KR101674870B1 - 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법, 강선 및 그 제조방법 - Google Patents
연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법, 강선 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101674870B1 KR101674870B1 KR1020160113165A KR20160113165A KR101674870B1 KR 101674870 B1 KR101674870 B1 KR 101674870B1 KR 1020160113165 A KR1020160113165 A KR 1020160113165A KR 20160113165 A KR20160113165 A KR 20160113165A KR 101674870 B1 KR101674870 B1 KR 101674870B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- wire
- less
- elongation
- cementite
- steel sheet
- Prior art date
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
- C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/902—Metal treatment having portions of differing metallurgical properties or characteristics
- Y10S148/908—Spring
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical 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 비드와이어 등에 사용될 수 있는 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 선재 및 강선은, 중량 %로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.01% 이하, Ti: 0.02% 이하, N: 0.007% 이하, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 비드와이어 등에 사용될 수 있는 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법에 관한 것이다.
비드와이어는 타이어 림과 휠을 잡아주는 역할을 하는 제품으로, 제품에 따라 차이는 있지만 비드와이어에 요구되는 특성으로는 고강도 및 고 연신율 특성이 있으며 이에 대한 이유는 아래와 같다.
1) 고강도: 타이어코드 등의 보강재와 같은 이유이며, 강도 증가 시 비드와이어 구조 변경을 통해 총 중량 감소가 가능하며, 사용 수명 또한 증가한다.
2) 고 연신율: 90 % 이상 총감면량이 인가되기 때문에 제품 연성은 감소될 수 밖에 었다. 이를 위해 400~500℃에서 저온 열처리가 행해지며, 이때 연성은 향상되고 강도는 200MPa 정도 낮아지게 된다. 연신율이 우수할 경우, 최종 제품 연선 시 단선 등 발생 가능성이 낮아진다.
강도를 향상시키기 위한 방법으로는 C, Cr 등 합금원소 첨가를 통한 강도 증가 및 열처리 또는 신선 가공량 증가를 통한 방법이 있다. 합금 원소 첨가는 강도를 증가시키는 효과적인 방법 중 하나이나, 과하게 첨가되었을 경우 초석 세멘타이트, 탄화물 등의 형성으로 인하여 신선 중 단선이 발생한다. 다른 인자인 신선 가공량 증가는 강도를 증가시킬 수 있는 가장 효과적인 방법이나, 딜라미네이션과 연관된 신선한계가 소재 의존적이기 때문에 일정 수준 이상 가공량을 증가시키기에는 다소 위험이 따르므로, 합금 원소 및 신선 가공량의 상호 보완적인 수준에서 첨가 및 증가되어야 한다.
강선 고강도화에 따른 연신율 또는 연성 감소는 자연적인 현상이다. 즉, 상기와 같은 강도를 향상시키기 위한 방법들은 강선의 연성을 크게 감소시켜 최종 타이어사의 제품개발 및 사용을 제한하기도 한다.
최종 신선된 강선의 연성을 향상시키는 방법으로 신선공정 후에 400~500℃에서 열처리하는 블루잉 열처리를 한다. 블루잉 열처리시 일반적으로 연신율이 2~3 % 향상되는 효과가 있는데, 총 감면량이 많을 경우 이러한 향상 효과는 감소하게 된다. 이는 여러가지 인자들이 보고되고 있지만, 세멘타이트 내 존재하는 탄소의 페라이트로의 확산, 즉 세멘타이트 분해가 블루잉 열처리시 연신율에 영향을 주는 주요 인자라 판단된다. 세멘타이트 분해 현상은 근래 원자침 분석기 (3DAP), 고분해능 투과전자 현미경 (HR-TEM) 등의 고급 분석 장비가 개발되어 도입됨에 따라 확인된 인자인데, 선재를 신선 가공함에 따라 취성상인 세멘타이트에 에너지적으로 큰 힘이 작용하게 되고, 에너지적으로 불안정하기 때문에, 이를 감소시키기 위해 세멘타이트 내의 C가 페라이트로 확산하여 최종 전위에 고착되게 된다. 이에 따라, 블루잉 열처리 시 강도는 증가하지만 연신율 증가폭은 감소하게 되는 것이다.
따라서, 신선 가공 및 블루잉 열처리 시 세멘타이트의 분해를 억제함으로써 높은 연신율을 확보할 수 있는 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 따라서, 합금조성을 적절히 제어하여 신선 가공 및 블루잉 열처리 시 세멘타이트의 분해를 억제함으로써 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 연신율이 우수한 고강도 선재는, 중량 %로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, Ti: 0.006~0.02%, N: 0.002~0.007%, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 펄라이트를 99면적% 이상 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면인 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법은, 중량%로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, Ti: 0.006~0.02%, N: 0.002~0.007%, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강편을 1000~1100℃에서 가열하는 단계; 상기 가열된 강편을 열간 압연하여 선재를 제조하는 단계; 상기 선재를 권취하는 단계; 및 상기 권취한 선재를 5℃/s 이하의 냉각속도로 650~750℃까지 서냉한 후, 30℃/s 이상의 냉각속도로 500~600℃까지 급냉하고, 급냉 후 온도를 유지하여 펄라이트 조직을 확보한 후 공냉하는 냉각단계를 포함한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 선재를 이용하여 제조된 강선 및 그 제조방법을 포함하고, 이 강선은 상기한 바와 같은 화학 성분 조성을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 합금조성을 적절히 제어하여 신선 가공 및 블루잉 열처리 시 세멘타이트의 분해를 억제함으로써 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명자들은 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법을 제공하기 위하여 연구를 행한 결과, 선재의 합금 성분을 적절히 선택함으로써, 신선 가공시 세멘타이트의 분해를 억제할 수 있으며, 이로 인해 블루잉 열처리 시 높은 연신율을 확보할 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 연신율이 우수한 고강도 선재에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 연신율이 우수한 고강도 선재는, 중량 %로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, Ti: 0.006~0.02%, N: 0.002~0.007%, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 펄라이트를 99면적% 이상 포함한다.
C (탄소) : 0.4~0.65 중량 %
C는 강도를 향상시키는 가장 효과적인 원소이다. 일반적으로 C 첨가 시 0.1%당 최대 100 Mpa를 증가시키는 것으로 알려져 있다. C의 함량이 0.4% 미만 경우 주요 기지조직이 페라이트로 되기 때문에 고강도를 확보하는데 어려움이 있다. 또한, 0.65%를 초과하는 경우에서는 합금원소의 첨가없이 펄라이트 분률이 95%이상이 되나 세멘타이트 분률의 증대에 의하여 신선량이 증대하면 신선 중 파단, 또는 연선 중 딜라미네이션이 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 C의 함량을 0.4~0.65%로 제어하는 것이 바람직하다.
Si (실리콘) : 0.7~1.5 중량%
본 발명에서의 Si은 페라이트 강화에 따른 강도 증가, 건식 신선 시 강 가공에 따른 세멘타이트 분해 억제 및 블루잉 열처리 시 세멘타이트 내 탄소의 페라이트로 확산을 억제시켜 연신율을 향상시키는 역할을 하는 주요 원소이다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.7 중량% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 반면, 그 함량이 과다할 경우, 신선성 저하 및 Fe2SiO4 등의 형성으로 스케일 박리성에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 상기 Si 함량의 상한은 1.5 중량%인 것이 바람직하다.
Mn (망가니즈) : 0.1~1.0 중량 %
Mn은 강의 제조시 탈산 효과뿐만 아니라 소재내의 황과 더불어 유화망간(MnS)을 형성시켜 황에 의한 적열 취성을 방지하므로 0.1%이상 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, Mn은 소재의 강도 상승과 펄라이트 층간 간격을 미세화시키는데는 매우 효과적인 원소이다. 하지만, 1.0%를 초과하는 경우 편석이 발생할 가능성이 높고, 마르텐사이트가 발생하는 임계 냉각속도를 낮추며, 다른 원소에 비하여 신선한계를 현저히 저하시킨다. 따라서, 본 발명에서는 Mn의 함량을 0.1~1.0%로 제한하는 것이 바람직하다.
Cr (크롬) : 0.1~0.5 중량 %
Cr은 펄라이트 조직을 미세화 시키기 때문에 가공경화율을 증가시켜 신선성을 향상시키는 역할을 한다. Cr의 함량이 0.1 % 미만인 경우, 그 효과가 미비하며, Cr의 함량이 0.5 %를 초과하는 경우, 경화능 증가 및 Cr 탄화물을 형성시키는 문제점이 있다. 따라서, Cr의 함량은 0.1~0.5 %인 것이 바람직하다.
Ti (타이타늄) : 0.006~0.02 중량%
본 발명에서는 Ti는 석출물 형성에 따른 강도 증가 효과보다는, N과 결합하여 TiN으로 존재함으로써 B와 N의 결합을 억제하는 역할을 한다. Ti의 함량이 0.006% 미만인 경우, 충분한 TiN을 형성하지 못하여 상기 역할을 수행하기 어렵다. 반면, Ti의 함량이 0.02 %를 초과하는 경우, TiC 등이 조대하게 형성될 가능성이 있다. 따라서, Ti의 함량은 0.006~0.02 %인 것이 바람직하다.
B : 0.001~0.01 중량 %
저탄소강에서 초석 페라이트의 형성은 신선 중 균열이 형성될 수 있는 시발점이 되고, 이는 신선 중 파단을 발생시킨다. B은 입계에 용질로 존재하여 입계 에너지를 낮춤으로써 이러한 초석 페라이트 형성을 억제하는 역할을 하여 신선 중 파단을 방지하는 역할을 한다. B의 함량이 0.001% 미만인 경우 상기한 효과를 충분히 나타낼 수 없으며, 0.01 % 초과 첨가시 용질 B 보다는 BC, BN으로 존재하여 그 효과를 나타낼 수 없다. 따라서, B의 함량은 0.001~0.01%인 것이 바람직하다.
N : 0.002~0.007 중량%
기지내 존재하는 N는 B 첨가시 BN으로 결합하기 때문에, 용질 B 효과를 가져오기 어렵다. 따라서 Ti와 복합첨가되어 용질 B이 초석 페라이트 형성을 지연시키는 역할을 하게 해야 한다. N의 함량이 0.002% 미만인 경우, 충분한 TiN을 형성하지 못하여 상기 역할을 수행하기 어렵다. 반면, N의 함량이 0.007% 초과하는 경우, B와 결합하여 BN으로 존재할 수 있다. 따라서, N의 함량은 0.002~0.007%인 것이 바람직하다.
*P (인) : 0.02 중량% 이하
P는 불순물이며, 특별히 함유량을 규정하지는 않지만, 종래의 강선과 마찬가지로 연성을 확보하기 위한 관점에서 0.02% 이하로 하는 것이 바람직하다. 다만, 상기 P의 함량이 0.001 중량% 미만인 경우에는 정련공정의 제조비용이 크게 증가하는 문제가 있으므로 그 하한은 0.001% 이상일 수 있다.
S (황) : 0.02 중량% 이하
S은 불순물이며, 특별히 함유량을 규정하지는 않지만, 종래의 강선과 마찬가지로 연성을 확보하기 위한 관점에서 0.02% 이하로 하는 것이 바람직하다. 다만, 상기 S의 함량이 0.001 중량% 미만인 경우에는 정련공정의 제조비용이 크게 증가하는 문제가 있으므로 그 하한은 0.001% 이상일 수 있다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
또한, 상기 Ti와 N은 상술한 조성범위를 만족할 뿐만 아니라, 원자량비(atomic ratio)로 Ti/N≥1 을 만족하는 것이 더 바람직하다.
Ti/N이 1 미만인 경우에는 Ti와 결합하지 못한 N이 강 중 잔존하여 B와 결합하여 BN이 되기 때문에, 초석 페라이트 형성을 억제하지 못하여 신선 중 파단이 발생하는 문제점이 있을 수 있기 때문이다.
또한, 상기 선재의 미세조직은 펄라이트 조직을 99 면적%이상 유지하는 것이 바람직하다. 펄라이트 상분율이 99면적% 미만인 경우, 신선 가공시 단선을 유발할 가능성이 크기 때문이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 성분계 및 미세조직을 만족함으로써, 고 Si 첨가를 통해 강도를 확보함과 동시에, 신선 가공 및 블루잉 열처리 시 세멘타이트 분해를 억제함으로써 연신율 감소를 억제시킬 수 있는 선재를 제공할 수 있다. 또한, 상기 선재는 인장강도 1000MPa 이상이고 단면감소율이 55%이상이다.
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 다른 일 측면인 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법은, 중량%로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, Ti: 0.006~0.02%, N: 0.002~0.007%, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강편을 1000~1100℃에서 가열하는 단계; 상기 가열된 강편을 열간 압연하여 선재를 제조하는 단계; 상기 선재를 권취하는 단계; 및 상기 권취한 선재를 5℃/s 이하의 냉각속도로 650~750℃까지 서냉한 후, 30℃/s 이상의 냉각속도로 500~600℃까지 급냉하고, 급냉 후 온도를 유지하여 펄라이트 조직을 확보한 후 공냉하는 냉각단계를 포함한다.
가열하는 단계
상기 전술한 조성을 만족하는 강편을 가열한다. 이때, 가열은 1000℃이상 1100℃ 이하로 행하는 것이 바람직하다. 상기 가열 온도가 1000℃미만인 경우, 압연시 온도가 크게 저하되기 때문에 압연 롤에 인가되는 부하가 크게되고, 이로 인해 롤 교체주기가 짧아져서 제조원가 상승하는 문제점이 있다. 반면에, 상기 소둔 온도가 1100℃를 초과하는 경우, 오스테나이트 결정립이 조대해지기 때문에 연성이 열위해지는 문제점이 있다. 따라서, 상기 가열은 1000~1100℃에서 실시되는 것이 바람직하다.
열간 압연하는 단계
상기 가열된 강편을 열간 압연하여 선재를 제조한다. 이때, 마무리 압연 출구측 온도는 950℃이상 1050℃ 이하로 행하는 것이 바람직하다. 상기 마무리 압연 출구측 온도가 950℃미만인 경우, 사상 다이스의 마모 및 열피로가 증가하여 롤 교체주기가 짧아져서 제조원가가 상승하는 문제점이 있다. 반면에, 상기 마무리 압연 출구측 온도가 1050℃를 초과하는 경우, 수냉대에서 과하게 냉각해야 하기 때문에 제조원가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서, 상기 마무리 압연 출구측 온도는 950~1050℃인 것이 바람직하다.
권취하는
단계
상기 선재를 권취하는 단계를 포함한다. 이때, 권취 온도는 850℃이상 950℃ 이하인 것이 바람직하다. 권취 온도가 850℃미만인 경우에는 초석 페라이트가 형성될 가능성이 크며, 권취 온도가 950℃를 초과하는 경우 오스테나이트 결정립이 조대해지기 때문에 연성이 열위해지는 문제점이 있다. 따라서, 권취 온도는 850~950℃인 것이 바람직하다.
또한, 바람직한 일례로서 레잉헤드(L/H: Laying Head)를 이용하여 권취할 수 있다.
냉각단계
상기 권취한 선재를 5℃/s 이하의 냉각속도로 650~750℃까지 서냉한 후, 30℃/s 이상의 냉각속도로 500~600℃까지 급냉하고, 급냉 후 온도를 유지하여 펄라이트 조직을 확보한 후 공냉한다.
본 발명에서는 B를 첨가하여 초석 페라이트의 형성을 억제하였기 때문에 냉각 초반에는 급냉할 필요가 없으며, 또한, 5℃/s 이하의 냉각속도로 650~750℃까지 서냉함으로써 냉각 중 생성되는 스케일에서 FeO의 면적분율을 높게 확보하여 스케일 박리성을 향상시키기 위함이다.
또한, 30℃/s 이상의 냉각속도로 500~600℃까지 급냉하는 이유는 페라이트 변태를 억제하고, 미세한 펄라이트를 형성하기 위함이다.
이때, 상기 냉각은 송풍량과 컨베이어 속도로 변태를 제어하는 냉각장치 중 하나인 스텔모아 냉각대에서 행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 선재를 신선한 후, 블루잉 열처리하여 제조된 강선 및 그 제조방법을 포함한다.
상기 신선 공정의 조건은 특별히 한정되지 않으며 통상적인 신선 공정에 모두 적용 가능하다. 예를 들어, "선재 → 스케일 제거(기계적 제거 및 피클링) → 건식신선 → 열처리 → 도금"의 공정을 거쳐 강선을 제조할 수 있다.
나아가, 신선 공정 후 400~500℃에서 블루잉(bluing) 열처리를 행한다. 상기 블루잉 열처리는 응력을 제거하고 최종 신선된 강선의 연신율을 향상시키기 위함이다. 블루잉 열처리 온도가 400℃ 미만인 경우, 연신율을 향상시키는 효과가 충분하지 않으며, 블루잉 열처리 온도가 500℃를 초과하는 경우, 강도가 많이 낮아지게 되며 공정 비용이 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 블루잉 열처리 온도는 400~500℃인 것이 바람직하다.
블루잉 열처리시 일반적으로 연신율이 2~3 % 향상되는 효과가 있는데, 총 감면량이 많을 경우 이러한 향상 효과는 감소하게 된다. 이는 여러가지 인자들이 보고되고 있지만, 세멘타이트 내 존재하는 탄소의 페라이트로의 확산, 즉 세멘타이트 분해가 블루잉 열처리시 연신율에 영향을 주는 주요 인자라 판단된다. 세멘타이트 분해 현상은 근래 원자침 분석기 (3DAP), 고분해능 투과전자 현미경 (HR-TEM) 등의 고급 분석 장비가 개발되어 도입됨에 따라 확인된 인자인데, 강을 가공함에 따라 취성상인 세멘타이트에 에너지적으로 큰 힘이 작용하게 되고, 에너지적으로 불안정하기 때문에, 이를 감소시키기 위해 세멘타이트 내의 C가 페라이트로 확산하여 최종 전위에 고착되게 된다. 이에 따라, 강도는 증가하지만 연신율 증가폭은 감소하게 되는 것이다.
본 발명에서는 고 Si를 첨가함에 따라서, Si이 페라이트와 세멘타이트 계면에 존재함으로써 신선 가공시 세멘타이트의 C가 페라이트로 확산되는 것을 억제하여, 블루잉 열처리 시 연신율 증가폭이 감소되는 것을 억제할 수 있는 것이다.
즉, 본 발명에 따른 선재를 신선 가공하여 제조된 강선은 신선 가공시 강선의 표면으로부터 중심부 방향 100㎛내에서 세멘타이트가 분해되는 최대량이 8 at.%이하가 되기 때문에, 블루잉 열처리 후의 연신율 최소값이 6.8 % 이상이며, 연신율 평균 값이 7.2 % 이상으로 연신율 증가폭이 감소되지 않는다. 또한, 블루잉 열처리 후의 인장강도가 2400MPa 이상이다.
따라서, 신선 가공 후 블루잉 열처리 전의 강선 표면으로부터 중심부 방향 100㎛내에서 세멘타이트의 잔존 탄소량은 17~21 at.%이다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시 예는 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.
(실시 예)
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분계를 만족하는 강괴를 빌렛 연속 주조 후 가열로 온도 1050℃에서 60분 이상 유지한 후, 열간 압연하여 5.0 mm 선재를 제조하였다. 열간 압연 조건으로는, 마무리 압연 출구측 온도: 950℃, 수냉대 통과 후 레잉헤드(L/H) 온도: 850℃로 하였다. 열간 압연 후, 700℃까지 서냉한 후, 30℃/s의 냉각속도로 500℃까지 급냉하고, 급냉 후 온도를 유지하여 펄라이트 조직 확보 후 공냉하였다.
구분 | 중량 % | ||||||||
C | Si | Mn | Cr | B | Ti | N | P | S | |
비교예1 | 0.52 | 0.24 | 0.41 | 0.22 | 0 | 0 | 0.0068 | 0.0200 | 0.0180 |
비교예2 | 0.57 | 0.65 | 0.40 | 0.20 | 0 | 0 | 0.0067 | 0.0180 | 0.0190 |
비교예3 | 0.53 | 0.62 | 0.39 | 0.22 | 0.0013 | 0.0100 | 0.0070 | 0.0200 | 0.0200 |
발명예1 | 0.52 | 0.82 | 0.39 | 0.21 | 0.0020 | 0.0200 | 0.0070 | 0.0200 | 0.0190 |
발명예2 | 0.51 | 1.25 | 0.41 | 0.22 | 0.0019 | 0.0190 | 0.0068 | 0.0200 | 0.0180 |
발명예3 | 0.53 | 1.49 | 0.40 | 0.21 | 0.0018 | 0.0200 | 0.0069 | 0.0190 | 0.0190 |
비교예4 | 0.81 | 1.20 | 0.42 | 0.20 | 0.0019 | 0.0190 | 0.0070 | 0.0200 | 0.0180 |
비교예5 | 0.52 | 1.20 | 0.39 | 0.62 | 0.0018 | 0.0190 | 0.0069 | 0.0200 | 0.0200 |
상기 선재를 총감면량 96.3%로 신선 가공하여 강선을 제조하였다. 또한, 상기 강선을 420℃에서 10초간 블루잉 열처리하였다. 상기 선재, 강선 및 블루잉 열처리 후 강선에 대한 기계적 특성 및 미세조직을 분석하여 하기 표 2에 나타내었다.
또한, 3DAP 분석기를 사용하여 신선 가공 후 블루잉 열처리 전 강선 표면부 (표면~깊이 방향으로 100㎛ 내)의 세멘타이트 분해 거동을 정량분석하여 세멘타이트 내 잔존 탄소량을 측정하고 표 2에 나타내었다.
구분 | 선재 | 블루잉 열처리 전 강선 | 블루잉(420℃) 열처리 후 강선 | ||||||
인장강도 (Mpa) |
RA (%) |
Vf (면적%) |
직경 (mm) |
세멘타이트 내 잔존 탄소량 (at.%) | 인장강도 (MPa) |
연신율 (%) |
인장 강도 (Mpa) |
연신율 (%) /최소값 |
|
비교예1 | 951.6 | 61.5 | 6.3 | 5.0 | 14.2 | 2459.8 | 2.86 | 2259.8 | 4.98 / 4.45 |
비교예2 | 998.6 | 55.7 | 4.4 | 5.0 | 14.3 | 2655.8 | 2.99 | 2390.8 | 5.22 / 4.62 |
비교예3 | 960.4 | 63.0 | 2.8 | 5.0 | 14.9 | 2420.6 | 3.00 | 2220.6 | 5.11 / 4.66 |
발명예1 | 1011.6 | 59.2 | 1 미만 | 5.0 | 18.0 | 2520.8 | 4.70 | 2320.8 | 7.25 / 6.82 |
발명예2 | 1108.9 | 57.1 | 1 미만 | 5.0 | 19.8 | 2614.8 | 5.10 | 2420.8 | 7.68 / 6.98 |
발명예3 | 1145.0 | 55.0 | 1 미만 | 5.0 | 20.1 | 2659.8 | 5.30 | 2459.8 | 7.81 / 7.12 |
비교예4 | 1155.0 | 48.0 | 1 미만 | 5.0 | 17.2 | 2664.8 | 3.20 | 2464.8 | 5.28 / 4.19 |
비교예5 | 1071.6 | 49.0 | 3.8 | 5.0 | 18.9 | 2579.8 | 3.10 | 2379.8 | 5.08 / 4.10 |
상기 표 2를 보면 알 수 있듯이, 비교예 4는 C가 다량 첨가되고, 비교예 5는 Cr이 다량 첨가되어 인장강도는 우수하였으나, 강선 및 블루잉 열처리 후 강선의 연신율이 낮은 것을 확인할 수 있다.
비교예 1~3의 경우 Si 함량이 0.7% 미만이며, 비교예 1 및 2는 B 및 Ti 이 첨가되지 않았다. 반면에, 발명예 1~3은 비교예 1~3에 비하여 Si를 다량 첨가하였으며, B 및 Ti을 본 발명의 합금원소 범위를 만족하도록 제어하였다.
비교예 1 내지 3의 경우, 신선 가공 시 세멘타이트 내 탄소의 페라이트로 확산을 억제시키지 못하여 신선 가공 후 블루잉 열처리 전 세멘타이트 내 잔존 탄소량이 17 at.%미만이었다. 이에 따라, 블루잉 열처리 전 연신율도 3%이하로 열위하였고, 블루잉 열처리 후 연신율도 5.22% 이하로 열위함을 확인할 수 있다.
비교예 1~3의 선재는 950 Mpa 수준의 인장강도를 가지며 단면 감소율(RA) 는 60 % 수준이다. 그에 비해 발명예 1~3의 선재는 Si 첨가에 따른 페라이트 고용강화로 인해 1000~1100 Mpa 수준의 높은 인장강도를 갖으며, 단면 감소율(RA)은 5% 정도 낮은 값을 갖는다.
또한, 비교예 1~3의 선재는 페라이트 분율(Vf)이 2~6 면적%인 페라이트와 펄라이트의 혼합조직이나, 발명예 1~3의 선재는 페라이트 분율(Vf)이 1 면적%미만으로 99 면적% 이상의 펄라이트 조직을 갖는 것이 확인가능하다.
이러한 특성은 강선 표면부 (표면~깊이 방향으로 100㎛ 내)의 세멘타이트 분해 거동 분석을 통해 설명가능하다. 왜냐하면, 신선 시 변형이 가장 크게 작용하는 표면부에서의 특성이 전체 특성을 결정짓기 때문이다.
비교예1~3은 신선 가공 후 블루잉 열처리 전 강선 표면부 (표면~깊이 방향으로 100㎛ 내)의 세멘타이트 내 잔존 탄소량은 14 at.% 수준이다. Fe3C의 이론적 탄소량은 25 at.%이므로, 45% 정도의 탄소가 세멘타이트에서 페라이트로 빠져 나왔음을 알 수 있다.
이에 반해 Si 함량이 많은 발명예1~3은 신선 가공 후 블루잉 열처리 전 강선 표면부 (표면~깊이 방향으로 100㎛ 내)의 세멘타이트 내 잔존 탄소이 18 at.%이상이므로, 19~28 % 정도의 탄소가 세멘타이트에서 페라이트로 빠져 나왔음을 알 수 있다. 따라서 비교예 1~3에 비하여 신선 가공으로 인한 세멘타이트 분해가 상대적으로 덜된 것을 확인할 수 있다. 이는 Si가 페라이트와 세멘타이트 계면에 존재함으로써 세멘타이트에서 페라이트로의 C 확산을 저지하였기 때문이다.
비드와이어 제품에서 중요한 것은 강도와 연신율 특성이다. 제품별로 요구되는 연신율 값이 있으나, 고강도재일수록 보다 높은 연신율 값을 요구한다. 비교예 1~2의 경우 강도는 우수하나, 평균 연신율은 5 % 수준이고, 최소치는 4.8 % 수준으로 연신율이 낮아 비드와이어 제품으로 사용되기에는 부적합하다. 이에 반해, 발명예1~3은 평균연신율이 7.2 % 이상이며, 최소 연신율은 6.8 %이상으로, 비드와이어 제품으로 사용하기에 적합한 연신율을 갖는다.
이상 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당 업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (9)
- 중량%로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, Ti: 0.006~0.02%, N: 0.002~0.007%, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강편을 1000~1100℃에서 가열하는 단계;
상기 가열된 강편을 열간 압연하여 선재를 제조하는 단계;
상기 선재를 권취하는 단계; 및
상기 권취한 선재를 5℃/s 이하의 냉각속도로 650~750℃까지 서냉한 후, 30℃/s 이상의 냉각속도로 500~600℃까지 급냉하고, 급냉 후 온도를 유지하여 펄라이트 조직을 확보한 후 공냉하는 냉각단계를 포함하는 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 열간 압연은 마무리 압연 출구측 온도가 950~1050℃가 되도록 행하는 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 권취는 850~950℃의 온도 범위에서 행하는 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 Ti와 N은 원자량비(atomic ratio)로 Ti/N≥1 을 만족하는 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법.
- 중량%로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, Ti: 0.006~0.02%, N: 0.002~0.007%, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
표면으로부터 중심부 방향 100㎛ 내에서 세멘타이트의 잔존 탄소량이 17~21 at.%인 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 고강도 강선.
- 제5항에 있어서,
상기 강선은 블루잉 열처리 후의 연신율 최소값이 6.8 % 이상이며, 연신율 평균 값이 7.2 % 이상이고 인장강도가 2400MPa 이상인 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 고강도 강선.
- 중량%로, C: 0.4~0.65%, Mn: 0.1~1.0%, Si: 0.7~1.5%, Cr: 0.1~0.5%, B: 0.001~0.01%, Ti: 0.006~0.02%, N: 0.002~0.007%, P 및 S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 펄라이트를 99면적% 이상 포함하는 선재를 신선하여 강선을 얻는 단계; 및
상기 강선을 400~500℃의 온도 범위에서 블루잉(bluing) 열처리하는 단계를 포함하는 연신율이 우수한 고강도 강선의 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 Ti와 N은 원자량비(atomic ratio)로 Ti/N≥1 을 만족하는 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 고강도 강선의 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 선재는 인장강도 1000MPa이상이고 단면감소율이 55%이상인 것을 특징으로 하는 연신율이 우수한 고강도 강선의 제조방법.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160113165A KR101674870B1 (ko) | 2016-09-02 | 2016-09-02 | 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법, 강선 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160113165A KR101674870B1 (ko) | 2016-09-02 | 2016-09-02 | 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법, 강선 및 그 제조방법 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020140190219A Division KR20160082608A (ko) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20160108818A KR20160108818A (ko) | 2016-09-20 |
KR101674870B1 true KR101674870B1 (ko) | 2016-11-10 |
Family
ID=57102215
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020160113165A KR101674870B1 (ko) | 2016-09-02 | 2016-09-02 | 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법, 강선 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101674870B1 (ko) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4088220B2 (ja) * | 2002-09-26 | 2008-05-21 | 株式会社神戸製鋼所 | 伸線前の熱処理が省略可能な伸線加工性に優れた熱間圧延線材 |
-
2016
- 2016-09-02 KR KR1020160113165A patent/KR101674870B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20160108818A (ko) | 2016-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6547890B2 (en) | Steel wire rod for cold forging and method for producing the same | |
KR101676109B1 (ko) | 신선성이 우수한 고강도 선재 및 고강도 강선과 선재의 제조방법 | |
KR101262462B1 (ko) | 냉간 신선형 고인성 비조질 선재 및 그 제조방법 | |
KR20140021165A (ko) | 강도와 연성이 우수한 강선재 및 그 제조방법 | |
KR100742821B1 (ko) | 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재 및그 제조방법 | |
JP2023504150A (ja) | 耐久性に優れた厚物複合組織鋼及びその製造方法 | |
KR101819431B1 (ko) | 냉간압조용 고탄소강 선재, 이를 이용한 가공품 및 이들의 제조방법 | |
KR101889178B1 (ko) | 고탄소 고강도 선재 및 이의 제조방법 | |
KR101674870B1 (ko) | 연신율이 우수한 고강도 선재의 제조방법, 강선 및 그 제조방법 | |
KR100951297B1 (ko) | 냉간압조용 고인성 열처리생략 선재 및 그 제조방법 | |
KR101461717B1 (ko) | 초고강도 타이어코드용 선재 및 강선 및 그 제조방법 | |
KR20160082608A (ko) | 연신율이 우수한 고강도 선재, 이를 이용한 강선 및 그들의 제조방법 | |
KR100328039B1 (ko) | 냉간압조용선재의제조방법 | |
KR101889179B1 (ko) | 고강도 강선 및 이의 제조방법 | |
KR101767821B1 (ko) | 고탄소강 선재, 그를 이용한 강선 및 그들의 제조방법 | |
KR101518583B1 (ko) | 신선가공성이 우수한 고강도 선재, 강선 및 이들의 제조방법 | |
KR101696095B1 (ko) | 신선성이 우수한 열처리재의 제조방법 | |
KR101449113B1 (ko) | 굽힘 피로 특성 및 연성이 우수한 고탄소 강선 및 그 제조방법 | |
KR102470032B1 (ko) | 강도 및 연신율 특성이 우수한 합금강의 제조방법 | |
KR102531464B1 (ko) | 초고강도 스프링용 선재, 강선 및 그 제조방법 | |
KR100435460B1 (ko) | 스틸코드용 강선의 제조방법 | |
KR102492641B1 (ko) | 내피로특성과 질화처리 특성이 향상된 스프링용 선재, 강선, 스프링 및 그 제조 방법 | |
KR101736618B1 (ko) | 가공성이 우수한 고강도 선재 및 강선과 이들의 제조방법 | |
KR20170110773A (ko) | 냉간압조용 고탄소강 선재, 이를 이용한 가공품 및 이들의 제조방법 | |
KR101726129B1 (ko) | 연신율이 우수한 선재, 그를 이용한 강선 및 그들의 제조방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A107 | Divisional application of patent | ||
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |