KR100627484B1 - 표면탈탄이 적은 기계구조용 흑연화 선재 제조방법 - Google Patents
표면탈탄이 적은 기계구조용 흑연화 선재 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 흑연화 처리시간이 획기적으로 단축되는 흑연강 제조용 강재를 이용하여 인라인 흑연화를 실현함과 동시에 부위별 강도 편차를 최소화하여 냉간단조성과 쾌삭성을 향상시킨 흑연강을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이를 해결하기 위하여 본 발명은 중량%로, C : 0.30~0.70%, Si : 2.0~4.0%, Mn : 0.1~1.0%, P : 0.01~0.15%, S : 0.01%이하, Se : 0.001~0.05%, Ti : 0.001~0.03%, B : 0.001~0.003%, Al : 0.002~0.01%, N : 0.004~0.008%, O : 0.005% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어지고, 상기 Ti, N, B 및 Al 그룹이 특정 관계식을 만족하고, Mn, Se 및 S 그룹이 또다른 특정 관계식을 만족하는 조성의 빌레트를 얻는 단계, 상기 빌레트를 조성에 따른 상변태 구간에 따라 3단계로 가열한 후 일정시간 유지하는 단계, 상기 유지 후 선재압연하는 단계, 상기 선재압연된 선재를 860~950℃에서 권취하는 단계, 상기 권취된 선재를 740~800℃까지는 1.3~2.3℃/sec 사이의 냉각속도로 냉각하는 단계 및 상기 냉각된 선재를 570~670℃까지는 0.2~0.6℃/sec 사이의 냉각속도로 냉각한 후 공냉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
흑연화, 표면탈탄, 냉간단조성, 피삭성, 흑연립
Description
도 1은 냉각시 선재코일 겹침 상태를 나타내는 개략도이다.
(부호의 설명)
12 : 선재코일 겹침부, 13 : 선재코일 비겹침부,
14 : 선재코일 중간겹침부
본 발명은 산업기계 또는 자동차 등의 기계부품에 이용하기 적합하며 냉간 단조성과 쾌삭성이 우수한 기계구조용 강재인 흑연강을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 흑연화 처리시간이 획기적으로 단축되는 흑연강 제조용 강재를 이용하여 인라인 흑연화를 실현함과 동시에 상기 흑연강용 선재의 압연시에 표층부에 페라이트층을 형성하여 표면탈탄을 최소화하는 방법에 관한 것이다.
산업기계와 자동차 등에 이용되고 있는 기계부품들은 통상적으로 절삭공정이나 냉간단조공정 주 어느하나에 의해 그 부품이 가지고 있는 복잡한 형상으로 가공되게 된다. 그러나 절삭공정의 경우에는 원소재에 대하여 최종형상으로 가공하기 위해서는 가공량이 많아지고 그에 따른 부품손실이 커지고 생산비용이 과다해진다는 문제점을 가지고 있다. 그리고 냉간단조공정의 경우에는 절삭공정에 비하여 부품손실이 비교적 적고 간단한 공정을 통하여 실시될 수 있다는 장점이 있지만 부품의 최종형상이 복잡할 경우에는 단조작업만으로는 그 복잡한 형상을 구현할 수 없다는 문제를 가지고 있다. 따라서, 냉간단조 작업에 의해 최종형상에 근접한 형상(Near net shape)으로 가공한 후 이를 복잡한 형상으로 최종 절삭가공하는 것이 소재절약, 생산비 감소 등의 측면에서 가장 적합하다. 이러한 냉간단조 후 절삭가공을 실시하기 위해서는 소재의 피삭성과 냉간단조성이 모두 겸비되어야 하는데, 통상의 강으로는 이러한 물성을 모두 만족시키지 못한다.
즉, 소재의 피삭성을 향상시키기 위해서 강중에 Pb, S, Bi 등의 피삭성 부여원소를 첨가한 쾌삭강을 쓸 수 있는데, 이러한 쾌삭강은 절삭작업시 표면조도, 칩처리성, 공구수명 등 강의 쾌삭성 측면에서는 아주 우수하나, 이를 이용하여 냉간단조작업할 경우에는 피삭성 향상원소들로 이루어진 개재물에 의해 야기된 크랙으로 인하여 미소 변형에도 소재에 균열이 발생되는 등 냉간단조성이 아주 열악하다.
또한, 이에 덧붙여 종래부터 피삭성 부여원소로 사용되던 Pb의 경우에는 절삭작업시 유독성 퓸(fume) 등의 유해 물질을 배출하므로 인체에 아주 해로운 원소이며 강재의 재활용에도 아주 불리하여, 이를 대체 하기 위하여 S, Bi, Te, Sn 등 이 제안되었지만, Bi를 첨가한 강재는 제조시에 균열발생이 용이하여 생산이 매우 까다로운 문제가 있고, S, Te 및 Sn 등은 열간압연시 균열발생을 야기한다는 점에서 문제가 있다.
따라서, 종래의 피삭성 부여원소를 사용하는 쾌삭강은 냉간단조성이 아주 불리할 뿐만 아니라, 환경문제를 야기하고 생산효율이 낮다는 문제를 가지고 있어 냉간단조성과 피삭성을 겸비한 강소재로 사용하기 곤란하였다.
그리고, 냉간단조용강은 인성과 연성이 뛰어나 냉간단조작업시에는 소재에 균열이 거의 발생되지 않고 최종형상과 유사한 정도까지 단조작업에 의해서 가공하기에는 유리하나, 이후 절삭작업을 실시할 경우에는 칩(chip)처리성과 표면 조도 등의 피삭성이 아주 불량하여 사용이 곤란하다는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 강이 바로 흑연강이다. 흑연강은 내부에 미세 흑연립을 포함하는 탄소강으로서 충격인성과 연성이 양호하여 냉간단조성이 우수한 동시에, 내부의 미세 흑연립이 절삭시 크랙 공급원(source)이 되어 줌으로써 피삭성도 양호한 성질을 가지고 있는 강이다.
일본 특개소 50-096416호 공보에는 C(total) : 0.45~0.90, Si : 1.0~2.5%, Mn : 0.1~0.7%, S : 0.015%이하, Al, Ti 중 1 종 또는 2종을 0.015~0.1% 포함하고, 50 개/mm2 이상의 분포로 존재하는 흑연 0.45~0.90%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어진 흑연 쾌삭강이 제안된 바 있다. 상기 발명은 냉간단조성 측면보다는 쾌삭성의 측면에서 제안된 것이나, 흑연계 쾌삭강에 대한 발명의 효시에 속하는 발명이라 할 수 있다. 그러나 상기 발명의 조성으로는 실리콘 농도는 2.3%를 넘지 않아야 하며 그에 따른 최소 흑연화 시간은 대략 10시간 정도가 필요하다는 것이 개시되어 있다. 그러나 수요가 공정을 생각해 볼 때, 쾌삭성을 부여하기 위하여 10시간 정도 흑연화 열처리를 실시한다는 것은 공정상의 큰 부담이 되지 않을 수 없고, 이러한 부담으로 인하여 수요가에서 흑연강을 이용하여 절삭작업을 실시하는 것을 사실상 불가능하게 된다.
또한, 일본 특개평 6-212351호에는 상기 일본 특개소 50-096416호 공보에서 나타난 문제점인 흑연화 처리에 장시간이 소요된다는 점을 해결하기 위하여 비교적 단시간 열처리 하여 흑연화하는 흑연 쾌삭강의 제조방법을 개시하고 있다. 상기 공보에 개시된 기술은 흑연화 처리시간을 단축시키기 위하여 C : 0.3~1.0%, Si : 0.4~1.0%, Mn ; 0.3~1.0, P : 0.02%이하, S : 0.015~0.035, B : 0.001~0.004%, N : 0.002~0.008%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 열간압연직후의 강봉을, 그 열간압연 라인의 전후에 설치한 수냉각장치에 의해, 냉각개시온도를 Ac1 점 이하, 냉각종료온도를 Ms 점 이하, 평균냉각속도를 30℃/s~100℃/s 로 하여 냉각하고, 이후 자연냉각한 후, 이어서 가열온도 600~700℃에서 흑연화 처리하는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 기술은 마르텐사이트상의 특징인 격자왜곡을 이 용하여 탄소가 흑연으로 석출되기 쉽게 하는 것을 그 기술적 요지로 하고 있는 것으로 흑연화 최소시간 12시간 흑연화율 최대 60%를 나타내는 종래예에 비하여 최소 9~12시간 이내에 100% 흑연화율에 도달시킬 수 있는 기술이었다.
그러나 상기 기술을 이용하더라도 흑연화에 필요한 시간은 최소 9시간으로 수요가가 공정에 적용하기는 곤란한 정도이어서 여전히 흑연화 시간 단축에 필요한 기술적 진보가 필요하였다.
흑연화 시간을 보다 단축하기 위한 기술로써 일본 특개 2000-063948호에는 중량％로，C :1.00초과~1.50％，Si:1.00~2.80％，Mn:0.01~2.00％，P :0.050％이하，S :0.10％이하，O :0.0050％이하， 및 N :0.020％이하를 함유하고，잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진 조성이며， 흑연화 지수 CE가 1.30 이상인 주편 또는 슬라브를，850~1150℃의 범위내의 온도로 가열하고，열간 압연한 후，그리고 실온까지 냉각하여，이렇게 얻어진 열간 압연 강재를 ，600~1000℃의 범위내의 온도로 3hr 이하의 시간 가열한 후，공냉 하여, 상기 강재중에 평균 입경 1.0㎛ 이상의 흑연을 100개/mm2 이상 석출시키고，또한 금속 조직을 20％이상의 페라이트와 잔부 펄라이트로 이루어지거나 또는 페라이트만로 이루어진 조직으로 하며 브리넬 경도를 200 이하로 한 것을 특징으로 하는 쾌삭강 봉선재의 제조 방법에 관한 기술이 기재되어 있다. 상기 기술을 이용할 경우 흑연화에 필요한 시간을 최소 30분까지 단축할 수 있어 종래기술에 비해서는 흑연화 시간을 획기적으로 개선한 기술이라 할 수 있다. 그러나 상기 기술에 의할 경우에도 최소 30분 정도이며 대부분 1시간 이상인 흑연화 처리시간이 필요하므로 여전히 실제 가공공정에 적용하기는 곤란하였다.
따라서, 이러한 흑연화 시간을 보다 단축하기 위해서는 흑연화 촉진원소를 다량 첨가하여야 하고, 그중에서도 철탄소화합물(세멘타이트) 상태로 존재하는 탄소를 불안정하게 하여 쉽게 강중으로 확산될 수 있도록하는 실리콘과 같은 원소의 다량 첨가가 필요하다. 그러나, 이러한 원소를 첨가할 경우에는 흑연화는 매우 촉진되어 흑연화 시간이 획기적으로 단축될 수 있으나, 그 전에 선재 압연 공정에서 소재를 재가열할 경우 흑연화 촉진원소가 소재내의 탄소의 확산계수는 감소시키는 반면 활동도를 증가시켜서 그에 따라 표면쪽에 존재하는 탄소는 소재 밖으로 빠져나가는 탈탄 반응을 겪게 된다. 그리고 반대로 중심부에서는 탄소의 확산계수가 감소하여 표면으로 탄소 공급이 원활하지 않게 된다. 이러한 현상의 결과로 표층부와 중심부간의 탄소농도 구배가 심하게 되고 그 결과 소재의 물성이 저하되는 현상이 조장된다.
지금까지 알려진 탈탄제어방법의 대표적인 예로는 대한민국 특개공보 92-24974호, 92-24163호, 92-24161호, 일본 특개평 2-301514호, 특개평 1-31960, 특개소 63-216591호 등이 있다. 이들 대부분은 실리콘의 함량을 낮추거나 납, 주석 등의 합금원소를 첨가하는 방법에 의해서 탈탄을 제어하는 방법들이다. 그러나, 흑연화 촉진을 위해 고실리콘 첨가가 불가피한 강종에서 실리콘 함량을 낮출수는 없 으며, 또한, 납, 주석 등의 합금원소를 첨가하게 되면 충격인성 등의 기계적 성질이 열악해지는 등의 문제가 있다.
따라서 본발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상기와 같이 흑연화가 용이한 강재를 이용하여 선재압연을 할 때, 종래기술에서는 필연적으로 발생되는 표면 탈탄의 문제를 감소시켜 내부 탄소농도를 비교적 균일하게 하는 한편, 미세한 흑연립의 상분율이 높아 냉간성형시 요구되는 낮은 인장강도를 갖는 선재의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은, 중량%로, C : 0.30~0.70%, Si : 2.0~4.0%, Mn : 0.1~1.0%, P : 0.01~0.15%, S : 0.01%이하, Se : 0.001~0.05%, Ti : 0.001~0.03%, B : 0.001~0.003%, Al : 0.002~0.01%, N : 0.004~0.008%, O : 0.005% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어지고, 상기 Ti, N, B 및 Al이 하기 관계식 1을 만족하고, Mn, Se 및 S가 하기 관계식 2를 만족하는 조성의 빌레트를 얻는 단계, 상기 빌레트를 Ac1변태점까지 15~25℃/분의 가열속도로 가열하는 단계, Ac1 변태점까지 가열된 상기 빌레트를 이상역 범 위인 Ac1변태점에서 Ac3변태점까지는 5~13℃/분의 가열속도로 가열하는 단계, 상기 Ac3 변태점까지 가열된 상기 빌레트를 950~1150℃까지 10~20℃/분의 가열속도로 가열하는 한 후 이 온도구간에서 30분 이상 유지하는 단계, 상기 유지 후 선재압연하는 단계, 상기 선재압연된 선재를 860~950℃에서 권취하는 단계, 상기 권취된 선재를 740~800℃까지는 1.3~2.3℃/sec 사이의 냉각속도로 냉각하는 단계 및 상기 냉각된 선재를 570~670℃까지는 0.2~0.6℃/sec 사이의 냉각속도로 냉각한 후 공냉하는 단계를 포함하는 표면 탈탄이 적은 흑연화 선재의 제조방법이다.
(단, 하기 관계식 1 및 관계식 2의 Ti, N, B, Al, Mn, Se 및 S는 각각 해당원소의 중량%를 의미한다.)
[관계식 1]
2.0≤(Ti+5B+Al)/N≤5.5
[관계식 2]
1.0≤(Mn/5+Se)/5S≤3.0
그리고, 상기 강조성에 더하여 Ni : 0.05~1.0%, Cu : 0.01~0.5%, Ca : 0.0001~0.05%, Zr : 0.0005~0.008%, REM(Rare Earth Metal, 희토류금속) : 0.001~0.05%으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 빌레트를 Ac1변태점에서 Ac3변태점까지 가열하는 상기 단계의 가열속도를 7~11℃/분의 범위로 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 빌레트를 Ac3변태점에서 950~1150℃까지 가열하는 상기 단계 의 가열속도를 13~17℃/분의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 선재 열간압연후에는 오스테나이트 결정립 크기가 30㎛ 이하가 되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 선재 냉각후 초석 페라이트 조직분율이 10% 이하가 되는 것이 흑연립의 미세 균일분산분포에 바람직하다.
더하여, 상기 가열된 빌레트의 표면에는 0.05~0.5mm 두께의 페라이트 탈탄층이 형성되는 것이 보다 바람직하다.
그리고, 상기 선재는 흑연립 크기가 50㎛이하, 흑연립 상분율이 0.1%이상인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
[강의 조성]
본 발명에서 합금원소를 제한하는 이유는 다음과 같다.
탄소(C): 0.3~0.7중량%
탄소는 흑연상 형성하기 위해서 필수적인 원소이며, 이후 기계 부품의 강도를 확보하기 위해서 중요한 원소이지만 함유량이 0.3중량%이하에서는 그 효과가 적고 0.7중량%이상에서는 그 효과가 포화되기 때문에 0.3~0.7중량%의 범위로 한정한 다.
실리콘(Si): 2.0~4.0중량%
실리콘은 용강제조시 탈산제로서 필요한 성분이며 강중의 철탄화물(세멘타이트)를 불안정하게 하여 탄소가 흑연으로 석출될 수 있도록 하는 원소이다. 더구나 실리콘은 강도를 향상시키는 성분이기 때문에 적극적으로 첨가한다. 2.0중량%이하에서는 그 효과가 미흡하며 실리콘을 4.0중량% 이상 첨가하여도 흑연화 촉진의 효과는 포화되며 액상이 발생하는 온도영역이 낮아져 열간압연시 적정 온도영역이 좁아지는 문제점이 있어 2.0~4.0중량%의 범위로 한정하였다.
망간(Mn): 0.1~1.0중량%
망간은 강재의 강도를 확보하는 유효한 원소이며 용강제조시 탈산제로서도 유용한 원소이다. 또한 S와 결합하여 MnS를 형성하여 절삭성 향상에 기여한다. 그러나 함유량이 0.1중량%이하에서는 강도향상 효과가 적고 1.0중량%이상에서는 인성이 열화되는 문제점이 있어 0.1~1.0중량%의 범위로 한정하였다.
인(P) : 0.01중량% 이하
인은 흑연화를 저해할 뿐만 아니라 소입처리시 오스테나이트 입계에 편석하여 입계 강도를 저하시켜 소입균열의 발생이 용이하기 때문에 0.01중량%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0.01중량%이하
황은 MnS를 형성하여 절삭시 칩처리성(chip breaking) 향상시켜 피삭성을 향상시키고 특히 흑연화의 핵으로 작용하여 흑연화를 촉진하지만, 그 첨가량이 0.01중량%이상이면 그 효과가 포화될 뿐만 아니라 다량첨가시 오히려 흑연화를 지연시키며 강의 인성을 급격하게 저하시켜서 냉간단조성에 악영향을 미치기 때문에 상한을 0.01중량%로 제한하였다.
셀레늄(Se) : 0.001~0.05중량%
셀레늄은 망간과 결합하여 MnSe를 형성하는 것에 의해 칩브레이크성(chip breaking)을 개선한다. 동시에 MnSe은 흑연화 핵으로 작용하여 흑연화를 촉진시킴으로서 피삭성을 개선키는 원소이다. 이러한 효과는 0.001중량%이하에서는 미흡하며 0.05중량% 이상에서는 그 효과가 포화되기 때문에 0.001~0.05중량%의 범위로 한정하였다.
티타늄(Ti): 0.001~0.03중량%
티타늄은 강중에 질소와 결합하여 TiN을 형성하여 세멘타이트를 불안정하게 하고 동시에 흑연이 핵생성되는 자리가 되어 흑연화를 촉진시킨다. 또 탈산제로서도 유효하게 작용하기 때문에 적극적으로 첨가한다. 상기의 유용한 효과를 얻기 위해서는 0.001중량% 이상을 첨가하여야 한다. 그러나, 0.03중량%이상에서는 오히 려 흑연화를 방해하기 때문에 0.001~0.03중량%의 범위로 한정하였다.
붕소(B):0.001~0.003중량%
보론은 N과 결합하여 BN을 형성하고 세멘타이트의 안정화를 방해하면서 흑연의 결정 핵으로서 작용하여 흑연화를 촉진시키며 동시에 소입성을 향상시키기 때문에 적극적으로 첨가하는 원소이다. 0.001중량%이하에서는 그 첨가효과가 미흡하여 0.001중량% 이상 첨가할 필요가 있으며, 반대로 0.003중량% 이상 첨가할 경우에는 더 이상 효과상승을 기대할 수 없으며 동시에 입계에 보론계 질화물의 석출로 인해 입계강도를 저하시켜서 열간가공성을 저하시키기 때문에 첨가범위를 0.001~0.003중량%로 한정하였다.
알루미늄(Al): 0.002~0.03중량%
알루미늄은 강력한 탈산원소로서 탈산에 기여할 뿐만 아니라 흑연화를 촉진시키는 유용한 원소이다. 흑연화 열처리시 세멘타이트의 분해를 촉진하는 것과 동시에 질소와 결합하여 AlN을 형성함으로서 세멘타이트의 안정화를 방해하는 작용을 한다. 또한 알루미늄 첨가에 의해 강중에 생성되는 알루미늄 산화물은 BN의 석출핵이 되기도 하고 흑연의 결정화를 촉진시키는 점에서도 효과적이다. 본 발명에서는 알루미늄을 적극적으로 첨가하지만 함유량이 0.002중량% 이하이면 그 첨가효과를 기대하기 어렵고 0.03중량%이상에서는 흑연화 촉진작용이 포화되며 열간변형성을 현저하게 저하되는 문제점이 있어 0.002~0.03중량%의 범위로 제한한다.
질소(N): 0.004~0.008 중량%
질소는 티타늄 및 보론, 알루미늄과 결합하여 질화물들을 형성하고 이것들을 핵으로 하여 흑연의 결정화를 촉진시키기 때문에 적극적으로 첨가한다. 한편 흑연화 촉진에 유효한 질화물들을 형성하기 위해서는 화학양론적으로 티타늄 및 보론, 알루미늄과 거의 비슷한 당량으로 첨가하는 것이 바람직하나 이러한 질화물들을 균일하게 미세분산시키기 위해서는 화학당량보다도 조금 높게 첨가하는 것이 바람직하다. 또한 질소는 동적인 변형시효에 의해 칩처리성을 개선하기 때문에 조금 과다하게 첨가하는 것이 유리하다. 이러한 이유로 0.004중량%이상 첨가하는 것이 필요하지만 0.008중량%이상 첨가할 경우 그 효과가 포화되기 때문에 0.004~0.008중량%로 한정하였다.
산소(O):0.005중량%이하
본 발명에 있어서 산소의 역할은 중요하다. 산소는 알루미늄과 결합하여 산화물을 형성한다. 이러한 산화물의 생성은 알루미늄의 유효농도를 감소시키게 된다. 그 결과 흑연의 결정화에 유용한 AlN의 생성량이 감소되며 따라서 실질적으로는 흑연화 작용을 방해하는 결과를 유발한다. 또한, 다량의 산소가 함유됨으로써 형성되는 알루미나 산화물은 절삭시 절삭공구를 손상시키기 때문에 피삭성의 저하를 초래한다. 이러한 이유로 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 그러나 산소를 너무 낮게 관리할 경우 제강공정의 정련부하를 야기하고, 0.005중량% 까지는 상 기한 산소에 의해 유발되는 문제점이 그리 크지 않기 때문에 그 상한을 0.005중량%이하로 제한하였다.
상기에서 볼 수 있듯이, 흑연화를 촉진시키기 위해서는 우선, 흑연화에 필요한 탄소원(source)를 강중에 충분히 유지시키고, 세멘타이트를 불안정화 하여 세멘타이트 중 탄소가 쉽게 강중으로 확산될 수 있도록 하며, 확산된 탄소가 강중에 존재하는 불균일(non-homogeneous) 핵생성 장소인 다양한 종류의 질화물 또는 화합물상 개재물에 흑연상으로 성장할 수 있어야 한다.
그러나, 상기의 조성만으로는 흑연화에 필요한 핵생성 장소를 충분히 제공할 수 없으며, 상기 조성에 의하여 생성된 질화물계 또는 유화물계 개재물들이 효과적으로 강중에 다량 미세 분산되어야 충분한 핵생성 장소를 공급할 수 있으며, 그에 따라 흑연화 시간이 획기적으로 단축되고 미세한 흑연이 생성될 수 있다.
본 발명에서는 흑연립 미세화 및 흑연화 시간을 현저하게 단축하기 위하여 합금원소간의 구성비를 비는 2.0≤(Ti+5B+2Al)/N≤5.5, 1.0≤(Mn/5+Se)/5S≤3.0로 한정하는데, 그 이유는 다음과 같다.
(Ti+5B+Al)/N비는 2.0≤(Ti+5B+Al)/N≤5.5인 것이 바람직하다.
(Ti+5B+Al)/N비가 2.0 미만일 경우에는 Ti, B, Al 양이 부족하여 흑연립의 핵생성에 기여하는 TiN 및 BN석출물의 갯수가 부족해지며, (Ti+5B+Al)/N비 5.5를 초과할 경우에는 Ti, B, Al은 충분하나 질소의 양이 부족하므로 더 이상 흑연립 핵생성에 필요한 TiN 및 BN, AlN의 석출물 개수가 증가되지 않고, 오히려 과잉질소로 인하여 모재에 고용되는 질소량이 증가하여 흑연화 속도에 악영향을 미친다.
(Mn/5+Se)/5S 값은 1.0≤(Mn/5+Se)/5S≤3.0 가 바람직하다.
(Mn/5+Se)/5S 값이 1.0 미만일 경우에는 흑연립의 핵생성에 기여하는 MnSe 석출물 및 피삭성에 유효한 MnS 개재물의 갯수가 부족해지며, (Mn/5+Se)/5S 비 3.0초과에서는 흑연립 핵생성에 필요한 MnSe 석출물 및 MnS의 석출물 개수가 포화될 뿐만 아니라 모재에 고용되는 황량이 증가하여 입계편석을 오히려 초래하여 기계적 성질에 악영향을 미친다.
상기와 같은 조성에, 니켈 0.05~1.0중량%, 구리 0.01~0.05중량%, 칼슘 0.0001~0.05중량%, 지르코늄 : 0.0005~0.008중량%, 희토류 금속 : 0.001~0.05중량%으로 이루어진 그룹중 1종 또는 2종 이상을 선택적으로 첨가하는데, 그 성분 제한 이유를 설명한다.
니켈(Ni): 0.05~1.0중량%
니켈은 강의 소입성을 향상시켜며 소입 소려에 의해 강의 강도를 향상시키는 동시에 흑연화 작용을 보조하여 촉진시키는데 유효하다. 0.05중량%이하에서는 그 효과가 미흡하며 1.0중량%이상에서는 그 효과가 포화되고 고가 원소로 경제적이지 못하기 때문에 0.005~1.0중량%로 한정하였다.
구리(Cu):0.01~0.5중량%
구리는 세멘타이트를 불안정하게 하여 흑연화의 촉진에 유효하므로 피삭성을 개선을 할 뿐만 아니라 강의 소입성 향상 작용과 석출강화 작용에 의하여 강의 소입소려시에 강도를 상승시키는 효과도 가지고 있다. 또한, 구리 첨가시에는 강의 부식저항을 개선시킬 수 있다. 0.01중량%미만에서는 흑연화 촉진 및 부식저항에 대한 개선효과가 미흡하며, 0.5중량%를 초과할 경우에는 그 개선효과가 포화되고 입계 편석시 녹는점(melting point)이 낮아져 선재압연을 위한 가열로 장입시 결정입계 취화에 따른 표면흠 발생 가능성이 높고, 최종 제품에서의 충격인성이 저하되기 때문에 0.01~0.5중량%로 제한하였다.
칼슘(Ca) : 0.0001~0.05중량%
칼슘은 본 발명의 강의 조성에서는 Ca-Al계 산화물을 형성하고 이것이 흑연화의 핵으로서 작용하여 흑연화를 촉진하는 것에 의해 피삭성을 개선한다. 이와 같은 작용은 0.0001중량%이하에서는 그 효과가 미흡하며 0.05중량%이상에서는 조대한 산화물계 비금속 개재물이 다량 발생하여 기계부품의 피로강도를 저하시키기 때문에 0.0001~0.05중량%의 범위로 한정하였다.
지르코늄(Zr) : 0.0005~0.008중량%
지르코늄은 CaO와 Ti2O3등의 산화물과 MnS 황화물을 미세하게 분산시킨다. 이러한 산화물과 황화물들은 흑연의 석출자리로 역할을 하여 흑연립을 미세하게 분산시킨다는지 흑연화 소요시간을 단축시키는데 효과적이다. 단 지르코늄의 첨가량이 0.0005중량%미만에서는 그 효과가 미흡하며 0.008중량%이상에서는 조대한 Zr계 황화물 및 탄질화물을 형성하여 Zr에 의한 산화물의 미세화 효과가 감소할 뿐만 아니라 파괴인성을 열화시키기 때문에 0.0005~0.008중량%의 범위로 한정하였다.
희토류금속(REM) : 0.001~0.05중량%
희토류금속은 강의 열간가공성을 개선하는 것과 흑연화를 가일층 촉진시키는 목적으로 첨가한다. 이와 같은 작용은 La, Ce등의 사용하는 것이 유용하지만 그 함량이 0.001중량%이하에서는 그 효과가 미흡하기 때문이며, 0.05중량%이상에서는 그 효과가 포화되기 때문에 0.001~0.05중량%의 범위로 한정하였다.
[선재의 제조방법]
가열공정
본 발명자는 상술한 흑연강용 선재 압연시 표면탈탄이 발생하는 문제점을 방지하기 위하여 다각도로 연구한 결과, 선재압연을 위한 빌레트 가열시(선재가열로 가열시) 오스테나이트와 페라이트의 이상역(Ac1 변태점에서 Ac3 변태점 사이의 온 도구간 즉, 페라이트와 오스테나이트 상이 혼재되어 평형상태를 유지하는 구간)을 통과하는 승온 가열 속도를 제어하면, 빌레트 표면에 탄소고용도가 매우 낮은 페라이트 층을 0.05~0.5mm 두께로 균일하게 유도할 수 있다는 사실을 알게 되었다. 이러한 표면 페라이트 층은 매우 낮은 탄소 고용도를 갖는 이유로 페라이트 상의 석출직후 이 영역을 통과하는 탄소원자의 확산이 매우 늦어지므로 이러한 기구로 인하여 탈탄반응 속도가 현저하게 감소될 수 있고 표면 페라이트 층은 산화 정도에 따라 그 두께를 조정할 수 있어 선재가열로 추출시 표면 탈탄층을 현저하게 개선할 수 있는 것이다.
상기와 같이 표면 페라이트 층을 적절하게 제어하기 위해서는 빌레트를 우선 Ac1 변태점까지 가열속도 15~25℃/분의 범위로 가열한 후, 이상역인 Ac1 에서 Ac3
온도 구간에서는 5~13℃/분의 가열속도 범위로 가열할 필요가 있다.
Ac1 변태점까지 가열속도를 15~25℃/분의 범위로 가열하는 이유는 생산성과 소재의 건전성을 확보하기 위한 것으로 상기 15℃/분보다 늦게 가열하는 경우에는 가열로 장입시간이 너무 길어져서 바람직하지 못하며, 상기 25℃/분보다 빨리 가열하는 경우에는 빌레트의 표면과 내부의 온도차이가 발생하여 빌레트가 휘어질 수 있다.
이상역 범위에서는 상기한 바와 같이 5~13℃/분의 가열속도로 가열하는 것이 바람직한데, 만일 이러한 가열속도보다 늦게 가열하면, 빌레트 표면에 이상역 페라이트 층의 두께가 필요이상(≥0.5mm)으로 증가하여 오히려 탈탄개선 효과를 얻기 어려우며, 또한 소재가 가열로내에 체류하는 시간(재로시간)이 길어지는 단점이 있다. 그리고, 상기 13℃/분 보다 빨리 가열하면 탈탄반응 억제에 필요한 적정 표면 페라이트층(0.05~0.5mm)을 형성시키기가 어렵다. 이러한 가열속도는 7~11℃/분의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
상기의 가열공정에 이어서, 950~1150℃까지 10~20℃/분의 가열속도로 가열하여 이 온도구간에서 30분 이상 유지한 다음 선재압연한다. 상기 이상역 종료온도 이후에서는 모재의 미세조직은 이상조직(페라이트+오스테나이트)에서 오스테나이트 단상조직으로 변태하게 되는데, 이때 가열유지온도까지 승온속도가 10℃/min미만일 경우에는 재로시간이 증가하고, 20℃/min를 초과할 경우에는 빌레트 내외부의 온도편차 심화로 빌레트 휘어짐이 발생하기 쉽고 열간압연에 적합한 빌레트의 내외부 온도제어가 어렵기 때문이다. 보다 바람직하게는 13~17℃/분의 가열속도로 가열하는 것이다.
또한, 이때의 선재가열로의 가열온도가 950℃미만일 경우에는 탈탄제어를 위한 빌레트 표면 페라이트층 적정두께 제어에 문제점이 있다. 또한, 빌레트의 열간변형저항성의 증가로 압연시 과부하로 인해 작업성이 열악해진다. 또한, 가열유지온도가 1150℃ 초과할 경우에는 탈탄제어를 위한 균일한 페라이트층을 표면에 석출시킬 수 없다. 즉 탄소 고용도가 매우 낮은 표면 페라이트층을 석출시켜 탈탄반응을 급격히 감소시키기 위해서는 가열 유지온도에서 표면 페라이트층이 잔존하여야 가능하나 가열온도가 1150℃를 초과할 경우에는 표면의 페라이트층이 오스테나이트로 변태하기 때문에 탈탄속도가 급격히 증가하며 이로 인해 표면탈탄이 심화되 기 때문이다.
그리고, 가열유지시간은 30분 이상되어야 하는데, 30분미만의 가열유지시간으로는 선재압연을 위한 빌레트 외내부의 균일한 온도 분포를 확보하기 어렵기 때문이다.
선재압연공정
상기와 같이 빌레트를 가열하여 선재압연하는데, 이때 가열로에서 추출되는 빌레트의 탈탄면적은 선재압연후에 선재의 탈탄면적과 동일하기 때문에 선경이 클수록 탈탄층이 증가하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 점을 고려하여 지름 30mm이하로 선재압연하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 선재 냉각후 초석 페라이트 조직분율이 10% 이하인 선재를 이용한다. 선재 냉각후 초석 페라이트 조직분율이 10%를 초과할 경우에는 흑연화시 흑연립의 분포가 불균질해지고 흑연립의 조대화를 초래할 수 있으며 냉간단조성 및 피삭성에 악영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다. 페라이트 영역내에는 탄소함량이 매우 낮아 흑연화시 흑연립 형성에 필요한 탄소가 부족하여 페라이트에서는 거의 흑연화가 이루어지지 않기 때문에 10%이하로 반드시 제한하여야 한다.
권취공정
다음으로 선재를 권취하는데, 이때의 권취온도는 860~950℃로 하는 것이 바람직하다. 마무리 압연온도가 높을 경우에는 권취온도를 선재압연직후 냉각수분사 에 의해 확보한다. 권취온도가 860℃미만의 경우에는 흑연화에 요구되는 시간이 부족해지기 때문이며, 권취온도가 950℃초과의 경우에는 고온권취에 따른 권취불량이 발생할 가능성이 높기 때문이다.
[냉각공정]
권취한 선재를 냉각하는데, 먼저 740~800℃까지 1.3~2.3℃/sec의 냉각속도로 냉각시킨다. 냉각온도와 냉각속도의 조건설정은 선재집적상태 즉 겹침부, 비겹침부위의 냉각정도의 차이를 고려한 것이다. 즉, 선재코일은 냉각대에서 냉각될 때, 도 1에 도시한 바와 같이 중심으로부터 외측으로 순서대로, 비겹침부, 중간 겹침부 및 겹침부로 나뉘어 질 수 있는데, 선재의 겹침정도가 클수록 상호 보온 효과에 의하여 냉각속도가 감소되어, 겹침정도가 큰 겹침부에서는 냉각속도가 크고 겹침정도가 작은 중심부는 냉각속도가 작게 되는데, 이러한 냉각속도의 차이는 전체 냉각속도를 크게할 수록 그 경향이 두드러진다. 상기와 같은 냉각속도의 차이는 코일 부위별 재질 편차 즉, 인장강도의 편차로 나타나게 되어 유리하지 못하다. 따라서 본 발명세서는 충분한 냉각효과를 누리면서 부위별 재질편차가 나타나지 않는 냉각속도 범위로서 1.3~2.3℃/sec 사이의 범위를 설정하였다.
그리고, 1.3~2.3℃/sec 사이 범위의 냉각속도에서 냉각온도가 800℃ 보다 높을 경우에는 냉각대에서의 적정 흑연화 변태소요시간이 불충분하게 되어 흑연화율이 감소한다. 또한, 냉각온도가 740℃ 미만의 경우에는 흑연화조직보다는 페라이트 또는 퍼얼라이트 변태가 일어날 가능성이 매우 높다.
다음으로, 570~670℃까지 0.2~0.6℃/sec로 냉각한다.
냉각온도가 670℃ 보다 높은 경우에는 선재 흑연화가 완전히 종료되지 않으며, 570℃미만의 경우에는 흑연화율이 감소한다. 또한, 냉각속도가 0.6℃/sec 보다 빠를 경우 흑연화율이 감소할 수 있으며, 0.2℃/sec 보다 느릴 경우 냉각설비내 체류시간의 한계로 인해 적정냉각온도인 570~670℃범위를 확보하기가 어려워 선재 흑연화율이 감소한다.
다음으로 공냉하는데, 이는 변태가 완료된 상태로 냉각속도의 변화가 조직에 미치는 영향이 없기 때문이다.
냉각하여 얻은 선재에서 흑연립 크기는 50㎛이하이고, 그 상분율은 0.1%이상이 바람직하다. 흑연립 크기가 50㎛초과일 경우에는 냉간성형성 개선 효과 보다는 오히려 표면흠이 유발할 가능성이 있다. 또한, 흑연립 상분율이 0.1%미만에서는 냉간성형성 개선을 위한 조직 연화효과가 없다.
다음으로 공냉하는데, 이는 변태가 완료된 상태로 냉각속도의 변화가 조직에 미치는 영향이 없기 때문이다. 냉각하여 얻은 선재에서 흑연립 크기는 50㎛이하이고, 그 상분율은 0.1%이상이 바람직하다. 흑연립 크기가 50㎛ 초과일 경우에는 냉간성형성 개선 효과 보다는 오히려 표면흠이 유발될 가능성이 있다. 또한, 흑연립 상분율이 0.1%미만에서는 냉간성형성 개선을 위한 조직 연화효과가 없다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
아래 표 1 및 표 2와 같은 발명강 또는 비교강의 성분계를 갖는 빌레트를 표 3의 조건으로 고속선재 압연하여 16mm의 선재로 제조하고, 선재압연직후 표 4의 조건으로 권취 및 냉각하고 공냉하였다. 상기와 같이 제조된 선재의 표면 탈탄층 깊이는 KS 규격(KD D 0216)에 의하여 측정하였다. 이 규격에 의하면 광학 현미경 관찰법과 미소경도 측정법등이 제안되고 있는데, 여기서는 미소경도 측정법을 이용하였다. 측정된 탈탄층 깊이는 표 3에 나타내었다. 측정위치는 선재단면을 8등분한 위치에서 각각 측정하였으며 측정값은 평균값을 기준으로 하였다. 또한, 제조된 선재들의 흑연화 조직 상분율은 화상분석기(image analyzer)를 이용하여 측정하였으며, 이때 피검면은 300mm2를 기준으로 하였다.
| 강종 | C, wt% | Si, wt% | Mn, wt% | S, wt% | P, wt% | Ti, wt% | B, ppm | Al, wt% | Se, wt% | N, ppm | O, ppm | Ni, wt% | Cu, wt% | Ca, wt% | Zr, ppm | REM, ppm | |
| 발 명 강 | 1 | 0.51 | 3.1 | 0.51 | 0.008 | 0.011 | 0.007 | 20 | 0.005 | 0.004 | 60 | 20 | 0.1 | ||||
| 2 | 0.52 | 3.1 | 0.40 | 0.009 | 0.015 | 0.004 | 10 | 0.004 | 0.003 | 55 | 21 | 0.1 | 0.05 | ||||
| 3 | 0.50 | 3.0 | 0.48 | 0.007 | 0.009 | 0.010 | 21 | 0.005 | 0.002 | 56 | 19 | 0.01 | |||||
| 4 | 0.49 | 2.9 | 0.55 | 0.009 | 0.008 | 0.010 | 20 | 0.003 | 0.010 | 60 | 24 | 10 | |||||
| 5 | 0.53 | 3.2 | 0.53 | 0.008 | 0.009 | 0.009 | 30 | 0.005 | 0.004 | 65 | 22 | 10 | |||||
| 6 | 0.7 | 3.1 | 0.48 | 0.007 | 0.008 | 0.004 | 13 | 0.003 | 0.002 | 75 | 17 | 0.09 | 0.04 | ||||
| 7 | 0.31 | 3.2 | 0.51 | 0.008 | 0.011 | 0.010 | 26 | 0.004 | 0.002 | 66 | 29 | 0.16 | 0.06 | ||||
| 비 교 강 | 1 | 0.51 | 3.0 | 0.51 | 0.008 | 0.011 | 0.001 | 10 | 0.003 | 0.004 | 65 | 19 | 0.13 | ||||
| 2 | 0.52 | 3.1 | 0.48 | 0.009 | 0.008 | 0.010 | 20 | 0.005 | 0.002 | 40 | 23 | 0.12 | 0.04 | ||||
| 3 | 0.50 | 3.0 | 0.22 | 0.007 | 0.130 | 0.004 | 10 | 0.004 | 0.001 | 55 | 17 | 0.02 | |||||
| 강종 | 관계식 1 | 관계식 2 | 오스테나이트 평균결정입도(㎛) | 열간압연후 미세조직내의 초석 페라이트 분율(%) |
| (Ti+5B+Al)/N | (Mn/5+Se)/5S | |||
| 발명강 1 | 4.5 | 1.9 | 25 | 4 |
| 발명강 2 | 3.1 | 1.1 | 15 | 5 |
| 발명강 3 | 5.5 | 2.2 | 20 | 4 |
| 발명강 4 | 4.3 | 3.0 | 30 | 5 |
| 발명강 5 | 5.4 | 2.4 | 25 | 4 |
| 발명강 6 | 2.1 | 2.5 | 15 | 0 |
| 발명강 7 | 4.1 | 1.9 | 30 | 8 |
| 비교강 1 | 1.4 | 1.9 | 40 | 33 |
| 비교강 2 | 6.5 | 2.5 | 55 | 26 |
| 비교강 3 | 3.1 | 0.6 | 45 | 33 |
표 3에서 보는 바와 같이, 발명예(1~14)의 선재 표면탈탄 깊이는 0.03~0.05mm범위를 보이는 반면, 비교예(1~5)의 경우 0.12~0.20mm범위로 본 발명이 선재탈탄을 개선하는데 매우 효과적임을 알 수 있다.
| 구분 | 사용강종 | Ac1까지 승온속도 (℃/min) | 이상역까지의 승온속도 (℃/min) | Ac3 이후 가열유지온도까지 승온속도(℃/min) | 가열유지온도 (℃) | 가열유지시간 (min) | 지름 16mm 선재 탈탄깊이 (min) |
| 발명예1 | 발명강1 | 20 | 5 | 15 | 1000 | 40 | 0.03 |
| 발명예2 | 발명강1 | 20 | 9 | 15 | 1050 | 30 | 0.04 |
| 발명예3 | 발명강1 | 20 | 13 | 15 | 1050 | 30 | 0.03 |
| 발명예4 | 발명강1 | 20 | 9 | 10 | 1050 | 30 | 0.02 |
| 발명예5 | 발명강1 | 20 | 9 | 15 | 1050 | 30 | 0.04 |
| 발명예6 | 발명강1 | 20 | 9 | 20 | 1050 | 30 | 0.05 |
| 발명예7 | 발명강1 | 20 | 9 | 15 | 950 | 40 | 0.03 |
| 발명예8 | 발명강1 | 20 | 9 | 15 | 1100 | 30 | 0.02 |
| 발명예9 | 발명강1 | 20 | 9 | 15 | 1050 | 30 | 0.04 |
| 발명예10 | 발명강1 | 20 | 9 | 15 | 1050 | 30 | 0.02 |
| 발명예11 | 발명강1 | 20 | 9 | 15 | 1050 | 30 | 0.03 |
| 발명예12 | 발명강1 | 20 | 9 | 15 | 1050 | 30 | 0.04 |
| 발명예13 | 발명강1 | 20 | 9 | 15 | 1050 | 30 | 0.03 |
| 발명예14 | 발명강1 | 20 | 9 | 15 | 1050 | 30 | 0.05 |
| 비교예1 | 발명강1 | 20 | 3 | 15 | 1050 | 30 | 0.13 |
| 비교예2 | 발명강1 | 20 | 17 | 15 | 1050 | 30 | 0.12 |
| 비교예3 | 발명강1 | 20 | 17 | 5 | 1050 | 30 | 0.16 |
| 비교예4 | 발명강1 | 20 | 17 | 25 | 1050 | 30 | 0.19 |
| 비교예5 | 발명강1 | 20 | 17 | 25 | 1200 | 30 | 0.20 |
또한, 본 발명에 의하여 제공된 강조성의 흑연화 특성을 알아보기 위하여 표 1에 나타낸 성분계를 가지는 발명강 및 비교강을 표 4에 나타낸 제조조건으로 가열, 선재압연 및 흑연화 냉각을 실시한 후 흑연립 상분율, 흑연립 평균크기 및 선재인장강도를 비교하였다. 표 4에 나타난 바와 같이, 비교강(1~3)들은 흑연립 상분율이 0~0.4%, 선재인장강도가 91~101kg/mm2범위를 보이는 반면, 발명강(1~7)들은 선재냉각후 선재 미세조직상의 흑연립 상분율이 1.7~2.2% 및 흑연립 크기분포가 8~15mm 보이면서 선재인장강도가 51~58kg/mm2 범위로 직접 냉간성형이 가능한 선재로 제조되었음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 각 강재의 흑연화 특성에 따른 것으로, 내부의 탄소가 흑연립으로 석출되는 양이 많아질수록 기지조직은 인장강도가 낮은 페라이트계 조직의 분율이 높아지고 그에 따라 냉간단조성이 향상되는 한편, 내부에 존재하는 흑연립이 미세하게 다량 분산분포될 경우 피삭성이 향상될 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명의 합금성분계로 구성된 소재를 이용해서 선재를 냉각제어할 경우 인장강도를 현저히 낮추어 냉간단조성을 향상시키고, 내부에 존재하는 미세한 흑연립에 의해 피삭성을 향상시킬 수 있어 매우 효과적임을 잘 알 수 있다.
| 강종 | 권취온도 (℃) | 1차 냉각온도 (℃) | 1차 냉각온도까지 냉각속도 (℃/sec) | 2차 냉각온도(℃) | 2차 냉각온도까지 냉각속도 (℃/sec) | 흑연립 상분율 (%) | 흑연립 평균크기 (㎛) | 선재 인장강도분포(kg/mm2) (16mm기준) |
| 발명강 1 | 900 | 740 | 1.3 | 670 | 0.6 | 2.0 | 13 | 54 |
| 발명강 2 | 860 | 700 | 1.8 | 700 | 0.4 | 2.0 | 8 | 55 |
| 발명강 3 | 900 | 740 | 1.8 | 640 | 0.6 | 2.0 | 15 | 53 |
| 발명강 4 | 950 | 800 | 1.8 | 660 | 0.6 | 2.0 | 8 | 51 |
| 발명강 5 | 900 | 740 | 1.8 | 680 | 0.6 | 2.0 | 10 | 58 |
| 발명강 6 | 900 | 800 | 2.3 | 570 | 0.4 | 2.0 | 12 | 54 |
| 발명강 7 | 950 | 770 | 1.8 | 660 | 0.6 | 2.0 | 11 | 56 |
| 비교강 1 | 900 | 740 | 1.3 | 670 | 0.6 | 0 | 0 | 101 |
| 비교강 2 | 900 | 740 | 1.3 | 670 | 0.6 | 0.7 | 12 | 92 |
| 비교강 3 | 900 | 740 | 1.3 | 670 | 0.6 | 0.5 | 11 | 91 |
상기에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의하면, 흑연화율이 높고 흑연화 속도가 빠른 선재를 이용하여, 선재 압연 후 냉각과정에서 바로 흑연화 할 수 있는 인라인 흑연화 기술을 제공할 수 있을 뿐아니라, 표면에 미세한 페라이트층을 형성시킴으로서 빌레트 가열시에 표면 탈탄이 발생하는 것을 방지하여 내부 탄소 농도구배가 거의 없는 흑연강을 제조할 수 있으며, 미세한 흑연립의 상분율이 높아 냉간성형시 요구되는 낮은 인장강도를 갖는 선재의 제조방법을 제공할 수 있다.
Claims (8)
- 중량%로, C : 0.30~0.70%, Si : 2.0~4.0%, Mn : 0.1~1.0%, P : 0.01~0.15%, S : 0.01%이하, Se : 0.001~0.05%, Ti : 0.001~0.03%, B : 0.001~0.003%, Al : 0.002~0.01%, N : 0.004~0.008%, O : 0.005% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어지고, 상기 Ti, N, B 및 Al이 하기 관계식 1을 만족하고, Mn, Se 및 S가 하기 관계식 2를 만족하는 조성의 빌레트를 얻는 단계;상기 빌레트를 Ac1변태점까지 15~25℃/분의 가열속도로 가열하는 단계;Ac1 변태점까지 가열된 상기 빌레트를 이상역 범위인 Ac1변태점에서 Ac3변태점까지는 5~13℃/분의 가열속도로 가열하는 단계;상기 Ac3 변태점까지 가열된 상기 빌레트를 950~1150℃까지 10~20℃/분의 가열속도로 가열한 후 이 온도구간에서 30분 이상 유지하는 단계;상기 유지 후 선재압연하는 단계;상기 선재압연된 선재를 860~950℃에서 권취하는 단계;상기 권취된 선재를 740~800℃까지는 1.3~2.3℃/sec 사이의 냉각속도로 냉각하는 단계; 및상기 냉각된 선재를 570~670℃까지는 0.2~0.6℃/sec 사이의 냉각속도로 냉각한 후 공냉하는 단계;를 포함하는 표면탈탄이 적은 기계구조용 흑연화 선재 제조방법.(단, 하기 관계식 1 및 관계식 2의 Ti, N, B, Al, Mn, Se 및 S는 각각 해당 원소의 중량%를 의미한다.)[관계식 1]2.0≤(Ti+5B+Al)/N≤5.5[관계식 2]1.0≤(Mn/5+Se)/5S≤3.0
- 제 1 항에 있어서, 상기 강 빌레트 조성에 더하여 Ni : 0.05~1.0%, Cu : 0.01~0.5%, Ca : 0.0001~0.05%, Zr : 0.0005~0.008%, REM(Rare Earth Metal, 희토류금속) : 0.001~0.05%으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면탈탄이 적은 기계구조용 흑연화 선재 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 빌레트를 Ac1변태점에서 Ac3변태점까지 가열하는 상기 단계의 가열속도를 7~11℃/분의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 표면탈탄이 적은 기계구조용 흑연화 선재 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 빌레트를 Ac3변태점에서 950~1150℃까지 가열하는 상기 단계의 가열속도를 13~17℃/분의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 표면탈탄이 적은 기계구조용 흑연화 선재 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 선재 열간압연후 오스테나이트 결정립 크기가 30㎛ 이하가 되는 것을 특징으로 하는 표면탈탄이 적은 기계구조용 흑연화 선재 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 선재 냉각후 초석 페라이트 조직분율이 10% 이하가 되는 것을 특징으로 하는 표면탈탄이 적은 기계구조용 흑연화 선재 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가열된 빌레트의 표면에는 0.05~0.5mm 두께의 페라이트 탈탄층이 형성됨을 특징으로 하는 표면탈탄이 적은 기계구조용 흑연화 선재 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 선재는 흑연립 크기가 50㎛이하, 흑연립 상분율이 0.1%이상임을 특징으로 하는 표면탈탄이 적은 기계구조용 흑연화 선재 제조방법.
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