KR100256334B1 - 신선성이 우수한 고강도 선재 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이어로프, 비드와이어 및 스프링용으로 사용되는 신선성의 제조방법에 관한 것으로, 강의 합금성분계 및 열간압연된 선재의 냉각속도를 적절히 제어하므로서, 중간열처리 없이도 220kg/mm²이상의 고강도 및 양호한 연성을 나타내는 선재를 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 선재의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.65-0.85%, Mn:0.1-0.5% 이하, Si:0.1-0.5% 이하, 나머지 : Fe 및 기타 불가피한 불순물을 기본 성분으로 하고, 여기에 Ni:0.1-1.0%, Cu:0.1-1.0% 및 Cr:0.2% 이하중 선택된 1종 이상을 첨가하여 조성되는 강을 열간압연하고 18-25℃/sec의 냉각속도 범위로 냉각하여 선재로 제조한 후, 신선량 2.5 이상으로 신선가공하는 것을 포함하여 이루어지는 신선성이 우수한 고강도 선재 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

신선성이 우수한 고강도 선재 제조방법

제1도는 Si 첨가에 따른 신선성의 강도변화를 나타내는 그래프.

제2도는 본 발명의 범위를 만족하는 발명재 및 비교재의 변형량 2.55 에서의 기계적 성질을 나타낸 그래프.

제3도는 본 발명의 범위를 만족하는 발명재 및 비교재의 변형량 2.55 에서의 디라미네이션 발생유무를 나타낸 그래프.

본 발명은 와이어로프, 비드와이어 및 스프링용으로 사용되는 신선성의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중간 열처리(페이텐팅)없이 연성 및 인장강도가 220kg/mm²이상으로 우수한 선재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

이와같은 신선선의 제조시 중간 열처리는 소재의 강도 및 미세조직을 제어하거나, 또는 최종 제품의 선경까지 신성가공이 가능하도록 신선을 어느 정도 실시한 후 생긴 변형 조직을 제어하기 위하여 실시되는 관계로, 신선성의 제조시 거의 필수적인 공정이라 할 수 있다.

따라서, 소재의 연성이 우수하면 상기한 바와같은 중간 열처리를 생략하여 소재 상태에서 최종 제품선으로 직접 신선이 가능하다. 이와같이 소재의 연성이 우수하여 중간 열처리 없이 최종 제품선으로 직접 신선하게 되면 신선량이 증대되어 신선성의 강도를 향상시키는 이점이 있다.

그러나 가공경화에 따라 소재의 연성이 현저히 저하하여 신선시 디라미네이션(delamination)이라는 염회불량이 발생할 가능성이 높으며 심하면 추후 공정에서 단선이 될 우려가 큰 단점이 있는데, 이와같은 디라미네이션, 즉 염회불량은 소재의 강도나 신선량이 증가함에 따라 발생할 가능성이 크다. 그중에서도 특히 신선량을 증대시키는 경우가 소재강도를 증가시키는 경우에 비하여 훨씬 현저하다.

따라서 선신성의 강도를 높이기 위해서는 신선량을 증대시키는 방법보다는 소재의 강도를 향상시키는 것이 더욱 효과적임을 알 수 있다. 그러나 소재의 강도 상승은 근본적으로 소재자체의 연성을 저하시키게 되어 소재로 부터 목표하는 최종 제품선까지 중간 열처리 없이 직접 신선하는 것이 불가능하다.

그러므로 소재의 강도 향상만으로는 상기에서 언급한 디라미네이션에 의한 단선의 문제점을 해결할 수 없을 뿐만 아니라 중간 열처리의 생략도 불가능하다.

현재 공지되어 있는 신선성을 확보하는 방법중 가장 효과적인 방법은 소재의 미세조직을 미세한 펄라이트로 제어하는 것이다. 미세한 펄라이트는 오스테나이트에서 펄라이트로의 변태시 변태온도를 저하시킴으로써 가능하며, 변태온도를 저하시키는 방법은 압연후 냉각을 빠르게 하는 냉각제어법과 합금원소의 첨가에 의하여 소재의 펄라이트 변태온도를 저하시키는 방법이 있다. 그러나, 냉각 설비의 냉각능력을 향상시키는 방법은 설비투자등 시설 투자가 필요하여 경제적인 제품 생산의 수단이 되지 않아 손쉽게 접근할 수 있는 방법은 합금원소 첨가에 의한 방법이다.

이와같이 합금원소의 첨가에 의하여 신선성을 향상시킬 목적으로 첨가되는 합금원소는 Cr, Mn, V 등이 있다. 그러나, 상기와 같은 합금원소들을 다량으로 첨가하게 되면 소재의 경화능이 증가되어 기존의 냉각속도에서도 베이나이트 또는 마르텐사이트의 저온조직이 형성되어 오히려 신선성을 저하시키게 되므로 합금원소의 첨가는 냉각속도와 연관시켜 그 첨가량을 결정하여야 한다.

이러한 합금원소의 첨가 및 냉각속도 제어에 의한 원리에 근거하여 우수한 연성을 갖는 고강도 선재를 제조하는 방법에 대하여 종래 제안된 것들 중 대표적인 것으로는 일본특허 공개공보 소 63-4039 호, 평 4-346619 호, 평 4-254526 호 및 미국특허 US 5,156,692 호를 예로 들 수 있다.

상기 일본공개특허 공보 소 63-4039 호는 C:0.7-0.95, Si:0.2-0.5, Mn:0.4-0.7, V:0.05-0.2 및 Ni:0.05-0.5% 를 포함한 강을 신선, 페인텐팅 공정을 반복하여 0.3mm 정도에서 극세선을 제조시 연성의 확보가 특징인 방법이다.

상기 일본공개특허공보 평 4-346619 호는 중량%로, C:0.6-1.1%, Si:0.1-2.0% 및 Mn:0.1-2.0% 을 함유한 탄소강을 페이턴팅 후, 신선가공을 60% 이상 실시한 후, 50-200℃ 범위에서 300초 이상 3600초 이하 유지하여 신선시 변형 시효에 의한 연성의 저하를 회복시켜 우수한 강선을 제조하는 방법으로, 근복적으로 신선도중 강선의 연성을 증가시키지 못하므로 열처리를 하지 않고 신선량을 증대시키는데는 문제가 있다.

상기 일본특허 공개공보 평 4-254526 호는 중량%로, C:0.9-1.3%, Si:0.1-2.0%, 및 Cr:0.1-1.3% 를 포함한 강을 열간압연 후, 초석 세메타이트가 발생하는 온도 영역을 급냉한 후, 펄라이트 변태가 종료되는 온도까지 8℃/sec 이하의 냉각속도로 냉각시키거나, 또는 펄라이트 변태온도까지 급냉후 항온유지하여 초석 세멘타이트의 형성을 억제하여 신선성의 연성을 증가시키는 방법이다. 그러나, 이 방법은 탄소량이 0.9% 이하에서는 초석 세멘타이트가 형성되지 않아 적용이 되지 않으며 더우기 실제 압연후 냉각시 이와 같이 냉각속도를 2단계로 나누어 제어하기는 어려운 문제가 있다.

상기 미국특허 US 5,156,692 호는 0.7-0.9% 의 탄소를 포함한 강을 신성도중 페인텐팅 열처리시 변형을 가하여 펄라이트 블럭크기를 5㎛ 이하로 제어하여 신선성을 증가시키는 방법이다. 이 방법은 펄라이트 블럭의 미세화에 따라 신선성의 확보는 가능하나 열처리시 변형을 기하는데는 실질적으로 어려움이 있다.

상기와 같은 방법들은 여러 화학 성분계를 이용하여 극세선 제품을 제조하기 위하여 신선가공 도중 중간 열처리를 실시할 경우 열처리 조건 및 세선에서의 연성 확보에 주안점을 두고 있는 방법들로서, 중간 열처리를 생략하는 것에 대한 방법은 제안되어 있지 않다.

이에, 본 발명자는 상기한 방법들과는 달리 중간 열처리를 생략하므로서 신선량이 증대되어 신선성의 강도가 우수할 뿐만 아니라 연성 또한 우수하도록 하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 강의 합금성분계 및 열간압연된 선재의 냉각속도를 적절히 제어하므로서, 중간열처리 없이도 220kg/mm²이상의 고강도 및 양호한 연성을 나타내는 선재를 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 선재의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.65-0.85%, Mn:0.1-0.5%, Si:0.1-0.5%, 나머지 : Fe 및 기타 불가피한 불순물을 기본 성분으로 하고, 여기에 Ni:0.1-1.0%, Cu:0.1-1.0% 및 Cr:0.2% 이하중 선택된 1종 이상을 첨가하여 조성되는 강을 열간압연하고 18-25℃/sec 의 냉각속도 범위로 냉각하여 선재로 제조한 후, 신선량 2.5 이상으로 신선가공하는 것을 포함하여 이루어지는 신선성이 우수한 고강도 선재 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 우선 강을 상기와 같이 조성함이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

C 는 강도상승에 가장 효과적인 원소이나 다량 첨가되면 초석 세멘타이트가 석출하여 초석 세멘타이트가 석출되지 않더라도 탄소량이 증가함에 따라 선의 연성이 감소한다. 따라서 열처리를 하지 않고 신선량을 증대시키기 위하여서는 0.85% 이하로 관리되여야 한다. 또한, 합금 원소가 첨가될 경우 펄라이트로의 공석 변태가 일반 탄소강에 비하여 비교적 저탄소함량에서 일어나므로 저 탄소함량에서도 초석 페라이트 양이 1% 이하인 공석 조직을 확보할 수 있으나 탄소량이 더 감소하면 초석 페라이트 양이 증대하여 신선성의 저하는 물론 강도가 낮아지므로 그 하한을 0.65% 로 제한함이 바람직하다.

Si 은 강의 탈산에 필요한 원소이기 때문에 그 함유량이 너무 작을 경우 탈산 효과가 충분하지 않으므로 0.1% 이상 첨가되어야 한다. 또한 Si 은 펄라이트 내의 페라이트에 고용강화를 일으켜 선재의 강도를 상승시키는 역할을 하나, 신선가공이 진행됨에 따라 변형에 의한 가공경화에 비하여 그 강도상승 정도가 매우 적기 때문에 신선량이 증가함에 따라 그 기여도는 감소하여 신선량이 2.5 이상에서는 Si 첨가에 의한 선의 강도 상승은 기대하기 어렵다(제1도), 또한 Si 은 선재 제조시 가열로에서 빌렛의 탈탄을 조장하므로 본 발명의 목적에는 부합하지 않는 원소로, 탈산효과를 고려하여 그 상한을 0.5% 로 제한함이 바람직하다.

Mn 은 강의 제조시 탈산 효과 뿐만 아니라 소재내의 황과 더불어 유화망간(MnS)을 형성시켜 황에 의한 적열취성을 방지하므로 0.1% 이상은 첨가되여야 한다. 또한 Mn 은 강도상승과 펄라이트 층간간격을 미세화시키느데는 매우 효과적인 원소이나, 과다하게 첨가할 경우 편석이 발생할 가능성이 높고 또한 마르텐사이트가 발생하는 임계 냉각속도를 낮춘다. 또한 신선한계를 다른 원소에 비하여 현저히 저하시키므로 Mn 의 상한을 0.5% 로 제한함이 바람직하다.

Cr 은 펄라이트 변태온도를 낮추므로 펄라이트의 층간간격을 미세화시키고 강도상승에 매우 효과적인 원소이나, 다량 첨가시 후술되는 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 냉각속도가 빠를 경우 마르텐사이트 등 저온조직이 발생할 가능성이 높으므로, 18-25℃/sec 의 냉각속도에서 저온조직이 발생하지 않는 양을 그 상한으로 하여 본 발명에서는 상한을 0.2% 로 제한함이 바람직하다.

Ni 은 펄라이트의 변태온도에서는 큰 영향을 미치지 않아 강의 강도 및 펄라이트 층간간격의 변화에는 영향이 거의 없으나 강의 연성 향상에 매우 효과적이다. 이와같이 강의 연성 효과를 꾀하기 위하여서는 그 첨가량이 0.1% 이상은 되어야 하며, 1% 이상 첨가하면 열처리 생략에 의한 원가절감의 효과가 상쇄되므로 그 상한을 1% 로 제한함이 바람직하다.

Cu 는 소재 스케일의 기계적 박리성을 향상시키는 목적으로 첨가되나 본 발명자들의 실험 결과로는 상기한 첨가목적 뿐만 아니라 Ni 과 거의 유사하게 연성을 향상시키는 효과를 나타내었다. 따라서 그 하한을 0.1% 로 하며, 너무 많이 첨가될 경우 연속주조시 표면 홈이 발생할 가능성이 높다.

따라서 그 상한을 1% 로 한정하여 그 양이 0.5% 이상일 경우 Ni 과 복합 첨가에 의하여 연속주조시의 흠 발생을 억제할 수 있다.

일반적으로 탄소강을 이용할 경우 약 ε=2이하의 범위에서 신선가공한 후 열처리를 수행하는데 이는 소재의 연성이 부족하여 더 이상의 변형에서는 디라미네이숀이 발생할 가능성이 높기 때문이다. 그러나, 본 발명의 경우 Ni, Cu 등의 합금원소 첨가에 의하여 소재 연성을 증가시켜 ε=2.5이상에서도 디라미네이숀이 발생하지 않아 중간 열처리를 생략할 수 있는 것이다.

본 발명에서는 상기와 같은 합금성분계를 갖도록 강을 조성한 후, 이를 빌렛으로 제조하고 열간압연하고 18-25℃/sec 의 냉각속도 범위로 냉각하여 선재로 제조함이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

본 발명에서는 상기와 같이 조성되는 강의 열간압연후 냉각시 그 조직이 베이나이트 또는 마르텐사이트가 형성되지 않고 층간간격이 0.15㎛ 이하인 펄라이트가 형성되도록 냉각속도를 제어함이 바람직한데, 냉각속도가 18℃/sec 이하로 느리면 형성된 펄라이트 조직이 조대해져 층간간격이 0.15㎛ 이상으로 커지게 되어 가공성이 저하되는 문제점이 있다.

그리고 냉각속도가 25℃/sec 이상으로 빠를 경우에는 펄라이트의 조직이 미세해져 층간간격은 0.15㎛ 이하로 유지되나 그 조직중에 일부 마르텐사이트가 형성되어 신선성이 저하되는 문제점이 있으므로 냉각속도는 18-25℃/sec 의 범위로 제한함이 바람직하다.

본 발명에서는 이상과 같은 냉각속도 범위로 냉각하여 선재를 제조한 후에는 이를 중간 열처리 없이 최종 신선선으로 신선가공하게 되는데, 이때 선재의 직경이 5.5-7mm 인 경우에는 신선량 ε=2.5-3.5 의 범위로 신선함이 보다 바람직하다.

이상과 같이 합금성분계 조정 및 냉각속도를 제어하는 본 발명의 방법을 사용하여 선재를 제조하면 종래 신선성 제조시 필수불가결한 단계인 중간열처리 없이도 고강도 및 고연성의 신선성을 제조할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.,

[실시예 1]

하기표 1과 같은 화학성분을 갖는 강괴를 진공용해하여 빌렛으로 제조한 후 열간압연하여 선재를 제조하였다. 이와같이 제조된 선재를 5℃/sec-250℃/sec 의 냉각속도로 연속냉각한 후 조직 검사를 통하여 마르텐사이트의 발생유무를 조사하였다. 그 결과 비교재(13,14)의 경우는 15℃/sec 이상의 냉각속도에서 마르텐사이트로의 변태가 일부 진행되어 이 강종은 추후 신선작업을 행하지 않고, 나머지 마르텐사이트 변태가 발생되지 않은 봉강, 즉 비교재(1-3) 및 발명재(6-12)에 대하여 단면 감소율 25% 로 신선가공을 실시하였으며 각 패스마다 시편을 채취하여 인장강도 및 단면 감소율, 그리고 디라미네이션 발생유무를 확인하고 그 결과를 제2도에 나타내었다.

이때 신선변형량은 ε = 21n(Do/D)로 계산한 값이며, Do는 신선소재의 선경, D는 신선후의 선경을 의미한다.

제2도에는 신선변형량 2.55 에서 선의 연성을 나타내는 단면 감소율과 인장강도를 나타내었으며, 제3도에는 이러한 신선성의 디라미네이션 발생유무를 나타내었다.

제2도 및 제3도에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명재(6,11,12)의 경우, 인장강도가 비교재인 0.82%C, 0.7%C 의 탄소강에 비하여 강도와 연성이 우수한 것을 알 수 있으며, 디라미네이션의 발생이 없는 고강도, 고연성의 우수한 성질을 나타냄을 알 수 있다.

[실시예 2]

상기 실시예 1과 동일한 공정으로 신선을 진행한 후 상기표 1의 강종(1,2,5,8,10,11,12)에 대하여 변형량을 2.82, 3.13 및 3.41 로 변화시켜 가면서 인장강도 및 디라미네이션의 발생유무를 관찰하고 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

상기표 2에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명재인 (11,12)는 비교재인 (5)와 마찬가지로 2.82까지는 디라미네이션이 발생하지 않고 고강도 선을 제조할 수 있었으며, 발명재는 (8,10)은 변형량 3.41 에서 디라미네이션이 발생하지 않고 250kg/mm²이상의 고강도 고연성을 확보할 수 있음을 알 수 있다.

또한 상기 표 2에서 변형량이 2.5 는 소재의 직경이 5.5mm 일 경우 선경이 1.5mm, 변형량 3.4 는 선경이 1.0mm 를 의미하여 따라서 본 발명에 의하여 선경 1.0mm 까지는 열처리없이 신선을 실시하여도 연성의 확보 및 고강도를 유지하는 우수한 강선을 제조할 수 있음을 의미한다.

상술한 바와같이, 본 발명은 강의 합금성분계, 열간압연후 냉각속도 그리고 신선가공시의 변형량을 적절히 제어함에 의해 인장강도 220kg/mm²이상의 고강도 특성을 가지며 연성이 우수한 선재를 디라미네이션의 발생 및 중간열처리 없이 효과적으로 제조할 수 있다.

Claims (1)

1. 선재의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.65-0.85%, Mn:0.1-0.5% 이하, Si:0.1-0.5% 이하, 나머지 : Fe 및 기타 불가피한 불순물을 기본 성분으로 하고, 여기에 Ni:0.1-1.0%, Cu:0.1-1.0% 및 Cr:0.2% 이하중 선택된 1종 이상을 첨가하여 조성되는 강을 열간압연하고 18-25℃/sec의 냉각속도 범위로 냉각하여 선재로 제조한 후, 신선량 2.5 이상으로 신선가공하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 신선성이 우수한 고강도 선재 제조방법.