KR20060134789A - 신선성 및 피로특성이 우수한 강선재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명상의 강선재는 강선재의 축을 포함하는 횡단면 100㎟당 개재물의 숫자가 5개 이하이고; 이 개재물은 여기에서 압연방향에 직각방향으로 폭 5㎛ 이상의 산화물 개재물을 함유하고; 여기에서 강선재의 화학성분조성은 Al₂O₃ + MgO + CaO + SiO₂ + MnO를 100%로 하였을 때 MgO + MnO ≤ 30%(질량%, 이하 동일)를 만족하며, 또한 Al₂O₃ + CaO + SiO₂를 100%로 하였을 때 다음의 식(A) 또는 식(B)을 만족한다.

(A) : SiO₂ ≥ 75%

(B) : Al₂O₃ ≥ 35%, SiO₂ ≥ 10%, CaO ≥ 10%

강선재에서의 경질의 개재물의 함유량을 전술한 바와 같이 최소한으로 줄이므로써 우수한 강선드로잉성과 피로특성을 얻을 수 있게 된다.

Description

신선성 및 피로특성이 우수한 강선재 및 그 제조방법{Steel wire rod excellent in wire-drawability and fatigue property, and production method thereof}

도 1은 개재물의 적절한 성분분포범위를 나타내는 CaO-SiO₂-Al₂O₃ 삼원시스템의 상 다이아그램(phase diagram)이다.

도 2는 온도상승율이 높은 때의 주강(cast steel)의 부위에서의 시간, 온도변화를 나타내는 그래프이다.

도 3은 온도상승율이 낮은 때의 주강의 부위에서의 시간, 온도변화를 나타내는 그래프이다.

도 4는 온도상승에 필요한 시간과 개재물의 갯수와의 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5는 개재물의 갯수와 강선파괴 빈도수와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6은 개재물의 갯수와 파괴율(breakage percentage)과의 관계를 나타내는 그래프이다.

(발명분야)

본 발명은 강선재(鋼線材), 예컨데 타이어코드용 강선재, 스프링용 강선재와 같은 고강도 극세강선용 강선재(高强度極細鋼線用鋼線材)와 같은 강선재 및 그 제조방법(製造方法)에 관한 것이다. 특히 비금속개재물(非金屬介在物)이 최소한도로 감소되어 강선의 인발가공성과 피로특성이 향상된 강선재와 그 강선재의 제조방법에 관한 것이다.

(종래기술)

비금속개재물(특히 산화물개재물)이 강선재 내에 혼입되면 연성이 떨어지고, 와이어 드로잉공정 도중에 강선재가 파괴에 이르게 한다. 또한, 스프링용 강의 경우에는, 그 제품이 싸이클성 반복 스트레스(cyclic stress)를 갖게 되므로 경질의 개재물이 존재하면 피로 파괴(疲勞破壞)를 일으킨다. 따라서, 연성을 향상시키고 비금속개재물이 제품에 해롭지 않게 하려면 비금속 개재물을 하한치까지 줄이거나 연화(softening)시켜야만 하는데, 이는 타이어코드용 또는 스프링용 강선재의 제조상 매우 중요한 요구조건이기 때문이다.

이러한 관점에서 강선재에서 비금속개재물을 연화시키고 연성을 유지하려는 시도가 있어왔다. 예를 들면, 일본특허공보 74484/1994 및 74485/1994에는 강선재 내의 비금속개재물의 화학성분 자체를 일정범위로 제어하므로써 비금속개재물을 연 화시키고 연성을 유지하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이 공보에서 비금속개재물이 소정의 연성으로 되는 범위로 비금속개재물의 화학성분을 제어하는 확실한 기술수단은 기재되어 있지 않다.

한편, 일본특허공보 제 103416/1995, 일본특허출원 212237/1994 및 316631/1995에는, 그리고 2004년도 발행된 일본 "철과 강" 133-134페이지에 실려 182차 및 183차 니시야마 기념강연으로 공개된 바 있는 "개재물 제어와 고순도 강 제조기술"에는 용강정련 중 일정범위에서 슬라그성분을 제어하면 개재물의 연성을 연화시키고 연성을 촉진하는 것이 개시되어 있다.

그러나, 실제 제조공정에서는 강에 있는 모든 비금속개재물을 연화시키는 것은 실질적으로 불가능하다. 또한, 이미 정련 주조된 용강으로부터 제조된 주강을 가열, 압연, 그리고 드로잉(drawing)한 후에 강 내에 있는 비금속개재물의 성분을 바꿀 수는 없다.

주강을 압연하기 전의 가열온도에 관해서는 예컨데 일본특허출원 제 272119/1992, 미국특허 제 5415711호 등에 개시되어 있다. 그러나, 가열시 온도상승율 기재내용에 대해 언급한 바 없다. 그럼에도 불구하고, 열간압연시 주강의 온도상승율은 열처리조건이 부적합할 경우 SiO₂(실리카), CaO·Al₂O₃·SiO₂(회장석:anorthite)와 같은 경질의 개재물에 크게 영향을 주어 때로는 파괴빈도가 증가되고 피로특성이 열화된다.

(발명의 요약)

본 발명은 상술한 바와 같은 이유로 창안된 것으로, 그 목적은 강선재 내의 경질의 개재물을 최소한으로 감소시키므로써 강선재를 연속적으로 강선인발시킬 때 일층 향상된 강선의 드로잉성과 피로특성을 향상시킨 강선재(steel wire rod)와 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 한가지 목적은 강선재의 축을 포함하는 단면에서 100㎟당 개재물의 갯수가 5 미만으로 되는 강선재를 제공하기 위한 것이다: 즉, 강선재에 함유되는 개재물은 압연방향과 직각인 방향으로 5㎛ 이상의 폭을 가진 개재물이고; 또한 그 성분은 Al₂O₃+MgO+CaO+SiO₂+MnO를 100%로 할 때, MgO+MnO≤30%(질량%, 이하 모두 동일)를 만족하는 화학성분으로 될 때이다. 또한 Al₂O₃+CaO+SiO₂를 100%로 할 때 다음의 식 (A) 또는 (B)의 어느 하나를 만족하는 것이다.

(A) : SiO₂ ≥ 75%,

(B) : Al₂O₃ ≥ 35%, SiO₂ ≥ 10%, CaO ≥ 10%

본 발명에 따른 강선재의 화학성분은 강선재가 타이어코드용, 스프링용과 같은 용도로 사용되는 한 특히 제한되어 있지 않으나 가급적 다음의 화학성분이 바람직하다. 즉 본 발명 강선재는, 예컨데,

C : 0.4 ~ 1.3% (질량%, 이하 동일)

Si : 0.1 ~ 2.5%

Mn : 0.2 ~ 1.0%

Al : 0.003% 이하(0% 제외)를 기본적으로 함유하고,

또한 추가적으로

(a) Ni : 0.01 ~ 1%

(b) Cu : 0.01 ~ 1%

(c) Cr : 0.01 ~ 1.5%

(d) Li:0.02~20ppm, Na:0.02~20ppm, Ce:3~100ppm, La:3~100ppm 등으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 성분원소를 함유하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 전술한 강선재를 제조하기 위하여 압연해야 할 주강(cast steel)을 가열하여 열간압연 작업할 때 온도승온 작업시간을 1,000℃로부터 1,100℃로의 온도로 60분 이하로 가열하여 작업을 수행하는 것이 중요하다.

본 발명의 목적은 특수화학성분조성을 가지고 재료특성에 영향을 미치는 것으로 추정되는 경질의 산화물개재물을 최소화로 감소시켜 선인발특성(wire-drawability) 피로특성이 우수한 강선재를 얻을 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.

(발명을 수행하기 위한 최량의 실시예)

적절한 화학성분조성의 슬라그로 용융강을 처리하면 주강속의 개재물(inclusions)이나 슬라브 내의 개재물은 도 1(CaO-SiO₂-Al₂O₃ 삼원시스템의 상 다 이아그램)에 나타나 있는 S역 근처의 화학성분조성을 가지게 되어 연화되고(soften), 열간압연 또는 강선 드로잉시 용이하게 작업된다는 것은 이미 알려져 있다(전술한 "개재물 제어 및 고순도 강 제조기술 참조). 상기 역S는, 보다 정밀히는, SiO₂:20~70%, CaO:10~60%, Al₂O₃:10~30%으로 된 역으로 나타나 있다.

실제 제조공정에서는, 강에서 비금속개재물을 제어하여 연성을 가지게 하고 연화시키는 것은 실질적으로 불가능하다. 상술한 견지에서, 본 발명에서는 연성이 없는 경질의 개재물에 초점을 두고 연구를 수행하였다. 즉, 줄여야 할 경질의 개재물의 량을 확실히 규명한 것이다.

한편, 주강은 약 1,200~1,300℃까지 가열하여 열간압연할 수 있다. 만일 열처리온도가 부적합하면, 주강 내의 개재물성분 조성이 적절한 범위(전술한 역S)로 제어된다 하더라도 주강 내에 있는 개재물의 성분조성은 열처리후에 도 1에 나타나 있는 역 A, B에 근접된 곳에 있는 성분 조성으로 변화된다. 특히, 역A 또는 역B에 근접된 곳에서의 성분조성을 가지는 개재물은 단단하고, 열간압연이나 강선드로잉시에도 어렵게 연신된다.

역A는 성분조성을 가진 역을 나타내는데, 이 역A는 Al₂O₃+MgO+CaO+SiO₂+MnO를 100%로 할 때 MgO+MnO≤30%를 만족하고 또한 Al₂O₃+CaO+SiO₂를 100%로 하였을 때 SiO₂≥75%를 만족하는 역을 나타낸다. 또한, 역(region)B는 Al₂O₃+CaO+SiO₂를 100%로 하였을 때 Al₂O₃≥35%, SiO₂≥10%, CaO≥10%를 만족하는 역을 나타낸다.

본 발명에서 개재물의 성분조성이 왜 MgO+MnO≤30%를 만족하도록 규정되어야 하는가에 대한 이유는, MgO+MnO가 30%를 초과하게 되면, 개재물은 Al₂O₃+CaO+SiO₂가 100%를 이룰 때 SiO₂≥75%, 또는 Al₂O₃≥35%, SiO₂≥10%, CaO≥10%를 만족하더라도 개재물은 연화(soften)되기 때문이다.

본 발명자들은 주강에 함유되어 있는 개재물의 성분이 전술한 S역 부근에서 어떻게 제어되는지 제어되는 정도와, 또한 가열로 여러곳에 배치되어 있는 각 연소버너에 공급되는 연소가스의 유속을 가변시키므로써 가열속도를 실험하고 또한 그 영향을 조사하여 보았다. 그 결과, 본 발명자들은 가열속도에 따라 열간압연후에 강선 내의 개재물의 화학성분이 변화되는 정도가 달라짐을 알게 되었다.

실험에서는, 열전대를 주강 내측에 4군데 꽂아 넣고 각 위치별로 온도상승을 측정하였다. 그 결과 나타난 상기 부위에서의 시간별 온도변화를 도2 및 도3에 나타내었다. 도2에서는 온도상승율이 높고 도3에서는 온도상승율이 낮은 경우를 나타낸다. 또한, Ⅰ~Ⅳ는 주강의 단면적(600mm×380mm)에서의 온도측정위치를 나타낸다.

본 발명자들은 상기 실험결과를 기초로 연구를 수행하고, 그 결과 도2에서 볼 수 있는 바와 같이 온도상승율이 높으면(특히, 온도상승은 1,000℃에서 1,100℃로 상승하는데 걸리는 시간이 단시간 상승일 때), 역A 또는 역B 근처에서의 화학성분을 갖는 개재물은 감소됨을 알 수 있다. 이에 비하여, 도3에서와 같이 온도상승율이 낮으면(특히, 온도상승이 1,000℃로부터 1,100℃로 상승하는데 걸리는 시간이 장시간일 때) 역A 또는 역B 근처에서의 화학성분을 갖는 개재물은 증가되는 것을 알 수 있다.

위치 Ⅳ에서 측정되는 온도(주강의 중앙부에서 측정된 온도)는 특히 온도상승이 완만하게 나타나는데, 그렇더라도 도 2에서와 같이 온도가 1,000℃로부터 1,100℃로 올라가는데 걸리는 시간이 60분을 넘지 않으면, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 역A 또는 역B 근처에서의 화학성분조성을 갖는 개재물은 감소되는 것을 알 수 있다.

본 발명에서 함유개재물을 압연방향에 직각방향으로 5㎛ 이상의 폭으로 규정하는 이유는, 폭 5㎛ 미만의 미세한 개재물은 드로잉시 파손과 피로균열 파괴의 근원이 되기 어렵기 때문이고, 또한, 강선인발특성과 피로특성에 그리 영향을 주지 않기 때문이다. 또한, 본 발명은 산화물로 된 개재물을 포함하는데, 황화물 개재물은 매우 연해서 늘어나게 되고 열간압연시 미세하게 되어 강선인발특성과 피로특성에 덜 영향을 미치게 된다.

도4는 횡단면적 600mm×380mm를 갖고 개재물이 예컨데 5.5mmΦ 강선에서 성분A 또는 성분B를 갖는 폭 5㎛ 이상의 개재물로서의 갯수와 이 주강의 중앙부(전술한 위치 Ⅳ)에서 온도 1,000℃로부터 1,100℃로 온도상승하는데 필요한 시간과의 상관관계를 나타내는 그래프이다. 이 결과로부터 명백히 알 수 있는 것은 온도상승에 소요되는 시간이 짧을수록 개재물의 갯수를 더욱 감소시킨다는 것이다. 그리고 도 4로 알 수 있는 것은, 온도상승에 소요되는 시간이 특히 60분을 넘지 않으면 100㎟당 개재물의 숫자는 5개 이하로 감소되게 할 수 있다는 것이다.

도 5는 성분A 또는 성분B를 갖는 개재물의 숫자와 강선파괴빈도(예컨데 직경 5.5mm 강선을 직경 0.2mm의 것으로 인발할 때 강선 10톤당 강선파괴 빈도수(frequency of wire breakage)와의 사이의 관계를 나타낸다. 이 결과로부터 명확히 알 수 있는 것은, 강선파괴빈도는 성분A 또는 성분B를 갖는 개재물의 숫자가 줄어들면 같이 줄어든다는 사실이고, 또한 알 수 있는 것은 개재물의 숫자가 100㎟당 5개를 넘지 않으면 강선파괴빈도가 감소되어 실제작업에서는 거의 문제를 일으키지 않는다는 사실을 알 수 있다.

도 6은 성분A 또는 성분B를 갖는 개재물의 갯수와 피로시험에서의 파괴백분율(나카무라형의 회전-굴곡 피로시험에 붙인 4.8mmΦ 강선재의 파괴백분율)과의 사이의 관계를 나타낸 것이다. 여기에서 피로특성은 성분A 또는 성분B의 개재물의 갯수가 감소하면 피로특성이 향상됨을 알 수 있다.

또한, 분명한 것은 개재물의 갯수를 최소한으로 감소시키려면, 예컨데 강선재 100㎟당 4개 이상, 가급적 3개 이하로 개재물의 갯수를 감소시켜 강선의 인발특성과 피로특성을 향상시키기 위해서는, 주강을 1,000℃로부터 1,100℃로 가열할 때 소요되는 시간을 가능하면 짧게 제어하는 것이 중요하다.

본 발명은 전술한 구성성분(성분A 또는 성분B)을 갖는 산화물 개재물의 갯수를 감소시키므로써 강선의 인발특성과 피로특성을 향상시키는 데 목적이 있고, 강선재 그리고 미세강선용과 같은 강선인발용으로 사용되는 강재에 함유되는 성분조성을 제한하지 않는다. 상기 강재의 기본성분이 되는 C, Si, Mn 및 Al에 관해서 설명하면, 다음과 같이 그 성분범위를 갖는 것이 바람직하다.

C : 0.4 ~ 1.3%

C는 강도를 강화시키는데 유효한 기본성분 원소이다. 효과적인 강도를 위해서는 C은 0.4% 이상 함유하는 것이 필요하다. 그러나, C 함량이 과도하면, 강이 취화되고 강선인발성이 저해된다. 따라서, C 함량은 1.3% 이하로 함유할 것이 요망된다. 여기에서, 바람직한 C 함량의 하한치는 0.5%이고, 바람직한 상한치는 1.2%이다.

Si : 0.1 ~ 2.5%

Si은 탈산작용을 하는 원소이다. 따라서, 탈산작용을 나타내기 위해서는 0.1% 이상 함유해야 한다. 가급적 0.5% 이상이 바람직하다. 그러나, Si 함량이 과도하면, 탈산제로서의 SiO₂ 생성량이 과도하게 되어 강선인발특성이 저해되고, 따라서, Si 함량은 2.5% 이하로 제어해야하며, 가급적 2.3% 이하로 제어하는 것이 더욱 바람직하다.

Mn : 0.2 ~ 1.0%

Mn은 Si과 같이 탈산작용을 하는 원소이다. 또한 개재물 제어작용을 하기도 하는 원소이다. 이들 작용을 효과적으로 나타내기 위해서는 Mn을 0.2% 이상 함유하는 것이 좋고 가급적 0.3% 이상 함유하는 것이 더욱 바람직하다. 그러나 Mn이 과도하게 첨가되면, 강재가 파괴되기 쉽고 강선인발특성이 저해되므로 Mn 함량은 1.0% 이하로 제어하는 것이 좋고, 그중에서도 0.9% 이하로 제어하는 것이 좋다.

Al : 0.003% 이하(0% 제외)

Al은 개재물을 제어하는데 매우 중요한 원소인데, 가급적 적은게 좋으나 개재물 제어에 유효한 함량은 최소한 0.001% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Al 함량이 증가되면, 개재물 내의 Al₂O₃ 농도가 증가되어 강선 파괴를 일으키는 조대 Al₂O₃를 형성할 가능성이 있어 0.003% 이하로 제어할 필요가 있다.

상술한 기본적인 성분조성 외의 나머지 성분(殘余成分)은 Fe와 불가피불순물이다. 그런데, 필요에 따라 다음 성분을 추가적으로 함유한다. 즉, (a)Ni:0.01~1%, (b)Cu:0.01~1%, (c)Cr:0.01~1.5%, (d)Li:0.02~20ppm, Na:0.02~20ppm, Ce:3~100ppm, La:3~100ppm 등으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 추가적으로 함유할 것이 필요한데, 그 이유는 다음과 같다.

Ni : 0.01 ~ 1%

Ni은 강선의 강도 증가에는 기여하지 않는 원소이지만 인발된 강선의 항장력(toughness)을 촉진시키는데 유용한 원소이다. 그 효과와 기능을 나타내도록 하기 위해서는 Ni 0.01% 이상 함유하는 것이 좋다. 그러나, Ni 함량이 과도하면 그 효과가 포화되므로 Ni 함량을 1% 이하로 하는 것이 필요한데, 가급적 효과적으로 강선에 기여하는 Ni 함량은 0.02% 이상, 그리고 가급적 0.9% 이하로 함유하는 것이 바람직하다.

Cu : 0.01 ~ 1%

Cu는 석출경화기능에 의해 강선의 강도를 높여주는 원소이다. 석출경화(析出 硬化)에 의한 강도향상 효과는 최소한 0.01% 이상 함유해야 얻을 수 있다. Cu 함량이 과도하여 Cu가 결정립계로부터 분리되어 나오면, 크랙을 일으키고 열간압연 공정에 들어가면 강재에 결함을 만들므로 Cu는 1% 이하로 제어해야 한다. 여기에서, 바람직한 Cu 함량의 바람직한 하한치는 가급적 0.02% 이상이고, 바람직한 Cu의 상한치는 0.9%이다.

Cr : 0.01 ~ 1.5%

Cr은 강선인발공정에 있어 가공경화율을 증가시키는 효과를 가져오고, 비교적 낮은 감소율에서도 고강도를 얻기 쉽게 해준다. 또한 Cr은 강의 내식성을 향상시키는 역할을 하는데, 타이어의 고무강화재와 같은 재료로서의 미세강선의 부식을 또한 억제한다. 이들 효과를 나타내기 위해서는 Cr 함량은 0.01% 이상, 가급적 0.02% 이상 함유하는게 좋으나, 과도하면 퍼얼라이트 변태로의 경화능(hardenability)이 증가되고, 파텐팅 처리(patenting treatment)가 어렵게 되며, 또한 2차 스케일이 과도하게 조밀하게 되고, 그리고 기계적 박리기능이 떨어지며, 산세기능 또한 악화된다. 따라서, Cr 함량은 1.5% 이하, 가급적 1.4% 이하로 하는 것이 좋다.

Li :0.02~20 ppm , Na :0.02~20 ppm , Ce :3~100 ppm , La :3~100 ppm 으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 원소

이들 원소는 강에서 개재물을 연화시켜주는데 효과적인 원소이다. 효과를 나타내기 위해서는, Li과 Na를 0.02ppm 이상, Ce과 La는 3ppm 이상 함유하는 것이 좋다. 그러나, 이 원소들의 함량이 과도하면 그 효과가 포화되므로 Li과 Na는 20ppm 이하, Ce과 La은 100ppm 이하로 설정한다. 여기에서 이들 원소의 보다 바람직한 함유량 하한은 각각 Li:0.03ppm, Na:0.03ppm, Ce:5ppm, La:5ppm이고, 보다 바람직한 상한치는 Li:10ppm, Na:10ppm, Ce:80ppm, La:80ppm이다.

본 발명을 실험을 통해 보다 상세히 구체적으로 설명한다. 단, 이하의 실시예들의 성질이 본 발명을 제한하는 것이 아니며, 보 발명의 전술한 그리고 후술하는 바에 같은 기술사상과 발명의 취지와 일치하는 모든 변형예도 본 발명의 기술적 범위에 속한다는 것을 부언한다.

(실시예)

여러가지 종류의 열간금속의 각각을 240톤 취하여, 이 열간금속의 예비처리 과정에서 P를 0.007~0.020%, S를 0.004~0.015%로 함유농도를 낮추고(다른 성분들은 다음의 표1 및 표3 참조), 이를 염기성산소로 속으로 충전하여 탈탄시키고 상기 농도로 되도록 송풍작업하고, 그런 다음 래들에 탭핑시켜 성분조정 및 슬라그정련용 가열형 래들정련장치에서 공정처리하였다.

이어서, 각 성분들을 600mm×380mm 단면의 주강을 연속주조하고, 주조된 주강을 1,260℃로 가열 후 분괴압연으로 155mm 각의 빌렛트로 제조하고, 다음 이를 열간압연하여 5.5mm 또는 8.0mm 직경을 가진 선재를 제조하였다.

모든 선재의 축을 포함하는 횡단면을 EPMA, 즉 전자프로브마이크로 분석기로 관찰하여, 5㎛ 이상의 폭을 가진 산소계 개재물(oxygen system inclusion)과 개재 물의 숫자와 다음 식을 만족하는 성분을 첵크하였다. 즉, Al₂O₃+MgO+CaO+SiO₂+MnO를 100%로 했을 때, 식 MgO+MnO≤30%(질량%, 이하 동일)을 만족하고, 또한 Al₂O₃+CaO+SiO₂를 100%로 했을 때 다음 식(A) 또는 식(B)를 만족할 때의 성분과 개재물을 측정하였으며 이를 선재 단면적 100㎟당 개재물의 갯수로 환산하였다.

(실시예 1)

전술한 방법으로 제조된 5.5mmΦ 선재에 관하여, 타이어코드용 강선재로서의 선인발특성을 다음 방법으로 평가하였다.

(평가방법)

5.5mm경의 강선재를 염산으로 산세하여 스케일 박리시키고 그런 다음 연속 선재인발기(DC-610-7BD610형 쇼아기계주식회사 제조)로 1.2mm경의 강선재로 인발하였다. 선재인발 공정을 통해 사용된 인발 다이스의 직경은 4.8, 4.2, 3.7, 3.26, 2.85, 2.5, 2.2, 1.93, 1.69, 1.48, 1.3mm였다. 또한 1.2mm경에서의 선재인발시 선재인발 속도는 400m/min. 이었다.

이 경우 사전에 아연인산염 처리를 선재표면에 가하고, 주로 스테아린산 나트륨으로 이루어진 물질을 윤활유로 사용하였다. 1.2mm경으로 인발된 선재를 1,230K로 가열하고, 그런 다음 830K 연욕에서 페이턴팅처리하여 미세한 퍼얼라이트를 형성하고, 다음 Cu:Zn을 7:3(질량비)의 비율로 함유하는 막두께 약 1.5㎛의 황동(brass)으로 도금하였다. 마지막으로, 선재를 습식 선재인발기(Koch, Ernst & Co., Ltd.사 제의 KPZⅢ/25-SPZ250형 인발기)로 0.2mm경의 제품으로 선재를 인발하 였다.

선재인발시의 침지조의 용액은 75% 물, 아미노산, 계면활성제를 함유하는 자연산의 지방산을 혼합시킨 것으로 제조하여 사용하였다. 선재인발과정에서 사용된 다이의 직경은 1.176, 0.959, 0.880, 0.806, 0.741, 0.680, 0.625, 0.574, 0.527, 0.484, 0.444, 0.374, 0.343, 0.313, 0.287, 0.260, 0.237, 0.216mm였고, 0.2mm경으로 선재를 인발할 때의 인발속도는 500m/min.이었다.

여기에서 사용된 선재의 화학성분은 표 1에 나타내었다. 그리고 선인발의 평가결과는 개재물의 숫자와 온도상승 소요시간 등으로 표 2에 나타내었다. 여기 표 2에 나타나 있는 온도상승 소요시간 T(min.)는 주강의 중앙부에서의 온도 1,000℃로부터 1,100℃로의 온도상승에 필요한 시간을 나타낸다(도2, 도3 참조). 주강의 온도변화는 주강 내측에 열전대를 심어넣어 측정하였음을 부언해둔다.

[표 1]

[표 2]

상기 결과로부터, 본 발명에서 규정한 요구조건을 각각의 경우 만족되고 있는 경우(시험번호 1~10)에는 전술한 성분을 갖는 개재물의 숫자가 감소되어 양호한 선재인발특성이 얻어짐을 알 수 있다. 이에 비해, 본 발명에 규정된 그 어느조건도 만족하지 못하고 있는 각각의 경우(시험번호 11~15)에는 전술한 성분을 갖는 개재물의 숫자가 증가되어 선재인발특성이 열화되어 있음을 알 수 있다.

(실시예 2)

전술한 바와 같이 제조된 8.0mmΦ 선재에서, 스프링용 강선재의 피로특성을 다음과 같이 평가하였다.

처리방법

8.0mm경의 강선재를 오일템퍼링, 스트레스제거 열처리, 쇼트피닝하고, 이어 제 2차 스트레스제거 아닐링처리한 다음 나카무라 회전굴곡 피로시험(Nakamura-type rotating-bending fatigue test)로 파괴율을 검정하였다.

피로시험조건

시험편 길이 650mm, 시험편 갯수 30개, 시험하중 95.8kgf/㎟(940MPa), 회전속도 4,500rpm, 시험정지 빈도수 2×10⁷회의 조건으로 시험을 행하였다. 그리고 파괴된 시험편의 파괴율(breakage percentage)을 결정하였다.

여기에서 사용된 강선재의 화학성분은 다음의 표3에 기재하였다. 피로특성 평가결과와 개재물 숫자, 온도상승 소요시간(T)은 다음의 표4에서 나타낸 바와 같 다.

[표 3]

[표 4]

표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 규정된 요구조건을 만족하는 경우(시험번호 16~25), 전술한 성분을 갖는 개재물의 숫자는 감소하고, 양호한 피로특성이 얻어진다. 이에 비해, 본 발명에서 규정된 요구조건 그 어느 것도 만족하지 못하는 경우(시험번호 26~30)에는, 전술한 성분을 갖는 개재물의 숫자는 증가하고, 피로특성은 열화된다.

본 발명에 의하여 인발된 강선재 내의 비금속 개재물이 최소화되어 인발가공성과 피로특성이 향상된 강선재가 얻어지게 되어, 특히 피로파괴가 안전에 영향을 미치거나 치명적으로 되는 용도의 강선제품에 더욱 유효적절히 사용할 수 있게 되었다.

Claims (7)

1. 강선재는 이 강선재의 축을 포함하는 횡단면에서 100㎟당 개재물의 수가 5개 이하이고; 이 개재물은 상기 강선재에 함유되어 압연방향에 직각방향으로 폭 5㎛ 이상의 크기를 가진 산화물 개재물로 되고; 상기 개재물의 성분조성은 Al₂O₃+MgO+CaO+SiO₂+MnO를 100%로 하였을 때 MgO+MnO≤30%(질량%, 이하 동일)를 만족하며, 또한 Al₂O₃+CaO+SiO₂를 100%로 하였을 때 다음의 식(A) 또는 식(B)을 만족하는 것을 특징으로 하는 강선재(A steel wire rod).

   (A) : SiO₂ ≥ 75%

   (B) : Al₂O₃ ≥ 35%, SiO₂ ≥ 10%, CaO ≥ 10%
2. 제 1항에 있어서, 상기 강선재는 C:0.4~1.3%, Si:0.1~2.5%, Mn:0.2~1.0%, Al:0.003% 이하(0% 제외)를 함유하는 강선재.
3. 제 2항에 있어서, 상기 강선재는 또한 Ni:0.01~1%를 함유하는 강선재.
4. 제 2항에 있어서, 상기 강선재는 또한 Cu:0.01~1%를 함유하는 강선재.
5. 제 2항에 있어서, 상기 강선재는 또한 Cr:0.01~1.5%를 만족하는 강선재.
6. 제 2항에 있어서, 상기 강선재는 또한 Li:0.02~20ppm, Na:0.02~20ppm, Ce:3~100ppm, La:3~100ppm으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 성분원소를 함유하는 강선재.
7. 제 1항에 기재된 상기 강선재는 주강을 열간압연하기 위하여, 상기 강선재를 가열할 때, 그 주강의 온도를 올리는 작업시간을 1,000℃로부터 1,100℃로 상승시키는데 걸리는 시간이 60분 이하로 작업되게 하는 것을 특징으로 하는 강선재의 제조방법.

Images