KR20050092060A - Method for manufacturing the wire rod of high silicone steel containing fine inclusion - Google Patents
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Abstract
본 발명은 슬래그를 구성하는 성분의 비율를 제어하여 가능한 개재물량을 줄이고, 슬래그를 연질화함으로써 적정 압연온도를 확보하여 개재물의 크기를 최소화함과 동시에 잔존하는 개재물을 연질화하여 압연과정에서 미세화하는 개재물 사이즈가 적은 고 실리콘강의 선재제조방법에 관한 것으로서, 중량%로 0.40~0.80%C, 1.0~2.0%Si, 1.00%Mn 이하, 1.0%Cr 이하이고 나머지가 불가피한 불순성분 및 Fe성분으로 이루어지는 자동차용 엔진밸브 스프링용 고실리콘강재의 용강을 정련하여 주조한 다음, 압연하여 선재를 제조하는 방법에 있어서, 상기 고실리콘강재의 용강정련시 발생하는 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)를 0.5~0.9 범위로 제어하고, 그 슬래그 중에 함유된 Al2O3함량을 2~6% 범위로 제어한 다음, 개재물 분리부상을 목적으로 하는 용강환류시간을 5~15분으로 하여 정련하여 용강을 주조하는 단계와; 상기 주조된 주편을 1200~1400℃의 온도범위로 가열하여 선재로 압연하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 개재물 사이즈가 적은 고실리콘강의 선재제조방법을 제공한다.The present invention is to control the ratio of the components constituting the slag to reduce the amount of inclusions possible, to soften the slag to ensure the appropriate rolling temperature to minimize the size of the inclusions and at the same time to soften the remaining inclusions to fine-tune the inclusions in the rolling process A method for manufacturing wire rod of small size high silicon steel, which is 0.40 ~ 0.80% C, 1.0 ~ 2.0% Si, 1.00% Mn or less, 1.0% Cr or less and the rest is inevitable impurity and Fe In the method of refining and casting molten steel of a high-silicon steel for engine valve springs, and then rolling, the slag basicity (CaO / SiO 2 ) generated during molten steel refining of the high-silicon steel is in the range of 0.5 to 0.9. the molten steel reflux time as a control, and controls the content of the Al 2 O 3 contained in the slag to the 2-6% range, then the purpose of inclusion separation portion in a 5-15 minutes Step over to the refining and casting the molten steel; The cast slab is heated to a temperature range of 1200 ~ 1400 ℃ to provide a wire rod manufacturing method of high silicon steel with a small inclusion size, characterized in that consisting of rolling the wire rod.
Description
본 발명은 개재물 사이즈가 적은 고 실리콘강의 선재제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬래그를 구성하는 성분의 비율를 제어하여 가능한 개재물량을 줄이고, 슬래그를 연질화함으로써 적정 압연온도를 확보하여 개재물의 크기를 최소화함과 동시에 잔존하는 개재물을 연질화하여 압연과정에서 미세화하는 개재물 사이즈가 적은 고 실리콘강의 선재제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing wire rods of high silicon steel having a small inclusion size, and more particularly, to control the ratio of the components constituting the slag, to reduce the amount of inclusions possible, and to soften the slag to obtain an appropriate rolling temperature to secure the size of the inclusions. The present invention relates to a method for manufacturing wire rods of high silicon steel having a small inclusion size which minimizes the size of the inclusions and softens the remaining inclusions, thereby miniaturizing the rolling process.
더욱 상세하게는, 용강 정련처리 중에 투입되는 실리콘의 량이 1.0~2.0% 범위인 자동차용 엔진밸브 스프링용 고실리콘강의 재질특성을 확보하기 위하여 최종제품에서 잔존하는 개재물의 사이즈가 수㎛급까지 관리되도록 제강정련 과정에서 필연적으로 발생하는 개재물의 양이 최대한 적게 함유되도록 하고, 잔존하는 개재물이 있더라도 용강 처리시 부산물로 발생하는 슬래그를 적절히 제어함으로써 최종 선재제품에서 보다 적은 사이즈의 개재물을 함유하는 개재물 사이즈가 적은 고 실리콘강의 선재제조방법에 관한 것이다.More specifically, in order to secure the material characteristics of the high-silicon steel for automotive valve valve springs in which the amount of silicon introduced during the molten steel refining process is in the range of 1.0 to 2.0%, the size of the inclusions remaining in the final product is managed up to several μm. The size of inclusions containing smaller inclusions in the final wire rod product is controlled by controlling the slag generated as a by-product during molten steel, even if there are remaining inclusions. The present invention relates to a method for producing wire rods of high silicon steel.
일반적으로, 자동차용 고실리콘강은 최종용도가 주로 자동차용 밸브 스프링에 사용되는 제품으로서 최종용도에서 제품에서 보다 엄격한 소재표면 품질 확보를 요구하기 때문에 용강정련 단계에서부터 엄격한 품질 관리가하고 요구된다.In general, high-silicon steels for automobiles are required for strict quality control from the molten steel refining stage because the end-use products are mainly used in automotive valve springs and require more stringent material surface quality in the end-use products.
요구되는 품질특성항목 중에서 가장 중요한 항목은 최종 선재제품에서 존재하는 개재물의 사이즈가 10㎛ 이하로 유지되어야 한다는 것이며, 이는 10㎛ 이하로 개재물 사이즈가 제어된 선재를 엔진밸브 스프링으로 적용한 경우 요구되는 제품의 수명이 확보 된다는 것이다.Among the required quality characteristics, the most important item is that the size of inclusions in the final wire product should be kept under 10㎛, which is required when applying the wire with the inclusion size controlled to 10㎛ or less as engine valve spring. Is that the life of the is secured.
용강정련과정 중 발생하는 개재물 발생원인은 주로 용강정련을 위해 필수적으로 투입해야하는 각종 부원료, 성분조정용 각종 합금철, 용강을 이송하는 용기, 정련 처리할 경우의 용강과 접촉하는 각종 설비의 내화물류 등 적용되는 모든 제반공정에서 언제든지 혼입될 수 있는 가능성이 있다.The causes of inclusions generated during the molten steel refining process are mainly applied to various auxiliary raw materials that are essential for molten steel refining, various ferroalloys for composition adjustment, containers for transferring molten steel, and refractory materials of various equipments in contact with molten steel when refining. There is the possibility of incorporation at any time in any process.
따라서 상기의 고실리콘강의 개재물성 결함을 최소화하기 많은 노력을 기울여 왔으며, 이러한 개재물을 제어하는 방법으로는 다음과 같은 것이 있다.Therefore, many efforts have been made to minimize the inclusion defects of the high-silicon steel, and there are the following methods for controlling such inclusions.
첫째, 개재물 중에서 용강 중 처리과정에서 발생하는 용강외의 부산물인 슬래그물질 즉 CaO, SiO2, Al2O3를 주성분으로 하는 용강 부유물질 슬래그성분의 적절한 조성을 제어하는 방법이 있다.First, there is a method of controlling the appropriate composition of the slag component of slag material which is a by-product other than molten steel generated in the process of molten steel, namely CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 among the inclusions.
둘째 발생된 개재물을 용강과 분리부상 시켜 주기 위한 용강처리시간 확보기술이 있으며,Second, there is a technology to secure molten steel treatment time to separate the generated inclusions from the molten steel.
셋째, 용강정련 단계에서 개재물 조성제어와 용강분리 부상으로 개재물 발생이 최소화 되었더라도 일부 잔존하는 개재물을 최소 사이즈로 하는 기술, 즉 최종 제품압연과정 중 압연을 위해 가하는 가열로 온도를 확보하여 개재물을 미세하게 깨어지도록 하는 기술이 주요 내용이다.Third, even though the occurrence of inclusions is minimized due to the inclusion composition control and the molten steel separation in the refining phase, the technology to minimize the size of some remaining inclusions, that is, the heating furnace applied for rolling during the final product rolling process, ensures the inclusions finely. Breaking technology is the main focus.
그러나, 종래의 개재물성 결함을 최소화하는 기술 중에는 [CaO/SiO2]비인 염기도에 관한 기술적 내용에 관한 특허 관련내용은 없었다. 그 이유는 염기도를 어느 수준으로 하느냐는 각 회사가 가지는 고유의 기술로 개재물을 어떻게 제어하느냐에 따라 그 수준을 결정을 한다. 즉 염기도 수준에 따라 개재물은 융점이 달라지고, 이 개재물 융점에 따라 제강조업온도나 압연온도보다 높은 온도인 경우(약1400~1500℃인 이상) 고융점 개재물이라고 하고 그 이하인 경우 저 융점개재물이라고 한다. 따라서 개재물에 관련된 조업방향은 어떻게 하면 개재물 발생량을 최대한 줄이고, 발생된 개재물은 저융점화하여 압연과정 중 미세하게 하여 최종제품의 수명을 향상시키는 조업의 노력이다.However, among the techniques for minimizing the inclusion defects in the related art, there is no patent related information regarding the technical content of the basicity of [CaO / SiO 2 ] ratio. The reason is that the level of basicity is determined by the company's own technology and how the level is controlled. In other words, the inclusions have different melting points depending on the basicity level, and the melting point is called high melting point inclusion if the temperature is higher than steelmaking operation temperature or rolling temperature (above about 1400 ~ 1500 ℃). . Therefore, the operation direction related to inclusions is an effort of operation to reduce the amount of inclusions as much as possible, and to reduce the amount of inclusions to be low-melting and to make it fine during the rolling process to improve the life of the final product.
98년 강종개발이 완료된 후 지금까지의 조업방법은 경험적인 이론과 잘못된 지식을 바탕으로 염기도를 1.1 수준으로 유지하면 개재물의 발생을 최소화할 수 있다는 기본적인 상식선상의 노력만으로 조업을 이끌어 왔으며, 그 결과 월별, 년도별 품질실적 편차가 매우 심하여 고객사에게 고질적인 품질불만을 초래하고 있는 실정이다.Since the development of steel species in 1998, the operation method until now has led the operation only with the basic common knowledge that the basicity can be minimized by maintaining the basicity at 1.1 level based on empirical theory and wrong knowledge. Monthly and yearly quality performance fluctuates so much that it leads to chronic quality complaints to customers.
또한, 최종제품에서의 개재물 발생성분을 살펴보면 주성분이 CaO, SiO2, Al2O3, MgO가 주성분이며, 그 중 Al2O3, MgO성분은 고융점 개재물을 만드는 주성분이며, Al2O3, MgO 성분 중 MgO성분은 그 양이 적고 원천적으로 함유되어 있어 제어가 힘들고, 고융점 개재물에 영향도가 적으나, Al2O3 성분은 그 양의 정도에 따라 개재물의 크기와 상당한 상관성을 가지며, Al2O3 성분이 많을수록 개재물의 크기가 증가하고 그 량도 증가하고 있는 것으로 밝혀졌다.In addition, when looking at the inclusion components in the final product, the main components are CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO is the main component, Al 2 O 3 , MgO component is the main component to make a high melting point inclusion, Al 2 O 3 , MgO component among the MgO component is small and it is inherently contained, so it is difficult to control and has little influence on the high melting point inclusion, but Al 2 O 3 component has a significant correlation with the size of the inclusion depending on the amount. The more the Al 2 O 3 component, the larger the inclusion size and the greater the amount.
그러나, 슬래그 중 Al2O3 함량이 너무 적으면 개재물의 연성을 저하시키는 것으로 나타나 적절한 범위의 함량도출이 필요하였으나, 종래기술에서는 이러한 슬래그 중에 함유된 Al2O3을 제어한 기술은 없었다.However, when the Al 2 O 3 content in the slag is too small, it appears to decrease the ductility of the inclusions, but it is necessary to extract the content in the appropriate range, but there is no technique in the prior art to control the Al 2 O 3 contained in such slag.
또한, 발생된 개재물을 용강과 분리 부상시켜 주기 위한 용강처리시간 확보기술에 관한 내용으로 통상 제강 최종공정에서 용강의 환류시간, 즉 용강에 현탁으로 존재하는 개재물을 용이하게 용강과 잘 분리시키고, 용강에서 잘 부상될 수 있도록 하는 기술이다. 통상 용강정련 단계에서의 개재물 분리부상은 여러 가지 인자가 있으나, 그 중 환류시간을 얼마동안 하느냐가 가장 중요하다.In addition, the technology for securing the molten steel treatment time to separate the generated inclusions from the molten steel, and the reflow time of the molten steel in the final steelmaking process, that is, the inclusions that are suspended in the molten steel easily separated from the molten steel, It's a technique that can help you get better on In general, the inclusion separation in the molten steel refining stage has a number of factors, but how long the reflux time is.
지금까지의 환류시간은 용강최종 공정인 용강탈개스 설비인 RH 공정에서 성분 조정용 합금철 투입 후 또는 온도조정용 부원료투입 후 순수한 환류 시간이 3분 이상이 되면 개재물 저감에 유리한 것으로 판단되어 조업기준으로 적용하여 왔다.The reflux time up to now is considered to be advantageous for reducing the inclusions when the pure reflux time is more than 3 minutes after the addition of ferroalloy for the adjustment of ingredients or after the addition of the temperature adjustment subsidiary in the RH process, the molten steel degassing facility, which is the final molten steel. Has come.
그러나, 3분의 용강환류시간은 개재물의 크기에 제한이 거의 없는 통상의 강에 적용시문제가 없었으나, 개재물의 크기가 아주 엄격하게 제한되는 엔진밸브 스프링강의 경우 개재물 제거에는 어느 정도 그 이상의 환류시간이 필요하지만 이러한 환류시간을 적정한 범위로 제한한 종래기술은 없었다.However, the reflux time of 3 minutes was not a problem when applied to ordinary steel, which has almost no limit on the size of inclusions. However, in the case of engine valve spring steel where the size of inclusions is very strict, some more reflux is required to remove inclusions. Although time is required, no prior art has limited this reflux time to an appropriate range.
용강정련 단계에서 개재물 조성제어와 용강 분리 부상으로 개재물 발생이 최소화 되었더라도 일부 잔존하는 개재물을 최소 사이즈로 할 수 있는 기술, 즉 최종 제품압연 과정 중 압연을 위해 가하는 가열로 온도를 확보하여 개재물을 미세하게 깨어지도록 하는 기술이 주요 내용이다. 고객사의 최종제품의 수명은 개재물의 크기와 상관성이 있다. 즉 개재물의 크기가 일정한 크기 이하의 경우 제품의 수명을 저해하지 않는 것으로 밝혀졌다.In the refining stage, even though the inclusions are minimized due to the inclusion composition control and the separation of molten steel, the remaining inclusions can be minimized, that is, the heating furnace applied for rolling during the final product rolling process ensures the temperature of the inclusions finely. Breaking technology is the main focus. The lifetime of the customer's end product is correlated with the size of the inclusions. In other words, it is found that the size of the inclusions is less than a certain size does not impair the life of the product.
따라서, 개재물 발생을 가능한 최소화 하고, 개재물이 발생하더라도 일정크기 이하로 크기를 제어 할 경우 최종수명에 영향이 없으므로 조업 기술력으로 해결이 가능하다. 개재물의 크기를 적게 하는 방법으로는 여러 가지 방법이 있으며, 그 중 슬래그 중 Al2O3량이 적으면 개재물의 크기도 적어진다는 보고서와 현장 시험결과로 내용이 밝혀졌다.Therefore, minimizing the occurrence of inclusions as possible, even if the inclusion occurs if the size is controlled to a certain size or less because the end life is not affected, it is possible to solve the operation technology. There are many ways to reduce the size of inclusions, and the report shows that the smaller the amount of Al 2 O 3 in the slag, the smaller the inclusions are and the results of the field test.
또한, 이미 만들어진 개재물일지라도 가장 낮은 융점을 가지는 개재물로 만들어 최종선재 제품을 압연하는 과정의 주편 가열로 온도, 선재 최종선재 가열로내의 온도를 1300℃ 부근으로 온도를 가열한 후 압연하면 압연과정중 개재물이 연신되거나 사이즈가 적게 되어 우리가 원하는 개재물의 크기가 적은 최종제품의 제품 생산이 가능하게 된다.In addition, even if the inclusions are already made, the slab heating furnace temperature in the process of rolling the final wire product by making the inclusions having the lowest melting point, and the temperature in the wire rod final wire heating furnace after heating the temperature to around 1300 ℃ and rolling the inclusions during the rolling process This stretched or reduced size allows for the production of finished products with a smaller size of inclusions that we want.
지금까지는 이러한 상기의 기술된 내용에 대한 구체적인 기술적 내용이 모호하였고, 지금까지 개재물 저감을 위한 슬래그 염기도나, 슬래그 중 Al2O3량에 대한 기본적인 이론적인 정립이 없었을 뿐만 아니라 이러한 성분들의 조성적 제어를 통한 압연온도 적정화 기술이 없어 고객사가 원하는 피로수명 확보가 불가하였다.Until now, the technical details of the above described contents were vague, and until now, there was no basic theoretical formulation of slag basicity or Al 2 O 3 content in slag for inclusion reduction, and compositional control of these components. It was impossible to secure the fatigue life desired by the customer because there was no technology to optimize the rolling temperature.
상기한 종래기술들의 문제점을 해겨하기 위하여, 본 발명은 자동차용 엔진밸브 스프링용 고실리콘강에 함유되는 개재물의 저감을 위하여 적정수준으로 슬래그 염기도를 유지하고, 그 슬래그 중 함유된 Al2O3성분을 제어하고, 용강정련단계에서의 용강환류시간을 적정수준으로 제어함과 동시에 선재압연온도의 적정화로 개재물성 결함발생이 최소화되도록 하여 소재의 불량을 최소화 할뿐만 아니라 고객이 원하는 피로수명 확보할 수 있는 개재물 사이즈가 적은 고 실리콘강의 선재제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problems of the above-described prior art, the present invention maintains the slag basicity at an appropriate level to reduce the inclusions contained in the high-silicon steel for automotive engine valve spring, the Al 2 O 3 component contained in the slag And control the molten steel reflux time at the molten steel refining stage to an appropriate level and minimize the defects of materials by minimizing the inclusion defects by optimizing the wire rolling temperature to ensure the fatigue life desired by the customer. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing wire rods of high silicon steel with small inclusion size.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중량%로 0.40~0.80%C, 1.0~2.0%Si, 1.00%Mn 이하, 1.0%Cr 이하이고 나머지가 불가피한 불순성분 및 Fe성분으로 이루어지는 자동차용 엔진밸브 스프링용 고실리콘강재의 용강을 정련하여 주조한 다음, 압연하여 선재를 제조하는 방법에 있어서, 상기 고실리콘강재의 용강정련시 발생하는 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)를 0.5~0.9 범위로 제어하고, 그 슬래그 중에 함유된 Al2O3함량을 4~6% 범위로 제어한 다음, 개재물 분리부상을 목적으로 하는 용강환류시간을 5~15분으로 하여 정련하여 주편을 주조하는 단계와; 상기 주조된 주편을 1200~1400℃의 온도범위로 가열하여 선재로 압연하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 개재물 사이즈가 적은 고 실리콘강의 선재제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a vehicle engine valve made of 0.40 ~ 0.80% C, 1.0 ~ 2.0% Si, 1.00% Mn or less, 1.0% Cr or less, the rest is inevitable impurities and Fe components In the method of refining and casting molten steel of a spring high silicon steel material, and then rolling to control the slag basicity (CaO / SiO 2 ) of slag generated during molten steel refining of the high silicon steel material in a range of 0.5 to 0.9. And controlling the Al 2 O 3 content contained in the slag in the range of 4 to 6%, and then refining the molten steel with a molten reflux time for the purpose of the inclusion separation to cast 5 to 15 minutes to cast the cast steel; The cast slab is heated to a temperature range of 1200 ~ 1400 ℃ to provide a wire rod manufacturing method of high silicon steel with a small inclusion size, characterized in that consisting of rolling the wire rod.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration of the present invention.
먼저, 본 발명이 적용되는 자동차용 엔진밸브 스프링용 고실리콘강재는 중량%로 C: 0.40~0.80%, Si: 1.0~2.0%, Mn: 1.00% 이하, Cr: 1.0% 이하 등을 주성분으로 하고, 나머지가 불가피한 불순성분 및 Fe성분으로 조성된다. First, the high-silicon steel for the engine valve spring for automobiles to which the present invention is applied is composed of C: 0.40 to 0.80%, Si: 1.0 to 2.0%, Mn: 1.00% or less, Cr: 1.0% or less, as a main component. The remainder is composed of inevitable impurities and Fe components.
이러한 강재의 조성은 자동차용 엔진밸브 스프링용 고실리콘강의 통상적인 조성비이며, 스프링용강 고실리콘강의 강도확보를 위한 필요 성분함량으로 주로 제시된 규격으로 성분을 한정하고 있는 것이다. 따라서 본 발명에서는 강재의 조성을 특정 짓는 것이 아니라, 강재에 함유된 개재물의 영향을 최소화하도록 종래의 강재를 정련하는 방법 및 정련되어 주조된 주편을 압연하기 위하여 가열하는 온도범위를 한정한다.The composition of the steel is a typical composition ratio of high-silicon steel for engine valve springs for automobiles, and the components are limited to a standard that is mainly suggested as a necessary component content for securing strength of high-silicon steel for springs. Therefore, the present invention does not specify the composition of the steel, but limits the method of refining the conventional steel so as to minimize the influence of the inclusions contained in the steel and the temperature range for heating to roll the refined cast slab.
먼저, 본 발명에서는 전로 및 LF(Ladle Furnace-승온설비), RH설비(탈가스설비)와 같은 용강정련공정에서 상기한 조성의 강재를 정련할 때 발생하는 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)를 0.5~0.9 범위로 제어하였으며, 그 수치한정이유는 다음과 같다.First, in the present invention, the basicity of slag (CaO / SiO 2 ) generated when refining steel of the above composition in molten steel refining process such as converter, LF (Ladle Furnace-heating facility), RH facility (Degassing facility). The range was controlled from 0.5 to 0.9, and the reason for numerical limitation was as follows.
최종 제조되는 선재의 건전성을 나타내는 주요항목 중에서 피로시험이 있으며, 이 피로수명의 결정적인 영향을 미치는 항목은 소재에 잔존하는 개재물 사이즈이고, 그 주요성분은 Al2O3와 Mg가 합쳐진 개재물(Spinel-Mg·Al2O4계, 융점 2150℃)이다. 따라서 개재물의 주성분인 Al2O3성분이 개재물 공급원으로 작용할 수 있는 에너지가 적어야 한다.Among the main items indicating the integrity of the final wire, there is a fatigue test, and the item that has a decisive influence on the fatigue life is the size of inclusions remaining in the material, and its main component is the inclusion of Al 2 O 3 and Mg. Mg-Al2O4 system, melting | fusing point 2150 degreeC). Therefore, the Al 2 O 3 component, which is the main component of the inclusions, should have a small amount of energy that can serve as a source of inclusions.
이를 열역학적으로 살펴보면 용강과 슬래그의 평형조건에서 살펴보면, (용강 중 [Si]-슬래그 중 (SiO2)-용강 중 [Al]-슬래그 중 (Al2O3)간 평형조건 고려 검토)In terms of thermodynamics, the equilibrium conditions of molten steel and slag are considered. (In consideration of the equilibrium conditions between [Si]-slag of (SiO 2 ) -of molten steel of [Al] -slag of (Al 2 O 3 ))
→ 평형식 : 3[Si] + 2(Al2O3) = 4[Al] + 3(SiO2) -----------------[식 1]→ equilibrium: 3 [Si] + 2 (Al 2 O 3 ) = 4 [Al] + 3 (SiO 2 ) ----------------- [Equation 1]
K = aAl4·aSiO2 3 / aSi3·aAl2O3 2 -----------------[식 2]K = aAl 4 aSiO 2 3 / aSi 3 aAl 2 O 3 2 ----------------- [Formula 2]
aAl = K1·aAl2O3 1/2 / aSiO2 3/4 -----------------[식 3] a Al = K 1 · aAl 2 O 3 1/2 / aSiO 2 3/4 ----------------- [ Equation 3]
상기 [식 3]의 aAl(용강 중 Activity) 낮게 유지하기 위해서는 슬래그 중의 Al2O3함량을 억제하고 슬래그 중의 SiO2함량을 상승시켜야 한다.In order to keep a Al (Activity in molten steel) of [Equation 3] low, it is necessary to suppress Al 2 O 3 content in slag and increase SiO 2 content in slag.
따라서 염기도는 슬래그 중 [CaO/SiO2]비 이므로 슬래그 중 (SiO2)를 상승시키면 염기도는 자연적으로 하락하게 되어 있다. 전술한 바와 같이 지금까지 염기도는 0.9~1.2를 목표로 관리 하여왔으나, 개재물의 양이나 크기를 줄이기 위해서는 적절하게 낮출 필요가 있다.Therefore, the basicity is the ratio of [CaO / SiO 2 ] in the slag, so when the (SiO 2 ) in the slag is increased, the basicity naturally decreases. As mentioned above, the basicity has been managed so far as 0.9 to 1.2, but in order to reduce the amount and size of inclusions, it is necessary to lower it appropriately.
이러한 결과는, 도 1에 도시된 바와 같이, 슬래그 중 동일 Al2O3 농도에 대해 염기도가 낮을수록 평형 Al 농도는 낮은 결과에서도 알 수 있으며, 실질적인 현장시험결과에서도 나타나고 있다.This result, as shown in Figure 1, the lower the basicity for the same Al 2 O 3 concentration in the slag, the equilibrium Al concentration can be seen in the lower results, and also shown in the actual field test results.
본 발명에서는 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)를 0.5~0.9의 범위로 제어하였는데, 염기도가 0.9를 초과하도록 슬래그를 제어할 경우에는 종래기술에 따른 개재물의 양보다 줄어드는 효과가 없으며, 슬래그 염기도를 0.5 미만으로 유지하는 경우에는 Si를 추가적으로 다량 투입하여야 하고, 이로 인하여 오히려 부원료 추가에 의한 개재물 발생이 증가 될 가능성이 많고, 염기도가 낮은 만큼 개재물의 크기를 줄이는 효과도 미진하기 때문에 그 이상으로 제어하였다.In the present invention, the basicity of the slag (CaO / SiO 2 ) was controlled in the range of 0.5 ~ 0.9, when controlling the slag so that the basicity exceeds 0.9, there is no effect of reducing the amount of inclusions according to the prior art, slag basicity In case of keeping it below 0.5, a large amount of Si should be added, which is more likely to increase inclusions due to the addition of subsidiary materials, and because of the low basicity, the effect of reducing the size of inclusions is insufficient. .
다음은 본 발명의 기술 중에서 슬래그 중 Al2O3 한정 이유에 대하여 설명한다.The following describes the reason for limiting Al 2 O 3 in slag in the technique of the present invention.
상기한 바와 같이 슬래그의 염기도를 적정수준으로 제어하였다고 해도 용강이나 슬래그 중에는 Al2O3가 존재할 수밖에 없다. 그러나 Al2O3함량이 많으면 Al의 활동도(Activity)가 높아 많아 개재물 발생량이 많고 개재물 사이즈도 커진다. 그러나 Al2O3 성분을 무한정 적게 할 수 없으며, 그 적정량의 설정은 다음과 같다.As described above, even if the basicity of the slag is controlled to an appropriate level, Al 2 O 3 is inevitably present in molten steel or slag. However, if the content of Al 2 O 3 is high, the activity of Al is high, so the amount of inclusions is high and the size of inclusions is also large. However, the Al 2 O 3 component can not be infinitely small, the setting of the appropriate amount is as follows.
강이나 슬래그 중 Al2O3는 필연적으로 존재하게 되나, 슬래그 중의 Al2O 3량을 적정하게 관리할 경우 개재물의 융점이 낮아지고, 이로 인해 연신성이 확보되어 압연과정 중 미세하게 되고, 최종 소재의 건전성에 유리한 것으로 알려지고 있다.Al 2 O 3 inevitably exists in steel or slag, but if the Al 2 O 3 amount in the slag is properly managed, the melting point of the inclusions is lowered, which results in elongation and thus becomes fine during the rolling process. It is said to be advantageous for the soundness of the material.
상기의 결과는 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, Al2O3함량이 약 15~25%될 경우가 개재물의 연신성이 가장 우수하다고 밝혀진바 있고, 모든 결과에서 입증된바 있다. 이러한 사실은 도 4에 도시된 Al2O3, CaO, SiO2 삼원상태도에서 알 수 있듯이 최종 제품에서의 개재물에서의 Al2O3함량이 약 15~25%될 경우 성분 상호간의 작용으로 융점이 약 1300℃인 아노사이트 영역에 해당되어 저융점의 개재물 확보가 가능하다는 이론과 일치하며, 이는 여러 가지 전례나 시험을 통해서 확인된 사항이나 최종제품에서의 개재물 성분을 15~25% 범위로 관리하기 위해서 용강 정련단계에서 관리해야 하는 Al2O3량은 얼마로 해야 하는가에 대한 문제가 잔존하게 된다.As shown in FIGS. 2 to 3, when the Al 2 O 3 content is about 15 to 25%, it was found that the stretchability of the inclusions was the best, and all the results were verified. This fact can be seen in the Al 2 O 3 , CaO, and SiO 2 ternary diagrams shown in FIG. 4, when the Al 2 O 3 content in the inclusions in the final product is about 15-25%. Consistent with the theory that it is possible to secure low melting point inclusions in the anosite area of about 1300 ° C, and it is possible to control the inclusion components in the final product or the matters confirmed through various precedents or tests. In order to manage the molten steel in the molten steel stage, the question of how much Al 2 O 3 should be left.
이러한 문제는 이미 상기 설명한 도 3에 도시된 바와 같이, 슬래그 중 Al2O3량을 약 2~6%로 관리 할 경우 온도의 하락 효과에 의하여 최종 제품에서의 개재물중 Al2O3 량이 약 15~25%가 됨을 계산이나 실험을 통하여 알 수 있었다.These problems, the slag of Al 2 O 3 amount of the Al 2 O 3 about 15 amount of inclusions in by the drop effect of the temperature if the administration of about 2-6% final product, as already shown in Figure 3 described above Calculation or experiment showed that it was ~ 25%.
따라서, 슬래그 중 Al2O3함량을 2~6%로 관리 할 경우 최종 소재에서의 개재물 중 Al2O3량은 15~25%로 관리되어 소재의 건전성이 우수한 소재 확보가 가능하다.Therefore, when the Al 2 O 3 content in the slag is managed at 2 to 6%, the amount of Al 2 O 3 in the inclusions in the final material is managed at 15 to 25%, thereby ensuring excellent material soundness.
다음은 본 발명의 용강 정련환류시간(Bubbling Time)의 한정이유에 대해 설명한다.Next, the reason for limitation of molten steel refining time of the present invention will be described.
용강정련처리 중 발생된 개재물을 용강과 분리 부상시켜 주기 위한 용강 처리시간 확보기술에 관한 내용, 즉 용강처리 시 환류시간을 제어하는 기술이다. 정련처리시간이 필요한 이유는 용강과 슬래그 간에 성분이동이 평형상태에 이르도록 하는데 필요한 시간이다.It is a technology for securing molten steel processing time to float the inclusions generated during molten steel refining process with molten steel, that is, technology to control the reflux time during molten steel processing. The reason for the refining time is the time required for the component movement to reach equilibrium between the molten steel and the slag.
지금까지 통상적으로 환류시간을 3분 이상 실시하면 하부의 개재물 분리 부상에 유리하다는 실적이 있었지만, 이는 품질이 덜 엄격한 통상적인 제품의 생산할 경우 필요한 내용이고 용강과 슬래그 간에 충분한 교반으로 평형상태에 이르도록 하기 위해서는 적어도 10~20분간 환류시간이 필요하다는 것을 경험적으로 알게 되었다.Until now, the conventional reflux time of more than 3 minutes has been beneficial for the separation of the lower inclusions, but this is necessary for the production of the less severe quality products, and the equilibrium is achieved by sufficient stirring between the molten steel and the slag. Experience has shown that to do this requires at least 10 to 20 minutes of reflux.
이는 통상 10분 이하로 환류하여 조업을 한 경우 기술적 또는 이론적인 내용들과 실조업 실적에서 용강에서의 Al2O3함량과 개재물중 Al2O3량의 차이가 있다는 것을 수차례 확인하였으며, 최종제품에서의 개재물의 발생량도 차이가 있었다는 것을 확인하였다. 또한, 10분 이상 환류하는 경우 10분 이하로 처리할 때 보다 약 30%의 개선된 효과를 나타내었다.This was generally confirmed case where the operation to reflux in 10 minutes or less can be that there is no Al 2 O 3 content and the difference between the Al 2 O 3 amount of inclusions in molten steel in the technical or theoretical and real operating performance time, and the final It was confirmed that there was a difference in the amount of inclusions in the product. In addition, when refluxed for 10 minutes or more showed an improved effect of about 30% than when treated in 10 minutes or less.
본 발명에서 용강환류의 적정시간은 5~15분으로 한정하였는데, 5분 미만으로 용강을 환류하는 경우에는 제품 불량률이 증가하고, 15분을 초과하여 용강을 환류하는 경우에는 제품의 품질개선 효과가 미흡 할 뿐만 아니라 공정 생산성이 저하되어 연주공정에서 연속적인 작업이 불가하여 제한하였다.In the present invention, the proper time of molten steel reflux was limited to 5 to 15 minutes, but when the molten steel is refluxed in less than 5 minutes, the product defect rate increases, and when the molten steel is refluxed for more than 15 minutes, the product quality improvement effect is improved. Not only was it insufficient, but the productivity of the process was lowered, which prevented continuous work in the playing process.
다음은 본 발명의 압연온도에 대한 한정이유에 대하여 설명한다.Next, the reason for limitation on the rolling temperature of the present invention will be described.
제강공정에서 주조된 주편은 선재제품으로 제조하기 위해서는 압연공정을 거쳐야 한다. 이때 상술한 바와 같이 제강공장에서 슬래그 중 Al2O3함량이 2~6% 범위가 되도록 제어함으로써 개재물 중의 Al2O3함량은 15~25%가 되도록 제어하여 약1300℃의 저융점 개재물로 만들어진 것을 이에 대응하는 압연온도로 가열하여 압연을 실시하게 된다. 이 경우 개재물이 강의 내부애서 미세하게 파쇄되어 건전한 소재가 확보된다.Cast steel from the steelmaking process must go through a rolling process to produce wire rods. At this time, by controlling so that the Al 2 O 3 content in the slag 2-6% range in the steel-making plant as described above, Al 2 O 3 content in the inclusions is controlled so that 15 to 25% made of low-melting-point inclusions of about 1300 ℃ It is heated to a rolling temperature corresponding thereto to perform rolling. In this case, inclusions are finely crushed inside the steel to ensure a healthy material.
본 발명에서는 적정수준에서 압연온도를 가능한 낮게 관리하여 생산성을 확보하려고 하였다. 즉 선재 압연온도를 1200~1400℃ 범위로 제어하였는데, 압연온도가 1400℃보다 높은 경우에는 온도상승에 필요한 시간과 에너지 소모가 과도하게 필요하고 가열된 주편의 표면탈탄 문제가 발생하여 최종 제조되는 선재품질에 악영향을 미치므로 그 이하로 제한하였으며, 또한 압연온도가 1200℃보다 낮은 경우에는 본 발명에 따라서 형성된 개재물이 파쇄될 수 있을 정도의 높은 온도가 아니라서 개재물 파쇄효과가 미미하다.In the present invention, try to ensure the productivity by managing the rolling temperature as low as possible at an appropriate level. In other words, wire rod rolling temperature was controlled in the range of 1200 ~ 1400 ℃. If the rolling temperature is higher than 1400 ℃, the time required for temperature rise and energy consumption are excessively required. Since it adversely affects the quality, it is limited to less than that. Also, when the rolling temperature is lower than 1200 ° C., the inclusions formed according to the present invention are not high enough to be crushed, so that the inclusion crushing effect is insignificant.
그러므로 본 발명에서는 선재의 압연온도를 개재물 융점 부근인 1200~1400℃로 관리 하여야 하며, 압연결과에서도 도 5에 도시된 바와 같이, 양호하게 압연됨을 확인하였다.Therefore, in the present invention, the rolling temperature of the wire rod should be managed at 1200 to 1400 ° C., which is near the inclusion melting point, and as shown in FIG.
본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 작용을 설명한다.The operation will be described through preferred embodiments of the present invention.
[실시예]EXAMPLE
제강공정 중에서 전로 → LF(승온설비) → RH설비(탈가스공정) → 선재압연공정에 중량%로 C 0.40~0.80%, Si 1.0~2.0%, Mn 1.50% 이하, Cr 1.0% 이하이고 나머지가 불가피한 불순성분 및 Fe성분으로 조성되는 성분계의 고실리콘강재를 표 1과 같은 조건으로 생산하였다.In steelmaking process, converter → LF (heating equipment) → RH equipment (degassing process) → wire rod rolling process by weight% C 0.40 ~ 0.80%, Si 1.0 ~ 2.0%, Mn 1.50% or less, Cr 1.0% or less Component silicon-based high silicon steel composed of inevitable impurities and Fe components was produced under the conditions shown in Table 1.
염기도를 0.2~1.2 범위로 변경하면서 조업하였고, 슬래그 중 Al2O3함량을 2~15%, 용강환류시간을 2~20분, 선재 압연온도를 1100~1400℃ 범위로 조합 변경하면서 각각의 시험재를 생산하였다.The test was performed by changing the basicity into the range of 0.2 ~ 1.2, each combination of Al 2 O 3 content of slag, 2-15% of molten steel, 2-20 minutes of molten steel reflux time, and the combination of wire rod temperature of 1100 ~ 1400 ℃. Ash was produced.
품질확인은 선재압연 후 선재 와이어로드(Wire Rod) 2톤당 2개씩 샘플링(Sampling)을 실시하여 개재물 사이즈가 10㎛ 이상인 경우 불량처리 하였으며, Lot 단위(100톤 단위)로 불량률을 산출하였다. 또한, 100톤 중 개재물 사이즈가 15㎛ 이상인 것이 1개 이상 발생하면 100톤 전체를 불량으로 카운트 하였으며, 피로 수명은 100톤 중 압연된 제품을 1m 단위로 6개를 채취하여 250㎏의 1000만 번의 반복 하중을 가하여 시편이 절단되는 경우 100톤 단위로 불합격처리하여 피로수명 합격률을 카운트 하였다.Quality checking was performed after sampling the wire rods for each 2 tons of wire rods after rolling, and when the inclusion size was more than 10㎛, the defect was processed and the defective rate was calculated in lot unit (100 ton unit). In addition, if one or more of the inclusion size of 15 tons or more occurred among 100 tons, the whole 100 tons were counted as a failure, and the fatigue life was collected from 100 tons of 250 kg by taking 6 pieces of rolled products in 100 tons. When the specimen was cut by applying repeated loads, the failure rate of 100 tons was rejected and the fatigue life acceptance rate was counted.
도 6은 본 발명에 따른 개재물 사이즈가 적은 고 실리콘강의 선재제조방법에 의하여 제조된 발명예와 종래 비교예의 제품 불합격률을 비교 도시한 그래프도로서, 도 6에서 알 수 있듯이 본 발명에 따라서 생산한 선재제품의 불량률이 0.9~2.3%로서, 비교예의 선재제품 불량률인 13.9~21.3%보다 대폭 감소되었다.FIG. 6 is a graph illustrating a comparison of product rejection rates of the inventive example and the conventional comparative example manufactured by a wire manufacturing method of high silicon steel having a small inclusion size according to the present invention, as shown in FIG. The defective rate of the wire rod product was 0.9 ~ 2.3%, which was significantly reduced from the defective rate of the wire rod product of the comparative example, 13.9 ~ 21.3%.
도 7은 본 발명에 따른 개재물 사이즈가 적은 고 실리콘강의 선재제조방법에 의하여 제조된 발명예와 종래 비교예의 피로수명 합격률을 비교 도시한 그래프도로서, 피로수명 합격률이 종래 비교예의 45~72%에서 88~100%로 대폭 개선되어 소재품질 안정화에 의한 원가절감 및 고객사 만족도 향상에 크게 기여하였다.7 is a graph showing the fatigue life acceptance rate of the inventive example and the conventional comparative example produced by the wire manufacturing method of high silicon steel with a small inclusion size according to the present invention, the fatigue life acceptance rate at 45 ~ 72% of the conventional comparative example Significantly improved from 88 to 100%, greatly contributing to cost reduction and customer satisfaction by stabilizing material quality.
이와 같이 본 발명은 제강~연주~선재 압연공정 과정에서 염기도를 0.5~0.9 범위로 하고 슬래그 중 Al2O3량을 2~6%, 용강환류시간을 5~15분, 선재 압연 온도를 1200~1400℃로 하여 생산 결과 최종공정에서 불량률이 개선 전 24%에서 개선 후 2% 이하로 대폭 저감되었으며, 최종선제제품의 피로수명 합격률이 55%에서 95%로 개선되어 제품신뢰도가 크게 향상되었다. 따라서, 고급선재용 밸브 스프링강을 실수율 향상으로 원가절감에 크게 기여하는 효과가 있다.As described above, the present invention has a basicity in the range of 0.5 to 0.9 in the steelmaking-casting-wire rolling process, 2 to 6% of Al 2 O 3 in slag, 5 to 15 minutes for molten steel reflux, and 1200 to 1200 for wire rolling temperature. At 1400 ℃, the defect rate in the final process was greatly reduced from 24% before improvement to 2% after improvement, and the fatigue life acceptance rate of the final preemptive product was improved from 55% to 95%, which greatly improved the product reliability. Therefore, the valve spring steel for high grade wire rod has an effect of greatly reducing the cost by improving the error rate.
도 1은 슬래그에 함유된 Al2O3 및 이에 따른 Al함량이 염기도(CaO/SiO2)에 미치는 영향을 도시한 그래프도;1 is a graph showing the effect of Al 2 O 3 and thus the Al content contained in the slag on the basicity (CaO / SiO 2 );
도 2는 개재물 중의 Al2O3 농도에 따른 개재물 연신성 변화를 도시한 그래프도;2 is a graph showing the change in inclusion elongation according to the concentration of Al 2 O 3 in the inclusion;
도 3은 개재물 중의 Al2O3 농도와 변형불가 개재물지수와의 관계를 도시한 그래프도;3 is a graph showing the relationship between the concentration of Al 2 O 3 in inclusions and the index of non-deformable inclusions;
도 4는 CaO-SiO2-Al2O3의 삼원상태도;4 is a ternary diagram of CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 ;
도 5는 강재에 함유된 개재물의 연신압연 모식도;5 is a schematic drawing of the stretching of the inclusions contained in the steel.
도 6은 본 발명에 따른 개재물 사이즈가 적은 고 실리콘강의 선재제조방법에 의하여 제조된 발명예와 종래 비교예의 제품 불합격률을 비교 도시한 그래프도;Figure 6 is a graph showing the comparison of product rejection rate of the invention example and the conventional comparative example produced by the wire rod manufacturing method of high silicon steel with a small inclusion size according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 개재물 사이즈가 적은 고 실리콘강의 선재제조방법에 의하여 제조된 발명예와 종래 비교예의 피로수명 합격률을 비교 도시한 그래프도이다.7 is a graph illustrating a comparison of fatigue life acceptance rates of the inventive example and the conventional comparative example manufactured by the wire rod manufacturing method of high silicon steel having a small inclusion size according to the present invention.
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