KR890002620B1 - 고장력 선재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고장력 선재의 제조방법

본 발명은 고장력 강봉 또는 강선(이하 "선재"라고 통칭한다)제조방법에 관한 것이다.

종래의 방법에 있어서 JIS G-3109의 SBPR 110/135 및 SBPD 130/154급과 같은 프리스트레스 콘크리트 선재(이하 "PC"는) 열간압연 선재를 화학적으로(산세척으로) 또는 기계적으로 디스케일링하고, 석회수 도포 또는 화학피막처리를 하여 윤활표면을 만들어서, 그 다음 신선가공을 한 후, 이렇게 얻어진 선재를 필요시에는 이형가공을 실시하고, 얻어진 선재를 별도의 제조라인에서 열처리, 즉 담금질 및 뜨임을 실시하므로서 제조되었다. 그러나, 종래의 방법에서는 생산성이 매우 낮다. 왜냐하면 단지 디스케일링을 실시하기 위해서 하나의 특수장치를 사용하였고, 압연, 디스케일링, 신선가공, 이형가공 및 열처리와 같은 여러가지의 상이한 단계를 별로도 그리고 불연속적으로 적용하였기 때문이다. 신선가공전에 적용해야 할 디스케일링 처리는 선재의 품질을 높이고 신선가공다이에 대한 손상을 방지하기 위해서는 불가피한 것으로 생각하여 왔다. 그러나 디스케일링을 행하기 위한 산세척은 폐수처리문제를 초래하므로 제조비를 증가시킨다. 예를들어 로울벤더(roll bender)를 이용하여 기계식 디스케일링을 실시한다면 제조비는 과다한 초기비용 때문에 불가피하게 증가한다.

일반적으로 고온에서 형성되는 스케일의 양은 재료에 대한 초기 가열온도 및 냉각속도에 달려 있다. 초기 가열온도가 높을 수록 그리고 냉각속도가 낮을 수록 냉각하는 동안에 스케일은 더욱 많이 형성된다.

종래의 기술에서 잘 알려진 바와같이 컨베이어를 따라 설치된 루프코일이 송풍공기에 의하여 냉각되는 종래의 스텔모어(STELMOR)식 냉각시스템에 의하면 초기 가열온도(컨베이어의 입구온도)가 상당히 높기때문에 많은 오오스테나이트를 가지고 있는 선재가 컨베이어로부터 나와서 권취기에 감겨진다. 따라서 코일선재의 냉각속도는 임계냉각속도보다 낮게되어 베이나이트상의 형성을 초래한다. 또한 상기 선재는 송풍공기에 의해서 비교적 낮은 냉각속도로 상당히 높은 온도로부터 냉각되기 때문에 많은 스케일의 형성이 불가피하여 디스케일링하지 않고 로울러 다이 신선가공을 실시하는 것은 불가능하다.

디스케일링 하지 않고 신선가공을 하기 위해서는 주로 FeO로 이루어지는 연성 스케일을 만들어 내야한다. 그러나 종래의 방법으로는 그러한 연성스케일을 만들어 내는 어렵다.

본 발명의 한가지 목적은 상술한 바와같은 종래기술의 단점을 제거하고 저렴한 비용으로 우수한 품질의 고장력 선재를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 스텔모어식 냉각장치를 통하여 우수한 품질의 고장력 선재를 연속적으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 "고장력 선재"는 둥근단면 또는 이형단면의 고장력 PC선재로서 주로 사용되는 강선 또는 강봉을 포함한다.

본 발명의 발명자들은 단일단계에서 열간 압연한 선재를 담금질하여 마르텐사이트화하고 디스케일링을 하지 않은채 로울다이로 신선가공하는 고장력 선재의 제조방법을 제안한바 있다(참조 : 일본 특허 출원제 79-56656호-일본공개명세서 제 80-147416호).

본 발명의 발명자들은 열간 압연한 선재를 마무리 압연전에 예비냉각시키고 마무리 압연후에 상기 선재를 700℃이하의 온도에서 담금질시키고 이어서 마르텐사이트를 형성하기 위해서 마무리 냉각을 하면 열간 압연중에 형성된 스케일은 그 다음의 로울러다이 신선가공에 불리한 영향을 주지 않는다는 것을 발견하였다. 디스케일링을 하지 않고 신선가공과 이형가공을 실시한 선재 제품은 윤택이 있고 매끈한 표면을 가지므로 제품의 가치가 높다.

마르텐사이트화 하기 위해서는 임계 냉각속도보다 높은 속도로 선재를 냉각시키는 것이 필요하다.

상술한 방법으로 마르텐사이트화 시키는 목적은 일정한 기계적 특성을 얻기 위한 것을 뿐만 아니라 계속되는 신선가공에 불리한 영향을 주지않는 표면스케일을 갖게 하는데 있다.

본 발명의 발명자들은 또한 마무리 압연을 하기 전에 열간압연 선재를 예비 냉각하고 그 다음 마무리 압연을 실시한 후에 상기 선재를 700℃이하의 온도로, 가급적 500°-700℃의 온도로 물 담금질과 같은 강제 냉각에 의하여 담금질시키면 종래의 스텔모어식 냉각장치의 송풍공기에 의하여 실시되는 냉각은 선재가 감겨지기전에 충분한 정도의 마르텐사이트화를 달성한다는 것을 발견하였다. 그리고 뜻밖에도 후술되는 실시예에 예시된 바와같이 이렇게 얻어진 마르텐사이트이 극히 작은 미립자는 제조된 선재의 연성변동을 감소시킨다. 또한 이렇게 형성된 표면스케일이 매우 얇으므로 디스케일링을 실시하지 않고 신선가공을 할 수 있다.

요약해서 말하면, 본 발명의 본질은 열간압연된 선재를 선재의 열간압연라인에 있는 중간압연기군과 마무리 압력기군사이에 설치된 냉각장치를 사용하여 750-900℃사이의 온도로 예비냉각시킨 후 마무리 압연하고 700℃이하의 온도로 담금질하여 과냉 오오스테나이트상태로 되게 한 후 마무리 냉각하여 마르텐사이트화시킨 선재를 디스케일링을 실시함이 없이 로울러다이로 신선가공하는 것을 특징으로 하는 고장력 선재의 제조방법이다.

이형선재를 제조하기 위하여 신선가공 후의 선재를 이형가공할 수도 있다. 또한 신선 또는 이형가공후에 얻어진 선재를 뜨임 및 온간 교정가공할 수도 있다.

한가지 실시예로서 본 발명의 선재는 다음 성분을 포함한다.

탄소 : 0.10%-0.40%, 규소 : 0.05%-1.50%, 망간 : 0.70%-2.50%, 크롬 : 0.10%-1.50%, 몰리브덴 : 0.05%-0.50%과 붕소 : 0.0002%-0.0050%중의 적어도 하나, 및 철과 불가피적 불순물 : 나머지

다른 실시예에 있어서 본 발명의 선재는 다음과 같은 성분을 가지고 있다. 탄소 : 0.10%-0.40%, 규소 : 0.05%-1.50%, 망간 : 0.70%-2.50%, 크롬 : 0.10%-1.50%, 붕소 : 0.002%-0.0050%, 티탄 : 0.0050%-0.050%과 알루미늄 : 0.007%-0.050%중의 하나, 및 철과 불가피적 불순물 : 나머지

따라서 본 발명에 의하면 선재를 제조하기 위한 열간압연 라인에 있는 중간압연기군과 마무리 압연기군 사이에 냉각장치가 설치되어 열간압연된 선재는 마무리 압연시키기 전에 750-900℃사이의 온도로 예비냉각되고 그 다음 상기 마무리 압연기군을 통해서 소정의 규격으로 압연된다. 마무리 압연후의 열간압연된 선재는 매우 미세한 입자들을 갖는 과냉 오오스테나이트상태가 되도록 700℃이하의 온도로 담금질시킨다. 이 과냉 오오스테나이트는 비록 낮은 속도로 냉각할지라도 무난하게 마르텐사이트로 변태한다. 이렇게 얻어진 마르텐사이트화 선재는 디스케일링 처리 없이 로울러다이 신선가공을 시킬 수 있다.

중간 압연과 마무리 압연 사이에서 예비냉각을 시키는 목적은 강편의 가열온도 변동에 기인하는 마무리 압연온도의 변동을 제거하는 것이며, 또한 마무리 압연온도를 가능한한 낮은 온도로 제한하므로서 후속하는 단계에서 담금질할때 미세하고 균일한 오오스테나이트 입자를얻을 수 있도록 하는 것이다. 그러므로 본 발명에 의하면 마무리 압연전의 열간압연선재는 열간압연기의 입구온도와 초기압연온도에 따라서 냉각수의 양을 조절하므로서 750-900℃사이의 에정된 온도로 냉각된다. 만약 온도가 750℃이하가 되면 선재표면온도가 때때로 변태온도로 냉각되어 마르텐사이트로의 변태를 초래하게 된다. 반면에 온도가 900℃이상이 되면 오오스테나이트 입자들이 재결정하거나 입성장하여 불균일하게 분산된 상이한 크기의 입자가 된다.

750-900℃범위의 소정온도에서 마무리 압연을 실시한 열간압연선재는 700℃이하의 온도로 담금질된다. 설사 다음의 마무리 냉각단계에서 낮은 냉각속도가 적용된다 하더라도 열간 압연 선재를 마무리 냉각단계에서의 임계냉각속도 보다 높은 냉각속도로 냉각되도록 하기 위해서 마무리 냉각을 하기전에 상기 선재를 700℃ 이하로 담금질하는 것이 필요하다.

본 발명에 의하면 700℃이하의 온도에서 과냉된 오오스테나이트는 마무리 냉각전의 선재를 가열하는 추가적인 단계를 적용할 필요가 없이 직접 마무리 냉각되어 마르텐사이트화 되므로 본 발명은 열효율면에서 유리한 것이다. 또한 본 발명에 따라서 마무리 냉각중에 형성된 표면스케일은 다음의 로울러다이 신선가공에 대하여 불리한 영향을 주지 않는다. 이것이 본 발명의 중요한 장점중의 하나이다.

신선에 사용할 로울러다이들은 이미 공지된 것이다. 그러나 선재가 종래의 방법으로 제조되는 한, 상기 로울러다이로 선재를 신선가공 하기전에 디스케일링 처리를 하지 않고 품질좋은 선재를 제조한다는 것은 매우 어렵다. 그러나 본 발명에 의하면 얇고 연성이 있는 표면 스케일이 형성된, 마르텐사이트 조직을 갖고 있는 상기 선재에 직접 로울러다이 신선가공을 실시하는 것이 가능하다.

이렇게 얻어진 마르텐사이트화 선재는 디스케일링을 실시함이 없이 직접 신선가공 단계로 이송될 수 있다. 본 발명의 또 한가지 특징은 선재 신선가공 로울러다이에 의하여 실시된다는 것이다. 즉 일련의 V-H로울러 들을 통하여 선재의 단면적을 감소시키므로서 신선가공이 실시된다. 위에서 설명한 마르텐사이트화 선재와 로울러다이 신선가공의 조합에 의하여 디스케일링 단계를 제거하는 것이 최초로 가능하게 되었다. 상기 디스케일링단계의 제거는 현저한 경비절감, 즉 장비, 원료, 노동력등의 절감을 가져올 수 있다.

로울러다이를 통하여 직경이 소정의 크기로 감소된 선재는 직접 뜨임단계로 이송될 수 있다. 고장력 PC강선을 제조하기 위해서는 통상 담금질과 뜨임을 포함한 열처리를 실시할 필요가 있다. 그러나 본 발명에 의하면 마르텐사이트조직은 위에서 언급한 마무리 냉각을 통하여 형성되었기 때문에 선재의 신선가공 또는 이형가공후에 실시할 열처리는 뜨임부분이다.뜨임하기전에 선재의 인장강도는 PC강선에 요구되는 수준이나 항복점은 낮다. 따라서 항복점을 향상시키기 위해 뜨임을 할 필요가 있다. 뜨임을 위한 가열은 고주파 유도가열장치를 이용하여 주로 실시된다.

PC강선이 통상 직선성(直線性)과 내이완성(특히 180℃ 전후의 온도에서 온간이완에 대한 저항성)을 갖게 할 필요가 있다.

따라서, 선호(選好)된 실시예에 있어서, 상술한 특성을 부여하기 위하여 온간교정가공이 뜨임단계중 아무때나 실시될 수 있다. 상기 온간교정은 또한 내이완성을 향상시키는데 효과적이다. 이와같이 내이완성 뿐만 아니라 직선성의 향상은 온간교정가공을 실시하므로서 동시에 달성할 수 있다. 본 발명에 의하면 선재가 갖고 있는 열을 온간교정가공을 실시하는데 이용할 수 있으므로 본 발명의 방법은 에너지이용의 관점에서 볼때 매우 유리하다.

본 발명에 따라 성공적으로 가공될 수 있는 바람직한 강조성은 다음과 같다.

탄소 : 0.10%-0.40%, 망간 : 0.70%-2.50%, 규소 : 0.05%-1.50%, 크롬 : 0.10%-1.50%, 몰리브덴 : 0.05%-0.50%과 붕소 : 0.0002%-0.0050%중의 적어도 하나, 및 철과 불가피적 불순물 : 나머지

또 다른 강조성은 다음과 같다.

탄소 : 0.10%-0.40%, 망간 : 0.70%-2.50%, 규소, 0.05%-1.50%, 크롬 : 0.10%-1.50%, 붕소 : 0.0002%-0.0050%, 티탄 : 0.0050%-0.050%과 알루미늄 : 0.007-0.050%중의 적어도 하나, 및 철과 불가피적 불순물 : 나머지

본 발명의 강조성을 위에서와 같이 한정한 것은 다음과 같은 이유 때문이다. 즉, 탄소는 강에 필요한 강도와 경화능(硬化能)을 부여하는 성분이다. 탄소함유율 0.10%미만에서는 소요강도의 확보가 곤란하다. 한편 0.40%를 초과하면 PC선재로서 필요한 연성과 스폿트 용접성을 얻을 수 있다.

규소는 경화능과 강도를 향상시켜 준다. 규소함유율 0.05%미만에서는 이러한 효과를 기대할 수 없고, 또한 1.50%를 초과하면 연성이 현저히 저하된다.

망간은 경화능을 향상시키기 위하여 0.70%이상 함유시킨다. 그러나 2.50%를 초과하는 양은 불필요하다.

크롬은 망간과 마찬가지로 경화능을 향상시킨다. 크롬함유율은 0.10%-1.50%가 적당하다.

몰리브덴 및/또는 붕소는 상기 합금원소들과 함께 첨가시킬때 경화능을 향상시키는 상승효과를 갖는다. 몰리브덴의 함유율은 0.05%-0.50%, 붕소의 함유율은 0.0002%-0.0050%가 적당하다. 붕소가 단독으로 첨가되면 티탄 : 0.0050%-0.050%와 알루미늄 : 0.007%-0.050%중 적어도 하나를 필요할때 첨가한다. 티탄 및/또는 알루미늄은 붕소를 질소에 대하여 보호하기 위하여 첨가된다. 티탄 및/또는 알루미늄의 첨가에 의해 유효 붕소량이 유지되며, 또한 경화능이 더욱 향상된다. 또한 티탄 자체도 경화능을 향상시켜 준다. 티탄 0.0050%이상 및/또는 알루미늄 0.007%이상이 붕소를 충분히 보호하는데 필요한 양이다. 통상적인 양으로 질소가 함유되어 있는 한, 알루미늄과 티탄을 각각 0.050%와 0.050%를 초과하는 양으로 첨가할 필요는 없다.

상술한 합금조성을 갖는 선재는 마무리 냉각이 낮은 냉각속도로 진행되는 동안에 용이하게 그리고 만족스럽게 마르텐사이트화 된다. 또한 생성된 스케일은 로울러다이 신선가공에 적합하다. 마무리 냉각중의 냉각속도는 바람직하게 1℃/sec-20℃/sec, 보다 바람직하게 5℃/sec-20℃/sec범위이다.

[실시예]

이형단면의 고장력 PC강선의 제법을 예로서 설명하면 다음과 같다. 표 1에 열거된 조성의 선재들은 각각 열간압연되었고 마무리 압연전에 예비 냉각시켜 마무리 압연을 위한 열간압연선재의 입구온도를 830℃로 조정하였다. 선재의 직경은 마무리 압연을 통해서 7.5mm로 감소되었다.

얻어진 선재를 강제수냉에 의하여 650℃로 담금질시켰고 그 다음 레잉식 권취기(laying-type coiler)를 사용하여 링모양으로 감았다. 그 다음 감겨진 선재를 펴서 스텔모어식 냉각장치의 컨베이어를 사용하여 0.4m/sec의 이송속도로 이송하였다. 선재가 컨베이어 상에 있는 동안 송풍공기를 사용하여 약 10℃/sec의 냉각속도로 마무리 냉각하였다. 컨베이어의 길이는 40m이었고, 냉각시간은 100초였다.

비교할 목적으로 B, C, D, G, H, I, J, L 및 M의 강으로 된 열간압연선재중 몇가지는 예비냉각을 시키지 않고 850℃ 및 650℃의 온도로 담금질시켰다. 마무리 압연을 위한 상기 선재들의 입구온도는 950℃이었다.

얻어진 기계적 특성과 스케일의 두께를 표 2에 열거하였다.

[표 1]

[표 2]

주 : 1)구분 Ｉ……본 발명

구분 Ⅱ……비교예(예비냉각없이 650℃로 담금질)

구분 Ⅲ……비교예(예비냉각없이 850℃로 담금질)

2)시편 50개의 평균치 및 스케터(scatter)

상기 표 2에서 보여주는 자료에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명에 따라 예비 냉각을 시켰을 때는 인장강도의 신선율에 있어서 스케터는 작았다. 또한 스케일의 두께도 작았다. 그러나 비교예에 있어서는 결과치의 스케터가 컸다. 특히 입구온도가 950℃인 경우에는 스케일의 두께가 비교적 컸다. 이것은 예비냉각이 만족할만한 결과를 얻는데 중요하다는 것을 뜻한다.

이와같이 얻어진 열간압연 선재들을 두세트의 텐덤식(tandem type)신선장치로서 로울러다이 신선가공을 시켰다. 선재의 직경은 신선가공간에 7.5mm로부터 7.28mm로 감소하였다. 신선가공속도는 90m/min이었다. 윤활제를 사용하지 않았으며, 신선가공전에 디스케일링처리를 하지 않았다.

신선가공성과에 대한 결과는 표 3에 열거된다.

[표 3]

주 :^*표 2와 동일함.

^*눌어붙음(galling : ●付)

본 발명에 따른 상술한 실시예에서 얻어진 선재의 단면을 타원형으로 하기 위하여 이형가공을 실시하였다. 이형가공후에 상기 선재를 고주파가열(250KW, 3KHz)에 의하여 가열하여 뜨임(450℃)하였다. 뜨임하는 동안에 고주파가열코일의 출구로부터 5m하류지점에 설치한 스피너식(spinner-type)교정기로 교정가공을 실시하므로서 선재의 굽힘정도를 6mm/1.5m이하로 조정하였다. 이 교정기의 입구온도는 440℃였다.

이와같이 로울러다이 신선가공부터 상기 온간교정까지 선재는 가공속도 90m/min으로 연속처리하였다. 온간교정후의 선재의 기계적 특성을 표 4에 열거하였다.

이완치는 선재에 가해진 초기응력(104㎏/㎟)과 23시간후에 남아있는 응력과의 차를 초기응력으로 나누어 얻은 값을 정의하였다. 이완치는 퍼센트로 표현된다.

[표 4]

주 : 선재를 4시간 동안 180℃로 가열하고, 3시간동안 보존하고 그 다음 16시간 서냉시켰다. 담금질 및 뜨임 후 JISS 35C강의 이완치는 16.0%였다.

상기 시험결과에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명에 따라 마무리 압연전에 예비냉각을 하였을때 조직의 미세화 및 균일화가 가능하였고 이에 따라 마르텐사이트화 후에 재료특성이 향상되었고, 또한 충분한 마르텐사이트화가 가능하였으며, 제품의 합격율이 현저히 향상되었다.

본 발명이 명시한 조건하에서 형성되는 스케일은 매우 얇기 때문에 디스케일링을 하지 않고 로울러다이로 신선가공의 실시가 가능하다.

또한 로울러다이 신선가공후에 뜨임과 온간교정가공을 실시하므로서 향상된 기계적 특성과 이완특성을 갖는 선재를 얻는 것이 가능하다.

더욱 나아가서 본 발명의 방법은 마르텐사이트화 하는데 통상 요구되는 담금질을 필요로 하지 않는다.

따라서 본 발명에 의하면 PC강선을 간단하게 연속적으로 제조할 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 중량으로 탄소 0.10-0.40%, 규소 0.05-1.50%, 망간 0.70-2.50%, 크롬 0.10-1.50%, 몰리브덴 0.05-0.50%와 붕소 0.0002-0.0050%의 한가지 또는 두가지를 함유하고 나머지는 철과 불가피적 불순물로 구성되는 강을 열간선재압연의 중간압연기군과 마무리 압연기군과의 사이에 설치한 냉각장치에 의하여 피압연선재를 750 내지 900℃로 냉각한 후, 마무리 압연한 다음 이어서 700℃이하의 온도로 담금질하여 과냉 오오스테나이트의 상태로 한 선재를 다시 마무리 냉각함으로써 마르텐사이트화한 다음 디스케일링 하지 않고 로울러다이로 신선후 또는 신선후 다시 이형가공한 후에 뜨임 및 온간교정하는 것을 특징으로 하는 고장력 선재의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 마무리 열간압연한 후의 선재를 700-500℃사이의 온도로 담금질하는 고장력선재의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 마무리 냉각은 선재에 공기를 송풍하여 냉각하는 고장력선재의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 마무리 냉각은 1℃/초 내지 20℃/초의 냉각속도로 냉각하는고장력 선재의 제조방법.
5. 중량으로 탄소 0.10-0.40%, 규소, 0.05-1.50%, 망간 0.70-2.50%, 크롬, 0.10-1.50%, 붕소 0.0002-0.0050% 및 티탄 0.0050-0.050%와 알루미늄 0.007-0.050%중 한가지 또는 두가지를 함유하고 나머지는 철과 불가피적 불순물로 된 강의 선재를 열간압연하고 이때 중간 압연기군과 마무리 압연기군과의 사이에 750 내지 900℃로 냉각하여 마무리 압연 후 700℃이하의 온도로 담금질하여 과냉 오오스테나이트의 상태로 하고 다시 마무리 냉각에 의하여 마르텐사이트화하고 다음 디스케일링을 하지 않고 로울러다이로 신선하는 것을 특징으로 하는 고장력 선재의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 마무리 열간 압연한 후의 선재를 700-500℃사이의 온도로 담금질하는 고장력 선재의 제조방법.
7. 제5항에 있어서, 마무리 냉각은 선재에 공기를 송풍하여 냉각하는 고장력 선재의 제조방법.
8. 제5항에 있어서, 마무리 냉각은 1℃/초 내지 20℃/초의 냉각속도로 냉각하는 고장력 선재의 제조방법.