KR101535970B1 - Steel for Drill rod With High Strength and High Toughnes and Process for Manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고주파 소입-소려 열처리를 통하여 우수한 강도 및 인성을 확보할 수 있도록 제조된 드릴로드용 강으로서, 중량%로 C : 0.25~0.35중량%, Si : 0.10~0.40중량%, Mn : 0.40~0.65중량%, S : 0.010~0.025중량%, Ni : 2.50~3.50중량%, Cr : 1.00~1.50중량%, Mo : 0.30~0.50중량%, Al : 0.015~0.035중량%, Nb : 0.010~0.030중량%, P : 0.010중량% 이하, N : 0.009~0.010중량%, 잔부로서 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. 본 발명은 고주파 경화 공정에 적합한 화학성분을 지니며, 환봉으로부터 최종 드릴로드 제품으로 제작된다. 환봉으로부터 로드 제작시 열간 피어싱 및 냉간 인발 과정을 거치며 최종적으로 고주파 소입-소려 공정으로 통하여 우수한 강도 및 인성을 확보하였다.The present invention relates to a steel for a drill rod, which is produced for high strength and toughness through high-frequency pulverization-punching heat treatment, which comprises 0.25 to 0.35 wt% of C, 0.10 to 0.40 wt% of Si, 0.001 to 0.025 wt% of S, 2.50 to 3.50 wt% of Ni, 1.00 to 1.50 wt% of Cr, 0.30 to 0.50 wt% of Mo, 0.015 to 0.035 wt% of Al, 0.010 to 0.030 wt% of Nb %, P: 0.010 wt% or less, N: 0.009 to 0.010 wt%, and the balance of Fe and unavoidable impurities. The present invention has a chemical composition suitable for a high frequency curing process and is manufactured as a final drill rod product from a round bar. Through rod piercing and cold drawing process during rod production, excellent strength and toughness are secured through ultrahigh frequency grinding-panning process.
Description
본 발명은 고강도 및 고인성을 갖는 드릴로드용 강 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a steel for a drill rod having a high strength and a high toughness, and a manufacturing method thereof.
일반적으로, 착암기(Rock Drill Machine)는 드리프터(Drifter), 샹크 어댑터(Shank Adapter), 커플링(Coupling), 드릴로드(Drill Rod) 및 드릴비트(Drill Bit)를 주요 구성으로 포함하고 있다. 드리프터에서 발생하는 충격 및 회전 운동은 샹크 어댑터 및 드릴로드를 통하여 드릴비트로 전달하며 드릴비트가 직접적으로 암반에 접촉하여 전달된 충격 및 회전운동을 이용하여 암석을 파쇄한다. 드릴로드는 천공 깊이에 따라 1개에서 수개의 로드를 연결하여 사용한다. Generally, the Rock Drill Machine includes a drifter, a shank adapter, a coupling, a drill rod, and a drill bit. The impact and rotational motion generated by the drifter is transmitted to the drill bit through the shank adapter and the drill rod, and the drill bit directly contacts the rock mass to crush the rock using the impact and rotational motion transmitted. The drill rod is used by connecting one to several rods according to the depth of drilling.
천공 작업은 목표하는 깊이에 대하여 수직방향으로 곧은 방향으로 작업하는 것이 요구된다. 드릴로드는 드리프터에서 발생하는 충격 및 회전 운동을 비트에 전달해야 하므로 우수한 충격 인성 및 강도가 요구된다. 또한, 곧은 천공작업을 위하여 천공 중 외력에 대한 밴딩 저항성이 우수하여야 한다. The drilling operation is required to work in a direction perpendicular to the desired depth. The drill rod needs to transmit shock and rotational motion generated by the drifter to the bit, so that excellent impact toughness and strength are required. In addition, the banding resistance against an external force during drilling should be excellent for a straight drilling operation.
기존 강재의 경우, 드릴로드용 부자재로서 나사골 형상으로 디자인을 개선하여 내부식성 및 피로성을 향상키는 데에 초점을 두고 있다. 예를 들어, 한국특허 제10-0976756호에서는, 암반 드릴용 드릴부재 및 그 제조방법을 기재하고 있다. 상기 특허에서는 드릴 부재가 나사골 및 나사마루를 포함하는 나사를 포함하고, 상기 나사골은 스테인레스강으로, 나사 마루는 저합금강으로 이루어진 구성을 도시하고 있으며, 이러한 구조로 인하여 드릴 부재의 내부식 피로성을 월등히 향상시키고 있다. 또한 유럽특허 EP 0886554에서는 락 드릴링용 마찰 용접 제품을 개시하고 있다. 상기 특허에서는 비회전 부품 및 회전 부품을 포함하고, 상기 부품은 강으로 이루어지고, 마찰 용접 전에 각 부품의 코어 재료가 균일한 것을 개시하고 있다. In the case of conventional steels, it is focused on improving corrosion resistance and fatigue by improving the design in a thread-like shape as a supplementary material for drill rods. For example, Korean Patent No. 10-0976756 discloses a drill for a rock drill and a method of manufacturing the same. In this patent, the drill member includes a thread including a threaded bore and a threaded floor, the threaded bore is made of stainless steel, and the threaded floor is made of a low alloyed steel. . European patent EP 0886554 also discloses friction welding products for rock drilling. The patent discloses a non-rotating part and a rotating part, wherein the part is made of steel and the core material of each part is uniform before friction welding.
본 발명자들은 종래 기술과 달리, 합금 조성을 조절하고, 고주파 공정을 적용하여 강도 및 인성을 동시에 확보한 드릴로드용 강재를 제조하는 기술을 완성하였다.The inventors of the present invention have completed a technique for manufacturing a steel material for a drill rod which, unlike the prior art, controls the alloy composition and applies a high-frequency process to simultaneously secure strength and toughness.
본 발명은 최적의 합금조성을 설계하고, 고주파 소입-소려 공정을 적용하여 우수한 강도와 인성을 동시에 확보한 드릴로드용 강 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a steel for a drill rod and a method for manufacturing the steel for a drill rod in which an optimum alloy composition is designed and a high frequency grinding-punching process is applied to secure excellent strength and toughness.
또한 본 발명은 종래 드릴로드용으로 사용되는 저탄소계 합금강을 대체할 수 있고, 사용 수명을 향상시킨 고품질 드릴로드용 심레스 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a high-quality drill rod for a drill rod which can replace low-carbon alloy steels used for drill rods and has an improved service life.
상기한 과제는 중량 %로 C : 0.25~0.35중량%, Si : 0.10~0.40중량%, Mn : 0.40~0.65중량%, S : 0.010~0.025중량%, Ni : 2.50~3.50중량%, Cr : 1.00~1.50중량%, Mo : 0.30~0.50중량%, Al : 0.015~0.035중량%, Nb : 0.010~0.030중량%, P : 0.010중량% 이하, N : 0.009~0.010중량%, 잔부로서 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 고주파 소입-소려 후 항복비가 90% 이상인 심레스 파이프 드릴로드용 강에 의하여 달성된다.The above object of the present invention is attained by a method for producing a ferritic stainless steel which comprises 0.25 to 0.35% by weight of C, 0.10 to 0.40% by weight of Si, 0.40 to 0.65% by weight of Mn, 0.010 to 0.025% by weight of S, 2.50 to 3.50% 0.001 to 0.010% by weight of N, 0.009 to 0.010% by weight of P, and Fe and unavoidable impurities as the remainder And is obtained by a steel for a seamless pipe drill rod having a yield ratio of 90% or more after high-frequency crushing-crushing.
바람직하게는, 상기 드릴로드용 강은 인장강도가 115 kgf/㎟ 내지 140gf/㎟ 이고, 항복강도가 106 kgf/㎟ 내지 130 kgf/㎟ 인 것을 특징으로 한다.Preferably, the steel for a drill rod has a tensile strength of 115 kgf / mm 2 to 140 gf / mm 2 and a yield strength of 106 kgf / mm 2 to 130 kgf / mm 2.
또한 바람직하게는, 상기 드릴로드용 강은 표면의 결정립의 지름이 4~15㎛이다.Preferably, the diameter of the crystal grains on the surface of the steel for drill rods is 4 to 15 탆.
또한, 본 발명의 과제는 중량 %로 C : 0.25~0.35중량%, Si : 0.10~0.40중량%, Mn : 0.40~0.65중량%, S : 0.010~0.025중량%, Ni : 2.50~3.50중량%, Cr : 1.00~1.50중량%, Mo : 0.30~0.50중량%, Al : 0.015~0.035중량%, Nb : 0.010~0.030중량%, P : 0.010중량% 이하, N : 0.009~0.010중량%, 잔부로서 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 소재를, 용해, 정련, 진공탈가스 및 불룸 연속 주조하여 환봉으로 제조하는 단계; 상기 환봉을 1200℃~1230℃로 가열한 후 1차 압연하는 단계; 상기 1차 압연된 환봉을 1120℃~1180℃로 가열한 후 2차 압연하는 단계; 상기 2차 압연된 환봉을 1200℃~1250℃에서 재가열한 후, 열간 피어싱하여 심레스 파이프를 제조하는 단계; 상기 심레스 파이프를 냉간 인발하는 단계; 및 상기 냉간 인발된 심레스 파이프를 고주파 소입 및 소려 처리를 하는 단계를 포함하는 심레스 파이프 드릴로드용 강의 제조방법에 의해 달성된다.The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: 0.25 to 0.35 wt% of C, 0.10 to 0.40 wt% of Si, 0.40 to 0.65 wt% of Mn, 0.010 to 0.025 wt% of S, 2.50 to 3.50 wt% 0.001 to 0.010% by weight of N, 0.009 to 0.010% by weight of N, 0.009 to 0.010% by weight of Nb, 0.010 to 0.030% by weight of Al, 0.010 to 0.030% And inevitable impurities, into a round bar by melting, refining, vacuum degassing, and continuous casting; Heating the round bar to 1200 ° C to 1,230 ° C and then primary rolling; Heating the primary rolled round bar to 1120 ° C to 1180 ° C and then secondary rolling; Reheating the secondary rolled round bar at 1200 ° C to 1250 ° C, and then hot piercing to manufacture a seamless pipe; Cold drawing the seamless pipe; And a step of subjecting the cold drawn steel pipe to a high-frequency quenching and sintering process.
바람직하게는, 상기 고주파 소입-소려 공정은 840℃~900℃에서 오스테나이징하는 단계 및 550℃~650℃에서 소려하는 단계를 포함한다.Preferably, the high frequency grinding-punching step includes austenizing at 840 ° C to 900 ° C and sintering at 550 ° C to 650 ° C.
본 발명의 드릴로드용 강은 최적의 조성으로 합금을 설계하고, 고주파 소입-소려 공정을 도입하여, 고강도 및 고인성 품질을 확보함으로써, 기존 강재와 대비하여 사용 수명이 우수한 드릴로드 부품을 제공할 수 있다. The drill rod for a drill rod according to the present invention can provide a drill rod part having an excellent service life in comparison with an existing steel material by designing an alloy with an optimal composition and introducing a high frequency grinding-punching process to secure high strength and high toughness quality .
도 1은 본 발명강으로 제작된 드릴로드용 심레스 파이프의 사진이다.
도 2는 본 발명강에 있어서, 소려 온도별 기계적 성질을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명강과 비교강의 기계적 성질을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명강의 오스테나이트 결정립의 입도를 나타낸 사진이다.1 is a photograph of a seamless pipe for a drill rod made of steel according to the present invention.
2 is a graph showing the mechanical properties of the inventive steel for each annealing temperature.
3 is a graph showing the mechanical properties of the inventive steel and the comparative steel in comparison.
4 is a photograph showing the grain size of the austenite grains of the steel of the present invention.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 드릴로드용 강은 중량%로 C : 0.25~0.35중량%, Si : 0.10~0.40중량%, Mn : 0.40~0.65중량%, S : 0.010~0.025중량%, Ni : 2.50~3.50중량%, Cr : 1.00~1.50중량%, Mo : 0.30~0.50중량%, Al : 0.010~0.035중량%, Nb : 0.010~0.030중량%, P : 0.010중량% 이하, N : 0.009~0.010중량%, 잔부로서 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.The steel for a drill rod according to the present invention contains 0.25 to 0.35 wt% of C, 0.10 to 0.40 wt% of Si, 0.40 to 0.65 wt% of Mn, 0.010 to 0.025 wt% of S, 2.50 to 3.50 wt% of Ni, 0.001 to 0.010% by weight of N, 0.009 to 0.010% by weight of N, 0.009 to 0.010% by weight of P, 0.010 to 0.030% by weight of Al, 0.010 to 0.030% Fe and unavoidable impurities.
본 발명은 고주파 소입-소려를 통하여 안정적인 강도를 확보하는 것을 특징으로 한다. 이를 위하여 C 함량의 하한치를 0.25중량% 이상으로 제한하였으며, C 함량 증가에 따른 마찰 용접성 보상을 위하여 종래 드릴로드용 강과 비교하여 Mn 함량을 저감한 것을 특징으로 한다. 또한 소입성을 향상시킬 수 있도록 Ni, Cr, Mo 첨가하여 우수한 강도 및 인성을 갖도록 최적의 합금설계를 하였다. The present invention is characterized by securing a stable strength through high frequency grinding. For this purpose, the lower limit of the C content is limited to not less than 0.25 wt%, and the Mn content is reduced in comparison with a conventional steel for a drill rod in order to compensate the friction weldability as the C content increases. In addition, Ni, Cr, and Mo were added to improve the ingotability, and the optimum alloy design was made to have excellent strength and toughness.
특히 Nb 첨가로 인하여 고온의 고주파 표면 경화 소입시에도 입계 성장을 억제하여 경화층에 미세한 결정립을 유지할 수 있다. 그 결과 높은 항복강도를 확보하여 밴딩 저항성을 높이며 동시에 우수한 연성 및 인성을 확보하는 것을 특징으로 한다.
Particularly, due to the addition of Nb, the grain boundary growth can be suppressed even when a high-temperature high-frequency surface hardening is performed, and fine crystal grains can be maintained in the hardened layer. As a result, a high yield strength is secured to enhance the bending resistance and at the same time, excellent ductility and toughness are ensured.
본 발명의 드릴로드용 강의 주요 성분 및 함량은 아래와 같다.
The main components and contents of the steel for a drill rod of the present invention are as follows.
C : 0.25중량% ~ 0.35중량%C: 0.25 wt% to 0.35 wt%
C는 강도, 경도를 결정하는 주 원소 중 하나이다. C 함량이 0.25중량% 이하이면 고주파 소입-소려 공정에서 원하는 강도를 얻기 어렵다. C 함량이 너무 높으면 강도는 증가하나 연성 및 인성에는 열악하다. 때문에 적정 수준의 범위를 설정해야 하며, 본 발명에서는 고주파 소입-소려 공정 중의 경화능을 고려하여 0.25~0.35중량% 범위로 제한하였다.
C is one of the main elements for determining strength and hardness. When the C content is 0.25% by weight or less, it is difficult to obtain the desired strength in the high-frequency wave-drawing process. If the C content is too high, the strength is increased but poor in ductility and toughness. Therefore, it is necessary to set an appropriate range, and in the present invention, the range of 0.25 to 0.35 wt% is limited in consideration of the hardenability during the high-frequency crushing-punching process.
SiSi : 0.10중량% ~ 0.40중량% : 0.10 wt% to 0.40 wt%
Si 제강시 탈산제로 사용되며, 페라이트 강화 원소로 입계 석출되는 초석 페라이트를 강화하여 피로강도를 어느 정도 향상시키는 효과가 있다. 하지만 Si 함량이 0.40중량% 초과하면, 페라이트 생성을 촉진하여 오히려 강도 및 소입성을 저하시킬 수 있다. 이러한 점을 고려하여 Si의 함량을 0.01~0.40 중량%로 제한하였다.
Si is used as a deoxidizing agent in steelmaking, and it has an effect of strengthening the pro-eutectoid ferrite precipitated in the grain boundary with the ferrite strengthening element to improve the fatigue strength to some extent. However, if the Si content exceeds 0.40% by weight, ferrite generation may be promoted and the strength and the incombustibility may be lowered. Considering this point, the content of Si is limited to 0.01 to 0.40% by weight.
MnMn : 0.40중량% ~ 0.65중량% : 0.40 wt% to 0.65 wt%
Mn은 고용강화 및 탄화물 석출로 인한 석출강화로 강중에 첨가시 소입성 및 강도를 증가시키는 대표적인 원소다. 하지만, Mn은 강중에 미시편석을 조장하여 소입-소려 공정에서 악영향을 줄 수 있다. 또한, Mn 함량이 높을 시에는 마찰 용접성이 저하되는 특성이 있다. 본 발명은 미시 편석 제어 목적 및 마찰 용접성 개선 목적으로 Mn 함량을 최대 0.65중량%로 제한하는 것이 바람직하다. Mn is a typical element that increases the ingot strength and strength when added to steel due to strengthening of precipitation due to solid solution strengthening and carbide precipitation. However, Mn promotes micro segregation in the steel and can adversely affect the quenching-pouring process. In addition, when the Mn content is high, the friction weldability is deteriorated. The present invention preferably limits the Mn content to a maximum of 0.65 wt% for the purpose of micro segregation control and for improving friction weldability.
Mn은 강중의 S와 결합하여 MnS 화합물을 형성하여 적열취성의 원인이 되는 FeS 형성을 억제하는 효과가 있다. 또한, MnS 형성으로 가공성을 향상 시키는 효과도 있기 때문에 Mn은 0.40중량% 이상인 것이 바람직하다. Mn 함량 저감에 의한 강도 및 경화능 손실은 Mo 및 Cr 첨가로 보상하였다.
Mn combines with S in the steel to form an MnS compound, which has the effect of inhibiting FeS formation, which is a cause of the hot brittleness. Further, since MnS formation also has an effect of improving workability, Mn is preferably 0.40 wt% or more. The loss of strength and hardenability by Mn content reduction was compensated by addition of Mo and Cr.
NiNi :2.50~3.50중량% : 2.50 to 3.50 wt%
Ni은 Cr, Mo와 같이 강재의 소입성을 향상시키는 대표적인 원소이다. 또한, 조직을 미세화시켜 기지를 강화시키며, 일정 수준 이상 첨가시 연성-취성 천이온도 (DBTT)를 감소시켜 저온 충격인성을 향상시키는 효과가 우수하다. Ni를 2.50중량% 이상 첨가하면 우수한 강도와 인성을 확보하기 용이하므로, 본 발명에서는 Ni의 함량을 2.50~3.50% 범위로 첨가할 수 있다.
Ni is a typical element for improving the ingotability of steel such as Cr and Mo. Also, the effect of improving the low temperature impact toughness is improved by reducing the ductility-brittle transition temperature (DBTT) when the structure is finely strengthened and the matrix is strengthened to a certain level or more. When Ni is added in an amount of 2.50% by weight or more, it is easy to ensure excellent strength and toughness. Therefore, in the present invention, the Ni content can be added in the range of 2.50 to 3.50%.
CrCr : 1.00중량% ~ 1.50중량% : 1.00 wt% to 1.50 wt%
Cr은 소입성을 증가시키고 탄화물을 만들어 내충격성을 증대시키는 원소이다. 본 발명에서는 Mn 함량의 저감에 따른 소입성을 보상하고 Mo 등과 복합 탄화물 형성에 의한 템퍼 연화 저항성을 증대시키기 위해서 1.00중량% 이상으로 Cr을 포함하는 것이 바람직하다. 하지만, 경도 상승에 의한 가공성 저하 문제가 발생하기 때문에, Cr의 최대 함량은 1.50중량%인 것이 바람직하다.
Cr is an element that increases incombustibility and creates carbide to increase impact resistance. In the present invention, it is preferable that Cr is contained in an amount of 1.00 wt% or more in order to compensate for the incombustibility due to the reduction of the Mn content and to increase the resistance to temper softening by Mo and the like and complex carbide formation. However, since the problem of workability deteriorates due to an increase in hardness, the maximum content of Cr is preferably 1.50% by weight.
S : 0.010~0.025중량%S: 0.010 to 0.025 wt%
S는 Mn과 결합하여 MnS를 형성하여 가공성을 좋게 한다. 그러나 과잉으로 첨가시 Fe와 결합하여 강을 취약하게 한다. 따라서 S의 함량은 0.010~0.025중량%인 것이 바람직하다.
S combines with Mn to form MnS to improve workability. However, when added excessively, it binds to Fe and weakens the steel. Therefore, the content of S is preferably 0.010 to 0.025% by weight.
MoMo : 0.30중량% ~ 0.50중량% : 0.30 wt% to 0.50 wt%
Mo는 강의 소입성을 향상시키는 중요한 원소이다. Mo는 소입-소려 공정 중 소려시 강중의 미세한 탄화물을 석출하여 강도 및 연성을 향상 시키는 효과가 있다. Mo, Mn은 모두 소입성과 강도를 향상 시키지만, Mn은 템퍼 연화 저항성에 취약한 반면 Mo는 첨가시 연화 저항성이 우수하기 때문에 우수한 강도와 인성을 동시에 확보하기 유리하다. 본 발명에서는 Mn의 미시 편석 조장 효과 및 마찰 용접성 개선을 위하여 최소 첨가 범위로 합금설계 하였으며, 이에 대한 강도 및 경화능 손실에 대한 보상을 위하여 Mo 함량은 0.30~0.50중량%인 것이 바람직하다.
Mo is an important element that improves the ingotability of steel. Mo has the effect of improving the strength and ductility by precipitating fine carbides in the steel during the sintering-panning process. Although both Mo and Mn improve the quenching and strength, Mn is weak against softening resistance of temper, while Mo is excellent in softening resistance when added, so it is advantageous to secure excellent strength and toughness at the same time. In the present invention, the alloy is designed to have a minimum addition range in order to improve the micro segregation effect of Mn and to improve the frictional weldability. To compensate for the strength and hardenability loss, the Mo content is preferably 0.30-0.50% by weight.
AlAl : 0.015중량% ~ 0.035중량% : 0.015 wt% to 0.035 wt%
Al은 강력한 탈산제로서 작용하는 동시에 N와 결합하여 결정립을 미세화시킨다. 하지만, Al의 함량이 0.015중량% 미만인 경우에는, 탈산이나 결정립 미세화 작용이 작아지기 때문에 바람직하지 않고, 0.035중량%를 초과하게 되면 첨가하게 되면 오히려 Al2O3와 같은 비금속 개재물의 증가로 오히려 해로운 영향을 미칠 수 있다. 따라서 Al은 0.015~0.035중량%인 것이 바람직하다.
Al acts as a powerful deoxidizer and combines with N to refine the crystal grains. However, when the content of Al is less than 0.015% by weight, deoxidation or fine grain refinement becomes small, which is undesirable. If the content of Al exceeds 0.035% by weight, the addition of Al 2 O 3 causes detrimental It can have an impact. Therefore, it is preferable that Al is 0.015 to 0.035% by weight.
NbNb : 0.010중량% ~ 0.030중량% : 0.010 wt% to 0.030 wt%
Nb는 첨가시 강 중의 탄질화물을 형성한다. 탄질화물은 고온에서의 오스테나이트 결정립계 성장을 방해하는 역할을 하여 결정립을 미세화시킨다. Nb 탄질화물의 용질 견인 효과(Solute drag effect)는 특히 고온에서의 효과가 크다. 본 발명에서는 표면 고주파 표면 경화시 표면 경화층에 미세한 오스테나이트 결정립을 확보하기 위하여 Nb를 0.010~0.030중량% 첨가하는 것이 바람직하다.
Nb forms a carbonitride in the steel when added. The carbonitride serves to inhibit austenitic grain boundary growth at high temperatures, thereby finely graining the grains. The solute drag effect of Nb carbonitride is particularly effective at high temperatures. In the present invention, it is preferable to add Nb in an amount of 0.010 to 0.030 wt% in order to ensure fine austenite grains in the surface hardened layer during surface high-frequency surface hardening.
P : 0.010중량% 이하P: not more than 0.010% by weight
P는 결정입계 편석 원소로서 강중에 다량 함유되면 저온 충격 인성을 저하시키는 원인이 된다. 저온 충격 인성의 저하는 환경에 따라 제품의 조기 파손을 유발하기도 한다. 따라서 본 발명에서는 저온 충격 인성을 향상시키기 위하여 P의 함량이 0.010% 이하인 것이 바람직하다.
P is a crystal grain boundary segregation element, and if it is contained in a large amount in the steel, it causes low temperature impact toughness. Decrease in low-temperature impact toughness may cause premature failure of the product depending on the environment. Therefore, in the present invention, it is preferable that the content of P is 0.010% or less in order to improve the low-temperature impact toughness.
N : 0.009중량% ~ 0.010중량% N: 0.009 wt% to 0.010 wt%
N은 Nb 및 Al 등의 성분과 반응하여 질화물을 형성하는 원소이다(NbN, AlN). NbN과 AlN은 Solute Drag Effect에 결정적인 역할을 하기 때문에 N의 함량을 적정 수준으로 조절하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, N은 0.009중량% ~ 0.010중량%인 것이 바람직하다.
N is an element that reacts with components such as Nb and Al to form a nitride (NbN, AlN). Since NbN and AlN play a decisive role in the solute drag effect, it is desirable to adjust the N content to an appropriate level. For this, N is preferably 0.009 wt% to 0.010 wt%.
Cu는 원자재로 사용되는 스크랩에 포함된 다양한 불순물 중 하나이다. 균일한 물성 확보를 위하여 Cu의 함량은 0.15중량% 이하인 것이 바람직하다.
Cu is one of the various impurities contained in scrap used as raw materials. For ensuring uniform physical properties, the content of Cu is preferably 0.15% by weight or less.
이하에서는 본 상기 강을 이용하여 드릴로드용 강을 제조하는 방법을 상세히 설명한다. Hereinafter, a method for manufacturing a steel for a drill rod using the steel will be described in detail.
본 발명에 따른 드릴로드용 강의 제조공정은 용해 단계, 정련(LHF) 단계, 진공탈가스(VD) 단계, 블룸 연속 주조(Bloom CC) 단계, 가열(1200℃~1230℃) 후 1차 압연하는 단계, 가열(1120℃~1180℃) 후 2차 압연 단계, 재가열 (1200℃~1250℃) 단계, 열간 피어싱 단계, 냉간 인발(CD) 단계 및 고주파 소입-소려 단계를 포함한다.The manufacturing process of the steel for a drill rod according to the present invention is characterized in that the process for producing the steel for a drill rod is a primary rolling process after a melting step, a refining (LHF) step, a vacuum degassing (VD) step, a Bloom CC step, heating (1200 ° C. to 1230 ° C.) (1200 ° C. to 1250 ° C.) step, a hot piercing step, a cold drawing (CD) step and a high frequency grinding-punching step after heating (1120 ° C. to 1180 ° C.).
구체적으로는, 우선 100 톤 전기로에서 원료를 용해한 다음 정련, 진공 탈가스 공정 및 연속주조 공정을 거쳐 Φ80mm 의 환봉을 제조하였다. 환봉은 1200℃~1230℃로 가열한 후 1차 압연하는 단계, 1120℃~1180℃로 가열한 후 2차 압연 단계를 거쳐서, 1200℃~1250℃에서 재가열한 후, 열간 피어싱하여 심레스 파이프(Seamless Pipe)로 제작된다. 이후 최종 제품의 형상 및 규격에 준하여 냉간 인발하여 치수 및 형상이 우수한 심레스 파이프를 제작하였다. 냉간 인발 후에는 고주파 소입(quenching)-소려(tempering) 공정을 거쳐 강도 및 인성을 부여한다. Specifically, the raw material was first melted in a 100-ton electric furnace, and then a round bar of Φ80 mm was produced through refining, vacuum degassing process and continuous casting process. The round bar is heated at 1200 ° C. to 1230 ° C., then primary rolled, heated at 1120 ° C. to 1180 ° C., reheated at a temperature of 1200 ° C. to 1250 ° C. through a secondary rolling step, Seamless Pipe. After that, the seamless pipe was produced by cold drawing according to the shape and specification of the final product. After cold drawing, high frequency quenching - tempering process is performed to give strength and toughness.
상기 고주파 소입-소려 공정은 연속 공정의 설비를 이용할 수 있다. 이때, 오스테나이징 온도는 약 840~900℃인 것이 바람직하다. 오스테나이징 온도가 900℃를 초과하면, 합금성분의 고용도가 증가하기 때문에 소입성이 증가하는 효과가 있지만, 결정립이 성장하여 인성이 저하될 수 있다. 따라서, 오스테나이징 온도는 840℃ 내지 900℃인 것이 바람직하다. 또한 ?칭은 7% Ucon 냉각수를 사용할 수 있다. The high-frequency grinding-punching process can utilize the equipment of the continuous process. At this time, the austenizing temperature is preferably about 840 to 900 ° C. If the austenizing temperature exceeds 900 ° C, the solubility increases because the solubility of the alloy component increases, but the crystal grains may grow and the toughness may decrease. Therefore, the austenizing temperature is preferably 840 캜 to 900 캜. Also, 칭 can use 7% Ucon coolant.
소입-소려 공정에서 소려 온도는 약 550~650℃인 것이 바람직하다. 소려 온도가 550℃ 미만이면 강도는 증가하지만 충격 인성이 급격히 감소하기 때문에 외부 충격에 상당히 취약하여 오히려 사용 수명이 감소할 수 있다. 상기 온도 범위 내에서 적정한 강도와 인성을 동시에 확보할 수 있다. In the punching-punching process, the punching temperature is preferably about 550 to 650 ° C. If the annealing temperature is less than 550 ° C, the strength is increased but the impact toughness is drastically decreased, so that it is very vulnerable to external impact, and the service life may be reduced. It is possible to secure both strength and toughness at the same time within the above temperature range.
오스테나이징에서 소려가 끝나는 시점까지 모든 공정에서 연속적인 열처리가 실시된다. 고주파 소입-소려 공정 시간은 약 10분~20분이면 충분하다. 이러한 단시간의 소입-소려 공정을 통하여, 표면 탈탄을 최소화하며 균일한 기계적 성질을 활보할 수 있으며, 작업성이 우수하다. 이러한 고주파 소입-소려 공정은 연속로에서 이루어질 수 있다.Continuous heat treatment is carried out in all the processes from the austenitization to the end of brewing. High Frequency Wetting - Approximately 10 to 20 minutes is sufficient for blooming process time. Through such a short-time pulverization-punching process, surface decarburization can be minimized, uniform mechanical properties can be obtained, and workability is excellent. This high-frequency quenching-bake process can be done in a continuous furnace.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples.
표 1은 본 발명의 조성을 갖는 발명강과 비교강의 화학성분을 중량%로 나타낸 것이다. 발명강은 최적 조건으로 합금 설계된 초도 생산품의 화학성분을 나타낸 것이다. 비교강은 현재 양산되는 강의 성분을 나타낸다.Table 1 shows the chemical composition of the invention steels and comparative steels having the composition of the present invention in weight%. The invention steel represents the chemical composition of the primary product designed for the alloy under optimum conditions. The comparative steels represent the components of the steel that are currently mass produced.
상기 발명강 1 내지 3과 비교강 1은 아래의 공정을 통하여 드릴로드용 강으로 제조된다. 먼저, 우선 상기 표 1의 조성을 갖는 원료를 100 톤 전기로에서 용해한 다음 정련 및 진공 탈가스 공정 및 연속주조 공정을 거쳐 1200℃~1230℃에서 가열하고 1차 압연하였다. 다음으로 1120℃~1180℃에서 재가열하고 2차 압연하여 Φ80mm 의 환봉을 제조하였다The inventive steels 1 to 3 and the comparative steels 1 are produced as steels for a drill rod through the following steps. First, the raw material having the composition shown in Table 1 was melted in a 100-ton electric furnace, and then subjected to refining, vacuum degassing, and continuous casting, followed by heating at 1200 ° C to 1,230 ° C and primary rolling. Next, the steel sheet was reheated at 1120 ° C to 1180 ° C and subjected to secondary rolling to produce a round bar of?
제작된 환봉은 1200℃~1250℃에서 재가열 후 열간 피어싱하여 심레스 파이프로 제작하였다. 이후 최종 제품의 형상 및 규격에 준하여 냉간 인발하여 치수 및 형상이 우수한 심레스 파이프를 제작하였다. 실시예 1 내지 3의 강은 냉간 인발 후에 고주파 소입-소려 공정을 거쳐 드릴로드용 강에 강도 및 인성을 부여한다. 상기에서 고주파 소입-소려 공정에서, 오스테나이징 온도는 840~900℃이고, 소입은 7% Ucon 냉각수를 사용하였다. 또한 소려 온도는 550~650℃로 조절하였다. 고주파 소입-소려 공정까지 완료된 강의 물성을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다. 한편 비교강 1은 고주파-소입 소려 공정을 거치지 않았다. The manufactured round bar was reheated at 1200 ℃ ~ 1250 ℃ and hot pierced by a seamless pipe. After that, the seamless pipe was produced by cold drawing according to the shape and specification of the final product. The steels of Examples 1 to 3 impart strength and toughness to the steel for a drill rod through a high-frequency milling-punching process after cold drawing. In the above high-frequency pulverizing-pouring step, the osteonizing temperature was 840 to 900 ° C, and 7% Ucon cooling water was used for pulverizing. The bubble temperature was adjusted to 550 ~ 650 ℃. High Frequency Welding - The physical properties of the finished steel are measured and shown in Table 2 below. On the other hand, the comparative steel 1 did not undergo a high frequency-roughing process.
(500℃)Inventive Steel 1
(500 ° C)
(550℃)Invention river 2
(550 DEG C)
(600℃)Invention steel 3
(600 ° C)
도 2는 발명강 1의 소려 온도에 따른 인장시험 및 충격시험 결과를 나타낸 것이다. 소려 온도가 550℃ 이하이면 충격인성이 급격히 저하되며, 사용 수명을 고려하여 적정한 강도와 인성을 확보하기 위해서 550~650℃ 범위에서의 소려 처리가 필요함을 알 수 있다. 이때 항복비는 90% 이상으로 밴딩 저항성도 우수한 것으로 판단된다. 또한 상기 표 1를 보면, 본 발명의 강은 인장강도가 115 kgf/㎟ 내지 140 kgf/㎟ 이고, 항복강도가 106 kgf/㎟ 내지 130 kgf/㎟ 이고, 항복비가 90% 내지 95%인 것을 알 수 있다. Fig. 2 shows the result of a tensile test and an impact test according to the bending temperature of invention steel 1. Fig. If the annealing temperature is below 550 ° C, the impact toughness sharply drops, and it is understood that the annealing treatment in the range of 550 to 650 ° C is necessary to ensure proper strength and toughness in consideration of the service life. At this time, the yield ratio is more than 90% and the banding resistance is also excellent. In Table 1, the steel of the present invention has a tensile strength of 115 kgf / mm 2 to 140 kgf / mm 2, a yield strength of 106 kgf / mm 2 to 130 kgf / mm 2, and a yield ratio of 90% to 95% .
도 3은 발명강 2와 비교강 1의 기계적 성질을 비교하여 나타내었다. 발명강 2와 비교강 1을 비교하면 인장강도는 동등수준이나 발명강 2가 항복강도 및 항복비가 높은 것으로 확인되었다.3 shows the mechanical properties of Invention Steel 2 and Comparative Steel 1 in comparison. Comparing the inventive steel 2 with the comparative steel 1, it was confirmed that the tensile strength was the same but the yield strength and yield ratio of the inventive steel 2 were high.
도 4는 소입-소려 공정 후의 오스테나이트 결정립도로 전체적으로 ASTM 기준 No. 9 이상 확보되었음을 나타내었다. 바람직하게는 표면 결정립의 지름이 4~15 ㎛이다. Hall Petch equation에 의거하여 결정립이 미세할수록 항복강도는 증가하며, 항복강도의 증가는 피로강도 및 벤딩 저항성의 향상을 의미한다. 본 발명의 강은 Nb 성분을 첨가하여 항복강도를 향상시켜 항복비(항복강도/인장강도)를 90% 이상 확보하며 동시에 적정 연성 및 인성을 확보하는 것을 특징으로 한다. FIG. 4 shows the austenite grains after the quenching-punching process. 9 or more. Preferably, the diameter of the surface grains is 4 to 15 mu m. According to the Hall Petch equation, the finer the grain, the higher the yield strength and the higher the yield strength, the better the fatigue strength and bending resistance. The steel of the present invention is characterized in that the Nb component is added to improve the yield strength to secure a yield ratio (yield strength / tensile strength) of 90% or more and at the same time ensure adequate ductility and toughness.
Claims (5)
용해, 정련, 진공탈가스 및 불룸 연속 주조하여 환봉으로 제조하는 단계;
상기 환봉을 1200℃~1230℃로 가열한 후 1차 압연하는 단계;
상기 1차 압연된 환봉을 1120℃~1180℃로 가열한 후 2차 압연하는 단계;
상기 2차 압연된 환봉을 1200℃~1250℃에서 재가열한 후, 열간 피어싱하여 심레스 파이프를 제조하는 단계;
상기 심레스 파이프를 냉간 인발하는 단계; 및
상기 냉간 인발된 심레스 파이프를 고주파 소입 및 소려 처리를 하는 단계를 포함하는 심레스 파이프 드릴로드용 강의 제조방법.1.00 to 1.50% by weight of Cr, from 2.50 to 3.50% by weight of Ni, from 0.40 to 0.65% by weight of Si, from 0.10 to 0.40% by weight of Si, 0.30 to 0.50 wt% of Mo, 0.015 to 0.035 wt% of Al, 0.010 to 0.030 wt% of Nb, 0.010 wt% or less of P, 0.009 to 0.010 wt% of N, and Fe and unavoidable impurities Lt;
Melting, refining, vacuum degassing and continuous casting to form a round bar;
Heating the round bar to 1200 ° C to 1,230 ° C and then primary rolling;
Heating the primary rolled round bar to 1120 ° C to 1180 ° C and then secondary rolling;
Reheating the secondary rolled round bar at 1200 ° C to 1250 ° C, and then hot piercing to manufacture a seamless pipe;
Cold drawing the seamless pipe; And
And subjecting the cold drawn steel pipe to high-frequency finishing and sintering.
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