고강도 볼트 재료: 트렌드 및 최신 개발

요약: 고강도 볼트에 대한 수요가 증가하고 적용 분야가 확대됨에 따라 고강도 볼트 강재에 대한 성능 요구 사항도 높아졌습니다. 강재는 높은 강도를 보여줄 뿐만 아니라 안정적인 성능을 보장해야 합니다.

이 백서에서는 고강도 볼트의 연구 현황, 강화 메커니즘, 일반적으로 사용되는 소재에 대해 살펴보고 향후 개발 동향을 조명합니다.

볼트와 같은 패스너는 기계 부품을 연결하고, 위치를 지정하고, 밀봉하는 데 중요한 역할을 합니다. 볼트는 가장 널리 사용되는 패스너 유형입니다.

기계, 장비 및 건설 프로젝트가 지속적으로 확장되고 동력과 속도 측면에서 개선됨에 따라 볼트의 작업 조건과 응력 수준이 점점 더 까다로워지고 있습니다. 이로 인해 더 높은 강도의 볼트 강재가 필요해졌습니다.

예를 들어, 초임계 및 초초임계 발전 장치에 사용되는 고압 급수 펌프는 밀봉 및 압력 지지 기능이 증가하는 급수 압력 요구 사항을 충족할 수 있도록 더 강력한 볼트가 필요합니다.

고강도 볼트는 공공 건물과 같은 대형 건물 격자 구조물 건설에도 중요한 구성 요소입니다. 이러한 볼트는 교대 하중으로 인한 내부 힘을 교대로 전달하며 공공 안전과 직결됩니다.

자동차 및 오토바이에 사용되는 기존 볼트, 특히 엔진 볼트는 엔진의 높은 응력 요구 사항을 충족하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 고강도 볼트는 볼트의 크기와 무게를 줄여 차량 무게와 에너지 소비를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

또한 볼트의 높은 강도는 다른 자동차 구조물의 소형화 및 소형화에도 기여합니다.

결론적으로, 고강도 볼트는 광범위한 응용 분야에서 상당한 실용적 가치와 유망한 미래를 가지고 있습니다.

1. 고강도 볼트의 성능 지수

고강도 볼트의 강도 수준은 네 가지 범주로 나뉩니다: 8.8, 9.8, 10.9, 12.9입니다. 각 레벨별 볼트의 기계적 특성은 표 1을 참조하세요.

고강도 볼트강의 품질에 따라 현재 품질, 잠재적 품질, 최종 품질의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

• 현재 품질은 주로 낮은 변형 저항성, 우수한 강질, 쉬운 뒤집힘, 균열이 쉽게 발생하지 않는 공구 및 금형 손실 최소화 등 가장 기본적인 단조 특성을 말합니다.
• 잠재적 품질이란 최적의 비율을 선택하는 것을 말합니다. 합금 원소 그리고 업셋 전후의 열처리 공정을 간소화하거나 생략하면서도 현재의 품질을 보장합니다. 이 접근 방식은 기존 강철보다 더 나은 기능적 특성을 제공합니다.
• 최종 품질이란 고강도 볼트 강과 제품 볼트의 인장 강도가 높아서 늘어남, 파단, 미끄러짐, 마모에 견딜 수 있어야 한다는 요건을 말합니다. 소재는 처짐 및 노치 응력 집중과 같은 표면 품질 문제에 대한 민감도를 줄이기 위해 높은 가소성과 인성을 가져야 합니다.

습하거나 부식성이 있는 환경에서 작동하는 볼트는 지연 파단 민감도가 낮아야 합니다. 교번 및 충격 하중을 받는 볼트는 피로 및 다중 충격 파단에 견딜 수 있도록 높은 내피로성과 다중 충격 인장 저항성을 가져야 합니다. 극도로 추운 지역에서 작동하는 볼트의 경우 볼트 재료에 낮은 연성 취성 전이 온도가 필요합니다.

표.1 색인 고강도 볼트의 기계적 특성

고강도 볼트의 사용 조건에 따라 일반적으로 다음과 같은 기계적 특성에 대한 요구 사항이 있습니다:

1. 인장 강도가 높고 수율이 높아야 합니다.
2. 특히 조이는 동안 플라스틱 영역에서 충분한 가소성을 나타내야 합니다.
3. 반복적인 조임에 견딜 수 있어야 하며, 이는 큰 응력 진폭의 하중을 여러 번 견딜 수 있고 저주기 피로 성능이 우수해야 함을 의미합니다.
4. 교대로 작업 부하가 가해졌을 때 우수한 고주기 피로 성능을 보여야 합니다.
5. 충격 하중에 노출되었을 때 높은 충격 인성을 가져야 합니다.
6. 지연 골절 저항성이 우수해야 합니다.
7. 저온 저항성이 우수해야 합니다.
8. 크리프 저항성과 응력 이완 저항성이 우수해야 합니다.
9. 볼트는 다중 노치 부품이므로 노치 감도가 낮아야 합니다.
10. 안정적인 조립 예압을 얻으려면 안정적인 표면 마찰 계수를 유지해야 합니다.

2. 고강도 볼트 연구 현황

중국에서 고강도 볼트를 사용한 것은 비교적 최근의 일입니다. 1960년대에 일부 철도 교량에 처음 사용되었고 이후 1980년대에는 보일러 철골 구조물에 사용되었습니다.

1990년대에 중국은 외국 자동차와 생산 기술을 도입하기 시작했고 강도 등급 12.9, 인장 강도 1200MPa의 볼트를 발견했습니다. 항복 강도 의 1080 MPa를 달성했습니다. 당시 이 볼트는 자동차 볼트 중 가장 높은 강도 수준이었습니다.

FAW 그룹이 미국에서 크라이슬러 488 엔진을 수입한 후 플라이휠 볼트는 전량 수입에 의존하고 있었습니다. 국산화를 위해 FAW 그룹은 미국에서 플라이휠 볼트에 사용되는 소재와 독일 아우디 자동차에 사용되는 고강도 볼트의 성분을 비교하여 각각 ML35MnMo와 ML35CrMo에 해당하는 외국산 고강도 볼트 소재와 중국 내 기존 소재의 성분을 파악했습니다.

따라서 12.9 등급 플라이휠 볼트 소재의 국내 시험 생산을 위한 소재로 ML35CrMo가 선정되었습니다. 원료 표면의 탈탄층은 소재 필링 기술을 통해 제거했습니다. 냉간 업셋 단조 및 최종 담금질 테스트 후, 어닐링담금질 및 템퍼링 공정 테스트, 완제품 성능 테스트, 벤치 테스트, 하중 테스트를 거쳐 CA488 엔진 플라이휠 볼트와 동등한 특성을 가진 고강도 볼트를 개발하는 데 성공했습니다.

왕룽빈 등은 래스를 사용했습니다. 마르텐사이트 구조 를 사용하여 고강도 볼트의 성능을 개선할 수 있습니다. 또한 10.9 등급 이상의 고성능 볼트를 확보하고 부분적으로 교체할 수 있습니다. 담금질 및 템퍼링 고품질 구조용 강철. 저탄소 마르텐사이트(래스 마르텐사이트) 강철은 높은 강도, 가소성, 인성 및 낮은 노치 민감도로 널리 사용됩니다.

타이위안 철강은 자동차 및 표준 부품 산업을 위한 일련의 저탄소 마르텐사이트 패스너 강을 개발했습니다. 예를 들어, ML15MnVB, ML20MnVB, ML15MnB 및 ML15Mn은 8.8, 9.8 및 10.9 등급 고강도 볼트를 만드는 데 사용되어 좋은 결과를 얻었습니다.

렝 광롱과 그의 팀은 적절한 열처리 공정을 통해 저탄소 중합금강(22Cr2Ni4MoV)의 특성을 성공적으로 제어하여 인장 강도 1560MPa, 연신율 12%, 경도 45 HRC, 충격 에너지 60J를 달성했습니다.

그러나 이 소재로 만든 고강도 볼트는 볼트 재료의 기계적 특성에 대한 2500mm 4고 압연기의 요구 사항을 간신히 충족할 뿐입니다. 게다가 볼트의 평균 수명은 2개월에 불과해 내구성 측면에서도 만족스럽지 못합니다.

소재의 강도를 향상시키기 위해 판쭈이 등은 22Cr2Ni4MoV 소재를 활용하고 담금질+저온 템퍼링 또는 담금질+고온을 통해 화학적 조성, 구조 및 특성을 제어했습니다. 템퍼링 열처리 프로세스를 적용했습니다. 그 결과 강철의 강도, 가소성, 인성이 잘 맞아떨어졌습니다.

새로 개발된 고강도 볼트 강은 4단 반전 밀의 2500mm 범용 조인트 볼트에 사용할 수 있는 긴 수명을 제공합니다.

그러나 인장 강도가 1200MPa를 초과하면 지연 파괴가 심각한 문제가 됩니다. 고강도 볼트는 노치 부품으로 노치 민감도가 높기 때문에 노치 응력 집중 위치에서 지연 파괴가 발생하기 쉽습니다. 따라서 적용 범위가 제한적입니다.

이 문제를 해결하기 위해 후이 웨이준 등은 Mo 함량을 늘리고 미세 합금 원소 V와 Nb를 추가하는 동시에 Mn과 불순물 원소 P 및 S 함량을 줄였습니다. 42CrMo 재료 구성. 1300MPa의 강도 수준에서 지연 파단 저항성이 우수한 고강도 볼트강 ADF1을 개발했습니다.

추가 분석 결과 강철의 입자 크기가 약 12㎛에서 약 5㎛로 개선된 것으로 나타났습니다. 이러한 미세화는 Mo 및 V 카바이드의 2차 경화 효과 및 순환 열처리와 결합하여 노치 인장 임계 응력을 크게 증가시켰습니다.

따라서 합금 함량 조정, 내식성 합금 원소 추가, 입자 정제, 입자 경계 분리 감소, 템퍼링 온도 증가 및 침입 수소 중화를 통해 고강도 볼트의 지연 파괴 저항을 개선할 수 있다는 결론을 내릴 수 있습니다.

이러한 조치 덕분에 스미토모금속의 ADS 시리즈, 고베제철의 KNDS 시리즈, 중국철강연구소의 ADF 시리즈는 지연 파괴 저항성이 우수한 고강도 볼트강을 성공적으로 개발했습니다.

그러나 선진국에 비해 중국의 고강도 볼트 강재의 연구 개발 수준은 여전히 상대적으로 낙후되어 있습니다. 현재 12.9 등급 고강도 볼트에 대한 요구 사항을 충족할 수 있는 소재는 ML20MnVB, ML35CrMoV, 35CrMo와 같은 소재뿐입니다.

2005년 당시 중국은 국내에서 생산되는 고강도 볼트강이 부족해 자동차 엔진에 사용되는 12.9등급 커넥팅로드 볼트를 전량 수입하고 있었습니다.

후이 웨이준 등이 42CrMo를 기반으로 한 1300MPa 고강도 볼트 소재인 42CrMoVNb를 개발했지만, 실제 적용 시 성능은 더 많은 연구가 필요합니다.

그리고 재료 속성 서비스 환경에 따라 필요한 고강도 볼트는 달라집니다.

양 싱린과 그의 동료들은 해양 환경에서 고강도 볼트에 사용되는 35CrMnSiA 소재가 사용 중 파손되기 쉽다는 사실을 발견했습니다.

분석 결과 볼트 파손은 일반적인 문제가 아닌 수소 취성볼트 재질에 해양 대기 및 바닷물의 심한 부식으로 인한 부식에 대한 응력이 가해집니다.

코팅을 교체하고 완제품의 감지 수준을 개선하면 응력 부식 균열에 대한 볼트의 내성을 향상시킬 수 있다고 제안되었지만 다음과 같은 문제가 있습니다. 재료 성능 결함이 해결되지 않은 채로 남아 있습니다.

팡동과 그의 팀은 서비스 환경을 고려한 끝에 35CrMnSiA를 대체하기 위해 16Co14Ni10Cr2Mo 소재를 선택했습니다.

이 강철은 고강도, 우수한 가소성, 인성 및 우수한 전반적인 성능을 자랑합니다.

항공 분야에서는 널리 사용되어 왔지만, 대형 단면 볼트 제조에 활용되어 해양 환경에 적용되는 것은 이번이 처음입니다.

모의 해양 환경 테스트 결과, 16Col4Nil0Cr2MoE 강으로 제작된 M56 볼트는 저온 취성 또는 노치 취성으로 인해 파단되지 않는 것으로 나타났습니다. 또한 코팅이 마모되더라도 조임 전 상태에서는 응력 부식 균열 및 과부하 파단이 발생하지 않으며, 정상 작동 시에도 과부하 파단이 발생하지 않습니다.

볼트 제품은 실제 사용 시 1년간 안전하게 사용할 수 있습니다. 고강도 볼트에 대한 중국 학자들의 연구는 수소 취성 파괴 메커니즘, 열처리 공정 개선 및 고강도 볼트의 고장 분석에 중점을 두었습니다. 이 연구는 향후 고강도 볼트 소재 개발에 중요한 토대를 제공합니다.

고강도 볼트 소재의 성능은 합금과 미량 원소에 크게 좌우됩니다. 연구에 따르면 0.02% Ti와 같은 미세 합금 원소를 비급냉 및 강화강에 첨가하면 가열 및 열간 가공 시 입자 성장을 방지하고 냉각 시 매트릭스를 강화하는 상을 침전시켜 강철의 전반적인 특성을 개선할 수 있습니다.

그러나 모든 침전물이 강철의 종합적인 특성을 향상시키는 것은 아닙니다. 열 스케일과 Dicta 소프트웨어를 사용하여 미세합금강 40MnV의 침전량을 계산했습니다.

전해 분석, X-선 회절 및 투과 전자 현미경을 통해 침전물의 구성, 형태 및 분포를 연구했습니다. 그 결과 강철에 소량의 N과 Ti가 있으면 고액 2상 영역에서 50nm 크기의 거친 TiN 입자가 침전될 수 있음을 알 수 있었습니다.

글래드먼의 이론에 따르면 고액 2상 영역에서 침전된 (Ti, V) (C, N) 입자는 가열 중 입자 성장을 방지할 수 없습니다. 대신 이러한 거친 입자는 강철의 특성에 해를 끼칩니다.

N 또는 Ti의 함량을 줄임으로써 고액 2상 영역에서 TiN의 침전 온도와 양을 효과적으로 감소시켜 더 많은 VN 침전을 보장할 수 있습니다. 미세 합금강의 약 0.02% Ti를 적절한 범위로 줄여야 하며, N 함량도 적절한 범위에서 제어해야 합니다.

합금 원소가 재료의 특성에 미치는 영향을 연구함으로써 새로운 고강도 볼트 소재를 개발할 수 있는 기반을 마련할 수 있습니다. 그러나 적절한 합금 조성만으로는 개발된 볼트가 실제 성능 요건을 충족한다고 보장할 수 없습니다. 합리적인 열처리 공정과 소재의 경도, 강도, 가소성, 인성의 조율을 통해서만 우수한 성능을 갖춘 볼트를 개발할 수 있습니다.

30NCD16은 고강도 합금강 강력한 내열성과 중고온 템퍼링 후 높은 강도와 인성을 갖춘 소재입니다. Liu Xiangjiang과 Liu Hua는 30NCD16의 구조와 특성에 대한 담금질 및 템퍼링 온도의 영향을 연구했습니다.

연구진은 고강도강 30NCD16의 최적 열처리 공정이 840~870℃라는 것을 확인했습니다. 560℃에서 담금질 및 템퍼링 후 미세하고 균일한 소르바이트 구조를 얻을 수 있습니다. 강철의 인장 강도는 1200MPa 이상이고 충격 에너지 Akus는 50J 이상입니다.

왕젠지 등은 미세구조 관찰과 기계적 특성 측정을 통해 다양한 열처리 공정이 Q390 저합금 고강도 강 후판의 미세구조와 기계적 특성에 미치는 영향을 연구했습니다.

그 결과 920℃에서 36분 동안 노멀라이징하면 열간 압연 Q390 저합금, 고강도 혼합 결정 구조를 완전히 오스테나이트화할 수 있음을 보여줍니다. 강판를 사용하여 입자 미세화를 달성합니다. 이후 냉각을 통해 다각형 페라이트와 펄라이트로 변형되어 종합적인 기계적 특성이 우수해집니다.

열간 압연 상태의 CrNiMoBNb16-16 강철의 연신율과 충격 인성은 열간 압연 상태보다 훨씬 높습니다. 인장 골절 박리 현상이 완전히 제거됩니다. 이 고합금강은 산업 생산에 중요한 소재로 증기 터빈, 가스 터빈, 엔진, 화학 반응기, 고압 열 장비 등 고온 강도가 필요한 분야에서 주로 볼트 재료로 사용됩니다.

허 웨이 등은 상온 및 고온에서 열처리 공정이 인장 특성에 미치는 영향과 시험 온도가 인장 특성에 미치는 영향이라는 두 가지 관점에서 CrNiMoBNb16-16 강철의 구조와 기계적 특성 간의 관계를 분석했습니다.

시험 결과, 시험 온도(20 ～ 650 ℃)가 증가함에 따라 재료의 강도와 가소성이 크게 감소하는 것으로 나타났습니다. 이 소재의 경우 열간 단조가 고온 단조보다 종합적인 성능이 더 우수합니다. 결과적으로, 온간 단조가 최적의 것으로 결정됩니다. 열 기계 처리하여 강도와 인성이 가장 잘 어울리는 소재입니다.

대부분의 합금 구조강의 경우 합금 조성을 조정하고 적절한 열처리를 수행하여 인장 강도를 1200MPa까지 높일 수 있습니다. 그러나 강도를 더 높이면 재료의 사용 가치가 감소하고 파단 지연으로 인해 더 큰 불안감을 유발할 수 있습니다.

그 결과, 지연성 골절 저항성은 다음과 같습니다. 고강도 강철 입자 경계 분리 감소, 입자 정제, 템퍼링 온도 증가, 합금 원소 조정, 표면의 수소 침입량 감소, 수소 침입 무해화 등을 통해 개선할 수 있습니다.

3. 고강도 볼트의 일반적인 재료와 강화 및 강화 메커니즘

3.1 저합금강

저합금강은 일반적으로 중간 정도의 탄소를 함유하고 있습니다. 합금 조성에는 Cr, Cr Mo, Cr Ni, Ni Cr Mo, Mn 및 Mn Cr 계열이 포함됩니다.

표 2는 저합금 볼트강의 적용 범위가 넓고, 강도 등급은 700~1000MPa 중에서 선택할 수 있음을 보여줍니다.

그러나 강도가 1200MPa를 초과하면 저합금강으로 만든 볼트의 지연 고장 문제가 두드러지게 나타나므로 이를 해결해야 합니다.

현재 저합금강이 여전히 주요 고강도 볼트 재료로 사용되고 있습니다.

저합금강으로 만든 볼트는 담금질과 템퍼링이 필요하므로 먼저 담금질한 다음 템퍼링해야 합니다.

또한 탄소 및 합금 원소 함량이 높기 때문에 강철의 경도와 변형 저항성이 높습니다.

따라서 냉간 단조 전에 구상화 어닐링 처리가 필요합니다.

저합금강에는 다양한 합금 원소가 포함되어 있으므로 볼트 강에서 합금을 절약하고 비용을 절감할 수 있는 방법을 찾는 것은 고려해야 할 중요한 문제입니다.

또한 탄소 및 합금 원소 함량이 상대적으로 높기 때문에 강철의 가소성과 인성이 떨어집니다.

강도를 더욱 높이고 필요한 가소성을 확보하기 위해서는 이 문제에 대한 추가 연구가 필요합니다.

표.2 일부 볼트강의 강도 등급 MPa

3.2 붕소강

냉간 단조 기술의 발달로 냉간 단조 볼트강에 대한 수요가 크게 증가했습니다.

고강도 볼트는 전통적으로 중간 탄소강과 중간 탄소강으로 만들어졌습니다. 탄소 합금강. 그러나 이러한 강철은 경도가 높고 내한 변형성이 매우 높기 때문에 구상화 가공이 필요합니다. 어닐링 냉간 단조 전에 처리합니다. 이 과정에는 많은 에너지가 소모됩니다.

이 문제를 해결하기 위해 저탄소 붕소강이 개발되었습니다. 저탄소 붕소강 조성 설계의 기본 원리는 탄소 배출량을 줄이는 것입니다. 탄소 함량 을 첨가하여 강철의 냉간 변형 능력을 향상시킵니다. 탄소 감소로 인한 강도 및 경화성 손실을 보완하기 위해 소량의 붕소가 첨가됩니다. 또한 필요에 따라 소량의 Cr, Mn 및 기타 합금 원소를 첨가하여 경화성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

저탄소 붕소강의 특성은 다음과 같습니다:

1. 소량의 붕소는 다량의 합금 원소를 대체할 수 있어 비용 효율성이 높습니다.
2. 압연 제품은 탄소 및 합금 원소 함량이 낮기 때문에 사전 구상화 처리 없이 직접 냉간 단조할 수 있습니다. 따라서 많은 에너지를 절약할 수 있습니다.
3. 담금질 변형 및 균열의 경향이 최소화되어 다음과 같은 방법으로 강철을 처리 할 수 있습니다. 물 담금질를 사용하여 담금질 오일을 절약하고 작업 조건과 작업 환경을 개선합니다.
4. 저탄소 붕소강은 동일한 강도 수준의 중탄소 합금강에 비해 향상된 인성, 높은 피로 파괴 저항성, 낮은 피로 파괴 저항성 등 우수한 특성을 가지고 있습니다. 탈탄 감도.

붕소강 볼트는 자동차, 건설, 기계 및 기타 산업에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 표 2에서 볼 수 있듯이 700MPa ~ 1100MPa의 강도를 가진 볼트는 붕소강으로 만들 수 있습니다.

3.3 비담금질 및 강화 강철

비담금질 및 템퍼링 강재는 소량의 합금 원소를 함유하고 있으며 담금질 및 템퍼링이 필요하지 않습니다. 열간 가공 변형 및 후속 냉각 속도를 제어함으로써 필요한 기계적 특성을 보장하고 열처리에 필요한 에너지 소비를 절약하며 생산 주기를 단축하고 생산 비용을 절감할 수 있습니다. 강철 비용.

현재 비 담금질 및 강화 강철 볼트는 주로 자동차 제조에 사용되지만 총 개수가 아직 적고 적용 범위가 넓지 않습니다. 비급유 및 강화 볼트의 비용은 담금질 및 강화 강철의 경우 인성이 낮고 강도 수준이 충분히 안정적이지 않으며 냉간 단조 시 금형 수명이 짧습니다. 이러한 한계로 인해 비담금질 및 강화강의 적용 범위가 제한됩니다.

비담금질 및 강화강은 주로 700~800MPa 등급의 볼트에 사용되며 때로는 900MPa 등급 이상의 볼트에 사용되기도 합니다. 일반적으로 탄소 함량이 약 0.25%인 비급냉 및 강화 C-Mn 시스템 또는 탄소 함량이 약 0.10%인 C-Mo 시스템이 700-800 MPa 등급의 볼트에 사용됩니다. 미량의 Nb, V, Ti 및 기타 원소가 첨가되며 구조는 페라이트+펄라이트입니다.

강도 수준이 900MPa 이상인 경우, 일반적으로 약 0.10% 탄소를 포함하는 C-Mo Si 시스템에 Cr, Ti, B 및 기타 원소를 추가하여 경화성을 개선하고 만족스러운 강도와 인성을 보장합니다. 구조는 페라이트+베인라이트입니다.

비담금질 및 강화강의 인성을 개선하고 강도와 인성이 잘 일치하도록 하려면 화학 성분을 제어하는 것 외에도 가공 기술(열간 가공 온도, 압연 변형, 압연 후 냉각 제어 등)을 조정하는 것도 해결책이 될 수 있습니다.

3.4 저탄소 마르텐사이트강

탄소 함량이 0.25% 미만인 모든 비합금강(탄소강) 또는 저탄소 저합금 구조용 강철은 80% 이상, 때로는 100% 저탄소 구조용 강철을 얻을 수 있습니다. 마르텐사이트 구조 집중 담금질 후

이 강철 유형 는 일반적으로 저탄소 마르텐사이트강이라고 불립니다. 경도는 45~50 HRC, 항복 강도는 1000~1300 MPa, 인장 강도는 1200~1600 MPa입니다.

우수한 가소성(A ≥ 10%, Z ≥ 40%)과 인성(Axv ≥ 59J)과 함께 우수한 냉간 가공성을 나타냅니다, 용접성열처리 왜곡을 최소화합니다.

그 결과, 저탄소 마르텐사이트강 은 점점 더 널리 보급되고 있으며, 강철의 강도와 인성 잠재력을 끌어내고 기계 부품의 수명을 연장하는 중요한 방법이 되고 있습니다.

고강도 볼트 생산에 일반적으로 사용되는 재료로는 15MnVB, 20MnSi, 20강, 20MnTiB 등이 있습니다.

3.5 강화 및 강화 메커니즘

고강도 강철을 강화하고 강화하는 메커니즘에는 주로 미세 입자 강화, 용액 강화, 침전 및 분산 강화, 전위 강화가 포함됩니다.

1) 미세 입자 강화.

입자 경계를 늘려 전위 이동을 방해하고 소성 변형을 일정 범위 내로 제한함으로써 강철의 가소성을 향상시킬 수 있습니다. 이를 통해 강도를 효과적으로 향상시킬 뿐만 아니라 가소성과 인성을 크게 최적화할 수 있습니다.

현재 업계에서는 제어 압연 및 제어 냉각(TMCP) 기술이 널리 사용되고 있습니다. 여기에는 다음을 통해 최종 구조를 다듬는 작업이 포함됩니다. 오스테나이트 재결정화, 변형 유도 페라이트 변환(DIFT), 가속 냉각 및 페라이트 재결정화.

2) 솔루션 강화

금속 매트릭스(용매 금속)는 간극 원자 및 치환 원자 등 금속 재료의 내부 점 결함을 활용하여 강화할 수 있습니다.

원자 직경의 차이가 커질수록 왜곡의 정도도 증가하여 강화 효과가 커집니다.

또한 Fe에 Mn, Si, Ni, Mo와 같은 원소를 추가하면 변위형 고용체 강화가 발생할 수 있습니다.

3) 강수 및 분산 강화

두 번째 단계의 입자가 침전되면 매트릭스에 응력장과 고에너지 영역이 생성되어 강도, 경도 및 전반적인 강화가 급격히 증가합니다.

결론을 내릴 수 있습니다:

• 침전된 단계의 부피 비율이 클수록 강화 효과가 더 커집니다.
• 두 번째 단계의 분산이 클수록 강화 효과가 더 좋습니다.
• 2상 입자의 전위 운동에 대한 저항이 클수록 강화 효과는 더 커집니다.

4) 탈구 강화

탈구는 밀도가 높기 때문에 이동하기가 어렵습니다.

금속의 기계적 특성 중 하나는 강도 향상입니다. 전위 곱셈은 결정 결함이 있는 실제 금속을 강화할 수 있습니다.

전위의 움직임은 용액 강화, 미세 입자 강화, 침전 및 분산 강화의 주된 이유입니다.

입자 경계, 침전 입자, 전위 하부 구조 및 용액 왜곡을 포함한 매트릭스 구조의 미세 결함은 주로 고강도 볼트 재료의 강도와 인성에 영향을 미칩니다.

위에서 언급한 미세 결함 구조는 강철의 강도를 향상시킬 수 있습니다. 그러나 입자 경계의 증가(즉, 미세 입자 강화)는 인성을 증가시킬 수 있지만, 다른 미세 결함 구조는 인성을 감소시킬 수 있습니다.

고강도 볼트 소재를 강화하려면 이러한 강화 메커니즘을 충분히 활용해야 합니다.

4. 고강도 볼트 소재의 연구 전망

에너지, 자동차, 기계, 건설, 경공업 및 기타 분야의 발전으로 다양한 유형의 제품을 생산하기 위한 소재에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 고정 볼트고강도 볼트 소재가 시급히 필요하게 되었습니다.

지난 10년 동안 국내외에서 이 기술의 발전에 상당한 중점을 두었습니다. 중국에서는 '차세대 철강 소재에 대한 주요 기초 연구' 프로젝트(973)가 시작되었으며, 여기에는 고강도 볼트강 연구 및 개발이 핵심 분야 중 하나로 포함되어 있습니다.

고강도 볼트강의 개발 동향은 다음과 같이 요약할 수 있습니다:

1) 고강도 및 고성능 강철

강철 강도가 증가함에 따라 지연 골절에 대한 민감도도 증가합니다. 특히 인장 강도가 900MPa를 초과하고 경도가 31 HRC 이상인 경우 지연 파단에 대한 민감도가 점차 증가합니다. 또한 서비스 스트레스가 클수록 골절로 인한 손상이 더 광범위하게 발생합니다.

이러한 이유로 지연 파괴에 대한 저항성이 뛰어난 고강도 볼트 강재를 개발하는 것이 중요합니다. 이를 통해 사람들의 생명과 재산을 보호하는 동시에 고강도 볼트의 적용 범위를 넓힐 수 있습니다.

2) 비용 및 에너지 소비 감소

비용을 절감하려면 값싼 붕소강을 Ni, Cr, Mo 등이 포함된 고가의 합금강으로 대체하는 것을 고려하세요.

또한 다음 기술을 사용하면 에너지 소비를 줄이고 볼트 수율을 개선하며 다음을 최소화할 수 있습니다. 탈탄 스레드 팁의 경향:

• 대신 냉간 단조를 사용하십시오. 열간 단조
• 비담금질 및 강화 강철을 사용하여 열처리 과정을 줄입니다.
• 단조 전에 연화 처리가 필요 없는 저탄소 비어닐링 강철 사용
• 필링과 드로잉이 필요 없는 고정밀 압연 제품을 사용하세요.

3) 볼트강의 품질 및 신뢰성 향상

볼트 부품의 신뢰성과 서비스 수명은 볼트 강의 야금 품질 및 표면 상태, 일부 가공 특성과 밀접한 관련이 있습니다.

강철의 순도를 높이고 S와 P의 함량을 줄임으로써 강철의 변형 능력을 향상시킬 수 있습니다. 이는 입자 경계의 취성을 감소시키고 비금속 내포물을 제거하여 강철의 인성과 가소성을 향상시킵니다. 또한 강철의 지연 파단 저항성도 개선합니다.

또한 완성된 볼트의 제조 정확도, 체결 기술 및 테스트 방법은 고강도 볼트의 신뢰성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다.