KR102046231B1 - 신선 직진성이 우수한 강선재 및 그 제조방법 - Google Patents

신선 직진성이 우수한 강선재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 신선 직진성이 우수한 강선재는, 중량 %로, C: 0.4~0.5%, Si: 0.1~0.35%, Mn: 0.6~0.9%, P: 0.03% 이하, S: 0.035% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 페라이트 조직 및 펄라이트 조직의 혼합조직을 미세조직으로 포함하며, 상기 페라이트 조직의 면적분율은 단면 기준으로 33% 이상일 수 있다.

Description

신선 직진성이 우수한 강선재 및 그 제조방법{Steel wire having excellent straightness while drawing and manufacturing method for the same}
본 발명은 신선 직진성이 우수한 강선재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 신선 가공시 소재의 뒤틀림 발생을 효과적으로 방지하는 강선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 제철소에서 제조된 강선재는 1차 고객사에서 중간재(CD-Bar)로 신선 가공되며, 2차 고객사에서는 이러한 1차 신선 가공된 중간재를 신선 가공하여 최종 강선을 생산할 수 있다. 1차 고객사에는 주로 습식 냉간 신선에 의해 강선재를 중간재로 신선 가공하는바, 중간재에는 냉간 신선에 따른 잔류응력이 잔존하게 된다.
중간재에 잔존하는 잔류응력이 일정 수준 이상인 경우, 최종 제품의 표면 균열 발생을 촉진시키는바, 최종 제품의 탄성한계가 감소하고, 피로강도가 저하되는 등 최종제품의 품질이 저하될 수 있다. 일반적으로, 1차 고객사에서는 이러한 품질결함을 방지하기 위하여, 조질압연을 실시하여 중간재에 잔존하는 잔류응력을 완화하고자 한다. 하지만, 조질압연에 의한 잔류응력의 완화에는 물리적 한계가 존재하며, 과도한 조질압연은 오히려 중간재의 표면 품질을 저하시키는 요인이 될 수 있는바, 중간재에 잔존하는 잔류응력을 근본적으로 저감 가능한 해결방안의 도입이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0033796호(2012.04.09. 공개)
본 발명의 한 가지 측면에 따르면, 신선 가공시 소재의 뒤틀림 발생을 효과적으로 방지하는 강선재 및 그 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않는다. 통상의 기술자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 신선 직진성이 우수한 강선재는, 중량 %로, C: 0.4~0.5%, Si: 0.1~0.35%, Mn: 0.6~0.9%, P: 0.03% 이하, S: 0.035% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 페라이트 조직 및 펄라이트 조직의 혼합조직을 미세조직으로 포함하며, 상기 페라이트 조직의 면적분율은 단면 기준으로 33% 이상일 수 있다.
상기 강선재의 단면 상에서, 상기 단면의 중심으로부터 상기 강선재의 표면을 향해 연장한 복수의 연장선 상에서 상기 페라이트 조직이 차지하는 길이비율의 평균편차가 2.3% 이하일 수 있다.
상기 강선재를 30~80%의 단면 감면율로 신선 가공한 중간재의 직진도는 0.5mm/m 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신선 직진성이 우수한 강선재의 제조방법은, 중량 %로, C: 0.4~0.5%, Si: 0.1~0.35%, Mn: 0.6~0.9%, P: 0.03% 이하, S: 0.035% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 재가열하고; 재가열된 빌렛을 900~1050℃의 온도범위에서 압연하여 선재를 제공하고; 상기 선재를 830~870℃의 온도범위에서 권취하고; 상기 권취된 선재를 냉각할 수 있다.
상기 권취된 선재를 1~10℃/s의 냉각속도로 냉각할 수 있다.
상기 빌렛을 1000~1200℃의 온도범위에서 재가열 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강선재 및 그 제조방법은, 강선재의 페라이트 분율 및 분율편차를 최적화하여 신선 가공시 뒤틀림 발생을 효과적으로 억제할 수 있는바, 신선 가공에서의 추가 공정에 의하지 않고서도, 잔존하는 잔류응력에 의한 최종제품의 품질 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에서 강선재 단면의 페라이트 조직의 분포를 판단하는 방법의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 신선 직진성의 평가 기준을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 신선 직진성이 우수한 강선재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
이하, 본 발명의 조성 함량에 대해 보다 상세히 설명한다. 이하, 특별히 언급하지 않는 한, 본 발명의 %는 중량을 기준으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신선 직진성이 우수한 강선재는, 중량 %로, C: 0.4~0.5%, Si: 0.1~0.35%, Mn: 0.6~0.9%, P: 0.03% 이하, S: 0.035% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
C: 0.4~0.5%
C는 인장강도와 항복강도의 향상에 효과적으로 기여하는 원소이다. 따라서, 이러한 효과를 달성하기 위한 C 함량의 하한은 0.4% 일 수 있다. 바람직한 C 함량의 하한은 0.42% 일 수 있다. 반면, C의 함량이 과도하게 첨가되는 경우, 연신율 및 충격인성이 저하될 수 있으며, 편석 및 표면 결함이 발생할 수 있는바, 본 발명의 C 함량의 상한은 0.5%일 수 있다. 바람직한 C 함량의 상한은 0.48% 일 수 있다.
Si: 0.1~0.35%
Si은 강도 향상에 기여하는 원소로서, 이러한 효과를 달성하기 위한 Si 함량의 하한은 0.1% 일 수 있다. 반면, Si의 함량이 과도하게 첨가되는 경우, 충격인성 및 피로특성이 저하될 수 있으며, 연속주조시 편석에 의한 미세조직의 불균질화를 초래할 수 있는바, 본 발명의 Si 함량의 상한은 0.35% 일 수 있다.
Mn: 0.6~0.9%
Mn은 고용강화 원소로 강도 향상에 기여하는 원소이다. 따라서, 이러한 효과를 달성하기 위한 Mn 함량의 하한은 0.6%일 수 있다. 다만, Mn이 과다하게 첨가되는 경우, 연속주조시 편석에 의한 미세조직의 불균질화를 초래할 수 있는바, 본 발명의 Mn 함량의 상한은 0.9%일 수 있다.
P: 0.03% 이하
P는 제강공정에서 불가피하게 유입되는 원소이나. 그 함량이 과다하게 첨가되는 경우 결정립계 편석에 의해 인성을 저하시킬 수 있는바, 본 발명의 P 함량은 0.03% 이하일 수 있다.
S: 0.035%
S 역시 제강공정에서 불가피하게 유입되는 원소이나. 그 함량이 과다하게 첨가되는 경우 결정립계 편석에 의해 인성을 저하시킬 수 있으며, MnS 등의 석출물 형성에 의해 파괴저항성을 저하시킬 수 있는바, 본 발명의 S 함량은 0.035% 이하일 수 있다.
본 발명은, 상술한 강 조성 이외에 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 불가피한 불순물은 통상의 철강 제조공정에서 의도되지 않게 혼입될 수 있는 것으로, 이를 전면 배제할 수는 없으며, 통상의 철강제조 분야의 기술자라면 그 의미를 쉽게 이해할 수 있다. 또한, 본 발명은, 앞서 언급한 강 조성 이외의 다른 조성의 첨가를 전면적으로 배제하는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 미세조직에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신선 직진성이 우수한 강선재는, 페라이트 조직 및 펄라이트 조직의 혼합조직을 미세조직으로 포함하며, 페라이트 조직은 단면 기준 33% 이상의 면적분율로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 의한 강선재는 강선재의 단면 기준으로 33% 이상으 면적분율로 페라이트 조직을 포함하는바, 일반적인 중탄소강 선재에 비해 높은 수준의 면적분율로 페라이트 조직을 포함할 수 있다. 페라이트 조직은 펄라이트 조직에 비하여 낮은 경도 값을 가지는바, 본 발명의 일 구현례에 의한 강선재는 일반적인 중탄소강 선재보다 경도 값을 낮출 수 있다. 강선재의 경도가 저하됨에 따라 신선 가공시 발생하는 잔류응력이 감소되는바, 본 발명의 일 구현례에 의한 강선재는 최종 강선의 품질 저하를 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 구현례에 의한 강선재는, 강 조성의 변화 없이 페라이트 조직의 분율 변화에 의해 강선재의 경도를 조절하는바, 최종 제품의 물성 변화를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신선 직진성이 우수한 강선재는, 강선재의 단면 중심으로부터 강선재의 표면을 향해 연장한 복수의 연장선 상에서 페라이트 조직이 차지하는 길이비율의 평균편차가 2.3% 이하일 수 있다.
도 1은 본 발명에서 강선재 단면의 페라이트 조직의 분포를 판단하는 방법의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 강선재(1)의 임의의 지점을 절단한 단면에서 페라이트 조직의 길이분율을 측정할 수 있다. 강선재(1) 단면의 중심(O)으로부터 각각 시계방향을 기준으로 12시, 3시, 6시 및 9시 방향의 연장선(a, b, c, d)을 설정 한 후 각각의 연장선(a, b, c, d)의 길이 및 각각의 연장선(a, b, c, d)이 페라이트 조직을 관통하는 길이를 측정하여 페라이트 조직의 길이분율을 측정할 수 있다. 각각의 연장선(a, b, c, d)에 대한 페라이트 조직의 길이분율에 대해 평균편차를 산출하며, 이를 기초로 페라이트 조직의 분포를 판단할 수 있다. 즉, 페라이트 조직의 길이분율에 대한 평균편차 값이 작을수록 강선재(1) 내에 페라이트 조직이 균일하게 분포함을 의미한다.
페라이트 조직의 길이분율에 대한 평균편차 값이 일정 수준 이상인 경우, 페라이트 조직이 강선재(1) 내의 특정 부분에 편중하여 형성되었음을 의미한다. 즉, 페라이트 조직의 길이분율에 대한 평균편차 값이 일정 수준 이상인 강선재(1)를 신선 가공하는 경우, 잔류응력이 분균일하게 잔존할 수 있으며, 그에 따라 강선재(1)의 신선 직진성이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 페라이트 조직의 길이분율에 대한 평균편차 값은 2.3% 이하일 수 있다.
도 2는 신선 직진성의 평가 기준을 개략적으로 나타낸 도면이다.
선재의 신선 직진성은 중간재의 직진도를 기초로 판단할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 강선재의 신선 가공에 의해 제공되는 중간재(2)에 일정수준 이상의 잔류응력이 존재하는 경우, 중간재(2)의 뒤틀림 현상이 발생할 수 있다. 중간재의 직진도(d/l)는 중간재(2)의 전체 길이(l)에 대한 중간재(2) 중심부의 휘어짐 정도(d)의 비를 의미하며, 중간재 직진도(d/l)가 낮을수록 중간재(2)에 뒤틀림 현상이 적게 나타났음을 의미한다. 중간재 직진도(d/l)가 과도하게 높은 경우, 후속 공정의 진행을 위해 별도의 교정 작업을 수행하여야 하는바, 신선 작업의 작업 효율성 측면에서 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명의 중간재 직진도는 0.5mm/m 이하일 수 있다.
이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신선 직진성이 우수한 강선재의 제조방법은, 중량 %로, C: 0.4~0.5%, Si: 0.1~0.35%, Mn: 0.6~0.9%, P: 0.03% 이하, S: 0.035% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 재가열하고; 재가열된 빌렛을 900~1050℃의 온도범위에서 압연하여 선재를 제공하고; 상기 선재를 830~870℃의 온도범위에서 권취하고; 상기 권취된 선재를 냉각할 수 있다.
본 발명의 빌렛의 조성 함량은 전술한 강선재의 조성 함량과 대응하는바, 본 발명의 빌렛의 조성 함량 제한 이유에 대한 설명은 전술한 강선재의 조성 함량 제한 이유에 대한 설명으로 대신하도록 한다.
빌렛 재가열
전술한 조성으로 구비되는 빌렛을 1000~1200℃의 온도범위에서 재가열 할 수 있다. 빌렛의 충분한 오스테나이징화를 위해 빌렛의 재가열 온도는 1000℃ 이상일 수 있으며, 결정립의 조대화 및 경제성 등을 고려하여 빌렛의 재가열 온도는 1200℃ 이하일 수 있다.
압연
재가열 된 빌렛을 900~1050℃의 온도범위에서 압연하여 선재를 제공할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 목적하는 페라이트 조직을 형성하기 위해서는 830~870℃의 권취온도를 확보하여야 하는바, 본 발명의 압연 온도의 하한은 900℃ 일 수 있다. 또한, 압연 온도가 과도하게 높은 경우, 결정립의 조대화에 의해 강도가 저하될 수 있는바, 본 발명의 압연 온도의 상한은 1050℃ 일 수 있다. 본 발명의 압연시 압하량은 특별히 한정하지는 않으며, 통상적인 선재의 제조시 적용되는 압연의 압하량일 수 있다.
권취
압연된 선재를 830~870℃의 범위에서 권취할 수 있다. 이는 일반적인 중탄소강 선재의 제조시 적용되는 권취온도보다 높은 수준의 권취 온도이며, 이에 의해 페라이트 조직의 형성 분위기가 조장될 수 있다. 즉, 목적하는 페라이트 조직의 분율을 확보하기 위하여 권취온도는 830℃ 이상으로 제한될 수 있다. 또한, 본 발명은 권취온도의 상한을 특별히 한정하지는 않으나, 권취온도가 과도하게 높은 경우 결정립 조대화에 따른 강성 저하가 우려되는바, 본 발명은 권취온도의 상한을 870℃로 제한할 수 있다.
냉각
권취 완료된 선재는 컨베이어 벨트 등의 이동 수단을 따라 이동하면서 냉각될 수 있다. 본 발명의 냉각은 공랭에 의해 실시되며, 바람직하게는 1~10℃/s의 냉각속도로 냉각될 수 있다. 냉각속도가 지나치게 빠를 경우 목적하는 연질의 페라이트 조직을 충분히 확보할 수 없는바, 본 발명의 냉각 속도의 상한은 10℃/s 일 수 있다. 보다 바람직한 냉각 속도의 상한은 7℃/s일 수 있다. 다만, 냉각속도가 지나치게 느릴 경우 생산성 측면에서 바람직하지 않은바, 본 발명의 냉각 속도의 하한은 1℃/s 일 수 있다. 보다 바람직한 냉각 속도의 하한은 3℃/s 일 수 있다. 또한, 일반적인 중탄소강 선재의 제조시 컨베이어 벨트 상에 냉각공기를 분사하여 선재를 냉각하나, 본 발명의 일 구현예에 의하면, 컨베이어 벨트 상에서 이동하는 강선재에 대해 추가적인 냉각공기를 분사하지 않는 서냉 분위기 하에서 냉각을 실시할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
(실시예)
중량 %로, C: 0.5%, Si: 0.2%, Mn: 0.7%, P: 0.01%, S: 0.002%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 제조하였으며, 아래의 표 1의 제조 조건을 적용하여 강선재를 제조하였다.
구분 재가열 온도
(℃)		 압연 온도
(℃)		 권취 온도
(℃)		 냉각 속도
(℃/s)
발명예 1 1050 970 850 4
발명예 2 1050 1000 870 4.5
비교예 1 1000 850 800 12
비교예 2 950 830 780 11
표 1에 의해 제조된 발명예 및 비교예 강선재의 단면에서 페라이트 조직의 면적분율을 측정하였으며, 단면 중심에서 시계방향을 기준으로 12시, 3시, 6시, 9시 방향의 연장선에 대해 페라이트 조직의 길이분율을 측정한 결과는 아래의 표 2와 같다. 또한, 각각의 발명예 및 비교예 강선재에 대해 50%의 단면감면율로 신선가공을 실시하였으며, 신선가공 후의 각각의 중간재에 대한 직진도를 아래의 표 2에 함께 나타내었다.
구분 페라이트 조직 면적분율
(%)		 페라이트 조직의 길이분율 (%) 중간재 직진도
(mm/m)
12시
방향		 3시
방향		 6시
방향		 9시
방향		 평균 평균
편차
발명예 1 33.5 35 35 31 30 32.75 2.27 0.4
발명예 2 34.1 36 35 33 34 34.5 1.12 0.2
비교예 1 29.3 29 28 33 26 29 2.55 0.7
비교예 2 28.5 32 26 22 33 28.25 4.49 1.1
표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 강 조성 함량 및 제조조건을 만족하는 발명예 1 및 2는 단면에서의 페라이트 조직의 면적분율이 33% 이상이며, 페라이트 조직의 길이분율 평균의 편차가 2.3% 이하를 만족하는바, 중간재 직진도가 0.5mm/m 이하임을 확인할 수 있다. 반면, 본 발명의 강 조성 함량을 만족하나, 제조조건을 만족하지 않는 비교예 1 및 2의 경우, 단면에서의 페라이트 조직의 면적분율이 30% 이하의 수준이며, 페라이트 조직의 길이분율 평균의 편차가 2.5%를 초과하는 수준인바, 중간재 직진도가 0.5mm/m을 초과함을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 신선 직진성이 우수한 강선재 및 그 제조방법은, 신선 가공시 직신성을 효과적으로 확보 가능한 강선재 및 그 제조방법을 제공하는바, 강선재의 신선작업의 효율을 효과적으로 확보할 수 있으며, 이를 통해 제조되는 최종 제품의 품질을 효과적으로 확보할 수 있다.
이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.
1: 강선재 2: 중간재

Claims (6)

  1. 중량 %로, C: 0.4~0.5%, Si: 0.1~0.35%, Mn: 0.6~0.9%, P: 0.03% 이하, S: 0.035% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 페라이트 조직 및 펄라이트 조직의 혼합조직을 미세조직으로 포함하며, 상기 페라이트 조직의 면적분율은 단면 기준으로 33% 이상이고, 강선재의 단면 중심으로부터 상기 강선재의 표면을 향해 연장한 복수의 연장선 상에서 상기 페라이트 조직이 차지하는 길이비율의 평균편차가 2.3% 이하인 신선 직진성이 우수한 강선재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강선재를 30~80%의 단면 감면율로 신선 가공한 중간재의 직진도는 0.5mm/m 이하인, 신선 직진성이 우수한 강선재.
  4. 중량 %로, C: 0.4~0.5%, Si: 0.1~0.35%, Mn: 0.6~0.9%, P: 0.03% 이하, S: 0.035% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 1000~1200℃의 온도범위에서 재가열하고;
    재가열된 빌렛을 900~1050℃의 온도범위에서 압연하여 선재를 제공하고;
    상기 선재를 830~870℃의 온도범위에서 권취하고;
    상기 권취된 선재를 1~10℃/s의 냉각속도로 냉각하는 신선 직진성이 우수한 강선재의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
KR1020170178920A 2017-12-24 2017-12-24 신선 직진성이 우수한 강선재 및 그 제조방법 KR102046231B1 (ko)

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