KR940007275B1 - 열처리 생략형 고장력 볼트용 강선재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

열처리 생략형 고장력 볼트용 강선재의 제조방법

제1도는 고장력 볼트의 제조공정도.

제2도는 본 발명에 부합되는 발명강의 선재압연상태에서의 조직사진.

본 발명은 고 장력 볼트용으로 사용되는 강 선재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 볼트 성형중에 행하는 구상화 열처리 및 소입, 소려처리를 생략하고 볼트를 제조할 수 있는 열처리 생략형 고 장력볼트용 강선재의 제조방법에 관한 것이다.

통상의 구조용 볼트는 인장강도 30-160kg/mm²범위를 갖는데, 이중에서 인장강도 70kg/mm²이상의 고장력 볼트를 제조하기 위해서는, 제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 지름이 약 5.5-20mm의 선재를15-20% 냉간신선한 후, 구상화 열처리를 하여 재질을 연화시킨 다음 냉간 압조가공으로 볼트 성형하며,그후 필요로 하는 강도와 인성을 확보하기 위해 소입과 소려(Quenching ＆Tempering)열처리를 행하게 된다.

상기 공정중 구상화열처리는 A₁변태점 부근(약 650∼750℃) 온도에서 약 9∼13시간 정도 행하여지는데,이 구상화 열처리에 의해서 의해서 얻어지는 강의 미세조직은 퍼얼라이트(pearlite)와 페라이트(ferrite)의 혼합조직에서 구형의 세멘타이트(Cementite)가 균일하게 분포하여 존재하는 구상화조직으로 바뀌고 그 재질은 크게 연화된다.

볼트 성형후에 행하는 상기 소입과 소려 열처리는 830-880℃로 가열하여 유냉시킨 다음, 다시 550-650℃로 가열하여 급냉시키는 조작으로서 유냉에 의해 재질이 경화되고, 급냉에 의해 경화된 재질에 인성이 부여된다.

가공완료된 최종볼트(10,9T급)의 규격재질은 하기표 1과 같다.

[표 1]

상기와 같은 열처리 공정으로 제조되는 100-120kg/mm²급 고장력 볼트용 선재로는 탄소함량이 0.38-0.43%이고 여기에 크롬 및 몰리브덴이 각각 0.90-1.20% 및 0.15-0.30% 첨가되어 있는 SCM440이 주로 사용되어 왔다.

그러나, 최근에는 볼트 가공중에 행하여지는 열처리 공정을 생략하여 원가절감을 꾀할 수 있는 새로운 강종 즉 열처리 생략형 강종이 발명되었다.

이 열처리 생략형 강종은 기존의 소입 및 소려 처리한 열처리강과 동일하거나 우수한 강도와 인성을 가지고 있어야 한다.

이와 같은 우수한 강도와 인성을 동시에 확보할 수 있는 열처리 공정 생략 볼트용 선재의 제조방법은 2가지로 대별되는데, 그 한가지는 탄소함량이 0.1-0.2%인 저탄소고망간 강에 미량 합금원소를 첨가한 강을 오스테나이트가 재결정되기 힘든 저온에서 마무리 압연을 하여 고강도, 고인성 선재를 제조하는 방법이고,다른 한가지는 탄소함량이 0.1% 이하인 저탄소강을 통상압연(고온압연)후 특수제어 냉각 방식을 통해 약400℃ 이하의 온도까지 급냉시켜서 선재조직중에 베이나이트와 마르텐사이트를 일부 혼재시켜 필요한 강도와 인성을 확보하는 방법이다.

그러나, 상기 방법들올 적용하기 위해서는 압연중인 소재의 온도를 충분히 떨어뜨릴 수 있는 강력반 냉각설비를 선재압연 라인상에 갖추거나 아니면 압연속도를 늦추어 주어야 하는 문제점이 있으며, 또한, 압연이후 소재를 급냉시킬 수 있는 특수제어 냉각 설비가 필요하게 된다.

따라서, 본 발명은 고장력 볼트용으로 사용되는 기계구조용 합금강에서 탄소함량을 대폭 감소시키고, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 대신 니오븀(Nb), 티타늄(Ti) 및 붕소(B)를 첨가한 후, 선재 열간압연 및 냉각을 적절히 제어하므로서, 볼트 성형중에 행하는 구상화열처리 및 소입, 소리처리를 행하지 않고서도 고강도, 고인성의 열처리 생략형 고장력 볼트용 선재를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은, 고장력 볼트용 강선재의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.09-0.11%, Si:0.61-0.65%,Mn:1.30-1.70%, B:0.0015-0.0025%, Ti:0.18-0.20%, Nb:0.015-0.030%, P:0.03% 이하, S:0.03% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강을 1100-1250℃의 온도로 가열하고, 마무리 압연온도를 1000℃∼Ar₃직상온도로 하여 선재로 열간압연한 다음,5-10℃/sec의 냉각속도로 500-550℃까지 강제냉각 시킨후 상온까지 공냉하여 열처리 생략형 고장력 볼트용 강선재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 상기 수치한정 이유에 대하여 설명한다.

상기 탄소(C)는 연성, 충격인성 및 냉간압조성을 증가시키기 위하여 가능한한 낮추는 것이 바람직하지반, 그 함량이 너무 낮으면 필요한 강도 확보가 불가능하므로, 그 함량은 0.09-0.11중량%(이하,%라칭함)로 한정하는 것이 바람직하다. ·

규소(Si)는 탈산 및 강도증가를 위해 필요하나 첨가량이 많으면 인성을 해치고 볼트 가공성을 저하시키므로 그 함량은 0.6l-0.65%로 한정하는 것이 바람직하다.

망간(Mn)은 소입성을 증가시키고 A1 변태점을 낮추는 역활을 하며, 대체로 강중에 약 2%까지 첨가하여도 인성을 떨어뜨리지 않고 강도를 증가시키므로 인성 저하없이 필요강도를 확보하기 위해서는 망간(Mn)의 함량을 1.30-1.70%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 붕소(B)는 소입성 향상에 가장 효과적인 원소로서, 강의 조직을 저온조직으로 변태시켜 강을 강화시키는데, 첨가량이 일정량을 초과하게 되면 소입성 증가정도가 오히려 감소하게 되므로, 그 함량은 0.0015-0.0025%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 티타늄(Ti)은 용강중의 질소를 고정시키기 위해서 첨가하는데, 그 첨가량이 부족하면 질소를 충분히 고정시키기 못함으로 붕소가 잔여 질소와 결합하여 필요한 소입성을 확보할 수 없게 되고, 그 첨가량이 과도하게 되면 티타늄이 산화물 등을 형성하여 강의 재질을 열화 시키므로 그 함량은 0.18-0.20%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 나오븀(Nb)은 오스테나이트의 재결정을 억제하여 조직을 미세화시키므로써 인성과 강도를 동시에 향상시키고 또 석출경화현상으로 강도를 증가시키는 매우 유용한 원소이나 고용한을 초과하여 과도하게 첨가한 경우에는 오히려 유해하므로, 그 함량은 0.015-0.030%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 인(P)은 인성을 저하시킴으로 그 함량은 0. 030% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 황(S)은 인성을. 저하시키고 유화물을 형성시켜 재질에 나쁜 영향을 미치므로 그 함량을 0.030% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 있어서 열간 선재압연을 위한 가열온도는 Nb(C,N)의 재용해 및 열간가공성을 고려하여 1100-1250℃로한정하는 것이 바람직하며, 이 가열온도에서의 유지시간은 90-150분 정도가 바람직하다.

상기와 같이 가열된 강은 통상의 열간선재 압연방법으로 압연되며, 이때 마무리 압연온도는 1000℃-Ar₃로 한정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 마무리 압연 온도가 1000℃ 보다 높게 되면 조대한 오스테나이트 조직이 되어 필요한 재질을 얻기가 곤란하고, Ar₃이하에서는 이상역 압연이 되어 재질이 열화되고, 압연시 변형저항이 커지므로 선재압연이 힘들어지기 때문이다.

상기와 같이 선재 압연된 소재는 5-10℃/sec의 냉각속도로 대략 500-550℃까지 공기 송풍으로 강제공냉시킨 후 상온까지 공냉(자연방냉)시키는데, 상기 냉각속도가 5℃/sec 이하가 되면 본 발명에서 목표로 하는 베이나이트를 얻기가 힘들어지고,10℃/sec 이상이 되면 인성이 나쁜 마르텐사이트(martensite)조직이 혼입될 우리가 있으므로, 냉각속도는 5-10℃/sec로 한정하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기한 냉각종료온도가 500℃ 이하로 내려가면 마르텐사이트 조직이 과다하게 혼입될 염려가 있고,550℃ 이상이 도면 퍼얼라이트 조직이 생성될 염려가 있으므로, 상기 냉각 종료 온도는 500-550℃로한정하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예]

하기표 2와 같은 성분의 본 발명강을 소재로 하여 크기가 120×120×150mm인 시편을 제작한 다음, 이시편을 1210℃에서 약 1.5시간 가열한 후 열간선재 압연하여 지름이 8mm인 선재시편을 제조하였는데, 이때, 열간 압연시의 마무리 압연 온도는 970℃였고 바로 수냉각 설비를 통과한 후 온도가 약 800℃까지 떨어졌으며, 이후 강제 송풍에 의해 7℃/sec의 냉각속도를 약 500℃까지 냉각시켰으며, 이후는 자연 방냉시켰다. 상기와 같이 제조된 본 발명선재시편에 대하여 기계적 성질 및 미세조직을 측정하고, 기계적 성질은 하기표 3에, 미세조직은 제2도에 나타내었다.

지름이 8mm인 상기 본 발명 선재 시편을 냉간에서 21.9% 신선하여 지름을 7.07mm로 감소시킨 다음,고장력볼트 가공시 통상적으로 실시하는 구상화 열처리없이 선재를 일정길이로 절단한 후, 더블헤더(Double Header) 가공으로 볼의 헤드(Head)부를 성형하였다.

그 다음에, 냉간에서 전조가공으로 나사부분을 가공하고, 소입과 소려 열처리를 생략하고 최종적으로400℃에서 30분간 베이킹(Baking) 열처리를 행하었다.

이와 같이 제조된 최종시편에 대하여 기계적 성질을 측정하고, 그 결과를 하기표 4에 나타내었다.

한편, 본 발명 선재 시편과 최종시편(볼트)의 기계적 특성을 종래의 볼트용 선재 및 볼트의 기계적 특징과 비교하기 위하여 상기 표 2와 같이 조성되는 비교강(1-3)을 소재로하여 각각 제조된 선재 [비교선재(1-3)]와 이 비교선재(1-3)를 각각 볼트 가공한 비교볼트[비교재(1-3)]에 대한 기계적 성질을 하기표 3및 표 4에 각각 나타내었다. 상기 비교강(1-3), 비교선재(1-3) 및 비교재(1-3)에 대한 수치는 공지문헌에 제시되어 있는 값이다.

[표 2]

[표 3]

[표 4]

상기 표 3 및 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명강을 소재로한 본 발명선재는 구상화열처리 및 소둔, 소려 열처리 없이도 10,9급 JIS볼트규격을 만족시킬 수 있는 볼트제조를 가능하게 해줄수 있으며, 또한, 본발명선재는, 제2도에 나타난 바와 같이, 그 미세조직은 베이나이트 조직으로서 비교선재(2)에 비하여 선재상태에서 인장강도가 낮아 냉간볼트 가공이 용이하며, 볼트의 영구변형율이 낮아서 볼트 체결성이 우수하게 됨을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명선재는 JIS 10,9급 볼트제조용이나 ISO 9,8 및 10,9급 볼트 제조용으로 사용될 수 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 오스테나이트 재결정억제 효과가 가장 우수한 니오븀(Nb)이 소량 함유되어있어 마무리 압연을 고온역에서 실시하여도 미세한 오스테나이트를 얻을 수 있으므로, 빠른 압연속도로 인한 가공발열로 마무리 압연온도를 낮추기 어려운 최신 선재 압연설비를 갖춘 공장에서도 열처리 생략형 고장력 볼트용 선재의 제조를 가능하게 하며, 또한, 소입성 향상에 효과가 가장 큰 원소로 알려진 보론(B)을첨가하여 5-15℃/sec의 냉각속도인 통상의 스텔모아(Stelmor) 냉각상에서도 베이나이트조직을 쉽게 얻을수 있으므로 냉각능력이 큰 새로운 특수제어 냉각설비의 추가 설치가 필요없게 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 고장력 볼트용 강선재의 제조방법에 있어서,중량%로,C:0.09-0.11%,Si:0.61-0.65%,Mn:1.30-1.70%, B:0.0015-0.0025%, Ti:0.18-0.20%, Nb:0.015-0.030%, P:0.03% 이하, S:0.03%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강을 1100-1250℃의 온도로 가열하고,1000℃∼Ar₃직상온도에서 마무리열간선재 압연한 다음,5-10℃/sec의 냉각속도로 500∼550℃까지 강제 냉각시킨 후 상온까지 공냉하는 것을 특징으로 하는 열처리 생략형 고장력 볼트용 강선재의 제조방법.