KR102098534B1 - High strength wire rod having excellent drawability and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사장교, 현수교 등의 교량용 케이블, 해양 구조용 닻줄(anchor rope) 등에 사용되는 고강도 강선재에 관한 것으로서, 보다 바람직하게는 신선가공성이 우수한 고강도 선재와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-strength steel wire used for cable for bridges such as cable-stayed bridges, suspension bridges, anchor ropes for marine structures, etc., and more preferably, to a high-strength wire having excellent workability and a method for manufacturing the same.
Description
본 발명은 사장교, 현수교 등의 교량용 케이블, 해양 구조용 닻줄(anchor rope) 등에 사용되는 고강도 강선재에 관한 것으로서, 보다 바람직하게는 신선가공성이 우수한 고강도 선재와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-strength steel wire used for cable for bridges such as cable-stayed bridges, suspension bridges, anchor ropes for marine structures, etc., and more preferably, to a high-strength wire having excellent workability and a method for manufacturing the same.
교량용 강선 및 해양구조용 닻줄 등의 강도는 대부분 원소재인 선재의 강도, 수요가 공정인 페턴팅(patenting) 열처리(항온변태 열처리라고도 함), 신선가공, 도금 등에 의해 결정된다. 선재의 강도는 합금성분 및 선재 제조공정의 냉각조건에 의해 결정되는 미세조직에 의존한다. 가장 효과적으로 선재의 강도를 증가시키는 방법은 합금원소 첨가라 할 수 있는데, 이러한 성분으로는 탄소(C), 망간(Mn), 실리콘(Si), 크롬(Cr) 등이 있다. 이 중에서 선재의 기지조직인 펄라이트 조직의 강도 증가에 가장 효과가 큰 원소는 탄소이다. The strength of steel wires for bridges and anchor lines for offshore structures is largely determined by the strength of wires, which are raw materials, and patterning heat treatment (also called constant temperature heat treatment), drawing, plating, etc. The strength of the wire rod depends on the alloy composition and the microstructure determined by the cooling conditions of the wire rod manufacturing process. The most effective method of increasing the strength of the wire can be referred to as the addition of alloy elements, such as carbon (C), manganese (Mn), silicon (Si), chromium (Cr). Among these, carbon is the most effective element for increasing the strength of the pearlite structure, which is the base structure of the wire rod.
상기 탄소(C)의 함량을 지속적으로 높임으로써, 펄라이트 내의 세멘타이트 분율을 높이고, 라멜라 간격을 미세하게 만들 수 있으나, 지속적인 C 함량의 증가는 펄라이트 변태에 앞서 구오스테나이트 입계에 초석 세멘타이트상을 석출시켜 신선가공 중에 변형을 견디지 못하고, 보이드(void) 등의 결합을 생성시켜 최종 제품의 연성에 문제를 초래할 수 있다. 이에 한계 신선가공량을 줄이고, 이에 따라 가공경화량이 줄어들어 궁극적인 강도 증가에 기여하지 못하게 된다. By continuously increasing the content of carbon (C), the fraction of cementite in pearlite can be increased and the lamellar spacing can be made fine, but the continuous increase of C content causes the cementite cementite phase to form at the old austenite grain boundary prior to pearlite transformation. Precipitation does not withstand deformation during fresh processing, and bonds such as voids may be generated, which may cause problems in ductility of the final product. Accordingly, it is possible to reduce the limit fresh processing amount, and accordingly, the processing hardening amount is reduced, thereby failing to contribute to the ultimate strength increase.
한편, 다른 합금원소는 항온변태 열처리시 오스테나이트에서 펄라이트로의 변태를 지연시키며 이는 변태상인 펄라이트가 세멘타이트와 페라이트의 2상으로 구성되며, 첨가되는 합금원소들이 세멘타이트 또는 페라이트 중 1가지 상에 선택적으로 분배되는 현상(partitioning 현상)이 발생하여, 변태의 율속단계가 C의 확산에 의한 상분리가 아니라 합금원소의 재분배에 의해 결정된다(비특허문헌 1).On the other hand, the other alloy elements delay the transformation of austenite to pearlite during the incubation heat treatment, which is composed of two phases of pearlite, which is the transformation phase, and the added alloy elements are in one of cementite or ferrite. The phenomenon of selectively partitioning occurs, and the rate-of-transformation step is determined by redistribution of the alloying element rather than phase separation by diffusion of C (Non-Patent Document 1).
본 발명의 일측면은 고강도의 신선을 제조할 수 있도록, 우수한 신선가공이 높고, 강도가 우수한 강선재와 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a high-strength high-strength, high-strength steel wire material and a method for manufacturing the same, so that high-strength freshness can be produced.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일태양은 중량%로, C: 0.8~1.2%, Si: 0.5~1.5%, Mn: 0.2~0.6%, Cr: 0.2~0.8%, Co: 0.3~1.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,One aspect of the present invention is by weight, C: 0.8-1.2%, Si: 0.5-1.5%, Mn: 0.2-0.6%, Cr: 0.2-0.8%, Co: 0.3-1.5%, the rest Fe and inevitable Contains impurities,
상기 Co, Cr 및 Si의 함량은 하기 관계식 1을 만족하며,The content of Co, Cr and Si satisfies the following relational expression 1,
표층부에서 페라이트상을 면적분율로 3% 이하로 포함하는 신선가공성이 우수한 고강도 선재에 관한 것이다.The present invention relates to a high-strength wire having excellent workability, including a ferrite phase in an area fraction of 3% or less in the surface layer portion.
[관계식 1] [Relationship 1]
0.4*Si+0.25*Cr ≤ Co ≤ 0.5*Si+0.3*Cr (각 성분기호는 첨가량을 의미함)0.4 * Si + 0.25 * Cr ≤ Co ≤ 0.5 * Si + 0.3 * Cr (Each component symbol means the amount added)
본 발명의 또다른 일태양은 중량%로, C: 0.8~1.2%, Si: 0.5~1.5%, Mn: 0.2~0.6%, Cr: 0.2~0.8%, Co: 0.3~1.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 Co, Cr 및 Si의 함량은 하기 관계식 1을 만족하는 강재를 준비하는 단계;Another aspect of the present invention is weight%, C: 0.8-1.2%, Si: 0.5-1.5%, Mn: 0.2-0.6%, Cr: 0.2-0.8%, Co: 0.3-1.5%, the rest Fe And comprising unavoidable impurities, the contents of Co, Cr, and Si preparing a steel material satisfying the following relational expression 1;
상기 준비된 강재를 1000℃ 이상으로 가열하는 단계;Heating the prepared steel material to 1000 ° C or higher;
상기 가열된 강재를 선재 압연하고, 700~850℃에서 마무리 압연하는 단계; Rolling the heated steel wire rod, and finish rolling at 700 ~ 850 ℃;
상기 압연 후 700℃ 이하에서 권취하는 단계; 및Winding up at 700 ° C. or less after the rolling; And
상기 권취 후 500℃ 까지 1~5℃/sec의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함하는 신선가공성이 우수한 고강도 선재의 제조방법에 관한 것이다.It relates to a method of manufacturing a high-strength wire having excellent workability, including the step of cooling to a cooling rate of 1 ~ 5 ℃ / sec to 500 ℃ after the winding.
[관계식 1] [Relationship 1]
0.4*Si+0.25*Cr ≤ Co ≤ 0.5*Si+0.3*Cr (각 성분기호는 첨가량을 의미함)0.4 * Si + 0.25 * Cr ≤ Co ≤ 0.5 * Si + 0.3 * Cr (Each component symbol means the amount added)
본 발명은 우수한 신선가공성이 우수한 선재를 제공함으로써, 높은 신선 가공시에도 단선이 발생하지 않고, 높은 강도를 갖는 강선을 제조할 수 있다. According to the present invention, by providing a wire rod having excellent excellent workability, no disconnection occurs even during high drawing, and a steel wire having high strength can be manufactured.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 쉽게 이해될 수 있을 것이다. Various and beneficial advantages and effects of the present invention are not limited to the above, and will be easily understood in the course of describing specific embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예 중 비교예 1의 표면 부분을 관찰한 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 중 발명예 1의 표면 부분을 관찰한 사진이다. 1 is a photograph observing the surface portion of Comparative Example 1 of the Examples of the present invention.
2 is a photograph of the surface portion of Inventive Example 1 among the examples of the present invention.
고탄소 선재의 강도를 향상시키기 위해서는 고용강화 및 라멜라 간격을 미세화할 수 있는 합금원소를 사용해야 하며, 대표적으로 Si, Cr 등이 있다. 그러나, 이러한 원소들은 상변태가 진행되는 과정에서 필연적으로 세멘타이트의 성장을 지연시키게 되고, 세멘타이트의 분절이 심해지면서 후속하는 신선가공에서 한계 신선가공량을 감소시키고, 그 결과 최종 강선의 인장강도 향상에도 한계가 있다. In order to improve the strength of the high carbon wire, an alloy element capable of strengthening solid solution and minimizing the lamellar spacing should be used, and there are typically Si, Cr, and the like. However, these elements inevitably delay the growth of cementite in the process of phase transformation, and as the segmentation of cementite becomes severe, the marginal fresh working amount is reduced in the subsequent fresh working, and as a result, the tensile strength of the final steel wire is improved. There are also limits.
이에 본 발명의 발명자는 상기 문제를 깊이 연구한 결과, 코발트(Co)가 C의 활동도(activity)를 증가시켜 변태를 가속화하고, 펄라이트 변태를 촉진하고 세멘타이트의 성장을 원활히 하는 것을 인지하게 되었고, 그 결과 본 발명에 이른 것이다.Accordingly, the inventors of the present invention deeply studied the above problems, and it was recognized that cobalt (Co) accelerates transformation by increasing the activity of C, promotes pearlite transformation, and facilitates the growth of cementite. As a result, the present invention has been reached.
이하, 본 발명에 대해서 상세히 설명한다. 먼저, 본 발명의 선재 합금조성에 대해서 상세히 설명한다. 이하, 합금조성의 함량은 중량% 임을 미리 밝혀둔다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. First, the composition of the wire rod alloy of the present invention will be described in detail. Hereinafter, it will be revealed in advance that the content of the alloy composition is weight%.
탄소(C): 0.8~1.2%Carbon (C): 0.8-1.2%
C는 소재 강도를 가장 효과적으로 상승시킬 수 있는 원소이며, 펄라이트 강에서 C가 0.1% 증가될 때 100MPa 정도 강도를 향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 다만 과공석 조성에서 C 함량이 증대될수록 이러한 강도 증가의 효과는 감소하는데, 이는 과공석 조성에서는 C 함량이 증대되는 만큼 오스테나이트의 열역학적 안정성이 불안정해져서 펄라이트로 변태시키기 위해 더욱 빠른 냉각속도가 필요하지만 상업적 냉각방식에 있어 일정 수준의 냉각속도라는 것이 정해지기 때문에 강도 증가의 효과가 줄어들기 때문이다. 상기 C 함량이 0.8% 미만으로 포함하면 기본적인 세멘타이트의 분율이 적기 때문에, 신선가공 후 인장강도를 2400MPa 이상 확보하기 어렵고, 1.2%를 초과하게 되면 Si, V 등을 활용하여 네트워크 형태의 초석 세멘타이트를 아무리 제어한다고 해도 냉각속도가 일정이상 확보되지 않는 한, 일정 수준 이상의 초석 세멘타이트 발생을 막을 수 없다. C is an element that can increase the material strength most effectively, and is known to improve the strength of about 100 MPa when C is increased by 0.1% in pearlite steel. However, the effect of this strength increase decreases as the C content in the perforated composition increases, which means that as the C content increases in the perforated composition, the thermodynamic stability of austenite becomes unstable, which requires a faster cooling rate to transform into pearlite. This is because the effect of increasing the strength is reduced because it is determined that a certain level of cooling rate is used in the commercial cooling method. When the C content is less than 0.8%, since the fraction of basic cementite is small, it is difficult to secure a tensile strength of 2400 MPa or more after fresh processing, and when it exceeds 1.2%, Si, V, etc. is used to utilize the Si, V, etc. No matter how much control is made, it is impossible to prevent the generation of cementite cementite above a certain level unless the cooling rate is secured above a certain level.
실리콘(Si): 0.5~1.5%Silicon (Si): 0.5 to 1.5%
Si는 오스테나이트에서 펄라이트 변태시 페라이트에 대부분 고용되며, 세멘타이트에는 거의 분배되지 않으면서 C 보다 확산속도가 느려 Si이 다량 고용되어 있으면 펄라이트 변태가 전체적으로 느려진다. 이 때문에 펄라이트 층상간격을 미세화하는 효과가 있고 기본적으로 페라이트에 고용되면서 고용강화 효과를 나타내기 때문에 강도를 증가시키는데 효과적인 원소이다. 또한, Si은 페라이트와 세멘타이트 계면부에 주로 존재하면서 신선가공 및 열처리시 세멘타이트의 안정성에 도움을 주기 때문에 Si 함량은 높게 설정하는 것이 좋다. Si이 0.5% 미만에서는 세멘타이트 안정화 효과를 보기 어렵고, 1.5%를 초과하는 경우에는 표면부 Fe2SiO4 스케일이 과도하게 생성되어 스케일 제거가 곤란하기 때문에 그 이하로 첨가하는 것이 바람직하다. Si is mostly employed in ferrite when a pearlite is transformed in austenite, and is hardly distributed in cementite, and has a slower diffusion rate than C, and when a large amount of Si is employed, the pearlite transformation is generally slow. For this reason, it has an effect of minimizing the layer spacing of pearlite and is basically an element effective in increasing strength because it exhibits a solid solution strengthening effect while being employed in ferrite. In addition, since Si mainly exists at the interface between ferrite and cementite, it helps to stabilize the cementite during fresh processing and heat treatment. When Si is less than 0.5%, it is difficult to see a cementite stabilizing effect, and when it exceeds 1.5%, the Fe 2 SiO 4 scale on the surface is excessively generated, and thus it is difficult to remove the scale.
망간(Mn): 0.2~0.6%Manganese (Mn): 0.2 ~ 0.6%
Mn은 완전 펄라이트 강재에서는 강도 증가 효과는 많지 않지만 선경 및 LP 열처리 냉각성능에 따라 소입성을 적정 수준으로 유지하기 위해 첨가한다. 상기 Mn이 0.2% 미만에서는 소입성 효과를 보기 어렵고, 0.6%를 초과하게 되면 고탄소강이기 때문에 C와 함께 편석부에 마르텐사이트 조직을 만들 수 있어 그 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.Mn has little effect of increasing strength in a full pearlite steel, but is added to maintain the quenching property at an appropriate level depending on the wire diameter and LP heat treatment cooling performance. When the Mn is less than 0.2%, the hardenability effect is hard to be seen, and when it exceeds 0.6%, it is a high carbon steel, so it is possible to form a martensite structure in the segregation part with C, and it is preferable to add it below.
크롬(Cr): 0.2~0.8%Chromium (Cr): 0.2 ~ 0.8%
Cr은 항온변태시 펄라이트 층간 간격을 미세화하여 열처리 선재에서의 강도를 높임과 동시에 신선 가공시 가공경화를 높이고 신선가공 한계를 넓히는 등 고탄소 신선용 선재의 고강도화에 있어 매우 유용한 원소이다. 상기 Cr이 0.2% 미만인 경우에는 충분한 층상간격 미세화 효과를 보기 어렵고, 0.8%를 초과하는 경우에는 세멘타이트 형성이 원활하지 않게 되어 분절된 형태로 존재하게 되기 때문에 그 이하로 포함하는 것이 바람직하다.Cr is a very useful element in high-strength high-strength wire rods, such as by increasing the strength in the heat-treated wire rod by minimizing the spacing between the layers of pearlite during constant temperature transformation, and at the same time increasing the work hardening and widening the processing limit during fresh drawing. If the Cr is less than 0.2%, it is difficult to see a sufficient layer spacing refinement effect, and if it exceeds 0.8%, it is preferable to include it below because the formation of cementite is not smooth and exists in a segmented form.
코발트(Co): 0.3~1.5%Cobalt (Co): 0.3 ~ 1.5%
Co는 고탄소강에서 C의 활동도(activity)를 증가시켜 펄라이트 변태를 가속화하고 세멘타이트판의 성장시 분절되지 않고 곧게 성장하도록 도움을 준다. 또한, 초석 세멘타이트 성장을 억제해주기 때문에 고탄소 펄라이트강의 상변태 제어에 효과적이다. 상기 Co의 함량이 0.3% 미만인 경우에는 세멘타이트 판상 개선의 효과를 기대하기 어렵고, 1.5%를 초과하는 경우에는 C의 불안정성이 증대되어 구상화된 세멘타이트가 형성되기 때문에 그 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.Co increases the activity of C in high carbon steel to accelerate pearlite transformation and helps to grow straight, without fragmentation when growing cementite plates. In addition, since it inhibits the growth of cementite cementite, it is effective in controlling phase transformation of high-carbon pearlite steel. If the Co content is less than 0.3%, it is difficult to expect the effect of improving the cementite plate shape, and when it exceeds 1.5%, the instability of C is increased to form spheroidized cementite. .
상기 Co 자체는 펄라이트 변태에는 영향을 미치지만 고용강화나 석출강화 같은 강화효과를 나타내지 못하기 때문에 고강도 신선용 펄라이트를 제조하기 위해서는 강화효과 원소와 함께 사용하는 것이 효과적이다. Co를 첨가하는 경우에는 펄라이트 상변태 속도가 빨라지기 때문에, 항온변태 열처리시 소재가 변태온도까지 냉각되는 과정중에 변태가 시작되어 라멜라 간격이 조대한 펄라이트가 혼입되기 때문에 강도를 저하시키고 신선가공성을 열위하게 할 수 있다. 따라서, 이를 해결하기 위해서, 본 발명에서 상기 Co, Si 및 Cr의 함량은 하기 관계식 1을 만족하는 것이 바람직하다.The Co itself has an effect on pearlite transformation, but since it does not exhibit a strengthening effect such as solid solution strengthening or precipitation strengthening, it is effective to use it with a strengthening effect element to produce pearlite for high-strength drawing. When Co is added, the phase transformation rate of pearlite increases, so during the constant temperature transformation heat treatment, transformation starts during the process of cooling the material to the transformation temperature, and the pearlite with coarse lamellar spacing is mixed, thereby reducing strength and deteriorating fresh workability. can do. Therefore, in order to solve this, in the present invention, it is preferable that the contents of Co, Si and Cr satisfy the following relational expression 1.
[관계식 1][Relationship 1]
0.4*Si+0.25*Cr ≤ Co ≤ 0.5*Si+0.3*Cr0.4 * Si + 0.25 * Cr ≤ Co ≤ 0.5 * Si + 0.3 * Cr
여기서, 각 원소기호는 각 성분의 함량(중량%)를 의미한다. Here, each element symbol means the content (% by weight) of each component.
**
상기 합금조성 이외에 알루미늄(Al): 0.02~0.05%, 인(P): 0.015% 이하, 황(S): 0.015% 이하, 질소(N): 0.002~0.01%, 산소(O): 0.002% 이하를 포함할 수 있다. 상기 Al, P, S, N 및 O는 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상적으로 포함되는 성분이다.In addition to the alloy composition, aluminum (Al): 0.02 to 0.05%, phosphorus (P): 0.015% or less, sulfur (S): 0.015% or less, nitrogen (N): 0.002 to 0.01%, oxygen (O): 0.002% or less It may include. The Al, P, S, N and O are components commonly included in the art.
상기 Al은 탈산제로 유용한 성분으로, 0.02% 이상 포함하는 것이 바람직하나, 0.05%를 초과하게 되면 냉간가공성이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.The Al is a useful component as a deoxidizer, and preferably contains 0.02% or more, but if it exceeds 0.05%, cold workability may be deteriorated, which is not preferable.
상기 P는 불가피하게 함유되는 불순물로서, 결정립계에 편석되어 강의 인성을 저하시키고, 지연파괴 저항성을 감소시킬 수 있으므로, 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직하다. 상기 S는 불가피하게 함유되는 불순물로서, 강중 유화물을 형성하여 지연파괴 저항성을 저하시키므로 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직하다.The P is an inevitably contained impurity, and it is preferable to manage it as low as possible because it can segregate at the grain boundaries to decrease the toughness of the steel and reduce the resistance to delayed fracture. The S is an inevitably contained impurity, and it is preferable to manage it as low as possible because it forms an emulsified steel and lowers the resistance to delayed fracture.
상기 N은 통상적으로 0.002% 이상 함유되나, 과다할 경우에 고용 질소량이 증가하여 강의 변형 저항이 급증하며, 이로 인해 냉간가공성이 저하되므로 0.01% 이하로 관리한다. The N is usually contained in 0.002% or more, but when it is excessive, the amount of dissolved nitrogen increases, so that the deformation resistance of the steel increases rapidly, and as a result, the cold workability decreases, so it is managed at 0.01% or less.
상기 O는 비금속 개재물 형태로 존재하며, 상기 비금속 개재물이 파괴의 기점이 되어 강의 피로강도 및 냉간가공성을 저하시킬 수 있으므로, 가능한 낮게 관리한는 것이 바람직하다.The O is present in the form of a non-metallic inclusion, and since the non-metallic inclusion can be a starting point for destruction and decrease the fatigue strength and cold workability of the steel, it is preferable to manage it as low as possible.
상기 조성 이외에 나머지는 Fe이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불가피한 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다. The rest of the composition is Fe. However, in the normal manufacturing process, unavoidable impurities which are not intended from the raw material or the surrounding environment can be inevitably mixed, and therefore cannot be excluded. Since these impurities are known to anyone skilled in the art, they are not specifically mentioned in this specification.
다음으로, 본 발명의 선재 미세조직에 대해서 상세히 설명한다. Next, the wire microstructure of the present invention will be described in detail.
본 발명의 선재는 주조직으로 펄라이트(면적 분율로 95% 이상)를 포함하며, 바람직하게는 완전 펄라이트(면적 분율로 99% 이상)인 것이 바람직하다. The wire rod of the present invention includes pearlite (95% or more in area fraction) as the main structure, and preferably is preferably pearlite (99% or more in area fraction).
본 발명의 선재는 표층부(바람직하게는 표면으로부터 30㎛ 깊이까지 영역)에서 존재하는 순수 페라이트의 면적분율이 3% 이하인 것이 바람직하다. 여기서 순수 페라이트는 페라이트와 시멘타이트로 이루어진 펄라이트와 구분되는 페라이트를 의미한다.The wire rod of the present invention preferably has an area fraction of pure ferrite present in the surface layer portion (preferably from a surface to a depth of 30 µm) of 3% or less. Here, pure ferrite means ferrite that is distinct from pearlite composed of ferrite and cementite.
지금까지 선재를 제조하는 과정을 보면, 강재를 열간압연하여 선재를 제조하였다. 그러나 그 과정에서 선재의 표층부는 고온 상태로 유지됨으로써, 탈탄이 일어나게 된다. 상기 탈탄에 의해 표층부는 오스테나이트에서 펄라이트로 변태되지 않고, 페라이트 조직이 다량 형성된다. 이렇게 표층부에 형성된 페라이트는 신선 가공시 딜라미레이션(delamination)이 발생하여, 가공성 저하의 문제를 야기할 수 있다. 그러나, 본 발명의 선재는 표면부터 30㎛까지 페라이트가 면적분율로 3% 이하로 형성되어, 신선 가공시 발생할 수 있는 문제를 해결할 수 있다.Looking at the process of manufacturing the wire rod so far, the steel rod was hot-rolled to manufacture the wire rod. However, in the process, the surface layer portion of the wire rod is maintained at a high temperature, thereby causing decarburization. The surface layer portion is not transformed from austenite to pearlite by the decarburization, and a large amount of ferrite structure is formed. The ferrite formed on the surface layer portion may cause delamination during fresh processing, thereby causing a problem of deterioration in workability. However, in the wire rod of the present invention, ferrite is formed in an area fraction of 3% or less from the surface to 30 µm, thereby solving a problem that may occur during fresh processing.
이하, 본 발명의 다른 측면인 선재의 제조방법에 대해서 상세히 설명한다. Hereinafter, a method for manufacturing a wire rod, which is another aspect of the present invention, will be described in detail.
먼저, 전술한 합금조성을 충족하는 강재를 준비하고, 준비된 강재를 1000℃ 이상으로 가열한다. 상기 강재의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 선재를 제조하기 위한 빌렛이나 블룸인 것이 바람직하다. 상기 가열 온도가 1000℃ 미만에서는 강재의 충분한 균질화가 이루어질 수 있다. 상기 가열온도의 상한은 특별히 한정하지 않으나, 경제성을 고려하여 1300℃는 넘지 않는 것이 바람직하다.First, a steel material satisfying the above-described alloy composition is prepared, and the prepared steel material is heated to 1000 ° C or higher. The type of the steel is not particularly limited, but is preferably a billet or a bloom for manufacturing the wire. When the heating temperature is less than 1000 ° C, sufficient homogenization of the steel material can be achieved. The upper limit of the heating temperature is not particularly limited, but it is preferable not to exceed 1300 ° C in view of economic efficiency.
상기 가열된 강재를 공형 열간압연 하여 선재를 제조한다. 이때 선재의 표면 탈탄을 억제하여 표층부에서 순수한 페라이트의 형성을 억제하기 위해서, 상기 열간압연시 마무리 압연온도는 700~850℃이 것이 바람직하고, 상기 열간압연 후, 700℃ 이하에서 권취하는 것이 바람직하다.The heated steel material is hot-rolled to form a wire material. At this time, in order to suppress the surface decarburization of the wire rod and suppress the formation of pure ferrite in the surface layer portion, the finish rolling temperature during the hot rolling is preferably 700 to 850 ° C, and after the hot rolling, it is preferable to wind up at 700 ° C or less. .
상기 마무리 압연 온도를 700~850℃로 조절하기 위한 하나의 방안으로 수냉을 할 수 있다. 한편, 수냉 등에 의한 냉각시 소재 표면만 냉각되고, 소재 내부의 온도는 높기 때문에 내외부 온도차이가 심해질 수 있다. 이를 해소하기 위해서 루프(loop) 설비를 이용하여 2~5초간 내외부가 균일해지도록 유지한 후 권취를 할 수 있다. Water cooling may be performed as one method for controlling the finish rolling temperature to 700 to 850 ° C. Meanwhile, when cooling by water cooling or the like, only the surface of the material is cooled, and since the temperature inside the material is high, the temperature difference between inside and outside may be severe. In order to solve this, the inside and outside can be kept uniform for 2 to 5 seconds by using a loop facility and then wound up.
한편, 상기 권취 후에 냉각한다. 상기 냉각은 500℃의 온도까지 1~5℃/sec의 속도로 행하는 것이 바람직하다. 본 발명의 선재는 주조직으로 펄라이트를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 냉각속도가 너무 느리면, 초석 세멘타이트가 발생하기 쉬우며, 냉각속도가 너무 빠른 경우에는 베이나이트가 발생하기 때문에 상기 냉각속도로 행하는 것이 바람직하다. Meanwhile, it is cooled after the winding. The cooling is preferably performed at a rate of 1 to 5 ° C / sec to a temperature of 500 ° C. It is preferable that the wire rod of the present invention contains pearlite as the main structure. If the cooling rate is too slow, it is easy to generate cementite cement, and when the cooling rate is too fast, bainite is generated, so it is preferable to perform at the cooling rate.
펄라이트 변태 이후에의 냉각은 변태가 마무리된 이후이므로 특별한 관리할 필요는 없으나, 냉각 완료가 너무 느리게 되면 냉각대를 벗어난 경우에도 소재의 온도가 너무 높아서 코일 운송 등에 지장을 줄 수 있으므로, 이를 감안하는 것이 필요할 수 있다. Since the cooling after the pearlite transformation is after the transformation is completed, there is no need for special management, but if the cooling completion is too slow, the temperature of the material is too high even if it is outside the cooling zone, which may interfere with the transportation of coils, etc. It may be necessary.
한편, 상기와 같이 제조된 선재에 대해서, 항온 변태 열처리를 행하여 신선가공에 적절한 미세 펄라이트 조직을 다시 만들 수 있다. 상기 열처리는 신선가공을 최적화 하기 위한 것이다. 상기 열처리는 950~1050℃로 가열하연 후, 550~650℃의 납 혹은 염 욕조에 3~5분간 침지하여 행한다. 상기 열처리는 기생성되어 있던 펄라이트 조직을 다시 오스테나이트화 한 후 신선가공에 적절한 미세 펄라이트 조직을 다시 만들게 한다.On the other hand, the wire rod manufactured as described above may be subjected to a constant temperature transformation heat treatment to make a fine pearlite structure suitable for fresh working. The heat treatment is intended to optimize fresh processing. The heat treatment is performed by heating and rolling to 950 to 1050 ° C, followed by immersion in a lead or salt bath at 550 to 650 ° C for 3 to 5 minutes. The heat treatment is followed by austenitizing the previously formed pearlite structure to make a fine pearlite structure suitable for fresh processing.
상기 열처리된 선재는 인장강도 1350MPa 이상이고, 단면감소율(Reduction of Area, RA)이 20% 이상이 된다.The heat-treated wire rod has a tensile strength of 1350 MPa or more and a reduction of area (RA) of 20% or more.
상기 항온 변태 열처리를 행한 후에는 신선을 행하여 강선을 제조할 수 있다. 이때 패스당 15~20%의 감소율로 신선할 수 있으며, 본 발명의 선재는 신선가공한계가 증가하여, 신선가공 후에 2200MPa 이상의 높은 강도를 확보할 수 있으며, 신선가공시 우수한 가공성을 확보할 수 있다.After the constant temperature transformation heat treatment is performed, drawing may be performed to produce steel wire. At this time, it can be fresh at a reduction rate of 15 to 20% per pass, and the wire rod of the present invention has an increased fresh processing limit, so that high strength of 2200 MPa or more can be secured after fresh processing, and excellent workability can be secured during fresh processing. .
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하고 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것은 아님에 유의해야 한다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 정해지는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. It should be noted that the following examples are only intended to illustrate and understand the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. The scope of rights of the present invention is determined by matters described in the claims and reasonably inferred therefrom.
(실시예 1)(Example 1)
하기 표 1의 조성(단위는 중량%이며, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물임)을 갖는 빌렛(160×160)을 준비한 후, 1010~1050℃에서 약 90분간 가열한 후 선재 열간압연을 실시하였다. 압연 중 수냉을 통해 마무리 압연 직후 소재의 온도를 750~850℃로 제어하였고, 630~680℃의 온도에서 권취를 행하였다. 상기 수냉 이후 소재의 내외부 온도 편차를 줄이기 위해서 모든 소재에 루프(loop)를 적용하였다. 한편, 권취온도에 따라 송풍을 제어하여 500℃까지 1~5℃/sec의 냉각속도로 펄라이트 변태를 유도하도록 하였다.After preparing a billet (160 × 160) having the composition of Table 1 (unit is% by weight, the rest being Fe and inevitable impurities), heated at 1010 to 1050 ° C. for about 90 minutes and then hot rolled wire. Immediately after finishing rolling through water cooling during rolling, the temperature of the material was controlled to 750 to 850 ° C, and winding was performed at a temperature of 630 to 680 ° C. After the water cooling, a loop was applied to all materials in order to reduce the temperature variation inside and outside the material. On the other hand, the ventilation was controlled according to the winding temperature to induce pearlite transformation at a cooling rate of 1 to 5 ° C / sec to 500 ° C.
상기와 같이 직경 12㎜(Φ12㎜)의 선재를 제조한 후, 그 물성을 평가하여 그 결과를 표 2에 나타내었다. 발명재와 비교재는 모두 펄라이트 분율이 99% 이상의 완전한 펄라이트 조직이 확보되었으나, 발명재의 RA가 약 5% 이상 향상된 것을 확인하였다. After preparing a wire having a diameter of 12 mm (Φ 12 mm) as described above, the physical properties were evaluated and the results are shown in Table 2. In both the invention and the comparative material, a complete pearlite structure having a pearlite fraction of 99% or more was secured, but it was confirmed that the RA of the invention material improved by about 5% or more.
한편, 상기 제조된 선재를 1000℃ 가열로에서 10분간 오스테나이트화 한 후 580℃ 납조에 침지하여 3분간 변태한 후 물로 세척하여, 열처리재를 제조하였다. 이러한 항온 변태 열처리 후의 기계적 특성을 평가하여, 이를 표 2에 함께 나타내었다. 발명재와 비교재 모두 균질하고 미세한 펄라이트 조직이 확보되어 인장강도와 RA가 선재 상태 대비 증가한 것을 할 수 있다. 다만, 발명재의 경우에는 비교재 대비 RA가 약 5% 이상 높은 것으로 평가되었다.Meanwhile, the prepared wire rod was austenitized for 10 minutes in a 1000 ° C heating furnace, immersed in a 580 ° C lead bath, transformed for 3 minutes, and then washed with water to prepare a heat treatment material. The mechanical properties after the constant temperature transformation heat treatment were evaluated, and these are shown in Table 2. Both the invention material and the comparative material have a homogeneous and fine pearlite structure, so that the tensile strength and the RA can be increased compared to the wire state. However, in the case of the invention material, it was evaluated that the RA is about 5% higher than the comparative material.
상기 표 1에 표시하지 않았으나, 제조된 선재는 Al이 0.02~0.05 중량%, P: 0.015 중량% 이하, S: 0.015 중량% 이하, N: 0.002~0.01 중량%, O: 0.002 중량% 이하의 범위로 포함되어 있고, 나머지는 Fe와 기타 불가피한 불순물을 포함한다. Although not shown in Table 1, the manufactured wire rod has a range of 0.02 to 0.05% by weight, P: 0.015% by weight or less, S: 0.015% by weight or less, N: 0.002 to 0.01% by weight, O: 0.002% by weight or less And the rest contains Fe and other unavoidable impurities.
상기 열처리 된 선재를 가지고, 패스당 감면율 10~15%로 신선가공을 행하고, 패스당 선경에 따른 인장강도(단위 MPa)를 평가하여, 그 결과를 표 3에 나타내었다.With the heat-treated wire rod, fresh cutting was performed at a reduction rate of 10 to 15% per pass, and tensile strength (unit MPa) according to the wire diameter per pass was evaluated, and the results are shown in Table 3.
(표 3의 del.은 신선 가공중의 딜라미레이션(delamination) 발생을 의미함)(Del. In Table 3 means delamination during fresh processing)
상기 표 3의 결과에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 조건을 만족하는 발명재들은 딜라미레이션(delamination)이 발생하지 않는 한계 신선감면율이 비교재 대비 우수한 것을 알 수 있다. 총 감면율에 있어서, 발명재는 최소 87.9% 이상 감면이 가능한 것과 비교하여 비교재들은 작게는 80.3%, 많더라도 85.8% 수준으로 낮은 감면율을 보였다.As shown in the results of Table 3, it can be seen that the invention materials satisfying the conditions of the present invention have superior marginal freshness reduction ratio that does not cause delamination, compared to the comparative material. In terms of the total reduction rate, compared to those in which the invention material can be reduced by at least 87.9%, comparative materials showed a low reduction rate of 80.3% at least and 85.8% at most.
또한, 한계 신선율 증가에 따라서, 가공경화량도 높아짐으로써, 본 발명재의 경우에는 2200MPa 이상의 강도를 갖는 강선을 제조할 수 있는 반면, 비교재의 경우에는 이에 미치지 못하는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that, in accordance with the increase in the limit freshness rate, the amount of work hardening is also increased.
(실시예 2)(Example 2)
한편, 상기 표 1의 발명재 1 내지 6의 조성을 갖는 강재를 준비하고, 준비된 강재를 다음의 두 방식으로 열간압연을 행하여 선재를 제조하였다.On the other hand, the steel material having the composition of the invention material 1 to 6 of Table 1 was prepared, and the prepared steel material was hot rolled in the following two ways to prepare a wire material.
방식 1은 상기 실시예 1에서 행한 공정을 그래로 적용한 것이다.Method 1 is such that the process performed in Example 1 is applied as such.
방식 2는 상기 실시예 1에서의 방식과 달리, 마무리 압연 온도를 900±25℃로 하고, 권취온도 850±25℃의 조건으로 권취한 다음, 약 10℃/s의 냉각속도로 송풍 냉각한 것이다.Method 2 is different from the method in Example 1, the finish rolling temperature is set to 900 ± 25 ° C., the coiling temperature is wound under conditions of 850 ± 25 ° C., and then blow-cooled at a cooling rate of about 10 ° C./s. .
상기와 같이 제조된 선재에 대해서, 표면으로부터 30㎛ 깊이까지의 페라이트 면적을 관찰하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.For the wire rod manufactured as described above, the area of ferrite from the surface to a depth of 30 μm was observed and the results are shown in Table 4.
상기 표 4의 결과를 갖는 발명예 1, 3 및 6과 비교예 1, 3 및 6의 선재에 대해서, 상기 실시예 1과 동일한 항온 변태 열처리 후, 패스당 감면율 10~15%로 신선가공을 행하고, 선경 변화에 따른 딜라미네이션(delamination) 발생 여부를 관찰하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.For the wire rods of Inventive Examples 1, 3 and 6 and Comparative Examples 1, 3 and 6 having the results of Table 4, after the constant temperature transformation heat treatment as in Example 1, fresh processing was performed at a reduction rate of 10 to 15% per pass. , Observing whether delamination occurred according to the change of wire diameter, and the results are shown in Table 5 below.
도 1은 상기 표 4의 선재 중에서 비교예 1의 표면 부분을 관찰한 사진이고, 도 2는 발명예 1의 표면 부분을 관찰한 사진이다. 상기 도 1 및 2를 통해 보면, 기존의 방식에 의한 도 1에서는 선재의 표면 부분(구체적으로 표면으로부터 30㎛ 깊이까지의 부분)에서 다량의 페라이트 조직이 형성된 것을 확인할 수 있으나, 도 2에서는 페라이트가 거의 형성되지 않고, 균질하게 펄라이트가 형성된 것을 확인할 수 있다. 1 is a photograph of the surface portion of Comparative Example 1 among the wire rods of Table 4, and FIG. 2 is a photograph of the surface portion of Inventive Example 1. 1 and 2, in FIG. 1 by the conventional method, it can be seen that a large amount of ferrite structure was formed on the surface portion of the wire (specifically, from the surface to a depth of 30 µm), but in FIG. It is hardly formed, and it can be confirmed that pearlite was formed homogeneously.
상기 표 5의 결과에서 알 수 있듯이 선재의 표면으로부터 30㎛ 깊이까지 존재하는 페라이트의 분율이 3%를 초과하지 않은 발명예들의 경우에는 신선 가공시 딜라미네이션이 발생하지 않고 가공이 가능한 반면, 비교예들의 경우에는 딜라미네이션이 발생하여, 신선 가공량에 한계를 가지고 있다.As can be seen from the results of Table 5, in the case of invention examples in which the fraction of ferrite present from the surface of the wire rod to a depth of 30 µm did not exceed 3%, during the fresh processing, no delamination occurred and processing was possible, whereas the comparative example In these cases, delamination occurs, which limits the amount of fresh processing.
Claims (4)
상기 Co, Cr 및 Si의 함량은 하기 관계식 1을 만족하며,
선재 표면으로부터 30㎛ 까지인 표층부에서 페라이트상을 면적분율로 3% 이하로 포함하는 신선가공성이 우수한 고강도 선재.
[관계식 1]
0.4*Si+0.25*Cr ≤ Co ≤ 0.5*Si+0.3*Cr (각 성분기호는 첨가량을 의미함)
In weight percent, C: 0.8-1.2%, Si: 0.5-1.5%, Mn: 0.2-0.6%, Cr: 0.2-0.8%, Co: 0.3-1.5%, the rest containing Fe and unavoidable impurities,
The content of Co, Cr and Si satisfies the following relational expression 1,
A high-strength wire with excellent workability that includes a ferrite phase in an area fraction of 3% or less in a surface layer portion up to 30 µm from the wire rod surface.
[Relationship 1]
0.4 * Si + 0.25 * Cr ≤ Co ≤ 0.5 * Si + 0.3 * Cr (Each component symbol means the amount added)
상기 선재는 펄라이트를 주조직으로 포함하는 신선가공성이 우수한 고강도 선재.
The method according to claim 1,
The wire rod is a high-strength wire having excellent workability, including pearlite as the main structure.
상기 선재를 항온변태 열처리 후, 인장강도 1350MPa 이상이고, 단면감소율(Reduction of Area, RA)이 20% 이상인 신선가공성이 우수한 고강도 선재.
The method according to claim 1 or claim 2,
A high-strength wire having excellent tensile workability of at least 1350 MPa in tensile strength and 20% or more in reduction of area (RA) after heat-treating the wire.
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