KR101766293B1

KR101766293B1 - 고탄소 전봉 용접 강관의 제조 방법 및 자동차 부품

Info

Publication number: KR101766293B1
Application number: KR1020167009089A
Authority: KR
Inventors: 요시카즈 가와바타; 켄이치 이와자키
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2017-08-08
Also published as: CN105555976B; JP5867474B2; KR20160055193A; EP3018220B1; EP3018220A4; EP3018220A1; JP2015062920A; WO2015045373A1; CN105555976A

Abstract

신뢰성이 우수한 전봉 용접부를 갖는 고탄소 전봉 용접 강관을 제공한다. 질량％로, C: 0.30∼0.60％, Si: 0.05∼0.50％, Mn: 0.30∼2.0％, Al: 0.01％ 이상 0.50％ 이하, N: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 고탄소 강판을 소재 강판으로 하고, 소재 강판을 냉간 가공에 의해 대략 원통 형상으로 성형하고 전봉 용접하여 전봉 용접 강관으로 함에 있어서, 당해 전봉 용접 후에, 리듀싱률: 0.01％ 이상 0.8％ 이하의 냉간 리듀싱 압연을 행한 후, 즉시 재가열하고 혹은 냉각하여 재가열하고, 850℃ 이상의 온도역에서, 축경률: 10％ 이상의 열간 축경 압연을 행한다. 이에 따라, 전봉 용접부의 결함 발생이 억제되어 신뢰성이 우수한 전봉 용접부가 되고, 신뢰성이 현저하게 향상된 고탄소 전봉 용접 강관이 얻어진다. 또한, 이들 고탄소 전봉 강관을 소재로 함으로써 자동차 부품의 신뢰성도 향상한다.

Description

고탄소 전봉 용접 강관의 제조 방법 및 자동차 부품{METHOD FOR PRODUCING HIGH CARBON ELECTRIC RESISTANCE WELDED STEEL PIPE OR TUBE AND AUTOMOTIVE PARTS}

본 발명은, 자동차 등의 중공 기계 부품용으로서 적합한, 고탄소 전봉 용접 강관의 제조 방법 및 자동차 부품에 관한 것으로, 특히 전봉 용접부의 신뢰성 향상에 관한 것이다.

본 발명은, 자동차 등의 중공 기계 부품(hollow mechanical part)용으로서 적합한, 고탄소 전봉 용접 강관(high carbon electric resistance welded steel pipe or tube)의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전봉 용접부(electric resistance weld)의 신뢰성의 향상에 관한 발명이다.

최근, 지구 환경(global environment)의 보전이라는 관점에서, 자동차의 연비 향상(improvement of fuel efficiency)이 강하게 요망되고, 자동차 차체(automotive body)의 경량화(weight saving)가 강하게 지향되고 있다. 그 때문에, 종래, 사용되고 있던 중실 소재(solid material)를 대신하여, 중공 소재가 자동차 부품용 소재로서 사용되어 왔다. 자동차 등에 이용되는 열처리가 필요한 부품용의 중공 소재로서, 특히, 치수 정밀도가 양호하고, 게다가 표면 탈탄(surface decarburization)이 적은 점에서, 기계 구조용 고탄소 강재(high carbon steel for mechanical structural use)인 고탄소강의 전봉 용접 강관의 이용이 검토되고 있다.

그러나, 기계 구조용 고탄소 강재에서는, 탄소량이 많아지기 때문에, 강도가 증가하고, 신장(elongation)이 저하되는 데다가, 편석(segregation)이 강해지는 경향을 나타낸다. 이 때문에, C, Mn 및, P 등이 강하게 편석한 편석부에서는, 고온에서의 열간 가공성(hot workability)의 저하가 현저해져, 전봉 용접 그 자체가 곤란해지거나, 혹은 편석부에 기인하여 전봉 용접부에, 고온 크랙(hot cracking) 등의 결함이 다발하여, 강관으로서의 가공성에 문제를 남기거나 하고 있었다.

이러한 문제에 대하여, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 질량％로, C: 0.4∼0.8％, Si: 0.15∼0.35％, Mn: 0.3∼2.0％, P: 0.030％ 이하, S: 0.035％ 이하, Al: 0.035％ 이하를 포함하고, 추가로 Mo: 0.05∼0.15％를 첨가하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 기계 구조용 고탄소강(mechanical structural high carbon steel)의 전봉 강관이 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, Mo를 첨가함으로써, 1000℃ 이상의 열간에서의 가공성을 대폭으로 개선할 수 있어, 열간 가공성이 우수한 기계 구조용 고탄소강의 강 전봉 강관이 된다고 하고 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 질량％로, C: 0.3∼0.6％, Si: 0.15∼0.35％, Mn: 0.3∼1.5％, P: 0.012％ 이하, S: 0.035％ 이하, Al: 0.035％ 이하를 포함하고, 연속 주조(continuous cast)한 중심 편석부(center segregation part)의 P 농도가 C 농도와의 관계에서 특정 관계를 만족하는 낮은 레벨로 조정된 고탄소강의 슬래브를 열간 압연하여 얻은 고탄소강의 열연 코일을 소재로 하여 전봉 강관을 제조하는, 고가공성 고탄소강의 전봉 강관의 제조 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 기술에 의하면, 전봉 용접시에 있어서의 고온 크랙이 억제되어, 수율이 향상한다고 하고 있다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 기술에 의하면, 벌지 성형(bulge forming) 등의 가혹한 가공을 받아도, 편석부에서의 취화 크랙(embrittlement crack)이 발생할 가능성이 낮아, 고탄소강의 전봉 강관의 가공성이 향상한다고 하고 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 질량％로, C: 0.30∼0.60％, P: 0.012％ 이하를 포함하는 고탄소강을 연속 주조하여 중심 편석부의 P 농도가 C 농도와의 관계에서 특정 관계를 만족하는 낮은 레벨로 조정된 고탄소강 슬래브(high-carbon steel slab)로 하고, 이 고탄소강 슬래브를 열간 압연하여 얻은 고탄소강의 열연 코일을 소재로 하여 성형 롤군(forming roll group)에 의해 원통 형상의 오픈 파이프(open pipe)로 한 후, 오픈 파이프의 양 에지(both edges)를, 바람직하게는 가열폭을 통상보다 넓은 2∼4㎜로 하고 또한 800∼1000℃로 예열하여 전봉 용접하고, 이어서 전봉 용접부를 공랭하는 고가공성 기계 구조용 고탄소강의 전봉 강관의 제조 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 3에 기재된 기술에 의하면, 전봉 용접시에 있어서의 고온 크랙이 억제되어, 수율이 향상함과 함께, 전봉 용접부의 경도가 저감하여, 벌지 성형 등의 가혹한 가공을 받아도, 용접부에서의 크랙을 방지할 수 있어, 고탄소강의 전봉 강관의 가공성이 향상한다고 하고 있다.

또한, 특허문헌 4에는, C: 0.03∼0.30％, Si: 0.50∼3.00％, Mn: 0.30∼3.00％를 포함하는 조성의 전봉 강관을 전봉 용접 후, 그 용접부를 800∼1000℃로 가열한 후, Ar₃ 변태점 이상으로부터 20∼200℃/s로 급냉하고, 전봉 용접부에 잔류 오스테나이트(retained austenite)를 잔존시켜 전봉 용접부의 가공성을 높이는, 전봉 용접부의 열처리 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 4에 기재된 기술에 의하면, 전봉 용접부의 연성(ductility)이 향상하여, 하이드로포밍(hydroforming) 등의 엄격한 가공에도 견딜 수 있는 전봉 강관이 된다고 하고 있다.

일본공개특허공보 평04-263039호 일본공개특허공보 평11-156433호 일본공개특허공보 평11-226634호 일본공개특허공보 평11-323442호

최근에는, 특히 자동차 등의 안전성 확보(ensuring safety)의 관점에서, 자동차 등의 부품에는, 높은 신뢰성을 유지하는 것이 엄격하게 요구되고 있다. 특히, 부품용 소재로서 전봉 용접 강관을 이용하는 경우, 전봉 용접 강관은, 종래에 비하여 높은 신뢰성을 갖는 전봉 용접부를 갖는 것이 요구되고 있다. 그러나, 특허문헌 1∼4에 기재된 기술에서는, 전봉 용접부의 피로 강도(fatigue strength)로 대표되는 신뢰성 요구값(requisite performance for reliability)을 충분히 만족할 수 없는 경우가 발생한다는 문제가 있다.

본 발명은, 이러한 문제를 해결하여, 신뢰성이 우수한 전봉 용접부를 갖는 고탄소강의 전봉 용접 강관의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 여기에서 말하는 「신뢰성이 우수함」이란, 전봉 용접부에 피로 강도에 영향을 주는 결함이 존재하지 않는 경우를 말하는 것으로 한다. 구체적으로는, 깊이 0.2㎜×길이 12.5㎜의 노치(notch)를 기준으로 하고, 초음파 탐상 방법(ultrasonic flaw detection test)에 대해서는, JIS G 0582 「강관의 초음파 탐상 검사 방법」의 구분 UA에 의하지만, 보다 고감도이고 미세한 결함을 탐상하기 위해 6db(decibel) 감도 상승(sensitivity enhancement)을 행한 초음파 탐상 시험에서 결함이 0개이고, 또한 외표면의 비틀림 응력(torsional stress) τ을 350㎫로 하여 반복수: 200만회까지의 비틀림 피로 시험(torsion fatigue test)에서 크랙이 발생하지 않는 경우를 말하는 것으로 한다.

본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해, 종래의 고탄소강의 전봉 용접 강관에 대해서 그 신뢰성이 낮은 원인에 대해서 예의 검토했다. 그 결과, 종래의 고탄소강의 전봉 용접 강관에서는, 전봉 용접부에 크랙 등의 결함이 남기 쉽기 때문인 것을 발결했다. 종래의 고탄소강의 전봉 용접 강관에서는, 소정의 치수 형상으로 정밀도 높게 조정하는 필요성으로부터, 통상, 전봉 용접 종료 후, 냉간에서 사이징(sizing)이나, 굽힘 교정(straightening)을 행하고 있다. 이 리듀싱(reducing) 압연이나 굽힘 교정에 의해, 전봉 용접으로 경화한 전봉 용접부에 크랙이 발생하여, 신뢰성이 저하된다고 생각할 수 있다.

그래서, 고탄소강의 전봉 용접 강관의 경우에는, 전봉 용접 종료 후에, 전봉 용접부만을 노멀라이징(normalizing)하고, 그 후, 냉간으로 사이징이나, 굽힘 교정 등의 가공을 행하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 방법에 의해서도 또한, 충분한 신뢰성의 향상은 얻어지지 않는다. 그 원인에 대해서는, 현 시점에서는 명확하게 되어 있지 않지만, 수축공 형상 결함(defects such as shrinkage cavities)이 관계하고 있을 가능성이 높다고 추찰된다. 그 말인 즉슨, 저탄소강에 있어서의 전봉 용접에서는, 통상, 용접부를 스퀴즈 롤(squeeze roll)로 스퀴즈함으로써 수축공 형상 결함을 방지하고 있지만, 고탄소강의 전봉 용접에서는, 융점이 낮아지기 때문에, 스퀴즈 롤을 통과한 후까지 용융부(melting section)가 잔존하여, 수축공 형상 결함이 발생하기 쉬워지는 경우가 있다고 생각할 수 있다.

이러한 점에서, 본 발명자들은, 고탄소강의 전봉 용접 강관의 더 한층의 신뢰성 향상을 위해서는, 전봉 용접부에 단순하게 열처리를 행하여 연성을 향상시킬 뿐만 아니라, 전봉 용접부에 발생한 수축공 형상 결함을 잡는(squash) 바와 같은 가공(리듀싱 압연(reducing))을 아울러 행할 필요가 있는 것에 생각이 이르렀다.

그리고, 더 한층의 검토의 결과, 본 발명자들은, 고탄소강의 전봉 용접 강관의 더 한층의 신뢰성 향상을 위해서는, 전봉 용접 직후의 교정 등의 냉간에서의 가공을 필요 최소한으로 억제한 후에, 재가열하고, 850℃ 이상의 온도역에서, 10％ 이상의 축경률(reducing rate of diameter)로 열간 축경 압연을 행하는 것이 유효한 것을 발견했다. 또한, 재가열시에 있어서는, 유도 가열을 이용하는 것이 가열 시간의 단축화가 가능하고 또한 탈탄을 억제할 수 있는 것도 인식했다.

본 발명의 기초가 된 실험 결과에 대해서 설명한다.

질량％로, C를 0.37％, Si를 0.25％, Mn을 1.50％, Al을 0.025％, N을 0.004％, Ti를 0.02％, B를 0.002％ 함유하는 조성의 고탄소 강판(판두께: 7.9㎜)을 소재 강판으로 하고, 복수 롤을 이용하여 대략 원통 형상으로 냉간 성형하고, 상대하는 단면끼리를 맞대고, 전봉 용접하여 전봉 용접 강관(외경 89.1㎜φ)으로 했다. 전봉 용접한 후, 냉간에서 사이저 압연기(sizer rolling mill)를 이용하여, 리듀싱률(reducing rate): 0∼1.2％로 냉간 리듀싱 압연을 행했다. 얻어진 전봉 용접 강관에 대해서, 특히 전봉 용접부에 대해서, 초음파 탐상 검사(ultrasonic inspection)하여, 결함 개소의 개수(결함 개수)를 측정했다. 초음파 탐상 (ultrasonic flaw detection)은, 깊이 0.2㎜×길이 12.5㎜의 노치를 기준으로 하여, 6db 감도 상승하여 행했다. 얻어진 결과를 도 1에 나타낸다.

도 1로부터, 냉간 리듀싱 압연의 리듀싱률이 0.8％를 초과하면, 결함 발생이 현저해지는 것을 알 수 있다.

또한, 전봉 용접 후, 냉간 리듀싱 압연의 리듀싱률: 0.1％의 냉간 리듀싱 압연을 행한 후, 즉시 980℃로 재가열하고, 850℃ 이상의 온도역에서의 축경률을 0∼35％까지 변화하여 열간 축경 압연을 행했다. 얻어진 전봉 용접 강관에 대해서, 전봉 용접부를 초음파 탐상 검사하여, 결함 개소의 개수(결함 개수)를 측정했다. 초음파 탐상 검사의 조건은 전봉 용접 후와 동일하게 했다. 얻어진 결과를, 도 2에 나타낸다. 도 2로부터, 축경률: 10％ 미만의 열간 축경 압연에서는, 전봉 용접부의 결함의 발생이 현저하고, 축경률이 10％를 초과하면, 현저하게 결함의 발생이 감소하는 것을 알 수 있다.

본 발명은, 이러한 인식에 기초하여, 더 한층의 검토를 더하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1) 소재 강판을 냉간 가공에 의해 대략 원통 형상으로 성형한 후, 상대하는 단면끼리를 맞대고, 전봉 용접하여 전봉 용접 강관으로 하는 전봉 용접 강관의 제조 방법에 있어서, 상기 소재 강판을, 질량％로, C: 0.30∼0.60％, Si: 0.05∼0.50％, Mn: 0.30∼2.0％, Al: 0.01％ 이상 0.50％ 이하, N: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 고탄소 강판으로 하고, 상기 전봉 용접 후에, 리듀싱률: 0.01％ 이상 0.8％ 이하의 냉간 리듀싱 압연을 행한 후, 즉시 재가열하고 혹은 냉각하여 재가열하고, 850℃ 이상의 온도역에서, 축경률: 10％ 이상의 열간 축경 압연을 행하여, 신뢰성이 우수한 전봉 용접부로 하는 것을 특징으로 하는 고탄소강의 전봉 용접 강관의 제조 방법.

(2) (1)에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Cu: 1.0％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, Cr: 1.2％ 이하, Mo: 1.0％ 이하, W: 1.5％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 고탄소강의 전봉 용접 강관의 제조 방법.

(3) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Ti: 0.04％ 이하, Nb: 0.2％ 이하, V: 0.2％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 고탄소강의 전봉 용접 강관의 제조 방법.

(4) (1) 내지 (3) 중 어느 것에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, B: 0.0005∼0.0050％를 함유하는 것을 특징으로 하는 고탄소강의 전봉 용접 강관의 제조 방법.

(5) (1) 내지 (4) 중 어느 것에 있어서, 상기 재가열이, 고주파 유도 가열 수단에 의한 가열인 것을 특징으로 하는 고탄소강의 전봉 용접 강관의 제조 방법.

(6) (1) 내지 (5) 중 어느 것에 기재된 고탄소강의 전봉 용접 강관의 제조 방법을 이용하여 제조된 고탄소강의 전봉 강관을 소재로 하여 제조되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 부품.

(7) (6)에 있어서, 상기 자동차 부품이, 프론트 포크(front fork), 랙 바(rack bar), 드라이브 샤프트(drive shaft), 타이 로드(tie rod), 스테이터 샤프트(stator shaft), 캠샤프트(cam shaft) 중 어느 것인 자동차 부품.

본 발명에 의하면, 결함 발생이 억제되어 신뢰성이 우수한 전봉 용접부를 갖는 고탄소강의 전봉 용접 강관이 얻어진다. 그 결과, 본 발명에 의하면, 고탄소강의 전봉 용접 강관의 신뢰성이 현저하게 향상된다. 또한, 본 발명에 의하면, 고탄소강의 전봉 용접 강관을 소재로 하는 중공 부품(hollow parts), 예를 들면, 프론트 포크, 랙 바, 드라이브 샤프트, 타이 로드, 스테이터 샤프트, 캠샤프트 등의 각종 자동차 부품의 신뢰성도 향상한다.

도 1은 전봉 용접부의 결함 발생 개수에 미치는 냉간 리듀싱 압연의 리듀싱률의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 2는 전봉 용접부의 결함 발생 개수에 미치는 열간 축경 압연의 축경률의 영향을 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명은, 고탄소강의 전봉 용접 강관의 제조 방법이다. 본 발명에서는, 소재 강판을 고탄소 강판으로 하고, 상용의 전봉 용접 강관의 제조 방법을 적용하여, 고탄소강의 전봉 용접 강관으로 한다. 또한, 여기에서 말하는 「강판」에는, 강대(steel strip)도 포함하는 것으로 한다.

우선, 소재 강판인 고탄소 강판의 조성 한정 이유에 대해서 설명한다. 이하, 특별히 언급하지 않는 한, 질량％는 단순히 ％라고 기재한다.

본 발명에서 소재 강판으로 하는 강판은, C: 0.30∼0.60％, Si: 0.05∼0.50％, Mn: 0.30∼2.0％, Al: 0.01％ 이상 0.50％ 이하, N: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하를 포함한다. 또한, 본 발명에서 소재 강판으로 하는 강판은, Cu: 1.0％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, Cr: 1.2％ 이하, Mo: 1.0％ 이하, W: 1.5％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함해도 좋다. 또한, 본 발명에서 소재 강판으로 하는 강판은, Ti: 0.04％ 이하, Nb: 0.2％ 이하, V: 0.2％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함해도 좋다. 또한, 본 발명에서 소재 강판으로 하는 강판은, B: 0.0005∼0.0050％를 함유해도 좋다. 상기 필수 성분 및 임의 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 또한, 전봉 용접부의 신뢰성 향상을 위해서는, 전봉 용접부로부터 산화물을 배출한다는 관점에서, 소재 강판의 판두께는 8㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

C: 0.30∼0.60％

C는, 고용하여 혹은 탄화물, 탄질화물로 하여 석출하고, 강도 증가에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻고, 소망하는 강관 강도, 열처리 후의 강관 강도를 확보하기 위해, C 함유량은 0.30％ 이상으로 한다. 또한, 여기에서 말하는 「소망하는 강관 강도」란, 인장 강도TS: 1200㎫ 이상을 말하는 것으로 한다. 한편, C 함유량이 0.60％를 초과하면, 열처리 후의 인성이 저하된다. 이 때문에, C 함유량은 0.30∼0.60％의 범위로 한정했다.

Si: 0.05∼0.50％

Si는, 탈산제로서 작용하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해, Si 함유량은 0.05％ 이상으로 한다. 한편, Si 함유량이 0.50％를 초과하면, 효과가 포화되어 경제적으로 불리해지는 데다가, 전봉 용접시에 개재물의 생성을 촉진하여, 전봉 용접부의 건전성에 악영향을 미친다. 이 때문에, Si 함유량은 0.05∼0.50％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.10∼0.30％이다.

Mn: 0.30∼2.0％

Mn은, 고용하여 강도 증가, 퀀칭성의 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해, Mn 함유량은 0.30％ 이상으로 한다. 한편, Mn 함유량이 2.0％를 초과하면, 잔류 오스테나이트가 형성되어 템퍼링(tempering) 처리 후의 인성이 저하된다. 이 때문에, Mn 함유량은 0.30∼2.0％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.8∼1.6％이다.

Al: 0.01％ 이상 0.50％ 이하

Al은, 탈산제로서 작용하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해, Al 함유량은 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Al 함유량이 0.50％를 초과하면, 효과가 포화되어 함유량에 알맞는 효과를 기대할 수 없고, 경제적으로 불리해짐과 함께, 전봉 용접시에 개재물의 생성을 촉진하여, 전봉 용접부의 건전성에 악영향을 미친다. 이 때문에, Al 함유량은 0.50％ 이하의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.02∼0.04％이다.

N: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하

N은, 질화물 혹은 탄질화물을 형성하고, 열처리(템퍼링) 후의 강도를 확보하기 위해 유용한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.0005％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. N 함유량이 0.0100％를 초과하면, 조대한(coarse) 질화물이 형성되어, 인성이나 내피로 수명이 저하되는 경우가 있다. 이 때문에, N 함유량은 0.0100％ 이하로 한정했다. 또한, N은 Ti를 함유하는 경우에는 Ti 함유량과의 관계에서, 하기식을 만족하도록 조정하는 것이 바람직하다.

　　　　　　　　　　　N/14　≤　Ti/47.9

(여기에서, N, Ti: 각 원소의 함유량(질량％))

상기한 성분이, 소재 강판이 되는 강판의 기본의 성분이다. 본 발명에서는 이 기본의 조성에 더하여 추가로, 필요에 따라서, Cu: 1.0％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, Cr: 1.2％ 이하, Mo: 1.0％ 이하, W: 1.5％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, Ti: 0.04％ 이하, Nb: 0.20％ 이하, V: 0.20％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, B: 0.0005∼0.0050％를 선택하여 함유해도 좋다.

Cu: 1.0％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, Cr: 1.2％ 이하, Mo: 1.0％ 이하, W: 1.5％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

Cu, Ni, Cr, Mo, W는 모두, 강도 증가 및, 퀀칭성(hardenability)의 향상에 기여하는 원소이다. 소재 강판이 되는 강판은, 필요에 따라서, Cu, Ni, Cr, Mo 및 W로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상 함유할 수 있다.

Cu는, 고용하여 강도 증가 및, 퀀칭성의 향상에 기여하는 데다가 또한, 인성(toughness), 내지연 파괴성(delayed fracture resistance) 및, 내부식 피로 특성(corrosion fatigue resistance)도 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Cu 함유량을 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cu 함유량이 1.0％를 초과하면, 상기한 효과가 포화되어 함유량에 알맞는 효과를 기대하지 못하고, 경제적으로 불리해지는 데다가, 가공성이 저하된다. 이 때문에, Cu를 함유하는 경우에는, Cu는 1.0％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.05∼0.25％이다.

Ni는, 고용하여 강도 증가 및, 퀀칭성의 향상에 기여하는 데다가 또한, 인성, 내지연 파괴성 및, 내부식 피로 특성의 향상에도 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Ni 함유량을 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Ni 함유량이 1.0％를 초과하면, 상기한 효과가 포화되어 함유량에 알맞는 효과를 기대하지 못하고, 경제적으로 불리해지는 데다가, 가공성이 저하된다. 이 때문에, Ni를 함유하는 경우에는, Ni 함유량은 1.0％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.05∼0.25％이다.

Cr은, 고용하여 강도 증가 및, 퀀칭성의 향상에 기여하는 데다가 또한, 미세한 탄화물을 생성하여 석출 강화(precipitation strengthening)에 의해 강도 증가에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Cr 함유량을 0.1％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cr 함유량이 1.2％를 초과하면, 효과가 포화되어 함유량에 알맞는 효과를 기대하지 못하고, 경제적으로 불리해지는 데다가, 전봉 용접시에 개재물(inclusion)을 일으키기 쉬워, 전봉 용접부의 건전성에 악영향을 미친다. 이 때문에, Cr를 함유하는 경우에는, Cr 함유량은 1.2％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.1∼0.5％이다.

Mo는, 고용하여 강도 증가 및, 퀀칭성의 향상에 기여하는 데다가 또한, 미세한 탄화물을 생성하여 석출 강화에 의해 강도 증가에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Mo 함유량을 0.01％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Mo 함유량이 1.0％를 초과하면, 효과가 포화되어 함유량에 알맞는 효과를 기대하지 못하고, 경제적으로 불리해지는 데다가, 조대한 탄화물을 형성하여 인성이 저하되는 경우가 있다. 이 때문에, Mo를 함유하는 경우에는, Mo 함유량을 1.0％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.10∼0.30％이다.

W는, 고용하여 강도 증가 및, 퀀칭성의 향상에 기여하는 것에 더하여 추가로, 열처리 후의 경도와 인성의 균형(balance)을 양호하게 하는 작용을 갖는다. 이러한 효과를 확보하기 위해서는, W 함유량을 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, W 함유량이 1.5％를 초과하면, 효과가 포화되어 함유량에 알맞는 효과를 기대하지 못하고, 경제적으로 불리해진다. 이 때문에, W를 함유하는 경우는, W는 1.5％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.10∼0.30％이다.

Ti: 0.04％ 이하, Nb: 0.20％ 이하, V: 0.20％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

Ti, Nb, V는 모두, 미세한 탄화물을 형성하여 강도 증가에 기여하는 원소이며, 필요에 따라서 선택하여 1종 또는 2종 이상 함유할 수 있다.

Ti는, 상기한 작용에 더하여, N과 결합하여 N을 고정함으로써 퀀칭성의 향상에 유효한 고용 B를 확보하는 작용을 갖는 원소이다. 또한, Ti는 미세한 질화물을 형성하여, 열처리시나 전봉 용접시의 결정립의 조대화를 억제하는 작용을 갖고, 인성의 향상에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Ti 함유량을 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ti 함유량이 0.04％를 초과하면, 개재물이 증가하여 인성이 저하되는 경우가 있다. 이 때문에, Ti를 함유하는 경우에는, Ti 함유량은 0.04％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, Ti는, 함유하는 경우에는, N 함유량과의 관계에서 하기식을 만족하도록 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.01∼0.03％이다.

　　　　　　　　　　　　N/14≤Ti/47.9

(여기에서, N, Ti: 각 원소의 함유량(질량％))

Nb는, 템퍼링시에 미세한 탄화물을 형성하여 강도 증가에 기여함과 함께, 열처리 후의 조직을 미세화하여 인성이나 내지연 파괴성을 개선하는 작용을 갖는다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Nb 함유량을 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Nb 함유량이 0.20％를 초과하면, 상기한 효과는 포화되어 함유량에 알맞는 효과를 기대하지 못하고, 경제적으로 불리해진다. 이 때문에, Nb를 함유하는 경우에는, Nb는 0.20％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.01∼0.02％이다.

V는, 템퍼링시에 미세한 탄화물을 형성하여 강도 증가에 기여한다. 이러한 효과를 확보하기 위해서는, V 함유량을 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, V 함유량이 0.20％를 초과하면, 상기한 효과는 포화되어 함유량에 알맞는 효과를 기대하지 못하고, 경제적으로 불리해진다. 이 때문에, V를 함유하는 경우에는, V 함유량은 0.20％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.01∼0.08％이다.

B: 0.0005∼0.0050％

B는, 미량 함유로 퀀칭성을 향상시켜, 열처리 후의 경도와 인성의 균형을 양호하게 한다. 또한, B는 결정립계(grain boundary)를 강화하여 내퀀칭 크랙성(quenching crack resistance)을 향상시킨다. B는 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 B 함유량을 0.0005％ 이상으로 한다. 한편, B 함유량이 0.0050％를 초과하면, 상기한 효과는 포화되어 함유량에 알맞는 효과를 기대하지 못하고, 경제적으로 불리해지는 데다가, 조대한 B 함유 석출물을 생성하여 인성이 저하된다. 이 때문에, B를 함유하는 경우에는, B함유량은 0.0005∼0.0050％의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.002∼0.003％이다.

상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 또한, 불가피적 불순물로서는, P: 0.020％ 이하, S: 0.010％ 이하, O: 0.005％ 이하를 허용할 수 있다.

P: 0.020％ 이하

P는, 내용접 크랙성(weld crack resistance) 및, 인성에 악영향을 미치는 원소이다. P 함유량은 0.020％ 이하의 범위에서 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 그러나, P 함유량의 과도한 저감은 정련 비용(refining cost)을 상승시키기 때문에, P 함유량은 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.010％ 이하이다.

S: 0.010％ 이하

S는, 강 중에서는 황화물계 개재물로서 존재하여, 가공성, 인성 및, 피로 수명(fatigue life)에 악영향을 미침과 함께, 재열 크랙 감수성(reheat cracking sensitivity)을 증대시키는 원소이다. S 함유량은 0.010％ 이하의 범위에서 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 그러나, 과도한 저감은 정련 비용을 상승시키기 때문에, S 함유량은 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.001％ 이하이다.

O: 0.005％ 이하

O(산소)는, 강 중에서는 산화물계 개재물(oxide inclusion)로서 존재하여, 가공성, 인성 및, 피로 수명에 악영향을 미친다. 이 때문에, O(산소) 함유량은 0.005％ 이하의 범위에서, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.002％ 이하이다.

본 발명에서는, 상기한 조성의 고탄소 강판을 소재 강판으로 한다. 소재 강판의 제조 방법은 특별히 한정할 필요는 없다. 통상의 열연 강판의 제조 방법을 모두 적용할 수 있다. 소재 강판을, 소정의 폭으로 슬릿 가공하고, 냉간에서, 바람직하게는 복수의 성형 롤(forming rolls)을 이용하여 연속하여, 대략 원통 형상으로 성형한 후, 상대하는 단면끼리를 맞대고 전봉 용접하여 전봉 용접 강관으로 한다.

본 발명에서는, 전봉 용접하여 전봉 용접 강관으로 한 후, 당해 전봉 용접 강관에, 형상 불량(defect of shape)을 방지하기 위해, 냉간 리듀싱 압연을 행한다. 이 압연에는, 사이저 압연기를 이용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 냉간 리듀싱 압연의 리듀싱률을 0.8％ 이하로 한정한다. 리듀싱률이 0.8％를 초과하면, 전봉 용접부에 크랙 등의 결함이 발생하여, 전봉 용접부의 신뢰성이 저하된다. 이 때문에, 전봉 용접한 후에 행하는 냉간 리듀싱 압연의 리듀싱률을 0.8％ 이하로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.01∼0.1％이다. 전봉 용접부의 결함 발생에 대해서는 냉간 리듀싱 압연을 행하지 않는(리듀싱률 0％) 편이 바람직하다. 냉간 리듀싱 압연을 행하지 않는 경우에는, 관(tube) 형상으로 불량이 발생할 확률이 높아진다. 또한, 리듀싱률의 정의는, (사이징 전의 둘레의 길이(perimeter)－사이징 후의 둘레의 길이)/사이징 전의 둘레의 길이 ×100(％)이다.

리듀싱률: 0.8％ 이하의 냉간 리듀싱 압연을 행한 전봉 용접 강관은, 즉시 재가열되거나, 혹은 실온까지 냉각된 후 재가열된다. 재가열의 온도는 특별히 한정되지 않는다. 본 발명에 있어서 재가열의 온도는, 850℃ 이상의 온도역에서, 10％ 이상의 축경률을 행하는 열간 축경 압연을 행할 수 있는 온도, 즉, 900∼1050℃로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 열간 축경 압연은, 오스테나이트역(austenite region)까지 재가열하고, 전봉 용접부의 고인화(high toughness)를 도모함과 함께 전봉 용접부에 발생한 결함을 잡아 무해화를 도모하여, 전봉 용접부의 신뢰성 향상을 위해 행한다. 열간 축경 압연의 마무리 압연 온도(finishing rolling temperature)가 850℃ 미만에서는, 수축공 형상 결함의 압착(compression bonding)이 불충분해져, 소망하는 결함의 무해화를 달성할 수 없다. 또한, 열간 축경 압연의 마무리 압연 온도는, 바람직하게는 900℃ 이상이다. 또한, 열간 축경 압연의 마무리 압연 온도의 상한은, 조직의 조대화를 방지할 수 있는 1000℃이다.

또한, 열간 축경 압연의 축경률이 850℃ 이상의 온도역에서, 10％ 미만에서는, 축경률이 부족하여, 소망하는 결함의 무해화를 달성할 수 없다. 이 때문에, 열간 축경 압연의 축경률을 10％ 이상으로 한정했다. 또한, 바람직하게는 30％ 이상이다. 열간 축경 압연의 축경률의 상한은, 소망하는 치수 형상에 따라서 결정된다. 또한, 축경률의 정의는, (압연 전의 외경－압연 후의 외경)/압연 전의 외경×100(％)이다.

실시예

표 1에 나타내는 조성의 고탄소강의 열연 강판(판두께: 7.8㎜)을 소재 강판으로 했다. 이들 소재 강판을 소정의 폭으로 슬릿 가공(slitting)하고, 냉간에서 복수의 롤로, 대략 원통 형상의 오픈 파이프로 성형했다. 그 후, 상대하는 단면끼리를 맞대고 전봉 용접하여, 외경 89.1㎜φ×두께 7.9㎜의 전봉 용접 강관(모관)으로 했다. 또한, 전봉 용접 강관에는, 전봉 용접 후, 사이저 압연기를 이용하고, 표 2에 나타내는 리듀싱률의 냉간 리듀싱 압연을 행하여, 소정의 치수 형상이 되도록 조정했다. 냉간 리듀싱 압연 후, 즉시 유도 가열 수단으로 표 2에 나타내는 온도까지 가열하고, 열간 축경 압연기로 표 2에 나타내는 조건으로 열간 축경 압연을 행하여, 열간 축경 압연 후 공랭하여 외경 42.7㎜φ×두께 8.0㎜의 전봉 용접 강관으로 했다.

얻어진 전봉 용접 강관의 전봉 용접부 전체 길이(약 10000m)에 대해서, 초음파 탐상을 행하여, 검지되는 결함의 유무 및 결함 개수(길이 10000m당으로 환산)를 조사했다. 초음파 탐상은, 깊이 0.2㎜×길이 12.5㎜의 노치를 기준으로 하여, 6dB 감도 상승으로 행했다.

또한, 얻어진 전봉 용접 강관으로부터 시험재를 채취하여 외경 36.7㎜φ×두께 7.2㎜까지 냉간 인발 가공을 행한 후, 노멀라이징 처리(945℃ 가열 후 공랭)와 퀀칭 처리(950℃ 가열 후 수랭 퀀칭)를 행하고, 비틀림 피로 시험편(길이: 500㎜)을 채취하여, 비틀림 피로 시험을 실시했다.

비틀림 피로 시험은, 시험편 10개에 대해서, 외표면의 비틀림 응력 τ이 350㎫로 하고, 반복수: 200만회까지의 시험을 실시하여, 전봉 용접부 크랙의 발생 비율(％)을 측정했다. 이들 결과(초음파 탐상과 비틀림 피로 시험의 결과)로부터, 전봉 용접부의 신뢰성을 평가했다. 초음파 탐상에 있어서의 결함 개수가 0개이고 또한 비틀림 피로 시험에서의 크랙 발생 없음인 경우를 「○」로 하고, 그 이외를 「×」로 하여, 신뢰성을 평가했다.

얻어진 결과를 표 3에 나타낸다.

본 발명예는 모두, 전봉 용접부의 결함 발생이 적고, 또한 비틀림 피로 시험에 있어서도 전봉 용접부에서의 크랙 발생이 적게 되어 있다. 한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예는, 전봉 용접부의 결함 발생 개수가 많아, 비틀림 피로 시험에 있어서도, 전봉 용접부에서의 크랙 발생이 많게 되어 있다.

Claims

소재 강판을 냉간 가공에 의해 원통 형상으로 성형한 후, 상대하는 단면끼리를 맞대고 전봉 용접하여 전봉 용접 강관으로 하는 전봉 용접 강관의 제조 방법에 있어서,
상기 소재 강판을, 질량％로,
C: 0.30∼0.60％, Si: 0.05∼0.50％, Mn: 0.30∼2.0％, Al: 0.01％ 이상 0.50％ 이하, N: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 고탄소 강판으로 하고, 상기 전봉 용접 후에, 리듀싱률(reducing rate): 0.01％ 이상 0.8％ 이하의 냉간 리듀싱 압연을 행한 후, 즉시 재가열하고 혹은 냉각하여 재가열하고, 850℃ 이상의 온도역에서, 축경률: 10％ 이상의 열간 축경 압연을 행하는 고탄소강의 전봉 용접 강관의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 하기 (A)~(C)군으로부터 선택되는 적어도 하나를 함유하는 것을 특징으로 하는 고탄소강의 전봉 용접 강관의 제조 방법.
(A)군 : 질량％로, Cu: 1.0％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, Cr: 1.2％ 이하, Mo: 1.0％ 이하, W: 1.5％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
(B)군 : 질량％로, Ti: 0.04％ 이하, Nb: 0.2％ 이하, V: 0.2％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
(C)군 : 질량％로, B: 0.0005∼0.0050％
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 재가열이, 고주파 유도 가열 수단에 의한 가열인 고탄소 전봉 용접 강관의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 기재된 고탄소 전봉 용접 강관의 제조 방법을 이용하여 제조된 고탄소 전봉 강관을 소재로 하여 제조되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 부품.
제3항에 기재된 고탄소 전봉 용접 강관의 제조 방법을 이용하여 제조된 고탄소 전봉 강관을 소재로 하여 제조되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 부품.
제4항에 있어서,
상기 자동차 부품이, 프론트 포크, 랙 바, 드라이브 샤프트, 타이 로드, 스테이터 샤프트, 캠샤프트 중 어느 것인 자동차 부품.
제5항에 있어서,
상기 자동차 부품이, 프론트 포크, 랙 바, 드라이브 샤프트, 타이 로드, 스테이터 샤프트, 캠샤프트 중 어느 것인 자동차 부품.