KR100368530B1 - 가공성이 우수한 스프링용 강 - Google Patents

Abstract

스프링 제조에 중요한 쉐이빙성과 그린 드로잉성이 모두 우수한 스프링용 강과, 이를 양호한 스프링을 제조하기 위한 강선재의 제조방법에 관한 것이다.

압연된 스프링용 강은, 일정한 화학성분조성범위를 가진 강으로서

인장강도≤1200Mpa

30%≤감면율≤70%

의 기계적 성질을 가지는 가공성이 우수한 강이다. 이 스프링용 강으로부터 스프링을 위한 강선재를 제조하기 위한 방법은 드로잉, 쉐이빙 및 오일 템퍼링으로 구성되고, 이는 연속적으로 이루어지며, 상기 드로잉은 소정의 처리 후에 선택적으로 이루어진다.

Description

가공성이 우수한 스프링용 강 {Spring Steel Superior in Workability }

발명의 분야

본 발명은 엔진, 클러치, 연료분사장치, 현가시스템 등 자동차 부품에 사용되는 스프링을 제조하기 위한 스프링용 강(spring steel 또는 spring用 鋼) 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명상의 스프링용 강의 형태로는 압연선재, 소둔선재 등의 와이어(steel wire)가 포함된다.

종래의 기술

스프링용 강, 즉 와이어는 전술한 바와 같이 여러가지 용도로 사용되는 것으로, 통상 표면을 얇게 깎아내는 쉐이빙(shaving : 표면결함, 예컨대 압연강선재의 흠집, 탈탄층(decarburized layer)을 깎아냄) 다음에 오는 드로잉으로 제조되고 리드 파텐팅(lead patenting)으로 마무리제조된다.

높은 생산성을 얻기 위하여, 드로잉 속도를 증가시키기 위한 시도가 있어 왔지만, 드로잉 속도를 높이면 부하가 더 많이 늘어나서 쉐이빙 공구(shaving tool) 또는 칩퍼(chipper)를 손상시키게 되고 결국 부적절한 칩 제거(chip removal)때문에 불완전한 쉐이빙을 가져온다. 따라서 고강도 스프링용 강을 쉐이빙을 할 때에는 전술한 문제점이 나타나지 않게 할 고강도 스프링용 강이 요구되었다.

상술한 문제점을 해결할 방법의 하나로 강재의 강도를 감소시키기 위해서는 저온 아닐링(low temperature annealing)의 방법이 있는데, 그러나 이 방법으로도 문제는 해결 안되고 남게 된다. 문제를 해결하기 위해서는 쉐이빙 할 강재의 금속구조와 기계적 성질에 관한 지식을 필요로 한다. 이러한 지식은 그러나 지금껏 결코 얻어본 적이 없다.

한편, 매우 높은 피로강도가 필요하지 않을 경우에는 압연된 와이어롯드, 즉 강선재는 쉐이빙(shaving), 즉 표면을 깎지않고도 와이어, 즉 강선으로 직접 드로잉하게 된다.(이 방법으로 드로잉하는 것을 "그린 드로잉"(green drawing)이라 한다). 이런 목적으로 강선재는 일본 특허공개공보 116727/19982, 118013/19985, 79719/1991에 개시되어 있는 여러가지 방법 중 어느 방법으로든 제조된다.

스프링 제조를 위한 새로운 기술은 이 쉐이빙 뒤로 따라오는 리드 파텐팅 (lead patenting)을 대신하여 제안된 바 있다. 이들에 의하면 (A) 일본 특허공개 제 188745/1995 호에 개시되어 있는 바와 같이 단단한 표면층을 연화시키기에 딱 충분할 정도의 단시간에 450~750℃로 가열시키는 기술, 그리고 (B) 일본 특허공개공보 311547/1996에 개시되어 있는 바와 같이 T ×= 6700 ~ 12000(Kㆍmin.)와 같은 규정된 시간(t분)과 823 - 973K의 온도(T)에서 가스상으로 가열한다. 이와 같은 방법으로 열처리하면 압연된 상태의 조직 거의 그대로 남게 된다. 이러한 분위기 하에서는, 스프링용 강은 압연된 그대로의 조직을 가지는 강선재로부터 그린 드로잉(green drawing)을 위한 능력은 물론 양호한 쉐이빙성(shaving properties)을 가질 것을 요구한다.

그러한 기술적 요구사항은 강선제조가 쉐이빙을 수행하든 안하든 이와 관계없이 드로잉을 위해 준비되도록 하여 준다. 종래의 기술은 쉐이빙과 그린 드로잉의 두가지를 모두 수행할 수 있는 스프링용 강을 제공하지 않으며, 누구도 그러한 제품에 관심을 갖고 있지 않다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명의 목적은 스프링의 제조에 중요한 양호한 쉐이빙성 및 양호한 그린 드로잉능(capability of green drawing)을 가진 스프링용 강을 제공하는 데 있다. 또한 본 발명의 목적은 상기 스프링용 강으로부터 양호한 스프링용 강선재를 제조하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 요지는 쉐이빙 전에, 압연된 상태 그대로에서 다음의 기계적 성질을 가진 스프링용 강에 있고, 상기 스프링용 강은 압연 후 다음의 조건 하에 선택적으로 연화되도록 한 데 있다.

기계적 성질 :

인장강도(최대) ≤1200MPa

30%(최소)≤감면율≤70%(최대)

연화조건 :

T ×= 7300 ~ 15000(Kㆍmin.)

와 같은 규정된 시간(t분)동안 873 - 1023K의 온도에서 가스상으로 가열하는 조건

더욱이, 본 발명에 따른 스프링용 강은 다음의 조건을 가급적 만족시켜야 한다.

(1) 과냉구조 분율(fracture)은 10% 이하가 될 정도로 퍼얼라이트만으로 구성되든가, 또는 페라이트와 퍼얼라이트가 같이 구성되어 있다.

(2) 표준편차(σ)가 20 이하인 그 횡단면의 평면에서 빅카스경도를 갖는다.

(3) 빅카스경도가 380 이하인 그 횡단면의 평면에서 빅카스경도를 갖는다.

본 발명의 요지는 또한 상기 스프링용 강으로부터 스프링용 강선재를 제조하기 위한 방법에 있다. 상기 방법에는 드로잉, 쉐이빙, 오일 템퍼링이 구성되어 있는데, 이들은 일련의 방법으로 수행되거나, 드로잉, 쉐이빙 및 다음의 처리 (a) ~ (c)중 어떤 처리방법 및 오일 템퍼링으로 구성되어 연속적으로 수행된다.

(a) 리드 파텐팅 처리

(b) T ×= 6700 ~ 12000(Kㆍmin.)와 같은 기간(t분)동안 823 - 973K의 온도(T)에서 가스상으로 열처리

(c) 표면경화층을 연화시키기에 충분한 정도의 단시간동안 450 ~ 750℃에서 열처리

제 1 도는 기계적 성질(인장강도 및 감면율)에 있어 스프링용 강이 가공성에 따라 어떻게 달라지는가를 나타내는 그래프.

본 발명자등은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 일련의 연구를 수행하였다. 그 결과, 이들 목적은 스프링용 강의 기계적 성질이 적절히 제어 압연 후 또는 저온 아닐링(low temperature annealing) 후에 성취됨을 알게 되었다. 본 발명은 이러한 발견에 기초를 둔 것이다. 다음은 본 발명의 필요사항을 상세히 기술한 것이다.

본 발명에서, 스프링용 강은 다음에 주어지는 이유에 대해 적절한 범위에서 기계적 성질(인장강도 및 감면율)을 가져야 한다.

압연된 강선재를 쉐이빙 하다보면 가끔 지나친 하중이 가해져서 칩퍼 (chipper)를 파손시키는 일이 있다. 이는 재료강도가 지나치게 높거나 아니면 입력속도가 지나치게 빠르기 때문이다. 그 결과 드로잉된 강선에서는 바람직스럽지 못한 껍질벗김(streaking)이나 불완전한 껍질깎아냄(shaving)을 초래한다. 이러한 문제점을 피하려면, 인장강도가 1200MPa보다 낮도록 하여 껍질 벗겨지도록 한 강선재를 연화시킬 필요가 있다.

강선재가 지나치게 높은 인장강도를 가지게 될 경우 드로잉 중에 파손을 일으키게 된다. 파손은 매우 강한 마르텐사이트나 베이나이트의 과냉조직이 있는 기지(site)로부터 시작된다. 이러한 문제점을 피하기 위해서는, 인장강도를 1200MPa보다 낮게, 가급적 1100MPa보다 낮게 감소시킬 필요가 있다. 이 인장강도는 특히 제한된 낮은 제한치를 갖지는 않지만, 쉐이빙 중에 칩을 처분한다는 관점에서 900MPa보다는 높아야 한다.

쉐이빙 작업에 영향을 주는 인자의 하나는 껍질벗겨진 칩(shaved chips)을 제거하는 것이다. 쉽게 파손되지 않는 칩은 칩퍼 근처에 머무르게 하고 껍질 벗겨야 할 강선재와 같이 있는 이들을 얽히게 만든다. 이렇게 되면, 칩은 균일한 쉐이빙을 방해하게 된다. 칩을 쉽게 제거되게 하려면, 강의 강도와 연성을 적절히 제한하여야 한다. 이러한 이유로, 본 발명은 스프링용 강이 70%, 가급적 그 중에서도 60%(최대) 이하의 감면율(연성의 바로미터로서의)을 갖도록 할 필요가 있다.

강선재는 낮은 인장강도를 가지더라도 조대한 퍼얼라이트(큰 층상간격의 폭을 가진 구조)를 포함한다면 항장력과 연성이 떨어지고 쉐브론 크랙(chevron cracks)과 같은 균열이 발생되게 된다. 이러한 이유로, 적절한 항장력과 연성이 필요하다. 이와 같이 본 발명은 스프링용 강이 가급적 40%보다 높은 감면율(연성의 바로미터로서)을 필요로 한다.

상술한 인장강도와 감면율은 압연된 그대로의 강선재(as-rolled wire rods)그대로이다. 만일 강선재가 특별한 값을 가지지 않는다면, 압연 후 아닐링함으로써 효과적으로 사용될 수 있게 된다.

본 발명에 따라, 이 연화(softening)는 아래와 같은 이유로 아닐링온도 T(K)에서 소정의 아닐링(t분)의 열처리 관계식이 T ×= 7300 ~ 15000(Kㆍmin.)이 되도록 873 - 1023K의 가열온도(T)에서 가스상으로 가열하는 저온아닐링 조건하에 연화가 수행되어야 한다. 즉,

고온에서 아닐링을 행하면, 강선재중의 구상 세멘타이트(globular cementite )가 구상화되어 드로잉된 와이어 중앙부에 쉐브론 크랙이 일어나게 된다. 쉐브론 크랙을 가진 드로잉된 와이어는 감면율이 증가될 수록 파손되기 쉽다. 아닐링 온도를 구상 세멘타이트가 생기지 않도록 아닐링온도를 비교적 낮게 하더라도 불충분한 연성으로 인해 파손이 드로잉 중에 발생된다. 다시 말해, 비교적 낮은 온도에서 아닐링하면 열처리 후라도 압연된 조직이 남도록 허용하게 된다. 따라서, 압연된 강선재는 연성이 낮은 조대한 퍼얼라이트로 주로 구성되어, 아닐링 다음에 수행되는 신선드로잉 중에 쉐브론 크랙으로 파손되기 쉽게 된다.

쉐브론 크랙을 가진 강선재는 드로잉 중에는 파손을 잘 일으키지 않더라도 그러나 드로잉된 와이어는 스프링으로 성형하여 제조할 때 파손을 일으킨다. 이 발견을 기초로 하여, 본 발명자 등은 파손을 일으킴 없이 드로잉과 코일링(coiling)을 원활히 수행함에 필요한 제반조건을 탐구하였다. 그 결과, 압연 다음에 오는 열처리온도와 가열시간과의 사이의 관계를 상술한 식으로 나타내었다.다시 말해, T ×= 7300 ~ 15000(Kㆍmin.)의 상한치를 초과할 경우에는 상술한 고온역에서의 아닐링을 행한 경우와 같은 문제가 일어나며, T ×= 7300 ~ 15000(Kㆍmin.)의 하한치를 밑돌 경우에도 상술한 아닐링온도가 비교적 낮은 경우와 같은 문제가 일어나게 되는 것임을 알게 된 것이다.

한편, "감면율"은 이 명세서에서 다음과 같이 정의된다.

감면율 (%) = (A-A')/A ×100

(여기에서 A는 인장시험용 시험편의 단면이고, A'는 인장시험 후 파손된 시험편의 단면을 나타낸다)

상술한 바의 제어된 기계적 성질을 가진 강선재는 제 1 도에서 나타나 있는바와 같이, 쉐이빙과 그린 드로잉성(green drawing properties)에 있어 만족스러움을 나타내고 있는데, 여기에서 스프링용 강의 기계적 성질이 가공성에 어떻게 가변되는가를 나타낸다.(인장강도 및 감면율)

제 1 도에서표는 드로잉성과 쉐이빙성이 우수한 강선재를, ×표는 이 가공성의 둘 중 하나 또는 둘다 결핍되어 있는 강선재를 나타낸다. (평가기준은 나중에 샘플로 설명하겠다). 제 1 도에서 인장강도의 최대치는 각 샘플별로 표시하고, 감면율의 최대 또는 최소치는 각 샘플별로 표시하였다.

본 발명자 등이 추가로 연구한 바, 다음 조건이 충족되면 상술한 특성을 가진 스프링용 강은 안정되게 제조될 수 있음을 알게 되었다.

강선재는 횡단면내에서의 표준편차(σ)가 20 이하이고, 가급적 15보다 적은 빅카스경도를 가져야 한다. 그 이유는 미세조직이 횡단면에서 가변될 때 그린 드로잉이 영향을 받는 것임을 발견한데서 설정된 것이다. 이 발견은 횡단면의 평면에서의 경도변화를 제어하기 위한 필요성을 제공한다. 다시 말하면, 횡단면내에서의 평면에서 빅카스경도가 크게 달라져 그 표준편차(σ)가 20을 초과하면 강선재는 가혹한 제조조건하에서는 파괴되기 쉽다.(횡단면에서의 불균일한 변형으로 인해) 이에 따라 스프링 가공 중에 파괴를 가져오는 쉐브론 크랙을 또한 만들기 쉽다.

파괴를 방지하기 위한 한가지 방법은 경도변화를 줄이는 것으로 이해된다. 강선재는 횡단면의 평면에서 380, 가급적 그 중에서도 370 이하인 빅카스경도를 가져야 한다. 이 강선재는 칩퍼상에 과도한 하중을 걸게되는 불균일하게 강한 부분을 가지면 필요한만큼 많이 깎여지지 않으면서, 마모만 증가시키고 직경만 확대시킨다. 상술한 인장강도는 강선재의 전 횡단면의 그것을 나타내나, 강선재의 횡단면에서 부분적으로 달라지는 것은 나타내지 않는다. 본 발명자들은 횡단면에서 측정된 빅카스강도는 횡단면에서 부분적으로 강도가 달라지는 것을 알게 되었다. 따라서, 본 발명은 인장강도 뿐 아니라 전술한 바와 같이 빅카스경도도 규정하고 있다.

한편, 마르텐사이트와 베이나이트와 같은 과냉조직이 존재한다면, 경도는 저온 아닐링으로 인해 감소되고, 드로잉성은 어느 정도까지 개선된다. 과냉조직은 저온 아닐링으로 연화되더라도 경도에 있어 퍼얼라이트조직에 유사하게 되면 드로잉으로 인해 계속 그 변형가공성을 달리하게 된다. 따라서, 강선재는 매우 심한 드로잉 조건 하에서는 파괴되기 쉽고, 드로잉된 강선(wire)은 스프링으로 가공하는 시점에서 쉐브론 크랙(파괴로 이어지게 함)을 만들기 쉽게 되는 것이다.

전술한 분율들은 과냉조직의 부분이 감소됨에 따라 덜 일어나게 된다. 이 분율은 가능하면 10% 이하, 그 중에서도 특히 5% 이하가 되도록 억제하여야 조직이 실질적으로 퍼얼라이트만으로 되거나 페라이트와 퍼얼라이트와의 조합이 되거나 한다.

본 발명에서는, 경도와 미세조직을 다음 방법으로 측정한다.

ㆍ경도는 JIS Z2244(빅카스경도)에 따라 측정한다. 이 측정은 강선재의 D/16, D/8, D/4 내의 각 단면적별로 4개 이상의 위치에서 측정하거나 강선재의 D/2 내의 단면적에서 13개 이상의 위치에서 측정한다.(강선재의 직경에 대한 D 스탠딩)

ㆍ미세조직 : 강선재의 단면은 광학현미경으로 관찰하고 과냉조직의 면적율을 측정한다.(가급적 이미지 분석장치를 이용하여 측정)

본 발명이 적용되는 강선재의 종류상에 특정제한은 없다. 강선재의 예에는 JIS G3522, G3560, G3561 호 같이 스프링강선을 쉐이빙 및 드로잉하도록 되어있는 규격에 규정된 SWOSC-V가 포함된다.

본 발명에 따른 스프링용 강은 양호한 기계적 성질(인장강도, 연신율, 감면율) 및 양호한 드로잉성(과도한 가공경화 없이)을 가질 수 있도록 기본적으로 다음의 화학성분조성을 가진다. 화학성분조성(중량%)의 대표적인 예는 다음과 같다.

C : 0.38 ~ 0.85중량%, Si : 0.25 ~ 2.10중량%, Mn : 0.2 ~ 1.0중량%, P ＜ 0.035중량%, S ＜ 0.035중량% 으로 구성되고 또한, Cr : 0.65 ~ 1.5중량%, Mo : 0.1 ~ 0.5중량%, V : 0.05 ~ 0.50중량%, Ni : 0.2 ~ 0.5중량%, Nb : 0.02 ~ 0.50중량%, Ti : 0.02 ~ 0.09중량% 와 Cu : 0.10 ~ 0.30중량%로부터 선택되는 하나 이상의 화학성분조성(총 2.5% 중량 이하)과 나머지는 철(Fe)과 불가피불순물로 구성된다. 이들 성분조성은 필요에 따라 특정요구에 맞도록 추가적인 성분을 함유할 수 있다.여기에서, C 은 그 하한치 이상의 성분을 가져야 필요한 강도를 확보할 수 있으나, 그 상한치를 넘으면 인성, 연성이 열화하고, 신선성과 그 후의 스프링가공성을 악화시킨다.Si 은 제강시 탈산에 필요한 성분으로서, 스프링성형후의 열처리시의 연화저항에 따른 스프링의 강도를 확보하기 위해 0.25중량% 이상을 함유하여야 하나 2.10중량%를 초과하면 인성, 연성이 열화되므로써, 신선성과 그 후의 스프링가공성을 악화시킨다.Mn 은 탈산에 필요한 성분원소로서 하한치 이상이라야 최소한의 효과를 발휘할 수 있으나, 상한치를 초과하면 전술한 바와 같이 인성, 연성, 신선성, 신선후의 스프링가공성이 나빠진다.P, S 등은 불순물로서 강재의 연성을 열화시킨다.Cr 은 필요로 하는 스프링 선의 강도확보를 위해 필요하나, 상한치를 초과하면 전술한 바와 같이 신선성과 신선후의 가공성을 악화시킨다.Mo 도 Cr 과 같이, 강도확보를 목적으로 하나 그 상한치를 초과하여 함유하면,칭효과를 극대화시키므로 압연재 제조시에 마르텐사이트를 발생시키고, 인성을 저하시켜 버리므로 상한치를 두어 규제한다.V, Nb, Ti 도 결정립 미세화를 촉진하고 연성을 향상시키나 그 상한치를 초과하면, 강재단계에서 조대한 탄화물, 질화물을 형성하여 연성을 열화시킨다.Cu, Ni 도 인성을 향상시키기 위해 첨가하나 그 상한치를 초과시켜도 그 효과가 포화되어 있어 상한치를 초과하는 첨가는 무익할 뿐이다.

본 발명의 요구를 충족시키는 스프링용 강은 방법이 특히 한정적으로 되는 것은 아니다. 예를 들면, 편석(偏析)이 비율 C_max/Co(최대치/래들치)가 1.2보다 낮은 비율로 되는 강이 얻어질 수 있는데 , 이러한 강은 마무리 압연 후의 온도가 콘베이어에 올려지기 직전에 850℃가 되도록 열간압연되어야 한다. 이렇게 해서 콘베이어에 올려져 나온 코일은 Ps점+15℃ ~ Pf점-15℃의 범위에서 1 ~ 4℃/초의 비율로 냉각되어야 한다. (Ps점은 퍼얼라이트 변태가 시작되는 점, Pf는 퍼얼라이트 변태가 끝나는 점). 압연강선재는 연화가 필요할 경우 2 ~ 3시간 570 ~ 690℃에서 아닐링되어야 한다.

본 발명에 따라 스프링용 강은 드로잉과 오일 템퍼링 사이에서 다음의 처리 중 어느 하나로 또는 다음의 처리 없이 드로잉과 오일 템퍼링으로 스프링용 강선재로 제조되어야 함을 알게 되었다.

(a) 쉐이빙(shaving) 및 이어지는 리드 파텐팅(lead patenting)

(b) T ×= 6700 ~ 12000(Kㆍmin.)의 시간(t분)동안 온도 823 ~ 973℃의 온도T(K)에서 가스상 상태에서 쉐이빙 및 이에 이어지는 열처리

(c) 쉐이빙 및 이에 이어지는 열처리, 즉, 표면경화층을 연화시키기에 충분한 정도의 단시간에 450 ~ 750℃에서 열처리

D/d = 2에서 권취능테스트(D는 스프링의 평균직경, d는 강선의 직경)를 통과한 오일 템퍼링된 강선(oil-tempered wire)을 제조한 결과 스프링용 강은 양호한 감김성 또는 권취능(windability)을 가짐을 알게 되었다.

실시예

본 발명은 다음 실시예를 참고하여 보다 상세히 설명한다. 이는 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고도 여러가지 변동과 수정을 가할 수 있기 때문이다.

Si - Cr 스프링용 강은 다음 표 1에 나타나 있는 화학성분조성을 가지고 있다. 이는 JIS SUP12에 대응되는 것으로 강선재로 압연되었다.(8.0mm 직경)

표1

스프링용 강은 C_max/Co가 1.0 ~ 1.5의 비율로 되는 편석을 갖고 있다. 이 압연은 압연 후 콘베이어 위에 올려지기 직전의 온도가 800 ~ 1050℃가 되도록 수행되었다. 이 강선은 0.1 ~ 10℃/sec의 비율로 냉각되었다. 이렇게 해서 나온 강선재는 600 ~ 700℃의 서로 다른 온도범위와 2 ~ 5시간의 서로 다른 시간범위에서 아닐링하였고, 이에 따라 여러가지 다른 특성을 갖게 되었다. 아닐링은 또한 서로 다른 시간대에서 550 ~ 700℃에서 가스상으로 수행되었다.

이렇게 하여 얻어진 강선재를 절단하고 단면(시편으로 얹은)을 연마하였다. 연마된 표면은 상술한 위치에서 빅카스경도로 측정하였다.(D/16, D/8, D/4 내에서의 각 단면역에 있는 4개의 위치 및 D/2 내의 단면역에서의 13개 위치). 위 연마표면을 엣칭시킨 후에, 그 면을 광학현미경으로 미세조직을 관찰하였고, 미세조직상의 분율(fraction)을 이미지분석(image analysis)로 계산하였다.

기계적 성질을 조사하기 위하여, 강선재를 100시험편으로 잘랐다. 각각 30㎝ 길이로 측정하여 자른 뒤 인장강도시험(인장시험기)과 감면율값을 구하였다.

산세와 인산염처리를 행한 후, 강선재를 쉐이빙 성질 및 드로잉 가능성을 구한 결과는 다음과 같았다.

쉐이빙은 D1 다이직경 7.7㎜를 이용하고 칩퍼직경 7.4㎜의 것을 사용하여 행하였다. 드로잉속도는 80m/분이었다.(드로잉속도는 50 ~ 70m/분의 통상적인 것으로, 본 발명의 효과를 강조하기 위해 선정하였다. 고속 드로잉속도에서, 칩퍼는 파괴되기 쉬웠다). 드로잉 가능시험편은 본 발명의 효과를 강조하기 위해 속도 80m/분에서 할 수 있는 것을 100m/분의 속도로 계속적으로 드로잉하였다.

드로잉성능(drawability)은 진입각 20°각도로 하여 드로잉 다이를 이용하여 평가하였다.(이 진입각은 통상의 12°에 비해 큰 것으로, 본 발명의 효과를 강조하기 위해 선정한 것이다. 이와 같이 큰 진입각으로, 드로잉 다이는 컵 모양의 파괴상태를 만들게 된다). 이 다이를 통해 드로잉을 가능하게 하는 시편은 예외적으로 진입각 30°로 이들 다이를 통해 연속적으로 드로잉하므로써 본 발명의 효과를 더욱 강조하였다. 이 진입각은 산업용으로는 통상 이용되고 있지 않은 각이다.

오일 템퍼링이 진행되는 전술한 조건 하에 드로잉되는 강선(3.35mm 직경)은 1950MPa의 강도를 가진 것임을 알게 되었다. 이들은 본 발명의 효과를 확인하기 위해 권취능(windability)(D/d=2)으로 조사되었다.

표 2는 스프링용 강의 기계적 성질을, 표 3은 그 결과에 대한 평가를 나타낸다. 표 3에서의 표시들은 다음 범위를 나타낸다.

쉐이빙성(shaving properties) :

: 문제없음

△ : 직경에 있어 약간 증가를 제외하고는 문제없음

× : 칩퍼의 파괴

드로잉성(Drawability)

: 감면율 80% 이상의 높은 드로잉 가능

× : 파괴

권취능(windability) :

: 파괴없음

× : 파괴

표 2

표 3

표 2와 표 3은 쉐이빙성과 관련하여 다음의 내용을 알게 해준다. 고인장강도를 가진 비교시험편(C-1, C-2, C-5)은 드로잉속도를 80m/분으로 하였을 때 칩퍼를 파괴하였다. 비교시험편(C-4)은 드로잉속도 100m/분에서는 칩퍼에서 칩을 엉키게 하였다. (칩퍼에 대하여 강선재를 압축한 엉킨 칩들은 불균일한 쉐이빙을 가져왔다). B-3 샘플 및 B-5 샘플은 쉐이빙할 때에는 문제가 없었다. 그러나 이들은 쉐이빙 시작과 끝단계에서 직경 0.05mm가 증가되었다. 다른 샘플들은 문제를 일으키지않았으며 직경 0.02mm 이하로 증가되는데 그쳤다.

표 2 및 표 3도 다음과 같이 드로잉성을 고려하고 있다. 즉, 비교샘플(C-1, C-3, C-5)은 높은 인장강도 또는 낮은 감면율을 가지고 있어 20°의 진입각으로 다이를 통해 드로잉할 때에는 컵 형상의 파괴가 일어났다. 다른 샘플들도 그 직경이 3.35mm로 감소되었다. 오일 템퍼링 후에, 강선(wire)을 권취능테스트(windability test)에 걸었다. 이 강선은 C-2에서 컵 형상의 파괴를 나타내었다.

샘플(A-1, A-2, B-1 ~ B-6, C-4)는 드로잉성이 우수한 것임을 알게 되었다. 이들은 다이를 통해 30°진입각으로 드로잉됨으로써 본 발명의 효과를 확인시켜 주었다. 샘플 B-1과 샘플 B-6는 감면율이 80%를 넘기 전에 컵 형상의 파괴를 가져왔다. 오일 템퍼링 후, 강선을 A-1, A-2, B-2 ~ B-5로부터 권취능테스트에 걸었다.

앞서의 결과는 양호한 쉐이빙성과 드로잉성에 대한 요구조건은 스프링용 강이 A-1, A-2, B-1 ~ B-6의 특성을 가질 때에만 층족시킬 수 있음을 말해준다. 더욱이 스프링용 강은 일정 조건하에서 안정되게 진행되게 될 경우에는 A-1 및 A-2의 특성을 가져야 한다.

전술한 바와 같은 동일성분조성을 가진 스프링용 강은 여러 종류의 (고인장강도를 가진) 강선재로 만들어지는데, 이는 표 4에서 나타나 있는 바와 같이 압연조건에 따라 가변된다. 이들 강선재는 서로 다른 조건에서 연화되므로 따라서 인장강도를 변화시켰다. 다음, 이들은 감면율을 달리하여 드로잉하였고, 드로잉된 강선은 쉐이빙성 및 물리적 성질을 조사하였다. 그 결과는 표 4와 같았다.

표 4

표 4는 빌렛트(155 ×155mm)를 고인장강도를 가진 강선재(직경 8.0mm)로 압연하여 얻어지는 강선재를 시험한 결과를 나타낸다. 이 강선재는 그 인장강도를 줄이고 감면율을 늘이기 위해 아닐링하였다. 표 4에서 주목할 점은 압연 그대로의 상태에서 고인장강도와 저감면율을 가진 강선재가 적절한 조건하에 적절한 인장강도 및 감면율을 얻도록 아닐링시키면 양호한 쉐이빙성을 나타낸다는 점이다. 이는 특히 아닐링된 강선재 5번 및 7번 코드에서의 강선재에서 사실임이 뒷받침된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 쉐이빙성 및 그린 드로잉성 양쪽 모두 우수한 스프링용 강을 제공한다. 이들 성질은 스프링용 강에 매우 중요하다. 그러므로써 이 스프링용 강은 소정의 조건하에 스프링 소재인 강선재로 공정처리될 수 있는 것이다.

Claims (14)

1. C : 0.38 ~ 0.85중량%, Si : 0.25 ~ 2.10중량%, Mn : 0.2 ~ 1.0중량%, P ＜ 0.035중량%, S ＜ 0.035중량%와, 또한 Cr : 0.65 ~ 1.5중량%, Mo : 0.1 ~ 0.5중량%, V : 0.05 ~ 0.50중량%, Ni : 0.2 ~ 0.5중량%, Nb : 0.02 ~ 0.50중량%, Ti : 0.02 ~ 0.09중량%, Cu : 0.10 ~ 0.30중량%의 성분 중 적어도 하나 이상의 성분을 선택 구성하되 그 선택성분의 총량이 2.5중량% 이하 되도록 한 스프링용 강(spring用 鋼)에 있어서,

   상기 강을 압연한 후의 기계적 성질이

   인장강도≤1200Mpa

   40%≤감면율≤70%

   의 기계적 성질을 가지는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 스프링용 강(spring用 鋼).
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 강재는 아닐링온도(T(K))와 아닐링 소정시간(t분)의 관계식이 T ×= 7300 ~ 15000(Kㆍmin.)이 되도록 873 - 1023K의 온도(T)에서 가스상으로 가열하는 저온 아닐링 조건 하에 연화되게 하여 상기 제 1 항에 기재된 기계적 성질을 얻도록 한 것을 특징으로 하는 스프링용 강.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 강재는 퍼얼라이트만으로 구성되거나 또는 페라이트와 퍼얼라이트가 같이 구성되고 또한 과냉조직의 분율이 10% 이하인 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 스프링용 강.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 강재는 횡단면내에서의 경도변화를 나타내는 표준편차(σ)가 20 이하의 빅카스경도를 가지는 스프링용 강.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 강재는 그 횡단면으로 되는 평면에서 빅카스경도가 380 이하의 스프링용 강.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 3 항에 있어서, 상기 강재는 퍼얼라이트만으로 구성되거나 또는 페라이트와 퍼얼라이트가 같이 구성되고, 또한 과냉조직의 분율이 10% 이하인 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 스프링용 강.
12. 제 3 항에 있어서, 상기 강재는 그 횡단면내에서의 경도변화를 나타내는 표준편차(σ)가 20 이하인 빅카스경도를 가지는 스프링용 강.
13. 제 3 항에 있어서, 상기 강재는 그 횡단면으로 되는 평면에서 빅카스경도가 380 이하인 스프링용 강.
14. 상기 스프링용 강의 제조방법은 드로잉(drawing), 쉐이빙(shaving) 및 오일 템퍼링(oil tempering)으로 구성되고, 이는 연속적으로, 또는 다음의 (a) ~ (c) 처리 중 어느 하나와, 오일 템퍼링이 차례대로 수행되는 것을 특징으로 하는 스프링용 강의 제조방법.

    (a) 리드 파텐팅처리(Lead patenting treatment)

    (b) T ×= 6700 ~ 12000(Kㆍmin.)이 되도록 823 - 973K의 가열온도(T)에서 소정시간(t분) 가스상으로의 열처리(여기에서 T는 가열온도(K)이고 t는 가열시간(분)임)

    (c) 표면경화층을 연화시키기에 충분한 450 ~ 750℃에서의 단시간 열처리