KR102223272B1

KR102223272B1 - 피로특성이 우수한 고강도 가요성 강선 및 그 제조방법, 가요성 강선용 고탄소강 선재의 제조방법

Info

Publication number: KR102223272B1
Application number: KR1020180164702A
Authority: KR
Inventors: 양요셉; 박용식; 박세원; 이만재
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2021-03-08
Also published as: KR20200076046A

Abstract

피로특성이 우수한 고강도 가요성 강선 및 그 제조방법과 가요성 강선용 고탄소강 선재의 제조방법이 개시된다. 본 발명은 표면의 잔류응력을 완화 목적으로 사용하는 고비용의 고주파 열처리를 생략하고 TIG 용접기를 이용하여 짧은 시간 열처리함으로써, 중심부는 신선된 펄라이트 조직을 갖고 표층부는 미세한 펄라이트 조직을 형성시켜 피로특성 및 강도가 향상된 가요성 강선과 그 제조방법을 제공한다.

Description

피로특성이 우수한 고강도 가요성 강선 및 그 제조방법, 가요성 강선용 고탄소강 선재의 제조방법 {HIGH STRENGTH FLEXIBLE STEEL WIRE WITH EXCELLENT FATIGUE PROPERTIES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, MANUFACTURING METHOD OF HIGH CARBON STEEL WIRE ROD FOR FLEXIBLE STEEL WIRE}

본 발명은 피로특성이 우수한 고강도 가요성 강선 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면 잔류응력 완화 목적으로 사용하는 고주파 열처리를 생략하고 TIG 용접 열처리를 통해 표면 조직을 미세화함으로써 피로특성 및 강도가 크게 향상된 플렉서블 강선 및 그 제조방법에 관한 것이다.

플렉서블 파이프에 사용되는 강선은 해상에서 원유를 수송하는 플렉서블 파이프에 걸리는 하중을 지탱해주는 보강재로, 고강도뿐만 아니라 피로특성이 중요한 제품으로 알려져 있다.

고강도 제품이 요구되는 이유로, 육지와 가까운 곳에서 석유채취가 이루어지면 고강도 제품이 필요없지만, 에너지 고갈로 심해로 채취환경이 옮겨지게 되면 길이가 긴 제품이 필요하게 되고, 이를 제품 고강도화로 길이를 늘릴 수 있기 때문이다.

또다른 제품 요구 물성으로 피로특성이 있다. 조류에 의해 제품은 항상 움직이기 때문에 피로 환경에 놓인다고 볼 수 있기 때문이다. 일반적으로 강도가 증가하면 피로특성은 정비례로 증가한다고 알려져 있지만, 강도가 1,200MPa 이상으로 높은 경우 피로한의 증가는 점차 낮아진다. 강도를 효과적으로 증가시킬 수 있는 강종에 C 함량을 증가시키는 방법을 사용하고 있지만, 과공석강 이상으로 C를 포함시킬 경우 입계에 조대한 크기의 초석 세멘타이트가 형성되어 피로 등 기계적 특성을 저하시키기 때문에 바람직하지는 않다.

해당 제품에 사용되는 강종은 C 함량이 0.3 ~ 0.7%인 일반적인 피아노강 선재(piano wire, JS-SWRS35B~72B)가 사용되는데, 제품의 강도에 따라 900 ~ 1,000MPa급 수준에는 C 함량이 0.35%인 JS-SWRS35B이, 1,200 ~ 1,300MPa급에는 C 함량이 0.62%인 JS-SWRS62B이, 1,400MPa 이상급에는 C 함량이 0.72%인 JS-SWRS72B가 사용되고 있다. 강도 등급에 상관없이 최종 제품의 미세조직은 페라이트와 펄라이트가 섞여 있는 혼합조직인데, 제품으로 이 같은 조직이 사용되는 것은 강도 확보가 가장 쉽기 때문이다. 펄라이트 분율 증가 시 강도는 증가하며, 펄라이트로 구성되어 있을 때 강도 증가가 가장 크고, 이를 위해 C 함량을 증가시키고 있다.

선재를 플렉서블 파이프에 적용 가능한 강선으로 제조하기 위한 일반적인 제조 공정은 아래와 같다.

13~20 ㎜ 선재를 LP 열처리하여 미세한 펄라이트를 형성시키고, 50~60% 감면율을 부여하는 건식신선을 통해 강도를 크게 향상시키고, 다음 평압연을 통해 12mm x 4mm 등의 각진 형상을 갖게 하며, 마지막으로 고주파 열처리를 이용하여 표면 잔류응력을 제거시키는 응력 완화(stress-relieving) 처리를 한다. 고주파 열처리 장비는 짧은 시간 안에 잔류응력을 제거할 수 있는 장점이 있지만, 고가이며 부분적으로 구상화 열처리되기 때문에 강도의 저하를 피할 수 없다.

본 발명은 응력 완화 처리를 위한 고가의 고주파 장치 대신 TIG 용접기를 사용하여 표면의 인장 잔류응력을 제거하고 미세 펄라이트를 형성시킴으로써, C 함량 등의 합금원소 첨가 없이 고강도 및 피로특성을 향상시킬 수 있는 가요성 강선 및 그 제조방법과 가요성 강선용 선재의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피로특성이 우수한 고강도 가요성 강선은, 중량%로, C: 0.62 내지 0.82%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5 내지 1.0%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 표면으로부터 표면 직하 10 내지 30㎛까지의 표층부는 잔류응력 완화 열처리된 미세 펄라이트 조직이며, 상기 표층부 이하 중심부는 신선된 펄라이트 조직이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 강선은 인장강도 1,580 MPa 이상 및 굽힘 피로한 800 MPa 이상일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표층부 미세 펄라이트 조직의 평균 라멜라 간격은 100 내지 150㎚일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피로특성이 우수한 고강도 가요성 강선의 제조방법은, 중량%로, C: 0.62 내지 0.82%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5 내지 1.0%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 선재를 65 내지 75%의 감면율로 건식신선하는 단계; 상기 건식신선재를 50 내지 60% 압하율로 판압연하여 이형압연재를 제조하는 단계; 및 상기 이형압연재의 표면을 TIG 용접 열처리하는 단계;를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 TIG 용접 열처리 시, 상기 이형압연재와 TIG 용접팁과의 거리는 상기 이형압연재의 너비(㎜)의 0.5 내지 1.0배일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 TIG 용접 열처리 시, 상기 이형압연재의 이송속도는 1.5 내지 2.5 m/s일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 TIG 용접 열처리 시, TIG 용접기의 전류는 160A일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 TIG 용접 열처리된 이형압연재를 5 ℃/s 이상의 냉각속도로 송풍 냉각하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각된 강선은, 표면으로부터 표면 직하 10 내지 30㎛까지의 표층부가 평균 라멜라 간격 100 내지 150㎚의 미세 펄라이트 조직을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각된 강선은, 인장강도 1,580 MPa 이상 및 굽힘 피로한 800 MPa 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 강선용 고탄소강 선재의 제조방법은, 중량%로, C: 0.62 내지 0.82%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5 내지 1.0%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 1,000 내지 1,100℃에서 90분 이상 가열하는 단계; 950 내지 1,050℃ 온도범위에서 선재압연하는 단계; 800 내지 900℃의 온도범위에서 권취하는 단계; 500 내지 600℃의 온도범위까지 25 내지 45 ℃/s의 냉각속도로 1차 냉각하는 단계; 90 내지 120초 유지 후 5 내지 15 ℃/s의 냉각속도로 2차 냉각하는 단계;를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 빌렛은 Al: 0.02 내지 0.05%, P: 0.03% 이하 및 S: 0.03% 이하를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 가요성 강선용 고탄소강 선재 제조방법 및 가요성 강선의 제조방법에 따르면, 고주파 열처리 생략에 따른 제조 원가 절감 및 성분계 변화 없이도 고강도, 고 피로수명의 가요성 강선 제조가 가능해져 수익성 향상을 기대할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 가요성 강선은 플렉서블 파이프의 보강재로서 적용 가능하다.

도 1은 이형압연 후 TIG 용접기를 이용한 열처리와 냉각대를 나타내는 모식도이다.

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.

먼저, 가요성 강선으로 가공할 수 있는 고탄소강 선재의 제조방법을 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 강선용 고탄소강 선재의 제조방법은, 중량%로, C: 0.62 내지 0.82%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5 내지 1.0%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 가열 - 선재압연 - 권취 - 다단냉각하여 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에서의 합금성분 원소 함량의 수치한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.

C의 함량은 0.62 내지 0.82%이다.

C는 소재 강도를 확보하기 위해 첨가되며 강도에 크게 기인하는 가장 효과적인 원소이다. 통상적으로 0.1% 증가 시 100MPa의 강도를 향상시키는 것으로 알려져 있다. 0.62% 미만 첨가 시 목표 강도 도달이 어렵고, 0.82% 초과 첨가 시 초석 세멘타이트가 입계에 형성되므로 그 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

Si의 함량은 0.1 내지 0.5%이다.

Si은 페라이트 안정화 원소이며, 일반적으로 0.1% 첨가 시 14~16 MPa 수준의 강도를 향상시키는 것으로 알려져 있다. Si 함량이 0.5% 초과 시 페라이트 경화로 인하여 신선가공성이 열위해지고, Si은 탈산재로 첨가되기 때문에 0.1% 미만 첨가하는 것은 바람직하지 않다.

Mn의 함량은 0.5 내지 1.0%이다.

Mn은 오스테나이트 안정화 원소이며 4~5 MPa의 강도를 소폭 증가시키는 역할 외 강한 소입성 원소로 첨가 시 변태를 지연시키는 역할을 한다. Mn이 0.5% 미만 첨가 시 큰 소입 효과를 얻기가 어렵고, 1.0% 초과 첨가 시 중심 Mn 편석이 강하게 작용하여 신선 중 단선을 발생시키기 때문에 그 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

Al의 함량은 0.02 내지 0.05%이다.

강 중 존재하는 Al은 N과 결합하여 AlN을 형성 및 오스테나이트 입계에 존재하여 결정립 성장을 억제시키는 역할을 하며, 이는 최종 선재 냉각 후 결정립 크기 균일도를 향상시키기 때문에 선재 등의 단면 감소율을 향상시킨다. Al 함량을 0.02% 미만 첨가 시 결정립 미세화 효과를 얻기 어렵고, 0.05% 초과 시 조대한 AlN 형성 등에 따른 신선 중 단선이 유발될 가능성이 크기 때문에 그 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

P와 S의 함량은 0.03% 이하이다.

P, S는 불순물이며, 특별히 함유량을 규정하지는 않지만, 종래의 강선과 마찬가지로 연성을 확보하는 관점에서 각각 0.03% 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 조성 이외에 나머지는 Fe이며, 기타 제조공정상 불가피하게 혼입되는 불순물을 포함한다.

상술한 합금 성분계를 포함하는 빌렛을 1,000 내지 1,100℃의 가열로에서 90분 이상 유지하여 압연한다. 선재압연은 950 내지 1,050℃ 온도범위에서 수행될 수 있다.

압연된 선재는 800 내지 900℃의 온도범위에서 권취한다. 권취온도는 Ar₃+30℃ 내지 Ar₃+50℃ 범위가 바람직하며, 선재의 합금 조성에 따라 미차가 있을 수 있으나 860 내지 890℃ 범위가 더욱 바람직하다. Ar₃+30℃ 미만인 경우 냉각 중 초석 페라이트가 입계에 형성될 수 있고, Ar₃+50℃ 초과 시 오스테나이트가 더 커질 수 있다.

권취된 선재는 다단 냉각을 거쳐 냉각된다.

권취된 선재를 500 내지 600℃의 노즈 온도범위까지 25 내지 45 ℃/s의 냉각속도로 1차 냉각하고, 90 내지 120초 유지한 후 5 내지 15 ℃/s의 냉각속도로 2차 냉각한다. 노즈 온도까지 25℃/s 미만의 속도로 냉각 시 초석 페라이트가 형성될 수 있으며, 45℃/s는 냉각능 한계로 인하여 그 이하가 바람직하다. 유지시간 90초 미만 유지 시 변태가 완료되지 않으며, 120초 초과 시 이미 펄라이트 변태가 완료된 상태이기 때문에 90 내지 120초 유지가 바람직하다. 다음 200℃ 부근까지 5 내지 15 ℃/s 속도로 냉각하는데, 변태가 이미 완료된 상태이기 때문에 냉각설비능에 따라 제어할 수 있다.

위와 같이 제조된 가요성 강선용 고탄소강 선재는 건식신선 - 판압연 - TIG 용접 열처리 - 냉각을 거쳐 가요성 강선으로 제조된다.

상기 가요성 강선용 고탄소강 선재를 건식신선하며, 이때 감면율은 65 내지 75%이다. 65% 미만에서는 제품 요구 강도를 충족시킬 수 없고, 75% 초과 시 최종 제품의 이형 형상을 맞추기 어렵고 표면에 균열이 형성될 수 있다.

건식신선재는 50 내지 60% 압하율로 판압연하여 이형압연재로 제조된다. 신선 가공된 원형 선재를 최종 제품의 형상인 이형압연재로 가공하기 위해 수행되는 공정이며, 예를 들어, 14㎜ x 6㎜ 등의 형상으로 제조될 수 있다. 50% 미만 인가 시 최종 제품의 두께를 맞출 수 없고, 60% 초과 인가 시 결함이 발생할 가능성이 높기 때문에 그 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

이형압연재는 TIG 용접기를 이용하여 표면을 TIG 용접 열처리한다. TIG 용접 열처리는 이형압연재 표층부의 잔류응력 완화를 위해 수행되며, 표층부는 표면으로부터 표면 직하 10 내지 30㎛까지의 영역을 의미한다. 상기 표층부를 평균 라멜라 간격 100 내지 150㎚의 미세 펄라이트 조직으로 형성하기 위해, 이형압연재와 TIG 용접팁과의 거리는 상기 이형압연재의 너비(㎜)의 0.5 내지 1.0배일 수 있으며, 이형압연재의 이송속도는 1.5 내지 2.5 m/s일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이형압연 후 TIG 용접기를 이용한 표면 열처리 모식도를 보여준다. 본 발명에서는 표면으로부터 표면 직하 10 내지 30㎛까지의 미세조직만을 대상으로, 신선된 펄라이트 조직을 열처리된 미세 펄라이트 조직으로 제어하는 것이 목적이기 때문에, 용접팁과 이형압연된 강선간 거리를 일정 범위로 유지하며 1.5 내지 2.5 m/s의 속도로 이송시킨다. 용접팁은 용접할 때에 사용하는 용접 토치의 선단부를 의미한다.

표층부 영역이 표면으로부터 표면 직하 10㎛ 미만까지인 경우에는 피로특성 향상이 나타나지 않고, 표면 직하 30㎛ 초과에서는 피로특성 감소가 나타나기 때문에, 상기 범위의 표층부 조직만 열처리할 수 있도록 용접팁과 이형압연재의 거리 및 이송속도 조절이 필요하다.

TIG 용접기의 전류 160A에서, 용접팁과 이형압연재 간의 거리(㎜)는 이형압연재 너비(㎜)의 0.5 내지 1.0배가 바람직하며, 1.5 내지 2.5 m/s의 속도로 이송할 수 있다. 이송속도 1.5 m/s 미만에서는 표층부 영역이 표면으로부터 30㎛를 초과하게 되며, 2.5 m/s 초과에서는 표면으로부터 10㎛ 미만의 표층부 영역이 열처리된다.

TIG 용접 열처리된 이형압연재는 송풍 냉각대에서 5℃/s 이상의 냉각속도로 상온까지 냉각하여 강선으로 제조될 수 있다. 5℃/s 미만으로 제어 시 냉각대 길이가 길어지는 문제가 있고, 냉각속도가 빠르면 좋지만 설비상 한계가 있기 때문에 10℃/s 수준까지 제어하는 것이 바람직하다.

TIG 용접 열처리 후 냉각된 가요성 강선의 표층부는 잔류응력이 해소되어 평균 라멜라 간격 100 내지 150㎚의 미세 펄라이트 조직이 된다. 평균 라멜라 간격 100㎚ 미만은 송풍냉각으로 제어하기 어렵고, 150㎚ 초과는 부분적으로 조대 펄라이트가 형성되어 피로특성을 저하시키기 때문에 100 내지 150㎚의 평균 간격을 가지도록 TIG 용접 열처리 조건을 제어하여야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 피로특성이 우수한 고강도 가요성 강선은, 인장강도 1,580 MPa 이상 및 굽힘 피로한 800 MPa 이상일 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.

실시예

본 발명에서는 현재 양산중인 플렉서블 파이프용 고탄소강 0.72C-0.20Si-0.75Mn 성분계를 사용하였으며, 300톤 출강 후, 연속주조하여 400㎜ x 500㎜ 크기의 블룸을 제조하고, 강편압연을 통해 160㎜ x 160㎜ 크기를 갖는 빌렛으로 제조하였다. 빌렛을 가열로 1,050℃에서 95분 유지하여 오스테나이트 조직을 형성시킨 후 통상적인 조건에서 압연하였으며, FM 입구를 통과할 때 온도는 1,010℃였다. 다음, 권취온도 890℃에서 노즈 온도인 540℃까지 35 ℃/s로 냉각한 후 115초 유지하였으며, 200℃까지 8 ℃/s로 냉각하여 선재 제조를 마무리하였다.

해당 선재는 후속 가공사에서 건식신선 및 판압연하여 14㎜ x 6㎜ 형상으로 제조한 후, 아래의 각 조건에 따라 열처리 및 냉각하여 최종 강선을 제조하였다.

구분	용접팁과의 거리 (x너비, ㎜)	이송속도 (m/s)	표층부 표면직하 깊이 (㎛)	송풍 냉각속도 (℃/s)	평균 라멜라 간격 (㎚)
비교예 1	-	1.2	-	2	-
발명예 1	0.5배	1.5	12	9	129
발명예 2	0.8배	1.5	23	9	121
발명예 3	0.8배	2.2	28	9	124
비교예 2	1.2배	1.5	34	9	131
비교예 3	1.2배	2.9	37	9	128
비교예 4	0.8배	2.2	28	2	158

구분	인장강도 (MPa)						굽힘 피로한 (MPa)
구분	선재	LP 열처리재	건식 신선재	이형 압연재	항온 열처리재	TIG 용접 열처리재	굽힘 피로한 (MPa)
비교예 1	980	1,090	1,500	1,640	1,320	-	670
발명예 1	1,090	-	1,480	1,615	-	1,585	805
발명예 2	1,080	-	1,470	1,610	-	1,590	810
발명예 3	1,080	-	1,470	1,605	-	1,590	810
비교예 2	1,070	-	1,490	1,620	-	1,490	760
비교예 3	1,090	-	1,480	1,610	-	1,475	755
비교예 4	1,080	-	1,500	1,610	-	1,590	640

피로특성은 90° 굽힘 피로로, 길이 300㎜L의 시험편을 고무판으로 이루어진 중간 핀으로 측정하였고, 이때 핀 직경은 시험편 두께의 5배로 하였다.

비교예 1은 현재 상용되고 있는 플렉서블 파이프용 강선을 나타내며, 강선 제조공정 중 조직을 미세화시키는 LP 열처리와 응력 이완 공정인 항온 열처리가 포함되어 있다.

비교예 1을 제외한 발명예 1 ~ 3과 비교예 2 ~ 4는 LP 열처리 생략 및 항온 열처리는 TIG 용접 열처리로 대체한 경우를 나타내었다.

표 1은 비교예 1을 제외한 발명예 1 ~ 3과 비교예 2 ~ 4의 TIG 용접 열처리 및 냉각 조건을 변화시켰을 때의 표층부 미세조직 변화를 보여준다.

비교예 1은 판압연 후 고주파 열처리하여 마무리하였기 때문에 표층부에 미세 펄라이트 조직이 형성되지 않고, 신선 및 판압연된 펄라이트 조직으로 구성되어 있었다.

발명예 1, 2 및 비교예 2는 용접팁과 이형압연재간 거리에 따라 인장강도 및 피로한에 미치는 영향을 나타낸다. 이형압연재 너비(㎜)의 0.5 내지 1.0배 범위에 포함되지 않을 경우, 표 2에 나타난 것처럼 인장강도 및 피로한의 감소가 나타나는 것을 알 수 있다.

또한, 발명예 3 및 비교예 3은 이형압연재의 이송속도에 따른 영향을 나타낸다. 이송속도 2.5 m/s를 초과하는 비교예 3의 경우 피로한의 값이 크게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 표층부 표면 직하에 형성된 미세 펄라이트 조직의 깊이에 영향을 주는 것으로 추측되었고, 그 깊이가 표면으로부터 10 내지 30㎛ 범위 내 존재하지 않는 경우 목표하는 강도 및 피로 물성을 만족시키지 못하였다.

발명예 1 및 비교예 4는 TIG 용접 열처리 후 냉각대에서 냉각속도 차이에 따른 미세 펄라이트 조직의 평균 라멜라 간격의 영향을 나타낸다. 비교예 4와 같이 냉각속도가 2℃/s로 낮으면 평균 라멜라 간격이 158㎛로 조대해지며, 이러한 효과 또한 기계적 특성을 저하시키는 원인으로 확인되었다.

표 2를 참조하면, 비교예 1은 판압연 시 1,600MPa 이상의 인장강도를 보이지만, 항온 열처리 후 1,300MPa 수준으로 인장강도가 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 비교예 1의 굽힘 피로한은 670MPa 수준으로 낮게 나타났다.

발명예 1 ~ 3의 선재 인장강도는 1,080MPa 이상으로 비교예 1에 비하여 선재 강도가 높은데, 이는 선재 제조공정 중 냉각대에서 이미 항온 열처리가 이루어졌기 때문이다. 즉, 미세한 펄라이트가 형성되어 인장강도가 증가된 것이다. 발명예들의 신선재 인장강도는 1,470MPa 이상으로 비교예 1과 유사한 값을 가지며, 이러한 경향은 압연재에서도 나타났다. 주목할 점은, 표 1의 TIG 용접 열처리 및 냉각 조건에 따라 최종 강선에서의 인장강도 및 피로한 값에 차이가 난다는 것이다. 발명예 1 ~ 3의 경우 최종 강선의 인장강도는 1,580MPa 이상, 피로한은 800MPa 이상으로 비교예 1 ~ 3에 비해 상당히 높은 것을 확인할 수 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

중량%로, C: 0.62 내지 0.82%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5 내지 1.0%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
표면으로부터 표면 직하 10 내지 30㎛까지의 표층부는 잔류응력 완화 열처리된 미세 펄라이트 조직이고,
상기 표층부 이하 중심부는 신선된 펄라이트 조직이며,
상기 표층부 미세 펄라이트 조직의 평균 라멜라 간격은 100 내지 150㎚인 피로특성이 우수한 고강도 가요성 강선.
제1항에 있어서,
인장강도 1,580 MPa 이상 및 굽힘 피로한 800 MPa 이상인 피로특성이 우수한 고강도 가요성 강선.
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중량%로, C: 0.62 내지 0.82%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5 내지 1.0%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 선재를 65 내지 75%의 감면율로 건식신선하는 단계;
상기 건식신선재를 50 내지 60% 압하율로 판압연하여 이형압연재를 제조하는 단계; 및
상기 이형압연재의 표면을 TIG 용접 열처리하는 단계;를 포함하며,
상기 TIG 용접 열처리 시,
상기 이형압연재와 TIG 용접팁과의 거리는 상기 이형압연재의 너비(㎜)의 0.5 내지 1.0배이고,
상기 이형압연재의 이송속도는 1.5 내지 2.5 m/s이고,
상기 TIG 용접 열처리된 이형압연재를 5 ℃이상의 냉각속도로 송풍 냉각하는 단계;를 더 포함하며,
상기 냉각된 강선은 표면으로부터 표면 직하 10 내지 30㎛까지의 표층부가 평균 라멜라 간격 100 내지 150㎚의 미세 펄라이트 조직을 가지는 피로특성이 우수한 고강도 가요성 강선의 제조방법.
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제4항에 있어서,
상기 TIG 용접 열처리 시,
TIG 용접기의 전류는 160A인 피로특성이 우수한 고강도 가요성 강선의 제조방법.
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제4항에 있어서,
상기 냉각된 강선은,
인장강도 1,580 MPa 이상 및 굽힘 피로한 800 MPa 이상인 피로특성이 우수한 고강도 가요성 강선의 제조방법.
중량%로, C: 0.62 내지 0.82%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5 내지 1.0%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 1,000 내지 1,100℃에서 90분 이상 가열하는 단계;
950 내지 1,050℃ 온도범위에서 선재압연하는 단계;
800 내지 900℃의 온도범위에서 권취하는 단계;
500 내지 600℃의 온도범위까지 25 내지 45 ℃/s의 냉각속도로 1차 냉각하는 단계;
90 내지 120초 유지 후 5 내지 15 ℃/s의 냉각속도로 2차 냉각하는 단계;를 포함하는 가요성 강선용 고탄소강 선재의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 빌렛은 Al: 0.02 내지 0.05%, P: 0.03% 이하 및 S: 0.03% 이하를 더 포함하는 가요성 강선용 고탄소강 선재의 제조방법.