KR20040013124A - 연인성·강성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선 및 그제조 방법 - Google Patents

연인성·강성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선 및 그제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기본 성분이나, 산소, 유황을 규제하고, 결정립 미세화나 냉간 신선가공에 의한 오스폼의 강인화 효과를 사용하여, 연인성과 강성율을 현저하게 향상시킨 고강도 스테인레스 강선 및 그 제조 방법을 제공하는 것으로, 이 강선은 질량%로, C:0.03∼0.14%, Si:0.1∼4.0%, Mn:0.1∼5.0%, Ni:5.0∼9.0%, Cr:14.0∼19.0% N:0.005∼0.20%, O:0.001∼0.01%, S:0.0001∼0.012%를 함유하고, 나머지 부분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한, 2C+N이 0.17∼0.32%, 아래 (1)식의 Ni당량(%)의 값이 20∼24, H≤4ppm이다.
Ni당량(%) = Ni + 0.65Cr + 0.98Mo + 1.06Mn + 0.35Si + 12.6(C+N) (1)

Description

연인성·강성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선 및 그 제조 방법{HIGH STRENGTH STAINLESS STEEL WIRE EXCELLENT IN DUCTILITY-TOUGHNESS AND MODULUS OF RIGIDITY AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}
종래, 스프링용 등의 고강도 스테인레스 강선은 냉간 신선가공 시의 종균열(시효 균열)이 문제인데, 이것을 성분, 수소량이나 신선가공 후의 가공 유기 마르텐사이트량을 규제하여 방지하는 기술이 제안되어 있다(특개평10-121208호 공보).
또한 철강 재료의 강인화 기술(연인성 개선 기술)에 관하여, 열간 또는 온간으로 오스테나이트 조직을 가공 후에 냉각시켜 마르텐사이트 변태시키는 오스폼 수법이 탄소강에서 예전부터 검토되어 왔다 (예를 들면, 일본금속학회 회보 제27권 제8호, 1988년, P623∼639). 그러나, 이 수법은 열간이나 온간역에서 오스테나이트 조직을 가공한 직후에 경화(quenching)하여야 하기 때문에 제약이 커, 공업적으로는 대부분 보급되어 있지 않다.
종래 기술에서는 스프링용 등에 사용되는 스테인레스 강선의 연인성(연성과인성)과 강성율의 향상책에 대하여 검토되어 있지 않다. 특히, 고강도 스프링용 강선의 연인성의 지표로서, 연회치가 중요하다.
고강도 스테인레스 스프링의 사용중의 절손 사고 방지나, 스프링 상수를 높여 안정적으로 경량화한다는 관점에서 고강도 스테인레스 강선의 연인성(연회치)이나 강성율의 향상은 가장 중요한 과제가 된다.
이에, 본 발명의 목적은 기본 성분이나 청정도(산소, 유황)의 규제 이외에 결정립 미세화나 냉간 신선가공에 의한 오스폼의 강인화 효과를 사용함으로써, 연인성과 강성율을 현저하게 향상시킨 고강도 스테인레스 강선 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
발명의 요약
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 여러 가지로 검토한 결과, 오스테나이트계 스테인레스강에 있어서, 모재의 기본 성분, 청정도(산소, 유황)의 규제 이외에, 조직, 강도와 냉간 신선가공 조건을 한정하고, 결정립 미세화와 오스폼의 강인화 효과를 사용함으로써, 연인성과 강성율을 현저하게 향상시킨 고강도 스테인레스 강선을 안정적으로 얻을 수 있다는 것을 알아내었다. 본 발명은 이러한 지견에 기초하여 이루어진 것이다.
즉, 본 발명이 요지로 하는 것은 다음과 같다.
본 발명은 질량%로, C:0.03∼0.14%, Si:0.1∼4.0%, Mn:0.1∼5.0%, Ni:5.0∼9.0%, Cr:14.0∼19.0%, N:0.005∼0.20%, O:0.001∼0.01%, S:0.0001∼0.012%를 함유하고, 나머지 부분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한 2C+N이 0.17∼0.32%, 아래 (1)식의 Ni당량(%)의 값이 20∼24, H≤4ppm인 연인성·탄성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선이다.
Ni당량(질량%) = Ni + 0.65Cr + 0.98Mo + 1.06Mn + 0.35Si + 12.6(C+N) (1)
또한 본 발명의 상기 강선은 또한 질량%로 아래의 A, B, C 중 어느 1종 이상을 함유하여도 된다.
A: Al, Nb, Ti, Zr, Ta, W의 어느 1종 또는 2종 이상을 각각: 0.01∼0.30%
B: V: 0.1∼0.5%
C: Mo: 0.2∼3.0%
또한 본 발명의 상기 강선은 아래 (2)식의 GI(%)의 값이 30 이하인 것이 바람직하다.
GI(%)= 16C + 2Mn + 9Ni - 3Cr + 8Mo + 15N(2)
또한, 본 발명은 질량%로,
C:0.03∼0.14%, Si:0.1∼4.0%, Mn:0.1∼5.0%, Ni:5.0∼9.0%, Cr:14.0∼19.0%, N
0.005∼0.20%, O:0.001∼0.01%, S:0.0001∼0.012%를 함유하고, 나머지 부분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한, 2C+N이 0.17∼0.32%, 아래 (1)식의 Ni당량(%)의 값이 20∼24인 강을 열간압연하여 로드로 하고, 용체화 처리한 후, 또는 이 로드를 1회 이상 용체화 처리 및 냉간 신선가공을 하여 조선(粗線)으로 한 후, 마무리 냉간가공을 실시하여 강선으로 하는 일련의 공정에 있어서, 적어도 최후의 용체화 처리를 수소가스를 함유하지 않는 분위기 중에서 행하고, 강 중의 H를4ppm 이하로 하여, (3)식으로 나타내는 신선 가공량: ε가 (4)식의 범위 내가 되도록 마무리 냉간 신선가공을 행하는 연인성·탄성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선의 제조 방법이다.
Ni당량(%) = Ni + 0.65Cr + 0.98Mo + 1.06Mn + 0.35Si + 12.6(C+N) (1)
ε = ln(Ao/A) (3)
단, Ao: 냉간 신선가공 전의 로드 또는 조선의 단면적
A: 냉간 신선가공 후의 강선의 단면적
0.15×(Ni당량)-2.28≤ε≤0.15×(Ni당량)-0.88 (4)
또한 본 발명은 질량%로, C:0.03∼0.14%, Si:0.1∼4.0%, Mn:0.1∼5.0%, Ni:5.0∼9.0%, Cr:14.0∼19.0%, N:0.005∼0.20%, O:0.001∼0.01%, S:0.0001∼0.012%를 함유하고, 또한, 2C+N이 0.17∼0.32%, (1)식의 Ni당량(%)의 값이 20∼24이고, 나머지가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강을 열간압연하고 로드로 하여 용체화 처리한 후, 또는 이 로드를 1회 이상 용체화 처리 및 냉간 신선가공하여 조선(粗線)으로 한 후, 마무리 냉간 신선가공을 하여 강선으로 하는 일련의 공정 중의 한 공정으로 하고, 수소가스를 함유하지 않는 분위기 중에서 탈수소 처리를 하여 강 중의 H를 4ppm 이하로 하고, (3)식으로 나타내는 신선 가공량: ε가, (4)식의 범위 내가 되도록 마무리 냉간 신선가공을 하는 연인성·탄성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선의 제조 방법이다.
Ni당량= Ni + 0.65Cr + 0.98Mo + 1.06Mn + 0.35Si + 12.6(C+N) (1)
ε=1n(Ao/A) (3)
단, Ao: 냉간 신선가공 전의 로드 또는 조선의 단면적
A: 냉간 신선가공 후의 강선의 단면적
0.15×(Ni당량)-2.28≤ε≤0.15×(Ni당량)-0.88 (4)
또한 본 발명의 제조 방법에 있어서, 상기 강, 로드 또는 조선은 질량%로, 아래의 A, B, C 중 어느 하나로부터 선택한 1종 이상을 함유하여도 된다.
A: Al, Nb, Ti, Zr, Ta, W의 어느 1종 또는 2종 이상을 각각: 0.01∼0.30%
B: V: 0.1∼0.5%
C: Mo: 0.2∼3.0%
또한 본 발명의 제조 방법에 있어서, 상기 로드 또는 조선의 냉간 신선가공 전의 오스테나이트 평균 결정립경을 30μm이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 고강도 스테인레스 강선에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도 오스테나이트계 스테인레스 강선의 냉간 신선가공에 의한 연인성(연성, 인 성)과 강성율 향상 기술에 관한 것이다.
우선, 본 발명의 스테인레스 강선의 성분 범위에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, %는 특별히 단서를 달지 않는 한, 모두 질량%를 나타낸다.
C는 N과 함께 냉간 신선가공 후에 고강도를 얻기 위하여, 0.03% 이상을 첨가한다. 그러나, 0.14%를 초과하여 첨가하면, 입계에 Cr 탄화물이 석출되고, 연인성이 저하되므로, 상한을 0.14%로 하였다.
Si는, 탈산을 위하여 0.1% 이상 첨가한다. 그러나 4.0%를 넘어 첨가하면 그 효과는 포화되고, 제조성이 악화되며, 또한 역으로 연인성이 열화되기 때문에 상한을 4.0%로 하였다.
Mn은 탈산을 위하여, 또한 Ni당량을 조정하기 위하여, 0.1% 이상 첨가한다.그러나 5.0%를 넘어 첨가하면 강성율이 저하되기 때문에, 상한을 5.0%로 하였다.
Ni는 연인성을 확보하고, Ni당량을 조정하기 위하여 5.0% 이상 첨가한다. 그러나 9.0%를 초과하여 첨가하면 강성율이 저하되기 때문에 상한을 9.0%로 하였다.
Cr은 내식성을 확보하고 Ni당량을 조정하기 위하여 14.0% 이상을 첨가한다. 그러나, 19.0%를 초과하여 첨가하면 연인성이 악화되기 때문에, 상한을 19.0%로 하였다.
N은 C와 함께 냉간 신선가공 후에 고강도를 얻기 위하여, 0.005% 이상 첨가한다. 그러나, 0.20%를 초과하여 첨가하면, 제조시에 블로우 홀이 생성되고, 제조성을 현저하게 악화시키기 때문에, 상한을 0.20%로 하였다.
O는, 연회치를 확보하기 위하여, 0.01% 이하로 규제한다. 그러나 0.001% 이하로 하면 공업적으로 고비용이 들고 비용 대 성능비(cost performance)가 나빠지기 때문에, 하한을 0.001%로 한다.
S는, 연회치를 확보하기 위하여 0.012% 이하로 한정한다. 그러나, 0.0001% 이하로 하면 공업적으로 고비용이 들고 비용 대 성능비가 나빠지므로 하한을 0.000l%로 한다.
강 중의 수소는 연인성을 확보하기 위하여, 4ppm이하로 한다. 특히, 1.5ppm이하로 하는 것이 바람직하다.
Al, Nb, Ti, Zr, Ta, W는 미세한 탄질화물을 형성하고, 강선의 용체화 처리 후의 오스테나이트 결정립을 안정적으로 미세화하여 연인성을 향상시키기 때문에, 필요에 따라, 어느 1종 또는 2종 이상을 각각 0.01% 이상 첨가한다. 그러나, 0.30%이상 첨가하여도 그 효과는 포화하고, 경제적이지 않을 뿐만 아니라, 역으로 연인성을 저하시키기 때문에 상한을 0.3%로 한다.
특히, Al 및 Nb는 열간 가공성을 향상시키는 동시에 석출 강화 효과에 의한 고강도화에 기여하므로 유효하다.
V는 Al, Nb, Ti, Zr, Ta, W와 마찬가지로 미세한 탄질화물을 형성, 강선의 용체화 처리 후의 오스테나이트 결정립을 안정적으로 미세화시켜 연인성을 향상시키기 때문에, 필요에 따라 0.1% 이상 첨가한다. 그러나 0.5% 이상 첨가하여도 그 효과는 포화되고, 역으로 연인성을 저하시키기 때문에, 상한을 0.5%로 한다.
Mo는 내식성에 유효하기 때문에, 필요에 따라 0.2% 이상 첨가한다. 그러나, 3.0%를 초과하여 첨가하여도 그 효과는 포화되고, 반대로 탄성율이 저하되기 때문에, 상한을 3.0%로 한다. 특히, 2.0% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Cu는 오스테나이트 조직의 가공 경화를 억제하고, 냉간 신선가공 후의 강선의 강도를 저감시키기 때문에, 필요에 따라 0.8% 이하로 저감하는 것이 바람직하다.
P는 연인성을 저하시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 0.02% 이하로 저감하는 것이 바람직하다.
다음으로 냉간 신선가공 후의 강선의 강도 및 가공 유기 마르텐사이트량에 대하여 설명한다.
냉간 신선가공 후의 강선의 인장 강도가 1700N/mm2미만인 경우, 기본적으로연인성이 높기 때문에, 본 발명의 효과가 현저하게 나타나지 않는다. 그것에 비하여, 냉간 신선가공 후의 강선의 인장 강도가 1700N/mm2이상인 고강도재가 되면, 연인성이 저하되기 때문에, 결정립 미세화나 오스폼 등의 본 발명의 효과가 명확하게 된다. 그 때문에, 냉간 신선가공 후의 강선의 인장 강도가 1700N/mm2이상으로 한정되는 것이 바람직하다. 특히, 1900N/mm2이상으로 하는 것이 바람직하지만, 상한치는 2800N/mm2에 그치는 것이 좋다.
또한 냉간 신선가공 후의 강선의 가공 유기 마르텐사이트량이 20% 미만인 경우, 통상의 냉간 신선가공 후의 강선의 인장 강도가 1700N/mm2미만이 되고, 본 발명의 고연인성의 효과가 현저하게 나타나지 않으며, 또한 강성율도 낮아진다. 그 때문에, 가공 유기 마르텐사이트량이 20% 이상인 것이 바람직하다. 한편, 냉간 신선가공 후의 가공 유기 마르텐사이트량이 80%를 넘으면 오스폼된 강인한 마르텐사이트량 자체가 감소하여, 연인성을 저하시킨다. 그 때문에, 상한을 80%로 하는 것이 바람직하다. 특히, 오스폼에 의한 강인화와 고강성율을 최대한으로 끌어내기 위해서는, 냉간 신선가공 후의 강선의 가공 유기 마르텐사이트량을 40%∼70%로 하는 것이 바람직하다.
또한, 이 가공 유기 마르텐사이트량(체적%)의 측정은 예를 들면, 직류 자화 특성의 측정 장치 등에 의한 포화 자속 밀도로부터 구할 수 있다. 또한 간편한 페라이트 미터 등으로 측정하는 경우는, 선경에 의하여 보정이 필요하다.
다음으로, 본 발명에서 규정한 2C+N량(%) 및 (1), (2)식에 대하여 설명한다.
2C+N(%)는 냉간 신선가공 후의 강선의 인장 강도에 미치는 C, N의 영향을 조사한 결과 얻어진 것이다. 냉간 신선가공 후의 강선의 인장 강도를 1700N/mm2이상 확보하기 위하여 2C+N을 0.17(%)이상으로 한다. 그러나, 0.32(%)를 초과하면 연인성을 저하시키기 때문에, 상한을 0.32(%)로 하였다. 특히, 안정된 고강도화(인장 강도≥1900N/mm2)와 고연인성의 관점에서, 0.20(%)이상, 0.30(%)이하로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, (1)식의 Ni당량은 냉간 신선가공한 후의 강선의 연인성에 미치는 각 원소의 영향을 조사한 결과 얻어진 것으로, 연인성에 대하여 효과가 있는 원소와 영향도를 나타내는 것이다.
Ni당량(%) = Ni + 0.65Cr + 0.98Mo + 1.06Mn + 0.35Si + 12.6(C+N)…(1)
Ni당량의 값이 24(%)를 초과하면 냉간 신선가공 후의 강선의 가공 유기 마르텐사이트량이 줄고, 강도가 저하되며, 본 발명의 효과가 엷어지므로 24(%)이하로 하였다. 한편, Ni당량의 값이 20(%)미만이면 냉간 신선가공 후의 강선의 오스폼된 마르텐사이트 자체가 감소하여 연인성을 저하시키기 때문에 하한을 20(%)로 하였다. 특히, 통상의 냉간 신선가공에 의하여 오스폼의 강인화를 최대한으로 끌어내려면, Ni당량으로 21(%) 내지 23(%)로 하는 것이 바람직하다.
또한 (2)식의 GI(%)는 냉간 신선가공한 후의 강성율에 미치는 각 원소의 영향을 조사한 결과 얻어진 것으로, 강성율에 대하여 효과가 있는 원소와 영향도를나타내는 것이다.
GI(%)= 16C + 2Mn + 9Ni - 3Cr + 8Mo + 15N…(2)
필요에 따라, GI의 값을 30(%)이하로 한다. GI의 값이 30(%)를 초과하면 냉간 신선가공 후의 강성율이 낮아지므로 상한을 30(%)로 하는 것이 바람직하다. 특히, 25(%)이하로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 강선의 제조 공정의 개요에 대하여 설명한다.
본 발명의 강선은 이하의 ①, ②의 어느 한 공정에 의하여 제조된다.
즉, 소요 성분으로 조정한 강을 열간압연하여 스테인레스 로드로 하고, 이것을 용체화 처리(압연후의 연속 처리도 포함)후, ① 마무리 냉간 신선가공에 의하여 강선(최종 제품)으로 하거나, ② 최종 강선 지름과 스테인레스 로드지름의 차가 큰 경우는 상기 용체화 처리된 스테인레스 로드를 1회 이상의 냉간 신선가공, 어닐링(용체화 처리)을 반복하여 조선(스트랜드)으로 하고, 이 조선에 스트랜드 어닐링(용체화 처리)을 한 후, 마무리 냉간 신선가공을 하여 강선(최종 제품)으로 한다. 이 일련의 공정 중에 있어서 용체화 처리(스트랜드어닐링을 포함한다)는 수소 가스를 함유하는 분위기 중과, 수소 가스를 함유하지 않는 분위기 중의 어느 분위기에서 하여도 좋지만, 본 발명에 있어서는 후술하는 바와 같이, 적어도 최후의 용체화 처리는, 수소가스를 함유하지 않는 분위기 중에서 실시하고, 특정 조건하에서 마무리 냉간 신선가공을 한다. 또한, 이 때 용체화 처리란 탄화물을 고용상태로 하는 것을 말한다.
또한 본 발명에 있어서는, 상술한 일련의 공정 중의 한 공정으로서 수소를함유하지 않는 분위기 중에서 탈수소처리를 하고, 특정 조건하에 마무리 냉간 신선가공을 한다.
다음으로, 냉간 신선가공 조건에 대하여 설명한다.
(3)식은 용체화 처리 후의 로드 또는, 조선의 냉간 신선 가공량, (4)식은 그 범위를 나타낸 것이다.
ε=1n(Ao/A)…(3)
Ao:냉간 신선가공 전의 로드 또는 조선의 단면적
A:냉간 신선가공 후의 강선의 단면적
0.15×(Ni당량)-2.28≤ε≤0.15×(Ni당량)-0.88…(4)
실온에서 일반적인 냉간 신선가공을 하는 경우, (3)식에서 규정한 냉간 신선 가공량; ε의 값이 (4)식에서 규정한 범위에 들어가도록 한다.
(4)식의 범위보다 작은 경우, 냉간 신선가공 후의 강선의 인장 강도가 저하되고, 또한, 강성율도 낮아진다. 한편, (4)식의 범위보다 커지면, 냉간 신선가공 후의 강선의 마르텐사이트량이 증가하고, 연인성이 저하된다. 그 때문에 (3), (4)식으로 용체화 처리 후의 냉간 신선 가공량을 한정한다.
다음으로, 로드 또는 조선의 용체화 처리(스트랜드 소지(燒紙)를 포함한다) 및 탈수소 처리 조건에 대하여 설명한다.
연인성은 전술한 바와 같이 강선의 수소 함유량의 의존성을 나타낸다. 수소가스를 함유하는 환원 가스 분위기 중에서 용체화 처리하면 수소의 흡수에 의하여 강이 4ppm을 초과하는 수소를 함유하여 연인성이 악화된다. 그 때문에 전술 공정중의 적어도 최후의 용체화 처리시는 수소가스를 함유하지 않는 Ar가스, 질소 가스, 대기 등의 분위기로 행하고, 강 중의 수소 함유량을 4ppm 이하로 한다. 특히 Ar가스 등의 분위기에서는 표면 산화가 방지되기 때문에 바람직하다.
또한 강중의 수소량을 4ppm 이하로 하기 위하여, 전술한 일련의 공정 중의 한 공정으로 하고, 예를 들면, 로드의 용체화 처리 전후, 조선으로 하는 냉간 신선가공을 위한 용체화 처리 전후, 혹은 마무리 냉간 신선가공하기 위한 용체화 처리 전후 등에 있어서 탈수소 처리를 한다. 즉, 200∼600℃의 수소 가스를 함유하지 않는 분위기 중에서 탈수소 처리를 하면 연인성이 향상된다. 이 때, 200℃ 이하에서는 그 효과가 명확하지 않고, 600℃를 초과하면 산화 스케일이 두꺼워지고, 제조성이 악화된다. 그 때문에, 200∼600℃, 바람직하게는 200∼400℃의 수소가스를 포함하지 않는 Ar가스, 질소 가스, 대기 등의 분위기 중에서 탈수소 처리하는 것이 바람직하다.
다음으로, 로드 또는 조선의 냉간 신선가공 전의 오스테나이트 조직 결정립경에 대하여 설명한다.
냉간 신선가공 전의 로드 또는 조선의 오스테나이트 조직의 평균 결정립경이 30μm을 초과하는 경우, 냉간 신선가공 후의 강선의 연인성이 저하된다. 그 때문에, 필요에 따라 냉간 신선가공 전의 로드 또는 조선의 용체화 처리 조건을, 예를 들면 950℃∼1150℃의 온도역으로부터 평균 5℃/s 이상의 냉각 속도로 500℃ 이하까지 급냉하는 등에 의하여 조정하여 오스테나이트조직 평균 결정립경을 30μm 이하로 한다.
이하에 본 발명의 실시례에 기초하여 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명은 특히, 냉간 신선가공 후의 강선의 목표 특성으로서, 인장 강도가 1700N/mm2이상, 스프링용 강선의 연인성의 중요한 인자인 연회치가 10회 이상, 스프링용 강선의 탄성율의 중요한 인자인 강성율이 63GPa 이상으로 하였다. 탄성율의 중요한 인자로서 영율도 있지만, 본 발명에서는 강성율을 그 대표치로서 규정한다.
실시예의 공시재는 통상의 스테인레스 선재의 제조 공정으로 용제하고, 열간으로 φ5.5mm까지 로드 압연을 하고, 1000℃에서 압연을 종료하였다. 얻어진 로드를 약1050℃에서 5min의 열처리(용체화 처리)를 하고, 수냉하였다. 그 후, 일부는 탈수소 처리를 하고, 중간의 냉간 신선가공을 하여 조선으로 하였다. 그 후 이 조선을 스트랜드 로로 Ar가스 분위기에서 1050℃의 용체화 처리를 한 후, 마무리 냉간 신선가공을 실시하여 강선으로 하였다.
또한, 이 마무리 냉간 신선가공 전(용체화 처리 후)의 조선의 오스테나이트 평균 결정립경과 마무리 냉간 신선가공 후의 강선의 수소량, 가공 유기 마르텐사이트량, 인장 강도, 연회치, 강성율을 조사하였다.
냉간 신선 가공 전의 조선 오스테나이트 평균 결정립경은 조선의 횡단면을 10% 질산 용액 중에서 전해 에칭을 행하고, 그 후, 화상 해석에 의하여 각 결정마다의 단면적을 구하고, 이 면적을 환산한 환산 지름(d)의 10점 평균치로 나타내고 있다.
수소량은 냉간 신선가공 후의 강선으로부터 시료를 꺼내고, 불활성 가스 용 융-열전도 측정법에 의하여 측정하였다.
냉간 신선가공 후의 강선의 가공 유기 마르텐사이트량은 직류식의 BH 트레이서로 포화 자화를 측정하여 구하였다.
냉간 신선가공 후의 강선의 인장 강도는 JISZ2241의 인장 시험에 의하여 측정하였다.
냉간 신선가공 후의 강선의 연회치는 비틀림시험을 실시하고 파단까지의 비틀림 회수로 평가하였다.
냉간 신선가공 후의 강선의 강성율은 비틀림진자법에 의하여 측정하였다.
먼저 본 발명의 기본성분의 효과에 대하여 설명한다. 공시재는 열간에서의 로드 압연과 용체화 처리를 실시한 후의 로드를 φ3.4mm까지 중간 냉간 신선 가공을 실시하여 조선으로 하고, 이어서 Ar 분위기에서 용체화 처리를 실시하며 그 후 φ1.6mm까지 마무리 냉간 신선 가공을 실시하여 강선으로 하였다. 표1에 실시예의 기본 성분과 강선의 특성을 나타낸다.
본 발명예 No.1∼No.19와 비교례 No.20∼No.32는 강선의 각 특성에 미치는 매트릭스의 성분; C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo, Cu, O, N의 영향을 조사한 것이다.
본 발명예는 모든 강선의 인장 강도가 1700N/mm2이상이고, 연회치가 10회 이상, 강성율이 63GPa이상이고, 고강도이고 연회치, 탄성율이 우수하였다. 또한본 발명예의 No.1과 No.19의 비교에 있어서, P를 내림으로써 연회치가 향상되어 있었다.
그러나 비교례 No.20에서는, C량이 낮고, 연회치와 탄성율은 낮지 않지만, 강도가 낮기 때문에, 본 발명의 효과가 명확하지 않았다.
비교례 No.21에서는 C량이 높고, 연회치가 떨어졌다.
비교례 No.22에서는 N량이 높고, 블로우 홀 등의 재료 결함이 발생하였으므로, 연회치가 떨어졌다.
비교례 No.23에서는 Si량이 높고 연회치가 떨어졌다.
비교례 No.24에서는 Mn량이 높고 연회치가 떨어졌다.
비교례 No.25에서는 Ni량이 높고 가공 유기 마르텐사이트량이 낮으며 강성율이 떨어진다.
비교례 No.26에서는 Ni량이 낮고, 가공 유기 마르텐사이트량이 높으며, 연회치가 떨어졌다.
비교례 No.27에서는 Cr량이 낮고, 가공 유기 마르텐사이트량이 높으며, 연회치가 떨어졌다.
비교례 No.28에서는 Cr량이 높고, 연회치가 떨어지지만, 가공 유기 마르텐사이트량이 낮고, 강성율도 떨어졌다.
비교례 No.29에서는 Mo량이 높고, 강성율이 뒤떨어졌다.
비교례 No.30에서는 Cu량이 높고, 인장 강도가 낮기 때문에, 본 발명의 고연회치의 효과가 명확하지 않거나, 가공 유기 마르텐사이트량이 낮고, 강성율도 떨어졌다.
비교례 No.31, No.32에서는 O량 및 S량이 각각 높고, 연회치가 떨어졌다.
다음으로, 본 발명의 결정립 미세화와 결정립 미세화 원소 첨가의 효과에 대하여 설명한다. 공시재는 열간에서의 로드 압연과 용체화 처리를 한 후의 로드를, φ3.4mm까지 중간 냉간 신선가공을 실시하여 조선으로 하고, 이어서 Ar 분위기에서 용체화 처리를 하였다. 또한, 그 후, 이 조선에 φ1.6mm까지 마무리 냉간 신선가공을 실시하여 강선으로 하였다. 표2에 실시예의 기본 성분과 강선의 특성을 표시하였다.
본 발명예 No.33∼No.44와 비교례 No.45, No.46은 강선의 연회치에 미치는 결정립 미세화와 결정립 미세화 원소의 첨가 효과를 조사한 것이다.
본 발명예 No.34∼No.44에 있어서, 결정립 미세화를 위하여 Al, Nb, Ti, Zr, Ta, W, V가 첨가되고, 평균 결정립경이 약10μm가 되어, 본 발명예 No.33에 비하여 연회치가 명백히 더욱 향상되었다. 결정립 미세화의 고연회치의 효과는 명백하다. 또한, 표2의 본 발명예 No.34∼44 (Ni당량은 모두 21.7∼22.1%) 중에, 인장 강도가 2000N/mm2이상인 No.35, 36, 38, 44인 연회치 (각각 29회, 25회, 32회, 25회)와, 표1의 결정립 미세화 원소의 첨가가 없는 본 발명예 No.1∼No.19 중에서, Ni당량이 21.7∼22.1%이고, 또한 인장 강도가 2000N/mm2이상인 No.3, 11, 12, 18의 연회치(각각13회, 13회, 11회, 13회)를 비교하여도 결정립 미세화 원소의 첨가 효과는 명백하다.
그러나, 비교례 No.45, No.46에 있어서는 Al이나 Nb가 과잉으로 첨가되어 있기 때문에 역으로 연회치가 저하되었다.
다음으로 본 발명의 수소량을 저감한 효과 및 수소 저감을 꾀하기 위한 제조 방법의 효과에 대하여 설명한다. 표3에 실시예의 제조 조건과 특성을 나타낸다. 공시재에 대하여, 표1의 강종 A를 열간으로 로드 압연하여 용체화 처리한 후, 이 로드의 일부를 표3 중의 조건으로 탈수소처리를 하였다. 또한 φ3.4mm까지 중간의 냉간 신선가공을 실시하여 조선으로 하고, 이어서 표3중의 각 분위기 가스의 조건으로 스트랜드 어닐링(용체화 처리)을 실시하고 그 후 이 조선을 φ1.6mm까지 마무리 냉간 신선가공을 하여 강선으로 하였다.
본 발명예 No.47∼No.55와 비교예 No.56, No.57은 강선의 연회치에 미치는 결정립 미세화와 결정립 미세화 원소의 첨가 효과를 조사한 것이다.
본 발명예 No.47∼No.55에 있어서, 수소량이 낮으므로 연회치가 높다. 특히 본 발명예 No.50 내지 No.55는 탈수소 처리를 실시하여 수소량을 더욱 저감하고 있으므로, 연회치가 더욱 향상되었다. 수소 저감에 의한 고연회치화의 효과는 분명하다.
그러나, 비교예 No.56, No.57은 수소가스를 포함하는 분위기 중에서 어닐링하고 있어 재료 중의 수소량이 높으므로, 연회치가 떨어졌다.
다음으로 본 발명의 냉간 신선가공 방법의 효과에 대하여 설명한다. 표4에 실시예의 냉간 신선조건과 특성을 나타낸다. 공시재에 대하여는 표2의 강종AH, 표1의 강종 I 및 강종 L을 열간으로 로드 압연하여 용체화 처리한 후, 이 로드에φ3.4mm까지 중간 냉간 신선가공을 실시하여 조선으로 하고, 이어서 Ar 분위기 가스 중에서 스트랜드 어닐링(용체화 처리)을 실시하고, 그 후, 이 조선에 표4중의 냉간 신선 가공량으로 마무리 냉간 신선가공을 하여, 강선으로 하였다. 또한 표4에는 (3), (4)식으로부터 계산되는 최적의 냉간 신선 가공량의 범위도 나타낸다.
본 발명예 No.58∼No.66과 비교례 No.67∼No.72는 강선의 인장 강도, 연회치, 강성율에 미치는 냉간 신선 가공량의 효과를 조사한 것이다.
본 발명예 No.58∼No.66은 냉간 신선 가공량이 적정하기 때문에, 인장 강도가 높고, 또한, 높은 연회치와 강성율을 나타낸다.
그러나, 비교례 No.67, No.69, No.71은 냉간 신선 가공량이 낮기 때문에, 인장 강도가 낮고, 본 발명 고연회치의 효과가 명확하지 않을 뿐만 아니라, 가공 유기 마르텐사이트량이 낮고, 강성율도 떨어졌다.
비교례 No.68, No.70, No.72는 냉간 신선 가공량이 지나치게 높고, 가공 유기 마르텐사이트량이 많기 때문에, 연회치가 떨어졌다.
이상의 실시례로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 고강도 스테인레스 강선은 연회치(연인성)와 강성율에 있어서 매우 우수한 것은 명백하다.
본 발명의 연인성·강성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선 및 그 제조 방법에 따르면, 오스테나이트계 스테인레스 강선의 모재의 기본 성분, 청정도(산소, 유황)의 규제 이외에, 조직, 강도와 신선가공 조건을 한정하고, 결정립 미세화와 오스폼의 강인화 효과를 사용함으로써, 연인성과 강성율을 현저하게 향상시킨 고강도 스테인레스 강선을 안정적으로 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 질량%로, C:0.03∼0.14%, Si:0.1∼4.0%, Mn:0.1∼5.0%, Ni:5.0∼9.0%, Cr:14.0∼19.0%, N:0.005∼0.20%, O:0.001∼0.01%, S:0.0001∼0.012%를 함유하고, 나머지 부분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한, 2C+N이 0.17∼0.32%, 아래 (1)식의 Ni당량(%)의 값이 20∼24, H≤4ppm인 것을 특징으로 하는 연인성·강성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선.
    Ni당량(%)= Ni + 0.65Cr + 0.98Mo + 1.06Mn + 0.35Si + 12.6(C+N)(1)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강선은 또한, 질량%로, 아래의 A, B, C의 어느 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 연인성·강성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선.
    A: Al, Nb, Ti, Zr, Ta, W의 어느 1종 또는 2종 이상을 각각: 0.01∼0.30%
    B: V: 0.1∼0.5%
    C: Mo: 0.2∼3.0%
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 강선의 아래 (2)식의 GI(%)의 값이 30 이하인 것을 특징으로 하는 연인성·강성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선.
    GI(%) = 16C + 2Mn + 9Ni - 3Cr + 8Mo + 15N(2)
  4. 중량%로, C:0.03∼0.14%, Si:0.1∼4.0%, Mn:0.1∼5.0%, Ni:5.0∼9.0%, Cr:14.0∼19.0%, N:0.005∼0.20%, O:0.001∼0.01%, S:0.0001∼0.012%를 함유하고, 나머지 부분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한, 2C+N이 0.17∼0.32%, 아래 (1)식의 Ni당량(%)의 값이 20∼24인 강을 열간압연하여 로드로 하고, 용체화 처리한 후, 또는 이 로드를 1회 이상 용체화 처리 및 냉간 신선가공을 하여 조선으로 한 후, 마무리 냉간 신선가공을 실시하여 강선으로 하는 일련의 공정에 있어서, 적어도 최후의 용체화 처리를 수소가스를 함유하지 않는 분위기 중에서 행하고, 강중의 H를 4ppm 이하로 하여, (3)식에 나타내는 냉간 신선 가공량:ε이 (4)식의 범위 내가 되도록 마무리 냉간 신선가공을 하는 것을 특징으로 하는 연인성·강성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선의 제조 방법.
    Ni당량(%)= Ni + 0.65Cr + 0.98Mo + 1.06Mn + 0.35Si + 12.6(C+N) (1)
    ε=ln(Ao/A) (3)
    단, Ao:냉간 신선가공 전의 로드 또는 조선의 단면적
    A:냉간 신선가공 후의 강선의 단면적
    0.15×(Ni당량)-2.28≤ε≤0.15×(Ni당량)-0.88 (4)
  5. 질량%로, C:0.03∼0.14%, Si:0.1∼4.0%, Mn:0.1∼5.0%, Ni:5.0∼9.0%, Cr:14.0∼19.0%, N:0.005∼0.20%, O:0.001∼0.01%, S:0.0001∼0.012%를 함유하고, 또한, 2C+N이 0.17∼0.32%, (1)식의 Ni당량(%)의 값이 20∼24이고, 나머지 부분이Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강을 열간압연하여 로드로 하고 용체화 처리한 후, 또는 이 로드를 1회 이상 용체화 처리 및 냉간 신선가공하여 조선으로 한 후, 마무리의 냉간 신선가공을 실시하여 강선으로 하는 일련의 공정중의 한 공정으로서, 수소가스를 함유하지 않는 분위기 중에서 탈수소 처리를 하여 강중의 H를 4ppm이하로 하고, (3)식으로 나타내는 신선 가공량:ε가 (4)식의 범위 내가 되도록 마무리 냉간 신선가공을 하는 것을 특징으로 하는 연인성·탄성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선의 제조 방법.
    Ni당량= Ni + 0.65Cr + 0.98Mo + 1.06Mn + 0.35Si + 12.6(C+N) (1)
    ε=ln(Ao/A) (3)
    단, Ao:냉간 신선가공 전의 로드 또는 조선의 단면적
    A: 냉간 신선가공 후의 강선의 단면적
    0.15×(Ni당량)-2.28≤ε≤0.15×(Ni당량)-0.88 (4)
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 강, 로드 또는 조선은 또한, 질량%로, 아래의 A, B, C의 어느 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 연인성·강성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선의 제조 방법.
    A: Al, Nb, Ti, Zr, Ta, W의 어느 1종 또는 2종 이상을 각각: 0.01∼0.30%
    B: V: 0.1∼0.5%
    C: Mo: 0.2∼3.0%
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 로드 또는 조선의 냉간 신선가공 전의 오스테나이트 평균 결정립경이 30μm 이하인 것을 특징으로 하는 연인성·탄성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선의 제조 방법.
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 강, 로드 또는 조선은 또한, 질량%로, 아래의 A, B, C의 어느 1종 이상을 함유하고,
    또한, 상기 로드 또는 조선의 냉간 신선가공 전의 오스테나이트 평균 결정립경이 30μm이하인 것을 특징으로 하는 연인성·강성율이 우수한 고강도 스테인레스 강선의 제조 방법.
    A: Al, Nb, Ti, Zr, Ta, W의 어느 1종 또는 2종 이상을 각각:0.01∼0.30%
    B:V: 0.1∼0.5%
    C:Mo: 0.2∼3.0%,
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