공성에 악영향을 미치게 되므로 망간 함량의 상한은 0.90 중량% 이하로 한정한다.
인(P)은 스케일 박리성 및 재료의 강도를 높이는 작용이 있지만 결정입계에서의 편석 경향이 높아 인성을 저하시키는 원인이 되므로 0.030 중량% 이하로 한정한다.
황(S)은 스케일 박리성을 높이는 원소로 알려져 있으나 또한, 인성에 악영향을 미치는 유해한 원소이므로 0.030 중량% 이하로 한정한다.
본 발명에 있어 잔부 성분은 철(Fe) 및 불가피하게 혼입되는 불순물이며, 이 불가피 불순물은 강도 및 인성의 관점에서 낮을 수록 좋다.
한편, 본 발명에 따른 소재의 권취온도를 900∼1000℃ 범위로 한정하는 이유는 권취온도가 900℃ 이하에서는 박리성이 양호한 뷰스타이트(Wustite)인 FeO 발생율에 비해 마그네타이트(Magnetite)인 Fe3O4발생율이 상대적으로 많아져서 이는 최종 제품의 스케일 박리성을 저해하는 주요인이 된다.
또한, 권취온도가 1000℃ 이상에서는 권취온도가 높아서 작업성에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 선재의 코일내 인장강도 편차를 심화시키게 된다.
700℃ 이상에서 평균 냉각속도를 13℃/sec 이하로 한정하는 이유는 700℃ 이상에서 평균 냉각속도를 13℃/sec 이상으로 하게 되면 스케일 박리성이 양호한 뷰스타이트(Wustite)인 FeO가 충분히 성장하지 못하여 충분한 두께로 형성되지 않게 되어 스케일 박리시 스케일이 표면에 잔존하거나 아예 박리되지 않는 부분이 발생하게 된다.
소재온도 700℃ 이하에서 평균 냉각속도를 8∼17℃/sec 이하로 한정하는 이유는 소재온도 700℃ 이하에서 평균 냉각속도를 8℃/sec 이하에서는 펄라이트(Pearlite) 층상간격이 높아지기 때문에 선재 제품의 인장강도가 규격 범위 이하로 낮아질 뿐만 아니라 신선 가공성에도 악영향을 미치게 된다.
그리고 570℃ 이하의 온도에서 오래 유지하게 되면 이 구간에서 열역학적으로 안정한 마그네타이트심(Magnetite seam) 생성에 의한 지철과의 접착력이 커서 스케일 박리성에 치명적인 영향을 미치게 된다.
한편, 700℃ 이하에서 평균 냉각속도가 17℃/sec 이상이 되면 중심부에 국부적으로 존재할 수 있는 탄소(C) 및 망간(Mn) 성분의 편석 지점에서 펄라이트(Pearlite) 변태가 지연됨에 따라 베이나이트(Bainite) 또는 마르텐사이트 (Martensite)발생으로 연성이 현저히 떨어지기 때문에 신선가공시 단선을 유발할 가능성이 있다.
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
(실시예)
중량 %로, 탄소(C):0.55%, 실리콘(Si):0.24%, 망간(Mn):0.73%, 인(P):0.020% 황(S):0.015% 및 잔부는 철(Fe) 및 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함하는 강종의 가로 및 세로 길이가 각각 160 ㎜ 이고, 길이가 10.1 m인 빌렛(Billet)을 이용하여 가열온도를 1010∼1050℃ 범위로 가열한 후, 1시간 40분동안 가열하여 선재 압연기(1)에 의해 직경 5.5 ㎜로 열간압연을 실시하였다.
이렇게 열간압연한 선재를 수냉장치(2)를 통과시켜 권취온도를, 발명재는 900∼1000℃ 범위로 조정하였고, 종래재는 권취온도를 830∼900℃ 범위로 조정하였다. 이후 권취기(3)에서 링상으로 낙하시켜서 냉각 콘베이어(5)에서 선재 코일(4)을 이송하면서 송풍기(6)의 송풍량을 조정하여, 발명재의 경우 소재온도 700℃ 이상에서는 평균 냉각속도를 13℃/sec 이하로 조정하였고, 소재온도가 700℃ 이하에서는 평균 냉각속도를 8∼17℃/sec 범위가 되도록 조정하였다.
한편, 종래재의 경우는 평균 냉각속도를 온도 단계별로 구분없이 12℃/sec 범위로 조정하였다. 상기와 같이 제조된 선재 시편에 대해 인장강도, 스케일 두께 및 스케일 박리율을 측정 관찰하였고, 그 측정 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
표 1에 나타난 바와 같이, 발명재와 종래재의 평균 인장강도는 동일한 값을 나타내었다. 한편, 스케일의 두께는 발명재의 경우 11∼13 ㎛로 균일한 두께로 발생되었으며, 종래재의 경우는 6∼7 ㎛ 정도로 얇게 생성되는 것을 일 수 있었다.
또한, 기계적 박리성 시험의 통상 방법인 6∼8%의 인장 변형을 가한 후, 스케일의 박리율을 측정한 결과 종래재 대비 본 발명재가 훨씬 높게 나타남을 알 수있었다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따르면 화학적 산세법을 회피하고 기계적 박리법에 비해 선재 표면의 스케일을 제거함에 있어서, 그 기계적 성질을 우수하게 유지하면서 스케일의 기계적 박리성을 현저하게 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 특수 와이어로프용 경강선재를 제조하는 방법에 있어서,
    중량 %로, 탄소(C):0.42∼0.59%, 실리콘(Si):0.15∼0.35%, 망간(Mn):0.60∼0.90%, 인(P):0.030% 이하, 황(S):0.30% 이하, 잔부는 철(Fe) 및 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함하는 소재를 열간압연한 후에 900∼1000℃의 온도로 냉각하고, 700℃ 이상에서 13℃/sec 이하의 평균 냉각속도로서 공랭하며, 700℃ 이하에서 8∼17℃/sec 이하의 평균 냉각속도로서 공랭하여 제조되는 것을 특징으로 하는 기계적 스케일 박리성이 우수한 특수 와이어로프용 경강선재 제조방법.
KR1019990031598A 1999-07-31 1999-07-31 기계적 스케일 박리성이 우수한 특수 와이어로프용 경강선재제조방법 KR20010011965A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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