KR101357846B1 - 신선성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재 - Google Patents

신선성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재 Download PDF

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Abstract

선재 압연 후의 개재물을 미세화한, 엄격한 용도에서도 신선시의 단선율이 매우 낮고, 신선 후의 피로 특성도 우수한 고기능의 고탄소 선재로서, 소정의 성분 조성을 가지고 선재 L 방향 단면에 보이는 단경 0.5㎛ 이상, 장경 1.0㎛ 이상, 원 상당 지름이 1㎛ 이상인 산화물계 비금속 개재물(이하 「사이즈 대상 개재물」이라 한다) 중에서, (%SiO2)=40 내지 95%, (%CaO)=0.5 내지 30%, (%Al2O3)=0.5 내지 30%, (%MgO)=0.5 내지 20%, (%MnO)=0.5 내지 10%를 만족하고, 또한 (%Na)=0.2 내지 7%, (%F)=0.17 내지 8%를 만족하는 개재물(이하 「조성 대상 개재물」이라 한다)의 개수 비율, 조성 대상 개재물 개수/사이즈 대상 개재물 개수 × 100이 80% 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

신선성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재{HIGH-CARBON STEEL WIRE HAVING EXCELLENT DRAWABILITY AND FATIGUE PROPERTIES AFTER DRAWING}
본 발명은 신선을 실시하는 선재에 있어서, 신선성 및 신선 후의 내피로성이 우수한 고탄소강 선재나 밸브 스프링용 선재에 관한 것이다.
본 발명의 선재는 신선 후, 예를 들어, 자동차 타이어용 스틸 코드, 태양전지나 반도체용 실리콘 절단용 소 와이어, 자동차 엔진 밸브 스프링, 긴 고무벨트, 항공기용 각종 와이어, 교량용 로프 등에 사용된다.
일반적으로, 신선용으로 제공되는 고탄소강 선재는 고속 신선이 가능하며, 또한, 신선 후의 내피로성이 우수할 필요가 있다. 이 특성들에 악영향을 미치는 인자의 하나로서 경질의 산화물계 비금속 개재물을 들 수 있다. ·
산화물계 개재물 중에서도, Al2O3, SiO2, CaO, TiO2, MgO 등의 단조성(單組成)의 개재물, 또는 2원계의 MgO·Al2O3나 2MgO·Al2O3는 경도가 높고, 비점성이다. 따라서, 신선성이 우수한 고탄소강 선재를 제조하려면, 용강의 청정도를 높이는 동시에 산화물계 개재물을 연질화할 필요가 있다.
이와 같이, 강의 청정도를 높여서 비금속 개재물의 연질화를 도모하는 방법으로서 특허 문헌 1에는 신선성이 양호한 고탄소강용 강의 제조 방법이 개시되어 있다. 특허 문헌 2에는 극세선의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 기술들의 기본 사상은 Al2O3-SiO2-MnO의 삼원계의 산화물계 비금속 개재물에 한정되어 있다.
특허 문헌 3에서는 비금속 개재물을 Al2O3, SiO2, MnO의 삼원계 상태도에 있어서의 스페사타이트 영역으로 함으로써, 제품의 신선성을 개선하는 것이 제안되어 있다. 특허 문헌 4에서는 용강 중에 첨가하는 Al량을 규제함으로써 유해 개재물을 감소시키고, 신선성을 개선하는 방법이 개시되어 있다.
특허 문헌 5에서는 비점성 개재물 지수 20 이하의 스틸 코드 제조에 관한 것으로, Al 완전 규제 하에서, 레이들 용강 내에, 캐리어 가스(비활성 가스)와 함께, CaO 함유 플럭스를 불어넣어 예비 탈산한 후, Ca, Mg, REM의 1종, 또는 2종 이상을 함유하는 합금을 불어넣어, 개재물을 연질화하는 것이 제안되어 있다.
상기 방법 중에서, 삼원계 비금속 개재물을 개질하는 방법은 안정적인 조성 제어가 곤란하다. 한편, 다원계 비금속 개재물을 제어하는 방법은 개재물의 크기와 개수의 저감, 및 연성의 확보를 달성하기 어렵다. 따라서, 신선성 및 신선 후의 내피로성의 향상은 곤란하다.
이에 특허 문헌 6에서는 전체 산소 함유량의 범위를 일정 범위로 규정하고, 비점성 개재물의 양 및 조성을 제어하며, 비점성 개재물의 크기와 개수를 저감하고, 또한 연성을 확보함으로써, 비점성 개재물의 양 및 크기의 분포를 바람직한 상태로 하고, 또한, 개재물 조성을 SiO2, MnO에 추가하여 Al2O3, MgO, CaO, TiO2를 선택적으로 함유하는 다원계의 산화물계 개재물로 개질하여 개재물을 연질화하고, 신선성 및 신선 후의 내피로성이 현저하게 우수한 고탄소강 선재를 실현하고 있다.
또한, 특허 문헌 7에는 경질의 고SiO2 개재물의 사이즈를 규정하고, 고가의 탈산용 합금의 사용량을 저감하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 비금속 개재물을 더 저융점에서 연신하기 쉬운 것으로 제어하기 위하여, 알칼리 금속 화합물을 활용하는 방법이 몇가지 제안되어 있다. 특허 문헌 8에서는 Si계 탈산제와 알칼리금속 화합물의 혼합물을 사용함으로써 비금속 개재물 중의 알칼리 금속 화합물량을 4 내지 24%로 제어하고, 연신성을 향상하는 방법이 제안되어 있다.
또한, 특허 문헌 9에서는 Al2O3-CaO-SiO2 -MgO-MnO계 저융점 개재물에 알칼리 금속의 산화물을 0.5 내지 10% 함유하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 Si 탈산강이 제안되어 있다.
또한, 특허 문헌 10, 11에서는 저융점 개재물에 LiO2, Na2O, K2O의 1종 이상을, 이들 LiO2, Na2O, K2O의 합계량으로 0.5 내지 20% 함유하는 것을 특징으로 하는 피로 특성이 우수한 고세정 스프링용 강선이 개시되어 있다. 이 중에서, LiO2, Na2O, K2O는 등가가 아니고, 특히 탈산력이 강한 Li를 산화물계 개재물 생성 기원으로서 적극 첨가함으로써, 산화물계 개재물 내에 적당량의 LiO2를 함유시키면 효과가 높아지는 것이 기재되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 공고 특허 공보 소57-22969호 특허 문헌 2: 일본 공개 특허 공보 소55-24961호 특허 문헌 3: 일본 공고 특허 공보 소54-7252호 특허 문헌 4: 일본 공개 특허 공보 소50-81907호 특허 문헌 5: 일본 공고 특허 공보 소57-35243호 특허 문헌 6: 일본 공고 특허 공보 평4-8499호 특허 문헌 7: 일본 특허 공보 제3294245호 특허 문헌 8: 일본 특허 공보 제2654099호 특허 문헌 9: 일본 특허 공보 제3719131호 특허 문헌 10: 일본 공개 특허 공보 제2005-29888호 특허 문헌 11: 일본 특허 공보 제4315825호
비특허 문헌 1: 일본철강협회 편찬「제3판 철강 편람 II 제철·제강」제690페이지
전술한 바와 같이, 용강의 청정도 확보, 비금속 개재물의 연질화, Al 혼입 방지 등에 의하여, 높은 신선능을 가진 고탄소강 선재가 공급되어 왔다.
그런데, 근래에는 선재의 신선 공정에 있어서 1차 신선 후의 패턴팅 생략에 의한 생산성 향상이 지향된 것, 및 자동차 타이어용의 스틸 코드보다 세선의 소 와이어의 시장이 확대됨으로써, 단선의 원인이 되는 선재 중의 개재물 사이즈가 종래 (20㎛ 이상)보다 한층 작아져서, 종래의 개재물 연질화 기술만으로는 개재물이 충분히 연신되지 않아서 대응이 곤란하였다.
본 발명은 상기한 바와 같은 사정을 감안한 것으로, 산화물계 비금속 개재물의 다원계 제어 기술을 기초로 하고, 산화물 이외의 화합물도 활용함으로써, 비금속 개재물의 융점 및 점성의 특별한 저하를 초래하고, 선재 압연 후의 개재물을 미세화함으로써, 엄격한 용도에도 대응 가능한, 신선시의 단선율이 매우 낮고, 신선 후의 피로 특성도 우수한, 고기능의 고탄소 선재의 공급을 과제로 한다.
본 발명자들은 비금속 개재물의 조성과 융점이나 점성의 관계에 대하여 상세한 조사를 실시하였다. 그 결과, 다원계 개재물에 Na 등의 알칼리 금속과 미량의 불소를 공존시킴으로써, 한층 더 개재물의 융점 및 점성을 저하시킬 수 있고 또한, 결정상의 생성을 억제할 수 있으며, 그 결과 선재 압연 후의 개재물을 미세화할 수 있는 것을 밝혀내었다.
또한, 본 발명자들은 NaF 분자에는 비금속 개재물의 결정상의 생성을 늦추는 효과도 있는 것을 밝혀내었다.
본 발명은 상기의 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.
(1) 질량%로, C: 0.5 내지 1.2%, Si: 0.15 내지 2.5%, Mn: 0.20 내지 0.9%, P: 0.025% 이하, S: 0.004 내지 0.025%, Al: 0.000005 내지 0.002%, Ca: 0.00001 내지 0.002%, Mg: 0.00001 내지 0.001%, Na: 0.000005 내지 0.001%, F: 0.000003 내지 0.001%를 함유하고, 전체 산소량이 16 내지 30 ppm이며, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 고탄소강 선재며, 선재 L 방향 단면에 보이는 단경 0.5㎛ 이상, 장경 1.0㎛ 이상, 원 상당 지름(면 환산 지름)이 1㎛ 이상인 산화물계 비금속 개재물(이하 「사이즈 대상 개재물」이라 한다) 중에서, (%SiO2)=40 내지 95%, (%CaO)=0.5 내지 30%, (%Al2O3)=0.5 내지 30%, (%MgO)=0.5 내지 20%, (%MnO)=0.5 내지 10%를 만족하고, 또한 (%Na)=0.2 내지 7%, (%F)=0.17 내지 8%를 만족하는 개재물(이하 「조성 대상 개재물」이라 한다)의 개수 비율, 조성 대상 개재물 개수/사이즈 대상 개재물 개수 × 100이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 신선성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재.
여기에서, (%SiO2), (%CaO), (%Al2O3), (%MgO), (%MnO), (%Na), (%F)는 각각 개재물 중의 SiO2, CaO, Al2O3, MgO, MnO, Na, F의 함유량(질량%)이다. (이하, 동일함)
(2) 추가로, REM: 0.000005 내지 0.001%를 함유하고, 상기 조성 대상 개재물이, 평균 농도로, 또한 (%T. REM)=0.3 내지 1.0%, (%S)=0.05 내지 0.2%를 만족하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 신선성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재.
여기에서, (%T. REM), (%S)는 각각 개재물 중의 희토류 원소의 합계, S의 함유량 (질량%)이다. (이하, 동일함.)
(3) 추가로, B: 0.0005 내지 0.002%를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)의 신선성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재.
(4) 추가로, Cr: 0.05 내지 1.0%, Ni: 0.05 내지 1.0%, Cu: 0.05 내지 1.0%, Ti: 0.001 내지 0.25%, Nb: 0.001 내지 0.25%, V: 0.001 내지 0.25%, Mo: 0.05 내지 1.0%, Co: 0.1 내지 2%의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 신선성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재.
본 발명에 의하면, 선재 압연 후의 개재물을 미세화할 수 있고, 소 와이어 등의 엄격한 용도에도 대응 가능한, 신선시의 단선율이 매우 낮고, 신선 후의 피로 특성도 우수한 고기능의 고탄소 선재를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 먼저, 본 발명의 메커니즘의 상세를 설명한다. 또한, 특별히 한정하지 않는 한, 이하에서는,「%」는 「질량%」를 의미하는 것으로 한다.
종래의 비금속 개재물의 다원계 제어 기술은 실리케이트 개재물의 융점 및 점성을 저하시키는 기술이다. 이 실리케이트 개재물 중에서는 Na와 F는 매우 친화력이 강하다. 마이크로적인 시점으로 보면, Na 이온과 F 이온은 인접하여 위치하고 있고, NaF 분자로서 실리케이트 개재물의 융점이나 점성에 영향을 미친다.
NaF 함유 산화물이 1200℃ 이하의 온도에서 용융 개시하는 데 대하여, Na2O 단독 첨가 산화물이나 F(예를 들어 CaF2) 단독 첨가 산화물은 1200℃를 넘는 고온이 아니면 용융 개시하지 않는다. 즉, Na와 F를 공존시킴으로써, 매우 낮은 융점을 실현할 수 있다.
이 1200℃ 이하라는 융점은 연속 주조된 주편의 브레이크다운 공정의 분괴 압연(1150 내지 1300℃)뿐만 아니라, 선재 압연 온도(1000 내지 1200℃)에도 가까운 온도이다. 종래, 개재물의 압연시의 연신은 주로 분괴 압연 공정에서 일어나는 것으로 생각되어왔다. 그러나, 개재물 중에 Na와 F가 공존하는 경우에는 분괴 압연 공정 뿐만 아니라, 선재 압연 공정에 있어서도 개재물은 연신한다. 따라서, Na와 F를 공존시킴으로써, 개재물을 현격하게 미세화하는 것이 가능하다.
비금속 개재물 중에서는 그 조성에 따라서 여러 가지 결정상이 생성되는 포텐셜이 있으나, 실제로 결정상이 생성되고, 그것이 크게 성장하였을 경우에는 단선 등의 기점이 된다. 이에 대하여, NaF 분자를 첨가하면, 융점 저하, 점성 저하의 효과에 추가하여, 결정상의 생성을 현저하게 늦추는 효과가 있다. 그 결과, 단선 등의 기점이 감소하기 때문에 신선시의 단선율이 매우 낮아진다.
또한, Na 및 F의 개재물 연신성에 대한 효과는 개재물 중의 계산 NaF량에 의존하고, 계산 NaF량이 증대하면 연신성은 향상한다. 이 때, 계산 NaF량이란, Na와 F가 몰 비로 1:1로 결합하고 있다고 하였을 때의, 개재물 중의 NaF의 질량%를 말한다.
Na와 F의 밸런스가 나쁘고, 과잉의 Na나 F가 존재하는 경우, 개재물 연신성에 대한 효과는 거의 없다. 이 때문에, (%Na)와 (%F)가 몰 비로 1:1, 즉, 질량비로 1:0.83이 되도록 첨가하는 것이 좋다.
특허 문헌 8 내지 11에는 Na로 대표되는 알칼리 금속 산화물을 활용하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 어느 문헌에 있어서도, 실리케이트계의 다원계 개재물을 베이스로 하고, Na 및 F를 공존시키는 것에 대한 필요성은 언급하고 있지 않다. 즉, 문헌의 발명과 본 발명은 기술 사상이 다르다.
다음으로, 본 발명에 있어서, 산화물계 개재물을 구성하는 각 산화물의 함유율을 정한 이유 등을 설명한다.
먼저, 강 중의 전체 산소량의 한정 이유에 대하여 설명한다. 전체 산소량이 30 ppm을 초과하는 선재에서는 비금속 개재물의 양이 많아져서 엄격한 용도에 사용되는 가공재에서는 단선 회피가 충분하지 않으므로 상한을 30 ppm로 하였다. 한편, Al나 Mg 등의 강력한 탈산재를 다량으로 사용하면, 16 ppm 미만의 전체 산소량으로 하는 것은 용이하지만, 본 발명의 선재에 있어서의 비금속 개재물의 조성 제어를 실시하려면, 16 ppm 이상의 전체 산소가 필요하다. 전체 산소량이 16 ppm 미만, 또는 30 ppm 초과가 되면, 다이스 수명이 극단적으로 나빠진다. 전체 산소량의 더 바람직한 범위는 17 내지 25 ppm이다.
다음으로, 본 발명에 있어서의 비금속 개재물의 조성과 형태의 제어에 대하여 설명한다.
본 발명의 강 선재는 선재 L 방향(길이 방향) 단면에 보이는 단경 0.5㎛ 이상, 장경 1.0㎛ 이상, 원 상당 지름(면 환산 지름)이 1㎛ 이상인 산화물계 비금속 개재물(사이즈 대상 개재물) 중에서, (%SiO2)=40 내지 95%, (%CaO)=0.5 내지 30%, (%Al2O3)=0.5 내지 30%, (%MgO)=0.5 내지 20%, (%MnO)=0.5 내지 10%를 만족하고, 또한 (%Na)=0.2 내지 7%, (%F)=0.17 내지 8%를 만족하는 개재물(조성 대상 개재물)이 개수 비율(조성 대상 개재물 개수/사이즈 대상 개재물 개수 × 100)로 80% 이상인 것을 특징으로 한다.
선재 L 단면에 있어서, 단경이 0.5㎛ 미만인 개재물은 원래의 사이즈가 작거나, 또는 압연 중에 변형하기 쉬운 개재물이다. 장경이 1.0㎛ 미만, 원 상당 지름이 1.0㎛ 미만인 개재물은 원래의 사이즈가 작은 개재물이다. 이 개재물들은 신선성이나 피로 특성의 악화 원인이 되기 어렵다.
이에, 본 발명에 있어서는 선재 L 방향 단면에 보이는 단경 0.5㎛ 이상, 장경 1.0㎛ 이상, 원 상당 지름이 1㎛ 이상인 산화물계 비금속 개재물을 평가 대상의 개재물로 하고 「사이즈 대상 개재물」이라 부르기로 하였다.
다음으로, 조성 대상 개재물에 대하여, 그 조성 범위의 한정 이유에 대하여 설명한다.
본 발명이 목적으로 하는 비금속 개재물의 연질화와 미세화를 위하여, 먼저 다원계에서의 산화물 조성의 조합이 필요하다. 산화물 조성의 기본은 SiO2-CaO-Al2O3-MgO-MnO의 5원계이며, 거기에 Na와 F를 동시에 함유함으로써 비로소 비금속 개재물의 연질화와 미세화의 효과가 발휘된다.
SiO2는 실리케이트 개재물의 기간을 이루는 중요한 산화물이다. (%SiO2)가 40% 미만이면 베이스의 다원계 개재물 그 자체가 실리케이트 개재물이 되지 않아, 본 발명의 효과를 발휘할 수 없다. (%SiO2)가 95%를 넘으면, 이미 다원계 개재물은 아니게 되어, 대형 SiO2에 의한 품질의 열화가 발생한다.
(%CaO)는 다원계 개재물화에 의한 융점 및 점성의 저하의 효과를 얻으려면 0.5% 이상으로 할 필요가 있다. (%CaO)가 30%를 넘으면, CaO 리치한 경질 개재물이 생성되어, 품질의 열화가 발생한다.
Al2O3는 적당량이면 개재물 연질화에 기여하지만, (%Al2O3)가 30%를 넘으면 경질의 Al2O3 개재물이 생성되어, 품질이 큰 폭으로 악화된다. (%Al2O3)가 0.5% 미만이면 다원계 개재물의 효과를 얻을 수 없다.
(%MgO)는 다원계 개재물에 의한 융점 및 점성의 저하의 효과를 얻으려면 0.5% 이상으로 할 필요가 있다. (%MgO)가 20%를 넘으면, 오리빈 또는 포스테나이트(2MgO·Al2O3) 등의 유해한 개재물이 생성된다.
(%MnO)는 다원계 개재물에 의한 융점 및 점성의 저하의 효과를 얻으려면 0.5% 이상으로 할 필요가 있다. (%MnO)가 10%를 넘으면, 실리케이트 개재물이 아니라, 스페사타이트(SiO2 -MnO-Al2O3) 개재물이 되어, Na 및 F 첨가의 효과가 발휘되지 않게 된다.
Na 및 F는 본 발명에 있어서 매우 중요한 성분이다. (%Na)가 0.2% 미만이면 개재물 연신성의 향상 효과는 없다. 한편, (%Na)가 7%를 넘으면 그 효과가 포화하는 동시에, Na 첨가시의 발진량이 급증하는 등의 문제가 발생한다. 좋기로는, 4% 미만이 좋다.
또한, (%F)가 0.17% 미만인 경우에는 개재물 연신성의 향상 효과는 없다. (%F)가 8%를 넘으면, 그 효과가 포화하는 동시에, 내화물 용손량이 급증하는 등의 폐해가 커진다. 또한, 전술한 바와 같이, Na 및 F는 개재물 중에서 NaF 분자가 되어 그 효과를 발휘하므로, 비금속 개재물 중의 Na와 F의 몰 비가 1:1, 즉, 질량비로 (%Na): (%F)가 1:0.83에 가깝게 되도록 첨가하는 것이 좋다.
또한, 선재 단면에 보이는 단경 0.5㎛ 이상, 장경 1.0㎛ 이상, 원 상당 지름이 1㎛ 이상인 산화물계 비금속 개재물(사이즈 대상 개재물)을 카운트하였을 때에, 사이즈 대상 개재물 중 상기의 조성을 만족하는 개재물(조성 대상 개재물)의 개수 비율(조성 대상 개재물 개수/사이즈 대상 개재물 개수 × 100)이 80% 이상인 것이 필요하다.
개수 비율이 80%를 밑도는 것은 Na+F에 의한 개재물 연신화의 효과를 향수하고 있지 않다는 것을 의미한다. 또한, 80%를 밑도는 것은, 예를 들면 MgO계나 Al2O3계의 경질 개재물 등의 다원계 개재물에 속하지 않는 조성의 개재가 일정량 존재하는 것을 의미하는 것으로, 그 결과, 신선성 및 신선 후의 피로 특성이 손상된다.
개재물의 사이즈를 규정한 이유는 신선성이나 피로 특성을 악화시키는 사이즈의 개재물만을 카운트하기 위한 것이다.
본 발명에 있어서는 강 중에 Na 및 F를 함께 첨가하고, 실리케이트계의 다원계 산화물계 개재물에 Na 및 F를 함께 함유시켜, 개재물의 조성을 제어함으로써, 우수한 신선성 및 신선 후의 피로 특성을 확보할 수 있다. 최근에는 강 선재를 더 세경으로 신선하는 용도가 증가하고 있고, 그러한 용도에 있어서, 본 발명의 고탄소강 선재는 특별히 우수한 성능을 발휘한다.
Na 및 F의 첨가 방법은 NaF 화합물로서 첨가하여도 좋고, Na, F를 따로 따로(예를 들어, Na2CO3와 CaF2 등) 첨가하는 것도 가능하다.
또한, F를 첨가할 때, 금속 Si와 동시에 첨가하면, SiF4가 생성되어 가스화하고, F의 수율이 악화되므로 피해야 하는 것이다.
비금속 개재물 중의 (%T. REM)(La, Ce, Nd 등의 희토류 원소의 합계의 함유량) 및 (%S)를 제어함으로써, 신선성을 한층 더 향상시킬 수 있다. 이 이유는 이하와 같다.
REM(La, Ce, Nd 등)은 S와의 친화력이 강하고, REM 옥시설파이드(REM2O2S)의 형태로 S를 고정하면서, 다원계 개재물 중에 들어간다. 이에 의하여, 강 중의 고용 S량을 저감할 수 있고, MnS의 석출을 억제한다. 강 중에 석출한 MnS는 신선 가공 중의 단선의 기점이 되는 경우가 있고, 이 석출을 억제함으로써, 신선성 및 신선 후의 피로 특성이 향상한다.
조성 대상 개재물의 (%T. REM)는 0.3 내지 1.0%, (%S)는 0.05 내지 0.2%의 범위에서 제어하는 것이 좋다. (%T. REM)이 0.3% 미만이면 S 고정 능력이 불충분하고, 1.0%를 넘으면 비금속 개재물 중의 REM 산화물 농도가 증가하여, 연신성이 충분히 개선되지 않는 경우가 있다. 또한, (%S)가 0.05% 미만이면 S 고정량이 너무 적어서 그 효과가 없고, 0.2%를 넘으면 비금속 개재물 중에 CaS 등이 생성되어, 연신성이 충분히 개선되지 않는 경우가 있다.
또한, MnS를 기점으로 하는 단선은 산화물계 비금속 개재물을 기점으로 하는 단선에 비하면 그 빈도는 적다. 따라서, 우선은 강 중 산화물계 비금속 개재물 조성을 적정하게 제어하는 것이 필요하다.
다음으로, 본 발명의 강의 성분 조성의 규정에 대하여 설명한다. 고탄소강 선재로서 사용되고 있는 JISG3502의 피아노 선재, JISG3506의 경강 선재, JISG3561의 밸브 스프링용 오일 템퍼선에는 이른바 킬드강이 사용되고 있다. 이 JIS 규격, 제조의 용이성 및 실용면을 고려하여, 본 발명에서는 다음과 같이 성분 범위를 규정한다.
즉, 질량%로, C: 0.5 내지 1.2%, Si: 0.15 내지 2.5%, Mn: 0.20 내지 0.9%, P: 0.025% 이하, S: 0.004 내지 0.025%, Al: 0.000005 내지 0.002%, Ca: 0.00001 내지 0.002%, Mg: 0.00001 내지 0.001%, Na: 0.000005 내지 0.001%, F: 0.000003 내지 0.001%를 함유하고, 필요에 따라서, Cr: 0.05 내지 1.0%, Ni: 0.05 내지 1.0%, Cu: 0.05 내지 1.0%, Ti: 0.001 내지 0.25%, V: 0.001 내지 0.25%, Nb: 0.001 내지 0.25%, Mo: 0.05 내지 1.0%, Co: 0.1 내지 2%의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 강이다.
또한, REM: 0.000005 내지 0.001%를 함유하면, 본 발명의 효과는 커진다. 또한, B: 0.0005 내지 0.002%를 첨가하면 한층 신선성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 강을 얻을 수 있다.
C는 강을 강화하는데 경제적이고, 유효한 원소이다. 경강선으로서 필요한 강도를 얻으려면 0.5% 이상이 필요하다. 그러나, 1.2%를 넘으면 강의 연성이 저하하여 취화하고, 2차 가공이 곤란해지기 때문에 1.2% 이하로 한다. 더 바람직한 C의 농도는 0.51 내지 1.1%이다.
Si와 Mn는 탈산과 개재물 조성 제어를 위하여 필요하고, Si: 0.15% 미만, Mn: 0.20% 미만에서는 효과가 없다. 또한, 강의 강화 원소로서도 유효하지만, Si가 2.5%, Mn가 0.9%를 넘으면 강이 취화한다. Si, Mn의 더 바람직한 범위는 각각 0.16 내지 2.3%, 0.25 내지 0.85%이다.
P는 고탄소강에 있어서, 신선 가공성을 열화시키고, 또한 신선 가공 후의 연성을 열화시킨다. 따라서, P의 함유량은 0.025% 이하로 할 필요가 있고, 0.020% 이하가 더 좋다.
S도, 신선 가공성을 열화시키고, 또한 신선 가공 후의 연성을 열화시킨다. 한편, 강재의 디스케일링성을 확보하려면 S 농도를 어느 정도 이상 확보할 필요가 있다. 따라서 S의 농도는 0.004 내지 0.025%, 좋기로는, 0.005 내지 0.020%로 한다.
Al은 본 발명의 개재물 조성에 영향을 미치는 원소이며, 너무 많아도 너무 적어도 소정의 개재물 조성은 얻을 수 없다. 따라서, Al의 농도는 0.000005 내지 0.002%, 좋기로는, 0.0002 내지 0.001%로 한다.
Ca도 본 발명의 개재물 조성에 영향을 미치는 원소이며, 너무 많아도 너무 적어도 소정의 개재물 조성을 얻을 수 없다. 따라서, Ca의 농도는 0.00001 내지 0.002%, 좋기로는, 0.000013 내지 0.0015%로 한다.
Mg도 본 발명의 개재물 조성에 영향을 주는 원소이며, 너무 많아도 너무 적어도 소정의 개재물 조성을 얻을 수 없다. 따라서, Mg의 농도는 0.00001 내지 0.001%, 좋기로는, 0.000011 내지 0.0008%로 한다.
또한, Na 및 F는 본 발명의 개재물 조성에 있어서 매우 중요한 성분이며, 강 중의 Na 및 F농도는 개재물 조성에 영향을 준다.
Na는 본 발명의 개재물 조성에 영향을 주는 원소이며, 너무 많아도 너무 적어도 소정의 개재물 조성을 얻을 수 없다. 따라서, Na의 농도는 0.000005 내지 0.001%, 좋기로는, 0.000007 내지 0.0005%로 한다.
F도 본 발명의 개재물 조성에 영향을 주는 원소이며, 너무 많아도 너무 적어도 소정의 개재물 조성을 얻을 수 없다. 따라서, F의 농도는 0.000003 내지 0.001%, 좋기로는, 0.000005 내지 0.0005%로 한다.
본 발명의 강은 추가로 이하의 성분을 함유하면 좋다.
Cr는 펄라이트 라멜라를 미세하게 하고, 강의 강도를 높이는 효과가 있다. 이 효과를 얻기 위하여 필요한 양은 0.05%이고, 그 이상의 첨가가 좋다. 그러나, 1.0%를 넘어 첨가하였을 경우, 연성을 저해하므로, 상한은 1.0%로 한다.
Ni도 Cr과 동일한 효과에 의하여 강을 강화한다. 그 효과를 얻으려면 0.05% 이상의 첨가가 좋다. 1.0%를 넘어 첨가하였을 경우, 연성이 저하하므로, 상한은 1.0% 이하로 한다.
Cu는 와이어의 스케일 특성 및 부식 피로 특성을 향상시키는 효과가 있다. 그 효과를 얻으려면 0.05% 이상의 첨가가 좋다. 1.0%를 넘어 첨가하였을 경우, 연성이 저하하므로, 상한은 1.0% 이하로 한다.
Ti, Nb, V는 석출 강화에 의하여 선재의 강도를 높이는 효과가 있다. 모두 0.001% 미만에서는 효과가 없고, 0.25%를 넘으면 석출 취화를 일으킨다. 따라서, 그 함유량은 0.001 내지 0.25%로 한다. 또한, 이들 원소는 패턴팅시의 γ 입자 사이즈를 작게 하기 위하여도 첨가하는 것이 유효하다.
Mo는 강의 담금질성을 향상시키는 원소이다. 본 발명의 경우, 그 첨가에 의하여 강의 강도를 높일 수 있지만, 과도한 양의 첨가는 강을 과잉으로 경화시켜, 가공을 곤란으로 한다. 따라서, Mo 첨가 범위는 0.05 내지 1.0%로 한다.
Co는 0.1 내지 2% 함유함으로써, 과공석강의 초석 세멘타이트의 생성을 억제하는 효과에 의하여, 연성이 향상한다.
B는 강의 담금질성을 향상시키는 동시에, 고용 상태에서 오스테나이트 중에 존재하는 경우, 입계에 농화하여 페라이트, 의사 펄라이트, 베이나이트 등의 비펄라이트 석출의 생성을 억제하고, 신선성을 향상시킨다. 첨가량이 너무 적으면, 이 효과를 얻을 수 없기 때문에, 하한을 0.0005%로 한다. 한편, 너무 많이 첨가하면 오스테나이트 중에 있어서 조대한 Fe3(CB)6 탄화물의 석출을 촉진하여, 신선성에 악영향을 미친다. 따라서 상한을 0.002%로 한다.
REM는 본 발명의 개재물 조성에 영향을 주는 원소이다. REM이 너무 많아도 너무 적어도, 신선성을 한층 더 향상시키기 위한 소정의 개재물 조성을 얻을 수 없기 때문에, 0.000005 내지 0.001%로 한다.
다음으로, 본 발명의 고탄소강 선재의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 강은 전로 또는 전로에서의 정련을 완료한 용강을 레이들에 출강 한 후, 간이 레이들 정련에 의하여 용제할 수 있다. 간이 레이들 정련으로서는, 비특허 문헌 1에 기재되어 있는 CAB(캡드 아르곤 버블링), SAB(쉴드 아르곤 버블링), CAS(SAB에 의한 성분 조정)를 사용할 수 있다.
강 중의 전체 산소량을 30 ppm 이하로 하려면, 출강시에 전로로부터 레이들에 유출되는 전로 슬래그의 혼입을 극도로 억제한 후, 간이 레이들 정련의 진정 시간(레이들 정련 후, 연속 주조 개시까지의 시간)을 20 내지 40분 정도 확보하고, 산화물의 부상 분리를 촉진하는 것이 유효하다. 또한, 레이들과 턴디쉬의 사이, 턴디쉬와 연속 주조 주형의 사이에 있어서의 용강의 공기 산화를 방지하는 것도 유효하다.
한편, 강 중의 전체 산소량을 16 ppm 이상으로 하려면 강탈산 원소인 Al이나 Mg을 극도로 강 중에 첨가하지 않고, Ti에 대하여도 필요 최소한의 첨가에 그치는 동시에, 간이 레이들 정련의 처리를 장시간 실시하지 않음으로써 실현될 수 있다.
구체적으로는 합성 슬래그의 용해와 용강과의 교반, 2차 탈산과 성분 미조정 및 용강 온도 조정, 레이들 중의 아르곤 버블링으로, 25 내지 40분 정도로 한다. 그리고, 레이들 중의 아르곤 버블링에 의하여, 성분, 냉각재의 균일 혼합 및 개재물의 부상 분리를 꾀한다.
진공 탈가스 등의 본격적인 레이들 정련을 실시하면, 강 중의 전체 산소량이 16 ppm 미만이 될 가능성이 높아지므로 바람직하지 않다.
강 중의 사이즈 대상 개재물 중에서, (%Al2O3)가 30% 이하인 것을 개수 비율로 80% 이상으로 하려면, 강에 Al 혼입 방지를 시도할 필요가 있다. 탈산제로서 Al를 사용하지 않는 것은 물론, 출강시에 첨가하는 합금 철로서의 Fe-Si, Si-Mn에 대하여도 Al 함유량이 낮은 합금 철을 사용하면 좋다.
예를 들어, 통상의 Fe-Si는 1.5% 정도의 Al를 함유하고 있으나, Al 함유량이 0.01 내지 0.10% 정도인 저Al-Fe-Si를 매우 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 레이들 내화물로서 알루미나 함유량이 적은 내화물을 사용하는 것도, (%Al2O3)가 30% 이하인 개재물을 개수 비율로 80% 이상으로 하는데 있어서 유효하다.
또한, 강에 첨가하는 합금 철 중의 Al 또는 레이들이나 턴디쉬 내화물 중의 알루미나를 소스로 하여 약간의 Al 혼입은 반드시 있으므로, (%Al2O3)가 0.5% 이상의 개재물을, 개수 비율로 80% 이상으로 할 수 있다.
개재물 중의 (%CaO), (%SiO2)는 간이 레이들 정련에 있어서의 레이들 위의 슬래그 성분의 CaO, SiO2 함유량을 조정하는 동시에, 전술한 강 중의 전체 산소량을 30 ppm 이하로 하기 위한 제조 조건을 채용함으로써, 본 발명의 범위 내로 할 수 있다.
구체적으로는 레이들에 첨가하는 SiO2-CaO계의 합성 슬래그의 성분과 양을 조정함으로써, 레이들 위의 슬래그의 염기도(CaO/SiO2 질량비)를 조정한다. 레이들 위의 슬래그의 염기도가 0.9 내지 1.3이면 좋다. 또한, 강 중의 전체 산소량이 30 ppm 이하가 되는 제조 조건을 채용함으로써, 강 중의 Si 성분이 산화하는 것에 기인하는 개재물의 (%SiO2)가 증가하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 개재물의 (%MgO)를 0.5 내지 20%, (%MnO)를 0.5 내지 10%로 하는 점에 대하여는 내화물 중의 MgO원으로부터의 혼입, 강 중의 Mn의 산화 등에 기초하고, 통상의 강의 용제에 의하여, 본 발명의 범위 내로 할 수 있다.
개재물의 (%Na)=0.2 내지 7%, (%F)=0.17 내지 8%로 하는 점에 대하여는 전술한 바와 같이, 강 중에 Na 및 F를 함께 첨가함으로써, 개재물에 Na 및 F를 모두 본 발명의 범위 내에서 함유시킬 수 있다.
이 때, Na 및 F의 첨가 방법은 NaF 화합물로서 첨가하여도 좋고, Na, F를 따로 따로(예를 들어, Na2CO3와 CaF2 등) 첨가하는 것도 가능하다. 또한, F를 첨가할 때, 금속 Si와 동시에 첨가하면, SiF4가 생성되어 가스화하고, F의 수율이 악화되므로 피해야 한다.
개재물 중의 (%T. REM)를 0.3 내지 1.0%, (%S)를 0.05 내지 0.2%로 하려면, 강 중에 REM를 수ppm 상당분만큼 첨가하면 좋다. 강 중에 첨가한 REM는 강 중의 S와 반응하여 REM 옥시설파이드를 형성하여, 실리케이트계 개재물과 합체한다. 그 결과, 조성 대상 개재물 중에, 평균 농도로 (%T. REM)=0.3 내지 1.0%, (%S)=0.05 내지 0.2%를 함유시킬 수 있다.
실시예
본 실시예의 용제는 LD 전로에 의하여 실시하였다. LD 전로로부터 레이들에 출강함에 있어서, 이른바 다트형의 전로 슬래그 폐지 지그를 사용하여 미량 (50 mm 두께 이하)의 LD 슬래그 유출에 그쳤다.
또한, 출강시에, C, Si, Mn의 성분 조정을 위한 가탄재, Fe-Si, Fe-Mn, Si-Mn 등의 탈산 합금철을 첨가하였다. 탈산 합금철에는 Al나 Mg 등의 강력한 탈산 원소를 가능한 한 함유하지 않는 것을 사용하였다. 또한, 출강 중 또는 출강 후에, 레이들 바닥으로부터 아르곤을 불어넣었다.
수강 후의 레이들 내의 용강은 Si, Mn 등에 의하여 탈산된, 이른바 킬드강이다. 이 레이들을 용강 정련 실시 위치로 이동시킨 후, SiO2-CaO계의 합성 슬래그를 레이들 내에 첨가한 후에, 레이들 바닥으로부터 아르곤을 불어넣고, 레이들 내 용강을 교반하여, CAB 간이 레이들 정련을 실시하였다.
다음으로, 제2차 탈산재를 합금 철로서 용강 중에 첨가하였다. 제2차 탈산재는 금속 Ca, Al, Mg, Si 등을 포함하는 것이다. 필요에 따라서, Na, F, REM를 레이들 내의 용강 중에 첨가하였다. Na와 F를 함께 첨가하는 경우에는 NaF를, Na를 단독으로 첨가하는 경우에는 Na2CO3를, F를 단독으로 첨가하는 경우에는 CaF2를 첨가하였다. F를 첨가할 때, Si를 함유하는 합금이나, 제2차 탈산재의 첨가와는 다른 타이밍으로 첨가하였다.
제2차 탈산재를 첨가한 후, 추가적으로 성분 미조정을 실시하고, 레이들 용강 정련을 종료하였다. 레이들 용강 정련을 종료한 후, 강 중의 전체 산소량이 16 내지 30 ppm이 되도록 매우 적합한 진정 시간(20 내지 40분 정도)을 확보한 후, 연속 주조를 실시하였다. 용강은 레이들로부터 턴디쉬를 경유하여 연속 주조되지만, 그 때, 레이들에서 턴디쉬의 사이, 및 턴디쉬 내에서의 공기 산화를 극도로 억제하기 위하여, 비활성 가스에 의한 실링을 실시하였다. 얻은 주편에, 주편 가열로 경유 분괴, 강편 압연, 강편 정정을 실시한 후, 가열로를 경유하여 선재 압연에 의하여 5.5mmφ 선재를 제조하였다.
비금속 개재물의 개수 및 조성의 조사는 5.5mmφ 선재의 한 코일로부터 0.5 m 길이의 샘플을 잘라내고, L 방향(길이 방향)의 임의의 10개소로부터 길이 11 mm의 작은 샘플을 잘라내어, 각각 길이 방향의 중심선을 통과하는 종단면을 전면 조사함으로써 실시하였다. 비금속 개재물의 개수 및 조성은 단경 0.5㎛ 이상, 장경 1.0㎛ 이상, 원 상당 지름이 1㎛ 이상인 산화물계 비금속 개재물을 사이즈 대상 개재물로 하고, 개개의 개재물의 조성을 X선 분광법에 의하여 분석하였다.
사이즈 대상 개재물 중에서, 본 발명의 조성 범위에 들어가는 것을 조성 대상 개재물로 하고, 개수 비율(조성 대상 개재물 개수/사이즈 대상 개재물 개수 × 100)을 평가하였다. 또한, 사이즈 대상 개재물 모두의 평균 조성도 산출하였다. 다만 REM와 S에 대하여는 조성 대상 개재물의 평균 조성을 산출하였다.
그 후, 5.5mmφ 선재를 0.175mmφ 이하로 신선하고, 신선 특성 및 다이스 수명의 조사를 실시하였다. 신선 특성은 일정한 신선량에 대한 단선 빈도를 단선 지수로 하고, 단선 지수 5 이하를 양호로 하였다. 다이스 수명은 현행 공정재의 허용할 수 있는 최저 수명을 100으로 하고, 수명이 길어질수록 커지는 지수로서 평가하였다. 다이스 수명 지수 100 이상이 양호하다.
또한, 피로 특성을 평가하기 위하여, 0.175mmφ으로 신선한 선재에 대하여, 회전 피로 시험을 실시하였다. 회전 피로 시험에서는 응력을 여러 가지로 변화시켜, 파단할 때까지 반복 회수를 조사하였다. 반복 회수 100000회에서 절단하는 응력을 기계 시험의 장력의 계수로 보정하여, 응력 지수로서 평가하고, 응력 지수 15 이상을 양호로 하였다.
표 1 내지 4에 본 발명예와 비교예의 결과를 나타낸다. 본 발명 범위로부터 벗어나 있는 수치에 밑줄을 그었다.
Figure 112013062617291-pct00001
Figure 112013062617291-pct00002
Figure 112013062617291-pct00003
Figure 112013062617291-pct00004
본 발명예 No. 1 내지 24에 있어서는 모두 양호한 결과를 얻을 수 있었다. No. 8 내지 18은 Na, F 외에, REM를 첨가한 수준이지만, 이 경우에는 다이스 수명, 피로 특성이 향상되었다. 또한, No. 19 내지 24는 강에 B를 첨가한 수준이며, 더욱 다이스 수명, 피로 특성의 향상을 확인하였다.
다음으로, 비교예의 결과에 대하여 설명한다. No. 25는 Na 및 F를 첨가하지 않았던 경우, No. 26은 Na만을 단독 첨가한 경우, No. 27은 F만을 단독 첨가한 경우이다. 모두, 개재물의 개수 비율(조성 대상 개재물 개수/사이즈 대상 개재물 개수 × 100, 이하 「개재물 개수 비율」이라 한다)은 제로이며, 단선 지수, 다이스 수명, 피로 특성 모두 본 발명예에 비하여 악화되었다.
No. 28은 턴디쉬 내에서의 실링이 불충분하였기 때문에, 전체 산소량이 본 발명의 범위보다 높아진 경우이며, 개재물 개수가 많고, 다이스 수명, 피로 특성이 악화되었다.
No. 29 내지 32는 개재물 개수 비율이 80%를 밑도는 수준이다. No. 29는 Al2O3이나 MgO 함유량이 높은 내화물을 사용하였으므로, 개재물 중에 내화물 기인이라 생각되는 Al2O3계, MgO계의 개재물이 다수 존재하고 있다. 그 결과, 개재물 개수 비율이 밑돌아, 단선 지수, 다이스 수명, 피로 특성이 모두 악화되었다.
No. 30은 SiO2-CaO계의 합성 슬래그의 조성을 변화시킨 것에 의하여 비금속 개재물 중의 (%SiO2)가 저하하였기 때문에, 개재물 개수 비율이 밑돌아, 개재물 중에 일부 경질의 것이 출현하고, 단선 지수, 다이스 수명, 피로 특성이 모두 약간 악화되었다.
No. 31은 LD 슬래그 유출량이 약간 많고, 탈산 과정에서 조대한 SiO2 단독의 개재물이 출현하고, 비금속 개재물 중의 (%SiO2)가 증대하였다. 그 결과, 개재물 개수 비율이 밑돌아, 단선 지수, 피로 특성이 악화되었다.
No. 32는 탈산 합금으로서 저Al 합금철이 아니라, Al 농도가 높은 통상의 합금 철을 사용하고 있고, 비금속 개재물 중의 (%Al2O3)가 증대하였다. 그 결과, 개재물 개수 비율이 밑돌고, 경질의 Al2O3계 개재물이 다수 생성되어, 단선 지수, 다이스 수명, 피로 특성 모두 매우 나빴다.
No. 33은 강 중 S 농도가 높고, 비금속 개재물 중의 (%S)가 본 발명의 범위보다 높은 값이 되어, 단선 지수, 다이스 수명, 피로 특성이 악화되었다.
No. 34는 REM를 너무 첨가하였기 때문에, 비금속 개재물 중의 (%T. REM)이 본 발명의 범위보다 높은 값이 되어, 단선 지수, 다이스 수명, 피로 특성이 악화되었다.

Claims (5)

  1. 질량%로,
    C: 0.5 내지 1.2%,
    Si: 0.15 내지 2.5%,
    Mn: 0.20 내지 0.9%,
    P: 0.025% 이하,
    S: 0.004 내지 0.025%,
    Al: 0.000005 내지 0.002%,
    Ca: 0.00001 내지 0.002%,
    Mg: 0.00001 내지 0.001%,
    Na: 0.000005 내지 0.001%,
    F: 0.000003 내지 0.001%
    를 함유하고, 전체 산소량이 16 내지 30 ppm이며, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 고탄소강 선재로서,
    선재 L 방향 단면에 보이는 단경 0.5㎛ 이상, 장경 1.0㎛ 이상, 원 상당 지름(면 환산 지름)이 1㎛ 이상인 산화물계 비금속 개재물(이하 「사이즈 대상 개재물」이라 한다) 중에서, (%SiO2)=40 내지 95%, (%CaO)=0.5 내지 30%, (%Al2O3)=0.5 내지 30%, (%MgO)=0.5 내지 20%, (%MnO)=0.5 내지 10%를 만족하고, 또한 (%Na)=0.2 내지 7%, (%F)=0.17 내지 8%를 만족하는 개재물(이하 「조성 대상 개재물」이라 한다)의 개수 비율, 조성 대상 개재물 개수/사이즈 대상 개재물 개수 × 100이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 신선성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재.
    여기에서, (%SiO2), (%CaO), (%Al2O3), (%MgO), (%MnO), (%Na), (%F)는 각각 개재물 중의 SiO2, CaO, Al2O3, MgO, MnO, Na, F의 함유량 (질량%)이다.
  2. 제1항에 있어서, 추가로
    REM: 0.000005 내지 0.001%
    를 함유하고, 상기 조성 대상 개재물이, 평균 농도로, 또한 (%T. REM)=0.3 내지 1.0%, (%S)=0.05 내지 0.2%를 만족하는 것을 특징으로 하는 신선성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재.
    여기에서, (%T. REM), (%S)는 각각 개재물 중의 희토류 원소의 합계, S의 함유량 (질량%)이다.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가로
    B: 0.0005 내지 0.002%
    를 함유하는 것을 특징으로 하는 신선성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가로
    Cr: 0.05 내지 1.0%,
    Ni: 0.05 내지 1.0%,
    Cu: 0.05 내지 1.0%,
    Ti: 0.001 내지 0.25%,
    Nb: 0.001 내지 0.25%,
    V: 0.001 내지 0.25%,
    Mo: 0.05 내지 1.0%,
    Co: 0.1 내지 2%
    의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 신선성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재.
  5. 제3항에 있어서, 추가로, 
    Cr: 0.05 내지 1.0%,
    Ni: 0.05 내지 1.0%,
    Cu: 0.05 내지 1.0%,
    Ti: 0.001 내지 0.25%,
    Nb: 0.001 내지 0.25%,
    V: 0.001 내지 0.25%,
    Mo: 0.05 내지 1.0%,
    Co: 0.1 내지 2%
    의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 신선성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5971484B2 (ja) * 2013-07-26 2016-08-17 Jfeスチール株式会社 高炭素鋼の溶製方法
CN105438962B (zh) * 2015-12-31 2017-10-03 建峰索具有限公司 一种高强度钢丝绳浇铸索具
JP2017214652A (ja) * 2016-05-30 2017-12-07 株式会社フジクラ ガドリニウム線材、その製造方法、それを用いた金属被覆ガドリニウム線材、熱交換器及び磁気冷凍装置
BR112019017993A2 (pt) * 2017-03-24 2020-05-19 Nippon Steel Corp fio máquina e arame de aço plano
CN110760748B (zh) * 2018-07-27 2021-05-14 宝山钢铁股份有限公司 一种疲劳寿命优良的弹簧钢及其制造方法
CN109680121B (zh) * 2019-01-15 2020-10-23 北京科技大学 减少深拉拔切割钢丝中CaO-SiO2-Al2O3夹杂物的炼钢工艺
CN114075639A (zh) * 2020-08-20 2022-02-22 宝山钢铁股份有限公司 一种高强度高疲劳寿命缆索用钢、盘条及其制备方法
CN114657471B (zh) * 2022-03-27 2022-12-23 中天钢铁集团有限公司 一种低碳节能的≥2060MPa级桥梁缆索用盘条的生产方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6233094A (ja) * 1985-07-31 1987-02-13 Daido Steel Co Ltd 溶接用フラツクス入りワイヤ
JP2007197812A (ja) 2005-12-28 2007-08-09 Honda Motor Co Ltd 軟窒化非調質鋼部材
JP2007289965A (ja) 2006-04-20 2007-11-08 Kobe Steel Ltd ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ及び溶接方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS547252B2 (ko) 1973-10-29 1979-04-05
JPS5722969B2 (ko) 1973-11-26 1982-05-15
JPS5524961A (en) 1978-08-11 1980-02-22 Kawasaki Steel Corp Producing of very fine wire material
JPS565915A (en) 1979-06-29 1981-01-22 Nippon Steel Corp Production of steel for steel cord
JPS62130258A (ja) 1985-11-29 1987-06-12 Nippon Steel Corp 伸線性及び伸線後の耐疲労性に優れた高炭素鋼線材
JP2654099B2 (ja) * 1988-06-21 1997-09-17 株式会社神戸製鋼所 清浄鋼の製造方法
KR100408490B1 (ko) 1999-06-16 2003-12-03 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 신선성 및 신선 후 내피로성이 우수한 고탄소강 선재
JP3719131B2 (ja) 2000-11-27 2005-11-24 住友金属工業株式会社 疲労強度に優れたSi脱酸鋼およびその製造方法
KR100695371B1 (ko) * 2003-01-27 2007-03-16 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 고강도, 고인성 고탄소강 선재와 그 제조 방법
JP4423050B2 (ja) 2003-06-18 2010-03-03 株式会社神戸製鋼所 疲労強度および冷間加工性に優れた高清浄度鋼
JP4315825B2 (ja) 2003-06-18 2009-08-19 株式会社神戸製鋼所 疲労特性に優れた高清浄ばね用鋼線
BRPI0702892B1 (pt) * 2006-06-01 2014-11-18 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Fio máquina de aço
WO2008081673A1 (ja) * 2006-12-28 2008-07-10 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho 疲労特性に優れたSiキルド鋼線材およびばね
KR101168480B1 (ko) * 2006-12-28 2012-07-26 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 Si 킬드강 선재 및 스프링
US8900381B2 (en) * 2007-11-19 2014-12-02 Kobe Steel, Ltd. Spring steel and spring superior in fatigue properties
JP2009174033A (ja) * 2008-01-28 2009-08-06 Kobe Steel Ltd 被削性に優れた機械構造用鋼

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6233094A (ja) * 1985-07-31 1987-02-13 Daido Steel Co Ltd 溶接用フラツクス入りワイヤ
JP2007197812A (ja) 2005-12-28 2007-08-09 Honda Motor Co Ltd 軟窒化非調質鋼部材
JP2007289965A (ja) 2006-04-20 2007-11-08 Kobe Steel Ltd ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ及び溶接方法

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