KR20160068765A - 고 인장 강도 강철 와이어 - Google Patents

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KR20160068765A
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크리스토프 메스쁠롱
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엔브이 베카에르트 에스에이
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Abstract

본 발명에 따른 고 인장 강도의 강철 와이어는, 강 조성으로서, 0.20 중량% 내지 1.00 중량%, 예컨대 0.3 중량% 내지 0.85 중량%, 예컨대 0.4 중량% 내지 0.7 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.6 중량%의 범위 내의 탄소 함량과; 0.05 중량% 내지 2.0 중량%, 예컨대 0.2 중량% 내지 1.8 중량%, 예컨대 1.2 중량% 내지 1.6 중량%의 범위 내의 실리콘 함량과; 0.40 중량% 내지 1.0 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.9 중량%의 범위 내의 망간 함량과; 0.0 중량% 내지 1.0 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.8 중량%의 범위 내의 크롬 함량과; 0.05 중량%, 예컨대 0.025 중량%로 개별적으로 제한되는 황 및 인 함량과; 0.5 중량%, 예컨대 0.2 중량%, 예컨대 0.08 중량%로 개별적으로 제한되는 니켈, 바나듐, 알루미늄, 구리 또는 다른 미세-합금 원소의 함량과; 철인 잔량을 갖고, 상기 강철 와이어는 마르텐사이트 조직을 갖고, 적어도 10 체적%의 마르텐사이트가 배향된다.

Description

고 인장 강도 강철 와이어{HIGH TENSILE STRENGTH STEEL WIRE}
본 발명은 고 인장 강도의 강철 와이어, 고 인장 강도의 강철 와이어를 제조하는 공정 그리고 스프링 와이어 또는 로프를 제조하는 요소로서의 이러한 고 인장 강도의 강철 와이어의 사용 또는 적용에 관한 것이다.
스프링은 대개 강의 합금으로부터 제조된다. 가장 통상적인 스프링강은 악기용 와이어, 오일 템퍼링된 와이어, 크롬 실리콘, 크롬 바나듐 그리고 302 및 17-7 스테인리스이다. 크롬 실리콘 또는 크롬 바나듐으로 제조된 스프링 와이어는 오일 템퍼링된 와이어의 더 높은 품질 및 더 높은 강도의 버전이다.
자동차 밸브 스프링 등의 적용 분야에서 사용되는 스프링강은 일반적으로 매우 고 인장 및 항복 강도를 가질 것이 요구된다. 인장 강도는 재료를 잡아당겨 늘이려고 시도하는 힘에 저항하는 그 능력이다. 인장 강도는 스프링 적용 분야를 위한 와이어에 중요한 성질이다. 예컨대, 그 인장 강도 위에서 동작되는 인장 스프링(extension spring)은 파단될 것이다.
일반적으로, 소형 고강도 스프링을 제조할 때에, 고강도 스프링용의 드로잉된 강철 와이어가 드로잉된 강철 와이어 내에 더 높은 재료 강도를 부여하도록 ?칭 및 템퍼링되고(quenched and tempered), 그 다음에 코일 스프링 형상을 얻도록 냉간 코일링된다(cold coiled). 이러한 이유로, 우선 드로잉되고 그 다음에 열 처리된 고강도 스프링용 강철 와이어는 높은 강도를 가질 것 그리고 또한 이것이 냉간 코일링 시에 파단되지 않을 정도로 충분히 높은 가공성을 가질 것이 요구된다.
특히 자동차 엔진, 클러치 등에 사용되는 스프링은 자동차의 더 가벼운 중량 및 더 높은 성능을 향한 트렌드에 대처하기 위해 더 진보된 성능을 제공할 것이 요구된다. 이러한 이유로, 더 높은 강도 및 더 높은 내구성을 갖는 강철 와이어가 스프링에 요망된다. 성질을 개선하는 주요 트렌드는 스프링 와이어를 위한 강의 조성을 조정하는 것이다. 하나의 예가 제US 2012/0291927 A1호에 개시되어 있고, 여기에서 강철 와이어 내의 C, Si, Mn 및 Cr의 함량이 엄격하게 제어될 것이 제안되고, 한편 강철 와이어 내의 Cr 및 Si의 양쪽 모두가 적절한 양으로 설정된다. 그럼에도 불구하고, 어떤 한계를 넘어 기계 강도를 증가시키는 것은 이러한 강이 스프링 와이어로써 수행되어야 하는 사전-성형 및 벤딩 작업을 고려하면 불충분한 연성을 갖게 하는 것으로 밝혀졌다. 많은 노력이 더 고 인장 강도를 갖고 동시에 수용 가능한 연성을 갖기 위해 강철 와이어의 개선에 대해 수행되었다.
본 발명의 목적은 고 인장 강도의 강철 와이어에 수용 가능한 연성을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 스프링 와이어로서 사용되는 데 적절한 고 인장 강도의 강철 와이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수용 가능한 연성을 갖는 고 인장 강도의 강철 와이어를 제조하는 데 적절한 공정을 제공하는 것이다.
본 발명은 배향된 마르텐사이트 미세 조직(oriented martensite microstructure)로 인해 매우 높은 강도 및 연성을 갖는 강철 와이어 그리고 연속 공정으로 이러한 강철 와이어를 제조하는 방법을 설명하고 있다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 고 인장 강도의 강철 와이어에 있어서, 다음의 강 조성:
0.20 중량% 내지 1.00 중량%, 예컨대 0.3 중량% 내지 0.85 중량%, 예컨대 0.4 중량% 내지 0.7 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.6 중량%의 범위 내의 탄소 함량과;
0.05 중량% 내지 2.0 중량%, 예컨대 0.2 중량% 내지 1.8 중량%, 예컨대 1.2 중량% 내지 1.6 중량%의 범위 내의 실리콘 함량과;
0.40 중량% 내지 1.0 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.9 중량%의 범위 내의 망간 함량과;
0.0 중량% 내지 1.0 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.8 중량%의 범위 내의 크롬 함량과;
0.05 중량%, 예컨대 0.025 중량%로 개별적으로 제한되는 황 및 인 함량과;
0.5 중량%, 예컨대 0.2 중량%, 예컨대 0.08 중량%로 개별적으로 제한되는 니켈, 바나듐, 알루미늄, 구리 또는 다른 미세-합금 원소의 함량과;
철인 잔량
을 갖고,
상기 강철 와이어는 마르텐사이트 조직을 갖고,
적어도 10 체적%의 마르텐사이트가 배향되는,
고 인장 강도의 강철 와이어
가 제공된다.
바람직하게는, 적어도 20 체적%의 마르텐사이트가 배향된다. 더 바람직하게는, 적어도 30 체적%의 마르텐사이트가 배향된다. 가장 바람직하게는, 적어도 40 체적%의 마르텐사이트가 배향된다.
마르텐사이트 강철은 다정질 재료인 것으로 알려져 있다. 다정질 재료의 결정립이 무작위로 배향될 때에, 다정질 재료는 배향되지 않거나 조직화되지 않는다. 특정한 조건 하에서, 다정질 재료의 결정립은 바람직하게 배향될 수 있고, 이러한 경우에 다정질 재료는 "배향된" 또는 "조직화된(textured)" 것으로 불린다. 2개의 종류의 배향 즉 "결정학적 배향" 또는 "미세 조직학적 배향"이 종종 직면된다. 결정학적 배향은 결정립이 어떤 결정학적 평면 또는 결정학적 방향의 양호한 정렬 또는 배향과 같이 결정학적으로 배향되는 것을 의미한다. 양호한 결정학적 배향은 대개 샘플의 좌표계 내에서 상이한 공간 방향으로 측정된 [X-레이 회절(XRD: X-ray Diffraction) 분석 또는 전자 후방 산란 회절(EBSD: Electron Backscatter Diffraction) 등에 의해] 회절 피크 강도의 배향 종속성의 분석으로부터 결정된다. 반면에, 다정질 재료의 결정립이 형태학적으로 이방성 형상을 가지면, 결정립은 다결정의 형성 중에 단축 압축 등에 의해 "미세 조직 배향"을 또한 가질 수 있다. "미세 조직 배향"은 이방성 형상의 결정립이 양호한 방향 또는 평면으로 형태학적으로 배향되는 것을 의미한다. 이것은 주사 전자 현미경(SEM: scanning electron microscope) 등의 영상 분석에 의해 검출될 수 있다. 더욱이, 결정학적 배향은 결정립의 형상 이방성이 종종 그 결정 상태에 관련되므로 종종 미세 조직 배향과 연결된다.
마르텐사이트는 래스-(lath-) 또는 판-형상의 결정 입자로서 일어난다. 단면으로 관찰될 때에, 렌즈상(렌즈-형상의) 결정 입자는 종종 침상(Acicular)(바늘-형상의)으로서 설명된다. 본 출원에 따르면, 생성된 마르텐사이트 강철 와이어에서, 적어도 10 체적%의 마르텐사이트가 배향된다. 용어 "배향된"은 렌즈상 결정립이 결정학적으로 배향되거나 미세 조직학적으로 배향되거나, 결정학적 및 미세 조직학적의 양쪽 모두로 배향되는 것을 의미한다.
결정학적 정렬 또는 배향의 체적%는 X-레이 회절(XRD) 분석 또는 전자 후방 산란 회절(EBSD)에 의해 얻어질 수 있다. 미세 조직학적 정렬 또는 배향의 체적%는 영상 분석에 의해 평가될 수 있다.
여기에서, 용어 "배향된"은 결정학적 축 또는 렌즈상 결정립의 축이 도 1에서 a1 및 a2에 의해 도시된 것과 같이 동일한 방향으로 정확하게 배향되는 것을 의미하고, 또한 공차 내의 배향을 말한다. 결정립의 어떤 축의 방향(또는 어떤 결정학적 방향)이 도 1에서 각도 α에 의해 표시된 것과 같이 20˚ 내에서, 바람직하게는 10˚ 내에서, 더 바람직하게는 5˚ 내에서 이탈될 때에, 이들 결정립은 배향된 것으로서 또한 간주된다.
정렬 또는 배향은 적어도 예컨대 렌즈상 결정립의 평면에 직각인 방향(도 1에서 a1, a2에 의해 도시된 것과 같은 방향 예컨대 [001])으로의 1 차원의 양호한 배향을 말한다. 1 차원 배향에 대해, 렌즈상 결정립은 렌즈상 평면 상의 방향(도 1에서 a4, a5에 의해 도시된 것과 같은 방향)으로 무작위로 분포된다.
바람직하게는, 본 출원에 따른 강철 와이어는 인장 강도 Rm의 적어도 80%인 항복 강도 Rp0.2를 갖는다. Rp0.2는 0.2% 영구 신장률에서의 항복 강도이다. 더 바람직하게는, 항복 대 인장 비율 즉 Rp0.2/Rm은 80% 내지 95%이다. 그러므로, 탄성 변형 후의 강철 와이어는 여전히 파단 전에 어느 정도까지 변형될 수 있다.
본 출원에 따른 강철 와이어는 바람직하게는 내식성 코팅을 갖는다. 더 바람직하게는, 강철 와이어는 아연, 니켈, 은 및 구리 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로부터 선택되는 내식성 코팅을 갖는다. 이러한 경우에, 와이어는 가혹한 부식 환경에서도 긴 수명 시간을 갖는다.
본 출원에 따른 강철 와이어는 냉간-드로잉된 상태에 있을 수 있고, 둥근 단면을 가질 수 있다. 강철 와이어는 5.0 ㎜ 초과 와이어 직경에 대해 적어도 2000 ㎫, 3.0 ㎜ 초과 와이어 직경에 대해 적어도 2100 ㎫ 그리고 0.5 ㎜ 초과 와이어 직경에 대해 적어도 2200 ㎫의 인장 강도(Rm)를 가질 수 있다. 바람직하게는, 강철 와이어는 적어도 45% 그리고 더 바람직하게는 적어도 50%의 파단 후의 면적 감소를 갖는다.
여기에서, 강철 와이어의 연성은 인장 시험에 의해 얻어진다. 강철 와이어의 연성은 파단 후의 면적 감소에 의해 표시된다. "면적 감소"는 시편의 최초 단면적과 시험 후의 그 최소 단면의 면적 사이의 차이이다. 이것은 대개 최초 단면의 % 감소로서 표현된다. 최소 단면은 강철 와이어에 대해 파단 후에 측정된다.
와이어 드로잉은 단일 또는 일련의 드로잉 다이(들)를 통해 와이어를 잡아당김으로써 와이어의 단면을 감소시키는 데 사용되는 금속 가공 공정이다. 와이어 드로잉은 강철 와이어의 인장 강도 Rm을 증가시키고 한편 연성을 감소시키는 것으로 알려져 있다. 그러나, 전통적인 냉간-드로잉된 강철 와이어에 비해, 특정한 조성을 갖는 본 발명의 강철 와이어는 비교적 높은 연성 및 극히 고 인장 강도를 갖는다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 강철 와이어는 스프링 와이어 또는 로프를 제조하는 요소로서 사용될 수 있다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 고 인장 강도의 강철 와이어를 제조하는 공정에 있어서, 상기 강철 와이어는, 강 조성으로서,
0.20 중량% 내지 1.00 중량%, 예컨대 0.3 중량% 내지 0.85 중량%, 예컨대 0.4 중량% 내지 0.7 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.6 중량%의 범위 내의 탄소 함량과;
0.05 중량% 내지 2.0 중량%, 예컨대 0.2 중량% 내지 1.8 중량%, 예컨대 1.2 중량% 내지 1.6 중량%의 범위 내의 실리콘 함량과;
0.40 중량% 내지 1.0 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.9 중량%의 범위 내의 망간 함량과;
0.0 중량% 내지 1.0 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.8 중량%의 범위 내의 크롬 함량과;
0.05 중량%, 예컨대 0.025 중량%로 개별적으로 제한되는 황 및 인 함량과;
0.5 중량%, 예컨대 0.2 중량%, 예컨대 0.08 중량%로 개별적으로 제한되는 니켈, 바나듐, 알루미늄, 구리 또는 다른 미세-합금 원소의 함량과;
철인 잔량
을 갖고,
상기 강철 와이어는 마르텐사이트 조직을 갖고,
적어도 10 체적%의 마르텐사이트가 배향되고,
상기 공정은, 순서대로,
a) 120초 미만의 시간 동안 Ac3 온도 위에서 강철 와이어 로드 또는 강철 와이어를 오스테나이트화하는 단계와;
b) 60초 미만의 시간 동안 100℃ 아래에서 상기 오스테나이트화된 강철 와이어 로드 또는 강철 와이어를 ?칭하는 단계와;
c) 10초 내지 600초의 범위 내의 시간 동안 320℃ 내지 500℃에서 상기 ?칭된 강철 와이어 로드 또는 강철 와이어를 템퍼링하는 단계와;
d) 상기 ?칭 및 템퍼링된 강철 와이어 로드 또는 강철 와이어를 가공 경화하는 단계
를 포함하는,
고 인장 강도의 강철 와이어를 제조하는 공정
이 제공된다.
미국 특허 제5922149A호의 개시 내용에서와 같은 종래 기술에서, 강철 와이어/와이어 로드는 도 2에 개략적으로 도시된 것과 같이 우선 최종 치수까지 변형 또는 가공 경화되고 그 후에 ?칭 및 템퍼링된다. 반대로, 본 발명에서, 강철 와이어는 우선 마르텐사이트 미세 조직을 형성하도록 ?칭된다. 템퍼링이 그 후에 후속된다. 템퍼링된 마르텐사이트 강철 와이어는 그 다음에 도 3에 개략적으로 도시된 것과 같이 최종 치수로 예컨대 드로잉에 의해 변형 또는 가공 경화된다.
본 발명은 뜻밖의 기술적 결과 및 장점을 수용한다. 대개, 와이어 가공에서, ?칭 및 템퍼링이 최종 단계이고, 마르텐사이트는 항상 드로잉에 해로운 것으로서 주장되었다. 본 발명에 따른 마르텐사이트 와이어의 인장 강도는 매우 높고, 높은 수준의 연성과 이러한 수준의 인장 강도의 조합은 드물다. 템퍼링된 마르텐사이트를 드로잉함으로써 얻어지는 놀라운 결과는 (Cr 및 Si와 미세 합금된) 강 대 종래의 공석강의 특별한 합금에 기인될 수 있다. 본 출원의 조성 및 공정의 상승 효과는 양호한 마르텐사이트 배향을 갖는 마르텐사이트 강철 와이어를 가져온다. 냉간-드로잉된 강철 와이어 내에서의 마르텐사이트의 배향은 ?칭 및 템퍼링된 마르텐사이트 강철 와이어에 대한 드로잉을 통해 가해진 압축력의 결과이다.
상기 공정은 e) 100℃ 내지 250℃의 온도에서 상기 가공 경화된 강철 와이어를 에이징(aging)하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 공정에서, 상기 가공 경화는 400℃ 아래의 온도에서 일어난다. 더 바람직하게는, 상기 가공 경화는 냉간 드로잉이다. 냉간 드로잉은 재료를 가공 경화 및 강화하고 그에 따라 재료의 기계적 성질을 더욱 개선하는 부가 효과를 갖는다. 이것은 또한 표면 마감을 개선하고 더 엄격한 공차를 유지하고 그에 의해 열간 변형에 의해 얻어질 수 없는 바람직한 품질을 가능케 한다. 대체예에서, 상기 가공 경화는 200℃ 내지 700℃ 예컨대 200℃ 내지 400℃에서 일어나는 온간 드로잉(warm drawing)이다. 유사한 감소를 위해, 온간 드로잉의 적용은 단계를 상당히 감소시키고, 공정을 단순화한다.
본 발명은 비-제한 예 및 첨부 도면과 연계하여 고려될 때의 상세한 설명을 참조하면 더 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 다정질 재료 내의 결정립 정렬 또는 배향을 개략적으로 도시하고 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 강철 와이어에 대한 열-기계 공정을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 강철 와이어에 대한 열-기계 공정을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명에 따른 열 공정에 대한 온도 대 시간 곡선을 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 본 발명의 강철 와이어와 종래 기술의 페이턴팅된(patented) 강철 와이어의 변형률 경화 곡선을 비교하고 있다.
도 6은 6 단계 드로잉 공정과 3 단계 드로잉 공정의 단면 감소의 함수로서의 인장 강도를 비교하고 있다.
도 7a는 본 발명에 따른 강철 와이어의 길이 방향 단면의 주사 전자 현미경(SEM) 사진을 도시하고 있고, 한편 도 7b는 동일한 배율로 기준 강철 와이어의 길이 방향 단면의 주사 전자 현미경 사진을 도시하고 있다.
도 8a는 더 낮은 배율로 본 발명에 따른 강철 와이어의 길이 방향 단면의 주사 전자 현미경(SEM) 사진을 도시하고 있고, 한편 도 8b는 동일한 배율로 기준 강철 와이어의 길이 방향 단면의 주사 전자 현미경 사진을 도시하고 있다.
실시예 1
도 4는 5.29 ㎜의 직경 및 다음의 강 조성을 갖는 강철 와이어 또는 와이어 로드에 적용되는 적절한 온도 대 시간 곡선을 도시하고 있다.
- 중량% C=0.55
- 중량% Si=1.4
- 중량% Cr=0.6
- 중량% Mn=0.7
잔량=철 및 불가피한 불순물.
이러한 강의 마르텐사이트 변태의 출발 온도 Ms는 약 280℃이고, 마르텐사이트 형성이 종료되는 온도 Mf는 약 100℃이다.
공정의 다양한 단계는 다음과 같다:
- 강철 와이어가 120초 동안 약 950℃에서 퍼니스 내에 체류되는 제1 오스테나이트화 단계(10)와;
- 적어도 20초 동안 100℃ 아래의 온도의 오일 내에서의 마르텐사이트 변태를 위한 제2 ?칭 단계(12)와;
- 60초 미만 동안 320℃ 초과 온도에서 인성을 증가시키는 제3 템퍼링 단계(14)와;
- 20초 이상 동안의 실온에서의 제4 냉각 단계(16).
곡선 18은 다양한 장비 부품(퍼니스, 배스 등) 내의 온도 곡선이고, 곡선 19는 강철 와이어의 온도이다.
위의 열 처리 후의 강철 와이어 또는 와이어 로드는 주로 마르텐사이트 미세 조직을 갖는다. 마르텐사이트가 H-취성에 민감하므로, 열-처리된 강철 와이어는 피클링(pickling) 없이 바로 냉간 드로잉되고, 오일이 차후의 드로잉 공정을 위한 윤활제로서 작용할 수 있다.
형성된 마르텐사이트 강철 와이어 또는 와이어 로드에는 예컨대 6 단계의 일련의 와이어 드로잉 공정이 계속된다.
이러한 6 단계 공정에 대한 강철 와이어의 각각의 단계 후의 직경, 직경 감소, 단면 감소, 누적 단면 감소, 인장 강도, 인장 강도 변화 및 면적 감소가 표 1에 요약되어 있다. 여기에서, "직경 감소" 및 "단면 감소"는 드로잉의 각각의 단계 후의 감소로서 인용된다. "직경 감소"는 각각의 단계 전후의 강철 와이어의 직경의 차이를 의미하고, 와이어 드로잉 다이를 통과하기 전의 그 최초 직경에 대한 % 직경 감소로서 표현된다. 마찬가지로, "단면 감소"는 각각의 단계 전후의 강철 와이어의 단면적의 차이를 의미하고, 와이어 드로잉 다이를 통과하기 전의 그 최초 단면에 대한 % 단면 감소로서 표현된다.
표 1에 기재된 것과 같이, 직경 감소는 각각의 단계에 대해 약 5%이다. 강철 와이어의 인장 강도는 더 많은 단계를 통과함으로써 더욱 증가된다. 6 단계로 드로잉된 후에, 강철 와이어는 3.86 ㎜의 직경 및 2151 N/㎟의 인장 강도를 갖는다. 6 단계를 거치면, 강철 와이어의 항복 강도 Rp0.2는 인장 강도 Rm의 적어도 80%이다. 추가로, 강철 와이어는 전체적으로 46.5% 위인 면적 감소 그리고 2% 초과인 드로잉된 와이어의 파단 시의 총 신장률에 의해 표시되는 충분한 연성을 갖는다.
기준 와이어(R-SW)와 비교한 본 발명에 따른 냉간 드로잉된 와이어(Q&T CrSi)의 변형률 경화 곡선이 도 5에 도시되어 있다. 기준 와이어는 0.8 중량% 탄소를 함유하고, 납 내에서 페이턴팅된다. 기준 와이어는 6.5 ㎜의 초기 직경 및 1360 N/㎟의 인장 강도를 갖는다. ?칭 및 템퍼링에 의해 기준 와이어의 페이턴팅 작업을 대체함으로써, 페이턴팅된 와이어보다 적어도 400 N/㎟ 고 인장 강도를 갖는 미세 템퍼링된 마르텐사이트가 얻어질 수 있다. 냉간 드로잉 및 템퍼링된 마르텐사이트 와이어(Q&T CrSi)의 변형률 경화 곡선은 페이턴팅된 와이어(R-SW)와 유사한 경사를 갖는다. 이것은 강철 와이어의 양쪽 모두가 동일 또는 유사한 단면 감소에 대해 비슷한 강도 증가를 나타내는 것을 의미한다. 동일한 양의 단면 감소에 대해, 본 발명의 와이어는 페이턴팅 후에 드로잉된 와이어보다 적어도 400 N/㎟ 강할 것이다.
본 발명의 와이어의 이러한 극히 고 인장 강도는 마르텐사이트 미세 조직 형성 특히 변형 또는 가공 경화 후의 강철 와이어 내의 영상 분석으로 관찰되는 마르텐사이트 결정립의 배향된 어떤 백분율에 기인될 수 있다.
Figure pct00001
실시예 2
이러한 실시예에서, 실시예 1의 유사한 열 처리가 3.75 ㎜의 직경 및 다음의 강 조성을 갖는 강철 와이어에 적용된다:
- 중량% C=0.55
- 중량% Si=1.4
- 중량% Cr=0.6
- 중량% Mn=0.7
잔량=철 및 불가피한 불순물.
열 처리 후의 강철 와이어는 주로 마르텐사이트 미세 조직을 갖는다. 강철 와이어는 2.8 ㎜까지의 직경 감소로써 6 단계 드로잉을 추가로 겪는다. 각각의 단계 후의 강철 와이어의 성질이 표 2에 요약되어 있다. 극히 고 인장 강도가 6 단계 후에 얻어지지만, 강철 와이어는 여전히 52.8%의 면적 감소에 의해 표시된 것과 같이 충분한 연성을 갖는다. 더욱이, 강철 와이어의 연성은 전체 드로잉 공정 중에 보증되고, 이것은 표 2에 기재된 것과 같이 모두가 52.8% 위인 1 내지 6 단계 후의 강철 와이어의 면적 감소에 의해 확인될 수 있다.
Figure pct00002
실시예 3
실시예 2의 샘플과 상이하게, 이러한 예에서, 유사한 열 처리 후에, 3.75 ㎜ 직경을 갖는 마르텐사이트 강철 와이어는 3 단계에 의해 드로잉된다.
이러한 3 단계 공정에 의해 드로잉된 강철 와이어의 각각의 단계 후의 직경, 직경 감소, 단면 감소, 누적 단면 감소, 인장 강도, 인장 강도 변화 및 면적 감소가 표 3에 요약되어 있다.
각각의 단계의 평균 직경 감소는 3 단계 공정에 대해 약 9.5%이고, 이것은 실시예 1 및 2에서 나타낸 것과 같은 6 단계 공정의 거의 2배이다. 단면 감소(Δs)의 함수로서의 3 단계로 드로잉된 와이어(SW3)의 인장 강도(Rm)는 실시예 1(SW1) 및 실시예 2(SW2)의 6 단계로 드로잉된 와이어의 인장 강도와 비교하여 도 6에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 것과 같이, 인장 강도의 증가는 3 및 6 단계로 드로잉된 강철 와이어의 양쪽 모두에 대해 단면 감소의 증가에 거의 비례한다. 6 단계 공정을 겪은 와이어(SW1 및 SW2)와 비교될 때에, 도 6에 도시된 것과 같이, 3 단계 공정을 겪은 와이어(SW3)의 인장 강도 트렌드 곡선의 경사가 약간 크고 즉 인장 강도가 유사한 단면 감소에 대해 훨씬 더 높게 증가된다. 3 단계를 겪은 와이어는 1% 단면 감소에 대해 8 N/㎟의 평균 강도 증가를 나타내고, 한편 6 단계를 겪은 와이어는 1% 단면 감소에 대해 6 N/㎟의 평균 강도 증가를 나타낸다. 추가로, 3 단계에 의해 드로잉된 강철 와이어는 훨씬 더 양호한 연성을 갖는다. 1 내지 3 단계 후의 강철 와이어의 면적 감소는 모두가 53.6% 위에 있다. 3 단계 후의 드로잉된 강철 와이어는 우수한 성질을 갖는다: 인장 강도는 2300 N/㎟이고, 면적 감소는 53.6%이고, 이것은 ?칭 및 템퍼링된 스프링 와이어에 대한 표준 요건을 초과한다.
Figure pct00003
이러한 매우 고 인장 강도는 드로잉 후의 강철 와이어의 배향된 마르텐사이트 결정립의 결과일 수 있다. 본 발명에 따른 드로잉된 강철 와이어의 미세 조직이 조사된다. 전통적인 공정에 의해 처리된 즉 도 2에 도시된 것과 같이 우선 드로잉되고 그 다음에 ?칭 및 템퍼링된 강철 와이어가 기준으로서 취해진다. 본 발명의 강철 와이어 및 기준 강철 와이어의 조성, 단면 감소 및 열 처리는 상당히 유사하다.
본 발명에 따른 3 단계를 겪은 강철 와이어의 길이 방향 단면의 미세 조직이 도 7a에 도시되어 있고, 한편 기준 와이어의 길이 방향 단면의 미세 조직이 도 7b에 도시되어 있다. 길이 방향 단면은 강철 와이어의 길이 방향 또는 종방향으로의 단면이다. 도 7b에 도시된 것과 같이, 기준 와이어는 균질한 마르텐사이트 미세 조직인 것처럼 보인다. 마르텐사이트 결정립은 전체 면적에 걸쳐 무작위로 배향된다. 대조적으로, 본 발명의 강철 와이어에 대해, 이것은 마르텐사이트 미세 조직을 제공하고, 마르텐사이트 결정립은 바람직하게는 도 7a에 도시된 것과 같이 배향된다. 이러한 길이 방향 단면도에서, 마르텐사이트 결정립은 침상(바늘-형상)인 것처럼 보이고, 침의 긴 축은 드로잉 방향(도 7에서 스케일 바에 평행한 방향)에 평행하게 정렬된다. 이것은 렌즈상(렌즈-형상의) 결정립의 법선이 바람직하게는 드로잉 방향에 직각으로 배향되는 것을 표시한다.
도 8a 및 도 8b는 더 낮은 배율로 본 발명의 강철 와이어 및 기준 와이어의 길이 방향 단면의 미세 조직을 각각 도시하고 있다. 이것은 본 발명에 따른 강철 와이어의 배향된 마르텐사이트 미세 조직(도 8a) 대 기준 와이어의 무작위로 분포된 마르텐사이트 미세 조직(도 8b)을 보여준다.
영상 분석에 의해, 1 단계를 겪은 본 발명에 따른 강철 와이어는 적어도 10 체적%의 배향된 마르텐사이트를 나타내고, 3 단계를 겪은 강철 와이어는 적어도 20 체적%의 배향된 마르텐사이트를 나타낸다.

Claims (15)

  1. 고 인장 강도의 강철 와이어에 있어서,
    강 조성으로서,
    0.20 중량% 내지 1.00 중량%, 예컨대 0.3 중량% 내지 0.85 중량%, 예컨대 0.4 중량% 내지 0.7 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.6 중량%의 범위 내의 탄소 함량과;
    0.05 중량% 내지 2.0 중량%, 예컨대 0.2 중량% 내지 1.8 중량%, 예컨대 1.2 중량% 내지 1.6 중량%의 범위 내의 실리콘 함량과;
    0.40 중량% 내지 1.0 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.9 중량%의 범위 내의 망간 함량과;
    0.0 중량% 내지 1.0 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.8 중량%의 범위 내의 크롬 함량과;
    0.05 중량%, 예컨대 0.025 중량%로 개별적으로 제한되는 황 및 인 함량과;
    0.5 중량%, 예컨대 0.2 중량%, 예컨대 0.08 중량%로 개별적으로 제한되는 니켈, 바나듐, 알루미늄, 구리 또는 다른 미세-합금 원소의 함량과;
    철인 잔량
    을 갖고,
    상기 강철 와이어는 마르텐사이트 조직을 갖고,
    적어도 10 체적%의 마르텐사이트가 배향되는,
    고 인장 강도의 강철 와이어.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 20 체적%의 마르텐사이트가 배향되는 고 인장 강도의 강철 와이어.
  3. 제1항에 있어서, 적어도 40 체적%의 마르텐사이트가 배향되는 고 인장 강도의 강철 와이어.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철 와이어는 인장 강도 Rm의 적어도 80%인 항복 강도 Rp0.2를 갖는 고 인장 강도의 강철 와이어.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철 와이어는 내식성 코팅을 갖는 고 인장 강도의 강철 와이어.
  6. 제5항에 있어서, 상기 내식성 코팅은 아연, 니켈, 은 및 구리 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로부터 선택되는 고 인장 강도의 강철 와이어.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철 와이어는 냉간-드로잉된 상태에 있고, 둥근 단면을 갖는, 고 인장 강도의 강철 와이어.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철 와이어는 5.0 ㎜ 초과 와이어 직경에 대해 적어도 2000 ㎫, 3.0 ㎜ 초과 와이어 직경에 대해 적어도 2100 ㎫ 그리고 0.5 ㎜ 초과 와이어 직경에 대해 적어도 2200 ㎫의 인장 강도 Rm을 갖는 고 인장 강도의 강철 와이어.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철 와이어는 적어도 45%의 파단 후의 면적 감소를 갖는 고 인장 강도의 강철 와이어.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강철 와이어는 적어도 50%의 파단 후의 면적 감소를 갖는 고 인장 강도의 강철 와이어.
  11. 스프링 와이어 또는 로프를 제조하는 요소로서의 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 고 인장 강도의 강철 와이어의 사용.
  12. 고 인장 강도의 강철 와이어를 제조하는 공정으로서,
    상기 강철 와이어는, 강 조성으로서,
    0.20 중량% 내지 1.00 중량%, 예컨대 0.3 중량% 내지 0.85 중량%, 예컨대 0.4 중량% 내지 0.7 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.6 중량%의 범위 내의 탄소 함량과;
    0.05 중량% 내지 2.0 중량%, 예컨대 0.2 중량% 내지 1.8 중량%, 예컨대 1.2 중량% 내지 1.6 중량%의 범위 내의 실리콘 함량과;
    0.40 중량% 내지 1.0 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.9 중량%의 범위 내의 망간 함량과;
    0.0 중량% 내지 1.0 중량%, 예컨대 0.5 중량% 내지 0.8 중량%의 범위 내의 크롬 함량과;
    0.05 중량%, 예컨대 0.025 중량%로 개별적으로 제한되는 황 및 인 함량과;
    0.5 중량%, 예컨대 0.2 중량%, 예컨대 0.08 중량%로 개별적으로 제한되는 니켈, 바나듐, 알루미늄, 구리 또는 다른 미세-합금 원소의 함량과;
    철인 잔량
    을 갖고,
    상기 강철 와이어는 마르텐사이트 조직을 갖고,
    적어도 10 체적%의 마르텐사이트가 배향되고,
    상기 공정은, 순서대로,
    a) 120초 미만의 시간 동안 Ac3 온도 위에서 강철 와이어 로드 또는 강철 와이어를 오스테나이트화하는 단계와;
    b) 60초 미만의 시간 동안 100℃ 아래에서 상기 오스테나이트화된 강철 와이어 로드 또는 강철 와이어를 ?칭하는 단계와;
    c) 10초 내지 600초의 범위 내의 시간 동안 320℃ 내지 500℃에서 상기 ?칭된 강철 와이어 로드 또는 강철 와이어를 템퍼링하는 단계와;
    d) 상기 ?칭 및 템퍼링된 강철 와이어 로드 또는 강철 와이어를 가공 경화하는 단계
    를 포함하는 고 인장 강도의 강철 와이어를 제조하는 공정.
  13. 제12항에 있어서, 상기 공정에는,
    e) 100℃ 내지 250℃의 온도에서 상기 가공 경화된 강철 와이어를 에이징하는 단계
    가 추가로 후속되는,
    고 인장 강도의 강철 와이어를 제조하는 공정.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 가공 경화는 700℃ 아래의 온도에서 일어나는 고 인장 강도의 강철 와이어를 제조하는 공정.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공 경화는 냉간 드로잉인 고 인장 강도의 강철 와이어를 제조하는 공정.
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