KR101423439B1

KR101423439B1 - 피삭성이 우수한 기계 구조용 강

Info

Publication number: KR101423439B1
Application number: KR1020137001104A
Authority: KR
Inventors: 도시하루 아이소; 스구루 요시다; 마나부 구보타; 게이 미야니시; 슈지 고자와
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2014-07-24
Also published as: EP2594654B1; CN102985577B; EP2594654A4; JP5136725B2; US9139894B2; US20130101457A1; WO2012008405A1; CN102985577A; EP2594654A1; KR20130021444A; JPWO2012008405A1; PL2594654T3

Abstract

이 기계 구조용 강은, 질량％로, C: 0.40％ 내지 0.75％ 미만, Si: 0.01％ 내지 3.0％, Mn: 0.1％ 내지 1.8％, S: 0.001％ 내지 0.1％, Al: 0.1％ 초과 내지 1.0％, 및, N: 0.001％ 내지 0.02％를 함유하고, P: 0.05％ 이하로 제한하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강으로서, 139.38≤214×[C]+30.6×[Si]+42.8×[Mn]-14.7×[Al]≤177 및 0.72≤[C]+1/7×[Si]+1/5×[Mn]<1.539를 만족한다.

Description

피삭성이 우수한 기계 구조용 강{STEEL HAVING EXCELLENT MACHINABILITY FOR MECHANICAL STRUCTURE}

본 발명은 기계 구조용 강, 특히, 고강도의 자동차용 부품의 제조에 제공할 수 있는 피삭성이 우수한 기계 구조용 강에 관한 것이다.

본원은, 2010년 7월 14일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 2010-160136호, 2010년 7월 14일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 2010-160108호, 2010년 7월 14일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 2010-160141호, 및, 2010년 7월 14일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 2010-160140호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 강의 피삭성의 향상에는, S, Pb, Bi 등의 피삭성 향상 원소의 첨가가 유효하지만, Pb 및 Bi를 첨가하면, 강도가 단조에 대한 영향이 작은 범위에서 저하된다. 또한, Pb은, 환경보호의 점에서 사용량 감소의 방향에 있다.

S은, MnS(절삭 환경 하에서 연질인 개재물)를 형성하여 피삭성을 개선하는데, MnS은, Pb 등의 입자보다 크므로, 응력이 집중되기 쉬운 개소가 된다. 또한, 단조 및 압연으로 MnS가 연신하면, 강 조직에 이방성이 생겨서, 특정 방향의 강도가 극단적으로 저하된다. 이와 같이, 피삭성의 향상에 유효한 원소를 첨가하면 강도가 저하되므로, 성분 조성의 조절만으로 강도와 피삭성을 양립시키는 것은 곤란하다.

따라서, 고주파 켄칭으로 원하는 강도를 확보하는 연구가 이루어져, 지금까지, 고주파 켄칭용의 강이 몇가지 제안되어 있다(특허문헌 1 내지 5, 참조).

예를 들면, 특허문헌 4에는, 피삭성 및 고주파 켄칭 후의 피로 특성이 우수한 강재가 제안되어 있다. 이 강재는 주어진 성분 조성을 갖고, 모재 조직이 페라이트 조직 및 펄라이트 조직(양쪽 조직의 합계가 90 vol％ 이상)을 포함한다. 또한, 이 강재 내의 페라이트 조직의 최대 두께는 30 ㎛ 이하이다.

또한, 특허문헌 5에는, 피삭성이 우수한 피니온용 고주파 켄칭용 강이 제안되어 있다. 이 강은, 주어진 성분 조성을 갖고, 이 강의 MnS를 포함하는 개재물의 평균 종횡비는 10 이하이다. 이 강의 중심부가 경화할 때까지 고주파 열처리를 실시했을 때, 회전 휨 응력 280 MPa이고, 굽힘 피로 수명: 1.0×10⁵회 이상의 굽힘 피로 특성을 나타낸다.

최근 들어, 자동차용의 부품에는, 가공 정밀도와 피로 강도의 더욱 향상이 요구되고 있지만, 종래의 기계 구조용 강으로는 대처할 수 없는 것이 실정이다.

일본 특허 공개 2002-146473호 공보 일본 특허 공개 2007-131871호 공보 일본 특허 공개 2007-107020호 공보 일본 특허 공개 2006-28598호 공보 일본 특허 공개 2007-16271호 공보

종래의 고주파 켄칭을 실시하여 이용하는 기계 구조용 강이 안고 있는 주된 과제로서 기계 구조용 강은, 고주파 켄칭 후의 표면 경도를 확보하기 위하여 C량이 많으므로(통상, 0.4 질량％ 이상), 경도가 높고, 피삭성이 나쁜 경우가 있다.

본 발명은 상기 실정을 감안하여, 강의 성분 조성을 최적화하여, 상기 과제를 해결하여, 피삭성이 우수한 기계 구조용 강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 질량％로, C: 0.40％ 내지 0.75％ 미만, Si: 0.01％ 내지 3.0％, Mn: 0.1％ 내지 1.8％, S: 0.001％ 내지 0.1％, Al: 0.1％ 초과 내지 1.0％, 및, N: 0.001％ 내지 0.02％를 함유하고, P: 0.05％ 이하로 제한하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강으로서,

C량: [C], Si량: [Si], Mn량: [Mn], 및, Al량: [Al]이 하기의 수학식 1 및 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.

[수학식 1]

[수학식 2]

(2) 상기 강이, 또한, 하기의 수학식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 기계 구조용 강.

[수학식 3]

(3) 상기 강이, 또한, 하기의 수학식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 기계 구조용 강.

[수학식 4]

(4) 상기 강이, 또한, 하기의 수학식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는, 상기 (2)에 기재된 기계 구조용 강.

[수학식 4]

(5) 상기 강이, 또한, 하기의 수학식 5를 만족하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 기계 구조용 강.

[수학식 5]

(6) 상기 강이, 또한, 질량％로, B: 0.0001％ 내지 0.015％를 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 기계 구조용 강.

(7) 상기 강이, 또한, 질량％로, Cr: 0.01％ 내지 0.8％, Mo: 0.001％ 내지 1.0％, Ni: 0.001％ 내지 5.0％, 및, Cu: 0.001％ 내지 5.0％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 기계 구조용 강.

여기서, Cr: 0.01％ 내지 0.8％를 함유하는 경우에는, 상기 수학식 1을 대신하여 하기 수학식 6을, 상기 수학식 2를 대신하여 하기 수학식 7을, 상기 수학식 3을 대신하여 하기 수학식 8을, 상기 수학식 4를 대신하여 하기 수학식 9를 사용한다.

[수학식 6]

[수학식 7]

[수학식 8]

[수학식 9]

(8) 상기 강이, 또한, 질량％로, Ca: 0.0001％ 내지 0.02％, Mg: 0.0001％ 내지 0.02％, Zr: 0.0001％ 내지 0.02％, 및, Rem: 0.0001％ 내지 0.02％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 기계 구조용 강.

(9) 상기 강이, 또한, 질량％로, Ti: 0.005％ 내지 0.5％, Nb: 0.0005％ 내지 0.5％, W: 0.0005％ 내지 0.5％, V: 0.0005％ 내지 0.5％, Ta: 0.0001％ 내지 0.2％, 및, Hf: 0.0001％ 내지 0.2％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 기계 구조용 강.

(10) 상기 강이, 또한, 질량％로, Sb: 0.0001％ 내지 0.015％, Sn: 0.0005％ 내지 2.0％, Zn: 0.0005％ 내지 0.5％, Te: 0.0003％ 내지 0.2％, Se: 0.0003％ 내지 0.2％, Bi: 0.001％ 내지 0.5％, 및, Pb: 0.001％ 내지 0.5％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 기계 구조용 강.

(11) 상기 강이, 또한, 질량％로, Li: 0.00001％ 내지 0.005％, Na: 0.00001％ 내지 0.005％, K: 0.00001％ 내지 0.005％, Ba: 0.00001％ 내지 0.005％ 및 Sr: 0.00001％ 내지 0.005％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 기계 구조용 강.

본 발명에 따르면, 피로 강도가 높은 고강도 톱니바퀴의 제조에 제공할 수 있는, 피삭성이 우수한 기계 구조용 강을 제공할 수 있다.

도 1은 탄소당량 Ceq(=[C]+1/7×[Si]+1/5×[Mn]) 및 탄소당량 Ceq(=[C]+1/7×[Si]+1/5×[Mn]+1/9×[Cr])와 경도(Hv)의 관계를 도시한 도면.
도 2는 강에 포함되는 Al량과, 그 강의 경도(Hv) 및 피삭성(3 m 절삭 후의 경사면 마모[㎛])과의 관계를 도시하는 도면.
도 3a는 페라이트 영역이 커서, 기계 구조용 강으로서 바람직하지 않은 마이크로 조직을 도시하는 도면.
도 3b는 페라이트 영역이 작아서, 기계 구조용 강으로서 바람직한 마이크로 조직을 도시하는 도면.
도 4는 지표 A(=113-135×[C]-27×[Mn]) 및 지표 A(=113-135×[C]-27×[Mn]-18×[Cr])와 초석 α분율(％)의 관계를 도시한 도면.
도 5는 지표 RT(33+31×[C]+4.5×[Si]+1.5×[Mn]) 및 지표 RT(33+31×[C]+4.5×[Si]+1.5×[Mn]+2.4×[Cr])와, 300℃ 템퍼링 경도(Hv)의 관계를 도시한 도면.
도 6은 300℃ 템퍼링 경도(Hv)와 10⁷회 피로 한도(MPa)의 관계를 도시한 도면.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로서, 고강도의 자동차용 부품의 제조에 제공할 수 있는 피삭성이 우수한 기계 구조용 강에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 기계 구조용 강은, 고주파 켄칭용 강으로서 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명의 기계 구조용 강(이하 「본 발명의 강」이라고 하는 경우가 있음)은 질량％로, C: 0.40％ 내지 0.75％ 미만, Si: 0.01％ 내지 3.0％, Mn: 0.1％ 내지 1.8％, S: 0.001％ 내지 0.1％, Al: 0.1％ 초과 내지 1.0％, N: 0.001％ 내지 0.02％를 함유하고, P: 0.05％로 제한하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강이다.

또한, 본 발명의 강에서는, C량: [C], Si량: [Si], Mn량: [Mn], 및, Al량: [Al]이 하기의 수학식 1 및 2를 만족한다.

[수학식 1]

[수학식 2]

또한, 본 발명의 강에서는, [C], [Si], [Mn], 및, [Al]이 하기의 수학식 3, 4, 또는 5 중, 하나 또는 그 이상을 만족하는 것이 바람직하다.

[수학식 3]

[수학식 4]

[수학식 5]

각 수학식의 의의에 대해서는 후술한다.

우선, 본 발명의 강의 성분 조성을 한정하는 이유에 대하여 설명한다. 이하, ％는 질량％를 의미한다.

C: 0.40％ 내지 0.75％ 미만

C는, 강의 강도와, 고주파 켄칭 후의 표면 경도를 확보하기 위하여 첨가하는 원소이다. C의 첨가량이 0.40％ 미만이면 상기의 효과가 얻어지지 않고, 한편, 0.75％ 이상이면 강의 인성이 열화하여, 압연재가 자연 균열되는 경우가 있다. 이 때문에, C량은 0.40％ 내지 0.75％ 미만으로 한다. 첨가 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, C량은 0.45％ 내지 0.73％가 바람직하다. 보다 바람직한 C량은 0.48％ 내지 0.70％, 더욱 바람직하게는 0.50％ 내지 0.61％이다.

Si: 0.01％ 내지 3.0％

Si은, 제강 시의 탈산에 기여함과 함께, 강의 강도 향상에 기여하는 원소이다. Si의 첨가량이 0.01％ 미만이면 첨가 효과가 얻어지지 않고, 한편, 3.0％를 초과하면 강의 인성, 연성이 저하되고, 경질 개재물이 생성되어, 피삭성이 저하된다. 이 때문에, Si량은 0.01％ 내지 3.0％로 한다. 바람직한 Si량은 0.05％ 내지 2.5％, 보다 바람직하게는 0.1％ 내지 1.5％이다.

Mn: 0.1％ 내지 1.8％

Mn은, Si와 마찬가지로, 강의 강도 향상에 기여하는 원소이다. Mn량이 0.1％ 미만이면 첨가 효과가 얻어지지 않고, 한편, 1.8％를 초과하면 베이나이트 또는 섬 형상 마루텐사이트가 생성되어 가공성이 저하된다. 이 때문에, Mn량은 0.1％ 내지 1.8％로 한다. 바람직한 Mn량은 0.2％ 내지 1.0％, 보다 바람직하게는 0.4％ 내지 0.8％이다.

S: 0.001％ 내지 0.1％

S은, 피삭성의 향상에 기여하는 원소이다. S량이 0.001％ 미만이면 강의 최저한의 피삭성을 확보할 수 없고, 한편, S량이 0.1％를 초과하면 강의 인성이나 피로 강도가 열화한다. 이 때문에, S량은 0.001％ 내지 0.1％로 한다. 바람직한 S량은 0.005％ 내지 0.07％, 보다 바람직하게는 0.01％ 내지 0.05％이다.

Al: 0.1％ 초과 내지 1.0％

Al은 피삭성을 향상시키는 원소이다. 고용 Al이 절삭 중에 산소와 반응하여 공구 표면에 Al₂O₃의 피막을 생성하고, 이 피막이 공구의 마모를 억제한다. 이 피막은 강 내의 고용 Al이 대기 중의 산소, 절삭유 내의 산소, 또는 공구 표면에 부착된 Fe₃O₄이나 NiO 피막 내의 산소와 반응하여 형성되는 것이다.

Al량이 0.1％ 이하에서는, Al₂O₃의 생성량이 적어서, 공구 표면에 Al₂O₃막이 형성되지 않는다. 한편, Al량이 1.0％를 초과하면 강의 A₃점(페라이트상으로부터 오스테나이트상으로 변태하는 변태점)이 높아져서, 고주파 켄칭에서는 상변태가 생기지 않게 된다. 이 때문에, Al량은 0.1％ 초과 내지 1.0％로 한다. 바람직한 Al량은 0.12％ 내지 0.8％, 보다 바람직하게는 0.14％ 내지 0.4％이다.

N: 0.001％ 내지 0.02％

N은, AlN을 형성하여, 결정립의 조대화의 억제에 기여하는 원소이다. N량이 0.001％ 미만이면 첨가 효과가 얻어지지 않고, 한편, 0.02％를 초과하면 압연 시에 열간 취성이 발현된다. 이 때문에, N량은 0.001％ 내지 0.02％로 한다. 바람직하게는 0.002％ 내지 0.012％, 보다 바람직하게는 0.004％ 내지 0.008％이다.

P: 0.05％ 이하

P의 첨가량은 0％ 또는 0％ 초과여도 되지만, 적량의 P을 첨가했을 경우, 강의 피삭성의 향상에 기여한다. P량이 0.05％를 초과하면 강의 경도가 너무 상승해서, 가공성이 저하되므로, P량은 0.05％ 이하로 한다. P량은 피삭성의 점에서 0.005％ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.008％ 내지 0.02％이다.

본 발명의 강은 상기 원소 외에, 불가피적 불순물과 철 만을 함유해도 된다. 또한, 본 발명의 강의 특성을 저해하지 않는 범위에서, 다른 원소를 선택 성분으로서 본 발명의 강에 함유해도 된다. 또한, 선택 성분에 대해서는 후술한다.

본 발명의 강에서는, [C], [Si], [Mn], 및, [Al]이 상기 수학식 1, 2를 만족한다.

우선, 상기 수학식 1에 대하여 설명한다.

고주파 켄칭용 강은, 고주파 켄칭 후의 표면 경도를 확보하기 위하여 C량이 많으므로(통상, 0.4 질량％ 이상), 경도가 높아, 피삭성이 나쁘다. 본 발명자들은, 이 과제를 해결하기 위해서, 고주파 켄칭용 강의 경도에 대해서 이하의 2종류의 상관 관계를 조사하였다.

(a1) 경도와, 경도에 큰 영향을 주는 탄소당량과의 관계

(a2) 경도와, 경도의 영향을 받는 피삭성과의 관계

탄소당량 Ceq는, 경도에 영향을 주는 C, Si, 및, Mn에 착안하여, Ceq=[C]+1/7×[Si]+1/5×[Mn]으로 정의하였다. 선택 원소로서 Cr을 포함할 경우에는, Ceq=[C]+1/7×[Si]+1/5×[Mn]+1/9×[Cr]으로 정의하였다.

경도와 탄소당량과의 관계는, 다음과 같이 조사하였다.

C: 0.45％ 내지 0.75％ 미만, Si: 0.05％ 내지 2.00％, Mn: 0.25％ 내지 1.8％, S: 0.005％ 내지 0.1％, P: 0.05％ 이하, N: 0.0030％ 내지 0.0100％, Al: 0.03％ 초과 내지 1.0％, 또한 Cr을 포함하는 경우에는 Cr: 0.01％ 내지 0.8％, 0.65≤Ceq≤1.02,의 범위의 조성을 갖는 복수의 직경 65 mm의 열간 압연 막대강을 준비하였다. 이들 강재를, 열간 압연 후, 900℃에서 1시간 보유 지지하고, 그 후 공냉하고, 직경 방향의 단면에서 절단하였다. 이들 시료를 수지에 매립하고, 연마 한 후, 직경의 1/4부의 위치에서 비커스 경도를 측정하였다. 이 측정 결과를 도 1에 도시하였다. 도 1로부터, Ceq와 경도(Hv)는 하기 수학식 (a1)의 관계에 있는 것을 알 수 있다.

[수학식 (a1)]

경도와 피삭성의 관계는, Al₂O₃을 생성하고, 공구 표면에 Al₂O₃막을 형성하는 작용을 하는 Al의 양을 0.03％ 내지 1.0％의 범위에서 바꾸고, 다음과 같이 조사하였다.

상기 막대강으로부터 잘라낸 40×40×250 mm의 각형 시험편에 대하여 톱니바퀴의 톱니 형성 가공(호브 절삭)을 상정하여, 플라이 툴로 절삭 시험을 행하였다. 또한, 제품 제조 시의 호브 절삭 공정에서 이용되는 커터는 복수의 절삭날을 갖는다. 이에 비해, 플라이 툴은 호브 절삭날을 1매만 갖는 커터이다. 하지만, 복수의 절삭날을 갖는 커터와 플라이 툴의 절삭 결과는 좋은 대응 관계에 있는 것이 확인되어 있다. 이 때문에, 플라이 툴은 호브 절삭의 대용 테스트에 이용된다. 플라이 툴 절삭에 의한 시험 방법은, 예를 들면, 「TOYOTA Technical Review Vol.52 No.2 Dec.2002 P78 」에 상세하게 기재되어 있다. 표 1에 시험 조건을 나타낸다.

시험편을 3분간 절삭한 후, 공구의 최대 경사면 마모 깊이(크레이터 마모 깊이)를 촉진식 조도계로 측정하였다. 결과를 도 2에 도시하였다. 침탄 톱니바퀴에 이용하는 JIS-SCr420(Al: 0.03％)을 이 조건으로 절삭한 경우의 최소의 마모량은 약 75 ㎛이다. 따라서, 동일한 조건에서, 시험 샘플의 마모량이 75 ㎛ 이하이면 그의 피삭성은 양호하다고 평가할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 경도와 피삭성의 관계에는 절곡점이 있고, 경도가 이 절곡점 이상이 되면 피삭성이 급격하게 저하된다. 본 발명자들은, 이 절곡점의 존재에 착안하여 조사한 결과, Al을 0.1％ 초과 내지 1.0％ 포함하는 강의 경우, 이들 절곡점을 14.7×[Al]+226의 수학식으로 나타낼 수 있는 것을 발견하였다.

즉, 강의 경도(Hv)와, Al 함유량 [Al](질량％)이, 하기 수학식 (a2)의 관계를 충족시키면, 매우 우수한 피삭성을 확보할 수 있는 것을 본 발명자들은 발견하였다. 이 점이 본 발명의 기초를 이루는 지견이다.

[수학식 (a2)]

상기 수학식 (a1) 및 (a2)로부터 하기 수학식이 얻어진다.

[수학식 (1'')]

상기의 수학식에 탄소당량식을 대입하여 하기 수학식이 얻어진다.

[수학식 (1')]

상기 수학식 (1')은 C량이 많은(통상, 0.4 질량％ 이상) 고주파 켄칭용 강에 있어서, [C], [Si], [Mn], 및, [Al]을 관계짓는 것에 의해, 주어진 경도와 피삭성을 확보하는 것을 의미하는 식이다. 따라서, 본 발명에 따른 기계 구조용 강의 조성은 상기 (1')를 만족함으로써, 경도가 높아, 피삭성이 나쁘다는 과제를 해결할 수 있다.

강이 Cr을 포함할 경우에도, 수학식 (1''), 수학식 (1')와 동일하게 하여, 하기 수학식을 얻을 수 있다.

[수학식 (6')]

단, 고강도 기계 부품용의 기계 구조용 강의 경우, 경도는 200 Hv 정도 이상 필요하므로, 도 1로부터, Ceq는, 0.72 이상 필요하다. 즉, 본 발명의 강의 성분 조성은, 하기 수학식 2, 또는 수학식 7도 만족시킬 필요가 있다.

즉, 강이 Cr을 함유하지 않는 경우에는, 하기 수학식 2도 만족시킬 필요가 있고,

[수학식 2]

강이 Cr을 함유하는 경우에는, 하기 수학식 7도 만족시킬 필요가 있다.

[수학식 7]

수학식 2 및 수학식 7의 Ceq의 값은 바람직하게는 0.74 이상, 더욱 바람직하게는 0.76 이상, 더욱 바람직하게는 0.79 이상, 더욱 바람직하게는 0.82 이상이다. Ceq의 상한은 C, Si, Mn 및 Cr의 상한에 의해 결정된다.

또한, 상기 수학식 (1') 및 수학식 (5')에 있어서의 하한은, 수학식 2 및 수학식 2의 Ceq의 하한이 0.72인 것, 및 [Al]의 상한이 1.0％인 것으로부터,

[수학식 (1''')]

로 결정된다. 즉, 수학식 1 및 수학식 6은 하기와 같이 된다.

[수학식 1]

[수학식 6]

수학식 1 및 수학식 6에 있어서의 상한은, 163 이하인 것이 바람직하고, 155 이하인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 강에서는, [C], [Si], [Mn], 및, [Al]이, 상기 수학식 3, 수학식 4 또는 그의 양쪽을 만족하는 것이 바람직하다.

이하에 상기 수학식 3에 대하여 설명한다.

종래의 고주파 켄칭을 실시하여 이용하는 기계 구조용 강이 안고 있는 과제로서, 톱니바퀴의 고주파 켄칭이, 급속·단시간의 가열 켄칭이기 때문에, 켄칭 후의 경도에, 경도 불균일이나, 경도 부족이 발생하기 쉽다는 문제가 있었다. 이 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들은, 조직에 미치는 C와 Mn의 영향을 고려하는 지표 A와, 켄칭성에 영향을 주는 초석 α분율의 관계를 조사하였다. 고주파 가열은 단시간이기 때문에, 초석 페라이트 영역이 크면 고주파 가열 시에 페라이트의 모든 부분에 C 원자를 확산시킬 수 없다. 그 결과, 경도가 낮은 마루텐사이트 조직이 생성되어 경도 불균일이나 경도 부족의 원인이 된다. 조사는 다음과 같이 행하였다.

상기 막대강을 900℃×1시간 유지 후, 공냉하고, 대경부 26φ의 시험편을 잘라내고, 상기 시험편을 직경 방향의 단면에서 절단하여 수지에 매립하고, 표면을 연마한 후, 나이탈액으로 에칭하고, 광학 현미경으로 마이크로 조직을 관찰하였다. 관찰 결과의 일례를 도 3a, 3b에 도시하였다.

도 3a 및 3b에 있어서, 희게 보이는 영역이 페라이트이고, 검게 보이는 영역이 펄라이트이다. 즉, 도 3a에, 페라이트 영역이 커서, 기계 구조용 강으로서 바람직하지 않은 마이크로 조직을 도시하고, 도 3b에, 페라이트 영역이 작아서, 기계 구조용 강으로서 바람직한 마이크로 조직을 도시한다.

여기서, 도 4에, 지표 A(=113-135×[C]-27×[Mn]) 및 지표 A(=113-135×[C]-27×[Mn]-18×[Cr])와 초석 α분율(％)의 관계를 나타낸다.

본 발명자들은, 조직에 미치는 C와 Mn, 또한 Cr의 영향을 고려하는 지표로서 지표 A를 다음 식으로 정의하였다.

Cr을 함유하지 않는 경우에는,

[수학식 (3')]

으로 하고, Cr을 함유하는 경우에는,

[수학식 (8')]

으로 한다.

이 식에 있어서의 각 계수는 이하와 같이 구하였다. 우선, C: 0.40％ 내지 0.75％ 미만, Mn: 0.1％ 내지 1.8％, 또한 Cr: 0.01％ 내지 0.8％의 여러가지의 강재를 준비하고, 후술한 방법으로 조직 관찰을 행하여 초석 α분율을 구하였다. 그리고, 강재의 C 및 Mn, 또한 Cr의 함유량이 이 초석 α분율에 미치는 영향을 중회귀 분석에 의해 구하고, 상기 지표 A의 계수를 산출하였다. 또한, 초석 α분율은, 광학 현미경의×400(약 0.32 mm×0.24 mm의 시야)으로 20시야 촬영하고, 화상 해석에 의해 페라이트 영역의 면적을 측정하고, 전체 촬영 면적에 차지하는 페라이트 영역의 면적의 비율을 산출함으로써 구하였다.

도 4로부터, 초석 α분율(％)은 지표 A의 증대와 함께, 직선적으로 증대하는 것을 알 수 있다.

급속·단시간의 고주파 켄칭에 있어서, 양호한 켄칭성을 확보하기 위해서는, 초석 α분율을 13％ 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 지표 A도 13 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 이로 인해, [C]와 [Mn]을 관계짓는 하기 수학식 3을 얻을 수 있다.

[수학식 3]

즉, 고주파 켄칭용 강의 [C]와 [Mn]을, 상기 수학식 3을 만족하도록 설정하면, 켄칭 후의 경도 불균일이나, 경도 부족을 억제할 수 있다.

강이 Cr을 포함할 경우, Cr: 0.01％ 내지 0.8％의 강재에 대하여 상기와 마찬가지의 초석 α분율의 측정을 행하여, 하기 수학식 7을 얻을 수 있다.

[수학식 8]

즉, 고주파 켄칭용 강의 [C], [Mn], 및, [Cr]을, 상기 수학식 8을 만족하도록 설정하면, 켄칭 후의 경도 불균일이나, 경도 부족을 억제할 수 있다.

또한, 수학식 3 및 수학식 8의 좌변은 11 이하인 것이 바람직하고, 9 이하인 것이 더욱 바람직하다. 수학식 3 및 수학식 8의 좌변이 3.75 이하인 경우에 초석 페라이트는 존재하지 않게 된다.

수학식 3 및 수학식 8의 좌변의 하한값은 특별히 정할 필요가 없지만, 각 원소의 성분범위로부터 산출되는 이론적인 하한값은 -51.25이다.

상기 수학식 4에 대하여 설명한다. 종래의 고주파 켄칭을 실시하여 이용하는 기계 구조용 강이 안고 있는 과제의 하나로서, 이하의 문제가 있었다. 즉, 종래의 고주파 켄칭을 실시한 부품은, 대부분의 경우, 표층 C량이 0.4％ 내지 0.6 질량％이므로, 표층 C량이 약 0.8％가 되는 침탄 부품에 비해 피로 강도가 낮았다. 따라서, 본 발명자들은, 이하와 같이, 이 문제를 해결하는 방법을 검토하였다.

고주파 켄칭용 강의 특성에 있어서, 부품의 피칭 피로 강도를 향상시키기 위해서, 켄칭 후의 템퍼링 경도는 중요하다. 본 발명자들은, 고주파 켄칭 후의 템퍼링 경도를, 강의 성분 조성과 관계지어서 정량적으로 평가하기 위해서, 하기 지표 RT를 도입하였다.

Cr을 함유하지 않는 경우에는, 하기 수학식 (4')로 RT를 정의한다.

[수학식 (4')]

Cr을 함유하는 경우에는, 하기 수학식 (9')로 RT를 정의한다.

[수학식 (9')]

지표 RT는, [C], [Si], 및, [Mn], 또한 [Cr]이, 켄칭 후의 템퍼링 경도에 영향을 주는 정도를, 각 원소의 영향도에 웨이트를 부여하여 상가적으로 평가하는 지표이다. 또한, C, Si, 및, Mn, 또한 Cr은, 주요한 경도 향상 원소이다.

상기 막대강을 900℃×1시간 유지 후, 공냉하고, 대경부 26φ의 시험편을 잘라내고, 대경부에 유효 경화층 깊이가 1.5 mm가 되는 조건으로 고주파 켄칭을 실시하고, 계속해서, 300℃×90분, 템퍼링 처리를 실시하였다. 그 후, 대경부를, 직경 방향 단면에서 절단하여 수지에 매립하고, 표층을 연마한 후, 표층으로부터 0.05 mm의 위치에서 비커스 경도(Hv)를 측정하였다. 결과를 도 5에 도시하였다.

도 5로부터, 지표 RT와 300℃ 템퍼링 경도(Hv)는 매우 좋은 상관 관계에 있고, RT≥55에서, 610 Hv 이상이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.

300℃ 템퍼링 경도(Hv)가 610 Hv 이상이면, 피로 강도가 우수하다는 것을 본 발명자들은 롤러 피칭 시험에서 확인하였다.

상기 막대강으로 제조한 대경부(시험부) 26φ의 롤러 피칭 시험편에 대하여 대경부에, 유효 경화층 깊이가 1.5 mm가 되는 조건으로 고주파 켄칭을 실시하고, 계속해서, 160℃×90분 템퍼링 처리를 실시하였다. 그 후, 시험 정밀도를 높이기 위해서, 손잡이부에 마무리 가공을 실시하였다.

롤러 피칭 시험은, 대 롤러: SCM420 침탄품에서 크라우닝 150R, 회전수: 2000 rpm, 윤활유: 트랜스미션 오일, 기름 온도: 80℃, 미끄럼률: -40％, 최대 1000만회의 조건으로 행하였다. S-N선도를 작성하여 피로 한도(MPa, 롤러 피칭 피로 강도)를 구하였다. 시험 결과를 도 6에 도시하였다.

비교를 위해, 침탄 톱니바퀴에 많이 사용되는 JIS-SCr420의 10⁷회 피로 한도도 구하고, 도면에 표시하였다. JIS-SCr420의 10⁷회 피로 한도는 2600 MPa이다. 본 발명의 강의 피로 한도(롤러 피칭 피로 강도)의 목표값은, 이것을, 약 20％ 향상시킨 3200 MPa 이상으로 하였다.

도 6으로부터, 피로 한도 3200 MPa 이상을 확보하기 위해서는, 610 Hv 이상의 300℃ 템퍼링 경도를 확보할 필요가 있는 것을 알 수 있고, 도 5로부터, 610 Hv 이상의 300℃ 템퍼링 경도를 확보하기 위해서는, 지표 RT를 55 이상으로 유지할 필요가 있는 것을 알 수 있다. 즉, 지표 RT≥55로 함으로써, 적합한 피로 강도를 확보할 수 있다.

또한, 지표 RT의 상한은 C, Si, Mn 및 Cr의 상한에 의해 결정된다. 즉, 수학식 4 및 수학식 9는 하기와 같이 된다.

[수학식 4]

[수학식 9]

또한 고강도를 얻기 위하여 RT는 57 이상이 바람직하고, 59 이상이 더욱 바람직하다.

이상과 같이, 본 발명의 강은 성분 조성을, 상기 수학식 1, 2, 3 및 4로 규정하여, 각 과제를 해결하고 있으므로, 고강도 부품용의 고주파 켄칭용 강으로서 우수한 특성을 갖는 것이다.

[수학식 5]

Si 및 Mn은 모두 페라이트 내에 고용되고, 페라이트를 강화하는 원소이다. 고강도가 요구되는 기계 구조용 강의 경우, 강 내의 연질 조직인 페라이트로부터 강재가 파괴하는 것을 막기 위해서, 페라이트를 강화하는 것이 바람직하다. 그로 인해, Si와 Mn 합계로는 [Si]+1.8×[Mn]>1.5를 만족하는 것이 바람직하다. [Si]+1.8×[Mn]의 상한은 특히 규정할 필요는 없지만, Si 및 Mn의 각 원소의 첨가량의 상한에 의해 6.24 이하가 된다.

본 발명의 강은 상술한 바와 같이, 우수한 특성을 손상시키지 않는 범위에서, 다른 원소를 선택 성분으로서 함유할 수 있다. 선택 성분의 첨가는 본 발명의 과제를 달성하는 데 있어서 필수는 아니다. 이하에, 선택 성분의 첨가와 한정 이유에 대하여 설명한다. 또한, ％는 질량％를 의미한다.

B: 0.0001％ 내지 0.015％

B는, 강에 켄칭성을 부여하고, 또한, 결정립계의 강도를 높이는 작용을 하는 원소이다. B의 미량의 첨가로도, γ입계에 편석하여 켄칭성을 높임과 함께, 고주파 켄칭 시의 표층에서의 결정립계의 파괴를 억제한다. 이 효과를 얻기 위해서, B를 0.0001％ 이상 첨가할 수도 있다. 한편, 0.015％를 초과하여 첨가하면, 재질의 취화를 초래하므로, B는 0.0001％ 내지 0.015％로 한다. 바람직한 B의 첨가량은 0.0005％ 내지 0.010％, 보다 바람직하게는 0.001％ 내지 0.003％이다.

Cr: 0.01％ 내지 0.8％, Mo: 0.001％ 내지 1.0％, Ni: 0.001％ 내지 5.0％, 및, Cu: 0.001％ 내지 5.0％의 1종 또는 2종 이상

Cr, Mo, Ni 및 Cu는, 모두, 강도 향상 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, 본 발명의 강의 우수한 특성을 손상시키지 않는 범위에서, Cr은 0.01％ 이상, Mo, Ni, 및, Cu는 0.001％ 이상 첨가할 수도 있다.

Cr이 0.8％를 초과하면 켄칭성이 너무 향상되어, 베이나이트 또는 섬 형상 마루텐사이트가 생성되어 가공성이 저하된다. 이 때문에, Cr 함유량은 0.8％ 이하로 하고, 바람직하게는 0.4％ 이하로 한다. Mo이 1.0％를 초과하면 Cr과 마찬가지로, 켄칭성이 너무 향상되어, 베이나이트 또는 섬 형상 마루텐사이트가 생성되어 가공성이 저하된다. 이 때문에, Mo 함유량은 1.0％ 이하로 하고, 바람직하게는 0.5％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.2％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.05％ 미만으로 한다.

Ni과 Cu가 5.0％를 초과하면 역시, Cr, Mo와 마찬가지로, 켄칭성이 너무 향상되어, 베이나이트 또는 섬 형상 마루텐사이트가 생성되어 가공성이 저하된다. 이 때문에, Ni와 Cu의 함유량의 상한은, 모두 5.0％ 이하로 한다.

Ca: 0.0001％ 내지 0.02％, Mg: 0.0001％ 내지 0.02％, Zr: 0.0001％ 내지 0.02％, 및, Rem: 0.0001％ 내지 0.02％의 1종 또는 2종 이상

Ca, Mg, Zr 및 Rem(희토류 원소)은 모두, 강 내의 MnS의 형태를 제어하여 기계 특성의 향상에 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, 본 발명의 강의 우수한 특성을 손상시키지 않는 범위에서, Ca, Mg, Zr, 및, Rem을, 모두, 0.0001％ 이상 첨가할 수도 있다. 한편, Ca, Mg, Zr, 및, Rem이 0.02％를 초과하면 산화물이 조대화하여, 피로 강도가 저하되므로, 모두, 0.02％ 이하로 한다. 또한, Rem은 희토류 금속 원소를 나타내고, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로부터 선택되는 1종 이상이다.

Ti: 0.005％ 내지 0.5％, Nb: 0.0005％ 내지 0.5％, W: 0.0005％ 내지 0.5％, V: 0.0005％ 내지 0.5％, Ta: 0.0001％ 내지 0.2％, 및, Hf: 0.0001％ 내지 0.2％의 1종 또는 2종 이상

Ti, Nb, Ta, 및, Hf은 결정립의 이상 성장을 억제하여, 조직의 균질화에 기여한다. 이 효과를 얻기 위해서는, 본 발명의 강의 우수한 특성을 손상시키지 않는 범위에서, Ti은 0.005％ 이상, Nb은 0.0005％ 이상, Ta 및 Hf은 0.0001％ 이상 첨가할 수도 있다.

한편, Ti 및 Nb이 0.5％를 초과하고, 또한, Ta 및 Hf가 0.2％를 초과하면 경질의 탄화물이 생성되어 피삭성이 저하되므로, Ti 및 Nb은, 0.5％ 이하로 하고 Ta 및 Hf은 0.2％ 이하로 한다.

W과 V는, C 및/또는 N과 미세한 탄화물, 질화물, 및/또는 탄질화물을 형성하여, 결정립의 조대화를 방지하여, 조직의 균질화에 기여한다. 이 효과를 얻기 위해서는, 본 발명의 강의 우수한 특성을 손상시키지 않는 범위에서, 모두, 0.0005％ 이상 첨가할 수도 있다. 한편, W 및 V가 0.5％를 초과하면 경질의 탄화물이 생성되어 피삭성이 저하되므로, 모두, 0.5％ 이하로 한다.

Sb: 0.0001％ 내지 0.015％, Sn: 0.0005％ 내지 2.0％, Zn: 0.0005％ 내지 0.5％, Te: 0.0003％ 내지 0.2％, Se: 0.0003％ 내지 0.2％, Bi: 0.001％ 내지 0.5％, 및, Pb: 0.001％ 내지 0.5％의 1종 또는 2종 이상

Sb, Te, Se, Bi, 및, Pb은 피삭성 향상 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, 본 발명의 강의 우수한 특성을 손상시키지 않는 범위에서, 모두, Sb은 0.0001％ 이상, Te 및 Se는 0.0003％ 이상, Bi 및 Pb은 0.001％ 이상 첨가할 수도 있다.

한편, Sb이 0.015％를 초과하고, Te과 Se가 0.2％를 초과하고, 또는 Bi와 Pb이 0.5％를 초과하면 열간 취성이 발현되어, 흠집의 원인이 되거나, 압연이 곤란해지거나 하므로, Sb은 0.015％ 이하, Te와 Se는 0.2％ 이하, Bi와 Pb은 0.5％ 이하로 한다.

Sn과 Zn은, 페라이트를 취화하고, 공구 수명을 연장시킴과 함께, 표면 조도를 향상시키는 효과를 발휘하는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, 본 발명의 강의 우수한 특성을 손상시키지 않는 범위에서, 모두, 0.0005％ 이상 첨가할 수도 있다. 한편, Sn이 2.0％를 초과하고, 또한, Zn이 0.5％를 초과하면 강의 제조가 곤란해지므로, Sn은 2.0％ 이하, Zn은 0.5％ 이하로 한다.

Li: 0.00001％ 내지 0.005％, Na: 0.00001％ 내지 0.005％, K: 0.00001％ 내지 0.005％, Ba: 0.00001％ 내지 0.005％ 및 Sr: 0.00001％ 내지 0.005％의 1종 또는 2종 이상

Li, Na, K, Ba, 및/또는 Sr은, 그의 산화물이, CaO-Al₂O₃-SiO₂계 산화물에 받아들여져서 저융점 산화물을 형성하고, 절삭 시의 공구 표면에 벨라그로서 부착되어, 피삭성을 개선한다. 이 효과를 얻기 위해서는, 본 발명의 강의 우수한 특성을 손상시키지 않는 범위에서, 모두, 0.00001％ 이상 첨가할 수도 있다.

한편, 0.005％를 초과하면 용강을 보유 지지하는 내화물이 용손(溶損)하는 경우도 있어서, Li, Na, K, Ba, 및, Sr은 모두 0.005％ 이하로 한다.

본 발명의 강의 성분 조성은 이상과 같고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 또한, 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 따라서는, 불가피적 불순물(예를 들면, As, Co 등)이 강 내에 혼입되는데, 본 발명의 강의 우수한 특성을 저해하지 않는 범위이면 허용된다.

실시예

다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하는데, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위하여 채용한 일 조건 예이며, 본 발명은 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

(실시예)

표 2 및 3에 나타내는 성분 조성의 강을 용제하여, 65φ의 막대강으로 압연하였다. 표 4 내지 6에, 번호 1 내지 105의 강에 대해서, 수학식 1의 값, 수학식 2의 값, 수학식 3의 값, 수학식 4의 값, 및, 수학식 5의 값을 나타낸다. 강이 Cr을 함유하는 경우에는, 수학식 6의 값, 수학식 7의 값, 수학식 8의 값, 및, 수학식 9의 값을 나타낸다. 번호 1 내지 94의 강이 발명예이며, 번호 95 내지 105의 강이 비교예이다.

상기 막대강을 900℃×1시간 유지 후, 공냉의 처리를 하고, 시험편을 잘라내고, 켄칭 전에, 경도(Hv), 공구 마모량(㎛) 및 초석 페라이트 분율(％)을 측정하였다. 결과를 표 4 내지 6에 나타내었다. 또한, 켄칭 후, 경화층의 300℃ 템퍼링 경도 Hv, 및, 롤러 피칭 피로 강도(피로 한도, MPa)를 측정하였다. 결과를 표 4 내지 6에 나타내었다. 또한, 공구 마모량(㎛)은 시험편을 3 m분 절삭한 후, 공구의 최대 경사면 마모 깊이(크레이터 마모 깊이)를 촉진식 조도계로 측정하였다. 표 2 내지 6에서, 성분 조성 또는 수식이 본 발명의 조건 만족하지 않는 것에 대해서는, 밑줄을 그려 표시한다.

번호 95 및 96의 강은 수학식 1 또는 수학식 6을 만족하고 있지 않으므로, 공구 마모량이 크다.

번호 97의 강은 수학식 2를 만족하고 있지 않으므로, 경도가 낮아, 고강도 기계 부품용의 기계 구조용 강으로서는 사용할 수 없다.

번호 98 및 99의 강은 Al 첨가량이 부족하기 때문에, 공구 표면에 Al₂O₃막이 형성되지 않아 공구 마모량이 크다.

번호 100의 강은 Al 첨가량이 과잉이기 때문에, A₃점이 높아져서, 고주파 켄칭이 불가능하였다.

번호 101의 강은 Mn 첨가량이 과잉이기 때문에, 가공성이 저하되어서 공구 마모량이 크다.

번호 102의 강은 Cr 첨가량이 과잉이기 때문에, 가공성이 저하되어서 공구 마모량이 크다.

번호 103의 강은 N 첨가량이 과잉이기 때문에, 막대강 압연 시에 열간 취성이 발현되어 제조 불가였다.

번호 104의 강은 C 첨가량이 부족하기 때문에, 고주파 켄칭 후의 표면 경도가 부족하였다.

번호 105의 강은 C 첨가량이 과잉이기 때문에, 자연 균열이 발생하였다.

번호 1 내지 94의 강은 성분 조성, 및, 수학식 1, 수학식 2, 수학식 6 및 수학식 7을 만족하고 있으므로, 그의 특성이 원하는 수준에 도달하고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 피로 특성이 우수한 고강도 부품의 제조에 제공할 수 있는, 피삭성이 우수한 기계 구조용 강을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기계 제조 산업에 있어서 이용 가능성이 높은 것이다.

Claims

질량％로,
C: 0.40％ 내지 0.75％ 미만,
Si: 0.01％ 내지 3.0％,
Mn: 0.1％ 내지 1.8％,
S: 0.001％ 내지 0.1％,
Al: 0.1％ 초과 내지 1.0％, 및,
N: 0.001％ 내지 0.02％를 함유하고,
P: 0.05％ 이하로 제한하고,
잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강으로서,
C량: [C], Si량: [Si], Mn량: [Mn], 및, Al량: [Al]이 하기의 수학식 1 및 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
[수학식 1]

[수학식 2]
제1항에 있어서, 상기 강이, 또한, 하기의 수학식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
[수학식 3]
제1항에 있어서, 상기 강이, 또한, 하기의 수학식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
[수학식 4]
제2항에 있어서, 상기 강이, 또한, 하기의 수학식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
[수학식 4]
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강이, 또한, 하기의 수학식 5를 만족하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
[수학식 5]
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강이, 또한, 질량％로, B: 0.0001％ 내지 0.015％를 함유하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강이, 또한, 질량％로, Cr: 0.01％ 내지 0.8％, Mo: 0.001％ 내지 1.0％, Ni: 0.001％ 내지 5.0％, 및, Cu: 0.001％ 내지 5.0％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
여기서, Cr: 0.01％ 내지 0.8％를 함유하는 경우에는, 상기 수학식 1을 대신하여 하기 수학식 6을, 상기 수학식 2를 대신하여 하기 수학식 7을, 상기 수학식 3을 대신하여 하기 수학식 8을, 상기 수학식 4를 대신하여 하기 수학식 9를 사용한다.
[수학식 6]

[수학식 7]

[수학식 8]

[수학식 9]
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강이, 또한, 질량％로, Ca: 0.0001％ 내지 0.02％, Mg: 0.0001％ 내지 0.02％, Zr: 0.0001％ 내지 0.02％, 및, Rem: 0.0001％ 내지 0.02％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강이, 또한, 질량％로, Ti: 0.005％ 내지 0.5％, Nb: 0.0005％ 내지 0.5％, W: 0.0005％ 내지 0.5％, V: 0.0005％ 내지 0.5％, Ta: 0.0001％ 내지 0.2％, 및, Hf: 0.0001％ 내지 0.2％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강이, 또한, 질량％로, Sb: 0.0001％ 내지 0.015％, Sn: 0.0005％ 내지 2.0％, Zn: 0.0005％ 내지 0.5％, Te: 0.0003％ 내지 0.2％, Se: 0.0003％ 내지 0.2％, Bi: 0.001％ 내지 0.5％, 및, Pb: 0.001％ 내지 0.5％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강이, 또한, 질량％로, Li: 0.00001％ 내지 0.005％, Na: 0.00001％ 내지 0.005％, K: 0.00001％ 내지 0.005％, Ba: 0.00001％ 내지 0.005％ 및 Sr: 0.00001％ 내지 0.005％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
질량％로,
C: 0.40％ 내지 0.75％ 미만,
Si: 0.01％ 내지 3.0％,
Mn: 0.1％ 내지 1.8％,
S: 0.001％ 내지 0.1％,
Al: 0.1％ 초과 내지 1.0％, 및,
N: 0.001％ 내지 0.02％, 및,
B: 0.0001% 내지 0.015%, Cr: 0.01% 내지 0.8%, Mo: 0.001% 내지 1.0%, Ni: 0.001% 내지 5.0%, Cu: 0.001% 내지 5.0%, Ca: 0.0001% 내지 0.02%, Mg: 0.0001% 내지 0.02%, Zr: 0.0001% 내지 0.02%, Rem: 0.0001% 내지 0.02%, Ti: 0.005% 내지 0.5%, Nb: 0.0005% 내지 0.5%, W: 0.0005% 내지 0.5%, V: 0.0005% 내지 0.5%, Ta: 0.0001% 내지 0.2%, Hf: 0.0001% 내지 0.2%, Sb: 0.0001% 내지 0.015%, Sn: 0.0005% 내지 2.0%, Zn: 0.0005% 내지 0.5%, Te: 0.0003% 내지 0.2%, Se: 0.0003% 내지 0.2%, Bi: 0.001% 내지 0.5%, Pb: 0.001% 내지 0.5%, Li: 0.00001% 내지 0.005%, Na: 0.00001% 내지 0.005%, K: 0.00001% 내지 0.005%, Ba: 0.00001% 내지 0.005%, 및, Sr: 0.00001% 내지 0.005%의 1종 또는 2종 이상을 함유하고,
P: 0.05％ 이하로 제한하고,
잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강으로서,
C량: [C], Si량: [Si], Mn량: [Mn], 및, Al량: [Al]이 하기의 수학식 1 및 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
[수학식 1]

[수학식 2]

여기서, Cr: 0.01％ 내지 0.8％를 함유하는 경우에는, 상기 수학식 1을 대신하여 하기 수학식 6을, 상기 수학식 2를 대신하여 하기 수학식 7을 사용한다.
[수학식 6]

[수학식 7]
제12항에 있어서, 상기 강이, 또한, 하기의 수학식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
[수학식 3]

여기서, Cr: 0.01％ 내지 0.8％를 함유하는 경우에는, 상기 수학식 3을 대신하여 하기 수학식 8을 사용한다.
[수학식 8]
제12항에 있어서, 상기 강이, 또한, 하기의 수학식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
[수학식 4]

여기서, Cr: 0.01％ 내지 0.8％를 함유하는 경우에는, 상기 수학식 4를 대신하여 하기 수학식 9를 사용한다.
[수학식 9]
제13항에 있어서, 상기 강이, 또한, 하기의 수학식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
[수학식 4]

여기서, Cr: 0.01％ 내지 0.8％를 함유하는 경우에는, 상기 수학식 4를 대신하여 하기 수학식 9를 사용한다.
[수학식 9]
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강이, 또한, 하기의 수학식 5를 만족하는 것을 특징으로 하는 기계 구조용 강.
[수학식 5]