KR20200003012A - 선재, 강선, 및 강선의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 형태에 따른 선재는, 화학 조성이 소정 범위 내이며, 표층부와 중심부의 양쪽에 있어서, 주된 조직이 펄라이트 조직이고, 페라이트 조직의 면적률이 45％ 이하이며, 비펄라이트이면서 비페라이트 조직의 면적률이 5％ 이하이며, 펄라이트 조직 중의, 라멜라 페라이트의 결정 방위의 각도차 2° 이상 15° 미만으로 되는 아입계의 밀도 ρ1이 70/㎜≤ρ1≤600/㎜이며, 전체 조직 중에서의, 페라이트 결정 방위의 각도차 15° 이상으로 되는 대각 입계의 밀도 ρ2가 200/㎜ 이상이다.

Description

선재, 강선, 및 강선의 제조 방법

본 발명은, 선재, 강선 및 강선의 제조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2017년 5월 18일에, 일본에 출원된 일본 특허출원 제2017-099227호 에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

본 발명은, 자동차 등의 타이어의 보강재인 와이어나, 알루미늄 송전선 등의 보강용 와이어, PC 강선, 교량 등에 이용되는 로프용 와이어 등에 사용되는 고강도 강선의 소재로서 폭넓게 이용되는 선재에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 이 선재로부터 얻어지는 강선, 및 이 선재를 이용한 강선의 제조 방법에 관한 것이다.

선재는, 열간 압연에 의해 제조되고, 소정의 선 직경으로까지 신선 가공함으로써, 와이어로 가공된다. 신선 가공의 도중에 페이턴팅 처리를 1 내지 2회 정도 실시하고, 가는 강선으로까지 신선 가공되므로, 선재에는 높은 신선 가공성을 가질 것이 요구된다.

예를 들어, 대형 자동차용 타이어 등에 사용되는 선 직경 0.5㎜ 이상의 보강재에서는, 생산성 향상이 요구되도록 되어 있다. 안정된 열간 압연에 의해 제조 가능한 선 직경 3.5㎜ 이상의 선재로부터, 선 직경 0.5㎜ 내지 1.5㎜의 강선을 저비용으로 안정적으로 제조할 수 있는 선재가 요구되고 있다. 그 때문에, 신선 가공 도중에 행하는 중간 페이턴팅 공정을 생략할 수 있는 신선 가공성을 갖고, 또한, 신선 가공 후에 안정된 비틀림 특성을 발휘할 수 있는 선재의 개발이 진행되고 있다.

그러나, 고신선 가공도까지 신선 가공하는 공정에 의해 제조되는 와이어에서는, 신선 가공 도중에서의 단선이 보다 발생하기 쉬운 상황으로 되어 있다. 또한, 고신선 가공도까지 신선 가공한 강선은, 비틀림 특성이 열화되는 경향이 있다. 나아가, 강선의 재료인 선재의 선 직경이 굵은 것은, 강선의 비틀림 특성에 있어서 불리해진다.

선재의 신선 가공 중의 단선을 방지하기 위해서, 선재의 조직의 개선 방법이 다양하게 제안되어 있다. 이러한 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1(일본 특허공개 제2014-055316호 공보)에는, 애스펙트비를 10 이상으로 한 라멜라 시멘타이트가, 라멜라 시멘타이트의 총수에 대해 개수 기준으로 50％ 이상 존재된 고강도 강선용 선재이며, 이러한 라멜라 시멘타이트로 함으로써 신선 가공성 저하를 방지한 고강도 강선용 선재가 제안되어 있다.

또한, 특허문헌 2(일본 특허공개 제2000-119756호 공보)에는, 초석 페라이트의 분율이 10％ 이하이며 잔부는 시멘타이트(cementite)가 불연속적으로 형성된 펄라이트(pearlite)를 포함해서 구성함으로써, 신선 가공성 저하를 방지한 고강도 강선용 선재가 제안되어 있다.

이들 기술은, 모두 선재의 시멘타이트의 형태를 제어함으로써 선재의 신선 가공성을 양호하게 함으로써, 선 직경 0.1 내지 0.4㎜의 강선을 얻기까지의 신선 가공 공정에 있어서 컵 형상 단선 등이 발생하지 않도록 한 것이다. 그러나, 시멘타이트의 형태를 제어하기만 해서는, 강선의 단면 내의 강도 변동을 억제할 수 없다. 그 때문에, 이들 특허문헌에 개시된 기술에 의해 선 직경 0.5㎜ 이상의 강선을 제조한 경우에는, 단선의 발생 억제와 비틀림 특성의 열화 억제의 양립이 효과적으로 이루어지지 않아, 상기 문제가 발생하는 경우가 있다.

이러한 점에서, 고신선 가공도까지 신선 가공하여 대직경(예를 들어 선 직경 0.5㎜ 이상)의 강선을 제조하는 공정에 있어서 단선이 발생하기 어려워, 신선 가공 후의 비틀림 특성이 양호해지는 선재의 실현이 요망되고 있다.

일본 특허공개 제2014-055316호 공보 일본 특허공개 제2000-119756호 공보

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 대직경의 와이어 등의 소재로서도 적합한, 높은 강도와 우수한 비틀림 특성을 갖는 강선을, 신선 가공 중의 단선을 억제하여 안정적으로 제조할 수 있는 선재를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 본 발명은, 높은 강도와 우수한 비틀림 특성을 갖는 강선, 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 상기한 과제를 해결하기 위해 다양한 검토를 실시하였다. 그 결과, 하기의 지견을 얻었다.

(Ⅰ) 선 직경 5.5㎜ 이상의 선재를, 선 직경 0.5㎜ 레벨까지 신선 가공하는 경우, 신선 가공 변형은 4.5 이상으로 된다. 신선 가공성이 나쁜 공석강 또는 과공석강에 이와 같은 고신선 가공도로 신선 가공을 행하는 경우, 신선 가공 도중의 페이턴팅이 필수로 된다. 한편, 시멘타이트 분율이 작은 아공석강을 선재의 재료로서 사용함으로써 선재의 신선 가공성의 향상이 가능하게 되어, 신선 가공 변형이 4.5 이상으로 되는 신선 가공에 선재를 제공하는 것이 가능해진다는 사실을 알게 되었다.

(Ⅱ) 한편, 아공석강의 선재의 횡단면(즉 선재의 길이 방향에 직각인 절단면)에 있어서의 중심부에 있어서 페라이트의 면적률이 45％ 초과가 된 경우에는, 페라이트 조직이 괴상이며 또한 조대해지기 때문에, 아공석강의 선재여도 신선 가공성이 부족하다는 사실을 알게 되었다. 또한, 결정 입경이 조대해진 경우(즉 대각 입계 밀도가 적은 경우)에는, 선재의 교축값이 낮아 연성이 나쁘기 때문에, 신선 가공 중에 선재 내부에 조대한 균열이 형성되기 쉬워, 신선 가공성이 저하되었다. 또한, 아공석강의 선재의 횡단면에 있어서, 표층부에서의 페라이트의 면적률이 45％ 초과가 된 경우에는, 신선 가공 후의 비틀림 특성이 저하된다는 사실을 알게 되었다. 이것은, 페라이트 조직에 변형이 집중되기 때문이라고 생각된다.

(Ⅲ) 펄라이트 변태 후에는, 펄라이트 조직 중의 층상 페라이트(이하, 라멜라 페라이트) 중에 아입계가 다량으로 도입된다. 본 발명자들은, 선재의 아입계 밀도와, 선재의 신선 가공 후의 비틀림 특성(이하, 단순히 '비틀림 특성'이라 약칭하는 경우가 있음)의 관계를 조사하였다. 그 결과, 기본적으로는, 펄라이트 조직 중의 아입계 밀도가 클수록 양호한 비틀림 특성이 얻어진다는 사실을 알게 되었다. 이것은 아입계가 많을수록, 신선 가공 중에 균일하게 가공 변형이 도입되어, 강선의 단면 중의 강도 변동이 저감되기 때문이라고 생각된다.

(Ⅳ) 본 발명자들은, 아입계 밀도의 향상의 수단에 대하여 검토하였다. 아입계는, 펄라이트 변태 시에 라멜라 페라이트와 펄라이트 조직 중의 층상 시멘타이트(이하, 라멜라 시멘타이트)가 협조적으로 성장할 때, 양상의 미스피트를 해소하기 위해 도입된다고 생각된다. 아입계 밀도는, 펄라이트 변태 온도 및 라멜라 페라이트에 고용되는 합금 원소(예를 들어 Si)의 함유량을 사용하여 조정할 수 있다는 사실을 본 발명자들은 지견하였다.

펄라이트 변태 온도와 아입계 밀도의 관계에 대하여 구체적으로 설명하면, 펄라이트 변태 온도가 550℃ 이하이면, 펄라이트 변태 온도가 낮을수록 라멜라 페라이트 중의 아입계 밀도가 저하된다는 사실을 알게 되었다. 이것은 라멜라 시멘타이트의 성장이 분단되는 개소가 증가하기 때문이라고 생각된다. 한편, 펄라이트 변태 온도가 550℃보다도 고온의 영역이면, 고온이 됨에 따라서 아입계 밀도는 점차 저하되는 경향이 있었다. 이것은, 펄라이트 변태 온도가 550℃보다도 높은 경우, 고온일수록 라멜라 간격이 조대화해 가서, 라멜라 시멘타이트의 매수가 감소하여 미스피트의 총량이 줄어들기 때문에, 라멜라 페라이트 중의 아입계 밀도가 저감되어 간다고 생각된다. 이들 결과로부터, 펄라이트 변태 온도가 550℃ 근방으로 되도록 냉각 조건을 제어한 경우, 가장 다량의 아입계가 도입된다는 사실을 알게 되었다.

또한, 합금 원소량과 아입계 밀도의 관계에 대하여 구체적으로 설명하자면, Si로 대표되는 합금 원소의 함유량을 증가시킴으로써, 라멜라 페라이트와 라멜라 시멘타이트 계면의 미스피트가 증가하여, 아입계 밀도가 상승된다고 생각된다.

(Ⅴ) 그러나, 상술한 지견에 기초하여 펄라이트 조직 중의 아입계 밀도를 높이는 실험을 거듭한바, 아입계 밀도가 큰 데도 불구하고 신선 가공 후의 비틀림 특성이 낮은 선재가 보였다. 원인은 명확하지 않지만, 600℃ 미만에서 펄라이트 변태시켜 아입계 밀도를 높인 경우에는, 신선 가공 후의 비틀림 횟수가 저하되는 경향이 확인되었다. 따라서, 아입계 밀도를 최대화할 수 있는 550℃ 근방이 아니라, 600℃ 내지 620℃에서 펄라이트 변태시켜, 라멜라 페라이트 중의 아입계 밀도를 너무 증가시키지 않음으로써, 신선 가공성과 신선 가공 후의 비틀림 특성을 양립하는 선재를 얻을 수 있다고 생각된다.

상기 (Ⅰ) 내지 (Ⅴ)의 지견으로부터, 대직경의 와이어 등의 소재로서도 적합한 높은 강도와 우수한 비틀림 특성을 갖는 강선을, 신선 가공 중의 단선을 억제하여 안정적으로 제조할 수 있는 선재를 실현하기 위해서는, 선재의 재료로서 아공석강을 사용할 필요가 있다. 또한, 합금 원소의 함유량이나 열간 압연 후의 조정 냉각 조건을 조정하여, 펄라이트 변태 온도를 적절한 범위 내로 조정함으로써, 선재의 페라이트 분율, 대각 입계 밀도, 및 아입계 밀도를 적절한 범위로 제어할 필요도 있다. 이와 같이, 합금 원소의 함유량이나 열간 압연 후의 조정 냉각 조건을 조정하여, 대각 입계 밀도, 아입계 밀도를 증가시킴으로써 얻어지는 선재는, 강도 수준이 이와 동일한 다른 선재보다도 신선 가공성이나 신선 가공 후의 비틀림 특성이 우수하다는 사실을 본 발명자들은 알아내었다.

본 발명은, 상기 지견에 기초하여 완성된 것으로, 그 요지는 하기와 같다.

(1) 본 발명의 일 형태에 따른 선재는, 화학 조성이, 질량％로, C: 0.30 내지 0.75％, Si: 0.80 내지 2.00％, Mn: 0.30 내지 1.00％, N: 0.0080％ 이하, P: 0.030％ 이하, S: 0.020％ 이하, O: 0.0070％ 이하, Al: 0 내지 0.050％, Cr: 0 내지 1.00％, V: 0 내지 0.15％, Ti: 0 내지 0.050％, Nb: 0 내지 0.050％, B: 0 내지 0.0040％, Ca: 0 내지 0.0050％, 및 Mg: 0 내지 0.0040％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 상기 선재의 표면으로부터 깊이 150 내지 400㎛의 범위인 표층부와, 상기 선재의 중심축으로부터 상기 선재의 직경의 1/10의 범위인 중심부의 양쪽에 있어서, 주된 조직이 펄라이트 조직이며, 상기 선재의 길이 방향에 직각인 횡단면에 있어서의 페라이트 조직의 면적률이 45％ 이하이고, 상기 횡단면에 있어서의 비펄라이트이면서 비페라이트 조직의 면적률이 5％ 이하이며, 상기 펄라이트 조직 중의, 라멜라 페라이트의 결정 방위의 각도차 2° 이상 15° 미만으로 되는 아입계의 밀도 ρ1이 70/㎜≤ρ1≤600/㎜이며, 전체 조직 중에서의, 페라이트 결정 방위의 각도차 15° 이상으로 되는 대각 입계의 밀도 ρ2가 200/㎜ 이상이다.

(2) 상기 (1)에 기재된 선재에서는, 상기 화학 조성이, 질량％로, Al: 0.010 내지 0.050％를 함유해도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 선재에서는, 상기 화학 조성이, 질량％로, Cr: 0.05 내지 1.00％를 함유해도 된다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 선재에서는, 상기 화학 조성이, 질량％로, V: 0.005 내지 0.15％, Ti: 0.002 내지 0.050％, 및 Nb: 0.002 내지 0.050％로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 선재에서는, 상기 화학 조성이, 질량％로, B: 0.0001 내지 0.0040％를 함유해도 된다.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 선재에서는, 상기 화학 조성이, 질량％로, Ca: 0.0002 내지 0.0050％, 및 Mg: 0.0002 내지 0.0040％로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종을 함유해도 된다.

(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 선재에서는, 상기 선재의 상기 표층부 및 상기 중심부에 있어서, 상기 아입계의 상기 밀도 ρ1이, 하기 식 1을 충족해도 된다.

２２０×（Ｃ）＋１００＜ρ１＜２２０×（Ｃ）＋３００： 식 １

상기 식 1에 있어서의 (C)는, 상기 선재의 상기 화학 조성에 있어서의 질량％로 나타낸 C 함유량이다.

(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 선재에서는, 상기 선재의 상기 직경이 3.5 내지 7.0㎜여도 된다.

(9) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 선재는, 강선의 재료로서 사용할 수 있어도 된다.

(10) 본 발명의 다른 형태에 따른 강선은, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 선재를 신선 가공함으로써 제조되고, 직경이 0.5 내지 1.5㎜이다.

(11) 본 발명의 다른 형태에 따른 강선의 제조 방법은, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 선재를 신선 가공하여 강선을 얻는 공정을 구비하고, 상기 강선의 직경이 0.5 내지 1.5㎜이다.

본 발명의 일 형태에 따른 선재에 의하면, 와이어 등의 소재로서 적합한 높은 강도와 우수한 비틀림 특성을 갖는 강선을, 신선 가공 중의 단선을 억제하여 안정적으로 제조할 수 있어, 산업상 매우 유용하다. 본 발명의 일 형태에 따른 강선은, 높은 강도와 우수한 비틀림 특성을 가지므로, 예를 들어 와이어 등의 소재로서 적합하며, 산업상 매우 유용하다. 본 발명의 일 형태에 따른 강선의 제조 방법은, 와이어의 소재로서 적합한 높은 강도와 우수한 비틀림 특성을 갖는 강선을, 신선 가공 중의 단선을 억제하여 안정적으로 제조할 수 있으므로, 산업상 매우 유용하다.

도 1은, 본 실시 형태에 따른 선재의 표층부 및 중심부를 나타내는 개략도이다.
도 2는, 펄라이트 조직의 일례를 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명에 따른 선재의 일례인 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 선재(1)에 있어서는, 편의상 선재의 표면으로부터 깊이 150 내지 400㎛의 범위를 표층부(11)라 정의하고, 선재의 중심축으로부터 선재의 직경 d의 1/10의 범위를 중심부(12)라 정의한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「내지」를 사용하여 표시되는 수치 범위는, 「내지」의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.

본 실시 형태의 선재는, 자동차 등의 타이어의 보강재인 와이어나, 알루미늄 송전선 등의 보강용 와이어, PC 강선, 교량 등에 이용되는 로프용 와이어 등의 소재로서 적합한 강선의 재료로서 사용하는 것이 가능한 선재이다.

또한, 선재의 신선 가공성이란, 선재를 신선 가공하여 강선을 얻을 때의, 단선이 발생하기 어려움을 나타내는 지표이다. 선재의 신선 가공 후의 비틀림 특성은, 선재를 신선 가공하여 얻어진 강선에 비틀림 시험을 행했을 때의, 디라미네이션이 발생하기 어려움, 및 비틀림 단선이 발생하기 어려움 등을 나타내는 지표이다. 본 실시 형태에 따른 선재는, 직경 6.0㎜의 선재를 50㎏ 준비하여, 이것을 직경 0.5㎜까지 신선했을 때의 단선 횟수가 0회로 되는 신선 가공성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 신선 가공 후의 강선은, 인장 강도가 2800MPa 이상이면 바람직하다. 또한, 와이어에 사용되는 강선은, 비틀림 시험을 10개 행하여도 디라미네이션이 한 번도 발생하지 않고, 또한 비틀림 횟수의 평균값이 23회 이상으로 되는 비틀림 특성을 갖는 것이 바람직하다. 비틀림 횟수가 23회 이상인 강선은, 신선 가공 후의 교정 등의 취급에서 파단하지 않을만큼의 충분한 연성이 있다고 판단할 수 있다.

다음으로, 본 실시 형태의 선재 화학 조성 및 마이크로 조직(금속 조직)에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 각 원소의 함유량 「％」는 「질량％」를 의미한다.

(A) 화학 조성에 대하여

우선, 본 실시 형태의 선재 화학 조성에 대하여 설명한다. 이하, 화학 조성의 함유량의 단위는 질량％이다.

C: 0.30 내지 0.75％

C는, 강을 강화하는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는 C를 0.30％ 이상 함유시키지 않으면 안된다. 한편, C의 함유량이 0.75％ 초과가 되면, 시멘타이트 분율이 커져서, 신선 가공성이 저하된다. 따라서, 적절한 C의 함유량은 0.30％ 이상 0.75％ 이하이다. 또한, 균열 형성 억제의 관점에서 C의 함유량을 0.35％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.40％ 이상이면 더 바람직하다. 한편, 신선 가공성 향상의 관점에서 C 함유량을 0.75％ 미만, 또는 0.70％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.65％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. C 함유량을 0.42％ 이상, 또는 0.45％ 이상으로 해도 된다. C 함유량을 0.60％ 이하, 또는 0.55％ 이하로 해도 된다.

Si: 0.80 내지 2.00％

Si는, 선재의 강도를 높일뿐만 아니라 아입계 밀도의 증가에 기여하는 성분이다. 그러나, 선재의 Si 함유량이 0.80％ 미만이면, Si를 함유함에 따른 아입계 밀도 증가의 효과를 충분히 얻지 못한다. 한편, 선재의 Si 함유량이 2.00％를 초과하면, 페라이트 분율이 상승하여, 신선 가공성이 저하된다. 그래서, 선재의 Si의 함유량은 0.80 내지 2.00％의 범위 내라고 정하였다. 또한, 안정적으로 원하는 마이크로 조직을 갖는 선재를 얻기 위해서, 선재의 Si 함유량을 1.00％ 이상, 1.15％ 이상, 1.30％ 이상, 또는 1.50％ 이상으로 해도 된다. 선재의 Si 함유량을 1.90％ 이하, 1.80％ 이하, 1.75％ 이하, 또는 1.70％ 이하로 해도 된다.

Mn: 0.30 내지 1.00％

Mn은, 강선의 강도를 높이는 작용 외에, 강 중의 S를 MnS로서 고정하여 강선의 열간 취성을 방지하는 작용을 갖는 원소이다. 그러나, Mn 함유량이 0.30％ 미만이면 상기 작용이 충분하지 않다. 이 때문에, Mn 함유량의 하한값은 0.30％ 이상으로 한다. 또한, 강선의 강도 확보 및 열간 취성의 방지를 보다 높은 레벨로 실현하기 위해서는, Mn 함유량을 0.35％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.40％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. Mn 함유량을 0.50％ 이상, 또는 0.55％ 이상으로 해도 된다.

한편, Mn은 편석하기 쉬운 원소이다. 1.00％를 초과해서 Mn을 함유시키면, 특히 중심부에 Mn이 농화되고, 중심부에 마르텐사이트나 베이나이트가 생성되어, 신선 가공성이 저하되어버린다. 또한, 조대한 MnS가 형성되는 것도 신선 가공성의 저하 요인이 된다. Mn은 0.90％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.80％ 이하이면 보다 한층 더 바람직하다. Mn 함유량을 0.75％ 이하, 또는 0.70％ 이하로 해도 된다.

N: 0.0080％ 이하

N은, 냉간에서의 신선 가공 중에 전위에 고착됨으로써 선재의 강도를 상승시키는 반면, 비틀림 특성을 저하시켜버리는 원소이다. 선재의 N 함유량이 0.0080％를 초과하면, 비틀림 특성의 저하가 현저해진다. 그래서, 선재의 N 함유량은 0.0080％ 이하로 규제하기로 하였다. N 함유량의 바람직한 상한은 0.0060％ 이하, 또는 0.0050％ 이하이다. N 함유량은 낮을수록 좋고, N은 선재에 함유하지 않아도 된다. N 함유량을 0.0045％ 이하, 또는 0.0040％ 이하로 해도 된다. N 함유량을 0.0010％ 이상, 또는 0.0025％ 이상으로 해도 된다.

P: 0.030％ 이하

P는, 선재의 입계에 편석하여 비틀림 특성을 저하시켜버리는 원소이다. 선재의 P 함유량이 0.030％를 초과하면, 비틀림 특성의 저하가 현저해진다. 그래서, 선재의 P 함유량은 0.030％ 이하로 규제하기로 하였다. P 함유량의 상한은 0.025％ 이하인 것이 바람직하다. P 함유량은 낮을수록 좋고, P는 선재에 함유하지 않아도 된다. P 함유량을 0.020％ 이하, 0.015％ 이하, 또는 0.010％ 이하로 해도 된다. P 함유량을 0.002％ 이상, 0.005％ 이상, 또는 0.008％ 이상으로 해도 된다.

S: 0.020％ 이하

S는, MnS를 형성하여, 신선 가공성을 저하시켜버리는 원소이다. 그리고, 선재의 S 함유량이 0.020％를 초과하면, 신선 가공성의 저하가 현저해진다. 이러한 점에서, 선재의 S 함유량은 0.020％ 이하로 규제하기로 하였다. S 함유량의 바람직한 상한은 0.010％ 이하이다. S 함유량은 낮을수록 좋고, S는 선재에 함유하지 않아도 된다. S 함유량을 0.015％ 이하, 0.008％ 이하, 또는 0.005％ 이하로 해도 된다. S 함유량을 0.001％ 이상, 0.002％ 이상, 또는 0.005％ 이상으로 해도 된다.

O: 0.0070％ 이하

O는, 산화물을 형성함으로써 선재의 연성을 저하시켜버리는 원소이다. 선재의 O 함유량이 0.0070％를 초과하면, 비틀림 특성의 저하가 현저해진다. 그래서, 선재의 O 함유량은 0.0070％ 이하로 규제하기로 하였다. O 함유량의 상한은 0.0050％ 이하인 것이 바람직하다. O 함유량은 낮을수록 좋고, O는 선재에 함유하지 않아도 된다. O 함유량을 0.0005％ 이상, 또는 0.0010％ 이상으로 해도 된다. O 함유량을 0.0045％ 이하, 또는 0.0040％ 이하로 해도 된다.

(B) 선재의 조직에 대하여

다음으로, 본 실시 형태에 따른 선재의 금속 조직에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 설명되는 선재의 금속 조직에 관한 요건은, 선재(1)의 표층부(11) 및 중심부(12)의 양쪽에 있어서 충족될 필요가 있다.

선재의 표층부 및 중심부는, 주된 조직은 펄라이트 조직이며, 선재의 횡단면에 있어서 면적률로 45％ 이하가 페라이트 조직, 비펄라이트이면서 비페라이트 조직이 면적률로 5％ 이하이고, 펄라이트 조직 중의 라멜라 페라이트의 결정 방위의 각도차 2° 이상 15° 미만으로 되는 아입계 밀도 ρ1이 70/㎜≤ρ1≤600/㎜이며, 전체 조직에서의 페라이트 결정 방위의 각도차 15° 이상으로 되는 대각 입계 밀도 ρ2가 200/㎜ 이상으로 되는 금속 조직을 가질 필요가 있다. 또한 「주된 조직」은, 금속 조직에 있어서 가장 큰 면적률을 차지하는 조직을 의미한다. 「면적률」은, 선재의 길이 방향에 직각인 횡단면에 있어서 측정되는 면적률을 의미하고, 그 측정 방법은 후술된다. 펄라이트의 양에 관한 상술한 요건을 환언하면, 본 실시 형태에 따른 선재의 표층부 및 중심부는, 펄라이트 조직을 면적률로 50％ 이상 포함한다.

이와 같은 금속 조직을 표층부 및 중심부에 있어서 갖는 선재는, 인장 시험시의 교축값이 높아, 신선 가공성이 우수하다. 또한, 이러한 금속 조직을 표층부 및 중심부에 있어서 갖는 선재에 의하면, 이것을 직경 1㎜ 이하의 강선에 신선 가공하고, 이것의 인장 강도 2800MPa 이상으로 한 경우에, 우수한 비틀림 특성을 갖는 강선이 얻어진다. 또한, 선재의 금속 조직에 있어서, 페라이트 조직, 펄라이트 조직을 제외한 잔부의 주된 조직(비펄라이트이면서 비페라이트 조직)은 베이나이트 및 마르텐사이트 등이다.

여기서 펄라이트 조직의 입계에 대하여 보충 설명한다.

통상의 기술 상식에 있어서는, 펄라이트는, 오스테나이트로부터 발생하는 공석 반응에 의해 라멜라 페라이트와 라멜라 시멘타이트가 층상으로 배열된 라멜라 조직을 나타내고, 그 내부에는 계층적 하부 조직이 형성되어 있다고 설명된다. 대각 입계로 둘러싸인 영역을 블록이라고 칭하고, 그 블록 중에서 라멜라의 배향이 동일한 영역을 콜로니라고 칭하고 있다. 환언하면, 페라이트 조직의 각 입자 내에 시멘타이트판이 몇 가지 배향을 가지면서 분산된 조직이 펄라이트라고 인식되어 있다.

그러나, 실제의 펄라이트 조직은 그다지 단순하지 않다고 생각된다. 도 2에 펄라이트 조직을 단순화한 일례의 모식도를 나타낸다. 도 2에 도시된 금속 조직에 있어서는, 구 γ입계(21)(구 오스테나이트 입계)를 기점으로 하여, 만곡된 대각 입계(22)에 둘러싸인 블록이 생성되고, 그 블록 중에 아입계(23)가 형성되어 있다. 블록 중의 결정 방위는 많은 랜덤한 방위로 변화되고 있으며, 도 2의 조직에서는 아입계(23)를 나타내는 쇄선의 길이의 합계를, 아입계(23)의 합계 길이라고 인식할 수 있다. 또한, 도 2의 모식도에서는 블록의 외주 등을 구성하는 대각 입계(22)의 길이(블록을 둘러싸는 굵은 실선의 길이)의 합계를, 대각 입계(22)의 길이라고 인식할 수 있다. 또한, 도 2 중에, 라멜라 조직을 구성하는 라멜라 시멘타이트(31)와 라멜라 페라이트(32)의 층상 구조에 대하여 확대 표시해 둔다.

또한, 본 실시 형태에 따른 선재의 「펄라이트 조직」은, 소위 의사 펄라이트 조직(라멜라 시멘타이트(31)가 판형으로 성장하지 않고 생성된 펄라이트 조직)을 포함하는 것으로 한다. 의사 펄라이트 조직은, SEM으로 관찰한 경우에 라멜라 시멘타이트(31)가 블록 내에서 분단되어 있는 모습이 확인되는 점에서, 통상의 펄라이트 조직과는 상이하다. 그러나 본 실시 형태에서는, 펄라이트 조직과 의사 펄라이트 조직을 동일한 것으로서 취급한다.

실제의 강재에서는 펄라이트 조직 외에 다른 조직도 혼재하고, 도 2의 조직보다도 훨씬 복잡한 조직으로 되어 있으므로, 본 실시 형태에 따른 선재에서는, 아입계, 대각 입계를 이하와 같이 정의내리고 있다. 펄라이트 조직 중의, 인접하는 라멜라 페라이트의 결정 방위의 각도차가 2° 이상 15° 미만으로 되는 경계면을 아입계라고 칭하고, 검사 시야 중의 펄라이트의 단위 면적당 아입계의 길이의 총계를 아입계 밀도 <ρ1>이라고 칭한다. 또한, 전체 조직에서의, 인접하는 페라이트 결정 방위의 각도차가 15° 이상으로 되는 경계면을 대각 입계라고 칭하고, 검사 시야의 단위 면적당 대각 입계의 길이의 총계를 대각 입계 밀도 <ρ2>라고 칭한다. 대각 입계의 특정에 사용되는 페라이트에는, 통상의 페라이트 조직과, 펄라이트 조직을 구성하는 라멜라 페라이트의 양쪽이 포함되도록 한다. 또한, 각각의 측정 방법에 대해서는 후술한다.

<페라이트 조직의 면적률, 및 비펄라이트이면서 비페라이트 조직의 면적률>

선재의 횡단면에 있어서의 페라이트 조직의 면적률은, 선재 중심부, 표층부 모두 45％ 이하일 필요가 있다. 선재 중심부에서 45％ 초과인 경우에는, 페라이트가 괴상이면서 조대하게 석출되기 때문에 신선 가공성이 저하된다. 또한, 선재 표층부에서 페라이트 조직의 면적률이 45％ 초과인 경우에는, 신선 가공 후의 비틀림 횟수가 저하된다. 이것은 표층부의 페라이트부에 변형이 집중되기 때문이라고 생각된다. 또한, 페라이트 조직의 면적률의 하한값을 특별히 규정할 필요는 없다. 선재의 중심부 또는 표층부에 있어서, 페라이트 조직의 면적률이 0％여도 된다. 선재의 중심부 또는 표층부에 있어서, 페라이트의 면적률을 43％ 이하, 40％ 이하, 35％ 이하, 또는 30％ 이하로 해도 된다. 선재의 중심부 또는 표층부에 있어서, 페라이트의 면적률을 10％ 이상, 15％ 이상, 20％ 이상, 또는 27％ 이상으로 해도 된다.

또한, 비페라이트이면서 비펄라이트 조직의 면적률은 5％ 이하일 필요가 있다. 환언하면, 페라이트 조직 및 펄라이트 조직의 합계의 면적률이 95％ 초과일 필요가 있다. 비페라이트이면서 비펄라이트 조직이 5％ 초과로 된 경우, 신선 가공 중에 비페라이트이면서 비펄라이트 조직을 기점으로 한 균열이 형성되기 쉬워 신선 가공성이 저하된다. 또한, 비페라이트이면서 비펄라이트 조직의 면적률의 하한값을 특별히 규정할 필요는 없다. 선재의 중심부 또는 표층부에 있어서, 비페라이트이면서 비펄라이트 조직의 면적률이 0％여도 된다. 즉, 페라이트 조직 및 펄라이트 조직의 합계의 면적률이 100％여도 된다. 비페라이트이면서 비펄라이트 조직의 면적률을 4％ 이하, 3％ 이하, 2％ 이하, 또는 1％ 이하(즉, 페라이트 조직 및 펄라이트 조직의 합계의 면적률을 96％ 초과, 97％ 초과, 98％ 초과, 또는 99％ 초과)로 하여도 된다. 비페라이트이면서 비펄라이트 조직의 면적률을 1％ 이상, 또는 2％ 이상(즉, 페라이트 조직 및 펄라이트 조직의 합계의 면적률을 99％ 미만, 또는 98％ 미만)으로 해도 된다.

<펄라이트 조직 중의 라멜라 페라이트 결정 방위의 각도차 2° 이상 15° 미만으로 되는 아입계의 밀도 ρ1>

선재의 중심부 및 표층부에 있어서, 아입계 밀도 ρ1(펄라이트 조직 중의 라멜라 페라이트의 결정 방위의 각도차 2° 이상 15° 미만으로 되는 아입계의 밀도)은, 70/㎜ 내지 600/㎜일 필요가 있다. 이러한 금속 조직을 갖는 선재임으로써, 신선 가공 후에 인장 강도 2800MPa 이상이며, 또한 비틀림 특성이 우수한 강선이 안정적으로 얻어진다. 선재의 중심부 및 표층부에 있어서, 아입계 밀도를 70/㎜ 이상으로 함으로써, 신선 가공 후의 강선 강도인 변동을 억제할 수 있어, 비틀림 시험 중의 변형의 국재화를 저감시킬 수 있기 때문에, 고강도의 강선이어도 양호한 비틀림 특성을 얻을 수 있다. 반대로 선재의 중심부 및 표층부에 있어서 아입계 밀도가 70/㎜ 미만이면, 신선 가공 후에 얻어지는 강선의 인장 강도가 2800MPa 이상이면 비틀림 특성이 향상되지 않는다. 또한, 펄라이트 변태 온도가 600℃ 미만인 경우, 전술한 바와 같이 비틀림 특성이 저하되는 경향이 있고, 이때의 선재 중심부 및 표층부에 있어서의 아입계 밀도가 600/㎜ 초과이기 때문에, 이것의 상한을 600/㎜로 하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 선재의 중심부 및 표층부에 있어서, 펄라이트 조직 중의 라멜라 페라이트의 결정 방위의 각도차 2° 이상 15° 미만으로 되는 아입계의 밀도는, 70/㎜ 내지 600/㎜의 범위 내로 한다. 선재의 표층부 또는 중심부에 있어서, 아입계 밀도는, 바람직하게는 100/㎜ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 120/㎜ 이상으로 한다. 선재의 표층부 또는 중심부에 있어서, 아입계 밀도를 150/㎜ 이상, 또는 180/㎜ 이상으로 해도 된다. 선재의 표층부 또는 중심부에 있어서, 아입계 밀도를 550/㎜ 이하, 500/㎜ 이하, 400/㎜ 이하, 또는 350/㎜ 이하로 해도 된다.

선재의 표층부 및 중심부에 있어서, 아입계 밀도 ρ1은, 하기 식 1을 충족하는 것이 바람직하다. 식 1에 있어서의 (C)는, 선재의 화학 조성에 있어서의, 단위 질량％로 나타낸 C 함유량이다.

２２０×（Ｃ）＋１００＜ρ１＜２２０×（Ｃ）＋３００： 식 １

선재의 화학 조성에 있어서의 C 함유량이 클수록, 선재의 표층부 및 중심부에 있어서의 페라이트 조직의 면적률이 작아지게 되고, 펄라이트 조직의 면적률이 커지게 된다. 펄라이트 조직의 면적률이 커질수록, 시멘타이트의 성장 거리가 커지게 되어, 펄라이트 조직 중에 아입계가 도입되기 쉬워진다고 생각된다. 그 때문에 본 발명자들은, 아입계 밀도의 바람직한 범위는 선재의 화학 조성에 있어서의 C 함유량에 의존한다고 생각하였다. 본 발명자들의 지견에 의하면, 선재의 표층부 및 중심부에 있어서 아입계 밀도가 상기 식 1을 충족하는 경우에는, 선재의 비틀림값의 변동이 작아짐으로써, 비틀림 특성이 한층 향상된다.

<강재 조직 중의 페라이트의 결정 방위의 각도차 15° 이상으로 되는 대각 입계의 밀도 ρ2>

선재의 표층부 및 중심부에 있어서, 대각 입계 밀도 ρ2(페라이트 결정 방위의 각도차 15° 이상으로 되는 대각 입계의 밀도)는, 200/㎜ 이상일 필요가 있다. 대각 입계 밀도가 충분히 큰 경우, 선재의 연성이 높아, 신선 가공 중의 조대한 균열의 형성을 억제할 수 있으므로, 신선 가공성이 향상된다. 반대로 선재의 표층부 및 중심부에 있어서 대각 입계 밀도가 200/㎜ 미만이면, 신선 가공성이 저하된다. 이 때문에, 선재의 표층부 및 중심부에 있어서, 페라이트 결정 방위의 각도차 15° 이상으로 되는 대각 입계의 밀도는, 200/㎜ 이상의 범위 내로 한다. 선재의 표층부 또는 중심부에 있어서, 대각 입계 밀도는, 바람직하게는 230/㎜ 이상으로 한다. 선재의 표층부 또는 중심부에 있어서의 대각 입계 밀도의 상한은 특별히 정하지 않지만, 대각 입계 밀도를 500/㎜ 이상으로 하는 것은 제조상 곤란하기 때문에, 선재의 표층부 또는 중심부에 있어서의 대각 입계 밀도의 상한을 500/㎜로 하는 것이 바람직하다. 선재의 표층부 또는 중심부에 있어서의 대각 입계 밀도를 220/㎜ 이상, 250/㎜ 이상, 또는 280/㎜ 이상으로 해도 된다. 선재의 표층부 또는 중심부에 있어서의 대각 입계 밀도를 400/㎜ 이하, 380/㎜ 이하, 또는 350/㎜ 이하로 해도 된다.

(C) 평가 방법에 대하여

다음으로, 본 실시 형태에 따른 선재의 금속 조직의 각 조건에 대하여, 측정 방법을 설명한다.

<조직의 면적률>

선재의 횡단면(즉 선재의 길이 방향에 직각인 절단면)을 경면 연마한 후, 피크럴로 부식시키고, 전계 방사형 주사형 전자 현미경(FE-SEM)을 사용하여 배율 2000배로 표층부와 중심부의 임의의 위치에 있어서의 각각 10군데를 관찰하고, 사진 촬영한다. 1시야당 면적은, 2.7×10^-3㎟(세로 0.045㎜, 가로 0.060㎜)로 한다.

다음으로, 얻어진 각 사진에 투명 시트(예를 들어 OHP(Over Head Projector) 시트)를 겹친다. 이 상태에서, 각 투명 시트에 있어서의 「페라이트 조직」에 색을 칠한다. 이어서, 각 투명 시트에 있어서의 「색을 칠한 영역」의 면적률을 화상 해석 소프트웨어에 의해 구하고, 그 평균값을 페라이트 조직의 면적률의 평균값으로서 산출한다. 이와 같이 하여 페라이트 면적률을 구할 수 있다. 이어서, 다른 투명 시트에 「펄라이트 조직 이외, 페라이트 조직 이외인 조직과 겹치는 영역」에 색을 칠해, 그 면적률을 구한다. 이상의 방법에 의해 비펄라이트이면서 비페라이트 조직의 면적률을 구할 수 있다. 또한, 페라이트 조직이나 펄라이트 조직은 등방적인 조직인 점에서, 선재의 횡단면에 있어서의 조직의 면적률은, 선재의 조직의 체적률과 동일하다. 펄라이트 조직의 면적률은, 페라이트 면적률과, 비펄라이트이면서 비페라이트 면적률의 합을 100면적％로 뺌으로써 산출할 수 있다.

<펄라이트 조직 중의 아입계 밀도 및 전체 조직 중의 대각 입계 밀도>

선재의 횡단면(즉 길이 방향에 직각인 절단면)을 경면 연마한 후, 콜로이달 실리카로 연마하고, 전계 방사형 주사형 전자 현미경(FE-SEM)을 사용하여 배율 400배로 선재 표층부(표면으로부터 깊이 150 내지 400㎛의 범위) 및 중심부에 있어서 각 4시야를 관찰하고, EBSD 측정(전자선 후방 산란 회절법에 의한 측정)을 행한다. 1시야당 면적은, 0.0324㎟(세로 0.18㎜, 가로 0.18㎜)로 하고, 측정 시의 스텝은 0.3㎛로 한다.

다음으로, 얻어진 각 측정 시야에 있어서의 결과에 대하여, 2° 이상 15° 미만의 아입계가 갖는 라인의 전체 길이, 및 15° 이상의 대각 입계를 갖는 라인의 전체 길이를 측정한다. 예를 들어, OIM analysis(OIM: Orientation Imaging Microscopy)를 사용함으로써 아입계가 갖는 라인의 총 길이, 및 대각 입계가 갖는 라인의 총 길이를 얻을 수 있다. 아입계는 펄라이트 조직의 부분에만 존재하므로, 각 측정 시야에 있어서 얻어진 아입계가 갖는 라인의 전체 길이를, 각 측정 시야에 포함되는 펄라이트 면적으로 나눈 값을, 각 측정 시야에 있어서의 아입계 밀도 ρ1이라 정의한다.

대각 입계는 페라이트 조직과 펄라이트 조직의 경계에도 존재하므로, 각 측정 시야에 있어서 얻어진 대각 입계가 갖는 라인의 전체 길이를, 각 측정 시야의 면적으로 나눈 값을, 각 측정 시야에 있어서의 대각 입계 밀도 ρ2라 정의한다.

표층부 및 중심부 각각의 해석 결과의 평균값을, 표층부 및 중심부의 펄라이트 조직 중의 페라이트 결정 방위의 각도차 2° 이상 15° 미만의 아입계 밀도 ρ1, 및 표층부 및 중심부의 전체 조직 중의 페라이트 결정 방위의 각도차 15° 이상으로 되는 대각 입계 밀도 ρ2로 한다. 또한, EBSD 결과는 노이즈에 크게 좌우되기 때문에, average CI(confidence index)는 0.60 이상의 결과를 이용하기로 하고, 또한 CI가 0.10 이하인 것은 노이즈로 보아 제거하기로 한다. 또한, CI의 0.10 이하의 제거는, OIM analysis 내에서 가능하다.

상술한 바와 같이, 아입계 밀도 ρ1 및 대각 입계 밀도 ρ2의 값은 선재 표층부(표면으로부터 깊이 150 내지 400㎛의 범위)에 있어서 전술한 범위일뿐만 아니라, 선재 중심부에 있어서도 마찬가지의 범위일 것이 필요해진다. 선재 중심부에서의 아입계 밀도 ρ1이 70/㎜ 내지 600/㎜, 대각 입계 밀도 ρ2가 200/㎜ 이상의 범위여도 표층부가 상술한 범위가 아닌 경우나, 선재 표층부가 상술한 범위여도 중심부가 상술한 범위가 아닌 경우에는 선재로서 목적의 요구하는 특성을 얻지 못한다. 선재 표층부의 ρ1, ρ2 및 선재 중심부의 ρ1, ρ2가 상술한 범위 내임을 확인할 수 있으면, 선재 전체에서 ρ1 및 ρ2가 상술한 범위에 들어 있다고 인식된다.

(D) 제조 방법에 대하여

본 실시 형태에 따른 선재의 제조 방법에서는, 선재의 비틀림 특성을 향상시키기 위해서, 펄라이트 변태 시의 다양한 조건을 적정화하고, 조직을 제어한다.

본 실시 형태에 따른 선재의 상기 요건을 충족시키는 선재는, 그 제조 방법에 구애되지 않고, 본 실시 형태에 따른 선재의 효과를 얻을 수 있지만, 예를 들어 하기에 나타내는 제조 방법에 의해, 본 실시 형태에 따른 선재를 제조하면 된다. 또한, 하기의 제조 프로세스는 일례이며, 하기 이외의 프로세스에 의해 화학 조성 및 그 밖의 요건이 본 실시 형태에 따른 선재의 범위인 선재를 얻은 경우라도, 그 선재가 본 발명에 포함되는 것은 물론이다.

우선, 상기 성분으로 되도록 강을 용제한 후, 연속 주조에 의해 강편을 제조하고, 열간 압연을 행한다. 또한, 주조 후 분괴 압연을 행하여도 된다. 얻어진 강편을 열간 압연할 때에는, 강편이 1000 내지 1250℃로 되도록 가열하고, 마무리 온도를 900 내지 1000℃로 하여 φ 5.5 내지 7.0㎜로 열간 압연한다.

열간 압연 전의 강편의 가열 온도는 1000℃ 이상, 1250℃ 이하로 한다. 강편의 가열 온도가 1000℃ 미만이면 열간 압연 시의 반력이 상승하고, 강편의 가열 온도가 1250℃ 초과이면 탈탄이 진행되기 때문이다.

열간 압연의 마무리 압연 온도는 900℃ 이상으로 한다. 마무리 압연 온도가 900℃ 미만이면 마무리 압연의 반력이 상승하여 형상 정밀도가 나빠지기 때문이다. 한편, 마무리 압연 온도는 1000℃ 이하로 한다. 1000℃ 초과에서 열간 압연을 행하면 오스테나이트 입경이 커지게 되어, 펄라이트 변태 후의 대각 입계 밀도가 저하되기 때문이다.

열간 압연 후에는, 이하의 4단계의 냉각을 실시하여, 페라이트 면적률이나 아입계 밀도, 대각 입계 밀도를 조정한다. 1차 냉각에서는, 빠른 냉각 속도로 냉각을 행함으로써 오스테나이트의 입성장을 억제하여, 미세한 오스테나이트 조직을 생성시키는 것을 목적으로 한다. 2차 냉각에서는, 1차 냉각 시의 선재 표층부와 중심부에 존재하는 온도 차를 작게 하기 위해서 제랭을 행하고, 선재 표층부로부터 중심부까지 균일한 온도로 하는 것을 목적으로 한다. 3차 냉각에서는, 선재 표층부로부터 중심부까지 가능한 한 균일하게 냉각할 수 있으며, 또한 페라이트 변태를 억제할 수 있는 냉각 속도로, 원하는 펄라이트 변태 온도까지 냉각시키는 것을 목적으로 한다. 4차 냉각에서는, 선재 표층부로부터 중심부까지를 가능한 한 균일하게 펄라이트 변태시키기 위해 제랭을 행하여, 아입계 밀도, 대각 입계 밀도를 목적의 범위가 되도록 펄라이트 변태를 진행시키는 것을 목적으로 한다. 상세를 이하에 나타낸다. 또한, 이하에 기재되는 1차 내지 4차 냉각의 평균 냉각 속도는, 1차 내지 4차 냉각의 개시부터 종료까지의 선재 온도의 저하량을, 1차 내지 4차 냉각의 개시부터 종료까지의 시간으로 나눈 값이다. 1차 내지 4차 냉각의 도달 온도는, 1차 내지 4차 냉각의 종료 시의 선재의 온도이다.

열간 압연 후에는, 수랭에 의해, 평균 냉각 속도 50 내지 200℃/초의 범위 내에서, 830 내지 870℃까지 1차 냉각을 행한다. 또한, 1차 냉각의 개시 및 종료는, 냉매(물)의 분사의 개시 및 종료를 의미한다.

입성장 속도가 큰 870℃ 이상의 온도 영역에서의 평균 냉각 속도가 50℃/초 미만이고, 이 온도 영역에 존재하는 시간이 긴 경우, 오스테나이트의 입성장이 촉진되므로, 펄라이트 변태 후에는 대각 입계 밀도가 저하되게 된다. 1차 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도의 상한은 없지만, 제조 설비의 제약상, 200℃/초 초과의 평균 냉각 속도는 곤란하므로, 200℃/초 이하를 1차 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도의 상한으로 하였다.

1차 냉각에서의 도달 온도가 830℃ 미만인 경우, 표층부에서만 페라이트 변태가 다량으로 진행될 우려가 있어, 표층부의 페라이트 면적률이 증가하고, 45％ 이하로 제어하는 것이 곤란해진다. 그 때문에, 1차 냉각에서의 도달 온도를 830℃ 이상으로 한다. 870℃를 초과한 온도에서 냉각을 정지하면, 오스테나이트 입자가 크게 성장하고, 펄라이트 변태 후의 대각 입계 밀도가 저하된다. 그 때문에, 1차 냉각에서의 도달 온도를 870℃ 이하로 하였다.

그 후, 대기에 의한 공랭에 의해, 평균 냉각 속도 5℃/초 미만으로, 790℃ 이상 820℃ 이하의 범위 내까지 2차 냉각을 행한다. 또한, 2차 냉각의 개시 시점은, 1차 냉각에 있어서의 냉매의 분사 종료 시점과 동등하며, 2차 냉각의 종료 시점은, 3차 냉각에 있어서의 냉매의 분사의 개시 시점과 동등하다. 2차 냉각은, 1차 냉각 시에 발생하는 선재의 표층부와 중심부의 온도 차를 작게 하고, 선재 표층부로부터 중심부까지의 펄라이트 변태 온도를 균일하게 하기 위한 냉각이다.

2차 냉각에 있어서 5℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 된 경우, 표층부와 중심부의 온도 차가 잔존해버려서, 펄라이트 변태 후에는 선재의 표층의 대각 입계 밀도와 아입계 밀도를 제어하였다고 해도, 선재의 중심부에서의 대각 입계 밀도가 저하된다. 그 때문에, 2차 냉각에서의 평균 냉각 속도는 5℃/초 미만으로 한다.

2차 냉각의 도달 온도가 790℃ 미만이면, 페라이트 변태가 발생하여 페라이트 면적률이 향상될 가능성이 있다. 그 때문에, 2차 냉각의 도달 온도는 790℃ 이상으로 한다. 한편, 820℃ 초과에서 2차 냉각을 멈추면, 선재의 표층부와 중심부 사이의 펄라이트 변태 온도까지의 온도 차가 커지게 되어, 3차 냉각 시에 표층부와 중심부의 사이에서 다시 온도 차가 발생한다. 그 때문에, 2차 냉각의 도달 온도는 820℃ 이하로 하였다. Si의 함유량이 많은 강종에서는, Ac1 온도가 고온측으로 이행되므로, 2차 냉각에서의 도달 온도가 특히 중요해진다.

또한, 2차 냉각 시간(2차 냉각의 개시와 종료 사이의 경과 시간)을 5초 이상 12초 이내로 하는 것이 바람직하다. 12초 초과의 2차 냉각 시간이 걸리면, 오스테나이트 입자의 입성장이 촉진되기 때문이다. 한편, 5초 이내의 2차 냉각 시간에서는, 선재 중의 온도 차가 잔존될 가능성이 있다.

그 후, 충풍 냉각에 의해, 평균 냉각 속도 20℃/초 초과 30℃/초 이하로, 600℃ 이상 620℃ 이하의 범위 내까지 3차 냉각을 행한다. 또한, 3차 냉각의 개시 및 종료는, 대기의 분사의 개시 및 종료를 의미한다. 3차 냉각에서는 페라이트 변태를 억제할 수 있는 냉각 속도로, 최적의 아입계 밀도, 대각 입계 밀도를 얻어지는 펄라이트 변태 온도까지 냉각을 행한다.

3차 냉각의 평균 냉각 속도가 20℃/초 이하이면, 페라이트 변태가 발생하여 페라이트 면적률이 과잉으로 된다. 그 때문에, 평균 냉각 속도는 20℃/초 초과로 한다. 한편, 30℃/초 초과의 평균 냉각 속도로 3차 냉각을 실시한 경우, 선재 표층부만이 원하는 온도까지 냉각되고, 선재 중심부의 온도가 과잉 상태에서 4차 냉각이 개시되어버린다. 그 때문에, 평균 냉각 속도는 30℃/초 이하로 한다.

3차 냉각에서의 도달 온도가 600℃ 미만인 경우, 펄라이트 조직이 과잉으로 고강도화하여 비틀림 특성이 저하된다. 그 때문에, 3차 냉각의 도달 온도는 600℃ 이상으로 한다. 한편, 3차 냉각의 도달 온도가 620℃ 초과인 경우, 펄라이트 변태 온도가 높아지게 되고, 대각 입계 밀도와 아입계 밀도가 저하됨과 함께 펄라이트 변태 후의 인장 강도도 저하된다. 그 때문에, 3차 냉각의 도달 온도는 620℃ 이하로 하였다.

그 후, 대기에 의한 공랭에 의해 평균 냉각 속도 10℃/초 이하에서 550℃ 이하까지 4차 냉각을 행한다. 또한, 4차 냉각의 개시 시점은, 3차 냉각에 있어서의 대기의 분사 종료 시점과 동등하다. 4차 냉각의 종료 시점은, 공랭을 중지한 시점, 즉 선재에 재가열, 또는 냉매의 분사가 개시된 시점이다. 단, 선재의 온도가 550℃ 이하로 될 때까지 공랭을 실시한 경우, 선재의 온도가 550℃가 된 시점을 4차 냉각의 종료 시점으로 간주한다. 4차 냉각에서는, 펄라이트 변태 중의 선재 단면 내의 온도 차를 작게 함으로써, 표층부로부터 중심부까지 균일한 대각 입계 밀도, 아입계 밀도를 갖는 선재를 얻는 것을 목적으로 한다.

4차 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도가 10℃/초 초과인 경우, 표층의 온도 변화가 커서, 아입계 밀도가 저하된다. 그 때문에, 4차 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도는 10℃/초 이하로 한다. 4차 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도의 하한은 한정하지 않지만, 선재를 방랭한 경우의 냉각 속도는 2℃/초 이상으로 되는 것이 통상적이다. 그 때문에, 2℃/초를 4차 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도의 하한으로 해도 된다.

4차 냉각의 도달 온도가 550℃ 초과인 경우, 펄라이트 변태가 종료되지 않을 가능성이 있다. 그 때문에, 4차 냉각의 도달 온도는 550℃ 이하로 한다. 또한, 550℃ 이하의 온도 영역에서의 냉각 속도가 조직에 미치는 영향은 경미하므로, 4차 냉각을 550℃ 이하의 온도까지 실시한 후에 수랭 등의 가속 냉각을 실시해도 된다. 후술하는 실시예에 있어서는, 본 발명예는 4차 냉각에 의해 550℃ 이하까지 냉각시킨 후에 방랭으로 실온까지 냉각되고 있지만, 4차 냉각의 완료 후에 다른 냉각 수단에 의해 냉각시킨 경우에도 마찬가지 조직이 형성된다.

(E) 임의 성분에 대하여:

본 실시 형태의 선재는, 잔부의 Fe의 일부 대신에, 필요에 따라서 Al, Cr, V, Ti, Nb, B, Ca, Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유시켜도 된다. 단, 이들 임의 원소를 포함하지 않고 본 실시 형태에 따른 선재는 그 과제를 해결할 수 있으므로, 이들 임의 원소의 하한값은 0％이다. 이하, 임의 원소인 Al, Cr, V, Ti, Nb, B, Ca, Mg의 작용 효과와, 함유량의 한정 이유에 대하여 설명한다. 임의 성분에 대한 ％는 질량％이다.

Al: 0 내지 0.050％

본 실시 형태의 선재에 있어서 Al은 함유시키지 않아도 된다. Al은, AlN으로 되어 석출되고, 페라이트 결정 방위의 각도차 15° 이상의 대각 입계 밀도를 증가시킬 수 있는 원소이다. 효과를 확실하게 얻고 싶은 경우에는 0.010％ 이상의 Al을 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, Al은, 경질의 산화물계 개재물을 형성하기 쉬운 원소이기 때문에, 선재의 Al 함유량이 0.050％를 초과하면, 조대한 산화물계 개재물이 현저하게 형성되기 쉬워져서, 비틀림 특성의 저하가 현저해진다. 따라서, 선재의 Al의 함유량의 상한은 0.050％로 한다. Al 함유량의 바람직한 상한은 0.040％ 이하이고, 보다 바람직한 상한은 0.035％ 이하이며, 더욱 바람직한 상한은 0.030％ 이하이다.

Cr: 0 내지 1.00％

본 실시 형태의 선재에 있어서 Cr은 함유시키지 않아도 된다. Cr은, Mn과 마찬가지로, 강의 ?칭성을 높여서 강을 고강도화하는 원소이다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서는, 0.05％ 이상의 Cr을 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, Cr의 함유량이 1.00％를 초과하면, 비틀림 특성이 열화된다. 그 때문에, Cr의 함유량은 1.00％ 이하이다. 또한, 강의 ?칭성을 상승시키는 경우, Cr은 0.10％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 0.30％ 이상 함유시키면 한층 더 바람직하다. Cr의 상한은, 0.90％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.80％ 이하이면 보다 한층 더 바람직하다.

V: 0 내지 0.15％

본 실시 형태의 선재에 있어서 V는 함유시키지 않아도 된다. V는, N이나 C와 결합하여, 탄화물, 질화물 또는 탄질화물을 형성하고, 그들의 피닝 효과에 의해 열간 압연 시에 오스테나이트 입자를 미세화하는 효과가 있으며, 강의 비틀림 특성을 개선하는 효과가 있다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서는 0.005％ 이상의 V를 함유시키는 것이 바람직하다. 비틀림 특성을 개선하는 관점에서는, V의 함유량을 0.02％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.03％ 이상 함유시키는 것이 한층 더 바람직하다. 한편, V의 함유량이 0.15％를 초과하면, 그 효과가 포화될뿐만 아니라, 강괴나 주조편을 강편에 분괴 압연하는 공정에서 강편에 균열이 발생하는 등 강의 제조성에 악영향을 미치므로, V 함유량은 0.15％ 이하로 한다. V의 함유량은 0.10％ 이하인 것이 바람직하고, 나아가 0.07％ 이하인 것이 한층 더 바람직하다.

Ti: 0 내지 0.050％

본 실시 형태의 선재에 있어서 Ti는 함유시키지 않아도 된다. Ti는, N이나 C와 결합하여, 탄화물, 질화물 또는 탄질화물을 형성하고, 그들의 피닝 효과에 의해 열간 압연 시에 오스테나이트 입자를 미세화하는 효과가 있으며, 강의 비틀림 특성을 개선하는 효과가 있다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서, Ti는 0.002％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 비틀림 특성을 개선하는 관점에서, Ti의 함유량을 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.010％ 이상의 Ti를 함유시키는 것이 한층 더 바람직하다. 한편, Ti의 함유량이 0.050％를 초과하면, 그 효과가 포화될뿐만 아니라, 강괴나 주조편을 강편에 분괴 압연하는 공정에서 강편에 균열이 발생하는 등 강의 제조성에 악영향을 미친다. 따라서, Ti의 함유량은 0.050％ 이하로 한다. 또한 Ti의 함유량은 0.025％ 이하인 것이 한층 더 바람직하다.

Nb: 0 내지 0.050％

본 실시 형태의 선재에 있어서 Nb는 함유시키지 않아도 된다. Nb는, N이나 C와 결합하여, 탄화물, 질화물 또는 탄질화물을 형성하고, 그들의 피닝 효과에 의해 열간 압연 시에 오스테나이트 입자를 미세화하는 효과가 있으며, 강의 비틀림 특성을 개선하는 효과가 있다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Nb는 0.002％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 비틀림 특성을 개선하는 관점에서, Nb의 함유량을 0.003％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.004％ 이상의 Nb 함유시키는 것이 한층 더 바람직하다. 한편, Nb의 함유량이 0.050％를 초과하면, 그 효과가 포화될뿐만 아니라, 강괴나 주조편을 강편에 분괴 압연하는 공정에서 강편에 균열이 발생하는 등 강의 제조성에 악영향을 미치므로, Nb의 함유량은 0.050％ 이하로 한다. 또한, Nb의 함유량은 0.030％ 이하인 것이 한층 더 바람직하다.

B: 0 내지 0.0040％

본 실시 형태의 선재에 있어서 B는 함유시키지 않아도 된다. B는, 미량 함유됨으로써 강의 페라이트 조직을 저감시키는 효과가 있으며, 효과를 확실하게 얻고 싶은 경우에는 0.0001％ 이상의 B를 함유시키는 것이 바람직하다. 0.0040％ 초과의 B를 함유시켜도, 효과가 포화될뿐만 아니라, 조대한 질화물이 생성되므로, 비틀림 특성이 저하된다. 따라서, 함유시키는 경우의 B의 함유량은 0.0040％ 이하로 한다. 펄라이트 조직의 면적률을 증가시키고 싶은 경우에는, B의 함유량을 0.0004％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0007％ 이상이면 보다 한층 더 바람직하다. 또한, 비틀림 특성을 향상시키기 위한 B의 함유량은 0.0035％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.0030％ 이하이면 보다 한층 더 바람직하다.

Ca: 0 내지 0.0050％

본 실시 형태의 선재에 있어서 Ca는 함유시키지 않아도 된다. Ca는, MnS 중에 고용되고, MnS를 미세하게 분산시키는 효과가 있다. MnS를 미세하게 분산시킴으로써, MnS에 기인한 신선 가공 중의 단선을 억제할 수 있다. Ca에 의한 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Ca는 0.0002％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 높은 효과를 얻고 싶은 경우에는, 0.0005％ 이상의 Ca를 함유시키면 된다. 그러나, Ca의 함유량이 0.0050％를 초과하면, 그 효과는 포화된다. 또한, Ca의 함유량이 0.0050％를 초과하면, 강 중의 산소와 반응하여 생성하는 산화물이 조대하게 되어, 오히려 신선 가공성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 적정한 Ca의 함유량은, 0.0050％ 이하이다. Ca의 함유량은 0.0030％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0025％ 이하이면 한층 더 바람직하다.

Mg: 0 내지 0.0040％

본 실시 형태의 선재에 있어서 Mg는 함유시키지 않아도 된다. Mg는 탈산 원소이며, 산화물을 생성하지만, 황화물도 생성함으로써 MnS와의 상호 관계를 갖는 원소이며, MnS를 미세하게 분산시키는 효과가 있다. 이 효과에 의해 MnS에 기인한 신선 가공 중의 단선을 억제할 수 있다. Mg에 의한 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Mg는 0.0002％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 더 높은 효과를 얻고 싶은 경우에는, 0.0005％ 이상의 Mg를 함유시키면 된다. 그러나, Mg의 함유량이 0.0040％를 초과하면, 그 효과는 포화되고, MgS를 대량으로 생성하여, 오히려 신선 가공성의 저하를 초래한다. 따라서, 함유시키는 경우의 적정한 Mg의 함유량은, 0.0040％ 이하이다. Mg의 함유량은 0.0035％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0030％ 이하이면 한층 더 바람직하다.

화학 조성의 잔부는 「Fe 및 불순물」을 포함한다. 「불순물」은, 철강 재료를 공업적으로 제조할 때, 원료로서의 광석, 스크랩, 또는 제조 환경 등으로부터 강재에 혼입되는 것을 가리킨다.

본 실시 형태에 따른 선재의 직경은 특별히 한정되지 않지만, 현재 시장에 유통되는 선재의 직경은 3.5 내지 7.0㎜로 되는 것이 통상적이므로, 이것을 본 실시 형태에 따른 선재의 직경의 상하한값으로 해도 된다. 선재의 직경을 3.5㎜ 이상으로 한 경우, 선재 제조 시의 열간 압연의 부담을 경감시킬 수 있어서 바람직하다. 선재의 직경을 7.0㎜ 이하로 한 경우, 선재의 신선 가공 시의 신선 변형량을 억제할 수 있으므로 바람직하다.

본 발명의 다른 형태에 따른 강선은, 본 실시 형태에 따른 선재를 신선 가공함으로써 얻어진다. 강선의 직경은, 용도를 고려하면, 0.5 내지 1.5㎜로 되는 것이 통상적이다. 본 실시 형태에 따른 강선은, 원재료인 본 실시 형태에 따른 선재의 화학 조성, 금속 조직의 구성, 아입계 밀도 ρ1, 및 대각 입계 밀도 ρ2가 상술한 범위 내로 되어 있으므로, 우수한 인장 강도 및 비틀림 특성을 갖는다.

또한, 본 실시 형태에 관한 강선은, 변형량이 매우 큰 신선 가공을 거쳐 제조되므로, 그 금속 조직은 현저한 변형을 받고 있다. 예를 들어, 본 실시 형태에 따른 강선의 단면의 확대 사진을 보면, 입계로 둘러싸인 상은 현저하게 찌부러져 있어, 그 종류를 판별할 수 없다. 또한, 아입계 및 대각 입계의 존재를 특정하는 것도 매우 곤란하다. 즉, 통상의 조직 특정 방법(예를 들어, 금속 조직 사진의 촬영, 및 EBSD에 의한 결정 구조 해석 등)에 의해 본 실시 형태에 따른 강선의 금속 조직, 기타 구성의 특정을 하는 것은 매우 곤란하다. 본 실시 형태에 따른 강선의 금속 조직을 그 구조 또는 특성에 의해 직접 특정하는 것은 불가능하거나, 또는 대체로 실제적이지 않다.

본 발명의 다른 형태에 따른 강선의 제조 방법은, 본 실시 형태에 따른 선재를 신선 가공하는 공정을 구비한다. 신선 가공은, 최종적으로 얻어지는 강선의 직경이 0.5 내지 1.5㎜로 되는 감면율로 실시된다. 본 실시 형태에 따른 선재의 화학 조성, 금속 조직의 구성, 아입계 밀도 ρ1, 및 대각 입계 밀도 ρ2가 상술한 범위 내로 되어 있으므로, 이것을 사용하는 본 실시 형태에 따른 강선의 제조 방법은, 단선 횟수를 매우 낮은 수준으로 억제할 수 있으며, 또한, 우수한 인장 강도 및 비틀림 특성을 갖는 강선을 얻을 수 있다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

표 1, 표 2에 나타내는 화학 조성의 강을 용제하고, 이하의 방법으로 선재를 제작하였다. 또한, 표 1, 표 2 중의 「-」의 표기는, 당해 원소의 함유량이 불순물 레벨이며, 실질적으로 함유되어 있지 않다고 판단할 수 있음을 나타낸다. 표 1 및 표 2에 나타낸 강의 화학 조성의 잔부는 철 및 불순물이다.

우선, 표 1에 나타내는 화학 조성의 강 A를 전로에 의해 용제한 후, 통상의 방법에 의한 분괴 압연에 의해, 한 변이 122㎜인 정사각형의 빌렛을 얻었다. 다음으로 강편이 1050 내지 1150℃가 되도록 가열한 후, 마무리 온도 900 내지 1000℃의 범위에서, φ6㎜로 열간 압연하였다.

마무리 압연 후의 조정 냉각은, 표 3-1 내지 표 3-3에 나타낸 (A1) 내지 (A21)에 나타내는 조건에서 냉각을 행하였다.

구체적으로는, (A1) 내지 (A7)에 관해서는 수랭에 의해 평균 냉각 속도 50 내지 200℃/초의 범위 내에서, 830 내지 870℃로 냉각(1차 냉각)한 후, 그 후, 대기에 의한 풍랭에 의해 평균 냉각 속도 5℃/초 미만으로 790℃ 이상 820℃ 이하의 범위 내까지 공랭(2차 냉각)하였다. 그 후, 20℃/초 초과 30℃/초 이하로 600 내지 620℃까지 냉각(3차 냉각)을 실시하고, 550℃ 이하까지 10℃/초 이하로 냉각(4차 냉각)하고, 그 후, 방랭에 의해 실온까지 냉각을 행하였다.

(A8) 내지 (A17)에 관해서는, 상기 냉각 조건과 상이한 조건에서 4종류의 조정 냉각을 행하여, 선재를 얻었다. 또한, 표 3-1 중의 언더라인이 그어진 값은, 본 발명에 따른 선재의 제조 조건에 있어서의 부적절한 값이다.

(A18) 내지 (A21)에 관해서는, 4종류의 조정 냉각을 실시하지 않고, 표 3-2 내지 표 3-4에 나타내는 조건에서 냉각을 행하였다. 또한, 이들 표에 있어서의 「1차 냉각」 등의 용어는, 단순히 냉각 단계를 구별하기 위한 것으로, 본 발명의 제조 방법에 포함되는 1차 냉각 내지 4차 냉각과는 다르다.

구체적으로는, (A18)에 관해서는, 본 발명의 제조 방법에 있어서의 3차 냉각 및 4차 냉각 대신에, 550℃의 소금욕으로의 침지를 실시하였다.

(A19)에 관해서는, 상술한 열간 압연 종료 후의 선재에 대하여, 950℃로의 재가열 및 60초의 온도 유지를 실시하고, 이 온도 유지 종료의 직후에 550℃의 소금욕으로의 침지를 실시하였다.

(A20)에 관해서는, 1차 냉각을 실시 후에 송풍으로 냉각을 실시하고, 평균 1.0℃/초에서 680℃까지 냉각 후에 방랭으로 전환하여 550℃ 이하까지 냉각을 실시하였다.

(A21)에 관해서는, 1차 냉각을 실시 후에 충풍 냉각을 실시하여 10℃/초로 700℃까지 선재를 냉각하고, 그 후 공랭으로 5℃/초로 550℃ 이하까지 냉각을 실시하였다.

또한, 표 2에 나타내는 화학 조성의 강 a 내지 z로부터, 표 3-1의 (A1)과 마찬가지의 방법으로 열간 압연 선재를 작성하였다. 그 후, 건식 신선 가공, 도금 처리, 습식 신선 가공을 실시하여, 선 직경 0.5㎜의 강선을 얻었다. 표 2에 있어서 언더라인이 그어진 값은, 본 발명의 바람직한 범위 외이다.

이상과 같이 하여 얻어진 시험 번호 A1 내지 A21 및 시험 번호 1 내지 26의 선재에 대하여, 인장 강도, 교축값, 페라이트 면적률, 비펄라이트이면서 비페라이트 면적률, 펄라이트 조직 중의 아입계 밀도 ρ1(펄라이트 조직 중의 라멜라 페라이트의 결정 방위의 각도차 2° 이상 15° 미만으로 되는 아입계의 밀도), 대각 입계 밀도 ρ2(관찰 조직 전체에 있어서 페라이트 결정 방위의 각도차 15° 이상으로 되는 대각 입계의 밀도)를 구하였다. 또한, 각 선재의 펄라이트 면적률은, 100％로부터 페라이트 면적률 및 비펄라이트이면서 비페라이트 면적률을 나눔으로써 얻어지는 값이다.

그들의 결과를 이하의 표 4-1 내지 표 4-3, 및 표 5-1 내지 표 5-3에 나타낸다. 표 4-1, 표 4-2, 표 5-1, 및 표 5-2 중의 언더라인이 그어진 값은, 본 발명의 범위 외인 값이다. 표 4-3 및 표 5-3 중의 언더라인이 그어진 값은, 본 발명의 합격 여부 기준에 충족하지 못한 값이다.

선재의 표층부 및 중심부에 있어서의 페라이트 조직의 면적률, 비페라이트이면서 비펄라이트 조직의 면적률, 아입계 밀도 ρ1, 대각 입계 밀도 ρ2, 직경 6㎜의 선재를 직경 0.5㎜까지 신선했을 때의 단선 횟수, 신선 가공 전의 선재 및 신선 가공 후의 강선의 인장 강도(강선 강도), 및 신선 가공 후의 강선의 비틀림 특성(비틀림 횟수, 비틀림 횟수 변동, 및 디라미네이션 유무)은, 각각 하기에 기재하는 방법에 의해 조사하였다.

<1> 선재의 페라이트 조직의 면적률, 비페라이트이면서 비펄라이트 조직의 면적률:

선재의 횡단면을 경면 연마한 후, 피크럴로 부식시키고, FE-SEM을 사용하여 배율 2000배로 선재 표층부 및 중심부에 있어서의 임의의 10군데를 관찰하고, 사진 촬영하였다. 1시야당 면적은, 2.7×10^-3㎟(세로 0.045㎜, 가로 0.060㎜)로 한다. 얻어진 각 사진에 OHP 시트를 겹치고, 각 투명 시트에 있어서의 「페라이트 조직」 및 「비펄라이트이면서 비페라이트 조직과 겹치는 영역」에 색을 칠하였다. 이어서, 각 투명 시트에 있어서의 「색을 칠한 영역」의 면적률을 화상 해석 소프트웨어에 의해 구하고, 그 평균값을 각각 페라이트 조직 및 비펄라이트이면서 비페라이트 조직의 면적률의 평균값으로서 산출하였다.

<2> 선재의 아입계 밀도 ρ1 및 대각 입계 밀도 ρ2:

선재의 횡단면을 경면 연마한 후, 콜로이달 실리카로 연마하고, FE-SEM을 사용하여 배율 400배로 선재 표층부와 중심부에 있어서의 각 4군데를 관찰하고, TSL(TexSEM Laboratories)사제의 EBSD 측정 장치를 사용하여 해석을 행하였다. 측정 시의 영역은 180×180㎛²로 하고, 스텝은 0.3㎛로 하였다. 이어서, 얻어진 각 결과에 대하여, OIM analysis를 사용하여 2° 이상 15° 미만의 각도차를 갖는 아입계의 라인의 전체 길이와, 15° 이상의 각도차를 갖는 대각 입계의 라인의 전체 길이를 각각 측정하였다. 2° 이상 15° 미만의 각도차를 갖는 아입계의 라인의 전체 길이를 펄라이트 면적률의 평균값으로 나눔으로써 아입계 밀도를 구하고, 15° 이상의 각도차를 갖는 대각 입계의 라인의 전체 길이를 1시야의 면적으로 나눔으로써 대각 입계 밀도를 구하였다.

<3> 선재의 신선 가공성

신선 가공을 50㎏의 각 선재에 행하고, 신선 가공 중의 단선 횟수를 기록하였다. 또한, 단선 횟수가 3회 이상인 경우, 3회째의 단선 이후의 신선 가공을 중지하였다. 그리고, 50㎏의 선재를 직경 6.0㎜부터 직경 0.5㎜까지 신선했을 때의 단선 횟수가 0회인 경우에, 신선 가공성이 양호하다고 평가하고, 단선 횟수가 1회 이상인 경우에, 신선 가공성이 나쁘다고 평가하였다. 또한, 신선 가공을 중지한 선재에 관해서는, 명확하게 강선의 재료로서 부적절한 것이라고 판단하고, 그 후의 평가 시험을 실시하지 않았다. 평가되지 않은 항목에는, 부호 「-」를 기재하였다.

<4> 선재 및 신선 가공 후의 강선의 인장 강도:

선재 및 강선을 200㎜ 길이로 절단하고, 상하 50㎜를 쐐기 척 혹은 에어 척으로 고정하여 인장 시험을 행하였다. 얻어진 최대 하중을 단면적으로 나눔으로써 인장 강도를 산출하였다. 그 후, 선재의 인장 시험 후의 가장 선 직경이 가늘어진 개소의 선 직경을 측정하고, 인장 시험 전후의 단면적의 변화량을 인장 시험 전의 단면적으로 나누어, 100％를 곱함으로써 교축값을 산출하였다.

자동차용 타이어의 보강재인 와이어에 사용되는 강선은, 인장 강도가 2800MPa 이상이면 바람직하기 때문에, 인장 강도 2800MPa 이상을 합격품으로 평가하였다. 또한, 선재의 인장 강도에 관해서는 특별히 합격 여부 기준을 마련하지 않았다.

<5> 신선 가공 후의 강선의 비틀림 특성:

비틀림 시험은, 선 직경(직경)의 100배의 길이의 강선을 15rpm으로 단선할 때까지 비틀림, 디라미네이션이 발생하였는지 여부를 토크(비틀림에 대한 저항력) 곡선으로 판정하고, 비틀림 횟수를 측정하였다. 토크 곡선에서의 판정은, 단선 전에 급격하게 토크가 감소한 경우에 디라미네이션이 발생하였다고 판단하는 방법에 의해 행하였다. 비틀림 시험은, 각 강선에 대하여 10개씩 행하고, 1개도 디라미네이션이 발생하지 않고, 10개의 강선의 비틀림 횟수의 평균값이 23회 이상인 경우, 비틀림 특성이 양호하다고 평가하였다.

또한, 상술한 10회의 비틀림 시험에 있어서의 비틀림 횟수의 변동이 작은 경우, 비틀림 특성이 한층 더 양호하다고 판단할 수 있다. 그래서, 10개의 강선의 비틀림 횟수의 변동(10개의 강선의 비틀림 횟수의 최댓값과 상기 평균값의 차, 및 10개의 강선의 비틀림 횟수의 최솟값과 상기 평균값의 차 중 큰 쪽)을 산출하였다. 변동이 3회 이하로 되는 강선을, 비틀림 횟수 변동이 양호하다고 판단하였다.

비틀림 횟수의 평균값, 디라미네이션, 및 비틀림 횟수 변동 모두가 양호하다고 판단된 강선은, 비틀림 특성이 매우 양호하다. 단, 강선의 비틀림 횟수 변동이 3회 초과였다고 해도, 그 밖의 비틀림 특성 평가에 관하여 양호하다고 판단된 강선은, 그 상정되는 용도에 비추어 보아도, 비틀림 특성이 양호하다고 할 수 있다.

이상 각각 평가한 결과를 이하의 표로 정리하여 기재한다.

[표 3-1]

[표 3-2]

[표 3-3]

[표 3-4]

[표 4-1]

[표 4-2]

[표 4-3]

[표 5-1]

[표 5-2]

[표 5-3]

표에 나타낸 바와 같이, 본 발명예인 A1 내지 A7의 시료는, 모두 본 발명 요건을 충족하고, 또한 강재의 제조 조건이 적절한 점에서, 신선 가공 후의 강도가 2800MPa 이상이고, 비틀림 횟수가 23회 이상임과 함께 디라미네이션이 발생하지 않아, 문제가 없는 선재였다.

이에 비하여, A8의 시료에서는 1차 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도가 낮고, 오스테나이트 입경이 조대화하였기 때문에 ρ2가 저하되어 신선 가공 시에 단선이 발생하여 신선 가공성이 나빴다.

A9의 시료에서는 1차 냉각에서의 도달 온도가 낮기 때문에 표층에서 페라이트 면적률이 증가하여 비틀림 횟수가 저하되었다.

A10의 시료에서는 1차 냉각에서의 도달 온도가 높아 오스테나이트 입경이 조대화하였기 때문에 ρ2가 저하되어 단선이 발생하였다.

A11의 시료에서는 2차 냉각에서의 시간이 길어, 오스테나이트 입경이 조대화하였기 때문에 ρ2가 저하되어 단선이 발생하였다.

A12의 시료에서는 2차 냉각에서의 도달 온도가 낮기 때문에, 페라이트 면적률이 높고, 신선 가공성이 나쁘며, 강선 강도, 비틀림 특성 모두 낮았다.

A13의 시료에서는 3차 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도가 작아, 페라이트 변태가 진행되고, 페라이트 면적률이 높아져서 신선 가공성이 나쁘며, 강선 강도, 비틀림 특성 모두 낮아져 있다.

A14의 시료에서는, 3차 냉각의 도달 온도가 높아, 고온에서 펄라이트 변태하여 ρ1, ρ2 모두 낮고, 신선 가공 시에 단선이 발생하며, 또한, 비틀림 특성도 나빴다.

A15의 시료에서는 3차 냉각에서의 도달 온도가 낮아, ρ1이 너무 높아졌으므로, 비틀림 특성이 나빴다.

A16의 시료에서는 4차 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도가 높아, 선재 표층부에서의 ρ1이 저하되어 비틀림 시험 시에 디라미네이션이 발생하여, 비틀림 특성이 나빴다.

A17의 시료는, 4차 냉각에 있어서 선재 온도가 표에 나타낸 온도로 된 시점에서, 공랭을 중지하고 충풍 냉각을 개시하는 제조 조건에 의해 얻어졌다. A17의 시료에서는 4차 냉각에서의 도달 온도가 높아, 펄라이트 변태가 종료되지 않고 비펄라이트이면서 비페라이트 면적률이 높기 때문에 신선 가공성이 저하되었다.

A18의 시료에서는, 2차 냉각 후에 선재를 550℃의 소금욕에 침지시켰기 때문에, 선재가 550℃까지 급속 냉각되었다. 그 결과, A18에서는 ρ1이 높고, 비틀림 시험 시에 디라미네이션이 발생하여, 비틀림 특성이 나빴다.

A19의 시료에서는, 선재의 재가열 및 온도 유지 후에, 선재를 550℃의 소금욕에 침지시켰기 때문에, 선재가 550℃까지 급속 냉각되었다. 그 결과, A19에서는 ρ1이 높아, 비틀림 시험 시에 디라미네이션이 발생하여, 비틀림 특성이 나빴다.

A20의 시료에서는, 열간 압연 후의 냉각 속도가 느려, 고온에서 펄라이트 변태가 발생하였다. 펄라이트 변태 온도가 높았으므로, A20에서는 ρ1, ρ2 모두 낮아, 신선 가공 시에 단선이 발생하고, 또한, 비틀림 특성도 나빴다.

A21의 시료에서는, 2차 냉각 후에 충풍 냉각으로 700℃까지 선재를 냉각하고 있기 때문에, 선재의 표층부가 급속 냉각되고, 표층부의 ρ1이 높아져서, 비틀림 시험 시에 디라미네이션이 발생하여, 비틀림 특성이 나빴다.

또한, 표에 나타낸 결과로부터, 본 발명예인 시험 번호 1 내지 19, 및 26의 시료에서는 화학 조성이 본 발명의 바람직한 범위를 충족하고, 또한 선재의 제조 조건도 적절한 점에서, 신선 가공성이 양호하며, 신선 가공 후의 비틀림 특성이 양호함과 함께 필요한 인장 강도도 갖고 있다.

그러나, 시험 번호 20의 시료는, C의 함유량이 낮아, 페라이트 면적률이 너무 커져서, 강선이 강도 부족이었다.

시험 번호 21의 시료는, C의 함유량이 높아, 강이 과잉으로 경화하였으므로, 신선 가공성이 저하되어, 신선 가공 중에 단선이 발생하였다.

시험 번호 22의 시료는, Si의 함유량이 낮기 때문에 ρ1이 낮아, 비틀림 시험 시에 디라미네이션이 발생하였다.

시험 번호 23의 시료는, Mn의 함유량이 너무 높아, 비페라이트이면서 비펄라이트 조직이 많기 때문에 신선 가공 시에 단선이 발생하였다.

시험 번호 24의 시료는, Si의 함유량이 낮고, ρ1이 낮아, 비틀림 시험 시에 디라미네이션이 발생하였다.

시험 번호 25의 시료는, Mn의 함유량이 낮고, ρ1이 낮아, 비틀림 시험 시에 디라미네이션이 발생하였다.

표에 나타낸 결과로부터, C, Si, Mn, N, P, S를 앞서 설명한 바람직한 범위로 규정한 선재로서, 주된 조직이 펄라이트이며, 페라이트 조직이 45％ 이하이며, 비페라이트이면서 비펄라이트 조직이 5％ 이하이며, 펄라이트 조직 중의 라멜라 페라이트의 결정 방위의 각도차 2° 이상 15° 미만으로 되는 아입계 밀도 ρ1이 70/㎜≤ρ1≤600/㎜이며, 전체에서의 페라이트 결정 방위의 각도차 15° 이상으로 되는 대각 입계 밀도 ρ2가 200/㎜ 이상으로 되는 것을 충족하는 선재이면, 신선 가공한 후에 높은 인장 강도가 얻어지며, 또한 신선 가공 후의 비틀림 시험 시에 디라미네이션이 발생하지 않아 안정적으로 비틀 수 있는 강선을 제조 가능한, 신선 가공성이 양호한 신선 가공용 선재를 제공할 수 있다는 사실을 알게 되었다. 즉, 와이어 등의 소재로서 적합한 높은 강도를 갖고, 또한 우수한 비틀림 특성을 갖는 강선을, 신선 가공 중의 단선을 억제하여 안정적으로 제조할 수 있는 신선 가공용 선재를 제공할 수 있었다.

1: 선재
11: 표층부
12: 중심부
21: 구 γ입계
22: 대각 입계
23: 아입계
31: 라멜라 시멘타이트
32: 라멜라 페라이트

Claims (11)

1. 선재이며,
   화학 조성이, 질량％로,
   C: 0.30％ 내지 0.75％,
   Si: 0.80 내지 2.00％,
   Mn: 0.30 내지 1.00％,
   N: 0.0080％ 이하,
   P: 0.030％ 이하,
   S: 0.020％ 이하,
   O: 0.0070％ 이하,
   Al: 0 내지 0.050％,
   Cr: 0 내지 1.00％,
   V: 0 내지 0.15％,
   Ti: 0 내지 0.050％,
   Nb: 0 내지 0.050％,
   B: 0 내지 0.0040％,
   Ca: 0 내지 0.0050％, 및
   Mg: 0 내지 0.0040％
   를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고,
   상기 선재의 표면으로부터 깊이 150 내지 400㎛의 범위인 표층부와, 상기 선재의 중심축으로부터 상기 선재의 직경의 1/10의 범위인 중심부의 양쪽에 있어서, 주된 조직이 펄라이트 조직이고, 상기 선재의 길이 방향에 직각인 횡단면에 있어서의 페라이트 조직의 면적률이 45％ 이하이며, 상기 횡단면에 있어서의 비펄라이트이면서 비페라이트 조직의 면적률이 5％ 이하이며, 상기 펄라이트 조직 중의, 라멜라 페라이트의 결정 방위의 각도차 2° 이상 15° 미만으로 되는 아입계의 밀도 ρ1이 70/㎜≤ρ1≤600/㎜이며, 전체 조직 중에서의, 페라이트 결정 방위의 각도차 15° 이상으로 되는 대각 입계의 밀도 ρ2가 200/㎜ 이상인
   것을 특징으로 하는, 선재.
2. 제1항에 있어서,
   상기 화학 조성이, 질량％로,
   Al: 0.010 내지 0.050％
   를 함유하는 것을 특징으로 하는, 선재.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 화학 조성이, 질량％로,
   Cr: 0.05 내지 1.00％
   를 함유하는 것을 특징으로 하는, 선재.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 화학 조성이, 질량％로,
   V: 0.005 내지 0.15％,
   Ti: 0.002 내지 0.050％, 및
   Nb: 0.002 내지 0.050％
   로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 선재.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 화학 조성이, 질량％로,
   B: 0.0001 내지 0.0040％
   를 함유하는 것을 특징으로 하는, 선재.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 화학 조성이, 질량％로,
   Ca: 0.0002 내지 0.0050％, 및
   Mg: 0.0002 내지 0.0040％
   로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 선재.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선재의 상기 표층부 및 상기 중심부에 있어서, 상기 아입계의 상기 밀도 ρ1이, 하기 식 1을 충족하는 것을 특징으로 하는, 선재.
   ２２０×（Ｃ）＋１００＜ρ１＜２２０×（Ｃ）＋３００： 식 １
   (상기 식 1에 있어서의 (C)는, 상기 선재의 상기 화학 조성에 있어서의 질량％로 나타낸 C 함유량임)
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선재의 상기 직경이 3.5 내지 7.0㎜인 것을 특징으로 하는, 선재.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   강선의 재료로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 선재.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 선재를 신선 가공함으로써 제조되고,
    직경이 0.5 내지 1.5㎜인
    것을 특징으로 하는, 강선.
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 선재를 신선 가공하여 강선을 얻는 공정을 구비하고,
    상기 강선의 직경이 0.5 내지 1.5㎜인
    것을 특징으로 하는, 강선의 제조 방법.

Images