KR20130088324A

KR20130088324A - 트랙링크용 강재 및 그 처리 방법

Info

Publication number: KR20130088324A
Application number: KR1020120009491A
Authority: KR
Inventors: 남궁승; 이상원
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2013-08-08

Abstract

트랙링크(Track Shoe)의 롤러 접촉 부분에 대한 내마모성 향상을 목적으로 고주파 열처리시 경화부의 경도 및 깊이가 최적화될 수 있는 트랙링크용 강재 및 그 처리 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 트랙링크용 강재 처리 방법은 중량%로, C : 0.34~0.36%, Si : 0.2~0.3%, Mn : 1.28~1.40%, P : 0.03% 이하, S : 0.03% 이하, Cr : 0.1~0.2%, Ni : 0.2% 이하, Mo : 0.05% 이하, Al : 0.05% 이하, Cu : 0.2% 이하, Ti : 0.01~0.04%, B : 15~30ppm 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강재를 밀링(milling) 가공하는 단계; 및 상기 밀링 가공된 강재를 고주파 열처리하는 단계;를 포함하고, 상기 밀링 가공에서, 상기 강재의 표면조도 Rs가 10~25가 되도록 테이블(table)의 이송 속도 또는 밀링 커터(milling cutter)의 회전 속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

트랙링크용 강재 및 그 처리 방법 {STEEL FOR TRACK LINK AND METHOD FOR TREATMENT THE SAME}

본 발명은 무한궤도 차량의 트랙링크(Track link) 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트랙링크(Track Shoe)의 롤러 접촉 부분에 대한 내마모성 향상을 목적으로 고주파 열처리시 경화부의 경도 및 깊이가 최적화될 수 있는 트랙링크용 강재 및 그 처리 방법에 관한 것이다.

무한궤도 차량은 건설 중장비, 탱크, 또는 트랙터와 같은 중장비를 일컫는다. 무한궤도 차량의 주행장치인 무한궤도는 여러 개의 트랙 슈(Track shoe)들이 크롤러(Crawler)의 길이방향으로 다수개 배치되어 트랙링크(Track link) 및 트랙 핀(Track pin)에 의해 서로 연속적으로 연결된 구조를 갖는다. 이러한 궤도차량의 이동은 앞, 뒤 롤러 둘레에 트랙 슈를 연결한 고리 모양의 트랙링크를 조립하고, 앞, 뒤 롤러를 동시에 회전시킴으로써 수행된다.

따라서 궤도차량에 조립되는 크랙링크는 차량의 중량에 의한 각종 피로나 충격 및 마모하중 등에 견딜 수 있는 재질로 만들어지며, 특히 트랙링크의 롤러 접촉 부분은 마모가 생길 우려가 크므로 고주파 열처리를 실시하여 내마모성이 향상되도록 하고 있다.

본 발명과 관련하여, 대한민국 특허공개공보 제10-2010-0001290호(2010.01.06. 공개)에는 트랙링크의 제조방법이 기재되어 있다.

본 발명의 목적은 트랙링크(Track Shoe)의 롤러 접촉 부분에 대한 내마모성 향상을 목적으로 고주파 열처리시 경화부의 경도 및 깊이가 최적화될 수 있는 트랙링크용 강재를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 트랙링크용 강재는 중량%로, C : 0.34~0.36%, Si : 0.2~0.3%, Mn : 1.28~1.40%, P : 0.03% 이하, S : 0.03% 이하, Cr : 0.1~0.2%, Ni : 0.2% 이하, Mo : 0.05% 이하, Al : 0.05% 이하, Cu : 0.2% 이하, Ti : 0.01~0.04%, B : 15~30ppm 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 조성되며, 표면조도 Rs가 10~25인 것을 특징으로 한다.

상기 강재는 밀링가공재일 수 있다.

또한, 상기 강재는 고주파 열처리 후, Hv 600~615의 경화부 경도를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 강재는 고주파 열처리 후, 1.55~1.65mm의 경화 깊이를 나타낼 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 트랙링크용 강재의 처리 방법은 중량%로, C : 0.34~0.36%, Si : 0.2~0.3%, Mn : 1.28~1.40%, P : 0.03% 이하, S : 0.03% 이하, Cr : 0.1~0.2%, Ni : 0.2% 이하, Mo : 0.05% 이하, Al : 0.05% 이하, Cu : 0.2% 이하, Ti : 0.01~0.04%, B : 15~30ppm 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강재를 밀링(milling) 가공하는 단계; 및 상기 밀링 가공된 강재를 고주파 열처리하는 단계;를 포함하고, 상기 밀링 가공에서, 상기 강재의 표면조도 Rs가 10~25가 되도록 테이블(table)의 이송 속도 또는 밀링 커터(milling cutter)의 회전 속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 고주파 열처리는 출력 20~40kW 및 주파수 40~60kHz 조건으로 실시될 수 있다.

본 발명에 따른 트랙링크용 강재는 표면조도 Rs가 10~25로서, 트랙링크의 내마모성 향상을 위한 고주파 열처리시 경화부의 경도 및 경화 깊이가 적절히 형성될 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 트랙링크용 강재 처리 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 표면 조도에 따른 고주파 열처리 후 표면 경도 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 표면 조도에 따른 고주파 열처리 후 경화 깊이 변화를 나타낸 것이다.

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.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 트랙링크용 강재 및 그 처리 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 트랙링크용 강재는 중량%로, C : 0.34~0.36%, Si : 0.2~0.3%, Mn : 1.28~1.40%, P : 0.03% 이하, S : 0.03% 이하, Cr : 0.1~0.2%, Ni : 0.2% 이하, Mo : 0.05% 이하, Al : 0.05% 이하, Cu : 0.2% 이하, Ti : 0.01~0.04% 및 B : 15~30ppm를 포함한다.

상기 성분들 외 나머지는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 포함되는 불순물로 이루어진다.

특히, 본 발명에 따른 트랙링크용 강재는 표면조도 Rs가 10~25인 것을 특징으로 한다. 이러한 표면 조도는 트랙링크를 제조하기 위한 공정 중 밀링 공정시에 밀링 커터의 회전 속도 혹은 테이블의 이송 속도 등의 조절을 통하여 확보할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 트랙링크용 강재는 밀링가공재가 된다.

이하, 본 발명에 따른 트랙링크용 강재에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명하기로 한다.

탄소(C)

탄소(C)는 강재의 강도를 확보하기 위해 첨가된다.

상기 탄소는 강재 전체 중량의 0.34~0.36중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소의 첨가량이 0.34중량% 미만으로 첨가될 경우에는 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.36중량%를 초과할 경우에는 강의 강도는 증가하나 충격치 및 용접성이 저하되는 문제점이 있다.

실리콘(Si)

실리콘(Si)은 탈산제로 작용하며, 고용강화를 통한 강도 향상에 기여한다.

상기 실리콘은 강재 전체 중량의 0.2~0.3중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 함량이 0.2중량% 미만일 경우에는 실리콘 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘의 함량이 0.3중량%를 초과할 경우에는 강 표면에 산화물을 형성하여 강의 용접성 등을 저하시키는 문제점이 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소로서, 망간의 첨가는 탄소(C)의 첨가보다도 강도 상승시 연성의 저하가 적다. 또한, 망간은 강의 담금질성 향상에 기여한다.

상기 망간은 강재 전체 중량의 1.28~1.40중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 망간의 첨가량이 1.28중량% 미만일 경우에는 충분한 강도를 확보하기 어렵다. 반대로, 망간의 첨가량이 1.40중량%를 초과할 경우에는 MnS계 비금속개재물의 양이 증가하여, 용접시 크랙 발생 등의 결함을 유발할 수 있다.

인(P)

인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 2차가공취성을 저하시키는 대표적인 원소로서 그 함량이 낮으면 낮을수록 좋다.

이에, 본 발명에서는 인의 함량을 강재 전체 중량의 0.03중량% 이하로 제한하였다.

황(S)

황(S)은 인(P)과 마찬가지로 강 중에 존재하는 불순물 원소이다. 상기 황(S)은 개재물 형성원소로서, MnS 등의 형태로 황화물(sulfide)을 형성한다. 이러한 황화물은 트랙슈용 강재의 충격 특성을 저해한다.

이에, 본 발명에서는 황의 함량을 강재 전체 중량의 0.03중량% 이하로 제한하였다.

크롬(Cr)

크롬(Cr)은 경화능을 향상시켜 담금질성을 개선하는 데 유효한 원소이다.

상기 크롬은 강재 전체 중량의 0.1~0.2중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 크롬의 첨가량이 0.1중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 크롬의 첨가량이 0.2중량%를 초과할 경우에는 용접성이나 용접열영향부(HAZ) 인성을 저하시키는 문제점이 있다.

니켈(Ni)

니켈(Ni)은 결정립을 미세화하고 오스테나이트 및 페라이트에 고용되어 기지를 강화시킨다.

상기 니켈은 강재 전체 중량의 0.2중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 니켈의 첨가량이 0.2중량%를 초과하는 경우, 적열취성을 유발할 우려가 있다.

몰리브덴(Mo)

몰리브덴(Mo)은 강도 및 인성의 향상에 기여하며, 또한 상온이나 고온에서 안정된 강도를 확보하는데 기여한다.

상기 몰리브덴은 강재 전체 중량의 0.05중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 몰리브덴의 첨가량이 0.05중량%를 초과할 경우에는 용접성을 저하시키며, 탄화물의 석출에 의하여 항복비를 상승시키는 문제점이 있다.

알루미늄(Al)

알루미늄(Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.

상기 알루미늄은 강재 전체 중량의 0.05중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄의 첨가량이 0.05중량%를 초과할 경우에는 강재의 충격 특성을 저하시키는 문제점이 있다.

구리(Cu)

구리(Cu)는 강도 상승 및 인성 개선에 유효한 원소이다. 또한, 구리는 실리콘(Si) 및 망간(Mn)과 함께 일정한 함량 조절을 통하여 고용강화 효과에 기여한다.

상기 구리는 강재 전체 중량의 0.2중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 구리의 첨가량이 0.2중량%를 초과하는 경우, 강의 표면 특성이 저하될 우려가 있다.

티타늄(Ti)

티타늄(Ti)은 재가열시 TiN을 형성하여 오스테나이트 결정립 성장을 억제하여, 강의 조직을 미세화하는 역할을 한다.

상기 티타늄은 강재 전체 중량의 0.01~0.04중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 티타늄의 첨가량이 0.01중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 티타늄의 첨가량이 0.04중량%를 초과하는 경우에는 TiN 석출물이 조대해져 결정립 성장 억제 효과가 저하된다.

보론(B)

보론(B)은 강력한 소입성 원소로서 강재의 강도 향상에 기여한다.

상기 보론은 강재 전체 중량의 15~30ppm으로 첨가되는 것이 바람직하다. 보론의 첨가량이 15ppm 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 보론의 첨가량이 30ppm을 초과할 경우에는 입계 편석에 의한 재질 편차를 발생시키고, 충격 특성을 저하시키는 문제점이 있다.

상기 조성 및 표면조도를 갖는 트랙링크용 강재는 고주파 열처리에 의해 경화부의 비커스 경도가 Hv 600~615를 나타낼 수 있으며, 경화 깊이가 1.55~1.65mm가 될 수 있다.

실험에 의하면 강재의 표면조도가 높을수록 비커스 경도가 더 높아지고, 경화 깊이가 더 깊어진다. 따라서 강재의 표면조도를 적절히 조절함으로써 고주파 열처리시 경화부이 경도 및 경화 깊이를 조절하는 것이 바람직하며, 이러한 점에서 본 발명에 따른 트랙링크용 강재는 표면조도 Rs가 10~25인 것이 바람직하다. 강재의 표면조도 Rs가 10 미만인 경우, 경화깊이가 너무 얇아, 내마모성 향상이 불충분해질 수 있다. 반대로 강재의 표면조도 Rs가 25를 초과하는 경우, 고주파 열처리 후 강재의 취성이 높아지는 문제점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 트랙링크용 강재 처리 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 트랙링크용 강재 처리 방법은 밀링가공 단계(S110) 및 고주파 열처리 단계(S120)를 포함한다.

우선, 밀링(milling) 가공 단계(S110)에서는 트랙링크를 제조하기 위하여 본 발명에 따른 조성을 가지며, 단조가공된 강재를 보다 더 트랙링크의 형상에 가깝도록 가공하는 단계이다.

밀링가공시 조건에 따라 강재의 표면 조도가 결정된다. 예를 들어, 엔드밀 등과 같은 밀링 커터(milling cutter)의 회전속도가 빠를수록 강재 표면이 거칠어져서 표면 조도값이 높아지게 된다. 또한, 밀링가공시 테이블의 이송속도가 빠를수록 강재의 표면 조도값이 높아지게 된다.

따라서, 목표로 하는 강재의 표면 조도를 얻기 위해서는 상기의 밀링 커터의 회전 속도 혹은 테이블의 이송 속도를 조절할 필요가 있다. 이러한 회전 속도 및 이속 속도는 절대적인 값은 아니며 밀링가공 장비의 특성이나 강재의 물성 등에 따라 변화될 수 있다.

다음으로, 고주파 열처리 단계(S120)에서는 트랙링크(Track Shoe)의 롤러 접촉 부분에 대한 내마모성 향상을 목적으로 고주파 열처리를 수행한다.

고주파 열처리는 강재 전 부분에 실시될 필요는 없으며, 트랙링크의 롤러 접촉 부분에 대하여만 실시하여도 된다.

강재의 표면조도 Rs가 10~25일 때, 고주파 열처리는 출력 20~40kW 및 주파수 40~60kHz 조건으로 실시될 수 있다. 고주파 열처리시 출력이 20kW 미만이거나 주파수가 40kHz 미만일 경우, 충분한 경화가 이루어지기 어려워질 수 있다. 반대로, 고주파 열처리시 출력이 40kW를 초과하거나 주파수가 60kHz를 초과하는 경우 과도한 경화로 인하여 강재의 취성이 높아질 수 있다.

본 발명에서는 고주파 열처리 단계(S120) 이전의 밀링가공 단계(S110)에서 강재의 표면 조도 Rs를 10~25로 조절함으로써, 고주파 열처리 후, 경화부의 비커스 경도가 Hv 600~615를 나타낼 수 있으며, 또한, 고주파 열처리에 의한 경화 깊이가 1.55~1.65mm로 될 수 있다.

실시예

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.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

표 1에 기재된 조성을 가지며, 서로 다른 표면 조도(Rs 1.6, 18.5, 23.5, 28.5)를 갖는 시편 1~4를 마련하였다.

[표 1]

이후, 시편 1~4에 대하여, 출력 30kW, 주파수 50kHz 조건으로 고주파 열처리를 실시하였다.

표 2는 시편 1~4의 경화 깊이 및 표면 경도를 나타낸 것이고, 도 2는 표면 조도에 따른 고주파 열처리 후 표면 경도 변화를 나타낸 것이며, 도 3은 표면 조도에 따른 고주파 열처리 후 경화 깊이 변화를 나타낸 것이다.

[표 2]

표 2, 도 2 및 도 3을 참조하면, 강재의 표면 조도가 높아질수록, 즉 표면이 더 거칠어질수록 고주파 열처리 후 경화 깊이가 더 깊어지며, 표면 경도가 더 높아지는 것을 볼 수 있다.

특히, 본 발명에서 제시한 강재의 표면 조도 범위를 만족하는 시편 2~3의 경우, 각각 경화 깊이 1.55~1.65mm 및 표면 경도 Hv 600~615를 만족하는 것을 볼 수 있다.

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.

S110 : 밀링 가공 단계
S120 : 고주파 열처리 단계

Claims

중량%로, C : 0.34~0.36%, Si : 0.2~0.3%, Mn : 1.28~1.40%, P : 0.03% 이하, S : 0.03% 이하, Cr : 0.1~0.2%, Ni : 0.2% 이하, Mo : 0.05% 이하, Al : 0.05% 이하, Cu : 0.2% 이하, Ti : 0.01~0.04%, B : 15~30ppm 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
표면조도 Rs가 10~25인 것을 특징으로 하는 트랙링크용 강재.
제1항에 있어서,
상기 강재는
밀링가공재인 것을 특징으로 하는 트랙링크용 강재.
제1항에 있어서,
상기 강재는
고주파 열처리 후, Hv 600~615의 경화부 경도를 나타내는 것을 특징으로 하는 트랙링크용 강재.
제1항에 있어서,
상기 강재는
고주파 열처리 후, 1.55~1.65mm의 경화 깊이를 나타내는 것을 특징으로 하는 트랙링크용 강재.
중량%로, C : 0.34~0.36%, Si : 0.2~0.3%, Mn : 1.28~1.40%, P : 0.03% 이하, S : 0.03% 이하, Cr : 0.1~0.2%, Ni : 0.2% 이하, Mo : 0.05% 이하, Al : 0.05% 이하, Cu : 0.2% 이하, Ti : 0.01~0.04%, B : 15~30ppm 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강재를 밀링(milling) 가공하는 단계; 및
상기 밀링 가공된 강재를 고주파 열처리하는 단계;를 포함하고,
상기 밀링 가공에서, 상기 강재의 표면조도 Rs가 10~25가 되도록 테이블(table)의 이송 속도 또는 밀링 커터(milling cutter)의 회전 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 트랙링크용 강재의 처리 방법.
제5항에 있어서,
상기 고주파 열처리는
출력 20~40kW 및 주파수 40~60kHz 조건으로 실시되는 것을 특징으로 하는 트랙링크용 강재의 처리 방법.