KR20150004591A - 고온침탄용 합금강, 차량용 액슬기어 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

C : 0.17~0.23 wt%, Si : 0.15~0.35 wt%, Mn : 0.75~1.10 wt%, Cr : 0.85~1.25 wt%, Mo : 0.25~0.45 wt%, Ni : 0.40~0.80 wt%, Al : 0.003~0.006 wt%, Nb : 0.004~0.008 wt%, V : 0.02~0.04 wt%, Ti : 0.08~0.15 wt%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 성분으로 구성된 고온침탄용 합금강, 차량용 액슬기어 및 그 제조방법이 소개된다.

Description

고온침탄용 합금강, 차량용 액슬기어 및 그 제조방법 {ALLOY STEEL FOR HIGH TEMPERATURE CARBURIZING, AXLE GEAR FOR VEHICLE AND METHOD FOR PRODUCING THE AXLE GEAR}

본 발명은 침탄 열처리 온도를 대폭 상향함으로써 열처리 시간이 감소되어 제조원가가 매우 저렴해지는 고온침탄용 합금강, 차량용 액슬기어 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 고온에서도 침탄 열처리가 가능한 소재 개발을 통해 자동차 부품용 액슬 기어류를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 고온에서도 열처리 변형량이 안정적인 기어용 강재 조성물에 관한 것이다.

또한, 상기 강재 조성물을 이용하여 제조된 대형 버스 및 트럭 액슬용 기어에 관한 것이다. 기존 소재에서는 930℃ 이상의 고온 상태에서 침탄 열처리가 불가능하기 때문에 침탄 열처리에만도 20시간 이상의 장시간이 소요되어 제조 시간 단축이 절실히 요구되고 있었다.

본 개발강의 경우, 고온에서도 일정한 열변형을 가질 수 있는 소재 개발을 통하여 1000℃ 이상의 고온 침탄 열처리를 통해 제조 시간 단축이 가능한 액슬용 기어를 제조하는 것이 목적이다.

기존 소재의 경우, 강도 확보를 위해서 필요한 유효경화 깊이를 얻으려는 열처리 시간이 장시간 소요되며 이에 따른 열처리 변형이 과다한 문제가 있었다. 따라서, 본 발명의 목적은 고온에서도 침탄 열처리 변형이 안정된 액슬 기어용 강재 조성물을 이용하여 제조된 대형 트럭용 액슬 기어를 제공하기 위한 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2010-0056880 A

본 발명은 침탄 열처리 온도를 대폭 상향함으로써 열처리 시간이 감소되어 제조원가가 매우 저렴해지는 고온침탄용 합금강, 차량용 액슬기어 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고온침탄용 합금강은, C : 0.17~0.23 wt%, Si : 0.15~0.35 wt%, Mn : 0.75~1.10 wt%, Cr : 0.85~1.25 wt%, Mo : 0.25~0.45 wt%, Ni : 0.40~0.80 wt%, Al : 0.003~0.006 wt%, Nb : 0.004~0.008 wt%, V : 0.02~0.04 wt%, Ti : 0.08~0.15 wt%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 성분으로 구성된다.

또한, 차량용 액슬기어는 상기 고온침탄용 합금강으로 제조될 수 있다.

상기 고온침탄용 합금강을 이용한 차량용 액슬기어의 제조방법은, 청구항 1의 고온침탄용 합금강으로 구성된 원소재를 열간단조하는 1단계, 연삭가공하는 2단계, 치절가공하는 3단계, 침탄열처리하는 4단계로 구성된다.

상기 4단계는 1000~1100℃에서 침탄열처리가 이루어질 수 있으며, 상기 4단계는 4~5시간 동안 침탄열처리가 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 고온침탄용 합금강, 차량용 액슬기어 및 그 제조방법에 따르면, 침탄 열처리 온도를 대폭 상향함으로써 열처리 시간이 감소되어 제조원가가 매우 저렴해진다.

또한, 기존 재질 대비 고온에서도 침탄 열처리가 가능하고, 열처리 시간 단축을 통한 지구 온난화 저감을 이루며, 열처리 시간 감소에 따른 침탄 열변형 감소를 이룰 수 있다.

도 1은 비교예의 고온침탄용 합금강을 이용한 액슬기어 제조시 침탄과정을 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고온침탄용 합금강을 이용한 액슬기어 제조시 침탄과정을 나타낸 그래프.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고온침탄용 합금강, 차량용 액슬기어 및 그 제조방법에 대하여 살펴본다.

본 발명은 고온에서도 침탄 열처리가 가능한 소재 개발을 통해 자동차 부품용 액슬 기어류를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 고온에서도 열처리 변형량이 안정적인 기어용 강재 조성물에 관한 것이다.

또한, 상기 강재 조성물을 이용하여 제조된 대형 버스 및 트럭 액슬용 기어에 관한 것이다. 기존 소재에서는 930℃ 이상의 고온 상태에서 침탄 열처리가 불가능하기 때문에 침탄 열처리에만도 20시간 이상의 장시간이 소요되어 제조 시간 단축이 절실히 요구되고 있었다.

하지만, 본 개발강의 경우, 기존 소재 대비 Ti, Nb첨가를 통하여 결정립 성장온도를 상승시키며, 결정립을 미세화시켜서 1040℃의 고온에서도 침탄 열처리가 가능하게 하였다. 이를 통해, 침탄 열처리 시간이 대폭 감소되었으며, 침탄 열처리 변형량도 안정적으로 가져갈 수 있었다.

즉, 본 개발강의 경우 고온에서도 일정한 열변형을 가질 수 있는 소재 개발을 통하여 1000℃ 이상의 고온 침탄 열처리를 통해 제조 시간 단축이 가능한 액슬용 기어를 제조하는 것이 목적이다.

기존 소재의 경우, 강도 확보를 위해서 필요한 유효경화 깊이를 얻으려는 열처리 시간이 장시간 소요되며 이에 따른 열처리 변형이 과다한 문제가 있었다. 따라서, 본 발명의 목적은 고온에서도 침탄 열처리 변형이 안정된 액슬 기어용 강재 조성물을 이용하여 제조된 대형 트럭용 액슬 기어를 제공하기 위한 것이다.

이를 위한 본 발명에 따른 고온침탄용 합금강은, C : 0.17~0.23 wt%, Si : 0.15~0.35 wt%, Mn : 0.75~1.10 wt%, Cr : 0.85~1.25 wt%, Mo : 0.25~0.45 wt%, Ni : 0.40~0.80 wt%, Al : 0.003~0.006 wt%, Nb : 0.004~0.008 wt%, V : 0.02~0.04 wt%, Ti : 0.08~0.15 wt%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 성분으로 구성된다.

하기의 표 1에서는 종래 소재(SCMH2)와 본 발명강의 강재 조성물의 화학성분을 비교하였다. 본 발명에 따른 고온 침탄용 액슬 기어 강제 조성물은 철(Fe)을 기재로 하고, 여기에 탄소(C) 0.17~0.23wt.%, 규소(Si) 0.15~0.35wt.%, 망간(Mn) 0.75~1.10wt.%, 크롬(Cr) 0.85~1.25wt.%, 몰리브덴(Mo) 0.25~0.45wt.%, 니켈(Ni) 0.40~0.80wt.%, 알루미늄(Al) 0.003~0.006wt.%, 니오븀(Nb) 0.004~0.008wt.%, 바나듐(V) 0.020~0.040wt.%, 티타늄(Ti) 0.080~0.150wt.%을 포함한다.

바나듐(V) 및 알루미늄(Al)은 미량 첨가를 하여 화합물을 생성시켜, 고온에서도 결정립 성장이 방지되어 결정립이 조대화 되거나 혼립이 생길 수 있는 것을 방지 하였다.

만약, 바나듐(V) 및 알루미늄(Al)함량이 본 발명에서 명기된 양보다 많이 첨가될 경우, 결정립계에 조대한 화합물이 다수 발생하며 혼립이 발생하여 제품의 열처리 변형량이 급격하게 증가할 경우가 있기 때문에, 첨가되는 함량을 엄격히 제한 하였다. 또한, 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 역시, 고온에서도 안정적인 조직 형성 및 강도 향상을 위하여 미량 첨가하였다.

상기 강재 조성물을 이용하여 액슬기어를 1040 ℃ 에서 침탄 열처리를 한 후 제조하였다.

본 발명 실시예와 비교예의 구체 조성은 아래와 같다.

이에 대한 침탄 물성의 대비는 아래와 같다.

상기 표에서 살펴볼 수 있듯이, 실시예의 경우에는 고온에서 단시간 침탄 열처리를 수행함에도 불구하고 기존 비교예 대비 유효경화 깊이 및 모든 침탄 열처리 물성값이 향상되었다.

또한, 열처리 전후 변형량은 아래와 같다.

상기에서 볼 수 있듯이, 고온에서 침탄 열처리를 수행함에도 불구하고 기존 열처리 공정과 동등 수준 이상의 안정된 열처리 변형량 특성을 나타내었다.

한편, 본 발명의 차량용 액슬기어는 상기 고온침탄용 합금강으로 제조될 수 있다.

구체적으로, 고온침탄용 합금강을 이용한 차량용 액슬기어의 제조방법은, 청구항 1의 고온침탄용 합금강으로 구성된 원소재를 열간단조하는 1단계, 연삭가공하는 2단계, 치절가공하는 3단계, 침탄열처리하는 4단계로 구성된다.

그리고 상기 4단계는 1000~1100℃에서 침탄열처리가 이루어질 수 있으며, 상기 4단계는 4~5시간 동안 침탄열처리가 이루어질 수 있다.

도 1은 비교예의 침탄열처리 과정을 나타낸 그래프이고, 도 2는 본 발명의 차량용 액슬기어의 제조방법의 침탄열처리 과정을 나타낸 그래프로서, 종래보다 고온에서 좀 더 빠르게 침탄열처리가 이루어짐으로써, 열처리 시간이 감소되어 제조원가가 매우 저렴해짐을 알 수 있다.

또한, 기존 재질 대비 고온에서도 침탄 열처리가 가능하고, 열처리 시간 단축을 통한 지구 온난화 저감을 이루며, 열처리 시간 감소에 따른 침탄 열변형 감소를 이룰 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

Claims (5)

1. C : 0.17~0.23 wt%, Si : 0.15~0.35 wt%, Mn : 0.75~1.10 wt%, Cr : 0.85~1.25 wt%, Mo : 0.25~0.45 wt%, Ni : 0.40~0.80 wt%, Al : 0.003~0.006 wt%, Nb : 0.004~0.008 wt%, V : 0.02~0.04 wt%, Ti : 0.08~0.15 wt%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 성분으로 구성된 고온침탄용 합금강.
2. 청구항 1의 고온침탄용 합금강으로 제조된 차량용 액슬기어.
3. 청구항 1의 고온침탄용 합금강을 이용한 차량용 액슬기어의 제조방법으로서,
   청구항 1의 고온침탄용 합금강으로 구성된 원소재를 열간단조하는 1단계, 연삭가공하는 2단계, 치절가공하는 3단계, 침탄열처리하는 4단계로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 액슬기어의 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 4단계는 1000~1100℃에서 침탄열처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 액슬기어의 제조방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 4단계는 4~5시간 동안 침탄열처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 액슬기어의 제조방법.

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