KR101281376B1 - 절삭성이 우수한 쾌삭강 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우수한 절삭성을 갖는 동시에 열간압연성이 우수한 쾌삭강과 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서,
중량%로, C: 0.4~0.5%, Si: 0.3%이하(0은 제외), Mn: 1.3~1.7%, P: 0.04%이하, S: 0.24~0.33%, Bi: 0.02~0.08%, N: 0.012%이하, Al: 0.05%이하, 토탈산소(total O): 0.002~0.006%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고,
선재의 압연방향 단면에서 크기 5㎛² 이상인 MnS 개재물의 개수가 ㎟당 600~1300개인 것을 포함하는 절삭성이 우수한 쾌삭강과 그 제조방법을 제공한다.

Description

절삭성이 우수한 쾌삭강 및 그 제조방법{FREE-CUTTING STEEL HAVING EXCELLENT MACHINABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 자동차, 사무기기, 가전제품 등의 기계구조용에 널리 사용되는 쾌삭강에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절삭성이 우수한 쾌삭강에 관한 것이다.

기계구조용으로 사용되는 쾌삭강은 기계적 특성 뿐만 아니라, 절삭성이 중요시되고 있다.

일반적으로, 절삭성을 향상시킬 목적으로 쾌삭강에 저융점 원소인 납(융점 324℃)을 소량 첨가하면 좋은 효과를 얻을 수 있다. 절삭가공 중 납은 녹아서 공구와 피삭재 사이 계면에서 윤활작용을 하여 절삭력을 낮추는 역할을 하고, 또한 공구를 보호한다. 그 결과 공구수명 및 칩분절성이 향상되고, 제품의 표면품질 및 치수정밀도를 더욱 향상시키는 효과를 얻는다.

그러나, 환경규제가 점차 강화되고, 많은 자동차 및 가전제품 회사에서 인체에 유해한 원소인 납의 사용을 자체적으로 규제하고 있는 상황에서, 상기와 같이 납의 사용은 한계에 도달하게 되었다. 또한, 지나친 저융점 원소의 첨가는 열간압연시 고온물성을 열위시켜서 압연이 불가능하여 적정 함량의 저융점 원소 첨가가 중요하다.

한편, 쾌삭강은 기본적으로 다량의 비금속개재물인 MnS가 분포하여 기계구조용으로 힘을 받을 경우, Mns 개재물이 응력집중원으로 작용하여 균열생성 및 성장이 용이하게 하여 저융점 원소의 첨가와 함께 기계적 물성을 더욱 감소시킬 수 있다.

이와 관련된, 종래 기술로는 특허문헌 1 및 2가 있다.

특허문헌 1은 기계구조용 쾌삭강에서 절삭성과 기계적 특성을 향상시킬 목적으로 Mg를 0.0005~0.02중량% 첨가하고, MgO를 생성하여 개재물 핵생성 사이트를 다량 생성시켜 미세한 개재물을 정출시키는 것을 특징으로 규정하고 있다. 그러나, 미세한 개재물에 의한 기계적 특성은 어느정도 확보할 수 있으나, 거대 개재물이 필요한 절삭성 향상 효과를 얻기가 힘들다. 또한, S함량이 0.01~0.2중량%를 첨가하기 때문에, MnS 개수가 부족하여 원하는 절삭성을 확보하기가 곤란하다.

한편, 특허문헌 2는 납쾌삭강과 동일 절삭성을 확보하기 위해서, Nb을 0.015~0.20중량% 첨가하여 Nb계 핵생성 사이트를 만들어서 다량의 MnS를 정출시키는 것을 특징으로 규정하고 있다. 그러나 Nb계 개재물은 딱딱하여 압연 중 또는 냉간변형 중 균열이 발생할 수 있어서, 기계구조 용도로 사용되는 것이 어렵고, 절삭성 향상 목적으로 저융점 원소의 첨가가 없어서, 고속가공시 공구수명을 보호할 합금원소가 없는 관계로 절삭성과 기계적 물성을 동시에 얻기 곤란하다.

한편, 기계구조용으로 사용되는 쾌삭강에 저융점 원소를 첨가하게 되면 열간압연성을 크게 떨어뜨려 선재 제조공정에서 표면결함 발생의 주요 원인이 된다. 통상적으로, 쾌삭강에서 절삭성과 열간압연성과는 서로 모순된 관계로 알려져 있다. 즉, 절삭성 향상 목적으로 절삭성 향상 원소를 첨가하면 할수록 열간압연성은 떨어지고, 절삭성 향상 원소를 덜 첨가하면 열간압연성을 증가하게 된다.

따라서, 기계구조용 쾌삭강에서는 열간압연성을 고려한 우수한 절삭성을 확보할 수 있는 기술에 대한 요구가 절실한 실정이다.

특허문헌 1: 한국 공개특허 2002-0017960 특허문헌 2: 한국 공개특허 2004-0028755

본 발명의 일측면은 우수한 절삭성을 갖는 기계구조용 쾌삭강과 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 중량%로, C: 0.4~0.5%, Si: 0.3%이하(0은 제외), Mn: 1.3~1.7%, P: 0.04%이하, S: 0.24~0.33%, Bi: 0.02~0.08%, N: 0.012%이하, Al: 0.05%이하, 토탈산소(total O): 0.002~0.006%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고,

선재의 압연방향 단면에서 크기 5㎛² 이상인 MnS 개재물의 개수가 ㎟당 600~1300개인 것을 포함하는 절삭성이 우수한 쾌삭강을 제공한다.

또한, 본 발명은 중량%로, C: 0.4~0.5%, Si: 0.3%이하(0은 제외), Mn: 1.3~1.7%, P: 0.04%이하, S: 0.24~0.33%, Bi: 0.02~0.08%, N: 0.012%이하, Al: 0.05%이하, 토탈산소(total O): 0.002~0.006%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 쾌삭강을 제조하는 방법으로서,

전로정련 종료시점에서 용강 내 프리 산소농도를 100~400ppm으로 제어하는 단계;

상기 용강을 티밍레이들로 출강하고, 상기 출강이 종료된 상기 티밍레이들을 LF(Ladle Furnace)정련로로 이송하여 LF정련하는 단계;

상기 LF정련 종료시점에서 용강 내 프리 산소농도를 20~40ppm으로 제어하는 단계;

상기 LF정련이 종료된 용강을 연속 주조용 턴디쉬로 이송하여 연속 주조하여 블룸 또는 빌렛을 제조하고, 상기 연속 주조가 10~50% 진행된 시점에서 용강 내 프리 산소농도를 10~30ppm으로 제어하는 단계; 및

상기 블룸 또는 빌렛을 압연하여 쾌삭강을 제조하는 단계를 포함하는 절삭성이 우수한 쾌삭강 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 비스무스를 포함하고 적정 크기의 MnS를 형성함으로서, 우수한 절삭성을 확보할 수 있는 동시에, 조대한 MnS가 석출되지 않으므로, 열간압연성이 우수한 쾌삭강을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에서 사용된 절삭강공시편 및 공구의 개략도임.
도 2는 본 발명에 부합하는 발명재 2의 미세조직을 관찰한 사진임.

본 발명자들은 미세한 MnS는 기계적 물성을 확보할 수 있으나, 절삭성 향상을 위해서는 구형이고 대형인 MnS가 필요하다는 것을 인지하게 되었다. 따라서, MnS 개재물 제어 단독으로 절삭성과 기계적 물성을 동시에 얻기는 힘들고, 열간압연성을 해치지 않는 범위에서 저융점 원소를 첨가하여 절삭성을 확보하고, 기계적 물성을 확보하기 위해서 MnS를 적정하게 분포시키는 것이 중요하다는 것을 인지하고 본 발명에 이르게 되었다.

쾌삭강에 존재하는 MnS의 형상은 쾌삭강 제조 프로세스인 연주단계에서 턴디쉬(Tundish)의 산소 함량에 따라 크게 달라지고, 이들 형상은 크게 3가지 형태, 즉 구형(Type I), 수지상 형태(Type II) 및 불규칙한 형태(Type III) 등으로 구분된다. 본 발명에서는 기계적 물성 확보를 위해서 미세한 MnS를 정출시키는데 적정 산소함량을 제시하고 지나치게 산소량이 낮으면 상기에서 언급한 불규칙한 MnS (Type III)를 얻어서 기계적 물성이 열위할 수 있고 반대로 지나치게 높으면 구형의 거대한 MnS를 얻어서 절삭성은 좋을 수 있으나 기계적 물성이 떨어질 수 있어서 적정 산소 함량 제어와, 이를 통해 쾌삭강을 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 적정의 저융점 원소를 첨가하여 절삭성을 확보하고, MnS의 형상 및 분포를 제어하여 기계적 물성을 저하시키지 않는 쾌삭강을 개발한 것이다.

이하, 본 발명의 쾌삭강에 대해 상세히 설명한다. 먼저, 본 발명 쾌삭강의 조성에 대해 상세히 설명한다(이하, 중량%).

탄소(C): 0.4~0.5%

C는 탄화물을 형성하여 소재의 강도 및 경도를 증가시키는 원소로, 기계구조용도의 쾌삭강에서 대부분 펄라이트(pearlite)로 존재하여 적정강도를 부여하는 역할을 한다. 상기 C 함량이 0.4% 미만이면 기계구조용도로 바람직하지 않고, 0.5%를 초과하는 경우에는 소재의 경도가 지나치게 증가하여 공구수명이 크게 단축된다. 따라서, 상기 C 함량은 0.4~0.5%인 것이 바람직하다.

실리콘(Si): 0.3%이하

상기 Si는 Al-Si 복합탈산을 하는 쾌삭강이다. Si 함량이 0.3%를 초과하게 되면 경질의 SiO계 비금속 개재물이 다량 생성될 수 있어서, 쾌삭강의 절삭가공 공정에서 공구수명을 현저하게 떨어뜨리게 되므로, 그 함량은 0.3%이하로 하는 것이 바람직하다.

망간(Mn): 1.3~1.7%

상기 Mn은 비금속 개재물 MnS를 형성시키는데 중요한 합금원소로서, 1.3% 이상을 첨가해야 MnS 개재물을 효과적으로 정출시킬 수 있다. 나아가 Mn의 증가로 오스테나이트 영역이 넓어져서 압연 중 초석 페라이트 생성이 지연될 수 있고, 열간압연시 강편의 표면결함이 증가하는 것을 억제할 수 있다. 그러나, Mn 함량이 지나치게 과다하여 1.7%를 초과하게 되면 소재 냉각 중 두꺼운 펄라이트(pearlite) 밴드가 형성될 수 있어 표면조도를 열위시킬 수 있다.

인(P): 0.04%이하

상기 P는 절삭성 향상 원소로 소재의 결정입계에 편석 또는 화합물로 존재하여 절삭공구 선단에 형성하기 쉬운 BUE(Built UP Edge)을 억제한다. 그러나 동시에 기계적 물성과 열간압연성을 열위시키는 원소이기 때문에 그 함량을 0.04%이하로 한정한다.

황(S): 0.24~0.33%

상기 S는 응고시 MnS 개재물을 형성하여 절삭성을 향상시키는 가장 중요한 원소 중 하나이다. 절삭공구 선단에 형성된 1차 및 2차 변형 지점에서 존재하는 MnS에서 균열이 생성하여 절삭응력을 감소시켜 절삭공구 마모를 줄여주고, 피삭재의 표면조도를 개선하는 역할을 한다. 이러한 역할을 위해서, S는 0.24% 이상 첨가하는 것이 바람직하나, 지나치게 다량의 S 첨가는 결정입계에 그물 모양의 FeS 석출을 촉진하며, 이러한 FeS는 매우 취약하고 용융점이 낮기 때문에 열간압연성이 크게 저할될 수 있다. 또한, S 함량이 필요 이상으로 증가하게 되면 강재의 표면 결함이 증가하는 것과 동시에 강재 인성과 연성이 현저하게 떨어지므로, S의 함량은 0.33%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

비스무스(Bi): 0.03~0.08%

상기 Bi는 절삭성 향상 저융점 원소로 쾌삭강 내에 존재하는 형태 및 절삭성에 영향을 주는 특성이 납과 유사하며, 특히 공구수명과 칩분절성에 우수한 효과를 얻을 수 있다. 첨가량이 0.03% 미만으로는 원하는 절삭성 효과를 얻을 수 없고, 0.08%를 초과하면 압연 중 열간압연성 열위에 따른 표면흠이 발생하여 그 상한을 0.08%로 하는 것이 바람직하다.

질소(N): 0.012%이하,

상기 N은 저탄소 쾌삭강에서는 고용도가 낮지만, 과포화 고용 또는 질화물을 형성하여 강도를 높여주고 지나치게 함량이 높으면 절삭성을 떨어뜨릴 수 있어서, 본 발명에서는 그 함량을 0.012%이하로 하는 것이 바람직하다.

알루미늄(Al): 0.05%이하

Al의 함량이 0.05%를 초과하게 되면 경질의 Al₂O₃계 비금속 개재물이 다량 생성될 수 있어서, 쾌삭강의 절삭가공 공정에서 공구수명을 현저하게 떨어뜨리는 바, 본 발명에서 Al의 함량은 0.05%이하로 하는 것이 바람직하다.

토탈산소(total O): 0.002~0.006%

상기 토탈산소는 주조가 완료된 주편(또는 강편)의 전체 산소량을 의미한다. 산소는 쾌삭강 주조시 몰드에서 용강의 응고초기 산소와 망간이 결합하여 미세한 MnO를 형성하고, 상기 MnO는 MnS를 정출시키는 핵생성 사이트로 작용하게 된다. 상기 산소가 0.002% 미만에서는 MnS 개재물이 미세하여 입계에 그물망 형태로 존재하여 원하는 절삭성을 만족하지 못하고, 그 함량이 0.006%를 초과하는 경우에는 거대 MnS 개재물이 형성되어 기계적 물성이 떨어질 수 있고, 또한 응고가 완료된 주편에서 핀홀(pin hole), 블로우홀(blow hole) 등 표면결함이 크게 증가할 수 있으므로, 그 상을 0.006%로 하는 것이 바람직하다.

상기 조성에 있어서, 본 발명에서는 황(S)에 대한 망간(Mn)의 중량비율(Mn/S)이 4.0이상인 것이 바람직하다. 이는 Mn을 S와 결합시켜 FeS에 의한 열간취성을 피하기 위한 것으로 일정량 이상의 Mn량을 확보하는 것이 중요하기 때문이다. 특히, 상기 Mn/S의 비율이 4.0 미만일 경우에는 열간압연성이 저하되어 소재 압연시 표면 터짐 문제가 발생할 수 있다.

상기 조성이외에 본 발명에서는 절삭성을 더욱 향상시키기 위해서, Te, Cr, Ti 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

텔루륨(Te): 0.01~0.1%

상기 Te는 저융점(융점 450℃) 원소로 MnTe 형성 또는 MnS에 공존하여 MnS 형상을 구형으로 하고, MnS의 변형을 억제하여 비금속개재물의 장단축을 향상시켜, 절삭성 향상과 강도의 이방성을 감소시키는 역할을 한다. 상기 Te 함량이 0.01% 미만에서는 그 효과를 얻을 수 없으나, 0.1%를 초과하는 경우에는 기계적 물성에 악영향을 줄 수 있고, 공구수명을 저하시킬 수 있으므로, 그 함량은 0.01~0.1%로 하는 것이 바람직하다.

크롬(Cr): 0.1~0.5%

상기 Cr은 소입성 향상과 강도를 증가시키는 효과를 얻을 수 있는 원소이다. 이를 위해서는 0.1% 이상 첨가되는 것이 바람직하지만, 0.5%를 초과하면 강도가 증가하여 절삭성이 감소될 수 있다. 따라서, 그 함량은 0.1~0.5%인 것이 바람직하다.

티타늄(Ti): 0.01~0.2%

쾌삭강에서 적정 강도를 부여하여 절삭성 향상을 도모하기 위해서는 Ti를 이룹 포함하는 것이 바람직하다. 그 함량이 0.01% 미만에서는 상기 효과를 얻기 어려우나, 0.2%를 초과하는 경우에는 강도가 지나치게 증가하여 오히려 기계구조 용도로서, 쾌삭강의 절삭성이 급격히 감소한다.

나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

본 발명 쾌삭강은 선재의 압연방향 단면에서 크기 5㎛² 이상인 MnS 개재물의 개수가 ㎟당 600~1300개 포함하는 것이 바람직하다. 쾌삭강에 잔존하는 비금속 개재물 MnS의 크기, 개수와 분포에 따라 강재의 절삭성 및 기계적 물성이 크게 달라진다. 일반적으로 MnS의 크기가 크고, 개수가 많을수록 강재의 절삭성이 더 우수하다. 본 발명에서는 압연방향(L 방향) 단면에서 크기 5㎛² 이상인 MnS 개재물의 개수가 ㎟당 600~1300개를 포함하는 경우엔, 절삭성 및 열간압연성이 우수한 것을 알 수 있다. 즉, 600개/㎟ 미만에서는 절삭성 향상 효과를 얻을 수 없으며, 가공된 부품의 표면조도가 열위하고, 1300개/㎟을 초과하는 경우에는 기계적 물성이 감소하여 기계구조의 용도로 적합하자 않다.

이하, 본 발명 쾌삭강의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 용탕이 들어있는 전로 내에 산소를 취입하여 상기 용탕에 포함된 불순물 C, Si, Mn 및 P 등을 제거하여 용강으로 제조한다. 이 때, 전로정련 종료시점에서 용강 내 프리 산소농도를 100~400ppm으로 제어하는 것이 바람직한데, 상기 프리 산소농도가 100ppm미만인 경우에는 탈산 목적으로 투입되는 Al과 Si이 지나치게 높아져 절삭석이 떨어질 수 있고, 400ppm을 초과하게 되면 내화물의 과다 침식과 후 공정에서 탈산을 통한 성분 제어가 어렵다는 문제점이 있다.

이후, 상기 용강을 티밍레이들로 출강한다. 이 때, 필요하다면 출강 중 합금철 부원료 등을 첨가할 수도 있다.

출강이 종료된 상기 티밍레이들을 LF(Ladle Furnace, 레이들 퍼니스)정련로로 이송하여 LF정련을 실시한다. 이 때, 상기 용강의 승열을 실시하게 되며, 용강의 승열은 사전에 LF에 형성된 탄소 전극봉을 통해 전기 아크를 용강에 공급함으로써 이루어지게 된다. 승열을 실시하는 도중에도 필요한 경우, 합금철이나 부원료 등을 첨가할 수 있으며, 경우에 따라서는 용강시료 채취와 용강의 산소 농도를 측정하기도 한다. 한편, 용강을 승열하는 과정에는 전기 아크에 의해 슬래그 중 산소화합물이나 대기 중 산소가 분해되어 용강으로 유입되므로, 산소의 농도가 증가하게 된다.

상기 LF정련 종료시점에서는 용강 내 프리 산소농도를 20~40ppm으로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 프리 산소농도가 20ppm미만일 때 LF 정련을 종료하게 되면 구형의 MnS를 형성시키기 어렵고, 40ppm을 초과할 때 종료하게 되면 이후 공정에서 용강의 성분 변동을 예측하기 어려워 성분제어가 용이하지 않게된다. 따라서, LF정련이 종료되는 시점에서는 용강 내 프리 산소농도를 100~200ppm으로 제어하는 것이 바람직하다.

이후, 상기 LF정련이 종료된 용강을 연속 주조용 턴디쉬로 이송하여 연속 주조하여, 블룸 또는 빌렛을 제조한다. 연속 주조가 시작되고 나면 용강 내 프리산소 농도를 측정하고, 이 때 측정시점은 총 주조시간의 10~50% 시점에서 측정하는 것이 바람직하다. 또한, 이 시점에서의 용강 내 프리 산소농도는 10~30ppm의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 측정된 프리 산소농도가 10ppm 미만인 경우에는 절삭성이 상대적으로 불량하고, 30ppm을 초과하게 되면 거대 MnS 개재물이 정출되어 기계적 물성에 악영향을 줄 수 있다. 또한, 상기 프리 산소농도를 10~30ppm으로 제어함으로써, 최종 제품의 토탈산소가 0.002~0.006%가 되도록 할 수 있다.

상기 연속 주조시에는 몰드 전자교반장치(EMS)와 경압하(Soft Reduction) 장치를 동시에 구동하여 연속 주조를 행할 수 있는데, 상기 몰드 전자교반장치를 가동한다면 구형인 MnS 개재물을 얻는데 유익하고, 경압하 장치는 주편의 중심편석 감소와 주편 표면에서 핀홀, 블로우 홀 등 표면결함을 저감하는데 유리하게 사용될 수 있다.

이후, 상기와 같이 제조되는 블룸 또는 빌렛을 압연하여 쾌삭강으로 제조하게 되며, 상기 압연 전에는 가열을 실시하게 된다. 상기 가열은 강편압연의 경우, 1100℃이상의 온도에서 3~5시간 유지하는 것이 바람직하며, 선재압연의 경우에는 1100~1200℃의 온도에서 2~5시간 유지시키는 것이 바람직하다. 상기 가열온도가 1100℃미만인 경우에는 유지시간을 길게 하더라도 양호한 선재 표면품질을 얻기 어렵다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

(실시예 1)

하기 표 1의 조성을 갖도록, 100톤 전로와 LF를 거쳐 연속주조 공정을 통해 블룸(단면 400mm×500mm)을 생산한 후, 강편압연을 실시하여 빌렛(단면 160mm×160mm)으로 제조하였다. 이후, 상기 빌렛을 선재압연하여 선경이 φ27mm인 선재로 제조한 후, 최종적으로 φ25mm인 CD(Cold-Drawn) 바(bar)로 제조하였다. 일부 발명재들은 200Kg 대기유도가열 용해로에서 생산한 후, 상기 빌렛에 용접한 뒤, 같은 사이즈인 선재와 CD 바로 제조하였다.

열간압연성 평가는 선재압연 실시 중에 열화상 카메라를 이용하고, 선재압연 실시 후에 표면상태를 육안으로 검사하여, 제품품질 합격판정기준에 따라 O 및 X로 표 1에 표시하였다.

절삭성 평가는 CNC 선반을 이용하여 가공한 후, 평가하였으며, 이용된 절삭강공시편 및 공구의 개략도는 도 1에 나타내었다. 절삭가공은 터닝방식으로 실시하였고, 초기 직경이 25mm인 CD 바를 최종 직경 23mm로 가공하고, 시편 한 개당 이송거리는 20mm로 하였다. 시편 한 개당 절삭가공량(제거된 소재중량)은 11.9그램이고, 총 5,950그램을 제거, 즉 500개의 부품을 절삭가공하였다. 공구는 다이아몬드 형상에 코너각 55°, 여유각 7°, 노즈 반경 R은 0.04mm인 서멧(Cermet)을 이용하였다. 절삭가공 조건은 절삭속도가 200m/min, 이송은 0.075mm/rev, 절입깊이는 0.5mm이었다. 공구마모는 공구의 측면마모(flank wear)의 최대길이를 측정하여 비교재와 발명재를 비교하였다.

본 실시예 1에서는 조성에 때한 절삭성(공구마모)과 압연성에 미치는 영향을 확인하기 위한 것이다. 하기 표 1에 기재된 SUM43은 시중에 상용화되고 있는 대표적인 유황쾌삭강이며, 이를 이용하여 비교 평가 시험을 실시하였다.

조성									Mn/S	MnS**	공구마모 (㎛)	압연성***	비고
C	Si	Mn	P	S	Bi	Al	T.[O]*	N*
0.44	0.15	1.44	0.016	0.31	-	0.010	45	64	4.6	853	319	○	SUM43
0.43	0.22	1.54	0.019	0.29	0.06	0.028	43	44	5.3	799	178	○	발명재1
0.47	0.18	1.34	0.018	0.25	0.03	0.034	37	78	5.4	847	189	○	발명재2
0.42	0.19	1.61	0.021	0.28	0.08	0.026	34	66	5.8	832	161	○	발명재3
0.48	0.14	1.54	0.019	0.27	0.10	0.035	36	89	5.7	861	152	X	비교재1
0.43	0.16	1.48	0.017	0.30	0.01	0.041	35	70	4.9	824	289	○	비교재2
0.45	0.35	1.43	0.031	0.29	0.03	0.091	19	51	4.9	1186	301	○	비교재3
0.42	0.21	1.32	0.023	0.18	0.04	0.048	34	67	7.3	489	275	○	비교재4
0.47	0.24	0.98	0.035	0.32	0.03	0.038	33	62	3.1	779	211	X	비교재5

* 단위: ppm

** 크기 5㎛² 이상인 MnS 개재물의 ㎟당 개수

*** 압연성 표면품질: ○ 양호, × 불량

상기 표 1의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 범위를 만족하는 경우에는 우수한 절삭성(공구마모)과 열간압연성을 갖는 것을 확인할 수 있다. 이에 비해, 비교재 1은 Bi의 함량이 본 발명 범위를 초과한 것으로서, 절삭성은 향상되나, 압연 불량이 발생하였고, 비교재 2는 Bi 함량이 본 발명 범위에 미치지 않아 압연성은 양호하나 공구마모가 과하게 발생하는 것을 확인할 수 있다.

또한, 비교재 3은 Si와 Al 함량이 과다하게 첨가되어 공구마모가 과하게 발생한 것을 보여준다. 또한, 비교재 4는 본 발명에서 제시한 적정 S 함량을 첨가하지 않아서, MnS 개수가 489개로 공구마모가 크다는 것을 확인할 수 있으며, 비교재 5는 Mn/S의 비가 4.0 이하로서 선재압연시 표면흠이 발견되어 열간압연성이 열위에 있음을 확인할 수 있다.

한편 도 2는 상기 발명재 2를 나타낸 것으로 기본적인 미세조직과 MnS 개재물을 관찰한 사진이다. 즉, 도 2(a)는 에칭처리를 행하여 미세조직을 관찰한 것으로, 페라이트와 펄라이트 조직을 관찰할 수 있으며, 도 2(b)에서는 에칭처리를 하지 않은 것으로서, 크기 5㎛² 이상인 MnS 개재물이 형성되어 있는 것을 관찰할 수 있다.

(실시예 2)

본 실시예에는 본 발명의 기본 화학조성에 소량의 Te, Cr, Ti를 첨가했을 때 추가적으로 얻을 수 있는 절삭성 향상 효과에 대해 고찰하고자 하는 것이며, 하기 표 2와 같은 조성을 갖는 CD 바를 상기 실시예 1의 방법을 통해 제조하였으며, 평가 또한 상기 언급한 바와 동일하게 실시하였다.

조성												공구마모 (㎛)	압연성**	경도 (Hv)	비고
C	Si	Mn	P	S	Bi	Al	T.[O]*	N *	Te	Cr	Ti
0.44	0.15	1.44	0.016	0.31	-	0.010	45	64	-	-	-	319	○	231	SUM43
0.42	0.15	1.31	0.021	0.25	0.04	0.023	51	70	-	-	-	182	○	228	발명재4
0.46	0.13	1.63	0.034	0.26	0.03	0.031	24	46	0.02	-	-	157	○	226	발명재5
0.43	0.16	1.34	0.037	0.25	0.05	0.041	28	65	0.08	-	-	146	○	224	발명재6
0.43	0.20	1.31	0.021	0.32	0.04	0.032	32	54	0.19	-	-	351	○	228	비교재6
0.47	0.18	1.46	0.022	0.28	0.04	0.034	39	35	-	0.12	-	148	○	236	발명재7
0.44	0.15	1.38	0.034	0.25	0.03	0.044	41	47	-	0.48	-	194	○	238	발명재8
0.44	0.18	1.50	0.012	0.26	0.03	0.035	47	53	-	0.75	-	368	○	293	비교재7
0.42	0.14	1.65	0.032	0.28	0.03	0.019	41	41	-	-	0.03	172	○	231	발명재9
0.41	0.11	1.44	0.026	0.30	0.04	0.027	36	49	-	-	0.18	145	○	247	발명재10
0.43	0.13	1.50	0.021	0.31	0.08	0.035	21	112	-	-	0.23	370		321	비교재8
0.45	0.21	1.53	0.019	0.26	0.03	0.039	56	100	0.04	0.32	0.08	134		246	발명재11

* 단위: ppm

** 압연성 표면 품질: ○ 양호, × 불량

상기 표 2의 결과에서, Te가 첨가되지 않은 발명재 4와 Te를 소량 첨가된 발명재 5와 6을 비교하면, 발명재 5 및 6에서 공구수명이 좀더 향상됨을 알 수 있다. 그러나 비교재 6처럼 Te가 본 발명 범위를 초과하면 공구수명이 오히려 단축됨을 알 수 있다.

또한, 발명재 7 및 8과 같이, Cr을 적정량 첨가하면 적정 경도를 부여하고 MnS에 고용하여 MnS 물성 향상 또는 MnS 와 화합물을 형성하여 개재물을 구형으로 키우는 작용을 한다. 따라서, 발명재 7과 8에서 공구수명이 증가함을 알 수 있다. 그러나, 비교재 7처럼 본 발명에서 제시한 조성을 초과하여 Cr츨 첨가하는 경우에는 경도가 높아지면서 공구수명이 단축되는 것을 알 수 있다.

또한, Ti를 적정량 첨가한 발명재 9와 10에서는 공구수명이 증가하는 것을 알 수 있으나, 본 발명의 범위를 초과하면 경도가 지나치게 증가하여 공구수명이 현격히 떨어지는 것을 비교재 8을 통해 확인할 수 있다.

발명재 11은 Te, Cr, Ti를 적정량 첨가한 것으로서, 공구수명 즉, 절삭성 향상에 도움이 됨을 보여주고 있다.

Claims (5)

1. 중량%로, C: 0.4~0.5%, Si: 0.3%이하(0은 제외), Mn: 1.3~1.7%, P: 0.04%이하, S: 0.24~0.33%, Bi: 0.02~0.08%, N: 0.012%이하, Al: 0.05%이하, 토탈산소(total O): 0.002~0.006%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고,
   선재의 압연방향 단면에서 크기 5㎛² 이상인 MnS 개재물의 개수가 ㎟당 600~1300개인 것을 포함하는 절삭성이 우수한 쾌삭강.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 S에 대한 Mn의 중량비율(Mn/S)이 4.0 이상인 절삭성이 우수한 쾌삭강.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 쾌삭강은 Te: 0.01~0.1%, Cr: 0.1~0.5% 및 Ti: 0.01~0.2%로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 절삭성이 우수한 쾌삭강.
   
4. 중량%로, C: 0.4~0.5%, Si: 0.3%이하(0은 제외), Mn: 1.3~1.7%, P: 0.04%이하, S: 0.24~0.33%, Bi: 0.02~0.08%, N: 0.012%이하, Al: 0.05%이하, 토탈산소(total O): 0.002~0.006%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 쾌삭강을 제조하는 방법으로서,
   전로정련 종료시점에서 용강 내 프리 산소농도를 100~400ppm으로 제어하는 단계;
   상기 용강을 티밍레이들로 출강하고, 상기 출강이 종료된 상기 티밍레이들을 LF(Ladle Furnace)정련로로 이송하여 LF정련하는 단계;
   상기 LF정련 종료시점에서 용강 내 프리 산소농도를 20~40ppm으로 제어하는 단계;
   상기 LF정련이 종료된 용강을 연속 주조용 턴디쉬로 이송하여 연속 주조하여 블룸 또는 빌렛을 제조하고, 상기 연속 주조가 10~50% 진행된 시점에서 용강 내 프리 산소농도를 10~30ppm으로 제어하는 단계; 및
   상기 블룸 또는 빌렛을 압연하여 쾌삭강을 제조하는 단계
   를 포함하는 절삭성이 우수한 쾌삭강 제조방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 쾌삭강은 Te: 0.01~0.1%, Cr: 0.1~0.5% 및 Ti: 0.01~0.2%로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 절삭성이 우수한 쾌삭강의 제조방법.

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