KR100230882B1

KR100230882B1 - 강력강 부품과 그 제조방법

Info

Publication number: KR100230882B1
Application number: KR1019940702598A
Authority: KR
Inventors: 2세 후엠.겔라거
Original assignee: 2세 후엠.겔라거; 콘솔리데이티드 메탈 프로덕츠 인코포레이티드
Priority date: 1992-01-29
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 1999-11-15
Also published as: CA2128019C; JPH07505188A; EP0624205A1; AU3587893A; JP2878842B2; WO1993015233A1; CA2128019A1; BR9305812A; KR950700429A; AU668542B2

Abstract

800 MPa(120,000 psi)이상의 인장 강도와 적어도 600 MPa(90,000 psi)이상의 항복 강도를 가지는 강 재료의 블랭크를 제공하는 단계와, 바람직한 기하학적 형상을 가진 부품을 제공하도록 150℃ (300 ℉) 내지 650 ℃(1200 ℉)사이의 온도에서 상기 블랭크를 온간성형하는 단계를 포함하는 고장력강 제조 방법과 고장력강 부품이 기재되어 있다.

Description

[발명의 명칭]

고장력강 부품과 그 제조 방법

[발명의 분야]

본 발명은 고장력강 부품(high-strength parts)의 제조 방법과 이 방법으로 제조된 부품에 관한 것으로, 특히 고장력강 블랭크(blank)의 고장력 성질을 유지하면서 소망의 향상으로 고장력강의 블랭크를 온간성형하는 방법에 관한 것이다.

[발명의 배경]

강 부품(steel parts)은 이전에는 종래 기술에 알려진 냉간 단조(cold forging) 또는 열간 단조(hot forging) 기술을 사용하여 제조해 왔다. 강으로부터 만든 열간 단조 부품에서, 재료는 초기에 약 1093℃ (2000 ℉) 이상으로 가열된다. 이러한 열간 단조 온도에서, 실제적인 강의 스케일(scale)과 탈탄이 일어난다. 스케일과 탈탄된 표면을 제거해야만 마무리된 부품을 얻을 수 있기 때문에, 종래 고온 단조 기술은 일정량의 재료를 낭비하는 결과를 가져온다. 더우기, 이런 기술은 스케일을 제거하는 데 필요한 처리 단계가 증가하고 또 고온에 의한 보다 높은 에너지 소비에 의해 비용이 많이 든다. 한편, 냉간 제조 부품도 마찬가지로 결점을 가진다. 부품이 대략 실온에서 형성되므로, 재형상화 또는 제조 단계는 실질적으로 보다 높은 힘을 필요로 한다. 이것은 자주 재료를 점증적으로 소망의 부품으로 형성하는 일련의 냉간 성형 단계를 필요로 한다. 이것은 이러한 방법과 관련된 다이 마모와 소음을 증가시킨다. 더욱이, 재료가 일련의 성형 단계에서 실질적인 등급으로 가공되는 경우, 부품의 강도가 증가하고 그러므로 부품의 내부 응력을 감소하기 위해 냉간 성형 작업 사이에서 부품을 어닐링해야 하며, 이것은 이런 방법에서 시간과 비용을 증가시킨다.

상기 결점을 피하기 위해, 재료의 강도를 감소시키면서 성형하기에는 용이할 정도로 충분히 높지만 스케일링과 탈탄이 일어나는 열간 단조 온도 보다는 낮은 중간 온도에서 재료로부터 부품을 형성하는 온간 단조(warm forging)를 사용할 수 있다. 이런 온간 성형 방법중 하나가 미국 특허 제3,557,587호에 공지되어 있다. 다른 특허에서는 탈탄과 스케일링의 결점을 피하고 및/또는 강에 필요한 금속적 및 기계적 성질을 부여하거나 개선하기 위해서 압연 및 압출 단계를 "온간" 온도에서 수행하는 방법을 공개하고 있다. 미국 특허 제2,767,836호, 제3,573,999호와 고규(Gokyu) 등의 일본 금속 협회의 번역문(1968년 제9권 보충서 177-181 페이지)의 "강의 온간 가공(Warm Working of Steel)"을 참조하기 바란다.

추가로, 강봉 또는 강편(steel billet)을 굽힘 또는 단조하여 필요한 제품으로 형성하기 위한 다른 종래 방법은 온간 성형 또는 온간 단조 단계를 포함하고 있다. 미국 특허 제2,953,794호, 제3,720,087, 제3,877,821호, 제4,312,210호, 제4,317,355호, 제4,608,851호 및 제4,805,437호를 참조하기 바란다. 상기 인용한 참조문헌이 종래 기술을 대표하는 것이 아니며 또는 이런 참조문헌이 가장 많은 재료를 나타내는 것은 아니다.

미국 특허 제3,001,897호와 제3,904,445호 모두는 부품을 형성하기 위해 미래의 사용법으로 고장력강의 블랭크를 제조하는 방법을 공지하고 있다. 전자의 미국 특허 제3,001,897호는 강을 먼저 냉간에서 감소하고 그런 다음에 온간 온도에서 최종 규격으로 감소하는 방법을 공지하고 있다. 후자의 미국 특허 제3,904,445호는 강을 최종 규격으로 열간 감소하고 급냉과 냉간 마무리를 함으로써 바 스톡(bar stock)으로 처리하는 방법을 공개하고 있다. 그리고나서 이 스톡은 온간 온도에서응력 제거된다.

애브스트락트(Abstract) 제101411호, 케미칼 애브스트락트(Chemical Abstracts) 제95권 제11호(일본 특허공보 제56-4612호)는 0.15-0.4% 의 탄소를 함유하는 경화된 강봉으로부터 볼트를 제조하는 방법을 공지하는 데, 여기서 로드는 고온 압연, 수냉, 냉간 인발, 550 ℃ 로 가열, 고온에서 볼트로 성형 그리고나서 수냉된다. 이 제품의 인장 강도는 적어도 100 kg/mm²이다.

미국 특허 제3,959,999호는 적어도 두 번 연속적으로 로드의 냉각과 온간 가소성 변형을 교대로 수행함으로써 고온 압연된 탄소강으로부터, 와이어, 스트립과 압연 부품과 같은 긴 제품을 생산하는 방법을 공지하고 있다.

미국 특허 제3,720,087호는 150 ℃ 내지 480 ℃ 범위의 온도에서 소망의 곡률 또는 직선성을 달성하도록 강봉을 굽힘 가공하는 방법을 공지하고 있다. 이 강봉의 강성은 강에 변형 경화 또는 가공 경화를 수행한 경우에 유지된다.

고장력강 부품을 만드는 방법은 본 발명에 의하여, 적어도 800 MPa (120,000psi)의 인장 강도와 적어도 600 MPa (90,000 psi)의 항복 강도를 가지는 고장력강 재료로 된 블랭크를 제공하는 단계와, 소망의 기하학적 형상을 가진 부품을 제공하도록 150 °(300 ℉) 내지 650 ℃ (1200 ℉) 사이의 온도에서 상기 블랭크를 온간 성형하는 단계를 포함하며, 이에 의하여 부품의 인장 강도와 항복 강도의 기계적 성질이 상기 블랭크 보다 더 강해지고, 여기서 상기 고정력강 재료는 아래의 중량%를 가진다.

그러므로, 소망의 고장력 성질을 소유하는 강으로 된 블랭크로부터 고장력강 부품을 만드는 방법이 온간 성형 단계를 포함하며, 이에 의하여 블랭크가 소망의 부품으로 형성되고 그리고 부품의 기계적 성질이 원래 블랭크가 소유하는 것보다 더 강하게 되고, 양호하게도 강 부품에 기계적 강성을 부가하기 위한 추가의 강화처리 단계없이 부품을 생산하는 방법이며, 이러한 방법은 종래에는 없었다.

본 발명은 적어도 약 800 MPa (120,000 psi)의 인장 강도와 적어도 약 600 MPa (90,000 psi)의 항복 강도를 가지는 고장력강 재료의 블랭크로부터 고장력강 부품을 만드는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 한 양태에 있어서, 본 발명은 필요한 기하학적 형상을 가지는 부품을 제공하도록 블랭크를 온간 성형함으로써 고장력강 재료의 블랭크로부터 고장력강 부품을 만드는 방법을 제공하며, 이에 의하여 부품의 인장 강도와 항복 강도의 기계적 성질은 블랭크 보다 더 강하다.

본 발명은 또한 고장력강 재료의 블랭크를 온간 성형하는 단계를 포함하는 고장력강 부품을 만드는 방법을 제공함으로써, 부품의 인장강도와 항복 강도의 기계적 성질은 블랭크와 거의 동일하거나 그 보다 더 강하며, 여기서 인장강도와 항복강도의 필요한 기계적 성질을 가진 부품은 또다른 강화 처리 단계 없이 생산된다. 고장력강 부품은 본 발명의 방법에 따라서 생산된다.

본 발명의 원리, 목적 및 장점을 아래의 상세한 설명을 참조하면 더욱 쉽게 이해하게 될 것이다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명의 방법은 다양한 형태의 볼트(U-볼트, 아이볼트, J-볼트, 육각머리 볼트, 사각머리 볼트 등), 축, 캠축, 스크류, 진동바(sway bars) 및 여기에 기술된 온간 단조 또는 성형 프로세스로서 제조하기 쉬운 기타 부품들을 포함하는 폭넓은 고강력강 부품을 제조하는 데 유용하다.

양호한 실시예에서, 고장력강 부품을 만드는 방법은 저어도 약 800 MPa (120,000 psi), 적합하게는 적어도 약 1025 MPa (150,000 psi)의 인장강도와 적어도 약 600 MPa (90,000 psi), 적합하게는 적어도 약 900 MPa (130,000 psi)의 항복강도를 가지는 고장력강 재료의 블랭크를 제공하는 단계를 포함한다.

한 형태에서, 블랭크로서 사용된 고장력강 재료는 열간 감소(hot reduce)와 냉간 인발되어 상술한 바와 같은 인장 강도와 항복 강도의 기계적 성질을 가지는 블랭크를 제공한다.

고장력강 재료는 아래 화합물의 중량% 로 예시될 수 있다.

보다 양호한 형태에 있어서, 고장력강 재료는 아래 화합물의 중량 % 를 가진다.

상기에 주어진 인장 강도와 항복 강도의 기계적 성질과 화합물을 가지는 블랭크는 이후에 약 150 ℃ (300 ℉) 내지 약 650 ℃ (1200 ℉)의 온도로 온간 성형되어 소망의 기하학적 형상을 가지는 부품을 제공하므로써, 부품의 인장강도와 항복강도의 기계적 성질은 블랭크 보다 더 크다. 부품을 형성하는 온도는 사용된 강재료의 화학적 구성과 관련이 있다. 주어진 인장강도와 항복 강도의 기계적 성질을 가지는 성형된 부품은 온간 성형 다음에 어느 추가의 강화 처리 단계 없이 생산된다.

적어도 약 800 MPa (120,000 psi)의 인장 강도와 적어도 약 600 MPa (90,000 psi)의 항복 강도를 가지는 고장력강 재료의 블랭크는 본 발명의 방법에서 시작품(starting piece)으로서 사용되고 종래에 알려진 어느 적합한 방법으로 생산된다. 이러한 방법중 하나는 U-보트를 포함하여 나사 패스너를 생산하는 데 특히 유용한 형태의 고장력강 바 스톡을 생산하는 공정 순서를 설명하는 미국 특허 제3,904,445호에 공지되어 있다. 상술한 프로세스에서, 생산된 바 스톡은 약 ASTM No. 5-8 사이의 미세 입자형 구조를 가진다. 공지된 프로세스에 있어서, 어떤 공개된 영역내에 속하는 화학적 성질을 가지는 강은 최종 규격의 10%-15% 내에서 표준 열간 감소 작업을 받게된다. 그리고나서 열간 감소된 바 스톡은 공기 급냉을 위해 개별 길이로 절단된다. 그런후 열간 감소된 바 스톡의 개별 길이는 최종 규격으로 냉간마무리(cold finishing)를 받게 된다. 최종 단계는 기계적 강성을 증가하는 제어된 응력 제거 단계이다. 이 응력 제거 단계는 약 260-450 ℃ (500-850 ℉)사이에서 1시간 동안 바 스톡의 길이를 가열하는 단계를 포함한다. 그러나, 이 단계는 할 수도 있고 안할 수도 있다. 그러므로 추가의 응력 제거 단계를 가지거나 가지지 않는 상기 바 스톡은 고장력강의 시작 블랭크 재료를 형성하는 데 사용될 수 있다.

아래에는 상술한 미국 특허 제3,904,445호에 공지된 방법에 따라서 생산된 고장력강 바 스톡으로부터 U-볼트를 생산하는 본 발명을 실행하는 예를 설명하고 있다.

[예 1]

2.1 cm(0.825")의 직경을 가지는 등급 8 장력 강의 고장력강 바 스톡이 약 90 cm(36.0")의 길이로 절단된다. 이 스톡은 적어도 약 1025 MPa (150,000 psi)의인장 강도와 적어도 약 900 MPa (130,000 psi)의 항복 강도를 가진다. 바 스톡 세그먼트의 양단부는 종래 나사가공법(threading process)을 사용하여 나사 형성되어 6.4cm(2 ½")의 나사부를 제공한다. 그리고 나서 바 스톡 세그먼트는 약 450 ℃(850℉)로 가열되고 각 바 스톡 세그먼트의 중간부는 약 100 MPa (1,000 톤)의 압력을 적용하는 기계적 단조 프레스를 사용하여 평탄하게 한다. 바 스톡의 평탄부분은 약 1.1 cm(7/16") 두께와 3.2 cm(1 ¼") 폭을 가진다. 그런후, 바 스톡 세그먼트는 평탄부분의 위치에서 굽혀져 U 볼트 제품을 형성한다. 평탄화 단계는 바 스톡 세그먼트를 길게 하여서 마무리된 U 볼트 제품의 길이가 90cm(36")를 다소 초과하도록 한다. 마무리된 U 볼트 제품은 바 스톡이 원래 소유한 인장 강도와 항복 강도의 소망의 기계적 성질을 가지므로 추가의 강화 처리 단계를 필요로 하지 않는다.

[예 2-6]

약 18.3mm(0.72")의 직경을 가지는 5 개의 고장력 냉간 인발 C-1541 강의 바는 약 46cm(18")의 길이로 잘려진다. 이들 바는 약 1.25cm(0.5")의 직경으로 접혀지고 표 1 에 기재된 기계적 성질에 대해 테스트된다. 예를 들어, 이들 바는 표 1 에 나타난 바와 같이 약 960 MPa(140,000 psi)의 인장 강도와 900 MPa(130,000 psi)의 항복 강도를 가진다.

[표 1]

[예 7-11]

약 18.3mm(0.72")의 직경을 가지는 5 개의 고장력 냉간 인발 C-1541 강의 바는 예 2-6의 바를 만드는 데 사용된 동일한 길이의 바 스톡으로부터 약 46.0cm(18")의 길이로 잘려진다. 그 다음, 이 바는 약 270 ℃(550 ℉)에서 가열되고 각 바의 중간부분은 약 100 MPa(1,000톤)의 압력이 가해지는 기계적 단조 프레스를 사용하여 예 1과 유사한 방법으로 평탄화 된다. 그리고나서 평탄화된 바는 약 1.25cm(0.5")의 직경으로 접혀지고 표 2에 기재된 성질에 대해 테스트된다.

[표 2]

표 2의 마무리된 바는 표 1의 바가 원래 소유한 것보다 더 큰 필요한 기계적 성질을 가진다. 예를 들어, 인장 강도는 약 960 MPa(140,000 psi)에서부터 약 1100 MPa(160,000 psi)까지 증가하고, 항복 강도는 890-905 MPa(130-132,000 psi)에서부터 1015-1025 MPa(148-150,000 psi)까지 증가하였다.

그러므로, 본 방법이 블랭크를 부품으로 온간 성형하는 것을 제공하므로써 인장 강도와 항복 강도의 기계적 성질이 블랭크보다 더 높아질 수 있다.

Claims

800 MPa(120,000 psi) 이상의 인장 강도와 적어도 600 MPa(90,000 psi) 이상의 항복 강도를 가지는 강 재료의 블랭크를 제공하는 단계와, 바람직한 기하학적 형상을 가진 부품을 제공하도록 150 ℃(300 ℉) 내지 650 ℃(1200 ℉) 사이의 온도에서 상기 블랭크를 온간성형하는 단계를 포함하고, 이에 의하여 부품의 인장 강도와 항복 강도의 기계적 성질이 상기 블랭크보다 더 강해지고, 상기 고장력강 재료는 최대 0.35 중량%의 필수 성분으로서 바나듐과, 0.40 내지 0.65중량% 이상의 탄소와, 0.30 내지 2.5중량%의 망간과, 나머지는 철로서 구성되고, 상기 인장강도와 항복강도의 기계적 특성을 가진 상기 부품은 부가의 강도강화 공정없이 제조되는 고장력강 부품의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 고장력강 재료는 상기 강도의 성질을 가진 블랭크를 제공하도록 미리 열간 환원되고 냉간 인발되는 고장력강 부품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 고장력강 재료의 블랭크는 1025 MPa(150,000 psi) 이상의 인장 강도와 900 MPa(130,000 psi) 이상의 항복 강도를 가지는 고장력강 부품의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 고장력강 재료는 상기 강도의 성질을 가진 블랭크를 제공하도록 미리 열간 환원되고 냉간 인발되는 고장력강 부품의 제조 방법.
제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 고장력강 재료는, 0.50 내지 0.55중량%의 탄소와 1.20 내지 1.65중량%의 망간과, 0.03 내지 0.15중량%의 바나듐과, 나머지는 철로서 구성되는 고장력강 부품의 제조 방법.