KR20070068513A

KR20070068513A - 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재 및그 제조방법

Info

Publication number: KR20070068513A
Application number: KR1020050130194A
Authority: KR
Inventors: 배철민; 차재두; 권정석; 윤원규; 송영준
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-02
Also published as: KR100742821B1

Abstract

본 발명은 타이어코드용 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 중량%로, C: 0.6~0.95%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.1~1.0%, P+S: 0.017% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며, C/C₀(단, C는 중심 편석부 탄소량이고, C₀는 모재 평균 탄소량임)가 1.2 이하임을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 열처리 생략을 하더라도 최종제품의 단선회수를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 스케일 미박리에 의한 문제점을 해결할 수 있는 타이어코드 선재를 제공할 수 있다.

스케일 박리성, 열처리생략, 타이어코드, 선재, 편석제어

Description

스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재 및 그 제조방법{A wire rod for steel cord, and method for manufacturing the same}

도 1은 탄소함량과 냉각속도에 따른 초석 세멘타이트 석출거동을 나타내는 그래프이다.

도 2는 P+S함량에 따른 소재의 단면감소율 변화를 보여주는 그래프이다.

도 3은 본 발명 및 종래기술의 냉각시험 모식도이다.

본 발명은 타이어코드용 강재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열처리 횟수를 2회에서 1회로 단축이 가능하고 최종 제품에서의 단선횟수가 적은 우수한 신선가공성을 갖는 타이어코드 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

타이어코드는 세선 상태에서 자동차의 벨트나 카카스(carcass) 위치에 삽입되어 타이어의 내구성을 향상시키는 재료이다. 이러한 타이어코드는 선재 상태에서 신선가공과 열처리 공정을 거쳐 극세선 상태로 되는데, 극세선화되면서 극심한 가공경화를 겪기 때문에 강도가 일반 강재에 비하여 훨씬 높은 3000MPa 이상으로 되 는 것이 특징이다. 상기와 같은 타이어코드는 고강도 세선의 특징으로 인하여 타이어 내부에 쉽게 배치될 수 있으며, 이에 타이어의 보강을 효과적으로 할 수 있는 것이다.

그런데 상기와 같이 세선화되기 위해서는 통상 0.7~0.9%C의 탄소강을 이용하여 열간압연 뒤 급냉에 의하여 5~5.5mm정도의 강선을 제조한 후 1차 신선가공, 1차 패턴팅, 2차 신선가공 후 다시 2차 패턴팅한 다음, 황동 도금 후 최종적으로 원하는 선경까지 습식신선에 의하여 제조되고 있다. 이때 패턴팅이라 함은 강선을 오스테나이트 영역까지 가열 후 납 등의 매질을 이용하여 일정 온도에서 항온 변태시키는 열처리를 칭한다. 상기 1차 패턴팅의 실시 목적은 선재로부터 2차 신선의 선경까지 신선할 경우 선재 내부에 공공 발생 및 연성의 저하에 의하여 최종 제품의 물성에 악영향을 미치기 때문에 강선에 연성을 부여하기 위하여 실시한다. 또한, 2차 패턴팅의 목적은 최종 습식 신선을 위한 적정 미세조직 확보 및 강도 조절을 하기 위함이다. 이러한 과정을 겪는 동안 재료의 연성이 불충분하거나 재료 내부의 건전성이 확보되지 않으면 신선과정 동안 코드가 끊어지는 문제가 발생할 수 있다.

특히 선재 내부에 개재물이나 중심부 편석이 존재할 경우 단선이 발생할 가능성이 매우 높다. 즉 타이어코드용 선재의 경우 개재물 제어와 탄소 편석억제는 가장 기본적으로 확보해야 할 물성이다.

선재 내부에 개재물이 존재하면 신선시 개재물과 강의 변형 특성이 다름에 기인한 공극이 발생하고 결과적으로 단선이 발생할 우려가 높다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 개재물을 적극 저감하고 또한 개재물이 존재하더라도 가능한 단선 을 유발시키지 않는 성질을 가진 개재물이 존재하도록 하는 것이 바람직하다. 단선을 유발시키지 않는 개재물은 그 크기가 매우 작거나 또는 제강 공정에서 큰 크기더라도 선재 압연시에 압연력으로 인하여 미세하게 파쇄되어 선재 제품내부에는 작은 크기로 존재할 수 있는 개재물을 의미한다. 즉 개재물의 크기가 작으면 선재와 개재물간의 공극의 크기도 작거나 거의 발생하지 않아 단선까지는 이르게 하지 않기 때문이다. 그런데, 개재물의 크기를 작게 제어하는 것은 개재물간 친화력에 의한 응집에 의하여 제강단계에서 곤란한 점이 많으므로 주로 개재물의 조성을 압연시에 잘 파쇄될 수 있는 조성으로 제어하는 방향으로 많은 기술이 제시되어 왔다.

한편 연주공정중 응고과정에서 발생되는 탄소 편석은 궁극적으로 중심부에 탄소 농도를 증가시켜 세멘타이트의 분률 증가에 따른 경도 증가 및 연성의 감소를 유발한다. 또한 편석이 심할 경우 오스테나이트 결정립계 초석 세멘타이트가 석출하여 1, 2차 신선 단계에서 단선을 유발하므로 적극적으로 억제하여야 한다. 초석 세멘타이트 발생 정도는 도 1과 같이 탄소함량과 냉각속도에 의존하게 된다. 따라서 이러한 편석을 억제하기 위하여 연주 단계에서 용탕의 온도제어 뿐 아니라 응고시 전자교반 및 약변형(soft reduction)을 가하여 주편의 편석대 크기 및 농도를 제어한다. 또한 압연을 위한 가열과정에서 다른 강종에 비하여 고온에서 장시간 가열하여 탄소를 확산시키는 작업도 동시에 진행하고 있다. 즉 개재물 제어 및 편석억제는 타이어 코드용 선재의 기본적인 요구 특성이다.

한편 타이어 코드를 제조하는 가공공정에서 세선경을 제조하기 위하여, 2번에 걸쳐 패턴팅을 실시하는데 첫번째 패턴팅은 습식 신선 선경(2차 패턴팅)까지 신 선가공이 가능하도록 연성을 부여하기 위함이다. 따라서, 신선가공성이 우수하면 1차 패턴팅을 생략할 수 있으며 최종 제품의 물성은 한번 실시하는 패턴팅에 의하여 조절이 가능하다. 이와 같이 소재의 연성이 우수하여 중간 열처리 없이 최종 제품선으로 직접 신선하게 되면 열처리 공정, 열처리 과정에서 발생하는 스케일을 제거하기 위한 산세공정 및 추후 신선가공을 위한 윤활제 코팅 공정의 생략이 가능할 뿐 아니라 신선량이 증대되어 강선의 강도를 향상시킬 수 있는 잇점도 있다

신선가공 도중의 열처리 공정을 생략하기 위한 방법은 크게 2가지 방법으로 대별된다. 첫번째는 선재의 선경을 통상의 5.5mm에서 5mm 이하로 제조하는 것이다. 이는 2차 패턴팅 실시되는 선경까지의 신선 가공량을 감소시키는 의미가 있다. 그러나 세경 선재의 제조는 근본적으로 선재 압연 속도를 감소시켜 생산성 저하를 유발한다. 즉 소재의 가격이 증가할 수 있는 단점이 있다. 한편 다른 접근 방법은 선재의 물성을 변화시키는 것이다. 즉 소재의 미세조직을 제어 함으로써 열처리를 생략하는 것으로 일본 공개특허공보 2004-91912호에서는 C: 0.9~1.1%, Cr:0.2~0.6%의 기본 성분계에 필요에 따라 B, Co 등을 첨가하고 펄라이트 블록크기와 세멘타이트 두께를 제어하여 2단 냉각을 실시하는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 상기 종래기술은 진변형량이 3 이하의 비교적 적은 변형량의 한계를 가지고 있어 타이어 코드에 적용하기에는 어려움이 있다. 즉 타이어 코드에 적용하기 위해서는 진변형량이 3≤진변형량≤3.5의 범위까지는 신선 가공이 가능하여야 한다.

한편 일본 공개특허공보 2004-137597호에서는 C: 0.6~1.0%의 탄소강에서 펄라이트 조직이 90% 이상인 미세조직을 갖는 선재가 일정 인장강도와 단면감소율의 범위를 가지며, 편차가 작은 소재를 제조하는 방법을 제시하고 있다. 상기 종래기술에 의하면 1차 패턴팅의 생략이 가능하더라도 편석과 개재물의 관리가 없어 습식 신선 및 연선과정에서 많은 단선이 발생할 가능성이 높다. 또한 이러한 종래기술에 의하여 선재를 제조할 경우 낮은 냉각속도에 기인하여 스케일 두께가 증가할 뿐만 아니라 스케일 조성이 Fe0에서 Fe₂O₃ 또는 Fe₃O₄로 변태되어 기계적 박리성이 저하될 가능성이 높다.

본 발명은 상기 종래기술들의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열처리 생략을 하더라도 최종제품의 단선회수를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 스케일 미박리에 의한 문제점을 해결할 수 있는 열처리 생략형 타이어코드 선재 및 그 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, C: 0.6~0.95%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.1~1.0%, P+S: 0.017% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며,

C/C₀(단, C는 중심 편석부 탄소량이고, C₀는 모재 평균 탄소량임)가 1.2 이하임을 특징으로 하는 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재에 관한 것이다.

본 발명은 0.3% 이하의 Cr을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 선재에 중량%로, CaO: 10~30%, Al₂O₃: 10~25%, MgO와 MnO중 선택된 1종 이상: 15% 이하, 나머지 SiO₂로 이루어지는 연성 개재물이 70% 이상 포함함이 보다 바람직하다.

상기 선재는 표면에 존재하는 스케일의 70% 이상(면적분율 기준)이 FeO임이 보다 바람직하다.

본 발명에 있어서 상기 선재의 C함량이 0.6~0.75%인 경우 인장강도가 900~1000MPa, 단면감소율이 35% 이상을 유지하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 선재의 C함량이 0.75초과~0.95%인 경우 인장강도가 1000~1100MPa, 단면감소율이 30% 이상을 유지하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명은 중량%로, C: 0.6~0.95%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.1~1.0%, P+S: 0.017% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 빌렛을 900~1000℃에서 선재압연을 종료한 다음 750~900℃에서 권취하는 단계;

상기 권취된 선재를 650~700℃까지 15~20℃/초의 냉각속도로 냉각한 다음 3~6초간 공냉하는 단계; 및

이어 400℃ 이하까지 20~25℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 포함하여 이루어지며,

상기와 같이 제조된 선재는 C/C₀(단, C는 중심 편석부 탄소량이고, C₀는 모 재 평균 탄소량임)가 1.2 이하임을 특징으로 하는 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 상기 강 빌렛에 0.3% 이하의 Cr을 추가로 포함할 수 있다.

이하, 본 발명을 강성분 및 제조공정으로 구분하여 상세하게 설명한다.

[강성분]

C: 0.6~0.95중량%(이하, 단지 '%'로 기재함)

상기 C는 강도 상승에 가장 효과적인 원소로 최종 타이어코드의 강도를 고려하여 0.6%를 하한으로 하였으며, 냉각속도 감소에 의한 초석 세멘타이트 발생을 고 려하여 상한을 0.95%로 제한하는 것이 바람직하다.

Si: 0.1~0.5%

상기 Si는 강의 탈산에 필요한 원소이기 때문에 그 함유량이 너무 작을 경우 탈산 효과가 충분하지 않으므로 0.1% 이상 첨가되어야 한다. 또한 효과적인 페라이트 고용강화 원소로 연속 냉각시에는 펄라이트 층간간격이 미세해지고, 신선재의 열처리시 강도 저하의 효과가 있다. 그러나, 0.5%를 초과하여 과도하게 첨가하면 열간압연을 위해 가열하는 도중 탈탄의 발생 및 신선을 위한 스케일 제거가 어려워지는 문제점이 있다. 따라서, 그 함량을 0.1~0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn: 0.1~1.0%

상기 Mn은 강의 제조시 탈산 효과 뿐만 아니라 소재내의 황과 더불어 유화망간(MnS)을 형성시켜 황에 의한 적열 취성을 방지하므로 0.1% 이상은 첨가되어야 한다. 또한 Mn은 소재의 강도 상승과 펄라이트 층간간격을 미세화 시키는데는 매우 효과적인 원소이나, 1.0%를 초과하여 과다하게 첨가할 경우 편석이 발생할 가능성이 높고 또한 마르텐사이트가 발생하는 임계 냉각속도를 낮출 뿐만 아니라 신선한계를 다른 원소에 비하여 현저히 저하시키게 된다. 따라서, 그 함량을 0.1~1.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

P+S: 0.017% 이하

상기 P, S는 불순물로 그 함량이 낮을수록 좋으나 너무 극한으로 제어할 경우 제강 공정에서 불순물 제거에 대한 비용이 증가한다. 이에 통상적으로 P, S함량을 각각 0.02% 이하로 관리하고 있으나, 본 발명에서는 상기 P+S의 함량이 증가할 경우 소재의 연성이 감소하고 또한 신선 가공성이 저하하므로 P+S의 양을 0.017% 이하로 제한함이 바람직하다.

본 발명에서는 상기한 조성에 필요에 따라 Cr: 0.3% 이하를 추가로 첨가하는 것이 가능하다. 상기 Cr은 강의 경화능을 증대시켜 펄라이트를 미세화하여 강도 및 연성을 증가시키는 데 매우 효과적인 원소이나, 0.3%를 초과하여 많이 첨가될 경우 소재 냉각시 마르텐사이트가 발생할 염려가 있으므로 그 함량을 0.3% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 제조공정을 단계별로 나누어 상세하게 설명한다.

먼저, 상기와 같이 조성되는 강 빌렛을 선재압연한 다음 권취한다.

상기 선재압연은 900~1000℃에서 선재압연을 종료하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 선재압연 종료온도가 900℃ 미만이면 마무리 압연시 롤부하가 크게 걸리고, 1000℃를 초과하면 오스테나이트 결정립 크기가 커지기 때문이다.

또한, 상기 권취시 권취온도가 750℃ 미만이면 압연종료후 짧은 시간에 냉각하여 품질 편차가 발생될 가능성이 높고, 900℃를 초과하면 오스테나이트 결정립 크기가 커질 수 있다. 따라서, 상기 권취온도는 750~900℃로 제한하는 것이 바람직 하다.

이어 상기 권취된 선재를 냉각함에 있어서 냉각단계는 다음과 같이 설정하는 것이 바람직하다.

(1) 권취된 선재를 650~700℃까지 15~20℃/초의 냉각속도로 1차 냉각한다.

상기 1차 냉각 종료온도가 650℃ 미만이면 인장강도가 목표대비 너무 높고, 700℃를 초과하면 인장강도가 너무 낮아질 수 있다. 따라서, 상기 1차 냉각 종료온도는 650~700℃로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 1차 냉각시 냉각속도는 15~20℃/초로 제한하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 냉각속도가 15℃/초 미만이면 펄라이트 조대화에 따라 인장강도가 낮아지고, 20℃/초를 초과하면 인장강도가 너무 상승하기 때문이다.

(2) 상기 1차 냉각후 3~6초간 공냉한다.

상기 공냉시간은 3~6초로 제한하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 공냉시간이 3초 미만이면 공냉의 효과를 얻을 수 없고, 6초를 초과하면 인장강도가 저하될 수 있기 때문이다.

(3) 상기 공냉후 400℃ 이하까지 20~25℃/초의 냉각속도로 2차 냉각한다.

상기 2차 냉각종료온도가 400℃를 초과하면 FeO에서 Fe₂O₃ 또는 Fe₃O₄의 변태 억제 효과가 감소하며, 이에 본 발명에서는 상기 2차 냉각종료온도를 400℃ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 2차 냉각시 냉각속도는 20~25℃/초로 제한하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 냉각속도가 20℃/초 미만이면 변태억제 효과를 얻을 수 없고, 25℃/초를 초과하면 설비투자 응 경제성 확보에 문제가 있기 때문이다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 열간압연 선재는 선재조직중 펄라이트 조직이 95% 이상이다. 펄라이트 조직의 면적율이 100%가 되면 보다 이상적이나, 본 발명의 기계적 성질을 만족하기 위하여 냉각속도를 조절함에 있어서 불가피하게 초석 페라이트가 생성될 수 있다. 한편 급냉에 의하여 발생될 수 있는 베이나이트 또는 마르텐사이트는 존재하지 않는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명과 같이 고탄소강을 제조하는 경우 불가피하게 선재의 중심부에 탄소가 농축되며, 이러한 탄소 농축은 세멘타이트 분율을 증가시킬 뿐만 아니라 초석 세멘타이트의 석출을 용이하게 한다. 이러한 초석 세멘타이트 발생은 초기 신선 단계에서 단선을 유발하므로 적극 억제함이 바람직하다. 초석 세멘타이트 발생 정도는 도 1과 같이 탄소함량과 냉각속도에 의존하게 되며, 이에 본 발명에서는 중심부의 탄소 농도를 규제할 필요가 있다. 도 1을 살펴보면 비록 본 발명의 냉각속도에서는 초석 세멘타이트 발생이 억제되더라도 중심부의 탄소 농도가 높으면 중심부의 경도가 높아져 연선 단계에서 단선이 발생하기 쉽다. 따라서 본 발명에서는 C/C₀를 1.2 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 여기에서, C는 중심 편석부 탄소함량이고, C₀는 모재 평균 탄소량이다.

본 발명에서 개재물은 제강공정에서 불가피하게 존재하게 된다. 그러나, 이러한 개재물은 슬래그(slag)의 염기도 등에 의하여 조성을 변화시킬 수 있다. 적절하게 조절된 개재물은 압연도중 연신화되어 최종 제품의 단선에 문제가 되지 않는다. 따라서, 본 발명에서는 선재중에 존재하는 개재물의 조성을 중량%로, CaO: 10~30%, Al₂O₃: 10~25%, MgO와 MnO중 선택된 1종 이상: 15% 이하, 나머지 SiO₂로 이루어지는 연성 개재물이 70% 이상으로 제한하는 것이 보다 바람직하다. 이는 상기 연성 개재물의 함량이 70% 미만이면 단선이 발생될 수 있기 때문이다.

또한, 타이어코드용 선재는 신선 가공을 위해서는 선재의 표면에 있는 스케일을 제거하여야 한다. 상기 스케일이 선재 표면에 잔존하게 되면 다이스 마모가 현저할 뿐만 아니라 신선도중 단선의 원인으로도 작용할 수 있기 때문이다. 스케일을 제거하는 방법에는 산에 의한 제거방법과 기계적 박리에 의한 제거방법이 있으나, 각 방법에 관계없이 FeO의 분율이 클수록 스케일 제거에 유리하다. 비교적 고온에서 생성된 FeO는 냉각과정중 400~600℃ 영역에서 Fe₂O₃ 또는 Fe₃O₄로 변태하게 되며 냉각속도가 늦을수록 많은 양이 변태하게 된다. 이러한 Fe₂O₃ 또는 Fe₃O₄의 함 량이 증가하면 기계적 박리시 스케일이 완전히 제거되지 않고 선재의 표면에 잔존하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 스케일 제거를 보다 용이하게 하기 위해서 선재표면에 존재하는 스케일의 70% 이상이 FeO로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.

본 발명과 같이, 1차 패턴팅을 생략하기 위해서는 소재의 신선가공성을 향상시켜야 하며, 상기 신선가공성은 소재의 기본적인 연성의 확보가 우선적으로 이루어져야 한다. 상기 신선가공시 상온에서 분당 수백 미터의 빠른 속도로 가공하여 매우 많은 열이 발생하게 된다. 이러한 변형열은 소재의 신선가공성을 저하시키게 된다. 또한, 이때 발생되는 열은 윤활재에 따른 마찰계수, 신선가공량, 신선속도 등 신선가공 조건에 영향을 크게 받지만 이러한 가공 조건이 동일한 경우 소재의 강도에 크게 의존한다. 즉 동일한 신선 가공 조건에서 소재의 강도가 증가하면 신선 가공시 발열이 증가한다. 역으로 소재의 강도가 낮으면 열 발생을 억제할 수 있으므로 신선 가공성 측면에서는 유리하다.

고탄소강에서 인장강도는 펄라이트 층간간격이 미세할수록 높게 나타난다. 즉, 빠른 냉각속도에 의하여 층간간격이 미세해지면 높은 인장강도가 얻어진다. 따라서 선재의 인장강도를 저하시키기 위해서는 층간간격을 조대화시킬 필요가 있으며 이는 냉각속도의 감소에 의하여 가능하다. 그러나 펄라이트 층간간격이 너무 조대하면 세멘타이트 두께를 증가시켜 소재의 연성을 감소시키게 되어 적은 변형에서 컵피(cuppy)파단에 의하여 단선이 발생한다. 즉 신선가공성 측면에서 보면 소재의 강도가 너무 높아도, 또는 너무 낮아도 각각의 문제가 발생하여 적정 조건이 존재 함을 알 수 있다.

펄라이트 강의 인장강도는 냉각속도 뿐만 아니라 화학성분에도 크게 영향을 받게 된다. 또한 냉각 개시 직전의 오스테나이트 결정립계는 펄라이트의 핵 생성 위치로 작용하여 오스테나이트 결정립 크기에 따라 소입성이 변화한다. 이는 냉각속도의 변화와 유사한 역할을 하게 된다. 즉 조대한 오스테나이트 결정립은 냉각속도 증가와 유사한 효과를 나타내게 된다. 본 발명에서는 0.6~0.75%의 C함량 범위에서 900~1000MPa의 인장강도와 35% 이상의 단면감소율을 갖는 것이 보다 바람직하다. 또한, 0.75초과~0.95%의 C함량 범위에서는 1000~1100MPa의 인장강도와 30% 이상의 단면감소율을 갖는 것이 보다 바람직하다. 이러한 범위는 인장강도가 하한치 보다 낮을 경우에는 컵피(cuppy) 단선이 발생하기 쉽고, 상한치 보다 클 경우에는 인장강도 저하에 의한 열 발생 억제효과가 적기 때문이다. 또한 단면감소율은 높을수록 유리하나 소재의 미세조직 뿐만 아니라 C함량에 크게 의존하므로 탄소량의 범위에 따라 그 하한을 달리한 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

0.823%C-0.20%Si-0.49%Mn-0.01%P-0.005%S를 함유하는 강을 이용하여 타이어코드용 강선을 제조하는 과정에서 컵피(cuppy) 파단이 발생한 소재중 개재물이 존 재하지 않은 단선 부위와 건전 부위를 EPMA를 이용하여 탄소편석 정도를 조사하였다. 타이어코드의 신선가공 도중 단선의 발생은 피할 수 없으나, 공정의 생산성에 악영향 미치므로 일반적으로 톤당 2회 이하로 발생할 경우 큰 문제가 없는 것으로 간주 한다.

구분	모재평균 탄소량(%)	중심편석부 탄소량(%)	C/C₀	초석세멘타이트 발생유무	단선발생 빈도
발명재1	0.82	0.861	1.05	발생무	없음
발명재2	0.83	0.8549	1.03	발생무	없음
발명재3	0.82	0.984	1.20	발생무	1~2회
비교재1	0.81	1.1745	1.45	발생무	4~5회

상기 표 1에서 보는 바와 같이 C/C₀가 1.2 이하에서는 단선이 거의 발생하지 않았다.

[실시예 2]

하기 표 2는 단선된 부위에서 개재물이 존재한 경우의 개재물의 성분을 EDAX를 이용하여 성분을 조사한 결과이다.

구분	선경(mm)	개재물 조성
비교재2	0.35	100%Al₂O₃
비교재3	0.35	12%SiO₂-85%Al₂O₃-3%MgO
비교재4	0.3	75%Al₂O₃-25%MgO
비교재5	0.3	69%Al₂O₃-31%MgO
비교재6	0.22	20%SiO₂-67%Al₂O₃-11%MgO-2%K₂O
비교재7	0.22	30%SiO₂-55%Al₂O₃-15%MgO

상기 표 2에서 보는 바와 같이 가공도중 개재물에 의한 단선은 주로 Al₂O₃가 많은 비연성 개재물에서 발견되었으며, 본 발명에서 제시한 연성 개재물에서는 단선이 발생되지 않았다.

[실시예 3]

도 2는 0.71%C-0.21%Si-0.49%Mn-0.01%P-0.006%S를 함유한 강(이하, 0.71% C함유 강이라 함)과 0.823%C-0.20%Si-0.49%Mn-0.01%P-0.005%S를 함유한 강(이하, 0.823% C함유 강이라 함) 선재의 단면 감소율과 P+S 함량의 관계를 조사하여 나타낸 그림이다. 비록 다른 제조공정이 동일하여 미세조직적 인자가 같더라도 P+S 함량의 변화와 선재의 연성(단면 감소율)과는 매우 밀접한 상관성이 있음을 알 수 있었다. 즉 P+S 함량이 증가함에 따라 선재의 연성이 감소하였으며, 이에 우수한 연성을 확보하기 위해서는 P+S의 함량을 0.017% 이하로 관리하는 것이 필요함을 알 수 있었다.

[실시예 4]

0.71% C함유 강 빌렛(표 3)과 0.823% C함유 강 빌렛(표 4)을 1050℃로 가열한 후 900~1000℃에서 열간압연을 마무리한 다음, 하기 표 2의 권취온도 및 냉각방법을 이용하여 직경 5.5mm의 선재를 제조하였다. 이때 선재 상태에서의 탄소 편석, C/C₀는 1.1이었으며 개재물의 대부분은 연성 개재물이었다. 한편 선재의 냉각방법은 도 3에 나타낸 바와 같다. 즉, 도 3에서 타입Ⅰ은 통상적인 타이어코드용 선재를 제조하는 통상적인 냉각방법으로 권취이후 20~25℃/초의 냉각속도를 적용한 것이다. 또한, 타입Ⅲ은 인장강도를 낮추기 위한 냉각방법으로 권취이후 10~15℃/초의 냉각속도를 적용한 것이다. 타입Ⅱ는 본 발명에 따른 냉각방법으로 650~700℃까지는 15~20℃/초의 냉각속도를 적용하고, 이어 약 5초간 공냉하여 펄라이트 변태가 종료된 다음 다시 400℃ 이하까지 20~25℃/초의 냉각속도로 냉각한 것이다.

상기와 같이 제조된 선재를 이용하여 인장시험을 실시하였으며, 그 결과는 하기 표 3 및 표 4와 같다.

한편 스케일의 무게비 및 기계적 박리특성은 각 조건으로 제조된 선재를 30cm씩 절단하여 무게를 잰 다음 6% 변형을 가한 후 다시 무게를 재고 이후 산세한 후 무게를 측정하여 얻어냈으며, 그 결과는 하기 표 3 및 표 4와 같다.

또한, 0.71% C함유 강 선재를 이용하여 냉각방식에 따른 FeO분율을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 5와 같다.

구분	권취온도 (℃)	냉각방법	페라이트 분율(%)	인장강도 (MPa)	단면감소율 (%)	스케일양 (%)	박리성 (%)
비교재8	880	타입Ⅰ	1.5	1078	54.2	0.49	98.1
발명재4	880	타입Ⅱ	2.45	943.7	45.5	0.51	96.1
발명재5	830	타입Ⅱ	2.6	924	44.3	0.32	81.9
발명재6	780	타입Ⅱ	2.65	917.3	43.1	0.27	88.2
비교재9	880	타입Ⅲ	2.5	977.7	42.3	0.65	88.7

구분	권취온도 (℃)	냉각방법	페라이트 분율(%)	인장강도 (MPa)	단면감소율 (%)	스케일양 (%)	박리성 (%)
비교재10	880	타입Ⅰ	0.6	1181.9	47	0.59	98.3
발명재7	880	타입Ⅱ	0.8	1040	40.7	0.45	95.4
발명재8	830	타입Ⅱ	1.05	1020	37.8	0.26	89.4
발명재9	780	타입Ⅱ	1.1	1008	38.6	0.28	89.8
비교재11	880	타입Ⅲ	1.75	1055	35	0.65	89.7

냉각방법	FeO분율(%)
타입Ⅰ	87.5
타입Ⅱ	76.5
타입Ⅲ	68.3

상기 표 3 및 표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 통상적인 제조방법에 의하여 제조된 선재의 경우 인장강도와 단면감소율이 발명재에 비하여 높았다. 이는 빠른 냉각속도에 의하여 펄라이트 층간간격이 미세화됨에 의한 것이다. 한편 타입Ⅱ와 타입Ⅲ의 냉각방식에 의하여 제조된 소재의 경우 인장강도 및 단면감소율은 유사한 수준을 보이고 있으나, 타입Ⅱ의 경우가 타입Ⅲ의 경우에 비하여 단면감소율이 약간 우수하였다. 냉각속도의 감소에도 불구하고 0.7%C 함유 강에서는 단면감소율이 40% 이상, 그리고 0.8% C함유 강에서는 35% 이상의 값을 나타내어 신선가공에는 문제가 없었다. 한편 타입Ⅱ에서 권취온도를 변화시킨 결과 권취온도가 낮을수록 인장강도와 단면감소율이 약간 감소하는 경향을 보이고 있었다. 이는 권취온도에 따른 오스테나이트 결정립의 미세화에 의하여 소재의 소입성이 약간 감소함에 의한 것으로 판단된다.

또한, 상기 표 3 및 표 4에서 발명재들의 경우 스케일양이 상대적으로 많은 경우 스케일 박리성이 우수하였으며, 박리성이 감소되는 경우 스케일양이 적어 스케일 박리성에는 큰 문제가 없었다. 그러나, 비교재 9 및 비교재 11의 경우 스케일 분율이 많음에도 불구하고 박리성이 감소되어 스케일 박리성이 불량하게 나타났다.이는 상기 표 5에서 보는 바와 같이 FeO의 분률의 차이에 기인한다. 즉 발명재 4 및 발명재 7의 경우 FeO에서 Fe₂O₃ 또는 Fe₃O₄로 변태가 진행되는 온도영역을 빠른 냉각에 의하여 짧은 시간에 통과하여 FeO가 많이 잔존하기 때문이다. 따라서 발명재 4 및 발명재 7의 경우는 비교재 9 및 비교재 11과 기계적 성질은 유사하지만 스케일 박리성이 우수하여 기계적 박리를 채택하는 공정에 적용이 가능하였다.

[실시예 5]

상기와 같이 제조된 직경 5.5mm 선재를 이용하여 타이어코드 강선을 제조하였다. 하기 표 6(0.71% C함유 강) 및 표 7(0.823% C함유 강)은 선재의 신선가공 공정, 습식신선 및 연선과정에 발생하는 단선율을 나타낸 것이다. 상기 단선율은 열처리를 2회 실시한 경우를 100으로 봤을때 각각의 단선율을 나타낸 것이다.

구분	열처리횟수	도금선선경(mm)	최종선경(mm)	단선율
비교재12	2	1.28	0.22	100
발명재10	1	1.28	0.22	94
발명재11	1	1.28	0.22	71
발명재12	1	1.28	0.22	73
발명재13	1	1.28	0.22	90

구분	열처리횟수	도금선선경(mm)	최종선경(mm)	단선율
비교재13	2	1.45	0.25	100
발명재14	1	1.45	0.25	72.5
발명재15	1	1.45	0.25	24
발명재16	1	1.45	0.25	61.7
발명재17	1	1.45	0.25	70

열처리를 2회 실시한 비교재에 비하여 발명재의 경우 단선율이 저하됨을 알 수 있었다. 이는 열처리 공정의 생략에 의하여 추가적으로 산세, 윤활제 코팅 공정도 생략이 가능해져 각 공정에서의 표면 흠 발생 및 탈탄 등의 감소에 기인한 것으로 판단된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 열처리 생략을 하더라도 최종제품의 단선회수를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 스케일 미박리에 의한 문제점을 해결할 수 있는 타이어코드 선재를 제공할 수 있다.

Claims

중량%로, C: 0.6~0.95%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.1~1.0%, P+S: 0.017% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며,

C/C₀(단, C는 중심 편석부 탄소량이고, C₀는 모재 평균 탄소량임)가 1.2 이하임을 특징으로 하는 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재.
제 1항에 있어서, 상기 선재는 0.3% 이하의 Cr을 추가로 포함함을 특징으로 하는 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재.
제 1항에 있어서, 상기 선재는 중량%로, CaO: 10~30%, Al₂O₃: 10~25%, MgO와 MnO중 선택된 1종 이상: 15% 이하, 나머지 SiO₂로 이루어지는 연성 개재물이 70% 이상임을 특징으로 하는 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재.
제 1항에 있어서, 상기 선재는 표면에 존재하는 스케일의 70% 이상(면적분율 기준)이 FeO임을 특징으로 하는 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재.
제 1항에 있어서, 상기 선재의 C함량이 0.6~0.75%이며, 인장강도가 900~1000MPa, 단면감소율이 35% 이상임을 특징으로 하는 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재.
제 1항에 있어서, 상기 선재의 C함량이 0.75초과~0.95%이며, 인장강도가 1000~1100MPa, 단면감소율이 30% 이상임을 특징으로 하는 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재.
중량%로, C: 0.6~0.95%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.1~1.0%, P+S: 0.017% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 빌렛을 900~1000℃에서 선재압연을 종료한 다음 750~900℃에서 권취하는 단계;

상기 권취된 선재를 650~700℃까지 15~20℃/초의 냉각속도로 냉각한 다음 3~6초간 공냉하는 단계; 및

이어 400℃ 이하까지 20~25℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 포함하여 이루어지며,

상기와 같이 제조된 선재는 C/C₀(단, C는 중심 편석부 탄소량이고, C₀는 모재 평균 탄소량임)가 1.2 이하임을 특징으로 하는 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재의 제조방법.
제 7항에 있어서, 상기 강 빌렛은 0.3% 이하의 Cr을 추가로 포함함을 특징으 로 하는 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재의 제조방법.
제 7항에 있어서, 상기 선재는 중량%로, CaO: 10~30%, Al₂O₃: 10~25%, MgO와 MnO중 선택된 1종 이상: 15% 이하, 나머지 SiO₂로 이루어지는 연성 개재물이 70% 이상임을 특징으로 하는 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재의 제조방법.
제 7항에 있어서, 상기 선재는 표면에 존재하는 스케일의 70% 이상(면적분율 기준)이 FeO임을 특징으로 하는 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재의 제조방법.
제 7항에 있어서, 상기 선재의 C함량이 0.6~0.75%이며, 인장강도가 900~1000MPa, 단면감소율이 35% 이상임을 특징으로 하는 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재의 제조방법.
제 7항에 있어서, 상기 선재의 C함량이 0.75초과~0.95%이며, 인장강도가 1000~1100MPa, 단면감소율이 30% 이상임을 특징으로 하는 스케일 박리성이 우수한 열처리 생략형 타이어코드 선재의 제조방법.