KR101103233B1

KR101103233B1 - 강선재

Info

Publication number: KR101103233B1
Application number: KR1020090035279A
Authority: KR
Inventors: 미까꼬 다께다; 쇼오헤이 나까꾸보; 다까시 오오니시; 마스미 니시무라; 히데노리 사까이; 도모따다 마루오
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2012-01-05
Also published as: CN101570817B; EP2113580B1; KR20090113765A; US20090269578A1; JP5215720B2; EP2113580A1; US8092916B2; CN101570817A; JP2009263750A

Abstract

본 발명의 과제는 열간 압연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시에는 스케일이 박리되기 어렵고, 메커니컬 디스케일링 시에는 스케일 박리성이 양호해 메커니컬 디스케일링성이 우수한 강선재를 제공하는 것이다.

(1) C : 0.05 내지 1.2질량％(이하, ％), Si : 0.01 내지 0.50％, Mn : 0.1 내지 1.5％, P : 0.02％ 이하, S : 0.02％ 이하, N : 0.005％ 이하를 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강의 표면에, 내층 스케일로서 랜덤한 방위를 갖는 미세 결정립으로 이루어지는 FeO층이 형성되고, 상기 내층 스케일의 FeO층과 강의 계면에 두께 : 0.01 내지 1.0㎛의 Fe₂SiO₄층이 형성되고, 상기 내층 스케일의 두께가 스케일 전체 두께의 1 내지 40％인 것을 특징으로 하는 강선재, (2) 상기 강선재에 있어서 내층 스케일의 결정립의 최대 입경이 5.0㎛ 이하, 평균 입경이 2.0㎛ 이하인 것 등.

강선재, 스케일, 열간 압연, 지철, 메커니컬 디스케일링

Description

강선재{STEEL WIRE ROD}

본 발명은 강선재에 관한 기술 분야에 속하는 것으로, 특히, 열간 압연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시(보관 시, 반송 시)에는 스케일 밀착성이 양호하고(스케일 박리되기 어렵고), 메커니컬 디스케일링 시에는 스케일 박리성이 양호한 강선재에 관한 기술 분야에 속하는 것이다.

열간 압연에 의해 제조된 강선재(이후, 선재라고도 함)의 표면에는 스케일이 형성되어 있어, 선재의 2차 가공의 신선(wire drawing) 등에 앞서 형성된 스케일을 제거하는 것이 필요하다. 최근, 선재의 신선 가공에 있어서는, 공해 문제나 비용 저감의 관점에서, 스케일 제거법으로서는, 뱃치(batch) 산세법으로부터 메커니컬 디스케일링법으로 바뀌어 가고 있다. 그로 인해, 선재로서는 메커니컬 디스케일링(이하, MD라고도 함)에 의해 스케일이 용이하게 박리되는 선재, 즉 MD성이 양호한 스케일 특성을 구비한 선재의 개발이 요구되고 있다.

이와 같은 관점에서, MD성이 양호한 스케일 성상을 갖는 선재의 제조 방법으로서, 하기 기술이 개시되어 있다.

(1) 스케일의 FeO 비율을 높이거나, 혹은 Fe₃O₄ 비율을 낮게 하여 스케일 두께를 두껍게 하여, 선재의 잔류 스케일량을 저감시키는 방법(일본 특허 출원 공개 평4-293721호 공보, 일본 특허 출원 공개 평11-172332호 공보).

(2) 스케일의 침투에 의한 앵커 효과를 방지하기 위해, 계면조도를 저감시키는 방법(일본 특허 출원 공개 평8-295992호 공보).

(3) 스케일 내에 기공을 함유시켜 스케일의 강도를 저하시켜, 스케일의 박리성을 개선하는 방법(일본 특허 출원 공개 평10-324923호 공보, 일본 특허 출원 공개 제2006-28619호 공보).

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 평4-293721호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 출원 공개 평11-172332호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 출원 공개 평8-295992호 공보

[특허 문헌 4] 일본 특허 출원 공개 평10-324923호 공보

[특허 문헌 5] 일본 특허 출원 공개 제2006-28619호 공보

그러나, 이와 같은 종래 기술에서는 이하의 과제가 있어, 충분한 방법이라고는 할 수 없었다.

일본 특허 출원 공개 평4-293721호 공보나 일본 특허 출원 공개 평11-172332호 공보에 기재된 방법에서는, 스케일을 두껍게 형성하므로 수율의 저하를 일으킨다. 또한, MD법에 의해 선재에 휨 왜곡을 가하고, 또한 표면의 브러싱을 행해도 완전히 스케일을 제거하는 것은 곤란하고, 뱃치에 의한 산세와 달리, 표면 전체를 균일하고 또한 안정적으로 스케일의 제거 처리를 행하는 것이 어려워, 선재의 표면에 미세하게 부서진 스케일분이 점재하는 경우가 있다. 이 국부적으로 남겨진 잔류 스케일이 많아지면, 신선 공정에 있어서 윤활 불량에 의해 흠집이 발생하거나, 다이스 수명이 열화되는 등의 문제를 일으켜, 반드시 충분한 방법은 아니었다.

계면조도를 저감시켜 MD성을 향상시키는 방법(일본 특허 출원 공개 평8-295992호 공보 기재의 기술)에 대해서는, 계면조도를 목표 이하로 안정적으로 얻는 것이 곤란하여, 안정적으로 스케일의 제거 처리를 행하는 것이 곤란하다.

스케일 중에 기공을 함유시키는 방법(일본 특허 출원 공개 평10-324923호 공보나 일본 특허 출원 공개 제2006-28619호 공보에 기재된 기술)에 대해서도, 기공을 안정적으로 스케일 중으로 도입하는 것이 곤란해, 안정적으로 스케일의 제거 처리를 행하는 것이 어렵다.

또한, 이들의 종래 기술에서는, 냉각 중에 발생하는 압축 응력에 의한 스케 일 박리를 전혀 고려하고 있지 않아, 열간 압연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시(보관 시, 반송 시)에 스케일이 박리되어 버려, MD 전에 선재에 녹이 발생한다고 하는 문제를 갖고 있었다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 열간 압연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시에는 스케일이 박리되기 어렵고, 메커니컬 디스케일링 시에는 스케일 박리성이 양호해 메커니컬 디스케일링성이 우수한 강선재를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해, 예의 검토한 결과, 본 발명을 완성하는 것에 이르렀다. 본 발명에 따르면 상기 목적을 달성할 수 있다.

이와 같이 하여 완성되어 상기 목적을 달성할 수 있었던 본 발명은, 강선재에 관한 것으로, 특허 청구 범위의 청구항 1 내지 8에 기재된 강선재(제1 내지 제8 발명에 관한 강선재)이고, 그것은 다음과 같은 구성으로 한 것이다.

즉, 청구항 1에 기재된 강선재는, C : 0.05 내지 1.2질량％, Si : 0.01 내지 0.50질량％, Mn : 0.1 내지 1.5질량％, P : 0.02질량％ 이하(0％를 포함함), S : 0.02질량％ 이하(0％를 포함함), N : 0.005질량％ 이하(0％를 포함함)를 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강의 표면에, 내층 스케일로서 랜덤한 방위를 갖는 미세 결정립으로 이루어지는 FeO층이 형성되고, 상기 내층 스케일의 FeO층과 강의 계면에 두께 : 0.01 내지 1.0㎛의 Fe₂SiO₄층이 형성되고, 상기 내 층 스케일의 두께가 스케일 전체 두께의 1 내지 40％인 것을 특징으로 하는 강선재이다〔제1 발명〕.

청구항 2에 기재된 강선재는, 상기 내층 스케일의 결정립의 최대 입경이 5.0㎛ 이하, 평균 입경이 2.0㎛ 이하인 청구항 1에 기재된 강선재이다〔제2 발명〕.

청구항 3에 기재된 강선재는, 상기 강이 Cr : 0.3질량％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및/또는 Ni : 0.3질량％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 더 함유하는 청구항 1 또는 2에 기재된 강선재이다〔제3 발명〕. 청구항 4에 기재된 강선재는, 상기 강이 Cu : 0.2질량％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 더 함유하는 청구항 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 강선재이다〔제4 발명〕. 청구항 5에 기재된 강선재는, 상기 강이 4A족 원소의 1종 이상 : 합계 0.1질량％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 더 함유하는 청구항 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 강선재이다〔제5 발명〕. 청구항 6에 기재된 강선재는, 상기 강이 B : 0.0001 내지 0.005질량％를 더 함유하는 청구항 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 강선재이다〔제6 발명〕. 청구항 7에 기재된 강선재는, 상기 강이 Al : 0.1질량％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 더 함유하는 청구항 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 강선재이다〔제7 발명〕. 청구항 8에 기재된 강선재는, 상기 강이 Ca : 0.01질량％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및/또는 Mg : 0.01질량％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 더 함유하는 청구항 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 강선재이다〔제8 발명〕.

본 발명에 관한 강선재는 열간 압연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시에는 스 케일이 박리되기 어렵고, 메커니컬 디스케일링 시에는 스케일 박리성이 양호해 메커니컬 디스케일링성이 우수하다. 따라서, 본 발명에 관한 강선재에 따르면, 열간 압연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시의 스케일 박리(지철 표면의 노출)에 의한 녹의 발생이 억제되어 녹이 발생하기 어려워지는 동시에, 메커니컬 디스케일링에 의한 스케일 제거를 양호하게 행할 수 있게 된다.

강선재의 제조 프로세스에 있어서의 열간 압연 후의 냉각 과정에 있어서는, 지철과 스케일의 열팽창량의 차에 기초하여 발생하는 압축 응력이 스케일 내에 발생하여, 냉각 도중이나 코일 보관ㆍ반송 시에 스케일이 자연스럽게 박리되어 버려, 녹의 발생 원인으로 되어 있다. 또한, 신선을 실시하기 전에 MD(메커니컬 디스케일링)법으로 스케일을 제거하지만, 스케일이 잔존하면 다이스 수명을 열화시키기 때문에, 프로세스 도중이나 보관ㆍ반송 시에는 박리되지 않고, MD 시에는 박리되기 쉬운 스케일 성상을 갖는 강선재가 요구되고 있다.

MD법은 선재에 왜곡을 부여하여 스케일 내 혹은 선재와 스케일의 계면에 균열을 형성하여 스케일을 박리시키는 방법으로, 종래의 스케일의 물성치로서는, 스케일 조성으로서 FeO 비율이 관리되고 있다. 이는, FeO의 강도가 Fe₂O₃, Fe₃O₄에 비해 낮으므로, 보다 많은 FeO를 갖는 스케일 조성이 유리하게 되어 있기 때문이다. 그러나, FeO 비율을 높이기 위해서는, 일반적으로는 고온에서 2차 스케일을 형성할 필요가 있어, 스케일이 두꺼워져 스케일 로스가 많아진다. 이로 인해, 얇고 또한 고FeO 비율의 스케일 성상이라는 상반되는 특성을 양립시키는 것은 매우 곤란했다.

그러나, 본 발명자들은 스케일 성상과 스케일의 밀착성 및 MD에 의한 스케일 박리성과의 관계에 대해 상세하게 예의 검토를 행한 결과, 내층 스케일로서 랜덤한 결정 방위를 갖고, 미세 결정립으로 이루어지는 FeO[우스타이트(wustite)]층을 생성시키면 스케일의 박리력이 높아져 MD 시에 왜곡을 부여하면 용이하게 박리되고, 또한 내층 스케일과 강재의 계면부에 Fe₂SiO₄[페이알라이트(fayalite)]층을 형성시키면, 열간 압연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시에는 스케일이 박리되지 않는 것을 발견했다.

즉, 랜덤한 결정 방위를 갖고, 미세 결정립으로 이루어지는 FeO층을 내층(지철 내)에 형성시킨 경우, MD 시에 왜곡을 부여하면, 지철/스케일 계면의 무른 페이알라이트로부터 균열이 발생하여, FeO층 자체도 강도가 약하기 때문에 스케일층이 용이하게 파괴되어, 비교적 큰 박 형상 스케일이 되어 박리된다. 따라서, 선재의 표면에 미세하게 부서진 스케일분이 남지 않으므로, 신선 공정에 있어서 윤활 불량에 의해 흠집이 발생하거나, 다이스 수명이 열화되는 등의 문제를 일으키는 경우도 없다. 또한, 페이알라이트는 스케일의 밀착성을 향상시키기 때문에, 열간 압연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시에는 스케일이 박리되지 않는다고 하는 이점도 있다. 본 발명자들은 예의 검토를 한 결과, 이상과 같은 지식을 얻었다.

본 발명은 이상과 같은 지식에 기초하여 완성된 것으로, 강선재에 관한 것이다. 이와 같이 하여 완성된 본 발명에 관한 강선재는, 전술한 바와 같이, C : 0.05 내지 1.2질량％, Si : 0.01 내지 0.50질량％, Mn : 0.1 내지 1.5질량％, P : 0.02질량％ 이하(0％를 포함함), S : 0.02질량％ 이하(0％를 포함함), N : 0.005질량％ 이하(0％를 포함함)를 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강의 표면에, 내층 스케일로서 랜덤한 방위를 갖는 미세 결정립으로 이루어지는 FeO층이 형성되고, 상기 내층 스케일의 FeO층과 강의 계면에 두께 : 0.01 내지 1.0㎛의 Fe₂SiO₄층이 형성되고, 상기 내층 스케일의 두께가 스케일 전체 두께의 1 내지 40％인 것을 특징으로 하는 강선재이다〔제1 발명〕.

본 발명에 관한 강선재는, 이상과 같은 지식 등으로부터 알 수 있는 바와 같이, 열간 압연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시에는 스케일이 박리되기 어렵고, MD(메커니컬 디스케일링) 시에는 스케일 박리성이 양호해 MD성이 우수하다. 따라서, 본 발명에 관한 강선재에 따르면, 열간 압연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시의 스케일 박리(지철 표면의 노출)에 의한 녹의 발생이 억제되어 녹이 발생하기 어려워지는 동시에, MD에 의한 스케일 제거를 양호하게 행할 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 관한 강선재는 페이알라이트층이 스케일층 전체의 밀착성을 향상시키는 동시에, MD 시에는 강도가 약한 내층 스케일부터 우선적으로 파괴되므로, 스케일을 효율적으로 제거할 수 있어, 내청성과 MD성을 양립할 수 있다. 이와 같이, 스케일층 전체의 밀착성이 양호하므로, 열간 압연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시의 스케일의 자연 박리가 억제된다. 또한, MD성이 우수하므로, MD 시에는 스케일이 박리되기 쉽고, 또한 스케일이 얇아도, 박리성을 양호하게 할 수 있어, 스케일 로스가 적으므로, 수율을 높게 유지할 수 있다. 또한, MD 시의 스케일 박리가 용이하므로 디스케일링 장치가 간편한 것으로 충분한 박리성을 확보할 수 있고, 스케일의 잔류에 의한 선재 표면 흠집이나 윤활 불량이 일어나기 어려워져, 선재 2차 메이커에서 안정된 신선 상태가 얻어져, 품질이 높은 강선을 제조하는 것이 가능해진다.

본 발명에 관한 강선재의 강의 성분상의 수치 한정 이유(각 성분의 함유량 한정의 이유) 및 바람직한 함유량 등에 대해 이하에 설명한다.

〔C : 0.05 내지 1.2％〕

C는 강의 기계적 성질을 결정하는 주요 원소이다. 강선재의 필요 강도 확보를 위해서는, C량은 적어도 0.05질량％(중량％) 함유할 필요가 있다. 한편, C량이 과다해지면 선재 제조 시의 열간 가공성이 열화되므로, 열간 가공성을 고려하여 상한을 1.2％로 한다. 따라서, C : 0.05 내지 1.2질량％(이하, ％라고도 함)로 한다.

〔Si : 0.01 내지 0.50％〕

Si는 강의 탈산을 위해 필요한 원소로, Si 함유량이 지나치게 적은 경우에는, Fe₂SiO₄(페이알라이트)의 생성이 불충분해지므로, 하한을 0.01％로 한다. 한편, Si는 과잉으로 첨가하면, Fe₂SiO₄(페이알라이트)가 과잉 생성되어, Fe₂SiO₄층의 두께가 1.0㎛ 초과로 되므로, 메커니컬 디스케일링성이 현저하게 열화되는 것 외에, 표면 탈탄층의 생성 등의 문제가 발생하므로, 상한을 0.5％로 한다. 따라서, Si : 0.01 내지 0.5％로 한다.

〔Mn : 0.1 내지 1.5％〕

Mn은 강의 켄칭성을 확보하여, 강도를 높이는데 유용한 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.1％ 이상 첨가하는 것이 필요하다. 단, 과잉으로 첨가하면, 열간 압연 후의 냉각 과정에서 편석을 일으켜, 신선 가공성에 유해한 마텐자이트 등의 과냉 조직이 발생하기 쉬워지므로, 1.5％ 이하로 하는 것이 필요하다. 따라서, Mn : 0.1 내지 1.5％로 한다.

〔P : 0 내지 0.02％〕

P는 강의 인성ㆍ연성을 열화시키는 원소로, 신선 공정 등에 있어서의 단선을 방지하기 위해 P량의 상한을 0.02％로 하는 것이 필요하다. 따라서, P 함유량 : 0.02％ 이하(0％를 포함함)로 한다. 바람직하게는 P 함유량 : 0.01％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 P 함유량 : 0.005％ 이하이다.

〔S : 0 내지 0.02％〕

S도 P와 마찬가지로 강의 인성ㆍ연성을 열화시키는 원소로, 신선이나 그 후의 꼬기 공정에 있어서의 단선을 방지하기 위해 S량의 상한을 0.02％로 하는 것이 필요하다. 따라서, S 함유량 : 0.02％ 이하(0％를 포함함)로 한다. 바람직하게는 S 함유량 : 0.01％ 이하, 더욱 바람직하게는 S 함유량 : 0.005％ 이하이다.

〔N : 0 내지 0.005％〕

N은 선재의 인성, 연성을 열화시키기 때문에, N 함유량 : 0.005％ 이하(0％를 포함함)로 한다.

또한, MD성이나 강도 등의 특성을 더욱 향상시키기 위해 하기 원소를 첨가하는 것이 권장되고, 또한 Al, Mg, N 등의 함유량을 하기와 같이 억제하는 것이 권장된다.

〔Cr : 0％ 초과 0.3％ 이하 및/또는 Ni : 0％ 초과 0.3％ 이하]

Cr, Ni는 모두 켄칭성을 높여 강도 향상에 기여하는 원소이다. 이와 같은 작용 효과를 발휘시키기 위해, Cr이나 Ni를 첨가하는 것이 바람직하다. 단, 과잉으로 첨가하면, 마텐자이트가 발생하기 쉬워지는 동시에, 스케일의 밀착성이 과잉으로 지나치게 높아져, 메커니컬 디스케일링으로 스케일이 제거되기 어려워지므로, Cr : 0％ 초과 0.3％ 이하 및/또는 Ni : 0％ 초과 0.3％ 이하로 하는 것이 좋다〔제3 발명〕. 이들 원소는 단독으로 첨가해도, 병용해도 좋다.

〔Cu : 0％ 초과 0.2％ 이하〕

Cu는 스케일 박리를 촉진하여 MD성을 향상시키는 효과가 있다. 이와 같은 작용 효과를 발휘시키기 위해, Cu를 첨가하는 것이 권장된다. 단, 과잉으로 첨가하면 스케일 박리가 지나치게 촉진되어, 압연 중에 박리되어 그 박리면에 얇은 밀착 스케일을 발생시키는 것 외에, 선재 코일 보관 중에 녹 발생을 초래하므로, Cu 함유량의 상한을 0.2％로 하는 것이 좋다〔제4 발명〕.

〔4A족 원소의 1종 이상 : 합계 0％ 초과 0.1％ 이하〕

4A족 원소(Nb, V, Ti, Hf, Zr)는 미세한 탄질화물을 석출하여, 고강도화에 기여하는 원소이다. 이와 같은 작용 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, 4A족 원소의 1종 이상을 첨가하는 것이 바람직하고, 특히 합계 0.003％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 단, 과잉으로 첨가하면, 연성이 열화되므로, 4A족 원소의 1종 이상 : 합계 0.1％ 이하로 하는 것이 좋다〔제5 발명〕. 이들 원소는 단독으로 첨가해도, 병용해도 좋다.

〔B : 0.0001 내지 0.005％〕

B는 강 중에 고용되는 프리(free) B로서 존재함으로써, 제2층 페라이트의 생성을 억제하는 것으로 알려져 있고, 특히 세로 균열의 억제가 필요한 고강도 선재를 제조하기 위해서는 B의 첨가가 유효하다. 이와 같은 작용 효과를 얻기 위해, B : 0.001％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 단, 0.005％를 초과하여 첨가하면 연성을 열화시키므로, B : 0.005％ 이하로 하는 것이 좋다〔제6 발명〕.

〔Al : 0％ 초과 0.1％ 이하〕

Al은 탈산제로서 유효하지만, 과잉으로 첨가하면 Al₂O₃ 등의 산화물계 개재물이 많이 발생하여 단선이 다발한다. 이러한 점으로부터, Al : 0.1％ 이하로 하는 것이 바람직하다〔제7 발명〕.

〔Mg : 0％ 초과 0.01％ 이하〕

Mg은 탈산제로서 유효하지만, 과잉으로 첨가하면 MgO-Al₂O₃ 등의 산화물계 개재물이 많이 발생하여 단선이 다발한다. 이러한 점에서, Mg 함유량의 상한을 0.01％로 하는 것이 좋다〔제8 발명〕.

〔Ca : 0％ 초과 0.01％ 이하〕

Ca는 강재의 내식성을 높이는데 유효한 원소이다. 단, 과잉으로 포함되면 가공성이 열화되므로, Ca 함유량의 상한을 0.01％로 하는 것이 좋다〔제8 발명〕.

본 발명에 관한 강선재의 강 표면의 스케일 구조 및 수치 한정 이유(스케일 두께 등의 한정의 이유) 등에 대해, 이하에 설명한다.

도 1 내지 도 2에 스케일의 구조의 모식도를 도시한다. 본 발명에 관한 내청성(열간 압연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시의 스케일의 박리되기 어려움, 즉 밀착성)과 MD성(MD 시의 스케일 박리성)이 우수한 강선재로 하기 위해서는, 랜덤한 결정 방위를 갖는 미세 입자로 구성되는 FeO층을 내층 스케일(지철 내에 형성되는 스케일)로서 생성시키고, 얇은 Fe₂SiO₄층을 내층 스케일과 강(지철)의 계면에 생성시킬 필요가 있다.

통상 스케일의 대부분을 차지하는 것은, FeO(우스타이트)이고, 외층 스케일(지철 표면에 생성되는 스케일)로서 FeO(우스타이트)가 성장하는 경우, FeO의 성장의 주방위는 {100}이다. 외층 스케일 중의 FeO(우스타이트) 주방위{100}의 비율(외층 스케일을 구성하는 전체 결정립에 차지하는 {100} 방위를 갖는 결정립의 비율)은 대략 20％ 이상이다. 한편, 내층 스케일을 구성하는 FeO(우스타이트) 결정립 전체에 차지하는 {100} 방위의 비율은 10％ 이하이다. 따라서, EBSP(Electron Back Scattering Pattern)에 의해 결정의 방위를 해석함으로써, 외층 스케일과 내층 스케일의 구별이 가능하다.

스케일의 박리성에는 스케일의 집합 조직이 크게 영향을 미친다. 스케일의 성장 방위인 {100}면의 결정 중에, 성장 속도가 상이한 {111}, {110}면의 결정립이 증가하면 방위가 랜덤한 미세 결정 조직이 되고, 스케일 내의 압축 응력이 증가하여 스케일의 박리력이 높아져, MD성이 향상된다.

발명자들은 MD에 의한 스케일의 박리성을 향상시키면서, 열연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시에는 스케일이 박리되지 않는 스케일 구조를 검토하였다. 그 결과, 수증기 등의 고이슬점(high dew-point) 분위기 중에서 스케일을 생성하면, 성장 방위가 상이한 랜덤한 방위를 갖는 미세 결정립으로 이루어지는 FeO층이 내층으로서 지철 내에 생성되고, 또한 지철 내의 SiO₂와 수증기의 반응 (2〔Fe〕＋〔SiO₂〕＋ 2〔H₂O〕＝〔Fe₂SiO₄〕＋ 2[H₂〕)에 의해 내층 스케일(FeO)과 지철의 계면에 Fe₂SiO₄층을 생성하는 것을 알 수 있었다. 또한, 내층 스케일(FeO)의 효과에 의해 MD성이 높아지고, 또한 Fe₂SiO₄에 의해 스케일의 밀착성이 증가되어, 열연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시에는 스케일이 탈락되지 않는 것을 발견하였다.

스케일 전체 두께(외층 스케일 ＋ 내층 스케일)에 대한 내층 스케일의 두께의 비율은 1 내지 40％가 좋다. 1％ 미만의 경우, 내층 스케일의 생성이 불충분해, MD성이 개선되지 않는다. 한편, 40％를 초과하면 내층 스케일이 지나치게 생성되어, 전체 스케일 두께가 지나치게 증가하므로 스케일 로스가 증가하는 것 외에, 스케일이 충분히 제거되지 않아 오히려 MD성을 악화시킨다. 따라서, 내층 스케일의 두께는 스케일 전체 두께의 1 내지 40％로 한다.

상기 내층 스케일을 구성하는 결정립의 최대 입경(Dmax) 및 평균 입경(Dave)이 미세할수록, 성장 방위가 상이한 결정립의 비율이 늘어나, 스케일의 박리성(MD 성)이 높아진다. 평균 입경(Dave)은 2.0㎛ 이하인 것이 바람직하고, 최대 입경(Dmax)은 5.0㎛ 이하인 것이 바람직하다〔제2 발명〕. 또한, 외층 스케일은 5 내지 15㎛ 정도의 큰 입자가 지철 표면에 대해 수직으로 성장한다.

열연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시의 스케일의 밀착성을 향상시키기 위해서는, Fe₂SiO₄층을 얇게 생성시킬 필요가 있다. 이 밀착성 향상 효과를 발휘시키기 위해, 내층 스케일과 강의 계면에 두께 : 0.01 내지 1.0㎛의 Fe₂SiO₄층을 형성시킨다. 밀착성 향상 효과는, Fe₂SiO₄층의 두께가 0.01㎛ 미만에서는 발휘되지 않고, 1.0㎛를 초과하면 강과의 밀착성이 지나치게 높아져 MD로 제거할 수 없다. 따라서, Fe₂SiO₄층의 두께 : 0.01 내지 1.0㎛로 한다.

전술한 바와 같이, 수증기 등의 고이슬점 분위기 중에서 스케일을 생성하면, 랜덤한 방위를 갖는 미세 결정립으로 이루어지는 FeO층이 내층 스케일로서 지철 내에 생성되고, 이 내층 스케일(FeO)과 지철의 계면에 Fe₂SiO₄층이 생성된다. 이때, 내층 스케일을 충분히 얻는데 필요한 분위기의 이슬점은 30 내지 80℃이다. 시간은 2초 이내이면 좋고, 2초를 초과하면 마그네타이트화가 진행되어 내층 스케일(FeO)이 감소되고, MD성이 악화된다.

(실시예)

본 발명의 실시예 및 비교예를 이하에 설명한다. 또한, 본 발명은 본 실시예로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경을 추 가하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

표 1 내지 표 2에 나타내는 조성의 빌렛을 사용하여 강선재를 다음과 같이 하여 제조하였다. 우선, 빌렛(billet)을 가열하여 압연한다. 즉, 가열로 내에서의 페이알라이트의 생성을 억제하기 위해 800 내지 900℃의 저온에서 30분 이내 가열하고, 그 후 5℃/min 이상으로 1100 내지 1200℃까지 급속 가열을 행하여 가열로 내로부터 추출한 후, 곧 3㎫ 이상의 고압수 디스케일링을 행하고, 통상의 열간 압연(초벌 압연 내지 마무리 압연)을 행한다.

내층 스케일을 충분히 생성시키기 위해, 상기 열간 압연에서의 마무리 압연 후 곧 3㎫ 이상의 고압수에 의해 디스케일링하여 스케일을 충분히 제거한 후, 고이슬점 분위기에서 2초 이내 산화하여 내층 스케일을 생성시킨다. 그 후, 750 내지 1000℃까지 냉각하여 선재를 권취한다. 권취한 선재를 컨베이어 상에 각각 순차적으로 떨어뜨려 넣을 때에 선재 표면을 다시 고이슬점 분위기에서 산화시키고, 곧 1℃/sec 이상, 바람직하게는 5℃/sec 이상의 속도로, 600℃ 정도까지 냉각함으로써, 높은 FeO 비율을 유지한 채(표면이 산화되어 Fe₃O₄로 변화되지 않으므로 내층 스케일이 감소되지 않음), 원하는 두께의 내층 스케일과 Fe₂SiO₄층이 얻어진다.

표 3에 상기 강선재의 제조 조건을 나타낸다. 즉, 상기 빌렛의 가열의 온도(균열 온도) 및 시간, 이 가열 후의 급속 가열 시의 승온 속도 및 가열로로부터의 추출 온도를, 표 3의 가열로 조건의 란에 나타낸다. 상기 마무리 압연 후의 고압수 디스케일링 후의 고이슬점 분위기에서의 산화(이하, 마무리 압연 후의 고이슬 점 분위기에서의 산화라고도 함) 시의 분위기의 이슬점 및 산화의 시간을, 표 3의 고이슬점 산화 조건/마무리 압연 후의 란에 나타낸다. 선재의 권취 온도, 권취한 선재의 고이슬점 분위기에서의 산화(이하, 권취 후의 고이슬점 분위기에서의 산화라고도 함) 시의 분위기의 이슬점 및 이 산화 후의 냉각 속도를, 표 3의 고이슬점 산화 조건/권취 후의 란에 나타낸다. 또한, 표 3의 (e), (h)의 경우, 마무리 압연 후 및 권취 후의 고이슬점 분위기에서의 산화 시의 분위기의 이슬점이 지나치게 높아 적절하지 않고, (f), (g)의 경우, 이 산화 시의 분위기의 이슬점이 지나치게 낮아 적절하지 않다. (d)의 경우, 마무리 압연 후의 고이슬점 분위기에서의 산화 시의 산화 시간이 지나치게 길어 적절하지 않고, 표면 산화가 진행되어 마그네타이트화가 진행되고 내층 스케일이 감소하여, MD성이 악화된다.

상기 강선재의 성상을 다음과 같이 하여 조사하였다. 내층, 외층 스케일의 구별은, EBSP(Electron Back Scattering Pattern)를 사용하여 방위의 해석을 행하여 조사하였다. 구체적으로는, {100} 방위의 비율이 20％ 이상인 층을 외층 스케일로 하고, 10％ 이하의 층을 내층 스케일로 하였다. 이것에 사용한 장치는 히타치 제작소제 SU-70 전계 방사형 주사 전자 현미경(FE-SEM)이고, 측정 스텝은 0.05㎛로 하고, 가속 전압 : 15㎸로 측정을 행하였다. 상기 강선재 각 3개로부터 1개씩 채취하여, 10000배의 시야로 EBSP 측정을 행하여 내층 스케일의 최대 입경, 평균 입경을 각각 구하고, 그 평균치를 구하였다.

Fe₂SiO₄층의 생성 상태는 선재 코일의 선단부, 중앙, 후단부로부터 각 1개소 씩 단면 관찰용 시료를 채취하여, 각 샘플로부터 전자 현미경(FE-SEM)으로 20000배의 시야로 각 4개소 촬영하여, Fe₂SiO₄ 층의 두께를 측정하여 평균치를 구하였다.

열간 압연 후의 선재의 스케일의 박리 상태(스케일의 밀착성)는 선재 코일의 선단부, 중앙부, 후단부로부터 각각 250㎜ 길이의 선재를 각 3개 채취하고, 선재의 외주면, 내주면의 표면 외관을 디지털 카메라로 촬영하여, 스케일이 박리된 부분의 면적률(％)을 화상 해석 처리 소프트에 의해 산출하여 평균치를 구하였다. 스케일의 박리율은 3％ 이하이면 합격으로 하였다.

상기 강선재의 MD성을 다음과 같이 하여 조사하였다. 상기 강선재를 길이 250㎜로 절단한 후, 척 사이 거리를 200㎜로 하여 크로스 헤드의 변위 :12㎜까지 인장 하중을 부여하고(4％의 인장 왜곡을 부여함), 이후, 척으로부터 제거한다. 이 척으로부터 제거한 후의 것에 바람을 분사하여 선재 표면의 스케일을 날려 버리고, 이후, 200㎜ 길이로 절단하고 중량 측정하여 중량(W1)을 구하고, 이 샘플을 염산 중에 침지시켜 선재 표면에 부착되어 있는 스케일을 완전히 박리시키고, 다시 중량을 측정하여 중량(W2)을 구하였다. 이 중량 측정의 값으로부터 하기 식(1)에 의해 잔류 스케일량(스케일 잔류량)을 구하였다. 이 스케일 잔류량이 많을수록 MD성이 나쁘고, 이 스케일 잔류량이 0.05질량％〔중량％(wt％)〕 이하인 것을, MD성 양호라고 판정하였다.

[식 1]

잔류 스케일량(중량％) ＝ 100 × (W1 － W2)/W1

상기 측정의 결과를 표 4 내지 표 6에 나타낸다. 표 4 내지 표 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 번호 1, 번호 2, 4 내지 28, 30 내지 32, 34, 35, 37 내지 39, 41, 42, 44, 45, 48, 51의 경우에는, 가열로 조건(즉, 빌렛의 가열 온도 및 가열 시간), 마무리 압연 후의 고이슬점 분위기에서의 산화의 조건 및 권취 후의 고이슬점 분위기에서의 산화의 조건이 적절하므로, 본 발명에 관한 강선재의 요건인 내층 스케일 두께(스케일 전체 두께의 1 내지 40％)를 만족시키는 내층 스케일이 형성되고, 또한 내층 스케일과 강재의 계면에, 본 발명에 관한 강선재의 요건인 Fe₂SiO₄층 두께(0.01 내지 1.0㎛)를 만족시키는 Fe₂SiO₄층이 생성되어 있고, 열연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시에는 밀착성이 양호한 스케일을 갖고 있어 스케일이 박리되기 어렵고, MD 시에는 스케일 박리성이 양호해 MD성이 우수하다(모두 본 발명의 실시예). 즉, 이들의 경우, 열간 압연 후의 선재의 스케일의 박리율(압연재의 스케일 박리율) : 3％ 이하이며 합격이고, MD성 조사 시험에서의 스케일 잔류량이 0.05wt％ 이하이며 MD성 양호이다.

번호 29의 경우에는, 마무리 압연 후의 고이슬점 분위기에서의 산화 시의 산화 시간이 지나치게 길어, FeO → Fe₃0₄로의 산화가 진행되어, 내층 스케일(FeO)이 감소되었으므로, MD성이 악화되었다. 즉, 내층 스케일 두께가 작아, 본 발명에 관한 강선재의 요건인 내층 스케일 두께(스케일 전체 두께의 1 내지 40％)를 만족시키고 있지 않으므로, MD성 조사 시험에서의 스케일 잔류량이 0.05wt％ 초과이며 MD성 불량이다(비교예).

번호 33의 경우에는, 선재의 권취 온도가 높으므로, 권취 후의 고이슬점 분위기에서의 산화 시의 온도가 지나치게 높고, 이로 인해, 외층, 내층 스케일의 양쪽이 과잉으로 생성되어, MD성은 양호하지만, 압연 후의 스케일 탈락이 심하고, 녹이 발생했다. 즉, 내층 스케일 두께가 커서, 본 발명에 관한 강선재의 요건인 내층 스케일 두께(스케일 전체 두께의 1 내지 40％)를 만족시키고 있지 않으므로, 압연재의 스케일 박리율 : 3％ 초과이며 불합격이다(비교예).

번호 36의 경우에는, 마무리 압연 후의 고이슬점 분위기에서의 산화 시의 이슬점이 지나치게 높아, 내층 스케일이 과잉으로 생성되어, MD성은 양호하지만, 압연 후의 스케일 탈락이 심하고, 녹이 발생했다. 즉, 내층 스케일 두께가 커서, 본 발명에 관한 강선재의 요건인 내층 스케일 두께(스케일 전체 두께의 1 내지 40％)를 만족시키고 있지 않으므로, 압연재의 스케일 박리율 : 3％ 초과이며 불합격이다(비교예).

번호 40의 경우에는, 가열로 내의 균열 온도가 지나치게 높아, 가열로 내에서 페이알라이트가 과잉 생성되어, MD성이 악화되었다. 즉, Fe₂SiO₄층 두께가 커서, 본 발명에 관한 강선재의 요건인 Fe₂SiO₄층 두께(0.01 내지 1.0㎛)를 만족시키고 있지 않으므로, MD성 조사 시험에서의 스케일 잔류량이 0.05wt％ 초과이며 MD성 불량이다(비교예).

번호 3, 43의 경우에는, 권취 후의 고이슬점 분위기에서의 산화 시의 이슬점이 지나치게 높아, 내층 스케일이 과잉으로 생성되어, MD성은 양호하지만, 압연 후 의 스케일 탈락이 심하고, 녹이 발생했다. 즉, 내층 스케일 두께가 커서, 본 발명에 관한 강선재의 요건인 내층 스케일 두께(스케일 전체 두께의 1 내지 40％)를 만족시키고 있지 않으므로, 압연재의 스케일 박리율 : 3％ 초과이며 불합격이다(비교예).

번호 46의 경우에는, 마무리 압연 후의 고이슬점 분위기에서의 산화 시의 이슬점이 지나치게 낮아, 내층 스케일의 생성이 적고, 또한 페이알라이트의 생성이 적어, MD성도, 내청성도 악화되었다. 즉, Fe₂SiO₄층 두께가 작아, 본 발명에 관한 강선재의 요건인 Fe₂SiO₄층 두께(0.01 내지 1.0㎛)를 만족시키고 있지 않으므로, 압연재의 스케일 박리율 : 3％ 초과이며 불합격이고, 또한 내층 스케일 두께가 작아, 본 발명에 관한 강선재의 요건인 내층 스케일 두께(스케일 전체 두께의 1 내지 40％)를 만족시키고 있지 않으므로, MD성 조사 시험에서의 스케일 잔류량이 0.05wt％ 초과이며 MD성 불량이다(비교예).

번호 47의 경우에는, 고온 권취이기 때문에, 권취 후의 고이슬점 분위기에서의 산화 시의 온도가 지나치게 높아, 이로 인해, 외층, 내층 스케일의 양쪽이 과잉으로 생성되어, MD성은 양호하지만, 압연 후의 스케일 탈락이 심하고, 녹이 발생했다. 즉, 내층 스케일 두께가 커서, 본 발명에 관한 강선재의 요건인 내층 스케일 두께(스케일 전체 두께의 1 내지 40％)를 만족시키고 있지 않으므로, 압연재의 스케일 박리율 : 3％ 초과이며 불합격이다(비교예).

번호 49의 경우에는, 권취 후의 고이슬점 분위기에서의 산화 시의 이슬점이 지나치게 낮아, 내층 스케일의 생성이 적고 또한 페이알라이트의 생성이 적어, MD성도 내청성도 악화되었다. 즉, Fe₂SiO₄층 두께가 작아, 본 발명에 관한 강선재의 요건인 Fe₂SiO₄층 두께(0.01 내지 1.0㎛)를 만족시키고 있지 않으므로, 압연재의 스케일 박리율 : 3％ 초과이며 불합격이고, 또한 내층 스케일 두께가 작아, 본 발명에 관한 강선재의 요건인 내층 스케일 두께(스케일 전체 두께의 1 내지 40％)를 만족시키고 있지 않으므로, MD성 조사 시험에서의 스케일 잔류량이 0.05wt％ 초과이며 MD성 불량이다(비교예).

번호 50의 경우에는, 가열로로부터의 추출 온도가 지나치게 높아 페이알라이트가 과잉 생성되어, MD성이 악화되었다. 즉, Fe₂SiO₄층 두께가 커서, 본 발명에 관한 강선재의 요건인 Fe₂SiO₄층 두께(0.01 내지 1.0㎛)를 만족시키고 있지 않으므로, MD성 조사 시험에서의 스케일 잔류량이 0.05wt％ 초과이며 MD성 불량이다(비교예).

본 발명에 관한 강선재는 열간 압연 후의 냉각 중이나 보관ㆍ반송 시에는 스케일이 박리되기 어려워 녹이 발생하기 어렵고, MD 시에는 스케일 박리성이 양호해 MD성이 우수하므로, 강선 제조용 강선재(근본 선재)로서 매우 적절하게 사용할 수 있어서 매우 유용하다.

도 1은 지철 및 스케일의 구조를 도시하는 모식도.

도 2는 지철과 스케일의 계면 구조를 도시하는 모식도.

Claims

C : 0.05 내지 1.2질량％, Si : 0.01 내지 0.50질량％, Mn : 0.1 내지 1.5질량％, P : 0.02질량％ 이하(0％를 포함함), S : 0.02질량％ 이하(0％를 포함함), N : 0.005질량％ 이하(0％를 포함함)를 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강의 표면에, 내층 스케일과 외층 스케일이 형성된 강선재이며, 상기 내층 스케일이 랜덤한 방위를 갖는 미세 결정립으로 이루어지는 FeO층으로 형성되고, 상기 내층 스케일의 FeO층과 강의 계면에 두께 : 0.01 내지 1.0㎛의 Fe₂SiO₄층이 형성되고, 상기 내층 스케일의 두께가 스케일 전체 두께의 1 내지 40％이고, 상기 외층 스케일의 내층 스케일측에 FeO층이 형성되고, 상기 내층 스케일을 구성하는 FeO 결정립 전체에 차지하는 {100} 방위의 비율이 10% 이하이고, 외층 스케일을 구성하는 전체 결정립에 차지하는 {100} 방위를 갖는 FeO 결정립의 비율이 20%이상인 것을 특징으로 하는, 강선재.
제1항에 있어서, 상기 내층 스케일의 결정립의 최대 입경이 5.0㎛ 이하, 평균 입경이 2.0㎛ 이하인, 강선재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강이 이하의 (a) 내지 (f)의 1종 이상을 함유하는, 강선재.

(a) Cr : 0.3질량％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Ni : 0.3질량％ 이하(0％를 포함하지 않음) 중의 1종 이상

(b) Cu : 0.2질량％ 이하(0％를 포함하지 않음)

(c) 4A족 원소의 1종 이상 : 합계 0.1질량％ 이하(0％를 포함하지 않음)

(d) B : 0.0001 내지 0.005질량％

(e) Al : 0.1질량％ 이하(0％를 포함하지 않음)

(f) Ca : 0.01질량％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Mg : 0.01질량％ 이하(0％를 포함하지 않음) 중의 1종 이상