KR101104969B1 - Method of manufacturing the wheel - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하중 지지용 휠 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 하중 지지용 휠은 원소 C:0.55~0.65w%, Si:0.2~0.5w% Mn:0.8~1.5w%, P:max. 0.04w% S:max. 0.04w%, V:0.2~0.4w%, Fe:96.87~98.23w%를 혼합하여 만든 합금으로 이루어지고; 본 발명에 따른 하중 지지용 휠은 상기 합금을 1,630± 50℃로 용해하여 용융금속을 만드는 용해단계와, 용융된 금속을 원심금형에 주입하여 원하는 휠의 사이즈로 주조(Casting)하고 탈형한 후 식히는 성형단계, 상기 성형물을 다시 860± 10℃까지 서서히 승온시켜 1시간/inch +α의 조건을 유지한 후 550~600℃까지 시간당 20℃씩의 속도로 로냉을 실시하고, 이후 공기 중에서 상온까지 공냉을 하여 탄화물이 구상화를 이루도록 하는 구상화 어닐링 단계, 상기 어닐링 단계를 거친 성형물을 다시 840~880℃로 가열하여 최소 5시간을 유지하게 한 후 주행면에 물을 스프레이 하여 담금질하는 담금질단계 및, 담금질 된 성형물을 다시 450~500℃로 가열하여 최소 5시간을 유지 후, 에어 쿨링을 하여 템퍼링을 하는 템퍼링단계를 거쳐 만들어진다. 이러한 과정으로 만들어진 본 발명의 하중 지지용 휠은 기존제품보다 수축공이 거의 없고, 조직이 치밀하여 전체적으로 인장강도가 향상되고 허용 하중이 높아지는 등의 효과를 얻을 수 있으며 제품 회수율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.The present invention relates to a load-bearing wheel and a method for manufacturing the same, the load-bearing wheel according to the present invention is an element C: 0.55 ~ 0.65w%, Si: 0.2 ~ 0.5w% Mn: 0.8 ~ 1.5w%, P: max. 0.04w% S: max. 0.04w%, V: 0.2 ~ 0.4w%, Fe: 96.87 ~ 98.23w%, and the alloy is made of a mixture; The load supporting wheel according to the present invention is a melting step of melting the alloy at 1,630 ± 50 ° C. to form a molten metal, and injecting the molten metal into a centrifugal mold to cast the desired wheel size and demold to cool. In the molding step, the molded product is gradually heated up to 860 ± 10 ° C. to maintain the conditions of 1 hour / inch + α, followed by quenching at a rate of 20 ° C. per hour up to 550-600 ° C., and then air-cooled to room temperature in air. The spheroidizing annealing step of making the carbides spheroidized, and the quenching step of quenching by quenching by spraying water on the running surface after maintaining the molded product undergoing the annealing step again to 840 ~ 880 ° C. for at least 5 hours. After the molding is heated to 450 ~ 500 ℃ again to maintain a minimum of 5 hours, it is made through a tempering step of tempering by air cooling. The load-bearing wheel of the present invention made by such a process has fewer shrinkage holes than the existing products, and the structure is dense, so that the overall tensile strength is improved, the allowable load is increased, and the product recovery rate is improved. have.

하중지지용 휠, 호이스트 휠, 대차 휠 Load-bearing wheel, hoist wheel, bogie wheel

Description

하중지지용 휠의 제조방법{Method of manufacturing the wheel}Method of manufacturing the wheel for load support

본 발명은 무거운 하중을 지지하는데 사용하는 하중지지용 휠의 제조방법에 관한 것으로, 특히 수축공이 없고, 조직이 치밀하며 회수율이 높아지게 되는 한편, 전체적으로 인장강도가 향상되면서도 인성이 증가하여, 허용 하중이 높아지게 한 하중지지 휠용 합금을 이용한 휠의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a load-bearing wheel used to support heavy loads, and in particular, there is no shrinkage hole, the structure is dense and the recovery rate is increased, while the overall tensile strength is improved while the toughness is increased, and the allowable load is increased. The manufacturing method of the wheel using the alloy for load bearing wheels which became high.

일반적으로 무거운 물건을 이송하는데 사용되는 호이스트나, 크레인 또는 대차 등에는 무거운 하중을 지지한 채로 이송하기에 용이하게 하기 위해 휠(wheel)이 구비되어 있어 있다.In general, a hoist, a crane, a trolley, or the like, which is used to transport a heavy object, is provided with a wheel to facilitate the transport while supporting a heavy load.

이와 같이 호이스트 등과 같은 장비에 구비된 휠은 무거운 하중을 지지할 뿐만 아니라 하중을 지지한 상태로 이동하여야 하기 때문에, 그 휠은 뛰어난 기계적인 특성, 즉 고강도 고인성 및 내마모성을 요구한다.As such, the wheels provided in the equipment such as the hoist not only support heavy loads but also have to move in a load-supporting state, and therefore, the wheels require excellent mechanical properties, that is, high strength, high toughness and wear resistance.

이러한 이유 때문에 호이스트 등과 같은 하중지지용 휠에는 일반적으로 주강품(SCMn2), 단조품(S45C)과 단강품(SSWQ1R)이 사용되고 있으나, 이들 재질은 인장 강도가 낮고, 내마모성과 인성이 동시에 부여되지 않으며, 고주파 소입의 깊이가 1mm 정도밖에 되지 않는 표면열처리 방법을 통해서는 인장강도를 변화를 시켜 주지 못하다는 단점이 있다.For this reason, cast-iron wheels (SCMn2), forgings (S45C) and forgings (SSWQ1R) are generally used for load-bearing wheels such as hoists. The surface heat treatment method, in which the quenching depth is only about 1 mm, does not change the tensile strength.

즉, SCMn2A는 재료비는 저렴하나 수축공이나 핀홀(Pin Hole), 모래혼입 등의 주조결함으로 인해 용접보수가 수반되며 용접보수가 완전하지 못할 경우, 고주파 열처리할 때 크랙(Crack)이 발생하여 표면 박리 현상의 원인으로 제공되는 문제점이 있다.In other words, SCMn2A has a low material cost, but welding repair is involved due to casting defects such as shrink holes, pin holes, and sand mixing. If welding repair is not complete, cracks are generated during high frequency heat treatment. There is a problem provided as a cause of the peeling phenomenon.

S45C는 재료비는 비쌈에도 불구하고 원재료가 많이 소요되어 회수율이 낮고 가공비가 높으며, 고주파 열처리로 표면에서 1mm 정도만 열처리가 되어 모재와의 경도차이로 박리현상이 발생하는 문제점이 있다.S45C has a problem that although the material cost is expensive, the raw material is consumed a lot, the recovery rate is low, the processing cost is high, and the peeling phenomenon occurs due to the hardness difference from the base material because only 1 mm of heat treatment is performed on the surface of the high frequency heat treatment furnace.

SCM440은 재료비가 고가이나 회수율이 낮고 가공비가 높으나 정삭 후 고주파 열처리를 하면 표면의 1mm 정도만 열처리가 되기 때문에 고가의 재료의 의미가 없으며 모재와의 경도차이로 박리현상이 발생하는 문제점이 있다.SCM440 has a high material cost but a low recovery rate and high processing cost. However, when the high frequency heat treatment is performed after finishing, only 1mm of the surface is heat-treated, meaning there is no meaning of expensive material, and there is a problem in that peeling phenomenon occurs due to the hardness difference between the base material.

그리고 SSWQ1R은 재료비가 고가이며 회수율이 낮으며 소입 깊이는 깊으나 연신율, 단면수축률 등이 떨어지며 허용하중이 낮은 문제점이 있다.In addition, SSWQ1R has a problem that the material cost is high, the recovery rate is low, the quenching depth is deep, but the elongation rate, the sectional shrinkage rate is low, and the allowable load is low.

따라서 상기한 바와 같은 기존의 하중지지용 휠을 만들기 위한 재질은 쉽게 마모 또는 파손되는 현상이 있기 때문에 휠을 자주 교체해 주어야 하므로 휠의 교체에 필요한 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라, 휠을 교체하는 동안 기기를 사용하 지 못하기 때문에 생산성이 저하되고, 이러한 현상은 결국 제품의 원가상승으로 이어지는 문제가 있었다.Therefore, the material for making the existing load-bearing wheels as described above is easily worn or damaged, so the wheels need to be replaced frequently. Productivity is lowered because it can not be used, this phenomenon eventually led to a rise in the cost of the product.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 하중 지지용 휠에 따른 문제점을 해결하여, 제조과정에서 원료의 투입량에 비하여 제품의 생산율이 높여 회수율을 증대시킬 수 있게 하는 한편, 인장 강도가 높고 내마모성과 인성을 동시에 높일 수 있는 하중지지 휠용 합금과 이 합금을 이용한 휠의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention solves the problems caused by the conventional load-bearing wheel as described above, while increasing the production rate of the product compared to the input amount of raw materials in the manufacturing process, while increasing the recovery rate, high tensile strength and wear resistance and toughness It is an object of the present invention to provide an alloy for a load-bearing wheel and a method for manufacturing a wheel using the alloy that can be raised at the same time.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하중지지용 휠은 원소 C:0.55~0.65w%, Si:0.2~0.5w% Mn:0.8~1.5w%, P:max. 0.04w% S:max. 0.04w%, V:0.2~0.4w%, Fe:96.87~98.23w%를 혼합하여 만든다.The load-bearing wheel of the present invention for achieving the above object is an element C: 0.55 ~ 0.65w%, Si: 0.2 ~ 0.5w% Mn: 0.8 ~ 1.5w%, P: max. 0.04w% S: max. It is made by mixing 0.04w%, V: 0.2 ~ 0.4w%, Fe: 96.87 ~ 98.23w%.

그리고 본 발명에 따른 하중 지지용 휠은 상기 합금을 1,630± 50℃로 관리하여 용융금속을 만드는 용해단계와, 용융된 금속을 원심금형에 주입하여 원하는 휠의 사이즈로 주조(Casting)하고 탈형한 후 식히는 성형단계, 상기 성형물을 다시 860± 10℃까지 서서히 승온씨켜 1시간/inch +α의 조건을 유지한 후 550~600℃까지 시간당 20℃씩의 속도로 로냉을 실시하고, 이후 공기 중에서 상온까지 공냉을 하여 탄화물이 구상화를 이루도록 하는 구상화 어닐링 단계, 상기 어닐링 단계를 거친 성형물을 다시 840~880℃로 가열하여 최소 5시간을 유지하게 한 후 주행면에 물을 스프레이 하여 담금질하는 담금질단계 및, 담금질 된 성형물을 다시 450~500℃로 가열하여 최소 5시간을 유지 후, 에어 쿨링을 하여 템퍼링을 하는 템퍼링단계를 거쳐 만들어진다.And the load-bearing wheel according to the present invention is to manage the alloy at 1,630 ± 50 ℃ dissolution step to make a molten metal, injecting the molten metal into a centrifugal mold casting and demoulding to the desired wheel size Cooling molding step, the molding is gradually heated up to 860 ± 10 ℃ again, maintaining the condition of 1 hour / inch + α, and then quenched at a rate of 20 ℃ per hour to 550 ~ 600 ℃, then in room temperature in air A quenching annealing step of allowing the carbide to be spheroidized by air cooling to quenching, quenching step of quenching by molding the sprayed water to the running surface to maintain at least 5 hours by heating the molded product after the annealing step again to 840 ~ 880 ° C, After the quenched molding is heated to 450 ~ 500 ℃ again to maintain a minimum of 5 hours, it is made through a tempering step of tempering by air cooling.

이러한 과정으로 만들어진 본 발명의 하중 지지용 휠의 제조방법을 통해 제작된 휠은 기존제품보다 수축공이 현저히 적고, 조직이 치밀하며 회수율이 높아지게 되는 한편, 전체적으로 인장강도가 향상되고 허용 하중이 높아지는 등의 효과를 얻을 수 있다.The wheel produced by the manufacturing method of the load-bearing wheel of the present invention made in this process is significantly smaller than the conventional product, the structure is dense and the recovery rate is increased, while the overall tensile strength is improved and the allowable load is increased The effect can be obtained.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 하중지지용 휠은 원소 C:0.55~0.65w%, Si:0.2~0.5w% Mn:0.8~1.5w%, P:max. 0.04w% S:max. 0.04w%, V:0.2~0.4w%, Fe:96.97~98.23w%를 혼합하여 만든 합금으로 이루어진다.As described above, the load-bearing wheel of the present invention is an element C: 0.55 ~ 0.65w%, Si: 0.2 ~ 0.5w% Mn: 0.8 ~ 1.5w%, P: max. 0.04w% S: max. It is made of alloy made by mixing 0.04w%, V: 0.2 ~ 0.4w%, Fe: 96.97 ~ 98.23w%.

상기의 원소 중에서 탄소(C)는 5대 불순물 중 가장 필요한 불순물로 철의 성질 변화를 좌우하고, 오스테나이트에 고용하여 담금질(Quenching)할 때 마르텐사이트를 생성하여 인장강도를 향상시키는 역할을 한다.Among the above elements, carbon (C) plays a role in changing the properties of iron as the most necessary impurity among the five impurities, and improves tensile strength by generating martensite when quenched by solid solution in austenite.

일반적으로 탄소강의 인장 강도는 B(Kgf/mm²)≒20+100×w%(C)로 나타내어지는데, 본 발명에 따른 하중지지용 휠을 만드는데 사용되는 합금에 함유되는 탄소는 함량 0.55 ~ 0.65w%만으로 인장강도 80kgf/mm²(MIN)를 형성한다. In general, the tensile strength of carbon steel is represented by B (Kgf / mm²) ≒ 20 + 100 × w% (C), the carbon content of the alloy used to make the load-bearing wheel according to the invention content of 0.55 ~ 0.65w The% alone forms a tensile strength of 80 kgf / mm² (MIN).

0.65w% 이상에서는 소입경도가 거의 같으며, 내마모성과 내충격성만이 변해진다. 탄소는 경도를 증가시켜 줄 뿐만 아니라 오스테나이트 기지상을 안정화시킴과 동시에 오스테나이트 기지 상의 구역을 확장시켜 내식성 향상을 위한 크롬, 몰리브덴 등을 첨가할 수 있도록 해준다. 또한, 탄소는 첨가되는 크롬, 몰리브덴, 바나듐, 텅스텐, 티타늄 등과 결합하여 고경질의 탄화물을 형성하고, 나머지는 탄화물 주위를 둘러싸고 있는 기지조직 중에 고용된다. At 0.65 w% or more, the hardness of hardening is almost the same, and only wear resistance and impact resistance change. Carbon not only increases the hardness, but also stabilizes the austenite matrix, while expanding the area on the austenite matrix, allowing the addition of chromium, molybdenum, etc. to improve corrosion resistance. In addition, carbon combines with added chromium, molybdenum, vanadium, tungsten, titanium and the like to form a hard carbide, and the remainder is dissolved in the matrix structure surrounding the carbide.

본 발명에 따른 합금을 시편으로 만들어 시험한 결과 아래의 데이터와 같이 C의 함량이 0.57w %보다도 0.63w%로 증가하였을 때, 인장 강도 및 경도가 증가하는 것을 알 수 있었다. As a result of testing the alloy according to the present invention as a test result, when the content of C increased to 0.63w% from 0.57w%, it was found that the tensile strength and hardness increased.

따라서, 본 발명에 따른 합금에서는 C의 함량을 0.55 ~ 0.65w%로 규정하였다.Therefore, in the alloy according to the present invention, the content of C is defined as 0.55 to 0.65w%.

그리고 상기의 원소 중에서 망간(Mn)은 탈산 탈황제로서의 작용을 하며, 특히 규소와의 첨가 비율에 따라 공정반응에 큰 영향을 미치며, 응고 시 용탕중의 용존 산소를 제거해 주는 역할을 한다. Among the elements, manganese (Mn) acts as a deoxidation desulfurization agent, and in particular, greatly affects the process reaction according to the addition ratio with silicon, and removes dissolved oxygen in the molten metal during solidification.

따라서 망간은 탈산 탈황제로서 유효한 효과를 나타내는 0.5w% 이상 첨가하는 것이 좋고, 이때 망간의 첨가량이 2.0w%를 초과할 경우 내마모성이 저하되고 취성이 촉진되는 단점이 있으므로, 망간의 함량은 0.5 ~ 2.0w%가 바람직하다. Therefore, manganese is preferably added at least 0.5w% showing an effective effect as a deoxidation desulfurization agent, when the amount of manganese exceeds 2.0w% has a disadvantage in that wear resistance is reduced and brittleness is promoted, the content of manganese is 0.5 ~ 2.0 w% is preferred.

한편, 망간은 소입성을 증대하고 강도를 오르게 하고 템퍼링(Tempering) 저항이 없으며 탈산제로도 유효하다. 그리고 황(S)과 결합하여 비금속 개재물인 MnS 를 결정립 내에 형성하는데, 이 MnS는 연성이 있어서 소성가공 시에 가공방향으로 길게 연신된다. Manganese, on the other hand, increases hardenability, increases strength, has no tempering resistance, and is effective as a deoxidizer. In addition, MnS, which is a nonmetallic inclusion, is formed in the crystal grains by combining with sulfur (S), which is ductile and is elongated in the processing direction during plastic working.

또한, 망간은 황(S)과 결합하여 피삭성을 증대시키고 적열취성을 방지한다. Mn에 의해서 펄라이트가 미세해지고, 페라이트를 고용강화함으로써 탄소강의 항복강도를 향상시킨다. 염가로 유효성을 한층 높인다. 다량 첨가시 산화물이 노재와 반응하여 침삭시킨다. In addition, manganese is combined with sulfur (S) to increase the machinability and prevent red brittleness. The pearlite becomes fine due to Mn, and the yield strength of carbon steel is improved by solidifying ferrite. Increasing effectiveness at low cost. When a large amount is added, the oxide reacts with the furnace material to precipitate.

따라서 본 발명에서는 망간의 함량을 0.80 ~ 1.50w%로 규정한다.Therefore, in the present invention, the content of manganese is defined as 0.80 to 1.50w%.

한편, 상기 원소 V(바나듐)은 결정립을 미세화하고 인성을 개선시키고, 템퍼링(Tempering) 저항을 증대시키며 2차 경화할 때 인성을 증대시킨다. The element V (vanadium), on the other hand, refines grains, improves toughness, increases tempering resistance, and increases toughness upon secondary curing.

그리고 탄화물을 만들고 내크리프성을 개선하며, 강력한 페라이트화 원소이다. 또한, 탄소와 질소에 대한 친화력이 비교적 강하며, 안정한 복합탄화물을 형성하여 고온강도와 파단강도를 증진시킨다. It makes carbides, improves creep resistance, and is a strong ferrite element. In addition, the affinity for carbon and nitrogen is relatively strong, forming a stable composite carbide to improve the high temperature strength and breaking strength.

탄소량이 적을 때는 바나듐 양이 증가함에 따라 결정립이 미세화되어 기지상을 안정화시킨다. 따라서 바나듐의 함유량은 강도를 증진시키는데 유효한 효과를 보이게 하기 위해 0.2w%이상 함유되도록 하는 것이 좋다. When the amount of carbon is small, as the amount of vanadium increases, the grains become finer to stabilize the matrix phase. Therefore, the content of vanadium is preferably to be contained 0.2w% or more in order to show an effective effect to enhance the strength.

그러나 바나듐의 함유량이 2.0w%를 초과할 경우 바나듐이 고가이므로 경제적인 측면에서 불리할 뿐만 아니라 금속보호피막이 용식되어 산화가 진행되는 단점이 있다. However, when the content of vanadium exceeds 2.0w%, vanadium is expensive, and therefore, it is disadvantageous in terms of economics, and there is a disadvantage in that oxidation of the metal protective film is dissolved.

따라서 바나듐의 함유량은 0.2 ~ 2.0w%가 바람하지만, 0.25w%이하 첨가는 소입성을 증가시키며 0.3w%이상 첨가는 소입성을 감퇴시킨다. 실제로, 본 발명에 따 른 합금의 실험에서도 V가 0.18w% 함유할 때의 연신율과 단면수축률보다도 0.35w% 함유할 때의 연신율과 단면수축률의 측정값이 더 높게 나왔다. Therefore, the content of vanadium is 0.2 ~ 2.0w%, but the addition of 0.25w% or less increases the quenchability and the addition of more than 0.3w% decreases the quenchability. Indeed, even in the experiment of the alloy according to the present invention, the measured values of elongation and section shrinkage when containing 0.35w% were higher than those when V contained 0.18w%.

이러한 이유로 인하여 본 발명에 따른 합금에서는 V의 함량을 0.2 ~ 0.4w%로 규정한다.For this reason, the alloy according to the present invention defines the content of V in 0.2 ~ 0.4w%.

또한, 상기 원소 Si(규소)는 용강중의 규소 산화물은 Mn산화물등과 결합하여 부상탈이(浮上脫離)가 용이하므로 탈산제로 유효하다. 페라이트 속에 고용되므로 강의 기계적 성질에 큰 영향을 미치지 않는다. 2w% 이상 첨가시에는 인성이 저하되고 소성가공성을 해치나, 성형단계에서의 유동성 문제가 발생하므로 Si의 첨가로 유동성과 응고성을 향상시키도록 한다. In addition, the elemental Si (silicon) is effective as a deoxidizer because silicon oxide in molten steel is easily combined with Mn oxide and the like to facilitate flotation. Solid solution in the ferrite does not significantly affect the mechanical properties of the steel. When 2w% or more is added, toughness decreases and plasticity is impaired, but fluidity problems occur in the forming step, so that the addition of Si improves fluidity and solidification.

이러한 이유로 본 발명에 따른 합금에서는 Si의 함량을 0.2 ~ 0.5w%로 규정한다.       For this reason, the content of Si in the alloy according to the present invention is defined as 0.2 ~ 0.5w%.

그리고 나머지 원소, P와 S는 합금을 만드는 과정에서 일반적인 개개의 원소에 자연 상태로 함유된 량이 투입되는 량에 따른 것으로서, 그 최대 함량은 0.04\w%가 넘지 않게 하는데 그 이유는, S은 Mn, Zn, Ti, Mo 등과 결합하여 피삭성을 개선시키나, 강중의 Mn이 부족시 Fe과 결합하여 FeS 개재물을 형성한다. 이 FeS는 매우 취약하고 용융점이 낮기 때문에 가공시 균열을 일으킨다. The remaining elements, P and S, depend on the amount of natural content of the individual elements in the alloying process. The maximum content is not more than 0.04 \ w% because S is Mn. In order to improve machinability by combining with Zn, Ti, Mo, etc., when Fe lacks Mn, it combines with Fe to form FeS inclusions. This FeS is very fragile and has a low melting point which causes cracking during processing.

또한, P는 강중에 균일하게 분포되어 있으면 별문제가 되지 않으나, 보통 Fe₃P 라는 유해한 화합물을 형성한다. 이 Fe₃P는 극히 취약하고, 편석되어 있어서 어닐링처리를 해도 균질화 되지 않고 단조, 압연 등의 가공시 길게 늘어난다. 충격저항을 저하하고, 템퍼링 취성을 촉진하는 등 강에 해로운 원소이다. In addition, P is not a problem if it is uniformly distributed in the steel, but usually forms a harmful compound called Fe₃P. The Fe₃P is extremely fragile and segregated so that the Fe₃P is not homogenized even after annealing, but increases in the processing of forging and rolling. It is an element harmful to steel, such as lowering impact resistance and promoting temper brittleness.

따라서, 본 발명에 따른 합금에서는 S, P의 두 가지 원소는 max. ~0.04w%로 제한한다.Therefore, in the alloy according to the present invention, two elements of S and P are max. Limit to ~ 0.04w%.

상기와 같이 구성된 본 발명의 합금을 구성하는 원소를 혼합한 다음, 1,630±50℃의 온도로 용해하여 용탕을 만들고, 상기 용탕을 주형에 넣은 다음 원심주조법을 이용하여 원하는 휠의 사이즈로 성형한 후 상온까지 식히고 성형시킨다.After mixing the elements constituting the alloy of the present invention configured as described above, and melted to a temperature of 1,630 ± 50 ℃ to make a molten metal, the molten metal is put in a mold and then molded into the desired wheel size by centrifugal casting method Cool to room temperature and mold.

이와 같이 본 발명에 따른 휠의 성형 과정에서는 원심 주조법을 사용하는데, 이 원심주조법은 용융금속을 주입 응고시킬 때 주형을 고속으로 (300~3000rpm) 회전시켜 원심력에 의해 주형 내면에 압착응고 하도록 하는 주조법이다.As such, the centrifugal casting method is used in the forming process of the wheel according to the present invention. The centrifugal casting method is a casting method in which a mold is rotated at a high speed (300 to 3000 rpm) by compression and solidifying the mold inner surface by centrifugal force when the molten metal is injected and solidified. to be.

이러한 원심주조법은, This centrifugal casting method,

(1) 용융금속이 주형 내에 고속으로 유입 분포되어 유동성 불량이 방지되고 살결이 고와진다.(1) The molten metal is flowed into the mold at high speed to prevent poor fluidity and smooth texture.

(2) 용융금속에 높은 압력이 걸리므로 주조 조직이 치밀하고 기공이 없다. 또한, 비중차이에 의하여 금속개재물의 분리 제거가 빠르다.(2) Due to the high pressure on the molten metal, the casting structure is compact and there are no pores. In addition, separation and removal of metal inclusions is rapid due to the specific gravity difference.

(3) 코어(core)가 필요 없고, 작업시간의 단축 및 다량생산이 가능하다.(3) No need for core, shorten working time and mass production.

(4) 탕구나 압탕이 불필요하다.(4) No hot water or hot water is necessary.

(5) 응고 중 수축을 억제하는 것이 없기 때문에 잔류응력이 거의 없다. (5) There is almost no residual stress because there is no suppression of shrinkage during solidification.

는 등의 특징이 있다.Has such features.

한편, 원심주조법에서 사용하는 주형은 금형, 연형이 주로 사용되고 금형의 재질은 내열 주철이나 몰리브덴(Mo)을 첨가한 내열강을 사용한다.In the mold used in the centrifugal casting method, a mold and a soft mold are mainly used, and the material of the mold is a heat resistant cast iron or a heat resistant steel to which molybdenum (Mo) is added.

또한, 원심주조에서는, (1) 용탕을 주형의 전면에 걸쳐 골고루 빨리 분포시 킬 것, (2) 용탕을 주형면 으로부터 내면으로 향하여 방향성 응고시킬 것, (3) 용탕중의 개재물은 주물의 내면에 모이게 할 것, 등의 원칙을 지켜야 두께가 균일하고 건전한 주물을 얻을 수 있다. 이를 위해서 주형의 회전속도, 주입온도, 주입속도를 적절히 설정하는 것이 중요하다. In centrifugal casting, (1) distribute the molten metal evenly over the entire surface of the mold, (2) directional solidify the molten metal from the mold surface to the inner surface, and (3) the inclusions in the molten metal It is necessary to adhere to the principle of gathering in order to obtain a uniform and sound casting. For this purpose, it is important to properly set the rotation speed, injection temperature and injection speed of the mold.

주입된 용탕은 바깥쪽으로부터 방향성 응고를 하게 되는데 이때 수축에 의하여 바깥둘레가 주형면으로부터 떨어져 그 사이에 틈새가 생기게 된다. 이 응고층은 안쪽의 용탕에 작용하는 원심력에 의하여 인장응력을 받게 되고, 이때 회전속도가 너무 크거나 주입온도가 너무 높으면 길이 방향으로나 원주방향으로 열간균열이 생기게 된다. The injected molten metal undergoes directional solidification from the outside, whereby the outer periphery is separated from the mold surface by the contraction and a gap is formed therebetween. The solidified layer is subjected to tensile stress by the centrifugal force acting on the inner molten metal. At this time, if the rotational speed is too large or the injection temperature is too high, hot cracking occurs in the longitudinal direction or the circumferential direction.

또 회전속도가 너무 작거나 주입속도가 너무 크면 원심력이 부족하여 적하현상을 일으키게 된다. 이렇게 되면 내면의 산화가 급격히 일어나고 방향성 응고가 방해받게 되고 수축공 발생의 원인이 되기도 한다.In addition, if the rotational speed is too small or the injection speed is too large, the centrifugal force is insufficient, causing dropping. This causes rapid internal oxidation, hinders directional coagulation, and can also cause shrinkage pores.

이러한 사정을 감안하여 본 발명에 따른 휠의 제작과정에서는 상기한 바와 같이 합금을 1,630± 50℃의 용해 온도로 관리하고, 출탕온도 1,590± 50℃, 주입온도 1,560± 50℃로 설정하여 작업한다. In view of the above circumstances, in the manufacturing process of the wheel according to the present invention, as described above, the alloy is managed at a melting temperature of 1,630 ± 50 ° C., and is set at a tapping temperature of 1,590 ± 50 ° C. and an injection temperature of 1,560 ± 50 ° C. to work.

작업은 200 ~ 250℃가량으로 미리 주형을 예열하고, 코팅 샌드(coated sand)로 주형에 미리 코팅을 실시해 둔다. 1630℃가량의 용탕을 예열된 래들(Laddle)을 사용하여 이송한 후, 약 1550 ~ 1570℃의 온도로 주입하여 원심주조를 실행한다.The work is preheated to the mold in the range of 200-250 ° C., and the mold is pre-coated with coated sand. After about 1630 ℃ of molten metal is transferred using a preheated ladle (Laddle), it is injected at a temperature of about 1550 ~ 1570 ℃ centrifugal casting.

이와 같이 원심 주조법을 사용하여 제작하면 기존제품보다 수축공이 없어지며, 조직이 치밀하고, 회수율이 높아지는 등의 이점이 있다.When manufactured using the centrifugal casting method as described above, there is an advantage that shrinkage pores are eliminated, the structure is dense, and the recovery rate is higher than the existing products.

이와 같이 원심주조법을 통하여 만들어진 성형물을 덴드라이트(dendrite)파괴와 주조조직에서 안정한 기지조직으로 변형시킴과 더불어, 석출된 탄화물을 끊어 주면서 구상으로 변화시키는 구상화 어닐링을 실시하여, 탄화물이 80% 정도 석출되게 하여 인성을 부여한다. In this way, the molded product formed by centrifugal casting is transformed from dendrite destruction and casting structure into a stable matrix structure, and spheroidizing annealing is performed to spheroidize while cutting the precipitated carbide, thereby depositing about 80% of carbide. To give toughness.

탄화물이 결정립계를 둘러싸면 재료가 전체적으로 취약하게 되는데, 이때, 탄화물을 구상화 되도록 열처리하면 강도는 유지하면서 인성이 증대된다. 또한, 소성가공과 절삭성이 좋도록 하는 등의 기계적 성질을 개선하기 위해서도 탄화물의 구상화가 필요하다. 이런 목적으로 시행하는 방법이 구상화 어닐링이다.When the carbide surrounds the grain boundary, the material becomes generally weak. In this case, when the heat treatment is performed to spheroidize the carbide, the toughness is increased while maintaining the strength. In addition, spheroidization of carbides is necessary to improve mechanical properties such as plastic working and cutting property. The practice implemented for this purpose is spherical annealing.

본 발명에서는 상기 원심 주조법을 통하여 만들어진 주조물을 다시 860± 10℃까지 서서히 가열한 후, 주조물의 내부 1 인치(inch)의 깊이까지 이 온도(860± 10℃)가 되게 한 상태에서 60 ∼ 90분 조건을 유지한 후, 다시 550~600℃까지 시간당 20℃씩의 속도로 냉각을 실시하고, 이후 공기 중에서 상온까지 서냉(공냉)을 하여 탄화물이 구상화를 이루도록 한다.In the present invention, the casting made through the centrifugal casting method is gradually heated again to 860 ± 10 ℃, 60 to 90 minutes in a state that the temperature (860 ± 10 ℃) to a depth of 1 inch (inch) inside the casting After the conditions are maintained, cooling is again performed at a rate of 20 ° C. per hour up to 550 ° C. to 600 ° C., followed by slow cooling (air cooling) to room temperature in air to form carbides.

이와 같은 과정을 통하여 구상화 어닐링을 실행하면, 고강도를 얻는 열처리를 하면서 취성이 약해지면서 크랙(crack)이 발생할 수 있지만, 본 발명에 따른 제품은 구상화된 조직이어서 크랙이 발생되지 않으며 인성이 높아지는 효과를 얻을 수 있다.When the spheroidizing annealing is performed through such a process, cracking may occur while the brittleness becomes weak while performing heat treatment to obtain high strength, but the product according to the present invention is a spherical structure, so that no crack is generated and the toughness is increased. You can get it.

상기 어닐링 단계를 거친 성형물을 다시 840~880℃로 가열하여 최소 5시간 동안을 유지하게 한 후 휠의 주행면에 물을 스프레이 하여 급랭시키는 스프레이 담금질(spray quenching)단계를 거치는데, 이와 같이 스프레이 담금질을 실시하면, 수냉단은 이상소입이 되고, 타단은 공냉이 되어 필요표면층만 급속경화를 얻을 수 있다. After the annealing step is heated again to 840 ~ 880 ℃ to maintain for at least 5 hours, and then spray spray water to quench by spraying water on the running surface of the wheel (spray quenching) step, thus spray quenching When the water cooling stage is carried out, the water cooling stage is abnormally quenched, the other end is air cooled, and only the required surface layer can be rapidly hardened.

한편, 제품의 크기에 따라 냉각속도가 부분적으로 차이가 나게 되어 변태된 상의 종류가 다르게 된다. 이러한 소재의 대소에 따라 열처리의 효과에 차이가 나는 질량효과(Mass Effect)도 스프레이 담금질(spray quenching)으로 영향을 줄일 수 있다.On the other hand, the cooling rate is partially different according to the size of the product, the type of the transformed phase is different. The mass effect, which differs in the effect of heat treatment according to the size of the material, can be reduced by spray quenching.

또 열처리에 의해 발생되는 잔류 응력은 열처리 균열이나 피로파괴 등의 원인이 되나 균열이 발생되지 않는 범위 내에서 표면의 압축 응력은 제품의 피로강도를 증진한다. 보통 템퍼링에 의한 잔류 응력은 담금질시 열응력에 의해서, 또는 상변태에 수반되는 응력에 의해 발생한다. In addition, the residual stress generated by heat treatment causes heat treatment cracking or fatigue fracture, but the compressive stress on the surface improves the fatigue strength of the product within the range where cracking does not occur. Normally, residual stress due to tempering is caused by thermal stress during quenching or by stress accompanying phase transformation.

철강을 급랭하면 표면이 내부보다 먼저 냉각되어 제품은 외부에 압축잔류응력이 유발되고, 중심은 인장잔류응력이 유발된다. 이것을 열응력형의 잔류 응력분포라 하여 표면에 압축형 잔류응력이 있어서 피로강도를 증대시킬 수 있다. When the steel is quenched, the surface is cooled before the inside, and the product causes compressive residual stress on the outside, and the tensile residual stress on the center. This is called the thermal stress residual stress distribution, and the compressive residual stress is present on the surface to increase the fatigue strength.

따라서 본 발명에서는 휠 성형물의 열처리 과정으로서 스프레이 담금질(spray quenching)을 실시함으로 제품의 형태가 원형인 특성에도 적합하고, 호이스트 등에서 휠이 굴러가게 하기 위해 레일(rail)에 닿는 주행면(Tread surface)의 내마모성 증가를 꾀할 수 있다. Accordingly, in the present invention, by spray quenching as a heat treatment process of the wheel molding, it is also suitable for the circular shape of the product, the running surface (Tread surface) that touches the rail (rail) in order to roll the wheel in the hoist, etc. Can increase wear resistance.

그 다음 마지막 과정으로서, 스프레이 담금질 된 성형물을 다시 450~500℃로 가열하여 최소 5시간을 유지한 에어 쿨링을 하여 템퍼링을 하는 템퍼링단계를 거쳐 만들어진다. 템퍼링은 담금질한 강의 경도를 감소시키고 점도를 증가시키기 위해서 변태점이하의 온도로 가열한 후 적당한 속도로서 냉각하는 작업이다. 담금질한 강은 반드시 템퍼링을 해서 사용하며, 소입직후 실시하여야 한다. Then, as a final process, the spray-quenched molding is heated to 450-500 ° C. again, followed by a tempering step of tempering by air cooling for at least 5 hours. Tempering is the operation of heating to a temperature below the transformation point and cooling at a moderate rate to reduce the hardness and increase the viscosity of the quenched steel. Quenched steel must be tempered and used immediately after hardening.

본 발명에서는 제품에 인성을 부여하기 위해 450~500℃에서 실시한다. 템퍼링에 의한 조직의 변화는 가열온도 및 시간의 변화에 따른다. 마르텐사이트는 약 250℃에서 급격히 트루사이트로 변화하여 350℃ 부근에서 완료된다. 트루사이트는 약 400℃이상에서 솔바이트로 변화가 시작하여 600℃에서 종료된다. In the present invention, to give toughness to the product is carried out at 450 ~ 500 ℃. The change of the tissue by tempering depends on the change of heating temperature and time. Martensite rapidly changes to truesite at about 250 ° C. and is complete around 350 ° C. TrueCyte begins to change from around 400 ° C to solvites and ends at 600 ° C.

이와 같은 과정을 통하여 템퍼링을 하면, 1) 소입깊이의 향상으로 열처리된 부위 전체의 인장강도를 높여, 허용하중을 높일 수 있고, 2) 레일 접촉면만이 아닌 플랜지 부위도 소입 깊이를 향상시켜 줄 수 있으며, 3) 내마모성이 요구되는 림(Rim) 부위의 조직과 고인성이 요구되는 아암(Arm)과 보스(Boss)의 조직이 다른 형태를 얻을 수 있는 효과가 있다.By tempering through this process, 1) it can increase the tensile strength of the entire heat treated area by improving the quenching depth, thereby increasing the allowable load, and 2) improving the quenching depth not only on the rail contact surface but also on the flange part. 3) The tissue of the rim (Rim) area that requires abrasion resistance and the tissue of the arm (Boss) that requires high toughness have an effect of obtaining a different form.

상기한 바와 같은 과정을 통하여 만들어진 본 발명의 휠을 다양한 구성의 시편으로 만들어 기계적 특성을 시험한 결과 아래와 같았다.As a result of testing the mechanical properties of the wheel of the present invention made through the process as described above to the specimen of various configurations was as follows.

시편의 종류Types of Psalms

구분division C(W%)C (W%) Si(W%)Si (W%) Mn(W%)Mn (W%) P(W%)P (W%) S(W%)S (W%) V(W%)V (W%) 시편1Psalm 1 0.630.63 0.350.35 1.001.00 0.0180.018 0.0200.020 0.300.30 시편2Psalm 2 0.610.61 0.370.37 1.041.04 0.0200.020 0.0150.015 0.350.35 시편3Psalm 3 0.580.58 0.330.33 0.960.96 0.0160.016 0.0200.020 0.330.33 시편4Psalm 4 0.590.59 0.350.35 1.031.03 0.0230.023 0.0170.017 0.300.30 시편5Psalm 5 0.620.62 0.380.38 1.061.06 0.0190.019 0.0140.014 0.380.38 시편6Psalm 6 0.600.60 0.360.36 0.980.98 0.0210.021 0.0200.020 0.340.34 시편7Psalm 7 0.620.62 0.350.35 1.051.05 0.0200.020 0.0180.018 0.280.28 시편8Psalm 8 0.640.64 0.410.41 1.031.03 0.0240.024 0.0200.020 0.290.29 시편9Psalm 9 0.570.57 0.380.38 0.950.95 0.0180.018 0.0160.016 0.330.33 시편10Psalm 10 0.600.60 0.420.42 1.011.01 0.0230.023 0.0170.017 0.320.32 시편11Psalm 11 0.550.55 0.360.36 0.990.99 0.0190.019 0.0210.021 0.310.31 시편12Psalm 12 0.620.62 0.380.38 1.031.03 0.0240.024 0.0130.013 0.340.34 시편13Psalm 13 0.610.61 0.350.35 1.061.06 0.0270.027 0.0200.020 0.320.32 시편14Psalm 14 0.570.57 0.310.31 0.980.98 0.0230.023 0.0160.016 0.360.36 시편15Psalm 15 0.600.60 0.340.34 1.031.03 0.0180.018 0.0140.014 0.310.31 시편16Psalm 16 0.640.64 0.300.30 1.001.00 0.0230.023 0.0200.020 0.340.34 시편17Psalm 17 0.620.62 0.330.33 0.970.97 0.0180.018 0.0130.013 0.330.33 시편18Psalm 18 0.600.60 0.320.32 0.990.99 0.0200.020 0.0160.016 0.270.27 시편19Psalm 19 0.620.62 0.380.38 1.031.03 0.0260.026 0.0200.020 0.300.30 시편20Psalm 20 0.600.60 0.350.35 1.001.00 0.0230.023 0.0180.018 0.320.32

상기 각 시편의 종류에 따른 기계적 특성Mechanical properties according to the type of each specimen

구분division YP(Kgf/mm2)YP (Kgf / mm2) TS(Kgf/mm2)TS (Kgf / mm2) EL(w%)EL (w%) ROA(w%)ROA (w%) HBHB 시편1Psalm 1 54.254.2 103.3103.3 15.915.9 38.738.7 294.0294.0 시편2Psalm 2 53.753.7 102.1102.1 15.815.8 39.139.1 290.0290.0 시편3Psalm 3 52.852.8 95.395.3 16.016.0 38.338.3 286.0286.0 시편4Psalm 4 52.652.6 96.696.6 15.815.8 38.938.9 288.0288.0 시편5Psalm 5 54.954.9 104.2104.2 15.415.4 41.941.9 298.0298.0 시편6Psalm 6 52.852.8 100.2100.2 15.715.7 40.540.5 290.0290.0 시편7Psalm 7 53.453.4 101.6101.6 15.515.5 39.139.1 292.0292.0 시편8Psalm 8 54.954.9 104.6104.6 15.815.8 38.238.2 302.0302.0 시편9Psalm 9 52.752.7 98.698.6 16.016.0 39.839.8 287.0287.0 시편10Psalm 10 52.352.3 100.5100.5 15.215.2 38.638.6 307.0307.0 시편11Psalm 11 52.252.2 99.499.4 15.815.8 38.438.4 287.0287.0 시편12Psalm 12 53.353.3 101.1101.1 15.615.6 38.338.3 310.0310.0 시편13Psalm 13 53.853.8 101.7101.7 15.515.5 38.438.4 298.0298.0 시편14Psalm 14 52.652.6 99.699.6 14.814.8 39.939.9 285.0285.0 시편15Psalm 15 53.553.5 98.298.2 14.514.5 39.239.2 286.0286.0 시편16Psalm 16 54.054.0 103.5103.5 15.215.2 39.839.8 317.0317.0 시편17Psalm 17 54.954.9 104.9104.9 16.016.0 38.838.8 330.0330.0 시편18Psalm 18 56.356.3 106.1106.1 15.415.4 39.639.6 293.0293.0 시편19Psalm 19 54.654.6 103.9103.9 15.915.9 39.339.3 286.0286.0 시편20Psalm 20 53.853.8 102.7102.7 16.016.0 40.240.2 290.0290.0

YP : Yield Point (항복점)YP: Yield Point

TS : Tensile Strength (인장강도)TS: Tensile Strength

ES : Elongation (연신율)ES: Elongation

ROA : Reduction of Area (단면수축율)ROA: Reduction of Area

H.B : Hardness BrinellH.B: Hardness Brinell

Claims (2)

삭제delete 원소 C:0.55~0.65w%, Si:0.2~0.5w% Mn:0.8~1.5w%, P:max. 0.04w% S:max. 0.04w%, V:0.2~0.4w%, Fe:97.17~98.23w%를 혼합하여, 1,630± 50℃로 용해하여 용융금속을 만드는 용해단계와, 용융된 금속을 원심금형에 주입하여 원하는 휠의 사이즈로 주조(Casting)하고 탈형한 후 식혀 성형물을 제조하는 성형단계, 상기 성형단계에서의 성형물을 다시 860± 10℃까지 서서히 승온시켜 60 ∼ 90분을 유지한 후 550~600℃까지 시간당 20℃씩의 속도로 로냉을 실시하고, 이후 공기 중에서 상온까지 공냉을 하여 탄화물이 구상화를 이루도록 하는 구상화 어닐링 단계, 상기 어닐링 단계를 거친 성형물을 다시 840~880℃로 가열하여 최소 5시간을 유지하게 한 후 주행면에 물을 스프레이 하여 담금질하는 담금질단계 및, 담금질된 성형물을 다시 450~500℃로 가열하여 최소 5시간을 유지 후, 에어 쿨링을 하여 템퍼링을 하는 템퍼링단계를 포함하여 이루어진 하중지지용 휠의 제조 방법Element C: 0.55 to 0.65w%, Si: 0.2 to 0.5w% Mn: 0.8 to 1. 5 w%, P: max. 0.04w% S: max. 0.04w%, V: 0.2 ~ 0.4w%, Fe: 97.17 ~ 98.23w% are mixed and dissolved at 1630 ± 50 ℃ to make molten metal, and the molten metal is injected into centrifugal mold to Molding step of casting and demolding to size and cooling to produce a molded product, the molded product in the molding step is gradually heated up to 860 ± 10 ℃ again to maintain 60 to 90 minutes, 20 ℃ per hour to 550 ~ 600 ℃ After cooling by thickening, and then air-cooling to room temperature in air, the spheroidizing annealing step to form a carbide spheroidized, and the molded product subjected to the annealing step is again heated to 840 ~ 880 ℃ to maintain a minimum of 5 hours Quenching step of quenching by spraying water to the running surface, and heating the quenched molding again to 450 ~ 500 ℃ to maintain a minimum of 5 hours, then load support including tempering step of tempering by air cooling Method of producing a wheel
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