KR960005602B1

KR960005602B1 - 내피로성과 내식성이 높은 2상 스테인레스강 와이어로프 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR960005602B1
Application number: KR1019930005273A
Authority: KR
Inventors: 유끼오 야마오까; 기시오 다마이; 히로시 마쓰다니
Original assignee: 신꼬 고오센 고오교오 가부시끼가이샤; 고지마 세이이찌
Priority date: 1992-07-01
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 1996-04-26
Also published as: DE69311636D1; EP0576802B1; DE69311636T2; EP0576802A1; KR940005824A; CA2093090C; ES2105001T3; US5545482A; AU3995993A; AU662059B2; CA2093090A1; TW259820B

Abstract

내용 없음.

Description

내피로성과 내식성이 높은 2상 스테인레스강 와이어로프 및 그 제조방법

제1도는 2상 스테인레스강 와이어의 조직을 나타내는 확대도.

제2도는 2상 스테인레스강 와이어의 드로잉에 의한 단면수축률(%)과, 평균 슬랜더비(mean slenderness ratio; M_R)의 관계를 나타내는 그래프.

제3도는 페라이트(α)체적비 50%의 2상 스테인레스강 와이어의 0.2% 항복강도와 시효온도의 관계를 매개변수로서 단면수축률을 이용하여 나타낸 그래프.

제4도는 시효처리를 한 스테인레스강 와이어와 시효처리를 하지않은 스테인레스강 와이어를 비교해서 평균 슬렌더비(M_R)와 와이어 파단비가 10%에 이를때까지의 반복된 굽힘수의 관계를 매개변수로서 스테인레스강 와이어로프내에 페라이트의 체적비를 이용하여 나타낸 그래프.

본 발명은 피로강도와 내식성이 높은 2상 스테인레스강 와이어로프 및 그 제조방법에 관한 것이다.

와이어로프 분야에 있어서, 이제까지 SUS 304와 SUS 316와 같은 스테인레스강으로 제조된 와이어로프는 그것들이 소위 동적인 용도로서는 부적합하다고 인식되었기 때문에 물품을 단순히 현수하는 것과 같은 정적용도로 매우 한정된 적용분야에 사용되어 왔다.

그 이유는 반복된 굽힘에 자주 노출되는 경우에 내구성을 단축시키고 짧은 시간내에 와이어판단을 발생시키는 저내피로성에 기안하여 고내식특성이 충분한 이점을 취할 수 없기 때문이다.

한편, 스테인레스강 와이어로프와 대조적으로 고탄소강 와이어로프는 정적용도는 물론 동적용도로도 와이어로프로서 사용되어 왔다.

왜냐하면 고탄소강 와이어로프는 피로강도가 높고 반복적인 굽힘에 대해서도 내구성이 길며, 사람의 생명이 의존하게 되는 엘리베이터로프와 같은 중요한 안전부재로서도 그 특정용도가 법적으로 규정되어 있기 때문이다.

그러나 스테인레스강 와이어로프와 대조적으로 고탄소강 와이어로프는 내부 내식성의 단점을 갖고 있으므로 방식이 충분하지 않는 경우 대기중에서도 부식피츠(corrosion pits)의 발생에 기인하여 피로강도가 상당히 낮아질 수 있다.

상기와 같이 고탄소강 와이어로프는 수명은 긴 반면에, 내식성이 열등하고 스테인레스강 와이어로프는 내식성은 우수한 반면에 수명이 짧다는 것이 널리 공지되어 있고 따라서 이러한 실제적인 상황하에서 본 발명은 수행되었으며, 피로내구성과 내식성 양자에 있어서 상당히 우수한 내구성 스테인레스강 와이어로프를 제공함으로써 동작용도에 대해서 안정성과 품질보장성을 배가시키는 것이 본 발명의 목적이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같이 구성되어 있다.

본 발명은 C:0.1%이하, Si:1.0%이하, Mn:1.5%이하, P:0.04%이하, S:0.03%이하, Cr:18.0 내지 30.0%, Ni:3.0 내지 8.0%, Mo:0.1 내지 3.0% 및 Fe:잔부와 30.0% 내지 80.0% 페라이트로 이루어지고 40 내지 97%인 단면수축률의 드로잉으로 평균 슬랜더비(M_R치)가 4 내지 20이 되도록 조절된 2상 스테인레스강 와이어로프로 제조된 내피로성과 내식성이 높은 2상 스테인레스강 와이어를 제공한다.

항복강도와 피로강도를 높이기 위해서는 상기 와이어로프는 1분 내지 1시간 동안 150 내지 600℃의 온도로 시효처리되어야 한다.

본 발명은 전적으로 다음과 같은 산업적으로 공지되지 않은 귀한 발견에 기초한 것이다. 즉, 소정의 직경으로 드로잉되어 마무리된 상기한 화학조성의 범위를 갖는 2상 스테인레스강 와이어를 꼬아서 제조한 와이어오프의 반복굽힘 피로강도는 각상의 슬랜더비로 표시되는 드로잉에 의한 단면적 수축률과 밀접하게 관련되는 것은 물론 2상 스테인레스강 와이어의 오스테나이트상에 대한 페라이트상의 함량비에 의하여 표시되는 상균형과 밀접하게 관련되며 와이어로프의 0.2%에서의 항복강도와 반복된 굽힘강도는 시효처리와 밀접하게 관련된다는 것이다.

본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 상세히 설명된다.

제1도는 2상 스테인레스강 와이어의 조직을 나타내는 확대도이다.

부재번호 1은 결정립계를 나타낸다. 오스테나이트상(3)과 페라이트상(2)이 제1도에 나타낸 바와 같이 공비(α_R)는 각각 γ_R=γ_L/γ_W와 α_R=α_L/α_W로 표현된다.

상들이 현재의 2상 조직으로 상호 혼합되어 있기 때문에, 전체 재료로서 관찰된 특성은 그것의 평균값과 명백하게 관련된다고 생각되며 따라서 평균 슬랜더비(M_R)는 M_R=V_r·γ_R+V_a·α_R로 표현될 수 있는데, 여기서 V_r은 오스테나이트의 체적비이고 V_B는 페라이트의 체적비이다.

제2도는, 2상 스테인레스강 와이어의 드로잉에 의한 단면 수축률(%)과 평균 슬렌더비(M_R)사이의 관계가 그래프로 표시되어 있다.

상기 도면에 나타낸 바와같이 평균 슬랜더비(M_R)는 와이어드로잉전에 등방결정구조에 기인하여 1로 정해지지만, 평균 슬렌더비는 와이어드로잉에 따라 대략 선형함수로 증가하는데 그 이유는 각각의 상이 드로잉 방향에서 가늘게 늘여지기 때문이다.

제3도는 페라이트 체적비가 50%인 2상 스테인레스강 와이어의 시효경화 특성을 나타내는 그래프이다.

이 그래프는 0.2% 항복강도라 150 내지 600℃의 온도에서 상당히 증가된다는것과 실제 사용을 위한 항복강도를 얻기 위해서는 40%를 초과하는 단면수축률이 필요하다는 것을 나타낸다.

따라서, 반복된 굽힘피로강도는 페라이트의 M_R과 체적비와 명백하게 관련이 있다는 것을 실험을 반복하여 발견하였다.

상기 피로강도는 시료처리에 의해서 영향을 받는다는 것도 발견되었다.

제4도에는 스테인레스강 와이어로프의 평균 슬랜더비(M_R)와 파단비가 10%에 도달할때까지의 반복굽힘 수 사이의 관계가 매개변수로서 페라이트의 체적비를 이용하여 그래프로 도시되어 있다.

커브 1 내지 6은 각각 페라이트 체적비가 10%, 20%, 30%, 50%, 80% 및 85%인 제품을 나타낸다. 커브 1' 내지 커브 6'은 각각 페라이트 체적비가 10%, 20%, 30%, 50%, 80% 및 85%이고 각각 대하여 400℃의 온도에서 시효처리된 제품을 나타낸다.

라인 10과 라인 20은 각각 스테인레스강 와이어로프와 고탄소강 와이어의 수명수준(longevity level)을 나타낸다.

다시말해서, SUS 304 오스테나이트 스테인레스강 로프와 고탄소강 로프가 제4도에 수명 수준에 대하여 비교되어 있지만, M_R값이 4 내지 20이고 페라이트 양이 30 내지 80%인 구조의 스테인레스강 로프와 추가로 시효처리된 와이어로프는 수명이 긴것으로 인식되는 고탄소강 와이어로프 보다 더 높은 값을 나타낸다는 것이 인식된다.

이것은 이전에는 인식된 적이 없는 귀한 발견이다. 더욱이, M_R이 4미만 또는 20초과이고 페라이트 양이 30% 미만 또는 80% 초과인 조건하에서 피로로 부터 명확히 이해할 수 있듯이 수명이 단축된다.

더욱이, 제3도로 150℃ 미만의 온도에서 항복강도의 증가가 미약하고 600℃를 초과하는 온도에서 연화가 발생되기 때문에 시효경화의 강화는 150 내지 600℃의 온도에서 바람직하다는 것을 나타낸다.

1분 내지 1시간의 시효처리 시간이 바람직한데, 그 이유는 오랫동안 시효처리로 경계적인 면에서 비용을 상승시킬 수 있기 때문이다.

이제 제2도로 부터 오랜 피로수명은 M_R4 내지 20에서 얻어진다는 것은 드로잉에 의하여 단면 수축률을 40 내지 97%로 제한하는 것이 요구된다는 것을 의미한다. 더욱이, 이 2상 스테인레스강 와이어로프는 18 내지 30% Cr과 0.1 내지 3.0% Mo를 함유하고 있기 때문에, 우수한 내식성이 관찰되고 그것에 의하여 종래 기술에서로 발견된 적이 없는 매우 높은 내식성을 갖는 와이어로프를 만들 수 있게 한다.

계속해서 함유성분에 대하여 이하 기술한다:

C:다량의 C는 1050℃로부터의 급냉공정에 있어서 입간석출을 용이하게 하고, 내식성을 저하시키기 때문에, 0.1% 이하로 제한되어야 한다.

Si:비록 Si가 탈산원소이고, 적당한 양이 필요하지만, 다량의 Si는 강조직을 취화시키기 때문에, 1% 이하로 제하되어야 한다.

Mn:비록 Mn은 탈황원소이고, 적당한 양이 필요하지만, 다량의 Mn은 공정중에 재료를 상당히 경화시켜서 가공성을 저하시키기 때문에, 1.5% 이하이어야 한다.

P:정상용융에 있어서 0.04% 이하인 경제적인 획득가능한 수준으로 감축되어야 한다.

S:상기와 같은 이유에서 0.03% 이하이어야 한다.

Cr:내식성은 18% 이하에서 열화되고 30%를 초과하면 열간가공성이 저하되고 비경제적이다. 2상 합성물을 형성하는데 있어서, Cr함량이 지나치게 높으면, 상의 균형을 이루기 위하여 Ni을 더 많이 첨가하는 것이 요구되는데 이것은 또 다른 단점이 되기 때문에 18 내지 30%로 제한되어야 한다.

Ni:2상 화합물을 이루기 위해서는 상기와 같은 Cr함량에 따라 3 내지 8%의 Ni가 요구된다.

Mo:0.1%에서 내식성이 개선되고, 이 효과는 증가함에 따라 상당히 향상되지만 3%면 충분한데 그 이유는 Mo가 비싼원소이기 때문이다.

상기의 사항을 요약하면, 2상 스테인레스강 와이어는 C:0.1% 이하, Si:1.0%이하, Mn:1.5%이하, P:0.04%이하, S:0.03%이하, Cr:18.0 내지 30.0%, Ni:3.0 내지 8.0%, Mo:0.1 내지 3.0% 및 잔부:Fe와 30.0 내지 80.0%의 페라이트를 포함하는데, 페라이트의 양은 와이어드로잉으로 단면수축률이 40 내지 97%가 되도록 하여 평균 슬렌더비(M_R치)가 4 내지 20이 되도록 조절되며, 상기 2상 스테인레스강 와이어는 본 발명에 필수적으로 요구된다.

더욱이 상기 2상 스테인레스강 와이어를 꼬아 마무리한 후에 150 내지 600℃의 온도로 시효처리를 강화하는 것이 본 발명에서 필수적으로 요구된다.

본 발명에 따른 2상 스테인레스강 와이어로프의 특정효과를 현시하기 위하여, 특성비료를 비교로프에 대하여 시행하였다.

다시말해서, 패턴플레이트의 체적비가 20 내지 85%로 다른 5가지 형태의 2상 스테인레스강은 5.5mm 직경의 와이어재료로 압연되고 반복적인 중간드로잉과 중간소둔에 의하여 최종 와이어직경 0.33mm로 마무리되고 그 다음에 7×19인 구조와 외경 5mm인 와이어로프로 최종적으로 꼬아진다.

이 경우에, 최종 와이어로잉전에 중간소둔과 소둔온도는둘다 1050℃로 설정한다.

M_R치역시 각각의 강형태에 대해 드로잉에 의하여 단면수축률을 30, 50, 70, 90 및 98.5%로 변화시킴으로써 변화될 수 있다.

따라서, 최종 드로잉전의 중간와이어 직경은 각 공정에서 상이하다.

와이어드로잉은 원추형태의 원추풀리와이어드로잉기를 사용하여 100 내지 350m/min의 드로잉속도로 드로잉에 희한 단면수축률에 따라 3 내지 20회 드로잉하여 수행된다.

더욱이 외경이 5mm인 상기 로프는 각각 100, 400, 650℃의 온도에서 시효처리된다.

비교를 위한 종래의 SUS 304로프재료 역시 동일한 방법으로 제조되어 최종 와이어 직경 0.33mm를 얻었고 꼬아서 7×19인 구조와 외경 5mm인 와이어로프를 형성하였다. SUS 304의 소둔온도는 1150℃이다. 한편 종래의 고탄소강 와이어로프는 상기와 같이 반복적인 중간 와이어드로잉과 염파텐팅처리에 의하여 직경 0.33mm인 최종 와이어로 제조되고, 꼬아서 7×19인 구조와 외경 5mm인 와이어로프를 형성한다.

조성, 평균 슬렌더비(M_R치) 및 와이어로프의 파단에서의 하중을 표 1에 나타내었다.

[표1]

상기 와이어로프는 반복적인 굽힘피로시험을 더 받게 된다.

이 반복적인 굽힘피로 시험에 있어서, 시료와이어에 가해지는 하중(P)은 D/d가 40(여기서 D:활자홈의 직경이고 d:로프의 직경)인 시험활차부의 원주의 반을 따라 반복적으로 통과한 수와 파단와이어 수 사이의 관계를 얻기 위하여 와이어로프의 파단시의 하중의 20%로 설정되었고, 로프의 수명은 파단이 관찰된 와이어 수가 로프내의 와이어의 총수의 10%에 도달했을 때의 반복수로 정의된다.

그 결과는 표 2에 나타내었다.

[표2]

표 2에 표 1에 나타낸 로프에 대응하는 피로내구성과 3% NaCl 염수분무시험에 의해 적청이 발생될대까지의 시간을 각각 나타내었다.

표 2로 부터 알 수 있듯이, 페라이트 체적비를 30 내지 80%, 와이어드로잉 가공을 40 내지 97%로 제한하고, M_R치를 4 내지 20으로 조절하고, 150 내지 600℃ 사이의 온도에서 시효처리하여 본 발명의 2상 스테인레스강 와이어로프를 획득하였는데, 상기 2상스테인레스강 와이어로프는 10% 와이어 파단에서의 피로 수명은 현재로서는 상기 피로 수명이 가장 길고 신빙성에 있어서도 우수한 것으로 알려진 고탄소강의 피로수명을 초과할 뿐만 아니라 적청발생시간도 SUS 304보다 길며 매우 우수한 내식성을 나타낸다.

한편, 페라이트 체적비가 30% 미만인 로프 A와 85%를 초과하는 로프 E의 경우에, 내식성은 SUS 304의 내식성과 동일하거나 더 높은 값을 나타내었지만, M_R치가 4 내지 20인 경우에도 피로수명은 고탄소강 와이어로프 보다 열등하다.

명백히 이것은 본 발명에 포함될 수 없는 실시예이다.

여기서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 로프는 매우 긴 피로수명과 고내식성을 나타내기 때문에 이것은 통상의 스테인레스강 로프의 사용이 금지된 엘리베이터와 같은 동적인 용도의 와이어로프로서도 충분히 사용될 수 있다.

그러므로, 이와같은 2상 스테인레스강 로프에 대한 수요는 통상의 스테인레스강 로프와 고탄소강 로프의 적용분야를 둘아 포함해서 매우 넓은 범위에서 분명히 증가될 것이며 그에 따라 본 발명의 매우 우수한 효력을 갖는다.

Claims

C:0.1% 이하, Si:1.0% 이하, Mn:1.5% 이하, P:0.04% 이하, S:0.03% 이하, Cr:18.0 내지 30.0%, Ni:3.0 내지 8.0%, Mo:0.1 내지 3.0% 및 Fe:잔부이고, 30.0 내지 80.0%의 페라이트를 포함하며, 와이어드로잉에 의하여 평균 슬렌더비(M_R치)가 4 내지 20이 되도록 조절된, 2상 스테인레스강 와이어들을 포함하는 것을 특징으로 하는 내피로성과 내식성이 높은 2상 스테인레스강 와이어로프.
C:0.1% 이하, Si:1.0% 이하, Mn:1.5% 이하, P:0.04% 이하, S:0.03% 이하, Cr:18.0 내지 30.0%, Ni:3.0 내지 8.0%, Mo:0.1 내지 3.0% 및 Fe:잔부이고, 30.0 내지 80.0% 페라이트로 이루어진 2상 스테인레스강 와이어들을, 4 내지 20인 평균 슬렌더비(M_R치)를 얻기 위하여 어니일링(annealing)후에 40 내지 97%의 단면수축률로 드로잉하는 것을 특징으로 하는 내피로성과 내식성이 높은 2상 스테인레스강 와이어로프의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 와이어로프는 150 내지 600℃의 온도에서 시효처리를 추가로 더 받도록 하는 것을 특징으로 하는 2상 스테인레스강 와이어로프의 제조방법.