KR100825566B1

KR100825566B1 - 피삭성 및 열간압연성이 우수한 환경친화형 무연 쾌삭강

Info

Publication number: KR100825566B1
Application number: KR1020060137003A
Authority: KR
Inventors: 이형직; 심상철
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-04-25
Also published as: CN101578383B; CN101578383A

Abstract

본 발명은 중량%로, 탄소(C) 0.05~0.30%, 실리콘(Si) 0.05-0.30%, 망간(Mn) 0.2-2.0%, 인(P) 0.02-0.10%, 황(S) 0.06-0.45%, 비스무스(Bi) 0.04-0.15%, 주석(Sn) 0.04-0.16%, 보론(B) 0.001-0.015%, 질소(N) 0.001-0.010%, 전산소(T[O]) 0.002-0.025% 및 잔부 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지며, 주석, 비스무스, 황, 망간, 보론 및 질소가 일정한 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 피삭성과 열간압연성이 우수한 환경친화형 무연쾌삭강에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 종래의 납 함유 쾌삭강에 못지 않은, 또는 우수한 피삭성을 갖으면서도 환경친화적인 무연쾌삭강을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 고온연성이 우수해 열간압연시 표면의 결함 발생을 최소화할 수 있어 열간압연 생산성 향상에 큰 효과가 있다.

쾌삭강, 비스무스, 피삭성

Description

피삭성 및 열간압연성이 우수한 환경친화형 무연 쾌삭강 {ECO-FRIENDLY PB-FREE FREE CUTTING STEEL WITH EXCELLENT MACHINABILITY AND HOT WORKABILITY}

본 발명은 자동차 정밀 유압부품, 사무자동화 기기부품 및 가전부품 등의 소재로 사용되는 환경친화형 무연 쾌삭강용 강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환경이나 인체에 유해한 납을 대체할 수 있는 피삭성 향상원소 뿐만 아니라 정밀 탈산에 의해 강재에 형성시킨 저융점 산화성 개재물을 이용하여 피삭성을 탁월하게 향상시킨 친환경적인 쾌삭강용 강재에 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 고온연성이 우수하여 열간압연시 코너 크랙과 같은 표면결함이 발생되지 않는 친환경적인 쾌삭강용 강재에 관한 것이다.

쾌삭강은 정밀부품 등에 널리 사용되는 소재로서, 우수한 피삭성을 가지는 것이 특징이다. 쾌삭강의 우수한 피삭성은 쾌삭강 내부에 존재하는 금속성 또는 비금속성 개재물로 인한 것이다. 이러한 금속성 또는 비금속성 개재물은 공구를 이용하여 강재를 절삭시, 공구 팁과 강재가 접촉하는 부위에서 MnS와 같은 비금속성 개재물들이 응력집중원으로 작용하여 개재물과 지철의 계면에서 보이드(void)의 생성 과 균열의 성장을 용이하게 하고, 절삭에 요구되는 힘을 감소시키는 역할을 한다.

또한, 납과 같은 금속성 개재물들은 절삭가공열에 의해 비교적 낮은 온도에서 용융되어 칩과 절삭공구의 계면에서 윤활제로써 작용하므로 공구의 마모를 억제하고 절삭력을 감소시키는 역할을 한다.

따라서, 쾌삭강에는 강재의 피삭성을 높이기 위해서 상기 금속성 또는 비금속성 개재물을 형성할 수 있는 원소를 첨가하게 된다. 종래에 주로 이용된 비금속성 개재물은 MnS로 특히, 산화물과 혼재한 상태의 구형 모양의 MnS가 가장 우수한 피삭성을 보인다.

반면, 금속성 개재물은 통상 피삭성 향상 원소라고 하는데, 상기 피삭성 향상 원소로서 가장 대표적인 원소가 바로 납이다. 납은 철에 대한 용해도가 낮아 쾌삭강 내부에서 금속성 개재물로 존재하기가 용이할 뿐만 아니라, 융점이 327.5℃로 적절하게 낮은 편이어서 공구팁에서 발생되는 열에 의해 쉽게 용융될 수 있다.

따라서, 이러한 납은 피삭성 향상원소에 요구되는 성질을 두루 갖추고 있어서 현재까지도 납을 함유하는 쾌삭강은 가장 대표적인 쾌삭강으로 분류되고 있으며, 절삭가공에 가장 적합한 강재로서 실용화 되고 있는 실정이다.

그러나, 납을 함유하는 쾌삭강은 절삭 작업 리사이클링 과정에서 납증기가 발생할 수 있으며, 강재에 존재하는 납성분으로 인하여 인체에 유해하기 때문에 오래전부터 이를 대체할 필요성이 제기되어 왔다.

이러한 납을 함유하는 쾌삭강을 대체할 수 있도록 개발된 강재로는 비스무스(Bi) 쾌삭강을 들 수 있다. 상기 비스무스도 저융점 금속이며 철에 대한 용해도가 낮기 때문에 피삭성 향상에 매우 유리하다.

그러나, 비스무스는 그 융점이 약 209℃으로서 납에 비하여 120℃ 정도 낮기 때문에 용융되기 더 쉬울뿐만 아니라, 납에 비해 표면 장력이 작아 젖음성(wettability)이 높다는 특징이 있다. 이러한 특징으로 인하여 강재의 결정립계 취화가 촉진되는 문제가 발생한다.

따라서 비스무스 쾌삭강은 납 쾌삭강에 비해 결정립계 취화로 인한 고온연성의 저하로 열간압연성이 현저하게 떨어진다는 문제가 있으며, 피삭 특성도 납 쾌삭강보다는 좋지 않기 때문에 비스무스 쾌삭강이 납 쾌삭강을 대체하기에는 아직까지 여러가지 문제점들이 존재한다.

하지만 납 쾌삭강 역시 다양한 문제점이 나타나고 있다. 특히 최근 CNC 공작기계의 보급 확산이 급속도로 증가함에 따라 고속 절삭가공 및 자동화가 이루어지 고 있는데, 이러한 고속 절삭 공정시 절삭 공구의 특정한 성분, 예를 들어 초경 공구의 경우 초경의 가장 중요한 구성원소인 텅스텐(W)이 1000℃ 이상의 가공열에 의해 칩으로 빠른 속도로 확산하는 현상이 발생한다. 이러한 텅스텐 같은 성분의 확산에 의하여 절삭공구는 급격하게 마모가 발생할 수 있다.

특히 납쾌삭강은 이러한 열적 확산에 의한 공구마모를 효과적으로 막지 못하는 것으로 알려지고 있기 때문에, 고속절삭 측면에서도 피삭성이 우수한 쾌삭강의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 납과 같은 환경 또는 인체에 유해한 원소를 대체할 수 있는 비스무스와 주석을 강재에 첨가하여 친환경적인 특성을 갖으며, 고속 절삭 과정에서 나타날 수 있는 공구 마모를 억제할 수 있는 저융점 복합 산화성 개재물의 형성으로 우수한 피삭성을 확보함과 아울러 망간과 보론 등의 원소를 최적 비율로 첨가하여 우수한 열간 압연성을 갖는, 환경친화형 무연 쾌삭강을 제공하고자 한다.

본 발명은 중량%로, 탄소(C) 0.05~0.30%, 실리콘(Si) 0.05-0.30%, 망간(Mn) 0.2-2.0%, 인(P) 0.02-0.10%, 황(S) 0.06-0.45%, 비스무스(Bi) 0.04-0.15%, 주 석(Sn) 0.04-0.16%, 보론(B) 0.001-0.015%, 질소(N) 0.001-0.010%, 전산소(T[O]) 0.002-0.025% 및 잔부 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지며,

주석, 비스무스, 황, 망간, 보론 및 질소가 하기 식(1) 내지 (3)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되어진 1 또는 2 이상의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 피삭성과 열간압연성이 우수한 환경친화형 무연쾌삭강에 관한 것이다.

나아가 본 발명은, 중량%로, 탄소(C) 0.05~0.30%, 실리콘(Si) 0.05-0.30%, 망간(Mn) 0.2-2.0%, 인(P) 0.02-0.10%, 황(S) 0.06-0.45%, 비스무스(Bi) 0.04-0.15%, 주석(Sn) 0.04-0.16%, 보론(B) 0.001-0.015%, 질소(N) 0.001-0.010%, 전산소(T[O]) 0.002-0.025% 및 잔부 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지며,

강 내부에 MnO-SiO₂-Al₂O₃계, CaO-SiO₂-Al₂O₃계 또는 이들이 혼합된 저융점 복합 산화성 개재물을 포함하는 것을 특징으로 하는 피삭성과 열간압연성이 우수한 환경친화형 무연쾌삭강에 관한 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 성분계, 성분간의 관계, 저융접 복합 산화성 개재물의 숫자를 각각 또는 이들을 조합하여 조절함으로써 저속 절삭가공에서 뿐만 아니라 고속 절삭가공 과정에서도 우수한 특성을 나타내는 무연쾌삭강을 제공한다.

이하, 본 발명의 무연쾌삭강을 구성하는 성분계에 대하여 상세히 설명한다.

탄소(C) : 0.05~0.30 중량%

탄소는 표면조도 및 기계적 성질을 확보하기 위해서 0.05중량% 이상 첨가되어야 한다. 그러나, 0.30 중량%를 초과하게 되면 경한 펄라이트 조직이 증가로 피삭성의 감소를 초래한다.

실리콘(Si) : 0.05-0.30 중량%

실리콘은 탈산제로 작용하여 SiO₂를 생성하고, 고속 절삭시 열적 확산에 의한 공구의 마모를 최소화 할 수 있는 저융점 복합 산화성 개재물 형성을 위하여 0.05 중량% 이상이 첨가되어야 한다. 그러나, 0.30 중량%를 초과하면 고융점 개재물 또는 SiO₂ 단독 개재물이 형성되어 오히려 공구의 마모 속도가 현저히 커진다.

망간(Mn) : 0.2-2.0 중량%

망간은 MnS 개재물을 형성하여 황(S)에 의한 적열 취성을 방지할 수 있으므 로 0.2 중량% 이상을 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 2.0 중량%을 초과하면 페라이트를 고용 강화시키므로 피삭성의 감소를 초래한다. 망간은 탈산제로 작용하여 MnO를 형성하여 MnS개재물의 핵으로도 작용한다.

인(P) : 0.02-0.10 중량%

인은 입계에 편석되어 피삭성을 향상시켜며, 이를 위해 0.02 중량% 이상 존재하는 것이 바람직하나, 기계적 성질과 냉간 가공성을 확보하기 위해서 0.10 중량%는 넘지 않아야 한다.

황(S) : 0.06-0.45 중량%

황은 MnS 개재물을 형성하여 절삭 작업시 구성인선의 생성을 억제하여 절삭공구의 마모를 줄여주고 피삭재의 표면조도를 개선하는 역할을 한다. 이러한 목적을 위해 황은 0.06 중량% 이상 첨가되어야 한다. 그러나, 황의 양이 많아지면 저융점의 FeS 생성이 용이해져 고온 연성을 떨어뜨려 열간 압연이 어려워지기 때문에 0.45 중량%는 넘지 않아야 한다.

비스무스(Bi) : 0.04-0.15 중량%

비스무스는 강재에 첨가하면 금속개재물로 단독 존재하거나 MnS 개재물에 붙어있는데, 절삭시 가공열에 의해 쉽게 용융되어 절삭 특성을 좋게 하고, 칩과 절삭 공구 사이에서 윤활 피막의 작용을 하여 마찰력을 감소시키고 절삭공구의 마모를 억제하는 작용을 한다. 비스무스의 함량이 0.04 중량% 보다 적으면 피삭효과가 떨어지고, 반면에 0.15 중량%를 초과하면 주조성과 압연성에 좋지 않기 때문에 비스무스의 함량은 0.04-0.15 중량%으로 제한하는 것이 바람직하다.

주석(Sn) : 0.04-0.16 중량%

주석은 납과 유사한 역할을 수행할 수 있는 원소이다. 즉, 주석은 납이 강의 피삭성을 향상시키는 기구 중 하나인 액상 금속 취화와 동일한 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로 이러한 현상은 주석이 페라이트 결정립계로 이동하여 편석되고 입계 결합에너지를 낮춤으로써 입계 파괴를 용이하게 함으로써 나타난다. 따라서, 주석에 의한 피삭성 향상효과를 얻기 위해서는 0.04 중량% 이상의 주석이 첨가되어야 한다. 그러나, 0.16 중량%를 초과하면 주조, 압연성에 유해한 결과를 초래할 수 있으므로, 0.04-0.16 중량%로 제한하는 것이 바람직하다..

보론(B) : 0.001-0.015 중량%

오스테나이트 입계에 편석된 보론은 결정립계를 강화시켜 고온 연성을 향상시킨다. 또한, 예부터 흑연을 함유한 강은 피삭성이 우수하다는 것이 알려져왔는데, 강 내부에서 보론이 질소와 반응하여 흑연과 유사한 결정구조와 물리적 특성을 지닌 Boron nitride(BN)로 생성되면, 흑연을 함유한 강과 동일한 피삭성 향상효과를 기대할 수 있게 된다. 보론은 0.001 중량% 미만에서는 그 첨가 효과가 미흡하여 0.001중량% 이상 첨가할 필요가 있으며, 반대로 0.015 중량% 초과하여 첨가할 경우 에는 더 이상 효과 상승을 기대할 수 없으며 오스테나이트 결정입계에 보론계 질화물의 석출로 인해 입계강도가 저하되어 열간 가공성이 저하될 수 있으므로 0.001-0.015 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

질소(N) : 0.001-0.010 중량%

질소는 보론과 함께 BN을 형성하기 위해서 0.001중량% 이상 첨가되어야 한다. 그러나, 0.010중량%를 초과하면 오스테나이트 결정립계에 편석되는 유효 보론의 양을 감소시켜 입계 강화 효과를 떨어뜨린다.

전산소(T[O]) : 0.002-0.025 중량%

산소는 열간 압연시의 MnS 개재물 연신에 의한 피삭성 저하를 방지하기 위해 0.002 중량% 이상 첨가될 것이 요구된다. 그러나, 절삭 가공시 MnS 개재물의 소성 변형능을 확보하기 위해서는 0.025중량%를 넘지 않아야 한다.

알루미늄(Al) 및 칼슘(Ca) : 각각 10ppm이하

알루미늄 및 칼슘은 본 발명에서 강중에 형성되는 저융점 복합 산화성 개재물의 형성에 필요하지만, 의도적으로 첨가할 필요는 없으며 슬래그 등에서 자연스럽게 포함되는 양이면 충분하다. 이러한 알루미늄 및 칼슘은 일반적으로 10ppm 이하로 존재하는 것이 바람직하다.

상술한 성분계 중 Bi, Sn, S, Mn 및 B는 각각 하기의 관계식을 만족함으로써우수한 피삭성 및 저온인성을 나타낼 수 있는바, 이하 상기 Bi, Sn, S, Mn 및 B의 관계식에 대하여 상세히 설명한다.

주석, 비스무스, 황 및 망간의 관계식은 하기 식(1)과 같다.

(단, 각 원소기호는 중량%를 나타낸다. 이하 같다.)

상기의 성분 함량 규제 이외에도 본 발명에 따른 우수한 피삭성을 가지는 무연 쾌삭강을 제공하기 위해서는 상기 식(1)의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 주석과 비스무스는 공히 금속성 개재물로서 강재 내부에서 액상 금속 취화에 의해 피삭성 향상을 꾀하고, 황은 MnS의 생성에 의해 피삭성을 향상시킨다.

망간과 황의 관계식은 하기 식(2)과 같다.

상기의 성분함량 규제 이외에도 본 발명에 따른 우수한 고온연성을 가지는 무연쾌삭강을 제공하기 위해서는 망간과 황의 관계가 상기 식(2)의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 상기 식(2)는 망간이 황과 결합하여 황에 의한 열간취성을 억 제할 수 있을 정도가 필요하다는 것을 나타낸다.

보론과 질소의 관계식은 하기 식(3)과 같다.

본 발명에 따른 우수한 고온연성을 가지는 무연쾌삭강을 제공하기 위하여 보론와 질소는 상기 식(3)의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 질소가 존재하더라도 입계에 편석되는 보론에 의해 오스테나이트 결정립계를 강화할 수 있을 정도의 양이 필요하다.

상술한 식(1) 내지 식(3)은 어느 하나의 관계만 만족해도 그로 인한 효과가 나타나며, 둘 이상의 관계를 동시에 만족하는 경우에는 그 효과가 더욱 현저하게 나타나므로, 상술한 식(1) 내지 식(3) 중 하나 이상을 만족한다면 본 발명의 권리 범위에 포함된다고 볼 수 있다.

한편 본 발명의 무연쾌삭강은 Mn, Si, Ca 및 Al 성분에 의한 저융점 복합 산화성 개재물들을 포함하는바, 이하 상기 저융점 복합 산화성 개재물에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 성분계에서는, Mn, Si, Ca 및 Al 성분들의 산화가 일어나면서 다양한 저융점 복합 산화성 개재물이 나타나게 된다. 상기 개재물들을 나타나게 하기 위하여, Mn, Si, Ca 및 Al 성분들이 별도로 첨가되는 것이 바람직하나, Ca 및 Al 성분은 강 내부에 기본적으로 존재하는 양으로도 충분히 개재물 형성이 가능하다. 본 발명에서 이러한 개재물들은 MnO-SiO₂-Al₂O₃계 또는 CaO-SiO₂-Al₂O₃계의 형태로 존재하게 된다.

상기 MnO-SiO₂-Al₂O₃계 개재물은 MnO이 20 ~ 65중량%, SiO₂가 25 ~ 60중량% 및 Al₂O₃가 0 ~ 30중량%로 이루어지며, CaO-SiO₂-Al₂O₃계 개재물은 CaO가 10 ~ 55중량%, SiO₂가 35 ~ 65중량% 및 Al₂O₃가 0 ~ 25중량%로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 이러한 MnO-SiO₂-Al₂O₃계 또는 CaO-SiO₂-Al₂O₃계 저융점 복합 산화성 개재물은 선재 5g당 5개 이상이 존재하는 것이 바람직하다. 만일 5개 이하로 존재하는 경우에는 피삭성이 저하되는 문제점이 발생한다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기, 표 1, 표 2 및 표 3과 같은 성분조성을 갖는 발명강 및 비교강에 대해 피삭성과 고온 연성을 조사하기 위해 선삭 시험과 고온 인장시험을 각각 실시하였다. 복합 산화성 개재물은 ESAA법(비금속 개재물 특수 전해추출 분리법)으로 분석하였다.

구 분	C	Si	Mn	P	S	B	Bi	Sn	T[O]	N
발명강1	0.079	0.067	1.155	0.053	0.304	0.0095	0.07	0.08	0.0080	0.0048
발명강2	0.073	0.060	1.151	0.067	0.328	0.0092	0.13	0.14	0.0120	0.0032
발명강3	0.102	0.080	1.235	0.058	0.350	0.0070	0.09	0.11	0.0153	0.0015
발명강4	0.104	0.086	1.380	0.058	0.360	0.0120	0.08	0.11	0.0160	0.0027
발명강5	0.038	0.100	1.250	0.061	0.310	0.0074	0.13	0.09	0.0170	0.0035
비교강1	0.080	0.138	1.449	0.050	0.376	0.0073	0.10	0.10	0.0130	0.0058
비교강2	0.070	0.004	1.162	0.076	0.344	-	0.07	0.11	0.0201	0.0043
비교강3	0.290	0.285	1.020	0.030	0.210	0.0081	-	0.05	0.0110	0.0040
비교강4	0.070	0.002	1.120	0.080	0.298	-	Pb:0.3	-	0.0120	-

상기 표1에서의 발명강1 내지 4 및 비교강1은 본 발명의 성분계를 만족하는 반면, 비교강2 및 3은 B 및 Bi가 각각 불일치하며, 비교강4는 종래의 납쾌삭강을 나타낸다.

구 분	(Bi+Sn+S)/Mn	Mn³/S	B/N
발명강1	0.4	5.07	2.0
발명강2	0.5	4.65	2.9
발명강3	0.4	5.38	4.7
발명강4	0.4	7.30	4.4
발명강5	0.4	6.30	2.1
비교강1	0.4	8.09	1.3
비교강2	0.5	4.56	0.0
비교강3	0.3	5.05	2.0

상기 표2에서는 비교강1 및 2가 B/N의 적정 범위를 벗어나 있으며, 비교강3은 (Bi+Sn+S)/Mn의 적정 범위를 벗어나 있음을 알 수 있다. 비교강 4는 납쾌삭강이므로 언급하지 않았다.

구 분	MnO-SiO₂-Al₂O₃계 복합 산화성 개재물			CaO-SiO₂-Al₂O₃계 복합 산화성 개재물			개재물수 (선재 5g)
구 분	MnO(%)	SiO₂(%)	Al₂O₃(%)	CaO(%)	SiO₂(%)	Al₂O₃(%)	개재물수 (선재 5g)
발명강1	30	55	15	40	35	25	10
발명강2	45	35	20	35	45	20	7
발명강3	25	50	25	15	65	20	6
발명강4	35	40	25	45	50	5	8
발명강5	50	40	10	30	55	15	12
비교강1	60	30	10	40	35	25	5
비교강2	80	10	10	25	30	45	2
비교강3	40	40	20	30	55	15	6

*ESAA(비금속 개재물 특수 전해추출 분리법): Extraction & separation of nonmetallic inclusion in steel by electrolysis in AA solution under ultrasonic wave

또한, 상기 표3에서는 비교강2가 포함하는 개재물의 수가 기준치 이하임을 알 수 있다. 역시 납쾌삭강인 비교강4에서는 개재물의 수를 비교대상에서 제외하였다.

상기 발명강 및 비교강들에 대하여, 본 발명에 따른 발명강의 피삭성을 평가하여 Pb 쾌삭강을 대체할 수 있는 가능성을 확인하기 위하여 다음과 같은 피삭성 평가를 실시하였다. 시편에 대한 피삭성 평가는 CNC 선반을 이용하여 25mm 직경의 봉재에 대해 절삭유를 사용하지 않은 선삭 시험으로 행하였다. 이송 속도는 0.3mm/rev, 절삭 깊이는 0.5mm, 그리고 절삭 속도는 150m/min로 하였다. 공구마모 정도를 확인하기 위해서 동일시간 선삭 시험 후 공구의 플랭크 마모폭(VB)을 측정하고 상호 비교하였다. 선삭 작업에 의한 공구마모의 결과는 표 4에 정리하였다.

구 분	절삭시간에 따른 공구 플랭크 마모폭(mm)
구 분	10분 절삭	20분 절삭	30분 절삭
발명강1	0.12	0.21	0.30
발명강2	0.07	0.14	0.20
발명강3	0.09	0.18	0.28
발명강4	0.10	0.19	0.28
발명강5	0.08	0.16	0.24
비교강1	0.08	0.15	0.25
비교강2	0.15	0.23	0.32
비교강3	0.20	0.34	0.40
비교강4	0.16	0.28	0.34

상기 표 4에서 볼 수 있듯이, 절삭 시험을 통한 공구마모 정도를 측정한 결과 본 발명에 따른 환경친화형 쾌삭강(발명강 1~5)은 종래의 Pb 쾌삭강(비교강 4)과 비교할 때, 매우 탁월한 수준의 공구 내마모 특성을 보여 주었다. 비교강 2는 저융점 산화성 개재물이 형성되지 못한 경우로, 비스무스와 주석과 MnS의 양이 충분하여 피삭성은 우수하지만 저융점 산화성 개재물이 형성되지 않아 발명강에 비해 피삭성이 떨어졌다. 또한, 비교강 3은 비스무스와 주석의 함량 미만으로 인해 공구마모가 가장 빠르게 진행되었다. 단, 비교강1은 본 발명의 성분계 및 성분간 관계식은 만족하는바, 피삭성에 있어서는 발명강들과 마찬가지의 효과를 나타냈다.

고온연성 평가를 위해 통상 재가열온도인 1250℃로 가열하여 1분간 유지후 인장을 실시하였다. 시험후 파단면 감소율(RA)을 측정하여 표 5에 정리하였다.

구 분	900^oC	1000^oC	1100^oC	1200^oC
발명강1	70	72	84	89
발명강2	69	78	82	92
발명강3	76	82	85	91
발명강4	77	75	80	91
발명강5	73	78	83	93
비교강1	50	60	62	83
비교강2	49	57	60	76
비교강3	75	80	86	93
비교강4	77	81	88	81

상기 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의해 조성된 강종의 경우(발명강 1~5) Mn³/S비가 4.6이상으로 저융점의 FeS 형성에 의한 적열취성이 억제되고, 또한 B/N비가 2.0 이상이 되어 오스테나이트 결정립계 강화효과를 얻을 수 있기 때문에 900℃이상의 고온인장시 파단면 감소율이 70% 이상인 우수한 고온연성을 확보할 수 있었다. 따라서 코너 크랙과 같은 표면결함이 발생할 가능성이 매우 적다.

반면, 비교강 1에서처럼 비록 Mn³/S비가 4.6 이상 이지만 B/N비는 2.0 미만일 경우, 강 내부의 보론이 주로 BN로 석출되어 결정립계를 충분히 강화시킬 수 없기 때문에, 900℃에서 60%미만의 파단면 감소율을 보였다. 또한, Mn³/S비가 4.6 미만이고 B/N비도 2.0 미만인 경우인 비교강 2의 경우는 그보다 더욱 낮은 고온연성을 보였다. 그러나, 비교강3은 성분계는 본 발명에서 벗어나나, 강 중의 개재물의 수가 본 발명의 범위에 해당되므로 발명강들과 유사한 수준의 고온 연성을 나타낼 수 있었다.

상기 실시예에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 강재는 B, Sn, Mn, S 및 N의 함량을 적절한 관계식에 의하여 조절함과 아울러 저융점 복합 산화성 개재물을 형성시킴으로써 고속 또는 저속에 관계없이 모든 속도의 절삭 과정에서 나타날 수 있는 공구 마모를 억제할 수 있어 우수한 피삭성을 확보함과 아울러 망간과 보론 등의 원소를 최적 비율로 첨가하여 우수한 열간 압연성을 갖는, 환경친화형 무연 쾌삭강을 제공하고자 한다.

본 발명에 의하면 종래의 납 함유 쾌삭강에 못지 않은, 또는 우수한 피삭성을 갖으면서도 환경친화적인 무연 쾌삭강을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 고온연성이 우수해 열간압연시 표면의 결함 발생을 최소화할 수 있어 열간압연 생산성 향상에 큰 효과가 있다.

Claims

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중량%로, 탄소(C) 0.05~0.30%, 실리콘(Si) 0.05-0.30%, 망간(Mn) 0.2-2.0%, 인(P) 0.02-0.10%, 황(S) 0.06-0.45%, 비스무스(Bi) 0.04-0.15%, 주석(Sn) 0.04- 0.16%, 보론(B) 0.001-0.015%, 질소(N) 0.001-0.010%, 전산소(T[O]) 0.002-0.025% 및 잔부 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지며,

강 내부에 MnO-SiO₂-Al₂O₃계, CaO-SiO₂-Al₂O₃계 또는 이들이 혼합된 저융점 복합 산화성 개재물을 포함하는 것을 특징으로 하는 피삭성과 열간압연성이 우수한 환경친화형 무연쾌삭강.
제2항에 있어서, 상기 MnO-SiO₂-Al₂O₃계 개재물은 MnO이 20 ~ 65중량%, SiO₂가 25 ~ 60중량% 및 Al₂O₃가 0 ~ 30중량%(0을 제외)로 이루어진 것을 특징으로 하는 피삭성과 열간압연성이 우수한 환경친화형 무연쾌삭강.
제2항에 있어서, 상기 CaO-SiO₂-Al₂O₃계 개재물은 CaO가 10 ~ 55중량%, SiO₂가 35 ~ 65중량% 및 Al₂O₃가 0 ~ 25중량%(0을 제외)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피삭성과 열간압연성이 우수한 환경친화형 무연쾌삭강.
제2항에 있어서, 상기 저융점 복합 산화성 개재물은 선재 5g당 5개 이상 존 재하는 것을 특징으로 하는 피삭성과 열간압연성이 우수한 환경친화형 무연쾌삭강.
제2항에 있어서, 상기 주석, 비스무스, 황, 망간, 보론 및 질소는 하기 식(1) 내지 (3)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되어진 1 또는 2 이상의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 피삭성과 열간압연성이 우수한 환경친화형 무연쾌삭강.