KR102117399B1 - 고강도 강섬유용 선재, 고강도 강섬유 및 이들의 제조방법 - Google Patents

고강도 강섬유용 선재, 고강도 강섬유 및 이들의 제조방법 Download PDF

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Abstract

극저탄소강을 이용하여 신성 가공 중 LP 열처리 없이 1,500MPa 이상의 고강도를 확보할 수 있는 강섬유용 선재, 강섬유 및 이들의 제조방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 강섬유용 선재는, 중량%로, C: 0 초과 0.009% 이하, Mn: 2.0 내지 3.0%, P: 0.05 내지 0.2%, N: 0.01 내지 0.025%, Si: 0.1 내지 0.3%, S: 0.03% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 횡단면의 미세조직은 2㎛ 이상 크기의 펄라이트가 면적분율로 1% 이하이며, 나머지는 페라이트를 포함한다.

Description

고강도 강섬유용 선재, 고강도 강섬유 및 이들의 제조방법 {WIRE ROD FOR HIGH STRENGTH STEEL FIBER, HIGH STRENGTH STEEL FIBER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 고강도 강섬유용 선재, 고강도 강섬유 및 이들의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극저탄소강을 이용하여 1,500MPa 이상의 고강도를 확보할 수 있는 강섬유용 선재, 강섬유 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로 강섬유는 터널 공사 시 내부 토압을 지탱하는 콘크리트 보강용으로 사용된다. 강섬유로 사용되는 재질로는 0.1% 이하의 저탄소강이 사용되며, 이는 여재 슬라브 또는 선재를 이용하여 가공사에서 건식 신선 - 습식 신선 공정을 거쳐 최종 0.4 내지 1.0mm 직경을 갖는 강선을 제조하며, 20 내지 50mm로 일정하게 절단한 다음, 형상 가공하여 마무리한다.
강섬유로 사용되기 위해서는 최종 성형을 위한 굴곡 특성이 요구되나, 우선적으로 요구되는 특성은 강도이다. 현재까지는 1,000 내지 1,100Mpa의 인장강도를 갖는 연강선이 요구되었으나, 화약폭발 방식이 아닌 NATM 터널 시공 방식이 최근 조명 받으면서 1,400Mpa 이상의 고강도 강섬유가 지속 요구되고 있다.
강섬유는 콘크리트 내부에 사용되는 보강재이기 때문에, 상대적으로 비싼 경강 및 피아노 선재는 사용할 수 없다. 가격경쟁력 확보를 위해 국내의 경우, 선재보다는 여재 슬라브를 주로 이용하며, 중국에서 제조된 연강 선재를 수입하고 있다. 성분계는 C, Si 및 Mn으로 구성된 일반 저탄소강이며, C는 0.01 내지 0.1%, Si는 0.1 내지 0.3%, Mn은 0.4 내지 1.0%이며, 최종 제품에서의 인장강도는 1,100 내지 1,200MPa 수준이다.
탄소강에서 강도를 증가시키는 방법으로는 Hall-Petch Eq.에 따라 결정립 사이즈를 줄이는 방법과, 가공량의 인가를 통해 강도를 부여하는 방법이 있다. 탄소 함량이 증가하면 펄라이트가 형성되고, 펄라이트 조직 형성 시 소재 강도가 증가할 뿐 아니라 신선 가공 시 강도가 지수적으로 향상되는 특징이 있다. 그러나, 대부분 강섬유를 제조하는 업체에서는 스케일을 제거하는 산세통 또는 디스케일러가 없고, 신선 조건 또한 윤활성 향상을 위한 도금조가 없어 경강선을 제조하는 업체에 비해 열악하기 때문에 경한 상(hard phase)인 펄라이트를 형성하는 탄소 함량 증가는 받아들이기 힘든 상황이다.
본 발명은 최종 습식 신선 후 1,500MPa 이상 고강도 강섬유 강선을 제조하는데 있어서, 신선성 및 강도 확보를 위하여 C를 0.009% 이하의 극저탄소강으로 유지하고 고용 P와 N 함량을 증가시켜, 강도를 증가시킨 고강도 강섬유용 선재, 강섬유 강선 및 이들의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 강섬유용 선재는, 중량%로, C: 0 초과 0.009% 이하, Mn: 2.0 내지 3.0%, P: 0.05 내지 0.2%, N: 0.01 내지 0.025%, Si: 0.1 내지 0.3%, S: 0.03% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 횡단면의 미세조직은 2㎛ 이상 크기의 펄라이트가 면적분율로 1% 이하이며, 나머지는 페라이트이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고강도 강섬유용 선재는 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.
(1) [TS] - 2.5[Hv] - 17 ≥ 0
여기서, [TS]는 선재의 인장강도(MPa), [Hv]는 페라이트 경도(Hv)를 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고강도 강섬유용 선재의 인장강도는 580MPa 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 횡단면 미세조직의 페라이트 경도는 220Hv 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 강섬유용 선재의 제조방법은, 중량%로, C: 0 초과 0.009% 이하, Mn: 2.0 내지 3.0%, P: 0.05 내지 0.2%, N: 0.01 내지 0.025%, Si: 0.1 내지 0.3%, S: 0.03% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 1,050 내지 1,150℃의 가열로에서 90 내지 120분 유지한 후 압연하는 단계; 880 내지 920℃의 온도범위에서 권취하는 단계; 및 180 내지 220℃까지 20℃/초 이상의 속도로 냉각하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각하는 단계는, 280 내지 320℃까지 20 내지 25℃/초의 속도로 냉각하는 단계; 및 180 내지 220℃까지 30℃/초 이상의 속도로 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각된 선재는, 횡단면 미세조직에 2㎛ 이상 크기의 펄라이트가 면적분율로 1% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 강섬유는, 중량%로, C: 0 초과 0.009% 이하, Mn: 2.0 내지 3.0%, P: 0.05 내지 0.2%, N: 0.01 내지 0.025%, Si: 0.1 내지 0.3%, S: 0.03% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 8R(R: 반경, mm)에서 180° 꺾임 평가 시 단선이 발생하지 않으며, 직경이 0.4 내지 1.0mm이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고강도 강섬유는 인장강도가 1,500MPa 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 강섬유의 제조방법은, 상기 고강도 강섬유용 선재를 건식 신선하는 단계; 및 직경 0.4 내지 1.0mm까지 습식 신선하는 단계;를 포함하며, 건식 신선 후 습식 신선 전에 LP 열처리 없이도, 습식 신선 시 톤(ton)당 단선 횟수가 2회 미만이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 건식 신선 후 감면율 87% 이상에서 인장강도가 1,030MPa 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 습식 신선 후 총 감면율 92% 이상에서 인장강도가 1,500MPa 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 강섬유용 선재를 이용하여 강섬유 강선을 제조할 경우 신선 중 LP 열처리를 수행하지 않고도 극저탄소로 1,500MPa 이상의 고강도를 나타낼 수 있으며, 습식 신선 시 톤(ton)당 단선 횟수 2회 미만으로 생산할 수 있다.
또한, 본 발명의 콘크리트 보강 고강도 강섬유를 사용할 경우 기존 터널 시공 시 화약 폭발이 아닌 NATM 방식으로 전환 할 수 있으며, 터널 무너짐 방지 및 터널 수명 향상 등의 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 각 성분 원소가 항복강도에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서는 터널 시공 시에 사용되는 1,500MPa 이상의 고강도인 콘크리트 보강 강섬유를 제조하는데 있어서, 신선성 및 강도 확보를 위하여 C를 0.009% 이하 극저탄소강으로 유지하고 고용 P와 N 함량을 증가시켜, 강도를 증가시키고자 한다.
C 만큼 고용강화 효과가 좋은 원소로 P와 N가 있다. 도 1은 각 원소가 항복강도에 미치는 영향에 대해 보여주고 있으며, C, N은 0.1% 증량 시 100MPa, P는 80MPa 수준으로 강도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 고강도 강섬유를 제조하기 위해 신선 가공성을 낮추는 C을 사용하지 않고, P와 N을 이용한 고용강화 효과를 적용한 고강도 강섬유 제조를 제시하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 강섬유용 선재는, 중량%로, C: 0 초과 0.009% 이하, Mn: 2.0 내지 3.0%, P: 0.05 내지 0.2%, N: 0.01 내지 0.025%, Si: 0.1 내지 0.3%, S: 0.03% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 횡단면의 미세조직은 2㎛ 이상 크기의 펄라이트가 면적분율로 1% 이하이며, 나머지는 페라이트이다.
이하, 본 발명의 실시예에서의 합금성분 원소 함량의 수치한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.
C의 함량은 0 초과 0.009% 이하이다.
본 발명에서는 신선 공정 시 디스케일러 및 윤활도금 라인이 없이도 신선 가능한 목표를 달성하기 위하여, 선재 단면에서 2㎛ 이상 크기의 펄라이트가 1% 이하 형성되는 C 함량을 0.009 % 이하로 제한한다. 그러나 0을 포함하지는 않는다.
Mn의 함량은 2.0 내지 3.0%이다.
Mn은 소입성 향상 및 강도를 증가시키는데 유효한 원소이다. Mn 함량 0.1% 증가 시 강도는 20 내지 25MPa 수준 증가하며, 2.0% 미만 포함 시 목표 강도 확보에 어려움이 있고 3.0% 초과 시 편석에 의한 가공 단선이 발생하기 때문에 2.0 내지 3.0% 범위로 유지하는 것이 바람직하다.
P의 함량은 0.05 내지 0.2%이다.
앞서 언급한 바와 같이, P는 0.1% 첨가 시 80MPa 수준으로 강도를 증가시키는 고용강화 원소이다. 그러나, 통상적으로 P는 C 함량이 증가하면서 같이 중심에 편석되는 경향이 크고, 또한 FeP가 입계에 형성될 수 있기 때문에 강도 증가 효과를 확보하기 어렵다. 0.05% 미만 참가 시 본 발명 목표 강도를 달성하기 어렵고, 0.2% 초과 시 페라이트 경도가 크게 증가하기 때문에 그 이하로 하는 것이 바람직하다.
N의 함량은 0.01 내지 0.025%이다.
N은 고용강화에 의한 강도 증가 효과가 우수한 원소로, 0.1% 증가 시 100Mpa 수준의 강도 증가가 가능하다. 0.01% 미만 첨가 시 본 발명 목표 강도 달성이 어렵고, 0.025% 초과 시 페라이트 경도가 크게 증가되기 때문에 그 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
Si의 함량은 0.1 내지 0.3%이다.
Si은 0.1% 증가 시 인장강도를 15 내지 20MPa 증가시키는 페라이트 경화형 원소이다. 0.1% 미만 첨가 시 목표 강도 확보에 어려움이 있고 0.3% 초과 시 페라이트 경화에 의한 습식 신선 시 단선이 크게 발생하기 때문에 그 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
S의 함량은 0.03% 이하이다.
S는 다량 함유 시 입계에 MnS 개재물이 발생하여 가공성을 저하시키므로 0.03% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 조성 이외에 나머지는 Fe이며, 기타 제조공정상 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함한다.
통상적으로 1,500MPa급 강섬유는 0.4 내지 0.5% 탄소강에 기반을 두고 Si 0.2 내지 0.3%, Mn 0.4 내지 0.6%를 포함하는 JIS 규격 JS-SWRH42 ~ 52A 경강이 주로 사용된다. 이 경강은 중간선까지 신선한 뒤 LP(납조) 열처리하여 연성을 부여하고, 최종 제품까지 신선하여 제조공정을 마무리하게 된다. 경강을 사용 시, 중간에 LP 항온 열처리를 실시해야 함에 따른 제품 가격 상승 문제가 있으며, 만약 LP 열처리를 하지 않고 신선하는 경우 펄라이트가 균열 기점으로 작용하여 가공 단선을 유발시키게 된다.
이에 따라, 본 발명에서는 신선 가공 시 단선을 유발시키는 펄라이트를 제한하고 주 조직을 페라이트로 제어한다. 본 발명의 고강도 강섬유용 선재는, 횡단면의 미세조직 중 2㎛ 이상 크기의 펄라이트가 면적분율로 1% 이하이며, 나머지는 페라이트이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 강섬유용 선재는 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.
(1) [TS] - 2.5[Hv] - 17 = 0
여기서, [TS]는 선재의 인장강도(MPa), [Hv]는 페라이트 경도(Hv)를 의미한다.
식 (1)은 선재의 전체 인장강도 [TS]와 페라이트 단일 결정립 경도값[Hv]의 차가 0보다 작을 경우 후속 신선 가공 시 단선이 발생한다는 것을 의미하고, [Hv]는 페라이트 경도를 나타내기 때문에 펄라이트 분율이 거의 존재하지 않아야 한다는 조건 하에서 부합될 수 있다.
식 (1)을 만족함으로써, 동등 이상의 강도를 확보하기 위한 후속 신선 가공 시 LP 열처리를 수행하지 않고도 단선 횟수를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 고강도 강섬유용 선재의 인장강도는 580MPa 이상일 수 있으며, 횡단면 미세조직의 페라이트 경도는 220Hv 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 강섬유용 선재의 제조방법은, 중량%로, C: 0 초과 0.009% 이하, Mn: 2.0 내지 3.0%, P: 0.05 내지 0.2%, N: 0.01 내지 0.025%, Si: 0.1 내지 0.3%, S: 0.03% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 1,050 내지 1,150℃의 가열로에서 90 내지 120분 유지한 후 압연하는 단계; 880 내지 920℃의 온도범위에서 권취하는 단계; 및 180 내지 220℃까지 20℃/초 이상의 속도로 냉각하는 단계;를 포함한다.
빌렛을 가열로에서 상술한 온도범위 및 시간 동안 가열시켜 강도 확보를 위한 고용강화 원소를 충분히 고용시킬 수 있다. 이어서 가열된 빌렛을 통상적인 압연 조건에서 압연한다.
압연된 강편은 880 내지 920℃의 온도범위에서 권취한다.
스케일이 두꺼울수록 직선화 시 박리가 용이하며, 산세조가 없는 환경에서는 직선화시킬 때 스케일이 대부분 제거될 필요가 있다. 880℃ 미만에서는 스케일 두께가 얇아 박리성 측면에서 불리하며, 920℃ 초과 시 권취 형상이 적합하지 않고 스케일 두께 또한 크게 증가되지 않기 때문에 880 내지 920℃의 온도범위에서 권취하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각하는 단계는, 280 내지 320℃까지 20 내지 25℃/초의 속도로 냉각하는 단계; 및 180 내지 220℃까지 30℃/초 이상의 속도로 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다. 급속 냉각을 통해 고용 N 및 고용 P의 양을 유지하고, 입계에 FeP 형성을 억제할 수 있다.
냉각된 선재는 횡단면 미세조직에 2㎛ 이상 크기의 펄라이트가 면적분율로 1% 이하일 수 있다.
본 발명의 고강도 강섬유는, 상기 제조된 고강도 강섬유용 선재를 신선 가공하여 얻는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 강섬유의 제조방법은, 상술한 고강도 강섬유용 선재를 건식 신선하는 단계; 및 직경 0.4 내지 1.0mm까지 습식 신선하는 단계;를 포함한다.
강섬유 강선은 건식 신선 후 감면율 87% 이상에서 인장강도가 1,030MPa 이상일 수 있으며, 습식 신선 후 총 감면율 92% 이상에서 인장강도가 1,500MPa 이상일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고강도 강섬유용 선재는 펄라이트 조직을 제한하고 주 조직이 페라이트로 이루어져 있으며, 상기 식 (1)을 만족함으로써 건식 신선 후 LP 열처리 수행 없이도 습식 신선 시 톤(ton)당 단선 횟수를 2회 미만으로 확보할 수 있다. 또한, C, N, P 등을 제어한 성분계 조성을 통해 기존 강섬유용 강선에 요구되는 강도의 동등 이상인 1,500MPa 이상의 인장강도를 나타낼 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 고강도 강섬유는 8R(R: 반경, mm)에서 180° 꺾임 평가 시 단선이 발생하지 않으며, 직경은 0.4 내지 1.0mm일 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.
실시예
아래 표 1과 같은 조성을 갖는 강을 전로에서 제강한 다음, 통상적인 조건에서 1.8 m/min 속도로 주조하여 160 x 160 ㎟ 연주 빌렛재를 생산하였다. 이어서 온도 1,010℃의 가열로에서 95분 유지한 후, 통상적인 조건에서 압연하였으며, 권취온도 900℃에서 300℃까지 21℃/s로 냉각하고 200℃까지 30℃/s로 냉각하여 마무리하였다.
해당 선재는 후속 가공사에서 디스케일링 및 LP 열처리 등을 하지 않고 선속 5m/s로 건식 신선하였으며, 다음 22m/s 조건으로 습식 신선하여 0.5mm 직경의 강섬유 강선을 제조하였다.
구분 성분 (중량%)
C P N Mn Si S
비교예1 0.010 0.05 0.005 2.10 0.1 0.004
발명예1 0.005 0.05 0.015 2.10 0.1 0.004
발명예2 0.005 0.10 0.015 2.10 0.1 0.004
발명예3 0.005 0.20 0.015 2.10 0.1 0.004
비교예2 0.005 0.30 0.005 2.10 0.1 0.004
발명예4 0.005 0.10 0.010 2.10 0.1 0.004
발명예5 0.005 0.10 0.020 2.10 0.1 0.004
비교예3 0.005 0.30 0.030 2.10 0.1 0.004
비교예4 0.52 0.008 0.005 0.50 0.25 0.004
표 2는 발명예 및 비교예의 선재, 신선재의 물성 및 기계적 특성을 나타내었다.
구분 선재 건식 신선재 습식 신선재
식
(1)		 펄라이트
분율
(%)		 [Hv]
(Hv)		 [TS]
(MPa)		 감면율
(%)		 인장
강도
(MPa)		 감면율
(%)		 인장
강도
(MPa)		 8R 조건
180°
꺽임 평가
파단 여부		 단선횟수
(/톤)
비교예1 43 3.0 210 585 86.8 1,035 92 신선불가 발생 35.8
발명예1 13 0.8 220 580 86.8 1,030 92 1,540 미발생 1.2
발명예2 8 0.7 236 615 86.8 1,065 92 1,575 미발생 1.0
발명예3 28 0.8 242 650 86.8 1,100 92 1,610 미발생 1.3
비교예2 -7 0.7 280 710 86.8 1,160 92 신선불가 발생 28.1
발명예4 26 0.6 231 620 86.8 1,070 92 1,580 미발생 1.1
발명예5 13 0.8 240 630 86.8 1,080 92 1,590 미발생 0.9
비교예3 -52 0.8 270 640 86.8 1,090 92 신선불가 발생 31.1
비교예4 63 28.2 200 580 86.8 1,050 92 1,630 미발생 1.6
비교예 1은 Mn 및 Si 함량은 발명예와 동일하고 C 함량이 0.01%인 저탄소강의 물성을 나타내고 있다. 비교예 1은 선재의 횡단면 중 냉각속도가 가장 늦은 중심부에서 2㎛ 이상 크기의 펄라이트가 3%로 측정되었으며, 페라이트 경도는 210Hv, 이때 인장강도는 585MPa였다. 비교예 1은 본 발명의 식 (1)에 따른 값이 0보다 크지만, 펄라이트 분율이 3%로 높게 나타났기 때문에 습식 신선 시 단선이 발생한 것을 확인할 수 있었다.
이와 비교하여 발명예 1 내지 3은 C 함량이 0.005%인 극저탄소강으로, P 함량을 0.05%에서 0.2%까지 단계적으로 첨가하더라도 펄라이트 분율 1% 이하 및 식 (1)을 만족하여 습식 신선 시 92% 이상의 총 감면율로 신선하더라도 단선이 톤(ton)당 2회 미만으로 발생하였다. 또한, 최종 강섬유 강선의 인장강도가 1,500MPa 이상을 확보할 수 있었으며, 8R 조건(2mm 직경)에서 180° 꺾임 평가 시에도 파단이 발생하지 않았다.
비교예 2는 P를 0.3% 첨가한 경우를 나타내며, 건식 신선까지는 문제가 없지만 습식 신선 도중 단선이 발생하였다. 이는 P의 과첨가에 따른 경도 증가가 주요 원인이며, 계면의 P 편석도 영향을 미친 인자 중 하나로 예상되었다.
발명예 4 및 5는 P 함량을 0.1%로 고정시키고 N 함량을 0.025%까지 첨가하였을 때를 나타낸다. 발명예 4 및 5는 N 함량을 높이더라도 습식 신선 중 단선이 2회 미만으로 발생하면서도 1,500MPa 이상의 고강도 강섬유를 제조할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 8R 조건(2mm 직경)에서 180° 꺾임 평가 시에도 파단이 발생하지 않았다.
그러나, 비교예 3과 같이 P 및 N 함량이 높은 경우에는 페라이트 경도가 과하게 높기 때문에 식 (1)을 만족하지 못하며, 이에 따라 신선 중 단선이 발생함을 알 수 있다.
상술한 것처럼 1,500MPa급 강섬유는 통상적으로 0.4 내지 0.5% 탄소강에 기반을 두고 Si 0.2 내지 0.3%, Mn 0.4 내지 0.6%를 포함하는 JIS 규격 JS-SWRH42 ~ 52A 경강이 주로 사용되는데, 비교예 4는 위 규격의 경강을 사용하였다. 비교예 4는 최종 강선인 강섬유를 제조함에 있어서 습식 신선 시 단선 횟수, 인장강도 등 본 발명에서 목적하는 물성 및 특성을 만족하나, 건식 신선 후 습식 신선 전에 LP 열처리하여 연성을 부여하여야만 한다. 따라서 LP 열처리로 인한 제품 가격 상승이 초래되며, 열처리 없이 신선하는 경우 펄라이트가 균열 기점으로 작용하여 습식 신선 시 단선되는 문제가 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 중량%로, C: 0 초과 0.009% 이하, Mn: 2.0 내지 3.0%, P: 0.05 내지 0.2%, N: 0.01 내지 0.025%, Si: 0.1 내지 0.3%, S: 0.03% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    횡단면의 미세조직은 2㎛ 이상 크기의 펄라이트가 면적분율로 1% 이하이며, 나머지는 페라이트이며,
    하기 식 (1)을 만족하는 고강도 강섬유용 선재.
    (1) [TS] - 2.5[Hv] - 17 ≥ 0
    (여기서, [TS]는 선재의 인장강도(MPa), [Hv]는 페라이트 경도(Hv)를 의미한다)
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선재의 인장강도는 580MPa 이상인 고강도 강섬유용 선재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 페라이트의 경도는 220Hv 이상인 고강도 강섬유용 선재.
  5. 중량%로, C: 0 초과 0.009% 이하, Mn: 2.0 내지 3.0%, P: 0.05 내지 0.2%, N: 0.01 내지 0.025%, Si: 0.1 내지 0.3%, S: 0.03% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 1,050 내지 1,150℃의 가열로에서 90 내지 120분 유지한 후 압연하는 단계;
    880 내지 920℃의 온도범위에서 권취하는 단계; 및
    180 내지 220℃까지 20℃/초 이상의 속도로 냉각하는 단계;를 포함하는 고강도 강섬유용 선재의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계는,
    280 내지 320℃까지 20 내지 25℃/초의 속도로 냉각하는 단계; 및
    180 내지 220℃까지 30℃/초 이상의 속도로 냉각하는 단계;를 포함하는 고강도 강섬유용 선재의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 냉각된 선재는,
    횡단면 미세조직에 2㎛ 이상 크기의 펄라이트가 면적분율로 1% 이하인 고강도 강섬유용 선재의 제조방법.
  8. 중량%로, C: 0 초과 0.009% 이하, Mn: 2.0 내지 3.0%, P: 0.05 내지 0.2%, N: 0.01 내지 0.025%, Si: 0.1 내지 0.3%, S: 0.03% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    8R(R: 반경, mm)에서 180° 꺾임 평가 시 단선이 발생하지 않으며,
    직경이 0.4 내지 1.0mm인 고강도 강섬유.
  9. 제8항에 있어서,
    인장강도가 1,500MPa 이상인 고강도 강섬유.
  10. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항의 고강도 강섬유용 선재를 건식 신선하는 단계; 및
    직경 0.4 내지 1.0mm까지 습식 신선하는 단계;를 포함하며,
    상기 건식 신선 후 상기 습식 신선 전에 LP 열처리 없이도, 상기 습식 신선 시 톤(ton)당 단선 횟수가 2회 미만인 고강도 강섬유의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 건식 신선 후 감면율 87% 이상에서 인장강도가 1,030MPa 이상인 고강도 강섬유의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 습식 신선 후 총 감면율 92% 이상에서 인장강도가 1,500MPa 이상인 고강도 강섬유의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000008140A (ja) 1998-04-21 2000-01-11 Kobe Steel Ltd 線状または棒状鋼、および機械部品
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000008140A (ja) 1998-04-21 2000-01-11 Kobe Steel Ltd 線状または棒状鋼、および機械部品
JP2000204433A (ja) 1999-01-12 2000-07-25 Kobe Steel Ltd 冷間加工性に優れた鋼および機械部品
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