KR101424862B1 - Steel and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

0.3중량% 이상의 탄소를 함유하면서 피로강도가 우수한 강재 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 강재 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.3~0.5%, 실리콘(Si) : 0.1~1.0%, 망간(Mn) : 0.1~1.2%, 인(P) : 0.05% 이하, 황(S) : 0.08% 이하, 가용성 알루미늄(Sol-Al) : 0.02% 이하, 니켈(Ni) : 0.03~0.1%, 크롬(Cr) : 0.05~0.15%, 몰리브덴(Mo) : 0.005~0.05%, 바나듐(V) : 0.05~0.3% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진 모재를 마련하는 단계; 및 상기 모재 표면을 초음파 충격 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. A steel material containing 0.3% by weight or more of carbon and excellent in fatigue strength and a method for producing the same are disclosed.
The method for producing a steel material according to the present invention is characterized by comprising 0.3 to 0.5% of carbon (C), 0.1 to 1.0% of silicon (Si), 0.1 to 1.2% of manganese (Mn) 0.03 to 0.1% of nickel (Ni), 0.05 to 0.15% of chromium (Cr), and 0.005 to 0.05% of molybdenum (Mo) %, Vanadium (V): 0.05 to 0.3%, and the balance of Fe and unavoidable impurities; And ultrasonic impact treatment of the surface of the base material.

Description

강재 및 그 제조 방법 {STEEL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME} STEEL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME [0002]

본 발명은 강재 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소 함량이 0.3~0.5중량%이면서 60~70kgf/mm2의 표면 피로강도를 가져 기계부품이나 공구재로 활용할 수 있는 강재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a steel material having a carbon content of 0.3 to 0.5 wt% and a surface fatigue strength of 60 to 70 kgf / mm 2 , which can be utilized as a mechanical part or a tool material, .

대략 0.3중량% 이상의 탄소가 포함된 고탄소 함유 강재는 공구재, 기계부품 등 다양한 용도로 활용되고 있다. 이러한 고탄소 함유 강재는 공구 작업, 기계 구동 등의 사용시에 일정한 응력을 반복적으로 받게 되며, 이에 따라 높은 피로강도가 요구된다. High carbon containing steels containing about 0.3 wt% or more of carbon are utilized in various applications such as tool materials and machine parts. Such high-carbon-containing steels are subject to repeated stresses repeatedly when using tooling, machine driving, and the like, thereby requiring high fatigue strength.

강재의 피로강도 향상은 주로 공기압에 의해 구동하는 볼을 강재에 지속적으로 타격하여 강재 표면을 미세조직으로 개질하는 방법이 이용되고 있다.
Improvement of the fatigue strength of steel is mainly performed by blowing a ball driven by air pressure continuously to the steel material and modifying the surface of the steel material into microstructure.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개공보 제10-2007-0020556호(2007.02.21)에 개시된 용접부 피로 강도가 우수한 건설 기계의 붐·아암 부재 및 그 피로강도 향상 방법이 있다.
BACKGROUND ART [0002] A related art related to the present invention is a boom / arm member of a construction machine excellent in fatigue strength of a welded portion disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2007-0020556 (Feb.

본 발명의 목적은 탄소 함량 0.3중량% 이상의 고탄소를 함유하면서, 아울러 피로강도가 우수한 강재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a steel material having a carbon content of not less than 0.3% by weight and a high carbon content and excellent fatigue strength, and a method for producing the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강재 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.3~0.5%, 실리콘(Si) : 0.1~1.0%, 망간(Mn) : 0.1~1.2%, 인(P) : 0% 초과 내지 0.05% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.08% 이하, 가용성 알루미늄(Sol-Al) : 0% 초과 내지 0.02% 이하, 니켈(Ni) : 0.03~0.1%, 크롬(Cr) : 0.05~0.15%, 몰리브덴(Mo) : 0.005~0.05%, 바나듐(V) : 0.05~0.3% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진 모재를 마련하는 단계; 및 상기 모재 표면을 초음파 충격 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, a method of manufacturing a steel material according to an embodiment of the present invention includes 0.3 to 0.5% of carbon, 0.1 to 1.0% of silicon, 0.1 to 1.2% of manganese (Mn) (P): more than 0% to 0.05%, sulfur (S): more than 0% to 0.08%, sol-Al: more than 0% to less than 0.02%, nickel (Ni) Providing a base material made of 0.1 to 0.1% Cr, 0.05 to 0.15% Mo, 0.005 to 0.05% Mo, 0.05 to 0.3% vanadium (V) and the balance Fe and unavoidable impurities; And ultrasonic impact treatment of the surface of the base material.

이때, 상기 초음파 충격 처리 이전에, 상기 모재 표면을 연마하는 단계;를 더 포함할 수 있다. At this time, polishing the surface of the base material before the ultrasonic impact treatment may be further included.

상기 초음파 충격 처리는 초음파에 의해 구동하는 복수의 볼들을 상기 모재 표면에 반복적으로 충돌시키는 방식으로 실시될 수 있다. 이때, 상기 초음파 충격 처리는 상기 복수의 볼들이 상기 모재 표면에 1초당 20,000~40,000회 충돌하도록 초음파 발생기를 조절할 수 있다.
The ultrasonic impact treatment may be performed in such a manner that a plurality of balls driven by ultrasonic waves are repeatedly collided with the surface of the base material. At this time, the ultrasonic impact treatment may adjust the ultrasonic generator so that the plurality of balls hit the surface of the base material 20,000 to 40,000 times per second.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강재는 중량%로, 탄소(C) : 0.3~0.5%, 실리콘(Si) : 0.1~1.0%, 망간(Mn) : 0.1~1.2%, 인(P) : 0% 초과 내지 0.05% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.08% 이하, 가용성 알루미늄(Sol-Al) : 0% 초과 내지 0.02% 이하, 니켈(Ni) : 0.03~0.1%, 크롬(Cr) : 0.05~0.15%, 몰리브덴(Mo) : 0.005~0.05%, 바나듐(V) : 0.05~0.3% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지고, 모재 표면의 피로강도가 60~70 [kgf/mm2]인 것을 특징으로 하는 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, steel according to an embodiment of the present invention comprises 0.3 to 0.5% of carbon (C), 0.1 to 1.0% of silicon (Si), 0.1 to 1.2% of manganese (Mn) (P): more than 0% to less than 0.05%, sulfur (S): more than 0% to less than 0.08%, sol-Al: more than 0% to less than 0.02%, nickel (Ni) 0.05 to 0.15% of chromium (Cr), 0.005 to 0.05% of molybdenum (Mo), 0.05 to 0.3% of vanadium (V) and the balance of Fe and unavoidable impurities, kgf / mm < 2 >].

본 발명에 따른 강재는 탄소 함량이 0.3중량% 이상인 고탄소 함유 강재로서, 기계부품이나 공구재로 활용 가능하다.The steel material according to the present invention is a high carbon content steel having a carbon content of 0.3 wt% or more and can be used as a mechanical part or a tool material.

아울러, 본 발명에 따른 강재는 초음파 충격 처리에 의하여 60~70kgf/mm2의 우수한 피로강도를 가질 수 있다.
In addition, the steel material according to the present invention can have an excellent fatigue strength of 60 to 70 kgf / mm 2 by ultrasonic impact treatment.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강재 제조 방법이 이용되는 초음파 충격 처리 장치의 예를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 2에 따라 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 2에 따라 제조된 시편에 대하여, 초음파 충격 처리 전 후의 피로강도를 나타낸 것이다.
1 shows an example of an ultrasonic impact treatment apparatus using a steel material manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 shows the microstructure of the specimen produced according to Example 1. Fig.
Fig. 3 shows the microstructure of the specimen produced according to Example 2. Fig.
Fig. 4 shows the fatigue strength before and after the ultrasonic impact treatment for the specimen produced according to Example 2. Fig.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강재 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a steel material according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

강재Steel

본 발명에 따른 강재는 중량%로, 탄소(C) : 0.3~0.5%, 실리콘(Si) : 0.1~1.0%, 망간(Mn) : 0.1~1.2%, 인(P) : 0% 초과 내지 0.05% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.08% 이하, 가용성 알루미늄(Sol-Al) : 0% 초과 내지 0.02% 이하, 니켈(Ni) : 0.03~0.1%, 크롬(Cr) : 0.05~0.15%, 몰리브덴(Mo) : 0.005~0.05% 및 바나듐(V) : 0.05~0.3%를 포함한다. The steel according to the present invention may contain 0.3 to 0.5% of carbon (C), 0.1 to 1.0% of silicon (Si), 0.1 to 1.2% of manganese (Mn) (Al): more than 0% to 0.02%, nickel (Ni): 0.03 to 0.1%, chromium (Cr): 0.05 to 0.15 , Molybdenum (Mo): 0.005 to 0.05%, and vanadium (V): 0.05 to 0.3%.

상기 성분들 외에 나머지는 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다. In addition to the above components, the remainder consists of iron (Fe) and inevitable impurities.

이하, 본 발명에 따른 버링 가공성이 우수한 고경도 고탄소강에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the role and content of each component contained in the high-hardness high-carbon steel excellent in burring processability according to the present invention will be described.

탄소(C)Carbon (C)

본 발명에서 탄소(C)는 강도를 확보하기 위하여 첨가된다. In the present invention, carbon (C) is added in order to secure strength.

상기 탄소는 강재 전체 중량의 0.3~0.5중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소의 첨가량이 0.3중량% 미만일 경우, 높은 강도 및 경도를 확보하기 어렵다. 반대로, 탄소의 첨가량이 0.5중량%를 초과하는 경우, 용접성 및 피로강도가 저하될 수 있다.
The carbon is preferably added in an amount of 0.3 to 0.5% by weight based on the total weight of the steel material. When the addition amount of carbon is less than 0.3% by weight, it is difficult to secure high strength and hardness. On the contrary, when the addition amount of carbon exceeds 0.5% by weight, the weldability and the fatigue strength may be lowered.

실리콘(Si)Silicon (Si)

본 발명에서 실리콘은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가되며, 또한 시멘타이트 구상화에 효과적인 원소이다. In the present invention, silicon is added as a deoxidizer to remove oxygen in the steel, and is also an element effective for cementite sphering.

상기 실리콘은 강재 전체 중량의 0.1~1.0중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 첨가량이 0.1중량% 미만일 경우 상기 실리콘 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 실리콘의 첨가량이 1.0중량%를 초과할 경우 강의 용접성을 떨어뜨리고 적 스케일을 생성시켜 표면품질을 저해한다.
The silicon is preferably added at a content ratio of 0.1 to 1.0% by weight of the total weight of the steel material. If the addition amount of silicon is less than 0.1% by weight, the effect of adding silicon is insufficient. On the other hand, when the addition amount of silicon exceeds 1.0% by weight, the weldability of the steel is lowered and the scale of the steel is generated to impair the surface quality.

망간(Mn)Manganese (Mn)

본 발명에서 망간(Mn)은 고용강화 원소로써 매우 효과적이며, 강의 경화능을 향상시켜서 강도확보에 효과적인 원소이다. 또한 망간은 오스테나이트(austenite) 안정화 원소로써 페라이트, 펄라이트 변태를 지연시킴으로써 페라이트의 결정립 미세화에 기여한다. In the present invention, manganese (Mn) is very effective as an element for solid solution strengthening, and is an element effective for securing strength by improving the hardenability of steel. Manganese also contributes to grain refinement of ferrite by delaying ferrite and pearlite transformation as an austenite stabilizing element.

상기 망간은 강재 전체 중량의 0.1~1.2중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간의 첨가량이 0.1중량% 미만일 경우, 상기 망간 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 상기 망간이 1.2중량%를 초과하여 첨가될 경우, 용접성을 크게 떨어뜨리며 게재물 생성 및 중심편석 등을 유발하여, 강재의 인성을 저해하는 요소로 작용한다.
The manganese is preferably added in an amount of 0.1 to 1.2% by weight based on the total weight of the steel material. When the addition amount of manganese is less than 0.1% by weight, the effect of adding manganese is insufficient. On the other hand, when the above manganese is added in an amount of more than 1.2% by weight, the weldability is significantly lowered, and the generation of inclusion and center segregation are caused, thereby acting as an element for inhibiting the toughness of the steel.

인(P)In (P)

인(P)은 강도를 증가시키기 위해 첨가되지만, 과다 첨가되면 편석을 유발한다. 이에 본 발명에서는 인의 함량을 강재 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.05중량% 이하로 제한하였다.
Phosphorus (P) is added to increase strength, but over-addition causes segregation. In the present invention, the content of phosphorus is limited to more than 0 wt% to 0.05 wt% or less of the total weight of the steel material.

황(S)Sulfur (S)

황(S)은 강의 용접성을 저해하고, MnS 비금속 개재물을 증가시켜 강의 가공 중 크랙을 발생시키는 원소이다. 이에 본 발명에서는 황의 함량을 강재 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.08중량% 이하로 제한하였다.
Sulfur (S) inhibits the weldability of steel and increases the MnS non-metallic inclusions, thereby generating cracks during steel processing. Therefore, in the present invention, the sulfur content is limited to more than 0 weight% and not more than 0.08 weight% of the total weight of the steel material.

가용성 알루미늄(Sol-Al)Soluble Al (Sol-Al)

본 발명에서 가용성 알루미늄(Sol-Al)은 실리콘에 비해 우수한 탈산능을 가짐으로써 제강공정시 용강 중에 산소 제거에 효과적인 원소이다. In the present invention, soluble aluminum (Sol-Al) has an excellent deoxidation ability as compared with silicon, and is an element effective for oxygen removal in molten steel during a steelmaking process.

상기 가용성 알루미늄은 강재 전체 중량의 0중량% 초과 내지 0.02중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 가용성 알루미늄이 0.02중량%를 초과하여 첨가될 경우 펄라이트 변태시 시멘타이트의 구상화를 방해함으로써 강재를 이용한 부품 제작시 절삭성을 떨어뜨리는 문제가 있다.
The soluble aluminum is preferably added in an amount of more than 0 wt% to 0.02 wt% of the total weight of the steel material. When soluble aluminum is added in an amount exceeding 0.02% by weight, spheroidization of the cementite is impeded during the pearlite transformation, thereby deteriorating cutting performance in the production of parts using a steel material.

니켈(Ni)Nickel (Ni)

니켈은 경화능 향상 원소로서, 강도 향상에 기여한다. Nickel is an element for improving hardenability and contributes to strength improvement.

상기 니켈은 강재 전체 중량의 0.03~0.1중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 니켈의 첨가량이 0.03중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 니켈의 첨가량이 0.1중량%를 초과하는 경우, 항복비 상승으로 인하여 가공성이 저하될 수 있다.
The nickel is preferably added in an amount of 0.03 to 0.1% by weight based on the total weight of the steel material. When the addition amount of nickel is less than 0.03% by weight, the effect of addition is insufficient. On the contrary, when the addition amount of nickel exceeds 0.1% by weight, workability may be deteriorated due to an increase in yield ratio.

크롬(Cr)Chromium (Cr)

크롬은 오스테나이트 안정화 원소이면서 경화능 향상 원소로서 강도 향상에 기여한다. Chromium is an austenite stabilizing element and contributes to strength improvement as an element for improving hardenability.

상기 크롬은 강재 전체 중량의 0.05~0.15중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬의 첨가량이 0.05중량% 미만인 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬의 첨가량이 0.15중량%를 초과하는 경우, 인성이 저하될 수 있다.
The chromium is preferably added in an amount of 0.05 to 0.15% by weight based on the total weight of the steel material. When the addition amount of chromium is less than 0.05% by weight, the effect of addition is insufficient. On the other hand, if the addition amount of chromium exceeds 0.15% by weight, the toughness may be lowered.

몰리브덴(Mo)Molybdenum (Mo)

몰리브덴(Mo)은 강의 강도를 향상시키고, 연속항복(continuous yielding) 거동을 유도한다. Molybdenum (Mo) improves steel strength and leads to continuous yielding behavior.

상기 몰리브덴은 강재 전체 중량의 0.005~0.05중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 몰리브덴의 첨가량이 0.005중량% 미만일 경우, 상기의 몰리브덴 첨가 효과를 충분히 발휘하기 어렵다. 반대로, 몰리브덴의 첨가량이 0.05중량%를 초과하는 경우, 강도 및 저항복비 달성에는 유리하나, 강재의 인성이 저하되는 문제점이 있다.
The molybdenum is preferably added in an amount of 0.005 to 0.05% by weight based on the total weight of the steel material. When the addition amount of molybdenum is less than 0.005% by weight, it is difficult to sufficiently exert the molybdenum addition effect. On the other hand, when the addition amount of molybdenum exceeds 0.05% by weight, it is advantageous to attain the strength and the low resistance, but toughness of the steel is deteriorated.

바나듐(V)Vanadium (V)

바나듐(V)은 석출물을 형성하여 강도 향상에 기여하고, 경화능을 향상시키는 원소이다. Vanadium (V) is an element that forms precipitation and contributes to the improvement of strength and improves the hardenability.

상기 바나듐은 강재 전체 중량의 0.05~0.3중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 바나듐의 첨가량이 0.05중량% 미만인 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 바나듐의 첨가량이 0.3중량%를 초과하면, 강판의 취성이 증가하는 문제점이 있다.
The vanadium is preferably added in an amount of 0.05 to 0.3% by weight based on the total weight of the steel material. When the addition amount of vanadium is less than 0.05% by weight, the effect of the addition is insufficient. On the other hand, when the amount of vanadium added is more than 0.3% by weight, there is a problem that the brittleness of the steel sheet increases.

상기 조성을 갖는 강재는 탄소 0.3중량% 이상의 고탄소 함유 강재이고, 후술하는 초음파 충격 처리에 의하여 60~70kgf/mm2의 표면 피로강도를 나타낼 수 있다.
The steel material having the above composition is a high carbon steel containing 0.3% by weight or more of carbon, and can exhibit a surface fatigue strength of 60 to 70 kgf / mm 2 by an ultrasonic impact treatment to be described later.

이하, 본 발명에 따른 강재 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, a method for manufacturing a steel material according to the present invention will be described.

우선, 강재 제조를 위하여, 상기 조성을 갖는 강재를 마련한다. 이때, 강재의 피로강도는 대략 45 kgf/mm2 정도가 될 수 있다. First, for producing a steel material, a steel material having the above composition is prepared. At this time, the fatigue strength of the steel material may be about 45 kgf / mm 2 .

그 후에는 모재 표면을 초음파 충격 처리한다. After that, the surface of the base material is ultrasonically impact-treated.

모재 표면에 가해지는 초음파 충격의 효율을 높이기 위하여, 초음파 충격 처리 이전에, 모재 표면을 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.
The step of polishing the surface of the base material may further include a step of polishing the surface of the base material before the ultrasonic impact treatment in order to increase the efficiency of the ultrasonic impact applied to the surface of the base material.

초음파 충격 처리는 도 1에 도시된 예와 같은 장치를 이용하여 실시될 수 있다. 도 1을 참조하면, 초음파 발생기(110)에 의해 인가되는 초음파에 의해 구동하는 복수의 볼(130)을 모재(101) 표면에 반복적으로 충돌시키는 방식으로 실시될 수 있다. 도 1에 도시된 장치에는 복수의 볼(130)의 이탈을 방지하고, 장치 내에서 계속 구동할 수 있도록 측벽(120)이 형성되어 있다. The ultrasonic impact treatment can be carried out using an apparatus as shown in the example shown in Fig. Referring to FIG. 1, a plurality of balls 130 driven by ultrasonic waves applied by an ultrasonic generator 110 may be repeatedly collided with the surface of the base material 101. In the apparatus shown in Fig. 1, side walls 120 are formed to prevent separation of the plurality of balls 130 and continue driving in the apparatus.

이때, 초음파 충격 처리는 복수의 볼(130)을 모재(101) 표면에 1초당 20,000~40,000회 충돌되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 초음파 발생기(110)에 가해지는 전압 혹은 전류 등의 조절에 의해 이루어질 수 있다. 복수의 볼(130)이 합산하여 1초당 20,000회 미만으로 충돌되면 모재 표면의 개질 효과가 그만큼 저하된다. 복수의 볼(130)이 합산하여 1초당 40,000회 미만으로 충돌되면 더 이상의 효과 없이 경제성이 문제될 수 있다.
At this time, it is preferable that the ultrasonic impact treatment causes the plurality of balls 130 to collide with the surface of the base material 101 at 20,000 to 40,000 times per second. This can be done by adjusting the voltage or current applied to the ultrasonic generator 110. When the plurality of balls 130 are added and collided less than 20,000 times per second, the effect of modifying the surface of the base material is reduced accordingly. If the plurality of balls 130 are added and collided less than 40,000 times per second, economical efficiency may be a problem without any further effect.

실시예Example

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. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

1. 시편의 제조1. Preparation of specimens

본 발명에 이용된 모재의 조성은 표 1과 같다. The composition of the base material used in the present invention is shown in Table 1.

[표 1] (단위 : 중량%) [Table 1] (unit:% by weight)

Figure 112012025473435-pat00001
Figure 112012025473435-pat00001

모재 1 및 모재 2 각각을 직경 10mm, 높이 5mm로 가공하여 시편 1 및 시편 2를 제조하고, 표면을 SiC #2000까지 연마처리 후, 초음파 충격 처리를 실시하였다.
Each of the base material 1 and the base material 2 was processed to have a diameter of 10 mm and a height of 5 mm to prepare a specimen 1 and a specimen 2, and the surface was polished to SiC # 2000 and subjected to ultrasonic impact treatment.

2. 미세조직 및 피로강도 분석2. Microstructure and Fatigue Strength Analysis

SEM 및 AFM을 이용하여 표면에 형성된 딤플 구조 및 크랙과 단면에서의 경화층을 관찰하였다. SEM and AFM were used to observe the dimple structure formed on the surface and the cured layer in the cracks and cross sections.

도 2는 실시예 1에 따라 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 것이고, 도 3은 실시예 2에 따라 제조된 시편의 미세조직을 나타낸 것이다.Fig. 2 shows the microstructure of the specimen prepared according to Example 1, and Fig. 3 shows the microstructure of the specimen prepared according to Example 2. Fig.

초음파 표면 처리된 시편의 표면을 관찰한 결과, 시편 1과 시편 2 모두의 표면에 마이크로 딤플 구조가 형성되었고, 작은 크랙이 발생하였다. 특히 시편 2의 경우가 더욱 많은 크랙이 관찰되었다(도 2의 (a) 및 도 3의 (a)). As a result of observing the surface of the ultrasound surface treated specimen, a micro dimple structure was formed on the surface of both specimen 1 and specimen 2, and a small crack occurred. In particular, more cracks were observed in the case of specimen 2 (FIG. 2 (a) and FIG. 3 (a)).

한편, 시편 2의 경우 시편 1에 비하여 탄소 함량은 낮으나, 바나듐, 실리콘, 망간의 함량이 높다. 이는 강종의 탄소 및 합금 성분의 차이에 따른 소성 변형능과 초기 조직의 차이가 초음파 처리 효과를 다르게 나타난 것으로 판단된다. On the other hand, in the case of specimen 2, the content of carbon is lower than that of specimen 1, but the content of vanadium, silicon and manganese is high. It is considered that the effect of ultrasonic treatment is different from the difference in plastic deformation and initial structure depending on the difference of carbon and alloy components of the steel species.

시편의 단면을 관찰한 결과, 두 강종 모두 표면에 이상 조직이 관찰되었다 (도 2의 (b), 도 3의 (b)). 특히 시편 1의 경우에는 표면의 이상 조직이 시편 2에 비하여 균일한 층상 형태로 관찰되었다. 또한, 초음파 충격 처리 후 표면 나노층을 형성하면 탄소강의 경우 표면에 시멘타이트 조직이 관찰되지 않는 것을 알 수 있다. 이는 표면 나노화로 인하여 상분해가 일어나기 때문이다. 고탄소 함유 모재를 초음파 충격 처리 후 시멘타이트가 분해 확산하여 새로 형성된 나노결정립의 입계에 새로운 탄화물층이 형성되는 것을 관찰하였다. As a result of observation of the cross section of the specimen, abnormal texture was observed on the surface of both steel types (Fig. 2 (b) and Fig. 3 (b)). Especially, in case of specimen 1, the abnormal structure of the surface was observed in a uniform layered form compared to specimen 2. In addition, it can be seen that when the surface nano layer is formed after the ultrasonic impact treatment, the cementite structure is not observed on the surface of the carbon steel. This is because the phase decomposition occurs due to surface nanoization. It was observed that the cementite decomposed and diffused after the ultrasonic impact treatment of the high carbon containing matrix to form a new carbide layer on the grain boundary of the newly formed nanocrystalline grains.

시편 2는 시편 1과 같은 조건으로 처리를 실시하였지만, 단면에서 관찰되는 표면 경화층은 다르게 관찰된 것으로 판단된다. Specimen 2 was treated under the same conditions as Specimen 1, but it was judged that the surface hardened layer observed in cross section was differently observed.

도 4는 실시예 2에 따라 제조된 시편에 대하여, 초음파 충격 처리 전 후의 피로강도를 나타낸 것이다. Fig. 4 shows the fatigue strength before and after the ultrasonic impact treatment for the specimen produced according to Example 2. Fig.

도 4를 참조하면, 시편 2의 피로 강도는 초음파 처리 전 45.5 kgf/mm2 이었지만, 초음파 충격 처리를 실시한 이후, 62.9kgf/mm2으로 약 38%의 피로 강도가 증가하였다. 도면에는 나타내지 않았지만, 시편 1의 경우도 초음파 충격 처리 이후, 61.7kgf/mm2의 우수한 피로강도를 나타내었다.
4, the fatigue strength of the specimen 2 was ultrasound-treated 45.5 kgf / mm 2, the fatigue strength of about 38% was increased after subjected to the ultrasonic shock treatment, 62.9kgf / mm 2. Although not shown in the figure, the specimen 1 also showed an excellent fatigue strength of 61.7 kgf / mm 2 after the ultrasonic impact treatment.

따라서, 본 발명에 따른 강재의 경우, 탄소 0.3중량%를 함유하는 고탄소 함유 강재이면서, 아울러 피로강도가 우수하여, 기계부품, 공구재 등으로 유용하게 활용할 수있다.
Therefore, in the case of the steel material according to the present invention, it is a high carbon steel material containing 0.3% by weight of carbon, and is excellent in fatigue strength and can be utilized effectively as a mechanical part, a tool material and the like.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
While the invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Such changes and modifications are intended to fall within the scope of the present invention unless they depart from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the following claims.

101 : 시편
110 : 초음파 발생기
120 : 측벽
130 : 볼101: The Psalms
110: Ultrasonic generator
120: side wall
130: view

Claims (5)

중량%로, 탄소(C) : 0.3~0.5%, 실리콘(Si) : 0.1~1.0%, 망간(Mn) : 0.1~1.2%, 인(P) : 0% 초과 내지 0.05% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.08% 이하, 가용성 알루미늄(Sol-Al) : 0% 초과 내지 0.02% 이하, 니켈(Ni) : 0.03~0.1%, 크롬(Cr) : 0.05~0.15%, 몰리브덴(Mo) : 0.005~0.05%, 바나듐(V) : 0.05~0.3% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진 모재를 마련하는 단계; 및
초음파에 의해 구동하는 복수의 볼들을 상기 모재 표면에 반복적으로 충돌시키는 방식으로, 상기 모재 표면을 초음파 충격 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강재 제조 방법.
(P): not less than 0% to not more than 0.05%, sulfur (S): 0.1 to 1.0%, manganese (Mn) ): More than 0% to 0.08%, sol-Al: more than 0% to 0.02%, nickel (Ni): 0.03 to 0.1%, chromium (Cr): 0.05 to 0.15%, molybdenum (Mo) : 0.005 to 0.05%, vanadium (V): 0.05 to 0.3%, and the balance Fe and unavoidable impurities; And
And ultrasonic impact processing the surface of the base material in such a manner that a plurality of balls driven by ultrasonic waves are repeatedly collided with the surface of the base material.
제1항에 있어서,
상기 초음파 충격 처리 이전에, 상기 모재 표면을 연마하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강재 제조 방법.
The method according to claim 1,
And polishing the surface of the base material before the ultrasonic impact treatment.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 초음파 충격 처리는
상기 복수의 볼들을 상기 모재 표면에 1초당 20,000~40,000회 충돌시키는 것을 특징으로 하는 강재 제조 방법.
The method according to claim 1,
The ultrasonic impact treatment
Wherein the plurality of balls are caused to collide with the surface of the base material at 20,000 to 40,000 times per second.
중량%로, 탄소(C) : 0.3~0.5%, 실리콘(Si) : 0.1~1.0%, 망간(Mn) : 0.1~1.2%, 인(P) : 0% 초과 내지 0.05% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.08% 이하, 가용성 알루미늄(Sol-Al) : 0% 초과 내지 0.02% 이하, 니켈(Ni) : 0.03~0.1%, 크롬(Cr) : 0.05~0.15%, 몰리브덴(Mo) : 0.005~0.05%, 바나듐(V) : 0.05~0.3% 및 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지고,
모재 표면의 피로강도가 60~70 [kgf/mm2]인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 강재 제조 방법. (P): not less than 0% to not more than 0.05%, sulfur (S): 0.1 to 1.0%, manganese (Mn) ): More than 0% to 0.08%, sol-Al: more than 0% to 0.02%, nickel (Ni): 0.03 to 0.1%, chromium (Cr): 0.05 to 0.15%, molybdenum (Mo) : 0.005 to 0.05%, vanadium (V): 0.05 to 0.3%, and the balance of Fe and unavoidable impurities,
And the fatigue strength of the surface of the base material is 60 to 70 [kgf / mm 2 ].
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JP2006104551A (en) 2004-10-08 2006-04-20 Nippon Steel Corp High strength machine part having excellent fatigue property and method for improving its fatigue property
KR20110032607A (en) * 2009-09-23 2011-03-30 한국전력공사 Method for restoring the reduced fatigue life of the metal structure

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