KR101568497B1 - 마모 특성이 우수한 고강도 강선 및 그 제조방법 - Google Patents

마모 특성이 우수한 고강도 강선 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마모 특성이 우수한 고강도 강선 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 강선이 꼬임(연선) 가공되어 사용되는 강선의 특성상, 사용시 강선과 강선 사이에 발생하는 마모로 인하여 강선이 파단되는 현상을 크게 억제한 고강도 강선 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 마모 특성이 우수한 고강도 강선은 C: 0.8~1.0%, Si: 1.0~1.5중량%, Cr: 0.2~0.5%, Mn: 0.3~0.7%, P: 0.020% 이하, S: 0.020% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지고, 표면으로부터 깊이 100㎛까지의 영역의 압축 잔류 응력이 -10 ~ -170 MPa 이상일 수 있다.

Description

마모 특성이 우수한 고강도 강선 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH STEEL WIRE HAVING EXCELLENT ANTI-ABRASION PROPERTY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 마모 특성이 우수한 고강도 강선 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 강선이 꼬임(연선) 가공되어 사용되는 강선의 특성상, 사용시 강선과 강선 사이에 발생하는 마모로 인하여 강선이 파단되는 현상을 크게 억제한 고강도 강선 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로 교량 도는 교각에 사용되는 강선으로는 고탄소강으로서 1800MPa 이상의 비도금 강선 또는 도금 강선이 사용된다. 이 중 도금 강선은 부식특성이 필요한 환경에서 주로 사용되는 것으로서, 강선 표면에 Zn이 용융 확산도금된 것이 일반적이다. 상기 도금 강판은 Zn이 확산도금되어 있기 때문에, 비도금 강선에 비하여 강도가 200MPa 이상 낮다.
강선의 강도는 제품 경량화에 직결되는 문제이므로, 강선용 강종의 개발방향은 고강도화가 주를 이루고 있다. 예를 들면, 강선의 강도가 100MPa 증가될 때마다 중량이 10% 감소하는 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 교량용 강선의 경우에는 교각에 사용되는 콘크리트의 양을 크게 감소시킬 수 있어 건설 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
1960년대 엠버리(Embury)와 피셔(Fisher)가 제시한 실험식을 참고하면 강선의 고강도화 방안이 대략 이해될 수 있다. 즉, 1) 강선의 원재료인 선재의 강도(σ0)를 증가시키는 방법, 2) 선재의 펄라이트 층간간격(λp0)을 미세화하는 방법, 3) 신선 가공량(ε)을 증가시키는 방법 등이 강선의 강도를 높이는 대표적인 방법으로 인식된다. 그 중 1)과 2)는 합금성분 조정 및 냉각속도의 제어 등을 통하여 가능하며, 3)은 문자 그대로 신선시 가공량을 증가시킴으로써 달성 가능하다.
합금성분의 조정을 위해서는 크게 C, Si 및 Cr의 첨가량을 조절하는 방법을 들 수 있다. 상기 C, Si 및 Cr은 그 함량이 0.1중량% 증가될 경우에 각각 80Mpa, 40MPa 및 14-16MPa 정도의 강도 증가효과를 얻을 수 있다. 그러나, 합금원소를 다량 첨가하면 변태시 변태시작 및 완료곡선의 지연 등으로 인하여 저온 조직이나 초석 세멘타이트 등이 형성되어 단선을 유발할 가능성이 크기 때문에 계속적인 합금량 증가에 대해서는 재고가 필요하다.
나머지 한가지 방법인, 신선 가공량을 증가시키는 방법은 가장 효과적으로 강도를 향상시킬 수 있는 방법이다. 선재에 신선 가공을 인가하여 강선을 제조하면 얻어지는 강선의 강도가 가공량에 따라 지수적으로 증가하는 경향을 나타내기 때문이다. 그러나, 신선 가공 역시 신선한계에 도달할 경우 단선 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 신선한계 이상으로 강도를 부여할 수는 없다는 단점이 있다.
또한, 교량용 강선과 같이 소선을 여러가닥으로 꼬아 로프 등의 형태로 제조하는 경우에는 접촉 마모 특성이라는 특성이 요구된다. 접촉 마모라는 로프 등의 소재가 동적 응력이 반복되는 마모 환경에 놓일 때, 이웃하는 강선끼리 주기 또는 비주기 접촉이 반복되게 되며, 그 결과 일정시간 경과 후 강선의 열화가 진행되고, 균열이 발생 및 성장하여 파단이 발생하므로 마모 수명 이하에서 로프를 교체하여야 한다.
그러나, 현재까지는 강선의 강도를 향상시키기 위한 기술은 다수 제안되어 있으나, 강선의 강도 향상만으로는 접촉 마모시 강선에 파단이 일어나는 것을 효과적으로 방지하기는 어렵다. 따라서, 강선의 접촉 마모 특성을 향상시킬 수 있는 추가적인 수단의 모색이 필요하다.
본 발명의 한가지 측면에 따르면, 접촉 마모 특성이 대폭 향상되어 반복적인 마모 환경하에서도 장기간 사용가능한 신규한 강선 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면, 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 마모 특성이 우수한 고강도 강선은 C: 0.8~1.0%, Si: 1.0~1.5중량%, Cr: 0.2~0.5%, Mn: 0.3~0.7%, P: 0.020% 이하, S: 0.020% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지고, 표면으로부터 깊이 100㎛ 까지의 영역의 압축 잔류 응력이 -10 ~ -170 MPa일 수 있다.
이때, 표면으로부터 깊이 10㎛까지의 영역의 미세 조직은 100~300nm의 결정립도를 가지는 페라이트를 90~95면적% 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 표면으로부터 두께 2㎛까지의 상기 미세 조직은, 10nm 이상 ~ 100nm 미만의 결정립도를 가지는 페라이트 나노결정 조직을 90~95면적% 포함하는 것이 유리하다.
본 발명의 또다른 측면에 따른 마모 특성이 우수한 강선의 제조방법은 C: 0.8~1.0%, Si: 1.0~1.5중량%, Cr: 0.2~0.5%, Mn: 0.3~0.7%, P: 0.020% 이하, S: 0.020% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 강선을 준비하는 단계; 및 상기 강선에 대하여 100~200m/s의 투사속도로 숏 피닝하는 단계를 포함하는 과정일 수 있다.
이때, 상기 숏 피닝 하는 단계에서 사용되는 숏 볼은 0.05~4mm의 직경을 가지고, 숏 피닝 시간은 150~200초인 것이 강선 표면에 압축 잔류 응력을 형성시켜 표면의 경도를 향상시키는데 효과적이다.
또한, 상기 강선은 앞에 기재된 조성의 선재를 건식신선하여 제조될 수 있으며, 상기 건식신선시 최종 다이스에서의 신선속도가 2.0m/s 이상일 수 있다.
또한, 상기 선재는 앞에 기재된 조성의 빌렛을 1000~1100℃에서 60분 이상 가열하는 단계, 950~1050℃ 이상의 온도에서 열간압연하는 단계, 선재 온도 850~950℃로 레잉 헤드에 진입시켜서 8~12℃/초의 평균냉각속도로 500℃ 이하까지 냉각하는 단계를 포함하는 과정에 의해 제조되는 것일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 와이어 로프 등과 같이 꼬임(연선) 가공에 의하여 최종 제품을 제조하는 용도의 강선의 표면을 숏피닝 처리 함으로써, 동등한 강도의 강선 대비 표면 경도를 대폭 향상시킬 수 있어, 효율적으로 강선의 접촉 마모 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 한가지 구현례에 따라 강선의 표면을 숏 피닝하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의하여 얻어진 강선에 대하여 마모 시험하는 방법을 설명하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 중 발명예3에 의하여 얻어진 강선의 단면 조직을 관찰한 TEM 사진이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
접촉 마모 특성을 향상시키기 위해서는 표면 경도의 증가가 필요하다. 통상은 경도는 강도의 증가에 따라 증가하는 경향을 가지고 있으므로 고강도의 소재는 그 경도도 높다. 그러나, 본 발명의 발명자들은 교량용 와이어로프 등과 같이 반복되는 높은 하중에서 사용되는 제품의 소선으로 이용되는 강선은 요구되는 강도 레벨의 강선의 표면 경도 보다 훨씬 더 높은 표면 경도를 가지고 있어야 함을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
따라서, 강도 설계는 해당 제품의 요구 특성에 맞추어 하더라도, 설계된 강도를 가진 강선의 표면 경도를 증가시키는 추가적인 작업이 필요하다.
본 발명에서는 이를 위하여, 고강도 강선을 제조하고 상기 고강도 강선의 표면을 숏 피닝 처리하는 과정에 의하여 강선에 높은 표면 경도를 부여함으로써 접촉 마모 특성이 우수한 강선을 제조한다.
숏 피닝은 강선 표면의 강도를 효과적으로 경화시킬 수 있는 방법이다. 수많은 숏 볼을 강선 표면에 대하여 고속으로 발사할 경우에는 표면에 압축 잔류 응력을 형성시킬 수 있는데, 이로 인하여 표면 경도가 대폭 향상될 수 있다.
구체적으로는 선재를 신선하여 얻어진 강선은 쇼트 피닝기, 한가지 바람직한 예로서는 공기식 쇼트 피닝기를 통과하면서 표면이 경화된다. 이때, 숏 볼은 직경이 0.05~0.4mm인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 숏 볼의 투사속도는 100~200m/s의 범위에서 결정되는 것이 바람직하다. 숏 볼로서는 반드시 이로 제한하는 것은 아니나, 스틸 볼, 주철 볼, 아연(zinc) 볼 등을 사용할 수 있으며, 한가지 구현례에 따르면 스틸 볼을 사용할 수 있다. 숏 볼이 충분한 운동에너지를 가지고 강선 표면에 충돌함으로써 강선에 잔류 응력을 부여하기 위해서는 상기 숏 볼의 직경은 0.05mm 이상인 것이 유리하며, 투사속도는 100m/s인 것이 효과적이다. 숏 볼이 너무 클 경우에는 가속하기 곤란하며, 강선 표면에 균일하게 소성변형을 주기 어렵다. 또한, 투사속도가 너무 클 경우에는 강선에 크랙이 발생하는 등의 문제가 있으므로, 투사속도는 200m/s 이하로 정하는 것이 유리하다.
강선의 표면에 충분한 잔류 응력을 부여하기 위해서는 상술한 크기의 숏 볼을 상술한 투사속도 범위로 투사하는 시간을 150초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 투사시간을 늘리더라도 특별히 예상되는 문제점은 없으므로 투사속도의 상한은 특별히 정하지 않는다. 다만, 투사속도가 200초 이상일 경우에는 더이상의 효과 상승을 기대하기 어려우므로 본 발명의 한가지 측면에 따르면 상기 투사속도는 200초를 상한으로 할 수도 있다.
본 발명의 한가지 측면에 따르면 상기 강선은 숏 피닝 되기 전에 선재를 신선하는 단계에 의하여 얻어질 수 있다. 상기 신선은 통상적인 신선 방법을 통하여 수행될 수 있으며, 한가지 바람직한 구현례에 의하면 최종 다이스의 신선 속도를 2.0m/s ~ 4.0m/s로 하여 신선할 수 있으며, 신선법으로서는 반드시 이로 제한하는 것은 아니나 건식 신선법을 들 수 있다.
선재의 제조방법은 특별히 제한하지 않으나, 본 발명의 한가지 방법에 따르면, 1000~1100℃에서 60분 이상 가열하는 단계, 마무리 온도가 950~1050℃의 범위가 되도록 열간압연하는 단계, 출구 온도가 900~1000℃가 되도록 정밀압연(RSM)하여 강선재를 얻는 단계, 상기 강선재를 800~850℃까지 수냉하는 단계, 선재 온도 850~950℃로 레잉 헤드에 진입시켜서 8~12℃/초의 평균냉각속도로 500℃ 이하까지 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 제조된 선재는 10~13mm의 직경을 가질 수 있으며 대락 1350~1400MPa의 인장강도와 27~40%의 단면감소율을 가질 수 있다. 또한, 상기 선재는 95% 이상의 펄라이트와 나머지 불순조직을 포함할 수 있다. 불순조직으로는 반드시 이로 제한하는 것은 아니나 파이얼라이트 스케일, C 및 Mn 편석대, 초석 세멘타이트 등을 들 수 있다.
본 발명의 한가지 바람직한 구현례에 따르면, 상술한 본 발명의 강선 및 선재는 중량비율로, C: 0.8~1.0%, Si: 1.0~1.5중량%, Cr: 0.2~0.5%, Mn: 0.3~0.7%, P: 0.020% 이하, S: 0.020% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가질 수 있다. 이하 각 성분의 함량을 정한 이유에 대하여 상세히 설명한다. 이하에서 서술하는, 각 성분의 함량은 특별히 기재하지 않는 한 중량비율 기준임에 유의할 필요가 있다.
C: 0.8~1.0%
C는 강도를 확보하기 위한 주요 원소이다. C는 대부분 펄라이트내 세멘타이트로 존재하여 강도를 향상시키는 역할을 한다. 특히, C 함량이 증가할 때 세멘타이트 두께는 증가하고 펄라이트의 라멜라 조직의 층간 간격은 감소한다. 따라서, C는 0.8% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 과다하게 첨가하면 주편에 중심편석이 형성되거나 초속 세멘타이트가 입계에 발생하는 등의 문제가 있으므로 상기 C 함량의 상한은 1.0%로 정한다.
Si: 1.0~1.5중량%
Si는 페라이트 고용강화 원소로, 페라이트 내에 고용되며, 신선 가공이 가해지지 않은 선재에서는 페라이트/세멘타이트 입계에도 편석되는 원소이다. 특히 상기 Si는, 본 발명과 같이 접촉 마모 특성이 우수한 강선, 한가지 예로서 교량용 강선에서는 도금시 구형 세멘타이트 형성 억제가 가능하고, 고용강화에 의하여 강도를 증가시키는 작용을 한다. 이뿐만 아니라, 신선시 세멘타이트가 분해되는 것을 억제할 수 있으며, 마모 및 비틀림 특성을 향상시키는 작용을 한다. 따라서, 상기 Si는 1.0% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 과다하게 첨가할 경우에는 스케일 박리성에 문제가 있을 수 있으며, 스케일 손실이 크기 때문에, 1.5 중량% 이하로 첨가한다.
Cr: 0.2~0.5 중량%
Cr은 강도를 크게 증가시키고 세멘타이트를 미세화시키기 때문에 초기 소재 강도를 증가시키고, 신선한계를 증가시키는 역할을 한다. 즉, Cr은 세멘타이트 안에서 Fe와 쉽게 치환되어 세멘타이트 두께를 미세화시킬 수 있다. 따라서, Cr은 0.2% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 세멘타이트 두께가 너무 얇아지면 신선성이 저하되기 때문에 상기 Cr은 0.5% 이내로 조절되는 것이 바람직하다.
Mn: 0.3~0.7%
Mn은 오스테나이트 안정화 원소이며, 탈산 효과가 있어 강중 산소량을 감소시키는 역할을 하며, 또한 강내 존재하는 S와 결합하여 MnS를 형성시켜 황에 의한 적열취성을 방지하는 역할도 한다. 또한, 소입성이 우수하기 때문에 적정 냉각속도 확보시 냉각곡선이 펄라이트 노즈를 통과하도록 하여 균일한 펄라이트를 확보할 수 있다. 따라서, 이러한 점을 고려하면 상기 Mn은 0.3% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 과다하게 첨가하면 편석문제가 발생하므로 0.7% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
P, S: 0.020% 이하
P, S는 소재의 연성을 저하시켜 신선 가공성을 악화시키는 불순물로서 그 함량은 작을수록 유리하다. 다만, 그렇다 하더라도 그 함량을 극한적으로 제어할 경우 제강공정에서 불순물 제거에 대한 비용이 증가하므로, 강선에 포함되어도 큰 해를 끼치지 않을 정도까지는 허용한다. 이에, 본 발명에서 상기 P, S의 함량은 0.020% 이하로 하는 것이 바람직하며, 0.015% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 강선은 표층에 압축 잔류 응력이 -10MPa ~ -170MPa까지 형성되는 것이 바람직하다(음수(-) 표시는 압축잔류응력임을 나타내기 위한 것임). 통상의 강재는 신선가공에 의해 제조되는 것이기 때문에 표층에 압축 잔류 응력이 아닌 인장 잔류 응력이 형성되는데, 이는 강재의 접촉 마모 특성에 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명의 강선은 표층 영역에 압축 잔류 응력이 -10MPa 이상 형성되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 압축 잔류 응력이 최대 -170MPa까지 형성되는 것이 좋다.
또한, 본 발명의 강선은 표층(한가지 구현례에 따르면 표면으로부터 10㎛까지의 영역) 에 면적 비율로 90~95%의 페라이트를 포함하는 조직이 형성되어 있다. 상술한 조성의 강선은 표면에 펄라이트가 주된 조직인 것이 일반적이나, 본 발명과 같이 표면 경화처리를 겪은 강선은 표면(표면으로부터 깊이 10㎛까지의 영역을 의미)에 100~300nm의 결정립 크기를 가지는 미세 페라이트가 형성되어 있는 것이 특징이다. 통상은 페라이트는 연질조직이나, 숏 피닝에 의해 가공되어 300nm 이하의 결정립을 가지는 페라이트는 잔류 압축 응력이 존재할 뿐만 아니라, 미세한 입도를 가지기 때문에 표면 경화에 매우 효과적이다. 또한, 강선의 표층(표면으로부터 깊이 2㎛까지의 영역을 의미함)에는 상기 페라이트 조직 이외에도 입도 100nm 미만의 초미세 조직(나노결정 조직)이 형성되어 있는데, 상기 조직은 세멘타이트를 실질적으로 포함하지 않는 조직이다. 이러한 현상은, 숏 볼의 충돌시 큰 에너지가 인가되어 세멘타이트가 분해되고, 분해된 세멘타이트의 탄소가 페라이트 내로 확산되어 과고용 상태로 존재하기 때문에 일어나는 것으로 판단되며, 그 결과 표층부의 페라이트 내의 고용 탄소량은 원자 비율로 0.02%초과~5%이하의 범위를 가질 수 있다. 즉, 초미세 조직 역시 페라이트 조직이기는 하나, 원래는 펄라이트 영역에 속하였기 때문에 세멘타이트로부터 유래된 탄소로 인하여 고용 탄소량이 0.02%초과~5%이하로 과고용된 조직인 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 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)
중량%로 C: 0.92%, Si: 1.3%, Mn: 0.5%, Cr: 0.3%, P: 0.015%, S: 0.015%의 강재를 빌렛 압연 및 선재 압연하였다. 압연시, 가열로 온도를 1050℃, 열간압연 마무리 온도 1000℃, RSM 출구온도: 950℃, 수냉후 선재 온도: 850℃, 레잉 헤드 입측의 선재 온도 900℃, 냉각속도 10℃/s, 냉각종료온도 500℃로 냉각하여 직경 13mm의 선재를 제조하였다. 제조된 선재는 1350MPa의 인장강도, 35%의 단면 감소율을 가지고 있었으며, 대부분 펄라이트 조직을 가지고 있었다.
상기 선재를 염산조에 침지하는 산세과정을 거친 후, 총 단면감소율 83%의 건식신선을 통하여 강선을 제조하였다. 건식신선시의 신선속도는 최종 다이스를 기준으로 2.0m/s가 되도록 하였다. 얻어진 강선의 인장강도를 측정한 결과 1950MPa 수준임을 확인할 수 있었다.
이후, 얻어진 강선에 대하여 숏 피닝을 실시하였다. 숏 피닝을 위하여 도 1에 나타낸 공기식 숏 피닝기를 이용하였으며, 숏 볼로는 그 크기 분포가 0.05~0.4mm의 직경을 가진 탄소강 재질의 것을 이용하였다. 숏 볼 투사시 투사속도는 표 1에 나타낸 바와 같이 조절하였으며, 투사시간은 180초로 조절하였다. 표 1에서 투사속도가 0m/s 인 경우는 숏 피닝을 실시하지 않았다는 것을 의미한다.
구분 투사속도
(m/s)		 아래에 기재한 표면으로부터의 깊이(㎛)에서의 잔류 응력(MPa)
0㎛ 25㎛ 50㎛ 75㎛ 100㎛ 125㎛
발명예1 100 -38 -21 -11 -2 +15 -49
발명예2 150 -102 -84 -61 -34 -11 -67
발명예3 200 -168 -141 -112 -78 -57 -84
비교예1 250 -215 측정불가 측정불가 측정불가 측정불가 측정불가
비교예2 0 +662 +492 +310 +194 +105 -58
숏 피닝에 의한 잔류 응력 형성 여부를 확인하기 위하여 표면으로부터 각각 0, 25, 50, 75, 100, 125㎛ 위치에서의 잔류 응력을 측정하고 그 결과 역시 표 1에 기재하였다. 잔류 응력은 V1C-2D 프로그램과 집속이온법(FIB)을 이용하여 이동변위를 측정하는 방법으로 측정하였다.
우선, 전혀 숏 피닝을 하지 않은 비교예2의 잔류 응력 분포를 살펴보면 표면에서 일정 깊이까지 인장 잔류 응력이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 인장 잔류 응력이 작용하면 접촉 마모시 마모에 대한 저항력이 낮아 바람직하지 않다.
그러나, 이에 대비되는 발명예1 내지 발명예3은 모두 표면으로부터 75㎛ 깊이까지 압축응력이 작용하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 압축응력이 작용하도록 숏 피닝한 상기 강선들은 표면에 가까울수록 압축 잔류 응력이 커지는 것을 확인할 수 있다. 이러한 압축 잔류 응력은 강선의 표면 경도를 증가시켜서 접촉 마모에 대한 저항성을 제공할 수 있다.
다만, 비교예1과 같이 투사속도가 너무 빠를 경우에는 강선에 크랙이 발생하여 사용이 불가한 경우가 발견되었으며, 그에 따라 잔류응력의 측정도 원활하게 실시되지 못하였다.
투사조건에 따른 소재의 접촉 마모 성능을 평가하였다. 접촉 마모 성능의 평가는 도 2에 나타낸 것처럼, 강선 1에 인장(tension)을 인가한 상태에서 수직으로 놓인 강선 2를 고정하고 수평으로 놓인 강선 1을 좌우로 움직이면서 168시간(7일) 경과 후 마모된 깊이를 측정하는 방법으로 행하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다. 표에서 비교예1은 크랙 발생에 의하여 마모 깊이도 매우 심하게 나타나서 평가에서 제외하였다.
구분 발명예1 발명예2 발명예3 비교예1 비교예2
마모깊이(㎛) 41.5 35.2 24.8 - 94
숏 피닝 처리하지 않은 비교예2는 마모깊이가 94㎛ 수준으로서 심각한 마모가 일어났음을 알 수 있다. 그러나, 발명예1 내지 발명예3은 모두 41.5㎛ 이하의 마모 깊이를 나타내고 있었으며, 따라서 마모량은 비교예1의 절반 이하임을 알 수 있다. 또한, 각 발명예의 마모 깊이는 투사속도가 높을 수록, 즉 표층 압축 잔류 응력이 클수록 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 이로부터 접촉 마모 성능이 우수함을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명과 같이 강선을 숏 피닝 처리하여 표층에 압축 잔류 응력을 형성시키면 접촉 마모 성능이 우수한 강선을 얻을 수 있음을 상기 실험으로 확인할 수 있었다.
숏 피닝 처리에 의하여 강선의 접촉 마모 성능이 향상되는 이유를 확인하기 위하여, 발명예3에 의해 얻어진 강선의 단면 조직을 확인하였다. 도 3에 그 강선의 단면부 TEM 사진을 나타낸다. 도면에서 확인할 수 있듯이, 강선의 전체적인 조직은 펄라이트이나, 깊이 10㎛까지의 표층조직은 페라이트 임을 확인할 수 있다. 페라이트의 평균 크기는 대체로 100-300nm 사이임을 알 수 있으며, 깊이 2㎛까지의 영역에서는 100nm 미만 10nm 이상의 초미세 결정립이 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 각 조직 내에서 세멘타이트 조직은 전혀 관찰되지 않았으며, 이로 미루어볼 때, 숏 피닝시 숏 볼이 강선에 충돌함에 따라 세멘타이트가 분해되고 세멘타이트 중 탄소가 강선내로 확산, 고용되며, 그로 인하여 강선의 내마모성이 더욱 향상되는 것으로 판단된다.
따라서, 본 발명의 유리한 효과를 확인할 수 있었다.

Claims (7)

  1. C: 0.8~1.0중량%, Si: 1.0~1.5중량%, Cr: 0.2~0.5중량%, Mn: 0.3~0.7중량%, P: 0.020중량% 이하, S: 0.020중량% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지고, 표면으로부터 깊이 최대 100㎛까지의 영역의 압축 잔류 응력이 -10 ~ -170 MPa인 마모 특성이 우수한 고강도 강선.
  2. 제 1 항에 있어서, 표면으로부터 깊이 10㎛까지의 영역의 미세 조직은 100~300nm의 결정립도를 가지는 페라이트를 90~95면적% 포함하는 마모 특성이 우수한 고강도 강선.
  3. 제 2 항에 있어서, 표면으로부터 깊이 2㎛까지의 상기 미세 조직은, 10nm 이상 ~ 100nm 미만의 결정립도를 가지는 페라이트 조직을 90~95면적% 포함하는 마모 특성이 우수한 고강도 강선.
  4. C: 0.8~1.0중량%, Si: 1.0~1.5중량%, Cr: 0.2~0.5중량%, Mn: 0.3~0.7중량%, P: 0.020중량% 이하, S: 0.020중량% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 강선을 준비하는 단계; 및
    상기 강선에 대하여 100~200m/s의 투사속도로 숏 피닝하는 단계를 포함하는 마모 특성이 우수한 고강도 강선의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 숏 피닝 하는 단계에서 사용되는 숏 볼은 0.05~4mm의 직경을 가지고, 숏 피닝 시간은 150~200초인 마모 특성이 우수한 고강도 강선의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 강선은 제 4 항에 기재된 조성의 선재를 건식신선하여 제조되며, 상기 건식신선시 최종 다이스에서의 신선속도가 2.0m/s 이상인 마모 특성이 우수한 고강도 강선의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 선재는
    제 4 항에 기재된 조성의 빌렛을 1000~1100℃에서 60분 이상 가열하는 단계,
    950~1050℃ 이상의 온도에서 열간압연하는 단계,
    선재 온도 850~950℃로 레잉 헤드에 진입시켜서 8~12℃/초의 평균냉각속도로 500℃ 이하까지 냉각하는 단계를 포함하는 과정에 의해 제조되는 마모 특성이 우수한 고강도 강선의 제조방법.
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