KR20230016889A - 내식성이 우수한 스프링강 제조방법 및 이에 의해 제조된 스프링강 - Google Patents
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Abstract
내식성이 우수한 스프링강 제조방법 및 이에 의해 제조된 스프링강과 관련한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 스프링강 제조방법은 탄소(C) 0.5~0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.30~1.55 중량%, 망간(Mn) 0.50~0.65 중량%, 인(P) 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.010 중량% 이하, 구리(Cu) 0.2~0.4 중량%, 니켈(Ni) 0.2~0.4 중량%, 크롬(Cr) 0.6~0.7 중량%, 바나듐(V) 0.05~0.15 중량%, 니오븀(Nb) 0.01~0.04 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.04 중량%, 보론(B) 0.0005~0.0025 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 재가열하는 단계; 상기 재가열된 반제품을 마무리 압연온도: 850~1050℃ 조건으로 열간 압연하여 압연재를 제조하는 단계; 및 상기 압연재를 권취하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 내식성이 우수한 스프링강 제조방법 및 이에 의해 제조된 스프링강에 관한 것이다. 보다 상세하게는 강도, 경량성 및 내식성이 우수한 스프링강 제조방법 및 이에 의해 제조된 스프링강에 관한 것이다.
스프링강(spring steel)은 자동차 현가장치(suspension)에 사용되며, 밸브 스프링, 서스펜션 스프링, 스태빌라이저 및 토션 바 등에 사용되고 있다. 이러한 스프링강은 외부 환경에 노출되므로 우수한 내식성을 가져야 하며, 지속적인 하중을 견뎌야 하므로 우수한 강도가 요구되며, 국내 자동차 업계에서는 120~130K급의 고응력 코일 스프링강이 적용되고 있다.
최근에는, 자동차의 경량화에 따라 자동차용 부품의 경량화가 요구되고 있으며, 이러한 요구에 따라 스프링강의 선경 및 권수를 축소하여 경량화를 시도하고 있다. 이와 같은 자동차 업계의 요구에 따라, 기존 스프링강을 대체할 수 있는 고강도 및 고내식성 스프링강의 개발이 요구되고 있다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0403963호(2004.02.11. 공고, 발명의 명칭: 고강도 스프링용 선재의 제조방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 강도 및 내식성이 우수한 스프링강 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 탈탄 방지 효과가 우수하고, 경량성이 우수한 스프링강 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 스프링강 제조방법에 의해 제조된 스프링강을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 스프링강 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 스프링강 제조방법은 탄소(C) 0.5~0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.30~1.55 중량%, 망간(Mn) 0.50~0.65 중량%, 인(P) 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.010 중량% 이하, 구리(Cu) 0.2~0.4 중량%, 니켈(Ni) 0.2~0.4 중량%, 크롬(Cr) 0.6~0.7 중량%, 바나듐(V) 0.05~0.15 중량%, 니오븀(Nb) 0.01~0.04 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.04 중량%, 보론(B) 0.0005~0.0025 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 재가열하는 단계; 상기 재가열된 반제품을 마무리 압연온도: 850~1050℃ 조건으로 열간 압연하여 압연재를 제조하는 단계; 및 상기 압연재를 권취하는 단계;를 포함하는 스프링강 제조방법이며, 상기 제조된 스프링강은 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pealite)를 포함하는 미세조직을 가지며, 상기 미세조직은 1㎛2의 단위 면적당 10nm 이하 크기의 석출물을 5.6개 이상 포함한다.
한 구체예에서 상기 스프링강의 미세조직은 1㎛2의 단위 면적당 50nm 이하 크기의 석출물 중 30nm 이하 크기의 석출물 수가 70% 이상 포함하고, 그리고 1㎛2의 단위 면적당 5~30nm 크기의 석출물을 10개 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 반제품의 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)은 하기 식 1의 관계를 만족할 수 있다:
[식 1]
Si/5 〈 (Cu + Ni) 〈 Si/2
(상기 식 1에서, Si, Cu 및 Ni는 각각 상기 반제품 중의 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 니켈(Ni) 함량(중량%) 이다).
한 구체예에서 상기 재가열은 900~1100℃ 조건으로 실시되고, 그리고 상기 권취는 권취온도: 800~1000℃ 조건으로 실시될 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 스프링강 제조방법에 의해 제조된 스프링강에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 스프링강은 탄소(C) 0.5~0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.30~1.55 중량%, 망간(Mn) 0.50~0.65 중량%, 인(P) 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.010 중량% 이하, 구리(Cu) 0.2~0.4 중량%, 니켈(Ni) 0.2~0.4 중량%, 크롬(Cr) 0.6~0.7 중량%, 바나듐(V) 0.05~0.15 중량%, 니오븀(Nb) 0.01~0.04 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.04 중량%, 보론(B) 0.0005~0.0025 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pealite)를 포함하는 미세조직을 가지며, 상기 미세조직은 1㎛2의 단위 면적당 10nm 이하 크기의 석출물을 5.6개 이상 포함한다.
한 구체예에서 상기 스프링강은 총수소량이 0.07ppm 이하일 수 있다.
한 구체예에서 상기 스프링강의 미세조직은 1㎛2의 단위 면적당 50nm 이하 크기의 석출물 중 30nm 이하 크기의 석출물 수가 70% 이상 포함하고, 그리고 1㎛2의 단위 면적당 5~30nm 크기의 석출물을 10개 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 스프링강의 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)은 하기 식 1의 관계를 만족할 수 있다:
[식 1]
Si/5 〈 (Cu + Ni) 〈 Si/2
(상기 식 1에서, Si, Cu 및 Ni는 각각 상기 스프링강 중의 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 니켈(Ni) 함량(중량%) 이다).
본 발명의 스프링강 제조방법 및 이에 의해 제조된 스프링강은 강도 및 내식성이 우수하고, 탈탄 방지효과가 우수하며, 경량성이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 스프링강 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1의 미세조직을 나타낸 TEM 사진이다.
도 3은 실시예 1의 EDS 분석사진이다.
도 2는 실시예 1의 미세조직을 나타낸 TEM 사진이다.
도 3은 실시예 1의 EDS 분석사진이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
스프링강 제조방법
본 발명의 하나의 관점은 스프링강 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 스프링강 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면 상기 스프링강 제조방법은 (S10) 재가열 단계; (S20) 열간압연 단계; 및 (S30) 권취 단계;를 포함한다.
보다 구체적으로 상기 스프링강 제조방법은 (S10) 탄소(C) 0.5~0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.30~1.55 중량%, 망간(Mn) 0.50~0.65 중량%, 인(P) 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.010 중량% 이하, 구리(Cu) 0.2~0.4 중량%, 니켈(Ni) 0.2~0.4 중량%, 크롬(Cr) 0.6~0.7 중량%, 몰리브덴(Mo) 0 초과 0.05 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0.001~0.015 중량%, 바나듐(V) 0.05~0.15 중량%, 니오븀(Nb) 0.01~0.04 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.04 중량%, 보론(B) 0.0005~0.0025 중량%, 질소(N) 0 초과 0.0080 중량% 이하, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 재가열하는 단계; (S20) 상기 재가열된 반제품을 마무리 압연온도: 850~1050℃ 조건으로 열간 압연하여 압연재를 제조하는 단계; 및 (S30) 상기 압연재를 권취하는 단계;를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 스프링강 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 재가열 단계
상기 단계는 탄소(C) 0.5~0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.30~1.55 중량%, 망간(Mn) 0.50~0.65 중량%, 인(P) 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.010 중량% 이하, 구리(Cu) 0.2~0.4 중량%, 니켈(Ni) 0.2~0.4 중량%, 크롬(Cr) 0.6~0.7 중량%, 바나듐(V) 0.05~0.15 중량%, 니오븀(Nb) 0.01~0.04 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.04 중량%, 보론(B) 0.0005~0.0025 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 재가열하는 단계이다.
이하, 상기 반제품을 구성하는 합금 성분에 대하여 설명하도록 한다.
탄소(C)
상기 탄소(C)는 오스테나이트 조직에 고용되어, 스프링강의 제조 과정에서 마르텐사이트 조직을 형성하여 강도를 증가시키는 역할을 한다. 또한 상기 탄소는 철(Fe), 크롬(Cr) 및 바나듐(V) 등의 원소와 결합하여 탄화물을 형성하여 상기 스프링강의 강도 및 경도를 향상시킬 수 있다. 그러나, 탄소 함량이 지나치게 증가하는 경우 경도가 향상되고 인성이 저하될 수 있다.
한 구체예에서 상기 탄소는 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.5~0.6 중량% 포함된다. 상기 탄소를 0.5 중량% 미만으로 포함시 상기 스프링강의 인장강도 및 피로강도가 저하되며, 0.6 중량%를 초과하여 포함시 상기 스프링강의 인성이 저하되며, 담금질 전 경도 상승에 따른 가공성이 저하될 수 있다.
실리콘(Si)
상기 실리콘(Si)은 강의 경도 및 강도를 향상시키며, 펄라이트 상 강화, 부품 변형 저항성을 향상시키나, 지나치게 많은 함량으로 포함시 신율 및 충격치를 저하시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 실리콘은 상기 반제품 전체중량에 대하여 1.30~1.55 중량% 포함된다. 상기 실리콘을 1.30 중량% 미만으로 포함시 인장강도, 피로강도 및 변형저항성이 저하되며, 1.55 중량%를 초과하여 포함시 상기 스프링강의 탈탄 발생에 따른 피로강도가 저하되고, 담금질 전 경도 상승에 따른 가공성이 저하될 수 있다. 예를 들면 1.30~1.45 중량% 포함될 수 있다.
망간(Mn)
상기 망간(Mn)은 담금질시 강의 경화능 및 강도를 향상시키며, 다량으로 함유시 담금질균열, 열변형 및 인성저하 유발시키게 되는 원소이고, S(황)과 반응하여 MnS 개재물 형성시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 망간은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.50~0.65 중량% 포함된다. 상기 망간을 0.50 중량% 미만으로 포함시 강의 소입성 개선 역할이 부족하고, 0.65 중량%를 초과하여 포함시 가공성 및 인성이 저하되고, MnS 개재물의 과다 생성에 따른 석출로 피로수명이 악화될 수 있다.
인(P)
상기 인(P)은 피삭성을 개선시킬 수 있다. 한 구체예에서 상기 인은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0 초과 0.020 중량% 이하 포함된다. 상기 인을 0.020 중량%를 초과하여 포함시 상기 스프링강의 충격저항 저하에 따른 노치 민감도가 증가하며, 템퍼링 취성을 촉진시킬 수 있다.
황(S)
상기 황(S)은 상기 망간(Mn)과 반응하여 MnS 개재물을 형성시키며, 강의 가공성을 향상시킬 수 있다. 한 구체예에서 상기 황은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0 초과 0.010 중량% 이하 포함된다. 상기 황을 0.010 중량%를 초과하여 포함시 상기 스프링강의 피로 수명이 저하되며, 부식특성이 저하될 수 있다.
구리(Cu)
상기 구리(Cu)는 강 표면의 부식산화물 치밀성을 향상시켜 내부 부식의 진행을 방지하며, 탈탄을 방지하여 스프링강의 피로 수명 저하를 개선할 수 있다. 그러나 상기 구리를 다량으로 함유시 고온에서의 취성(적열취성) 원인이 되며 강에 미세 크랙이 발생할 수 있다.
한 구체예에서 상기 구리는 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.2~0.4 중량% 포함된다. 상기 구리를 0.2 중량% 미만으로 포함시 스프링강의 내식성이 저하되고, 강의 부식 및 피로수명 저하되며, 0.4 중량%를 초과하여 포함시 취성(적열취성)에 따라 균열이 발생하고 원가가 상승할 수 있다. 예를 들면 상기 구리는 0.25~0.35 중량% 포함될 수 있다. 상기 함량으로 포함시 내식성 향상 효과가 우수할 수 있다.
니켈(Ni)
상기 니켈(Ni)은 스프링강의 조직 미세화와 오스테나이트에 고용되어 기지를 강화시키고 경화능 및 내식성 향상 효과를 가질 수 있다.
한 구체예에서 상기 니켈은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.2~0.4 중량% 포함된다. 상기 니켈을 0.2 중량% 미만으로 포함시 상기 스프링강의 내식성이 저하되고, 강의 부식 및 피로수명이 저하되며, 0.4 중량%를 초과하여 포함시 원가 및 생산비용이 상승할 수 있다. 예를 들면 상기 니켈은 0.25~0.35 중량% 포함될 수 있다. 상기 함량으로 포함시 조직 미세화 효과가 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 반제품의 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)은 하기 식 1의 관계를 만족할 수 있다:
[식 1]
Si/5 〈 (Cu + Ni) 〈 Si/2
(상기 식 1에서, Si, Cu 및 Ni는 각각 상기 반제품 중의 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 니켈(Ni) 함량(중량%) 이다).
상기 식 1의 조건으로 포함시 상기 스프링강의 압연 가공성이 우수하여 압연 중 균열 등의 결함을 방지하고 탈탄 발생을 방지하며, 세멘타이트 조직의 생성 억제효과가 우수할 수 있다.
크롬(Cr)
상기 크롬(Cr)은 오스테나이트 조직 내에 용해되어 경화능 개선과, 템퍼링 시 연화 저항성을 억제하며, 경화능 및 강도 등의 기계적 물성을 보완하고, 고실리콘(Si)강에서 탈탄 방지효과가 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 크롬은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.6~0.7 중량% 포함된다. 상기 크롬을 0.6 중량% 미만으로 포함시 상기 스프링강의 강도가 저하되고 강의 영구 변형을 초래할 수 있으며, 0.7 중량%를 초과하여 포함시 스프링강의 경도 상승 및 인성이 저하되고 스프링강에 균일 발생하고 원가 및 생산단가가 상승할 수 있다.
바나듐(V)
상기 바나듐(V)은 고온에서 미세 석출물을 형성하여 스프링강의 조직을 미세화 시키고, 결정립계의 조대화를 방지하여 상기 스프링강의 강도 향상 및 인성을 확보할 수 있다.
한 구체예에서 상기 바나듐은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.05~0.15 중량% 포함된다. 상기 바나듐을 0.05 중량% 미만으로 포함시 스프링강의 강도가 저하되며, 결정립계가 조대화되며, 0.15 중량%를 초과하여 포함시 상기 스프링강의 인성 및 피로수명이 저하되고, 원가가 상승될 수 있다.
니오븀(Nb)
상기 니오븀(Nb)은 조직 미세화, 질화를 통해 강의 표면을 경화하고, 치수 불변성 및 세트성을 향상시킨다. 또한 상기 니오븀은 탄소와 NbC을 형성하여 강도를 향상시키며, 탄화물(CrC, VC, TiC, MoC)의 생성 속도를 제어할 수 있다.
한 구체예에서 상기 니오븀은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.01~0.04 중량% 포함된다. 상기 니오븀을 0.01 중량% 미만으로 포함시 상기 스프링강의 강도 저하 및 탄화물 불균일화의 문제가 발생하며, 0.04 중량%를 초과하여 포함시 다른 탄화물의 생성을 억제시킬 수 있다. 예를 들면 상기 니오븀은 0.02~0.03 중량% 포함될 수 있다. 상기 함량으로 포함시 조직 미세화 효과가 우수할 수 있다.
티타늄(Ti)
상기 티타늄(Ti)은 결정립 재결정을 방지 및 성장을 억제하는 효과가 있으며, TiC 및 TiMoC 등과 같은 나노탄화물 형태의 석출물 형성하여, 상기 스프링강의 강도 및 파괴인성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 티타늄은 질소(N)와 반응하여 TiN을 생성하여 결정립 성장을 억제시키며, TiB2를 형성하여 B 및 N와 결합을 방해하여 BN의 소입성 저하를 방지할 수 있다.
한 구체예에서 상기 티타늄은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.01~0.04 중량% 포함된다. 상기 티타늄을 0.01 중량% 미만으로 포함시 스프링강의 강도 및 파괴인성이 저하되고, 0.04 중량%를 초과하여 포함시 원가상승 및 부품의 피로수명을 저하시킬 수 있다. 예를 들면 상기 티타늄은 0.02~0.03 중량% 포함될 수 있다. 상기 함량으로 포함시 조직 미세화 효과가 우수할 수 있다.
보론(B)
상기 보론(B)은 상기 스프링강 제조시 오스테나이트 결정입계에 편석되어 계면 에너지를 낮추어 초석페라이트 핵생성을 억제하고, 담금질시 강의 경화능 및 강도를 향상시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 보론은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.0005~0.0025 중량%(5~25ppm) 포함된다. 상기 보론을 0.0005 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.0025 중량%를 초과하여 포함시 결정립계에 BN이 석출되어 피로강도가 저하될 수 있다.
한 구체예에서 상기 반제품은 전체중량에 대하여 몰리브덴(Mo) 0 초과 0.05 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0.001~0.015 중량% 및 질소(N) 0 초과 0.0080 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
몰리브덴(Mo)
상기 몰리브덴(Mo)은 강도 및 파괴인성을 향상시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 몰리브덴은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0 초과 0.05 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 가공성이 우수하며, 강도 및 파괴 인성 향상효과가 우수할 수 있다.
알루미늄(Al)
상기 알루미늄(Al)은 강도 및 충격인성을 향상시킬 수 있다. 한 구체예에서 상기 알루미늄은 상기 반제품 전체중량에 대하여 0.001~0.015 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 강도 및 파괴 인성 향상효과가 우수할 수 있다.
질소(N)
상기 질소(N)는 알루미늄 및 티타늄과 반응하여 AlN 및 TiN 등의 질화물을 형성하여 결정립 미세화 효과를 확보할 수 있다. 한 구체예에서 상기 질소는 상기 반제품 전체중량에 대하여 0 초과 0.0080 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 함량 범위로 포함시 강의 소입성이 저하되지 않으면서 결정립 미세화 효과가 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 반제품은 전술한 합금 구성 성분과 조성을 이용하여 빌렛 형태로 제조할 수 있다.
한 구체예에서 상기 재가열은 900~1100℃ 조건으로 실시될 수 있다. 상기 조건으로 재가열시 반제품 주조시 편석된 성분이 용이하게 재고용되며, 상기 반제품의 압연 부하를 최소화하면서 탈탄 발생을 방지하고, 내식성과 기계적 물성이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 재가열은 900~1100℃에서 180분 이하, 예를 들면 50~180분 실시될 수 있다.
(S20) 열간압연 단계
상기 단계는 상기 재가열된 반제품을 마무리 압연온도: 850~1050℃ 조건으로 열간 압연하여 압연재를 제조하는 단계이다. 상기 조건에서 상기 압연재 밀도 조절이 용이하여 경량성을 확보할 수 있고, 상기 반제품을 마무리 압연온도 850℃ 미만으로 열간 압연시 압연 부하가 증가하고 제품 균열 등의 결함이 발생하며, 1050℃를 초과하는 온도로 열간 압연시 본 발명이 목표로 하는 미세조직 조건을 달성하기 어려울 수 있다.
(S30) 권취 단계
상기 단계는 상기 압연재를 권취하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 권취는 권취온도: 800~1000℃ 조건으로 실시될 수 있다. 상기 조건으로 권취시 본 발명이 목표로 하는 미세조직을 용이하게 확보할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제조된 스프링강은 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pealite)를 포함하는 미세조직을 가진다. 예를 들면 상기 스프링강은 상기 펄라이트를 70 면적% 이상 포함할 수 있다. 예를 들면 페라이트 5~30 면적% 및 펄라이트 70~95 면적%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 스프링강의 미세조직은 1㎛2의 단위 면적(가로 1㎛ x 세로 1㎛)당 10nm 이하 크기의 석출물을 5.6개 이상 포함한다. 한편, 본 명세서에서 상기 크기는 상기 석출물의 직경 또는 최대길이를 의미할 수 있다. 상기 조건에서 미세 석출물로 인한 결정립 미세효과가 우수하며, 상기 미세 석출물에 의한 수소 트랩 효과로 인해 수소 취성 개선 효과가 우수할 수 있다. 상기 단위면적당 석출물을 5.6개 미만으로 포함시 결정립 미세화 효과 및 수소 취성 개선효과가 저하될 수 있다. 예를 들면 5.6~30개 포함될 수 있다.
한 구체예에서 상기 석출물은 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.
상기 석출물은 구형, 다면체형, 타원체형 및 부정형일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들면 구형일 수 있다.
한 구체예에서 상기 스프링강의 미세조직은 1㎛2의 단위 면적당 50nm 이하 크기의 석출물 중에서, 30nm 이하 크기의 석출물 수가 70% 이상일 수 있다. 상기 조건에서 결정립 미세화 효과 및 수소 취성 개선효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 70~95% 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 스프링강의 미세조직은 1㎛2의 단위 면적당 5~30nm 크기의 석출물을 10개 이상 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 스프링강의 미세조직은 1㎛2의 단위 면적당 5~30nm 크기를 가지며, 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 2 이상을 포함하는 석출물을 10개 이상 포함할 수 있다.상기 조건에서 결정립 미세화 효과 및 수소 취성 개선효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 10~80개일 수 있다.
스프링강 제조방법에 의해 제조된 스프링강
본 발명의 다른 관점은 상기 스프링강 제조방법에 의해 제조된 스프링강에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 스프링강은 탄소(C) 0.5~0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.30~1.55 중량%, 망간(Mn) 0.50~0.65 중량%, 인(P) 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.010 중량% 이하, 구리(Cu) 0.2~0.4 중량%, 니켈(Ni) 0.2~0.4 중량%, 크롬(Cr) 0.6~0.7 중량%, 바나듐(V) 0.05~0.15 중량%, 니오븀(Nb) 0.01~0.04 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.04 중량%, 보론(B) 0.0005~0.0025 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 스프링강의 구성 성분 및 함량은 전술한 바와 동일할 수 있다.
한 구체예에서 상기 스프링강의 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)은 하기 식 1의 관계를 만족할 수 있다:
[식 1]
Si/5 〈 (Cu + Ni) 〈 Si/2
(상기 식 1에서, Si, Cu 및 Ni는 각각 상기 스프링강 중의 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 니켈(Ni) 함량(중량%) 이다).
상기 식 1의 조건으로 포함시 상기 스프링강의 압연 가공성이 우수하여 압연 중 균열 등의 결함을 방지하고 탈탄 발생을 방지하며, 세멘타이트 조직의 생성 억제효과가 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 스프링강은 전체중량에 대하여 몰리브덴(Mo) 0 초과 0.05 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0.001~0.015 중량% 및 질소(N) 0 초과 0.0080 중량% 이하 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 몰리브덴, 알루미늄 및 질소의 함량은 전술한 바와 동일할 수 있다.
한 구체예에서 상기 스프링강은 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pealite)를 포함하는 미세조직을 가진다. 예를 들면 상기 스프링강은 상기 펄라이트를 70 면적% 이상 포함할 수 있다. 예를 들면 페라이트 5~30 면적% 및 펄라이트 70~95 면적%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 스프링강은 총수소량이 0.07ppm 이하일 수 있다. 상기 조건에서 스프링강의 기계적 강도와 수소 취성 개선 효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 스프링강은 압연 직후의 총수소량이 0.06ppm 이하이며, 8주 경과 후의 총수소량이 0.06ppm 이하일 수 있다.
한 구체예에서 상기 스프링강의 미세조직은 1㎛2의 단위 면적당 10nm 이하 크기의 석출물을 5.6개 이상 포함한다. 한편, 본 명세서에서 상기 크기는 상기 석출물의 직경 또는 최대길이를 의미할 수 있다. 상기 조건에서 경량성이 우수하고, 미세 석출물로 인한 결정립 미세효과가 우수하며, 상기 미세 석출물에 의한 수소 트랩 효과로 인해 수소 취성 개선 효과가 우수할 수 있다. 상기 단위면적당 석출물을 5.6개 미만으로 포함시 결정립 미세화 효과 및 수소 취성 개선효과가 저하될 수 있다. 예를 들면 5.6~30개 포함될 수 있다.
한 구체예에서 상기 석출물은 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.
상기 석출물은 구형, 다면체형, 타원체형 및 부정형일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들면 구형일 수 있다.
한 구체예에서 상기 스프링강의 미세조직은 1㎛2의 단위 면적당 50nm 이하 크기의 석출물 중에서, 30nm 이하 크기의 석출물 수가 70% 이상일 수 있다. 상기 조건에서 결정립 미세화 효과 및 수소 취성 개선 효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 70~95% 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 스프링강의 미세조직은 1㎛2의 단위 면적당 5~30nm 크기의 석출물을 10개 이상 포함할 수 있다. 상기 조건에서 결정립 미세화 효과 및 수소 취성 개선 효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 10~80개일 수 있다.
한 구체예에서 상기 스프링강은 경도 530~630Hv, 인장강도(TS) 900~1100MPa, 연신율 8% 이상일 수 있다. 예를 들면 상기 연신율은 8~20% 일 수 있다.
본 발명의 스프링강 제조방법 및 이에 의해 제조된 스프링강은 강도 및 내식성이 우수하고, 탈탄 방지효과가 우수하며, 경량성이 우수할 수 있다.
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.
실시예 및 비교예
하기 표 1의 성분 및 함량의 합금 성분을 포함하고, 인(P) 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.010 중량% 이하를 포함하되, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품(빌렛)을 준비하였다. 상기 반제품을 900~1100℃로 재가열하고, 마무리 압연온도: 850~1050℃ 조건으로 열간 압연하여 압연재(선재)를 제조하였다. 상기 선재를 권취온도: 800~1000℃ 조건으로 권취하여 스프링강을 제조하였다.
물성평가(1): 상기 실시예 1~3 및 비교예 1~3의 스프링강에 대하여, 총수소량(ppm) 및 인장강도(TS, MPa)을 평가하여 하기 표 2에 나타내었다. 상기 스프링강의 총수소량은 Galileo G8 측정기기(bruker사 제조)를 이용하여 측정한 것이며, 열간 압연 직후의 압연재와, 스프링강 제품 제조 후 8주가 경과된 시점에서 각각 측정하였다.
상기 표 2의 결과를 참조하면, 상기 실시예 1~3의 경우 본 발명을 벗어난 비교예 1~3 보다 총수소량이 낮았으며, 인장강도가 높은 것을 알 수 있었다.
물성평가(2): 미세조직 평가
상기 실시예 1~3에 대하여 1㎛2의 단위 면적당 크기별 석출물(바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti) 중 2 이상 포함하는 석출물)의 개수를 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
하기 도 2는 실시예 1의 미세조직을 나타낸 투과전자현미경(TEM) 사진이며, 도 3은 실시예 1의 에너지 분산 X선 분광법(EDS)을 이용한 분석사진이다. 상기 도 2 및 도 3을 참조하면, 실시예 1의 스프링강은 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pealite)를 포함하는 미세조직을 가지며, 표면에 바나듐(V), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 구상의 백색 석출물이 형성되는 것을 알 수 있다.
상기 표 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 1~3은 1㎛2의 단위 면적당 10nm 이하 크기의 석출물이 5.6개 이상이고, 50nm 이하 크기의 석출물 중 30nm 이하 크기의 석출물 수가 70% 이상 포함하며, 단위 면적당 5~30nm 크기의 석출물을 10개 이상 포함하는 것을 알 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (8)
- 탄소(C) 0.5~0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.30~1.55 중량%, 망간(Mn) 0.50~0.65 중량%, 인(P) 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.010 중량% 이하, 구리(Cu) 0.2~0.4 중량%, 니켈(Ni) 0.2~0.4 중량%, 크롬(Cr) 0.6~0.7 중량%, 바나듐(V) 0.05~0.15 중량%, 니오븀(Nb) 0.01~0.04 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.04 중량%, 보론(B) 0.0005~0.0025 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 재가열하는 단계;
상기 재가열된 반제품을 마무리 압연온도: 850~1050℃ 조건으로 열간 압연하여 압연재를 제조하는 단계; 및
상기 압연재를 권취하는 단계;를 포함하는 스프링강 제조방법이며,
상기 제조된 스프링강은 페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pealite)를 포함하는 미세조직을 가지며,
상기 미세조직은 1㎛2의 단위 면적당 10nm 이하 크기의 석출물을 5.6개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링강 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 스프링강의 미세조직은 1㎛2의 단위 면적당 50nm 이하 크기의 석출물 중 30nm 이하 크기의 석출물 수가 70% 이상 포함하고, 그리고
1㎛2의 단위 면적당 5~30nm 크기의 석출물을 10개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링강 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 반제품의 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)은 하기 식 1의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 스프링강 제조방법:
[식 1]
Si/5 〈 (Cu + Ni) 〈 Si/2
(상기 식 1에서, Si, Cu 및 Ni는 각각 상기 반제품 중의 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 니켈(Ni) 함량(중량%) 이다).
- 제1항에 있어서,
상기 재가열은 900~1100℃ 조건으로 실시되고, 그리고
상기 권취는 권취온도: 800~1000℃ 조건으로 실시되는 것을 특징으로 하는 스프링강 제조방법.
- 탄소(C) 0.5~0.6 중량%, 실리콘(Si) 1.30~1.55 중량%, 망간(Mn) 0.50~0.65 중량%, 인(P) 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.010 중량% 이하, 구리(Cu) 0.2~0.4 중량%, 니켈(Ni) 0.2~0.4 중량%, 크롬(Cr) 0.6~0.7 중량%, 바나듐(V) 0.05~0.15 중량%, 니오븀(Nb) 0.01~0.04 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.04 중량%, 보론(B) 0.0005~0.0025 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
페라이트(ferrite) 및 펄라이트(pealite)를 포함하는 미세조직을 가지며,
상기 미세조직은 1㎛2의 단위 면적당 10nm 이하 크기의 석출물을 5.6개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링강.
- 제5항에 있어서,
상기 스프링강은 총수소량이 0.07ppm 이하인 것을 특징으로 하는 스프링강.
- 제5항에 있어서,
상기 스프링강의 미세조직은 1㎛2의 단위 면적당 50nm 이하 크기의 석출물 중 30nm 이하 크기의 석출물 수가 70% 이상 포함하고, 그리고
1㎛2의 단위 면적당 5~30nm 크기의 석출물을 10개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링강.
- 제5항에 있어서,
상기 스프링강의 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)은 하기 식 1의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 스프링강:
[식 1]
Si/5 〈 (Cu + Ni) 〈 Si/2
(상기 식 1에서, Si, Cu 및 Ni는 각각 상기 스프링강 중의 실리콘(Si), 구리(Cu) 및 니켈(Ni) 함량(중량%) 이다).
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|---|---|---|---|
| KR1020210098424A KR20230016889A (ko) | 2021-07-27 | 2021-07-27 | 내식성이 우수한 스프링강 제조방법 및 이에 의해 제조된 스프링강 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR20230016889A true KR20230016889A (ko) | 2023-02-03 |
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230016889A (ko) |
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