KR100261678B1 - 인바계 합금선 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인바계 합금선 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고압 송전 케이블 및 기계 부품용으로 이용되는 인바계(Invar type) 합금선으로 그 조성은, 니켈(Ni) 33.00 ∼ 38 중량%, 코발트(Co) 0.50 ∼ 1.00 중량%, 니오븀(Nb) 0.01 ∼ 1.30 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.50 ∼ 4.00 중량%, 크롬(Cr) 0.20 ∼ 1.5 중량%, 탄소(C) 0.05 ∼ 0.35 중량%, 규소(Si) 0.10 ∼ 1.20 중량%, 망간(Mn) 0.10 ∼ 0.90 중량% 이하, 마그네슘(Mg) 0.10 중량% 이하, 티타늄(Ti) 0.10 중량% 이하와 잔여 철(Fe)로 이루어지고, 이때 상기 몰리브덴과 크롬의 합(Mo + Cr)은 1.2 ∼ 5.0 중량%이고 니오븀과 탄소의 합(Nb + C)은 0.10 ∼ 0.60 중량%인 것으로서, 이와같은 인바계 합금 조성의 고압 송전 케이블이나 기계 부품용으로 이용되는 인바계 합금선은, 그 가격이 고가인 코발트의 함량을 낮추고 니오븀을 첨가하여 냉간 인발 가공량과 소둔 열처리를 적절하게 조절함으로써 얻어지게 되고, 이러한 제조 공정을 통해서 제조된 본 발명의 합금선은 인성과 비틀림 특성이 개선되고 소재의 제조원가 절감을 통한 생산성의 향상이 기대되는 효과가 있다.

Description

인바계 합금선 및 그 제조방법(Invar type alloy wire and its manufacturing process)

본 발명은 인바계 합금선 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고압 송전 케이블이나 기계 부품용으로 이용되는 저 열팽창성이면서 인성과 강도가 우수하고 제조 원가가 저렴한 인바계(Invar type) 합금선 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고압 송전 케이블이나 기계 부품 등에 이용되는 소재는 저 열팽창 특성을 갖는 철(Fe)과 니켈(Ni)을 주성분으로 하는 인바계 합금 선재가 많이 이용된다.

한편, 최근 전력 수요가 증대하면서 송전 능력의 증대가 요구되고 있으며, 이러한 요구에 대한 대안으로서 기존 송전 케이블의 전류 송전 능력을 증대시키는 방법과, 송전탑을 높게 하고 케이블을 크게 하는 방법이 있다.

전자는 기존 송전탑 및 케이블(Alumminium Conductors Steel Reinforced)에 전압을 승압시켜야 하는데, 이 경우 케이블의 온도가 약 270℃까지 상승하여, 케이블이 열에 의하여 늘어나 처지는 현상(sag)이 발생하는 문제점이 있다.

그리고, 후자는 케이블이 늘어나 처지기 때문에 케이블의 중간 부분이 지면에 닿지 않게 하기 위하여 송전탑을 높고 크게 설치해야 하므로, 설치비용 및 토지 비용이 크게 늘어나는 문제점이 있다.

그러므로, 선 팽창 계수가 낮고(240℃에서 3.6×10^-6/℃ 이하), 270℃의 온도에서 케이블이 늘어나 처지는 현상이 없는 인바계 합금 선재로 만들어진 케이블을 사용하는 것이 경제적이고, 용이한 것으로 알려져 있다.

이러한 저 열팽창성 합금선재의 예를 들면, 일본 특허 제 소57-17942호에 개시된 인바계 합금선이 있다.

이 일본 특허 제 소57-17942호에 개시된 인바계 합금선은 인장강도가 120kgf/mm²인 경질 재질이고, 코발트(Co)가 1∼10%(이하, 모두 중량%임)로 많이 첨가되어 있다.

코발트(Co)는 가격이 비싸고, 선재 압연성을 저하시켜 제조 원가를 높이고, 생산성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

또한, 송전 케이블의 경우 내식성을 개선하기 위하여 최종적으로 아연 또는 아연 합금을 도금하는데, 아연을 도금할 때에 합금층(금속간 화합물)이 생성된다.

이 합금층은 인바계 합금선의 비틀림 값을 저하시키는 요인으로 작용한다.

인바계 합금선의 비틀림 값이 높을수록 송전 케이블의 안전성 및 송전 케이블의 생산성이 향상되는 점을 고려할 때에 냉간 인발 가공(신선)된 인바계 합금선의 비틀림 특성을 향상시킬 필요가 있다.

상기 일본특허의 인바계 합금선은 비틀림 값 등 인성 면에서 특성의 안정성이 낮으며, 송전 케이블의 생산성이 낮다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 종래의 인바계 합금선이 안고 있는 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인바계 합금선의 인성, 특히 최종 인바계 합금선의 비틀림 특성을 개선하고, 소재의 제조 원가를 낮추어 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 인바계 합금선과 그러한 합금선의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

다시말하면, 본 발명은 통상의 인바계 합금선에 있어서, 제조 원가의 상승 요인으로 작용하는 코발트의 첨가량을 낮춤과 아울러 인성과 비틀림 특성을 향상시키는 것으로 알려진 니오븀을 비롯한 여러 첨가 성분원소의 함량비가 고압 송전 케이블이나 기계 부품에서 요구되는 소정의 인성과 비틀림 특성에 부합되도록 하는 인바계 합금선 조성으로 구성하고, 이러한 조성을 갖는 소정의 열처리 공정과 가공 공정을 통해서 원형 단면의 선재(wire)로 제조되도록 하는 인바계 합금선 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 상기 목적을 달성하기 위한 인바계 합금선은, 니켈(Ni) 33.00 ∼ 38 중량%, 코발트(Co) 0.50 ∼ 1.00 중량%, 니오븀(Nb) 0.01 ∼ 1.30 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.50 ∼ 4.00 중량%, 크롬(Cr) 0.20 ∼ 1.50 중량%, 탄소(C) 0.05 ∼ 0.35 중량%, 규소(Si) 0.10 ∼ 1.20 중량%, 망간(Mn) 0.10 ∼ 0.90 중량% 이하, 마그네슘(Mg) 0.10 중량% 이하, 티타늄(Ti) 0.10 중량% 이하와 잔여 철(Fe)로 이루어지고, 이때 상기 몰리브덴과 크롬의 합(Mo + Cr)은 1.2 ∼ 5.0 중량%이고 니오븀과 탄소의 합(Nb + C)은 0.10 ∼ 0.60 중량%으로 구성된 조성에 기술적 특징이 있다.

상기 본 발명의 인바계 합금선 조성의 각 성분원소에 대한 첨가 이유와 수치한정 이유를 구체적으로 밝히면 다음과 같다.

먼저, 니켈(Ni)은 Ni의 일부를 치환시켜 열팽창 계수 증가 천이 온도를 변화시키지 않고, 열팽창 계수를 낮추는 효과를 발휘하는 것으로서 열팽창 계수를 결정하는 중요한 성분이다. 고압 송전 케이블에서 요구되는 바의 열팽창 계수(240℃에서 3.6×10^-6/℃ 이하)를 확보하기 위해서는 니켈의 함량을 33 ∼ 38 중량%로 유지할 필요가 있다.

다음, 코발트(Co)는 합금선의 가공시 열간 압연성을 향상시키는 역할을 하는 것으로, 1 중량% 이상으로 되는 경우 열간 압연성의 개선효과가 있긴 하나 선재의 압연성을 저하시킴과 아울러 그 가격이 고가이어서 합금선의 제조원가를 상승시키게 되므로 본 발명에서는 코발트의 상한을 1 중량%로 하였고, 반대로 0.50 중량% 미만으로 되는 때에는 열간 압연성의 향상 효과가 미미하므로 코발트의 하한을 0.50 중량%로 하였다.

니오븀(Nb)은 결정입자의 미세화와 탄화물 형성에 의한 석출 강화 효과로 인해 합금선의 인성, 비틀림 특성을 향상시키는 효과를 발휘하는 것으로, 그 첨가량을 0.01 ∼ 0.30 중량%로 정한 이유는, 0.10 중량% 미만으로 되는 때에는 결정입자 미세화와 석출 강화 효과가 미약하여 인성의 특성 향상을 기대하기 어렵고, 0.30 중량%를 초과하게 되면 니오븀의 석출 문제 및 첨가 원소의 증가에 따른 제조 원가의 상승이 초래된다.

몰리브덴(Mo)은 탄화물 형성 원소로서 강화의 효과 및 고용 탄소를 적게하여 선팽창 계수를 낮추는 효과가 있으나, 고용상태로 존재시 선팽창 계수를 증가시키는 문제점이 있다. 본 발명에서 합금선 조성에서는 몰리브덴의 함량을 0.5 ∼ 4.0 중량%로 한정하고 있는 데, 만일 그 함량이 하한치(0.50 중량%) 미만으로 되는 때에는 상기 강화효과가 미약하고, 상한치(4.0 중량%)를 초과하게 되면 신선 가공성이 악화되고 소정의 선팽창 계수를 확보하는 데 문제점이 있다.

크롬(Cr)은 강화 목적으로 첨가되는 원소로서, 그 함량이 1.50 중량%를 초과하는 경우 신선 가공성의 악화와 선팽창 계수의 과도한 증가를 초래하고, 그 함량이 0.20% 이하에서는 강화 효과가 미약하므로 크롬의 함량을 0.20 ∼ 1.50 중량%로 한정하였다.

탄소(C)는 강도를 높이는 원소이기도 하지만 선팽창 계수를 증가시키는 원소이기 때문에 선팽창 계수의 보증을 위해서 그 상한치를 0.35 중량%로 하고, 인장강도의 보증을 위하여 하한치를 0.05 중량%로 함으로써 0.05 ∼ 0.35 중량%의 탄소가 함유되도록 하였다.

규소(Si)는 그 첨가량이 많으면 저온에서의 열팽창 계수를 낮추고 기지를 강화시키나 과도하게 첨가되면 고온에서 열팽창 계수를 증가시키는 특성을 지닌다. 따라서, 그 함량이 1.20 중량%를 초과하는 경우 선팽창 계수의 보증 및 신선 가공성에 문제가 있고, 0.10 중량% 미만에서는 강도 확보에 문제가 있어 그 함량의 첨가범위를 0.10 ∼ 1.20 중량%로 선정하였다.

망간(Mn)은 탈산제 및 열간 가공성을 확보하기 위해 첨가되는 원소이긴 하나, 그 함량이 0.10 중량% 미만에서는 소정의 탈산 효과를 얻을 수 없거나 열간 가공성도 떨어지게 되고, 반대로 0.90 중량%를 초과하는 경우에는 신선 가공성을 악화시키고 선팽창 계수를 증가시키므로 그 함량의 적정범위를 0.10 ∼ 0.90 중량%로 하였다.

다음, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 및 티타늄(Ti)은 열팽창 계수를 증가시키는 효과가 크므로 가능한 한 작게 함유되도록 관리할 필요가 있으므로, 본 발명에서는 이들 성분 원소들이 각기 0.1 중량% 이하로 관리되도록 하였다.

한편, 몰리브덴과 크롬은 상기한 바와같이 공히 탄화물 형성에 의한 강화 목적으로 첨가되나, 고용 원소로 존재시 열팽창 계수를 증가시키므로 이들 원소의 고용량을 적정 수준으로 관리할 필요가 있어 몰리브덴과 크롬의 합(Mo + Cr)은 1.2 ∼ 5.0 중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 니오븀은 탄화물 형성에 의한 석출 강화 목적으로 첨가되는 원소이긴 하나 고용 원소로 존재시 열팽창 계수를 악화시키므로 니오븀과 탄소의 합(Nb + C)은 0.10 ∼ 0.60 중량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 조성 성분 및 조성비로 이루어진 본 발명의 인바계 합금을 소재로 하여 5.5mm ∼ 14.0mm의 굵기로 선재 가공하는 제조공정을 통해서 본 발명의 인바계 합금선이 얻어지게 되는데, 이러한 합금선 제조 과정은 선재에 대하여 표면홈 제거처리(shaving) 및 피막 처리를 하여 30 ~ 70% 정도의 냉간 인발 가공(신선)을 한 후에, 650 ~ 850℃의 온도에서 15시간 이하의 시간 동안 소둔 열처리를 한 다음, 다시 95% 이하의 가공량으로 냉간 인발 가공(신선)을 행하는 공정으로 이루어진다.

이와같은 본 발명의 제조방법을 통해서 제작되어 지는 인바계 합금선은 결정 입자 크기가 3μm 이하(합금선의 횡단면 직경 기준)로 미세하고, 결정입자 석출 물량이 많아 우수한 저 열팽창성 및 인성(비틀림 값) 특성을 나타낸다.

본 발명의 방법에 따른 인바계 합금선 제조 방법에 있어서, 냉간 인발 가공량(신선 가공량), 소둔 열처리 온도 및 소둔 열처리 후 냉간 가공량의 범위에 대한 수치를 한정한 이유는 다음과 같다.

소둔 열처리 전 신선 가공량을 30 ~ 70%로 하는 이유는 아래와 같다. 소둔 열처리 전의 신선 가공량이 많을수록 소둔 열처리 합금선의 재결정립 미세화에 의해 결정입자의 직경이 작아지고, 신선 가공 후에 생성되는 내부 잔류 응력의 증가에 의한 내부 에너지의 증가로 소둔 열처리할 때의 석출물 양이 증가하게 된다. 그런데, 신선 가공량이 30% 미만으로 되면, 재결정 입자의 미세화 효과가 적고 석출량이 적어서 인바계 합금선의 강도 및 인성을 확보하는 것이 어렵고, 또한 소재 중심부에 이르기까지의 신선 가공이 이루어지지 않게 되어 소둔 열처리 후 중심부의 결정입자가 표면부보다 조대해 지게 되어 비틀림 값이 낮아지는 문제점이 있으며, 반대로 신선 가공량이 70%를 초과하게 되면 가공량의 과다에 기인하여 표면 및 내부에 크랙(crack)이 발생하고 인성이 현저하게 저하되는 문제점이 있다. 이에 따라 본 발명에서는 신선 가공량의 범위를 30 ~ 70%로 한정하였다.

다음, 소둔 열처리의 온도를 650 ~ 850℃로 한정한 이유는, 650℃ 미만에서는 재결정 속도가 느리고 석출량이 적어 인바계 합금선의 요구 강도 및 인성을 확보할 수 없는 문제점이 있고, 850℃를 초과하게 되면 결정 입자의 크기가 커져서 인바계 합금선의 강도 및 인성이 불안정해지는 문제점이 있기 때문이다.

그리고, 소둔 열처리 후의 신선 가공량을 95% 이하로 한정하는 이유는, 이를 초과하여 신선하게 되면 소재의 내부에 크랙이 생성되고 인성이 현저하게 저하되어 비틀림 값이 크게 저하되는 문제점이 있기 때문이다.

상기한 바와 같은 방법에 의해서 얻어지는 본 발명에 따른 인바계 합금선은 그 인장강도가 85 ~ 160kgf/mm²의 범위에 있고, 원형 단면의 0.5 ~ 6.0mm가 적합하다.

이때, 아연 도금된 인바계 강연선의 경우, 그 직경은 3.0 ~ 18.0mm가 적합하다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.

종래의 고강도 합금 선재는 주 성분으로서의 철(Fe)과 니켈(Ni)에 저 열팽창 특성을 확보하기 위하여 코발트(Co)가 1.00 ~ 10.00 중량% 첨가된 조성으로 이루어지며, 니켈의 일부가 코발트로 치환되는 것으로 알려져 있다.

따라서, 본 실시예에서는 고가인 코발트의 함량을 낮추면서도 저 열팽창성 및 인성 특성이 우수한 인바계 합금선을 제조하기 위하여, 니오븀(Nb)의 첨가량과 제조 조건을 변화시켜 가면서 인바계 합금선의 열팽창 특성과 인성 특성의 변화를 조사하였다.

그 결과, 코발트를 0.50 ~ 1.00 중량% 첨가하더라도 니오븀을 0.01 ~ 0.30 중량% 첨가하고, 소둔 열처리 전에 실시하는 신선 가공량과 소둔 열처리 온도 및 시간과 같은 변수를 적절하게 조합하면 종래의 일본 특허 소57-17942호에 개시된 인바계 함금선에 비해여 저 열팽창 특성이 동등하고, 인성 특성이 보다 우수한 인바계 합금선을 제조할 수 있었다.

아래의 표1에서와 같이 코발트의 함량을 0.30 ~ 0.90 중량% 범위가 되도록 종래 인바계 합금선에 비해 적게 가져가면서 니오븀의 첨가량을 0.004 ~ 0.09 중량% 범위로 유지하는 화학조성으로 이루어진 14mm 직경의 실시예 합금선 9가지를 마련함과 아울러 비교재로서 니오븀이 첨가되지 않고 코발트가 2.98 중량% 첨가된 동일 직경의 선재를 마련하여 그 특성을 비교하였다.

아래의 표1에 나타낸 각 실시예 및 비교예 시편들은 전기로에서 용해되어 잉고트(ingot)로 주조되었고, 1200℃ 정도의 온도에서 선재 압연하여 적당한 냉각 속도로 650℃까지 냉각한 후에 650℃에서 노냉하는 방식에 의해 제조되었다.

상기 선재 시편들은 시료의 길이방향으로 절단하여, 절단면을 연마하고, 5% 나이탈 용액으로 10 ~ 30초 동안 부식시킨 후에 주사형 현미경을 이용하여 500배의 배율에서 사진 촬영을 하였다. 그 사진들을 영상 분석기(image analyzer)를 이용하여 길이방향의 평균 결정입자 직경을 구하였다.

실시예별 인바계 합금선의 길이방향 평균 결정입자 직경, 인장강도 및 단면 수축율을 측정한 결과는 아래의 표2와 같다.

아래의 표2에서 니요븀 이외의 화학성분이 유사한 실시예들을 모아서 실시예 A, B, C와 D, E, F 및 G, H, I의 세 그룹으로 구분할 때에 니오븀이 0.01 중량% 이상 첨가된 B, C, E, F, H, I의 실시예들은 니오븀이 0.005 중량% 이하로 첨가된 실시예 A, D, G 보다 인장강도가 높고, 결정입자의 크기가 적게 나타났다.

그리고, 상기 니오븀이 0.01 중량% 이상 첨가된 실시예들이 니오븀이 첨가되지 않은 비교예보다 결정입자의 크기가 적게 나타났다.

상기 표2에 나타난 결과로부터 니오븀의 첨가량이 0.005 중량% 이하로 되는 경우 인장강도의 상승 및 결정입자의 미세화 효과가 작으므로, 소정의 인장강도와 결정입자 크기를 얻기 위해서는 0.01 중량% 이상의 니오븀이 첨가되어야 한다는 사실을 알 수 있다.

한편, 본 발명자들은 코발트를 적게 첨가하고도 저 열팽창 특성 및 인장 특성이 우수한 인바계 합금 선재를 얻기 위한 방법을 알아내기 위하여, 코발트 및 니오븀의 첨가량에 따른 인바계 합금선의 열팽창 특성을 조사하였다.

상기 표1의 화학 조성을 갖는 10가지의 직경 14mm 인바계 합금선을 사용하여 선재의 스케일 제거 및 피막처리, 선재의 표면흠 제거 처리(shaving), 피막처리 및 신선 가공량 40%의 제1 신선 처리, 780℃에서 10시간 동안 제1 소둔 열처리, 탈 스케일 처리 및 90% 신선 가공량의 제2 신선 처리, 탈지 및 450℃에서의 용융 아연 도금으로 이어지는 일련의 순차적인 공정을 수행하여 인바계 합금선을 제조하였다.

상기 제조공정중 제2 신선 처리된 선재의 기계적 성질과 용융 아연 도금선의 기계적 성질을 측정하여 아래의 표3에 나타냈다.

상기 표3에 알 수 있듯이, 코발트가 0.32 중량% 이하 첨가된 실시예 A, B, C는 선 팽창계수가 고압 송전 케이블용 인바계 합금선의 선 팽창계수 규격(240℃에서 3.6×10^-6/℃ 이하)을 초과하나, 코발트가 0.50 중량% 이상 첨가된 실시예 실시예 D, E, F, G, H, I는 선 팽창계수가 고압 송전 케이블의 규격에 부합되며, 코발트가 2.98 중량% 첨가된 기존 재료인 비교재와 동등한 수준이다.

니오븀이 0.01 중량% 이상 첨가된 실시예 B, C, E, F, H, I는 제2 신선 처리된 선재 및 아연 용융 도금한 선재의 비틀림 값에서 0.005 중량% 이하의 니오븀이 첨가된 실시예 A, D, G와 니오븀이 첨가되지 않은 비교재보다 22 ~ 38회/100d 정도 높고, 제2 신선 처리 선재 및 용융 아연 도금선의 인장강도면에서도 실시예 A, D, G 보다 실시예 A, D, G 보다 8 ~ 9kgf/mm²정도 높다.

이와같은 현상은 상기 표2에서와 같이, 니오븀을 0.005 중량% 이하로 첨가하면 결정입자의 미세화 효과는 작으나, 0.01 중량% 이상 첨가하면 결정입자의 미세화 효과가 커지는 작용에서 기인한 것으로 밝혀졌다.

여기서, 비틀림 값의 특성은 인바계 합금선의 직경 d의 100배 길이(100d)인 시편을 60RPM으로 비틀어 파단되는 시점의 회수(#회/100d)로 하였다.

이상의 결과로부터, 코발트를 0.50 ~ 1.00 중량% 첨가함과 아울러 니오븀을 0.01 중량% 이상 첨가하고, 적절한 가공 조건을 조합함으로써 저 열팽창 특성과 고인성 및 고 강도 특성의 인바계 합금선을 제조할 수 있다는 것을 알 수 있다.

다음으로, 인바계 합금선의 제조 공정을 개발하기 위하여, 상기의 인바계 합금 선재 중에서 코발트 및 니오븀이 각각 0.90 중량%, 0.01 중량% 첨가된 상기 표1의 실시예 H의 인바계 합금 선재를 사용하여, 제1 신선 가공량과 소둔 열처리 온도에 따른 열팽창 성질과 인성 특성의 변화를 조사하였다.

각 시료는 스케일 제거 및 피막 처리, 선재의 표면흠 제거 처리(shaving), 조도 부여 및 피막 처리, 5%, 30%, 50%의 신선 가공량으로 제1 신선 처리, 비산화성 분위기에서 550℃, 650℃, 750℃, 750℃의 온도에서 소둔 열처리, 스케일 제거 및 피막 처리, 90%의 신선 가공량으로 제2 신선 처리로 이어지는 일련의 연속적인 공정의 수행에 의해서 제작되었다.

최종 가공된 인바계 합금선의 횡방향 몰리브덴계 카바이드 석출물 면적비의 측정은 시료를 횡방향으로 절단하여 연마하고, 5% 나이탈 용액으로 10 ~ 30초 동안 부식시킨 후 주사형 전자 현미경을 사용하여 2,000배의 배율로 사진 촬영하였다.

이러한 사진을 영상 분석기로 횡방향 결정 입내 석출물의 면적비를 구하였다. 제2 신선 선의 기계적 성질을 아래의 표4에 나타내었다.

상기 표4를 통해 제1 신선 가공량은 횡방향 결정 입내 석출물의 면적비, 인장강도 및 비틀림 값에 영향을 미친다는 사실을 확인할 수 있다.

제1 신선 가공량이 5%인 시료 H2, H3, H4는 제2 신선 선재의 인장강도 및 비틀림 값에서 제1 신선 가공량이 30% 이상인 다른 시료 H6, H7, H8, H10, H11, H12들보다 각각 12 ~ 17kgf/mm², 19 ~ 30회/100d 정도 낮으며, 이는 표4의 횡방향 결정입자 직경 및 횡방향 결정입내 석출물의 면적비에서 알 수 있듯이, 제1 신선 가공량이 5%로 낮은 경우 가공량이 적어 결정입자가 크고, 소둔 열처리할 때 내부 에너지가 낮아 결정입내 몰리브덴계 카바이트 석출물의 생성이 적은 데서 기인한 것으로 밝혀졌다.

따라서, 제2 신선 선의 강도와 비틀림값의 인정적인 확보를 위해서는 제1 신선 가공량이 30% 이상되어야 함을 알 수 있다.

소둔 열처리 온도가 제1 신선 선의 인장강도와 비틀림 값에 미치는 영향을 조사하였는 데, 이것은 상기 표4에서 보는 바와 같이, 제1 신선 가공량이 30~50%인 경우에서 550℃의 소둔 온도에서 제조된 시료 H5, H9는 제2 신선 선의 인장강도와 비틀림 값에서 650~850℃에서 제조된 시료 H6, H7, H8, H10, H11, H12 보다 각각 6 ~ 7kgf/mm², 19 ~ 33회/100d 낮게 나타났다.

이는 상기 표4의 횡방향 결정입자 직경 및 횡방향 결정입내 석출물의 면적비에서 보는 바와같이, 650 ~ 850℃의 소둔 온도에서 제조된 시료 대비 재결정 및 결정 입내 석출물의 생성량이 적은 데서 기인한 것이다.

이상의 결과로부터, 인바계 합금선 및 그 합금선의 적절한 인장강도와 우수한 비틀림 값을 확보하기 위해서는 소둔 열처리 온도가 650 ~ 850℃ 정도 되어야 함을 알 수 있다.

상기한 바와같이 이루어진 본 발명에 따른 인바계 합금선 및 그 제조방법은 고압 송전 케이블과 기계 부품용으로 이용되는 인바계 합금선을 제조할 때에 그 가격이 고가인 코발트의 함량을 낮추고, 니오븀을 첨가하여, 냉간 인발 가공량과 소둔 열처리를 적절하게 조합함으로써 인바계 합금선의 인성과 비틀림 특성을 개선하고 소재의 제조 원가를 낮추어 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (4)

1. 고압 송전용 케이블이나 기계 부품용으로 이용되는 인바계 합금선으로서, 니켈(Ni) 33.00 ∼ 38 중량%, 코발트(Co) 0.50 ∼ 1.00 중량%, 니오븀(Nb) 0.01 ∼ 1.30 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.50 ∼ 4.00 중량%, 크롬(Cr) 0.20 ∼ 1.50 중량%, 탄소(C) 0.05 ∼ 0.35 중량%, 규소(Si) 0.10 ∼ 1.20 중량%, 망간(Mn) 0.10 ∼ 0.90 중량% 이하, 마그네슘(Mg) 0.10 중량% 이하, 티타늄(Ti) 0.10 중량% 이하와 잔여 철(Fe)로 이루어지고, 이때 상기 몰리브덴과 크롬의 합(Mo + Cr)은 1.2 ∼ 5.0 중량%이고 니오븀과 탄소의 합(Nb + C)은 0.10 ∼ 0.60 중량%으로 조성되고 원형 단면을 구비함을 특징으로 하는 인바계 합금선.
2. 제1항에 있어서, 상기 합금선은 선 직경이 0.5 ~ 6.0mm이고, 인장강도가 85 ~ 160kgf/mm²이며, 비틀림 값이 85회/100d 이상인 것을 특징으로 하는 인바계 합금선.
3. 고압 송전용 케이블이나 기계 부품용으로 이용되는 인바계 합금선의 제조 방법에 있어서, 니켈(Ni) 33.00 ∼ 38 중량%, 코발트(Co) 0.50 ∼ 1.00 중량%, 니오븀(Nb) 0.01 ∼ 1.30 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.50 ∼ 4.00 중량%, 크롬(Cr) 0.20 ∼ 1.50 중량%, 탄소(C) 0.05 ∼ 0.35 중량%, 규소(Si) 0.10 ∼ 1.20 중량%, 망간(Mn) 0.10 ∼ 0.90 중량% 이하, 마그네슘(Mg) 0.10 중량% 이하, 티타늄(Ti) 0.10 중량% 이하와 잔여 철(Fe)로 이루어지고, 이때 상기 몰리브덴과 크롬의 합(Mo + Cr)은 1.2 ∼ 5.0 중량%이고 니오븀과 탄소의 합(Nb + C)은 0.10 ∼ 0.60 중량%인 조성의 인바계 합금으로 이루어진 선재를 30 ~ 70%의 제1차 신선 처리하고, 650 ~ 850℃의 온도에서 15시간 이하로 소둔 열처리를 하며, 95% 이하로 제2차 신선 처리를 하여 최종 합금선의 횡방향 결정입내 석출물의 면적비가 15% 이상이 되도록 함을 특징으로 하는 인바계 합금선의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 최종 합금선은 선 직경이 0.5 ~ 6.0mm이고, 인장강도가 85 ~ 160kgf/mm²이며, 비틀림 값이 85회/100d 이상인 것을 특징으로 하는 인바계 합금선의 제조방법.