[go: up one dir, main page]

KR102362665B1 - 선재, 고강도 강선 및 이들의 제조방법 - Google Patents

선재, 고강도 강선 및 이들의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102362665B1
KR102362665B1 KR1020190172493A KR20190172493A KR102362665B1 KR 102362665 B1 KR102362665 B1 KR 102362665B1 KR 1020190172493 A KR1020190172493 A KR 1020190172493A KR 20190172493 A KR20190172493 A KR 20190172493A KR 102362665 B1 KR102362665 B1 KR 102362665B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wire rod
less
excluding
wire
strength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020190172493A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210080099A (ko
Inventor
김재환
양요셉
박인규
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020190172493A priority Critical patent/KR102362665B1/ko
Publication of KR20210080099A publication Critical patent/KR20210080099A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102362665B1 publication Critical patent/KR102362665B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/32—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/16—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • C21D8/065—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/005—Ferrite

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

본 발명은 선재, 고강도 강선 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 선재는, 중량%로, C: 0.90 내지 1.15%, Si: 0.5 내지 1.0%, Mn: 0.07% 이하(0%를 제외함), Cr: 0.7 내지 1.2%, B: 0.002 내지 0.005%, P: 0.02% 이하(0%를 제외함), S: 0.02% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

Description

선재, 고강도 강선 및 이들의 제조방법 {WIRE ROD, HIGH STRENGTH STEEL WIRE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 선재, 고강도 강선 및 이들의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 타이어코드 등에 적용 가능한 비틀림 특성이 우수한 고강도 강선, 강선을 제조하기 위한 신선용 선재 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로 타이어 카카스 및 벨트 부위에 보강재로 사용되는 타이어코드는 다음과 같은 방법을 이용하여 제조된다.
탄소 강도가 공석-과공석 범위인 용강을 블룸으로 주조한 뒤, 상기 블룸을 압연하여 빌렛으로 제조하고, 이 빌렛을 가열로에서 균질화 처리하여 오스테나이트 단상으로 조직을 균질하게 한 뒤, 선재 압연을 통해 작은 사이즈로 다운 사이징(down-sizing)하며, 스텔모아 냉각대 상에서 초석 페라이트 또는 초석 세멘타이트가 형성되지 않는 적정 속도로 냉각하여 전부(fully) 펄라이트 조직을 갖는 선재를 제조한다. 그 후, 고객사에서 그 용도와 쓰임에 따라 신선하게 되는데, 일반적으로 소재에 연성을 부여하는 열처리가 경우에 따라 1회, 통상적으로 2회 포함되며, 이외 건식 및 습식 신선을 통해 최종 강선이 얻어지며, 이 후 동일 강선들을 꼬는 연선 작업이 추가적으로 포함된다.
일반적으로 타이어코드 등의 제품은 우수한 강도 및 비틀림 특성이 요구된다. 이는 이들이 사용되는 목적에 부합하기 위함인데, 타이어코드의 경우 고강도화함에 따라 코드 구조가 단순해지고, 이로 인해 보강재 경량화 외 타이어 자체 경량화가 가능하기 때문이다. 강선 고강도화는 1960년에 제안된 E-F 실험식에 따라 선재 또는 열처리 소재의 강도를 증가시키거나 또는 펄라이트 층간 간격 미세화 및 신선 가공량 증가를 통해 이루어지고 있다. 또 다른 요구되는 특징으로는 우수한 비틀림 특성이 있다. 이는 최종 제품의 제조를 위해 신선재를 꼬는 연선 공정 시 딜라미네이션이 발생하지 않고, 비틀림 횟수가 높아야 단선이 발생하지 않기 때문이다.
제품의 고강도화를 위해서 통상적으로 1) 신선 가공량은 고정하면서, C, Cr, Si 첨가 또는 합금량 증가를 통한 선재 또는 열처리재 강도 증가, 2) 합금량 고정하면서, 신선 가공량 증가, 3) 합금량 증가 및 신선 가공량 증가와 같은 세 가지 방법을 이용하고 있다. 각 방법은 장단점이 있으나, 최적화가 이루어지지 않을 경우, 단순히 강도만 증가되고 비틀림 특성이 좋지 않게 된다. 이는 조직에 펄라이트 외에 초석 세멘타이트, 마르텐사이트 등의 저온 조직, 조대한 2차 페라이트가 생성되어, 강도 증가에 따른 연성 감소로 신선 한계도 낮아지기 때문이다.
현재까지 상용화된 제품의 최종 강선 강도보다 높은 강도, 더욱 경량화된 제품을 위하여, 상위 급의 타이어코드 제품 개발이 필요하다.
본 발명은 선재, 고강도 강선 및 이들의 제조방법을 제공하고자 한다. 보다 구체적으로 타이어코드 등에 적용 가능한 비틀림 특성이 우수한 고강도 강선, 강선을 제조하기 위한 신선용 선재 및 이들의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 선재는, 중량%로, C: 0.9 내지 1.15%, Si: 0.5 내지 1.0%, Mn: 0.07% 이하(0%를 제외함), Cr: 0.7 내지 1.2%, B: 0.002 내지 0.005%, P: 0.02% 이하(0%를 제외함), S: 0.02% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
선재는, Ti: 0.01 내지 0.03% 및 N: 0.008% 이하(0%를 제외함)을 더 포함할 수 있다.
선재는 신선용 선재일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 선재의 제조방법은, 중량%로, C: 0.9 내지 1.15%, Si: 0.5 내지 1.0%, Mn: 0.07% 이하(0%를 제외함), Cr: 0.7 내지 1.2%, B: 0.002 내지 0.005%, P: 0.02% 이하(0%를 제외함), S: 0.02% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강편을 가열하는 단계; 가열된 강편을 압연하는 단계; 및 압연된 강편을 냉각하는 단계;를 포함한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 고강도 강선은, 중량%로, C: 0.9 내지 1.15%, Si: 0.5 내지 1.0%, Mn: 0.07% 이하(0%를 제외함), Cr: 0.7 내지 1.2%, B: 0.002 내지 0.005%, P: 0.02% 이하(0%를 제외함), S: 0.02% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
고강도 강선은, Ti: 0.01 내지 0.03% 및 N: 0.008% 이하(0%를 제외함)을 더 포함할 수 있다.
고강도 강선의 미세조직은 18 면적% 이하의 입계 페라이트를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고강도 강선의 제조방법은, 중량%로, C: 0.9 내지 1.15%, Si: 0.5 내지 1.0%, Mn: 0.07% 이하(0%를 제외함), Cr: 0.7 내지 1.2%, B: 0.002 내지 0.005%, P: 0.02% 이하(0%를 제외함), S: 0.02% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강편을 가열하는 단계; 가열된 강편을 압연하는 단계; 압연된 강편을 냉각하여 선재를 제조하는 단계; 및 선재를 신선하는 단계; 신선된 선재를 열처리하는 단계; 를 포함한다.
신선된 선재를 열처리하는 단계; 후의 강편의 미세조직은, 동일한 C 함량일 때를 기준으로, B의 함량이 해당 범위에 해당되지 않을 때 보다, 입계 페라이트가 면적 분율로 85% 이하 줄어드는 것일 수 있다.
상기 신선된 선재를 열처리하는 단계; 의 상기 열처리는 LP 열처리일 수 있다.
신선된 선재를 열처리하는 단계; 이후에, 열처리된 선재를 습식신선하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 고 Si 사용에 따른 탈탄 형성으로 다량 발생했던 가공 단선을 해소할 수 있으며, 이를 통한 고객사 생산성 향상으로 제품 가격 경쟁력을 높일 수 있다.
본 명세서에서, 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
본 명세서에서, 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 선재는, 중량%로, C: 0.9 내지 1.15%, Si: 0.5 내지 1.0%, Mn: 0.07% 이하(0%를 제외함), Cr: 0.7 내지 1.2%, B: 0.002 내지 0.005%, P: 0.02% 이하(0%를 제외함), S: 0.02% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
보다 구체적으로, Ti: 0.01 내지 0.03% 및 N: 0.008% 이하(0%를 제외함)을 더 포함할 수 있다.
또한, 선재는 신선용 선재일 수 있다.
이하는 각 성분의 조성에 대하여 설명한다.
탄소(C): 0.9 내지 1.15 중량%
C는 강도를 확보하기 위한 주요 원소이다. 치환형 원소인 C는 주로 세멘타이트로 존재한다. C 함량 증가 시 세멘타이트 분율은 증가하며, 강도 또한 증가하는 것으로 알려져 있다. 특히 0.1 중량%씩 첨가할 때마다 80MPa의 강도가 증가하는 것으로 보고되고 있다. 상기 효과를 위해 높은 함량의 탄소가 바람직하며, 너무 적게 첨가될 경우에는 본 발명에서 목표하는 강도 확보가 어렵다. 반면, 너무 많이 첨가되는 경우에는 중심 편석의 형성으로 인한 신선성 악화 문제나 초석 세멘타이트의 입계 형성등의 문제로 인해 취성 파괴가 일어날 수 있다. 보다 구체적으로는 0.9 내지 1.1 중량%, 더욱 구체적으로는 0.9 내지 1.05 중량%일 수 있다.
규소(Si): 0.5 내지 1.0 중량%
Si는 페라이트 고용강화 원소이다. 이는 페라이트 내에 고용되며, 펄라이트에서는 페라이트 내 및 세멘타이트와 페라이트 계면에 편석되는 원소이다. Si를 0.1 중량%씩 첨가할 때마다 14 내지 16MPa의 항복 강도를 높이는 것으로 보고된 바 있다. 페라이트 강화 원소이기 때문에 열처리재 강도를 향상시킬 수 있는 원소이나, 신선 시 가공경화율에는 영향을 거의 주지 않는 원소이다. 본 발명의 일 실시예에 의한 강선은 열처리 시 인장 강도를 크게 증가시킴과 동시에 가공량을 감소시키는 개념으로 개발된 강종이다. 따라서, 최종 강선에서의 목표 강도를 확보하기 위해서는 적당한 양의 Si이 바람직하며, Si 양이 너무 많을 경우에는 스케일 박리성이 효과적이지 않아, 적절히 제어하여야 한다. 보다 구체적으로는 0.65 내지 0.9 중량%일 수 있다.
크롬(Cr): 0.7 내지 1.2 중량%
Cr은 페라이트 안정화 원소이며, 강도를 크게 증가시킨다. 또한, 세멘타이트 내 일반형자리(general site)에 쉽게 위치할 수 있는 치환형 원소이기 때문에 Fe와 쉽게 치환되어 세멘타이트 두께를 미세화시켜 가공경화율을 향상시키는 역할을 한다. 크롬을 너무 적게 첨가하면 본 목표 달성이 어렵고, 너무 많이 첨가하면 조대 탄화물 형성으로 가공 시 단선을 유발시킬 수 있다. 보다 구체적으로 0.7 내지 1.0 중량% 일 수 있다.
망간(Mn): 0.07 중량% 이하
Mn은 세멘타이트 내에서 Fe와 치환 가능한 원소이나, Mn-C의 결합력이 Fe-C 결합력에 비해 상대적으로 작기 때문에 신선 가공 시 세멘타이트 분해를 촉진시키며, 이로 인해 신선성을 악화시키게 된다. 또한, 용강 내 포함된 S와 결합하여 MnS 등의 연성 개재물이 형성되어, 가혹한 조건에서 신선 또는 연선 시 파단을 유발한다. Mn은 의도적으로 첨가하지 않더라도 불순물로서 포함될 수 있으므로, 그 상한을 관리하는 것이 중요하다.
보론(B): 0.001 내지 0.005 중량%
B는 열처리 시 발생하는 입계 페라이트 형성을 억제하는 역할을 한다. 외부로 C 확산은 농도 평형을 유지하기 위해 자연적으로 발생하는 것으로, 입계 페라이트가 오스테나이트 계면 등을 따라 형성되면 최종 습식 신선 중 단선 유발 또는 비틀림 응력 인가 시 길이 방향으로 균열이 전파되는 딜라미네이션을 발생시킨다. 선재를 열처리, 특히 LP 열처리를 진행하면 이러한 탈탄이 발생한다. 이는 고탄소 고실리콘강을 이용하는 4.0GPa 이상 급의 타이어코드용 강선에서의 문제점이다. 이러한 문제점을 억제하기 위하여 본 발명에서는 B를 첨가한다. B가 탈탄 현상을 억제하여, 선재 열처리 시 입계 페라이트 형성을 억제하는 메커니즘은 현재 정확한 기구는 알려지고 있지는 않지만, 실험실적으로 확인할 수 있는 것은 B 첨가강을 열간압연 후 냉각 시 표면에 형성된 스케일에 B 농화층이 존재한다는 것이다. 일반적으로 모재부에 형성되는 스케일은 FeO로, 산소와 결합이 많은 외층부로 갈수록 Fe3O4, Fe2O3가 형성된다. B 농화층은 FeO에 형성되며, Fe-O-B 층 생성으로 모재와의 결합력을 높인다. 이는 외부 산소의 내부로 진입 또는 내부 Fe이온의 외부로 확산을 방해한다고 해석할 수 있다. B를 너무 적게 첨가하면 그 효과가 거의 나타나지 않고, 너무 많이 첨가하면 Fe23(C,B)6 입계 형성으로 결정립계를 취화시킬 수 있어 적절한 양을 제어하는 것이 바람직하다.
타이타늄(Ti): 0.01 내지 0.03 중량%
Ti는 N과 결합력이 좋은 원소로, BN의 형성 억제을 위해 첨가될 수 있다. 너무 적게 첨가되면 N 제어가 어렵고, 너무 많이 첨가되면 조대 정출물이 형성될 수 있기 때문에 적절한 양을 제어하는 것이 바람직하다.
질소(N): 0.008 중량% 이하
N은 신선 중 페라이트 기지에 형성된 전위에 고착되어 시효경화를 유발시키는 원소일 뿐 아니라, 과포함 시 B 첨가강에서 BN을 입내 형성시켜 B의효과를 억제시킨다. BN의 형성이 쉽기 때문에 적게 첨가시키는 것이 바람직하다.
인(P) 및 황(S): 각각 0.020 중량% 이하
P 및 S는 불순물로 그 함량이 낮을수록 좋으나, 너무 극한으로 제한할 경우 제강 공정에서 불순물 제거에 대한 비용이 증가한다. 또한, 상기 P와 S는 그 함량이 증가할 경우 소재의 연성이 감소하고 신선 가공성이 저하된다. 따라서, 상기 P, S의 함량은 통상적으로 그 상한을 관리하는 것이 중요하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 선재의 제조방법은, 중량%로, C: 0.9 내지 1.15%, Si: 0.5 내지 1.0%, Mn: 0.07% 이하(0%를 제외함), Cr: 0.7 내지 1.2%, B: 0.002 내지 0.005%, P: 0.02% 이하(0%를 제외함), S: 0.02% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강편을 가열하는 단계; 가열된 강편을 압연하는 단계; 및 압연된 강편을 냉각하는 단계;를 포함한다.
강편의 조성은 상기 언급한 바와 같으며, 각 단계에 대하여 설명한다.
강편을 가열하는 단계
강편을 가열하는 단계는, 1,000℃ 내지 1,250℃의 가열로에서 60분 내지 90분을 유지하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로 1,100℃ 내지 1,250℃로 가열하는 것일 수 있다. 상기 온도범위에서 강편을 가열함으로써, 오스테나이트 단상을 유지하고, 오스테나이트 결정립의 조대화를 방지할 수 있으며, 잔존하는 편석, 탄화물 및 개재물을 효과적으로 용해할 수 있다. 상기 강편의 가열온도가 너무 낮은 경우에는 가열에 의한 상기 효과를 얻기 곤란할 수 있다. 반면에, 너무 높은 경우에는 오스테나이트 결정립이 매우 조대하게 되어 고강도 및 고인성 선재를 확보하기 어렵다. 여기서 강편이란 선재로 제조될 수 있는 블룸이나 빌렛과 같은 반제품을 모두 의미한다.
가열된 강편을 압연하는 단계
가열된 강편을 압연을 행하여 선재를 제조하는 것이 바람직하다. 압연은 열간 압연일 수 있으며, 열간 압연 온도는 900℃ 내지 1,050℃일 수 있다. 보다 구체적으로 950℃ 내지 1050℃일 수 있다.
열간 압연을 너무 낮은 온도에서 행하는 경우 압연부하가 커져 롤 수명이 짧아지는 문제가 있다. 반면에, 너무 높은 온도에서 행하는 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대하여 연성이 감소되는 문제가 있다.
압연하는 단계 이후, L/H 단계를 포함할 수 있으며, L/H 온도는 890℃ 내지 920℃일 수 있다. 권취 온도가 너무 낮을 경우에는 입계 내에 초석세멘타이트 형성이 많아져 연성을 저하시킬 수 있으며, 너무 높을 경우에는 오스테나이트 결정립 조대화가 나타날 수 있기 때문에 그 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
압연된 강편을 냉각하는 단계
열간압연을 행한 후에 냉각하는 단계를 후속할 수 있다. 보다 바람직하게는 스텔모어(Stelmor)에서 냉각을 행하는 것이 바람직하다. 상기 스텔모어(Stelmor)에서 냉각을 행함으로써 균질한 조직이 확보되는 효과가 있다.
냉각대에서 450℃ 내지 500℃까지 30℃/s 내지 40℃/s로 급냉, 그 후 해당 유지 온도에서 10초 내지 20초 동안 유지, 그 후 200℃까지 10℃/s로 냉각하는 것일 수 있다. 상기와 같은 속도로 냉각을 행함으로써, 초석 세멘타이트 및 펄라이트가 형성되지 않는다. 또한, 상기 냉각속도가 너무 느린 경우에는 초석 세멘타이트 및 펄라이트가 형성되는 문제가 있으며, 너무 빠른 경우에는 스텔모 상에서 불가능하다.
이렇게 제조된 선재의 인장강도는 1,336 MPa 이상일 수 있으며, 단면 감소율은 28% 이상일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 고강도 강선은, 중량%로, C: 0.9 내지 1.15%, Si: 0.5 내지 1.0%, Mn: 0.07% 이하(0%를 제외함), Cr: 0.7 내지 1.2%, B: 0.002 내지 0.005%, P: 0.02% 이하(0%를 제외함), S: 0.02% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
고강도 강선은, Ti: 0.01 내지 0.03% 및 N: 0.008% 이하(0%를 제외함)을 더 포함할 수 있다.
고강도 강선의 미세조직은 18 면적% 이하의 입계 페라이트를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 18 면적% 이하의 입계 페라이트가 길이방향으로 길게 연신된 조직 일 수 있다. 보다 구체적으로, 입계 페라이트의 두께는 20nm 이하일 수 있다. 보다 구체적으로 17 면적% 이하의 입계 페라이트를 포함할 수 있다.
고강도 강선은, 인장강도는 3,800 MPa 이상이고, 200D 기준으로 인장강도x단면적x0.008의 하중 인가 시 비틀림 횟수가 60 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고강도 강선의 제조방법은, 중량%로, C: 0.9 내지 1.15%, Si: 0.5 내지 1.0%, Mn: 0.07% 이하(0%를 제외함), Cr: 0.7 내지 1.2%, B: 0.002 내지 0.005%, P: 0.02% 이하(0%를 제외함), S: 0.02% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강편을 가열하는 단계; 가열된 강편을 압연하는 단계; 압연된 강편을 냉각하여 선재를 제조하는 단계; 및 선재를 신선하는 단계; 신선된 선재를 열처리하는 단계; 를 포함한다.
선재를 신선하는 단계;의 신선은 건식신선일 수 있다.
신선된 선재를 열처리하는 단계; 후의 강편의 미세조직은, 동일한 C 함량일 때를 기준으로, B의 함량이 해당 범위에 해당되지 않을 때 보다, 입계 페라이트가 면적 분율로 85% 이하 줄어드는 것일 수 있다. 보다 구체적으로 40% 이상 85% 이하 줄어드는 것일 수 있다.
신선된 선재를 열처리하는 단계; 의 상기 열처리는 LP 열처리일 수 있다.
신선된 선재를 열처리하는 단계; 이후에, 열처리된 선재를 습식신선하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 열처리재, 고강도 강선의 미세조직에 대하여 다시 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 선재 열처리한 열처리재의 미세조직은 18 면적% 이하의 입계 페라이트를 포함할 수 있다. 한편, 열처리재 즉, 열처리된 선재를 습신신선하여 제조하는 고강도 강선의 미세조직은 열처리재의 미세조직과 마찬가지로, 18 면적% 이하의 입계 페라이트를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 18 면적% 이하의 입계 페라이트가 길이방향으로 길게 연신된 조직 일 수 있다. 보다 구체적으로, 입계 페라이트의 두께는 20nm 이하일 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
본 발명에서는 최종 강선의 강도 및 비틀림 특성이 우수하며, 선재 열처리 후 입계 페라이트 면적 분율이 적은 강선을 제조하기 위한 실험을 행하였다.
본 발명에서는 하기 표 1과 같은 합금 조성을 갖는 용강을 주조하여 연속주조하여 400x500㎜2 의 블룸을 제조한 후, 강편 압연을 통해 160x160㎜2 의 빌렛을 제조하고, 그 후 가열로 1,020℃에서 100분 동안 유지 후, 열간압연 온도를 980℃로 하여 열간압연 후, L/H 온도 890℃로 L/H하고, 그 후 480℃까지 35℃/s로 냉각, 해당온도에서 18초 유지한 다음 200℃까지 12℃/s로 냉각하여 선재를 제조하였다.
상기 선재를 일반적인 작업온도(25℃)에서 건식 신선한 후, 납조로 ??칭하여 LP(Lead Patenting) 열처리재를 얻었다. 그 후 습식신선을 통해 직경 0.2mm까지 신선하여 강선을 제조하였다.
상기 선재 및 LP열처리재의 인장강도(TS), 단면감소율(RA)를 측정하고, LP열처리재의 입계 페라이트 면적 분율을 측정하며, 상기 강선의 인장강도(TS) 및 비틀림 특성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
합금 조성, 중량 (%)
C Si Cr Mn B Ti N P S
비교예1 1.00 0.80 0.78 0.068 - - - 0.0140 0.0150
발명예1 1.02 0.80 0.72 0.068 0.001 - - 0.0150 0.0100
발명예2 1.01 0.82 0.80 0.069 0.002 - - 0.0100 0.0120
발명예3 1.02 0.83 0.81 0.069 0.003 - - 0.0110 0.0130
비교예2 1.01 0.81 0.79 0.068 0.0053 - - 0.0100 0.0100
발명예4 1.02 0.82 0.79 0.069 0.002 0.02 0.005 0.0120 0.0110
발명예5 1.01 0.80 0.80 0.067 0.002 0.01 0.005 0.0090 0.0140
비교예3 0.92 0.80 0.81 0.069 - - - 0.0100 0.0140
발명예6 0.91 0.81 0.81 0.067 0.002 - - 0.0120 0.0120
발명예7 0.93 0.80 0.81 0.069 0.003 - - 0.0090 0.0150
발명예8 0.91 0.83 0.80 0.068 0.004 - - 0.0100 0.0130
발명예9 0.92 0.82 0.82 0.069 0.002 0.02 0.005 0.0120 0.0110
비교예4 0.80 0.81 0.81 0.070 0.019 - - 0.0110 0.0110
참고예1 1.06 0.82 0.81 0.070 0.002 - - 0.0110 0.0100
비교예5 1.16 0.82 0.80 0.070 0.0020 - - 0.0120 0.0100
참고예2 1.02 0.60 0.81 0.070 0.0021 - - 0.010 0.012
참고예3 1.00 1.00 0.82 0.070 0.0022 - - 0.011 0.010
비교예6 1.02 1.10 0.80 0.071 0.0021 - - 0.010 0.011
비교예7 1.01 0.80 1.30 0.072 0.0019 - - 0.009 0.01
선재 열처리재 최종 강선
인장강도
(MPa)		 RA
(%)		 인장강도
(MPa)		 RA
(%)		 입계 페라이트 면적 분율
(%)		 비교예1의 입계 페라이트 분율 대비 각 발명예의 분율 비율 인장강도
(MPa)		 비틀림
(회)
비교예1 1,415 30 1,674 35 21 1 4,420 68
발명예1 1,412 29 1,659 34 17 0.810 4,415 70
발명예2 1,417 31 1,651 37 13 0.619 4,427 74
발명예3 1,409 29 1,671 34 10 0.476 4,424 71
비교예2 1,401 24 1,580 23 22 1.048 단선 -
발명예4 1,412 28 1,657 34 15 0.714 4,430 71
발명예5 1,420 31 1,654 33 16 0.762 4,418 69
인장강도
(MPa)		 RA
(%)		 인장강도
(MPa)		 RA
(%)		 입계 페라이트 면적 분율 (%) 비교예3의 입계 페라이트 분율 대비 각 발명예의 분율 비율 인장강도
(MPa)		 비틀림
(회)
비교예3 1,335 34 1,530 38 19 1 3,870 62
발명예6 1,340 33 1,510 37 14 0.737 3,890 67
발명예7 1,338 31 1,528 36 12 0.632 3,840 70
발명예8 1,350 34 1,541 38 11 0.579 3,900 69
발명예9 1,338 32 1,518 37 12 0.632 3,870 67
비교예4 1,228 46 1,378 52 1 0.048 3,900 82
참고예1 1,455 28 1585 34 12 0.571 4,435 72
비교예5 1,492 20 1592 28 12 0.571 단선 0
참고예2 1,318 37 1,533 38 12 0.571 4,301 77
참고예3 1,345 36 1,573 37 12 0.571 4,353 62
비교예6 1,387 36 1,617 36 17 0.810 단선 0
비교예7 1,597 25 1,797 34 21 1.105 단선 0
선재 강도 비교
B 첨가에 의한 선재의 강도를 비교해보면 하기와 같다.
B 미첨가된 비교예 1의 인장강도는 1,415MPa, RA는 30%이다. 한편, B 첨가, Ti, N 미첨가의 발명예 1 내지 3, B, Ti, N 첨가의 발명예 4 내지 5도 비슷한 수준의 물성을 갖는다. 이로 비추어 보아, B 첨가에 따라, BN, Fe23(C,B)6 등이 입계에 형성되지 않은 것으로 판단하였다.
또한, B 미첨가된 비교예 3의 인장강도는 1,335MPa이다. 한편, 발명예 6 내지 9는 0.92 %C에 B이 0.001 내지 0.003 중량%가 포함된 강인데, 비교예 3의 선재와 비슷한 수준의 물성을 갖는다. 이로 비추어 보아, 역시 B 첨가가 선재 물성에 영향을 주지 않는 것으로 볼 수 있고, 앞서 언급한 BN 등은 입계에 형성되지 않는 것을 알 수 있다.
열처리재 미세조직 비교
비교예 1에 대한 LP 열처리 후 표면에서 관찰되는 미세조직은, 표면부 오스테나이트 입계를 따라 페라이트가 형성되어 있는 것을 확인하였다. 면적 분율로 측정해보았으며, B 미첨가시 21 % 가량 형성되는 것으로 확인하였다. 입계 페라이트를 억제시키면 제품 비틀림 횟수를 향상시킬 수 있으며, 단선율 또한 낮아지기 때문에 생산성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 예상한다.
발명예 2에 대한 LP 열처리 후 표면에서 관찰되는 미세조직은, 비교예 1의 경우와는 다르게 13 % 정도의 입계 페라이트가 형성되는 것으로 확인하였다. 즉, B 첨가로 입계 페라이트가 감소하는 것을 확인하였다.
강선 물성 비교
비교예 1의 제품 인장강도는 4,420 MPa 수준, 비틀림 특성은 68회이다. 발명예 1 내지 3과 비교하였을 때, B 함량이 0.001 중량%에서 0.003 중량%로 증가됨에 따라 최대 6회까지 비틀림 횟수가 증가됨을 확인할 수 있다.
또한 비교예 2는 B함량이 0.005 % 초과된 경우이다. B함량 0.005 % 초과시 가공단선이 발생되는 것으로 미루어 0.005 % 이하 B 첨가가 바람직한 것으로 생각된다.
Ti, N의 첨가에 따른 비교
발명예 4 및 5는 Ti와 N이 첨가되었을 때 B 효과를 관찰 한 것인데, B과 결합할 수 있는 N을 강제적으로 제거하여 더 나은 비틀림 특성 증가 효과가 기대되나 비교예 1에 비해 비틀림 특성은 향상되나 단독 B 첨가에 비해 크게 증가되지는 않는 것으로 확인되었다.
한편, Ti, N 첨가 시 TiN 미세석출물 형성을 통해 결정립 미세화가 나타날 수 있다. 여기서 결정립은 AGS를 의미하고, 여기서 핵생성한 펄라이트 또한 미세함을 의미한다. AGS 감소시, 연성이 좋기 때문에 신선가공성 측면에서도 유리하고, 신선한계가 증가할 수 있다. 선재에서의 미세한 AGS는 LP열처리시 더 미세해질 수 있기 때문에 신선가공량을 더 줄 수 있거나, 여기에 형성된 미세한 펄라이트로 인하여 최종 강선의 강도가 증가할 수 있다. 그러나 TiN이 제어가 잘되지 않을 경우, 즉 정출을 하여 조대 TiN이 형성된다면 가공 중 단선이 유발될 수 있다.
결론
따라서, 본 결과 미루어 B첨가는 선재 및 열처리재의 기계적 특성에는 영향을 거의 미치지 않지만, 열처리 시 표면 부 입계 페라이트의 형성을 억제시키기 때문에 최종 습식 신선 후 확보된 강선의 비틀림 특성은 향상시키며, 이에 적합한 B 함량은 0.001 중량% 내지 0.003 중량%이며, Ti 및 N은 단독 B에 비해 그 효과는 크지 않지만 일부 효과는 있는 것으로 판단된다.
또한, 이는 B 첨가량이 증가할 때 열처리 시 표면에 형성되는 입계 페라이트가 감소되는데, 이때 면적분율은 최대 10 %로 까지 감소할 수 있고, 이는 B 미첨가에 비해 85% 이하 수준으로 감소하는 것이다.
본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 중량%로, C: 0.9 내지 1.15%, Si: 0.5 내지 1.0%, Mn: 0.07% 이하(0%를 제외함), Cr: 0.7 내지 1.2%, B: 0.001 내지 0.005%, P: 0.02% 이하(0%를 제외함), S: 0.02% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강편을 가열하는 단계;
    상기 가열된 강편을 압연하는 단계; 및
    상기 압연된 강편을 냉각하는 단계;를 포함하고,
    상기 압연된 강편을 냉각하는 단계;는,
    450℃ 내지 500℃까지 30℃/s 내지 40℃/s로 급냉 후, 200℃까지 10℃/s로 냉각하는 것인 선재 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 중량%로, C: 0.9 내지 1.15%, Si: 0.5 내지 1.0%, Mn: 0.07% 이하(0%를 제외함), Cr: 0.7 내지 1.2%, B: 0.002 내지 0.005%, P: 0.02% 이하(0%를 제외함), S: 0.02% 이하(0%를 제외함), 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강편을 가열하는 단계;
    상기 가열된 강편을 압연하는 단계;
    상기 압연된 강편을 냉각하여 선재를 제조하는 단계;
    상기 선재를 신선하는 단계; 및
    상기 신선된 선재를 열처리하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 압연된 강편을 냉각하는 단계;는,
    450℃ 내지 500℃까지 30℃/s 내지 40℃/s로 급냉 후, 200℃까지 10℃/s로 냉각하는 것인 고강도 강선 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 신선된 선재를 열처리하는 단계; 후의 강편의 미세조직은, 동일한 C 함량일 때를 기준으로, B의 함량이 해당 범위에 해당되지 않을 때 보다, 입계 페라이트가 면적 분율로 85% 이하 줄어드는 것인 고강도 강선 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 신선된 선재를 열처리하는 단계; 의 상기 열처리는 LP 열처리인 고강도 강선 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 신선된 선재를 열처리하는 단계; 이후에,
    상기 열처리된 선재를 습식신선하는 단계;를 더 포함하는 고강도 강선 제조방법.
KR1020190172493A 2019-12-20 2019-12-20 선재, 고강도 강선 및 이들의 제조방법 Active KR102362665B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190172493A KR102362665B1 (ko) 2019-12-20 2019-12-20 선재, 고강도 강선 및 이들의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190172493A KR102362665B1 (ko) 2019-12-20 2019-12-20 선재, 고강도 강선 및 이들의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210080099A KR20210080099A (ko) 2021-06-30
KR102362665B1 true KR102362665B1 (ko) 2022-02-11

Family

ID=76602198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190172493A Active KR102362665B1 (ko) 2019-12-20 2019-12-20 선재, 고강도 강선 및 이들의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102362665B1 (ko)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6180351B2 (ja) * 2013-03-28 2017-08-16 株式会社神戸製鋼所 生引き性に優れた高強度鋼線用線材および高強度鋼線
US20160244858A1 (en) * 2013-10-08 2016-08-25 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Wire rod, hypereutectoid bainite steel wire, and method for manufacturing thereof
WO2015133614A1 (ja) * 2014-03-06 2015-09-11 新日鐵住金株式会社 伸線加工性に優れた高炭素鋼線材とその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210080099A (ko) 2021-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3715478A1 (en) Wire rod for cold heading, processed product using same, and manufacturing method therefor
JP2000119805A (ja) 伸線加工性に優れた鋼線材
JP7427764B2 (ja) 高強度ばね用線材および鋼線並びにその製造方法
KR102362665B1 (ko) 선재, 고강도 강선 및 이들의 제조방법
KR101518583B1 (ko) 신선가공성이 우수한 고강도 선재, 강선 및 이들의 제조방법
KR20110066637A (ko) 고강도 ｐｃ 강선의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 고강도 ｐｃ 강선
KR101758482B1 (ko) 신선성이 우수한 고탄소강 선재, 강선 및 그들의 제조방법
KR102147701B1 (ko) 비틀림 특성 및 강도가 우수한 고탄소강 강선의 제조방법
US5665182A (en) High-carbon steel wire rod and wire excellent in drawability and methods of producing the same
KR101316198B1 (ko) 고연성 선재, 강재 및 그 제조방법
KR101736618B1 (ko) 가공성이 우수한 고강도 선재 및 강선과 이들의 제조방법
KR101403267B1 (ko) 신선성이 우수한 고강도 선재 및 강선과 이들의 제조방법
KR102531464B1 (ko) 초고강도 스프링용 선재, 강선 및 그 제조방법
EP0693571A1 (en) Bainite rod wire or steel wire for wire drawing and process for producing the same
KR102326240B1 (ko) 초고강도 선재, 강선 및 이들의 제조방법
KR102364426B1 (ko) 신선 가공성이 향상된 선재 및 그 제조방법
EP4332265A1 (en) Wire rod and steel wire for spring, spring with improved strength and fatigue limit, and method for manufacturing same
KR102470032B1 (ko) 강도 및 연신율 특성이 우수한 합금강의 제조방법
EP4265778A1 (en) Wire rod and steel wire for spring, spring, having improved fatigue resistance and nitrification properties, and methods for manufacturing same
KR100554748B1 (ko) 신선용 고강도 선재의 제조방법
KR101674870B1 (ko) 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법, 강선 및 그 제조방법
JP2024542251A (ja) オイルシリンダー用鋼管及びその製造方法
KR101461714B1 (ko) 신선성이 우수한 고연성 선재 및 강선 및 이들의 제조방법
KR20160082608A (ko) 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법
KR20130125980A (ko) 강도가 우수한 고탄소 선재 및 강선과 이들의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20191220

PA0201 Request for examination
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20210427

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20211026

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20210427

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
PX0901 Re-examination

Patent event code: PX09011S01I

Patent event date: 20211026

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX09012R01I

Patent event date: 20210727

Comment text: Amendment to Specification, etc.

PX0701 Decision of registration after re-examination

Patent event date: 20211214

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event code: PX07013S01D

Patent event date: 20211129

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX07012R01I

Patent event date: 20211026

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX07011S01I

Patent event date: 20210727

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX07012R01I

X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20220209

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20220209

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20250204

Start annual number: 4

End annual number: 4