KR20170008627A - 랙바용 강재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 구현예는 탄소(C) : 0.40 중량% 내지 0.50 중량%, 실리콘(Si) : 0.10 중량% 내지 0.50 중량%, 망간(Mn) : 0.50 중량% 내지 1.50 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) 0.03 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.01 중량% 내지 0.30 중량%, 니켈(Ni) : 0.01 중량% 내지 0.20 중량%, 크롬(Cr) : 0.01 중량% 내지 0.20 중량%, 산소(O) : 0.001 중량% 내지 0.003 중량%, 질소(N) : 0.001 중량% 내지 0.01 중량% 및 잔부의 철(Fe)을 함유하는 합금조성을 포함하며, 850℃ 내지 950℃에서 퀀칭한 후 500℃ 내지 750℃에서 탬퍼링 시, 인발에 의해 발생하는 밴딩의 방향이 외측인 조질강 랙바용 강재에 관한 것이다.

Description

랙바용 강재 및 이의 제조 방법{STEEL FOR RACK BAR AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 랙바용 강재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 구조부품에 주로 사용되는 랙바용 강재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 운전자의 조작력을 차량의 조향력으로 변환시키는 스티어링 시스템이 설치된다. 이러한 스티어링 시스템(steering system)은 차량 내부에 설치되어 운전자가 조작하는 스티어링 휠(steering wheel), 스티어링 휠과 연결되어 회전하는 스티어링 컬럼(steering column), 그리고 스티어링 컬럼의 회전력을 차량의 조향력으로 변환하는 스티어링 기어(steering gear) 장치를 포함한다.

이 중 스티어링 기어 장치는 스티어링 컬럼으로부터 전달되는 회전력으로 회전되는 유압 밸브, 이 유압 밸브에 유압을 공급하는 유압 펌프, 유압 밸브와 연결되어 동시에 회전하는 피니언(pinion), 피니언과 맞물려 길이 방향으로 이동하는 랙바, 랙바를 감싸며 랙바의 이동을 가이드 하는 랙바 하우징, 그리고 유압 밸브에서 공급된 유체에 의해 움직이고 랙바의 일측에 형성되어 조향력을 배가시키는 피스톤을 포함할 수 있다.

이와 관련된 선행기술로는 한국공개특허공보 2015-0006345호가 있다.

본 발명의 하나의 목적은 냉간 가공성이 우수하고, 최종 기계부품에 고강도를 부여할 수 있으며, 인발 후 밴딩 발생량이 적고, 밴딩이 외측으로 형성되어 교정에 의한 재활용이 가능한 조질강 랙바용 강재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 구현예는 탄소(C) : 0.40 중량% 내지 0.50 중량%, 실리콘(Si) : 0.10 중량% 내지 0.50 중량%, 망간(Mn) : 0.50 중량% 내지 1.50 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) 0.03 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.01 중량% 내지 0.30 중량%, 니켈(Ni) : 0.01 중량% 내지 0.20 중량%, 크롬(Cr) : 0.01 중량% 내지 0.20 중량%, 산소(O) : 0.001 중량% 내지 0.003 중량%, 질소(N) : 0.001 중량% 내지 0.01 중량% 및 잔부의 철(Fe)을 함유하는 합금조성을 포함하며, 850℃ 내지 950℃에서 퀀칭한 후 500℃ 내지 750℃에서 탬퍼링 시, 인발에 의해 발생하는 밴딩의 방향이 외측인 조질강 랙바용 강재에 관한 것이다.

상기 랙바용 강재는 밴딩량이 +0.2 mm 내지 +0.8mm일 수 있다.

상기 랙바용 강재는 인장강도가 890 MPa 내지 1200 MPa이고, 연신율이 15% 내지 20%이며, 상온 충격강도가 15J 내지 20J일 수 있다.

상기 랙바용 강재는 템퍼리드 마르텐사이트 조직을 85% 내지 95%의 분율로 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예는 탄소(C) : 0.40 중량% 내지 0.50 중량%, 실리콘(Si) : 0.10 중량% 내지 0.50 중량%, 망간(Mn) : 0.50 중량% 내지 1.50 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) 0.03 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.01 중량% 내지 0.30 중량%, 니켈(Ni) : 0.01 중량% 내지 0.20 중량%, 크롬(Cr) : 0.1 중량% 내지 0.2 중량%, 산소(O) : 0.001 중량% 내지 0.003 중량%, 질소(N) : 0.001 중량% 내지 0.01 중량% 및 잔부의 철(Fe)을 함유하는 합금조성을 포함하는 강재 제조하는 단계; 상기 강재를 850℃ 내지 950℃에서 퀀칭하는 단계; 상기 퀀칭된 강재를 500℃ 내지 750℃에서 템퍼링하는 단계; 및 상기 템퍼링된 강재를 인발하는 단계;를 포함하고, 상기 인발하는 단계는 인발 감면율을 1% 내지 8%로 제어하는 것을 포함하며, 강재의 제조 방법은 밴딩의 방향을 외측으로 제어하는 것을 포함하는 랙바용 강재의 제조 방법에 관한 것이다.

상기 랙바용 강재의 제조방법은 강재의 밴딩량을 +0.2 mm 내지 +0.8 mm로 제어하는 것을 포함할 수 있다.

상기 랙바용 강재의 제조방법은 랙바용 강재를 교정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명은 냉간 가공성이 우수하고, 최종 기계부품에 고강도를 부여할 수 있으며, 인발 후 밴딩 발생량이 적고, 밴딩이 외측으로 형성되어 교정에 의한 재활용이 가능한 조질강 랙바용 강재 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 랙바용 강재의 제조방법을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 랙바용 강재로 제조된 랙바를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 랙바용 강재로 제조된 랙바의 단면을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 밴딩량 평가 방법을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1의 랙바용 강재의 밴딩방향을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 비교예 1의 랙바용 강재의 밴딩방향을 간략하게 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 일 구현예는 탄소(C) : 0.40 중량% 내지 0.50 중량%, 실리콘(Si) : 0.10 중량% 내지 0.50 중량%, 망간(Mn) : 0.50 중량% 내지 1.50 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) 0.03 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.01 중량% 내지 0.30 중량%, 니켈(Ni) : 0.01 중량% 내지 0.20 중량%, 크롬(Cr) : 0.01 중량% 내지 0.20 중량%, 산소(O) : 0.001 중량% 내지 0.003 중량%, 질소(N) : 0.001 중량% 내지 0.01 중량% 및 잔부의 철(Fe)을 함유하는 합금조성을 포함하며, 850℃ 내지 950℃에서 퀀칭한 후 500℃ 내지 750℃에서 탬퍼링 시, 발생하는 밴딩의 방향이 외측인 조질강 랙바용 강재에 관한 것이다.

이를 통해, 냉간 가공성이 우수하고, 최종 기계부품에 고강도 및 우수한 피로강도를 부여할 수 있으며, 인발 후 밴딩 발생량이 적고, 밴딩이 외측으로 형성되어 교정에 의한 재활용이 가능한 조질강 랙바용 강재 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

도 2 및 도 3은 일 구현예의 조질강 랙바용 강재를 이용해 제조된 스티어링 기어 장치용 랙바 및 이의 단면을 도시한다. 상기 랙바는 성형부(101)을 포함하며, 요철형상의 성형부(101)를 이용하여 조향장치로부터 전달되는 운동을 랙바에 전달하여 방향을 조절한다. 예를 들면 랙바용 강재는 인발하여 적절한 크기로 제조한 뒤 절삭 및 냉간단조하여 성형부(101)가 형성된 랙바로 제조될 수 있다. 상기 랙바는 제조 공정 중 형상적인 특징에 의해 성형부(101)와 그 외의 부분의 인장응력이 다르게 작용하여 밴딩이 발생할 수 있다.

본 발명 일 실시예의 조질강 랙바용 강재는 퀀칭 및 탬퍼링한 후, 인발에 의해 발생하는 밴딩의 방향이 외측인 것을 특징으로 한다.

일반적으로 강재의 시편만으로는 랙바의 제조 시 밴딩의 방향을 예측하기 어렵다. 본 발명 일 실시예의 조질강 랙바용 강재는 합금성분 및 이들의 함량을 제어 하고, 열간압연, 퀀칭 및 템퍼링 조건을 제어함으로써, 밴딩량을 저감할 뿐만 아니 밴딩의 방향을 외측방향으로 제어할 수 있다. 이러한 경우, 랙바의 최종제품으로 제조 시 불량 발생률을 저감할 수 있고, 추가적인 교정이 가능하여 제품의 생산성을 더욱 향상할 수 있다.

본 명세서에서 「밴딩 방향」은 강재 시편의 일면에 기계구조의 형상을 절삭한 후, 상기 강재 시편의 가로축을 기준으로 절삭된 면의 방향을 내측, 음(-)의 방향으로 정하고, 절삭되지 않은 다른 면의 방향을 외측, 양(+)의 방향으로 정하여 평가한다.

일 실시예에서 상기 랙바용 강재의 밴딩량은 +0.2 mm 내지 +0.8 mm일 수 있다. 상기 (+)기호는 외측방향을 의미한다.

본 명세서에서, 랙바용 강재의 밴딩량은 랙바용 강재를 최종부품으로 제조한 후의 발생하게 되는 밴딩의 정도를 미리 파악하기 위하여, 랙바용 강재의 시편을 제조한 뒤 상기 시편에 하여 측정한다.

구체적으로, 시편을 제조한 뒤 중앙을 절삭하고, 850℃ 내지 950℃에서 퀀칭한 후 500℃ 내지 750℃에서 탬퍼링한 후, 이의 밴딩량을 측정한다. 예를 들면, 상기 강재 시편은 직경 30 mm 및 길이 200 mm의 시편에 대하여 측정한다. 상기 시편은 직경의 중심을 기준으로 길이의 50%에 해당하는 지점을 절삭한 후, 950℃ 내지 950℃에서 퀀칭 및 500℃ 내지 750℃에서 탬퍼링하여 발생하는 밴딩의 양을 측정한다.

더욱 구체적으로, 도 3을 참고하면 검정색으로 표시된 부분은 시편의 절삭부(301)를 의미한다. 절삭부의 길이는 시편의 길이의 50%이며, 절삭되는 부분(301)의 두께는 시편의 직경의 1% 내지 3%로 제어한다.

도 4는 후술하는 본원발명 실시예 1의 강재 시편의 밴딩이 외측(양의 방향)으로 발생한 경우의 도면이고, 도 5는 후술하는 비교예 1의 강재 시편의 밴딩이 내측(음의 방향)으로 발생한 경우의 도면이다. 이때, 밴딩량은 시편에서 밴딩이 발생하지 않은 부분의 위치를 기준점 0 (B0)으로 하여, 시편에서 밴딩이 발생한 말단 끝부분의 위치(B1)를 측정한다.

더욱 구체적으로, 밴딩량은 하기 식 1에 의해 측정될 수 있다.

<식 1>

밴딩량 (mm) = (B1 - B0)

상기 식 1에서 B0는 밴딩이 발생하지 않은 부분의 위치이고, B1은 시편에서 밴딩이 발생한 말단 부분의 위치이다.

일 실시예의 랙바용 강재는 이와 같이 강재 시편에 대해 밴딩량을 측정하고, 합금설계, 압연 조건 제어 및 후처리 조건의 제어를 통해 상기 밴딩량을 조절함으로써 공정의 정밀도 및 불량 발생률을 더악 향상시킬 수 있다.

상기 랙바용 강재는 인장강도가 890 MPa 내지 1200 MPa이고, 연신율이 15% 내지 20%이며, 상온 충격강도가 15J 내지 20J일 수 있다. 이러한 경우, 강재는 스티어링 기어 부품 등에 적용하기에 우수한 냉간 성형성, 내마모성 및 내충격성을 구현할 수 있다.

상기 랙바용 강재는 템퍼리드 마르텐사이트 조직을 85% 내지 95%의 분율로 포함할 수 있다. 이러한 경우, 강재는 우수한 냉간 성형성과 강도를 동시에 구현할 수 있다. 상기 미세조직의 분율은 동일 기술 분야에서 통상적으로 측정하는 방법에 따라 미세조직 단면을 촬영한 뒤, 얻어진 이미지로부터 각 조직의 분율(%)을 측정하는 방법일 수 있다.

이하, 본 발명 실시예들에 따른 조질강 랙바용 강재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 발명의 조질강 랙바용 강재는 후술하는 합금조성을 통해 밴딩량을 더욱 저감하고, 열처리 공정(퀀칭 및 템퍼링) 및 인발 공정에 의해 발생하는 밴딩의 방향을 외측으로 제어하며 및 밴딩정도를 더욱 저감할 수 있다.

탄소(C)

일 실시예에서, 탄소(C)는 강의 소입성을 높여 강도 증가에 기여하는 동시에, 냉간단조 이전의 강재의 가공성을 향상시키는 역할을 한다.

구체적으로, 탄소는 랙바용 강재 전체 중량의 0.40 중량% 내지 0.50 중량%의 함량으로 첨가된다. 탄소 첨가량이 0.40 중량% 미만인 경우, 소입성이 저하되어 냉간단조 이후 원하는 강도를 확보하기 어렵다. 반대로, 탄소 첨가량이 0.50 중량%를 초과하는 경우, 인성 및 가공성이 낮아져 냉간단조 성형 시 취성이 발생할 수 있다.

실리콘(Si)

일 실시예에서, 실리콘(Si)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다. 또한, 강재의 냉간압연에 의해 중 페라이트 내에 고용되어 모재의 강도를 강화할 수 있다. 또한, 입실론 카바이드 석출물을 안정화시켜 최종제품의 피로특성 및 영구변형저항성을 향상시킨다.

구체적으로, 실리콘은 랙바용 강재 전체 중량의 0.10 중량% 내지 0.50 중량%로 첨가된다. 실리콘의 첨가량이 0.10 중량% 미만일 경우 실리콘 첨가에 따른 강도 향상 효과가 불충분하다. 반대로 실리콘의 첨가량이 0.50 중량%를 초과할 경우 냉간단조 후 마르텐사이트-잔류오스테나이트의 혼합조직이 발생할 수 있다.

망간(Mn)

일 실시예에서, 망간(Mn)은 강재의 강도 및 인성을 증가시키고, 냉간단조 이후의 소입성을 증가시키는 원소로 작용한다. 망간의 첨가는 탄소를 첨가하는 경우보다 강도 상승에 대한 연성의 저하가 적다. 또한, 망간은 재가열온도에서의 고용강화 효과가 우수하다.

구체적으로, 망간은 랙바용 강재 전체 중량의 0.50 중량% 내지 1.50 중량%로 첨가된다. 망간이 첨가량이 0.50 중량% 미만일 경우, 냉간단조 이후의 소입성 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 망간의 첨가량이 1.50 중량%를 초과하는 경우, MnS계 비금속개재물을 과다하게 생성하여, 냉간단조시 취성이 높아지고, 인성이 저하될 수 있다.

인(P)

일 실시예에서, 인(P)은 강도 향상에 일부 기여한다. 그러나 인은 강판 제조 시 편석 가능성이 큰 원소로서, 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.

구체적으로, 인의 함량은 랙바용 강재 전체 중량의 0.01 중량% 내지 0.03 중량%로 제한한다. 이를 통해, 미세 편석의 형성을 방지하여 랙바용 강재의 가공 후 물성을 더욱 향상시킬 수 있다.

황(S)

일 실시예에서, 황(S)은 망간과 결합하여 MnS 와 같은 비금속개재물을 형성하고, 저융점 원소로서 입계 편석 가능성이 높아 인성을 저하시키는 요소이다.

구체적으로, 본 발명에서는 황의 함량을 랙바용 강재 전체 중량의 0.01 중량% 내지 0.03 중량%로 제한한다. 이를 통해, 유화물의 형성을 방지하여 랙바용 강재의 가공 후 물성을 더욱 향상시킬 수 있다.

구리(Cu)

일 실시예에서, 구리(Cu)는 강재의 강도 상승 및 인성 개선에 유효한 원소이다. 또한, 구리(Cu)는 실리콘(Si) 및 망간(Mn)과 함께 일정한 함량 조절을 통해 강재의 고용강화 효과에 기여한다.

구체적으로, 구리(Cu)는 랙바용 강재 전체 중량의 0.01 중량% 내지 0.30 중량%로 첨가된다. 구리(Cu)의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 소재의 강도향상이 충분하지 않고, 부식피트가 과도하게 생성될 수 있다. 구리(Cu)의 함량이 0.30 중량%를 초과할 경우에는 냉간단조 성형 시 표면에 균열을 유발시켜 표면품질을 저하시킬 수 있으며, 표면 농화를 유발할 수도 있다.

니켈(Ni)

일 실시예에서, 니켈(Ni)은 결정립을 미세화하고 오스테나이트 및 페라이트에 고용되어 기지를 강화시킨다. 특히, 니켈(Ni)은 저온 충격인성을 향상시키는데 효과적인 원소이므로, 냉간단조 시 가공성을 향상시킬 수 있다. 또한, 니켈(Ni)은 전술한 구리(Cu)에 의해 발생하는 화합물의 녹는점을 높여 농화를 방지할 수 있다.

구체적으로, 니켈(Ni)은 랙바용 강재 전체 중량의 0.01 중량% 내지 0.20 중량%로 첨가된다. 니켈(Ni)의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 소재의 강도향상 효과 및 인성제어 효과가 충분하지 않을 수 있다. 니켈(Ni)의 함량이 0.20 중량%를 초과할 경우에는 냉간단조 성형 시 표면에 균열을 유발시켜 표면품질을 저하시킬 수 있으며, 최종제품에 취성이 발생할 수 있다.

크롬(Cr)

일 실시예에서, 크롬(Cr)은 페라이트를 안정화하여 강재의 연신율을 향상시키며, 강재의 경화능 및 강도 향상에 기여하는 원소이다. 또한, 크롬(Cr)은 최종제품의 영구변형저항성을 향상시키는데 중요한 작용을 한다.

구체적으로, 크롬은 본 발명에 따른 랙바용 강재 전체 중량의 0.01 중량% 내지 0.20 중량%로 첨가된다. 크롬의 첨가량이 0.01 중량% 미만일 경우, 냉간단조 이후의 강도향상 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬의 첨가량이 0.02 중량%를 초과하는 경우, 부식피트가 과도하게 발생할 수 있으며, 강도와 연성의 균형이 깨질 수 있다.

질소(N)

일 실시예에서, 질소(N)는 질화물을 형성하여 오스테나이트 결정입도를 세립화하고, 강재의 강도 및 저온인성을 향상시킬 수 있다. 이러한 경우, 강재의 냉간성형성을 향상시키면서도 냉간단조 이후의 강도를 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 질소(N)는 랙바용 강재 전체 중량의 0.001 중량% 내지 0.01 중량%의 함량으로 첨가된다. 질소(N)의 함량이 전체 중량의 0.001 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 질소(N)의 함량이 전체 중량의 0.01 중량%를 초과할 경우에는 석출물이 조대화되어 피로특성이 저하될 수 있다.

산소(O)

일 실시예에서, 산소(O)는 질화물을 형성하여 오스테나이트 결정입도를 세립화하고, 강재의 강도 및 저온인성을 향상시킬 수 있다. 이러한 경우, 강재의 냉간성형성을 향상시키면서도 냉간단조 이후의 강도를 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 산소(O)는 랙바용 강재 전체 중량의 0.001 중량% 내지 0.003 중량%의 함량으로 첨가된다. 질소(N)의 함량이 전체 중량의 0.001 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 질소(N)의 함량이 전체 중량의 0.003 중량%를 초과할 경우에는 석출물이 조대화되어 피로특성이 저하될 수 있다.

일 실시예의 랙바용 강재는 칼슘(Ca) 및 마그네슘(Mg) 중 1종 이상의 성분을 추가로 포함할 수 있다.

칼슘(Ca)

일 실시예에서, 칼슘(Ca)은 강재의 인성 및 가공성을 향상시키는 역할을 한다.

구체적으로, 칼슘은 랙바용 강재 전체 중량의 0.001 중량% 내지 0.01 중량%로 첨가될 수 있다. 상기 범위에서, 가공성 향상효과가 더욱 우수할 수 있다.

마그네슘(Mg)

일 실시예에서, 마그네슘은 강재의 인성 및 가공성을 향상시키는 역할을 한다.

구체적으로, 마그네슘은 랙바용 강재 전체 중량의 0.001 중량% 내지 0.01 중량%로 첨가될 수 있다. 상기 범위에서, 가공성 향상효과가 더욱 우수할 수 있다.

일 실시예의 랙바용 강재는 전술한 합금 조성을 만족하는 합금원소들을 함유하며, 나머지는 실질적으로 철(Fe) 및 불가피한 원소들을 포함한다. 상기 불가피한 원소들은 원료, 자재, 제조설비 등의 상황에 따라 함유되는 원소로서, 강판의 특성을 과도하게 해치지 않는 범위에서 불순물로서 일부 혼입될 수 있다.

본 발명의 다른 구현예는 전술한 랙바용 강재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 랙바용 강재의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 이를 참조하여, 본 발명 실시예들의 랙바용 강재의 제조 방법을 구체적으로 설명한다.

도 1을 참조하면, 도시된 조질강 랙바용 강재 제조 방법은 전술한 합금조성에 따른 강재를 제조하는 단계; 상기 강재를 850℃ 내지 950℃에서 퀀칭하는 단계; 상기 퀀칭한 강재를 500℃ 내지 750℃에서 템퍼링하는 단계; 및 상기 템퍼링된 강재를 인발하는 단계;를 포함하고, 상기 인발하는 단계는 인발 감면율을 1% 내지 8%로 제어하는 것을 포함하고, 밴딩의 방향을 외측으로 제어하는 것을 포함한다.

상기 강재를 제조하는 단계는 예를 들면, 재가열 공정, 열간압연 공정, 권취 및 냉각 공정을 포함할 수 있다. 이때, 재가열 공정은 반드시 수행되어야 하는 것은 아니나, 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위해 수행될 수 있다.

재가열 공정에서는 전술한 조성을 갖는 강편을 제조한 뒤 재가열한다. 이러한 강편의 재가열을 통하여, 주조 시 편석된 성분이 재고용될 수 있다. 구체적으로 강편의 재가열 공정은 950℃ 내지 1100℃의 재가열 온도(Slab Reheating Temperature; SRT)에서 대략 1 시간 내지 3 시간 동안 수행할 수 있다. 상기 재가열 온도가 950℃ 미만일 경우에는 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하고, 압연 부하가 커질 수 있다. 반대로, 재가열 온도가 1100℃를 초과할 경우에는 탈탄이 과도하게 발생할 수 있다. 또한, 오스테나이트 결정입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 수 있으며, 과도한 가열 공정으로 인하여 조질강 랙바용 강재의 제조 비용이 상승할 수 있다.

열간압연 공정에서는 재가열 후 열간압연한다. 구체적으로, 열간압연 시 마무리 압연온도는 780℃ 내지 850℃일 수 있다. 마무리 압연 온도가 780℃를 초과할 경우 탈탄이 발생하거나 조대화된 결정립으로 인한 펄라이트 핵생성이 지연되고 코일링 온도와의 편차가 증가하여 온도 제어성이 떨어질 수 있다. 반대로, 마무리 온도가 850℃ 미만으로 너무 낮으면, 압연 부하가 많이 걸리게 된다.

권취 공정에서는 열간압연 후 강편을 레잉 헤드(Laying Head)를 통과시켜 권취한다. 구체적으로, 빌렛을 레잉 헤드에 통과시켜 권취하는 온도는 750℃ 내지 830℃에서 수행할 수 있다. 상기 레잉 헤드에서의 권취 온도를 상기 범위로 제어하는 경우, 오스테나이트로부터 펄라이트 조직으로 상변태되는 정도를 조절하기에 유리할 수 있다.

냉각 공정에서는 권취 후 강편을 냉각한다. 구체적으로, 레잉 헤드를 통과시켜 권취한 후, 평균냉각속도는 5℃/s 이하, 예를 들면, 0.3℃/s 내지 5℃/s로 제어하면서 냉각한다. 이를 통해, 강재의 미세조직의 결정립 크기 및 미세조직 분율을 조절할 수 있다.

상기와 같은 방법으로 강재를 제조하는 경우, 후술하는 퀀칭 및 템퍼링 후 발생하는 강재 시편의 밴딩량을 +0.2 mm 내지 +0.8 mm로 제어할 수 있다.

일 실시예의 랙바용 강재의 제조방법은 강재를 제조한 후, 850℃ 내지 950℃에서 퀀칭하는 단계를 포함한다. 이를 통해 최종 제품의 밴딩량을 더욱 저감하고, 랙바용 강재의 인장강도 890 MPa 내지 1200 MPa, 연신율 15% 내지 20% 및 상온 충격강도 15J 내지 20J의 범위를 만족하도록 제어할 수 있다.

일 실시예의 랙바용 강재의 제조방법은 상기 퀀칭한 강재를 500℃ 내지 750℃에서 템퍼링하는 단계를 포함한다. 이를 통해 최종 제품의 밴딩량을 더욱 저감하고, 랙바용 강재의 인장강도 890 MPa 내지 1200 MPa, 연신율 15% 내지 20% 및 상온 충격강도 15J 내지 20J의 범위를 만족하도록 제어할 수 있다.

일 실시예의 랙바용 강재의 제조 방법은 상기와 같은 방법으로 퀀칭 및 템퍼링한 후 밴딩량을 측정하는 것을 포함할 수 있다. 상기 밴딩량 측정방법은 전술한 밴딩량 측정 방법 및 후술하는 실시예에 기재된 밴딩량 측정 방법과 동일하게 수행된다.

일 실시예의 랙바용 강재의 제조방법은 상기 템퍼링된 강재를 인발하는 단계를 포함한다. 상기 인발하는 단계는 인발 감면율을 1% 내지 8%로 제어하는 것을 포함한다. 이러한 경우, 최종 랙바 제품의 제조 시 밴딩의 방향을 외측으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라 밴딩의 발생량을 더욱 저감할 수 있다.

이를 통해 본 발명의 랙바용 강재 제조방법은 불량의 발생률이 적고, 냉간성형성이 우수하면서도, 밴딩이 외측으로 발생하여 교정이 가능한 랙바용 강재를 제공할 수 있다.

일 실시예의 랙바용 강재 제조방법은 상기와 같이 인발된 강재를 교정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 교정방법은 특별히 제한되지 않고, 일반적으로 동일 기술분야에 사용되는 방법에 의해 수행될 수 있다. 이러한 경우, 외측으로 발생한 밴딩을 교정함으로써 불량의 발생률을 더욱 저감하고, 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.

실시예

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.

이하에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 강재의 제조

하기 표 1에 표시된 합금조성에 따라 블룸을 제조한 뒤, 이를 1150℃ 내지 1250℃의 온도범위에서 빌렛으로 압연하였다.

이와 같이 제조된 빌렛을 재가열 온도 950℃~1100℃, 마무리압연 온도(입측온도) 780℃~850℃, 권취온도 750℃~830℃의 조건으로 열간압연한 후, 0.3℃/s~5℃/s의 평균속도로 냉각하였다.

상기와 같은 방법으로 실시예 1 및 비교예 1 내지 2의 강재를 제조하였다.

구분	단위 : 중량%								단위 : ppm
	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Cu	O	N
실시예 1	0.45	0.24	0.90	0.01	0.05	0.06	0.10	0.10	15	80
비교예 1	0.35	0.10	0.40	0.03	0.10	0.06	0.20	0.30	30	100
비교예 2	0.55	0.10	0.50	0.03	0.10	0.20	0.20	0.30	30	100

2. 강재의 후공정 처리 및 물성평가

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제작한 강재를 가열온도 850℃, 40min 으로 오일 퀀칭을 실시하였고, 580℃, 80min 으로 템퍼링 처리한 후 인장강도, 연신율, 상온 충격강도 및 밴딩량을 측정하였다. 그 결과는 표 2에 나타내었다.

	밴딩량(㎜)	인장강도 (Mpa)	연신율 (%)	상온 충격강도(J)
실시예 1	+ 0.2	890	15	20
비교예 1	- 0.4	920	10	15
비교예 2	- 0.2	900	13	18

3. 최종제품의 불량발생 평가

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제작한 강재를 가열온도 850℃, 40min 으로 오일 퀀칭을 실시하였고, 580℃, 80min 으로 템퍼링 처리한 후, 표 3에 표시된 바와 감면율을 조절하여 인발하였다. 이 후, 동일한 조건으로 최종 제품으로 성형한 뒤 불량발생 유무를 평가하였다. 결과는 하기 표 3에 나타내었다.

<평가 기준>

불량 : 최종제품에 밴딩이 내측으로 발생하여 교정이 불가능함.

적합 : 최종제품에 밴딩이 발생하기 않거나, 밴딩이 외측으로 발생하여 교정됨.

구분	감면율	불량 평가
실시예 1	0.08	적합
비교예 1	0.17	불량
비교예 2	0.1	불량

S100: 강재 제조 단계
S200: 퀀칭 및 템퍼링 단계
S300: 인발 단계

Claims (8)

1. 탄소(C) : 0.40 중량% 내지 0.50 중량%, 실리콘(Si) : 0.10 중량% 내지 0.50 중량%, 망간(Mn) : 0.50 중량% 내지 1.50 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) 0.03 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.01 중량% 내지 0.30 중량%, 니켈(Ni) : 0.01 중량% 내지 0.20 중량%, 크롬(Cr) : 0.01 중량% 내지 0.20 중량%, 산소(O) : 0.001 중량% 내지 0.003 중량%, 질소(N) : 0.001 중량% 내지 0.01 중량% 및 잔부의 철(Fe)을 함유하는 합금조성을 포함하며, 850℃ 내지 950℃에서 퀀칭한 후 500℃ 내지 750℃에서 탬퍼링한 후, 인발에 의해 발생하는 밴딩의 방향이 외측인 조질강 랙바용 강재.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 랙바용 강재는 밴딩량이 +0.2 mm 내지 +0.8mm인 랙바용 강재.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 랙바용 강재는 인장강도가 890 MPa 내지 1200 MPa이고, 연신율이 15 내지 20%이며, 상온 충격강도가 15J 내지 20J인 랙바용 강재.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 랙바용 강재는 템퍼리드 마르텐사이트 조직을 85% 내지 95%의 분율로 포함하는 랙바용 강재.
   
5. 탄소(C) : 0.40 중량% 내지 0.50 중량%, 실리콘(Si) : 0.10 중량% 내지 0.50 중량%, 망간(Mn) : 0.50 중량% 내지 1.50 중량%, 인(P) : 0.03 중량% 이하, 황(S) 0.03 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.01 중량% 내지 0.30 중량%, 니켈(Ni) : 0.01 중량% 내지 0.20 중량%, 크롬(Cr) : 0.1 중량% 내지 0.2 중량%, 산소(O) : 0.001 중량% 내지 0.003 중량%, 질소(N) : 0.001 중량% 내지 0.01 중량% 및 잔부의 철(Fe)을 함유하는 합금조성을 포함하는 강재를 제조하는 단계;
   상기 강재를 850℃ 내지 950℃에서 퀀칭하는 단계;
   상기 퀀칭하는 단계 후 500℃ 내지 750℃에서 템퍼링하는 단계; 및
   상기 템퍼링된 강재를 인발하는 단계;를 포함하고,
   상기 인발하는 단계는 인발 감면율을 1% 내지 8%로 제어하는 것을 포함하고, 강재의 밴딩의 발생 방향을 외측으로 제어하는 것을 포함하는 랙바용 강재의 제조 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 랙바용 강재는 밴딩량을 +0.2 mm 내지 +0.8 mm로 제어하는 것을 포함하는 랙바용 강재의 제조방법.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 랙바용 강재는 인장강도가 890 MPa 내지 1200 MPa이고, 연신율이 15 내지 20%이며, 상온 충격강도가 15J 내지 20J인 랙바용 강재의 제조방법.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 랙바용 강재를 교정하는 단계를 추가로 포함하는 랙바용 강재의 제조방법.

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