KR101225330B1 - High strength free-cutting new non-heat treated steel for crankshaft with excellent fatigue strength and method of manufacturing the non-heat treated steel - Google Patents

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Abstract

크량크 샤프트용에 적합한 고강도 쾌삭형 비조질강 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 고강도 쾌삭형 비조질강은 탄소(C) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 실리콘(Si) : 0.50 ~ 1.00 중량%, 망간(Mn) : 1.00 ~ 1.60 중량%, 황(S) : 0.04 ~ 0.08 중량%, 크롬(Cr) : 1.00 ~ 1.50 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 보론(B) : 5 ~ 50 ppm, 지르코늄(Zr) : 0.02 ~ 0.10 중량%를 포함하며 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Disclosed are a high strength free cutting non-coarse steel suitable for a crank shaft and a manufacturing method thereof.
The high strength free cutting non-coated steel according to the present invention is carbon (C): 0.20 ~ 0.40% by weight, silicon (Si): 0.50 ~ 1.00% by weight, manganese (Mn): 1.00 ~ 1.60% by weight, sulfur (S): 0.04 ~ 0.08% by weight, chromium (Cr): 1.00 to 1.50% by weight, molybdenum (Mo): 0.10 to 0.20% by weight, boron (B): 5 to 50 ppm, zirconium (Zr): 0.02 to 0.10% by weight It is characterized by consisting of addition Fe and unavoidable impurities.

Description

피로강도가 우수한 크랭크샤프트용 고강도 쾌삭형 신 비조질강 및 그 제조 방법 {HIGH STRENGTH FREE-CUTTING NEW NON-HEAT TREATED STEEL FOR CRANKSHAFT WITH EXCELLENT FATIGUE STRENGTH AND METHOD OF MANUFACTURING THE NON-HEAT TREATED STEEL}High-strength free-cut new non-manufactured steel for crankshaft with excellent fatigue strength and manufacturing method thereof

본 발명은 쾌삭형 고강도 신 비조질강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가공성이 탁월하면서 개재물의 형상제어에 의한 연신성 및 단조성의 향상을 얻음으로써 자동차 크랭크샤프트 등에 적용할 수 있는 신 비조질강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a free cutting high-strength new non-steel, and more particularly, new non-steel to be applied to automobile crankshafts and the like by obtaining excellent improvement in elongation and forging properties by controlling shape of inclusions. It relates to a manufacturing method.

최근 자동차 부품에 적용되는 소재는 친환경, 고출력, 고품질의 목표 하에 가공성이 우수하면서도 고강도화되고 있는 추세이다. Recently, the materials applied to automotive parts have tended to be high in strength while being excellent in workability under the goal of eco-friendliness, high output, and high quality.

이러한 자동차 부품용 소재는 주로 기계 구조용 합금강이 사용되는데, 기계 구조용 합금강은 통상 열간 압연 또는 냉간 압연에 의한 합금강의 제조, 퀀칭(quenching)이나 템퍼링 등의 조질 처리, 절삭 가공 등의 과정을 거쳐 제조된다. 후열처리 등을 적용한 기계 구조용 합금강이 주로 사용된다. Mechanical materials for automotive parts are mainly used for mechanical structural alloy steel. Mechanical structural alloy steel is usually manufactured through a process of manufacturing alloy steel by hot rolling or cold rolling, tempering such as quenching or tempering, and cutting. . Mechanical structural alloy steel to which after-heat treatment is applied is mainly used.

그러나, 상기의 조질 처리 과정은 재가열 등의 과정에서 많은 시간 및 비용을 요하는 바, 2차 오일쇼크 이후에는 상기의 조질 처리 과정을 생략하여 원가절감, 생산성 향상 등을 추구하기 위하여 비조질강(non heat treated steel)이 개발되었다.
However, the above refining process requires a lot of time and cost in the process of reheating, so after the second oil shock, the above refining process is omitted to seek cost reduction and productivity improvement. heat treated steel was developed.

본 발명의 하나의 목적은 황을 적정량 첨가하고, 황화물계 개재물의 밀집성과 연신성을 제어하고자 새로운 합금원소인 지르코늄을 첨가하여 고강도이면서 가공성이 우수한 비조질강을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide an amorphous steel with high strength and excellent workability by adding a proper amount of sulfur and adding a new alloy element, zirconium, to control the density and elongation of sulfide-based inclusions.

본 발명의 다른 목적은 지르코늄, 황 등의 효과에 따른 공정 조건 제어를 통하여 고강도이면서 가공성이 우수한 비조질강을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide an amorphous steel with high strength and excellent workability through process condition control according to the effects of zirconium, sulfur and the like.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 쾌삭형 비조질강은 탄소(C) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 실리콘(Si) : 0.50 ~ 1.00 중량%, 망간(Mn) : 1.00 ~ 1.60 중량%, 황(S) : 0.04 ~ 0.08 중량%, 크롬(Cr) : 1.00 ~ 1.50 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 보론(B) : 5 ~ 50 ppm, 지르코늄(Zr) : 0.02 ~ 0.10 중량%를 포함하며 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, the high-strength free cutting non-coated steel according to the embodiment of the present invention is carbon (C): 0.20 to 0.40 wt%, silicon (Si): 0.50 to 1.00 wt%, manganese (Mn): 1.00 to 1.60 wt% %, Sulfur (S): 0.04 to 0.08% by weight, chromium (Cr): 1.00 to 1.50% by weight, molybdenum (Mo): 0.10 to 0.20% by weight, boron (B): 5 to 50 ppm, zirconium (Zr): It contains 0.02 to 0.10% by weight and the balance is characterized by consisting of Fe and inevitable impurities.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 쾌삭형 비조질강의 제조 방법은 (a) 탄소(C) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 실리콘(Si) : 0.50 ~ 1.00 중량%, 망간(Mn) : 1.00 ~ 1.60 중량%, 황(S) : 0.04 ~ 0.08 중량%, 크롬(Cr) : 1.00 ~ 1.50 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 보론(B) : 5 ~ 50 ppm 을 포함하며 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 용탕을 형성하는 단계, 및 (b) 상기 용탕에 지르코늄(Zr)을 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Method for producing a high-strength high-quality rough steel according to an embodiment of the present invention for achieving the above another object is (a) carbon (C): 0.20 ~ 0.40% by weight, silicon (Si): 0.50 ~ 1.00% by weight, manganese ( Mn): 1.00 ~ 1.60 wt%, Sulfur (S): 0.04 ~ 0.08 wt%, Chromium (Cr): 1.00 ~ 1.50 wt%, Molybdenum (Mo): 0.10 ~ 0.20 wt%, Boron (B): 5 ~ 50 Forming a molten metal containing ppm and the remainder consisting of Fe and inevitable impurities, and (b) adding zirconium (Zr) to the molten metal.

본 발명에 따른 고강도 쾌삭형 비조질강은 조질 열처리의 생략이 가능하며, 황(S), 지르코늄(Zr)의 함량 제어를 통하여 종래 비조질 합금강과 동등 이상의 강도를 가지면서 가공성이 우수한 장점이 있다.High-strength free cutting non-coarse steel according to the present invention can be omitted the temper heat treatment, and has the advantages of excellent workability while having the same strength or more than conventional non-coal alloy steel through the content control of sulfur (S), zirconium (Zr).

또한 본 발명에 따른 고강도 쾌삭형 비조질강의 제조 방법은 지르코늄의 투입 시점을 제어하여 고강도를 갖고 가공성이 우수한 비조질강을 제공할 수 있는 장점이 있다.
In addition, the method of manufacturing a high strength free cutting non-coarse steel according to the present invention has an advantage of providing a non-coarse steel having high strength and excellent workability by controlling the input time of zirconium.

도 1은 본 발명에 따른 비조질강 제조 방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다.
도 2는 지르코늄 코어드 와이어 투입법을 적용할 수 있는 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 지르코늄 코어드 와이어의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 비교강 A, B와 발명강 D, E의 MnS 개재물에 대한 조직 사진을 나타낸 것이다.1 is a flow chart showing an embodiment of a method for manufacturing non-alloyed steel according to the present invention.
Figure 2 schematically shows a device that can be applied to zirconium cored wire injection method.
3 schematically shows an example of zirconium cored wire.
Figure 4 shows a structure photograph of the MnS inclusions of comparative steels A, B and invention steels D, E.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving the same will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고강도 쾌삭형 비조질강 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to high-strength free-cut non-structured steel and a manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention.

고강도 쾌삭형 비조질강High Strength Free Cutting Non-Steel Steel

본 발명에 따른 고강도 쾌삭형 비조질강은 탄소(C) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 실리콘(Si) : 0.50 ~ 1.00 중량%, 망간(Mn) : 1.00 ~ 1.60 중량%, 황(S) : 0.04 ~ 0.08 중량%, 크롬(Cr) : 1.00 ~ 1.50 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 보론(B) : 5 ~ 50 ppm, 지르코늄(Zr) : 0.02 ~ 0.10 중량%를 포함하며 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The high strength free cutting non-coated steel according to the present invention is carbon (C): 0.20 ~ 0.40% by weight, silicon (Si): 0.50 ~ 1.00% by weight, manganese (Mn): 1.00 ~ 1.60% by weight, sulfur (S): 0.04 ~ 0.08% by weight, chromium (Cr): 1.00 to 1.50% by weight, molybdenum (Mo): 0.10 to 0.20% by weight, boron (B): 5 to 50 ppm, zirconium (Zr): 0.02 to 0.10% by weight It is characterized by consisting of addition Fe and unavoidable impurities.

또한, 인(P) : 0.030중량% 이하, 구리(Cu) : 0.30 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.050 중량% 이하, 산소(O) : 30 ppm 이하, 질소(N) : 80 ppm 이하 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
Phosphorus (P): 0.030 wt% or less, Copper (Cu): 0.30 wt% or less, Aluminum (Al): 0.050 wt% or less, Oxygen (O): 30 ppm or less, Nitrogen (N): 80 ppm or less It may further include any one or more.

이하, 본 발명에 따른 고강도 쾌삭형 비조질강에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, the role and content of each component included in the high strength free cutting non-coated steel according to the present invention will be described.

탄소(C)Carbon (C)

본 발명에서 탄소(C)는 제조되는 비조질강의 강도를 확보하기 위해 첨가된다. In the present invention, carbon (C) is added to secure the strength of the non-refined steel to be produced.

또한 상기 탄소(C)는 강의 강도 및 경도를 결정하는 주요 원소로 함량이 높을수록 강도가 증가하며, 냉간가공도의 증가에 따라 인장강도와 항복점은 증가한다. 또한 Zr, S과 결합하여 탄유화물을 형성하며 피삭성을 높인다. The carbon (C) is a main element that determines the strength and hardness of the steel. The higher the content, the higher the strength and the tensile strength and yield point increase with the increase of the cold workability. In addition, it combines with Zr and S to form a carbohydrate and improves machinability.

본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.20 ~ 0.40 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소가 0.20 중량% 미만으로 첨가되면 강도 확보가 불충분하고, 탄소(C)의 함량이 0.40 중량%를 초과할 경우 충격인성이 급격히 저하되는 문제점이 있다.
It is preferably added in an amount ratio of 0.20 to 0.40% by weight of the total weight of the non-coated steel according to the present invention. If carbon is added in less than 0.20% by weight, securing strength is insufficient, and when the content of carbon (C) exceeds 0.40% by weight, impact toughness is sharply lowered.

실리콘(Si)Silicon (Si)

본 발명에서 실리콘(Si)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가되며, 또한 고용 강화 효과를 향상시키는 역할을 한다. In the present invention, silicon (Si) is added as a deoxidizer for removing oxygen in the steel, and also serves to enhance the solid solution strengthening effect.

상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.50 ~ 1.00 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.50 중량% 미만일 경우 실리콘(Si) 첨가에 따른 탈산 효과 및 고용 강화 효과가 불충분하고, 실리콘(Si)의 함량이 1.00 중량%를 초과할 경우 제조되는 비조질강의 인성을 저하시키는 문제점이 있다.
The silicon (Si) is preferably added in a content ratio of 0.50 to 1.00% by weight of the total weight of the non-coated steel according to the present invention. If the content of silicon (Si) is less than 0.50% by weight, the deoxidation effect and the solid solution strengthening effect due to the addition of silicon (Si) are insufficient, and if the content of silicon (Si) exceeds 1.00% by weight, the toughness of the non-coated steel produced There is a problem of deterioration.

망간(Mn)Manganese (Mn)

본 발명에서 망간(Mn)은 고용강화 원소로써 매우 효과적이며 제조되는 비조질강의 강도 확보에 효과적인 원소이다. 또한 망간(Mn)은 강의 소입성과 강도를 향상시키며, 고온에서는 소성을 증가시켜 주조성을 좋게 한다. 그리고 황(S)과 결합하여 MnS를 형성함으로서 적열취성을 방지하고 절삭가공성을 향상시킨다.Manganese (Mn) in the present invention is very effective as a solid solution strengthening element and is an effective element to secure the strength of the crude steel produced. In addition, manganese (Mn) improves the hardenability and strength of the steel, and increases the plasticity at high temperatures to improve castability. In addition, by forming MnS in combination with sulfur (S) to prevent red brittleness and improve the machinability.

상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 비조질강에서 1.00 ~ 1.60 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 망간(Mn)이 1.00 중량% 미만으로 첨가될 경우, 망간(Mn) 첨가에 따른 고용강화 효과 및 강도 확보 효과가 불충분하다. 반대로, 상기 망간(Mn)이 1.60 중량%를 초과할 경우 인성을 저하시키며, 비조질강의 제조 원가를 크게 상승시키는 문제점이 있다.
The manganese (Mn) is preferably added in a content ratio of 1.00 ~ 1.60% by weight in the non-crude steel according to the present invention. When the manganese (Mn) is added less than 1.00% by weight, the solid solution strengthening effect and strength securing effect due to the addition of manganese (Mn) is insufficient. On the contrary, when the manganese (Mn) exceeds 1.60% by weight, the toughness is lowered, and there is a problem of significantly increasing the manufacturing cost of non-coated steel.

황(S)Sulfur (S)

황(S)은 비조질강에서 절삭성 혹은 가공성을 향상시키기 위하여 첨가된다. Sulfur (S) is added to improve machinability or machinability in ungraded steel.

상기 황(S)은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.04 ~ 0.08 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 황(S)의 함량이 0.04 중량% 미만일 경우 비조질강의 절삭성 등이 불충분한 문제점이 있다. 반대로, 황(S)의 함량이 0.08 중량%를 초과할 경우 길게 연신된 MnS를 형성하게 되고, 길게 연신된 MnS는 압연이나 단조 공정 중에 고주파열처리 및 파팅라인부에 위치하여 제품의 품질을 저하시키는 요인이 된다. 또한, 열간 가공성을 떨어뜨리고, 찢어짐을 유발하며, 거대 개재물 형성에 의한 표면처리시 결함의 원인이 되는 문제점이 있다.
The sulfur (S) is preferably added in an amount ratio of 0.04 to 0.08% by weight of the total weight of the non-coated steel according to the present invention. When the content of sulfur (S) is less than 0.04% by weight, there is a problem in that the machinability of the non-coated steel is insufficient. On the contrary, when the content of sulfur (S) exceeds 0.08% by weight, the elongated MnS is formed, and the elongated MnS is located in the high frequency heat treatment and parting line during the rolling or forging process to deteriorate the product quality. It becomes a factor. In addition, there is a problem that the hot workability is lowered, tearing is caused, and defects are caused in the surface treatment by formation of large inclusions.

크롬(Cr)Chrome (Cr)

크롬(Cr)은 망간(Mn)과 더불어 강의 강도를 올리며 펄라이트 콜로니(colony)를 세분화하고 연성을 향상시키는 원소로 작용한다. Chromium (Cr), together with manganese (Mn), increases the strength of the steel and acts as an element to subdivide pearlite colonies and improve ductility.

상기 크롬(Cr)은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 1.00 ~ 1.50 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 함량이 1.00 중량% 미만일 경우 저탄소에 따른 강도 보상 효과가 미미하고, 반대로 크롬(Cr)의 함량이 1.50 중량%를 초과할 경우 인성이 저하되고 동시에 가공성이나 피삭성이 저하되는 문제점이 있다.
The chromium (Cr) is preferably added in an amount ratio of 1.00 to 1.50% by weight of the total weight of the non-coated steel according to the present invention. When the content of chromium (Cr) is less than 1.00% by weight, the effect of compensating strength due to low carbon is insignificant. On the contrary, when the content of chromium (Cr) is more than 1.50% by weight, toughness decreases and workability or machinability decreases. There is this.

몰리브덴(Mo)Molybdenum (Mo)

몰리브덴(Mo)은 강도 및 인성의 향상에 기여하며, 또한 상온이나 고온에서 안정된 강도를 확보하는데 기여한다. Molybdenum (Mo) contributes to the improvement of strength and toughness, and also contributes to ensuring stable strength at room temperature or high temperature.

상기 몰리브덴(Mo)은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.10 ~ 0.20 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.10 중량% 미만일 경우 몰리브덴 첨가 효과가 불충분하고, 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.20 중량%를 초과할 경우 노멀라이징(Normalizing)과 같은 열처리시 경도를 현저히 상승시키며, 제조원가를 높이고 부품 가공성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
The molybdenum (Mo) is preferably added in a content ratio of 0.10 to 0.20% by weight of the total weight of the non-coated steel according to the present invention. When the content of molybdenum (Mo) is less than 0.10% by weight, the effect of adding molybdenum is insufficient, and when the content of molybdenum (Mo) exceeds 0.20% by weight, the hardness is significantly increased during heat treatment such as normalizing, and the manufacturing cost is increased. There is a problem of deteriorating the part workability.

보론(B)Boron (B)

보론은 미소첨가로도 고용상태로 존재시 소입성을 증가시키고 열처리의 경화능을 개선하지만, 경화능의 산포가 심하며 적정 강도 및 인성의 확보는 물론 열변형 편차의 관리가 어려워 특별 관리가 요구되는 원소이다. 특히 인(P)의 입계 편석을 방지하여 입계의 결합력을 증대함으로써 강의 충격인성을 향상시키는 역할을 한다. Boron increases the hardenability and improves the hardenability of heat treatment when it is in solid state even with a small addition. However, it is difficult to manage the thermal strain deviation as well as to obtain the proper strength and toughness, and to require special management. Element. In particular, by preventing the grain boundary segregation of phosphorus (P) to increase the binding force of the grain boundary serves to improve the impact toughness of the steel.

상기 보론은 5 ppm 미만으로 첨가되는 경우 강의 충격 인성 확보에 어려움이 있다. 하지만, 과잉 첨가시 더 이상의 경화능 향상을 기대하기 어렵고 적열취성을 유발시키므로 50 ppm을 초과하지 않는 것이 바람직하다.
The boron is difficult to secure the impact toughness of the steel when added below 5 ppm. However, it is preferable not to exceed 50 ppm since it is difficult to expect further improvement in hardenability upon excessive addition and causes redemption.

지르코늄(Zr)Zirconium (Zr)

지르코늄(Zr)은 강력한 질화물 형성 원소로 본 발명에서 가장 중요한 성분의 하나이다. 지르코늄은 고온 결정립 미세화에 영향이 탁월하며, 열처리시 강도를 증기시키고 인성을 향상시킨다. 또한 MnS 개재물 내 Mn을 치환하여 개재물의 연신을 억제하고 형상을 변환하여 가공성을 향상시킨다. 즉, MnS 형성시 핵생성 위치로 작용하여 ZrN/MnS 혹은 [Mn,Zr]S계 개재물로 형성되게 된다. 이러한 개재물은 MnS 단독 존재시보다 고경도화되기 때문에 연신성을 저하시켜, 가공성 및 후공정 크랙저감을 동시에 확보하는 역할을 한다.Zirconium (Zr) is a strong nitride forming element and is one of the most important components in the present invention. Zirconium has an excellent effect on high temperature grain refinement, vaporizes strength and improves toughness during heat treatment. In addition, Mn in the MnS inclusions is substituted to suppress the stretching of the inclusions and convert the shape to improve workability. That is, when MnS is formed, it acts as a nucleation site to form ZrN / MnS or [Mn, Zr] S-based inclusions. Since such inclusions become harder than the presence of MnS alone, it lowers the stretchability, and at the same time serves to secure workability and post process crack reduction.

상기 지르코늄(Zr)은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.02 ~ 0.10 중량%의 함량비로 첨가되는 되는 것이 바람직하다. 지르코늄의 함량이 0.02 중량% 미만일 경우 지르코늄 첨가 효과가 불충분하며, 지르코늄 함량이 0.10 중량%를 초과할 경우 침상형 Zr 탄화물 또는 유화물 석출이 유발되어 강의 성질이 저하되는 문제점이 있다.
The zirconium (Zr) is preferably added in an amount ratio of 0.02 to 0.10% by weight of the total weight of the non-coated steel according to the present invention. When the content of zirconium is less than 0.02% by weight, the effect of adding zirconium is insufficient, and when the content of zirconium is more than 0.10% by weight, needle-like Zr carbide or emulsion precipitation is caused, thereby degrading the properties of the steel.

인(P)Phosphorus (P)

인(P)은 절삭성의 향상을 위하여 첨가된다. 다만, 본 발명에 따른 비조질강에서 인(P)의 함량이 0.030 중량%를 초과하여 첨가되면 인성이나 내피로성 등이 악화되는 문제가 있으므로, 인(P)의 함량은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.030 중량% 이하의 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
Phosphorus (P) is added to improve machinability. However, when the content of phosphorus (P) in the non-coated steel according to the present invention is added in excess of 0.030% by weight, the toughness and fatigue resistance is deteriorated, so the content of phosphorus (P) is the entire non-coated steel according to the present invention. It is preferable to limit it to the range of 0.030 weight% or less of weight.

구리(Cu)Copper (Cu)

구리(Cu)는 미세 석출물을 조장하여 강도 상승에 기여하며, 비조질강의 절삭성을 향상시키는 역할을 한다.Copper (Cu) contributes to increase the strength by promoting the fine precipitates and improves the machinability of the non-welded steel.

구리(Cu)는 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.30 중량% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.Copper (Cu) is preferably added in a content ratio of 0.30% by weight or less of the total weight of the non-coated steel according to the present invention.

상기 구리(Cu)의 함량이 0.30 중량%를 초과하는 경우 인성의 현저한 저하와 열간가공에 의한 열화를 초래하는 문제점이 있다.
When the content of copper (Cu) exceeds 0.30% by weight, there is a problem of causing a significant decrease in toughness and deterioration due to hot working.

니켈(Ni)Nickel (Ni)

니켈(Ni)은 경화능을 증대시키고 인성을 향상시키기 위해 첨가된다.Nickel (Ni) is added to increase hardenability and improve toughness.

상기 니켈(Ni)은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.20 중량% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 니켈(Ni)의 함량이 0.20 중량%를 초과하는 경우 부품의 제조원가를 높이고 제조성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
The nickel (Ni) is preferably added in a content ratio of 0.20% by weight or less of the total weight of the non-coated steel according to the present invention. If the content of nickel (Ni) exceeds 0.20% by weight, there is a problem of increasing the manufacturing cost of the parts and reducing the manufacturability.

알루미늄(Al)Aluminum (Al)

본 발명에서 알루미늄(Al)은 우수한 탈산 효과를 제공하며, 질소(N)과 결합하여 입자미세화 원소로 이용된다.In the present invention, aluminum (Al) provides an excellent deoxidation effect, and is used as a particle microelement by combining with nitrogen (N).

다만, 알루미늄의 함량이 0.050 중량%를 초과할 경우 Al2O3와 같은 비금속개재물의 양이 증가하는 문제가 있는 바, 상기 알루미늄(Al)의 함량은 본 발명에 따른 비조질강 전체 중량의 0.050 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.
However, when the content of aluminum exceeds 0.050% by weight, there is a problem in that the amount of non-metallic inclusions such as Al 2 O 3 is increased, the content of aluminum (Al) is 0.050 weight of the total weight of the non-alloyed steel according to the present invention. It is preferably added in% or less.

산소(O)Oxygen (O)

산소(O)는 강중의 산화성 원소와 결합하여 비금속재재물을 형성하는 바 강의 기계적 성질 및 피로 특성을 저해한다. 따라서 그 함량을 30ppm 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Oxygen (O) combines with oxidative elements in the steel to form nonmetallic materials, which inhibits the mechanical and fatigue properties of the steel. Therefore, it is desirable to limit the content to 30 ppm or less.

질소(N)Nitrogen (N)

질소(N)는 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al)과 결합하여 질화물을 형성시켜 오스테나이트 결정립을 미세화하며 마모특성을 향상시킨다. 다만 가공성 향상을 위해서는 Zr의 탄화물 또는 유화물의 형성이 요구되는 바 80ppm 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Nitrogen (N) combines with zirconium (Zr) and aluminum (Al) to form nitrides to refine austenite grains and improve wear characteristics. However, in order to improve the workability, it is preferable to limit the formation of carbides or emulsions of Zr to 80 ppm or less.

본 발명에 따른 고강도 쾌삭형 비조질강은 1100 MPa 이상의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하며, 또한, 45 ~ 55 kgf/mm2 의 피로강도를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 비조질강이 1100 MPa 미만의 인장강도를 갖는 경우 크랭크샤프트용으로 적합하지 않을 수 있다. 또한 본 발명에 따른 비조질강의 피로강도가 45 kgf/mm2 미만인 경우 크랭크샤프트용으로 적합하지 않을 수 있으며, 55 kgf/mm2 의 피로강도를 초과하는 경우 가공성 측면에서 문제점이 발생할 수 있다.
The high strength free cutting non-coated steel according to the present invention is characterized by having a tensile strength of 1100 MPa or more, and is characterized by having a fatigue strength of 45 to 55 kgf / mm 2 . If the non-coated steel according to the present invention has a tensile strength of less than 1100 MPa, it may not be suitable for the crankshaft. In addition, when the fatigue strength of the non-alloyed steel according to the present invention is less than 45 kgf / mm 2 may not be suitable for the crankshaft, if the fatigue strength of 55 kgf / mm 2 exceeds may cause problems in terms of workability.

고강도 쾌삭형 비조질강의 제조 방법Manufacturing method of high strength free cutting steel

도 1은 본 발명에 따른 고강도 쾌삭형 비조질강 제조 방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다.1 is a flow chart showing an embodiment of a high-strength free cutting non-coarse steel manufacturing method according to the present invention.

도 1을 참조하면, 도시된 고강도 쾌삭형 비조질강의 제조 방법은 용탕 형성 단계(S110) 및 지르코늄 첨가 단계(S120)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the method of manufacturing a high strength free cutting crude steel shown in FIG. 1 includes a molten metal forming step S110 and a zirconium addition step S120.

용탕 형성 단계(S110)에서는 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 황(S), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 보론(B) 및 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 형성한다.In the molten metal forming step (S110), carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), sulfur (S), chromium (Cr), molybdenum (Mo) boron (B), iron (Fe) and other unavoidable impurities are removed. To form a molten metal to contain.

상기 용탕에는 인(P), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 중 어느 하나 이상이 더 포함될 수 있다.The molten metal may further include any one or more of phosphorus (P), copper (Cu), nickel (Ni), and aluminum (Al).

보다 상세하게는 전기로에서 상기 각 성분을 용해하여 용탕을 형성한 후, LF(Ladle Furnace)에서 상기 각 성분의 함량을 조절하고, 탈산 및 탈황 공정을 수행한다. 이후, VD(Vacuum Degasing) 설비에서 아르곤 버블링(Ar Bubbling)을 이용하여 상기 용탕에 포함된 산소 및 질소의 함량을 제어한다. 상기 산소 및 질소의 함량은 각각 30 ppm 이하, 80 ppm 이하로 제어될 수 있다.
More specifically, after dissolving each component in an electric furnace to form a molten metal, in the LF (Ladle Furnace) to adjust the content of each component, and deoxidation and desulfurization process. Then, the content of oxygen and nitrogen contained in the molten metal is controlled by argon bubbling (Ar Bubbling) in a vacuum degasing (VD) facility. The oxygen and nitrogen content may be controlled to 30 ppm or less and 80 ppm or less, respectively.

지르코늄 첨가 단계(S120)에서는 상기의 용탕에 지르코늄(Zr)을 첨가한다. 지르코늄이 탈산제의 물질이 아닌 이상 본 발명에서와 같이 다른 성분과 별도로 투입하는 것이 바람직하다. 이때, 지르코늄은 고온에서 산화성이 매우 높은 원소이다. 이러한 높은 산화성으로 인하여 지르코늄은 대기 혹은 용탕 상부의 슬래그에 존재하는 산소와 결합하여 지르코늄 산화물(ZrO2)을 쉽게 형성한다. 따라서, 탈산의 목적이 아닌 특정한 목적을 위하여 지르코늄을 첨가하기 위하여는 산화되지 않은 상태의 지르코늄이 용탕 내부까지 투입되어야 한다. In the zirconium addition step (S120), zirconium (Zr) is added to the molten metal. As long as zirconium is not a deoxidizer material, it is preferable to add it separately from other components as in the present invention. At this time, zirconium is an element having very high oxidizing property at high temperature. Due to this high oxidizing property, zirconium is easily combined with oxygen present in the slag of the air or molten metal to form zirconium oxide (ZrO 2 ). Therefore, in order to add zirconium for a specific purpose other than deoxidation, zirconium in an unoxidized state must be introduced into the molten metal.

이러한, 지르코늄 투입 방식으로 지르코늄 괴의 직접 투입 방식을 제시할 수 있다. 그러나, 용탕(120)과 슬래그(125)의 계면에서는 화학 반응성이 매우 크며, 도 1에서와 같이 지르코늄 괴(130)를 직접 투입할 경우 지르코늄 괴(130)가 투입되는 과정에서 산화반응이 급속도로 일어난다.Such a zirconium injecting method can suggest a direct injecting method of zirconium ingots. However, at the interface between the molten metal 120 and the slag 125, the chemical reactivity is very large, and when the zirconium ingot 130 is directly injected as shown in FIG. 1, the oxidation reaction rapidly occurs in the process of injecting the zirconium ingot 130. Happens.

따라서, 투입되는 지르코늄의 10 ~ 20 % 정도만이 용탕 내에 회수되어 합금에 기여하므로, 지르코늄 투입량 대비 제조되는 지르코늄 합금에 기여하는 지르코늄의 양을 의미하는 회수율이 매우 낮다. Therefore, since only about 10 to 20% of the zirconium added is recovered in the molten metal and contributes to the alloy, the recovery rate, which means the amount of zirconium contributing to the manufactured zirconium alloy relative to the amount of zirconium added, is very low.

이에 따라, 목표로 하는 지르코늄의 함량에 도달하기 위하여는 많은 양의 지르코늄 괴의 투입이 필요하며, 이는 지르코늄 합금 제조를 위한 비용 상승의 원인이 된다. Accordingly, in order to reach the target content of zirconium, a large amount of zirconium ingot is required, which causes a cost increase for the production of zirconium alloy.

이에 따라 지르코늄을 용탕에 투입하는 다른 방법으로 지르코늄 코어드 와이어 투입법을 이용하여 지르코늄 원료를 투입하는 것이 바람직하다.Accordingly, as another method of injecting zirconium into the molten metal, it is preferable to inject the zirconium raw material using the zirconium cored wire injecting method.

즉, 지르코늄 코어드 와이어 투입법을 이용한 지르코늄 합금 제조 방법은 지르코늄 합금 제조를 위한 용탕에 지르코늄 원료를 투입하여 지르코늄 합금을 제조하되, 지르코늄 원료로, 지르코늄이 내부에 충전되어 있는 와이어 형태를 갖는 지르코늄 코어드 와이어(Zr-cored wire)를 이용한다.
That is, the zirconium alloy manufacturing method using the zirconium cored wire input method is prepared by injecting a zirconium raw material into the molten metal for the production of zirconium alloy to produce a zirconium alloy, a zirconium raw material, a zirconium core having a wire form filled with zirconium inside Use Zr-cored wire.

도 2는 지르코늄 코어드 와이어 투입법을 적용할 수 있는 장치를 개략적으로 나타낸 것이다. Figure 2 schematically shows a device that can be applied to zirconium cored wire injection method.

도 2를 참조하면, 코어드 와이어 투입법을 적용할 수 있는 장치는 용탕을 저장하는 퍼니스(furnace, 210), 지르코늄 코어드 와이어를 저장하는 지르코늄 코어드 와이어 저장부(230) 및 지르코늄 와이어가 용탕으로 투입될 수 있는 경로를 제공하는 지르코늄 코어드 와이어 이송부(240)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the apparatus to which the cored wire injection method may be applied includes a furnace (furnace 210) for storing molten metal, a zirconium cored wire storage unit 230 for storing zirconium cored wire, and a zirconium wire melted. It includes a zirconium cored wire transfer unit 240 to provide a path that can be injected into.

퍼니스(210)는 지르코늄 투입 전 철(Fe), 실리콘(Si) 등을 포함하는 용탕(220)을 저장한다. 퍼니스(210)에 저장된 용탕(220)의 표면에는 슬래그(225)가 형성되어 있으며, 용탕(220)은 표면의 슬래그(225)에 의하여 대기와 차단된다.The furnace 210 stores the molten metal 220 including iron (Fe), silicon (Si), and the like, in which zirconium is added. Slag 225 is formed on the surface of the molten metal 220 stored in the furnace 210, the molten metal 220 is blocked from the atmosphere by the slag 225 of the surface.

지르코늄 코어드 와이어 저장부(230)는 지르코늄 코어드 와이어(Zr-cored wire, 235)를 저장한다. The zirconium cored wire storage unit 230 stores a zirconium cored wire (Zr-cored wire) 235.

지르코늄 코어드 와이어(235)는 도 3에 도시된 바와 같이, 지르코늄을 함유하는 지르코늄 괴 분말(310)이 보호 튜브(320) 내에 충전되어 있는 형태를 가질 수 있다. The zirconium cored wire 235 may have a form in which zirconium ingot powder 310 containing zirconium is filled in the protective tube 320, as shown in FIG. 3.

지르코늄 괴 분말(310)은 Fe-Si-Zr 합금철로 이루어진 것을 이용할 수 있으며, 보호 튜브(320)는 용탕에 쉽게 용해될 수 있는 스틸(steel) 재질로 된 것을 이용할 수 있다.
The zirconium ingot powder 310 may be made of Fe-Si-Zr alloy iron, and the protective tube 320 may be made of steel (steel) material that can be easily dissolved in the molten metal.

지르코늄 코어드 와이어에서 지르코늄 괴 분말(310)에 포함되는 물질이나 보호 튜브(320)의 재질은 제조하고자 하는 비조질강의 조성에 기여한다. 따라서, 용탕에 포함된 물질들의 함량과 지르코늄 코어드 와이어에 포함된 물질들의 함량이 더해져서 최종 조성이 될 수 있다. The material included in the zirconium ingot powder 310 or the material of the protective tube 320 in the zirconium cored wire contributes to the composition of the non-alloyed steel to be manufactured. Therefore, the content of the materials contained in the molten metal and the content of the materials contained in the zirconium cored wire may be added to form a final composition.

지르코늄 괴 분말(310)의 평균입경은 0.8 ~ 1.2 mm인 것이 바람직하다. 지르코늄 괴 분말(310)의 평균입경이 0.8mm 미만일 경우 분말 제조 비용이 상승하며, 지르코늄 괴 분말(310)의 평균입경이 1.2mm를 초과할 경우 입자 사이즈가 커서 용탕에서의 용해 속도가 느려질 수 있다. It is preferable that the average particle diameter of the zirconium ingot powder 310 is 0.8-1.2 mm. If the average particle diameter of the zirconium ingot powder 310 is less than 0.8mm, the powder production cost increases, and if the average particle diameter of the zirconium ingot powder 310 exceeds 1.2mm, the dissolution rate in the molten metal may be slow. .

한편, 지르코늄 코어드 와이어(230)가 퍼니스(210) 측면에 이격 배치되어 있는 경우, 지르코늄 코어드 와이어 이송부(240)의 출구부는 도 2에 도시된 바와 같이 용탕(220)의 표면에 대하여 경사지게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이는 지르코늄 코어드 와이어 저장부(230)로부터 퍼니스(210)에 저장된 용탕(220)까지 지르코늄 코어드 와이어(235)의 투입을 용이하게 하기 위한 것이다. On the other hand, when the zirconium cored wire 230 is spaced apart from the side of the furnace 210, the outlet portion of the zirconium cored wire transfer unit 240 is formed to be inclined with respect to the surface of the molten metal 220 as shown in FIG. It is preferable that it is done. This is to facilitate the injection of the zirconium cored wire 235 from the zirconium cored wire storage unit 230 to the melt 220 stored in the furnace 210.

지르코늄 코어드 와이어 이송부(240)의 출구부가 용탕(220)의 표면에 대하여 거의 수평일 경우 용탕(220)에의 투입이 어려워지며, 반대로, 지르코늄 코어드 와이어 이송부(240)의 출구부가 거의 수직일 경우 지르코늄 코어드 와이어 공급부(230)로부터의 지르코늄 코어드 와이어(235)의 공급이 어려워진다.
If the outlet portion of the zirconium cored wire transfer unit 240 is substantially horizontal with respect to the surface of the molten metal 220, it is difficult to input the melt 220. On the contrary, the outlet portion of the zirconium cored wire transfer unit 240 is substantially vertical. Supply of the zirconium cored wire 235 from the zirconium cored wire supply 230 becomes difficult.

지르코늄 코어드 와이어(235)의 투입 속도(v2)는 40 ~ 400 m/min인 것이 바람직하다. 지르코늄 코어드 와이어(235)의 투입 속도가 40 m/min 미만일 경우 느린 속도에 따라서 대기중 혹은 슬래그에서 지르코늄이 산화되어 결국 지르코늄 회수율이 저하된다. 반대로 지르코늄 코어드 와이어(235)의 투입 속도가 400 m/min을 초과하는 경우 코어드 와이어(235) 공급 제어가 어려워지며, 제조 비용이 상승할 수 있다.
The injection speed v 2 of the zirconium cored wire 235 is preferably 40 to 400 m / min. When the input speed of the zirconium cored wire 235 is less than 40 m / min, the zirconium is oxidized in the air or slag according to the slow speed, and eventually the zirconium recovery is reduced. On the contrary, when the input speed of the zirconium cored wire 235 exceeds 400 m / min, it becomes difficult to control the cored wire 235 and the manufacturing cost may increase.

또한, 상기 제시된 지르코늄 코어드 와이어(235)는 분말화되어 있다. 따라서 용탕 내에서의 용해 속도를 향상시킬 수 있다. In addition, the zirconium cored wire 235 presented above is powdered. Therefore, the dissolution rate in a molten metal can be improved.

따라서, 지르코늄 코어드 와이어 투입법을 이용하여 지르코늄 원료를 투입할 경우 지르코늄 회수율을 높일 수 있는 장점이 있으며, 지르코늄 첨가량 제어를 용이하게 할 수 있다 .
Accordingly, when the zirconium raw material is added using the zirconium cored wire input method, there is an advantage of increasing the recovery rate of zirconium, and the amount of zirconium added can be easily controlled.

상기 과정들(S110 ~ S120)을 통하여 제조되는 고강도 쾌삭형 비조질강은 전술한 바와 같은 탄소(C) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 실리콘(Si) : 0.50 ~ 1.00 중량%, 망간(Mn) : 1.00 ~ 1.60 중량%, 황(S) : 0.04 ~ 0.08 중량%, 크롬(Cr) : 1.00 ~ 1.50 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 보론(B) : 5 ~ 50 ppm, 지르코늄(Zr) : 0.02 ~ 0.10 중량%를 포함하며 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The high-strength free cutting non-structured steel produced through the processes (S110 ~ S120) is as described above carbon (C): 0.20 ~ 0.40% by weight, silicon (Si): 0.50 ~ 1.00% by weight, manganese (Mn): 1.00 ~ 1.60 wt%, sulfur (S): 0.04 ~ 0.08 wt%, chromium (Cr): 1.00 ~ 1.50 wt%, molybdenum (Mo): 0.10 ~ 0.20 wt%, boron (B): 5 ~ 50 ppm, zirconium ( Zr): 0.02 ~ 0.10% by weight, the balance is characterized in that consisting of Fe and unavoidable impurities.

그리고, 인(P) : 0.030중량% 이하, 구리(Cu) : 0.30 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.050 중량% 이하, 산소(O) : 30 ppm 이하, 질소(N) : 80 ppm 이하 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
Phosphorus (P): 0.030 wt% or less, Copper (Cu): 0.30 wt% or less, Aluminum (Al): 0.050 wt% or less, Oxygen (O): 30 ppm or less, Nitrogen (N): 80 ppm or less It may further include any one or more.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention through the preferred embodiment of the present invention will be described in more detail. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
Details that are not described herein will be omitted since those skilled in the art can sufficiently infer technically.

1. 시편의 제조1. Preparation of specimens

표 1은 발명강 및 비교강 시편의 화학성분을 나타낸 것이다. Table 1 shows the chemical components of the inventive and comparative steel specimens.

표 1에 나타낸 강 시편 중에서 A ~ C는 비교강을 나타내고, D 및 E는 본 발명에 해당하는 발명강을 나타낸다.
In the steel specimens shown in Table 1, A to C represent comparative steels, and D and E represent inventive steels corresponding to the present invention.

[표1]

Figure 112010062911510-pat00001
Table 1
Figure 112010062911510-pat00001

각각의 발명강 및 비교강에 해당하는 조성에 따라 약 40kg 정도의 진공유도용해로(VIM)에서 용해 후, 재가열하여 약 Φ32의 공시재로 파일롯 압연하였다. Depending on the composition corresponding to each invention steel and comparative steel, after dissolving in a vacuum induction furnace (VIM) of about 40kg, reheated and pilot rolled to a specimen of about Φ32.

공시재는 다시 1 inch (25.4mm)로 선삭후, 비교강 C의 경우에는 조질 열처리(QT)를, 나머지 강재는 모두 1200℃에서 40분 가열하고 방냉하는 HTN 처리를 실시하였다. After the test material was turned to 1 inch (25.4 mm) again, in the case of comparative steel C, tempered heat treatment (QT) was performed, and all the remaining steels were subjected to HTN treatment for heating and cooling for 40 minutes at 1200 ° C.

비교강 A, B는 V, Ti 가 첨가된 비조질강으로 보론에 의한 강도를 향상시킨 경우이고, 발명강 D, E는 V, Ti의 첨가 대신 지르코늄 및 보론이 첨가된 비조질강이다. 이들은 모두 베이나이트 조직을 나타내고 있으며 비교강 C는 템퍼드(tempered) 마르텐사이트 조직으로 이루어져 있다. 또한, 비교강 A는 다른 비교강이나 발명강에 비하여 황의 첨가량이 가장 많으며 이에 반해 비교강 C는 가장 적은 양의 황을 첨가하고 있다.
Comparative steels A and B are amorphous steels in which V and Ti are added to improve the strength by boron. Invented steels D and E are crude steels in which zirconium and boron are added instead of V and Ti. They all exhibit bainite structure and comparative steel C consists of a tempered martensite structure. In addition, Comparative Steel A has the highest amount of sulfur compared to other Comparative Steels and Invented Steels, whereas Comparative Steel C contains the least amount of Sulfur.

2. 물성 측정 및 평가2. Property Measurement and Evaluation

발명강 및 비교강 각각의 HTN 처리된 시편에 대하여, KS 4호에 의거 가공 시험하고, 회전, 굽힘, 피로시험 및 드릴 가공성을 평가하였다.The HTN-treated specimens of the inventive steels and the comparative steels each were subjected to a work test in accordance with KS No. 4 to evaluate rotation, bending, fatigue test, and drill workability.

하기의 표 2에서는 상기 발명강 및 비교강의 기계적 물성, 피로시험 및 드릴 가공성 평가 결과를 나타내었다.Table 2 below shows the evaluation results of mechanical properties, fatigue tests and drillability of the inventive steels and comparative steels.

발명강 D, E의 경우에는 기존의 비교강(A, B)과 동등한 수준의 강도를 나타내고 있다. 또한, 발명강 D, E는 비교강 C와 같이 조질 열처리를 실시하는 강에 비하여 우수한 강도를 갖는 것을 알 수 있다.In the case of the inventive steels D and E, the strengths equivalent to those of the comparative steels A and B are shown. In addition, it can be seen that the inventive steels D and E have superior strength as compared with steels subjected to temper heat treatment like the comparative steel C.

드릴 가공성의 평가는 직경 Φ9의 초경(DPPA 1090) 드릴을 사용하여 회전속도 3000 RPM으로 깊이 30 mm의 천공 홀수를 측정하였다. 가공성은 강도와 서로 반비례하는 관계에 있다. 상기 강도와 가공성과의 관계를 산출한 가공지수를 통하여 비교강 및 발명강을 비교하였다.The evaluation of drill machinability was carried out using a carbide (DPPA 1090) drill having a diameter of φ9 and measuring the number of drilled holes having a depth of 30 mm at a rotation speed of 3000 RPM. Machinability is inversely related to strength. Comparative steels and inventive steels were compared through the processing index that calculated the relationship between the strength and the workability.

가공지수 산출결과, 가공성에 큰 영향을 미치는 황 함량이 많은 비교강 A의 가공지수가 가장 높았으며, 황 함량이 가장 적은 비교강 C의 가공지수가 가장 낮았다. 이에 대하여 발명강 D, E의 경우 비교강 B와 동일한 황 함량에도 불구하고 더 높은 가공지수를 나타내고 있다. 이는 지르코늄 첨가에 따른 MnS 개재물 형상 제어 효과로 인한 것이다.As a result of calculating the work index, the work index of comparative steel A, which has a high sulfur content, which has a great influence on workability, was the highest, and the work index of comparative steel C, which has the smallest sulfur content, was the lowest. On the other hand, invented steels D and E show higher processing indices despite the same sulfur content as that of comparative steel B. This is due to the MnS inclusion shape control effect of the addition of zirconium.

도 4는 비교강(A, B)와 발명강(D, E)의 MnS 개재물의 조직 사진을 나타낸 것이다. 비교강 A, B는 연신방향으로 MnS 개재물이 길게 늘어져 있는 것을 볼 수 있으나, 지르코늄이 첨가된 발명강 D, E는 MnS 개재물 형상 제어 효과로 인해 고루 분포되고 길게 늘어져 있지 않는 것을 확인 할 수 있다.
4 shows the structure photograph of MnS inclusions of comparative steels (A, B) and inventive steels (D, E). Comparative steels A and B can be seen that the MnS inclusions are elongated in the stretching direction, but the invention steels D and E to which zirconium is added are distributed evenly and are not elongated due to the MnS inclusion shape control effect.

[표 2][Table 2]

Figure 112010062911510-pat00002

Figure 112010062911510-pat00002

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
While the invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Such changes and modifications are intended to fall within the scope of the present invention unless they depart from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the following claims.

S110 : 용탕 형성 단계
S120 : 지르코늄 첨가 단계
210 : 퍼니스
220 : 용탕
225 : 슬래그
230 : 지르코늄 코어드 와이어 저장부
235 : 지르코늄 코어드 와이어
240 : 지르코늄 코어드 와이어 이송부
310 : 지르코늄 괴 분말
320 : 보호 튜브S110: molten metal forming step
S120: Zirconium Addition Step
210: Furnace
220: molten metal
225: slag
230: zirconium cored wire storage unit
235 Zirconium Core Wire
240: zirconium cored wire transfer unit
310: Zirconium Bar Powder
320: Protection tube

Claims (14)

탄소(C) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 실리콘(Si) : 0.50 ~ 1.00 중량%, 망간(Mn) : 1.00 ~ 1.60 중량%, 황(S) : 0.04 ~ 0.08 중량%, 크롬(Cr) : 1.00 ~ 1.50 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 보론(B) : 5 ~ 50 ppm, 지르코늄(Zr) : 0.02 ~ 0.10 중량%를 포함하며 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고,
인(P) : 0.030중량% 이하, 구리(Cu) : 0.30 중량% 이하, 알루미늄(Al) : 0.050 중량% 이하, 산소(O) : 30 ppm 이하 및 질소(N) : 80 ppm 이하 중 어느 하나 이상을 더 포함하고,
1100 Mpa 이상의 인장강도(TS)를 갖고, 45 ~ 55 kgf/mm2의 피로강도를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 쾌삭형 비조질강.
Carbon (C): 0.20 ~ 0.40 wt%, Silicon (Si): 0.50 ~ 1.00 wt%, Manganese (Mn): 1.00 ~ 1.60 wt%, Sulfur (S): 0.04 ~ 0.08 wt%, Chromium (Cr): 1.00 ~ 1.50% by weight, molybdenum (Mo): 0.10 ~ 0.20% by weight, boron (B): 5 ~ 50 ppm, zirconium (Zr): 0.02 ~ 0.10% by weight, the balance consists of Fe and inevitable impurities,
Phosphorus (P): 0.030 wt% or less, Copper (Cu): 0.30 wt% or less, Aluminum (Al): 0.050 wt% or less, Oxygen (O): 30 ppm or less and Nitrogen (N): 80 ppm or less Including more
A high strength free cutting non-coated steel having a tensile strength (TS) of 1100 Mpa or more and a fatigue strength of 45 to 55 kgf / mm 2.
삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) 탄소(C) : 0.20 ~ 0.40 중량%, 실리콘(Si) : 0.50 ~ 1.00 중량%, 망간(Mn) : 1.00 ~ 1.60 중량%, 황(S) : 0.04 ~ 0.08 중량%, 크롬(Cr) : 1.00 ~1.50 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.10 ~ 0.20 중량%, 보론(B) : 5 ~ 50 ppm 을 포함하며 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 용탕을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 용탕에 지르코늄(Zr)을 첨가하는 단계;를 포함하고,
상기 (a)단계에서의 용탕은 인(P) : 0.030중량% 이하, 구리(Cu) : 0.30 중량% 이하, 알루미늄(Al) :0.050 중량% 이하, 산소(O) : 30 ppm 이하 및 질소(N) : 80 ppm 이하 중 어느 하나이상을 더 포함하고,
상기 (a) 단계 내지 (b) 단계에 의해 제조되는 비조질강은 지르코늄(Zr) : 0.02 ~ 0.10 중량%를 포함하며,
상기 (b)단계는 지르코늄 코어드 와이어(Zr-cored wire)를 상기 용탕에 투입하는 방법으로 실시되고, 상기 지르코늄 코어드 와이어는 지르코늄을 함유하는 지르코늄 괴 분말이 보호 튜브 내에 충전되어 있으며, 상기 지르코늄 괴 분말은 Fe-Si-Zr 합금철로 이루어져 있고, 상기 보호 튜브는 스틸(steel) 재질이고, 상기 지르코늄 코어드 와이어는 상기 용탕 표면에 대하여 경사지게 투입되고, 상기 지르코늄 코어드 와이어의 투입 속도는 40 ~ 400 m/min인 것을 특징으로 하는 고강도 쾌삭형 비조질강의 제조 방법.
(a) Carbon (C): 0.20 to 0.40 wt%, Silicon (Si): 0.50 to 1.00 wt%, Manganese (Mn): 1.00 to 1.60 wt%, Sulfur (S): 0.04 to 0.08 wt%, Chromium (Cr ): 1.00 to 1.50% by weight, molybdenum (Mo): 0.10 to 0.20% by weight, boron (B): to form a molten metal consisting of 5 to 50 ppm, the balance consisting of Fe and inevitable impurities; And (b) adding zirconium (Zr) to the molten metal.
The molten metal in the step (a) is phosphorus (P): 0.030% by weight or less, copper (Cu): 0.30% by weight or less, aluminum (Al): 0.050% by weight or less, oxygen (O): 30 ppm or less and nitrogen ( N): It further contains any one or more of 80 ppm or less,
Amorphous steel prepared by the steps (a) to (b) comprises zirconium (Zr): 0.02 ~ 0.10% by weight,
The step (b) is carried out by a method of injecting a zirconium cored wire (Zr-cored wire) into the molten metal, the zirconium cored wire is filled with zirconium ingot powder containing zirconium in a protective tube, the zirconium Ingot powder is composed of Fe-Si-Zr alloy iron, the protective tube is made of steel, the zirconium cored wire is inclined to the molten surface, the feeding rate of the zirconium cored wire is 40 ~ A method for producing a high strength free cutting non-coated steel, characterized in that 400 m / min.
삭제delete 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 (a) 단계는
(a1) 전기로에서 상기 각 성분을 용해하여 용탕을 형성하는 단계;
(a2) LF(Ladle Furnace)에서 상기 각 성분의 함량을 조절하고, 탈산 및 탈황 공정을 수행하는 단계; 및
(a3) VD(Vacuum Degasing) 설비에서 아르곤 버블링(Ar Bubbling)을 이용하여 상기 용탕에 포함된 산소 및 질소의 함량을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 쾌삭형 비조질강의 제조 방법.
The method of claim 5,
The step (a)
(a1) dissolving each component in an electric furnace to form a molten metal;
(a2) adjusting the content of each component in LF (Ladle Furnace) and performing a deoxidation and desulfurization process; And
(a3) controlling the content of oxygen and nitrogen contained in the molten metal using ar bubbling in a vacuum degasing (VD) facility; .
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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