KR101372651B1 - 저온인성이 우수한 고강도 강선용 선재, 강선 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온인성이 우수한 고강도 신선재용 선재, 저온인성이 우수한 고강도 신선재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극한지 등에서 사용될 가능성이 갈수록 높아지는 강선의 저온인성을 개량할 수 있는 선재, 상기 조건의 선재로부터 제조되어 강도와 인성이 우수한 강선 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 고강도 선재는 중량%로, C: 0.9~1.0%, Mn: 0.2~0.5%, Si: 0.5~1.0%, Cr: 0.1~0.5%, Nb: 0.01~0.1%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

저온인성이 우수한 고강도 강선용 선재, 강선 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH STEEL WIRE ROD AND STEEL WIRE HAVING GOOD LOW-TEMPERATURE TOUGHNESS, HIGH STRENGTH WIRE HAVING GOOD LOW-TEMPERATURE TOUGHNESS AND PRODUCING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 저온인성이 우수한 고강도 신선재(강선)용 선재, 저온인성이 우수한 고강도 신선재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극한지 등에서 사용될 가능성이 갈수록 높아지는 강선의 저온인성을 개량할 수 있는 선재, 상기 조건의 선재로부터 제조되어 강도와 인성이 우수한 강선 및 그 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 교량용 강선, 앵커 로프 등과 같은 강선에는 고강도, 우수한 비틀림 등의 특성이 요구된다.

즉, 상기 교량용 강선, 앵커 로프 등은 소재의 단면적에 비하여 매우 큰 중량물을 지탱하는 역할을 하기 때문에, 높은 강도가 필수적으로 요구된다. 특히, 산업화가 진행됨에 따라 소재강도의 향상에 대한 요구가 지속적으로 증가할 뿐만 아니라, 환경보호 차원에서도 경량화 소재재에 대한 요구가 증가되고 있어 강선의 강도 향상은 지속적으로 해결해야 할 문제이다.

강선의 고강도화는 1960년대 Embury와 Fisher가 제안한 것처럼 1) 원료가 되는 선재를 고강도화하는 방법, 2) 신선가공 등의 가공에 의해 가공경화를 도모하는 방법 등에 의해 구현되고 있다. 그러나, 강선은 꼬임가공(예를 들면 케이블링이나 스트랜딩 가공 등)에 의해 제조되는 경우가 많은데, 따라서, 고강도화 뿐만 아니라 이때 필요한 비틀림 특성도 동시에 만족시키는 선재의 개발이 요구되고 있다.

또한, 현재까지 고강도 선재에 요구되는 특성은 상술한 정도의 고강도와 비틀림 특성 정도이었으나, 고강도 선재가 사용되는 교량의 건설 등이 점차 북유럽, 북미, 시베리아 등과 같은 한랭지로 확대되는 추세에 따라 저온에서 취성파괴가 일어나지 않도록 우수한 저온인성을 가지는 강선의 개발이 필요한 실정이나, 아직까지 강선의 저온인성 향상에 관한 기술은 아직 초기단계에 불과한 것으로서 기술적 수요를 충족할 만한 수준에는 도달하지 못하고 있다.

본 발명의 일측면에 따르면, 저온인성이 우수한 고강도 강선용 선재가 제공된다.

본 발명의 또 한가지 측면에 따르면, 저온인성이 우수한 고강도 강선이 제공된다.

본 발명의 또한가지 바람직한 측면에 따르면 상술한 본 발명의 유리한 소재를 제공하는 방법이 제공된다.

본 발명의 일측면에 따른 고강도 선재는 중량%로, C: 0.9~1.0%, Mn: 0.2~0.5%, Si: 0.5~1.0%, Cr: 0.1~0.5%, Nb: 0.01~0.1%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지는 것을 특징으로 한다.

이때, 면적분율로 펄라이트 조직을 95% 이상 포함하는 내부조직을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 선재의 내부조직은 구오스테나이트 평균결정립크기가 15㎛ 이하, 콜로니 크기가 5.5㎛ 이하인 것이 유리하다.

본 발명의 또한가지 측면에 따른 강선은 중량%로, C: 0.9~1.0%, Mn: 0.2~0.5%, Si: 0.5~1.0%, Cr: 0.1~0.5%, Nb: 0.01~0.1%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지고, 펄라이트 조직을 이루는 페라이트의 내부 도는 페라이트와 세멘타이트의 경계에 평균크기 80nm 이하의 석출물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또한가지 측면에 따른 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.9~1.0%, Mn: 0.2~0.5%, Si: 0.5~1.0%, Cr: 0.1~0.5%, Nb: 0.01~0.1%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지는 강편을 1150~1250℃의 온도로 가열하는 단계; 상기 가열된 강편을 1150℃ 이상의 온도에서 압연하여 선재를 얻는 단계; 및 상기 선재를 냉각하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 선재를 냉각하는 단계의 냉각속도는 10~20℃/s인 것이 바람직하다.

본 발명의 또한가지 바람직한 측면에 따른 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.9~1.0%, Mn: 0.2~0.5%, Si: 0.5~1.0%, Cr: 0.1~0.5%, Nb: 0.01~0.1%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지는 강편을 1150~1250℃의 온도로 가열하는 단계; 상기 가열된 강편을 1150℃ 이상의 온도에서 압연하여 선재를 얻는 단계; 상기 선재를 냉각하는 단계; 상기 냉각된 선재를 1150~1250℃의 온도로 가열하는 단계; 상기 가열된 선재를 1~10℃/s의 냉각속도로 1차 냉각하는 단계; 상기 1차 냉각된 선재를 30~40℃/s의 냉각속도로 2차 냉각하는 단계; 및 상기 냉각된 선재를 신선가공하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 선재를 냉각하는 단계의 냉각속도는 10~20℃/s인 것이 바람직하다.

또한, 상기 1차 냉각은 1050~1150℃의 온도까지 실시하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 2차 냉각은 560~600℃의 온도까지 실시하는 것이 유리하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 한가지 측면에 따른 선재와 강선은 강도가 우수할 뿐만 아니라 우수한 저온인성을 가져서 한랭지 등에서도 파괴 없이 사용될 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 발명재의 시편을 레플리카 방법으로 준비한 후 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 관찰한 조직사진,
도 2는 비교재3의 신선시 파단이 일어난 부위를 관찰한 전자현미경사진, 그리고
도 3은 발명재와 비교재의 저온인성 변화를 비교한 그래프이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

상술한 바와 같이 강선의 강도를 증가시키는 방법으로서는 1) 원료가 되는 선재를 고강도화하는 방법, 2) 신선가공 등의 가공에 의해 가공경화를 도모하는 방법 등을 들 수 있다. 그런데, 선재 자체의 강도 증가는 강선의 강도를 효율적으로 증가시킬 수는 있으나, 그에 반하여 소재의 연성이 감소하기 때문에 신선가공시 신선한계가 조기에 나타날 수 있다. 따라서, 현재는 상술한 두가지 방법을 적절히 절충하여 동시에 사용하는 방법이 많이 이용되고 있다.

또한, 비틀림 특성은, 비틀림 응력을 인가하였을 때, 소재가 한계에 도달함으로써 소재의 길이 방향을 따라 나선형으로 파괴가 전파되는 딜라미네이션(delamination) 현상에 관한 것으로서, 소재(강선 등)가 특히 교량용 케이블, 넵튠 와이어, 와이어 로프 등으로 사용되는 경우 그 용도상 여러 가닥이 꼬아지는 케이블링 또는 스트랜딩 공정을 필수적으로 거치기 때문에 이러한 특성은 중요하다. 이러한 현상은 신선가공량이 크게 인가될 때, 큰 변형이 세멘타이트와 페라이트 계면 또는 세멘타이트에 작용하며, 연성이 큰 페라이트 분율 또한 큰 폭으로 감소하기 때문이다. 따라서, 비틀림 특성까지 감안한다면 신선 가공량을 증가시키는 것 보다는 선재 자체의 강도를 증가시키는 방법이 보다 유력하다.

종래에는 교량용 강선, 앵커 로프 등의 선재 및 강선의 강도를 확보하기 위하여 1) C 함량 증가 2) Si, Mn 등의 함량 증가, 3) Cr, V 등의 함량을 증가시켜왔다. 이 중 C, Cr은 함량 대비 강도를 효과적으로 증가시킬 수 있는 원소로 적은 양으로 동등 또는 더 높은 급(grade)으로 강도를 향상시킬 수 있는 원소이다. 그러나 이러한 합금 원소의 첨가는 강도는 향상시킬 수는 있지만 페라이트 자체 연성 감소 또는 소재 자체의 연성을 상대적으로 낮추기 때문에 신선 한계가 낮아질 가능성이 크다. 또한, 현재까지 교량용 강선, 앵커 로프 등의 대경 선재 개발시 상대적으로 신선 가공량이 많은 타이어 코드, warpping wire등에 적용했던 고용강화, 가공경화 등이 적용되었으나, 이들 대경선재는 신선가공량이 80-85%로 낮기 때문에 석출 강화원소 첨가를 통한 강도 증가가 가능하고 또한 저온 인성이 우수한 선재, 신선재 개발이 가능함에도 이에 대한 연구는 미비한 실정이다.

본 발명의 발명자들의 연구결과에 따르면, 소재의 강도를 증가시키기 위해서는 석출강화 현상을 적극적으로 이용하고 소재가 미세한 결정립을 가질 것이 필요하다. 그런데, 미세한 결정립을 가지기 위해서는 압연시에 압하하더라도 내부조직이 재결정되지 않아서 압하의 효과가 그대로 잔존하도록 하는 것이 필요하나, 통상의 조성을 가지고는 압연시 내부조직이 재결정되어 버려 결정립 미세화의 효과를 거둘 수 없다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 일구현례는 소재의 성분계를 변경함으로써 비교적 낮은 온도에서도 조직이 재결정되지 않아서 결정립 미세화 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 선재에 유효하게 존재하는 석출물 형성원소에 의해 이후 강선단계의 강도를 더욱 향상시킬 수 있는 방안을 제공한다. 이하, 본 발명의 일구현례에 따른 선재 및 강선의 유리한 조성에 대하여 설명한다. 이하, 하기하는 각 원소의 함량은 중량% 단위임에 유의할 필요가 있다.

탄소 (C) : 0.9~1.0%

C는 고탄소강 선재에서 대부분 세멘타이트의 형태로 존재한다. 세멘타이트는 페라이트와 함께 층상 펄라이트를 형성하는데 페라이트에 비하여 고강도이므로 세멘타이트 분율이 증가할수록 선재의 강도는 증가하게 된다. 또한, C 함량을 증가시키면 세멘타이트 분율이 증가하고 층상간격이 미세해지므로 선재의 강도를 증가시키는데 매우 효과적이다. 따라서, 상기 C 함량은 0.9% 이상은 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, C 함량이 과다할 때는 중심 편석을 피하기 힘들고, 초석 세멘타이트가 발생하기 때문에 C 함량은 1.0% 이하인 것이 바람직하다.

망간 (Mn) : 0.2~0.5%

Mn은 기지 조직내에 고용체를 형성하여 고용 강화하는 원소로 매우 유용한 원소이나, 펄라이트 변태를 지연시키기 때문에 느린 냉각속도에서도 미세 펄라이트를 형성시킬 수 있도록 Mn양이 결정되어야 한다. 즉, 충분한 강도를 얻기 위해서는 0.2%이상 첨가할 필요가 있다. 다만, 0.5%를 초과하는 경우 Mn 편석이 발생하여 저온조직이 발생하는데, 이는 신선시 파단으로 이어지므로 Mn의 함랑은 0.2-0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

규소 (Si) : 0.5~1.0%

Si는 페라이트 기지 내 고용되어 고용강화의 효과를 발휘하여 강도를 증가시키는 효과가 있다. 따라서, 상기 Si 함량은 0.5% 이상인 것이 바람직하다. 다만, Si가 과다하게 포함될 경우에는 페라이트를 크게 경화시키므로 상기 Si의 상한은 1.0%로 정하는 것이 바람직하다.

크롬 (Cr) : 0.1~0.5%

Cr는 C, V 다음으로 강도를 크게 증가시키는 원소로, 세멘타이트 두께를 감소시키고, 펄라이트 조직을 미세화시킨다. 이는 Cr이 세멘타이트 내 일반형자리(general site)에 쉽게 위치할 수 있는 치환형 원소이기 때문이다. 상기 효과를 위해서는 상기 Cr이 0.1% 이상으로 첨가되어야 하나, 0.5%을 초과하여 첨가시 펄라이트 변태가 종료되기까지의 시간이 길어지고, 열간 압연 후 선재의 중심부에 마르텐사이트 또는 베이나이트 등의 저온조직이 생성되기 때문에 신선 가공중 단선 발생 빈도가 증가한다.

나이오비움 (Nb) : 0.01~0.1%

본 발명에서 Nb는 오스테나이트 재결정 온도를 향상시키는 역할을 한다. 즉, 오스테나이트 재결정 온도가 상승되면 오스테나이트 미재결정 온도영역이 넓어지거나 또는 상승하여, 선재 압연시 오스테나이트가 재결정되지 않는 효과를 얻을 수 있다. 오스테나이트가 재결정되지 않는 미재결정 온도영역에서 실시하는 압연은 오스테나이트 결정립 형상을 좌우로 연신된 듯한 팬케이크 타입으로 만들며 이는 결정립을 미세화시키는 역할을 한다. 이러한 오스테나이트 재결정온도 영역 상승효과를 얻기 위해서는 상기 Nb는 0.01% 이상일 필요가 있다. 다만,0.1%를 초과하여 첨가하면 만일, 신선시 절단이 발생한 경우 신선된 강선간 용접이 안되는 문제가 발생한다. 또한, Nb은 응고 편석하기 쉬운 원소이기 때문에 조대한 NbC의 생성을 확실하게 방지하기 위해서라도 Nb의 함유량을 0.1% 이하로 하는 것이 바람직하다. 따라서 Nb의 함유량은 0.01-0.1%로 정하는 것이 바람직하다.

상술한 성분 외에 철강제조과정에서 첨가되는 불순물이 추가로 포함될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구라도 알 수 있는 사실이다.

따라서, 본 발명의 일측면에 따른 선재 또는 강선은 중량%로 C: 0.9~1.0%, Mn: 0.2~0.5%, Si: 0.5~1.0%, Cr: 0.1~0.5%, Nb: 0.01~0.1%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 또하나의 측면에 따르면 선재 또는 강선은 대부분이 펄라이트 조직이며 나머지 불순조직으로 이우러지는 내부조직을 가지는 것이 바람직하며, 그 중에서 선재 중의 펄라이트의 함량은 면적 분율로 95% 이상인 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에서는 선재 또는 강선의 내부조직을 가급적 펄라이트로 유지하도록 하며, 그 비율은 100%까지도 가능하다. 다만, 조직 제어상 다소의 불순조직은 포함될 수 있으며, 선재의 경우에는 그 함량은 면적분율로 5% 까지는 허용할 수 있는 것이다. 여기서 상기 불순 조직은 초석 페라이트 및 초석 세멘타이트 중 1 종 이상인 것이 바람직하다.

상술한 펄라이트 조직은 강재의 강도를 확보하기에 유리한 조직으로서, 본 발명의 한가지 측면에 따른 선재의 인장강도를 1370MPa 이상, 단면감소율을 40% 이상으로 확보할 수 있으며, 이러한 선재는 이후 신선 가공 등의 추가과정을 통하여 강선으로 제조된 이후에도 강도가 우수하게 될 수 있다.

또한, 본 발명의 또다른 한가지 측면에 따른 선재의 내부조직은 구오스테나이트 평균결정립크기가 15㎛ 이하, 콜로니 크기가 5.5㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이는 이후 강선 상태에서 충분한 강도와 저온인성을 가지기 위함이다.

또한, 본 발명의 바람직한 또한가지 측면에 따른 강선은, 펄라이트 조직을 이루는 페라이트 기지내 또는 페라이트와 세멘타이트의 계면에 평균입도(원상당직경) 80nm 이하의 크기를 가지는 NbC가 포함되는 것이 바람직하다. 이러한 NbC계 석출물은 조직을 강화하여 강도를 더욱 향상시키는 역할을 한다. 다만, 입도가 너무 클 경우에는 오히려 강재의 물성에 악영향을 미치므로 바람직하지 않다. 석출물의 입도는 작을수록 유리하므로 본 발명에서 특별히 제한하지는 않으나, 현실적으로는 20nm 이상의 입도를 가지고 석출되는 것이 일반적이다.

상술한 유리한 특성을 가지는 선재와 강선은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구라도 상술한 특성을 감안하여 제조할 수 있다. 다만, 보다 바람직한 한가지 구현례를 설명한다면 다음과 같다.

본 구현례에서는 상기 본 발명의 유리한 조성을 가지는 강편(예를 들면, 빌렛이나 블룸)를 가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 압연하여 선재를 제조하는 단계; 및 상기 선재를 냉각하는 단계를 통하여 선재를 얻는다. 상기 각 단계의 구체적인 조건은 다음과 같다.

상기 강편의 가열은 1150~1250℃에서 실시하는 것이 바람직하다. 상기 온도 범위에서 강편의 가열을 행함으로써 압연시 오스테나이트 단상을 유지하고, 오스테나이트 결정립의 조대화를 방지할 수 있으며, 잔존하는 편석, 탄화물 및 개재물을 효과적으로 용해할 수 있다. 상기 강편의 가열온도가 1150℃ 이하일 경우 미리 존재하고 있던 NbC가 용해되어 없어지지 않으며, 오히려 상기 석출물이 조대하게 성장하여 선재 물성에 악영향을 미친다. 반면 1250℃ 이상으로 유지될 경우 NbC는 제거되지만, 오스테나이트 결정립이 조대힌 크기로 성장하여 상기 효과를 얻기 곤란할 수 있다.

이후, 상기 강편을 1150℃ 이상으로 압연하여 선재로 제조하며, 상기 압연온도가 그 이하로 관리될 경우 NbC이 압연 중 오스테나이트 기지내에 존재하게 되고 압연되는 과정에서 조대한 석출물로 성장할 가능성이 있다. 압연온도의 상한은 굳이 지정하지 않는다. 이는 압연온도의 상한이 가열온도에 의해 규정되기 때문이다. 강편을 압연하면 비로소 선재의 형태가 얻어진다.

이후의 냉각단계에서는 압연된 선재의 냉각을 10~20℃/s의 속도, 바람직하게는 10~13℃/s의 속도로 행하는 것이 바람직하다. 냉각속도가 너무 클 경우에는 마르텐사이트 등의 저온조직이 발생하여 강도 등의 기타 물성을 확보하기 어려울 수 있으며, 상기 냉각속도 미만인 경우에는 초석 세멘타이트 또는 초석 페라이트가 조직내 형성될 수 있다.

상술한 본 발명의 바람직한 한가지 구현례에 의하여 선재를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 유리한 효과를 가지는 강선을 제조하는 또한가지 바람직한 구현례에 따르면, 본 발명의 한가지 구현례에 따른 선재는 하기하는 과정에 의하여 강선으로 제조될 수 있다.

즉, 강선의 제조방법의 한가지 바람직한 구현례는 본 발명의 구현례에 따른 선재 중 하나를 가열하여 오스테나이트화 하는 단계; 상기 오스테나이트화 한 선재를 1차 냉각하는 단계; 상기 1차 냉각된 선재를 2차 냉각하는 단계; 및 상기 2차 냉각된 선재를 신선하는 단계를 포함한다. 이하, 각 단계별로 상세히 설명한다.

상기 선재를 가열하여 오스테나이트화 하는 단계의 가열온도는 1150~1250℃인 것이 바람직하다. 즉, 선재를 오스테나이트화 하는 것은 이후 냉각과정에서 변태를 유도할 뿐만 아니라, 석출물을 제어하기 위한 것으로서, 이를 위해서는 오스테나이트화하기 위한 가열온도가 1150℃ 이상이 될 필요가 있다. 다만, 가열온도가 너무 높을 경우에는 오스테나이트 결정립 크기가 조대화되기 때문에 얻고자 하는 강도치를 확보하지 못하므로 상기 가열온도는 1250℃ 이하가 될 필요가 있다.

이후, 선재를 1차 냉각하는 단계가 필요하다. 상기 1차 냉각은 미세한 NbC계 석출물을 형성시키기 위한 것으로서, 이러한 NbC는 석출강화에 의해 제조되는 강선의 강도를 증가시키고, 결정립을 미세화하는 작용을 한다. 이러한 NbC 석출은 1150℃ 이하가 되면 발생하므로 상기 1차 냉각후의 온도는 1150℃ 이하로 한정한다. 다만, 온도가 너무 낮을 경우에는 후술하는 2차 냉각에 의한 미세 펄라이트 생성 효과를 얻기 어려우므로 상기 1차 냉각온도는 1050℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 과다하게 빨리 냉각할 경우에는 석출물의 생성량이 부족하여 불리하므로 상기 1차 냉각식의 냉각속도는 10℃/s 이하가 되도록 하는 것이 바람직하며, 5℃/s 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 냉각속도가 너무 느릴 경우에는 시간이 과다하게 소요되므로 상기 냉각속도의 하한은 1℃/s로 하는 것이 보다 바람직하다.

상기 1차 냉각된 선재는 이후 2차 냉각된다. 2차 냉각은 급냉과정으로서 선재 내부에 미세한 펄라이트 조직이 생성되게 되는데, 상기한 미세조직은 이후 신선에 적합할 뿐만 아니라, 이후 얻어지는 강선의 저온인성 확보에도 유리하다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 상기 선재의 냉각속도를 30℃/s 이상으로 제한할 필요가 있다. 다만, 냉각속도의 상승에는 한계가 있을 수 있으므로 상기 냉각속도는 40℃/s 이하일 필요가 있다.

또한, 상기 2차 냉각은 500-650℃의 온도까지 냉각하는 것이 바람직하며, 500-600℃의 온도까지 냉각하는 것이 보다 바람직하다. 냉각정지온도가 너무 높을 경우에는 조대한 펄라이트가 형성되어 원하는 강도 등의 물성을 확보하기 어렵고, 반대로 너무 낮을 경우에는 상부 베이나이트 등의 저온조직이 형성되어 건식 신선시 파단이 일어나는 문제가 발생할 수 있다.

상술한 2차냉각은 일정한 온도, 바람직하게는 500-650℃의 납욕에 상기 1차 냉각된 선재를 침지하여 실시할 수 있다. 통상적으로는 이러한 과정을 납 패턴팅(Lead Patenting, LP)이라고 칭한다.

상기와 같이 2차 냉각된 선재는 이후 신선 등의 통상적인 강선 제조과정에 의하여 강선으로 제조될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 후술하는 실시예는 본발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

표 1에 기재된 조성을 갖는 강편을 주조한 뒤, 1250℃에서 2시간 동안 재가열한 다음 추출하고, 마무리 압연온도를 1150℃로 하여 압연하고, 10℃/s로 냉각하여 13mm의 직경을 갖는 선재를 얻었다.

이후, 상기 선재를 1200℃로 가열한 후 1100℃까지 5℃/s로 1차 냉각한 후 580℃까지 40℃/s로 2차 냉각하는 LP열처리를 실시하였으며 그 후 선경 5.32mm까지 총 83.2%의 감면량으로 신선함으로써 강선을 얻었다.

구분	C (중량%)	Si(중량%)	Mn(중량%)	Cr(중량%)	Nb(중량%)
비교재1	0.92	0.79	0.31	-	-
비교재2	0.93	0.80	0.29	0.19	-
발명재1	0.92	0.81	0.30	0.21	0.010
발명재2	0.91	0.78	0.28	0.19	0.031
발명재3	0.93	0.82	0.29	0.18	0.054
발명재4	0.9	0.81	0.31	0.21	0.072
비교재3	0.91	0.79	0.32	0.23	0.102

표 2에 각 선재의 구오스테나이트 결정립 크기와 콜로니의 평균크기를 제시하였다. 각 선재의 내부조직은 95면적% 이상이 펄라이트임을 확인할 수 있었다. 비교재1의 경우 평균 구오스테나이트 결정립 크기(PAGS)는 27㎛로 Cr이 첨가될 경우 이의 값은 18㎛로 감소한다. Nb가 첨가된 발명재1~5의 경우 그 함량이 0.01에서 0.1%로 증가할 경우 평균 구오스테나이트 결정립 크기는 15에서 9㎛까지 점차적으로 감소하는 경향을 보이며, 그 함량이 0.05이상 첨가될 경우 구오스테나이트 결정립 크기는 거의 감소하지 않는 포화값을 보인다. 평균 콜로니 크기 또한 이와 유사한 경향을 보이며, 약 3.5~4㎛까지 감소하는 것으로 확인되며, 1개의 오스테나이트 결정립 안에 3 또는 4개의 콜로니로 이루어진 것이 계산상으로 확인되었다. 안에 3 또는 4개의 콜로니로 이루어진 것이 계산상으로 확인되었다.

구분	평균PAGS (㎛)	평균 콜로니 (㎛)
비교재1	27	10.2
비교재2	18	7.6
발명재1	15	5.3
발명재2	11	3.9
발명재3	9.3	3.7
발명재4	9.1	3.8
비교재3	9.2	3.7

표 3에 선재(13 mmf)와 신선재 (5.32 mmf, 총 감면율 :83.2%)의 강도와 단면 감소율(RA, %)을 나타내었다. Nb이 첨가된 경우(발명재1-4, 비교재3)의 선재강도는 그렇지 않은 경우(비교재1,2)에 비해 높으며 특히, Nb가 0.10 %을 초과하여 첨가되는 경우(비교재3) 1400MPa 이상 강도치를 갖는다. 그러나 RA의 경우 Nb가 0.1% 이상 첨가될 경우 급격한 감소를 보인다. 강선(신선재)의 경우, Nb이 첨가된 발명재의 경우 1925MPa 이상값을 보이며, 특히 발명재4의 경우 1982MPa의 최고값을 나타내나. Nb가 0.1% 첨가된 비교재3의 경우 소재가 취성이 강하여 5.32mm의 직경을 갖는 강선을 제조하지 못하였다. 도 1은 레플리카 방법(TEM 시편을 준비하는 방법 중 하나로, 기본적으로 석출물만 채취하여 C 필름 등에 묻혀 이를 시편으로 함. 펄라이트 조직의 경우는 세멘타이트의 흔적도 C 필름에 전사가능하므로 펄라이트 조직의 크기를 유추할 수 있음)으로 발명재4의 시편을 준비한 후 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 관찰한 조직사진이다. 도 1에서 척도는 0.2㎛를 나타낸다. 도 1에서 검은선은 세멘타이트 상을, 회색은 페라이트 상을 나타내며, 페라이트와 세멘타이트 계면 또는 페라이트 기지 내에 검은 구형은 NbC 미세 석출물이다. N=50회 이상 측정 결과, NbC 석출물의 평균 크기는 20~80nm 범위인 것으로 확인되었다. 비교재3의 경우 신선시 파단이 발생하는데 이에 대한 이유로는 도 2에서 보이는 것처럼 입계를 따라 조대한 NbC 석출물들이 형성되었기 때문이다.

구분	선재		강선(직경 5.32 mm)
	TS	RA	TS	RA
비교재1	1237	35	1838	31
비교재2	1312	39	1902	35
발명재1	1331	40	1925	37
발명재2	1350	41	1941	38
발명재3	1372	44	1967	41
발명재4	1391	44	1982	42
비교재3	1405	15	신선 안됨	-

도 3에 비교재와 발명재로부터 제조된 강선의 저온 인성 변화를 나타내었다. 저온 인성 치를 확인하기 위하여 온도는 -80℃부터 +80℃까지로 정하였다. 비교재2, 발명재 1,3,4 모두 전 온도 구간에서 DBTT (ductile brittle transition temperature)가 존재하지 않았다. 발명재의 경우 비교재 2에 비해 높은 충격 흡수 에너지 값을 나타내고 있다. 이는 일반적으로 공석강과 같은 fiber 조직의 경우 우수한 저온 인성특성을 나타낸다는 기존 결과와 동일하다. Nb가 첨가된 강이 비교재에 비해 우수한 것은 평균 구오스테나이트 결정립도 감소에 따른 평균 콜로니 크기 감소 때문인 것으로 판단된다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 중량%로, C: 0.9~1.0%, Mn: 0.2~0.5%, Si: 0.5~1.0%, Cr: 0.1~0.5%, Nb: 0.01~0.1%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지는 강편을 1150~1250℃의 온도로 가열하는 단계;
   상기 가열된 강편을 1150℃ 이상의 온도에서 압연하여 선재를 얻는 단계;
   상기 선재를 냉각하는 단계;
   상기 냉각된 선재를 1150~1250℃의 온도로 가열하는 단계;
   상기 가열된 선재를 1~10℃/s의 냉각속도로 1차 냉각하는 단계;
   상기 1차 냉각된 선재를 30~40℃/s의 냉각속도로 2차 냉각하는 단계; 및
   상기 냉각된 선재를 신선가공하는 단계를 포함하는 저온인성이 우수한 고강도 강선의 제조방법.
   
8. 제 7 항에 있어서, 상기 선재를 냉각하는 단계의 냉각속도는 10~20℃/s인 저온인성이 우수한 고강도 강선의 제조방법.
   
9. 제 7 항에 있어서, 상기 1차 냉각은 1050~1150℃의 온도까지 실시하는 저온인성이 우수한 고강도 강선의 제조방법.
   
10. 제 7 항에 있어서, 상기 2차 냉각은 560~600℃의 온도까지 실시하는 저온인성이 우수한 고강도 강선의 제조방법.

Images