KR20140092353A - 에어백용 강관의 제조 방법 - Google Patents

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KR20140092353A
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induction heating
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가즈히로 우치다
다케시 미키
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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

에어백용 강관의 제조 방법에 있어서, 담금질을 강관에 실시함에 있어서, 고주파 유도 가열의 종료시에 측정하는 강관의 외면 온도 T1(℃)을 TAc3+40℃≤T1≤1100℃로 규정되는 범위 내로 하여 강관을 고주파 유도 가열하고, 상기 고주파 유도 가열의 종료시에 강관의 외면 온도를 측정하고, 측정한 강관의 외면 온도를 이용하여 고주파 유도 가열하는 과정에서 강관의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 경과한 시간 x(초)를 산출하고, 산출한 상기 시간 x(초)에 의거해 0초＜t≤10초-x로 규정되는 범위 내로 강관의 외면 온도를 측정하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간 t(초)를 조정함으로써, 고강도 또한 고인성인 강관을 얻을 수 있다. 여기서, TAc3은 Ac3 변태점의 온도(℃)로 한다.

Description

에어백용 강관의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING STEEL TUBE FOR AIRBAG}
본 발명은, 고주파 유도 가열에 의한 담금질을 실시하여 에어백용 강관을 제조하는 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 고강도 또한 고인성의 강관을 얻을 수 있는 에어백용 강관의 제조 방법에 관한 것이다.
자동차의 에어백 시스템에서는, 강관을 이용하여 제작된 어큐뮬레이터가 다용된다. 이 강관을 이용한 어큐뮬레이터에는 고압 가스가 봉입되고, 에어백 작동시에는 어큐뮬레이터에 봉입된 고압 가스가 단숨에 에어백 내로 분출된다. 따라서, 어큐뮬레이터에 이용되는 강관은, 매우 짧은 시간에 큰 변형 속도로 응력이 부하되므로, 높은 치수 정밀도, 가공성 및 용접성에 추가해, 고강도, 고인성 또한 뛰어난 내버스트성이 요구된다.
이러한 에어백에 이용되는 강관은, 예를 들면, 이하의 순서에 의해 제조되는 경우가 있다.
(1) 강재를 열간제관에 의해 강관으로 한다.
(2) 그 강관에 가열한 후에 급랭하는 담금질과, 뜨임을 실시한다.
(3) 담금질과 뜨임을 실시한 후의 강관에 소정의 치수가 되도록 냉간 가공을 실시한다.
(4) 냉간 가공 후의 강관을 소둔에 의해 잔류 응력을 제거한다.
담금질과 뜨임은, 에어백용 강관에 요구되는 강도 및 인성을 확보하기 위해, 강관에 실시된다. 담금질과 뜨임을 열간제관된 후에 냉간 가공되기 전의 강관에 실시하는 경우, 냉간 가공으로 강관의 인성이 저하되는 경우가 있다.
또, 냉간 가공 후에 담금질과 뜨임을 실시하는 에어백용 강관의 제조 방법이 검토되고 있다. 이 경우, 예를 들면, 이하의 순서에 의해 강관을 제조할 수 있다.
(1) 강재를 열간제관에 의해 강관으로 한다.
(2) 그 강관에 소정의 치수가 되도록 냉간 가공을 실시한다.
(3) 냉간 가공 후의 강관에 담금질과 뜨임을 실시한다.
냉간 가공 후에 담금질과 뜨임을 실시하는 경우, 담금질과 뜨임에 의해, 강관의 강도와 인성을 확보할 수 있다.
에어백용 강관의 제조 방법에 관해, 종래부터 다양한 제안이 이루어지고 있으며, 예를 들면, 특허 문헌 1이 있다. 특허 문헌 1에 기재된 에어백용 강관의 제조 방법에서는, 소정의 화학 조성을 갖는 강재를 열간제관에 의해 강관으로 하고, 강관에 가열한 후에 급랭하는 담금질과, Ac1 변태점 이하의 온도로 뜨임을 실시하고, 그 후, 강관에 소정 치수가 되도록 냉간 가공을 실시한다. 냉간 가공시에 가공도(감면율)를 저하시킴으로써, 강관의 축방향 L에 수직인 단면에서 측정한 {110}면의 X선 적분 강도비의, 강관의 둘레방향 T에 수직인 단면에서 측정한 {110}면의 X선 적분 강도비에 대한 비를 50 이하로 하고, 뛰어난 내버스트성을 확보할 수 있도록 하고 있다.
특허 문헌 1에서는, 강관에 실시하는 담금질에 대해서, 담금질 온도로 급속 가열한 후, 단시간 유지하여 급랭하는 것이 바람직하고, 그 담금질 온도는 900~1000℃, 가열 수단은 고주파 유도 가열이 바람직한 것으로 하고 있다.
또, 특허 문헌 2에 기재된 에어백용 강관의 제조 방법에서는, 소정의 화학 조성을 갖는 강재를 열간제관에 의해 강관으로 하고, 강관에 소정 치수가 되도록 냉간 가공을 실시한 후, 900~960℃에서의 담금질과 뜨임을 강관에 실시하여 오스테나이트 결정입도를 11.0 이상으로 한다. 특허 문헌 2에서는, 오스테나이트 결정입도를 11.0 이상으로 함으로써, 에어백용 강관에 요구되는 강도 및 인성을 확보할 수 있도록 하고 있다. 또, 담금질시에 고주파 유도 가열을 이용하여 900~1000℃에서 유지 시간을 10초 이하로 함으로써, 얻어지는 강관의 결정립이 더욱 미세해지므로 바람직한 것으로 하고 있다.
특허 문헌 3에 기재된 에어백용 강관의 제조 방법에서는, 소정의 화학 조성을 갖는 강재를 열간제관에 의해 강관으로 하고, 강관에 소정 치수가 되도록 냉간 가공을 실시한 후, Ac3 변태점의 온도 이상으로 가열하는 담금질과, Ac1 변태점의 온도 이하로의 뜨임을 강관에 실시한다. 특허 문헌 3에서는, 합금 성분으로서 첨가되는 Mn과 Ti의 함유율이 관계식을 만족시킴으로써, 1000MPa 이상의 인장 강도와 높은 인성을 확보할 수 있는 것으로 하고 있다. 또, 강관에 실시하는 담금질은, 담금질 온도로 급속 가열한 후, 단시간 유지하여 급랭하는 것이 바람직하고, 그 담금질 온도는 900~1000℃, 가열 수단은 고주파 유도 가열이 바람직한 것으로 하고 있다.
특허 문헌 1~3에 기재된 에어백용 강관의 제조 방법에서는, 담금질로 강관을 가열하는 수단으로서 고주파 유도 가열을 이용하는 것이 기재되고, 또, 일부 특허 문헌에는, 고주파 유도 가열된 강관의 온도를 유지하는 시간에 대해서 기재되어 있다. 그러나, 가열된 강관의 온도를 일정하게 유지하는 것은, 고주파 유도 가열의 원리로 곤란하다. 또, 가열중의 강관 온도를 측정하는 것도 곤란하다.
WO2006/046503호 공보 일본국 특허 공개 2002-194501호 공보 WO2004/104255호 공보
상술한 바와 같이, 종래의 고주파 유도 가열에 의한 담금질을 실시하는 에어백용 강관의 제조 방법에서는, 강관의 가열 온도 및 유지 시간에 대해서, 실조업에 있어서 어떻게 관리하면 되는지, 그 관리 방법에 대해서는 충분히 검토되지 않았다.
본 발명은, 이러한 상황을 감안하고 이루어진 것이며, 담금질과 뜨임에 의해 강관의 조직을 충분히 마르텐사이트화함과 더불어, 결정립을 미세화함으로써, 고강도 또한 고인성인 강관을 얻을 수 있는 에어백용 강관의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는, 예의 검토를 거듭하여, 후술하는 실시예에 나타낸 시험을 행한 결과, 이하와 같은 지견을 얻었다.
(1) 고주파 유도 가열의 종료시에 측정하는 강관의 외면 온도를 소정의 범위 이내로 한다. 또, 그 측정된 강관의 외면 온도를 이용하여 고주파 유도 가열하는 과정에서 강관의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 강관의 외면 온도를 측정하기까지 경과한 시간을 산출한다. 또한, 그 시간에 의거하여 급랭을 개시하는 시간을 조정한다.
(2) 상기 (1)에 의해, 담금질과 뜨임이 실시된 강관의 조직이 충분히 마르텐사이트화함과 더불어, 결정립이 미세화함으로써, 고강도 또한 고인성인 강관을 얻을 수 있다.
본 발명은, 상기 지견에 의거해 완성한 것이며, 하기 (1) 및 (2)의 에어백용 강관의 제조 방법을 요지로 하고 있다:
(1) 고주파 유도 가열한 후에 급랭하는 담금질을 두께가 4.0 mm 이하인 강관에 실시함에 있어서, 고주파 유도 가열의 종료시에 측정하는 강관의 외면 온도 T1(℃)을 하기 (1)식으로 규정되는 범위 내로 하여 강관을 고주파 유도 가열하고, 상기 고주파 유도 가열의 종료시에 강관의 외면 온도를 측정하고, 측정한 강관의 외면 온도를 이용하여 고주파 유도 가열하는 과정에서 강관의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 강관의 외면 온도를 측정하기까지 경과한 시간 x(초)를 산출하고, 산출한 상기 시간 x(초)에 의거해 하기 (2)식으로 규정되는 범위 내로 강관의 외면 온도를 측정하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간 t(초)를 조정하는 것을 특징으로 하는 에어백용 강관의 제조 방법.
TAc3+40℃≤T1≤1100℃…(1)
0초＜t≤10초-x…(2)
단, TAc3은 Ac3 변태점의 온도(℃)로 한다.
(2) 상기 (1)에 기재된 강관의 제조 방법에 있어서, 열간제관에 의해 얻어진 소관에 소정 치수가 되도록 냉간 가공을 실시하여 강관으로 하고, 상기 강관에 상기 담금질을 실시하고, 그 후, Ac1 변태점 이하의 온도로 뜨임을 강관에 실시하는 것을 특징으로 하는 에어백용 강관의 제조 방법.
본 발명의 강관의 제조 방법은, 아래와 같은 현저한 효과를 갖는다.
(1) 고주파 유도 가열의 종료시에 측정한 강관의 외면 온도를 이용하고, 담금질시에 강관의 온도 및 강관이 Ac3 변태점의 온도 이상으로 체재하는 시간을 소정의 범위 내로 관리한다.
(2) 상기 (1)에 의해, 얻어지는 강관의 조직이 충분히 마르텐사이트화함과 더불어, 결정립이 미세화하므로, 고강도 또한 고인성인 강관을 얻을 수 있다.
도 1은, 고주파 유도 가열을 이용하여 강관에 담금질을 실시했을 때의 시간과 강관의 외면 온도의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 2는, 본 발명의 강관의 제조 방법에 따라 담금질을 강관에 실시할 때, 가열되는 강관보다 짧은 코일 및 복수의 냉각수 공급 노즐을 구비한 냉각 장치를 이용하는 방식을 채용하는 경우의 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 3은, 탄소강으로 이루어지는 시험편을 이용한 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는, 저합금강으로 이루어지는 시험편을 이용한 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
이하에, 본 발명의 강관의 제조 방법에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 고주파 유도 가열을 이용하여 강관에 담금질을 실시했을 때의 시간과 강관의 외면 온도의 관계를 나타내는 모식도이다. 도 1에 나타낸 강관에 담금질을 실시했을 때의 시간과 강관의 외면 온도의 관계는, 고주파 유도 가열 장치에서 강관을 고주파 유도 가열한 후, 냉각 장치로 반송하고, 그 후, 냉각 장치에서 급랭한 경우의 것이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 고주파 유도 가열을 개시하면, 강관의 외면 온도는 시간 경과에 수반하여 상승한다. 고주파 유도 가열이 종료된 시점에서 강관의 외면 온도는 최고 온도가 된다. 그 후, 급랭이 개시될 때까지는, 분위기와의 자연 대류에 의해 강관의 외면 온도가 저하되고, 냉각 장치에 의한 급랭이 개시되면, 강관의 외면 온도가 급격하게 저하된다.
본 발명의 강관의 제조 방법은, 상술한 바와 같이, 고주파 유도 가열한 후에 급랭하는 담금질을 두께가 4.0mm 이하인 강관에 실시함에 있어서, 고주파 유도 가열의 종료시에 측정하는 강관의 외면 온도 T1(℃)을 상기 (1)식으로 규정되는 범위 내로 하여 강관을 고주파 유도 가열하고, 상기 고주파 유도 가열의 종료시에 강관의 외면 온도를 측정하고, 측정한 강관의 외면 온도를 이용하여 고주파 유도 가열하는 과정에서 강관의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 경과한 시간 x(초)를 산출하고, 산출한 상기 시간 x(초)에 의거해 상기 (2)식으로 규정되는 범위 내로 강관의 외면 온도를 측정하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간 t(초)를 조정하는 것을 특징으로 한다.
피처리재인 강관의 두께가 4.0mm를 넘으면, 가열 수단으로서 고주파 유도 가열을 이용하므로, 가열된 강관의 외면과 내면에서 온도차가 커진다. 그 결과, 고주파 유도 가열의 종료시에 측정하는 강관의 외면 온도 T1(℃)을 상기 (1)식으로 규정되는 범위 내로 해도, 가열된 강관 내면 근방의 온도가 Ac3 변태점까지 도달하지 않을 우려가 있다. 그 결과, 강관의 조직이 완전하게 오스테나이트화하지 않고, 그 후 급랭하여 얻어지는 강관의 조직이 충분히 마르텐사이트화하지 않고, 강도 및 인성이 부족할 우려가 있다. 이 때문에, 본 발명의 강관의 제조 방법은, 두께가 4.0mm 이하인 강관을 대상으로 한다. 한편, 두께의 하한에 대해서 특별히 제한은 없지만, 두께가 1.0mm 미만이 되면, 그 두께로 냉간 가공으로 완성하는 것이 곤란해지므로, 두께는 1.0mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 강관의 제조 방법은, 고주파 유도 가열의 종료시에 측정하는 강관의 외면 온도 T1(℃)을 상기 (1)식으로 규정되는 범위 내로 하여 강관을 고주파 유도 가열한다. 가열 종료시에 측정한 강관의 외면 온도 T1이 상기 (1)식으로 규정하는 범위를 벗어나 Ac3 변태점의 온도에 40℃를 더한 온도 미만이 되는 경우, 가열된 강관의 내면 근방이 Ac3 변태점 이상이 되지 않을 우려가 있다. 그 때문에, 얻어지는 강관의 조직이 충분히 마르텐사이트화하지 않고, 강도 및 인성이 부족할 우려가 있다.
강관의 조직을 완전하게 오스테나이트화하기 위해서는, 강관 전체를 Ac3 변태점까지 가열할 필요가 있다. 강관의 조직을 완전하게 오스테나이트화시킨 후에, 급랭함으로써 강관의 조직을 충분히 마르텐사이트화할 수 있다. 상술한 바와 같이, 고주파 유도 가열된 강관의 외면과 내면에는 온도차가 있으나, 본원이 대상으로 하는 두께가 4.0mm 이하인 에어백용 강관의 경우, 그 온도차는 최대여도 15℃ 정도이다. 따라서, 상기 (1)식으로 규정한 바와 같이 강관의 외면 온도가 Ac3 변태점에 40℃를 더한 온도 이상이 되도록 가열하면, 측정 오차 등을 고려해도, 가장 저온인 강관 내면도 확실하게 Ac3 변태점을 넘는 온도까지 가열된다.
한편, 가열 종료시에 측정한 강관의 외면 온도가 상기 (1)식으로 규정하는 범위를 벗어나 1100℃를 넘은 경우, 강관의 조직에서 결정립경이 조대화하고, 얻어지는 강관의 결정립의 입경이 커지고, 인성이 부족하다.
고주파 유도 가열의 성질상, 피가열재인 강관을 일정 온도로 유지하는 것은 곤란하며, 유도 가열중은 강관의 온도는 계속 상승한다. 또, 유도 가열중의 온도를 측정하는 것도 곤란하다. 또, 강관의 내면의 온도를 측정하는 것도 곤란하다. 따라서, 본 발명에서는, 유도 가열 종료 직후의 강관의 외면 온도를 측정한다. 이것은, 실질적으로 강관의 최고 가열 온도에 상당한다. 구체적으로는, 유도 가열 장치의 출구 직후에 방사 온도계를 설치함으로써 강관의 외면 온도를 측정할 수 있다.
또, 본 발명의 강관의 제조 방법은, 측정한 강관의 외면 온도를 이용하여 고주파 유도 가열하는 과정에서 강관의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 경과한 시간 x(단위:초, 상기 도면 1 참조)를 산출한다. 그리고, 강관의 외면 온도를 측정하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간 t(단위:초, 상기 도 1 참조)를 상기 (2)식으로 규정되는 범위 이내로 조정한다. 이와 같이 하여 담금질을 강관에 실시할 때에, 강관이 Ac3 변태점의 온도 이상으로 체재하는 시간을 관리한다.
강관의 외면 온도를 측정하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간 t가 상기 (2)식으로 규정하는 범위를 넘으면, 얻어지는 강관의 결정립경이 커지고, 인성이 부족할 우려가 있다. 얻어지는 강관의 결정립을 보다 미세하게 하고, 보다 고인성의 강관을 얻기 위해서, 강관이 Ac3 변태점의 온도 이상으로 체재하는 시간은 짧은 것이 바람직하고, 강관의 외면 온도를 측정하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간 t도 짧은 것이 바람직하다.
한편, 강관의 외면 온도를 측정하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간 t를 0(영), 즉, 강관의 외면 온도를 측정한 직후에 급랭을 개시한 경우에 대해서 고찰한다. 이 경우에도, 고주파 유도 가열하는 과정에서 강관의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 상기 (1)식으로 규정되는 범위 내가 되기까지 필요로 하는 시간, 즉, 상기 시간 x에 의해, 강관의 내면 온도도 Ac3 변태점의 온도에 도달한다. 따라서, 가열된 강관의 조직이 완전하게 오스테나이트화하고, 그 후 급랭함으로써 얻어지는 강관의 조직을 충분히 마르텐사이트화할 수 있다. 이 때문에, 강관의 외면 온도를 측정하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간 t의 하한은 이론상으로는 0이 된다. 그러나, 실제의 제조 설비(제조 라인)에서는, 가열 장치와 냉각 장치 사이에는 다소 거리가 있는 것이 통상적이다. 또, 본 발명을 실시하는데 있어서는, 가열 장치와 냉각 장치 사이에 적어도 방사 온도계를 설치하기 위한 스페이스가 필요하다. 따라서, 실제의 조업에 있어서는, 하한은 0을 넘는 유한의 값이 된다.
이와 같이 본 발명의 강관의 제조 방법은, 고주파 유도 가열의 종료시에 강관의 외면 온도 T1(℃)을 측정함과 더불어 상기 (1)식으로 규정되는 범위 내로 관리한다. 또한, 본 발명의 강관의 제조 방법은, 측정한 강관의 외면 온도 및 상기 (2)식을 이용하여 강관이 Ac3 변태점의 온도 이상으로 체재하는 시간을 관리한다. 이에 의해, 담금질시에 강관의 온도 및 강관을 고온으로 유지하는 시간을 적정하게 할 수 있다. 그 결과, 얻어지는 강관의 조직이 충분히 마르텐사이트화함과 더불어, 결정립이 미세화하므로, 고강도 또한 고인성인 강관을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 강관이 Ac3 변태점의 온도 이상으로 체재하는 시간은 짧은 것이 바람직하기 때문에, 고주파 유도 가열하는 과정에서 강관의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 상기 (1)식으로 규정되는 범위 내가 되기까지 필요로 하는 시간, 즉, 상기 시간 x도 짧은 것이 바람직하다. 상기 시간 x(초)를 짧게 하려면, 고주파 유도 가열에 있어서의 가열 속도를 높이는 것이 중요해지므로, 본 발명의 강관의 제조 방법은, 가열 속도를 100~500℃／s로 하는 것이 바람직하다.
가열된 강관을 급랭하는 방식으로는, 예를 들면, 수조에 강관을 침지시켜 냉각하는 방식이나 토출 구멍으로부터 토출시킨 냉각수를 강관에 걸쳐 냉각하는 방식이 있다.
도 2는, 본 발명의 강관의 제조 방법에 따라 담금질을 강관에 실시할 때, 가열되는 강관보다 짧은 코일 및 복수의 냉각수 공급 노즐을 구비한 냉각 장치를 이용하는 방식을 채용하는 경우의 실시형태를 나타내는 도면이다. 도 2에는, 피처리재인 강관(10)과, 강관(10)을 그 길이 방향으로 반송하는 반송 장치의 롤러(20)와, 고주파 유도 가열 장치가 구비하는 코일(30)과, 냉각 장치(40)와, 강관(10)의 외면 온도를 측정하는 입측 온도계(50) 및 출측 온도계(60)를 나타낸다.
고주파 유도 가열 장치가 구비하는 코일(30)은, 출력(W)이 조정 가능한 교류 전원 장치(도시 없음)에 접속되어 있다. 코일(30)에 교류 전류를 인가한 상태로 도 2에서 햇칭을 실시한 화살표로 나타낸 방향으로 강관(10)을 반송하여 코일(30) 내를 통과시킴으로써, 강관(10)의 코일(30) 내에 위치하는 부분을 고주파 유도 가열한다. 또, 냉각 장치(40)는, 냉각수를 분사하는 노즐(도시 없음)을 복수 구비하고 있으며, 이 노즐로부터 강관의 외면에 냉각수를 공급함으로써 강관을 급랭한다.
입측 온도계(50)는, 코일(30)의 입측에 배치되어 있으며, 이 입측 온도계(50)에 의해서 코일(30)의 입구에서 강관의 외면 온도, 즉, 고주파 유도 가열을 개시할 때의 강관의 외면 온도를 측정할 수 있다. 또, 출측 온도계(60)는, 코일(30)의 출측에 배치되어 있으며, 이 출측 온도계(60)에 의해서 코일(30)의 출구에서 강관의 외면 온도, 즉, 고주파 유도 가열을 종료했을 때의 강관의 외면 온도를 측정할 수 있다. 이들 입측 온도계(50) 및 출측 온도계(60)로는, 방사 온도계를 이용할 수 있다.
동일한 고주파 유도 가열 장치에 의해서 강관을 가열하는 경우, 강관의 가열 속도는, 교류 전원 장치의 출력, 강관의 반송 속도 및 가열되는 강관의 외경 및 두께에 따라 변화한다. 환언하면, 동일한 고주파 유도 가열 장치에 의해서 강관을 가열하는 경우, 교류 전원 장치의 출력, 강관의 반송 속도 및 가열되는 강관의 외경 및 두께가 정해지면, 조업 실적에 의거해 강관의 가열 속도를 구하는 것이 가능해진다.
따라서, 본 발명의 강관의 제조 방법에서는, 조업 실적에 의거해, 가열되는 강관의 외경 및 두께에 따라 교류 전원 장치의 출력 및/또는 강관의 반송 속도를 조정함으로써 강관의 가열 속도를 변동시키고, 고주파 유도 가열의 종료시의 강관의 외면 온도 T1(℃)(출측 온도계(60)에 의해 측정되는 온도)을 상기 (1)식으로 규정되는 범위 내로 제어하면 된다.
본 발명의 강관의 제조 방법은, 가열 종료시에 측정한 강관의 외면 온도 T1(℃)을 이용하여 고주파 유도 가열하는 과정에서 강관의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 경과한 시간 x(초)를 산출한다. 강관의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 경과한 시간 x(초)는, 예를 들면, 하기 (3)식에 의해 산출할 수 있다.
x=(T1-TAc3)/v…(3)
여기서, TAc3은 Ac3 변태점의 온도(℃), v는 가열 속도(℃／s)로 한다.
가열 속도 v(℃／s)는, 고주파 유도 가열중의 가열 속도를 일정하다고 가정하고, 출측 온도계(60)에 의해 측정된 강관의 외면 온도(℃)와, 입측 온도계(50)에 의해 측정된 강관의 외면 온도(℃)의 차를, 가열 시간(s)으로 나눔으로써 도출할 수 있다. 상술한 바와 같이, 동일한 고주파 유도 가열 장치에 의해서 강관을 가열하는 경우, 교류 전원 장치의 출력 등을 같은 조건으로 하면, 조업 실적에 의거해 강관의 가열 속도를 구하는 것이 가능하므로, 조업 실적에 의거해 강관의 가열 속도 v(℃／s)를 구해도 된다.
이와 같이 산출할 수 있는 강관의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 경과한 시간 x(초)에 의거해 상기 (2)식에 의해 강관의 외면 온도를 측정하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간 t(초)를 관리한다.
강관의 반송 속도를 변경함으로써, 강관의 외면 온도를 측정하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간 t를 조정할 수 있다. 단, 이 경우에는, 강관의 반송 속도를 변경하면, 상술한 바와 같이, 가열 속도 v(℃／s)가 변동되는 점에 유의할 필요가 있다. 이 때문에, 본 발명의 강관의 제조 방법은, 강관의 반송 속도와 함께 고주파 유도 가열 장치가 구비하는 교류 전원 장치의 출력을 변경함으로써 가열 종료시의 강관의 외면 온도를 상기 (1)식의 범위 내로 하면서 강관의 외면 온도를 측정하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간 t를 상기 (2)식의 범위 내로 조정한다.
상술한 바와 같이, 강관의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 경과한 시간 x(초)를 짧게 하려면, 고주파 유도 가열에 있어서의 가열 속도를 높이는 것이 중요해진다. 그래서, 상기 도면 2에 나타낸 실시형태에서, 복수의 코일(고주파 유도 가열 장치)을 배치하고, 전단의 코일의 가열 속도를 예를 들면 100℃／s로 하고, 후단의 코일과 가열 속도를 500℃／s로 한다. 이와 같이 복수의 코일을 배치함과 더불어, 후단의 코일의 가열 속도를 전단의 코일의 가열 속도보다 증가시켜도 된다. 이에 의해, 강관의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 경과한 시간 x를 짧게 할 수 있다.
본 발명의 강관의 제조 방법은, 열간제관에 의해 얻어진 소관에 소정 치수가 되도록 냉간 가공을 실시하여 강관으로 하고, 상기 강관에 상술한 담금질을 실시하고, 그 후, Ac1 변태점 이하의 온도에서 뜨임을 강관에 실시하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 냉간 가공 후에 실시되는 담금질과 뜨임에 의해, 요구되는 인성을 확보할 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명의 강관의 제조 방법에서는, 고주파 유도 가열의 종료시에 강관의 외면 온도 T1(℃)을 측정함과 더불어, 그 가열 종료시의 강관의 외면 온도 T1을 상기 (1)식으로 규정되는 범위 내로 관리한다. 또한, 본 발명의 강관의 제조 방법은, 측정한 강관의 외면 온도 T1 및 상기 (2)식을 이용하여 강관이 Ac3 변태점의 온도 이상으로 체재하는 시간을 관리한다. 이에 의해, 얻어지는 강관의 조직이 충분히 마르텐사이트화함과 더불어, 결정립이 미세화한다. 이로써, 얻어진 강관은 고강도 또한 고인성이므로, 자동차의 에어백 시스템에서 어큐뮬레이터에 이용되는 에어백용 강관에 적절하다.
본 발명의 강관의 제조 방법은, 강관으로서, 질량%로 C:0.05~0.25%, Mn:0.05~2.50%, Si:0.1~1.0%, Cu:0.01~0.80%, Ni:0.01~0.80%, Cr:0.01~1.20% 및 Mo:0.01~1.00%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 강관을 대상으로 할 수 있다. 상기 화학 조성을 갖는 강관이, B:0.05% 이하, Ti:0.10% 이하 및 Nb:0.10% 이하 중 1종 이상을 더 함유하는 것이 바람직하다.
상기 화학 조성을 갖는 강관의 잔부에 있어서의 「불순물」은, 합금을 공업적으로 제조할 때에, 광석 혹은 스크랩 등과 같은 원료를 비롯해, 제조 공정의 다양한 요인에 의해서 혼입되는 것을 말하며, 예를 들면, S나 P, Al가 해당된다.
상기 화학 조성을 갖는 강관을 이용하면, 강도와 인성을 확보할 수 있으며, 또 담금질성이 향상된다. 따라서, 본 발명의 제조 방법을 적용함으로써 얻어지는 강관에 있어서, 충분한 강도 및 인성을 확보할 수 있다. 그 때문에, 에어백용 강관으로서 요구되는 특성을 얻을 수 있다.
실시예
본 발명의 강관의 제조 방법에 따르는 효과를 검증하기 위해서, 시험편(외경 3mm, 길이 6mm인 속이 찬 환봉)에 열처리를 실시하는 시험을 행했다.
[시험 방법]
본 시험의 열처리에서는, 고주파 유도 가열한 후에 급랭하는 담금질과, Ac1 변태점 이하의 온도로 뜨임을 실시했다. 피열처리재로서, 속이 찬 환봉의 시험편을 이용하고, 그 재질은 탄소강 또는 저합금강으로 했다.
탄소강으로 이루어지는 시험편의 화학 조성은, 질량%로 C:0.16%, Mn:0.50%, Si:0.40%, Cu:0.25%, Ni:0.26%, Cr:0.30%, Mo:0.01%, B:0.001%, Ti:0.03% 및 Nb:0.02%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물이었다. 이 탄소강의 Ac3 변태점의 온도는 832℃였다. 또, 저합금강으로 이루어지는 시험편의 화학 조성은, 질량%로 C:0.14%, Mn:1.34%, Si:0.29%, Cu:0.16%, Ni:0.16%, Cr:0.62%, Mo:0.02%, B:0.001%, Ti:0.03% 및 Nb:0.02%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물이었다. 이 저합금강의 Ac3 변태점의 온도는 845℃였다.
담금질시에 고주파 유도 가열을 개시할 때의 시험편 외면의 온도(℃)와, 고주파 유도 가열을 종료했을 때의 시험편의 외면 온도(℃)를 방사 온도계에 의해 측정했다. 고주파 유도 가열중의 가열 속도를 일정하다고 가정하고, 가열 종료시에 측정된 시험편의 외면 온도(℃)와, 가열 개시시에 측정된 시험편의 외면 온도(℃)의 차를, 가열 시간(s)으로 나눔으로써 가열 속도 v(℃／s)를 도출했다. 이 가열 속도 v(℃／s)와 고주파 유도 가열이 종료했을 때의 시험편의 외면 온도 T1(℃)을 이용하여 상기 (3)식에 의해 고주파 유도 가열하는 과정에서 시험편의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 상술한 고주파 유도 가열 종료시에 있어서의 시험편의 외면 온도를 측정하기까지 경과한 시간 x(초)를 산출했다.
본 시험에서는, 시험편의 외면 온도를 측정하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간 t를 변화시키고, 그 결과, 시험편의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간(x+t, 단위:초)을 변화시켰다. 또, 고주파 유도 가열 장치의 교류 전원의 출력을 변화시키고, 그 결과, 고주파 유도 가열을 종료한 후의 시험편 외면의 온도(℃)가 830~1150℃의 범위에서 변화했다.
[평가 지표]
평가 지표로서, 열처리를 실시한 시험편의 경도와 오스테나이트 결정입도를 측정했다. 경도는, JIS Z2244에 규정된 방법에 따라서, 시험력 98.07N으로 HV10의 값을 측정했다. 오스테나이트 결정입도는, JIS G 0551에 기재된 Bechet-Beaujard법에 의해, 상술한 열처리를 실시한 시험편을 피크르산 포화 수용액으로 부식시킴으로써, 오스테나이트 결정립을 현출시키고, 오스테나이트 결정입도를 평가했다.
탄소강으로 이루어지는 시험편에서는, 경도가 380HV 이상, 오스테나이트 결정입도가 9 이상을 기준으로 합격 여부를 판정했다. 경도의 판정 기준으로서 채용한 380HV는, C를 0.16 질량% 함유하는 강재의 조직이 95 질량% 이상 마르텐사이트화한 경우의 경도이다. 즉, 경도가 판정 기준 이상인 경우, 시험편의 조직은 충분히 마르텐사이트화했다고 생각된다.
또, 저합금강으로 이루어지는 시험편에서는, 경도가 370HV 이상, 오스테나이트 결정입도가 9 이상을 기준으로 합격 여부를 판정했다. 경도의 판정 기준으로서 채용한 370HV는, C를 0.14 질량% 함유하는 강재의 조직이 95 질량% 이상 마르텐사이트화한 경우의 경도이다. 즉, 경도가 판정 기준 이상인 경우, 시험편의 조직은 충분히 마르텐사이트화했다고 생각된다.
[시험 결과]
도 3은, 탄소강으로 이루어지는 시험편을 이용한 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는, 저합금강으로 이루어지는 시험편을 이용한 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4에서는 담금질때의 시험편 외면의 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간(x+t, 단위:초)을 대수 눈금에 의해 횡축에, 가열 종료시의 시험편의 외면 온도 T1(℃)을 종축에 나타낸다. 또, 열처리가 실시된 시험편의 경도 및 오스테나이트 결정입도가 함께 기준치 이상의 것을 흰색 동그라미로, 경도가 기준치 이상이며 오스테나이트 결정입도가 기준치 미만인 것을 검은색 삼각 표시로, 경도 및 오스테나이트 결정입도가 함께 기준치 미만인 것을 ×표시로 각각 나타낸다.
가열 종료시의 시험편의 외면 온도 T1이 Ac3 변태점의 온도에 40℃를 더한 온도 미만이 되어 상기 (1)식으로 규정하는 범위 밖으로 된 경우, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 대부분이 경도 및 오스테나이트 결정입도가 함께 기준치 미만이 되었다. 한편, 가열 종료시의 시험편의 외면 온도 T1이 1100℃를 넘어 상기 (1)식으로 규정하는 범위 밖으로 된 경우, 모두 오스테나이트 결정입도가 기준치 미만이 되어, 일부에서는 경도도 기준치 미만이 되었다.
또, 가열 종료시의 시험편의 외면 온도 T1을 상기 (1)식으로 규정하는 범위 내로 한 경우에도, 시험편의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간이 10초를 넘으면, 일부에서 오스테나이트 결정입도가 기준치 미만이 되었다.
한편, 가열 종료시의 시험편의 외면 온도 T1을 상기 (1)식으로 규정되는 범위 내로 하고, 또한, 시험편 외면의 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간(x+t)을 10초 이하로 하여 열처리를 실시한 경우, 경도 및 오스테나이트 결정입도가 모두 기준치 이상이었다. 즉, 가열 종료시에 측정하는 강관의 외면 온도 T1(℃)을 상기 (1)식으로 규정되는 범위 내로 하여 강관을 고주파 유도 가열함과 더불어, 강관의 외면 온도를 측정하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간 t(초)를 상기 (2)식으로 규정되는 범위 내로 조정함으로써, 경도 및 오스테나이트 결정입도를 기준치 이상으로 할 수 있음이 밝혀졌다.
이들로부터, 본 발명의 강관의 제조 방법에 의해, 얻어지는 강관의 조직을 충분히 마르텐사이트화할 수 있으며, 결정립을 미세화할 수 있음이 밝혀졌다.
본 발명의 강관의 제조 방법은, 하기와 같은 현저한 효과를 갖는다.
(1) 고주파 유도 가열의 종료시에 측정한 강관의 외면 온도를 이용하여, 담금질시에 강관의 온도 및 강관이 Ac3 변태점의 온도 이상으로 체재하는 시간을 소정의 범위 내로 관리한다.
(2) 상기 (1)에 의해, 얻어지는 강관의 조직이 충분히 마르텐사이트화함과 더불어, 결정립이 미세화하므로, 에어백용 강관으로서 구해지는 고강도 또한 고인성을 얻을 수 있다.
이와 같이 본 발명의 강관의 제조 방법에 의해 고강도 또한 고인성인 강관을 얻을 수 있으므로, 자동차의 에어백 시스템에서 어큐뮬레이터에 이용되는 에어백용 강관의 제조에 유용하다.
10:강관(피처리재)
20:롤러
30:고주파 유도 가열용 코일
40:냉각 장치
50:입측 온도계
60:출측 온도계

Claims (2)

  1. 고주파 유도 가열한 후에 급랭하는 담금질을 두께가 4.0mm 이하인 강관에 실시함에 있어서,
    고주파 유도 가열의 종료시에 측정하는 강관의 외면 온도 T1(℃)을 하기 (1)식으로 규정되는 범위 내로 하여 강관을 고주파 유도 가열하고,
    상기 고주파 유도 가열의 종료시에 강관의 외면 온도를 측정하고,
    측정한 강관의 외면 온도를 이용하여 고주파 유도 가열하는 과정에서 강관의 외면 온도가 Ac3 변태점의 온도에 도달하고 나서 강관의 외면 온도를 측정하기까지 경과한 시간 x(초)를 산출하고,
    산출한 상기 시간 x(초)에 의거해 하기 (2)식으로 규정되는 범위 내로 강관의 외면 온도를 측정하고 나서 급랭을 개시하기까지 필요로 하는 시간 t(초)를 조정하는 것을 특징으로 하는 에어백용 강관의 제조 방법.
    TAc3+40℃≤T1≤1100℃…(1)
    0초＜t≤10초-x…(2)
    단, TAc3은 Ac3 변태점의 온도(℃)로 한다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    열간제관에 의해 얻어진 소관(素管)에 소정 치수가 되도록 냉간 가공을 실시하여 강관으로 하고, 상기 강관에 상기 담금질을 실시하고, 그 후, Ac1 변태점 이하의 온도로 뜨임을 강관에 실시하는 것을 특징으로 하는 에어백용 강관의 제조 방법.
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