KR20160126049A

KR20160126049A - 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저용 강과, 그것을 이용한 차량용 스태빌라이저 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20160126049A
Application number: KR1020167026519A
Authority: KR
Inventors: 카즈아키 후쿠오카; 쿠니카즈 토미타; 아키라 탄게; 키요시 쿠리모토; 유리카 고토
Original assignee: Jfe 죠코 가부시키가이샤; 닛폰 하츠죠 가부시키가이샤
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2016-11-01
Also published as: JP6232324B2; CN106103781B; HUE051934T2; EP3124638A4; US20170130288A1; ES2818104T3; KR101894426B1; EP3124638A1; MX2016012228A; EP3124638B1; CN106103781A; WO2015146141A1; JP2015183235A

Abstract

본 발명에 따라, 소정의 성분 조성을 가지고, 특히, Cu량+Ni량을 0.15 질량% 이상으로 하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강을 스태빌라이저 형상으로 성형해서 담금질한 후의 결정 입도가 구(舊) 오스테나이트 결정 입도 번호로 7.5~10.5의 범위로 함으로써, 코스트 다운은 물론, 지구환경에 친화적인 제조공정으로, 인장강도: 1200MPa급 이상이고, 또한 우수한 상온·저온 인성을 가지는 고내구성 스태빌라저용 강을 얻을 수 있다.

Description

고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저용 강과, 그것을 이용한 차량용 스태빌라이저 및 그의 제조방법{STABILIZER STEEL HAVING HIGH STRENGTH AND EXCELLENT CORROSION RESISTANCE, VEHICLE STABILIZER EMPLOYING SAME, AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 스태빌라이저용 강재, 차량용 스태빌라이저, 및 차량용 스태빌라이저의 제조방법에 관한 것이다.

자동차의 선회 시에 롤의 발생을 적게 하고, 승차감 및 주행안정성을 향상시키는 현가 기구 상의 중요 보안 부품으로 스태빌라이저라고 하는 부품이 있다. 이 스태빌라이저는 스프링 작용에 의해 차체의 경사를 억제하기 위해, 소재인 강(鋼)에는 충분한 강도·인성과 내구성이 요구된다.

그 때문에, 종래의 스태빌라이저는 S48C 등의 탄소강이나, SUP9 등의 스프링 강의 열간 압연 강재를 소정의 치수로 절단한 후, 열간으로 단조 및 굽힘 성형을 실시하고, 또한 기름 담금질 뜨임을 실시하여 소정의 강도로 조절하여 제조되어 왔다. 그러나 근년 비용 절감을 위해 열처리를 생략해서, 생산성 향상이나 합리화를 도모하는 것이 강하게 요망되게 되었다.

이 요망에 대해, 특허문헌 1에는 열간 압연 후에 강가공(强加工)이나 담금질 뜨임 등을 실시하지 않아도, 열연(熱延) 상태 그대로 120~150kgf/㎟의 고강도를 가지고, 연인성(延靭性)이 우수하여 냉간 굽힘 가공이 가능하며, 스프링이나 스태빌라이저 등으로 가공 가능한 비조질(非調質) 스프링용 압연 선상(線狀) 강 또는 봉상(棒狀) 강으로서, 0.13~0.35% C-0.1~1.8% Si-0.8~1.8% Cr계의 강에, Nb나 Ti, B를 첨가하는 성분조성의 강이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는 강도가 1150MPa 이상이고 냉간 가공성이 양호한 비조질의 고강도 강재에 관하여, 열간 압연 그대로의 비조질 상태에서 소망의 강도를 얻기 위해, V를 주력 원소로 하고 다른 석출 경화 원소와 복합 첨가한 조성의 강을 저온에서 열간 압연 후, 적절한 냉각 속도에서 냉각하여, 스태빌라이저 등의 완충·복원 기구부재용 강재를 제조할 수 있는 것이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는 0.24~0.40% C-0.15~0.40% Si-0.50~1.20% Mn-0.30% 이하 Cr계의 강에, Ti, B를 첨가한 강을 사용하여 냉간으로 성형하고, 그 후 담금질 뜨임하는 타입의 스태빌라이저가 기재되어 있다.

게다가, 특허문헌 4에서는 0.15~0.35% C-0.60 초과~1.5% Si-1~3% Mn-0.3~0.8% Cr계 강에, Ti, Nb, Al을 첨가하고, Ti+Nb의 범위를 한정한 강을 사용하여 냉간 혹은 열간으로 성형한 후, 물 담금질 상태 그대로 사용하는 타입의 스태빌라이저가 기재되어 있다.

[특허문헌 1] 일본 특개평11-323495호 공보 [특허문헌 2] 일본 특개2000-17390호 공보 [특허문헌 3] WO2011/111623A1 공보 [특허문헌 4] 일본 특개2012-237040호 공보

그러나, 위에 든 특허문헌 1 및 2에 기재된 기술에 대해서는 합금 코스트가 불어나기 때문에 코스트 다운을 생각처럼 꾀할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

또한, 위에 든 특허문헌 3에 기재된 기술은 코스트 다운은 꾀할 수 있었으나, 내구성의 면, 특히 지속적인 내식성이라는 점에서 문제가 나오기 쉬워, 생각처럼 내구성 향상이 얻어지지 않는다고 하는 문제가 있었다.

또한, 위에 든 특허문헌 4에 기재된 재료에서는 강재의 인성의 향상이 생각처럼 얻어지지 않고, 내구성에 불균형이 나와 버리는 것이 밝혀졌다.

게다가, 근년, 산업계에서는 코스트 다운뿐만 아니라, 지구환경 문제에 대한 의식의 향상으로, 제조 현장에서의 폐액 처리 등, 지구환경에 대한 부하가 작은 제조 공정으로 하는 것이 요망되게 되었다.

특히, 스태빌라이저의 제조 공정의 경우, 소재의 성분 조성에 따라서는 열간 성형 후, 기름 담금질에 의한 담금질 뜨임 처리가 필요하지만, 그때 사용되는 기름 폐약의 처리는 지구환경에 대한 부하로 되기 때문에, 기름의 이용을 회피한 공정으로 하는 것이 요망되고 있다.

또한, 다른 담금질 방법으로서 물 담금질이 있지만, 물 담금질을 하면, 재가열 뜨임을 실시할 필요가 있다. 그리고 이 재가열 뜨임은 실시 코스트가 높기 때문에, 그의 생략이 요망되고 있다.

또한, 자동차에 있어서는 안정성이나 쾌적성의 확보, 하이브리드화나 전기 자동차로의 전환에 의해, 안전 장치의 탑재나, 쾌적 환경을 실현하기 위한 설비의 탑재, 연료 전지의 탑재와 같은, 종래와 비교해서 차량 중량의 경감이 어려워지고 있다. 그 때문에, 저면 부품에 있어서는 보다 고강도인 특성이 요구되면서도, 인성의 확보도 필요해지고 있다. 또한, 중요 보안부품인 스태빌라이저는 고강도와 고인성을 양립시키는 것뿐만 아니라, 한랭지에 대한 대응도 필요하기 때문에, 상온 인성과 함께 저온 인성의 확보도 중요하다.

본 발명은 상기한 현상에 비추어 개발된 것으로, 코스트 다운은 물론 지구환경에 친화적인 제조공정으로, 인장 강도: 1200MPa급 이상이며, 또한 우수한 상온 및 저온 인성을 가지는 고내구성의 스태빌라이저용 강과, 그것을 사용한 차량용 스태빌라이저 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명자 등은 상술한 문제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 담금질 매체로서 물을 이용하면, 담금질성이 보다 낮은 재료이더라도 스태빌라이저의 고강도화가 가능하고, 이 공정을 가미한 전용 강 성분을 선택하면, 고강도와 병행해서 고인성인 특성이 얻어질 수 있는 것을 알아내었다.

또한, 물 담금질을 이용하는 경우에, 강재의 강도는 C의 함유량으로 거의 정해지고, C 함유량을 높이면 인성은 저하되는 경향이 있지만, 발명자들은 이 점에 대해서도 예의 연구를 거듭하였다. 그리고 강 성분으로서 B의 첨가와 동시에 Si를 저감하는 것이나, Mo를 극히 미량 첨가함으로써, 강재의 강도를 높게 유지한 채로, 그 인성이 비약적으로 높아지고, 게다가 내구성도 향상되는 것을 함께 알아내었다.

또한, 발명자 등은 스태빌라이저에서 필요로 하는 내식성에 대해서도 더 검토를 진행한 결과, Cu와 Ni를 소량 함유하고, 그 범위를 규정함으로써, 기지(基地)의 내식성이 더욱 향상되는 것을 알아내었다. 또한, 그 내식성 향상 효과는 도장 후의 강재의 사용시에 있어서도, 도장의 박리 부위에서 발생하는 부식공(腐食孔)의 발생을 지연시키는 작용이 있는 것을 함께 알아내었다.

발명자 등은 이들 지견을 바탕으로 더 검토를 하여, 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 질량%로

C: 0.21~0.35%,

Si: 0.60% 이하(0% 제외),

Mn: 0.30~1.50%,

P: 0.035% 이하,

S: 0.035% 이하,

Cu: 0.05~0.35%,

Ni: 0.03~0.15%,

Cr: 0.05~0.80%,

Mo: 0.003~0.050%,

sol.Al: 0.005~0.080% 및

B: 0.0005~0.0100%를 함유하고,

또한, Cu량+Ni량이 0.15% 이상이며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강으로서,

물 담금질한 후의 결정 입도가 구(舊) 오스테나이트 결정 입도 번호로 7.5~10.5의 범위인, 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저용 강.

2. 상기 강에 대해서, 더 질량%로,

Ti: 0.005~0.050%,

V: 0.005~0.050% 및

Nb: 0.005~0.050%

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유한, 상기 1에 기재된 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저용 강.

3. 차량용 스태빌라이저를 제작할 때, 상기 1 또는 2에 기재된 스태빌라이저용 강을 사용하여, 그 강을 봉강(棒鋼) 또는 선재로 압연한 후, 냉간으로 스태빌라이저 형상으로 성형하고, [오스테나이트 온도+50℃] 이상 1050℃ 미만의 범위까지 가열한 후, 그대로 물 담금질하고, 물 담금질 후의 결정 입도를 구 오스테나이트 결정 입도 번호로 7.5~10.5의 범위로 하는, 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저의 제조방법.

4. 차량용 스태빌라이저를 제작할 때, 상기 1 또는 2에 기재된 스태빌라이저용 강을 사용하여, 그 강을 봉강 또는 선재로 압연한 후, [오스테나이트 온도+50℃] 이상 1050℃ 미만의 범위까지 가열해서 스태빌라이저 형상으로 성형한 후, 그대로 물 담금질하고, 물 담금질 후의 결정 입도를 구 오스테나이트 결정 입도 번호로 7.5~10.5의 범위로 하는, 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저의 제조방법.

5. 차량용 스태빌라이저를 제작할 때, 상기 1 또는 2에 기재된 스태빌라이저용 강을 사용하여, 그 강을 봉강 또는 선재로 압연한 후, [오스테나이트 온도+50℃] 이상 1250℃ 이하의 범위까지 가열해서 스태빌라이저 형상으로 성형한 후, 상온까지 공냉으로 냉각한 후에, 다시 [오스테나이트 온도+50℃] 이상 1050℃ 미만의 범위로 재가열을 한 후, 그대로 물 담금질하고, 물 담금질 후의 결정 입도를 구 오스테나이트 결정 입도 번호로 7.5~10.5의 범위로 하는, 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저의 제조방법.

6. 상기 결정 입도를 구 오스테나이트 결정 입도 번호로 7.5~10.5의 범위로 한 스태빌라이저에 대해서, 더 숏피닝(shot peening) 처리, 숏블라스트(shot blast) 처리, 도금 처리 및 베이킹 처리 중에서 선택된 1종 이상을 실시하는, 상기 3~5의 어느 하나에 기재된 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저의 제조방법.

7. 상기 3~6의 어느 하나에 기재된 제조방법을 이용하여 제조하는 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저.

본 발명에 따르면, 지구환경에 친화적인 제조공정으로, 인장 강도: 1200MPa급 이상이며, 또한 우수한 상온 및 저온 인성을 가지는 스태빌라이저를 저렴하게 얻을 수 있어, 산업상 극히 유용하다.

이하, 본 발명에서의 한정 이유에 대해 설명한다. 또한, 특별히 언급하지 않는 한, 이하의 백분율은 질량%를 나타낸다.

C: 0.21~0.35%

C는 강이 소정의 강도를 확보하기 위해 필요한 원소이며, 인장강도로 1200MPa 이상 확보하기 위해서는 0.21% 이상 첨가하는 것이 필요하다. 한편, 0.35%를 초과해서 C를 함유하면, 탄화물이 과잉으로 되어, 내식성과 인성이 함께 지나치게 저하되기 때문에, 그 상한을 0.35%로 한다.

본 발명에서는 스태빌라이저 소재로서 탄소 함유율이 낮은 강재를 사용함으로써, 종래의 스태빌라이저 소재를 사용한 물 담금질 시에 염려되어 온 담금질 균열을 방지함과 동시에, 강재의 인성과 내식성을 향상시켜서, 스태빌라이저를 더욱 안정성이 높은 것으로 한다.

Si: 0.60% 이하(0% 제외)

Si는 용제(溶製) 시의 탈산에 필요하고, 기지의 고용 강화나 스프링으로서의 내처짐성을 높이기에 유효하기 때문에, 반드시 첨가할 필요가 있다. 한편, 0.60%를 초과하여 첨가하면, 인성이 열화해서 내구성이 떨어지게 된다. 따라서 Si량의 상한을 0.60%로 한다.

Mn: 0.30~1.50%

Mn은 강의 담금질성을 높여서 강도를 확보하기 위해 0.30% 이상의 양이 필요하다. 한편, 1.50%를 초과해서 첨가하면, 중심 편석이나 마이크로 편석이 증가해서 강의 인성이 열화한다. 그 때문에 Mn량의 상한은 1.50%로 한다.

P: 0.035% 이하

P는 제강 프로세스에 있어서 불가피적으로 잔류 또는 혼입하는 불순물 원소이며, 결정 입계에 편석해서 인성을 저하시키지만, 0.035%까지는 허용될 수 있다.

S: 0.035% 이하

S는 P와 동일하게 제강 프로세스에서 불가피적으로 잔류 또는 혼입하는 불순물 원소이며, 결정 입계에 편석해서 인성을 저하시킨다. 또한 개재물(介在物)인 MnS가 과잉으로 되어, 인성과 내식성을 동시에 저하시키지만, 0.035%까지는 허용될 수 있다.

Cu: 0.05~0.35%

Cu는 내식성을 향상시키기에 유효한 원소이다. 그 효과를 발현시키기 위해서는 0.05% 이상의 Cu를 첨가할 필요가 있다. 한편, 0.35%를 초과해서 Cu를 첨가해도 그 효과는 포화하기 때문에 경제적이지 않다. 그 때문에, Cu의 상한을 0.35%로 한다.

Ni: 0.03~0.15%

Ni는 Cu와 동일하게 내식성을 향상시키는 원소이며, 그 효과를 발현시키기 위해서는 상기 범위의 Cu 첨가와 동시에 0.03% 이상의 첨가가 필요하다. 한편, 0.15%를 초과해서 Ni를 첨가해도 그 효과는 포화하기 때문에 경제적이지 않다(Ni는 산출국이 한정된 희소이고 고가인 금속 원소). 그 때문에, Ni의 상한을 0.15%로 한다.

Cr: 0.05~0.80%

Cr은 담금질성을 향상시켜서 강도를 올리지만, 내식성에도 영향을 미친다. 1200MPa 이상의 인장 강도를 확보하기 위해서는 0.05% 이상의 Cr을 첨가할 필요가 있다. 한편, 0.80%를 초과해서 첨가해도, 뜨임 시의 Cr 함유 탄화물이 과잉으로 석출되어서 내식성이 극단으로 저하되기 때문에, 그 상한을 0.80%로 한정한다.

Mo: 0.003~0.050%

Mo는 담금질성을 높이지만, 그것과 동시에 물 담금질 상태 그대로 사용하는 경우에는 극히 소량 첨가로 인성을 높이는 작용이 있다. 그리고 그 효과는 0.003% 이상에서 발현한다. 한편, Mo는 고가이기 때문에 0.050%를 초과해서 첨가해도 재료 코스트가 들 뿐이고, 경제적으로는 마이너스이다. 따라서 본 발명에서는 0.050% 이하의 범위로 첨가한다.

sol. Al: 0.005~0.080%

sol. Al은 고용 Al(solid solution aluminum)의 약어이며, 산 가용성 Al을 나타낸다. sol. Al은 용제 시의 탈산제로서 중요한 원소이다. 그 효과를 발현시키기 위해서는 0.005% 이상의 sol. Al을 첨가할 필요가 있다. 한편, 0.080%를 초과해서 sol. Al을 첨가하면, 산화물 및 질화물이 과잉으로 되어, 내식성뿐만아니라 인성도 저하되기 때문에, 그 상한을 0.080%로 한다.

B: 0.0005~0.0100%

B는 담금질성에 크게 기여하는 원소이며, 인성을 저하시키는 것 없이 담금질성을 높여서, 강도를 향상시킬 수 있다. 더욱이 담금질 후의 결정 입계를 강화해서, 내구성을 향상시킨다. 그들 효과를 얻기 위해서는 0.0005% 이상의 첨가가 필요하다. 한편으로, 0.0100%를 초과해서 첨가해도 그들 효과는 포화해서 코스트적으로 불리하게 된다. 따라서 B량은 0.0005~0.0100%의 범위로 한정한다.

Cu량+Ni량: 0.15% 이상

본 발명에서는 강 중의 Cu량과 Ni량의 합계가 0.15% 이상인 것이 필수이다.

왜냐하면, Cu량과 Ni량의 합계를 0.15% 이상으로 함으로써, 강의 기지의 내식성이 더욱 향상되기 때문에, 도장 후의 강의 사용시에 도장 박리 부위에서 발생하는 부식공의 발생을 지연시키는 작용이 있기 때문이다. 또한, Cu량과 Ni량의 합계의 상한은 각각의 첨가 상한의 합계치: 0.50%로 충분하다.

이상, 강 중의 필수 성분에 대해서 설명했지만, 본 발명에서는 공업적으로, 보다 강재의 특성을 개선하는 성분으로서, 이하의 원소를 적절히 함유시킬 수 있다.

Ti: 0.005~0.050%,

Ti는 강 중에서 탄질화물을 형성하고, 강도의 향상과 결정립의 미세화에 유효한 원소이다. 이들 효과를 발현시키기 위해서는 0.005% 이상의 Ti를 첨가할 필요가 있다. 한편, 0.050%를 초과해서 Ti를 첨가하면, 탄질화물이 과잉으로 되어, 내식성과 인성이 동시에 저하되기 때문에, 그 상한을 0.050%로 한다. 따라서, Ti를 첨가하는 경우는 0.005~0.050%의 범위로 한다.

V: 0.005~0.050%,

V는 강 중에서 탄화물 혹은 질화물로서 존재하고, 재료의 강도를 높이는 역할을 한다. 그 때문에, V는 0.005% 이상 필요하다. 한편으로, V는 고가인 원소이고, 0.050%를 초과해서 첨가한 경우에는 재료 코스트가 높아질 뿐이다. 따라서 V를 첨가하는 경우는 0.005~0.050%의 범위로 한다.

Nb: 0.005~0.050%

Nb는 조직을 미세화해서 재료의 강도를 높이는 동시에, 인성의 열화도 억제한다. 그 때문에, Nb는 0.005% 이상 필요하다. 한편으로 Nb는 0.050%를 초과해서 첨가해도 특성이 포화해서 소재 코스트가 악화될 뿐이다. 따라서 Nb를 첨가하는 경우는 0.005~0.050%의 범위로 한다.

기타의 성분 첨가 원소

상술한 첨가 원소 외에, 미량이라면 Ca, Pb 등의 피삭성 향상 성분 원소를 더 첨가해도 좋다. 이들의 첨가량을 Ca: 0.010% 이하, Pb: 0.5% 이하로 각각 제한하면, 본 발명의 효과는 특별히 저해되지 않고, 스태빌라이저 단부의 천공가공성을 더욱 향상시킬 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명의 강재의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.

결정 입도의 구 오스테나이트 결정 입도 번호: 7.5~10.5

본 발명에서는, 소망의 인장강도가 1200MPa 이상으로 높기 때문에, 담금질 상태 그대로 이 강도 레벨을 얻기 위해서는, 결정 입도를 일정 이상 미세화함으로써, 그 인성을 확보할 필요가 있다. 그런 한편으로, 결정립을 지나치게 미세화해도 담금질성이 부족해서 소망의 강도가 얻어지지 않는다.

그래서, 본 발명에서는 강재의 결정 입도를 구 오스테나이트 결정 입도 번호로 7.5~10.5의 범위로 한정한다. 바람직하게는, 구 오스테나이트 결정 입도 번호로 8.5~10.5의 범위이다. 또한, 본 발명에서의 결정 입도는 JIS G 0551의 규정에 준해서 측정할 수 있다.

구체적으로는 배율을 100배로 하는 광학 현미경의 각 시야에서의 현미경 관찰상을 JIS G 0551에 기재된 표준도와 비교함으로써 결정 입도 번호를 판정한다. 그리고 1 샘플에 대해 10시야씩 측정하고, 그들의 평균치를 산출해서 측정치로 한다. 또한, 표준도는 최소 단위가 결정 입도 번호로 1씩이지만, 현미경 시야하의 결정립이 2개의 표준도의 중간에 해당하는 경우는 0.5라는 표시를 사용한다. 즉, 현미경 시야하의 결정립(관찰상)이 입도 번호 7인 표준도와 입도 번호 8인 표준도의 중간에 있을 때는 그의 결정 입도 번호를 7.5로 판정한다. 또한, 여기서 구 오스테나이트 입도란, 담금질 가열시의 오스테나이트 조직의 입도를 말한다.

본 발명에 있어서, 스태빌라이저의 제조 조건은 담금질 온도를 제외하고, 특별히 한정은 하지 않는다. 상기 호적한 성분으로 조정한 스태빌라이저용 강을 사용해서, 종래의 조건으로 실시하면 좋으며, 이하에 기재하는 조건으로 실시 가능하다.

압연조건

봉강 압연, 혹은 선재 압연에 대해서, 본 발명에서는 특별한 조건에서의 압연을 필요로 하지 않는다. 따라서 특별히 한정은 하지 않고, 압연전 가열 온도는 종래의 선재, 봉강의 가열 조건을 이용할 수 있다. 즉, 900~1250℃의 온도 범위에서 가열 가능하다. 또한, 마무리 압연 온도는 종래의 선재, 봉강 선재의 압연온도와 동일하게 900~1100℃의 범위에서 실시하면 좋다.

스태빌라이저 형상으로 성형

본 발명에서는 상기와 같이 봉강 또는 선재로 압연한 강을, 냉간으로 스태빌라이저 형상으로 성형하는데, 그 조건은 상법(常法)의 냉간 성형 조건을 이용할 수 있다.

냉간 성형 후, 담금질 전의 가열 조건

상기 스태빌라이저 성형 후의 담금질 전의 가열 방법은 후술하는 온도 조건을 만족하면 특별히 제한되지 않지만, 종래의 불활성 가스 분위기의 담금질 로에서도 가열 가능하고, 담금질 후에 인장 강도: 1200MPa 이상의 충분한 강재 인성이 얻어진다. 예를 들면, 고주파 유도 가열 수단 또는 직접 통전 가열 수단을 이용해도 좋다. 또한, 고주파 유도 가열 수단은 고주파 유도 가열로의 다른 가열 대상물을 간편하게 둘러싸는 코일을 가지는 고주파 유도 가열 코일 장치를 포함하는 것이다. 또한, 직접 통전 가열 수단은 가열 대상물에 직접 통전해서 저항 발열시키기 위한 양극(兩極) 단자를 가지는 직접 통전 가열 장치를 포함하는 것이다.

또한, 상기 가열수단은 통전 가열, 로 가열 혹은 고주파 유도 가열 중 어느 하나의 가열 수단으로 하는 것이, 생산성의 관점 등에서 바람직하다.

담금질 전의 가열 온도: [오스테나이트 온도+50℃] 이상 1050℃ 미만

가열 온도에 관해서는 담금질성에 영향을 주는 구 오스테나이트 입도를 최적화할 필요가 있어, 하한을 오스테나이트 온도(Ac₃)+50℃로 한다. 한편, 상한을 너무 높게 하면, 결정립의 조대화(粗大化)가 생겨서 구 오스테나이트 결정 입도 번호가 본 발명의 범위를 벗어나거나, 탈탄 부족으로 되어버리는 등의 악영향이 염려되기 때문에, 상한을 1050℃ 미만으로 한다. 바람직한 상한은 1030℃이고, 1000℃가 더 바람직하다.

가열 후의 담금질 조건

상기 가열 후, 그대로 물 담금질을 한다.

본 발명에서의 물 담금질은 상법을 이용할 수 있으며, 예를 들면, 수조로의 침지 담금질 또는 샤워 냉각이라고 하는 조건을 채용하는 것이 바람직하다.

열간 굽힘 성형시의 가열 조건

본 발명에서는 스태빌라이저 형상의 성형을, 상기 냉간 성형에 대체하여 열간 성형으로 할 수 있다.

그때의 가열 조건은 상술한 냉간 성형 후 담금질 전의 가열조건을 이용할 수 있다.

스태빌라이저 형상으로 성형

이어서, 열간으로 스태빌라이저 형상으로 성형하며, 그 조건은 종래 공지의 전용 금형을 이용한 형(型) 성형이다.

가열 후의 담금질 조건

상기 가열, 성형 후, 그대로 물 담금질을 하는데, 상술한 가열 후의 담금질 조건(수단)을 이용할 수 있다.

통상은 열간 성형 후, 상술한 바와 같이, 바로 담금질하는 편이 경제적으로도 좋으나, 시간이나 장소의 제약에 의해 열간 성형 후에 일단 상온까지 냉각한 후에 재가열해서 담금질하는 경우가 있다.

그때, 열간 성형을 위한 가열 조건은 상술한 열간 성형을 위한 가열 조건으로 동일하게 할 수 있으나, 그 가열 상한은 1250℃ 정도까지 허용할 수 있다.

재가열 온도: [오스테나이트 온도+50℃] 이상 1050℃ 미만

열간 성형 후에 일단 상온까지 냉각한 후에 재가열해서 담금질하는 경우는 하한을 [오스테나이트 온도+50℃]로 하는 한편, 상한은 결정립의 조대화나 탈탄 등의 악영향을 고려해서 1050℃로 한 온도에서 재가열하는 것이 바람직하다.

또한, 가열수단에 대해서는 열간 성형을 위한 가열 조건과 동일하게, 로 가열, 고주파 유도 가열, 직접 통전 가열 중 어느 것을 이용해도 좋다.

재가열 후의 담금질 조건

상기 재가열 후, 그대로 물 담글질을 하는데, 상술한 가열 후의 담금질 조건(수단)을 이용할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 담금질이 끝난 스태빌라이저에 대해서, 더 숏피닝 처리, 숏블라스트 처리, 도금 처리 및 베이킹 처리 중에서 선택된 1종 이상을 실시하는 것도 가능하다. 또한, 상기 숏피닝 처리, 숏블라스트 처리, 도금 처리 및 베이킹 처리의 각 조건이나 이용 설비 등은 상법에 따르면 된다.

실시예

(실시예 1)

표 1-1, 1-2에 나타낸 각종 화학 성분의 강을 시험 용해에 의해 용제(溶製)(150kg)한 후, 강괴로 만들고, 이어서 160mm 각(角) 빌렛으로 용접하고, 열간 압연으로 직경: 20mm의 소재를 제작하였다. 이 압연재를 절단해서 담금질 처리를 하고, 인장시험, 충격시험, 내식성 시험 및 구 오스테나이트 결정 입도의 판정을 하였다. 또한, 표 1-1, 1-2에 나타낸 강 성분의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.

(1) 담금질 처리는 각 강의 화학성분과 이하의 식을 이용해서 계산으로 구한 오스테나이트화 온도(Ac₃)(소수점 이하 첫번째 자리는 절상)에 50℃를 더한 온도로 30분간 가열하고, 그 후 담금질을 실시하였다. 그 후, No.22 강 이외는 도장 처리 시에 상승하는 온도 상한인 180℃로 가열하고 공냉했다. 또한, No.22 강에 대해서는 550℃에서 뜨임한 후 180℃로 가열하고 공냉했다.

Ac₃(℃) = 908-2.237×%C×100+0.4385×%P×1000+0.3049×%Si×100-0.3443×%Mn×100-0.23×%Ni×100+2×(%C×100-54+0.06×%Ni×100)(출전: 열처리 기술편람, P81)

(2) 인장시험은 JIS 4호 시험편으로 실시하였다.

(3) 충격시험은 JIS 3호 편(U 노치 2mm 깊이)으로, 시험 온도는 20℃와 마이너스 40℃에서 실시하였다.

표 2에서의 인성 평가는 샤르피 충격시험 결과로 실시하고, 흡수 에너지의 측정치가 20℃에서 80(J/㎠) 미만, 또는 -40℃에서 40(J/㎠) 미만인 것을 불합격(기호 ×)으로 하고, 같은 값이 20℃에서 80(J/㎠) 이상, -40℃에서 40(J/㎠) 이상인 것을 합격(기호 ○)으로 하였다.

(4) 내식성 시험은 소정의 강도로 열처리를 실시한 환봉재(丸棒材)로부터 20mm 폭×50mm 길이×5mm 두께의 판상 시험편을 채취하고, 다시 판상 시험편 내의 15mm 폭×40mm 길이 범위를 부식면(그것 이외는 마스킹했다)으로 해서 건습 반복 부식 시험을 실시하여, 부식 감량을 측정하였다.

건습 반복 조건은 <5% NaCl, 35℃>×8시간 + <50% RH, 35℃>×16시간 = 1 사이클로 해서, 10 사이클 실시하였다. 부식 감량 측정은 부식 시험 전후에 중량 측정하여 부식 면적으로 나누어서 산출하였다. 또한, 녹 제거는 80℃의 20% 구연산수소암모늄 수용액으로 실시하였다.

표 2-1, 2-2에 있어서, 내식성의 평가는 부식 감량치가 1000(g/㎡) 이상인 것을 불합격(기호 ×)으로 하고, 같은 값이 1000(g/㎡) 미만인 것을 합격(기호 ○)으로 하였다.

(5) 구 오스테나이트 결정 입도(입도 번호)의 판정은 JIS-G-0551에 따라서, 결정립의 현출은 담금질 뜨임법(Gh)으로 실시하고, 판정은 표준도와의 비교로 하였다.

게다가, 스태빌라이저용 소재의 내구성(피로강도) 평가로서, 봉형상에서의 비틀림 피로시험을 실시하였다. 비틀림 피로시험에서는, 단면의 직경: 20mm인 봉을 각각의 성분의 강괴로부터 압연하여, 220mm 길이로 절단가공한 후, 표 2-1, 2-2에 나타낸 온도 조건에서 통전 가열 담금질·로 가열 뜨임을 실시하고, 공시체로 하였다. 그 시험편 중앙으로부터 양단면 방향으로 50mm씩, 합계 100mm 길이의 부분을 부식 시험과 동일의 건습 반복 조건인, <5% NaCl, 35℃>×8시간 + <50% RH, 35℃>×16시간 = 1 사이클로 해서, 합계 3 사이클 실시하고, 그 후 편단부 고정하고 편진동 비틀림 피로시험을 실시하였다. 평가로서는 반복하여 10만회 달성시의 최대 응력으로 평가하였다.

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 2-1]

[표 2-2]

표 1-1, 1-2, 2-1 및 2-2에 있어서, No.23~51은 화학성분, 구 오스테나이트 결정 입도 번호가 본 발명 범위 내의 강재이고, 인장강도가 1200MPa 이상의 고강도이며 또한 고인성을 가짐과 동시에, 부식감량이 1000(g/㎡) 미만으로서 내식성이 우수하다고 하는 결과가 얻어졌다. 또한, 피로 강도의 면에서는, 종래 재(材)인 No.22(JIS SUP9)보다도, 비틀림 피로 시험에 있어서 고강도인 것이 증명되었다.

이에 대해, 표 1-1에 있어서, 강 No.1~22는 화학성분에 있어서 본 발명의 범위 외의 강재이고, 이들 중 특히 강 No.22는 JIS SUP9의 성분조건으로 이루어진 것이다.

비교예 1은 C 함유량이 지나치게 낮기 때문에 인장강도가 758MPa로 되어, 소망의 강도가 얻어지지 않고, 피로 강도가 저하되었다.

비교예 2는 C 함유량이 0.36%로 지나치게 많기 때문에, 탄화물이 과잉으로 석출되어서 내식성 및 인성이 함께 떨어지고, 피로 강도도 저하된다고 하는 결과가 얻어졌다.

비교예 3은 Si 함유량이 0.64%로 지나치게 많아서, 인성이 열화하였기 때문에 피로 강도도 저하되었다.

비교예 4는 Mn 함유량이 지나치게 낮기 때문에 인장강도가 945MPa로 되어, 소망의 강도가 얻어지지 않고, 그 때문에 피로 강도가 저하되었다.

비교예 5는 Mn 함유량이 지나치게 높기 때문에 소망의 강도는 얻어졌으나, 인성이 떨어지고, 피로 특성이 저하되었다.

비교예 6은 P 첨가량이 지나치게 많기 때문에 인성이 떨어지고, 피로 강도가 저하되었다.

비교예 7은 S 첨가량이 지나치게 많기 때문에 인성과 내식성이 떨어지고, 피로 강도가 저하되었다.

비교예 8은 Cu 첨가량이 지나치게 적기 때문에 내식성이 떨어지고, 그 때문에 피로 시험편의 부식이 진행되었기 때문에 피로 강도가 저하되었다.

비교예 9는 Ni 첨가량이 지나치게 적기 때문에 내식성이 떨어지고, 그 때문에 피로 시험편의 부식이 진행되었기 때문에 피로 강도도 저하되었다.

비교예 10은 Cr 함유량이 지나치게 낮기 때문에 인장강도가 610MPa로 되어, 소망의 강도가 얻어지지 않고, 피로 강도가 저하되었다.

비교예 11은 Cr 함유량이 지나치게 높기 때문에 탄화물이 과잉으로 되어, 인성과 내식성이 함께 떨어지고, 피로 강도가 저하되었다.

비교예 12는 Mo 함유량이 지나치게 적기 때문에, 인성이 부족하고, 피로 강도가 저하되었다.

비교예 13은 sol. Al 함유량이 지나치게 적기 때문에, 탈산이 불충분하고 산화물이 과잉으로 되며, 인성과 내식성이 함께 저하되고, 부식의 진행과 산화물에 의한 응력 집중으로 피로 강도가 저하되었다.

비교예 14는 sol. Al 함유량이 지나치게 많은 경우로, Al₂O₃계의 산화물이나 AlN 등의 질화물이 과잉으로 되어, 인성과 내식성이 함께 저하되며, 피로 강도도 저하되었다.

비교예 15는 B 첨가량이 지나치게 적기 때문에, 담금질성이 저하되고 인장강도는 667MPa로 지나치게 낮아지기 때문에 피로 강도가 저하되었다.

비교예 16은 B를 첨가하고 있지 않으며, Mo도 첨가되어 있지 않기 때문에, 인성이 저하되고, 피로강도가 저하되었다.

비교예 17은 Ti 함유량이 지나치게 적어서, 인장강도는 1050MPa로 소망의 강도가 얻어지지 않았고, 또한 조직이 거칠어져서 인성도 저하되었고, 그 때문에 피로강도가 저하되었다.

비교예 18은 Ti 첨가량이 지나치게 많기 때문에, 탄질화물이 과잉으로 석출되어, 인성 저하와 내식성 열화를 야기했다. 그 때문에 피로 강도도 저하되었다.

비교예 19는 Nb 함유량이 지나치게 적기 때문에, 소망의 강도가 얻어지지 않고, 또한 결정립이 미세화되지 않았기 때문에 인성이 저하되었다.

비교예 20은 V 첨가량이 너무 적어서 소망의 강도가 얻어지지 않았고, 피로 강도가 저하되었다.

비교예 21은 Cu와 Ni의 각 첨가량은 본 발명의 범위 내이지만, 양자의 합계량이 지나치게 적어서, 내식성이 부족하고, 그 때문에 피로 강도도 저하되었다.

비교예 22는 스태빌라이저용으로서 종래부터 사용되고 있는 JIS SUP9의 예이지만, 화학성분이 본 발명 범위 외로 되기 때문에, 인성과 내식성, 게다가 비틀림 피로성에 있어서, 본 발명에 비해 떨어졌다.

(실시예 2)

표 3은 결정 입도의 영향을 나타낸 실시예의 결과를 기재하고 있다.

강 No.49를 사용해서 성형 후의 담금질 온도를 조정함으로써, 구 오스테나이트 입도(입도 번호)가 다른 시험편을 제작하였다. 또한 그 외 실시조건은 실시예 1과 동일하다.

[표 3]

동표에 나타낸 대로, 발명예 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, 2-5 및 2-6은 결정 입도를 본 발명 범위로 한 것으로, 강도·인성도 같이 우수하며, 높은 피로 특성이 얻어졌다.

이에 대해서, 비교예 2-1은 구 오스테나이트 결정 입도 번호가 본 발명 범위 보다 크고, 결정립이 미세하기 때문에, 담금질성이 저하되어서 인장강도가 낮아지고, 피로 강도가 저하되었다.

또한, 비교예 2-2는 구 오스테나이트 결정 입도 번호가 본 발명 범위보다 작고, 결정립이 거칠고 크기 때문에, 인성이 열화하고, 피로 강도가 저하되었다.

또, 비교예 2-3은 결정립이 혼립(混粒)으로 되어 있어, 인성이 열화하고, 피로 강도가 저하되었다.

Claims

질량%로,
C: 0.21~0.35%,
Si: 0.60% 이하(0% 제외),
Mn: 0.30~1.50%,
P: 0.035% 이하,
S: 0.035% 이하,
Cu: 0.05~0.35%,
Ni: 0.03~0.15%,
Cr: 0.05~0.80%,
Mo: 0.003~0.050%,
sol.Al: 0.005~0.080% 및
B: 0.0005~0.0100%를 함유하고,
또한, Cu량+Ni량이 0.15% 이상이며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강으로서,
물 담금질한 후의 결정 입도가 구(舊) 오스테나이트 결정 입도 번호로 7.5~10.5의 범위인, 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저용 강.
제1항에 있어서,
상기 강에 대해서, 질량%로,
Ti: 0.005~0.050%,
V: 0.005~0.050% 및
Nb: 0.005~0.050%
중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유한, 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저용 강.
차량용 스태빌라이저를 제작할 때, 제1항 또는 제2항에 따른 스태빌라이저용 강을 사용하여, 그 강을 봉강(棒鋼) 또는 선재(線材)로 압연한 후, 냉간으로 스태빌라이저 형상으로 성형하고, [오스테나이트 온도+50℃] 이상 1050℃ 미만의 범위까지 가열한 후, 그대로 물 담금질하고, 물 담금질 후의 결정 입도를 구 오스테나이트 결정 입도 번호로 7.5~10.5의 범위로 하는, 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저의 제조방법.
차량용 스태빌라이저를 제작할 때, 제1항 또는 제2항에 따른 스태빌라이저용 강을 사용하여, 그 강을 봉강 또는 선재로 압연한 후, [오스테나이트 온도+50℃] 이상 1050℃ 미만의 범위까지 가열해서 스태빌라이저 형상으로 성형한 후, 그대로 물 담금질하고, 물 담금질 후의 결정 입도를 구 오스테나이트 결정 입도 번호로 7.5~10.5의 범위로 하는, 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저의 제조방법.
차량용 스태빌라이저를 제작할 때, 제1항 또는 제2항에 따른 스태빌라이저용 강을 사용하여, 그 강을 봉강 또는 선재로 압연한 후, [오스테나이트 온도+50℃] 이상 1250℃ 이하의 범위까지 가열해서 스태빌라이저 형상으로 성형한 후, 상온까지 공냉으로 냉각한 후에, 다시 [오스테나이트 온도+50℃] 이상 1050℃ 미만의 범위로 재가열을 한 후, 그대로 물 담금질하고, 물 담금질 후의 결정 입도를 구 오스테나이트 결정 입도 번호로 7.5~10.5의 범위로 하는, 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저의 제조방법.
제3항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 결정 입도를 구 오스테나이트 결정 입도 번호로 7.5~10.5의 범위로 한 스태빌라이저에 대해서, 숏피닝(shot peening) 처리, 숏블라스트(shot blast) 처리, 도금 처리 및 베이킹 처리 중에서 선택된 1종 이상을 더 실시하는, 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저의 제조방법.
제3항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 제조방법을 이용하여 제조하는 고강도이며 내식성이 우수한 스태빌라이저.