KR20230045012A - 철 합금, 철 합금선, 및 철 합금 연선 - Google Patents

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노리아키 구보
다이치로 니시카와
데쓰야 구와바라
다카시 호소다
유키오 다치
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스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
산요오도꾸슈세이꼬 가부시키가이샤
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Abstract

질량%로, C를 0.1% 이상 0.4% 이하, Si를 0.2% 이상 2.0% 이하, Mn을 0.05% 이상 2.0% 이하, Ni를 25% 이상 42% 이하, Cr을 0.1% 이상 3.0% 이하, V를 0.2% 이상 3.0% 이하, Ca, Ti, Al, 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계로 0% 이상 0.1% 이하, Zr, Hf, Mo, Cu, Nb, Ta, W, 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계로 0% 이상 0.1% 이하, Co를 0% 이상 5% 이하 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성과, 산화물이 모상에 분산된 조직을 구비하고, 단면에 있어서, 2mm×20mm의 영역에 포함되는 상기 산화물의 최대 직경이 150μm 미만인, 철 합금.

Description

철 합금, 철 합금선, 및 철 합금 연선
본 개시는, 철 합금, 철 합금선, 및 철 합금 연선에 관한 것이다. 본 출원은, 2020년 8월 6일에 출원한 일본 특허출원인 특원 2020-133707호에 기초하는 우선권을 주장한다. 당해 일본 특허출원에 기재된 모든 기재 내용은, 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
특허문헌 1, 2에 기재되는 바와 같이, 종래, 소정량의 니켈을 포함하는 강선이 가공 송전선의 심선에 이용되고 있다. 상기 심선의 외주에는, 가공 송전선의 도체부를 구성하는 알루미늄선이 배치된다.
일본 특허공개 2002-256395호 공보 국제 공개 제2018/193810호
본 개시의 철 합금은,
질량%로,
C를 0.1% 이상 0.4% 이하,
Si를 0.2% 이상 2.0% 이하,
Mn을 0.05% 이상 2.0% 이하,
Ni를 25% 이상 42% 이하,
Cr을 0.1% 이상 3.0% 이하,
V를 0.2% 이상 3.0% 이하,
Ca, Ti, Al, 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계로 0% 이상 0.1% 이하,
Zr, Hf, Mo, Cu, Nb, Ta, W, 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계로 0% 이상 0.1% 이하,
Co를 0% 이상 5% 이하 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성과,
산화물이 모상에 분산된 조직을 구비하고,
단면에 있어서, 2mm×20mm의 영역에 포함되는 상기 산화물의 최대 직경이 150μm 미만이다.
본 개시의 철 합금선은,
본 개시의 철 합금으로 구성된다.
본 개시의 철 합금 연선은,
복수의 소선이 서로 꼬여 이루어지는 철 합금 연선으로서,
상기 복수의 소선 중, 적어도 하나의 소선은, 본 개시의 철 합금선이다.
도 1은 실시형태의 철 합금을 모식적으로 확대해서 나타내는 단면도이다.
도 2는 실시형태의 철 합금선 및 실시형태의 철 합금 연선을 구비하는 가공 송전선의 사시도이다.
도 3은 스토크스의 식에 대하여, 개재물의 입자의 입경과, 상기 입자의 부상(浮上) 속도의 관계를 개념적으로 나타내는 그래프이다.
도 4a는 연속 주조 시의 냉각 속도가 빠른 경우에 대하여, 주형 내의 상태를 설명하는 도면이다.
도 4b는 연속 주조 시의 냉각 속도가 느린 경우에 대하여, 주형 내의 상태를 설명하는 도면이다.
[본 개시가 해결하려고 하는 과제]
고온 강도가 우수한 철 합금이 요망되고 있다.
전술한 가공 송전선의 심선에는, 가공 송전선의 중량 및 장력에 견디기 위해서, 실온에서의 강도가 우수할 것이 요망된다. 또한, 상기 심선에는, 통전 시의 온도 상승에 수반하여 열팽창한 가공 송전선이 처지는 것을 저감하기 위해서, 사용 시의 온도 범위에 있어서 선팽창 계수가 낮을 것이 요망된다. 전술한 특허문헌 1, 2는, 강의 조성을 조정함으로써, 이들 요구에 대응하고 있다.
요즘, 송전 용량이 증대되는 경향이 있다. 송전 용량이 증대되면, 가공 송전선의 줄 열도 커진다. 그 결과, 가공 송전선의 온도가 200℃ 이상, 나아가서는 230℃ 정도로 높아질 수 있다. 통전 시의 온도 상승에 수반하여 열팽창한 알루미늄선은, 심선을 구성하는 강선보다 신장된다. 여기에서, 가공 송전선의 양 단부는 각각, 단자에 고정되어 있다. 전술한 바와 같이 알루미늄선이 신장되는 것에 의해, 심선에는, 각 단자측을 향해 인장되는 힘이 작용한다고 생각된다. 이 인장력이 크면, 상기 심선이 파단되는 것이 생각된다. 따라서, 실온에서의 강도에 더하여, 200℃ 이상과 같은 고온에서도 파단되기 어려운 철 합금, 즉 고온 강도가 우수한 철 합금이 요망된다.
또, 상기 심선은, 대표적으로는, 복수의 강선이 서로 꼬여 이루어지는 연선이다. 각 강선은, 제조 과정에 있어서 서로 꼬임 시에 비틀어진다. 이 비틀림에 의해 각 강선이 파단되기 어려운 것, 즉 비틀림 특성이 우수한 철 합금이 바람직하다.
그래서, 본 개시는, 고온 강도가 우수한 철 합금을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 본 개시는, 고온 강도가 우수한 철 합금선, 및 철 합금 연선을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
[본 개시의 효과]
본 개시의 철 합금, 본 개시의 철 합금선, 및 본 개시의 연선은, 고온 강도가 우수하다.
[본 개시의 실시형태의 설명]
특허문헌 2에 기재되는 바와 같이, 산소의 함유량을 조정함으로써, 산화물에 기인하는 연성(延性)의 저하를 억제할 수 있다. 그러나, 후술하는 시험예에 나타내는 바와 같이, 산소의 함유량을 조정하는 것만으로는, 철 합금의 고온 강도의 향상이 어렵다. 본 발명자들은, 산화물의 크기를 제어함으로써, 철 합금의 고온 강도를 향상시킬 수 있다는 지견을 얻었다. 또한, 본 발명자들은, 산화물의 크기가 제어된 철 합금은 비틀림 특성도 우수하다는 지견을 얻었다. 또, 본 발명자들은, 특정한 조건에서 합금 용탕을 응고시킴으로써, 산화물의 크기를 제어할 수 있다는 지견을 얻었다. 본 개시의 철 합금은, 이들 지견에 기초하는 것이다. 최초로 본 개시의 실시태양을 열기하여 설명한다.
(1) 본 개시의 일 태양에 따른 철 합금은,
질량%로,
C를 0.1% 이상 0.4% 이하,
Si를 0.2% 이상 2.0% 이하,
Mn을 0.05% 이상 2.0% 이하,
Ni를 25% 이상 42% 이하,
Cr을 0.1% 이상 3.0% 이하,
V를 0.2% 이상 3.0% 이하,
Ca, Ti, Al, 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계로 0% 이상 0.1% 이하,
Zr, Hf, Mo, Cu, Nb, Ta, W, 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계로 0% 이상 0.1% 이하,
Co를 0% 이상 5% 이하 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성과,
산화물이 모상에 분산된 조직을 구비하고,
단면에 있어서, 2mm×20mm의 영역에 포함되는 상기 산화물의 최대 직경이 150μm 미만이다.
본 개시의 철 합금은 산화물을 포함한다. 단, 산화물의 최대 직경이 150μm 미만임으로써, 전술한 고온 시에 인장력이 본 개시의 철 합금에 가해진 경우에, 상기 산화물이 균열의 기점이 되기 어렵다. 상기 산화물에 기인하는 균열의 전파도 생기기 어렵다. 이들 이유에 의해, 본 개시의 철 합금은, 고온 강도가 우수하다.
또한, 전술한 서로 꼬임 등에 의한 비틀림이 본 개시의 철 합금에 가해진 경우에, 상기 산화물이 균열의 기점이 되기 어렵다. 상기 산화물에 기인하는 균열의 전파도 생기기 어렵다. 이들 이유에 의해, 본 개시의 철 합금은, 비틀림 특성도 우수하다.
본 개시의 철 합금은, 전술한 특정 조성을 구비함으로써, 실온에서의 강도가 우수하다. 실온에서의 인장 강도가 높은 강선은, 온도 상승에 수반하여 인장 강도가 어느 정도 저하되더라도, 어느 정도 높은 인장 강도를 갖기 쉽다고 생각된다. 이들로부터도, 본 개시의 철 합금은, 고온 강도가 우수하다.
본 개시의 철 합금은, 이하에 설명하는 바와 같이, 전술한 특정 조성을 구비하기 때문에도 비틀림 특성이 우수하다. 실온에서의 인장 강도가 높은 강선은, 인성이 낮아지기 쉽다. 인성이 낮은 것에 기인하여, 비틀어지면, 강선이 파단되기 쉽다, 즉 비틀림 특성이 저하되기 쉽다고 생각된다. 이에 반해, 전술한 특정 조성을 구비하는 철 합금에서는, 인성이 낮은 것에 기인하는 비틀림 특성의 저하가 작다고 생각된다.
또, 본 개시의 철 합금은, 전술한 특정 조성을 구비함으로써, 실온뿐만 아니라 전술한 고온이 되더라도 선팽창 계수가 작다. 그 때문에, 전술한 고온 시의 열팽창량이 적어지기 쉽다. 이와 같이 고온 강도, 비틀림 특성, 및 실온에서의 강도가 우수한 데다가, 선팽창 계수가 작은 본 개시의 철 합금은, 이들 특성이 요망되는 용도의 소재, 예를 들면 가공 송전선의 심선의 소재에 적합하다. 본 개시의 철 합금이 가공 송전선의 심선에 이용된 경우에는, 전술한 고온 시의 열팽창량이 적음으로써, 가공 송전선의 처짐양을 작게 할 수 있다.
본 개시의 철 합금은, 주조 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 제조하는 것을 들 수 있다. 특히, 이 제조 방법은, 액상으로부터 고상으로 변화하는 온도역에 있어서의 냉각 속도를 비교적 느리게 한다는 특정한 조건에서 주조를 행한다. 여기에서, 양산의 관점에서, 종래의 제조 방법에서는, 용탕 온도로부터 실온까지의 온도역에 있어서 냉각 속도를 빠르게 하는 것이 일반적이다. 그러나, 후술하는 시험예에 나타내는 바와 같이, 주조 공정에 있어서, 액상으로부터 고상으로 변화하는 온도역에서의 냉각 속도가 빠르면, 구체적으로는 10℃/min을 초과하면, 산화물의 최대 직경이 150μm를 초과한다. 이에 반해, 후술하는 시험예에 나타내는 바와 같이, 상기의 특정한 조건에서 주조를 행하면, 산화물의 최대 직경이 150μm 미만이다. 따라서, 상기의 특정한 조건은, 고온 강도의 향상이 요망되는 용도의 철 합금, 예를 들면 전술한 바와 같이 송전 용량의 추가적인 증대에 수반하여 줄 열이 증대될 수 있는 가공 송전선의 심선용의 철 합금의 제조에 바람직한 조건이라고 할 수 있다.
(2) 본 개시의 철 합금의 일례로서,
상기 단면에 있어서, 2mm×3mm의 영역에 포함되는 상기 산화물의 개수가 500개 이하인 형태를 들 수 있다.
균열의 기점이 될 수 있는 산화물이 적은 데다가, 산화물에 의한 균열의 전파가 억제됨으로써, 상기 형태는, 고온 강도 및 비틀림 특성이 보다 우수하다.
(3) 본 개시의 철 합금의 일례로서,
상기 조성에 있어서의 산소의 함유량은, 0.003질량% 이하인 형태를 들 수 있다.
균열의 기점이 될 수 있는 산화물이 적음으로써, 상기 형태는, 고온 강도 및 비틀림 특성이 보다 우수하다.
(4) 본 개시의 철 합금의 일례로서,
실온에서의 인장 강도 σRT에 대한 300℃에서의 인장 강도 σ300의 비 σ300/σRT가 0.8 이상인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 고온 강도가 우수하다.
(5) 본 개시의 철 합금의 일례로서,
직경의 100배의 길이를 갖는 선형상의 시험편을 10개 취하고, 편단(片端) 고정된 각 시험편을 60rpm의 회전 속도로 비틀어, 각 시험편이 파단될 때까지의 횟수의 평균치가 30회 이상인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 비틀림 특성이 우수하다.
(6) 본 개시의 철 합금의 일례로서,
실온에서의 인장 강도 σRT가 1250MPa 이상인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 실온에서의 강도가 우수하다.
(7) 본 개시의 철 합금의 일례로서,
30℃ 내지 230℃에 있어서의 평균 선팽창 계수가 4ppm/℃ 이하인 형태를 들 수 있다.
상기 형태에서는, 실온부터 200℃ 이상과 같은 고온까지의 범위에 있어서 열팽창량이 적다.
(8) 본 개시의 철 합금의 일례로서,
실온에서의 파단 신도가 0.8% 이상인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 신도가 우수함으로써, 서로 꼬임 등으로 비틀어지거나, 굽힘이나 진동 등을 받거나 하더라도 파단되기 어렵다.
(9) 본 개시의 철 합금의 일례로서,
실온에서의 가공 경화 지수가 0.7 이상인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 내충격성이 우수하기 때문에, 충격을 받더라도 파단되기 어렵다.
(10) 본 개시의 일 태양에 따른 철 합금선은,
상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나의 철 합금으로 구성된다.
본 개시의 철 합금선은, 본 개시의 철 합금으로 구성됨으로써, 고온 강도가 우수하다. 또한, 본 개시의 철 합금선은, 본 개시의 철 합금으로 구성됨으로써, 비틀림 특성이 우수하다.
(11) 본 개시의 철 합금선의 일례로서,
상기 철 합금으로 구성되는 선재와, 추가로 상기 선재의 외주를 덮는 피복층을 구비하고,
상기 피복층은, Al 또는 Zn을 포함하는 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 본 개시의 철 합금으로 구성되는 선재를 주체로 함으로써, 고온 강도 및 비틀림 특성이 우수한 데다가, 피복층에 의해, 후술하는 바와 같이 이종(異種) 금속의 접촉에 기인하는 부식을 저감할 수 있다.
(12) 본 개시의 철 합금선의 일례로서,
선경이 2mm 이상 5mm 이하인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 예를 들면 가공 송전선의 심선부를 구성하는 소선에 이용할 수 있다.
(13) 본 개시의 일 태양에 따른 철 합금 연선은,
복수의 소선이 서로 꼬여 이루어지는 철 합금 연선으로서,
상기 복수의 소선 중, 적어도 하나의 소선은, 상기 (10) 내지 (12) 중 어느 하나의 철 합금선이다.
본 개시의 철 합금 연선은, 본 개시의 철 합금선으로 구성되는 소선을 구비함으로써, 고온 강도가 우수하다. 또한, 본 개시의 철 합금 연선은, 본 개시의 철 합금선으로 구성되는 소선을 구비함으로써, 비틀림 특성이 우수하다. 이와 같은 본 개시의 철 합금 연선은, 가공 송전선의 심선에 적합하다.
[본 개시의 실시형태의 상세]
이하, 도면을 참조하여, 본 개시의 실시형태를 구체적으로 설명한다. 도면 중, 동일 부호는 동일 명칭물을 의미한다.
[철 합금]
도 1을 참조하여, 실시형태의 철 합금을 설명한다.
실시형태의 철 합금(1)은, 이하의 제1군의 원소를 후술하는 특정 범위로 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성을 구비한다. 상기 조성은, 이하의 제2군 및 이하의 제3군으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 후술하는 특정 범위로 포함해도 된다. 또는, 상기 조성은, 제2군 및 제3군으로 이루어지는 군의 원소를 포함하지 않아도 된다.
제1군을 구성하는 원소는, C(탄소), Si(규소), Mn(망가니즈), Ni(니켈), Cr(크로뮴), V(바나듐)이다.
제2군을 구성하는 원소는, Ca(칼슘), Ti(타이타늄), Al(알루미늄), Mg(마그네슘)이다.
제3군을 구성하는 원소는, Zr(지르코늄), Hf(하프늄), Mo(몰리브데넘), Cu(구리), Nb(나이오븀), Ta(탄탈럼), W(텅스텐), B(붕소)이다.
그 외, 상기 조성은, Co(코발트)를 포함해도 된다.
또한, 실시형태의 철 합금(1)은, 산화물(12)이 모상(10)에 분산된 조직을 구비한다. 철 합금(1)의 단면에 있어서, 2mm×20mm의 영역에 포함되는 산화물(12)의 최대 직경 D가 150μm 미만이다. 여기에서의 산화물(12)의 최대 직경 D는, 상기 영역에 포함되는 각 산화물(12)에 대하여 구한 직경 중, 최대치이다. 각 산화물(12)의 직경은, 각 산화물(12)의 단면적과 동일한 면적을 갖는 원의 직경으로 한다. 최대 직경 D의 측정 방법의 상세는 후술한다.
이하, 철 합금(1)의 조성, 조직, 특성을 순서대로 설명한다. 한편, 도 1은, 도 2에 나타내는 실시형태의 철 합금(1)으로 구성되는 철 합금선(2)을 I-I 절단선으로 절단한 단면을 나타낸다. 도 1의 단면은, 상기 철 합금선(2)을 철 합금선(2)의 축 방향에 평행한 평면으로 절단한 단면의 일례이다.
(조성)
이하의 설명에서는, 각 원소의 함유량은, 철 합금(1)을 100질량%로 할 때의 질량 비율이며, 질량%로 나타낸다. 또한, 이하의 설명에서는, 간단히 강도라고 하는 경우, 주로, 실온에서의 강도를 의미한다. 여기에서의 강도는, 주로, 인장 강도에 의해 나타나는 기계적 특성이다.
실시형태의 철 합금(1)은, Fe를 베이스로 하고, 후술하는 바와 같이 Ni를 비교적 많이 포함하는 Fe-Ni 합금이다. Fe-Ni 합금의 선팽창 계수는 Ni를 포함하지 않는 경우보다 낮다. 이와 같은 Fe-Ni 합금이 전술한 제1군의 원소 등을 추가로 포함함으로써, 기본적으로는, 철 합금(1)의 강도가 향상된다. 제1군의 원소 등의 함유량의 증가에 수반하여, 철 합금(1)의 선팽창 계수가 증가하는 경향이 있다.
<제1군>
《C》
C의 함유량은, 0.1% 이상 0.4% 이하이다.
C의 함유량이 0.1% 이상이면, 고용에 의한 강화 효과와, 탄화물의 석출에 수반하는 석출 경화에 의한 강화 효과로부터, 철 합금(1)의 강도가 높여진다. C의 함유량이 0.1% 초과, 0.13% 이상, 0.15% 이상, 0.18% 이상이면, 강도가 향상되기 쉽다.
C의 함유량이 0.4% 이하이면, 강도의 향상에 기인하는 연성의 저하가 작아지기 쉽다. 높은 신도를 갖기 쉽기 때문에, 철 합금(1)은 비틀림 특성이 우수하다. 또한, C의 함유량이 0.4% 이하이면, C의 함유에 수반하는 선팽창 계수의 증대가 작아지기 쉽다. 그 때문에, 200℃ 이상과 같은 고온 시의 열팽창량이 적어지기 쉽다. C의 함유량이 0.38% 이하, 0.36% 이하이면, 이들 효과가 얻어지기 쉽다.
C의 함유량이 0.15% 이상 0.35% 이하이면, 특히 강화 효과와, 양호한 비틀림 특성의 유지 및 선팽창 계수의 증대 억제라고 하는 효과가 균형 있게 얻어지기 쉽다.
《Si》
Si의 함유량은, 0.2% 이상 2.0% 이하이다.
Si의 함유량이 0.2% 이상이면, 고용에 의한 강화 효과로부터, 철 합금(1)의 강도가 높여진다. Si의 함유량이 0.3% 이상, 0.4% 이상이면, 강도가 향상되기 쉽다. Si의 함유량이 0.5% 이상이면, 고용에 의한 강화에 더하여, Si를 포함하는 화합물 등의 석출에 의한 강화 효과가 얻어진다.
Si의 함유량이 2.0% 이하이면, Si의 함유에 수반하는 선팽창 계수의 증대가 작아지기 쉽다. Si의 함유량이 1.8% 이하, 1.6% 이하, 나아가서는 1.5% 이하이면, 선팽창 계수의 증대가 보다 억제된다.
Si의 함유량이 0.3% 이상 1.5% 이하이면, 강화 효과와, 선팽창 계수의 증대 억제라고 하는 효과가 균형 있게 얻어지기 쉽다.
《Mn》
Mn의 함유량은, 0.05% 이상 2.0% 이하이다.
Mn의 함유량이 0.05% 이상이면, 탈산제로서의 효과와, 고용에 의한 강화 효과가 양호하게 얻어진다. Mn의 함유량이 0.1% 이상, 0.13% 이상이면, 이들 효과가 보다 얻어지기 쉽다.
Mn의 함유량이 2.0% 이하이면, Mn의 함유에 수반하는 선팽창 계수의 증대가 작아지기 쉽다. Mn의 함유량이 1.8% 이하, 1.5% 이하, 1.2% 이하, 나아가서는 1.0% 이하, 0.8% 이하이면, 선팽창 계수의 증대가 보다 억제된다.
Mn의 함유량이 0.05% 이상 1.2% 이하이면, 탈산 효과 및 강화 효과와, 선팽창 계수의 증대 억제라고 하는 효과가 균형 있게 얻어지기 쉽다.
《Ni》
Ni의 함유량은, 25% 이상 42% 이하이다.
Ni의 함유량이 25% 이상 42% 이하이면, 철 합금(1)의 선팽창 계수가 작아지기 쉽다. Ni의 함유량이 28% 이상 41% 이하, 30% 이상 40% 이하, 나아가서는 33% 이상 40% 이하이면, 선팽창 계수가 보다 작아지기 쉽다.
《Cr》
Cr의 함유량은, 0.1% 이상 3.0% 이하이다.
Cr의 함유량이 0.1% 이상이면, 고용에 의한 강화 효과로부터, 실온에서의 강도의 향상에 더하여, 고온 강도의 향상도 기대할 수 있다. Cr의 함유량이 0.2% 이상, 0.3% 이상, 나아가서는 0.5% 이상이면, 실온에서의 강도 및 고온 강도가 높아지기 쉽다. Cr의 함유량이 어느 정도 많은 경우, Cr의 일부는 탄화물이 되어 석출된다. 이 탄화물의 석출 경화에 의한 강화 효과가 얻어진다.
Cr의 함유량이 3.0% 이하이면, 조대한 탄화물이 형성되기 어렵다. 그 때문에, 조대한 탄화물에 기인하는 강도의 저하 및 연성의 저하가 저감된다. 이와 같은 철 합금(1)은, 강도가 우수한 데다가, 높은 신도를 갖기 쉽기 때문에, 비틀림 특성도 우수하다. 또한, Cr의 함유량이 3.0% 이하이면, Cr의 함유에 수반하는 선팽창 계수의 증대가 작아지기 쉽다. 전술한 바와 같이 Cr이 탄화물로서 석출되면, Cr의 함유에 수반하는 선팽창 계수의 증대가 보다 작아지기 쉽다. Cr의 함유량이 2.8% 이하, 2.6% 이하, 2.0% 이하, 나아가서는 1.8% 이하, 1.6% 이하이면, 이들 효과가 보다 얻어지기 쉽다.
Cr의 함유량이 0.5% 이상 2.0% 이하이면, 강화 효과와, 양호한 비틀림 특성의 유지 및 선팽창 계수의 증대 억제라고 하는 효과가 균형 있게 얻어지기 쉽다.
《V》
V의 함유량은, 0.2% 이상 3.0% 이하이다.
V의 함유량이 0.2% 이상이면, 탄화물의 석출에 수반하는 석출 경화에 의한 강화 효과로부터, 철 합금(1)의 강도가 높여진다. V의 함유량이 0.3% 이상, 0.4% 이상, 나아가서는 0.5% 이상이면, 강도가 향상되기 쉽다.
V의 함유량이 3.0% 이하이면, V의 함유에 수반하는 선팽창 계수의 증대가 작아지기 쉽다. 전술한 바와 같이 V가 탄화물로서 석출되기 때문에도, V의 함유에 수반하는 선팽창 계수의 증대가 작아지기 쉽다. 또한, V의 함유량이 3.0% 이하이면, C가 많은 경우라도, 조대한 탄화물이 형성되기 어렵다. 이 점에서, 전술한 이유에 의해, 철 합금(1)은, 강도, 신도, 비틀림 특성도 우수하다. V의 함유량이 2.8% 이하, 2.6% 이하, 나아가서는 2.0% 이하이면, 이들 효과가 보다 얻어지기 쉽다.
V의 함유량이 0.5% 이상 2.0% 이하이면, 강화 효과와, 선팽창 계수의 증대 억제 및 양호한 비틀림 특성의 유지라고 하는 효과가 균형 있게 얻어지기 쉽다.
《V/C》
실시형태의 철 합금(1)에 있어서, C의 함유량에 대한 V의 함유량의 비(V/C)가 2 이상 9 이하인 것을 들 수 있다. 비(V/C)가 2 이상 9 이하이면, V가 탄화물로서 석출되기 쉽다. 그 때문에, 탄화물의 석출에 수반하는 석출 경화에 의한 강화 효과가 양호하게 얻어지기 쉽다. 또한, V를 포함하는 탄화물의 석출에 의해, C의 함유 및 V의 함유에 기인하는 선팽창 계수의 증대가 작아지기 쉽다. 또, 비(V/C)가 9 이하이면, 조대한 탄화물이 형성되기 어렵다. 이 점에서, 전술한 이유에 의해, 철 합금(1)은, 강도, 신도, 비틀림 특성도 우수하다. 비(V/C)가 2.5 이상 8.5 이하, 2.7 이상 8 이하, 나아가서는 3 이상 5 이하이면, 이들 효과가 보다 얻어지기 쉽다.
《Cr/C》
실시형태의 철 합금(1)에 있어서, C의 함유량에 대한 Cr의 함유량의 비(Cr/C)가 0.3 이상 10 이하인 것을 들 수 있다. 비(Cr/C)가 0.3 이상 10 이하이면, Cr이 탄화물로서 석출되기 쉽다. 그 때문에, Cr의 함유에 기인하는 선팽창 계수의 증대가 작아지기 쉽다. 또한, 석출 경화에 의한 강도의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 비(Cr/C)가 10 이하이면, 조대한 탄화물이 형성되기 어렵다. 이 점에서, 전술한 이유에 의해, 철 합금(1)은, 강도, 신도, 비틀림 특성도 우수하다. 비(Cr/C)가 0.5 이상 10 이하, 2 이상 10 이하, 나아가서는 2 이상 7.5 이하이면, 이들 효과가 보다 얻어지기 쉽다.
《V+Cr》
실시형태의 철 합금(1)에 있어서, V의 함유량과 Cr의 함유량의 합계량(V+Cr)이 0.5% 이상 5% 이하인 것을 들 수 있다. 합계량(V+Cr)이 0.5% 이상 5% 이하이면, V를 포함하는 탄화물에 기초하는 석출 경화에 의한 강화 효과 또는 V의 함유에 의한 강화 효과와, Cr을 포함하는 탄화물에 기초하는 석출 경화에 의한 강화 효과 또는 Cr의 함유에 의한 강화 효과가 양호하게 얻어지기 쉽다. 이 점에서, 철 합금(1)은 강도가 우수하다. 또한, 탄화물의 석출에 의해, 전술한 바와 같이 선팽창 계수의 증대가 작아지기 쉬운 데다가, V, Cr이 고용되어 있는 경우와 비교해서, 인성의 저하가 저감된다. 또, 합계량(V+Cr)이 5% 이하이면, 조대한 탄화물이 형성되기 어렵다. 이 점에서, 전술한 이유에 의해, 철 합금(1)은, 강도, 신도, 비틀림 특성도 우수하다. 합계량(V+Cr)이 0.8% 이상 5% 이하, 1% 이상 5% 이하, 나아가서는 1% 이상 4% 이하이면, 이들 효과가 보다 얻어지기 쉽다.
《(V+Cr)/C》
실시형태의 철 합금(1)에 있어서, C의 함유량에 대한 V의 함유량과 Cr의 함유량의 합계량(V+Cr)의 비((V+Cr)/C)가 4 이상 15 이하인 것을 들 수 있다. 비((V+Cr)/C)가 4 이상 15 이하이면, 비(V/C) 및 비(Cr/C)의 항에서 설명한 효과가 양호하게 얻어진다. 비((V+Cr)/C)가 4.2 이상 14.8 이하, 4.5 이상 14.5 이하, 나아가서는 5 이상 12 이하이면, 강화 효과, 선팽창 계수의 증대 억제, 양호한 비틀림 특성의 유지 등의 효과가 보다 얻어지기 쉽다.
<제2군>
실시형태의 철 합금(1)에 있어서, Ca, Ti, Al, 및 Mg로 이루어지는 제2군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소의 함유량은, 합계로 0% 이상 0.1% 이하이다. 제2군의 원소는, 대표적으로는, 탈산제로서 첨가된다. 제2군의 함유량이 합계로 0.1% 이하이면, 제2군의 원소를 포함하는 산화물(12)이 적어지기 쉽다. 이 점에서, 산화물(12)에 기인하는 강도의 저하, 고온 강도의 저하, 및 비틀림 특성의 저하가 저감되기 쉽다. 제2군의 함유량이 합계로 0% 초과 0.08% 이하, 0.01% 이상 0.06% 이하이면, 산화물(12)을 저감하면서, 탈산 효과가 얻어지기 쉽다.
<제3군>
실시형태의 철 합금(1)에 있어서, Zr, Hf, Mo, Cu, Nb, Ta, W, 및 B로 이루어지는 제3군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소의 함유량은, 합계로 0% 이상 0.1% 이하이다. 제3군의 원소는, 강화 효과를 갖는다. 제3군의 함유량이 합계로 0.1% 이하이면, 연성의 저하가 작아지기 쉽다. 높은 신도를 갖기 쉽기 때문에, 철 합금(1)은, 비틀림 특성도 우수하다. 또한, 제3군의 함유량이 합계로 0.1% 이하이면, 제3군의 원소의 함유에 기인하는 선팽창 계수의 증대가 작아지기 쉽다. 제3군의 함유량이 합계로 0% 초과 0.09% 이하, 0.01% 이상 0.08% 이하이면, 강화 효과와, 양호한 비틀림 특성의 유지 및 선팽창 계수의 증대 억제라고 하는 효과가 균형 있게 얻어지기 쉽다.
<Co>
실시형태의 철 합금(1)은, Co를 포함해도 된다. Co의 함유량은, 예를 들면 0% 이상 5% 이하를 들 수 있다. Co의 함유량은 4% 이하, 3% 이하, 나아가서는 2% 이하, 1% 이하여도 된다. Co를 0% 초과 5% 이하의 범위로 포함하는 경우에는, Ni와 마찬가지로, 철 합금(1)의 선팽창 계수가 작아지기 쉽다.
<불가피 불순물>
여기에서의 불가피 불순물은, 전술한 제1군의 원소, 제2군의 원소, 제3군의 원소, 및 Co 이외의 원소이다. 불가피 불순물로서는, 예를 들면 O(산소)를 들 수 있다.
<O>
실시형태의 철 합금(1)에 포함되는 O는, 대표적으로는 산화물(12)로서 존재한다. 산화물(12)의 상세는 후술한다. O의 함유량은, 예를 들면 0.003% 이하를 들 수 있다. O의 함유량이 0.003% 이하이면, 철 합금(1)에 포함되는 산화물(12)의 총량이 적어지기 쉽다. 이 점에서, 산화물(12)에 기인하는 강도의 저하, 고온 강도의 저하, 및 비틀림 특성의 저하가 저감되기 쉽다. O의 함유량이 적을수록, 산화물(12)의 총량이 적어지기 때문에, O의 함유량은, 0.002% 이하, 더욱이 0.001% 이하여도 된다. 한편, 실시형태의 철 합금(1)은 산화물(12)을 포함하기 때문에, O의 함유량은 0% 초과이다.
(조직)
실시형태의 철 합금(1)은, 모상(10) 중에 산화물(12)을 포함한다. 모상(10)은, 주로, 전술한 특정 조성을 구비하는 강으로 구성된다. 산화물(12)은, 산소와, 산소 이외의 원소의 화합물이다. 상기의 산소 이외의 원소는, 전술한 조성의 항에서 설명한 원소, 예를 들면 탈산 효과를 갖는 원소를 들 수 있다. 이하의 설명에서는, 철 합금(1)의 단면에 있어서의 「2mm×20mm의 영역」을 제1 관찰 영역이라고 부른다.
<산화물>
《최대 직경 D》
실시형태의 철 합금(1)에서는, 제1 관찰 영역에 있어서의 산화물(12)의 최대 직경 D가 150μm 미만이다. 여기에서, 제1 관찰 영역은, 철 합금(1)의 임의의 단면으로부터 취한다. 그 때문에, 실시형태의 철 합금(1)에서는, 철 합금(1)의 임의의 위치에 존재하는 산화물(12)의 최대 직경 D가 150μm 미만이다. 최대 직경 D가 150μm 미만이면, 200℃ 이상과 같은 고온 시에 인장력이 철 합금(1)에 가해진 경우에, 산화물(12)이 균열의 기점이 되기 어렵다. 이 점에서, 철 합금(1)은, 고온 강도가 우수하다. 또한, 최대 직경 D가 150μm 미만이면, 서로 꼬임 등에 의한 비틀림이 철 합금(1)에 가해진 경우에, 산화물(12)이 균열의 기점이 되기 어렵다. 이 점에서, 철 합금(1)은, 비틀림 특성이 우수하다. 최대 직경 D가 140μm 이하, 120μm 이하, 나아가서는 100μm 이하, 90μm 이하, 70μm 이하, 나아가서는 30μm 이하이면, 산화물(12)이 균열의 기점이 되기 어려워 바람직하다.
최대 직경 D는 작을수록 바람직하다. 단, 최대 직경 D가 5μm 이상, 나아가서는 10μm 이상이면, 철 합금(1)의 제조를 행하기 쉽다.
최대 직경 D가 5μm 이상 150μm 미만, 나아가서는 10μm 이상 100μm 이하이면, 철 합금(1)은, 고온 강도 및 비틀림 특성이 우수하면서, 제조성도 우수하다.
《개수 밀도》
철 합금(1) 중의 산화물(12)은, 최대 직경 D가 작은 것에 더하여, 적은 것이 바람직하다. 정량적으로는, 철 합금(1)의 단면에 있어서, 2mm×3mm의 영역에 포함되는 산화물(12)의 개수가 500개 이하인 것을 들 수 있다. 이하의 설명에서는, 철 합금(1)의 단면에 있어서의 「2mm×3mm의 영역」을 제2 관찰 영역이라고 부른다. 또한, 제2 관찰 영역에 포함되는 산화물(12)의 개수를 개수 밀도라고 부른다. 개수 밀도의 측정 방법의 상세는 후술한다.
개수 밀도가 500개 이하이면, 균열의 기점이 될 수 있는 산화물(12)이 적다. 또한, 복수의 산화물(12)에 의해, 균열이 전파되는 것이 억제된다. 이와 같은 철 합금(1)은, 산화물(12)에 기인하는 균열이 생기기 어렵다. 이 점에서, 철 합금(1)은, 고온 강도 및 비틀림 특성이 보다 우수하다. 개수 밀도가 400개 이하, 300개 이하, 나아가서는 200개 이하, 150개 이하이면, 산화물(12)에 기인하는 균열이 보다 생기기 어렵다.
개수 밀도는 적을수록 바람직하다. 단, 개수 밀도가 5개 이상, 10개 이상, 나아가서는 15개 이상이면, 철 합금(1)의 제조를 행하기 쉽다.
개수 밀도가 5개 이상 500개 이하, 나아가서는 10개 이상 200개 이하이면, 철 합금(1)은, 균열의 전파가 억제되기 쉬움으로써 고온 강도 및 비틀림 특성이 보다 우수하면서, 제조성도 우수하다.
<측정 방법>
《최대 직경 D》
산화물(12)의 최대 직경 D는, 이하와 같이 측정한다.
(1) 철 합금(1)으로부터 임의의 단면을 취한다. 단면은, 2mm×20mm의 제1 관찰 영역을 채취 가능하도록 취한다. 예를 들면, 철 합금(1)이 선재인 경우, 선재의 축 방향에 평행한 평면으로 선재를 절단한 단면, 이른바 종단면을 취하는 것을 들 수 있다. 예를 들면, 철 합금(1)이 판재인 경우, 판재의 표면에 평행한 평면으로 판재를 절단한 단면을 취하는 것을 들 수 있다.
(2) 제1 관찰 영역을 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰한다. 관찰 배율은 200배로 한다.
제1 관찰 영역에 존재하는 산화물(12)을 추출한다. 추출한 각 산화물(12)의 단면적을 구한다. 각 산화물(12)의 단면적과 동일한 면적을 갖는 원의 직경을 각 산화물(12)의 직경으로 한다. 산화물(12)의 직경 중, 최대치를 산화물(12)의 최대 직경 D로 한다. 여기에서는, 복수의 단면을 취하고, 각 단면으로부터 제1 관찰 영역을 채취한다. 각 제1 관찰 영역에 대하여 산화물(12)의 최대 직경 D를 구한다. 구한 복수의 최대 직경 D의 평균을 철 합금(1)에 있어서의 산화물(12)의 최대 직경 D로 한다.
한편, 전술한 직경이 1μm 이상인 산화물(12)을 최대 직경 D의 평가에 이용한다. 즉, 제1 관찰 영역에 존재하는 모든 산화물(12) 중, 상기 직경이 1μm 미만인 산화물(12)은, 최대 직경 D의 평가에 이용하지 않는다. 이 이유는, 상기 직경 1μm 미만의 산화물(12)은, 균열의 기점이 되기 어렵다고 생각되기 때문이다.
《개수 밀도》
산화물(12)의 개수 밀도는, 이하와 같이 측정한다.
전술한 제1 관찰 영역으로부터, 2mm×3mm의 제2 관찰 영역을 취한다. 제2 관찰 영역에 존재하는 산화물(12)의 총수를 구한다. 구한 산화물(12)의 총수를 개수 밀도로 한다. 여기에서는, 복수의 제1 관찰 영역으로부터 각각, 제2 관찰 영역을 취한다. 각 제2 관찰 영역에 대하여 산화물(12)의 개수 밀도를 구한다. 구한 복수의 개수 밀도의 평균을 철 합금(1)에 있어서의 개수 밀도로 한다. 산화물(12)의 총수의 평가도, 최대 직경 D의 평가와 마찬가지로, 상기 직경이 1μm 이상인 산화물(12)을 이용하고, 상기 직경이 1μm 미만인 산화물(12)을 이용하지 않는다.
산화물(12)의 추출, 산화물(12)의 직경 및 최대 직경 D의 산출, 산화물(12)의 수의 계측 등은, 시판 중인 화상 처리 장치, 소프트웨어 등을 이용하면 용이하게 행할 수 있다.
(특성)
<실온에서의 특성>
여기에서의 실온은, 20℃±15℃이다. 이 온도 범위, 즉 5℃ 이상 35℃ 이하의 온도 범위에서는, 이하의 특성은 실질적으로 변화하지 않는다. 예를 들면, 5℃에서의 인장 강도와 35℃에서의 인장 강도는 실질적으로 동일하다.
《인장 강도》
실시형태의 철 합금(1)은, 전술한 특정 조성을 구비함으로써, 실온에서의 강도가 우수하다. 정량적으로는, 실온에서의 인장 강도 σRT가 1250MPa 이상인 것을 들 수 있다. 인장 강도 σRT가 1250MPa 이상이면, 철 합금(1)은 강도가 우수하다. 예를 들면, 철 합금(1)이 가공 송전선(5)의 심선부(50)(도 2)를 구성하는 경우, 이 심선부(50)는, 가공 송전선(5)의 중량 및 장력에 견딘다. 또한, 인장 강도 σRT가 높은 철 합금(1)은, 온도 상승에 수반하여 인장 강도가 어느 정도 저하되더라도, 어느 정도 높은 인장 강도를 갖기 쉽다. 예를 들면, 철 합금(1)이 상기 심선부(50)를 구성하는 경우, 이 심선부(50)는, 200℃ 이상과 같은 고온이 되더라도 높은 인장 강도를 갖기 쉽다. 이들 점에서, 철 합금(1)은, 상기 심선부(50)의 소재에 적합하다. 인장 강도 σRT가 1300MPa 이상, 1350MPa 이상이면, 철 합금(1)은, 강도가 보다 우수하다.
실온에서의 인장 강도 σRT는, 예를 들면 1250MPa 이상 1700MPa 이하, 1300MPa 이상 1600MPa 이하이면, 철 합금(1)은, 강도가 우수하면서, 높은 신도를 갖기 쉬우므로, 비틀림 특성도 우수하다.
《파단 신도》
실시형태의 철 합금(1)에 있어서, 실온에서의 파단 신도가 0.8% 이상인 것을 들 수 있다. 실온에서의 파단 신도가 0.8% 이상이면, 철 합금(1)은 신도가 우수하다. 예를 들면, 철 합금(1)이 철 합금 연선(3)의 소선(30)(도 2)을 구성하는 경우, 각 소선(30)은, 제조 과정에 있어서 서로 꼬임 시에 비틀어져도 파단되기 어렵다. 또한, 예를 들면, 철 합금(1)이 가공 송전선(5)의 심선부(50)를 구성하는 경우, 가선 후에 강풍, 적설, 진동 등을 받더라도 파단되기 어렵다. 이 점에서, 철 합금(1)은, 상기 심선부(50) 등에 이용되는 철 합금 연선의 소선(30)의 소재에 적합하다. 실온에서의 파단 신도가 0.9% 이상, 1.0% 이상이면, 철 합금(1)은, 신도가 보다 우수하다.
실온에서의 파단 신도는, 예를 들면 0.8% 이상 10% 이하, 나아가서는 0.8% 이상 5% 이하이면, 철 합금(1)은, 전술한 높은 강도를 가지면서, 신도도 우수하다.
《가공 경화 지수》
실시형태의 철 합금(1)에 있어서, 실온에서의 가공 경화 지수가 0.7 이상인 것을 들 수 있다. 여기에서의 가공 경화 지수는, 0.2% 내력을 인장 강도로 나눈 값, 즉 (0.2% 내력/인장 강도)이다. 인장 강도 및 신도가 동일한 철 합금에서는, 가공 경화 지수가 0.7 이상인 철 합금은, 가공 경화 지수가 0.7 미만인 철 합금과 비교해서, 인장 시험 시의 응력-변형 곡선을 나타내는 그래프에 있어서의 이하의 면적이 크다. 상기 면적은, 응력-변형 곡선과, 가로축과, 세로축에 평행한 직선으로서 철 합금이 파단될 때의 변형치를 통과하는 직선으로 둘러싸이는 면적이다. 한편, 상기 그래프에 있어서 가로축은 변형을 나타내고, 세로축은 응력을 나타낸다. 상기 면적이 큰 철 합금(1)은, 충격 에너지를 흡수하는 능력이 높다, 즉 내충격성이 우수하다고 할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면, 철 합금(1)이 가공 송전선(5)의 심선부(50)를 구성하는 경우, 돌풍 등에 의해 갑작스러운 부하가 가해지는 등의 충격을 가공 송전선(5)이 받더라도, 심선부(50)는 파단되기 어렵다. 또한, 인장 강도가 동일한 철 합금에서는, 0.2% 내력이 클수록, 환언하면 가공 경화 지수가 클수록, 심선부(50)와 단자부의 고착성이 우수한 경향이 있다. 이들 점에서, 철 합금(1)은, 가공 송전선(5)의 심선부(50) 등에 이용되는 철 합금 연선(3)의 소선(30)의 소재에 적합하다. 가공 경화 지수가 0.8 이상, 0.9 이상이면, 철 합금(1)은, 전술한 바와 같이 충격을 받더라도 파단되기 어렵다. 한편, 여기에서의 가공 경화 지수의 최대치는 1이다.
《비틀림 특성》
실시형태의 철 합금(1)에서는, 전술한 바와 같이 산화물(12)의 최대 직경 D가 작기 때문에, 비틀어져도, 산화물(12)을 기점으로 하는 균열이 생기기 어렵다. 실시형태의 철 합금(1)은, 전술한 특정 조성을 구비하기 때문에도, 비틀림에 의해 파단되기 어렵다. 정량적으로는, 이하의 평균 횟수가 30회 이상인 것을 들 수 있다. 철 합금(1)으로부터, 직경의 100배의 길이를 갖는 선형상의 시험편을 10개 취한다. 편단 고정된 각 시험편을 60rpm의 회전 속도로 비틀어, 각 시험편이 파단될 때까지의 횟수를 측정한다. 평균 횟수는, 상기 횟수의 평균치이다. 상기 평균 횟수가 30회 이상이면, 철 합금(1)은 비틀림 특성이 우수하다고 할 수 있다. 예를 들면, 철 합금(1)이 철 합금 연선(3)의 소선(30)을 구성하는 경우, 전술한 바와 같이, 각 소선(30)은 서로 꼬임 시의 비틀림에 의해 파단되기 어렵다. 또한, 상기의 평균 횟수가 30회 이상이면, 서로 꼬임 조건의 설정의 자유도가 높아짐으로써, 철 합금 연선(3)의 제조가 행해지기 쉽다. 이들 점에서, 철 합금(1)은, 가공 송전선(5)의 심선부(50) 등에 이용되는 철 합금 연선(3)의 소선(30)의 소재에 적합하다. 상기 평균 횟수가 35회 이상, 나아가서는 40회 이상이면, 철 합금(1)은, 비틀림 특성이 보다 우수하다.
선형상의 시험편에 있어서의 직경은, 이하로 한다.
시험편을 시험편의 축 방향에 직교하는 평면으로 절단한 단면을 취한다. 시험편의 직경은, 상기 단면에 있어서 시험편의 단면적과 동일한 면적을 갖는 원의 직경으로 한다. 시험편이 환선(丸線)이면, 시험편의 직경은 환선의 외경에 상당한다.
선형상의 시험편은, 시험편의 직경의 100배의 길이를 갖도록 채취한다. 예를 들면, 철 합금(1)이 긴 선재인 경우, 직경의 100배의 길이를 갖도록 상기 선재를 절단하면 된다.
선형상의 시험편은, 이하의 수직 거리를 10mm 이하로 한다. 즉, 비틀림 특성의 평가에는, 이하의 수직 거리가 10mm 이하인 시험편을 이용한다. 전술한 소정의 길이를 갖는 시험편을 수평대에 재치한다. 이 상태에 있어서, 수평대의 표면으로부터 상기 시험편에 있어서의 가장 높은 개소까지의 수직 거리를 측정한다. 측정한 수직 거리가 10mm 이하인 시험편을 비틀림 특성의 평가에 이용한다.
여기에서, 예를 들면, 철 합금(1)이 연선을 구성하는 소선인 경우, 상기 소선에는 꼬임 경향이 있는 것이 생각된다. 또한, 예를 들면, 철 합금(1)이 긴 선재이고, 코일상으로 권취되어 있는 경우, 상기 선재가 만곡하고 있는 것이 생각된다. 시험편이 큰 꼬임 경향을 갖거나, 크게 만곡하고 있거나 하는 경우, 즉 시험편이 신직성(伸直性)이 뒤떨어지는 경우, 시험편을 적절히 비틀리게 하는 것이 어렵다. 그 결과, 비틀림 특성이 적절히 평가되지 않는다. 그 때문에, 전술한 소정의 길이의 시험편을 채취한 후, 시험편의 꼬임 경향, 만곡 등을 교정하고 나서, 비틀림 특성의 평가를 행한다. 정량적으로는, 전술한 수직 거리가 10mm 이하가 되도록, 상기 시험편을 교정하면 된다. 한편, 상기 수직 거리의 측정은, 꼬임 경향 등의 유무에 상관없이 행한다. 상기 수직 거리가 10mm 이하이면, 상기 시험편을 교정하지 않아도 된다. 단, 상기 수직 거리가 보다 작아지도록, 상기 시험편을 교정하는 것이 바람직하다.
<고온에서의 특성>
《고온 강도》
실시형태의 철 합금(1)에서는, 전술한 바와 같이 산화물(12)의 최대 직경 D가 작기 때문에, 200℃ 이상이라고 하는 고온 시에서도, 산화물(12)을 기점으로 하는 균열이 생기기 어렵다. 실시형태의 철 합금(1)은, 전술한 특정 조성을 구비하기 때문에도, 상기의 고온 시에 높은 인장 강도를 갖기 쉽다. 정량적으로는, 실온에서의 인장 강도 σRT에 대한 300℃에서의 인장 강도 σ300의 비 σ300/σRT가 0.8 이상인 것을 들 수 있다. 이하, 비 σ300/σRT를 고온 강도비라고 부르는 경우가 있다. 고온 강도비가 0.8 이상이면, 300℃라고 하는 고온 시에서도 높은 인장 강도 σ300을 갖는다고 할 수 있다. 즉, 철 합금(1)은 고온 강도가 우수하다고 할 수 있다. 고온 강도비가 0.82 이상, 0.85 이상, 나아가서는 0.90 이상이면, 철 합금(1)은, 고온 강도가 보다 우수하다. 한편, 고온 강도비는 1 미만이다.
<그 밖의 특성>
《선팽창 계수》
실시형태의 철 합금(1)에서는, 전술한 특정 조성을 구비함으로써, 실온부터 200℃ 이상과 같은 고온까지의 범위에 있어서, 선팽창 계수가 작다. 정량적으로는, 30℃ 내지 230℃에 있어서의 평균 선팽창 계수가 4ppm/℃ 이하인 것을 들 수 있다. 상기 평균 선팽창 계수가 4ppm/℃ 이하(4×10-6/℃ 이하)이면, 사용 온도가 200℃ 정도가 될 수 있는 경우라도, 철 합금(1)의 열팽창량이 적다고 할 수 있다. 상기 평균 선팽창 계수가 3.9ppm/℃ 이하, 3.8ppm/℃ 이하, 나아가서는 3.5ppm/℃ 이하이면, 전술한 고온 시에서도, 철 합금(1)의 열팽창량이 보다 적다. 상기 평균 선팽창 계수의 측정 방법은, 후술한다.
전술한 특정 조성을 구비하는 철 합금(1)에서는, 상기 평균 선팽창 계수는, 대표적으로는 1.0ppm/℃ 이상이다.
(용도)
실시형태의 철 합금(1)은, 여러 가지 철 합금 제품의 소재에 이용할 수 있다. 철 합금(1)의 대표적인 형태로서, 선재, 판재를 들 수 있다. 특히, 철 합금(1)은, 고온 강도가 우수할 것, 나아가서는 비틀림 특성이 우수할 것이 요망되는 용도의 소재에 적합하게 이용할 수 있다. 상기 용도로서, 예를 들면, 도 2에 나타내는 가공 송전선(5)의 심선부(50)를 들 수 있다.
[철 합금선, 철 합금 연선]
도 2를 참조하여, 실시형태의 철 합금선, 실시형태의 철 합금 연선을 설명한다.
실시형태의 철 합금선(2)은, 대표적으로는, 실시형태의 철 합금(1)으로 구성되는 선재이다. 실시형태의 철 합금선(2)은, 상기 선재에 더하여, 피복층(22)을 추가로 구비해도 된다. 도 2는, 피복층(22)을 구비하는 철 합금선(2)을 예시한다. 실시형태의 철 합금 연선(3)은, 복수의 소선(30)이 서로 꼬여 이루어진다. 복수의 소선(30) 중, 적어도 하나의 소선(30)이 실시형태의 철 합금선(2)이다. 도 2는, 철 합금 연선(3)을 구성하는 모든 소선(30)이 실시형태의 철 합금선(2)인 경우를 예시한다.
철 합금선(2)의 단면 형상, 선경 등의 크기는, 용도 등에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 철 합금 연선(3)에 있어서의 소선의 수, 스트랜드 피치 등은, 용도 등에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 단면 형상은, 예를 들면, 원형, 타원, 직사각형 등을 들 수 있다. 선경은, 예를 들면, 2mm 이상 5mm 이하를 들 수 있다. 여기에서의 선경은, 철 합금선(2)을 철 합금선(2)의 축 방향에 직교하는 평면으로 절단한 단면에 있어서, 철 합금선(2)의 단면적과 동일한 면적을 갖는 원의 직경으로 한다. 선경이 2mm 이상 5mm 이하이면, 철 합금선(2)은, 가공 송전선(5)의 심선부(50)를 구성하는 소선(30)으로서 적합하게 이용할 수 있다. 선경은 2.3mm 이상 4.5mm 이하여도 된다. 한편, 철 합금선(2)이, 후술하는 특정한 조건의 주조 공정을 거친 주조재, 또는 이 주조재에 압연이나 가공도가 작은 신선 등의 소성 가공이 실시된 가공재 등인 경우, 철 합금선(2)의 선경은 5mm 초과를 들 수 있다. 상기 특정한 조건의 주조 공정을 거침으로써, 상기와 같이 선경이 큰 경우라도, 상기 주조재, 상기 가공재로 구성되는 철 합금선(2)에서는, 산화물(12)의 최대 직경 D는 150μm 미만이다.
피복층(22)을 구비하는 경우, 철 합금선(2)은, 실시형태의 철 합금(1)으로 구성되는 선재(20)와, 피복층(22)을 구비한다. 피복층(22)은, 선재(20)의 외주를 덮는다. 피복층(22)은, Al 또는 Zn(아연)을 포함하는 것을 들 수 있다. 즉, 피복층(22)은, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금, 또는 아연, 또는 아연 합금으로 구성된다. 피복층(22)의 두께는 적절히 선택할 수 있다. 상기 두께는, 예를 들면 0.5μm 이상 500μm 이하를 들 수 있다. 도 2는, 설명의 편의상, 피복층(22)을 두껍게 나타낸다. 한편, 피복층(22)을 구비하는 철 합금선(2)에서는, 철 합금선(2)의 선경은, 선재(20)의 직경이다.
도 2는, 심선부(50)와 전선부(52)를 구비하는 가공 송전선(5)을 예시한다. 심선부(50)는, 항장재로서 이용된다. 전선부(52)는 송전로를 구성하는 도체이다. 심선부(50)는, 실시형태의 철 합금 연선(3)으로 구성된다. 전선부(52)는, 복수의 소선(55)을 구비한다. 복수의 소선(55)은, 심선부(50)의 외주에 서로 꼬여 있다. 각 소선(55)은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되는 선재이다. 이와 같은 가공 송전선(5)은, 이른바 강심 알루미늄 연선(ACSR)이다. 심선부(50)를 구성하는 철 합금선(2)이 전술한 피복층(22)을 구비하는 경우, 피복층(22)에 의해, 강을 주체로 하는 선재(20)와, 알루미늄을 주체로 하는 소선(55)이 접촉하는 것에 기인하는 부식, 이른바 이종 금속의 접촉 부식이 진행되기 어렵다.
(주된 작용·효과)
실시형태의 철 합금(1), 실시형태의 철 합금선(2), 실시형태의 철 합금 연선(3)은, 고온 강도가 우수하다. 또한, 실시형태의 철 합금(1), 실시형태의 철 합금선(2), 실시형태의 철 합금 연선(3)은, 비틀림 특성이 우수하다. 이들 효과를 후술하는 시험예에서 구체적으로 설명한다.
또한, 실시형태의 철 합금(1)에서는 선팽창 계수가 작다. 그 때문에, 실시형태의 철 합금선(2) 또는 실시형태의 철 합금 연선(3)이 가공 송전선(5)의 심선부(50)를 구성하는 경우에는, 열팽창에 기인하는 가공 송전선(5)의 처짐양이 저감된다.
[철 합금의 제조 방법]
실시형태의 철 합금(1)은, 예를 들면, 이하의 공정을 구비하는 철 합금의 제조 방법에 의해 제조하는 것을 들 수 있다.
(제1 공정) 전술한 조성을 갖는 철 합금으로 구성되는 주조재를 제조한다.
주조 공정에 있어서, 1450℃부터 1400℃까지의 평균 냉각 속도가 10℃/min 이하이다.
(제2 공정) 상기 주조재에 소성 가공을 실시하여, 소정의 형상의 가공재를 제조한다.
(제3 공정) 상기 가공재에 열처리를 실시한다.
상기의 철 합금의 제조 방법은, 이하의 지견에 기초하는 것이다.
철 합금은, 일반적으로, 철 합금 중에 포함되는 원소의 산화물을 포함한다. 상기 산화물은, 예를 들면, 산화 규소(SiO), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO) 등을 들 수 있다. 산화물의 최대 직경 D가 150μm 미만이면, 산화물이 균열의 기점이 되기 어렵다. 산화물의 최대 직경 D가 150μm 미만이 되기 위해서는, 주조 공정에 있어서, 고상으로부터 액상으로 변화하는 온도역, 구체적으로는 1450℃부터 1400℃까지의 온도역에서의 냉각 속도가 비교적 느린 것이 바람직하다. 이하, 스토크스의 식 및 도 3을 이용하여, 주조 공정에 있어서의 냉각 속도와, 산화물의 크기의 관계를 설명한다.
(스토크스의 식) Vs={Dp 2(ρp-ρp)g}/18η
Vs는, 개재물의 입자의 부상 속도(cm/s)이다.
Dp는, 개재물의 입경(cm)이다.
ρp는, 개재물의 밀도(g/cm3)이다.
ρf는, 유체의 밀도(g/cm3)이다.
η는, 유체의 점도(g/(cm·s))이다.
g는, 중력 가속도(cm/s2)이다.
도 3은, 개재물의 입자의 입경 Dp와, 상기 입자의 부상 속도 Vs의 관계를 나타내는 그래프이다. 상기 그래프의 가로축은 입경 Dp이다. 상기 그래프의 세로축은 부상 속도 Vs이다.
여기에서의 개재물은, 산화물이다. 여기에서의 유체는, 합금 용탕인 용강이다.
스토크스의 식에 나타내는 바와 같이, 산화물의 부상 속도 Vs는, 산화물의 입경 Dp의 제곱에 비례한다. 즉, 입경 Dp가 클수록, 산화물은 부상하기 쉽다고 할 수 있다.
도 3의 그래프에, 주조 시의 냉각 속도 Vc를 설정한다. 여기에서, 냉각 속도의 단위는 통상 ℃/s이고, 부상 속도의 단위인 cm/s와는 상이하다. 그 때문에, 여기에서의 냉각 속도 Vc는, 온도의 변화 속도가 아니라, 액상으로부터 고상으로 변화하는 진행 속도에 대응한다고 간주한다. 냉각 속도 Vc에 동등한 부상 속도 Vs를 갖는 입자의 입경 Dp를 Dp0으로 한다. 입경 Dp0보다 큰 입경 Dp2를 갖는 입자의 부상 속도 Vs2는, 냉각 속도 Vc보다 빠르다. 그 때문에, 상기 큰 입경 Dp2를 갖는 입자가 액상 중을 부상하고 나서, 용강이 고상이 된다고 할 수 있다. 결과로서, 상기 입경 Dp2를 갖는 입자는 주조재 중에 잔존하지 않는다. 한편, 입경 Dp0보다 작은 입경 Dp1을 갖는 입자의 부상 속도 Vs1은, 냉각 속도 Vc보다 느리다. 그 때문에, 상기 입경 Dp1을 갖는 입자가 액상 중을 부상하기 전에, 용강이 고상이 된다고 할 수 있다. 결과로서, 상기 입경 Dp1을 갖는 입자는 주조재 중에 잔존한다. 냉각 속도 Vc가 빠를수록, 입경 Dp0이 크다. 그 때문에, 주조재 중에 잔존하는 입자의 입경 Dp1이 커지기 쉽다고 할 수 있다.
다음으로, 도 4a, 4b를 참조하여, 연속 주조의 주형 내에 있어서의 산화물의 부상 상태를 설명한다.
도 4a, 도 4b는, 연속 주조의 주형 주변의 개념도이다. 도 4a, 도 4b의 지면 상방으로부터 하방을 향해, 용강(100)이 주형(6)에 연속적으로 공급된다. 용강(100)은 주형(6)에 접함으로써 응고된다. 즉, 용강(100)은, 액상으로부터 고상으로 변화하여, 주조재(110)가 된다. 주조재(110)는, 도 4a, 도 4b의 지면 하방을 향해 진행한다. 이와 같이 주형(6)의 상방으로부터 용강(100)을 공급하고, 주형(6)의 하방으로부터 주조재(110)를 인출하는 연속 주조법은, 강의 연속 주조법으로서 대표적인 방법이다. 이 연속 주조법에서는, 입경 Dp0보다 큰 입경 Dp2를 갖는 산화물(12)은, 주형(6) 내의 상방에 위치하는 액상 영역에 부상함과 함께, 액상 영역에 머문다. 입경 Dp0보다 작은 입경 Dp1을 갖는 산화물(12)은, 주형(6) 내의 하방에 위치하는 고상 영역에 포함된다. 고상 영역에 포함되는 산화물(12)은, 주형(6)의 하방으로부터 인출되는 주조재(110)에 포함된다. 결과로서, 주조재(110)는, 큰 입경 Dp2를 갖는 산화물(12)을 실질적으로 포함하지 않고, 작은 입경 Dp1을 갖는 산화물(12)을 포함한다.
도 4a에 나타내는 바와 같이, 냉각 속도 Vc가 빠른 경우, 전술한 바와 같이 입경 Dp0이 크다. 그 때문에, 주형(6) 내의 고상 영역은, 큰 산화물(12)이 포함되기 쉽다. 또한, 냉각 속도 Vc가 빠른 경우, 큰 산화물(12)이 부상하는 것보다 빠르게, 액상이 고상으로 변화한다. 결과로서, 주조재(110)는, 큰 산화물(12)을 포함하기 쉽다.
도 4b에 나타내는 바와 같이, 냉각 속도 Vc가 느린 경우, 전술한 바와 같이 입경 Dp0이 작다. 그 때문에, 주형(6) 내의 고상 영역은, 작은 산화물(12)을 포함하기 쉽다. 또한, 냉각 속도 Vc가 느린 경우, 액상이 고상으로 변화하기까지 필요로 하는 시간이 길다. 그 때문에, 큰 산화물(12)이 액상 영역에 부상하기 쉽다. 결과로서, 주조재(110)는, 큰 산화물(12)을 포함하기 어렵다.
이상으로부터, 상기의 철 합금의 제조 방법은, 주조 시의 냉각 속도 Vc를 특정 범위로 함으로써, 산화물의 크기를 제어한다. 여기에서, 일반적으로, 주조에서는, 냉각 속도가 빠를수록, 주조재의 제조 속도가 빨라짐으로써, 주조재가 양산되기 쉽다. 또한, 종래에는, 특정 온도역에 있어서, 냉각 속도를 제어하는 것에 주목하고 있지 않았다. 이에 반해, 상기의 철 합금의 제조 방법은, 주조 시에 있어서, 합금 용탕이 1450℃부터 1400℃까지 변화하는 온도역, 즉 액상으로부터 고상으로 변화하는 온도역에 있어서의 냉각 속도를 비교적 느리게 함으로써, 산화물의 부상 분리를 행한다. 그 결과, 큰 산화물을 포함하지 않고, 작은 산화물을 포함하는 주조재가 제조된다.
이하, 각 공정을 설명한다.
(제1 공정)
제1 공정은, 주조를 행한다. 주조법은, 예를 들면, 연속 주조법, 잉곳 주조법을 들 수 있다. 주조 공정에서는, 1450℃부터 1400℃까지의 평균 냉각 속도가 10℃/min 이하로 조정된다. 상기 평균 냉각 속도가 10℃/min 이하이면, 주조재 중에 포함되는 산화물의 최대 직경 D가 150μm 미만이 된다. 또한, 주조 이후의 제조 과정에 있어서, 산화물의 최대 직경 D가 150μm 이상으로 커지지 않는다. 즉, 산화물의 최대 직경 D가 150μm 미만인 주조재를 이용하면, 최종 제품에 있어서도, 산화물의 최대 직경 D는 150μm 미만이다. 상기 평균 냉각 속도가 8℃/min 이하, 나아가서는 6℃/min 이하이면, 최대 직경 D가 보다 작아지기 쉽다.
연속 주조법은, 전술한 대표적인 강의 연속 주조법을 이용할 수 있다. 또한, 연속 주조법은, 전술한 평균 냉각 속도를 실현할 수 있으면, 상기 이외의 방법, 예를 들면 쌍롤법, 쌍벨트법 등을 이용해도 된다. 연속 주조법을 이용함으로써, 산화물의 최대 직경 D가 전술한 소정의 범위로 조정되는 데다가, 장척인 철 합금(1), 예를 들면 선재, 판재가 제조된다.
주조재의 단면적이 예를 들면 50,000mm2 이상 500,000mm2 이하 정도임과 함께, 주조재의 단면 형상이 원형, 직사각형 등의 단순한 형상이면, 전술한 냉각 속도의 조정이 행해지기 쉽다.
(제2 공정)
제2 공정은, 전술한 주조재에 1종의 소성 가공 또는 복수종의 소성 가공을 실시함으로써, 가공재를 제조한다. 멀티 패스의 소성 가공을 행해도 된다. 소성 가공의 종류는, 예를 들면, 압연, 단조, 신선 등을 들 수 있다. 소성 가공은, 열간이어도 냉간이어도 된다.
(제3 공정)
제3 공정은, 전술한 가공재에 열처리를 실시함으로써, 주로 탄화물을 석출시켜, 석출 경화에 의한 강화 효과를 얻는다. 이 목적으로부터, 열처리는, 시효 처리를 포함한다. 시효 처리의 조건은, 예를 들면, 열처리 온도가 450℃ 이상 750℃ 이하의 범위로부터 선택되는 온도이고, 열처리 시간이 3시간 이상 15시간 이하로부터 선택되는 시간인 것을 들 수 있다. 열처리 온도가 450℃ 이상임과 함께 열처리 시간이 3시간 이상이면, 탄화물이 석출된다. 열처리 온도가 750℃ 이하임과 함께 열처리 시간이 15시간 이하이면, 탄화물이 조대해지기 어렵다. 열처리에 의해, 가공재에 도입된 변형을 제거하여, 신도를 향상시키는 효과도 기대할 수 있다.
열처리는, 시효 처리에 더하여, 용체화 처리를 포함해도 된다. 용체화 처리는, 시효 처리 전에 행한다. 용체화 처리의 조건은, 예를 들면, 열처리 온도가 1200℃이고, 열처리 시간이 30분간인 것을 들 수 있다. 제2 공정에서 열간 소성 가공을 행한 후, 급랭을 행하는 경우에는, 용체화 처리는 생략할 수 있다.
[철 합금선의 제조 방법]
실시형태의 철 합금선(2)은, 전술한 철 합금의 제조 방법에 의해 제조하는 것을 들 수 있다. 이 경우, 제2 공정의 소성 가공은, 신선을 포함하면 된다. 또는, 전술한 철 합금의 제조 방법의 일례로서, 제3 공정 후에, 신선 가공을 행하는 제4 공정을 추가로 구비하는 것을 들 수 있다. 상기 제4 공정을 구비하는 제조 방법은, 선경이 5mm 이하인 철 합금선(2)을 제조하는 경우에 적합하게 이용할 수 있다.
전술한 철 합금의 제조 방법의 다른 예로서, 전술한 제4 공정에서 제조된 신선재의 외주가 금속 부재로 덮인 피복 중간재를 제조하는 제5 공정과, 이 피복 중간재에 추가로 신선 가공을 실시하는 제6 공정을 구비하는 것을 들 수 있다. 상기 제5 공정 및 제6 공정을 구비하는 제조 방법은, 피복층(22)을 구비하는 철 합금선(2)의 제조에 적합하게 이용할 수 있다. 피복 중간재는, 예를 들면, 이하와 같이 제조하는 것을 들 수 있다. 신선재의 외주에 도금을 실시한다. 금속관에 신선재를 삽입한 후, 신선재 및 금속관을 단단히 죈다. 컨폼 압출에 의해 신선재의 외주에 금속재를 클래드한다.
제3 공정 이후의 신선 가공에 있어서의 총감면율은, 예를 들면 30% 이상 99% 이하를 들 수 있다.
[철 합금 연선의 제조 방법]
실시형태의 철 합금 연선(3)은, 예를 들면, 복수의 철 합금선(2)을 서로 꼼으로써 제조하는 것을 들 수 있다.
[시험예 1]
표 1, 표 2에 나타내는 원소를 함유하는 각 시료의 강선에 대하여, 조직 및 특성을 표 5, 표 6에 나타낸다. 각 시료의 강선에 있어서, 원소의 함유량은, 각종 성분 분석법에 의해 측정할 수 있다. 각 시료의 강선에 있어서, 성분의 잔부는 Fe 및 불가피 불순물이다. 각 시료의 강선에 있어서의 산소의 함유량은, 0.003질량% 이하이다. 강선 중의 산소의 함유량은, 예를 들면, 불활성 가스 융해-적외선 흡수법에 의해 측정하는 것을 들 수 있다. 산소의 함유량의 측정에는, 시판 중인 장치를 이용할 수 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
시료 No. 25 및 No. 201을 제외한 각 시료의 강선은, 연속 주조를 행하는 제1 공정, 열간 소성 가공 및 냉간 소성 가공을 행하는 제2 공정, 열처리를 행하는 제3 공정, 냉간 신선 가공을 행하는 제4 공정을 거쳐 제조된다. 표 3, 표 4는, 제조 조건을 나타낸다.
시료 No. 25 및 No. 201의 강선의 제조에 있어서, 제1 공정에서는 연속 주조가 아니라, 잉곳 주조를 이용한다. 시료 No. 25 및 No. 201의 강선의 제조에 있어서, 제2 공정 내지 제4 공정은, 그 밖의 시료와 마찬가지로 행한다.
Figure pct00003
Figure pct00004
표 3, 표 4에 나타내는 냉각 속도(℃/min)는, 연속 주조 공정 또는 잉곳 주조 공정에 있어서 1450℃부터 1400℃까지의 평균 냉각 속도이다. 여기에서의 연속 주조법은, 주형의 상방으로부터 용강을 연속적으로 공급하고, 주형의 하방으로부터 주조재를 인출하는 방법이다. 잉곳 주조는, 소정의 형상 및 크기를 갖는 주형에 소정량의 용강을 공급하고, 용강을 냉각함으로써 주조재를 제조하는 방법이다. 연속 주조법, 및 잉곳 주조에 있어서, 냉각 속도는, 냉각 매체의 종류, 냉각 매체의 온도, 주조재의 인출 속도 등을 조정함으로써 변화시키는 것을 들 수 있다.
시료 No. 201 내지 No. 203에 있어서의 상기 냉각 속도는 모두, 15℃/min 이상이다.
제2 공정은, 단면적이 200,000mm2 정도인 연속 주조재 또는 잉곳 주조재에 열간 소성 가공 및 냉간 소성 가공을 실시함으로써, 직경이 8mm이고, 단면 형상이 원형인 가공재를 제조한다.
제3 공정은, 상기 가공재에, 표 3, 표 4에 나타내는 열처리 조건에 있어서, 표 3, 표 4에 나타내는 온도(℃)에서 열처리를 실시함으로써, 열처리재를 제조한다. 시료 No. 105, No. 106 이외의 각 시료에 있어서의 열처리 시간은, 5시간이다. 시료 No. 105에 있어서의 열처리 시간은, 2시간이다. 시료 No. 106에 있어서의 열처리 시간은, 20시간이다.
제4 공정은, 상기 열처리재에, 표 3, 표 4에 나타내는 평가 선경(mm)을 갖는 신선재가 얻어질 때까지 냉간 신선 가공을 실시함으로써, 강선을 제조한다. 이상의 공정에 의해, 각 시료의 강선이 제조된다. 이하의 시료 이외의 각 시료에 있어서의 평가 선경은, 3.1mm이다. 시료 No. 1에 있어서의 평가 선경은, 2.4mm이다. 시료 No. 4에 있어서의 평가 선경은, 3.5mm이다. 시료 No. 6, No. 11에 있어서의 평가 선경은, 3.8mm이다. 시료 No. 107에 있어서의 평가 선경은, 6.8mm이다.
(조직 관찰)
각 시료의 강선에 대하여, 각 강선의 축 방향에 평행한 평면으로 절단한 종단면을 취하고, 종단면에 있어서의 SEM의 관찰상을 이용하여, 산화물의 최대 직경 D 및 개수 밀도를 평가한다. 관찰 배율은 200배이다.
각 시료의 강선으로부터 3 이상의 종단면을 취한다. 각 종단면으로부터, 2mm×20mm의 제1 관찰 영역을 취한다. 또한, 각 제1 관찰 영역으로부터 2mm×3mm의 제2 관찰 영역을 취한다. 전술한 바와 같이, 제1 관찰 영역 중에 포함되는 각 산화물의 직경을 구한다. 직경이 1μm 이상인 산화물을 이용하여, 각 제1 관찰 영역에 있어서의 산화물의 최대 직경 D를 구한다. 각 시료의 강선에 있어서, 3 이상의 제1 관찰 영역으로부터 구한 3 이상의 최대 직경 D의 평균치를 각 시료의 강선에 있어서의 산화물의 최대 직경 D로 한다. 또한, 직경이 1μm 이상인 산화물을 이용하여, 각 제2 관찰 영역에 있어서의 산화물의 개수 밀도를 구한다. 각 시료의 강선에 있어서, 3 이상의 제2 관찰 영역으로부터 구한 3 이상의 개수 밀도의 평균치를 각 시료의 강선에 있어서의 산화물의 개수 밀도로 한다.
(실온에서의 기계적 특성)
각 시료의 강선에 대하여, JIS Z 2241:2011에 준거해서, 실온에서 인장 시험을 행하여, 인장 강도 σRT, 가공 경화 지수, 파단 신도를 평가한다. 여기에서의 가공 경화 지수는, 각 시료의 강선으로부터 채취한 시험편의 0.2% 내력을 상기 시험편의 인장 강도로 나눈 값으로 한다.
(고온에서의 기계적 특성)
각 시료의 강선에 대하여, 고온 강도비를 평가한다. 고온 강도비는, 실온에서의 인장 강도 σRT에 대한 300℃에서의 인장 강도 σ300의 비 σ300/σRT이다. 300℃에서의 인장 강도 σ300은, 300℃에서 전술한 바와 같이 인장 시험을 행하는 것에 의해 구한다.
(비틀림 특성)
각 시료의 강선에 대하여, 시판 중인 비틀림 시험기를 이용하여, 실온에서 비틀림 시험을 행하여, 비틀림 특성을 평가한다. 각 시료의 강선으로부터, 표 3, 표 4에 나타내는 평가 선경의 100배의 길이(100D)를 갖는 시험편을 10개 취한다. 예를 들면, 시료 No. 1에서는, 각 시험편은, 2.4mm×100=240mm의 길이를 갖는 선재이다. 각 시험편의 양 단부 중, 한쪽의 단부를 고정하고, 다른 쪽의 단부를 비틀림 시험기에 접속한다. 즉, 각 시험편을 편단 고정한다. 편단 고정된 각 시험편을 비튼다. 비틀림은, 비틀림 시험기에 의해, 60rpm의 회전 속도로 행한다. 각 시험편이 파단될 때까지의 횟수를 측정한다. 각 시료에 있어서, 10개의 시험편의 횟수를 평균한다. 이 평균치를 각 시료의 평균 횟수로 한다. 시료 No. 24의 강선 및 시료 No. 201의 강선에 대해서는, 회전 속도를 30rpm으로 한 경우에 대해서도, 평균 횟수를 평가한다.
(선팽창 계수)
각 시료의 강선에 대하여, 선팽창 계수(ppm/℃)를 평가한다. 여기에서는, 각 시료의 강선으로부터 시험편을 취하고, 각 시험편에 대하여, 30℃에서의 길이 L 30과, 230℃에서의 길이 L230을 측정한다. (230℃에서의 길이 L230-30℃에서의 길이 L30)÷(230℃-30℃)÷(30℃에서의 길이 L30)를 구한다. 구한 값을 30℃ 내지 230℃에 있어서의 평균 선팽창 계수로 한다. 표 5, 표 6에 나타내는 선팽창 계수는, 상기 평균 선팽창 계수이다.
Figure pct00005
Figure pct00006
이하, 전술한 (조성)의 항에서 설명한 특정 조성을 갖는 시료 No. 1 내지 No. 25의 강선을 특정 시료군의 강선이라고 부른다.
표 5, 표 6에 나타내는 바와 같이, 특정 시료군의 강선은, 고온 강도가 우수한 것을 알 수 있다. 정량적으로는, 특정 시료군의 강선의 고온 강도비는, 0.8 이상이고, 시료 No. 201 내지 No. 203의 강선의 고온 강도비보다 높다. 특정 시료군 중, 많은 시료의 고온 강도비는, 0.82 이상이다. 이와 같은 결과가 얻어진 이유의 하나로서, 특정 시료군의 강선에서는, 산화물의 최대 직경 D가 150μm 미만으로 작음으로써, 고온 시에 산화물이 균열의 기점이 되기 어려웠던 것이 생각된다. 특정 시료군 중, 많은 시료에 있어서 산화물의 최대 직경 D가 145μm 이하이다. 이에 반해, 시료 No. 201 내지 No. 203의 강선에서는, 산화물의 최대 직경 D가 150μm 이상, 여기에서는 170μm 이상이다. 시료 No. 202, No. 203의 강선에서는, 산화물의 최대 직경 D가 240μm 이상으로, 보다 크다. 이와 같이 최대 직경 D가 큼으로써, 시료 No. 201의 강선에서는, 동일한 조성인 시료 No. 24 및 No. 25와 비교해서, 고온 강도가 저하되어 있다. 시료 No. 202의 강선에서는, 동일한 조성인 시료 No. 3과 비교해서, 고온 강도가 크게 저하되어 있다. 시료 No. 203의 강선에서는, 동일한 조성인 시료 No. 23과 비교해서, 고온 강도가 크게 저하되어 있다. 여기에서는, 시료 No. 202의 강선의 고온 강도는, 시료 중에서 가장 낮다.
또한, 특정 시료군의 강선은, 비틀림 특성도 우수한 것을 알 수 있다. 정량적으로는 특정 시료군의 강선에서는, 비틀림 특성에 있어서의 평균 횟수가 30회 이상이고, 시료 No. 201, No. 203의 강선의 상기 평균 횟수보다 많다. 예를 들면, 동일한 조성을 갖는 시료 No. 24 및 No. 25의 강선과 시료 No. 201의 강선을 비교하기 바란다. 또한, 동일한 조성을 갖는 시료 No. 23의 강선과 시료 No. 203의 강선을 비교하기 바란다. 또, 동일한 조성을 갖는 시료 No. 3의 강선과 시료 No. 202의 강선을 비교하면, 시료 No. 3의 강선에서는, 비틀림 특성에 있어서의 평균 횟수가 시료 No. 202보다 많다.
이상으로부터, 특정 시료군의 강선은, 고온 강도 및 비틀림 특성이 우수하다고 할 수 있다. 이와 같은 결과가 얻어진 이유의 하나로서, 특정 시료군의 강선에서는, 산화물의 최대 직경 D가 150μm 미만으로 작아서, 고온 시 및 비틀림 시의 쌍방에 있어서 산화물이 균열의 기점이 되기 어려웠던 것이 생각된다. 특정 시료군의 강선은, 산화물의 개수 밀도가 500개 이하, 여기에서는 150개 이하로 적어서, 산화물에 의해 균열이 전파되기 어려웠기 때문에도, 고온 강도비 및 상기 평균 횟수가 높아지기 쉽다고 생각된다.
한편, 회전 속도가 30rpm인 경우의 비틀림 특성에 있어서의 평균 횟수는, 시료 No. 24의 강선에서는 135회이고, 시료 No. 201의 강선에서는 65회이다. 이로부터, 시료 No. 24의 강선은, 시료 No. 201의 강선과 비교해서, 비틀림 시의 회전 속도가 커져도 파단되기 어렵다고 할 수 있다. 예를 들면, 특정 시료군의 강선을 소선으로 해서 연선을 제조하는 경우, 서로 꼬임 시의 회전 속도를 빠르게 할 수 있다. 이 점에서, 특성 시료군의 강선은, 연선의 양산에 기여한다고 기대된다.
산화물의 최대 직경 D에 관해서, 표 3, 표 4에 나타내는 바와 같이, 주조 공정에 있어서 전술한 특정 온도역에서의 냉각 속도가 느릴수록, 산화물의 최대 직경 D가 작은 경향이 있는 것을 알 수 있다. 여기에서는, 상기 냉각 속도가 15℃/min 미만, 특히 10℃/min 이하이면, 산화물의 최대 직경 D가 150μm 미만이 된다고 할 수 있다. 상기 냉각 속도가 20℃/min인 시료 No. 202, No. 203의 강선에 있어서의 산화물의 최대 직경 D는, 240μm 이상으로, 매우 크다. 이들로부터, 산화물의 최대 직경 D를 작게 하기 위해서는, 주조 공정에 있어서 상기 특정 온도역에서의 냉각 속도는 10℃/min 이하가 바람직하다고 할 수 있다.
추가로, 특정 시료군에 대하여 이하를 알 수 있다.
(1) 실온에서의 인장 강도 σRT가 1250MPa 이상이다. 많은 시료의 인장 강도 σRT가 1300MPa 이상이다. 인장 강도 σRT가 1350MPa 이상, 나아가서는 1400MPa 이상인 시료도 복수 있다. 이와 같이 실온에서의 강도가 높기 때문에도, 특정 시료군은, 고온이 되더라도 높은 인장 강도를 갖기 쉽다고 생각된다.
(2) 실온에서의 파단 신도가 0.8% 이상이다. 많은 시료의 파단 신도가 1.0% 이상이다. 이와 같이 실온에서의 신도가 높기 때문에도, 특정 시료군은, 비틀림 특성이 우수하다고 생각된다.
(3) 실온에서의 가공 경화 지수가 0.7 이상, 여기에서는 0.85 이상이다. 많은 시료의 가공 경화 지수가 0.9 이상이다. 이와 같이 가공 경화 지수가 높기 때문에, 특정 시료군은, 내충격성이 우수하다.
(4) 30℃ 내지 230℃에 있어서의 평균 선팽창 계수가 4ppm/℃ 이하이다. 이와 같이 실온부터 200℃ 이상과 같은 고온까지의 범위에 있어서 선팽창 계수가 작기 때문에, 특정 시료군은, 고온에서도 열팽창량이 적다.
그 밖에, 이 시험으로부터 이하를 알 수 있다.
시료 No. 102, 시료 No. 103의 강선은, 전술한 특정 조성을 갖고 있지 않다.
C 및 제2군의 원소를 많이 포함하는 시료 No. 102의 강선은, 특정 시료군의 강선과 비교해서, 신도가 낮아, 비틀림 특성이 뒤떨어지는 데다가, 평균 선팽창 계수가 크다.
C가 적은 시료 No. 103의 강선은, 강도가 낮다.
시료 No. 101의 강선은, 특정 시료군의 강선과 비교해서, 신도가 낮고, 비틀림 특성이 뒤떨어지는 데다가, 평균 선팽창 계수가 크다. 이 이유의 하나로서, 시료 No. 101의 강선에서는, 비 V/C가 2 미만으로 작아서, V를 포함하는 탄화물의 석출이 불충분한 것이 생각된다. 또한, 시료 No. 101의 강선은, 비교적 조성이 가까운 시료 No. 16과 비교해서, 강도도 낮다.
시료 No. 104의 강선은, 특정 시료군의 강선과 비교해서, 평균 선팽창 계수가 크다. 이 이유의 하나로서, 시료 No. 104의 강선에서는, 비 V/C가 10 초과로 큰 것, 및 비((V+Cr)/C)가 15 초과로 큰 것이 생각된다.
시료 No. 105, No. 106의 강선은, 특정 시료군의 강선과 비교해서, 신도가 낮아, 비틀림 특성이 뒤떨어진다. 예를 들면, 시료 No. 105, No. 106의 강선에서는, 동일한 조성인 시료 No. 24와 비교해서, 비틀림 특성이 크게 저하되어 있다. 이 이유의 하나로서, 시료 No. 105의 강선에서는, 열처리 공정에 있어서, 열처리 온도가 낮고 열처리 시간이 짧아서, 탄화물이 충분히 석출되어 있지 않는 것이 생각된다. 시료 No. 106의 강선에서는, 열처리 공정에 있어서, 열처리 시간이 길어서, 탄화물이 조대해진 것이 생각된다.
시료 No. 107의 강선은, 특정 시료군의 강선과 비교해서, 강도가 뒤떨어진다. 이 이유의 하나로서, 시료 No. 107의 강선에서는, 냉간 신선 공정에 있어서, 총감면율이 작아서, 가공 경화에 의한 강화 효과가 부족한 것이 생각된다.
이상의 설명으로부터, 전술한 특정 조성을 구비하는 철 합금으로서, 산화물의 최대 직경 D가 150μm 미만인 철 합금은, 고온 강도가 우수한 것이 나타났다. 또한, 이 철 합금은, 비틀림 특성도 우수한 것이 나타났다. 나아가, 이 철 합금은, 실온에서의 강도, 신도도 우수한 데다가, 30℃ 내지 230℃의 범위에 있어서 선팽창 계수가 작은 것이 나타났다. 게다가, 이와 같은 철 합금은, 주조 공정에 있어서 전술한 특정 온도역에 있어서의 냉각 속도를 전술한 특정 범위로 조정함으로써 제조할 수 있는 것이 나타났다. 또한, 산소의 함유량이 특정 범위로 제어되고 있더라도, 상기 냉각 속도 등의 제조 조건의 상위에 의해, 산화물의 최대 직경 D가 상이한 것이 나타났다.
본 발명은, 이들 예시로 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다. 예를 들면, 시험예 1에 나타내는 철 합금의 조성, 제조 조건을 변경할 수 있다.
1: 철 합금, 10: 모상, 12: 산화물, 2: 철 합금선, 20: 선재, 22: 피복층, 3: 철 합금 연선, 30: 소선, 5: 가공 송전선, 50: 심선부, 52: 전선부, 55: 소선, 6: 주형, 100: 용강, 110: 주조재.

Claims (13)

  1. 질량%로,
    C를 0.10% 이상 0.4% 이하,
    Si를 0.2% 이상 2.0% 이하,
    Mn을 0.05% 이상 2.0% 이하,
    Ni를 25% 이상 42% 이하,
    Cr을 0.1% 이상 3.0% 이하,
    V를 0.2% 이상 3.0% 이하,
    Ca, Ti, Al, 및 Mg로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계로 0% 이상 0.1% 이하,
    Zr, Hf, Mo, Cu, Nb, Ta, W, 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계로 0% 이상 0.1% 이하,
    Co를 0% 이상 5% 이하 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 조성과,
    산화물이 모상에 분산된 조직을 구비하고,
    단면에 있어서, 2mm×20mm의 영역에 포함되는 상기 산화물의 최대 직경이 150μm 미만인,
    철 합금.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단면에 있어서, 2mm×3mm의 영역에 포함되는 상기 산화물의 개수가 500개 이하인, 철 합금.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조성에 있어서의 산소의 함유량은, 0.003질량% 이하인, 철 합금.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실온에서의 인장 강도 σRT에 대한 300℃에서의 인장 강도 σ300의 비 σ300/σRT가 0.8 이상인, 철 합금.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    직경의 100배의 길이를 갖는 선형상의 시험편을 10개 취하고, 편단(片端) 고정된 각 시험편을 60rpm의 회전 속도로 비틀어, 각 시험편이 파단될 때까지의 횟수의 평균치가 30회 이상인, 철 합금.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실온에서의 인장 강도 σRT가 1250MPa 이상인, 철 합금.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    30℃ 내지 230℃에 있어서의 평균 선팽창 계수가 4ppm/℃ 이하인, 철 합금.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실온에서의 파단 신도가 0.8% 이상인, 철 합금.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실온에서의 가공 경화 지수가 0.7 이상인, 철 합금.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 철 합금으로 구성되는,
    철 합금선.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 철 합금으로 구성되는 선재와, 추가로 상기 선재의 외주를 덮는 피복층을 구비하고,
    상기 피복층은, Al 또는 Zn을 포함하는, 철 합금선.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    선경이 2mm 이상 5mm 이하인, 철 합금선.
  13. 복수의 소선이 서로 꼬여 이루어지는 철 합금 연선으로서,
    상기 복수의 소선 중, 적어도 하나의 소선은, 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 철 합금선인,
    철 합금 연선.
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