KR20030006410A

KR20030006410A - 고강도 기어용 강 조성물

Info

Publication number: KR20030006410A
Application number: KR1020010042127A
Authority: KR
Inventors: 안승균
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2003-01-23

Abstract

본 발명은 고강도 기어용 강 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 ① 침탄층의 결정입계 강화 및 소입성 증대를 위해 보론(B) 10 ∼ 30 ppm, ② 침탄처리시 결정립의 조대화 방지 및 980℃ 이상의 고온침탄이 가능한 0.020 ∼ 0.030 중량%의 니오븀(Nb), ③ 표면이상층 저감을 위해 0.10 중량% 이하의 규소(Si)를 포함하는 고강도 기어용 강 조성물에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 따른 기어용 강은 굽힘 피로강도가 36% 이상, 접촉피로한이 3 내지 4배, 그리고 충격에너지도 2배 이상 향상되었을 뿐만 아니라, 원가를 절감할 수 있어 보다 경제적인 효과가 있다.

Description

고강도 기어용 강 조성물{High Strength Alloy Gear Steel}

본 발명은 고강도 기어용 강 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 합금강 100 중량부에 대하여, ① 침탄층의 결정입계 강화 및 소입성 증대를 위해 보론(B) 10 ∼ 30 ppm, ② 침탄처리시 결정립의 조대화 방지 및 980℃ 이상의 고온침탄이 가능한 0.020 ∼ 0.030 중량부의 니오븀(Nb), ③ 표면이상층 저감을 위해 0.10 중량부 이하의 규소(Si)를 포함하는 고강도 기어용 강 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 기어용 침탄강의 경우 결정립계 강화 및 소입성 증대를 위해서는 합금원소인 몰리브덴(Mo)이나 니켈(Ni)을 다량 첨가하여 왔으나, 이들 원소는 고가이면서 가공성이 좋지 않고, 기어 열변형 측면에서도 불리한 문제점을 가지고 있다. 따라서, 상기와 같은 문제점을 극복하고 기어용 강의 피로 및 충격 특성을 개선시킬 필요성이 절실히 요구되던 실정이었다.

이에, 본 발명의 별명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 보론과 니오븀을 한정 첨가하고,규소의 함량을 0.10 중량부 이하로 최소화함으로써,피로 및 충격 특성을 개선시킬 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.

결국, 본 발명의 주된 목적은 합금강 100 중량부에 대하여 보론(B) 10 ∼ 30 ppm, 니오븀(Nb) 0.020 ∼ 0.030 중량부 및규소(Si) 0.10 중량부 이하를 포함하는 고강도 기어용 강 조성물을 제공하는 데 있다.

이하, 본 발명의 고강도 기어용 강 조성물에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

우선, 본 발명은 고강도 기어용 강 조성물에 관한 것으로서, 합금강 100중량부에 대하여 보론(B) 10 ∼ 30 ppm, 니오븀(Nb) 0.020 ∼ 0.030 중량부 및 규소(Si) 0.10 중량부 이하를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 종래 합금강의 결정립계 강화 및 소입성 증대를 위해 첨가하던 합금원소인 몰리브덴(Mo)이나 니켈(Ni)을 대신하여, 합금강 100중량부에 대하여 저가의 보론(B)을 10 ∼ 30 ppm 만큼 미량 첨가한다. 그러나, 이러한 보론을 첨가하는 경우에는 상기 특성을 향상시킬 수는 있으나, 결정립이 조대화되어 피로 및 충격특성을 저하시키는 단점을 나타낸다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 단점을 보완하고 980℃ 이상에서의 고온 침탄이 가능하도록 0.020 ∼ 0.030 중량부의 니오븀(Nb) 원소를 첨가한다. 또한, 변속기 기어용강으로 사용하기 위해서는내피팅성에 영향을 주는 표면이상층을 최대한 줄여야 하는데 합금원소중 규소(Si)가 가장 큰 영향을 주기 때문에 가능한 한 첨가량을 최소화시킬 필요가 있으며, 0.10 중량부 이하가 바람직하다.

이밖에도, 본 발명은 이상의 성분 및 함량과 함께 합금강 100 중량부에 대하여 탄소 0.18 ∼ 0.23 중량부, 망간 0.55 ∼ 0.9 중량부, 인 0.001 ∼ 0.015 중량부, 황 0.001 ∼ 0.015 중량부, 크롬 0.85 ∼ 1.25 중량부 등의 성분을 이용하여 통상의 방법대로 고강도의 기어용 강을 제조한다.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의하여 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이들 실시예 및 실험예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 이들 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1 및 비교예 1 내지 2:

기어용 합금강에 대하여 하기의 표 1에 나타낸 조성 및 함량을 첨가하여 통상의 기어용 강 제법을 이용하여 기어용 합금강을 제조하고, 900℃에서 2시간 침탄후 150℃ 오일 소입후 170℃에서 2시간 소려한 후 다음 표 1에 정리한 여러 물성시험을 하였고, 그 결과를 다음 표 1에 함께 요약하였다. 굽힘피로시험은 Simadzu H-7 Ono Type 로타리 벤딩 시험기를 이용 Φ8 피로시험편을 사용하여 상온에서 시험하였으며, 피로한은 파손없이 1.1 × 10⁷Cycles을 통과한 횟수가 3회 이상인 경우의 S-N Curve상의 응력이다. 접촉피로시험은 Komatsu Roller Contact Pitting시험 장비를 이용하였으며, 시험조건으로는 Slip Ratio 40%, 회전속도 1000rpm, 오일은 무교환 MTF, 오일 온도 50℃, 오일 유속비 1.5l/분 이다. 접촉피로한은 상기 조건으로 시험했을때의 시험편 표면에 피팅이 발생한 cycles수를 나타내며 데이타는 3회시험 했을때의 평균값이다.

구 분	실 시 예	비 교 예
조성(중량%)	C	0.19	0.18
	Si	0.095	0.25
	Mn	0.85	0.81
	P	0.012	0.025
	S	0.013	0.025
	Cr	1.05	1.04
	Mo		0.25
	Ni
	Nb	0.022
	B(ppm)	22
물 성	열처리(Heat Treatment)	Carburizing	Carburizing
	표면경도(Hv)	757 ∼ 768	735 ∼ 752
	유효경화층 깊이(㎜)	0.82	0.77
	심부경도(Hv)	448	0.77
	잔류오스테나이트 양(%)	24	20
	결정립 크기(ASTM G.S. NO.)	10.3	8.4
	굽힘피로강도(㎏f/㎟)	95.5	75
	접촉피로한(Cycles)	6 ∼ 7 ×10E06	1 ∼ 2 ×10E06
	충격에너지(㎏f.m/㎠)	1.54	0.76
비교예(ASCM17H1): 현대자동차 스피드 기어용 기본강재

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 고강도 기어용 강 조성물에 관한 것이다. 따라서, 이러한 본 발명에 따른 기어용 강은 굽힘 피로강도가 36% 이상, 접촉피로한이 3 내지 4배, 그리고 충격에너지도 2배 이상 향상되었을 뿐만 아니라, 원가를 절감할 수 있어 보다 경제적인 효과가 있다.

Claims

합금강 100 중량부에 대하여, 보론(B) 10 ∼ 30 ppm, 니오븀(Nb) 0.020 ∼ 0.030 중량부 및 규소(Si) 0.001 내지 0.10 중량부 이하, 탄소 0.18 ∼ 0.23 중량부, 망간 0.55 ∼ 0.9 중량부, 인 0.001 ∼ 0.015 중량부, 황 0.001 ∼ 0.015 중량부, 크롬 0.85 ∼ 1.25 중량부로 구성된 고강도 기어용 강 조성물.