KR101674870B1 - 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법, 강선 및 그 제조방법 - Google Patents

연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법, 강선 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비드와이어 등에 사용될 수 있는 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 선재 및 강선은, 중량 %로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.01% 이하, Ti: 0.02% 이하, N: 0.007% 이하, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법, 강선 및 그 제조방법{WIRE ROD AND STEEL WIRE HAVING EXCELLENT STRENGTH AND ELONGATION AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 비드와이어 등에 사용될 수 있는 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법에 관한 것이다.
비드와이어는 타이어 림과 휠을 잡아주는 역할을 하는 제품으로, 제품에 따라 차이는 있지만 비드와이어에 요구되는 특성으로는 고강도 및 고 연신율 특성이 있으며 이에 대한 이유는 아래와 같다.
1) 고강도: 타이어코드 등의 보강재와 같은 이유이며, 강도 증가 시 비드와이어 구조 변경을 통해 총 중량 감소가 가능하며, 사용 수명 또한 증가한다.
2) 고 연신율: 90 % 이상 총감면량이 인가되기 때문에 제품 연성은 감소될 수 밖에 었다. 이를 위해 400~500℃에서 저온 열처리가 행해지며, 이때 연성은 향상되고 강도는 200MPa 정도 낮아지게 된다. 연신율이 우수할 경우, 최종 제품 연선 시 단선 등 발생 가능성이 낮아진다.
강도를 향상시키기 위한 방법으로는 C, Cr 등 합금원소 첨가를 통한 강도 증가 및 열처리 또는 신선 가공량 증가를 통한 방법이 있다. 합금 원소 첨가는 강도를 증가시키는 효과적인 방법 중 하나이나, 과하게 첨가되었을 경우 초석 세멘타이트, 탄화물 등의 형성으로 인하여 신선 중 단선이 발생한다. 다른 인자인 신선 가공량 증가는 강도를 증가시킬 수 있는 가장 효과적인 방법이나, 딜라미네이션과 연관된 신선한계가 소재 의존적이기 때문에 일정 수준 이상 가공량을 증가시키기에는 다소 위험이 따르므로, 합금 원소 및 신선 가공량의 상호 보완적인 수준에서 첨가 및 증가되어야 한다.
강선 고강도화에 따른 연신율 또는 연성 감소는 자연적인 현상이다. 즉, 상기와 같은 강도를 향상시키기 위한 방법들은 강선의 연성을 크게 감소시켜 최종 타이어사의 제품개발 및 사용을 제한하기도 한다.
최종 신선된 강선의 연성을 향상시키는 방법으로 신선공정 후에 400~500℃에서 열처리하는 블루잉 열처리를 한다. 블루잉 열처리시 일반적으로 연신율이 2~3 % 향상되는 효과가 있는데, 총 감면량이 많을 경우 이러한 향상 효과는 감소하게 된다. 이는 여러가지 인자들이 보고되고 있지만, 세멘타이트 내 존재하는 탄소의 페라이트로의 확산, 즉 세멘타이트 분해가 블루잉 열처리시 연신율에 영향을 주는 주요 인자라 판단된다. 세멘타이트 분해 현상은 근래 원자침 분석기 (3DAP), 고분해능 투과전자 현미경 (HR-TEM) 등의 고급 분석 장비가 개발되어 도입됨에 따라 확인된 인자인데, 선재를 신선 가공함에 따라 취성상인 세멘타이트에 에너지적으로 큰 힘이 작용하게 되고, 에너지적으로 불안정하기 때문에, 이를 감소시키기 위해 세멘타이트 내의 C가 페라이트로 확산하여 최종 전위에 고착되게 된다. 이에 따라, 블루잉 열처리 시 강도는 증가하지만 연신율 증가폭은 감소하게 되는 것이다.
따라서, 신선 가공 및 블루잉 열처리 시 세멘타이트의 분해를 억제함으로써 높은 연신율을 확보할 수 있는 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 따라서, 합금조성을 적절히 제어하여 신선 가공 및 블루잉 열처리 시 세멘타이트의 분해를 억제함으로써 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 연신율이 우수한 고강도 선재는, 중량 %로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, Ti: 0.006~0.02%, N: 0.002~0.007%, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 펄라이트를 99면적% 이상 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면인 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법은, 중량%로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, Ti: 0.006~0.02%, N: 0.002~0.007%, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강편을 1000~1100℃에서 가열하는 단계; 상기 가열된 강편을 열간 압연하여 선재를 제조하는 단계; 상기 선재를 권취하는 단계; 및 상기 권취한 선재를 5℃/s 이하의 냉각속도로 650~750℃까지 서냉한 후, 30℃/s 이상의 냉각속도로 500~600℃까지 급냉하고, 급냉 후 온도를 유지하여 펄라이트 조직을 확보한 후 공냉하는 냉각단계를 포함한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 선재를 이용하여 제조된 강선 및 그 제조방법을 포함하고, 이 강선은 상기한 바와 같은 화학 성분 조성을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 합금조성을 적절히 제어하여 신선 가공 및 블루잉 열처리 시 세멘타이트의 분해를 억제함으로써 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명자들은 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법을 제공하기 위하여 연구를 행한 결과, 선재의 합금 성분을 적절히 선택함으로써, 신선 가공시 세멘타이트의 분해를 억제할 수 있으며, 이로 인해 블루잉 열처리 시 높은 연신율을 확보할 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 연신율이 우수한 고강도 선재에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 연신율이 우수한 고강도 선재는, 중량 %로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, Ti: 0.006~0.02%, N: 0.002~0.007%, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 펄라이트를 99면적% 이상 포함한다.
C (탄소) : 0.4~0.65 중량 %
C는 강도를 향상시키는 가장 효과적인 원소이다. 일반적으로 C 첨가 시 0.1%당 최대 100 Mpa를 증가시키는 것으로 알려져 있다. C의 함량이 0.4% 미만 경우 주요 기지조직이 페라이트로 되기 때문에 고강도를 확보하는데 어려움이 있다. 또한, 0.65%를 초과하는 경우에서는 합금원소의 첨가없이 펄라이트 분률이 95%이상이 되나 세멘타이트 분률의 증대에 의하여 신선량이 증대하면 신선 중 파단, 또는 연선 중 딜라미네이션이 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 C의 함량을 0.4~0.65%로 제어하는 것이 바람직하다.
Si (실리콘) : 0.7~1.5 중량%
본 발명에서의 Si은 페라이트 강화에 따른 강도 증가, 건식 신선 시 강 가공에 따른 세멘타이트 분해 억제 및 블루잉 열처리 시 세멘타이트 내 탄소의 페라이트로 확산을 억제시켜 연신율을 향상시키는 역할을 하는 주요 원소이다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.7 중량% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 반면, 그 함량이 과다할 경우, 신선성 저하 및 Fe2SiO4 등의 형성으로 스케일 박리성에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 상기 Si 함량의 상한은 1.5 중량%인 것이 바람직하다.
Mn (망가니즈) : 0.1~1.0 중량 %
Mn은 강의 제조시 탈산 효과뿐만 아니라 소재내의 황과 더불어 유화망간(MnS)을 형성시켜 황에 의한 적열 취성을 방지하므로 0.1%이상 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, Mn은 소재의 강도 상승과 펄라이트 층간 간격을 미세화시키는데는 매우 효과적인 원소이다. 하지만, 1.0%를 초과하는 경우 편석이 발생할 가능성이 높고, 마르텐사이트가 발생하는 임계 냉각속도를 낮추며, 다른 원소에 비하여 신선한계를 현저히 저하시킨다. 따라서, 본 발명에서는 Mn의 함량을 0.1~1.0%로 제한하는 것이 바람직하다.
Cr (크롬) : 0.1~0.5 중량 %
Cr은 펄라이트 조직을 미세화 시키기 때문에 가공경화율을 증가시켜 신선성을 향상시키는 역할을 한다. Cr의 함량이 0.1 % 미만인 경우, 그 효과가 미비하며, Cr의 함량이 0.5 %를 초과하는 경우, 경화능 증가 및 Cr 탄화물을 형성시키는 문제점이 있다. 따라서, Cr의 함량은 0.1~0.5 %인 것이 바람직하다.
Ti (타이타늄) : 0.006~0.02 중량%
본 발명에서는 Ti는 석출물 형성에 따른 강도 증가 효과보다는, N과 결합하여 TiN으로 존재함으로써 B와 N의 결합을 억제하는 역할을 한다. Ti의 함량이 0.006% 미만인 경우, 충분한 TiN을 형성하지 못하여 상기 역할을 수행하기 어렵다. 반면, Ti의 함량이 0.02 %를 초과하는 경우, TiC 등이 조대하게 형성될 가능성이 있다. 따라서, Ti의 함량은 0.006~0.02 %인 것이 바람직하다.
B : 0.001~0.01 중량 %
저탄소강에서 초석 페라이트의 형성은 신선 중 균열이 형성될 수 있는 시발점이 되고, 이는 신선 중 파단을 발생시킨다. B은 입계에 용질로 존재하여 입계 에너지를 낮춤으로써 이러한 초석 페라이트 형성을 억제하는 역할을 하여 신선 중 파단을 방지하는 역할을 한다. B의 함량이 0.001% 미만인 경우 상기한 효과를 충분히 나타낼 수 없으며, 0.01 % 초과 첨가시 용질 B 보다는 BC, BN으로 존재하여 그 효과를 나타낼 수 없다. 따라서, B의 함량은 0.001~0.01%인 것이 바람직하다.
N : 0.002~0.007 중량%
기지내 존재하는 N는 B 첨가시 BN으로 결합하기 때문에, 용질 B 효과를 가져오기 어렵다. 따라서 Ti와 복합첨가되어 용질 B이 초석 페라이트 형성을 지연시키는 역할을 하게 해야 한다. N의 함량이 0.002% 미만인 경우, 충분한 TiN을 형성하지 못하여 상기 역할을 수행하기 어렵다. 반면, N의 함량이 0.007% 초과하는 경우, B와 결합하여 BN으로 존재할 수 있다. 따라서, N의 함량은 0.002~0.007%인 것이 바람직하다.
*P (인) : 0.02 중량% 이하
P는 불순물이며, 특별히 함유량을 규정하지는 않지만, 종래의 강선과 마찬가지로 연성을 확보하기 위한 관점에서 0.02% 이하로 하는 것이 바람직하다. 다만, 상기 P의 함량이 0.001 중량% 미만인 경우에는 정련공정의 제조비용이 크게 증가하는 문제가 있으므로 그 하한은 0.001% 이상일 수 있다.
S (황) : 0.02 중량% 이하
S은 불순물이며, 특별히 함유량을 규정하지는 않지만, 종래의 강선과 마찬가지로 연성을 확보하기 위한 관점에서 0.02% 이하로 하는 것이 바람직하다. 다만, 상기 S의 함량이 0.001 중량% 미만인 경우에는 정련공정의 제조비용이 크게 증가하는 문제가 있으므로 그 하한은 0.001% 이상일 수 있다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
또한, 상기 Ti와 N은 상술한 조성범위를 만족할 뿐만 아니라, 원자량비(atomic ratio)로 Ti/N≥1 을 만족하는 것이 더 바람직하다.
Ti/N이 1 미만인 경우에는 Ti와 결합하지 못한 N이 강 중 잔존하여 B와 결합하여 BN이 되기 때문에, 초석 페라이트 형성을 억제하지 못하여 신선 중 파단이 발생하는 문제점이 있을 수 있기 때문이다.
또한, 상기 선재의 미세조직은 펄라이트 조직을 99 면적%이상 유지하는 것이 바람직하다. 펄라이트 상분율이 99면적% 미만인 경우, 신선 가공시 단선을 유발할 가능성이 크기 때문이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 성분계 및 미세조직을 만족함으로써, 고 Si 첨가를 통해 강도를 확보함과 동시에, 신선 가공 및 블루잉 열처리 시 세멘타이트 분해를 억제함으로써 연신율 감소를 억제시킬 수 있는 선재를 제공할 수 있다. 또한, 상기 선재는 인장강도 1000MPa 이상이고 단면감소율이 55%이상이다.
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 다른 일 측면인 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법은, 중량%로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, Ti: 0.006~0.02%, N: 0.002~0.007%, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강편을 1000~1100℃에서 가열하는 단계; 상기 가열된 강편을 열간 압연하여 선재를 제조하는 단계; 상기 선재를 권취하는 단계; 및 상기 권취한 선재를 5℃/s 이하의 냉각속도로 650~750℃까지 서냉한 후, 30℃/s 이상의 냉각속도로 500~600℃까지 급냉하고, 급냉 후 온도를 유지하여 펄라이트 조직을 확보한 후 공냉하는 냉각단계를 포함한다.
가열하는 단계
상기 전술한 조성을 만족하는 강편을 가열한다. 이때, 가열은 1000℃이상 1100℃ 이하로 행하는 것이 바람직하다. 상기 가열 온도가 1000℃미만인 경우, 압연시 온도가 크게 저하되기 때문에 압연 롤에 인가되는 부하가 크게되고, 이로 인해 롤 교체주기가 짧아져서 제조원가 상승하는 문제점이 있다. 반면에, 상기 소둔 온도가 1100℃를 초과하는 경우, 오스테나이트 결정립이 조대해지기 때문에 연성이 열위해지는 문제점이 있다. 따라서, 상기 가열은 1000~1100℃에서 실시되는 것이 바람직하다.
열간 압연하는 단계
상기 가열된 강편을 열간 압연하여 선재를 제조한다. 이때, 마무리 압연 출구측 온도는 950℃이상 1050℃ 이하로 행하는 것이 바람직하다. 상기 마무리 압연 출구측 온도가 950℃미만인 경우, 사상 다이스의 마모 및 열피로가 증가하여 롤 교체주기가 짧아져서 제조원가가 상승하는 문제점이 있다. 반면에, 상기 마무리 압연 출구측 온도가 1050℃를 초과하는 경우, 수냉대에서 과하게 냉각해야 하기 때문에 제조원가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서, 상기 마무리 압연 출구측 온도는 950~1050℃인 것이 바람직하다.
권취하는 단계
상기 선재를 권취하는 단계를 포함한다. 이때, 권취 온도는 850℃이상 950℃ 이하인 것이 바람직하다. 권취 온도가 850℃미만인 경우에는 초석 페라이트가 형성될 가능성이 크며, 권취 온도가 950℃를 초과하는 경우 오스테나이트 결정립이 조대해지기 때문에 연성이 열위해지는 문제점이 있다. 따라서, 권취 온도는 850~950℃인 것이 바람직하다.
또한, 바람직한 일례로서 레잉헤드(L/H: Laying Head)를 이용하여 권취할 수 있다.
냉각단계
상기 권취한 선재를 5℃/s 이하의 냉각속도로 650~750℃까지 서냉한 후, 30℃/s 이상의 냉각속도로 500~600℃까지 급냉하고, 급냉 후 온도를 유지하여 펄라이트 조직을 확보한 후 공냉한다.
본 발명에서는 B를 첨가하여 초석 페라이트의 형성을 억제하였기 때문에 냉각 초반에는 급냉할 필요가 없으며, 또한, 5℃/s 이하의 냉각속도로 650~750℃까지 서냉함으로써 냉각 중 생성되는 스케일에서 FeO의 면적분율을 높게 확보하여 스케일 박리성을 향상시키기 위함이다.
또한, 30℃/s 이상의 냉각속도로 500~600℃까지 급냉하는 이유는 페라이트 변태를 억제하고, 미세한 펄라이트를 형성하기 위함이다.
이때, 상기 냉각은 송풍량과 컨베이어 속도로 변태를 제어하는 냉각장치 중 하나인 스텔모아 냉각대에서 행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 선재를 신선한 후, 블루잉 열처리하여 제조된 강선 및 그 제조방법을 포함한다.
상기 신선 공정의 조건은 특별히 한정되지 않으며 통상적인 신선 공정에 모두 적용 가능하다. 예를 들어, "선재 → 스케일 제거(기계적 제거 및 피클링) → 건식신선 → 열처리 → 도금"의 공정을 거쳐 강선을 제조할 수 있다.
나아가, 신선 공정 후 400~500℃에서 블루잉(bluing) 열처리를 행한다. 상기 블루잉 열처리는 응력을 제거하고 최종 신선된 강선의 연신율을 향상시키기 위함이다. 블루잉 열처리 온도가 400℃ 미만인 경우, 연신율을 향상시키는 효과가 충분하지 않으며, 블루잉 열처리 온도가 500℃를 초과하는 경우, 강도가 많이 낮아지게 되며 공정 비용이 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 블루잉 열처리 온도는 400~500℃인 것이 바람직하다.
블루잉 열처리시 일반적으로 연신율이 2~3 % 향상되는 효과가 있는데, 총 감면량이 많을 경우 이러한 향상 효과는 감소하게 된다. 이는 여러가지 인자들이 보고되고 있지만, 세멘타이트 내 존재하는 탄소의 페라이트로의 확산, 즉 세멘타이트 분해가 블루잉 열처리시 연신율에 영향을 주는 주요 인자라 판단된다. 세멘타이트 분해 현상은 근래 원자침 분석기 (3DAP), 고분해능 투과전자 현미경 (HR-TEM) 등의 고급 분석 장비가 개발되어 도입됨에 따라 확인된 인자인데, 강을 가공함에 따라 취성상인 세멘타이트에 에너지적으로 큰 힘이 작용하게 되고, 에너지적으로 불안정하기 때문에, 이를 감소시키기 위해 세멘타이트 내의 C가 페라이트로 확산하여 최종 전위에 고착되게 된다. 이에 따라, 강도는 증가하지만 연신율 증가폭은 감소하게 되는 것이다.
본 발명에서는 고 Si를 첨가함에 따라서, Si이 페라이트와 세멘타이트 계면에 존재함으로써 신선 가공시 세멘타이트의 C가 페라이트로 확산되는 것을 억제하여, 블루잉 열처리 시 연신율 증가폭이 감소되는 것을 억제할 수 있는 것이다.
즉, 본 발명에 따른 선재를 신선 가공하여 제조된 강선은 신선 가공시 강선의 표면으로부터 중심부 방향 100㎛내에서 세멘타이트가 분해되는 최대량이 8 at.%이하가 되기 때문에, 블루잉 열처리 후의 연신율 최소값이 6.8 % 이상이며, 연신율 평균 값이 7.2 % 이상으로 연신율 증가폭이 감소되지 않는다. 또한, 블루잉 열처리 후의 인장강도가 2400MPa 이상이다.
따라서, 신선 가공 후 블루잉 열처리 전의 강선 표면으로부터 중심부 방향 100㎛내에서 세멘타이트의 잔존 탄소량은 17~21 at.%이다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시 예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시 예)
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분계를 만족하는 강괴를 빌렛 연속 주조 후 가열로 온도 1050℃에서 60분 이상 유지한 후, 열간 압연하여 5.0 mm 선재를 제조하였다. 열간 압연 조건으로는, 마무리 압연 출구측 온도: 950℃, 수냉대 통과 후 레잉헤드(L/H) 온도: 850℃로 하였다. 열간 압연 후, 700℃까지 서냉한 후, 30℃/s의 냉각속도로 500℃까지 급냉하고, 급냉 후 온도를 유지하여 펄라이트 조직 확보 후 공냉하였다.
구분 중량 %
C Si Mn Cr B Ti N P S
비교예1 0.52 0.24 0.41 0.22 0 0 0.0068 0.0200 0.0180
비교예2 0.57 0.65 0.40 0.20 0 0 0.0067 0.0180 0.0190
비교예3 0.53 0.62 0.39 0.22 0.0013 0.0100 0.0070 0.0200 0.0200
발명예1 0.52 0.82 0.39 0.21 0.0020 0.0200 0.0070 0.0200 0.0190
발명예2 0.51 1.25 0.41 0.22 0.0019 0.0190 0.0068 0.0200 0.0180
발명예3 0.53 1.49 0.40 0.21 0.0018 0.0200 0.0069 0.0190 0.0190
비교예4 0.81 1.20 0.42 0.20 0.0019 0.0190 0.0070 0.0200 0.0180
비교예5 0.52 1.20 0.39 0.62 0.0018 0.0190 0.0069 0.0200 0.0200
상기 선재를 총감면량 96.3%로 신선 가공하여 강선을 제조하였다. 또한, 상기 강선을 420℃에서 10초간 블루잉 열처리하였다. 상기 선재, 강선 및 블루잉 열처리 후 강선에 대한 기계적 특성 및 미세조직을 분석하여 하기 표 2에 나타내었다.
또한, 3DAP 분석기를 사용하여 신선 가공 후 블루잉 열처리 전 강선 표면부 (표면~깊이 방향으로 100㎛ 내)의 세멘타이트 분해 거동을 정량분석하여 세멘타이트 내 잔존 탄소량을 측정하고 표 2에 나타내었다.
구분 선재 블루잉 열처리 전 강선 블루잉(420℃) 열처리 후 강선
인장강도
(Mpa)		 RA
(%)		 Vf
(면적%)		 직경
(mm)		 세멘타이트 내 잔존 탄소량 (at.%) 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 인장
강도
(Mpa)		 연신율
(%)
/최소값
비교예1 951.6 61.5 6.3 5.0 14.2 2459.8 2.86 2259.8 4.98
/ 4.45
비교예2 998.6 55.7 4.4 5.0 14.3 2655.8 2.99 2390.8 5.22
/ 4.62
비교예3 960.4 63.0 2.8 5.0 14.9 2420.6 3.00 2220.6 5.11
/ 4.66
발명예1 1011.6 59.2 1 미만 5.0 18.0 2520.8 4.70 2320.8 7.25
/ 6.82
발명예2 1108.9 57.1 1 미만 5.0 19.8 2614.8 5.10 2420.8 7.68
/ 6.98
발명예3 1145.0 55.0 1 미만 5.0 20.1 2659.8 5.30 2459.8 7.81
/ 7.12
비교예4 1155.0 48.0 1 미만 5.0 17.2 2664.8 3.20 2464.8 5.28
/ 4.19
비교예5 1071.6 49.0 3.8 5.0 18.9 2579.8 3.10 2379.8 5.08
/ 4.10
상기 표 2를 보면 알 수 있듯이, 비교예 4는 C가 다량 첨가되고, 비교예 5는 Cr이 다량 첨가되어 인장강도는 우수하였으나, 강선 및 블루잉 열처리 후 강선의 연신율이 낮은 것을 확인할 수 있다.
비교예 1~3의 경우 Si 함량이 0.7% 미만이며, 비교예 1 및 2는 B 및 Ti 이 첨가되지 않았다. 반면에, 발명예 1~3은 비교예 1~3에 비하여 Si를 다량 첨가하였으며, B 및 Ti을 본 발명의 합금원소 범위를 만족하도록 제어하였다.
비교예 1 내지 3의 경우, 신선 가공 시 세멘타이트 내 탄소의 페라이트로 확산을 억제시키지 못하여 신선 가공 후 블루잉 열처리 전 세멘타이트 내 잔존 탄소량이 17 at.%미만이었다. 이에 따라, 블루잉 열처리 전 연신율도 3%이하로 열위하였고, 블루잉 열처리 후 연신율도 5.22% 이하로 열위함을 확인할 수 있다.
비교예 1~3의 선재는 950 Mpa 수준의 인장강도를 가지며 단면 감소율(RA) 는 60 % 수준이다. 그에 비해 발명예 1~3의 선재는 Si 첨가에 따른 페라이트 고용강화로 인해 1000~1100 Mpa 수준의 높은 인장강도를 갖으며, 단면 감소율(RA)은 5% 정도 낮은 값을 갖는다.
또한, 비교예 1~3의 선재는 페라이트 분율(Vf)이 2~6 면적%인 페라이트와 펄라이트의 혼합조직이나, 발명예 1~3의 선재는 페라이트 분율(Vf)이 1 면적%미만으로 99 면적% 이상의 펄라이트 조직을 갖는 것이 확인가능하다.
이러한 특성은 강선 표면부 (표면~깊이 방향으로 100㎛ 내)의 세멘타이트 분해 거동 분석을 통해 설명가능하다. 왜냐하면, 신선 시 변형이 가장 크게 작용하는 표면부에서의 특성이 전체 특성을 결정짓기 때문이다.
비교예1~3은 신선 가공 후 블루잉 열처리 전 강선 표면부 (표면~깊이 방향으로 100㎛ 내)의 세멘타이트 내 잔존 탄소량은 14 at.% 수준이다. Fe3C의 이론적 탄소량은 25 at.%이므로, 45% 정도의 탄소가 세멘타이트에서 페라이트로 빠져 나왔음을 알 수 있다.
이에 반해 Si 함량이 많은 발명예1~3은 신선 가공 후 블루잉 열처리 전 강선 표면부 (표면~깊이 방향으로 100㎛ 내)의 세멘타이트 내 잔존 탄소이 18 at.%이상이므로, 19~28 % 정도의 탄소가 세멘타이트에서 페라이트로 빠져 나왔음을 알 수 있다. 따라서 비교예 1~3에 비하여 신선 가공으로 인한 세멘타이트 분해가 상대적으로 덜된 것을 확인할 수 있다. 이는 Si가 페라이트와 세멘타이트 계면에 존재함으로써 세멘타이트에서 페라이트로의 C 확산을 저지하였기 때문이다.
비드와이어 제품에서 중요한 것은 강도와 연신율 특성이다. 제품별로 요구되는 연신율 값이 있으나, 고강도재일수록 보다 높은 연신율 값을 요구한다. 비교예 1~2의 경우 강도는 우수하나, 평균 연신율은 5 % 수준이고, 최소치는 4.8 % 수준으로 연신율이 낮아 비드와이어 제품으로 사용되기에는 부적합하다. 이에 반해, 발명예1~3은 평균연신율이 7.2 % 이상이며, 최소 연신율은 6.8 %이상으로, 비드와이어 제품으로 사용하기에 적합한 연신율을 갖는다.
이상 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당 업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 중량%로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, Ti: 0.006~0.02%, N: 0.002~0.007%, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강편을 1000~1100℃에서 가열하는 단계;
    상기 가열된 강편을 열간 압연하여 선재를 제조하는 단계;
    상기 선재를 권취하는 단계; 및
    상기 권취한 선재를 5℃/s 이하의 냉각속도로 650~750℃까지 서냉한 후, 30℃/s 이상의 냉각속도로 500~600℃까지 급냉하고, 급냉 후 온도를 유지하여 펄라이트 조직을 확보한 후 공냉하는 냉각단계를 포함하는 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열간 압연은 마무리 압연 출구측 온도가 950~1050℃가 되도록 행하는 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 권취는 850~950℃의 온도 범위에서 행하는 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 Ti와 N은 원자량비(atomic ratio)로 Ti/N≥1 을 만족하는 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법.
  5. 중량%로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, Ti: 0.006~0.02%, N: 0.002~0.007%, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    표면으로부터 중심부 방향 100㎛ 내에서 세멘타이트의 잔존 탄소량이 17~21 at.%인 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 고강도 강선.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 강선은 블루잉 열처리 후의 연신율 최소값이 6.8 % 이상이며, 연신율 평균 값이 7.2 % 이상이고 인장강도가 2400MPa 이상인 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 고강도 강선.
  7. 중량%로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, Ti: 0.006~0.02%, N: 0.002~0.007%, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 펄라이트를 99면적% 이상 포함하는 선재를 신선하여 강선을 얻는 단계; 및
    상기 강선을 400~500℃의 온도 범위에서 블루잉(bluing) 열처리하는 단계를 포함하는 연신율이 우수한 고강도 강선의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 Ti와 N은 원자량비(atomic ratio)로 Ti/N≥1 을 만족하는 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 고강도 강선의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 선재는 인장강도 1000MPa이상이고 단면감소율이 55%이상인 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 고강도 강선의 제조방법.
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