KR101296252B1

KR101296252B1 - 유볼트의 제조방법

Info

Publication number: KR101296252B1
Application number: KR1020110131059A
Authority: KR
Inventors: 안순태
Original assignee: 삼화강봉주식회사
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2013-08-14
Also published as: KR20130064445A

Abstract

본 발명은 차량의 겹판 스프링을 고정하는 U볼트에 관한 것으로, C 0.15~0.50wt%, Si 1.5wt%이하, Mn 0.25~2.0wt%, P 0.03wt% 이하, S 0.03wt% 이하를 함유하고 잔부는 불가피 불순물과 Fe로 조성된 강재를 인발한 후, 인장강도 70~130Kgf/mm², 항복비 85~97%, 단면감소율 50%이상, 오스테나이트 결정입도 ASTM No.9 이상이 되도록 담금질에 이은 뜨임 열처리를 하는 해서 얻어진 강선을 U볼트 길이로 절단하여 양단부 상에 전조 나사가공을 함과 아울러 U 형상으로 굴곡가공하고 표면부에 도금 또는 도장하는 단계의 전후에 응력제거소둔이나 저온소둔 중 적어도 하나를 행하는 제조공정을 통해서 제조된다.
본 발명은 U볼트의 제조시 구상화 소둔을 배제함과 아울러 열처리를 생략함으로써 U자 형상으로의 굴곡가공 후 교정작업을 필요로 함이 없이도 균일한 강도를 유지하면서도 인성과 연성이 우수하다.

Description

유볼트의 제조방법{Method for manufacturing U-bolt}

본 발명은 차량의 겹판 스프링을 고정하는 U볼트에 관한 것으로, 특히 U볼트의 제조시 구상화 소둔을 배제함과 아울러 열처리를 생략함으로써 U자 형상으로의 굴곡가공후 교정작업을 필요로 함이 없이도 균일한 강도를 유지하면서도 인성과 연성이 우수한 차량용 U볼트의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 소형 트럭 이상의 자동차에서 겹판 스프링을 고정하는 기계구조용부품으로서 고강도 특성이 요구되는 U볼트가 사용되고 있다.

종래의 U볼트는 도1의 공정도에서와 같이 S45C(JIS G 4051) 또는 SCM435(JIS G4105) 등을 구상화 소둔한 강선 또는 강봉(이하, '강선'이라 함)을 소정의 길이로 절단하고, 절단된 강선의 양단부에 너트의 체결을 위한 전조(나사가공)에 이어 U자 형상으로 굴곡가공을 한 후에 담금질/뜨임 열처리를 행한다. 한편, 상기의 담금질/뜨임 열처리를 행하는 과정에서 불가피하게 열변형이 수반됨에 따라 이에 대한 교정작업을 실시하고 최종적으로 도금 또는 도장을 행함으로써 차량용 U볼트가 얻어지게 된다.

상기 종래의 차량용 U볼트 제조 과정을 보다 자세하게 살펴보면, S45C나 SCM435 등의 와이어 로드를 650∼750℃의 온도에서 10∼20 시간에 걸쳐 구상화 소둔을 한 후에 인발을 실시하여 인장강도가 50∼60Kgf/㎟이 되도록 제조된 강선을 U볼트의 전체 길이만큼으로 절단하고, 이어서 양단부에 전조 나사가공을 한 후 U자형으로 굴곡가공을 하게 된다. 이와 같이 U자 형상으로 가공된 볼트는 차량용 U볼트에서 요구되는 강도특성에 미치지 못하므로, 강도의 확보를 위한 후 공정으로서 굴곡 가공된 볼트들을 철 박스에 담아 전기로 또는 가스로 중에서 850∼950℃에서 60분가량 가열 후 물 또는 기름으로 담금질하고 400∼600℃에서 90분간 뜨임한 후 물로 냉각하는 담금질/뜨임 열처리를 행하여 요구되는 강도특성으로서의 인장강도 70∼130Kgf/㎟를 확보한다. 이후에 상기한 바와 같이 열처리 과정에서 발생한 비틀림 변형에 대한 교정을 실시하고 나서 마무리 공정으로서 도금 또는 도장을 하여 최종 제품을 얻게 된다.

이와 같은 종래의 차량용 U볼트 및 그 제조방법은 아래와 같은 에너지 손실, 생산성 및 작업성 저하의 문제점이 있어서 그에 대한 개선이 요구되고 있다.

1) 소재 강선에 대한 구상화 소둔시에 장시간에 걸친 가열로 인하여 에너지 손실이 많다.

2) 강선을 U볼트 형상으로 가공 후, 별도의 장소로 옮겨 인장강도 및 인성의 확보를 위한 담금질/뜨임 열처리를 실시해야 하므로 연속작업이 곤란하고, 또한 담금질 열처리로 인해서 발생한 변형에 대한 교정작업을 필요로 함에 따라 전체 제조공정이 복잡해지게 된다.

3) 담금질/뜨임 열처리를 위해 U자 형상으로 가공된 볼트들을 철박스에 담아 서 배치시 가열로 중에서 열처리하는 과정에서 철 박스의 내외부 온도편 차가 심해서 열처리후 얻어지는 U볼트 사이의 인장강도의 심한 편차를 피 할 수 없고, 자체에서 열처리할 경우 작업환경이 열악해 질 수 있다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 고강도이면서도 냉간가공성이 우수한 강선을 사용하여 U볼트의 제조시에 행하는 담금질/뜨임 열처리를 생략하게 함으로서 열처리로 인한 변형에 대한 교정을 생략하고, 공정을 단순화하며, 제품에 있어서도 종래에 비해 강도가 균일하면서 인성 및 연성이 극히 우수한 U볼트의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 일차적으로 고강도이면서도 냉간가공성이 우수한 재료의 개발에 주목하여 연구를 수행하였는바, 종래 방법의 복잡한 공정을 단순화하고, 제품의 인장강도 편차를 최소화하기 위하여 재료상태에서 제품상태와 동등한 인장강도를 가지면서 U형상으로 굴곡 가공하여도 균열이나 파단이 발생하지 않도록 충분한 인성과 연성을 가진 재료를 사용할 경우, 구상화 소둔을 생략할 수 있을 뿐만 아니라, U형상으로의 가공 이후에 강도 증가를 위한 담금질/뜨임 열처리도 생략 가능하므로 비틀림 변형에 대한 별도의 교정작업도 필요없게 된다는 점에 착안하여 이를 바탕으로 해서 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

상기의 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명자는 U볼트로의 형상 가공 후 단품 상태에서 실시하던 담금질/뜨임 열처리를 강선의 제조 단계에서 실시하여 고강도이면서, 인성 및 연성이 우수한 강선에 대한 개발을 시도하였으며, 이를 이용하여 U볼트의 제조공정을 도2와 같이 절단→전조→U형상 굴곡가공만으로 최종제품이 되도록 극히 단순화하였다.

본 발명에서는 U볼트의 굴곡부에 대한 인장강도비를 더욱 증가시키기 위한 방편으로 U형상으로의 굴곡가공 후 도금 또는 도장 공정의 전,후에 응력제거소둔이나 저온소둔 중 적어도 하나를 수행하는 것을 또 다른 기술적 특징의 하나로 하고 있다.

한편, 상기의 공정을 달성하기 위하여는 단순히 담금질/뜨임 열처리만을 행해서는 곤란하며 적정한 재료성분, 적정한 열처리 프로세스 및 적정한 물성치를 지녀야만이 가능하다.

따라서, 본 발명은 적정한 재료성분, 적정한 열처리 프로세스 및 적정한 물성치를 가진 강선을 사용한 새로운 U볼트의 제조방법을 개시하고 있다.

이하 본 발명의 구성에 대하여 설명한다.

본 발명의 U볼트는 C 0.15~0.50wt%, Si 1.5wt%이하, Mn 0.25~2.0wt%, P 0.03wt% 이하, S 0.03wt% 이하를 함유하고 잔부는 불가피 불순물과 Fe로 이루어지거나, 상기 성분조성에 Cr 0.05~2.0wt%, Mo 0.05~1.0wt%, B 0.0003~0.0050wt%중 한 성분이상이 첨가된 조성으로 이루어진다.

상기와 같은 조성으로서 열간 압연되어 나오는 열간 압연재에 대해 인발 후 담금질과 뜨임이 일련의 연결된 공정으로 이루어진 열처리 설비를 사용하여 오스테나이트 결정입도 ASTM No. 9 이상, 인장강도 70~130Kgf/mm², 항복비 85~97%, 단면감소율 50% 이상이 되도록 담금질/뜨임 열처리한 강선에 대하여 재차 인발하거나 하지 않고 절단, 전조 후 냉간에서 U형상의 굴곡 가공을 행함으로써 본 발명의 U볼트가 얻어지게 된다.

상기 본 발명에 따른 소재의 첨가성분을 한정한 이유는 다음과 같다.

C : 0.15~0.50wt%

C는 담금질시 강도증가를 위하여 필요한 가장 중요한 원소로서, 탄화물을 생성시켜 강도를 증대시키지만, 0.15wt% 미만에서는 담금질에 의한 경화효과를 크게 기대할 수 없으며, 0.50wt%를 초과하게 되면 다량의 탄화물 석출로 인하여 연성 및 인성이 저하되고 변형저항이 증대되어 굴곡 가공시 스프링백(고강도 재료의 경우, 굴곡 가공하면 되돌아 가려는 성질)을 일으키거나 표면에 균열을 일으킬 우려가 있다.

Si : 1.5wt% 이하

Si는 용강 중에 탈산의 목적으로 투입되는 원소로서, 고용강화에 의하여 강도를 향상시키지만, 1.5wt%를 초과하면 Si가 석출 탄화물에 다량 고용되어 뜨임시 탄소의 움직임을 방해하여 탄화물이 구형화되는 것을 방해하기 때문에 탄성한을 증가시켜 굴곡 가공시 스프링백 문제를 일으키므로 1.5wt%이하로 제한할 필요가 있다.

Mn : 0.25~2.0wt%

Mn은 고용강화원소로서, C 및 Si가 과잉 첨가될 경우 발생할 수 있는 충격인성의 저하를 피하기 위하여, 낮은 C, Si 첨가강에서 강도의 저하를 보완하기 위한 원소이다. 따라서 상기의 효과를 기대하기 위해서는 최소 0.25wt%의 첨가가 필요하지만, 과잉 첨가되면 인성과 변형저항을 증대시키므로 그 첨가량은 2.0wt%를 초과하지 않도록 하여야 한다.

Cr: 0.05~2.0wt%

Cr은 강도와 담금질 경도 및 인성의 향상을 위하여 첨가되는 원소로서, 0.05wt%미만에서는 상기 특성들의 향상효과가 미약하며, Cr은 비교적 고가인 까닭에 2.0wt%를 초과하면 경제성이 떨어지므로 하한치를 0.05wt%로 하고 상한치를 2.0wt%로 한다.

Mo: 0.05~1.0wt%

Mo는 Cr의 첨가효과와 거의 동일하며, 0.05wt%미만에서는 효과가 미약하며, 1.0wt%를 초과하면 냉간 가공을 위한 변형저항이 증대되므로 그 첨가량은 1.0wt%를 초과하지 않도록 한다.

B: 0.0003~0.0050wt%

B는 담금질성을 향상시키는 원소로서 0.0003wt% 미만에서는 첨가효과가 불분명하며, 0.0050wt%를 초과하면 오히려 담금질성을 저하시킨다. 한편 B를 첨가하는 경우 B는 조직 내부에서 BN으로 되어 입계를 취화시킬 우려가 있기 때문에 대개는 N과 친화력이 더 큰 Ti를 0.01~0.05wt% 첨가하여 B의 첨가효과를 높인다. 또한, Ti와 동일한 작용을 하는 Zr, Nb, Al중에서 한 종류 이상을 첨가하는 것도 바람직하다.

P와 S는 불가피한 불순물 원소로서 뜨임시 결정입계에 편석하여 충격인성을 저하시키고 냉간가공시 변형률을 저하시키므로, 가능한 한 그 함량이 각각 0.030wt%를 초과하지 않도록 제한할 필요가 있다.

강선의 제조설비에 있어서는 인발은 통상의 인발설비이면 가능하며, 열처리는 선재를 한가닥씩 풀면서 연속적으로 담금질과 뜨임처리가 가능하도록 일련의 공정으로 된 열처리 설비를 사용하였다. 그 이유는 아래와 같다.

아래의 표1은 S45C와 SCM435의 15mm선재를 종래 방법과 본 발명에 의하여 9T급의 M14 x U볼트로 제조하고, 임의로 각 50본씩을 취하여 인장강도의 편차를 비교한 것이다. 표1에서 알 수 있는 바와 같이 종래 방법은 먼저 U볼트의 형상으로 가공한 후에 각각을 철 박스에 넣어 배치식 가열로에 장입하여 담금질/뜨임 열처리를 실시하므로 인장강도의 편차가 극심한 데 비해 본 발명은 편차가 극히 적어 매우 안정된 열처리공정임을 확인할 수 있었다.

인장강도 편차

구분	종래방법	본 발명
SCM435	12Kgf/mm²	2Kgf/mm²
S45C	14Kgf/mm²	3Kgf/mm²

열처리 특성에 있어서는 본 발명자가 수많은 연구결과를 통하여 특정한 것으로 오스테나이트 결정입도를 ASTM No.9 이상으로 제한한 것은 ASTM No.9 미만의 경우는 강선의 인장강도가 100Kgf/mm²이상의 고강도일 때, 냉간에서 U형상으로 굴곡 가공하면 결정입자가 조대하여 표면에 균열이 발생하기 때문이다. 또한 인장강도 70~130Kgf/mm²는 자동차의 겹판 스프링 고정용 U볼트에서 요구되는 강도범위로서 인장강도가 130Kgf/mm² 를 초과하게 되면 굴곡 표면부에 균열이 발생하거나, 스프링 백 현상이 발생하게 된다.

항복비(=항복강도/인장강도×100) 85~97%는, 85% 미만에서는 충분한 피로수명이 나오지 않으며 97%를 초과하면 강선의 탄성계수가 너무 높아 굴곡 가공하여도 스프링 백 현상이 발생하여 별도의 교정 작업을 필요로 하여 효과가 미흡하기 때문에 상기의 범위로 정하였다. 또한, 단면감소율을 50% 이상으로 한정한 이유는 50%미만에서는 강선의 연성이 부족하여 굴곡 가공시 굴곡부의 표면에 균열이 발생한다.

열처리 이후의 인발은 상기의 기계적 특성이 변하지 않는 범위 내에서 목적하는 U볼트의 직경이 되도록 가볍게 인발하면 된다.

본 발명의 차량용 U볼트 및 그 제조방법은 아래와 같은 효과와 장점이 기대된다.

1) 본 발명에 따른 최종 제품의 내구성은 종래의 U볼트에 비해서 우수하며, 인장강도 편차가 적어 안정적이다.

2) 종래의 U볼트 제조방법에 따른 공정 중 10~20시간 장시간 가열하는 구상화소둔 공정과 교정 공정을 생략할 수 있어 상당한 제조원가 절감을 도모할 수 있다.

3) U볼트의 제조업체는 절단, 굴곡, 전조 가공만으로 고강도의 최종 제품을 생산할 수 있으므로 품질관리가 용이하고, 공정을 단순화하여 자동화가 가능하므로 생산성이 현저히 향상된다.

도1은 종래 방법에 따른 U볼트의 제조방법 공정도.
도2는 본 발명에 따른 U볼트의 제조방법 공정도.
도3은 U볼트의 형상과 스프링 백 현상에 관한 설명도.
도4는 본 발명과 종래 방법에 따라 제조된 U볼트의 굴곡부를 편 후 균열발생유무 비교사진.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명자는 아래의 표2 성분을 가진 열간 압연된 15mm 와이어 로드(Wire Rod)를 사용하여 13.5mm로 신선하고, 이어서 일련의 연속적인 공정으로 구성된 고주파유도 가열장치를 이용하여 인장강도 70~130Kgf/mm²가 되도록 담금질/뜨임 열처리를 실시하였다.

이때의 담금질과 뜨임 열처리의 조건은 가열온도와 가열시간, 가열속도 등을 조절하여 오스테나이트 결정입도, 인장강도, 항복비, 단면감소율을 변화시키면서 담금질/뜨임 열처리 강선을 제조하였다. 상기 담금질은 기본적으로 A3변태점 이상에서 실시되었으며, 뜨임은 200~700℃범위에서 실시되었다. 이후에 제조된 강선에 대하여 직경 12.9mm로 인발한 후 도2의 본 발명 방법에 따라 M14의 U볼트를 제조하였으며, 담금질/뜨임 열처리된 각 조건별의 특성과 U볼트의 가공결과를 대비하여 그 결과를 표3에 나타내었다.

시료 강선의 화학성분

구분	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	B	Ti	Fe
시료-1	0.15	0.65	1.36	0.015	0.012	-	-	0.0021	0.03	bal.
시료-2	0.26	1.28	1.00	0.009	0.008	-	-	-	-	bal.
시료-3	0.25	1.32	1.00	0.012	0.007	-	-	0.0023	0.03	bal.
시료-4	0.34	0.23	1.74	0.009	0.008	-	-	-	-	bal.
시료-5	0.42	0.28	0.43	0.014	0.011	-	-	-	-	bal.
시료-6	0.25	0.29	1.91	0.012	0.007	1.14	-	-	-	bal.
시료-7	0.23	0.95	0.92	0.009	0.006	0.52	-	-	-	bal.
시료-8	0.21	0.65	1.32	0.012	0.007	-	0.33	-	-	bal.
시료-9	0.21	1.59	0.82	0.009	0.005	-	0.24	-	-	bal.
시료-10	0.32	0.27	0.81	0.011	0.005	-	0.25	0.0018	0.02	bal.
시료-11	0.17	0.25	0.64	0.012	0.008	1.52	0.18	-	-	bal.
시료-12	0.22	0.27	1.72	0.012	0.007	0.63	0.13	-	-	bal.
시료-13	0.35	0.27	0.83	0.012	0.005	0.89	0.24	-	-	bal.
시료-14	0.18	0.66	1.36	0.014	0.012	1.64	0.28	0.0025	0.03	bal.

상기 표2의 시료-1 내지 시료-14를 각각에 대하여 아래의 표3에서와 같이 담금질/뜨임 열처리 조건을 변화시켜 강선의 특성(인장강도, 항복비, 단면감소율, 결정립 크기)을 달리하도록 하여 얻어진 시료의 스프링백 유무 및 굴곡부 표면균열 여부에 대한 측정을 하였다.

표3에서는 본 발명의 유효성을 판단하기 위하여, U볼트로 굴곡 가공시 도3의 굴곡부(A)에 균열이 발생하지 않고, 스프링 백(a+b)이 2mm이하일 경우를 양호(○)의 판단 기준으로 하였다. 이때 스프링백의 판단기준을 2mm이하로 한 것은 통상의 현장에서 관리하는 기준을 적용하였다.

시료의 강선특성과 U볼트의 가공결과

구분	담금질/뜨임 열처리 강선의 특성				U볼트 굴곡 가공 결과
구분	인장강도 (Kgf/mm²)	항복비 (%)	단면감소율(%)	결정립크기 (ASTM No.)	스프링 백(mm)	굴곡부 표면균열
시료-1A	72.3	94.5	75.1	10.5	○	○	발명재
시료-1B	72.9	87.2	68.4	8.3	○	×	비교재
시료-1C	85.6	92.3	70.9	9.5	○	○	발명재
시료-2A	82.1	94.2	72.8	10.3	○	○	발명재
시료-2B	93.7	90.4	68.7	10.3	○	○	발명재
시료-2C	134.2	86.2	48.4	10.1	○	×	비교재
시료-3A	85.4	87.6	65.2	7.8	○	×	비교재
시료-3B	95.5	97.5	73.1	12.0	×	○	비교재
시료-3C	128.1	88.9	60.8	9.7	○	○	발명재
시료-4A	78.8	95.9	74.1	9.7	○	○	발명재
시료-4B	94.2	91.3	60.6	7.2	○	×	비교재
시료-4C	129.4	90.6	62.5	10.6	○	○	발명재
시료-5A	87.5	92.8	59.2	7.5	○	×	비교재
시료-5B	87.9	95.7	69.9	11.0	○	○	발명재
시료-5C	138.0	88.1	47.9	9.2	×	×	비교재
시료-6A	82.7	94.5	71.4	10.5	○	○	발명재
시료-6B	94.3	91.6	67.9	10.3	○	○	발명재
시료-6C	127.8	87.2	48.1	10.3	○	×	비교재
시료-7A	93.2	84.3	47.2	6.8	○	×	비교재
시료-7B	93.7	90.6	62.1	9.7	○	○	발명재
시료-7C	93.2	94.1	68.2	11.2	○	○	발명재
시료-8A	79.2	95.1	73.2	9.5	○	○	발명재
시료-8B	93.7	90.3	62.2	7.0	○	×	비교재
시료-8C	125.7	91.5	62.9	10.6	○	○	발명재
시료-9A	77.1	95.9	74.5	9.1	○	○	발명재
시료-9B	92.5	88.7	54.3	7.0	○	×	비교재
시료-9C	126.1	92.4	61.8	10.4	○	○	발명재
시료-10A	89.2	93.7	58.2	7.2	○	×	비교재
시료-10B	92.4	95.9	68.7	11.2	○	○	발명재
시료-10C	140.1	86.1	46.6	9.2	×	×	비교재
시료-11A	85.2	93.8	72.0	10.1	○	○	발명재
시료-11B	93.7	91.2	67.7	10.0	○	○	발명재
시료-11C	129.3	87.5	59.4	11.2	○	○	발명재
시료-12A	110.4	84.8	52.2	6.5	○	×	비교재
시료-12B	109.8	91.6	67.9	9.5	○	○	발명재
시료-12C	110.1	97.8	57.2	11.2	×	○	비교재
시료-13A	87.5	94.2	71.3	12.2	○	○	발명재
시료-13B	96.8	98.9	66.7	12.0	×	○	비교재
시료-13C	122.3	97.3	52.1	12.2	×	○	비교재
시료-14A	82.3	95.2	71.9	9.5	○	○	발명재
시료-14B	95.4	90.7	62.8	7.2	○	×	비교재
시료-14C	123.7	88.6	61.4	11.2	○	○	발명재

상기 표3으로부터 표2의 성분을 가진 선재를 담금질/뜨임 열처리에 의하여 오스테나이트 결정입도 ASTM No. 9이상, 인장강도 70~130Kgf/mm², 항복비 85~97%, 단면감소율 50%이상이 되도록 적절히 제조된 강선을 사용한다면, 냉간에서 U볼트로 굴곡 가공할 경우, 고강도임에도 불구하고 스프링백이 없으며, 굴곡 표면에 균열이 발생하지 않는 것을 명백히 확인할 수 있었다. 또한, 동일한 인장강도일지라도 오스테나이트의 결정입도나 항복비, 단면감소율 등이 달라지면 굴곡가공 결과가 달라짐도 확인할 수 있었다.

그리고, 본 발명재의 우수성을 보다 명확하게 하기 위하여 본 발명재와 종래방식의 구상화 소둔재를 사용하여 제조되어진 U볼트에 대하여 각 특성을 비교 평가 하였으며 그 결과는 표4와 같다.

본발명재와 종래재의 굴곡부 인장특성비교

	굴곡부 인장강도비(%)	굴곡부 단면감소율(%)	굴곡부 내측 균열 발생 유무
시료-2B	88.4	64.4	○	발명재
시료-6B	90.2	66.5	○
시료-10B	89.2	65.1	○
시료-11B	87.4	64.8	○
시료-13A	88.8	68.2	○
SCM435	80.9	25.4	×	종래재

* 균열이 발생한 경우 :× , 균열이 발생하지 않은 경우 : ○

상기 표4는 본 발명에 의한 방법과 종래 방법에 의하여 9T급(90Kgf/㎟급)으로 제조된 U볼트를 직선으로 편 후 인장시험을 행하여 U볼트의 굴곡부의 특성을 서로 비교한 것이다.

이때 사용된 재료는 본 발명의 경우는 표3 시료 중 9T급으로 제조된 대표 샘플을 선정하였으며, 종래 방법의 경우는 구상화 소둔된 SCM435를 도1의 제조방법에 의해 9T급으로 제조한 것을 사용하였다. 또한 비교항목으로는 굴곡부의 인장강도비, 굴곡부의 단면감소율(인장시험에 의한 굴곡부 파단면의 단면감소율) 및 굴곡부를 직선으로 펼 때 내측(도3의 B)에 발생하는 균열의 발생유무 등으로 하였다.

한편, 도4는 본 발명에 따른 U볼트와 종래의 U볼트 대하여 굴곡부를 펴서 내측에 발생한 균열유무를 비교한 사진이다. 그 결과 본 발명의 U볼트 표4에서 보는 바와 같이 종래의 U볼트에 비해 월등한 내구성을 지닌 우수한 제조방법임을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명 방법에 의한 U볼트의 굴곡부 인장강도비를 보다 증가시키기 위하여 도2의 본 발명 방법 중 U자형 굴곡 후 도금 또는 도장 전에 응력제거소둔(300~600℃로 가열하여 30분이상 유지한 후 물, 기름에 의한 급냉 또는 대기 중에서 서냉)을 실시한 것과 도2의 본 발명 방법 중 도금 또는 도장 이후 저온소둔(180~300℃에서 30분이상 유지)을 실시한 것 및 상기의 응력제거소둔과 저온소둔을 병행하여 제작한 U볼트에 대하여 표4와 같은 실험을 실시하고, 3가지 방법에 대한 효과를 파악하기 위한 시도를 하였다. 그 결과는 아래의 표5와 같다.

본 발명방법의 응력제거소둔 및 저온소둔의 효과

구분	시료	굴곡부 인장강도비(%)	굴곡부 단면감소율(%)	굴곡부 내측 균열 발생 유무	사용재료
응력제거 소둔	시료-2B	93.6	66.5	○	발명재
	시료-6B	94.4	67.9	○
	시료-10B	93.2	67.2	○
	시료-11B	92.9	66.3	○
	시료-13A	93.0	69.4	○
저온소둔	시료-2B	91.4	64.7	○
	시료-6B	92.5	66.9	○
	시료-10B	92.0	64.8	○
	시료-11B	90.1	65.2	○
	시료-13A	91.9	68.7	○
응력제거+ 저온소둔	시료-2B	95.3	68.8	○
	시료-6B	97.5	69.2	○
	시료-10B	95.2	67.7	○
	시료-11B	94.6	68.3	○
	시료-13A	96.1	70.5	○

*균열이 발생하지 않은 경우 : ○

한편, 응력제거소둔 300℃이하는 효과가 미흡하며, 600℃이상의 가열은 U볼트의 인장강도 저하를 초래하므로 300~600℃의 온도가 적합하다. 그리고, 유지시간 30분미만은 효과가 미흡하므로 30분이상이 요구되지만, 그 이상은 장시간 가열하여도 큰 차이를 발견할 수 없으나, U볼트제조업체의 다른 열처리 공정과의 호환성을 위하여 가열온도가 낮아지면 가열시간도 길어져야 하므로 특별히 상한치를 정할 필요는 없다.

또한, 저온소둔의 경우 180℃이하에서는 효과가 미흡하며, 300℃이상에서는 도장물질이 열화되거나, 도금 중에 함유된 융점이 낮은 아연(Zn)이 금속의 결정입계에 침투할 염려가 있어 부적합하다. 유지시간은 응력제거소둔과 동일한 이유로 30분이상이 바람직하다.

상기 표5에 사용된 시료는 표4와 동일한 시료를 사용하였고, 응력제거소둔은 각 시료에 대하여 450℃로 가열 후 50분간 유지하였으며, 저온소둔은 200℃에서 50분간 유지하여 U볼트로 제작한 것을 사용하였다. 그 결과 표5에서 보는 바와 같이 굴곡부의 인장강도비가 표4의 본 발명 방법 및 종래방법보다 현저히 높은 값을 얻을 수 있었으며, “응력제거소둔+저온소둔”, “응력제거소둔”, “저온소둔”의 순으로 높은 값을 나타냄을 확인할 수 있었다. 이것은 응력제거소둔이나 저온소둔에 의하여 냉간 굴곡가공된 굴곡부에 존재하는 잔류응력이 감소하고, 탄화물들이 석출하여 전위를 고착시키기 때문에 나타나는 효과로 판단된다.

이상으로부터, 통상, 와이어를 U형태로 가공하게 되면, 굴곡부의 강도가 현저히 떨어지게 되지만, 굴곡가공이후에 적정한 정도의 응력제거소둔이나 저온소둔을 실시하면, 굴곡가공전의 와이어 인장강도의 90%이상까지 회복할 수 있어 U볼트의 내구성을 현저히 증가시킴을 확인할 수 있다. 이 수치는 표4에 나타낸 종래방법 (SCM435를 사용하여 굴곡가공 후 담금질/뜨임처리하여 제조됨)으로 제조된 제품이 약 81%정도 밖에 되지 않는 점으로 볼 때 획기적인 개선효과가 있음을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 차량용 U볼트에 한정되지 않고, 건설용이나 기계장치용 U볼트의 제조방법으로도 충분히 적용가능하다.

Claims

C 0.15~0.50wt%, Si 1.5wt%이하, Mn 0.25~2.0wt%, P 0.03wt% 이하, S 0.03wt% 이하를 함유하고 잔부는 불가피 불순물과 Fe로 조성된 강재를 인발하는 단계, 인장강도 70~130Kgf/mm², 항복비 85~97%, 단면감소율 50%이상, 오스테나이트 결정입도 ASTM No.9 이상이 되도록 한 가닥씩 풀면서 연속적으로 담금질에 이은 뜨임 열처리를 하는 단계, U볼트의 직경으로 인발하는 단계, U볼트 길이로 절단하여 양단부 상에 전조 나사가공을 하는 단계, U 형상으로 굴곡가공하는 단계, 300~600℃로 가열하여 30분 이상 유지한 후 물, 기름에 의한 급냉 또는 대기 중에서 서냉하여 응력을 충분히 제거하는 단계, 표면부에 도금 또는 도장하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 U볼트의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 조성에 Cr 0.05~2.0wt%, Mo 0.05~1.0wt%, B 0.0003~0.0050wt%, Ti 0.01~0.05wt% 중에서 한 성분 이상이 부가적으로 첨가되어 조성됨을 특징으로 하는 U볼트의 제조방법.
C 0.15~0.50wt%, Si 1.5wt%이하, Mn 0.25~2.0wt%, P 0.03wt% 이하, S 0.03wt% 이하를 함유하고 잔부는 불가피 불순물과 Fe로 조성된 강재를 인발하는 단계, 인장강도 70~130Kgf/mm², 항복비 85~97%, 단면감소율 50%이상, 오스테나이트 결정입도 ASTM No.9 이상이 되도록 한 가닥씩 풀면서 연속적으로 담금질에 이은 뜨임 열처리를 하는 단계, U볼트의 직경으로 인발하는 단계, U볼트 길이로 절단하여 양단부 상에 전조 나사가공을 하는 단계, U 형상으로 굴곡가공하는 단계, 표면부에 도금 또는 도장하는 단계, 180~300℃에서 30분 이상 유지하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 U볼트의 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 조성에 Cr 0.05~2.0wt%, Mo 0.05~1.0wt%, B 0.0003~0.0050wt%, Ti 0.01~0.05wt% 중에서 한 성분 이상이 부가적으로 첨가되어 조성됨을 특징으로 하는 U볼트의 제조방법.
C 0.15~0.50wt%, Si 1.5wt%이하, Mn 0.25~2.0wt%, P 0.03wt% 이하, S 0.03wt% 이하를 함유하고 잔부는 불가피 불순물과 Fe로 조성된 강재를 인발하는 단계, 인장강도 70~130Kgf/mm², 항복비 85~97%, 단면감소율 50%이상, 오스테나이트 결정입도 ASTM No.9 이상이 되도록 한 가닥씩 풀면서 연속적으로 담금질에 이은 뜨임 열처리를 하는 단계, U볼트의 직경으로 인발하는 단계, U볼트 길이로 절단하여 양단부 상에 전조 나사가공을 하는 단계, U 형상으로 굴곡가공하는 단계, 300~600℃로 가열하여 30분 이상 유지한 후 물, 기름에 의한 급냉 또는 대기 중에서 서냉하여 응력을 충분히 제거하는 단계, 표면부에 도금 또는 도장하는 단계, 180~300℃에서 30분 이상 유지하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 U볼트의 제조방법.
제5항에 있어서, Cr 0.05~2.0wt%, Mo 0.05~1.0wt%, B 0.0003~0.0050wt%, Ti 0.01~0.05%중에서 한 성분이상이 부가적으로 첨가되어 조성됨을 특징으로 하는 U볼트의 제조방법.