KR850000595B1 - 강선제를 구상화 소둔하는 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

강선제를 구상화 소둔하는 방법

제1도는 냉간단조용(冷間鍛造用)열연선재(熱延線材)(SWR CH38K)를 수분 0.1%와 비교적 많은 N₂가스 중에서 구상화 수둔할때의 탈탄량(脫炭量)과 스케일(Scale)두께와의 관계 표시도.

제2도는 냉간단조용 열연선재(SWR CH38K)를 수분 0.05%의 적은양의 N₂가스 중에서 구상화소둔할 때의 스케일 두께와 탈탄량과의 관계표시도.

제3(a)도는 종래 행하여진 장시간의 구상화 소둔의 열처리사이클 표시도.

제3(b)도는 본 발명에 의하여 가능하게된 단시간의 구상화 소둔의 열처리사이클 표시도.

본 발명은 열간압연후의 냉각과정을 제어하는 것에 의하여 소요두께의 스케일(Scale)과 급냉조직을 지니도록 한 열간압연 강선재를, 스케일을 부착시킨 상태에서 불활성가스 예컨대 N₂가스중에서 구상화 소둔하므로서, 선재표면에 있어서, 탈탄층(脫炭層)이 적고 또한 냉단성(冷鍛性)이 우수한 강선재를 생산할 수 있게하기 위한 강선재의 구상화 소둔방법에 관한 것이다.

일반적으로 경질(硬質)로 단조성(鍛造性)이 나쁜 중(中)탄소강이나 저합금강을 냉간단조하는 경우에는, 냉간 단조성을 향상시키기 위해 강중의 탄화물을 구상화하기 위한 구상화 소둔처리가 행하여진다.

그런데 통상의 열간압연 강선재(이하 단지 열연선재, 또는 선재라고 한다)에서는 탄화물은 조대한 층상(層狀)의 퍼얼라이트(pearlite)조직으로 되어있어, 이 탄화물을 구상화하기 위해 통상 A₁변태점 바로위의 온도에 여러 시간 유지한후 서냉하여 A₁점 바로 아래의 온도에 여러시간 유지하는 장시간의 처리가 행하여지고 있다. 또 이같은 장시간의 구상화소둔 처리중에 산화성가스에 의하여 표면에 있어서의 탈탄이 진행하는 것을 방지하기 위해, 분위기 가스로서 환원성가스가 사용되고 있지만, 선재표면에 스케일이 존재하면 환원성 가스와 스케일이 반응하여 국소적으로 산화성가스가 발생하여 탈탄이 진행하기 때문에, 구상화 소둔전에 열연선재를 산세처리(酸洗處理)하여 스케일을 제거하는 공정이 필요하다.

본 발명자등은 이미 특원소 50-155796호(특개소 52-80214호공보)에 있어서 충분히 두꺼운 스케일을 부착시킨 열연선재를 수분이 아주 적은 N₂가스중에서 소둔하는 것으로서 종래 필요로하고 있던 소둔전의 산세공정을 생략할 수 있다는 것을 명백히 하였다. 본 발명자등은 다시금 연구한 결과, 열연선재를 급속히 냉각하여, 충분히 두꺼운 스케일(8μ이상의 두꺼운 스케일)을 선재에 부착시킴과 동시에, 선재의 조직을 소르바이트(sorbite) 및/또는 베이나이트(bainite)로서 이루어지며, 또한 사정에 따라서는 일부 마르텐사이트(martensite)를 포함할 수 있는 급냉조직으로 하는 것에 의해서 구상화 소둔시간을 대폭적으로 단축할수가 있고, 동시에 수분이 비교적 많은(수분 0.1%이하) N₂가스와 같은 불활성 가스중에서 소둔하는 경우에도 소둔전의 산세 공정을 생략할 수 있는 것을 알아냈다. 여지껏 스케일은 철과의 산화물로서 소둔중에 있어서는 산소원(源)으로 작용하며 탈탄을 촉진하는 것으로 생각되어 왔다. 사실, 환원성가스중에서는 CO나 H₂와 반응하여 CO₂나 H₂O등의 탈탄성가스를 발생한다.

그러나, 소요두께의 스케일 즉, 8μ이상 두께의 스케일을 부착시킨 채로의 선재를 N₂, Ar, He등의 불활성 가스중에서 소둔하는 경우에는 탈탄의 진행은 산소나 탈탄반응 생성물의 확산이 비교적 두꺼운 스케일로서 방해되는 것을 알아냈다. 그러나 두꺼운 스케일은 큰 충격이나 비틀림이 가해진 경우에는, 사정에 따라 일부가 박리되고, N₂가스중의 소둔에 있어서도 탈탄이 현저하게 진행하는 불합리한 면을 가지고 있다. 한편 열간압연후의 선재를 급냉하여 소르바이드 및/또는 베이나이트로서 이루어지며, 사정에 따라 일부 마트텐사이트를 포함할수 있는 급냉조직으로 한다면 탄화물은 미세하며, 또한 비교접 균일하게 분산하기 때문에 비교적 단시간에 구상화한다. 즉, 종래 장시간을 요하던 구상화소둔 처리시간을 단축하는 것이 가능해졌다.

그리고 0.1%이하의 수분을 포함한 불활성 가스중에서의 상기 단시간 구상화소둔에 의하여, 8μ이상 두께의 스케일을 지닌 선재는, 그 탈탄깊이를 JIS G3539에 정해져 있는 허용 탈탄깊이 기준이내로 억제하는 것이 가능하다. 또한 선재의 급냉조직이 일부 마르텐사이트를 포함하는 경우에는, 구상화소둔후의 선재의 경도가 높아지므로 마르텐사이트는 되도록 적은것이 유리하다. 그런데 소둔중의 탈탄반응은 불활성 가스중의 수분량이 중요한 요인으로 되어 있다.

본 발명자등의 연구결과, 수분이 비교적 적은, 즉 0.05%이하의 N₂등의 불활성가스중에서 구상화소둔을 행하는 경우에는, 선재가 비교적 얇은 스케일, 즉 3μ이상 두께의 스케일을 갖고도, 소둔중의 현저한 탈탄반응의 진행을 저지할 수 있는 것을 확인하였다. 그러므로, 본 발명은 비교적 두꺼운 스케일을 지니게 한 급냉조직의 선재를 비교적 수분이 많은 불활성 가스중애서 소둔하는 특징과, 비교적 얇은 스케일을 지니게한 급냉조직의 선재를 비교적 수분이 적은 불활성가스중에서 소둔하는 특징과의 두 가지 특징을 지니는 것이다. 또한, 본 발명이 적용되는 선재는 통상의 냉간단조용중 탄소강 또는 저합금강에서 제조되며, 그 화학성분은 C : 0.20-0.60%, Si : 0.50%이하, Mn : 0.30-2.00%, Cr : 0-1.5%, Mo : 0.50%기타는 불가피한 불순물 및 철이다.

상기 강중의 화학성분 함유량의 한정에 관하여 설명한다.

C는 0.20%미만에서는 원래 연질이며 변형성이 풍부하기 때문에 구상화소둔을 필요로 하지 않고, 또 C가 0.60%를 초과하면 경질로서 또한 변형성이 없고 냉간단조가 곤란하다.

Si는 탈산원소로서 첨가되지만, 너무 많으면 강인성을 저하시키므로 0.50%이하로 하고, Mn는 S에 의한 열간취약성을 방지하므로 최저 0.30%를 필요로 하지만 너무 많아지면 강인성 및 변형성을 약화시키기 때문에 2.00%이하로 하는 것이 좋다.

Cr 및 Mo는 냉단용 저합금강에 있어서 소입성(燒入性)을 향상시키기 위해 필요에 따라서 첨가되지만, 너무 많으면 공연히 코스트를 높이게될 뿐만 아니라, 단조성을 약화시키기 때문에 Cr는 1.5%이하, Mo는 0.50%이하로 하는 것이 바람직하다. 냉단용 탄소강에 있어서는 제강상 불가피하게 포함되는 양을 초과하는 양의 Cr 및 Mo를 특별히 필요로하지 않는다.

이하 본 발명의 특징에 대하여 각기 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도에 냉각단조용 열연선재 SWR CH38K를 수분 0.1%와 비교적 많은 N₂가스중에서 구상화소둔시의 탈탄량과 스케일두께의 관계를 나타낸 것이다. 제2도는 냉간단조용 열연선재 SWR CH38K를, 수분이 0.05%와 적은 N₂가스중에서 구상화소둔시의 스케일 두께와 탈탄량의 관계를 나타낸 것이다.

제1도 및 제2도에 나타낸 구상화소둔[A] 및 [B]의 열처리사이클을 제3(a)도 및 제3(b)도에 표시하지만, [A]는 종래 행하여진 장시간의 구상화소둔의 열처리사이클이며, [B]는 본 발명에 의한 열연선재를 급냉조직으로 하므로서 가능하게된 단시간의 구상화소둔의 열처리사이클이다.

다음으로 본 발명의 제1의 특징에 관한 구체적인 실시태양을 설명하면 본 발명의 제1의 특징은, 냉간단조용 선재의 제조에 있어 선재를 열간압연후 급냉하여, 그때 바람직스러운것은 850℃이상의 고온에서 권취한후 8초이상 경과시킨 다음, 4℃/초 이상의 속도로 냉각하여, 급냉조직으로한 열연선재를 표면에 비교적 두꺼운 스케일을 부착시킨 상태에서 수분 0.1%이하로 제어한 N₂등의 불활성 가스중에서 구상화소둔하는 것을 특징으로 하는 냉간단조용 구상화소둔 선재의 제조방법이다.

상기 실시예에 있어서의 바람직한 처리조건에 대하여 설명한다.

열간압연후 선재의 온도 또는 권취온도에 대하여는 850℃미만에서는 그 다음의 비교적 많은 수분을 포함한 불활성 가스중에서의 구상화소둔에 있어서 탈탄의 진행을 억제하는데 필요한 두께의 스케일을 얻기가 곤란하다. 즉, 장시간의 서냉이 필요하며, 생산능률이 저하하므로 권취온도의 하한치를 850℃로 하는것이 바람직하다. 권취후 급냉까지의 8초이상의 경과시간은 권취온도에 있어서의 이유와 같이 소요두께의 스케일을 얻기 위한 시간이며 8초미만으로는 실지로 행하여지는 권취온도의 범위에서 소요두께의 스케일을 얻기가 곤란하다.

다음으로, 권취후 8초이상 경과된 후 4℃/초 이상의 속도로 냉각하는 이유는, 소요두께의 스케일을 부착시킨후 열연조직을 소르바이르 및/또는 베이나이트로서 이루어지며 사정에 따라 일부 마르텐사이트를 포함할 수 있는 급냉조직으로 하고, 탄화물을 미세하며 또한 비교적 균일하에 분산시켜 다음의 구상화소둔시간을 단축시키기 위한 때문이다. 4℃/초 미만의 냉각속도에서는 소망의 조직을 얻을수가 없다.

또 8μ이상의 스케일이 필요한 이유는 8μ미만으로는 수분이 0.1%이하의 불환성 가스중에서 구상화소둔할 때, 탈탄억제 효과가 불충분하며 JIS등의 탈탄기준을 만족시킬 수 없기 때문이다. 구상화 소둔의 분위기가스는 환원성가스로는 환원성가스와 스케일이 반응하여 탈탄성가스를 발생하며, 산화성가스로는 탈탄과 산화가 동시에 진행하므로 N₂등의 불활성가스에 한정하였다.

제1도에서 8μ이상의 스케일을 부착시키도록한 선재를 단시간의 구상화 소둔처리를 하므로서 상기 JIS의 규격치를 충분히 만족시킬수 있는 것이 명백하다. N₂등의 불활성 가스중에는 통상 미량의 수분이 포함되어 있다. 이 수분이 0.1%를 초과하면, 상기 스케일을 부착시킨 급냉조직의 열연선재를 단시간의 구상화 소둔처리를 행할 때에 탈탄이 현저하게 진행되어 JIS등의 기준을 만족시킬 스 없게된다. 이 때문에 스케일이 비교적 두꺼운 경우에도 불활성 가스중의 수분은 0.1%이하로 하였다.

다음 본 발명의 제2의 특징인 바람직한 처리조건에 대하여 설명한다. 열연후 오오스테나이트(austenite)변태가 시작되기전에 4℃/초 이상의 냉각속도로 냉각하고, 열연조직을 소르바이트 및/또는 베이나이트로서 이루어지며, 사정에 따라 일부 마르텐사이트를 포함할수 있는 급냉조직으로 함과 동시에 3μ이상 좋기로는 10μ까지의 스케일을 형성시킨다. 또 600℃를 초과하는 온도로 급냉을 중지하면 조대 퍼얼라이트(pearlite)가 발생할 염려가 있으므로, 600℃까지의 온도범위를 급냉하는 것이 적당하다. 또 상기와 같이 구상화소둔을 행하는 불활성가스중의 수분이 비교적 적으면 선재의 스케일의 두께가 비교적 얇아도 소망의 탈탄 억제효과가 얻어진다. 따라서 본 발명의 제2의 특징에 의하면 불활성가스중의 수분을 0.05%이하로 한다. 그러나, 이같은 불활성 가스중의 수분을 낮추어도 선재의 스케일두께는 3μ이상이 아니면 소망의 탈탄억제 효과는 얻어지지 않는다. 한편 스케일이 극도로 두꺼워지면, 큰 충격이나 비틀림이 가해질 때 박리되기 쉽다. 따라서 스케일 두께의 상한은 선재의 취급에도 달려있으나 약 10μ이하로 하는것이 가장 적당하다.

제2도에서 수분 0.05%이하의 N₂가스중에서 단시간의 구상화소둔을 행할 경우에는, 3μ이상의 스케일이 부착되어 있으면 JISG 3539에 규정되어 있는 탈탄의 규격치를 만족시키는 것이 명백하다.

다음으로 본 발명의 실시예에 관하여 설명한다.

A. 본 발명의 제1의 특징에 따른 실시예 : 제1표의 성분을 지닌 냉간단조용 탄소강 및 저합금강을 준비하여 이것을 통상의 조업조건으로 열간압연하였다. 압연치수와 압연후 탈탄층의 깊이는 제2표에 표시하는 바와같다. 열간압연후 제2표에 표시하는 조건으로 냉각하고, 다시금 구상과 소둔을 행하였다. 제2표 가운데 실시 No A-1-A-4는 본 발명에 의한 것으로, 850℃이상의 온도로 이동하는 컨베이어 상에 권취한후, 제2표에 표시한 시간동안 방냉(放冷)한다음 송풍하여 냉각하던가 온수로서 냉각한다. 제2표에 나타내는 급냉속도는 급냉개시 온도에서 600℃까지의 평균 냉각속도이다.

이와같이 하여 얻어진 열연선재는 두께 9-14μ의 스케일과 소르바이트 또는 베이나이트 조직을 가진 것이다. 이 열연선재를 수분 0.1이하의 N₂가스중에서 제3(b)도에 표시한[B]의 구상화소둔의 열처리사이클에 따라서 소둔을 행하였다. 이 열처리는 제3(a)도에 표시하는 바와같이 종래의 구상화소둔의 열처리사이클[A]의 경우보다도 처리시간을 4시간 단축한 것이다.

이와같이하여 얻어진 구상화소둔선재의 탈탄깊이는 제2표에 표시한 바와같이 JIS의 기준을 충분히 만족시키는 것이며, 동시에 소둔재의 냉간가공성을 나타내는 한계압축율(시험편에 금이가기까지의 한계의 압축율)은 종래재(材)와 동등이상의 양호한 치를 나타낸다.

제2표의 실시 No. A-5-A-7은 비교법이다. 실시 No. A-5는 권취후 충분한 시간을 두지 않고 급냉한 것을 N₂가스중에서 구상화소둔한 것으로 스케일이 얇으므로 탈탄억제 효과가 충분하지 못하고 JIS의 탈탄기준을 만족시킬 수 없다. 실시 No. A-6은 권취후 실온까지 방냉한 경우이며, 스케일은 두껍고 탈탄의 진행은 거의 없지만 '압연조직이 조대 퍼얼라이트조직인 때문에 단시간의 구상화소둔으로는 냉간가공성이 현저히 저하한다. 실시 No. A-7은 No. A-6과 마찬가지로 권취후 실온까지 방냉한 것을 종래의 장시간에 걸친 구상화소둔을 행한 것이다. 냉간가공성은 회복하지만 탈탄기준을 만족시키지 못한다. 실시 No. A-8-A-9는 종래의 법이며, 소둔재의 탈탄 및 냉간단조성에 대해서는 문제가 없으나, 이경우 소둔전에 산세하여 스케일을 제거하는 공정이 필요하며, 분위기 가스로서 고가이며, 위험성이 있는 환원성가스를 사용할 필요가 있고 나아가 장시간의 구상화소둔 처리를 행할 필요가 있다.

B. 본 발명의 제2의 특징에 따른 실시예 : 제3표의 성분을 지닌 냉간단조용 탄소강 및 저합금강을 준비하고 이것을 통상의 조업조건에 따라 열간 압연하였다. 압연치수와 압연후의 탈탄층의 깊이는 제3표에 표시한 바와같다. 열간압연 후 제4표에 나타낸 조건으로 냉각하고, 다시금 구상화소둔을 행하였다. 실시 No. B-1-B-3은 열연 후 온수에 투입한 것이며, 실시 No. B-4는 송풍하여 냉각한 것이다. 이와같이 얻어진 열연선재는 두께 4-8μ의 스케일과 주로 소르바이트 또는 베이나이트 조직을 가지고 있다.

이같이 얻어진 구상화소둔선재의 탈탄의 깊이는, 제4표에 표시한 바와같이 JIS의 기준을 충분히 만족시키는 것이며, 동시에 구상화소둔 이목적하는 바의 냉간가공성을 나타내는 한계압축율(시험편에 금이 가기까지의 한계의 압축율)은, 종래재(材)와 동등이상의 양호한 치를 나타낸다.

제4표의 실시 No. B-5-B-7은 비교법이다. 실시 No. B-5는 N₂가스중의 수분이 0.08%라는 비교적 많은 분위기내에서 구상화소둔을 행한 것이며, 이 경우에 N₂가스중의 수분에 의하여 탈탄이 진행되며, JIS의 탈탄기준을 만족시킬수가 없다. 실시 No. B-6은 열연 후 속상(束狀)코일인채로 방냉하여 조대(粗大)퍼얼라이트 조직이 된 선재를 제3(b)도의 구상화소둔 열처리 사이클 [B]에 따라서 소둔을 행한 것으로, 그럴 경우에 탄화물의 구상화가 불충분하기 때문에 한계압축율이 대폭으로 저하한다. 또 실시 No. B-7은 열연후 방냉하여 조대 퍼얼라이트 조직의 것을, 종래법의 장시간 구상화소둔을 행한 것이며, N₂가스중의 수분은 적으나 소둔시간이 길기때문에 JIS의 탈탄기준을 만족시키지 못한다. 실시 No. B-8-B-9는 종래법이며, 소둔재의 탈탄 및 냉간 가공성에 대하여는 문제가 없지만, 이 경우에 소둔전에 산세하여 스케일을 제거하는 공정이 필요하며, 분위기 가스로는 고가이며 또한 폭발의 위험성이 있는 환원성가스를 사용할 필요가 있고, 나아가 장시간의 구상화 처리를 행할 필요가 있다.

이상 설명한대로, 본 발명은 열연선재에 스케일을 부착시킨 상태로 단시간 구상화소둔을 행하므로서, 선재표면의 탈탄층을 거의 진행함이 없이 냉간가공성이 양호한 구상화소둔선재를 얻는 것이 가능하며 아래와 같은 이점이 있어 산업상 매우 유용하다.

이점 1 : 구상화소둔전에 열간압연선재에 부착된 스케일을 제거할 필요가 없고, 산세척공정을 생략할 수 있다.

이점 2 : 종래 행하여진바 장시간의 구상화소둔 처리를 단축할 수 있다.

이점 3 : 소둔분위기에 종래 사용하고 있던 고가이며 또한 폭발의 위험성이 있는 CO나 N₂등의 환원가스 대신으로, 값싸며 안전한 N₂등의 불활성가스를 사용할 수가 있다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

Claims (1)

1. C 0.20내지 0.60%, Si 0.50%이하, Mn0 30내지 2.00%를 함유하고, 필요에 따라서 다시 Cr 1.5%이하, Mo 0.50%이하의 1종이상을 함유하며 기타는 불가피한 불순물 및 Fe로 이루어진 강제를 열간압연 후 850℃이상의 온도에서 권취하여 8초 이상 경과시킨 후 600℃까지의 사이를 4℃/초 이상의 속도로 냉각하여 표면에 8μ이상의 스케일(Scale)을 형성시키고 또한 내부를 급냉조직으로한 열연선재를 표면에 스케일을 부착시킨 상태에서 수분 0.1%이하로 조절한 N₂등의 불활성 가스중에서 구상화(球狀化)소둔하는 것을 특징으로 하는 강선재를 구상화 소둔하는 방법.

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