KR100683923B1

KR100683923B1 - 피삭성이 우수한 강

Info

Publication number: KR100683923B1
Application number: KR1020047020308A
Authority: KR
Inventors: 하시무라마사유키; 미즈노아쓰시; 히라타히로시; 나이토겐이치로; 하기와라히로시
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2007-02-16
Also published as: JP4267260B2; JP2004018925A; WO2003106724A1; TWI306476B; KR20050008823A; CN1659297A; CN100355927C; TW200401041A

Abstract

본 발명은 피삭성이 우수한 강을 제공하는 것으로, 질량%로, C:0.001 내지 1.5%, Si:3% 이하, Mn:0.01 내지 3%, P:0.001 내지 0.2%, S:0.0001 내지 1.2%, Zn:0.001 내지 0.5%, N:0.0001 내지 0.02%, O:0.0005 내지 0.05%를 함유하는 것을 특징으로 하는 피삭성이 우수한 강. 또한, 필요에 따라 피삭성 원소인 Sn:0.002 내지 0.5% 및/또는 B:0.0005 내지 0.05%를 함유시킬 수 있다.

Description

피삭성이 우수한 강{STEEL EXCELLENT IN MACHINABILITY}

본 발명은 자동차나 일반기계 등의 부품에 사용할 수 있는 강에 관한 것으로, 특히 절삭 시의 공구수명, 절삭 표면 조도 및 절삭후 절삭 부스러기 처리성 등의 피삭성이 우수한 강에 관한 것이다.

일반기계나 자동차는 다종의 부품을 조합시켜서 제조되고 있으나, 그 부품은 요구 정밀도와 제조 효율의 관점에서, 많은 경우 절삭공정을 거쳐 제조되고 있다. 이 때, 비용 저감과 생산 능률의 향상이 요구되고, 강에도 피삭성 향상이 요구되어 왔다.

C 첨가량이 0.2% 미만인 저탄쾌삭강이라고 불리는 SUM23이나 SUM24L은 피삭성을 중요시하여 개발되어 왔다. 지금까지 피삭성을 향상시키기 위하여 S, Pb 등의 피삭성 향상 원소를 첨가하는 것이 유효한 것으로 알려져 있다. 그러나, 최근 Pb은 환경 부하로 인하여 사용을 기피하는 경향이 있고, 그 사용량을 줄이는 추세이다.

지금까지도 Pb을 첨가하지 않는 경우에는 S와 같이 MnS와 같은 절삭 환경하에서 연질이 되는 개재물을 형성하여 피삭성을 향상시키는 수법이 사용되어져 왔다. 그러나, 이른 바 저탄쾌삭강 SUM24L에는 저탄유황쾌삭강 SUM23과 동량의 S가 첨가되고 있다. 따라서, 피삭성을 향상시키기 위하여 종래 이상의 S양을 첨가할 필요가 있 다. 그러나 다량의 S를 첨가할 경우 MnS를 단지 조대화할 뿐 피삭성 향상에 유효한 MnS 분포로 되지 않을 뿐만 아니라, 압연, 단조 등에 있어서 파괴 기점이 되어 압연 흔적이 남는 등 제조상의 많은 문제를 야기한다. 흔히, SUM23을 베이스로 하는 유황쾌삭강에서는 구성 날끝이 부착되기 쉬워, 구성 칼끝의 탈락 및 절삭 부스러기 분리 현상에 수반하여 절삭 표면에 요철이 생겨 표면 조도가 열화된다. 따라서, 피삭성의 관점에서도 표면 조도 열화에 의한 정밀도 저하가 문제가 된다. 절삭 부스러기 처리성에 있어서도, 절삭 부스러기가 짧게 분단되기 쉬운 것이 양호한 것으로 알려져 있는데, 단순한 S 첨가만으로는 매트릭스의 연성이 크기 때문에, 충분히 분단되지 않아 크게 개선할 수 없었다.

S 이외의 원소, Te, Bi, P 등도 피삭성 향상 원소로서 알려져 있지만, 어느 정도 피삭성을 향상시킬 수 있어도, 압연이나 열간 단조시에 균열이 발생하기 쉬워, 매우 적은 것이 바람직한 것으로 여겨지고 있다.

또한, 0.2% 이상의 C를 함유하는 강에서는 C, Cr, Mo 등의 합금 원소를 많이 포함하고 비교적 고강도를 가진다. 이와 같은 구조용 강의 경우, 구성 칼끝 생성과 그것에 의하여 발생하는 절삭 표면의 요철(조도)의 문제는 작고, 원래가 단단한 재료이므로, 표면 조도는 비교적 양호하다. 그러나, 기본적인 강도가 높기 때문에 피삭성 향상 원소인 S를 많이 첨가하면, 생성되는 MnS가 압연이나 단조로 연신되므로 기계적 성질에 이방성이 나타나기 때문에, 부품에 적용을 하는 데 있어서 크게 제약을 받는다. 또한 고강도강에는 피삭성 향상을 위한 S첨가는 이루어지지 않고, 피삭성을 희생시키는 경우가 대부분이다.

상기와 같은 정황으로부터, 본 발명은 압연이나 단조 및 제품 성능상의 불량을 피하면서, C함유량이 0.15%에 미치지 않는 이른 바 저탄소강에 관하여는 공구 수명과 표면 조도를 모두 개선한 우수한 피삭성을 가지는 강을 제공하는 것을 과제로 하는 것이며, 또한, 0.15% 이상의 C를 함유하는 구조용 강, 고강도 강의 경우에는 기계적 성질(이방성도 포함)과 피삭성이 양립되는 강을 제공하는 것을 과제로 한다.

절삭은 절삭 부스러기를 분리하는 파괴 현상이며, 그것을 촉진시키는 것이 하나의 요점이 된다. 그러나, 전술하는 바와 같이 S를 단순하게 증량하는 것만으로는 한계가 있다.

이에, 본 발명자들은 실험을 거듭하여 예의 연구한 결과, S를 증량할 뿐만 아니라, 기본성분으로서 Zn을 함유시킴으로써 매트릭스를 취화시키고, 파괴를 용이하게 하여 공구 수명을 연장하는 동시에 절삭 표면의 요철을 억제할 수 있는 것을 알아내었다.

본 발명은 이상의 발견에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요지는 아래와 같다.

(1) 질량%로,

C:0.001 내지 1.5%,

Si:3% 이하,

Mn:0.01 내지 3%,

P:0.001 내지 0.2%,

S:0.0001 내지 1.2%,

Zn:0.00l 내지 0.5%,

N:0.000l 내지 0.02%,

O:0.0005 내지 0.05%

를 함유하는 것을 특징으로 하는 피삭성이 우수한 강.

(2) 또한, 질량%로, Sn:0.002 내지 0.5%를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 피삭성이 우수한 강.

(3) 또한, 질량%로, B:0.0005 내지 0.05%를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2) 기재의 피삭성이 우수한 강.

(4) 또한, 질량%로, Cr:0.01 내지 7%, Mo:0.01 내지 3%, V:0.0l 내지 3.0%, Nb:0.001 내지 0.2%, Ti:0.001 내지 0.5%, W:0.01 내지 3% 중, 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 피삭성이 우수한 강.

(5) 또한, 질량%로, Ni:0.05 내지 7%, Cu:0.02 내지 3% 중 어느 1종 또는 2종을 함유하는 동시에, Cu가 0.3% 이상을 포함하는 경우에는 Ni%≥Cu%를 만족하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 피삭성이 우수한 강.

(6) 또한, 질량%로, Al:0.001 내지 2%, Ca:0.0002 내지 0.01%, Zr:0.0003 내지 0.5%, Mg:0.0002 내지 0.02% 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특 징으로 하는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 피삭성이 우수한 강.

(7) 또한, 질량%로, Te:0.001 내지 0.5%, Pb:0.01 내지 0.7%, Bi:0.01 내지 0.7% 중 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 피삭성이 우수한 강.

도 1a는 플랜지 절삭 시험의 개요를 나타내는 도로서, 플랜지 절삭 시험 방법을 나타내는 도이다.

도 1b는 플랜지 절삭 시험의 개요를 나타내는 도로서 공구의 움직임을 나타내는 도이다.

도 2는 노치부가 있는 오노(小野)식 회전 굽힘 시험편을 나타내는 도이다.

도 3a은 침탄조건을 나타내는 모식도로서, 침탄 소입을 나타내는 모식도이다.

도 3b는 침탄조건을 나타내는 모식도로서, 소준(燒準) 조건을 나타내는 모식도이다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

본 발명의 기본 사상은 강의 필수성분으로서 S 이외에 Zn을 함유시킴으로써, 기계적 성질을 손상하지 않고, 피삭성을 향상시키는 데 있다.

즉, Zn은 본 발명에 특히 중요한 원소이다. Zn에는 강을 취화시키는 효과가 있고, 피삭성을 향상시키는 효과를 가지며, 특히 절삭 표면 조도를 개선하는 효과가 있다. 또한, 종래부터 알려져 있는 MnS와 같은 조대한 개재물의 형태를 취하지 않고, 매트릭스 중에 존재하기 때문에 기계적 성질의 열화는 최저한으로 억제할 수 있다. 이 효과는 특히 이방성으로서 현저하게 인정된다. 반대로 같은 정도의 기계적 성질을 가지고 있어도, Zn이 첨가되어 있을 경우에는 양호한 피삭성을 얻을 수 있다. 이것은 절삭 열에 의하여 온도가 상승하였을 때에 Zn의 취화 효과가 현저해지기 때문으로 생각된다. 또한, 절삭 중에는 공구/피삭재 계면에서 윤활 효과를 내는 것으로 생각된다. Zn:O.OO1% 미만에서는 그 효과가 작다. 한편, Zn은 용제 시에 매우 기화하기 쉬우므로, Zn을 용강 중에 잔류시켜, 응고 후에도 0.5%를 초과하는 Zn양을 유지하기 위하여 다량의 Zn의 투입이 필요하며, 비용면에서 공업적으로 성립하지 않기 때문에 0.5%를 상한으로 하였다. 따라서, 본 발명 강의 Zn의 성분 범위를 0.001 내지 0.5%로 한정하였다.

Zn에 추가적으로, Sn, B, Te 등의 피삭성 향상 원소를 함유시킬 수 있지만, Sn은 단독으로는 피삭성은 향상되지 않고, Zn과의 상호작용에 의하여 피삭성이 향상된다.

이하에서는, Zn 이외의 강 성분을 한정한 이유를 설명한다.

C:0.001 내지 1.5%

C는 강재의 기본 강도와 강중의 산소량에 관계되므로 피삭성에 큰 영향을 미친다. C를 많이 첨가하여 강도를 높이면 피삭성을 저하시키므로 그 상한을 1.5%로 하였다. 한편, 피삭성을 저하시키는 경질 산화물 생성을 방지하면서, 응고 과정에서의 핀 홀 등의 고온에서의 고용 산소의 폐해를 억제하기 위하여, 산소량을 적량으로 제어할 필요가 있다. 단순하게 취련에 의하여 C양을 지나치게 저감시키면 비 용이 증가할 뿐만 아니라, 강중 산소량이 다량으로 잔류하여 핀 홀 등의 불량의 원인이 된다. 따라서, 핀 홀 등의 불량을 용이하게 방지할 수 있는 C양 0.001%를 하한으로 하였다.

Si:3% 이하

Si의 과도한 첨가는 열간 연성이 저하하여 압연 등이 곤란해지지만, 적당한 첨가는 기계적 성질을 부여하거나, 산화물을 연질화시켜 피삭성을 향상시킨다. 그 상한은 3%이며, 그 이상에서는 열간 연성이 저하하여 압연 등이 곤란하게 되어 공업 생산이 곤란하게 된다. 또한, 경질 산화물을 발생시켜 피삭성을 저하시키는 등의 폐해도 생긴다.

Mn:0.01 내지 3.0%

Mn은 탈산원소로서, 또한 강중 유황을 MnS로서 고정·분산시키기 위하여 필요하다. 또한 강중 산화물을 연질화시켜, 산화물을 무해화시키는데 필요하다. 그 효과는 첨가하는 S양에도 의존하지만, 0.01% 미만에서는 첨가S를 MnS로서 충분히 고정할 수 없고, S가 FeS가 되어 취화된다. Mn양이 많아지면 소지의 경도가 커지고 피삭성이나 냉간 가공성이 저하되므로, 3.0%를 상한으로 하였다.

P:0.001 내지 0.2%

P는 강중에 있어서 소지의 경도가 커지고, 냉간 가공성 뿐만 아니라, 열간 가공성이나 주조 특성이 저하되므로, 그 상한을 0.2%로 하여야 한다. 한편, 취화시킴으로써 절삭을 용이하게 하여 피삭성 향상에 효과가 있는 원소로 하한값을 0.001%으로 하였다.

S:0.0001 내지 1.2%

S는 Mn과 결합하여 MnS 개재물로서 존재한다. MnS은 피삭성을 향상시키지만, 연신된 MnS는 단조시의 이방성을 나타내는 원인의 하나이다. 큰 MnS는 피해야 하지만, 피삭성 향상의 관점에서는 다량의 첨가가 바람직하다. 따라서 MnS를 미세 분산시키는 것이 바람직하다. 피삭성 향상에는 0.0001% 이상의 첨가가 필요하여, 바람직하게는 0001% 이상의 첨가가 좋다. 한편, 1.2%를 넘으면 조대 MnS의 생성을 피할 수 없을 뿐만 아니라, FeS 등에 의한 주조 특성, 열간 변형 특성의 열화로부터 제조 중에 균열이 발생하므로, 이를 상한으로 하였다.

N:0.0001 내지 0.02%

N은 고용N의 경우, 강을 경화시킨다. 특히 절삭에 있어서는 동적 변형 시효에 의하여 칼끝 근방에서 경화하고, 공구의 수명을 저하시키지만 절삭 표면 조도를 개선하는 효과도 있다. 또한 B과 결합되어 BN을 생성하여 피삭성을 향상시킨다. N 함유량이 0.0001% 미만에서는 고용 질소에 의한 표면 조도 향상 효과나 BN에 의한 피삭성 개선 효과가 인정되지 않으므로, 이를 하한으로 하였다. 또 N함유량이 0.02%를 초과하면 고용질소가 다량으로 존재하기 때문에 오히려 공구 수명을 저하시킨다. 또 주조 도중에 기포를 생성하고, 흠 등의 원인이 된다. 따라서 본 발명에서는 그러한 폐해가 현저해지는 0.02%를 상한으로 하였다.

O:0.0005 내지 0.05%

O는 자유 산소로 존재할 경우에는 냉각시에 기포가 되고, 핀 홀의 원인이 된다. 또 산화물을 연질화하고, 피삭성에 유해한 경질 산화물을 억제하기 위해서도 제어가 필요하다. 또한 MnS의 미세 분산시킬 때에도 석출 핵으로서 산화물을 이용한다. O 함유량이 0.00O5% 미만에서는 충분히 MnS를 미세 분산시킬 수 없으며, 조대한 MnS를 발생시켜 기계적 성질에도 악영향을 미친다. 따라서 0.0005%를 하한으로 하였다. 또한 O 함유량이 0.05%를 초과하면 주조 중에 기포가 되어 핀 홀이 되기 때문에, 0.05% 이하로 하였다.

Sn:0.002 내지 0.5%

Sn은 연질금속이며, 강중에서는 입계 등에 분포되어 강을 취화시킨다. 이로써 피삭성을 향상시킨다. 0.002% 이하에서는 그 효과가 인정되지 않고, 0.5%를 넘으면, 강을 취화시키게 되어 주조 및 압연을 곤란하게 한다. 따라서 그 범위를 0.002 내지 0.5%로 하였다.

B:0.0005 내지 0.05%

B는 피삭성 향상에 효과가 있다. 이 효과는 0.0005% 미만에서는 현저하지 않고, 0.05%를 초과하여 첨가하여도 그 효과가 포화되고, 열 이력에 의하여 BN이 지나치게 많이 석출되면 반대로 주조 특성, 열간 변형 특성의 열화로부터 제조 중에 균열을 발생시킨다. 이에 0.0005 내지 0.05%를 범위로 하였다.

Cr:0.01 내지 7%

Cr은 담금질성 향상, 소려 연화 저항 부여 원소이다. 또한 다량으로 첨가함으로써 내식성을 얻을 수 있다. 그 때문에 고강도화가 필요한 강에는 첨가된다. 그 경우, 0.01% 이상의 첨가를 필요로 한다. 그러나 다량으로 첨가하면 Cr 탄화물을 생성하여 취화시키므로, 7%를 상한으로 하였다.

Mo:0.01 내지 3%

Mo는 소려 연화 저항을 부여하는 동시에, 소입성을 향상시키는 원소이다. 0.01% 미만에서는 그 효과가 인정되지 않고, 3%를 넘어서 첨가하여도 그 효과가 포화되므로, 0.01% 내지 3%를 첨가 범위로 하였다.

V:0.O1 내지 3.0%

V는 탄질화물을 형성하고, ２차 석출 경화에 의하여 강을 강화할 수 있다. 0.01% 미만에서는 고강도화에 효과는 없고, 3%를 넘어서 첨가하면 많은 탄질화물을 석출하고, 오히려 기계적 성질을 손상하므로, 이를 상한으로 하였다.

Nb:0.001 내지 O.2%

Nb도 탄질화물을 형성하고, ２차 석출 경화에 의하여 강을 강화할 수 있다. 0.001% 미만에서는 고강도화에 효과는 없고, 0.2%를 넘어서 첨가하면 많은 탄질화물을 석출하여, 오히려 기계적 성질이 손상되므로, 이를 상한으로 하였다.

Ti:0.001 내지 O.5%

Ti도 탄질화물을 형성하고, 강을 강화한다. 또한 탈산원소이기도 하고, 연질산화물을 형성시킴으로써 피삭성을 향상시키는 것이 가능하다. 0.001% 미만에서는 그 효과가 인정되지 않고, 0.5%를 넘어서 첨가하여도 그 효과가 포화된다. 또한, Ti는 고온에서도 질화물이 되어 오스테나이트 입자의 성장을 억제한다. 이에 상한을 0.5%로 하였다.

W:O.01 내지 3%

W는 탄질화물을 형성하고, ２차 석출 경화에 의하여 강을 강화할 수 있다. 0.01% 미만에서는 고강도화에 효과는 없고, 3%를 넘어서 첨가하면 조대한 탄질화물을 석출하여, 도리어 기계적 성질을 손상하므로, 이것을 상한으로 하였다.

Ni:0.05 내지 7%

Ni는 페라이트를 강화하고, 연성을 연성 향상시키는 동시에 소입성 향상, 내식성 향상에도 유효하다. 0.05% 미만에서는 그 효과는 인정되지 않고, 7%를 넘어서 첨가하여도, 기계적 성질이라는 점에서는 효과가 포화하므로, 이것을 상한으로 하였다.

Cu:0.02 내지 3%

Cu는 페라이트를 강화하고, 연성을 연성 향상시키는 동시에 소입성 향상, 내식성 향상에도 유효하다. 0.02% 미만에서는 그 효과는 인정되지 않고, 3%를 넘어서 첨가하여도, 기계적 성질이라는 점에서는 효과가 포화하므로, 이를 상한으로 하였다. 또한 Cu는 단독으로 첨가하면 열간 연성을 극단적으로 저하시켜서, 균열 등의 주조, 압연에 있어서의 문제의 원인이 된다. 그 첨가량이 0.3%를 초과할 경우에는 제조상의 문제를 회피하기 위하여, Ni의 첨가량을 Ni%≥Cu%가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.

Al:0.001 내지 2%

Al은 탈산원소로 강중에서는 Al₂O₃이나 AlN을 형성한다. 이로써 소입 시의 오스테나이트 입경의 조대화 방지 나아가 인성 향상에 유효하다. 그러나 0.001% 미만에서는 그 효과가 인정되지 않고, 2%를 넘으면 조대한 개재물을 발생시켜, 도리 어 기계적 성질을 저하시킨다. 또한 Al₂O₃은 경질이므로 절삭 시에 공구 손상의 원인이 되어, 마모를 촉진할 경우가 있다. 이 때 오스테나이트 입자 등의 조대화 효과가 포화되고, Al₂O₃의 폐해가 현저하게 되는 2%를 상한으로 하였다. 특히 피삭성을 우선할 경우에는 Al₂O₃을 다량으로 생성하지 않는 O.015% 이하로 하는 것이 바람직하고, 또한 산화물의 연질화를 우선시킬 경우에는 0005% 이하가 바람직하다.

Ca:0.0002 내지 0.01%

Ca는 탈산원소이며, 연질 산화물을 생성하고, 피삭성을 향상시킬 뿐만 아니라, MnS에 고용되어 그 변형 능력을 저하시키고, 압연이나 열간 단조하여도 MnS 형상의 신연을 억제하는 활동이 있다. 따라서 이방성의 저감에 유효한 원소이다. 0.0002% 미만에서는 그 효과는 현저하지 않고, 0.01%를 넘어서 첨가하여도 수율이 극단적으로 나빠질 뿐만 아니라, 경질의 CaO, CaS 등을 대량으로 생성하여, 오히려 피삭성을 저하시킨다. 따라서 성분범위를 0.0002 내지 0.01%로 규정하였다.

Zr:0.0003 내지 0.5%

Zr는 탈산원소이며, 산화물을 생성한다. 산화물은 MnS의 석출 핵이 되어 MnS의 미세 균일 분산에 효과가 있다. 또한 MnS에 고용되어 그 변형 능력을 저하시키고, 압연이나 열간 단조하여도 MnS 형상의 연신을 억제하는 활동이 있다. 따라서 이방성의 저감에 유효한 원소이다. 0.0003% 미만에서는 그 효과는 현저하지 않고, 0.5%를 넘어서 첨가하여도 수율이 극단적으로 나빠질 뿐 아니라, 경질의 ZrO₂나 ZrS 등을 대량으로 생성하고, 오히려 피삭성을 저하시킨다. 따라서 성분범위를 0.00O3 내지 0.5%로 규정하였다.

Mg:0.0002 내지 O.02%

Mg은 탈산원소이며, 산화물을 생성한다. 산화물은 MnS의 석출핵이 되어 MnS의 미세 균일 분산에 효과가 있다. 따라서 이방성의 저감에 유효한 원소이다. 0.0002% 미만에서는 그 효과는 현저하지 않고 0.02%를 넘어서 첨가하여도 수율이 극단적으로 악화될 뿐 효과는 포화한다. 따라서 성분범위를 0.0002 내지 0.02%로 규정하였다.

Te:0.001 내지 O.5%

Te는 피삭성 향상 원소이다. 또 MnTe를 생성하거나, MnS와 공존함으로써 MnS의 변형 능력을 저하시켜서 MnS 형상의 신연을 억제하는 활동이 있다. 따라서 이방성의 저감에 유효한 원소이다. 이 효과는 0.001% 미만에서는 인정되지 않고, 0.5%를 넘으면 효과가 포화한다.

Pb, Bi:0.01 내지 O.7%

Pb 및 Bi는 피삭성 향상에 효과가 있는 원소이다. 그 효과는 0.01% 미만에서는 인정되지 않고, 0.7%를 넘어서 첨가하여도 피삭성 향상 효과가 포화할 뿐만 아니라, 열간 단조 특성이 저하되어 흠의 원인이 되기 쉽다. 그 때문에 각각의 함유량을 0.01 내지 0.7%로 하였다.

본 발명의 효과를 실시예에 의하여 설명한다. 표 1에 나타내는 화학성분을 가지는 공시재의 일부는 270t 전로에서 용제한후, 빌렛으로 분해 압연, 나아가 Φ50mm의 봉강으로 압연하였다. 기타는 2t-진공 용해로에서 용제, 압연하였다. 표 2의 실시예1 내지 40에 나타내는 재료의 피삭성 평가는 드릴 천공시험으로 표 3에 절삭조건을 나타낸다. 누적 구멍깊이 1000mm까지 절삭 가능한 최고 절삭 속도(이른바 VLl000)로 피삭성을 평가하였다.

또한 표면 조도는 도려내는 공구에 의하여 공구 형상을 전사하는, 이른 바 플랜지 절삭에 의하여 평가하였다. 그 실험방법의 개요를 도 1에 나타낸다. 바꾸어 말하면, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 절삭방향(1)으로 회전하는 시험 재료(2)를 공구(3)에 의하여 절삭하고, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 공구(3)를 움직여서 표면 조도 측정면(4)을 형성한다. 또한 절삭조건을 표 4에 나타낸다. 실험에서는 200홈 가공한 경우의 표면 조도 (10점 표면 조도 Rz㎛)를 측정하였다. 이 때 표 2에 나타내는 절삭 부스러기 처리성에 관하여, 절삭 부스러기는 컬(curl) 형상이 되지만, 컬이 5번 이하로 감긴 절삭 부스러기가 파단하여, 짧은 절삭 부스러기를 생성하고 있을 경우를 「○」, 5번을 넘어 감겨있어도 파단하지 않는 긴 절삭 부스러기를 생성하고 있을 경우를 「×」로 표기하였다.

절 삭 조 건	드 릴	기 타
절삭속도 10 내지200m/min 송출 0.33mm/rev 불수용성 절삭유	Φ 5mm NACHI 통상 드릴 돌출량 65mm	구멍 깊이 15mm 공구 수명 파손까지

절 삭 조 건	드 릴	기 타
절삭속도 80m/min 송출 0.05mm/rev 불수용성 절삭유	SKH51 상당 면각 15° 여유각 6°	돌출 평가시점 200사이클

발명예는 모두 비교예에 대하여 드릴 공구 수명이 우수하고, 플랜지 절삭에 있어서의 표면 조도가 양호하였다. 이것은 C, S 등의 첨가량이 달라도, 그 순위가 바뀌지 않고, Zn, Sn, B 등의 원소가 첨가되었을 경우, 동일 C, S 등의 비교 강에 비하여, 공구 수명과 표면 조도가 우수하였다. S양의 많은 부분이 피삭성이 양호한 경향이 있었지만, S양이 비교적 소량인 경우라도 절삭 부스러기 처리성이 개선된 것으로 나타났다.

한편, 실시예 중의 비교예6 및 26과 같이 Sn이 첨가되었을 경우라도 Zn이 첨가되어 있지 않으면 피삭성은 향상되지 않았다.

또한 종래부터 알려져 있는 Te, Pb, Bi 등의 피삭성 향상 원소가 포함될 경우에도 Zn을 첨가한 것이 보다 우수한 피삭성을 나타내었다.

마찬가지로, 구조용 탄소강을 베이스로 한 강의 피삭성, 기계적 성질을 평가한 샘플의 화학성분을 표 5에, 그리고 평가 결과를 표6에 나타낸다. 각각의 공시재는 일부는 270t 전로에서 용제한 후, 비렛으로 분해 압연, 나아가 Φ65mm의 봉강으로 압연하였다. 기타는 2t-진공용해로로 용제, 압연하였다.

충격치(J/cm²)는 JIS에 준거하여 2mm 깊이의 U노치 시험편을 작성하여 평가하였다.

0.1% 정도의 C을 함유하는 실시예41 내지 43에 관한 피삭성 평가는 드릴 천공시험으로 표 3에 절삭조건을 나타낸다. 누적 구멍 깊이 1000mm까지 절삭 가능한 최고의 절삭 속도(이른 바 VL1000)로 피삭성을 평가하였다.

또한 표면 조도는 돌절공구에 의하여 공구형상을 전사하는, 이른 바 플랜지 절삭에 의하여 평가하였다. 실험에서는 200 홈 가공하였을 경우의 표면 조도를 측정하였다. 표 4에 나타내는 플랜지 절삭에 의하여 표면 조도를 평가하였다.

약 0.3%의 C를 함유하는 실시예44 내지 46 및 이를 초과하는 C양의 실시예47 내지 77에 관하여는 기계적 성질을 중요시하기 위하여, 충격치 및 그 이방성을 나타내었다. 여기에서는 봉강의 횡단면 방향으로 잘라낸 시료의 충격치를 나타내는 (「C방향」란)과 함께, 이방성으로서 (횡단면방향 시료의 충격치)/(길이방향 시료의 충격치)을 나타낸다 (「이방성」란). 이 값이 클수록 이방성이 적은 것을 나타낸다.

또한 실시예47 내지 77의 피삭성 평가는 드릴 천공 특성 VL1000로 실시하고, 표 7에 나타내는 절삭조건으로 평가하였다. 이들의 경우, 절삭 표면 조도는 평가하지 않고 있다.

절 삭 조 건	드 릴	기 타
절삭속도 1 내지200m/min 송출 0.25mm/rev 불수용성 절삭유	Φ3mm NACHI 통상 드릴 돌출량 45mm	구멍 깊이 9mm 공구 수명 파손까지

실시예41 내지 43의 비교에서는 발명예는 VL1000 및 표면 조도에서 비교예보 다 우수하였다. 또한 실시예44 내지 77에 관하여는 발명예는 거의 동등한 C 및 다른 합금원소를 함유한 비교예에 대하여 경도 HV, 횡단면 방향 시료의 충격치 및 (횡단면 방향 시료의 충격치)/(길이방향 시료의 충격치)은 거의 동등한데도 불구하고, 발명예 쪽이 VL100O가 양호하여 피삭성이 우수하다는 것을 알 수 있다.

또한 비교예53과 같이 S를 증량함으로써 피삭성을 향상시켰을 경우, 충격치의 이방성을 저하시키기 때문에, 구조용 강으로서의 성능이 발명예 47,48 보다 떨어지는 것으로 생각되었다.

표 8에 합금원소를 다량으로 첨가하고, 소입성을 향상시킨 강을 베이스로 한 실시예를 나타낸다. 공시재는 일부는 270t 전로에서 용제한 후, 비렛으로 분해 압연, 나아가 Φ50mm로 압연하였다. 기타는 2t-진공용해로에서 용제, 압연하였다.

실시예 78 내지 82은 SCr420을 베이스로 한 강에 관하여, 소준(920℃×1hr→공냉)을 실시한 후, 절삭시험에 사용하였다. 피삭성 평가는 드릴 천공시험으로 절삭조건은 표 5와 같고, 평가 항목은 누적 구멍 깊이1000mm까지 절삭 가능한 최고의 절삭 속도(이른 바 VL1O00)이다. 이 VL10OO의 단위는 m/min이고, 클수록 공구 수명이 우수하다. 또한 경도를 측정하는 동시에, 도 2에 나타내는 바와 같이 9mmΦ의 시험편에 R1.16mm의 노치를 형성한 노치가 있는 오노식 회전 굽힘 시험편을 작성하여 도 3a 및 도 3b에 나타내는 조건으로 침탄한 후에 피로 특성을 평가하였다.

그 결과, 도 3b에 나타내는 소준 후의 경도는 거의 동일함에도 불구하고 VL1000은 개발강이 더 우수하였다. 침탄후의 피로 특성은 거의 동등하고, 본 발명의 기술이 피삭성을 향상시키지만, 그 후의 톱니바퀴 성능을 저하시키지 않는 것을 알 수 있다.

표 9에, 합금원소를 다량으로 첨가하고, 소입성을 향상시킨 강을 베이스로 한 실시예를 나타낸다. 공시재는 일부는 270t전로에서 용제한 후, 비렛으로 분해 압연, 나아가 Φ50mm로 압연하였다. 기타는 2t-진공용해화로로 용제, 압연하였다. 피삭성 평가는 드릴 천공시험으로 절삭조건은 표 7과 같고, 평가 항목은 누적 구멍깊이 1000mm까지 절삭 가능한 최고 절삭 속도(소위 VL1000)이다.

실시예83 내지 88은 SCM440을 베이스 강으로 하고, 소입 소려 처리에 의하여 경도를 HV310 정도로 맞추어, 피삭성 평가는 VL1000으로 하였다. 또한 기계적 성질로서 충격치를 평가하였다. 충격치는 시료를 봉강의 길이방향으로부터 잘라, JIS3호 시험편(2mm U로 잘라낸 시험편)에 의하여 측정하였다. 그 결과, 발명예는 비교예에 대하여는 거의 동일한 경도, 충격치(J/cm²)를 가지는 데에도 불구하고, 피삭성 VL1OOO는 비교예보다 크고 우수하였다.

또한 실시예89 내지 94는 축받이 강을 베이스로 하여 원형화 소둔 처리 700×20hr 보정에 의하여 연질화시키고, 피삭성 VL1000을 측정하였다. 그 결과, 발명예는 비교예와 비교하여 거의 동등한 경도를 가지고 있음에도 불구하고, 피삭성 VL1000은 크고, 비교예보다 우수하였다.

본 발명 강에 따르면, 강중 매트릭스의 파단을 촉진함으로써, 0.15% 미만의 C양의 이른바 저탄쾌삭강에 있어서는 공구 수명과 절삭 표면 조도를 개선하고, Pb를 함유하지 않는 경우라도 양호한 공구 수명과 절삭 표면 조도를 얻을 수 있고, 또한, 0.15% 이상의 C를 포함하는 구조용 강에 있어서도, 피삭성을 향상시키는 동시에, 기계적 성질의 열화, 특히 이방성을 최저한으로 억제할 수 있다. 또는 동일한 정도의 기계적 성질을 가지는 강보다도 본 발명 강은 양호한 피삭성을 얻을 수 있다

Claims

질량%로,

C:0.001 내지 1.5%,

Si:3% 이하,

Mn:0.01 내지 3%,

P:0.001 내지 0.2%,

S:0.0001 내지 1.2%,

Zn:0.00l 내지 0.5%,

N:0.000l 내지 0.02% 및

O:0.0005 내지 0.05%

를 함유하는 것을 특징으로 하는 피삭성이 우수한 강.
제1항에 있어서, 또한, 질량%로, Sn:0.002 내지 0.5%를 함유하는 것을 특징으로 하는 피삭성이 우수한 강.
제1항 또는 제2항에 있어서, 또한, 질량%로, B:0.0005 내지 0.05%를 함유하는 것을 특징으로 하는 피삭성이 우수한 강.
제1항에 있어서, 또한, 질량%로, Cr:0.01 내지 7%, Mo:0.01 내지 3%, V:0.0l 내지 3.0%, Nb:0.001 내지 0.2%, Ti:0.001 내지 0.5%, W:0.01 내지 3% 중, 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 피삭성이 우수한 강.
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제4항에 있어서, 또한, 질량%로, Sn:0.002 내지 0.5%를 함유하는 것을 특징으로 하는 피삭성이 우수한 강.
제4항에 있어서, 또한, 질량%로, B:0.0005 내지 0.05%를 함유하는 것을 특징으로 하는 피삭성이 우수한 강.
제4항에 있어서, 또한, 질량%로, Sn:0.002 내지 0.5%과 B:0.0005 내지 0.05%를 함유하는 것을 특징으로 하는 피삭성이 우수한 강.