KR20190067831A

KR20190067831A - 강선재 및 강선재의 제조 방법

Info

Publication number: KR20190067831A
Application number: KR1020197012888A
Authority: KR
Inventors: 도시유키 마나베; 도시히코 데시마; 요시히로 다이토; 다이스케 히라카미; 나오키 마츠이
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2019-06-17
Also published as: EP3527681A1; MX2019004146A; CN109963957A; US20200048731A1; WO2018069954A1; JPWO2018069954A1; CA3039303A1; JP6587036B2; BR112019006654A2; EP3527681A4

Abstract

본 발명의 일 양태에 관한 강선재는, 화학 성분이 소정의 범위 내에 있고, 중심부에 있어서의 조직은, 80∼100면적％의 펄라이트와, 합계 0면적％ 이상 20면적％ 미만의 초석 페라이트, 초석 시멘타이트, 마르텐사이트, 및 베이나이트를 포함하고, 상기 중심부의 상기 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 50∼100㎚이고, 상기 중심부의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이가 1.9㎛ 이하이고, 상기 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 15.0∼30.0㎛이고, 표층부에 있어서의 조직은, 70∼100면적％의 상기 펄라이트를 포함하고, 상기 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 상기 중심부의 상기 평균 펄라이트 블록 사이즈의 0.40배 이상, 0.87배 이하이다.

Description

강선재 및 강선재의 제조 방법

본 발명은, 가공 송전선 및 각종 로프 등의 재료로서 사용되는 강선재, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

강심 알루미늄 연선(Aluminum Conductor Steel-Reinforced cable, 이하 「ACSR」)은, 아연 도금 강선을 중심에 배치하고, 그 주위에 경 알루미늄선을 동심원에 각 층 번갈아 반대로 꼬아 합친 구성을 갖는 전선이다. ACSR용 강선은, 종래, 알루미늄 와이어의 텐션 멤버로서의 역할을 주로 담당하고 있다. ACSR용 강선으로서, 펄라이트 강을 신선하고 아연 도금을 실시하여 얻어지는 강선, 및 내식성을 향상시키기 위해 표층으로서 알루미늄층이 형성된 강선재를 신선하여 얻어지는 알루미늄 클래드 강선(Aluminum-Clad Steel Wire) 등이, 종래 사용되고 있다.

송전 효율의 향상의 관점에서는, 전선 전체의 비중을 저감시켜 알루미늄 면적을 증가시키기 위해, ACSR용 강선의 강심부의 고강도화, 그리고 세경화가 요구된다.

예를 들어, ACSR의 송전 효율 향상을 위한 수단으로서, ACSR을 경량화하고, 알루미늄 단면적을 증가시키는 것, 및 강선의 전기 저항을 저감시키는 것 등이 있다. 예를 들어, ACSR의 경량화의 관점에서, 특허문헌 1에 있어서, ACSR의 심선을 탄소 섬유로 함으로써 ACSR의 비중을 경량화시키는 방법이 개시되어 있다. 또한, 강선의 전기 저항의 저감의 관점에서, 특허문헌 2에 있어서, 강선의 C, Si 및 Mn의 함유량을 소량으로 규정함으로써 강선의 전기 전도성을 향상시키는 방법이 개시되어 있다.

또한, 국제 전기 표준 회의가 제정한 IEC61232에서는, 알루미늄 클래드 강선에 요구되는 비틀림 특성으로서 20회 이상이 규정되어 있다. 따라서 알루미늄 클래드 강선에는, 고강도화 및 세경화 외에도 고연성화도 요구된다. 비틀림 특성을 향상시키는 관점에서, 특허문헌 3에 있어서, Ni를 강선에 미량 첨가함으로써 강선의 펄라이트 블록 사이즈와 라멜라 간격을 미세화하고, 강선의 단면 수축값과 강도를 향상시키는 방법이 개시되어 있다.

그러나 상술한 특허문헌 1에 개시된 기술에 의해 얻어지는 ACSR은, 고가인 탄소 섬유를 그 심선으로서 사용하므로, 강선을 심선으로서 사용하는 ACSR에 비해 단가가 높다. 또한, 특허문헌 2에 개시된 기술은, 강선의 합금 원소의 함유량을 저하시키고 있으므로, 강선의 강심부의 텐션 멤버로서의 강도를 담보하는 것이 어렵다. 또한 특허문헌 3에 개시된 기술은, Ni를 첨가함으로써 라멜라 페라이트 중에 Ni가 고용되어 강선의 전기 저항을 상승시키므로, 전기 저항 저감의 관점에서는 바람직하지 않다.

또한, 일반적으로, 강선재의 인장 강도와 강선재의 전기 저항률 사이에는 비례 관계인 경향이 있으므로, 높은 인장 강도와 높은 전기 도전율의 양쪽을 갖는 강선재를 제조하는 것은 곤란하다. 최근에는, 전선의 비중 저감을 위해, 바람직하게는 인장 강도 1050㎫ 이상, 더 바람직하게는 1100㎫ 이상의 강선재가 요구되고 있다. 그러나 이러한 수준의 인장 강도를 갖는 강선재에, 상술된 용도를 위해 충분한 전기 도전율을 부여하는 것은, 종래 기술에 따르면 곤란하였다.

일본 특허 공개 제2001-176333호 공보 일본 특허 공개 제2003-226938호 공보 국제 공개 제WO2012/124679호

본 발명은, 상기 사정에 착안하여 이루어진 것이며, 인장 강도가 높고, 인장 강도에 비해 전기 저항률이 상대적으로 낮은 강선재이며, 게다가 비틀림성이 우수한 강선을 제조 가능한 강선재와, 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 특히, 본 발명에서는, 높은 인장 강도에 대해 상대적으로 높은 전기 도전율(즉, 낮은 전기 저항률)을 갖는 강선재, 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상술된 바와 같이, 일반적으로, 강선의 인장 강도와 강선재의 전기 저항률 사이에는 비례 관계의 경향이 있다. 본 발명자들은, 종래의 강선재에 있어서의 인장 강도 TS(㎫)와 전기 저항률 ρ(μΩ·㎝)의 관계를 조사한 결과, 종래의 ACSR용 강선재의 전기 저항률은 실질적으로 이하의 범위 내로 되는 것을 알아냈다.

Si 함유량이 0.100질량％ 이상인 경우, ρ＞0.0155×TS＋1.25

Si 함유량이 0.100질량％ 미만인 경우, ρ＞0.0155×TS－0.95

따라서, 강선재의 인장 강도 TS와 전기 저항률 ρ가, Si 함유량이 0.100질량％ 이상인 경우에 이하의 식(1)을 만족시키고, Si 함유량이 0.100질량％ 미만인 경우에 이하의 식(2)를 만족시킨 경우, 강선재의 전기 저항률이 종래의 수준보다 개선되게 된다.

또한, 식(1) 또는 식(2)의 우변에 인장 강도를 대입하여 얻어지는 값을, 전기 저항률 역치라고 칭하는 경우가 있다. 본 발명에 있어서의 「높은 전기 도전율을 갖는 강선재」라 함은, 그 인장 강도 및 상기 식(1) 또는 식(2)에 기초하여 얻어지는 전기 저항률 역치 이하의 전기 저항률을 갖는 강선재를 의미한다.

본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1) 본 발명의 일 양태에 관한 강선재는, 화학 성분이, 단위 질량％로, C: 0.60∼1.10％, Si: 0.005∼0.350％, Mn: 0.10∼0.90％, Cr: 0.010∼0.300％, N: 0.0100％ 이하, P: 0.030％ 이하, S: 0.030％ 이하, Al: 0∼0.070％, Ti: 0∼0.030％, V: 0∼0.100％, Nb: 0∼0.050％, Mo: 0∼0.20％, 및 B: 0∼0.0030％를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 주위면으로부터 중심축까지의 거리를 단위 ㎜로 r로 할 때, 상기 중심축으로부터 r×0.5까지의 영역인 중심부에 있어서의 조직은, 80∼100면적％의 펄라이트와, 합계 0면적％ 이상 20면적％ 미만의 초석 페라이트, 초석 시멘타이트, 마르텐사이트, 및 베이나이트를 포함하고, 상기 중심부의 상기 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 50∼100㎚이고, 상기 중심부의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이가 1.9㎛ 이하이고, 상기 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 15.0∼30.0㎛이고, 상기 주위면으로부터 r×0.1까지의 영역인 표층부에 있어서의 조직은, 70∼100면적％의 상기 펄라이트를 포함하고, 상기 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 상기 중심부의 상기 평균 펄라이트 블록 사이즈의 0.40배 이상, 0.87배 이하이다.

(2) 상기 (1)에 기재된 강선재는, 상기 화학 성분에 있어서, 단위 질량％로, Si: 0.100∼0.350％이고, 상기 표층부의 상기 평균 펄라이트 블록 사이즈가 17.0㎛ 이하이고, 상기 강선재의 인장 강도 TS[㎫]와 전기 저항률 ρ[μΩ·㎝]의 관계가, 하기 식(i)를 만족시켜도 된다.

(3) 상기 (1)에 기재된 강선재는, 상기 화학 성분에 있어서, 단위 질량％로, Si: 0.005％ 이상 0.100％ 미만이고, 상기 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 상기 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈의 0.80배 이하이고, 또한 상기 강선재의 인장 강도 TS[㎫]와 전기 저항률 ρ[μΩ·㎝]의 관계가, 하기 식(ii)를 만족시켜도 된다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 강선재는, 상기 화학 성분이, 단위 질량％로, Al: 0.001∼0.070％, Ti: 0.002∼0.030％, V: 0 초과 0.100％ 이하, Nb: 0 초과 0.050％ 이하, Mo: 0 초과 0.20％ 이하, B: 0.0003∼0.0030％로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

(5) 본 발명의 다른 양태에 관한 강선재의 제조 방법은, 화학 성분이, 단위 질량％로, C: 0.60∼1.10％, Si: 0.005∼0.350％, Mn: 0.10∼0.90％, Cr: 0.010∼0.300％, N: 0.0100％ 이하, P: 0.030％ 이하, S: 0.030％ 이하, Al: 0∼0.070％, Ti: 0∼0.030％, V: 0∼0.100％, Nb: 0∼0.050％, Mo: 0∼0.20％ 및 B: 0∼0.0030％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 주편을 주조하는 공정과, 상기 주편을, 1150℃ 이상 1250℃ 이하의 온도 범위 내에 있는 가열 온도까지 가열하는 공정과, 상기 주편의 온도를, 상기 가열 온도에서 600∼7200초간 유지하는 공정과, 상기 유지 후의 상기 주편을, 마무리 온도가 950℃ 이상 1050℃ 이하로 되도록 열간 압연하여 열연 강을 얻는 공정과, 상기 열연 강을 780℃ 이상 840℃ 이하의 온도 범위까지 수랭하는 공정과, 상기 수랭 후의 상기 열연 강을, 780℃ 이상 840℃ 이하의 상기 온도 범위 내에서 권취하는 공정과, 상기 권취 후의 상기 열연 강을, 상기 권취 후 9∼25초 이내에, 450℃ 이상 또한 하기 식(iii)에 의해 규정되는 T1℃ 이하의 온도의 용융 솔트에 20∼200초간 침지시킴으로써 파텐팅하는 공정과, 상기 파텐팅 후의 상기 열연 강을, 540∼600℃의 온도 범위에 있는 템퍼링 온도까지 가열하고, 상기 템퍼링 온도에서 30∼600초 유지하고, 그리고 실온까지 냉각함으로써 템퍼링하여, 강선재를 얻는 공정을 구비한다.

r'은, 단위 ㎜로의, 상기 열연 강의 주위면으로부터 중심축까지의 거리이다.

(6) 상기 (5)에 기재된 강선재의 제조 방법에서는, 상기 화학 성분이, 단위 질량％로, Al: 0.001∼0.070％, Ti: 0.002∼0.030％, V: 0 초과 0.100％ 이하,Nb: 0 초과 0.050％ 이하, Mo: 0 초과 0.20％ 이하, B: 0.0003∼0.0030％로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

본 발명에 따르면, 인장 강도가 높고, 인장 강도에 비해 전기 저항률이 상대적으로 낮은 강선재이며, 게다가 비틀림성이 우수한 강선을 제조 가능한 강선재와, 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 강선재의 C 단면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 강선재의 L 단면과, 펄라이트 조직 중의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이의 측정 개소를 나타내는 도면이다.
도 3은 Si양이 0.100％ 미만인 강선재의 표층부의 평균 펄라이트 블록 입경과 중심부의 평균 펄라이트 블록 입경의 비(PBS 비)와, 이들 강선재로부터 얻어지는 와이어의 비틀림값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 Si양이 0.100∼0.350％인 강선재의 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈(표층 PBS)와, 와이어의 비틀림값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 실시 형태에 관한 강선재의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.

본 발명의 실시 형태에 관한 강선재 및 그 제조 방법에 대해, 이하에 설명한다.

도 1에 나타내는 본 실시 형태의 강선재(1)는, 소정의 화학 성분을 갖고 있고, 또한 강선재(1)의 중심축으로부터 r×0.5까지의 영역인 중심부(11)에 있어서의 조직과, 강선재의 주위면으로부터 r×0.1까지의 영역인 표층부(12)의 조직이 소정의 형태로 제어되어 있다. r이라 함은, 강선재(1)의 주위면으로부터 강선재(1)의 중심축까지의 거리이다.

먼저, 본 실시 형태에 관한 강선재의 화학 성분에 대해 설명한다. 화학 성분의 단위는 질량％이다.

(C: 0.60∼1.10％)

C는, 강 중의 펄라이트 조직의 시멘타이트 분율을 증가시킴과 함께, 펄라이트 조직의 라멜라 간격을 미세화시켜 강선재의 강도를 증가시키는 효과가 있다. C 함유량이 0.60％ 미만인 경우, 본 실시 형태에서 규정되는 양의 펄라이트 조직을 얻는 것이 곤란해져, 강선재의 강도가 저하된다. 펄라이트 조직의 양을 규정 범위 내로 하기 위해, C 함유량은 0.60％ 이상으로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.65％ 이상이고, 더 바람직하게는 0.70％ 이상이다. 한편, C 함유량이 1.10％를 초과하는 경우, 강선재의 도전율이 저하됨과 함께, 초석 시멘타이트가 생성되어 강선재의 연성을 저하시킨다. 따라서, C 함유량의 상한을 1.10％로 한다. 강선의 연성을 향상시키기 위해서는, 초석 시멘타이트양을 저감시키는 것이 유효하므로, C 함유량은 1.05％ 이하가 바람직하고, 1.00％ 이하가 보다 바람직하고, 0.95％ 이하가 더욱 바람직하다.

(Si: 0.005∼0.350％)

Si는, 강선재의 ?칭성을 향상시키는 원소이며, 또한 파텐팅 시의 초석 시멘타이트의 생성을 억제하기 위해 유효한 원소이고, 또한 강선재의 고용 강화 및 탈산에도 유효한 원소이다. 그러나 Si 함유량이 0.005％ 미만인 경우, 펄라이트 조직을 소정의 구성으로 제어하는 것이 어려워지는 동시에, C 함유량이 높은 경우의 초석 시멘타이트의 생성을 억제하는 것이 곤란해진다. 따라서 Si 함유량의 하한값을 0.005％로 한다. 한편, Si는, 펄라이트 조직의 페라이트 중에 편석되어, 강선재의 전기 저항률을 증대시킨다. 0.350％를 초과하여 Si를 함유시키면, 강선재의 전기 저항률이 현저하게 증대된다. 따라서 Si 함유량은 0.005∼0.350％로 정한다.

Si 함유량이 많을수록, 강선재의 인장 강도가 증대되고, 또한 강선재의 도전성이 감소한다. 강도가 한층 높여진 강선재가 요구되는 경우, 강선재의 Si 함유량을 0.100∼0.350％로 해도 된다. 이 경우, 후술되는 바와 같이, 강선재의 인장 강도 TS(㎫)와 전기 저항률 ρ(μΩ·cm)가, 하기 식(1)을 만족시키는 것이 바람직하다.

한편, 도전성이 한층 높여진 강선재가 요구되는 경우, 강선재의 Si 함유량을 0.005％ 이상 0.100％ 미만으로 해도 된다. 이 경우, 후술되는 바와 같이, 강선재의 인장 강도 TS(㎫)와 전기 저항률 ρ(μΩ·cm)가, 하기 식(2)를 만족시키는 것이 바람직하다.

또한, Si 함유량을 증대시킴으로써, 조직을 소정의 구성으로 제어하는 것이 용이해져, 수율이 향상되므로, Si 함유량을 바람직하게는 0.010％ 이상, 더 바람직하게는 0.030％ 이상으로 해도 된다. 또한, 한층 낮은 전기 저항률을 갖는 강선재 및 강선을 얻기 위해, Si 함유량을 바람직하게는 0.250％ 이하, 보다 바람직하게는 0.200％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.150％ 이하로 해도 된다.

(Mn: 0.10∼0.90％)

Mn은 탈산 원소인 동시에, 강 중의 S를 MnS로서 고정하여 열간 취성을 억제하는 작용을 가짐과 함께, 고용 S에 의한 도전율의 저하를 억제하는 원소이다. 또한, Mn은, 강선재의 파텐팅 시의 ?칭성을 향상시켜, 강선재의 초석 페라이트 조직의 면적률을 저감시킴과 함께, 강선재의 강도를 증가시키는 효과가 있다. 그러나 Mn 함유량이 0.10％ 미만인 경우, 상기 작용에 의한 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서, Mn 함유량의 하한값을 0.10％로 한다. 한편, Mn은 강의 도전율을 저하시킨다. 따라서, Mn 함유량의 상한값을 0.90％로 한다. 또한, 강의 ?칭성을 충분히 담보하는 동시에, 도전율도 확보하기 위해서는, Mn의 함유량의 상한을, 바람직하게는 0.80％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.60％ 이하로 한다.

(Cr: 0.010％∼0.300％ 이하)

Cr은, ?칭성 향상 원소인 동시에, 펄라이트의 라멜라 간격을 작게 하여 강선재의 인장 강도를 높이는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해, Cr 함유량을 0.010％ 이상으로 할 필요가 있다. Cr 함유량은, 보다 바람직하게는 0.020％ 이상이다. 한편, Cr의 분배가 일어나기 어려운 파텐팅 조건에서 강선재를 제조한 경우, Cr이 도전율을 저하시키는 경우가 있다. 도전율 저하를 방지하기 위해, Cr 함유량의 상한값을 0.300％로 한다. Cr 함유량은, 더욱 바람직하게는 0.250％ 이하이다.

본 실시 형태에 관한 강선재에 있어서는 또한, N, P 및 S의 함유량을 하기와 같이 규제한다. N, P 및 S는 본 실시 형태에 관한 강선재에 필요하지 않으므로, N, P 및 S의 함유량의 하한값은 0％이다.

(N: 0.0100％ 이하)

N은, 냉간 가공 시의 변형 시효에 의해, 강의 연성을 저하시킨다. 특히, N 함유량이 0.0100％를 초과하는 경우, 강선재의 연성이 저하되고, 게다가 도전율도 저하된다. 따라서, N 함유량을 0.0100％ 이하로 규제한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.0080％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.0050％ 이하이다.

(P: 0.030％ 이하)

P는, 페라이트의 고용 강화에 기여하지만, 강선재의 연성을 대폭 저하시킨다. 특히, P 함유량이 0.030％를 초과하는 경우, 강선재를 강선으로 신선 가공할 때의 신선 가공성의 저하가 현저해진다. 따라서, P 함유량은 0.030％ 이하로 규제한다. P 함유량은, 바람직하게는 0.012％ 이하이다.

(S: 0.030％ 이하)

S는, 적열 취성을 야기하여, 강의 연성을 더욱 저하시키는 원소이다. S 함유량이 0.030％를 초과하는 경우, 강선재의 연성 저하가 현저해진다는 점에서, S의 함유량을 0.030％ 이하로 규제한다. S 함유량은, 바람직하게는 0.010％ 이하이다.

본 실시 형태에 관한 강선재는, 상기 원소 외에, Al, Ti, V, Nb, Mo 및 B로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유해도 된다. 그러나 본 실시 형태에 관한 강선재는 Al, Ti, V, Nb, Mo 및 B를 포함하는 일 없이 우수한 특성을 발휘할 수 있으므로, Al, Ti, V, Nb, Mo 및 B의 함유량의 하한값은 0％이다.

(Al: 0∼0.070％)

Al은, 탈산 원소인 동시에, 질화물을 생성함으로써, N의 고정과 오스테나이트 입경의 미세화를 행할 수 있는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해, Al 함유량을 0.001％ 이상으로 해도 된다. 또한, Al이 질화물로서 고정되지 않고, 라멜라 페라이트 중에서 프리 Al로서 존재하는 경우, 강선재의 도전율이 저하된다. 그 때문에, Al 함유량의 상한값을 0.070％로 한다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.060％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.050％ 이하이다.

(Ti: 0∼0.030％)

Ti는, 탈산 원소인 동시에, 탄질화물을 생성함으로써, 오스테나이트 입경의 미세화를 행할 수 있는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해, Ti 함유량을 0.002％ 이상으로 해도 된다. 한편, Ti 함유량이 0.030％를 초과하는 경우, 제강 단계에서 조대한 질화물이 혼입되는 경우가 있는 동시에, 열연 강의 파텐팅 처리 중에 탄화물이 석출되어, 강선재의 연성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Ti 함유량의 상한을 0.030％로 한다. Ti 함유량은 바람직하게는 0.025％ 미만이다.

(V: 0∼0.100％)

V는, ?칭성 향상 원소인 동시에, 탄질화물로서 석출됨으로써 강의 인장 강도를 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위해, V 함유량을 0％ 초과, 또는 0.002％ 이상으로 해도 된다. 한편, V 함유량이 과잉인 경우, 파텐팅 시의 변태 종료 시간이 길어지는 동시에, 조대한 탄질화물의 석출에 의해 강선재의 연성 및 인성이 저하된다. 그 때문에, V 함유량의 상한을 0.100％로 한다. V 함유량은, 바람직하게는 0.080％ 이하이다.

(Nb: 0∼0.050％)

Nb는, ?칭성 향상 원소인 동시에, 탄화물로서 석출됨으로써 오스테나이트 입경의 미세화를 행할 수 있는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해, Nb 함유량을 0％ 초과, 또는 0.002％ 이상으로 해도 된다. 한편, Nb 함유량이 0.050％를 초과하는 경우, 파텐팅 시의 변태 종료 시간이 길어진다. 그 때문에, Nb 함유량을 0.050％ 이하로 한다. Nb 함유량은, 바람직하게는 0.002∼0.020％이다.

(Mo: 0∼0.20％)

Mo는, ?칭성을 향상시키면서, 또한 초석 페라이트양을 저감시키는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해, Mo 함유량을 0％ 초과, 또는 0.02％ 이상으로 해도 된다. 단, Mo 함유량이 과잉인 경우, 강선재의 파텐팅 시의 변태 종료 시간이 길어진다. 그 때문에, Mo 함유량의 상한값을 0.20％로 한다. Mo 함유량은, 바람직하게는 0.10％ 이하이다.

(B: 0∼0.0030％)

B는, ?칭성 향상 원소인 동시에, 초석 페라이트의 생성을 억제하여 펄라이트양을 향상시키는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해, B 함유량을 0.0003％ 이상으로 해도 된다. 한편, B 함유량이 0.0030％를 초과하는 경우, 강선재의 파텐팅 시에, 과냉 상태의 오스테나이트 입계 상에 M₂₃(C, B)₆이 석출되어, 와이어의 연성이 손상된다. 그 때문에, B 함유량을 바람직하게는 0.0003∼0.0030％로 한다. B 함유량은, 더 바람직하게는 0.0020％ 이하이다.

본 실시 형태에 관한 강선재의 화학 성분의 잔부는 철 및 불순물을 포함한다. 불순물은, 원료 또는 강의 제조 공정으로부터 혼입되는 원소이며, 본 실시 형태에 관한 강선재에 악영향을 미치지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.

다음으로, 본 실시 형태에 관한 강선재의 조직에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 강선재의 인장 강도의 목표값은, 바람직하게는 1050㎫ 이상, 더 바람직하게는 1100㎫ 이상이다. 이러한 인장 강도를 가지면서, 높은 도전성 및 연성을 갖는 강선재를 얻기 위해서는, 본 실시 형태에 관한 강선재(1)의 중심부(11) 및 표층부(12)가 이하에 설명하는 조직을 구비하고 있을 필요가 있다. 중심부(11) 및 표층부(12)의 구성이 적절하게 제어되어 있는 한, 중심부(11)와 표층부(12) 사이에 있는 천이 영역의 구성을 별도로 제어할 필요는 없다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 강선재의 천이 영역의 구성은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 본 실시 형태에 관한 강선재의 인장 강도는 상기 목표값에 한정되는 것은 아니며, 용도에 따라서 설정되면 된다.

(중심부의 조직: 80∼100면적％의 펄라이트와, 합계 0면적％ 이상 20면적％ 미만의 초석 페라이트, 베이나이트, 초석 시멘타이트, 및 마르텐사이트 등을 포함함)

중심부의 조직은, 80∼100면적％의 펄라이트 조직과, 합계 0면적％ 이상 20면적％ 미만의 초석 페라이트, 베이나이트 조직, 초석 시멘타이트 및 마르텐사이트 등의 펄라이트 이외의 조직을 포함한다. 중심부의 펄라이트 조직의 양이 80면적％ 미만이 되고, 펄라이트 이외의 조직의 양이 20면적％ 이상이 되면, 충분한 인장 강도가 얻어지지 않는다. 인장 강도를 한층 향상시키기 위해, 본 실시 형태에 관한 강선재의 중심부에 있어서의 펄라이트양의 하한값을 82면적％, 85면적％, 87면적％, 90면적％, 또는 92면적％로 해도 되고, 펄라이트 이외의 조직의 양의 상한값을 18면적％, 15면적％, 13면적％, 10면적％, 또는 8면적％로 해도 된다. 본 실시 형태에 관한 강선재의 중심부의 조직은, 펄라이트 이외의 조직을 필요로 하지 않으므로, 본 실시 형태에 관한 강선재의 중심부에 있어서의 펄라이트양의 상한값은 100면적％이고, 펄라이트 이외의 조직의 양의 하한값은 0면적％이다. 그러나 수율의 향상을 위해, 본 실시 형태에 관한 강선재의 중심부에 있어서의 펄라이트양의 상한값을 99면적％, 98면적％, 또는 97면적％로 해도 되고, 펄라이트 이외의 조직의 양의 하한값을 1면적％, 2면적％, 또는 3면적％로 해도 된다.

(표층부의 조직: 70∼100면적％의 펄라이트를 포함함)

표층부의 조직은, 70∼100면적％의 펄라이트를 포함한다. 강선재의 표층부와 중심부에서, 강선재의 제조 단계, 열처리 단계에서 각각 가공과 열 이력이 상이하여, 실제의 변태 온도는 중심부에 비해 표층부가 낮아진다. 따라서, 강선재의 표층부의 펄라이트양은, 강선재의 중심부의 펄라이트양보다 적어지는 것이 통상이다. 그러나 강선재의 표층부의 펄라이트양이 70％ 미만이 되는 경우, 강선재의 표층부의 연성이 부족하므로, 강선재의 비틀림 특성이 악화된다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 강선재의 표층부의 펄라이트양은 70면적％ 이상이 된다. 강선재의 표층부의 펄라이트양의 하한값을 72면적％, 75면적％, 또는 80면적％로 해도 된다. 본 실시 형태에 관한 강선재의 표층부의 조직은, 펄라이트 이외의 조직을 필요로 하지 않으므로, 본 실시 형태에 관한 강선재의 표층부에 있어서의 펄라이트양의 상한값은 100면적％이고, 펄라이트 이외의 조직의 양의 하한값은 0면적％이다. 그러나 수율의 향상을 위해 본 실시 형태에 관한 강선재의 표층부에 있어서의 펄라이트양의 상한값을 99면적％, 98면적％, 또는 97면적％로 해도 되고, 펄라이트 이외의 조직의 양의 하한값을 1면적％, 2면적％, 또는 3면적％로 해도 된다. 강선재의 표층부에 포함되는 펄라이트 이외의 조직으로서는, 강선재의 중심부와 마찬가지로, 초석 페라이트, 베이나이트 조직, 초석 시멘타이트, 및 마르텐사이트 등이 예시된다. 단, 강선재의 표층부는 큰 가공 변형을 받으므로, 강선재의 표층부에는, 심하게 변형되었기 때문에 그 종류를 판별할 수 없는 조직도 포함되는 경우가 있다. 강선재의 표층부에 있어서의 펄라이트양이라 함은, 이러한 종류를 판별할 수 없는 조직의 양을 포함하지 않는 값이다.

또한, 펄라이트는, 페라이트와 시멘타이트가 층상으로 중첩된 라멜라 구조를 갖는다. 본 실시 형태에 있어서, 라멜라 페라이트(펄라이트를 구성하는 페라이트) 및 라멜라 시멘타이트(펄라이트를 구성하는 시멘타이트)와, 상술한 초석 페라이트 및 초석 시멘타이트는 구별된다.

(중심부의 펄라이트의 평균 라멜라 간격: 50∼100㎚)

본 실시 형태에 관한 강선재의 중심부의 펄라이트 조직의 평균 라멜라 간격은 50∼100㎚의 범위이다. 합금 원소의 라멜라 페라이트 중으로의 분배가 동등한 경우는, 라멜라 간격이 작을수록 도전율이 향상된다. 따라서 강선재의 중심부의 펄라이트 조직의 평균 라멜라 간격은 100㎚ 이하로 한다. 강선재의 중심부의 펄라이트 조직의 평균 라멜라 간격의 상한은, 바람직하게는 98㎚, 95㎚, 93㎚, 또는 90㎚이다. 한편, 중심부의 펄라이트 조직의 평균 라멜라 간격이 50㎚를 하회하는 성분·열처리 조건하인 경우, 합금 원소량이 높고, 또한 합금 원소가 분배되기 어렵기 때문에, 50㎚를 하한으로 하였다.

(중심부의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이: 1.9㎛ 이하)

본 실시 형태에 관한 강선재의 중심부의 펄라이트 중의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이는, 강선재의 도전율과 상관이 있어, 라멜라 시멘타이트가 분단됨으로써 라멜라 시멘타이트의 평균 길이가 짧아질수록, 강선재의 도전성이 높아지는 것을 본 발명자들은 알아냈다. 강선재의 중심부의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이가 1.9㎛ 초과인 경우, 강선재의 도전성은 충분히 향상되지 않는다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 강선재의 중심부의 펄라이트 중의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이는 1.9㎛ 이하로 한다. 중심부의 펄라이트 중의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이는, 바람직하게는 1.8㎛ 이하, 1.6㎛ 이하, 1.5㎛ 이하, 1.4㎛ 이하, 또는 1.3㎛ 이하이다. 강선재의 중심부의 라멜라 시멘타이트를 분단하고, 그 평균 길이를 1.9㎛ 이하로 하기 위해서는, 후술하는 바와 같이, 강선재의 중심부의 평균 펄라이트 블록 입경을 15㎛ 이상으로 하고, 또한 강선재의 제조 방법이 템퍼링을 포함할 필요가 있다.

(중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈: 15.0∼30.0㎛)

상술된 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 강선재의 중심부의 펄라이트 중의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이는 1.9㎛ 이하로 될 필요가 있다. 이러한 라멜라 시멘타이트를 갖는 강선재를 얻기 위해서는, 후술되는 바와 같이, 강선재의 중간 재료인 열연 강을, 펄라이트를 생성시키는 파텐팅 공정 후에 소정 조건하에서 템퍼링하여, 라멜라 시멘타이트를 분단할 필요가 있다. 본 발명자들은, 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 작을수록, 템퍼링 시에 라멜라 시멘타이트가 분단되기 어려워지는 것을 알아냈다.

본 발명자들이 파악한 바로는, 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 15.0㎛ 미만인 경우에, 중심부의 펄라이트 중의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이를 1.9㎛ 이하로 하는 것이 매우 곤란해졌다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 강선재의 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈는 15.0㎛ 이상으로 될 필요가 있다. 강선재의 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈를 17.0㎛ 이상, 18.0㎛ 이상, 또는 20.0㎛ 이상으로 규정해도 된다.

한편, 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 클수록, 강선재의 연성이 작아진다. 후술되는, 강선재의 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈만을 작게 한다고 하는 특징에 의해, 강선재의 라멜라 시멘타이트 분단을 방해하는 일 없이 강선재의 연성을 확보할 수 있다. 그러나 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 30.0㎛ 초과인 경우, 이 특징을 활용하였다고 해도 강선재의 연성을 바람직하게 유지할 수 없다. 따라서, 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈는 30.0㎛ 이하로 될 필요가 있다. 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈를 27.0㎛ 이하, 25.0㎛ 이하, 또는 20.0㎛ 이하로 규정해도 된다.

(표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈: 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈의 0.40배 이상 0.87배 이하)

강선재의 표층부의 조직은, 강선재를 신선 가공하여 얻어지는 와이어(강선)의, 비틀림 변형에 대한 연성에 크게 영향을 미친다. 강선재의 표층부의 펄라이트 블록 사이즈를 미세화함으로써, 조직의 불균일성을 억제하고, 강선재를 신선 가공하여 얻어지는 와이어의 연성을 향상시킬 수 있다. 그러나 상술된 바와 같이, 강선재 전체에서 펄라이트 블록 사이즈를 미세화하면, 라멜라 시멘타이트의 분단을 방해할 수 있다. 따라서, 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈에 대한 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈의 비(이하 「PBS 비」라고 약기하는 경우가 있음)가 0.87 이하로 되도록, 표층부의 펄라이트 블록을 미세화시킬 필요가 있다. 이에 의해, 라멜라 시멘타이트의 분단을 방해하는 일 없이 강선재의 연성(및, 강선재를 신선 가공하여 얻어지는 와이어의 연성)을 확보할 수 있다. PBS 비는, 더 바람직하게는 0.85 이하로 한다. 또한, PBS 비의 하한값은 특별히 한정되는 것은 아니지만, PBS 비를 0.40 미만으로 하는 것은 설비 능력 등을 감안하면 곤란하므로, PBS 비의 하한값을 0.40, 0.50, 또는 0.60으로 해도 된다.

또한, Si 함유량이 0.005％ 이상 0.100％ 미만의 범위 내에 있는 강선재(이하, 「저Si 강선재」라고 약기함)에서는, 그 PBS 비가 0.80 이하인 것이 바람직하다. 도 3은, 저Si 강선재의 PBS 비와, 이들 저Si 강선재로부터 얻어지는 와이어의 비틀림값의 관계를 나타내는 그래프이다. 본 발명자들은, 다양한 저Si 강선재를 제조하여, 이들 저Si 강선재의 PBS 비와, 이들 저Si 강선재로부터 얻어지는 와이어의 비틀림값을 측정하였다. 그 결과, 도 3에 나타내는 바와 같이, 저Si 강선재의 PBS 비가 작을수록 와이어의 비틀림값이 크고, 특히 PBS 비가 0.80 이하인 경우에 와이어의 비틀림값이 현저하게 높아지는 것을 알 수 있었다. Si 함유량이 0.10％보다 적으면 펄라이트 블록의 성장 속도가 빨라져, 펄라이트 블록 사이즈가 조대화되기 쉬워지기 때문에, 중심부의 조직과 비교하였을 때에 PBS의 절댓값보다 PBS 비 쪽이, 표층 조직의 연성을 나타내는 지표로서 적당하다. 또한, PBS 비가 0.87 초과인 저Si 강선재로부터 얻어지는 와이어에는 시험 중에 딜라미네이션이 발생하였다.

또한, Si 함유량이 0.100∼0.350％의 범위 내에 있는 강선재(이하, 「고Si 강선재」라고 약기함)에서는, 강선재의 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈(표층 PBS)를 17.0㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 16.0㎛ 이하로 하는 것이 한층 바람직하다. 도 4는, 고Si 강선재의 표층 PBS와, 이들 강선재로부터 얻어지는 와이어의 비틀림값의 관계를 나타내는 그래프이다. 본 발명자들은, 다양한 고Si 강선재를 제조하고, 이들 고Si 강선재의 표층 PBS와, 이들 고Si 강선재로부터 얻어지는 와이어의 비틀림값을 측정하였다. 그 결과, 도 4에 나타내는 바와 같이, 고Si 강선재의 표층 PBS가 작을수록 와이어의 비틀림값이 크고, 특히 표층 PBS가 17.0㎛ 이하인 경우에 와이어의 비틀림값이 현저하게 높아지는 것을 알 수 있었다.

본 실시 형태에 관한 강선재에 있어서는, ACSR로서의 강선재의 강도와 도전율의 양쪽을 높인다고 하는 관점에서, 강선재의 인장 강도 TS(㎫)와, 전기 저항률 ρ(μΩ·㎝)의 관계를, 고Si 강선재에서는 식(1)을 사용하여 규정하고, 저Si 강선재에서는 식(2)을 사용하여 규정하는 것이 바람직하다.

고Si 강선재는, 도전성에 관한 제한이 엄격하지 않지만 높은 인장 강도가 요구되는 제품에 사용된다. 저Si 강선재는, 인장 강도에 관한 제한이 엄격하지 않지만 높은 도전성이 요구되는 제품에 사용된다. 이러한 용도의 차이를 감안하여, 고Si 강선재와 저Si 강선재는, 인장 강도와 전기 저항률의 관계를 서로 다른 식을 사용하여 규정하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 관한 강선재는, 상술한 여러 특징을 가지므로, 식(1) 또는 식(2)를 만족시키는 인장 강도 및 전기 저항률을 갖는다.

다음으로, 본 실시 형태에 관한 강선재의 조직의 특정 방법에 대해 설명한다. 이하, 강선재의 길이 방향에 평행하고, 또한 강선재의 중심축을 포함하는 단면을 L 단면이라고 칭하고, 강선재의 길이 방향에 수직인 단면을 C 단면이라고 칭한다.

중심부(11)의 펄라이트 평균 라멜라 간격은, 강선재의 L 단면에 대해, 경면 연마를 행하고, 피크럴에 의해 에칭을 실시하고, FE-SEM(전계 방출형 주사 전자 현미경)으로 조직 관찰을 행하여, 조직 관찰의 결과를 해석함으로써 구한다. 조직 관찰은, 도 2에 나타내는 9개의 관찰 개소(13)에서 행해진다. 강선재(1)의 L 단면에 있어서의 관찰 개소(13)는, 네 변의 길이가 강선재(1)의 반경 r과 동등하고, 두 변이 강선재(1)의 길이 방향에 평행하고, 중심이 강선재(1)의 중심축(14) 상에 있는 직사각형 영역의, 정점과 중심과 네 변의 중점에 배치된다. 각 관찰 개소(13)에 있어서, 10000배의 배율로, 30％ 이상이 애스펙트비가 3 이하인 점열 형상의 시멘타이트가 되는 영역을 피하여, 단면의 표면을 FE-SEM으로 촬영한다. 촬영 영역의 전자 화상을 화상 해석하여 라멜라 시멘타이트 부분을 2치화하고, 두께를 없애 선분화하고, 또한 전자 화상의 픽셀마다 세로선 또는 가로선을 그어, 시멘타이트에 의해 구획되는 선분의 길이의 평균값의 1/2을 평균 라멜라 간격으로 하였다. 또한, 이 평균 라멜라 간격은, 「계량 형태학」(마키시마 외, 1972년 7월 30일 발행, 우치다 로카쿠호) p115∼p117에 기재된 원리에 기초하는 것이다. 9개의 관찰 개소(13)에 관한 9개의 FE-SEM 상에 있어서의 평균 라멜라 간격의 평균값을, 강선재의 중심부의 평균 라멜라 간격으로 간주할 수 있다.

또한, 중심부(11)의 펄라이트 조직 중의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이는, 이하의 순서에 의해 구할 수 있다. 상기 촬영한 FE-SEM 상에 있어서, 상기와 마찬가지로 라멜라 시멘타이트 부분을 2치화하고, 이것을 화상 해석함으로써, FE-SEM 상에 포함되는 펄라이트의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이를 산출한다. 그리고 9개의 관찰 개소(13)에 관한 9개의 FE-SEM 상에 있어서의 평균 라멜라 시멘타이트 길이의 평균값을, 중심부의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이로 간주할 수 있다.

또한, 중심부의 펄라이트 조직률은, 이하의 순서에 의해 구할 수 있다. 상기 강선재의 절단면의 평균 라멜라 간격의 9개의 관찰 개소(13)에 대해, 2000배의 배율로 금속 조직 사진을 촬영한다. 각 사진에 있어서, 펄라이트 이외의 조직 부분을 마킹하여 둘러싸고, 그 면적률을 화상 해석에 의해 측정한다. 전체로부터의 펄라이트 이외의 조직 부분의 면적률의 차분이, 각 사진에 있어서의 펄라이트 면적률이다. 이, 각 사진에 있어서의 펄라이트 면적률의 평균값을, 중심부의 펄라이트 조직률로 간주할 수 있다.

강선재의 주위면으로부터 r×0.1까지의 영역인 표층부의 펄라이트 조직률은, 이하의 순서에 의해 구할 수 있다. 강선재의 주위면으로부터 r×0.05의 깊이를 중심으로 하는 금속 조직 사진을, 2000배의 배율로, 강선재의 C 단면(압연면에 수직인 단면)에 있어서 적어도 4개소에서 촬영한다. 촬영 개소는, C 단면의 외주를 따라 균등하게 배치되어 있는 것이 바람직하고, 예를 들어 촬영 개소가 4개소인 경우, C 단면의 외주를 따라 90°마다 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이들 금속 조직 사진에 있어서의 펄라이트 면적률을, 중심부의 펄라이트 조직률의 측정 방법과 마찬가지의 수단에 의해 구하면 된다. 각 사진에 있어서의 펄라이트 면적률의 평균값을, 표층부의 펄라이트 조직률로 간주할 수 있다.

강선재의 중심부 및 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈는, EBSD(전자 후방 산란 회절상법)에 의해 구할 수 있다. 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈는, 강선재의 L 단면의, 도 2에 나타내는 9개의 관찰 개소(13)에 대해, 시야 사이즈를 250㎛×250㎛로 하여, 각 시야에 있어서의 평균 펄라이트 블록 사이즈를 EBSD법으로 측정하고, 이어서 각 시야의 평균 펄라이트 블록 사이즈의 평균값을 산출함으로써 구할 수 있다. 또한, 측정에서는 방위 차 9°이상의 경계로 둘러싸인 영역을 하나의 펄라이트 블록 입자로 간주하고, Johnson-Saltykov의 측정 방법을 사용하여 해석한다. 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈는, 강선재의 C 단면의, C 단면의 외주를 따라 균등하게 배치되어 있는 적어도 4개의 관찰 개소에 대해 중심부와 마찬가지로 측정을 행함으로써 구할 수 있다. 측정 시야의 중심은, 강선재의 주위면으로부터 r×0.05의 깊이가 된다.

강선재의 전기 저항은 이하의 순서로 측정이 행해진다. 강선재의 표층 스케일을 제거하고, 교정하여 직봉으로 한 후, 4단자법에 의해 전기 저항을 측정한다. 측정하는 길이와 전류값은, 통전에 의해 강선재의 온도가 변화되지 않는 범위에서 설비에 따라서 선정하고, 유효 숫자 3자리째까지를 측정한다.

다음으로, 본 실시 형태에 관한 강선재의 제조 방법을 설명한다. 본 실시 형태의 강선재의 제조 방법은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 주편을 주조하는 공정 S1과; 상기 주편을 가열하는 공정 S2와; 상기 가열 후의 상기 주편의 온도를 유지하는 공정 S3과; 상기 유지 후의 상기 주편을 열간 압연하여 열연 강을 얻는 공정 S4와; 상기 열연 강을 수랭하는 공정 S5와; 상기 수랭 후의 상기 열연 강을 권취하는 공정 S6과; 상기 권취 후의 상기 열연 강을 파텐팅하는 공정 S7과; 상기 파텐팅 후의 상기 열연 강을 템퍼링하여 강선재를 얻는 공정 S8을 갖는다. 제조 조건에 대해, 이하에 상세하게 설명한다.

(주조 S1)

본 실시 형태에 관한 강선재의 제조 방법에서는, 먼저, 강을 용제한 후, 연속 주조 등에 의해, 본 실시 형태에 관한 강선재의 화학 성분을 갖는 주편을 제조한다. 후술되는 열간 압연 전에, 주편에 분괴 압연을 행하여 강편을 얻어도 된다.

(가열 S2: 가열 온도 1150℃ 이상 1250℃ 이하)

(유지 S3: 상기 가열 온도에서의 유지 시간 600초 이상 7200초 이하)

주편은, 열간 압연 전에, 그 단면의 평균 온도가 1150∼1250℃의 범위 내에 있는 가열 온도까지 가열되고, 이어서 이 가열 온도에서 600초 이상 유지된다. 또한, 가열 S2에 있어서의 주편의 최대 온도를 가열 온도라고 칭한다. 이들 조건하에서의 가열 유지가 행해지지 않는 경우, 주편에 포함되는 탄질화물의 용체화가 불충분해져, 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 상술된 규정 범위 밖이 된다. 또한, 상술된 바와 같이, 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 규정 범위 내로 되지 않으면 라멜라 시멘타이트의 분단이 진행되지 않으므로, 이 조건하에서의 가열 유지가 행해지지 않는 경우, 중심부의 라멜라 시멘타이트의 평균 시멘타이트 길이도 상술된 범위 밖이 되어, 강선재의 도전성이 손상된다. 또한, 유지 시간은, 탈탄 억제의 관점에서, 바람직하게는 7200초 이하이다.

(열간 압연 S4: 마무리 온도 950℃ 이상 1050℃ 이하)

주편 압연 후에 한 번 냉각되고, 다시 가열 유지된 강편은, 열간 압연되어 열연 강이 된다. 열간 압연에서는, 마무리 온도를 950∼1050℃로 할 필요가 있다. 마무리 온도가 부적절한 경우, 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 규정 범위 밖이 된다. 그 이유는, 마무리 온도 1050℃ 초과에서는, 열간 압연 후의 오스테나이트 입자가 조대화되므로, 그 후의 냉각에 있어서 펄라이트가 충분히 생성되지 않고, 이에 의해 표층부의 연성이 얻어지지 않게 되기 때문이며, 마무리 온도 950℃ 미만에서는, 표층부와 중심부의 펄라이트 블록 사이즈 비를 규정의 범위에 포함시키는 것이 곤란해지기 때문이다.

(수랭 S5: 냉각 정지 온도 780℃ 이상 840℃ 이하)

(권취 S6: 권취 온도 780℃ 이상 840℃ 이하)

(파텐팅 S7: 권취 종료로부터 침지 개시까지의 시간 9∼25초 이내, 용융 솔트 온도 450℃ 이상 T1℃ 이하, 침지 시간 20∼200초)

다음으로, 마무리 압연 후의 열연 강은 수랭되어, 권취된다. 수랭 정지 온도 및 권취 온도는 780∼840℃의 범위 내가 된다. 이어서, 권취된 열연 강은, 권취 후 9∼25초 이내에, 450℃ 이상 T1℃ 이하의 온도의 용융 솔트에 20초 이상 침지됨으로써 파텐팅된다. T1은 후술하는 식(3)에 의해 정의되는 값이다. 식(3)에 포함되는 기호 「r'」은, 열연 강의 반경(즉, 열연 강의 반경)을 단위 ㎜로 나타낸다. 수랭, 권취 및 파텐팅은, 강선재의 펄라이트의 구성을 제어하기 위해 가장 중요하다. 또한, 용융 솔트에의 침지 시간은, 생산성의 관점에서, 200초 이하인 것이 바람직하다.

수랭 정지 온도 및 권취 온도, 그리고 권취 종료로부터 침지 개시까지의 시간이 상술한 범위 밖인 경우, 강선재의 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈의 0.87배 이하로 되지 않는다. 그 이유는, 표층부의 오스테나이트 입경이 조대화되어, 펄라이트 블록 사이즈도 조대화되기 때문이다. 또한, 수랭은 열간 압연 종료의 직후에 개시된다. 따라서 수랭 개시 온도는, 상술한 마무리 온도와 실질적으로 동일해진다. 수랭 개시 온도가 950℃ 미만인 경우도, 펄라이트의 구성이 적절하게 제어되지 않을 우려가 있다고 추정된다.

용융 솔트 온도가 상술한 범위 밖인 경우, 강선재의 중심부의 펄라이트양이 80면적％ 미만이 되거나, 혹은 강선재의 중심부의 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 100㎚ 초과가 된다. 그 이유는, 예를 들어 용융 솔트 온도가 450℃ 미만인 경우는 베이나이트 조직의 형성이 지배적이 되므로 펄라이트 조직률이 감소하고, 용융 솔트 온도가 T1 온도 이상에서는 라멜라 간격이 두꺼워져 100㎚를 초과하게 되기 때문이다. 또한, 침지 시간이 상기한 범위 밖인 경우, 펄라이트 변태가 미완료인 상태 그대로 그 후의 공정을 거치기 때문에, 펄라이트 분율이나 라멜라 간격을 제어할 수 없게 된다.

(템퍼링 S8: 템퍼링 온도 540℃∼600℃, 템퍼링 시간 30∼600초)

파텐팅된 열연 강은, 540℃ 이상의 온도 범위에 있는 템퍼링 온도까지 가열되고, 이 템퍼링 온도에서 30초 이상 유지된 후, 실온까지 냉각됨으로써 템퍼링된다.

또한, 템퍼링 시간은, 생산성의 관점에서, 바람직하게는 600초 이하이다. 또한, 템퍼링 온도가 지나치게 높으면 과잉의 템퍼링에 의해 강선재의 강도가 부족하므로, 템퍼링 온도를 600℃ 이하로 한다. 또한, 템퍼링 온도라 함은 템퍼링 S8에 있어서의 최고 가열 온도이며, 템퍼링 시간이라 함은, 열연 강의 온도가 템퍼링 온도에서 유지되고 있는 시간이다.

상술한 조건하의 템퍼링에 의해, 중심부의 라멜라 시멘타이트가 분단되고, 중심부의 라멜라 시멘타이트 평균 시멘타이트 길이가 1.9㎛ 이하인 강선재가 얻어진다. 템퍼링 온도 및 템퍼링 시간 중 적어도 한쪽이 부족한 경우, 라멜라 시멘타이트의 분단이 충분히 진행되지 않으므로, 강선재의 중심부의 라멜라 시멘타이트의 평균 시멘타이트 길이가 1.9㎛ 초과가 되어, 강선재의 도전성이 손상된다. 템퍼링 온도가 지나치게 높은 경우, 강도가 저하된다.

본 실시 형태에 관한 강선재는, 중심부가 80∼100면적％의 펄라이트를 포함하고, 중심부의 상기 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 50∼100㎚이고, 중심부의 라멜라 시멘타이트의 평균 시멘타이트 길이가 1.9㎛ 이하라고 하는 특징을 가지므로, 높은 인장 강도 및 도전성을 갖는다. 이들 특징에 의한 높은 인장 강도 및 도전성은, 강선재의 신선 가공 후에도 유지되므로, 본 실시 형태에 관한 강선재를 신선 가공하여 얻어지는 강선도, 높은 인장 강도 및 도전성을 갖는다. 또한, 본 실시 형태에 관한 강선재는, 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈의 0.87배 이하라고 하는 특징을 가지므로, 표층부의 연성이 양호하다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 강선재를 신선 가공하여 얻어지는 강선은 비틀림성이 우수하다. 즉, 본 실시 형태에 관한 강선재에 의하면, 인장 강도, 도전성 및 비틀림성이 모두 우수한 강선이 얻어진다.

실시예

다음으로, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이며, 본 발명은, 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

표 1 및 표 2에 나타내는 화학 성분의 강을 주조하여, 300㎜×500㎜의 주편을 얻었다. 표 1 및 표 2에 있어서, 불순물로 통상 간주되는 수준 이하의 값은 기호 「－」로 나타냈다. 이들 주편을 분괴 압연에 의해, 한 변이 122㎜인 정사각형의 단면의 강편으로 하였다. 이들 강편을 표 3 및 표 4에 나타내는 가열 온도까지 가열하고, 이 가열 온도로 일정 시간 유지하였다. 가열 온도에서의 유지 시간은 900∼1200초 동안 실시하였다. 가열 및 온도 유지 후, 표 3 및 표 4에 나타내는 마무리 온도에서, 강편에 열간 압연을 행하여, 표 3 및 표 4에 나타내는 선 직경(직경)의 열연 강으로 하였다. 이 열연 강을, 표 3 및 표 4에 나타내는 권취 온도까지 수랭하여 권취하였다. 그 후, 권취로부터 9초 이상 25초 이내에 표 3 및 표 4에 나타내는 솔트 온도를 갖는 솔트욕에 열연 강을 침지하여 파텐팅 처리를 행하고, 펄라이트 변태를 완료시켰다. 솔트욕에 대한 열연 강의 침지 시간은 30초로 하였다. 그 후, 표 3 및 표 4에 나타내는 템퍼링 온도에서, 표 3 및 표 4에 나타내는 템퍼링 시간만큼 온도 유지를 행한 후, 실온까지 냉각하는 템퍼링을 열연 강에 행하여, 강선재를 얻었다.

얻어진 강선재의 조직을 표 5 및 표 6에 나타낸다.

강선재의 중심부가 포함하는 펄라이트의 양(중심부의 펄라이트 조직률)은, 강선재의 L 단면에 있어서 FE-SEM을 사용하여 도 2에 나타내는 9개의 관찰 개소의 조직 사진을 촬영하고, 각 조직 사진에 포함되는 비펄라이트 영역을 특정하여, 각 조직 사진의 비펄라이트 영역의 면적률을 화상 해석에 의해 구하고, 비펄라이트 영역의 면적률에 기초하여 각 조직 사진의 펄라이트 면적률을 산출하고, 각 조직 사진의 펄라이트 면적률을 평균함으로써 구하였다.

강선재의 표층부가 포함하는 펄라이트의 양(표층부 펄라이트 조직률)은, 강선재의 C 단면에 있어서, C 단면 외주를 따라 균등하게 배치된 강선재의 주위면으로부터 r×0.05의 깊이를 중심으로 하는 4개의 관찰 개소의 조직 사진을 FE-SEM을 사용하여 촬영하고, 각 조직 사진에 포함되는 비펄라이트 영역을 특정하여, 각 조직 사진의 비펄라이트 영역의 면적률을 화상 해석에 의해 구하고, 비펄라이트 영역의 면적률에 기초하여 각 조직 사진의 펄라이트 면적률을 산출하고, 각 조직 사진의 펄라이트 면적률을 평균함으로써 구하였다.

강선재의 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈(중심 PBS)는, 강선재의 L 단면의, 도 2에 나타내는 9개의 관찰 개소(13)에 대해, 시야 사이즈를 250㎛×250㎛로 하여, 각 시야에 있어서의 평균 펄라이트 블록 사이즈를 EBSD법으로 측정하고, 이어서 각 시야의 평균 펄라이트 블록 사이즈의 평균값을 산출함으로써 구하였다. 측정에서는 방위 차 9° 이상의 경계로 둘러싸인 영역을 하나의 펄라이트 블록 입자로 간주하고, Johnson-Saltykov의 측정 방법을 사용하여 해석하였다.

강선재의 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈(표층 PBS)는, 강선재의 C 단면의, C 단면의 외주를 따라 균등하게 배치되어 있는 적어도 4개의 관찰 개소에 대해, 중심부와 마찬가지로 측정을 행함으로써 구하였다. 측정 시야의 중심은, 강선재의 주위면으로부터 r×0.05의 깊이로 하였다.

강선재의 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈와 강선재의 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈의 비(표층/중심 PBS 비)는, 상술한 표층 PBS를 상술한 중심 PBS로 나눔으로써 구하였다.

또한, 펄라이트양이 본 발명의 규정 범위로부터 5％ 이상 벗어난 강선재에서는, 평균 펄라이트 블록 사이즈의 측정을 생략하였다. 따라서, 펄라이트양이 본 발명의 규정 범위 밖인 강선재의 표층 PBS 및/또는 중심 PBS, 그리고 PBS 비는 사선으로 나타냈다.

강선재의 중심부의 펄라이트의 평균 라멜라 간격(평균 라멜라 간격)은, 강선재의 L 단면에 있어서 FE-SEM을 사용하여 도 2에 나타내는 9개의 관찰 개소의 조직 사진을 촬영하고, 각 조직 사진에 포함되는 펄라이트의 평균 라멜라 간격을 상술한 화상 해석에 의해 구하고, 각 조직 사진에 있어서의 평균 라멜라 간격을 다시 평균함으로써 구하였다.

강선재의 중심부의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이(평균 시멘타이트 길이)는, 강선재의 L 단면에 있어서 FE-SEM을 사용하여 도 2에 나타내는 9개의 관찰 개소의 조직 사진을 촬영하고, 각 조직 사진에 포함되는 펄라이트의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이를 상술한 화상 해석에 의해 구하고, 각 조직 사진에 있어서의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이를 다시 평균함으로써 구하였다.

얻어진 강선재 및 강선재에 대해 진변형 ε＝2.2의 건식 신선 가공을 행함으로써 얻어지는 와이어의 기계 특성 및 전기 특성을 표 7 및 표 8에 나타낸다.

강선재의 인장 강도 TS는, 인장 시험에 의해 구하였다. 인장 시험편은, 각 강선재에 관하여 350㎜ 길이의 것을 3개씩 제작하고, 상온에서 10㎜/min의 인장 속도로 각 인장 시험편에 인장 시험을 행하여, 3개의 인장 시험편의 인장 강도의 평균을, 그 강선재의 인장 강도로 하였다. 본 실시예에서는, 인장 강도가 1050㎫ 이상인 강선재는, 충분한 인장 강도를 갖는다고 판단되었다.

강선재의 전기 저항률 ρ는, 평점 길이가 60㎜인 시험편을 강선재로부터 채취하고, 시험편의 전기 저항률을 상온에서 4단자법에 의해 측정함으로써 구하였다. 전기 저항률이, 상술한 식(1) 또는 식(2)에 의해 규정되는 전기 저항률 역치 이하인 강선재는, 인장 강도에 비해 전기 저항률이 상대적으로 낮아, 충분한 전기 전도율을 갖는다고 판단되었다. 또한, 고Si 강선재에는 식(1)이 적용되고, 저Si 강선재에서는 식(2)가 적용된다. 참고를 위해, 각 강선재에 적용되는 수식(역치 산출식)이 식(1) 및 식(2) 중 어느 것인지도 표 7 및 표 8에 나타낸다.

또한, 상술한 바와 같이 강선재에 대해 진변형 ε＝2.2의 건식 신선 가공을 행하여 와이어로 하고, 이 와이어를 평가하였다. 신선 조건은, 각 패스의 평균 감면율을 17％로 하였다. 얻어진 와이어에 대해, 표점 거리가 선 직경의 100배이고, 또한 비틀림 속도가 20rpm인 비틀림 시험을 3회 행하여, 파단까지의 횟수의 평균값(비틀림값)과, 세로 균열(딜라미네이션)의 유무를 확인하였다. 또한, 횟수는 0.5회 단위로 세었다. 비틀림값이 24.5 이상, 및 비틀림 시험에서 딜라미네이션이 발생하지 않은 와이어의 재료인 강선재는, 비틀림 특성이 우수한 와이어를 얻을 수 있는 강선재라고 판단되었다.

표 1∼표 6에 있어서, 본 발명의 범위 밖의 값에는 밑줄을 그었다. 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어난 시험 번호 41∼61의 경우에는, 상기한 적어도 하나의 특성이 목표로 하는 값에 도달하지 않았다. 그것에 비해, 본 발명에서 규정하는 조건을 모두 만족시키는 시험 번호 1∼40은, 상기한 모든 특성이 목표로 하는 값에 도달하였다.

1 : 강선재
11 : 중심부
12 : 표층부
13 : 관찰 개소
14 : 중심축

Claims

화학 성분이, 단위 질량％로,
C: 0.60∼1.10％,
Si: 0.005∼0.350％,
Mn: 0.10∼0.90％,
Cr: 0.010∼0.300％,
N: 0.0100％ 이하,
P: 0.030％ 이하,
S: 0.030％ 이하,
Al: 0∼0.070％,
Ti: 0∼0.030％,
V: 0∼0.100％,
Nb: 0∼0.050％,
Mo: 0∼0.20％, 및
B: 0∼0.0030％를 함유하고,
잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고,
주위면으로부터 중심축까지의 거리를 단위 ㎜로 r로 할 때, 상기 중심축으로부터 r×0.5까지의 영역인 중심부에 있어서의 조직은, 80∼100면적％의 펄라이트와, 합계 0면적％ 이상 20면적％ 미만의 초석 페라이트, 초석 시멘타이트, 마르텐사이트, 및 베이나이트를 포함하고,
상기 중심부의 상기 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 50∼100㎚이고,
상기 중심부의 라멜라 시멘타이트의 평균 길이가 1.9㎛ 이하이고,
상기 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 15.0∼30.0㎛이고,
상기 주위면으로부터 r×0.1까지의 영역인 표층부에 있어서의 조직은, 70∼100면적％의 상기 펄라이트를 포함하고,
상기 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 상기 중심부의 상기 평균 펄라이트 블록 사이즈의 0.40배 이상, 0.87배 이하인
것을 특징으로 하는 강선재.
제1항에 있어서,
상기 화학 성분에 있어서, 단위 질량％로, Si: 0.100∼0.350％이고,
상기 표층부의 상기 평균 펄라이트 블록 사이즈가 17.0㎛ 이하이고,
상기 강선재의 인장 강도 TS[㎫]와 전기 저항률 ρ[μΩ·㎝]의 관계가, 하기 식(1)을 만족시키는
것을 특징으로 하는 강선재.
제1항에 있어서,
상기 화학 성분에 있어서, 단위 질량％로, Si: 0.005％ 이상 0.100％ 미만이고,
상기 표층부의 평균 펄라이트 블록 사이즈가 상기 중심부의 평균 펄라이트 블록 사이즈의 0.80배 이하이고,
또한, 상기 강선재의 인장 강도 TS[㎫]와 전기 저항률 ρ[μΩ·㎝]의 관계가, 하기 식(2)를 만족시키는
것을 특징으로 하는 강선재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화학 성분이, 단위 질량％로,
Al: 0.001∼0.070％,
Ti: 0.002∼0.030％,
V: 0 초과 0.100％ 이하,
Nb: 0 초과 0.050％ 이하,
Mo: 0 초과 0.20％ 이하,
B: 0.0003∼0.0030％로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 또는 2종 이상을 함유하는
것을 특징으로 하는 강선재.
화학 성분이, 단위 질량％로,
C: 0.60∼1.10％,
Si: 0.005∼0.350％,
Mn: 0.10∼0.90％,
Cr: 0.010∼0.300％,
N: 0.0100％ 이하,
P: 0.030％ 이하,
S: 0.030％ 이하,
Al: 0∼0.070％,
Ti: 0∼0.030％,
V: 0∼0.100％,
Nb: 0∼0.050％,
Mo: 0∼0.20％, 및
B: 0∼0.0030％를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 주편을 주조하는 공정과,
상기 주편을, 1150℃ 이상 1250℃ 이하의 온도 범위 내에 있는 가열 온도까지 가열하는 공정과,
상기 주편의 온도를, 상기 가열 온도에서 600∼7200초간 유지하는 공정과,
상기 유지 후의 상기 주편을, 마무리 온도가 950℃ 이상 1050℃ 이하가 되도록 열간 압연하여 열연 강을 얻는 공정과,
상기 열연 강을 780℃ 이상 840℃ 이하의 온도 범위까지 수랭하는 공정과,
상기 수랭 후의 상기 열연 강을, 780℃ 이상 840℃ 이하의 상기 온도 범위 내에서 권취하는 공정과,
상기 권취 후의 상기 열연 강을, 상기 권취 후 9∼25초 이내에, 450℃ 이상 또한 하기 식(3)에 의해 규정되는 T1℃ 이하의 온도의 용융 솔트에 20∼200초간 침지시킴으로써 파텐팅하는 공정과,
상기 파텐팅 후의 상기 열연 강을, 540∼600℃의 온도 범위에 있는 템퍼링 온도까지 가열하고, 상기 템퍼링 온도에서 30∼600초 유지하고, 그리고 실온까지 냉각함으로써 템퍼링하여, 강선재를 얻는 공정을
구비하는 것을 특징으로 하는 강선재의 제조 방법.

r'은, 단위 ㎜로의, 상기 열연 강의 주위면으로부터 중심축까지의 거리임.
제5항에 있어서,
상기 화학 성분이, 단위 질량％로,
Al: 0.001∼0.070％,
Ti: 0.002∼0.030％,
V: 0 초과 0.100％ 이하,
Nb: 0 초과 0.050％ 이하,
Mo: 0 초과 0.20％ 이하,
B: 0.0003∼0.0030％로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 또는 2종 이상을 함유하는
것을 특징으로 하는 강선재의 제조 방법.