KR101417590B1

KR101417590B1 - 재질편차가 적은 용접봉용 선재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접봉용 선재

Info

Publication number: KR101417590B1
Application number: KR1020130013538A
Authority: KR
Inventors: 최상우
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2014-07-09

Abstract

본 발명은 재질편차가 적은 용접봉용 선재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접봉용 선재에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.15%이하(0은 제외), Mn: 1.40~1.90%, Si: 0.55~1.10%, Ti: 0.16~0.22%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 열간압연하여 선재를 얻는 단계; 상기 선재를 권취하여 권취코일을 얻는 단계; 및 상기 권취코일을 스텔모아 냉각대에서 냉각시키는 단계를 포함하며, 상기 열간압연시 마무리 온도와 상기 권취시 온도의 차이가 100℃이하가 되도록 하고, 상기 스텔모아 냉각대에서 냉각되는 권취코일의 겹침부와 미겹침부의 온도차이가 50℃이하가 되도록 하고, 냉각속도편차가 2℃/s이하가 되도록 하는 용접봉용 선재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접봉용 선재를 제공한다.
본 발명에 따르면, 냉각조건의 제어를 통해 냉각개시온도 편차와 냉각속도 편차를 줄임으로써, 인장강도 등과 같은 재질의 편차가 저감된 용접봉용 선재를 제공할 수 있다.

Description

재질편차가 적은 용접봉용 선재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접봉용 선재{METHOD FOR MANUFACTURING WIRE ROD FOR WELDIND ROD HAVING REDUCED MICHANICAL PROPERTY AND WIRE ROD FOR WELDIND ROD PRODUCED BY THE SAME}

본 발명은 재질편차가 적은 용접봉용 선재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접봉용 선재에 관한 것이다.

선재의 제조방법은 일반적으로 열간압연 및 냉각을 행한 후 냉간상태에서 신선공정을 행하여 원하는 제품으로 만드는 방법을 사용하고 있다. 통상적으로 신선공정에서 제품의 미려한 표면을 얻기 위하여, 열간압연 및 냉각시 생성되는 산화스케일을 제거한 후, 냉간가공인 신선공정을 행하게 된다.

일반적으로 선재는 강편(billet)을 가열로내에서 충분히 가열하여 주조조직을 완화시킨 다음 열간압연하기에 알맞은 온도로 추출한 뒤, 조압연, 중간조압연, 중간사상압연, 사상압연과 같이 이루어지는 4단계의 압연공정을 거쳐 원하는 최종직경으로 얻어진다.

이러한 열간압연공정 중 사상압연공정에서는 압연속도가 매우 빠르기 때문에 가공발열에 의해서 소재의 온도가 상당히 상승하게 된다. 이렇게 온도가 높아진 선재는 수냉대에서 물분사에 의해 급격히 냉각시킨 후, 일정온도에서 권취를 행한다. 상기 권취는 레잉헤드(laying head)라고 하는 권취기를 이용하여 이루어지게 되는데, 상기 권취 공정을 통해 선재가 원형의 코일형상으로 얻어지게 된다. 이후, 선재 최종제품의 물성을 결정짓는 미세조직을 얻기 위해 스텔모아(stelmor)라고 하는 냉각제어 장치를 이용해 소재의 냉각속도를 극서냉함으로써 특수용접봉에 필요한 적정 인강장도를 확보하고 있다.

이 때, 상기 귄취공정 이후 코일형상의 선재는 코일컨베이어(coil conveyor)의 위를 지나게 되는데, 서냉커버는 코일컨베이어의 상부에 설치되어 있고, 강제송풍장치는 코일컨베이어의 하부에 위치하여, 상기 선재를 서냉시키게 된다.

상기와 같이 냉각제어장치에서 냉각이 완료된 코일은 코일집적기에 의해 쌓여지게 되며, 포장 후 출하되게 된다. 이와 같이 제조되어 출하되는 선재는 신선가공하기에 앞서 반드시 스케일 박리공정을 거치게 된다.

즉, 용접봉 제조사에서는 열간압연 및 냉각을 거친 선재를 신선작업을 실시하여 최종제품을 제조하고 있으며, 이 때 냉간상태에서 선재를 실시하여 원하는 직경의 용접봉용 소재를 제조하는 것이다. 이 때 요구되는 품질은 내부의 재질편차가 적어야 최종 용접봉 제품에서도 재질편차가 적어진다는 것이다. 이러한 재질편차가 있을 경우에는 용접시에 용접아크발생 등의 문제점이 발생되고 이로 인해 용접부의의 결함이 발생될 수 있다.

이러한 재질편차를 최소화하기 위하여 열처리를 실시하는 방법을 행하고 있으나, 이 경우 비용증가로 인해 많은 애로사항이 있는 상황이다. 혹은 선재 냉각시 사용되는 스텔모아 공정에서 송풍량을 조정하여 냉각을 행하는 방법을 이용하고 있는데, 이와 같이 조정냉각을 하더라도 재질편차는 발생되고 있는 실정이다. 이는, 냉각속도의 편차만을 고려하여 냉각하기 때문인데, 실제 스텔모아 공정에서 냉각을 실시할 때에는 냉각개시온도에 편차가 발생하여 냉각속도를 일정하게 유지하더라도 재질편차가 발생하는 단점이 있다.

본 발명은 열간압연 후 냉각조건을 제어함으로써 재질편차가 저감된 용접봉용 선재를 제조하는 방법과 이를 이용하여 제조된 용접봉용 선재를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.15%이하(0은 제외), Mn: 1.40~1.90%, Si: 0.55~1.10%, Ti: 0.16~0.22%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 열간압연하여 선재를 얻는 단계; 상기 선재를 권취하여 권취코일을 얻는 단계; 및 상기 권취코일을 스텔모아 냉각대에서 냉각시키는 단계를 포함하며, 상기 열간압연시 마무리 온도와 상기 권취시 온도의 차이가 100℃이하가 되도록 하고, 상기 스텔모아 냉각대에서 냉각되는 권취코일의 겹침부와 미겹침부의 온도편차가 50℃이하가 되도록 하고, 냉각속도편차가 2℃/s이하가 되도록 하는 용접봉용 선재의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시형태는 중량%로, C: 0.15%이하(0은 제외), Mn: 1.40~1.90%, Si: 0.55~1.10%, Ti: 0.16~0.22%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 인장강도 편차가 5㎏/㎟이하인 용접봉용 선재를 제공한다.

본 발명에 따르면, 냉각조건의 제어를 통해 냉각개시온도 편차와 냉각속도 편차를 줄임으로써, 인장강도 등과 같은 재질의 편차가 저감된 용접봉용 선재를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명을 설명한다. 먼저, 본 발명의 합금조성에 대하여 설명한다. 단, 이하에서 설명되는 합금조성의 %는 중량%를 의미한다.

C: 0.15%이하(0은 제외)

C는 용접부의 강도를 향상시키는 역할을 하는 원소이다. 상기 C의 함량이 0.15%를 초과하는 경우에는 용접성이 불안정해지는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 C의 함량은 0.15%이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

Mn: 1.40~1.90%

Mn은 용접부의 강도 및 용접성을 향상시키는 원소이다. 상기 Mn의 함량이 1.40%미만인 경우에는 용접성이 불안정해지는 단점이 있을 수 있으며, 1.90%를 초과하는 경우에는 용접부 인성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 Mn의 함량은 1.40~1.90%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

Si: 0.55~1.10%

Si는 용접성 및 강도를 향상시키는 원소이다. 상기 Si의 함량이 0.55%미만인 경우에는 용접성이 저하되는 단점이 있을 수 있으며, 1.10%를 초과하는 경우에는 용접부 인성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 Si의 함량은 0.55~1.10%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

Ti: 0.16~0.22%

Ti는 용접성을 향상시키는 역할을 하는 원소이다. 상기 Ti의 함량이 0.16%미만인 경우에는 용접성이 저하되는 단점이 있을 수 있으며, 0.22%를 초과하는 경우에는 용접부 인성 저하와 같은 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 Ti의 함량은 0.16~0.22%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

전술한 합금조성은 본 발명이 제공하는 용접봉용 선재에 최적화된 합금조성이다. 본 발명이 제공하는 용접봉용 선재는 전술한 합금성분을 포함하고, 나머지 성분이 Fe로 이루어질 수 있으며, 제조공정시 불가피하게 함유되는 불순물을 함유할 수 있다.

본 발명이 제공하는 용접봉용 선재의 제조방법은 상기와 같은 합금조성을 갖는 강재를 열간압연하여 선재를 얻은 뒤, 상기 열간압연을 통해 얻어진 선재를 귄취기를 이용하여 권취함으로써 권취코일을 얻고, 이 권취코일을 이송 및 냉각하는 스텔모아 냉각대 상에서 상기 권취코일을 냉각하는 공정을 포함하여 이루어진다.

통상적으로 열간압연공정 중에는 가공발열에 의한 강재의 온도 상승으로 인해, 열간압연공정과 권취공정 사이에 상기 강재를 수냉하는 공정을 수반하게 된다. 그러나, 이러한 수냉공정을 거친 강재를 권취하여 얻어지는 권취코일을 냉각하는 경우, 권취코일 내부에 존재하는 열이 소재의 표면측으로 이동하는 복열이 발생하게 됨에 따라, 냉각개시가 실질적으로는 권취온도보다 높은 온도에서 행하여지는 현상이 발생한다. 이와 같은 경우, 제품의 표면품질이나 저온조직의 발생 등으로 인한 기계적 물성이 저하되는 등의 단점이 있다.

한편, 상기 열간압연 마무리 온도는 800~1100℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 열간압연 마무리온도가 800℃미만일 경우에는 압연성이 저하되는 단점이 있을 수 있으며, 1100℃를 초과하는 경우에는 치수불량 등의 압연문제가 발생할 수 있으므로, 상기 열간압연 마무리온도의 범위는 800~1100℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 상기 열간압연시 마무리 온도와 상기 권취시 온도의 차이가 100℃이하가 되도록 제어한다. 즉, 열간압연공정 후 물분사를 적게 행하거나 짧은 시간동안 행함으로써 수냉에 대한 부담을 해소할 수 있다. 이를 통해 복열현상이 최소한으로 발생하도록 함으로써 냉각개시온도의 편차를 최소화할 수 있어, 제품의 재질편차를 저감시킬 수 있다. 한편, 상기 열간압연시 마무리 온도와 상기 권취시 온도의 차이가 100℃를 초과하는 경우에는 냉각개시온도 편차에 따른 제품의 재질편차가 발생할 수 있고, 저온변태조직의 형성 등으로 인해 우수한 기계적 물성이나 신선가공성 등을 확보하기 곤란할 수 있다.

이후, 권취코일을 스텔모아 냉각대에서 상기 권취코일을 냉각시킴으로써 용접봉용 선재를 제조할 수 있다. 상기 스텔모아 냉각대는 권취코일을 이송하는 코일컨베이어와 이 코일컨베이어의 하부에 위치하여 상기 권취코일을 냉각시키는 강제송풍장치를 포함한다. 통상적으로 용접봉용 선재의 경우 서냉을 실시하게 되는데, 스텔모아 냉각대 상에 위치하는 권취코일은 겹침부의 적치밀도가 미겹침부보다 높기 때문에 상기 권취코일의 겹침부와 미겹침부의 냉각속도 및 온도의 편차가 심하다는 단점이 있다. 이는, 적치밀도 차이에 의해 미겹침부보다 겹침부에서 복열현상이 더 심하게 일어나기 때문에 권취코일의 겹침부에서 온도 상승이 더 잘 일어나게 될 뿐만 아니라, 송풍되는 공기와의 접촉면이 적어 냉각이 지연되기 때문이며, 그 결과 선재는 재질편차가 심각하게 발생하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상기 스텔모아 냉각대에서 냉각되는 권취코일의 겹침부와 미겹침부의 온도편차가 50℃이하가 되도록 하고, 냉각속도편차가 2℃/s이하가 되도록 제어함으로써, 선재의 재질편차를 현저히 저감시킬 수 있다. 이를 통해, 권취코일의 겹침부와 미겹침부의 미세조직이나 결정입도 등을 유사하게 할 수 있고, 미세조직 내에 생성되는 석출물의 분포 또한 유사한 수준이 되도록 할 수 있어 재질편차를 현저히 저감시킬 수 있다. 한편, 상기 온도편차와 냉각속도편차는 상기 권취코일의 겹침부와 미겹침부의 온도 및 냉각속도 차이를 의미하며, 본 발명에서는 겸침부의 온도 및 냉각속도가 미겹침부에 비하여 높거나 낮아 차이가 발생하는 경우 모두를 포함한다.

상기와 같이, 온도편차와 냉각속도편차를 제어하기 위해서는 다양한 방법을 이용할 수 있겠으나, 바람직하게는 강제송풍장치의 각도를 조정하여 권취코일의 미겹침부보다 겹침부에 더 많은 송풍량이 가해지도록 하는 방법을 이용할 수 있다. 즉, 강제송풍장치의 송풍방향이 권취코일의 겹침부를 향하도록 함으로써 겹침부가 미겹침부보다 보다 빨리 냉각되도록 하는 것이다. 한편으로는, 송풍되는 바람의 방향의 조절할 수 있는 부재(예를 들면, 에어컨에 설치되는 바람의 방향을 조절하는 부재)를 강제송풍장치의 앞에 설치 혹은 구비함으로써, 권취코일의 미겹침부보다 겹침부에 더 많은 송풍량이 가해지도록 하는 방법을 이용할 수도 있다.

한편, 상기 냉각시 냉각속도는 5℃/s이하인 것이 바람직하다. 앞서 언급한 바와 같이, 용접봉용 선재는 서냉을 행하는 것이 바람직한데, 권취코일의 냉각속도가 5℃/s를 초과하는 경우에는 과도한 송풍량으로 인해 급냉이 이루어져 오히려 재질편차가 발생할 수 있을 뿐만 아니라 저온변태조직이 형성됨으로써 기계적 물성이나 신선가공성에 악영향을 미칠 수 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 제조방법을 통해 인장강도 등과 같은 재질편차가 현저히 저감된 용접봉용 선재를 제공할 수 있으며, 일 실시형태로서, 중량%로, C: 0.15%이하(0은 제외), Mn: 1.40~1.90%, Si: 0.55~1.10%, Ti: 0.16~0.22%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 인장강도 편차가 5㎏/㎟이하인 용접봉용 선재를 제공할 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다.

(실시예)

0.05%C-0.8%Si-1.5%Mn-0.2%Ti의 합금조성을 갖는 강재를 800~1100℃에서 마무리 열간압연하여 선재를 제조한 후, 이 선재를 열간압연 마무리 온도와 권취온도의 차이가 하기 표 1에 기재된 조건이 되도록 수냉한 뒤, 권취함으로써 권취코일을 얻었다. 이후, 상기 권취코일을 스텔모아 냉각대를 이용하여 하기 표 1과 같은 조건으로 냉각함으로써 선재를 제조하였다. 상기와 같이 제조된 선재에 대하여 겹침부와 미겹침부의 인장강도를 측정한 뒤, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	열간압연 마무리 온도와 권취온도의 차이 (℃)	권취코일의 겹침부와 미겹침부의 온도편차 (℃)	권취코일의 겹침부와 미겹침부의 냉각속도편차 (℃/s)	인장강도편차 (㎏/㎟)
비교예1	120	100	3.0	10
비교예2	170	120	2.3	7
비교예3	200	150	2.5	8
비교예4	200	145	3.2	9
비교예5	220	160	3.5	9
비교예6	160	110	2.2	7
발명예1	70	40	1.5	4
발명예2	80	50	1.0	3
발명예3	80	45	1.0	4
발명예4	90	46	1.2	3
발명예5	100	48	1.7	3
발명예6	100	47	1.8	4
발명예7	70	40	1.4	2
발명예8	80	45	1.5	2
발명예9	75	45	1.4	3

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명이 제안하는 합금조성 및 냉각조건을 만족하는 발명예 1 내지 9의 경우에는 선재의 재질편차 감소됨에 따라 인장강도의 편차가 5㎏/㎟이하로 나타나는 것을 알 수 있다.

그러나, 본 발명이 제안하는 열간압연 마무리 온도와 권취온도의 차이, 권취코일의 겹침부와 미겹침부의 온도차이 및 냉각속도편차 조건을 만족하지 않는 비교예 1 내지 6의 경우에는 인장강도 편차가 7~10㎏/㎟로서, 본 발명예들에 비하여 재질편차가 심하게 나타나는 것을 알 수 있다.

Claims

중량%로, C: 0.15%이하(0은 제외), Mn: 1.40~1.90%, Si: 0.55~1.10%, Ti: 0.16~0.22%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 열간압연하여 선재를 얻는 단계;
상기 선재를 권취하여 권취코일을 얻는 단계; 및
상기 권취코일을 스텔모아 냉각대에서 냉각시키는 단계를 포함하며,
상기 열간압연시 마무리 온도와 상기 권취시 온도의 차이가 100℃이하가 되도록 하고,
상기 스텔모아 냉각대에서 냉각되는 권취코일의 겹침부와 미겹침부의 온도편차가 50℃이하가 되도록 하고, 냉각속도편차가 2℃/s이하가 되도록 하는 용접봉용 선재의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 열간압연 마무리 온도는 800~1100℃의 범위인 용접봉용 선재의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각시 냉각속도는 5℃/s이하인 용접봉용 선재의 제조방법.
중량%로, C: 0.15%이하(0은 제외), Mn: 1.40~1.90%, Si: 0.55~1.10%, Ti: 0.16~0.22%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
인장강도 편차가 5㎏/㎟이하인 용접봉용 선재.