KR20180026014A - Steel wire rod having excellent hydrogen embrittlement resistance for high strength spring, and method for manufacturing the same - Google Patents

Steel wire rod having excellent hydrogen embrittlement resistance for high strength spring, and method for manufacturing the same Download PDF

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Abstract

One aspect of the present invention relates to a steel material for a high-strength spring, having excellent hydrogen embrittlement resistance. The steel material for a high-strength spring comprises 0.45 to 0.60 wt% of C, 0.30 to 0.80 wt% of Mn, 1.40 to 1.80% of Si, less than or equal to 0.015 wt% of P, less than or equal to 0.015 wt% of S; 0.2 to 0.7 wt% of Cr, 0.05 to 0.25 wt% of Mo, 0.05 to 0.20 wt% of V, and the remainder consisting of Fe and other inevitable impurities. The steel material for a high-strength spring has the degree of grain refinement of prior austenite greater than or equal to 10, and comprises (V, Mo)C carbide, wherein the (V, Mo)C carbide has an average size in the range of 10 to 40 nm measured as a circle-equivalent diameter.

Description

수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재 및 그 제조방법{STEEL WIRE ROD HAVING EXCELLENT HYDROGEN EMBRITTLEMENT RESISTANCE FOR HIGH STRENGTH SPRING, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a steel material for high-strength springs excellent in hydrogen embrittlement resistance and a method for manufacturing the steel material. [0002]

본 발명은 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a high strength spring steel material excellent in hydrogen embrittlement resistance and a method for manufacturing the same.

최근, 화석연료 특히 석유연료의 사용량이 급증하면서 상기 석유연료를 연소시킴으로써 발생하는 오염원에 의한 대기오염의 심각성이 전세계적으로 대두되었고, 석유연료에 의한 해악을 회피하기 위하여 가급적이면 석유연료의 사용량을 절감하는 기술에 관한 연구가 다각도로 이루어지고 있다.
In recent years, the use of fossil fuels, especially petroleum fuels, has increased, and the seriousness of air pollution caused by the pollution sources generated by burning the petroleum fuels has risen worldwide. In order to avoid harm caused by petroleum fuels, There are many researches on saving technologies.

상기 석유연료를 다량 사용하는 수요처로서 자동차를 들 수 있는데, 상기 자동차 제조사에서도 석유연료의 사용량을 줄이기 위한 여러가지 시도와 연구를 계속적으로 진행하고 있다. 석유연료의 사용량을 줄이기 위한 가장 전통적인 방법 중 하나인 자동차의 연비를 향상시키는 방법이 현재 개발되어 적용중인 기술의 주류라고 할 수 있는데, 이러한 연비 향상 방법으로서는 우선 엔진의 연소효율과 동력전달 효율 등을 향상시키는 방법을 그 중 하나로 들 수 있으며, 또 다른 방법으로서는 자동차의 중량을 감소시킴으로써 단위 거리 이동시 필요한 에너지 량을 감소시키는 방법을 들 수 있다.
The automobile is a consumer demanding a large amount of the above-mentioned petroleum fuel, and the automobile manufacturer is continuously carrying out various attempts and studies to reduce the amount of petroleum fuel used. One of the most traditional ways to reduce the use of petroleum fuels is to improve the fuel economy of automobiles, which is the mainstream of the technology currently being developed and applied. As such fuel economy improvement methods, the combustion efficiency of the engine and the power transmission efficiency Another method is to reduce the amount of energy required to move the unit distance by reducing the weight of the automobile.

자동차 차체 중량을 감소시키기 위해서는 자동차에 들어가는 부품을 비중이 낮은 경량 재질로 대체하는 방법이 있을 수 있으나, 아직까지는 철강 소재의 우수성을 대체할만한 부품이 적용되는 분야는 많지 않다. 따라서, 아직까지도 자동차 부품으로는 철강 소재가 사용되는 경우가 많으며 상기 철강 소재 부품의 경량화를 통하여 자동차 연비를 향상시키고자 하는 시도가 일반적이다.
In order to reduce the weight of automobile body, it is possible to replace the parts of the automobile with lightweight materials with low specific gravity. However, there are not so many parts to replace the superiority of steel material. Therefore, steel materials are often used as automobile parts, and attempts to improve automobile fuel economy through weight reduction of steel parts are common.

철강 소재 부품을 단순히 경량화시킬 경우 단위 중량당 지지가능한 하중이 정해져 있기 때문에 자동차의 안전에 치명적인 문제를 일으킬 수 있으며, 따라서 부품 경량화는 필연적으로 부품의 고강도화라는 숙제를 해결한 뒤에 실현 가능한 과제가 되었다. 또한, 소재의 강도가 증가함에 따라 수소취성 민감도가 증가하는 문제점이 발생하게 된다. 특히 겨울철 빙판 제거 등을 위해 뿌려지는 염화칼슘 또는 염화나트륨에 의해 스프링의 부식피트가 발생하여 응력집중부로 작용하게 되면 수소취성 민감도는 더욱 증가하게 된다.
If the weight of a steel material is simply reduced, a load that can be supported per unit weight is determined, which can cause a serious problem to the safety of an automobile. Therefore, weight reduction of parts is inevitably a problem to be solved after solving the problem of intensifying the parts. In addition, the hydrogen embrittlement sensitivity increases as the strength of the material increases. Especially, when the corrosion pits of the spring are generated by the calcium chloride or sodium chloride sprayed for the winter ice removal, the hydrogen embrittlement sensitivity is further increased.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 특허문헌 1에서는 구오스테나이트 결정립 미세화를 통해 수소취성 저항성을 증가시키는 방법에 대하여 개시하고 있다. In order to solve such a problem, Patent Document 1 discloses a method of increasing the hydrogen embrittlement resistance through microfine of old austenite grains.

또한, 특허문헌 2에서는 잔류 오스테나이트를 6~15% 형성하고 구오스테나이트 결정립도 번호가 10.0번 이상인 미세한 미세조직을 구현함으로써 수소취성 저항성을 개선할 수 있다고 기재되어 있다.
Also, in Patent Document 2, it is described that the hydrogen embrittlement resistance can be improved by forming a fine austenite having 6 to 15% of retained austenite and having a fine austenite grain number of 10.0 or more.

그러나 특허문헌 1 및 2에 따른 미세한 미세조직 구현만으로는 충분한 수소취성 저항성을 확보할 수 없는 문제점이 있다. 따라서 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재 및 그 제조방법에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.
However, there is a problem that satisfactory hydrogen embrittlement resistance can not be ensured only by the minute microstructure construction according to Patent Documents 1 and 2. [ Therefore, there is a demand for development of a steel material for a high-strength spring having excellent hydrogen embrittlement resistance and a manufacturing method thereof.

한국 공개특허공보 제2015-0081366호Korean Patent Laid-Open Publication No. 2015-0081366 한국 공개특허공보 제2015-0002848호Korean Patent Laid-Open Publication No. 2015-0002848

본 발명은 구오스테나이트 결정립도 및 (V, Mo)C 탄화물을 제어함으로써 수소취성 저항성을 향상시킨 고강도 스프링용 강재 및 그 제조방법을 제공하기 위함이다.
The present invention provides a steel material for high-strength springs having improved hydrogen embrittlement resistance by controlling the old austenite grain size and (V, Mo) C carbide, and a method for producing the same.

한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
On the other hand, the object of the present invention is not limited to the above description. It will be understood by those of ordinary skill in the art that there is no difficulty in understanding the additional problems of the present invention.

본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.45~0.60%, Mn: 0.30~0.80%, Si: 1.40~1.80%, P: 0.015% 이하, S: 0.015% 이하, Cr: 0.2~0.7%, Mo: 0.05~0.25%, V: 0.05~0.20%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 구오스테나이트 결정립도가 10.0번 이상이고, (V, Mo)C 탄화물을 포함하며, 상기 (V, Mo)C 탄화물은 원상당 직경으로 측정한 평균크기가 10~40nm인 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재를 제공하기 위함이다.
One aspect of the present invention is a steel sheet comprising, by weight, 0.45 to 0.60% of C, 0.30 to 0.80% of Mn, 1.40 to 1.80% of Si, 0.015% or less of P, (V, Mo) C carbide, wherein the content of Mo is 0.05 to 0.25%, V is 0.05 to 0.20%, the balance of Fe and other unavoidable impurities, the old austenite grain size is 10.0 or more, ) Carbide is intended to provide a steel material for high strength springs excellent in hydrogen embrittlement resistance having an average size of 10 to 40 nm as measured by a circle equivalent diameter.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은 중량%로, C: 0.45~0.60%, Mn: 0.30~0.80%, Si: 1.40~1.80%, P: 0.015% 이하, S: 0.015% 이하, Cr: 0.2~0.7%, Mo: 0.05~0.25%, V: 0.05~0.20%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 선재를 준비하는 단계; 상기 선재를 880~1000℃의 온도범위까지 평균 승온속도 50℃/초 이상으로 가열하여 40초 이하 동안 유지한 후, 10℃/s 이상의 평균 냉각속도로 냉각하는 소입열처리 단계; 및 상기 소입열처리된 선재를 360~480℃의 온도범위까지 평균 승온속도 30℃/초 이상으로 가열하여 40초 이하 동안 유지한 후, 10℃/s 이상의 평균 냉각속도로 60℃이하까지 냉각하는 소려열처리 단계;를 포함하는 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재의 제조방법에 관한 것이다.
In another aspect of the present invention, there is provided a steel sheet comprising, by weight, 0.45 to 0.60% of C, 0.30 to 0.80% of Mn, 1.40 to 1.80% of Si, 0.015% or less of P, ~ 0.7%, Mo: 0.05 ~ 0.25%, V: 0.05 ~ 0.20%, balance Fe and other unavoidable impurities; A quenching heat treatment step of heating the wire rod to a temperature range of 880 to 1000 ° C at an average heating rate of 50 ° C / sec or more, holding it for 40 seconds or less, and cooling the wire rod at an average cooling rate of 10 ° C / s or more; And the quenching heat treated wire material is heated to a temperature range of 360 to 480 캜 at an average heating rate of 30 캜 / second or more and maintained for 40 seconds or less, and then cooled to 60 캜 or lower at an average cooling rate of 10 캜 / And a heat treatment step, which are excellent in hydrogen embrittlement resistance.

덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있다.
In addition, the solution of the above-mentioned problems does not list all the features of the present invention. The various features of the present invention and the advantages and effects thereof can be understood in more detail with reference to the following specific embodiments.

본 발명에 의하면, 인장강도가 1920MPa 이상이고 수소취성 저항성이 우수한 강재 및 그 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
According to the present invention, it is possible to provide a steel material having a tensile strength of 1920 MPa or more and excellent hydrogen embrittlement resistance, and a manufacturing method thereof.

도 1은 발명예 1의 (V, Mo)C 탄화물을 투과전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 2는 발명예 4와 비교예 4의 열방출시험을 통해 얻은 온도에 따른 수소방출 거동을 나타낸 그래프이다.
1 is a photograph of a (V, Mo) C carbide of Inventive Example 1 taken by a transmission electron microscope.
2 is a graph showing the hydrogen release behavior according to the temperature obtained through the heat release test in Inventive Example 4 and Comparative Example 4. FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.

본 발명자들은 코일 스프링의 수소취성을 방지하기 위해 도장, 우레탄 등을 코팅하는 방법은 실제 사용환경인 차량 운행 중에 치입되는 자갈 및 모래 등에 의한 스프링의 피트 발생으로 수소취성을 방지하기 어려우므로 소재 자체의 수소취성 저항성을 향상시킬 필요성이 있으며, 수소취성을 확보하기 위한 종래기술인 미세한 미세조직 구현만으로는 충분한 수소취성 저항성을 확보할 수 없음을 인지하고, 이를 해결하기 위하여 깊이 연구하였다.
The present inventors have found that a method of coating paint, urethane or the like to prevent hydrogen embrittlement of coil springs is difficult to prevent hydrogen embrittlement due to generation of pits of a spring caused by gravel, sand, etc., There is a need to improve the hydrogen embrittlement resistance and it has been recognized that sufficient microfabrication of microstructure for ensuring hydrogen embrittlement can not ensure sufficient hydrogen embrittlement resistance and a study has been conducted to solve this problem.

그 결과, 미세한 미세조직 구현과 함께 Mo 및 V의 복합첨가에 의해 (Mo, V)C 탄화물의 계면을 비확산성 수소 트랩부로 활용하여, 열방출시험시 수소방출 피크가 330~370℃에서 나타나도록 함으로써 내수소취성을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
As a result, the interface of (Mo, V) C carbide was used as the non-proliferative hydrogen trap part by the combined addition of Mo and V together with the fine microstructure implementation, so that the hydrogen emission peak appeared at 330 ~ 370 ° C Thereby improving the hydrogen embrittlement resistance. Thus, the present invention has been accomplished.

수소취성Hydrogen embrittlement 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재 High Strength Spring Steel with Excellent Resistance

이하, 본 발명의 일 측면에 따른 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a steel material for high-strength springs excellent in hydrogen embrittlement resistance according to one aspect of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 측면에 따른 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재는 중량%로, C: 0.45~0.60%, Mn: 0.30~0.80%, Si: 1.40~1.80%, P: 0.015% 이하, S: 0.015% 이하, Cr: 0.2~0.7%, Mo: 0.05~0.25%, V: 0.05~0.20%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 구오스테나이트 결정립도가 10.0번 이상이고, (V, Mo)C 탄화물을 포함하며, 상기 (V, Mo)C 탄화물은 원상당 직경으로 측정한 평균크기가 10~40nm이다.
According to one aspect of the present invention, there is provided a steel material for high strength springs excellent in hydrogen embrittlement resistance according to one aspect of the present invention, which comprises 0.45 to 0.60% of C, 0.30 to 0.80% of Mn, 1.40 to 1.80% of Si, (V, Mo) of 0.015% or less, Cr of 0.2-0.7%, Mo of 0.05-0.25%, V of 0.05-0.20%, balance of Fe and other unavoidable impurities and having an old austenite grain size of 10.0 or more, C carbide, and the (V, Mo) C carbide has an average size of 10 to 40 nm as measured by a circle equivalent diameter.

먼저, 본 발명의 합금조성에 대하여 상세히 설명한다. 이하, 각 원소 함량의 단위는 특별한 언급이 없는 한 중량%이다.
First, the alloy composition of the present invention will be described in detail. Hereinafter, the unit of each element content is expressed by weight% unless otherwise specified.

C: 0.45~0.60%C: 0.45 to 0.60%

C는 스프링의 강도를 확보하기 위하여 첨가되는 필수적인 원소이다. C is an essential element added to secure the strength of the spring.

C 함량이 0.45% 미만인 경우에는 소입성이 확보되지 않아 스프링용 강재에 요구되는 강도를 충분히 확보하기 어렵다. 따라서 C 함량의 하한은 0.45%인 것이 바람직하며, 보다 바람직한 하한은 0.48%이다. When the C content is less than 0.45%, the ingotability is not ensured and it is difficult to sufficiently secure the strength required for the spring steel. Therefore, the lower limit of the C content is preferably 0.45%, and the lower limit is more preferably 0.48%.

반면에, C 함량이 0.60% 초과인 경우에는 내식성이 열위한 판상 마르텐사이트 조직이 형성되어 소재 균열이 발생하기 때문에 수소취성 저항성이 현저히 떨어지게 된다. 또한, 고강도화에 따른 충분한 인성확보와 고 Si 첨가에 의해 발생되는 소재 탈탄을 억제하는 것이 어려운 문제점이 있다.
On the other hand, when the C content is more than 0.60%, plate-like martensite structure is formed for the purpose of heat resistance to corrosion, and cracking of the material occurs, and the resistance to hydrogen embrittlement is remarkably deteriorated. In addition, there is a problem that it is difficult to secure enough toughness with high strength and to suppress decarburization of material caused by high Si addition.

Mn: 0.30~0.80%Mn: 0.30 to 0.80%

Mn은 강재 내에 존재할 경우 강재의 소입성을 향상시켜 강도를 확보하는데 유익한 원소이다. Mn 함량이 0.30% 미만인 경우에는 고강도 스프링용 소재로서 요구되는 충분한 강도 및 소입성을 얻기 어려우며, 그 함량이 0.80% 초과인 경우에는 인성이 저하될 수 있다. 따라서 Mn 함량은 0.30~0.80%인 것이 바람직하다.
Mn, when present in the steel, is an element which is useful for improving the incombustibility of the steel and securing the strength. When the Mn content is less than 0.30%, it is difficult to obtain sufficient strength and entrapment property required for the high-strength spring material. If the Mn content exceeds 0.80%, the toughness may deteriorate. Therefore, the Mn content is preferably 0.30 to 0.80%.

Si: 1.40~1.80%Si: 1.40 to 1.80%

Si는 페라이트 내에 고용되어 모재강도를 강화시키고 변형저항성을 개선하는 효과를 가진다. Si 함량이 1.4% 미만인 경우에는 Si이 페라이트 내에 고용되어 모재강도를 강화시키고 변형저항성을 개선하는 효과가 불충분하다. 반면에 Si 함량이 1.8% 초과인 경우에는 열처리시 표면탈탄을 조장할 수 있다. 따라서 Si 함량은 1.4~1.8%인 것이 바람직하다.
Si is dissolved in ferrite to enhance the strength of the base material and improve the deformation resistance. When the Si content is less than 1.4%, Si is dissolved in the ferrite and the effect of strengthening the base material strength and improving the deformation resistance is insufficient. On the other hand, when the Si content exceeds 1.8%, surface decarburization can be promoted during the heat treatment. Therefore, the Si content is preferably 1.4 to 1.8%.

P: 0.015% 이하P: not more than 0.015%

P는 불순물로서 결정립계에 편석하여 인성을 저하시키기 때문에 그 상한을 제어하는 것이 중요하며, 0.015% 이하로 억제하는 것이 바람직하다.
P is segregated in the grain boundaries as an impurity to lower the toughness. Therefore, it is important to control the upper limit thereof, and it is preferable to suppress it to 0.015% or less.

S: 0.015% 이하S: not more than 0.015%

S는 불순물로서 저융점 원소로 입계 편석하여 인성을 저하시키고 유화물을 형성시켜 스프링 특성에 유해한 영향을 미치기 때문에 그 상한을 제어하는 것이 중요하며, 0.015% 이하로 억제하는 것이 바람직하다.
S is segregated as a low-melting point element as an impurity to reduce the toughness and form an emulsion, which adversely affects the spring characteristics. Therefore, it is important to control the upper limit, and it is preferable to suppress it to 0.015% or less.

Cr: 0.2~0.7%Cr: 0.2-0.7%

Cr은 내산화성, 템퍼 연화성, 표면탈탄 방지 및 소입성을 확보하는데 유용한 원소이다. Cr 함량이 0.2% 미만인 경우에는 충분한 내산화성, 템퍼 연화성, 표면탈탄 방지 및 소입성 효과 등을 확보하기 어렵다. 반면에 Cr 함량이 0.7% 초과인 경우에는 변형 저항성의 저하를 초래하고, 피팅(pitting) 부식성을 오히려 조장하는 역할을 할 수 있다. 따라서 Cr 함량은 0.2~0.7%인 것이 바람직하다.
Cr is a useful element for ensuring oxidation resistance, softening of temper softening, prevention of surface decarburization and incombustibility. When the Cr content is less than 0.2%, it is difficult to ensure sufficient oxidation resistance, temper softening property, surface decarburization prevention and entrapping effect, and the like. On the other hand, when the Cr content exceeds 0.7%, the deformation resistance is lowered and the pitting corrosion can be promoted. Therefore, the Cr content is preferably 0.2 to 0.7%.

Mo: 0.05~0.25%Mo: 0.05 to 0.25%

Mo은 탄화물을 형성하여 석출경화, 구오스테나이트 결정립 미세화 및 수소취성 저항성을 향상시키는 역할을 한다. Mo 함량이 0.05% 미만인 경우에는 충분한 탄화물을 형성하지 못하고, Mo 함량이 0.25% 초과인 경우에는 생산비용이 증가하고, 상변태를 지연하는 효과가 크기 때문에 생산성 저하를 초래하는 문제점이 발생한다. 따라서 Mo 함량은 0.05~0.25%인 것이 바람직하다.
Mo serves to improve the precipitation hardening, refinement of old austenite grain and hydrogen embrittlement resistance by forming carbide. When the Mo content is less than 0.05%, sufficient carbides can not be formed. When the Mo content exceeds 0.25%, the production cost increases and the effect of retarding the phase transformation is large, resulting in a problem of lowering productivity. Therefore, the Mo content is preferably 0.05 to 0.25%.

V: 0.05~0.20%V: 0.05 to 0.20%

V은 단독 또는 복합 탄화물을 형성하여 석출경화, 구오스테나이트 결정립 미세화 및 수소취성 저항성을 향상시키는 역할을 한다. V 함량이 0.05% 미만인 경우에는 충분한 탄화물을 형성하지 못하고, V 함량이 0.20% 초과인 경우에는 생산비용이 증가하고, 열처리시 용해되지 않는 조대한 탄화물 량이 증가하게 되어 피로특성 및 석출강화 효과가 저하하게 된다. 따라서 V 함량은 0.05~0.20%인 것이 바람직하다.
V forms single or complex carbides to improve precipitation hardening, refinement of old austenite grain and hydrogen embrittlement resistance. When the V content is less than 0.05%, sufficient carbide can not be formed. When the V content is more than 0.20%, the production cost is increased and the amount of coarse carbide which is not dissolved in the heat treatment is increased, . Therefore, the V content is preferably 0.05 to 0.20%.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
The remainder of the present invention is iron (Fe). However, in the ordinary manufacturing process, impurities which are not intended from the raw material or the surrounding environment may be inevitably incorporated, so that it can not be excluded. These impurities are not specifically mentioned in this specification, as they are known to any person skilled in the art of manufacturing.

상술한 합금조성으로 본 발명에서 목적하는 고강도 및 수소취성 저항성을 충분히 확보할 수 있으나, 강도, 인성 및 내식성 등을 보다 향상시키기 위하여 중량%로, Ni: 0.1~0.4% 및 Cu: 0.1~0.3% 중 1 이상을 추가로 포함할 수 있다.
However, in order to further improve strength, toughness and corrosion resistance, it is preferable that 0.1 to 0.4% of Ni and 0.1 to 0.3% of Cu are contained in weight percent, And < / RTI >

Ni: 0.1~0.4%Ni: 0.1 to 0.4%

Ni는 소입성 및 인성을 개선하기 위하여 첨가되는 원소이다. Ni 함량이 0.1% 미만인 경우에는 소입성 및 인성 개선의 효과가 충분하지 못하고, Ni 함량이 0.4% 초과인 경우에는 잔류 오스테나이트 양이 증가하여 피로수명을 감소시키고, 고가인 Ni 특성으로 인하여 급격한 제조 단가의 상승을 유발할 수 있다.
Ni is an element added to improve the incombustibility and toughness. When the Ni content is less than 0.1%, the effect of improvement of the incombustibility and toughness is not sufficient. When the Ni content exceeds 0.4%, the amount of retained austenite is increased to decrease the fatigue life. Which can lead to an increase in unit price.

Cu: 0.1~0.3%Cu: 0.1 to 0.3%

Cu는 탈탄방지 및 내식성 향상에 유용한 원소이다. 탈탄층은 스프링 가공후에 피로수명을 현저히 저하시킨다. Cu 함량이 0.1% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하고, Cu 함량이 0.3% 초과인 경우에는 고온취성에 의한 압연 결함이 발생할 수 있다.
Cu is a useful element for preventing decarburization and improving corrosion resistance. The decarburized layer remarkably lowers the fatigue life after the spring working. When the Cu content is less than 0.1%, the above-mentioned effect is insufficient, and when the Cu content is more than 0.3%, rolling defect due to high temperature brittleness may occur.

본 발명의 강재는 구오스테나이트 결정립도가 10.0번 이상이고, (V, Mo)C 탄화물을 포함하며, 상기 (V, Mo)C 탄화물은 원상당 직경으로 측정한 평균크기가 10~40nm이다. (V, Mo) C carbide, and the average size of the (V, Mo) C carbide measured by the circle equivalent diameter is 10 to 40 nm.

상기 결정립도는 ASTM 입도번호를 뜻하며, 구오스테나이트 결정립도가 10.0번 미만인 경우에는 결정립 크기가 크기 때문에 입계로 확산된 수소를 고루 분포시키기 어려우므로 파단을 유발하는 임계수소농도에 일찍 도달하여 수소취성이 열위한 문제점이 있다. Since the grain size is large when the old austenite grain size is less than 10.0, it is difficult to uniformly distribute the hydrogen diffused into the grain boundary, so that it reaches the critical hydrogen concentration early to cause fracture, There is a problem.

상기 (V, Mo)C 탄화물은 VC, MoC 및 이들의 복합탄화물을 뜻하며, 소둔 열처리과정 중 오스테나이트 결정립을 피닝(pinning)하여 결정립 성장을 방지함으로써 스프링용 강재의 구오스테나이트 결정립 크기를 미세화하는 역할 및 비확산성 수소트랩부 역할을 한다. The (V, Mo) C carbide refers to VC, MoC, and complex carbides thereof. By pinning austenite grains during the annealing process to prevent grain growth, the size of the old austenite grains of the steel for spring is miniaturized Role and a non-proliferative hydrogen trap.

강 중의 탄화물은 제조공정 중 유입되는 수소 또는 차량 스프링 사용중 부식에 의해 유입되는 수소의 트랩부로 작용한다고 알려져 있으며, 탄화물 중 (V, Mo)C 탄화물은 계면의 활성화에너지가 높아 외부의 응력에 의해 확산을 하지 않는 비확산성 수소트랩부 역할을 한다. Carbide in the steel is known to act as a trap for hydrogen introduced during the manufacturing process or hydrogen introduced by corrosion during use of the vehicle springs. The (V, Mo) C carbide in the carbide has a high activation energy at the interface, And a non-proliferative hydrogen trap.

상기 (V, Mo)C 탄화물의 원상당 직경으로 측정한 평균크기가 40nm 초과인 경우에는 오히려 수소취성을 유발하는 기점으로 작용하기 때문에 수소취성이 열위해지는 문제점이 있다. 반면에 상기 평균크기의 하한은 특별히 한정할 필요는 없으나 10nm 미만으로 제어하기는 어려우므로 그 하한을 10nm으로 하였다.
When the average size of the (V, Mo) C carbide measured by the circle equivalent diameter is more than 40 nm, the hydrogen embrittlement becomes disadvantageous because it serves as a starting point that induces hydrogen embrittlement. On the other hand, the lower limit of the average size is not particularly limited, but it is difficult to control the average size to less than 10 nm.

이때, 상기 (V, Mo)C 탄화물은 8~40개/㎛2 일 수 있다. At this time, the (V, Mo) C carbide may be 8 to 40 / 탆 2 .

(V, Mo)C 탄화물이 8개/㎛2 미만인 경우에는 비확산성 수소트랩부 역할을 충분히 수행하기 어려우며, (V, Mo)C 탄화물이 40개/㎛2 초과인 경우에는 다량의 V 및 Mo의 첨가에 의해 (V, Mo)C 탄화물이 조대화 경향이 커지기 때문이다.
(V, Mo) C carbide is less than 8 / 탆 2 , it is difficult to sufficiently perform the role of non-proliferative hydrogen trap. When (V, Mo) C carbide exceeds 40 / 탆 2 , (V, Mo) C carbide increases the coarsening tendency.

또한, 본 발명 강재의 미세조직은 면적분율로 템퍼드 마르텐사이트를 90~95%, 잔류 오스테나이트를 5~10% 포함할 수 있다.
In addition, the microstructure of the steel of the present invention may contain 90 to 95% of tempered martensite and 5 to 10% of retained austenite in an area fraction.

또한, 본 발명 강재는 열방출시험시 수소방출 피크가 330~370℃에서 나타날 수 있다. In addition, the steel material of the present invention may exhibit a hydrogen emission peak at a temperature of 330 to 370 DEG C in a heat release test.

강재 내 수소는 크게 확산성 수소와 비확산성 수소로 분류된다. 확산성 수소는 외부의 응력에 따른 기계적 구동력 또는 화학적인 구동력에 의해 확산을 하여 수소취성을 유발하는 수소이며, 비확산성 수소는 구동력에 의해 확산이 되지 않는 수소를 의미한다. 이러한 확산성 수소와 비확산성 수소는 재료를 승온하면서 재료에서 빠져나오는 수소방출량을 관찰하는 열방출시험을 통하여 분류할 수 있다. 상기 승온온도가 300℃될 때까지 방출되는 수소를 확산성 수소로 정의할 수 있다. 또한, 수소트랩부에서 활성화에너지 이상의 온도를 받게 되면 특정온도에서 수소방출량 피크가 나타나므로 이를 통하여 재료의 수소트랩부를 유추할 수 있으며, 열방출시험시 수소방출 피크가 330~370℃에서 나타난다는 것은 비확산성 수소트랩부인 (V, Mo)C 탄화물이 충분히 존재하는 것을 의미한다.
Hydrogen in steel is largely classified into diffusible hydrogen and non-diffusible hydrogen. Diffusible hydrogen is hydrogen which diffuses by mechanical driving force or chemical driving force according to external stress to cause hydrogen embrittlement, and non-proliferative hydrogen means hydrogen which is not diffused by driving force. These diffusible and non-diffusible hydrogens can be categorized through a heat release test that observes the amount of hydrogen released from the material while heating the material. The hydrogen released until the temperature rise temperature reaches 300 ° C can be defined as diffusible hydrogen. In addition, when a temperature above the activation energy is received at the hydrogen trapping portion, the hydrogen trapping portion of the material can be deduced through the peak of the hydrogen emission amount at a specific temperature, and the hydrogen emission peak at the temperature of 330 to 370 ° C (V, Mo) C carbide of the non-proliferative hydrogen trap.

한편, 본 발명 강재의 인장강도는 1920MPa 이상일 수 있다. On the other hand, the tensile strength of the steel material of the present invention may be 1920 MPa or more.

인장강도가 1920MPa 미만인 경우에는 고강도에 의한 차량 경량화 효과가 미비할 수 있으며, 코일 스프링의 설계 전단응력 1200MPa 이상을 만족하기 어려울 수 있다.
When the tensile strength is less than 1920 MPa, the vehicle weight reduction effect due to high strength may be insufficient, and it may be difficult to satisfy the design shear stress of the coil spring of 1200 MPa or more.

수소취성Hydrogen embrittlement 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재의 제조방법 Manufacturing method of high strength spring steel excellent in resistance

이하, 본 발명의 다른 일 측면인 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a steel material for a high strength spring having excellent hydrogen embrittlement resistance, which is another aspect of the present invention, will be described in detail.

본 발명의 다른 일 측면인 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재의 제조방법은 상술한 합금조성을 갖는 선재를 준비하는 단계; 상기 선재를 880~1000℃의 온도범위까지 평균 승온속도 50℃/s 이상으로 가열하여 40초 이하 동안 유지한 후, 10℃/s 이상의 평균 냉각속도로 냉각하는 소입열처리 단계; 및 상기 소입열처리된 선재를 360~480℃의 온도범위까지 평균 승온속도 30℃/s 이상으로 가열하여 40초 이하 동안 유지한 후, 10℃/s 이상의 평균 냉각속도로 60℃이하까지 냉각하는 소려열처리 단계;를 포함한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a high strength spring steel material excellent in hydrogen embrittlement resistance, comprising the steps of: preparing a wire material having the above-described alloy composition; A quenching heat treatment step of heating the wire rod to a temperature range of 880 to 1000 占 폚 at an average heating rate of 50 占 폚 / s or more, maintaining the same for 40 seconds or less, and then cooling the wire rod at an average cooling rate of 10 占 폚 / sec or more; And the quenching heat treated wire rod is heated to a temperature range of 360 to 480 캜 at an average heating rate of 30 캜 / s or more and maintained for 40 seconds or less, and then cooled to 60 캜 or lower at an average cooling rate of 10 캜 / And a heat treatment step.

선재Wire rod 준비 단계 Preparation phase

상술한 합금조성을 갖는 선재를 준비한다. A wire rod having the above-described alloy composition is prepared.

이때, 상기 선재를 준비하는 단계는 상술한 합금조성을 갖는 강편을 1000~1150℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 강편을 810~910℃의 온도범위에서 최종 열간압연하여 선재를 얻는 단계; 및 상기 선재를 0.15~1.5℃/s의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다.
At this time, preparing the wire rod may include heating the steel strip having the alloy composition described above to 1000 to 1150 캜; Subjecting the heated billet to final hot rolling in a temperature range of 810 to 910 캜 to obtain a wire rod; And cooling the wire rod at a cooling rate of 0.15 to 1.5 占 폚 / s.

선재 제조공정 중 VC가 먼저 생성된 후 MoC가 생성되며, MoC의 nuclei는 먼저 생성된 VC의 계면에서 생성되어 조대한 복합 탄화물을 형성될 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 열간압연 온도를 낮추고 냉각속도를 낮추어야 한다. During the wire fabrication process, VC is first generated and then MoC is generated. The nuclei of MoC are generated at the interface of the VC that is formed first, and coarse complex carbide can be formed. To prevent this, the hot rolling temperature should be lowered and the cooling rate lowered.

최종 열간압연 온도가 910℃ 초과하거나 냉각속도가 1.5℃/s 초과인 경우에는 조대한 탄화물이 형성될 수 있다. Coarse carbides can be formed when the final hot rolling temperature exceeds 910 DEG C or the cooling rate exceeds 1.5 DEG C / s.

반면에, 최종 열간압연 온도가 810℃ 미만인 경우에는 표면 페라이트 탈탄층 및 저온조직 발생을 유발하고, 장비부하의 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 냉각속도가 0.15℃/s 미만인 경우에는 생산속도가 느려지는 문제점이 발생할 수 있다.
On the other hand, if the final hot rolling temperature is lower than 810 DEG C, surface ferrite decarburization layer and low temperature structure may be generated, and equipment load problems may occur. If the cooling rate is less than 0.15 DEG C / s, the production speed may be slowed down.

소입열처리Quenching heat treatment 단계 step

상기 선재를 880~1000℃의 온도범위까지 평균 승온속도 50℃/s 이상으로 가열하여 40초 이하 동안 유지한 후, 10℃/s 이상의 평균 냉각속도로 냉각하여 소입열처리(담금질)한다. The wire is heated to a temperature range of 880 to 1000 ° C at an average heating rate of 50 ° C / s or more, maintained for 40 seconds or less, cooled at an average cooling rate of 10 ° C / s or more and quenched (quenched).

880~1000℃의 온도범위까지 가열하는 것은 오스테나이트화를 위함이다. 가열 온도가 880℃ 미만인 경우에는 가열중 미고용 펄라이트가 잔존할 수 있으며, 1000℃ 초과인 경우에는 탈탄 및 결정립 성장을 조장할 수 있다. Heating to a temperature range of 880 to 1000 ° C is for austenitization. If the heating temperature is lower than 880 캜, unused pearlite may remain during heating, and if it is higher than 1000 캜, decarburization and grain growth can be promoted.

평균 승온속도가 50℃/s 미만인 경우에는 선재에서 제조된 미세탄화물이 재고용되어 수소트랩부로 역할을 할 수 없는 문제점이 있다. When the average heating rate is less than 50 캜 / s, there is a problem that the fine carbide produced in the wire rod is reused and can not serve as a hydrogen trapping portion.

유지 시간이 40초 초과인 경우에는 구오스테나이트 결정립도가 10.0 미만이 될 수 있다. If the holding time is more than 40 seconds, the old austenite grain size may be less than 10.0.

평균 냉각속도가 10℃/s 미만인 경우에는 균질한 마르텐사이트 조직외에 베이나이트 등의 원하지 않는 조직을 얻게 되는 문제점이 있다.
When the average cooling rate is less than 10 占 폚 / s, there is a problem that an undesirable structure such as bainite is obtained in addition to a homogeneous martensite structure.

소려열처리Heat treatment 단계 step

상기 소입열처리된 선재를 360~480℃의 온도범위까지 평균 승온속도 30℃/s 이상으로 가열하여 40초 이하 동안 유지한 후, 10℃/s 이상의 평균 냉각속도로 60℃이하까지 냉각하는 소려열처리(템퍼링) 한다. The quenched and annealed wire rod is heated to a temperature range of 360 to 480 ° C at an average heating rate of 30 ° C / s or more and maintained for 40 seconds or less, and then subjected to a sag heat treatment for cooling to 60 ° C or less at an average cooling rate of 10 ° C / (Tempering).

상기 소려열처리를 위한 가열온도가 360℃ 미만이면 마르텐사이트의 소려효과가 충분하지 않아 스프링의 인성이 나빠지고 480℃를 초과할 경우에는 강도를 확보하기 어렵다. If the heating temperature for the baking heat treatment is less than 360 ° C, the toughness of the martensite is not sufficient and the toughness of the spring deteriorates. If the heating temperature exceeds 480 ° C, it is difficult to secure the strength.

평균 승온속도가 30℃/s 미만인 경우에는 급속가열을 통해 얻고자 하는 템퍼드 마르텐사이트의 조직을 얻지 못하는 문제점이 있다. 여기서 급속가열을 통해 얻어진 템퍼드 마르텐사이트 조직은 엡실론 카바이드와 세멘타이트 같은 마르텐사이트 조직에서 석출되는 탄화물이 구오스테나이트 결정립계에 편중되어 석출되지 않고, 결정립내에 고루 석출되는 조직을 의미한다.When the average heating rate is less than 30 ° C / s, there is a problem that the structure of tempered martensite to be obtained through rapid heating can not be obtained. Here, the tempered martensite structure obtained through rapid heating means a structure in which a carbide precipitated in a martensite structure such as epsilon carbide and cementite is concentrated on the old austenite grain boundaries and precipitated in the crystal grains without precipitation.

유지 시간이 40초 초과인 경우에는 급속가열에서 템퍼드 마르텐사이트의 엡실론 탄화물이 세멘타이트로 변태되어 강도 및 인성을 저하시킬 수 있다.If the holding time is more than 40 seconds, the epsilon carbide of the tempered martensite may be transformed into cementite in the rapid heating, and the strength and toughness may be lowered.

평균 냉각속도가 10℃/s 미만인 경우에는 냉각중 조직제어가 어렵기 때문에 급속가열을 통해 얻어지는 템퍼드 마르텐사이트 조직내 탄화물의 조직편차를 유발할 수 있다.
If the average cooling rate is less than 10 캜 / s, it is difficult to control the structure during cooling, which may lead to a structural deviation of the carbides in the tempered martensite structure obtained through rapid heating.

이때, 상기 소입열처리 및 소려열처리 단계의 가열은 고주파열처리에 의해 행해질 수 있다. 승온속도를 높게 확보하는 것이 용이하기 때문이다.
At this time, the heating in the quenching heat treatment and the baking heat treatment step can be performed by a high frequency heat treatment. This is because it is easy to secure a high heating rate.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. It should be noted, however, that the following examples are intended to illustrate the invention in more detail and not to limit the scope of the invention. The scope of the present invention is determined by the matters set forth in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.

(( 실시예Example ))

하기 표 1에 나타낸 성분조성을 갖는 강편을 1030℃로 가열하고 880℃에서 최종 열간압연한 후 0.8℃/s의 냉각속도로 냉각하여 15mm 직경의 선재를 제조하였다. The steel strip having the composition shown in the following Table 1 was heated to 1030 占 폚, finally hot rolled at 880 占 폚 and cooled at a cooling rate of 0.8 占 폚 / s to prepare a wire rod having a diameter of 15 mm.

상기 선재를 하기 표 2에 기재된 온도까지 평균 승온속도 60℃/s로 가열하고, 하기 표 2에 기재된 유지시간 동안 유지한 후 수냉하여 소입열처리하였다. 상기 소입열처리된 선재를 415℃까지 평균 승온속도 60℃/s로 가열하고, 15초 동안 유지한 후 수냉하여 소려열처리하여 강재를 제조하였다.
The wire rod was heated to the temperature shown in Table 2 at an average temperature raising rate of 60 占 폚 / s and maintained for the holding time shown in Table 2, followed by water cooling and quenching heat treatment. The quenched and heat-treated wire rod was heated to 415 ° C at an average heating rate of 60 ° C / s and maintained for 15 seconds, followed by water cooling and heat treatment to produce a steel material.

상기 제조된 강재의 인장강도, 결정립도, (V, Mo)C 탄화물의 평균크기, 열방출시험 수소피크온도 및 수소취성 파단시간을 측정하여 하기 표 2에 기재하였다.
The tensile strength, the grain size, the average size of the (V, Mo) C carbide, the heat release test hydrogen peak temperature and the hydrogen embrittlement breaking time of the steel material were measured and reported in Table 2 below.

인장강도 측정은 ASTM E-8M subsize 규격을 통해 측정하였다. Tensile strength measurements were made using the ASTM E-8M subsize standard.

미세조직은 연마와 부식을 통해 구오스테나이트 결정립도를 측정하여 ASTM No. 로 표기하였다. (V, Mo)C 탄화물의 평균 크기는 투과전자현미경 (TEM) Replica시편을 제작해 원상당 직경을 측정하였으며, STEM (Scanning transmission electron microscope) 이미지 임의부위를 5부위 촬영해 탄화물 분포를 평가하였다. Microstructure was measured by grinding and corrosion to determine the austenite grain size, Respectively. The average size of (V, Mo) C carbide was measured by TEM (Transmission Electron Microscope) replica specimen, and the circle equivalent diameter was measured. The carbide distribution was evaluated by scanning five areas of STEM (scanning transmission electron microscope) image.

열방출시험(thermal desorption analysis)은 상기 강재를 Quadruple mass spectrometry 장비로 100℃/hr의 승온속도로 가열하여 방출되는 수소량을 관찰하였다. In the thermal desorption analysis, the steel was heated at a heating rate of 100 ° C / hr with a quadruple mass spectrometry equipment to observe the amount of hydrogen released.

수소취성 파단시간은 상기 강재를 1.5mm × 8.0mm × 65mm 크기의 판상시편으로 가공하여 실험하였다. 가공된 시편을 4 point bending 지그에 체결하여 설계응력 1400MPa의 전단응력을 부여하여, 이를 증류수에 (0.5mol/l H2SO4 + 0.05mol/l KSCN)가 첨가된 용액에 담그고 potentiostat 장비로 -700mV 의 전위를 인가하여 시편의 파단시간을 측정하였다. 이 때 시편이 파단되는 시간을 수소취성 파단시간으로 정의하고, 600초 이상을 유지한 시편을 합격으로 처리하였으며, 600초 미만의 파단시간을 나타낸 시편은 수소취성의 위험이 있다고 정의하였다. 이때 600초라는 시간의 정의는 상용 스프링강재에서 수소취성을 유발할 수 있는 임계수소농도의 수소량을 초과하는 수소량이 주입되는 시간이다.
The hydrogen brittle fracture time was measured by processing the steel material into a 1.5 mm x 8.0 mm x 65 mm plate-like specimen. The specimens were clamped in a 4 point bending jig to give a shear stress of 1400 MPa. The specimens were immersed in distilled water (0.5 mol / l H 2 SO 4 + 0.05 mol / l KSCN) A potential of 700 mV was applied to measure the break time of the specimen. In this case, the time required to break the specimen was defined as the brittle brittle fracture time, the specimen with 600 seconds or longer was passed and the specimen with the fracture time less than 600 seconds defined the risk of hydrogen embrittlement. The definition of the time, which is 600 seconds, is the injection time of hydrogen in excess of the hydrogen content of the critical hydrogen concentration which can cause hydrogen embrittlement in the commercial spring steel.

구분division 합금조성(중량%)Alloy composition (% by weight) CC MnMn SiSi PP SS CrCr MoMo VV 발명예1Inventory 1 0.530.53 0.420.42 1.641.64 0.0100.010 0.0050.005 0.310.31 0.070.07 0.080.08 발명예2Inventory 2 0.520.52 0.410.41 1.641.64 0.0100.010 0.0040.004 0.300.30 0.210.21 0.070.07 발명예3Inventory 3 0.540.54 0.430.43 1.631.63 0.0100.010 0.0050.005 0.300.30 0.070.07 0.150.15 발명예4Honorable 4 0.520.52 0.420.42 1.621.62 0.0100.010 0.0050.005 0.310.31 0.200.20 0.150.15 발명예5Inventory 5 0.490.49 0.600.60 1.451.45 0.0100.010 0.0050.005 0.600.60 0.100.10 0.100.10 발명예6Inventory 6 0.590.59 0.720.72 1.501.50 0.0100.010 0.0040.004 0.650.65 0.100.10 0.100.10 비교예1Comparative Example 1 0.440.44 0.400.40 1.651.65 0.0100.010 0.0040.004 0.300.30 0.070.07 0.070.07 비교예2Comparative Example 2 0.520.52 0.410.41 1.301.30 0.0100.010 0.0040.004 0.300.30 0.210.21 0.070.07 비교예3Comparative Example 3 0.520.52 0.420.42 1.601.60 0.0100.010 0.0050.005 0.300.30 0.270.27 0.220.22 비교예4Comparative Example 4 0.520.52 0.420.42 1.601.60 0.0100.010 0.0050.005 0.300.30 0.010.01 0.150.15 비교예5Comparative Example 5 0.530.53 0.410.41 1.601.60 0.0100.010 0.0050.005 0.300.30 0.120.12 -- 비교예6Comparative Example 6 0.510.51 0.910.91 1.581.58 0.0100.010 0.0050.005 0.870.87 0.070.07 0.100.10 비교예7Comparative Example 7 0.540.54 0.700.70 1.551.55 0.0100.010 0.0050.005 0.710.71 -- -- 비교예8Comparative Example 8 0.520.52 0.400.40 1.611.61 0.0100.010 0.0050.005 0.300.30 0.100.10 0.070.07

구분division 소입열처리Quenching heat treatment 인장강도 (MPa)Tensile Strength (MPa) 결정립도 번호Grain number 탄화물 평균 크기
(nm)
Average carbide size
(nm)
탄화물 개수
(개/㎛2)
Carbide count
(Number / 탆 2 )
수소 피크 온도
(℃)
Hydrogen peak temperature
(° C)
수소취성
파단시간
(초)
Hydrogen embrittlement
Break time
(second)
가열온도
(℃)
Heating temperature
(° C)
유지시간
(초)
Retention time
(second)
발명예1 Inventory 1 935935 1010 19791979 10.410.4 2626 1212 340340 669669 발명예2 Inventory 2 935935 1010 19461946 10.610.6 2222 1818 360360 874874 발명예3 Inventory 3 955955 1010 20082008 10.910.9 2929 2929 340340 778778 발명예4 Honorable 4 955955 1010 20462046 11.011.0 3939 3939 360360 865865 발명예5 Inventory 5 935935 1010 20112011 10.710.7 3232 2222 340340 688688 발명예6 Inventory 6 945945 1010 20332033 10.810.8 3636 2121 340340 644644 비교예1 Comparative Example 1 955955 1010 18891889 10.310.3 2626 1010 340340 -- 비교예2 Comparative Example 2 935935 1010 19101910 10.510.5 3131 1616 360360 -- 비교예3 Comparative Example 3 935935 1010 21352135 10.910.9 5454 4444 360360 218218 비교예4 Comparative Example 4 925925 1010 19331933 10.510.5 3030 2121 240240 342342 비교예5 Comparative Example 5 925925 1010 19261926 10.610.6 3232 33 140140 488488 비교예6 Comparative Example 6 925925 1010 19981998 10.710.7 4141 1313 340340 470470 비교예7 Comparative Example 7 925925 1010 18851885 8.68.6 -- 00 140140 455455 비교예8 Comparative Example 8 935935 5050 19351935 9.79.7 3030 1212 340340 492492

발명예1 내지 발명예6은 본 발명에서 제시한 합금조성 및 제조조건을 만족하여 구오스테나이트 결정립도가 10.0번 이상으로 미세하며, (V, Mo)C 탄화물의 평균크기가 40nm 이하로 인장강도가 1920 MPa 이상이고, 수소피크가 330~370℃ 에서 나타나기 때문에 600초 이상의 수소취성 파단시간을 나타내어 수소취성 저항성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 이는 고강도 강임에도 불구하고 미세한 결정립 크기를 통해 수소를 분산시키고 미세탄화물에 수소를 트랩하여 수소취성 저항성이 우수한 것이다. Inventive Example 1 to Inventive Example 6 satisfy the alloy composition and manufacturing conditions proposed in the present invention, so that the old austenite grain size is 10.0 or more and the average size of the (V, Mo) C carbide is 40 nm or less and the tensile strength is 1920 MPa or more and a hydrogen peak appears at 330 to 370 DEG C, the hydrogen embrittlement breaking time is 600 seconds or more, which indicates that hydrogen embrittlement resistance is excellent. Despite its high strength, it disperses hydrogen through fine grain size and traps hydrogen in the fine carbide, which is excellent in hydrogen embrittlement resistance.

도 1은 발명예 1의 (V, Mo)C 탄화물을 투과전자현미경으로 촬영한 사진으로 VC, MoC, (V, Mo)C 의 미세탄화물이 존재함을 확인할 수 있다. FIG. 1 is a photograph of a (V, Mo) C carbide of Inventive Example 1 taken by a transmission electron microscope, confirming the existence of VC, MoC, and (V, Mo) C fine carbide.

또한, 도 2는 발명예 4와 비교예 4의 열방출시험을 통해 얻은 온도에 따른 수소방출 거동을 나타낸 그래프로 발명예 4는 수소피크온도가 360℃에서 나타나는 반면, 비교예 4는 수소피크온도가 240℃로 낮은 것을 확인할 수 있다.
FIG. 2 is a graph showing the hydrogen release behavior according to the temperature obtained by the heat release test of Examples 4 and Comparative Example 4. In Example 4, the hydrogen peak temperature is shown at 360 ° C., Can be confirmed to be as low as 240 ° C.

비교예1은 C함량이 0.44 중량%로 본 발명의 합금성분에 미달되었고, 비교예2는 Si함량이 1.30 중량%로 합금성분에 미달되어, 본 발명에서 의도하는 인장강도에 미달되었다.
In Comparative Example 1, the C content was 0.44 wt%, which was below the alloy component of the present invention, and in Comparative Example 2, the Si content was 1.30 wt%, which was below the alloy component, which was below the intended tensile strength in the present invention.

비교예3은 Mo 와 V의 함량이 과다첨가되어 조대한 탄화물을 생성함에 따라 수소취성 파단시간이 불합격되었다.
In Comparative Example 3, the hydrogen brittle fracture time was failed as the Mo and V contents were excessively added to produce coarse carbides.

비교예4는 Mo 첨가량이 미달됨에 따라 효과적인 비확산성 수소트랩부를 만들지 못하여 수소취성 파단시간이 불합격되었다. 비확산성 수소트랩부가 효과적으로 만들어지지 않았음은 열방출시험 수소피크가 300℃ 보다 낮은 240℃ 에서 발생함을 통해 알 수 있다. In Comparative Example 4, an effective non-proliferative hydrogen trapping portion was not formed as the amount of addition of Mo was insufficient, and the hydrogen embrittlement breaking time was failed. The non-proliferative hydrogen trapping portion is not effectively produced is found through the fact that the peak of the hydrogen release test occurs at 240 캜, which is lower than 300 캜.

도 2는 발명예 4와 비교예 4의 열방출시험을 통해 얻은 온도에 따른 수소방출 거동을 나타낸 그래프로 발명예 4는 수소피크온도가 360℃에서 나타나는 반면, 비교예 4는 수소피크온도가 240℃로 낮은 것을 확인할 수 있다. FIG. 2 is a graph showing the hydrogen release behavior according to the temperature obtained by the heat emission test of Examples 4 and Comparative Example 4. In Example 4, the hydrogen peak temperature is shown at 360 ° C., Lt; 0 > C.

수소취성을 유발할 수 있는 확산성 수소트랩부를 300℃ 이하에서 방출되는 수소의 트랩부로 정의할 때 비교예4는 비확산성수소 트랩부 대비 확산성 수소 트랩부가 존재하여 수소취성 파단시간이 불합격 되었음을 예상할 수 있다. 따라서 탄화물의 크기 및 개수를 만족하더라도 Mo 함량이 본 발명에서 제시한 범위를 벗어나는 경우 수소취성이 열위함을 알 수 있다.
When the diffusible hydrogen trapping portion capable of inducing hydrogen embrittlement is defined as a trap portion of hydrogen released at 300 ° C or less, Comparative Example 4 predicts that the hydrogen embrittlement breaking time is failed due to the presence of the diffusible hydrogen trapping portion in the non-proliferative hydrogen trap portion . Therefore, even if the size and the number of the carbides are satisfied, it can be seen that the hydrogen embrittlement is caused when the Mo content is out of the range suggested by the present invention.

비교예5는 V 첨가량이 미달되어 수소취성 파단시간이 불합격 되었다. 이는 Mo의 단독첨가는 탄화물 nuclei의 부재로 인하여 미세탄화물 형성이 많지 않고 고용된 상태로 존재하여 수소취성 파단시간이 불합격 되었을 것이다.
In Comparative Example 5, the amount of addition of V was insufficient and the hydrogen embrittlement breaking time was failed. It is believed that the addition of Mo alone resulted in the formation of fine carbides in the solid state due to the absence of the carbide nuclei, and the hydrogen brittle fracture time would have failed.

비교예6은 Mn과 Cr이 과다첨가 되었고, 이로 인하여 입계연화에 의해 수소취성 파단시간이 불합격되었을 것으로 생각되고 Cr의 첨가로 인하여 (V,Cr)C를 형성하여 탄화물 평균크기 또한 증가되었을 것으로 생각된다.
In Comparative Example 6, Mn and Cr were excessively added, and it was considered that hydrogen embrittlement breaking time was failed due to grain boundary softening, and that the average size of carbide was increased due to formation of (V, Cr) C due to the addition of Cr do.

비교예7은 Mo, V를 미첨가한 강재로써 낮은 강도임에도 불구하고 수소취성 파단시간이 불합격 되었다. 이는 결정립 크기가 크고, 미세탄화물이 존재하지 않으면 수소취성 민감도가 낮다고 알려진 일반강재에서도 수소취성 위험이 존재함을 알 수 있다.
Comparative Example 7 was a steel material to which Mo and V were not added, and the hydrogen embrittlement breaking time failed even though the strength was low. This indicates that there is a risk of hydrogen embrittlement even in general steels, which are known to have a high grain size and low hydrogen embrittlement sensitivity if no fine carbides are present.

비교예8은 오스테나이징 열처리 유지시간을 장시간 유지할 경우 결정립 성장에 의해 수소취성 저항성이 열위해 진다는 것을 알 수 있다.
In Comparative Example 8, it can be seen that hydrogen embrittlement resistance is caused by grain growth when the osteonizing heat treatment holding time is maintained for a long time.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.

Claims (10)

중량%로, C: 0.45~0.60%, Mn: 0.30~0.80%, Si: 1.40~1.80%, P: 0.015% 이하, S: 0.015% 이하, Cr: 0.2~0.7%, Mo: 0.05~0.25%, V: 0.05~0.20%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
구오스테나이트 결정립도가 10.0번 이상이고, (V, Mo)C 탄화물을 포함하며, 상기 (V, Mo)C 탄화물은 원상당 직경으로 측정한 평균크기가 10~40nm인 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재.
The steel sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the steel sheet contains 0.45 to 0.60% of C, 0.30 to 0.80% of Si, 1.40 to 1.80% of Si, 0.015% or less of P, , V: 0.05 to 0.20%, balance Fe and other unavoidable impurities,
(V, Mo) C carbide and having an average size of 10 to 40 nm, measured in terms of the circle equivalent diameter, of the high strength spring having excellent hydrogen embrittlement resistance Steel for use.
제1항에 있어서,
상기 강재는 중량%로, Ni: 0.1~0.4% 및 Cu: 0.1~0.3% 중 1 이상을 추가로 포함하는 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재.
The method according to claim 1,
The steel material according to claim 1, further comprising at least one of Ni: 0.1 to 0.4% and Cu: 0.1 to 0.3% by weight, and further exhibiting excellent hydrogen embrittlement resistance.
제1항에 있어서,
상기 강재는 열방출시험시 수소방출 피크가 330~370℃ 에서 나타나는 것을 특징으로 하는 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재.
The method according to claim 1,
Wherein the steel material exhibits a hydrogen emission peak at a temperature of 330 to 370 占 폚 in a heat release test.
제1항에 있어서,
상기 강재의 인장강도는 1920MPa 이상인 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재.
The method according to claim 1,
Wherein the steel has a tensile strength of 1920 MPa or more and is excellent in hydrogen embrittlement resistance.
제1항에 있어서,
상기 강재의 미세조직은 면적분율로 템퍼드 마르텐사이트를 90~95%, 잔류 오스테나이트를 5~10% 포함하는 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재.
The method according to claim 1,
Wherein the microstructure of the steel comprises 90 to 95% of tempered martensite and 5 to 10% of retained austenite in an area fraction, and is excellent in hydrogen embrittlement resistance.
제1항에 있어서,
상기 (V, Mo)C 탄화물은 8~40개/㎛2 인 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재.
The method according to claim 1,
The (V, Mo) C carbide is 8 to 40 pieces / 탆 2 , and is excellent in hydrogen embrittlement resistance.
중량%로, C: 0.45~0.60%, Mn: 0.30~0.80%, Si: 1.40~1.80%, P: 0.015% 이하, S: 0.015% 이하, Cr: 0.2~0.7%, Mo: 0.05~0.25%, V: 0.05~0.20%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 선재를 준비하는 단계;
상기 선재를 880~1000℃의 온도범위까지 평균 승온속도 50℃/초 이상으로 가열하여 40초 이하 동안 유지한 후, 10℃/s 이상의 평균 냉각속도로 냉각하는 소입열처리 단계; 및
상기 소입열처리된 선재를 360~480℃의 온도범위까지 평균 승온속도 30℃/초 이상으로 가열하여 40초 이하 동안 유지한 후, 10℃/s 이상의 평균 냉각속도로 60℃이하까지 냉각하는 소려열처리 단계;를 포함하는 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재의 제조방법.
The steel sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the steel sheet contains 0.45 to 0.60% of C, 0.30 to 0.80% of Si, 1.40 to 1.80% of Si, 0.015% or less of P, , V: 0.05 to 0.20%, balance Fe and other unavoidable impurities;
A quenching heat treatment step of heating the wire rod to a temperature range of 880 to 1000 ° C at an average heating rate of 50 ° C / sec or more, holding it for 40 seconds or less, and cooling the wire rod at an average cooling rate of 10 ° C / s or more; And
The quenched and annealed wire rod is heated to a temperature range of 360 to 480 캜 at an average heating rate of 30 캜 / sec or more and maintained for 40 seconds or less, and then subjected to a punching heat treatment for cooling to 60 캜 or lower at an average cooling rate of 10 캜 / Wherein the method comprises the steps of: preparing a steel material for a high-strength spring having excellent hydrogen embrittlement resistance.
제7항에 있어서,
상기 선재를 준비하는 단계는 C: 0.45~0.60%, Mn: 0.30~0.80%, Si: 1.40~1.80%, P: 0.015% 이하, S: 0.015% 이하, Cr: 0.2~0.7%, Mo: 0.05~0.25%, V: 0.05~0.20%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강편을 1000~1150℃로 가열하는 단계;
상기 가열된 강편을 810~910℃의 온도범위에서 최종 열간압연하여 선재를 얻는 단계; 및
상기 선재를 0.15~1.5℃/s의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 포함하는 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the step of preparing the wire rod comprises the steps of: 0.45 to 0.60% of C; 0.30 to 0.80% of Mn; 1.40 to 1.80% of Si; 0.015% or less of P; To 0.25%, V: 0.05 to 0.20%, the balance Fe and other unavoidable impurities to 1000 to 1150 캜;
Subjecting the heated billet to final hot rolling in a temperature range of 810 to 910 캜 to obtain a wire rod; And
And cooling the wire rod at a cooling rate of 0.15 to 1.5 占 폚 / s.
제7항에 있어서,
상기 소입열처리 및 소려열처리 단계의 가열은 고주파열처리에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the heating in the quenching heat treatment and the heating heat treatment step is performed by a high frequency heat treatment.
제7항에 있어서,
상기 선재는 중량%로, Ni: 0.1~0.4% 및 Cu: 0.1~0.3% 중 1 이상을 추가로 포함하는 수소취성 저항성이 우수한 고강도 스프링용 강재의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the wire rod further comprises at least one of Ni: 0.1 to 0.4% and Cu: 0.1 to 0.3% in weight percent, and wherein the wire material further has excellent hydrogen embrittlement resistance.
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