KR101328338B1

KR101328338B1 - 신선용 선재 및 열처리재와 고강도 강선

Info

Publication number: KR101328338B1
Application number: KR1020110138474A
Authority: KR
Inventors: 이충열; 양요셉; 석병설
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-11-11
Also published as: KR20130071129A

Abstract

본 발명은 타이어코드, 와이어로프, 피아노선, 교량용 강선 등에 사용될 수 있는 신선용 선재 및 열처리재와 고강도 강선에 관한 것으로서, 중량%로, C: 0.84~1.0%, Mn: 0.1~0.6%, Si: 0.1~0.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, N: 0.01%이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 99면적%이상의 상부 베이나이트와 1%미만의 펄라이트 또는 초석 세멘타이트로 이루어지는 미세조직을 포함하는 신선용 선재와 이로부터 얻어지는 열처리재와 고강도 강선을 제공한다.
본 발명에 따르면, 합금성분을 적절히 제어함으로써 신선가공시 우수한 강도를 부여할 수 있는 신선용 선재와 열처리재를 제공할 수 있으며, 이 선재 또는 열처리재를 이용하여 고강도 강선을 제공할 수 있다.

Description

신선용 선재 및 열처리재와 고강도 강선{WIRE ROD AND HEAT TREATED WIRE ROD FOR DRAWING AND HIGH STRENGTH STELL WIRE}

본 발명은 신선용 선재 및 열처리재와 고강도 강선에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타이어코드, 와이어로프, 피아노선, 교량용 강선 등에 사용될 수 있는 신선용 선재 및 열처리재와 고강도 강선에 관한 것이다.

일반적으로 신선용 고강도 선재를 얻는 방법으로는 다음의 세가지 방법이 있다.

첫째, 강화 원소를 다량 첨가하여 소재 자체의 강도를 증가시킬 수 있다. 이러한 강화 원소의 대표적인 예로는 탄소를 들 수 있다. 요구 선재의 강도가 점차 증가함에 따라 탄소는 아공석 영역에서 공석 영역으로, 그리고 공석 영역에서 과공석 영역으로 점차 그 함량이 증가하여 왔다. 상기와 같이 탄소 함량이 증가할 경우 선재 내부에는 경질상인 세멘타이트의 분율이 증가하고 펄라이트 조직의 라멜라(lamellar) 간격이 조밀해짐에 따라 소재의 강도가 향상될 수 있다.

둘째, 신선용 선재는 압연된 선재가 신선 및 열처리되어 최종 소선으로 가공되는데, 가공시 가공 경화에 의해 강도가 대폭 향상될 수 있다. 선재가 가공될 때, 펄라이트 조직의 라멜라 간격이 미세화되고 가공경화 계수가 증가하며, 전위가 집적되는 등의 이유로 가공 경화될 수 있다.

셋째, 상기와는 별도로 소재의 신선 변형율을 증가시킴으로써 강도가 향상될 수 있다. 소재의 신선 변형율은 소재의 연성과 밀접한 관계가 있는 것으로서 소재 자체가 신선 가공시 단선이 일어나지 않고 용이하게 가공될수록 강도 향상에 유리하다.

그러나, 이들 방법은 모두 독립적으로 작용하는 것이 아니라 상호 연관되어 선재의 강도를 변화시키는 것이므로 이들을 독립적으로 제어하여 강도를 향상시키는 것은 강도 상승에 한계가 있기 마련이다.

즉, 선재의 강도를 향상시키기 위해서 단순히 합금원소를 다량 첨가할 경우 선재 압연후 후속되는 강선 제조공정에서 선재의 연성이 불량하여 단선이 발생하는 등의 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 선재의 강도 향상을 위해서는 다양한 관점에서 다양한 인자를 고려하여야 할 필요가 있다.

본 발명은 성분계를 적절히 제어함으로써 신선가공성이 우수한 신선용 선재 및 열처리재와 이로부터 얻을 수 있는 고강도 강선을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일태양은 중량%로, C: 0.84~1.0%, Mn: 0.1~0.6%, Si: 0.1~0.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, N: 0.01%이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 99면적%이상의 펄라이트와 1%미만의 초석 페라이트 또는 초석 세멘타이트를 포함하는 미세조직을 갖는 신선용 선재를 제공한다.

본 발명의 다른 태양은 중량%로, C: 0.84~1.0%, Mn: 0.1~0.6%, Si: 0.1~0.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, N: 0.01%이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 항온열처리되어 99면적%이상의 상부 베이나이트와 1%미만의 펄라이트 또는 초석 세멘타이트를 포함하는 미세조직을 갖는 신선용 열처리재를 제공한다.

본 발명의 다른 태양은 중량%로, C: 0.84~1.0%, Mn: 0.1~0.6%, Si: 0.1~0.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, N: 0.01%이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 99면적%이상의 상부 베이나이트와 1%미만의 펄라이트 또는 초석 세멘타이트로 이루어지는 미세조직을 포함하는 강선을 제공한다.

본 발명에 따르면, 합금성분을 적절히 제어함으로써 신선가공시 우수한 강도를 부여할 수 있는 신선용 선재와 열처리재를 제공할 수 있으며, 이 선재 또는 열처리재를 이용하여 고강도 강선을 제조할 수 있다.

본 발명자들은 신선가공성이 우수하면서도 신선가공후에는 고강도를 갖는 강선으로 제조될 수 있는 선재를 개발하고자 연구를 하던 중, 합금성분 특히, B의 함량과 선재의 미세조직을 적절히 제어하게 되면, 상기 과제를 해결할 수 있다는 점을 인지하게 되었다. 일반적으로 상기 B는 과공석강에서는 초석 세멘타이트의 형성 억제나 소입성을 향상 효과가 거의 없는 것으로 알려져 있다. 그러나, 본 발명자들에 의하면, 미세조직의 제어와 B의 첨가가 동시에 이루어지는 경우에는 기존에 보고되던 연구 결과와는 반대로, 선재에 우수한 신선가공성을 부여할 수 있을 뿐만 아니라 가공 후에는 강선의 강도가 상당히 증가한다는 점을 발견하고, 본 발명을 안출하게 되었다.

본 발명은 일 실시형태로서, 중량%로, C: 0.84~1.0%, Mn: 0.1~0.6%, Si: 0.1~0.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, N: 0.01%이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 99면적%이상의 펄라이트와 1%미만의 초석 페라이트 또는 초석 세멘타이트를 포함하는 미세조직을 갖는 신선용 선재를 제공한다.

이하, 본 발명의 성분계에 대하여 설명한다.

C: 0.84~1.0중량%

C는 강도를 확보하기 위한 핵심적인 원소이다. 그러나, 그 함량이 1.0%를 초과하는 경우에는 선재의 단면감소율(RA)이 감소되어 결국에는 신선가공에 의한 강도증가를 기대할 수 없다. 반면에, 0.84%미만으로 첨가되는 경우에는 목표로 하는 강도를 확보하기 어려울 수 있다. 따라서, 상기 C의 함량은 0.84~1.0중량%의 범위로 제어되는 것이 바람직하다.

Mn: 0.1~0.6중량%

상기 Mn은 소입성을 증가시키는데 효과적인 원소로서, 상기 효과를 얻기 위해서는 0.1%이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 0.6%를 초과하는 경우에는 중심편석이 발생할 수 있으며, 열처리시에 소재의 표면에 있는 조직의 결정립계가 산화되기 쉬워 제품 특성에 악영향을 미칠 수 있으므로, 그 함량이 0.6%를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 Mn의 함량은 0.1~0.6중량%의 범위로 제어되는 것이 바람직하다.

Si: 0.1~0.5중량%

Si는 과공석 조성범위에서 초석 세멘타이트의 생성을 조장하지 않게 하는 역할을 수행함과 동시에, 고용강화의 효과를 발휘하는 원소이다. 상기 Si는 제강공정에서 탈산제로 사용되어 강중에 미량 포함될 수 있으나, 본 발명에서는 상기한 초석 세멘타이트 형성 억제와 더불어 강도 및 연성 향상을 위해서 0.1%이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 0.5%를 초과하여 첨가되는 경우에는 재가열시 소재표면에 탈탄이 쉽게 발생하고 신선가공성이 저하될 수 있다.

Cr: 0.1~0.5중량%

Cr은 펄라이트 층상간격을 미세화시켜 강도와 연성 확보에 효과적인 원소이다. 상기 Cr이 0.1%미만으로 첨가될 경우에는 층상조직의 미세화 효과가 충분하지 않을 수 있으며, 0.5%를 초과하는 경우에는 항온변태속도를 느리게 하여 생산성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 상기 Cr의 함량은 0.1~0.5중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

B: 0.001~0.01중량%

B는 초석 세멘타이트의 형성을 억제하고 입계에 편석되어 소입성을 향상시킬 수 있는 원소이다. 상기 효과를 위해서는 0.001%이상 첨가되는 것이 바람직하나, 0.01%를 초과하는 경우에는 신선가공성을 악화시킬 수 있으므로, 상기 B의 함량은 0.001~0.01중량%의 범위를 갖도록 제어하는 것이 바람직하다.

N: 0.01중량%이하(0은 제외)

N은 강 중 불순물로 존재하는 원소이나, 본 발명에서는 강도를 소폭 향상시키는 효과를 가진다. 상기 N은 다량 첨가되면 신선가공성을 악화시킬 수 있으므로, 그 상한을 0.01%로 제어하는 것이 바람직하며, 0.006%이하로 제어하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 선재는 미세조직이 펄라이트 단상 조직을 갖는 것이 바람직하며, 이를 통해, 열처리 후 미세조직 제어가 용이해질 수 있으며, 나아가 신선가공을 통해 제조되는 강선에 우수한 인장강도를 부여할 수 있다. 한편, 본 발명 선재의 미세조직은 펄라이트 단상으로 이루어지는 것이 바람직하나, 공정상 불가피하게 초석 페라이트 또는 초석 세멘타이트 등과 같은 불순조직이 형성될 수 있다. 본 발명에서는 이러한 불순조직이 1%미만이 되도록 제어하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 성분계와 미세조직을 만족하는 선재는 이후, 신선가공을 통해 강선으로 제조되기 전, 납 패턴팅(lead patenting, LP)와 같은 열처리를 거치게 된다. 상기와 같이, LP열처리를 통해 선재는 항온열처리되어 원하는 미세조직으로 변화할 수 있다.

한편, 상기 선재 또는 항온열처리는 당해 기술분야에서 통상적으로 이용되는 제조방법을 이용할 수 있으며, 통상의 지식을 가진 자라면 열처리시 선재의 합금성분을 고려하여 적정 냉각속도 및 냉각정지온도를 별다른 어려움없이 설정함으로써, 원하는 미세조직을 얻을 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같이 선재를 항온열처리하여, 이 열처리된 선재(이하 '열처리재'라고도 함)의 조직이 상부 베이나이트 단상을 갖도록 한다. 이와 같이, 미세조직을 상부 베이나이트 단상으로 제어하여 열처리재의 인장강도를 저하시킴으로써 신선가공성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이를 통해 신선가공후에는 강선의 인장강도가 상당히 증가하게 된다. 한편, 본 발명 열처리재의 미세조직은 상부 베이나이트 단상으로 이루어지는 것이 바람직하나, 공정상 불가피하게 불순조직이 형성될 수 있다. 상기 불순조직은 펄라이트 또는 초석 세멘타이트 등이 될 수 있으며, 본 발명에서는 상기 펄라이트 또는 초석 세멘타이트 조직이 1%미만이 되도록 제어하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 합금성분 및 조성범위와 미세조직을 만족하는 경우, 열처리재는 900~1100MPa의 인장강도를 가질 수 있는데, 900MPa 미만인 경우에는 고강도의 강선을 얻기 곤란할 수 있으며, 1100MPa를 초과하는 경우에는 신선가공성이 저하될 수 있다.

이후, 상기 열처리재를 신선가공하여 우수한 강도를 갖는 강선을 제조할 수 있다. 이 때, 상기 신선가공은 통상의 조건을 이용할 수 있다. 이와 같이 제조되는 강선은 2400MPa이상, 보다 바람직하게는 3300MPa이상의 높은 인장강도를 가지며, 이를 통해 타이어코드, 와이어로프, 피아노선, 교량용 강선 등과 같이 고강도가 요구되는 제품에 적용되기 매우 적합하다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하지는 않는다.

(실시예)

하기 표 1과 같은 조성범위를 갖는 잉곳을 1150℃에서 열간압연하여 99.9면적%의 펄라이트 조직을 갖는 선재를 제조하였다. 상기 선재를 1200℃에서 30분동안 가열하여 노말라이징 처리한 후, 공냉을 실시하였다. 이어서, 상기 선재를 1100℃에서 30분동안 가열한 뒤, 이후, 항온열처리를 행함으로써 하기 표 1에 나타난 바와 같은 다양한 미세조직을 갖는 열처리재를 얻었다. 이렇게 얻어진 열처리재의 인장강도를 측정한 뒤, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 그리고, 이 열처리재를 단선이 일어나기 전까지 신선가공하여 강선을 제조한 뒤, 이 강선에 대해서도 인장강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	화학조성(중량%)						열처리재		강선
	C	Si	Mn	Cr	B	N	미세조직	인장강도 (MPa)	인장강도 (MPa)
발명예1	0.92	0.2	0.3	0.2	0.004	0.0005	상부 베이나이트	1086	3321
비교예1	0.92	0.2	0.3	0.2	0.004	0.0005	펄라이트	1251	2302
발명예2	0.95	0.2	0.4	0.2	0.004	0.005	상부 베이나이트	1097	2445
비교예2	0.95	0.2	0.4	0.2	0.004	0.005	펄라이트	1273	2379
비교예3	0.90	0.2	0.3	0.2	-	0.0005	펄라이트	1123	2285
비교예4	0.90	0.2	0.3	0.2	-	0.0005	상부 베이나이트	1125	2328

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명이 제시하는 합금성분 및 조성범위를 만족하고, 동시에 미세조직이 상부 베이나이트로 이루어지는 발명예 1 및 2의 경우에는 1100MPa이하의 낮은 인장강도를 지니고 있음을 알 수 있다.

반면, B가 첨가되고, 펄라이트 미세조직을 갖는 비교예 1 및 2의 경우에는 1200MPa이상 높은 강도를, B가 첨가되지 않고 펄라이트 조직을 갖는 비교예 3은 1100MPa이상의 강도를 가지고 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명이 제안하는 성분계를 만족하더라도 미세조직이 상이하면 열처리재의 인장강도가 높음을 알 수 있다. 비교예 4의 경우에는 본 발명의 미세조직을 포함하고 있으나, B이 첨가되지 않아, 높은 강도를 가지고 있음을 알 수 있다.

한편, 상기 열처리재들을 신선가공하였을 때, 비교예 1 및 2는 강도의 상승량이 각각 1050~1100MPa 정도에 불과하였으며, 비교예 3은 1162MPa, 비교예 4는 1203MPa에 불과하였다. 그러나, 발명예 1 및 2는 비교예들에 비하여 상당히 높은 1300MPa이상의 강도 상승량을 가졌다. 특히 발명예 1은 인장강도 상승량이 2235MPa로서, 아주 높은 수준의 인장강도를 갖는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명예들은 열처리재의 강도가 낮음에도 불구하고, 신선가공 후 강선으로 제조되었을 때, 인장강도가 확연히 증가하고 있음을 알 수 있다.

Claims

삭제
중량%로, C: 0.84~1.0%, Mn: 0.1~0.6%, Si: 0.1~0.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, N: 0.01%이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
항온열처리되어 99면적%이상의 상부 베이나이트와 1%미만의 펄라이트 또는 초석 세멘타이트를 포함하는 미세조직을 갖는 신선용 열처리재.
청구항 2에 있어서,
상기 열처리재는 900~1100MPa의 인장강도를 갖는 신선용 열처리재.
중량%로, C: 0.84~1.0%, Mn: 0.1~0.6%, Si: 0.1~0.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, N: 0.01%이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
99면적%이상의 상부 베이나이트와 1%미만의 펄라이트 또는 초석 세멘타이트로 이루어지는 미세조직을 포함하는 강선.
청구항 4에 있어서,
상기 강선은 2400MPa이상의 인장강도를 갖는 강선.