KR101913048B1

KR101913048B1 - 신선 가공성이 우수한 고탄소강 선재

Info

Publication number: KR101913048B1
Application number: KR1020177002972A
Authority: KR
Inventors: 마코토 오코노기; 다이스케 히라카미
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2018-10-29
Also published as: EP3165626A4; EP3165626B1; WO2016021556A1; US10487379B2; JP6264461B2; US20170321309A1; EP3165626A1; CN106574343A; KR20170028396A; CN106574343B; JPWO2016021556A1

Abstract

이 신선 가공성이 우수한 고탄소강 선재는, 소정의 화학 성분을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 펄라이트의 면적률이 95％ 이상 100％ 이하이고, 상기 펄라이트의 평균 블록 입경이 10㎛∼30㎛이며, 블록 입경의 표준 편차가 20㎛ 이하이고, Ceq.=C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6으로 했을 때, 인장 강도가 760×Ceq.+255MPa 이상 760×Ceq.+325MPa 이하이고, 또한, 인장 시험에서의 교축 값이 -65×Ceq.+96(％) 이상이며, 또한, 상기 교축 값의 표준 편차가 6％ 이하이다.

Description

신선 가공성이 우수한 고탄소강 선재{HIGH CARBON STEEL WIRE HAVING EXCELLENT DRAWABILITY}

본 발명은 자동차의 래디얼 타이어나, 각종 산업용 벨트나 호스의 보강재로서 사용되는 스틸 코드, 게다가, 소잉 와이어 등의 용도에 바람직한 신선 가공성이 우수한 고탄소강 선재에 관한 것이다.

자동차의 래디얼 타이어나, 각종 벨트, 호스의 보강재로서 사용되는 스틸 코드용 강선, 또는, 소잉 와이어용의 강선은, 일반적으로, 열간 압연 후 조정 냉각한 선 직경, 즉 직경이 4∼6mm인 선재를 소재로 한다. 이 선재를, 1차 신선 가공에 의해 직경 3∼4mm의 강선으로 한다. 계속해서, 강선에 중간 페이턴팅 처리를 행하고, 또한 2차 신선 가공에 의해, 강선의 직경을 1∼2mm로 한다. 이 후, 강선에 최종 페이턴팅 처리를 행하고, 계속해서, 브라스 도금을 실시한다. 그리고, 최종 습식 신선 가공에 의해, 직경이 0.15∼0.40mm인 강선으로 한다. 이와 같이 하여 얻어진 고탄소 강선을, 추가로 연선 가공에 의해, 복수개 서로 꼬아서 연강선으로 함으로써 스틸 코드가 제조된다.

최근 들어, 강선의 제조 비용 저감의 목적으로부터, 상기 중간 페이턴팅을 생략하고, 조정 냉각한 선재로부터, 최종 페이턴팅 처리 후의 선 직경인 1∼2mm까지 직접 신선하는 예가 많아졌다. 이 때문에, 조정 냉각한 선재에 대하여 선재로부터의 다이렉트 신선 특성, 소위 생인성이 요구되게 되어, 선재의 고연성 및 고가공성에 대한 요구가 매우 커졌다.

예를 들어 특허문헌 1∼7에 기재되어 있는 바와 같이, 페이턴팅 처리를 행한 선재의 신선 가공성을 개선하는 방법은, 지금까지 많은 제안이 이루어져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는 면적률로 95％ 이상의 펄라이트 조직을 갖고, 그 펄라이트 조직에 있어서의 평균 노듈 직경을 30㎛ 이하, 평균 라멜라 간격을 100nm 이상으로 한 고탄소 선재가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 4에는 B를 첨가한 고강도 선재가 개시되어 있다. 그러나, 이 종래 기술에 의해서도, 신선 속도의 고속화나 신선 가공도의 증대에 수반하여 발생하는 단선의 저감이나, 신선 시의 가공 비용에 영향을 미칠 만큼의 신선 가공성의 개선 효과가 얻어지지 않는다.

일본 특허 공개 2003-082434호 공보 일본 특허 공개 2005-206853호 공보 일본 특허 공개 2006-200039호 공보 일본 특허 공개 2007-131944호 공보 일본 특허 공개 2012-126954호 공보 국제 공개 공보WO2008/044356호 일본 특허 공개 2004-137597호 공보

본 발명은 종래 기술의 현 상황을 감안하여, 높은 생산성 하에 수율 높게 염가로, 스틸 코드나 소잉 와이어 등의 용도에 바람직한, 신선 가공성이 우수한 고탄소강 선재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

고탄소강 선재의 신선 가공성을 향상시키기 위해서는, 선재의 인장 강도를 저감시키는 것과, 펄라이트 조직의 펄라이트 블록을 미립화하여 선재의 연성을 향상시키는 것이 유효하다. 통상, 펄라이트 조직을 주체로 하는 고탄소강 선재의, 인장 강도와 연성은 펄라이트 변태 온도에 의존한다. 펄라이트 조직은, 시멘타이트와 페라이트가 층 형상으로 배열된 조직이며, 그의 층 간격인 라멜라 간격이 인장 강도에 크게 영향을 미친다. 또한, 펄라이트 조직의 라멜라 간격은, 오스테나이트부터 펄라이트로 변태할 때의 변태 온도로 결정된다. 펄라이트 변태 온도가 높은 경우에는, 펄라이트 조직의 라멜라 간격이 크고, 선재의 인장 강도가 낮아진다. 한편, 펄라이트 변태 온도가 낮은 경우에는, 펄라이트 조직의 라멜라 간격이 작고, 선재의 인장 강도가 높아진다.

또한, 선재의 연성은, 펄라이트 조직에 있어서의 펄라이트 블록의 입경(펄라이트 블록 입경)에 영향받는다. 또한, 이 펄라이트 블록 입경도, 라멜라 간격과 마찬가지로 펄라이트 변태 온도에 영향받는다. 예를 들어, 펄라이트 변태 온도가 높은 경우에는 펄라이트 블록 입경이 크고, 연성이 낮아진다. 한편, 펄라이트 변태 온도가 낮은 경우에는 펄라이트 블록이 작고, 연성도 향상된다.

즉, 펄라이트 변태 온도가 높은 경우에는, 선재의 인장 강도 및 연성이 낮다. 한편, 펄라이트 변태 온도가 낮아지면, 선재의 인장 강도 및 연성이 높아진다. 선재의 신선 가공성의 향상에는, 선재의 인장 강도를 낮게 하고, 연성을 높게 하는 것이 유효하다. 그러나, 상술한 바와 같이, 변태 온도가 높은 경우에도, 낮은 경우에도, 선재의 인장 강도와 연성의 양립은 곤란하였다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 선재의 조직과 기계적 특성이 신선 가공성에 미치는 영향에 대하여 상세하게 조사하고, 그 결과, 이하의 지견을 알아냈다. 이하, 선재의 표면으로부터 중심으로 향하여 깊이 50㎛ 이하까지의 영역을 표층부로 한다.

(a) 단선 빈도를 저감하기 위해서는, 선재의 단면에 있어서의 펄라이트 블록의 평균 블록 입경을 10㎛∼30㎛로 하는 것이 유효하다. 또한, 블록 입경의 표준 편차가 20㎛를 초과하고, 입경의 변동이 커지면, 단선되는 빈도가 높아진다.

(b) 선재의 인장 강도를 760×Ceq.+255MPa 이상 760×Ceq.+325MPa 이하로 하는 것이, 선재의 신선 가공성의 향상에 유효하다.

(c) 선재의 인장 시험에서의 교축 값을 -65×Ceq.+96(％) 이상으로 하는 것이, 선재의 신선 가공성의 향상에 유효하다.

(d) 선재의 인장 시험에서의 교축 값의 변동을 저하시키는 것이, 선재의 신선 가공성의 향상에 유효하다. 특히, 선재의 교축 값의 표준 편차를 6％ 이하로 함으로써, 단선 빈도가 저하된다.

본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.

[1] 본 발명에 따른 고탄소강 선재는, 화학 성분으로서, 질량％로, C: 0.70％∼1.20％, Si: 0.10％∼1.2％, Mn: 0.10％∼1.0％, P: 0.001％∼0.012％, S: 0.001％∼0.010％, N: 0.001％∼0.005％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 펄라이트의 면적률이 95％ 이상 100％ 이하이고, 상기 펄라이트의 평균 블록 입경이 10㎛∼30㎛이며, 블록 입경의 표준 편차가 20㎛ 이하이고, C(％), Si(％) 및 Mn(％)을 각각, C, Si, Mn의 질량％의 함유량으로 하고, Ceq.를 하기 수학식 1에 의해 구했을 때, 인장 강도가 760×Ceq.+255MPa 이상 760×Ceq.+325MPa 이하이고, 또한, 인장 시험에서의 교축 값이 -65×Ceq.+96(％) 이상이며, 또한, 상기 교축 값의 표준 편차가 6％ 이하이다.

[2] 상기 [1]에 기재된 고탄소강 선재에서는, 상기 화학 성분으로서, 질량％로, Al: 0.0001％∼0.010％, Ti: 0.001％∼0.010％, B: 0.0001％∼0.0015％, Cr: 0.05％∼0.50％, Ni: 0.05％∼0.50％, V: 0.01％∼0.20％, Cu: 0.05％∼0.20％, Mo: 0.05％∼0.20％, Nb: 0.01％∼0.10％, Ca: 0.0005％∼0.0050％, Mg: 0.0005％∼0.0050％, Zr: 0.0005％∼0.010％로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유해도 된다.

상기 [1], [2]의 각 형태에 의하면, 신선 가공성이 우수한 고탄소강 선재를 저렴하게 제공할 수 있다.

먼저, 본 실시 형태에 있어서의, 고탄소강 선재의 화학 성분의 한정 이유에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서의 ％는, 질량％를 의미한다.

C: 0.70％∼1.20％

C는, 선재의 강도를 높이는데도 필요한 원소이다. C 함유량이 0.70％ 미만인 경우에는, 강도를 안정시켜서 최종 제품에 부여시키는 것이 곤란함과 동시에, 오스테나이트 입계에 초석 페라이트의 석출이 촉진되어, 균일한 펄라이트 조직을 얻는 것이 곤란해진다. 그 때문에, C 함유량의 하한을 0.70％로 한다. 보다 균일한 펄라이트 조직을 얻기 위해서는, C 함유량은 0.80％ 이상이 바람직하다. 한편, C 함유량이 1.20％를 초과하면, 오스테나이트 입계에 넷 형상의 초석 시멘타이트가 생성되어 신선 가공 시에 단선이 발생되기 쉬워질뿐만 아니라, 최종 신선 후에 있어서의 고탄소 강선의 인성·연성이 현저하게 열화된다. 그 때문에, C 함유량의 상한을 1.20％로 한다. 보다 확실하게 선재의 인성·연성의 열화를 방지하기 위해서는, C 함유량은 1.10％ 이하가 바람직하다.

Si: 0.10％∼1.2％

Si은, 선재의 강도를 높이는데도 필요한 원소이다. 또한, 탈산제로서 유용한 원소이며, Al을 함유하지 않는 선재를 대상으로 하는 때에도 필요한 원소이다. Si 함유량이 0.10％ 미만이면, 탈산 작용이 과소하다. 그 때문에, Si 함유량의 하한을 0.10％로 한다. 한편, Si 함유량이 1.2％를 초과하면, 과공석강에 있어서, 초석 페라이트의 석출이 촉진된다. 또한, 신선 가공에서의 한계 가공도가 저하된다. 또한, 메커니컬 디스케일링, 즉 MD에 의한 신선 가공이 곤란해진다. 그 때문에, Si 함유량의 상한을 1.2％로 한다. 보다 확실하게 신선 가공성의 열화를 방지하기 위해서는, Si 함유량은 0.8％ 이하가 바람직하다.

Mn: 0.10％∼1.0％

Mn도 Si와 마찬가지로, 탈산제로서 필요한 원소이다. 또한, 켄칭성을 향상시켜서, 선재의 강도를 높이는 것에도 유효하다. 또한 Mn은, 강 중의 S를 MnS로서 고정하여 열간 취화를 방지하는 효과를 갖는다. Mn 함유량이 0.10％ 미만이면 상기한 효과를 얻기 어렵다. 그 때문에, Mn 함유량의 하한을 0.10％로 한다. 한편, Mn은 편석되기 쉬운 원소이다. Mn 함유량이 1.0％를 초과하면, 특히, 선재의 중심부에 Mn이 편석되고, 그 편석부에는 마르텐사이트나 베이나이트가 생성되므로, 신선 가공성이 저하된다. 그 때문에, Mn 함유량의 상한을 1.0％로 한다. 보다 확실하게 신선 가공성의 열화를 방지하기 위해서는, Mn 함유량은 0.7％ 이하가 바람직하다.

P: 0.001％∼0.012％

P은, 입계에 편석되어 선재의 인성을 저하시키는 원소이다. P 함유량이 0.012％를 초과하면, 선재의 연성이 현저하게 열화된다. 그 때문에, P 함유량의 상한을 0.012％로 한다. 또한, P 함유량의 하한은, 현상의 정련 기술과 제조 비용을 고려하여, 0.001％로 한다.

S: 0.001％∼0.010％

S은, Mn과 황화물 MnS를 형성하여 열간 취화를 방지한다. S 함유량이 0.010％를 초과하면, 선재의 연성이 현저하게 열화된다. 그 때문에, S 함유량의 상한을 0.010％로 하였다. 또한, S 함유량의 하한은, 현상의 정련 기술과 제조 비용을 고려하여, 0.001％로 한다.

N: 0.0010％∼0.0050％

N는, 고용 N으로서, 신선 중의 시효를 촉진시켜, 신선 가공성을 열화시키는 원소이다. 그 때문에, N 함유량의 상한을 0.0050％로 하였다. 또한, N 함유량의 하한은, 현상의 정련 기술과 제조 비용을 고려하여, 0.0010％로 한다.

이상의 원소가, 본 실시 형태에 있어서의 고탄소강 선재의 기본 성분이며, 상기 원소 이외의 잔부는, Fe 및 불순물이다. 그러나, 이 기본 성분 외에, 잔부의 Fe의 일부 대신에 본 실시 형태에 있어서의 고탄소강 선재에서는, 탈산 효과나, 강도, 인성, 연성 등의 선재의 기계적 특성의 향상을 목적으로 하여, Al, Ti, B, Cr, Ni, V, Cu, Mo, Nb, Ca, Mg, Zr의 1종 또는 2종 이상의 원소를 후술하는 범위 내에서 함유해도 된다.

Al: 0.0001％∼0.010％

Al은, 탈산 원소로서 기능함과 함께, 경질 비변형의 알루미나계 비금속 개재물을 생성하여, 선재의 연성을 열화시키는 원소이다. 그 때문에, Al 함유량의 상한을 0.010％로 하였다. 또한, Al 함유량의 하한은, 현상의 정련 기술과 제조 비용을 고려하여, 0.0001％로 한다.

Ti: 0.001％∼0.010％

Ti은, 탈산 작용을 갖는 원소이다. 또한, 질화물을 형성하고, 오스테나이트 입경의 조대화를 억제하는 효과를 갖는다. 여기서, Ti량이 0.001％ 미만이면, 상술한 효과가 불충분해진다. 한편, Ti량이 0.010％를 초과하면, 조대한 탄질화물(TiCN 등)에 의해 가공성이 저하될 우려가 있다.

B: 0.0001％∼0.0015％

B는, 고용 상태에서 오스테나이트 중에 존재하는 경우, 입계에 농화하여 페라이트, 의사 펄라이트, 베이나이트 등의 비펄라이트 석출의 생성을 억제하여 신선 가공성을 향상시킨다. 그 때문에, 0.0001％ 이상의 함유가 바람직하다. 한편, 0.0015％를 초과하여 함유시키면, 조대한 Fe₂₃(CB)₆ 등의 붕소 탄화물이 생성되어, 선재의 신선 가공성이 열화된다. 그 때문에, B 함유량의 상한을 0.0015％로 하는 것이 바람직하다.

Cr: 0.05％∼0.50％

Cr은, 펄라이트의 라멜라 간격을 미세화하고, 선재의 강도나 신선 가공성 등을 향상시키는데도 유효한 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.05％ 이상의 함유가 바람직하다. 한편, Cr 함유량이 0.50％를 초과하면, 펄라이트 변태가 종료될 때까지의 시간이 길어져, 선재 중에 마르텐사이트나 베이나이트 등의 과냉 조직이 발생할 우려가 있다. 또한, 메커니컬 디스케일링성도 나빠진다. 그 때문에, Cr 함유량의 상한을 0.50％로 하는 것이 바람직하다.

Ni: 0.05∼0.50％

Ni은, 선재의 강도 상승에는 그다지 기여하지 않지만, 고탄소강 선재의 인성을 높이는 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.05％ 이상의 함유가 바람직하다. 한편, Ni을 0.50％를 초과하여 함유시키면 펄라이트 변태가 종료될 때까지의 시간이 길어진다. 그 때문에, Ni 함유량의 상한을 0.50％로 하는 것이 바람직하다.

V: 0.01％∼0.20％

V은, 페라이트 중에 미세한 탄질화물을 형성함으로써, 가열 시의 오스테나이트 입자의 조대화를 방지하고, 선재의 연성을 향상시킨다. 또한, 열간 압연 후의 강도 상승에도 기여한다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.01％ 이상의 함유가 바람직하다. 그러나, V을 0.20％를 초과하여 함유시키면, 탄질화물의 형성량이 너무 많아지고, 또한, 탄질화물의 입자 직경도 커진다. 그 때문에, V 함유량의 상한을 0.20％로 하는 것이 바람직하다.

Cu: 0.05％∼0.20％

Cu는, 고탄소 강선의 내식성을 높이는 효과가 있다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.05％ 이상의 함유가 바람직하다. 그러나, Cu를 0.20％를 초과하여 함유시키면, S와 반응하여 입계 중에 CuS를 편석하여, 선재의 제조 공정에 있어서, 강괴나 선재 등에 흠집을 발생시킨다. 이와 같은 악영향을 방지하기 위해서는, Cu 함유량의 상한을 0.20％로 하는 것이 바람직하다.

Mo: 0.05％∼0.20％

Mo은, 고탄소 강선의 내식성을 높이는 효과가 있다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.05％ 이상의 함유가 바람직하다. 한편, Mo을 0.20％를 초과하여 함유시키면 펄라이트 변태가 종료될 때까지의 시간이 길어진다. 그 때문에, Mo 함유량의 상한을 0.20％로 하는 것이 바람직하다.

Nb: 0.01％∼0.10％

Nb은, 고탄소 강선의 내식성을 높이는 효과가 있다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.01％ 이상의 함유가 바람직하다. 한편, Nb을 0.10％를 초과하여 함유시키면 펄라이트 변태가 종료될 때까지의 시간이 길어진다. 그 때문에, Nb 함유량의 상한을 0.10％로 하는 것이 바람직하다.

Ca: 0.0005％∼0.0050％

Ca은, 경질의 알루미나계 개재물을 저감하는 원소이다. 또한, Ca은, 미세한 산화물로서 생성되는 원소이다. 그 결과, 강선재의 펄라이트 블록 사이즈가 미세화하고, 강선재의 연성이 향상된다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Ca 함유량이 0.0005％∼0.0050％인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Ca 함유량이 0.0005％∼0.0040％이다. Ca 함유량이 0.0050％를 초과하면, 조대한 산화물이 형성되어, 신선 시의 단선을 일으키는 경우가 있다.

Mg: 0.0005％∼0.0050％

Mg은, 미세한 산화물로서 생성되는 원소이다. 그 결과, 강선재의 펄라이트 블록 사이즈가 미세화하고, 강선재의 연성이 향상된다. 이 효과를 얻기 위해서는, Mg 함유량이 0.0005％∼0.0050％인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Mg 함유량이 0.0005％∼0.0040％이다. Mg 함유량이 0.0050％를 초과하면, 조대한 산화물이 형성되어, 신선 시의 단선을 일으키는 경우가 있다.

Zr: 0.0005％∼0.010％

Zr은, ZrO로서 정출되어 오스테나이트의 정출핵이 되기 때문에, 오스테나이트의 등축율을 높여서, 오스테나이트 입자를 미세화하는 원소이다. 그 결과, 강선재의 펄라이트 블록 사이즈가 미세화하고, 강선재의 연성이 향상된다. 이 효과를 얻기 위해서는, Zr 함유량이 0.0005％∼0.010％인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Zr 함유량이 0.0005％∼0.0050％이다. Zr 함유량이 0.010％를 초과하면, 조대한 산화물이 형성되어, 신선 시의 단선을 일으키는 경우가 있다.

이어서, 본 실시 형태에 따른 고탄소강 선재의 조직과 기계적 특성에 대하여 설명한다.

펄라이트 조직을 주요 조직으로 하는 본 실시 형태에 따른 고탄소강 선재에 있어서, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 초석 페라이트나 베이나이트, 의사 펄라이트, 초석 시멘타이트 등의 비펄라이트 조직의 면적률이 5％를 초과하면, 신선 가공 시에 균열이 발생하기 쉬워져 신선 가공성이 열화된다. 이것 때문에 펄라이트 조직의 면적률을 95％ 이상으로 한다. 비펄라이트 조직은 적은 쪽이 균열의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 상한을 100％로 한다.

본 실시 형태에 따른 고탄소강 선재의 펄라이트 면적률이란, D를 선 직경으로 했을 때, 표층부, 1/2D부, 1/4D부 각각에 있어서의 펄라이트의 면적률의 평균 면적률을 나타낸다.

펄라이트 면적률의 측정은 이하의 방법으로 행하면 된다. 즉, 고탄소강 선재의 C 단면, 즉 길이 방향에 수직인 단면을 수지 매립 후, 알루미나 연마하고, 포화 피크럴로 부식시키고, SEM 관찰을 실시한다. 이하, 선재의 표면으로부터 중심으로 향하여 50㎛까지의 범위를 표층부로 한다. SEM 관찰에 있어서의 관찰 영역은, D를 선 직경으로 했을 때, 표층부, 1/4D부, 1/2D부로 한다. 그리고, 각 영역에서, 배율 3000으로 사진을 45° 간격으로 8개소에서 촬영한다. 그리고, 비펄라이트 조직인, 시멘타이트가 입상으로 분산된 의사 펄라이트부, 판상 시멘타이트가 주위보다 3배 이상이 거친 라멜라 간격으로 분산되어 있는 베이나이트부, 구 오스테나이트 입계를 따라서 석출된 초석 페라이트부, 및 초석 시멘타이트부를 눈으로 보아 구분 도색하고, 각각의 면적률을, 화상 해석에 의해 측정한다. 그리고 측정한 비펄라이트 조직 각각의 면적률을 합계하고, 비펄라이트 면적률로 한다. 펄라이트 조직의 면적률은, 100％로부터 비펄라이트 면적률을 감하여 구한다.

펄라이트 블록은 페라이트의 결정 방위가 동일하다고 간주할 수 있는 영역이며, 평균 블록 입경이 미세하게 될수록 선재의 연성이 향상된다. 평균 블록 입경이 30㎛를 초과하면 선재의 연성이 저하되고, 신선 가공 시에 단선이 발생되기 쉬워진다. 한편, 평균 블록 입경을 10㎛ 미만으로 하면, 인장 강도가 상승하여 신선 가공 시에 변형 저항이 커지므로, 가공 비용이 증가한다. 또한, 블록 입경의 표준 편차가 20㎛를 초과하면, 블록 입경의 변동이 커져 신선 가공 시에 단선 빈도가 증가한다. 또한, 블록 입경이란, 펄라이트 블록이 차지하는 면적과 동일한 면적이 되는 원의 직경이다.

펄라이트 블록의 블록 입경은 다음 방법으로 얻어진다. 선재의 C 단면을, 수지에 매립 후, 절단 연마한다. 그리고, C 단면 중심부에 있어서, 500㎛×500㎛의 영역을 EBSD에 의해 해석한다. 측정 스텝은 1㎛로 하고, 이 영역에서의 방위 차 9° 이상으로 되는 계면을 펄라이트 블록의 계면으로 한다. 그리고, 그 계면으로 둘러싸인 5 픽셀 이상, 또한 상기 500㎛×500㎛의 측정 경계를 포함하지 않는 영역을, 하나의 펄라이트 블록으로 하여 해석한다. 이 펄라이트 블록의 원 상당 직경의 평균값을 평균 블록 입경으로 한다.

선재의 인장 강도가 760×Ceq.+325MPa를 초과하면, 신선 가공 시에 변형 저항이 커진다. 그 결과, 신선 가공 시의 인발력이 커지고, 가공 비용이 증가한다. 또한, 선재의 인장 강도가 760×Ceq.+255MPa 미만이면, 단선율이 높아지고, 신선 가공성이 열화된다. 선재의 인장 시험에서의 교축 값이 -65×Ceq.+96(％) 미만이 되면, 단선율이 높아지고, 신선 가공성이 열화된다. 또한, 인장 시험에서의 교축 값의 표준 편차가 6％를 초과하면, 교축 값의 변동이 커지고, 신선 가공성이 열화된다. 또한, Ceq.은 하기 수학식 1에 의해 얻어진다.

<수학식 1>

선재의 인장 강도, 및 교축 값을 구하기 위한 인장 시험은, JIS Z 2241에 준거하여 행한다. 선재의 길이 방향으로부터 9B호 시험편을 연속하여 16개 채취하였다. 시험편의 길이는 400mm로 하고, 링 형상으로 권취한 선재의 적어도 2링 분을 포함하도록 시험편을 채취하였다. 이 시험편을 사용하여, 평균의 인장 강도, 및 평균의 교축 값을 구한다.

인장 시험에서의 교축 값의 표준 편차는 16개의 교축 값의 데이터로부터 구한다.

이어서, 본 실시 형태에 따른 고탄소강 선재의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에서는 제조 방법을 특별히 한정하지 않지만, 예로서 이하와 같은 방법으로, 본 실시 형태의 특징을 갖는 고탄소강 선재를 제조할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 상술한 화학 성분을 포함하는 강편에 대하여 1000℃∼1100℃로 가열하여 열간 압연을 행하여 선재로 하고, 상기 선재를 800℃∼900℃에서 권취하고, 권취 후, 40℃/초∼60℃/초의 1차 냉각 속도로 3초 이상 7초 이하의 1차 냉각을 행하고, 600℃∼630℃까지 1차 냉각한다. 펄라이트의 평균 블록 입경을 본 발명의 범위로 하고, 또한 평균 인장 강도를 본 발명의 범위로 하기 위해서는 1차 냉각 속도의 제어가 유효하다. 그 후, 630℃∼600℃의 온도 영역에 15초 ∼50초간 체류시킨다. 펄라이트 블록 입경의 표준 편차를 작게 하기 위해서는, 상기 온도 영역에서의 체류 처리가 유효하다. 그 후, 5℃/초∼30℃/초에 2차 냉각 속도로 300℃ 이하까지 2차 냉각을 행한다. 이 경우, 2차 냉각의 종점 온도의 하한은, 상온(25℃)으로 해도 된다. 본 실시 형태에 따른 고탄소강 선재는, 상술한 방법에 의해 제조 가능하게 된다. 이 제조 방법에 의해, 선재 압연 후의 냉각 과정에서의 재승온은 불필요하게 되어, 고탄소강 선재를 저렴하게 제조할 수 있다.

실시예

이어서, 본 발명의 실시예를 들면서, 본 발명의 기술적 내용에 대하여 설명한다. 그러나, 실시예에 있어서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위하여 채용한 조건예이며, 본 발명은 이 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

표 1에 나타내는 화학 성분을 갖는 강의 빌렛을 가열 후, 열간 압연에 의해 직경 5.5mm의 선재로 하고, 소정의 온도에서 권취 후, 스텔모어 설비에 의해 냉각을 행하였다.

냉각 후의 선재를 사용하여, 선재의 C 단면의 조직 관찰 및 인장 시험을 행하였다. 신선 가공성은 선재의 스케일을 산 세정으로 제거한 후, 인산염 처리에 의해 인산 아연 피막을 부여한 길이 4m의 선재를 10개 준비하고, 어프로치각 10도의 다이스를 사용하여, 1 패스당의 감면율을 16％∼20％로 하는 단두식 신선을 행하였다. 그리고, 신선 파단하는 한계의 진변형의 평균값을 구하였다.

표 2에 제조 조건, 조직 및 기계적 특성을 나타낸다. 표 2 중의 「체류 시간」은, 630℃∼600℃의 온도 영역에서의 체류 시간을 나타낸다. 표 2에 있어서, 실시예 No. 1, 3, 5, 8, 10, 13, 15, 20은 본 발명의 청구 범위를 만족하고 있지 않았다. 실시예 No. 1은 성분, 펄라이트 조직의 면적률, 및 인장 강도가 본 발명의 범위를 만족하고 있지 않았다. 신선 단선되는 변형이 본 발명의 범위를 만족하는 실시예와 비교해 낮아져 있었다. 실시예 No. 3은, 펄라이트 조직의 면적률, 평균 블록 입경, 인장 강도, 및 교축 값이 본 발명의 범위를 만족하고 있지 않았다. 동일한 성분으로 본 발명의 범위를 만족하는 실시예 No. 2와 비교하여, 신선 단선되는 변형이 낮아져 있었다. 실시예 No. 5는 평균 블록 입경, 블록 입경의 표준 편차, 및 교축 값이 본 발명의 범위를 만족하고 있지 않았다. 동일한 성분으로 본 발명의 범위를 만족하는 실시예 No. 4와 비교하여, 신선 단선되는 변형이 낮아져 있었다. 실시예 No. 8은 펄라이트 조직의 면적률, 및 인장 강도가 본 발명의 범위를 벗어나 있고, 동일한 성분으로 본 발명의 범위를 만족하는 실시예 No. 7과 비교하여, 신선 단선되는 변형이 낮아져 있었다. 실시예 No. 10은 블록 입경의 표준 편차, 및 교축 값의 표준 편차가 본 발명의 범위를 벗어나 있고, 동일한 성분으로 본 발명의 범위를 만족하는 실시예 No. 9와 비교하여, 신선 단선되는 변형이 낮아져 있었다. 실시예 No. 13은 평균 블록 입경, 및 교축 값이 본 발명의 범위를 벗어나 있고, 동일한 성분으로 본 발명의 범위를 만족하는 실시예 No. 12와 비교하여, 신선 단선되는 변형이 낮아져 있었다. 실시예 No. 15는 평균 블록 입경, 블록 입경의 표준 편차, 교축 값이 본 발명의 범위를 벗어나 있고, 동일한 성분으로 본 발명의 범위를 만족하는 실시예 No. 14와 비교하여, 신선 단선되는 변형이 낮아져 있었다. 실시예 No. 20은, C량이 본 발명의 상한을 초과하고 있고, 신선 단선되는 변형이 본 발명의 범위를 만족하는 실시예와 비교해 낮아져 있었다.

본 발명에 따르면, 높은 생산성 하에 수율 높게 염가로, 스틸 코드나 소잉 와이어 등의 용도에 바람직한, 신선 가공성이 우수한 고강도의 고탄소강 선재를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은 선재 제조 산업에 있어서, 산업상 이용 가능성을 충분히 갖는다.

Claims

화학 성분으로서, 질량％로,
C: 0.70％∼1.20％,
Si: 0.10％∼1.2％,
Mn: 0.10％∼1.0％,
P: 0.001％∼0.012％,
S: 0.001％∼0.010％,
N: 0.0010％∼0.0050％
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고,
길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 펄라이트의 면적률이 95％ 이상 100％ 이하이고,
상기 펄라이트의 평균 블록 입경이 10㎛∼30㎛이며, 블록 입경의 표준 편차가 20㎛ 이하이고,
C(％), Si(％) 및 Mn(％)을 각각, C, Si, Mn의 질량％에 의한 함유량으로서, Ceq.를 하기 수학식 1에 의해 구했을 때, 인장 강도가 760×Ceq.+255MPa 이상 760×Ceq.+325MPa 이하이고, 또한, 인장 시험에서의 교축 값이 -65×Ceq.+96(％) 이상이며, 또한, 상기 교축 값의 표준 편차가 6％ 이하이고,
상기 평균 블록 입경은, 선재의 C 단면 중심부를 해석함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 신선 가공성이 우수한 고탄소강 선재.
<수학식 1>
제1항에 있어서, 상기 화학 성분으로서, 질량％로,
Al: 0.0001％∼0.010％,
Ti: 0.001％∼0.010％,
B: 0.0001％∼0.0015％,
Cr: 0.05％∼0.50％,
Ni: 0.05％∼0.50％,
V: 0.01％∼0.20％,
Cu: 0.05％∼0.20％,
Mo: 0.05％∼0.20％,
Nb: 0.01％∼0.10％,
Ca: 0.0005％∼0.0050％,
Mg: 0.0005％∼0.0050％,
Zr: 0.0005％∼0.010％
로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 신선 가공성이 우수한 고탄소강 선재.