KR101465405B1 - 선재 및 그것을 사용한 강선 및 강편 - Google Patents

Abstract

이 선재는 상기 선재의 표면으로부터 동심원 형상으로 내부를 향해 형성되어, 상기 선재의 횡단면의 단면적에 대한 단면적비로 13％ 이상 56％ 이하의 영역을 영역 I로 하고, 상기 선재의 중심축을 중심으로 동심원 형상으로 확장되어, 상기 선재의 상기 단면적에 대한 단면적비로 3％ 이상 11％ 이하의 영역을, 영역 Ⅲ으로 하고, 상기 영역 I과 상기 영역 Ⅲ 사이의 영역을 영역 Ⅱ로 했을 때, 상기 영역 I은 상기 선재의 평균 C 농도에 대한 C 편석도가 0.75 이상 0.95 이하의 제1 부편석부이고, 상기 영역 Ⅱ는 상기 C 편석도가 1.00 이상 1.10 이하의 정편석부이고, 상기 영역 Ⅲ은 상기 C 편석도가 0.80 이상 0.95 이하의 제2 부편석부이고; 상기 선재는 상기 표면으로부터, 순서대로 상기 제1 부편석부, 상기 정편석부, 상기 제2 부편석부인 샌드위치 구조를 갖는다.

Description

선재 및 그것을 사용한 강선 및 강편 {WIRE ROD, STEEL WIRE USING SAME, AND BILLET}

본 발명은 고강도 와이어 로프, 해저 유전 굴삭 플랫폼의 계류색용 와이어 로프, 교량용 PWS(조립식 평행 스트랜드), 고강도 PC 연선 등의 분야에서 사용하는 고강도 강선의 소재가 되는 선재에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이 선재로 제조되는 강선과, 이 강선의 제조에 사용할 수 있는 강편에 관한 것이다.

본원은 2012년 4월 10일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2012-089220호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

상기한 분야에 사용되는 강선은 고강도(예를 들어, 인장 강도로 2000㎫ 이상)가 요구된다. 이와 같은 고강도가 요구되는 강선에 사용되는 선재에서는 중심 편석부에 존재하는 마이크로 마르텐사이트에 의해, 마이크로 보이드의 생성이 조장되는 경우가 있다.

이 마이크로 보이드는 그 후의 신선(wire drawing) 가공 시에 셰브런 크랙(소재 중심 부근에 발생하는 공동 결함의 1종)의 기점이 되어, 단선이나 강도 부족을 일으키는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 특허문헌 1에는 매크로 편석부를 형성하는 편석 피크에 주목하고, 균열 확산 처리를 실시하여 편석 피크를 임계 농도 이하로 컨트롤하는 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 1에 기재된 편석 피크의 컨트롤법에서는, 고강도화를 위해 탄소 함유량이 증가하는 것에 따라서, 중심부의 매크로 편석 입경의 피크값 높이를 감소시키기 위한 균열 확산 처리 등의 공정에 필요로 하는 시간이 길어진다. 그로 인해, 제조 비용의 상승 등 경제면에서의 단점을 초래하게 된다.

또한, 다른 방법으로서, 특허문헌 2에는 주조 시에 연속적으로 단압하면서 중심부의 편석을 저감시키는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 2에 개시된 기술에서는 주조 시에 연속적으로 단압하면서 중심부의 편석을 저감시키는 경우, 이상적인 단압 효과를 발휘하기 위해서는, 크레이터 엔드 포인트(주조편 내부의 고액 경계선의 말단)를 높은 정밀도로 예측하는 것이 불가결이다. 주조 시의 제조 조건이 미묘하게 어긋나 있는 경우에는, 크레이터 엔드 포인트가 단압 포인트에 대해 전후할 우려가 발생한다.

크레이터 엔드 포인트와 단압 포인트의 어긋남은 중심 편석부의 악화를 초래하는 경우가 있다. 그로 인해, 특허문헌 2의 기술에서는, 중심부의 편석을 개선하는 효과가 얻어지지 않고 악화시키는 경우가 있다.

또한, 특허문헌 2와 같은 연속적으로 단압하면서 중심부의 편석을 저감시키는 방법에서는 최적 조건으로 실시해도, 표층부와 중심부를 동시에 부편석으로 하는 것은 곤란했다.

일본 특허 출원 공고 평6-76643호 공보 일본 특허 출원 공개 평9-174213호 공보

본 발명은 상기의 과제를 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명은 중심부에 부편석 영역이 생성됨으로써 높은 신선 가공 성능을 갖고, 또한 표층부에도 부편석 영역이 생성됨으로써, 신선에 의해 고강도와 우수한 내지연 파괴 특성을 양립하는 강선이 되는 선재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 상기 선재로부터 얻어진, 우수한 내지연 파괴 특성을 갖는 고강도 강선을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 중심부와 표층부에 부편석 영역이 생성된 강편을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 선재의 중심 편석의 단면 내 프로필과 신선 가공 성능 및 신선 후(강선)의 내지연 파괴 특성의 관계에 착안하여 예의 검토를 행하였다.

또한, 평가 방법에 대해서는, 신선 조건에 있어서, 중심 편석부를 통상보다도 엄격하게 가공하는 평가 방법을 사용하였다. 즉, 다이스의 어프로치 각도가, 통상 사용하는 다이스 각도 10°보다도 큰 다이스 각도 40°의 다이스를 사용하여, 선재의 중심축 근방에 인장력을 부여하는 신선 조건으로 평가하였다.

그 결과, 선재의 직경 방향으로 절단한 단면(횡단면) 내의 탄소의 편석 프로필, 즉 C 편석 프로필을 적정하게 부여함으로써, 신선 가공 성능이 향상되는 것을 명백하게 하였다.

또한, 본 발명자들은 C 편석 프로필을 적정 제어함으로써, 표면의 국부적인 연질화 및 선재 중심부의 국부적인 연질화를 동시에 행하면, 신선 가공 성능의 개선과, 신선 후의 내지연 파괴 특성의 개선의 양쪽을, 동시에, 또한 효율적으로 달성할 수 있는 것을 새롭게 발견하였다.

또한, 본 발명자들은 강편의 단계에서 적정한 C 편석 프로필이 얻어져 있으면, 이 강편으로부터 얻어지는 선재에서도, C 편석 프로필은 강편 단계로부터 거의 변화되지 않는 것을 명백하게 하였다. 또한, 이 선재를 신선하여(신선을 행하여) 강선으로 해도, 직경은 작아지지만, C 편석 프로필의 형상은 선재(신선 전)와 강선(신선 후) 사이에서 거의 변화가 없는 것을 명백하게 하였다. 즉, 강편의 단계에서 상기의 C 편석 프로필로 함으로써, 이 강편을 가공하여 얻어진 선재 및 또한 이 선재를 신선하여 얻어진 강선에서도 동일한 C 편석 프로필을 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이, 신선 전에도 신선 후와 동일한 C 편석 프로필을 갖고 있으므로 신선 전의 선재에서도 내지연 파괴 특성은 향상된다. 그러나, 신선 전의 선재는 강도가 낮아, 내지연 파괴 특성이 문제가 되는 경우는 없으므로, 본 발명에서는 신선 후의 내지연 파괴 특성을 평가하고 있다.

또한, 신선 대신에, 예를 들어 압출 또는 컨폼 가공을 행한 경우라도 마찬가지이다.

본 발명은 상기 지식에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 즉, 본 발명의 일 형태에 관한 선재는, 질량％로, C:0.60％ 이상, 1.15％ 이하, Si:0.30％ 이상, 1.30％ 이하, Mn:0.25％ 이상, 0.90％ 이하를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 선재이며, 상기 선재의 표면으로부터 동심원 형상으로 내부를 향해 형성되어, 상기 선재의 횡단면의 단면적에 대한 단면적비로 13％ 이상 56％ 이하의 영역을, 영역 I로 하고, 상기 선재의 중심축을 중심으로 동심원 형상으로 확장되어, 상기 선재의 상기 단면적에 대한 단면적비로 3％ 이상 11％ 이하의 영역을, 영역 Ⅲ으로 하고, 상기 영역 I과 상기 영역 Ⅲ 사이의 영역을 영역 Ⅱ로 했을 때, 상기 영역 I은 상기 선재의 평균 C 농도에 대한 C 편석도가 0.75 이상 0.95 이하의 제1 부편석부이고, 상기 영역 Ⅱ는 상기 C 편석도가 1.00 이상 1.10 이하의 정편석부이고, 상기 영역 Ⅲ은 상기 C 편석도가 0.80 이상 0.95 이하의 제2 부편석부이고; 상기 선재는 상기 표면으로부터, 순서대로 상기 제1 부편석부, 상기 정편석부, 상기 제2 부편석부인 샌드위치 구조를 갖는다.

(2) 상기 (1)에 기재된 선재는, 질량％로, Cr:0.40％ 이하, V:0.40％ 이하, B:0.0030％ 이하의 1종 이상을 더 함유해도 된다.

(3) 본 발명의 일 형태에 관한 강선은 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 상기 선재를 신선함으로써 얻어진다.

(4) 상기 (3)에 기재된 강선은 인장 강도가 2000㎫ 이상이어도 된다.

(5) 본 발명의 일 형태에 관한 강편은, 질량％로, C:0.60％ 이상, 1.15％ 이하, Si:0.30％ 이상, 1.30％ 이하, Mn:0.25％ 이상, 0.90％ 이하를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 상기 강편의 표면으로부터 동심 형상으로 내부를 향해 형성되어, 상기 강편의 횡단면의 단면적에 대한 단면적비로 13％ 이상 56％ 이하의 영역을, 영역 I로 하고, 상기 강편의 중심축을 중심으로 동심 형상으로 확장되어, 상기 강편의 상기 단면적에 대한 단면적비로 3％ 이상 11％ 이하의 영역을, 영역 Ⅲ으로 하고, 상기 영역 I과 상기 영역 Ⅲ 사이의 영역을 영역 Ⅱ로 했을 때, 상기 영역 I은 상기 강편의 평균 C 농도에 대한 C 편석도가 0.75 이상 0.95 이하의 제1 부편석부이고, 상기 영역 Ⅱ는 상기 C 편석도가 1.00 이상 1.10 이하의 정편석부이고, 상기 영역 Ⅲ은 상기 C 편석도가 0.80 이상 0.95 이하의 제2 부편석부이고; 상기 강편은 상기 표면으로부터, 순서대로 상기 제1 부편석부, 상기 정편석부, 상기 제2 부편석부인 샌드위치 구조를 갖는다.

(6) 상기 (5)에 기재된 강편은, 질량％로, Cr:0.40％ 이하, V:0.40％ 이하, B:0.0030％ 이하의 1종 이상을 더 함유해도 된다.

종래 기술에 의한 고탄소강 강선의 제조 시에는, 전술한 바와 같이, 신선 가공 시에 선재 중심부에 작용하는 응력 상태가 어떤 요인에 의해 변동되고, 중심축부에 인장 응력이 가해져, 셰브런 크랙에 기인하는 단선을 발생함으로써, 생산 활동에 큰 지장을 초래하는 경우가 있었다.

이에 대해, 본 발명의 상기 형태에서는 선재의 표층부와 중심부 근방의 양쪽의 영역을 부편석 영역으로 하고 있다. 그로 인해, 셰브런 크랙의 생성을 안정적으로 억제할 수 있어, 신선 가공 성능과, 신선 후의 내지연 파괴 특성이 우수한 선재가 얻어진다. 이 선재는 신선 가공 성능이 높기 때문에, 생산 활동이 안정되어, 강선을 경제적으로 생산할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 형태에 따르면, 표면의 연성 향상에 의해, 고강도 강일수록 발생하기 쉬워지는 내지연 파괴 특성이 개선된 강선이 얻어진다.

또한, 본 발명의 상기 형태에 따르면, 중심부와 표층부에 부편석 영역이 생성된 강편이 얻어진다.

도 1a는 선재의 횡단면을 C 편석도에 의해 구분한 단면도이다.
도 1b는 선재의 횡단면에 있어서, 중심을 포함하는 직경 a-k에 있어서의 C 농도를 도시하는 도면이다.
도 2는 화학 분석 시의 샘플링 방법을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 강편 및 종래의 강편에 있어서의 직경 방향의 C 편석 분포를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 선재(이하, 본 실시 형태에 관한 선재라고 하는 경우가 있음), 본 실시 형태에 관한 선재를 신선하여 얻어지는 강선(이하, 본 실시 형태에 관한 강선이라고 하는 경우가 있음) 및 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강편(이하, 본 실시 형태에 관한 강편이라고 하는 경우가 있음)에 대해 설명한다.

도 1a는 본 실시 형태에 관한 선재의 횡단면을 C 편석도에 의해 구분한 단면도를 도시하고 있다.

본 실시 형태에 관한 선재는 표면으로부터 동심원 형상으로 내부를 향해 형성된, 상기 선재의 횡단면의 단면적에 대한 단면적비로 13％ 이상 56％ 이하의 영역을, 영역 I로 하고, 상기 선재의 중심축을 중심으로 동심원 형상으로 확장되어, 상기 선재의 상기 단면적에 대한 단면적비로 3％ 이상 11％ 이하의 영역을, 영역 Ⅲ으로 하고, 상기 영역 I과 상기 영역 Ⅲ 사이의 영역을 영역 Ⅱ로 했을 때; 상기 영역 I은 상기 선재의 평균 C 농도에 대한 C 편석도가 0.75 이상 0.95 이하의 제1 부편석부이고, 상기 영역 Ⅱ는 상기 C 편석도가 1.00 이상 1.10 이하의 정편석부이고, 상기 영역 Ⅲ은 상기 C 편석도가 0.80 이상 0.95 이하의 제2 부편석부이고; 상기 선재가, 상기 표면으로부터, 순서대로 상기 제1 부편석부(영역 I), 상기 정편석부(영역 Ⅱ), 상기 제2 부편석부(영역 Ⅲ)인 샌드위치 구조(적층 구조)를 갖는다.

본 실시 형태에 관한 선재의 횡단면 내의 각 영역의 면적률 및 C 편석도의 한정 이유에 대해 도 1a 및 도 1b를 참조하면서 설명한다.

<영역 I>(도 1a 및 도 1b의 a-b 및 j-k 영역)

영역 I은, 도 1a에 도시한 바와 같이 선재의 표면으로부터 선재의 외경과 동심원 형상으로 내부(선재의 중심축 방향)를 향해 형성되어 있다.

선재의 횡단면의 단면적에 대한 영역 I의 면적률의 하한값은 신선 후의 내지연 파괴의 향상 효과가 없어지는 한계로서 13％로 하였다(이하, 본 실시 형태에 있어서, 면적률은 모두 선재의 횡단면의 단면적에 대한 각 영역의 면적률을 나타냄).

한편, 극단적인 연질화는 신선 후의 피로 파괴에 대해 악영향을 미친다. 그로 인해, 영역 I의 면적률의 상한값은 56％로 하였다.

영역 I의 부편석도를 나타내는 C 편석도(도 1b에 있어서의 α)의 하한값을 0.75로 하였다. 이 이유는 C 편석도가 0.75보다 낮아지면, 피로 강도의 열화 등의 다른 품질로의 악영향이 발생하기 때문이다.

한편, C 편석도가 0.95를 초과하면, 표면의 연성 향상의 효과 또는 신선 후의 내지연 파괴의 향상 효과를 얻을 수 없게 된다. 그로 인해, 영역 I의 C 편석도의 상한을 0.95로 하였다.

<영역 Ⅱ>[도 1a의 b-e 영역 및 g-j 영역(도 1b의 b-c-d-e 영역 및 g-h-i-j 영역)]

영역 Ⅱ의 면적률의 하한값은 강선으로서 사용되는 경우의 바람직한 강도 확보의 관점에서, 33％로 하는 것이 바람직하다. 또한, 영역 Ⅱ의 면적률의 증가는 영역 I 및 Ⅲ의 면적률의 감소를 초래하여, 신선 가공 성능 및 신선 후의 내지연 파괴 특성을 저하시킬 우려가 있다. 그로 인해, 영역 Ⅱ의 면적률의 상한값을 84％로 하는 것이 바람직하다.

영역 Ⅱ의 C 편석도(도 1b의 β를 의미함)는 강선으로서 사용되는 경우의 바람직한 강도 확보의 관점에서, 하한을 1.00으로 하였다. 한편, 상한은 초석 시멘타이트 등의 생성을 억제하고, 신선 가공 성능을 확보하기 위해 1.10으로 하였다.

<영역 Ⅲ>(도 1a 및 도 1b의 e-f-g 영역)

영역 Ⅲ의 면적률의 하한값은 신선 가공 성능 확보의 관점에서 3％로 하였다.

영역 Ⅲ의 면적률의 상한값은 강선으로서 사용되는 경우의 바람직한 강도 확보의 관점에서 11％로 하였다.

영역 Ⅲ의 부편석도(도 1b의 γ를 의미함)를 나타내는 C 편석도의 하한값을 0.80으로 하였다. 그 이유는 이 이상의 부편석을 발생시키는 주조편 압하를 행하면, 주조편 표면 및 단면 내에 깨짐이 발생하기 때문이다.

영역 Ⅲ의 C 편석도의 상한값을 0.95로 하였다. 그 이유는 0.95를 초과하는 C 편석도의 경우에, 신선 가공 성능이 열화되기 때문이다.

본 실시 형태에 관한 강편은 단면 형상이 정사각형 또는 직사각형인 점을 제외하고, 본 실시 형태에 관한 선재와 동일한 샌드위치 구조를 갖는다. 각 영역에 있어서의 면적률 및 C 편석도의 한정 이유는, 상기한 선재의 경우와 마찬가지이다. 본 실시 형태에 관한 강편을 가공하여 선재로 함으로써, 본 실시 형태에 관한 선재를 용이하게 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 관한 강선도, 본 실시 형태에 관한 선재와 동일한 샌드위치 구조를 갖고 있다.

다음에 성분에 대해 서술한다. 본 실시 형태에 관한 선재는 신선 가공 성능 및 신선 후의 내지연 파괴 특성을 향상시키기 위해, 상기의 샌드위치 구조를 갖는 것이 중요하다. 그러나, 신선 가공 성능 및 신선 후의 내지연 파괴 특성, 강선으로서 사용되는 경우의 강도 등을 고려한 경우, 본 실시 형태에 관한 선재는, 또한, 이하의 성분을 만족시키는 것이 중요하다. 또한, 이하에 있어서 성분의 ％는 모두 질량％를 나타낸다.

가열, 압연, 열처리 등의 공정을 행하여도 화학 성분은 변화되지 않으므로, 강편의 단계에서 이하의 화학 성분을 만족시키면 된다. 또한 마찬가지로, 신선 등을 행하여도 화학 성분은 변화되지 않으므로, 본 실시 형태에 관한 강선도 소재가 되는 선재와 동일한 화학 성분을 갖는다.

C:0.60％ 이상, 1.15％ 이하

C는 강재의 강도를 지배하는 주요한 원소이고, 강도 확보를 위해 유효하다. 상술한 고강도 강선에 사용하는 선재로 하기 위해서는, C 함유량의 하한값을 0.60％로 한다. C 함유량이 0.60％ 미만인 경우, 충분한 강도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 1.15％를 초과하는 C 함유량에서는, 선재 제조 공정의 냉각 단계에서, 표층부나 중심부에 있어서의 메쉬 형상의 초석 시멘타이트의 생성을 방지하는 것이 곤란해져, 신선 가공 성능, 내지연 파괴 특성의 열화를 현저하게 초래하는 경우가 있다. 그로 인해, C 함유량은 0.60％ 이상, 1.15％ 이하로 한다.

Si:0.30％ 이상, 1.30％ 이하

Si는 탈산재로서 사용되는 원소이다. 또한, Si 함유량의 증가에 수반하여, 고용 강화에 의한 강도의 상승도 동시에 발생한다. 특히, Si의 증가에 의한 직접적인 품질로의 효과는 용융 아연 도금 공정에서, 도금 처리 후의 인장 강도의 저감이 적어지는 것이다.

Si의 함유량이 0.30％ 미만에서는 탈산력이 부족하고, 강재의 표면 품질이 열화된다. 한편, Si 함유량이 1.30％를 초과하면, 디스케일링 성능을 저하시켜, 표면 성상의 열화나, 생산성의 저하가 우려된다. 그로 인해, Si 함유량은 0.30％ 이상, 1.30％ 이하로 한다.

Mn:0.25％ 이상, 0.90％ 이하

Mn은 탈산 원소로서 작용하는 원소인 동시에, 강의 켄칭 성능에 영향을 미치고, 강도의 상승에도 기여하는 원소이다. Mn의 함유량의 하한값을 0.25％로 한 것은, Mn 함유량이 0.25％ 미만에서는 탈산 부족이 발생하여 강재 표면의 건전성이 열화되는 동시에, 강도 향상 효과가 충분하지 않기 때문이다. 한편, Mn 함유량이 0.90％를 초과하면, 주조편 단계에서 형성된 중심부에, 다량의 Mn이 농화된다. Mn이 농화된 부분은 그 밖의 부분에 비해 변태가 지연되므로, 마이크로 마르텐사이트가 생성되기 쉽다. 마이크로 마르텐사이트가 생성된 경우, 그 크기에 따라서는, 신선 가공 중에 단선이 발생하여, 생산성이 대폭으로 저하된다. 따라서, Mn 함유량의 상한은 0.90％로 한다.

본 실시 형태에 관한 선재에서는, 강도 등을 높이는 목적으로, Cr, V, B의 1종 이상을 하기에 나타내는 범위에서 더 함유해도 된다. 또한, 이들의 원소는 반드시 함유시킬 필요는 없다. 그로 인해, 함유량의 하한을 특별히 제한할 필요는 없고, 그들의 하한은 0％이다.

Cr:0.40％ 이하

Cr은 강의 강도를 높이기 위해 유효한 원소이다. 강도 향상의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, 0.10％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 0.40％를 초과하여 함유하면, 연성 열화를 일으키므로, Cr을 함유시키는 경우의 Cr 함유량의 상한값을 0.40％로 하였다.

V:0.40％ 이하

V은 강의 강도를 높이기 위해 유효한 원소이다. 강도 향상의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, 0.03％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편 0.40％를 초과하여 함유하면, 연성 열화를 일으키므로, V를 함유시키는 경우의 V 함유량의 상한값을 0.40％로 하였다.

B:0.0030％(30ppm) 이하

B는 켄칭성을 높이고, 초석 페라이트의 생성을 억제하는 데 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, B 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, B는 질화물을 형성하는 원소이고, B 함유량이 0.0030％를 초과하면, 켄칭성 향상 효과가 포화될 뿐만 아니라, 질화물이 석출되어, 신선 가공 성능이 열화된다. 그로 인해, B를 함유시키는 경우의 B 함유량의 상한값은 0.0030％ 이하로 하였다.

본 실시 형태에 관한 선재는, 불순물로서, 특성을 손상시키지 않는 범위이면 상기 이외의 원소를 더 포함해도 상관없다. 불순물이라 함은, 광석이나 스크랩 등의 원재료나, 제조 환경으로부터 혼입되는 것을 가리킨다.

다음에, 본 실시 형태에 관한 선재의 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다.

또한, 본 실시 형태에 나타내는 제조 방법은 일례이고, 이하로 한정되는 것은 아니다. 즉, 이하에 나타내는 제조 방법이 아니어도 상술한 C 편석 프로필이 얻어지면, 본 실시 형태에 관한 선재의 효과가 얻어진다.

상술한 C 편석 프로필을 용이하게 얻기 위해, 소정의 화학 성분을 갖는 용강을 연속 주조에 의해 강편으로 할 때, 이하의 공정 (a) 내지 (c)를 포함하는 것이 바람직하다.

(a) 용강 온도 조정 공정

용강 온도 조정 공정에서는 연속 주조기에 투입되기 직전의 턴디쉬 중의 용강 온도를 제어하여, 용강 온도와 TLL(액상선 온도)의 차인 ΔT(과열도)를 25℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. ΔT를 25℃ 이하로 함으로써, 응고 시에 조직이 등축화되기 쉬워지므로, 원하는 C 편석 프로필을 얻기 쉬워진다. 또한, ΔT가 5℃ 이하로 되면, 용강이 응고 온도 근방에 접근하므로 용강의 점도가 증가하여 샤베트 형상으로 되어, 주조편의 표면 성상이 열화된다. 그로 인해, ΔT의 하한은 5℃로 하는 것이 바람직하다.

(b) 전자 교반(EMS) 공정

전자 교반 공정에서는 연속 주조기의 주형 내의 용강에 자계를 부여함으로써, 용강을 교반(전자 교반)하는 것이 바람직하다. 전자 교반을 행함으로써, 표층의 부편석 영역을 부여할 수 있으므로, 원하는 C 편석 프로필을 얻기 쉬워진다.

(c) 경압하 공정

경압하 공정에서는 응고 중의 강편을 연속 주조기의 롤로 압하하는 것이 바람직하다. 경압하를 행함으로써, 중심 편석부의 탄소 농화가 저감되므로, 원하는 C 편석 프로필을 얻기 쉬워진다.

상기의 요령으로 제강을 행하여 얻어진 강편에, 목표로 하는 기계적 특성에 따라서 가열, 압연, 권취, 열처리 등을 적절히 실시함으로써, 원하는 C 편석 프로필 및 원하는 기계적 특성을 갖는 선재가 얻어진다.

이와 같이 하여 얻어진 선재를 공지의 방법으로 신선함으로써, 강선이 얻어진다.

(실시예 1)

본 발명의 실시예에 대해 서술한다.

표 1에 나타내는 화학 성분을 갖는 강종 A 내지 J를 용제하고, 표 2에 나타내는 제조 조건(제강 시)으로 연속 주조를 행하여, 500㎜×300㎜의 주조편(블룸)으로 하였다. 이 주조편을 1250℃에서 45분 가열한 후 분괴 압연을 행하여, 122㎜×122㎜의 강편(빌렛)으로 하였다. 이 강편을 표 2에 나타내는 제조 조건(제강 후)으로 가열하여, 통상법에 따라서 압연하고, 표 2에 나타내는 조건으로 권취하여, 직경 12㎜ 및 직경 5.5㎜의 선재로 하였다. 직경 12㎜ 및 직경 5.5㎜의 선재는 또한 표 2에 나타내는 조건으로 열처리를 행하였다.

또한, 표 1에 있어서, 「-」는 측정 한계 이하였던 것을 나타내고, 잔량부는 철 및 불순물이다.

여기서, 강편의 단계에서, 도 2에 도시한 바와 같이, 두께 2㎜, 폭 5㎜, 길이 10㎜의 소편 블록을 강편 두께 방향으로 전체 단면을 망라하는 부위로부터 채취하고, 채취한 소편 블록의 화학 분석을 행하여 C 편석 프로필을 구하였다. 본 발명예인 시험 번호 3의 강편 및 비교예인 시험 번호 14의 강편에 대해, 얻어진 C 편석 프로필을 도 3에 도시한다.

도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 시험 번호 3은 표층부와 중심부가 부편석의 프로필로 되어 있고, 그 중간부가 정편석을 나타내는 샌드위치 구조로 되어 있다.

한편, 시험 번호 14는 중심부에 명확한 정편석 부분을 갖고, 표층부의 부편석부는 극히 편석도가 적은 프로필을 나타내고 있다.

또한, 이들 강편으로부터 얻어진 직경 12㎜의 선재에 대해서도 C 편석 프로필을 구한 결과, 선재의 C 편석 프로필은 강편의 단계와 동일한 샌드위치 구조를 갖는 C 편석 프로필인 것을 확인하였다. 표 4에, C 편석 프로필로부터 구한 영역 I 내지 Ⅲ의 면적률 및 C 편석도를 나타낸다. 또한, 직경 12㎜의 선재의 C 편석 프로필은 길이 방향에 수직인 단면부를 피검면으로 하여 중심 편석부를 직각으로 횡단하는 방향에서 표층부로부터 반대측의 표층부까지의 직경 범위에 대해, EPMA의 선 분석을 행하는 방법으로 구하였다.

<선재에 있어서의 신선 가공 성능>

상기에서 얻어진 시험 번호 1 내지 시험 번호 14의 선재에 대해, 신선 가공 성능을 평가하였다.

표 3에 신선 가공 성능을 평가하기 위해 사용한 신선 다이스 스케줄을 나타낸다. 모든 다이스의 어프로치 각도를 40°로 하여, 직경 5.5㎜의 선재를 사용한 신선을 행하여, 강제적으로 커피 단선을 발생시켰다. 단선이 일어난 1개 전의 다이스 직경으로부터 구한 신선 변형을 신선 가공 가능한 한계 변형으로 정의하고, 이 값을 사용하여, 신선 가공 성능을 평가하였다. 결과를 표 4에 나타낸다. 신선 가공 변형이 0.88 이상, 즉 3패스 이상 단선을 발생시키지 않고 신선이 가능하면 신선 가공 성능이 우수하다고 평가하였다.

<강선에 있어서의 내지연 파괴 특성>

또한, 상술한 직경 12㎜의 선재를 다이스의 어프로치 각도가 10°인 것을 사용하여 신선 가공하여 얻어진 직경 5㎜의 강선에 대해, 내지연 파괴 특성을 평가하였다.

지연 파괴의 시험은 고강도 PC 강재를 사용한 PC 구조물의 설계 시공 지침(2011년 6월, 사단 법인 프리스트레스트 콘크리트 기술 협회) 등에 규정된 FIP 시험이라고 불리는 지연 파괴 시험 방법에 준하여, 50℃의 20％ 티오시안산암모늄 용액을 사용하여, 재하 조건을 파단 강도의 70％로 하여 시험을 행하여, 파단까지의 시간을 구하였다.

또한, 파단 시간은 후술하는 방법으로 구해지는 지연 파괴 지수로 평가하였다. 이 값이 클수록, 내지연 파괴 특성이 종래법보다 개선되어 있는 것을 의미한다. 본 실시예에서는, 지연 파괴 지수가 1.5 이상이면 내지연 파괴 특성이 우수하다고 평가하였다. 표 4에 시험 결과를 나타낸다.

<지연 파괴 지수의 구하는 방법>

하기의 식 1에 나타내는 바와 같이, 종래 기술에 있어서의 파단 시간을 기준으로 하여 비교하기 위해, 각 시험 번호의 파단 시간을 시험 번호 14의 파단 시간으로 제산한 값을 지수로서 사용하여, 무차원화한 지표로 평가하였다.

[식 1]

또한, 더불어 강선의 인장 강도를 구하였다. 인장 시험은 JISZ2241의 조건에 준거하여 행하였다. 결과를 표 4에 나타낸다. 본 발명에서는 인장 강도가 2000㎫ 이상이면, 충분한 강도를 갖는다고 평가하였다.

표 1 내지 표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명법으로 얻어진 강편, 선재, 강선은 표면으로부터, 순서대로 제1 부편석부, 정편석부, 제2 부편석부가 되는 샌드위치 구조를 갖고, 그 편석도도 바람직한 것이었다. 또한, 그로 인해, 셰브런 크랙의 생성을 안정적으로 억제함으로써, 선재에 있어서의 신선 가공 성능이 향상되고, 또한, 강선에 있어서, 고강도이고 또한 내지연 파괴 특성이 우수했다.

한편, 바람직한 C 편석 프로필이 얻어지지 않았던 시험 번호 6 내지 시험 번호 14에서는, 신선 가공 성능 및/또는 내지연 파괴 특성의 향상 효과를 얻을 수 없었다.

본 발명에 따르면, 강재의 표층부와 중심부 근방의 양쪽의 영역을 부편석 영역으로 하고 있다. 그로 인해, 셰브런 크랙의 생성을 안정적으로 억제함으로써 우수한 신선 가공 성능을 나타내고, 또한 신선 후의 내지연 파괴 특성이 우수한 선재가 얻어진다. 이 선재는 신선 가공 성능이 높기 때문에, 생산 활동이 안정되어, 선재를 경제적으로 생산할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 표면의 연성 향상에 의해, 고강도 강일수록 발생하기 쉬워지는 내지연 파괴 특성이 개선된 고강도 강선이 얻어진다. 또한, 강재의 표층부와 중심부 근방의 양쪽의 영역을 부편석 영역으로 한 강편이 얻어진다.

Claims (6)

1. 질량％로,
   C:0.60％ 이상, 1.15％ 이하,
   Si:0.30％ 이상, 1.30％ 이하,
   Mn:0.25％ 이상, 0.90％ 이하를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 선재이며,
   상기 선재의 표면으로부터 동심원 형상으로 내부를 향해 형성되어, 상기 선재의 횡단면의 단면적에 대한 단면적비로 13％ 이상 56％ 이하의 영역을, 영역 I로 하고,
   상기 선재의 중심축을 중심으로 동심원 형상으로 확장되어, 상기 선재의 상기 단면적에 대한 단면적비로 3％ 이상 11％ 이하의 영역을, 영역 Ⅲ으로 하고,
   상기 영역 I과 상기 영역 Ⅲ 사이의 영역을 영역 Ⅱ로 했을 때,
   상기 영역 I은 상기 선재의 평균 C 농도에 대한 C 편석도가 0.75 이상 0.95 이하의 제1 부편석부이고,
   상기 영역 Ⅱ는 상기 C 편석도가 1.00 이상 1.10 이하의 정편석부이고,
   상기 영역 Ⅲ은 상기 C 편석도가 0.80 이상 0.95 이하의 제2 부편석부이고;
   상기 선재는 상기 표면으로부터, 순서대로 상기 제1 부편석부, 상기 정편석부, 상기 제2 부편석부인 샌드위치 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 선재.
2. 제1항에 있어서, 질량％로,
   Cr:0.40％ 이하,
   V:0.40％ 이하,
   B:0.0030％ 이하의 1종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 선재.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 상기 선재를 신선함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는, 강선.
4. 제3항에 있어서, 인장 강도가 2000㎫ 이상인 것을 특징으로 하는, 강선.
5. 질량％로,
   C:0.60％ 이상, 1.15％ 이하,
   Si:0.30％ 이상, 1.30％ 이하,
   Mn:0.25％ 이상, 0.90％ 이하를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 강편이며,
   상기 강편의 표면으로부터 동심 형상으로 내부를 향해 형성되어, 상기 강편의 횡단면의 단면적에 대한 단면적비로 13％ 이상 56％ 이하의 영역을, 영역 I로 하고,
   상기 강편의 중심축을 중심으로 동심 형상으로 확장되어, 상기 강편의 상기 단면적에 대한 단면적비로 3％ 이상 11％ 이하의 영역을, 영역 Ⅲ으로 하고,
   상기 영역 I과 상기 영역 Ⅲ 사이의 영역을 영역 Ⅱ로 했을 때,
   상기 영역 I은 상기 강편의 평균 C 농도에 대한 C 편석도가 0.75 이상 0.95 이하의 제1 부편석부이고,
   상기 영역 Ⅱ는 상기 C 편석도가 1.00 이상 1.10 이하의 정편석부이고,
   상기 영역 Ⅲ은 상기 C 편석도가 0.80 이상 0.95 이하의 제2 부편석부이고;
   상기 강편은 상기 표면으로부터, 순서대로 상기 제1 부편석부, 상기 정편석부, 상기 제2 부편석부인 샌드위치 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 강편.
6. 제5항에 있어서, 질량％로,
   Cr:0.40％ 이하,
   V:0.40％ 이하,
   B:0.0030％ 이하의 1종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 강편.

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