KR20240068436A - Boron alloy steel for ball stud with improved hardenability and ball stud comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 볼 스터드용 보론강 및 이로 이루어진 볼 스터드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 볼 스터드용 보론강의 전체 총 중량에 대해서, 0.22 중량% 내지 0.28 중량%의 탄소(C), 0.10 중량% 내지 0.30 중량%의 규소(Si), 0.40 중량% 내지 0.60 중량%의 크롬(Cr), 0.0010 중량% 내지 0.0025 중량%의 보론(B), 0.02 중량% 내지 0.05 중량%의 티타늄(Ti), 0.60 중량% 내지 0.80 중량%의 망간(Mn), 0 초과 0.030 중량% 이하의 인(P), 0 초과 0.030 중량% 이하의 황(S), 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하여 경화능을 향상시킴으로써, 기존 볼 스터드에 사용된 고가의 Cr-Mo계 합금강을 대체할 수 있어 생산성과 비용절감이 가능한 볼 스터드용 보론강에 관한 것이다.The present invention relates to boron steel for ball studs and ball studs made thereof, and more specifically, to the total weight of the boron steel for ball studs, 0.22% to 0.28% by weight of carbon (C), 0.10% to 0.30% by weight. % by weight silicon (Si), 0.40% to 0.60% chromium (Cr), 0.0010% to 0.0025% boron (B), 0.02% to 0.05% titanium (Ti), 0.60% by weight. By improving the hardenability by including manganese (Mn) from 0 to 0.80% by weight, phosphorus (P) from more than 0 to 0.030% by weight or less, sulfur (S) from more than 0 to 0.030% by weight or less, the remaining Fe and inevitable impurities, the existing ball This relates to boron steel for ball studs that can replace the expensive Cr-Mo alloy steel used in studs, thereby reducing productivity and cost.
Description
본 발명은 적절한 합금 원소 첨가를 통하여 경화능이 향상된 볼 스터드용 보론강 및 이로 이루어진 볼 스터드에 관한 것이다.The present invention relates to a boron steel for ball studs with improved hardenability through the addition of appropriate alloy elements, and to a ball stud made of the same.
볼 조인트(ball joint)는 볼 스터드(ball stud)의 볼을 하우징에 넣어 회전 가능하게 만든 구조로서, 자동차의 조향 장치나 현가장치 등의 컨트롤 링크에 사용되어 구관절 기능을 갖는 이음 수단으로 널리 이용되고 있다. 볼을 구비한 일반적인 볼 스터드의 형태는 도 1에 도시된 바와 같다.A ball joint is a structure made by placing the ball of a ball stud in a housing so that it can rotate. It is used in control links such as automobile steering systems and suspension systems, and is widely used as a joint with a ball joint function. It is becoming. The form of a general ball stud equipped with a ball is as shown in FIG. 1.
볼 스터드에 사용되는 합금은 대부분 Cr-Mo계 합금강을 사용하고 있다. 일부 낮은 하중을 받은 부위에 적용되는 볼 스터드의 경우에는 보론강을 사용하기도 한다.The alloy used in ball studs is mostly Cr-Mo alloy steel. In the case of ball studs applied to some low load areas, boron steel is also used.
볼 스터드에 Cr-Mo계 합금강을 사용할 경우 고가의 합금 원소로 인해 볼 스터드 제조비용을 상승시키게 된다.When Cr-Mo alloy steel is used for ball studs, the manufacturing cost of the ball stud increases due to the expensive alloy elements.
볼 스터드에 사용되는 또 다른 합금으로 종래 보론강은 Cr-Mo계 합금강 대비 부피가 크거나 높은 하중이 부가되는 경우에는 낮은 경화능으로 인해 볼 스터드가 파손되는 문제가 있다.Another alloy used in ball studs, conventional boron steel has a problem with ball studs being damaged due to low hardenability when the volume is large or a high load is applied compared to Cr-Mo alloy steel.
상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 기존 볼 스터드에 사용되는 Cr-Mo계 합금강의 합금 원소 중 고가의 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 등을 사용하지 않고, 적절한 합금 원소로 구성하여 경화능을 향상시킨 볼 스터드용 보론강 및 이로 이루어진 볼 스터드를 제공하는 것을 목적으로 한다.Taking the above into account, the present invention does not use expensive nickel (Ni), molybdenum (Mo), copper (Cu), etc. among the alloy elements of Cr-Mo alloy steel used in existing ball studs, but uses appropriate alloy elements. The purpose is to provide boron steel for ball studs with improved hardenability and ball studs made of the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 볼 스터드용 보론강은 볼 스터드용 보론강의 전체 총 중량에 대해서, 0.22 중량% 내지 0.28 중량%의 탄소(C), 0.10 중량% 내지 0.30 중량%의 규소(Si), 0.40 중량% 내지 0.60 중량%의 크롬(Cr), 0.0010 중량% 내지 0.0025 중량%의 보론(B), 0.02 중량% 내지 0.05 중량%의 티타늄(Ti), 0.60 중량% 내지 0.80 중량%의 망간(Mn), 0 초과 0.030 중량% 이하의 인(P), 0 초과 0.030 중량% 이하의 황(S), 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the boron steel for ball studs of the present invention contains 0.22% to 0.28% by weight of carbon (C) and 0.10% to 0.30% by weight of silicon, based on the total weight of the boron steel for ball studs. (Si), 0.40% to 0.60% by weight chromium (Cr), 0.0010% to 0.0025% by weight boron (B), 0.02% to 0.05% by weight titanium (Ti), 0.60% to 0.80% by weight. It may include manganese (Mn), phosphorus (P) in an amount greater than 0 and less than 0.030 weight%, sulfur (S) in an amount greater than 0 and less than 0.030 weight%, the remaining Fe, and inevitable impurities.
본 발명의 볼스트드용 보론강은 인장강도가 1,080 MPa 내지 1,150 MPa이고, 충격 강도가 60 J/cm2 내지 80 J/cm2이며, 로크웰 경도(Hardness Rockwell)가 33 HRC 내지 35 HRC 일 수 있다.The boron steel for bolted steel of the present invention may have a tensile strength of 1,080 MPa to 1,150 MPa, an impact strength of 60 J/cm 2 to 80 J/cm 2 , and a Rockwell hardness of 33 HRC to 35 HRC. .
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 볼 스터드는 상기 볼 스터드용 보론강으로 이루어진 것으로, 0.22 중량% 내지 0.28 중량%의 탄소(C), 0.10 중량% 내지 0.30 중량%의 규소(Si), 0.40 중량% 내지 0.60 중량%의 크롬(Cr), 0.0010 중량% 내지 0.0025 중량%의 보론(B), 0.02 중량% 내지 0.05 중량%의 티타늄(Ti), 0.60 중량% 내지 0.80 중량%의 망간(Mn), 0 초과 0.030 중량% 이하의 인(P), 0 초과 0.030 중량% 이하의 황(S), 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 볼 스터드용 보론강으로 이루어질 수 있다.The ball stud of the present invention for achieving another purpose is made of boron steel for ball studs, and includes 0.22% to 0.28% by weight of carbon (C), 0.10% to 0.30% by weight of silicon (Si), and 0.40% by weight. % to 0.60% by weight of chromium (Cr), 0.0010 to 0.0025% by weight of boron (B), 0.02 to 0.05% by weight of titanium (Ti), and 0.60 to 0.80% by weight of manganese (Mn). , It may be made of boron steel for ball studs containing more than 0 and less than 0.030% by weight of phosphorus (P), more than 0 and less than 0.030% by weight of sulfur (S), the remaining Fe and inevitable impurities.
본 발명의 볼 스터드용 보론강은 기존 Cr-Mo계 합금강 재질과 유사한 수준의 인장강도, 충격인성 및 경도 등의 강도 확보가 가능하므로, 적용 부위가 한정되지 않고 기존 Cr-Mo계 합금강을 대체하여 다양한 부위의 볼 스터드에 사용 가능하다.The boron steel for ball studs of the present invention can secure similar levels of tensile strength, impact toughness, and hardness as existing Cr-Mo alloy steel materials, so its application area is not limited and can be used as a replacement for existing Cr-Mo alloy steel. Can be used on ball studs in various areas.
또한 본 발명의 볼 스터드용 보론강은 기존 Cr-Mo계 합금강에 포함되었던 고가의 합금 원소인 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 등을 사용하지 않아 볼 스터드 제조 시 생산성이 향상되고 비용을 절감할 수 있다.In addition, the boron steel for ball studs of the present invention does not use expensive alloy elements such as nickel (Ni), molybdenum (Mo), and copper (Cu) that were included in existing Cr-Mo alloy steels, thereby improving productivity when manufacturing ball studs. and can reduce costs.
도 1은 볼 스터드의 모습을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1 내지 실시예 4에 따른 인장강도 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1 내지 실시예 4에 따른 충격인성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 5 내지 실시예 8에 따른 인장강도 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 5 내지 실시예 8에 따른 충격인성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 5 내지 실시예 8에 따른 페라이트 탈탄 깊이 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 9 내지 실시예 12에 따른 로크웰 경도 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 13 내지 실시예 16에 따른 로크웰 경도 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9은 실시예 17 내지 실시예 20에 따른 충격인성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 1 shows the appearance of a ball stud.
Figure 2 is a graph showing the results of tensile strength evaluation according to Examples 1 to 4.
Figure 3 is a graph showing the results of impact toughness evaluation according to Examples 1 to 4.
Figure 4 is a graph showing the tensile strength evaluation results according to Examples 5 to 8.
Figure 5 is a graph showing the results of impact toughness evaluation according to Examples 5 to 8.
Figure 6 is a graph showing the results of evaluating the depth of ferrite decarburization according to Examples 5 to 8.
Figure 7 is a graph showing the Rockwell hardness evaluation results according to Examples 9 to 12.
Figure 8 is a graph showing the Rockwell hardness evaluation results according to Examples 13 to 16.
Figure 9 is a graph showing the results of impact toughness evaluation according to Examples 17 to 20.
이하 본 발명의 볼 스터드용 보론강에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the boron steel for ball studs of the present invention will be described in more detail.
본 발명의 볼 스터드용 보론강은 탄소(C), 규소(Si), 크롬(Cr), 보론(B), 티타늄(Ti), 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하여 구성한다.The boron steel for ball studs of the present invention includes carbon (C), silicon (Si), chromium (Cr), boron (B), titanium (Ti), the remaining Fe, and inevitable impurities.
구체적으로 볼 스터드용 보론강의 전체 총 중량에 대해서, 상기 탄소(C)는 0.22 중량% 내지 0.28 중량%, 상기 규소(Si)는 0.10 중량% 내지 0.30 중량%, 상기 크롬(Cr)은 0.40 중량% 내지 0.60 중량%, 상기 보론(B)은 0.0010 중량% 내지 0.0025 중량%, 상기 티타늄(Ti)은 0.02 중량% 내지 0.05 중량%, 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함한다.Specifically, with respect to the total weight of the boron steel for ball studs, the carbon (C) is 0.22% to 0.28% by weight, the silicon (Si) is 0.10% to 0.30% by weight, and the chromium (Cr) is 0.40% by weight. to 0.60 wt%, the boron (B) is 0.0010 wt% to 0.0025 wt%, the titanium (Ti) is 0.02 wt% to 0.05 wt%, the remainder includes Fe and inevitable impurities.
또한 상기 제시된 볼 스터드용 보론강의 조성에서 망간(Mn), 인(P) 및 황(S)을 더 포함하여, 탄소(C), 규소(Si), 크롬(Cr), 보론(B), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함하여 구성할 수 있다.In addition, the composition of the boron steel for ball studs presented above further includes manganese (Mn), phosphorus (P), and sulfur (S), carbon (C), silicon (Si), chromium (Cr), boron (B), and titanium. It can be composed of (Ti), manganese (Mn), phosphorus (P), sulfur (S), the remaining Fe and inevitable impurities.
상기 망간(Mn), 인(P) 및 황(S)을 더 포함할 볼 스터드용 보론강의 경우, 볼 스터드용 보론강의 전체 총 중량에 대해서, 상기 탄소(C)는 0.22 중량% 내지 0.28 중량%, 상기 규소(Si)는 0.10 중량% 내지 0.30 중량%, 상기 크롬(Cr)은 0.40 중량% 내지 0.60 중량%, 상기 보론(B)은 0.0010 중량% 내지 0.0025 중량%, 상기 티타늄(Ti)은 0.02 중량% 내지 0.05 중량%, 상기 망간(Mn)은 0.60 중량% 내지 0.80 중량%, 상기 인(P)은 0 초과 0.030 중량% 이하, 상기 황(S)은 0 초과 0.030 중량% 이하, 나머지 Fe와 불가피한 불순물을 포함한다.In the case of the boron steel for ball studs that further contains manganese (Mn), phosphorus (P), and sulfur (S), the carbon (C) is 0.22% by weight to 0.28% by weight based on the total weight of the boron steel for ball studs. , the silicon (Si) is 0.10 wt% to 0.30 wt%, the chromium (Cr) is 0.40 wt% to 0.60 wt%, the boron (B) is 0.0010 wt% to 0.0025 wt%, and the titanium (Ti) is 0.02 wt%. Weight% to 0.05% by weight, the manganese (Mn) is 0.60% to 0.80% by weight, the phosphorus (P) is more than 0 and 0.030% by weight or less, the sulfur (S) is more than 0 and 0.030% by weight or less, the remainder Fe and Contains inevitable impurities.
상기한 바와 같은 조성으로 이루어진 본 발명에 따른 볼 스터드용 보론강의 각 구성 원소별로 나누어 상세히 설명한다.Each constituent element of the boron steel for ball studs according to the present invention having the composition described above will be described in detail.
탄소(C)는 오스테나이트에 고용되어 ??칭(quenching) 시 마르텐사이트를 생성시키는 원소이며, 탄소의 함량 증가에 따라 마르텐사이트 변태율을 상승시켜 강도를 높인다. 탄소는 철(Fe)와 크롬(Cr) 등과의 합금 원소와 탄화물을 만들어 볼 스터드용 보론강의 강도를 증대시킨다.Carbon (C) is an element that is dissolved in austenite and generates martensite during quenching. As the carbon content increases, the martensite transformation rate increases, thereby increasing strength. Carbon increases the strength of boron steel for ball studs by forming alloy elements and carbides with iron (Fe) and chromium (Cr).
규소(Si)는 강도를 증가시키는 역할을 하는 원소이다. 그러나 규소는 산소 친화도가 높아서 과하게 첨가될 경우 탈탄을 발생시킨다.Silicon (Si) is an element that plays a role in increasing strength. However, silicon has a high affinity for oxygen, so if it is added excessively, decarburization occurs.
크롬(Cr)은 페라이트 안정화 원소로 인장강도, 경도 및 경화능과 같은 강도를 향상시키는 목적으로 첨가하는 원소이다.Chromium (Cr) is a ferrite stabilizing element that is added to improve strength such as tensile strength, hardness, and hardenability.
보론(B)은 소량의 함량으로도 소입성 효과가 크며, 결정입계를 강화시켜 충격인성를 증대시키는 원소이다.Boron (B) is an element that has a significant hardening effect even in a small amount and increases impact toughness by strengthening grain boundaries.
티타늄(Ti)는 탄소 및 질소와 결합 결정입계에 미세 석출물로 존재하여 고온에서 결합 결정립 조대화를 방지하고, 인장강도를 증가시키는 원소이다.Titanium (Ti) is an element that exists as fine precipitates at grain boundaries bonded with carbon and nitrogen, preventing coarsening of bonded grains at high temperatures and increasing tensile strength.
망간(Mn)은 오스테나이트를 생성시키는 역할을 하는 원소이다.Manganese (Mn) is an element that plays a role in generating austenite.
인(P)와 황(S)도 강도를 향상시키나 고온균열을 발생시키는 원소이므로 가급적 0.030 중량% 이하 수준으로 첨가되어야 한다.Phosphorus (P) and sulfur (S) also improve strength, but are elements that cause high-temperature cracks, so they should be added at a level of 0.030% by weight or less if possible.
상기 성분들 이외에 본 발명의 볼 스터드용 보론강은 질소(N)가 더 포함하여 본 발명의 경화능을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition to the above components, the boron steel for ball studs of the present invention further contains nitrogen (N), which can further improve the hardenability of the present invention.
본 발명의 볼 스터드용 보론강에서 나머지 성분은 철(Fe) 및 불가피한 불순물이다. 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.In the boron steel for ball studs of the present invention, the remaining components are iron (Fe) and inevitable impurities. In normal manufacturing processes, unintended impurities may inevitably be introduced from raw materials or the surrounding environment, so this cannot be ruled out. Since these impurities are known to anyone skilled in the ordinary manufacturing process, all of them are not specifically mentioned in this specification.
이하 첨부된 도면 및 실시예를 통해 본 발명의 볼 스터드용 보론강의 합금 원소의 함량에 따른 기계적 물성 변화를 살펴보았다.The changes in mechanical properties according to the content of alloying elements of the boron steel for ball studs of the present invention were examined through the accompanying drawings and examples.
볼 스터드용 보론강에서 탄소(C) 함량에 따른 기계적 물성 변화를 확인하고자, 하기 표 1의 실시예 1 내지 실시예 4와 같은 조성으로 합금 원소 함량이 포함되도록 볼 스터드용 보론강을 구성하였다. In order to confirm the change in mechanical properties according to the carbon (C) content in boron steel for ball studs, boron steel for ball studs was constructed to include alloy element content in the same composition as Examples 1 to 4 in Table 1 below.
본 명세서에서 기존재란 기존 볼 스터드의 재질로 사용된 Cr-Mo계 합금강인 SCM435을 의미한다.In this specification, existing material refers to SCM435, a Cr-Mo alloy steel used as a material for existing ball studs.
본 명세서에서 각 성분의 함량 단위는 특별히 언급하지 않는 경우에는 중량%이며, 실시예들에서 나타낸 합금 원소 성분 이외에 나머지는 Fe와 제강 시 불가피하게 첨가될 수 있는 불순물을 포함한다.In this specification, the unit of content of each component is weight percent unless specifically mentioned, and in addition to the alloy element components shown in the examples, the remainder includes Fe and impurities that may inevitably be added during steelmaking.
표 1과 같은 조성을 가지고 후속 가공 또는 열처리를 수행한 실시예 1 내지 실시예 4의 볼 스터드용 보론강의 인장강도 및 충격인성을 평가한 결과를 도 2 및 도 3에 나타내었다.The results of evaluating the tensile strength and impact toughness of the boron steel for ball studs of Examples 1 to 4, which had the compositions shown in Table 1 and were subjected to subsequent processing or heat treatment, are shown in Figures 2 and 3.
도 2에 도시된 바와 같이, 실시예 1에서처럼 탄소(C) 함량이 0.20 중량%로 인 0.22 중량% 미만인 경우에는 인장강도가 950 MPa로 볼 스터드에 사용되는 합금으로 요구되는 1,040 MPa 이상의 인장강도를 확보하기 어려웠다.As shown in Figure 2, when the carbon (C) content is 0.20% by weight and less than 0.22% by weight as in Example 1, the tensile strength is 950 MPa, which is more than 1,040 MPa required for the alloy used in ball studs. It was difficult to secure.
실시예 4에서처럼 탄소(C) 함량이 0.30 중량%로 0.28 중량%를 초과할 경우에는 인장강도는 우수하나, 도 3에 도시된 바와 같이 충격인성이 50 J/cm2로 나타나, 충격인성이 70 J/cm2 이상으로 나타난 실시예 1 내지 실시예 3보다 충격인성이 급격히 저하되는 것을 확인하였다.As in Example 4, when the carbon (C) content is 0.30% by weight and exceeds 0.28% by weight, the tensile strength is excellent, but as shown in Figure 3, the impact toughness is 50 J/cm 2 , and the impact toughness is 70%. It was confirmed that the impact toughness decreased sharply compared to Examples 1 to 3, which were J/cm 2 or more.
그러므로 강도를 유지하기 위해 탄소(C)는 볼 스터드용 보론강의 전체 총 중량에 대해서, 0.22 중량% 내지 0.28 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.Therefore, in order to maintain strength, it is preferable that carbon (C) is included in an amount of 0.22% by weight to 0.28% by weight based on the total weight of the boron steel for ball studs.
볼 스터드용 보론강에서 규소(Si) 함량에 따른 기계적 물성 변화를 확인하고자, 하기 표 2의 실시예 5 내지 실시예 8와 같은 조성으로 합금 원소 함량이 포함되도록 볼 스터드용 보론강을 구성하였다.In order to confirm the change in mechanical properties according to the silicon (Si) content in boron steel for ball studs, boron steel for ball studs was constructed to include alloy element content in the same composition as Examples 5 to 8 in Table 2 below.
표 2와 같은 조성을 가지고 후속 가공 또는 열처리를 수행한 실시예 5 내지 실시예 8의 볼 스터드용 보론강의 인장강도, 충격인성 및 페라이트 탈탄 깊이를 평가한 결과를 도 4 내지 도 6에 나타내었다.The results of evaluating the tensile strength, impact toughness, and ferrite decarburization depth of the boron steel for ball studs of Examples 5 to 8, which had the compositions shown in Table 2 and were subjected to subsequent processing or heat treatment, are shown in Figures 4 to 6.
도 4에 나타낸 바와 같이 실시예 5에서처럼 규소(Si) 함량이 0.05 중량%로 0.10 중량% 미만인 경우에는 인장강도가 950 MPa 미만으로 1,040 MPa 이상의 인장강도를 확보하기 어렵다.As shown in Figure 4, when the silicon (Si) content is 0.05% by weight or less than 0.10% by weight as in Example 5, the tensile strength is less than 950 MPa, making it difficult to secure a tensile strength of 1,040 MPa or more.
도 5에서와 같이 실시예 8에서처럼 규소(Si) 함량이 0.40 중량%로 0.30 중량%를 초과하는 경우에는 충격인성이 55 J/cm2 정도로 나타나, 충격인성이 70 J/cm2 이상으로 나타난 실시예 5 내지 실시예 7보다 충격인성이 급격히 저하되는 것을 확인하였다.As shown in Figure 5, when the silicon (Si) content is 0.40% by weight and exceeds 0.30% by weight as in Example 8, the impact toughness is approximately 55 J/cm 2 , and the impact toughness is 70 J/cm 2 or more. It was confirmed that impact toughness was drastically reduced compared to Examples 5 to 7.
도 6에서의 페라이트 탈탄 깊이는 보론강 표면에 생성된 최대 깊이를 나타낸 것으로, 도 6에 나타낸 바와 같이, 규소(Si) 함량이 0.30 중량% 이하인 실시예 5 내지 실시예 7에서는 페라이트 탈탄이 형성되지 않아, 페라이트 탈탄 깊이가 0㎛으로 나타난다.The depth of ferrite decarburization in Figure 6 shows the maximum depth created on the surface of boron steel. As shown in Figure 6, ferrite decarburization was not formed in Examples 5 to 7 where the silicon (Si) content was 0.30% by weight or less. Therefore, the ferrite decarburization depth appears as 0㎛.
그러나, 실시예 8과 같이 규소(Si) 함량이 0.40 중량%로 0.30 중량%를 초과하는 경우에는 탄소고용도가 낮은 페라이트 탈탄을 형성하여 페라이트 탈탄 깊이가 8㎛인 것을 확인하였으며, 이로 인해 볼 스터드용 보론강의 피로수명이 감소되는 것을 확인하였다.However, as in Example 8, when the silicon (Si) content was 0.40% by weight and exceeded 0.30% by weight, ferrite decarburization with low carbon solubility was formed, and the ferrite decarburization depth was confirmed to be 8㎛, which resulted in the ball stud It was confirmed that the fatigue life of boron steel was reduced.
볼 스터드용 보론강에서 강도를 유지하기 위해 규소(Si)는 볼 스터드용 보론강의 전체 총 중량에 대해서, 0.10 중량% 내지 0.30 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.In order to maintain strength in the boron steel for ball studs, silicon (Si) is preferably included in an amount of 0.10% by weight to 0.30% by weight based on the total weight of the boron steel for ball studs.
볼 스터드용 보론강에서 크롬(Cr) 함량에 따른 기계적 물성 변화를 확인하고자, 하기 표 4의 실시예 9 내지 실시예 12와 같은 조성으로 합금 원소 함량이 포함되도록 볼 스터드용 보론강을 구성하였다.In order to confirm the change in mechanical properties according to the chromium (Cr) content in boron steel for ball studs, boron steel for ball studs was constructed to include alloy element content in the same composition as Examples 9 to 12 in Table 4 below.
표 3과 같은 조성을 가지고 후속 가공 또는 열처리를 수행한 실시예 9 내지 실시예 12의 볼 스터드용 보론강의 로크웰 경도(Hardness Rockwell, HRC)를 평가한 결과를 도 7에 나타내었다. The results of evaluating the Rockwell hardness (HRC) of the boron steel for ball studs of Examples 9 to 12, which had the compositions shown in Table 3 and were subjected to subsequent processing or heat treatment, are shown in Figure 7.
본 명세서에서 로크웰 경도는 통상의 경도 시험기를 통해 측정한 값이며, 볼 스터드에 적용하기 위해서는 로크웰 경도가 32 HRC 내지 35 HRC인 것이 가장 적합하다.In this specification, Rockwell hardness is a value measured using a conventional hardness tester, and for application to ball studs, a Rockwell hardness of 32 HRC to 35 HRC is most suitable.
도 7에 나타낸 것과 같이, 크롬(Cr) 함량이 0.20 중량%인 실시예 9에서는 경도가 28 HRC이고, 크롬(Cr) 함량이 0.70 중량%인 실시예 12에서는 경도가 37 HRC 정도로 나타나는 것을 확인하였다.As shown in Figure 7, in Example 9 where the chromium (Cr) content was 0.20% by weight, the hardness was 28 HRC, and in Example 12 where the chromium (Cr) content was 0.70% by weight, the hardness was approximately 37 HRC. .
실시예 9처럼 크롬(Cr) 함량이 0.40 중량% 미만에서는 적은 함량으로 요구되는 경도 수준을 만족하지 못하며, 반대로 실시예 12처럼 크롬(Cr) 함량이 0.60 중량%를 초과하는 경우에는 경도가 35 HRC를 초과하는 것으로 경도가 지나치게 증가하므로, 이의 보론강을 볼 스터드에 적용하게 된다면 볼 스터드 수명이 단축되는 문제가 발생할 수 있다.As in Example 9, if the chromium (Cr) content is less than 0.40% by weight, the required hardness level is not satisfied with a small content. Conversely, if the chromium (Cr) content exceeds 0.60% by weight as in Example 12, the hardness is 35 HRC. Since hardness increases excessively by exceeding , if this boron steel is applied to a ball stud, a problem may occur in which the lifespan of the ball stud is shortened.
볼 스터드용 보론강에서 요구되는 경도를 유지하기 위해 크롬(Cr)의 첨가량은 볼 스터드용 보론강의 전체 총 중량에 대해서, 0.40 중량% 내지 0.60 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.In order to maintain the hardness required for the boron steel for ball studs, the amount of chromium (Cr) added is preferably 0.40% by weight to 0.60% by weight based on the total weight of the boron steel for ball studs.
볼 스터드용 보론강에서 보론(B)의 함량에 따른 기계적 물성 변화를 확인하고자, 하기 표 4의 실시예 13 내지 실시예 16과 같은 조성으로 합금 원소 함량이 포함되도록 볼 스터드용 보론강을 구성하였다.In order to confirm the change in mechanical properties according to the content of boron (B) in boron steel for ball studs, boron steel for ball studs was constructed to include alloy element content in the same composition as Examples 13 to 16 in Table 4 below. .
표 4와 같은 조성을 가지고 후속 가공 또는 열처리를 수행한 실시예 13 내지 실시예 16의 볼 스터드용 보론강의 로크웰 경도(Hardness Rockwell, HRC)를 평가한 결과를 도 8에 나타내었다. The results of evaluating the Rockwell hardness (HRC) of the boron steel for ball studs of Examples 13 to 16, which had the compositions shown in Table 4 and were subjected to subsequent processing or heat treatment, are shown in Figure 8.
도 8에 나타낸 것과 같이, 보론(B) 함량이 0.0005 중량%인 실시예 13에서는 경도가 26 HRC 정도로 나타나는 것을 확인하였다.As shown in Figure 8, in Example 13 where the boron (B) content was 0.0005% by weight, it was confirmed that the hardness was approximately 26 HRC.
실시예 13처럼 보론(B) 함량이 0.0010 중량% 미만에서는 적은 함량으로 인해 요구되는 경도 32 HRC 이상의 수준을 만족하지 못하며, 실시예 16처럼 보론(B) 함량이 0.0025 중량%를 초과하는 경우에는 경도 값은 한계에 도달하여 경도가 더 이상 증가되지 않는 바, 보론(B)의 첨가량을 볼 스터드용 보론강의 전체 총 중량에 대해서, 0.0010 중량% 내지 0.0025 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.As in Example 13, if the boron (B) content is less than 0.0010% by weight, the required hardness level of 32 HRC or higher is not satisfied due to the small content, and if the boron (B) content exceeds 0.0025% by weight as in Example 16, the hardness Since the value reaches the limit and the hardness is no longer increased, it is preferable that the amount of boron (B) added is 0.0010% by weight to 0.0025% by weight based on the total weight of the boron steel for ball studs.
볼 스터드용 보론강에서 티타늄(Ti) 함량에 따른 기계적 물성 변화를 확인하고자, 하기 표 5의 실시예 17 내지 실시예 20과 같은 조성으로 합금 원소 함량이 포함되도록 볼 스터드용 보론강을 구성하였다.In order to confirm the change in mechanical properties according to titanium (Ti) content in boron steel for ball studs, boron steel for ball studs was constructed to include alloy element content in the same composition as Examples 17 to 20 in Table 5 below.
표 5와 같은 조성을 가지고 후속 가공 또는 열처리를 수행한 실시예 17 내지 실시예 20의 볼 스터드용 보론강의 충격인성을 평가한 결과를 도 9에 나타내었다. The results of evaluating the impact toughness of the boron steel for ball studs of Examples 17 to 20, which had the compositions shown in Table 5 and were subjected to subsequent processing or heat treatment, are shown in Figure 9.
도 9에 나타낸 바와 같이 실시예 20에서처럼 티타늄(Ti) 함량이 0.07 중량%로 0.05 중량%를 초과하는 경우에는 충격인성이 41 J/cm2 정도로 나타나, 충격인성이 70 J/cm2 이상으로 나타난 실시예 17 내지 실시예 19보다 충격인성이 급격히 저하되는 것을 확인하였다. 이는 볼 스터드용 보론강에서 티타늄(Ti) 함량이 0.05 중량%를 초과하는 경우에는 소재에 형성된 다량의 미세 석출물과 TiO2로 인해 강도가 지나치게 증가하여 충격인성은 떨어뜨린다.As shown in Figure 9, when the titanium (Ti) content is 0.07% by weight and exceeds 0.05% by weight as in Example 20, the impact toughness is approximately 41 J/cm 2 , and the impact toughness is 70 J/cm 2 or more. It was confirmed that impact toughness decreased sharply compared to Examples 17 to 19. This means that when the titanium (Ti) content in boron steel for ball studs exceeds 0.05% by weight, the strength increases excessively due to the large amount of fine precipitates and TiO 2 formed in the material, thereby reducing impact toughness.
도면에 도시되지 않았으나, 실시예 17에서처럼 티타늄(Ti) 함량이 0.01 중량%로 0.02 중량% 미만인 경우에는 충격인성이 79 J/cm2로 우수하나 미량으로 인해 요구되는 강도 수준을 만족하지 못한다.Although not shown in the drawing, as in Example 17, when the titanium (Ti) content is 0.01% by weight and less than 0.02% by weight, the impact toughness is excellent at 79 J/cm 2 , but due to the small amount, the required strength level is not satisfied.
볼 스터드용 보론강에서 요구되는 강도와 충격인성을 유지하기 위해 티타늄(Ti)의 첨가량을 볼 스터드용 보론강의 전체 총 중량에 대해서, 0.02 중량% 내지 0.05 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.In order to maintain the strength and impact toughness required for boron steel for ball studs, it is preferable that the amount of titanium (Ti) added is 0.02% to 0.05% by weight based on the total weight of the boron steel for ball studs.
상기 각 합금 원소의 수치한정에 따른 본 발명의 볼 스터드용 보론강과 기존 볼 스터드 재질로 사용한 Cr-Mo계 합금강의 기계적 물성으로 인장강도, 충격인성 및 로크웰 경도를 비교하였으며, 그 결과는 하기 표 7에 나타내었다.The mechanical properties of the boron steel for ball studs of the present invention and the Cr-Mo alloy steel used as the existing ball stud material were compared in terms of tensile strength, impact toughness, and Rockwell hardness according to the numerical limitations of each alloy element, and the results are shown in Table 7 below. shown in
표 7에서 나타내는 기존재는 기존 볼 스터드의 재질로 Cr-Mo계 합금강인 SCM435이이고, 볼 스터드용 보론강은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 이의 합금 원소 함량은 하기 표 6에 나타낸 바와 같다.The existing material shown in Table 7 is the material of the existing ball stud, SCM435, a Cr-Mo alloy steel, and the boron steel for the ball stud is according to an embodiment of the present invention, and its alloy element content is as shown in Table 6 below. .
0.300.10~
0.30
0.600.40~
0.60
~0.00250.0010
~0.0025
0.050.02~
0.05
0.800.60~
0.80
이하0.030
below
이하0.030
below
(SCM435)existing goods
(SCM435)
볼 스터드에 적용하기 적합하도록 사용되는 합금에 요구되는 인장강도는 1,040 MPa 이상이고, 충격인성은 60 J/cm2 이상이다.The tensile strength required for the alloy used to be suitable for application to ball studs is 1,040 MPa or more, and the impact toughness is 60 J/cm 2 or more.
상기 표 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 볼 스터드용 보론강의 인장강도는 1,080 MPa 내지 1,150 MPa로 기존재의 Cr-Mo계 합금강의 인장강도 1,130 MPa과 유사한 수준의 인장강도를 나타낸다.As shown in Table 7, the tensile strength of the boron steel for ball studs according to the present invention is 1,080 MPa to 1,150 MPa, which is similar to the tensile strength of 1,130 MPa of the existing Cr-Mo alloy steel.
충격강도를 살펴보면, 본 발명에 따른 볼 스터드용 보론강의 충격인성은 60 J/cm2 내지 80 J/cm2으로, 기존재의 Cr-Mo계 합금강의 75 J/cm2와 유사한 수준의 충격인성을 나타낸다.Looking at the impact strength, the impact toughness of the boron steel for ball studs according to the present invention is 60 J/cm 2 to 80 J/cm 2 , which is similar to the 75 J/cm 2 of the existing Cr-Mo alloy steel. represents.
로크웰 경도를 살펴보면, 본 발명에 따른 볼 스터드용 보론강의 로크웰 경도는 33 HRC 내지 35 HRC로 기존재의 로크웰 경도 33 HRC와 동일하거나 보다 높은 수준의 경도를 나타내었다.Looking at the Rockwell hardness, the Rockwell hardness of the boron steel for ball studs according to the present invention was 33 HRC to 35 HRC, which was the same as or higher than the Rockwell hardness of 33 HRC of the existing material.
상술한 바와 같이 본 발명의 볼 스터드용 보론강은 종래 보론강 보다 경화능이 향상되어 볼 스터드에 적용하도록 요구되는 기계적 물성 수준에 모두 만족하고, 기존 Cr-Mo계 합금강 재질과 유사한 수준의 인장강도, 충격인성 및 경도를 나타내므로, Cr-Mo계 합금강을 대체하여 볼 스터드에 적합하게 사용 가능하다.As described above, the boron steel for ball studs of the present invention has improved hardenability compared to conventional boron steel, satisfies all mechanical properties required for application to ball studs, and has a tensile strength similar to that of existing Cr-Mo alloy steel materials. Because it exhibits impact toughness and hardness, it can be suitably used in ball studs as a replacement for Cr-Mo alloy steel.
앞서 설명한 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 예시일 뿐, 전술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.The above-described embodiments are only preferred examples that enable those skilled in the art to easily practice the present invention, and are not limited to the above-described embodiments and the attached drawings. The scope of rights of the present invention is not limited. Accordingly, it will be clear to those skilled in the art that various substitutions, modifications and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention, and it is obvious that parts that can be easily changed by those skilled in the art are also included in the scope of rights of the present invention. .
Claims (1)
0.22 중량% 내지 0.28 중량%의 탄소(C);
0.10 중량% 내지 0.30 중량%의 규소(Si);
0.40 중량% 내지 0.60 중량%의 크롬(Cr);
0.0010 중량% 내지 0.0025 중량%의 보론(B);
0.02 중량% 내지 0.05 중량%의 티타늄(Ti);
0.60 중량% 내지 0.80 중량%의 망간(Mn);
0 초과 0.030 중량% 이하의 인(P);
0 초과 0.030 중량% 이하의 황(S);
나머지 Fe와 불가피한 불순물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 스터드용 보론강.As a boron steel for ball studs,
0.22% to 0.28% by weight carbon (C);
0.10% to 0.30% by weight of silicon (Si);
0.40% to 0.60% by weight chromium (Cr);
0.0010% to 0.0025% by weight boron (B);
0.02% to 0.05% by weight titanium (Ti);
0.60% to 0.80% by weight manganese (Mn);
Phosphorus (P) greater than 0 and less than or equal to 0.030% by weight;
Sulfur (S) greater than 0 and less than or equal to 0.030% by weight;
Boron steel for ball studs, characterized in that it contains the remaining Fe and inevitable impurities.
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20220078384A (en) | 2020-12-03 | 2022-06-10 | 주식회사 일진 | Ball stud and manufacturing method therefor |
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2022
- 2022-11-10 KR KR1020220149881A patent/KR20240068436A/en unknown
Patent Citations (1)
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