KR20100066102A

KR20100066102A - 우수한 염회특성 및 고강도 강선 제조를 위한 선재의 신선방법

Info

Publication number: KR20100066102A
Application number: KR1020080124758A
Authority: KR
Inventors: 정병인; 석병설; 신우기; 이충열
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2010-06-17

Abstract

본 발명은 강도와 연성 특성을 동시에 만족시킬 수 있는 선재의 신선방법을 제공하고자 하는 것으로써,

선재의 신선방법에 있어서, 신선 다이스의 어프로치 각도를 6~9도로 하고, 신선속도를 30m/min 이하로 하는 것을 특징으로 하는 우수한 염회특성을 가지는 고강도 선재를 신선하는 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 인장강도를 저하시키지 않는 범위 내에서 연성 및 염회 특성이 우수한 고강도 강선을 제조할 수 있다.

신선가공, 다이스, 펄라이트, 염회특성

Description

우수한 염회특성 및 고강도 강선 제조를 위한 선재의 신선방법{METHOD FOR DRAWING STEEL WIRE ROD FOR MANUFACTURING STEEL WIRE HAVING EXCELLENT TORSIONAL PROPERTY AND HIGH STRENGTH}

본 발명은 고강도 선재의 신선방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 신선 다이스의 어프로치 각도 및 신선속도를 제어하여 고강도 강선의 연성을 효과적으로 확보할 수 있는 선재의 신선방법에 관한 것이다.

기존에 선재를 강선으로 가공하는 방법은 10~15㎜ 선재의 표면을 산세를 통해 깨끗이 한 후 신선 가공중의 마찰을 줄이기 위해 윤활제를 코팅하고 열처리를 통해 신선가공에 적합한 미세 펄라이트 조직(sorbite)을 만든 후 신선 다이스 패스 스케줄에 의해 신선 가공을 통해 최종 선경까지 신선하여 강선을 만드는 것이다.

기존 강선의 고강도화를 위해서 주로 탄소나 규소, 크롬, 바나듐 등의 합금원소를 첨가하여 선재상태의 강도를 증가시키는 방법을 가장 많이 사용하여 왔으며, 교량용 Zn도금 강선의 경우 규소의 함량을 높여 Zn도금시 강도저하의 낙폭을 줄이는 방법을 적용하기도 했다. 합금원소를 제어하여 상변태를 제어하면 보다 미세한 라멜라 층상간격을 얻을 수 있고, 이로부터 가공경화율을 올릴 수도 있다. 그러나 가공경화율의 증가에 의한 강도증가를 추구하는 것은 타이어 코드와 같은 가공량이 매우 많은 경우에는 효과적이나 교량용 강선처럼 가공량이 상대적으로 적은 경우에서는 효과적이지 못하다. 또한 가공경화량을 늘리는 것은 소재의 연성을 심각하게 저하시키므로 강도확보는 손쉽게 달성할 수 있으나 가공상의 문제를 발생시킨다.

기존의 강선을 뛰어넘는 고강도 강선을 제조하기 위해 성분계 설계에 많은 연구가 진행되어 왔으나, 강도와 염회 특성을 동시에 확보하는데 어려움이 있다. 즉 선재의 강도 증가는 신선가공 중 가공경화에 의해 소재의 국부적 강도 불균형을 심화시켜 신선가공이 적절히 이뤄지지 않아서 연성의 저하가 발생하였으며, 이는 고강도 신선 가공재의 필수적인 염회특성 저하로 나타나게 되었다.

최종제품에서 염회 특성이 확보되지 못하는 이유는 선재의 강도가 증가할수록 신선가공시 가해지는 하중이 커지기 때문에 소재내의 불균일한 미세조직 부분이나 신선가공상의 문제로 생성될 수 있는 외적인 결함 등에 의해 균열이 발생할 확률이 증가하기 때문이다. 따라서 기존에는 소재의 미세조직을 보다 균일하게 하고 신선가공량을 줄여주지 않으면 고강도 선재를 신선가공한 뒤 염회 특성을 확보하기가 어렵다.

따라서 고강도 교량용 강선 개발을 위해 성분계 설계뿐만 아니라, 염회 특성을 확보하기 위한 신선방법이 요구되고 있다.

본 발명은 교량용 강선의 신선가공시 강선의 강도와 연성 특성을 동시에 만족시킬 수 있는 선재의 신선방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 선재의 신선방법에 있어서, 신선 다이스의 어프로치 각도를 6~9도로 하고, 신선속도를 30m/min 이하로 하는 것을 특징으로 하는 우수한 염회특성 및 고강도 강선 제조를 위한 선재의 신선방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 신선가공시에 신선 다이스 어프로치와 신선속도를 제어하여 인장강도를 저하시키지 않는 범위 내에서 연성 및 염회 특성이 우수한 고강도 강선을 제조할 수 있다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자들은 최종선경 4.0~6.0㎜가 되도록 선재를 신선하여 고강도 강선을 제조하는 방법에 있어서, 다이스 어프로치 각도 및 속도에 변화를 주어 기존의 교량용 강선의 고강도화에 있어서 선재의 높은 강도로 인하여 연성이 확보되지 못하고 궁극적으로 최종제품의 염회 특성이 확보되지 못하는 문제를 해결하고자 하였다.

도 1에는 선재를 신선하는 통상적인 다이스의 일례가 나타나 있는데, 도 1에서 2α가 다이스 어프로치 각도를 나타낸다.

본 발명의 신선가공에 사용되는 선재는 중량 %로, C: 0.82~0.95%, Si: 0.8~1.5%, Mn: 0.2~0.8%, Cr: 0.1~0.5%, S≤0.015%, P≤0.015%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 블룸을 직경 10~15㎜의 선재로 열간압연한 후, 1000~1200℃의 냉각 개시온도에서 펄라이트 변태개시온도까지 3~10℃/sec의 냉각속도로 연속냉각하여 제조된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 신선방법은 선재의 미세조직 및 신선가공량에는 변화를 주지않고 선재의 신선시 다이스의 어프로치 각도를 6~9도로 조정하여 신선한다. 상기 다이스의 어프로치 각도의 변화를 통해 보다 많은 연성을 확보하였고 이로부터 신선가공한계의 증가를 도모할 수 있어, 최종적으로 강도 및 염회 특성을 모두 확보한 교량용 강선을 제조할 수 있다. 어프로치 각도가 9도를 초과하면, 신선가공시 펄라이트 미세조직 내의 세멘타이트가 변형되기보다는 분절되는 경향이 높아져서 최종 신선가공 후의 연성의 저하가 발생하게 된다. 또한 어프로치 각도가 6도 미만이면, 선재와 다이스의 접촉면적이 매우 커져서 신선가공에 소요되는 하중이 급격히 증가하여 바람직하지 않으며, 가공으로 인한 발열량이 급격히 증가하여 바람직하지 않다.

본 발명의 신선방법은 신선시 그 속도를 30m/min이하가 되도록 한다. 신선속 도가 30m/min을 초과하면, 신선가공에 의한 선재의 가공발열이 과다하게 발생하여 변형시효(strain aging)현상을 촉진시켜 강도는 증가하고 연성이 감소하게 되어 바람직하지 않다.

본 발명의 신선방법은 각 신선 다이스 패스당 15~25%의 일정 감면율로 감소하고, 마지막 다이스에서의 감면율은 상기 일정 감면율의 50~80%로 감소되도록 하는 것이 바람직하다. 패스당 15% 미만의 감면율은 총감면율을 달성하기 위해 필요한 패스의 수를 과도하게 늘리게 되며, 선재 표면에 변형이 내부보다 상대적으로 많이 축적되어 내외부의 변형분포가 불균일하게 되는 경향이 높아져서 최종제품의 기계적 물성에 악영향을 미치므로 바람직하지 않다. 또한 패스당 25%를 초과하면 감면율은 과도한 변형으로 선재 내부에 국부적인 결함을 발생시키는 경향을 증대시키고, 신선가공에 소요되는 하중의 증가를 초래하여 바람직하지 않다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 이는 본 발명의 바람직한 실시예일뿐 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

신선가공에 사용된 선재는 중량 %로 C: 0.82~0.98%, Si: 0.6~1.6%, Mn: 0.2~0.8%, Cr: 0.1~0.6%, S≤0.015%, P≤0.015%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 구성된 합금계의 탄소강 선재로 13㎜의 직경을 가지고 있다.

상기 탄소강 선재를 하기 표 1에 표시된 바와 같은 신선조건으로 신선하여, 직경 4.92㎜, 인장강도 1850MPa 이상의 강선을 제조하였다. 이때 총감면율 80%까지는 패스당 감면율을 약 20%씩 일정하게 유지하도록 하고, 총감면율 80% 이상에서는 패스당 감면율을 15%로 유지하였다.

상기와 같이 제조된 강선에 대하여 인장강도, 단면감소율(RA), 염회값 및 염회시험시 delamination발생여부를 조사하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

또한 발명예와 비교예 1 및 2에 대한 감면율에 따른 인장강도의 변화를 도 2에 나타내었고, 상기 발명예와 비교예 1 및 2에 대한 감면율에 따른 단면감소율(RA)의 변화를 도 3에 나타내었으며, 상기 발명예와 비교예 1 및 2에 대한 감면율에 따른 염회값의 변화를 도 4에 나타내었다.

비고	선경변화 (감면율, %)	패스당 감면율(%)	다이스 어프로치 각도(°)	인장강도 (MPa)	RA (%)	염회값 (회)	염회시험시 delamination 발생여부
발명예	13㎜ → 4.92㎜ (85%)	20%(총감면율 80%이하인 패스) 15%(상기 패스 이후)	8°	1938	52	40	미발생
비교예1			12°	1929	46	18	발생
비교예2			16°	1873	46	23	발생

상기 표 1에서 보는 바와 같이 감면율 및 패스 스케줄의 동일 조건 하에서 다이스 어프로치 각도의 차이에 따라 연성 및 염회특성에 있어서 현격한 차이를 보이고 있음을 알 수 있다.

통상적인 다이스 어프로치 각도인 비교예 1 및 2의 경우, 가공량 85%에서 delamination이 발생하여 신선가공한계에 도달한 것으로 판단이 되나, 발명예의 경우에는 가공량 85%에도 delamination이 발생하지 않아서, 보다 많은 신선가공을 견뎌낼 수 있게 된다. 즉 발명예의 조건은 다이스 어프로치 각도의 변화로 인장강도를 저하시키지 않고 연성 및 염회 특성을 향상시켜 신선가공한계를 증가시키게 되는 것을 알 수 있다.

도 1은 통산적인 선재 신선용 다이스의 일례를 나타낸 단면도이다.

도 2는 다이스 어프로치 각도를 달리한 경우에 감면율에 따른 인장강도의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3은 다이스 어프로치 각도를 달리한 경우에 감면율에 따른 단면감소율(RA)의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 4는 다이스 어프로치 각도를 달리한 경우에 감면율에 따른 염회값의 변화를 나타낸 그래프이다.

Claims

선재를 신선하는 방법에 있어서,

신선 다이스의 어프로치 각도를 6~9도로 하고, 신선속도를 30m/min 이하로 하는 것을 특징으로 하는 우수한 염회특성 및 고강도 강선 제조를 위한 선재의 신선방법.
제 1 항에 있어서, 상기 선재는 중량 %로 C: 0.82~0.95%, Si: 0.8~0.15%, Mn: 0.2~0.8%, Cr: 0.1~0.5%, S≤0.015%, P≤0.015%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 우수한 염회특성 및 고강도 강선 제조를 위한 선재의 신선방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 신선은 각 신선 다이스 패스당 15~25%의 일정 감면율로 감소하고, 마지막 다이스에서의 감면율은 상기 일정 감면율의 50~80%로 감소되도록 하는 것을 특징으로 하는 우수한 염회특성 및 고강도 강선 제조를 위한 선재의 신선방법.