KR100268536B1

KR100268536B1 - 피삭성이 우수한 강재

Info

Publication number: KR100268536B1
Application number: KR1019980704909A
Authority: KR
Inventors: 코오지 와타리; 야스타카 오카다
Original assignee: 고지마 마타오; 스미토모 긴조쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 2000-10-16
Also published as: DE69718784T2; EP0903418A1; KR19990076784A; CN1095503C; CA2243123A1; DE69718784D1; EP0903418B1; EP0903418A4; WO1998023784A1; CA2243123C; CN1205036A

Abstract

양호한 피삭성을 가지며, 자동차를 위시한 수송용 기계, 산업용 기계, 건설용 기계 등 각종 기계의 구조부품 소재로서 적합한 강재 및 그 강재를 소재로 하여 크랭크축, 콘넥팅로드, 기아 등 절삭에 의해 가공되는 각종 기계구조부품에 관한 것이다.

본 발명의 강재는 중량%로, C: 0.05∼0.6%, S: 0.002∼0.2%, Ti: 0.04∼1.0%, N: 0.008% 이하, Nd: 0∼0.1%, Se: 0∼0.5%, Te: 0∼0.05%, Ca: 0∼0.01%, Pb: 0∼0.5%, Bi: 0∼0.4%를 함유하는 화학조성이며, 강중 Ti탄황화물의 최대직경이 10㎛ 이하이고 그 양이 청정도로 0.05% 이상인 피삭성이 우수한 강재이다.

본 발명의 절삭가공을 받은 부품은 상기 강재를 소재로 하여 절삭가공된 부품이며, 자동차를 위시한 수송용 기계, 산업용 기계, 건설용 기계 등의 각종 기계구조부품이다.

Description

피삭성이 우수한 강재 및 절삭가공된 부품

종래, 수송용 기계, 산업용 기계, 건설용 기계 등의 각종 기계구조부품은, (a)열간가공에 의해 소정 형상으로 조가공(組加工)하고, 이어서, 절삭가공에 의해 원하는 형상으로 마무리한 뒤, 소입(quenching)과 소려(tempering)의 조질(調質)처리를 실시하거나, (b) 열간가공 및 소입, 소려처리를 실시한 후, 절삭가공에 의해 원하는 형상으로 마무리하는 것이 일반적이었다.

그러나, 기계구조부품이 고강도화함에 따라, 절삭가공 비용이 높아졌다. 그래서, 절삭가공을 용이하게 하고, 비용저감을 도모하기 위해 피삭성이 우수한 쾌삭강에 대한 요구가 점점 커지고 있다.

강에 Pb, Te, Bi, Ca 및 S 등의 쾌삭원소(피삭성 개선원소)를 단독 또는 복합 첨가하면 피삭성이 향상되는 것은 잘 알려져 있다. 이 때문에, 종래에는 기계구조용 강을 위시하여 여러 가지 강에 상기 쾌삭원소를 첨가하여 쾌삭성을 개선하는 방법이 채용되어 왔다. 그러나, 기계구조용 강 등에 단순히 쾌삭원소를 첨가한 경우에는 원하는 기계적 특성(예를 들면, 인성이나 피로강도)을 확보할 수 없는 경우가 많았다.

이와 같은 상황에서, 상기 (a)의 열간가공 후에 절삭가공하고 나서 소입, 소려처리를 하는 기술이, 예를 들면, 특개평 2-111842호 공보와 특개평 6-279849호 공보에 개시되어 있다. 즉, 강중의 C를 흑연으로 존재시켜, 이 흑연의 노치와 윤활의 효과를 이용하는 것에 의해 피삭성을 향상시킨 『피삭성, 소입성이 우수한 열간압연 강재』와 『피삭성이 우수한 기계구조용 강의 제조방법』이다.

그러나, 특개평 2-111842호 공보에 제안된 강재는 B를 첨가하여 B질화물(BN)을 흑연의 석출핵으로 하여 흑연화를 촉진시키기 때문에 B의 첨가가 필수이며, 응고시에 깨지기 쉽다는 문제점을 가지고 있다. 반면, 특개평 6-279849호 공보에 기재된 방법은 Al 첨가와 함께 강중의 O(산소)를 낮게 규제하는 것으로서 열간압연한 상태에서 흑연화를 촉진하는 것이다. 이 때문에, 열간압연 후에 5시간 이상의 흑연화 소둔처리를 할 필요가 있어, 반드시 경제적이라고 할 수는 없다.

한편, 상기 (b)의 열간가공 및 소입, 소려처리를 실시한 후 절삭가공하는 기술이 예를 들면, 특개평 6-212347호 공보에 개시되어 있다. 이것은 특정 화학조성을 가지는 강을 열간단조 후 곧바로 소입하고, 그후 소려처리를 하여 TiC를 석출시키는 『고피로강도를 가지는 열간단조품 및 그 제조방법』이다. 그러나, 이 공보에 기재된 열간단조품은, 강의 화학조성으로서 N량을 Ti량과의 비율인 N/Ti로 계산하여 0.1 미만으로 규정하고 있을 뿐이기 때문에, 반드시 양호한 피삭성을 확보할 수는 없는 경우가 있다. 결국, 중량%로 0.01∼0.20%의 Ti를 함유하는 강의 N함유량을 N/Ti로 0.1미만으로 규정한 것만으로는, 경질의 TiN이 다량으로 형성되어 피삭성의 열화를 발생시키는 경우가 있고, 게다가, 인성의 열화를 발생시키는 경우도 있다.

철과 강(vol. 57(1971년) S484)에는, 탈산조정 쾌삭강에 Ti를 첨가하면 피삭성이 높아지는 경우가 있음이 보고되어 있다. 그러나, Ti의 다량첨가는 TiN이 다량으로 생성되는 점도 있어 공구마찰을 증대시켜, 피삭성의 관점에서는 바람직하지 않은 점도 기술되어 있다. 예를 들면, C: 0.45%, Si: 0.29%, Mn: 0.78%, P: 0.017%, S: 0.041%, Al: 0.006%, N: 0.0087%, Ti: 0.228%, O: 0.004% 및 Ca: 0.001%를 함유하는 강에서는 오히려 드릴수명이 저하되어 피삭성이 떨어져 있다. 이와 같이, 강에 단순히 Ti를 첨가하는 것만으로 피삭성은 향상되는 것은 아니다.

본 발명은 피삭성이 우수한 강재 및 절삭에 의한 가공을 받은 부품에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 양호한 절삭성을 가지며, 자동차를 위시하여 수송용 기계, 산업용 기계, 건설용 기계 등 각종 기계의 구조부품 소재로 적합한 강재(鋼材), 및 그 강재를 소재로 하여 크랭크샤프트, 콘넥팅로드, 기어 등 절삭에 의해 가공되는 각종 기계구조부품에 관한 것이다.

본 발명의 목적은, 양호한 피삭성을 가지며, 자동차를 위시하여 수송용 기계, 산업용 기계, 건설용 기계 등 각종 기계의 구조부품 소재로서 적당한 강재 및 그 강재를 소재로 하여 크랭크샤프트, 콘넥팅로드, 기어 등 절삭에 의해 가공되는 각종의 기계구조부품을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 요지는 이하와 같다.

(Ⅰ) 중량%로 C: 0.05∼0.6%, S: 0.002∼0.2%, Ti: 0.04∼1.0%, N: 0.008% 이하, Nb: 0∼0.1%, Se: 0∼0.5%, Te: 0∼0.05%, Ca: 0∼0.01%, Pb: 0∼0.5%, Bi: 0∼0.4%를 함유하는 화학조성이며,

강중의 Ti탄황화물(炭黃化物)의 최대직경이 10㎛이하, 또 그 양이 청정도(淸淨度)로 0.05% 이상인 쾌삭성이 우수한 강재.

(Ⅱ) C: 0.2∼0.6%, Si: 0.05∼1.5%, Mn: 0.1∼2.0%, P: 0.07% 이하, S: 0.01∼0.2%, Al: 0.002∼0.05%, Cu: 0∼1.0%, Ni: 0∼2.0%, Cr: 0∼2.0%, Mo: 0∼0.5%, V: 0∼0.3%, Nb: 0∼0.1%을 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 화학조성이며, 더욱이, 조직의 90% 이상이 페라이트(ferrite)와 펄라이트(pearlite)인 상기(Ⅰ)에 기재된 비조질강재(非調質鋼材).

(Ⅲ) C: 0.05∼0.3%, Si: 0.05∼1.5%, Al: 0.002∼0.05%, Cu: 0∼1.0%, Mo: 0∼0.5%, V: 0∼0.30%, Nb: 0∼0.1%, B: 0∼0.02%를 함유하며, 하기 식으로 표시된 fn3의 값이 2.5∼4.5%를 만족하며, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 화학조성이며, 게다가, 조직의 90% 이상이 베이나이트(bainite) 또는 페라이트와 베이나이트인 상기 (Ⅰ)에 기재된 비조질강재.

fn3 ＝ 0.5 Si(%)＋Mn(%)＋1.13Cr(%)＋1.98Ni(%)

(Ⅳ) C: 0.1∼0.6%, Si: 0.05∼1.5%, Mn: 0.4∼2.0%, Al: 0.002∼0.05%, Cu: 0∼1.0%, Ni: 0∼2.0%, Cr: 0∼2.0%, Mo: 0∼0.5%, V: 0∼0.3%, Nb: 0∼0.1%, B: 0∼0.02%를 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 화학조성이며, 게다가 조직의 50% 이상이 마르텐사이트(martensite)인 상기(Ⅰ)에 기재된 조질강재.

(Ⅴ) 상기 (Ⅰ)에 기재된 강재를 소재로 하여 절삭에 의해 가공된 부품.

(Ⅵ) 상기 (Ⅱ)에 기재된 비조질강재를 소재로 하여 절삭가공된 부품.

(Ⅶ) 상기 (Ⅲ)에 기재된 비조질강재를 소재로 하여 절삭가공된 부품.

(Ⅷ) 상기 (Ⅳ)에 기재된 조질강재를 소재로 하여 절삭가공된 부품.

또, 본 발명에서 말하는 『Ti탄황화물』에는 단순한 Ti 황화물도 포함되는 것으로 한다.

본 명세서에서 말하는 『(Ti탄황화물의)최대직경』이라 함은 『개개의 Ti탄황화물에서 가장 긴 지름』을 가리킨다.

Ti탄황화물의 청정도는, 광학현미경의 배율을 400배로 하여, JIS G 0555에 규정된『강의 비금속개재물의 현미경시험방법』에 의해 60시야(視野) 측정한 값을 말한다.

또한, 본 발명에서 말하는 『비조질강재』란 이른바 『조질처리』로서의 『소입 또는 소려』를 생략한 강재를 말하며, 『열간가공 후 냉각한 상태로 사용할 수 있는 강재』이외에 『열간가공 후의 냉각 후에 소려에 상당하는 시효처리를 행한 강재』를 포함하는 것이다. 『조질강재』란 『소입과 소려』가 실시된 강재를 말한다.

조직의 비율은 현미경 관찰한 경우의 조직비율, 즉 면적률을 말한다.

상기 (Ⅱ)에 관하여, 『페라이트와 펄라이트가 90% 이상』이라는 것은, 페라이트와 펄라이트가 혼재하는 경우의 조직에 있어서 페라이트와 펄라이트가 점유하는 비율의 합이 90% 이상임을 의미한다.

상기 (Ⅲ)에 관하여, 『베이나이트가 90% 이상』이라는 것은 조직 중에 페라이트가 함유되지 않은 경우에 조직의 90% 이상을 베이나이트가 점유하고 있는 상태를 말하며, 『페라이트와 베이나이트가 90% 이상』이라는 것은 베이나이트와 페라이트가 혼재하는 경우의 조직에 있어서, 페라이트와 베이나이트가 점유하는 비율의 합이 90% 이상인 것을 말한다.

상기 (IV)에 관하여 『마르텐사이트가 50% 이상』이라 함은 조직의 50% 이상을 마르텐사이트가 점유하고 있는 상태를 말한다. 또, 상기 (Ⅳ)는 소입과 소려를 행한 『조질강재』에 관한 것이며, 따라서 상기 마르텐사이트는 소려된 마르텐사이트, 다시 말해 『소려 마르텐사이트』를 가리키지만 이하 간단히 『마르텐사이트』라고 한다.

본 발명자들은 강재의 화학조성과 조직이 피삭성과 기계적 성질에 미치는 영향에 대하여 검토하기 위한 실험을 반복하였다.

그 결과, 우선 (a) 강에 적정량의 Ti를 첨가하고, (b) 강중 개재물 제어로 황화물을 Ti탄황화물로 바꾸며, (c) 상기 Ti탄황화물을 미세하게 분산시키면 강재의 피삭성이 비약적으로 향상되는 것을 발견하였다.

그런데, 더욱 연구를 계속한 결과 하기 (d)∼(p)의 사항을 알아내었다.

(d) 적정량의 S를 함유한 강에 Ti를 적극적으로 첨가하여 가면 강중에 Ti탄황화물이 형성된다.

(e) 강중에 상기 Ti탄황화물이 생성되면 MnS의 생성량이 감소된다.

(f) 강중의 S함유량이 같은 경우에는 Ti탄황화물은 MnS보다도 큰 피삭성 개선효과를 가진다. 이것은, Ti탄황화물의 융점이 MnS의 융점보다도 낮기 때문에 절삭가공시에 공구의 절삭면(cutting face)에서의 윤활작용이 크게 되는 것에 기인한다.

(g) Ti탄황화물의 피삭성 개선효과를 충분히 발휘시키기 위해서는 N함유량을 0.008% 이하로 낮게 제한하여 TiN의 석출을 억제하는 것이 중요하다.

(h) N함유량을 규제하는 것은 강중의 TiN 감소로 이어지며, 이에 의해 기계적 성질 중 인성을 높일 수 있다.

(i) Ti탄황화물에 의해 피삭성을 높이기 위해서는 Ti탄황화물의 크기와 그 청정도로 나타나는 양(이하, 단순히 『청정도』라 한다)을 적정화하는 것이 중요하다.

(j) 제강시에 생성된 Ti탄황화물은, 통상의 열간가공을 위한 가열온도 및 조질처리에 있어서 통상의 소입을 위한 가열 온도에서는 기지(matrix)에 고용되지 않는다. 이 때문에, Ti탄황화물은 오스나이트 영역에 있어서, 이른바 『피닝(pinning)효과』를 발휘하여, 오스나이트 입자가 조대화(組大化)되는 것을 방지하는데 유효하다. 물론, Ti탄황화물은 조질처리에 있어서 통상의 소려를 위한 가열온도나, 소려에 상당하는 시효처리를 위한 가열온도에서도 기지에 고용되지 않는다.

(k) 조직의 90% 이상이 페라이트와 펄라이트인 강재에서는 변태변형에 의한 벤딩(bending)이나 잔류응력 발생이 극히 작다.

(l) 조직의 90% 이상이 베이나이트 또는 페라이트와 베이나이트인 강재의 강도와 인성의 균형은 양호하다.

(m) 조직의 50% 이상이 마르텐사이트인 강재의 강도와 인성의 균형은 극히 양호하다.

(n) 특정 화학조성을 가지며 조직의 90% 이상이 페라이트와 펄라이트인 비조질강재에 있어서, 페라이트의 비율이 면적률로 20∼70%일 것, 페라이트의 입도가 JIS 입도번호로 5 이상일 것, 펄라이트 라멜라(lamella) 간극의 평균값이 0.2㎛ 이하일 것 중의 적어도 한 조건을 만족하면, 양호한 강도와 인성의 균형이 얻어진다.

(o) 하기 (1)식에 표시된 fn1의 값이 0%보다 큰 경우 및/또는 하기 (2)식에서 표시된 fn2의 값이 2보다 큰 경우, Ti탄황화물의 피삭성 향상효과는 크게 된다. 또, (2)식에 표시된 fn2의 값이 2보다 큰 경우, Ti탄황화물의 피닝효과도 크게 되어 큰 강도나 우수한 인성이 얻어진다.

fn1 ＝ Ti(%)－1.2S(%)…(1)

fn2 ＝ Ti(%)／S(%)…(2)

(p) 하기 (3)식으로 나타난 fn3의 값은 특정 화학조성을 가지는 비조질강재의 조직 및 인성과 상관이 있으며, 이 값이 특정한 범위에 있으면 조직의 90% 이상이 베이나이트, 또는 페라이트와 베이나이트가 된다.

fn3 ＝ 0.5 Si(%)＋Mn(%)＋1.13Cr(%)＋1.98Ni(%)…(3)

본 발명은 상기의 발견에 근거하여 완성된 것이다.

이하, 본 발명의 각 요건에 대해 상세하게 설명한다. 또, 각 원소의 함유량의 『%』표시는 『중량%』를 의미한다.

(A) 강재의 화학조성

C:

C는 S와 함께 Ti와 결합하여 Ti의 탄황화물을 형성하여 피삭성을 높이는 작용을 한다. 게다가, C는 강도를 확보하는 데에도 유효한 원소이다. 그러나 그 함유량이 0.05% 미만이면 그 효과를 얻을 수 없다. 반면, C를 0.6%를 초과하여 함유시키면 인성이 낮아지게 된다. 따라서, C의 함유량을 0.05∼0.6%로 하였다.

또, 조직의 90% 이상이 페라이트와 펄라이트인 비조질강재(이하, 간단하게 『조건 X의 강재』라 한다)의 C함유량은 0.2∼0.6%로 하는 것이 바람직하며, 0.25∼0.5%로 하는 것이 한층 바람직하다.

조직의 90% 이상이 베이나이트, 또는 페라이트와 베이나이트인 비조질강재(이하, 간단히 『조건 Y의 강재』라 한다)의 C함유량은 0.05∼0.3%로 하는 것이 바람직하며, 0.1∼0.24%로 하는 것이 더욱 바람직하다.

조직의 50% 이상이 마르텐사이트인 조질재료(이하, 간단히 『조건 Z인 강재』라 한다)의 C함유량은 0.1∼0.6%로 하는 것이 바람직하다.

S:

S는 C와 함께 Ti와 결합하여 Ti탄황화물을 형성하여 피삭성을 높이는 작용을 가진다. 그러나, 그 함유량이 0.002% 미만이면 그 효과를 얻을 수 없다.

종래, 쾌삭강에 S를 첨가하는 목적은 MnS를 형성시켜 피삭성을 개선시키는 것에 있었다. 그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면 상기 MnS의 피삭성향상 작용은 절삭시의 절삭층과 공구표면의 윤활성을 높이는 기능에 기인하는 것이 판명되었다. 게다가, MnS는 거대화하며 강재 본체 기지의 흠을 크게 하여 결함으로 되는 경우가 있다.

본 발명에 있어서의 S의 피삭성 개선 작용은 적정량의 C와 Ti의 복합첨가에 의해 Ti탄황화물을 형성시키는 것으로부터 비로서 얻어진다. 이를 위해서는, 상기한 바와 같이 0.002% 이상의 S 함유량이 필요하다. 한편, S를 0.2%가 넘게 함유시켜도 피삭성에 미치는 효과에 변화는 없지만 강중에 조대한 MnS가 다시 생기게 되어 기지의 결함으로 되는 문제가 생긴다. 더욱이, 열간에서의 가공성이 현저하게 열화되어 열간 소성가공이 곤란하게 되며 인성이 저하되는 점도 있다. 따라서, S의 함유량을 0.002∼0.2%로 하였다.

또, 『조건 X의 강재』의 S함유량은 0.01∼0.2%로 하는 것이 바람직하며 0.02∼0.17%로 하는 것이 한층 바람직하다.

『조건 Y의 강재』의 S함유량은 0.005∼0.17%로 하는 것이 바람직하다.

Ti:

Ti는 본 발명에 있어서 개재물을 제어하기 위한 중요한 합금원소이다. 그 함유량이 0.04% 미만이면, S를 충분히 Ti탄황화물로 변화시킬 수 없기 때문에 피삭성을 높일 수 없다. 한편, 1.0%가 넘게 함유되어도 피삭성 개선효과가 포화되어 경비가 높아질 뿐만 아니라 인성 및 열간가공성이 현저하게 열화되어 버린다. 따라서, Ti 함유량을 0.04∼1.0%로 하였다.

또, 『조건 X의 강재』의 Ti 함유량은 0.08∼0.8%로 하는 것이 바람직하다.

『조건 Y의 강재』의 Ti함유량은 0.06∼0.8%로 하는 것이 바람직하다.

『조건 Z의 강재』의 Ti함유량도 0.06∼0.8%로 하는 것이 바람직하다.

N: 0.008% 이하

본 발명에서는 N의 함유량을 낮게 억제하는 것이 극히 중요하다. 즉, N은 Ti와 친화력이 크기 때문에 용이하게 Ti와 결합하여 TiN을 형성, Ti를 고정하여 버리기 때문에, N을 다량으로 함유하는 경우에는 상기한 Ti탄황화물의 피삭성 향상효과가 충분하게 발휘될 수 없게 된다. 게다가, 조대한 TiN은 인성 및 피삭성을 낮추어 버린다. 따라서, N 함유량은 0.008% 이하로 하였다. 또, Ti탄황화물의 효과를 높이기 위한 N함유량의 상한은 0.006%로 하는 것이 바람직하다.

Nd:

Nd는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 Nd₂S₃로서 칩브레이커(chip breaker) 의 작용을 가지고 피삭성을 향상시키는 효과를 가진다. 더욱이, Nd₂S₃가 용강의 비교적 고온영역에 미세하게 분산되어 생성됨에 따라 이후 공정에서의 열간가공이나 소입을 위한 가열시에 오스나이트 입자의 성장이 억제되어 조직이 미세화되며, 강이 고강도화 및 고인성화되는 효과도 있다. 상기의 효과를 확실하게 얻으려면 Nd는 0.005%이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.1% 를 넘으면 Nd₂S₃자체가 조대화하여 오히려 인성의 저하를 초래한다. 따라서, Nd의 함유량을 0∼0.1%로 하였다. 또, Nd 함유량의 바람직한 상한값은 0.08%이다.

Se:

Se는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 강의 피삭성을 한층 향상시키는 효과를 가진다. 이 효과를 확실히 얻으려면 Se는 0.1% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.5%를 넘으면 상기 효과가 포화될 뿐만 아니라 오히려 조대한 개재물을 생성하여 피로강도 및/또는 인성의 저하를 초래한다. 따라서, Se 함유량을 0∼0.5%로 하였다.

Te:

Te도 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 강의 피삭성을 한층 높이는 효과를 가진다. 이 효과를 확실히 얻으려면 Te는 0.005%이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.05%를 넘으면 상기한 효과가 포화될 뿐만 아니라, 오히려 조대한 개재물을 형성하여 피로강도 및/또는 인성의 저하를 초래한다. 더욱이, Te를 다량 첨가하면 열간가공성의 열화를 초래하며, 특히 함유량이 0.05%를 넘으면 열간가공한 강재의 표면에 흠집이 생겨 버린다. 따라서, Te의 함유량을 0∼0.05%로 하였다.

Ca:

Ca는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 강의 피삭성을 매우 높이는 작용이 가진다. 이 효과를 확실히 얻으려면 Ca는 0.001%이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.01%를 넘으면 상기한 효과가 포화될 뿐만 아니라 오히려 조대한 개재물을 형성하여 피로강도 및/또는 인성의 저하를 초래한다. 따라서, Ca의 함유량을 0∼0.01%로 하였다.

Pb:

Pb는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 강의 피삭성을 한층 높이는 작용이 있다. 이 효과를 확실히 얻으려면 Pb는 0.05% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.5%를 초과하면 상기 효과가 포화될 뿐만 아니라, 오히려 조대한 개재물을 형성하여 피로강도 및/또는 인성의 저하를 초래한다. 게다가, Pb의 다량첨가는 열간가공성의 열화를 초래하며, 특히 함유량이 0.5%를 초과하면 열간가공한 강재의 표면에 흠집이 생겨버린다. 따라서, Pb의 함유량을 0∼0.5%로 하였다.

Bi:

Bi는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 강의 피삭성을 크게 향상시키는 효과를 가진다. 이 효과를 확실히 얻으려면 Bi는 0.05% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.4%를 초과하면 상기 효과가 포화될 뿐만 아니라, 오히려 조대한 개재물을 생성하여 피로강도 및/또는 인성의 저하를 초래한다. 게다가, 열간가공성이 열화하기 때문에 열간가공한 강재의 표면에 흠집이 발생하여 버린다. 따라서, Bi의 함유량을 0∼0.4%로 하였다.

피삭성에 관한 한, 본 발명의 『피삭성이 우수한 강재』는 이미 기술한 C, S, Ti, N, Nd, Se, Te, Ca, Pb 및 Bi 이외의 원소에 대해서는 특별한 한정을 가할 필요는 없다. 그러나, 강재에는 피삭성과 함께 다른 특성도 요구되는 것이 많다. 예를 들면, 변태변형에 의한 벤딩이나 잔류응력의 발생을 작게 하고 싶다거나 강도와 인성의 균형을 양호하게 하고 싶다는 요구이다. 이와 같은 경우에는 강재의 조직과의 관계에서, 이미 기술한 C, S, Ti, N, Nd, Se, Te, Ca, Pb 및 Bi이외의 원소의 화학조성을 결정하면 좋다.

이하, C, S, Ti, N, Nd, Se, Te, Ca, Pb 및 Bi이외의 원소의 화학조성에 대하여, 상기한 『조건 X의 강재』,『조건 Y의 강재』 및 『조건 Z인 강재』의 경우로 나누어 설명한다.

(A-1) 조직의 90%이상이 페라이트와 펄라이트인 비조질강재(『조건 X의 강재』)의 경우

Si:

Si는 강의 탈산 및 페라이트상을 강화하는 작용이 있다. 게다가 Si함유량의 증가에 따른 절삭시의 칩(chip)표면의 윤활작용이 높아져 공구수명이 연장되기 때문에, 피삭성을 개선하는 작용도 있다. 그러나, 그 함유량이 0.05% 미만이면 첨가효과가 부족하며, 반면, 1.5%를 초과하면 상기 효과가 포화될 뿐 아니라 인성이 열화하게 된다. 따라서, Si의 함유량을 0.05∼1.5%로 하는 것이 좋다. 또 Si함유량은 0.3∼1.3%로 하는 것이 바람직하며 0.5∼1.3%로 하면 한층 바람직하다.

Mn:

Mn은 고용강화에 의해 피로강도를 향상시키는 효과를 가진다. 그러나 그 함유량이 0.1% 미만이면 그 효과를 얻기가 어렵다. 한편, Mn 함유량이 2.0%를 초과하면,『조건 X의 강재』의 경우 내구비(피로강도/인장강도)나 항복비(항복강도/인장강도)가 저하되어 버리는 일이 있다. 따라서, Mn 함유량은 0.1∼2.0%로 하는 것이 바람직하며, 0.5∼1.7%로 하면 한층 바람직하다.

P:

P는 의도적으로 첨가하여도 좋다. 『조건 X의 강재』에 있어서는 인장강도나 피로강도를 높이는 작용을 가지기 때문이다. 이 효과를 확실하게 얻으려면 P는 0.01% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.07%를 초과하면 인성이 현저하게 열화되며, 게다가 열간가공성도 저하된다. 따라서, P의 함유량은 0.07% 이하로 하는 것이 좋다. 또 P를 적극적으로 첨가하는 경우의 함유량은 0.015∼0.05%로 하는 것이 바람직하다.

Al:

Al은 강의 탈산에 유효한 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.002% 미만에서는 원하는 효과를 얻기 힘들며, 0.05%를 초과하면 그 효과가 포화됨과 동시에, 오히려 피삭성을 저하시키는 경우가 있다. 이 때문에, Al의 함유량은 0.002∼0.05%로 하는 것이 좋다. 또 Al의 함유량은 0.005∼0.03%로 하는 것이 바람직하다.

Cu:

Cu는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 석출강화에 의해 강의 강도, 특히 피로강도를 향상시키는 효과를 가진다. 이 효과를 확실하게 얻으려면 Cu는 0.2% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 1.0%를 초과하면 열간가공성이 열화하는 것에 더하여, 석출물이 조대화하여 상기 효과가 포화되거나 오히려 저하되는 경우가 있다. 게다가, 경비도 높아질 뿐이다. 따라서, Cu의 함유량은 0∼1.0%로 하는 것이 좋다.

Ni:

Ni는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 강도를 높이는 효과를 가진다. 이 효과를 확실히 얻으려면 Ni는 0.02% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 2.0%를 초과하면 이 효과가 포하되기 때문에 비용이 상승된다. 이 때문에, Ni의 함유량은 0∼2.0%로 하는 것이 좋다.

Cr:

Cr은 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 고용강화에 의해 피로강도를 향상시키는 효과가 있다. 이 효과를 확실히 얻으려면 Cr은 0.02% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 2.0%를 초과하면 『조건 X의 강재』의 경우, 내구비나 항복비가 낮아져 버리는 경우가 있다. 따라서, Cr의 함유량은 0∼2.0%로 하는 것이 좋다. 또는, Cr을 첨가하는 경우에는 그 함유량을 0.05∼1.5%로 하는 것이 바람직하다.

Mo:

Mo는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 페라이트와 펄라이트로 이루어지는 조직을 미세화하여 강의 강도, 특히 피로강도를 향상시키는 효과를 가진다. 이 효과를 확실히 얻으려면 Mo의 함유량은 0.05% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.5%를 넘으면 열간가공 후의 조직이 오히려 매우 조대화하여 피로강도가 저하되어 버린다. 이 때문에, Mo의 함유량은 0∼0.5%로 하는 것이 좋다.

V:

V는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 미세한 질화물이나 탄질화물로 석출되어 강의 강도, 특히 피로강도를 향상시키는 효과를 가진다. 이 효과를 확실하게 얻으려면 V는 0.05% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.3%를 초과하면 석출물이 조대화하기 때문에 상기 효과가 포화되거나 오히려 저하하는 경우가 있다. 게다가 원료비도 높아질 뿐이다. 따라서, V의 함유량은 0∼0.3%로 하는 것이 좋다.

Nb:

Nb는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 미세한 질화물이나 탄질화물로서 석출되어 오스나이트입자의 조대화를 방지하는 동시에 강의 강도, 특히 피로강도를 향상시키는 효과를 가진다. 이 효과를 확실하게 얻으려면 Nb는 0.005% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.1%를 초과하면 상기 효과가 포화될 뿐 아니라, 조대한 경질 탄질화물이 생성되어 공구를 손상시키고 피삭성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, Nb의 함유량은 0∼0.1%로 하는 것이 좋다. 또, Nb 함유량의 상한은 0.05%로 하는 것이 바람직하다.

fn1, fn2:

이미 기술한 바와 같이, 상기 (1)식으로 표시되는 fn1의 값이 0%보다 큰 경우 및/또는 상기 (2)식으로 표시되는 fn2의 값이 2보다 큰 경우, Ti탄황화물의 피삭성 향상효과는 크게 된다. 게다가, (2)식으로 표시되는 fn2의 값이 2보다 큰 경우에는 Ti탄황화물의 피닝효과도 크게 되어 인장강도나 피로강도가 크게 된다. 따라서, fn1의 값을 0%보다 크게 하거나, fn2의 값을 2보다 크게 하는 것이 바람직하다. 또, 상기 fn1과 fn2 값의 상한은 특히 규정되는 것은 아니며, 성분 면에서의 상한값이어도 좋다.

그런데, 불순물 원소로서의 O(산소)는 경질의 산화물 개재물을 형성하며, 이것이 절삭시에 절삭공구를 손상시켜 피삭성을 저하시켜 버리는 경우가 있다. 특히, O함유량이 0.015%를 초과하면 피삭성의 현저한 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, 양호한 피삭성을 유지하기 위해서 불순물 원소로서의 O는 그 함유량을 0.015% 이하로 하는 것이 좋다. 또, O의 함유량은 0.01% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

(A-2) 조직의 90% 이상이 베이나이트, 또는 페라이트와 베이나이트인 비조질강재(『조건 Y의 강재』)의 경우

Si:

Si는 강의 탈산 및 소입성을 높이는 작용을 가진다. 게다가, 『조건Y의 강재』의 경우에도 Si 함유량의 증가에 따라 절삭시 칩표면의 윤활작용이 높아져 공구수명이 연장되기 때문에 피삭성이 개선된다. 그러나, 그 함유량이 0.05% 미만이면 첨가효과가 결핍되며, 한편 1.5%를 초과하면 상기 효과가 포화될 뿐 아니라 인성이 열화된다. 따라서, Si 함유량은 0.05∼1.5%로 하는 것이 좋다. 또, Si 함유량은 0.5∼1.3%로 하는 것이 바람직하다.

Al:

Al은 강력한 탈산작용을 가진 원소이다. 그 효과를 확보하기 위해서는 0.002% 이상의 함유량으로 하는 것이 좋다. 그러나, 0.05%를 초과하여 함유되어도 그 효과가 포화되며 비용이 높아질 뿐이다. 따라서 Al 함유량은 0.002∼0.05%로 하는 것이 좋다. 또, Al 함유량은 0.005∼0.04%로 하는 것이 바람직하다.

Cu:

Cu는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 인성을 저하시키지 않고 강의 강도를 높이며, 더욱이 피삭성을 높이는 효과를 가진다. 이 효과를 확실하게 얻으려면 Cu는 0.2% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 1.0%를 초과하면 열간가공성이 열화됨과 동시에 석출물이 조대화되어 상기 효과가 포화되거나 인성이 저하되는 경우가 있다. 게다가, 비용도 높아질 뿐이다. 따라서, Cu의 함유량은 0∼1.0%로 하는 것이 좋다.

Mo:

Mo는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 소입성을 높이는 동시에 조직을 미세화하여 강의 강도를 향상시키는 효과를 가진다. 이 효과를 확실하게 얻으려면 Mo의 함유량은 0.05% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.5%를 초과하면 열간가공 후의 조직이 오히려 매우 조대화되어 인성이 저하되어 버린다. 이 때문에, Mo의 함유량은 0∼0.5%로 하는 것이 좋다.

V:

V는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 미세한 질화물이나 탄질화물로서 석출되어 강의 강도를 높임과 동시에 절삭시에 칩의 윤활성을 높여 피삭성을 향상시키는 작용을 한다. 이와 같은 효과를 확실히 얻으려면 V는 0.05% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.30%를 초과하면 석출물이 조대화되기 때문에 상기 효과가 포화되거나 인성이 저하되는 경우가 있다. 게다가, 원료비도 높아질 뿐이다. 따라서, V의 함유량은 0∼0.30%로 하는 것이 좋다.

Nb:

Nb는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 미세한 질화물이나 탄질화물로서 석출되어 오스나이트입자의 조대화를 방지함과 동시에 강의 강도, 인성을 향상시키는 효과를 가진다. 이 효과를 확실하게 얻으려면 Nb는 0.005% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.1%를 초과하면 상기 효과가 포화될 뿐 아니라 조대한 경질 탄질화물이 생성되어 공구를 손상시켜, 피삭성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, Nb의 함유량은 0∼0.1%로 하는 것이 좋다.

B:

B는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 소입성이 향상되어 강의 강도, 인성을 높이는 효과를 가진다. 이 효과를 확실하게 얻으려면 B의 함유량은 0.0003% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.02%를 초과하면 상기의 효과가 포화되거나 오히려 인성이 저하하는 경우가 있다. 이 때문에 B의 함유량은 0∼0.02%로 하는 것이 좋다.

fn3:

이미 기술한 것과 같이, 상기 (3)식으로 표시되는 fn3의 값은 특정 화학조성을 가지는 비조질강재의 조직 및 인성과 상관을 가지며, 이 값이 2.5∼4.5%의 경우에 비조질강의 주된 조직이 베이나이트, 또는 페라이트와 베이나이트로 되어 양호한 강도와 인성의 균형을 얻는다.

fn3에 관한 Si, Mn, Cr 및 Ni는 강의 소입성을 높이는 효과를 가지지만, 이 fn3의 값이 2.5% 미만에서는 바라는 소입성 향상효과가 얻어지지 않으며 인성이 저하되는 경우가 있다. 한편, fn3의 값이 4.5%를 초과하면 소입성이 너무 높게 되어 오히려 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, (3)식으로 표시된 fn3에 대해서는 2.5∼4.5%로 하는 것이 좋다. 또, 이미 기술한 Si 이외의 각 원소의 함유량은 상기 fn3이 2.5∼4.5%를 만족하면 되기 때문에 특히 제한하지 않아도 좋다. 그러나, Mn, Cr, 및 Ni의 함유량은 각각 0.4∼3.5%, 3.0% 이하, 2.0% 이하로 하는 것이 바람직하다.

fn1, fn2:

『조건 Y의 강재』의 경우에도, 이미 기술한 것과 같이 상기(1)식으로 표시되는 fn1의 값이 0%보다 큰 경우 및/또는 상기 (2)식으로 표시되는 fn2의 값이 2보다 큰 경우 Ti탄황화물의 피삭성 향상효과는 크게 된다. 게다가, (2)식으로 표시된 fn2의 값이 2보다 큰 경우에는 Ti탄황화물의 피닝효과도 크게 되어 인장강도나 피로강도가 크게 된다. 따라서, fn1의 값을 0%보다 크게 하던가 fn2의 값을 2보다 크게 하는 것이 바람직하다. 또, 상기 fn1과 fn2 값의 상한은 특히 규정되는 것은 아니며 성분 면에서의 상한값이어도 좋다.

그런데, 불순물 원소로서의 O(산소)는 경질의 산화물 개재물을 형성하며 이것이 절삭시에 절삭공구를 손상시켜 피삭성을 저하시켜버리는 경우가 있다. 특히, O함유량이 0.015%를 초과하면 피삭성의 현저한 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, 『조건 Y인 강재』의 경우에도 양호한 피삭성을 유지하기 위하여 불순물원소로서의 O와 그 함유량을 0.015% 이하로 하는 것이 좋다. 또, O의 함유량은 0.01% 이하로 하는 것이 바람직하다.

게다가, 불순물원소로서의 P는 강의 인성확보라는 관점에서 그 함유량을 0.05% 이하로 하는 것이 좋다.

(A-3) 조직의 50% 이상이 마르텐사이트인 조질강재(『조건 Z의 강재』) 의 경우.

Si:

Si는 강의 탈산 및 소입성을 높이는 작용을 가진다. 게다가 『조건 Z의 강재』의 경우에도, Si함유량의 증가에 따라 절삭시 칩표면의 윤활작용이 높아져 공구수명이 연장되기 때문에 피삭성이 개선된다. 그러나, 그 함유량이 0.05% 미만이면 첨가효과가 부족하며, 한편 1.5%를 초과하면 상기 효과가 포화될 뿐만 아니라 인성이 열화된다. 따라서, Si의 함유량을 0.05∼1.5%로 하는 것이 좋다.

Mn:

Mn은 강의 소입성을 높임과 동시에 고용강화에 의해 피로강도를 향상시키는 효과를 가진다. 그러나, 그 함유량이 0.4% 미만이면 그 효과를 얻을 수 없으며 2.0%를 초과하면 그 효과가 포화될 뿐만 아니라 오히려 너무 경화되어 인성이 저하된다. 따라서, Mn의 함유량은 0.4∼2.0%로 하는 것이 좋다.

Al:

Al은 강력한 탈산작용을 가진 원소이다. 그 효과를 확보하기 위해서는 0.002% 이상의 함유량으로 하는 것이 좋다. 그러나, 0.05%를 초과하여 함유되어도 그 효과가 포화되어 비용이 높아질 뿐이다. 따라서, Al의 함유량은 0.002∼0.05%로 하는 것이 좋다. 또한, Al 함유량은 0.005∼0.04%로 하는 것이 바람직하다.

Cu:

Cu는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 인성을 낮추는 일 없이 강의 강도를 높이며, 게다가 피삭성을 향상시키는 효과를 가진다. 이 효과를 확실하게 얻으려면 Cu는 0.2% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나 그 함유량이 1.0%를 초과하면 열간가공성이 열화되는 것에 더하여, 석출물이 조대화하여 상기 효과가 포화되거나 오히려 저하되는 경우가 있다. 게다가, 비용도 높아질 뿐이다. 따라서, Cu의 함유량은 0∼1.0%로 하는 것이 좋다.

Ni:

Ni는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 강의 소입성을 향상시키는 효과를 가진다. 이 효과를 확실하게 얻으려면 Ni의 함유량은 0.02% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 2.0%를 초과하면 이 효과가 포화되기 때문에 비용이 증가한다. 이 때문에, Ni의 함유량은 0∼2.0%로 하는 것이 좋다.

Cr:

Cr은 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 강의 소입성을 높이는 동시에 고용강화에 의하여 피로강도를 향상시키는 효과가 있다. 이러한 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Cr은 0.03% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 2.0%를 초과하면 상기 효과가 포화될 뿐만 아니라 오히려 너무 경화되어 인성이 저하된다. 이 때문에, Cr의 함유량은 0∼2.0%로 하는 것이 좋다.

Mo:

Mo는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면, 강의 소입성을 높이는 효과를 가진다. 이 효과를 확실하게 얻으려면 Mo의 함유량은 0.05%이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.5%를 초과하면 이 효과가 포화될 뿐 만 아니라 오히려 너무 경화되어 인성이 저하되며 비용도 높아져 버린다. 이 때문에 Mo의 함유량은 0∼0.5%로 하는 것이 좋다.

V:

V는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 미세한 질화물이나 탄질화물로서 석출되어 강의 강도, 특히 피로강도 향상 효과를 가진다. 이 효과를 확실하게 얻으려면 V는 0.05% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.3%를 초과하면 석출물이 조대화하기 때문에 상기 효과가 포화되며 오히려 저하되는 경우가 있다. 게다가, 원료비도 높아질 뿐이다. 따라서, V의 함유량은 0∼0.3%로 하는 것이 좋다.

Nb:

Nb는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 미세한 질화물이나 탄질화물로서 석출하여 오스나이트입자의 조대화를 방지함과 동시에, 강의 강도, 특히 피로강도와 인성을 향상시키는 효과를 가진다. 이 효과를 확실하게 얻으려면 Nb는 0.005% 이상의 함유량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.1%를 초과하면 상기 효과가 포화될 뿐 아니라, 조대한 경질 탄질화물이 생성되어 공구를 손상시켜, 피삭성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, Nb의 함유량은 0∼0.1%로 하는 것이 좋다. 또한, Nb 함유량의 상한은 0.05%로 하는 것이 바람직하다.

B:

B는 첨가하지 않아도 좋다. 첨가하면 소입성이 향상되어 강의 강도, 인성을 높이는 효과를 가진다. 이 효과를 확실하게 얻으려면 B의 함유량은 0.0003% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함유량이 0.02%를 초과하면 상기 효과가 포화되거나 오히려 인성이 저하되는 경우가 있다. 이 때문에 B의 함유량은 0∼0.02%로 하는 것이 좋다.

fn1, fn2:

조건 Z의 강재의 경우에는, 이미 서술한 바와 같이 상기 (1)식으로 나타난 fn1의 값이 0%보다 큰 경우 및/또는 상기 (2)식으로 나타난 fn2의 값이 2보다 큰 경우, Ti탄황화물의 피삭성 향상효과는 크게 된다. 게다가, (2)식으로 나타난 fn2의 값이 2보다 큰 경우에는 Ti탄황화물의 피닝효과도 크게 되어 인장강도나 피로강도가 크게 된다. 따라서, fn1의 값을 0%보다 크게 하던가 fn2의 값을 2보다 크게 하는 것이 바람직하다. 또, 상기 fn1과 fn2 값의 상한은 특히 규정되는 것은 아니며 성분 면에서의 상한값이어도 좋다.

여기에서, 불순물 원소로서의 O(산소)는 경질의 산화물 개재물을 형성하며, 이것이 절삭시에 절삭공구를 손상시켜 피삭성을 저하시켜버리는 경우가 있다. 특히, O함유량이 0.015%를 초과하면 피삭성의 현저한 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, 『조건 Z의 강재』의 경우에도, 양호한 피삭성을 유지하기 위해 불순물 원소로서의 O와 그 함유량을 0.015% 이하로 하는 것이 좋다. 또, O의 함유량은 0.01% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

게다가, 불순물원소로서의 P는 강의 인성확보라는 점에서 그 함유량을 0.05% 이하로 하는 것이 좋다.

(B) Ti탄황화물의 크기와 청정도

상기 (A)에 기재한 화학조성을 가지는 강재의 피삭성을 Ti탄황화물에 의해 높이기 위해서는, Ti탄황화물의 사이즈와 청정도를 적정화하여 놓은 것이 중요하다. 또, 본 발명에서 말하는 『Ti탄황화물』에는 단순한 Ti 황화물도 포함되는 것임은 이미 기술되어 있다.

최대 직경이 10㎛이하인 Ti탄황화물의 양이 청정도로 0.05% 미만인 경우에는 Ti탄황화물에 의한 피삭성 향상 효과가 발휘될 수 없다. 상기 청정도는 0.08% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 Ti탄황화물의 청정도 값이 너무 커도 피로 강도가 저하되는 경우가 있기 때문에, 상기 Ti탄황화물 청정도의 상한값은 2.0% 정도로 하는 것이 바람직하다.

여기에서, Ti탄황화물의 크기를 최대직경으로서 10㎛ 이하로 제한하는 것은 10㎛를 초과하면 피로강도 및/또는 인성이 저하되어 버리기 때문이다. 또, Ti탄황화물의 최대 직경은 7㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 Ti탄황화물의 최대직경이 너무 작으면 피삭성 향상 효과가 작게 되어 버리기 때문에 Ti탄황화물의 최대직경의 하한값은 0.5㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.

Ti탄황화물의 형태는 기본적으로는 강중의 Ti, S 및 N의 함유량에 의해 결정된다. 그러나, Ti탄황화물의 크기와 청정도를 규정값으로 하기 위해서는 Ti 산화물이 과잉으로 생성되는 것을 방지하는 것이 중요하다. 이를 위해서는, 강이 상기 (A)항에서 기술된 화학조성을 가지고 있는 것만으로 충분하지 않은 경우가 있기 때문에, 예를 들면 Si 및 Al로 충분히 탈산하고 최후에 Ti를 첨가하는 제강법을 채택하는 것이 바람직하다

또, Ti탄황화물은 강재로부터 채취한 시험편을 경면(鏡面)연마하고, 그 연마면을 피검면으로 하여 배율 400배 이상으로 광학현미경 관찰하면, 색과 형상에서 용이하게 다른 개재물과 식별된다. 즉, 상기 조건에서 광학현미경으로 관찰하면, Ti탄황화물의 『색』은 극히 엷은 회색이며 그 『형상』은 JIS의 B개재물에 상당하는 입상(구상)으로서 인지된다. Ti탄황화물의 상세한 판정은 상기 피검면을 EDX(에너지 분산형 X선 분석장치)등의 분석기능을 갖춘 전자현미경으로 관찰함으로써 할 수도 있다.

여기에서, Ti탄황화물의 청정도는, 이미 기술된 바와 같이 광학현미경의 배율을 400배로 하여 JIS G 0555에 규정된 『강의 비금속개재물의 현미경시험방법』에 의해 60시야(視野) 측정한 값을 말한다.

(C) 강재의 조직

피삭성에 관한 한, 본 발명의 『피삭성이 우수한 강재』에 대해서는 상기(A)의 C, S, Ti, N, Nd, Se, Te, Ca, Pb 및 Bi의 함유량과 상기 (B)의 Ti탄황화물의 크기와 청정도를 규정하는 것만으로 충분하다. 그러나, 강재에 피삭성과 동시에 다른 특성이 요구되는 경우에는 강재의 조직도 함께 규정하면 좋다.

우선, 강재 조직의 90% 이상이 페라이트와 펄라이트인 경우, 변태변형에 의한 벤딩이나 잔류응력의 발생은 큰 문제로 되지는 않는다. 따라서, 강재 조직의 90% 이상을 페라이트와 펄라이트로 하면, 예를 들면, 마무리 공정으로서의 굽힘(교정 공정)이 필요 없게 되어 경비절감으로 이어진다. 게다가, 상기 강재가 비조질강재인 경우에는 조질처리를 위한 많은 에너지와 경비를 삭감할 수도 있다.

비조질강재의 조직을 90% 이상이 베이나이트와 펄라이트로 이루어지게 하려면 이미 기술한 (Ⅱ)에 기재된 화학조성의 강편을 예를 들면 1,050∼1,300℃로 가열하고, 열간단조 등의 열간가공을 하여, 900℃ 이상의 온도에서 마무리한 후 60℃/분 이하의 냉각속도로 적어도 500℃까지 공냉 또는 방냉(放冷)시키면 된다. 본 명세서에서 말하는 『냉각속도』란 강재표면의 냉각속도를 가리킨다.

상기 조직의 비조질강재의 경우, 페라이트의 비율이 면적률로 20∼70%일 것, 페라이트의 입도가 JIS입도번호로 5 이상일 것, 펄라이트 라멜라 간격의 평균값이 0.2㎛ 이하일 것 중의 적어도 1개의 조건을 만족하면 양호한 강도와 인성의 균형이 얻어진다.

이어서, 강재 조직의 90% 이상이 베이나이트, 또는 페라이트와 베이나이트인 경우 강도와 인성의 균형이 양호하게 된다. 따라서, 양호한 강도와 인성의 균형이 요구되는 경우에는 조직의 90% 이상을 베이나이트, 또는 페라이트와 베이나이트로 하면 좋다. 더욱이, 상기 강재가 비조질강재인 경우에는 조질처리하기 위한 많은 에너지와 경비를 삭감할 수 있다.

비조질강재 조직의 90% 이상을 베이나이트, 또는 페라이트와 베이나이트로 이루어지게 하기 위해서는 이미 기술한 (Ⅲ)에 기재된 화학조성의 강편을 예를 들면 1,050∼1,300℃로 가열하고서, 열간단조 등의 열간가공을 하며, 900℃ 이상의 온도에서 마무리한 뒤 60℃/분 이하의 냉각속도로 적어도 300℃까지 공냉 또는 방냉하면 된다.

비조질강재의 경우, 열간가공시의 성형비가 크게 될수록 조직이 미세화되어 강도와 인성의 균형이 양호하게 된다. 이를 위해서, 상기 열간가공시에 성형비를 1.5 이상으로 하는 것이 바람직하다. 『성형비』란 Ao를 가공 전의 단면적, A를 가공 후의 단면적이라 할 때의 (Ao/A)를 가리킨다.

조직에 있어서, 구 오스나이트입의 결정립도가 JIS 입도번호로 4 이상인 경우 조직의 90% 이상이 베이나이트 또는 페라이트와 베이나이트로 이루어지는 비조질강재(다시 말해, 『조건 Y의 강재』)에서 양호한 강도와 인성의 균형을 안정되게 확보할 수 있다. 여기에서, 비조질강재에 있어서 『구 오스나이트입』이란 가열과 열간가공을 받아 베이나이트나 페라이트 등이 변태생성하기 직전의 오스나이트입을 말한다. 조직의 90% 이상이 베이나이트 또는 페라이트와 베이나이트인 비조질강재의 경우에는 나이탈(nital)로 부식시켜 광학현미경으로 관찰함으로써 구 오스나이트입을 용이하게 판정할 수 있다.

열간가공과 냉각을 행한 후에 200∼700℃의 온도에서 20∼150분 정도 가열하는 시효처리를 행하면, 특히 강도와 인성의 균형이 우수하게 된다.

마지막으로, 강재 조직의 50% 이상이 마르텐사이트인 경우 강도와 인성의 균형이 한층 양호하게 된다. 따라서, 한층 양호한 강도와 인성의 균형이 요구되는 경우에는 조직의 50% 이상을 마르텐사이트로 하면 된다. 게다가 상기 강재가 조질강재인 경우에는 극히 양호한 강도와 인성의 균형이 얻어진다.

조질강재 조직의 50% 이상이 마르텐사이트로 이루어지도록 하기 위해서는 이미 서술한 (Ⅳ)에 기재된 화학조성의 강편을, 예를 들면, 1,050∼1,300℃로 가열하고서 1.5 이상의 성형비로 열간단조 등의 열간가공을 행하고 900℃ 이상의 온도에서 마무리 가공한 뒤, 60℃/분 이하의 냉각속도로 적어도 300℃까지 공냉 또는 방냉하고, 이어서 800℃∼950℃의 온도 영역으로 가열하여 20∼150분 유지한 뒤에 물이나 기름 등의 냉각제를 사용하여 소입하고, 다시 400∼700℃의 온도영역으로 가열하여 20∼150분 유지하고서 2℃/분 이상의 냉각속도로 공냉, 방냉, 경우에 따라서는 수냉, 유냉하여 소려하면 된다. 소입처리로서, 열간가공 후에 오스나이트 영역 또는 마르텐사이트와 페라이트의 2상영역으로부터 그대로 소입하는 이른바 『직접소입』을 이용하여도 된다.

극히 우수한 강도와 인성의 균형을 보다 안정적으로 조질강재에 확보시키기 위해서는 그 조직의 80% 이상을 마르텐사이트로 하는 것이 바람직하다. 또, 조직에 대한 마르텐사이트 이외의 잔부는, 소입처리에 의해 오스나이트로부터 변태한 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트가 소려된 조직, 오스나이트와 페라이트의 2상영역으로부터 소입된 경우의 페라이트가 소려된 조직이나, 소입 처리하여도 변태되지 않고 남은 오스나이트(이른바 『잔류 오스나이트』)가 소려된 조직이다. 실질적으로 조직의 100%가 마르텐사이트이어도 좋다.

구 오스나이트입의 결정입도가 JIS 입도번호로 5이상인 경우, 조직의 50% 이상이 마르텐사이트로부터 이루어지는 조질강재(다시 말해, 『조건 Z의 강재』)에 극히 양호한 강도와 인성의 균형을 안정시켜 확보할 수 있다. 여기에서, 조질강재에 대한 『구 오스나이트입』이란 소입직전의 오스나이트입을 말한다. 조직의 50% 이상이 마르텐사이트인 조질강재의 경우에는, 예를 들면, 강재를 소입한 후 또는 강재를 소입, 소려한 후 시료를 잘라내고, 계면활성제를 첨가한 피크린산계의 수용액으로 부식시켜 광학현미경으로 관찰함으로써, 이 구 오스나이트입을 용이하게 판정할 수가 있다.

(실시예)

이어서, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

표 1∼4에 나타난 화학조성의 강을 150㎏ 진공용해로 또는 3톤 진공용해로를 사용하여 용제(溶製)하였다. 3톤 진공용해로로 용제한 것은 강1, 강6 및 강36∼40이며, 나머지는 모두 150㎏ 진공용해로로 용제한 것이다. 또, 강36과 38을 제외하고, Ti 산화물의 생성을 방지하기 위하여 Si 및 Al로 충분히 탈산하고 여러 종류의 원소를 첨가한 최후에 Ti를 첨가하여, Ti탄황화물의 크기와 청정도를 조정하도록 하였다. 강36과 강38에 대해서는 Si 및 Al로 탈산할 때에 동시에 Ti를 첨가하였다.

표 1∼3에서 강1∼36은 화학조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 본 발명예의 강이다. 한편, 표 4에서 강37∼46은 각 원소의 어느 것인가가 본 발명에서 규정하는 함유량의 범위에서 벗어난 비교예의 강이다.

이어서, 이들 강을 1,250℃로 가열하고서 1,000℃에서 마무리하는 열간단조를 하여 직경 60㎜의 환봉(round bar)을 제작하였다. 또, 열간단조 후의 냉각조건을 냉각속도가 5∼35℃/분이 되도록 공냉 또는 방냉하여 300℃까지 냉각하고, 환봉의 조직을 조정하여 인장강도가 거의 845∼870㎫의 범위로 되도록 하였다. 또, 강6, 강7, 강9, 강11, 강29∼36, 강40, 강45 및 강46에 대해서는, 열간단조 후의 냉각을 한 후 770∼900℃에서 1시간 가열하고서 수소입(water quenching)하고, 550∼560℃에서 소려처리(소려후의 냉각은 공냉)를 하여 조직과 강도 레벨을 조정하였다.

이렇게 하여 얻어진 환봉의 표면으로부터 15㎜의 위치(R/2부위의 위치, R은 환봉의 반경)로부터, JIS14A호의 인장시험편, 오노식 회전굽힘시험편(평행부의 직경이 8㎜이고 그 길이가 18.4㎜) 및 JIS3호 충격시험편(2㎜ U노치 샤르피(Charpy)시험편)을 채취하여 실온에서의 인장강도, 피로강도(피로한도) 및 인성(충격치)을 조사하였다.

환봉의 표면으로부터 R/2부위 위치를 중심으로 하여, JIS G 0555의 도 3에 따라 시험편을 채취하여 경면연마(mirror finish)한 폭이 15㎜이고 높이가 20㎜인 피검면을 배율이 400배인 광학현미경으로 60시야관찰하여, Ti탄황화물을 다른 개재물과 구분하면서 그 청정도를 측정하였다. Ti탄황화물의 최대직경도 배율이 400배인 광학현미경으로 60시야관찰하여 조사하였다. 이후 다시, 경면연마한 피검면을 나이탈로 부식시키고 배율이 100배인 광학현미경으로 관찰하여 R/2부위 위치의 조직을 관찰하여 각 조직의 비율(면적률)을 조사하였다.

드릴천공시험에 의한 피삭성 평가도 행하였다. 즉, 직경 60㎜의 환봉을 55㎜ 길이의 원반형으로 자른 것을 사용하여 그 길이방향으로 깊이 50㎜의 구멍을 뚫어 드릴 끝의 마모에 의해 천공이 불가능하게 되기 직전의 구멍 수를 피삭성 평가지수로 하여 피삭성을 조사하였다. 천공조건은, JIS 고속도공구강 SKH59의 ø6㎜ 스트레이트 생크 드릴과 수용성의 윤활제를 사용하며, 이송속도는 0.2㎜/rev, 회전수는 980rpm으로 하였다.

표 5∼8에 상기 각종 시험결과를 나타낸다. 또, 표 5∼8에는 강6, 강7, 강9, 강11, 강29∼36, 강40, 강45 및 강 46에 대한 소입 및 소려조건도 병기하였다.

표 5∼8로부터, 본 발명에서 규정한 범위의 C, S, Ti 및 N을 함유하며, 게다가 강중 Ti탄황화물의 최대직경이 10㎛이하이며, 그 청정도가 0.05% 이상인 시험번호 1∼35의 경우, 피삭성 평가지수는 200을 넘는 것이 판명된다. 이에 비하여 시험번호 36의 경우는 시험에 제공된 강인 강36의 C, S, Ti 및 N의 함유량은 본 발명에서 규정하는 범위에 있지만, Ti탄황화물의 청정도가 0.05%를 밑돌기 때문에 피삭성 평가지수는 51로 낮다. 시험번호 37, 39 및 40의 경우는, 시험에 제공된 강37, 강39 및 강40의 C, Ti, 및 N의 함유량 중의 어느 것인가가 본 발명에서 규정하는 범위로부터 벗어나기 때문에 피삭성 평가지수는 각각 58, 40, 45로 낮다. 시험번호 38의 경우 시험에 제공된 강인 강38의 S함유량이 본 발명에서 규정하는 범위로부터 벗어나고, 게다가 Ti탄황화물의 청정도도 0.05%를 밑돌기 때문에 피삭성 평가지수는 31로 낮다.

이와 같이, 인장강도 레벨을 거의 같게 하여 피삭성을 평가한 경우 본 발명에 관한 강재의 피삭성이 우수한 것이 분명하다.

한편, Nd, Se, Te, Ca, Pb, Bi의 함유량이 각각 본 발명에서 규정하는 범위에서 벗어난 강41∼46을 시험에 제공된 강으로 하는 시험번호 41∼46의 경우에는 피삭성은 양호하지만, 상기 원소 각각의 함유량이 본 발명에서 규정하는 범위에 있는 강2∼7을 시험에 제공된 강으로 하는 시험번호 2∼7의 경우에 비해 피로강도 및/또는 인성이 뒤떨어지는 것이 분명하다.

또, 표 5∼8로부터 본 발명에 관한 경우, Ti탄황화물의 최대직경이 0.5∼7㎛이며, 청정도가 0.08∼2.0%이면, 피삭성과 피로강도의 균형이 우수한 것이 분명하다. 게다가 조직의 90%이상이 베이나이트 또는 페라이트와 베이나이트인 경우에는 강도와 인성의 균형이 양호하게 되며 조직의 50% 이상이 마르텐사이트인 경우에는 강도와 인성의 균형이 극히 양호하게 되는 것도 분명하다.

(실시예 2)

표 9에 나타난 화학조성의 강47∼54를 150㎏ 진공용해로 또는 3톤 진공용해로를 사용하여 용제하였다. 3톤 진공용해로로 용제한 것은 강 47∼49이며 다른 것은 모두 150㎏ 진공용해로로 용제한 것이다. 또 Ti산화물의 생성을 방지하기 위해서 Si 및 Al로 충분히 탈산하고 여러 종류의 원소를 첨가한 후 최후로 Ti를 첨가하여 Ti탄황화물의 크기와 청정도를 조정하도록 하였다. 표 9의 강47∼54는 어느 것이나 화학조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 본 발명예의 강이다.

이어서, 이들 강을 1,250℃로 가열하고서 1,000℃에서 마무리하는 열간단조를 행하여 직경 60㎜의 환봉을 제작하였다. 또, 열간단조 후의 냉각조건을 냉각속도가 5∼35℃/분이 되도록 공냉 또는 방냉하여 400℃까지 냉각하고, 조직이 주로 페라이트·펄라이트로 이루어지도록 하여 인장강도를 조정하였다.

이와 같이 하여 얻은 환봉으로부터 실시예 1의 경우와 마찬가지로 각종 시험편을 채취하여 조사를 하였다. 즉, 환봉의 표면에서 R/2부위 위치로부터 JIS14A호의 인장시험편, 오노식회전굽힘시험편(평행부의 직경이 8㎜이고 그 길이가 18.4㎜) 및 JIS 3호 충격시험편(2㎜ U노치 샤르피시험편)을 채취하여 실온에서의 인장강도, 피로강도(피로한도) 및 인성(충격치)을 조사하였다.

환봉의 표면으로부터 R/2 부위 위치를 중심으로 하여, JIS G 0555의 도 3에 따라 시험편을 채취하여 경면연마한, 폭이 15㎜이고 길이가 20㎜인 피시험면을 배율이 400배인 광학현미경으로 60시야관찰하여, Ti탄황화물을 다른 개재물과 구분하면서 그 청정도를 측정하였다. Ti탄황화물의 최대 직경도 배율이 400배인 광학현미경으로 60시야관찰하여 조사하였다. 이후 다시, 경면연마한 피검면을 나이탈로 부식시키고 배율이 100배인 광학현미경으로 관찰하여 R/2 부위 위치의 조직을 관찰하여 각 조직의 비율(면적률)을 조사하였다. 시험번호 51∼53의 강51∼53을 시험에 제공된 강으로 JIS의 페라이트 입도번호를 측정함과 동시에 주사전사현미경사진을 촬영하여 펄라이트의 라멜라 간격의 평균값을 구하였다.

드릴천공시험에 의한 피삭성 평가도 행하였다. 시험조건 및 평가방법은 실시예 1에 서술한 것과 같다.

표 10에 상기 각종 시험의 결과를 나타낸다.

표 10으로부터 조직의 90% 이상이 페라이트와 펄라이트로 이루어지는 비조질강재의 경우 페라이트의 비율이 면적률로 20∼70%일 것, 페라이트 입도가 JIS 입도번호로 5 이상일 것, 펄라이트 라멜라 간격의 평균값이 0.2㎛ 이하일 것 중 적어도 1개의 조건을 만족하면 양호한 강도와 인성의 균형이 얻어지는 것이 분명하다. 게다가 상기 (1)식으로 표시된 fn1의 값이 0% 보다 큰 경우 및/또는 상기 (2)식으로 표시된 fn2의 값이 2보다 큰 경우, 피삭성지수도 크게 되는 것이 분명하다. (2)식으로 표시된 fn2의 값이 2보다 큰 경우에는 피로강도도 크다.

(실시예 3)

표 11에 나타난 화학조성의 강55∼59를 150㎏ 진공용해로 또는 3톤 진공용해로를 사용하여 용제하였다. 3톤 진공용해로로 용제한 것은 강55 및 강56이며, 그 외는 모두 150㎏ 진공용해로로 용제한 것이다. 또, 이 실시예의 경우에도 Ti 산화물의 생성을 방지하기 위하여 Si 및 Al로 충분히 탈산한 여러 가지 원소를 첨가한 최후에 Ti를 첨가하여 Ti탄황화물의 크기와 청정도를 조정하도록 하였다. 표 11의 강55∼59는 어느 것이나 화학조성이 본 발명에서 규정하는 범위에 있는 본 발명예의 강이다.

이어서, 이들 강을 1,250℃로 가열하고서 1,000℃에서 마무리하는 열간단조를 하여 직경 60㎜의 환봉을 제작하였다. 또, 열간단조 후의 냉각조건을 냉각속도가 5∼35℃/분으로 되도록 공냉 또는 방냉하여 300℃까지 냉각하고, 조직이 주로 베이나이트 또는 페라이트와 베이나이트로서 이루어지도록 하여 인장강도를 조정하였다. 또, 강57 및 58은 열간단조 후의 냉각을 행한 뒤 560℃에서 1시간 가열 후 공냉하는 시효처리를 한 것(시험번호 60, 61)에 대해서도 조사하였다.

이와 같이 하여 얻은 환봉으로부터 실시예 1의 경우와 마찬가지로 각종 시험편을 채취하여 조사를 하였다. 즉, 환봉의 표면에서 R/2부위 위치로부터 JIS14A호의 인장시험편, 오노식 회전굽힘시험편(평행부의 직경이 8㎜이고 그 길이가 18.4㎜) 및 JIS3호 충격시험편(2㎜ U노치 샤르피시험편)을 채취하여 실온에서의 인장강도, 피로강도(피로한도) 및 인성(충격치)을 조사하였다.

환봉의 표면으로부터 R/2 위치를 중심으로 하여 JIS G 0555의 도 3에 따라 시험편을 채취하여, 경면연마한 폭이 15㎜이고, 높이가 20㎜인 피검면을, 배율이 400배인 광학현미경으로 60시야관찰하여, Ti탄황화물을 다른 개재물과 구분하면서 그 청정도를 측정하였다. Ti탄황화물의 최대직경도, 배율이 400배인 광학현미경으로 60시야관찰하여 조사하였다. 이후 다시 경면연마한 피검면을 나이탈로 부식시켜 배율 100배로 광학현미경 관찰하여 R/2부위 위치의 조직관찰을 하고, 각 조직의 비율(면적률)을 조사하였다.

드릴천공시험에 의한 피삭성평가도 하였다. 시험조건과 평가방법은 실시예 1에서 기술한 것과 같다.

표 12에 상기 각종 시험의 결과를 나타낸다. 또, 표 12에는 시험번호 60, 61에 강57, 강58에 대하여 행한 시효처리의 조건도 병기하였다.

표 12로부터, 조직의 90% 이상이 베이나이트 또는 페라이트와 베이나이트로 이루어지는 비조질강재의 경우 열간가공과 냉각을 행한 후에 시효처리를 하면 양호한 강도와 인성의 균형이 얻어지는 것이 분명하다. 게다가, 상기 (1)식으로 표시되는 fn1의 값이 0%보다 큰 경우 및/또는 상기 (2)식으로 표시된 fn2의 값이 2보다 큰 경우 피삭성지수도 크게 되는 것이 분명하다. (2)식으로 표시된 fn2의 값이 2보다 큰 경우에는 피로강도도 크다.

(실시예 4)

표 13에 나타난 화학조성의 강60∼64를 150㎏ 진공용해로 또는 3톤 진공용해로를 사용하여 용제하였다. 3톤 진공용해로에서 용제한 것은 강60 및 강61이며 다른 것은 150㎏ 진공용해로에서 용제한 것이다. 또, 이 실시예의 경우에도 Ti산화물의 생성을 방지하기 위해서, Si 및 Al로 충분히 탈산한 여러 종류의 원소를 첨가한 최후에 Ti를 첨가하여 Ti탄황화물의 크기와 청정도를 조정하도록 하였다. 표 13의 강60∼64는 어느 것이나 화학조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 본 발명예의 강이다.

이어서, 이들 강을 1,250℃로 가열하고서 1,000℃에서 마무리하는 열간단조를 행하여 직경 60㎜의 환봉을 제작하였다. 또, 열간단조 후의 냉각조건을 냉각속도가 5∼35℃/분이 되도록 공냉 또는 방냉하여 300℃까지 냉각하였다. 그후 850∼900℃에서 1시간 가열하고서 수소입(water quenching)하며, 550℃에서 소려처리(소려 후의 냉각은 공냉)하여 조직과 강도 레벨을 조정하였다.

환봉의 표면에서 R/2부위 위치를 중심으로 하여 JIS G 0555의 도 3에 따라 시험편을 채취하여, 경면연마한 폭이 15㎜이고 높이가 20인 피검면을, 배율이 400배인 광학현미경으로 60시야관찰하여 Ti탄황화물을 다른 개재물과 구분하면서 그 청정도를 측정하였다. Ti탄황화물의 최대직경도 배율이 400배인 광학현미경으로 60시야관찰하여 조사하였다. 이후 다시, 경면연마한 피검편을 나이탈로 부식시켜 배율 100배로 광학현미경 관찰하여 R/2부위 위치의 조직을 관찰하여 각 조직의 비율(면적률)을 조사하였다.

드릴 천공 시험에 의한 피삭성의 평가도 하였다. 시험조건 및 평가방법은 실시예 1에서 기술한 것과 같다.

표 14에 상기의 각종 시험의 결과를 나타낸다. 또, 표 14에는 강60∼64에 대한 소입과 소려조건도 병기하였다.

표 14로부터 조직의 50% 이상이 마르텐사이트로 이루어지는 조질강재의 경우 극히 양호한 강도와 인성의 균형이 얻어지는 것이 분명하다. 게다가, 상기 (1)식으로 표시되는 fn1의 값이 0%보다 큰 경우 및/또는 상기 (2)식으로 표시되는 fn2의 값이 2보다 큰 경우 피삭성지수도 크게 되는 것이 분명하다. (2)식으로 표시되는 fn2의 값이 2보다 큰 경우에는 피로강도도 크다.

(실시예 5)

이미 기술한 실시예 1∼4 있어서, 3톤 진공용해로를 사용하여 용해한 강1, 강6, 강36∼40, 강47∼49, 강55, 강56, 강60 및 강61의 일부를 1,250℃로 가열하고서 1,000℃에서 마무리하는 열간단조를 하고 실온까지 방냉하고 125㎜ 각(角)의 각봉을 제작하였다.

이어서, 이들 각봉을 1,250℃로 가열 후, 마무리 온도가 1,000℃ 이상으로 되도록 열간형단조(熱間型鍛造)하고, 열간형단조 후의 냉각조건을 냉각속도가 5∼35℃/분으로 되도록 공냉 또는 방냉하여 300℃까지 냉각하여 크랭크샤프트의 소형재(素形材)를 제작하고, 절삭가공하여 최종의 크랭크샤프트로 마무리하였다. 또, 시험번호 68, 69, 73, 79 및 80에 대해서는, 열간형단조 후의 냉각을 한 후, 890∼900℃로 1시간 가열하고서 수소입하고, 550℃에서 소려(소려 후의 냉각은 공냉)처리를 하여 크랭크샤프트의 소형재를 제작하고, 절삭가공하여 최종의 크랭크샤프트로 마무리한다.

최종 제품형상으로 마무리하기 위한 표면 절삭은, JIS 기호 CNMG12041N-UX의 형상으로 코팅 처리한 초경칩을 사용하여, 건식, 절삭속도 100m/분, 절삭깊이 1.5㎜, 이송속도 0.25㎜/rev의 조건으로 하였다. 그후, JIS고속도공구강 SKH59의 ø6㎜ 스트레이트 생크 드릴과 수용성 윤활제를 사용하여, 이송속도 0.20㎜/rev, 회전수 980rpm으로 크랭크축의 오일구멍을 가공하였다. 드릴에 의한 오일구멍 가공시에 드릴의 날끝 마모에 의해 천공이 불가능하게 되기 직전의 제작된 크랭크축 수로 실체의 피삭성을 평가하였다.

상기한 크랭크축 소형재의 핀부(직경 70㎜) 표면으로부터 15㎜의 위치를 중심으로 하여 JIS G 0555의 도 3에 따라 시험편을 채취하고, 경면연마한 폭이 15㎜이고 높이가 20㎜인 피검면을, 배율이 400배인 광학현미경으로 60시야관찰하여, Ti탄황화물을 다른 개재물과 구분하면서 그 청정도를 측정하였다. Ti탄황화물의 최대직경도 배율 400배의 광학현미경으로 60시야관찰하여 조사하였다. 이후 다시 경면연마한 피검면을 나이탈로 부식시키고 배율 100배의 광학현미경 관찰로 조직관찰을 하여, 각 조직의 비율(면적률)을 조사하였다. 더욱이, 시험편 채취방향이 크랭크축의 축방향과 평행하게 되도록 하여 JIS14A호의 인장시험편, 오노식회전굽힘시험편(평행부의 직경이 8㎜이고 그 길이가 18.4㎜) 및 JIS3호 충격시험편(2㎜ U 노치샤르피시험편)을 채취하여 실온에서의 인장강도, 피로강도(피로한도) 및 인성(충격치)을 조사하였다.

표 15에 상기 각종시험의 결과를 나타낸다. 또, 표 15에는 시험번호 68, 69, 73, 79, 80에 대한 것의 소입과 소려 조건을 병기하였다.

표 15로부터 본 발명에 의한 강재로 제작한 크랭크축의 소형재는 피삭성이 우수한 것이 분명하다. 또, 본 발명에 의한 강재를 소재로 한 크랭크축은 비교예의 강재를 소재로 한 크랭크축에 비하여 강도와 인성의 균형도 우수한 것이 분명하다.

본 발명의 강재는, 피삭성이 우수한 동시에 양호한 강도와 인성의 균형을 가지기 때문에 자동차를 위시한 수송용 기계, 산업용 기계, 건설용 기계 등 각종 기계의 구조부품의 소재로서 이용할 수 있다. 이 강재를 소재로 하여 절삭가공을 함으로써 비교적 용이하게 각종 기계구조부품을 제조할 수 있다.

Claims

중량%로, C: 0.05~0.6%, Si: 1.5%이하, Mn: 3.5%이하, P: 0.07%이하, S: 0.002~0.2%, Ti: 0.04~1.0%, N: 0.008% 이하, Nd: 0.1%이하, Se: 0.5%이하, Te: 0.05%이하, Ca: 0.01%이하, Pb: 0.5%이하, Bi: 0.4이하%를 함유하며 잔부는 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 화학조성이며, 강중 Ti탄황화물의 최대직경이 10㎛이하이며, 또 그 양이 청정도로 0.05% 이상인 피삭성이 우수한 강재.
제1항에 있어서, Ti탄황화물의 최대직경이 0.5~7㎛이고 또한, 그 양이 청정도로 0.08~2.0%인 강재.
제1항에 있어서, 중량%로, C: 0.2~0.6%, Si: 0.05~1.5%, Mn: 0.1~2.0%, P: 0.07% 이하, S: 0.01~0.2%, Ti: 0.04~1.0%, N: 0.008%이하, Nd: 0.1%이하, Se: 0.5%이하, Te: 0.05%이하, Ca: 0.01%이하, Pb: 0.5%이하, B: 0.4%이하, Al: 0.002~0.05%, Cu: 1.0%이하, Ni: 2.0%이하, Cr: 2.0%이하, Mo: 0.5%이하, V: 0.3%이하, Nb: 0.01%이하를 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 화학조성이며 강중 Ti 탄황화물 최대직경이 10㎛이하이며 또 그양이 청정도 0.05%이상이며, 게다가, 조직의 90% 이상이 페라이트와 펄라이트인 피삭성이 우수한 비조질강재.
제3항에 있어서, Ti탄황화물의 최대직경이 0.5~7㎛, 또한, 그 양이 청정도로 0.08~2.0%인 비조질강재.
제3항 또는 제4항에 있어서, 페라이트의 비율이 면적률로 20~70%, 페라이트 입도가 JIS입도번호로 5이상, 펄라이트의 라멜라 간격의 평균값이 0.2㎛ 이하의 적어도 1개를 만족하는 피삭성이 우수한 비조질강재.
제3항 또는 제4항에 있어서, 아래 (1)식으로 나타나는 fn1의 값이 0%보다 클것과, 아래 (2)식으로 나타나는 fn2의 값이 2 이상일 것 중의 적어도 한 가지를 만족하는 비조질강재.

fn1 = Ti(%)-1.2S(%)… … (1)

fn2 = Ti(%) / S(%)… … (2)
제1항에 있어서, 중량%로 C: 0.05~0.3%, Si: 0.05~1.5%, Mn: 3.5%이하, P: 0.05%이하, S: 0.002~0.2%, Ti: 0.04~1.0%, N: 0.008% 이하, Nd: 0.1%이하, Se: 0.5%이하, Te: 0.05%이하, Ca: 0.01%이하, Pb: 0.5%이하, B: 0.4%이하, Al: 0.002~0.05%, Cu: 1.0%이하, Mo: 0.5%이하, V: 0.30%이하, Nb: 0.1%이하, B: 0.02%이하, Ni: 2.0%이하, Cr: 3.0%이하를 함유하며, 아래 (3)식으로 나타내는 fn3의 값이 2.5~4.5%를 만족하며, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 화학조성이며, 강중 Ti 탄황화물의 최대직경이 10㎛이하이며, 조직의 90% 이상이 베이나이트 또는 페라이트와 베이나이트인 피삭성이 우수한 비조질강재.

fn3 = 0.5Si(%)+Mn(%)+1.13Cr(%)+1.98Ni(%)… … (3)
제7항에 있어서, Ti탄황화물의 최대직경이 0.5~7㎛, 또한, 그 양이 청정도로 0.08~2.0%인 비조질강재.
제7항 또는 제8항에 있어서, 아래 (1)식으로 나타나는 fn1의 값이 0%보다 클 것과, 아래 (2)식으로 나타나는 fn2의 값이 2 이상일 것 중의 적어도 한 가지를 만족하는 비조질강재.

fn1 = Ti(%)-1.2S(%)… … (1)

fn2 = Ti(%) / S(%)… … (2)
제1항에 있어서, 중량%로 C: 0.1~0.6%, Si: 0.05~1.5%, Mn: 0.4~2.0%, P: 0.05%이하, S: 0.002~0.2%, Ti: 0.04~1.0%, N: 0.008%이하, Nd: 0.1%이하, Se: 0.5%이하, Te: 0.05%이하, Ca: 0.01%이하, Pb: 0.5%이하, Bi: 0.4이하%, Al: 0.002~0.05%, Cu: 1.0%이하, Ni: 2.0%이하, Cr: 2.0%이하, Mo: 0.5%이하, V: 0.3% 이하, Nb: 0.1%이하, B: 0.02%이하를 함유하며, 잔부는 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 화학조성이며, 강중 Ti탄황화물의 최대직경이 10㎛이하이며, 또, 그양이 청정도로 0.05%이상이고, 게다가 조직의 50%이상이 마르텐사이트인 피삭성이 우수한 조질강재.
청구항 10에 있어서, Ti탄황화물이 최대직경이 0.5~7㎛, 또한, 그 양이 청정도로 0.08~2.0%인 조질강재.
제10항 또는 제11항에 있어서, 아래 (1)식으로 나타나는 fn1의 값이 0%보다 클 것과, 아래 (2)식으로 나타나는 fn2의 값이 2 이상일 것 중의 적어도 한가지를 만족시키는 조질강재.

fn1 = Ti(%)-1.2S(%)… … (1)

fn2 = Ti(%) / S(%)… … (2)
제5항에 있어서, 아래 (1)식으로 나타나는 fn1의 값이 0%보다 클 것과, 아래 (2)식으로 나타나는 fn2의 값이 2 이상일 것 중의 적어도 한 가지를 만족하는 비조질강재.

fn1 = Ti(%)-1.2S(%)… … (1)

fn2 = Ti(%) / S(%)… … (2)