KR101867709B1 - Wire rod and steel wire for spring having excellent corrosion fatigue resistance and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자동차용 현가 스프링, 토션 바, 스태빌라이저 등에 바람직하게 적용될 수 있는 고강도이면서도 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재, 강선 및 그들의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a wire rod, a steel wire, and a method of manufacturing the same, which can be preferably applied to a suspension spring for an automobile, a torsion bar, a stabilizer, and the like, which have high strength and excellent corrosion fatigue resistance.
최근 자동차 연비 향상을 목적으로 자동차용 소재의 경량화가 크게 요구되고 있고, 특히 현가 스프링의 경우 경량화 요구에 대응하기 위해 담금질 뜨임 후의 강도가 1800 MPa 이상이 되는 고강도 소재를 이용한 스프링 설계가 적용되고 있다. In recent years, a spring design using a high strength material having a strength of 1800 MPa or more after quenching has been applied in order to meet the demand for light weight in suspension spring.
스프링용 강은 열간압연으로 소정의 선재를 제조한 후, 열간성형 스프링의 경우에는 가열한 다음 성형하고 나서 담금질 뜨임 처리를 실시하고, 냉간성형 스프링의 경우는 인발 가공 후 담금질 뜨임 처리를 실시한 다음 스프링으로 성형한다.
In the case of the hot-formed spring, the hot-rolled spring is subjected to quenching tempering treatment after heating, followed by quenching in the case of the cold-formed spring, followed by quenching tempering treatment after drawing, .
일반적으로 소재의 고강도화가 이루어지면 입계취화 등으로 인한 인성 저하와 함께 균열 감수성도 증가하게 된다. 따라서 고강도는 이루었으나 소재의 내부식성이 뒤떨어지게 되면 자동차 현가 스프링과 같이 외부에 노출되어 있는 부품은 도장이 벗겨진 곳에 부식 피트가 형성되어 이 부식 피트를 기점으로 하는 피로 균열의 전파에 의해 부품이 조기 파손될 우려가 있다.Generally, if the strength of the material is increased, the toughness of the grain will be deteriorated due to grain boundary embrittlement, and the crack susceptibility will increase. Therefore, when the corrosion resistance of the material is lowered, the parts exposed to the outside such as the automobile suspension spring are formed with the corrosion pits where the paint is peeled off. By the propagation of the fatigue cracks starting from the corrosion pits, There is a risk of breakage.
특히, 최근에는 겨울철 노면의 동결 방지를 위해 제설제 살포가 많아 현가 스프링의 부식환경은 더욱더 가혹화되고 있기 때문에 고강도이면서도 내부식 피로특성이 우수한 스프링용 강에 대한 요구는 날로 강해지고 있다.Especially, recently, since there is a lot of spraying of snow remover to prevent freezing of road surface in winter, the corrosion environment of suspension spring becomes more severe, so the demand for spring steel having high strength and excellent internal fatigue characteristic is getting stronger.
현가 스프링의 부식피로는 노면의 자갈이나 다른 이물질에 의해 스프링 표면의 도장이 벗겨지면 이 부분의 소재가 외부로 노출되어 피팅(pitting) 부식반응이 일어나고, 생성된 부식 피트가 점점 성장하면서 피트를 기점으로 크랙이 발생 및 전파되다가 어느 순간 외부로부터 유입된 수소가 크랙부에 집중되어 수소취성으로 스프링이 절손되는 현상이다.
When the surface of the spring surface is peeled off by the gravel or other foreign material on the road surface, the material of the part is exposed to the outside, and the corrosion reaction of pitting occurs, and as the generated corrosion pit gradually grows, Cracks are generated and propagated, and at some moment, hydrogen introduced from the outside is concentrated in the crack portion, and the spring is broken due to hydrogen embrittlement.
스프링의 부식피로 저항성을 향상시키는 종래기술로는 합금원소의 종류와 첨가량을 증가시키는 방법을 들 수 있다. 특허문헌 1에서는 Ni 함량을 0.55 중량%로 증가시켜 내부식성을 향상시킴으로써 부식피로수명을 증가시키는 효과를 얻었고, 특허문헌 2에서는 Si 함량을 증가시켜 템퍼링(tempering)시 석출하는 탄화물을 미세화함으로써 부식피로강도를 향상시켰다. 또한, 특허문헌 3에서는 강한 수소 trapping site인 Ti 석출물과 약한 수소 trapping site인 (V, Nb, Zr, Hf) 석출물의 적절한 조화로 수소지연파괴 저항성을 향상시킴으로써 스프링 부식피로수명을 향상할 수 있었다. As a conventional technique for improving corrosion fatigue resistance of a spring, there is a method of increasing the kind and amount of an alloy element. In
그러나 Ni은 매우 고가의 원소로서 다량 첨가할 경우 소재 원가 상승이라는 문제를 야기하며, Si은 탈탄을 조장하는 대표적인 원소이기 때문에 첨가량 증가에 상당한 위험성을 야기할 수 있고, Ti, V, Nb 등의 석출물 형성원소들은 소재 응고시 액상으로부터 조대한 탄질화물을 정출시켜 오히려 부식피로수명을 저하시킬 수 있는 위험이 있다.
However, Ni is a very expensive element, and when added in large amounts, it causes a problem of material cost increase. Since Si is a typical element for promoting decarburization, it may cause a considerable risk of increase in addition amount and precipitation of precipitates such as Ti, V, Nb There is a risk that the forming elements may deteriorate the corrosion fatigue life rather than precipitate coarse carbonitride from the liquid phase during solidification of the material.
한편, 스프링의 고강도화를 위한 종래기술로는 합금원소를 첨가시키는 방법과 템퍼링 온도를 낮추는 방법이 있다. 합금원소를 첨가시켜 고강도화하는 방법에는 기본적으로 C, Si, Mn, Cr 등을 이용하여 소입 경도를 높이는 방법이 있고, 고가의 합금원소인 Mo, Ni, V, Ti, Nb 등을 이용하여 급냉 및 템퍼링 열처리에 의해 강재의 강도를 높이고 있다. 그러나 이러한 기술은 원가비용이 상승하는 문제가 있다.On the other hand, as a conventional technique for increasing the strength of a spring, there are a method of adding an alloy element and a method of lowering the tempering temperature. A method of increasing the hardness by adding alloying elements is basically a method of increasing the hardness of the hardening by using C, Si, Mn, Cr or the like. The method of quenching and / or quenching using expensive alloying elements Mo, Ni, V, Ti, The strength of the steel is increased by tempering heat treatment. However, this technology has a problem of cost increase.
또한, 합금성분의 변화 없이 기존의 성분계에서 열처리 조건을 변경시켜 강재의 강도를 증가시키는 방법이 있다. 즉, 템퍼링 온도를 저온에서 실시하게 되면 소재의 강도가 상승하게 된다. 그렇지만 템퍼링 온도가 낮아지면 소재의 단면감소율이 낮아지므로 인성이 저하되는 문제가 발생되고 스프링 성형 및 사용 중에 조기 파단 등의 문제점이 발생한다.
Further, there is a method of increasing the strength of the steel by changing the heat treatment condition in the existing component system without changing the alloy component. That is, if the tempering temperature is lowered, the strength of the material increases. However, when the tempering temperature is lowered, the reduction rate of the cross section of the material is lowered, so that the toughness is lowered, and problems such as premature rupture occur during spring forming and use.
따라서 고강도이면서도 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재, 강선 및 그들의 제조방법에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.
Therefore, it is required to develop a wire rod, a steel wire and a manufacturing method thereof for a spring having high strength and excellent corrosion fatigue resistance.
본 발명의 일 측면은 Cr 및 Cu, Ni 함량의 조합을 적정 수준으로 제어하고, 부식 피트의 최대 깊이를 일정 수준 이하로 하며, Mo를 함유하는 미세 탄화물을 일정 수준 이상으로 함으로써 고강도이면서도 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재, 강선 및 그들의 제조방법을 제공하기 위함이다.
One aspect of the present invention is to control the combination of Cr, Cu and Ni contents to an appropriate level, to set the maximum depth of corrosion pits to a certain level or less, and to set the microcarbon content containing Mo to a certain level or more, And an excellent spring wire material, a steel wire, and a method of manufacturing the same.
한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
On the other hand, the object of the present invention is not limited to the above description. It will be understood by those of ordinary skill in the art that there is no difficulty in understanding the additional problems of the present invention.
본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.40~0.70%, Si: 1.30~2.30%, Mn: 0.20~0.80%, Cr: 0.20~0.80%, Cu: 0.01~0.40%, Ni: 0.10~0.60%, Mo: 0.01~0.40%, P: 0.02% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1을 만족하고, In one aspect of the present invention, there is provided a steel sheet comprising, by weight%, 0.40 to 0.70% of C, 1.30 to 2.30% of Si, 0.20 to 0.80% of Mn, 0.20 to 0.80 of Cr, 0.01 to 0.40% of Cu, 0.10 to 0.60 of Ni 0.01 to 0.40% of Mo, not more than 0.02% of P, not more than 0.015% of S, not more than 0.01% of N, the balance of Fe and other unavoidable impurities,
미세조직은 50면적% 이하의 페라이트와 나머지 펄라이트로 이루어지고, The microstructure is composed of ferrite of 50% by area or less and the remaining pearlite,
Mo계 탄화물을 8.0×104 개/㎟ 이상 포함하는 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재에 관한 것이다.
Mo-based carbide of 8.0 x 10 < 4 > / mm < 2 > or more.
본 발명의 다른 일 측면은 중량%로, C: 0.40~0.70%, Si: 1.30~2.30%, Mn: 0.20~0.80%, Cr: 0.20~0.80%, Cu: 0.01~0.40%, Ni: 0.10~0.60%, Mo: 0.01~0.40%, P: 0.02% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1을 만족하는 빌렛을 900~1100℃로 가열하는 단계; Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: C: 0.40 to 0.70%; Si: 1.30 to 2.30%; Mn: 0.20 to 0.80%; Cr: 0.20 to 0.80%; Cu: 0.01 to 0.40% 0.001 to 0.60%, Mo: 0.01 to 0.40%, P: not more than 0.02%, S: not more than 0.015%, N: not more than 0.01%, and balance Fe and other unavoidable impurities, ; ≪ / RTI >
상기 가열된 빌렛을 800~1000℃로 마무리 열간압연하여 선재를 얻는 단계; 및 Finishing the heated billet at 800 to 1000 占 폚 to obtain a wire rod; And
상기 선재를 권취한 후, 600~700℃의 온도범위에서의 유지시간이 31초 이상이 되도록 냉각하는 단계;를 포함하는 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재의 제조방법에 관한 것이다.
And cooling the wire so that the holding time in the temperature range of 600 to 700 ° C is not less than 31 seconds after winding the wire, and more particularly, to a method of manufacturing wire for spring having excellent corrosion fatigue resistance.
관계식 1: -0.14 ≤ 0.70[Cr] - 0.76[Cu] - 0.24[Ni] ≤ 0.47Relation 1: -0.14? 0.70 [Cr] - 0.76 [Cu] - 0.24 [Ni]? 0.47
(상기 관계식 1에서 각 원소 기호는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값이다.)
(In the above-mentioned
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은 상기 선재를 이용하여 제조된 강선 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Another aspect of the present invention relates to a steel wire manufactured using the wire rod and a method of manufacturing the same.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있다.
In addition, the solution of the above-mentioned problems does not list all the features of the present invention. The various features of the present invention and the advantages and effects thereof can be understood in more detail with reference to the following specific embodiments.
본 발명에 의하면, 고강도이면서도 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재, 강선 및 그들의 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
According to the present invention, it is possible to provide a wire rod, a steel wire, and a method of manufacturing them, which have high strength and excellent corrosion fatigue resistance.
도 1은 본 발명의 실시예들의 부식 피트 최대깊이에 따른 상대적 부식피로수명을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예들의 Mo계 탄화물 개수에 따른 상대적 부식피로수명을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the relative corrosion fatigue life according to the maximum depth of corrosion pits of embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relative corrosion fatigue life according to the number of Mo-based carbides in the examples of the present invention. FIG.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.
본 발명자들은 상술한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위하여 스프링용 강의 내부식성에 미치는 다양한 영향 인자들을 검토함과 동시에, 스프링의 부식피로는 스프링 표면의 도장이 벗겨지면서 부식 피트가 발생하고 이 부식 피트를 기점으로 크랙이 발생 및 전파하다가 외부로부터 유입된 수소가 크랙부에 집중되어 스프링이 절손되는 현상이라는 점에 착안하여 다음과 같은 지견을 얻을 수 있었다. In order to solve the problems of the conventional techniques described above, the present inventors have studied various influencing factors on the corrosion resistance of the steel for spring, and the corrosion fatigue of the spring has caused the corrosion of the surface of the spring to be peeled off, The following points were obtained in consideration of the phenomenon that the hydrogen introduced from the outside is concentrated on the cracked portion and the spring is broken while the crack is generated and propagated to the starting point.
첫째, 합금원소 중 Cr은 일반적으로 내식성 향상 원소로서 알려져 있지만 염수분무 시험결과 Cr 함량이 증가함에 따라 오히려 내부식 피로특성이 저하한다는 것을 알았다. 또한 Cu와 Ni은 부식반응시 소재 표면에 형성되는 부식 녹을 비정질화하여 부식 속도를 늦추는 효과가 있었다. 따라서 스프링용 강의 내부식 피로특성을 향상시키기 위해서는 Cr 및 Cu, Ni 함량의 조합을 적정 수준으로 맞추는 것이 대단히 중요하다. First, Cr in alloying elements is generally known as an element for improving corrosion resistance. However, it was found that the corrosion fatigue characteristics were lowered as the Cr content increased. In addition, Cu and Ni had an effect of reducing the corrosion rate by amorphizing the corrosion rust formed on the material surface during the corrosion reaction. Therefore, it is very important to adjust the combination of Cr, Cu and Ni contents to an appropriate level in order to improve the internal fatigue characteristics of the spring steel.
둘째, 부식반응시 소재 표면에 생성된 부식 피트(pit)의 최대깊이가 클수록 스프링용 강의 내부식 피로특성이 저하한다는 것을 알았다. 특히나 부식 피트는 그 형상이 폭이 좁고 깊이가 깊을수록 내부식 피로특성을 크게 저하시킨다. 따라서 스프링용 강의 내부식 피로특성을 향상시키기 위해서는 부식 피트의 최대깊이를 일정 수준 이하로 제어해야 할 필요가 있다. Second, it was found that the corrosion fatigue property of spring steel decreases as the maximum depth of corrosion pits generated on the surface of the material during the corrosion reaction increases. Particularly, the corrosion pits have a narrow width and a deeper depth, which significantly degrades the internal fatigue characteristics. Therefore, in order to improve the internal fatigue characteristic of the steel for spring, it is necessary to control the maximum depth of the corrosion pits to a certain level or less.
셋째, 외부로부터 유입된 수소가 크랙부에 집중되는 것을 막기 위해서는 미세 탄화물로 수소를 트랩(trap)할 필요가 있고, 이 때 활용될 수 있는 미세 탄화물은 세멘타이트가 아닌 V, Ti, Nb, Mo 등의 합금원소를 주성분으로 하는 탄화물이다. 특히 Mo계 탄화물은 700 ℃ 이하의 온도에서 나노 크기로 매우 미세하게 석출하여 수소 트랩 효과가 상당히 크고, Mo 외에 V, Ti, Nb 등을 주성분으로 하는 탄화물들도 Mo를 함유할 경우 수소 트랩 효과가 뛰어나다. Third, it is necessary to trap hydrogen with fine carbide in order to prevent the hydrogen introduced from the outside from concentrating in the crack portion. The fine carbide that can be utilized at this time is not cementite but V, Ti, Nb, Mo And the like. Particularly, the Mo-based carbides precipitate very fine at a temperature of 700 ° C or lower and have a considerably large hydrogen trapping effect. When carbides containing V, Ti, Nb, etc. as a main component besides Mo also contain Mo, the hydrogen trap effect outstanding.
이상의 지견으로부터 Cr 및 Cu, Ni 함량의 조합을 적정 수준으로 제어하고, 부식 피트의 최대깊이를 일정 수준 이하로 하며, Mo를 함유하는 미세 탄화물을 일정 수준 이상으로 함으로써 고강도이면서도 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재, 강선 및 그들의 제조방법을 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
From the above knowledge, it is possible to control the combination of Cr, Cu and Ni contents to an appropriate level, to set the maximum depth of corrosion pits to a certain level or less, and to set the fine carbide containing Mo to a certain level or more, The present invention has been accomplished on the basis of these findings.
부식피로 저항성이 우수한 스프링용 For spring with excellent corrosion fatigue resistance 선재Wire rod
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a wire for spring having excellent corrosion fatigue resistance according to one aspect of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 측면에 따른 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재는 중량%로, C: 0.40~0.70%, Si: 1.30~2.30%, Mn: 0.20~0.80%, Cr: 0.20~0.80%, Cu: 0.01~0.40%, Ni: 0.10~0.60%, Mo: 0.01~0.40%, P: 0.02% 이하, S: 0.015% 이하, N: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1을 만족하고, 미세조직은 미세조직은 50면적% 이하의 페라이트와 나머지 펄라이트로 이루어지고, Mo계 탄화물을 8.0×104 개/㎟ 이상 포함한다.
According to one aspect of the present invention, there is provided a spring wire having excellent corrosion fatigue resistance, comprising: 0.40 to 0.70% of C, 1.30 to 2.30% of Si, 0.20 to 0.80 of Mn, 0.20 to 0.80 of Cr, 0.01 to 0.40% of Ni, 0.10 to 0.60% of Ni, 0.01 to 0.40% of Mo, 0.02% or less of P, 0.015% or less of S and 0.01% or less of N and remaining Fe and other unavoidable impurities, And the microstructure is composed of ferrite and the remaining pearlite of 50% by area or less and the Mo-based carbide of 8.0 × 10 4 /
먼저, 본 발명의 합금조성에 대하여 상세히 설명한다. 이하 각 원소 함량의 단위는 특별한 언급이 없는 한 중량%를 의미한다. 또한, 본 발명의 합금조성은 하기 설명할 선재의 제조방법, 강선 및 강선의 제조방법에도 동일하게 적용된다.
First, the alloy composition of the present invention will be described in detail. Hereinafter, the unit of each element content means weight% unless otherwise specified. In addition, the alloy composition of the present invention is equally applied to the wire rod manufacturing method, the steel wire and the steel wire manufacturing method described below.
C: 0.40~0.70%C: 0.40 to 0.70%
C는 스프링의 강도를 확보하기 위하여 첨가되는 필수적인 원소이다. 그 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.40% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 반면에 C 함량이 0.70% 초과인 경우에는 담금질 뜨임 열처리시 쌍정(twin)형 마르텐사이트 조직이 형성되어 소재 균열이 발생하기 때문에 피로수명이 현저히 떨어질 뿐만 아니라 결함 감수성이 높아지고 부식피트가 생길 때 피로수명이나 파괴응력이 현저하게 저하되기 때문에 그 상한은 0.70%로 하는 것이 바람직하다.
C is an essential element added to secure the strength of the spring. In order to effectively exhibit the effect, it is preferable that the content is 0.40% or more. On the other hand, when the C content exceeds 0.70%, the twin martensite structure is formed during quenching tempering heat treatment to cause cracking of the material. Therefore, not only the fatigue life is significantly decreased but also the defect susceptibility is increased and the fatigue life Or the breaking stress is remarkably lowered, the upper limit thereof is preferably set to 0.70%.
SiSi : 1.30~2.30%: 1.30 ~ 2.30%
Si는 페라이트 내에 고용되어 모재강도를 강화시키고 변형저항성을 개선하는 효과를 가진다. Si is dissolved in ferrite to enhance the strength of the base material and improve the deformation resistance.
Si 함량이 1.30% 미만인 경우에는 Si이 페라이트 내에 고용되어 모재강도를 강화시키고 변형저항성을 개선하는 효과가 불충분하기 때문에 Si의 하한은 1.30%인 것이 바람직하며, 보다 바람직한 하한은 1.45%이다. 반면에 Si 함량이 2.30% 초과인 경우에는 변형저항성의 개선효과가 포화되어 추가 첨가의 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 열처리시 표면탈탄을 조장한다.
When the Si content is less than 1.30%, the effect of enhancing the strength of the base material and improving the deformation resistance is solved by incorporating Si in the ferrite, so that the lower limit of Si is preferably 1.30%, and the lower limit is more preferably 1.45%. On the other hand, when the Si content exceeds 2.30%, the effect of improving the deformation resistance is saturated, so that the effect of further addition can not be obtained and the surface decarburization is promoted during the heat treatment.
MnMn : 0.20~0.80%: 0.20 to 0.80%
Mn은 강재 내에 존재할 경우 강재의 소입성을 향상시켜 강도를 확보하는데 유익한 원소이다. Mn, when present in the steel, is an element which is useful for improving the incombustibility of the steel and securing the strength.
Mn 함량이 0.20% 미만인 경우에는 고강도 스프링용 소재로서 요구되는 충분한 강도 및 소입성을 얻기 어렵고, 반대로 0.80% 초과인 경우에는 소입성이 과도하게 증가하여 열간압연 후 냉각시 마르텐사이트 경조직이 발생하기 쉬울 뿐만 아니라 MnS 개재물의 생성이 증가하여 오히려 내부식 피로특성이 저하할 우려가 있다. 따라서 Mn 함량은 0.20~0.80%인 것이 바람직하다.
When the Mn content is less than 0.20%, it is difficult to obtain sufficient strength and ductility required for the high-strength spring material. Conversely, when the Mn content exceeds 0.80%, the ingot property excessively increases and the martensite hard- In addition, the production of MnS inclusions increases, and the internal fatigue characteristics may be deteriorated. Therefore, the Mn content is preferably 0.20 to 0.80%.
CrCr : 0.20~0.80%: 0.20 to 0.80%
Cr은 내산화성, 템퍼 연화성, 표면탈탄 방지 및 소입성을 확보하는데 유용한 원소이다. Cr is a useful element for ensuring oxidation resistance, softening of temper softening, prevention of surface decarburization and incombustibility.
Cr 함량이 0.20% 미만인 경우에는 충분한 내산화성, 템퍼 연화성, 표면 탈탄 및 소입성 효과 등을 확보하기 어렵다. 반면에 Cr 함량이 0.80% 초과인 경우에는 변형저항성의 저하를 초래하여 오히려 강도 저하로 이어질 수 있다. 따라서 Cr 함량은 0.20~0.80%인 것이 바람직하다.
When the Cr content is less than 0.20%, it is difficult to ensure sufficient oxidation resistance, softening of tempering, surface decarburization and ingotability. On the other hand, when the Cr content exceeds 0.80%, the deformation resistance is lowered and the strength may be lowered. Therefore, the Cr content is preferably 0.20 to 0.80%.
Cu: 0.01~0.40%Cu: 0.01 to 0.40%
구리(Cu)는 내식성을 향상시키고자 첨가되는 원소로서, 그 함량이 0.01% 미만인 경우에는 내식성 향상 효과가 불충분하고, 반면 0.40% 초과인 경우에는 열간압연 중 취성 저하를 유발하여 균열 발생 등의 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 Cu 함량은 0.01~0.40%인 것이 바람직하다.
Copper (Cu) is an element added to improve corrosion resistance. When the content is less than 0.01%, the effect of improving corrosion resistance is insufficient. On the other hand, when the content is more than 0.40%, brittleness is lowered during hot rolling, ≪ / RTI > Therefore, the Cu content is preferably 0.01 to 0.40%.
NiNi : 0.10~0.60%: 0.10 to 0.60%
니켈(Ni)은 소입성 및 인성을 개선하기 위하여 첨가되는 원소로서, 그 함량이 0.10% 미만인 경우에는 소입성 및 인성 개선의 효과가 충분하지 못하고, 반면 0.60% 초과인 경우에는 잔류 오스테나이트 양이 증가하여 피로수명을 감소시키고, 고가인 Ni 특성으로 인해 급격한 제조 단가의 상승을 유발한다. 따라서 Ni 함량은 0.10~0.60%인 것이 바람직하다.
Nickel (Ni) is an element added to improve the incombustibility and toughness. When the content of Ni is less than 0.10%, the effect of improving the incombustibility and toughness is not sufficient. On the other hand, when the content is more than 0.60%, the amount of retained austenite And fatigue life is shortened, and the expensive Ni characteristic causes an abrupt increase in manufacturing cost. Therefore, the Ni content is preferably 0.10 to 0.60%.
MoMo : 0.01~0.40%: 0.01 to 0.40%
Mo은 탄소나 질소와 탄질화물을 형성하여 조직 미세화에 기여하고 수소의 트랩사이트로 작용하는 원소로서, 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는 그 함량이 0.01% 이상인 것이 바람직하다. 그러나 Mo 함량이 과도하면 열간압연 후 냉각시 마르텐사이트 경조직이 발생할 가능성이 클 뿐만 아니라 조대 탄질화물이 형성되어 강재의 연성이 저하되기 때문에 Mo 함량의 상한은 0.40%인 것이 바람직하다.
Mo is an element which forms carbonitride and nitrogen and carbonitride to contribute to texture refinement and acts as a trap site of hydrogen. In order to effectively exhibit such effect, the content of Mo is preferably 0.01% or more. However, if the Mo content is excessive, there is a high possibility that martensitic hard tissue is generated upon cooling after hot rolling, and coarse carbonitride is formed and the ductility of the steel is lowered, so that the upper limit of the Mo content is preferably 0.40%.
P: 0.02% 이하P: not more than 0.02%
P는 불순물로서, 결정립계에 편석하여 인성을 저하시키는 문제가 있으므로 그 상한을 0.02%로 제한함이 바람직하다.
P is an impurity and segregates in grain boundaries to lower the toughness. Therefore, the upper limit of P is preferably limited to 0.02%.
S: 0.015% 이하S: not more than 0.015%
S는 불순물로서, 저융점 원소로 입계 편석하여 인성을 저하시킬 뿐만 아니라 MnS를 다량 형성시켜 스프링의 내부식 특성에 유해한 영향을 미치기 때문에 그 상한을 0.015%로 제한하는 것이 바람직하다.
S is an impurity which is segregated in a grain boundary with a low melting point element to not only decrease the toughness but also form a large amount of MnS to detrimentally affect the internal characteristics of the spring, so that the upper limit is preferably limited to 0.015%.
N: 0.01% 이하N: not more than 0.01%
질소(N)는 보론(B)와 반응하여 BN을 형성시키기 쉬우며, 소입 효과를 감소시키는 원소이므로 가급적이면 낮게 제어하여야 하나, 공정부하를 고려할 경우 0.01% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Since nitrogen (N) reacts with boron (B) to easily form BN and reduces the effect of quenching, nitrogen should be controlled as low as possible, but it is preferably limited to 0.01% or less considering the process load.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
The remainder of the present invention is iron (Fe). However, in the ordinary manufacturing process, impurities which are not intended from the raw material or the surrounding environment may be inevitably incorporated, so that it can not be excluded. These impurities are not specifically mentioned in this specification, as they are known to any person skilled in the art of manufacturing.
관계식 1: -0.14 ≤ 0.70[Relation 1: -0.14? 0.70 [ CrCr ] - 0.76[Cu] - 0.24[] - 0.76 [Cu] - 0.24 [ NiNi ] ≤ 0.47]? 0.47
(상기 관계식 1에서 각 원소 기호는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값이다.)(In the above-mentioned
Cr, Cu 및 Ni는 상술한 각 원소함량을 만족할 뿐만 아니라, 상기 관계식 1을 만족하여야 한다. Cr, Cu and Ni satisfy not only the above-described respective element content but also the above-mentioned
Cr은 일반적으로 내식성 향상 원소로서 알려져 있지만 스프링용 강에서는 Cr 함량이 증가함에 따라 오히려 내부식 피로특성이 저하한다. 그 이유는 Cr이 부식반응시 피트 기저(바닥부)의 pH를 낮춰 피트 내부를 강산성 분위기로 만들어 피트의 최대 깊이를 크게 하는 역할을 하기 때문이다. 즉, Cr은 함량이 증가함에 따라 내부식 피로특성을 저하시키는 역할을 한다. Cr is generally known as an element for improving corrosion resistance, but the corrosion fatigue property of the spring steel is lowered as the Cr content is increased. This is because when Cr makes a corrosion reaction, it lowers the pH of the pit base (bottom portion) and makes the inside of the pit strong acidic atmosphere to increase the maximum depth of the pit. That is, Cr serves to lower the internal fatigue characteristics as the content increases.
반면에 Cu와 Ni은 부식반응시 소재 표면에 형성되는 부식 녹을 비정질화하여 부식 속도를 늦추는 효과가 있다. 이에 본 발명자들은 Cr, Cu, Ni 함량이 스프링용 강의 내부식 피로특성의 저하에 미치는 상관관계를 연구한 결과, 그 영향도가 각각 Cr의 경우 0.70, Cu는 -0.76, Ni은 -0.24임을 알아내었으며, 이들의 상관관계를 상기 관계식 1을 만족하도록 제어함으로써 부식피로 저항성을 향상시킬 수 있다.
On the other hand, Cu and Ni have the effect of slowing the corrosion rate by amorphizing the corrosion rust formed on the material surface during the corrosion reaction. As a result of studying the correlation between the Cr, Cu, and Ni contents of the spring steels on the degradation of the internal fatigue characteristics, the present inventors have found that the influences thereof are 0.70 for Cr, -0.76 for Ni and -0.24 for Ni And the corrosion fatigue resistance can be improved by controlling the correlation between them to satisfy the above-mentioned relational expression (1).
이때, 상술한 합금조성 외에 중량%로, V: 0.01~0.20%, Ti: 0.01~0.15% 및 Nb: 0.01~0.10% 중에서 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.
At this time, in addition to the alloy composition described above, one or more selected from the group consisting of V: 0.01 to 0.20%, Ti: 0.01 to 0.15%, and Nb: 0.01 to 0.10% can be further included in weight percent.
V: 0.01~0.20%V: 0.01 to 0.20%
V는 강도 향상 및 결정립 미세화에 기여하는 원소일 뿐만 아니라, 탄소(C)나 질소(N)와 탄질화물을 형성하여 강철 중에 침입한 수소의 트랩사이트로서 작용하게 되어 강재 내부에서의 수소 침입을 억제하고 부식 발생을 감소시키는 역할을 하는 원소이다. V is not only an element contributing to strength improvement and grain refinement but also forms carbonitride with carbon (C) or nitrogen (N) to act as a trap site for hydrogen penetrated into steel, thereby suppressing hydrogen intrusion in the steel And reduce the occurrence of corrosion.
V 함량이 0.01% 미만인 경우에는 상술한 효과가 불충분하다. 반면에 V 함량이 과도한 경우에는 제조원가가 상승하므로 V 함량의 상한은 0.20%인 것이 바람직하다.
When the V content is less than 0.01%, the above-mentioned effect is insufficient. On the other hand, when the V content is excessive, the manufacturing cost increases, so that the upper limit of the V content is preferably 0.20%.
TiTi : 0.01~0.15%: 0.01 to 0.15%
Ti는 탄질화물을 형성하여 석출경화 작용을 일으킴으로써 스프링 특성을 개선하는 원소이며, 입자 미세화 및 석출강화를 통해 강도와 인성을 향상시킨다. 또한, Ti는 강철 중에 침입한 수소의 트랩사이트로서 작용하게 되어 강재 내부에서의 수소 침입을 억제하고 부식 발생을 감소시키는 역할도 한다. Ti is an element that improves the spring characteristics by forming a carbonitride and causing a precipitation hardening action and improves the strength and toughness through particle refinement and precipitation strengthening. Further, Ti acts as a trap site for hydrogen that enters the steel, thereby suppressing the intrusion of hydrogen in the steel and reducing the occurrence of corrosion.
Ti 함량이 0.01 % 미만인 경우에는 석출강화 및 수소트랩사이트로 작용한 석출물의 빈도수가 작아서 효과적이지 못하며, 0.15% 초과인 경우에는 제조 단가가 급격히 상승하고 석출물에 의한 스프링 특성 개선효과가 포화하며 오스테나이트 열처리시 모재에 용해되지 않은 조대한 합금 탄화물량이 증가하게 되어 비금속개재물과 같은 작용을 하기 때문에 피로특성 및 석출강화 효과가 저하하게 된다.
When the Ti content is less than 0.01%, the precipitation strengthening and the frequency of the precipitate acting as the hydrogen trap site are small, which is not effective. When the Ti content is more than 0.15%, the production cost increases sharply, The amount of coarse alloy carbide not dissolved in the base material is increased during the heat treatment, and the same action as that of the nonmetallic inclusions is performed, so that the fatigue characteristic and precipitation strengthening effect are lowered.
NbNb : 0.01~0.10%: 0.01 to 0.10%
Nb는 탄소나 질소와 탄질화물을 형성하여 주로 조직 미세화에 기여하고 수소의 트랩사이트로 작용하는 원소이기 때문에 그 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는 첨가량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나 Nb 함량이 과다하면 조대 탄질화물이 형성되어 강재의 연성이 저하되기 때문에 첨가량의 상한은 0.10%인 것이 바람직하다.
Nb is an element which forms a carbonitride with carbon or nitrogen and contributes mainly to texture refinement and acts as a trap site of hydrogen. Therefore, in order to effectively exhibit the effect, it is preferable that the addition amount is 0.01% or more. However, when the Nb content is excessive, coarse carbonitride is formed and the ductility of the steel is lowered, so that the upper limit of the addition amount is preferably 0.10%.
본 발명에 따른 선재의 미세조직은 50면적% 이하의 페라이트와 나머지 펄라이트로 이루어진다. 다만 여기서 면적분율은 석출물을 제외하고 측정한 것을 의미한다. The microstructure of the wire according to the present invention is composed of not more than 50% by area of ferrite and the remaining pearlite. However, here, the area fraction means the measurement excluding precipitates.
페라이트가 50면적% 초과인 경우에는 소재의 강도가 너무 낮아져, 최종 열처리 후 원하는 수준의 강도를 구현할 수 없게 된다. If the ferrite content exceeds 50% by area, the strength of the material becomes too low, and the desired level of strength can not be achieved after the final heat treatment.
또한, 페라이트를 제외한 나머지는 펄라이트이다. 페라이트와 펄라이트 외에 마르텐사이트 같은 경조직이 존재하는 경우에는 선재를 신선하는 단계에서 단선될 가능성이 커질 우려가 있다.
The remainder excluding the ferrite is pearlite. In the case where hard tissues such as martensite exist in addition to ferrite and pearlite, there is a possibility that the possibility of disconnection in the step of drawing wire is increased.
또한, 본 발명에 따른 선재는 Mo계 탄화물을 8.0×104 개/㎟ 이상 포함한다. The wire according to the present invention contains not less than 8.0 × 10 4 / mm 2 of Mo-based carbide.
외부로부터 유입된 수소가 크랙부에 집중되는 것을 막기 위해서는 미세 탄화물로 수소를 트랩(trap)할 필요가 있고, 이 때 활용될 수 있는 미세 탄화물은 세멘타이트가 아닌 V, Ti, Nb, Mo 등의 합금원소를 주성분으로 하는 탄화물이다. 특히, Mo를 주성분으로 하는 탄화물은 600~700℃의 온도범위에서 나노 크기로 매우 미세하게 석출하여 수소 트랩 효과가 상당히 크고, V, Ti, Nb 등을 주성분으로 하는 탄화물들도 Mo를 함유할 경우 수소 트랩 효과가 뛰어나다. 따라서 Mo계 탄화물을 8.0×104 개/㎟ 이상 포함하는 것이 바람직하다. 다만, 강선 제조시 Mo계 탄화물의 개수가 크게 변동되지는 않으나, 약간 줄어들 수 있으므로 선재 상태에서 Mo계 탄화물을 9.0×104 개/㎟ 이상 확보해 두는 것이 보다 바람직하다.
It is necessary to trap hydrogen with a fine carbide in order to prevent the hydrogen introduced from the outside from concentrating in the crack portion. The fine carbide which can be utilized at this time is not cementite but V, Ti, Nb, Mo It is a carbide containing an alloy element as a main component. Particularly, the carbide containing Mo as a main component precipitates very finely at a nanoscale in the temperature range of 600 to 700 ° C, and the hydrogen trap effect is considerably large. When carbides containing V, Ti, Nb and the like as main components also contain Mo Excellent hydrogen trap effect. Therefore, it is preferable that the Mo-based carbide is contained at 8.0 × 10 4 /
이때, 상기 Mo계 탄화물은 탄화물을 기준으로 Mo가 5중량% 이상 포함된 탄화물일 수 있다. 상술한 바와 같이 V, Ti, Nb 등을 주성분으로 하는 탄화물들도 Mo를 함유할 경우 수소 트랩 효과가 뛰어나기 때문이다.
At this time, the Mo-based carbide may be a carbide containing 5% by weight or more of Mo based on the carbide. As described above, carbides mainly composed of V, Ti, Nb and the like also have excellent hydrogen trapping effect when containing Mo.
부식피로 저항성이 우수한 스프링용 For spring with excellent corrosion fatigue resistance 선재의Wire rod 제조방법 Manufacturing method
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method for manufacturing a spring wire having excellent corrosion fatigue resistance, which is another aspect of the present invention, will be described in detail.
본 발명의 다른 일 측면인 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재의 제조방법은 상술한 합금조성을 만족하는 빌렛을 900~1100℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 빌렛을 800~1000℃로 마무리 열간압연하여 선재를 얻는 단계; 및 상기 선재를 권취한 후, 600~700℃의 온도범위에서의 유지시간이 31초 이상이 되도록 냉각하는 단계;를 포함한다.
A method for manufacturing a spring wire having excellent corrosion fatigue resistance, which is another aspect of the present invention, includes the steps of: heating a billet satisfying the alloy composition described above to 900 to 1100 캜; Finishing the heated billet at 800 to 1000 占 폚 to obtain a wire rod; And cooling the wire so that the holding time in the temperature range of 600 to 700 ° C is 31 seconds or more after winding the wire.
빌렛Billet 가열 단계 Heating step
상술한 합금조성을 만족하는 빌렛을 900~1100℃로 가열한다. The billet satisfying the alloy composition described above is heated to 900 to 1100 占 폚.
빌렛의 가열온도를 900℃ 이상으로 하는 것은 주조시 생성될 수 있는 조대 탄화물들을 전부 녹여 합금원소가 오스테나이트 내에 균일하게 분포되도록 하기 위함이다. 반면에 빌렛의 가열온도가 1100℃ 초과인 경우에는 필요 이상으로 가열되어 열 소모량이 많고 시간도 길어져 탈탄이 심해질 우려가 있다.
The heating temperature of the billet is set to 900 ° C or higher in order to completely dissolve the coarse carbides that can be produced during casting so that the alloying elements are uniformly distributed in the austenite. On the other hand, when the heating temperature of the billet is higher than 1100 DEG C, the billet is heated more than necessary, the amount of heat consumed is increased, and the time is lengthened, thereby deteriorating the decarburization.
열간압연 단계Hot rolling step
상기 가열된 빌렛을 800~1000℃로 마무리 열간압연하여 선재를 얻는다. The heated billet is hot-rolled at 800 to 1000 占 폚 to obtain a wire rod.
마무리 압연온도를 800℃ 이상으로 하는 것은 미세 탄화물의 석출을 촉진시키기 위함이다. 마무리 압연온도가 800℃ 미만인 경우에는 압연롤의 부하가 커지며, 1000℃ 초과인 경우에는 결정립 크기가 커져 인성이 저하되고 냉각시 변태가 지연되어 마르텐사이트 경조직이 발생할 우려가 있다.
The finishing rolling temperature is set to 800 DEG C or more in order to promote precipitation of fine carbides. If the finish rolling temperature is less than 800 ° C, the load of the rolling roll becomes large. If the finish rolling temperature is more than 1000 ° C, the grain size becomes large and the toughness lowers and the transformation during cooling is delayed.
권취Coiling 및 냉각 단계 And cooling step
상기 선재를 권취한 후, 600~700℃의 온도범위에서의 유지시간이 31초 이상이 되도록 냉각한다. After winding the wire rod, the wire rod is cooled so that the holding time in the temperature range of 600 to 700 ° C is 31 seconds or more.
600~700℃의 온도범위에서의 유지시간이 31초 이상이 되도록 제어하는 것은 냉각시 마르텐사이트 경조직이 생성되지 않고 펄라이트 변태가 완료될 수 있는 충분한 시간을 확보하기 위함이며, Mo를 주성분으로 하는 미세 탄화물이 충분히 석출되도록 하기 위함이다.
The control is performed such that the holding time in the temperature range of 600 to 700 占 폚 is 31 seconds or more in order to ensure a sufficient time for the pearlite transformation to be completed without generating the martensite hard tissue at the time of cooling, So that the carbide is sufficiently precipitated.
부식피로 저항성이 우수한 스프링용 강선Spring steel wire with excellent corrosion fatigue resistance
본 발명의 또 다른 일 측면인 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 강선은 상술한 합금조성을 만족하며, 미세조직은 템퍼드 마르텐사이트 단상이고, Mo계 탄화물을 8.0×104 개/㎟ 이상 포함한다. 미세조직을 템퍼드 마르텐사이트 단상으로 하고, Mo계 탄화물을 8.0×104 개/㎟ 이상 포함함으로써 부식피로 저항성을 향상시킬 수 있다. 템퍼드 마르텐사이트 단상이란 일부 불가피한 불순 조직을 제외하고는 템퍼드 마르텐사이트로 이루어진 것을 의미한다. The steel wire for spring having an excellent corrosion fatigue resistance, which is another aspect of the present invention, satisfies the alloy composition described above, the microstructure is a tempered martensite single phase, and contains Mo-based carbide at not less than 8.0 x 10 4 /
외부로부터 유입된 수소가 크랙부에 집중되는 것을 막기 위해서는 미세 탄화물로 수소를 트랩(trap)할 필요가 있고, 이 때 활용될 수 있는 미세 탄화물은 세멘타이트가 아닌 V, Ti, Nb, Mo 등의 합금원소를 주성분으로 하는 탄화물이다. 특히, Mo를 주성분으로 하는 탄화물은 600~700℃의 온도범위에서 나노 크기로 매우 미세하게 석출하여 수소 트랩 효과가 상당히 크고, V, Ti, Nb 등을 주성분으로 하는 탄화물들도 Mo를 함유할 경우 수소 트랩 효과가 뛰어나다. 따라서 Mo계 탄화물을 8.0×104 개/㎟ 이상 포함하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 8.5×104 개/㎟ 이상일 수 있다. 한편, Mo계 탄화물은 선재 제조시 생성되고 이후 강선 제조에 따른 가열 및 냉각에서도 크게 변동되지는 않으나, 약간 줄어들 수 있다.
It is necessary to trap hydrogen with a fine carbide in order to prevent the hydrogen introduced from the outside from concentrating in the crack portion. The fine carbide which can be utilized at this time is not cementite but V, Ti, Nb, Mo It is a carbide containing an alloy element as a main component. Particularly, the carbide containing Mo as a main component precipitates very finely at a nanoscale in the temperature range of 600 to 700 ° C, and the hydrogen trap effect is considerably large. When carbides containing V, Ti, Nb and the like as main components also contain Mo Excellent hydrogen trap effect. Therefore, it is preferable that the Mo-based carbide is contained at 8.0 × 10 4 /
이때, 본 발명의 강선은 부식 피트의 최대 깊이가 120㎛ 이하일 수 있다. At this time, the steel wire of the present invention may have a maximum corrosion depth of 120 탆 or less.
부식반응시 소재 표면에 생성된 부식 피트(pit)의 최대 깊이가 클수록 스프링용 강의 내부식 피로특성이 저하하기 때문이다. 특히 부식 피트는 그 형상이 폭이 좁고 깊이가 깊을수록 피트에 가해지는 응력이 심화돼 내부식 피로특성을 크게 저하시킨다. This is because the larger the depth of the corrosion pit generated on the surface of the material during the corrosion reaction, the lower the internal fatigue characteristics of the spring steel. In particular, the corrosion pits are narrower in width and deeper in depth, and the stress applied to the pits is intensified.
이때, 상기 부식 피트의 최대 깊이 측정은 강선의 시험편을 염수분무시험기에 넣어 35℃ 분위기에서 5% 염수를 4시간 분무하고, 온도 25℃, 습도 50% 분위기에서 4 시간 건조한 후, 40℃ 분위기에서 습도 100%가 되도록 16시간 동안 습윤하는 사이클(cycle)을 14 사이클 반복한 다음 측정한 것이다. 이는 스프링용 강의 사용환경을 고려하여 가장 가혹한 조건을 설정한 것으로 이러한 조건에서 부식 피트의 최대 깊이가 120㎛ 이하인 경우 우수한 부식피로 저항성을 보증할 수 있다.
At this time, to measure the maximum depth of the corrosion pits, the test piece of the steel wire was put in a salt water spray tester and sprayed with 5% brine for 4 hours in an atmosphere of 35 캜, dried for 4 hours at a temperature of 25 캜 and a humidity of 50% And a cycle of wetting for 16 hours so as to have a humidity of 100% was repeated after 14 cycles. This is the most severe condition considering the use environment of spring steel. Under these conditions, excellent corrosion fatigue resistance can be guaranteed when the maximum depth of corrosion pits is 120 μm or less.
또한, 본 발명의 강선은 인장강도가 1800MPa 이상일 수 있다.
The tensile strength of the steel wire of the present invention may be 1800 MPa or more.
부식피로 저항성이 우수한 스프링용 강선의 제조방법Manufacturing method of spring steel wire excellent in corrosion fatigue resistance
본 발명의 또 다른 일 측면인 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 강선의 제조방법은 상술한 본 발명에 따른 선재의 제조방법에 의해 제조된 선재를 신선하여 강선을 얻는 단계; 상기 강선을 850~1000℃로 가열한 후 1분 이상 유지하는 오스테나이트화 단계; 및 상기 오스테나이트화된 선재를 25~80℃로 유냉한 후, 350~500℃에서 템퍼링하는 단계;를 포함한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a steel wire for a spring having excellent corrosion fatigue resistance, comprising: obtaining a steel wire by drawing a wire made by the method of manufacturing a wire according to the present invention; An austenitizing step of heating the steel wire to 850 to 1000 占 폚 and holding the steel wire for at least 1 minute; And cooling the austenitized wire rod to 25 to 80 캜, followed by tempering at 350 to 500 캜.
가열 후 유지시간이 1 분 미만인 경우에는 페라이트와 펄라이트 조직이 충분히 가열되지 않아 오스테나이트로 변태되지 않을 수 있으므로 가열시간을 1분 이상인 것이 바람직하다. 또한, 유냉 온도는 통상의 조건이므로 특별히 한정하지 않는다. When the holding time after heating is less than 1 minute, the ferrite and pearlite structure are not sufficiently heated and may not be transformed into austenite, so that the heating time is preferably 1 minute or more. The oil cooling temperature is not particularly limited because it is a normal condition.
템퍼링 온도가 350℃ 미만인 경우에는 인성이 확보되지 않아 성형 및 제품상태에서 파손될 위험이 있으며, 반면 500℃를 초과하게 되면 강도가 저하될 위험이 있으므로 템퍼링온도는 350~500℃인 것이 바람직하다.
If the tempering temperature is less than 350 ° C, the toughness is not ensured and there is a risk of breakage in the molding and the product state. If the tempering temperature is higher than 500 ° C, the strength may be lowered. Therefore, the tempering temperature is preferably 350 to 500 ° C.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. It should be noted, however, that the following examples are intended to illustrate the invention in more detail and not to limit the scope of the invention. The scope of the present invention is determined by the matters set forth in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.
(( 실시예Example ))
하기 표 1의 조성을 갖는 빌렛을 1000 ℃로 가열한 후 900℃에서 마무리압연한 후 권취하였고, 권취 후 냉각시에 600 ~ 700 ℃ 온도구간을 하기 표 2에 기재된 유지시간 동안 유지하여 선재를 제조하였다. 상기 선재의 미세조직을 관찰하여 하기 표 2에 기재하였다.
The billet having the composition shown in the following Table 1 was heated to 1000 캜, finishing rolled at 900 캜, and then wound. After winding and cooling, the temperature range of 600 to 700 캜 was maintained for the holding time shown in Table 2 below to produce a wire rod . The microstructure of the wire rod was observed and described in Table 2 below.
상기 선재를 신선한 후, 975 ℃에서 15 분 가열한 다음 70 ℃ 기름에 담궈 급냉시키고 이후 390 ℃에서 30 분동안 유지하여 강선을 제조하였다. After the wire rod was fresh, it was heated at 975 캜 for 15 minutes, then immersed in 70 캜 oil and quenched, and then maintained at 390 캜 for 30 minutes to prepare a steel wire.
상기 강선의 인장강도, 부식 pit 최대깊이, Mo계 탄화물, 상대적 부식피로수명을 측정하여 하기 표 2에 기재하였다. 미세조직은 모두 마르텐사이트 단상이었다.
The tensile strength, corrosion pit maximum depth, Mo-based carbide, and relative corrosion fatigue life of the steel wire were measured and are shown in Table 2 below. All microstructures were martensite single phase.
인장강도는 상기 강선을 ASTM E 8 규격에 맞게 인장시편을 채취한 후 인장시험을 실시하여 측정하였다. Tensile strength of the steel wire was measured by tensile test after tensile specimens were taken according to
Mo계 탄화물은 시편을 횡단면 절단한 다음 레플리카법으로 미세 탄화물을 추출하여 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope)과 에너지분산형 분광분석법(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)을 사용하여 분석하였고, 그 결과 중 Mo를 5% 이상 함유하는 탄화물의 개수를 하기 표 2에 기재하였다. The Mo-based carbides were cut by cross-sectioning the specimens and then analyzed by transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy Is shown in Table 2 below. ≪ tb > < TABLE >
또한, 시편을 염수분무시험기에 넣어 35 ℃ 분위기에서 5 % 염수를 4 시간 분무하고 온도 25 ℃, 습도 50 % 분위기에서 4 시간 건조하며 40 ℃ 분위기에서 습도 100 %가 되도록 16 시간동안 습윤하는 사이클(cycle)을 14 사이클 반복한 후. 부식 피트 최대 깊이 및 상대적 부식피로수명을 측정하였다. The test piece was placed in a salt spray tester and sprayed with 5% brine for 4 hours in an atmosphere of 35 ° C, dried for 4 hours at a temperature of 25 ° C and a humidity of 50%, and cured for 16 hours at a humidity of 100% cycle) after 14 cycles. The maximum depth of corrosion pits and the relative corrosion fatigue life were measured.
부식 피트 최대 깊이는 공초점레이져현미경(Confocal Laser Microscope)으로 측정하였다. The maximum depth of corrosion pit was measured with Confocal Laser Microscope.
상대적 부식피로수명은 회전굽힘피로시험을 실시하였으며, 피로시험 속도는 3,000rpm이었고 시편에 가해진 하중은 인장강도의 40%이었으며, 각각 10 개씩 시험하여 피로수명이 가장 큰 것과 가장 작은 것을 뺀 나머지 8 개의 피로수명을 평균하여 그 시편의 부식피로수명으로 하였다. 표 2에 비교예 1의 부식피로수명을 1로 하였을 때 나머지 시편의 상대적 부식피로수명을 나타내었다.
The relative corrosion fatigue life was evaluated by the rotational bending fatigue test. The fatigue test speed was 3,000 rpm, and the load applied to the specimen was 40% of the tensile strength. The fatigue life was averaged to determine the corrosion fatigue life of the specimen. Table 2 shows the relative corrosion fatigue life of the remaining specimens when the corrosion fatigue life of Comparative Example 1 was taken as 1.
상기 표 1에서 관계식1은 0.70[Cr] - 0.76[Cu] - 0.24[Ni]의 값을 의미한다.
미세조직
(면적%)Wire rod
Microstructure
(area%)
유지시간
(sec)600 ~ 700 ℃
Retention time
(sec)
인장강도
(MPa)Steel wire
The tensile strength
(MPa)
최대깊이 (㎛)Corrosion feet
Maximum depth (㎛)
부식피로
수명Relative
Corrosion fatigue
life span
상기 표 2에서 F는 페라이트, P는 펄라이트, M은 마르텐사이트를 의미한다.
In Table 2, F means ferrite, P means pearlite, and M means martensite.
본 발명에서 제시한 합금조성 및 제조조건을 모두 만족하는 경우인 발명예 1 내지 5는 인장강도 및 상대적 부식피로수명이 우수한 것을 확인할 수 있다. 비교예들의 경우 상대적 부식피로수명이 0.97~1.28 수준이었으나, 발명예들의 경우 상대적 부식피로수명이 3.23~8.21로 크게 증가한 것을 확인할 수 있다.
It is confirmed that Examples 1 to 5, in which both the alloy composition and the manufacturing conditions proposed in the present invention are satisfied, are excellent in tensile strength and relative corrosion fatigue life. In the comparative examples, the relative corrosion fatigue life was in the range of 0.97 to 1.28, but in the case of the inventive examples, the relative corrosion fatigue life was greatly increased to 3.23 to 8.21.
비교예들의 경우에도 1800MPa 이상의 인장강도는 확보 가능하였으나, 본 발명에서 제시한 합금조성 또는 제조조건을 만족하지 못하여 상대적 부식피로수명이 열위한 것을 알 수 있다. In the comparative examples, it was also possible to secure a tensile strength of 1800 MPa or more. However, it is understood that the corrosion fatigue life is prolonged due to the unsatisfactory alloy composition or manufacturing conditions proposed in the present invention.
비교예들의 경우 부식 피트의 최대깊이가 모두 128 ㎛ 이상이었으며, Mo계 탄화물의 개수가 모두 8 x 104 개/㎟ 미만으로 관찰되었다.
In the comparative examples, the maximum depth of corrosion pits was more than 128 μm and the number of Mo-based carbides was less than 8 × 10 4 / ㎟.
비교예 6 및 7과 같이, 본 발명 합금조성을 만족하지 않는 경우에는 본 발명에서 제시한 제조조건을 만족하여도 상대적 부식피로수명이 낮은 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 8 및 9와 같이 본 발명에서 제시한 합금조성을 만족하더라도 600~700℃ 유지시간을 만족하지 않는 경우에는 상대적 부식피로수명이 낮은 것을 확인할 수 있다.As in Comparative Examples 6 and 7, when the alloy composition of the present invention is not satisfied, it can be confirmed that the relative corrosion fatigue life is low even if the manufacturing conditions proposed in the present invention are satisfied. In addition, even when the composition of the alloys proposed in the present invention is satisfied as in Comparative Examples 8 and 9, the relative corrosion fatigue life is low when the holding time is not satisfied at 600 to 700 ° C.
또한, 비교예 3~5, 8 및 9와 같이 선재 상태에서 마르텐사이트 경조직이 형성되어 있는 경우에는, 신선시 파단이 자주 발생하여 강선으로 제조하기 어려웠다.
Further, when martensitic hard tissues were formed in the wire rod state as in Comparative Examples 3 to 5, 8 and 9, breakage often occurred at the time of drawing, and it was difficult to produce wire rods.
도 1은 본 발명의 실시예들의 부식 피트 최대깊이에 따른 상대적 부식피로수명을 나타낸 그래프이다. 부식 피트의 최대깊이가 작을수록 상대적 부식피로수명이 큼을 알 수 있고, 120 ㎛를 기준으로 부식 피트의 최대깊이가 이보다 큰 경우에는 상대적 부식피로수명이 크게 저하되었다. 1 is a graph showing the relative corrosion fatigue life according to the maximum depth of corrosion pits of embodiments of the present invention. The relative corrosion fatigue life was found to be larger when the maximum depth of the corrosion pits was smaller. When the maximum depth of the corrosion pits was larger than 120 ㎛, the relative corrosion fatigue life was greatly decreased.
도 2는 본 발명의 실시예들의 Mo계 탄화물 개수에 따른 상대적 부식피로수명을 나타낸 그래프이다. Mo계 탄화물의 개수가 많을수록 상대적 부식피로수명은 크게 증가하였고, 8.0×104 개/㎟를 기준으로 Mo계 탄화물이 이보다 작은 경우에는 상대적 부식피로수명이 크게 저하되었다.
FIG. 2 is a graph showing the relative corrosion fatigue life according to the number of Mo-based carbides in the examples of the present invention. FIG. The relative corrosion fatigue life was greatly increased as the number of Mo - based carbides was increased. When the Mo - based carbide was smaller than 8.0 × 10 4 /
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.
Claims (11)
미세조직은 50면적% 이하의 페라이트와 나머지 펄라이트로 이루어지고,
Mo계 탄화물을 8.55×104 개/㎟ 이상 포함하는 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재.
관계식 1: -0.14 ≤ 0.70[Cr] - 0.76[Cu] - 0.24[Ni] ≤ 0.47
(상기 관계식 1에서 각 원소 기호는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값이다.)
The steel sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the steel sheet comprises, by weight, 0.40 to 0.70% of C, 1.30 to 2.30% of Si, 0.20 to 0.80% of Mn, 0.20 to 0.80% of Cr, 0.01 to 0.40% of Cu, 0.10 to 0.60% 0.40%, P: not more than 0.02%, S: not more than 0.015%, N: not more than 0.01%, balance Fe and other unavoidable impurities,
The microstructure is composed of ferrite of 50% by area or less and the remaining pearlite,
Which is excellent in corrosion fatigue resistance including Mo-based carbide of 8.55 × 10 4 / mm 2 or more.
Relation 1: -0.14? 0.70 [Cr] - 0.76 [Cu] - 0.24 [Ni]? 0.47
(In the above-mentioned relational expression 1, the symbol of each element represents the content of each element in weight%.)
상기 선재는 중량%로, V: 0.01~0.20%, Ti: 0.01~0.15% 및 Nb: 0.01~0.10% 중에서 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재.
The method according to claim 1,
Wherein the wire rod further comprises at least one member selected from the group consisting of V: 0.01 to 0.20%, Ti: 0.01 to 0.15%, and Nb: 0.01 to 0.10% by weight.
상기 Mo계 탄화물은 탄화물을 기준으로 Mo가 5중량% 이상 포함된 탄화물인 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재.
The method according to claim 1,
Wherein the Mo-based carbide is a carbide containing 5 wt% or more of Mo based on the carbide, and is excellent in corrosion fatigue resistance.
상기 가열된 빌렛을 800~1000℃로 마무리 열간압연하여 선재를 얻는 단계; 및
상기 선재를 권취한 후, 600~700℃의 온도범위에서의 유지시간이 31초 이상이 되도록 냉각하는 단계;를 포함하는 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재의 제조방법.
관계식 1: -0.14 ≤ 0.70[Cr] - 0.76[Cu] - 0.24[Ni] ≤ 0.47
(상기 관계식 1에서 각 원소 기호는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값이다.)
The steel sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the steel sheet comprises, by weight, 0.40 to 0.70% of C, 1.30 to 2.30% of Si, 0.20 to 0.80% of Mn, 0.20 to 0.80% of Cr, 0.01 to 0.40% of Cu, 0.10 to 0.60% Heating the billets satisfying the following relational expression 1 to 900 to 1100 占 폚, comprising: 0.40%; P: not more than 0.02%; S: not more than 0.015%; N: not more than 0.01%; and balance Fe and other unavoidable impurities;
Finishing the heated billet at 800 to 1000 占 폚 to obtain a wire rod; And
And cooling the wire so that the holding time in the temperature range of 600 to 700 ° C is 31 seconds or more after winding the wire.
Relation 1: -0.14? 0.70 [Cr] - 0.76 [Cu] - 0.24 [Ni]? 0.47
(In the above-mentioned relational expression 1, the symbol of each element represents the content of each element in weight%.)
상기 빌렛은 중량%로, V: 0.01~0.20%, Ti: 0.01~0.15% 및 Nb: 0.01~0.10% 중에서 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 선재의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the billet further comprises at least one selected from the group consisting of V: 0.01 to 0.20%, Ti: 0.01 to 0.15%, and Nb: 0.01 to 0.10% by weight.
미세조직은 템퍼드 마르텐사이트이고,
Mo계 탄화물을 8.55×104 개/㎟ 이상 포함하는 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 강선.
관계식 1: -0.14 ≤ 0.70[Cr] - 0.76[Cu] - 0.24[Ni] ≤ 0.47
(상기 관계식 1에서 각 원소 기호는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값이다.)
The steel sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the steel sheet comprises, by weight, 0.40 to 0.70% of C, 1.30 to 2.30% of Si, 0.20 to 0.80% of Mn, 0.20 to 0.80% of Cr, 0.01 to 0.40% of Cu, 0.10 to 0.60% 0.40%, P: not more than 0.02%, S: not more than 0.015%, N: not more than 0.01%, balance Fe and other unavoidable impurities,
The microstructure is tempered martensite,
Steel wire with excellent corrosion fatigue resistance including Mo-based carbide of 8.55 × 10 4 / mm 2 or more.
Relation 1: -0.14? 0.70 [Cr] - 0.76 [Cu] - 0.24 [Ni]? 0.47
(In the above-mentioned relational expression 1, the symbol of each element represents the content of each element in weight%.)
상기 강선은 중량%로, V: 0.01~0.20%, Ti: 0.01~0.15% 및 Nb: 0.01~0.10% 중에서 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 강선.
The method according to claim 6,
Wherein the steel wire further comprises at least one member selected from the group consisting of V: 0.01 to 0.20%, Ti: 0.01 to 0.15%, and Nb: 0.01 to 0.10% in weight%.
상기 Mo계 탄화물은 탄화물을 기준으로 Mo가 5중량% 이상 포함된 탄화물인 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 강선.
The method according to claim 6,
The Mo-based carbide is a carbide containing 5% by weight or more of Mo based on the carbide, and is excellent in corrosion fatigue resistance.
상기 강선은 부식 피트의 최대 깊이가 120㎛ 이하인 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 강선.
The method according to claim 6,
Wherein the steel wire has excellent corrosion fatigue resistance with a maximum depth of corrosion pits of 120 m or less.
상기 강선은 인장강도가 1800MPa 이상인 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 강선.
The method according to claim 6,
The steel wire is excellent in corrosion fatigue resistance with a tensile strength of 1800 MPa or more.
상기 강선을 850~1000℃로 가열한 후 1분 이상 유지하는 오스테나이트화 단계; 및
상기 오스테나이트화된 선재를 25~80℃로 유냉한 후, 350~500℃에서 템퍼링하는 단계;를 포함하는 부식피로 저항성이 우수한 스프링용 강선의 제조방법.
A method for producing a steel wire, comprising: obtaining a steel wire by drawing a wire made by the method of claim 4 or 5;
An austenitizing step of heating the steel wire to 850 to 1000 占 폚 and holding the steel wire for at least 1 minute; And
And a step of tempering the austenitized wire material at a temperature of from 25 to 80 ° C and then tempering at a temperature of from 350 to 500 ° C.
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