KR20010023138A - 강선재 및 강선재용 강의 제조방법 - Google Patents
강선재 및 강선재용 강의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 선재는, 그 길이방향 종단면에서의 폭 2㎛ 이상의 산화물의 평균조성이, 중량%로, SiO2: 70%이상, CaO＋Al203: 20% 미만, ZrO2: 0.1∼10%를 포함하는 것이다. 이 선재는 트위스팅 가공성 등의 냉간가공성에 우수하며, 또한, 이 선재를 소재로 하여 제조된 강선은 높은 피로강도를 갖는다.
Description
와이어로프, 밸브스프링, 서스펜션스프링, PC강선은 일반적으로, 열간 압연하여 얻은 강선재(이하 「강선재」를 간단히「선재」라 한다)로, 와이어드로잉 가공이나 냉간압연 가공이라고 하는 냉간가공을 실행하고, 다시 담금질(quenching)과 템퍼링(tempering)의 조질(調質)처리, 또는 블로윙(blowing)처리를 실행하여 제조된다. 또 자동차의 래디얼 타이어의 보강재로서 사용되는 스틸코드용 극세강선은, 열간압연후 조정(調整)냉각한 지름이 약 5.5mm의 선재로, 1차 트위스팅가공, 파텐팅(patenting)처리, 2차 트위스팅가공, 최종 파텐팅처리를 하고, 이어서, 브라스(brass)도금처리를 실행하여, 다시 최종 습식(濕式) 트위스팅가공을 실행하는 것에 의해서 제조되고 있다. 이와 같이 하여 얻어진 극세강선을, 다시 한번 꼬음 가공으로 복수개 꼬아 합쳐서 연강선(撚鋼線)으로 하는 것으로 스틸코드가 성형된다.
일반적으로, 선재를 강선으로 가공할 때에 단선(斷線)이 생기면, 생산성과 수율이 크게 저하되어 버린다. 따라서, 상기 기술분야에 속하는 선재는, 트위스팅가공할 때나 냉간압연가공할 때, 특히 스틸코드를 제조하는 경우는 강도(强度)가 냉간가공이 행하여지는 습식(濕式) 트위스팅가공할 때에 단선하지 않는 것이 강하게 요구된다. 같은 식으로, 극세강선을 복수개 꼬아 합치는 꼬음 가공할 때에도 단선되지 않는 것이 요구된다.
근래, 제조비용 합리화나 지구환경 문제 등을 배경으로 상기한 와이어로프, 밸브스프링, 서스펜션스프링, PC강선이나 스틸코드 등 각종 제품의 경량화에 대한 요망이 점점 더 높아지고 있고, 고강도화로의 몰두가 활발히 행하여지고 있다. 그러나, 일반적으로 강재는 그 강도가 높아지는 만큼 연성(延性)과 인성(靭性)이 저하하여 트위스팅 가공성, 냉간압연 가공성 및 꼬음 가공성이 뒤떨어지고, 피로파괴에 대한 감수성(感受性)도 커진다. 이것 때문에, 상기한 각종 제품의 소재로 되는 선재에 대해서는, 특히 그 내부 성질과 형상이 우수한 것이 요구되도록 하고 있다.
이것 때문에, 선재의 트위스팅 가공성과 냉간압연 가공성을 높임과 동시에 강철선의 꼬음 가공성을 높이고, 다시, 제품의 내피로특성을 높이는 것을 목적으로, 강의 청정성에 착안한 기술이 개시되어 있다. 또, 이하의 설명에 있어서는 간단하게 하기 위해, 선재의 트위스팅 가공성과 냉간압연 가공성 및 강철선의 꼬음 가공성을 정리하여「냉간가공성」이라고 말하는 경우도 있다.
예컨대, 제126회·제127회 Nishiyama기념 기술강좌의 제148∼150쪽에는, 비금속 개재물( 이하, 간단히 개재물이라고 한다)을 열간 압연할 때에 소성변형(塑性變形)하기 쉬운 3원계(三元界)의 저융점 조성영역을 제어하는 것으로, 연성 개재물로서 무해화(無害化)를 도모하는 기술이 나타내지고 있다.
특개소62-99436호 공보에는, 개재물의 길이(L)와 폭(d)의 비율이 L/d≤5인 연신성(延伸性)이 작은 것에 한정하여, 개재물의 평균적 조성이, SiO2: 20∼60%, MnO : 10∼80%에, CaO : 50% 이하, Mg0 : 15% 이하의 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 강이 개시되어 있다.
특개소62-99437호공보에는, 개재물의 길이(L)와 폭(d)의 비율이 L/d≤5인 연신성(延伸性)이 작은 것에 한정하여, 개재물의 평균적 조성이 SiO2: 35∼75%, Al203: 30% 이하, CaO : 50% 이하, MgO : 25% 이하로 이루어진 강이 개시되어 있다.
상기의 특개소62-99436호 공보와 특개소62-99437호 공보에 개시된 기술은, 기본적으로는 개재물의 저융점화를 도모한다고 하는 기술사상에 있어서 상기의 Nishiyama기념 기술강좌에서 보고된 기술내용과 동일하다. 이 2개의 공보에서 제안된 기술의 경우는, MnO이나 MgO를 포함시킨 다원계(多元界) 개재물의 조성제어를 행하여서 저융점화를 도모하고, 열간 압연할 때에 개재물을 충분히 연신시킴과 동시에, 냉간압연 또는 트위스팅에 의해서 개재물을 파쇄시켜서 미세히 분산시켜, 냉간가공성 및 내피로특성을 높이고져 하는 것이다.
그러나, 개재물은 계면에너지가 미소하다. 이것 때문에, 개재물은 가스 버블링(gas bubbling)이나 아크식 가열방식을 갖는 래들(laddle) 정련(精鍊) 등의 2차 정련 때부터 주조할 때에 있어서 응집(凝集) 비대화(肥大化)하기 쉽고, 주조조각(鑄片) 단계에서 거대 개재물로서 잔존하는 경향이 있다. 일단 거대 개재물이 생기면, 가령 개재물로서의 평균조성은 같더라도, 도 1에 도시한 바와 같이 동일 개재물 내의 응고과정에 있어서 불균일 상(相)을 정출(晶出)하는 빈도가 높게 되는 가능성이 있다. 또, 도 1에 있어서 사선을 친 부분이 불균일 상(相)을 나타낸다. 따라서, 상기 각 공보에서 제안된 개재물 조성, 요컨대 개재물의 평균조성으로 제어한 경우에서라도, 거대로 불균일한 조성의 개재물이 정출(晶出)하면, 그 거대 개재물 내에서 공보에서 제안된 조성 내의 영역은 연질(軟質)이기 때문에 열간 압연 및 냉간 압연이나 트위스팅으로 소형화하지만, 공보에서 제안된 조성으로부터 벗어나는 영역은 대형인 채로 잔존해버리는 것이어서, 냉간가공성 및 내피로특성을 향상시키기 위해서는 한계가 있다.
한편, 냉간가공성, 더욱 내피로특성에 영향을 미치게 하는 경질 개재물의 사이즈와 개수를 규정한 기술이 특개평9-125199호 공보, 특개평9-125200호 공보나 특개평9-209075호 공보에 개시되어 있다. 그러나, 이것들의 공보에서 제안된 기술은, 예컨대, 열간 압연하여 얻은 지름 5.5mm의 선재로부터 채취한 시험재를 규정의 용액으로 용해시켜, 그 남은 찌거기인 경질의 산화물 개재물( 이하, 단지 산화물이라고 함)의 사이즈와 개수를 측정하여, 규정의 조건을 만족하는 것에서 비로서 높은 청정성을 갖는 강이나 강재로 특정할 수 있는 것이다. 이것 때문에, 강을 용제(溶製)하기 위한 설비가 다르다든지, 강의 화학조성이 다르게 되는 경우에는, 반드시 안정하여 원하는 높은 청정성을 갖는 강이나 강재가 얻어진다고는 할 수 없었다.
발명의 개시
본 발명의 목적은, 우수한 내피로특성이나 우수한 냉간가공성이 요구되는 와이어로프, 밸브스프링, 서스펜션스프링, PC강선, 스틸코드 등의 용도에 적당한 선재와, 높은 청정성을 갖고 상기 선재의 소재강으로 되는 강을 제조하는 방법, 및 상기 선재를 소재로 하는 극세강선의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 요지는 이하와 같다.
(1) 길이방향 종단면에서의 폭 2㎛ 이상의 산화물의 평균조성이, 중량%로, SiO2: 70%이상, CaO＋Al203: 20% 미만, Zr02: 0.1∼10%를 포함하는 선재.
(2) 선재에 사용하는 강의 제조방법에 있어서, 전로(轉爐)에 의한 1차 정련, 전로 바깥에서의 이차 정련 후, 연속 주조하는 상기 (1)에 기재된 선재에 사용하는 강의 제조방법.
(3) 상기 (1)에 기재된 선재를 냉간 가공한 후, 최종의 열처리, 도금처리 및 습식(濕式) 트위스팅가공을 차례로 실행하는 극세강선의 제조방법.
또, 본 발명에서 말하는(선재의)「길이방향 종단면」( 이하「L단면」이라고 함)으로는, 선재의 압연방향에 평행하게, 그 중심선을 통하여 절단한 면을 말한다. 또, 산화물의「폭」으로는, L단면에 있어서의 각각의 산화물의 폭방향의 최대길이인 것을 말한다. 산화물 형태가 입자형(粒子形)이었던 경우도, 같은 정의로 한다.
「CaO＋Al203」는, CaO와 Al2O3의 합계량을 가리킨다.「선재」로는, 봉모양으로 열간 압연된 강에서, 코일모양으로 감긴 강재를 가리키고, 소위「바 코일(bar coil)」을 포함하는 것이다.
「이차정련」으로는, 가스 버블링이나 아크식 가열방식 등을 갖는 래들 정련법, 진공처리장치를 사용하는 정련법이라고 불리어지는「청정화를 위한 전로 바깥에서의 정련법」으로 통상「노외 정련」이라고 일컬어지는 것을 가리킨다.
「강선」으로는, 선재를 냉간 가공하여 코일모양으로 감은 것을 가리킨다. 선재를 강선으로 가공하기 위한 냉간가공으로는, 통상의 구멍 다이스(dice)를 사용한 트위스팅가공뿐만 아니라, 롤러다이스(dice)를 사용한 트위스팅가공, 소위「2롤압연기」,「3롤압연기」나「4롤압연기」를 사용한 냉간압연 가공을 포함한다.
「최종의 열처리」로는, 최종의 파텐팅 처리를 가리킨다. 또, 「도금처리」는, 브라스(brass)도금, Cu도금, Ni도금 등과 같이, 다음의 습식(濕式) 트위스팅의 과정에서의 인발(引拔) 저항의 저감이나, 스틸코드 용도에서와 같은 고무와의 밀착성을 높이는 것 등을 목적으로 실행되는 것을 말한다.
본 발명은, 강선재(鋼線材), 강선재용 강의 제조방법 및 극세강선(極細鋼線)의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세히는 와이어로프, 밸브스프링, 서스펜션스프링, PC강선, 스틸코드와 같은, 우수한 내피로(耐疲勞)특성이나 우수한 냉간(冷間)가공성(예를 들어, 와이어드로잉 가공성, 압연 가공성이나 트위스팅(twisting) 가공성)이 요구되는 제품의 용도에 적당한 강선재와, 높은 청정성을 가지고 상기 강선재가 소재강으로 되는 강을 제조하는 방법, 및 상기 강선재를 소재로 하는 극세강선의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은, 거대한 불균일 조성의 개재물이 정출(晶出)하면, 그 거대개재물의 안에서 연질(軟質)인 부분은 열간압연 및 냉간압연이나 트위스팅으로 소형화하지만, 경질의 부분은 대형인 채로 잔존해버리는 것을 나타내는 개념도이다. 또, 사선을 친 부분이 불균일 상(相)을 나타낸다. 도에 있어서(a),(b) 및 (c)는 각각 주편(鑄片) 중, 선재 중 및 강선 중의 개재물을 나타낸다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명자 등은, 우수한 내피로특성이나 우수한 냉간가공성이 요구되는 와이어로프, 밸브스프링, 서스펜션스프링, PC강선, 스틸코드 등의 용도에 적당한 선재를 얻기 위해서, 여러 가지의 조사·연구를 하였다. 즉, 선재중의 산화물과 내피로특성 및 냉간가공성(트위스팅 가공성이나 꼬음 가공성)과의 관계에 관해서 조사·연구를 거듭하였다. 그 결과, 우선, 하기 (a) 및 (b)의 사실을 얻었다.
(a) 종래, 냉간가공성 및 내피로특성에 악영향을 미치게 하는「경질 개재물」로서 피해버릴 수 있는 고융점의 SiO2계 개재물은, 이것에 적정량의 ZrO2가 복합되면, 용강(溶鋼) 중에서의 SiO2계 개재물의 계면장력이 상승하여 미세분산화(微細分散化)하고, 냉간가공성 및 내피로특성에 영향을 끼치지 않게 된다. 또, 상기의「SiO2계 개재물」로는 SiO2뿐만 아니라, SiO2를 포함하는 복합개재물을 가리킨다.
(b)내피로특성 및 냉간가공성을 높이기 위해서는, 선재의 L단면에서의 폭 2㎛ 이상의 산화물의 평균조성이, 중량%로, SiO2: 70%이상, CaO＋Al203: 20% 미만, ZrO2: 0.1∼10%를 포함하는 것이면 좋다.
그래서 다음에, 산화물의 종류와 조성을 상기(b)와 같이 하기 위한 강의 제조방법에 관해서 조사·연구를 거듭하여, 하기의 사실을 얻었다.
(c) 전로(轉爐)에 의한 일차정련, 전로 바깥에서의 이차정련의 공정은, 강중의 불순물 원소의 저감에 극히 유효하고, 더욱이, 이후 연속주조하여 강괴(鋼塊)로 하면 제조비용을 비교적 낮게 억제할 수 있다.
(d) 전로(轉爐)에 의한 일차정련, 전로 바깥에서의 이차정련, 연속주조의 공정으로 강을 제조할 때에, 전로부터 연속주조의 공정까지에 용강(溶鋼) 중에 투입하는 금속 Al량 또는 불가피하게 불순물로서 혼입하는 금속 A1량(이하, 이들 금속 Al량을 간단히「혼입 A1량」이라고 함), 용강(溶鋼)과 접촉하는 내화물 및 매용제(媒溶劑) 중의 Al203량(이하, 간단히「매용제(媒溶劑) 등의 Al203량」이라고 함), 상기 내화물 및 매용제(媒溶劑)의 1종 이상으로 포함되는 ZrO2의 량(이하, 간단히「매용제(媒溶劑) 등의 ZrO3량」이라고 함), 더욱, 이차 정련 및 그 이후의 공정에서 용강과 접촉하는 래들 중 슬래그(slag)의 최종 CaO/SiO2비율(이하, 간단히「최종 CaO/SiO2비율」이라고 함)을 적정하게 제어하면, 상기 (b)의 산화물(요컨대, 선재의 L단면에 있어서의 폭 2㎛ 이상의 산화물의 평균조성이, 중량%로, SiO2: 70%이상, CaO＋Al203: 20% 미만, ZrO2: 0.1∼10%를 포함하는 것)로 할 수 있다.
본 발명은, 상기의 사실에 따라서 완성된 것이다.
이하, 본 발명의 각 요건에 관해서 자세히 설명한다. 또, 각 원소와 산화물의 함유량의「%」표시는「중량%」를 의미한다.
(A) 산화물의 폭
선재의 L단면에 있어서의 폭 2㎛ 미만의 산화물이 내피로특성 및 냉간가공성에 미치는 영향은 적다. 더욱, 상기한 폭 2㎛ 미만의 산화물은 아주 작기 때문에, EPMA법 등 물리적인 분석방법으로 조성분석을 하면 기지(matrix)부가 포함되어 버리는 경우가 있어, 정밀도 좋게 측정을 하는 것이 곤란하다. 따라서, 선재의 L단면에 있어서의 산화물의 폭을 2㎛ 이상으로 하였다.
(B) 선재의 L단면에 있어서의 폭 2㎛ 이상의 산화물의 평균조성
본 발명에 있어서는, 선재의 L단면에 있어서의 폭 2㎛ 이상의 산화물의 평균조성(이하, 간단히「평균조성」이라고 함)이, 70%이상의 SiO2, 20% 미만의 CaO＋Al203, 0.l∼10%의 ZrO2를 포함하고 있는 것이 중요하다.
이것은,「평균조성」에 있어서, SiO2, CaO, Al203를 일정범위의 ZrO2와 공존시키면, 산화물의 크기가 미세하게 됨과 동시에 개재물 조성(산화물의 조성)이 균일화되고, 종래 제안되고 있는 기술과 같이 저융점화를 도모하지 않더라도, 트위스팅가공할 때의 단선 기점이나 피로파괴의 기점으로 되는 산화물을 극히 작게 할 수 있기 때문이다.
ZrO2는 이것이 단독으로 존재하면, 경질인 개재물로서 트위스팅가공할 때의 단선 기점이나 피로파괴의 기점으로 된다. 그러나,「평균조성」에 있어서, 0.1∼10%의 량의 ZrO2를 상기한 량의 SiO2및 CaO, Al203와 복합하여 존재시키면, 경질의 SiO2가 미세하게 분산하는 것에 더하여 ZrO2도 미세하게 분산하기 때문에, 냉간가공성이나 내피로특성에 영향을 끼치지 않게 된다. 바꾸어 말하면,「평균조성」에 포함되는 ZrO2의 량이 10%를 넘는 경우에는, ZrO2계 개재물(여기서 말하는「ZrO2계 개재물」도「SiO2계 개재물」과 같은 형태로, ZrO2뿐만 아니라, ZrO2를 포함하는 복합개재물을 가리킨다)이 조대하고 또 경질인 개재물로 되기 때문에 트위스팅가공할 때의 단선 기점이나 피로파괴의 기점으로 되어 버린다.
한편,「평균조성」에 포함되는 ZrO2의 량이 0.1%를 밑도는 경우에는, Zr02의 SiO2계 개재물을 미세분산화(微細分散化) 시키는 효과를 얻기 어렵기때문에, SiO2계 개재물은 종래 지적된 바와 같이 경질인 개재물로 되어, 트위스팅가공할 때의 단선기점이나 피로파괴의 기점으로 되어 버린다.
따라서,「평균조성」에 포함되는 ZrO2를 0.1∼10%로 하였다. 또, 「평균조성」에 포함되는 ZrO2는 0.5% 이상인 것이 바람직하고, 1.0%이상이면 한층 바람직하다.
「평균조성」에 포함되는 SiO2가 70% 미만으로서, 또한 CaO＋Al03가 20% 이상이면, 강의 응고과정에서 불균일 상(相)이 정출(晶出) 하는 빈도가 높게 되기 때문에, 냉간가공성이나 내피로특성이 뒤떨어진다. 따라서, 「평균조성」에 포함되는 SiO2를 70% 이상으로서, 또한, CaO＋Al2O3를 20% 미만으로 하였다.
또,「평균조성」에 포함되는 SiO2는 75%을 넘어 95% 이하인 것이 바람직하고, CaO＋Al2O3는 1% 이상 15% 미만인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는 상기「평균조성」이 SiO2: 70%이상, CaO＋Al2O3: 20% 미만, ZrO2: 0.1∼10%를 포함하는 것이기만 하면 좋다. 따라서, SiO2, CaO, Al2O3, ZrO2이외의 산화물(예컨대, Mg0, MnO, TiO2, Na20, Cr203등)이「평균조성」에 포함되는 비율은 특히 규정할 필요는 없다.
그러나, 후술의 실시예에서 기술한 바와 같이, 예컨대, 선재의 L단면에 있어서의 폭 2㎛ 이상의 산화물을 SiO2, CaO, CaO＋Al2O3, MgO, MnO, ZrO2로 특정하고, 요컨대, 상기 6육원계(六元系)의 산화물의「평균조성」의 총계를 100%로 하여, 그「평균조성」에 있어서 0.1∼10%의 량의 ZrO2를 70% 이상의 량의 SiO2및 20% 미만의 량의 CaO＋Al2O3와 복합하여 존재시키는 것으로 하여도 좋다.
산화물의 조성을 정밀도 좋게 단시간에 용이하게 측정하기 위해서는, 예컨대, 선재로부터 채취한 시험편을 경면(鏡面) 연마하고, 그 연마면을 피검사면으로 하여 EPMA 장치로 분석하면 좋다.
우수한 내피로 특성이나 우수한 냉간 가공성이 요구되는 와이어로프, 밸브스프링, 서스펜션스프링, PC강선, 스틸코드 등의 용도에 적당한 본 발명이 목표로 하는 선재는, 그 소재강으로 되는 강의 구체적인 화학성분이나 강의 제조방법은 특히 한정할 필요는 없다. 그러나, 내피로특성이나 냉간가공성은 선재의 소재강으로 되는 강의 화학성분에 의해서도 크게 변화한다. 이것 때문에, 선재의 소재강으로 되는 강의 화학성분을 하기와 같이 규정하여도 좋다.
(C) 강의 화학성분
C : 0.45∼1.1%
C는, 강도를 확보하는데 유효한 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.45% 미만의 경우에는, 스프링이나 스틸코드 등의 최종제품에 높은 강도를 부여시키는 것이 곤란하다. 한편, 그 함유량이 1.1%를 넘으면 열간압연 후의 냉각과정 중에 초석(初析) 세멘타이트(cementite)가 생성하여, 냉간가공성이 현저히 떨어진다. 따라서, C의 함유량은 0.45∼1.1%으로 하는 것이 좋다.
Si : 0.1∼2.5%
Si는, 탈산에 유효한 원소이고, 그 함유량이 0.1% 미만으로서는 그 효과를 발휘할 수 없다. 한편, 2.5%를 넘어 지나치게 함유시키면, 펄라이트(pearlite)중의 페라이트(ferrite) 상(相)의 연성이 저하되어 버린다. 또, 스프링에 있어서는,「내피로특성」이 중요하며, Si에는「내피로특성」을 높이는 작용도 있지만, 2.5%를 넘어 함유시켜도 그 효과는 포화하여 비용이 높아지고, 탈산을 조장하여 버린다. 따라서, Si, 함유량은 0.1∼2.5%로 하는 것이 좋다.
Mn : 0.1∼1.0%
Mn은, 탈산에 유효한 원소이고, 그 함유량이 0.1% 미만으로서는 이 효과를 발휘할 수 없다. 한편, 1.0%를 넘어 과다하게 함유시키면, 편석을 발생시키기 쉽게 되어 냉간가공성 및 내피로특성이 떨어져 버린다. 따라서, Mn의 함유량은 0.1∼1.0%로 하는 것이 좋다.
Zr : 0.1% 이하
Zr은 첨가하지 않더라도 좋다. 첨가하면, 이미 기술한 산화물의 평균조성을 비교적 용이하게 원하는 범위로 조정할 수가 있는 것에 더하여, 오스테나이트(austenite) 결정립을 미세화시켜, 연성 및 인성을 높이는 작용을 갖는다. 그러나, 0.1%를 넘어 함유시키더라도 상기의 효과가 포화 할뿐만 아니라, 상기한 산화물의 평균조성에 포함되는 ZrO2의 범위를 넘어 냉간가공성이나 내피로특성의 열화(劣化)를 초래하는 경우가 있다. 따라서, Zr의 함유량은 0.1% 이하로 하는 것이 좋다. 또, Zr 함유량의 하한은, 산화물의 평균조성에 포함되는 ZrO2의 량이 0.1%로 되는 경우의 값이다.
선재의 소재강으로 되는 강은, 더욱 하기의 원소를 함유하여도 좋다.
Cu : 0∼0.5%
Cu는 첨가하지 않더라도 좋다. 첨가하면, 내식성을 높이는 효과를 발휘한다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Cu는 0.1% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Cu를 0.5%을 넘어 함유시키면, 결정립계에 편석하여, 강괴(鋼塊)의 분괴(分塊)압연 때나 선재의 열간압연 때에서의 깨어짐이나 흠의 발생이 현저하게 된다. 따라서, Cu의 함유량은 0∼0.5%로 하는 것이 좋다.
Ni : 0∼1. 5%
Ni는 첨가하지 않더라도 좋다. 첨가하면, 페라이트(ferrite) 중에 고용하여 페라이트의 인성을 높이는 작용을 갖는다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Ni는 0.05% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 l.5%을 넘으면, 담금질성이 높아지게 되어서 마르텐사이트(martensite)가 생성하기 쉽게 되어 냉간 가공성이 떨어진다. 따라서, Ni의 함유량은 0∼1.5%로 하는 것이 좋다.
Cr : 0∼1.5%
Cr은 첨가하지 않더라도 좋다. Cr은 펄라이트의 라멜라(lamellar) 간격을 작게 하여 열간압연 후 및 파텐팅 후의 강도를 높이는 작용을 갖는다. 더욱, 냉간 가공할 때에 있어서의 가공경화율을 높이는 작용도 갖고 있기 때문에, Cr의 첨가에 의해서 비교적 낮은 가공율이라도 높은 강도를 얻을수있다. Cr에는 내식성을 높이는 작용도 있다. 이렇게 한 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Cr은 0.1%이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 1.5%를 넘으면, 펄라이트 변태에 대한 담금질성이 높아지게 되어 버려서 파텐팅처리가 곤란하게 된다. 따라서, Cr의 함유량은 0∼1.5%로 하는 것이 좋다.
Mo : 0∼0.5%
Mo은 첨가하지 않더라도 좋다. 첨가하면, 열처리에서 미세한 탄화물로서 석출하여 강도와 내피로특성을 높이는 작용이 있다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Mo은 0.1%이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 0.5%을 넘어 함유시켜도 상기의 효과는 포화하여, 비용이 높아질 뿐이다. 따라서, Mo의 함유량은 0∼0.5%로 하는 것이 좋다.
W : 0∼0.5%
W은 첨가하지 않더라도 좋다. 첨가하면, Cr과 같이 냉간가공할 때의 가공경화율을 현저하게 높이는 작용이 있다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서는, W은 0.1%이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0·5%를 넘으면 강의 담금질성이 높아지게 되어 버려서, 파텐팅처리가 곤란하게 된다. 따라서, W의 함유량은 0∼0.5%로 하는 것이 좋다.
Co : 0∼2.0%
Co은 첨가하지 않더라도 좋다. 첨가하면, 초석 세멘타이트의 석출을 억제하는 효과를 갖는다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Co은 0.1%이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 2.0%를 넘어 합유시켜도 상기의 효과는 포화하여, 비용이 높아질 뿐이다. 따라서, Co의 함유량은 0∼2.0%로 하는 것이 좋다.
B : 0∼0.0030%
B는 첨가하지 않더라도 좋다. 첨가하면, 펄라이트 중의 세멘타이트의 성장을 촉진시켜, 선재의 연성를 높이는 작용을 갖는다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서는, B는 0.0005%이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.0030%를 넘으면, 온간(溫間)이나 열간(熱間)에서의 가공 때에 깨어짐이 생기기 쉽게 된다. 따라서, B의 함유량은 0∼0.0030%로 하는 것이 좋다.
V : 0∼0.5%
V은 첨가하지 않더라도 좋다. 첨가하면, 오스테나이트 결정립을 미세화시켜, 연성 및 인성을 높이는 작용을 갖는다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서는, V은 0.05% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.5%를 넘어 함유시키더라도 상기의 효과는 포화하고, 비용이 높아질 뿐이다. 따라서, V의 함유량은 0∼0.5%로 하는 것이 좋다.
Nb : 0∼0.1%
Nb은 첨가하지 않더라도 좋다. 첨가하면, 오스테나이트 결정립을 미세화시켜, 연성 및 인성을 높이는 작용을 갖는다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Nb은 0.01% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.1%를 넘어 함유시키더라도 상기의 효과는 포화하여, 비용이 높아질 뿐이다. 따라서, Nb의 함유량은 0∼0.1%로 하는 것이 좋다.
Ti : 0∼0.1%
Ti는 첨가하지 않더라도 좋다. 첨가하면, 오스테나이트 결정립을 미세화시켜, 연성 및 인성을 높이는 작용을 갖는다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Ti는 0.005% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.1%를 넘어 함유시키더라도 상기의 효과는 포화하여, 비용이 높아질 뿐이다. 따라서, Ti의 함유량은 0∼0.1%로 하는 것이 좋다.
불순물 원소로서의 P, S, Al, N 및 O(산소)는 그 함유량을 하기와 같이 하는 것이 좋다.
P : 0.020% 이하
P는 냉간 가공할 때, 그 중에서도 트위스팅가공할 때에 있어서의 단선을 유발한다. 특히, 그 함유량이 0.020%를 넘으면 트위스팅가공할 때에 단선이 많아진다. 따라서, 불순물로서의 P의 함유량은 0.020% 이하로 하는 것이 좋다.
S : 0.020% 이하
S는 냉간 가공할 때, 그 중에서도 트위스팅가공할 때에 있어서의 단선을 유발한다. 특히, 그 함유량이 0.020%를 넘으면 트위스팅가공할 때에 단선이 많아진다. 따라서, 불순물로서의 S의 함유량은 0.020% 이하로 하는 것이 좋다.
Al : 0.005% 이하
Al은, 산화물의 생성주체로 되는 원소로, 내피로특성 및 냉간가공성을 뒤떨어지게 한다. 특히, 그 함유량이 0.005%를 넘으면 내피로특성의 열화(劣化)가 커진다. 따라서, 불순물로서의 Al의 함유량은 0.005% 이하로 하는 것이 좋고, 0.004% 이하라고 하면 더욱 좋다.
N : 0.005% 이하
N는, 질화물로 되는 원소이고, 또, 왜시효(歪時效)에 의해서 연성 및 인성에 악영향을 미치게 된다. 특히, 그 함유량이 0.005%를 넘으면 폐해가 현저하게 된다. 따라서, 불순물로서의 N의 함유량은 0.005% 이하로 하는 것이 좋고, 0.0035% 이하라고 하면 더욱 좋다.
O(산소) : 0.0025% 이하
O의 함유량이 0.0025%를 넘으면 산화물의 수와 폭이 증대하여, 내피로특성이 현저히 뒤떨어진다. 이것 때문에, 불순물로서의 O의 함유량은 0.0025% 이하로 하는 것이 좋고, 0.0020% 이하라고 하면 더욱 좋다.
또, 상기의 화학성분을 갖는 소재강 중, 특히, 스프링 및 스틸코드의 용도에 적당한 소재강의 화학성분은 다음에 나타낸 것이다.
스프링의 용도에 대해서는, 강의 화학성분이 중량%로, C : 0.45∼0.70%, Si : 0.1∼2.5%, Mn : 0.1∼ l.0%, Zr : 0.1% 이하를 포함하고, 더욱, Cu : 0∼0.5%, Ni : 0∼ l.5%, Cr : 0∼1.5%, Mo : 0∼0.5%, W : 0∼0.5%, Co : 0∼1.0%, B : 0∼0.0030%, V : 0∼0.5%, Nb : 0∼0.1%, Ti : 0∼0.1%를 함유하여, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 불순물중의 P는 0.020% 이하, S는 0.020% 이하, Al은 0.005% 이하, N은 0.005% 이하, 0(산소)는 0.0025% 이하의 것이 좋다.
상기한 강의 화학성분의 경우, 열처리 후의 스프링에 용이하게1600MPa 이상의 인장강도를 부여할 수 있다.
스틸코드의 용도에 대해서는, 강의 화학성분이 중량%로, C : 0.60∼1.1%, Si : 0.1∼1.0%, Mn : 0.1∼0.7%, Zr : 0.1% 이하를 포함하고, 더욱, Cu : 0∼0.5%, Ni : 0∼1.5%, Cr : 0∼1.5%, Mo : 0∼0.2%, W : 0∼0.5%, Co : 0∼2.0%, B : 0∼0.0030%, V : 0∼0.5%, Nb : 0∼0.l%, Ti : 0∼0.1%를 함유하여, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 P은 0.020% 이하, S는 0.020% 이하, Al은 0.005% 이하, N는 0.005% 이하, O(산소)는 0.0025% 이하의 것이 좋다.
상기한 강의 화학성분의 경우, 0.15∼0.35mm까지 습식(濕式) 트위스팅된 강철에 3200MPa 이상의 큰 인장강도를 부여할 수 있다.
상기의 내피로특성 및 냉간가공성에 우수한 선재의 소재강으로 되는 강의 구체적인 제조방법은 특히 한정할 필요는 없다. 그러나, 강의 용제방법(溶製方法) 및 주조방법에 의해서 강의 화학성분, 특히 불순물의 함유량이 변화하고, 주조방법에 의해서 강괴의 제조비용도 변화한다. 이것 때문에, 선재의 소재강으로 되는 강의 제조방법, 그 중에서도 용제방법 및 주조방법을 하기한 대로 규정하여도 좋다.
(D) 강철의 정련과 주조의 공정
전로 정련, 전로 바깥에서의 이차 정련의 공정은, 강중의 불순물 원소의 저감에 극히 유효하기 때문에 높은 청정성을 갖는 강의 제조에 알맞고, 더욱, 연속주조하여강괴로 하는 것으로 제조비용을 비교적 낮게 억제할 수 있다. 따라서, 선재의 소재강으로 되는 강은, 전로에 의한 일차 정련, 전로 바깥에서의 이차 정련, 연속주조의 공정을 차례로 거쳐 강괴(鋼塊)로 하는 것이 좋다. 또, 여기서 말하는「강괴」로는 JlS 용어로서 규정되어 있는 바와 같이,「주편(鑄片)」을 포함하는 것이다. 「이차 정련」으로는, 이미 기술한 바와 같이, 가스 버블링이나 아크식 가열방식 등을 갖는 래들 정련법, 진공처리장치를 사용하는 정련법이라고 불리어지는「청정화를 위한 전로 바깥에서의 정련법」으로 통상「노외정련」이라고 일컬어지는 것을 가리킨다.
전로에 의한 일차정련, 전로 바깥에서의 이차정련, 연속주조의 공정을 차례로 거쳐, 더욱이 이미 기술한「혼입 Al량」,「매용제(媒溶劑) 등의 Al203량」,「매용제 등의 ZrO2량」,「최종 CaO/SiO2비」를 적정하게 제어하면, 상기「평균조성」을 비교적 용이하게, 중량%로, SiO2: 70% 이상, CaO＋ Al203: 20% 미만, ZrO2: 0.1∼10%를 포함하는 것으로 할 수 있다. 「혼입 Al량」이 10g/ton을 넘으면, Al203의 량이 증가하여「평균조성」에 포함되는 CaO＋Al203의 량이 20% 이상으로 되는 것에 더하여 SiO2계 개재물이 미세분산하지 않게 되어, 냉간 가공성이 뒤떨어지는 경우가 있다. 따라서,「혼입 Al량」을 10g/ton 이하로 하는 것이 좋다. 또, 상기의「혼입 Al량」은 5g/ton 이하로 하는 것이 한층 바람직하고, 3g/ton 이하로 하면 극히 바람직하다.
「매용제 등의 Al203량」이 20%를 넘으면, 내화물이나 매용제와 평형(平衡)하는 용강 중의 Al량이 상승하기 때문에, 상기의「혼입 Al량」이 10g/ton을 넘는 경우와 같은 산화물의 조성변화가 생기어, 냉간 가공성이 뒤떨어지는 경우가 있다. 따라서,「매용제 등의 Al203량」을 20% 이하로 하는 것이 좋다. 또,「매용제 등의 Al203량」은 10% 이하로 하는 것이 한층 바람직하다.
「매용제 등의 ZrO2량」이 1% 미만의 경우에는,「평균조성」에 포함되는 ZrO2의 량이 규정의 0.1%를 밑돌아서, SiO2계 개재물이 조대(粗大)하고 경질인 개재물로 되어 냉간가공 할 때에 단선이 많이 생긴다. 한편, 상기「매용제 등의 ZrO2량」이 95%를 넘으면, 내화물이 무르게 되어 박리(剝離)·결손(缺損)하여 용강 중에 잔존하기도 하고, 상기 (B)항에서 기술한「평균조성」에 포함되는 ZrO2의 량이 10%를 넘어 ZrO2계 개재물이 조대하고 경질인 개재물로 되어, 냉간가공 할 때에 단선이 많이 생긴다. 따라서, SiO2계 개재물에 ZrO2를 복합하여, Si02계 개재물을 미세분산화 시키기 위해서, 「매용제 등의 ZrO2량」을 1∼95%로 하는 것이 좋다. 상기「매용제 등의 ZrO2량」의 상한은 80%로 하는 것이 바람직하다.
또,「매용제 등의 ZrO2량」을 적정하게 제어하여, 내화물이나 매용제에서 용강을 통해 간접적으로 ZrO를 SiO2계 개재물에 복합시키는 것에 의해서, 요컨대, 내화물 및 매용제와 평형하는 량의 Zr을 통해 SiO2계 개재물에 ZrO2을 복합시키는 것에 의해서, 비용을 낮게 할 수 있다.
이것에 대하여, 용강 중에 금속 Zr을 첨가하고 SiO2계 개재물에 Zr02을 부가하여, SiO2계 개재물을 미세분산화 시키는 방법으로도 좋지만, 이 경우는, 제조비용이 높아져 경제성에 뒤떨어진다. 「최종 CaO/SiO2비」가 2.0를 넘는 경우에는, 스피넬·알루미나(spinel·alumina) 등 경질의 산화물이 출현하여, 강의 청정성이 저하하는 경우가 있다. 따라서, 높은 청정성을 갖는 소재강을 안정적으로 제조하기 위해서,「최종 CaO/SiO2비」를 2.0 이하로 하는 것이 좋다. 또,「최종 CaO/SiO2비」는 2.0을 상한으로 하여 0.3이상인 것이 바람직하고, 0.6 이상이면 한층 바람직하다. 더욱, 0.8이상이면 극히 바람직하다.
「최종 CaO/SiO2비」를 2.0 이하로 하기 위해서는, 정련의 각 단계에 있어서 CaO/SiO2비를 변화시키지 않고 일정한 값으로 하여도 좋고, 낮은 값으로부터, 또는, 높은 값으로부터 적당하게 조정하여「최종 CaO/Si02비」가 2.0 이하가 되도록 하여도 좋다. 또, CaO/SiO2비는, 용강 중에 취입(吹入)되는 매용제를 적정하게 선택하는 것으로 조정할 수 있다. 예컨대, CaO를 함유하고, 또한, 그 CaO/SiO2비가, 이차정련 및 그 이후의 공정에서 용강과 접촉하는 래들 중 슬래그(slag)의 CaO/SiO2비의 값보다도 높은 매용제를 용강 중에 불어넣어서 균일화를 도모하는 것으로, CaO/SiO2비를 낮은 값으로부터 2.0 이하의「최종 CaO/SiO2비」로 조정할 수 있다.
(E) 열간압연에 의한 선재의 제조
상기 (D)항에 적은 정련과 주조의 공정을 거쳐 제조된 강을 선재로 하기 위한 열간압연 방법은 특히 규정할 필요는 없고, 예컨대, 통상 행하여지고 있는 선재의 열간압연 방법으로 좋다.
(F) 선재의 냉간가공, 최종의 열처리, 도금처리 및 습식 트위스팅가공
열간압연하여 얻어진 선재의 냉간가공은, 구멍 다이스(dice)를 사용한 트위스팅가공, 롤러다이스를 사용한 트위스팅가공, 소위「2롤압연기」,「3롤압연기」나「4롤압연기」를 사용한 냉간압연 가공 등 통상의 냉간가공 방법으로 행하면 좋다. 「최종의 열처리」인 최종 파텐팅처리도, 예컨대, 통상 행하여지고 있은 파텐팅처리로 좋다. 다음의 습식(濕式) 트위스팅의 과정에서의 인발저항의 저감이나, 스틸코드 용도에 있어서와 같은 고무와의 밀착성을 높이는 것 등을 목적으로 실행되는 도금처리도 특별한 것일 필요는 없고, 통상의 브라스 도금, Cu도금, Ni도금 등으로 좋다. 더욱, 습식 트위스팅가공도 통상 실행되고 있는 것으로 좋다.
또, 선재를 냉간가공하여, 최종의 열처리, 도금처리 및 습식(濕式) 트위스팅가공을 실행하여 제조된 극세강선은, 이후 소정의 최종제품으로 가공되는 것도 있다. 예컨대, 그 극세강선을 더욱 꼬음 가공으로 복수개 꼬아 합쳐서 꼬은 강선으로 하는 것에서 스틸코드가 성형된다.
다음의 실시예에 의해서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것들의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예1)
표 1에 나타내는 화학조성을 갖는 강 A∼W를, 전로에 의한 일차정련, 노외정련에 의한 이차정련, 연속주조의 공정으로 제조하였다. 즉, 70ton 전로에서 용제하여, 출강(出鋼) 때에 Si, Mn으로 탈산하고 나서「노외정련」하여 성분(화학조성)의 조정과 청정화 처리를 실행하고, 연속주조하여 강괴로 하였다. 또, 표 1에는, 전로용제 및「노외정련」때의「혼입 Al량」(요컨대, 전로에서부터 연속주조의 공정까지 용강 중에 투입하는 금속 Al량 또는 불가피한 불순물로서 혼입하는 금속 Al량), 「매용제 등의 Al203량」(요컨대, 용강과 접촉하는 내화물 및 매용제 중의 Al203량), 「매용제 등의 ZrO2량」(요컨대, 상기 내화물 및 매용제의 1종 이상으로 포함되는 ZrO2의 량), 용강 중에 매용제의 취입(吹入)의 유무, 정련 도중에서의 래들 중 슬래그(slag)의 CaO/SiO2비 및「최종 CaO/SiO2비」(요컨대, 이차정련 및 그 이후의 공정에서 용강과 접촉하는 래들 중 슬래그(slag)의 최종 CaO/SiO2비)의 상세한 것도 병행하여 나타내었다. 여기서, 용강 중에 불어넣어진 매용제는 구체적으로는 CaO분말, 또는 CaO와 SiO2의 혼합분말이다.
표 1에 있어서의 강 A∼W는 스틸코드의 소재강으로서 일반적으로 사용되고 있은 JIS의 SWRS82A에 상당하는 강이다. 또, 표 1에는 JIS의 규격화학성분인 C, Si, Mn, P, S에 더하여 불순물 원소로서의 Al, N 및 O(산소)의 함유량도 더불어 나타내었다.
상기의 연속주조한 각 강을, 통상의 방법으로 압연온도 및 냉각속도를 조정하면서 지름 5.5mm의 선재로 열간압연하였다. 이들의 선재로 일차 트위스팅 가공(마무리 지름 2.8mm), 일차 파텐팅처리, 이차 트위스팅가공(마무리 지름 1.2mm)을 실시하였다. 이후 다시 한번, 최종 파텐팅처리(950∼1050℃의 오스테나이트화 온도, 560∼610℃의 연욕온도(鉛浴溫度))를 실시하고, 계속해서 브라스 도금처리를 하고 나서 트위스팅속도 550m/분의 조건으로 습식(濕式) 트위스팅 가공(마무리 지름 0.2mm)을 하였다.
표 2에, 지름 5.5mm의 선재의 L단면을 경면(鏡面) 연마하고, 그 연마면을 피검사면으로 하여 EPMA장치로 분석하여 폭이 2㎛이상의 산화물의 조성을 측정한 결과, 및 지름 1.2mm의 강선을 지름 0.2mm의 강선으로 습식(濕式) 트위스팅한 경우의 단선지수(강선 1ton당의 단선회수(회/ton))를 나타낸다. 또, 표 2에 있어서의「평균조성」으로는 이미 기술한 바와 같이, 선재의 L단면에 있어서의 폭 2㎛ 이상의 산화물의 평균조성을 가리키고, 이하의 실시예에 있어서도 같다.
표 2로부터, 시험번호 1∼16, 요컨대, 표 1에 기재된 방법으로 제조한 강철 A∼P를 소재강으로 하는 선재에 있어서는, 평균조성이 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하기 때문에 강선의 단선지수가 낮고, 트위스팅 가공성에 뛰어난 것이 분명하다. 이것에 대하여, 시험번호 17∼23의 강철 Q∼W를 소재강으로 하는 선재의 평균조성은 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어나 있고, 강선의 단선지수는 높고, 트위스팅 가공성이 뒤떨어지고 있었다.
(실시예 2)
표 3에 나타내는 강 A1∼A15를 전로에 의한 일차정련, 노외정련에 의한 이차정련, 연속주조의 공정으로 제조하였다. 즉, 전로에서 용제하고, 출강(出鋼)할 때에 Si, Mn으로 탈산하고 나서「노외정련」하여 성분(화학조성)의 조정과 청정화 처리를 실행하며,「혼입 Al량」을 1g/ton으로 조정함과 동시에,「매용제 등의 Al203량」을 5%,「매용제 등의 ZrO2량」을 90%, 「최종 CaO/SiO2비」를 1.0으로 조정하여, 그후 연속주조하였다.
상기에서 연속주조한 각 강을, 통상의 방법으로 압연온도 및 냉각속도를 조정하면서 지름 5.5mm의 선재에 열간압연하였다. 이들의 선재에 일차 트위스팅가공(마무리 지름 2.8mm), 일차 파텐팅처리, 이차 트위스팅가공(마무리 지름 1.2mm)을 실행하였다. 이후 다시, 최종 파텐팅처리(950∼1050℃의 오스테나이트화 온도, 560∼610℃의 연욕온도(鉛浴溫度))를 실행하고, 계속해서 브라스 도금처리를 하고 나서 트위스팅속도 550m/분의 조건으로 습식(濕式) 트위스팅가공(마무리 지름 0.2mm)을 하였다.
표 4에, 지름 5.5mm의 선재의 L단면을 경면 연마하고, 그 연마면을 피검사면으로 하여 EPMA장치로 분석하여 폭이 2㎛ 이상의 산화물의 조성을 측정한 결과 및 지름1.2mm의 강선을 지름 0.2mm의 강선에 습식(濕式) 트위스팅한 경우의 단선지수를 나타낸다.
표 4로부터, 상기 방법으로 제조한 강 A1∼A15를 소재강으로 하는 선재는, 어느 것이나 평균조성이 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하기 때문에, 강선의 단선지수는 낮고, 트위스팅 가공성에 뛰어난 것이 분명하다.
(실시예 3)
표 5에 나타내는 화학조성을 갖는 강 1∼7을 전로에 의한 일차정련, 노외정련에 의한 이차정련, 연속주조의 공정으로 제조하였다. 즉, 전로에서 용제하여, 출강 때에 Si, Mn으로 탈산하고 나서「노외정련」하여 성분(화학조성)의 조정과 청정화 처리를 실행하고,「혼입 Al량」을 5g/ton 이하로 조정함과 동시에,「매용제 등의 Al203량」을 10% 이하로 하고, 또한, 「매용제 등의 ZrO2량」을 1∼80%,「최종 CaO/Si02비」를 0.8∼2.0의 범위로 조정하여, 그후 연속주조하였다.
상기에서 연속주조한 각 강을, 통상의 방법으로 압연온도 및 냉각속도를 조정하면서 지름 5.5mm의 선재에 열간압연하였다. 이들의 선재에 일차 트위스팅가공(마무리 지름 2.8mm), 일차 파텐팅처리, 이차 트위스팅가공(마무리 지름 1.2mm)을 실시하였다. 이후 다시, 최종 파텐팅처리(950∼1050℃의 오스테나이트화 온도, 560∼610℃의 연욕온도(鉛浴溫度))를 실시하고, 계속해서 브라스 도금처리를 하고 나서 트위스팅속도 550m/분의 조건으로 습식(濕式) 트위스팅가공(마무리 지름 0.2mm)을 하였다.
표 6에, 지름 5.5mm의 선재의 L단면을 경면 연마하고, 그 연마면을 피검사면으로 하여 EPMA장치로 분석하여 폭이 2㎛ 이상의 산화물의 조성을 측정한 결과, 0.2mm 강선에 있어서의 인장강도와 피로강도, 및 지름 1.2mm의 강선을 지름 0.2mm의 강선으로 습식(濕式) 트위스팅한 경우의 단선지수를 나타낸다. 또, 피로강도는, 온도가 20∼25℃, 습도가 50∼60%의 조건하에서 헌터(hunter)식 회전 구부림 피로시험기를 사용하여 107사이클 시험한 경우의 결과이다.
표 6으로부터, 상기 방법으로 제조한 강 1∼7을 소재강으로 하는 선재는, 어느 것이나 평균조성이 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하기 때문에, 극세강선은 높은 피로강도를 갖고 있으며, 게다가, 단선지수는 낮고, 트위스팅 가공성에 뛰어난 것이 분명하다.
(실시예 4)
표 7에 나타내는 화학조성을 갖는 강 8∼14를 전로에 의한 일차정련, 노외정련에 의한 이차정련, 연속주조의 공정으로 제조하였다. 즉, 전로에서 용제하고, 출강 때에 Si, Mn으로 탈산하고 나서「노외정련」하여 성분(화학조성)의 조정과 청정화 처리를 실행하며,「혼입 Al량」을 5g/ton 이하로 조정함과 동시에, 「매용제 등의 Al203량」을 10% 이하로 하고, 또한,「매용제 등의 ZrO2량」을 1∼80%,「최종 CaO/SiO2비」를 0.8∼2.0의 범위로 조정하여, 그후 연속주조하였다.
상기에서 연속주조한 각 강을, 통상의 방법으로 압연온도 및 냉각속도를 조정하면서 지름 5.5mm의 선재에 열간압연하였다. 이들의 선재에 일차 트위스팅가공(마무리 지름 2.8mm), 일차 파텐팅처리, 이차 트위스팅가공(마무리 지름 1.2mm)을 실시하였다. 이후 다시, 최종 파텐팅처리(950∼1050℃의 오스테나이트화 온도, 560∼610℃의 연욕온도(鉛浴溫度))를 실시하고, 계속해서 브라스 도금처리를 하고 나서 트위스팅속도 550m/분의 조건으로 습식(濕式) 트위스팅가공(마무리 지름 0.2mm)을 하였다.
표 8에, 지름 5.5mm의 선재의 L단면을 경면 연마하고, 그 연마면을 피검사면으로 하여 EPMA장치로 분석하여 폭이 2㎛ 이상의 산화물의 조성을 측정한 결과, 0.2mm 강선에 있어서의 인장강도와 피로강도, 및 지름 l.2mm의 강선을 지름 0.2mm의 강선으로 습식(濕式) 트위스팅한 경우의 단선지수를 나타낸다. 또, 본 실시예에 있어서는, 선재의 L단면에 있어서의 폭 2㎛ 이상의 산화물을 SiO2, CaO, Al203, Mg0, MnO, ZrO2에 특정하여, 결국, 상기 6원계(六元界)의 산화물의「평균조성」의 총계를 100%로 하여, 그「평균조성」을 조사하였다. 피로강도는, 온도가 20∼25℃, 습도가 50∼60%의 조건하에서 헌터(hunter)식 회전 구부림 피로시험기를 사용하여 107사이클 시험한 경우의 결과이다.
표 8로부터, 상기 방법으로 제조한 강 8∼14를 소재강으로 하는 선재는, 어느 것이나 평균조성이 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하기 때문에, 극세강선은 높은 피로강도를 갖고 있고, 더욱이, 단선지수는 낮고, 트위스팅 가공성에 뛰어난 것이 분명하다.
(실시예 5)
표 9에 나타내는 화학조성을 갖는 강을 시험노(試驗爐)로 용제하여, Si, Mn으로 탈산한 후에 이차정련하여, 시험노로부터 연속주조의 공정까지, 용강 중에 투입하는 금속 Al량 또는 불가피한 불순물로서 혼입하는 금속 Al 량(이하 이들의 Al량도 간단히「혼입 Al량」이라고 함), 용강과 접촉하는 내화물 및 매용제 중의 Al203량(이하, 이 Al203량도 간단히「매용제 등의 Al203량」이라고 함), 상기 내화물 및 매용제의 1종 이상으로 포함되는 ZrO2의 량( 이하, 이 ZrO2량도 간단히「매용제 등의 ZrO2량」이라고 함), 더욱,「최종 CaO/SiO2비」(요컨대, 이차정련 및 그 이후의 공정에서 용강과 접촉하는 래들 중 슬래그(slag)의 최종 CaO/SiO2비)를 변화시켜, 산화물의 조성이 여러 가지 변하도록 하여, 이어서, 연속주조를 하였다.
표 9에 있어서의 강 15∼20의 제조에 있어서는, 혼입 Al량을 5g/ton 이하로 조정함과 동시에, 매용제 등의 Al203량을 10% 이하, 매용제 등의 ZrO2량을 1∼80% 로 하고, 더욱, 최종 CaO/SiO2비를 0.8∼2.0의 범위에 조정하여, 그후 연속주조하였다. 한편, 강 21∼26의 제조에 있어서는, 상기의 조건에 대하여, 혼입 Al량, 매용제 등의 Al203량, 매용제 등의 ZrO2량, 최종 CaO/SiO2비의 어느 것이나 1개 이상을 변화시켰다. 구체적으로는, 강 21은 최종 CaO/SiO2비를 2.2로 하였다. 강 22는 매용제 등의 ZrO2량을 0.9%로 하였다. 강 28은 매용제 등의 ZrO2량을 0.8%로 하고, 더욱, 최종 CaO/SiO2비를 0.6으로 하였다. 강 24는 매용제 등의 ZrO2량을 0.8%로 하고, 더욱, 최종 CaO/SiO2비를 2.1로 하였다. 강 25는 매용제 등의 ZrO2량을 81%로 하고, 더욱, 최종 CaO/Si02비를 2.3으로 하였다. 강 26은 혼입 Al량을 7g/ton, 매용제 등의 Al203량을 11%로 하고, 더욱, 최종 CaO/SiO2비를 2.1로 하였다. 또, 강 15와 강 21, 강 16과 강 22, 강 17과 강철 23, 강철 18과 강 24, 강 19와 강 25, 강 20과 강 26은 각각 거의 동일한 화학조성이 되도록 조정하였다.
상기한 바와 같이 하여 각 강을 연속주조한 후, 통상의 방법으로 압연온도 및 냉각속도를 조정하면서 지름 5.5mm의 선재에 열간압연하였다. 이것들의 선재에 일차 트위스팅가공(마무리 지름 2.8mm), 일차 파텐팅처리, 이차 트위스팅가공(마무리 지름 1.2mm)을 실시하였다. 이후 다시, 최종 파텐팅처리(950∼1050℃의 오스테나이트화 온도, 560∼610℃의 연욕온도(鉛浴溫度))를 실시하고, 계속해서 브라스 도금처리를 하고 나서 트위스팅속도 550m/분의 조건으로 습식(濕式) 트위스팅가공(마무리 지름 0.2mm)을 하였다.
표 9에, 지름 5.5mm의 선재의 L단면을 경면 연마하고, 그 연마면을 피검사면으로 하여 EPMA장치로 분석하여 폭이 2㎛ 이상의 산화물의 조성을 측정한 결과 및 0.2mm 강선에 있어서의 인장강도와 피로강도를 병행하여 나타낸다. 또, 피로강도는, 온도가 20∼25℃, 습도가 50∼60%의 조건하에서 헌터(hunter)식 회전 구부림 피로시험기를 사용하여 107사이클 시험한 경우의 결과이다.
표 9로부터, 강 15∼20을 소재강으로 하는 선재에서 가공한 극세강선은, 평균조성이 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하기 때문에, 평균조성이 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어난 강 21∼26을 소재강으로 하는 선재에서 가공한 극세강선에 비하여 높은 피로강도를 갖고 있은 것이 분명하다. 표 10에, 상기의 각 강에 관해서, 지름 l.2mm의 강선을 지름0.2mm의 강선으로 습식(濕式) 트위스팅한 경우의 단선지수(강선 1ton당의 단선회수(회/ton))를 나타낸다.
표 10으로부터, 강 15∼20을 소재강으로 하는 선재에 있어서는, 평균조성이 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하기 때문에 강선의 단선지수가 낮고, 트위스팅 가공성에 뛰어난 것이 분명하다. 이것에 대하여, 강 21∼26을 소재강으로 하는 선재의 평균조성은 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어나 있으며, 강선의 단선지수는 높고, 트위스팅 가공성에 뒤떨어지고 있었다.
(실시예 6)
표 11에 나타내는 화학조성을 갖는 강철을 시험노로 용제하고, Si, Mn으로 탈산 후에 이차정련하여,「혼입 Al량」,「매용제 등의 Al203량」,「매용제 등의 ZrO2량」 및 「최종 CaO/SiO2비」를 변화시켜, 산화물의 조성이 여러 가지 변화하도록 하고, 이어서, 연속주조를 하였다.
표 11에 있어서의 강 27∼32의 제조에 있어서는, 혼입 Al량을 5g/ton 이하로 조정함과 동시에, 매용제 등의 Al203량을 10% 이하, 매용제 등의 ZrO2량을 1∼80%로 하고, 더욱, 최종 CaO/SiO2비를 0.8∼2.0의 범위로 조정하여, 그후 연속주조하였다. 한편, 강 33∼38의 제조에 있어서는, 상기의 조건에 대하여, 혼입 Al량, 매용제 등의 Al203량, 매용제 등의 ZrO2량, 최종 CaO/SiO2비의 어느 것이나 l개 이상을 변화시켰다. 구체적으로는, 강 33은 최종 CaO/SiO2비를 2.1로 하였다. 강 34는 매용제 등의 ZrO2량을 0.8%로 하였다. 강 35는 매용제 등의 ZrO2량을 0.7%로 하고, 다시, 최종 CaO/SiO 비를 0.6으로 하였다. 강 36은 매용제 등의 Zr02량을 0.8%로 하고, 다시, 최종 CaO/SiO2비를 2.2로 하였다. 강 37은 매용제 등의 ZrO2량을 81%로 하고, 다시, 최종 CaO/SiO2비를 2.2로 하였다. 강 38은 혼입 Al량을 7g/ton, 매용제 등의 Al203량을 12%로 하고, 다시, 최종 CaO/SiO2비를 2.1로 하였다. 또, 강 27과 강 33, 강 28과 강 34, 강 29 강 35, 강 30과 강 36, 강 31과 강 37, 강 32와 강 38은 각각 거의 동일한 화학조성으로 이루어지도록 조정하였다.
상기한 바와 같이 하여 각 강을 연속주조한 후, 통상의 방법으로 압연온도 및 냉각속도를 조정하면서 지름 5.5mm의 선재에 열간압연하였다. 이들의 선재에 일차 트위스팅가공(마무리 지름 2.8mm), 일차 파텐팅처리, 이차 트위스팅가공(마무리 지름 1.2mm)을 실시하였다. 이후 다시, 최종 파텐팅처리(950∼1050℃의 오스테나이트화 온도, 560∼610℃의 연욕온도(鉛浴溫度))를 실시하고, 계속해서 브라스 도금처리를 하고 나서 트위스팅속도 550m/분의 조건으로 습식(濕式) 트위스팅가공(마무리 지름 0.2mm)을 하였다.
표 11에, 지름 5.5mm의 선재의 L단면을 경면 연마하고, 그 연마면을 피검사면으로 하여 EPMA장치로 분석하여 폭이 2㎛ 이상의 산화물의 조성을 측정한 결과 및 0.2mm 강선에 있어서의 인장강도와 피로강도를 병행하여 나타낸다. 또, 본 실시예에 있어서는, 선재의 L단면에 있어서의 폭 2㎛ 이상의 산화물을 SiO2, CaO, Al203, MgO, MnO, ZrO2로 특정하여, 결국, 상기 6원계의 산화물의「평균조성」의 총계를 100%로 하여, 그「평균조성」을 조사하였다. 피로강도는, 온도가 20∼25℃, 습도가 50∼60%의 조건하에서 헌터(hunter)식 회전 구부림 피로시험기를 사용하여 107사이클 시험한 경우의 결과이다.
표 11로부터, 강 27∼32를 소재강으로 하는 선재에서 가공한 극세강선은, 평균조성이 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하기 때문에, 평균조성이 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어난 강 33∼38을 소재강으로 하는 선재에서 가공한 극세강선에 비하여 높은 피로강도를 갖고 있는 것이 분명하다.
표 12에, 상기의 각 강에 관하여, 지름 1.2mm의 강선을 지름 0.2mm의 강선으로 습식(濕式) 트위스팅한 경우의 단선지수(강선 1ton당의 단선회수(회/ton))를 나타낸다.
표 12로부터, 강 27∼32를 소재강으로 하는 선재에 있어서는, 평균조성이 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하기 때문에 강선의 단선지수가 낮고, 트위스팅 가공성에 뛰어난 것이 분명하다. 이것에 대하여, 강 33∼38을 소재강으로 하는 선재의 평균조성은 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어나 있고, 강선의 단선지수는 높고, 트위스팅 가공성이 뒤떨어지고 있었다.
와이어로프, 밸브스프링, 서스펜션스프링, PC강선, 스틸코드와 같은 우수한 내피로 특성이나 우수한 냉간 가공성이 요구되는 제품을 본 발명은 선재의 소재로 하여 높은 생산성 하에 제공할 수 있다.
Claims (12)
- 길이방향 종단면에서의 폭 2㎛ 이상의 산화물의 평균조성이, 중량%로, SiO2: 70% 이상, CaO＋Al203: 20% 미만, Zr02: 0.1∼10%을 포함하는 강선재.
- 제 1항에 있어서, 길이방향 종단면에서의 폭 2㎛ 이상의 산화물의 평균조성에 포함되는 ZrO2이 중량%로, 0.5∼10%인 강선재.
- 제 1항에 있어서, 길이방향 종단면에서의 폭 2㎛ 이상의 산화물의 평균조성에 포함되는 ZrO2이 중량%로, 1.0∼10%인 강선재.
- 제 1항에 있어서, 길이방향 종단면에서의 폭 2㎛ 이상의 산화물의 평균조성에 포함되는 SiO2이 중량%로, 75%를 넘어 95% 이하인 강선재.
- 제 1항에 있어서, 길이방향 종단면에서의 폭 2㎛ 이상의 산화물의 평균조성에 포함되는 CaO＋Al203가 중량%로, 1% 이상 15% 미만인 강선재.
- 제 1항에 있어서, 길이방향 종단면에서의 폭 2㎛ 이상의 산화물의 평균조성에 포함되는 ZrO2, SiO2, CaO＋Al203가 각각 중량%로, 0.5∼10%, 75%를 넘어 95% 이하, 1% 이상 15% 미만인 강선재.
- 제 1항에 있어서, 길이방향 종단면에서의 폭 2㎛ 이상의 산화물의 평균조성에 포함되는 ZrO2, SiO2, CaO＋Al203가 각각 중량%로, 1.0∼10%, 75%를 넘어 95% 이하, 1% 이상 15% 미만인 강선재.
- 제 1항에 있어서, 길이방향 종단면에서의 폭 2㎛ 이상의 산화물이 SiO2, CaO, Al203, Mg0, MnO, ZrO2으로 구성되어, 그 평균조성이, 중량%로, SiO2: 70% 이상, CaO＋Al203: 20% 미만, ZrO2: 0.1∼10%인 강선재.
- 제 1항 내지 제 8항에 있어서, 강의 화학성분이 중량%로, C : 0.45∼1.1%, Si : 0.1∼2.5%, Mn : 0.1∼1.0%, Zr : 0.1% 이하를 포함하고, 또, Cu : 0∼0.5%, Ni : 0∼l.5%, Cr : 0∼1.5%, Mo : 0∼0.5%, W : 0∼0.5%, Co : 0∼1.0%, B : 0∼0.0030%, V : 0∼0.5%, Nb : 0∼0.1%, Ti : 0∼0.1%을 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 불순물 중의 P는 0.020% 이하, S는 0.020% 이하, Al는 0.005% 이하, N은 0.005% 이하, O(산소)는 0.0025% 이하인 강선재.
- 강선재에 사용하는 강의 제조방법에 있어서, 전로에 의한 일차정련, 전로 바깥에서의 이차정련의 후, 연속주조하는 청구범위 제 1항 내지 제 9항에 기재된 강선재에 사용하는 강의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 전로에서 연속주조의 공정까지의 용강 중에 투입 또는 혼입하는 Al량을 10g/ton 이하로 함과 동시에, 용강과 접촉하는 내화물 및 매용제(媒溶劑) 중의 Al203량을 20% 이하, 상기 내화물 및 매용제의 1종 이상으로 포함되는 ZrO2의 량을 1∼95%로 하여, 다시, 이차정련의 공정 이후에서 용강과 접촉하는 래들 중 슬래그(slag)의 최종 CaO/SiO2비를 2.0 이하로 하는 강의 제조방법.
- 제1항 내지 제9항에 기재된 강선재를 냉간가공한 후, 최종의 열처리, 도금처리 및 습식(濕式) 트위스트가공을 차례로 실행하는 극세강선의 제조방법.
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