KR101316324B1 - 미니블럭 스프링강 선재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 현가장치에 주로 사용되는 미니블럭 스프링강 선재를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 선재 압연 온도 및 냉각조건을 적절히 제어함으로써 열처리를 행하지 않고서도 우수한 필링 가공성을 갖는 미니블럭 스프링강 선재 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 중량%로, C: 0.52 ~ 0.58%, Si: 1.2 ~ 1.6%, Mn: 0.6 ~ 0.8%, Cr: 0.60 ~ 0.80%, V: 0.10 ~ 0.15%, P: 0.025%이하, S: 0.015%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 그 조직이 3 ~ 15 Vol.%의 페라이트와 나머지 펄라이트로 이루어지고, 그리고 26.9 ~ 27.3의 HRC 경도값을 갖는 미니블럭 스프링강 선재 및 그 제조방법을 그 요지로 한다.

본 발명에 의하면, 열처리를 행하지 않고서도 우수한 필링 가공성을 갖는 미니블럭 스프링강 선재를 제공함으로써, 열처리를 행하지 않고 스프링 가공이 가능하게 되어 원가절감, 생산성 향상 및 품질개선 등을 가져올 수 있다.

미니블럭, 스프링, 선재, 필링, 가공성, 경도, 냉각속도

Description

미니블럭 스프링강 선재 및 그 제조방법{Wire Rod for Miniblock Spring and Method for Manufacturing the Wire Rod}

본 발명은 자동차 현가장치에 주로 사용되는 미니블럭 스프링강 선재를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 필링(Peeling)가공성이 우수한 미니블럭 스프링강 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

미니블럭 스프링은 도 1에 나타난 바와 같이, 끝단부와 중심부의 선경에, 예를 들면, 약 5㎜φ이상의 차이가 있다.

이와 같이 미니블럭 스프링의 끝단부와 중심부의 선경에 약 5㎜φ이상의 차이가 있으므로, 미니블럭 스프링강 선재의 경우에는 미니블럭 스프링으로 가공시 상당히 많은 양의 소재를 깎아내어야 한다.

이 때문에 소재(선재)가 편차없이 얼마나 잘 깍이는지가 매우 중요한 품질 특성중의 하나이다. 이를 소재(선재)의 필링(Peeling) 가공성이라고도 표현하는데 일반적으로 소재를 깎아낼 때 표층의 경도가 낮아 바이트의 마모량이 적을 수록 필링 가공성이 우수하다고 표현한다.

뿐만아니라 필링 시 소재가 얼마나 곧게 가공되는지(직진도)와 생성된 칩의 모양이 얼마나 균일한가 또한 필링 가공성과 밀접한 관련이 있다.

종래의 미니블럭 스프링강 선재는 그 경도가 높고 그 편차 또한 컸기 때문에 우수한 필링 가공성을 확보하기 위하여 가공 전 소둔 열처리를 실시하였다.

일반적으로, 상기 소둔 열처리는 코일 전체를 배치(Batch)에 넣어 행하였는데, 이 과정에서 소요되는 시간과 비용은 고객사의 원가 경쟁력을 떨어뜨리는 주 원인이 되었다.

이와 같은 배경에서 소둔 열처리를 생략하기 위한 여러 시도가 있었지만, 코일의 탑(TOP)부와 버텀(BOTTOM)부 간의 냉각편차, 중심부에 발생되는 저온조직 발생 등으로 인해 열처리를 생략하기가 어려운 상황이다.

이에 고객사에서는 자체적으로 마모성을 높인 티타늄 바이트를 개발하게 되었는데 그럼에도 불구하고 종래의 미니블럭 스프링강 선재를 열처리 없이 사용하기에는 무리가 있었다.

따라서, 열처리 없이도 우수한 필링 가공성을 갖는 미니블럭 스프링강 선재의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 선재 압연 온도 및 냉각조건을 적절히 제어함으로써 열처리를 행하지 않고서도 우수한 필링 가공성을 갖는 미니블럭 스프링강 선재 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 중량%로, C: 0.52 ~ 0.58%, Si: 1.2 ~ 1.6%, Mn: 0.6 ~ 0.8%, Cr: 0.60 ~ 0.80%, V: 0.10 ~ 0.15%, P: 0.025%이하, S: 0.015%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 그 조직이 3 ~ 15 Vol.%의 페라이트와 나머지 펄라이트로 이루어지고, 그리고 26.9 ~ 27.3의 HRC 경도값을 갖는 미니블럭 스프링강 선재에 관한 것이다.

상기 펄라이트의 라멜라층상 간격은 0.3 ~ 0.6㎛가 바람직하다.

또한, 본 발명은 중량%로, C: 0.52 ~ 0.58%, Si: 1.2 ~ 1.6%, Mn: 0.6 ~ 0.8%, Cr: 0.60 ~ 0.80%, V: 0.10 ~ 0.15%, P: 0.025%이하, S: 0.015%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 빌렛을 1000℃ 이상에서 가열한 후, 조압연, 중간마무리압연, 최종마무리압연과 감면 및 치수제어압연(Reducing and Sizing Milling)을 거쳐 레잉 헤드(Laying Head)에서 권취한 다음, 컨베이어와 하나 또는 다수개의 서냉커버가 구비되어 있는 냉각대에서 냉각하여 선재를 제조하는 방법으로서,

상기 권취온도가 880~920℃이고, 그리고 냉각대에서의 선재의 냉각속도가 0.45 ~ 1.0℃/초(s)인 것을 특징으로 하는 미니블럭 스프링강 선재의 제조방법에 관한 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 열처리를 행하지 않고서도 우수한 필링 가공성을 갖는 미니블럭 스프링강 선재를 제공함으로써, 열처리를 행하지 않고 스프링 가공이 가능하게 되어 원가절감, 생산성 향상 및 품질개선 등을 가져올 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 빌렛의 조성에 대하여 설명한다.

상기 C은 강도 상승에 매우 효과적인 원소로서, 강도 확보를 위하여 0.52% 이상 첨가되어야 하지만, C 함량의 증가에 따른 강도 상승은 변형저항성 등 스프링강 고유의 물성을 확보하는데 부적합하므로 그 상한은 0.58%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Si는 스프링강의 강도 확보 및 변형저항성 측면에서 필요한 원소로서, 이러한 효과를 얻기 위해서는 1.2%이상 첨가되어야 하나, Si는 선재 제조 시 가열로 및 냉각대에서 표면 탈탄을 조장하므로 그 상한은 1.6%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 스프링강에서 경화능을 향상시켜 강도를 확보하는데 유익한 원소이다. 따라서, 상기 Mn 함량이 0.6% 미만인 경우에는 고강도 선재로서 요구되는 충분한 강도 및 소입성을 얻기 어렵고, 0.8%를 초과하는 경우에는 인성이 저하하므로 상기 Mn의 함량은 0.6~0.8%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Cr은 그 함량에 따라 강재의 내산화성, 템퍼 연화성 및 소입성 등에 영향을 주기 때문에 0.60% 이상 첨가되어야 한다.

그러나, 그 함량이 지나치게 많은 경우에는 스프링강의 주요 특징중의 하나인 변형저항성에 악영향을 미치므로 그 상한은 0.80%로 제한한다.

상기 V은 단독, 또는 복합 첨가에 의해 탄/질화물을 형성하여 석출경화 작용을 일으킴으로써 스프링 특성을 개선하는 원소이다. V 함량은 0.10% 이상, 0.15%를 넘지 않는 범위로 제한하여 결정립도 제어와 스프링의 피로특성을 개선하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 P는 0.025% 이하로 제한하는 것이 바람직한데, 그 이유는 P의 경우 결정 입계에 편석되어 인성을 저하시켜 신선 가공성을 떨어뜨리기 때문이다.

상기 S는 유화물을 형성시키기 때문에 제강공정에서 일반적으로 제어 가능한 수준인 0.015%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 조성되는 빌렛은 가열, 압연 및 냉각 공정을 거쳐 스프링용 선재로 만들어지게 되는데, 이하에서는 제조공정에 대하여 설명한다.

상기 빌렛은 1000℃ 이상의 가열온도로 가열되고, 가열된 빌렛은 조압연, 중간마무리압연, 최종마무리압연 및 감면 및 치수제어압연을 거쳐 레잉 헤드(Laying Head)에서 권취되게 된다.

이 레잉 헤드에서 권취되자마자 측정되는 온도를 권취온도라고 하는데 이 온도는 선재의 물성을 결정짓는 냉각 공정의 초기온도로 매우 중요한 의미를 가진다.

따라서, 이 온도를 어떻게 관리하느냐에 따라서 선재의 물성을 크게 변화시킬수 있다.

본 발명에서는 선재의 경도를 낮추기 위하여 가능한 한 권취온도를 높게 제한하는데, 이는 권취온도가 높을 수록 선재의 연속냉각곡선에서 높은 온도영역에서 변태가 개시되기 때문이며, 높은 온도에서 생성되는 펄라이트 조직은 저온에서 생성되는 조직에 비해 그 라멜라 층상간격이 더 넓다.

그러나, 권취온도가 너무 높은 경우에는 조업 과정에서 수냉대 냉각수량의 감소로 소재의 심각한 표면긁힘을 유발할 수도 있다.

따라서, 본 발명에서는 권취온도를 880~920℃로 제한한다.

상기와 같이 권취된 선재는 냉각되는데, 이 때, 냉각속도는 0.45 ~ 1.0℃/초(s)로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 냉각속도가 0.45 ℃/s 미만인 경우에는 설비특성상 제어가 어려울 뿐만 아니라 생상성이 떨어지고, 1.0 ℃/s 를 초과하는 경우에는 경도가 증가하여 필링 가공성을 저하시킨다.

상기한 선재의 냉각속도를 제어하는 방법의 예로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 냉각대의 컨베이어 속도 및 선재 냉각대의 서냉커버 조건을 제어하는 방법 등을 들 수 있는데, 이에 대하여 설명한다.

본 발명에 사용될 수 있는 냉각대는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상적인 스텔모어(Stelmor)냉각대 등이 본 발명에 바람직하게 사용될 수 있다.

선재의 냉각대의 컨베이어 속도에 대하여 설명한다.

스텔모어(Stelmor)냉각대의 컨베이어 속도는 송풍 시 그 영향을 얼마나 받을 것인지와 냉각대에서의 적치밀도를 결정하는 가장 중요한 인자이다.

본 발명에서는 냉각대에서 송풍은 실시하지 않는 것이 바람직하다.

송풍을 실시하지 않는 경우 컨베이어 속도는 선재의 적치밀도에 한정되어 작용하는데 컨베이어 속도가 느려질수록 선재의 적치밀도는 증가하게 되며 이 경우 링과 링 사이에 작용하는 복사열로 인하여 서냉의 효과는 더욱 극대화된다.

하지만, 선재의 압연 속도가 일정하기 때문에 치수가 작은 경우 권취되어 나오는 소재의 양이 상대적으로 많아 무조건 컨베이어 속도를 낮게 유지하는 것은 자칫 조업 이상 발생의 원인이 될 수 있다.

따라서, 컨베이어의 최대속도는 정상적인 조업이 가능하면서 적치밀도를 최대로 높일 수 있는 컨베이어 속도인 0.15m/s 이상으로 제한하는 것이 바람직하다.

그러나, 컨베이어 속도가 0.2m/s를 초과하는 경우에는 서냉효과가 떨어져 경도가 증가하여 필링 가공성이 떨어지므로, 컨베이어 속도는 0.15 ~ 0.20m/s로 제한하는 것이 바람직하다.

다음으로, 선재 냉각대의 서냉커버 조건에 대하여 설명한다.

스텔모어(Stelmor) 냉각대의 부족한 서냉능을 보완하기 위한 설비인 서냉커버는 정해진 구간 내에서 변태를 완료시키고 커버 안에서의 복열 효과를 최소화 하기 위해 스프링강의 경우 일반적으로 냉각초기 1, 2개의 서냉커버를 연 상태로 작업해 왔다.

그러나, 본 발명자들의 여러 차례에 걸친 시험(TEST) 결과, 서냉커버를 모두 닫은 상태로 조업하는 것이 미니블럭 스프링강의 필링 가공성 향상에 보다 효과적임을 확인할 수 있었다.

이러한 시험결과에 의하여, 본 발명에서는 냉각대에서의 서냉커버는 모두 닫은 상태로 조업하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 제조된 선재는 3 ~ 15 Vol.%의 페라이트와 나머지 펄라이트로 이루어지는 조직을 갖는다.

상기 페라이트의 함량이 3Vol.%미만인 경우에는 연성이 저하하여 필링 가공성이 떨어지므로, 상기 페라이트는 3Vol.%이상은 포함되어야 하지만, 페라이트를 15Vol.% 를 초과하여 포함시키는 것은 제조상 어려움이 있다.

따라서, 상기 페라이트의 함량은 3 ~ 15Vol.%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 펄라이트의 라멜라층상 간격은 0.3 ~ 0.6㎛가 바람직하다.

상기 펄라이트의 라멜라층상 간격이 0.3 ㎛미만인 경우에는 경도가 증가되어 필링가공성이 떨어지고, 0.6㎛를 초과하는 경우에는 인성이 저하되어 가공성이 떨어진다.

또한, 상기 선재는 26.9 ~ 27.3의 HRC 경도값을 갖는다.

상기 경도가 27.3를 초과하는 경우에는 경도가 증가되어 필링 가공성이 떨어지므로, 경도는 27.3이하로 제한하는 것이 바람직하지만, 경도를 26.9미만으로 제 어하는 것은 제조 상 어려움이 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같은 조성을 갖는 160X160㎟ 의 스프링강 빌렛을 15.5 mmφ선재로 압연한 후, 하기 표 2의 권취온도 및 냉각조건으로 권취 및 냉각한 다음, 선재를 C방향으로 절단한 단면에서 열십자 모양으로 9개 지점의 HRC 경도(로크웰 경도), 퍼얼라이트의 라멜라층상 간격 및 페라이트 분율을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

하기 표 2의 종래재(1-2)는 도 2에 나타난 바와 같이 서냉커버들 중 1,2번 2개만을 덮고 선재를 냉각을 시킨 것[도 2의 (a)]이고, 발명재(1-3)의 경우에는 서냉커버들 모두를 덮고 선재를 냉각시킨 것[도 2의 (b)]이다.

조성(중량%)
C	Si	Mn	P	S	Al	Cr	V	N(ppm)
0.54	1.45	0.65	0.007	0.005	0.003	0.67	0.11	45

시편No.	권취온도 (℃)	컨베이어 속도(m/s)	평균냉각 속도(℃/s)	HRC경도	라메라층상 간격(㎛)	페라이트 분율(%)
종래재 1	852	0.30	1.32	28.7	0.15	3 미만
종래재 2	860	0.30	1.35	28.3	0.15	3 미만
발명재 1	908	0.17	0.72	27.2	0.35	7.8
발명재 2	910	0.19	0.76	27.2	0.52	8.0
발명재 3	903	0.15	0.56	27.3	0.50	10.2

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 조건으로 제조된 선재(발명재 1-3)는 HRC 경도값이 27.2~27.3으로서 종래조건으로 생산한 종래재(1-2)와 비교하면 경도가 낮아진 것을 확인할 수 있다.

또한, 발명재(1-3)은 종래재(1-2)와 비교하여 라멜라층상간격이 더 넓고, 또한 페라이트 분율이 더 큼을 알 수 있다.

도 1은 통상적인 미니블럭 스프링의 일례도

도 2는 종래재와 발명재를 제조하기 위한 냉각설비조건을 나타내는 개략도로서, (a)는 종래재에 관한 것이고, (b)는 발명재에 관한 것임.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 중량%로, C: 0.52 ~ 0.58%, Si: 1.2 ~ 1.6%, Mn: 0.6 ~ 0.8%, Cr: 0.60 ~ 0.80%, V: 0.10 ~ 0.15%, P: 0.025%이하(0%를 포함), S: 0.015%이하(0%를 포함), 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 빌렛을 1000℃ 이상에서 가열한 후, 조압연, 중간마무리압연, 최종마무리압연과 감면 및 치수제어압연을 거쳐 레잉 헤드(Laying Head)에서 권취한 다음, 컨베이어와 하나 또는 2개이상의 서냉커버가 구비되어 있는 냉각대에서 냉각하여 선재를 제조하는 방법으로서,

   상기 권취온도가 880~920℃이고, 그리고 냉각대에서의 선재의 냉각속도가 0.45 ~ 1.0℃/초(s)인 것을 특징으로 하는 미니블럭 스프링강 선재의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 선재의 냉각속도가 컨베이어의 속도를 0.15 ~ 0.2 m/s 로 제어하고 또한 서냉커버를 모두 닫은 상태에서 선재를 냉각시키는 것에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 미니블럭 스프링강 선재의 제조방법.

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