KR20180132925A

KR20180132925A - 강선

Info

Publication number: KR20180132925A
Application number: KR1020187033814A
Authority: KR
Inventors: 도시유키 마나베; 다이스케 히라카미; 마코토 오코노기; 나오키 마츠이; 아라타 이소
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2018-12-12
Also published as: JP6687112B2; WO2018012625A1; US20200370142A1; JPWO2018012625A1; EP3486345A4; CN109196132A; EP3486345A1; MX2018014590A

Abstract

이 강선은 소정의 화학 조성을 갖고, 상기 강선의 축선을 포함하는 축 방향을 따른 L 단면의 상기 강선의 표면으로부터 100㎛의 깊이보다도 축선측의 영역에 있어서, 금속 조직이 면적률로, 90％ 이상의 신선 펄라이트를 포함하고, 상기 L 단면의 상기 강선의 상기 표면으로부터 100㎛의 깊이까지의 영역에 있어서, 금속 조직이 면적률로, 70％ 이상의 신선 펄라이트를 포함하고, 상기 강선의 직경을 단위 mm로 D, 상기 강선의 상기 표면의 비커스 경도의 표준 편차를 σ_HV, 상기 강선의 항복 강도를 Rp₀ _.2라 정의했을 경우에, σ_HV<(-9500×ln(D)+30000)×exp(-0.003×Rp_0.2)를 만족시키고, 인장 강도 TS가 1770MPa 이상이다.

Description

강선

본 발명은, 인장 강도 TS가 1770MPa 이상의 고강도를 갖는 강선에 관한 것이다.

본원은, 2016년 07월 14일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2016-139744호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

고탄소강 선재에 신선 가공을 실시한 무피복 강선, 또는 선재를 신선 후에 Zn 도금 등으로 피복한 피복 강선은, 교량 케이블용 강선이나 PC 강선, 각종 강선 로프에 사용되는 강선 등, 다양한 용도에 사용된다. 이들의 강선에서는, 중요한 특성으로서, 인장 강도 외에, 예를 들어 JIS G 3521(경강선)의 규격에 규정되는 비틀림 특성(선 직경에 따른 비틀림 횟수)이 우수한 것이 요구된다.

그러나, 일반적으로, 고강도의 강선일수록 강선의 비틀림 시험에 있어서 디라미네이션이라고 불리는 세로 균열이 발생하기 쉬워진다. 즉, 고강도의 강선일수록 우수한 비틀림 특성을 충족하는 것이 곤란해진다.

상기 과제에 관하여, 특허문헌 1에서는, 우수한 비틀림 특성을 갖는 강선으로서, 꼬임선 가공 중의 디라미네이션 발생이 억제된 강선이 제안되어 있다. 특허문헌 1에서는, 선 직경에 따라서 강선의 횡단면에 있어서의 표층 경도를 조정함으로써, 디라미네이션 발생이 억제되는 것이 개시되어 있다.

그러나, 디라미네이션은, 강선의 길이 방향 중, 가장 약한 점에서 발생한다고 생각된다. 그 때문에, 특정한 횡단면의 표층 경도를 제어하는 것만으로는, 확실하게 디라미네이션을 억제하는 것은 곤란하다.

특허문헌 2에는, Si 함유량과 Al 함유량과 선 직경에 따라, 강선의 TS를 제어함으로써, 초석 시멘타이트를 억제하면서 비틀림 특성을 충족시키는 용융 아연 도금 강선이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 2에서는, Si, Al량의 밸런스에 의해 강선의 인장 강도를 제어하고 있을 뿐이며, 디라미네이션을 억제하기 위한 강선 조직이나 기계적 특성의 변동을 조정하고 있지 않다. 그 때문에, 특허문헌 2는 실질적으로 고강도와 디라미네이션의 발생 억제를 양립시킨 것은 아니다.

또한, 종래, 디라미네이션의 발생을 억제하면, 비틀림 특성은 향상된다고 생각되고 있었다. 그러나, 본 발명자들은, 디라미네이션이 발생하지 않아도, 파단까지의 비틀림 횟수(비틀림값)가 낮아지는 경우가 있는 것을 알아냈다. 그 때문에, 구조물의 안전성을 고려하면, 강선에는, 비틀림 특성으로서, 디라미네이션이 발생하지 않는 것뿐만 아니라, 충분한 비틀림값을 나타내는 것이 요구된다.

특허문헌 3에는, Ti와 N의 질량비를 규정하고, 강선 표면의 페라이트의 (110)면의 반값폭 및 잔류 응력을 제어하고, 항복비 YR(항복 강도 YS와 인장 강도 TS의 비)을 80％ 이하로 함으로써, 디라미네이션이 발생하지 않는 강선이 얻어지는 것이 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 3에서는, 디라미네이션에 대해서는 검토되어 있지만, 비틀림값에 대해서는 검토되어 있지 않다.

일본 특허 제3984393호 공보 일본 특허 제3036393호 공보 일본 특허 제4377715호 공보

본 발명은 이상의 사정을 배경으로 하여 이루어졌다. 본 발명의 과제는, 비틀림 시험에 있어서, 디라미네이션이 발생하지 않고 또한 충분한 비틀림값을 나타내는, 비틀림 특성이 우수한 강선을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 디라미네이션의 발생 거동에 대해서, 강선의 길이 방향 및 둘레 방향의 비틀림 변형에 의한 유동 응력(flows tress)에 착안하여, 디라미네이션의 발생을 억제하고, 또한 비틀림값을 향상시키는 것을 검토하였다. 그 결과, 강선 전체의 항복 응력과 선 직경에 대하여, 최표층의 유동 응력의 불균일성을 저감시킴으로써, 비틀림 변형에 의한 최표면에서의 왜곡의 불균일성이 저감되고, 비틀림 특성이 향상되는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 다음과 같다.

(1) 본 발명의 일 형태에 관한 강선은, 화학 조성이 질량％로, C: 0.75 내지 1.10％, Si: 0.10 내지 1.40％, Mn: 0.10 내지 1.0％, Al: 0 내지 0.10％, Ti: 0 내지 0.10％, Cr: 0 내지 0.60％, V: 0 내지 0.10％, Nb: 0 내지 0.10％, Mo: 0 내지 0.20％, W: 0 내지 0.50％, B: 0 내지 0.0030％를 함유하고, N: 0.0060％ 이하, P: 0.030％ 이하, S: 0.030％ 이하로 제한되고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 상기 강선의 축선을 포함하는 축 방향을 따른 L 단면의 상기 강선의 표면으로부터 100㎛의 깊이보다도 축선측의 영역에 있어서, 금속 조직이 면적률로, 90％ 이상의 신선 펄라이트를 포함하고, 상기 L 단면의 상기 강선의 상기 표면으로부터 100㎛의 깊이까지의 영역에 있어서, 금속 조직이 면적률로, 70％ 이상의 상기 신선 펄라이트를 포함하고, 상기 강선의 직경을 단위 mm로 D, 상기 강선의 상기 표면의 비커스 경도의 표준 편차를 σ_HV, 상기 강선의 항복 강도를 Rp₀ _.2라 정의했을 경우에, 하기의 (a) 식을 만족시키고, 인장 강도가 1770MPa 이상이다.

σ_HV<(-9500×ln(D)+30000)×exp(-0.003×Rp_0.2)… (a)

(2) 상기 (1)에 기재된 강선은, 상기 화학 조성이 질량％로, Al: 0.001 내지 0.10％, Ti: 0.001 내지 0.10％, Cr: 0％ 초과, 0.60％ 이하, V: 0％ 초과, 0.10％ 이하, Nb: 0％ 초과, 0.10％ 이하, Mo: 0％ 초과, 0.20％ 이하, W: 0％ 초과, 0.50％ 이하, B: 0％ 초과, 0.0030％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다.

상기 (1) 또는 (2)에 기재된 강선은, 상기 강선의 표면 상에, Zn, Al, Cu, Sn, Mg, Si의 어느 1종 이상을 포함하는 피복층을 가져도 된다.

본 발명에 있어서, 항복 강도 YS에는, 0.2％ 내력(Rp_0.2)을 채용한다.

본 발명의 상기 양태에 의하면, 강선의 화학 조성과 금속 조직을 적절하게 조절함과 함께, 강선 표면의 경도 분포를, 강선의 항복 강도와 선 직경에 따른 적절한 범위 내로 억제함으로써, 양호한 비틀림 특성을 갖는 강선이 얻어진다. 이러한 강선은, 교량 케이블, PC 강선, ACSR 등 각종 로프용 등의 용도로 사용되는 강선이나, 그 밖에, 주로 비틀림(트위스트)이 부여되는 용도에서 사용되는 강선으로서 유용하다.

도 1은, 강선 표면에 대하여 경도 측정을 행한 후의 강선 표면의 사진이다.
도 2는, 실시예에 있어서의 선 직경 5.0 내지 5.4mm의 강선의 σ_HV의 역치 및 항복 강도(Rp_0.2)와 비틀림 특성의 관계를, 본 발명예 및 비교예 각각에 대하여 나타내는 그래프이다.
도 3은, 비틀림 시험에 있어서의 비틀림값의 판단 방법을 설명하는 모식도이다.

이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 강선(본 실시 형태에 따른 강선)에 대해서, 상세하게 설명한다.

<화학 조성>

우선 본 실시 형태에 따른 강선에 있어서의 화학 조성(성분 조성)의 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하, 각 화학 성분에 대하여 사용되는 ％는, 모두 질량％를 의미한다.

[C: 0.75 내지 1.10％]

C는, 시멘타이트 분율을 증가시킴과 함께, 펄라이트의 라멜라 간격을 미세화시킴으로써 강선의 고강도화에 기여하는 원소이다. C 함유량이 0.75％ 미만이면, 주요한 조직으로서 펄라이트를 만들어 넣는 것이 곤란해진다. 그 때문에, C 함유량은 0.75％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.77％ 이상, 보다 바람직하게는 0.80％ 이상이다. 한편, C 함유량이 1.10％를 초과하면, 강선의 소재가 되는 선재에 초석 시멘타이트가 석출되어, 선재의 연성이 악화된다. 이 경우, 선재로부터 강선을 제조할 때의 신선 가공이 곤란해짐과 함께, 강선의 연성도 열화된다. 그 때문에, C 함유량을 1.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 1.05％ 이하, 보다 바람직하게는 1.00％ 이하이다.

[Si: 0.10 내지 1.40％]

Si는, 탈산 원소임과 함께, 페라이트의 고용 강화 원소이다. Si 함유량이0.10％ 미만이면 열처리 시의 충분한 ?칭성을 확보할 수 없게 된다. 또한, 강선에 아연 도금을 행하는 경우에는, 합금층의 제어가 곤란해진다. 그 때문에, Si 함유량을 0.10％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.12％ 이상, 보다 바람직하게는 0.15％ 이상이다. 한편, Si 함유량이 과잉이 되면, 가열 시의 탈탄이 촉진되어, 메커니컬 디스케일링성이 악화된다. 또한, 파텐팅 시에 비펄라이트 조직이 증가한다. 그 때문에, Si 함유량을, 1.40％ 이하로 한다. 바람직하게는 1.30％ 이하, 보다 바람직하게는 1.25％ 이하이다.

[Mn: 0.10 내지 1.0％]

Mn은 탈산 원소이며, 또한 강의 ?칭성을 향상시키는 원소이다. Mn 함유량이 0.10％ 미만이면 열처리 시의 충분한 ?칭성을 확보할 수 없다. 그 때문에, Mn 함유량을 0.10％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.20％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.30％ 이상이다. 한편, Mn 함유량이 1.0％를 초과하면, 펄라이트 변태가 지연되고, 원하는 마이크로 조직을 얻는 것이 곤란해진다. 그 때문에, Mn 함유량을 1.0％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.90％ 이하, 보다 바람직하게는 0.80％ 이하이다.

본 실시 형태에 따른 강선은, 상술한 필수 성분을 갖고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하는 것을 기본으로 한다. 그러나, 상기 각 원소 외에, Al, Ti, Cr, V, Nb, Mo, W 및 B로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을, 이하에 설명하는 범위 내에서 함유하고 있어도 된다. 즉, 필수 성분을 함유하고, Al, Ti, Cr, V, Nb, Mo, W 및 B로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어져도 된다. Al, Ti, Cr, V, Nb, Mo, W 및 B는 임의 원소이고, 반드시 함유시킬 필요는 없으므로 하한은 0％이다.

또한, 불순물이란, 강재를 공업적으로 제조할 때에, 광석 혹은 스크랩 등과 같은 원료로부터, 또는 제조 공정의 다양한 환경으로부터 혼입되는 성분이며, 강의 특성에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.

[Al: 0 내지 0.10％]

Al은 탈산 원소로서 유효한 원소이다. 이 작용을 얻는 경우, Al 함유량을 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.005％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.010％ 이상이다. 한편, Al 함유량이 과잉이 되면, 조대한 경질 개재물이 생성된다. 이 경우, 신선 가공성이 저하하는 데다가, 연속 주조에서의 안정성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우에서도, Al 함유량을 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.080％ 이하, 보다 바람직하게는 0.070％ 이하이다.

[Ti: 0 내지 0.10％]

Ti는 탈산 원소로서 유효함과 함께, 강 중의 N을 고정하여 신선 가공성을 향상시키는 작용이 있는 원소이다. 또한, Ti는, Ti(C, N)로서 석출하여, 피닝 입자로서 기능하고, 오스테나이트 입자의 미세화에 기여하는 원소이다. 이들의 작용을 얻는 경우, Ti 함유량을 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.005％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.010％ 이상이다. 한편, Ti 함유량이 과잉이 되면, 주조 단계에서 조대한 TiN이 생성되어, 신선 가공성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우에서도 Ti 함유량을 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.03％ 이하, 보다 바람직하게는 0.025％ 이하로 한다.

[Cr: 0 내지 0.60％]

Cr은 ?칭성 향상 원소이다. 또한 Cr은 펄라이트의 라멜라 간격을 미세화함으로써 강선의 강도를 향상시키는 원소이다. 이들 효과를 얻는 경우, Cr 함유량을 0％ 초과로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.05％ 이상이다. 한편, Cr은 시멘타이트의 안정화 원소이다. 그 때문에, Cr 함유량이 과잉이 되면, 펄라이트 변태가 종료될 때까지의 시간이 길어질 뿐만 아니라, 초석 시멘타이트가 생성되기 쉬워진다. 또한, 메커니컬 디스케일링성이 악화된다. 그 때문에, 함유시키는 경우에도, Cr 함유량을 0.60％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.50％ 이하, 보다 바람직하게는 0.40％ 이하로 한다.

[V: 0 내지 0.10％]

V는 ?칭성 향상 원소임과 함께, 오스테나이트 영역에서 탄질화물로서 석출되면 오스테나이트 입자 미세화에 기여하고, 페라이트 영역에서 석출되면 강선의 강화 향상에 기여하는 원소이다. 이들 효과를 얻는 경우, V 함유량을 0％ 초과로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.05％ 이상이다.

한편, V 함유량이 과잉이 되면 펄라이트 변태 종료까지의 시간이 길어져, 요구되는 금속 조직의 형성이 곤란해질 뿐만 아니라, 탄질화물의 석출 강화에 의해 강선의 비틀림 특성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우에도 V 함유량을 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.085％ 이하, 보다 바람직하게는 0.070％ 이하로 한다.

[Nb: 0 내지 0.10％]

Nb는 ?칭성 향상 원소임과 함께, 그의 탄질화물이 피닝 입자로서 작용함으로써, 오스테나이트 입경의 미세화에 기여하는 원소이다. 이들 효과를 얻는 경우, Nb 함유량을 0％ 초과로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.003％ 이상이다.

한편, Nb 함유량이 과잉이 되면, 펄라이트 변태 종료까지의 시간이 길어져, 요구되는 금속 조직의 형성이 곤란해진다. 그 때문에, 함유시키는 경우에도 Nb 함유량을 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.04％ 이하, 보다 바람직하게는 0.03％ 이하로 한다.

[Mo: 0 내지 0.20％]

Mo는 강의 ?칭성을 향상시키는 원소임과 함께, 솔류트 드래그에 의해 오스테나이트 입경의 미세화에 기여하는 원소이다. 이들 효과를 얻는 경우, Mo 함유량을 0％ 초과로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.03％ 이상이다.

한편, Mo 함유량이 과잉이 되면, 펄라이트 변태 종료까지의 시간이 길어져, 요구되는 금속 조직의 형성이 곤란해진다. 그 때문에, 함유시키는 경우에도, Mo 함유량을 0.20％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.10％ 이하, 보다 바람직하게는 0.07％ 이하로 한다.

[W: 0 내지 0.50％]

W는 강의 ?칭성을 향상시키는 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, W 함유량을 0％ 초과로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.06％ 이상이다.

한편, W 함유량이 과잉이 되면, 펄라이트 변태 종료까지의 시간이 길어져, 요구되는 금속 조직의 형성이 곤란해진다. 그 때문에, 함유시키는 경우에도, W 함유량을 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.20％ 이하, 보다 바람직하게는 0.10％ 이하로 한다.

[B: 0 내지 0.0030％]

B는, 고용 상태에서 입계에 편석되어 페라이트의 생성을 억제함으로써 신선 가공성을 향상시키는 원소이다. 또한, B는, BN으로서 석출함으로써 고용 N양을 저하시키는 작용을 갖는 원소이다. 이들 효과를 얻는 경우, B 함유량을 0％ 초과로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.0003％ 이상이다.

한편, B 함유량이 과잉이 되면, 입계에 M₂₃(C, B)₆의 탄화물이 석출되고, 신선 가공성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우에도, B 함유량을 0.0030％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0025％ 이하이다.

본 실시 형태에 따른 강선에 있어서는, 불순물 중, N, P, S는 특히 유해하기 때문에, 이하와 같이 함유량을 제한할 필요가 있다.

[N: 0.0060％ 이하]

N은, 강 중에 고용 상태로 존재하면, 강선의 비틀림 특성을 열화시키는 데다가, 신선 가공 중의 변형 시효에 의해 신선 가공성을 저하시키는 원소이다. 그 때문에, N은 가능한 한 저감시켜야 할 원소이다. N 함유량이 0.0060％를 초과하면, 강선 표면의 경도 변동이 커져, 본 실시 형태에서 규정하는 범위를 만족시킬 수 없게 된다. 그 때문에, N 함유량을 0.0060％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.0040％ 이하이다. N 함유량은 적은 쪽이 바람직하지만, 0.0010％ 미만으로 N 함유량을 제어하는 것은, 실제 제조에서는 비용이 현저하게 증가하고, 또한 기타의 불순물의 제어에 영향을 미친다. 그 때문에, 실제 제조를 고려하면, N 함유량을 0.0010％ 이상으로 해도 된다.

[P: 0.030％ 이하]

P는, 페라이트의 고용 강화에 기여하는 원소이다. 그러나, 동시에, P는 강의 연성을 대폭 저하시키는 원소이기도 하다. 특히, P 함유량이 0.030％를 초과하면, 연성의 저하에 따라 선재로부터 강선으로 신선 가공할 때의 신선 가공성의 저하가 현저해진다. 따라서 P 함유량은, 0.030％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.020％ 이하, 보다 바람직하게는 0.012％ 이하로 제한한다.

P 함유량은 적은 쪽이 바람직하지만, 0.003％ 미만으로 P 함유량을 제어하면, 비용이 현저하게 상승한다. 그 때문에, 실제 제조를 고려하면, P 함유량을 0.003％ 이상으로 해도 된다.

[S: 0.030％ 이하]

S는, 적열 취성을 야기하는 원소임과 함께, 강의 연성을 저하시키는 원소이다. S 함유량이 0.030％를 초과하면, 연성의 저하가 현저해진다. 그 때문에, S의 함유량은 0.030％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.020％ 이하, 보다 바람직하게는 0.010％ 이하로 제한한다.

S 함유량은 적은 쪽이 바람직하지만, 0.003％ 미만으로 S 함유량을 제어하면, 비용이 현저하게 상승한다. 그 때문에, 실제 제조를 고려하면, S 함유량을 0.003％ 이상으로 해도 된다.

<강선의 금속 조직>

본 실시 형태에 따른 강선에 있어서는, 화학 조성을 전술한 바와 같이 조정하는 동시에, 금속 조직을 적절한 조직으로 하는 것이, 비틀림 특성 향상을 위하여 유효하다.

본 실시 형태에 따른 강선의 금속 조직은, 페라이트와 시멘타이트의 층상 조직인 펄라이트가 인발 가공에 의해 신장화한, 신선 펄라이트를 주체로 한다. 여기서 신선 펄라이트란, 구체적으로는, 강선의 축선을 포함하는 축 방향의 단면(L 단면), 즉 인발 방향을 따른 L 단면에 있어서, 펄라이트 입자의 축 방향의 최대 길이와 그 수직 방향의 최대 두께의 비율(축 방향 최대 길이/축에 수직 방향의 최대 두께), 즉 애스펙트비가 1.05 이상의 펄라이트를 가리킨다. 금속 조직에는, 신선 펄라이트 이외에, 비펄라이트 조직으로서, 페라이트, 초석 시멘타이트, 베이나이트 또는 마르텐사이트가 존재하는 경우가 있지만, 이들의 조직의 분율(면적률)이 증가하면, 비틀림 특성이 저하된다. 그 때문에, 신선 펄라이트를 상기의 L 단면의 강선 표면으로부터 100㎛의 깊이보다도 축선측의 영역(내부 영역)에 있어서의 면적률로 90％ 이상으로 한다. 보다 바람직하게는 95％ 이상으로 한다. 신선 펄라이트는 100％여도 된다.

한편, 강선의 표층 부분에서는, 선재의 파텐팅 단계에서, 탈탄이 일어나거나 냉각 속도가 내부와 비교하여 빨라지거나 함으로써, 신선 펄라이트 이외의 비펄라이트 조직인 페라이트, 초석 시멘타이트, 베이나이트, 또는 마르텐사이트의 분율이 강선 내부보다도 증가하는 경향을 나타낸다.

그러나, 이들 조직의 면적률이 높아지면, 강선의 경도 변동이 증대하여, 비틀림 특성이 저하된다. 그 때문에, 상기와 같이 강선의 L 단면의 내부 영역에서 신선 펄라이트를 90％ 이상으로 확보한 뒤에, 강선의 표층 영역의 금속 조직에 있어서의 신선 펄라이트를, 면적률로 70％ 이상, 바람직하게는 85％ 이상으로 한다. 본 실시 형태에 있어서, 강선의 표층 영역이란, 강선의 표면으로부터 깊이가 100㎛까지의 영역을 의미한다. 즉, 강선의 L 단면에 있어서, 강선의 표면으로부터 깊이 100㎛까지의 영역이 표층 영역, 그것보다도 축선측(중심측)의 영역이 내부 영역이다.

또한, 표층 영역의 신선 펄라이트의 면적률은, 상기 L 단면의, 표면으로부터 깊이가 100㎛까지의 영역 내의 신선 펄라이트의 평균 면적률로 한다.

구체적으로는, L 단면의 내부 영역 또는 표층 영역에 있어서의 신선 펄라이트의 면적률은, 이하와 같이 구한다.

L 단면의 표층 영역(표면으로부터 깊이 50㎛의 위치), 1/4×D(표면으로부터 강선의 직경 D의 1/4 깊이의 위치), 1/2×D(표면으로부터 강선의 직경 D의 1/2 깊이의 위치)에 있어서, 광학 현미경을 사용하여 배율 2000배로 각 5시야 관찰하고, 관찰한 시야의 조직 사진을 촬영한다. 촬영된 사진의 비펄라이트 조직을 마킹하여 화상 해석을 행하고, 펄라이트 면적률을 측정한다. 여기서, 페라이트만의 영역, 페라이트 바탕에 시멘타이트가 조대하게 산란하고 있는 조직은 비펄라이트 조직이라고 판단한다. 또한, 펄라이트 입자의 축 방향 최대 길이와 그 수직 방향의 최대 두께의 비율(축 방향 최대 길이/축에 수직 방향의 최대 두께), 즉 애스펙트비가 1.05 이상인 펄라이트를 신선 펄라이트라고 판단한다.

표층 영역(표면으로부터 50㎛의 위치)의 조직 사진으로부터 얻어진 신선 펄라이트의 면적률을 평균한 값을, 표층 영역에 있어서의 신선 펄라이트의 면적률로 한다.

또한, 1/4×D, 1/2×D의 조직 사진으로부터 얻어진 신선 펄라이트의 면적률을 평균한 값을, L 단면의 내부 영역에서의 신선 펄라이트의 면적률로 한다.

<강선 표면의 경도의 변동>

강선 표면의 경도는, 비틀림 변형 시의 유동 응력(flow stress)에 영향을 미친다고 생각된다. 즉, 강선 표면의 경도에 변동이 발생하면, 비틀림 변형을 가했을 때에 가해지는 왜곡이 불균일해진다. 이 불균일함이, 디라미네이션이 발생하거나, 적은 비틀림 횟수로 파단이 발생하는(비틀림값이 저하되는) 원인이 된다고 생각된다. 본 발명자들이 실험 및 검토를 거듭한 결과, 강선 표면의 비커스 경도 HV의 변동으로서 표준 편차(σ_HV)를 사용한 경우, 강선의 직경(D[mm]) 및 항복 강도(Rp_0.2)에 따라, σ_HV가 하기 (1) 식을 만족하면, 비틀림 변형이 가해졌을 때의 디라미네이션 발생 및 비틀림값의 저하를 확실하게 억제할 수 있는 것을 알아냈다.

σ_HV<(-9500×ln(D)+30000)×exp(-0.003×Rp_0.2)… (1)

그래서, 본 실시 형태에 따른 강선에서는, 강선 표면의 비커스 경도 HV의 표준 편차 σ_HV가, (1) 식을 만족하는 것을 규정하였다. 여기서, 강선 표면의 비커스 경도의 표준 편차는, 1점/㎟ 이상의 밀도로 500㎟ 이상의 면적에 대하여 얻어진 경도 분포로부터 산출하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 강선 표면의 비커스 경도의 표준 편차 σ_HV는 이하의 방법으로 구할 수 있다.

즉, 포터블 로크웰 경도 시험기를 사용하여 강선의 표면에 대하여 하중 5kgf로 수직으로 압자를 타입하고, 경도를 측정한다. 그 때, 강선의 둘레 방향, 길이 방향에 대하여 1mm 이내의 간격으로, 800점 이상의 타흔을 행한다. 얻어진 경도를 비커스 경도로 환산하고, 환산한 값에 기초하여 표준 편차(σ_HV)를 구한다.

본 실시 형태에서는, 경도가 로크웰 경도인 채 그대로이면, 변동의 수치 분해능이 낮으므로, 환산표로부터 비커스 경도로 환산한 값을 사용한다.

강선이 아연 도금을 실시하고 있는 것에 대해서는, 인히비터를 넣은 염산에 침지함으로써 아연 도금층을 박리한 후, 전술과 동일하게 경도 변동을 측정하면 된다.

<인장 강도>

인장 강도 TS가 1770MPa 이상인 고강도 강선에서는, 디라미네이션이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는 인장 강도 TS가 1770MPa 이상의 고강도 강선을 대상으로 한다. 본 실시 형태에 따른 강선의 인장 강도 상한은 특별히 한정되지 않지만, 제조 용이성의 관점에서, 인장 강도의 상한은 2450MPa 정도여도 된다.

<강선의 비틀림 특성>

본 실시 형태에 따른 강선에서는, 비틀림 특성으로서, 디라미네이션이 발생하지 않고 또한 비틀림값이 20회 이상인 것을 목표로 한다.

강선의 비틀림 특성은, 강선의 양단부를 척킹하여 편측을 회전시키는 비틀림 시험을 행하여, 그 비틀림 횟수와 토크를 측정함으로써 구한다. 비틀림 시험에 있어서 척킹의 간격은 100×D(D는 선 직경[mm])로 하고, 비틀림 속도는 20rpm으로 한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 디라미네이션이라고 불리는 세로 균열이 발생하면, 토크가 저하된다. 그 때문에, 토크를 측정함으로써 디라미네이션의 발생 유무를 판단할 수 있다. 또한, 파면의 형태로부터 디라미네이션의 발생을 확인할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 디라미네이션이 발생할 때까지의 비틀림 횟수, 또는 디라미네이션이 발생하지 않고 파단에 이르렀을 경우에는 파단까지의 비틀림 횟수를 비틀림 값으로 한다.

본 실시 형태에 따른 강선의 직경(선 직경)은 특별히 한정되지 않고, 제품 용도나 규격 등에 따라서 적절히 결정하면 되지만, 통상은 1.5mm 내지 7.0mm 정도이다.

또한 본 실시 형태에 따른 강선은, 전술한 바와 같은 화학 조성, 금속 조직, 표면 경도 분포를 갖는 강 탄소량 강선의 표면에, Zn, Al, Cu, Sn, Mg, Si의 어느 1종 이상의 금속이 피복된 것이어도 된다. 즉, 강선이, 본 실시 형태에 따른 강선의 표면 상에, Zn, Al, Cu, Sn, Mg, Si의 어느 1종 이상을 포함하는 피복층을 갖는 피복 강선이어도 된다. 피복층은 도금층이어도 된다.

교량 케이블, PC 강선 등에 사용되는 강선은, 표면에 아연 도금을 실시하여 사용되는 경우가 많고, 또한 ACSR(Aluminium Conductors Steel Reinforced) 등의 전력 용도 등에 사용되는 강선은, 표면에 Al이나 Cu 등이 피복된 상태에서 사용되는 경우가 많다.

<제조 방법>

본 실시 형태에 따른 강선을 제조하기 위해서는, 전술한 성분 조성 조건을 만족시키는 강재를 소재로서, 예를 들어 이하의 공정을 포함하는 제조 방법을 적용하면 된다.

강선의 화학 조성이나 금속 조직, 강선 표면의 경도 변동의 각 조건이 상기에서 규정하는 범위 내이면, 제조 방법에 구애되지 않고 효과가 얻어진다. 따라서, 하기에 예시하는 프로세스 이외의 프로세스를 적용하여, 화학 조성, 금속 조직, 강선 표면의 경도 변동의 각 조건이 상기에서 규정하는 범위 내인 강선이 얻어진 경우, 그 강선은 본 실시 형태에 따른 강선에 상당하는 것은 물론이다.

우선, 전술한 화학 조성의 강재를 공지된 방법으로, 주조, 분괴 압연하여, 강편을 제조한다. 그 후, 이 강편을 1000℃ 이상, 1130℃ 이하로 가열한다. 가열 온도는, 오스테나이트화를 완료시키기 위해서 1000℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 오스테나이트 입자의 조대화와 혼립화를 억제하기 위하여 가열 온도는 1130℃ 이하가 바람직하고, 1100℃ 이하가 보다 바람직하다. 또한, 소정의 가열 온도에 도달한 후의 유지 시간은, 표층의 탈탄을 촉진시키지 않기 위해서, 또한 오스테나이트 입자의 혼립화를 억제하기 위해서, 30분 미만이 바람직하다.

상기 가열 후의 강편에 대해서, 조압연 및 마무리 압연을 행하여, 열연 강재를 얻는다. 이때, 마무리 압연의 온도(처리 온도)를 850℃ 내지 980℃의 범위에서 조정한다. 마무리 압연 온도가 850℃를 하회하면 오스테나이트 입자가 너무 미세화하여 펄라이트 변태가 불균일해진다. 한편, 마무리 압연 온도가 980℃를 초과하면, 그 후의 냉각 과정에서 오스테나이트 입자의 제어가 어려워진다. 또한, 마무리 압연 시의 압하율은, 후술하는 권취 후의 냉각과 더불어 오스테나이트 입자를 제어하기 때문에, 누적 압하율로 35％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 열간 압연 후의 열연 강재를, 800℃를 하회하지 않는 온도에서 15초간 이상 보정(保定)을 행함으로써, 오스테나이트 입자를 충분히 재결정시켜, 오스테나이트 입자를 조정한다.

이어서, 보정 후의 열연 강재를 480℃ 이상, 580℃ 이하의 온도로 유지된 용융 솔트에 직접 침지를 행한다. 또는, 열연 강재를 충풍 냉각에 의해 실온 정도까지 냉각한 후, A3점 이상(오스테나이트 영역)의 온도까지 가열을 행한 후, 480℃ 이상, 600℃ 이하의 용융 납에 침지한다. 강재의 A3점은 공지된 문헌, 예를 들어 「강좌·현대의 금속학 재료편4 철강 재료」, p.43 등에 기재되어 있는 회귀식으로부터 구할 수 있다.

용융 솔트 또는 용융 납에 침지한 열연 강재에, 신선 가공을 실시하여 필요한 직경의 강선으로 한다. 신선 가공 시에, 강선 표층의 경도 변동을 제어하기 위해서는, 가장 강도가 높아지는 신선 가공의 최종 패스가 중요하다. 구체적으로는, 신선 가공의 최종 패스로서, 5 내지 30m/min, 바람직하게는 5 내지 25m/min의 신선 속도로, 또한 감면율이 2.0 내지 10.0％인 스킨 패스 신선을 행하는 것이 유효하다.

신선 속도가 30m/min 초과이면, 마찰 발열이 커져, 강선의 온도가 상승한다. 그 결과, σ_HV가 커지는 것이 염려된다. 한편, 신선 속도가 5m/min 미만이면 윤활제의 인입량이 저하된다. 윤활제의 인입량이 저하되면, 시징이 발생하거나, 가공 발열량이 증가하여 선재의 온도가 상승하여, σ_HV가 커지는 것이 염려된다.

또한, 최종 패스(스킨 패스 신선)의 감면율이, 10.0％ 초과이면 경도 변동을 억제하는 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, 감면율이 2.0％ 미만이면 균일하게 표면을 가공하는 것이 어려워진다.

신선 가공의 후, 용융 아연 도금이나 블루잉, 히트 스트레칭 처리 등을 필요에 따라서 실시해도 된다.

실시예

이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 실시예에 나타나는 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위하여 채용한 예에 지나지 않고, 본 발명은 이러한 조건에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있다.

표 1에 나타내는 강종 A 내지 T의 화학 조성을 갖는 강편을, 표 2에 나타내는 조건에서, 가열, 압연, 열처리, 신선 가공에 제공하여 강선을 제조하였다. 표 중 DLP는, 용융염에 의한 압연 후의 직접 파텐팅(Direct in-Line Patenting), LP는 납 파텐팅을 나타낸다. 표 2의 보정 시간은, 800℃ 이상에서의 보정 시간을 나타낸다.

얻어진 강선에 대하여, 인장 시험, 금속 조직 관찰, 표면 경도 측정, 비틀림 시험을 행하였다.

<인장 시험>

강선의 인장 시험은, JIS G3521에 기재된 방법에 준거하고, 척간 거리 200mm, 평점간 거리 50mm, 인장 속도 10mm/min의 조건에서 행하여, 인장 강도 TS, 항복 강도 YS(0.2％ 내력 Rp_0.2)를 측정하였다.

<금속 조직 관찰>

L 단면의 표층 영역(표면으로부터 깊이 50㎛의 위치), 1/4×D(표면으로부터 강선의 직경 D의 1/4 깊이의 위치), 1/2×D(표면으로부터 강선의 직경 D의 1/2 깊이의 위치)에 있어서, 광학 현미경을 사용하여 배율 2000배로 각 5시야 관찰하고, 관찰한 시야의 조직 사진을 촬영하였다. 촬영된 사진의 비펄라이트 조직을 마킹하여 화상 해석을 행하고, 신선 펄라이트 면적률을 측정하였다. 그 때, 페라이트만의 영역, 페라이트 바탕에 시멘타이트가 조대하게 산란하고 있는 조직은 비펄라이트 조직이라고 판단하였다. 또한, 펄라이트 입자의 축방향 최대 길이와 그 수직 방향의 최대 두께의 비율(축 방향 최대 길이/축으로 수직 방향의 최대 두께), 즉 애스펙트비가 1.05 이상의 펄라이트를 신선 펄라이트라고 판단하였다.

표층 영역의 조직 사진으로부터 얻어진 각 시야의 신선 펄라이트 면적률을 평균한 값을, L 단면의 표층 영역에 있어서의 신선 펄라이트의 면적률로 하였다.

또한, 1/4×D, 1/2×D의 조직 사진으로부터 얻어진 펄라이트 면적률을 평균한 값을, L 단면의 내부 영역에서의 신선 펄라이트의 면적률로 하였다.

<표면 경도 측정>

강선 표면의 경도 측정은, 포터블 로크웰 경도 시험기로 행하였다. 강선의 표면에 대하여 하중 5kgf로 수직으로 압자를 타입하고, 경도를 측정하였다. 경도는 강선의 둘레 방향, 길이 방향에 대하여 1mm 이내의 간격으로, 800점 이상의 타흔을 행하여 구하였다. 도 1에, 압자 타격을 마친 강선의 강선 표면의 외관 사진의 일례를 나타내었다.

얻어진 각 경도를 비커스 경도로 환산하고, 환산한 값으로부터 표준 편차(σ_HV)를 구하였다.

또한 인장 시험에서 얻어진 항복 강도의 값과 선 직경(강선의 직경)으로부터, 상기 (1) 식의 우변에 상당하는 표준 편차의 역치를 구하였다. 그리고, 이들 값을 비교함으로써 강선 표면의 경도 변동을 평가하였다.

또한, 강선이 아연 도금이 실시되어 있는 것에 대해서는, 인히비터를 넣은 염산에 침지함으로써 도금층을 박리하고, 전술과 마찬가지로 경도 변동을 측정하였다.

<비틀림 시험>

각 강선의 비틀림 특성의 평가는, JIS G 3521의 비틀림 시험 방법에 준거하여 강선의 양단을 척킹하여 편측을 회전시키는 비틀림 시험을 행하고, 그 비틀림 횟수와 토크를 측정함으로써 행하였다. 또한, 파면의 형태에 대해서도 확인하였다. 비틀림 시험에 있어서 척킹의 간격은 100×D(D는 선 직경[mm])로 하고, 비틀림 속도는 20rpm으로 하였다.

디라미네이션이 발생할 때까지의 비틀림 횟수, 혹은 디라미네이션이 발생하지 않고 파단에 이르렀을 경우에는, 파단까지의 비틀림 횟수를 비틀림 값으로 하고, 디라미네이션이 발생하지 않고 또한 비틀림값이 20회 이상인 경우에, 비틀림 특성이 우수하다고 판단하였다.

표 3에 얻어진 각 강선의 특성을 나타내었다.

표 1 내지 표 3에 나타내고 있는 시험 No.1 내지 22는, 본 발명에서 규정하는 각 조건을 만족시키는 강선에 관한 예(본 발명예)이고, 이들은, 모두 비틀림 특성이 우수한 것이 확인되었다.

한편, 비교예의 시험 No.x1 내지 x19는, 모두 화학 조성 또는 신선 가공 조건을 비롯한 제조 조건이 적절하지 않고, 금속 조직 및/또는 표면 경도 변동 조건이, 본 발명에서 규정하는 범위로부터 벗어났다. 그 결과, 양호한 비틀림 특성이 얻어지지 않았다.

도 2에는, 실시예에 있어서의 각 본 발명예, 각 비교예 중, 선 직경이 5.0 내지 5.4mm의 범위 내에 있는 강선의 σ_HV 역치(상기 (1)의 우변의 값) 및 항복 강도와 비틀림 특성의 관계를 나타내었다. 도 2에 있어서, ○ 표시는 디라미네이션의 발생이 없고 비틀림값이 20회 이상이었던 것을 나타내고, × 표시는 비틀림값이 20회 미만이었던 것을 나타내고 있다. 도 2로부터, 본 발명에서 규정하는 범위 내이면, 고강도로 또한 우수한 비틀림 특성이 얻어지는 것이 명확하다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태 및 실시예에 대하여 설명했지만, 이들 실시 형태, 실시예는 어디까지나 본 발명의 요지 범위 내의 하나의 예에 지나지 않고, 본 발명의 요지로부터 일탈하지 않는 범위 내에서, 구성의 부가, 생략, 치환 및 기타의 변경이 가능하다. 즉 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되지 않고, 첨부의 특허 청구 범위에 의해서만 한정되고, 그 범위 내에서 적절히 변경 가능하다.

Claims

강선이며,
화학 조성이 질량％로,
C: 0.75 내지 1.10％,
Si: 0.10 내지 1.40％,
Mn: 0.10 내지 1.0％,
Al: 0 내지 0.10％,
Ti: 0 내지 0.10％,
Cr: 0 내지 0.60％,
V: 0 내지 0.10％,
Nb: 0 내지 0.10％,
Mo: 0 내지 0.20％,
W: 0 내지 0.50％,
B: 0 내지 0.0030％
를 함유하고,
N: 0.0060％ 이하,
P: 0.030％ 이하,
S: 0.030％ 이하
로 제한되고,
잔부는 Fe 및 불순물을 포함하고,
상기 강선의 축선을 포함하는 축 방향을 따른 L 단면의 상기 강선의 표면으로부터 100㎛의 깊이보다도 축선측의 영역에 있어서, 금속 조직이 면적률로, 90％ 이상의 신선 펄라이트를 포함하고,
상기 L 단면의 상기 강선의 상기 표면으로부터 100㎛의 깊이까지의 영역에 있어서, 금속 조직이 면적률로, 70％ 이상의 상기 신선 펄라이트를 포함하고,
상기 강선의 직경을 단위 mm로 D, 상기 강선의 상기 표면의 비커스 경도의 표준 편차를 σ_HV, 상기 강선의 항복 강도를 Rp₀ _.2라 정의했을 경우에, 하기의 (1) 식을 만족시키고,
인장 강도가 1770MPa 이상인
것을 특징으로 하는 강선.
σ_HV<(-9500×ln(D)+30000)×exp(-0.003×Rp_0.2)… (1)
제1항에 있어서, 상기 화학 조성이 질량％로,
Al: 0.001 내지 0.10％,
Ti: 0.001 내지 0.10％,
Cr: 0％ 초과, 0.60％ 이하,
V: 0％ 초과, 0.10％ 이하,
Nb: 0％ 초과, 0.10％ 이하,
Mo: 0％ 초과, 0.20％ 이하,
W: 0％ 초과, 0.50％ 이하,
B: 0％ 초과, 0.0030％ 이하,
로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유하는
것을 특징으로 하는 강선.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강선의 표면 상에, Zn, Al, Cu, Sn, Mg, Si의 어느 1종 이상을 포함하는 피복층을 갖는 것을 특징으로 하는 강선.