KR101639897B1 - Spring steel having excellent fatigue property and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중량%로 C: 0.4~0.8%, Si: 1.0~3.0%, Mn: 0.1~1.5%, Cr: 0.1~1.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 스프링강을, 900~1100℃의 온도로 가열한 후, 10℃/s 이상의 속도로 냉각하는 단계; 및 이어서, 250~350℃의 온도에서 5~30분 동안 항온유지 하는 단계를 포함하는 피로특성이 우수한 스프링강의 제조 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for producing a steel material which comprises a spring steel consisting of 0.4 to 0.8% of C, 1.0 to 3.0% of Si, 0.1 to 1.5% of Mn, 0.1 to 1.5% of Cr, balance Fe and other unavoidable impurities, Lt; 0 > C / sec or more; And then maintaining the temperature at a temperature of 250 to 350 DEG C for 5 to 30 minutes.
Description
본 발명은 스프링에 사용될 수 있는 스프링강에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 피로특성이 우수한 스프링강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a spring steel which can be used for a spring, and more particularly to a spring steel excellent in fatigue characteristics and a method of manufacturing the spring steel.
종래에는 스프링강을 얻기 위한 최종 열처리로서, 담금질 및 뜨임(Quenching and Tempering)을 실시하여, 최종적인 미세조직으로 템퍼드 마르텐사이트(Tempered Martensite)와 미량의 잔류 오스테나이트(Retained Austenite)을 얻는 것이 일반적이었다.
Conventionally, as a final heat treatment for obtaining a spring steel, quenching and tempering are performed to obtain tempered martensite and a trace amount of retained austenite with a final microstructure. .
그러나, 최근 자동차 연비향상을 위해 경량화 요구가 커지고 자동차 현가용 및 엔진밸브용 스프링 사용환경이 점차 가혹해지면서 스프링강의 고강도화 및 장수명화에 대한 요구가 상당히 커지고 있어, 이러한 요구를 만족시키기에는 템퍼드 마르텐사이트 조직으로는 한계에 도달했다. 또한, 고강도화됨에 따라 강의 결함 감수성은 급격히 상승하기 때문에 고강도화와 함께 강의 연성 및 인성 저하를 억제할 필요가 있다.
However, in recent years, there has been a growing demand for light weight for improving automobile fuel efficiency, the environment for use of automobile strings and engine valves has become increasingly harsh, and the demand for high strength and longevity of spring steels has increased considerably. The site organization has reached its limit. Further, as the strength of the steel increases, the susceptibility to defects of the steel increases sharply. Therefore, it is necessary to suppress the ductility and toughness deterioration of the steel as well as the strength.
본 발명의 일태양은 스프링의 피로수명을 향상시킬 수 있는 스프링강을 제공하고자 한다.
One aspect of the present invention seeks to provide a spring steel capable of improving the fatigue life of the spring.
본 발명의 또 다른 일태양은 스프링의 피로수명을 향상시킬 수 있는 스프링강의 제조 방법을 제공하고자 한다.
Another aspect of the present invention is to provide a method of manufacturing a spring steel capable of improving the fatigue life of the spring.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일태양은 중량%로 C: 0.4~0.8%, Si: 1.0~3.0%, Mn: 0.1~1.5%, Cr: 0.1~1.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 미세조직은 면적분율로, 베이나이트: 40~65%, 마르텐사이트: 20~30% 및 잔류 오스테나이트: 5~15%를 포함하는 피로특성이 우수한 스프링강을 제공한다.
An aspect of the present invention is a steel sheet comprising 0.4 to 0.8% of C, 1.0 to 3.0% of Si, 0.1 to 1.5% of Mn, 0.1 to 1.5% of Cr, balance Fe and other unavoidable impurities, The spring steel is excellent in fatigue characteristics including an area fraction of bainite: 40 to 65%, martensite: 20 to 30% and retained austenite: 5 to 15%.
본 발명의 또 다른 일태양은 중량%로 C: 0.4~0.8%, Si: 1.0~3.0%, Mn: 0.1~1.5%, Cr: 0.1~1.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 스프링강을, 900~1100℃의 온도로 가열한 후, 10℃/s 이상의 속도로 냉각하는 단계; 및 이어서, 250~350℃의 온도에서 5~30분 동안 항온유지 하는 단계를 포함하는 피로특성이 우수한 스프링강의 제조 방법을 제공한다.
Another aspect of the present invention is to provide a method of producing a spring steel comprising 0.4 to 0.8% of C by weight, 1.0 to 3.0% of Si, 0.1 to 1.5% of Mn, 0.1 to 1.5% of Cr, balance Fe and other unavoidable impurities, , Heating at a temperature of 900 to 1100 캜 and cooling at a rate of 10 캜 / s or more; And then maintaining the temperature at a temperature of 250 to 350 DEG C for 5 to 30 minutes.
본 발명에 따라, 마르텐사이트 조직에 비해 인성이나 균열성장에 대한 저항성 등이 더 우수한 베이나이트 조직이 특정 분율로 존재하도록 함으로써, 피로수명이 우수한 스프링용 강을 제공할 수 있다.
According to the present invention, it is possible to provide a spring steel having an excellent fatigue life by allowing a bainite structure having a toughness and resistance against crack growth to be present in a specific fraction as compared with a martensitic structure.
도 1은 본 발명의 실시예의 비교예 3의 미세조직을 광학 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 발명예 2의 미세조직을 광학 현미경으로 촬영한 사진이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a photograph of a microstructure of Comparative Example 3 of an embodiment of the present invention taken by an optical microscope. Fig.
2 is a photograph of a microstructure of Inventive Example 2 of an embodiment of the present invention taken by an optical microscope.
본 발명은 자동차 현가용 및 엔진밸브용 스프링강의 구분 없이 사용될 수 있으며, 최종 열처리 후 일정 분율의 베이나이트가 포함된 미세조직을 갖게 함으로써, 고강도와 고인성을 동시에 만족시킬 수 있는 스프링강 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a spring steel capable of satisfying both high strength and high toughness by having a microstructure containing a certain fraction of bainite after final heat treatment, .
고강도화와 함께 강의 연성 및 인성의 요건을 만족하기 위해서는, 스프링강에 템퍼드 마르텐사이트 조직을 형성하는 것보다, 베이나이트(Bainite) 조직을 형성하는 것이 유리하다. 베이나이트 조직을 얻을 수 있는 열처리는 마르텐사이트 조직을 얻는 담금질 및 뜨임을 대신하여 자주 행해지는데, 이는 일반적으로 베이나이트 조직이 템퍼드 마르텐사이트보다 인성이나 균열성장에 대한 저항성 등이 더 좋기 때문이다. 일반적으로 베이나이트 열처리는 강을 오스테나이트 조직으로 가열한 다음 마르텐사이트 변태 개시온도(Martensite Start Temperature, Ms)보다 높은 온도로 급냉한 후, 이 온도에서 장시간 유지하는 단계로 이루어진다. 이러한 단계로 인해 베이나이트 열처리는 담금질 및 뜨임에 비해 소요시간이 상당히 길다는 단점을 갖고 있다. 항온 베이나이트 변태시간을 단축하기 위해서는 베이나이트 변태 온도를 높여야 하지만 이럴 경우 강의 경도가 저하되어 스프링의 피로수명에 큰 영향을 줄 수 있다.
In order to satisfy the ductility and toughness requirements of steel with high strength, it is advantageous to form a bainite structure rather than forming a tempered martensite structure in the spring steel. The heat treatment to obtain the bainite structure is often performed in place of quenching and tempering to obtain the martensitic structure because the bainite structure is generally better than the tempered martensite in toughness and crack growth. In general, the bainite heat treatment is a step of heating the steel to austenite structure, followed by quenching to a temperature higher than the Martensite Start Temperature (Ms) and then maintaining the temperature for a long time. Because of this step, the bainite heat treatment has a disadvantage that the time required is considerably longer than quenching and tempering. In order to shorten the transformation time of the bainite, it is necessary to increase the bainite transformation temperature, but in this case, the hardness of the steel is lowered, which may greatly affect the fatigue life of the spring.
이하, 최종 미세조직으로 베이나이트 조직을 일부 포함하게 함으로써 피로수명을 향상시킬 수 있는 피로특성이 우수한 스프링강에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a spring steel excellent in fatigue characteristics capable of improving fatigue life by partially including bainite structure with a final microstructure will be described in detail.
본 발명의 일태양인 피로특성이 우수한 스프링강은 중량%로 C: 0.4~0.8%, Si: 1.0~3.0, Mn: 0.1~1.5, Cr: 0.1~1.5, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 인장강도(TS)가 1,800MPa 이상이고, 단면감소율(RA)이 40% 이상이다.
The spring steel excellent in fatigue characteristics, which is one aspect of the present invention, is composed of 0.4 to 0.8% of C, 1.0 to 3.0 of Si, 0.1 to 1.5 of Cr, 0.1 to 1.5 of Cr, 0.1 to 1.5 of Cr, Fe and other unavoidable impurities, The tensile strength (TS) is 1,800 MPa or more and the section reduction ratio (RA) is 40% or more.
이하, 상기 강재의 성분조성에 대해서 한정한 이유에 대하여 구체적으로 설명한다 (하기 성분조성은 특별한 기재가 없는 한 모두 중량%를 의미한다).
Hereinafter, the reasons for limiting the composition of the steel material will be described in detail. (All the composition of the following components means weight% unless otherwise specified.)
C: 0.4~0.8 중량%C: 0.4 to 0.8 wt%
C는 최종 열처리 후 1,800 MPa 이상의 고강도를 확보하고 상온에서 원하는 양의 잔류 오스테나이트 분율을 얻기 위해서 0.4% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 C 함량이 너무 높으면 연주시 편석이 생길 위험이 커지고 최종 열처리 후 잔류 오스테나이트의 분율이 크게 증가하여 원하는 수준의 인장강도를 얻을 수 없기 때문에 0.8% 이하로 함유하는 것이 바람직하다.
C is preferably contained at 0.4% or more in order to secure a high strength of 1,800 MPa or more after the final heat treatment and to obtain a desired amount of retained austenite at room temperature. However, if the C content is too high, the risk of segregation during casting becomes large, and the fraction of retained austenite after the final heat treatment is greatly increased, so that a desired level of tensile strength can not be obtained.
Si: 1.0~3.0 중량%Si: 1.0 to 3.0 wt%
Si은 페라이트 내에 고용되어 모재 강도를 강화시키고 변형 저항성을 개선하는 효과를 가진다. 그러나 상기 Si 함량이 1.0% 미만인 경우에는 Si이 페라이트 내에 고용되어 모재 강도를 강화시키고 변형 저항성을 개선하는 효과가 충분치 못하기 때문에 Si의 하한은 1.0%로 제한될 필요가 있으며 보다 바람직하게는 1.5% 이상으로 한다. 그리고 Si 함량이 3.0 %를 초과하는 경우에는 변형 저항성의 개선 효과가 포화되어 추가 첨가의 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 열처리 시 표면 탈탄을 조장하고 잔류 오스테나이트 비율이 높아지기 때문에 Si의 함량은 3.0% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Si is dissolved in ferrite to enhance the strength of the base material and improve the deformation resistance. However, when the Si content is less than 1.0%, the effect of strengthening the base material strength and improving the deformation resistance is solved by incorporating Si in the ferrite, so that the lower limit of Si needs to be limited to 1.0%, more preferably 1.5% Or more. When the Si content exceeds 3.0%, the effect of improving the deformation resistance is saturated and the effect of addition is not obtained. In addition, since the surface decarburization is promoted during the heat treatment and the retained austenite ratio is increased, the content of Si is not more than 3.0% .
Mn: 0.1~1.5 %Mn: 0.1 to 1.5%
Mn은 정련 중 탈산제로 작용할 뿐만 아니라 강의 소입성을 개선하여 강도를 확보하는데 중요한 원소이다. 따라서, 상기 Mn은 0.1중량% 이상 함유되는 것이 바람직하다. 다만, Mn의 함량이 너무 높을 경우에는 담금질하기 전의 가공성이 떨어질 뿐만 아니라 중심편석 및 피로수명에 악영향을 미치는 MnS의 석출이 증가하기 때문에 상기 Mn의 함량은 1.5중량% 이하로 한다.
Mn is an important element for not only acting as a deoxidizing agent during refining but also improving the incombustibility of steel and ensuring strength. Therefore, the content of Mn is preferably 0.1 wt% or more. However, when the content of Mn is too high, not only the workability before quenching is deteriorated but also the precipitation of MnS which adversely affects the center segregation and fatigue life increases, so that the content of Mn is set to 1.5 wt% or less.
Cr: 0.1~1.5 %Cr: 0.1 to 1.5%
Cr은 강의 소입성을 개선하여 경화능을 부여하며, 강의 조직을 미세화하는데 효과적인 원소이다. 뿐만 아니라 펄라이트 변태를 지연시켜 오스테나이트 영역으로의 가열 후 냉각 시에 안정되게 베이나이트 조직을 얻게 하기 때문에 0.1% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, Cr의 함량이 과다하면 그 효과가 포화하기 때문에 상기 Cr의 함량은 1.5중량% 이하로 한다.
Cr improves the ingotability of steel to give hardenability and is an effective element for refining steel texture. In addition, since the pearlite transformation is retarded and the bainite structure is obtained stably at the time of cooling after heating to the austenite region, it is preferable to add the bainite structure by 0.1% or more. However, if the content of Cr is excessive, the effect is saturated, so that the content of Cr is 1.5 wt% or less.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만 통상의 철강제조 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물은 통상의 철강제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지 않는다.
The remainder of the present invention is iron (Fe). However, in the ordinary steel manufacturing process, impurities which are not intended from the raw material or the surrounding environment may be inevitably incorporated, so that it can not be excluded. These impurities are not specifically mentioned in this specification, as they can be known by anyone skilled in the ordinary steel manufacturing process.
상기와 같은 성분 및 조성범위를 가지며, 본 발명에 따라 제조된 피로특성이 우수한 스프링강의 미세조직은 면적분율로, 베이나이트: 40~65%, 마르텐사이트: 20~30% 및 잔류 오스테나이트: 5~15%를 포함하는 것이 바람직하다.
The microstructure of the spring steel having the above-described components and composition ranges and excellent in fatigue characteristics manufactured according to the present invention has an area fraction of 40 to 65% of bainite, 20 to 30% of martensite, and 5 to 20% of retained austenite To 15%.
본 발명의 미세조직은 전체 미세조직 중에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~65%인 것이 바람직하다. 일반적으로, 베이나이트 조직이 템퍼드 마르텐사이트 조직보다 인성이나 균열성장에 대한 저항성 등이 우수하기 때문에, 베이나이트화를 위한 열처리 후, 스프링강의 전체 미세조직 중 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 높은 것이 바람직하나, 베이나이트 조직이 차지하는 분율이 지나치게 높은 스프링강은 오히려 템퍼드 마르텐사이트 조직에 비해 강도나 경도가 현저히 떨어져 원하는 수준의 피로특성을 구현하기 힘들다. 따라서, 바람직한 베이나이트 조직의 면적분율이 40~65%이다.
In the microstructure of the present invention, it is preferable that an area fraction occupied by the bainite structure in the entire microstructure is 40 to 65%. Generally, since the bainite structure is superior to the tempered martensite structure in toughness and crack growth resistance, the bainite structure occupies a high percentage of the entire microstructure of the spring steel after the heat treatment for bainitization However, the spring steel having an excessively high fraction of bainite structure has a lower strength and hardness than that of the tempered martensite structure, making it difficult to achieve the desired level of fatigue characteristics. Therefore, the preferable area ratio of the bainite structure is 40 to 65%.
보다 바람직하게는, 본 발명의 미세조직은 베이나이트가 일부 포함된 마르텐사이트 조직, 베이나이트 조직, 및 잔류 오스테나이트 조직을 포함하는 혼합조직인 것이 바람직하며, 이때 전체 미세조직 중에서 상기 마르텐사이트 조직이 차지하는 면적분율이 20~30%이고, 상기 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~65%이며, 상기 잔류 오스테나이트 조직이 차지하는 면적분율이 5~15%인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같은 면적분율을 가지는 혼합조직인 경우, 본 발명의 효과를 가장 바람직하게 구현할 수 있다.
More preferably, the microstructure of the present invention is preferably a mixed structure including martensite structure, bainite structure and retained austenite structure partially including bainite, wherein the martensite structure It is more preferable that the area fraction is 20 to 30%, the area fraction occupied by the bainite structure is 40 to 65%, and the area fraction occupied by the retained austenite structure is 5 to 15%. In the case of a mixed structure having such an area fraction, the effect of the present invention can be most preferably realized.
또한, 상기 스프링강의 인장강도(TS)는 1,800MPa 이상이고, 단면감소율(RA)은 40% 이상인 것이 바람직하다. 상기와 같은 면적분율의 베이나이트 조직을 가짐으로써, 인장강도가 1,800MPa 이상이고 단면감소율이 40 % 이상인 피로특성이 우수한 스프링강을 제공할 수 있다.
The tensile strength (TS) of the spring steel is preferably 1,800 MPa or more, and the sectional reduction ratio (RA) is preferably 40% or more. By having the bainite structure having the above-mentioned area fraction, it is possible to provide a spring steel excellent in fatigue characteristics having a tensile strength of 1,800 MPa or more and a section reduction ratio of 40% or more.
이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 스프링강의 최종 미세조직으로 베이나이트 조직을 일부 포함하게 함으로써 피로수명을 향상시킬 수 있는 피로특성이 우수한 스프링강 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
A method of manufacturing a spring steel excellent in fatigue characteristics capable of improving fatigue life by partially including a bainite structure in a final microstructure of a spring steel so that a person skilled in the art can easily carry out the present invention Will be described in detail.
본 발명의 또 다른 일태양인 피로특성이 우수한 스프링강의 제조 방법은 중량%로 C: 0.4~0.8%, Si: 1.0~3.0%, Mn: 0.1~1.5%, Cr: 0.1~1.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 스프링강을, 900~1100℃의 온도로 가열한 후, 10℃/s 이상의 속도로 냉각하는 단계; 및 이어서, 250~350℃의 온도에서 5~30분 동안 항온유지 하는 단계를 포함한다.
A method of producing spring steel excellent in fatigue characteristics, which is another aspect of the present invention, comprises the steps of: 0.4 to 0.8% of C, 1.0 to 3.0% of Si, 0.1 to 1.5% of Mn, 0.1 to 1.5% of Cr, Heating the spring steel made of other unavoidable impurities to a temperature of 900 to 1100 占 폚 and then cooling at a rate of 10 占 폚 / sec or more; And then maintaining the temperature at a temperature of 250 to 350 DEG C for 5 to 30 minutes.
여기에서, 상기 가열온도가 900℃ 미만이면 펄라이트 조직 상의 판상 세멘타이트가 완전히 용해되는데 장시간이 소요되고, 가열온도가 1100℃를 초과하면 오스테나이트 결정립 크기(AGS, Austenite Grain Size)가 너무 커져 스프링 피로수명이 저하된다.
If the heating temperature is less than 900 ° C, it takes a long time to completely dissolve the cementite in a pearlite structure. When the heating temperature exceeds 1100 ° C, the austenite grain size (AGS) The service life is deteriorated.
또한, 상기 가열 후 베이나이트 변태를 위해 급냉시키는 속도는 10 ℃/s 이상이 좋다. 만약 가열 후 냉각속도가 10 ℃/s 미만이면 냉각 중 펄라이트 변태가 발생하여 최종 미세조직에 펄라이트 조직이 포함됨으로써 스프링의 피로수명이 크게 저하될 가능성이 높다.
In addition, the rate of quenching for bainite transformation after heating is preferably 10 ° C / s or more. If the cooling rate after heating is less than 10 ° C / s, the pearlite transformation occurs during cooling, and the pearlite structure is included in the final microstructure, thereby greatly reducing the fatigue life of the spring.
상기 가열 후 베이나이트 변태를 위해 급냉시키는 온도는 그 온도가 높을수록 원하는 수준의 경도값을 얻기 힘들고 베이나이트보다는 펄라이트(Pearlite) 조직이 생성될 가능성이 커진다. 따라서 Ms 온도보다 약간 높은 250 ~ 350 ℃의 온도로 급냉하는 것이 바람직하다. 또한 이 온도영역에서 항온변태를 위해 유지하는 시간에 대해서도, 그 시간이 길수록 변태하여 생성되는 베이나이트 분율이 커지나 너무 시간이 길면 생산성이 저하되는 단점이 있다. 또한 베이나이트 조직의 분율이 필요 이상으로 높아지면 템퍼드 마르텐사이트 조직에 비해 강도나 경도가 현저히 떨어지는 단점이 있기 때문에 일정 분율 이상의 베이나이트 조직은 불필요하다. 따라서 베이나이트 조직이 적정량 포함된 혼합조직이 바람직하며 본 발명에 의하면 그 베이나이트 분율은 40 ~ 65 %였고, 이러한 분율은 상기 항온변태 온도영역에서 유지시 5 ~ 30 분 유지하는 경우 얻어지는 것으로 나타났다. 베이나이트 항온변태 온도에서 30 분 이상 유지하는 경우에는 베이나이트 분율이 포화하거나 필요 이상으로 증가하기 때문에 불필요하다.
The higher the temperature of quenching for bainite transformation after heating, the harder it is to obtain a desired hardness value, and the greater the possibility that pearlite is formed rather than bainite. Therefore, it is preferable to quench at a temperature of 250 to 350 DEG C which is slightly higher than the Ms temperature. Also, with respect to the time for maintaining the constant temperature transformation in this temperature range, the longer the time, the larger the bainite fraction generated by the transformation becomes, and the longer the time, the lower the productivity. Further, if the fraction of the bainite structure is higher than necessary, there is a disadvantage that the strength and hardness are significantly lower than that of the tempered martensite structure, so that a bainite structure of a certain fraction or more is unnecessary. Therefore, a mixed structure containing an appropriate amount of bainite structure is preferable. According to the present invention, the bainite fraction is 40 to 65%, and this fraction is obtained when holding at the constant temperature transformation temperature range for 5 to 30 minutes. When the bainite is maintained at a constant temperature transformation temperature for 30 minutes or more, the bainite fraction is unnecessary because it is saturated or increases more than necessary.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. It should be noted, however, that the following examples are intended to illustrate the invention in more detail and not to limit the scope of the invention. The scope of the present invention is determined by the matters set forth in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.
[[ 실시예Example ]]
하기 표 1에 기재된 조성범위를 가지는 용강을 일련의 주조, 열간압연 및 냉각 공정을 통해 각각의 비교예 및 발명예의 스프링강을 제조한 후, 표 1의 조건으로 베이나이트 열처리를 실시하였다. 또한, 상기와 같이 제조된 스프링강에 대하여 인장강도, 단면감소율 및 상대피로수명을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The steel steels of Comparative Examples and Inventive Examples were produced through a series of casting, hot rolling and cooling processes of the molten steel having the composition ranges shown in the following Table 1, followed by bainite heat treatment under the conditions shown in Table 1. The tensile strength, the section reduction rate and the relative fatigue life of the spring steel produced as described above were measured, and the results are shown in Table 1 below.
하기 표 1에서 각 성분의 함량 단위는 중량%이고, 상대피로수명(Relative Fatigue Life)은 비교예 1의 피로수명에 대한 상대적 비율을 나타낸 것이다. 피로수명은 회전굽힘피로시험(Rotary Bending Fatigue Test)으로 측정하였으며, 이 때의 시험조건은 회전속도 20 ㎐ (1,200 rpm), 가해진 응력은 인장강도의 60 %이었다.
In Table 1, the content units of each component are% by weight and the relative fatigue life is a relative ratio to the fatigue life of Comparative Example 1. [ The fatigue life was measured by a Rotary Bending Fatigue Test. The test conditions were a rotating speed of 20 ㎐ (1,200 rpm), and the applied stress was 60% of the tensile strength.
면적율 (%)Bay knight
Area ratio (%)
(MPa)The tensile strength
(MPa)
(%)Section reduction rate
(%)
(℃)Heating temperature
(° C)
(℃/s)Cooling rate
(° C / s)
(℃)Quenching temperature
(° C)
(분)Retention time
(minute)
상기 표 1에서 비교예 1 내지 4의 경우 합금조성은 본 발명에서 제시한 범위에 해당되나, 비교예 1은 가열온도, 비교예 2는 가열 후의 냉각속도, 조건 3은 급냉온도(베이나이트 항온변태 온도), 비교예 4는 베이나이트 변태온도에서의 항온유지시간이 본 발명에서 제시한 범위에 해당되지 않아 생성된 베이나이트 분율이 40% 미만이어서 상대피로수명은 크게 개선되지 못한 것으로 나타났다. 또한, 비교예 1 내지 4로부터 베이나이트 변태 열처리 후 인장강도가 1,800MPa 이상이어도 단면감소율이 40% 미만이면 상대피로수명이 크게 개선되지 못함을 알 수 있다.In Table 1, the composition of the alloys in Comparative Examples 1 to 4 falls within the range suggested in the present invention. In Comparative Example 1, the heating temperature is comparable to that of Comparative Example 2, the cooling rate after heating, and Condition 3 is the quenching temperature Temperature), Comparative Example 4 showed that the constant-temperature holding time at the bainite transformation temperature did not fall within the range suggested in the present invention, and thus the relative bainite fraction was less than 40%, so that the relative fatigue life was not significantly improved. Also, it can be seen from Comparative Examples 1 to 4 that even if the tensile strength after bainite transformation heat treatment is 1,800 MPa or more, the relative fatigue life is not significantly improved if the section reduction ratio is less than 40%.
이에 비해, 발명예 1 내지 6에서는 합금조성 및 베이나이트 열처리 조건, 생성된 베이나이트 분율, 인장강도, 단면감소율이 모두 본 발명에서 제시한 범위에 해당하며 비교예 대비 상대피로수명이 최소 2 배 이상 증가하였다.
On the other hand, in Inventive Examples 1 to 6, alloy composition and bainite heat treatment conditions, bainite fraction, tensile strength, and section reduction ratio all corresponded to the range proposed in the present invention and relative fatigue life was at least 2 times Respectively.
도 1은 비교예 3에 대한 광학현미경으로 관찰한 미세조직이고, 도 2는 발명예 2에 대한 광학현미경 관찰 사진으로서, 도 1에서의 베이나이트 분율이 도 2에 비해 현저히 작음을 알 수 있다.
FIG. 1 is a microstructure observed with an optical microscope for Comparative Example 3, and FIG. 2 is an optical microscope observation image of Inventive Example 2, wherein the bainite fraction in FIG. 1 is remarkably smaller than that in FIG.
이상과 같이 본 발명에서 제시하는 합금성분 및 조성범위를 가지며, 본 발명에서 제시하는 열처리를 실시하여, 베이나이트 조직의 면적분율이 40 ~ 65 %가 되도록 함으로써, 인장강도가 1,800 MPa 이상이고 단면감소율 또한 40 % 이상이 되어 스프링강의 피로수명을 크게 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있다.As described above, the alloy component and the composition range disclosed in the present invention are subjected to the heat treatment proposed in the present invention to provide an area fraction of 40 to 65% of the bainite structure, whereby the tensile strength is 1,800 MPa or more, Also, it can be confirmed that the fatigue life of the spring steel can be greatly improved by more than 40%.
Claims (3)
Wherein the microstructure is composed of 0.4 to 0.8% of C, 1.0 to 3.0% of Si, 0.1 to 1.5% of Mn, 0.1 to 1.5% of Cr, the balance of Fe and other unavoidable impurities, (40 to 65%), martensite (20 to 30%) and retained austenite (5 to 15%) and having a tensile strength (TS) of 1,800 MPa or more and a section reduction ratio Spring River.
이어서, 250~350℃의 온도에서 5~30분 동안 항온유지 하는 단계를 포함하고,미세조직은 면적분율로, 베이나이트: 40~65%, 마르텐사이트: 20~30% 및 잔류 오스테나이트: 5~15%를 포함하고, 인장강도(TS)는 1,800MPa 이상이고, 단면감소율(RA)은 40% 이상인 피로특성이 우수한 스프링강의 제조 방법.A spring steel comprising 0.4 to 0.8% of C, 1.0 to 3.0% of Si, 0.1 to 1.5% of Mn, 0.1 to 1.5% of Cr, balance Fe and other unavoidable impurities in a weight percentage is heated at a temperature of 900 to 1100 캜 Heating and then cooling at a rate of 10 ° C / s or more; And
And then maintaining the temperature at 250 to 350 DEG C for 5 to 30 minutes, wherein the microstructure has an area fraction of 40 to 65% of bainite, 20 to 30% of martensite, and 5 to 30% of retained austenite To 15%, wherein the tensile strength (TS) is 1,800 MPa or more and the section reduction ratio (RA) is 40% or more.
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