KR20080106562A

KR20080106562A - 신선성과 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재용 강의 제조 방법

Info

Publication number: KR20080106562A
Application number: KR20087023845A
Authority: KR
Inventors: 세이 기무라; 츠요시 미무라
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2008-12-08
Also published as: CN101389772B; WO2007114100A1; CN101389772A; US20090038439A1; KR101022068B1

Abstract

본 발명은, 2차 정련에 있어서의 조건과 전로에 있어서의 제조 조건을 적절히 제어함으로써, 경질의 비압연 개재물이 저감되어 신선성과 피로 특성이 높여진 강 선재를 얻기 위한 강재를 제조하는 유용한 방법을 제공한다. 전로에 장입하는 주원료를, 용선, 냉선 및 설강으로 함과 아울러, 이들 주원료 전체에 대한 비율로 용선: 96~100%(질량%의 의미, 이하 동일), 냉선: 4% 이하 및 설강: 2% 이하로 하고, 또한 전체 주원료 중의 평균 P 농도를 0.02% 이하로 하여 전로 취련을 행하고, 전로 취련 종료 후의 2차 정련시에 있어서의 용강 교반 가스 유량을, 용강 1t당 0.0005N㎥/분 이상, 0.004N㎥/분 이하로 하고, 이어서 연속 주조에 있어서의 턴디쉬 내로 퍼지하는 Ar 유량을 턴디쉬 내의 용강 1t당 0.04N㎥/분 이상, 0.10N㎥/분 이하로 하여 조업한다.

Description

신선성과 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재용 강의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING STEEL FOR HIGH-CARBON STEEL WIRE MATERIAL WITH EXCELLENT DRAWABILITY AND FATIGUE CHARACTERISTICS}

본 발명은, 신선성(伸線性)과 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재를 얻기 위한 강재를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 특히 경질이고 연성(延性)이 매우 작은 비금속계 개재물이 저감되어 신선성과 피로 특성이 높여진 강 선재용 강을 제조하기 위한 유용한 방법에 관한 것이다.

타이어 코드용 강이나 용수철용 강에서는, 알루미나(Al₂O₃)나 스피넬(Al₂O₃ㆍMgO) 등과 같은, 경질이고 연성이 매우 작은 비금속계 개재물(특히 산화물계 개재물, 이하, 간단히 「개재물」이라고 하는 경우가 있음)이 존재하고 있으면, 극세 강선에까지 신선하는 공정에서 신선성을 손상시키는 원인이 되거나, 제품 단계에서 피로 파괴의 기점이 되거나 한다. 따라서, 강 선재의 제조 과정에서, 상기 개재물을 최대한 저감하든지 또는 연질화(軟質化)에 의해 연성을 높여 무해화하는 것이 중요해진다.

강 선재 중에 존재하는 개재물을 극력 저감한다는 관점에서, 지금까지도 다양한 기술이 제안되어 있다. 예컨대 특허 문헌 1, 2에는, 용강의 탈산제로서 Si, Mn을 이용하여, Al 농도를 규제함으로써 개재물을 저감하는 방법이 개시되어 있다. 또한 특허 문헌 3, 4에는, 용강을 수용하는 내화물 용기 중의 Al₂O₃ 농도를 규제함으로써 개재물의 저감을 도모하는 기술이 제안되어 있다. 또한, Al₂O₃ 농도가 낮은 CaO-SiO₂계 플럭스를 이용하여 용강을 정련함으로써, 강 중의 개재물을 저감하는 기술도 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 5, 6).

그러나, 지금까지 제안되어 있는 기술은, 전로로부터 출강되는 용강에 대하여 실시되는 2차 정련에서의 기술에 관한 것으로, 이렇게 한 2차 정련에 있어서의 조건만을 적절히 제어하더라도, 개재물을 충분히 저감할 수 있다고는 할 수 없어, 2차 정련보다 앞의 공정과 2차 정련의 조건을 적절히 제어할 필요가 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 소 50-081907 호 공보 특허 청구의 범위 등

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 소 50-11618 호 공보 특허 청구의 범위 등

특허 문헌 3: 일본 특허 공개 제 2003-245758 호 공보 특허 청구의 범위 등

특허 문헌 4: 일본 특허 공개 제 2004-211148 호 공보 특허 청구의 범위 등

특허 문헌 5: 일본 특허 공개 평 4-110413 호 공보 특허 청구의 범위 등

특허 문헌 6: 일본 특허 공개 평 9-059744 호 공보 특허 청구의 범위 등

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 2차 정련에 있어서의 조건과 전로(轉爐)에 있어서의 제조 조건을 적절히 제어함으로써, 경질인 비압연 개재물이 저감되어 신선성과 피로 특성이 높여진 강 선재를 얻기 위한 강재를 제조하는 유용한 방법을 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 목적을 달성할 수 있었던 본 발명의 제조 방법이란, 전로에 장입(裝入)하는 주원료를, 용선(溶銑), 냉선(冷銑) 및 설강(屑鋼)으로 함과 아울러, 이들 주원료 전체에 대한 비율로 용선: 96~100%(질량%의 의미, 이하 동일), 냉선: 4% 이하 및 설강: 2% 이하로 하고, 또한 전체 주원료 중의 평균 P 농도를 0.02% 이하로 하여 전로 취련(吹鍊)을 행하고, 전로 취련 종료 후의 2차 정련시에 있어서의 용강 교반 가스 유량을, 용강 1t당 0.0005N㎥(N은 normal의 뜻; 298K, 10⁵㎩에서의 체적을 말함, 이하 동일)/분 이상, 0.004N㎥/분 이하로 하고, 이어서 연속 주조에 있어서의 턴디쉬(tundish) 내에 퍼지하는 Ar 유량을 턴디쉬 내의 용강 1t당 0.04N㎥/분 이상, 0.10N㎥/분 이하로 하여 조업하는 점에 요지를 갖는 것이다.

본 발명 방법에서 대상으로 하는 강 선재용 강은, 그 화학 성분 조성이, C: 0.4~1.3%, Si: 0.1~2.5%, Mn: 0.2~1.0%, Al: 0.003% 이하를 각각 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피 불순물인 것을 바람직한 것으로서 들 수 있다.

또한 본 발명 방법에서 대상으로 하는 강 선재용 강은, 필요에 따라 또 다른 원소로서, (a) Ni: 0.05~1%, Cu: 0.05~1% 및 Cr: 0.05~1.5%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상, (b) Li: 0.02~20ppm, Mg: 0.02~20ppm, Ce: 3~100ppm, 및 La: 3~100ppm으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상 등을 포함하는 것도 유용하며, 함유되는 성분의 종류에 따라, 강 선재의 특성이 더 개선된다.

발명의 효과

본 발명에서는, 전로에 장입하는 주원료의 원료 비율 및 평균 P 농도를 적절히 제어함과 아울러, 2차 정련에 있어서의 용강 교반 가스 유량, 및 연속 주조시에 턴디쉬 내에 퍼지하는 Ar 유량을 적절히 제어함으로써, 강 선재 중의 경질인 비압연 개재물이 저감되어, 신선시에 우수한 신선성을 발휘함과 아울러, 우수한 피로 특성을 구비하는 강 선재용 강을 얻을 수 있고, 타이어 코드라고 하는 고강도 극세선이나, 높은 피로 특성이 요구되는 용수철 등의 제조에 최적의 강 선재용 강을, 효율 좋게 제공할 수 있다.

도 1은 주원료 중의 용선 비율과 강재 10t당 단선회수의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 2는 주원료 중의 냉선 비율과 강재 10t당 단선회수의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 3은 주원료 중의 설강 비율과 강재 10t당 단선회수의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 4는 턴디쉬에서의 퍼지 Ar 유량과 강 선재 10t당 단선회수의 관계를 나타낸 그래프이다.

일반적으로, 전로 조업에서는, 용광로에서 제조된 용선 외에, 제철소 내외로부터의 설강(스크랩)이나, 용선을 굳힌 냉선 등을 장입하여, C를 산화 제거하면서 용선 온도를 상승시켜, C 농도가 0.03~1% 정도의 용강을 제조하도록 되어 있다. 이때 전로에 장입되는 용선 온도는 1200~1400℃ 정도이지만, 이 온도가 높으면 높을수록, 전로에 장입할 수 있는 설강이나 냉선의 양을 증가시킬 수 있어, 최대한 적은 용선으로부터 많은 용강을 제조하는 것이 가능해진다.

그러나 타이어 코드용 강이나 용수철용 강과 같은 고탄소강을 제조함에 있어서는, 생산 효율을 저하시키지 않고서 전로에서 P를 제거하는 것이 곤란하므로, 전로에 장입하는 용선, 냉선 및 설강 등의 주원료 중의 P 농도를 가능한 한 저감하여 둘 필요가 있다. 또, 전로에 장입되는 원료로서는, 상기 용선, 냉선 및 설강 이외에도, 행화 조정을 위한 철광석이나, 전로 내화물 보호를 위한 돌로마이트도 포함되게 되지만, 본 발명에서는, 이들을 제외한 원료(용선, 냉선 및 설강)를 주원료라고 부르고 있다.

주원료 중, 용선에 대해서는, 전로로의 장입에 앞서 사전에 탈린 처리되는 것이 일반적이므로, 전로에 장입되는 용선의 온도는 낮아, 설강을 장입하는데 필요한 열적 여유가 적은 것이 된다. 열적 여유가 적음은, 용선 중의 C를 과잉 산화시킴으로써 보충하는 것은 가능하지만, 알루미나와 같은 경질 개재물을 꺼리는 타이어 코드용 강이나 용수철용 강에서는, C의 과잉 산화는 최대한 피할 필요가 있다. 즉, C의 과잉 산화는, 전로 취련 종료시의 용강 중 용존 산소 농도를 상승시키게 되어, 용강의 탈산에서 이용하는 FeSi 합금의 사용량이 늘어나게 되고, 더구나 그 FeSi 합금 중에는 불가피하게 Al이 미량 포함되고 있어, 그 결과로서 용강 중에 있어서의 알루미나계 개재물의 증가를 초래하게 된다.

이러한 것으로부터, 용강 중의 알루미나계 개재물을 저감하기 위해서는, 전로에 장입하는 주원료의 열적 여유도를 가능한 한 높여 둘 필요가 있다. 이러한 관점에서, 본 발명자들이 검토한 바, 주원료 중에 있어서의 용선, 냉선 및 설강의 비율을 적절하게 하는 것이 주원료의 열적 여유도를 높이는데 있어서 유효한 것이 판명됐다.

우선 본 발명자들은, 전로에 장입한 주원료 중의 용선 비율, 냉선 비율 및 설강 비율(용선, 냉선 및 설강의 합계를 100%로 했을 때의 각 원료의 비율)과 강 선재 10t(톤)을 신선했을 때의 단선회수의 관계에 대하여 조사했다. 주원료 중의 용선 비율과 단선회수의 관계를 도 1에, 동 냉선 비율과 단선회수의 관계를 도 2에, 동 설강 비율과 단선회수의 관계를 도 3에, 각각 나타낸다(단선회수의 의미에 대해서는, 후술 실시예 참조).

이 결과로부터 분명하듯이, 용선 비율이 96% 미만, 냉선 비율이 4% 초과, 혹은 설강 비율이 2% 초과가 되면, 단선회수가 증가하는 것을 알 수 있다. 이러한 것으로부터, 전로에 장입하는 주원료는, 용선 비율이 96% 이상, 냉선 비율이 4% 이하, 설강 비율이 2% 이하인 것을 이용하는 것이 단선회수를 저감하는데 있어서 유효한 것을 알 수 있다. 또, 바람직하게는 용선 비율을 98% 이상으로 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 100%이다. 또한 냉선 비율의 바람직한 범위는, 2% 이하이다.

본 발명에서는, 전로에 장입하는 주원료 중의 평균 P 농도를 0.02% 이하로 할 필요가 있다. 전로 취련시의 탈P는, 탈C와 동시에 진행하게 되지만, 타이어 코드용 강이나 용수철용 강과 같은 고탄소강에서는, 탈C를 억제하지 않으면 안되므로, 전로 취련에서 탈P를 기대할 수는 없다. 또한, 강 선재 중의 P 농도에 있어서도, 0.02%를 초과하면, P 편석의 영향에 의해 단선 빈도의 증가, 피로 강도의 저하를 초래하게 된다. 이러하므로, 취련 전에 전체 주원료 중의 P 농도를 0.02% 이하로 억제하여 둘 필요가 있고, 바람직하게는 0.015% 이하로 하여 두는 것이 좋다.

본 발명에 있어서는, 전로 취련 종료 후의 2차 정련(예컨대, 취과(取鍋) 정련)에 있어서, 슬래그와 용강을 교반시킬 때의 교반 가스 유량(이하, 간단히 「가스 유량」이라고 하는 경우가 있음)도 적절히 제어할 필요가 있다. 전로 취련 종료 후의 용강은, Si나 Mn 등으로 탈산하게 되지만, 이때에 FeSi, FeMn, SiMn 등의 합금(탈산제소) 중에 포함되는 미량 Al에 의해 Al₂O₃가 발생하여, 제품에 있어서 유해한 개재물로서 잔존하게 된다. 이러하므로, 2차 정련시에 있어서 Al₂O₃를 제거하여 둘 필요가 있다.

이러한 관점에서, 가스 유량이 용강 1t(톤)당 0.0005N㎥/분 이상으로 하여 슬래그-용강 사이의 접촉을 강하게 할 필요가 있다. 이 가스 유량은, 바람직하게는 0.0006N㎥/분 이상이며, 보다 바람직하게는 0.0007N㎥/분 이상으로 하는 것이 좋다. 단, 이 가스 유량이 과잉이 되면, 취과 내화물의 용융 손실이 현저해져, 조업상 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 내화물이 용강 중에 혼입하여 제품에 악영향을 주게 된다. 이러하므로, 가스 유량은 0.004N㎥/분 이하로 할 필요가 있고, 바람직하게는 0.0035N㎥/분 이하, 보다 바람직하게는 0.003N㎥/분 이하로 하는 것이 좋다.

또, 상기 교반에 이용하는 가스의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 용강과 반응을 일으키지 않고 비교적 저렴하게 입수할 수 있는 아르곤이 적당하다. 또한, 가스를 불어 넣는 방법에 대해서도 한정되지 않고, 용강 상부로부터 내화물제 노즐을 통하여 불어 넣는 방법이나 취과의 바닥부나 측면부로부터 불어 넣는 방법을 채용할 수 있다.

2차 정련을 끝낸 용강은, 연속 주조기에서 주조되게 되지만, 연속 주조에 있어서는 취과로부터 일단 턴디쉬라 불리는 용기 내에 수용되게 된다. 이 턴디쉬 내의 공간에 공기가 잔존하고 있으면, 공기 중의 산소에 의해 용강이 산화됨으로써 개재물이 생성되어, 강 선재로 했을 때에 단선회수 빈도가 증가하게 된다. 이러하므로, 주조 중은 턴디쉬 내를 Ar 가스로 퍼지할 필요가 있다.

도 4는 턴디쉬에서의 퍼지 Ar 유량(턴디쉬 내의 용강 1t당 유량)과 단선회수(강재 1t당)의 관계를 나타낸 것이다. 이 결과로부터 분명하듯이, 퍼지 Ar 유량이 0.04N㎥/분 미만의 경우에는, 공기 중 산소에 의한 용강의 산화가 현저해져, 단선회수가 증가하게 된다. 이러하므로, 퍼지 Ar 유량은 0.04N㎥/분 이상으로 할 필요가 있다. 그러나 용강 1t당 퍼지 Ar 유량이 0.10N㎥/분을 초과하면, 상기 효과가 포화하는 경향이 있다.

본 발명에서 대상으로 하는 강재(고탄소강)는, 성분 조성 중 Al량이 하기에 나타내는 바와 같이 제한될 뿐으로, 그 밖의 성분에 대해서는 특별히 제한되지 않고, 하기에 나타내는 바와 같이 일반적인 스틸 코드 등의 신선 가공용 강재나 용수철용 강과 같은 수준으로 포함되는 것이다. 구체적으로는, C: 0.4~1.3%, Si: 0.1~2.5%, Mn: 0.2~1.0%, Al: 0.003% 이하(0%를 포함하지 않음)를 각각 포함하는 것이다. 이들의 바람직한 성분의 범위 설정 이유는, 하기와 같다.

[C: 0.4~1.3%]

C는, 강도의 향상에 유용한 원소이며, 이 효과를 발휘시키기 위해서는 0.4% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.5% 이상이다. 그러나, C 함유량이 과잉이 되면, 강이 취화하여 신선성이 손상되므로 1.3% 이하(보다 바람직하게는 1.2% 이하)로 억제하는 것이 좋다.

[Si: 0.1~2.5%]

Si는, 탈산 작용을 갖는 원소이며, 그 작용을 발휘시키기 위해서는 0.1% 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2% 이상 함유시키는 것이 좋다. 단, Si 함유량이 과잉이 되면, 탈산 생성물로서 SiO₂가 많이 생성되어 신선성이 손상되므로, 2.5% 이하(보다 바람직하게는 2.3% 이하)로 억제하는 것이 좋다.

[Mn: 0.2~1.0%]

Mn은, Si와 같이 탈산 작용을 가짐과 아울러, 개재물 제어 작용을 갖는 원소이다. 이들의 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, Mn은 0.2% 이상(보다 바람직하게는 0.3% 이상) 함유시키는 것이 좋다. 한편, Mn량이 과잉이 되면, 강재가 취화하여 신선성이 손상되므로 1.0% 이하(보다 바람직하게는 0.9% 이하)로 억제하는 것이 좋다.

[Al: 0.003% 이하]

Al 함유량이 많아지면 개재물 중의 Al₂O₃ 농도가 높아져, 단선의 원인이 되는 조대(粗大) Al₂O₃가 생성될 가능성이 있으므로, 가능한 한 억제하는 것이 바람직하고, 이러한 관점에서 0.003% 이하(보다 바람직하게는 0.002% 이하)로 억제하는 것이 좋다.

본 발명에서 대상으로 하는 강재에 있어서의 기본 성분은 상기와 같고, 잔부는 철 및 불가피 불순물이며, 그 불가피 불순물로서, 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 따라 반입되는 원소의 혼입이 허용될 수 있다. 또한, 하기 원소를 적극적으로 함유시켜 특성을 한층 더 높이는 것도 유효하다.

[Ni: 0.01~1%, Cu: 0.01~1% 및 Cr: 0.05~1.5%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상]

Ni는, 강선의 강도 상승에는 그다지 기여하지 않지만, 신선재의 인성을 높이는 효과를 발휘하는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.01% 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게 0.02% 이상이다. 그러나, Ni를 과잉 함유시키더라도 상기 효과는 포화할 뿐이므로, 1% 이하(보다 바람직하게는 0.9% 이하)로 하는 것이 바람직하다.

Cu는 석출 경화 작용에 의해, 강선의 고강도화에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.01% 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게 0.02% 이상이다. 그러나 Cu를 과잉 함유시키면, 결정립계에 편석하여, 강재의 열간 압연 공정에서 균열이나 상처가 발생하기 쉬워지므로, 1% 이하(보다 바람직하게는 0.9% 이하)로 하는 것이 바람직하다.

Cr은, 신선 가공시에 있어서의 가공 경화율을 높이는 작용이 있고, 비교적 낮은 가공률에서도 용이하게 고강도를 확보할 수 있다. 더구나 Cr은 강의 내식성을 높이는 작용도 갖고 있고, 예컨대, 타이어 등의 고무 보강재(극세강)에 이용되는 경우, 그 극세강의 부식을 억제하는데에도 유효하게 작용한다. 이들의 효과를 발휘시키기 위해서는, Cr을 0.05% 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게 0.1% 이상이다. 그러나 Cr량이 과잉이 되면, 펄라이트 변태에 대한 소입성이 높아져, 파텐팅 처리가 곤란해진다. 또한 2차 스케일이 현저히 치밀해져 기계적 디스케일링성 및 산세성이 열화한다. 따라서 Cr량은 1.5% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.4% 이하로 하는 것이 좋다.

[Li: 0.02~20ppm, Mg: 0.02~20ppm, Ce: 3~100ppm, 및 La: 3~100ppm으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상]

이들 원소는, 강 중의 비금속 개재물을 보다 연질화하는 작용을 갖는다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Li의 경우 0.02ppm 이상(보다 바람직하게는 0.03ppm 이상), Mg의 경우 0.02ppm 이상(보다 바람직하게는 0.03ppm 이상), Ce의 경우 3ppm 이상(보다 바람직하게는 5ppm 이상), La의 경우 3ppm 이상(보다 바람직하게는 5ppm 이상) 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 상기 원소를 과잉으로 넣더라도 효과는 포화할 뿐이므로, Li, Na는 각각 20ppm 이하(보다 바람직하게는 10ppm 이하)로 억제하는 것이 좋다. 또한 Ce, La는 각각 100ppm 이하(보다 바람직하게는 80ppm 이하)로 억제하는 것이 좋다.

본 발명의 제조 방법에서 얻어지는 강재는, 그 후 열간 압연의 공정을 거쳐 강 선재가 되지만, 그 단면 직경이 3~10㎜인 것이며, 이 강 선재는, 예컨대, 냉간에서의 신선 공정에서 높은 신선성이 요구되는 타이어 코드, 피아노 선 등의 극세 고강도 강선의 소재로서 유용하다. 또한 높은 피로 특성이 요구되는 용수철, 와이어 등의 소재로서 유용하다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니라, 상ㆍ하기의 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

[강재의 제조]

용선 예비 처리 공정에 있어서, P를 0.007~0.020%, S를 0.002~0.01%까지 저하시킨 용선을, 혹은 이 용선과 냉선 및/또는 설강을 각종 비율로 혼합하여 전로에 장입하여, 소정의 농도까지 탈C 취련하고, 그 후, 취과에 출강하여, 취과 가열 정련 장치로 성분 조정(성분 조성에 대해서는 하기 표 2, 5 참조)과 슬래그 정련(2차 정련)을 실시했다. 또, 취과 정련시의 슬래그는, CaO/SiO₂=0.7~1.7, Al₂O₃=4~25%의 CaO-SiO₂-Al₂O₃계이다. 또한, 취과 정련시의 용강 교반 가스로는 Ar을 이용하고, 그 유량을 용강 1t당 0.0002~0.0080N㎥/분/t의 범위로 변화시켰다. 가스 교반 시간은 모두 15분 이상으로 했다.

상기 취과 정련에 이어서 연속 주조를 행하여, 단면이 600㎜×380㎜의 주편을 얻었다. 주조시의 턴디쉬 내 용강량은 20t으로 하고, 이 용강 1t당 0.02~0.13N㎥/분/t의 범위에서 퍼지 Ar 유량을 변화시켰다. 그리고 이 주편을, 1260℃로 가열하여, 단면이 155㎜각(角)이 될 때까지 분괴 압연을 행한 후, 추가로 열간 압연을 실시하여 φ55㎜ 또는 φ8.0㎜의 강 선재를 얻었다.

얻어진 강 선재로부터 1000g을 잘라내어, 산 용해에 의한 개재물 추출 및 개재물의 조성 분석에 제공했다. 이때의 개재물 추출 및 개재물의 조성 분석(정량)의 방법은 하기와 같다.

〔개재물 추출의 방법〕

우선, 순수, 질산(농도: 60%) 및 황산(농도: 96%)을, 부피비로 각각 5:25:1 로 혼합한 산 용액이 들어 간 비커를 준비하고, 이것에 강 선재(1000g)를 넣었다. 이 비커를 가열하여, 용액 온도를 90~95℃로 보지(保持)하면서, 선재를 완전히 용해시켰다. 용해 후, 10㎛의 필터로 여과한다. 그 후, 필터에 남은 개재물 중, 장경이 20㎛ 이상의 개재물의 조성 및 그 개수 계측을 행했다.

〔개재물의 정량〕

개재물의 정량에 있어서는, EPMA[Electron Probe MicroAnalyzer, 일본전자사 제품(JXA-8000 시리즈)]를 이용하여, 가속 전압: 20㎸, 시료 전류: 0.01㎂의 조건으로, 특성 X선의 에너지 분산 분광에 의해 정량 분석을 행했다. 정량 대상 원소는, Al, Mn, Si, Mg, Ca, Ti, Zr, O로 했다. 정량 방법은, 상기 원소 농도가 기지인 물질의 X선 강도를 측정하고, X선 강도와 원소 농도의 관계를 검량선으로서 미리 작성하여, 그 검량선을 이용하여 관찰 대상 개재물의 X선 강도로부터 각 원소의 존재 농도를 구했다. 그리고 각각의 원소가, Al₂O₃, MnO, SiO₂, MgO, CaO, TiO₂, ZrO₂의 형태로 존재한다고 가정하여, 상기 정량에 의해 구한 각 원소 농도를 기초로, 개재물 중의 Al₂O₃, MnO, SiO₂, MgO, CaO, TiO₂, ZrO₂의 존재 농도를 산출하여, Al₂O₃를 80% 이상 포함하는 개재물을 알루미나계 개재물로 하여, 그 장경 및 개수를 측정했다.

<실시예 1: 신선성의 평가>

상기한 바와 같이 하여 얻어진 φ5.5㎜ 강 선재를, 타이어 코드에 적용한 경우의 신선성을 하기 요령으로 평가했다.

(평가 방법)

φ5.5㎜→φ0.2㎜로 신선시의 단선회수

(신선 방법)

상기 φ5.5㎜의 강 선재의 산화 피막을 염산으로 제거한 후, 연속 신선기(쇼와기계사 제품: 형식 CD-610-7+BD610)로 φ1.2㎜까지 건식 신선을 행했다. 이 신선 공정에서 이용한 신선 다이스의 직경은, 4.8, 4.2, 3.7, 3.26, 2.85, 2.5, 2.2, 1.93, 1.69, 1.48, 1.3(모두 단위: ㎜)이다. 또한 φ1.2㎜에서 선인(線引) 속도는 400m/분이다. 신선에 즈음하여, 선재의 표면에는, 미리 인산아연의 피막 처리를 행하고, 윤활제는 스테아르산나트륨 주체의 것을 이용했다.

φ1.2㎜까지 신선한 선재는, 1230K까지 가열한 후, 830K의 납욕 중에서 파텐팅 처리를 실시하여, 미세 펄라이트 조직으로 한 후, Cu:Zn=7:3(질량비)의 브라스 도금(막 두께: 약 1.5㎛)을 행했다. 그리고 마지막으로, 습식 신선기(KOCH사 제품: 형식 KPZⅢ/25-SPZ250)를 이용하여, φ0.2㎜가 될 때까지 인발 가공을 행했다. 선인 중의 침지욕은, 물을 75질량% 포함하고, 천연 지방산, 아민염, 계면 활성제를 혼합시킨 용액을 이용했다. 이 신선 공정에서 이용한 신선 다이스의 직경은, 1.176, 0.959, 0.880, 0.806, 0.741, 0.680, 0.625, 0.574, 0.527, 0.484, 0.444, 0.408, 0.374, 0.343, 0.313, 0.287, 0.260, 0.237, 0.216(모두 단위: ㎜)이다. 또한 φ0.2㎜에서 선인 속도는 500m/min이다.

전로 주원료의 조건을 하기 표 1, 강재의 화학 성분 조성을 하기 표 2, 및 신선성의 결과를 2차 정련의 조건과 아울러 하기 표 3에 각각 나타낸다.

이들의 결과로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다(또, 하기의 No.는, 표 1~3 중의 실험 No.를 나타냄).

No.1~8에서는, 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하고 있으므로, Al₂O₃ 개재물 개수가 적어져, 신선 가공시의 단선회수가 적어 신선성이 우수한 것을 알 수 있다. 이에 대하여 No.9~27에서는, 본 발명에서 규정하는 요건을 만족하고 있지 않으므로, 신선 가공시의 단선회수가 많아, 신선성이 뒤떨어지는 결과가 되었다.

상세하게는, No.9, 10은, 전로 주원료 중의 P 농도가 0.02%를 초과하고 있으므로, 우수한 신선성을 확보할 수 없었다. No.11~14는, 주원료의 배합비, P 농도, 및 턴디쉬 내로의 퍼지 Ar 유량은 본 발명에서 규정하는 범위 내이지만, 2차 정련에 있어서의 용강 교반 가스 유량이 본 발명에서 규정하는 범위 밖이므로, 신선성이 뒤떨어지고 있다. No.15~17은, 주원료의 배합비, P 농도, 및 2차 정련에 있어서의 용강 교반 가스 유량은 본 발명에서 규정하는 범위 내이지만, 턴디쉬 내로의 퍼지 Ar 유량이 본 발명에서 규정하는 범위 밖이므로, 신선성이 뒤떨어지고 있다. No.18~25는, 주원료의 P 농도, 2차 정련에 있어서의 용강 교반 가스 유량 및 턴디쉬 내로의 퍼지 Ar 유량은 본 발명에서 규정하는 범위 내이지만, 주원료의 배합비가 본 발명에서 규정하는 범위 밖이므로, 신선성이 뒤떨어지고 있다. No.26, 27은, 턴디쉬 내로의 퍼지 Ar 유량은 본 발명에서 규정하는 범위 내이지만, 주원료의 배합비 및 2차 정련에 있어서의 용강 교반 가스 유량이 본 발명에서 규정하는 범위 밖이므로, 신선성이 뒤떨어지고 있다.

<실시예 2: 피로 특성의 평가>

상기한 바와 같이 하여 얻어진 φ8.0㎜ 강 선재를, 용수철에 적용한 경우의 피로 특성을 하기 요령으로 평가했다.

(평가 방법) φ8.0㎜의 강 선재의 나카무라식 회전 굽힘 피로 시험

(시료의 조제 방법 및 시험 방법)

φ8.0㎜의 강 선재에, 오일 템퍼→왜곡 처리 풀림(annealing)→숏 피닝 처리→다시 왜곡 처리 풀림을 실시한 후, 나카무라식 회전 굽힘 피로 시험기를 이용하여 하기 조건으로 피로 시험을 행하고, 파손율을 구하여 피로 특성의 평가를 행했다.

(피로 시험 조건)

시험편 길이: 650㎜

시험편 개수: 30개

시험 하중: 95.8kgf/㎟(940㎫)

회전 속도: 4500rpm

시험 중지 회수: 2×10⁷회

절손율의 산출식: 파손율=파손 개수/(모든 제공 시험편)×100(%)

전로 주원료의 조건을 하기 표 4, 강재의 화학 성분 조성을 하기 표 5, 및 피로 시험의 결과를 2차 정련의 조건과 아울러 하기 표 6에 각각 나타낸다.

이들 결과로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다(또, 하기의 No.는, 표 4~6 중의 실험 No.를 나타낸다).

No.28~36은, 본 발명의 규정을 만족하고 있으므로, 피로 시험시의 파손율이 작아 피로 특성이 우수함을 알 수 있다. 이에 대하여, No.37~54는, 본 발명의 규정을 만족하고 있지 않으므로, 피로 시험시의 파손이 많아, 피로 특성이 뒤떨어지고 있다.

구체적으로는, No.37, 38은, 전로 주원료 중의 P 농도가 0.02%를 초과하고 있으므로, 우수한 피로 특성을 확보할 수 없었다. No.39~41은, 주원료의 배합비, P 농도, 및 턴디쉬 내로의 퍼지 Ar 유량은 본 발명에서 규정하는 범위 내이지만, 2차 정련에 있어서의 용강 교반 가스 유량이 본 발명에서 규정하는 범위 밖이므로, 피로 특성이 뒤떨어지고 있다. No.42~44는, 주원료의 배합비, P 농도, 및 2차 정련에 있어서의 용강 교반 가스 유량은 본 발명에서 규정하는 범위 내이지만, 턴디쉬 내로의 퍼지 Ar 유량이 본 발명에서 규정하는 범위 밖이므로, 피로 특성이 뒤떨어지고 있다. No.45~52는, 주원료의 P 농도, 2차 정련에 있어서의 용강 교반 가스 유량 및 턴디쉬 내로의 퍼지 Ar 유량은 본 발명에서 규정하는 범위 내이지만, 주원료의 배합비가 본 발명에서 규정하는 범위 밖이므로, 피로 특성이 뒤떨어지고 있다. No.53, 54는, 턴디쉬 내로의 퍼지 Ar 유량은 본 발명에서 규정하는 범위 내이지만, 주원료의 배합비 및 2차 정련에 있어서의 용강 교반 가스 유량이 본 발명에서 규정하는 범위 밖이므로, 피로 특성이 뒤떨어지고 있다.

Claims

전로(轉爐)에 장입(裝入)하는 주원료를, 용선(溶銑), 냉선(冷銑) 및 설강(屑鋼)으로 함과 아울러, 이들 주원료 전체에 대한 비율로 용선: 96~100%(질량%의 의미, 이하 동일), 냉선: 4% 이하 및 설강: 2% 이하로 하고, 또한 전체 주원료 중의 평균 P 농도를 0.02% 이하로 하여 전로(轉爐) 취련(吹鍊)을 행하고, 전로 취련 종료 후의 2차 정련시에 있어서의 용강 교반 가스 유량을, 용강 1t당 0.0005N㎥/분 이상, 0.004N㎥/분 이하로 하고, 이어서 연속 주조에 있어서의 턴디쉬 내로 퍼지하는 Ar 유량을 턴디쉬(tundish) 내의 용강 1t당 0.04N㎥/분 이상, 0.10N㎥/분 이하로 하여 조업하는 것을 특징으로 하는 신선성과 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재용 강의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

강 선재용 강의 화학 성분 조성이, C: 0.4~1.3%, Si: 0.1~2.5%, Mn: 0.2~1.0%, Al: 0.003% 이하를 각각 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피 불순물인 신선성과 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재용 강의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

강 선재용 강이 추가로 다른 원소로서, Ni: 0.05~1%, Cu: 0.05~1% 및 Cr: 0.05~1.5%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 신선성과 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재용 강의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

강 선재용 강이 추가로 다른 원소로서, Li: 0.02~20ppm, Mg: 0.02~20ppm, Ce: 3~100ppm 및 La: 3~100ppm으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 신선성과 피로 특성이 우수한 고탄소강 선재용 강의 제조 방법.