KR20020094721A

KR20020094721A - 로드 휠 디스크용 초고강도 강판재료

Info

Publication number: KR20020094721A
Application number: KR1020010033110A
Authority: KR
Inventors: 윤경일
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2002-12-18

Abstract

본 발명은 로드 휠 디스크용 초고강도 강판재료에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래 로드 휠 디스크용 강판에 있어 C, Si, Mn, P, 및 Al의 화학성분의 함량을 조절하고 추가로 Ti 성분을 첨가함으로써 성형성의 과도한 열화방지로 소재의 기계적 물성치를 향상시켜 디스크에 적용시 경량화를 이룰 수 있는 초고강도 강판재료에 관한 것이다.

Description

로드 휠 디스크용 초고강도 강판재료{Panel material having ultra-high strength for Road Wheel Disc}

현재 로드 휠(Road Wheel)의 디스크(DISC)용 고장력 강판은 인장강도 55 kgf/㎟급 소재를 적용하여 부품의 두께를 크게 하여 사용하고 있다. 상기 강판의 기계적 성질은 인장강도 55 ∼ 59 kgf/㎟, 항복강도 48 ∼ 50 kgf/㎟, 신율 25 ∼ 27% 정도의 물성을 가지고 있다. 또한, 화학성분은 C 0.07 ∼ 0.09 중량%, Si 0.2 ∼ 0.5 중량%, Mn 1.20 ∼ 1.45 중량%, P 0.010 ∼ 0.015 중량%, S 0.002 ∼ 0.004 중량%의 성분으로 이루어져 있다.

그러나, 상기와 같은 화학조성을 가지는 강판의 경우 기계적 물성값이 소재자체 강도의 한계로 인하여 부품강도의 측면에서 더 이상의 두께를 감소시킬 수 없어 부품의 강성향상 및 샤시부품의 경량화를 이루기에는 거의 한계점에 이르렀다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 강판의 낮은 기계적 물성치를 해결하기 위하여, 종래 로드 휠 디스크용 강판내의 Si, Mn의 함량을 조정하고 Ti성분을 추가로 첨가함으로써, 성형성의 과도한 열화를 방지하면서도 기계적 성질을 향상시켜 적당한 성형성과 높은 수준의 강도를 갖는 로드 휠 디스크용 강판재료를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 C 0.09 ∼ 0.11 중량%, Si 1.12 ∼ 1.47 중량%, Mn 1.65 ∼ 1.75 중량%, Ti 0.11 ∼ 0.13 중량%, S 0.002 ∼ 0.004 중량%, P 0.010 ∼ 0.015 중량%, Al 0.020 ∼ 0.035 중량% 및 나머지는 Fe로 이루어진 로드 휠(ROAD WHEEL)의 디스크용 초고강도 강판재료를 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 로드 휠 디스크용 강판에 있어서, 종래 강판의 화학조성을 변화시키고 추가로 Ti 성분을 첨가함으로써 강판 부품의 두께를 감소시키면서도 강성 및 피로내구성을 만족시켜 차량경량화를 달성할 수 있는 강판에 관한 것이다.

본 발명의 강판재료 조성 중에 사용되는 C 성분은 소재에 강도를 부여하기위하여 첨가되는 것으로, 그 함량과 제조방법에 따라 소재 조직내부에서 고용탄소가 되기도 하고 탄소와 결합하려는 성질이 아주 높은 원소인 Ti, S, N 등과 결합하여 탄화물을 형성하게 된다. 상기 C 성분의 바람직한 사용량은 0.09 ∼ 0.11 중량%로 사용하며, 이때 그 사용량이 0.09 중량% 미만이면 강도가 떨어지는 문제가 있고, 0.11 중량%를 초과하면 용접성이 열화되는 문제가 있다.

특히, 본 발명의 강판은 종래의 소재와 달리 Ti 성분을 더욱 첨가함으로써 금속조직 내부의 페라이트(Ferrite)상 중에 TiC(티타늄 카바이드) 석출물을 석출시켜 소재의 기계적 강도를 향상시키게 된다. 즉, 금속조직내의 두 상(相)인 마르텐사이트(Martensite)상과 페라이트(Ferrite)상 중에서 강도가 뛰어난 마르텐사이트(Martensite)상은 그대로 두고 자체강도가 낮은 페라이트(Ferrite) 상 내부에 TiC(티타늄 카바이드) 석출물을 생성시킴으로써 소재를 강화시키는 메카니즘이다. 이러한 석출물(TiC)은 재료가 어떤 응력을 받아 변형이 시작되면 금속조직 내부에서는 전위(dislocation)가 이동하게 되는데 TiC와 같은 석출물들이 이러한 전위들의 이동시에 전위의 진행방향에 존재하여 걸림돌 역할을 하게되어 결과적으로 전위의 이동을 어렵게 만들어 조직의 강도를 향상시키게 되는 것이다. 다시말해, 금속조직 내에 존재하는 전위들이 외부의 적은 응력으로도 쉽게 이동할 수 있다면 그 소재는 강도가 약한 것이고 외부의 응력에 대하여 전위의 이동이 어려울수록 재료의 강도는 높은 것이다. 본 발명에서 사용하는 Ti 성분의 사용량은 0.11 ∼ 0.13 중량%이며, 이때 그 사용량이 0.11 중량% 미만이면 탄화물의 석출경화에 의한 강도증가 효과가 적고, 0.13 중량%를 초과하면 탄화물이 과다하여 성형성이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 본 발명에서 사용하는 Mn 성분은 강 중에 존재하는 황의 유해함을 방지하기 위해 적정량을 첨가하며, 또한 소재 내의 Mn은 조직의 매트릭스 내에 들어가 치환형 고용체로 자리잡음으로 인해 강판의 강도를 증가시키는 효과가 있다. 바람직한 사용량은 1.65 ∼ 1.75 중량% 이고, 그 사용량이 1.65 중량% 미만이면 강도상승 효과가 적고, 1.75 중량%를 초과하면 성형성의 감소를 초래하게 되므로 신중한 관리가 필요하다.

상기 Si 성분 역시 치환형고용체 원소로서 사용하는 것으로, 그 사용량은 1.12 ∼ 1.47 중량%로 다소 많은양을 첨가하는데, 소재를 용해온도 이상까지 가열한 후 급냉시켜 고용체 조직상태를 그대로 상온까지 유지 지속시켜서 소재의 강도를 향상시킨다. 이때 그 사용량이 1.12 중량% 미만이면 치환형 고용강화에 의한 강도상승 효과가 적고, 1.47 중량%를 초과하면 성형성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명의 강판재료로 사용되는 S 성분은 소재의 조직내에서 취성을 나타내어 소재의 결함을 유발시키므로 그 사용량은 0.004 % 이하로 엄격히 제한해야 하며, 바람직하게는 0.002 ∼ 0.004 중량%가 되게 한다.

또한, 본 발명의 강판재료에 사용되는 P 성분은 0.010 ∼ 0.015 중량%가 함유되어 있으며, Al 성분은 0.020 ∼ 0.035 중량% 함유되어 있다.

본 발명의 강판재료는 상기 성분들의 조성이외의 나머지 성분은 Fe 성분으로 이루어져 있다.

본 발명은 상기와 같은 화학성분의 조성을 가지는 강판재료는 통상의 당업자들에게 잘 알려진 방법, 예를 들면 상기 조성성분의 재료를 전로에서 용해하고 연속주조후 열간압연으로 강판을 프레스 성형하여 강판을 제조한다.

이렇게 제조된 강판은 성형성의 과도한 열화방지로 기계적물성이 우수하면서도 선회피로내구성이 종래 강판소재와 비교하여 월등한 효과를 보이며, 특히 로드 휠 디스크로 적용할 경우 차량의 내구안전성 향상과 함께 소재 두께를 감소시켜 차량경량화를 이룰 수 있다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼2 및 비교예 1∼2

다음 표 1과 같은 화학성분 조성을 가지는 재료를 전로에서 용해하고 연속주조한 후 열간압연을 통한후 강판을 제조하였다.

그런 다음, 제조한 강판에 대하여 다음 시험방법에 의해 기계적 성질(인장강도, 항복강도, 신율 및 실제 로드 휠 디스크의 프레스 평가 및 부품의 단품 내구성평가)을 측정하여 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

[시험방법]

강판의 소재평가의 경우 시험편 규격 및 방법은 KS규격에 의거하였고, KS 5호 인장시험편을 사용하여 시험하였고, 시험기기는 ZWICK 25TON 만능인장시험기를 사용하였다.

1) 인장속도: YP(항복강도) 까지 5 mm/min, 파단까지 20 mm/min으로 시험하여 나온 값을 취하였다.

2) 프레스 성형성 평가: 현재 양산중인 부품의 디스크 금형을 사용하여 평가하였으며, 프레스 조건 등은 현재 사용되는 조건을 거의 따르고 소재의 강도가 높은 특성상 프레스 압을 일정부분 높여서 평가하였다.

3) 부품내구성 평가: 기준 사이클(회전횟수)에 준하여 평가하였다.

구 분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
화학성분 (중량%)	C	0.096	0.099	0.07	0.08
	Si	1.23	1.37	0.03	0.04
	Mn	1.67	1.71	1.20	1.25
	P	0.012	0.012	0.010	0.013
	Ti	0.11	0.12	-	-
	S	0.003	0.004	0.002	0.004
	Al	0.03	0.03	0.025	0.030
	Fe	나머지	나머지	나머지	나머지
기계적성질	인장강도(kgf/mm²)	80.1	81.0	57.3	58.0
	항복강도(kgf/mm²)	69.7	71.1	48.2	48.0
	신율(%)	24.7	23.8	25.2	25.8
프레스평가	프레스 성형성	양산품과 동일	양산품
피로내구성 (Cycle)	피로내구성	720000	790000	375000	342000

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 인장강도는 약 38%, 항복강도는 45% 증가하였으며, 신율은 1 ∼ 2% 미만으로 약간 감소 추세를 보이지만 프레스 평가결과 양산품과 동일한 성형성 평가 결과를 보이므로 성형성 악화는 없는 것으로 평가되었다.

또한, 선회피로내구성 평가결과 종래의 소재보다 200%를 상회하는 월등한 결과를 보이므로 차량 로드 휠(ROAD WHEEL)의 디스크용 재질로 사용할 경우 차량의 내구안전성 향상은 물론, 소재 두께를 감소시킬 수 있어 차량경량화 효과도 커져연비향상에도 크게 기여할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 초고강도 강판은 C, Si, Mn, Al 의 성분함량을 조절하고, 특히 추가로 Ti 성분을 더욱 포함하여 인장강도, 항복강도, 차량의 내구안정성 등의 기계적 성질이 향상되면서도 두께 감소로 차량경량화를 이룰 수 있어 경제적이다.

Claims

C 0.09 ∼ 0.11 중량%, Si 1.12 ∼ 1.47 중량%, Mn 1.65 ∼ 1.75 중량%, Ti 0.11 ∼ 0.13 중량%, S 0.002 ∼ 0.004 중량%, P 0.010 ∼ 0.015 중량%, Al 0.020 ∼ 0.035 중량% 및 나머지는 Fe로 이루어진 것을 특징으로 하는 로드 휠(ROAD WHEEL)의 디스크용 초고강도 강판재료.