KR102499571B1

KR102499571B1 - 스틸 와이어, 그 제조 방법, 및 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 제조 방법

Info

Publication number: KR102499571B1
Application number: KR1020207029981A
Authority: KR
Inventors: 요한 노스트롬; 데이비드 투레본; 후미토 간노; 마사키 이시하라
Original assignee: 스즈키 스미덴 스테인레스 가부시키가이샤; 스즈키 가르피탄 악티에볼라그
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2023-02-15
Also published as: TW202144596A; BR112020021475A2; WO2019208833A8; EP3784812A4; KR20200129156A; TWI776050B; BR112020021475B1; SE541925C2; SE1850505A1; JP2021519868A; TWI793717B; JP7186859B2; WO2019208833A1; US11767585B2; CN112041474A; EP3784812A1; US20210156014A1; BR112020021475B8; TW201945558A

Abstract

본 발명은 종래의 스테인리스 스틸 와이어의 성능을 현저하게 개선한 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 제조에 적합한 스틸 와이어에 관한 것이다. 상기 스틸은 중량%로 다음을 포함하는 것이며: C: 0.02 내지 0.15, Si: 0.1 내지 0.9, Mn: 0.8 내지 1.6, Cr: 16 내지 20, Ni: 7.5 내지 10.5, Mo: ≤3, Al: 0.5 내지 2.5, Ti: ≤0.15, N: ≤0.05, 선택적 성분, 및 불순물, 잔부 Fe, 여기서 Cr 및 Ni의 총량은 25 내지 27 중량%이고, 상기 스틸은 체적%(vol.%)로 하기를 포함하는 미세구조를 갖는 것이다: 마르텐사이트: 40 내지 90, 오스테나이트: 10 내지 60, 및 델타 페라이트: ≤5.

Description

스틸 와이어, 그 제조 방법, 및 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 제조 방법

본 발명은 스틸 와이어, 그 제조 방법, 및 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 제조에 적합한 석출 경화(precipitation hardening) 스테인리스 스틸에 관한 것이다.

본 출원은 2018. 4. 26.자의 스웨덴 특허출원 No. 1850505-7에 우선권을 주장하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로 하여 삽입되어 있다.

석출 경화 스테인리스 스틸은 17-7 PH, 17-4 PH, 15-5 PH, PH 15-7Mo, PH 14-8Mo 및 PH 13-8Mo과 같은 복수의 합금을 포함하는 것이다.

타입 17-7 PH의 스틸은 높은 강도(strength) 및 경도(hardness), 우수한 피로(fatigue) 특성 및 양호한 내부식성을 제공하는 스틸이다. 17-7 PH 스틸은 EN Number: 1.4568, EN Name: X7CrNiAl 17-7, ASTM: 631, UNS: S17700 및 JIS: SUS631로 지정되어 있다. 17-7 PH의 화학적 조성(중량%)은 C: ≤0.09, Si: ≤1, Mn: ≤1, P: ≤0.04, S: ≤0.03, Cr: 16 - 18, Ni: 6.50 - 7.75, Al: 0.75 - 1.50, 잔부 Fe이다. 그러나, 17-7 PH의 결점은 냉간 가공 도중의 가공 경화(work hardening)가 현저하다는 것인데, 이는 스틸의 캐스팅 도중에 δ-페라이트(델타 페라이트)가 생성되기 쉽고, 상기 δ-페라이트에 의해서 스틸 제품의 품질이 열화되며, 17-7 PH의 화학적 조성을 갖는 스틸 내부에 형성되는 오스테나이트의 불안정성(instability)으로 인하여 냉간 수축(cold reduction) 도중에 또는 냉간 수축 이후에 응력 균열(stress cracking)이 초래되기 쉽다는 사실 때문이다. 이러한 결점들을 해결하려는 시도가 과거에 이루어져 왔다. GB 2073249 A는 이러한 이유로 δ-페라이트를 경감하기 위한 질소의 의도적인 첨가를 개시하고 있다. 또한, 비특허문헌 1에 응력 균열 연구들이 개시되어 있다.

이러한 타입의 스틸은, 높은 강도 및 양호한 인성(toughness)을 요구하는 부위에 통상적으로 사용되고 있다. 17-7 PH 스틸의 전형적인 용도는 냉간 압조(cold heading)용은 물론이고 항공기 부품, 스프링 및 세탁기용이다. 특별하게 까다로운 용도는 디젤 분사 연료 펌프용의 압축 스프링과 같은 것인데, 이는 그 가공 온도, 부식성의 환경 때문이고, 또한 최근에 종종 사용되고 있는 나선형 스프링에 10⁸ 사이클을 넘는 부하가 걸리고 있기 때문이다. WO 9931282 A1은 17-7 PH 타입의 스테인리스 스틸 와이어의 피로 특성을, 상기 스틸의 ESR-재용융(remelting) 처리에 의해서 실질적으로 향상시켜서, 개선된 청결도(cleanliness)를 제공할 수 있다는 것을 개시하고 있다.

최근의 수년간, 적어도 일부의 화석 디젤을, 종래의 디젤 오일보다 더 산성이고(pH≒2.5) 수분 함량(moisture content)이 보다 높은, Bio Crude Oil (BCO)과 등의 액체 연료 유래의 바이오매스로 대체하고자 하는 노력이 있어 왔다.

따라서, 개선된 특성 프로파일을 갖는 석출 경화 스틸 와이어를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 구체적으로, 기계적 특성은 개선되면서도 종래의 스틸 와이어와 유사한 내부식성이 보장된다면 유리할 것이다.

GB 2073249 A WO 9931282 A1

Berndt, S. and Bengt, B. "NEW METHODS TO IMPROVE AND CONTROL 17-7 PH MATERIAL FOR SPRING APPLICATIONS", SPRINGS, May 1985

본 발명은 석출 경화형(precipitation hardenable) 스테인리스 스틸 와이어의 대안적인 조성에 관한 것이다.

본 발명의 목적은, 개선된 특성 프로파일을 갖는 스틸 와이어를 제공하는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 목적은, 기계적 특성은 개선되면서도 종래의 스틸 와이어와 내부식성이 유사한 석출 경화 스테인리스 스틸 와이어를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상술한 바와 같이, 17-7 PH 스틸 제의 스틸 와이어는 그 우수한 특징 때문에 다양한 용도에 사용되고 있고, 18-8 시리즈 스테인리스 스틸 와이어 대비 내피로성(fatigue resistance)이 우수하지만, 17-7 PH 스틸의 와이어 인발 공정에서의 안정성과 내부식성이 열등하다.

이러한 현재의 상황을 고려하여서, 본 발명은 강도가 우수한 스테인리스 스틸 와이어, 그 제조 방법, 및 스프링 또는 의료용 와이어 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

추가적인 목적은, 스프링의 연장된 피로 수명을 얻기 위하여 사용될 수 있는 스틸 와이어를 제공하는 것이다.

상술한 목적들은, 추가적인 장점들과 함께, 본 청구범위에 정의된 스틸 와이어를 제공함으로써 상당한 정도로 달성되고 있다.

본 발명은 본 청구범위에 정의되어 있다.

본 발명의 발명자들은 오스테나이트 상(phase)의 안정성의 지표인 M_d30 값, Ni + Cr + Mo 함량, 및 가공 경화 지수 (CWH)가 최적화되어 있는 석출 경화 타입 스테인리스 스틸을 사용하였다. 또한, 상기 석출 경화 타입 스테인리스 스틸은, 실온에서의 와이어 인발을 포함하는 제조 방법, 영하 온도로의 냉각 및 후속되는 와이어 인발을 포함하는 제조 방법, 또는 이들을 결합하는 제조 방법으로 처리되었다. 그 결과, 40 내지 90 체적% 마르텐사이트, 10 내지 60 체적% 오스테나이트, 및 5 체적% 이하의 δ-페라이트를 포함하는, 최종 냉간 가공 후의 금속 구조가 상기 기술적 과제를 해결하는 데에 유용하다는 것을 알아내었다. 구체적으로, 최종-인발(final drawing) 후의 마르텐사이트의 양은 바람직하게 71 내지 73%이었고, 인장 강도(tensile strength)는 바람직하게 1680 내지 1880 MPa이었다. 추가로, 스틸 와이어를 480 ℃에서 1 시간 동안 석출 경화 처리를 함으로써, 인장 강도가 종래의 스틸보다 큰 2270 MPa이고 석출 경화도(degree of precipitation hardening)가 높은 스틸 와이어가 얻어졌다. 이로써 종래의 17-7 PH 스틸 와이어보다 매우 높은 강도를 달성할 수 있고, 상기 스틸 와이어를 사용하는 스프링은 높은 피로 강도를 가지며, 또한 상기 스틸 와이어를 사용하는 의료용 제품은 높은 굽힘 강성(flexural rigidity)를 얻을 수 있게 되었다.

본 발명은 상술한 지견에 근거하여 이루어진 것으로서, 그 요지는 하기와 같다.

(1) 본 발명의 일 측면에 따른 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 제조에 적합한 스틸 와이어는 하기(중량%)를 포함하는 것이며: C: 0.02 내지 0.15; Si: 0.1 내지 0.9; Mn: 0.8 내지 1.6; Cr: 16 내지 20; Ni: 7.5 내지 10.5; Mo: ≤3; W: ≤0.5; Co: ≤1; Al: 0.5 내지 2.5; Ti: ≤0.15; V: ≤0.1; Nb: ≤0.1; Zr: ≤0.1; Ta: ≤0.1; Hf: ≤0.1; Y: ≤0.1; N: ≤0.05; B: ≤0.01; Cu: ≤2.5; S: ≤0.05; P: ≤0.05; Ca: ≤0.01; Mg: ≤0.01; REM: ≤0.2, 및 Fe 및 불순물 잔부, 여기서 상기 Cr 및 Ni의 총량은 25 내지 27 중량%이고, 또한 여기서 상기 스틸 와이어는 하기(체적%)를 포함하는 미세구조를 갖는 것이다: 마르텐사이트: 40 내지 90; 오스테나이트: 10 내지 60; 및 델타 페라이트: ≤5.

(2) 상기 (1)에 따른 스틸 와이어에 있어서, 상기 스틸 와이어는 하기 요건들 중의 적어도 하나를 만족하는 것이어도 되고; C: 0.04 내지 0.08; Si: 0.2 내지 0.8; Mn: 0.9 내지 1.5; Cr: 17.2 to 18.5; Ni: 8.2 to 9.5; Mo: ≤2; W: ≤0.1; Co: ≤0.3; Al: 0.95 내지 1.35; Ti: 0.03 to 0.12; V: ≤0.1; Nb: ≤0.05; Zr: ≤0.05; Ta: ≤0.05; Hf: ≤0.05; Y: ≤0.05; N: ≤0.018; B: ≤0.005; Cu: ≤0.3, 및; S: ≤0.005, 선택적으로 상기 스틸 와이어는 하기(체적%)를 포함하는 미세구조를 가지는 것이어도 되며: 마르텐사이트: 50 내지 80; 오스테나이트: 20 내지 50; 및 상기 델타 페라이트: ≤3, 또한 선택적으로 상기 스틸 와이어는 하기의 한쪽 또는 양쪽을 만족하는 것이어도 되고: M_d30 (℃) -40 내지 10, 및 CWH = 113 to 133, 여기서 M_d30 및 CWH는 하기 식으로 계산되는 것이다:

M_d30 (℃) = 551 - 462×(C+N) - 9.2×Si - 8.1×Mn - 13.7×Cr - 29×(Ni + Cu) -18.5×Mo - 68×Nb - 1.42×(ASTM 그레인 사이즈 - 8.0)

CWH = 392 - 7.3×Cr - 17.2×Ni + 135×C.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 따른 스틸 와이어에 있어서, 상기 스틸 와이어는 하기 요건들의 적어도 하나를 만족하는 것이어도 되고: C: 0.06 내지 0.08; Si: 0.25 내지 0.75; Mn: 0.9 내지 1.5; Cr: 17.4 내지 18.2; Ni: 8.5 내지 9.1; Mo: ≤2; W: ≤0.1; Al: 1.00 내지 1.30; Ti: 0.05 내지 0.10; N: 0.004 내지 0.017; Cu: ≤0.3, 및; S: ≤0.003, 선택적으로 상기 스틸 와이어는 하기(체적%)를 포함하는 미세구조를 갖는 것이어도 되며: 마르텐사이트: 50 내지 80, 및 오스테나이트: 20 내지 50, 또한 선택적으로 상기 스틸 와이어는 하기의 적어도 하나를 만족하는 것이어도 된다.

M_d30 (℃) -20 내지 0, 및

CWH = 118 내지 130.

(4) 상기 (3)에 따른 스틸 와이어에 있어서, 상기 스틸 와이어는 하기 요건의 적어도 하나를 만족하는 것이어도 되고: C: 0.06 내지 0.08; Si: 0.25 내지 0.75; Mn: 0.9 내지 1.5; Cr: 17.4 내지 18.2; Ni: 8.5 내지 9.1; Mo: ≤1; W: ≤0.1; Al: 1.00 내지 1.30; Ti: 0.05 내지 0.10; Cu: ≤0.3, 및; S: ≤0.003, 선택적으로 상기 스틸 와이어는 하기(체적%)를 포함하는 미세구조를 포함하는 것이어도 되며: 마르텐사이트: 50 내지 80, 및 오스테나이트: 20 내지 50, 또한 선택적으로 상기 스틸 와이어는 하기의 적어도 하나를 만족하는 것이어도 된다.

M_d30 (℃) = -12 내지 -2, 및

CWH = 120 내지 126.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중의 어느 하나에 따른 스틸 와이어에 있어서, 상기 스틸 와이어는 ASTM E45-97의 Method A에 따른 비금속성 개재물(non-metallic inclusions) 관련 하기 최대 요건(maximum requirements)을 만족하는 청결도(cleanliness)를 가져도 되는 것이고:

[표 1]

선택적으로, 10 내지 15 μm의 범위 내에서의 최대 사이즈를 갖는 비금속성 개재물의 수가 350 mm² 크기의 검사 영역에서 10 이하이어도 되며, 또한 선택적으로, 15 μm 보다 큰 사이즈를 갖는 상기 비금속성 개재물의 수가 상기 영역에서 0이어도 된다.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중의 어느 하나에 따른 스틸 와이어에 있어서, 상기 Cr, Ni, 및 Mo의 총량이 25 내지 27 중량%이어도 된다.

(7) 상기 (6)에 따른 스틸 와이어에 있어서, 상기 와이어는 하기 요건을 만족하여도 된다: C: 0.02 내지 0.09; Si: 0.1 내지 0.9; Mn: 0.8 내지 1.6; Cr: 17 내지 19; Ni: 8 내지 10; Mo: ≤1; W: ≤0.5; Co: ≤1; Al: 0.9 내지 1.4; Ti: ≤0.15; V: ≤0.1; Nb: ≤0.1; Zr: ≤0.1; Ta: ≤0.1; Hf: ≤0.1; Y: ≤0.1; N: ≤0.02; B: ≤0.01; Cu: ≤2.5; S: ≤0.05; P: ≤0.05; Ca: ≤0.01; Mg: ≤0.01; REM: ≤0.2, 및 Fe 및 불순물 잔부.

(8) 하기를 포함하는, 상기 (1) 내지 (7) 중의 어느 하나에 따른 스틸 와이어의 제조 방법: 상술한 조성을 갖는 원료 물질을 용융(melting) 하여서 잉곳 또는 빌릿(빌릿)을 얻는 것; 선택적으로, 상기 잉곳 또는 빌릿에 대하여 일렉트로 슬래그 재용융법(Electro Slag Remelting method), 진공 아크 재용융법(Vacuum Arc Remelting method), 일렉트론 빔 재용융법(Electron Beam Remelting method), 및 플라즈마 아크 재용융법(Plasma Arc Remelting method)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 처리를 하는 것; 상기 잉곳 또는 빌릿을 열간 가공(hot working) 하여서 와이어 로드를 얻는 것; 선택적으로, 상기 와이어 로드를 연삭(shaving) 하는 것; 선택적으로, 상기 연삭된 와이어 로드를 어닐링(annealing) 하는 것; 상기 와이어 로드를 중간-인발(intermediate drawing) 하여서 중간-직경을 갖는 중간-인발된(intermediate drawn) 와이어를 얻는 것; 상기 중간-인발된 와이어를 어닐링 하는 것; 상기 중간-인발된 와이어를 사전-인발(pre-drawing) 하여서 사전-직경(pre diameter)을 갖는 사전-인발된(pre-drawn) 와이어를 얻는 것; 상기 사전-인발된 와이어를 서브-제로 냉각(sub-zero cooling) 하는 것; 및 상기 사전-인발된 와이어를 최종-인발 하여서 최종-직경을 갖는 스틸 와이어를 얻는 것.

(9) 상기 (8)에 따른 스틸 와이어의 제조 방법에 있어서, 상기 중간-인발된 와이어를 사전-인발 하는 도중의 가공률(working rate)이 30 내지 60%이어도 된다.

(10) 상기 (8) 또는 (9)에 따른 스틸 와이어의 제조 방법에 있어서, 상기 최종-인발 직전의 상기 사전-인발된 와이어의 표면 온도가 -130 내지 -196℃이어도 되고, 또한 상기 사전-인발된 와이어를 최종-인발하는 도중의 가공률이 10 to 30%이어도 된다.

(11) 하기를 포함하는, 상기 (1) 내지 (7) 중의 어느 한 항의 스틸 와이어의 제조 방법: 상술한 조성을 갖는 원료 물질을 용융하여서 잉곳 또는 빌릿을 얻는 것; 선택적으로, 상기 잉곳 또는 빌릿에 대하여 일렉트로 슬래그 재용융법, 진공 아크 재용융법, 일렉트론 빔 재용융법, 및 플라즈마 아크 재용융법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 처리를 하는 것; 상기 잉곳 또는 빌릿을 열간 가공 하여서 와이어 로드를 얻는 것; 선택적으로, 상기 와이어 로드를 연삭하는 것; 선택적으로, 상기 연삭된 와이어 로드를 어닐링하는 것; 선택적으로, 상기 와이어 로드를 1회 이상 중간-인발하여서 중간-직경을 갖는 중간-인발된 와이어 로드를 얻는 것; 선택적으로, 상기 중간-인발된 와이를 1회 이상 어닐링하는 것; 및 상기 와이어 로드, 상기 연삭된 와이어 로드, 또는 상기 중간-인발된 와이어를 최종-인발하여서 최종-직경을 갖는 스틸 와이어를 얻는 것.

(12) 상기 (11)에 따른 스틸 와이어의 제조 방법에 있어서, 상기 최종-인발 도중의 가공률이 70 내지 96%이어도 된다.

(13) 하기를 포함하는, 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 제조 방법: 상기 (1) 내지 (7) 중의 어느 하나에 따른 스틸 와이어를 가공하여서 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 형상(shape)을 얻는 것; 및 상기 스프링 또는 의료용 와이어 제품을 석출 경화(precipitation hardening) 하는 것.

(14) 하기를 포함하는, 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 제조 방법: 상기 (8) 내지 (12) 중의 어느 하나에 따른 제조 방법에 의해 스틸 와이어를 제조하는 것, 상기 스틸 와이어를 가공하여서 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 형상을 얻는 것; 및 상기 스프링 또는 의료용 와이어 제품을 석출 경화하는 것.

본 발명의 상술한 측면에 따르면, 개선된 특성 프로파일을 갖는 스틸 와이어를 얻는 데에 사용될 수 있는 스틸 와이어를 제공할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 상술한 측면에 따르면, 개선된 기계적 특성을 가지면서도 종래의 스틸 와이어와 유사한 내부식성을 갖는 석출 경화 스테인리스 스틸 와이어를 제공할 수 있다. 추가로, 본 발명의 상술한 측면에 따르면, 강도가 우수한 스테인리스 스틸 와이어, 그 제조 방법, 및 스프링 또는 의료용 와이어 제품을 제공할 수 있다. 나아가, 본 발명의 상술한 측면에 따르면, 스프링의 연장된 피로 수명을 얻기 위하여 사용될 수 있는 스틸 와이어를 제공할 수 있다.

도 1은 스틸 와이어를 제조하는 방법의 일 실시예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는 스틸 와이어를 제조하는 방법의 다른 실시예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은 본 발명의 스틸 와이어를 이용하여 스틸 제품을 제조하는 방법의 일 실시예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는 본 발명의 스틸 와이어를 이용하여 스프링을 제조하는 방법의 일 실시예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는 본 발명의 스틸 와이어를 이용하여 의료용 제품(예컨대, 외과용 바늘)을 제조하는 방법의 일 실시예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 축 방향과 평행한 스틸 와이어의 단면도이다.

본 발명의 실시형태에 따른 합금의 화학 성분의 한정과 함께 각각의 요소 및 그들의 상호 작용의 중요성은 하기에 간략하게 설명되어 있다. 본 발명의 와이어에 사용되는 스틸의 화학적 조성의 모든 백분율들은 본 명세서에 걸쳐서 중량%(wt.%)로 제시되어 있다. 미세구조에서의 상(phase)의 양은 체적%(vol.%)으로 제시되어 있다. 개별 요소의 상한 및 하한은 청구범위에 기재된 경계값 이내에서 자유롭게 결합시킬 수 있다.

탄소 (0.02 - 0.15 %)

탄소는 강한 오스테나이트 형성자(former)이고, 탄소는 스틸 매트릭스의 경도 및 강도를 개선하는 데에도 유효하다. C는 최소 함량 0.02%으로 존재한다. 상기 하한은 0.03, 0.04, 0.05 또는 0.06 %으로 정해져도 된다. 그러나, 상기 함량이 너무 높으면 상기 스틸은 탄화크롬(chromium carbide)이 형성되기 쉬워질 수 있다. 이에 따라 상기 탄소의 상한은 0.15%이며, 상기 상한은 0.10, 0.09, 0.08 또는 0.07 %으로 정해져도 된다.

규소 (0.1 - 0.9 %)

규소는 탈산(deoxidation)에 사용된다. Si는 또한 강한 페라이트 형성자이다. 이에 따라, Si는 0.9% 이하로 제한된다. 상한은 0.85, 0.8, 0.75 또는 0.70 %이어도 된다. 하한은 0.15, 0.2 또는 0.25 %이어도 된다.

망간 (0.8 - 1.6 %)

망간은 오스테나이트 안정화 요소이고, 스틸의 탈산 및 경화능(hardenability)에 기여하는 것이다. 상기 함량이 너무 낮으면 상기 경화능은 너무 낮아질 수 있다. 이에 따라, 망간은 최소 함량 0.8%로 존재하여야 한다. 하한은 0.9, 1.0 또는 1.1 %이어도 된다. 너무 안정한 오스테나이트를 방지하기 위해서 상한은 1.5, 1.4 또는 1.3 %로 정해져도 된다.

크롬 (16 -20 %)

스틸을 스테인리스화 하고 양호한 내부식성을 제공하기 위해서, 크롬은 적어도 16%의 함량으로 존재하여야 한다. 그러나, 높은 함량의 Cr은 고온 페라이트의 형성을 초래할 수 있고, 이는 열간 가공성(hot-workability)을 경감시킨다. 하한은 16.5, 17, 17.1, 17.2, 17.3 또는 17.4 %이어도 된다. Cr의 상한은 20 %이고, Cr의 양은 19.5, 19, 18.8, 18.6, 18.5, 18.4, 또는 18.2 %로 제한되어도 된다. 바람직한 범위는 17.4 - 18.2 %이다.

니켈 (7.5 - 10.5 %)

니켈은 오스테나이트 안정자(stabilizer)이며, 델타 페라이트의 형성을 억제한다. 니켈은 스틸에 양호한 경화능 및 인성을 부여한다. 니켈은 또한 스틸의 피삭성(machinability)에도 유익한 것이다. 니켈은 석출 경화에 중요한 것인데, 이는 에이징 도중에 Al과 함께 극미한 금속간 NiAl- 및/또는 Ni₃Al- 입자를 형성하기 때문이다. 그러나, 과잉의 Ni 첨가는 잔류된(retained) 오스테나이트의 양을 너무 높게 해 버린다. 하한은 7.5%이고, 7.7, 8, 8.2, 8.3, 8.4, 8.4, 8.5 또는 8.6 %로 정해져도 된다. 상한은 10.5 %이고, 10.2, 10, 9.8, 9.7, 9.6, 9.5, 9.4, 9.3, 9.2 또는 9.1 %로 정해져도 된다.

크롬 + 니켈 (25 - 27 %)

최적화된 강도 및 인성을 얻기 위해서는, Cr 및 Ni의 총량이 25 - 27 %이다. 하한은 25.2, 25.3, 25.4 또는 25.5 %이어도 된다. 상한은 26.9, 26.8, 26.7 또는 26.6 %이어도 된다.

몰리브덴 (≤3%)

Mo는 강한 탄화물(carbide)-형성 요소이며, 강한 페라이트 형성자이기도 하다. 그러나, Mo이 매트릭스에 용해되어 있을 때, Mo은 오스테나이트의 안정화 및 내부식성의 개선에 기여한다. 석출 경화 처리 도중에는, Mo을 함유하는 파인 클러스터(fine cluster)가 마르텐사이트 중에 석출되어서, 높은 강도 및 개선된 내열성을 유발한다. 그러나, Mo이 과잉으로 첨가되면, 최종 처리 도중에 변형률-유도된(strain-induced) 마르텐사이트의 형성이 억제되어서, 석출 경화를 위한 변형률-유도된 마르텐사이트의 양이 부족하게 된다. 이러한 이유로, Mo의 양은 3% 이하로 제한된다. 상한은 2.8, 2.5, 2, 1, 0.8, 0.6, 0.4 또는 0.2 %이어도 된다.

크롬 + 니켈 + 몰리브덴 (바람직하게, 25 - 27 %)

최적화된 강도 및 인성을 얻기 위해서, Cr, Ni 및 Mo의 총량은 25 - 27 %이어도 되는 것이 바람직하다. 하한은 25.2, 25.3, 25.4 또는25.5 %이어도 된다. 상한은 26.9, 26.8, 26.7 또는 26.6 %이어도 된다.

알루미늄 (0.5 - 2.5 %)

본 발명에 있어서, Al은 강도를 개선시키기 위한 중요 요소이다. 에이징 처리 도중에, Al은 Ni과 결합하여서 금속간 화합물을 형성하고, 이것이 마르텐사이트 구조 내에서 미세하게 석출되어서 높은 강도 특성을 부여한다. 강화 (strengthening)에 필요한 석출량을 얻기 위해서는, 0.5% 이상의 Al의 첨가가 필수적이다. 한편, Al의 과잉으로 첨가되면, 석출되는 금속간 화합물의 양이 과잉으로 되고, 매트릭스 상 중의 Ni의 양이 감소되며, 인성이 감소되기 때문에, 상한은 2.5%로 제한된다. 상한은 2.4, 2.2, 2.0, 1.8, 1.6, 1.4, 1.35, 1.30, 1.25, 1.20 또는 1.15%이어도 된다. 하한은 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 0.95 또는 1.00 %으로 정해져도 된다.

텅스텐 (≤0.5%)

W의 하한은 0%이다. W의 하한은 0.001, 0.002, 0.005, 또는 0.010%이어도 된다. 한편, W는 스테인리스 스틸의 크리프 강도를 개선하는 것뿐만 아니라 내부식성을 개선하는 것을 위한 유효한 요소로서 함유될 수 있다. 그러나, W를 과잉으로 첨가하면 금속간 화합물의 형성을 유발하여서, 내부식성의 열화를 초래할 수 있기 때문에, W 함량은 0.5% 이하로 하여야 한다. W의 상한은 0.1%이어도 된다.

코발트 (≤1%)

Co의 하한은 0%이다. Co의 하한은 0.001, 0.002, 0.005, 또는 0.010%이어도 된다. 한편, 연성(ductility)을 보장하고 내열성을 개선하기 위해서는, Co이 필요에 따라서 0.1% 이상으로 첨가하여도 된다. 그러나, 1% 초과의 양으로 첨가하게 되면, 강도가 낮아지고 내열성이 열화되기 때문에, 상한은 1%로 한다. 바람직하게는 0.3% 이하이다.

붕소 (≤0.01 %)

B의 하한은 0%이다. B의 하한은 0.001, 0.002, 0.005, 또는 0.010%이어도 된다. 한편, B는 소량으로 사용되어서 스테인리스 스틸 와이어의 열간 가공성을 개선할 수 있는 선택적인 요소이다. B는 그레인 바운더리의 강도를 개선하는 기능을 갖기도 한다. 그러나, 그 함량이 0.01%을 초과하면, 붕소 화합물의 형성에 의해서 가공성이 열화된다. 따라서, 그 상한은 0.007, 0.006, 0.005 또는 0.004 %로 정해져도 된다.

질소 (≤0.05 %)

N의 하한은 0%이다. N은 강한 오스테나이트 형성자이고, AlN과 같은 강한 질화물(nitride) 형성자이기도 하다. 너무 많은 양의 AlN이 석출되는 것을 방지하기 위해서, 질소 함량의 상한은 0.05%로 제한된다. 그 상한은 0.02, 0.019, 0.018 및 0.017%로 정해져도 된다. 그러나, N이 Ti 및 Al과 결합하여서 미세한 질화물을 형성한다는 점에서, 적게 제어된 양의 질소는 작은 오스테나이트 그레인 사이즈를 얻는 데에 유익할 수 있다. 따라서, 그 하한은 선택적으로 0.004, 0.005 또는 0.006 %으로 정해져도 된다.

구리 (≤2.5 %)

Cu의 하한은 0%이다. Cu의 하한은 0.001, 0.002, 0.005, 또는 0.010%이어도 된다. 한편, Cu는 오스테나이트 안정화 요소이다. Cu는 스틸의 내부식성과 경도를 증대하는 데에 기여할 수 있다. 에이징 도중에 형성되는 ε-Cu 상은 석출 경화에 의해서 스틸을 보강할(reinforce) 뿐만 아니라 금속간 상의 석출 동역학(kinetics)에 영향을 미친다.

그러나, 구리는 한번 첨가되면, 스틸로부터 추출하기가 불가능하다. 이것은 스크랩 핸들링(scrap handling)을 더욱 어렵게 한다. 이 때문에, 구리는 본 발명에 있어서 선택적인 요소이고, 그 상한은 1.0, 0.5, 0.3, 0.2 또는 0.1 %이어도 된다.

티타늄 (≤0.15 %)

Ti은 Al과 같이 석출 경화에 의해서 합금의 강도를 개선시키는 효과를 갖는 요소이다. 그러나, Ti은 Al보다 큰 오스테나이트 안정화 기능을 갖는 것이고, 과잉의 첨가는 냉간 가공 도중의 변형률-유도된 마르텐사이트의 형성을 억제하고, 석출 경화에 요구되는 변형률-유도된 마르텐사이트의 양을 불충분하게 초래하게 되며, 이에 따라 Ti은 0.15% 이하로 정해진다. 그 상한은 0.14, 0.13, 0.12, 0.11, 0.10, 0.09 또는 0.08 %으로 정해져도 된다. 추가로, 상술한 Al이 석출 경화에 의해서 강도를 충분히 개선시키면, Ti의 첨가가 반드시 요구되지는 않으며, Ti은 0% (무첨가)이어도 된다. Ti의 하한은 0.001, 0.002, 0.005, 0.001, 0.01, 0.03, 또는 0.05 %이어도 된다.

V, Nb, Zr, Ta, Hf 및 Y (≤0.1 %)

V, Nb, Zr, Ta, Hf 및 Y는 강한 탄화물 및 질화물 형성자이다. 이에 따라, 원하지 않는 탄화물 및 질화물의 형성을 방지하기 위해서는, 이들 요소의 각각의 함량이 0.1 % 이하로 제한된다. 이들 요소의 최대량은 바람직하게는 0.05 %이고 또는 심지어 0.01 %이어도 된다. 이들 요소의 양의 하한은 0, 0.001, 0.002, 0.005, 또는 0.010%이어도 된다.

Ca, Mg 및 REM (희토류 금속)

이들 요소들은 비금속성 개재물을 개질하기(modifying) 위해서 본 발명의 실시형태에 따른 양으로 스틸에 첨가될 수 있다. 그러나, 이들 요소들의 각각의 함량이 각각의 상한치를 넘으면, 성긴(coarse) 개재물이 되어서, 스틸 와이어의 피로 강도 열화를 초래하게 될 가능성이 있다. 따라서, Ca 및 Mg의 양은 각각 0.01% 이하로 정해지고, REM의 양은 0.2% 이하로 정해진다. 이들 요소들의 양의 하한은 0, 0.001, 0.002, 0.005, 또는 0.010%이어도 된다.

황 (≤0.05 %)

S는 불순물이다. 이에 따라, 그 상한은 0.05%로 된다. 그러나, 그 상한은 바람직하게 0.015, 0.010, 0.005, 0.003, 0.002로 정해지고, 또는 심지어 0.001 %로 정해져도 된다. S의 양의 하한은 0, 0.001, 0.002, 또는 0.005%이어도 된다.

인 (≤0.05 %)

P는 불순물 요소이고, 이것은 스틸의 기계적 특성에 부정적 효과를 갖는 것이다. 이에 따라, P는 0.05, 0.04, 0.03 0.02 또는 0.01 %로 제한될 수 있다. P의 양의 하한은 0, 0.001, 0.002, 0.005, 또는 0.010%이어도 된다.

본 발명의 실시형태에 따른 스틸 와이어의 화학적 조성의 나머지(잔부)는 불순물, 및 잔부로서 Fe를 포함한다. "불순물"이란, 미네랄 또는 스크랩(scrap)과 같은 원료 물질에 기인하거나, 또는 생산 공정 중의 다양한 원인들에 기인하여, 본 발명의 스틸 와이어에 불리한 영향을 주지 않는 한, 스틸 와이어의 산업적 생산 도중에 스틸 와이어에 포함될 수 있게 되는 성분을 가리키는 것이다.

상기 스틸의 미세 구조는, 의도된 용도에 관하여 조정될 수 있다.

18-8 시리즈의 스틸(EN 번호: 1.4325, EN 명칭: X12CrNi188, ASTM: 302, UNS: S30200, JIS: SUS302 또는 ASTM: 304, UNS: S30400, 및 JIS: SUS304이며, 준안정성(metastable) 오스테나이트 스테인리스 스틸의 대표예들임)의 M_s-온도는 하기 계산식 (1)에 따라서 -273℃ 미만으로 계산된다. 이것은, 액체 질소(비점 -196℃)에 침지되었을 경우에도 이러한 준안정성 오스테나이트 스테인리스 스틸의 금속 구조가 마르텐사이트로 전환되지 않는다는 것을 의미한다.

Ms (℃) 502 - 810 × C - 1230 × N - 13 × Mn - 30 × Ni - 12 × Cr - 54 × Cu - 46 × Mo (1)

그러나, 냉간 가공이 오스테나이트의 분해를 촉진하기 때문에, 스틸에 냉간 가공 처리를 하게 되면, M_s-온도보다도 높은 온도에서 마르텐사이트가 형성되기 시작한다. 이러한 현상이 발생하는 정도는 하기 식 (2)에 나타낸 조성 및 그레인 사이즈에 따라 달라진다.

M_d30 (℃) = 551 - 462×(C+N) - 9.2×Si - 8.1×Mn - 13.7×Cr - 29×(Ni + Cu) -18.5×Mo - 68×Nb - 1.42×(ASTM Grain Size - 8.0) (2)

이것은, 50 체적%의 오스테나이트가 30% 진-변형율(true stain) (대략 25% 영역 수축)의 냉간 변형(cold deformation)을 통하여 마르텐사이트로 전환되는 온도이다. 보다 높은 온도는, 스틸에 있어서 높은 변형 경화(deformation hardening)를 의미하는 것이다. 본 발명의 실시형태에 따른 스틸 와이어의 M_d30-온도는 -40℃ 이상, -20℃ 이상, 또는 -12℃ 이상이어도 된다. 본 발명의 실시형태에 따른 스틸 와이어의 M_d30-온도는 10℃ 이하, 0℃ 이하, 또는 -2℃ 이하이어도 된다.

스틸의 냉간 가공 경화에 관한 성향은 하기 식 (3)으로 나타낸 냉간 가공 경화(CWH) 인자를 사용함으로써 평가할 수 있다:

CWH = 392 - 7.3×Cr - 17.2×Ni + 135×C (3)

CWH의 하한은 113, 118, 또는 120이어도 된다. CWH의 상한은 133, 130, 또는 126이어도 된다.

따라서, 미세구조 내의 마르텐사이트의 양은 변형 온도는 물론이고 스틸의 화학적 조성, 오스테나이트 그레인 사이즈, 영역 수축에도 의존하는 것이다. 본 발명의 구체적인 실시형태에 있어서, 스틸 와이어의 제조 방법의 일 실시예 (도 1 참조, 이하에서는 "A-타입 제조 방법"이라고 함)는 하기를 포함하는 것이다:

(S1)상술한 조성을 갖는 원료 물질을 용융하여서 잉곳 또는 빌릿(빌릿)을 얻는 것;

(S2)선택적으로, 상기 잉곳 또는 빌릿의 청결도를 개선하기 위하여, 상기 잉곳 또는 빌릿에 대하여 일렉트로 슬래그 재용융법(ESR), 진공 아크 재용융법(VAR), 일렉트론 빔 재용융법(EBR), 및 플라즈마 아크 재용융법(PAR)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 처리를 하는 것;

(S3)상기 잉곳 또는 빌릿을 열간 가공 하여서 와이어 로드를 얻는 것;

(S4)선택적으로, 상기 와이어 로드를 연삭하는 것;

(S5)선택적으로, 상기 연삭된 와이어 로드를 어닐링하는 것;

(S6)상기 와이어 로드를 중간-인발 하여서 중간-직경을 갖는 중간-인발된 와이어를 얻는 것;

(S7)상기 중간-인발된 와이어를 어닐링 하는 것;

(S8)상기 중간-인발된 와이어를 사전-인발 하여서 사전-직경을 갖는 사전-인발된 와이어를 얻는 것;

(S9)상기 사전-인발된 와이어를 서브-제로 냉각 하는 것; 및

(S10)상기 사전-인발된 와이어를 최종-인발 하여서 최종-직경을 갖는 스틸 와이어를 얻는 것.

용융 (S1)에서는, 원료 금속이 용융되어서 잉곳 또는 빌릿이 얻어진다. 원료 물질의 조성은 본 발명에 따른 스틸 와이어의 상술한 조성과 실질적으로 동일한 것이다. 용융 (S1)을 수행하는 조건은 제한되지 않으며, 전형적인 조건들이 용융 (S1)에 적용될 수 있다.

ESR, VAR, EBR 및/또는 PAR과 같은 재용융 (S2)이 본 방법에 포함되어도 된다. 디젤 분사용의 압축 스프링과 같은 아주 높은 피로 강도 요건을 갖는 용도에 스틸 와이어를 사용하고자 하는 경우에는, 수퍼 클린 스틸 (super clean steel)을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 스틸의 청결도를 개선하기 위해서, 상기 잉곳 또는 빌릿에 대하여 일렉트로 슬래그 재용융법(ESR), 진공 아크 재용융법(VAR), 일렉트론 빔 재용융법(EBR), 및 플라즈마 아크 재용융법(PAR) 및/또는 유사한 방법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 처리를 하여도 된다. 재용융법은 결합되어서 둘 또는 그 이상의 재용융법을 포함할 수도 있다. 재용융 (S2)의 수행 조건은 제한되지 않고, 전형적인 조건들이 재용융 (S2)에 적용될 수 있다.

열간 가공 (S3)에서는, 잉곳 또는 빌릿이 가열되고 가공되어서 와이어 로드를 얻는다. 열간 가공의 일례는 열간 압연(hot rolling)이다. 열간 가공 (S3)을 수행하는 조건은 제한되지 않으며, 전형적인 조건들이 열간 가공 (S3)에 적용될 수 있다.

연삭 (S4)은 연삭 이전의 경-인발(light drawing)을 포함할 수 있고, 연삭 (S4) 및 어닐링 (S5)은 A-타입 제조 방법에 포함될 수 있다. 연삭 (S4)은 와이어 로드의 표면층을 제거하여서, 최종적으로 얻어지는 스틸 와이어의 기계적 특성을 열화시키는 원인이 되는 와이어 로드의 표면 결함을 제거하는 것이다. 따라서, 연삭 (S4)은 스틸 와이어의 기계적 특성을 추가로 향상시킨다. 연삭 (S4) 이후에, 연삭된 와이어 로드가 어닐링된다. 어닐링 (S5)을 수행하여서, 연삭 (S4)에 의해서 경화되어 있는 연삭된 와이어 로드를 연화시킨다(soften). 따라서, 연삭 (S4), 및 어닐링 (S5)은 A-타입 제조 방법에 포함되지 않으며, 어닐링 또한 여기에 포함되지 않는다. 연삭 (S4) 및 어닐링 (S5)이 A-타입 제조 방법에 포함된다면, 어닐링 (S4) 도중의 가열 온도는 980 내지 1100℃이어도 된다.

중간-인발 (S6)에서는, 와이어 로드가 인발되고 중간-직경을 갖는 중간-인발된 와이어가 얻어진다. 어닐링 (S7)에서는, 중간-인발 (S6)에 의해서 경화되어 있는 중간-인발된 와이어를 연화시킨다. A-타입 제조 방법에서는, 와이어 절단(breakage)를 방지하면서 와이어 로드의 인발을 복수회(예를 들면, 2회 이상) 수행하여서, 최종 와이어 인발 공정에서 요구되는 오스테나이트 상과 마르텐사이트 상 (또는 오스테나이트 상, 마르텐사이트 상, 및 델타 페라이트 상)의 비율을 얻게 된다. 따라서, 제조 방법은 추가로 하나 이상의 중간-인발을 포함할 수 있다. 그러나, 상술한 B-타입 제조 방법에서는 와이어 로드를 1회로 인발하여서 최종-직경이 되도록 할 수 있다. 중간-인발 (S6) 도중의 수축 비율(reduction ratio)은 제한되지 않고, 최종 와이어 직경에 따라서 선택될 수 있다. 따라서, 최종-인발에서의 최종 사이즈의 경우에는, 중간-인발 공정이 복수회 일어나게 된다. 중간-인발 (S6) 직전의 와이어 로드의 직경보다 작고 사전-직경보다는 큰, 중간-직경은 제한되지 않는다. 어닐링 (S7) 도중의 가열 온도는 980 내지 1100℃이어도 된다.

사전-인발 (S8)에서는, 중간-인발된 와이어를 인발하여서 사전-직경을 갖는 사전-일발된 와이어를 얻는다. 사전-인발 (S8)에서는, 가공률(즉, 영역의 수축)이 바람직하게 30 내지 60%이다. 가공률은 40 내지 50%이어도 된다. 추가로, 사전-인발된 와이어는 10 체적% 이하의 변형률-유도된 마르텐사이트를 포함하는 것이다. 사전-인발 (S8)의 가공률이 클수록, 사전-인발된 와이어에서의 변형률-유도된 마르텐사이트의 양이 커진다.

서브-제로 냉각 (S9)이 A-타입 제조 방법에 포함된다. 스틸 중에서의 마르텐사이트의 존재는 석출 경화에서의 높은 강도를 얻기 위해서 필수적이며, 마르텐사이트의 양을 추가로 증가시키기 위해서는, A-타입 제조 방법에 있어서 사전-인발된 와이어의 최종-인발 직전에 스틸 와이어를 영하 온도로 냉각시켜야 한다. 서브-제로 냉각 (S9)은 종래에 공지된 모든 극저온(cryogenic) 냉각 매체를 이용해서 수행할 수 있다. 그러나, 극저온 처리로서 액체 질소를 이용하는 것이 바람직하다.

최종-인발 (S10)에 있어서, 사전-인발된 와이어가 추가로 인발되어서 최종-직경을 갖는 스틸 와이어가 얻어진다. 최종-인발 (S10)에서는, 가공률 (즉, 영역의 수축)이 바람직하게는 10 내지 30% (보다 바람직하게는, 15 내지 28%)이고, 최종-인발 (S10) 직전의 사전-인발된 와이어의 표면 온도는 -130 내지 -196℃이어도 된다. 최종-인발 (S10) 직전의 사전-인발된 와이어의 표면 온도의 상한은 보다 바람직하게는 -190℃이다. 최종-인발 (S10)에서는, 사전-인발된 와이어 및 최종-인발된 와이어가 종래의 다이(die)에 의해서 형성되어도 되고, 롤러에 의해서 압연되거나 또는 인발되어도 된다. 또한, 최종-가공 이후의 스틸 와이어의 단면 형상은 둥근(round) 단면이어도 되고 계란형(egg shape), 타원형(oval shape), 이들과 유사한 변형된 단면, 평판형(flat shape) 또는 기타 형상이어도 된다. 인발 도구 및 단면 형상은 다른 형상에도 적용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 스틸 시트의 제조 방법의 다른 실시예 (도 2 참조, 이하에서는 "B-타입 제조 방법"이라고 함)가 하기를 포함하는 것이다:

(s1)상술한 조성을 갖는 원료 물질을 용융하여서 잉곳 또는 빌릿을 얻는 것;

(s4)선택적으로, 상기 와이어 로드를 연삭하는 것;

(s5)선택적으로, 상기 연삭된 와이어 로드를 어닐링하는 것;

(s6)선택적으로, 상기 와이어 로드를 1회 이상 중간-인발하여서 중간-직경을 갖는 중간-인발된 와이어 로드를 얻는 것;

(s7)선택적으로, 상기 중간-인발된 와이를 1회 이상 어닐링하는 것; 및

(s8)상기 와이어 로드, 상기 연삭된 와이어 로드, 또는 상기 중간-인발된 와이어를 최종-인발하여서 최종-직경을 갖는 스틸 와이어를 얻는 것. 인공적인 직접 냉각 (예를 들면, 서브-제로 냉각)은 B-타입 제조 방법에 필요하지는 않지만, 여기에 포함되어도 된다.

B-타입 제조 방법에 있어서의 용융 (s1), 재용융 (s2), 열간 가공 (s3), 연삭 (s4), 및 연삭된 와이어 로드의 어닐링 (s5)은 A-타입 제조 방법에 있어서의, 용융 (S1), 재용융 (S2), 열간 가공 (S3), 연삭 (S4), 및 연삭된 와이어 로드의 어닐링 (S5)과 각각 유사하다.

B-타입 제조 방법에서, 중간-인발 (s6) 및 후속되는 어닐링 (s7)은 선택적이다. 즉, 중간-인발 (s6)은 생략되어도 되며, 와이어 로드는 최종-인발 (s8)에서 1회로 인발되어도 된다. 최종-인발 (s8)에서의 가공률 (즉, 영역의 수축)은70 내지 96%이다. 한편, 최종-인발 (s8)에서의 가공률을 제어하기 위해서, 중간-인발 (s6) 및 후속되는 어닐링 (s7)은 1회 이상 수행되어도 된다.

그러므로, 마르텐사이트의 양은 원하는 수치로 조절될 수 있다. 많은 용도에 대하여, 미세구조 내에 오스테나이트 및 마르텐사이트의 혼합물을 갖는 것이 바람직하다. 미세구조는 40 내지 90 체적%의 마르텐사이트, 10 내지 60 체적%의 오스테나이트 및 5 체적% 이하의 델타 페라이트를 포함하여도 된다.

델타 페라이트의 양은 바람직하게는 열간 가공성을 손상하지 않기 위해서 3 체적%로 제한된다. 구조 내에서의 오스테나이트의 양은 20 체적% 이상이어도 된다. 마르텐사이트의 양은 50 체적% 이상이어도 된다. 구조 내에서의 오스테나이트의 양은 50 체적% 이하이어도 된다. 마르텐사이트의 양은 80 체적% 이하이어도 된다.

본 발명의 실시형태에 따른 스틸 와이어 내에 포함된 변형률-유도된 마르텐사이트의 양은, "Study of the High Strength Stainless Steel Wires for Springs", Koizumi et al., Transactions of Japan Society of Spring Engineers No. 36, p25 to p28, 1983, Japan Society of Spring Engineers에 개시되어 있는, 하기 식 (4)에 따라서 산출된다.

VFM (%) = σ_S(UK) / σ_S(M) × 100 (4)

상기 식 (4)에서, "VFM"은 스틸 와이어 내에 포함된 마르텐사이트의 체적 분율이고, "σ_S(UK)"는 스틸 와이어의 포화 자화 (saturation magnetization)이며, "σ_S(M)"는 마르텐사이트의 양이 100 체적%인 참조 시료의 포화 자화이다.

"σ_S(UK)"는 하기 식 (5)에 따라서 계산되는 것이다.

σ_S(UK) = B_S(UK) / 4πρ (5)

상기 식 (5)에 있어서, "ρ"는 스틸 와이어의 밀도이고, "B_S(UK)"는 스틸 와이어의 포화 자속 밀도(saturation magnetic flux density)인데, 이것은 솔레노이드 코일 및 DC-자화기(예를 들면, 요코가와 전기 제의 TYPE 3257)로 ±1000 Oe의 자화력을 스틸 와이어에 가하여서 B-H 곡선 (자속 밀도 - 자화 곡선)을 얻고, 그 B-H 곡선에 근거하여서 최대 자속 밀도 Bm를 산출하며, Bm을 Bs로 추정함으로써 얻어진다.

"σ_S(M)"는 상술한 스틸 와이어의 화학적 조성에 대하여 하기 식 (6)에 따라서 산출될 수 있는 것이다.

σ_S(M) = 214.5 - 3.12 × { Cr(%) + (1/2) × Ni (%) } (6)

상기 식 (4)에 의해서 얻어지는 VFM은 bcc 구조를 갖는 α' 마르텐사이트 및 bcc 구조를 갖는 델타 페라이트의 양을 포함하는 것이고, hcp 구조를 갖는 ε 마르텐사이트의 양은 배제하는 것이다. ε 마르텐사이트의 양이 극히 작고 무시할 정도라고 하더라도, 델타 페라이트의 양은 하기의 산출 방법에 따른 VFM으로부터 생략되어서 본 발명의 실시형태에 따른 스틸 와이어에 포함된 변형률-유도된 마르텐사이트의 양이 정확하게 근사될 수 있게 된다.

델타 페라이트의 산출은 와이어 로드를 대상으로 수행된다. 인발 이전의 스틸 와이어, 즉 와이어 로드에 있어서, 금속 구조는 주로 오스테나이트 및 델타 페라이트로 이루어진다. 인발에 의해서는, 일부의 오스테나이트를 변형률-유도된 마르텐사이트로 전환하지만, 델타 페라이트를 전환하지는 않는다. 즉, 인발 이전의 델타 페라이트의 양과 인발 이후의 델타 페라이트의 양은 실질적으로 동일하다. 또한, 인발 이전의 VFM은 실질적으로 델타 페라이트의 양과 실질적으로 동일하다. 따라서, 인발 이전의 VFM 및 인발 이후의 VFM 간의 차이는 인발 이후의 변형률-유도된 마르텐사이트의 양으로 추정된다.

와이어 로드의 델타 페라이트의 양 (즉, 인발 이전의 VFM)이 미지이고 그로부터 스틸 와이어의 변형률-유도된 마르텐사이트의 양이 산출될 수 없는 경우에는, 변형률-유도된 마르텐사이트로부터 오스테나이트로의 전환을 위한 스틸 와이어의 어닐링 (즉, 스틸 와이어 내의 와이어 로드의 금속 구조의 재생) 및 어닐링된 스틸 와이어의 델타 페라이트의 양의 측정에 의해서 인발 이전의 델타 페라이트의 양이 산출될 수 있다.

오스테나이트의 양은 변형률-유도된 마르텐사이트 및 델타 페라이트의 잔부의 양과 실질적으로 동일하다.

디젤 분사용 압축 스프링과 같은 피로 강도에 매우 높은 요건을 갖는 용도에 스틸을 사용하고자 한다면, 수퍼 클린 스틸을 갖는 것이 바람직하다. 그러므로, 스틸에 대하여 일렉트로 슬래그 재용융법 (ESR), 진공 아크 재용융법 (VAR), 또는 그 조합 및/또는 유사법에 의한 처리를 하여서 스틸의 청결도를 개선하여도 된다.

일렉트로 슬래그 재용융법 (ESR), 진공 아크 재용융법 (VAR), 또는 그 조합 및/또는 유사법을 사용하여서, ASTM E45-97, Method A에 따른 비금속성 개재물에 관한 하기의 최대 요건을 만족하는 청결도를 갖는 스틸을 생산할 수 있다:

[표 2]

더욱이, 10 내지 15 μm의 범위 내에서의 최대 사이즈를 갖는 비금속성 개재물의 수가 350 mm² 크기의 검사 영역에서 10 이하이어도 되며, 또한 15 μm 보다 큰 사이즈를 갖는 상기 비금속성 개재물의 수가 상기 영역에서 0이어도 된다. 비금속성 개재물은 기가사이클(gigacycle) 피로 테스트 (예를 들면, 10⁷회 이상의 피로 수명) 도중에서의 파괴 기원(fracture origin)으로서 작용한다. 따라서, 비금속성 개재물은 피로 강도를 감소시키는 인자 중의 하나이다. 그러므로, 비금속성 개재물의 숫자는 하기와 같이 제한되어도 된다.

비금속성 개재물 A의 수의 산출은 하기와 같이 수행된다. 하나 이상의 시료가 코일로부터 샘플링된다. 코일 사이에서 균일하게 분포하여서 검사하여야 한다. 표면으로부터 깊이 1 mm까지의 구역이 검사된다. 개재물 사이즈는 폭 w로서 측정되어야 한다 (축 방향 B에 평행한 스틸 와이어의 단면도인 도 6 참조). 350 mm²의 모든 ESR-열(heat)이 검사된다. 가장 높은 농도의 개재물을 갖는 영역에 대하여, JK-스케일에 따라서, 15 μm 보다 큰 사이즈를 갖는 개재물과 함께10 내지 15 μm의 사이즈를 갖는 개재물이 카운트된다.

본 발명의 스틸 와이어의 용도가 제한되지는 않지만, 스틸 와이어는 스프링 또는 의료용 와이어 제품 (예를 들면, 외과용 바늘)을 얻기 위하여 사용되는 것이 바람직하다. 스프링 및 의료용 와이어 제품의 제조 방법의 일 실시예(도 3 참조)는 하기를 포함하는 것이다:

(S51)본 발명에 따른 스틸 와이어를 가공하여서 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 형상을 얻는 것; 및

(S54)상기 스프링 또는 의료용 와이어 제품을 석출 경화하는 것.

스프링 및 의료용 와이어 제품의 제조 방법의 다른 실시예는 하기를 포함하는 것이다:

본 발명의 제조 방법에 의해 스틸 와이어를 제조하는 것 (도 3에서는 생략됨),

(S51)상기 스틸 와이어를 가공하여서 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 형상을 얻는 것; 및

스프링의 제조 방법의 경우에 있어서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 가공 (S51)은

(S53)권취(coiling) 또는 성형(forming), 또는

(S52)교정(straightening) 및 절단(cutting), 및 (S53) 스틸 와이어의 권취 또는 성형이다.

또한, 상기 방법은 석출 경화 (S54) 이후에 하기를 포함하여도 된다:

(S55)선택적으로 단부 그라인딩(end grinding);

(S56)선택적으로 숏 피닝(shot peening); 및 (S57) 저온 어닐링; 및

(S58)스프링 생산으로서, 선택적으로 고정(setting) 또는 열간 고정(hot setting).

가공 (S51)은 대개 권취 또는 성형 (S53)이지만, 교정 및 절단 (S52) 공정을 갖는 경우가 있는데, 이는 선택적으로 스틸 와이어의 권취 또는 성형 (S53) 이전에 적용된다.

외과용 바늘의 제조 방법의 경우에 있어서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 가공 (S111)은 하기를 포함한다:

(S112) 본 발명에 따른 스틸 와이어의 교정, 절단 및 가공에 의한 외과용 바늘의 수득;

(S113)니들 포인팅(needle pointing);

(S114)홀(hole) 가공;

(S115)그라인딩(grinding); 및

(S116)벤딩(bending).

또한, 상기 방법은 하기를 더 포함하는 것이다:

(S117)석출 경화;

(S118)화학적 폴리싱(chemical polishing); 및

(S119)코팅.

가공 (S111) 및 석출 경화 (S117)을 수행하는 조건은 제한되지 않으며, 전형적인 조건들이 여기에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 스틸 와이어가 우수한 석출 경화능을 갖기 때문에, 스틸 와이어로부터 얻어지는 의료용 제품은 전형적인 석출 경화 조건으로 우수한 기계적 특성을 갖는 것이다.

[실시예]

[실시예 1]

용융, 연속 캐스팅 및 재용용된 ESR-잉곳으로의 단조(forging)에 의한 종래의 방법으로 합금이 제조되었다. 재용융된 잉곳은 직경 8.5 mm의 와이어 로드로 압연되었다. 재용융된 스틸은 하기 조성(중량%)을 갖는 것이었다: C: 0.077, Si: 0.39, Mn: 1.19, Cr: 17.61, Ni: 8.81, Al: 1.03, Ti: 0.077, N: 0.011 잔부 Fe 및 불순물. 그 스틸의 Ni + Cr + Mo의 양은 26.42이고 CWH는 122.3이다. 델타 페라이트의 양은 2.5 체적% 미만이고 스틸 매트릭스의 나머지는 오스테나이트로 구성되어 있다.

와이어 로드를 종래의 연삭으로 처리하고, 열처리 후에 직경 5.4 mm의 와이어로 인발하였다. 상기 와이어는, 액체 질소로 냉각되어서 직경 4.75 mm로 인발되기 전에 마르텐사이트 함량이 10 체적% 미만이었다. 인발 후의 마르텐사이트 함량은 73 체적%로 증가되었다. 인발된 상태의 와이어의 인장 강도 (R_m)는 1680 MPa이었고, 480℃에서 1 시간 동안 열처리 후에 2270 MPa로 증가되었다. 탄성 모듈러스는 인발된 상태의 조건에서 185 GPa이었고, 석출 경화 후에는 195 GPa로 5.4% 증가되었다.

본 발명의 합금을 상업적으로 입수 가능한 타입의 스틸인 17-7 PH의 스틸 와이어와 비교하였다. 비교용 스틸은 하기의 명목상 조성 (중량%)을 갖는 것이었다: C: 0.09, Si: 0.70, Mn: 1.0, Cr: 16 - 18, Ni: 6.5 -7.8, Al: 0.7 - 1.5, 잔부 Fe 및 불순물.

비교용 스틸 와이어를 5.40 mm의 직경이 될 때까지 본 발명의 스틸 와이어에서와 동일한 가공 처리를 하였다. 극저온 냉각 없이 최종 직경 4.75 mm로의 인발을 수행하였다. 인발된 상태의 비교용 와이어의 인장 강도 (R_m)는 1310 - 1550 MPa이었고, 480℃에서 1 시간 동안 열처리에 의한 석출 경화 후에 1500 - 1800 MPa로 증가되었다. 탄성 모듈러스는 인발된 상태의 조건에서 189 GPa이었고, 석출 경화 후에는 198 GPa로 4.8% 증가되었다.

[실시예 2]

직경이 6.5 mm인 와이어 로드를 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조하였다. 재용융된 스틸은 하기의 조성(중량%)을 갖는 것이었다: C: 0.073, Si: 0.39, Mn: 1.18, Cr: 17.59, Ni: 8.80, Al: 1.05, Ti: 0.079, N: 0.010 잔부 Fe 및 불순물. 그 스틸의 Ni + Cr + Mo의 양은 26.39이고, CWH는 122.1이다. 델타 페라이트의 양은 2.5 체적% 미만이었고, 스틸 매트릭스의 나머지는 오스테나이트로 구성되어 있다.

와이어 로드를 종래의 연삭으로 처리하고, 열처리 후에 직경 4.10 mm의 와이어로 인발하였다. 상기 와이어는, 액체 질소로 냉각되어서 직경 3.60 mm로 인발되기 전에 마르텐사이트 함량이 10 체적% 미만이었다. 인발 후의 마르텐사이트 함량은 71 체적%로 증가되었다. 인발된 상태의 와이어의 인장 강도 (R_m)는 1760 MPa이었고, 480℃에서 1 시간 동안 열처리 후에 2270 MPa로 증가되었다. 탄성 모듈러스는 인발된 상태의 조건에서 184 GPa이었고, 석출 경화 후에는 196 GPa로 6.5% 증가되었다.

본 발명의 합금을 상업적으로 입수 가능한 타입의 스틸인 17-7 PH의 스틸 와이어와 비교하였다. 비교용 스틸 와이어를 4.10 mm의 직경이 될 때까지 본 발명의 스틸 와이어에서와 동일한 가공 처리를 하였다. 극저온 냉각 없이 최종 직경 3.60 mm로의 인발을 수행하였다. 그 인발된 상태의 와이어의 인장 강도 (R_m)는 1550 - 1650 MPa이었고, 480℃에서 1 시간 동안 열처리에 의한 석출 경화 후에 1620 - 1920 MPa로 증가되었다. 탄성 모듈러스의 증가는 겨우 4.3 - 4.8%에 불과하였다.

실시예 1 및 실시예 2에 따르면, 본 발명의 스틸 와이어는 극저온 와이어 인발 후에 높은 기계적 특성을 가지도록 처리될 수 있고, 본 발명의 스틸 와이어가 비교용 스틸 와이어에 비하여 석출 경화 후의 인장 강도 (R_m)가 매우 현저하게 상승되었다는 것을 알 수 있다.

[실시예 3]

본 발명의 스틸 와이어는, 실시예 1에서와 동일한 화학적 조성을 갖는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조된, 직경 6.5 mm의 와이어 로드의 제조에 의해서 얻어지는 것인데, 와이어 로드를 경-인발 및 연삭하여서 직경을 6.5 mm로부터 5.8 mm로 감소시키고, 와이어 로드를 브라이트 어닐링(bright annealing)하고, 와이어 로드를 중간-인발하여 직경을 5.8 mm로부터 5.4 mm로 감소시켜서 중간-인발된 와이어를 얻으며, 중간-인발된 와이어를 브라이트 어닐링하고, 중간-인발된 와이어를 Ni 플레이팅 하며 (이로써 스프링 성형성(formability)을 증가시키고), 중간-인발된 와이어를 사전-인발하여 직경을 5.4 mm로부터 4.0 mm로 감소시켜서 사전-인발된 와이어를 얻고, 사전-인발된 와이어를 서브-제로 냉각을 하고 사전-인발된 와이어를 최종-인발하여서 직경을 4.0 mm로부터 3.5 mm로 감소시킨 것이다.

본 발명의 합금을 상업적으로 입수 가능한 타입의 스틸인 17-7 PH의 스틸 와이어와 비교하였다. 상업적으로 입수 가능한 스틸 와이어의 화학적 조성은 실시예 1에서의 본 발명의 스틸 와이어와 비교를 하였던 17-7 PH와 동일하였다. 상업적인 스틸 와이어는 직경 6.4 mm의 와이어 로드를 제조하여서 얻어지는 것인데, 와이어 로드를 브라이트 어닐링하고 와이어를 중간-인발 하여서 직경을 6.4 mm로부터 5.4 mm로 감소시켜서 중간-인발된 와이어를 얻고, 중간-인발된 와이어를 브라이트 어닐링 하고 중간-인발된 와이어를 Ni 플레이팅하며 (이로써 스프링 성형성(formability)을 증가시키고), 중간-인발된 와이어를 최종-인발하여 직경을 5.4 mm로부터 3.5 mm로 감소시킨 것이다. 본 발명의 스틸 와이어 및 "실시예 3"에서의 상업적인 스틸 와이어의 와이어 로드는 "실시예 1"에서 상술된 것들과 각각 동일한 것이다.

그 결과는 하기 표 2에 나타낸다. 통계학적 피로 테스팅에 관한 JSME Code S 002 Standard Method에 개시되어 있는 14S-N 테스트 방법에 따라서 평가가 이루어졌다. "50% 고장 가능성"은 Nakamura-타입 장치에 의한 회전 벤딩 피로 테스트(10⁷회) 도중에 50%의 시료에서 절단이 유발되는 피로 강도이다. "10% 고장 가능성"은 Nakamura-타입 장치에 의한 회전 벤딩 피로 테스트(10⁷회) 도중에 10%의 시료에서 절단이 유발되는 피로 강도이다.

[표 3]

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 스틸 와이어는 스틸 와이어 17-7 PH에 비하여 우수한 피로 특성을 갖는 것이다.

[실시예 4]

상술한 "실시예 3"에서의 본 발명의 스틸 와이어 및 상업적으로 입수 가능한 타입의 스틸인 17-7 PH의 스틸 와이어를 제조하였고, 그 스틸 와이어의 내부식성을 JIS G 0577의 "스테인리스 스틸의 공식 전위(pitting potential) 측정 방법"에 따라서 평가하였다.

[표 4]

표 3에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 스틸 와이어의 내부식성은 상업적으로 입수 가능한 스틸 와이어와 유사한 것이다. 실시예 1 내지 4를 보면, 본 발명의 스틸 와이어는 개선된 기계적 특성을 가지면서도 내부식성은 종래의 스틸 와이어와 유사한 것이다.

[실시예 4]

본 발명의 스틸 와이어의 제조 방법은 서브-제로 냉각을 포함하지 않아도 된다. 서브-제로 냉각이 없는 제조 방법에 의하여 얻어진 본 발명의 실시예는 하기와 같다.

(본 발명의 실시예 4-1)

본 발명의 스틸 와이어 4-1은, 직경이 6.5 mm인 와이어 로드의 제조에 의해서 얻어지는 것이고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조되며, 실시예 1에서와 동일한 화학적 조성을 갖는 것인데, 와이어 로드를 제1 중간-인발 하여 직경을 6.5 mm로부터 4.8 mm로 감소시켜서 제1 중간-인발된 와이어를 얻고, 제1 중간-인발된 와이어를 브라이트 어닐링하고 제1 중간-인발된 와이어를 제2 중간-인발 하여 직경을 4.8 mm로부터 2.4 mm로 감소시켜서 제2 중간-인발된 와이어를 얻으며, 제2 중간-인발된 와이어를 브라이트 어닐링하고 제2 중간-인발된 와이어를 제3 중간-인발하여 직경을 2.4 mm로부터 1.20 mm로 감소시켜서 제3 중간-인발된 와이어를 얻고, 제3 중간-인발된 와이어를 브라이트 어닐링 하고 제3 중간-인발된 와이어를 최종-인발하여서 직경을 1.20 mm로부터 0.34 mm로 감소시킨 것이다.

[표 5]

브라이트 어닐링 이후의 제3 중간-인발 와이어 (φ 1.20 mm)"에 대한 VFM은 델타 페라이트의 양과 실질적으로 동일한 것이고, "최종-인발 이후의 스틸 와이어 (φ 0.34 mm)"의 VFM은 델타 페라이트의 양과 변형률-유도된 마르텐사이트의 양을 포함하는 것이다. 따라서, "최종-인발 이후의 스틸 와이어 (φ 0.34 mm)" 내의 변형률-유도된 마르텐사이트의 양은 66.4%로 추정된다.

(본 발명의 실시예 4-2)

본 발명의 스틸 와이어 4-2는, 직경이 6.5 mm인 와이어 로드의 제조에 의해서 얻어지는 것이고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조되며, 실시예 1에서와 동일한 화학적 조성을 갖는 것인데, 와이어 로드를 제1 중간-인발 하여 직경을 6.5 mm로부터 4.8 mm로 감소시켜서 제1 중간-인발된 와이어를 얻고, 제1 중간-인발된 와이어를 브라이트 어닐링하고 제1 중간-인발된 와이어를 제2 중간-인발 하여 직경을 4.8 mm로부터 2.6 mm로 감소시켜서 제2 중간-인발된 와이어를 얻으며, 제2 중간-인발된 와이어를 브라이트 어닐링하고 제2 중간-인발된 와이어를 제3 중간-인발하여 직경을 2.6 mm로부터 1.4 mm로 감소시켜서 제3 중간-인발된 와이어를 얻고, 제3 중간-인발된 와이어를 브라이트 어닐링 하고 제3 중간-인발된 와이어를 최종-인발하여서 직경을 1.4 mm로부터 0.34 mm로 감소시킨 것이다.

[표 6]

브라이트 어닐링 이후의 제3 중간-인발 와이어 (φ 1.40 mm)"에 대한 VFM은 델타 페라이트의 양과 실질적으로 동일한 것이고, "최종-인발 이후의 스틸 와이어 (φ 0.34 mm)"의 VFM은 델타 페라이트의 양과 변형률-유도된 마르텐사이트의 양을 포함하는 것이다. 따라서, "최종-인발 이후의 스틸 와이어 (φ 0.34 mm)" 내의 변형률-유도된 마르텐사이트의 양은 74.5%로 추정된다.

표 4 및 5에 나타낸 바와 같이, 실온에서의 인발 도중에 총 가공률이 92 내지 94%인 제조 방법은 서브-제로 냉각 없이 변형률-유도된 마르텐사이트를 67 내지 75% 형성할 수 있다. 실시예 4-1 및 4-2에서의 변형률-유도된 마르텐사이트의 양은, 서브-제로 냉각 및 인발에 의해서 얻어지는 직경 3.5 mm의 스틸 와이어와 유사한 것이다. 또한, 본 발명의 실시예 4-1 및 4-2의 인장 강도는 석출 경화에 의해서 더 증가될 수 있다. 따라서, 서브-제로 냉각을 포함하지 않는 스틸 와이어의 제조 방법에 의하면, 스프링 또는 의료용 와이어 제품에 적합하고 개선된 기계적 특성을 갖는 본 발명의 스틸 와이어를 제공할 수 있다.

본 발명의 스틸은 높은 기계적 특성을 요구하는 부품에 유용한 것이다. 그것은 디젤 분사 연료 펌프용의 압축 스프링, 또는 외과용 봉합 바늘, 혈액 란섹 및 치과용 도구와 같은 의료용 와이어 제품에 특히 유용하다.

S1 용융
S2 ESR, VAR, EBR 및/또는 PAR (재용융)
S3 열간 가공
S4 경-인발 및 연삭
S5 어닐링
S6 중간-인발
S7 어닐링
S8 사전-인발
S9 서브-제로 냉각
S10 최종-인발
s1 용융
s2 ESR, VAR, EBR 및/또는 PAR (재용융)
s3 열간 가공
s4 경-인발 및 연삭
s5 어닐링
s6 중간-인발
s7 어닐링
s8 최종-인발
S51 가공
S52 교정 및 절단
S53 권취 또는 성형
S54 석출 경화
S55 단부 그라인딩
S56 숏 피닝
S57 저온 어닐링
S58 고정 또는 열간 고정
S111 가공
S112 교정 및 절단
S113 니들 포인팅
S114 홀 가공
S115 그라인딩
S116 벤딩
S117 석출 경화
S118 화학적 폴리싱
S119 코팅
A 개재물
B 축 방향

Claims

하기(중량%)로 구성되는, 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 제조에 적합한 스틸 와이어로서:
C 0.02 내지 0.15
Si 0.1 내지 0.9
Mn 0.8 내지 1.6
Cr 16 내지 20
Ni 8 내지 10.5
W ≤0.5
Co ≤1
Al 0.5 내지 2.5
Ti 0.001 내지 0.08
V ≤0.1
Nb ≤0.1
Zr ≤0.1
Ta ≤0.1
Hf ≤0.1
Y ≤0.1
N 0.004 내지 0.02
B ≤0.01
Cu ≤2.5
S ≤0.05
P ≤0.05
Ca ≤0.01
Mg ≤0.01
REM ≤0.2, 및
Fe 및 불순물 잔부,
상기 Cr 및 Ni의 총량은 25 내지 27 중량%이고, 또한
상기 스틸 와이어는 하기(체적%)를 포함하는 미세구조를 갖는 것이다:
마르텐사이트 40 내지 90
오스테나이트 10 내지 60, 및
델타 페라이트 ≤5.
청구항 1에 있어서,
상기 스틸 와이어는 하기 요건들 중의 적어도 하나를 만족하는 것이고:
C 0.04 내지 0.08
Si 0.2 내지 0.8
Mn 0.9 내지 1.5
Cr 17.2 내지 18.5
Ni 8.2 내지 9.5
W ≤0.1
Co ≤0.3
Al 0.95 내지 1.35
Ti 0.03 내지 0.08
V ≤0.1
Nb ≤0.05
Zr ≤0.05
Ta ≤0.05
Hf ≤0.05
Y ≤0.05
N 0.004 내지 0.018
B ≤0.005
Cu ≤0.3, 및
S ≤0.005,
선택적으로, 상기 스틸 와이어는 하기(체적%)를 포함하는 미세구조를 가지고:
마르텐사이트 50 내지 80
오스테나이트 20 내지 50, 및
델타 페라이트 ≤3.
또한 선택적으로, 상기 스틸 와이어는 하기의 한쪽 또는 양쪽을 만족하는 것인, 스틸 와이어:
M_d30 (℃) -40 내지 10, 및
CWH = 113 내지 133,
여기서, M_d30 및 CWH는 하기 식으로 계산되는 것이다:
M_d30 (℃) = 551 - 462×(C+N) - 9.2×Si - 8.1×Mn - 13.7×Cr - 29×(Ni + Cu) - 68×Nb - 1.42×(ASTM 그레인 사이즈 - 8.0)
CWH = 392 - 7.3×Cr - 17.2×Ni + 135×C.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 스틸 와이어는 하기 요건들의 적어도 하나를 만족하는 것이고:
C 0.06 내지 0.08
Si 0.25 내지 0.75
Mn 0.9 내지 1.5
Cr 17.4 내지 18.2
Ni 8.5 내지 9.1
W ≤0.1
Al 1.00 내지 1.30
Ti 0.05 내지 0.08
N 0.004 내지 0.017
Cu ≤0.3, 및
S ≤0.003
선택적으로, 상기 스틸 와이어는 하기(체적%)를 포함하는 미세구조를 갖는 것이며:
마르텐사이트 50 내지 80, 및
오스테나이트 20 내지 50
또한 선택적으로, 상기 스틸 와이어는 하기의 적어도 하나를 만족하는 것인, 스틸 와이어:
M_d30 (℃) -20 내지 0, 및
CWH = 118 내지 130.
청구항 3에 있어서,
상기 스틸 와이어는 하기 요건의 적어도 하나를 만족하는 것이고:
C 0.06 내지 0.08
Si 0.25 내지 0.75
Mn 0.9 내지 1.5
Cr 17.4 내지 18.2
Ni 8.5 내지 9.1
W ≤0.1
Al 1.00 내지 1.30
Ti 0.05 내지 0.08
Cu ≤0.3, 및
S ≤0.003,
선택적으로, 상기 스틸 와이어는 하기(체적%)를 포함하는 미세구조를 포함하는 것이며:
마르텐사이트 50 내지 80, 및
오스테나이트 20 내지 50
또한 선택적으로, 상기 스틸 와이어는 하기의 적어도 하나를 만족하는 것인, 스틸 와이어:
M_d30 (℃) -12 내지 -2, 및
CWH = 120 내지 126.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 스틸 와이어는 ASTM E45-97의 Method A에 따른 비금속성 개재물(non-metallic inclusions) 관련 하기 최대 요건(maximum requirements)을 만족하는 청결도(cleanliness)를 갖는 것이고:
[표 7]

선택적으로, 10 내지 15 μm의 범위 내에서의 최대 사이즈를 갖는 비금속성 개재물의 수가 350 mm² 크기의 검사 영역에서 10 이하이며,
또한 선택적으로, 15 μm 보다 큰 사이즈를 갖는 상기 비금속성 개재물의 수가 상기 영역에서 0인, 스틸 와이어.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 Cr, 및 Ni의 총량이 25 내지 27 중량%인, 스틸 와이어.
청구항 1에 있어서,
상기 스틸 와이어는 하기 요건을 만족하는 것인, 스틸 와이어:
C 0.02 내지 0.09
Si 0.1 내지 0.9
Mn 0.8 내지 1.6
Cr 17 내지 19
Ni 8 내지 10
W ≤0.5
Co ≤1
Al 0.9 내지 1.4
Ti 0.001 내지 0.08
V ≤0.1
Nb ≤0.1
Zr ≤0.1
Ta ≤0.1
Hf ≤0.1
Y ≤0.1
N 0.004 내지 0.02
B ≤0.01
Cu ≤2.5
S ≤0.05
P ≤0.05
Ca ≤0.01
Mg ≤0.01
REM ≤0.2, 및
Fe 및 불순물 잔부.
하기를 포함하는, 청구항 1 또는 청구항 2의 스틸 와이어의 제조 방법:
상술한 조성을 갖는 원료 물질을 용융하여서 잉곳 또는 빌릿(빌릿)을 얻는 것;
선택적으로, 상기 잉곳 또는 빌릿에 대하여 일렉트로 슬래그 재용융법(Electro Slag Remelting method), 진공 아크 재용융법(Vacuum Arc Remelting method), 일렉트론 빔 재용융법(Electron Beam Remelting method), 및 플라즈마 아크 재용융법(Plasma Arc Remelting method)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 처리를 하는 것;
상기 잉곳 또는 빌릿을 열간 가공(hot working) 하여서 와이어 로드를 얻는 것;
선택적으로, 상기 와이어 로드를 연삭(shaving) 하는 것;
선택적으로, 상기 연삭된 와이어 로드를 어닐링(annealing) 하는 것;
상기 와이어 로드를 중간-인발(intermediate drawing) 하여서 중간-직경을 갖는 중간-인발된 와이어를 얻는 것;
상기 중간-인발된 와이어를 어닐링 하는 것;
상기 중간-인발된 와이어를 사전-인발(pre-drawing) 하여서 사전-직경(pre diameter)을 갖는 사전-인발된(pre-drawn) 와이어를 얻는 것;
상기 사전-인발된 와이어를 서브-제로 냉각(sub-zero cooling) 하는 것; 및
상기 사전-인발된 와이어를 최종-인발(final drawing) 하여서 최종-직경을 갖는 스틸 와이어를 얻는 것.
청구항 8에 있어서,
상기 중간-인발된 와이어의 사전-인발 도중의 가공률(working rate)이 30 내지 60%인, 스틸 와이어의 제조 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 최종-인발 직전의 상기 사전-인발된 와이어의 표면 온도가 -130 내지 -196℃이고, 또한
상기 사전-인발된 와이어의 최종-인발 도중의 가공률이 10 to 30%인, 스틸 와이어의 제조 방법.
하기를 포함하는, 청구항 1 또는 청구항 2의 스틸 와이어의 제조 방법:
상술한 조성을 갖는 원료 물질을 용융하여서 잉곳 또는 빌릿을 얻는 것;
선택적으로, 상기 잉곳 또는 빌릿에 대하여 일렉트로 슬래그 재용융법, 진공 아크 재용융법, 일렉트론 빔 재용융법, 및 플라즈마 아크 재용융법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 처리를 하는 것;
상기 잉곳 또는 빌릿을 열간 가공 하여서 와이어 로드를 얻는 것;
선택적으로, 상기 와이어 로드를 연삭하는 것;
선택적으로, 상기 연삭된 와이어 로드를 어닐링하는 것;
선택적으로, 상기 와이어 로드를 1회 이상 중간-인발하여서 중간-직경을 갖는 중간-인발된 와이어 로드를 얻는 것;
선택적으로, 상기 중간-인발된 와이를 1회 이상 어닐링하는 것; 및
상기 와이어 로드, 상기 연삭된 와이어 로드, 또는 상기 중간-인발된 와이어를 최종-인발하여서 최종-직경을 갖는 스틸 와이어를 얻는 것.
청구항 11에 있어서,
상기 최종-인발 도중의 가공률이 70 내지 96%인, 스틸 와이어의 제조 방법.
하기를 포함하는, 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 제조 방법:
청구항 1 또는 청구항 2의 스틸 와이어를 가공하여서 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 형상을 얻는 것; 및
상기 스프링 또는 의료용 와이어 제품을 석출 경화 하는 것.
하기를 포함하는, 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 제조 방법:
청구항 8의 제조 방법에 의해 스틸 와이어를 제조하는 것;
상기 스틸 와이어를 가공하여서 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 형상을 얻는 것; 및
상기 스프링 또는 의료용 와이어 제품을 석출 경화하는 것.
하기를 포함하는, 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 제조 방법:
청구항 11의 제조 방법에 의해 스틸 와이어를 제조하는 것;
상기 스틸 와이어를 가공하여서 스프링 또는 의료용 와이어 제품의 형상을 얻는 것; 및
상기 스프링 또는 의료용 와이어 제품을 석출 경화하는 것.