KR20180053388A

KR20180053388A - 신선 가공용 강 선재

Info

Publication number: KR20180053388A
Application number: KR1020187010778A
Authority: KR
Inventors: 도시히코 데시마; 요시히로 다이토; 도시유키 마나베
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2018-05-21
Also published as: CN108138285B; CN108138285A; BR112018007711A2; MX2018004711A; US10597748B2; CA3001966A1; KR102059046B1; EP3366802A4; EP3366802A1; TW201718907A; WO2017069207A1; JPWO2017069207A1; JP6481770B2; US20180327889A1; TWI614351B

Abstract

질량％로, C: 0.90 내지 1.20％, Si: 0.10 내지 1.30％, Mn: 0.20 내지 1.00％, Cr: 0.20 내지 1.30％ 및 Al: 0.005 내지 0.050％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한 상기 불순물로서 포함되는 N, P 및 S의 함유량이, 각각 질량％로, N: 0.0070％ 이하, P: 0.030％ 이하, 및 S: 0.010％ 이하이며, 체적률로 95％ 이상이 라멜라 펄라이트 조직인 금속 조직을 갖고, 상기 라멜라 펄라이트 조직은, 평균 라멜라 간격이 50 내지 75nm이며, 상기 라멜라 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이가 1.0 내지 4.0㎛이며, 상기 라멜라 펄라이트 조직 중의 시멘타이트 중, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 비율이 20％ 이하인 신선 가공용 강 선재이다.

Description

신선 가공용 강 선재

본 개시는, 신선 가공용 강 선재에 관한 것이다.

송전선용 케이블이나 현수교용 케이블 등의 각종 와이어 로프에서는, 경량화나 공사 기간의 단축 등의 요구에 대응하기 위해, 고강도화가 강하게 요구되고 있다. 와이어 로프의 고강도화에 수반하여, 와이어 로프의 소재로서 사용되는 강선에 있어서도, 고강도화의 요구가 높아지고 있다.

강선은, 일반적으로, 강 선재에 패턴팅 처리를 행한 후, 강 선재의 신선 가공을 행함으로써 제조되고 있다. 이와 같이 하여 얻어진 강선은, 연선 가공을 행함으로써 복수개가 꼬아 합쳐져서 와이어 로프가 된다.

강선을 고강도화하는 데 있어서의 최대의 과제는, 연성을 확보하여, 연선 가공 시 등의 비틀림 시에 강선의 길이 방향으로 생기는 균열(디라미네이션)을 억제하는 것이다.

디라미네이션을 억제하는 종래의 기술로서는, 예를 들어 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 기술이 있다.

특허문헌 1에는, 표면의 잔류 응력 및 항복비를 적절하게 제어함으로써, 고강도와 종 크랙(디라미네이션) 방지성을 양립한 PC 강선이 기재되어 있다.

특허문헌 2에는, 강선 조직 내에 있어서의 N 원자의 전위에의 고착을 최대한 방지하고, 강선의 연성을 향상시키고, 디라미네이션의 발생을 방지하는 기술이 기재되어 있다.

그 외, 특허문헌 3에는, C: 0.5 내지 1.0％(질량％의 의미, 이하 동일함)를 포함하는 강으로 이루어지고, 초석 페라이트, 초석 시멘타이트, 베이나이트 및 마르텐사이트에 1종 혹은 2종 이상의 조직 생성을 억제하여 펄라이트 조직의 면적률을 80％ 이상으로 한 것이며, 또한 강 신선 가공에 의해 1200N/㎟ 이상의 강도로 우수한 내지연 파괴성을 갖도록 한 것인 내지연 파괴성이 우수한 고강도 선재가 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 4에는, 선재의 길이 방향에 대해 수직인 단면의 97％ 이상의 면적이, 펄라이트 조직에 의해 점유되고, 상기 단면의 중심 영역의 0.5％ 이하의 면적과, 상기 단면의 제1 표층 영역에 0.5％ 이하의 면적이, 초석 시멘타이트 조직에 의해 점유되어 있는 선재가 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 5에는, 조직의 주상이 펄라이트임과 함께, AlN양이 0.005％ 이상이며, 또한, 길이 a와 두께 b의 상승 평균(ab)1/2로 표시되는 AlN의 직경 dGM의 최댓값 극값 분포에 있어서, dGM이 10 내지 20㎛인 AlN의 비율이, 개수 기준으로50％ 이상인 선재가 기재되어 있다.

일본 특허 공개 제2005-232549호 공보 일본 특허 공개 제2005-126765호 공보 일본 특허 공개 (평)11-315347호 공보 국제 공개 제2011/089782호 공보 일본 특허 제5833485호 공보

그러나, 종래의 높은 강도를 갖는 강선은, 비틀림 특성이 불충분해서, 비틀림 시에 있어서의 디라미네이션의 발생을 충분히 방지할 수는 없었다.

또한, 종래의 기술에서는, 신선 가공 중에 강 선재가 단선되고, 안정되게 신선 가공을 행할 수 없는 경우가 있었다.

본 개시의 일 양태는, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 와이어 로프 등의 소재로서 적합한 높은 강도와 우수한 비틀림 특성을 갖는 강선을, 신선 가공 중의 단선을 억제해서 안정되게 제조할 수 있는 신선 가공용 강 선재를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 신선 가공용 강 선재의 화학 조성 및 미크로 조직(금속 조직)이, 신선 가공 중의 단선 및 신선 가공 후에 얻어지는 강선의 인장 강도와 비틀림 특성에 미치는 영향에 대해, 조사 및 연구를 거듭했다. 그 결과를 자세하게 해석해서 검토하고, 다음 (a) 내지 (e)의 지견을 얻었다.

(a) 신선 가공용 강 선재 중에 Cr, Si, Mn을 충분히 함유시키면, 고강도의 강선이 얻어진다. 그러나, 강선의 고강도화에 수반하여, 비틀림 시험에서의 디라미네이션이 발생하기 쉬워진다.

(b) 신선 가공용 강 선재 중의 Cr, Si, Mn의 함유량을 많게 하면, 신선 가공용 강 선재의 라멜라 펄라이트 조직 중에 있어서의 시멘타이트의 길이가 짧아짐과 함께, 길이 0.5㎛ 이하인 입상에 가까운 형상의 시멘타이트가 증가되는 경향이 있다. 신선 가공용 강 선재의 라멜라 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 길이가 짧고, 길이 0.5㎛ 이하인 입상에 가까운 형상의 시멘타이트가 많으면, 신선 가공 후에 얻어지는 강선은 비틀림 시험에서의 디라미네이션이 발생하기 쉬운 것이 된다.

(c) 단, 신선 가공용 강 선재 중에 Cr, Si, Mn을 충분히 함유시켜도, 펄라이트 변태 온도를 약간 높이면, 시멘타이트의 길이가 별로 짧아지지 않고, 길이 0.5㎛ 이하인 입상에 가까운 형상의 시멘타이트도 별로 증가하지 않는다. 그로 인하여, 신선 가공 후에 얻어지는 강선은, 비틀림 시험에서의 디라미네이션이 발생하기 어려운 것이 된다.

(d) 한편, 펄라이트 변태 온도를 높게 하면, 신선 가공용 강 선재의 라멜라 펄라이트 조직의 라멜라 간격이 커지고, 강도가 저하된다.

따라서, 고강도로 우수한 비틀림 특성을 갖는 강선을 실현하기 위해서는, 펄라이트 변태 온도를 적절한 범위 내에 조정할 필요가 있다. 펄라이트 변태 온도는, 패턴팅 처리 시의 연욕 온도 혹은 유동층 노 온도에 의해 제어할 수 있다.

(e) 펄라이트 변태가 종료된 강 선재를, 철 원자가 장거리 확산할 수 있는 온도 영역인 550℃ 이상으로 유지하면, 시멘타이트의 입상화가 진행한다. 이로 인해, 펄라이트 변태가 종료된 강 선재의 온도 관리도 필요하다.

본 발명자들은, 이들 (a) 내지 (e)의 지견에 기초하여, 더욱 상세한 실험 및 연구를 거듭했다. 그 결과, 신선 가공용 강 선재의 화학 조성, 라멜라 펄라이트 조직의 체적률, 라멜라 펄라이트 조직의 평균 라멜라 간격, 라멜라 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이, 라멜라 펄라이트 조직 중에 있어서의 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 비율을, 각각 적절하게 조정하면 되는 것을 알아내었다. 그리고, 이것들 각 항목이 적절한 범위 내인 신선 가공용 강 선재에 의하면, 상기 과제를 해결할 수 있고, 와이어 로프 등의 소재로서 적합한 높은 강도와 우수한 비틀림 특성을 갖는 강선을, 신선 가공 중의 단선을 억제해서 안정되게 제조할 수 있는 것을 확인하고, 본 개시를 상도했다.

본 개시의 요지는 이하와 같다.

(1) 질량％로,

C: 0.90 내지 1.20％,

Si: 0.10 내지 1.30％,

Mn: 0.20 내지 1.00％,

Cr: 0.20 내지 1.30％, 및

Al: 0.005 내지 0.050％,

를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한 상기 불순물로서 포함되는 N, P 및 S의 함유량이, 각각 질량％로

N: 0.0070％ 이하,

P: 0.030％ 이하, 및

S: 0.010％ 이하

이며

체적률로 95％ 이상이 라멜라 펄라이트 조직인 금속 조직을 갖고, 상기 라멜라 펄라이트 조직은, 평균 라멜라 간격이 50 내지 75nm이며, 상기 라멜라 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이가 1.0 내지 4.0㎛이며, 상기 라멜라 펄라이트 조직 중의 시멘타이트 중, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 비율이 20％ 이하인 신선 가공용 강 선재.

(2) 또한, 질량％로,

Mo: 0.02 내지 0.20％

를 함유하는 (1)에 기재된 신선 가공용 강 선재.

(3) 또한, 질량％로,

V: 0.02 내지 0.15％,

Ti: 0.002 내지 0.050％, 및

Nb: 0.002 내지 0.050％

의 1종 혹은 2종 이상을 함유하는 (1) 또는 (2)에 기재된 신선 가공용 강 선재.

(4) 또한, 질량％로,

B: 0.0003 내지 0.0030％

를 함유하는 (1) 내지 (3) 중 어느 것에 기재된 신선 가공용 강 선재.

(5) 또한, 질량％로

Mo: 0.02 내지 0.20％,

V: 0.02 내지 0.15％,

Ti: 0.002 내지 0.050％,

Nb: 0.002 내지 0.050％, 및

B: 0.0003 내지 0.0030％

의 1종 혹은 2종 이상을 함유하는 (1)에 기재된 신선 가공용 강 선재.

(6) 상기 Al의 함유량이, 질량％로, 0.005 내지 0.035％인 (1) 내지 (5) 중 어느 것에 기재된 신선 가공용 강 선재.

본 개시의 일 양태의 신선 가공용 강 선재에 의하면, 와이어 로프 등의 소재로서 적합한 높은 강도와 우수한 비틀림 특성을 갖는 강선을, 신선 가공 중의 단선을 억제해서 안정되게 제조할 수 있고, 산업상 매우 유용하다.

도 1은 라멜라 펄라이트 조직의 평균 라멜라 간격의 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 라멜라 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이의 측정 방법을 설명하는 도면이다.

이하, 본 개시의 신선 가공용 강 선재의 일례인 실시 형태에 대해서 상세히 설명한다.

또한, 본 명세서에서, 「내지」를 사용하여 표현되는 수치 범위는, 「내지」의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.

본 실시 형태의 신선 가공용 강 선재는, 신선 가공을 행함으로써, 송전선용 케이블이나 현수교용 케이블 등의 각종 와이어 로프 등의 소재로서 적합한 강선이 얻어지는 신선 가공용 강 선재이다.

와이어 로프의 소재에 사용되는 강선은, 인장 강도가 2300MPa 이상인 것이 바람직하고, 2400MPa 이상인 것이 보다 바람직하고, 2500MPa 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 와이어 로프의 소재에 사용되는 강선은, 직경이 1.3 내지 3.0mm인 것이 바람직하다. 또한, 와이어 로프의 소재에 사용되는 강선은, 후술하는 비틀림 시험을 10번 행하여, 디라미네이션이 1회도 발생하지 않는 것이 바람직하다.

이어서, 본 실시 형태의 신선 가공용 강 선재 (이하 「강 선재」라고 약기하는 경우가 있음)의 화학 조성 및 미크로 조직(금속 조직)에 대해서 상세히 설명한다. 또한, 각 원소의 함유량 「％」는 「질량％」를 의미한다.

<화학 조성>

먼저, 본 실시 형태의 강 선재의 화학 조성에 대해서 설명한다.

본 실시 형태의 강 선재의 화학 조성은, 질량％로, C: 0.90 내지 1.20％, Si: 0.10 내지 1.30％, Mn: 0.20 내지 1.00％, Cr: 0.20 내지 1.30％, 및 Al: 0.005 내지 0.050％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한 불순물로서 포함되는 N, P, 및 S가, 각각 N: 0.0070％ 이하, P: 0.030％ 이하, 및 S: 0.010％ 이하이다.

C: 0.90 내지 1.20％

C는, 강 선재의 인장 강도를 높이기 위해서 유효한 성분이다. 그러나, C 함유량이 0.90％ 미만이면 인장 강도가 부족하다. 이로 인해, 강 선재를 신선 가공함으로써 얻어지는 강선에, 예를 들어 인장 강도로 2300MPa 이상의 높은 강도를 안정되게 부여하기가 곤란해진다. 2400MPa 이상의 인장 강도의 강선을 얻기 위해서는, 강 선재의 C 함유량을 1.00％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 강 선재의 C 함유량이 너무 많으면, 강 선재가 경질화하여, 신선 가공 후에 얻어지는 강선의 비틀림 특성의 저하를 초래한다. 강 선재의 C 함유량이 1.20％를 초과하면, 초석 시멘타이트(구 오스테나이트 입계에 따라 석출되는 시멘타이트)의 생성을 억제하는 것이 공업적으로 곤란해진다. 따라서, 강 선재의 C 함유량은 0.90 내지 1.20％의 범위 내라고 정했다. 강 선재의 C 함유량은, 0.95％ 이상, 1.10％ 이하인 것이 바람직하다.

Si: 0.10 내지 1.30％

Si는, 강 선재의 강도를 높이는 데 유효한 성분이다. 또한, Si는, 탈산제로서도 필요한 성분이다. 그러나, 강 선재의 Si 함유량이 0.10％ 미만에서는, Si를 함유하는 것에 의한 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, 강 선재의 Si 함유량이1.30％를 초과하면, 신선 가공 후에 얻어지는 강선의 비틀림 특성이 저하된다. 그래서, 강 선재의 Si의 함유량은 0.10 내지 1.30％의 범위 내라고 정했다. 또한, Si는, 강재의 ??칭성이나 초석 시멘타이트의 생성에도 영향을 미치는 원소이다. 이러한 점에서, 안정되게 원하는 미크로 조직을 갖는 강 선재를 얻기 위하여, 강 선재의 Si 함유량을 0.10 내지 1.00％의 범위 내로 조정하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.20 내지 0.50％의 범위 내로 조정한다.

Mn: 0.20 내지 1.00％

Mn은, 강 선재의 강도를 높인다. 또한, Mn은, 강 중의 S를 MnS로 고정하고, 열간 취성을 방지하는 작용을 갖는 성분이다. 그러나, 강 선재의 Mn 함유량이 0.20％ 미만이면, Mn을 함유하는 것에 의한 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Mn은 편석되기 쉬운 원소이다. 강 선재에 1.00％를 초과해서 Mn을 함유시키면, 강 선재의 특히 중심부에 Mn이 농화되고, 중심부에 마르텐사이트나 베이나이트가 생성되어, 신선 가공성이 저하되어 버린다. 그래서, 강 선재의 Mn 함유량은 0.20 내지 1.00％의 범위 내라고 정했다. 또한, Mn은 강의 ??칭성이나 초석 시멘타이트의 생성에 영향을 미치는 원소이다. 이러한 점에서, 안정되게 원하는 미크로 조직을 갖는 강 선재를 얻기 위하여, 강 선재의 Mn 함유량을 0.30 내지 0.50％의 범위 내로 조정하는 것이 바람직하다.

Cr: 0.20 내지 1.30％

Cr에는, 강 선재의 라멜라 펄라이트 조직의 라멜라 간격을 작게 하고, 신선 가공 후에 얻어지는 강선의 강도를 높이는 작용이 있다. 인장 강도가 2300MPa 이상의 강선을 안정되게 얻기 위해서는, 0.20％ 이상의 Cr 함유량이 필요하다. 그러나, 강 선재의 Cr 함유량이 1.30％를 초과하면, 신선 가공성 및 신선 가공 후에 얻어지는 강선의 비틀림 특성이 저하된다. 그래서, 강 선재의 Cr 함유량은 0.20 내지 1.30％의 범위 내라고 정했다. Cr 함유량은 0.30 내지 0.80％로 하는 것이 바람직하다.

Al: 0.005 내지 0.050％

Al은, 탈산 작용을 갖는 원소이며, 강 선재 중의 산소량 저감을 위해서 필요하다. 그러나, 강 선재의 Al 함유량이 0.005％ 미만이면, Al을 함유하는 것에 의한 효과가 얻기 어렵다. 한편, Al은, 경질의 산화물계 개재물을 형성하기 쉬운 원소이다. 강 선재의 Al 함유량이 0.050％를 초과하면, 조대한 산화물계 개재물이 현저하게 형성되기 쉬워, 신선 가공성의 저하가 현저해진다. 따라서, 강 선재의 Al의 함유량을 0.005 내지 0.050％로 한다. Al 함유량의 바람직한 하한은 0.010％이며, 더 바람직한 하한은 0.020％이다. Al 함유량의 바람직한 상한은 0.040％이며, 더 바람직한 상한은 0.035％이며, 더욱 바람직한 상한은 0.030％이다.

이상의 각 원소(C, Si, Mn, Cr, Al)에 대한 잔부는, 불순물 및 Fe이다. 본 실시 형태의 강 선재에 있어서는, 불순물로서 포함되는 N, P, S의 함유량을 하기대로 규제한다.

또한, 불순물이란, 원재료에 포함되는 성분, 또는 제조의 공정에서 혼입되는 성분이며, 의도적으로 함유시킨 것이 아닌 성분을 가리킨다.

N: 0.0070％ 이하

N은, 냉간에서의 신선 가공 중에 전위에 고착해서 강 선재의 강도를 상승시키는 반면, 신선 가공성을 저하시켜 버리는 원소이다. 강 선재의 N 함유량이 0.0070％를 초과하면, 신선 가공성의 저하가 현저해진다. 그래서, 강 선재의 N 함유량은 0.0070％ 이하로 규제하기로 했다. N 함유량의 바람직한 상한은 0.0040％이다. N 함유량의 하한은 0.0000％이다. 즉, N은 강 선재에 함유하지 않아도 된다. 단, 탈N의 비용 및 생산성의 관점에서, N 함유량의 하한은 0.0010％로 하는 것이 바람직하다.

P: 0.030％ 이하

P는, 강 선재의 입계에 편석해서 신선 가공성을 저하시켜 버리는 원소이다. 강 선재의 P 함유량이 0.030％를 초과하면, 신선 가공성의 저하가 현저해진다. 그래서, 강 선재의 P 함유량은 0.030％ 이하로 규제하기로 했다. P 함유량의 상한은 0.025％인 것이 바람직하다. P 함유량의 하한은 0.000％이다. 즉, P는 강 선재에 함유하지 않아도 된다. 단, 탈P의 비용 및 생산성의 관점에서, P 함유량의 하한은 0.001％로 하는 것이 바람직하다.

S: 0.010％ 이하

S는, 신선 가공성을 저하시켜 버리는 원소이다. 그리고, 강 선재의 S 함유량이 0.010％를 초과하면, 신선 가공성의 저하가 현저해진다. 이러한 점에서, 강 선재의 S 함유량은 0.010％ 이하로 규제하기로 했다. S 함유량의 바람직한 상한은 0.007％이다. S 함유량의 하한은 0.000％이다. 즉, S는 강 선재에 함유하지 않아도 된다. 단, 탈S의 비용 및 생산성의 관점에서, S 함유량의 하한은 0.001％로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태의 강 선재에 있어서는, 상기에서 설명한 성분 이외에도, Mo: 0.02 내지 0.20％를 함유시켜도 된다.

Mo: 0.02 내지 0.20％

Mo의 첨가는 임의이다. Mo는, 강 선재에 신선 가공을 행함으로써 얻어지는 강선의 인장 강도와 비틀림 특성의 밸런스를 높이는 효과를 발휘한다. 이 효과를 얻기 위해서는, 강 선재의 Mo 함유량을 0.02％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 신선 가공 후에 얻어지는 강선의 인장 강도와 비틀림 특성의 밸런스를 얻는 관점에서, 강 선재의 Mo 함유량을 0.04％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, 강 선재의 Mo 함유량이 0.20％를 초과하면, 마르텐사이트 조직이 생성되기 쉬워서, 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 강 선재 중에 Mo를 적극적으로 첨가하는 경우의 Mo 함유량은 0.02 내지 0.20％의 범위 내가 바람직하다. 더 바람직한 Mo 함유량은 0.10％ 이하이다.

또한, 본 실시 형태의 강 선재에 있어서는, 상기에서 설명한 성분 이외에도, V: 0.02 내지 0.15％, Ti: 0.002 내지 0.05％, 및 Nb: 0.002 내지 0.05％의 1종 혹은 2종 이상을 함유시켜도 된다.

V: 0.02 내지 0.15％

V의 첨가는 임의이다. V는, 강 선재 중에 탄화물 또는 탄질화물을 형성하고, 펄라이트 블록 사이즈를 작게 하고, 신선 가공성을 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위해서는, 강 선재의 V 함유량을 0.02％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 신선 가공성을 안정되게 향상시키는 관점에서, 강 선재의 V 함유량을 0.05％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, 강 선재의 V 함유량이 0.15％를 초과하면, 조대한 탄화물 또는 탄질화물이 형성되기 쉬워, 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 강 선재의 V 함유량은 0.02 내지 0.15％가 바람직하다. 더 바람직한 V 함유량은 0.08％ 이하이다.

Ti: 0.002 내지 0.050％

Ti의 첨가는 임의이다. Ti는, 강 선재 중에 탄화물 또는 탄질화물을 형성하고, 펄라이트 블록 사이즈를 작게 하고, 신선 가공성을 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위해서는, 강 선재의 Ti 함유량을 0.002％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 신선 가공성을 안정되게 향상시키는 관점에서, 강 선재의 Ti 함유량을 0.005％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, 강 선재의 Ti 함유량이 0.050％를 초과하면, 조대한 탄화물 또는 탄질화물이 형성되기 쉬워, 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 강 선재의 Ti 함유량을 0.002 내지 0.050％로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직한 Ti 함유량은 0.010％ 이상, 0.030％ 이하이다.

Nb: 0.002 내지 0.050％

Nb의 첨가는 임의이다. Nb는, 강 선재 중에 탄화물 또는 탄질화물을 형성하고, 펄라이트 블록 사이즈를 작게 하고, 신선 가공성을 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위해서는, 강 선재의 Nb 함유량을 0.002％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 신선 가공성을 안정되게 향상시키는 관점에서, 강 선재의 Nb 함유량을 0.005％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, 강 선재의 Nb 함유량이 0.050％를 초과하면, 조대한 탄화물 또는 탄질화물이 형성되기 쉬워, 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 강 선재의 Nb 함유량은 0.002 내지 0.050％가 바람직하다. 더 바람직한 Nb 함유량은 0.020％ 이하이다.

또한, 본 실시 형태의 강 선재에 있어서는, 상기에서 설명한 성분 이외에도, B: 0.0003 내지 0.0030％를 함유시켜도 된다.

B: 0.0003 내지 0.0030％

B의 첨가는 임의이다. B는, 강 선재 중에 고용된 N과 결합해서 BN을 형성하고, 고용N을 저감해서 신선 가공성을 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위해서는, 강 선재의 B 함유량을 0.0003％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 신선 가공성을 안정되게 향상시키는 관점에서, 강 선재의 B 함유량을 0.0007％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, 강 선재의 B 함유량이 0.0030％를 초과하면, 조대한 탄화물이 형성되기 쉬워, 신선 가공성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 강 선재의 B의 함유량은 0.0003 내지 0.0030％가 바람직하다. 더 바람직한 B 함유량은 0.0020％ 이하이다.

<미크로 조직(금속 조직)>

이어서, 본 실시 형태의 강 선재의 금속 조직에 대해서 설명한다.

본 실시 형태의 강 선재의 금속 조직은, 체적률로 95％ 이상이 라멜라 펄라이트 조직(이하, 단순히 「펄라이트 조직」이라고도 함)인 금속 조직을 갖고, 펄라이트 조직은, 평균 라멜라 간격이 50 내지 75nm이며, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이가 1.0 내지 4.0㎛이며, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트 중, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 비율이 20％ 이하이다.

<펄라이트 조직의 체적률>

강 선재는, 체적률로 95％ 이상이 펄라이트 조직인 금속 조직을 가질 필요가 있다. 이러한 금속 조직을 갖는 강 선재는, 가공 경화능이 크고, 신선 가공에 의해 작은 가공량으로 고강도화가 가능하기 때문에, 신선 가공 후에 인장 강도 2300MPa 이상으로 우수한 비틀림 특성을 갖는 강선이 얻어진다. 또한, 강 선재의 펄라이트 조직의 체적률이 95％ 이상이면 우수한 신선 가공성이 얻어진다. 강 선재의 펄라이트 조직의 체적률은, 98％ 이상인 것이 바람직하다. 강 선재의 금속 조직에 있어서, 펄라이트 조직을 제외한 잔부의 조직은, 시멘타이트, 페라이트, 베이나이트 중 어느 1종 혹은 2종 이상이다. 또한, 본 실시 형태의 강 선재에 있어서, 시멘타이트가 입상에 가까운 형상을 갖는 의사 펄라이트는, 펄라이트 조직에 포함된다.

<펄라이트 조직의 평균 라멜라 간격>

강 선재의 펄라이트 조직은, 평균 라멜라 간격이 50 내지 75nm인 필요가 있다. 이러한 금속 조직을 갖는 강 선재인 것에 의해, 신선 가공 후에 인장 강도 2300MPa 이상으로 비틀림 특성이 우수한 강선이 안정되게 얻어진다. 강 선재의 펄라이트 조직에 있어서의 평균 라멜라 간격이 75nm를 초과하면, 신선 가공 후에 얻어지는 강선의 인장 강도 또는 비틀림 특성이 불충분해지는 경우가 있다. 또한, 펄라이트 조직의 평균 라멜라 간격이 50nm 미만이면 신선 가공 후에 얻어지는 강선의 비틀림 특성이 저하되고, 비틀림 시험에 있어서의 디라미네이션의 발생을 충분히 억제할 수 없는 경우가 있다. 이로 인해, 펄라이트 조직에 있어서의 평균 라멜라 간격을 50 내지 75nm의 범위 내로 하고, 바람직하게는 55 내지 70nm의 범위 내로 한다.

<펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이>

강 선재에 있어서의 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이는 1.0 내지 4.0㎛이다. 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이가 1.0㎛ 미만이면 그 밖의 요건을 만족시키고 있어도, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 연속성이 작아지기 때문에, 신선 가공 후에 비틀림 특성이 우수한 강선이 얻어지지 않는다. 또한, 시멘타이트의 평균 길이가 4.0㎛를 초과하면, 강 선재의 신선 가공성 또는 비틀림 특성의 저하가 현저해진다. 그래서, 강 선재에 있어서의 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이를 1.0 내지 4.0㎛의 범위 내로 하고, 바람직하게는 1.2 내지 3.0㎛로 한다.

<펄라이트 조직 중의 시멘타이트 중, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트의 개수의 비율>

강 선재는, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트 중, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 비율이 20％ 이하이다. 상기의 시멘타이트의 개수 비율이 20％를 초과하면, 다른 요건을 만족시키고 있어도, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트가 입상에 가까운 것이 증가되기 때문에, 신선 가공 후에 비틀림 특성 및 인장 강도에 우수한 강선이 얻어지지 않는다. 그래서, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트 중, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 비율을 20％ 이하로 하고, 바람직하게는 15％ 이하로 한다. 상기의 시멘타이트의 개수 비율에 있어서의 하한은, 특별히 한정하지 않지만, 공업적으로 안정되게 제조하는 관점에서, 2％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

<금속 조직 조건 측정 방법>

이어서, 본 실시 형태의 강 선재에 있어서 규정하고 있는 금속 조직의 각 조건에 대해, 측정 방법을 설명한다.

(펄라이트 조직의 체적률)

강 선재의 횡단면(즉 강 선재의 길이 방향에 직각인 절단면)을 경면 연마한 후, 피크럴로 부식하고, 전계 방사형 주사형 전자 현미경(FE-SEM)을 사용하여 배율 5000배로 임의의 위치에 있어서의 10개소를 관찰하여, 사진 촬영한다. 1 시야당 면적은, 4.32×10^-4㎟ (세로 18㎛, 가로 24㎛)로 한다. 계속해서, 얻어진 각 사진에 투명 시트(예를 들어 OHP(Over Head Projector)시트)를 중첩한다. 이 상태에서, 각 투명 시트에 있어서의 「펄라이트 조직 이외의 비펄라이트 조직과 중첩되는 영역」에 색을 칠한다. 계속해서, 각 투명 시트에 있어서의 「색을 칠한 영역」의 면적률을 화상 해석 소프트웨어(미국 국립 위생 연구소(NIH: National Institues of Health)가 개발한 무료 소프트웨어 Image J ver. 1.47s)에 의해 구하고, 그 평균값을 비펄라이트 조직의 면적률 평균값으로서 산출한다. 또한, 펄라이트 조직은 등방적인 조직이기 때문에, 강 선재의 횡단면에 있어서의 조직의 면적률은, 강 선재의 조직 체적률과 동일하다. 따라서, 전체(100％)로부터 펄라이트 조직 이외의 비펄라이트 조직의 면적률 평균값을 제외한 값을, 펄라이트 조직의 체적률로 한다.

(펄라이트 조직의 평균 라멜라 간격)

강 선재의 횡단면을 경면 연마한 후, 피크럴로 부식하고, 전계 방사형 주사형 전자 현미경(FE-SEM)을 사용하여, 배율 10000배로 임의의 위치에 있어서의 10개소를 관찰하고, 사진 촬영한다. 1 시야당 면적은, 1.08×10^-4㎟ (세로 9㎛, 가로 12㎛)로 한다. 이어서, 얻어진 각 사진에 대해, 펄라이트 조직의 라멜라 방향이 정렬되고 있고 라멜라 5간격분의 측정이 가능하고, 또한 가장 라멜라 간격이 작은 장소 및 2번째로 라멜라 간격이 작은 장소를 특정한다. 계속해서, 각 사진의 가장 라멜라 간격이 작은 장소 및 2번째로 라멜라 간격이 작은 장소에 있어서, 라멜라의 신장 방향에 대해 수직으로 직선을 긋고, 직선상에 있어서의 라멜라 간격을 라멜라 5간격분 측정한다 (도 1 참조: 여기서, 도 1 중, LP는 펄라이트 조직, FE는 페라이트, CE는 시멘타이트, L은 라멜라의 신장 방향에 대해 수직으로 그은 직선, R은 라멜라 5간격분의 길이를 나타낸다.). 얻어진 라멜라 5간격 분의 라멜라 간격의 수치를 5로 나누고, 가장 라멜라 간격이 작은 장소 및 2번째로 라멜라 간격이 작은 장소의 라멜라 간격으로 한다. 이어서, 이와 같이 하여 구해진 강 선재에 있어서의 10개소(1 시야에 대해서 2개소 (합계 20개소분))의 라멜라 간격의 평균값을 산출하고, 강 선재의 펄라이트 조직의 평균 라멜라 간격으로 한다.

(펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이)

도 2에 도시된 바와 같이, 상술한 비펄라이트 조직의 면적률 측정에 사용한 각 사진 상에 직교하는 2 방향을 따라서 각각 2㎛ 마다 직선을 긋는다. 직선의 교점 상에 있는 시멘타이트(교점 위에 시멘타이트가 없는 경우에는, 교점에 가장 근접한 시멘타이트)의 길이를 측정한다. 또한, 시멘타이트의 길이는, 시멘타이트의 형상을 따른 일단부로부터 타단부까지의 길이로 한다. 이 때, 시멘타이트가 길고, 사진의 시야로부터 비어져 나온 경우에는 측정 불가로서 측정하지 않는다. 각 사진에 대해서 70개소 이상의 시멘타이트의 길이를 측정하고, 강 선재에 있어서의 2개의 사진, 즉 2 시야 (1 시야에 대해서 최저 70개소, 최대 108개소(합계 140 내지 216개소분))의 시멘타이트의 길이 평균값을 산출하고, 강 선재의 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이로 한다. 단, 70개소 이상의 시멘타이트의 길이를 측정할 수 없는 경우, 별개의 시야를 측정한다.

또한, 도 2 중, LP는 펄라이트 조직, FE는 페라이트, CE는 시멘타이트, CL은 직교하는 2 방향을 따라서 각각 2㎛ 마다 그은 직선을 나타내고 있다.

(펄라이트 조직 중의 시멘타이트 중, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 비율)

상기의 시멘타이트의 평균 길이를 산출할 때에 측정한 합계 140 내지 216개소분의 시멘타이트의 길이 중, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트의 개수를 구하고, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 비율을 산출함으로써 구해진다.

<제조 방법>

이어서, 본 실시 형태의 신선 가공용 강 선재를 제조하는 방법의 일례에 대해서 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 강 선재를 제조하는 방법은, 다음에 설명하는 방법에 한정되지 않는 것은 물론이다.

본 실시 형태의 강 선재를 제조하는 경우, 화학 조성 및 미크로 조직(금속 조직)의 각 조건을 확실하게 만족시킬 수 있도록, 화학 조성, 목표 성능, 선 직경 등에 따라, 각 제조 공정에 있어서의 조건을 설정한다.

본 실시 형태의 강 선재의 제조 방법의 일례로서, C: 0.90 내지 1.20％, Si: 0.10 내지 1.30％, Mn: 0.20 내지 1.00％, Cr: 0.20 내지 1.30％, 및 Al: 0.005％ 내지 0.050％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물로서, N: 0.0070％ 이하, P: 0.030％ 이하, 및 S: 0.010％ 이하를 함유하는 강을 사용한 경우에 대해서 설명한다.

상기 화학 조성을 갖는 강을 용제한 후, 연속 주조에 의해 주조편을 제조하고, 주조편을 분괴 압연함으로써 강편으로 한다.

강편은, 이하에 나타내는 방법에 의해 제조해도 된다. 상기 화학 조성을 갖는 강을 용해하고, 주형을 사용하여 잉곳을 주조한다. 그 후, 잉곳을 열간 단조함으로써, 강편을 제조해도 된다. 또한, 잉곳을 열간 단조해서 제조한 열간 단조재를 절삭 가공하고, 얻어진 절삭 가공재를 강편으로서 사용해도 된다.

이어서, 강편의 열간 압연을 행한다. 강편의 열간 압연은, 강편의 중심부가1000 내지 1100℃가 되도록, 예를 들어 질소 분위기 중 또는 아르곤 분위기 중에서 일반적인 가열로 및 방법을 이용하여 가열하고, 마무리 압연 온도를 900 내지 1000℃로 하고, 직경이 7.5 내지 5.0mm인 범위 내의 강 선재가 되도록 행한다. 마무리 압연 후에 얻어진 강 선재는, 수랭과 대기에 의한 풍랭을 조합하고, 평균 냉각 속도50℃/초 이상으로 700 내지 750℃로 1차 냉각한다.

또한, 본 명세서에서, 열간 압연에 사용하는 가열로 내에 있어서의 강편의 온도란, 강편의 표면 온도를 가리킨다. 또한, 본 명세서에서의 마무리 압연 온도란, 마무리 압연 직후의 강 선재의 표면 온도를 가리킨다. 마무리 압연 후의 평균 냉각 속도란, 마무리 압연 후의 강 선재의 표면 냉각 속도를 가리킨다.

이어서, 700 내지 750℃에 1차 냉각된 강 선재를, 펄라이트 변태시키기 위하여, 연욕에 침지한다(패턴팅 처리, 이차 냉각). 본 실시 형태의 강 선재의 제조 방법에서는, 패턴팅 처리에 있어서의 연욕의 온도(펄라이트 변태 온도)를 605 내지 615℃, 침지 시간을 30 내지 70초로 하고, 종래의 일반적인 패턴팅 처리에서의 연욕의 온도보다도 약간 높은 편으로 한다. 연욕의 온도가 605℃ 이상이면 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이가 짧아지거나, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수가 많아지거나 하는 것이 방지된다. 연욕의 온도가 615℃ 이하이면, 펄라이트 조직의 라멜라 간격이 과도하게 커지는 것이 방지된다. 침지 시간이 30초 이상인 경우, 펄라이트 변태가 충분히 완료한다. 침지 시간이 70초 이내이면 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 급격한 증가를 억제할 수 있다. 연욕의 온도를 605 내지 615℃, 침지 시간을 30 내지 70초로 하는 것에 의해, 펄라이트 조직의 라멜라 간격, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이 및 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 비율이 소정의 범위로 되고, 상기의 각 조건을 만족시키는 펄라이트 주체의 금속 조직이 확실하게 얻어진다.

본 실시 형태의 강 선재의 제조 방법에 있어서, 700 내지 750℃에서 냉각된 강 선재의 연욕 온도까지의 평균 냉각 속도는, 특별히 한정되지 않지만, 25 내지 60℃/초인 것이 바람직하다. 연욕 중인 강 선재의 냉각 속도가 25℃/초 이상이면 펄라이트 조직의 체적률을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 연욕 중인 강 선재의 냉각 속도가 60℃/초 이하이면, 펄라이트 조직의 체적률을 충분히 확보할 수 있고, 또한 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이 및 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 비율이 소정의 범위가 되고, 상기의 각 조건을 만족시키는 펄라이트 주체의 금속 조직이 확실하게 얻어진다.

또한, 700 내지 750℃에서 냉각된 강 선재는, 1) 700 내지 750℃로 냉각한 후, 즉시 연욕에 침지해도 되고, 2) 700 내지 750℃로 냉각한 후, 시간을 두고(예를 들어 방랭하고 나서), 연욕에 침지해도 된다. 즉, 700 내지 750℃에서 냉각된 강 선재의 연욕 온도까지의 평균 냉각 속도는, 강 선재의 온도가 700 내지 750℃에 도달하고 나서 연욕의 온도에 도달할 때까지의 평균 냉각 속도이다.

본 실시 형태의 강 선재의 제조 방법에 있어서는, 605 내지 615℃의 연욕으로부터 꺼낸 강 선재를 550℃ 미만의 온도가 될 때까지, 바람직하게는 500℃까지 3℃/초 내지 10℃/초로 냉각하는 것이 바람직하다(3차 냉각). 펄라이트 변태가 종료된 강 선재를, 철 원자가 장거리 확산할 수 있는 온도 영역인 550℃ 이상으로 유지하면, 시멘타이트의 입상화가 진행된다. 10℃/초 이하로 냉각함으로써 강 선재에 있어서의 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이가 짧아지고, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 비율이 증가하고, 상기의 각 조건을 만족시키는 조직이 된다. 한쪽에서 3℃/초 미만으로 냉각하면, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 비율이 20％를 초과할 때까지 증가해 버리기 때문에, 3℃/초 이상으로 했다. 이상과 같이 605 내지 615℃의 연욕으로부터 꺼낸 강 선재를 550℃ 미만의 온도까지 3℃/초 내지 10℃/초로 냉각함으로써, 상기의 각 조건을 만족시키는 펄라이트 주체의 금속 조직이 보다 확실하게 얻어진다. 또한, 3차 냉각 후, 실온까지의 냉각 속도는 상관하지 않는다.

이상의 공정을 행함으로써, 본 실시 형태의 열간 압연 선재가 얻어진다.

본 실시 형태의 강 선재의 제조 방법에 의하면, 상기의 화학 조성 및 미크로 조직(금속 조직)의 각 조건을 만족시키는 강 선재가 얻어진다. 또한, 강 선재의 화학 조성, 패턴팅 처리까지의 가공 조건, 열처리의 이력 등에 의해, 최적의 패턴팅 처리 조건 및 그 이외의 프로세스 조건이 상이한 것은 물론이다.

본 실시 형태의 강 선재의 제조 방법으로서, 연욕에 의한 패턴팅 처리를 이용한 강 선재의 제조 방법에 대해서 설명했지만, 본 실시 형태의 강 선재의 제조 방법은, 이 제조 방법에 한정되지 않고, 용융 염욕에 의한 패턴팅 처리(DLP)를 이용한 강 선재의 제조 방법이어도 된다.

본 실시 형태의 강 선재는, 소정의 화학 조성을 갖고, 체적률로 95％ 이상이 펄라이트 조직인 금속 조직을 갖고, 펄라이트 조직은, 평균 라멜라 간격이 50 내지 75nm이며, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이가 1.0 내지 4.0㎛이며, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트 중, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 비율이 20％ 이하이다.

이 때문에 본 실시 형태의 강 선재에서는, 신선 가공 중의 단선을 억제할 수 있고, 신선 가공을 행함으로써 안정되게 강선을 제조할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 직경 2.0mm까지 50kg의 본 실시 형태의 강 선재에 신선 가공을 행해도, 단선 횟수를 1회 이하로 억제할 수 있고, 충분히 단선을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 강 선재를 사용함으로써 직경 1.3 내지 3.0mm이고, 2300MPa 이상의 높은 인장 강도를 갖고, 후술하는 비틀림 시험을 10개 행해도 디라미네이션이 발생하지 않는 우수한 비틀림 특성을 갖는 강선이 얻어진다. 이와 같이 하여 얻어진 강선은, 와이어 로프 등의 소재로서 적합하다.

실시예

이어서, 본 개시의 실시예에 대해서 설명한다. 실시예의 조건은, 본 개시의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해서 채용한 일 조건예이다. 본 개시는, 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 개시는, 본 개시의 요지를 일탈하지 않고, 본 개시의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 강 A 내지 R을 50kg 진공 용해로에서 용해하여, 잉곳으로 주조했다. 또한, 표 1에 있어서의 각 성분량의 공란 개소는, 해당 성분을 포함하지 않거나, 또는 해당 성분의 함유량이 불순물로 간주되는 수준 이하인 것을 의미하고 있다.

상기의 각 잉곳을 1250℃에서 1시간 가열하고, 마무리 온도가 950℃ 이상이 되도록 직경 15mm까지 열간 단조한 후, 실온까지 방랭했다. 얻어진 열간 단조재를 절삭 가공에 의해 직경 10mm로 하고, 이것을 절단함으로써 길이 1000mm의 절삭 가공재로 했다.

표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 각 절삭 가공재를, 표 2에 나타내는 열처리 조건 a 내지 p로 열처리하고, 표 3 내지 표 4에 나타내는 시험 번호 1 내지 36의 강 선재를 얻었다.

구체적으로는, 절삭 가공재에, 표 2에 나타내는 열처리 조건 a 내지 l, p로 열처리를 행할 때에는, 이하에 나타내는 방법에 의해, 강 선재를 제조했다.

각 절삭 가공재를, 질소 분위기 중에서 1050℃의 온도로 15분간 가열하고, 중심 온도를 1000℃ 이상으로 하고, 마무리 압연 온도가 950℃도 이상 1000℃ 이하의 범위 내가 되도록 열간 압연하고, 직경 6.2mm의 강 선재로 했다. 그 후, 온도가 900℃ 이상인 강 선재를, 수랭과 대기에 의한 풍랭을 조합하여, 표 2에 나타내는 평균 냉각 속도로 720℃까지 1차 냉각했다. 계속해서, 720℃까지 냉각시킨 강 선재를, 표 2에 나타내는 욕 온도의 연욕에 표 2에 나타내는 욕 침지 시간으로 침지하고, 표 2에 나타내는 평균 냉각 속도로 720℃부터 욕 온도까지 이차 냉각을 실시했다. 또한, 이차 냉각의 평균 냉각 속도는, 연욕 온도와, 강 선재가 720℃에 도달하고 나서 강 선재를 연욕에 침지시킬 때까지의 시간을 바꿈으로써 제어했다. 그 후, 연욕으로부터 강 선재를 꺼내고, 표 2에 나타내는 평균 냉각 속도로 욕 온도에서 500℃까지 3차 냉각을 실시한 후, 대기 중에서 실온(30℃)까지 방랭하고, 강 선재를 얻었다.

열간 압연으로부터 720℃까지의 강 선재의 평균 냉각 온도, 욕 온도, 욕 침지 시간, 연욕 침지 후의 720℃로부터 욕 온도까지의 강 선재의 평균 냉각 속도, 욕 온도에서 500℃까지의 강 선재의 평균 냉각 온도를 표 2에 나타낸다.

또한, 절삭 가공재에, 표 2에 나타내는 열처리 조건 m 내지 o에서 열처리를 행할 때에는, 이하에 나타내는 방법에 의해, 강 선재를 제조했다.

각 절삭 가공재를, 아르곤 분위기 중에서 1050℃의 온도로 15분간 가열하고, 중심 온도를 1000℃ 이상으로 하고, 마무리 압연 온도가 950℃ 이상 1000℃ 이하의 범위 내로 되도록 열간 압연하고, 직경 6.2mm의 강 선재로 했다. 그 후, 온도가 900℃ 이상의 강 선재를, 수랭과 대기에 의한 풍랭을 조합하여, 표 2에 나타내는 평균 냉각 속도로 720℃까지 냉각했다. 계속해서, 720℃까지 냉각시킨 강 선재를, 연욕에 침지시키지 않고, 대기 중에서의 방랭 또는 선풍기에 의한 풍랭에 의해 실온까지 냉각하여, 강 선재를 얻었다. 720℃로부터 실온까지의 강 선재의 평균 냉각 속도를 표 2에 나타낸다.

이와 같이 하여 얻어진 시험 번호 1 내지 36의 강 선재에 대해, 상술한 방법을 이용하여, 펄라이트 조직의 체적률, 펄라이트 조직의 평균 라멜라 간격, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트 중, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 비율을 구했다. 그 결과를 표 3 내지 표 4에 나타낸다. 본 개시에서 규정하는 범위 밖의 값에는 밑줄을 붙였다.

이어서, 각 강 선재의 표면에, 통상의 방법에 의해 인산 아연 피막을 형성했다. 그 후, 인산 아연 피막에서 피복된 각 강 선재에, 각 다이스로의 감면율이 평균에서 20％가 되는 패스 스케줄에서, 직경 2.0mm까지 신선 가공을 행하고, 시험 번호 1 내지 36의 강선을 얻었다.

각 강 선재에 대해, 강선을 얻을 때의 신선 가공에 있어서의 신선 가공성을 이하에 나타내는 방법에 의해 평가했다. 그 결과를, 표 3 내지 표 4에 나타낸다.

신선 가공을 50kg의 각 강선에 행하고, 신선 가공 중인 단선 횟수를 기록했다. 또한, 단선 횟수가 3회 이상인 경우, 3회째의 단선 이후의 신선 가공을 중지했다. 그리고, 직경 6.2mm부터 직경 2.0mm까지 50kg 신선했을 때의 단선 횟수가 0회인 경우에, 신선 가공성이 양호라 평가하고, 단선 횟수가 1회 이상인 경우에, 신선 가공성이 나쁘다고 평가했다.

또한, 신선 가공 후에 얻어진 각 강선에 대해, 이하에 나타내는 인장 시험 및 비틀림 시험을 행했다. 그 결과를, 표 3 내지 표 4에 나타낸다.

JIS Z 2241(2011년)에 준거한 인장 시험은, 각 강선에 대해서 3개씩 행하고, 그 평균값을 인장 강도로 했다. 인장 강도는, 2300MPa 이상인 경우를 양호하다고 평가했다.

비틀림 시험은, 선 직경(직경)의 100배의 길이의 강선을 15rpm으로 단선할 때까지 비틀림하고, 디라미네이션이 생겼는 지 여부를 토크(비틀기의 강도) 곡선으로 판정했다. 토크 곡선에서의 판정은, 단선 전에 일단 토크가 감소한 경우에 디라미네이션이 발생했다고 판단하는 방법에 의해 행했다. 비틀림 시험은, 각 강선에 대해서 10개씩 행하고, 1개도 디라미네이션이 발생되지 않은 경우, 비틀림 특성이 양호하다고 평가했다.

표 3 내지 표 4에 나타낸 바와 같이, 본 개시에서 규정하는 조건을 모두 만족시키는 시험 번호 2, 4, 5, 7, 9, 11, 12, 15, 17, 20, 29에서는, 단선 횟수가 0회로 신선 가공성이 양호해서, 2300MPa 이상의 인장 강도를 갖고, 디라미네이션이 0회로 비틀림 특성이 양호했다.

이에 비하여, 평균 라멜라 간격이 넓은 시험 번호 1, 13, 19, 22에서는, 인장 강도가 2300MPa 미만이었다.

시멘타이트의 평균 길이가 짧은 시험 번호 3, 8, 16, 21에서는, 디라미네이션이 복수회 발생하고, 비틀림 특성이 불충분했다.

또한, 열간 압연 후의 900℃ 이상으로부터 720℃까지의 강 선재를 50℃/초 미만으로 서랭한 시험 번호 10, 14, 30, 36에서는, 시멘타이트의 석출에 의해 펄라이트 조직의 체적률이 낮아졌기 때문에, 단선 횟수가 많았다.

또한, 720℃로부터 실온까지 강 선재를 풍랭한 시험 번호 6에서는, 펄라이트 조직의 체적률이 낮기 때문에, 단선 횟수가 많았다.

또한, 720℃로부터 실온까지 강 선재를 방랭한 시험 번호 18에서는, 시멘타이트의 평균 길이가 길고, 단선 횟수가 많았다.

또한, 연욕에서의 침지 시간이 짧은 시험 번호 31에서는, 펄라이트 변태가 완료되어 있지 않고, 시멘타이트의 평균 길이가 짧아졌다.

또한, 연욕에서의 침지 시간이 긴 시험 번호 32 및 연욕으로부터 꺼낸 후에 방랭한 시험 번호 34에서는, 펄라이트 변태 후에 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 비율이 증가했다.

또한, 720℃로부터 연욕 온도에 침지할 때까지의 시간을 길게 해, 강 선재가 연욕 온도에 도달할 때까지의 평균 냉각 속도를 늦게 한 시험 번호 33에서는, 비펄라이트 조직이 증가하고 있고, 디라미네이션이 발생했다.

또한, 연욕으로부터 꺼낸 후에 급랭한 시험 번호 35에서는, 시멘타이트 평균 길이가 길었다.

C 함유량이 적은 시험 번호 23 및 Cr 함유량이 적은 시험 번호 27에서는, 인장 강도가 2300MPa 미만이었다.

또한, Si 함유량이 적은 시험 번호 25에서는, 인장 강도가 2300MPa 미만이었다. 또한, Si 함유량이 적은 시험 번호 25에서는, 펄라이트 조직의 체적률이 낮았다.

Si 함유량이 큰 시험 번호 24에서는, 인장 강도는 양호했지만, 비틀림 특성이 불충분했다.

Cr 함유량이 큰 시험 번호 26에서는, 신선 가공성 및 비틀림 특성의 모두 불충분했다.

Mo 함유량이 많은 시험 번호 28에서는, 연욕에의 침지(패턴팅 처리)에서 펄라이트 변태가 종료되지 않고, 마르텐사이트 조직이 되었기 때문에 단선 횟수가 많았다.

이상, 본 개시의 바람직한 실시 형태 및 실시예에 대해서 설명했지만, 이들 실시 형태, 실시예는, 어디까지나 본 개시의 요지 범위 내의 하나의 예에 지나지 않으며, 본 개시의 요지로부터 일탈하지 않는 범위 내에서, 구성의 부가, 생략, 치환 및 그 밖의 변경이 가능하다. 즉 본 개시는, 상술한 설명에 의해 한정되지 않고, 특허 청구 범위의 기재에 의해서만 한정되고, 그의 범위 내에서 적절히 변경 가능한 것은 물론이다.

또한, 일본 특허 출원 제2015-208935호의 개시는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허 출원 및 기술 규격이 참조에 의해 포함되는 것이 구체적이고 또한 개별적으로 기재된 경우와 동일한 정도로, 본 명세서 중에 참조에 의하여 포함된다.

Claims

질량％로,
C: 0.90 내지 1.20％,
Si: 0.10 내지 1.30％,
Mn: 0.20 내지 1.00％,
Cr: 0.20 내지 1.30％ 및,
Al: 0.005 내지 0.050％,
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한 상기 불순물로서 포함되는 N, P 및 S의 함유량이, 각각 질량％로
N: 0.0070％ 이하,
P: 0.030％ 이하, 및,
S: 0.010％ 이하
이며,
체적률로 95％ 이상이 라멜라 펄라이트 조직인 금속 조직을 갖고, 상기 라멜라 펄라이트 조직은, 평균 라멜라 간격이 50 내지 75nm이며, 상기 라멜라 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 평균 길이가 1.0 내지 4.0㎛이며, 상기 라멜라 펄라이트 조직 중의 시멘타이트 중, 길이 0.5㎛ 이하인 시멘타이트 개수 비율이 20％ 이하인, 신선 가공용 강 선재.
제1항에 있어서, 또한, 질량％로,
Mo: 0.02 내지 0.20％
를 함유하는, 신선 가공용 강 선재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 또한, 질량％로,
V: 0.02 내지 0.15％,
Ti: 0.002 내지 0.050％ 및
Nb: 0.002 내지 0.050％
의 1종 혹은 2종 이상을 함유하는, 신선 가공용 강 선재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 또한, 질량％로,
B: 0.0003 내지 0.0030％
를 함유하는, 신선 가공용 강 선재.
제1항에 있어서, 또한, 질량％로
Mo: 0.02 내지 0.20％,
V: 0.02 내지 0.15％,
Ti: 0.002 내지 0.050％,
Nb: 0.002 내지 0.050％ 및
B: 0.0003 내지 0.0030％
의 1종 혹은 2종 이상을 함유하는, 신선 가공용 강 선재.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Al의 함유량이, 질량％로, 0.005 내지 0.035％인, 신선 가공용 강 선재.