KR102556266B1

KR102556266B1 - High strength steel wire rod and steel wire with excellent oxidation resistance and method for manufacturing the same

Info

Publication number: KR102556266B1
Application number: KR1020200179442A
Authority: KR
Inventors: 양요셉; 박지언; 이만재
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2023-07-14
Also published as: KR20220089111A

Abstract

본 발명은 내산화성이 우수면서 고강도를 가지는 선재, 강선 및 그 제조 방법에 관한 것에 관한 것으로, 자세하게는 중량 %로, C: 0.01~0.03%, P: 0.05~0.2%, Mn: 0.2~0.8%, Mo: 0.02~0.08%, Si: 2.0~4.1%, S: 0.035% 이하, 기타 불가피한 불순물 및 잔부 Fe를 포함하고, 페라이트 미세조직을 가지는 것을 특징으로 하는 내산화성이 우수면서 고강도를 가지는 선재, 강선 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wire rod having excellent oxidation resistance and high strength, a steel wire, and a manufacturing method thereof, and specifically, in weight %, C: 0.01 to 0.03%, P: 0.05 to 0.2%, Mn: 0.2 to 0.8% , Mo: 0.02 to 0.08%, Si: 2.0 to 4.1%, S: 0.035% or less, including other unavoidable impurities and balance Fe, and having a ferrite microstructure, characterized by having excellent oxidation resistance and high strength, It relates to a steel wire and its manufacturing method.

Description

High-strength wire rod with excellent oxidation resistance, steel wire and manufacturing method thereof

본 발명은 내산화성이 우수하면서 고강도를 가지는 선재, 강선 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wire rod having excellent oxidation resistance and high strength, a steel wire, and a manufacturing method thereof.

통상적으로 강 섬유(steel fiber)는 그 자체만으로는 구조물을 형성할 수 없으므로 복합재료의 형태로 사용되는데 특히 복합재료에 강성과 인성을 부여하는 보강재로써 많이 사용된다. In general, since steel fibers cannot form structures by themselves, they are used in the form of composite materials, and are particularly used as reinforcing materials that impart stiffness and toughness to composite materials.

강 섬유는 터널 공사 시 내부 토압을 지탱하는 콘크리트 보강용이나 교량 상판용 콘크리트 보강용으로 사용될 수 있다.Steel fibers can be used for concrete reinforcement that supports the internal earth pressure during tunnel construction or for concrete reinforcement for bridge slabs.

상업적으로 사용되는 강 섬유들 가운데, 소위 말하는 저강도급의 강 섬유에는 주로 탄소 함유량이 0.1 중량 %(이하 wt.% 또는 %라 한다) 이하의 저탄소강이 사용된다. Among commercially used steel fibers, so-called low-strength steel fibers mainly use low-carbon steel having a carbon content of 0.1% by weight (hereinafter referred to as wt.% or %) or less.

상기 저탄소강의 강 섬유는 여재 슬라브(surplus slab) 또는 선재를 모재로 사용하여, 신선사 또는 절단사에서 신선 또는 압연/절단가공하여 직경 약 0.4㎜ 정도의 강선 또는 0.4x0.4㎜ 각형의 바 형태로 만든 후 굴곡을 주어 최종 강 섬유로 제조된다. The steel fiber of the low carbon steel uses a surplus slab or a wire rod as a base material, and is drawn or rolled/cut in a wire wire or cutting yarn to form a steel wire having a diameter of about 0.4 mm or a 0.4x0.4 mm square bar. After being made, it is bent to produce the final steel fiber.

강 섬유는 복합재료의 강성 및 인성을 위해 사용되므로 기본적으로 인장강도가 요구되며 이외에도 굽힘 강도도 요구된다. Since steel fibers are used for the stiffness and toughness of composite materials, tensile strength is basically required, as well as bending strength.

일반적으로 강 섬유에 사용되는 강선은 인장강도가 700 MPa 이상이면 제품으로 사용할 수 있다.In general, steel wire used for steel fibers can be used as a product if its tensile strength is 700 MPa or more.

한편 강 섬유는 상기 터널 등의 보강용 이외에도 용강과 직간접적인 위치에 놓이는 레이들, 임펠라, 렌스 등에 보강재로 사용될 수도 있다. On the other hand, steel fibers may be used as reinforcing materials for ladle, impeller, lance, etc. placed directly or indirectly with molten steel in addition to reinforcing the tunnel.

상기 레이들, 임펠라, 렌스 등은 고온의 용강과 직간접적으로 접촉하므로 통상적으로 복합재료 형태의 내화물로 이루어지며, 상기 내화물은 기지(matrix)가 주로 Al₂O₃, SiO₂ 등으로 이루어진 세라믹이어서 강(steel)에 비해 연성이 취약하다. Since the ladle, impeller, lance, etc. are in direct _or indirect contact with high-temperature molten steel, they are usually made of a refractory in _the form of _a composite material. It is less ductile than steel.

내화물 내의 강 섬유는 중량 %로 대략 10 % 이하의 함량으로 첨가되고 있으며, KS F 2564 규격에 규정된 형상으로 제조된다(도 1).Steel fibers in the refractory are added in an amount of about 10% or less by weight, and are manufactured in a shape specified in the KS F 2564 standard (FIG. 1).

강 섬유가 내화물과 같은 복합재료의 보강재로 사용되기 위해서는 강섬유는 내화물의 연성파괴를 유도하여야 한다.In order for steel fibers to be used as reinforcing materials for composite materials such as refractories, steel fibers must induce ductile fracture of refractories.

이에 따라 다른 복합재료의 강화재와 동일하게 내화물 내의 강섬유도 높은 강도를 가져야 한다. Accordingly, the steel fibers in the refractories must have high strength, just like the reinforcing materials of other composite materials.

또한 강섬유가 고온에서 사용되는 내화재 내에서 구조용 재료로 사용되기 위해서는 강섬유 자체의 산화 및 열 변형이 작아야 한다. In addition, in order for steel fiber to be used as a structural material in refractory materials used at high temperatures, oxidation and thermal deformation of the steel fiber itself must be small.

종래에는 탄소함량 0.1% 이하의 저탄소강으로 된 강 섬유가 내화물의 강화재로서 사용되기도 하였다.Conventionally, steel fibers made of low carbon steel having a carbon content of 0.1% or less have been used as reinforcing materials for refractories.

그러나 저탄소강의 열악한 내산화 특성으로 인해, 현재는 대략 17~18% Cr이 포함된 스테인레스 강 섬유가 1300℃ 이하의 온도 환경에서 사용되는 내화물의 강화재로 기본적으로 사용되고 있다. However, due to poor oxidation resistance of low carbon steel, currently, stainless steel fibers containing about 17 to 18% Cr are basically used as reinforcing materials for refractory materials used in a temperature environment of 1300 ° C or less.

나아가 사용 온도가 1300℃를 초과하는 온도 환경에서는 Al이 추가적으로 1~4% 첨가된 강 섬유가 사용되고 있다. Furthermore, in a temperature environment where the operating temperature exceeds 1300 ° C, steel fibers in which 1 to 4% of Al is added are used.

일반적으로 고온 환경에서의 강 섬유의 내산화 특성 향상을 위해서는 외부 환경으로부터의 강 섬유 내부로의 산소의 침입을 억제할 수 있는 층 또는 치밀한 패시베이션층이 필요하다. In general, in order to improve the oxidation resistance of steel fibers in a high-temperature environment, a layer or a dense passivation layer capable of suppressing the penetration of oxygen from the external environment into the steel fibers is required.

상기 스테인레스 강 섬유는 안정한 Cr-oxide를 형성할 수 있는 Cr을 다량 포함하고 있기 때문에 패시베이션 특성을 구현할 수 있는 것으로 알려져 있다. It is known that the stainless steel fiber can implement passivation characteristics because it contains a large amount of Cr capable of forming stable Cr-oxide.

반면 Cr을 포함한 스테인레스 강 섬유는 고가의 Cr, Ni 등을 포함하고 있어 가격이 매우 높은 큰 단점을 가진다. On the other hand, stainless steel fibers containing Cr contain expensive Cr, Ni, etc., and thus have a significant disadvantage in that the price is very high.

나아가 스테인레스 강 섬유는 높은 Cr 함량으로 인해 가공이 어렵다는 또 다른 단점을 가진다. Furthermore, stainless steel fibers have another disadvantage that processing is difficult due to the high Cr content.

이에 따라 가격이 저렴하면서도 가공이 쉬운 내화물 복합재료에 적용할 수 있는 강 섬유의 요구가 계속 증대되고 있다.Accordingly, the demand for steel fibers that can be applied to refractory composite materials that are inexpensive and easy to process continues to increase.

한편 상기 스테인레스 강의 내산화 특성을 보다 향상시키고자 다양한 합금원소를 첨가하려는 시도들이 있어 왔다. On the other hand, attempts have been made to add various alloying elements to further improve the oxidation resistance of the stainless steel.

그러나 대부분의 이전의 시도들은 모두 기존 스테인레스 강이 필수적으로 포함하고 있는 Cr-oxide를 이용하거나 또는 Cr-oxide와 첨가된 다른 합금 원소와의 복합 작용 효과를 이용하였다. However, most previous attempts have either used Cr-oxide, which is essentially included in existing stainless steel, or used the combined effect of Cr-oxide and other alloying elements added.

이에 따라 본 발명에서는 Cr과 같은 고가의 합금원소들을 많이 포함하지 않으면서도 가공이 용이한 새로운 강선과 그 제조 방법을 개발하고자 한다.Accordingly, in the present invention, it is intended to develop a new steel wire that does not contain many expensive alloy elements such as Cr and a method for manufacturing the same that is easy to process.

본 발명의 목적은 고가의 합금원소를 포함하지 않으면서도 내산화성이 우수한 고강도 선재 및 강선과 그 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a high-strength wire rod and steel wire having excellent oxidation resistance without including expensive alloy elements and a manufacturing method thereof.

구체적으로 본 발명의 목적은 극저탄소강 기반의 고가의 합금원소를 포함하지 않으면서도 내산화성이 우수한 고강도 선재 및 강선과 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Specifically, an object of the present invention is to provide a high-strength wire rod and steel wire having excellent oxidation resistance without including expensive alloy elements based on ultra-low carbon steel and a manufacturing method thereof.

보다 구체적으로 본 발명의 목적은 고용강화 원소와 용질끌림 효과(solute drag) 원소의 첨가를 통해 고온에서도 강도를 유지할 수 있는 내산화성이 우수한 고강도 선재 및 강선과 그 제조 방법을 제공하는 것이다.More specifically, an object of the present invention is to provide a high-strength wire rod and steel wire having excellent oxidation resistance capable of maintaining strength even at high temperatures through the addition of a solid solution strengthening element and a solute drag element, and a manufacturing method thereof.

또한 본 발명의 목적은 고가의 합금원소를 포함하지 않으면서도 나노 단위의 치밀한 산화물층을 모재와 스케일 층간 사이에 형성할 수 있는 내산화성이 우수한 고강도 선재 및 강선과 그 제조 방법을 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide a high-strength wire rod and steel wire having excellent oxidation resistance and a manufacturing method capable of forming a dense nano-scale oxide layer between a base material and a scale layer without including expensive alloy elements.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned above can be understood by the following description and will be more clearly understood by the examples of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by means of the instrumentalities and combinations indicated in the claims.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 내산화물성이 우수한 고강도 선재는 중량 %로, C: 0.01~0.03%, P: 0.05~0.2%, Mo: 0.02~0.08%, Si: 2.0~4.1%를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the high-strength wire rod having excellent oxide resistance according to an embodiment of the present invention contains, by weight, C: 0.01 to 0.03%, P: 0.05 to 0.2%, Mo: 0.02 to 0.08%, Si: 2.0 to 4.1% may be included.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 보다 구체화된 일 실시예에 따른 내산화물성이 우수한 고강도 선재는 중량 %로, C: 0.01~0.03%, P: 0.05~0.2%, Mn: 0.2~0.8%, Mo: 0.02~0.08%, Si: 2.0~4.1%, S: 0.035% 이하, 기타 불가피한 불순물 및 잔부 Fe를 포함하고, 페라이트 미세조직을 가질 수 있다.A high-strength wire rod with excellent oxide resistance according to a more specific embodiment of the present invention for achieving the above object contains, in weight %, C: 0.01-0.03%, P: 0.05-0.2%, Mn: 0.2-0.8% , Mo: 0.02-0.08%, Si: 2.0-4.1%, S: 0.035% or less, other unavoidable impurities and the balance Fe, and may have a ferrite microstructure.

바람직하게는, 상기 선재의 압연 후 인장강도는 500MPa 이상일 수 있다.Preferably, the tensile strength of the wire after rolling may be 500 MPa or more.

바람직하게는, 상기 선재의 기지와 표면 스케일 사이에 Fe₂SiO₄ (파이알라이트, fayalite)층을 포함할 수 있다.Preferably, an Fe ₂ SiO ₄ (fayalite) layer may be included between the matrix and the surface scale of the wire rod.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 내산화물성이 우수한 고강도 강선은 중량 %로, C: 0.01~0.03%, P: 0.05~0.2%, Mo: 0.02~0.08%, Si: 2.0~4.1%를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the high-strength steel wire having excellent oxide resistance according to an embodiment of the present invention contains, by weight, C: 0.01 to 0.03%, P: 0.05 to 0.2%, Mo: 0.02 to 0.08%, Si: 2.0 to 4.1% may be included.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체화된 일 실시예에 따른 내산화물성이 우수한 고강도 강선은 중량 %로, C: 0.01~0.03%, P: 0.05~0.2%, Mn: 0.2~0.8%, Mo: 0.02~0.08%, Si: 2.0~4.1%, S: 0.035% 이하, 기타 불가피한 불순물 및 잔부 Fe를 포함하고, 페라이트 미세조직을 가질 수 있다.In order to achieve the above object, a high-strength steel wire having excellent oxide resistance according to an embodiment of the present invention contains, by weight, C: 0.01 to 0.03%, P: 0.05 to 0.2%, Mn: 0.2 to 0.8%, Mo: 0.02 to 0.08%, Si: 2.0 to 4.1%, S: 0.035% or less, other unavoidable impurities and the balance Fe, and may have a ferrite microstructure.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 더욱 구체화된 일 실시예에 따른 내산화물성이 우수한 고강도 강선은 중량 %로, C: 0.01~0.03%, P: 0.05~0.2%, Mn: 0.2~0.8%, Mo: 0.02~0.08%, Si: 2.0~4.1%, S: 0.035% 이하, 기타 불가피한 불순물 및 잔부 Fe를 포함하고, 페라이트 미세조직을 가지며, 표면에 Fe₂SiO₄ 층을 포함할 수 있다.A high-strength steel wire with excellent oxide resistance according to a more specific embodiment of the present invention for achieving the above object contains, in weight %, C: 0.01-0.03%, P: 0.05-0.2%, Mn: 0.2-0.8% , Mo: 0.02 ~ 0.08%, Si: 2.0 ~ 4.1%, S: 0.035% or less, other unavoidable impurities and balance Fe, has a ferrite microstructure, and may include a Fe ₂ SiO ₄ layer on the surface.

바람직하게는, 상기 강선의 상기 Fe₂SiO₄ 층의 두께는 300㎚ 이상일 수 있다.Preferably, the thickness of the Fe ₂ SiO ₄ layer of the steel wire may be 300 nm or more.

바람직하게는, 상기 강선은 1,100℃의 대기 중에서 3시간 유지 시 중량 증가율이 45% 이하일 수 있다.Preferably, the steel wire may have a weight increase rate of 45% or less when maintained in the air at 1,100 ° C. for 3 hours.

바람직하게는, 상기 강선의 신선 후 인장강도는 1,500MPa 이상일 수 있다.Preferably, the tensile strength of the steel wire after drawing may be 1,500 MPa or more.

상기 강선은 강화재로서 복합재료에 포함될 수 있다.The steel wire may be included in the composite material as a reinforcing material.

바람직하게는, 상기 복합재료 내에 상기 강선의 함량은 중량%로 6.2% 이하일 수 있다. Preferably, the content of the steel wire in the composite material may be 6.2% or less in terms of weight%.

바람직하게는, 복합재료의 굴곡강도는 60MPa 이상일 수 있다.Preferably, the flexural strength of the composite material may be 60 MPa or more.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 내산화물성이 우수한 고강도 선재의 제조 방법은, 중량 %로, C: 0.01~0.03%, P: 0.05~0.2%, Mn: 0.2~0.8%, Mo: 0.02~0.08%, Si: 2.0~4.1%, S: 0.035% 이하, 기타 불가피한 불순물 및 잔부 Fe를 포함하는 빌렛을 제조하는 단계; 상기 빌렛을 1,000~1,200℃로 재가열하는 단계; 상기 빌렛을 900~1,000℃에서 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 선재를 권취하는 단계; 상기 권취된 선재를 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a method for manufacturing a high-strength wire rod having excellent oxide resistance according to an embodiment of the present invention contains, in weight percent, C: 0.01 to 0.03%, P: 0.05 to 0.2%, and Mn: 0.2 to 0.8 %, Mo: 0.02-0.08%, Si: 2.0-4.1%, S: 0.035% or less, preparing a billet containing other unavoidable impurities and the balance Fe; Reheating the billet to 1,000 ~ 1,200 ℃; Hot rolling the billet at 900 to 1,000 ° C; winding the hot-rolled wire rod; A step of cooling the wound wire rod may be included.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 내산화물성이 우수한 고강도 강선의 제조 방법은, 중량 %로, C: 0.01~0.03%, P: 0.05~0.2%, Mn: 0.2~0.8%, Mo: 0.02~0.08%, Si: 2.0~4.1%, S: 0.035% 이하, 기타 불가피한 불순물 및 잔부 Fe를 포함하는 빌렛을 제조하는 단계; 상기 빌렛을 1,000~1,200℃로 재가열하는 단계; 상기 빌렛을 900~1,000℃에서 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 선재를 권취하는 단계; 상기 권취된 선재를 냉각하는 단계; 상기 냉각된 선재를 디스케일링하는 단계; 상기 디스케일링된 선재를 신선하는 단계;를 포함할 수 있다.Method for producing a high-strength steel wire with excellent oxide resistance according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, in weight %, C: 0.01 ~ 0.03%, P: 0.05 ~ 0.2%, Mn: 0.2 ~ 0.8 %, Mo: 0.02-0.08%, Si: 2.0-4.1%, S: 0.035% or less, preparing a billet containing other unavoidable impurities and the balance Fe; Reheating the billet to 1,000 ~ 1,200 ℃; Hot rolling the billet at 900 to 1,000 ° C; winding the hot-rolled wire rod; cooling the wound wire rod; descaling the cooled wire rod; It may include; drawing the descaled wire rod.

바람직하게는, 상기 권취하는 단계에서의 온도는 900~950℃일 수 있다.Preferably, the temperature in the winding step may be 900 ~ 950 ℃.

바람직하게는, 상기 냉각하는 단계에서의 냉각 속도는 20~30℃/s일 수 있다.Preferably, the cooling rate in the cooling step may be 20 ~ 30 ℃ / s.

바람직하게는, 상기 신선하는 단계는 건식 신선 후 습식 신선하는 단계일 수 있다.Preferably, the drawing step may be a wet drawing step after dry drawing.

본 발명에 의하면 극저탄소강을 기반으로 인과 몰리브덴을 포함함으로써 기존의 상용재보다 더 높은 강도를 가지는 선재를 구현할 수 있다. According to the present invention, by including phosphorus and molybdenum based on ultra-low carbon steel, it is possible to implement a wire rod having higher strength than conventional commercial materials.

본 발명에 의하면 극저탄소강을 기반으로 인과 몰리브덴을 포함함으로써 기존의 강 섬유의 강도인 700MPa 이상의 고강도를 가지는 강선을 구현할 수 있다. According to the present invention, a steel wire having a high strength of 700 MPa or more, which is the strength of conventional steel fibers, can be implemented by including phosphorus and molybdenum based on ultra-low carbon steel.

또한, 본 발명에 의하면 실리콘을 포함하여 충분한 두께의 Fe₂SiO₄ 스케일 층을 형성함으로써 기지 내부로의 산소 침투를 억제하여 뛰어난 고온 내산화성을 확보한 강선을 구현할 수 있다.In addition, according to the present invention, by forming an Fe ₂ SiO ₄ scale layer having a sufficient thickness including silicon, it is possible to implement a steel wire having excellent high-temperature oxidation resistance by suppressing oxygen permeation into the matrix.

또한, 본 발명에 의하면 내화물 내에서 기존 상용재인 스테인레스 강 섬유와 동일한 굴곡강도를 가지지만 내화물 내에 사용되는 사용량을 기존 스테인레스 강의 사용량 대비 30% 이상 절감할 수 있는 강선을 구현할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to implement a steel wire having the same flexural strength as stainless steel fiber, which is a commercially available material in the refractory, but capable of reducing the amount used in the refractory by 30% or more compared to the amount used in the existing stainless steel.

또한, 본 발명에 의하면 기존의 신선사 LP(lead partenting, 납조) 처리 없이 신선 가공만으로도 기계적 특성과 고온 내산화성이 우수한 선재 및 강선을 제조하는 제조방법을 제공할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a manufacturing method for manufacturing wire rods and steel wires excellent in mechanical properties and high-temperature oxidation resistance only by wire drawing without the existing LP (lead partenting) treatment.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the effects described above, specific effects of the present invention will be described together while explaining specific details for carrying out the present invention.

도 1은 KS F 2564 규격에 규정된 강선의 형상을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실험예 조성의 강선들의 Si 조성 범위에 따른 산화물 중량 증가율을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예 조성의 강선들의 Si 조성 범위에 따른 Fe₂SiO₄ 산화막의 두께를 도시한 그래프이다.1 shows the shape of a steel wire specified in the KS F 2564 standard.
Figure 2 is a graph showing the oxide weight increase rate according to the Si composition range of the steel wires of the composition of the experimental example of the present invention.
3 is a graph showing the thickness of the Fe ₂ SiO ₄ oxide film according to the Si composition range of the steel wires of the composition of the experimental example of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification. In addition, some embodiments of the present invention are described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, the same components may have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description may be omitted.

본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, order, or number of the corresponding component is not limited by the term. When an element is described as being “connected,” “coupled to,” or “connected” to another element, that element is or may be directly connected to that other element, but intervenes between each element. It will be understood that may be "interposed", or each component may be "connected", "coupled" or "connected" through other components.

본 발명에서는 극저탄소강 기반의 700MPa 이상의 인장강도, 산화물 형성에 따른 중량 증가율이 45% 이하인 내산화성이 우수한 고강도 강선과 그 제조 방법을 발명하고자 하였다. In the present invention, it was intended to invent a high-strength steel wire based on ultra-low carbon steel with excellent oxidation resistance having a tensile strength of 700 MPa or more and a weight increase rate of 45% or less due to oxide formation and a manufacturing method thereof.

상기 특성을 만족하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 강은 상기 우수한 내산화성 및 강도 특성을 만족시키기 위해 구체적으로 다음의 합금 원소들을 포함할 수 있다.Steel according to an embodiment of the present invention for satisfying the above characteristics may specifically include the following alloying elements to satisfy the excellent oxidation resistance and strength characteristics.

탄소(C)는 펄라이트(pearlite) 형성 시 강의 강도를 크게 향상시키는 원소이다. 그러나 탄소의 함량이 증가할 경우, 강선의 제조를 위해 습식 신선 시 가공 단선을 유발하는 펄라이트가 발생할 수 있다.Carbon (C) is an element that greatly improves the strength of steel when pearlite is formed. However, when the carbon content is increased, pearlite may be generated that causes wire breakage during wet drawing for the manufacture of steel wire.

본 발명의 일 실시예에 따른 강 내에서 탄소는 중량%(이하 %라 한다)로 0.01~0.03%의 범위에서 함유된다. In the steel according to an embodiment of the present invention, carbon is contained in the range of 0.01 to 0.03% by weight% (hereinafter referred to as %).

만일 탄소가 본 발명의 일 실시예의 강 내에 0.01%보다 적게 첨가되면, 강의 강도 목표를 달성하기 어려워지는 문제점을 가진다. If carbon is added in less than 0.01% in the steel of one embodiment of the present invention, it has a problem that it becomes difficult to achieve the strength target of the steel.

반면 탄소가 본 발명의 일 실시예의 강 내에 0.03%보다 많이 첨가되면, 과도한 탄소는 신선 가공 중 단선을 발생시켜 가공성을 떨어뜨리는 문제점을 가진다.On the other hand, if carbon is added in an amount of more than 0.03% in the steel of one embodiment of the present invention, excessive carbon causes disconnection during wire drawing, thereby reducing workability.

실리콘(Si)은 본 발명의 선재 및 강선을 고온에서 유지시킬 때, 모재(강) 상에 나노 크기(두께) 단위의 Fe₂SiO₄층을 형성시켜 강선의 내산화성을 향상시킨다. 따라서 본 발명에서 내산화성 향상을 위해 필수적으로 포함되어야 하는 원소이다.Silicon (Si) improves the oxidation resistance of the steel wire by forming a nano-sized (thickness) Fe ₂ SiO ₄ layer on the base material (steel) when the wire rod and steel wire of the present invention are maintained at a high temperature. Therefore, it is an element that must be included in the present invention to improve oxidation resistance.

본 발명의 일 실시예에 따른 강 내에서 실리콘은 중량%(이하 %라 한다)로 2.0~4.1%의 범위에서 함유된다. In the steel according to one embodiment of the present invention, silicon is contained in the range of 2.0 to 4.1% by weight% (hereinafter referred to as %).

만일 실리콘이 본 발명의 일 실시예의 강 내에 2.0%보다 적게 첨가되면, 내산화성 확보가 어려워진다.If silicon is added in less than 2.0% in the steel of one embodiment of the present invention, it becomes difficult to secure oxidation resistance.

반면 실리콘이 본 발명의 일 실시예의 강 내에 4.1%보다 많이 첨가되면, 페라이트 경화에 따른 가공 단선이 발생할 수 있는 문제점을 가진다. On the other hand, if silicon is added in an amount greater than 4.1% in the steel of one embodiment of the present invention, there is a problem in that processing disconnection may occur due to ferrite hardening.

망간(Mn)은 고용강화 원소로써 선재 및 최종 제품인 강선의 강도 향상에 효과적이다.Manganese (Mn) is a solid-solution strengthening element and is effective in improving the strength of wire rods and final products, steel wires.

본 발명의 일 실시예에 따른 강 내에서 망간은 중량%(이하 %라 한다)로 0.2~0.8%의 범위에서 함유된다. In the steel according to an embodiment of the present invention, manganese is contained in the range of 0.2 to 0.8% by weight (hereinafter referred to as %).

만일 망간이 본 발명의 일 실시예의 강 내에 0.2%보다 적게 첨가되면, 망간의 고용량이 적어 고용강화에 의한 강도향상을 도모하기 어려워진다.If manganese is added in an amount less than 0.2% in the steel according to one embodiment of the present invention, it is difficult to improve the strength by solid solution strengthening because the amount of manganese used in solid solution is low.

반면 망간이 본 발명의 일 실시예의 강 내에 0.8%보다 많이 첨가되면, 주조 조직 내에 중심편석을 발생시키거나 MnS와 같은 게재물을 생성시켜 강의 선재로의 가공 시에 가공 단선이 발생할 가능성이 높아지는 문제점을 가진다.On the other hand, if manganese is added in an amount of more than 0.8% in the steel of one embodiment of the present invention, central segregation occurs in the cast structure or inclusions such as MnS are generated, which increases the possibility of processing breakage during processing of steel wire rods. have

몰리브덴(Mo)은 고온 상인 오스테나이트로부터 저온 상인 페라이트로의 변태를 억제할 수 있다. 보다 구체적으로 몰리브덴은 고온 오스테나이트 계면 또는 입내에 존재하여 용질끌림(solute drag) 효과가 우수하여 오스테나이트의 저온 페라이트로의 변태를 억제한다. 또한 몰리브덴은 강 내에 고용되어 고용강화에 의한 강도증가 효과를 가진다. Molybdenum (Mo) can suppress the transformation from high-temperature phase austenite to low-temperature phase ferrite. More specifically, molybdenum exists in the interface or grains of high-temperature austenite and has an excellent solute drag effect, suppressing the transformation of austenite into low-temperature ferrite. In addition, molybdenum is employed in steel and has an effect of increasing strength by strengthening the employment.

본 발명의 일 실시예에 따른 강 내에서 몰리브덴은 중량%(이하 %라 한다)로 0.02~0.08%의 범위에서 함유된다. In the steel according to one embodiment of the present invention, molybdenum is contained in the range of 0.02 to 0.08% by weight (hereinafter referred to as %).

만일 몰리브덴이 본 발명의 일 실시예의 강 내에 0.02%보다 적게 첨가되면, 상기 용질끌림 효과와 고용강화 효과가 충분히 구현되지 못하여 목표로 하는 물성 확보가 어려워진다.If molybdenum is added in an amount less than 0.02% in the steel according to one embodiment of the present invention, the solute attraction effect and the solid solution strengthening effect cannot be sufficiently implemented, making it difficult to secure target physical properties.

반면 몰리브덴의 용질끌림 효과와 고용강화 효과의 제약에서 기인한 상한값은 없다. 그러나 몰리브덴 첨가로 인한 제조 비용의 증가가 매우 크다는 점과 지나친 몰리브덴의 첨가는 빠른 냉각속도에서 마르텐사이트 생성을 조장할 수 있다는 측면에서 0.08%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.On the other hand, there is no upper limit due to limitations in the solute attraction effect and solid solution strengthening effect of molybdenum. However, it is preferable not to exceed 0.08% in terms of the fact that the increase in manufacturing cost due to the addition of molybdenum is very large and the addition of excessive molybdenum can promote martensite formation at a fast cooling rate.

인(P)은 탄소(C), 질소(N) 다음으로 선재 및 강선 내에서 강도를 증가시키는 역할을 하는 원소이다. 특히 인은 고용강화 효과가 우수하여 강도 증가에 효과적이다.Phosphorus (P) is an element that increases strength in wire rods and steel wires next to carbon (C) and nitrogen (N). In particular, phosphorus has an excellent employment strengthening effect and is effective in increasing strength.

본 발명의 일 실시예에 따른 강 내에서 인은 중량%(이하 %라 한다)로 0.05~0.20%의 범위에서 함유된다.Phosphorus in the steel according to an embodiment of the present invention is contained in the range of 0.05 to 0.20% by weight (hereinafter referred to as %).

만일 인이 본 발명의 일 실시예의 강 내에 0.05%보다 적게 첨가되면, 인에 의한 고용강화 효과가 미미하여 강 및 최종 제품인 강선의 목표 강도 달성이 어려워진다. If phosphorus is added in an amount less than 0.05% in the steel of one embodiment of the present invention, the solid solution strengthening effect by phosphorus is insignificant, making it difficult to achieve the target strength of the steel and final product, steel wire.

반면 인이 본 발명의 일 실시예의 강 내에 0.20%보다 많이 첨가되면, 강의 연주 시 표층 균열 형성에 따른 파단이 발생할 가능성이 높아지는 문제점이 있다.On the other hand, if phosphorus is added in an amount of more than 0.20% in the steel of one embodiment of the present invention, there is a problem in that the possibility of breakage due to surface crack formation increases during steel playing.

한편 황(S)은 대표적인 TRAMP 원소 중 하나로서 강에서 MnS 게재물(inclusion)을 생성한다. 그 결과 황(S)은 최종 제품인 강선 제조 시 가공성을 저하시킬 수 있다.On the other hand, sulfur (S) is one of the representative TRAMP elements and generates MnS inclusions in steel. As a result, sulfur (S) may deteriorate processability in manufacturing a steel wire, which is a final product.

이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 강 내에서 황(S)은 중량 %로 0.035%이하로 제한되는 것이 바람직하다.Accordingly, in the steel according to an embodiment of the present invention, sulfur (S) is preferably limited to 0.035% or less by weight.

본 발명의 다른 실시예의 선재 및 강선 제조 방법에서는 종래의 신선 공정과는 달리 납조(lead partenting)공정을 포함하지 않는 특징이 있다. The wire rod and steel wire manufacturing method of another embodiment of the present invention is characterized in that it does not include a lead partenting process unlike the conventional wire drawing process.

따라서 본 발명의 실시예에 의한 선재 및 강선은 미세한 펄라이트(fine perlite) 미세조직을 가지지 않는다.Therefore, the wire rod and steel wire according to the embodiment of the present invention do not have a fine perlite microstructure.

먼저 상기 화학성분을 가지는 빌렛(billet)이 제작된 후, 상기 빌렛은 1,000~1,200℃이상에서 재가열될 수 있다. First, after a billet having the chemical composition is produced, the billet may be reheated at 1,000 to 1,200 ° C. or higher.

상기 빌렛은 다양한 크기로 형성될 수 있음은 통상의 기술자에게 명확할 것이다.It will be clear to those skilled in the art that the billet can be formed in various sizes.

상기 재가열된 빌렛은 압연 온도 900~1,000℃에서 열간 압연되어 목적하는 크기의 선재로 제조될 수 있다. The reheated billet may be hot-rolled at a rolling temperature of 900 to 1,000° C. to produce a wire rod having a desired size.

상기 재가열 후의 빌렛 또는 열간 압연 후의 선재의 기지와 스케일 사이에는 본 발명의 기술적 특징들 중 하나인 Fe₂SiO₄ 산화물층이 형성될 수 있다.An Fe ₂ SiO ₄ oxide layer, which is one of the technical features of the present invention, may be formed between the scale and the base of the billet after reheating or the wire rod after hot rolling.

상기 열간 압연된 선재는 선재 표면에 형성된 스케일의 박리성을 높이기 위해 권취 온도 900~950℃에서 20~30℃/s의 냉각속도로 냉각될 수 있다. The hot-rolled wire rod may be cooled at a cooling rate of 20 to 30 °C/s at a coiling temperature of 900 to 950 °C to increase the peelability of the scale formed on the surface of the wire rod.

이 때 권취 온도가 950℃보다 높은 경우, 표면 스케일의 두께가 지나치게 증가하여 후속 디스케일링 시 공정시간이 증가하고 나아가 스케일의 완전한 박리가 어려워질 수 있다.At this time, when the coiling temperature is higher than 950 ° C., the thickness of the surface scale increases excessively, increasing the process time during subsequent descaling, and furthermore, complete peeling of the scale may be difficult.

상기 냉각된 선재는 신선사에서 기계적으로 디스케일링 처리 된 후, 총 감면량(reduction of area) 99%으로 건식 및/또는 습식 신선 가공되어 최종적인 제품인 강선(강 섬유)으로 제조될 수 있다.The cooled wire rod may be mechanically descaled from wire drawing yarn and then dry and/or wet wire drawn with a total reduction of area of 99% to produce steel wire (steel fiber) as a final product.

특히 습식 신선의 경우, 물 안에서 건식 신선된 강선이 다이스(dice)를 통과하므로 건식 신선 대비 신선 속도가 매우 빨라서 생산성이 향상되는 효과를 가질 수 있다.In particular, in the case of wet drawing, since the steel wire drawn dry in water passes through a die, the drawing speed is very fast compared to dry drawing, which can have an effect of improving productivity.

[실험예][Experimental example]

아래의 표 1에서는 본 발명의 비교예와 실시예의 화학성분 및 조성범위를 보여준다.Table 1 below shows chemical components and composition ranges of Comparative Examples and Examples of the present invention.

[표 1][Table 1]

본 실험예의 비교예 1은 현재 내화물용으로 상용화된 대략 17.6% Cr을 포함하는 스테인레스 강의 선재 및 강 섬유 제품이다.Comparative Example 1 of this experimental example is a stainless steel wire rod and steel fiber product containing approximately 17.6% Cr, currently commercially available for refractories.

반면 본 실험예의 비교예 2 내지 5 및 실시예 1 내지 3은 다음의 공정에 따라 제조되었다.On the other hand, Comparative Examples 2 to 5 and Examples 1 to 3 of this experimental example were prepared according to the following process.

먼저 상기 표 1의 성분 및 조성범위를 가지는 강은 전기로에서 제강되고 160*160㎟ 크기의 연주 빌렛으로 제조된 후, 1100℃로 재가열 후 80분간 유지되었다. First, the steel having the components and composition ranges of Table 1 was manufactured in an electric furnace and produced into a cast billet having a size of 160 * 160 mm 2 , then reheated to 1100 ° C. and maintained for 80 minutes.

그 후 950℃ 이상에서 조압연 및 사상압연하여 대략 직경 5.5㎜ 압연된 선재가 제조되었다. Thereafter, rough rolling and finishing rolling were performed at 950° C. or higher to produce a rolled wire having a diameter of approximately 5.5 mm.

상기 선재는 다시 디스케일링 공정에서 스케일의 박리성을 높이기 위해 권취온도 920℃에서 권취되어 스텔모아 냉각대에서 28℃/s의 냉각속도로 냉각되었다. The wire rod was again wound at a coiling temperature of 920 ° C. in order to increase the peelability of the scale in the descaling process, and cooled at a cooling rate of 28 ° C. / s in a stelmore cooling zone.

상기 권취된 선재 표면의 스케일은 신선사에서 기계적 디스케일링 방법을 이용하여 제거되었다. The scale on the surface of the wound wire rod was removed using a mechanical descaling method in wire-drawing yarn.

그 후 상기 직경 5.5㎜ 선재는 건식 신선을 통해 직경 2㎜ 신선재로 1차 신선 가공되었고 다시 습식 신선을 통해 최종적으로 직경 0.5㎜의 신선재로 가공되었다. Thereafter, the wire rod having a diameter of 5.5 mm was firstly processed into a wire rod having a diameter of 2 mm through dry drawing and finally processed into a wire rod having a diameter of 0.5 mm through wet drawing again.

상기 신선된 강선은 필요에 따라 번들(bundle) 공정을 거쳐 번들로 제조되었다.The drawn steel wire was manufactured as a bundle through a bundle process as needed.

표 2는 상기 실험예에서 비교예들과 실시예들의 기계적 특성, 고온산화 특성과 관찰된 미세조직을 나타낸다.Table 2 shows the mechanical properties, high-temperature oxidation characteristics and observed microstructures of Comparative Examples and Examples in the experimental example.

고온산화 특성은 최종 신선된 강선을 1,100℃에서 3시간 유지시킨 후 중량의 변화(다시 말하면 산화물 중량 증가율)를 측정함으로써 평가되었다.The high-temperature oxidation characteristics were evaluated by measuring the weight change (ie, oxide weight increase rate) after maintaining the final drawn steel wire at 1,100° C. for 3 hours.

굴곡강도는 Al₂O₃:SiO₂ = 1:1 비율의 내화 분말에 물과 강섬유를 혼합하고 1,100℃에서 3시간 경화시킨 내화물을 이용하여 1 점(1 point) 굴곡 평가하는 방법을 통해 측정되었다. Flexural strength was measured through a 1-point flexural evaluation method using a refractory material mixed with water and steel fiber in a refractory powder in a ratio of Al ₂ O ₃ :SiO ₂ = 1:1 and cured at 1,100 ° C for 3 hours. .

[표 2][Table 2]

상기 표 2에서 선재는 빌렛이 열간 압연되어 직경 5.5㎜ 압연된 선재로 가공된 상태를 의미한다. In Table 2, the wire means a state in which the billet is hot-rolled and processed into a rolled wire having a diameter of 5.5 mm.

상기 표 2에서 강섬유는 상기 표 2의 직경 5.5㎜ 압연된 선재가 건식 신선 및 습식 신선된 신선재(강선)를 의미한다. In Table 2, the steel fiber means a wire rod (steel wire) obtained by dry drawing and wet drawing of a wire rod having a diameter of 5.5 mm in Table 2.

상기 표 2에서 내화물은 Al₂O₃:SiO₂ = 1:1 비율의 내화 분말에 물과 강선(신선재)을 혼합하고 1,100℃에서 3시간 경화시킨 내화물 형태의 복합재료를 의미한다.In Table 2, the refractory material means a composite material in the form of a refractory material obtained by mixing water and steel wire (raw material) with refractory powder in a ratio of Al ₂ O ₃ :SiO ₂ = 1:1 and curing at 1,100 ° C. for 3 hours.

한편 비교예 1의 스테인레스 강선은 1,100℃의 대기 중에서 3시간 유지시켰을 때, 산화물 중량 증가율은 거의 19% 수준으로 비교적 우수한 것으로 측정되었다. On the other hand, when the stainless steel wire of Comparative Example 1 was maintained in the atmosphere at 1,100 ° C. for 3 hours, the oxide weight increase rate was measured to be relatively excellent at almost 19%.

비교예 1의 우수한 내산화성은 스테인레스 표면에 형성된 Cr 산화물이 Cr 산화물 아래의 스테인레스 모재의 산화를 어느 정도 방지하고 있기 때문인 것으로 판단된다. It is believed that the excellent oxidation resistance of Comparative Example 1 is because the Cr oxide formed on the stainless surface prevents oxidation of the stainless base material under the Cr oxide to some extent.

한편 비교예 2 내지 5와 실시예 1 내지 3은 고온에서 실리콘이 강선의 강도와 내산화성에 미치는 영향을 영향을 확인하기 위해 실리콘의 조성범위를 변경한 실험예들이다.Meanwhile, Comparative Examples 2 to 5 and Examples 1 to 3 are experimental examples in which the composition range of silicon was changed in order to confirm the effect of silicon on the strength and oxidation resistance of the steel wire at high temperature.

실리콘의 함량이 1.3%까지 첨가된 비교예 2 및 3의 강선은 고온의 환경에서 산화물 중량 증가율(즉, 산화물에 의한 강선 또는 강섬유의 중량 증가율)을 기준으로 대략 98% 수준의 내산화성을 가지는 것으로 측정되었다. The steel wires of Comparative Examples 2 and 3 in which the silicon content was added up to 1.3% were found to have oxidation resistance of about 98% based on the oxide weight increase rate (ie, the weight increase rate of the steel wire or steel fiber due to oxide) in a high temperature environment. Measured.

비교예 2 및 3의 강선의 낮은 내산화성은 지나치게 적은 실리콘 첨가량으로 인해 선재 상태에서 표면의 스케일과 기지 사이에 형성되는 Fe₂SiO₄ 산화물이 불충분하게 형성된 것에서 유래된 것으로 판단된다. It is believed that the low oxidation resistance of the steel wires of Comparative Examples 2 and 3 is derived from insufficient formation of Fe ₂ SiO ₄ oxide formed between the scale and the matrix on the surface of the wire rod due to an excessively small amount of silicon added.

그리고 상기 산화물 중량 증가율은 다시 강선 상태에서의 Fe₂SiO₄ 산화물 두께 측정 결과와도 잘 일치한다. Also, the oxide weight increase rate agrees well with the result of measuring the thickness of the Fe ₂ SiO ₄ oxide in the steel wire state.

즉 상기 비교예 2 및 3의 강선에서 측정된 Fe₂SiO₄ 산화물의 두께는 그 아래의 기지를 고온의 환경으로부터 보호하기에 충분하지 못한 것으로 측정되었다.That is, the thickness of the Fe ₂ SiO ₄ oxide measured in the steel wires of Comparative Examples 2 and 3 was determined to be insufficient to protect the underlying matrix from the high-temperature environment.

반면 실리콘의 함량이 2~4.1%까지 첨가된 실시예 1 내지 3의 강선은 고온의 환경에서 산화물 중량 증가율을 기준으로 대략 18~32% 정도의 뛰어난 내산화성을 가지는 것으로 측정되었다. On the other hand, the steel wires of Examples 1 to 3 in which the silicon content was added up to 2 to 4.1% were measured to have excellent oxidation resistance of about 18 to 32% based on the oxide weight increase rate in a high temperature environment.

통상적으로 산화물 중량 증가율이 45% 이하이면 내산화성이 우수한 것으로 평가되는데, 상기 실시예 1 내지 3의 강선은 상기 평가 기준 대비 월등히 뛰어난 내산화 특성을 가지는 것으로 측정되었다.In general, when the oxide weight increase rate is 45% or less, oxidation resistance is evaluated as excellent, and the steel wires of Examples 1 to 3 were measured to have excellent oxidation resistance characteristics compared to the above evaluation criteria.

실시예 1 내지 3의 강선의 뛰어난 내산화성은 선재 상태에서 표면의 스케일과 기지 사이에 형성되는 Fe₂SiO₄ 산화물이 충분하게 형성된 것에서 유래된 것으로 판단된다. It is believed that the excellent oxidation resistance of the steel wires of Examples 1 to 3 is derived from the fact that the Fe ₂ SiO ₄ oxide formed between the surface scale and the matrix in the wire rod state is sufficiently formed.

그리고 상기 산화물 중량 증가율은 다시 강선에서의 Fe₂SiO₄ 산화물의 두께 측정 결과와도 잘 일치한다. 즉 상기 실시예 1 내지 3의 강선에서 측정된 Fe₂SiO₄ 산화물의 두께는 300㎚ 이상으로 아래의 기지를 고온의 환경으로부터 보호하기에 충분한 것으로 측정되었다. Also, the oxide weight increase rate agrees well with the result of measuring the thickness of the Fe ₂ SiO ₄ oxide in the steel wire. That is, the thickness of the Fe ₂ SiO ₄ oxide measured in the steel wires of Examples 1 to 3 was 300 nm or more, which was determined to be sufficient to protect the substrate below from a high-temperature environment.

특히 실시예 2 및 3의 강선의 내산화성은 고가의 상용재인 스테인레스 대비 동등 이상인 것으로 측정되었다.In particular, the oxidation resistance of the steel wires of Examples 2 and 3 was measured to be equal to or higher than that of stainless, which is an expensive commercial material.

한편 실리콘 함량이 4.3% 이상인 비교예 4 및 5의 강선도 실시예 1 내지 3의 강선과 유사한 고온 내산화특성을 가지는 것으로 조사되었다. Meanwhile, the steel wires of Comparative Examples 4 and 5 having a silicon content of 4.3% or more were also investigated to have high-temperature oxidation resistance similar to the steel wires of Examples 1 to 3.

다만 비교예 4 및 5의 강선은 후술할 기계적 특성 평가 결과로부터 알 수 있듯이, 가공이 불가능하여 제품으로 사용될 수 없었다.However, the steel wires of Comparative Examples 4 and 5 could not be used as products because they could not be processed, as can be seen from the mechanical property evaluation results to be described later.

도 2는 본 발명의 실험예 조성의 강선들의 Si 조성 범위에 따른 산화물 중량 증가율을 도시한 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the oxide weight increase rate according to the Si composition range of the steel wires of the composition of the experimental example of the present invention.

도 3은 본 발명의 실험예 조성의 강선들의 Si 조성 범위에 따른 Fe₂SiO₄ 산화막의 두께를 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the thickness of the Fe ₂ SiO ₄ oxide film according to the Si composition range of the steel wires of the composition of the experimental example of the present invention.

상기 도 2 및 3에서 명확하게 도시하는 바와 같이, 강선에서의 실리콘 함량에 따른 산화물 증량 증가율과 Fe₂SiO₄ 산화막의 두께는 대략 2.0%의 실리콘 함량을 기준으로 그 특성이 명확하게 구분됨을 알 수 있다.As clearly shown in FIGS. 2 and 3, it can be seen that the oxide amount increase rate according to the silicon content in the steel wire and the thickness of the Fe ₂ SiO ₄ oxide film are clearly distinguished based on the silicon content of about 2.0%. there is.

특히 도 2는 대략 2.0% 실리콘을 기준으로 하여 2.0% 미만과 2.0% 이상에서 산화물 중량 증가율이 3~4배 정도 차이가 난다는 것을 명확하게 도시하고 있다.In particular, FIG. 2 clearly shows that the oxide weight increase rate is about 3 to 4 times different between less than 2.0% and more than 2.0% based on about 2.0% silicon.

비교예 1에 해당하는 종래의 스테인레스 선재는 최종 신선까지 가공 시 인장강도는 280MPa 수준이며, 180도 굽힘 평가 시 파단이 발생하지 않는 상용 제품이다. The conventional stainless wire rod corresponding to Comparative Example 1 has a tensile strength of 280 MPa when processed to the final drawing, and is a commercial product that does not break during 180-degree bending evaluation.

표 2의 비교예 2 내지 5와 실시예 1 내지 3의 기계적 특성 평가 결과가 제시하는 바와 같이, 본 발명의 실험예에 따른 선재 및 강선에서는 모두 실리콘의 함량이 증가함에 따라 강도는 지속적으로 증가하는 것으로 나타났다. As shown in the mechanical property evaluation results of Comparative Examples 2 to 5 and Examples 1 to 3 in Table 2, in the wire rod and steel wire according to the experimental examples of the present invention, the strength continuously increases as the content of silicon increases. appeared to be

특히 실시예 1 내지 3의 선재 및 강선은 종래의 고가의 상용품인 비교재 1 대비 고온 내산화성은 동등 수준이면서 강도는 더욱 높은 것으로 측정되었다.In particular, the wire rods and steel wires of Examples 1 to 3 were measured to have the same level of high-temperature oxidation resistance and higher strength as compared to Comparative Material 1, which is a conventional expensive commercial product.

구체적으로 실시예 1 내지 3의 선재 및 강선은 모두 비교예 1의 선재 및 강선 대비 거의 2배 가까운 인장강도를 가짐을 알 수 있다. Specifically, it can be seen that the wire rods and steel wires of Examples 1 to 3 all have tensile strengths nearly twice that of the wire rod and steel wire of Comparative Example 1.

한편 실리콘 함량이 4.3 % 이상인 비교재 4 및 5는 선재 상태에서의 인장강도는 매우 높으나 신선사에서 가공 중에 단선이 발생하여 강선(강섬유)으로의 가공이 불가능하였다.On the other hand, Comparative Materials 4 and 5 having a silicon content of 4.3% or more had very high tensile strength in the wire state, but wire breakage occurred during processing in the wire, making it impossible to process them into steel wire (steel fiber).

상기 비교재 4 및 5의 선재의 지나치게 높은 강도와 신선불량은 미세조직 때문인 것으로 판단된다.It is believed that the excessively high strength and poor drawing of the wires of Comparative Materials 4 and 5 are due to the microstructure.

상기 표 2에서 나타나는 바와 같이, 실리콘 함량이 4.1%까지인 비교예 2 및 3과 실시예 1 내지 3의 선재는 모두 기지가 페라이트 미세조직을 가진다.As shown in Table 2, all of the wires of Comparative Examples 2 and 3 and Examples 1 to 3 having a silicon content of up to 4.1% had a ferrite microstructure.

반면 실리콘 함량이 4.3%를 넘어가는 비교예 4 및 5의 선재는 페라이트와 마르텐사이트 미세조직을 가진다. On the other hand, the wires of Comparative Examples 4 and 5 in which the silicon content exceeds 4.3% have ferrite and martensite microstructures.

결국 비교예 4 및 5의 선재는 페라이트와 마르텐사이트를 포함하는 미세조직 때문에 고온 내산화성과 기계적 강도가 우수하더라도 신선 가공 중에 단선이 발생하여 강선 가공이 불가능하여 제품으로 사용할 수 없었다.As a result, even though the wire rods of Comparative Examples 4 and 5 had excellent high-temperature oxidation resistance and mechanical strength due to microstructures containing ferrite and martensite, wire breakage occurred during wire drawing, making it impossible to process steel wire, so they could not be used as products.

현재의 상용품인 비교예 1의 스테인레스 강 섬유를 혼합하여 내화물과 같은 복합재료를 제조하는 경우, 복합재료의 굴곡강도는 약 60MPa 정도이며 필요한 강섬유량은 9kg 정도가 필요한 것으로 확인되었다. In the case of manufacturing a composite material such as a refractory material by mixing the stainless steel fibers of Comparative Example 1, which are currently commercial products, it was confirmed that the flexural strength of the composite material was about 60 MPa and the required amount of steel fiber was about 9 kg.

반면 본 실험예에서의 실시예 1 내지 3의 강선을 혼합한 복합재료는 상기 비교예 1을 포함한 복합재료 대비 동등 수준의 굴곡강도를 가지는 것으로 확인하였고, 상기 굴곡강도를 확보하는데 필요한 강선의 사용량은 대략 30% 이상 감소한 것으로 확인되었다. On the other hand, in this experimental example, the composite material in which the steel wires of Examples 1 to 3 were mixed was confirmed to have the same level of flexural strength as the composite material including Comparative Example 1, and the amount of steel wire used to secure the flexural strength was A reduction of approximately 30% or more was found.

따라서 본 발명의 실시예 1 내지 3의 선재 및 강선은 고가의 합금원소를 포함하지 않는 조성적 이점과 LP 처리를 필요하지 않는 공정상의 이점뿐만 아니라 특히 강선의 경우 복합재료 제조 시 그 사용량 자체를 줄일 수 있는 이점을 가질 수 있다.Therefore, the wire rods and steel wires of Examples 1 to 3 of the present invention have not only a compositional advantage of not containing expensive alloy elements and a process advantage of not requiring LP treatment, but also reduce the amount of use in the manufacture of composite materials, especially in the case of steel wires. can have the advantages of

상기의 결과를 통해 본 발명에서는 기존의 고가의 스테인레스를 대체할 수 있는 내산화성이 우수한 고강도 선재, 강선 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.Through the above results, in the present invention, it is possible to provide a high-strength wire rod with excellent oxidation resistance, a steel wire, and a method for manufacturing the same, which can replace expensive stainless steel.

구체적으로 본 발명에서의 강선은 극저탄소강을 기반으로 인과 몰리브덴을 포함하여 신선사 LP 열처리 없이도 신선 가공만으로도 인장강도가 기존의 강 섬유의 강도인 700MPa 이상을 구현할 수 있었다. Specifically, the steel wire in the present invention was able to implement a tensile strength of 700 MPa or more, which is the strength of conventional steel fibers, only by wire drawing without wire wire LP heat treatment, including phosphorus and molybdenum, based on ultra-low carbon steel.

또한 본 발명에서의 강선은 2~4.1%의 실리콘 첨가로 인해 고온에서 300㎚ 이상의 Fe₂SiO₄ 스케일 층을 형성함으로써 기지 내부로의 산소 침투를 억제하여 뛰어난 고온 내산화성을 확보할 수 있었다.In addition, the steel wire in the present invention was able to secure excellent high-temperature oxidation resistance by suppressing oxygen penetration into the base by forming a Fe ₂ SiO ₄ scale layer of 300 nm or more at high temperature due to the addition of 2 to 4.1% silicon.

또한 본 발명에서의 강선을 포함한 복합재료는 기존 사용품인 스테인레스 강 섬유를 사용한 복합재료와 동일한 굴곡강도를 가지지만 복합재료 내에 사용되는 사용량을 기존 스테인레스 강의 사용량 대비 30% 이상 절감할 수 있었다.In addition, the composite material including the steel wire in the present invention has the same flexural strength as the composite material using stainless steel fibers, which is a conventional product, but the amount used in the composite material can be reduced by more than 30% compared to the amount used in the existing stainless steel.

또한 본 발명에서의 선재 및 강선 제조 방법은 기존의 신선사 LP 처리 없이도 신선 가공만으로도 기계적 특성과 고온 내산화성이 우수한 선재 및 강선을 제조할 수 있었다. In addition, the method for manufacturing wire rods and steel wires in the present invention could manufacture wire rods and steel wires excellent in mechanical properties and high-temperature oxidation resistance only by wire drawing without the existing LP treatment of wire rods and steel wires.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the drawings illustrated, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed herein, and various modifications are made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is obvious that variations can be made. In addition, although the operational effects according to the configuration of the present invention have not been explicitly described and described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects predictable by the corresponding configuration should also be recognized.

Claims

In % by weight, C: 0.01 to 0.03%, P: 0.05 to 0.2%, Mn: 0.2 to 0.8%, Mo: 0.02 to 0.08%, Si: 2.0 to 4.1%, S: 0.035% or less, other unavoidable impurities and balance contains Fe;
A wire rod having a ferrite microstructure.

According to claim 1,
A wire having a tensile strength of 500 MPa or more after rolling of the wire.

According to claim 1,
A wire rod comprising an Fe ₂ SiO ₄ layer positioned between the matrix and the surface scale of the wire rod.

In % by weight, C: 0.01 to 0.03%, P: 0.05 to 0.2%, Mn: 0.2 to 0.8%, Mo: 0.02 to 0.08%, Si: 2.0 to 4.1%, S: 0.035% or less, other unavoidable impurities and balance contains Fe;
It has a ferrite microstructure,
Steel wire containing a layer of Fe ₂ SiO ₄ on the surface.

According to claim 4,
The Fe ₂ SiO ₄ layer has a thickness of 300 nm or more.

According to claim 4,
The steel wire has a weight increase rate of 45% or less when maintained for 3 hours in the air at 1,100 ° C.

According to claim 4,
The steel wire has a tensile strength of 1,500 MPa or more.

A composite material comprising the steel wire according to any one of claims 4 to 7.

The composite material according to claim 8, wherein the content of the steel wire in the composite material is 6.2% or less in terms of weight%.

According to claim 8,
The composite material has a flexural strength of 60 MPa or more.

In % by weight, C: 0.01 to 0.03%, P: 0.05 to 0.2%, Mn: 0.2 to 0.8%, Mo: 0.02 to 0.08%, Si: 2.0 to 4.1%, S: 0.035% or less, other unavoidable impurities and balance Preparing a billet containing Fe;
Reheating the billet to 1,000 ~ 1,200 ℃;
Hot rolling the billet at 900 to 1,000 ° C;
winding the hot-rolled wire rod;
A method of manufacturing a wire rod comprising cooling the wound wire rod.

According to claim 11,
The temperature in the winding step is 900 ~ 950 ℃,
The method of manufacturing a wire rod in which the cooling rate in the cooling step is 20 to 30 ° C / s.

In % by weight, C: 0.01 to 0.03%, P: 0.05 to 0.2%, Mn: 0.2 to 0.8%, Mo: 0.02 to 0.08%, Si: 2.0 to 4.1%, S: 0.035% or less, other unavoidable impurities and balance Preparing a billet containing Fe;
Reheating the billet to 1,000 ~ 1,200 ℃;
Hot rolling the billet at 900 to 1,000 ° C;
winding the hot-rolled wire rod;
cooling the wound wire rod;
descaling the cooled wire rod;
A method for manufacturing a steel wire comprising the step of drawing the descaled wire rod.

According to claim 13,
The temperature in the winding step is 900 ~ 950 ℃,
The cooling rate in the cooling step is 20 ~ 30 ℃ / s, the manufacturing method of the steel wire.

According to claim 13,
The method of manufacturing a steel wire in which the drawing step is a step of dry drawing followed by wet drawing.