KR100328024B1 - 316스테인레스선재의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이어 로프, 볼트, 망(mesh) 등의 소재로 이용되는 오스테나이트계 선재의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적은 표면조도가 우수한 316 스테인레스 선재의 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 오스테나이트계 스테인레스 선재의 제조방법에 있어서, 중량%로 C:0.08%이하, N:0.08%이하, Si:1.0%이하, Mn:2.0%이하,Cr:16-18%, Ni:10-14%, Mo:2-3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 빌렛을 10-12℃/min의 속도로 1100℃이상으로 승온하여 150-200분 유지한 다음, 선재압연하고, 이어 1000-1020℃에서 권취하여 8℃/sec이상의 속도로 냉각한 후 용체화 처리하는 것을 특징으로 하는 표면조도가 우수한 316 스테인레스 선재의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

316 스테인레스 선재의 제조방법{A manufacturing methof of 316 stainless wire rod}

본 발명은 와이어 로프, 볼트, 망(mesh) 등의 소재로 이용되는 오스테나이트계 선재의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 표면조도가 우수한 316 스테인레스 선재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 오스테나이트계 스테인레스 선재는 용해-연주-강편(billet)압연공정을 거쳐 필요로 하는 치수로 선재압연한 다음, 코일의 형상으로 권취하고, 이어 냉각하는 일련의 공정으로 제조된다. 이와같이 제조된 선재는 수요가에게 공급된 후 2차가공(신선가공)을 거쳐 와이어 로프, 볼트, 망(mesh)등으로 제조되고 있는데, 이중 신선 전 및 후의 미려한 표면을 요구하는 소재, 특히, 망(mesh)의 경우 316계 스테인레스 선재가 많이 사용되고 있다.

수요가 가공시에는 신선가공을 하기전에 통상 용체화처리를 하고 있는데, 이때의 용체화처리는 열간압연시 선재의 표면에 존재하는 표면 결함의 제거 및 결정립의 균일화에 의한 가공성의 향상 그리고, 열간압연 및 냉각시 석출된 탄화물의 제거를 위하여 행하고 있다. 구체적으로 용체화처리는 대기분위기에서 약 1050℃ 전후의 온도로 2시간 정도 가열하고 있으며, 이때 선재의 표면에 불필요한 산화스케일의 형성되어 신선가공시 실수율저하 및 표면조도를 해치는 경우가 있어 산세처리 하여 스케일을 제거하고 있다. 결국, 산세처리에 있어 산세성 및 표면조도는 용체화처리시 형성되는 스케일의 특성에 따라 크게 좌우된다. 즉, 용체화처리시 스케일이 균일하게 형성되는 것이 산세성에 유리하고, 표면조도에도 유리하다.

한편, 표면조도는 표면의 거칠기를 의미하며, 실제 표면조도는 윤활제와의 밀착성 및 신선후 소재의 광택을 결정하는 중요한 특성이므로 표면조도가 낮을수록 제품특성에 유리하다. 종래 316 스테인레스 선재를 제조하는 경우에는 스케일을 균일하게 형성하여 표면조도를 낮추기 위해 용체화열처리시 가열방법 및 열처리온도 그리고, 분위기 가스중의 과잉산소량 등을 주로 제어하여 표면조도를 Rmax 35㎛ 전후의 값을 유지하고 있다. 그러나, 최근 선재의 고급화 경향에 따라 이보다 더 우수한 표면조도를 요구하고 있는 실정이다.

최근, 오스테나이트계 스테인레스강의 표면조도를 보다 더 향상시키기 위해 산화스케일의 생성원인이 되고 있는 용체화처리를 별도로 하지 않고, 선재압연한 후 냉각조건을 제어하여 용체화처리하는 방법(이하, '직접용체화처리'라 함)이 일본 특허공보 소59-22773호 및 소55-5103호에 제시된 바 있다.

구체적으로 이들 방법은 선재압연시 사상압연온도를 1100℃이상에서 행한다음, 1050℃의 온도에서 일정시간 유지하여 오스테나이트 결정립의 크기를 3.0-7.0범위로 조정하여 500℃이하로 급냉하는 것이다.

이 방법은 직접용체화처리 방법으로 소재의 실수율의 향상 및 표면조도를 Rmax 15㎛로 확보할 수 있는 장점이 있는 반면, 고온에서 일정시간 유지하여 오스테나이트 결정립의 크기를 제어하는 공정이 매우 까다로워 그 제어가 쉽지 않다. 이 보다 더 큰 문제는 사상압연된 선재를 1050℃의 온도로 일정시간 유지하기 위해 선재압연기에 추가설비의 설치하는 등 대폭적인 설비의 개량이 불가피하고, 이에 따른 제조비용의 증가가 초래된다.

이에, 본 발명자들은 추가설비의 증가 또는 설비의 개량없이 316스테인레스 선재의 표면조도를 확보하기 위해 연구한 결과, 종래의 용체화열처리전에 행하는 선재압연시 가열시간 그리고, 선재압연후의 권취온도 및 냉각조건을 적절히 제어하면 용체화 열처리를 하더라도 선재의 표면에 균일한 스케일을 할 수 있고, 이에 따라 표면조도를 확보할 수 있다는 근거하에 본 발명을 제안하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 316스테인레스 선재를 선재압연한후 용체화처리를 하더라도 표면조도가 우수한 선재를 제조하는 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.

도 1은 강편압연된 빌렛의 재로시간 및 권취온도에 따른 표면조도의 변화를 나타내는 그래프

도 2는 권취후 냉각속도에 따른 표면조도의 변화를 나타내는 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 오스테나이트계 스테인레스 선재의 제조방법에 있어서,

중량%로 C:0.08%이하, N:0.08%이하, Si:1.0%이하, Mn:2.0%이하, Cr:16-18%, Ni:10-14%, Mo:2-3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 빌렛을 10-12℃/min의 속도로 1100℃이상으로 승온하여 150-200분 유지한 다음, 선재압연하고, 이어 1000-1020℃에서 권취하여 8℃/sec이상의 속도로 냉각한 후 용체화 처리하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 적합한 강종은 중량%로 C:0.08%이하, N:0.08%이하, Si:1.0%이하, Mn:2.0%이하,Cr:16-18%, Ni:10-14%, Mo:2-3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 오스테나이트계 316강이다.

상기와 같이 조성되는 빌렛을 선재압연하기전 가열하는데, 이때의 가열로는 예열대, 가열대, 균열대로 구분하며, 이와 같이 구분되는 가열에 장입되어 추출할 때 까지의 시간을 통상 재로시간이라 한다.

본 발명은 선재압연하기 전 가열하는 시간인 재로시간 및 선재압연후의 권취온도, 그리고, 냉각속도를 제어하여 표면조도를 확보하는데, 그 특징이 있다.

즉, 통상 316스테인레스강은 1100℃이상의 온도로 가열하는데, 이때의 승온속도가 10-12℃/min의 경우 재로시간은 150-200분으로 제어하는 것이 필요하다. 그 이유는 재로시간이 150분 이하의 경우 가열시간의 부족으로 소재의 중심부까지 충분한 균열이 안되고, 특히 소재의 표면결함 제거를 위한 그라인더 자국의 존재로 소재의 표면 결함 및 조도에 나쁜 영향을 초래하게 되기 때문이다. 또한, 재로시간이 200분 이상의 경우 소재의 과다한 숙열로 결정립의 조대화 및 불균일해져 선재압연시표면결함 및 기계적성질의 불균일해지고, 더욱이 장시간 숙열로 가열로 스케일의 증가 및 노들(nodule) 형태의 스케일 형성으로 열간압연시 박리가 어려워 표면결함의 원인이 되기 때문이다.

상기와 같이 가열한 후 통상의 방법으로 선재압연한 다음, 권취하는데, 이때 권취온도는 냉각스케일 형성에 매우 큰 영향을 미치므로 그 온도를 1000-1020℃로 제어하는 것이 바람직하다. 만일 권취온도가 1000℃미만의 경우 소재강도의 증가로 선재코일로 권취가 어려우며 권취시 소재와의 권취기의 마찰로 인한 소재표면에 스크래치가 발생한다. 또한, 권취온도가 1020℃를 초과하는 경우 사상압연후 소재의 강도가 낮아서 선재가 권취기를 통과할 때 마찰로 인하여 표면결함의 발생하기 쉬우며, 이에 따라 소재의 권취형상이 매우 나쁘게 된다.

상기와 같이 권취된 선재는 냉각하는데, 이때의 냉각속도는 8℃/sec이상으로 유지하는 것이 바람직하다. 만일 냉각속도가 8℃/sec미만의 경우 코일형태로 권취된 선재의 겹침부위에서 크롬탄화물의 발생 및 압연직 후 변형된 조직의 재결정이 발생하여 결정립의 크기가 다른 혼립조직이 발생하기 때문에 용체화처리 후에도 소재의 인장강도 편차가 생기기 때문이다.

또한, 냉각시 소재의 표면에 형성되는 냉각스케일은 보호성이 강하고 매우 치밀한 크롬산화물(Cr₂O₃)의 형성으로 용체화처리시 스케일의 형성을 억제하여 코일 전체적으로 불균일한 스테일을 형성시키며 산세시 난용성의 스케일을 초래한다. 이에 반해 냉각속도가 8℃/sec이상으로 제어된 경우 소재의 표면에 형성되는 스케일은 (Fe,Cr)₂O₃의 조성을 갖는 스피넬 산화물로 용체화처리시 스케일과 가스의 계면에 다공질의 철산화물 형성을 조장하여 균일한 스케일 형성을 촉진하여 소재의 표면조도를 향상시키기 때문이다. 이때, 보다 우수한 표면조도를 확보하기 위해서는 실시예에 나타난 바와 같이 냉각속도를 15℃/sec이상으로 확보하는 것이 좋다.

상기와 같이 냉각된 소재는 수요가에 공급되어 통상의 방법으로 용체화처리, 산세, 신선가공되어 제품화 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

SUS 316강을 250×330mm의 크기로 연속주조한 후 강편공정에서 160×160mm 압연한 빌렛을 1100℃ 이상의 온도로 승온하여 140-280분 동안 가열한 후 추출하여 선재압연하고, 이어 980-1030℃의 온도범위에서 권취한 후 8℃/sec의 속도로 냉각한 다음, 1050℃의 온도에서 120분 가열하여 용체화처리하고, 산세한 후 표면의 조도를 측정한 다음, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 이때, 표면의 조도는 표면조도측정기를 이용하여 측정하였으며, 그 측정방법은 표면의 가장 높은 곳과 가장 깊은 골과의 높이 차를 측정하여 그 값을 미크론 단위로 하여 Rmax로 나타내었다.

도 1에 나타난 바와 같이, 표면조도가 소재의 재로시간이 200분 이상의 경우에는 권취온도에 관계없이 표면조도가 32-40㎛ 정도로 표면조도가 통상의 수준인 35㎛ 정도의 수준을 나타내나 재로시간을 200-150분으로 관리하는 경우 표면조도가 25㎛이하로 현저히 개선됨을 알 수 있었다. 또한, 재로시간을 200-150분으로 유지하는 경우 권취온도가 1020-1000℃의 범위를 벗어나는 경우 표면조도가 통상의 수준을 갖는다. 이때 선재압연 조건인 재로시간을 200-150분 및 코일을 권취하는 온도가 1020-1000℃로 제어함에 의하여 표면조도가 향상됨을 알 수 있었다.

[실시예 2]

SUS 316강을 250×330mm의 크기로 연속주조한 후 강편공정에서 160×160mm 압연한 빌렛을 1100℃ 이상의 온도로 승온하여 150-200분 동안 가열한 후 추출하여 선재압연하고, 이어 1000-1020℃의 온도범위에서 권취한 후 냉각속도를 도 2와 같이 5-20℃/sec로 변화시키면서 냉각한 다음, 1050℃의 온도에서 120분 가열하여 용체화처리하고, 산세한 후 표면의 조도를 측정한 다음, 그 결과를 도 1에 나타내었다.

도 2에 나타난 바와 같이, 냉각속도에 따라 표면조도의 변화는 알 수 있으며, 그 변화는 냉각속도가 증가하면 표면조도의 값인 Rmax 값이 감소하는 것을 알 수 있다. 이때, 권취후 냉각속도가 8℃/sec이상의 경우 별도의 용체화처리를 한 종래에 비해 표면조도가 향상됨을 알 수 있으며, 15℃/sec 이상의 경우 직접용체화처리하는 공지기술과 비교하여 동등 이상의 표면조도를 확보할 수 있음을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 종래기술과 비교하여 설비추가나 개량없이도 표면조도가 우수한 316 스테인레스 선재를 제공할 수 있으며, 이에 따라 316 스테인레스 선재의 품질향상에 매우 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 오스테나이트계 스테인레스 선재의 제조방법에 있어서,

   중량%로 C:0.08%이하, N:0.08%이하, Si:1.0%이하, Mn:2.0%이하, Cr:16-18%, Ni:10-14%, Mo:2-3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 빌렛을 10-12℃/min의 속도로 1100℃이상으로 승온하여 150-200분 유지한 다음, 선재압연하고, 이어 1000-1020℃에서 권취하여 8℃/sec이상의 속도로 냉각한 후 용체화 처리하는 것을 특징으로 하는 316 스테인레스 선재의 제조방법.

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