KR20110104117A

KR20110104117A - 내식성과 저온 인성이 우수한 차량용 고강도 스태빌라이저용 강 및 그 제조방법과 스태빌라이저

Info

Publication number: KR20110104117A
Application number: KR1020117018752A
Authority: KR
Inventors: 가츠히코 기쿠치; 구니카즈 도미타; 유타카 다마이; 가즈아키 핫토리; 간지 이노우에; 아키라 단게; 노리히코 모리; 유리카 고토; 기요시 구리모토
Original assignee: 닛폰 하츠죠 가부시키가이샤; Jfe 죠코 가부시키가이샤
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-09-21
Also published as: WO2010092992A1; KR101325433B1; US20110290382A1; BRPI1008378A8; BRPI1008378B1; CN102317493A; EP2397571A4; JP2010185109A; CN102317493B; EP2397571A1; US8206521B2; BRPI1008378A2; JP5306845B2

Abstract

질량%로 C: 0.07~0.20%, Si: 0.6% 초과 1.5% 이하, Mn: 1~3%, Cr: 0.1~1.0%, sol.Al: 0.005~0.080%, Ti: 0.005~0.060%, Nb: 0.005~0.060%, Ti+Nb≤0.070%, N: 150ppm 이하, P: 0.035% 이하, S: 0.035% 이하, Cu: 0.01~1.00%, Ni: 0.01~1.00%를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지며, 스태빌라이저 성형 전의 조직이 베이나이트 또는 마텐자이트 또는 베이나이트/마텐자이트의 혼합 조직 중 어느 하나로 이루어지고, 또한 스태빌라이저의 열처리 후의 구오스테나이트 결정 입도가 입도 번호로 9 이상인 것을 특징으로 하는 내식성과 저온 인성이 우수한 차량용 고강도 스태빌라이저용 강.

Description

내식성과 저온 인성이 우수한 차량용 고강도 스태빌라이저용 강 및 그 제조방법과 스태빌라이저{STEEL FOR HIGH-STRENGTH VEHICLE STABILIZER WITH EXCELLENT CORROSION RESISTANCE AND LOW-TEMPERATURE TOUGHNESS, AND PROCESS FOR THE PRODUCTION OF SAME, AND STABILIZER}

본 발명은, 주로 자동차에 사용되는 차량용의 고강도 스태빌라이저용 강 및 그 제조방법에 관한 것이며, 특히 인장 강도가 1100MPa 이상인 고강도이면서 또한 내식성과 저온 인성이 우수한 스태빌라이저에 관한 것이다.

스태빌라이저 바(이하, 간단히 스태빌라이저라고 함)는, 차량의 주행 안정성, 특히 선회시에 서스펜션 기구을 통해 차륜으로부터 전달되는 좌우 흔들림 하중에 거스르는 방향으로 비틀어져 변위되어, 좌우의 서스펜션 기구에 작용하는 좌우 흔들림 하중을 경감하여 과도한 차체의 기울어짐을 방지하는 기능을 갖는 스프링 부품이다. 이러한 사용 환경 하에 놓여지기 때문에, 스태빌라이저에 부하되는 하중의 반복 횟수는 코일 스프링에 비해 대체로 적지만, 그 반면, 스태빌라이저에 부하되는 하중이 가속도를 동반하기 때문에, 소재가 되는 강에는 충분한 강도와 내구성, 나아가 코일 스프링 이상의 고인성이 요구된다. 종래의 스태빌라이저에는 S48C 등의 탄소강이나 JIS SUP9 등의 스프링강이 사용되며, 그 제조 공정은 예를 들어, 열간 압연 강재를 소정의 치수로 절단한 후, 열간 굽힘 성형을 행하고, 그 후 담금질 및 뜨임의 조질 처리로 소정의 강도로 조정하고, 그 후 표면에 쇼트 피닝을 실시하고, 마지막으로 방식(防食)을 위해 도장 공정을 거쳐 사용된다.

최근의 자동차의 연비 향상을 목적으로 한 하체 부품에 대한 고강도화에 따른 경량화 요구는 더욱 강해지고만 있어, 스태빌라이저에서도 1000MPa 이상의 고강도의 스태빌라이저가 개발되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는, Ti, Nb, B를 적정량 첨가함으로써, 특히 Ti+Nb 양을 0.08% 이상 첨가함으로써 강도가 120~150kgf/mm²급인 비조질 스프링용 강이 제안되었다.

일본 특허 제3409277호 공보

그러나, 차량용 스태빌라이저는, 방식 성능을 확보하기 위해 도장을 행하고 있지만, 구조상 차밖으로 노출되어 있기 때문에, 주행중 날아드는 돌 등에 의해 움푹 패이거나 도장 박리가 일어나기 쉽다. 특히, 도장이 벗겨진 곳에서 부식이 진행되어, 이 부식 부분을 기점으로 하는 피로 균열의 전파에 의해 부품이 파손될 우려가 있다. 또한, 동절기에 동결 방지용으로 제설제가 산포되는 경우가 많기 때문에, 부식 환경은 점점 더 심해지고 있는 상황이며, 이러한 상황에서는 도장에만 의한 방식으로는 불충분하다.

또한, 일반적으로, 강재가 고강도화되면 연인성(延靭性)은 열화되는데, 스프링의 경우, 강재의 연인성이 낮으면 상기와 같은 이유로 움푹 패이거나 부식 구멍이 발생한 경우, 이것을 기점으로 한 균열의 전파 저항이 저하되어, 용이하게 파손될 위험성이 높아지기 때문에, 고강도화와 함께 고인성화는 필요 불가결한 특성이며, 특히 부식 환경이 심해지는 동절기의 기온이 낮은 상태에서의 인성(저온 인성)의 향상은 매우 중요한데, 상기 특허문헌 1에서는 고강도이기는 하지만, 내식성 및 저온 인성에는 주목하지 않고 있다.

본 발명은 이러한 사정에 착안하여 이루어진 것으로, 소재 자체의 내식성을 향상시키고, 또한 인장 강도가 1100MPa 이상인 고강도이며, 내식성과 저온 인성이 우수한 차량용 스태빌라이저용 강, 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기의 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 거듭한 결과, 이하의 지견을 얻었다.

(i) 우선 소재의 내식성을 향상시키기 위해서는, 부식 피트가 되기 쉬운 탄질화물의 생성량을 제한한다. 구체적으로는, 저탄소화와 Ti나 Nb 등의 탄질화물을 생성하기 쉬운 합금 원소의 첨가량을 적정화하고, Cu, Ni의 내식성 합금 원소를 적정량 첨가하는 것이 내식성의 향상에 효과가 있다.

(ⅱ) 또한, 고강도와 높은 연인성을 양립시키기 위해서는, 저탄소화와 결정립의 미세화가 효과적이다. 구체적으로는, Ti, Nb 등의 합금 원소를 적정량 첨가함과 더불어, 담금질시의 가열전 조직을 베이나이트 또는 마텐자이트의 단일 조직으로 하거나 또는 베이나이트와 마텐자이트의 혼합 조직으로 함으로써, 가열시의 탄화물 용입 시간이 단축되고, 미세하고 균일한 오스테나이트 조직으로부터의 담금질이 가능해져, 그 결과, 조직이 미세화된다. 또한, 담금질시의 가열 속도를 30℃/초 이상으로 하는 급속 가열을 행함으로써 결정립의 미세화가 더욱 촉진되어, 연인성의 향상에 더욱 유효하다.

본 발명은 이상의 지견에 기초하여 이루어진 것이다.

(1) 본 발명에 따른 내식성과 저온 인성이 우수한 차량용 고강도 스태빌라이저용 강은, 질량%로 C: 0.07~0.20%, Si: 0.6% 초과 1.5% 이하, Mn: 1~3%, Cr: 0.1~1.0%, sol.Al: 0.005~0.080%, Ti: 0.005~0.060%, Nb: 0.005~0.060%, Ti+Nb≤0.070%, N: 150ppm 이하, P: 0.035% 이하, S: 0.035% 이하, Cu: 0.01~1.00%, Ni: 0.01~1.00%를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지며, 스태빌라이저 성형 전의 조직이 베이나이트 또는 마텐자이트 또는 베이나이트/마텐자이트의 혼합 조직 중 어느 하나로 이루어지고, 또한 스태빌라이저의 열처리 후의 구오스테나이트 결정 입도가 입도 번호로 9 이상인 것을 특징으로 하는 내식성과 저온 인성이 우수한 차량용 고강도 스태빌라이저용 강이다.

(2) 본 발명에 따른 내식성과 저온 인성이 우수한 차량용 고강도 스태빌라이저의 제조방법은, 질량%로 C: 0.07~0.20%, Si: 0.6% 초과 1.5% 이하, Mn: 1~3%, Cr: 0.1~1.0%, sol.Al: 0.005~0.080%, Ti: 0.005~0.060%, Nb: 0.005~0.060%, Ti+Nb≤0.070%, N: 150ppm 이하, P: 0.035% 이하, S: 0.035% 이하, Cu: 0.01~1.00%, Ni: 0.01~1.00%를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지며, 스태빌라이저 성형 전의 조직이 베이나이트 또는 마텐자이트 또는 베이나이트/마텐자이트의 혼합 조직 중 어느 하나를 갖는 강을 이용하여 스태빌라이저를 제조함에 있어서, 그 가열 방법이 고주파 유도 가열 또는 직접 통전에 의한 저항 발열에 의해 30℃/초 이상의 승온 속도로 가열하는 것을 특징으로 하는 내식성과 저온 인성이 우수한 차량용 고강도 스태빌라이저의 제조방법이다.

(3) 본 발명에 따른 내식성과 저온 인성이 우수한 차량용 고강도 스태빌라이저는, (2)의 방법을 이용하여 제조된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 인장 강도가 1100MPa 이상인 고강도이며, 극한의 부식 환경 하에서도 내식성과 저온 인성이 우수한 차량용 고강도 스태빌라이저용 강 및 그 제조방법과 그 부품의 제공이 가능해져, 부품의 고강도화에 의한 자동차의 경량화, 그에 따른 연비 향상에 수반되는 지구환경 개선에 크게 공헌할 수 있다.

도 1은 차량용 스태빌라이저의 개요를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 차량용 스태빌라이저의 제조방법의 일례를 도시하는 공정도이다.
도 3은 본 발명의 차량용 스태빌라이저의 제조방법의 다른 일례를 도시하는 공정도이다.

이하에, 본 발명에서의 각 성분 원소의 작용 및 제조 조건 등의 한정 이유에 대해 각각 설명한다. 또한, 특별히 언급하지 않는 한 하기의 백분율은 질량%를 나타낸다.

(1) C: 0.07~0.20%

C는 강이 소정의 강도를 확보하기 위해 필요한 원소이며, 인장 강도로 1100MPa 이상 확보하기 위해서는 0.07% 이상이 필요하다. 그러나, 0.20%를 초과해서 C를 함유하면, 탄화물이 과잉이 되어 내식성과 인성이 모두 저하되기 때문에, 그 상한을 0.20%로 했다. 본 발명에서는, 스태빌라이저 소재로서 탄소 함유량이 낮은 저탄소강재를 이용함으로써, 종래의 제조방법에서 우려되었던 담금질 균열이나 시즌 크랙(season crack)의 발생을 효과적으로 방지하여, 스태빌라이저를 더욱 안정성이 높은 것으로 하고 있다.

(2) Si: 0.6% 초과 1.5% 이하(0.6%<Si≤1.5%)

Si는 용제시의 탈산제로서 중요하다. 또한, 고용 강화에 효과적인 원소이기 때문에, 고강도화하기 위해서는 중요한 원소이다. 그 효과를 발휘시키기 위해서는 0.6%를 초과해서 Si를 첨가할 필요가 있다. 한편, Si량이 1.5%를 초과하면 인성이 저하되기 때문에, 그 상한을 1.5%로 했다.

(3) Mn: 1~3%

Mn은, 담금질성을 향상시키고, 고용 강화 원소로서 효과적인 원소이며, 저탄소강의 경우, 강도를 확보하기 위해 중요하다. 또한, Mn은 조직을 미세화하고 연인성을 향상시키는 원소로서도 중요하다. 그 효과를 발휘하기 위해서는 1% 이상의 Mn을 첨가할 필요가 있다. 한편, 3%를 초과해서 Mn을 첨가하면, 뜨임시에 저온으로부터 석출되는 탄화물량이 과잉이 되어 내식성과 인성이 모두 저하되기 때문에, 그 상한을 3%로 했다.

(4) Cr: 0.1~1.0%

Cr은, Mn과 마찬가지로 담금질성 향상, 고용 강화에 효과적이며, 저탄소강의 경우, 강도를 확보하기 위해 중요하다. 그 효과를 발휘시키기 위해서는 0.1% 이상의 Cr을 첨가할 필요가 있다. 한편, 1.0%를 초과해서 첨가하면, 뜨임시의 Cr 탄화물이 과잉으로 석출되어 인성과 내식성이 모두 저하되기 때문에, 그 상한을 1.0%로 했다.

(5) Al: 0.005~0.080%

Al은 용제시의 탈산제로서 중요한 원소이다. 그 효과를 발휘시키기 위해서는 0.005% 이상의 Al을 첨가할 필요가 있다. 한편, 0.080%를 초과해서 Al을 첨가하면, 산화물 및 질화물이 과잉이 되어 내식성과 인성이 모두 저하되기 때문에, 그 상한을 0.080%로 했다.

(6) Ti: 0.005~0.060%

Ti는, 강 중에서 탄질화물을 형성하여, 강도의 향상과 결정립의 미세화에 효과적인 원소이다. 이들 효과를 발휘시키기 위해서는 0.005% 이상의 Ti를 첨가할 필요가 있다. 한편, 0.060%를 초과해서 Ti를 첨가하면, 탄질화물이 과잉이 되어 내식성과 인성이 모두 저하되기 때문에, 그 상한을 0.060%로 했다.

(7) Nb: 0.005~0.060%

Nb는, 강 중에서 탄질화물을 형성하여, 강도의 향상과 조직의 미세화에 효과적인 원소이다. 이들 효과를 발휘시키기 위해서는 0.005% 이상의 Nb를 첨가할 필요가 있다. 한편, 0.060%를 초과해서 Nb를 첨가하면, 탄질화물이 과잉이 되어 내식성과 연인성이 모두 저하되기 때문에, 그 상한을 0.060%로 했다.

(8) Ti+Nb: 0.070% 이하

Ti와 Nb는 상술한 바와 같이 강 중에서 탄질화물을 형성하여, 강도와 인성을 높이는 효과가 있고, 동시에 첨가함으로써 상승 효과를 발휘한다. 한편, (Ti+Nb) 합계량으로 0.070%를 초과해서 Ti와 Nb를 과잉으로 첨가하면, 탄질화물이 과잉이 되어 내식성과 인성이 모두 저하되기 때문에, (Ti+Nb) 합계 첨가량을 0.070% 이하로 억제한다.

(9) Cu: 0.01~1.00%

Cu는 내식성을 향상시키는 데 효과적인 원소이다. 그 효과를 발휘시키기 위해서는 0.01% 이상의 Cu를 첨가할 필요가 있다. 한편, 1.00%를 초과해서 Cu를 첨가해도 그 효과는 포화되기 때문에 경제적이 아니며, 또한 열간 압연시에 표면 상처가 다발하여 제조성을 해치므로, 그 상한을 1.00%로 했다.

(10) Ni: 0.01~1.00%

Ni는, Cu와 마찬가지로 내식성을 향상시키는 원소이며, 그 효과를 발휘시키기 위해서는 0.01% 이상의 Ni를 첨가할 필요가 있다. 한편, 1.00%를 초과해서 Ni를 첨가해도 그 효과는 포화되기 때문에 경제적이 아니라서(Ni는 산출국이 한정되는 희소하면서도 고가의 금속 원소), 그 상한을 1.00%로 했다.

(11) P: 0.035% 이하

P는 제강 과정에서 불가피하게 잔류 또는 혼입되는 불순물 원소이며, 결정립계에 편석하여 인성을 저하시키기 때문에, 그 상한을 0.035%로 했다.

(12) S: 0.035% 이하

S는, P와 마찬가지로 제강 과정에서 불가피하게 잔류 또는 혼입되는 불순물 원소이며, 결정립계에 편석하여 인성을 저하시킨다. 또한, 개재물인 MnS가 과잉이 되어 인성과 내식성이 모두 저하되기 때문에, 그 상한을 0.035%로 했다.

(13) N: 150ppm 이하

N은, 강 중에서 탄질화물을 형성하여, 강도의 향상과 조직의 미세화에 효과적인 원소이지만, 150ppm을 초과해서 첨가하면, 탄질화물이 과잉이 되어 인성과 내식성이 모두 저하되기 때문에, 그 상한을 150ppm으로 한다.

(14) 그 밖의 성분 첨가 원소

상기 첨가 원소 외에, 미량이라면 Mo, V, B, Ca, Pb 등의 성분 원소를 더 첨가할 수도 있다. 이들 첨가량을 Mo: 1% 이하, V: 1% 이하, B: 0.010% 이하, Ca: 0.010% 이하, Pb: 0.5% 이하로 각각 제한하면, 본 발명의 효과는 특별히 저해되지 않는다.

Mo는 담금질성의 향상 및 인성의 향상에 효과가 있는 원소이다. 그러나, Mo를 과잉으로 첨가해도 그 효과는 포화되기 때문에, Ni와 마찬가지로 경제성을 고려하면 최대 1%를 한도로 하는 것이 바람직하다.

V는 강이 고온 뜨임 처리를 받았을 때에 경도의 저하를 억제하여, 강의 연화 저항을 효과적으로 높일 수 있는 효과적인 원소이다. 그러나, V도 Ni와 마찬가지로 희소한 원소이기 때문에 가격 안정성이 낮고, 원료 비용의 상승으로 이어지기 쉬우므로, 가능한 한 첨가하지 않는 것이 바람직하며, 최대 1%를 한도로 하는 것이 바람직하다.

B는 미량의 첨가에 의해 강의 담금질성을 증대시키는 원소이다. 담금질성의 증대 효과는 B 첨가량이 0.010% 정도까지 인정되는데, B 첨가량이 0.010%를 초과하면 효과가 포화되어 버린다. 따라서, B의 첨가량은 최대 0.010%를 한도로 하는 것이 바람직하다.

Ca와 Pb는 강재의 피삭성을 향상시키는 원소이며, 첨가하면 스태빌라이저 단부의 천공 가공성이 더욱 향상된다.

(15) 스태빌라이저 성형 전 조직의 한정

본 발명에서는, 스태빌라이저의 성형은 냉간이나 열간 중 어느 것이어도 좋으며, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 스태빌라이저 성형 후에는 담금질 처리를 행한다. 스태빌라이저 성형 전 조직이란, 냉간 성형이나 열간 성형에서 담금질 처리를 행하기 위한, 가열 처리 전의 조직을 가리킨다. 즉, 열간 성형에서는 절단된 둥근 막대의 상태, 냉간 성형에서는 성형 후의 상태를 가리킨다. 이 조직의 상태로부터 오스테나이트 영역으로 일단 가열하여 굽힘 성형한 후(열간 성형의 경우) 또는 즉시(냉간 성형의 경우) 물 등의 냉매에 담금질을 행함으로써 원하는 강도를 얻는다. 그 오스테나이트 영역으로 가열할 때의 전(前)조직(이하, 간단히 "전조직"이라 함)이 페라이트-펄라이트 조직이면, 특히 펄라이트 조직의 시멘타이트의 용입이 느리기 때문에, 장시간 가열 시간이 필요해져 조대하고 불균일한 오스테나이트 조직이 되어, 담금질 후의 강재의 인성이 저하된다. 이로부터, 오스테나이트 영역으로 가열했을 때에 탄화물의 용입이 빨라, 미세하고 균일한 오스테나이트 조직을 얻기 위해서 전조직을 베이나이트 조직 또는 마텐자이트 조직, 또는 이들의 혼합 조직으로 한정한다.

(16) 스태빌라이저 제조시의 가열 조건:

본 발명에서의 가열 방법은, 종래의 담금질로에서도 전조직을 베이나이트 조직 또는 마텐자이트 조직 또는 양자의 혼합 조직으로 하고, 또한 적정량의 Ti와 Nb를 첨가하면 조직이 미세화된다. 그러나, 인장 강도를 1300MPa 이상의 더욱 고강도화로 하는 경우에는, 고강도화에 의한 저온 인성의 저하를 억제하기 위해서 조직을 더욱 미세화하는 것이 바람직하다. 그러기 위해서는, 고주파 유도 가열 수단 또는 직접 통전 가열 수단을 채용하여, 승온 속도가 30℃/초 이상인 급속 가열을 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 고주파 유도 가열 수단은, 고주파 유도 가열로 외에 가열 대상물을 간이하게 둘러싸는 코일을 갖는 고주파 유도 가열 코일 장치를 포함하는 것이다. 또한, 직접 통전 가열 수단은, 가열 대상물에 직접 통전하여 저항 발열시키기 위한 양극 단자를 갖는 직접 통전 가열 장치를 포함하는 것이다. 승온 속도가 30℃/초를 밑돌면, 통전 가열이나 고주파 가열은 대기 중에서 행하기 때문에 표면 탈탄이 일어나기 쉬워져, 강도가 저하될 우려가 있기 때문에 승온 속도의 하한을 30℃/초로 했다. 한편, 가열 온도에 관해서는, 하한을 오스테나이트화 온도+50℃로 하고, 상한을 지나치게 높게 하면 결정립의 조대화나 탈탄 등의 악영향이 우려되기 때문에 1050℃ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 여기서, "스태빌라이저 제조시의 가열"이란, 열간 성형의 경우는 스태빌라이저 성형시의 가열을 의미하고, 냉간 성형의 경우는 스태빌라이저 성형 후, 열처리를 행하기 위한 가열을 의미한다.

(17) 구오스테나이트 입도

본 발명에서는, 원하는 강도로서 1100MPa 이상의 강도 레벨이 스태빌라이저에 요구되고 있기 때문에, 이 강도 레벨에서 높은 저온 인성을 얻기 위해서는, 구오스테나이트 결정 입도 번호로 9 이상으로 미세화할 필요가 있다. 또한, 결정 입도는 JIS G 0551의 규정에 준하여 측정했다. 구체적으로는, 배율을 100배로 하는 광학 현미경 시야에 있어서 현미경 관찰상을 소정의 표준도와 비교함으로써 결정 입도 번호를 판정하고, 1 샘플당 10 시야씩 측정하여 그들의 평균치를 산출해서 측정치로 했다. 또한, 표준도는 최소 단위가 결정 입도 번호로 1피치이지만, 현미경 시야 하의 결정립이 2개의 표준도의 중간에 해당하는 경우에는 0.5라는 표시를 이용했다. 즉, 현미경 시야 하의 결정립(관찰상)이 입도 번호 7의 표준도와 입도 번호 8의 표준도의 중간에 있을 때는, 그 결정 입도 번호를 7.5라고 판정한다(표 3, 표 4를 참조). 또한, 여기서 구오스테나이트 입도란, 담금질 가열시의 오스테나이트 조직의 입도를 말한다.

(18) 뜨임 처리

담금질 후의 뜨임 처리는, 본 발명에서 임의의 처리이며, 행해도 되고 행하지 않아도 된다. 이것은 강 중 탄소량을 저감하고 있기 때문에, 본원 한정의 범위 내이면 특별히 담금질 후의 뜨임 처리를 행하지 않는 경우라도(도장시의 온도 상승을 고려하더라도), 원하는 강도, 발명의 효과(내식성과 저온 인성)를 얻을 수 있는 경우가 있기 때문이다.

이하, 첨부의 도면 및 표를 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해 설명한다.

(스태빌라이저의 구성)

도 1에 도시한 바와 같이, 스태빌라이저(10)는, 도시하지 않은 차체의 폭방향으로 연장되는 토션부(11)와, 토션부(11)로부터 양 끝으로 연속하는 좌우 한 쌍의 아암부(12)를 가지고 있다. 토션부(11)는 부시(14) 등을 통해 차체측에 고정되어 있다. 아암부(12)의 단말(12a)은, 좌우의 서스펜션 기구(15)에 스태빌라이저 링크(도시 생략) 등을 통해 연결된다. 토션부(11) 및 아암부(12)는 다른 부품과의 간섭을 피할 목적으로 통상의 경우에는 복수 개소 또는 십수 개소의 굽힘 가공이 이루어져 있다.

스태빌라이저(10)는, 차량이 선회할 때, 서스펜션 기구(15)에 상하 역상의 입력이 들어가 좌우의 아암부(12)가 역방향으로 휘어, 토션부(11)가 비틀려, 차체의 과도한 기울어짐(좌우 흔들림)을 억제하는 스프링으로서 기능한다.

(스태빌라이저의 제조예 1)

다음으로, 도 2를 이용하여 스태빌라이저의 제조예 1을 설명한다. 둥근 막대를 소정 길이로 절단하고(공정 S1), 도 1에 도시하는 원하는 형상으로 굽힘 성형하고(공정 S2), 종래의 가열로 내에서의 가열, 또는 저항 발열 장치 또는 고주파가열 장치를 이용해서 오스테나이트 온도 영역까지 가열하고(공정 S3), 수중에 담금질하고(공정 S4), 담금질 후 즉시 뜨임 처리를 실시하고(공정 S5), 열 변형된 스태빌라이저 바를 원하는 스태빌라이저 형상으로 교정하고(공정 S6), 이것을 쇼트 피닝하고(공정 S7), 원하는 도료를 이용하여 도장한다(공정 S8). 또한, 본 발명에서는, 상기의 제조 공정 중 뜨임 처리 공정(S5)은 생략 가능하다. 또한, 구속 담금질을 행하면 형상 교정 공정(S6)도 생략하는 것이 가능하다.

(스태빌라이저의 제조예 2)

다음으로, 도 3을 이용하여 스태빌라이저의 제조예 2를 설명한다. 둥근 막대를 소정 길이로 절단하고(공정 K1), 종래의 가열로 내에서의 가열, 또는 저항 발열 장치 또는 고주파 가열 장치를 이용해서 오스테나이트 온도 영역까지 가열하고(공정 K2), 도 1에 도시하는 원하는 형상으로 굽힘 성형하고(공정 K3), 수중에 담금질하고(공정 K4), 담금질 후 즉시 뜨임 처리를 실시하고(공정 K5), 열 변형된 스태빌라이저 바를 원하는 스태빌라이저 형상으로 교정하고(공정 K6), 이것을 쇼트 피닝하고(공정 K7), 원하는 도료를 이용하여 도장한다(공정 K8). 또한, 본 발명에서는, 상기의 제조 공정 중 뜨임 처리 공정(K5)은 생략 가능하다. 또한, 구속 담금질을 행하면 형상 교정 공정(K6)도 생략하는 것이 가능하다.

(실시예)

이하, 표 1~4를 참조하여 본 발명의 실시예를 비교예와 대비하면서 설명한다.

표 1에 나타내는 다양한 화학 성분의 강을 시험 용해로 용제(150kg)한 후, 강괴를 이루고, 이어서 160mm각(角) 빌릿에 용접하여, 열간 압연으로 직경 25mm의 소재를 제작했다. 이 소재로부터 직경 20mm의 둥근 막대 형상 시험편을 채취해서 담금질·뜨임 처리를 행하고, 인장 시험, 충격 시험, 내식성 시험, 구오스테나이트 결정 입도 시험을 행했다.

(1) 담금질 처리는, 가열로는 종래의 담금질로에서 행하고, 각 강의 화학 성분과 하기 식을 이용하여 계산으로 구한 오스테나이트화 온도(AC3)+50℃(한자리수는 올림)로 30분 가열하고, 그 후 담금질을 행했다. 뜨임 처리는, 인장 강도가 1250MPa 정도가 되도록 뜨임 온도를 조정하는데, 뜨임의 최저 온도는 180℃로 했다. 이것은, 스태빌라이저의 제조 공정에서 마지막으로 도장을 행하는데, 이때의 재료 온도가 180℃ 정도로 상승하기 때문이다.

AC3(℃)=908-2.237×%C×100+0.4385×%P×1000+0.3049×%Si×100-0.3443×%Mn×100-0.23×%Ni×100+2×(%C×100-54+0.06×%Ni×100)(출전: 열처리 기술 편람, P81)

(2) 인장 시험은 JIS4호 시험편으로 행했다.

(3) 충격 시험은 JIS3호편(U 노치 2mm 깊이)으로 시험 온도는 -40℃에서 행했다. 표 2에서, 저온 인성 평가는, 흡수 에너지의 측정치가 40(J/cm²) 미만이었던 것을 불합격(기호 ×)으로 하고, 동 값이 40(J/cm²) 이상이었던 것을 합격(기호 ○)으로 했다.

(4) 내식성 시험은, 소정의 강도로 열처리를 행한 둥근 막대재로부터 20mm 폭*50mm 길이*5mm 두께의 판상 시험편을 채취하고, 또한 판상 시험편 내의 15mm 폭*40mm 길이 범위를 부식면(그 외에는 마스킹함)으로 하여 건습(乾濕) 반복의 부식 시험을 행하여 부식 감량을 측정했다.

건습 반복 조건은, <5% NaCl, 35℃>*8시간+<50% RH, 35℃>*16시간=1사이클로 하여, 10사이클 실시했다. 부식 감량 측정은, 부식 시험 전후에 중량 측정하여 부식 면적으로 나누어 산출했다. 녹 제거는 80℃의 20% 구연산 수소암모늄 수용액으로 행했다.

표 2에서, 내식성 평가는, 부식 감량의 값이 1000(g/m²) 이상이었던 것을 불합격(기호 ×)으로 하고, 동 값이 1000(g/m²) 미만이었던 것을 합격(기호 ○)으로 했다.

(5) 구오스테나이트 결정 입도의 판정은, JIS-G-0551에 따라서, 결정립의 현출은 담금질 뜨임법(Gh)으로 행하고, 판정은 표준도와의 비교로 행했다.

(평가 결과)

표 1에서, 실시예 1~실시예 10(강 No. 16~25)은 화학 성분, 열처리전 조직, 구오스테나이트 결정 입도가 본 발명 범위 내인 강재이며, 인장 강도가 1200MPa 이상인 고강도 레벨에 있음에도 불구하고, 표 2에 나타낸 바와 같이 부식 감량이 1000(g/m²) 미만으로 내식성이 우수하고, 충격 시험 온도 -40℃에서의 충격치가 100(J/cm²) 이상으로 저온 인성도 우수하다는 결과가 얻어졌다.

표 1에서, 비교예 1~비교예 15(강 No. 1~15)는 화학 성분에 있어서 본 발명의 범위 밖의 강재이며, 이들 중 특히 비교예 15(강 No. 15)는 JIS SUP9로 이루어지는 것이다.

비교예 1은, C 함유량이 지나치게 낮기 때문에 180℃의 뜨임 처리를 행해도 인장 강도가 983MPa이 되어 원하는 강도를 얻을 수 없고, 또한, S 함유량이 지나치게 높기 때문에 개재물이 되는 MnS가 다량으로 석출되어, 인성과 내식성이 모두 떨어진다는 결과가 얻어졌다.

비교예 2는, C 함유량이 0.4%로 지나치게 많기 때문에, 탄화물이 과잉으로 석출되어 내식성 및 저온 인성이 모두 떨어진다는 결과가 얻어졌다.

비교예 3은, Si 함유량이 0.45%로 지나치게 적기 때문에, 180℃의 뜨임 처리를 행해도 인장 강도가 1015MPa이 되어 원하는 강도를 얻을 수 없고, 또한, Nb 함유량이 지나치게 높기 때문에 탄질화물이 과잉으로 석출되어, 인성과 내식성이 모두 떨어진다는 결과가 얻어졌다.

비교예 4는, Si 함유량이 지나치게 많기 때문에 저온 인성이 떨어지고, 또한 Cu가 지나치게 적기 때문에 내식성이 떨어진다.

비교예 5는, Mn 함유량이 지나치게 낮기 때문에 180℃에서의 뜨임 처리를 행해도 인장 강도가 1010MPa이 되어 원하는 강도를 얻을 수 없고, 또한, Ti가 지나치게 높기 때문에 탄질화물이 과잉이 되어, 인성과 내식성이 모두 떨어진다.

비교예 6은, Mn 함유량이 지나치게 높기 때문에 인성이 떨어지고, 또한 Ni가 지나치게 낮기 때문에 내식성이 떨어진다.

비교예 7은, Cr 함유량이 지나치게 낮기 때문에 180℃에서의 뜨임 처리를 행해도 인장 강도가 1023MPa이 되어 원하는 강도를 얻을 수 없고, 또한, P 함유량이 지나치게 높기 때문에 인성이 떨어진다.

비교예 8은, Cr 함유량이 지나치게 높기 때문에 탄화물이 과잉이 되어, 인성과 내식성이 모두 떨어진다.

비교예 9는, Al 함유량이 지나치게 적기 때문에 탈산이 불충분해서 산화물이 과잉이 되어, 인성과 내식성이 모두 저하되었다.

비교예 10은, Al 함유량이 지나치게 많은 경우이며, Al₂O₃계의 산화물이나 AlN 등의 질화물이 과잉이 되어, 인성과 내식성이 모두 저하되었다.

비교예 11은, Ti 함유량이 지나치게 적은 경우, 비교예 12는, Nb 함유량이 지나치게 적은 경우의 예이다. 비교예 11, 비교예 12 모두 구오스테나이트 결정립이 조대화되었기 때문에, 각각 인성이 열화되었다.

비교예 13은, Ti와 Nb의 각 첨가량은 본 발명의 범위 내이지만, 양자의 합계량이 지나치게 많은 경우이다. 이 비교예 13에서도 탄질화물이 과잉이 되어, 인성과 내식성이 모두 열화되었다.

비교예 14는, N이 지나치게 높기 때문에 질화물이 과잉이 되어, 인성과 내식성이 모두 열화되었다.

비교예 15는, 스태빌라이저용 강으로서 사용되고 있는 SUP9의 예인데, 화학 성분은 본 발명의 범위 밖이며, 인성이 낮고 내식성도 떨어진다.

(2) 표 3은 가열전 조직의 영향을 나타낸 예이다.

실시예 5-1(강 No. 20)은, 전조직을 본 발명의 범위인 베이나이트+마텐자이트의 혼합 조직으로 했다. 한편, 비교예 16은, 소준 처리로 페라이트+펄라이트 조직으로 한 재료를 담금질·뜨임 처리하여 기계적 성질을 비교한 예이다. 전조직이 페라이트+펄라이트 혼합 조직인 경우는, 결정립이 Gh8.0+Gh7.5의 혼립으로 되어 있으며, 그 때문에 인성이 떨어진다.

(3) 표 4는 담금질시의 가열 속도의 영향을 나타낸 것이다.

실시예 5-2(강 No. 20)는, 전조직도 본 발명의 범위인 베이나이트+마텐자이트의 혼합 조직으로, 가열 방법을 노(爐) 가열로 한 것이고, 실시예 5-3(강 No. 20)은 가열 방법을 통전 가열로 한 것이다. 실시예 5-3의 통전 가열법이 노 가열법보다 가열 속도가 크기 때문에, 실시예 5-2의 노 가열법보다 조직이 더욱 미세화되어, 더욱 인성이 향상되었다.

Claims

질량%로 C: 0.07~0.20%, Si: 0.6% 초과 1.5% 이하, Mn: 1~3%, Cr: 0.1~1.0%, sol.Al: 0.005~0.080%, Ti: 0.005~0.060%, Nb: 0.005~0.060%, Ti+Nb≤0.070%, N: 150ppm 이하, P: 0.035% 이하, S: 0.035% 이하, Cu: 0.01~1.00%, Ni: 0.01~1.00%를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지며, 스태빌라이저 성형 전의 조직이 베이나이트 또는 마텐자이트 또는 베이나이트/마텐자이트의 혼합 조직 중 어느 하나로 이루어지고, 또한 스태빌라이저의 열처리 후의 구오스테나이트 결정 입도가 입도 번호로 9 이상인 것을 특징으로 하는
내식성과 저온 인성이 우수한 차량용 고강도 스태빌라이저용 강.
질량%로 C: 0.07~0.20%, Si: 0.6% 초과 1.5% 이하, Mn: 1~3%, Cr: 0.1~1.0%, sol.Al: 0.005~0.080%, Ti: 0.005~0.060%, Nb: 0.005~0.060%, Ti+Nb≤0.070%, N: 150ppm 이하, P: 0.035% 이하, S: 0.035% 이하, Cu: 0.01~1.00%, Ni: 0.01~1.00%를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지며, 스태빌라이저 성형 전의 조직이 베이나이트 또는 마텐자이트 또는 베이나이트/마텐자이트의 혼합 조직 중 어느 하나를 갖는 강을 이용하여 스태빌라이저를 제조함에 있어서, 그 가열 방법이 고주파 유도 가열 또는 직접 통전에 의한 저항 발열에 의해 30℃/초 이상의 승온 속도로 가열하는 것을 특징으로 하는
내식성과 저온 인성이 우수한 차량용 고강도 스태빌라이저의 제조방법.
제 2 항의 방법을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는
내식성과 저온 인성이 우수한 차량용 고강도 스태빌라이저.