KR20090049591A

KR20090049591A - 스틸 및 고강도 파단 분할성 기계 부품의 제조를 위한 가공방법

Info

Publication number: KR20090049591A
Application number: KR1020097003628A
Authority: KR
Inventors: 로만 디이데리히스; 악셀 스튀버; 로베르트 랑게
Original assignee: 게오르그스마리엔휫테 게엠베하
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-05-18
Also published as: DE102006041146A1; CA2666677A1; AR062184A1; TW200825188A; EP2057298A1; US20100186855A1; EP2057298B1; JP2010501733A; RU2009111860A; RU2441093C2; ZA200900848B; BRPI0716206A2; AU2007294317A1; WO2008028447A1; MX2009001971A; CN101542007A; AU2007294317B2

Abstract

본 발명은 스틸 및 파단 분할이 가능한 적어도 두 개의 부분으로 구성되는 고강도 파단 분할성 기계 부품의 가공 방법에 관한 것으로서, 스틸 및 이 방법의 특징은 그 화학적 조성이 다음과 같은 중량 백분율 단위의 함량을 갖는 것이다: 0.40% ≤ C ≤ 0.60%, 0.20% ≤ Si ≤ 1.00%, 0.50% ≤ Mn ≤ 1.50%, 0% ≤ Cr ≤ 1.00%, 0% ≤ Ni ≤ 0.50%, 0% ≤ Mo ≤ 0.20%, 0% ≤ Nb ≤ 0.050%, 0% ≤ V ≤ 0.30%, 0% ≤ Al ≤ 0.05%, 0.005% ≤ N ≤ 0.020%, 기타 물질은 철 및 용융에 따른 불순물 및 잔류물로 구성된다.

Description

스틸 및 고강도 파단 분할성 기계 부품의 제조를 위한 가공 방법{STEEL, AND PROCESSING METHOD FOR THE PRODUCTION OF HIGHER-STRENGTH FRACTURE-SPLITTABLE MACHINE COMPONENTS}

본 발명은 스틸 및 고강도 파단 분할성 기계 부품의 제조를 위한 가공 방법에 관한 것이다. 이 소재는 예를 들어 파단분할 콘로드의 제조용으로 개발되었다.

이러한 스틸은 단조 또는 기타 온간 성형에 적합해야 한다. 단조열 및 조절되는 냉각을 통하여 거의 펄라이트 조직이 형성될 수 있어야 하는데, 이런 조직은 750 N/mm²를 초과하는 항복강도, 1000 내지 1200 N/mm²의 인장강도, 10%를 초과하는 파단연신율 및 25%를 초과하는 파단수축률을 가져야 한다. 파단 분할에 대한 적합성이 매우 중요하게 작용한다.

특수 카바이드(니오브 카바이드 및 바나듐 카바이드) 석출물이 포함된 적합한 펄라이트 구조의 형성 및 화학적 조성의 조절을 통한 황화망간의 형성, 반제품의 제조 시 및 부품의 최종 단조 시(열기계적 처리) 온간 성형 중 적합한 열 공급 및 단조 또는 온간 성형 후 적합한 열처리를 통해 요구되는 특성이 달성될 수 있다.

예를 들어 현재까지는 이러한 목적을 위하여 약 0.7% C, 0.5 내지 0.9% Mn, 0.06 내지 0.07% S 및 경우에 따라서는 0.1 내지 0.2% V(C70S6, 70MnVS4) 또는 약 0.4% C의 평균 탄소함량, 약 1 % Mn, 0.06 내지 0.07% S 및 약 0.3% V(36MnVS4)의 거의 공석 조성(eutectoid composition)을 갖는 스틸이 고객 기술 규격에 따라 사용되었다.

이 스틸은 바나듐 카바이드 및 황화망간을 포함하는 거의 펄라이트 조직을 가지며 기계적 특성과 관련하여 규격을 충족시킨다. 알려진 소재 유형의 단점은 기존의 소재의 경우 고갈되는 고가의 합금 자원이 다량으로 사용되는 것이다. 특히 바나듐은 현재 석출경화 페라이트 펄라이트 스틸(AFP 스틸) 분야에서 그 사용이 점점 더 증가되는 추세이며 이로 인해 바나듐의 자원 고갈이 가속화되고 있다.

본 발명의 목적은 강도(및 피로강도)와 관련하여 요구되는 기계적 특성을 가지며 이에 추가적으로 우수한 인성을 가지면서도 동시에 우수한 파단성을 갖는 새로운 스틸을 제안함으로써 전술된 단점을 극복하는 것이다. 동시에 스틸은 우수한 압출 주조성 및 단조성을 가져야 한다. 또한 새로운 스틸은 상응하게 조정된 성형 및 냉각 방식을 통하여 일부 바나듐 성분을 니오브로 대체함으로써 알려진 스틸에 비해 자원 절약적으로 제조가 가능하다.

높은 항복강도는 화학적 기본 조성 외에도 탄화물 형성원소 니오브 및 바나듐의 미세하게 분포된 카바이드의 석출을 통해 달성된다. 이를 위하여 최종 온간 가공 단계 이전에 존재하는 카바이드를 용해시키는 것이 필요하며 또한 온간 성형 과정 및 후속 냉각 과정에서 온도의 조절이 필요하다. 미세 분포된 석출물은 특히 낮은 최종 온간 성형 온도 및 약간 가속화된 후속 냉각 과정을 통해 달성될 수 있다. 이를 통해 특히 항복강도가 증가되며 이로써 항복강도비가 상응하게 개선된다.

인장강도는 0.5% C, 0.6% Si, 1.0% Mn, 0.23% Cr, 0.2% Ni 및 0.14% V의 기본 조성을 통해 형성되는 기본값에서부터 온간 성형 후에 약간 가속화된 냉각 과정을 통해 원하는 범위로 조절될 수 있다.

인성계수는 특히 0.06 내지 0.07%의 황을 첨가함으로써 한정된다. 마찬가지로 이러한 의미에서 탄소함량 및 상대적으로 높은 질소함량도 긍정적으로 작용한다.

우수한 소재의 파단성과 관련하여 거시적 변형(macroscopic strain)이 없는 결정성 파단(crystalline fracture)이 매우 중요하다. 이는 높은 탄소, 질소 및 황 함량 및 비교적 낮은 크롬, 니켈 및 몰리브덴 함량이라는 합금 조성 컨셉을 통해 달성된다.

따라서 본 발명은 다음과 같은 중량 백분율 단위의 화학적 조성을 갖는 자동차 산업용 파단 분할 부품의 제조를 위한 스틸에 관한 것이다:

0.4% ≤ C ≤ 0.6%; 0.2% ≤ Si ≤ 1.0%; 0.5% ≤ Mn ≤ 1.5%; 0% ≤ Cr ≤ 1.0%; 0% ≤ Ni ≤ 0.5%; 0% ≤ Mo ≤ 0.2%; 0% ≤ Nb ≤ 0.05%; 0% ≤ V ≤ 0.3%; 0% ≤ Al ≤ 0.05%; 0.005% ≤ N ≤ 0.020%, 기타 물질은 철 및 용융에 따른 불순물 및 잔류물로 구성된다.

기존 소재 유형의 단점?

- 0.29% V(36MnVS4의 경우)로 인한 비교적 높은 첨가 합금 비용(LZ)

- 특허 출원된 강종(steel grade)에 대한 대안 부재

새 소재 유형의 이점?

- 낮은 합금 비용 (단지 0.14% V)

- 단 하나의 특허 출원된 강종에 대한 고객의 독립성

본 발명은 스틸 및 고강도 파단 분할성 기계 부품의 제조를 위한 가공 방법에 이용될 수 있다.

Claims

최소한 두 개의 파단 분할성 부분으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고강도 파단 분할성 기계 부품의 가공 방법 및 스틸에 있어서, 그 화학적 조성이 다음과 같은 중량 백분율 단위의 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 스틸:

0.40% ≤ C ≤ 0.60%

0.20% ≤ Si ≤ 1.00%

0.50% ≤ Mn ≤ 1.50%

0% ≤ Cr ≤ 1.00%

0% ≤ Ni ≤ 0.50%

0% ≤ Mo ≤ 0.20%

0% ≤ Nb ≤ 0.050%

0% ≤ V ≤ 0.30%

0% ≤ Al ≤ 0.05%

0.005% ≤ N ≤ 0.020%,

기타 물질은 철 및 용융에 따른 불순물 및 잔류물로 구성된다.
제1항에 있어서, 그 화학적 조성이 0.10% ≤ V ≤ 0.20%인 것을 특징으로 하는 스틸.
제1항 또는 제2항에 있어서, 그 화학적 조성이 0.020% ≤ Nb ≤ 0.030%인 것을 특징으로 하는 스틸.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 그 화학적 조성이 0.010% ≤ N ≤ 0.020%인 것을 특징으로 하는 스틸.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 그 화학적 조성이 다음과 같은 것을 특징으로 하는 스틸.

0.45% ≤ C ≤ 0.55%

0.50% ≤ Si ≤ 0.70%

0.90% ≤ Mn ≤ 1.10%

0.10% ≤ Cr ≤ 0.40%

0.10% ≤ Ni ≤ 0.30%

0.10% ≤ V ≤ 0.20%

0.010% ≤ Al ≤ 0.020%

0.020% ≤ Nb ≤ 0.030%

0.010% ≤ N ≤ 0.020%
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 그 화학적 조성이 다음과 같은 것을 특징으로 하는 스틸.

0.45% ≤ C ≤ 0.55%

0.50% ≤ Si ≤ 0.70%

0.90% ≤ Mn ≤ 1.10%

0.10% ≤ Cr ≤ 0.40%

0.10% ≤ Ni ≤ 0.30%

0.10% ≤ V ≤ 0.20%

0.010% ≤ Al ≤ 0.020%

0.020% ≤ Nb ≤ 0.030%

0.010% ≤ N ≤ 0.020%

0.020% ≤ Ti ≤ 0.030%
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 그 화학적 조성이 다음과 같은 것을 특징으로 하는 스틸.

0.45% ≤ C ≤ 0.55%

0.50% ≤ Si ≤ 0.70%

0.90% ≤ Mn ≤ 1.10%

0.30% ≤ Cr ≤ 0.40%

0% ≤ Ni ≤ 0.20%

0.10% ≤ V ≤ 0.20%

0.010% ≤ Al ≤ 0.020%

0.020% ≤ Nb ≤ 0.030%

0.015% ≤ N ≤ 0.020%
단조 및 조절되는 냉각 과정 후에 특수 카바이드 석출물을 구비한 거의 펄라이트 구조를 갖는 차량용 파단 분할성 부품의 제조를 위한 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 스틸의 사용.
제8항에 있어서, 성형 열의 조절식 냉각 과정 후에 항복강도가 750 N/mm²를 초과하는 것을 특징으로 하는 부품.
제9항에 있어서, 성형 열의 조절식 냉각 과정 후에 인장강도가 950 N/mm²를 초과하고 1200 N/mm²에 미달되는 것을 특징으로 하는 부품.
제10항에 있어서, 성형 열의 조절식 냉각 과정 후에 파단연신율이 10%를 초과하는 것을 특징으로 하는 부품.
제11항에 있어서, 성형 열의 조절식 냉각 과정 후에 파단수축률이 25%를 초과하는 것을 특징으로 하는 부품.
제12항에 있어서, 파단 분할이 가능한 것을 특징으로 하는 부품.
제13항에 있어서, 유도 경화에 적합한 것을 특징으로 하는 부품.
제14항에 있어서, 기계적 특성이 단조 반제품에서 뿐 아니라 부품에서도 열기계적 처리를 통해 조절 가능한 것을 특징으로 하는 부품.