KR101008807B1

KR101008807B1 - 에어백 인플레이터용 보틀 부재의 제조 방법

Info

Publication number: KR101008807B1
Application number: KR1020087013931A
Authority: KR
Inventors: 다카시 다카노
Original assignee: 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2011-01-14
Also published as: ES2525791T3; JP5228492B2; US20070246130A1; TW200801207A; EP1983065B1; WO2007091585A1; EP1983065A1; US20100126634A9; KR20080068737A; CN101374966A; CA2630797A1; CN101374966B; US7749339B2; EP1983065A4; CA2630797C; JPWO2007091585A1; TWI318646B; PL1983065T3

Abstract

이니시에이터 등을 장착하기 위한 축경부를 관 말단에 갖는 관체로 이루어지고, 축경부가 비축경부와 동등한 양호한 저온 인성을 갖는 에어백 인플레이터용 보틀 부재가 다음의 방법으로 제조된다. C : 0.05∼0.20%, Si : 0.1∼1.0%, Mn : 0.10∼2.0%, Cr : 0.05∼2.0%, sol. Al : 0.10% 이하, Ca : 0.0003∼0.01%, 임의 첨가 원소로서, Cu : 1.0% 이하, Ni : 1.5% 이하, Mo : 1.0% 이하, V : 0.2% 이하, Nb : 0.1% 이하 또는 Ti : 0.1% 이하의 1종 또는 2종 이상, 잔부 Fe 및 P : 0.025% 이하 및 S : 0.010% 이하를 포함하는 불순물로 이루어지는 강 조성을 갖는 강관에 냉간 가공을 행하여, 소정의 길이로 절단하고, 절단된 강관의 적어도 한쪽의 관 말단부에 축경 가공을 행한 후에, 담금질 및 템퍼링을 행한다.

Description

에어백 인플레이터용 보틀 부재의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING BOTTLE MEMBER FOR AIR BAG INFLATOR}

본 발명은, 에어백 인플레이터용 보틀 부재의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은, 이니시에이터(initiator)나 덮개판(lid plate)을 장착하기 위해 관 말단에 설치한 축경부(縮徑部)가 비축경부와 동등한 양호한 저온 인성을 갖는 에어백 인플레이터용 보틀 부재의 제조 방법에 관한 것이다.

자동차의 안전성을 증대시키기 위해 운전석과 조수석에 에어백을 탑재하는 것은, 이미 표준 장비가 되어가고 있다. 또, 자동차에 탑재되는 에어백의 종류나 개수는 최근 점점 더 증가하고 있고, 측면 충돌용의 사이드 에어백이나 커튼 에어백, 하지를 보호하는 니 에어백(knee airbag) 등도 개발되어 있다.

에어백의 작동 방식에는, 폭발성 약품을 사용하여 에어백 전개용의 가스를 발생시키는 약품형과, 인플레이터(또는 어규뮬레이터)라고 불리는 부재에 에어백 전개용의 고압 가스를 충전한 하이브리드형(축압형도 포함한다)이 있다. 최초에 개발된 것은 약품형이지만, 에어백 전개 속도의 응답성의 향상과 가스 압력의 조정의 요망으로부터 하이브리드형이 개발되었다. 또, 비교적 긴 유지 시간이 요구되는 커튼 에어백용으로 축압형이 개발되어 있다. 현재는 에어백에 요구되는 성능, 탑재 장소 등에 따라 이들의 타입이 구분되어 사용되고 있다.

일반적인 하이브리드형(축압형도 포함한다) 에어백의 인플레이터는, 양단이 드로잉 가공에 의해 축경된 짧은 강관으로 이루어지는 보틀 부재의 일단(에어백에 연결되는 측의 단부)을 덮개판의 용접에 의해 폐쇄하고, 타단에는 이니시에이터(에어백 기동 장치)를 장착한 구조를 가지며, 내부에는 고압의 불활성 가스가 충전되어 있다. 충돌을 감지하면, 기계적, 혹은 내압의 상승에 의해 덮개판이 개구하여, 인플레이터 내부의 고압 가스가 단숨에 에어백 내로 분출되어, 에어백이 부풀어오른다.

따라서, 하이브리드형(축압형도 포함한다) 에어백용 인플레이터의 제작에 사용되는 보틀 부재에는, 극히 단시간 내에 큰 왜곡 속도로 응력이 부하된다. 이 때문에, 종래의 압력 실린더나 라인 파이프와 같은 단순한 구조물과는 달리, 이 보틀 부재에는, 높은 치수 정밀도, 가공성 및 용접성에 더하여, 고강도와 우수한 내버스트성(burst resistance), 또한 높은 인성이 요구된다. 자동차는 한랭지에서도 사용되기 때문에, 내버스트성은 -40℃ 이하와 같은 저온에서 확보되지 않으면 안 된다.

또, 내부에 폭발성 약품이 충전되는 약품형 에어백의 인플레이터에서도, 충돌시에 가스가 발생하면 내부는 고압이 된다. 최근에는, 약품의 고성능화에 따라 발생 압력이 높아져, 하이브리드형과 동일한 내버스트 성능이, 약품형 에어백 인플레이터용의 보틀 부재에도 요구되게 되었다.

본 발명에 있어서, 에어백 인플레이터용 보틀 부재란, 에어백 또는 다른 탑 승자 구속 시스템의 전개에 사용되는 고압 가스 및/또는 추진제(폭발성 약품)를 수용하는 강제(鋼製) 저장 부위(즉, 인플레이터)의 제작에 이용되는, 적어도 한쪽의 단부가 축경된 관체로 이루어지는 강제 부재를 의미한다.

이 보틀 부재는, 덮개판, 이니시에이터 등을 용접 등에 의해 장착함으로써 내부를 밀폐 공간으로 하여, 인플레이터로서 사용된다. 에어백의 종류는, 하이브리드형(축압형을 포함한다)과 약품형 중 어느 것이어도 된다. 하이브리드형(축압형을 포함한다)의 경우에는 인플레이터의 내부에 고압 가스가 충전되고, 약품형의 경우에는, 밀폐하기 전에 인플레이터 내부에 추진제가 충전된다.

상술한 바와 같이, 에어백 인플레이터용 보틀 부재에는, 고강도화, 박형화, 소형화 또한 고인성화가 고레벨로 요구된다.

에어백 인플레이터용 보틀 부재의 종래의 일반적인 제조 방법에서는, (a) 가공 소재의 강관(강관)에 담금질 및 템퍼링을 행하고, 다음에 드로잉 가공 및 응력 제거 소둔(燒鈍)을 행하거나, 또는 (b) 가공 소재의 강관에 드로잉 가공을 행한 후 담금질 및 템퍼링을 행한다. 그 후, 강관을 소정의 길이로 절단하여, 이니시에이터 등의 부품을 장착할 수 있도록 하기 위해, 적어도 한쪽, 혹은 양측의 관 말단에 축경 가공을 행하고, 또한 피어싱 가공이나 국부적인 예를 들면 구형상의 압입 가공, 덮개판이나 이니시에이터의 용접에 의한 장착 등의 다양한 가공을 행한다. 예를 들면, 하기의 일본 특허 공보를 참조한다. 일본 특허공개 평8-325641호 ; 일본 특허공개 평10-140250호 ; 일본 특허공개 평10-140283호 ; 일본 특허공개 2002-294339호 ; 일본 특허공개 2003-201541호 ; 일본 특허공개 2005-60796호.

에어백 인플레이터에 대해서는, 일반적으로 -40℃의 저온역으로부터 +80℃∼90℃의 고온역까지의 동작 보증이 자동차 메이커로부터 요구된다. 이 동작 보증에 더하여, 인플레이터의 더욱 높은 안전성을 확보하기 위해, 강관을 절단하여 축경 가공을 실시한 에어백 인플레이터 제조용의 관형상 부재(본 명세서에서는 에어백 인플레이터용 보틀 부재라고 한다)에 대해, -40℃에서의 버스트 시험에 있어서 취성 파면을 나타내지 않는 고인성이 요구되게 되었다.

이니시에이터 등의 장착에 필요한 에어백 인플레이터용 보틀 부재의 축경부는, 축경 가공을 받고 있지 않은 비축경부에 비해 일반적으로 인성이 저하하는 경향이 있다. 지금까지의 저온 버스트 시험에서도, 축경부의 형상에 따라 차이는 있지만, 축경부의 인성 저하 개소가 깨짐의 기점이 되어 취성 파면을 나타내는 경우가 있었다.

본 발명은, 축경부가 비축경부와 동등한 양호한 저온 인성을 갖고, 그에 따라 -40℃에서 저온 버스트 시험했을 때에 취성 파면을 나타내지 않는, 저온 인성이 우수한 에어백 인플레이터용 보틀 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

약술하면, 본 발명은, 가공 소재의 강관에 냉간 가공 및 관 말단의 축경 가공을 행한 후에 담금질 및 템퍼링을 행하도록 보틀 부재의 제조 공정의 순서를 변경함으로써, 에어백 인플레이터용 보틀 부재의 축경부의 저온 인성을 비축경부와 동일 레벨로 향상시킬 수 있다는 독창적인 지견에 의거한다.

본 발명은, 적어도 일단에 축경부를 갖는 관체로 이루어지는 에어백 인플레이터용 보틀 부재의 제조 방법으로서, C : 0.05∼0.20%(본 명세서에서는 특별히 지정하지 않는 한, 조성에 관한 「%」는 모두 「질량%」를 의미한다), Si : 0.1∼1.0%, Mn : 0.10∼2.0%, Cr : 0.05∼2.0%, sol. Al : 0.10% 이하, Ca : 0.01% 이하, 경우에 따라 임의 첨가 원소로서 Cu : 1.0% 이하, Ni : 1.5% 이하, Mo : 1.0% 이하, V : 0.2% 이하, Nb : 0.1% 이하, 및 Ti : 0.1% 이하로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 본질적으로 이루어지고, 이 불순물 중의 P 함유량이 0.025% 이하, S 함유량이 0.010% 이하인 강 조성을 갖는 강관에 냉간 가공을 행하여, 냉간 가공된 강관을 소정의 길이로 절단하고, 절단된 강관의 적어도 한쪽의 관 말단부에 축경 가공을 행한 후, 강관에 담금질 및 템퍼링하여 비축경부의 인장 강도를 700MPa 이상으로 하는 것을 포함하는, 에어백 인플레이터용 보틀 부재의 제조 방법이다.

본 발명의 에어백 인플레이터용 보틀 부재는, 하이브리드형(축압형을 포함한다) 및 약품형 중 어느 타입의 에어백에도 적용할 수 있다.

본 발명에 의해, 이니시에이터 등을 장착하기 위한 축경부가 비축경부와 동등한 양호한 저온 인성을 갖고, 따라서, 내버스트성과 신뢰성이 우수한 에어백 인플레이터용 보틀 부재를 제조할 수 있다. 축경부는, 절단된 강관의 적어도 한쪽의 관 말단 혹은 양쪽의 관 말단에 형성된다. 또, 관 말단 이외의 부위에 축경부를 더 형성하는 것도 가능하다.

도 1은 인장 시험편의 단면 형상을 도시한 설명도이다.

도 2는 버스트 시험 방법을 도시한 설명도이다.

본 발명에 따른 에어백 인플레이터용 보틀 부재의 제조 방법의 실시 형태의 일례를 구체적으로 설명한다. 본 실시 형태에서는, (ⅰ) 강관의 제조, (ⅱ) 제1 열처리, (ⅲ) 냉간 가공, (ⅳ) 제2 열처리, (ⅴ) 교정, (ⅵ) 절단, (ⅶ) 축경 가공, (ⅷ) 담금질 및 템퍼링의 각 공정을 거쳐, 에어백 인플레이터용 보틀 부재를 제조한다. 이하에서는 각 공정에 대해 공정 순으로 설명한다.

(ⅰ) 강관의 제조

본 실시 형태에 있어서 가공 소재로서 이용하는 강관(소관(素管))의 조성은, C : 0.05∼0.20%, Si : 0.1∼1.0%, Mn : 0.10∼2.0%, Cr : 0.05∼2.0%, sol. Al : 0.10% 이하, Ca : 0.01% 이하, 경우에 따라 임의 첨가 원소로서 Cu : 1.0% 이하, Ni : 1.5% 이하, Mo : 1.0% 이하, V : 0.2% 이하, Nb : 0.1% 이하, 및 Ti : 0.1% 이하로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 본질적으로 이루어지고, 이 불순물 중의 P 함유량이 0.025% 이하, S 함유량이 0.010% 이하인 강 조성을 갖는다. 이하에, 조성의 한정 이유를 설명한다.

C : 0.05% 이상, 0.20% 이하

C는, 염가로 강의 강도를 높이는데 유효한 원소이다. C 함유량이 0.05% 미만이면 원하는 700MPa 이상과 같은 고강도가 얻기 어려워진다. 한편, C 함유량이 0.20%를 넘으면, 강의 가공성 및 용접성이 저하한다. 그래서 C 함유량은 0.05% 이상, 0.20% 이하로 한다. C 함유량의 바람직한 범위는 0.08% 이상, 0.20% 이하이 고, 보다 바람직한 범위는 0.12% 이상, 0.17% 이하이다.

Si : 0.1% 이상, 1.0% 이하

Si는, 탈산 작용을 가짐과 더불어 강의 담금질성을 높여 강도를 향상시키는 원소이다. Si의 이들 작용을 고려하여, Si를 0.1% 이상 함유시킨다. 그러나, Si 함유량이 1.0%를 넘으면 강의 인성이 저하한다. 그래서, Si 함유량은 0.1% 이상, 1.0% 이하로 한다. Si 함유량의 바람직한 범위는 0.2% 이상, 0.5% 이하이다.

Mn : 0.10% 이상, 2.0% 이하

Mn은, 탈산 작용이 있음과 더불어, 강의 담금질성을 높여 강도와 인성을 향상시키는데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해 Mn을 0.10% 이상 함유시킨다. 한편, Mn 함유량이 2.0%를 넘으면, 개재물로서 석출하는 MnS이 조대화(粗大化)하고, 그것이 열간 압연시에 늘어나, 강의 인성을 저하시킨다. 그래서, Mn 함유량은 0.10% 이상, 2.0% 이하로 한다. Mn 함유량은 바람직하게는 0.20% 이상, 1.0% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.30% 이상, 0.80% 이하이다.

Cr : 0.05% 이상, 2.0% 이하

Cr은, 강의 강도와 인성을 높이는데 유효한 원소이다. Cr 함유량이 0.05% 미만에서는 이러한 고강도를 얻는 것은 어렵다. 한편, Cr 함유량이 2.0%를 넘으면, 용접부의 인성 저하를 초래한다. 그래서, Cr 함유량은 0.05% 이상, 2.0% 이하로 한다. Cr 함유량은, 0.2% 이상, 1.0% 이하가 바람직하고, 0.4% 이상, 0.8% 이하가 더욱 바람직하다.

또한, 용접부는, 소관(blank tube)이 전봉(電縫) 강관과 같은 용접 강관인 경우의 용접부에 더하여, 보틀 부재에 덮개판이나 이니시에이터를 용접에 의해 장착하는 경우의 용접부를 포함한다. 따라서, 소관이 이음매가 없는 강관인 경우에도, 에어백 인플레이터는 용접부를 갖는다.

sol. Al : 0.10% 이하

Al은, 탈산 작용을 갖고, 강의 인성 및 가공성을 높이는데 유효한 원소이다. 그러나, sol. Al량이 0.10%를 넘는 양의 Al을 함유시키면, 샌드 마크의 발생이 현저해진다. Al 함유량(sol. Al량)은 불순물 레벨이어도 되므로, 그 하한은 특별히 정하지 않지만, 0.005% 이상으로 하는 것이 바람직하다. Al 함유량의 바람직한 범위는 0.005% 이상, 0.05% 이하이다.

Ca : 0.01% 이하

Ca은, 극미량 함유시킴으로써, 에어백 인플레이터용 보틀 부재의 내버스트성을 더욱 양호하게 할 수 있다. 특히, Ca을 0.0003% 이상 함유시키면, 인성의 이방성을 개선하여 강관의 T방향 인성을 높이고, 이에 따라 내버스트성을 한층 높일 수 있다. 그러나, Ca 함유량이 0.01%를 넘으면, 클러스터형상의 개재물이 강 중에 석출하게 되어, 샌드 마크의 문제가 발생한다. 그래서, Ca 함유량은 0.01% 이하로 한다. 바람직한 Ca 함유량은, 0.0003% 이상, 0.01% 이하이고, 0.0005% 이상, 0.003% 이하가 더욱 바람직하다.

본 실시 형태에서는, 강의 강도, 내버스트성, 및/또는 용접성을 더욱 개선하는 목적으로, 상기의 성분에 더하여, 임의 첨가 원소로서, Cu, Ni, Mo, V, Nb 및 Ti으로부터 선택한 1종 또는 2종 이상을 강에 함유시킬 수 있다.

Cu : 1.0% 이하

Cu는 강의 인성을 향상시키는 작용을 나타낸다. Cu의 이 효과는, 불순물 레벨의 함유량이어도 얻어지지만, 보다 현저하게 그 효과를 얻기 위해서는, Cu 함유량을 0.05% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Cu는 강의 열간 가공성을 저하시키므로, Cu를 함유하는 경우에는 Ni도 함유시켜, 열간 가공성을 확보하는 것이 바람직하다. 한편, Cu 함유량이 1.0%를 넘으면, Ni과 복합 첨가시켜도 양호한 열간 가공성을 확보할 수 없는 경우가 있다. 따라서, Cu를 함유하는 경우에 그 함유량은 1.0% 이하로 한다.

Ni : 1.5% 이하

Ni은, 강의 담금질성과 인성을 높이는 작용을 갖는다. Ni의 이러한 작용은 불순물 레벨의 함유량이어도 얻어지지만, 보다 현저하게 그 효과를 얻기 위해서는, Ni 함유량이 0.05% 이상인 것이 바람직하다. 그러나, Ni은 고가의 원소이고, 특히 함유량이 1.5%를 넘으면, 비용 상승이 현저해진다. 그래서, Ni을 함유하는 경우에 그 함유량은 1.5% 이하로 한다. Ni 함유량은 0.05% 이상, 1.5% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1% 이상, 1.0% 이하이다.

Mo : 1.0% 이하

Mo에는, 강의 담금질성 개선 효과에 더하여, 고용 강화 및 석출 강화에 의해 강도를 높이는 작용도 있다. Mo의 이들 작용은, 불순물 레벨의 함유량이어도 얻어지지만, 보다 현저하게 그 효과를 얻기 위해서는, Mo은 0.05% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Mo의 함유량이 1.0%를 넘으면, 용접부가 경화하여 인성이 저하한다. 그래서, Mo을 함유하는 경우에 그 함유량은 1.0% 이하로 한다. Mo 함유량은 0.05% 이상, 0.06% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.10% 이상, 0.50% 이하이다.

V : 0.2% 이하

V은 강의 담금질성을 향상시킨다. 이 V의 작용은 불순물 레벨의 함유량이어도 얻어진다. 또한, V에는 석출 강화에 의해 강도를 높이는 작용도 있다. 이러한 V에 의한 작용을 확실하게 하기 위해서는, 0.01% 이상의 V을 함유시키는 것이 바람직하지만, 함유량이 0.2%를 넘으면 강의 인성이 저하한다. 그래서, V을 함유하는 경우에 그 함유량은 0.2% 이하로 한다. V 함유량은 0.01% 이상, 0.2% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.03% 이상, 0.1% 이하인 것이 더욱 바람직하다.

Nb : 0.1% 이하

Nb는 강의 인성을 향상시킨다. Nb에 의한 이 작용은 불순물 레벨의 함유량이어도 얻어지지만, 보다 현저하게 그 효과를 얻기 위해서는, Nb 함유량은 0.003% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.005% 이상으로 한다. 그러나, Nb의 함유량이 0.1%를 넘으면, 오히려 강의 인성이 저하한다. 따라서, Nb를 함유하는 경우에 그 함유량은 0.1% 이하로 한다. 보다 바람직한 Nb 함유량의 범위는 0.003% 이상, 0.03% 이하이고, 더욱 한층 바람직한 범위는 0.005% 이상, 0.02% 이하이다.

Ti : 0.1% 이하

Ti은, 탈산 작용을 갖는 원소이다. 또한 N와의 친화력이 강하고, 고온에서 Ti 질화물로서 안정하게 존재한다. 따라서, 열간 압연시의 결정립 성장을 억제하고, 인성 향상에 기여한다. Ti의 이들 효과를 보다 현저하게 얻기 위해서는, Ti 함유량을 0.002% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.005% 이상으로 한다. 그러나, Ti 함유량이 0.1%를 넘으면, 오히려 강의 인성이 저하한다. 그래서, Ti를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.1% 이하로 한다.

본 실시 형태의 강관의 강 조성에 있어서의 상술한 이외의 성분은, Fe 및 불가피적 불순물이다. 불순물로서는, P, S, O, N 등의 비금속, 및 원료나 제관(製管) 공정으로부터 미량으로 혼입할 수 있는 금속 불순물이 있다. 본 실시 형태에서는, 불순물 중의 P 및 S, 및 바람직하게는 O의 함유량을 다음과 같이 제한한다.

P : 0.025% 이하

P은, 입계 편석에 기인하는 강의 인성 저하를 초래한다. 특히, P 함유량이 0.025%를 넘으면, 강의 인성 저하가 현저해진다. 그래서, 불순물로서의 P의 함유량은 0.025% 이하로 한다. P 함유량은 0.020% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.015% 이하이면 더욱 바람직하다.

S : 0.010% 이하

S은, 특히 강관의 T방향(원주 방향)의 인성을 저하시킨다. 특히, S 함유량이 0.010%를 넘으면, 강관 T방향의 인성 저하가 현저해진다. 그래서, 불순물로서의 S의 함유량은 0.010% 이하로 한다. S 함유량은 0.005% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.003% 이하이면 한층 바람직하다.

O(산소) :

본원 발명에 있어서는, O를 특별히 한정하는 것은 아니다. 그러나, 에어백 인플레이터용 보틀 부재는, 예를 들면 -40℃와 같은 저온에서 버스트 시험에 사용된다. 이 때에, 불순물인 O 함유량이 0.0030%를 넘으면 개재물이 증가하고, 이들 개재물이 버스트 깨짐의 기점이 되어, 강 조성에 따라서는 규정의 버스트압을 만족하지 않게 되는 경우가 있다. 또, 규정의 버스트압을 만족하는 경우여도, 강 조성에 따라서는 버스트압이 불균일해지는 원인이 될 가능성도 있다. 그래서, 불순물인 O 함유량은, 0.0030% 이하로 하는 것이 바람직하다. O 함유량은 0.0020% 이하인 것이 보다 바람직하다. 단, 실시예에도 나타낸 바와 같이, O 함유량이 0.0050% 이하이면, 충분한 내버스트성이 얻어지는 경우가 많다.

본 발명에 따라 냉간 가공 및 열처리가 실시되는 강관은, 맨드릴 밀(mandrel mill) 혹은 아셀 밀(assel mill)을 이용하여 제조되는 이음매가 없는 강관과, 전봉 강관 혹은 아크 용접 강관과 같은 용접 강관 중 어느 것이어도 된다. 인플레이터의 신뢰성을 높이기 위해서는 이음매가 없는 강관 쪽이 바람직하다. 이음매가 없는 강관이나 용접 강관의 제관법은 특별히 제한되지 않는다.

가공 소재의 강관의 치수도 특별히 제한되지 않지만, 냉간 가공 후에 소정 치수의 보틀 부재가 되도록 선택한다.

(ⅱ) 제1 열처리

본 실시 형태에서는, 가공 소재의 강관에 대해, 냉간 가공 전에 필요에 따라 제1 열처리를 행한다. 이 제1 열처리는, 냉간 가공을 확실하게 행하기 위한 것이고, 열처리 없이 냉간 가공이 가능하면 생략할 수 있다. 제1 열처리로서는, 예를 들면 600℃ 이상, 700℃ 이하의 저온역에서의 저온 소둔을 예시할 수 있다.

(ⅲ) 냉간 가공

강관 전체에, 예를 들면 냉간 드로잉이나 냉간 압연과 같은 냉간 가공을 행한다. 이 냉간 가공의 목적은, 인플레이터로의 가공(관 말단부의 축경 가공) 전의 강관의 치수 편차를 작게 하는 것이고, 그것은, 결과적으로, 인플레이터 가공 후의 버스트압의 편차를 저감하는 것으로 이어진다. 구체적으로는, 강관의 치수 편차가, 외경 : 1% 이하 또는 0.2mm 이하, 두께 : 10% 이하 또는 0.4mm 이하로 억제되도록 냉간 가공을 행하는 것이 바람직하다. 피가공재가 관이므로, 냉간 가공은 드로잉에 의해 행하는 것이 간편하다.

관 말단부의 축경 가공 전의 강관의 치수 편차가 크면, 축경 가공 후의 축경부에 주름이 발생하거나, 담금질 및 템퍼링에 의해 생기는 치수 변화에 의해, 이니시에이터의 용접시에 용접 작업을 행할 수 없는 것과 같은 문제가 발생한다.

(ⅳ) 제2 열처리

상기와 같이 냉간 가공한 강관에, 냉간 가공에 의해 생긴 냉간 가공 왜곡을 제거하기 위해, 필요에 따라 제2 열처리를 행한다. 제2 열처리를 행하여 냉간 가공 왜곡을 제거하는 것이, 후에 관 말단부에 행하는 축경 가공에 있어서의 문제점을 해소하기 위해서는 바람직하다. 이 응력 제거(SR, stress relief)를 목적으로 하는 제2 열처리는, 예를 들면 500℃ 이상, 700℃ 이하 정도에서의 저온 소둔을 예시할 수 있다.

(ⅴ) 교정

다음에, 강관에 대해 교정을 행하여, 강관의 치수 또는 형상을 목표치로 한다. 이 교정은, 롤러 가공 등의 주지의 관용 수단에 의해, 필요에 따라 행하면 된다.

(ⅵ) 절단

이와 같이 하여 제조된 강관을 소정의 길이(본 실시 형태에서는 200mm)로 절단한다. 이 절단도 주지의 관용 수단에 의해 행하면 된다. 예를 들면, 밴드 소(band saw)나 메탈 소 등이 가능하다

(ⅶ) 축경 가공

절단된 강관에, 그 양단에 축경 가공(인플레이터 가공)을 행하여, 에어백 인플레이터용 보틀 부재로 한다. 인플레이터에 연결되는 이니시에이터나 덮개판 등의 연결부는, 버스트 작동시에 응력이 저감하도록 축경 가공되어 있으므로, 그들에 연결되는 인플레이터의 관 말단부는, 연결되는 상대 부재(이니시에이터, 덮개판 등)의 연결부의 형상에 맞추어 축경 가공을 행할 필요가 있다. 이 축경 가공도 주지 관용의 수단에 의해 행하면 된다. 예를 들면, 스피닝, 프레스 가공 등이 가능하다.

종래는 축경 가공 전에 강관에 담금질 및 템퍼링을 행하여, 인플레이터 가공 전의 강관 전체에 소정의 인장 강도를 확보하고 있었다. 그러나, 그렇게 하면, 축경 가공 후의 축경부의 인성이 비축경부에 비해 현저하게 저하하여, 인플레이터의 내버스트성, 따라서 신뢰성이 현저하게 저하하는 것이 판명되었다.

본 발명에 있어서는, 담금질 및 템퍼링의 전에, 절단된 강관의 관 말단부에 축경 가공을 행함으로써, 축경부도 비축경부에 필적하는 높은 인성을 갖는 보틀 부재를 얻을 수 있다.

축경 가공을 담금질, 템퍼링 후에 행하는 종래법에서는, 축경 가공도가 높아지면 인성 저하가 보였지만, 본 발명에서는 종래법보다 높은 가공도로 축경 가공을 행해도, 인성 저하가 보이지 않았다. 그 결과, 축경 가공 전의 직경이 상이한 강관에 대해, 축경 가공의 가공도를 변화시켜, 동일한 구경의 축경부를 형성하는 것이 가능해지므로, 이니시에이터나 덮개판 등을 다양한 보틀 부재에 공통으로 사용하는 것이 가능해진다.

(ⅷ) 담금질 및 템퍼링

절단한 강관의 관 말단부에 축경 가공을 실시한 후, 강관의 비축경부에 있어서 700MPa 이상의 인장 강도를 확보하기 위해, 가열과 급랭에 의해 담금질을 실시하고, 다음에 템퍼링을 행한다.

이 담금질과 템퍼링은, 종래로부터 인플레이터용 강관에 행해져 온 것이고, 기본적으로는 종래와 동일하게 실시하면 된다. 바람직한 열처리 조건은 다음과 같다.

담금질을 위한 가열 온도는 Ac₁ 변태점 이상으로 한다. 가열 온도가 Ac₁ 변태점보다 낮으면, 필요한 고강도나 인성을 확보할 수 없다. 이 가열 온도는 오스테나이트역인 Ac₃ 변태점 이상의 온도로 하는 것이 바람직하다.

강관을 고온 또한 장시간 가열하면, 표면에 생성되는 스케일이 많아져, 표면 의 성질 및 상태가 저하하고 내버스트성이 저하하는 경우도 있다. 따라서, 담금질을 위한 가열은, 강관을 소정의 가열 온도로 급속 가열한 후, 단시간 유지(예, 10분간 이하)함으로써 행하는 것이 바람직하다. 이 급속 가열은 10℃/초 이상의 승온 속도로 행할 수도 있다. 그러한 급속 가열은, 예를 들면, 고주파 유도 가열이나 직접 통전 가열에 의해 달성되지만, 가열 수단은 특별히 한정되는 것은 아니다. 바람직한 가열 수단은 고주파 유도 가열이다.

특히, 이러한 단시간 가열(급속 가열과 단시간 유지)의 경우, 바람직한 가열 온도는 900℃ 이상, 1000℃ 이하의 범위 내이고, 가장 바람직하게는 900℃ 이상, 960℃ 이하의 범위 내이다. 가열 온도가 900℃보다 낮으면, 단시간 가열 중에 완전히 오스테나이트화할 수 없어, 원하는 정상적인 조직이 얻어지지 않는 경우가 있다. 가열 온도가 1000℃를 넘으면, 오스테나이트 입경이 조대화하여, 강의 인성이 저하하는 경우가 있다. 가열 시간이 보다 긴 경우에는, 가열 온도를 보다 낮게 해도 된다.

Ac₁ 변태점 이상의 온도로 가열할 때의 가열 분위기는, 표면 스케일의 발생을 억제하는 관점에서 가능한 한 산소 퍼텐셜이 낮은 환경인 것이 바람직하고, 환원성 분위기이면 더욱 바람직하다.

Ac₁ 변태점 이상, 바람직하게는 Ac₃ 변태점 이상의 온도로 가열한 후의 강관의 냉각은, 원하는 고강도를 안정하고 확실하게 얻기 위해, 급랭(구체적으로는 850℃ 이하, 500℃ 이상의 온도역에 있어서 평균으로 5℃/초 이상의 냉각 속도)으로 한다. 이 냉각 속도는 바람직하게는 20℃/초 이상이다. 이러한 급랭은 물 담금질 등에 의해 실현 가능하다.

급랭에 의해 상온 근방까지 냉각된 강관을, 원하는 고강도와 양호한 내버스트성을 부여하기 위해 Ac₁ 변태점 이하의 온도로 템퍼링한다. 템퍼링의 온도가 Ac₁ 변태점을 넘으면, 상기 특성을 안정하고 확실하게 얻는 것이 곤란해진다. 이 템퍼링은 450℃ 이상, 650℃ 이하의 온도역에 20분간 이상 유지함으로써 행하는 것이 바람직하다. 템퍼링 온도는 최종의 필요 강도에 따라 조정할 수 있다.

이렇게 해서 제조된, 양단에 축경부를 갖는 인플레이터 보틀 부재로부터, 전술한 바와 같이, 일단에 덮개판, 타단에 이니시에이터 등의 부재를 용접에 의해 장착함으로써, 에어백 인플레이터가 제조된다.

본 발명에 따라 제조된 에어백 인플레이터용 보틀 부재는, 축경 가공을 행한 후에 담금질 및 템퍼링이 행해지고 있기 때문에, 축경부가 비축경부와 실질적으로 동등한 인성을 갖는다. 따라서, 이 보틀 부재로부터 제작된 인플레이터에 있어서도, 축경부의 저온 인성이 비축경부와 동일하게 양호해져, 인플레이터의 내버스트성 및 신뢰성이 높아진다.

또한, 관 말단부의 축경 가공시에, 종래는 축경부의 인성을 확보하기 위해 가공도를 높게 할 수 없었지만, 본 발명에서는 높은 가공도로 축경 가공을 행하는 것이 가능해져, 비축경부의 직경이 상이한 보틀 부재에 대해 축경부의 치수를 공통화하여, 그에 따라 이니시에이터나 덮개판 등의 부품을 공용화하는 것이 용이해져, 인플레이터의 제조 비용을 삭감할 수 있다.

실시예

표 1에 나타낸 강 조성을 갖는 빌릿을 이용하여, 통상의 만네스만-맨드릴 밀(Mannesmann mandrel mill process) 마무리에 의한 천공 압연에 의해, 외경 31.8mm 또한 두께 2.7mm, 및 외경 60.3mm 또한 두께 3.0mm의 2개의 상이한 사이즈의 이음매가 없는 강관(각각 강관 A 및 강관 B라고 한다)을 제조하여, 소재 강관으로서 이용하였다.

[표 1]

사이즈가 상이한 이들 소재 강관 A 및 B에, 사전의 열처리를 행하지 않고, 각가 표 2에 나타낸 조건으로 냉간 드로잉에 의해 냉간 가공을 행하고, 냉간 가공으로 생긴 왜곡을 제거하기 위한 응력 제거 저온 소둔(SR이라고 약자로 기재한다) 및 교정(롤러 가공)을 행하였다. 교정 후의 강관 A 및 B의 치수(외경 및 두께의 편차)를 측정하였다. 측정 결과를 표 2에 함께 나타낸다.

[표 2]

이들 강관 A, B를 소정의 길이(200mm)로 메탈 소에 의해 절단한 후, 양 관 말단에 15%, 30%, 40%의 3수준의 축경 가공도로 프레스 가공에 의해 축경 가공을 행하고, 20mm 길이의 축경부를 갖는 인플레이터 보틀 부재의 형상으로 가공하였다. 그 후, 표 3에 나타낸 조건으로 담금질(Q) 및 템퍼링(T)을 행하여, 인플레이터 보틀 부재를 제조하였다. 얻어진 보틀 부재의 비축경부(원관부(原管部))의 인장 강도를 측정하였다. 측정 결과를 표 3에 함께 나타낸다.

인장 시험편의 형상은 도 1에 나타낸 바와 같고, 그 길이방향이 관축 방향을 향하도록 강관으로부터 채취되었다. 도 1에 나타낸 인장 시험편의 각 부의 치수는 다음과 같았다 :

강관 A : A=5mm, B=30mm, C=40mm, D=80mm, E=20mm ;

강관 B : A=8mm, B=30mm, C=40mm, D=110mm, E=30mm.

[표 3]

보틀 부재의 축경부의 저온 인성을 모의적으로 조사하기 위해, 축경 가공도 15%, 30%, 40%로 길이방향으로 균일하게 축경한 강관을 이용해, -40℃ 정압(靜壓) 버스트 시험을 행하여, 개구부의 취성 파면 면적률을 관찰하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다. 표 4의 QT 있음의 란은, 축경 가공 후에 담금질(Q)과 템퍼링(T)을 실시한 것이고, 표 4의 QT 없음의 란은, 축경 가공인 채로 QT 없음인 경우의 결과이다.

한편, 비축경부(원관부)의 저온 인성을 모의하기 위해, QT 있음의 강관에 대해, 원관(축경 가공이 없는 것)을 이용해 -40℃ 정압 버스트 시험을 행하여, 개구부의 취성 파면 면적률을 관찰하였다. 시험 결과를 표 5에 정리하여 나타낸다.

버스트 시험은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 소정 가공도로 축경된 강관(표 4) 또는 원관(표 5)으로부터 채취된 길이 350mm의 강관 시험편의 양단에 50mm폭의 확관(擴管) 방지 슬리브를 씌워 시험편의 유효 길이(슬리브로 구속되지 않는 부분의 강관 길이)를 250mm로 조정하여, 관의 일단에 중실형의 폐쇄 부재를 용접하고, 타단에는 고압 호스가 관통하는 폐쇄 부재를 용접하여 행하였다. 이 시험편을 -40℃로 냉각된 챔버 내에서 에탄올 중에 침지하고, 고압 호스로부터 에탄올을 관 내로 주입하여 내압을 높여 관을 파열시켜, 개구부의 파면을 관찰하였다.

표 4, 5에 있어서는, 개구부의 취성 파면 면적률이 5% 미만인 것을 ○ 표시로 나타내고, 5% 이상인 것을 × 표시로 나타내었다. 인성의 편차를 조사하기 위해, 각 시험 부위에 대해, 정압 버스트 시험을 3회 실시하고, 3회의 시험 결과를 표 4, 5에 나타낸다.

[표 4]

[표 5]

한편, 비교예로서 표 1에 나타낸 강 조성을 갖는 강관 A 및 B에, 미리 담금질(Q) 및 템퍼링(T)을 행하고, 다음에 표 2에 나타낸 조건으로 냉간 드로잉을 행한 후, 응력 제거를 위해 저온 소둔(SR)을 행하고, 그 후에 절단과 축경 가공을 상기와 동일하게 행하여, 종래법에 따라 인플레이터용 보틀 부재를 제조하였다. 얻어진 보틀 부재의 비축경부(원관부)의 인장 강도의 측정 결과를 열처리 조건과 함께 표 6에 나타낸다.

[표 6]

표 6에 나타낸 비교예에 대해, 상기와 동일하게 보틀 부재의 축경부를 모의하는 균일하게 축경한 강관 및 비축경부(원관부)를 모의하는 원관을 이용해, -40℃ 정압 버스트 시험을 행하여, 개구부의 취성 파면 면적률을 관찰한 결과를 표 7(축경관) 및 표 8(원관)에 정리하여 나타낸다.

[표 7]

[표 8]

표 4, 5 및 표 7, 8에 나타낸 결과로부터, 본 발명에 따라 관 말단의 축경 가공 후에 담금질 및 템퍼링을 행하도록 공정 순서를 변경함으로써, 축경부의 버스트 시험에서도 취성 파면이 나타나지 않고, 인플레이터용으로서 적합한 우수한 저온 인성을 비축경부뿐만 아니라 축경부에 있어서도 안정하게 갖는 인플레이터용 보 틀 부재가 제조 가능해지는 것을 알 수 있다. 한편, 표 3과 표 6의 대비로부터, 공정 순서를 변경해도 인장 강도는 동일 레벨이고, 담금질에 의해 700MPa 이상의 고강도가 달성되고 있다.

또한, 표 1∼8에 나타낸 결과로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 담금질 및 템퍼링 후에 축경 가공을 행하는 종래의 방법에서는 축경부의 저온 인성의 저하를 발생한, 예를 들면 40%와 같은 높은 축경 가공도에서도 저온 인성의 저하를 염려하지 않고 축경 가공을 행할 수 있고, 축경부에 비축경부와 동등한 저온 인성을 유지할 수 있다.

그 결과, 에어백 인플레이터용 보틀 부재를 양산하는 경우에, 상이한 외경을 갖는 다종의 강관 각각의 관 말단부에, 상이한 축경 가공도로 축경 가공을 행하여 축경부의 외경을 소정의 값으로 맞춘 후 담금질 및 템퍼링을 행하는 것과 같은 공정을 채용하는 것이 가능해진다.

요컨대, 본 발명에 의하면, (ⅰ) 축경부가 비축경부와 동등한 양호한 저온 인성을 갖고, (ⅱ) 비축경부의 외경(즉 강관의 외경)이 상이해도 축경부의 외경은 일정치로 맞추어지며, 또한 (ⅲ) 비축경부의 인장 강도가 700MPa 이상인, 에어백 인플레이터용 보틀 부재를 양산할 수 있다. 이렇게 해서 양산되는 다수의 에어백 인플레이터용 보틀 부재는, 비축경부의 외경에 상관없이 관 말단의 축경부의 직경이 일정하기 때문에, 관 말단에 장착되는 이니시에이터나 덮개판 등의 부품을 공용화하여 그 종류를 삭감하는 것이 가능해지고, 이에 따라 에어백의 제조 비용을 저감할 수 있다.

Claims

적어도 일단에 축경부(縮徑部)를 갖는 관체로 이루어지는 에어백 인플레이터용 보틀 부재의 제조 방법에 있어서, 질량%로, C : 0.05∼0.20%, Si : 0.1∼1.0%, Mn : 0.10∼2.0%, Cr : 0.05∼2.0%, sol. Al : 0.005~0.10%, Ca : 0.0003~0.01%, Cu : 0∼1.0%, Ni : 0∼1.5%, Mo : 0∼1.0%, V : 0∼0.2%, Nb : 0∼0.1%, Ti : 0∼0.1%, 및 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 본질적으로 이루어지고, 이 불순물 중의 P 함유량이 0.025% 이하, S 함유량이 0.010% 이하인 강 조성을 갖는 강관에 냉간 가공을 행하여, 냉간 가공된 강관을 소정의 길이로 절단하고, 절단된 강관의 적어도 한쪽의 단부에 축경 가공을 행한 후, 강관에 비축경부의 인장 강도가 700MPa 이상이 되도록 담금질 및 템퍼링을 행하는 것을 포함하는, 에어백 인플레이터용 보틀 부재의 제조 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,

상기 강 조성이, Cu : 0.05∼1.0%, Ni : 0.05∼1.5%, Mo : 0.05∼1.0%, V : 0.01∼0.2%, Nb : 0.003∼0.1%, 및 Ti : 0.002∼0.1%로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 에어백 인플레이터용 보틀 부재의 제조 방법.
적어도 일단에 축경부를 갖는 관체로 이루어지는 에어백 인플레이터용 보틀 부재에 있어서, 질량%로, C : 0.05∼0.20%, Si : 0.1∼1.0%, Mn : 0.10∼2.0%, Cr : 0.05∼2.0%, sol. Al : 0.005~0.10%, Ca : 0.0003~0.01%, Cu : 0∼1.0%, Ni : 0∼1.5%, Mo : 0∼1.0%, V : 0∼0.2%, Nb : 0∼0.1%, Ti : 0∼0.1%, 및 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 본질적으로 이루어지고, 이 불순물 중의 P 함유량이 0.025% 이하, S 함유량이 0.010% 이하인 강 조성을 갖고, 비축경부의 인장 강도가 700MPa 이상이며, 또한 상기 축경부가 담금질 템퍼링 조직 그대로인 것을 특징으로 하는 에어백 인플레이터용 보틀 부재.
삭제
청구항 4에 있어서,

상기 강 조성이, Cu : 0.05∼1.0%, Ni : 0.05∼1.5%, Mo : 0.05∼1.0%, V : 0.01∼0.2%, Nb : 0.003∼0.1%, 및 Ti : 0.002∼0.1%로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 에어백 인플레이터용 보틀 부재.