KR101369113B1

KR101369113B1 - 기계 구조용 강과 그 제조 방법 및 기소강 부품과 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101369113B1
Application number: KR1020127008374A
Authority: KR
Inventors: 다께히로 쯔찌다; 도모까즈 마스다; 무쯔히사 나가하마
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2014-03-04
Also published as: WO2011040587A1; CN102686759A; US9200357B2; EP2484789A4; KR20120046789A; US20120168035A1; EP2484789A1; CN102686759B

Abstract

본 발명은 C:0.05 내지 0.8％, Si:0.03 내지 2％, Mn:0.2 내지 1.8％, Al:0.1 내지 0.5％, B:0.0005 내지 0.008％ 및 N:0.002 내지 0.015％를 함유하고, P:0.03％ 이하(0％를 포함하지 않음), S:0.03％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 O:0.002％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 만족시키고, 잔량부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 강이며, 강 중에 석출되어 있는 (BN/AlN)비가 0.020 내지 0.2인 기계 구조용 강 및 침탄 또는 침탄 질화된 부품 표면에 석출되어 있는 (BN/AlN)비가 0.01 이하인 기소강 부품 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 기계 구조용 강은, 하이스 공구를 사용한 저속에서의 단속 절삭 및 초경 공구를 사용한 고속에서의 연속 절삭에 있어서 우수한 피삭성을 발휘하고, 또한 켄칭 템퍼링 등의 열처리를 실시한 후라도 우수한 충격 특성을 나타낸다. 또한, 기소강 부품은 내피로성, 특히 내피칭성이 우수한 것으로 된다.

Description

기계 구조용 강과 그 제조 방법 및 기소강 부품과 그 제조 방법 {STEEL FOR MACHINE STRUCTURAL USE, MANUFACTURING METHOD FOR SAME, CASE HARDENED STEEL COMPONENTS, AND MANUFACTURING METHOD FOR SAME}

본 발명은 절삭 가공하여 기계 구조 부품을 제조하기 위해 사용하는 기계 구조용 강과 그 제조 방법 및 부품 형상으로 절삭 가공한 후, 침탄 또는 침탄 질화하여 얻어지는 기소강 부품과 그 제조 방법에 관한 것이다.

자동차용 변속기나 차동 장치를 비롯한 각종 기어 전달 장치에 이용되는 기어, 샤프트, 풀리나 등속 조인트 등, 또한 크랭크 샤프트, 커넥팅 로드 등의 기계 구조 부품은 기계 구조용 강에 단조 등의 가공을 실시한 후, 절삭 가공함으로써 최종 형상(부품 형상)으로 마무리되는 것이 일반적이다. 절삭 가공에 필요로 하는 비용은 제작비 전체 중에 차지하는 비율이 크기 때문에, 상기 기계 구조용 강에는 피삭성이 양호한 것이 요구된다.

또한, 상기 기계 구조 부품에는 피로 특성(특히, 내피칭성)이 우수한 것이 요망된다. 따라서 기계 구조 부품은 절삭 가공에 의해 최종 형상(부품 형상)으로 마무리된 후, 피로 특성을 높이기 위해, 침탄 처리나 침탄 질화 처리(대기압, 저압, 진공, 플라즈마 분위기를 포함함) 등의 표면 경화 처리가 실시되어 제조되어 있다.

상기 기계 구조 부품 중 특히 기어를 제조할 때의 절삭 가공에 있어서는, 호브에 의한 기어 컷팅을 행하는 것이 일반적이고, 이 경우의 절삭은 단속 절삭이라고 칭하고 있다. 호브 가공에 사용되는 공구로서는, 고속도 공구강에 AlTiN 등의 코팅을 실시한 것(이하, 「하이스 공구」라고 약칭하는 경우가 있음)이 현재의 주류이다. 그러나, 하이스 공구를 사용한 호브 가공(단속 절삭)에 의한 기어 컷팅은 저속(구체적으로는, 절삭 속도 150m/min 정도 이하)ㆍ저온(구체적으로는, 200 내지 600℃ 정도)이지만, 단속 절삭으로 인해 공기와 접촉하기 쉬워, 공구가 산화ㆍ마모되기 쉬워진다고 하는 폐해가 있다. 그로 인해, 호브 가공 등의 저속 단속 절삭에 제공되는 기계 구조용 강은, 피삭성 중에서도 특히 공구 수명을 늘리는 것이 요구되고 있다.

단속 절삭성을 개선하는 기술로서, 특허 문헌 1에, Al:0.04 내지 0.20％, O:0.0030％ 이하를 함유하는 단속 고속 절삭용 강이 제안되어 있다. 이 기술에서는, Al 함유량을 높인 강을 고속으로 단속 절삭함으로써, 공구면 상에 Al 산화물을 부착시키고 있고, 이에 의해 공구 수명을 향상시키고 있다. 그러나, 이 단속 고속 절삭용 강은 절삭 속도 200m/min 이상의 고속 단속 절삭을 염두에 두는 경우가 많고, 호브 가공과 같은 저속 단속 절삭은 의도되어 있지 않다.

한편, 절삭 가공에 사용되는 공구로서는, 상기 하이스 공구 외에, 초경합금에 AlTiN 등의 코팅을 실시한 것(이하, 「초경 공구」라고 약칭하는 경우가 있음)도 있다. 이 초경 공구는 노멀라이징재에 대해 적용하면 「절결」이 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있으므로, 선삭 등의 연속 절삭에 적용되는 경우가 많다. 선삭 등에 의한 연속 절삭은, 통상, 절삭 속도가 150m/min을 초과하고, 대부분의 경우에는 200m/min 이상의 고속으로 행해진다.

이와 같이 상기 단속 절삭과 연속 절삭에서는 절삭 기구가 다르고, 각각의 절삭에 따른 공구가 선택된다. 그러나 피삭재로서의 기계 구조용 강에는, 어떤 절삭에 있어서도 양호한 피삭성을 발휘하는 것이 기대된다.

그런데 최종 형상으로 마무리된 후에는, 침탄 처리나 침탄 질화 처리(대기압, 저압, 진공, 플라즈마 분위기를 포함함) 등의 표면 경화 처리가 실시되고, 또한 켄칭 템퍼링이나 고주파 켄칭 등의 열처리가 실시되어 소정의 강도로 높아진다. 그러나, 열영향을 받으면 인성이 저하되어, 충격 특성이 악화되는 경우가 있다.

충격 특성을 개선하는 기술로서, 특허 문헌 2에는 0.1％를 초과하고 0.3％ 이하의 범위에서 Al을 함유하는 기계 구조용 강이 제안되어 있다. 이 문헌에는, 고용 N량을 저감시킴으로써 피삭성과 충격 특성을 향상할 수 있는 것이나, Al 함유량을 적정화하여 피삭성 향상 효과에 유효한 고용 Al 및 AlN을 적당량 확보함으로써 저속으로부터 고속까지의 폭넓은 절삭 속도 영역에 대해 유효한 절삭 성능이 얻어지는 것이 개시되어 있다. 이 문헌에서는 기계 구조용 강의 충격 특성을 샤르피 충격 시험에 의한 흡수 에너지를 측정함으로써 평가하고 있다. 그러나 이 문헌에서 달성할 수 있는 흡수 에너지는 50J/㎠에 도달하고 있지 않아, 충격 특성의 가일층의 향상이 요구된다.

본 출원인도 하이스 공구에 의한 단속 절삭과 초경 공구에 의한 연속 절삭의 양쪽에서 우수한 피삭성을 발휘하고, 또한 침탄-오일 어닐링한 후, 템퍼링 처리한 경우라도 우수한 충격 특성을 나타내는 기계 구조용 강을 특허 문헌 3에 제안하고 있다. 이 기술에서는 Cr과 Al의 함유량과, 이들 함유량의 비를 적절하게 제어함으로써, 피삭성과 충격 특성을 개선하고 있다.

또한 상기한 바와 같이, 최종 형상으로 마무리된 후, 침탄 처리나 침탄 질화 처리 등의 표면 경화 처리가 실시된 기계 구조 부품에는 피로 특성(특히, 내피칭성)이 우수한 것도 요망된다.

표면 경화 처리가 실시된 기소강을 제공하는 기술로서 특허 문헌 4가 알려져 있다. 이 기술에서는, 열간 압연 후의 AlN 석출량을 0.01％ 이하로 제한하고 있고, 침탄 시에 결정립의 조대화를 방지하기 위해, 피닝 입자로서 AlN이나 NbN를 활용하는 것이 아니라, TiC나 TiCS를 주체로 하는 Ti계 석출물을 활용하고 있다. 그리고 피로 특성(이 문헌에서는 구름 이동 피로 특성)을 개선하기 위해, Ti 석출물의 최대 사이즈를 작게 하고 있다. 그러나 이 기술에서는 Al량을 0.005 내지 0.05％로 적은 범위에서 규정하고 있고, Al을 0.1％ 이상의 범위에서 함유하는 기소강 부품의 피로 특성을 개선하는 기술은 아니다.

일본 특허 출원 공개 제2001-342539호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-13788호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-30160호 공보 일본 특허 출원 공개 제2005-240175호 공보

본 발명의 제1 목적은, 본 출원인이 앞서 제안한 상기 특허 문헌 3과는 다른 방법으로, 하이스 공구를 사용한 저속에서의 단속 절삭(예를 들어, 호브 가공)에 있어서 우수한 피삭성(특히, 공구 수명의 연장)을 발휘하고, 또한 초경 공구를 사용한 고속에서의 연속 절삭(예를 들어, 선삭)에 있어서도 우수한 피삭성(특히, 공구 수명의 연장)을 발휘하고, 또한 켄칭 템퍼링 등의 열처리를 실시한 후라도 우수한 충격 특성을 나타내는 기계 구조용 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

그리고, 본 발명의 제2 목적은, 침탄 또는 침탄 질화하여 얻어지는 기소강품이며, 피로 특성(특히, 내피칭성)이 우수한 기소강 부품 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명에 관한 기계 구조용 강은, C:0.05 내지 0.8％(질량％의 의미, 이하 동일함), Si:0.03 내지 2％, Mn:0.2 내지 1.8％, Al:0.1 내지 0.5％, B:0.0005 내지 0.008％, N:0.002 내지 0.015％를 함유하고, P:0.03％ 이하(0％를 포함하지 않음), S:0.03％ 이하(0％를 포함하지 않음), O:0.002％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 만족시키고, 잔량부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 강이고, 강 중에 석출되어 있는 BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)가 0.020 내지 0.2인 점에 요지를 갖고 있다.

강 중에 석출되어 있는 BN는 구오스테나이트 입계에 석출되어 있는 BN와 구오스테나이트 입내에 석출되어 있는 BN의 개수비(입계 BN/입내 BN)가 0.50 이하인 것이 바람직하다.

상기 기계 구조용 강은, 또 다른 원소로서,

(a) Cr:3％ 이하(0％를 포함하지 않음),

(b) Mo:1％ 이하(0％를 포함하지 않음),

(c) Nb:0.15％ 이하(0％를 포함하지 않음),

(d) Zr:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음), Hf:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음), Ta:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Ti:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종,

(e) V:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음), Cu:3％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Ni:3％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 등을 함유해도 좋다.

본 발명에 관한 기계 구조용 강은, 상기 성분 조성을 만족시키는 강을 1100℃ 이상으로 가열하는 가열 공정과, 상기 가열 공정 후에, 900 내지 1050℃의 온도 영역에서 150초 이상 유지하는 유지 공정과, 상기 유지 공정 후에, 900℃로부터 700℃까지 평균 냉각 속도 0.05 내지 10℃/초로 냉각하는 냉각 공정을 구비하는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 또한, 상기 가열 공정 후에, 1000℃ 이상에서 열간 가공하는 열간 가공 공정을 행하고, 또한 상기 열간 가공 공정에서의 가공 시간과, 상기 유지 공정에서의 유지 시간의 합계로 150초 이상으로 해도 좋다.

상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명에 관한 기소강 부품은, C:0.05 내지 0.8％, Si:0.03 내지 2％, Mn:0.2 내지 1.8％, Al:0.1 내지 0.5％, B:0.0005 내지 0.008％, N:0.002 내지 0.015％를 함유하고, P:0.03％ 이하(0％를 포함하지 않음), S:0.03％ 이하(0％를 포함하지 않음), O:0.002％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 만족시키고, 잔량부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 강을 침탄 또는 침탄 질화한 기소강 부품이며, 부품 표면에 석출되어 있는 BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)가 0.01 이하(0을 포함하지 않음)인 점에 요지를 갖고 있다.

상기 기소강 부품은, 또 다른 원소로서,

(a) Cr:3％ 이하(0％를 포함하지 않음),

(b) Mo:1％ 이하(0％를 포함하지 않음),

(c) Nb:0.15％ 이하(0％를 포함하지 않음),

(d) Zr:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음), Hf:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음), Ta:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Ti:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소,

(e) V:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음), Cu:3％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Ni:3％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소 등을 함유해도 좋다.

본 발명에 관한 기소강 부품은, 상기 성분 조성을 만족시키는 강을 부품 형상으로 절삭 가공하는 절삭 가공 공정과, 상기 절삭 가공한 부품을 침탄 처리 또는 침탄 질화 처리하는 표면 가공 공정과, 침탄 처리 또는 침탄 질화 처리하는 공정 후에 냉각하는 냉각 공정을 구비하는 동시에, 상기 냉각 공정에 있어서, 900℃로부터 800℃까지 평균 냉각 속도 0.10℃/초 이하(0℃/초를 포함하지 않음)로 냉각하는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.

상기 기소강 부품을 제조하는 데 있어서는, 상기한 본 발명의 기계 구조용 강을 사용하여 제조하는 것이 바람직하다. 즉, 부품 형상으로 절삭 가공할 때의 피삭성(특히, 공구 수명)을 개선한 본 발명의 기계 구조용 강을 사용하면, 보다 효율적으로 본 발명의 기소강 부품을 제조하는 것이 가능해진다.

구체적으로는, 상기 절삭 공정 전에, 상기 성분 조성을 만족시키는 강을 1100℃ 이상으로 가열하는 가열 공정과, 상기 가열 공정 후에 900 내지 1050℃의 온도 영역에서 150초 이상 유지하는 유지 공정과, 상기 유지 공정 후에 900℃로부터 700℃까지 평균 냉각 속도 0.05 내지 10℃/초로 냉각하는 냉각 공정을 행한다.

본 발명의 기계 구조용 강에 따르면, AlN의 석출을 억제하는 한편, BN를 적극적으로 석출시켜, 강 중에 석출되어 있는 BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)를 적절한 범위로 조정하고 있으므로, 저속에서의 단속 절삭과 고속에서의 연속 절삭의 양쪽에서 우수한 피삭성(특히, 공구 수명의 연장)을 발휘하고, 또한 열처리해도 우수한 충격 특성을 나타내는 기계 구조용 강 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 기소강 부품에 따르면, 침탄 처리 또는 침탄 질화 처리 조건을 적절하게 제어하여 부품 표면에 석출되어 있는 BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)를 0.01 이하로 억제하고 있으므로, 피로 특성(특히, 내피칭성)이 우수한 기소강 부품을 제공할 수 있다.

도 1은 코마츠식 롤러 피칭 시험을 행하고 있을 때의 시험편의 모습을 도시한 설명도로, (A)는 전체도, (B)는 (A)의 화살표 A 방향으로부터 본 도면.

우선, 본 발명의 기계 구조용 강에 대해 설명한다.

본 발명자들은 저속에서의 단속 절삭과 고속에서의 연속 절삭의 양쪽에서 우수한 피삭성(특히, 공구 수명의 연장)을 발휘하고, 또한 켄칭 템퍼링 등의 열처리를 실시해도 우수한 충격 특성을 나타내는 기계 구조용 강을 제공하기 위해 다양한 각도로부터 검토를 거듭해 왔다. 그 결과, 기계 구조용 강의 화학 성분 조성을 적절하게 조정하면서, 강 중에 석출되어 있는 BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)를 적절하게 제어하면, 단속 절삭과 연속 절삭의 양쪽에서 양호한 피삭성을 나타내고, 또한 열처리 후의 충격 특성도 향상시킬 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.

본 발명에 관한 기계 구조용 강의 화학 성분 조성에 대해 설명한 후, 본 발명을 특징짓는 BN와 AlN의 질량비에 대해 설명한다.

본 발명의 기계 구조용 강은, C:0.05 내지 0.8％, Si:0.03 내지 2％, Mn:0.2 내지 1.8％, Al:0.1 내지 0.5％, B:0.0005 내지 0.008％ 및 N:0.002 내지 0.015％를 함유하고, P:0.03％ 이하(0％를 포함하지 않음), S:0.03％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 O:0.002％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 만족시키는 것이다. 이와 같은 범위를 규정한 이유는 다음과 같다.

C는, 강도를 확보하기 위해 필요한 원소로, 0.05％ 이상 함유할 필요가 있다. 바람직하게는 0.1％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.15％ 이상이다. 그러나 C 함유량이 과잉으로 되면, 경도가 지나치게 상승하여 피삭성이나 인성이 저하된다. 따라서 C량은 0.8％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.6％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.5％ 이하이다.

Si는, 탈산 원소로서 작용하여, 내부 품질을 향상시키는 원소로, 0.03％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 0.1％ 이상, 보다 바람직하게는 0.15％ 이상이다. 그러나 Si 함유량이 과잉으로 되면, 부품 형상으로 가공할 때의 열간 가공성이나 냉간 가공성이 열화되거나, 부품 형상으로 절삭 가공한 후에 행하는 침탄 처리 시나 침탄 질화 처리 시에 입계 산화 등의 이상 조직이 생성되는 경우가 있다. 따라서 Si량은 2％ 이하로 할 필요가 있고, 바람직하게는 1.5％ 이하, 보다 바람직하게는 1％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.6％ 이하이다.

Mn은, 켄칭성을 향상시켜 강도를 높이는 원소로, 0.2％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 0.4％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.5％ 이상이다. 그러나 Mn 함유량이 과잉으로 되면, 켄칭성이 지나치게 향상되어, 노멀라이징 후라도 과냉 조직이 생성되어 피삭성이 저하된다. 따라서 Mn량은 1.8％ 이하로 할 필요가 있다. 바람직하게는 1.5％ 이하, 보다 바람직하게는 1％ 이하이다.

Al은, 강 중에 고용 상태로 존재시킴으로써 단속 절삭했을 때의 피삭성을 향상시키기 위해 필요한 원소이다. 또한, N와 결합하여 석출한 AlN은 부품 형상으로 절삭 가공한 후에 행하는 침탄 처리 시나 침탄 질화 처리 시에 결정립이 이상 성장하는 것을 억제하고, 또한 인성의 저하에 의한 충격 특성의 악화를 방지하는 데 기여한다. 또한 Al은, 탈산 작용을 갖는 원소로, 내부 품질을 향상시키기 위해 필요한 원소이다. 따라서 본 발명에서는 Al을 0.1％ 이상, 바람직하게는 0.13％ 이상 함유시킨다. 그러나 Al을 과잉으로 함유하여 AlN이 많이 석출되면 연속 절삭했을 때의 피삭성이 열화된다. 또한 과잉의 AlN은 부품 형상으로 가공할 때의 열간 가공성을 저하시킨다. 따라서 Al량은 0.5％ 이하, 바람직하게는 0.4％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.35％ 이하로 한다.

B는, N와 결합하여 강 중에 BN를 석출하고, 단속 절삭했을 때의 피삭성과 연속 절삭했을 때의 피삭성의 양쪽을 개선하는 데 기여하는 원소이다. 또한, BN를 석출시킴으로써 고용 N량을 적은 방향으로 조정할 수 있으므로, 부품 형상으로 가공할 때의 열간 가공성도 개선할 수 있다. 또한, B는 절삭 가공 후에 켄칭 템퍼링 등의 열처리를 행할 때에, 켄칭성을 향상시키는 동시에, 입계 강도를 높이고, 기계 구조 부품의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 따라서 B량은 0.0005％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 바람직하게는 0.0007％ 이상, 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상이다. 그러나 과잉으로 함유하면 지나치게 단단해지므로 피삭성이 저하된다. 따라서 B량은 0.008％ 이하로 할 필요가 있고, 바람직하게는 0.006％ 이하, 보다 바람직하게는 0.0035％ 이하이다.

N는, B와 결합하여 강 중에 BN를 석출하고, 상술한 바와 같이, 단속 절삭 시와 연속 절삭 시의 피삭성 향상에 기여하는 원소이다. 또한 N는, Al과 결합하여 강 중에 AlN을 석출하고, 부품 형상으로 절삭 가공한 후에 행하는 침탄 처리 시나 침탄 질화 처리 시에 결정립이 이상 성장하는 것을 방지하는 데 기여하는 원소이고, 인성의 저하가 억제됨으로써 충격 특성을 향상시키는 데 작용한다. 이와 같은 작용을 발휘시키기 위해, N량은 0.002％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.003％ 이상, 보다 바람직하게는 0.004％ 이상이다. 그러나 N를 과잉으로 함유하여 AlN이 지나치게 많이 석출되면, 연속 절삭했을 때의 피삭성이 열화된다. 또한 AlN의 석출량이 많아지면 열간 가공성이 저하된다. 따라서 N량은 0.015％ 이하, 바람직하게는 0.010％ 이하, 보다 바람직하게는 0.008％ 이하로 한다.

P은, 불가피하게 포함되는 불순물 원소로, 열간 가공 시에 균열이 발생하는 것을 조장하기 위해, 가능한 한 저감시킨다. 따라서 본 발명에서는, P량은 0.03％ 이하, 바람직하게는 0.02％ 이하, 보다 바람직하게는 0.015％ 이하로 한다. 또한, P량을 0％로 하는 것은 공업적으로 곤란하다.

S은, 강 중에 Mn이 존재하면, MnS계 개재물을 생성하여 피삭성을 향상시키는 작용이 있다. 그러나, MnS계 개재물을 과잉으로 함유하면 연성이나 인성이 저하된다. MnS계 개재물은 압연 시에 압연 방향으로 신장되기 쉬우므로, 압연 방향에 대해 특히 직각 방향의 인성(횡방향의 인성)을 열화시킨다. 따라서 S량은 0.03％ 이하, 바람직하게는 0.02％ 이하로 한다. 또한, S은 불가피하게 포함되는 불순물 원소이므로, S량을 0％로 하는 것은 공업적으로 곤란하다.

O는, 불가피하게 포함되는 불순물 원소로, 조대한 산화물계 개재물을 형성하여, 피삭성이나 연성, 인성, 열간 가공성 등에 악영향을 미치는 원소이다. 따라서 O량은 0.002％ 이하, 바람직하게는 0.0015％ 이하로 한다. 또한, O량에 대해서도 0％로 하는 것은 공업적으로 곤란하다.

본 발명의 기계 구조용 강은 상기 성분 조성을 만족시키는 것으로, 잔량부는 철 및 불가피 불순물이다.

본 발명의 기계 구조용 강은, 또 다른 원소로서,

(a) Cr:3％ 이하(0％를 포함하지 않음),

(b) Mo:1％ 이하(0％를 포함하지 않음),

(c) Nb:0.15％ 이하(0％를 포함하지 않음),

(a) Cr은 켄칭성을 향상시켜, 강도를 높이는 원소이다. 또한 Al과 복합 첨가함으로써, 단속 절삭했을 때의 피삭성을 개선하는 데에도 작용하는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Cr은 0.1％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 0.3％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.7％ 이상이다. 그러나 과잉으로 함유하면, 조대한 탄화물을 생성시키거나, 과냉 조직을 생성시켜 피삭성을 열화시킨다. 따라서 Cr량은 3％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 2％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.6％ 이하이다.

(b) Mo은 켄칭성을 높여, 불완전 켄칭 조직이 생성되는 것을 억제하는 원소이다. 이러한 효과는 Mo 함유량이 증가함에 따라서 증대되지만, 바람직하게는 0.01％ 이상, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.1％ 이상 함유하는 것이 좋다. 그러나 과잉으로 함유하면, 노멀라이징 후라도 과냉 조직이 생성되어 피삭성이 저하된다. 따라서 Mo량은 1％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.8％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.5％ 이하이다.

(c) Nb는, C나 N와 결합하여 탄화물이나 질화물, 탄질화물을 형성하고, 이들 화합물이, 부품 형상으로 절삭 가공한 후에 침탄 처리나 침탄 질화 처리를 행할 때에 결정립이 이상 성장하는 것을 억제하는 데 작용하여, 충격 특성이 향상된다. 이러한 효과는 Nb량이 증가함에 따라서 증대되지만, 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.05％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 과잉으로 함유시키면, 경질의 탄화물이나 질화물 등이 과잉으로 석출되어 피삭성이 저하된다. 따라서 Nb량은 0.15％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.13％ 이하이다.

(d) Zr, Hf, Ta 및 Ti은, 상기 Nb와 마찬가지로, 결정립이 이상 성장하는 것을 억제하는 원소로, 충격 특성 향상에 기여한다. 이러한 효과는, 이들 원소의 함유량이 증가함에 따라서 증대되지만, 유효하게 발휘시키기 위해서는, 각 원소 모두, 각각 단독으로 0.002％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 각 원소 모두, 각각 단독으로 0.005％ 이상이다. 그러나 과잉으로 함유시키면, 경질의 탄화물이나 질화물 등이 많이 석출되어 피삭성이 저하된다. 따라서 각 원소 모두, 각각 단독으로 0.02％ 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.015％ 이하이다. Zr, Hf, Ta, Ti은 임의로 선택되는 2종 이상의 원소를 함유해도 좋다. 2종 이상의 원소를 함유하는 경우에는, 합계량을 0.02％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 합계량은, 보다 바람직하게는 0.015％ 이하이다.

(e) V, Cu 및 Ni은, 켄칭성을 향상시켜 강도를 높이는 데 유효하게 작용하는 원소이다. 이러한 효과는, 이들 원소의 함유량이 증가함에 따라서 증대되지만, 유효하게 발휘시키기 위해서는, V은 0.05％ 이상, Cu는 0.1％ 이상, Ni은 0.3％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 과잉으로 함유시키면, 과냉 조직이 생성되거나, 연성이나 인성이 저하되므로, V는 0.5％ 이하, Cu는 3％ 이하, Ni은 3％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, V은 0.3％ 이하, Cu는 2％ 이하, Ni은 2％ 이하이다.

본 발명에서는, 기계 구조용 강의 화학 성분 조성을 상기 규정 범위로 조정하는 것에 추가하여, 강 중에 석출되어 있는 BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)가 0.020 내지 0.2인 것이 중요하다.

즉, 본 발명에서는 Al을 비교적 많이, 0.1 내지 0.5％의 범위에서 함유시켜 강 중에 Al을 고용 상태로 존재시킴으로써, 단속 절삭했을 때의 피삭성을 향상시키고 있다. 그러나 Al을 많이 함유시키면, 고용 Al량은 증가하는 반면, 일부의 Al이 강 중의 N와 결합하여 AlN을 석출하고, 이 AlN이 선삭이나 드릴 등의 공구 마모를 촉진하여 공구 수명을 짧게 한다. AlN은 경질 입자이므로 공구 마모를 촉진하고, 특히 연속 절삭했을 때의 공구 수명(피삭성)을 열화시킨다.

따라서 본 발명에서는, 강 중의 N을 B와 적극적으로 결합시켜, 강 중에 BN를 석출시킴으로써, AlN의 석출을 억제하고, 강 중에 석출되어 있는 BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)를 0.020 내지 0.2로 한다. BN/AlN비를 0.020 내지 0.2로 함으로써, 단속 절삭했을 때의 피삭성과, 연속 절삭했을 때의 피삭성을 모두 개선할 수 있고, 또한 열처리 후의 충격 특성도 개선할 수 있다.

BN/AlN이 0.020 미만에서는 BN에 비해 AlN이 많이 석출되어 있게 되므로, 연속 절삭했을 때의 피삭성이 열화된다. 따라서 BN/AlN은 0.020 이상으로 한다. 바람직하게는 0.025 이상, 보다 바람직하게는 0.030 이상이다.

BN/AlN의 값은 큰 쪽이 바람직하지만, AlN이 지나치게 적어져 BN/AlN이 0.2를 초과하면 열처리 후의 충격 특성이 열화된다. 따라서 BN/AlN은 0.2 이하로 한다. 바람직하게는 0.15 이하, 보다 바람직하게는 0.1 이하, 더욱 바람직하게는 0.08 이하이다.

강 중에 석출되어 있는 BN는, 예를 들어 전해 추출과 산 용해와 흡광 광도법을 조합함으로써 정량할 수 있다. 한편, 강 중에 석출되어 있는 AlN은, 예를 들어 브롬-아세트산 메틸법으로 정량할 수 있다.

강 중에 석출되어 있는 BN 중, 구오스테나이트 입계에 석출되어 있는 BN와 구오스테나이트 입내에 석출되어 있는 BN의 개수비(입계 BN/입내 BN)는 0.50 이하인 것이 바람직하다. 구오스테나이트(이하, 구γ라고 표기하는 경우가 있음) 입계에 석출되어 있는 BN의 개수를 저감시키고, 구γ 입내에 석출되어 있는 BN의 개수를 증가시킴으로써, 특히 부품 형상으로 절삭 가공한 후에 켄칭 템퍼링 등의 열처리를 행해도 충격 특성이 열화되는 일 없이 충격 특성을 한층 개선할 수 있다. 입계 BN/입내 BN는, 보다 바람직하게는 0.45 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.40 이하이다. 또한, 입계 BN/입내 BN의 하한값은 0.30 정도이다.

구γ 입계에 석출되어 있는 BN의 개수와 구γ 입내에 석출되어 있는 BN의 개수는, 주사형 전자 현미경(SEM)에 부속되어 있는 에너지 분산형 X선 분석 장치(EDS)를 사용하여 존재 위치와 성분 조성 분석하면 측정할 수 있다.

다음에, 본 발명에 관한 기계 구조용 강을 제조하는 방법에 대해 설명한다.

본 발명에 관한 기계 구조용 강은, 상기 성분 조성을 만족시키는 강을 1100℃ 이상으로 가열한 후, 900 내지 1050℃의 온도 영역에서 150초 이상 유지하고, 그 후 냉각할 때에 900℃로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도를 0.05 내지 10℃/초로 하면 제조할 수 있다. 또한, 상기 성분 조성을 만족시키는 강을 1100℃ 이상으로 가열한 후, 1000℃ 이상에서 열간 가공하는 동시에, 900 내지 1050℃의 온도 영역에서의 유지 시간을 150초 이상으로 하면, 그 후의 냉각 과정에서 구γ 입내에 BN를 적극적으로 석출시킬 수 있으므로 한층 바람직하다. 이와 같은 범위를 규정한 이유에 대해 설명한다.

[1100℃ 이상으로 가열]

상기 성분 조성을 만족시키는 강을 일단 1100℃ 이상으로 가열하고, 강 중에 포함되는 AlN이나 BN 등의 석출물을 재고용시킬 필요가 있다. 즉, Al을 0.1％ 이상 함유하는 강은, 그 제조 조건에 따라서, Al이나 B, N의 고용 상태와 석출 상태가 크게 변화되므로, 본 발명에서는, 강을 1100℃ 이상으로 가열함으로써, 강 중에 포함되는 AlN과 BN를 강 중에 재고용시킨다.

[900 내지 1050℃의 온도 영역에서 150초 이상 유지]

1100℃ 이상으로 가열한 후에는 900 내지 1050℃의 온도 영역에서 150초 이상 유지함으로써, BN를 석출시킬 수 있다. 즉, AlN의 석출 온도는 대략 900℃ 미만, BN의 석출 온도는 대략 1050℃ 이하이므로, 900 내지 1050℃의 온도 영역에서 유지함으로써, BN를 선택적으로 석출시킬 수 있다.

단, 유지 시간이 150초 미만에서는, BN의 석출이 충분히 진행되지 않아, BN 부족으로 되어, 연속 절삭했을 때의 피삭성을 개선할 수 없다. 또한, 열처리 후의 충격 특성도 열화된다. 따라서 유지 시간은 150초 이상으로 하고, 바람직하게는 170초 이상, 보다 바람직하게는 200초 이상이다. 유지 시간의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 장시간 유지해도 BN의 석출량은 포화되고, 또한 생산성이 나빠지므로, 예를 들어 600초 이하로 하는 것이 좋다.

900 내지 1050℃의 온도 영역에서의 유지는, 항온에서 행해도 되고, 이 온도 영역 내에서 가열 및/또는 냉각해도 되고, 상기 온도 영역에서의 유지 시간이 150초 이상이면 된다.

[900℃로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도가 0.05 내지 10℃/초]

900 내지 1050℃에서 유지하여 BN를 석출시킨 후에는, 900 내지 700℃의 온도 영역을 통과하는 시간을 짧게 함으로써, AlN의 석출을 억제하는 동시에, BN가 AlN으로 변화되는 것을 방지하여, BN의 석출량을 확보할 수 있다. 즉, 900 내지 700℃의 온도 영역에서는, BN보다도 AlN의 쪽이 열역학적으로 안정되므로, 900 내지 1050℃의 고온 영역에서 BN를 선택적으로 석출시켜도, 900 내지 700℃의 저온 영역을 통과하는 시간이 길어지면, BN가 AlN으로 변화되어, BN의 석출량이 감소한다. 그로 인해, BN/AlN비를 상기 범위로 제어할 수 없다. 따라서 본 발명에서는, 900℃로부터 700℃까지의 저온 영역을 냉각할 때의 평균 냉각 속도를 0.05℃/초 이상으로 한다. 바람직하게는 0.1℃/초 이상, 보다 바람직하게는 0.5℃/초 이상, 더욱 바람직하게는 1℃/초 이상이다. 그러나, 이 온도 영역의 평균 냉각 속도가 지나치게 크면, 마르텐사이트나 베이나이트 등의 과냉 조직이 생성되어 피삭성이 오히려 저하된다. 따라서 900℃로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도는 10℃/초 이하로 한다. 바람직하게는 9.5℃/초 이하, 보다 바람직하게는 8℃/초 이하, 더욱 바람직하게는 5℃/초 이하, 특히 바람직하게는 3℃/초 이하이다.

[1000℃ 이상에서 열간 가공]

본 발명에서는, 상기 성분 조성을 만족시키는 강을 1100℃ 이상으로 가열한 후, 1000℃ 이상에서 열간 가공하는 동시에, 900 내지 1050℃의 온도 영역에서의 유지 시간을 150초 이상으로 해도 된다. 1100℃ 이상으로 가열하여 AlN과 BN를 재고용시킨 후에, 1000℃ 이상에서 열간 가공을 실시함으로써, 강 중에 가공 변형을 도입할 수 있고, 이 가공 변형이 BN의 석출 포인트가 되고, 그 후의 냉각 과정에서 BN가 γ 입계보다도 γ 입내에 석출되기 쉬워진다. 그 결과, BN를 구γ 입내에 석출시킬 수 있고, 켄칭 템퍼링 등의 열처리를 행한 후의 충격 특성을 한층 개선할 수 있다. 상기 열간 가공은 1050℃ 이상에서 행하는 것이 보다 바람직하다. 열간 가공 온도의 상한은 상기 가열 온도보다도 낮으면 된다. 열간 가공은, 예를 들어 열간 단조하면 된다.

또한, 상기 열간 가공을 1000 내지 1050℃의 온도 영역에서 행하는 경우에는, 이 열간 가공을 행하고 있는 시간과, 상기 900 내지 1050℃의 온도 영역에서 행하는 유지 시간의 합계가, 상기 유지 시간으로 되도록 한다.

이와 같이 하여 얻어지는 본 발명에 관한 기계 구조용 강은 BN와 AlN의 밸런스가 적절하게 제어되어 있으므로, 저속에서의 단속 절삭과 고속에서의 연속 절삭의 양쪽에서 우수한 피삭성(특히, 공구 수명의 연장)을 발휘한다.

또한, 본 발명의 기계 구조용 강은 BN와 AlN의 밸런스가 적절하게 제어되어 있으므로, 이 기계 구조용 강을 부품 형상으로 절삭 가공한 후, 켄칭 템퍼링 등의 열처리를 실시하여 얻어지는 기계 구조 부품은 충격 특성이 우수한 것으로 된다.

열처리 조건은 기계 구조 부품을 제조할 때에 통상 채용되는 조건이면 된다. 예를 들어, 800 내지 1000℃ 정도로 가열한 후, 켄칭을 행하고, 계속해서 150 내지 600℃ 정도에서, 20분 내지 1시간 정도 유지하여 템퍼링을 행하면 된다.

부품 형상으로 절삭 가공한 후, 켄칭 템퍼링 등의 열처리를 행하기 이전에는, 상법에 따라서 침탄 처리나 침탄 질화 처리를 행해도 좋다. 이때 침탄 처리 또는 침탄 질화 처리는, 예를 들어 상기 900 내지 1050℃의 온도 영역에서 행하는 것이 좋다. 침탄 처리 또는 침탄 질화 처리한 후에는, 계속해서 켄칭 템퍼링 등의 열처리를 상기 조건으로 행하면 된다.

다음에, 본 발명의 기소강 부품에 대해 설명한다.

본 발명자들은 침탄 또는 침탄 질화하여 얻어지는 기소강 부품의 피로 특성(특히, 내피칭성)을 개선하기 위해 다양한 각도로부터 검토를 거듭해 왔다. 그 결과, 강의 화학 성분 조성을 적절하게 조정하면서 침탄 처리 또는 침탄 질화 처리의 조건을 조정하여 부품 표면에 석출되어 있는 BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)를 0.01 이하로 억제하면, 기소강 부품의 피로 특성을 높일 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.

또한, 본 발명자들은 이러한 기소강 부품을 제조하는 데 있어서, 상기한 본 발명의 기계 구조용 강을 사용하면, 절삭 가공 공정에서 저속으로 단속 절삭했을 때와, 고속으로 연속 절삭했을 때의 양쪽에서 우수한 피삭성(특히, 공구 수명)을 발휘시킬 수 있고, 효율적으로 본 발명의 기소강 부품을 제조할 수 있는 것도 명백하게 하였다.

이하, 본 발명의 기소강 부품을 특징짓는 BN와 AlN의 질량비에 대해 설명한다.

또한, 본 발명에 관한 기소강 부품의 화학 성분 조성에 대해서는, 상기한 본 발명에 관한 기계 구조용 강과 그 범위가 공통되고, 그 성분 한정 이유도 중복되므로, 설명을 생략한다.

본 발명에서는 기소강 부품의 화학 성분 조성을 상기한 규정 범위로 조정하는 것에 추가하여, 부품 표면에 석출되어 있는 BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)가 0.01 이하인 것이 중요하다.

즉, 본 발명에서는 B를 0.0005 내지 0.008％의 범위에서 함유시키고 있지만, B가 N와 결합하여 석출하는 BN는 조대화되기 쉽기 때문에, 기소강 부품의 표면에 조대한 BN가 석출되면, 조대한 BN가 피로 파괴의 기점이 되어, 표면 박리를 일으켜 내피칭성(피로 특성)이 저하되는 원인이 된다. 또한, BN가 많이 석출되면, 강 중의 고용 B량이 감소하므로, 켄칭성이 저하되는 결과, 기소강 부품의 강도가 저하된다.

따라서 본 발명에서는, 강 중의 N을 Al과 적극적으로 결합시켜 AlN을 석출시킴으로써 BN의 석출을 억제하고, 부품 표면에 석출되어 있는 BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)를 0.01 이하로 한다. 바람직하게는 0.0080 이하, 보다 바람직하게는 0.0070 이하, 더욱 바람직하게는 0.0060 이하이다. BN/AlN의 하한은 0.0040 정도인 것이 바람직하다.

부품 표면에 석출되어 있는 BN는, 예를 들어 전해 추출과 산 용해와 흡광 광도법을 조합함으로써 정량할 수 있다. 한편, 부품 표면에 석출되어 있는 AlN은, 예를 들어 브롬-아세트산 메틸법으로 정량할 수 있다.

본 발명에 있어서 부품 표면이라 함은, 부품의 최표면으로부터 깊이 1㎜ 위치까지의 영역을 의미한다. 따라서 부품 표면의 BN량과 AlN량은, 부품 표면으로부터 깊이 1㎜ 위치까지의 부분을 절삭 가공하여 깎아낸 것에 대해 상기 방법으로 정량하면 된다.

또한, 상기한 본 발명의 기계 구조용 강에 있어서는, 강 중의 (추가)BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)를 0.020 내지 0.2로 하였다. 이는, 상기한 바와 같이, 절삭 가공성을 향상시키는 것을 주목적으로 하고 있기 때문이고, 한편, 본 발명의 기소강 부품에 있어서는, 부품으로서의 피로 특성을 향상시키는 것을 목적으로 하고, 표면의 (추가)BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)를 0.01 이하로 하고 있다. 즉, 부품에 절삭 가공되기 전의 단계에서는 BN를 비교적 다량으로 석출시켜 두는 것이 가공의 관점에서는 중요하지만, 실제의 부품으로서 사용될 때(절삭 가공이 종료된 후)에는 부품 특성의 관점으로부터 BN를 감소시키는 것이 중요하다고 하는, 다른 2개의 특성면의 요구를 충족시키기 위해, 부품 제조의 경과 도중에 있어서는 전혀 반대의 상태를 규정하고 있는 것이다.

이와 같이, 가공 전의 상태에서는 전혀 반대의 상태(BN가 많은 상태)로 되어 있는 강을, 가공 후의 부품 상태에서는 BN가 낮은 상태로 하는 데 중요해지는 것이, 이하에 설명하는 제조 조건이다.

본 발명의 기소강 부품은 상기 성분 조성을 만족시키는 강을 부품 형상으로 절삭 가공한 후, 침탄 처리 또는 침탄 질화 처리하고, 그 후 냉각할 때에 900℃로부터 800℃까지의 평균 냉각 속도를 0.10℃/초 이하(0℃/초를 포함하지 않음)로 하면 제조할 수 있다.

즉, AlN의 석출 온도는 대략 750 내지 900℃, BN의 석출 온도는 대략 600 내지 1050℃이지만, 800 내지 900℃의 온도 영역에서는 BN보다도 AlN의 쪽이 열역학적으로 안정되므로, 이 온도 영역을 통과할 때의 시간을 길게 함으로써, 강 중에 석출되어 있는 BN는 AlN으로 변화시킬 수 있다. 그 결과, BN를 석출시키지 않고 AlN을 선택적으로 석출시킬 수 있으므로, BN/AlN비를 0.01 이하로 제어할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 900℃로부터 800℃까지의 평균 냉각 속도를 0.10℃/초 이하로 한다. 바람직하게는 0.08℃/초 이하, 보다 바람직하게는 0.05℃/초 이하이다.

900℃로부터 800℃로 냉각하는 데 있어서는, 900℃로부터 800℃를 향해 일정한 속도로 냉각해도 되고, 도중에 냉각 속도를 변화시켜도 된다. 또한, 900 내지 800℃의 온도 영역에서 일단 유지한 후 800℃를 하회하는 온도로 냉각해도 되고, 900℃로부터 800℃까지의 평균 냉각 속도가 상기 범위를 만족시키고 있으면 된다.

상기 평균 냉각 속도 이외의 침탄 처리 조건 또는 침탄 질화 처리 조건은 특별히 한정되지 않지만, 침탄(또는 침탄 질화)될 때의 온도는 900 내지 950℃ 정도로 하는 것이 좋다. 침탄(또는 침탄 질화) 온도가 950℃를 초과하면 AlN이 고용되기 쉬워져, 이상 입성장을 일으켜 피로 특성이 저하되는 경우가 있다. 상기 침탄(또는 침탄 질화) 온도에서의 유지 시간은, 예를 들어 30분 내지 8시간 정도로 하면 된다. 또한, 상기 침탄(또는 침탄 질화) 온도로 가열할 때의 분위기는, 침탄(또는 침탄 질화) 분위기로 하면 된다.

침탄 또는 침탄 질화의 종류는 특별히 한정되지 않고, 가스 침탄(가스 침탄 질화), 진공 침탄(진공 침탄 질화), 고농도 침탄(고탄소 침탄) 등 공지의 방법을 채용할 수 있다. 진공 침탄(진공 침탄 질화)할 때의 진공도는, 예를 들어 0.01㎫ 정도 이하로 하면 된다.

침탄 처리 또는 침탄 질화 처리한 후에는, 900℃로부터 800℃까지의 평균 냉각 속도를 0.10℃/초 이하로 하는 것 이외는, 상법에 따라서 켄칭 템퍼링 처리를 행하면 된다.

켄칭 템퍼링 조건은 기계 구조 부품을 제조할 때에 통상 채용되는 조건이면 되고, 예를 들어 침탄(또는 침탄 질화) 후, 800 내지 850℃ 정도의 온도 영역에서 유지한 후, 켄칭을 행하고, 계속해서 150 내지 400℃ 정도에서, 20분 내지 1시간 정도 유지하여 템퍼링을 행하면 된다. 침탄(또는 침탄 질화) 후, 800 내지 850℃ 정도의 온도 영역에서 유지하는 시간을 조정함으로써, 900℃로부터 800℃까지의 평균 냉각 속도를 0.10℃/초 이하로 제어하면 된다.

그런데, 상기 기소강 부품을 제조하는 데 있어서는, 상기한 바와 같이, 본 발명에 관한 기계 구조용 강을 사용하면, 절삭 가공 시의 피삭성(특히, 공구 수명)도 개선할 수 있다.

구체적으로는, 본 발명의 기계 구조용 강의 제조 방법의 설명 개소에 상세 기재한 바와 같이, 상기 성분 조성을 만족시키는 강을 1100℃ 이상으로 가열한 후, 900 내지 1050℃의 온도 영역에서 150초 이상 유지하고, 그 후 냉각할 때에 900℃로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도를 0.05 내지 10℃/초로 한 조건으로 열처리함으로써, 본 발명의 기계 구조용 강, 즉 강 중의 AlN량을 저감시켜, BN량을 증가시킨 기계 구조용 강을 제조한 후, 절삭 가공을 행함으로써, 저속으로 단속 절삭했을 때의 피삭성과, 고속으로 연속 절삭했을 때의 피삭성의 양쪽을 개선할 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니고, 전ㆍ후기의 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경을 추가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

(제1 실시예:본 발명의 기계 구조용 강에 관한 실시예)

하기 표 1에 나타내는 No.18 내지 22 이외의 화학 성분 조성의 강 150㎏을 진공 유도로에서 용해하고, 상면:φ245㎜×하면:φ210㎜×길이:480㎜의 잉곳으로 주조하고, 단조(소킹:1250℃×3시간 정도, 단조 가열:1100℃×1시간 정도) 및 절단하고, 1변 150㎜×길이 680㎜의 4각재 형상을 경유하여, 하기 (a), (b)의 2종류의 단조재로 가공하였다.

(a) 판재:두께 30㎜, 폭 155㎜, 길이 100㎜

(b) 환봉재:φ80㎜, 길이 350㎜

얻어진 (a) 판재와 (b) 환봉재를 가열한 후, 냉각하였다. 냉각할 때에, 900 내지 1050℃의 온도 영역에서 소정 시간 유지하였다. 또한, 냉각할 때에, 900℃로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도를 변화시켰다. 하기 표 2에 가열 온도(℃), 900 내지 1050℃의 온도 영역에서의 유지 시간(초), 900℃로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도(℃/초)를 각각 나타낸다.

한편, 상기 표 1에 나타내는 No.18 내지 22의 화학 성분 조성의 강에 대해서는, 상기와 동일 조건으로 1변 150㎜×길이 680㎜의 4각재 형상으로 한 후, 1200℃로 가열하고, 계속해서 1100℃에서 한 변이 150㎜로부터 φ80㎜로 코깅하는 열간 가공을 행한 후, 상기 (a), (b)의 2종류의 단조재로 가공하여, 냉각하였다. 냉각할 때에, 900 내지 1050℃의 온도 영역에서 소정 시간 유지하였다. 또한, 냉각할 때에, 900℃로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도를 변화시켰다. 하기 표 2에 가열 온도(℃), 900 내지 1050℃의 온도 영역에서의 유지 시간(초), 900℃로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도(℃/초)를 각각 나타낸다.

냉각 후의 환봉재에 포함되는 BN와 AlN을 정량 분석하여, 질량비로 BN/AlN비를 산출하였다. BN량과 AlN량은 동일한 부위로부터 채취한 샘플을 2개 준비하여, 다음의 수순으로 정량하였다.

샘플에 포함되는 BN량은 전해 추출과 산 용해와 흡광 광도법을 조합하여 정량하였다. 구체적으로는, AA계 전해액(10질량％의 아세틸아세톤과 1질량％의 염화테트라메틸암모늄을 포함하는 메탄올 용액)을 사용하여 샘플을 전기 분해한 후, 여과하여 미용해 잔사를 채취하고, 이 잔사를 염산과 질산으로 분해한 후, 황산과 인산을 첨가하여 가열 분해하였다. 그 후, JIS G1227에 준하여 붕소를 붕산 메틸로서 증류하고, 수산화나트륨에 흡수시킨다. 흡수시킨 붕산 메틸에 포함되는 붕소량을, JIS G1227에 준하여 붕산 메틸 증류 분리 커큐민 흡광 광도법으로 정량하였다. 정량한 붕소가 전량 BN를 생성하고 있는 것으로서 이 붕소에 결합하는 N량을 계산하고, 정량한 붕소량에 계산된 결합 N량을 첨가한 것을 BN량으로 하였다.

또한, 샘플에 포함되는 AlN량은, 브롬-아세트산 메틸법으로 정량하였다. 구체적으로는, 샘플을 플라스크에 넣어, 브롬과 아세트산 메틸 중에서 70℃로 가열하여 용해한 후, 여과하여 미용해 잔사를 채취하고, 이 잔사를 아세트산 메틸로 충분히 세정한 후, 건조시킨다. 건조시킨 잔사를, JIS G1228에 준하여 암모니아 증류기에 수산화나트륨을 첨가하여 증류하고, 0.1％ 붕산을 흡수액으로서 흡수시켜, 얻어진 흡수액을 JIS G1228에 준하여 아미드황산 표준액으로 적정하고, 흡수액 중의 N량 및 샘플의 계측량으로부터 AlN량을 정량하였다.

정량 결과에 기초하여, 질량비로 BN/AlN비를 산출하였다. 산출 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

또한, 냉각 후의 환봉재의 표면으로부터 10㎜ 위치를 중심으로 하여 주사형 전자 현미경(SEM)을 사용하여 관찰하고, 관찰 시야 내에 확인되는 석출물의 성분 조성을 SEM에 부속되는 에너지 분산형 X선 분석 장치(EDS)를 사용하여 분석하는 동시에, 구γ 입계에 존재하는 BN의 개수와 구γ 입내에 존재하는 BN의 개수를 측정하여, 입계 BN/입내 BN의 개수비를 산출하였다. BN의 개수는, 검출 한계를 직경 0.1㎛로 하고, 관찰 배율 10000배에서 10시야 측정한 결과를 평균하여 산출하였다. 산출 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

다음에, 냉각 후의 판재와 환봉재를 사용하여, 하기 조건으로 단속 절삭했을 때의 피삭성과 연속 절삭했을 때의 피삭성을 평가하였다.

[단속 절삭 시의 피삭성 평가(엔드밀 절삭 시험)]

단속 절삭 시의 피삭성을 평가하기 위해, 엔드밀 가공했을 때의 공구 마모량을 측정하였다. 엔드밀 절삭 시험에는 상기 판재를 스케일 제거한 후, 표면을 약 2㎜ 연삭한 것을 시험편(피삭재)으로서 사용하였다. 구체적으로는, 머니싱 센터 주축에 엔드밀 공구를 설치하고, 상기와 같이 하여 제조한 두께 25㎜×폭 150㎜×길이 100㎜의 시험편을 바이스에 의해 고정하고, 건식의 절삭 분위기 하에서 다운 컷트 가공을 행하였다. 상세한 가공 조건을 하기 표 3에 나타낸다. 단속 절삭을 200컷트 행한 후, 공구 표면을 광학 현미경으로 100배로 관찰하여 평균 릴리프면 마모량(공구 마모량) Vb를 측정하였다. 결과를 상기 표 2에 나타낸다. 본 발명에서는, 단속 절삭 후의 Vb가 80㎛ 이하인 것을 「단속 절삭 시의 피삭성이 우수하다」라고 평가하였다.

[연속 절삭 시의 피삭성 평가(선삭 시험)]

연속 절삭 시의 피삭성을 평가하기 위해, 상기 환봉재(φ80㎜×길이 350㎜)를 스케일 제거한 후, 표면을 약 2㎜ 연삭한 것을 선삭 시험편(피삭재)으로서 사용하여, 외주 선삭 가공을 행하였다. 외주 선삭 가공의 조건은 하기와 같다.

(외주 선삭 가공 조건)

공구: 초경합금 P10(JIS B4053)

절삭 속도:200m/min

이송:0.25㎜/rev

컷팅:1.5㎜

윤활 방식:건식

외주 선삭 가공 후, 공구 표면을 광학 현미경으로 100배로 관찰하여 평균 릴리프면 마모량(공구 마모량) Vb를 측정하였다. 결과를 상기 표 2에 나타낸다. 본 발명에서는, 연속 절삭 후의 Vb가 100㎛ 이하인 것을 「연속 절삭 시의 피삭성이 우수하다」라고 평가하고, Vb가 70㎛ 이하인 것을 「연속 절삭 시의 피삭성이 특히 우수하다」라고 평가하였다.

다음에, 냉각 후의 환봉재를 사용하여, 하기 조건으로 샤르피 충격 시험을 행하여 열처리 후의 충격 특성을 평가하였다.

[충격 특성의 평가]

열처리 후의 충격 특성을 평가하기 위해, 냉각 후의 상기 환봉재로부터, 폭 12㎜×폭 12㎜×길이 55㎜의 샘플을 잘라내고, 이를 850℃로 가열한 후, 켄칭을 행하고, 계속해서 500℃에서 30분간 템퍼링하여 열처리한 것으로부터 JIS4호 U노치를 잘라낸 것을 샤르피 충격 시험편으로 하였다. 이 시험편을 사용하여 JIS Z2242에 준하여 샤르피 충격 시험을 행하였다. 결과를 상기 표 2에 나타낸다.

표 2로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다. No.1 내지 22는 본 발명에서 규정하는 요건을 만족시키는 예로, 강 중에 석출되어 있는 BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)를 적절한 범위로 조정하고 있으므로, 저속에서의 단속 절삭과 고속에서의 연속 절삭의 양쪽에서 우수한 피삭성(특히, 공구 수명의 연장)을 발휘하고, 켄칭 템퍼링한 후라도 충격 특성이 우수하다.

특히 No.18 내지 22는 1200℃로 가열한 후, 1100℃에서 열간 단조하는 동시에, 900 내지 1050℃에서 소정 시간 유지한 예로, 이들 No.18 내지 22의 화학 성분 조성은 각각 No.3, 6, 7, 8, 9와 동일하다. No.3과 No.18, No.6과 No.19, No.7과 No.20, No.8과 No.21, No.9와 No.22를 비교하면, 열간 단조함으로써, 입계 BN/입내 BN를 0.50 이하로 제어할 수 있고, 열처리 후의 충격 특성을, 열간 단조 없음의 경우보다도 상대적으로 높일 수 있도록 되어 있다.

이에 대해, No.23과 No.28은 가열 온도가 1100℃를 하회하고 있고, BN의 석출이 불충분해져, BN/AlN비가 0.020을 하회하고 있으므로, 연속 절삭 시의 피삭성과, 열처리 후의 충격 특성이 떨어져 있다. No.24는 900 내지 1050℃의 온도 영역에서의 유지 시간이 150초보다 짧고, BN의 석출이 불충분해져, BN/AlN비가 0.020을 하회하고 있으므로, 연속 절삭 시의 피삭성과, 열처리 후의 충격 특성이 떨어져 있다. No.25는 900℃로부터 700℃까지의 온도 영역의 평균 냉각 속도가 0.05℃/초를 하회하고 있고, AlN이 많이 생성되어, BN/AlN비가 0.020을 하회하고 있으므로, 연속 절삭 시의 피삭성과, 열처리 후의 충격 특성이 떨어져 있다. No.26은 Al량이 적은 예로, 고용 Al량이 부족하므로, 단속 절삭 시의 피삭성이 떨어져 있다. No.27은 B량이 적은 예로, BN의 석출이 불충분해져, BN/AlN비가 0.020을 하회하고 있으므로, 연속 절삭 시의 피삭성과, 열처리 후의 충격 특성이 떨어져 있다.

(제2 실시예:본 발명의 기소강 부품에 관한 실시예)

하기 표 4에 나타내는 화학 성분 조성의 강 150㎏을 진공 유도로에서 용해하고, 상면:φ245㎜×하면:φ210㎜×길이:480㎜의 잉곳으로 주조하고, 단조(소킹:1250℃×3시간 정도, 단조 가열:1100℃×1시간 정도) 및 절단하고, 1변 150㎜×길이 680㎜인 4각재 형상을 경유하여, 하기 (a), (b)의 2종류의 단조재로 가공하였다.

(a) 판재: 두께 30㎜, 폭 155㎜, 길이 100㎜

(b) 환봉재:φ80㎜, 길이 350㎜

얻어진 (a) 판재와 (b) 환봉재는 소정의 온도로 가열한 후, 냉각하였다. 이때 냉각할 때에, 900 내지 1050℃의 온도 영역에서 소정 시간 유지하였다. 또한, 유지 후, 900℃로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도를 변화시켰다. 하기 표 5에 가열 온도(℃), 900 내지 1050℃의 온도 영역에서의 유지 시간(초), 900℃로부터 700℃까지의 평균 냉각 속도(℃/초)를 각각 나타낸다.

냉각 후의 판재와 환봉재를 사용하여, 하기 조건으로 단속 절삭했을 때의 피삭성과 연속 절삭했을 때의 피삭성을 평가하였다.

[단속 절삭 시의 피삭성 평가(엔드밀 절삭 시험)]

단속 절삭 시의 피삭성을 평가하기 위해, 엔드밀 가공했을 때의 공구 마모량을 측정하였다. 엔드밀 절삭 시험에는 상기 판재를 스케일 제거한 후, 표면을 약 2㎜ 연삭한 것을 시험편(피삭재)으로서 사용하였다. 구체적으로는, 머니싱 센터 주축에 엔드밀 공구를 설치하고, 상기와 같이 하여 제조한 두께 25㎜×폭 150㎜×길이 100㎜의 시험편을 바이스에 의해 고정하고, 건식의 절삭 분위기 하에서 다운 컷트 가공을 행하였다. 상세한 가공 조건은 상기 제1 실시예의 때와 마찬가지로, 즉 상기 표 3과 같다. 단속 절삭을 200컷트 행한 후, 공구 표면을 광학 현미경으로 100배로 관찰하여 평균 릴리프면 마모량(공구 마모량) Vb를 측정하였다. 결과를 상기 표 5에 나타낸다. 본 발명에서는, 단속 절삭 후의 Vb가 80㎛ 이하인 것을 「단속 절삭 시의 피삭성이 우수하다」라고 평가하였다.

[연속 절삭 시의 피삭성 평가(선삭 시험)]

(외주 선삭 가공 조건)

공구:초경합금 P10(JIS B4053)

절삭 속도:200m/min

이송:0.25㎜/rev

컷팅:1.5㎜

윤활 방식:건식

외주 선삭 가공 후, 공구 표면을 광학 현미경으로 100배로 관찰하여 평균 릴리프면 마모량(공구 마모량) Vb를 측정하였다. 결과를 상기 표 5에 나타낸다. 본 발명에서는, 연속 절삭 후의 Vb가 100㎛ 이하인 것을 「연속 절삭 시의 피삭성이 우수하다」라고 평가하고, Vb가 70㎛ 이하인 것을 「연속 절삭 시의 피삭성이 특히 우수하다」라고 평가하였다.

다음에, 냉각 후의 환봉재를, 도 1의 (A), (B)에 도시하는 시험편(1)의 형상으로 절삭 가공한 후, 침탄 처리 또는 침탄 질화 처리를 실시하여, 기소강 부품을 제조하였다.

도 1의 (A), (B)는 코마츠식 롤러 피칭 시험을 행하고 있을 때의 시험편의 모습을 도시한 설명도로, (A)는 전체도, (B)는 (A)의 화살표 A 방향으로부터 본 도면이다. 도 1의 (A), (B) 중, 부호 1은 시험편, 부호 2는 상대재를 나타내고 있다. 시험편(1)은 소롤러이고, 상대재(2)와 접촉하는 부분의 직경은 26㎜, 접촉부의 폭은 28㎜이다. 상대재(2)는 대롤러이고, 직경 130㎜, 폭 8㎜이고, 폭 방향으로 150R의 크라우닝 가공이 실시되어 있다. 상대재(2)는 JIS G4805에 규정되는 SUJ2를 켄칭 템퍼링한 것이다.

절삭 가공하여 얻어진 시험편(1)은 다음의 조건으로 침탄 처리 또는 침탄 질화 처리를 실시하였다.

《가스 침탄》

절삭 가공하여 얻어진 시험편(1)을 930℃로 승온하고, 이 온도에서 5시간 유지하여 가스 침탄한 후, 820℃에서 10 내지 90분간 유지한 후 60℃의 오일욕에 넣어 켄칭하고, 190℃에서 30분간 템퍼링하였다. 가스 침탄한 후, 900℃로부터 800℃까지의 평균 냉각 속도를 상기 표 5에 나타낸다. 또한, 가스 침탄할 때의 카본 포텐셜은 0.85로 하였다.

《고농도 침탄(고탄소 침탄)》

절삭 가공하여 얻어진 시험편(1)을 945℃로 승온하고, 이 온도에서 7시간 유지하여 고농도 침탄한 후, 820℃에서 30분간 유지한 후 60℃의 오일욕에 넣어 켄칭하고, 190℃에서 30분간 템퍼링하였다. 고농도 침탄한 후, 900℃로부터 800℃까지의 평균 냉각 속도를 상기 표 5에 나타낸다. 또한, 고농도 침탄할 때의 카본 포텐셜은 1.2로 하였다.

《진공 침탄》

절삭 가공하여 얻어진 시험편(1)을 930℃로 승온하고, 이 온도에서 4시간 유지하여 진공 침탄한 후, 820℃에서 30분간 유지한 후 60℃의 오일욕에 넣어 켄칭하고, 190℃에서 30분간 템퍼링하였다. 진공 침탄한 후, 900℃로부터 800℃까지의 평균 냉각 속도를 상기 표 5에 나타낸다. 또한, 진공 침탄할 때의 카본 포텐셜은 0.85, 압력은 0.005㎫ 이하로 하였다.

《침탄 질화》

절삭 가공하여 얻어진 시험편(1)을 900℃로 승온하고, 이 온도에서 5시간 유지하여 침탄 질화한 후, 820℃에서 30분간 유지한 후 60℃의 오일욕에 넣어 켄칭하고, 190℃에서 30분간 템퍼링하였다. 침탄 질화된 후, 900℃로부터 800℃까지의 평균 냉각 속도를 상기 표 5에 나타낸다. 또한, 침탄 질화할 때의 카본 포텐셜은 0.5로 하였다.

얻어진 기소강 부품의 표면에 석출되어 있는 BN량과 AlN량을 하기 조건으로 정량하는 동시에, 코마츠식 롤러 피칭 시험을 행하여, 박리될 때까지의 기소강 부품의 수명을 측정하고, 피로 특성을 평가하였다.

[BN/AlN비]

기소강 부품의 표면(최표면으로부터 깊이 1㎜ 위치까지의 영역)을 절삭 가공에 의해 깎아낸 것을 샘플로 하였다. 동일한 부위로부터 채취한 샘플을 2개 준비하고, 샘플에 포함되는 BN량과 AlN량을 다음의 수순으로 정량하였다.

샘플에 포함되는 BN량은 전해 추출과 산 용해와 흡광 광도법을 조합하여 정량하였다. 구체적으로는, AA계 전해액(10질량％의 아세틸아세톤과 1질량％의 염화 테트라메틸암모늄을 포함하는 메탄올 용액)을 사용하여 샘플을 전기 분해한 후, 여과하여 미용해 잔사를 채취하고, 이 잔사를 염산과 질산으로 분해한 후, 황산과 인산을 첨가하여 가열 분해하였다. 그 후, JIS G1227에 준하여 붕소를 붕산 메틸로서 증류하고, 수산화나트륨에 흡수시킨다. 흡수시킨 붕산 메틸에 포함되는 붕소량을, JIS G1227에 준하여 붕산 메틸 증류 분리 커큐민 흡광 광도법으로 정량하였다. 정량한 붕소가 전량 BN를 생성하고 있는 것으로서 이 붕소에 결합하는 N량을 계산하고, 정량한 붕소량에 계산된 결합 N량을 첨가한 것을 BN량으로 하였다.

또한, 샘플에 포함되는 AlN량은 브롬-아세트산 메틸법으로 정량하였다. 구체적으로는, 샘플을 플라스크에 넣고, 브롬과 아세트산 메틸 중에서 70℃로 가열하여 용해한 후, 여과하여 미용해 잔사를 채취하고, 이 잔사를 아세트산 메틸로 충분히 세정한 후, 건조시킨다. 건조시킨 잔사를, JIS G1228에 준하여 암모니아 증류기에 수산화나트륨을 첨가하여 증류하고, 0.1％ 붕산을 흡수액으로서 흡수시키고, 얻어진 흡수액을 JIS G1228에 준하여 아미드황산 표준액으로 적정하고, 흡수액 중의 N량 및 샘플의 계측량으로부터 AlN량을 정량하였다.

정량 결과에 기초하여, 질량비로 BN/AlN비를 산출하였다. 산출 결과를 상기 표 5에 나타낸다.

[피로 특성의 평가]

기소강 부품의 피로 특성은 코마츠식 롤러 피칭 시험을 행하여, 표면 박리를 발생할 때까지의 수명(회전수)을 측정함으로써 평가하였다. 시험 조건은 면압 2.5㎬, 미끄럼률-30％로 하고, 윤활유로서 시판의 AT 오일을 사용하여, 진동 센서에 의해 시험편 표면에 있어서의 박리의 유무를 검출하고, 표면 박리가 발생될 때까지의 수명[시험편(1)의 회전수]을 측정하여, 기소강 부품의 피로 특성을 평가하였다. 표면 박리가 발생될 때까지의 시험편(1)의 회전수를 상기 표 5에 나타낸다. 본 발명에서는, 회전수가 200만회 이상인 경우를 합격으로 하고, 피로 특성이 우수하다고 평가하였다.

상기 표 5로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다.

No.1 내지 18은 본 발명에서 규정하는 요건을 만족시키는 예로, 부품 표면에 석출되어 있는 BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)를 적절한 범위로 조정하고 있으므로, 면 피로 강도가 향상되고, 피로 특성(특히, 내피칭성)이 우수하다. 특히 No.1 내지 16은 절삭 가공 전의 열처리 조건을 적절하게 제어하고 있으므로, 저속으로 단속 절삭했을 때와, 고속으로 연속 절삭했을 때의 양쪽에서 우수한 피삭성(특히, 공구 수명의 연장)을 발휘하고 있다.

이에 대해 No.19는 가스 침탄 후, 켄칭 전의 820℃에서의 유지 시간이 10분으로 짧게 하였으므로, 900℃로부터 800까지의 평균 냉각 속도가 0.10℃/초를 초과하고 있고, BN/AlN비가 0.01을 초과하고 있다. 따라서 기소강 부품의 피로 특성을 개선할 수 없다. No.20은 Al량이 적은 예로, 고용 Al량이 부족하므로, 단속 절삭 시의 피삭성이 떨어져 있다. 또한, Al량이 적으므로, 부품 표면의 BN/AlN이 0.01을 초과하여 크게 되어 있고, 피로 특성이 떨어져 있다. No.21은 B량이 적은 예로, B에 의한 켄칭성 향상 효과가 발휘되지 않았으므로, 피로 특성이 열화되어 있다. 또한, 연속 절삭했을 때의 피삭성이 떨어져 있다.

본 발명을 상세하고 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 다양한 변경이나 수정을 추가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.

본 출원은 2009년 10월 2일 출원의 일본 특허 출원(특원 제2009-230910호), 2009년 10월 2일 출원의 일본 특허 출원(특원 제2009-230911호)에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명은, 예를 들어 자동차용 변속기나 차동 장치를 비롯한 각 마스터 기어 전달 장치에 이용되는 기어, 샤프트, 풀리나 등속 조인트 등, 또한 크랭크 샤프트, 커넥팅 로드 등의 기계 구조 부품에 적용할 수 있다.

Claims

C:0.05 내지 0.8％(질량％의 의미, 이하 동일함),
Si:0.03 내지 2％,
Mn:0.2 내지 1.8％,
Al:0.1 내지 0.5％,
B:0.0005 내지 0.008％,
N:0.002 내지 0.015％를 함유하고,
P:0.03％ 이하(0％를 포함하지 않음),
S:0.03％ 이하(0％를 포함하지 않음),
O:0.002％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 만족시키고,
잔량부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 강이고,
강 중에 석출되어 있는 BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)가 0.020 내지 0.2인 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강.
제1항에 있어서, 강 중에 석출되어 있는 BN 중, 구오스테나이트 입계에 석출되어 있는 BN와 구오스테나이트 입내에 석출되어 있는 BN의 개수비(입계 BN/입내 BN)가 0.50 이하인, 기계 구조용 강.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조성에 추가하여, 이하의 (a) 내지 (e)군 중 적어도 1군을 더 포함하는, 기계 구조용 강.
(a) Cr:3％ 이하(0％를 포함하지 않음),
(b) Mo:1％ 이하(0％를 포함하지 않음),
(c) Nb:0.15％ 이하(0％를 포함하지 않음),
(d) Zr:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음), Hf:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음), Ta:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Ti:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종
(e) V:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음), Cu:3％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Ni:3％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종
C:0.05 내지 0.8％(질량％의 의미, 이하 동일함),
Si:0.03 내지 2％,
Mn:0.2 내지 1.8％,
Al:0.1 내지 0.5％,
B:0.0005 내지 0.008％,
N:0.002 내지 0.015％를 함유하고,
P:0.03％ 이하(0％를 포함하지 않음),
S:0.03％ 이하(0％를 포함하지 않음),
O:0.002％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 만족시키고,
잔량부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지는 강을 침탄 또는 침탄 질화된 기소강 부품이며,
부품 표면에 석출되어 있는 BN와 AlN의 질량비(BN/AlN)가 0.01 이하인 것을 특징으로 하는, 기소강 부품.
제4항에 있어서, 상기 조성에 추가하여, 이하의 (a) 내지 (e)군 중 적어도 1군을 더 포함하는, 기소강 부품.
(a) Cr:3％ 이하(0％를 포함하지 않음)
(b) Mo:1％ 이하(0％를 포함하지 않음)
(c) Nb:0.15％ 이하(0％를 포함하지 않음)
(d) Zr:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음), Hf:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음), Ta:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Ti:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종
(e) V:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음), Cu:3％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Ni:3％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종
제1항 또는 제2항에 기재된 기계 구조용 강을 제조하는 방법이며,
상기 성분 조성을 만족시키는 강을 1100℃ 이상으로 가열하는 가열 공정과,
상기 가열 공정 후에, 900 내지 1050℃의 온도 영역에서 150초 이상 유지하는 유지 공정과,
상기 유지 공정 후에, 900℃로부터 700℃까지 평균 냉각 속도 0.05 내지 10℃/초로 냉각하는 냉각 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 가열 공정 후에, 1000℃ 이상에서 열간 가공하는 열간 가공 공정을 행하고, 또한 상기 열간 가공 공정에서의 가공 시간과, 상기 유지 공정에서의 유지 시간의 합계로 150초 이상으로 하는 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 제조 방법.
제4항 또는 제5항에 기재된 기소강 부품을 제조하는 방법이며,
상기 성분 조성을 만족시키는 강을 부품 형상으로 절삭 가공하는 절삭 가공 공정과,
상기 절삭 가공한 부품을 침탄 처리 또는 침탄 질화 처리하는 표면 가공 공정과,
침탄 처리 또는 침탄 질화 처리하는 공정 후에 냉각하는 냉각 공정을 구비하는 동시에,
상기 냉각 공정에 있어서, 900℃로부터 800℃까지 평균 냉각 속도 0.10℃/초 이하(0℃/초를 포함하지 않음)에서 냉각하는 것을 특징으로 하는, 기소강 부품의 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 절삭 공정 전에,
상기 성분 조성을 만족시키는 강을 1100℃ 이상으로 가열하는 가열 공정과,
상기 가열 공정 후에, 900 내지 1050℃의 온도 영역에서 150초 이상 유지하는 유지 공정과,
상기 유지 공정 후에, 900℃로부터 700℃까지 평균 냉각 속도 0.05 내지 10℃/초로 냉각하는 냉각 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 기소강 부품의 제조 방법.