KR20240061232A - Method for fabricating parts of boron steel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중량%로, 탄소(C): 0.38% ~ 0.41%, 실리콘(Si): 0.15 ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.7 ~ 0.9%, 크롬(Cr): 0.8 ~ 1.05%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.05% 이하, 보론(B): 5ppm ~ 40ppm, 질소(N): 40ppm ~ 140ppm 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 봉강 형상의 보론강을 제공하는 단계; 상기 보론강을 1150℃ ~ 1200℃에서 열간단조하는 단계; 상기 열간단조된 보론강을 870℃ ~ 890℃에서 상온까지 급랭하는 단계; 상기 급랭된 보론강을 500℃ ~ 610℃에서 템퍼링하는 단계; 및 상기 템퍼링된 보론강을 가공하는 단계;를 포함하는 보론강 부품의 제조방법을 제공한다.In the present invention, in weight percent, carbon (C): 0.38% ~ 0.41%, silicon (Si): 0.15 ~ 0.30%, manganese (Mn): 0.7 ~ 0.9%, chromium (Cr): 0.8 ~ 1.05%, titanium ( Ti): 0.05% or less exceeding 0, boron (B): 5 ppm to 40 ppm, nitrogen (N): 40 ppm to 140 ppm, and the balance containing iron (Fe) and other inevitable impurities, providing a boron steel in the shape of a bar. ; Hot forging the boron steel at 1150°C to 1200°C; Rapidly cooling the hot forged boron steel from 870°C to 890°C to room temperature; Tempering the quenched boron steel at 500°C to 610°C; and processing the tempered boron steel.
Description
본 발명은 부품의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보론강을 이용한 부품의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing parts, and more specifically, to a method of manufacturing parts using boron steel.
자동차에 적용되는 샤프트, 액슬, 크랭크샤프트 등의 부품은 동력 등을 전달하기 위하여 기계적인 물성과 충격인성의 확보가 중요하다. 이러한 부품에 적용되는 강재는 통상적으로 크롬 및 몰리브덴의 첨가를 통해 기계적 물성을 확보할 수 있는 강재를 이용하였다. 그러나, 최근 몰리브덴의 원자재 가격이 상승하여 제조원가가 증가되고 있으며, 자동차 탄소 배출 규제에 따라 부품의 고강도화를 통한 경량화가 요구됨에 따라 기존 강재를 대체하기 위한 개발이 진행되고 있다.For parts such as shafts, axles, and crankshafts applied to automobiles, it is important to secure mechanical properties and impact toughness in order to transmit power. Steel materials applied to these parts are typically steel materials that can secure mechanical properties through the addition of chromium and molybdenum. However, the raw material price of molybdenum has recently risen, leading to an increase in manufacturing costs, and as automotive carbon emission regulations require lighter parts through increased strength, development is underway to replace existing steel materials.
본 발명은 상대적으로 저가인 보론강을 활용하여 부품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 보론강 부품의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The purpose of the present invention is to provide a method of manufacturing boron steel parts that can improve the reliability of parts by utilizing relatively inexpensive boron steel.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are illustrative and do not limit the scope of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보론강 부품의 제조방법이 제공된다. 상기 보론강 부품의 제조방법은 중량%로, 탄소(C): 0.38% ~ 0.41%, 실리콘(Si): 0.15 ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.7 ~ 0.9%, 크롬(Cr): 0.8 ~ 1.05%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.05% 이하, 보론(B): 5ppm ~ 40ppm, 질소(N): 40ppm ~ 140ppm 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 봉강 형상의 보론강을 제공하는 단계; 상기 보론강을 1150℃ ~ 1200℃에서 열간단조하는 단계; 상기 열간단조된 보론강을 870℃ ~ 890℃에서 상온까지 급랭하는 단계; 상기 급랭된 보론강을 500℃ ~ 610℃에서 템퍼링하는 단계; 및 상기 템퍼링된 보론강을 가공하는 단계;를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, a method for manufacturing boron steel parts is provided. The manufacturing method of the boron steel parts is weight percent, carbon (C): 0.38% ~ 0.41%, silicon (Si): 0.15 ~ 0.30%, manganese (Mn): 0.7 ~ 0.9%, chromium (Cr): 0.8 ~ 1.05%, Titanium (Ti): 0 to 0.05%, Boron (B): 5ppm to 40ppm, Nitrogen (N): 40ppm to 140ppm, and the balance is boron in the form of a steel bar, including iron (Fe) and other inevitable impurities. providing a river; Hot forging the boron steel at 1150°C to 1200°C; Rapidly cooling the hot forged boron steel from 870°C to 890°C to room temperature; Tempering the quenched boron steel at 500°C to 610°C; and processing the tempered boron steel.
상기 보론강 부품의 제조방법에서, 상기 보론강을 열간단조하는 단계는 1150℃ ~ 1175℃에서 수행할 수 있다.In the method for manufacturing boron steel parts, the step of hot forging the boron steel may be performed at 1150°C to 1175°C.
상기 보론강 부품의 제조방법에서, 상기 급랭하는 단계는 5 ℃/s ~ 20 ℃/s의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.In the method for manufacturing boron steel parts, the rapid cooling may include cooling at a cooling rate of 5 °C/s to 20 °C/s.
상기 보론강 부품의 제조방법에서, 상기 급랭된 보론강을 템퍼링하는 단계는 520℃ ~ 540℃에서 수행할 수 있다.In the method for manufacturing boron steel parts, the step of tempering the quenched boron steel may be performed at 520°C to 540°C.
상기 보론강 부품의 제조방법에서, 상기 템퍼링된 보론강을 가공하는 단계는, 상기 템퍼링된 보론강의 표면에부터 0.25mm 지점까지 표면 가공하는 단계를 포함할 수 있다.In the method of manufacturing the boron steel part, the step of processing the tempered boron steel may include surface processing to a point of 0.25 mm from the surface of the tempered boron steel.
상기 보론강 부품의 제조방법에서, 상기 템퍼링된 보론강을 가공하는 단계를 수행한 후의 상기 보론강 부품은 샤프트 부품, 액슬 부품 또는 크랭크샤프트 부품 중 어느 하나일 수 있다.In the method of manufacturing the boron steel part, the boron steel part after performing the step of processing the tempered boron steel may be any one of a shaft part, an axle part, or a crankshaft part.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상대적으로 저가인 보론강을 활용하여 부품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 보론강 부품을 구현할 수 있다. According to an embodiment of the present invention made as described above, boron steel parts that can improve the reliability of the parts can be implemented by using relatively inexpensive boron steel.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, the scope of the present invention is not limited by this effect.
도 1은 본 발명의 보론강 부품의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보론강 부품의 제조방법의 일부로서 블룸을 형성하는 단계들을 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보론강 부품의 제조방법의 일부로서 블룸에서 봉강을 제조하는 단계들을 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실험예에서 급랭 공정(S30)을 적용한 강재에서 급랭 단계의 냉각속도에 따른 경도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실험예에서 열간단조, 급랭(Quenching), 템퍼링(Tempering) 공정을 각각 적용한 후의 심부 경도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실험예로서 비교재(a)와 실시재(b)에 대하여 열간단조(1200℃) 공정을 적용한 후 공랭 시 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 실험예로서 비교재(a)와 실시재(b)에 대하여 열간단조(1200℃) 공정을 적용한 후 공랭 시 결정립 크기를 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명의 실험예로서 열간단조의 온도에 따른 결정립 크기를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실험예에서 1200℃ 열간단조를 적용한 후의 표면 경도를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실험예에서 1200℃ 열간단조 및 880℃ 급랭 공정을 적용한 후의 표면 경도를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실험예에서 열간단조 온도가 1150℃인 조건으로 열간단조 공정을 진행할 경우 성형하중을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 실험예에서 열간단조 온도가 1175℃인 조건으로 열간단조 공정을 진행할 경우 성형하중을 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 실험예에서 열간단조 온도가 1200℃인 조건으로 열간단조 공정을 진행할 경우 성형하중을 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 실험예에서 열간단조 온도에 따라 단조공정의 최대하중을 나타낸 그래프이다.1 is a flowchart illustrating the manufacturing method of boron steel parts of the present invention.
Figure 2 is a diagram schematically illustrating steps for forming a bloom as part of a method for manufacturing boron steel parts according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram schematically illustrating the steps of manufacturing a steel bar in bloom as part of a method for manufacturing boron steel parts according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing the hardness according to the cooling rate in the quenching step in steel to which the quenching process (S30) was applied in an experimental example of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing the core hardness after applying hot forging, quenching, and tempering processes in an experimental example of the present invention.
Figure 6 is a photograph showing the microstructure of the comparative material (a) and the exemplary material (b) when air-cooled after applying the hot forging (1200°C) process to the comparative material (a) and the exemplary material (b) as an experimental example of the present invention.
Figure 7 is an experimental example of the present invention, a photograph showing the crystal grain size when air cooling after applying the hot forging (1200°C) process to the comparative material (a) and the exemplary material (b).
Figure 8 is a graph showing the grain size according to the temperature of hot forging as an experimental example of the present invention.
Figure 9 is a graph comparing surface hardness after applying 1200°C hot forging in an experimental example of the present invention.
Figure 10 is a graph comparing surface hardness after applying the 1200°C hot forging and 880°C quenching processes in an experimental example of the present invention.
Figure 11 shows the forming load when the hot forging process is performed under the condition that the hot forging temperature is 1150°C in an experimental example of the present invention.
Figure 12 shows the forming load when the hot forging process is performed under the condition that the hot forging temperature is 1175°C in an experimental example of the present invention.
Figure 13 shows the forming load when the hot forging process is performed under the condition that the hot forging temperature is 1200°C in an experimental example of the present invention.
Figure 14 is a graph showing the maximum load of the forging process according to the hot forging temperature in an experimental example of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to the examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Additionally, the thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated for convenience and clarity of explanation.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will now be described with reference to drawings that schematically show ideal embodiments of the present invention. In the drawings, variations of the depicted shape may be expected, for example, depending on manufacturing technology and/or tolerances. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as being limited to the specific shape of the area shown in this specification, but should include, for example, changes in shape resulting from manufacturing.
도 1은 본 발명의 보론강 부품의 제조방법을 도해하는 순서도이다.1 is a flowchart illustrating the manufacturing method of boron steel parts of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 보론강 부품의 제조방법은 봉강 형상의 보론강을 제공하는 단계(S10); 상기 보론강을 1150℃ ~ 1200℃에서 열간단조하는 단계; 상기 열간단조된 보론강을 870℃ ~ 890℃에서 상온까지 급랭하는 단계; 상기 급랭된 보론강을 500℃ ~ 610℃에서 템퍼링하는 단계; 및 상기 템퍼링된 보론강을 가공하는 단계;를 포함한다.Referring to Figure 1, the method of manufacturing boron steel parts according to an embodiment of the present invention includes providing boron steel in the shape of a steel bar (S10); Hot forging the boron steel at 1150°C to 1200°C; Rapidly cooling the hot forged boron steel from 870°C to 890°C to room temperature; Tempering the quenched boron steel at 500°C to 610°C; and processing the tempered boron steel.
상기 보론강의 조성은, 중량%로, 탄소(C): 0.38% ~ 0.41%, 실리콘(Si): 0.15 ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.7 ~ 0.9%, 크롬(Cr): 0.8 ~ 1.05%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.05% 이하, 보론(B): 5ppm ~ 40ppm, 질소(N): 40ppm ~ 140ppm 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.The composition of the boron steel, in weight percent, is carbon (C): 0.38% to 0.41%, silicon (Si): 0.15 to 0.30%, manganese (Mn): 0.7 to 0.9%, chromium (Cr): 0.8 to 1.05%. , Titanium (Ti): 0 to 0.05% or less, Boron (B): 5 ppm to 40 ppm, Nitrogen (N): 40 ppm to 140 ppm, and the remainder may include iron (Fe) and other unavoidable impurities.
상술한 조성을 가지는 보론강 경우, 보론(B)의 첨가를 통해 결정립계에 고용 보론을 분포시켜 소입성을 향상시키고 기계적 물성을 개선하여 소입열처리를 하는 부품에 적용된다. 보론(B)이 첨가되면 질소(N)와 화합하여 BN 석출물이 결정립계에 석출되어 물성 저하를 일으키며, 이를 방지하기 위해 일반적으로 보론강에는 보론(B)보다 질소 친화력이 좋은 티타늄(Ti)을 첨가하여 TiN 석출물을 형성시키고 보론(B)을 고용상태로 유지시키게 된다.In the case of boron steel having the above-described composition, the addition of boron (B) distributes dissolved boron to the grain boundaries to improve hardenability and improve mechanical properties, and is applied to parts subjected to hardening heat treatment. When boron (B) is added, it combines with nitrogen (N) and causes BN precipitates to precipitate at the grain boundaries, causing a decrease in physical properties. To prevent this, titanium (Ti), which has a better affinity for nitrogen than boron (B), is generally added to boron steel. This forms TiN precipitates and maintains boron (B) in a solid solution.
탄소(C): 0.38% ~ 0.41%Carbon (C): 0.38% to 0.41%
탄소는 화학성분 중 가장 강력한 침입형 기지강화 원소로 탄소량이 높을수록 강도는 상승하지만 인성이 저하되는 현상이 발생하므로 인성향상을 위하여 탄소량은 0.38% ~ 0.41%로 제한하였으며, 이로서 발생하는 강도 저하는 기타 합금을 첨가하여 보상하였다.Carbon is the strongest interstitial matrix reinforcing element among chemical components. As the carbon content increases, strength increases, but toughness decreases. Therefore, the carbon content was limited to 0.38% to 0.41% to improve toughness, resulting in a decrease in strength. was compensated by adding other alloys.
실리콘(Si): 0.15 ~ 0.30%Silicon (Si): 0.15 to 0.30%
실리콘(규소)은 강도, 탄성계수를 강화하는 요소지만, 신율과 충격치를 저하시키는 소재로서, 그 함유량이 0.30%를 초과하면 인성을 낮추는 결함이 발생하여 바람직하지 않으며, 0.15% 미만이면 강도 저하로 인하여 바람직하지 않다.Silicon is an element that enhances strength and elastic modulus, but it is a material that reduces elongation and impact value. If its content exceeds 0.30%, defects that lower toughness occur, which is undesirable. If it is less than 0.15%, strength decreases. It is not desirable because of this.
망간(Mn): 0.7 ~ 0.9%Manganese (Mn): 0.7 ~ 0.9%
망간은 기지안에 고용되어 재료의 강도 및 인성향상에 도움이 되지만 0.7% 미만인 경우 상술한 효과가 나타나지 않으며, 0.9%를 초과하는 경우 기계 가공성이 떨어지므로, 그 함유량을 0.7 ~ 0.9%로 제한하기로 한다.Manganese is dissolved in the matrix and helps improve the strength and toughness of the material, but if it is less than 0.7%, the above-mentioned effect does not appear, and if it exceeds 0.9%, machinability deteriorates, so its content is limited to 0.7 to 0.9%. do.
크롬(Cr): 0.8 ~ 1.05%Chromium (Cr): 0.8 to 1.05%
크롬은 담금질 및 뜨임 열처리 시 강도상승을 위한 고가의 합금원소이다. 크롬의 함량이 0.8% 미만인 경우 상술한 효과가 나타나지 않으며, 1.05%를 초과하는 경우 효과 상승 대비 원가상승의 부담이 커지므로, 함유량을 0.8 ~ 1.05%로 한정한다.Chromium is an expensive alloy element used to increase strength during quenching and tempering heat treatment. If the chromium content is less than 0.8%, the above-described effect does not appear, and if it exceeds 1.05%, the burden of increased costs increases compared to the increased effect, so the content is limited to 0.8 to 1.05%.
티타늄(Ti): 0 초과 0.05% 이하Titanium (Ti): More than 0 and less than 0.05%
본 발명에서 보론을 미량 첨가함으로써 열처리 후 강도를 확보하게 되는데, 보론 효과를 극대화하기 위해서는 용질(Solute) 보론량이 기지에 많아야 한다. 보론탄화물이나 보론질화물 상태는 강도 상승에 크게 기여하지 못한다. 보론은 질소와의 친화력이 좋아서 BN 형태의 질화물 상태로 기지에 존재하기 쉬우므로 본 발명에서는 적절한 양의 티타늄을 첨가하여 TiN 형태로 만들어서 보론과 결합되는 질소의 양을 최소화 하였다. 또한, TiN의 전위 피닝 효과를 이용한 결정립 미세화를 통하여 재료의 강도 및 인성을 향상시킬 수 있다. 다만, 티타늄의 함량이 0.05%를 초과하면 조대한 티타늄계 질화물이 형성되어 피로 특성이 열화되는 문제점이 있다.In the present invention, strength is secured after heat treatment by adding a small amount of boron. In order to maximize the boron effect, the amount of solute boron must be large. The boron carbide or boron nitride state does not significantly contribute to the increase in strength. Boron has a good affinity for nitrogen and is likely to exist in the matrix as a nitride in the form of BN. Therefore, in the present invention, an appropriate amount of titanium was added to form TiN to minimize the amount of nitrogen combined with boron. In addition, the strength and toughness of the material can be improved through grain refinement using the dislocation pinning effect of TiN. However, if the titanium content exceeds 0.05%, there is a problem in that coarse titanium-based nitride is formed and fatigue properties are deteriorated.
보론(B): 5ppm ~ 40ppmBoron (B): 5 ppm to 40 ppm
보론은 소입성 향상 효과가 우수하고 미량 첨가로도 소입성에 큰 영향을 미치기 때문에 본 발명에서는 그 함량을 5ppm ~ 40ppm으로 한정하였다. 보론의 함량이 5ppm 미만이면 상술한 효과가 나타나지 않으며, 보론의 함량이 40ppm을 초과하면 계에 보론 질화물이 석출하여 입계강도가 저하되는 문제점이 나타난다.Since boron has an excellent effect of improving hardenability and has a significant effect on hardenability even when added in a small amount, its content was limited to 5ppm to 40ppm in the present invention. If the boron content is less than 5 ppm, the above-described effect does not appear, and if the boron content exceeds 40 ppm, boron nitride precipitates in the system, causing a problem of lowering the grain boundary strength.
질소(N): 40ppm ~ 140ppmNitrogen (N): 40 ppm to 140 ppm
질소는 티타늄과 친화력이 좋아 TiN 석출물을 형성시키고 보론(B)을 고용상태로 유지시키는 원소이다. 질소의 함량이 40ppm 미만이면 상술한 효과가 나타나지 않으며 140ppm를 초과하면 TiN 석출물 뿐만 아니라 BN 석출물이 결정립계에 석출되어 물성 저하를 일으키는 문제점이 있다.Nitrogen is an element that has good affinity for titanium, forming TiN precipitates and maintaining boron (B) in a solid solution. If the nitrogen content is less than 40ppm, the above-mentioned effect does not appear, and if it exceeds 140ppm, not only TiN precipitates but also BN precipitates are precipitated at the grain boundaries, causing a problem in deteriorating physical properties.
인: 0.02%이하, 황: 0.02%이하Phosphorus: 0.02% or less, Sulfur: 0.02% or less
인 및 황의 함량은 각각 0.02% 이하로 한정한다. 인은 결정립계에 편석되어 인성을 저하시키고 지연파괴 저항성을 감소시키는 주요 원인이므로 그 상한을 0.02%로 제한하는 것이며, 상기 황은 저 융점 원소로 입계 편석되어 인성을 저하시키고 유화물을 형성시켜 지연파괴 저항성 및 응력이완 특성에 유해한 영향을 미치므로 그 상한을 0.02%로 한정하는 것이 바람직하다.The content of phosphorus and sulfur is limited to 0.02% or less each. Phosphorus segregates at grain boundaries, lowering toughness, and is the main cause of reduced delayed fracture resistance, so the upper limit is limited to 0.02%. Sulfur is a low melting point element that segregates at grain boundaries, lowers toughness, and forms emulsions, reducing delayed fracture resistance and Since it has a detrimental effect on stress relaxation characteristics, it is desirable to limit the upper limit to 0.02%.
이하에서는 봉강을 형성하는 제조방법을 설명한다. Below, a manufacturing method for forming a steel bar will be described.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보론강 부품의 제조방법의 일부로서 블룸을 형성하는 단계들을 개요적으로 도해하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보론강 부품의 제조방법의 일부로서 블룸에서 봉강을 제조하는 단계들을 개요적으로 도해하는 도면이다.Figure 2 is a diagram schematically illustrating steps for forming a bloom as part of a method for manufacturing boron steel parts according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is a diagram showing the manufacturing of boron steel parts according to an embodiment of the present invention. This is a diagram schematically illustrating the steps for manufacturing a steel bar in Bloom as part of the method.
도 2를 참조하면, 빌렛을 제공하는 단계를 구현하기 위하여 제강 및 연주 단계를 먼저 수행할 수 있다. 예를 들어, 용선 및 스크랩을 전기로에 투입하는 단계; 래들을 이용하여 정련하는 단계; 용강을 미세 조정하는 단계; RH 방식을 이용하여 탈가스 공정을 수행하는 단계; 연속 주조 공정을 수행하는 단계를 순차적으로 수행하여 블룸을 제공할 수 있다. 상기 블룸은, 예를 들어, 390mm X 530mm의 크기를 가질 수 있다. Referring to Figure 2, in order to implement the step of providing a billet, the steel making and casting steps may be performed first. For example, putting molten iron and scrap into an electric furnace; Refining using a ladle; Fine-tuning the molten steel; Performing a degassing process using the RH method; The steps of performing a continuous casting process can be performed sequentially to provide bloom. The bloom may have a size of, for example, 390 mm x 530 mm.
도 3을 참조하면, 블룸을 가열로를 이용하여 가열하는 단계, 조압연 및 사상압연 공정을 수행하는 단계를 수행하여 빌렛 또는 대형봉강을 구현할 수 있다. 블룸에서 빌렛을 제조하는 압연 공정은 대형 압연 공정으로 이해할 수 있다. 조압연과 사상압연 사이에 열을 이용한 스카핑 작업을 수행할 수도 있다. 빌렛은, 예를 들어, 150mm X 150mm 또는 180mm X 180mm의 크기를 가질 수 있다. 대형봉강은, 예를 들어, 직경이 80mm ~ 320mm일 수 있다. Referring to FIG. 3, a billet or large steel bar can be produced by performing the steps of heating the bloom using a heating furnace and performing rough rolling and finishing rolling processes. The rolling process for manufacturing billets in Bloom can be understood as a large-scale rolling process. Scarfing using heat can also be performed between rough rolling and finishing rolling. The billet may have a size of, for example, 150 mm x 150 mm or 180 mm x 180 mm. Large bar steel may, for example, have a diameter of 80 mm to 320 mm.
한편, 상기 빌렛에 대하여 추가적인 공정을 적용하여 소형봉강을 구현할 수도 있다. 상기 빌렛의 표면 작업(빌렛정정)을 수행한 후에 가열로에 빌렛을 투입하여 재가열 공정으로 수행하고, 계속하여, 재가열된 빌렛을 조압연, 중간압연 및 사상압연할 수 있다. 재가열된 빌렛에 적용하는 상기 압연 공정은 소형 압연 공정으로 이해할 수 있다. 계속하여, 빌렛을 사상압연한 후에 정밀압연기(RSM)를 이용하여 정밀압연하는 단계를 수행함으로써 소형봉강을 구현할 수 있다. 소형봉강은, 예를 들어, 직경이 20mm ~ 80mm일 수 있다. Meanwhile, small-sized steel bars can also be produced by applying additional processes to the billet. After performing the surface work (billet correction) of the billet, the billet is put into a heating furnace to perform a reheating process, and the reheated billet can then be subjected to rough rolling, intermediate rolling, and finishing rolling. The rolling process applied to the reheated billet can be understood as a small rolling process. Subsequently, a small steel bar can be produced by performing a precision rolling step using a precision rolling mill (RSM) after finishing the billet. Small bars may, for example, have a diameter of 20 mm to 80 mm.
본 발명의 실시예에 따른 보론강 부품의 제조방법에서 봉강 형상의 보론강을 제공하는 단계(S10)는 보론강재를 대형봉강 또는 소형봉강으로 제공하는 단계를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing boron steel parts according to an embodiment of the present invention, the step of providing boron steel in the shape of a steel bar (S10) may include providing the boron steel material as a large steel bar or a small steel bar.
봉강 형상의 보론강을 제공하는 단계(S10)를 수행한 후에 봉강 형상의 보론강을 절단하고 상기 보론강을 1150℃ ~ 1200℃에서 열간단조하는 단계(S20); 상기 열간단조된 보론강을 870℃ ~ 890℃에서 상온까지 급랭하는 단계(S30); 상기 급랭된 보론강을 500℃ ~ 610℃에서 템퍼링하는 단계(S40); 및 상기 템퍼링된 보론강을 가공하는 단계(S50);를 수행한다.After performing the step of providing boron steel in the shape of a steel bar (S10), cutting the boron steel in the shape of a steel bar and hot forging the boron steel at 1150°C to 1200°C (S20); Rapidly cooling the hot forged boron steel from 870°C to 890°C to room temperature (S30); Tempering the quenched boron steel at 500°C to 610°C (S40); and processing the tempered boron steel (S50).
열간단조하는 단계(S20)에서 열간단조 온도는 1150℃ ~ 1200℃의 범위를 가진다. 열간단조 온도가 1150℃ 미만인 경우 단조 성형 하중이 과다하여 금형수명이 저하되는 문제점이 나타나며, 열간단조 온도가 1200℃를 초과하는 경우 제품 표면 물성 저하 및 스케일 결함 문제점이 나타난다.In the hot forging step (S20), the hot forging temperature ranges from 1150°C to 1200°C. If the hot forging temperature is less than 1150℃, the forging forming load is excessive and the mold life is reduced, and if the hot forging temperature exceeds 1200℃, the product surface properties are deteriorated and scale defects occur.
열간단조하는 단계(S20)를 수행한 후 상온까지 냉각된 보론강은 870℃ ~ 890℃까지 승온한 후 상온까지 급랭한다. 급랭하는 단계(S30)에서 급랭시작온도가 870℃ 미만인 경우 오스테나이트 단상으로의 상변태가 완전히 일어나지 않는 문제점이 나타나며, 급랭시작온도가 890℃를 초과하는 경우 추가적인 원료 투입으로 인한 원가상승 및 표면물성이 저하되는 문제점이 나타난다. After performing the hot forging step (S20), the boron steel cooled to room temperature is heated to 870°C to 890°C and then rapidly cooled to room temperature. In the quenching step (S30), if the quenching start temperature is less than 870℃, a problem occurs in which phase transformation to austenite single phase does not occur completely, and if the quenching start temperature exceeds 890℃, the cost increases and surface properties decrease due to the input of additional raw materials. A problem of deterioration appears.
급랭하는 단계(S30)를 수행한 후에 상온까지 냉각된 보론강은 500℃ ~ 610℃까지 승온한 후 온도를 일정하게 유지하는 템퍼링 열처리를 수행한다. 템퍼링하는 단계(S40)에서 템퍼링 온도가 500℃ 미만인 경우 충격인성의 저하되는 문제점이 나타나며, 템퍼링 온도가 610℃를 초과하는 경우 기계적 물성 및 피로물성이 저하되는 문제점이 나타난다. After performing the rapid cooling step (S30), the boron steel cooled to room temperature is heated to 500°C to 610°C and then subjected to tempering heat treatment to keep the temperature constant. In the tempering step (S40), if the tempering temperature is less than 500°C, the impact toughness is lowered, and if the tempering temperature is higher than 610°C, the mechanical properties and fatigue properties are lowered.
실험예Experiment example
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다. Below, preferred experimental examples are presented to aid understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only intended to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following experimental examples.
본 실험예에서는 비교재로서 통상적으로 동력전달 부품에 사용되는 강재(SCM440H)와 실시재로서 보론강을 사용하였다. In this experimental example, a steel material (SCM440H) commonly used in power transmission parts was used as a comparative material and boron steel was used as an exemplary material.
표 1은 본 발명의 실험예로서 비교재와 실시재의 강재의 조성을 나타낸 것이다.Table 1 shows the composition of steel materials of comparative and exemplary materials as an experimental example of the present invention.
표 1을 참조하면, 실시재는 중량%로, 탄소(C): 0.38% ~ 0.41%, 실리콘(Si): 0.15 ~ 0.30%, 망간(Mn): 0.7 ~ 0.9%, 크롬(Cr): 0.8 ~ 1.05%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.05% 이하, 보론(B): 5ppm ~ 40ppm, 질소(N): 40ppm ~ 140ppm의 조성범위를 만족한다. 실시재에서 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)은 의도적으로 첨가하지 않은 극소량 함유된 불가피 불순물로 이해될 수 있다.Referring to Table 1, the actual materials are expressed in weight percent: carbon (C): 0.38% ~ 0.41%, silicon (Si): 0.15 ~ 0.30%, manganese (Mn): 0.7 ~ 0.9%, chromium (Cr): 0.8 ~ Satisfies the composition range of 1.05%, titanium (Ti): more than 0 and less than 0.05%, boron (B): 5ppm to 40ppm, nitrogen (N): 40ppm to 140ppm. In the embodiment, copper (Cu), nickel (Ni), and molybdenum (Mo) can be understood as inevitable impurities contained in very small amounts that were not intentionally added.
이에 반하여, 비교재에서는 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 함량 범위가 의미있는 수준으로 첨가되었으며, 티타늄(Ti)은 의도적으로 첨가하지 않은 극소량 함유된 불가피 불순물로 이해될 수 있다.In contrast, in the comparative material, copper (Cu), nickel (Ni), and molybdenum (Mo) were added at meaningful levels, and titanium (Ti) can be understood as an inevitable impurity contained in very small amounts that was not intentionally added. there is.
본 발명의 실험예에서는 상술한 조성을 가지는 비교재와 실시재에 대하여 도 1에 도시된 공정을 적용한 부품에 대하여 공정조건에 따른 물성을 평가하였다. 구체적으로, 1200℃에서 열간단조를 하고, 880℃에서 시작하는 급랭 공정을 수행하고, 580℃ ~ 610℃에서 템퍼링 공정을 수행하였다.In an experimental example of the present invention, the physical properties of parts to which the process shown in FIG. 1 was applied were evaluated according to process conditions for the comparative and exemplary materials having the above-described compositions. Specifically, hot forging was performed at 1200°C, a rapid cooling process starting at 880°C was performed, and a tempering process was performed at 580°C to 610°C.
도 4와 표 2는 본 발명의 실험예에서 급랭 공정(S30)을 적용한 강재에서 급랭 단계의 냉각속도에 따른 경도를 나타낸 것이다. 표 2에서 YS는 항복강도, TS는 인장강도를 의미하고, Martensite는 마르텐사이트의 상분율, Bainite는 베이나이트의 상분율, Ferrite+Pearlite는 페라이트와 펄라이트의 상분율을 의미한다.Figure 4 and Table 2 show the hardness according to the cooling rate of the quenching step in steel materials to which the quenching process (S30) was applied in the experimental example of the present invention. In Table 2, YS means yield strength, TS means tensile strength, Martensite means the phase fraction of martensite, Bainite means the phase fraction of bainite, and Ferrite+Pearlite means the phase fraction of ferrite and pearlite.
(℃/s)Cooling speed
(℃/s)
PearliteFerrite +
Pearlite
도 4와 표 2를 참조하면, 급랭단계(S30)를 적용한 기계적 물성은 비교재 보다 실시재가 더 우수함을 확인할 수 있다. 나아가, 상기 급랭하는 단계에서 냉각속도가 5 ℃/s ~ 20 ℃/s인 경우, 실시재의 경도(HRc)는 55 내지 59의 범위를 가지고, 실시재의 미세조직에서 마르텐사이트의 상분율은 85%이상이고, 페라이트와 펄라이트의 상분율은 3%이하인 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4 and Table 2, it can be seen that the mechanical properties obtained by applying the rapid cooling step (S30) are superior to the comparative material. Furthermore, when the cooling rate in the rapid cooling step is 5 ℃/s to 20 ℃/s, the hardness (HRc) of the specimen is in the range of 55 to 59, and the phase fraction of martensite in the microstructure of the specimen is 85%. This is the above, and it can be confirmed that the phase fraction of ferrite and pearlite is 3% or less.
도 5와 표 3은 본 발명의 실험예에서 열간단조, 급랭(Quenching), 템퍼링(Tempering) 공정을 각각 적용한 후의 심부 경도를 나타낸 것이다.Figure 5 and Table 3 show the core hardness after applying hot forging, quenching, and tempering processes in the experimental example of the present invention.
온도tempering
temperature
도 5와 표 3을 참조하면, 실시재는 비교재 대비 급랭공정을 적용한 후 경도가 상대적으로 더 높지만, 템퍼링 공정 후 경도 감소폭이 더 크다는 것을 확인할 수 있다. Referring to Figure 5 and Table 3, it can be seen that the hardness of the example material is relatively higher after applying the quenching process compared to the comparative material, but the decrease in hardness after the tempering process is greater.
표 4는 본 발명의 실험예 중 비교재에 대하여 템퍼링 공정을 적용한 후 기계적 물성을 평가한 것을 나타낸 것이고, 표 5는 본 발명의 실험예 중 실시재에 대하여 템퍼링 공정을 적용한 후 기계적 물성을 평가한 것을 나타낸 것이다.Table 4 shows the mechanical properties evaluated after applying the tempering process to the comparative materials among the experimental examples of the present invention, and Table 5 shows the mechanical properties evaluated after applying the tempering process to the exemplary materials among the experimental examples of the present invention. It indicates that
표 4 및 표 5를 참조하면, 템퍼링 공정의 온도가 500℃ ~ 610℃인 범위에서는 템퍼링 온도가 낮아질수록 항복강도 및 인장강도가 높아지며, 연신율과 충격인성은 대체적으로 감소함을 확인할 수 있다. 충격인성은 비교재 보다 실시재에서 더 우수함을 확인할 수 있다. 강도와 충격인성은 서로 트레이트오프 관계인 점을 고려하여, 비교재에서는 템퍼링 온도를 580℃으로 제어하는 방안을 고려할 수 있다. 실시재에서는 템퍼링 온도에 따른 회전굽힘 피로물성을 고려하여 최적의 템퍼링 온도를 설정할 수 있다.Referring to Tables 4 and 5, it can be seen that in the tempering process temperature range of 500°C to 610°C, as the tempering temperature decreases, the yield strength and tensile strength increase, and the elongation and impact toughness generally decrease. It can be seen that the impact toughness is better in the actual material than in the comparative material. Considering that strength and impact toughness have a trade-off relationship, controlling the tempering temperature to 580°C can be considered in comparative materials. In the actual material, the optimal tempering temperature can be set by considering the rotational bending fatigue properties according to the tempering temperature.
표 6은 본 발명의 실험예에 대하여 템퍼링 공정의 온도별 회전굽힘 피로물성평가결과를 나타낸 것이다. 자동차에 적용되는 샤프트, 액슬, 크랭크샤프트 등의 부품은 동력을 전달하는 부품이므로, 회전굽힘에 따른 피로물성이 중요한 지표이다. Table 6 shows the results of rotational bending fatigue property evaluation by temperature of the tempering process for the experimental examples of the present invention. Parts such as shafts, axles, and crankshafts applied to automobiles are parts that transmit power, so fatigue properties due to rotational bending are important indicators.
온도tempering
temperature
(mm)Specimen diameter
(mm)
(Nm)weight
(Nm)
(Rev)tired
(Rev)
(mm)Specimen diameter
(mm)
(Nm)weight
(Nm)
(Rev)tired
(Rev)
표 6을 참조하면, 피로한 값이 높을수록 피로특성이 우수한 것을 고려할 때, 템퍼링 공정의 온도가 500℃ ~ 610℃인 범위에서는 템퍼링 온도가 낮아질수록 피로물성이 우수하다는 것을 확인할 수 있다. 특히, 앞에서 살펴본 바와 같이, 강도와 충격인성을 함께 고려할 때 비교재에서 템퍼링 온도를 580℃으로 설정하였는바, 비교재에서 템퍼링 온도 580℃인 조건의 피로한 값은 실시재에서 템퍼링 온도 530℃인 조건의 피로한 값과 유사하다. Referring to Table 6, considering that the higher the fatigue value, the better the fatigue properties, it can be seen that the lower the tempering temperature is, the better the fatigue properties are in the tempering process temperature range of 500°C to 610°C. In particular, as seen above, when considering both strength and impact toughness, the tempering temperature in the comparative material was set to 580°C. The fatigue value under the condition of tempering temperature of 580°C in the comparative material is the condition of tempering temperature of 530°C in the actual material. It is similar to the fatigue value of .
상술한 내용과 같이 항복강도, 인장강도, 연신율, 충격인성 및 회전굽힘 피로물성을 종합적으로 고려할 때, 본 발명의 보론강 부품의 제조방법에서 템퍼링 온도는 530ㅁ10℃으로 설정할 수 있다.When comprehensively considering yield strength, tensile strength, elongation, impact toughness and rotational bending fatigue properties as described above, the tempering temperature in the manufacturing method of boron steel parts of the present invention can be set to 530ㅁ10°C.
도 6은 본 발명의 실험예로서 비교재(a)와 실시재(b)에 대하여 열간단조(1200℃) 공정을 적용한 후 공랭 시 미세조직을 나타낸 사진이고, 도 7은 본 발명의 실험예로서 비교재(a)와 실시재(b)에 대하여 열간단조(1200℃) 공정을 적용한 후 공랭 시 결정립 크기를 나타낸 사진이고, 도 8은 본 발명의 실험예로서 열간단조의 온도에 따른 결정립 크기를 나타낸 그래프이다.Figure 6 is a photograph showing the microstructure when air-cooled after applying the hot forging (1200°C) process to the comparative material (a) and the exemplary material (b) as an experimental example of the present invention, and Figure 7 is an experimental example of the present invention. This is a photograph showing the grain size when air-cooled after applying the hot forging (1200°C) process to the comparative material (a) and the exemplary material (b), and Figure 8 is an experimental example of the present invention showing the grain size according to the temperature of hot forging. This is the graph shown.
표 7은 본 발명의 실험예로서 비교재와 실시재에 대하여 열간단조(1200℃) 공정을 적용한 후 심부 경도, 표면 경도와 심부와 표면의 경도 차이를 나타낸 것이다.Table 7 is an experimental example of the present invention and shows the core hardness, surface hardness, and the difference in hardness between the core and the surface after applying the hot forging (1200°C) process to the comparative material and the exemplary material.
도 6 내지 도 8과 표 7을 참조하면, 비교재 대비 실시재에서 표면 탈탄에 따른 표면 물성 저하가 크다는 것을 확인할 수 있다. 타타늄을 첨가한 실시재에서는 1200℃의 열간단조 온도에서 TiN 석출물이 형성되고 상기 TiN 석출물에 의해 결정립이 성장하지 못해 결정립이 미세화되며 미세화된 결정립은 탄소 확산을 가중시키는 것으로 이해된다. 표면에서 탈탄으로 인한 표면 경도 저하가 발생하는 영역은 가공 단계(S50)에서 표면 가공 처리에 의하여 제거되는 것이 필요할 수 있다.Referring to Figures 6 to 8 and Table 7, it can be seen that the decrease in surface properties due to surface decarburization is greater in the example material compared to the comparative material. In the embodiment in which titanium is added, TiN precipitates are formed at a hot forging temperature of 1200°C, and the TiN precipitates prevent grains from growing, so the grains are refined. It is understood that the refined grains increase carbon diffusion. Areas on the surface where surface hardness decreases due to decarburization may need to be removed by surface processing in the processing step (S50).
도 9는 본 발명의 실험예에서 1200℃ 열간단조를 적용한 후의 표면 경도를 비교하여 나타낸 그래프이고, 도 10은 본 발명의 실험예에서 1200℃ 열간단조 및 880℃ 급랭 공정을 적용한 후의 표면 경도를 비교하여 나타낸 그래프이고, 표 8은 본 발명의 실험예에서 열간단조 및 급랭 공정을 적용한 후의 탈탄 영역의 깊이를 나타낸 것이다.Figure 9 is a graph comparing surface hardness after applying 1200°C hot forging in an experimental example of the present invention, and Figure 10 is a graph comparing surface hardness after applying 1200°C hot forging and 880°C quenching process in an experimental example of the present invention. This is a graph shown, and Table 8 shows the depth of the decarburization area after applying the hot forging and quenching processes in the experimental example of the present invention.
도 9, 도 10 및 표 8을 참조하면, 비교재 대비 실시재에서 표면에서 탈탄으로 인한 물성 저하 정도가 크며 탈탄 영역의 깊이가 상대적으로 더 크다는 것을 확인할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시재에서 열간단조 및 급랭 후 형성되는 탈탄 영역의 깊이가 0.25mm인 것을 고려할 때, 템퍼링된 보론강을 가공하는 단계에서 상기 템퍼링된 보론강의 표면에부터 0.25mm 지점까지 표면 가공 공정이 필요할 수 있다. Referring to Figures 9, 10, and Table 8, it can be seen that the degree of physical property degradation due to decarburization on the surface of the example material compared to the comparative material is greater and the depth of the decarburization area is relatively larger. In particular, considering that the depth of the decarburization area formed after hot forging and quenching in the embodiment of the present invention is 0.25 mm, in the step of processing the tempered boron steel, surface processing is performed from the surface of the tempered boron steel to a point of 0.25 mm. Processing may be required.
도 11은 본 발명의 실험예에서 열간단조 온도가 1150℃인 조건으로 열간단조 공정을 진행할 경우 성형하중을 나타낸 것이며, 도 12는 본 발명의 실험예에서 열간단조 온도가 1175℃인 조건으로 열간단조 공정을 진행할 경우 성형하중을 나타낸 것이며, 도 13은 본 발명의 실험예에서 열간단조 온도가 1200℃인 조건으로 열간단조 공정을 진행할 경우 성형하중을 나타낸 것이며, 도 14는 본 발명의 실험예에서 열간단조 온도에 따라 단조공정의 최대하중을 나타낸 그래프이다.Figure 11 shows the forming load when the hot forging process is performed under the condition that the hot forging temperature is 1150°C in the experimental example of the present invention, and Figure 12 shows the forming load under the condition that the hot forging temperature is 1175°C in the experimental example of the present invention. Figure 13 shows the forming load when the hot forging process is performed under the condition that the hot forging temperature is 1200°C in an experimental example of the present invention, and Figure 14 shows the forming load when the hot forging process is performed in an experimental example of the present invention. This is a graph showing the maximum load of the forging process depending on the forging temperature.
도 11 내지 도 14를 참조하면, 실시재가 비교재 대비 성형하중이 적으며, 비교재 1200℃인 성형하중과 실시재 1150℃ 성형하중이 유사함을 확인할 수 있다. 특히, 최대하중 측면에서는 본 발명의 실시재에서 열간단조 온도는 1150℃ ~ 1175℃인 범위에서 수행하는 것이 바람직함을 확인할 수 있다.Referring to Figures 11 to 14, it can be seen that the molding load of the example material is less than that of the comparative material, and that the molding load of the comparative material at 1200°C and the molding load of the actual material at 1150°C are similar. In particular, in terms of maximum load, it can be confirmed that in the embodiment of the present invention, hot forging temperature is preferably performed in the range of 1150 ° C to 1175 ° C.
지금까지 본 발명의 실험예에 따른 보론강 부품의 제조방법을 설명하였다.So far, the manufacturing method of boron steel parts according to the experimental example of the present invention has been described.
기존 양산강재인 비교재(SCM440H)와 대비하여 본 발명의 실시재에서는 급랭 공정 후 기계적 물성은 우수하다. 다만, 급랭 후 템퍼링 온도에 따른 기계적 물성 및 피로 물성은 상이하여 실제 부품 공정 설계 시 적절한 템퍼링 온도의 선정이 필요하였다. 예를 들어 비교재의 템퍼링 온도 580℃와 실시재의 템퍼링 온도 530℃의 기계적 물성 및 회전굽힘 피로물성이 유사하며, 비교재의 템퍼링 온도 550℃와 실시재의 템퍼링 온도 500℃의 기계적 물성 및 회전굽힘 피로물성이 유사한 것으로 확인하였다. 충격인성은 실시재가 대체적으로 우수함을 확인하였다.Compared to the comparative material (SCM440H), which is an existing mass-produced steel, the mechanical properties of the actual material of the present invention are excellent after the rapid cooling process. However, the mechanical properties and fatigue properties were different depending on the tempering temperature after rapid cooling, so selection of an appropriate tempering temperature was necessary when designing the actual parts process. For example, the mechanical properties and rotational bending fatigue properties of the comparative material at a tempering temperature of 580℃ and the tempering temperature of 530℃ of the exemplary material are similar, and the mechanical properties and rotational bending fatigue properties of the comparative material at a tempering temperature of 550℃ and the tempering temperature of 500℃ of the exemplary material are similar. It was confirmed to be similar. It was confirmed that the impact toughness of the specimen was generally excellent.
표면 물성(탈탄) 거동은 비교재와 실시재가 상이하였다. 이는 실시재에서 BN 석출물 방지를 위해 첨가한 티타늄에 의해 열간단조 온도인 1200℃에서 TiN 석출물이 결정립 성장을 방해하고 상대적으로 미세한 결정립 크기에 의해 탄소확산이 가중된 것으로 판단된다.The surface properties (decarburization) behavior were different between the comparative material and the experimental material. This is believed to be because TiN precipitates prevented grain growth at the hot forging temperature of 1200°C due to the titanium added to prevent BN precipitates in the actual material, and carbon diffusion was aggravated by the relatively fine grain size.
본 발명의 보론강에서 탈탄에 의한 표면 물성을 보상하기 위한 방안은 다음과 같다. The method for compensating the surface properties caused by decarburization in the boron steel of the present invention is as follows.
1) 탈탄에 영향을 끼치는 가장 지배적인 요소는 온도이며 본 발명에서는 단조 온도를 제어할 수 있는 방안을 제시하기 위해 고온압축 모사시험을 진행하였다. 일반적으로 열간단조는 성형하중을 낮추기 위해 고온에서 작업하며 온도가 높을수록 성형이 용이하다. 1150℃ 내지 1200℃ 구간에서 비교재 대비 실시재의 성형하중이 낮았으며, 비교재의 1200℃와 실시재의 1150℃ 성형하중이 유사하여 실시재 적용시 열간단조 온도를 낮추어 열간단조성 및 표면물성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.1) The most dominant factor affecting decarburization is temperature, and in the present invention, a high-temperature compression simulation test was conducted to suggest a method for controlling the forging temperature. In general, hot forging is performed at high temperatures to lower the forming load, and the higher the temperature, the easier forming is. In the 1150℃ to 1200℃ range, the forming load of the test material was lower than that of the comparative material, and the molding load at 1200℃ of the comparative material and 1150℃ of the test material were similar, so when applying the test material, hot forging temperature could be lowered to secure hot forging and surface properties. It is believed that it can be done.
2) 통상적인 열간단조 온도인 1200℃에서 탈탄이 영향을 주는 유효 깊이는 실시재의 경우 표면에서부터 0.25mm 지점까지며 비교재는 표면에서부터 0.15mm지점까지이다. 보론강에서 비교재 대비 0.1mm 더 표면에서 깊이방향으로 표면 물성 저하가 발생한다. 따라서 1200℃ 열간단조 시에는 보론강을 적용할 경우 표면 가공량을 0.25mm 이상 가공하여야 부품 신뢰성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.2) At 1200°C, a typical hot forging temperature, the effective depth of decarburization is 0.25 mm from the surface for the test material and 0.15 mm from the surface for the comparative material. In boron steel, surface properties deteriorate from the surface to depth by 0.1 mm compared to the comparative material. Therefore, when applying boron steel during hot forging at 1200°C, it is judged that the surface processing amount must be 0.25mm or more to ensure the reliability of the part.
본 발명에서는 자동차 샤프트에 적용되는 SCM440H 강재를 제안한 보론강으로 대체하기 위해 부품 공정 조건별 물성을 비교하였다. 제안한 보론강 적용 시 고가 합금인 몰리브덴 대신 상대적 저가 합금인 보론 첨가를 통해 기계적 물성을 확보함에 따라 완성차 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한 제안한 보론강 적용 시 열간단조 온도를 기존 대비 낮추어 작업을 할 수 있어 단조사의 에너지 절감(탄소중립) 및 고온 스케일 품질을 확보하여 스케일성 결육 감소 등 품질 안정화에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.In the present invention, the physical properties of each part processing condition were compared to replace the SCM440H steel used in automobile shafts with the proposed boron steel. When applying the proposed boron steel, it is expected to improve the price competitiveness of finished vehicles by securing mechanical properties by adding boron, a relatively inexpensive alloy, instead of molybdenum, an expensive alloy. In addition, when applying the proposed boron steel, the hot forging temperature can be lowered compared to the existing work, so it is expected to contribute to stabilizing quality, such as reducing scaly grains by securing energy savings (carbon neutrality) and high-temperature scale quality in forging yarns.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.
Claims (6)
상기 보론강을 1150℃ ~ 1200℃에서 열간단조하는 단계;
상기 열간단조된 보론강을 870℃ ~ 890℃에서 상온까지 급랭하는 단계;
상기 급랭된 보론강을 500℃ ~ 610℃에서 템퍼링하는 단계; 및
상기 템퍼링된 보론강을 가공하는 단계;를 포함하는,
보론강 부품의 제조방법.By weight percent, Carbon (C): 0.38% to 0.41%, Silicon (Si): 0.15 to 0.30%, Manganese (Mn): 0.7 to 0.9%, Chromium (Cr): 0.8 to 1.05%, Titanium (Ti): Providing a boron steel in the form of a bar, including 0 and 0.05% or less, boron (B): 5 ppm to 40 ppm, nitrogen (N): 40 ppm to 140 ppm, and the balance containing iron (Fe) and other inevitable impurities;
Hot forging the boron steel at 1150°C to 1200°C;
Rapidly cooling the hot forged boron steel from 870°C to 890°C to room temperature;
Tempering the quenched boron steel at 500°C to 610°C; and
Including, processing the tempered boron steel.
Manufacturing method of boron steel parts.
상기 보론강을 열간단조하는 단계는 1150℃ ~ 1175℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는,
보론강 부품의 제조방법.According to claim 1,
The step of hot forging the boron steel is characterized in that it is performed at 1150°C to 1175°C.
Manufacturing method of boron steel parts.
상기 급랭하는 단계는 5 ℃/s ~ 20 ℃/s의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함하는,
보론강 부품의 제조방법.According to claim 1,
The rapid cooling step includes cooling at a cooling rate of 5 °C/s to 20 °C/s,
Manufacturing method of boron steel parts.
상기 급랭된 보론강을 템퍼링하는 단계는 520℃ ~ 540℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는,
보론강 부품의 제조방법.According to claim 1,
Characterized in that the step of tempering the quenched boron steel is performed at 520 ° C to 540 ° C.
Manufacturing method of boron steel parts.
상기 템퍼링된 보론강을 가공하는 단계는, 상기 템퍼링된 보론강의 표면에부터 0.25mm 지점까지 표면 가공하는 단계를 포함하는,
보론강 부품의 제조방법.According to claim 1,
The step of processing the tempered boron steel includes surface processing to a point of 0.25 mm from the surface of the tempered boron steel.
Manufacturing method of boron steel parts.
상기 템퍼링된 보론강을 가공하는 단계를 수행한 후의 상기 보론강 부품은 샤프트 부품, 액슬 부품 또는 크랭크샤프트 부품 중 어느 하나인,
보론강 부품의 제조방법.According to claim 1,
The boron steel part after performing the step of processing the tempered boron steel is any one of a shaft part, an axle part, or a crankshaft part,
Manufacturing method of boron steel parts.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240061232A true KR20240061232A (en) | 2024-05-08 |
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