KR20150089846A - Spring and method of manufacturing the same - Google Patents

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KR20150089846A
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정희종
박철우
송상민
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현대제철 주식회사
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    • C21METALLURGY OF IRON
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    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

The present specification discloses a spring and a manufacturing method thereof. According to the present invention, the spring is composed of 0.52-0.56 wt% of C, 1.50-1.60 wt% of Si, 0.6-0.8 wt% of Mn, 0.01 wt% or less of P, 0.005 wt% or less of S, 0.65-0.75 wt% of Cr, 0.27-0.32 wt% of Ni, 0.01-0.03 wt% of Mo, 0.07-0.10 wt% of V, 0.02-0.03 wt% of Nb, 0.03-0.06 wt% of Ti, 0.27-0.32 wt% of Cu, 0.03-0.05 wt% of Al, 0.0005-0.0025 wt% of B, 0.001 wt% or less of O, 0.005 wt% or less of N, and a remaining amount of Fe and impurities.

Description

스프링 및 그 제조 방법 {SPRING AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}[0001] SPRING AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME [0002]

본 발명은 자동차 현가 장치 등에 적용되는 스프링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내구성 및 충격인성이 우수한 스프링 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a spring having excellent durability and impact toughness, and a method of manufacturing the spring.

스프링은 외부에서 전달되는 충격과 진동을 흡수하여 다른 부품에 전달되지 않도록 하는 역할을 한다. The spring absorbs shocks and vibrations transmitted from the outside to prevent it from being transmitted to other parts.

예를 들어, 자동차 현가 장치에 적용되는 차량의 주행시 노면으로부터 전해오는 충격과 진동을 효과적으로 흡수, 분산시키는 역할을 한다. For example, it effectively absorbs and disperses shocks and vibrations transmitted from the road surface when the vehicle is driven in a vehicle suspension system.

이러한 스프링은 피로에 강해야 하므로 기본적으로 높은 인장강도가 요구되며, 그 외에도 경도 및 충격인성이 우수하여야 한다.
Since these springs must be strong against fatigue, high tensile strength is basically required, and hardness and impact toughness should be excellent.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 특허등록공보 제10-0328087호(2002.04.17. 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 절삭가공성이 우수한 고응력 스프링용 강 및 이 강을 이용한 스프링의 제조 방법이 개시되어 있다.
As a background technique related to the present invention, Korean Patent Registration No. 10-0328087 (published on Apr. 17, 2002) discloses a steel for a high-stress spring having excellent cutting workability and a method for manufacturing a spring using the steel. .

본 발명의 목적은 강도, 경도, 내부식성 및 충격인성이 우수한 스프링 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a spring having excellent strength, hardness, corrosion resistance and impact toughness, and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 스프링 제조 방법은 (a) 중량%로, 탄소(C) 0.52~0.56%, 실리콘(Si) : 1.50~1.60%, 망간(Mn) : 0.6~0.8%, 인(P) : 0.01% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 크롬(Cr) : 0.65~0.75%, 니켈(Ni) : 0.27~0.32%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.03%, 바나듐(V) : 0.07~0.10%, 니오븀(Nb) : 0.02~0.03중량%, 티타늄(Ti) : 0.03~0.06%, 구리(Cu) : 0.27~0.32%, 알루미늄(Al) : 0.03~0.05%, 보론(B) : 0.0005~0.0025중량%, 산소(O) : 0.001% 이하, 질소(N) : 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 강선을 스프링 형상으로 성형하는 단계; 및 (b) 상기 성형된 결과물을 후처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a spring, comprising: (a) 0.52 to 0.56% of carbon (C), 1.50 to 1.60% of silicon (Si) (P): 0.01% or less, sulfur (S): 0.005% or less, chromium (Cr): 0.65 to 0.75%, nickel (Ni): 0.27 to 0.32%, molybdenum (Mo) 0.02 to 0.03 wt% of vanadium (V), 0.07 to 0.10 wt% of niobium (Nb), 0.03 to 0.06 wt% of titanium (Ti), 0.27 to 0.32 wt% of copper (Cu) (B): 0.005 to 0.0025% by weight, oxygen (O): 0.001% or less, nitrogen (N): 0.005% or less and the balance of iron (Fe) and unavoidable impurities; And (b) post-treating the molded product.

상기 (a) 단계는 상기 강선을 가열하여 열간에서 스프링 형상으로 성형하는 단계와, 상기 성형된 결과물을 소입 처리하는 단계와, 상기 소입 처리된 결과물을 소려 처리하는 단계를 포함할 수 있다. The step (a) may include heating the steel wire to form a spring shape in the hot state, performing a quenching process on the resultant product, and blanching the quenched product.

또한, 상기 (b) 단계는 상기 성형된 결과물에 압축력을 가하여 1차 프리세팅(pre-setting)하는 단계와, 상기 1차 프리세팅된 결과물을 쇼트피닝(shot peening)하여 표면을 단련하는 단계와, 상기 쇼트피닝된 결과물에 압축력을 가하여 2차 프리세팅하는 단계를 포함할 수 있다.
In addition, the step (b) may include a step of pre-setting the formed product by applying a compressive force, a step of sharpening the surface by shot peening the primary preset product, And a second pre-setting step of applying compression force to the shot-pinned product.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 스프링은 중량%로, 탄소(C) 0.52~0.56%, 실리콘(Si) : 1.50~1.60%, 망간(Mn) : 0.6~0.8%, 인(P) : 0.01% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 크롬(Cr) : 0.65~0.75%, 니켈(Ni) : 0.27~0.32%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.03%, 바나듐(V) : 0.07~0.10%, 니오븀(Nb) : 0.02~0.03중량%, 티타늄(Ti) : 0.03~0.06%, 구리(Cu) : 0.27~0.32%, 알루미늄(Al) : 0.03~0.05%, 보론(B) : 0.0005~0.0025중량%, 산소(O) : 0.001% 이하, 질소(N) : 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 인장강도 2100MPa 이상, 연신율 8% 이상, 로크웰 경도(HRC) : 55 이상, 충격치 55J 이상을 나타내는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, the spring according to an embodiment of the present invention includes 0.52 to 0.56% of carbon (C), 1.50 to 1.60% of silicon (Si), 0.6 to 0.8% of manganese (Mn) P): not more than 0.01%, sulfur (S): not more than 0.005%, chromium (Cr): 0.65 to 0.75%, nickel (Ni): 0.27 to 0.32%, molybdenum (Mo) : 0.07 to 0.10%, niobium (Nb): 0.02 to 0.03%, titanium (Ti): 0.03 to 0.06%, copper (Cu): 0.27 to 0.32% ) Of 0.0005 to 0.0025% by weight, oxygen (O) of 0.001% or less, nitrogen (N) of 0.005% or less and balance of iron (Fe) and unavoidable impurities, (HRC): 55 or more, and an impact value of 55J or more.

본 발명에 따른 스프링 제조 방법에 의하면, 몰리브덴, 니오븀, 바나듐, 니켈, 구리 등의 합금 성분 조절, 스프링 성형 공정 및 후처리 공정 제어를 통하여 2100MPa 이상의 인장강도와 함께 우수한 경도, 내부식성 및 충격인성을 갖는 스프링을 제조할 수 있다. According to the method for manufacturing a spring according to the present invention, it is possible to control an alloy component such as molybdenum, niobium, vanadium, nickel, copper and the like, a spring forming process and a post treatment process control to obtain excellent tensile strength of 2100 MPa or more, excellent hardness, Can be manufactured.

따라서, 본 발명에 따른 스프링은 자동차의 현가 장치 등에 유용하게 적용될 수 있다.
Therefore, the spring according to the present invention is usefully applied to suspension devices of automobiles and the like.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스프링 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 열간 스프링 성형을 이용할 때의 스프링 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
1 schematically shows a method of manufacturing a spring according to an embodiment of the present invention.
2 schematically shows a method of manufacturing a spring when hot spring forming is used.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프링 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, a spring according to a preferred embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

스프링spring

본 발명에 따른 스프링은 일 예로 코일 스프링으로서, 중량%로, 탄소(C) 0.52~0.56%, 실리콘(Si) : 1.50~1.60%, 망간(Mn) : 0.6~0.8%, 인(P) : 0.01% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 크롬(Cr) : 0.65~0.75%, 니켈(Ni) : 0.27~0.32%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.03%, 바나듐(V) : 0.07~0.10%, 니오븀(Nb) : 0.02~0.03중량%, 티타늄(Ti) : 0.03~0.06%, 구리(Cu) : 0.27~0.32%, 알루미늄(Al) : 0.03~0.05%, 보론(B) : 0.0005~0.0025중량%, 산소(O) : 0.001% 이하, 질소(N) : 0.005% 이하를 포함한다. The spring according to the present invention is, for example, a coil spring which comprises 0.52 to 0.56% of carbon (C), 1.50 to 1.60% of silicon (Si), 0.6 to 0.8% of manganese (Mn) 0.01% or less of sulfur, 0.005% or less of sulfur, 0.65 to 0.75% of chromium, 0.27 to 0.32% of nickel, 0.01 to 0.03% of molybdenum, 0.10%, niobium (Nb): 0.02-0.03 wt%, titanium: 0.03-0.06%, copper: 0.27-0.32%, aluminum (Al): 0.03-0.05%, boron (B) To 0.0025% by weight, oxygen (O): 0.001% or less, and nitrogen (N): 0.005% or less.

상기 합금 성분들 외 나머지는 철(Fe)과 제강 과정 등에서 발생하는 불가피한 불순물로 이루어진다. The rest of the alloying components are composed of iron (Fe) and unavoidable impurities generated in the steelmaking process.

이하, 본 발명에 따른 스프링에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, the role and content of each component included in the spring according to the present invention will be described.

탄소(C)Carbon (C)

탄소(C)는 소입성을 통하여 스프링의 강도 확보에 기여한다. Carbon (C) contributes to securing the strength of the spring through incineration.

상기 탄소는 스프링 전체 중량의 0.52~0.56중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 탄소의 함량이 0.52중량% 미만일 경우, 소입성이 충분하지 못한 문제점이 있다. 반대로, 탄소 함량이 0.56중량%를 초과하는 경우 충격인성이 저하되는 문제점이 있다.
The carbon preferably comprises 0.52 to 0.56% by weight of the total weight of the spring. When the content of carbon is less than 0.52% by weight, the incombustibility is insufficient. On the contrary, when the carbon content exceeds 0.56% by weight, impact toughness is deteriorated.

실리콘(Si)Silicon (Si)

스프링에서 실리콘의 역할은 페라이트 내에 고용되어 모재 강도를 강화시키고, 또한 입실론 카바이드 석출물 안정화를 통하여 피로특성 및 영구변형 저항성을 향상시키는데 기여한다.The role of silicon in the springs is enhanced in the ferrite to enhance the strength of the base material and also to improve fatigue properties and resistance to permanent deformation through stabilization of the epilone carbide precipitates.

상기 실리콘은 스프링 전체 중량의 1.5~1.6중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 첨가량이 1.5중량% 미만에서는 상기의 실리콘 첨가효과가 불충분할 수 있다. 반대로, 실리콘 첨가량이 1.6중량%를 초과하는 경우, 영구변형저항성 포화 및 열처리시 표면 탈탄 발생 우려가 있다.
Preferably, the silicone is added in an amount of 1.5 to 1.6 wt% of the total weight of the spring. If the addition amount of silicon is less than 1.5% by weight, the effect of adding silicon may be insufficient. On the other hand, when the amount of silicon added exceeds 1.6% by weight, there is a fear of occurrence of permanent deformation resistance saturation and surface decarburization in the heat treatment.

망간(Mn)Manganese (Mn)

망간(Mn)은 스프링 제조시 소입성을 향상시켜 강도 확보에 기여한다. Manganese (Mn) contributes to securing strength by improving the incombustibility in the manufacture of springs.

상기 망간은 스프링 전체 중량의 0.6~0.8중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간 첨가량이 0.6중량% 미만에서는 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 망간 첨가량이 0.8중량%를 초과하는 경우에는 충격인성 저하 문제점이 있다.
The manganese is preferably added in an amount of 0.6 to 0.8% by weight based on the total weight of the spring. If the manganese content is less than 0.6 wt%, the effect of the addition is insufficient. On the other hand, when the amount of manganese added exceeds 0.8% by weight, there is a problem in that the impact toughness is lowered.

인(P), 황(S)Phosphorus (P), sulfur (S)

인(P)은 결정입계에 편석되어, 충격인성을 저하시키는 요인이 된다. 이에 본 발명에서는 인의 함량을 스프링 전체 중량의 0.01중량% 이하로 제한하였다.Phosphorus (P) is segregated at crystal grain boundaries, which causes a decrease in impact toughness. In the present invention, the content of phosphorus is limited to not more than 0.01% by weight of the total weight of the spring.

황(S)은 저융점 원소로서 입계 편석되어 충격인성을 저하시키고, 유화물을 형성시켜 스프링 특성에 유해한 영향을 미친다. 이에 본 발명에서는 황의 함량을 0.005중량% 이하로 제한하였다.
Sulfur (S) segregates as a low-melting point element to lower the impact toughness and form an emulsion, which has a detrimental effect on the spring characteristics. Therefore, the content of sulfur in the present invention is limited to 0.005% by weight or less.

크롬(Cr)Chromium (Cr)

크롬은 탄소의 확산속도를 낮추어 표면탈탄을 억제하고, 소입성 향상을 통한 스프링 제조시 강도 확보에 기여한다. Chromium lowers the diffusion rate of carbon to suppress surface decarburization and contributes to securing strength in manufacturing springs through improved ingotability.

상기 크롬은 스프링 전체 중량의 0.65~0.75중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬의 첨가량이 0.65중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬의 첨가량이 0.75중량%를 초과하는 경우, 취성이 증가하고 영구변형 저항성이 저하될 수 있다.
The chromium is preferably added in an amount of 0.65 to 0.75% by weight based on the total weight of the spring. When the addition amount of chromium is less than 0.65% by weight, the effect of addition is insufficient. On the other hand, when the addition amount of chromium exceeds 0.75% by weight, the brittleness may increase and the resistance to permanent deformation may deteriorate.

니켈(Ni)Nickel (Ni)

니켈(Ni)은 고용강화 효과를 통하여 강도 향상에 기여한다. Nickel (Ni) contributes to strength improvement through the solid solution strengthening effect.

상기 니켈은 스프링 전체 중량의 0.27~0.32중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 니켈의 첨가량이 0.27중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 니켈의 첨가량이 0.32중량%를 초과하는 경우에는 피로특성이 저하될 수 있다.
The nickel is preferably added in an amount of 0.27 to 0.32% by weight based on the total weight of the spring. When the addition amount of nickel is less than 0.27% by weight, the effect of the addition is insufficient. On the contrary, when the addition amount of nickel exceeds 0.32 wt%, the fatigue characteristics may be deteriorated.

몰리브덴(Mo)Molybdenum (Mo)

몰리브덴(Mo)은 상온 및 고온 강도 향상, 충격인성 향상에 기여하며, 또한 영구변형 저항성 향상에 기여한다. Molybdenum (Mo) contributes to improvement of strength at room temperature and high temperature, improvement of impact toughness, and also contributes to enhancement of resistance to permanent deformation.

상기 몰리브덴은 스프링 전체 중량의 0.01~0.03중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 몰리브덴의 첨가량이 0.01중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 몰리브덴의 첨가량이 0.03중량%를 초과하는 경우, 스프링 제조시 성형성이 저하될 수 있다.
The molybdenum is preferably added in an amount of 0.01 to 0.03% by weight based on the total weight of the spring. If the addition amount of molybdenum is less than 0.01% by weight, the effect of the addition is insufficient. On the other hand, if the amount of molybdenum added exceeds 0.03% by weight, the moldability may be deteriorated in the production of springs.

바나듐(V), 니오븀(Nb)Vanadium (V), niobium (Nb)

바나듐(V)과 니오븀(Nb)은 결정립 미세화를 통하여 강도 향상에 기여한다. Vanadium (V) and niobium (Nb) contribute to the strength improvement through grain refinement.

상기 바나듐은 스프링 전체 중량의 0.07~0.1중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 바나듐의 첨가량이 0.07중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 바나듐의 첨가량이 0.1중량%를 초과하는 경우, 조대한 탄질화물 형성에 의해 스프링의 피로특성을 저하시키는 요인이 될 수 있다. The vanadium is preferably added in an amount of 0.07 to 0.1% by weight based on the total weight of the spring. If the addition amount of vanadium is less than 0.07% by weight, the effect of the addition is insufficient. On the contrary, when the addition amount of vanadium exceeds 0.1 wt%, the fatigue characteristics of the spring may be deteriorated by the formation of coarse carbonitride.

상기 니오븀은 스프링 전체 중량의 0.02~0.03중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 니오븀의 첨가량이 0.02중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 니오븀의 첨가량이 0.03중량%를 초과하는 경우, 조대한 탄질화물 형성에 의해 스프링의 피로특성을 저하시킬 수 있다.
The niobium is preferably added in an amount of 0.02 to 0.03% by weight based on the total weight of the spring. When the addition amount of niobium is less than 0.02% by weight, the effect of addition thereof is insufficient. On the other hand, when the addition amount of niobium exceeds 0.03% by weight, fatigue characteristics of the spring can be lowered by formation of coarse carbonitride.

구리(Cu)Copper (Cu)

구리(Cu)는 고용강화 효과를 통한 강도 확보에 기여하고, 또한 구리는 내 피트 발생 억제를 통하여 스프링의 내부식성을 향상시키는 역할을 한다. Copper (Cu) contributes to securing strength through the solid solution strengthening effect, and copper also plays a role of improving the corrosion resistance of the spring through suppressing generation of pits.

상기 구리는 스프링 전체 중량의 0.27~0.32중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 구리의 첨가량이 0.27중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 구리의 첨가량이 0.32중량%를 초과하는 경우, 표면 농화에 의해 스프링 표면 품질을 저하시킬 수 있다.
The copper is preferably added in an amount of 0.27 to 0.32 wt% of the total weight of the spring. When the addition amount of copper is less than 0.27% by weight, the effect of the addition is insufficient. On the contrary, when the addition amount of copper exceeds 0.32% by weight, the surface quality of the spring surface can be lowered by surface enrichment.

티타늄(Ti), 알루미늄(Al)Titanium (Ti), aluminum (Al)

티타늄(Ti)은 탄질화물을 형성하여 결정립을 미세화시키는 역할을 한다. Titanium (Ti) plays a role in making carbonitride and making crystal grains finer.

상기 티타늄은 스프링 전체 중량의 0.03~0.06중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 티타늄의 첨가량이 0.03중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 티타늄의 첨가량이 0.06중량%를 초과하는 경우, 조대한 탄질화물을 형성하는 문제점이 있다. The titanium is preferably added in an amount of 0.03 to 0.06% by weight based on the total weight of the spring. If the addition amount of titanium is less than 0.03% by weight, the effect of the addition is insufficient. On the contrary, when the addition amount of titanium exceeds 0.06% by weight, coarse carbonitrides are formed.

알루미늄(Al)은 탈산제로 작용하며, 또한 티타늄과 마찬가지로 결정립 미세화에 기여한다.Aluminum (Al) acts as a deoxidizing agent and contributes to grain refinement like titanium.

상기 알루미늄은 스프링 전체 중량의 0.03~0.05중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄의 첨가량이 0.03중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 알루미늄의 첨가량이 0.05중량%를 초과하는 경우 조대한 탄질화물을 형성하는 문제점이 있다.
The aluminum is preferably added in an amount of 0.03 to 0.05 wt% of the total weight of the spring. When the addition amount of aluminum is less than 0.03% by weight, the effect of addition is insufficient. On the contrary, when the added amount of aluminum exceeds 0.05% by weight, coarse carbonitride is formed.

보론(B)Boron (B)

보론(B)은 0.0005중량%만 첨가되어도 소입성을 향상시키는데 기여할 수 dT으며, 또한 보론의 첨가는 표면에 생성하는 녹을 치밀화시켜 내식성을 높이는 역할을 한다. 다만, 보론의 첨가량이 0.0025중량%를 초과하면 탄질화물계 석출물이 조대화되어 피로특성에 악영향을 미칠 수 있다. 이에, 보론은 스프링 전체 중량의 0.0005~0.0025중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
The boron (B) can contribute to improve the incombustibility even when only 0.0005 wt% is added, and addition of boron also enhances the corrosion resistance by densifying the rust formed on the surface. However, when the addition amount of boron exceeds 0.0025% by weight, the carbonitride-based precipitates are coarsened and adversely affect the fatigue characteristics. Therefore, boron is preferably added in an amount of 0.0005 to 0.0025% by weight of the total weight of the spring.

산소(O), 질소(N)Oxygen (O), nitrogen (N)

산소(O)는 비금속개재물(산화물)이 되어 스프링의 피로특성을 저하시키는 요인이 된다. 이에 본 발명에서는 산소의 함량을 스프링 전체 중량의 0.001중량%(10중량ppm) 이하로 제한하였다. Oxygen (O) becomes a nonmetallic inclusion (oxide), which causes the fatigue characteristics of the spring to deteriorate. Therefore, the content of oxygen in the present invention is limited to 0.001 wt% (10 wt ppm) or less of the total weight of the spring.

질소(N)는 티타늄, 알루미늄 등과 결합하여 질화물을 형성하여 결정립 미세화에 기여하나, 다량 함유되면 질화물의 조대화로 인하여 피로특성을 저하시키는 문제점이 있다. Nitrogen (N) forms a nitride by bonding with titanium, aluminum or the like to contribute to grain refinement, but if it is contained in large amounts, fatigue characteristics are deteriorated due to coarsening of nitride.

이에 본 발명에서는 질소의 함량을 스프링 전체 중량의 0.005중량%(50중량ppm) 이하로 제한하였다.
In the present invention, the content of nitrogen is limited to 0.005 wt% (50 wt ppm) or less of the total weight of the spring.

본 발명에 따른 스프링은 상기의 합금 성분과 후술하는 스프링 성형 공정 및 후처리 공정 제어에 의하여, 인장강도 2100MPa 이상, 연신율 8% 이상, 로크웰 경도(HRC) : 55 이상, 충격치 55J 이상을 나타낼 수 있다.
The spring according to the present invention can exhibit a tensile strength of 2100 MPa or more, an elongation of 8% or more, a Rockwell hardness (HRC) of 55 or more, and an impact value of 55 J or more by the above alloy composition and the spring forming process and post- .

스프링 제조 방법How to make spring

이하, 본 발명에 따른 스프링 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a spring according to the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스프링 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다. 1 schematically shows a method of manufacturing a spring according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스프링 제조 방법은 크게, 스프링 성형 단계(S110) 및 후처리 단계(S120)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a method of manufacturing a spring according to the present invention includes a spring forming step (S110) and a post-processing step (S120).

스프링 성형 단계(S110)는 전술한 합금 조성을 갖는 강선을 스프링 형상, 예를 들어 코일 스프링 형상으로 성형한다. 성형은 도 2에 도시된 예와 같은 열간 성형이 적용될 수 있다. The spring forming step S110 forms the steel wire having the above-described alloy composition into a spring shape, for example, a coil spring shape. The forming can be carried out by hot forming as in the example shown in Fig.

후처리 단계(S120)는 스프링의 탄성 한도 향상 및 표면 경도 향상을 위하여 수행된다. 이러한 후처리 단계는 도 2에 도시된 예와 같은 프리세팅(pre-setting), 쇼트피닝(shot peening)이 포함될 수 있다.
The post-treatment step S120 is performed to improve the elastic limit of the spring and the surface hardness. This post-processing step may include pre-setting, shot peening as in the example shown in Fig.

도 2는 열간 스프링 성형을 이용할 때의 스프링 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.2 schematically shows a method of manufacturing a spring when hot spring forming is used.

도 2를 참조하면, 도시된 스프링 제조 방법은 열간 스프링 성형 단계(S211), 소입 처리 단계(S212), 소려 처리 단계(S213), 1차 프리세팅 단계(S221), 쇼트피닝 단계(S222) 및 2차 프리세팅 단계(S223)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the illustrated spring manufacturing method includes a hot spring forming step S211, a quenching processing step S212, a blanket processing step S213, a first pre-setting step S221, a shot peening step S222, And a second pre-setting step S223.

열간 스프링 성형 단계(S211)에서는 본 발명에 따른 합금성분을 갖는 강선을 상변태 온도 이상으로 가열하여, 열간에서 스프링 형상으로 성형한다. In the hot spring forming step (S211), the steel wire having the alloy component according to the present invention is heated to a temperature not less than the phase change temperature and formed into a spring shape in the hot state.

소입 처리 단계(S212)에서는 성형된 결과물의 강도 향상을 위하여 소입 처리한다. 소입 처리는 일 예로, 성형된 결과물을 850~1000℃로 가열하여 30초 내지 10분동안 유지한 후 200℃/sec 이상의 평균냉각속도로 냉각하는 방식으로 수행될 수 있다. In the quenching process step S212, quenching is performed to improve the strength of the resultant product. The quenching treatment may be performed in such a manner that the molded product is heated to 850 to 1000 占 폚, held for 30 seconds to 10 minutes, and cooled at an average cooling rate of 200 占 폚 / sec or more.

소려 처리 단계(S213)에서는 소입 처리에 의해 소재에 취성이 증가한 것을 해소하기 위하여, 소입 처리된 결과물을 소려 처리한다. 소려 처리는 일 예로, 소입 처리된 결과물을 350~600℃에서 1~3시간동안 유지하는 방식으로 수행될 수 있다. In the blooming process step S213, in order to eliminate the increase in brittleness due to the brittle process, the brittle process is performed. The bake processing may be performed by, for example, maintaining the quenched product at 350 to 600 ° C for 1 to 3 hours.

1차 프리세팅 단계(S221)에서는 소입/소려 처리가 완료된 결과물에 압축하중을 인가하여 일정부분 영구변형을 일으켜 스프링의 탄성한도를 높인다. In the first pre-setting step S221, a compressive load is applied to the result of the completion of the quenching / blanket process to cause permanent deformation of a certain portion, thereby increasing the elastic limit of the spring.

쇼트피닝 단계(S222)에서는 1차 프리세팅된 결과물에 강 입자 등을 분사하여 소재 표면의 산화막 제거 및 표면을 단련시켜 경도를 향상시킨다. In the shot peening step (S222), hard particles are sprayed onto the first pre-set result to remove the oxide film on the surface of the material and to smooth the surface to improve the hardness.

2차 프리세팅 단계(S223)에서는 1차 프리세팅과 마찬가지로, 쇼트피닝이 완료된 결과물에 압축하중을 인가하여 일정부분 영구변형을 일으켜 스프링의 탄성한도를 높인다.
In the second pre-setting step S223, as in the case of the first pre-setting, a compression load is applied to the result of the completion of the shot peening to induce permanent deformation of a certain portion, thereby increasing the elastic limit of the spring.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

1. 스프링의 제조1. Manufacture of springs

표 1에 기재된 합금조성을 갖는 강선을 850℃에서 열간 스프링 성형, 950℃에서 5분간 유지 후 유냉하는 소입 처리, 400℃에서 2시간동안 유지하는 소려 처리, 1차 프리세팅, 쇼트피닝, 2차 프리세팅을 통하여 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 스프링을 제조하였다.
The steel wire having the alloy composition shown in Table 1 was subjected to hot spring forming at 850 占 폚, holding at 950 占 폚 for 5 minutes, quenching for quenching, bake treatment for maintaining at 400 占 폚 for 2 hours, primary presetting, The springs according to Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were prepared.

[표 1] [Table 1]

Figure pat00001

Figure pat00001

2. 물성 평가2. Property evaluation

실시예 1~2 및 비교예 1~2에 따라 제조된 시편들에 대하여 크랙 발생 여부, 인장 시험, 로크웰 경도, 충격인성 테스트, 내 피트 생성 시험을 실시하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다. Tensile test, Rockwell hardness, impact toughness test, and inner pit generation test were carried out on the specimens prepared according to Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 2, and the results are shown in Table 2.

[표 2] [Table 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 합금 성분 범위를 만족하는 실시예 1 및 실시예 2에 따른 스프링의 경우, 인장강도 2100MPa 이상, 연신율 8% 이상, 로크웰 경도(HRC) : 55 이상, 충격치 55J 이상을 나타내었다. In the case of the spring according to the first and second embodiments which satisfy the alloy composition range according to the present invention, the tensile strength is 2100 MPa or more, the elongation is 8% or more, the Rockwell hardness (HRC) is 55 or more, Respectively.

반면, 몰리브덴이 첨가되지 않은 비교예 1에 따른 스프링의 경우, 강도가 상대적으로 낮았으며, 충격치가 55J에 미치지 못하였다. On the other hand, in the case of the spring according to Comparative Example 1 in which molybdenum was not added, the strength was relatively low and the impact value was less than 55J.

또한, 몰리브덴이 과다하게 첨가된 비교예 2에 따른 스프링의 경우, 스프링에 크랙이 발생한 것을 확인할 수 있었다. 또한 비교예 2의 경우, 구리 첨가량이 상대적으로 낮았는데, 그 결과 내 피트 깊이가 상대적으로 크게 나타나, 부식에 취약하다.
Also, in the case of the spring according to Comparative Example 2 in which molybdenum was excessively added, it was confirmed that a crack occurred in the spring. In addition, in the case of Comparative Example 2, the amount of copper added was relatively low, and as a result, the depth of the pit was relatively large and was vulnerable to corrosion.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다. While the invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Such changes and modifications are intended to fall within the scope of the present invention unless they depart from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the following claims.

Claims (4)

(a) 중량%로, 탄소(C) 0.52~0.56%, 실리콘(Si) : 1.50~1.60%, 망간(Mn) : 0.6~0.8%, 인(P) : 0.01% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 크롬(Cr) : 0.65~0.75%, 니켈(Ni) : 0.27~0.32%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.03%, 바나듐(V) : 0.07~0.10%, 니오븀(Nb) : 0.02~0.03중량%, 티타늄(Ti) : 0.03~0.06%, 구리(Cu) : 0.27~0.32%, 알루미늄(Al) : 0.03~0.05%, 보론(B) : 0.0005~0.0025중량%, 산소(O) : 0.001% 이하, 질소(N) : 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 강선을 스프링 형상으로 성형하는 단계; 및
(b) 상기 성형된 결과물을 후처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 제조 방법.
(S): not more than 0.01% of phosphorus (P), not more than 0.01% of phosphorus (P) (Ni): 0.07 to 0.32%, molybdenum (Mo): 0.01 to 0.03%, vanadium (V): 0.07 to 0.10%, niobium (Nb): 0.02 (B): 0.0005 to 0.0025% by weight, oxygen (O): 0.03% by weight, titanium (Ti): 0.03 to 0.06%, copper (Cu): 0.27 to 0.32% : 0.001% or less, nitrogen (N): 0.005% or less, and the remaining iron (Fe) and unavoidable impurities; And
(b) post-processing the formed product.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계는
상기 강선을 가열하여 열간에서 스프링 형상으로 성형하는 단계와,
상기 성형된 결과물을 소입 처리하는 단계와,
상기 소입 처리된 결과물을 소려 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step (a)
Heating the steel wire to form a spring shape in the hot state;
Performing a quenching process on the molded product;
And squeezing the result of the quenching process.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는
상기 성형된 결과물에 압축력을 가하여 1차 프리세팅(pre-setting)하는 단계와,
상기 1차 프리세팅된 결과물을 쇼트피닝(shot peening)하여 표면을 단련하는 단계와,
상기 쇼트피닝된 결과물에 압축력을 가하여 2차 프리세팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step (b)
A first pre-setting step of applying a compressive force to the molded product,
Performing a shot peening of the primary pre-set result to train the surface,
And applying a compressive force to the result of the shot peening to perform second presetting.
중량%로, 탄소(C) 0.52~0.56%, 실리콘(Si) : 1.50~1.60%, 망간(Mn) : 0.6~0.8%, 인(P) : 0.01% 이하, 황(S) : 0.005% 이하, 크롬(Cr) : 0.65~0.75%, 니켈(Ni) : 0.27~0.32%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.03%, 바나듐(V) : 0.07~0.10%, 니오븀(Nb) : 0.02~0.03중량%, 티타늄(Ti) : 0.03~0.06%, 구리(Cu) : 0.27~0.32%, 알루미늄(Al) : 0.03~0.05%, 보론(B) : 0.0005~0.0025중량%, 산소(O) : 0.001% 이하, 질소(N) : 0.005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 인장강도 2100MPa 이상, 연신율 8% 이상, 로크웰 경도(HRC) : 55 이상, 충격치 55J 이상을 나타내는 것을 특징으로 하는 스프링. (S): not more than 0.005% by weight (% by weight), carbon (C): 0.52 to 0.56%, silicon (Si): 1.50 to 1.60%, manganese 0.65 to 0.75% of chromium (Cr), 0.27 to 0.32% of nickel (Ni), 0.01 to 0.03% of molybdenum (Mo), 0.07 to 0.10% of vanadium (V), 0.02 to 0.03 of niobium (B): 0.0005 to 0.0025%, oxygen (O): 0.001%, titanium (Ti): 0.03 to 0.06%, copper (Cu): 0.27 to 0.32% (N): 0.005% or less and balance of iron (Fe) and unavoidable impurities, characterized by exhibiting a tensile strength of 2100 MPa or more, an elongation of 8% or more, a Rockwell hardness (HRC) of 55 or more, Spring.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021125471A1 (en) * 2019-12-20 2021-06-24 주식회사 포스코 Wire rod for ultra-high strength spring, steel wire and manufacturing method thereof

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