KR20080026247A

KR20080026247A - 10ｔ급 볼트 제조용 보론강

Info

Publication number: KR20080026247A
Application number: KR1020060090947A
Authority: KR
Inventors: 박진우
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-03-25

Abstract

본 발명은 10T급 볼트용 보론강에 관한 것으로서, 철을 기재로 하고 여기에 C, Si, Mn, P, S의 정확한 조성범위와 Cr, Ti, N 성분에 대한 한계 조성값을 규정하는 한편, 소입성 향상 효과가 우수한 보론(B)을 첨가한 조성물을 제공함으로써, 장시간 처리를 요하는 구상화소둔 공정의 생략이 가능하고, 이에 따라 생산시간 단축 및 원가 절감을 도모할 수 있도록 한 10T급 자동차 볼트 제조용 보론강에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 철(Fe)을 기재로 하고, 여기에 탄소(C) 0.17∼0.22중량%, 규소(Si) 0.15∼0.35중량%, 망간(Mn) 0.70∼0.90중량%, 인(P)0.03중량% 이하, 황(S) 0.01~0.03중량%, 크롬(Cr) 0.70∼0.90중량%, 티타늄(Ti) 0.02∼0.05중량%, 질소(N) 0.01~0.02중량%, 보론(B) 10∼40ppm이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 10T급 볼트 제조용 보론강을 제공한다.

10T급 볼트, 보론강, 구상화소둔

Description

10Ｔ급 볼트 제조용 보론강{Boron alloy for 10T bolt}

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 보론강과 기존 합금강간의 물성 평가 결과를 보여주는 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 보론강으로 볼트를 제조할 때 열처리 공정을 설명하는 공정도.

현재, 자동차 엔진, 변속기, 샤시 부품등의 조립에 사용되는 10T급 볼트의 재료로는 철(Fe)을 기재로 하고 여기에 C 0.32∼0.38중량%, Si 0.15∼0.35중량%, Mn 0.6∼0.9 중량%, P 0.03중량% 이하, S 0.03중량% 이하로 규제하여 사용하고 있으며, 여기에 Cr 0.85~1.25 중량%, Mo 0.15~0.35 중량%를 첨가함으로써, 퀀칭 및 템퍼링(Quenching & Tempering)시 변태에 의하여 볼트의 요구강도를 만족시키고 있다.

이러한 기존 볼트용 소재인 기존 합금강 SCM435의 볼트 제조 공정을 보면 선재→ 신선→ 구상화소둔→ 냉간성형→ 열처리→도금 공정을 거쳐 제조하고 있다.

상기 공정 중 구상화소둔 공정은 신선 공정에서 가공 경화된 원재료의 강도를 낮추어 다음 공정인 냉간성형 공정이 가능하도록 해주는 열처리 공정이며, 일반적으로 A1 변태점(727℃) 경계부근에서 장시간 실시하여 기지조직을 미세 구상탄화물＋페라이트 조직으로 만들어 경도와 강도를 낮추는데 그 목적이 있다.

위와 같은 이유로 구상화소둔을 실시하면, 냉간성형이 원활해지는 장점이 있지만, 장시간(보통 20시간 이상) 처리해야 하므로 열처리 비용 과다 및 생산시간 연장이라는 불리한 측면이 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 단점을 해결하고자 C, Si, Mn, P, S의 정확한 조성범위와 Cr, Ti, N성분에 대한 한계 조성값을 규정하는 한편, 소입성 향상 효과가 우수한 보론(B)을 첨가하여 구상화소둔 공정의 생략이 가능한 조성물을 개발하였고, 이렇게 개발한 저탄소 보론첨가강을 자동차 엔진용 볼트의 제조에 적용함으로 써, 원가 절감 및 생산시간 단축이 가능함을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 자동차 엔진,변속기,샤시등의 10T 볼트 제조시 그 재료로서 사용될 수 있는 새로운 조성물, 즉 저탄소 보론첨가강을 제공하는데 있다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 철을 기재로 하고 여기에 C, Si, Mn, P, S의 정확한 조성범위와 Cr, Ti, N성분에 대한 한계 조성값을 규정하는 한편, 소입성 향상 효과가 우수한 보론(B)을 첨가하여 장시간 처리를 요하는 구상화소둔 공정의 생략을 가능하게 한 조성물을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 철(Fe)을 기재로 하고, 여기에 탄소(C) 0.17∼0.22중량%, 규소(Si) 0.15∼0.35중량%, 망간(Mn) 0.70∼0.90중량%, 인(P)0.03중량% 이하, 황(S) 0.01~0.03중량%, 크롬(Cr) 0.70∼0.90중량%, 티타늄(Ti) 0.02∼0.05중량%, 질소(N) 0.01~0.02중량%, 보론(B) 10∼40ppm이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 10T급 볼트 제조용 보론강을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 자동차용 10T(Tensile strength)급 볼트의 제조를 위한 재료의 인성향상을 위하여 C, Si, Mn, P, S, Cr, Ti, B 성분을 아래와 같이 규정하며, 기존의 볼트 제조용 합금강과 그 성분 및 함량비를 다음의 표 1에 비교하여 나타내었다.

(1) C : 0.17∼0.22중량%

탄소는 화학성분 중 가장 강력한 침입형 기지강화 원소로 탄소량이 높을수록 강도는 상승하지만 인성이 저하되는 현상이 발생하므로 통상 열처리를 실시하는 합금강의 탄소량은 0.35∼0.55중량%로 제한된다.

본 발명에서는 구상화소둔 생략을 위하여 기존 재료보다 탄소함량을 낮추어(0.45중량%→0.20중량%) 신선시 발생하는 가공경화 현상을 최대한 억제하고 탄소량 부족에 의한 강도저하는 기타 합금을 첨가하여 보상하였다.

(2) Si : 0.15∼0.35중량%

규소는 경도, 탄성계수 등을 증가시키며, 페라이트(ferrite) 상을 강화하는 요소지만 신율과 충격치를 저하시키는 소재로서, 그 함유량이 0.35 중량%를 초과하면 인성을 낮추는 결함이 발생하여 바람직하지 않으며, 0.15 중량% 미만이면 강도 저하로 인하여 바람직하지 않다.

(3) Mn : 0.70∼0.90중량%

망간은 기지안에 고용되어 굽힘피로강도 향상에 도움이 되지만 탄소와 동일하게 신선 후 가공경화에 큰 역할을 하므로 본 발명에서는 그 함유량은 0.70~0.90 중량%로 제한하였다.

(4) P : 0.03중량% 이하

함량 과다시 입계산화 증대 문제가 발생하고 소량 첨가시 문제 없으므로, 이와 같이 성분 함량을 제한하였다.

5) S : 0.01∼0.03중량%

함량 과다시 비금속개재물증대로 인한 강도저하의문제가 발생하고 소량 첨가시 가공성 불리 문제가 발생하므로 본 발명에서는 0.01∼0.03중량%로 규정하였다.

(6) Cr : 0.70∼0.90중량%

함량 과다시 구상화 소둔을 생략할 때 신선 후 가공경화에 의한 냉간 단조성저하의 문제가 발생하고 소량 첨가시 소입성저하로 인한 강도저하의 문제가 발생하므로 그 함량을 0.70∼0.90중량%로 규정하였다.

(7) Ti : 0.02∼0.04중량%, N : 0.01∼0.02중량%

위와 같이 냉간성형성을 증대시키기 위해서 탄소함량을 저감시키는 본 발명의 재료는 보론을 미량 첨가하여 소입성 증대에 의한 강도를 확보하게 되는데, 보론 효과를 극대화하기 위해서는 용질(Solute) 보론량이 기지에 많아야 한다(보론탄화물이나 보론질화물 상태는 효과가 없다).

그런데, 보론은 질소와의 친화력이 좋아서 "BN" 형태의 질화물상태로 기지에 존재하기 쉬우므로 본 발명에서는 적절한 양의 Ti를 첨가하여 "TiN" 형태로 만들어서 보론과 결합되는 질소의 양을 줄이고 또한 "TiN"의 디스로케이션 피닝(Dislocation peening) 효과를 이용한 결정립성장 억제 효과도 이루었다.

(8) B : 10∼40ppm

위와 같이 보론은 소입성 향상 효과가 우수하고 미량 첨가로도 소입성에 큰 영향을 미치기 때문에 볼 발명에서는 그 함량을 10∼40ppm으로 규정하였다.

이하, 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

아래 표 2에 기재된 바와 같이, 본 발명의 볼트 제조용 보론강 및 기존의 합금강을 선재→ 신선→ 구상화소둔→ 냉간성형을 걸쳐 인장강도 100kgf/㎟급 스탠다드 볼트를 제조하였다.

이때, 본 발명의 보론강은 구상화소둔 단계를 거치치 않도록 하였다.

시험예1

실시예1에 따른 본 발명의 보론강으로 제작된 볼트와, 비교예에 따른 기존의 합금강으로 제작된 볼트에 대한 물성평가를 실시해 본 결과, 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명강(보론강)이 비교강(기존 합금강) 대비 동등한 인장강도를 갖고 인성이 약 25% 정도로 향상되었음을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명에서 제공하는 볼트 제조용 보론강은 자동차용 10T급 볼트의 제조에 적합하게 사용할 수 있으며, 특히 구상화소둔의 생략을 가능하게 하여 원가 절감 및 생산시간 단축을 도모할 수 있게 된다.

시험예2

실시예1에 따른 본 발명의 보론강으로 제작된 볼트와, 비교예에 따른 기존의 합금강으로 제작된 볼트에 대한 냉간 성형성을 평가하였는 바, 그 결과는 다음 표 3에 기재된 바와 같다.

위의 표 3에 기재된 바와 같이, 본 발명의 볼트 제조용 보론강은 구상화소둔 단계를 생략함에도 불구하고, 냉간성형성이 양호함을 알 수 있었다.

시험예3

실시예에 따른 본 발명강을 이용하여 볼트를 제조하는 공정중 열처리 공정을 도 3에 도시된 바와 같이 실시하였다.

즉, 본 발명강을 선재 및 신선 처리 공정후, 열처리를 하되, 860℃-880℃ 온도에서 60분 유지후, 60℃-80℃ 온도로 유냉하고, 이어서 430℃-450℃ 온도에서 90분 유지후, 공냉하는 열처리를 실시하였다.

이러한 열처리후, 상온에서의 경도, 탈탄깊이, 인장강도, 그레인 크기(Grain Size)를 측정한 후 기존재(합금강)과 비교하였으며, 그 결과는 표 4에 기재된 바와 같다.

위의 표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 보론강은 10T급 볼트로서 기존재 대체 가능함을 확인할 수 있었다.

이상의 시험예 결과로부터, 본 발명의 보론강은 기존재에 비하여 인성의 향상으로 구상화소둔 공정을 거치지 않아도 냉간성형시 전혀 문제가 없음을 알 수 있었고, 구상화소둔과 관련한 공정시간의 비효율적인 부분, 비용적인 부담 등을 배제할 수 있음을 알 수 있었으며, 상온에서의 경도, 탈탄깊이, 인장강도, 그레인 크기(Grain Size)도 규격내에 존재하여 10T급 볼트 제조용으로 사용할 수 있음을 알 수 있었다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 10T급 볼트 제조용 보론강에 의하면, 철을 기재로 하고 여기에 C, Si, Mn, P, S의 정확한 조성범위와 Cr, Ti, N 성 분에 대한 한계 조성값을 규정하는 한편, 소입성 향상 효과가 우수한 보론(B)을 첨가한 조성물을 제공함으로써, 장시간 처리를 요하는 구상화소둔 공정의 생략이 가능하고, 그에 따라 생산시간 단축 및 원가 절감, 균등한 품질 확보 등의 효과를 제공할 수 있다.

Claims

철(Fe)을 기재로 하고, 여기에 탄소(C) 0.17∼0.22중량%, 규소(Si) 0.15∼0.35중량%, 망간(Mn) 0.70∼0.90중량%, 인(P)0.03중량% 이하, 황(S) 0.01~0.03중량%, 크롬(Cr) 0.70∼0.90중량%, 티타늄(Ti) 0.02∼0.05중량%, 질소(N) 0.01~0.02중량%, 보론(B) 10∼40ppm이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 10T급 볼트 제조용 보론강.