KR102405038B1 - 고강도 강 섬유용 선재, 강선 및 이들의 제조방법 - Google Patents

고강도 강 섬유용 선재, 강선 및 이들의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널 시공 시에 사용되는 콘크리트 보강용 소재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고강도 강 섬유용 선재, 강선 이들의 제조방법에 관한 것이다.

Description

고강도 강 섬유용 선재, 강선 및 이들의 제조방법 {HIGH-STRENGTH WIRE ROD AND STEEL WIRE FOR STEEL FIBER, AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 터널 시공 시에 사용되는 콘크리트 보강용 소재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고강도 강 섬유용 선재, 강선 이들의 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로 강섬유는 터널 공사 시 내부 토압을 지탱하는 콘크리트 보강용으로 사용된다.
일반적인 저강도급의 강섬유에는 탄소 함량 0.1중량% 이하의 저탄소강이 사용되며, 이는 여재 슬라브 또는 선재를 이용하여 가공사에서 건식 신선 - 습식 신선 공정을 거쳐, 최종 0.4 내지 1.0mm의 직경을 갖는 강선으로 제조하며, 20 내지 50mm로 일정하게 절단한 다음, 형상 가공하여 마무리한다.
강섬유로 사용되기 위한 소재는 최종 성형시 굴곡 특성이 요구되나, 우선적으로 요구되는 특성은 강도(strength)이다.
국내의 경우, 대부분 저강도 강섬유를 사용하고 있으며 인장강도 800~1100MPa 수준이다. 한편, 암반이 약한 유럽 또는 중동 등에서는 고강도 강섬유 시장이 형성되고 있는데, 이는 화약 폭발방식이 아닌 NATM 터널 시공 방식이 대두되었기 때문이다. 또한, 바닥재의 경우 파일(pile)과 결합하므로 고강도 강섬유의 사용이 요구되는 바, 고강도 강섬유의 시장은 지속적으로 성장할 것으로 예상되어 진다.
강섬유는 신선 공정을 통해 제조되며, 이는 압연과 같은 다른 가공 공정에 비해 강도를 향상시키는 데에 가장 경제적이며, 효과적인 방법이다.
미세조직으로 펄라이트를 가지는 소재는 신선 가공시 강도가 지수함수적으로 증가하는데, 이것은 펄라이트 내부의 세멘타이트가 소성 변형을 일으켜 세멘타이트 분해에 따른 탄소와 전위결합에 의한 강도 증가가 동반됨에 기인한다. 그런데, 이러한 효과는 소재의 전체 조직이 펄라이트로 이루어질 때 얻을 수 있을 뿐, 미세조직이 페라이트 및 펄라이트 혼합조직이거나, 페라이트 분율이 큰 경우에는 펄라이트가 상대적으로 경한상(hard phase)이기 때문에 신선 가공 중 단선이 발생하는 문제가 있다. 펄라이트 대비 페라이트의 신선성이 우수한 것은 페라이트가 연한상(soft phase)이기 때문이다.
신선 가공을 통해 제조되는 제품의 고강도화는 1) 초기강도 증가, 2) 가공경화율 증가, 3) 가공량 증가 등을 통해 가능하다.
고용강화 효과가 큰 인(P)은 탄소(C), 질소(N) 다음으로 강도를 효과적으로 상승시킬 수 있는 원소이다. 이러한 P은 Fe3P를 형성하여 입계에 편석됨으로써 취화를 일으키는 단점이 있으나, 미세조직을 페라이트 단일 상(single phase)으로 형성하는 경우 입계 형성이 억제되어 취화를 억제할 수 있다. 몰리브덴(Mo) 또한 강도를 향상시키는 데에 유리한 원소로서, 페라이트에 미세하게 석출된 MoC 탄화물은 석출강화 효과를 일으켜 초기 소재의 강도 증가 및 신선 가공 중 가공경화율을 높혀 제품의 강도를 크게 증가시킬 수 있다.
한편, 강섬유 제조사들은 제조원가를 낮추기 위하여, 신선 공정 중 LP(lead patenting) 열처리를 행하지 아니한다. 특히 가공 중 연성을 부여할 필요가 있는 펄라이트 조직의 고탄소강 소재의 경우 가공 중 단선이 발생하는 문제가 있다.
이에, LP 열처리를 생략함에도 가공 중 단선의 발생이 최소화될 뿐만 아니라, 고강도화를 도모할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
H.Tashiro and H. Sato, J.Japan Inst. Metals, Vol., 55 10 (1991) p.1078
본 발명의 일 측면은, LP 열처리 공정을 생략하더라도 고강도를 가지면서 비틀림 특성이 우수한 강 섬유용 선재, 강선 및 이들을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.003~0.01%, 실리콘(Si): 0.1% 이하, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.15%, 인(P): 0.04~0.1%, 알루미늄(Al): 0.02~0.05%, 질소(N): 0.01% 이하, 황(S): 0.035% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직으로 콰지 폴리고날 페라이트(Quasi Polygonal Ferrite)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 강 섬유용 선재를 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은, 상술한 합금조성을 가지는 빌렛을 준비하는 단계; 상기 빌렛을 1100~1200℃로 가열하여 90~120분간 유지하는 단계; 상기 가열 및 유지된 빌렛을 선재 형상으로 압연하는 단계; 상기 선재를 900~1000℃의 온도범위에서 권취하는 단계; 및 상기 권취 후 냉각하는 단계를 포함하며,
상기 냉각은 Ae1 변태점까지 20~30℃/s의 냉각속도로 행한 후 470~520℃까지 1~5℃/s의 냉각속도로 행하는 것을 특징으로 하는 고강도 강 섬유용 선재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 측면은, 상술한 합금조성을 가지며, 인장강도 1600MPa 이상, 비틀림 횟수 60 이상인 고강도 강 섬유용 강선을 제공한다.
본 발명에 의하면, 고강도와 더불어 비틀림 특성이 우수한 강 섬유용 선재, 강선을 제공할 수 있다.
본 발명의 강선은 콘크리트 보강용 소재로서 적용하는 데에 적합하며, 이 경우 콘크리트 내 철근 사용이 생략되고, 배근 시간을 생략할 수 있어 시공 효율성이 크게 향상하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강중(중량%, 0.008C-0.081P-1.08Mn-0.061Mo-0.25Si-0.042Al-0.008N-0.023S)의 온도에 따른 평형 상태도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명예 및 비교예의 선재 중심부에서 관찰되는 미세조직 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선재의 단면부 조직을 관찰한 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 강선의 굽힘 파단 측정을 위한 시험편의 형상을 나타낸 것이다.
본 발명의 발명자들은 콘크리트 보강용 소재로서 고강도를 가지는 강섬유를 개발할 수 있는 방안을 모색하였다. 특히, LP 열처리를 생략하더라도 가공 중 단선 발생을 최소화하는 동시에, 고강도 및 비틀림 특성이 향상된 소재를 얻기 위해 깊이 연구하였다.
특별히, 본 발명자들은 선재압연 후 냉각대에서 연속 냉각시, 냉각 제어를 통한 소재 강도의 향상을 도모할 수 있음을 확인하였다.
이에, 본 발명은 합금조성과 더불어 제조조건의 최적화에 의해 미세조직으로 폴리고날 페라이트(Polygonal Ferrite)가 아닌 콰지 폴리고날 페라이트(Quasi Polygonal Ferrite) 형성에 기인한 선재의 강도 향상을 달성할 수 있음을 확인하고, 완성하기에 이르렀다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 고강도 강 섬유용 선재는 중량%로, 탄소(C): 0.003~0.01%, 실리콘(Si): 0.1% 이하, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.15%, 인(P): 0.04~0.1%, 알루미늄(Al): 0.02~0.05%, 질소(N): 0.01% 이하, 황(S): 0.035% 이하를 포함할 수 있다.
탄소(C): 0.003~0.01%
탄소(C)는 펄라이트를 형성하여 강도를 크게 향상시키는 데에 유효하나, 이러한 C의 함량이 높아질수록 가공 중 단선을 유발하는 문제가 있다. 이를 고려하여, 상기 C는 0.01% 이하로 포함할 수 있으나, 그 함량이 0.003% 미만이면 탈탄 제어에 의한 제조비용이 증가하는 문제가 있다.
따라서, 상기 C는 0.003~0.01%로 포함할 수 있으며, 보다 유리하게는 0.005% 이상으로 포함할 수 있다.
실리콘(Si): 0.1% 이하
실리콘(Si)은 페라이트 경화 원소로서 강도를 향상시키는 효과가 있으나, 스케일 박리성 측면에서 모재와 결합력이 우수한 Fe2SiO4를 형성하므로 불리하다.
따라서, 선재의 스케일 박리성의 향상을 고려하여 상기 Si은 0.1% 이하로 포함할 수 있으며, 상기 Si은 불가피한 수준을 고려하여 0%는 제외할 수 있다. 다만, 제강 능력을 고려하여 0.06% 이상으로 포함하는 것이 유리하다.
망간(Mn): 1.0~2.0%
망간(Mn)은 선재 강도를 향상시키는 데에 유리한 원소로서, 그 함량이 1.0% 미만이면 목표 수준의 강도를 확보하기 어려울 수 있다. 반면, 그 함량이 2.0%를 초과하게 되면 편석을 유발하여 가공시 단선을 발생시킬 우려가 있다.
따라서, 상기 Mn은 1.0~2.0%로 포함할 수 있다.
몰리브덴(Mo): 0.05~0.15%
몰리브덴(Mo)은 미세 탄화물을 형성하여 제품 고강도화에 유효한 원소이다. 이러한 Mo의 함량이 0.05% 미만이면 석출 강화 효과가 낮아진다. 한편, Mo은 고가의 원소로서 그 함량이 0.15%를 초과하게 되면 제조원가가 크게 상승하여 제품 가격경쟁력이 낮아지는 문제가 있다.
따라서, 상기 Mo은 0.05~0.15%로 포함할 수 있으며, 보다 유리하게는 0.06% 이상으로 포함할 수 있다.
인(P): 0.04~0.1%
인(P)은 선재의 강도 향상을 위해 첨가하는 원소로서, 이러한 P의 함량이 0.04% 미만이면 목포 수준의 강도 확보가 어려워진다. 반면, 그 함량이 0.1%를 초과하게 되면 소재 표층에서 균열이 발생할 우려가 있다.
따라서, 상기 P은 0.04~0.1%로 포함할 수 있다.
알루미늄(Al): 0.02~0.05%
알루미늄(Al)은 탈산 효과와 함께 개재물 제어를 위해 첨가하는 원소이다. 본 발명의 경우 탈산 효과를 나타내는 Si의 함량이 상대적으로 낮으므로, 적정량으로 Al을 첨가하는 것이 유리하다.
이러한 Al의 함량이 0.02% 미만이면 탈산 효과를 충분히 얻을 수 없으며, 반면 그 함량이 0.05%를 초과하게 되면 조대한 알루미나 개재물이 형성되어 신선 중 단선을 유발할 우려가 있다.
따라서, 상기 Al은 0.02~0.05%로 포함할 수 있다.
질소(N): 0.01% 이하
질소(N)는 고용 강화에 의한 강도 향상을 도모하는 원소이나, 이러한 N는 전위와 결합하여 시효 강도를 높이므로 연성 측면에서 불리하다. 상기 N의 함량이 0.01%를 초과하게 되면 고질처리에 따른 제조원가가 상승하는 문제가 있다.
따라서, 상기 N는 0.01% 이하로 제한할 수 있으며, 불가피한 수준을 고려하여 0%는 제외할 수 있다.
황(S): 0.035% 이하
황(S)은 다량 함유시 입계에 MnS 개재물을 형성하여 가공성을 저해하는 문제가 있다. 이를 고려하여, 상기 S은 0.035% 이하로 제한할 수 있으며, 불가피한 수준을 고려하여 0%는 제외할 수 있다.
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.
상술한 합금조성을 가지는 본 발명의 선재는 미세조직으로 콰지 폴리고날 페라이트(Quasi Polygonal Ferrite)를 포함하는 특징이 있다.
구체적으로, 상기 선재의 표면으로부터 중심부(예컨대, 1/2D 지점(D: 선재 직경))에 이르는 전 직경에서 콰지 폴리고날 페라이트 상을 포함하며, 상기 선재의 중심부에서 표면으로 갈수록 결정립이 조대화되는 경향을 가질 수 있다.
특히, 본 발명의 선재는 단면 기준 중심부에서 평균 크기가 20㎛ 이하인 결정립의 분율이 70% 이상인 것이 바람직하며, 이와 같이 미세 결정립을 다량 형성함에 의해 강도를 유리하게 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 여기서, 중심부라 하면, 선재 직경(D) 기준 1/4D~1/2D 영역으로 지칭할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 선재의 두께(직경) 방향 단면부를 관찰한 사진을 나탄내 것으로, 미세조직으로 콰지 폴리고날 페라이트 상이 형성된 것을 확인할 수 있으며, 이때 중심부(도면 아랫 부분)에서 표층(도면 윗 부분) 방향으로 갈수록 결정립 크기가 커지는 경향을 확인할 수 있다.
본 발명의 선재는 합금조성으로 Mo을 포함함에 의해 MoC 석출물이 형성된 상태로서, 특히 단면 기준 중심부에서 평균 크기 200nm 이하의 MoC 석출물의 분율이 80% 이상인 것이 바람직하다.
상기 선재 중심부에서 관찰되는 평균 크기 200nm 이하의 MoC 석출물의 분율이 80% 미만이면 Mo에 의한 강도 향상 효과가 불충분하게 된다.
상기와 같은 합금조성 및 조직 구성을 가지는 본 발명의 선재는 인장강도 500MPa 이상의 고강도를 가진다.
이하, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 고강도 강 섬유용 선재를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.
간략히, 본 발명의 선재는 [빌렛 가열 - 압연 - 권취 - 냉각]의 공정을 거쳐 목표로 하는 선재를 제조할 수 있으며, 다만 이에 한정하는 것은 아님은 밝혀둔다.
각 단계별 조건에 대해서는 하기에 상세히 설명한다.
우선, 상술한 합금조성을 만족하는 빌렛을 준비한 후, 이를 가열할 수 있다. 상기 빌렛을 가열하는 공정은 노멀라이징(normalizing) 및 오스테나이트(austenite) 형성을 위한 것으로서, 1100~1200℃로 가열하여 90~120분간 유지하는 공정인 것이 바람직하다.
상기 빌렛의 가열 온도가 1100℃ 미만이면 가열로 내 장입된 빌렛을 오랜시간 유지하여야 하는 문제가 있으며, 반면 그 온도가 1200℃를 초과하게 되면 가열로 부하가 발생하는 문제가 있다.
상술한 온도범위에서 유지시 그 시간이 90분 미만이면 중심부까지 오스테나이트 상이 충분히 형성되지 못할 우려가 있으며, 반면 그 시간이 120분을 초과하게 되면 조대한 결정립 성장에 의해 물성이 열위하는 문제가 있다.
상기에 따라 가열 및 유지된 빌렛을 압연하여 선재 형상으로 제조할 수 있다. 이때, 압연 공정은 통상의 열간압연 조건으로 행할 수 있으므로, 특별히 한정하지 아니한다. 다만, 상기 가열 및 유지 공정을 완료한 직후 열간압연을 행할 수 있으며, 이때 제조되는 선재의 두께(직경)에 따라 압하율을 적절히 설정할 수 있음을 밝혀둔다.
이후, 상기에 따라 제조된 선재를 권취할 수 있으며, 상기 권취는 900~1000℃의 온도범위에서 행할 수 있다.
상기 권취시 온도가 900℃ 미만이면 후속하는 냉각 공정이 완료된 선재의 조직이 폴리고날 페라이트(polygonal ferrite)로 구성되어 목표로 하는 물성을 확보하는 데에 어려움이 있으며, 반면 그 온도가 1000℃를 초과하게 되면 링 형상의 제어가 어려워진다.
상기 권취된 선재를 냉각하여 의도하는 물성을 확보할 수 있는 미세조직을 형성할 수 있으며, 특히 본 발명에서는 콰지 폴리고날 페라이트(Quasi Polygonal Ferrite)를 형성하기 위해 온도 구간별로 냉각조건을 설정하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 압연을 완료한 후 냉각대에서 연속 냉각시, Ae1 변태점까지 페라이트가 성장할 수 있는 시간을 가능한 짧게 부여함으로써 폴리고날 페라이트(Polygonal Ferrite)가 아닌 콰지 폴리고날 페라이트(Quasi Polygonal Ferrite)가 형성되어 선재의 강도 향상을 도모할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 냉각은 Ae1 변태점까지 20~30℃/s의 냉각속도로 행한 후 470~520℃까지 1~5℃/s의 냉각속도로 행하는 것을 특징으로 한다.
여기서, Ae1 변태점은 아래 식에 의해 계산할 수 있다.
[Ae1 = 723 - (10.7×Mn) - (16.9×Ni) + (29.1×Si) + (16.9×Cr)]
상기 Ae1 변태점까지 냉각시 냉각속도가 20℃/s 미만이면 결정립 성장에 의해 목표로 하는 강도를 확보할 수 없게 된다. 한편, 상기 냉각속도의 상한은 특별히 한정하지 아니하나, 만일 30℃/s를 초과하게 되면 설비 투자가 필요하므로 경제적으로 불리하게 된다.
이후, 상기 냉각을 완료한 온도로부터 470~520℃까지의 온도 구간을 서냉하여 냉각하는 것이 바람직하다. 이때, 냉각속도가 1℃/s 미만이거나 냉각종료온도가 470℃ 미만이면 냉각대 끝단의 온도가 높아 최종 링 형상을 제어하는데 어려움이 있고, 반면 5℃/s를 초과하거나 냉각종료온도가 520℃를 초과하게 되면 MoC 석출물이 충분히 형성되지 못하는 문제가 있다.
상기 단계적 냉각을 완료한 이후, 상온까지 공냉하여 최종 선재를 얻을 수 있다. 이러한 선재는 미세조직이 표면을 제외한 영역에서 콰지 폴리고날 페라이트(Quasi Polygonal Ferrite)로 구성됨에 따라 고강도를 가질 수 있다.
한편, 본 발명에서 제공하는 선재를 신선 가공하여 강선을 얻을 수 있다.
본 발명의 강선은 미세조직이 콰지 폴리고날 페라이트(Quasi Polygonal Ferrite)로 구성됨에 의해 고강도를 가지는 선재로부터 얻을 수 있는 바, 인장강도 1600MPa 이상, 비틀림 횟수 60이상으로 고강도 및 비틀림 특성이 우수하다.
후술하여 상세히 설명하겠지만, 본 발명은 상기 선재를 가공함에 있어서 LP 열처리를 생략함에도 고강도를 가지면서, 비틀림 특성이 우수한 강선을 제공함에 의의가 있다.
본 발명에서 상기 강선은 상기에 따라 제조된 선재를 건식 신선하는 단계 및 습식 신선하는 단계를 통해 제조할 수 있으며, 상기 건식 신선은 200~300m/m의 신선속도로 행하며, 상기 습식 신건은 400~500m/m의 신선속도로 행할 수 있다.
상기 습식 신선의 총 감면율은 95% 이상일 수 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)
중량%로 0.008C-0.081P-1.08Mn-0.061Mo-0.08Si-0.042Al-0.008N-0.023S (잔부 Fe 및 불가피한 불순물)로 조성되는 강을 전로에서 제강한 다음, 주조하여 160×160 ㎜2 연주 빌렛재를 제조하였다. 이 빌렛재를 1180℃의 가열로에 장입하여 90분간 유지한 후, 직경 5.5mm를 가지는 선재 형상으로 압연하였다. 이후, 하기 표 1에 나타낸 조건으로 권취 및 냉각하여 각각의 선재를 제조하였다.
제조된 각각의 선재를 스케일 제거 후, 건식 신선(280m/m) 및 습식 신선(440m/m)하여 직경 0.5~1.0mm의 강선을 제조하였다.
상기 신선 공정을 행하기 전의 선재의 미세조직을 광학현미경으로 관찰하여, 각 상(phase)의 종류 및 분율을 측정하고, 만능 인장시험기를 이용하여 인장속도 20m/m으로 인장강도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
상기 미세조직 측정시, 단면부 D×0.95(D: 선재의 직경) 영역에서 시편을 채취하였으며, 평균 결정립 크기 20㎛ 이하의 조직과 200nm 이하의 MoC 석출물은 단면부 1/2D 영역의 시편을 채취하여 측정하였다.
또한, 상기 최종 강선에 대해서 인장강도를 측정하고, 비틀림 특성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 비틀림 특성은 범용 비틀림 시험기(back load: 파단응력×0.2)를 이용하였으며, 시험재의 길이는 100D(D: 강선의 직경)로 설정하였다.
그리고, 강선의 굽힘 파단 발생 측정을 위해 도 4에 나타낸 바와 같이 강선을 알파 형태로 꼬은 후 꼬인 부위의 표면 결함 여부(파단 존재: ○, 미존재: ×로 표기)를 확인하였다.
구분 권취온도
(℃)		 Ae1 변태점까지
냉각속도(℃/s)		 500℃까지
냉각속도(℃/s)
비교예 1 840 23.1 2.3
비교예 2 880 23.9 2.4
발명예 1 940 23.2 2.5
발명예 2 980 24.4 2.3
비교예 3 980 7.8 2.4
비교예 4 980 23.4 10.5
구분 RA*
(%)		 인장강도
(MPa)		 미세조직 (면적%)
PF*
분율		 QF*
분율		 평균 크기 20㎛
이하 QF 분율		 평균 크기 200nm 이하 MoC 분율
비교예 1 79 418 100 0 0 82
비교예 2 78 406 100 0 0 80
발명예 1 75 568 0 100 72 81
발명예 2 74 578 0 100 71 84
비교예 3 77 478 60 40 37 80
비교예 4 78 457 0 100 70 67
RA* 단면감소율
PF* 폴리고날 페라이트(polygonal ferrite)
QF* 콰지 폴리고날 페라이트(quasi polygonal ferrite)
구분 인장강도(MPa) 굽힘 파단 비틀림 횟수
비교예 1 1438 × 65
비교예 2 1426 × 63
발명예 1 1648 × 65
발명예 2 1678 × 64
비교예 3 1560 ○ 1
비교예 4 1445 × 8
표 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 합금조성 및 제조조건을 모두 만족하는 발명예 1 및 2는 미세한 결정립의 콰지 폴리고날 페라이트(Quasi Polygonal Ferrite)와 MoC 석출물이 충분히 형성됨에 따라 인장강도 560MPa 이상의 고강도를 가짐을 확인할 수 있다.
또한, 최종 강선의 인장강도가 1600MPa 이상이면서, 굽힘 파단없이 비틀림 횟수 60 이상으로 비틀림 특성이 우수함을 확인할 수 있다.
반면, 권취 온도가 낮은 비교예 1 및 2는 미세조직으로 폴리고날 페라이트가 형성됨에 의해 고강도의 확보가 곤란하였으며, 신선 가공하여 얻은 강선의 강도가 열위하였다.
뿐만 아니라, 권취 후 냉각시 냉각속도가 본 발명을 벗어나는 비교예 3 및 4의 경우에도 고강도의 확보가 곤란하였으며, 강선의 강도와 비틀림 특성이 모두 열위하였다. 특히, 비교예 3은 Ae1 변태점까지의 냉각시 냉각속도가 너무 느려 미세조직으로 콰지 폴리고날 페라이트와 폴리고날 페라이트가 혼재하여 형성되었으며, 그로 인해 강선에서 굽힘 파단이 발생하였다.
도 1은 본 실시예에서 사용된 강(0.008C-0.081P-1.08Mn-0.061Mo-0.08Si-0.042Al-0.008N-0.023S)의 온도에 따른 평형 상태도로서, Thermo-Calc를 이용하여 계산되었다.
도 2는 발명예 2와 비교예 2의 선재 중심부에서 관찰되는 미세조직 사진을 나타낸 것이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 발명예 2는 평균 결정립 크기가 20㎛의 미세 콰지 폴리고날 페라이트가 관찰되는 반면, 비교예 2는 그러한 미세 콰지 폴리고날 페라이트가 관찰되지 못함을 확인할 수 있다.

Claims (9)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.003~0.01%, 실리콘(Si): 0.1% 이하, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.15%, 인(P): 0.04~0.1%, 알루미늄(Al): 0.02~0.05%, 질소(N): 0.01% 이하, 황(S): 0.035% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    미세조직으로 콰지 폴리고날 페라이트(Quasi Polygonal Ferrite)를 포함하며,
    중심부에서 평균 크기 20㎛ 이하의 결정립의 분율이 70% 이상, 평균 크기 200nm 이하의 MoC 석출물의 분율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 강 섬유용 선재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 선재는 인장강도가 500MPa 이상인 고강도 강 섬유용 선재.
  5. 중량%로, 탄소(C): 0.003~0.01%, 실리콘(Si): 0.1% 이하, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.15%, 인(P): 0.04~0.1%, 알루미늄(Al): 0.02~0.05%, 질소(N): 0.01% 이하, 황(S): 0.035% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 준비하는 단계;
    상기 빌렛을 1100~1200℃로 가열하여 90~120분간 유지하는 단계;
    상기 가열 및 유지된 빌렛을 선재 형상으로 압연하는 단계;
    상기 선재를 900~1000℃의 온도범위에서 권취하는 단계; 및
    상기 권취 후 냉각하는 단계를 포함하며,
    상기 냉각은 Ae1 변태점까지 20~30℃/s의 냉각속도로 행한 후 470~520℃까지 1~5℃/s의 냉각속도로 행하는 것을 특징으로 하는 고강도 강 섬유용 선재의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 냉각을 완료한 후 상온까지 공냉하는 것인 고강도 강 섬유용 선재의 제조방법.
  7. 중량%로, 탄소(C): 0.003~0.01%, 실리콘(Si): 0.1% 이하, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.15%, 인(P): 0.04~0.1%, 알루미늄(Al): 0.02~0.05%, 질소(N): 0.01% 이하, 황(S): 0.035% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    인장강도 1600MPa 이상, 비틀림 횟수 60 이상인 고강도 강 섬유용 강선.
  8. 제 5항 또는 제 6항에 의해 제조된 선재를 건식 신선하는 단계 및 상기 건식 신선 후 습식 신선하여 강선을 얻는 단계를 포함하며,
    상기 건식 신선은 200~300m/m의 신선속도로 행하며, 상기 습식 신선은 400~500m/m의 신선속도로 행하는 것인 고강도 강 섬유용 강선의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 습식 신선의 총 감면율은 95% 이상인 고강도 강 섬유용 강선의 제조방법.
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