KR20130117887A

KR20130117887A - 신선 가공성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 용수철용 강선재, 및 피로 특성 및 용수철 가공성이 우수한 용수철용 강선

Info

Publication number: KR20130117887A
Application number: KR20137025442A
Authority: KR
Inventors: 히로시 오우라; 나오 요시하라
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2013-10-28
Also published as: CN103459633A; JP5671400B2; KR101432464B1; EP2692885A1; WO2012132821A1; CN103459633B; JP2012214841A; BR112013022762A2; EP2692885A4

Abstract

신선(伸線) 가공성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 용수철용 강선재, 및 피로 특성 및 용수철 가공성이 우수한 본 발명의 용수철용 강선재는, C: 0.50% 이상 0.70% 미만, Si: 1.0 내지 2.5%, Mn: 0.50 내지 1.50%, Cr: 0.5% 이하(0%를 포함한다), B: 0.0010 내지 0.0050%, N: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않는다), P: 0.020% 이하(0%를 포함하지 않는다), S: 0.020% 이하(0%를 포함하지 않는다), Al: 0.03% 이하(0%를 포함하지 않는다), 및 O: 0.0020% 이하(0%를 포함하지 않는다)를 만족하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지며, 전체 조직에서 차지하는 펄라이트 조직의 면적률이 85% 이상인 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

신선 가공성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 용수철용 강선재, 및 피로 특성 및 용수철 가공성이 우수한 용수철용 강선{SPRING STEEL WIRE ROD HAVING EXCELLENT WIRE DRAWABILITY AND EXCELLENT FATIGUE CHARACTERISTICS AFTER WIRE DRAWING, AND SPRING STEEL WIRE HAVING EXCELLENT FATIGUE CHARACTERISTICS AND EXCELLENT SPRING FORMABILITY}

본 발명은 신선(伸線) 가공성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 용수철용 강선재, 및 피로 특성 및 용수철 가공성이 우수한 용수철용 강선에 관한 것이다. 특히는, 냉간 인발 가공을 실시하여 사용되는 용수철(가공 용수철)에 관한 것이다.

자동차 등의 경량화나 고응력화에 따라, 엔진, 클러치 및 서스펜션 등에 사용되는 밸브 용수철, 클러치 용수철 및 현가 용수철에서도 고강도화가 지향되고 있다. 그에 따라, 용수철에 대한 부하 응력은 증대되기 때문에, 피로 강도가 우수한 용수철이 요구되고 있다.

최근, 밸브 용수철이나 현가 용수철 등의 대부분은, 일반적으로, 열간 압연 선재(강선재)를 신선하여 강선을 제작하고, 이 강선에 담금질·템퍼링을 실시함으로써 수득되는 오일 템퍼선(OT선)을, 상온에서 용수철 권취 가공하여 제조된다. 상기 OT선의 조직은, 템퍼링 마르텐사이트 조직 주체이기 때문에, 고강도를 확보하기 쉽고, 또한 피로 강도나 내피로성이 우수하다고 하는 이점이 있다. 그러나, 담금질·템퍼링 등의 열 처리에 대규모 설비와 처리 비용이 필요하다고 하는 결점이 있다.

한편, 신선된 그대로 그 후에 열 처리를 실시하지 않은 강선(경인(硬引)선)을 이용하여, 냉간 권취를 실시하여 용수철(이하, 이와 같이 신선된 그대로 그 후에 열 처리를 실시하지 않은 강선(경인선)을 이용하여 수득되는 용수철을 「경인 용수철」이라고 하는 경우가 있다)을 제조하는 경우도 있다. 예컨대, JIS 규격에는, 강선에 해당되는 피아노 선(JIS G 3522) 중에서, 특히 밸브 용수철 또는 이것에 준하는 용수철용으로서, 피아노 선 V종을 정하고 있다.

상기 경인 용수철은, 열 처리를 필요로 하지 않기 때문에 제조 비용이 낮다고 하는 이점이 있다. 그러나, 경인 용수철이나, 이 용수철의 제조에 이용되는 경인선은, 상기 OT선 수준의 피로 특성의 확보가 어렵다고 하는 문제가 있다. 또한, 내부 경도에 불균일이 생기기 쉬워, 용수철 가공 시의 자유 길이가 불규칙적이 된다(즉, 용수철 가공성이 뒤떨어져 있다)고 하는 문제가 있다.

따라서, 용수철 가공에 이용하는 강선으로서, OT선을 사용하는 경우뿐만 아니라, 경인선을 사용하는 경우에서도, 우수한 용수철 가공성을 발휘함과 함께, 우수한 피로 특성을 나타낼 것이 요망되고 있고, 더불어, 이러한 강선의 제조에 이용되는 강선재도 요망되고 있다.

경인 용수철의 피로 특성 향상을 도모한 것으로서, 예컨대 특허문헌 1이 있다. 이 특허문헌 1에서는, 펄라이트 분율을 탄소 함유량과의 관계로 규정하고, 추가로 V를 필수 원소로 함으로써 펄라이트 노듈 크기의 미세화를 도모하고, 선 직경 3.5mm에서 인장 강도 1890MPa 이상의 고강도와 내피로성을 양립시키고 있다. 그러나, 탄소 함유량을 단순히 증가시켜 고강도화를 도모하면, 신선 가공성의 열화를 피할 수 없다고 생각된다. 또한, 신선 후의 피로 특성을 보다 높이려고 한 경우, 추가적인 검토가 필요하다고 생각된다. 또한, V를 필수 원소로서 첨가하면, 담금질성이 증대되기 쉬워지기 때문에, 신선 전의 페이턴팅 처리로 펄라이트 조직을 수득하기 위해서는 선속을 떨어뜨릴 필요가 있는 등, 생산성이 저하되어 제조 비용의 증가를 초래한다고 생각된다.

또한 특허문헌 2에는, 용수철용 선재의 피로 특성을 높이도록, TiN계 개재물의 최대 두께에 대하여 규정하고 있다. 그러나, 신선 후의 피로 특성을 보다 높이는 경우, TiN계 개재물을 기점으로 한 피로 파손에 의한 피로 강도의 저하가 생각되기 때문에, 피로 특성을 보다 높이기 위해서는, 다른 관점에서 검토할 필요가 있다고 생각된다.

일본 특허공개 제2002-180200호 공보 일본 특허공개 제2009-024245호 공보

본 발명은 상기 종래 기술에서의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 그 목적은, 신선 가공성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 용수철용 강선재, 및 피로 특성 및 용수철 가공성이 우수한 용수철용 강선을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명의 용수철용 강선재는,

C: 0.50% 이상 0.70% 미만(%는 「질량%」의 의미, 화학 성분 조성에 대하여 이하 동일),

Si: 1.0 내지 2.5%,

Mn: 0.50 내지 1.50%,

Cr: 0.5% 이하(0%를 포함한다),

B: 0.0010 내지 0.0050%,

N: 0.0050% 이하(0%를 포함하지 않는다),

P: 0.020% 이하(0%를 포함하지 않는다),

S: 0.020% 이하(0%를 포함하지 않는다),

Al: 0.03% 이하(0%를 포함하지 않는다), 및

O: 0.0020% 이하(0%를 포함하지 않는다)

를 만족하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지며,

전체 조직에서 차지하는 펄라이트 조직의 면적률이 85% 이상인 것에 특징을 갖는다.

상기 용수철용 강선재로서, 추가로, 관찰 시야 면적 2000㎛²에서의 펄라이트 조직 중에 존재하는, 원 상당 직경 100nm 이상 1000nm 미만의 BN계 화합물이 100개 이하(0개를 포함한다)이며, 또한, 원 상당 직경 1000nm 이상의 BN계 화합물이 10개 이하(0개를 포함한다)를 만족하는 것이 바람직하다.

상기 용수철용 강선재로서, 추가로, V: 0.05 내지 0.40%, 및 Ni: 0.05 내지 0.80%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 것이거나, 고용(固溶) N이 0.0020% 이하(0%를 포함한다)를 만족하는 것이 바람직하다.

본 발명에는, 상기 용수철용 강선재를 이용하여 수득되는 용수철용 강선으로서, 표층부의 비커스 경도(Hvs)와 내부의 비커스 경도(Hvh)의 차이가, 하기 수학식 1을 만족하는 것에 특징을 갖는 용수철용 강선도 포함된다.

[수학식 1]

(Hvs - Hvh) ≤ 100

[단, 상기 Hvs는 D/16부(D는 강선의 직경을 의미한다. 이하 동일) 내지 D/4부까지의 최고 비커스 경도를 의미하고, 상기 Hvh는 D/4부 내지 D/2까지의 최저 비커스 경도를 의미한다.]

한편, 본 발명에서, 「원 상당 직경」이란, BN계 화합물의 면적을 동일 면적의 원으로 환산했을 때의 직경을 의미한다. 또한, 본 발명에서 대상으로 하는 「BN계 화합물」이란, BN(질화붕소)로 이루어지는 것 외에, BN을 주체로 하는 것이거나, MnS를 핵으로 한 BN 화합물 등의 복합 개재물을 포함하는 것을 허용하는 것이다.

본 발명에서는, 화학 성분 조성을 적절히 조정함과 함께, 펄라이트 조직의 면적 비율을 조정하고 있기 때문에, 신선 가공성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 용수철용 강선재, 및 피로 특성 및 용수철 가공성이 우수한 용수철용 강선을 실현할 수 있다. 또한, BN계 화합물의 형태를 제어함으로써, 상기 피로 특성을 보다 높일 수 있다.

본 발명의 용수철용 강선은, 신선 후에 담금질 템퍼링 처리를 실시하는 냉간 권취용 용수철용 강선, 강선 그대로 사용하는 냉간 권취용 용수철용 강선, 용수철 가공 후에 담금질 템퍼링 처리를 실시하는 용수철용 강선 등으로서 이용할 수 있다. 이러한 용수철용 강선은, 엔진, 클러치 및 서스펜션 등에 사용되는 밸브 용수철, 클러치 용수철 및 현가 용수철의 소재로서 유용하다.

도 1은 실시예에서의 조직 관찰 사진이다.
도 2는 ΔHV와 용수철 가공 시의 불량품률(100개당 불량품 개수)의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 OT선의 인장 강도와 피로 강도의 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 경인선의 인장 강도와 경인 용수철의 피로 수명의 관계를 나타낸 도면이다.

본 발명자들은, 신선 가공성 및 신선 후의 피로 특성이 우수한 용수철용 강선재, 및 피로 특성 및 용수철 가공성이 우수한 용수철용 강선을 수득하기 위해, 다양한 각도에서 검토했다. 그 결과,

(a) 용수철용 강선재의 신선 가공성을 높이기 위해서는,

(a-1) 전체 조직에서 차지하는 펄라이트 조직의 면적률을 85% 이상으로 함과 함께,

(a-2) 후술하는 성분 조성을 만족하도록 하는 것이 좋다는 것;

(a-3) 용수철용 강선재의 신선 가공성을 더욱 높이기 위해서는, 강 중의 고용 N량을 0.0020% 이하로 저감시키는 것이 바람직하다는 것;

(b) 피로 특성(용수철용 강선재의 신선 후의 피로 특성, 즉, 용수철용 강선의 피로 특성이나, 용수철의 피로 특성)을 높이기 위해서는, 특히, 후술하는 성분 조성을 만족하는 것이 좋다는 것, 또한 피로 특성을 더욱 높이기 위해서는, 상기 BN계 화합물의 석출 크기 및 개수를 소정의 범위 내로 제어하는 것이 좋다는 것;

(c) 용수철용 강선의 용수철 가공성을 높이기 위해서는, 표층부의 비커스 경도(Hvs)와 내부의 비커스 경도(Hvh)의 차이(이하, 「ΔHV」로 나타내는 경우가 있다)가 하기 수학식 1을 만족하도록 작게 하면 좋다는 것을 알 수 있었다.

[수학식 1]

(Hvs - Hvh) ≤ 100

이하, 상기 조직, 성분 조성을 규정한 이유에 대하여 설명한다.

한편, 본 발명에서는 피로 특성으로서, 용수철의 피로 특성을 높이는 것을 최종 목적으로 하지만, 이것을 달성하기 위해서는, 용수철의 제조에 이용하는 강선도 피로 특성이 우수한 것이 필요해진다. 이러한 관점에서, 용수철용 강선(경인선, 또는 이것에 열 처리를 가하여 수득되는 OT선)의 피로 특성의 향상을 도모하고 있다. 본 발명에서는, 이하, 용수철의 피로 특성이나 강선(경인선, OT선)의 피로 특성을, 단순히 「피로 특성」이라고 하는 경우가 있다.

[펄라이트 조직의 면적률: 85% 이상]

본 발명에서는, 용수철용 강선재의 전체 조직에서 차지하는 펄라이트 조직의 면적률을 85% 이상으로 한다.

일반적으로, 용수철용 강선재의 조직으로서, 펄라이트 조직 이외에, 초석(初析) 페라이트나 베이나이트가 형성된다. 그러나, 펄라이트 조직 이외의 조직이 증가하면, 신선 중에 단선이 생길 우려가 있다(즉, 신선 가공성이 뒤떨어진다). 또한, 단선에까지 이르지 않더라도 내부에 결함이 생기기 쉬워, 이 내부 결함을 원인으로 하여 피로 특성이 저하된다. 본 발명에서는, 펄라이트 조직의 면적률을 높이고, 상대적으로 페라이트 등을 억제시켜 조직의 균일화를 도모함으로써, 단선이나 내부 결함을 감소시켜, 신선 가공성과 피로 특성을 향상시킨다. 상기 펄라이트 조직의 면적률은, 바람직하게는 87% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상, 더욱 바람직하게는 91% 이상, 특히는 93% 이상이다.

펄라이트 조직 이외의 조직으로서, 전술한 초석 페라이트나 베이나이트 등을 들 수 있지만, 이들은 적으면 적을수록 좋고, 바람직하게는 합계로 10% 이하, 보다 바람직하게는 합계로 5% 이하이며, 특히는 0%이다.

본 발명에서는, 피로 특성을 보다 높인다는 관점에서, 원 상당 직경이 100nm 이상인 BN계 화합물을 억제하는 것이 바람직하다. 이 원 상당 직경이 100nm 이상인 BN계 화합물은 존재하지 않는 것이 바람직하지만, 하기와 같이, 본 발명의 규정 범위 내로 제한함으로써, 그 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.

한편, 펄라이트 조직 이외의 조직에는, 상기 크기의 BN계 화합물은, 거의 존재하지 않기 때문에, 본 발명에서는, 펄라이트 조직 중에 존재하는 상기 크기의 BN계 화합물을 대상으로 한다.

[관찰 시야 면적 2000㎛²에서의 펄라이트 조직 중에 존재하는 원 상당 직경 100nm 이상 1000nm 미만의 BN계 화합물이 100개 이하(0개를 포함한다)]

본 발명에서는, 관찰 시야 면적 2000㎛²에서의 펄라이트 조직 중에 존재하는, 원 상당 직경 100nm 이상 1000nm 미만의 BN계 화합물의 개수를 100개 이하(바람직하게는 70개 이하, 보다 바람직하게는 50개 이하)로 제어함으로써, 피로 특성을 개선시킬 수 있다.

[관찰 시야 면적 2000㎛²에서의 펄라이트 조직 중에 존재하는 원 상당 직경 1000nm 이상의 BN계 화합물이 10개 이하(0개를 포함한다)]

원 상당 직경이 1000nm 이상으로 비교적 큰 크기의 BN계 화합물의 석출을 억제하는 것도 중요하다. 이러한 조대한 BN계 화합물의 석출 개수가 많아지면, 피로 특성의 저하를 초래하기 쉽기 때문이다. 본 발명에서는, 관찰 시야 면적 2000㎛²에서의 펄라이트 조직 중에 존재하는 상기 조대한 BN계 화합물의 개수를 10개 이하(바람직하게는 8개 이하, 보다 바람직하게는 5개 이하)로 억제한다.

한편, 펄라이트 조직 중의 원 상당 직경 100nm 미만의 BN계 화합물은, 피로 특성에 거의 악영향을 주지 않기 때문에, 본 발명에서는 제어의 대상으로 하고 있지 않다.

다음으로, 성분 조성을 규정한 이유에 대하여 설명한다.

〔C: 0.50% 이상 0.70% 미만〕

C는 신선재의 인장 강도를 높이고, 피로 특성이나 내피로성을 확보하기 위해서 유용한 원소이다. 또한, 고응력 용수철로서 필요한 인장 강도의 확보에도 유용하다. 또한, 원하는 조직의 확보에 필요하고, 초석 페라이트량의 증대를 억제하여 피로 수명의 격차를 억제하는 것에도 필요한다. 따라서, C량은 0.50% 이상으로 한다. 바람직하게는 0.52% 이상, 보다 바람직하게는 0.55% 이상, 더욱 바람직하게는 0.60% 이상이다. 그러나, 본 발명에서 C량이 0.70% 이상으로 되면, 결함 감수성이 증대되어, 표면 흠이나 개재물로부터의 균열의 진전이 용이해져서, 피로 수명이 열화된다. 따라서, 본 발명에서는, C량을 0.70% 미만으로 한다. 바람직하게는 0.68% 이하, 보다 바람직하게는 0.65% 이하이다.

〔Si: 1.0 내지 2.5%〕

Si는 고용 강화 원소로서 강도 향상에 기여하고, 피로 특성과 내피로성의 개선에 공헌하는 원소이다. 또한, 용수철 가공 공정에서 코일링 후의 변형 제거(왜취(歪取)) 소둔으로서 열 처리가 실시되지만, 그 때에 우수한 연화 저항성을 발휘시키는 데 유효한 원소이기도 하다. 이들의 효과를 충분히 발휘시키도록 Si량의 하한을 1.0%로 한다. 바람직하게는 1.3% 이상, 보다 바람직하게는 1.5% 이상이다. 그러나, Si량이 2.5%를 초과하면, 표면의 탈탄이 증대되어 피로 특성이 열화될 우려가 있다. 또한, 원하는 조직이 수득되지 않는다. 따라서, Si량의 상한을 2.5%로 했다. 바람직하게는 2.3% 이하이며, 보다 바람직하게는 2.0% 이하이다.

〔Mn: 0.50 내지 1.50%〕

Mn은 펄라이트 조직을 치밀하고 또한 정연(整然)화시켜, 피로 특성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해, Mn을 0.50% 이상 함유시킨다. 바람직하게는 0.70% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.80% 이상이다. 한편, Mn은 편석되기 쉬운 원소이며, 함유량이 과잉으로 되면 편석되어, 그 편석부에 마이크로마르텐사이트가 생성되어 신선 가공성이 저하되기 쉬워진다. 또한, 피로 특성도 저하되기 쉽다. 따라서, Mn량의 상한을 1.50%로 한다. 바람직하게는 1.30% 이하이며, 보다 바람직하게는 1.20% 이하이다.

〔Cr: 0.5% 이하(0% 포함한다)〕

Cr은 펄라이트 라멜라 간격을 좁게 하고, 열간 압연 후나 신선 전 열 처리인 페이턴팅 후의 강도를 상승시켜, 내피로성이나 피로 강도를 향상시키기 때문에 유효한 원소이다. 이러한 관점에서는, Cr을 0.05% 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.10% 이상, 더욱 바람직하게는 0.15% 이상, 특히 바람직하게는 0.20% 이상이다. 그러나, Cr량이 과잉으로 되면, 세멘타이트가 지나치게 강화되어 인성(靭性)이나 연성이 열화된다. 또한, 신선 가공성이나 피로 특성도 열화된다. 또한, Cr량이 과잉으로 되면, 시효 취화가 생기기 쉬워져, 강선의 표층과 내부의 경도의 차이가 커지기 때문에, 용수철 가공성이 뒤떨어진다. 따라서, Cr량의 상한을 0.5%로 한다. 바람직하게는 0.40% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.35% 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.30% 이하이다.

〔B: 0.0010 내지 0.0050%〕

B는 고용 N을 BN계 화합물로서 미세 석출시킴으로써, 선재의 신선 가공성 및 피로 특성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 또한, 용수철 가공성의 향상에도 유효하다. 또한, B의 일부가 고용 B로서 강 중에 존재함으로써, 초석 페라이트의 생성 억제에도 유효하다. 이들의 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는, B량을 0.0010% 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 0.0020% 이상, 보다 바람직하게는 0.0030 이상이다. 한편, B량이 0.0050%를 초과하면 조대한 Fe₂₃(CB)₆ 등의 보론 화합물이 생성되어 피로 강도를 열화시킬 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서는, B량의 상한을 0.0050%로 했다. 보다 바람직하게는 0.0040% 이하이다.

한편, 고용 N을 고정시키는 원소로서, B 이외에 Ti 등이 있지만, Ti의 경우, N을 고정시켜 수득되는 TiN이 BN과 비교하여 각진 형상이기 때문에, 피로 특성의 기점이 되기 쉽다고 생각된다.

〔N: 0.0050% 이하(0% 포함하지 않는다)〕

N이 과잉이면, 고용 N이 많아져 신선 가공성, 피로 특성, 용수철 가공성이 열화된다. 이 고용 N을 저감시키기 위해서는, 전체 N량을 저감시키는 것이 유효하다. 그러나, 과도하게 적게 하는 것은 제강 고비용을 초래하기 때문에, N량의 상한을 0.0050%로 한다. N량은, 바람직하게는 0.0045% 이하, 보다 바람직하게는 0.0040% 이하이다.

〔고용 N: 0.0020% 이하(0%를 포함한다)〕

고용 N은 신선 가공 중의 시효 취화를 야기하여, 신선 중의 단선, 세로 균열의 발생을 초래하기 쉽다. 즉, 압연 후의 신선 가공성이나 페이턴팅 후의 신선 가공성의 저하를 초래하기 쉽다. 또한, 시효 취화가 진행되면 용수철용 강선의 표층과 내부의 경도 차이가 커져, 용수철용 강선의 용수철 가공성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, 강 중의 B와 N의 함유량이 하기 수학식 2를 만족하도록 하여, 고용 N을 BN으로서 석출시킴으로써, 고용 N량을 0.0020% 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 고용 N량은, 보다 바람직하게는 0.0015% 이하, 더욱 바람직하게는 0.0010% 이하, 보다 더욱 바람직하게는 0.0005% 이하이다.

[수학식 2]

B - (N - 0.0020)×0.77 ≥ 0.0000

〔P: 0.020% 이하(0% 포함하지 않는다)〕

불가피 불순물인 P는, 신선 가공 시의 단선을 유발시키는 원소이다. 또한, 구오스테나이트립계에 편석되어 입계(粒界)를 취화시켜, 피로 특성을 저하시키는 원소이기도 하기 때문에, 매우 적은 쪽이 좋다. 따라서, 본 발명에서는 0.020% 이하로 했다. 바람직하게는 0.016% 이하, 보다 바람직하게는 0.013% 이하이다.

〔S: 0.020% 이하(0% 포함하지 않는다)〕

불가피 불순물인 S는, 상기 P와 마찬가지로 신선 가공 시의 단선을 유발하는 원소이다. 또한, 구오스테나이트립계에 편석되어 입계를 취화시켜, 피로 특성을 저하시키는 원소이기도 하기 때문에, 매우 적은 쪽이 좋다. 따라서, 본 발명에서는 0.020% 이하로 했다. 바람직하게는 0.015% 이하, 보다 바람직하게는 0.010% 이하이다.

〔Al: 0.03% 이하(0% 포함하지 않는다)〕

Al은 제강 시의 탈산제로서 함유되지만, 과잉으로 포함되면 조대한 비금속 개재물을 생성하여, 피로 강도를 열화시키기 때문에, 그의 함유량을 0.03% 이하로 억제한다. 바람직하게는 0.010% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.005% 이하이다.

〔O: 0.0020% 이하(0% 포함하지 않는다)〕

O는 과잉으로 포함되면 조대한 비금속 개재물을 형성하여 피로 강도를 열화시키는 원소이다. 따라서, 본 발명에서는, O 함유량을 0.0020% 이하로 한다. 바람직하게는 0.0015% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.0010% 이하이다.

본 발명 강재의 기본 성분은 상기한 대로이며, 잔부는 철 및 불가피 불순물(상기 P, S, N, O 이외의 불순물)이지만, 당해 불가피 불순물로서, 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 따라 들어가는 원소의 혼입이 허용될 수 있다. 또한, 본 발명의 강선재 또는 강선에는, 필요에 따라서, 또한 하기에 나타내는 대로 V나 Ni를 적량 함유시킴으로써 특성을 더욱 높일 수 있다. 이하, 이들의 원소에 대하여 설명한다.

〔V: 0.05 내지 0.40%, 및 Ni: 0.05 내지 0.80%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소〕

V, Ni는, 특히 신선 가공성을 높이는 데 유효한 원소이다. 상세하게는, V는 펄라이트 노듈 크기를 미세하게 하여 상기 신선 가공성을 높임과 함께, 용수철의 인성 및 내피로성을 향상시키는 것에도 유용한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, V를 0.05% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.1% 이상, 더욱 바람직하게는 0.2% 이상이다. 그러나, V가 0.40%를 초과하여 과잉으로 포함되면, 담금질성이 증대되어 열간 압연 후에 마르텐사이트나 베이나이트를 생성시켜, 신선 가공성이 오히려 나빠진다. 또한 피로 특성도 저하된다. 또한, 라멜라 세멘타이트로서 사용되어야 하는 C가 감소되어, 강도가 오히려 저하되는 것 외에, 초석 페라이트를 과잉으로 생성시키거나, 페라이트 탈탄을 유발시키는 경향이 있다. 또한, V량이 과잉으로 되면, 시효 취화가 생기기 쉬워져, 강선의 표층과 내부의 경도의 차이가 커지기 때문에, 용수철 가공성이 뒤떨어진다. 따라서, 본 발명에서는, V량을 0.40% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.30% 이하이다.

Ni는 세멘타이트의 연성을 향상시켜 신선 가공성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 또한, 강선의 연성 자체도 향상시키는 원소이다. 또한, 열간 압연 시에서의 표층부의 탈탄을 억제하는 효과도 갖는다. 이들의 효과를 발휘시키기 위해서는, Ni를 0.05% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.20% 이상이다. 그러나, Ni량이 과잉으로 되면, 담금질성이 증대되어, 열간 압연 후에 마르텐사이트나 베이나이트 등의 조직이 많이 석출되어 신선 가공성의 악화를 초래한다. 또한, 피로 특성도 저하된다. 따라서, Ni량의 상한은 0.80%로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.60% 이하, 더욱 바람직하게는 0.50% 이하이다.

[(Hvs - Hvh) ≤ 100]

상기 (c)에 기재된 대로, 용수철용 강선의 용수철 가공성을 높이기 위해서는, 용수철용 강선의 표층부의 비커스 경도(Hvs)와 내부의 비커스 경도(Hvh)의 차이(ΔHV)가, 하기 수학식 1을 만족하도록 작게 하면 좋다. 용수철 가공 후의 용수철에는 스프링 백(spring back)이 생기기 때문에, 자유 길이의 변화가 생기지만, 선재 표층과 선재 내부의 경도의 차이가 크면, 이 스프링 백이 커져 자유 길이가 크게 변화되기 때문이다.

[수학식 1]

(Hvs - Hvh) ≤ 100

[단, 상기 Hvs는 D/16부(D는 강선의 직경) 내지 D/4부까지의 최고 비커스 경도를 의미하고, 상기 Hvh는 D/4부 내지 D/2까지의 최저 비커스 경도를 의미한다.]

이 수학식 1을 만족하기 위해서는, 신선 중의 가공 발열을 억제할 필요가 있으며, 본 발명에서는 후술하는 것과 같이 신선 시의 신선 속도를 300m/min 이하로 함으로써 달성할 수 있다. 또한, B량, N량을 규정된 범위 내로 하여, 고용 N량을 저감시키거나, Cr량, V량을 규정된 범위 내로 하는 것도 유효하다.

본 발명의 용수철용 강선재나 용수철용 강선을 수득하기 위한 제조 조건은, 규정된 조직이거나, BN계 화합물의 형태가 제어될 수 있는 조건이면 특별히 묻지 않지만, 상기 화학 성분 조성을 갖는 주편(鑄片)을 이용하여, 상기 조직의 확보를 효율좋게 행하기 위해서는, 제조 공정에서, 열간 압연 후의 권취 온도 및 열간 압연 후 냉각 조건을 하기와 같이 제어하는 것이 좋고, 또한, 추장되는 BN계 화합물의 형태 제어를 효율좋게 행하기 위해서는, 제조 공정에서 분괴 압연 전의 가열 조건을 하기와 같이 제어하는 것이 바람직하다.

[분괴 압연 전의 가열: 1280℃ 이상에서 30분 이상 90분 이하]

[분괴 압연 개시 전의 1280 내지 1100℃의 온도 범위의 냉각 속도: 0.5℃/초 이상]

분괴 압연 전의 가열 온도를 1280℃ 이상으로 함으로써, BN계 화합물을 충분히 강 중에 고용시키고, 그 후, 분괴 압연 개시 전의 1280 내지 1100℃의 온도 범위의 냉각 속도를 0.5℃/초 이상으로 제어함으로써, BN계 화합물의 형태를 규정 범위 내로 하여 피로 특성을 더욱 높일 수 있다. 분괴 압연 전의 가열 온도는, 바람직하게는 1290℃ 이상이다.

또한, 상기 1280℃ 이상에서의 가열 시간이 지나치게 짧아도, BN계 화합물을 충분히 강 중에 고용할 수 없기 때문에, 1280℃ 이상에서의 가열은 30분 이상으로 한다. 한편, 조업 비용의 관점에서 1280℃ 이상에서의 가열은 90분 이하로 한다.

또한, 분괴 압연 개시 전의 1280 내지 1100℃의 온도 범위의 냉각 속도는, 1.0℃/초 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.3℃/초 이상, 더욱 바람직하게는 1.5℃/초 이상이다.

[열간 압연 후의 권취 온도: 850℃ 이상 950℃ 이하]

열간 압연 후의 권취 온도는, 압연기의 부하가 과대해지지 않도록, 850℃ 이상으로 하는 것이 좋다. 바람직하게는 880℃ 이상이다. 한편, 초석 페라이트를 억제하여 펄라이트 조직을 면적률로 85% 이상 확보하기 위해서는, 열간 압연 후의 권취 온도를 950℃ 이하로 하는 것이 좋다. 표층 탈탄, 재결정, 입자 성장을 억제하여, 미세립 조직으로 하는 관점에서도, 열간 압연 후의 권취 온도를 950℃ 이하로 하는 것이 좋다. 열간 압연 후의 권취 온도는, 바람직하게는 940℃ 이하, 보다 바람직하게는 930℃ 이하이다.

[열간 압연 후의 권취 후로부터 600℃까지의 냉각 속도: 10℃/초 이상 35℃/초 이하]

펄라이트 조직을 면적률로 85% 이상 확보하기 위해서는, 열간 압연 후의 권취 후로부터 600℃까지의 냉각 속도를, 10℃/초 이상(바람직하게는 15℃/초 이상, 보다 바람직하게는 20℃/초 이상)으로 하여 초석 페라이트의 형성을 억제하고, 또한 35℃/초 이하(바람직하게는 30℃/초 이하)로 하여, 마르텐사이트나 베이나이트 조직의 생성을 억제하는 것이 좋다.

본 발명의 용수철용 강선재를 수득하는 데 있어서, 상기 이외의 조건에 대해서는 특별히 한정되지 않고 일반적인 제조 조건을 채용하면 좋다.

또한, 표층부의 비커스 경도(Hvs)와 내부의 비커스 경도(Hvh)의 차이가 100 이하인 용수철용 강선을 수득하기 위해서는, 본 발명에서 규정된 용수철용 강선재를 이용하여, 신선 가공 시에 가공 발열을 억제할 필요가 있기 때문에, 신선 속도를 300m/min 이하(바람직하게는 250m/min 이하)로 하는 것이 추장된다. 상기 신선 속도의 하한값은, 생산성 등의 관점에서 100m/min 정도로 하는 것이 좋다.

본 발명의 용수철용 강선을 수득하는 데 있어서, 상기 이외의 조건에 대해서는 특별히 한정되지 않고 일반적인 제조 조건을 채용하면 좋다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니며, 상·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그것들은 어느 것이든 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

하기 표 1에 나타내는 화학 성분 조성의 강을 전로 출강(轉爐出鋼) 후, 2차 정련 처리를 행하여 용제(溶製)하고, 연속 주조법에 의해 주조된 주편(鑄片)을 제조했다. 그리고, 수득된 주편의 분괴 전 가열(가열 시간은 모든 강종에서 일정한 것으로 하며, 설정 온도로 승온 후 30분 유지하는 것으로 했다)을 표 2에 나타내는 조건에서 행한 후, 분괴 압연을 행하여 155mm 각으로 하고, 이어서 표 2에 나타내는 조건[열간 압연 후의 권취 온도(압연 권취 온도), 및 권취 후 600℃까지의 냉각 속도(권취 후 냉각 속도)]에서 열간 압연을 행하여, 직경 8.0mm의 열간 압연 선재(강선재)를 제작했다. 한편, 하기 표 1에 나타낸 고용 N량은 하기의 방법에 의해서 측정한 것이다.

또한, 수득된 강선재에 대하여, 펄라이트 조직의 면적률, BN계 화합물의 개수 비율을 하기의 방법으로 측정했다. 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

[고용 N량의 측정 방법]

본 발명에서의 「고용 N량」의 값은, JIS G 1228에 준거하여, 하기 (a) 내지 (c)에 나타내는 대로, 강 중의 전체 N량으로부터 전체 N 화합물량을 빼어 강 중의 고용 N량을 구했다.

(a) 강 중의 전체 N량은, 불활성 가스 융해법-열 전도도법을 이용하여 측정했다. 상세하게는, 시험 강 소재로부터 샘플을 잘라내고, 샘플을 도가니에 넣어, 불활성 가스 기류 중에서 융해하여 N을 추출하고, 열 전도도 셀에 반송하여 열 전도도의 변화로부터 구했다.

(b) 강 중의 전체 N 화합물량은, 암모니아 증류 분리 인도페놀 청 흡광 광도법을 이용하여 측정했다. 상세하게는, 시험 강 소재로부터 샘플을 잘라내고, 10% AA계 전해액(강 표면에 부동태 피막을 생성시키지 않는 비수용매계의 전해액이며, 구체적으로는 10% 아세틸아세톤, 10% 염화테트라메틸암모늄, 잔부: 메탄올) 중에서, 정전류 전해를 행했다. 이 정전류 전해에서 약 0.5g의 샘플을 용해시키고, 불용해 잔사(N 화합물)를 구멍 크기가 0.1㎛인 폴리카보네이트제의 필터로 여과했다. 그리고, 불용해 잔사를 황산, 황산칼륨 및 순 Cu 칩 중에서 가열하여 분해하고, 여과액에 합쳤다. 이어서, 이 용액을 수산화나트륨으로 알칼리성으로 한 후, 수증기 증류를 행하여, 유출(留出)된 암모니아를 희황산에 흡수시켰다. 그리고 페놀, 차아염소산나트륨 및 펜타사이아노나이트로실철(III)산나트륨을 가하여 청색 착체를 생성시키고, 광도계를 이용하여, 그의 흡광도를 측정하여, 전체 N 화합물량을 구했다.

(c) 상기의 방법에 의해서 구한 강 중의 전체 N량으로부터 전체 N 화합물량을 빼어, 강 중의 고용 N량을 구했다.

[펄라이트 면적률의 측정 방법]

펄라이트 면적률은, 열간 압연 선재의 횡단면(압연 방향에 수직인 단면. 이하 동일)의 표층, D/4, D/2(D: 선재의 직경)의 각 위치에서, 매입하고 연마하고, 피크르산을 이용한 화학 부식을 실시한 후, 광학 현미경에 의해, 서로 90도를 이루는 4개소(D/2부에 대해서는, 각각이 겹치지 않도록 단면의 중심점에 근접하여 서로 90도를 이루는 4개소. 이하 동일)에서 각기 1시야 촬영했다(배율: 400배로 200㎛×200㎛의 영역). 광학 현미경 사진의 화상을 프린트하여, 투명 필름을 중첩한 후에 흰 부분(페라이트 및 베이나이트)을 검은색 매직으로 칠한 후, 투명 필름을 스캐너로 개인용 컴퓨터에 집어넣어, 화상 해석 소프트(Media Cybernetics사제 「Image Pro Plus」(상품명))를 이용하여, 화상을 2진화한 후, 상기 칠해져 있지 않은 부분을 펄라이트 면적률로서 구하여, 합계 12시야의 평균값을 산출했다. 한편, 표층에 탈탄층이 존재하는 경우에는, JIS G 0058의 4에서 규정되는 전체 탈탄부는 측정 부위로부터 제외했다.

[BN계 화합물의 형태의 측정]

열간 압연 선재의 횡단면의 D/4(D: 선재 직경)의 위치에서, 매입하고 연마하고, 나이탈을 이용한 화학 부식을 실시한 후, 서로 90도를 이루는 4개소에서 각기 1시야, 배율: 2000배로 FE-SEM 관찰을 행했다. 한편, 1시야를 2000㎛²로 했다. 관찰한 화상의 페라이트 및 베이나이트 부분을 검게 칠한 후, 화상 해석 소프트(Media Cybernetics사제 「Image Pro Plus」(상품명))를 이용하여 화상을 2진화함으로써 원 상당 직경 100nm 이상 1000nm 미만의 BN계 화합물, 및 원 상당 직경 1000nm 이상의 BN계 화합물을 판정하고, 각각의 석출물의 조성을 EDX(Energy Dispersive X-ray Spectrometer) 및 WDS(Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer)로 확인했다. 그리고, 각 시야에서 상기 크기의 BN계 화합물의 개수를 각각 측정한 후, 4시야의 평균 개수를 산출했다.

한편, 도 1은 상기 페라이트 등을 검게 칠하기 전의 관찰 사진의 일례이다.

이어서, 수득된 열간 압연 선재를 이용하여 신선 가공성을 하기와 같이 평가했다.

[신선 가공성의 평가]

본 실시예에서는, 신선 가공성에 대하여 엄격하게 평가하기 위해, 신선 조건을, 일반적으로 행해지고 있는 신선 조건(예컨대, 후술하는 피로 시험용 샘플 제작 공정에서의 신선 조건: ε=1.81)보다도 엄격한 조건(ε=2.17)에서 행했다. 상세한 것은 이하와 같다.

즉, 수득된 열간 압연 선재에 대하여, 산세하고, 본더라이징 처리를 실시한 후, 건식 신선(다이스 스케쥴은 하기 표 3과 같다)을 행하고, 직경 8.0mm로부터 직경 2.70mm(ε=2.17)에까지 신선을 행하여(φ2.70mm에서의 신선 속도를 200m/min로 했다), 강선을 수득했다. 그리고, 수득된 강선을 이용하여 비틀기 시험을 행했다. 비틀기 시험은, 길이 350mm의 강선(시험편)을 이용하고, 마에카와시험기제작소제의 비틀기 시험기를 사용하여, 표점간 거리: 200mm, 비틀기 속도: 50rpm의 조건에서 파단되기까지 비틀었다. 그리고, 파단 후의 파면에 세로 균열이 생성되어 있지 않은 것을 신선 가공성이 좋다(○)고 평가하고, 파단 후의 파면에 세로 균열이 생성되어 있는 경우를 신선 가공성이 나쁘다(×)고 평가했다. 또한, 신선 중에 단선이 생긴 경우도 신선 가공성이 나쁘다(×)고 평가했다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

한편, 후술하는 표 5의 실시예 No.11에 대해서는, 추가로, 일반적으로 행해지는 신선 조건(ε= 1.81, 후술하는 피로 시험용 샘플 제작 공정에서의 신선 조건, 하기 표 4)에서 신선을 행하여 수득된 강선에 대해서도, 상기와 마찬가지로 비틀기 시험을 행하여 평가했다.

또한, 신선 속도를 변화시켜, ΔHV가 다른 강선을 작성하고, 각 강선에 대하여, 하기와 같이 용수철 가공성을 평가했다. 한편, OT선보다도 경인선 쪽이, 일반적으로 ΔHV가 크고, 용수철 가공성이 뒤떨어지기 때문에, ΔHV의 측정과 용수철 가공성의 평가는, 경인선을 이용하여 평가했다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

[ΔHV의 측정]

열간 압연 선재를, SV(피삭, 이것에 의해 직경 8.0mm → 직경 7.4mm), 건식 신선(다이스 스케쥴은 하기 표 4와 같다)하여 직경 3.0mm의 강선(샘플)을 수득했다(직경 3.0mm에서의 신선 속도는 표 5에 나타내는 것과 같다). 이 샘플을 이용하고, 시험 하중을 300gf로 하여, 강선 횡단면의 직경 선상을 표층으로부터 0.1mm 깊이의 위치에서 0.1mm 간격으로 반대측의 표층으로부터 0.1mm 깊이의 위치까지 Hv를 측정했다. 그리고, D/16부 내지 D/4부까지의 최고 Hv를 Hvs로 하고, D/4부 내지 D/2부까지의 최저 Hv를 Hvh로 하여, ΔHV(= Hvs - Hvh)를 구했다.

[용수철 가공성의 평가]

상기 ΔHV의 측정에서 수득한 강선을 이용하여, 코일 평균 직경 25mm, 총 권수 6, 유효 권수 4, 자유 길이 80mm의 조건에서 코일링 머신에 의해 냉간 코일링했다. 각 강선에 대하여 100개씩 코일링하고, 투영기로 자유 길이를 측정했다. 그리고, 80mm±0.5mm를 양품으로 하고, 그 이외를 불량품으로 했다. 불량품이 5개 이하인 강선을 용수철 가공성이 좋다(○)고 평가하고, 불량품이 5개를 초과하는 강선을 용수철 가공성이 나쁘다(×)고 평가했다.

피로 특성으로서, (i) OT선의 피로 특성, 및 (ii) 경인선을 이용하여 수득된 경인 용수철의 피로 특성을 하기와 같이 평가했다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

[(i) OT선의 피로 특성(나카무라식 회전 굽힘 피로 시험)]

열간 압연 선재를 이용하여, SV(피삭), 건식 신선(다이스 스케쥴은 상기 표 4와 같다)하여 직경 3.0mm의 강선을 수득한(직경 3.0mm에서의 신선 속도는 200m/min) 후, 이 강선에 대하여, 오일 템퍼링 처리(가열 920℃, 템퍼링 온도는 표 5에 나타내는 것과 같다), 소둔, 쇼트 피닝(shot peening), 저온 변형 제거 소둔을 순차 행하여, 시험 샘플을 제작했다.

그리고, 상기 샘플을 이용하여, 나카무라식 회전 굽힘 피로 시험을 실시했다. 시험 응력을 850 내지 1150MPa까지 25MPa 노치의 16 조건으로 하고, 각 응력에서 5개씩 시험하여, 5개 전부가 2×10⁷회에 도달한 최고의 시험 응력을, 그 샘플의 피로 강도(σw)로 했다. 또한, 상기 강선의 인장 강도(σB)를, 인장 시험기(시마즈제작소제 「오토그래프」(상품명))를 이용하여(변형 속도 10mm/min) 구했다. 그리고, σw/σB를 구하고, 이 σw/σB가 0.49 이상인 경우를 OT선의 피로 특성이 우수하고, 이것을 이용하여 수득되는 용수철도 피로 특성이 우수하다고 평가했다.

[(ii) 경인 용수철의 피로 특성]

용수철 가공성의 평가에 이용한 용수철(즉, 열 처리를 실시하지 않은 경인선을 이용하여 형성된 경인 용수철로서, 각 강종의 양품)에 변형 제거 소둔(400℃×20분), 좌면(座面) 연마, 2단 쇼트 피닝, 저온 소둔(220℃×20분), 및 냉간 셋팅을 행했다. 수득된 용수철을 이용하여, 650±500MPa의 부하 응력 하에서 피로 시험을 행하여, 피로 수명(파단 수명)을 측정했다(유압 서보식 용수철 피로 시험기를 사용). 이 측정을, 각 강종에 대해 용수철 5개에 대하여 행했다. 표 5에는, 용수철 5개 중 최단 피로 수명의 값을 나타낸다. 그리고, 최단 피로 수명이 10×10⁶회 이상인 것을, 용수철의 피로 특성(및 이 용수철을 이용한 경인선의 피로 특성)이 우수하다고 평가했다. 또한, 직경 3.0mm의 강선을 400℃×20분으로 베이킹한 후의 인장 강도도 측정했다.

표 1, 2, 5로부터, 다음과 같이 고찰할 수 있다. 즉, 실시예 No.(이하, 단순히 「No.」로 나타낸다) 1 내지 9, 12, 13, 16 내지 19는, 본 발명에서 규정된 요건을 만족하고 있기 때문에, 강선재(열간 압연 선재)의 신선 가공성이 우수하고, 또한 강선의 피로 특성(강선재(열간 압연 선재)의 신선 후의 피로 특성) 및 용수철 가공성이 우수하다. 한편, No.16 내지 19의 결과로부터, 신선 후의 피로 특성을 보다 높이기 위해서는, 제조 공정에서의 분괴 압연 전의 가열을 추장하는 조건에서 행하여 BN계 화합물의 형태를, 본 발명에서 규정된 바람직한 범위 내로 하는 것이 좋다는 것을 알 수 있었다.

한편, No.11은, 피로 시험용 샘플의 제작 공정에서의 신선 조건(ε= 1.81)에서 신선을 행한 바, 신선 가공성은 ○였지만, 이보다도 변형량이 큰 신선 조건(ε= 2.17)에서 신선을 행한 바, 신선 가공성은 ×였다. 이 결과로부터, 신선 가공성을 보다 높이기 위해서는, 고용 N량을 0.0020% 이하로 하는 것이 좋다는 것을 알 수 있었다.

이에 대하여, No.10, 14, 15, 20 내지 33은, 본 발명에서 규정하는 적어도 어느 하나의 요건을 만족하지 않기 때문에, 불량이 생성되어 있다. 상세한 것은 이하와 같다.

No.10은 용수철용 강선재는 본 발명의 규정을 만족하고 있고, 신선 가공성 및 신선 후의 피로 특성이 우수하지만, 이 선재를 이용하여 신선 가공 시의 신선 속도가 지나치게 빠르기 때문에, 수득된 강선의 ΔHV가 커져, 용수철 가공성이 뒤떨어지는 것으로 되었다.

No.14, 15는 본 발명에서 규정된 성분 조성을 만족하는 강종을 이용하고 있지만, No.14는 제조 공정에서의 압연 권취 온도가 지나치게 높기 때문에, 또한 No.15는 제조 공정에서의 권취 후의 냉각 속도가 느리기 때문에, 어느 것이든 펄라이트 조직을 충분히 확보할 수 없어서, 신선 가공성 및 피로 특성이 뒤떨어지는 것으로 되었다.

No.20은 C량이 과잉이기 때문에, 피로 특성이 뒤떨어지는 결과가 되었다.

No.21은 C량이 부족되고, 또한 No.22는 Si량이 과잉이기 때문에, 어느 것이든 펄라이트 조직을 충분히 확보할 수 없어서, 신선 가공성 및 피로 특성이 뒤떨어지는 것으로 되었다.

No.23은 Mn량이 과잉이기 때문에, 신선 가공성 및 피로 특성이 뒤떨어지는 것으로 되었다.

No.24는 P량이 과잉이며, No.25는 S량이 과잉이기 때문에, 어느 것이든 신선 가공성 및 피로 특성이 뒤떨어지는 것으로 되었다.

No.26은 Cr량이 과잉이기 때문에, 신선 가공성 및 피로 특성이 뒤떨어지는 것으로 되었다. 또한, ΔHV가 크게 되어 용수철 가공성도 뒤떨어져 있다.

No.27은 Ni량이 과잉이기 때문에, 신선 가공성 및 피로 특성이 뒤떨어지는 것으로 되었다.

No.28은 V량이 과잉이기 때문에, 신선 가공성 및 피로 특성이 뒤떨어지는 것으로 되었다. 또한, ΔHV가 크게 되어 용수철 가공성도 뒤떨어져 있다.

No.29는 Al량이 과잉이기 때문에, No.33은 O량이 과잉이기 때문에, 피로 특성이 뒤떨어져 있다.

No.31은 B량이 부족하고 고용 N량이 비교적 많아, 펄라이트 조직을 충분히 확보할 수 없어서, 신선 가공성, 피로 특성, 용수철 가공성의 어느 것이든 뒤떨어져 있다.

No.32는 N량이 과잉이기 때문에, 신선 가공성, 피로 특성, 용수철 가공성의 어느 것이든 뒤떨어져 있다.

도 2는 상기 실시예의 결과를 이용하여, ΔHV와 용수철 가공 시의 불량품률(100개당 불량품 개수)의 관계를 정리한 도면이다. 이 도 2로부터, ΔHV를 100 이하로 함으로써, 불량품률이 충분히 억제되어 있다는 것을 알 수 있었다.

도 3은 상기 실시예의 결과를 이용하여, OT선에 대하여 인장 강도와 피로 강도의 관계를 정리한 도면이다. 이 도 3으로부터, 본 발명의 요건을 만족시키는 강선(도 3 중의 ▲ 및 ◆)은, 비교예(■)에 비하여 피로 한도비가 높다는 것을 알 수 있었다. 특히, BN계 화합물의 형태를 제어함으로써(도 3 중의 ◆), 상기 피로 한도비가 보다 높아진다는 것을 알 수 있었다.

도 4는 상기 실시예의 결과를 이용하여, 경인선의 인장 강도와 경인 용수철의 피로 수명의 관계를 정리한 도면이다. 이 도 4로부터, 본 발명의 요건을 만족하는 강선(도 4중의 ▲ 및 ◆)은, 비교예(■)에 비하여 피로 한도비가 높다는 것을 알 수 있었다. 이 도 4에서도, BN계 화합물의 형태를 제어함으로써(도 4 중의 ◆), 상기 피로 한도비가 보다 높아진다는 것을 알 수 있었다.

이상의 결과로부터, 본 발명의 용수철용 강선재를 이용하여, 용수철용 강선으로서 OT선을 수득한 경우뿐만 아니라, 용수철용 강선으로서 경인선을 수득한 경우에서도, 용수철용 강선을 이용하여 수득되는 용수철은 우수한 피로 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있었다.

Claims

C: 0.50% 이상 0.70% 미만(%는 「질량%」의 의미, 화학 성분 조성에 대하여 이하 동일),
Si: 1.0 내지 2.5%,
Mn: 0.50 내지 1.50%,
Cr: 0.5% 이하(0%를 포함한다),
B: 0.0010 내지 0.0050%,
N: 0.0050% 이하(0%를 포함하지 않는다),
P: 0.020% 이하(0%를 포함하지 않는다),
S: 0.020% 이하(0%를 포함하지 않는다),
Al: 0.03% 이하(0%를 포함하지 않는다), 및
O: 0.0020% 이하(0%를 포함하지 않는다)
를 만족하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지며,
전체 조직에서 차지하는 펄라이트 조직의 면적률이 85% 이상인 것을 특징으로 하는 용수철용 강선재.
제 1 항에 있어서,
추가로,
관찰 시야 면적 2000㎛²에서의 펄라이트 조직 중에 존재하는,
원 상당 직경 100nm 이상 1000nm 미만의 BN계 화합물이 100개 이하(0개를 포함한다)이며, 또한,
원 상당 직경 1000nm 이상의 BN계 화합물이 10개 이하(0개를 포함한다)인 용수철용 강선재.
제 1 항에 있어서,
추가로,
V: 0.05 내지 0.40%, 및
Ni: 0.05 내지 0.80%
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 용수철용 강선재.
제 1 항에 있어서,
추가로, 고용 N이 0.0020% 이하(0%를 포함한다)인 용수철용 강선재.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 용수철용 강선재를 이용하여 수득되는 용수철용 강선으로서, 표층부의 비커스 경도(Hvs)와 내부의 비커스 경도(Hvh)의 차이가, 하기 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 피로 특성 및 용수철 가공성이 우수한 용수철용 강선.
[수학식 1]
(Hvs - Hvh) ≤ 100
[단, 상기 Hvs는 D/16(D는 강선의 직경을 의미한다. 이하 동일) 내지 D/4부까지의 최고 비커스 경도를 의미하고, 상기 Hvh는 D/4부 내지 D/2까지의 최저 비커스 경도를 의미한다.]