KR101557086B1 - Method of ferrite pearlite annealing heat treatment before cold forging for automotive steel - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자동차용 강재의 냉간단조 전 페라이트와 펄라이트 어닐링(Ferrite+Pearlite Annealing, FPA) 열처리 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 냉간단조 전 구상화 열처리 공정을 대체할 수 있고, 냉간단조 후 풀림 처리를 생략할 수 있는 자동차용 강재의 페라이트+펄라이트 어닐링 열처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ferrite and a pearlite annealing (FPA) heat treatment method for cold-forging automotive steels. More specifically, it is possible to replace the spheroidizing heat treatment step before cold forging and to use ferrite + pearlite annealing And a heat treatment method.
통상적으로 자동차의 변속기에 사용되는 소재는 사용특성상 냉간단조시 냉간성형성을 위해 구상화열처리를 실시한 후 냉간단조를 실시한다. 냉간단조 후에는 선삭, 정삭, 치절 가공 등을 하게 되는데, 이러한 가공을 용이하게 하기 위해서는 특정한 경도와 조직 등의 물성이 요구된다. 이러한 요구 물성을 만족시키기 위해, 종래에는 냉간단조 후 단조품을 연속로 타입의 열처리로에서 열처리하여 제품을 제조하였다. 또한 이러한 단조품 풀림 열처리에는 많은 시간과 비용이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 종래의 제조방법은 냉간성형을 위해서는 구상화 열처리가 요구되는데, 구상화 열처리에는 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있었다. Generally, the materials used for automobile transmission are subjected to spheroidizing heat treatment for cold forming during cold forging, and cold forging is performed. After cold forging, turning, finishing, and threading are performed. To facilitate such processing, specific hardness and physical properties such as texture are required. In order to satisfy such required properties, conventionally, after cold forging, a forged product is heat-treated in a continuous type heat treatment furnace to produce a product. In addition, there is a problem in that such annealing for annealing forging takes a lot of time and costs. In addition, in the conventional manufacturing method, spheroidizing heat treatment is required for cold forming, and there is a problem that a long time and cost are required for spheroidizing heat treatment.
지금까지의 열처리 기술 개발은 ?칭-템퍼링, 표면경화 등 제품의 강도나 내마모성을 향상시키는 기술에 초점이 맞추어져 있다. 하지만, 자동차 부품, 특히 인풋 샤프트의 가공성을 향상시키고, 열처리 후의 변형량을 제어하고, 제품의 기계적 특성을 향상시키기 위하여, 초기 공정인 단조 후의 어닐링(annealing) 공정에 대한 관심도 증가하고 있다. 현재 열처리 기술과 관련하여, ?칭-템퍼링에 의한 경도, 미세조직 또는 변형량 제어 기술은 어느 정도의 수준에 도달하였으나, 어닐링의 경우에는 단지 경도 제어 수준에 머물러 있는 실정이다. 자동차 부품의 단조품에 있어서 단조후 어닐링이나 노멀라이징 공정을 거치고, 기계 가공 후 ?칭-템퍼링 또는 침탄공정을 거쳐서 제품의 강도를 향상시키고, 이후 최종 연마공정을 통하여 제품의 치수를 조절하는 것이 일반적인 제조공정이다. 이러한 제조 공정 중에 제품의 가공성, 기계적 특성 그리고 최종 연마 등에 영향을 미치는 중요한 공정으로 단조 후의 어닐링 공정이 크게 부각되고 있다.Up to now, the development of heat treatment technology has focused on technologies to improve the strength and wear resistance of products such as quenching-tempering and surface hardening. However, there is an increasing interest in the annealing process after the forging, which is an initial process, in order to improve the processability of automobile parts, particularly the input shaft, to control the amount of deformation after the heat treatment, and to improve the mechanical properties of the product. With regard to the present heat treatment technology, hardness, microstructure or deformation control by quenching-tempering has reached a certain level, but annealing only remains at a hardness control level. It is a common manufacturing process to improve the strength of a product through mechanical annealing or tempering or carburizing process after mechanical annealing and then to adjust the dimensions of the product through final grinding process. to be. The annealing process after forging has been greatly emphasized as an important process that affects processability, mechanical properties and final polishing of the product during such manufacturing process.
일반적으로 어닐링 공정은 기계 가공성 향상을 위하여 페라이트, 펄라이트의 부피 분을 제어하고, 최종열처리 공정에서 열처리 변형을 제어하고, 기계적 특성의 균일성 등을 위한 밴드 스트럭쳐(Band Structure)를 제거하는 것을 목적으로 한다. In general, the annealing process is to control the volume of ferrite and pearlite in order to improve machinability, to control heat treatment deformation in the final heat treatment process, and to remove the band structure for uniformity of mechanical properties do.
이와 같은 목적을 위한 어닐링 공정으로는 등온 어닐링(ISOTHERMAL Annealing) 또는 페라이트와 펄라이트 어닐링(Ferrite+Pearlite Annealing)이 있으며, 최근 이들 공정에 대한 수요가 급증하고 있다. 그러나 현재의 등온 어닐링은 노말라이징 후 템퍼링을 실시하는 공정을 사용하는 변형된 등온 어닐링인데, 이것은 등온 열처리의 이론적 기초를 근거로 하지 않고 경험에 의한 공정설계로 인하여 불균일한 품질을 생산하고 있는 실정이다. The annealing process for this purpose includes isothermal annealing or ferrite and pearlite annealing, and the demand for these processes is rapidly increasing. However, current isothermal annealing is a modified isothermal annealing using a process that performs post-normalizing post-tempering, which is not based on the theoretical basis of isothermal heat treatment and produces uneven quality due to experience-based process design .
조직이 불균일할 경우 생기는 문제점으로는 Problems that arise when the organization is uneven are
1) 페라이트+펄라이트의 부피 분율 불균형으로 인한 가공성의 저하, 1) deterioration of workability due to unbalanced volume fraction of ferrite + pearlite,
2) 단조 작업시 발생한 단류선이 불균일한 냉각에 의하여 밴드 스트럭쳐의 과다 생성 및 페라이트와 펄라이트의 뭉침 과다로 인한 가공 후 침탄 열처리시 변형의 발생, 2) Unsteady cooling of the short-circuited line occurred during forging, excessive generation of band structure and overburden of ferrite and pearlite,
3) 베이나이트(Bainite) 및 초석페라이트로 인한 잔류 오스테나이트의 증가를 들 수 있다. 3) an increase in retained austenite due to bainite and pro-eutectoid ferrite.
상기한 문제점으로 인하여, 완성차에 부품이 장착된 후 일정기간 주행시 기어의 치절부에 영향을 주어 기어 치절부의 일부가 떨어져나가는 피팅(Pitting) 현상이 발생하여 변속기에서 소음이 발생하는 등 품질에 영향을 주는 원인이 된다.Due to the above-mentioned problem, there is a pitting phenomenon in which a part of the gear tooth part is separated by affecting the gear tooth part at the time of driving for a certain period after the parts are mounted on the finished vehicle, .
이러한 문제점을 해결하기 위하여 한국등록특허 제10-0905304호에서는 새로운 등온어닐링 공정을 제시하고 있다. 상기 특허는 기어 강종의 최적의 열처리 조건과 최적의 공정을 개시하고 있으나, 이는 열간단조 제품의 열처리 공정에 관한 기술로서, 냉간단조품에 그대로 적용하기는 용이하지 않다.To solve these problems, Korean Patent No. 10-0905304 proposes a new isothermal annealing process. The above-mentioned patent discloses an optimal heat treatment condition and an optimum process for gear steel, but this is a technology related to a heat treatment process of a hot forged product, and it is not easy to apply the cold forging product directly.
본 발명은 기존의 자동차 부품용으로 사용되고 냉간단조 공정을 거치는 강재에 대하여 냉간단조 전에 열처리하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 구상화열처리와 단조품의 풀림 처리 생략이 가능한 냉간단조 전 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a method of heat-treating a steel material used for conventional automotive parts and subjected to a cold forging process before cold forging. It is another object of the present invention to provide a cold forging preheat method capable of omitting spheroidizing heat treatment and annealing of a forgings.
또한, 본 발명은 페라이트와 펄라이트의 부피분율을 제어하고, 최종열처리 공정에서의 열처리 변형 제어, 기계적 특성의 균일성 등을 위한 이상조직(베이나이트,마르텐사이트,밴드 스트럭쳐)을 제거하여 제품의 품질 향상 및 제조원가를 절감할 수 있는 열처리 및 제어냉각방법을 제공한다.The present invention also relates to a method of manufacturing a ferrite core, which comprises controlling the volume fraction of ferrite and pearlite, removing abnormal structures (bainite, martensite and band structure) for control of heat treatment deformation and uniformity of mechanical properties in the final heat treatment process, And a method for controlling and cooling the same.
상기한 과제는 자동차용 강재의 냉간단조 전 열처리 방법으로서, 강재를 오스테나이징 구간에서 870℃~930℃에서 90분 내지 3시간 동안 가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 600℃~650℃의 온도까지 냉각하여 페라이트와 펄라이트(Ferrite+Pearlite)로 변태시키는 단계; 및 상기 변태된 강재를 600℃~700℃의 온도에서 3시간 내지 6시간 동안 템퍼링하는 단계를 포함하는, 자동차용 강재의 열처리 방법에 의해 달성된다.The above-mentioned problem is solved by a method for heat-treating a steel material for automotive steel before cold forging, comprising the steps of: heating a steel material at 870 ° C to 930 ° C for 90 minutes to 3 hours in an osteonizing zone; Cooling the heated steel material to a temperature of 600 ° C to 650 ° C to transform into ferrite and pearlite (Ferrite + Pearlite); And a step of tempering the transformed steel material at a temperature of 600 ° C to 700 ° C for 3 hours to 6 hours.
바람직하게는, 상기 페라이트와 펄라이트 변태 단계는 제어냉각장치에 의해 1~10℃/min의 냉각속도로 냉각되면서 이루어질 수 있다.Preferably, the ferrite and pearlitic transformation steps may be performed by cooling at a cooling rate of 1 to 10 DEG C / min by means of a control cooling device.
또한 바람직하게는 상기 자동차용 강재는 기어용 강재로서, C: 0.15~0.30 중량%, Si: 0.05~1.50 중량%, Mn: 0.50~1.00 중량%, Ni: 0.25~1.80 중량%, Cr: 0.50~2.50 중량%, Mo: 0.15~1.0 중량%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 것일 수 있다.Preferably, the automotive steel material is a gear steel for gears, which contains 0.15 to 0.30 wt% of C, 0.05 to 1.50 wt% of Si, 0.50 to 1.00 wt% of Mn, 0.25 to 1.80 wt% of Ni, 2.50% by weight, and Mo: 0.15 to 1.0% by weight, the balance being Fe and unavoidable impurities.
본 발명의 열처리 방법에 따르면, 페라이트와 펄라이트의 부피분율을 제어하고, 최종열처리 공정에서의 열처리 변형 제어, 기계적 특성의 균일성 등을 위한 이상조직(베이나이트, 마르텐사이트, 밴드 스트럭쳐)을 제거하여 제품의 품질 향상 및 제조원가를 절감할 수 있다.According to the heat treatment method of the present invention, it is possible to control the volume fraction of ferrite and pearlite, remove abnormal structures (bainite, martensite, and band structure) for control of heat treatment deformation and uniformity of mechanical properties in the final heat treatment process The quality of the product can be improved and the manufacturing cost can be reduced.
도 1은 종래의 자동차용 소재의 가공 방법과 본 발명에 따른 가공 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 열처리 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 열처리 공정에서 열처리 사이클을 검증하는 온도측정 시스템을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 페라이트와 펄라이트 어닐링(Ferrite+Pearlite Anealing)의 냉각곡선을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 열처리 공정에서의 열처리 사이클의 바람직한 온도 및 시간을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 열처리후 강재(실시예 1)의 조직 사진과, 구상화 어닐링한 강재(비교예 1)의 조직 사진을 나타낸 것이다.
도 7은 자동차용 인풋 샤프트를 본 발명에 따라 열처리한 조직 사진과 통상의 방법으로 처리한 조직 사진, 경도, 단조 파워, 가공 부하량을 나타낸 것이다.Fig. 1 schematically shows a conventional machining method for a vehicle material and a machining method according to the present invention.
2 schematically shows a heat treatment process according to the present invention.
3 shows a temperature measurement system for verifying a heat treatment cycle in the heat treatment process according to the present invention.
FIG. 4 shows cooling curves of ferrite and pearlite annealing (ferrite + pearlite anealing) according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the preferred temperature and time of the heat treatment cycle in the heat treatment process according to the present invention.
Fig. 6 is a photograph of a structure of a steel material after heat treatment (Example 1) according to the present invention and a photograph of a structure of a steel material subjected to spheroidization annealing (Comparative Example 1).
Fig. 7 is a photograph of a tissue heat-treated in accordance with the present invention for an automotive input shaft and a photograph of a tissue processed by an ordinary method, hardness, forging power, and processing load.
본 발명은 자동차용 강재의 열처리 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 냉간단조 전 구상화 열처리 공정을 생략할 수 있는 자동차용 강재의 열처리 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a heat treatment method for a steel material for automobiles. More specifically, the present invention relates to a heat treatment method of a steel material for automobiles in which a spheroidizing heat treatment step before cold forging can be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 본 발명을 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 사용되고 있는 냉간단조용 자동차용 강재의 통상의 가공 방법과 본 발명에 따른 가공 방법을 개략적으로 도시한 것이다.Fig. 1 schematically shows a conventional machining method of a conventional cold steep automotive steel material and a machining method according to the present invention.
종래 자동차용 강재의 가공은, 원소재를 준비하는 단계, 원소재를 구상화 열처리하는 단계, 냉간단조하는 단계, 냉간단조된 강재를 페라이트와 펄라이트 어닐링하는 단계, 가공하는 단계 및 침탄열처리하는 단계로 이루어진다. Conventionally, the processing of a steel material for an automobile includes a step of preparing a raw material, a step of spheroidizing the raw material, a step of cold forging, a step of annealing the ferrite and pearlite for cold forging, a step of machining and a step of heat- .
이에 반해, 본 발명에 따른 열처리 방법(FPA)을 적용하는 경우에는, 냉간단조용 자동차용 강재의 가공은 냉간단조 전 구상화열처리 단계와 냉간단조 후 어닐링하는 단계의 생략이 가능하다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 강재의 가공은, 원소재를 준비하는 단계, 원소재를 페라이트와 펄라이트 어닐링하는 단계(FPA), 냉간단조하는 단계, 가공하는 단계 및 침탄열처리하는 단계로 이루어진다.
On the other hand, in the case of applying the heat treatment method (FPA) according to the present invention, it is possible to omit the steps of the spheroidizing heat treatment step before cold forging and the annealing step after cold forging. Specifically, the processing of the steel material according to the present invention comprises a step of preparing a raw material, a step of ferrite and pearlite annealing (FPA) of a raw material, a step of cold forging, a step of machining, and a step of carburizing heat treatment.
본 발명에 따른 자동차용 강재는 고강도 및 고강이 요구되는 기어부품에 통상 사용되는 Ni-Cr-Mo강일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 열처리 방법에 사용되는 강재는 C: 0.15~0.30 중량%, Si: 0.05~1.50 중량%, Mn: 0.50~1.00 중량%, Ni: 0.25~1.80 중량%, Cr: 0.50~2.50 중량%, Mo: 0.15~1.0 중량%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.The automotive steel according to the present invention may be a Ni-Cr-Mo steel usually used for gear parts requiring high strength and high strength. Preferably, the steel used in the heat treatment method of the present invention contains 0.15 to 0.30 wt% of C, 0.05 to 1.50 wt% of Si, 0.50 to 1.00 wt% of Mn, 0.25 to 1.80 wt% of Ni, 2.50% by weight, and Mo: 0.15 to 1.0% by weight, the balance including Fe and unavoidable impurities.
하지만, Ni, Cr, Mo의 합금 성분이 단조 후 풀림열처리시 확산을 방해하여, 경도 하락이 어렵고 균일한 밴드 스트럭쳐를 얻는 것이 어렵다.
However, it is difficult to obtain a uniform band structure because the alloying elements of Ni, Cr, and Mo interfere with diffusion during annealing after annealing for hardening.
이하 본 발명의 합금성분 첨가 및 성분범위 한정 이유를 설명한다.The reason for adding the alloy component of the present invention and limiting the range of the component will be described below.
C: 0.15~0.30 중량% C: 0.15 to 0.30 wt%
C는 강의 미세조직 및 기계적 성질에 큰 영향을 미친다. 첨가량이 0.15 중량% 미만인 경우에는 최종 제품의 강도가 부족하고, 0.30 중량%를 넘으면 단조 가공성, 피삭성이 저하된다. 따라서, 이러한 특성을 고려하여 C함량 범위를 0.15~0.30중량%로 설정한다.
C has a great influence on the microstructure and mechanical properties of steel. When the addition amount is less than 0.15% by weight, the strength of the final product is insufficient. When the addition amount exceeds 0.30% by weight, the forging workability and machinability are lowered. Therefore, in consideration of such characteristics, the C content range is set to 0.15 to 0.30% by weight.
SiSi : 0.05~1.50 중량%: 0.05 to 1.50 wt%
Si는 제강시 유효한 탈산제로 사용되며, 강의 탄소 활동도를 증가시키는 원소이나 페라이트 강화 원소로 함유량이 높을 경우 소재 페라이트 조직이 강화되어 냉간 단조성이 떨어지기 때문에 바람직하지 않으므로 상한을 1.50 중량%로 한정하며, 그 함량이 0.05 중량% 미만인 경우에는 탄소 활동도 낮아지며 제품에서 원하는 강도를 얻기 어렵기 때문에 하한을 0.05 중량%로 한정한다.
Si is used as an effective deoxidizer for steelmaking. When the content is high as an element increasing the carbon activity of a steel or as a ferrite strengthening element, the ferrite structure of the material is strengthened to deteriorate the cold hardening, so that the upper limit is limited to 1.50 wt% When the content is less than 0.05% by weight, the carbon activity is low and it is difficult to obtain the desired strength in the product. Therefore, the lower limit is limited to 0.05% by weight.
MnMn : 0.50~1.00 중량% : 0.50 to 1.00 wt%
Mn은 펄라이트(Pearlite)를 미세하게 하고 페라이트(Ferrite)를 고용강화시킴으로써 항복강도를 향상시킨다. 또한 강의 담금질성과 강도를 향상시키며, 고온에서는 소성을 증가시켜 주조성을 좋게 한다. 특히 유해 성분인 S와 결합하여 MnS를 형성함으로써 적열 취성을 방지하고 절삭 가공성을 향상시킨다. 따라서 Mn의 함량을 0.50~1.00중량%로 설정한다.
Mn improves the yield strength by refining the pearlite and solidifying the ferrite. It also improves the quenching and strength of the steel, and increases the calcination at high temperatures to improve the castability. Particularly, MnS is formed by binding with S, which is a harmful component, to prevent the brittleness of heat and to improve cutting workability. Therefore, the content of Mn is set to 0.50 to 1.00 wt%.
NiNi : 0.25~1.80 중량% : 0.25 to 1.80 wt%
Ni은 고가의 원소로 첨가 함량을 적절히 조정할 필요가 있다. Ni를 1.80 중량% 초과하여 첨가시 성능 향상 대비 경제성이 낮으므로 그 함량을 0.25~1.80 중량%로 설정한다.
Ni is an expensive element and it is necessary to appropriately adjust the addition amount. When the Ni is added in an amount exceeding 1.80% by weight, it is difficult to improve the performance in terms of performance improvement. Therefore, the content thereof is set to 0.25 to 1.80% by weight.
CrCr : 0.50~2.50 중량%: 0.50 to 2.50 wt%
Cr은 시멘타이트 안정화 원소 및 소입성을 증대시키고 강도를 향상시키는 원소로, 강의 강도 향상을 목적으로 첨가량을 0.50 ~ 2.50 중량%로 한정한다.
Cr is an element that stabilizes cementite and improves the strength and incombustibility of the cementite. The amount of Cr is limited to 0.50 to 2.50% by weight for the purpose of improving the strength of the steel.
MoMo : 0.15~1.0 중량%: 0.15 to 1.0 wt%
Mo는 경화성, 강도를 향상시키는 원소이나, 1.0 중량%를 초과하여 첨가하면 강도의 상승이 적고, 고가의 원소이므로 그 상한을 1.0 중량%로 하였다.
Mo is an element which improves hardenability and strength, but if it is added in an amount exceeding 1.0% by weight, the rise of the strength is small, and since it is an expensive element, its upper limit is set to 1.0% by weight.
상기한 조성을 갖는 강재는 아래에서 설명하는 열처리 공정을 거침으로써, 구상화열처리를 생략하고도 균일하고 우수한 물성을 가질 수 있다.
The steel material having the above-mentioned composition is subjected to the heat treatment process described below, so that even if the spheroidizing heat treatment is omitted, uniformity and excellent physical properties can be obtained.
도 2는 본 발명에 따른 열처리 공정, 구체적으로는 페라이트와 펄라이트 어닐링하는 단계(FPA)를 각 단계별로 도시한 것이다. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a heat treatment process according to the present invention, specifically, a step of performing ferrite and perlite annealing (FPA).
구체적으로는 본 발명에 따른 페라이트와 펄라이트 어닐링 공정(FPA)은,Specifically, the ferrite and perlite annealing process (FPA)
강재를 열처리로에 장입하고 오스테나이징 온도인 870~930℃에서 90분 내지 3시간 동안 가열하는 단계; Charging a steel material into a heat treatment furnace and heating at austenizing temperature of 870 to 930 DEG C for 90 minutes to 3 hours;
상기 가열된 강재를 600~650℃까지 제어냉각하는 단계; 및 Controlling and cooling the heated steel material to 600 to 650 ° C; And
상기 냉각된 강재를 600~700℃에서 3시간 내지 6시간 동안 템퍼링하는 단계를 포함한다.And tempering the cooled steel at 600 to 700 占 폚 for 3 to 6 hours.
상기 가열된 강재를 600~650℃까지 제어냉각하는 단계에서, 강재는 페라이트와 펄라이트 조직으로 변태가 이루어지고, 상기 템퍼링 단계에서 강재의 경도를 제어하게 된다.
In the step of controlling and cooling the heated steel material to 600 to 650 ° C, the steel material is transformed into ferrite and pearlite structure, and the hardness of the steel material is controlled in the tempering step.
상기 제어냉각은 제어냉각설비에서 이루어진다. 제어냉각설비는 상기 오스테나이징된 강재를 페라이트와 펄라이트로 변태시키는데 중요한 역할을 한다. 강재를 적재한 이송롤러가 제어냉각설비 내로 진입하면, 제어냉각설비의 외부면에 설치된 노즐에서 냉각수를 강재 방향으로 분출시키는 동시에, 제어냉각설비 하단에 위치한 송풍기(Blower)를 가동시켜 제어냉각설비 내부의 뜨거운 공기 중 일부를 상부 배기팬을 통해 외부로 배출함으로써, 강재의 온도를 낮추면서 제어냉각설비의 온도를 일정 수준으로 유지시킬 수 있다. 이때, 상기 냉각수는 10 내지 20℃일 수 있으며, 냉각속도는 1~10℃/min일 수 있다. 제어냉각 단계에서는, 상기 제어냉각설비 하단에 위치한 송풍기를 통해 강재와 냉수의 접촉에 의한 직접 냉각 방식과 뜨거운 증기를 외부로 배출하여 설비 내부의 온도를 일정하게 유지하는 간접 냉각 방식을 통해 열을 뺐음으로써 소재가 베이나이트, 마르텐사이트 변태구간을 거치지 않고 100% 페라이트와 펄라이트로 변태되도록 하고 있다. 본 발명은 필요에 따라서 상기 제어냉각설비의 조건, 즉 냉각수의 온도 및 양, 송풍기와 배기팬의 속도를 조절하여 냉각조건을 변경할 수 있다. 이렇게 급속냉각된 강재는 도 5에 나타낸 바와 같이 베이나이트, 마르텐사이트 구간을 거치지 않으므로, 완전한 페라이트와 펄라이트(ferrite+pearlite) 변태가 이루어지게 된다. The control cooling is performed in the control cooling facility. The control cooling facility is used to heat the austenized steel to ferrite It plays an important role in transforming into pearlite. When the conveying roller bearing the steel material enters the control cooling facility, the cooling water is ejected in the direction of the steel from the nozzle installed on the outer surface of the control cooling facility, and the blower located at the lower end of the control cooling facility is operated, The temperature of the control cooling facility can be maintained at a certain level while lowering the temperature of the steel by discharging a part of the hot air of the cooling fan to the outside through the upper exhaust fan. At this time, the cooling water may be 10 to 20 ° C, and the cooling rate may be 1 to 10 ° C / min. In the control cooling stage, the direct cooling method by contact between the steel and the cold water through the blower located at the lower end of the control cooling facility, and the indirect cooling method of keeping the internal temperature constant by discharging the hot steam to the outside, So that the material is transformed into 100% ferrite and pearlite without passing through the bainite or martensite transformation section. The present invention can change the cooling conditions by adjusting the conditions of the control cooling facility, that is, the temperature and the amount of the cooling water, and the speed of the blower and the exhaust fan, if necessary. As shown in FIG. 5, the rapidly cooled steel material does not go through the bainite or martensite section, so that complete ferrite and pearlite (ferrite + pearlite) transformation are achieved.
본 발명에서는 과학적인 조직 예측 프로그램을 이용하여 열처리에 이용된 강의 오스테나이징 온도, 페라이트와 펄라이트 변태 온도 등을 예측하여 열처리를 실시하였다. In the present invention, the austenizing temperature, the ferrite and the pearlite transformation temperature of the steel used in the heat treatment were predicted and heat treated by using a scientific tissue prediction program.
본 발명은 열처리 측정장치를 사용하여, 열처리로의 균일한 온도분포를 측정하였다. 이를 통해, 열처리 사이클의 적정성을 판단하였는데, 열처리 시작 시부터 열처리가 끝날 때까지의 강재의 온도 분포를 측정하였다. In the present invention, a uniform temperature distribution of a heat treatment furnace was measured using a heat treatment measuring apparatus. The temperature distribution of the steel from the beginning of the heat treatment to the end of the heat treatment was measured.
도 7에 나타낸 것과 같이, 길이 5.8m 소재의 선단, 중단, 후단부가 세팅 온도까지 도달하는 시간을 측정하여 전체 열처리 사이클을 조정하였다. 도 7을 보면, 선단과 후단의 세팅 온도 도달 시간의 차이는 약 50분으로서, 열처리시 원하는 페라이트와 펄라이트 조직을 얻을 수 있는 시간을 고려하여 열처리 사이클을 조정하였다.As shown in Fig. 7, the total heat treatment cycle was adjusted by measuring the time at which the leading edge, the middle edge and the rear edge of the 5.8 m long material reached the set temperature. Referring to FIG. 7, the difference in the set temperature reaching times of the front end and the rear end was about 50 minutes, and the heat treatment cycle was adjusted in consideration of the time for obtaining the desired ferrite and pearlite structure at the time of heat treatment.
이를 고려하여, 바람직한 냉각속도는 1~10 ℃/분이 일 수 있고, 보다 바람직하게는 4 내지 6 ℃/분일 수 있다.In view of this, a preferable cooling rate may be 1 to 10 占 폚 / min, more preferably 4 to 6 占 폚 / min.
또한 가장 핵심이 되는 100% 페라이트와 펄라이트 변태가 되는 시간이 40분임을 측정하여 열처리 사이클이 최적화 되도록 하였다. Also, the heat treatment cycle was optimized by measuring the time required for 100% ferrite and pearlite transformation, which is the most important, to be 40 minutes.
마지막으로 상기 냉각된 강재를 600~700℃에서 템퍼링하는 단계를 포함한다. 상기 템퍼링 단계는 3 시간 내지 6 시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
And finally tempering the cooled steel at 600 to 700 占 폚. The tempering step is preferably performed for 3 to 6 hours.
이하에서 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the scope of the present invention is not limited by the examples.
하기 표 1에 나타낸 성분을 포함하고 잔량의 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 이용하여 본 발명의 열처리 방법과 종래 열처리 방법을 실시하여 그 효과를 비교하였다.The heat treatment method of the present invention and the conventional heat treatment method were carried out by using a steel material containing the components shown in Table 1 and containing the remaining amount of Fe and unavoidable impurities to compare the effects thereof.
실시예Example 1 One
상기 표 1의 조성을 갖는 길이 5.8m의 강재(직경: 54mm), 870℃에서 2시간동안 가열하였다. 가열된 강재를 제어냉각장치로 이동시켜 650℃까지 40분 만에 냉각시켰다. 이후 650℃에서 6 시간 동안 템퍼링한 후 공냉시켰다. 도 5는 상기한 열처리 조건을 개략적으로 도시한 것이다. 이렇게 제조된 냉간단조 전 강재의 조직 단면을 도 6에 나타내었다. A steel material (diameter: 54 mm) having the composition shown in Table 1 and having a length of 5.8 m was heated at 870 캜 for 2 hours. The heated steel was moved to a controlled cooling unit and cooled to 650 ° C in 40 minutes. Thereafter, the resultant was tempered at 650 DEG C for 6 hours and then air-cooled. Fig. 5 schematically shows the above-described heat treatment conditions. FIG. 6 shows a cross-sectional view of the thus-fabricated cold-rolled steel.
상기 열처리된 강재(경도 170HB, 180HB)를 냉간단조하고 인풋 샤프트(Input shaft)로 가공하고 침탄열처리 하였다. 최종 제조된 인풋샤프트의 단면 사진 및 제품 사진을 도 7에 나타내었다.
The heat treated steel material (hardness 170HB, 180HB) was cold-forged, processed into an input shaft, and carburized heat-treated. A cross-sectional photograph and a product photograph of the finally manufactured input shaft are shown in Fig.
비교예Comparative Example 1 One
상기 표 1의 조성을 갖는 길이 5.8m의 강재(직경: 54mm)를 냉간단조전 750℃에서 3시간 가열한 후, 17 시간 동안 공냉시켰다. 이렇게 제조된 냉간단조 전 강재의 조직 단면을 도 6에 나타내었다.
A steel material (diameter: 54 mm) having a length of 5.8 m and having the composition shown in Table 1 was heated at 750 占 폚 for 3 hours before cold forging, and then air-cooled for 17 hours. FIG. 6 shows a cross-sectional view of the thus-fabricated cold-rolled steel.
도 6을 보면, 본 발명의 방법으로 열처리된 강재(실시예 1)의 경우 구상화어닐링 처리를 한 비교예 1과 비교하여, 베이나이트, 마르텐사이트 조직이 형성되지 않았고, 밴드 스트럭쳐가 적게 형성되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 이러한 조직 특징으로 인해 본 발명에 따른 열처리 방법을 적용할 경우, 냉간단조 전 별도의 구상화 어닐링 처리가 요구되지 않고, 냉간단조 후 별도의 풀림 처리 없이 바로 가공이 가능하게 된다.As shown in FIG. 6, the steel material (Example 1) which was heat-treated by the method of the present invention had no bainite or martensite structure and less band structure than Comparative Example 1 which was subjected to spheroidizing annealing . Due to such an organizational characteristic, when the heat treatment method according to the present invention is applied, a separate spheroidizing annealing treatment is not required before cold forging, and machining is possible without cold cutting after cold forging.
도 7은 구상화어닐링, 냉간단조, FPA 열처리, 가공, 침탄열처리를 실시한 종래 양산품의 단면 사진 및 제품 사진과, 실시예 1에서 제조된 제품의 단면 사진 및 제품 사진을 도시한 것이다. 실시예 1에서 강재는 본 발명의 열처리 공정 이후 경도가 각각 170HB, 180HB(브리넬 경도)가 되었다. 이들을 냉간단조한 경우, 단조 파워가 각각 346.7KN과 335.7KN이었으며, 이는 양산품(386.5KN)과 대비하여 단조시 파워가 적게 들어가고, 가공시에도 부하량이 적은 것을 알 수 있다. 이를 통해 본 발명에 따른 열처리 방법을 적용하고 냉간단조용 자동차용 부품을 생산하는 경우 구상화 열처리 생략이 가능하여 생산성을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.Fig. 7 is a cross-sectional photograph and a product photograph of a conventional production product subjected to spheroidizing annealing, cold forging, FPA heat treatment, processing and carburizing heat treatment, and a cross-sectional photograph and a product photograph of the product manufactured in Example 1. Fig. In Example 1, the hardness of the steel was 170HB and 180HB (Brinell Hardness) after the heat treatment process of the present invention. When these were cold forged, the forging power was 346.7 KN and 335.7 KN, respectively. This shows that the power is low when forging and the load is small even during processing, compared with the product (386.5 KN). As a result, it can be seen that when the heat treatment method according to the present invention is applied and a cold-service automotive part is produced, the spheroidizing heat treatment can be omitted and the productivity can be improved.
Claims (4)
강재를 오스테나이징 구간에서 870℃~930℃에서 90분 내지 3시간 동안 가열하는 단계;
상기 가열된 강재를 600℃~650℃의 온도까지 냉각하여 페라이트와 펄라이트(Ferrite+Pearlite)로 변태시키는 단계; 및
상기 변태된 강재를 600℃~700℃의 온도에서 3시간 내지 6시간 동안 템퍼링하는 단계를 포함하고,
상기 강재는 C: 0.15~0.30 중량%, Si 0.05~1.50 중량%, Mn 0.50~1.00 중량%, Ni 0.25~1.80 중량%, Cr 0.50~2.50 중량%, Mo 0.15~1.0 중량%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는, 자동차용 강재의 열처리 방법.A method of heat treatment for cold forging of a steel material for automobiles,
Heating the steel material at 870 ° C to 930 ° C for 90 minutes to 3 hours in the austenizing zone;
Cooling the heated steel material to a temperature of 600 ° C to 650 ° C to transform into ferrite and pearlite (Ferrite + Pearlite); And
And tempering the transformed steel at a temperature of 600 ° C to 700 ° C for 3 hours to 6 hours,
Wherein the steel material comprises 0.15 to 0.30 wt% of C, 0.05 to 1.50 wt% of Si, 0.50 to 1.00 wt% of Mn, 0.25 to 1.80 wt% of Ni, 0.50 to 2.50 wt% of Cr and 0.15 to 1.0 wt% Wherein the part is made of Fe and unavoidable impurities.
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