KR20170092630A

KR20170092630A - 신선 가공성이 우수한 고탄소강 선재

Info

Publication number: KR20170092630A
Application number: KR1020177018113A
Authority: KR
Inventors: 도시히코 데시마; 요시히로 다이토; 도시유키 마나베; 다이스케 히라카미
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-08-11
Also published as: KR101952527B1; CN107208208A; CN107208208B; JP6394708B2; EP3228721A4; MX2017006990A; WO2016088803A1; JPWO2016088803A1; EP3228721A1

Abstract

열간 압연 후의 고탄소강 선재이며, 강 성분이 질량％로, C: 0.60 내지 1.10％, Si: 0.02 내지 2.0％, Mn: 0.1 내지 2.0％, Cr: 0.3 내지 1.6％, Al: 0.001 내지 0.05％를 함유하고, N: 0.008％ 이하, P: 0.020％ 이하, S: 0.020％ 이하로 제한하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, 선재 길이 방향과 수직인 단면에 있어서의 면적률에서 펄라이트를 95％ 이상으로 하는 조직이며, 상기 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 50 내지 100㎚이고, 선재 길이 방향과 수직인 단면의 중심으로부터 선재의 직경 D에 대해 직경 D/2의 원 이내의 영역인 중심부의 펄라이트 블록 직경의 평균값이 5㎛<펄라이트 블록 직경<15㎛에 관한 것이다.

Description

신선 가공성이 우수한 고탄소강 선재{HIGH-CARBON-STEEL WIRE ROD HAVING EXCELLENT WIRE DRAWING PROPERTIES}

본 발명은 신선 후에 송전선용 케이블이나 현수교용 케이블 등의 각종 와이어 로프 등에 사용되는 고탄소강 선재에 관한 것이다.

송전선용 케이블이나 현수교용 케이블, 각종 와이어 로프 등에 사용되는 고탄소강 선재에는, 신선 후에 고강도, 고연성인 것 외에도, 생산성의 관점에서 양호한 신선 가공성이 요구된다. 이와 같은 요구로부터 지금까지 고품질의 고탄소 선재가 다양하게 개발되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에서는, Ti의 첨가에 의한 개용 N의 저감과 개용 Ti에 의한 변형 시효의 저감에 의해 양호한 신선 가공성을 얻는 기술이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는 시멘타이트 형태를 구상화로 제어함으로써 저강도이면서 또한 양호한 신선 가공성을 얻는 기술이 제안되어 있다. 특허문헌 3에서는 강재 중의 C, Si, Mn, P, S, N, Al 및 O의 각 함유량을 특정함과 함께, 제2상 페라이트 면적률과 펄라이트 라멜라 간격을 제어함으로써, 단선이 발생되기 어렵고, 또한 다이스 마모를 억제하여 다이스 수명을 연장시킬 수 있는 신선 가공성이 우수한 선재가 얻어지는 기술이 제안되어 있다. 특허문헌 4에서는 C: 0.6 내지 1.1％의 고탄소강 선재이며, 95％ 이상이 펄라이트 조직을 포함하고, 열간 압연 선재의 중심부 EBSP 장치에 의해 측정되는 펄라이트의 펄라이트 블록 입경의 최댓값이 45㎛ 이하로 평균값이 10 내지 25㎛인 고연성의 고탄소강 선재가 제안되어 있다.

일본 특허 공개 제2012-097300호 공보 일본 특허 공개 제2004-300497호 공보 일본 특허 공개 제2007-327084호 공보 일본 특허 공개 제2008-007856호 공보

그러나, 본 발명자들의 실험에 의하면, 상술한 제반 기술을 가지고 있어도, 1300MPa 초과의 고강도재의 경우, Ti의 첨가나, 개용 N의 저감에 의해 신선 가공성이 개선되는 것 같은 명확한 효과는 반드시 얻을 수는 없었다. 또한, 구상화 열처리에서는 신선 후의 강도가 낮고, 고탄소강선으로서의 용도에 적합하지 않다.

본 발명은 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 강도가 높고, 신선 가공성이 양호한 강선을 얻기 위한 소재로 되는, 강선재의 제공을 과제로 하는 것이다.

본 발명은 고강도 강선의 소재가 되는 고탄소강 선재이며, 그의 요지는 이하와 같다.

(1) 열간 압연 후의 고탄소강 선재이며, 강 성분이 질량％로, C: 0.60 내지 1.10％, Si: 0.02 내지 2.0％, Mn: 0.1 내지 2.0％, Cr: 0.3 내지 1.6％, Al: 0.001 내지 0.05％를 함유하고, N: 0.008％ 이하, P: 0.020％ 이하, S: 0.020％ 이하로 제한하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 선재 길이 방향과 수직인 단면에 있어서의 면적률로 펄라이트를 95％ 이상으로 하는 조직이며, 상기 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 50 내지 100㎚이며, 선재 길이 방향과 수직인 단면의 중심으로부터 선재의 직경 D에 대해 직경 D/2의 원 이내의 영역인 중심부의 펄라이트 블록 직경의 평균값이 5㎛<펄라이트 블록 직경<15㎛인 고탄소강 선재.

(2) 선재 길이 방향과 수직인 단면의 표층으로부터 500㎛ 이내의 영역인 외주부에 있어서, 펄라이트 조직에 있어서의 페라이트의 결정 방위 <110>의 집적도가 1.3 이상인 (1)의 고탄소강 선재.

(3) 질량％로 Mo: 0.01 내지 0.2％를 더 함유하는 (1)의 고탄소강 선재.

(4) 질량％로 Nb: 0.01 내지 0.2％, V: 0.01 내지 0.2％ 중 1종 또는 2종을 더 함유하는 (1)의 고탄소강 선재.

(5) 질량％로 B: 0.0003 내지 0.003％를 더 함유하는 (1)의 고탄소강 선재.

(6) Si: 0.02 내지 1.0％인 (1)의 고탄소강 선재.

(7) 펄라이트 블록 직경의 평균값이 5㎛<펄라이트 블록 직경<12㎛로 규정되는 (1)의 고탄소강 선재.

본 발명에 따르면, 1300MPa 이상의 인장 강도를 가지면서, 연성이 높은 고탄소강 선재를 제공할 수 있는 등, 산업상의 공헌이 매우 현저하다.

도 1은 선재 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 중심부 A와 외주부 B를 나타내는 도면.
도 2는 신선 진 변형과 누적 파단율의 관계를 나타내는 도면.

본 발명자들은, 상술한 바와 같이 문제점을 해결하기 위하여, 강선재의 조직 및 열처리 방법에 대해 다양한 조사·연구를 거듭했다. 그 결과, 하기 (a) 내지 (b)의 지견을 얻었다.

(a) Cr의 첨가는 구γ 입경의 미세화를 촉진시켜, 변태 후의 펄라이트 블록 직경을 미세화한다.

(b) 선재의 중심부 A(규정)에 관찰되는 펄라이트 블록 직경의 평균값이 미세할수록 신선 가공성이 양호해진다.

(c) 선재 길이 방향에 수직인 단면의 외주부 B(규정)에 관찰되는 페라이트 결정 방위의 <110> 방위가 집합되어 있는 경우, 신선 중의 결정 회전이 더 적어지기 때문에, 전단 응력에 의한 보이드의 발생을 억제할 수 있다.

강선재의 선재 길이 방향의 페라이트 결정 방위 및 펄라이트의 블록 직경은, 중심으로부터 표층에 걸쳐 다른 분포가 된다. 도 1은, 선재 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 중심부 A와 외주부 B를 나타낸다. 본 명세서 중에서, 이 도 1에 도시된 바와 같이, 직경 D㎜의 선재에 대해 중심으로부터 직경 1/2D의 원 이내의 영역을 중심부 A로 정의하고, 표층으로부터 500㎛ 이내의 영역을 외주부 B로 정의한다.

펄라이트 블록 직경은 도 1의 중심부 A를 측정 개소로서, 전자선 후방 산란(Electron Back Scatter Diffraction, EBSD라고 함)법에 의해 측정할 수 있다. 예를 들어, 선재 길이 방향에 수직인 단면을 콜로이달 실리카 입자에 의해 경면 연마하고, 직경 방향의 중심부 근방에서 EBSD법에 의한 측정을 행하고, 페라이트 결정 방위의 맵을 작성한다. 예를 들어, 매핑의 영역은 1변이 모두 500㎛ 이상인 직사각형 영역에서 행하고, 픽셀 형상은 정6각형 요소 배치, 측정 간격은 0.5㎛ 간격으로 행한다.

선재 길이 방향의 페라이트 결정 방위 <110>의 집적도는 도 1의 외주부 B를 측정 개소로 하고, 각각의 픽셀 결정 방위를, {110} 극점도 위에 플롯함으로써 측정할 수 있다. 더욱 상세하게는, 페라이트 결정 방위 <110>의 집적도는, EBSD법의 측정 결과를 이용하여 {110} 극점도를 생성하고, 얻어진 극점도를 Texture 해석하여, 측정하는 것이 가능하다. 집적도는, 결정 방위가 랜덤인 경우를 1로 하여 강도비로 나타낸다.

또한, EBSD법에 의해 페라이트 결정 방위를 동정하면, 각각의 6각 형상 픽셀에는 페라이트의 결정 방위 정보가 부여되고, 그 결과, 인접하는 픽셀의 경계에는, 결정 방위의 각도 차의 정보가 정의된다. 2개의 픽셀간의 경계에서 9° 이상의 페라이트 결정 방위 경각 차가 있고, 그것과 인접하는 픽셀 경계도 9° 이상이라고 하는 것처럼, 9° 이상의 경각 차가 있는 픽셀 경계가 연속하는 경우, 그것들을 연결시켜 펄라이트 블록 입계로서 정의한다.

픽셀의 3중점에서 그것으로부터 신장하는 픽셀 경계가 모두 9° 이상인 경우, 펄라이트 블록 입계는 분기한다. 픽셀 경계의 결정 방위 차가 9° 이상인 조건이 도중에서 끊어질 경우, 이 픽셀 경계는 펄라이트 블록 입계로는 간주하지 않고, 무시한다. 이상의 사고 방식에 따라, 9° 이상의 페라이트 방위 차를 갖는 픽셀 경계를 전 직사각형 영역에 걸쳐 정의하고, 픽셀 경계가 하나의 폐쇄된 영역을 포위하는 경우, 이 영역을 하나의 펄라이트 블록으로서 정의하고, 픽셀 경계를 펄라이트 블록 입계로서 정의한다. 이와 같이 하여, 페라이트 결정 방위의 맵 위에 펄라이트 블록 입계를 나타내며, 펄라이트의 블록 직경을 측정한다. 단, 정의된 펄라이트 블록의 하나의 입자가 25 픽셀 이하로 구성되는 경우는, 노이즈로서 다루고, 무시한다. 여기서, 펄라이트 블록과, 펄라이트 노듈은 동일 의미이다. 또한, 펄라이트는, 라멜라 펄라이트이다.

라멜라 간격은 선재 길이 방향에 수직인 단면을 나이탈로 부식시키고, SEM을 사용하여, 배율 10000배로 촬영한 시야 내에서 가장 라멜라 간격이 작은 장소에 대해, 라멜라 5간격 분에 수직으로 선을 긋고, 라멜라 5간격 분의 길이를 5로 나눔으로써 구할 수 있다. 또한, SEM에서의 촬영은 10 시야 이상에서 행하고, 각 시야에서 구한 라멜라 간격을 시야수로 나눔으로써 평균값으로 한다.

신선 가공성은, 길이 10m의 시험재를 염산에 침지하여 스케일을 제거하고, 수세 후, 본데 처리를 실시하고, 건식 신선 가공을 행하여 평가된다. 신선 가공은, 다이스 어프로치(전) 각도 20°, 베어링 길이가 직경의 0.3배 정도의 형상을 갖는 WC-Co 초경합금제 다이스를 이용하여 행할 수 있다. 신선 속도는 50m/min으로 하고, 스테아르산나트륨 및 스테아르산칼슘을 주체로 하는 건식 신선 윤활제를 이용할 수 있다.

단선이 발생되지 않은 경우는, 단면 감소율이 20％가 되도록 다이스 직경을 작게 하고, 단선이 발생될 때까지 신선 가공을 행한다. 통산의 단선 횟수가 20회가 된 시점에서 평가를 종료하고, 시험재의 선 직경(신선 개시 전의 선 직경) D0와, 단선이 발생된 다이스 직경 D로부터, 다음 식으로 신선 가공도를 구한다.

신선 가공도(ε)=2×ln(D0/D)

각각의 신선 가공도에서, 파단이 발생된 횟수를 20(전 시험수)으로 나눈 파단율을 구하고, 여기에, 지금까지의 누적 파단율을 더해, 각 신선 가공도에서의 누적 파단율을 구한다. 도 2는, 신선 가공성을 양호로 판단하는 기준이 되는 선재 코일의 시험 결과이다. 신선 가공도가 1.7일 때, 파단 횟수는 1회이고, 종축의 누적 파단율은 0.05(1/20)이다. 신선 가공도가 1.9일 때, 파단 횟수는 5회이고 파단율은 0.25이며, 그 이전(신선 가공도 1.7)의 누적 파단율 0.05를 더하면, 누적 파단율은 0.3이 된다. 그리고, 20회의 시험에서 신선 가공도가 최대가 될 때, 누적 파단율은 1.0이 된다.

본 발명에서는, 누적 파단율이 0.5가 되는 신선 가공도를 그래프로 구하고, 신선 가공성이라 정의한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 신선 가공성을 양호로 판단하는 기준이 되는 선재 코일의 신선 가공성은 2.23이다. 또한, 누적 파단율이 0.9가 되는 신선 가공율은 3.0이며, 누적 파단율이 1.0이 되는 신선 가공율은 3.12이다. 그래서, 본 발명에서는, 신선 가공성이 2.23 이상을 양호라고 평가하고, 더 바람직하게는 신선 가공성이 2.53 이상, 더욱 바람직하게는 신선 가공성이 2.95 이상을 양호라고 평가한다.

(강선재에 대해서)

다음에, 본 발명의 강선재의 성분에 대해 설명한다. 또한, 성분에 관한 ％는 질량％이다.

<성분에 대해서>

C

C는, 조직을 펄라이트로 하고, 강도를 향상시키는 원소이다. C량이 0.60％ 미만이면 입계 페라이트 등의 비펄라이트 조직이 생성하여 신선 가공성을 손상시키고, 극세 강선의 인장 강도도 저하된다. 한편, C량이 1.10％를 초과하면, 초석 시멘타이트 등의 비펄라이트 조직이 생기고, 신선 가공성이 열화된다. 따라서, C량은, 0.60 내지 1.10％의 범위로 한정한다. 바람직하게는 C량을 0.65％ 이상으로 한다.

Si

Si는, 강의 탈산에 사용되는 원소이며, 고용 강화에도 기여한다. 효과를 얻기 위해서는, 0.02％ 이상의 Si를 첨가한다. 바람직하게는, Si량을 0.05％ 이상으로 한다. 한편, Si량이 2.0％를 초과하면 열간 압연 공정에서 표면 탈탄이 발생하기 쉬워지기 때문에, 상한을 2.0％로 한다. 바람직하게는 Si량을 1.0％ 이하, 더 바람직하게는 0.5％ 이하로 한다.

Mn

Mn은, 탈산이나 탈황에 사용되는 원소이며, 0.1％ 이상을 첨가한다. 한편, Mn량이 2.0％를 초과하면, 펄라이트 변태가 현저하게 지연되고, 페이턴팅 처리의 시간이 길어지기 때문에, Mn량을 2.0％ 이하로 한다. Mn량은 1.0％ 이하가 바람직하다.

Cr

Cr은, 구γ 입경을 미세화시켜, 펄라이트 조직을 미세하게 하는 원소이며, 고강도화에도 기여한다. 효과를 얻기 위해서는 0.3％ 이상의 Cr을 첨가한다. 한편, Cr량이 1.6％를 초과하면 초석 시멘타이트가 석출하고, 신선 가공성을 저하시키기 때문에, 상한을 1.6％로 한다. 바람직하게는 1.3％ 이하로 한다. 더 바람직하게는 1.0％ 이하로 한다.

Al

Al은, 탈산 작용을 갖는 원소이며, 강 중의 산소량 저감을 위하여 필요하다. 그러나, Al 함유량이 0.001％ 미만이면 이 효과를 얻기 어렵다. 한편, Al은 경질의 산화물계 개재물을 형성하기 쉽고, 특히, Al 함유량이 0.05％를 초과하면, 조대한 산화물계 개재물의 형성이 현저해지기 때문에 신선 가공성의 저하가 현저해진다. 따라서, Al의 함유량을 0.001 내지 0.05％로 했다. 더 바람직한 하한은 0.01％ 이상이며, 더 바람직한 상한은 0.04％ 이하이다.

N

N은, 냉간에서의 신선 가공 중에 전위에 고착하여 강선의 강도를 향상시키는 반면, 신선 가공성을 저하시키는 원소이다. 특히, N 함유량이 0.008％를 초과하면 신선 가공성의 저하가 현저해진다. 따라서, N 함유량을 0.008％ 이하로 제한했다. 더 바람직하게는 0.005％ 이하이다.

P

P는, 강 중에서 편석되기 쉽고, 편석되면 현저하게 공통 분석 변태를 늦추기 때문에, 공통 분석 변태가 완료되지 않고, 경질의 마르텐사이트가 형성되기 쉽다. 이것을 방지하기 위하여, P 함유량은 0.02％ 이하로 제한한다.

S

S는, 다량으로 존재하면 MnS를 다량으로 형성하고, 강의 연성을 저하시키므로 0.020％ 이하로 제한한다. 더 바람직하게는 0.01％ 이하이다.

Mo

Mo의 첨가는 임의이다. 첨가하면, 강선재의 인장 강도를 높이는 효과가 있다. 이 효과를 얻기 위해서는, Mo를 0.02％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, Mo의 함유량이 0.20％를 초과하면, 마르텐사이트 조직이 생성되기 쉬워서, 신선 가공성이 저하된다. 그래서, Mo의 함유량은 0.02 내지 0.20 ％가 바람직하다. 더 바람직하게는 0.08％ 이하이다.

V

V의 첨가는 임의이다. 첨가하면, 강선재 중에 탄질화물을 형성하고, 펄라이트 블록 직경을 작게 하여, 신선 가공성을 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위해서는, V를 0.02％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, V의 함유량이 0.20％를 초과하면, 조대한 탄질화물이 생성되기 쉬워서, 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, V의 함유량은 0.02 내지 0.20 ％가 바람직하다. 더 바람직하게는 0.08％ 이하이다.

Nb

Nb의 첨가는 임의이다. 첨가하면, 강선재 중에 탄질화물을 형성하고, 펄라이트 블록 직경을 작게 하여, 신선 가공성을 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위해서는, Nb를 0.002％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, Nb의 함유량이 0.05％를 초과하면, 조대한 탄질화물이 생성되기 쉬워서, 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Nb의 함유량은 0.002 내지 0.05 ％가 바람직하다. 더 바람직하게는 0.02％ 이하이다.

Ti

Ti의 첨가는 임의이다. 첨가하면, 강선재 중에 탄화물 또는 질화물을 형성하고, 펄라이트 블록 직경을 작게 하여, 신선 가공성을 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위해서는, Ti를 0.002％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, Ti의 함유량이 0.05％를 초과하면, 조대한 탄화물 또는 질화물을 형성하기 쉬워져, 신선 가공성이 저하되기 시작하는 경우가 있다. 따라서, Ti의 함유량을 0.02 내지 0.05％로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 0.03％ 이하이다.

B

B의 첨가는 임의이다. 첨가하면, 강선재 중의 고용 N을 BN으로서 형성하고, 강 중의 개용 N을 저감시키고, 신선 가공성을 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위해서는, B를 0.0003％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, B의 함유량이 0.003％를 초과하면, 조대한 질화물이 생성되기 쉬워서, 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 그래서, B의 함유량은 0.0003 내지 0.003 ％가 바람직하다. 더 바람직하게는 0.002％ 이하이다.

<금속 조직에 대해서>

다음으로, 본 발명의 강선재의 금속 조직에 대해 설명한다.

면적률

초석 페라이트와 초석 시멘타이트 등의 비펄라이트 조직은, 최종 신선에서, 균열이 발생되는 원인이 된다. 본 발명의 실시 형태에서는, 신선 가공성을 높이기 위하여, 펄라이트의 면적률을 95％ 이상으로 한다. 잔부는, 초석 페라이트나 초석 시멘타이트 등의 비펄라이트 조직이다. 또한, 상기의 금속 조직은, 선재를, 선재 길이 방향에 대해 수직으로 절단한 단면을 샘플로서 잘라내고, 경면 연마한 후, 주사형 전자 현미경에 의해 관찰함으로써 특정할 수 있다. 또한, 각 금속 조직의 면적률은, 주사형 전자 현미경에 의해 관찰한 결과로 면분법 또는 포인트 카운팅법을 이용하여 구할 수 있다. 관찰 배율은, 예를 들어 1000배 이상으로 하고, 관찰하는 면적은, 예를 들어 1000㎛² 이상으로 하는 것이 바람직하다. 면적률을 예를 들어 포인트 카운팅법으로 특정하는 경우, 측정점을 200점 이상으로 하는 것이 바람직하다.

펄라이트의 블록 직경

상기 지견과 같이, 펄라이트의 블록 직경(이하, 펄라이트 블록 직경이라고도 함)은, 15㎛보다 커지면 신선 가공성이 저하되기 때문에, 15㎛ 이하로 한다. 더 바람직하게는 12㎛ 이하이다. 또한, 펄라이트 블록 직경은, 5㎛ 이하로 하면, 비펄라이트 조직이 증가되기 때문에, 5㎛를 하한으로 한다.

페라이트 결정 방위 <110>의 집적도

페라이트 결정 방위 <110>이 선재 길이 방향에 수직인 단면의 외주부에 집적하면, 신선 가공 중의 방위 회전을 억제할 수 있고, 전단 변형에 따른 보이드 형성을 억제한다. 본 발명에서는, 이 효과가 현저해지는, 페라이트 결정 방위 <110>의 집적도를, 1.3 이상으로 했다. 바람직하게는 1.5 이상, 더 바람직하게는 1.7 이상이다.

또한, 펄라이트 블록 직경 및 페라이트 결정 방위 <110>의 집적도는, 상기와 같은 EBSD법에 의해 특정하는 것이 가능하다.

라멜라 간격

본 발명에 있어서의 금속 조직은, 펄라이트를 주체로 하지만, 그 강선재의 인장 강도로서, 1300MPa 이상, 바람직하게는 1350MPa 이상, 더 바람직하게는 1400MPa 이상으로 하는 것을 목표로 했다. 당해 강도를 얻기 위하여, 후술하는 실시예에서 나타내는 펄라이트의 평균 라멜라 간격은 100㎚ 이하일 필요가 있다. 또한, 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 50㎚ 미만이 되면, 펄라이트 이외의 베이나이트 조직이 혼재하여, 목표 강도를 얻을 수 없음과 함께, 신선 가공 경화율이 저하되기 때문에, 하한을 50㎚으로 했다.

<강선재의 제조 방법에 대해서>

다음으로, 본 발명의 강선재의 제조 방법에 대해 구체적인 예로 설명한다. 또한, 이하의 설명은 본 발명을 설명하기 위한 예에 불과하며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 강선재는, 통상의 방법에 의해 상기의 성분을 갖는 강을 용제하고, 주조하여, 얻어진 강편에 대해 열간 압연을 실시하여 제조한다. 열간 압연은, 강편을 1150℃ 정도로 가열하여 행한다. 열간 압연의 마무리 온도는 740 내지 880℃이다. 마무리 압연 후에 펄라이트 변태시키기 위해, 충풍 냉각, 미스트 냉각, 수랭 등의 수단으로 550℃ 내지 650℃에 도달할 때까지 25℃/sec 내지 40℃/sec로 냉각(1차 냉각)하고, 이들 온도 범위에서 30초에서 180초 유지한 후, 공랭이나 수랭의 수단으로 300℃까지 2℃/sec 이상으로 냉각(2차 냉각)하고, 실온까지 방랭 등의 수단으로 냉각한다. 또한, 선재의 직경은, 강선으로 했을 때에 필요해지는 가공 경화를 확보할 수 있는 한, 특별히 한정되지 않는다.

열간 압연의 마무리 온도는 880℃보다도 높아지면 구γ 입경의 미세화 효과가 적어지기 때문에, 880℃ 이하로 한다. 또한, 740℃ 미만으로 압연하면 압연 중에 초석 페라이트가 석출될 수 있기 때문에, 하한을 740℃로 했다.

1차 냉각에서의 냉각 속도는 25℃/sec 미만인 경우, 구γ 입경이 조대화되어 버리므로, 하한을 25℃/sec로 했다. 40℃/sec를 초과하는 냉각은 실제 제조에 있어서 곤란하기 때문에 40℃/sec 이하로 했다.

유지 온도가 650℃를 초과하면 구γ 입경이 조대화함과 함께 강도가 저하되어 버리기 때문에, 상한을 650℃로 했다. 또한, 550℃ 미만인 경우, 비펄라이트 조직은 증가하기 때문에, 하한을 550℃로 했다.

유지 시간은 30초 미만이면 펄라이트 변태가 완료되지 않고, 비펄라이트 조직이 증가하기 때문에, 하한을 30초로 했다. 또한, 180초를 초과하는 유지는 생산성의 악화나 라멜라 펄라이트의 형상이 무너져서 선재 강도의 저하를 일으키기 때문에 상한을 180초로 했다.

2차 냉각에서는 300℃ 이상의 온도 범위에서 로랭 등의 2℃/sec 미만의 제랭을 행하면 강도 저하가 일어나기 때문에, 300℃까지의 2차 냉각 속도의 하한을 2℃/sec로 했다. 또한, 300℃부터 실온까지의 냉각 속도는 상관하지 않는다.

실시예

이하에, 실시예를 설명하면서, 본 발명의 실시 형태에 관한 강선재 및 강선재의 제조 방법에 대해, 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는, 본 발명의 실시 형태에 관한 강선재 및 강선재의 제조 방법의 어디까지나 일례로서, 본 발명에 관한 강선재 및 강선재의 제조 방법이 하기의 예에 한정되는 것은 아니다.

표 1에 나타내는 성분 조성의 고탄소강 열연 선재에 대해, 표 2에 나타내는 열간 압연 조건을 변경함으로써, 공통되어 펄라이트 조직이지만, 중심부의 펄라이트 블록 직경, 표층부의 페라이트 결정 방위 <110> 집적도, 인장 강도가 여러가지로 다른 선재를 제작했다. 이들 선재를 신선 가공 한계 변형으로 평가했다. 이 결과를 표 3에 나타낸다.

이들 고탄소강 선재의 구체적 제조 방법을 이하에 설명한다. 표 1에 나타내는 선재의 화학 성분이 되도록, 전로에서 용제하고, 그의 강괴를 분해 압연하여 한 변이 155mm인 정사각형의 빌렛을 제작하고, 1150℃ 정도로 가열한 후, 압연의 종료 온도가 740℃ 내지 880℃의 범위에서 열간 압연을 행하고, 직경 10㎜의 선재를 얻었다.

상기 열간 압연 종료 후의 선재는 압연 라인상에 마련된 냉각대에서, 냉각수를 노즐 분사하여 즉시 550℃ 내지 650℃의 범위로 냉각했다. 이 때, 수량과 수랭 시간을 변화시켜 도달 온도를 제어했다. 또한, 계속하여 선재를 충풍 냉각에 의해 5℃/sec 내지 25℃/sec의 냉각 속도로 650℃ 내지 550℃의 범위에서 냉각했다. 그 후 이들 온도 범위에서 60초 정도 유지함으로써 펄라이트 변태를 완료시키고, 공랭에 의해 실온까지 냉각했다.

이들 강선재의 펄라이트 면적률(％), 펄라이트 블록 직경, 라멜라 간격, 페라이트 결정 방위, 인장 강도를 각각 측정했다.

펄라이트 면적률은, 선재를 절단하여 횡단면을 경면 연마한 시료를 질산과 에탄올의 혼합액으로 에칭하고, 선재의 표면과 중심 사이의 중앙부를 2000배로 관찰함으로써 구했다.

펄라이트 블록 직경 및 라멜라 간격은 강선재의 중심 5㎜의 범위로 62500㎛²의 영역에서 측정했다. 페라이트 방위 <110> 집적도는 TSL사 제조의 EBSD 측정 장치를 이용하여 표층으로부터 500㎛ 이내의 범위로 62500㎛²의 영역에서 측정했다.

인장 시험은, JIS Z 2241에 준거하여 행했다. 신선 가공성은, 상술한 바와 같이, 건식 신선 가공을 행하고, 통산의 단선 횟수를 20회로서 신선 진 변형과 누적 파단율의 관계를 플롯하여, 누적 파단율이 50％가 되는 신선 진 변형으로 평가했다. 결과를 표 3에 나타낸다. PBS는 펄라이트 블록 직경의 평균이다.

No. 10은 유지 온도가 높기 때문에, 라멜라 간격이 크고, 인장 강도가 부족하다.

No. 11은 Cr량이 낮고, 펄라이트 블록 직경의 미세화가 불충분하기 때문에, 신선 가공 한계 변형이 작아지고 있다.

No. 12는 Mn량이 많고， 펄라이트 변태가 종료되지 않고, 펄라이트 면적률이 매우 작아지고 있기 때문에, 신선 가공 한계 변형이 작아지고 있다.

No. 13은 C량이 높고, 초석 시멘타이트가 생성되기 때문에 펄라이트 면적률이 작고, 신선 가공 한계 변형이 작아지고 있다.

No. 14는 유지 시간이 짧고, 펄라이트 변태가 완료되기 전에 이차 냉각을 행하기 때문에 펄라이트 면적률이 작고, 신선 가공 한계 변형이 작아지고 있다.

No. 15는 1차 냉각 속도가 작고, 구γ 입경이 조대화되기 때문에, 펄라이트 블록 직경이 크고 신선 가공 한계 변형이 작아지고 있다.

No. 16은 유지 시간이 길고, 라멜라 펄라이트의 형상이 무너져 버려 인장 강도가 부족하다.

No. 17은 마무리 압연 온도가 낮고, 초석 페라이트가 다량으로 생성되어 인장 강도가 부족한 동시에 신선 가공 한계 변형이 작아지고 있다.

No. 18은 마무리 압연 온도가 높고, 구γ 입경이 조대화되어 있기 때문에, 펄라이트 블록 직경이 크고, 신선 가공 한계 변형이 작아지고 있다.

No. 19는 이차 냉각 속도가 작고, 라멜라 펄라이트의 형상이 무너지고 있어, 인장 강도가 저하되고 있다.

Claims

열간 압연 후의 고탄소강 선재이며, 강 성분이 질량％로, C: 0.60 내지 1.10％, Si: 0.02 내지 2.0％, Mn: 0.1 내지 2.0％, Cr: 0.3 내지 1.6％, Al: 0.001 내지 0.05％를 함유하고, N: 0.008％ 이하, P: 0.020％ 이하, S: 0.020％ 이하로 제한하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, 선재 길이 방향과 수직인 단면에 있어서의 면적률에서 펄라이트를 95％ 이상으로 하는 조직이며, 상기 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 50 내지 100㎚이며, 선재 길이 방향과 수직인 단면의 중심으로부터 선재의 직경 D에 대해 직경 D/2의 원 이내의 영역인 중심부의 펄라이트 블록 직경의 평균값이 5㎛<펄라이트 블록 직경<15㎛인 고탄소강 선재.
제1항에 있어서, 선재 길이 방향과 수직인 단면의 표층으로부터 500㎛ 이내의 영역인 외주부에 있어서, 펄라이트 조직에 있어서의 페라이트의 결정 방위 <110>의 집적도가 1.3 이상인, 고탄소강 선재.
제1항에 있어서, 질량％로 Mo: 0.02 내지 0.20％를 더 함유하는, 고탄소강 선재.
제1항에 있어서, 질량％로 Nb: 0.002 내지 0.05％, V: 0.02 내지 0.20％, Ti: 0.002 내지 0.05％ 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는, 고탄소강 선재.
제1항에 있어서, 질량％로 B: 0.0003 내지 0.003％를 더 함유하는, 고탄소강 선재.
제1항에 있어서, Si: 0.02 내지 1.0％인, 고탄소강 선재.
제1항에 있어서, 펄라이트 블록 직경의 평균값이 5㎛<펄라이트 블록 직경<12㎛로 규정되는, 고탄소강 선재.