KR20080017465A

KR20080017465A - 신선 특성이 우수한 고강도 선재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20080017465A
Application number: KR1020087000678A
Authority: KR
Inventors: 신고 야마사끼; 아라따 이소; 세이끼 니시다
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-02-26
Also published as: EP1897964B8; CN101208446A; EP1897964B1; WO2007001057A1; KR100995160B1; EP1897964A4; US20090229711A1; EP1897964A1; US8864920B2; CN101208446B

Abstract

성분이 특정된 경강선재를 열간 압연 후에 직접 용융 솔트 패턴팅 처리하는 것, 혹은 재오스테나이트화 후 용융 솔트 혹은 납 패턴팅 처리함으로써 얻어지는, 초석 페라이트의 면적률이 3 ％ 이하이고, 또한 펄라이트 조직의 면적률이 90 ％ 이상인 고강도 선재이다.

의사 초석 페라이트, 초석 페라이트, 재오스테나이트, 베이나이트, 초석 페라이트

Description

신선 특성이 우수한 고강도 선재 및 그 제조 방법{HIGH-STRENGTH WIRE ROD EXCELLING IN WIRE DRAWING PERFORMANCE AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은, PC 강선, 아연 도금 강연선(綱撚線), 스프링용 강선, 조교용 케이블 등에 신선 가공하여 사용되는, 신선 특성이 우수한 고강도의 열간 압연 선재 및 그 제조 방법, 및 이와 같은 선재를 신선한 강선에 관한 것이다.

본원은, 2005년 6월 29일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2005-190259호를 기초로 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래 강선의 강도로서는, 예를 들어 교량용 와이어라도 일반적으로 강도가 1600 ㎫가 한계였다. 그러나, 최근 교량의 대형화에 수반하여 와이어의 고강도화가 요구되고 있다. 그리고 PC 강선 등, 다른 강선에 대해서도 역시 고강도화가 요구되고 있다. 고강도화를 위해 고탄소 경강선을 제조하는 데 있어서는, 통상 열연 선재에 필요에 따라 패턴팅 처리를 행하고, 그 후 신선 가공하여 소정의 선 직경의 강선으로 한다. 강선에 있어서는, 이러한 처리에 의해 1600 ㎫ 이상의 강도를 확보하는 동시에, 파단 교축치 등에 의해 평가되는 인성 및 연성에 대해서도 충분한 성능을 확보하는 것이 요구되고 있다.

상술한 바와 같은 요구에 대해, 편석이나 마이크로 조직을 제어하거나, 특정 원소를 함유시킴으로써 고탄소 선재의 신선 가공성을 높이는 시도가 이루어지고 있다.

패턴팅 선재의 교축치는 오스테나이트 입경에 의존하여, 오스테나이트 입경을 미세화함으로써 교축치가 향상되므로, Nb, Ti, B 등의 탄화물이나 질화물을 피닝 입자로서 이용함으로써 오스테나이트 입경을 미세화하는 시도도 이루어지고 있다.

고탄소 선재에, 성분 원소로서, 질량％로 Nb : 0.01 내지 0.1 중량％, Zr : 0.05 내지 0.1 중량％, Mo : 0.02 내지 0.5 중량％로 이루어지는 군으로부터 1종 이상을 함유시킨 선재가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 : 일본 특허 제2609387호 공보).

또한, 고탄소 선재에 NbC를 함유시킴으로써 오스테나이트 입경을 미세화한 선재가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2001-131697호 공보).

특허문헌 1에 기재된 선재에서는, 상기한 성분 원소를 함유시킴으로써, 강선의 연성 및 인성을 높인 성분 조성으로 하고 있다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 선재에서는, 첨가되는 성분 원소가 모두 고가이므로, 제조 비용이 상승할 가능성이 있다.

특허문헌 2에 기재된 선재에서는, 피닝 입자로서 NbC를 이용함으로써, 신선 가공성을 향상시키고 있다. 그러나, 특허문헌 2에 기재된 선재에서는, 함유되는 성분 원소가 모두 고가이기 때문에, 제조 비용이 상승할 가능성이 있다. 또한, Nb 는 조대한 탄화물, 질화물을, Ti는 조대한 산화물을 형성하므로, 이것들이 파괴의 기점이 되어 신선성을 저하시킬 가능성이 있다.

그런데, 고탄소 강선의 고강도화에는 강재 성분 중 C양 및 Si양을 증대시키는 것이 가장 경제적이고 또한 유효한 수단인 것이 확인되었다. 그러나 Si의 증가에 수반하여 강재 중에서 페라이트 석출이 촉진되는 동시에 시멘타이트의 석출이 억제되므로, C양이 0.8 ％를 초과하는 과공석 조성이라도, 패턴팅 처리를 행할 때에, 오스테나이트 영역으로부터 냉각할 때에 오스테나이트 입계를 따라 초석 페라이트가 판 형상으로 석출되는 경향이 있다. 이로 인해, 패턴팅 처리 후의 선재의 파단 교축치가 저하되고, 연성 및 인성이 열화되는 동시에, 신선 가공 중의 단선 빈도도 높아져 생산성이나 수율 저하를 초래한다.

본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 저렴한 구성으로, 수율이 높고 신선 특성이 우수한 고강도 선재 및 그 제조 방법, 및 신선 특성이 우수한 고강도 강선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 예의 검토한 결과, C양 및 Si양에 따른 양의 고용 B를 패턴팅 처리 전의 오스테나이트에 존재시킴으로써, 시멘타이트 석출과 페라이트 석출의 구동력을 균형을 맞추어, 초석 페라이트양이 적은 고탄소 펄라이트 선재를 얻을 수 있어, 우수한 신선 특성에 의한 가공성과 고강도를 양립할 수 있는 것을 지견하여 본 발명을 완성하는 데 이르렀다.

즉, 본 발명의 요지로 하는 점은 이하와 같다.

본 발명의 제1 태양의 고강도 선재는, 질량％로, C : 0.7 내지 1.2 ％, Si : 0.6 내지 1.5 ％, Mn : 0.1 내지 1.0 ％, N : 0.001 내지 0.006 ％, Al : 0.005 내지 0.1 ％를 함유하고, 또한 B를 0.009 내지 0.0060 ％로 부여되는 범위에서 함유하고, 또한 고용 B양이 0.0002 ％ 이상이며, 잔량부는 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, 인장 강도(TS)(㎫)가 다음식 (1)

TS ≥ [1000 × C(％) - 10 × 선 직경(㎜) + 320] ‥(1)

로 나타내어지고, 초석 페라이트의 면적률이 3 ％ 이하이며, 또한 펄라이트 조직의 면적률이 90 ％ 이상인 고강도 선재이다.

본 발명의 제2 태양의 고강도 선재는, 질량％로, C : 0.7 내지 1.2 ％, Si : 0.6 내지 1.5 ％, Mn : 0.1 내지 1.0 ％, N : 0.001 내지 0.006 ％, Ti : 0.005 내지 0.1 ％를 함유하고, 또한 B를 0.0009 내지 0.0060 ％로 부여되는 범위에서 함유하고, 또한 고용 B양이 0.0002 ％ 이상이며, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 인장 강도(TS)(㎫)가 다음식 (1)

TS ≥ [1000 × C(％) - 10 × 선 직경(㎜) + 320] ‥(1)

본 발명의 제3 태양의 고강도 선재는 상기 제2 태양의 구성을 갖고, 또한 질량％로, Al : 0.1 ％ 이하를 함유하는 신선 특성이 우수한 고강도 선재이다.

본 발명의 제4 태양의 고강도 선재는, 상기 제1 내지 제3 태양 중 어느 하나의 구성을 갖고, 질량％로, Cr : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Ni : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Co : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), V : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Cu : 0.2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Mo : 0.2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), W : 0.2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Nb : 0.1 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 더 함유하는 고강도 선재이다.

본 발명의 제5 태양은, 신선 특성이 우수한 고강도 선재의 제조 방법이며, 상기 제1 내지 제4 태양에 기재된 화학 조성을 갖는 강편을 열간 압연 후, Tr = 800 ℃ 내지 950 ℃의 온도에서 권취한 후, 계속해서, 열간 압연 후의 냉각ㆍ권취 공정 후에 다음식 (2)로 나타내어지는 시간 t1(초) 이내에 냉각을 개시하고, 냉각 개시 온도로부터 700 ℃까지의 온도에 있어서의 냉각 속도를 5 ℃/초 이상으로 하여 냉각하고, 패턴팅 처리하는 고강도 선재의 제조 방법이다.

t1 = 0.0008 × (Tr - 815)² + 4 × (B - 0.0003)/(N - Ti/3.41 - B + 0.0003) (2)

단, 4 × (B - 0.0003)/(N - Ti/3.41 - B + 0.0003)이 제로 이하이거나, 혹은 t1[식 (2)로부터 얻어지는 수치]이 40초보다 큰 경우, t1(상기 제조 방법에서 사용하는 수치) = 40초로 한다.

본 발명의 제6 태양은, 고강도 강선이며, 상기 제1 내지 제4 태양에 기재된 신선 특성이 우수한 고강도 선재의 성분 조성을 갖고, 인장 강도가 1600 ㎫ 이상이고, 초석 페라이트의 면적률이 3 ％ 이하이며, 또한 펄라이트 조직의 면적률이 90 ％ 이상인 고강도 강선이다.

본 발명의 신선성이 우수한 고강도 선재에 따르면, 질량％로, C : 0.7 내지 1.2 ％, Si : 0.6 내지 1.5 ％, Mn : 0.1 내지 1.0 ％, N : 0.001 내지 0.006 ％, Al : 0.005 내지 0.1 ％를 함유하고, 또한 B를 O.0009 내지 O.0060 ％로 부여되는 범위에서 함유하고, 또한 고용 B양이 0.0002 ％ 이상이며, 잔량부는 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, 인장 강도(TS)(㎫)가 식 {TS ≥ [1000 × C(％) - 10 × 선 직경(㎜) + 320]}으로 나타내어지고, 초석 페라이트의 면적률 3 ％ 이하이며, 또한 펄라이트 조직의 면적률이 90 ％ 이상으로 된 구성으로 하고 있다.

각 성분 조성의 관계를 상기로 하여, C양 및 Si양에 따른 양의 고용 B를 패턴팅 처리 전의 오스테나이트에 존재시킴으로써, 시멘타이트 석출과 페라이트 석출의 구동력을 균형을 맞추어, 초석 페라이트를 억제함으로써, 연성 및 인성이 향상되는 동시에, 신선 가공에 있어서의 단선을 방지할 수 있어, 생산성이나 수율이 향상된다.

또한, 펄라이트를 주체로 하는 조직을 갖고, 또한 초석 페라이트 면적률의 평균치가 3 ％ 이하가 되는 경강선을 얻을 수 있고, PC 강선, 아연 도금 강선, 스프링용 강선, 조교용 케이블로서의 성능을 개선할 수 있다.

도1은 B, N양이 다른 경우의 BN의 석출 곡선예이다.

도2는 패턴팅 처리 후의 선재에 있어서의, 선재의 선 직경과 선재 표면으로부터 중심부의 단면 내에 있어서의 초석 페라이트의 면적률과의 관계를 나타낸 그 래프이다. 본 발명에 관한 고강도 선재(◆는 표2, ●는 표4의 수치)에서는, 선 직경에 관계없이 안정되게 초석 페라이트 면적률이 3 ％ 이하인 데 반해, 비교예의 종래의 선재(◇는 표2, ○는 표4의 값)에서는, 초석 페라이트의 면적률이 모두 3 ％를 초과한 수치로 되어 있다.

도3은 패턴팅 처리 후의 선재에 있어서의, 인장 강도(TS)와 교축치와의 관계를 나타낸 그래프이다. 도3의 그래프로부터, 인장 강도(TS)가 동일한 경우, 본 발명에 관한 고강도 선재(◆는 표2, ●는 표4의 수치)의 교축치는, 비교예의 종래 선재(◇는 표2, ○는 표4의 값)에 비해 우수한 것은 명백하다.

이하, 본 발명에 관한 신선 특성이 우수한 고강도 선재의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.

또, 이 실시 형태는, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위해 상세하게 설명하는 것이므로, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

본 실시 형태의 신선 특성이 우수한 고강도 강선은, 질량％로, C : 0.7 내지 1.2 ％, Si : 0.6 내지 1.5 ％, Mn : 0.1 내지 1.0 ％, N : 0.001 내지 0.006 ％, Al : 0.005 내지 0.1 ％를 함유하고, 또한 B를 0.0009 내지 0.0060 ％로 부여되는 범위에서 함유하고, 또한 고용 B양이 0.0002 ％ 이상이며, 잔량부는 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, 인장 강도(TS)(㎫)가 다음식 (1)

TS ≥ [1000 × C(％) - 10 × 선 직경(㎜) + 320] ‥(1)

로 나타내어지고, 초석 페라이트의 면적률이 3 ％ 이하이며, 또한 펄라이트 조직의 면적률이 90 ％ 이상으로서 구성되어 있다.

또한, 본 실시 형태의 신선 특성이 우수한 고강도 선재는, 상기한 성분의 Al 대신에, 질량％로 Ti를 0.005 내지 0.1 ％의 범위 내에서 함유한 경우에, B를 0.0009 내지 0.0060 ％로 부여되는 범위에서 함유하고, 또한 고용 B양이 0.0002 ％ 이상인 성분, 또한 Al을 0.1 ％ 이하로 함유하여 이루어지는 성분 조성으로 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 신선 특성이 우수한 고강도 선재에서는, 상술한 성분에 더하여, 질량％로, Cr : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Ni : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Co : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), V : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Cu : 0.2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Mo : 0.2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), W : 0.2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Nb : 0.1 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 함유하는 구성으로 할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 후술하는 이유에 의해 선재의 성분 조성을 한정하는 동시에, 압연시의 권취 온도, 권취로부터 패턴팅까지의 시간, 및 패턴팅 처리시의 냉각 속도를 한정함으로써 초석 페라이트 변태시의 초석 페라이트의 석출을 억제하여, 강도 특성 및 신선 가공 특성이 우수한 선재로 하고 있다.

성분 조성 :

이하에, 본 실시 형태의 신선 특성이 우수한 고강도 선재의, 각 성분 조성의 한정 이유에 대해 설명한다.

C : 0.7 내지 1.2 ％

C(탄소)는 선재의 강도를 높이는 데 유효한 원소이다. 선재 중의 C의 함유량이 0.7 ％ 미만인 경우에는 (1)로 규정하는 높은 강도를 안정되게 최종 제품에 부여시키는 것이 곤란한 동시에, 오스테나이트 입계에 초석 페라이트의 석출이 촉진되어, 균일한 펄라이트 조직을 얻는 것이 곤란해진다. 한편, C의 함유량이 지나치게 많으면 오스테나이트 입계에 네트 형상의 초석 시멘타이트가 생성되어 신선 가공시에 단선이 발생되기 쉬워질 뿐만 아니라, 최종 신선 후에 있어서의 극세 선재의 인성ㆍ연성을 현저하게 열화시킨다. 따라서, 선재 중의 C의 함유량을, 질량％로 0.7 내지 1.2 ％의 범위 내로 하였다.

Si : 0.6 내지 1.5 ％

Si(규소)는 선재의 강도를 높이는 데 유효한 원소이다. 또한 탈산제로서 유용한 원소이며, Al을 함유하지 않은 강선재를 대상으로 할 때에도 필요한 원소이다. 한편, 선재 중의 Si양이 지나치게 많으면, 공석 강에 있어서도 초석 페라이트의 석출을 촉진하는 동시에, 신선 가공에서의 한계 가공도가 저하된다. 또한 메커니컬 디스케일링(이하, MD라 약기함)에 의한 신선 공정이 곤란해진다. 따라서, 선재 중의 Si의 함유량을, 질량％로 0.6 내지 1.5 ％의 범위 내로 하였다.

Mn : 0.1 내지 1.0 ％

Mn(망간)도 Si와 마찬가지로, 탈산제로서 유용한 원소이다. 또한, 켄칭성(quenching)을 향상시키고, 선재의 강도를 높이는 데도 유효하다. 또한, Mn은 강 중의 S를 MnS로서 고정하여 열간 취성을 방지하는 작용을 갖는다. 그 함유량이 0.1 질량％ 미만에서는, 상기한 효과를 얻기 어렵다. 한편, Mn은 편석되기 쉬운 원소로, 1.0 질량％를 초과하면 특히 선재의 중심부에 편석되고, 그 편석부에는 마르텐사이트나 베이나이트가 생성되므로, 신선 가공성이 저하된다. 따라서, 선재 중의 Mn의 함유량을 질량％로 0.1 내지 1.0 ％의 범위 내로 하였다.

Al : 0.005 내지 0.1 ％

Al(알루미늄)은 탈산재로서 유효하다. 또한, N을 고정하여 시효를 억제하는 동시에 고용 B를 증가시키는 효과를 갖는다. Al의 함유량은, 질량％로, 0.005 ％ 내지 0.1 ％의 범위 내인 것이 바람직하다. 선재 중의 Al의 함유량이 0.005 ％ 미만이면, N을 고정하는 작용을 얻기 어려워진다. Al의 함유량이 0.1 ％를 초과하면, 다량의 경질 비변형의 알루미나계 비금속 개재물이 생성되어, 강선의 연성, 및 신선성은 저하된다.

또, 후술하는 Ti를 첨가한 경우에는, 상기 Ti가 N을 고정함으로써, Al을 첨가하지 않아도 상기 효과를 얻을 수 있으므로, Al의 하한을 규정할 필요는 없고, Al의 함유량이 0 ％라도 좋다.

Ti : 0.005 내지 0.1 ％

Ti(티탄)도 탈산제로서 유효하다. 또한, TiN으로서 석출되어 오스테나이트 입도의 조대화 방지에 기여하는 동시에, N을 고정함으로써 오스테나이트 중의 고용 B양을 확보하기 위해서도 유효한 필요한 원소이다. Ti의 함유량이 0.005 ％ 미만이면, 상술한 효과를 얻기 어려워진다. Ti의 함유량이 0.1 ％를 초과하면, 오스테나이트 중에서 조대한 탄화물이 생겨, 신선성이 저하될 가능성이 있다. 따라서, 선재 중 Ti의 함유량을, 질량％로 0.005 내지 0.1 ％의 범위 내로 하였다.

N : 0.001 내지 0.006 ％

N(질소)은 강 중에 Al, B 혹은 Ti와 질화물을 생성하여, 가열시에 있어서의 오스테나이트 입도의 조대화를 방지하는 작용이 있고, 그 효과는 0.001 ％ 이상 함유시킴으로써 유효하게 발휘된다. 그러나, 함유량이 지나치게 많아지면, 질화물량이 지나치게 증대하여, 오스테나이트 중의 고용 B양을 저하시킨다. 또한 고용 N이 신선 중의 시효를 촉진시킬 가능성이 있다. 따라서, N의 함유량을, 질량％로 0.001 내지 0.006 ％의 범위 내로 하였다.

B : 0.0009 내지 0.0060 ％

B(붕소)는 고용 상태에서 오스테나이트 중에 존재하는 경우, 입계에 농화되어 초석 페라이트의 석출을 억제하는 동시에 초석 시멘타이트의 석출을 촉진하는 효과가 있다. 따라서, C 및 Si양의 밸런스에 따라서 적정량을 선재에 첨가함으로써, 초석 페라이트의 생성을 억제하는 것이 가능해진다. B는 질화물을 형성하기 때문에, 그 첨가량은, 고용 상태의 B양을 확보하기 위해, C, Si에 더하여 N양과의 균형을 고려하는 것이 필요하다. 한편, B를 지나치게 첨가하면 초석 시멘타이트의 석출을 촉진할 뿐만 아니라, 오스테나이트 중에 있어서 조대한 Fe₃(CB)₆ 탄화물을 생성하여, 신선성을 저하시킬 가능성이 있다. 이들 관계에 대해, 본 발명자들이 실험을 거듭하여, 선재 중의 B의 함유량의 최적의 범위로서 질량％로, 0.0009 내지 0.0060 ％로 하였다. 또, B는 패턴팅 처리 전에 고용 상태에서 존재할 필요가 있 고, 압연 후의 선재에 있어서의 고용 B양으로서 0.0002 ％ 이상일 필요가 있다.

또, 불순물인 P(인)와 S(유황)는 특별히 규정하지 않지만, 종래의 극세 강선과 마찬가지로 연성을 확보하는 관점에서, 각각 질량％로 0.02 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에서 설명하는 고강도의 강선재는, 상술한 성분을 기본 조성으로 하는 것이지만, 또한 강도, 인성, 연성 등의 기계적 특성의 향상을 목적으로 하여, 이하에 설명하는 선택적 허용 첨가 원소를 1종 또는 2종 이상, 적극적으로 함유한 성분 조성으로 해도 양호하다.

Cr : 0.5 ％ 이하

Cr(크롬)은 페라이트의 라멜라 간격을 미세화하여, 선재의 강도나 신선 가공성 등을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.1 ％ 이상의 Cr의 첨가가 바람직하다. 한편, Cr양이 지나치게 많으면 변태 종료 시간이 길어지고, 열간 압연 선재 중에 마르텐사이트나 베이나이트 등의 과냉 조직이 발생할 우려가 있는 것 이외에, 메커니컬 디스케일링성도 나빠진다. 그로 인해 Cr 첨가량의 상한치를 질량％로 0.5 ％로 하였다.

Ni : 0.5 ％ 이하

Ni(니켈)는 선재의 강도 상승에는 그다지 기여하지 않지만, 신선재의 인성을 높이는 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.1 ％ 이상의 첨가가 바람직하다. 한편, Ni를 과잉으로 첨가하면 변태 종료 시간이 길어진다. 그로 인해 Ni 첨가량의 상한치를 질량％로 0.5 ％로 하였다.

Co : 0.5 ％ 이하

Co(코발트)는 압연재에 있어서의 초석 시멘타이트의 석출을 억제하는 데 유효한 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.1 ％ 이상의 첨가가 바람직하다. 한편, Co를 과잉으로 첨가해도 그 효과는 포화되어 과잉 함유분이 낭비가 되고, 제조 비용이 상승될 가능성이 있다. 그로 인해 Co 첨가량의 상한치를 질량％로 0.5 ％로 하였다.

V : 0.5 ％ 이하

V(바나듐)는 페라이트 중에 미세한 탄질화물을 형성함으로써, 가열시의 오스테나이트 입자의 조대화를 방지하는 동시에, 압연 후의 강도 상승에도 기여한다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.05 ％ 이상의 첨가가 바람직하다. 그러나, 과잉으로 지나치게 첨가하면, 탄질화물의 형성량이 지나치게 많아지는 동시에, 탄질화물의 입자 직경도 커진다. 그로 인해 V 첨가량의 상한치를 질량％로 0.5 ％로 하였다.

Cu : 0.2 ％ 이하

Cu(구리)는 극세 강선의 내식성을 높이는 효과가 있다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.1 ％ 이상의 첨가가 바람직하다. 그러나 과잉으로 첨가하면, S와 반응하여 입계 중에 CuS를 편석하므로, 선재 제조 과정에서 강괴나 선재 등에 손상을 발생시킨다. 이와 같은 악영향을 방지하기 위해, Cu 첨가량의 상한치를 질량％로 0.2 ％로 하였다.

Mo : 0.2 ％ 이하

Mo(몰리브덴)는, 극세 강선의 내식성을 높이는 효과가 있다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.1 ％ 이상의 첨가가 바람직하다. 한편, Mo를 과잉으로 첨가하면 변태 종료 시간이 길어지므로, Mo 첨가량의 상한치를 질량％로 0.2 ％로 하였다.

W : 0.2 ％ 이하

W(텅스텐)는 극세 강선의 내식성을 높이는 효과가 있다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.1 ％ 이상의 첨가가 바람직하다. 한편, W를 과잉으로 첨가하면 변태 종료 시간이 길어지므로, W 첨가량의 상한치를 질량％로 0.2 ％로 하였다.

Nb : 0.1 ％ 이하

Nb(니오브)는 극세 강선의 내식성을 높이는 효과가 있다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.05 ％ 이상의 첨가가 바람직하다. 한편, Nb를 과잉으로 첨가하면 변태 종료 시간이 길어지므로, Nb 첨가량의 상한치를 질량％로 0.1 ％로 하였다.

선재의 조직 :

본 발명자들이 다양하게 연구를 행한 결과에 따르면, Si양이 0.6 ％ 이상인 선재의 신선 가공성에 특히 영향을 미치는 것은, 상기 선재의 구 오스테나이트 입계에 석출된 초석 페라이트인 것이 분명하다. 본 실시 형태의 선재와 같이, 단면 내에 있어서의 초석 페라이트의 면적률을 3 ％ 이하로 함으로써, 디라미네이션의 발생이 억제되는 것이 확인되었다. 본 실시 형태에서는, 상기 성분 조성의 요건을 만족시키는 선재용 강을 사용하고, 이것을 열간 압연한 후 직접 패턴팅 처리함으로써, 주된 조직이 펄라이트로 이루어지고, 또한 초석 페라이트 면적률이 3 ％ 이하인 선재 또는 강선을 얻을 수 있다.

또한, 펄라이트 조직은 라멜라 구조이기 때문에 강도가 높고, 또한 신선 특성이 가장 우수한 조직이며, 면적률이 90 ％ 이상인 것이 바람직하다. 펄라이트 조직의 면적률이 90 ％ 미만이면, 선재의 강도 및 신선시의 연성이 저하된다.

제조 방법 :

본 실시 형태에서 규정한 성분 조성의 강을 이용하여, 본 실시 형태 본에서 규정하는 조직 및 인장 강도를 갖는 선재를 얻기 위해서는, 압연 후의 권취로부터 패턴팅 처리까지의 반송 중에 B 탄화물 혹은 질화물을 형성하지 않는 것, 또한 패턴팅 처리시에 어떤 값 이상의 속도로 냉각하는 것이 필요하다. 본 발명자들의 검토에 따르면, 1050 ℃로 가열 후, 1초 이내에 750 내지 950 ℃의 온도로 급냉하고, 이어서 이 온도에서 일정 시간 유지한 후에 충풍(衝風) 냉각한 선재의 조직 및 고용 B양을 측정한 결과, 고용 B를 0.0002 ％ 이상 함유하는 한계의 유지 시간은, 도1에 도시한 바와 같이 B양과 N 양의 조합으로 결정되는 C 곡선이 되고, 그 시간 t1(초)은 다음식으로 나타낼 수 있는 것이 명백해졌다.

t1 = 0.0008 × (Tr - 815)² + 4 × (B - 0.0003)/(N - Ti/3.41 - B + 0.0003) (2)

식 (2)에 있어서 Tr은 권취 온도이다. 식 (2)는 4 × (B - 0.0003)/(N - Ti/3.41 - B + 0.0003)이 제로보다 큰 성분 범위에서 유효하고, 제로 이하인 경우에는 유지 시간에 제한은 없다. 실제 압연에 있어서는 권취 후, 패턴팅 처리 개시까지 40초 이상 걸리는 일은 거의 없어, 40초를 상한으로 하고 있다. 이상을 기초로 하여, 1050 ℃ 이상에서 압연된 선재를 수냉하고, 800 ℃ 이상 바람직하게는 850 ℃ 이상, 950 ℃ 이하의 온도에서 권취하고, 또한 권취로부터 패턴팅 처리 개시까지의 시간을 식 (2) 이내로 하는 것이 필요하게 된다. 권취시의 온도가 800 ℃ 미만이면, B가 선재 중에서 탄화물로서 석출되어, 고용 B로서 비펄라이트 조직을 억제하는 효과가 불충분해진다. 권취시의 온도가 950 ℃를 초과하면, γ 입경이 조대화되어 버려 교축치가 저하된다.

선재를 권취한 후, 계속해서 패턴팅 처리를 행한다. 선재의 패턴팅 처리는, 충풍 냉각, 또는 그 밖의 냉각 방법 등에 의해 적어도 냉각 개시 온도로부터 700 ℃까지의 온도 영역에 있어서의 냉각 속도를 5 ℃/초 이상으로 하여 행하는 것이 필요하다. 냉각 속도가 5 ℃/초 미만이면, 소정의 강도를 얻을 수 없게 된다.

상술한 패턴팅 처리에 의해, 초석 페라이트의 면적률을 3 ％ 이하로 억제하고, 또한, 다음식 (1)

[1000 × C(％) - 10 × 선 직경(㎜) + 320]㎫

로 나타내어지는 이상의 인장 강도를 확보하는 것이 가능해진다.

또, 본 실시 형태에서는, 선재의 직경을 5.5 내지 18 ㎜의 범위로 함으로써, 우수한 신선 특성과 고강도를 안정되게 얻을 수 있다.

샘플 제작 방법 :

각 원소의 질량％로 표1 및 표3에 나타내는 성분의 시험 강을 연속 주조 설비에 의해 단면 사이즈 300 × 500 ㎜의 주편으로 하고, 또한 분괴 압연에 의해 122 ㎜ 평방 단면의 강편을 제조하였다. 그 후, 표2 및 표4에 나타내는 직경의 선재로 압연하여, 소정 온도에서 권취 후, 소정 시간 내에 충풍 패턴팅(Direct Pateting = DP)을 행하여, 본 발명에 관한 신선 특성이 우수한 고강도 선재(본 발명) 1 내지 30, 및 종래의 선재(비교 강) 31 내지 55를 얻었다. 각 선재의 제조 조건을 표2 및 표4에 나타낸다.

평가 시험 방법 :

고용 B :

패턴팅 선재의 전해 추출 잔사 중에 화합물로서 존재하는 B양을 커큐민 흡광 광도법으로 측정하여, 토탈 B양과의 차를 구함으로써 고용 B양을 얻었다.

초석 페라이트 조직 분률 :

패턴팅 선재 및 신선재를 매립하여 연마하고, 피크린산을 이용한 화학 부식을 실시한 후, SEM 관찰에 의해 선재의 길이 방향과 평행한 단면(L 단면)에 있어서의 초석 페라이트 면적률을 결정하였다. 압연 선재의 초석 페라이트 면적률은, 선재의 중심으로부터 반경의 ±5 ％의 부위에서 절단 및 연마에 의해 L 단면을 출현시켜, 선 직경(반경 방향) × 선 직경의 2배(길이 방향)의 면적에 있어서의 초석 페라이트 면적을 화상 해석에 의해 측정하여, 초석 페라이트 면적률로 하였다.

펄라이트 면적률은, 선재의 L 단면의 표층, 1/4D, 1/2D의 부분에 있어서, SEM 관찰에 의해 2000배의 배율로 100 ㎛ × 100 ㎛의 영역의 조직 사진을 5시야 씩 촬영하고, 화상 해석에 의해 그 면적률의 평균치를 측정하였다. 이 때, 시멘타이트가 점열 형상으로 분산된 의사 펄라이트 또는 베이나이트는 제외하였다. 신선재의 초석 페라이트 면적률은, 선재의 중심으로부터 반경의 ±5 ％의 부위에서 절단 및 연마에 의해 L 단면을 출현시켜, SEM 관찰에 의해 4000배의 배율로 깊이 40 ㎛ × 폭 40 ㎛의 영역의 조직 사진을 5시야씩 촬영하고, 화상 해석에 의해 그 면적률의 평균치를 측정하였다. 이 측정에 의해, 신선 전의 초석 페라이트 면적률과 신선 후의 초석 페라이트 면적률은 거의 일치하는 것을 확인하였다. 또, 표층에 탈탄층이 존재하는 경우, JIS G 0558의 4로 규정되는 모든 탈탄부는 측정 부위로부터 제외하였다.

인장 강도 :

게이지 길이를 200 ㎜로 하고, 10 ㎜/분의 속도로 인장 시험을 행하여, n = 3의 평균치를 측정하였다.

표2, 표4에 패턴팅재의 강도, 초석 페라이트(α) 면적률, 펄라이트 면적률, 고용 B양(질량％) 등의 평가 결과를 나타낸다.

[표1]

[표2]

[표3]

[표4]

표1 및 표2에 있어서, 1 내지 15는 본 발명에 관한 고강도 선재, 31 내지 44는 종래의 선재(비교 강)이다.

도2는, 패턴팅 처리 후의 선재에 있어서의, 선재의 선 직경과 선재 표면으로부터 중심부의 단면 내에 있어서의 초석 페라이트의 면적률과의 관계를 나타낸 그래프이다. ◆로 나타내어지는 표2의 본 발명에 관한 고강도 선재는, 선 직경에 관 계없이 안정되게 초석 페라이트 면적률이 3 ％ 이하인 데 반해, ◇로 나타내어지는 표2의 비교예의 종래의 선재에서는, 초석 페라이트의 면적률이 모두 3 ％를 초과한 수치로 되어 있다.

1 내지 15에 나타내는 본 발명 강은, 모두 B의 함유량이 0.0009 내지 0.0060 ％로 부여되는 범위를 만족시키고, 또한 권취 후 패턴팅 개시까지의 시간이 t1 = 0.0008 × (Tr - 815)² + 4 × (B - 0.0003)/(N - Ti/3.41 - B + 0.0003) 이하를 만족하고 있고, 그로 인해 고용 B양은 0.0002 ％ 이상이 확보되어, 선재 표층으로부터 중심부까지의 단면 내에 있어서의 초석 페라이트 면적률이 3 ％ 이하가 되었다.

도3은 패턴팅 처리 후의 선재에 있어서의, 인장 강도(TS)와 교축치의 관계를 나타낸 그래프이다. ◆는 표2의 본 발명예, ◇는 표2의 비교예를 의미하고 있고, 본 발명의 개발재는 교축치가 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 패턴팅재 강도(표2 중, 패턴팅재 강도)도, TS = [1000 × C(％) - 10 × 선 직경(㎜) + 320]로 나타내어지는 강도(표2 중, TS 임계치)를 상회하고 있다.

이에 대해, 31에 나타내는 비교 강의 선재에서는, 권취 온도가 750 ℃로 낮기 때문에, 패턴팅 처리 전에 B의 탄화물이 석출되어 초석 페라이트를 억제할 수 없었다.

37, 38, 43에 나타내는 비교 강의 선재에서는, 권취 후 패턴팅 개시까지의 시간이 t1 = 0.0008 × (Tr - 815)² + 4 × (B - 0.0003)/(N - Ti/3.41 - B + 0.0003)보다 길었기 때문에, 고용 B를 확보할 수 없어, 초석 페라이트를 억제할 수 없었다.

33, 42에 나타내는 비교 강의 선재에서는, B의 함유량이 소정 양보다 과잉으로, B 탄화물 및 초석 시멘타이트가 석출되어 버렸다.

34에 나타내는 비교 강의 선재에서는, Si의 함유량이 1.6 ％로 과잉이므로, 초석 페라이트의 생성을 억제할 수 없었다.

35에 나타내는 비교 강의 선재에서는, C의 함유량이 1.3 ％로 과잉이므로, 초석 시멘타이트 석출을 억제할 수 없었다.

36에 나타내는 비교 강의 선재에서는, Mn의 함유량이 1.5 ％로 과잉이므로, 마이크로 마르텐사이트의 생성을 억제할 수 없었다.

39, 40에 나타내는 비교 강의 선재에서는, 패턴팅 처리시의 냉각 속도를 규정의 냉각 속도보다 작게 하였으므로, 소정의 LP재에서의 인장 강도 및 신선 후의 인장 강도를 만족할 수 없었다.

32, 41, 44에 나타내는 비교 강의 선재에서는, B의 함유량이 규정 양으로 채워지지 않았으므로, 초석 페라이트의 생성을 억제할 수 없어, 5 ％ 이상으로 되어 있다.

표3 및 표4에 있어서, 16 내지 30은 본 발명에 관한 고강도 선재, 45 내지 55는 종래의 선재(비교 강)이다.

도2은 패턴팅 처리 후의 선재에 있어서의, 선재의 선 직경과 선재 표면으로부터 중심부의 단면 내에 있어서의 초석 페라이트의 면적률과의 관계를 나타낸 그래프이다. ●로 나타내어지는 표4의 본 발명에 관한 고강도 선재는, 선 직경에 관 계없이 안정되게 초석 페라이트 면적률이 3 ％ 이하인 데 반해, ○로 나타내어지는 표4의 비교예의 종래의 선재에서는, 초석 페라이트의 면적률이 모두 3 ％를 초과한 수치로 되어 있다.

16 내지 30에 나타내는 본 발명 강은, 모두 B의 함유량이 0.0009 내지 0.0060 ％로 부여되는 범위를 만족하고, 또한 권취 후 패턴팅 개시까지의 시간이 t1 = 0.0008 × (Tr - 815)² + 4 × (B - 0.0003)/(N - Ti/3.41 - B + 0.0003) 이하를 만족하고 있고, 그로 인해 고용 B양은 0.0002 ％ 이상이 확보되고, 선재 표층으로부터 중심부까지의 단면 내에 있어서의 초석 페라이트 면적률이 3 ％ 이하가 되었다.

도3은 패턴팅 처리 후의 선재에 있어서의, 인장 강도(TS)와 교축치의 관계를 나타낸 그래프이다. ●는 표4의 본 발명예, ○는 표4의 비교예를 의미하고 있고, 본 발명의 개발재는 교축치가 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예에서는, 패턴팅재 강도(표4 중, 패턴팅재 강도)도, TS = [1000 × C(％) - 10 × 선 직경(㎜) + 320]으로 나타내어지는 강도(표4 중, TS 임계치)를 상회하고 있다.

이에 대해, 45에 나타내는 비교 강의 선재에서는, 권취 온도가 750 ℃로 낮기 때문에, 패턴팅 처리 전에 B의 탄화물이 석출되어, 초석 페라이트의 생성을 억제할 수 없었다.

50, 52, 53, 54에 나타내는 비교 강의 선재에서는, 권취 후 패턴팅 개시까지 의 시간이 t1 = 0.0008 × (Tr - 815)² + 4 × (B - 0.0003)/(N - Ti/3.41 - B + 0.0003)보다 길었기 때문에, 고용 B를 확보할 수 없어, 초석 페라이트의 생성을 억제할 수 없어 3 ％ 이상으로 되어 있다.

46에 나타내는 비교 강의 선재에서는, B의 함유량이 소정의 양보다 과잉으로, B 탄화물 및 초석 시멘타이트가 석출되어 버렸다.

또한, 47에 나타내는 비교 강의 선재에서는, Si의 함유량이 1.6 ％로 과잉이므로, 초석 페라이트 조직의 생성을 억제할 수 없었다.

48에 나타내는 비교 강의 선재에서는, Mn의 함유량이 1.6 ％로 과잉이므로, 마이크로 마르텐사이트의 생성을 억제할 수 없었다.

또한, 49, 51, 55에 나타내는 비교 강의 선재에서는, B의 함유량이 규정의 양으로 채워지지 않았기 때문에, 초석 페라이트의 생성을 억제할 수 없어, 3 ％ 이상으로 되어 있다.

또, 실시예 중 개발 강 19, 21, 26을 이용하여, Φ5.2 ㎜의 PWS용 강선을 시험 제작한 결과, TS가 각각 1932 ㎫, 1930 ㎫, 1910 ㎫에서 디라미네이션이 발생하지 않는 강선을 제작할 수 있었다. 한편, 비교 강의 54를 이용하여 같은 시험 제작을 실시한 결과, TS는 2010 ㎫로, 디라미네이션이 발생하였다.

상기한 구성의 본 발명에 있어서는, 사용하는 강재의 성분 조성을 특정하고, C양 및 Si양에 따른 양의 고용 B를 패턴팅 처리 전의 오스테나이트에 존재시킴으로 써, 시멘타이트 석출과 페라이트 석출의 구동력을 균형을 맞추어, 초석 페라이트를 억제함으로써, 선재의 연성 및 인성이 향상되는 동시에, 신선 가공에 있어서의 단선을 방지할 수 있어, 강선의 생산성이나 수율이 향상된다.

또한 펄라이트를 주체로 하는 조직을 갖고, 또한 초석 페라이트 면적률의 평균치가 3 ％ 이하인 경강선을 얻을 수 있다. 그 결과 PC 강선, 아연 도금 강선, 스프링용 강선, 조교용 케이블 등으로서의 강선의 성능을 개선할 수 있다.

Claims

고강도 선재이며, 질량％로, C : 0.7 내지 1.2 ％, Si : 0.6 내지 1.5 ％, Mn : 0.1 내지 1.0 ％, N : 0.001 내지 0.006 ％, Al : 0.005 내지 0.1 ％를 함유하고, 또한 B를 0.009 내지 0.0060 ％로 부여되는 범위에서 함유하고, 또한 고용 B양이 0.0002 ％ 이상이며, 잔량부는 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, 인장 강도(TS)(㎫)가 다음식 (1)

TS ≥ [1000 × C(％) - 10 × 선 직경(㎜) + 320] ‥(1)

로 나타내어지고, 초석 페라이트의 면적률이 3 ％ 이하이며, 또한 펄라이트 조직의 면적률이 90 ％ 이상인 고강도 선재.
고강도 선재이며, 질량％로, C : 0.7 내지 1.2 ％, Si : 0.6 내지 1.5 ％, Mn : 0.1 내지 1.0 ％, N : 0.001 내지 0.006 ％, Ti : 0.005 내지 0.1 ％를 함유하고, 또한 B를 0.0009 내지 0.0060 ％로 부여되는 범위에서 함유하고, 또한 고용 B양이 0.0002 ％ 이상이며, 잔량부는 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, 인장 강도(TS)(㎫)가 다음식 (1)

TS ≥ [1000 × C(％) - 10 × 선 직경(㎜) + 320] ‥(1)

로 나타내어지고, 초석 페라이트의 면적률이 3 ％ 이하이며, 또한 펄라이트 조직의 면적률이 90 ％ 이상인 고강도 선재.
제2항에 있어서, 또한, 질량％로, Al : 0.1 ％ 이하를 함유하는 신선 특성이 우수한 고강도 선재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, Cr : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Ni : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Co : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), V : 0.5 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Cu : 0.2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Mo : 0.2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), W : 0.2 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음), Nb : 0.1 ％ 이하(0 ％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 더 함유하는 고강도 선재.
신선 특성이 우수한 고강도 선재의 제조 방법이며, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 화학 조성을 갖는 강편을 열간 압연 후, Tr = 800 ℃ 내지 950 ℃의 온도에서 권취한 후, 계속해서, 열간 압연 후의 냉각ㆍ권취 공정 후에 다음식 (2)로 나타내어지는 시간 t1(초) 이내에 냉각을 개시하고, 냉각 개시 온도로부터 700 ℃까지의 온도에 있어서의 냉각 속도를 5 ℃/초 이상으로 하여 냉각하고, 패턴팅 처리하는 고강도 선재의 제조 방법.

t1 = 0.0008 × (Tr - 815)² + 4 × (B - 0.0003)/(N - Ti/3.41 - B + 0.0003) (2)

단, 4 × (B - 0.0003)/(N - Ti/3.41 - B + 0.0003)이 제로 이하이거나, 혹 은 t1이 40초보다 큰 경우, t1 = 40초로 함.
고강도 강선이며, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 신선 특성이 우수한 고강도 선재의 성분 조성을 갖고, 인장 강도가 1600 ㎫ 이상이며, 초석 페라이트의 면적률이 3 ％ 이하이며, 또한 펄라이트 조직의 면적률이 90 ％ 이상인 고강도 강선.