KR20090128547A - 고특성을 갖는 기계부품의 냉간성형을 위한 양호한 수소저항성을 갖는 마이크로합금 철강 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 철강은 몰리브덴의 중량 함량을 0.45 중량% 미만으로 유지하기 위해, 화학적 조성이 철 및 철강 제련에서 기인되는 잔여 불순물을 제외하고 하기 중량%로 존재하는 것을 특징으로 한다: 0.3 ≤ C% ≤ 0.5, 0.20 ≤ Mo% < 0.45, 0.4 ≤ Mn% ≤ 1.0, 0.4 ≤ Cr% ≤ 2.0, 0.04 ≤ Ni% ≤ 0.8, 0.02 ≤ Nb% ≤ 0.045, 0.03 ≤ V% ≤ 0.30, 0.02 ≤ Ti% ≤ 0.05이고, Ti > 3.5N, 0.003 ≤ B% ≤ 0.005, S% ≤ 0.015, P% ≤ 0.015이며, 임의로 0.05 ≤ Si% ≤ 0.20; Al% ≤ 0.05 및 N% ≤ 0.015이다. 연속 주조에서 산출되는 열간 압연된 선재를 냉간성형함으로써, 열처리후, "즉시사용"하는 주조된 부품, 예컨대 자동차 산업에서 캡 스크류에 같이, 양호한 수소 취성 저항성을 갖는 동시에 1200 내지 1500 MPa 또는 그 이상의 인장강도를 가지며, 특히 조절된 "원료" 제조 원가를 갖는 부품의 수득이 가능한다.

몰리브덴, 수소 취성, 냉간 성형

Description

고특성을 갖는 기계부품의 냉간성형을 위한 양호한 수소저항성을 갖는 마이크로합금 철강{Microalloyed steel with good resistance to hydrogen for the cold-forming of machine parts having high properties}

본 발명은 자동차 산업에서, 차량의 접지 또는 엔진 부품 조립에 통상적으로 사용되는 스크류, 볼트 등의 조립 부품을, 특히 코이닝(coining)에 의해 냉간 성형하여 제조하는데 사용되는 마이크로합금 철강에 관한 것이다.

잘 알려져 있는 바와 같이, 자동차 산업은 엔진의 중량을 줄임과 동시에 파워를 증강시켜 엔진 부품의 크기를 감소시키려는 노력을 계속해 왔다. 이러한 부품은 여전히 동일한 기계적 스트레스가 부과되므로, 높은 기계적 성질, 특히 높은 인장강도를 가져야 한다.

지금까지, 예컨대 차량 고정에 사용되는 대부분의 마이크로 합금 강철들을 사용함으로써 클래스 10.9에 이르는, 즉 1000 MPa 이상의 인장강도를 갖는 스크류를 얻을 수 있었다. 상기 강도는 이미 상당히 높지만, 부품 조립단계에서 스크류를 조임으로써 약 100 내지 200 MPa 정도 더 인위적으로 증가시킬 수 있다. 그러나 이러한 실무를 인장강도를 원하는 만큼 증가시키기 위한 해법으로 사용할 수는 없다.

제조 야금학을 강조하는 소위 "자연스러운(natural)" 방법으로 지칭되는 다 른 방법은 철강내 수소 존재와 관련된 취성 문제에 직면하였다. 알려진 바와 같이, 철강내 수소가 지연된 또는 때로는 즉각적인 파열 기전의 원인이 되어, 사용되고 있는 부품에 어느 정도의 스트레스가 적용될 때 파열을 초래한다.

매우 높은 기계적 특성(1300 MPa 이상의 강도)을 갖는 스크류를 제조하기 위한 마이크로 합금 강철은 그 수소 저항성을 개선하도록 이미 제안되었다. 예컨대 1991년 12월부터 미국 특허문헌 5,073,338호는 몰리브덴을 최소한 0.5 중량%로, 1중량%까지 추가하는 것을 개시하였다.

그러나 코이닝되는 동안 철강에 주어지는 열처리로 인해, 금속 매트릭스 일부에 다량의 몰리브덴 카바이드가 축적되고, 이는 철강구조를 약화시키며, 따라서 원하는 기계적 특성이 얻어지지 않는 우려가 있었다. 다른 문제점으로, 이 경화 원소가 다량으로 존재하기 때문에, 이에 따른 철강의 강도 증가에 따르는 냉간 변형성의 감소를 들 수 있다. 또한 몰리브덴은 상당히 고가로 시판되고 있어, 이 원소의 철강에의 다량 도입은 제조 원가의 상승을 유발한다.

이러한 문제점에도 불구하고, 상기 문헌에 개시된 고정용 마이크로 합금 철강은 1300 MPa 이상의 기계적 강도 수준을 달성할 수 있기 위해, 몰리브덴을 다량갖는 방향으로 유지되고 있는 것으로 보인다. 예컨대 2001년 2월에 발행된 일본특허공개공보 2001032044호는 몰리브덴이 1.5 내지 3 중량%로 존재하는 것을 개시하고 있다. 또한 유럽 특허공개공보 1746177호는 몰리브덴 함량이 6%까지 상승되며, 0.5 중량% 이하로는 될 수 없는 것을 보이고 있다.

이상과 같은 선행기술들을 통해, 야금학적 방법을 통해 수소 저항성을 손상 시킴없이 높은 기계적 강도를 갖는 부품을 제조하기 위한 마이크로합금 철강을 고안하는 것은 비교적 쉬우나, 의도적으로 낮은 몰리브덴 함량을 갖는 철강으로 이러한 결과를 얻는 것은 훨씬 어렵다는 것을 보여준다.

본 발명은 선행기술에서 사용된 접근방법과 대조적으로, 몰리브덴이 의도적으로 0.45중량% 미만으로 존재하는 경제적인 마이크로 합금 철강을 제공하며, 이는 양호한 수소 저항성을 가지며, 이를 사용하여 제조되는 최종 즉시 사용 부품은 양질의 기계적 특성을 갖는다.

이를 위해 본 발명은 고 품질을 갖는 기계 부품의 냉간 성형을 위해, 수소 취성에 대해 양호한 저항성을 갖는 마이크로합금 철강에 관한 것으로, 이는 몰리브덴의 중량 함량을 0.45 중량% 미만으로 유지하기 위해, 그 화학적 조성이 철 및 철강의 제련(smelting)에서 기인되는 필연적인 잔여 불순물을 제외하고 하기 중량%로 존재하는 것을 특징으로 한다:

0.3 ≤ C% ≤ 0.5

0.20 ≤ Mo% < 0.45

0.4 ≤ Mn% ≤ 1.0

0.4 ≤ Cr% ≤ 2.0

0.04 ≤ Ni% ≤ 0.8

0.02 ≤ Nb% ≤ 0.045

0.03 ≤ V% ≤ 0.30

0.02 ≤ Ti% ≤ 0.05이고, Ti > 3.5N

0.003 ≤ B% ≤ 0.005

S% ≤ 0.015

P% ≤ 0.015이며,

임의로 0.05 ≤ Si% ≤ 0.20; Al% ≤ 0.05 및 N% ≤ 0.015이다.

본 발명은 또한 빌렛(billet) 또는 블룸(bloom) 형태로 연속 주조에서 생성되고 상기 화학적 조성을 갖는 마이크로합금 철강으로 제조된 긴 압연 철강 제품(선재(wire rod) 또는 바)에 관한 것이며, 이는 냉간 성형에 의한 전환 및 퀀칭(quenching) 및 템퍼링 열처리 후, 1200 내지 1500 MPa 이상의 기계적 강도를 가지며, 양호한 수소 저항성을 나타낸다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 화학적 조성을 갖는 마이크로합금 철강으로 제조되고, 바람직하게는 빌렛 또는 블룸 형태로 연속 주조에서 생성되는 긴 압연 철강 제품(선재(wire rod) 또는 바(bar))으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 양호한 기계적 특성 및 수소 저항성을 갖는, 코이닝에 의해 냉간 성형된 즉시 사용(ready-to-use) 기계 부품을 제공하는 것이다.

또한 바람직하게 상기 기계부품은 자동차 산업에서 조립에 사용되는 캡 스크류(cap screw)이다.

본 발명의 경우, 0.20 내지 0.45 중량% 범위의 몰리브덴은, 이 특정 원소와 철강의 화학적 조성에 존재하는 다른 원소들 즉 한편으로는 니오브, 바나듐 및 티탄(이들 모두는 철강 구조의 입자 경화 및 입자 제련에 좋도록 침전 상태로 존재한다), 다른 한편으로 철강의 경화를 증강시키기 위해 존재하는 붕소와의 상승작용을 일으키기에 충분하며, 코이닝이나 다른 방법에 의한 냉간 성형에 적당한 열처리의 표준 조건하에 양호하고 우세한 마르텐사이트(martensite) 마이크로 구조를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 의해 따르는 낮은 몰리브덴 함량을 갖는 조성물의 제련 루트는 선행기술보다 더 높은 함량의 수소를 견딜 수 있는 마이크로합금 철강을 생성하는 점이 주목된다. 이를 위해, 본 조성물은, 수소와 관련된 문제에 대해 더 이상 하나의 종래 접근에 의한 것이 아니라, 즉 세개의 서로 다른 루트에 의해 이 원소를 포획하도록 적정화된다. 수행된 연구는 실제 철강의 수소 저항성이, 마이크로구조의 화학적 조성과 같은 다양한 독립적인 인자로부터 결과될 수 있을 뿐 아니라, 부품이 사용되기 전에 철강내 이미 존재하는 수소양에 의존함을 보여주었다.

본 발명에 따른 수소는 하기 세 루트를 통해 처리된다:

1- 포획. 본 발명에 따른 조성은 철강의 구조를 취약하게 하고 기계적 강도를 손상시키는 동일한 타입의 카바이드들이, 단일 위치에서 응집되는 것을 방지하기 위해, 수소 포획을 증가시키고 다양화시키는 특징을 갖는다. 특히 상기 조성물은 이를 위해, 니오브, 티탄, 크롬 및 바나듐도 포함하고 있으므로, 몰리브덴은 더이상 우선적인 수소 포획자가 아니다.

2. 분포. 붕소, 니오브, 몰리브덴, 바나듐 및 티탄과 같은 원소들은 입자 정제를 허용하여, 수소 저항성을 증가시킬 수 있다. 특히 입자 미세성의 증가는 입자 경계의 표면적을 증가시키므로, 수소가 철강내에 더 잘 분포되고, 따라서 덜 유해해진다.

3. 제거. 코이닝 관점에서 물질의 준비 단계 동안 철강내로 도입된 수소는 부분적으로 본 발명에 따른 철강으로 제조된 주조된 부품상에서 수행되는 최종 퀀칭 및 템퍼링 열처리 동안 부분적으로 제거된다. 템퍼링 온도의 증가는 이러한 탈가스화를 촉진한다. 이러한 증가는 이 방향으로 진행시키는 경화 원소들, 예컨대 바나듐, 티탄, 몰리브덴, 니오브 및 니오브 및 몰리브덴과의 상승작용을 통한 붕소의 존재에 의해 가능하다. 본 발명에 따른 조성물은 약 400℃ 이상의 템퍼링 온도를 가능하게 한다.

따라서, 예컨대, 냉간 코이닝에 의한 캡 스크류의 제조시, 조이기 전에 스크류의 기계적 강도를 더 높이는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 철강 등급으로 제조된 "즉시 사용" 부품은 실제, 특별한 어려움없이, 최종 인장강도 1200, 또는 심지어 1500 MPa를 가지며(최종 열처리에 부과될 온도 세팅에 의존해 더 높을 수 있다), 최소한 반 정도의 중간 크기의 강도, 또는 바람직하게 코이닝 직전에 수행되는 구상화 처리(spheroidization)어닐링이 끝날때 단지 1/3의 강도를 미리 나타냄으로써, 코이닝 작업을 수월하게 할 수 있다.

본 발명은 하기 자동차 산업에 사용되는 예시적인 스크류 실시형태를 통해 더욱 상세히 설명된다.

철, 0.45 중량% 미만의 몰리브덴 및 하기 조성을 갖는 마이크로 합금 철강을 사용하고, 연속 주조에 의해 철강 밀을 사용하여 긴 반제품(빌렛 또는 블룸)을 제조하였다:

- 0.3 내지 0.5 중량%의 탄소.

0.3 중량% 미만인 경우, 조성물내 존재하는 다른 원소들의 함량 및 목적하는 고 템퍼링 온도의 측면에서, 원하는 높은 강도가 달성될 수 없다. 0.5 중량% 이상의 경우, 경도의 증가로 인해 취성 우려가 상승된다.

- 0.20 중량% 이상, 0.45 중량% 미만의 몰리브덴.

몰리브덴은 인과 강하게 반응하여 입자 경계에서의 분리를 제한함으로써 그 유해한 영향을 제한한다. 또한 현저한 카바이드 형성능을 나타낸다. 주어진 기계적 특성에서, 더 높은 템퍼링 온도를 허용하며, 결과적으로 수소를 포획하는 카바이드의 전개를 촉진한다. 따라서 지연된 파열에 대한 저항성을 증가시킨다.

- 0.4 내지 1.0 중량% 망간.

망간 함량을 증가시키면, 일반적으로 철강의 지연 파열 저항성을 감소시키는 경향을 나타낸다. 황과의 상호작용에 의해 망간 설페이트를 형성하는 것에 기인한다. 1% 망간에 가까운 역가를 초과하면, 적절한 조치가 취해지지 않는 경우, 황과의 상호작용은 철강의 수소 취성을 증가시킨다. 망간은 철강의 경화에 유리한 효과를 나타내므로, 원하는 최종 기계적 성질을 갖는 부품을 생산할 수 있다;

- 0.015% 이하의 인.

인은 여러 이유에서 특히 본 발명에 따른 철강에 유해한 영향을 나타낸다. 수소 재조합 효과에 의해, 물질을 통과하여 사용중 부품의 지연 파열 위험을 증가 시킬 수 있는 원자 수소를 고농도로 존재하도록 한다. 또한 입자 경계에서 분리에 의해 부착을 줄인다. 따라서 인의 함량은 필수적으로 매우 낮게 유지하여야 한다. 이를 위해 철강을 액체 상태에서 제련하는 동안 인이 제거되도록 조치가 취해야 한다.

- 0.05 내지 0.2% 실리콘.

실리콘은 철강이 액체 상태로 용융하는 동안 탈산제(deoxidzer)로 작용한다. 고화된 금속내 금속 용액으로 존재하여 철강의 강도를 증가시킨다. 그러나 너무 높은 함량에서는(0.2% 초과), 유해한 효과를 가진다. 예컨대 구상화처리와 같은열처리동안, 실리콘은 과립간 옥사이드(intergranular oxide)를 형성하는 경향을 가지며, 따라서 입자 경계의 부착을 경감한다. 실리콘의 함량이 너무 높은 경우 매트릭스를 과하게 경화하여 철강의 냉간 변형성을 감소시킨다. 주로 이 이유로 본 발명에 따른 철강의 경우, 그 최대 함량을 0.2%로 한다.

- 0.05% 이하의 알루미늄.

알루미늄은 액체 상태의 철강의 탈산제이다. 니트라이드 형태로 열간 압연되는 동안 오스테나이트 입자 조대화(austenitic grain coarsening)을 조절한다. 다른 한편, 너무 많은 양으로 존재하면 철강내 알루미네이트 타입 게재물의 조대화를 초래하여 금속의 성질 특히 그 강인성에 유해하다.

- 0.4 내지 2.0% 크롬

크롬은 일반적으로 경화 효과에 바람직하다. 몰리브덴과 마찬가지로, 템퍼링중에 유연화를 지연시키며, 탈가스 및 수소를 포획하는 카바이드 형성에 유리한 높 은 템퍼링 온도를 허용한다. 함량이 너무 높은 경우, 철강 강도를 지나치게 상승하여, 코이닝으로 철강을 형성하기 어려워진다.

- 0.04 내지 0.8% 니켈

이 원소는 금속 강도를 증가시키며, 부서지기 쉬운 파열에 대한 저항에 유익한 효과를 가진다. 또한 공지된 방식으로 철강의 부식 저항성을 개선한다.

- 0.02 내지 0.045% 니오브, 0.03 내지 0.30% 바나듐, 0.02 내지 0.05% 티탄.

이들 세 원소들은 물질의 경도를 증가시키기 위해 액체 철강내로 첨가된다. 주어진 범위내에서, 이들은 여러 경로로 지연 파열에 대한 저항성을 증가시킨다. 또한 오스테나이트 입자 정제에 기여하며 수소를 포획하는 침전을 형성한다. 또한 니오브는 인을 포획한다. 최종적으로 각 원소의 경화 효과는 고온에서 템퍼링 공정을 수행할 수 있게 한다. 최대 함량은 지연된 파열에 대한 철강저항성을 열화시키는 너무 큰 사이즈의 침전 형성을 방지하기 위해 적시되었다.

특히 니오브(niobium)는 너무 많은 양으로 첨가될 경우, 연속 주조시 빌렛이나 블룸의 표면에 "크랙(crack)" 결함이 발생할 우려를 증가시킨다. 이 결함은, 완전히 제거되지 못하는 경우, 최종 제품의 성질, 특히 피로강도 및 수소 저항성에 매우 유해한 영향을 나타낸다. 따라서 그 함량은 0.045% 이하로 제한되어야 한다.

- 0.003 내지 0.005% 붕소.

붕소는 매우 낮은 함량에서, 전술한 오스테나이트 입자 경계에서의 분리에 의해, 수소-유발 지연된 파열에 대한 저항성을 증가시킨다. 붕소는 철강의 고화성 을 매우 증가시켜 원하는 마르텐사이트 마이크로구조를 얻는데 필요한 탄소 함량을 제한 할 수 있다. 이는 그 고유의 효과 및 입자 경계에서 인 분리를 더욱 어렵게 함으로써, 입자 경계의 부착을 증가시킨다. 최종적으로 붕소는 몰리브덴과 니오브와 상승적으로 작용하여, 이들 원소의 효과를 상승시키고, 각각의 함량이 허용하는 고유의 영향을 증가시킨다. 너무 과량으로 존재하면(0.005% 초과시) 부서지기쉬운 철 보로카바이드를 형성시킨다;

- 0.015% 이하의 황.

황은 철강에 있어서, 수소 존재하에 모든 유해성을 나타내는 독인데, 수소와 부가적, 즉 협동적 효과를 가져, H₂S를 형성하며, 이로써 습윤한 환경에서 부품을 신속하게 물리적으로 열화시키며, 이는 중단시킬 수 없다. 이러한 효과는 또한 인보다 더 현저하다. 따라서 함량은 거의 0가 되도록 가능한 한 최대한으로 제한하여야 하며, 어떠한 경우에도 0.015%를 초과해서는 안된다. 따라서 철장은 철강 밀내 액체상태로 용융하는 동안 주의깊게 탈황상태로 존재하도록 하여야 한다.

- 150 ppm 미만의 질소.

질소도 유해하다. 이는 붕소를 포획하여 붕소니트라이드를 형성하며, 철강의 강화에 있어서 이 원소의 역할을 무용화시킨다. 그럼에도 불구하고, 소량으로 첨가하여, 특히 티탄 니트라이드(TiN) 및 알루미늄 니트라이드(AlN)을 형성함으로써, 철강이 겪는 열처리동안 과잉의 오스테나이트 입자 조대화를 방지할 수 있게한다. 유사하게, 이 경우 수소 포획에 기여하는 카보니트라이드 침전물의 형성을 허용한 다.

이러한 적정화된 조성은 매우 양호한 수소 저항성을 갖도록 할 뿐 아니라 동시에, 최종 열처리후 바로 사용할 수 있는 제조된 부품으로 전환되는 최종 철강의 기계적 강도가 1200 MPa 이상, 심지어 1500 MPa을 초과하도록 하며, 이러한 전환이 표준 방법으로 수행될 수 있게 한다.

필요한 경우 1100℃ 이상으로 재가열한 후, 반가공 철강제품(블룸, 또는 더욱 일반적으로 빌렛)은 표준 실무에 따라 오스테나이트 영역에서 열간 압연되어 길게 말려진 제품이 수득되며, 실온으로 냉각후 소비자에게 바로 송출될 수 있다. 이러한 긴 철강 제품은 바의 형태, 더욱 일반적으로는 원하는 응용에 따라 코일형 선재 형태이다.

선재는 이후 대략적으로 하기의 통상의 방식에 따라 냉각 코이닝에 의해 스크류로 전환된다:

전환기가 와이어를 수납하고, 기계적 디스케일링(descaling, 또는 산세척, 임의로 중화가 후속)한 후, 와이어 상에서 중성 공기(예컨대 질소하)에서 어닐링한다. 이후 와이어를 디그리스(degrease)한 후, 표면 전코팅, 통상 인처리 및 비누처리(soapng)이 있는 경우, 대략적인 제선(wire-drawing)으로 알려진 첫번째 제선 공정을 수행한다. 이러한 제선 공정 동안, 와이어의 직경은 약 30% 감소한다.

수득된 상기 대체적으로 제선된 와이어를 그 경도를 일시적으로 저하시켜(약 500 MPa의 중간 Rm), 코이닝 공정중 도구를 보호하여 후속하는 성형과정을 촉진할 수 있는 구상화처리를 수행한다. 이러한 첫번째 열처리는 이후 제2 제선 공정에 대 한 측면에서 산세척, 인처리 및 비누처리가 후속된다. 이는 마감 제선 공정으로, "최종 크기화" 제선 공정으로 알려져 있다. 직경 감소는 이전보다 더욱 적당하며, 일반적으로 10% 미만이다.

약 500 MPa의 일시적으로 약화된 강도를 갖는 와이어는 이후 쉽게 냉간 코이닝된다. 이러한 코이닝된 스크류는 먼저 인제거 처리하고, 이후 최종 퀀칭 및 템퍼링 열처리를 수행하며, 또한 최종적으로 선(thread)의 외관을 갖도록 최종 롤링 처리한다. 롤링은 열처리 전 또는 후에 수행할 수 있다. 템퍼링은, 제조된 즉시 사용(ready-to-use) 스크류에 기대되는 최종 인장강도, 즉 Rm이 1200 내지 1500 MPa 이상이 되는데 방해가 됨 없이, 바람직하게 표준 실무보다 더 높은 온도인, 즉 약 400℃ 이상에서 수행될 수 있다. 물론 템퍼링이 더 높은 온도에서 수행될 수록, 최종 Rm은 낮아진다.

스크류의 표면을 세척하고, 인층으로 코팅하거나, 적절한 경우 다른 적합한 화학적 또는 전기화학적 코팅재로 코팅한다.

양호한 수소 저항성을 제공하기 위해, 본 철강을 특히 제련하는 경우, 제선 전환 공정동안 되도록 적은 수소가 도입되는 것이 바람직하다. 그러나 이러한 코이닝된 부품 및 코팅된 부품의 전환 공정은 통상 자연적인 수소-도입 생성제로 수행된다. 예컨대, 산세척 동안, 베쓰 파라미터(온도, 산 종류 및 농도, 철 오염 정도, 방해제 함량 등)는 철강내 수소 도입에 영향을 미친다. 유사하게 인 처리는 수소생성제이므로, 이 전환단계에서 금속에 의한 수소 도입이 되도록 많이 제한되도록 처리 파라미터를 적정화하는 것이 바람직하다. 당업자의 기술상식은 퀀칭전 어스테나 이트화 단계 동안 중요한 역할을 할 것이다. 특히 이 성형단계는, 적당한 주의를 기울이지 않는 경우, 상당한 양의 수소가 철강내로 도입되도록 하는 것으로 나타났다.

본 발명에 따른 마이크로합금 철강의 조성을 기존 철강에 대해 하기 표에 나타내었다.

하기 화학적 조성(중량%)를 갖는 주조물에 대해 실험실 검사를 수행하였다.

	C	Mn	P	S	Si	Cr	Mo	Nb	V	Ti	B
A	0.36	0.48	0.006	0.008	0.07	1.17	0.55	0.035	0.13	0.02	0.0025
B	0.37	0.79	0.014	0.01	0.08	1.20	0.31	0.033	0.11	0.02	0.0026
C	0.36	0.64	0.013	0.01	0.08	1.11	0.45	0.037	0.11	0.02	0.0025
D	0.38	0.79	0.006	0.007	0.07	1.16	0.20	0.035	0.14	0.02	0.0024
42CD4	0.41	0.87	0.011	0.005	0.22	1.04	0.15	-	-	-	-

상기 각 경우에서, Al ≤ 0.05%이고, N ≤ 0.015%이다.

그 제조공정에 의존하여, 특히 스크랩 철로부터 제련하는 경우, 철강은 0.15%까지의 구리를 포함할 수 있다.

주조물 A 및 42CD4는 선행 기술에 공지된 철강이다. 주조물 B, C 및 D는 본 발명에 따른 철강 등급의 예이다.

기존 등급 A는 특히 0.5%를 초과하는 몰리브덴 함량을 가지며, 공지 철강 42CD4는 니오브나 바나듐 또는 티탄 또는 붕소를 포함하지 않는다.

수득된 최종 부품의 기계적 성질을 다음표에 나타내었으며, △(Z)는 네킹(necking)을 나타낸 것이다:

	Tt(℃)	Rm(MPa)	△(Z)(%)
A	> 400	1538	< 5
B	> 400	1532	< 5
C	> 400	1545	< 5
D	> 400	1535	< 5
42CD4	> 400	1505	16.5

두번째 칼럼의 Tt는 최종 부품의 퀀칭후 템퍼링 온도를 의미한다. 세번째 칼럼의 Rm은 표준 검사 시료에 대해 수행된 인장 시험으로 측정된 인장강도이다.

지연된 파열에 대한 저항성에 관하여(마지막 칼럼), 이들 결과는 수소로 로딩되거나 로딩되지 않은 표준화된 검사 시료에 대해 느린 인장 검사(통상 5 mm/분에 대해 0.005 내지 0.01 mm/분)에 의해 수득되었다. 수소 로딩 조건은 상기 테스트된 모든 5개 등급에 대해 동일하였다. 테스트 시료에 도입된 수소량은 코이닝 공정에 의해 도입된 수소양보다 더 크다. 지연 파열에 대한 저항성은 △(Z)로, 즉 로딩되지 않은 검사 시료의 평균 Z에서 로딩된 검사 시료의 평균 Z를 뺀 값으로 표현되며, Z는 그 신장 동안 파열중에 검사 시료의 네킹의 척도이다. 환언하면, 철강에 수소를 로딩하였을때 네킹 감소가 클 수록(즉 △(Z)가 높을수록), 철강은 지연 파열에 덜 저항적이다.

관찰된 바와 같이, 본 발명의 B, C 및 D 철강은 0.5% 이상의 몰리브덴을 포함하는 공지 철강 A에 동등한 수소 저항성 및 기계적 강도를 얻을 수 있다. 몰리브덴을 거의 포함하지 않으며, 또한 니오브, 바나듐, 붕소 또는 티탄을 포함하지 않는 공지 등급 42CD4는 기계적 강도의 측면에서 양호한 결과를 산출하나, 수소 저항성은 만족스럽지 않다.

본 발명에서 정의된 조건으로 존재하에서 티탄, 붕소, 바나듐 및 니오브와 같은 원소들의 존재는, 낮은 몰리브덴 함량을 갖는 철강 조성이 높은 기계적 성질 및 지연 파열에 대한 개선된 저항성을 나타내는데 필수적이다.

본 발명에 따른 마이크로합금 철강은 따라서 양호한 냉각 기계적 변형성(코 이닝 또는 단조) 및 양호한 수소 저항성(지연된 파열에 대한 저항성)을 가지며, 퀀칭 및 템퍼링 열처리 이후, 매우 높은 인장 강도를 갖는 즉시 사용 기계 부품을 수득할 수 있다.

특히 선재에 일시적으로 저강도(예를 들어 550 MPa) 및 높은 유연성을 유지할 수 있게 하며, 이후 냉각 코이닝 및 통상적인 퀀칭/템퍼링 열처리를 통해 즉시 사용하는 부품으로 전환되며, 이는 3배 더 높은(1500 MPa 이상) 수준의 기계적 강도를 가지고 양호한 유연성을 가진다.

따라서 본 발명의 철강은, 양호한 기계적 특성을 요구하는 조립부품, 예를 들면 선재 또는 더욱 일반적으로, 빌렛 또는 블룸의 형태로 연속 주조하여 제조되는 열간 압연된 긴 철강 제품으로 조건화되는 경우, 자동차 산업에서 스크류 등의 산업적 제조에 사용되는 원료물질을 구성한다.

본 발명은 상기 실시예에 제한되지 않으며, 첨부된 청구범위에 주어진 조건을 갖는 한 다양한 변형체 및 균등물에 확장된다.

따라서 본 발명은 처음에는 움직이는 차량의 필수적인 부품의 시간에 따른 저항성 문제에 직면한 자동차 산업에서 표출된 특정 요구에 부응하기 위해 고안된 것이나, 양호한 수소 취성 저항성과 정규화된 높은 인장강도(1200 MPa 이상의 Rm)가 요구되는 한, 리벤, 클립, 스테이플과 같은 다양한 고정물과 같은 소형 및 중형 크기의 어떠한 기계 부품의 생산에도 일반적으로 응용될 수 있다.

Claims (7)

1. 고 품질을 갖는 기계 부품의 냉간 성형을 위해 수소 취성에 대해 양호한 저항성을 갖는 마이크로합금 철강으로서, 몰리브덴의 중량 함량을 0.50 중량% 미만으로 유지하도록, 화학적 조성이 철 및 철강 제련에서 기인되는 잔여 불순물을 제외하고 하기 중량%로 존재하는 것을 특징으로 하는 마이크로합금 철강:

   0.3 ≤ C% ≤ 0.5

   0.20 ≤ Mo% < 0.45

   0.4 ≤ Mn% ≤ 1.0

   0.4 ≤ Cr% ≤ 2.0

   0.04 ≤ Ni% ≤ 0.8

   0.02 ≤ Nb% ≤ 0.045

   0.03 ≤ V% ≤ 0.30

   0.02 ≤ Ti% ≤ 0.05이고, Ti > 3.5N

   0.003 ≤ B% ≤ 0.005

   S% ≤ 0.015

   P% ≤ 0.015이며,

   임의로 0.05 ≤ Si% ≤ 0.20; Al% ≤ 0.05 및 N% ≤ 0.015이다.
2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로합금 철강은 열간압연되며 블룸 또는 빌렛 형 태로 연속주조하여 생성되는 바 또는 선재 형상인 것을 특징으로 하는 마이크로합금 철강.
3. 제1항의 마이크로합금 철강으로 제조되며, 냉간성형에 의한 전환 및 퀀칭과 템퍼링 열처리를 통해, 1200 내지 1500 MPa 또는 그 이상의 기계적 강도 및 양호한 수소 저항성을 나타내는 것을 특징으로 하는 철강 선재 또는 바.
4. 제3항의 선재로부터 냉간성형에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 즉시 사용 기계부품.
5. 몰리브덴의 중량 함량을 0.45 중량% 미만으로 유지하기 위해, 화학적 조성이 철 및 철강 제련에서 기인되는 잔여 불순물을 제외하고 하기 중량%로 존재하는 마이크로합금 철강으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 높은 기계적 성질 및 수소저항성을 가지며, 냉간 성형으로 제조된 즉시 사용 기계부품:

   0.3 ≤ C% ≤ 0.5

   0.20 ≤ Mo% < 0.45

   0.4 ≤ Mn% ≤ 1.0

   0.4 ≤ Cr% ≤ 2.0

   0.04 ≤ Ni% ≤ 0.8

   0.02 ≤ Nb% ≤ 0.045

   0.03 ≤ V% ≤ 0.30

   0.02 ≤ Ti% ≤ 0.05이고, Ti > 3.5N

   0.003 ≤ B% ≤ 0.005

   S% ≤ 0.015

   P% ≤ 0.015이며,

   임의로 0.05 ≤ Si% ≤ 0.20; Al% ≤ 0.05 및 N% ≤ 0.015이다.
6. 제5항에 있어서, 상기 기계부품은 캡 스크류인 것을 특징으로 하는 기계 부품.
7. 제6항에 따른 캡 스크류로서 자동차 산업에 의해 제조되는 차량의 엔진 부품 또는 접지부의 조립체를 이루는 구성요소인 것을 특징으로 하는 캡 스크류.