KR101798782B1

KR101798782B1 - 전도성 및 연신율이 우수한 저탄소 선재, 강선 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101798782B1
Application number: KR1020160098092A
Authority: KR
Inventors: 양요셉; 김호련
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-08-01
Filing date: 2016-08-01
Publication date: 2017-11-17

Abstract

본 발명은 전해콘덴서용 리드 와이어(lead wire) 등에 사용되는 강선에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전도성 및 연신율이 우수한 저탄소 강선 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

전도성 및 연신율이 우수한 저탄소 선재, 강선 및 그 제조방법 {LOW-CARBON WIRE ROD AND STEEL WIRE HAVING EXCELLENT CONDUCTIVITY AND ELONGATION AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

리드 와이어(lead wire)란 접속단자가 없는 초소형 전자부품을 다른 곳에 접속시키는 인출선을 의미하며, 일반적으로 전해콘덴서 Tab, 필름, 세라믹 콘덴서 등에 사용된다. 이러한 리드 와이어는 큰 강도를 요하지 않으므로 통상 0.1% 수준의 탄소가 함유된 JS-SWRCH10A, AISI1010 등의 저탄소강이 사용되어 왔다.

리드 와이어의 제조 공정은 다음과 같다.

먼저, 제철소에서 생산한 5.5~6mm의 선재를 신선사에서 스케일 제거한 후 동(Cu) 도금을 행하는데, 이때 전기도금이나 클래딩 방법이 주로 사용된다. 상기 도금에 의해 선재 표면에 200~300㎛의 구리(Cu)가 부착되며, 이후 99% 건식신선하여 최종 제품으로 완성된다.

한편, 응력을 제거하기 위한 목적에서 신선공정 중간에 열처리(500~600℃)가 행해지며, 최종 신선 이후에도 열처리가 실시되어 왔다. 하지만 최근 신선 기술의 발달로 중간 열처리는 생략하며 최종 소둔 열처리만 행해지는 경우가 대다수이다. 이에 따라, 최종 소둔 열처리를 통해 최종 제품이 지녀야 할 기계적 특성이 정해지므로, 상기 최종 소둔 열처리시의 온도 및 시간의 제어가 필수적이다.

상기에 따라 제조되는 리드 와이어에는 전도성, 연신율 및 강도의 기계적 물성이 요구되는데, 이 중 전도성은 전자부품을 접속시키는 역할을 위한 것이다. 또한, 연신율 및 강도 특성은 리드 와이어에 전류 인가시 온도가 상승하고, 이로 인해 시효가 발생하여 특성이 변하게 되는데 이를 방지하기 위해 확보되어야 하는 것이다.

일반적으로 시효는 전위에 고착되는 침입형 원소에 기인하는 것으로 알려져 있는데, 온도가 증가함에 따라 C, N의 움직임이 활발해지고 전위와의 결합이 쉬워져 강도는 향상되는 반면 연신율이 저하되는 문제가 있다. 특히, 99% 이상 신선 감면된 경우에는 페라이트 내 10¹⁵/mm² 이상으로 전위 밀도가 증가하기 때문에, 페라이트 내 존재하는 C, N 등에 의해 연신율 감소가 발생할 수 밖에 없다 (도 3 참조).

따라서, 전기전도성이 높으면서 강도 및 연성이 우수하여 신선 감면에도 연신율 저하가 없는 리드 와이어용 강선의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

한국공개특허 제1998-0051156호

본 발명의 일 측면은, 전해콘텐서용 리드 와이어(lead wire)로서 사용하기에 적합한 물성을 갖는 저탄소 강선에 관한 것으로서, 상기 저탄소 강선을 얻기 위한 저탄소 선재, 이를 이용하여 얻은 전도성 및 연신율이 우수한 저탄소 강선 및 이들의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.005~0.01%, 실리콘(Si): 0.005~0.01%, 망간(Mn): 0.05~0.1%, 질소(N): 0.002~0.005%, 티타늄(Ti): 0.005~0.020%, 알루미늄(Al): 0.02~0.04%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직으로 면적분율 99% 이상의 페라이트를 포함하는 저탄소 선재를 제공한다.

본 발명의 다른 일 측면은, 상기 선재를 신선하여 얻은 강선으로서, 450MPa 이상의 인장강도, 18% 이상의 연신율 및 17% 이상의 전기전도성을 갖는 전도성 및 연신율이 우수한 저탄소 강선을 제공한다.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 상술한 합금조성을 만족하는 빌렛을 준비한 후, 1050~1150℃에서 90~120분간 유지하는 단계; 상기 빌렛을 선재압연하여 직경 5~6mm의 선재로 제조하는 단계; 상기 선재를 900~950℃에서 권취하는 단계; 상기 권취 후 450~550℃까지 20~25℃/s의 냉각속도로 1차 냉각하는 단계; 및 상기 1차 냉각 후 250~350℃까지 1~5℃/s의 냉각속도로 2차 냉각하는 단계를 포함하는 저탄소 선재의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 상기에 의해 제조된 선재의 표면을 동(Cu) 도금하는 단계; 상기 도금 후 99% 이상의 감면량으로 신선하는 단계; 및 상기 신선 후 500~600℃에서 소둔 열처리하는 단계를 포함하는 전도성 및 연신율이 우수한 저탄소 강선의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 기존 저탄소 강선에 비해 전도성 및 연신율이 우수한 강선을 제공할 수 있으며, Cu 부착량을 감소시킬 수 있으므로 제조원가를 절감하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 강선은 전도성이 우수한 반면 고가의 소재인 동(Cu)선을 대체할 수 있으므로 전해콘덴서용 리드 와이서로서 유리하게 적용할 수 있다.

도 1은 합금원소가 전기 전도성에 미치는 영향을 보여주는 그래프이다.
도 2는 AlN 부적합 제어시 발생하는 신선 중 단선의 양상을 나타낸 것이다.
도 3은 종래 저탄소 선재(●, ■, ◆, × 강종의 성분조성은 하기와 같음)를 신선 및 최종 소둔 열처리시 열처리 시간별 연신율 변화를 나타낸 그래프이다.
● : 0.04C-0.05Si-0.1Mn-0.025P-0.010S-0.01Al-0.005N
■ : 0.02C-0.04Si-0.08Mn-0.021P-0.011S-0.001Al-0.006N
◆ : 0.01C-0.02Si-0.12Mn-0.020P-0.010S-0.001Al-0.004N
× : 0.01C-0.01Si-0.15Mn-0.021P-0.008S-0.020Al-0.005N
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저탄소 선재(발명예 1)의 미세조직 측정사진을 나타낸 것이다.

본 발명자들은 합금원소가 강의 전도성에 미치는 영향을 관찰해본 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이 Si > Al > C=Mn > Cu > Ni > W 순으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

일반적으로 저탄소 강선에 함유되는 필수 합금원소는 Si, Al, C 및 Mn이므로 상기 원소들의 함량이 증가할수록 강선의 전도성은 감소한다고 볼 수 있다.

특히, 본 발명자들은 상기 원소들 중 실리콘(Si)이 페라이트 내에 존재하면서 결정립계에 편석(segregation)함에 따라 전도성에 가장 큰 영향을 미침을 확인하고, 전도성 향상을 위하여 Si와 더불어 C, Mn 등의 함량을 저감시키고자 하였다.

한편, Al은 강 내 존재하는 고용 N과 결합하여 AlN을 형성함으로써 고용 N을 저감시키는 효과가 있지만, 이는 상기 Al에 의해 Ti의 효과가 더 우수한 바, 상기 Al과 Ti을 복합첨가하여 고용 N을 유리하게 저감시키고자 하였다.

이하에서는 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 전도성 및 연신율이 우수한 저탄소 강선을 제공하고자 하며, 상기 강선을 제조하기 위한 선재는 중량%로, 탄소(C): 0.005~0.01%, 실리콘(Si): 0.005~0.01%, 망간(Mn): 0.05~0.1%, 질소(N): 0.002~0.005%, 티타늄(Ti): 0.005~0.020%, 알루미늄(Al): 0.02~0.04%를 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 선재 성분조성을 위와 같이 한정한 이유에 대하여 상세히 설명한다. 이때, 특별한 언급이 없는 한 각 성분의 함량은 중량%를 의미한다.

C: 0.005~0.01%

탄소(C)는 탄소강에서 세멘타이트를 형성하는데 사용되고, 이는 강도를 크게 향상시킨다. 페라이트 내 고용될 수 있는 이론적인 탄소 함량은 0.02%이고, 나머지는 세멘타이트를 형성시키는데 사용되는데, 본 발명에서는 상기 C의 함량이 0.01% 초과시 페라이트 분율을 낮추기 때문에 전도성이 열위하고 고용 C에 의한 연신율 과다 증가로 이어지기 때문에 바람직하지 않다. 다만, 그 함량이 0.005% 미만이면 2차 정련 시 탄소 제어에 장시간이 유지되어 원가 상승이 유발되고, 본 발명에서 목표로 하는 강도를 충족시키지 못하므로 바람직하지 못하다.

따라서, 본 발명에서는 상기 C의 함량을 0.005~0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.

Si: 0.005~0.01%

실리콘(Si)은 페라이트 고용강화 원소로, 통상 0.1% 첨가시 14-16MPa의 인장강도 증가 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 세멘타이트 내 고용도가 낮아 페라이트에 존재하고 결정립계에 편석이 잘되는 원소로 알려져 있다.

앞서 언급한 바와 같이 Si은 전도성에 가장 크게 악영향을 미치는 원소이므로 0.01%를 초과하지 않는 것이 바람직하며, 0.005%는 슬래그 등에서 유입될 수 있는 최소 함량이므로 상기 Si의 하한을 0.005%로 제한하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에서는 상기 Si의 함량을 0.005~0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn: 0.05~0.1%

망간(Mn)은 상기 C와 유사하게 전도성을 악화시킬 수 있는 원소 중 하나이다. 일반적인 JIS 또는 AISI 규격강에 포함되는 Mn 함량이 0.4~0.6%인 점을 감안하면, Mn의 함량을 대폭 감소시킬 필요가 있으나, 그 함량이 0.05% 미만시 본 발명에서 목표로 하는 강도를 달성할 수 없을 뿐만 아니라, MnS 등을 제어할 수 없으므로 바람직하지 못하다. 반면, 상기 Mn의 함량이 0.1%를 초과하게 되면 전도성을 저해하므로 그 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에서는 상기 Mn의 함량을 0.05~0.1%로 제한하는 것이 바람직하다.

N: 0.002~0.005%

질소(N)는 신선가공된 저탄소 강선의 소둔 열처리시 전위에 고착되어 강도를 크게 증가시키고 연신율을 낮추는 역할을 하는 원소이다. 이러한 N의 함량이 0.005%를 초과하게 되면 고용 N을 감소시키기 위하여 첨가되는 Ti의 함량이 과도해져 제조원가가 상승하는 문제가 있다. 한편, 그 함량을 0.002% 미만으로 유지하기 위해서는 탈질 처리 비용이 크게 증가하므로 그 함량을 0.002% 이상으로 제어하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에서는 상기 N의 함량을 0.002~0.005%로 제한하는 것이 바람직하다.

Ti: 0.005~0.020%

티타늄(Ti)은 강 중 존재하는 N와 결합하여 고용 N에 의한 강도 증가를 억제시키는데 유효하다. 이를 위해서는 0.005% 이상으로 Ti을 첨가하는 것이 바람직하며, 다만 그 함량이 0.020%를 초과하게 되면 조대한 TiN이 형성되어 물성을 저해하는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다.

따라서, 본 발명에서는 상기 Ti의 함량을 0.005~0.020%로 제한하는 것이 바람직하다.

Al: 0.02~0.04%

알루미늄(Al) 역시 강 중 존재하는 N와 결합하여 AlN을 형성함으로써 오스테나이트 결정립 성장을 억제하고, 신선 가공성을 향상시켜 도 2와 같은 신선 중 파단 발생을 억제하는데 유효하다. 또한, 고용 N를 제어하여 시효에 의한 강도 증가 및 연신율 저하를 방지하는 역할을 한다. 이러한 Al 함량이 0.02% 미만이면 강 중 산소 제어 및 결정립 미세화 효과를 충분히 얻을 수 없으며, 그 함량이 0.04%를 초과하게 되면 조대한 경질성 Al₂O₃이 다량 형성되므로 바람직하지 못하다.

따라서, 본 발명에서는 상기 Al의 함량을 0.02~0.04%로 제한하는 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.

다만, 일 예로 강 중 P 및 S은 물성을 해치는 대표적인 불순물로서 그 함량을 각각 0.02% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상술한 합금조성을 만족하는 본 발명의 저탄소 선재는 미세조직으로 페라이트를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 페라이트는 면적분율 99% 이상으로 포함하는 것이 바람직한데, 만일 99% 미만이면 본 발명에서 목표로 하는 전도성과 연성의 확보가 어려워지는 문제가 있다. 한편, 상기 페라이트를 제외한 나머지로는 석출물(TiN, AlN 등)을 포함할 수 있다.

이러한 본 발명의 저탄소 선재는 260MPa 이상의 인장강도를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명을 상술한 저탄소 선재를 신선하여 얻은 강선을 제공한다.

보다 구체적으로, 본 발명의 저탄소 강선은 전해콘덴서용 리드 와이어의 소재로 사용하기 위한 것으로서, 상기 저탄소 선재에 대해 동(Cu) 도금, 신선 및 열처리를 통해 제조할 수 있으며, 상기 제조공정에 대해서는 후술하여 구체적으로 설명할 것이다.

본 발명의 저탄소 강선은 전도성 및 연신율이 우수하며, 바람직하게 450MPa 이상의 인장강도, 18% 이상의 연신율 및 17% 이상의 전기전도성을 갖는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 다른 일 측면인 저탄소 선재 및 저탄소 강선의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 저탄소 선재는 상술한 합금조성의 빌렛을 준비한 후, 이를 가열 및 유지 - 선재압연 - 권취 - 냉각 공정을 거쳐 제조될 수 있다.

먼저, 빌렛 가열은 선재를 생산하는 가열로에 장입하여 일정온도로 가열 및 유지하는 공정으로서, 1050~1150℃에서 90~120분간 유지하는 것이 바람직하다.

상기 온도범위는 오스테나이트 단상역으로서, 만일 1150℃를 초과하게 되면 오스테나이트 결정립이 매우 조대하게 형성될 우려가 있으며, 반면 1050℃ 미만이면 가열 및 유지공정에 장시간이 소요되어 경제적으로 불리한 단점이 있다.

또한, 상술한 온도범위에서 유지하는 시간이 90분 미만이면 빌렛 내에 잔존하는 탄화물 등이 충분히 용해되지 못할 우려가 있으며, 너무 장시간 유지시 생산성이 현저히 감소하는 문제가 있으므로 그 시간의 상한을 120분으로 한정하는 것이 바람직하다.

상술한 조건으로 가열 및 유지된 빌렛을 선재압연하여 5~6mm의 직경을 갖는 선재를 제조하는 것이 바람직하다.

상기 선재압연공정은 통상의 열간압연 공정에 따라 행해질 수 있으며, 바람직하게는 950~1100℃에서 행해지는 것이 바람직하다.

상기에 따라 얻은 선재를 900~950℃에서 권취하는 것이 바람직하다.

이때, 권취온도가 900℃ 미만이면 권취시 선재코일의 권취형상이 불량해져 작업성에 악영향을 끼칠 우려가 있으며, 반면 권취온도가 950℃를 초과하게 되면 고온 노출시간이 길어져 표면부 탈탄 등의 열화조직이 형성되어 물성저하가 발생하는 문제가 있다.

상기 권취 후 20~25℃/s의 냉각속도로 450~550℃까지 1차 냉각한 후 1~5℃/s의 냉각속도로 250~350℃까지 2차 냉각하여 본 발명의 저탄소 선재를 제조할 수 있다

본 발명에서 권취 후 냉각시 다단 냉각을 적용하는 것은 의도하는 미세조직 즉, 페라이트 상을 99% 이상을 확보하기 위한 것이다.

만일, 1차 냉각시 냉각종료온도가 450℃ 미만이면 목표로 하는 강도를 확보할 수 없으며, 반면 550℃를 초과하게 되면 변태가 완료되지 못하여 조직 불균일 성이 커지는 문제가 있다.

이와 같이, 권취 후 오스테나이트 및 초석 페라이트가 형성되는 구간을 통과하여 450~550℃의 온도영역으로 냉각함에 있어서, 냉각속도가 20℃/s 이상, 바람직하게는 20~25℃/s인 것이 바람직하다. 이는, 오스테나이트 및 초석 페라이트 구간을 느린 냉각속도로 통과하게 되면 표면에 columar 형태로 초석 페라이트가 형성되고, 이는 결국 신선시 깍임 등에 의해 표면을 거칠게 만들 가능성이 높기 때문이다. 또한, 초석 페라이트 상은 입계상이므로 신선가공성을 저해하는 문제가 있다.

또한, 2차 냉각시 본 발명에서 제안하는 냉각종료온도 구간은 미세 강도를 부여할 수 있는 구간으로서, 250℃ 미만일 경우 더 이상의 강도 향상 효과가 없으며, 오히려 제조비용이 상승할 우려가 있다. 반면, 그 온도가 350℃를 초과하게 되면 코일 형상이 불량(찌그러짐 발생)해지는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다. 이때, 냉각속도가 1℃/s 미만이면 목표 강도에 도달하지 못할 우려가 있으며, 스케일 박리에 불리한 블루스케일(blue scale)이 형성되기 때문에 고객사에서 스케일을 제거하는데에 오랜 시간과 비용이 소요되는 문제가 있다. 한편, 냉각속도가 5℃/s를 초과하여도 물성 확보에는 문제가 없으나, 제조비용이 증가할 우려가 있으므로, 경제성을 고려하여 5℃/s 이하로 행하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상술한 제조방법에 의해 제조된 저탄소 선재를 이용하여 목표로 하는 물성을 갖는 저탄소 강선을 제조할 수 있다.

구체적으로, 상기 저탄소 선재를 동(Cu) 도금한 후 신선 및 소둔 열처리 공정을 거치는 것이 바람직하다.

상기 동(Cu) 도금은 제조되는 저탄소 강선에 전도성을 부여하기 위한 것으로서, 이때 선재 표면에 200~300㎛의 두께로 구리층을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 구리층의 두께가 200㎛ 미만이면 사용 중 도금층이 쉽게 탈락되거나 전도성이 충분히 부여되지 않을 가능성이 있으며, 반면 300㎛를 초과하여 너무 두껍게 형성하면 도금량이 증가하여 제조원가가 상승할 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.

이때, 도금은 전기도금 또는 클래딩 방법을 사용할 수 있다.

상기 도금이 완료된 저탄소 선재를 신선 및 열처리하여 의도하는 저탄소 강선을 제조하는 것이 바람직하다.

상기 신선은 패스당 15~20%의 감면량을 적용하여 총 99% 이상의 감면량으로 건식신선하는 것이 바람직하다.

이때 총 감면량이 99% 미만이면 목표하는 수준의 강도를 확보할 수 없으며, 신선 후 선경이 목표 수준에 도달하지 못하여 실 제품으로 사용하기 곤란한 문제가 있다.

상기 신선을 완료한 후 500~600℃의 온도영역에서 소둔 열처리를 행하는 것이 바람직하다.

상기 소둔 열처리는 제조된 강선 내 응력을 제거하면서 의도하는 물성을 갖도록 하기 위한 것으로서, 그 온도가 500℃ 미만이면 표면에 형성된 인장 잔류응력이 효과적으로 제거되지 못하며, 온도가 낮아지는 만큼 유지시간이 길어지므로 생산성이 저하되는 문제가 있다. 반면, 그 온도가 600℃를 초과하게 되면 아결정립(sub-grain)이 형성되고 이로 인해 재결정과 같은 조대 조직이 형성될 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.

본 발명에 따라 최종 신선된 신선재의 인장강도는 450MPa 이상이고, 연신율은 18% 이상이며, 이는 상술한 소둔 열처리를 행한 후에도 유지되며, 최종 열처리된 강선의 전도율은 17% 이상으로서 전도성이 우수한 장점이 있다.

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 합금조성을 갖는 강을 주조하여 1100℃에서 100분간 유지한 후 추출한 후 통상의 조건에서 선재압연하였다. 이때 최종 압연재의 직경은 5.5mm 이었다. 이후 상기 선재를 920℃에서 권취한 후 500℃까지 23℃/s의 냉각속도로 냉각하였다. 그 다음, 250℃까지 송풍없이 자연냉각(대략 1℃/s)하여 선재를 제조하였다.

상기에 따라 제조된 각각의 선재에 대해 인장시험 결과, 모든 경우에서 인장강도가 260MPa 이상이었으며, 합금원소 첨가 정도에 따라 차이가 있었지만 발명예 및 비교예 모두 300MPa을 초과하지 아니하였다 (표 2). 다만, Ti 첨가량이 0.03%인 비교예 5의 경우에는 발명예 1에 비해 강도 증가 효과가 포화된 것을 확인할 수 있다.

도 4는 발명예 1의 선재 단면조직을 관찰한 사진으로서, 면적분율 99% 이상 페라이트로 구성된 저탄소 선재임을 확인할 수 있다.

이후, 상기 각각의 선재에 대해 250㎛의 부착량으로 Cu 전기도금을 행한 후, 패스당 감면량 15~20%, 총 감면량 99%로 건식신선하여 신선재를 제조하였다. 상기 신선시 최종 다이스를 통과할 때를 기준으로 600m/m 이었다. 상기 신선재를 520℃에서 소둔 열처리하여 최종 강선을 제조하였다.

상기 신선 전 도금재에 대해서 전기전도성을 평가하였으며, 상기 소둔 열처리 전 신선재에 대해서도 인장강도(TS)를 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 소둔 열처리시 시간에 따른 연신율 및 강도 변화를 확인하기 위하여 열처리 시간을 20hr, 40hr, 60hr, 80hr, 100hr으로 다르게 적용한 후 해당 시간에서 공냉 후 기계적 특성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

상기 기계적 특성은 범용적으로 사용되는 인장시험기를 사용하였으며, 시편길이는 게이지(gauge)부를 250mm로 고정시키고, 크로스 헤드 스피드(cross head speed)를 100mm/m로 설정하였다.

구분	합금조성 (중량%)
구분	C	Si	Mn	P	S	Al	Ti	N
발명예 1	0.005	0.01	0.07	0.011	0.012	0.032	0.012	0.004
발명예 2	0.010	0.01	0.07	0.012	0.011	0.032	0.012	0.004
비교예 1	0.010	0.02	0.07	0.010	0.012	0.028	0.012	0.004
비교예 2	0.010	0.01	0.20	0.011	0.011	0.032	0.012	0.004
비교예 3	0.020	0.01	0.07	0.010	0.010	0.033	0.012	0.004
발명예 3	0.010	0.01	0.07	0.012	0.011	0.035	0.020	0.004
발명예 4	0.010	0.01	0.10	0.010	0.010	0.031	0.012	0.004
비교예 4	0.010	0.01	0.20	0.011	0.011	0.032	0.012	0.004
비교예 5	0.010	0.01	0.07	0.011	0.011	0.030	0.030	0.070

구분	선재	도금재	신선재
구분	TS(MPa)	전도성(%)	TS(MPa)
발명예 1	260.0	17.8	452.0
발명예 2	265.0	17.1	460.0
비교예 1	266.5	13.1	455.5
비교예 2	292.0	13.8	486.0
비교예 3	275.0	13.7	464.0
발명예 3	260.0	17.2	451.0
발명예 4	269.5	17.3	462.5
비교예 4	294.5	13.7	488.5
비교예 5	260.0	13.8	449.0

구분	소둔 열처리 시간에 따른 인장강도(MPa) 및 연신율(%) 변화
구분	0hr		20hr		40hr		60hr		80hr		100hr
발명예 1	452.0	20	450.0	18	453.0	19	449.0	18	450.0	20	449.0	19
발명예 2	460.0	19	461.0	19	460.0	20	462.0	18	461.0	19	460.0	20
비교예 1	455.5	21	467.5	16	481.5	13	499.5	11	509.5	10	514.5	9
비교예 2	486.0	20	498.0	18	510.0	17	422.0	17	534.0	14	546.0	11
비교예 3	464.0	20	476.0	17	488.0	14	500.0	10	512.0	12	524.0	8
발명예 3	451.0	21	450.0	19	451.0	20	453.0	21	450.0	19	452.0	19
발명예 4	462.5	19	463.0	21	461.0	20	463.2	21	463.0	20	462.9	18
비교예 4	488.5	21	500.5	17	512.5	12	524.5	13	536.5	10	548.5	10
비교예 5	449.0	18	461.0	17	473.0	14	485.0	10	497.0	8	509.0	9

상기 표 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 합금조성을 만족하는 선재를 이용하여 신선한 신선재(발명예 1 내지 4)의 강도는 450~460MPa인 반면, 상대적으로 합금원소 함량이 높은 비교예 1 내지 5의 경우에는 449~488MPa로 발명예 대비 강도가 높은 것을 확인할 수 있다.

상기 표 2의 전도성(%)은 손실되지 않은 전류량을 나타낸 것으로서, 발명예의 경우에는 탄소 함량이 가장 낮은 발명예 1에서 17.8%로 가장 높았다. 한편, Si의 함량이 과다한 비교예 1의 경우에는 전도성이 13% 수준으로 크게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 그 외 다른 합금 원소 증량에 따라 감소 폭에 다소 차이가 있지만, 전도성이 열위함에는 공통된 결과를 보임을 확인할 수 있다.

또한, 표 3에 나타낸 바와 같이, 소둔 열처리 시간별 인장강도를 측정해본 결과, 발명예 1 내지 4의 경우에는 강도 증가가 거의 관찰되지 아니하나, 비교예 1 내지 5의 경우에는 100 시간 유지 후 대략 50MPa 정도 강도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 C, N 등의 침입형 원소의 전위 고착이 발생함에 기인한 것으로 확인할 수 있다.

연신율의 경우에는 발명예 1 내지 4는 열처리 시간이 경과하더라도 큰 폭의 변화는 없으나, 비교예 1 내지 5의 경우에는 100Hr 이후 10% 이상 파괴 연신율이 감소한 것을 확인할 수 있다.

이러한 결과는 합금원소 함량을 낮춘 본 발명의 저탄소 강선의 열적 안정성이 비교예 대비 우수함을 의미한다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.005~0.01%, 실리콘(Si): 0.005~0.01%, 망간(Mn): 0.05~0.1%, 질소(N): 0.002~0.005%, 티타늄(Ti): 0.005~0.020%, 알루미늄(Al): 0.02~0.04%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직으로 면적분율 99% 이상의 페라이트를 포함하는 저탄소 선재.
제 1항에 있어서,
상기 선재는 260MPa 이상의 인장강도를 갖는 것인 저탄소 선재.
제 1항 또는 제 2항의 선재를 신선하여 얻은 강선으로서,
450MPa 이상의 인장강도, 18% 이상의 연신율 및 17% 이상의 전기전도성을 갖는 전도성 및 연신율이 우수한 저탄소 강선.
중량%로, 탄소(C): 0.005~0.01%, 실리콘(Si): 0.005~0.01%, 망간(Mn): 0.05~0.1%, 질소(N): 0.002~0.005%, 티타늄(Ti): 0.005~0.020%, 알루미늄(Al): 0.02~0.04%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 준비한 후, 1050~1150℃에서 90~120분간 유지하는 단계;
상기 빌렛을 선재압연하여 직경 5~6mm의 선재로 제조하는 단계;
상기 선재를 900~950℃에서 권취하는 단계;
상기 권취 후 450~550℃까지 20~25℃/s의 냉각속도로 1차 냉각하는 단계; 및
상기 1차 냉각 후 250~350℃까지 1~5℃/s의 냉각속도로 2차 냉각하는 단계를 포함하는 저탄소 선재의 제조방법.
제 4항에 의해 제조된 선재의 표면을 동(Cu) 도금하는 단계;
상기 도금 후 99% 이상의 감면량으로 신선하는 단계; 및
상기 신선 후 500~600℃에서 소둔 열처리하는 단계를 포함하는 전도성 및 연신율이 우수한 저탄소 강선의 제조방법.
제 5항에 있어서,
상기 동(Cu) 도금 후 상기 선재 표면에 200~300㎛의 구리(Cu) 도금층이 형성된 것인 전도성 및 연신율이 우수한 저탄소 강선의 제조방법.