KR102247234B1

KR102247234B1 - 선재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102247234B1
Application number: KR1020197014444A
Authority: KR
Inventors: 마사시 사카모토; 쥰이치 고다마; 게이스케 사이토
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2021-05-03
Also published as: JPWO2018079781A1; CN109963960A; KR20190073456A; EP3533898B1; EP3533898A4; EP3533898A1; CN109963960B; WO2018079781A1; JP6733741B2

Abstract

본 실시 형태에 관한 선재는, 소정의 화학 조성을 갖고, 선재의 횡단면의 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 펄라이트의 면적 분율이 90.0％ 이상이고, 초석 시멘타이트의 면적 분율이 1.00％ 이하이고, 초석 시멘타이트의 평균 두께가 0.25㎛ 이하이고, 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이가 40.0㎜/㎟ 미만이고, 인장 강도가 식(1)을 만족시키고, 직경이 3.0∼5.5㎜이다.

Description

선재 및 그 제조 방법

본 발명은, 선재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2016년 10월 28일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2016-211590호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

스틸 코드 및 소잉 와이어 등의 고강도 강선은, 통상 C 함유량이 0.7∼0.9％ 정도인 고탄소강 선재를 신선 가공함으로써 제조된다. 고탄소강은 강도가 높기 때문에, 신선 가공할 때에 단선이 발생하기 쉽다. 신선 가공에서 가공 변형이 증가하면, 신선재가 고강도화 및 저연성화되기 때문에, 단선이 특히 발생하기 쉬워진다. 신선 가공 시의 단선은, 생산성을 현저하게 저하시킨다. 그 때문에, 신선 가공 시에 단선되기 어려운 고탄소강 선재(즉, 신선 가공성이 좋은 고탄소강 선재)가 요구되고 있다.

한편, 강선에는 높은 강도가 요구되고 있다. 예를 들어, 스틸 코드에는, 타이어의 경량화 및 자동차의 연비 개선 등을 위해 고강도화가 요구되고 있다. 소잉 와이어에는, 실리콘 웨이퍼 절단 시의 단선 방지 및 절단 마진 저감 등을 위해 고강도화 및 세경화가 요구되고 있다. 이들 강선에 대한 강도의 요구에 따르기 위해, 강 소재로서 고탄소강, 특히 공석강 이상의 양의 C를 함유하는 과공석강이 사용되고 있다.

과공석강에 있어서는, 일반적으로, 열간 압연 선재에 초석 시멘타이트가 석출됨으로써, 선재의 신선 가공성이 현저하게 저하된다. 그 때문에, 과공석강의 열간 압연 선재에 있어서의 초석 시멘타이트의 석출량의 억제가 요망되고 있었다. 여기서, 본 명세서에 있어서, 「열간 압연 선재」라 함은, 열간 압연 후, 다시 가열하는 열처리가 실시되어 있지 않은 열간 압연 상태의 선재를 의미한다.

특허문헌 1은, 열간 압연 선재의 펄라이트 라멜라 간격을 규정함으로써, 열간 압연 선재의 신선 가공성이 향상된다고 개시하고 있다. 그러나 특허문헌 1에서는, 신선 가공성에 미치는 초석 시멘타이트의 영향에 대해서는 검토하고 있지 않다. 또한, 특허문헌 1에서는, 권취로부터 소정의 온도까지의 냉각 속도를 20℃/s 이상으로 하고, 그 후, 가열하는 공정을 갖고 있어, 제조 공정이 복잡하다. 또한, 권취 후의 냉각 능력의 부하가 커, 제조 비용이 높아지는 등의 문제가 있다.

특허문헌 2는, 열간 압연 선재의 인장 강도, 파단 수축률 및 노듈 직경 등을 한정함으로써, 열간 압연 선재의 신선 가공성의 향상을 지향하고 있다. 그러나 특허문헌 2는, 특허문헌 1과 마찬가지로, 신선 가공성에 미치는 초석 시멘타이트의 영향에 대해 검토하고 있지 않다. C 함유량이 높은 선재에 있어서, 특허문헌 2에서 한정된 파단 수축률 및 노듈 직경 등을 실현하면, 초석 시멘타이트가 대량으로 석출됨으로써, 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다.

특허문헌 3은, 열간 압연 후의 선재의 오스테나이트립을 미세화하고, 또한 냉각 후의 초석 시멘타이트의 면적 분율 및 애스펙트비 등을 소정의 범위 내로 함으로써, 선재의 신선 가공성을 향상시키고 있다. 특허문헌 3에 개시된 선재는, 인장 강도를 더욱 저감함으로써 신선 가공성의 향상 및 신선 가공 시의 부하 저감에 의한 제조 비용의 삭감이 기대된다.

일본 특허 제5179331호 공보 일본 특허 제4088220호 공보 일본 특허 공개 제2001-181789호 공보

본 발명은, 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이다. 즉 본 발명은, 공석강 이상의 양의 C를 함유하고, 열간 압연 후에 다시 가열하는 열처리를 실시하는 일 없이 얻어지는, 우수한 신선 가공성을 갖는 선재 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, C 함유량이 0.90∼1.15％인 강재를 사용하여, 다양한 압연 조건에서 금속 조직 및 인장 강도를 제어한 고탄소강 열간 압연 선재(이하, 「선재」라고 기재하는 경우가 있음)를 제작하였다. 본 발명자들은, 이들 선재의 신선 가공성을 평가하여, 선재의 조직 및 인장 강도가 신선 가공성에 미치는 영향에 대해 상세하게 검토하였다. 그 결과, 본 발명자들은, C 함유량 및 Cr 함유량에 따라서, 인장 강도를 소정의 범위 내로 제어하고, 초석 시멘타이트의 면적 분율 및 두께를 억제하고, 또한 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이를 제어함으로써, 선재의 신선 가공성이 향상된다고 하는 지견을 얻었다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「신선 가공성」이라 함은 단선되지 않고 신선될 수 있는 성질을 나타낸다. 본 명세서에서는, 선재의 신선 가공성은, 신선 가공 시에 단선이 발생하였을 때의 진변형에 의해 평가한다.

본 발명은, 이상의 지견에 기초하여 완성된 것이며, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 본 발명의 일 양태에 관한 선재는, 질량％로, C: 0.90∼1.15％, Si: 0.10∼0.50％, Mn: 0.10∼0.80％, Cr: 0.10∼0.50％, Ni: 0∼0.50％, Co: 0∼1.00％, Mo: 0∼0.20％ 및 B: 0∼0.0030％를 함유하고, P: 0.020％ 이하 및 S: 0.010％ 이하로 제한하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 선재의 반경을 R로 하였을 때, 상기 선재의 횡단면의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 펄라이트의 면적 분율이 90.0％ 이상이고, 초석 시멘타이트의 면적 분율이 1.00％ 이하이고, 상기 중심부에 있어서, 상기 초석 시멘타이트의 평균 두께가 0.25㎛ 이하이고, 상기 중심부에 있어서, 단위 면적당 상기 초석 시멘타이트의 총 길이가 40.0㎜/㎟ 미만이고, 인장 강도가 식(1)을 만족시키고, 직경이 3.0∼5.5㎜이다.

또한, 상기 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이(㎜/㎟)는, 단위 면적당 관찰되는 초석 시멘타이트의 길이의 합계이다. 상기 식(1) 중의 상기 TS는, 단위를 ㎫로 하였을 때의 상기 선재의 인장 강도를 나타낸다. 상기 식(1) 중의 「C양(％)」은, 상기 선재 중의 C의 함유 질량％를 나타내고, 「Cr양(％)」은, 상기 선재 중의 Cr의 함유 질량％를 나타낸다.

(2) 상기 (1)에 기재된 선재에서는, 질량％로, Ni: 0.10∼0.50％, Co: 0.10∼1.00％, Mo: 0.05∼0.20％ 및 B: 0.0002∼0.0030％ 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 선재에서는, 상기 초석 시멘타이트의 면적 분율이 0％ 초과∼1.00％여도 된다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 양태에 기재된 선재에서는, 상기 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 초석 시멘타이트, 입계 페라이트 및 베이나이트 중 1종 또는 2종 이상을 포함하고 있어도 된다.

(5) 본 발명의 다른 양태에 관한 선재의 제조 방법에서는, 상기 (1)에 기재된 성분을 갖는 강편을 열간에서 직경 3.0∼5.5㎜로 압연한 후, 940∼800℃에서 권취하고, 권취 후 650℃까지를 6.0∼15.0℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 650∼600℃를 1.0∼3.0℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 600∼300℃를 10.0℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각한다.

상기 양태에 의하면, 공석강 이상의 양의 C를 함유하는, 열간 압연 후에 다시 가열하는 열처리를 실시하는 일 없이 얻어지는, 우수한 신선 가공성을 갖는 선재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 상기 양태에 의하면, 여분의 설비 비용을 요하는 일 없이, 과공석강 조성의 선재의 신선 가공성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 양태에 의하면, 스틸 코드 및 소잉 와이어 등의 고강도화에 수반되는 비용의 증대 인자(신선 가공 중의 단선율의 상승, 중간 파텐팅의 실시, 다이스의 마모 증가, 및 신선 가공 시의 부하 증가 등)를 억제할 수 있다. 그 때문에, 상기 양태에 관한 선재는, 타이어 및 호스의 보강재 등으로서 사용되는 스틸 코드, 및 실리콘 웨이퍼 등의 절단에 사용하는 소잉 와이어 등의 고강도 강선의 소재로서 유용하다.

도 1은 구 오스테나이트 입계에 있어서의 초석 시멘타이트의 석출 상태를 나타내는 개략도이다.
도 2는 초석 시멘타이트의 두께 및 길이의 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 초석 시멘타이트의 두께 및 길이의 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 초석 시멘타이트의 두께 및 길이의 측정 방법을 설명하는 도면이다.

이하, 본 실시 형태에 관한 선재에 대해 설명한다. 또한, 본 실시 형태는, 본 발명의 취지를 더 잘 이해시키기 위해 상세하게 설명하는 것이므로, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

먼저, 본 실시 형태에 관한 선재의 강 조성에 대해 설명한다. 이하, 특별히 정함이 없는 한, 강 조성에 관한 ％는 질량％를 나타낸다.

C: 0.90∼1.15％

C는, 강선의 강도를 확보하기 위해 필수적인 원소이다. C 함유량이 0.90％ 미만이면, 강선의 강도 저하를 야기한다. 그 때문에, C 함유량의 하한을 0.90％로 한다. 바람직한 C 함유량의 하한은, 0.96％, 또는 1.00％이다. 한편, C 함유량이 1.15％를 초과하면, 선재 중에 초석 시멘타이트가 다량 석출됨으로써, 단선이 발생하기 쉬워진다. 또한, C 함유량이 1.15％를 초과하면, 선재 및 강선의 강도가 과도하게 높아짐으로써, 선재 및 강선의 신선 가공성이 저하된다. 그 때문에, C 함유량의 상한을 1.15％로 한다. 바람직한 C 함유량의 상한은, 1.10％, 또는 1.08％이다.

Si: 0.10∼0.50％

Si는, 펄라이트 중의 페라이트의 강도를 증가시키는 작용을 갖는다. 상기 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, Si 함유량의 하한을 0.10％로 한다. 바람직한 Si 함유량의 하한은, 0.15％, 또는 0.20％이다. 그러나 Si를 과잉으로 함유시키면, 선재의 신선 가공성에 유해한 SiO₂계 개재물이 발생하는 경우가 있다. 그 때문에, Si 함유량의 상한을 0.50％로 한다. 바람직한 Si 함유량의 상한은 0.40％, 또는 0.35％이다.

Mn: 0.10∼0.80％

Mn은, 오스테나이트로부터 초석 시멘타이트 및 초석 페라이트로의 변태를 지연시키는 작용을 갖고 있고, 펄라이트 주체의 조직을 얻기 위해 유용한 원소이다. 상기 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, Mn 함유량의 하한을 0.10％로 한다. 바람직한 Mn 함유량의 하한은, 0.20％, 또는 0.30％로 한다. 단, Mn을 과잉으로 함유시켜도, 상기 작용이 포화된다. 또한, Mn은 강의 ??칭성을 향상시키는 작용을 갖는다. 그 때문에, 선재가 Mn을 과잉으로 함유하는 경우, 열간 압연 후의 냉각 과정에서 선재 중에 베이나이트 및 마르텐사이트 등의 과냉 조직이 발생하거나, 선재의 강도가 과도하게 상승하여 신선 가공성이 떨어진다. 그 때문에, Mn 함유량의 상한을 0.80％로 한다. 바람직한 Mn 함유량의 상한은 0.70％, 0.60％, 또는 0.50％이다.

Cr: 0.10∼0.50％

Cr은, 강의 펄라이트의 가공 경화율을 높이는 작용을 갖는다. 펄라이트의 가공 경화율이 높아지면, 저변형의 신선 가공에서 더 높은 인장 강도를 얻을 수 있다. 또한, Cr은, 오스테나이트로부터 초석 시멘타이트 및 초석 페라이트로의 변태를 지연시키는 작용이 있으므로, 펄라이트 주체의 조직을 얻기 위해 유용한 원소이다. 상기 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, Cr 함유량의 하한을 0.10％로 한다. 바람직한 Cr 함유량의 하한은, 0.15％, 또는 0.20％이다. 그러나 Cr 함유량이 0.50％를 초과하면, 선재의 ??칭성이 높아져, 열간 압연 후의 냉각 과정에서 베이나이트 및 마르텐사이트 등의 과냉 조직이 발생하거나, 선재가 과잉으로 고강도화되어 신선 가공성이 저하된다. 그 때문에, Cr 함유량의 상한을 0.50％로 한다. 바람직한 Cr 함유량의 상한은, 0.40％, 또는 0.35％이다.

Mn 및 Cr은, 모두 강의 ??칭성을 향상시키고, 또한 초석 시멘타이트로의 변태를 지연시키는 작용을 갖는 원소이다. 선재에의 비펄라이트 조직(초석 시멘타이트, 베이나이트 및 마르텐사이트 등)의 발생을 억제하기 위해, Mn 및 Cr의 합계 함유량을 제어하는 것이 바람직하다. Mn 및 Cr의 합계 함유량의 하한은, 0.40％, 또는 0.45％가 바람직하다. Mn 및 Cr의 합계 함유량의 상한은, 0.60％ 또는 0.55％가 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 선재는, 상술한 기본 원소 외에도, 하기에 나타내는 Ni, Co, Mo 및 B 중 1종 또는 2종 이상을 선택적으로 더 함유시켜도 된다. 이들 원소를 함유시키지 않는 경우, 이들 원소의 함유량은 0％이다.

Ni: 0∼0.50％

Ni는, 오스테나이트로부터 초석 시멘타이트 및 초석 페라이트로의 변태를 지연시키는 작용이 있으므로, 펄라이트 주체의 조직을 얻기 위해 유용한 원소이다. 또한 Ni는, 신선재의 인성을 높이는 작용도 갖는 원소이다. 상기 작용을 얻기 위해, Ni 함유량의 하한을 0.10％로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직한 Ni 함유량의 하한은, 0.15％, 또는 0.20％이다. 한편, Ni를 과잉으로 함유시키면, ??칭성이 과대해져, 열간 압연 후의 냉각 과정에서 선재 중에 베이나이트 및 마르텐사이트 등의 과냉 조직이 발생함으로써, 선재의 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Ni 함유량의 상한을 0.50％로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직한 Ni 함유량의 상한은 0.30％, 또는 0.25％이다.

Co: 0∼1.00％

Co는, 압연재에 있어서의 초석 페라이트의 석출을 억제하는 작용을 갖는다. 또한, Co는, 신선재의 연성을 향상시키는 작용을 갖는다. 상기 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, Co 함유량의 하한은 0.10％로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직한 Co 함유량의 하한은, 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다. 한편, Co를 과잉으로 함유시켜도, 상기 작용이 포화되므로, 비용이 증대된다. 그 때문에, Co 함유량의 상한을 1.00％로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직한 Co 함유량의 상한은 0.90％, 또는 0.80％이다.

Mo: 0∼0.20％

Mo는, 오스테나이트로부터 초석 시멘타이트 및 초석 페라이트로의 변태를 지연시키는 작용을 갖고, 펄라이트 주체의 조직을 얻기 위해 유용한 원소이다. 상기 작용을 얻기 위해, Mo 함유량의 하한을 0.05％로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직한 Mo 함유량의 하한은, 0.08％이다. 그러나 Mo 함유량이 0.20％를 초과하면, ??칭성이 과대해져, 열간 압연 후의 냉각 과정에서 베이나이트 및 마르텐사이트 등의 과냉 조직이 발생하거나, 선재의 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Mo 함유량의 상한을 0.20％로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직한 Mo 함유량의 상한은 0.15％, 또는 0.11％이다.

B: 0∼0.0030％

B는, 입계에 농화되어, 초석 페라이트의 석출을 억제하는 작용을 갖는다. 상기 작용을 얻기 위해, B 함유량의 하한은 0.0002％로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직한 B 함유량의 하한은, 0.0005％, 0.0007％, 0.0008％, 또는 0.0009％이다. 한편, B를 과잉으로 함유시키면, B가 오스테나이트 중에 Fe₂₃(CB)₆ 등의 탄화물을 형성하여, 선재의 신선 가공성을 저하시키는 경우가 있다. 그 때문에, B 함유량의 상한을 0.0030％로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직한 B 함유량의 상한은, 0.0020％이다.

본 실시 형태에 관한 선재는, 상기 기본 원소 및 필요에 따라서 Ni, Co, Mo 및 B 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 잔부는 실질적으로 Fe 및 불순물이다. 본 실시 형태에 관한 선재에는, 용강 제조 시에 혼입되는 불순물로서, P 및 S가 포함되는 경우가 있다.

P: 0.020％ 이하

P는, 입계에 편석됨으로써 선재의 신선 가공성을 저하시키는 원소이다. 그 때문에, P 함유량은 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 선재의 신선 가공성을 확보하기 위해, P 함유량의 상한을 0.020％로 한다. 바람직한 P 함유량의 상한은, 0.014％, 또는 0.010％이다. P는, 용강 제조 시에 불순물로서 혼입되는 경우가 있지만, 그 하한을 특별히 제한할 필요는 없으며, 그 하한은 0％이다. P 함유량을 과잉으로 저감하면, 용제 비용이 상승하는 경우가 있으므로, P 함유량의 하한을 0.003％, 또는 0.005％로 해도 된다.

S: 0.010％ 이하

S는, Mn 등과 석출물을 형성함으로써, 선재의 신선 가공성을 저하시키는 원소이다. 그 때문에, S 함유량은 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 선재의 신선 가공성을 확보하기 위해, S 함유량의 상한을 0.010％로 한다. 바람직한 S 함유량의 상한은, 0.008％, 0.007％, 또는 0.005％이다. S는, 용강 제조 시에 불순물로서 혼입되는 경우가 있지만, 그 하한을 특별히 제한할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. S 함유량을 과잉으로 저감하면, 용제 비용이 상승하는 경우가 있으므로, S 함유량의 하한을 0.001％, 또는 0.003％로 해도 된다.

본 실시 형태에 관한 선재는, 펄라이트를 주된 조직으로 하고, 잔부 조직은, 초석 시멘타이트, 입계 페라이트 및 베이나이트 중 어느 1종 혹은 2종 이상으로 이루어진다. 잔부 조직인 초석 시멘타이트, 입계 페라이트, 및 베이나이트는, 파괴의 전파 경로가 되는 경우가 있어, 이들 잔부 조직의 면적 분율이 커짐으로써, 선재의 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 선재는, 선재의 반경을 R로 하였을 때, 선재의 횡단면의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 펄라이트의 면적 분율을 90.0％ 이상으로 하고, 또한 초석 시멘타이트의 면적 분율을 1.00％ 이하로 한다. 바람직한 펄라이트의 면적 분율은 93.0％ 이상, 95.0％ 이상, 또는 97.0％ 이상이다. 바람직한 초석 시멘타이트의 면적 분율은, 0.50％ 이하, 또는 0.20％ 이하이다.

선재의 횡단면의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 펄라이트의 면적 분율은 100％여도 되지만, 본 실시 형태에 관한 선재의 화학 조성으로, 초석 시멘타이트, 입계 페라이트 및 베이나이트의 석출을 완전히 억제하는 것은 곤란하다. 선재의 횡단면의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 펄라이트의 면적 분율을 100％로 하려고 하면, 매우 우수한 냉각 능력이 필요해져, 설비 비용이 증가하는 경우, 선재의 인장 강도의 상승에 의해 신선 가공성이 저하되는 경우, 및 신선 가공 시의 부하 증가에 의해 2차 가공에서 비용이 증가하는 경우가 있다. 그 때문에, 선재의 횡단면의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 펄라이트의 면적 분율을 100％ 미만으로 해도 된다.

초석 시멘타이트는, 석출량이 소량이면, 선재의 신선 가공성을 저하시키지 않는다. 한편, 선재의 횡단면의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 초석 시멘타이트의 면적 분율을 0％로 하려면, 우수한 냉각 능력이 필요해져, 설비 비용이 증가하는 경우가 있다. 그 때문에, 선재의 횡단면의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 초석 시멘타이트의 면적 분율을 0％ 초과로 해도 된다.

선재의 횡단면의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 입계 페라이트 및 베이나이트의 면적 분율은 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 입계 페라이트 및 베이나이트의 합계의 면적 분율을 5.0％ 이하, 또는 4.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 입계 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적 분율을 0％로 하는 것은, 제조 비용의 증대를 야기하는 경우가 있으므로, 입계 페라이트 및 베이나이트의 합계의 면적 분율을 0％ 초과로 해도 된다.

선재 중의 초석 시멘타이트는, 신선 가공 시의 단선의 요인이 된다. 그러나 초석 시멘타이트의 석출량이 소량이면, 특히 그 구 오스테나이트 입계와의 관계를 적절하게 조정함으로써, 신선 가공성의 저하를 억제할 수 있다. 구체적으로는, 초석 시멘타이트의 두께를 작게 하고, 또한 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이를 짧게 함으로써, 선재의 신선 가공성의 저하를 억제할 수 있다.

초석 시멘타이트의 두께 및 총 길이에 대해 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 도 1은, 구 오스테나이트 입계에 있어서의 초석 시멘타이트의 석출 상태를 나타내는 개략도이다. 도 2는, 도 1의 초석 시멘타이트(10a)의 두께 및 길이의 측정 방법을 설명하는 도면이다. 도 3 및 도 4는 각각, 도 1의 초석 시멘타이트(10b 및 10c)의 두께 및 길이의 측정 방법을 설명하는 도면이다.

초석 시멘타이트는, 구 오스테나이트 입계를 따르는 형상으로 석출된다. 구체적으로는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 초석 시멘타이트(10a∼10d)는, 구 오스테나이트 입계(20)를 따르도록 석출된다. 각각의 초석 시멘타이트에 있어서, 길이를 구 오스테나이트 입계를 따르는 방향으로 정의하고, 두께를 구 오스테나이트 입계에 수직인 방향으로 정의한다. 초석 시멘타이트의 두께에 대해서는, 구 오스테나이트 입계를 따르는 방향에서 길이를 4등분한 간격으로 3개소에서 두께를 측정하고, 그들 측정값의 평균을 그 초석 시멘타이트의 두께로 정의한다. 또한, 초석 시멘타이트의 두께의 측정에 있어서, 측정 개소가 분기점이나 단부 등 통상과 상이하다고 판단되는 경우는, 그 개소는 평균에 포함하지 않는 것으로 한다. 즉, 도 2에 있어서, 초석 시멘타이트(10a)의 길이는 L1이고, 초석 시멘타이트(10a)의 두께는 T1, T2 및 T3의 평균이다. 도 1의 초석 시멘타이트(10b)와 같이, 분기를 갖는 초석 시멘타이트에 대해서는, 각 분기의 길이의 합계를 당해 초석 시멘타이트의 길이로 정의한다. 즉, 도 3에 있어서, 초석 시멘타이트(10b)의 길이는, OA, OB 및 OC의 합계이다. 또한, 초석 시멘타이트의 두께는, 각 분기에서 상기한 바와 같이 구 오스테나이트 입계를 따르는 방향에서 길이를 4등분한 간격으로 3개소 측정하고, 이들 측정값의 평균을 그 초석 시멘타이트의 두께로 정의한다. 즉, 도 3에 있어서, 초석 시멘타이트(10b)의 두께는, TA1, TA2, TA3, TB1, TB2, TB3, TC1, TC2 및 TC3의 평균이다. 도 1의 초석 시멘타이트(10c)와 같이, 구 오스테나이트 입계를 따라 구부러진 형상을 갖는 초석 시멘타이트에 대해서는, 길이를 구 오스테나이트 입계를 따라 측정한다. 즉, 도 4에 있어서, 초석 시멘타이트(10c)의 길이는, O'D 및 O'E의 합계이다. 또한, 두께는 구부러진 개소에서 분할하고, 각 부위를 상기한 바와 같이 구 오스테나이트 입계를 따르는 방향에서 길이를 4등분한 간격으로 3개소 측정하고, 이들 측정값의 평균을 그 초석 시멘타이트의 두께로 정의한다. 즉, 도 4에 있어서, 초석 시멘타이트(10c)의 두께는, TD1, TD2, TD3, TE1, TE2 및 TE3의 평균이다. 도 1에 있어서의 초석 시멘타이트의 총 길이는, 초석 시멘타이트(10a∼10d)의 길이의 합계이다.

본 실시 형태에 관한 선재는, 선재의 횡단면의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 초석 시멘타이트의 평균 두께를 0.25㎛ 이하로 하고, 또한 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이를 40.0㎜/㎟ 미만으로 한다. 바람직한 초석 시멘타이트의 평균 두께는 0.20㎛ 이하이다. 바람직한 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이는 30.0㎜/㎟ 이하, 20.0㎜/㎟ 이하, 또는 10.0㎜/㎟ 이하이다. 초석 시멘타이트의 평균 두께가 0.25㎛를 초과하거나, 또는 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이가 40.0㎜/㎟ 이상이 되면, 선재의 신선 가공 시의 결함이 커져, 단선의 요인이 되는 경우가 있다.

본 실시 형태에 관한 선재는, 선재의 횡단면의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 초석 시멘타이트의 구 오스테나이트 입계에 있어서의 점유의 정도를 작게 함으로써, 선재의 신선 가공성을 더욱 향상시킬 수 있다. 초석 시멘타이트의 구 오스테나이트 입계에 있어서의 점유의 정도는, 하기 식(A)의 좌변에 나타내는 바와 같이, 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이 및 구 오스테나이트 입경의 곱으로 평가한다. 하기 식(A)의 좌변이 1.2 미만인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 하기 식(A)의 좌변이 1.0 미만이다.

본 실시 형태에 관한 선재의 인장 강도(㎫)는, C 함유량(질량％) 및 Cr 함유량(질량％)에 따라서, 하기 식(1)로 규정한다. 선재의 인장 강도가 하기 식(1)에 나타내는 하한값(좌변)을 하회하면, 초석 시멘타이트의 조대화, 초석 시멘타이트의 면적 분율의 증가, 또는 라멜라 시멘타이트의 두께의 증대를 야기함으로써, 선재의 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 한편, 선재의 인장 강도가 하기 식(1)에 나타내는 상한값(우변)을 상회하면, 신선 가공 시의 가공 경화율이 높아져, 신선재의 인장 강도가 증가하여 연성이 저하됨으로써, 신선재의 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 또한, 선재의 인장 강도가 하기 식(1)에 나타내는 상한값(우변)을 상회하면, 다이스 및 신선 가공기 등의 부하가 증가함으로써, 제조 비용이 증가하는 경우가 있다.

바람직한 식(1)의 우변의 상수항은 +150(㎫)이다. 바꾸어 말하면, 선재의 인장 강도는, 하기 식(2)를 만족시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 식(1)의 좌변의 상수항은 +80(㎫)이고, 보다 바람직한 우변의 상수항은 +150(㎫)이다. 바꾸어 말하면, 선재의 인장 강도는, 하기 식(3)을 만족시키는 것이 보다 바람직하다. 더욱 바람직한 식(1)의 좌변의 상수항은 +90(㎫)이고, 더욱 바람직한 우변의 상수항은 +140(㎫)이다. 바꾸어 말하면, 선재의 인장 강도는, 하기 식(4)를 만족시키는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 하기 식(1) 내지 (4) 중의 TS는, 선재의 인장 강도를 나타내고, 「C양(％)」은, 선재 중의 C의 함유 질량％를 나타내고, 「Cr양(％)」은, 선재 중의 Cr의 함유 질량％를 나타낸다.

선재의 선 직경은, 권취 후의 냉각 속도에 영향을 미치고, 그 결과로서, 선재의 금속 조직 및 인장 강도 등에 영향을 미친다. 선재의 직경이 5.5㎜를 초과하면, 선재 중심부의 냉각 속도가 느려짐으로써, 선재 중에 초석 시멘타이트가 다량으로 생성되는 경우가 있다. 한편, 선재의 직경이 3.0㎜ 미만이면, 선재의 제조가 곤란해져, 생산 효율이 저하됨으로써, 선재의 비용이 상승하는 경우가 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 선재의 선 직경은 3.0∼5.5㎜로 한다.

펄라이트 및 초석 시멘타이트의 면적 분율의 측정은, 이하의 방법으로 행한다.

먼저, 선재를 절단하고, 선재의 길이 방향과 수직인 횡단면을 관찰할 수 있도록, 선재를 수지 매립한다. 수지 매립한 선재를 연마지 및 알루미나 지립으로 연마하고, 또한 경면 마무리하여 시료로 한다. 시료의 관찰면(즉, 선재의 횡단면)을 나이탈 용액 혹은 피크럴 용액으로 부식시킨 후, 주사형 전자 현미경(SEM)을 사용하여 시료의 관찰면을 관찰한다.

나이탈 용액은, 질산 및 에틸알코올을 혼합한 용액이다. 시료의 관찰면의 부식은, 농도를 5％ 이하, 온도를 15∼30℃ 정도로 한 나이탈 용액에, 수 s∼1min간, 관찰면을 침지하는 방법, 및 상술한 농도 및 온도의 나이탈 용액을 적신 탈지면으로 관찰면을 닦는 방법 등으로 행한다. 피크럴 용액은, 피크르산 및 에틸알코올을 혼합한 용액이다. 시료의 관찰면의 부식은, 농도를 5％ 정도, 온도를 40∼60℃ 정도로 한 피크럴 용액에, 30s∼2min간, 관찰면을 침지하는 방법으로 행한다. 부식 후에는, 시료의 관찰면을 즉시 충분히 수세한 후, 냉풍 혹은 온풍으로 신속하게 건조시킨다.

계속해서, SEM 부속의 사진 촬영 장치를 사용하여, 시료의 중심부(선재의 반경을 R로 하여, 선재의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 영역)를 배율 2000배 이상으로, 총 관찰 시야 면적이 0.08㎟ 이상이 되도록 복수 시야 촬영한다. 이들 SEM 사진 및 입자 해석 소프트웨어 등의 화상 해석 소프트웨어를 사용하여, 선재의 중심부의 펄라이트 및 초석 시멘타이트의 면적 분율을 얻는다.

초석 시멘타이트의 평균 두께 및 길이는, 상기 SEM 사진을 사용하여 측정한다. 초석 시멘타이트의 평균 두께는, 상기 SEM 사진 중의 모든 초석 시멘타이트의 두께를 구하고, 그 평균값을 산출함으로써 얻는다. 초석 시멘타이트의 두께는, 구 오스테나이트 입계에 수직인 방향의 두께를 측정함으로써 얻는다. 도 2의 시멘타이트(10a)이면, 두께 T1, T2, T3을 측정하고, 그것들의 평균을 그 초석 시멘타이트의 두께로 한다. 또한, 초석 시멘타이트의 길이(㎜)는, 상기 SEM 사진 중의 초석 시멘타이트의 형상에 기초하여 구 오스테나이트 입계를 가상하는 선을 그리고, 그 선을 따라 길이를 측정한다. 도 2의 시멘타이트(10a)와 같이, 특단의 구부러진 형상을 갖지 않는 시멘타이트이면, 그 장축 방향을 따라 구 오스테나이트 입계를 가상하는 직선을 그리고, 당해 직선을 따라 길이 L1을 측정한다. 도 4의 시멘타이트(10c)와 같이, 특이한 곡부를 갖는 초석 시멘타이트이면, 그 형상에 맞추어 구 오스테나이트 입계를 가상하는 선을 그리고, 그 선을 따라 초석 시멘타이트 길이를 측정한다. 도 3의 시멘타이트(10b)와 같이, 분기를 갖는 초석 시멘타이트이면, 분기마다의 길이를 총계한다. 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이(㎜/㎟)는, 측정한 측정 시야에 있어서의 각 초석 시멘타이트의 길이의 합계를 시야 면적으로 나눈 값으로 한다. 즉, 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이(㎜/㎟)는, 단위 면적당 관찰되는 초석 시멘타이트의 길이의 합계이다. 또한, 측정 시에, 필요에 따라서, 초석 시멘타이트를 포함하는 영역을 더 고배율로 촬영하여, 초석 시멘타이트의 평균 두께 및 길이를 측정해도 된다.

구 오스테나이트 입경은, 열간 압연 후이면서, 권취 직후의 코일의 최종단부로부터 수 링을 수냉하고, ??칭한 선재를 사용하여 측정한다. ??칭한 선재를 절단하고, 횡단면을 관찰할 수 있도록 선재를 수지 매립한다. 수지 매립한 선재를 연마지 및 알루미나로 연마하고, 또한 경면 마무리하여 시료로 한다. 시료의 관찰면(즉, 선재의 횡단면)을 피크르산 알칼리 용액으로 부식시킴으로써, 구 오스테나이트 입계를 현출시킨다. 시료의 관찰면의 부식은, 온도를 75∼90℃로 한 피크르산 알칼리 용액에, 시료의 관찰면을 10∼20min 정도 침지함으로써 행한다. 부식 후에는, 시료의 관찰면을 즉시 잘 수세한 후, 냉풍 혹은 온풍으로 신속하게 건조시킨다. 또한, 관찰면의 부식에 사용하는 피크르산 알칼리 용액은, 중량비로 피크르산 2, 수산화나트륨 5, 물 100의 비율의 혼합 용액이다.

관찰면을 부식시킨 후, 광학 현미경을 사용하여 시료의 관찰면의 중심부(선재의 반경을 R로 하여, 선재의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 영역)를 배율 400배 이상으로 총 관찰 시야 면적이 0.15㎟ 이상이 되도록 복수 시야 촬영한다. 촬영한 사진 및 JIS G 0551:2013에 기재된 절단법을 사용하여, 구 오스테나이트 입경을 측정한다. 절단법에서는, 길이 400㎛의 직선을 100㎛ 간격으로 겹치지 않도록 10개 이상 긋고, 합계로 4㎜ 이상의 직선으로 포착한 포착 결정립 수로 평가한다.

선재의 인장 강도는, 이하의 방법에 의해 측정한다. 선재 중, 비정상부를 제외하고, 선재 코일의 프론트부, 미들부 및 테일부로부터 각각 3개 이상의 샘플을 채취한다. 채취한 샘플을 사용하여, JIS Z 2241:2011에 준하여 인장 시험을 행한다. 모든 샘플의 인장 강도의 평균값을 산출함으로써, 선재의 인장 강도를 얻는다.

다음으로, 본 실시 형태에 관한 선재의 제조 방법에 대해 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 제조 방법은 일례이고, 이하의 순서 및 방법으로 한정하는 것은 아니며, 본 실시 형태에 관한 선재의 구성을 실현할 수 있는 방법이면, 어떠한 방법을 채용할 수 있다.

열간 압연에 제공하는 재료는, 통상의 제조 조건에서 얻을 수 있다. 예를 들어, 상술한 성분을 갖는 강을 주조하고, 주조편을 1100∼1200℃ 정도에서 10∼20hr 유지하는 소킹 처리(주조에서 발생하는 편석을 경감시키기 위한 열처리)를 실시한 후, 분괴 압연을 실시함으로써, 열간 압연에 적합한 크기의 강편(일반적으로 빌릿이라고 불리는 열간 압연 전의 강편)을 얻는다.

다음으로, 이하에 나타내는 조건에서 열간 압연을 행한다. 먼저, 상기 강편을 900∼1200℃로 가열하고, 마무리 압연의 개시 온도를 750∼950℃로 제어한다. 열간 압연 시의 선재의 온도는, 선재의 표면 온도를 나타낸다. 열간 압연 시의 선재의 온도는, 방사 온도계를 사용하여 측정하면 된다.

마무리 압연 후의 선재는, 가공 발열에 의해, 마무리 압연의 개시 온도보다 온도가 상승한다. 본 실시 형태에서는, 권취 온도를 800∼940℃로 제어한다. 권취 온도가 800℃ 미만이면, 선재의 오스테나이트 입경이 미세화됨으로써, 초석 시멘타이트, 입계 페라이트 및 베이나이트가 석출되기 쉬워지는 경우, 그리고 선재의 메카니컬한 스케일 박리성이 저하되는 경우가 있다. 한편, 권취 온도가 940℃를 초과하면, 선재의 오스테나이트 입경이 과잉으로 커짐으로써, 선재의 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 바람직한 권취 온도는, 830∼920℃이다. 보다 바람직한 권취 온도는, 850∼900℃이다.

상기한 바와 같이 마무리 압연의 개시 온도 및 권취 온도를 제어함으로써, 선재의 구 오스테나이트의 입경을 15∼60㎛로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 구 오스테나이트의 입경은, 20∼45㎛이다.

선재 중의 오스테나이트는, 권취 후의 냉각 중에, 펄라이트로 변태된다. 그 때문에, 권취 후의 냉각 속도는, 선재의 조직 및 인장 강도를 제어하기 위해 중요한 인자이다. 본 실시 형태에서는, 권취 후의 냉각을 3단계의 온도 범위로 나누어, 각각의 온도 범위에 있어서의 평균 냉각 속도를 제어한다.

권취 후, 650℃까지의 평균 냉각 속도가 6.0℃/s 미만이면, 초석 시멘타이트의 석출을 억제하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 한편, 권취 후, 650℃까지의 평균 냉각 속도가 15.0℃/s를 초과하면, 오스테나이트로부터 베이나이트로의 변태, 고강도화에 의한 신선 가공성의 저하, 및 선재의 메카니컬한 스케일 박리성의 저하가 일어나는 경우가 있다. 또한, 권취 후, 650℃까지의 평균 냉각 속도가 15.0℃/s를 초과하면, 대규모의 냉각 설비가 필요해짐으로써, 설비 비용이 증가하는 경우가 있다. 따라서, 권취 후, 650℃까지의 평균 냉각 속도는, 6.0∼15.0℃/s로 한다. 권취 후, 650℃까지의 바람직한 평균 냉각 속도는 7.0∼10.0℃/s이다.

650∼600℃의 온도 범위에서는, 선재 중의 오스테나이트를 펄라이트로 변태시키기 위해, 평균 냉각 속도를 1.0∼3.0℃/s로 제어한다. 650∼600℃에 있어서의 평균 냉각 속도가 1.0℃/s 미만이면, 선재의 인장 강도가 저하되거나, 초석 시멘타이트의 두께가 증가함으로써, 선재의 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 한편, 650∼600℃에 있어서의 평균 냉각 속도가 3.0℃/s를 초과하면, 오스테나이트로부터 펄라이트로의 변태가 600℃까지 종료되지 않고, 선재의 인장 강도가 상승함으로써, 신선 가공성이 저하되는 경우, 및 신선 다이스의 수명이 저하되는 경우가 있다. 650∼600℃에 있어서의 바람직한 평균 냉각 속도는, 1.5∼2.8℃/s이다.

600℃ 이하의 온도 범위에서는, 평균 냉각 속도를 10.0℃/s 이상으로 하고, 또한 300℃ 이하까지 냉각한다. 이것은, 오스테나이트가 펄라이트로 변태된 후에도 변태 온도 부근에서 선재를 유지하면, 선재의 인장 강도가 저하되는 경우가 있기 때문이다. 600∼300℃에 있어서의 바람직한 평균 냉각 속도는, 15.0℃/s 이상이다. 600∼300℃에 있어서의 평균 냉각 속도를 50℃/s 초과로 하려고 하면, 우수한 냉각 설비가 필요해짐으로써, 설비 비용이 증대된다. 그 때문에, 600∼300℃에 있어서의 평균 냉각 속도의 상한을 50℃/s 이하로 해도 된다.

냉각 시의 선재의 온도는, 방사 온도계에 의해 측정하면 된다. 일반적으로, 선재의 열간 압연 후의 냉각은, 코일 형상으로 권취하고 나서 냉각한다. 코일 형으로 권취한 선재에는, 선재끼리의 겹침이 많은 밀부, 및 선재끼리의 겹침이 적은 소부가 있다. 본 실시 형태에 관한 선재의 제조 방법에서는, 권취 후의 선재의 온도는, 코일 형상으로 권취한 선재의, 선재끼리의 겹침이 많은 개소(밀부)를 측정한다.

상술한 성분 조성을 갖고, 제조 조건을 상기한 바와 같이 조정함으로써, 선재의 조직 및 인장 강도를 본 발명의 범위 내로 할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명에 관한 선재의 실시예를 들어, 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명은, 물론 하기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하고, 그것들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.

표 1에 강의 화학 조성 및 열간 압연 조건을 나타내고, 표 2에 선재의 조직을 평가한 결과, 그리고 인장 특성 및 신선 가공성을 평가한 결과를 나타낸다. 표 1에 있어서의 냉각 속도 1∼3은 하기와 같다. 평균 냉각 속도는, 충풍의 풍량을 조정함으로써 제어하였다. 또한, 표 1 및 표 2에 있어서, 본 발명의 범위로부터 벗어나는 수치에는 밑줄을 그었다.

냉각 속도 1: 권취 후 650℃까지의 평균 냉각 속도

냉각 속도 2: 650℃로부터 600℃까지의 평균 냉각 속도

냉각 속도 3: 600℃로부터 300℃까지의 평균 냉각 속도

표 1의 No.A1∼A22는 본 발명예이다. 또한, 표 1의 No.B1∼B13은 성분 또는 열간 압연 조건 중 어느 하나 이상이 적정 범위를 벗어난 비교예이다.

본 발명예, 비교예 모두, 빌릿을 가열로에서 1000∼1200℃까지 가열한 후, 마무리 압연의 개시 온도를 750∼950℃로 하였다. 마무리 압연 시에 가공 발열에 의해 상승한 선재 온도를 제어하여, 표 1에 나타내는 권취 온도에서 코일 형상으로 권취하였다. 권취 후의 냉각은, 권취 후 650℃까지의 평균 냉각 속도(표 1의 냉각 속도 1), 650℃로부터 600℃까지의 평균 냉각 속도(표 1의 냉각 속도 2), 및 600℃로부터 300℃까지의 평균 냉각 속도(표 1의 냉각 속도 3)를 표 1에 나타내는 조건에서 행하였다. 이상의 방법에 의해, 표 1에 나타내는 선 직경을 갖는 선재를 얻었다.

선재의 펄라이트의 면적 분율 및 초석 시멘타이트의 면적 분율은, 이하의 방법에 의해 측정하였다.

먼저, 선재를 절단하고, 길이 방향과 수직인 횡단면을 관찰할 수 있도록 선재를 수지 매립하였다. 수지 매립한 선재를 연마지 및 알루미나 지립으로 연마하고, 또한 경면 마무리하여 시료로 하였다. 시료의 관찰면(즉, 선재의 횡단면)을 나이탈 용액 또는 피크럴 용액으로 부식시킨 후, 주사형 전자 현미경(SEM)을 사용하여 시료의 관찰면을 관찰하였다. 사용한 나이탈 용액은, 질산 및 에틸알코올을 혼합한 용액이었다. 시료의 관찰면의 부식은, 농도를 5％ 이하, 온도를 15∼30℃ 정도로 하고 나이탈 용액에, 수 s∼1min간, 관찰면을 침지하는 방법, 및 상술한 농도 및 온도의 나이탈 용액을 적신 탈지면으로 관찰면을 닦는 방법 등으로 행하였다. 사용한 피크럴 용액은, 피크르산 및 에틸알코올을 혼합한 용액이었다. 시료의 관찰면의 부식은, 농도를 5％ 정도, 온도를 40∼60℃ 정도로 한 피크럴 용액에, 30s∼2min간, 관찰면을 침지하는 방법으로 행하였다. 부식 후에는 시료의 관찰면을 즉시 충분히 수세하고, 냉풍 혹은 온풍으로 신속하게 건조시켰다.

계속해서, SEM 부속의 사진 촬영 장치를 사용하여, 시료의 중심부(선재의 반경을 R로 하여, 선재의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 영역)를 배율 2000배 이상으로, 총 관찰 시야 면적이 0.08㎟ 이상이 되도록 복수 시야 촬영하였다. 이들 SEM 사진 및 입자 해석 소프트웨어 등의 화상 해석 소프트웨어를 사용하여, 선재의 중심부의 펄라이트 및 초석 시멘타이트의 면적 분율을 얻었다. 또한, 화상 해석 소프트웨어는, Luzex(등록상표, 가부시키가이샤 니레코 제조)를 사용하였다.

본 발명예, 비교예 모두, 상기 중심부에 있어서 관찰된 금속 조직은, 펄라이트, 그리고 초석 시멘타이트, 입계 페라이트, 및 베이나이트 중 1종 또는 2종 이상의 복합 조직이었다.

초석 시멘타이트의 평균 두께 및 길이는, 상기 SEM 사진을 사용하여 측정하였다. 초석 시멘타이트의 평균 두께는, 상기 SEM 사진 중의 모든 초석 시멘타이트에 대해 두께를 측정하고, 그 평균값을 산출함으로써 얻었다. 초석 시멘타이트의 두께는, 구 오스테나이트 입계에 수직인 방향의 두께를 측정함으로써 얻었다. 도 2의 시멘타이트(10a)와 같은 형상의 시멘타이트이면, 두께 T1, T2, T3을 측정하고, 그것들의 평균을 그 초석 시멘타이트의 두께로 하였다. 또한, 초석 시멘타이트의 길이는, 상기 SEM 사진 중의 초석 시멘타이트의 형상에 기초하여 구 오스테나이트 입계를 가상하는 선을 그리고, 그 선을 따라 초석 시멘타이트의 길이를 측정하였다. 도 2의 시멘타이트(10a)와 같이, 특단의 구부러진 형상을 갖지 않는 시멘타이트이면, 그 장축 방향을 따라 구 오스테나이트 입계를 가상하는 직선을 그리고, 당해 직선을 따라 길이 L1을 측정하였다. 도 4의 시멘타이트(10c)와 같이, 특이한 곡부를 갖는 초석 시멘타이트이면, 그 형상에 맞추어 구 오스테나이트 입계를 가상하는 선을 그리고, 그 선을 따라 초석 시멘타이트 길이를 측정하였다. 도 3의 시멘타이트(10b)와 같이, 분기를 갖는 초석 시멘타이트이면, 분기마다의 길이를 총계하였다. 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이는, 측정한 측정 시야에 있어서의 각 초석 시멘타이트의 길이의 합계를 시야 면적으로 나눈 값으로 하였다. 즉, 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이(㎜/㎟)는, 단위 면적당 관찰되는 초석 시멘타이트의 길이의 합계로 하였다. 측정 시에는, 필요에 따라서, 초석 시멘타이트를 포함하는 영역을 배율 3000∼5000배로 촬영하고, 초석 시멘타이트의 평균 두께 및 길이를 측정하였다.

구 오스테나이트 입경은, 열간 압연 후이면서 권취 직후의 코일의 최종단부로부터 수 링을 수냉하고, ??칭한 선재를 사용하여 측정하였다. ??칭한 선재를 절단하고, 횡단면을 관찰할 수 있도록 수지 매립한 후, 알루미나로 연마하여 샘플을 얻었다. 그 후, 연마한 샘플을 피크르산 알칼리 용액으로 부식시켜, 구 오스테나이트 입계를 현출시켰다. 시료의 관찰면의 부식은, 온도를 75∼90℃로 한 피크르산 알칼리 용액에, 시료의 관찰면을 10∼20min 정도 침지함으로써 행하였다. 부식 후에는, 시료의 관찰면을 즉시 잘 수세한 후, 냉풍 혹은 온풍으로 신속하게 건조시켰다. 또한, 관찰면의 부식에 사용하는 피크르산 알칼리 용액은, 중량비로 피크르산 2, 수산화나트륨 5, 물 100의 비율의 혼합 용액이었다.

시료의 관찰면은, 온도를 75∼90℃로 한 피크르산 알칼리 용액에, 시료의 관찰면을 10∼20min 정도 침지하여 부식시켰다. 부식 후에는, 시료의 관찰면을 즉시 잘 수세하고, 냉풍 혹은 온풍으로 신속하게 건조시켰다. 그 후, 광학 현미경을 사용하여 샘플의 관찰면의 중심부(선재의 반경을 R로 하여, 선재의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 영역)를 배율 400배 이상으로 총 관찰 시야 면적이 0.18㎟가 되도록 복수 시야 촬영하였다. 이들 SEM 사진, 및 JIS G0551:2013에 기재된 절단법을 사용하여, 구 오스테나이트 입경을 측정하였다. 절단법에서는, 길이 400㎛의 직선을 100㎛ 간격으로 겹치지 않도록 15개 이상 그어, 합계로 6㎜의 직선으로 포착한 포착 결정립 수로 평가하였다.

인장 강도는, 이하의 방법에 의해 측정하였다. 선재 중, 프론트부(선단으로부터 50링 미단측의 장소), 미들부(코일 내의 선단과 미단의 중간으로부터 100링 내), 및 테일부(미단으로부터 50링 선단측의 장소)로부터 각각 3링 채취하고, 각 링으로부터, 등간격이 되도록 샘플을 8개, 총 72개 채취하였다. 이들 샘플을 사용하여, JIS Z 2241:2011에 준하여 인장 시험을 행하였다. 이들 72개의 샘플로부터 얻어진 인장 강도의 평균값을 산출함으로써, 선재의 인장 강도를 얻었다. 또한, 샘플 길이는 400㎜로 하고, 크로스 헤드 속도를 10㎜/min, 지그 사이를 200㎜로 하여, 인장 시험을 행하였다.

선재의 신선 가공성은, 이하의 방법에 의해 평가하였다. 선재로부터 10링 채취하고, 산세하여 스케일 제거를 행한 후, 석회 피막 처리를 행하였다. 그 후, 파텐팅 처리를 실시하는 일 없이, 신선 가공(건식 신선 가공)을 행하였다. 신선 가공 시의 1패스당 감면율은, 17∼23％로 하였다. 신선 가공을 행하여, 단선된 때의 진변형이 2.9 이상인 경우를, 신선 가공성이 우수하므로 합격이라고 판정하였다. 한편, 신선 가공을 행하여, 단선된 때의 진변형이 2.9 미만인 경우를, 신선 가공성이 떨어지므로 불합격이라고 판정하였다. 또한, 진변형은 -2×ln(신선재의 선 직경/선재의 선 직경)을 산출함으로써 얻었다. 「ln」은 자연로그이다.

No.A1∼A22는, 모두 본 발명예이며, 파텐팅 처리를 실시하는 일 없이, 진변형이 2.9 이상인 신선 가공을 가능하게 하는 우수한 신선 가공성을 나타냈다.

한편, No.B1∼B13은, 본 발명의 요건 중 어느 것을 만족시키고 있지 않으므로, 단선 시의 진변형이 2.9 미만이 되어, 신선 가공성이 본 발명예에 비해 떨어졌다.

No.B1은, C 함유량이 높았기 때문에, 선재의 초석 시멘타이트의 면적 분율이 증가하고, 초석 시멘타이트의 평균 두께가 커지고, 또한 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이가 길어져, 선재의 신선 가공성이 저하되었다.

No.B2는 Si 함유량이 높고, 또한 No.B3은 Mn 함유량이 높았기 때문에, 모두 선재의 인장 강도가 상승하여, 신선 가공성이 저하되었다.

No.B4는, Cr 함유량이 높았기 때문에, 펄라이트의 면적 분율이 감소하고, 또한 인장 강도가 상승하여, 선재의 신선 가공성이 저하되었다.

No.B5 및 No.B11은, 650∼600℃의 평균 냉각 속도(냉각 속도 2)가 컸기 때문에, 인장 강도가 상승하여, 선재의 신선 가공성이 저하되었다.

No.B6은, 권취 후로부터 650℃까지의 평균 냉각 속도(냉각 속도 1)가 작았기 때문에, 초석 시멘타이트의 평균 두께가 증가하여, 선재의 신선 가공성이 저하되었다.

No.B7은, 650∼600℃의 평균 냉각 속도(냉각 속도 2)가 작았기 때문에, 인장 강도가 저하되어, 선재의 신선 가공성이 저하되었다.

No.B8은, 권취 후로부터 650℃까지의 평균 냉각 속도(냉각 속도 1)가 컸기 때문에, 선재가 과도하게 냉각되고, 인장 강도가 상승하여, 신선 가공성이 저하되었다.

No.B9는, 권취 온도가 낮고, 또한 권취 후로부터 650℃까지의 평균 냉각 속도(냉각 속도 1)가 작았기 때문에, 구 오스테나이트 입경이 미세화되고, 초석 시멘타이트가 대량으로 석출됨으로써, 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이가 길어져, 선재의 신선 가공성이 저하되었다.

No.B10은, 600∼300℃의 평균 냉각 속도(냉각 속도 3)가 작았기 때문에, 선재의 인장 강도가 저하되어, 신선 가공성이 저하되었다.

No.B12는, 권취 온도가 높았기 때문에, 구 오스테나이트 입경이 커지고, 또한 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이가 길어져, 선재의 신선 가공성이 저하되었다.

No.B13은, 권취 후로부터 650℃까지의 평균 냉각 속도(냉각 속도 1)가 작았기 때문에, 초석 시멘타이트의 면적 분율이 증가하고, 초석 시멘타이트의 평균 두께가 커지고, 또한 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이가 길어져, 선재의 신선 가공성이 저하되었다.

Claims

질량％로,
C: 0.90∼1.15％,
Si: 0.10∼0.50％,
Mn: 0.10∼0.80％,
Cr: 0.10∼0.50％,
Ni: 0∼0.50％,
Co: 0∼1.00％,
Mo: 0∼0.20％ 및
B: 0∼0.0030％
를 함유하고,
P: 0.020％ 이하 및
S: 0.010％ 이하
로 제한하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고,
선재의 반경을 R로 하였을 때, 상기 선재의 횡단면의 중심으로부터 (1/5)R 이내의 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 펄라이트의 면적 분율이 90.0％ 이상이고, 초석 시멘타이트의 면적 분율이 1.00％ 이하이고,
상기 중심부에 있어서, 상기 초석 시멘타이트의 평균 두께가 0.25㎛ 이하이고,
상기 중심부에 있어서, 단위 면적당 상기 초석 시멘타이트의 총 길이가 40.0㎜/㎟ 미만이고,
인장 강도가 식(1)을 만족시키고,
직경이 3.0∼5.5㎜인 선재.

또한, 상기 단위 면적당 초석 시멘타이트의 총 길이(㎜/㎟)는, 단위 면적당 관찰되는 초석 시멘타이트의 길이 합계임. 상기 식(1) 중의 상기 TS는, 단위를 ㎫로 하였을 때의 상기 선재의 인장 강도를 나타냄. 상기 식(1) 중의 「C양(％)」은, 상기 선재 중의 C의 함유 질량％를 나타내고, 「Cr양(％)」은, 상기 선재 중의 Cr의 함유 질량％를 나타냄.
제1항에 있어서,
질량％로,
Ni: 0.10∼0.50％,
Co: 0.10∼1.00％,
Mo: 0.05∼0.20％ 및
B: 0.0002∼0.0030％
중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 선재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 초석 시멘타이트의 면적 분율이 0％ 초과∼1.00％인 선재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 초석 시멘타이트, 입계 페라이트 및 베이나이트 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 선재.
제3항에 있어서,
상기 중심부에서 관찰되는 조직에 있어서, 초석 시멘타이트, 입계 페라이트 및 베이나이트 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 선재.
제1항에 기재된 성분을 갖는 강편을 열간에서 직경 3.0∼5.5㎜로 압연한 후, 940∼800℃에서 권취하고, 권취 후 650℃까지를 6.0∼15.0℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 650∼600℃를 1.0∼3.0℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 600∼300℃를 10.0℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제2항에 기재된 선재를 제조하는 선재의 제조 방법.
질량％로,
C: 0.90∼1.15％,
Si: 0.10∼0.50％,
Mn: 0.10∼0.80％,
Cr: 0.10∼0.50％,
Ni: 0∼0.50％,
Co: 0∼1.00％,
Mo: 0∼0.20％ 및
B: 0∼0.0030％
를 함유하고,
P: 0.020％ 이하 및
S: 0.010％ 이하
로 제한하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지는 성분을 갖는 강편을 열간에서 직경 3.0∼5.5㎜로 압연한 후, 940∼800℃에서 권취하고, 권취 후 650℃까지를 6.0∼15.0℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 650∼600℃를 1.0∼3.0℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 600∼300℃를 10.0℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 제3항에 기재된 선재를 제조하는 선재의 제조 방법.
질량％로,
C: 0.90∼1.15％,
Si: 0.10∼0.50％,
Mn: 0.10∼0.80％,
Cr: 0.10∼0.50％,
Ni: 0∼0.50％,
Co: 0∼1.00％,
Mo: 0∼0.20％ 및
B: 0∼0.0030％
를 함유하고,
P: 0.020％ 이하 및
S: 0.010％ 이하
로 제한하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지는 성분을 갖는 강편을 열간에서 직경 3.0∼5.5㎜로 압연한 후, 940∼800℃에서 권취하고, 권취 후 650℃까지를 6.0∼15.0℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 650∼600℃를 1.0∼3.0℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 600∼300℃를 10.0℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 제4항에 기재된 선재를 제조하는 선재의 제조 방법.
질량％로,
C: 0.90∼1.15％,
Si: 0.10∼0.50％,
Mn: 0.10∼0.80％,
Cr: 0.10∼0.50％,
Ni: 0∼0.50％,
Co: 0∼1.00％,
Mo: 0∼0.20％ 및
B: 0∼0.0030％
를 함유하고,
P: 0.020％ 이하 및
S: 0.010％ 이하
로 제한하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지는 성분을 갖는 강편을 열간에서 직경 3.0∼5.5㎜로 압연한 후, 940∼800℃에서 권취하고, 권취 후 650℃까지를 6.0∼15.0℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 650∼600℃를 1.0∼3.0℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 600∼300℃를 10.0℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 제5항에 기재된 선재를 제조하는 선재의 제조 방법.