[논문]고장력볼트 냉간압조용 비조질강 특성에 관한 연구

이영선; 최정묵; 황범규; 정택우; 문영훈

고장력볼트 냉간압조용 비조질강 특성에 관한 연구
Mechanical properties and workability of micro-alloyed steel on cold forming of high tension bolt 원문보기

이영선 (한국기계연구원 부설 재료연구소) , 최정묵 ((주)진합, 기술연구소) , 황범규 (한국기계연구원 부설 재료연구소) , 정택우 (한국기계연구원 부설 재료연구소) , 문영훈 (부산대학교 기계공학부)

The importance and interests for saving of energy and cost in industry has been steadily grown up. Therefore, process optimization to reduce the processing step and energy is one of the most important things. The micro-alloyed steel of which post-heat-treatment is not necessary, has attractive points for high strength materials. However, for the application of non-heat-treated steel to structural parts, it is necessary to confirm the reliability of mechanical properties. In order to estimate mechanical properties. The microstructure, hardness, tensile strength, compressive strength and tensile fatigue strength of micro-alloyed steel having 900MPa tensile strength has been investigated.

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문제 정의

있다. 따라서, 본 연구에서는 2가지 비조질강을 사용할 경우 단조품의 부위별 변형분포와 금형에 가해지는 웅력 등을 분석함으로써 금형강도 저하에 의한 생산성 저하문제에 대한 대책수립에 이용하고자 하였다.
본 연구에서는 9T급 고강도 볼트용 비조 질강으로 개발, 일부사용되고 있는 2가지 소재(선조질강, 비조질강)에 대해 압축 성형성을 분석함으로써 볼트 성형시 미칠 영향에 대한 연구를 수행하고 분석된 물성치를 이용하여 볼트성형시 발생될 수 있는 문제점에 대해 고찰해 보았다. 또한 각 비조 질강의 동적특성을 분석하기 위해 원소재 상태에서 피로시험을 수행하였다.
또한 각 비조 질강의 동적특성을 분석하기 위해 원소재 상태에서 피로시험을 수행하였다. 조질강과 비조질강과의 비교는 선행 연구결과들[1 ~9]이 많이 있기 때문에 본 논문에서의 기술은 생략하고자 한다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 인장-인장(R=0.D상태에서의 고주기 피로시험을 수행하여 각 소재의 피로한도를 분석하였다. 피로시험에 사용된 시험기는 250KN의 자기공명피로시험기로서 80Hz이상의 고소에서 시험을 수행하였다.
있다. 냉간단조용 비조질강에 있어서 합금성분은 탄소강에 비하여 탄소함량을 저감하고(약 Q.2wt% 내외) Mn의 함량을 증가시켜(약 1.5wt% 내외) 인성올 개선하고 제어압연과 제어냉각을 통하여 조직을 미세화시켜 압연 상태에서 필요한 강도와 인성을 확보한다. 또한 최종 제품의 강도는 신선 또는 냉간성형을 통한 가공경화를 통하여 확보되게 된다.
문제점에 대해 고찰해 보았다. 또한 각 비조 질강의 동적특성을 분석하기 위해 원소재 상태에서 피로시험을 수행하였다. 조질강과 비조질강과의 비교는 선행 연구결과들[1 ~9]이 많이 있기 때문에 본 논문에서의 기술은 생략하고자 한다.
비조 질강은 단조 후 또는 기계가공전 조질 열처리(담금질과 뜨임, Quenching and Tempering)을 통하여 기계부품의강도를 제어하던 기존의 방식에서 벗어나 합금 설계 및 제어압연/제어냉각 그리고 후속 가공공정을 통하여 부품의 강도를 확보할 수 있도록 함으로써 열처리 비용을 절약할 수 있도록 개발되었다.
성형된 부품의 부위별 특성차이에 대한 분석을 위해 압축시험에 통해 압축변형량과 위치에 따른 경도 변화를 정량적으로 분석하였으며 비조 질강의 신뢰도에 크게 영향을 미칠 수 있는 동적 특성에 대한 분석을 위해 피로시험을 수행하였다.
시제품 제조에 필요한 정보를 얻기 위해 전산해석을 수행하였다. 사용된 프로그램은 FORGE-2D &3D™ 으로서 강소성해석을 이용하여 4공정에 대한 성형해석과 각 공정의 금형응력을 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 비조질강은 일본의LH₈₅소재와 가장 유사한 특성을 나타내는 것으로 서로 비교하여 정리하면 인장강도와 연신율은Table 2와 같다.
연구에 사용된 소재는 Table 1에 나타낸 바와 같이 2가지 종류로서 저 탄소강을 기반으로 Si, Mn 성분을 함유하고 있는 것이 공통적이며 Cr함량이 다소 차이를 나타내고 있다. 또한 소재 “A”는 “B”와는 달이 냉간압조전 선조질(pre-quenching-tempering)처리를 통해 강도와 연심율을 향상시키고 선재의 부위별 재질편차를 감소시키는 효과를 도모하고 있는 것이 특징이다.
평가된 소재를 이용하여 제조된 부품은 M6 롱 볼트(Long Bolt)로서 Fig. 4와 같은 공정을 거쳐 제조하였다, 절단-전방압출-전방압출-업세팅-볼트성형의 4단 성형공정을 통해 최종제품으로 성형하였다. 그림에서 알 수 있듯이 볼트 머리(Head) 부분을 제외하고는 축부의 길이가 매우 길기 때문에 조질강을 이용할 경우는 부위별 잔류웅력 차이에 의해 치수변화를 나타낼 수 있음을 예측할 수 있다.
D상태에서의 고주기 피로시험을 수행하여 각 소재의 피로한도를 분석하였다. 피로시험에 사용된 시험기는 250KN의 자기공명피로시험기로서 80Hz이상의 고소에서 시험을 수행하였다.

데이터처리

수행하였다. 사용된 프로그램은 FORGE-2D &3D™ 으로서 강소성해석을 이용하여 4공정에 대한 성형해석과 각 공정의 금형응력을 분석하였다. Fig.

성능/효과

위해 반드시 필요한 항목이다. 따라서 본 연구에서는 인장-인장(R=0.D상태에서의 고주기 피로시험을 수행하여 각 소재의 피로한도를 분석하였다.
진행되고 있다. 이를 위해 수행된 본 연구는 경제적 효과와 환경적 효과를 동시에 만족시킬 수 있음을 확인하였다. 그러나, 소재의 변경에 따른 신뢰성 입증을 위해 소재 및 부품 단위의 신뢰성 데이터 생성이 추가 적으로 이루어져야 할 것이며 추가 연구진행이 이루어 질 것이다.

후속연구

이를 위해 수행된 본 연구는 경제적 효과와 환경적 효과를 동시에 만족시킬 수 있음을 확인하였다. 그러나, 소재의 변경에 따른 신뢰성 입증을 위해 소재 및 부품 단위의 신뢰성 데이터 생성이 추가 적으로 이루어져야 할 것이며 추가 연구진행이 이루어 질 것이다.

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