KR101758501B1 - 중심편석이 감소된 선재, 강선 및 그들의 제조방법 - Google Patents

중심편석이 감소된 선재, 강선 및 그들의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.9 ~ 1.1 %, Si: 0.7 ~ 1.5 %, Cr: 0.6 ~ 1.2 %, Mn: 0.4 ~ 0.8 %, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
인장 강도 (TS) 및 중심 편석부와 주변부와의 경도값 차이 (ΔHV)가 하기 관계식 1을 만족하는 중심편석이 감소된 선재에 관한 것이다.
[관계식 1] ΔHV × TS ≤ 105000
(단, 상기 TS의 단위는 MPa이며, 상기 ΔHV의 단위는 Hv이다.)

Description

중심편석이 감소된 선재, 강선 및 그들의 제조방법{WIRE ROD HAVING DECREASED CENTER SEGREGATION, STEEL WIRE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 중심편석이 감소된 선재, 강선 및 그들의 제조방법에 관한 것이다.
선경 10~20mm 로 생산되는 고강도 선재는 열처리 및 가공을 통하여 선경 10mm 이하의 고강도 강선으로 만들어 지며, 강선은 다양한 형태로 산업 전반 곳곳에서 하중 지지를 위해 사용되고 있다. 대표적인 형태로 현수교, 사장교 등의 교량용 케이블, 콘크리트 교각 등에 콘크리트 보강용으로 사용되는 PC강선, 대형 건축물이나 구조물용 케이블, 해상 유전이나 각종 구조물을 지지하는 앵커로프(Anchor rope) 등이 있다. 일반적으로 강선은 연선(撚線) 방식으로 케이블에 적용되기 때문에 강선의 비틀림 특성은 매우 중요하다.
고강도 선재를 강선으로 가공할 때는 최종 제품의 크기로 선경을 줄이고 강도를 확보하기 위해서 일반적으로 신선(drawing) 방법이 이용되는 데 이때 신선 전 소재의 중심 편석 수준은 최종 강선의 비틀림 특성에 영향을 미친다.
고용 강화원소로 첨가된 첨가된 C, Si, Mn, Cr 등의 합금 원소는 중심부에 편석되어 소재 내부의 물성을 불균일하게 하여 강선의 비틀림 특성을 저해한다. 또한, 상기 합금 원소들이 편석된 지역에서는 취성 유발 조직인 조대 세멘타이트가 형성되어 소재의 변형 조건에서 파괴의 개시점으로 작용하여 물성을 약화시킨다. 또한, 소재를 재열처리 하여 사용하는 과정에서 상기 조대 세멘타이트는 완전히 용해되지 않고 구상화 세멘타이트로 남게 되어 역시 파괴의 개시점으로 작용하여 같은 문제를 일으킨다. 따라서, 편석을 저감시키는 것은 매우 중요하다.
통상 편석을 제거하기 위해서는 고온의 열처리 과정 동안 상기의 원소들이 확산되는 과정을 이용하는데 이 방법을 강선을 제조하는 단계에 적용하는 것은 경제성 및 최종 강선의 다른 물성을 저해하는 문제점이 있기 때문에 바람직하지 않다.
결국 상기의 편석 문제는 선재를 제조하는 단계에서 해결되는 것이 바람직하다. 선재를 제조하는 단계에서 편석을 제거하기 위해서는 일반적으로 연주 (Continuous casting) 단계에서 주조속도를 늦추거나 경압하 (Soft reduction) 를 이용하는 방법 등이 이용된다.
예를 들어, 특허문헌 1에서는 연속 주조시 냉각속도 등의 제어를 통하여 편석을 저감시키는 방법에 대하여 개시하고 있다.
그러나 합금원소의 함량이 높은 고강도 선재의 경우에는 상술한 방법들로 편석을 억제하는 것에는 한계가 있다.
따라서, 합금원소의 함량이 높은 고강도 선재에 있어서 중심편석이 감소된 선재, 강선 및 그들의 제조방법에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.
일본 공개특허공보 특개평11-140581호
본 발명의 일 측면은 중심편석이 감소된 선재, 강선 및 그들의 제조방법을 제공하기 위함이다.
한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.9 ~ 1.1 %, Si: 0.7 ~ 1.5 %, Cr: 0.6 ~ 1.2 %, Mn: 0.4 ~ 0.8 %, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
인장 강도 (TS) 및 중심 편석부와 주변부와의 경도값 차이 (ΔHV)가 하기 관계식 1을 만족하는 중심편석이 감소된 선재에 관한 것이다.
[관계식 1] ΔHV × TS ≤ 105000
(단, 상기 TS의 단위는 MPa이며, 상기 ΔHV의 단위는 Hv이다.)
또한, 본 발명의 다른 일 측면은 상술한 합금조성을 가지는 빌렛을 가열하는 단계;
상기 가열된 빌렛을 열간압연하여 선재를 얻는 단계; 및
상기 선재를 권취한 후 냉각하는 단계를 포함하고,
상기 열간압연은 빌렛 중심부의 온도가 1250 ℃ 이상이고, 빌렛 중심부의 변형속도가 0.37/s 이하이며, 빌렛 중심부의 변형량이 0.3 이상이 되도록 행해지는 1 패스 이상의 압연을 포함하는 것을 특징으로 하는 중심편석이 감소된 선재의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은 상기 선재를 이용하여 제조된 강선 및 그 제조방법에 관한 것이다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있다.
본 발명에 의하면, 중심편석이 감소된 선재, 강선 및 그들의 제조방법을 제공할 수 있어, 고강도이며 비틀림 특성이 우수한 강선을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 발명재2의 중심 편석부를 중심으로 EPMA 로 분석한 편석 분포이다.
도 2는 비교재3의 중심 편석부를 중심으로 EPMA 로 분석한 편석 분포이다.
도 3은 중심 편석부와 주변부의 정의를 도식적으로 설명한 그림이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명자들은 선재의 중심편석 정도가 높아지면 열처리 및 신선 가공을 통하여 제조된 강선의 비틀림 특성이 열위한 문제가 있으며, 특히 합금원소의 함량이 높은 고강도 선재의 경우에는 기존의 연주 (Continuous casting) 단계에서 주조속도를 늦추거나 경압하 (Soft reduction) 를 이용하는 방법 등에 의해서는 편석을 효과적으로 감소시킬 수 없음을 인지하고, 이를 해결하기 위하여 깊이 연구하였다.
그 결과, 압연 조건 등의 제어를 통하여 중심편석을 효과적으로 감소시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 중심편석이 감소된 선재에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 중심편석이 감소된 선재는 중량%로, C: 0.9 ~ 1.1 %, Si: 0.7 ~ 1.5 %, Cr: 0.6 ~ 1.2 %, Mn: 0.4 ~ 0.8 %, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
인장 강도 (TS) 및 중심 편석부와 주변부와의 경도값 차이 (ΔHV)가 하기 관계식 1을 만족한다.
[관계식 1] ΔHV × TS ≤ 105000
먼저, 본 발명의 일 측면에 따른 중심편석이 감소된 선재의 합금조성에 대하여 상세히 설명한다. 이하, 각 합금원소의 단위는 중량%이다.
C (탄소): 0.9 ~ 1.1 %
C는 소재 강도를 가장 효과적으로 상승시킬 수 있는 원소이다. C 함량이 0.1 % 증가될 시 신선 후 강도를 100 MPa 정도 향상시킬 수 있으나, 0.9 % 초과 첨가시에는 강도 증가량은 점차 감소하는 것으로 알려져 있다. 또한, C는 펄라이트 조직을 형성시키는 주요 원소이며, 펄라이트 조직 미세화 외에도 가공 경화율을 증가시킨다.
C 함량이 0.9 % 미만인 경우 고강도를 확보하기 어려운 문제점이 있으며, C 함량이 1.1 % 초과인 경우 중심 편석이 크게 증가하고 이 영역에 초석 세멘타이트 분율이 증가되는 문제점이 있다.
따라서, C 함량은 0.9 ~ 1.1 %인 것이 바람직하다.
Si (실리콘): 0.7 ~ 1.5 %
Si은 페라이트 고용강화 및 펄라이트 조직을 미세화 따른 강도를 증가시키는 역할을 한다. Si 함량이 0.1 % 증가될 시 14~16 MPa 정도의 강도가 향상된다. 또한, Si은 페라이트와 세멘타이트 계면에 존재하기 때문에 열처리 시 C 확산을 억제하는 역할을 하기 때문에, 케이블 또는 로프에서는 Si 함량이 높다.
Si 함량이 0.7 % 미만인 경우 상술한 효과가 충분하지 못하고, Si 함량이 1.5 % 초과인 경우 모재와 밀착성이 큰 Fe2SiO4 스케일을 표면에 형성시켜 스케일 박리성을 저하시키는 문제점이 있다.
따라서, Si 함량은 0.7 ~ 1.5 % 인 것이 바람직하다.
Cr (크롬): 0.6 ~ 1.2 %
Cr은 펄라이트 조직을 미세화시키고 신선 가공성을 크게 향상시킬 수 있는 원소이다. Cr은 페라이트 안정화 원소이기 때문에 공석 변태 개시온도를 증가시키고, Cr 첨가 시 펄라이트 형성 변태 온도는 상향, 베이나이트 형성 온도는 하향시키는 작용을 한다. 이러한 현상은 Mo, V 등에도 유사하게 나타난다. 또한, Cr 함량이 0.1 % 증가될 시 인장강도는 40 MPa 이상 증가되는 것으로 알려져 있다.
Cr 함량이 0.6 % 미만인 경우 고강도를 확보하기 어려운 문제점이 있으며, Cr 함량이 1.2 % 초과인 경우 Cr 탄화물 등이 조대하게 형성되어 신선 중 단선이 발생할 수 있다.
따라서, Cr 함량은 0.6 ~ 1.2 % 인 것이 바람직하다.
Mn (망가니즈): 0.4 ~ 0.8 %
Mn은 강도 증가 역할 보다는 고객사에서 열처리 할 때 변태 노즈를 충분히 지연시켜주는 소입성 확보 목적으로 첨가된다. 또한, 강내 S와 쉽게 결합하기 때문에 탈황 목적으로도 사용된다.
Mn 함량이 0.4 % 미만인 경우 충분한 소입성을 확보하기 어렵고, Mn 함량이 0.8% 초과인 경우 중심 Mn 편석이 강하게 작용하여 신선 중 단선이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, Mn 함량은 0.4 ~ 0.8 % 인 것이 바람직하다.
P 및 S: 각각 0.030 % 이하
P 및 S는 불순물이며, 특별히 함유량을 규정하지는 않지만, 종래의 강선과 마찬가지로 연성을 확보하는 관점에서 각각 0.030% 이하로 하는 것이 바람직하다.
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.
본 발명에 따른 선재의 인장 강도 (TS) 및 중심 편석부와 주변부와의 경도차이 (ΔHV)는 하기 관계식 1을 만족한다.
[관계식 1] ΔHV × TS ≤ 105000
(단, 상기 TS의 단위는 MPa이며, 상기 ΔHV의 단위는 Hv이다.)
상기 관계식 1은 신선 가공 전 소재의 인장 강도(TS)와 중심 편석부와 주변부와의 경도차이(ΔHV)를 이용하여 강선 가공하였을 때 비틀림 특성을 판단할 수 있는 실험식이다. 중심 편석부와 주변부의 경도차이(ΔHV)는 편석 정도에 비례하므로 상기 관계식 1을 통하여 소재의 강도 수준에 따라 허용되는 편석 정도를 예측할 수 있다.
관계식 1의 값이 105000을 초과하는 경우 강도와 편석의 정도가 높아서 비틀림 특성이 열위한 문제점이 있다. 반면에 상기 관계식 1의 값이 작을수록 비틀림 특성이 우수하므로 특별히 하한을 한정하지는 않는다.
이때, 상기 중심 편석부와 주변부는 하기와 같이 정의할 수 있다. 이하, 도 3을 참조하여 설명한다.
우선, 선재의 중심으로부터 선재의 반지름의 1/2인 거리 영역 내에서 C 농도를 EPMA(Electron Probe Micro-Analysis)로 분석하였을 때, 세멘타이트 외의 탄소 화합물에서 측정된 값을 제외하고 C 농도가 가장 높은 한 점을 중심점(도 3의 100)으로 한다.
상기 중심점을 중심으로 하기 관계식 2로 정의되는 반지름 rn인 원(도 3의 200)을 정의한다.
[관계식 2] rn = 0.2 × n (mm)
그 다음, 반지름이 각각 rn, rn+1 인 두원의 원주로 둘려싸인 영역(도 3의 300)의 평균 C 농도를 Cn 이라 하고, 반지름이 각각 rn+1, rn+2 인 두원의 원주로 둘러싸인 영역의 평균 C 농도를 Cn +1이라 하였을 때, 하기 관계식 3을 만족하는 rn 에 의하여 그려지는 원 내부를 중심 편석부, rn 과 rn+10 원주로 그려지는 영역 내부를 주변부라 정의한다.
[관계식 3] Cn/Cn +1 ≥ 1.05
이때, 상기 선재의 단면은 중심 편석부 입계 세멘타이트의 면적분율이 주변부 입계 세멘타이트의 면적분율의 2.5 배 이하일 수 있다.
중심 편석부에 존재하는 입계 세멘타이트는 소재의 파괴시 크랙의 경로로 작용하며 입계 세멘타이트가 두꺼울 경우 크랙의 전파를 용이하게 하여 소재의 비틀림 특성을 저하 시키는 문제가 있다. 또한 선재 상태에서 두껍게 존재하는 입계 세멘타이트는 신선 가공 전 열처리에서 구상화 세멘타이트로 남게되어 신선성 및 강선의 비틀림 특성을 열위하게 한다.
본 발명에서는 선재 및 강선의 편석부의 입계 세멘타이트의 면적분율이 주변부의 입계 세멘타이트의 면적분율의 2.5배 이하가 되게 함으로써 강선의 비틀림 특성을 확보하였다.
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 중심편석이 감소된 선재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 다른 일 측면인 중심편석이 감소된 선재의 제조방법은 상술한 합금조성을 만족하는 빌렛을 가열하는 단계; 상기 가열된 빌렛을 열간압연하여 선재를 얻는 단계; 및 상기 선재를 권취한 후 냉각하는 단계를 포함하고, 상기 열간압연은 빌렛 중심부의 온도가 1250 ℃ 이상이고, 빌렛 중심부의 변형속도가 0.37/s 이하이며, 빌렛 중심부의 변형량이 0.3 이상이 되도록 행해지는 1 패스 이상의 압연을 포함하는 것을 특징으로 한다.
가열된 빌렛을 열간압연하여 선재를 얻는 단계에 있어서, 빌렛 중심부의 온도가 1250 ℃ 이상이고, 빌렛 중심부의 변형속도가 0.37/s 이하이며, 빌렛 중심부의 변형량이 0.3 이상이 되도록 행해지는 1 패스 이상의 압연을 포함한다. 여기서, 연주 후 압연하는 중간재를 모두 빌렛이라 칭하고, 상기 빌렛 중심부는 중간재의 중심부를 의미한다.
이때, 상기 변형량은 하기 관계식 5로 정의할 수 있으며, 상기 변형속도는 하기 관계식 6으로 정의할 수 있다.
[관계식 5] 변형량 = -ln(1-RA)
[관계식 6] 변형속도 = 변형량/t
단, 상기 관계식 5에서 RA는 각 압연패스에 의한 감면률(RA<1)이고, 상기 관계식 6에서 t는 해당 압연패스에서 압연롤에 의해 감면되어지는 시간이며, t의 단위는 초(s)이다.
빌렛을 열간압연할 때에 빌렛 내부에서는 압연에 의한 전위의 증가와 고온에서의 전위의 풀림이 반복된다. 이때, 1 패스 이상의 압연이 빌렛 중심부의 온도가 1250 ℃ 이상이고, 빌렛 중심부의 변형속도가 0.37/s 이하이며, 빌렛 중심부의 변형량이 0.3 이상이 되도록 행해지면 빌렛 내부에서 동적 재결정 현상이 수반되는데 상기 조건에서는 원자들의 확산이 가속화되기 때문에 편석이 완화되는 효과가 있다.
한편, 상기 빌렛 중심부의 온도의 상한은 특별히 제한하지는 않으나 경제성 및 통상의 선재 압연 가열 조건을 고려하면 1300 ℃ 이하일 수 있다. 또한, 상기 빌렛 중심부의 변형속도 역시 특별히 제한하지는 않으나 변형속도 감속에 의한 전체 생산성 저하를 고려하면 0.1/s 이상일 수 있다. 상기 빌렛 중심부의 변형량 역시 특별히 제한하지는 않으나 제시한 압연 온도의 범위가 통상의 선재압연 조건 상 초반부에 해당하여 전체 감면량에 미치는 영향을 고려하면 0.5 일 수 있다.
상술한 합금조성 및 제조방법에 따라 제조된 선재는 ΔHV × TS ≤ 105000 을 만족하고 중심 편석이 감소된다.
본 발명에 따른 중심편석이 감소된 선재의 제조방법에서 다른 제조조건은 특별히 한정하지 않는다. 다만, 바람직한 일 예로서, 상기 빌렛을 가열하는 단계는 1200 ℃ 이상에서 1시간 이상 가열할 수 있으며, 상기 권취 온도는 800~950 ℃ 일 수 있고, 상기 냉각은 5~15 ℃/s의 냉각속도로 300~500 ℃까지 냉각할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면인 중심편석이 감소된 강선은 중량%로, C: 0.9 ~ 1.1 %, Si: 0.7 ~ 1.5 %, Cr: 0.6 ~ 1.2 %, Mn: 0.4 ~ 0.8 %, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 비틀림 특성이 15회 이상으로 우수한 비틀림 특성을 갖는다.
이때, 상기 강선의 인장강도는 2000MPa 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면인 중심편석이 감소된 강선의 제조방법은 중량%로, C: 0.9 ~ 1.1 %, Si: 0.7 ~ 1.5 %, Cr: 0.6 ~ 1.2 %, Mn: 0.4 ~ 0.8 %, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 가열하는 단계; 상기 가열된 빌렛을 열간압연하여 선재를 얻는 단계; 상기 선재를 권취한 후 냉각하는 단계; 상기 냉각된 선재를 980 ℃ 이상으로 가열하고 3분 이상 유지하는 단계; 상기 가열된 선재를 납조에서 590 ℃ 이상의 온도로 1분 이상 유지하는 단계; 및 상기 선재를 총감면량 80% 이상으로 신선하여 강선을 얻는 단계를 포함하고,
상기 열간압연은 빌렛 중심부의 온도가 1250 ℃ 이상이고, 빌렛 중심부의 변형속도가 0.37/s 이하이며, 빌렛 중심부의 변형량이 0.3 이상이 되도록 행해지는 1 패스 이상의 압연을 포함한다.
선재를 권취한 후 냉각하는 단계까지의 제조조건을 한정한 이유는 상술한 바와 같다. 상기 냉각 후에 선재 가열 단계, 납조 열처리 단계 및 신선 단계를 거쳐 강선을 제조한다.
선재 가열 단계
상기 냉각된 선재를 980 ℃ 이상으로 가열하고 3분 이상 유지한다. 이는 선재의 조직을 오스테나이트 (Austenite) 로 균질화 하기 위함이다.
가열 온도가 980 ℃ 미만이거나 유지시간이 3분 미만인 경우에는 선재 내부의 균질화가 충분히 진행되지 않아 부분적으로 미용해 세멘타이트가 잔존할 가능성이 있기 때문이다.
납조 열처리 단계
상기 가열된 선재를 납조에서 590 ℃ 이상의 온도로 1분 이상 유지한다. 이는 신선 전 펄라이트 조직을 균일하게 얻기 위함이다.
납조 온도가 590 ℃ 미만이거나 유지시간이 1분 미만인 경우에는 조직 내부에 미변태된 영역이 남게되고 후속 냉각시 마르텐사이트 등의 저온 조직이 형성되어 소재의 비틀림 특성이 열위해지는 문제점이 있다.
신선 단계
상기 선재를 총감면량 80% 이상으로 신선하여 강선을 얻는다. 총감면량이 80% 미만인 경우에는 고강도를 확보하기 어려울 수 있다. 보다 바람직하게는 총감면량 83% 이상으로 신선할 수 있다.
상술한 제조방법에 따라 제조된 강선은 비틀림 특성이 15회 이상으로 우수하며, 2000 MPa 이상의 인장강도를 갖으므로 교량용 케이블, PC강선, 구조물용 케이블 등의 재료로 바람직하게 적용될 수 잇다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 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.
( 실시예 )
하기 표 1에 나타낸 성분조성을 갖는 빌렛을 제조하여 1280 ℃에서 약 2시간 동안 가열한 다음, 추출하여 하기 표 1의 압연 조건으로 13mm의 직경을 가지도록 열간압연하여 선재를 제조하였다. 빌렛 압연시 처음 2 pass 이후로는 빌렛의 중심부 온도가 1250 ℃ 미만이기 때문에 압연조건은 처음 2 pass 의 경우만 나타내었다. 단, P 및 S는 모든 발명예 및 비교예에서 각각 0.030% 이하이었다.
또한, 마무리 열간압연온도는 950℃였으며, 이 후 900℃까지 수냉한 다음 링(ring) 형태로 권취하여 롤러 컨베이어 상에서 8℃/s의 냉각속도로 450℃까지 송풍 냉각하였다.
상기 선재의 인장강도(TS), 편석부와 주변부 경도 차이 (ΔHV), 관계식 1의 만족여부, 편석부와 주변부의 입계 세멘타이트 면적분율의 비를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
또한, 상기 선재를 신선 전 열처리 공정 조건으로 고온가열로: 1000 ℃ 에서 4분간 유지, 납조: 600 ℃ 에서 2분간 유지, 총감면량: 85% 인 조건으로 신선하여 강선을 제조하였다. 상기 강선의 인장강도 및 비틀림 횟수를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
비틀림 횟수는 100D (D는 강선의 직경을 의미함)를 기준으로 비틀림 시험을 실시하여 딜라미네이션이 발생하지 않는 최대 비틀림 횟수를 측정하였다.
구분 중량 (%) 압연조건
1st pass 2 nd pass
C Si Mn Cr 온도(℃) 변형량 변형속도(s-1) 온도(℃) 변형량 변형속도(s-1)
발명재1 0.92 0.9 0.4 0.61 1250 0.30 0.37 1230 0.32 0.35
발명재2 0.98 1.3 0.5 0.7 1260 0.30 0.37 1250 0.32 0.35
발명재3 0.98 0.7 0.5 0.61 1250 0.30 0.37 1230 0.32 0.35
발명재4 0.98 1.5 0.6 1 1250 0.30 0.37 1230 0.32 0.35
발명재5 0.98 1.1 0.7 1.2 1255 0.30 0.37 1250 0.32 0.35
발명재6 0.98 1.29 0.7 0.9 1251 0.30 0.37 1230 0.32 0.35
발명재7 0.98 1.3 0.8 0.8 1250 0.30 0.37 1230 0.32 0.35
발명재8 1.08 1.3 0.8 0.6 1250 0.30 0.37 1230 0.32 0.35
비교재1 0.85 0.7 0.3 0.4 1245 0.35 0.32 1230 0.32 0.35
비교재2 0.92 0.9 0.4 0.61 1240 0.38 0.3 1220 0.35 0.39
비교재3 0.98 1.3 0.5 0.7 1260 0.25 0.33 1230 0.28 0.35
비교재4 0.98 0.7 0.5 0.61 1255 0.33 0.38 1235 0.32 0.35
비교재5 0.98 1.5 0.6 1 1253 0.29 0.35 1240 0.32 0.35
비교재6 0.98 1.1 0.7 1.2 1280 0.26 0.4 1245 0.32 0.35
비교재7 0.98 1.29 0.7 0.9 1248 0.30 0.42 1230 0.32 0.35
비교재8 0.98 1.3 0.8 0.8 1250 0.28 0.37 1230 0.32 0.35
비교재9 1.08 1.3 0.8 0.6 1250 0.30 0.39 1230 0.32 0.35
비교재10 1.15 1.3 0.9 1.3 1250 0.30 0.37 1230 0.32 0.35
구분 관계식1 편석부/주변부 입계 세멘타이트 면적 분율 신선 감면율 (%) 인장 강도 (MPa) 비틀림 횟수 (100D)
TS (MPa) ΔHV(Hv) 만족여부
발명재1 1345 76 O 2.3 80 2020 18
발명재2 1460 69 O 2.2 81 2165 20
발명재3 1365 74 O 2.4 82 2110 16
발명재4 1600 63 O 2.4 83 2385 17
발명재5 1400 73 O 2.3 81 2120 19
발명재6 1515 67 O 2.3 82 2280 20
발명재7 1534 66 O 2.2 83 2310 17
발명재8 1520 67 O 2.4 82 2280 19
비교재1 1250 88 X 3.5 80 1950 15
비교재2 1380 81 X 2.6 81 2100 3
비교재3 1420 79 X 2.9 82 2150 4
비교재4 1330 84 X 2.8 83 2080 2
비교재5 1632 69 X 3.6 81 2380 2
비교재6 1395 80 X 2.8 82 2125 5
비교재7 1510 75 X 3.8 83 2285 2
비교재8 1520 74 X 2.8 82 2270 6
비교재9 1570 72 X 2.7 83 2345 3
비교재10 1680 60 O 2.4 82 2430 4
발명재 1~8은 본 발명에서 제어한 조건들을 만족하여 강도 및 비틀림 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
비교재 1은 C, Mn 및 Cr 의 함량이 본 발명에서 제어한 합금조성 범위보다 낮았으며, 압연조건 중 중심부의 온도를 만족하지 못한 경우이다. 또한 관계식 1, 편석부와 주변부의 입계 세멘타이트 면적분율 비가 본 발명의 범위를 만족하지 못하였다.
비교재 1로 제조된 강선의 경우 비틀림 횟수가 15회로 양호하였는데, 이는 본 발명의 합금조성 보다 낮은 합금함량 때문에 비틀림 횟수를 확보한 것이다. 그러나 합금함량이 낮아 선재 및 강선의 인장강도가 열위한 것을 확인할 수 있다.
비교재 2~9 는 본 발명에서 제어한 합금조성은 만족하나, 압연조건 중 하나 이상을 만족하지 못한 경우이다. 이에 따라 관계식 1, 편석부와 주변부의 입계 세멘타이트 면적분율 비의 조건도 만족하지 못하였으며 비틀림 횟수 또한 열위함을 알 수 있다.
비교재 10은 C, Mn 및 Cr 의 함량이 본 발명에서 제어한 합금조성 범위보다 높으나, 압연 조건은 모두 만족하는 경우이다. 이에 따라 관계식 1, 편석부와 주변부의 입계 세멘타이트 면적분율 비의 조건은 만족하였으나, 합금 함량이 높아 연성이 저하되어 비틀림이 특성이 열위한 것을 알 수 있다.
발명재2의 중심 편석부를 중심으로 EPMA 로 분석한 편석 분포인 도 1과 비교재3의 중심 편석부를 중심으로 EPMA 로 분석한 편석 분포인 도2를 비교하여 보면, 중심 편석의 차이가 큰 것을 확인할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.
100: 선재의 중심으로부터 선재의 반지름의 1/2인 거리 영역 내에서 C농도가 가장 높은 점
200: 반지름 rn 인 원
300: 반지름이 각각 rn, rn+1 인 두원의 원주로 둘러싸인 영역

Claims (12)

  1. 중량%로, C: 0.9 ~ 1.1 %, Si: 0.7 ~ 1.5 %, Cr: 0.6 ~ 1.2 %, Mn: 0.4 ~ 0.8 %, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    인장 강도 (TS) 및 중심 편석부와 주변부와의 경도값 차이 (ΔHV)가 하기 관계식 1을 만족하고,
    선재의 단면은 편석부 입계 세멘타이트의 면적 분율이 주변부 입계 세멘타이트의 면적분율의 2.5배 이하인 중심편석이 감소된 선재.
    [관계식 1] ΔHV × TS ≤ 105000
    (단, 상기 TS의 단위는 MPa이며, 상기 ΔHV의 단위는 Hv이다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중심 편석부는 하기 관계식 2 및 3을 만족하는 반지름이 rn인 원 내부이고, 상기 주변부는 반지름이 각각 rn, rn+10인 두 원 사이의 영역인 것을 특징으로 하는 중심편석이 감소된 선재.
    [관계식 2] rn = 0.2 × n (mm)
    [관계식 3] Cn/Cn +1 ≥ 1.05
    (단, 상기 선재의 중심으로부터 선재의 반지름의 1/2인 거리 영역 내에서 C 농도가 가장 높은 한 점을 중심점으로 상기 관계식 2로 정의되는 반지름 rn인 원을 정의하고, 상기 관계식 3에서 반지름이 각각 rn, rn+1 인 두원 사이의 영역의 평균 C 농도를 Cn 이라 하고, 반지름이 각각 rn+1, rn+2 인 두 원 사이의 영역의 평균 C 농도를 Cn +1이라 정의한다.)
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선재의 인장강도는 1300 MPa 이상인 중심편석이 감소된 선재.
  5. 중량%로, C: 0.9 ~ 1.1 %, Si: 0.7 ~ 1.5 %, Cr: 0.6 ~ 1.2 %, Mn: 0.4 ~ 0.8 %, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 가열하는 단계;
    상기 가열된 빌렛을 열간압연하여 선재를 얻는 단계; 및
    상기 선재를 권취한 후 냉각하는 단계를 포함하고,
    상기 열간압연은 빌렛 중심부의 온도가 1250 ℃ 이상이고, 빌렛 중심부의 변형속도가 0.37/s 이하이며, 빌렛 중심부의 변형량이 0.3 이상이 되도록 행해지는 1 패스 이상의 압연을 포함하는 것을 특징으로 하는 중심편석이 감소된 선재의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변형량은 하기 관계식 5를 만족하고, 상기 변형속도는 하기 관계식 6을 만족하는 것을 특징으로 하는 중심편석이 감소된 선재의 제조방법.
    [관계식 5] 변형량 = -ln(1-RA)
    [관계식 6] 변형속도 = 변형량/t
    (단, 상기 관계식 5에서 RA는 각 압연패스에 의한 감면률(RA<1)이고, 상기 관계식 6에서 t는 해당 압연패스에서 압연롤에 의해 감면되어지는 시간이며, t의 단위는 초(s)이다.)
  7. 제5항에 있어서,
    상기 빌렛을 가열하는 단계는 1200 ℃ 이상에서 1시간 이상 가열하는 것을 특징으로 하는 중심편석이 감소된 선재의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 권취는 800~950 ℃의 온도 범위에서 행하고, 상기 냉각은 5~15 ℃/s의 냉각속도로 300~500 ℃의 냉각종료온도까지 냉각하는 것을 특징으로 하는 중심편석이 감소된 선재의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 선재는 인장 강도 (TS) 및 중심 편석부와 주변부와의 경도값 차이 (ΔHV)가 하기 관계식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 중심편석이 감소된 선재의 제조방법.
    [관계식 1] ΔHV × TS ≤ 105000
    (단, 상기 TS의 단위는 MPa이며, 상기 ΔHV의 단위는 Hv이다.)
  10. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항의 선재를 이용하여 제조된 강선으로서,
    중량%로, C: 0.9 ~ 1.1 %, Si: 0.7 ~ 1.5 %, Cr: 0.6 ~ 1.2 %, Mn: 0.4 ~ 0.8 %, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 비틀림 특성이 15회 이상인 중심편석이 감소된 강선.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 강선은 인장강도가 2000MPa 이상인 것을 특징으로 하는 중심편석이 감소된 강선.
  12. 중량%로, C: 0.9 ~ 1.1 %, Si: 0.7 ~ 1.5 %, Cr: 0.6 ~ 1.2 %, Mn: 0.4 ~ 0.8 %, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 가열하는 단계;
    상기 가열된 빌렛을 열간압연하여 선재를 얻는 단계;
    상기 선재를 권취한 후 냉각하는 단계;
    상기 냉각된 선재를 980 ℃ 이상으로 가열하고 3분 이상 유지하는 단계;
    상기 가열된 선재를 납조에서 590 ℃ 이상의 온도로 1분 이상 유지하는 단계; 및
    상기 선재를 총감면량 80% 이상으로 신선하여 강선을 얻는 단계를 포함하고,
    상기 열간압연은 빌렛 중심부의 온도가 1250 ℃ 이상이고, 빌렛 중심부의 변형속도가 0.37/s 이하이며, 빌렛 중심부의 변형량이 0.3 이상이 되도록 행해지는 1 패스 이상의 압연을 포함하는 것을 특징으로 하는 중심편석이 감소된 강선의 제조방법.
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