KR101304836B1 - Method for manufacturing spring steel billet having excellent heat-crack resistance - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스프링강 블룸을 재가열하고, 열간압연하여 빌렛을 제조하는 과정에서 상기 열크랙의 발생을 억제할 수 있는 스프링강 빌렛의 제조방법에 관한 것으로,
스프링강 블룸을 예열대, 가열대 및 균열대를 포함하는 재가열로에서 재가열한 후, 압연하여 빌렛을 제조하는 스프링강 빌렛을 제조하는 방법에 있어서,
상기 예열대 종료지점에서 상기 블룸의 표층부와 중심부의 온도차이가 150℃ 이하가 되도록 가열하는 것을 특징으로 하는 열크랙 저항성이 우수한 스프링강 빌렛의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for manufacturing a spring steel billet that can suppress the occurrence of the heat crack in the process of reheating the spring steel bloom, hot rolling to produce a billet,
In the method for producing a spring steel billet for producing a billet by reheating the spring steel bloom in a reheating furnace comprising a preheating zone, a heating zone and a cracking zone,
It provides a method of producing a spring steel billet having excellent heat crack resistance, characterized in that the heating so that the temperature difference between the surface layer and the central portion of the bloom at the end of the pre-heating zone is 150 ℃ or less.
Description
본 발명은 스프링강 빌렛을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열크랙 저항성이 우수한 스프링강 빌렛을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a spring steel billet, and more particularly to a method for manufacturing a spring steel billet excellent in heat crack resistance.
통상적으로 강선재의 빌렛을 제조하는 방법은 연주공정을 통해 제조된 블룸(Bloom)을 재가열한 후, 조압연, 사상압연 등의 압연공정을 거쳐 제조된다.In general, a method of manufacturing a billet of steel wire is manufactured by reheating a bloom produced through a reproducing process, followed by a rolling process such as rough rolling and finishing rolling.
재가열 공정의 효율성을 위해서는 상기 연주공정을 거쳐 제조된 블룸을 압연공정에 직장입하는 것이 유리하다. 이러한 것을 HDR(Hot Direct Rolling) 처리라고 하며, 이 경우에는 연주공정에서 제조된 고온의 블룸을 직접 압연하기 때문에, 별도의 재가열 처리가 필요하지 않다는 장점을 갖는다.
For the efficiency of the reheating process, it is advantageous to inject the blooms produced through the regeneration process into the rolling process. This is called HDR (Hot Direct Rolling) treatment, and in this case, since the hot bloom produced in the playing process is directly rolled, there is an advantage that a separate reheating treatment is not required.
그러나, 이렇게 HDR 공정을 적용하기 위해서는 연주공장과 압연공장이 장소적으로 매우 근접한 거리에 있어야 하며, 어느 하나의 공정에서 조업상 문제가 발생한 경우에 모든 공정이 중단되어야 하는 점에서 현실적으로 적용하기에는 많은 제약이 따른다.
However, in order to apply the HDR process, the performance and rolling mills must be located in close proximity to each other in place, and in case of any operation problem in any one process, all processes must be stopped. This follows.
이러한 현실적인 어려움으로 인해, 연주공정을 통해 제조된 고온의 블룸을 80% 수준의 온도에서 압연을 행하는 HCR(Hot Charge Rolling) 공정을 실시하고 있다. 특히, 고탄소, 고합금강의 경우는 재가열시 급격한 부피팽창 차이로 인해 열크랙의 발생 가능성이 높아지기 때문에, 상기 HCR 공정으로 행해지는 것이 일반적이다.
Due to this practical difficulty, the hot charge rolling (HCR) process of rolling the high temperature bloom produced by the playing process at a temperature of 80% level is performed. In particular, in the case of high carbon and high alloy steel, since the possibility of thermal cracking is increased due to a sudden difference in volume expansion during reheating, it is generally performed by the HCR process.
그러나, 일부 스프링강의 경우에는 상기 HCR 공정에 의하지 않고, 상온까지 냉각된 블룸을 재가열한 후, 압연하는 공정을 거친다. 이러한 공정을 CCR(Cold Charge Rolling)이라 한다. However, some spring steel is subjected to a rolling process after reheating the bloom cooled to room temperature, not depending on the HCR process. This process is called cold charge rolling (CCR).
이와 같이, CCR 처리되는 경우에는 블룸을 재가열하게 되며, 이때 재가열되는 과정에서 블룸의 중심부와 표층부의 온도가 상승하는 과정에서 온도상승 속도의 차이가 발생하게 된다. 즉, 표층부는 급속히 온도가 상승하는 반면에 중심부는 온도 상승 속도가 낮다. As such, when the CCR process is performed, the bloom is reheated. In this case, a difference in temperature rise rate occurs when the temperature of the center of the bloom and the surface layer is increased during the reheating. In other words, the surface layer portion rapidly rises in temperature while the central portion has a low rate of temperature rise.
이러한 온도 상승 속도 차이는 블룸 중심부와 표층부의 상변화에 영향을 주게 되며, 이러한 상변화의 영향은 블룸의 중심부와 표층부의 부피변화를 유발하게 되고, 중심부와 표층부 간에 응력을 발생시키게 된다. 이와 같은 상태에서 압연을 행하여 빌렛을 제조하게 되면, 빌렛에 크랙과 같은 결함이 발생하게 되고, 이러한 크랙을 열크랙이라 한다. 상기와 같이 결함이 발생하게 되면 제품의 품질을 저하시키고, 이를 재처리하는 과정에서 비용이 발생하여 비용적 손해를 발생시키는 문제가 있다.The difference in temperature rise rate affects the phase change of the center part and the surface part of the bloom, and the effect of the phase change causes a volume change of the center part and the surface part of the bloom and generates stress between the center part and the surface part. When the billet is manufactured by rolling in such a state, defects such as cracks occur in the billet, and such cracks are called thermal cracks. If a defect occurs as described above, there is a problem of lowering the quality of the product and incurring a cost in the process of reprocessing it to generate a cost loss.
본 발명의 일측면은 스프링강 블룸을 재가열하고, 열간압연하여 빌렛을 제조하는 과정에서 상기 열크랙의 발생을 억제할 수 있는 스프링강 빌렛의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a method for manufacturing a spring steel billet that can suppress the occurrence of the thermal crack in the process of reheating the spring steel bloom, hot rolling to produce the billet.
본 발명은 스프링강 블룸을 예열대, 가열대 및 균열대를 포함하는 재가열로에서 재가열한 후, 압연하여 빌렛을 제조하는 스프링강 빌렛을 제조하는 방법에 있어서,The present invention relates to a method for producing a spring steel billet for producing a billet by reheating the spring steel bloom in a reheating furnace comprising a preheating zone, a heating zone and a cracking zone,
상기 예열대를 통과하는 상기 블룸의 표층부와 중심부의 온도차이가 150℃ 이하가 되도록 가열하는 것을 특징으로 하는 열크랙 저항성이 우수한 스프링강 빌렛의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a spring steel billet excellent heat crack resistance, characterized in that the heating so that the temperature difference between the surface layer portion and the central portion of the bloom passing through the preheating zone is 150 ℃ or less.
본 발명에 의하면, 스프링강 블룸 CCR재 재가열시의 열크랙 발생을 방지할 수 있고, 열크랙 발생으로 인한 불량 발생 및 MISS ROLL 과 같은 대형 조업 장애를 예방할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of thermal cracks during reheating of the spring steel Bloom CCR material, and to prevent the occurrence of defects due to the occurrence of thermal cracks and large operation disturbances such as MISS ROLL.
도 1은 종래의 방법에 의해 제조된 빌렛에서 발생한 결함과 크랙을 관찰한 사진임.
도 2는 종래의 방법에 의해 재가열하는 과정에서 표층부와 중심부의 온도 차이를 관찰한 그래프임.
도 3은 종래의 방법에 의한 재가열과정에 표층부와 중심부의 부피 팽창 차이를 나타낸 그래프임.
도 4는 예열대 종료지점에서의 표층부와 중심부의 온도차이에 따른 재가열과정에서 부피 팽창 차이를 나타낸 그래프임.
도 5는 발명예에 따라 제조된 빌렛을 관찰한 사진임.1 is a photograph observing defects and cracks generated in a billet manufactured by a conventional method.
Figure 2 is a graph observing the temperature difference between the surface layer and the central portion during the reheating process by a conventional method.
Figure 3 is a graph showing the difference in volume expansion of the surface layer and the central portion during the reheating process by a conventional method.
Figure 4 is a graph showing the difference in volume expansion in the reheating process according to the temperature difference between the surface layer and the central portion at the end of the preheating zone.
5 is a photograph observing the billet prepared according to the invention example.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 하기 도면은 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following drawings are only for understanding of the present invention, but do not limit the scope of the present invention.
본 발명에서 블룸의 표층부는 도 2(b)를 참조하면, 블룸 표면으로부터 2cm 지점까지를 의미하고, 중심부는 블룸의 정중앙부를 의미한다.
Referring to FIG. 2 (b), the surface layer portion of the bloom means up to 2 cm from the surface of the bloom, and the center portion means the center portion of the bloom.
본 발명자들은 스프링강을 CCR 처리하는 경우에, 도 1과 같은 결함이 발생하는 것을 인지하게 되었다. 도 1은 예열대, 가열대 및 균열대를 포함하는 재가열로에서, 스프링강 블룸을 예열대의 조건이 1100℃에서 2시간 동안 가열하고, 가열대 및 균열대를 거쳐 재가열한 다음, 압연한 후 관찰한 사진으로서, 도 1에 나타난 바와 같이 종래의 방법에 의하면 사상압연 후 결함이 발생하여, 최종 빌렛에서 열크랙이 발생하는 것을 알 수 있다.
The inventors have noticed that a defect such as that shown in FIG. 1 occurs when the CCR is treated on the spring steel. 1 is a reheating furnace including a preheating zone, a heating zone, and a cracking zone, a spring steel bloom is heated for 2 hours at 1100 ° C. under a preheating zone, reheated through a heating zone and a cracking zone, and then photographed after rolling As shown in FIG. 1, according to the conventional method, defects occur after finishing rolling, and thermal cracks occur in the final billet.
상기와 같이, 종래의 가열방식에 대해 블룸의 가열패턴을 관찰하여 도 2에 나타내었다. 도 2(a)의 그래프를 보게 되면, 단면이 400*500인 블룸을 재가열하는 과정에서 예열대의 종료지점인 약 120~140분 사이에 블룸의 중심부와 표층부의 온도차이가 300℃ 이상 나는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 표층부와 중심부간에 상당한 열응력이 발생한 것을 알 수 있다. 특히, 표층부에서도 코너부와 중심부에서의 온도차이가 가장 크게 발생하는 것을 알 수 있다.
As described above, the heating pattern of the bloom was observed in the conventional heating method and shown in FIG. 2. Looking at the graph of Figure 2 (a), it is confirmed that the temperature difference between the center of the bloom and the surface layer of 300 ℃ or more between about 120 to 140 minutes, the end point of the preheating zone in the process of reheating the bloom of 400 * 500 cross section Could. Therefore, it can be seen that significant thermal stress occurred between the surface layer portion and the center portion. In particular, it can be seen that the temperature difference between the corner portion and the central portion occurs most significantly in the surface layer portion.
또한, 이때의 블룸의 중심부의 온도는 약 700℃ 전후로서, 페라이트에서 오스테나이트로 완전한 상변태가 이루어지지 않은 상태이나, 표층부는 오스테나이트로 완전한 상변태가 이루어진 것을 확인할 수 있다. In addition, the temperature of the center portion of the bloom at this time is about 700 ℃, the state in which the complete phase transformation of the austenite in the ferrite is not made, but it can be confirmed that the complete phase transformation of the surface layer portion is made of austenite.
따라서, 상기와 같이 예열대 종료지점에서 중심부와 표층부의 온도차이로 인해, 가열대 및 균열대를 거친 다음에는 도 3에 나타난 바와 같이, 극심한 부피차이가 생기는 것을 알 수 있다.
Therefore, due to the temperature difference between the central portion and the surface layer portion at the end of the preheating zone as described above, it can be seen that after the heating zone and the cracking zone, as shown in FIG. 3, an extreme volume difference occurs.
이러한 부피 팽창 차이가 발생한 상태에서 압연을 행하게 되면, 상기 도 1과 같이 열크랙이 발생하는 것을 인지하게 되었고, 본 발명자들은 스프링강 블룸을 재가열하는 과정에서 중심부와 표층부의 온도 편차를 제어함으로서, 상기 크랙의 발생을 억제할 수 있음을 인지하고 본 발명에 이르게 되었다.
When rolling is performed in a state where such a difference in volume expansion occurs, it is recognized that thermal cracking occurs as shown in FIG. 1, and the present inventors control the temperature variation of the central portion and the surface layer in the process of reheating the spring steel bloom. The present invention has been achieved by recognizing that cracks can be suppressed.
본 발명에서 상기 스프링강은 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니며, 바람직한 예로는 C: 0.52~0.58중량%, Si: 1.20~1.60중량%, Mn 및/또는 Cr이 0.6~0.8중량%를 포함하고, 나머지는 Fe로 이루어진 조성을 갖는다.
In the present invention, the spring steel is not particularly limited in kind, preferred examples include C: 0.52 to 0.58% by weight, Si: 1.20 to 1.60% by weight, Mn and / or Cr contain 0.6 to 0.8% by weight, The rest has a composition consisting of Fe.
본 발명은 스프링강 블룸을 예열대, 가열대 및 균열대를 포함하는 재가열로에서 재가열한 후, 압연하여 빌렛을 제조하는 스프링강 빌렛을 제조하는 방법에 있어서,The present invention relates to a method for producing a spring steel billet for producing a billet by reheating the spring steel bloom in a reheating furnace comprising a preheating zone, a heating zone and a cracking zone,
상기 예열대를 통과한 상기 블룸의 표층부와 중심부의 온도차이가 150℃ 이하가 되도록 가열하는 것을 포함한다.
And heating the temperature difference between the surface layer portion and the central portion of the bloom passing through the preheating zone to 150 ° C. or less.
스프링강 블룸으로 빌렛을 제조하기 위해서는 예열대, 가열대 및 균열대를 포함하는 재가열로에서 블룸을 재가열한 후, 조압연 및 사상압연의 압연공정을 거쳐 빌렛으로 제조된다.In order to manufacture a billet with a spring steel bloom, the bloom is reheated in a reheating furnace including a preheating zone, a heating zone and a cracking zone, and then manufactured into billets through a rolling process of rough rolling and finishing rolling.
본 발명에서는 상기 예열대 종료지점에서 스프링강 블룸의 표층부와 중심부의 온도차이가 150℃ 이하가 되도록 가열하는 방법을 통해, 재가열된 블룸의 표층부와 중심부의 부피 팽창 차이(△V=(V표층부(코너부)-V중심부)/V중심부)가 0.32%가 되도록 한다. 이를 통해, 압연시 표층부와 중심부의 부피차이로 인한 열크랙이 발생하지 않는다. 상기 부피 팽창 차이는 특히, 표층부에서도 코너부와 중심부의 부피팽창 차이로 계산하는 것이 보다 바람직하다.
In the present invention, the difference in the volume expansion between the surface layer portion and the center portion of the reheated bloom (ΔV = (V surface layer portion () by heating so that the temperature difference between the surface layer portion and the central portion of the spring steel bloom at the end of the preheating zone is 150 ° C or less ). Corner part) -V center ) / V center ) is 0.32%. As a result, thermal cracking does not occur due to the volume difference between the surface layer portion and the central portion during rolling. In particular, the volume expansion difference is more preferably calculated as the difference in volume expansion between the corner portion and the central portion in the surface layer portion.
도 3은 상기 단면이 400*500인 블룸을 앞선 도 2의 방법으로 가열처리한 경우(예열대 종료지점의 온도차이가 300℃)와, 예열대 종료지점에서 중심부와 표층부의 온도차이가 150℃ 및 100℃인 경우에, 재가열 과정에서 부피 팽창 차이를 측정하여 나타낸 것이다. 도 3의 결과에서 알 수 있듯이, 예열대 종료지점에서 온도차이가 150℃ 이하인 경우에는 재가열과정에서 표층부와 중심부의 부피 팽창 차이가 0.32%를 넘지 않는 것을 알 수 있다.FIG. 3 is a heat treatment of the bloom having a cross section of 400 * 500 according to the method of FIG. And 100 ° C., it is shown by measuring the difference in volume expansion during reheating. As can be seen from the results of FIG. 3, when the temperature difference is 150 ° C. or less at the end of the preheating zone, it can be seen that the difference in volume expansion between the surface layer and the central portion does not exceed 0.32% during the reheating process.
그 결과 재가열 후 압연과정에서 표층부와 중심부의 열응력이 적어, 도 1과 같은 결함 발생이 저감되는 효과를 갖는다.
As a result, there is less thermal stress in the surface layer portion and the central portion in the rolling process after reheating, thereby reducing the occurrence of defects as shown in FIG. 1.
한편, 본 발명에서는 상기 예열대의 가열 조건을 950℃이하의 온도에서 3시간 이상 행하는 것이 바람직하다. 종래에는 예열대의 가열 조건을 1100℃에서 2시간 이하로 행하는 것이 일반적이었으나, 본 발명에서는 예열대 가열처리 온도 조건을 900℃이하로 낮추고, 시간을 3시간 이상으로 가져감으로서, 예열대 종료 지점에서 블룸의 표층부와 중심부의 온도차이가 150℃ 이하가 되도록 한다.On the other hand, in this invention, it is preferable to carry out the heating conditions of the said preheating stage for 3 hours or more at the temperature below 950 degreeC. Conventionally, the heating conditions of the preheating stage were generally performed at 1100 ° C. or less for 2 hours. However, in the present invention, the preheating heating temperature condition is lowered to 900 ° C. or lower, and the time is 3 hours or more. The temperature difference between the surface layer portion of the bloom and the center portion is 150 占 폚 or lower.
보다 바람직하게는, 예열대 가열조건을 800~900℃의 온도에서, 3~4시간 동안 행한다.
More preferably, preheating zone heating conditions are performed for 3 to 4 hours at the temperature of 800-900 degreeC.
즉, 본 발명에서는 종래와 달리, 낮은 온도 조건에서 장시간 동안 가열하는 예열대 조건을 갖는다. 낮은 온도 조건에서 장시간 동안 가열을 행하게 되면, 블룸의 중심부와 표층부의 온도차이가 줄어들게 되고, 그에 따라 중심부와 표층부의 상변태도 유사한 형태로 일어나게 된다. 그 결과, 중심부와 표층부의 부피팽창 차이가 줄어들게 되어 열응력의 발생이 줄어들게 되는 것이다.
That is, in the present invention, unlike the prior art, it has a pre-heating condition for heating for a long time at low temperature conditions. When heating is performed for a long time at low temperature conditions, the temperature difference between the center of the bloom and the surface layer is reduced, and thus the phase transformation of the center and the surface layer is similar. As a result, the difference in volume expansion of the central portion and the surface layer portion is reduced, thereby reducing the occurrence of thermal stress.
한편, 본 발명에서 예열대 이외에 가열대 및 균열대의 공정 조건은 본 발명이 속하는 기술분야에서 행하여지는 통상의 방법에 의하며, 본 발명에서는 그 조건을 특별히 한정하는 것은 아니다.
In addition, the process conditions of a heating stand and a cracking zone in addition to a preheating zone in this invention are based on the conventional method performed in the technical field to which this invention belongs, In this invention, the conditions are not specifically limited.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The following examples are only for the understanding of the present invention, but not for limiting the present invention.
(실시예)(Example)
SAE 9254 400*500 규격의 스프링강 블룸을 준비한 후, 상기 블룸을 하기 표 1의 예열대, 가열대 및 균열대 온도조건을 갖는 재가열로에서 재가열처리 한 후, 압연을 행하여 빌렛을 제조하였다. 압연은 상기 블룸을 하기 표 1의 조건으로 재가열한 후, #1 BDM(Break Down Mill)을 이용하여 5pass 가역식 압연실시 후, #2 BDM 압연기를 이용하여 3pass 가역식 압연을 실시하고, 마지막으로 CBM(Continous Billeting Mill)을 이용하여 4pass 비가역 압연을 실시하였다.
After preparing a spring steel bloom of SAE 9254 400 * 500 standard, the bloom was reheated in a reheating furnace having the preheating zone, heating zone and crack zone temperature conditions of Table 1, followed by rolling to prepare a billet. In the rolling, after reheating the bloom under the conditions shown in Table 1 below, 5pass reversible rolling was performed using a # 1 BDM (Break Down Mill), and then 3pass reversible rolling was performed using a # 2 BDM rolling mill. 4pass irreversible rolling was performed using CBM (Continous Billeting Mill).
상기와 같이 제조된 빌렛의 결함을 관찰하여 그 발생여부를 하기 표 1에 나타내었다.
The defects of the billets prepared as described above were observed and their occurrences are shown in Table 1 below.
상기 표 1의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 범위에 만족하는 발명예의 경우에는 크랙과 결함이 발생하지 않고, 양호한 품질을 갖는 것을 알 수 있으나, 종래예나 본 발명의 범위를 벗어난 비교예의 경우에는 빌렛에서 조대 홀(hole)이 발생하는 것이 관찰되어, 열악한 품질을 가지게 되는 것을 확인할 수 있었다.
As can be seen from the results of Table 1, in the case of the invention examples satisfying the scope of the present invention, it can be seen that cracks and defects do not occur and have good quality, but in the case of the conventional examples or the comparative examples outside the scope of the present invention. The occurrence of coarse holes in the billets was observed, confirming that they had poor quality.
한편, 도 5는 상기 발명예에 따라 제조한 빌렛을 관찰한 사진이다. 도 5에 나타난 바에 의하면, 도 1과 같이 종래예에 따라 제조된 빌렛에서 볼 수 있었던 결함이 도 5에서는 볼 수 없음을 알 수 있었다.On the other hand, Figure 5 is a photograph of observing the billet prepared according to the invention example. As shown in FIG. 5, it could be seen that the defects seen in the billets manufactured according to the conventional example as shown in FIG. 1 were not seen in FIG. 5.
Claims (3)
상기 예열대 종료지점에서 상기 블룸의 표층부와 중심부의 온도차이가 150℃ 이하가 되도록 가열하는 것을 특징으로 하는 열크랙 저항성이 우수한 스프링강 빌렛의 제조방법.
In the method for producing a spring steel billet for producing a billet by reheating the spring steel bloom in a reheating furnace comprising a preheating zone, a heating zone and a cracking zone,
The method of manufacturing a spring steel billet having excellent heat crack resistance, characterized in that for heating so that the temperature difference between the surface layer portion and the central portion of the bloom at the end of the preheating zone is 150 ℃ or less.
상기 예열대에서 상기 블룸을 950℃ 이하, 3시간 이상의 조건으로 가열하는 것을 특징으로 하는 스프링강 빌렛의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of manufacturing a spring steel billet, characterized in that for heating the bloom in the pre-heating conditions 950 ℃ or less, 3 hours or more.
상기 재가열과정에서 블룸의 표층부와 중심부의 부피 팽창 차이(△V=(V표층부-V중심부)/V중심부)가 0.32% 이하인 것을 특징으로 하는 스프링강 빌렛의 제조방법.The method according to claim 1,
The method of manufacturing a spring steel billet, characterized in that the volume expansion difference (ΔV = (V surface layer -V center ) / V center ) of the surface layer portion and the center of the bloom in the reheating process is 0.32% or less.
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