KR101435311B1

KR101435311B1 - 저사이클 피로 특성이 우수한 자동차 하체 부품과 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101435311B1
Application number: KR1020127029470A
Authority: KR
Inventors: 다까아끼 후꾸시; 히데유끼 나까무라; 이사오 아나이
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2014-08-27
Also published as: EP2573200B1; CN102892911A; EP2573200A1; EP2573200A4; JP2011006781A; US20130056115A1; KR20120138246A; US9050646B2; CN102892911B; WO2011145234A1; JPWO2011145234A1; JP4824145B1

Abstract

저사이클 피로 특성이 우수한 자동차 하체 부품이며, 질량％로, C: 0.02 내지 0.10％, Si: 0.05 내지 1.0％, Mn: 0.3 내지 2.5％, P: 0.03％ 이하, S: 0.01％ 이하, Ti: 0.005 내지 0.1％, Al: 0.005 내지 0.1％, N: 0.0005 내지 0.006％, 및 B: 0.0001 내지 0.01을 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로부터 이루어지는 강으로 구성되고, 부품 조직의 80％ 이상이 베이나이트 조직의 강이며, 판 두께(t)와 외표면 곡률 반경(R)과의 비(R/t)가 5 이하의 부위인 (211)면의 X선 반가 폭이 5(deg) 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

저사이클 피로 특성이 우수한 자동차 하체 부품과 그 제조 방법 {AUTOMOTIVE UNDERBODY PART HAVING EXCELLENT LOW CYCLE FATIGUE PROPERTIES, AND PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은, 저사이클 피로 특성이 우수한 자동차 하체 부품과 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 자동차 하체 부품으로서는, 예를 들어, 액슬 빔, 서스펜션 멤버 등이 있다.

자동차 하체 부품에는, 가공성은 물론, 주행 중에 반복해서 충격 하중이나 비틀림 하중 등을 받으므로, 높은 강도와 함께 높은 피로 특성이 필요하다. 충격 하중이나 비틀림 하중 등은, 소재의 소성 영역에 미치는 큰 하중이 될 경우도 있어서, 특히, 고응력 진폭 저사이클 영역(파단 횟수가 10⁵회 이하)에서의 피로 특성이 중요시된다.

예를 들어, 자동차 하체 부품인 자동차 액슬 빔에 대해서, 특허문헌 1에서는, 통 형상의 피가공체(예를 들어 강관)의 내면에 액체 압력을 부여하면서 프레스 가공하는 방법과, 그 방법에서 얻어지는 이형 단면 통 형상체의 액슬 빔이 제안되어 있다.

이 액슬 빔에서는, 충분한 피로 특성을 확보하기 위해서, 강관을 프레스 가공한 후에 ?칭이나 어닐링 등의 경화 열처리를 실시함으로써, 부품의 피로 특성이나 강도를 원하는 레벨까지 향상시킨다.

이러한 경화 열처리를 행하면, 부품의 비용이 높아지고, 또한 열처리에 의해 부품 형상이 변화되어서 추가 교정이 필요하게 될 경우나, 부품이 연화되어서 추가의 강화 수단(예를 들어 표면 경질화 처리 등)이 필요하게 될 경우가 있었다.

이로 인해, 프레스 후 열처리 없이 제조 가능한, 충분한 피로 특성을 갖는 자동차 하체 부품이, 산업계에서 요망되고 있다.

또한, 피로 특성이 우수한 자동차 하체 부품으로서, 특허문헌 2에서는, Nb과 Mo의 복합 첨가 강으로 구성된 부품이 제안되어 있다. Nb과 Mo의 복합 첨가 강은, 굽힘 성형 후에 가공 경화에서 표층부가 단단해지고, 또한 피로 특성 향상 때문에 행하는 내부 응력 제거 어닐링 시의 경도의 저하가 적으므로, 피로 특성이 우수하다.

확실히, 프레스 성형 후에 어닐링을 행하면 충분한 피로 특성을 갖는다고 생각된다.

그러나, 프레스 성형한 채로의 상태에서는, 페라이트가 존재하기 때문에, 프레스 성형 후에 피로 균열의 기점이 되는 미소 보이드가 다수 발생할 우려가 있다. 또한, 저사이클 영역의 피로에서는, 페라이트상의 항복 응력을 크게 초과한 응력 진폭이 되므로, 페라이트상은 미끄럼이 용이해져, 국소적으로 피로 손상한다. 따라서, 충분한 저사이클 피로 특성을 갖는다고는 생각할 수 없다.

일본 특허 출원 공개 제2001-321846호 일본 특허 출원 공개 제2008-63656호

프레스 성형한 채로 열처리 없이 제조 가능한, 충분한 저사이클 피로 특성을 갖는 자동차 하체 부품은, 현재까지 제안되지 않고 있다. 특히, 큰 굽힘 성형이 실시된 자동차 하체 부품에서는, 굽힘이 큰 부위에 있어서, 충분한 저사이클 피로 특성이 얻어지지 않았다.

따라서, 본 발명은, 저비용으로, 추가 교정이나 추가의 강화 수단을 필요로 하지 않는, 프레스 성형 후에 열처리 없이, 큰 굽힘 성형을 실시했을 경우에도 충분한 저사이클 피로 특성을 갖는 자동차 하체 부품과 그 제조 방법의 제공을 과제로 한다.

본 발명자들은, 충분한 저사이클 피로 특성을 갖는 자동차 하체 부품을 얻기 위해서, 성형 전후로부터 피로 하중 부하에 이르기까지, 부품을 구성하는 강재(鋼材)의 미소 보이드 생성이나 피로 균열의 발생·진전 과정을 검토했다.

그 결과, 본 발명자들은, 강제(鋼製) 자동차 하체 부품에 있어서는, 강재 제조시나 성형 가공시에 발생한 미소 보이드가, 가공 후에 부품으로서 사용할 때에, 피로 균열의 발생이나 진전을 촉진하는 것을 새롭게 발견했다.

또한, 본 발명자들은, 성형 후 부품의 저사이클 피로 균열의 기점이 되는 부위의 판 두께(t)와, 외표면 곡률 반경(R)과의 비(R/t)의 값에 의해, 저사이클 피로 특성에 유리한 마이크로 조직이 다름을 새롭게 발견했다.

저사이클 피로 균열의 기점이 되는 부위의 판 두께(t)와, 외표면 곡률 반경(R)과의 비(R/t)가 5 이하가 되도록 굽힘 주체로 성형된 부품은, R/t가 5 이하인 부위의 조직 전체에 강제적으로 변형이 발생한다. 본 발명자들은, 강(鋼)의 조직을 베이나이트 주체의 균일한 조직으로 하면, 성형 후 미소 보이드의 발생이 적고, 저사이클 피로 수명이 길어지고, 베이나이트가 조직중에 차지하는 비율이 80％ 미만이 되면, 연질의 조직과 경질의 조직의 경계에 다수의 미소 보이드가 형성되고, 그 보이드가 피로 균열의 발생 및 진전을 촉진하고, 저사이클 피로 수명이 짧아지는 것을 발견했다.

이 지식에 주목하여, 다양하게 검토한 결과, 본 발명자들은, 강의 조직을 베이나이트 조직 주체로 제어하고, 충분히 결함이 적은 강관을 조관한 후, 굽힘 주체의 성형을 행함으로써, 다른 조직의 강을 사용하고, 또는 다른 성형 방법으로 제조된 부품보다, 비약적으로 우수한 저사이클 피로 특성을 갖는 부품이 얻어지는 것을 발견한 것이다.

본 발명은, 상기 지식에 기초해 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 질량％로,　

C: 0.02 내지 0.10％,　

Si: 0.05 내지 1.0％,　

Mn: 0.3 내지 2.5％,

P: 0.03％ 이하,　

S: 0.01％ 이하,　

Ti: 0.005 내지 0.1％,　

Al: 0.005 내지 0.1％,　

N: 0.0005 내지 0.006％, 및　

B: 0.0001 내지 0.01％

를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강으로 구성되는 자동차 하체 부품으로서,

부품 조직의 80％ 이상이 베이나이트 조직이며,

판 두께(t)와 외표면 곡률 반경(R)와의 비(R/t)가 5 이하의 부위인 (211)면의 X선 반가 폭이 5(deg) 이하인 것을 특징으로 하는 저사이클 피로 특성이 우수한 자동차 하체 부품.

(2) 상기 자동차 하체 부품을 구성하는 강이, 또한, 질량％로,　

Cu: 0.005 내지 1.0％,　

Ni: 0.005 내지 1.0％,　

Cr: 0.03 내지 1.0％,　

Mo: 0.1 내지 0.5％,　

Nb: 0.003 내지 0.2％,　

V: 0.001 내지 0.2％,　

W: 0.001 내지 0.1％,　

Ca: 0.0001 내지 0.02％,　

Mg: 0.0001 내지 0.02％,　

Zr: 0.0001 내지 0.02％, 및　

REM: 0.0001 내지 0.02％

로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 저사이클 피로 특성이 우수한 자동차 하체 부품.

(3) 질량％로,

C: 0.02 내지 0.10％,　

Si: 0.05 내지 1.0％,　

Mn: 0.3 내지 2.5％,　

P: 0.03％ 이하,　

S: 0.01％ 이하,　

Ti: 0.005 내지 0.1％,　

Al: 0.005 내지 0.1％,　

N: 0.0005 내지 0.006％ 및　

B: 0.0001 내지 0.01％

를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강 슬래브를,

1070℃ 이상 1300℃ 이하로 가열하고, 다음에,

마무리 압연 종료 온도를 850℃ 이상 1070℃ 이하로 하는 열간 압연을 실시하고, 그 후,

(A)식을 만족하는 냉각 속도 V(℃/sec)로 500℃ 이하까지 냉각하고, 계속해서,

브레이크다운 공정에서의 강재 최표면의 조관 변형(Δε)이, 외경(D), 판 두께(t)로 했을 때에, 이하 (B)식의 범위가 되도록 조관하고, 계속해서,

프레스 성형을 행하는 것을 특징으로 하는 저사이클 피로 특성이 우수한 자동차 하체 부품의 제조 방법.

300/M≤V≤3000/M　···(A)

0.7t/(D-t)≤Δε≤1.2t/(D-t) ···(B)

단, M=exp{6.2(C+0.27Mn+0.2Cr＋0.05Cu+0.11Ni+0.25Mo)+0.74} ···(C)

(C) 식의 C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo의 값은 질량％.

상기 강 슬래브가, 또한 질량％로,　

Cu: 0.005 내지 1.0％,　

Ni: 0.005 내지 1.0％,　

Cr: 0.03 내지 1.0％,　

Mo: 0.1 내지 0.5％,　

Nb: 0.003 내지 0.2％,　

V: 0.001 내지 0.2％,　

W: 0.001 내지 0.1％,　

Ca: 0.0001 내지 0.02％,　

Mg: 0.0001 내지 0.02％,　

Zr: 0.0001 내지 0.02％, 및　

REM: 0.0001 내지 0.02％

로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (3)에 기재된 저사이클 피로 특성이 우수한 자동차 하체 부품의 제조 방법.

본 발명의 자동차 하체 부품은, 성형이 굽힘 주체이며, 또한, 조직이 베이나이트 주체로 균일하므로, 성형 시에 미소 보이드가 발생하기 어렵다. 그 결과, 이 미소 보이드에 기인한 피로 균열의 발생이 억제되고, 또한, 이 미소 보이드가 연결되어 이루어지는 균열 진전을 억제할 수 있으므로, 본 발명의 자동차 하체 부품은, 저사이클 피로 특성이 우수하다.

성형 변형량이 많을수록, 이 경향은 현저해서, 본 발명의 자동차 하체 부품과, 종래의 자동차 하체 부품과의 저사이클 피로 수명의 차는, 커진다.

또한, 본 발명의 자동차 하체 부품은, 강재의 제조 공정 및 조관 공정에서도 미소 보이드의 발생을 최소한으로 억제하고 있다. 즉, 상기 (B)식의 조건을 만족함으로써, 강재 최표면에 많은 변형이 발생하는 브레이크다운(이하 「BD」라고 한다) 공정에서 발생하는, 피로 균열의 기점이 되는 조관 변형을 최소한으로 억제하고 있다.

따라서, 본 발명의 자동차 하체 부품은, 제품에서의 피로 균열의 기점부가 되는 부위의 전위나 보이드 등의 결함이 적어지므로, 우수한 저사이클 피로 특성을 나타낸다.

또한, 본 발명의 자동차 하체 부품은, 조직이 베이나이트 주체로 균일하므로, 피로 손상이 국소화하지 않는다. 또한, 저사이클 피로 영역에서의 높은 응력진폭에 대해서는, 동일 강도 레벨의 DP 강과 같은 페라이트상 주체의 조직보다, 항복 응력이 높고, 또한, 반복 응력에 대한 전위의 미끄럼 저항이 높아져, 피로 균열의 발생을 더욱 억제할 수 있다.

본 발명의 자동차 하체 부품은, 다른 조직 또는 다른 제조 방법에 의해 제조된 자동차 하체 부품보다, 훨씬 우수한 저사이클 피로 특성을 가지므로, 성형 후의 경질화, 또는 고강도화 등의 열처리를 생략할 수 있다.

열처리의 생략에 의해, 열처리 비용의 삭감이 가능하다. 또한, 열처리시의 산화 스케일이 부착되는 것을 방지할 수 있으므로, 부품의 외관 품위를 손상시키지 않고, 또한, 열처리에 기인하는 형상 변화도 방지할 수 있는 등, 많은 이점이 있다.

도 1은, 베이나이트의 조직면 분율과 저사이클 피로 특성과의 관계를 도시하는 도면이다.
도 2는, 저사이클 피로 균열의 기점이 되는 부위의 판 두께(t)와 외표면 곡률 반경(R)과의 비(R/t)와 저사이클 피로 특성과의 관계를 도시하는 도면이다.
도 3은, 열간 압연-냉각시의 온도와 냉각 속도의 정의를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 4는, 실시예에서의 자동차 하체 부품의 단면 형상을 도시하는 도면이다.
도 5는, (A)식과 베이나이트 분율과의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6은, (B)식과 X선 반가 폭의 값과의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7은, X선 반가 폭의 값과 저사이클 피로 특성의 관계를 도시하는 도면이다.

본 발명의 부품을 구성하는 강의 조직의 한정 이유에 대해서, 이하에 서술한다.

도 1에, 부품을 구성하는 강의 베이나이트 분율과 저사이클 피로 특성의 관계를 도시한다.

저사이클 피로 특성은 강도 레벨에 따라 다르기 때문에, 여기에서는, 균열 발생 부위에 가해지는 응력 진폭/TS가 0.8이 되는 부품의 비틀림 피로 시험을 실시했을 때의, 균열이 발생할 때까지의 반복 부하 횟수(이하 「피로 수명」이라고 한다)로 한다.

도 1은, 실시예의 발명예 1에 사용한 강을 사용하여, 냉각 속도를 변화시켜 베이나이트의 면 분율을 변화시킨 부품에 대하여, 저사이클 피로 시험을 실시한 결과이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 저사이클 피로 특성은 베이나이트의 면 분율이 증가하는 것에 따라 향상하고, 베이나이트의 면 분율 80％에서 극히 높은 값이 되어, 거의 안정화된다.

베이나이트보다 연질의 상이 과도하게 존재할 경우에는, 그 연질의 상 중에, 미소 보이드나 피로 균열이 발생하기 쉬워진다. 또한, 베이나이트보다 경질의 상이 강 표층부에 과도하게 존재할 경우에는, 경질의 상과 베이나이트 상과의 계면이나 그 계면 부근에서, 미소 보이드나 피로 균열이 발생하기 쉬워진다.

베이나이트보다 연질의 상으로서는 페라이트, 펄라이트, 안정적인 잔류 오스테나이트 등이 있고, 베이나이트보다 경질의 상으로서는 마르텐사이트, 가공 유기 마르텐사이트를 생성하는 불안정한 잔류 오스테나이트 등이 있다.

본 발명의 자동차 하체 부품을 구성하는 강에서는, 베이나이트의 조직면 분율은, 100％에 가까운 것이 바람직하고, 100％라도 상관없다. 잔량부 조직으로서, 페라이트, 펄라이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트의 1종 또는 2종 이상이, 합계로 20％ 이하 함유할 경우라도, 본 발명의 효과는 충분히 얻어진다.

따라서, 본 발명의 자동차 하체 부품을 구성하는 강의 베이나이트 분율은, 80％ 이상으로 한다.

저사이클 피로 균열의 기점 및 저사이클 피로 특성에 대해서 상세하게 설명한다.

여기에서는, 저사이클 피로 특성이란, 균열 발생 부위에 가해지는 응력 진폭/TS가 0.8이 되는 부품의 비틀림 피로 시험을 실시했을 때의 피로 수명으로 한다.

균열 발생 부위는 부품에 따라 상이하지만, 피로의 응력을 부하했을 때, 굽힘 가공이 실시된 정점부가 균열 발생 부위가 되는 것이 일반적이다.

도 4에, 특허문헌 1에 제시된 제조 방법과 마찬가지의 방법으로 제작한 액슬 빔의 단면 형상을 도시한다. 이 부품을 사용하여, 본 발명의 실시예에 도시하는 방법으로 저사이클 피로 시험을 실시한 바, 균열 발생 부위는, 도 4의 균열이 발생하기 쉬운 부위(2)(이하 「귀부」라고도 한다)가 되었다.

이 부품에서, 귀부가 균열 발생 부위가 되는 이유는 2가지이다.

첫 번째는, R/t가 작은 엄격한 굽힘 성형을 행하고 있으므로, 피로 균열의 기점이 되는 미소 보이드가, 귀부에 다수 생성하기 때문이라고 생각된다.

두 번째는, 비틀림 피로 시험을 행했을 때, 귀부의 진폭이 가장 크고, 또한, 귀부의 R이 작으므로 부하 응력의 집중이 커져, 귀부에 가해지는 응력이 크기 때문이라고 생각된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 자동차 하체 부품에서는, R/t가 작은 엄격한 굽힘 성형을 실시했을 경우라도 보이드의 생성이 적고, 저사이클 피로 특성이 우수하다. 도 2에, 그 효과를 도시한다.

도 2는, 제1 실시예의 발명예 1에 사용한 강을 사용하여, 성형형을 바꾸어서 R/t를 변화시킨 부품에 대하여, 저사이클 피로 시험을 실시한 결과이다.

본 발명의 부품에서는, 저사이클 피로 특성은, R/t가 큰 범위에서는 종래품과 비교해서 크게 우수한 것은 아니지만, R/t가 작은 범위, 특히, R/t≤5가 되면, 종래품보다 극히 우수한 피로 수명을 나타낸다.

즉 본 발명에서는, R/t가 5 이하가 되는 큰 굽힘 성형을 행한 경우이어도, 종래 부품보다 보이드의 생성이 억제되고, 저사이클 피로 특성이 우수한 부품을 얻을 수 있다.

베이나이트의 조직면 분율은, 판 두께 단면을 매립 연마한 후, 3％ 나이탈 용액으로 부식하고, 광학 현미경으로 400배로 강의 마이크로 조직을 10시야 관찰하고, 베이나이트 부분의 면적률을 정량화해서 구한다.

여기에서는 저사이클 피로 특성은, 실제 주행시에 가해지는 응력을 모의하고, 부품 전체를 비트는 피로 시험을 행했을 때의 피로 수명으로 평가했다. 피로 시험의 주파수는 1Hz로, 응력 조건은 완전 등진동으로 했다. 양호로 하는 판단 기준은, 피로 수명이 6만회 이상으로 했다.

다음에, 본 발명의 자동차 하체 부품에 사용하는 강의 성분 조성에 대해서 서술한다.

C는, 강판에서 필요로 하는 강도 레벨(예를 들어 590㎫급, 690㎫급, 780㎫급, 865㎫급, 980㎫급)을 얻기 위해서 0.02％ 이상으로 한다.

C의 함유량이 0.10％를 초과하면, 베이나이트 중에 탄화물의 개수가 증가하므로, 성형 시에 그 탄화물의 계면에 미소 보이드가 발생하기 쉬워지고, 또한, 인성이 저하하므로, 충분한 피로 특성이 얻어지지 않는다. 또한, 강도가 지나치게 높아지므로 성형성을 확보할 수 없고, 부품에 용접을 실시할 때는, 지연 파괴 균열을 발생하는 경우가 있다.

따라서, C의 함유량은, 0.02 내지 0.10％로 한다.

Si는, 피로 특성이나 가공성을 저해하는 조대한 산화물을 억제하기 위한 탈산 원소로서, 0.05％ 이상을 함유시킨다. Si의 함유량이 1.0％를 초과하면, SiO₂ 등의 개재물이 생성되고, 성형 시에 미소 보이드가 발생하기 쉬워진다.

따라서, Si의 함유량은 0.05 내지 1.0％로 한다.

Mn은, ?칭성을 확보하고, 베이나이트 조직을 얻기 위해서 유효하고, 그 효과를 얻기 위해서는, 0.3％ 이상 첨가할 필요가 있다. Mn의 함유량이 2.5％를 초과하면, MnO₂에 의한 결함 발생 및 MnS에 의한 중심 편석이 현저해진다.

따라서, Mn의 함유량은 0.3 내지 2.5％로 한다.

P는, 결정립계에 농화하기 쉽고, 함유량이 0.03％를 초과하면, 입계의 피로 강도를 저하시키는 경우가 있다.

따라서, P의 함유량은, 0.03％ 이하로 제한한다.

S의 함유량이 0.01％를 초과하면, 조대한 MnS를 형성해서 피로 특성이나 성형성을 손상시킬 경우가 있다.

따라서, S의 함유량은 0.01％ 이하로 제한한다.

Ti는, N을 TiN으로서 고정시키고, B의 ?칭성을 확보하는 데도 유효하다. 이 효과를 얻기 위해서는, 0.005％ 이상 첨가할 필요가 있다. Ti의 함유량이 0.1％를 초과하면, 조대한 TiN을 생성하고, 미소 보이드가 발생하기 쉬워진다.

따라서, Ti의 함유량은, 0.005 내지 0.1％로 한다.

Al과 N은, AlN을 생성해 베이나이트 조직의 미세화를 촉진해서 피로 특성을 향상시키는 원소이다. Al의 함유량이 0.005％ 미만, 또는 N의 함유량이 0.0005％ 미만에서는, 그 효과가 부족하다. Al의 함유량이 0.1％를 초과하고, 또는 N의 함유량이 0.006％를 초과하면, 강의 청정도가 떨어지고, 또한, 조대한 AlN을 생성해 피로 특성 및 성형성이 저하될 경우가 있다.

따라서, Al의 함유량은 0.005 내지 0.1％, N의 함유량은 0.0005 내지 0.006％로 한다.

B는, 강의 ?칭성을 향상하고, 베이나이트 조직을 얻기 위해서 극히 유효한 원소이다. B의 함유량이 0.0001％ 미만에서는, 그 효과가 충분히 얻어지지 않는다. B의 함유량이 0.01％를 초과하면, 조대한 붕화물(붕화 탄화물, 붕화 질화물, 붕화 탄질화물 등)을 생성하기 쉬워져 ?칭성을 손상시키고, 또한, 굽힘 성형 시나 피로 하중이 부하되었을 때에 균열 기점이나 미소 보이드의 기점으로도 되기 쉽다.

따라서, B의 함유량은 0.0001 내지 0.01％로 한다.

상기 원소 이외에, 또한, 선택 원소로서, 이하에 나타내는 원소를 첨가해도 좋다.

I. 베이나이트 생성 촉진 원소군:　

Cu: 0.005 내지 1.0％,　

Ni: 0.005 내지 1.0％,　

Cr: 0.03 내지 1.0％,　

Mo: 0.1 내지 0.5％.

II． 결정 미세화 원소군:　

Nb: 0.003 내지 0.2％,　

V: 0.001 내지 0.2％,　

W: 0.001 내지 0.1％.

III． 개재물 형태 제어 원소군:　

Ca: 0.0001 내지 0.02％,　

Mg: 0.0001 내지 0.02％,　

Zr: 0.0001 내지 0.02％,　

REM: 0.0001 내지 0.02％.

이들 3개의 군 중 1개의 군을 선택해서 첨가해도 좋고, 2개 이상의 군을 선택해서 첨가해도 좋다. 또한, 선택된 군에 포함되는 원소 중 1종만을 첨가해도 좋고, 2종 이상을 첨가해도 좋다.

베이나이트 생성 촉진 원소군의 Cu, Ni, Cr 및 Mo는, 모두 ?칭성을 향상시켜 베이나이트 조직의 생성에 유효하다.

Cu, Ni, Cr, Mo의 함유량이, 각각 0.005％ 미만, 0.005％ 미만, 0.03％ 미만, 0.1％ 미만인 경우에는, 각 원소의 베이나이트 생성 촉진 작용이 충분히는 얻어지기 어렵다.

Cu, Ni, Cr, Mo가, 각각 1.0％ 초과, 1.0％ 초과, 1.0％ 초과, 0.5％초과인 경우에는, 경질상이 다량으로 생성되기 쉬워지므로, 베이나이트의 조직 분율을 80％ 이상으로 하는 것이 곤란해진다.

따라서, Cu, Ni, Cr 및/또는 Mo를 첨가할 경우에는, 그 함유량은, Cu: 0.005 내지 1.0％, Ni: 0.005 내지 1.0％, Cr: 0.03 내지 1.0％, Mo: 0.1 내지 0.5％로 한다.

미세화 원소군의 Nb, V 및 W는, 모두 베이나이트 조직을 미세화하고, 피로 특성 및 성형성을 향상시키는 데에 유효하다.

이 효과를 얻기 위해서는, Nb는 0.003％ 이상, V는 0.001％ 이상, W는 0.001％ 이상 첨가할 필요가 있다. 또한, Nb가 0.2％ 초과, V가 0.2％ 초과, W가 0.1％ 초과로 되면, 강 중에 조대한 탄화물이 형성되기 쉬워지므로, 성형 시에 그 탄화물의 계면에 미소 보이드가 발생하기 쉬워져, 저사이클 피로 특성이 저하한다.

따라서, Nb, V 및/또는 W를 첨가할 때는, 그 함유량은, Nb: 0.003 내지 0.2％, V: 0.001 내지 0.2％, W: 0.001 내지 0.1％로 한다.

개재물 형태 제어 원소군의 Ca, Mg, Zr 및 REM은 모두 황화물을 형태 제어해서 성형성을 높이는 작용이 있다.

이 효과를 얻기 위해서는, Ca는 0.0001％ 이상, Mg은 0.0001％ 이상, Zr는 0.0001％ 이상, REM은 0.0001％ 이상 첨가할 필요가 있다. 이들 원소의 함유량이 0.02％를 초과하면, 이들 원소의 조대한 황화물이나, 클러스터화한 산화물과의 복합 화합물을 형성하고, 미소 보이드가 발생하기 쉬워진다.

따라서, Ca, Mg, Zr 및/또는 REM을 첨가할 때는, 그 함유량은, Ca: 0.0001 내지 0.02％, Mg: 0.0001 내지 0.02％, Zr: 0.0001 내지 0.02％, REM: 0.0001 내지 0.02％로 한다.

다음에, 본 발명의 자동차 하체 부품의 제조 방법에 대해서 서술한다.

우선, 상술한 성분 조성을 갖는 강 슬래브를, 1070℃ 이상 1300℃ 이하로 가열한 후, 마무리 압연 종료 온도를 850℃ 이상 1070℃ 이하로 하는 열간 압연을 실시한다. 이에 의해, 피로 특성이 우수한 베이나이트 조직이 얻어진다.

강 슬래브를 1070℃ 이상으로 가열하면, 용강 응고 과정에서 석출된 탄화물, 질화합물, 탄질 화합물을 강 중에서 고용시킴으로써, 베이나이트 중의 탄화물을 미세하게 분산할 수 있고, 성형 시의 미소 보이드의 발생을 억제할 수 있다.

강 슬래브를 1300℃ 초과로 가열하면, AlN이, 열간 압연 공정, 또는 압연 후의 냉각 공정에서 조대하게 석출되거나, B의 ?칭성 향상 효과를 저해하는 붕화물(탄화 붕소, 질화붕소, 탄질화 붕소)을 형성하는 경우가 있다.

따라서, 강 슬래브의 가열 온도는 1070℃ 이상 1300℃ 이하로 한다.

열간 압연에 있어서의 마무리 압연은, 미세한 베이나이트를 다량으로 생성시키기 위해서, 오스테나이트 단상으로 또한 재결정 영역인 850℃ 이상의 온도 영역에서 행한다. 마무리 압연 온도가 1070℃를 초과하면, 베이나이트 조직이 조대화되고, 저사이클 피로 특성이 저하한다.

따라서, 열간 압연의 마무리 압연 온도는, 850℃ 이상 1070℃ 이하로 한다.

그 후, 열간 압연 후의 강판을, 마무리 압연 종료 온도로부터, 하기 (A)식의 냉각 속도 V(℃/s)로, 500℃ 이하까지 냉각함으로써, 베이나이트 조직을 유효하게 생성시킬 수 있다.

300/M≤V≤3000/M　···(A)

단, M=exp{6.2(C+0.27Mn+0.2Cr＋0.05Cu+0.11Ni+0.25Mo)+0.74} ···(C)

(C)식의 C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo의 값은 질량％.

도 3에, 온도 및 냉각 속도의 정의를 나타낸다.

냉각 개시 온도가 850℃ 미만이 되면, 페라이트 조직이 나타나고, 베이나이트면 분율이 80％ 미만이 되는 경우가 있으므로, 냉각 개시 온도는, 850℃ 이상이 바람직하다. 또한, 마무리 압연 종료 온도가 1070℃ 이하이므로, 냉각 개시 온도는, 필연적으로 1070℃ 이하가 된다.

냉각 속도 V(℃/s)가, 상기 (A)식으로 결정되는 범위보다 클 경우에는, 베이나이트보다 경질의 마르텐사이트의 면 분율이 현저하게 증가하고, 베이나이트의 조직면 분율이 80％ 이상이 되지 않아, 그 결과, 성형 시에 미소 보이드가 발생하고, 또한, 피로 손상이 국소화하므로, 충분한 저사이클 피로 특성이 얻어지지 않는다.

냉각 속도 V(℃/s)가, 상기 (A)식의 범위보다 작을 경우에는, 베이나이트보다 연질의 페라이트나 펄라이트의 생성이 현저하게 증가하고, 베이나이트의 조직면 분율이 80％ 이상이 되지 않아, 그 결과, 성형 시에 미소 보이드가 발생하고, 또 피로 손상이 국소화하므로, 충분한 저사이클 피로 특성이 얻어지지 않는다.

도 5에, 실시예의 발명예 1에서 사용한 강을 사용했을 경우의 (A)식과 베이나이트 분율과의 관계를 도시한다. 횡축은 냉각 속도, 종축은 베이나이트 분율이다.

도 5로부터, V가 (A)식의 범위 외가 되면, 베이나이트 분율이 80％ 미만이 되는 것을 알 수 있다. 도 1로부터 명백해진 바와 같이, 베이나이트 분율이 80％ 미만이 되면, 충분한 저사이클 피로 특성이 얻어지지 않는다.

냉각 속도 V가 본 발명의 범위 내이어도, 냉각 정지 온도가 500℃를 초과하면, 페라이트 및 펄라이트의 분율이 증가하고, 베이나이트의 분율이 80％ 미만이 된다.

따라서, 본 발명의 자동차 하체 부품에 사용하는 강판의 제조에서는, 500℃ 이하까지, 상기 (A)식을 만족하는 냉각 속도 V로 냉각하는 것으로 한다. 냉각은, 냉각 속도를 제어하는 제어 냉각으로 하는 것이 바람직하다.

상온 내지 500℃ 이내의 온도에서 냉각을 멈추고, 열연 강판을 500℃ 이하의 온도 영역에서 유지(예를 들어, 코일 형상으로 한 열연 강판의 적층 등)해도, 본 발명을 일탈하는 것이 아니다. 또한, 표면의 손질이나 잔류 응력의 제거를 목적으로 한, 500℃ 이하의 온도 영역에서 강판 표층을 온도 상승시키는 간이 열처리가, 강재 또는 자동차 하체 부품의 제조 공정에 부가되어도, 본 발명을 일탈하는 것이 아니다.

얻어진 열연 강판으로부터, 자동차 하체 부품용의 전봉 강관을 제조하는 방법을 설명한다.

전봉 강관의 성형은 롤로 행하고, 굽힘 주체의 BD 공정과, 교축 주체의 핀 패스(이하 「FP」이라고 한다) 공정으로 갈라진다. 부품의 저사이클 피로 특성에 크게 영향을 미치는 것은, 피로 균열의 기점이 되는 강재 최표면에 큰 굽힘 변형이 발생하는 BD 공정이다.

충분한 저사이클 피로 특성을 갖는 부품을 얻기 위해서는, BD 공정에서 도입되는 강재 최표면의 조관 변형(Δε)이, 하기 (B)식의 범위가 되도록 조관할 필요가 있다.

0.7t/(D-t)≤Δε≤1.2t/(D-t) ···(B)

Δε이, 상기 (B)식으로 결정되는 범위보다 큰 경우에는, 길이 방향, 또는 둘레 방향의 구부리고 펴기에 의해 많은 소성 변형이 도입되어 있는 것을 의미하고, 보이드가 다수 생성되므로, 저사이클 피로 특성이 열화한다. 이 경우, 성형 후의 부품의 저사이클 피로 균열의 기점이 되는 부위인 (211)면의 X선 반가 폭은 커진다.

Δε이 상기 (B)식으로 결정되는 범위보다 작은 경우에는, 굽힘 부족으로, 그 후의 공정에서, 강관으로 하는 것이 곤란해진다.

도 6에, 실시예의 발명예 1에서 사용한 강판을 사용하여, Δε를 변화시켜서 제품을 제조했을 경우의, (B)식과 (211)면의 X선 반가 폭과의 관계를 도시한다.

Δε이 (B)식으로 결정되는 범위보다 작은 경우에는, 굽힘 부족으로, 그 후의 공정에서 강관으로 할 수 없었으므로, X선 반가 폭의 측정은 행하지 않고 있다.

Δε이 (B)식으로 결정되는 범위보다 큰 경우에는, X선 반가 폭의 값이 5를 초과했다. 후술하는 바와 같이, X선 반가 폭의 값이 5를 초과하는 경우에는, 피로 균열의 기점이 될 수 있는 전위나 보이드 등의 결함이 많이 존재하는 것을 의미하므로, 충분한 저사이클 피로 특성은 기대할 수 없다.

여기서, Δε를 산출하는 방법을 설명한다.

Δε의 측정 위치는, 부품에 있어서, 저사이클 피로에서 균열이 발생하기 쉬운 부위와 대응시킬 필요가 있다. 저사이클 피로에서 균열이 발생하기 쉬운 부위는, 사전에 FEM으로 강성 해석을 실시함으로써, 구할 수 있다.

본 발명의 실시예의 경우, 전봉 용접부(1)와 균열이 발생하기 쉬운 부위(2)는, 도 4에 도시하는 위치 관계로 되어 있고, 41㎜ 이격되어 있었다. 이 경우, BD 전의 강판과 BD 후의 강판을 채취하고, 판 엣지로부터 41㎜ 이격된 위치에서, Δε의 측정을 한다.

우선, 강판을 판 두께 단면에서 매립 연마하고, 최외표면의 경도를 하중 100gf의 마이크로비커스로 측정한다. 다음에, 조관 전의 열연 강판으로 인장 시험을 행하고, 여러 가지 변형량으로 정지시킨 시험편의 경도를 측정하고, 변형-경도 관계를 측정한다. 그리고, BD 전과 BD 후의 경도의 값을 변형으로 환산하여, 그 변형량의 차를 Δε로 한다.

구체적으로 Δε을 저감하는 방법으로서는, BD의 롤 컬리버의 곡률 반경을 작게 해서 둘레 방향으로 구부리는 양을 적게 하는 방법, 또는, 길이 방향의 롤 직경을 크게 해서 길이 방향의 구부리고 펴는 양을 적게 하는 방법이 있다.

다음에, 본 발명의 자동차 하체 부품에 있어서의, X선 반가 폭의 값의 한정 이유에 대해서 설명한다.

본 발명자들은, 여러 가지 제조 방법으로 시작한 자동차 부품의 저사이클 피로에서 균열이 발생하기 쉬운 부위의 X선 반가 폭의 값과, 저사이클 피로 특성과의 관계를 조사했다. 그 결과, 저사이클 피로에서 균열이 발생하기 쉬운 부위의 X선 반가 폭의 값과, 저사이클 피로 특성에는, 명확한 상관이 있는 것을 발견했다.

도 7에, X선 반가 폭의 값과 저사이클 피로 특성의 관계를 도시한다.

X선 반가 폭의 측정에는, 리가쿠덴끼제 X선 응력 측정 장치 PSPC-MSF형을 사용했다. 측정은, 이하의 측정 조건에서, 입사빔법으로 행했다.

타깃:　Cr-Kα/V 필터

관 전압/관 전류: 40kV/30mA　

카운터: 위치 민감형 비례계수관

콜리메터: 0.5㎜φ

회절면, 면 간격: (211), d=1.1702Å　

X선을 사용한 측정이므로, 얻어지는 정보는, 측정 부위의 판 두께 표층 부근의 정보가 된다.

(211)면에서 측정하는 이유는, 도 4와 같은 만곡한 부위에서도 측정 가능하며 , 또한, 피크 강도가 높으므로, 반가 폭값의 신뢰성이 높기 때문이다.

도 7로부터, X선 반가 폭이 5 이하에서는 저사이클 피로 특성은 항상 높은 값으로 안정되어 있지만, X선 반가 폭이 5를 초과하면, 급격하게 저사이클 피로 특성이 저하하는 것을 알 수 있다.

본 발명자들은 이 원인을 조사하기 위해서, X선 측정 후의 부품의 피로 균열의 기점이 되는 부위를 잘라내고, SEM 관찰을 행했다. 그 결과, X선 반가 폭이 5 이하인 경우는, 미소한 보이드가 점재하고 있는 정도이었지만, X선 반가 폭이 5를 초과하는 경우에는, 미소한 보이드가 다수 보이고, 또한, 미소한 보이드가 합체해서 성장한 보이드의 집합도 몇 개인가 보였다.

본 발명자들은, 이들 보이드가 피로 균열 발생의 직접적인 원인이라고 생각하고, 여러 가지 검토를 행한 결과, 보이드가 발생하기 어려운 조직, 보이드가 발생하기 어려운 조관 방법 및 보이드가 발생하기 어려운 성형 조건을 맞춤으로써, 비약적으로 저사이클 피로 특성이 우수한 것을 발견했다.

즉, 저사이클 피로 특성은, 강의 성분 조성, 조직 및 부품의 X선 반가 폭으로부터 알 수 있다.

강의 성분 조성은, 본 발명에서 규정하는 성분 조성으로 해서 본 발명에서 미리 정하는 열연 조건에서 제조함으로써, 균일한 베이나이트 주체의 조직으로 하는 것이 중요하다.

부품의 X선 반가 폭은, 조직, 조관 조건 및 부품의 성형 조건 전체에 의해 결정된다. 조직은 균일한 베이나이트 주체로 하고, 조관 조건은, (B)식으로 나타낸 조건에서, BD 공정에서의 변형량을 최소한으로 억제함으로써, 굽힘 주체의 성형이어도 보이드의 발생이 최소한으로 억제되고, (211)면의 X선 반가 폭이 5 이하가 된다. 즉, 미소 보이드가 적은, 저사이클 피로 특성이 우수한 부품이 된다.

또한, 저사이클 피로에서 균열이 발생하기 쉬운 부위는, 일반적으로는, 판 두께(t)와 외표면 곡률 반경(R)과의 비(R/t)가 5 이하가 되는 부위이므로, 본 발명의 자동차 하체 부품에서는, R/t가 5 이하가 되는 부위인 (211)면의 X선 반가 폭을 5 이하로 규정했다.

또한, 저사이클 피로에서 균열이 발생하기 쉬운 부위는, 사전에 FEM으로 강성 해석을 실시함으로써 구할 수 있고, 구한 부위의 (211)면의 X선 반가 폭이 5 이하이면, 다른 R/t가 5 이하가 되는 부위에서도, (211)면의 X선 반가 폭이 5 이하라고 판단할 수 있다.

또한, 부품의 비틀림 피로 시험을 실시하고, 실제로 균열이 발생한 부위를 특정하고, 그 부위에서 (211)면의 X선 반가 폭을 측정해도 좋다.

즉, 부품 중에서 가장 저사이클 피로에 대하여 약한 부위에서도, (211)면의 X선 반가 폭이 5 이하가 되는 것이, 본 발명에 의한 기술의 본질이다.

자동차 하체 부품의 제조 방법은, 얻어진 강관으로부터 프레스 성형으로 제조하는 것이 좋다. 프레스 성형 방법은, 예를 들어, 특허문헌 1에 제시되는 방법이 있다.

본 발명의 자동차 하체 부품의 제조에는, 판 두께 0.7 내지 20㎜의 열연 강판(강대 포함)으로 이루어지는 강관이 적용 가능하고, 인장 강도가 590㎫급, 685㎫급, 780㎫급, 865㎫급, 980㎫급의 베이나이트 조직이 주체인 강재를 적용하면 적합하다.

또한, 프레스 성형의 방법은 상관없지만, 강관을 액봉 프레스 등의 방법으로 자동차 하체 부품으로 하면, 굽힘 성형이 주체인 성형을 하기 쉬우므로, 적합하다.

실시예

표 1, 표 2에 나타내는 성분 조성의 강을, 진공 용해로에서 30㎏의 강괴로 했다. 그 강괴를, 표 3, 표 4에 나타내는 조건으로 가열 후, 판 두께 2㎜로 열간 압연하고, 그 후, 냉각을 행하여, 열연 강판을 얻었다.

표 1 내지 표 4에서, 본 발명의 요건을 만족하지 않는 것에 밑줄을 붙였다. 표 1, 표 2에서, 선택 원소의 빈칸은, 첨가하지 않은 것을 나타낸다.

베이나이트의 면 분율은, 판 두께 단면을 매립 연마 후, 3％ 나이탈 용액으로 부식하고, 광학 현미경으로 400배로 마이크로 조직을 관찰하고, 베이나이트 부분의 면적률을 정량화해서 구했다. 또한, 잔량부 조직도 마찬가지 방법으로 구했다.

얻어진 강판을 조관해서 φ80.0×t2.0의 강관으로 하고, 그 강관으로부터, 도 4에 도시하는, 이형 단면 형상의 자동차 하체 부품을 시작했다. 발명예 31 및 32는, 치수의 영향을 조사하기 위해서, φ60.0×t2.0의 강관으로부터, 마찬가지 방법으로 사이즈가 다른 부품을 시작(試作)했다.

이 자동차 하체 부품은, 특허문헌 1에 제시되는 제조 방법과 마찬가지의 방법으로 시작했다.

이 부품에서는, 프레스 성형 후에 저사이클 피로 시험을 행하면, 도 4에 도시한 균열이 발생하기 쉬운 부위(2) 부위에서 균열이 발생하는 것을 알았으므로, 균열이 발생하기 쉬운 부위(2) 부위의 R/t의 값이, 각각 2, 3, 5, 10이 되도록, 곡률 반경(R)을 변화시킨 4가지의 프레스형을 만들고, 자동차 하체 부품을 시작했다.

실시예의 R/t의 값은, 이 4가지 형 중 어느 것으로 프레스 성형을 행했는지를 나타낸다. 또한, 균열이 발생하기 쉬운 부위(2)는, R/t를 2 내지 10의 범위에서 바꾸어도, 이 부품 중에서는 가장 R/t가 작은 부위이므로, 저사이클 피로 시험을 행했을 때에 균열이 발생하는 부위는 이 위치라고 생각해도 좋다.

Δε의 값은, 전술한 방법으로 구했다.

또한, X선 반가 폭의 값은, 얻어진 자동차 하체 부품의 균열이 발생하기 쉬운 부위(2)를 화학 연마 후, 그대로 측정해서 구했다. 장치는, 리가쿠덴끼제 X선 응력 측정 장치 PSPC-MSF형을 사용했다. 측정은 회절법으로 행하고, 측정 조건은 이하와 같이 했다.

타깃:　Cr-Kα/V 필터

관 전압/관 전류: 40kV/30mA　

카운터: 위치 민감형 비례계수관

콜리메터: 0.5㎜φ

회절면, 면 간격: (211), d=1.1702Å

저사이클 피로 특성은, 도 4에 도시하는 부품 전체를 비트는 피로 시험을, 균열이 발생하기 쉬운 부위(2)의 응력 진폭/TS가 0.8이 되도록 조건을 설정해 갔을 때의, 피로 수명으로 평가했다. 피로 시험의 주파수는, 1Hz로 응력 조건은 완전 등진동으로 행했다.

양호로 하는 판단 기준은, 피로 수명을 6만회 이상으로 했다.

표 3, 표 4에, 저사이클 피로 시험의 결과를 나타낸다.

발명예의 자동차 하체 부품은, 부품을 구성하는 강재의 마이크로 조직의 80％ 이상이 베이나이트로부터 되는 균일한 조직이다. 또한, Δε이 본 발명의 범위 내이므로 조관 시에 도입되는 보이드 등의 결함이 적다. 또한, 성형 후의 부품의 저사이클 피로 균열의 기점이 되는 부위의 판 두께(t)와, 외표면 곡률 반경(R)과의 비(R/t)가 5 이하이어도, 피로 균열의 기점이 되는 부위의 X선 반가 폭이 작고, 부품으로 한 후에도 보이드 등의 결함이 적다. 또한, 마이크로 조직의 80％ 이상이 베이나이트로 이루어지는 균일한 조직이므로, 피로 손상이 국소화하지 않는다. 또한, 저사이클 피로 영역에서의 높은 응력 진폭에 대해서는, DP 강과 같은 조직보다도항복 응력이 높고, 반복 응력에 대한 전위의 미끄럼 저항이 높다. 따라서, 발명예의 자동차 하체 부품의 저사이클 피로 특성은 양호했다.

이에 대해, 본 발명의 범위로부터 일탈한 비교예에서는, 저사이클 피로 특성이 좋지 않았다.

제1 비교예는, 부품을 구성하는 강재의 C량이 많으므로, 저사이클 피로 특성이 좋지 않았다. 이것은, 탄화물의 개수가 증가해서 탄화물의 계면에 미소 보이드가 발생하기 쉬워지고, 또한, 강도도 지나치게 높아져, 그 결과, 조관 시 및 성형 시에 다수의 보이드 등의 결함이 생겼기 때문이라고 생각된다.

비교예 2는, Si량이 많으므로, 저사이클 피로 특성이 좋지 않았다. 이것은, SiO₂등의 개재물의 생성을 초래하고, 성형 시에 미소 보이드를 다수 생성했기 때문으로 생각된다.

비교예 3은, Mn량이 적으므로, 저사이클 피로 특성이 좋지 않았다. 이것은, ?칭성이 부족해 충분한 베이나이트 분율이 얻어지지 않고, 페라이트가 주체인 굽힘 성형에 적합하지 않은 조직으로 되어, 그 결과, 성형 시에 미소 보이드가 다수 생성되었기 때문이라고 생각된다.

비교예 4는, P량이 많으므로, 저사이클 피로 특성이 좋지 않았다. 이것은, P가 결정립계에 농화하고, 입계의 피로 강도를 저하시켰기 때문이라고 생각된다.

비교예 5는, S량이 많으므로, 저사이클 피로 특성이 좋지 않았다. 이것은, 조대한 MnS가 생성되고, 피로 특성을 열화시켰기 때문이라고 생각된다.

비교예 6은, Ti량이 적으므로, 저사이클 피로 특성이 좋지 않았다. 이것은, Ti량이 부족하므로 N을 TiN으로서 고정할 수 없고, BN으로서 석출해 버림으로써, B의 ?칭성 향상 효과가 발휘되지 않고, 충분한 베이나이트 분율이 얻어지지 않고, 페라이트가 주체로 굽힘 성형에 적합하지 않은 조직으로 되었으므로, 성형 시에 미소 보이드가 다수 생성되었기 때문이라고 생각된다.

비교예 7은, Al량이 많으므로, 저사이클 피로 특성이 좋지 않았다. 이것은, 조대한 AlN을 생성해서 피로 특성을 열화시켰기 때문과 생각된다.

비교예 8은, N량이 많으므로, 저사이클 피로 특성이 좋지 않았다. 이것은, 조대한 AlN을 생성해서 피로 특성을 열화시키고, 또한, BN을 생성해서 B의 ?칭성 향상 효과가 발휘되지 않고, 충분한 베이나이트 분율이 얻어지지 않고, 페라이트가 주체로 굽힘 성형에 적합하지 않은 조직으로 되었으므로, 성형 시에 미소 보이드를 다수 생성했기 때문이라고 생각된다.

비교예 9는, B량이 적으므로, 저사이클 피로 특성이 좋지 않았다. 이것은, B의 ?칭성 향상 효과가 발휘되지 않고, 충분한 베이나이트 분율이 얻어지지 않고, 페라이트가 주체로 굽힘 성형에 적합하지 않은 조직이 되었으므로, 성형 시에 미소 보이드를 다수 생성했기 때문이라고 생각된다.

비교예 10은, (211)면 X선 반가 폭의 값이, 본 발명에서 규정하는 범위보다 크고, 저사이클 피로 특성이 좋지 않았다. 이것은, R/t의 값이 1.5로 작으므로, 부품에의 성형 시에 다수의 미소 보이드가 생성되었기 때문이라고 생각된다.

비교예 11은, R/t의 값이 8로 크고, 저사이클 피로 수명은, 8.5만회로 충분한 횟수를 나타냈다. R/t가 크고 성형 변형이 작은 범위에서는, 성형 시에 생성하는 미소 보이드의 개수가 적으므로, 저사이클 피로 특성이 우수한 것은 당연하다.

도 2에 도시한 바와 같이, R/t가 큰 범위에서는, 본원 발명품이 아닌 종래품에서도, 충분한 저사이클 피로 특성을 나타냈다고 생각된다. 이렇게 R/t가 큰 범위에서는 종래품을 사용해도 충분한 저사이클 피로 특성이 얻어진다.

R/t가 작은 범위에서는 종래품에서는 충분한 저사이클 피로 특성을 얻을 수 없지만, 본 발명품에서는 충분한 저사이클 피로 특성을 얻을 수 있으므로, 본 발명 에 따르면 부품의 설계 자유도를 넓힐 수 있다.

비교예 12, 13, 14 및 15에서는, 부품을 구성하는 강재의 열간 압연 조건이 본 발명의 범위 외이므로, 저사이클 피로 특성이 좋지 않았다. 이것은, 충분한 베이나이트 분율이 얻어지지 않았으므로, 성형 시에 미소 보이드를 다수 생성했기 때문이라고 생각된다.

비교예 16 및 17에서는, BD 공정에서 도입되는 강재 최표면의 조관 변형(Δε)이, 본 발명의 규정보다 크고, 조관 시에 많은 보이드 등의 결함이 도입되어버리므로, X선 반가 폭의 값이 본 발명의 규정을 만족하지 않아, 저사이클 피로 특성은 좋지 않았다.

비교예 18에서는, BD 공정에서 도입되는 강재 표면의 조관 변형(Δε)이, 본 발명에서 규정하는 범위보다 작고, 굽힘 부족이 되어, 관 형상으로 성형할 수 없었다. 그로 인해, 그 후의 평가는 실시하지 않았다.

이상, 실시예를 사용해서 본 발명에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 발명은 자동차 하체 부품뿐만 아니라, 본 발명의 조건을 만족하기만 하면, 자동차의 필러나 철도나 실린더 등의 타분야에도 적용 가능한 기술이다.

본 발명에 따르면, 다른 제조 방법에 의해 제조된 자동차 하체 부품보다, 훨씬 우수한 저사이클 피로 특성을 갖는 자동차용 하체 부품을 제조할 수 있으므로, 성형 후의 경질화, 또는 고강도화 등의 열처리를 생략할 수 있다.

열처리의 생략에 의해, 열처리 비용의 삭감이 가능하고, 또한, 열처리시의 산화 스케일이 부착되는 것을 방지할 수 있으므로, 부품의 외관 품위를 손상시키지 않고, 또한, 열처리에 기인하는 형상 변화도 방지할 수 있으므로, 산업상의 이용 가능성은 크다.

1 전봉 용접부
2 (저사이클 피로로) 균열이 발생하기 쉬운 부위

Claims

질량％로,　
C: 0.02 내지 0.10％,　
Si: 0.05 내지 1.0％,　
Mn: 0.3 내지 2.5％,　
P: 0.03％ 이하,　
S: 0.01％ 이하,　
Ti: 0.005 내지 0.1％,　
Al: 0.005 내지 0.1％,　
N: 0.0005 내지 0.006％, 및　
B: 0.0001 내지 0.01％
를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강으로 구성되는 자동차 하체 부품으로서,
부품 조직의 80％ 이상이 베이나이트 조직이며,
판 두께(t)와 외표면 곡률 반경(R)과의 비(R/t)가 5 이하의 부위인 (211)면의 X선 반가 폭이 5(deg) 이하인 것을 특징으로 하는, 저사이클 피로 특성이 우수한 자동차 하체 부품.
제1항에 있어서,
상기 자동차 하체 부품을 구성하는 강이, 또한, 질량％로,　
Cu: 0.005 내지 1.0％,　
Ni: 0.005 내지 1.0％,　
Cr: 0.03 내지 1.0％,　
Mo: 0.1 내지 0.5％,　
Nb: 0.003 내지 0.2％,　
V: 0.001 내지 0.2％,　
W: 0.001 내지 0.1％,　
Ca: 0.0001 내지 0.02％,　
Mg: 0.0001 내지 0.02％,　
Zr: 0.0001 내지 0.02％, 및　
REM: 0.0001 내지 0.02％
로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는, 저사이클 피로 특성이 우수한 자동차 하체 부품.
질량％로,
C: 0.02 내지 0.10％,　
Si: 0.05 내지 1.0％,　
Mn: 0.3 내지 2.5％,　
P: 0.03％ 이하,　
S: 0.01％ 이하,　
Ti: 0.005 내지 0.1％,　
Al: 0.005 내지 0.1％,　
N: 0.0005 내지 0.006％ 및　
B: 0.0001 내지 0.01％
를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강 슬래브를, 1070℃ 이상 1300℃ 이하로 가열하고, 다음에,
마무리 압연 종료 온도를 850℃ 이상 1070℃ 이하로 하는 열간 압연을 실시하고, 그 후,
(A)식을 만족하는 냉각 속도 V(℃/sec)로 500℃ 이하까지 냉각하고, 계속해서,
브레이크다운 공정에서의 강재 최표면의 조관 변형(Δε)이, 외경(D), 판 두께(t)로 했을 때에, 이하 (B)식의 범위가 되도록 조관하고, 계속해서, 프레스 성형을 행하는 것을 특징으로 하는, 저사이클 피로 특성이 우수한 자동차 하체 부품의 제조 방법.
300/M≤V≤3000/M　···(A)
0.7t/(D-t)≤Δε≤1.2t/(D-t) ···(B)
단, M=exp{6.2(C+0.27Mn+0.2Cr＋0.05Cu+0.11Ni+0.25Mo)+0.74} ···(C)
(C) 식의 C, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo의 값은 질량％
제3항에 있어서,
상기 강 슬래브가, 또한 질량％로,　
Cu: 0.005 내지 1.0％,　
Ni: 0.005 내지 1.0％,　
Cr: 0.03 내지 1.0％,　
Mo: 0.1 내지 0.5％,　
Nb: 0.003 내지 0.2％,　
V: 0.001 내지 0.2％,　
W: 0.001 내지 0.1％,　
Ca: 0.0001 내지 0.02％,　
Mg: 0.0001 내지 0.02％,　
Zr: 0.0001 내지 0.02％, 및　
REM: 0.0001 내지 0.02％
로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 저사이클 피로 특성이 우수한 자동차 하체 부품의 제조 방법.