KR101685863B1

KR101685863B1 - 납 쾌삭강

Info

Publication number: KR101685863B1
Application number: KR1020157018484A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 하시무라; 고지 와타리
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2016-12-12
Also published as: KR20150092321A; JP5954483B2; WO2014125770A1; CN104995324A; JPWO2014125770A1; CN104995324B; TW201437390A; TWI510650B

Abstract

피삭성이 뛰어난 납 쾌삭강을 제공한다. 본 실시 형태에 의한 납 쾌삭강은, 질량%로, C：0.005~0.2%, Mn：0.3~2.0%, P：0.005~0.2%, S：0.01~0.7%, Pb：0.03~0.5%, N：0.004~0.02%, 및, O：0.003~0.03%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어진다. 또한, 강 중의 0.01~0.5㎛의 원 상당 직경을 갖는 Pb 개재물(40)의 수가 10000개/㎟ 이상이다.

Description

납 쾌삭강{LEAD-CONTAINING FREE-MACHINING STEEL}

본 발명은, 쾌삭강에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 납을 함유하는 납 쾌삭강에 관한 것이다.

자동차나 전자 제품 등의 일반적인 기계 제품은 복수의 부품을 포함한다. 이들 부품의 대부분은, 절삭 가공에 의해 제조된다. 따라서, 부품의 소재가 되는 강에는, 「깎아내기 용이함」, 즉, 뛰어난 피삭성이 요구된다.

쾌삭강은 피삭성이 뛰어나다. 대표적인 쾌삭강은 예를 들어, JIS 규격으로 규정된 SUM23, SUM24L 등이다. Pb는 강의 피삭성을 높이기 위해, 쾌삭강의 대부분은 Pb를 함유한다. 이하, Pb를 함유하는 쾌삭강을 납 쾌삭강이라고 부른다.

최근, 환경에 대한 배려를 위해, Pb 함유량을 억제한 쾌삭강이나, Pb를 함유하지 않는 Pb 프리 쾌삭강이 제안되어 있다. 그러나, 피삭성은 납 쾌삭강의 쪽이 뛰어나다. 따라서, 현재에도 납 쾌삭강의 수요는 높다. 최근에는, 부품의 형상 및 표면 거칠기 등의 표면 품질에 대하여 더욱 높은 정밀도가 요구되고 있다. 이 때문에, 납 쾌삭강에 있어서도 피삭성의 향상이 더욱 요구되고 있다.

종래부터, Pb를 함유하면, 피삭성이 높아지는 것은 알려져 있다. 그러나, 강 중에서의 Pb의 존재 형태에 대한 보고 사례는 거의 없다. 또한, 상술의 저탄소 납 쾌삭강 SUM24L는 Pb, S 및 P를 함유한다. 그러나, SUM24L에서도 피삭성이 충분하지 않은 경우가 있어, 원하는 표면 거칠기를 얻을 수 없는 경우가 있다. 또한, SUM24L에 상당하는 화학 조성에, 피삭성을 높이는 S나 P를 더 함유하면, 피삭성이 높아지지만, 제조 공정 중에 깨지기 쉬워진다.

일본국 특허공개 평 11－222646호 공보(특허 문헌 1) 및 일본국 특허공개 2004－176175호 공보(특허 문헌 2)는, 쾌삭강의 피삭성의 개선을 제안한다. 구체적으로는, 특허 문헌 1및 특허 문헌 2에서는, 강 중의 MnS 개재물의 형태를 제어하여, 강의 피삭성을 높이고 있다.

일본국 특허공개 평 11－222646호 공보 일본국 특허공개 2004－176175호 공보

그러나, 납 쾌삭강의 경우, MnS 개재물의 형태를 단순히 제어한 것 만으로는, 충분한 피삭성을 얻을 수 없는 경우가 있다.

본 발명의 목적은, 피삭성이 뛰어난 납 쾌삭강을 제공하는 것이다.

본 실시 형태에 의한 납 쾌삭강은, 질량%로, C：0.005~0.2%, Mn：0.3~2.0%, P：0.005~0.2%, S：0.01~0.7%, Pb：0.03~0.5%, N：0.004~0.02%, 및, O：0.003~0.03%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어진다. 또한, 강 중의 0.01~0.5㎛의 원 상당 직경을 갖는 Pb 개재물수가 10000개/㎟ 이상이다.

본 실시 형태에 의한 납 쾌삭강은, 뛰어난 피삭성을 갖는다.

바람직하게는, 상기 납 쾌삭강에서는, 강 중의 0.01~0.5㎛의 원 상당 직경을 갖는 Pb 개재물수와, 0.01~0.5㎛의 원 상당 직경을 갖는 MnS 개재물수의 총계가 15000개/㎟ 이상이다.

상기 납 쾌삭강은, Fe의 일부를 대신하여, Cu：0.5% 이하, Ni：0.5% 이하, 및, Sn：0.5% 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다. 또한, 상기 납 쾌삭강은, Fe의 일부를 대신하여, Te：0.2% 이하, 및, Bi：0.5% 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다. 또한 상기 쾌삭강은 Fe의 일부를 대신하여, Cr：0.5% 이하, 및, Mo：0.5% 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다.

도 1a는 절삭시에 있어서, 구성 날끝이 큰 경우의 절삭면 근방의 단면도이다.
도 1b는 절삭시에 있어서, 구성 날끝이 작은 경우의 절삭면 근방의 단면도이다.
도 2는 강 중의 Pb 개재물 및 Pb－MnS 개재물의 사진 화상이다.
도 3은 매트릭스 중의 미세한 Pb 개재물의 사진 화상이다.
도 4는 주조 공정에 있어서의 냉각 속도를 설명하기 위한 모식도이다.
도 5a는 플랜지 절삭 시험을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5b는 플랜지 절삭 시험을 설명하기 위한 다른 모식도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시의 형태를 자세하게 설명한다. 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙여 그 설명은 반복하지 않는다. 이하, 원소의 함유량의 「%」는, 질량%를 의미한다.

본 발명자 들은, 납 쾌삭강 중의 Pb 개재물 및 MnS 개재물의 형태와 피삭성의 관계에 주목하여, 조사 및 검토를 행했다. 그 결과, 본 발명자 등은 다음의 지견을 얻었다.

(A) 강의 피삭성이 높으면, 절삭 가공된 강재의 표면 거칠기는 양호하게 되고, 절삭 공구의 수명도 연장된다. 피삭성은, 절삭 중에 절삭 공구의 날끝에 부착되는 「구성 날끝」의 영향을 받는다.

구성 날끝이란, 절삭되어 있는 강재의 일부이며, 절삭 가공 중의 절삭 공구의 날끝에 부착되는 것을 의미한다. 절삭 중에 있어서, 구성 날끝은 공구로부터의 탈락과 부착을 반복하면서, 실질적인 날끝으로서 기능한다. 따라서, 구성 날끝은, 피삭성에 영향을 준다.

도 1a 및 도 1b는, 절삭 가공의 도중에 절삭 공구를 떼어낸 후의, 절삭면 근방의 단면도이다. 도면 중의 백색의 파선은, 절삭 공구(3)의 날끝 위치를 의미한다. 도 1a에서는, 큰 구성 날끝(2)이 형성되어 있고, 구성 날끝(2)이 절삭 공구(3)로부터 떨어져 강재(1)에 부착되어 있다. 한편, 도 1b에서는, 구성 날끝이 도 1a보다도 충분히 작기 때문에, 절삭 공구(3)와 함께 강재(1)로부터 이탈되어 있다.

이상과 같이, 구성 날끝이 크게 성장하면, 구성 날끝이 강재에 부착되기 쉬워진다. 강재에 부착된 구성 날끝은, 절삭 공구와 다시 접촉한다. 이 때 절삭 공구가 손상되는 경우가 있다. 또한, 강재에 부착된 구성 날끝에 의해, 강재의 절삭 표면의 표면 거칠기가 거칠어지는 경우가 있다. 또한, 구성 날끝이 절삭 공구로부터 이탈하는 경우, 구성 날끝의 일부가 절삭 공구에 잔존하는 경우가 있다. 이 경우, 잔존한 구성 날끝의 일부가 핵이 되어, 다시 구성 날끝이 성장해 버린다. 이 때문에, 절삭 공구가 손상되거나, 강재 표면이 거칠어진다.

한편, 도 1b와 같이 구성 날끝이 작은 경우, 구성 날끝은 강재 및 절삭 공구로부터 용이하게 이탈하기 쉽다. 이 경우, 구성 날끝이 절삭 공구의 수명에 영향을 주기 어려워, 강재의 표면 거칠기도 양호해(작아)지기 쉽다.

이상과 같이, 구성 날끝은 작은 쪽이 바람직하고, 절삭시에 구성 날끝이 성장하기 어려운 쪽이 바람직하다. 구성 날끝이 작은 경우, 구성 날끝의 탈락에 따르는 크랙 생성이 촉진된다. 또한, 구성 날끝은 미세한 채로 빈번히 탈락하기 때문에, 표면 거칠기가 양호해져, 공구 수명도 연장된다. 즉, 피삭성이 높아진다.

(B)도 2는, 미크로 조직 관찰에 의해 얻어진 납 쾌삭강의 단면 사진이다. 도 2를 참조하여, 납 쾌삭강 중에는, 매트릭스(100)와, Pb 개재물(4)과, MnS 개재물과, Pb－MnS 개재물(7)이 존재한다. 본 명세서에 있어서, Pb 개재물(4)이란, Pb 및 불순물로 이루어지는 개재물을 의미한다. MnS 개재물은, Mn, S 및 불순물로 이루어지는 개재물을 의미한다. Pb－MnS 개재물(7)이란, MnS 개재물(5)과, MnS 개재물(5)의 표면에 부착되는 Pb6를 함유하는 개재물을 의미한다. 이들 3개의 개재물을 총칭하여, 본 명세서에서는, 「쾌삭 개재물」로 부른다.

강재의 연신 방향(예를 들어 압연 방향)의 단면에 있어서의, 각 개재물(Pb 개재물(4), MnS 개재물 및 Pb－MnS 개재물(7))의 원 상당 직경은, 0.5㎛보다도 큰 경우가 있다. 이하, 0.5㎛보다도 큰 원 상당 직경을 갖는 Pb 개재물, MnS 개재물 및 Pb－MnS 개재물을, 「조대 쾌삭 개재물」로 부른다. 조대 쾌삭 개재물은, 절삭시에 있어서, 응력 집중을 일으켜 크랙 발생 및 진전을 촉진한다. 조대 쾌삭 개재물의 어스펙트비가 작고, 구형상일수록, 응력 집중이 일어나기 쉬워, 크랙이 발생 및 진전하기 쉽다.

(C) 한편, 매트릭스(100) 중에는, 강재의 연신 방향의 단면에 있어서의 원 상당 직경이 0.5㎛ 이하의 Pb 개재물이 존재한다. 이하, 강재의 연신 방향의 단면에 있어서의 원 상당 직경이 0.01~0.5㎛인 Pb 개재물을 「미세 Pb 개재물」로 부른다.

도 3은, 레플리카 추출법에 의해 얻어진, 본 실시 형태의 납 쾌삭강의 매트릭스(100) 중의 미세 Pb 개재물(40)의 사진 화상이다. 도 3을 참조하여, 매트릭스(100) 중에는, 어스펙트비가 작은 구형상의 미세 Pb 개재물(40)이 분산하여 존재한다.

미세 Pb 개재물은, 매트릭스를 취화한다. 따라서 매트릭스 중에 미세 Pb 개재물이 다수 분산해 있으면, 구성 날끝이 조대하게 성장하지 않고, 미세한 구성 날끝이 생성 및 탈락을 반복하기 쉽다. 그 결과, 납 쾌삭강의 피삭성이 높아진다. 구체적으로는, 미세 Pb 개재물수가 10000개/㎟ 이상이면, 뛰어난 피삭성이 얻어진다.

(D) 매트릭스 중에, 미세 Pb 개재물과 함께, 강재의 연신 방향의 단면에 있어서의 원 상당 직경이 0.01~0.5㎛인 MnS 개재물이 다수 존재하면, 더욱 뛰어난 피삭성을 얻을 수 있다. 이하, 강재의 연신 방향의 단면에 있어서의 원 상당 직경이 0.01~0.5㎛인 MnS 개재물을, 「미세 MnS 개재물」로 부른다. 미세 MnS 개재물은, 미세 Pb 개재물보다도 효과가 낮지만, 매트릭스를 취화한다. 따라서, 미세 Pb 개재물뿐만 아니라, 미세 MnS 개재물도 매트릭스에 다수 분산되어 있으면, 피삭성이 더욱 높아진다. 구체적으로는, 미세 Pb 개재물수 및 미세 MnS 개재물수의 총계가 15000개/㎟ 이상이면, 납 쾌삭강의 피삭성은 더욱 높아진다.

이상의 지견에 의거하여, 본 발명자 등은, 본 실시 형태에 의한 납 쾌삭강을 완성했다. 이하, 본 실시 형태에 의한 납 쾌삭강에 대하여 상술한다.

［화학 조성］

본 실시의 형태에 의한 납 쾌삭강은, 이하의 화학 조성을 갖는다.

C：0.005~0.2%

탄소(C)는, 강의 강도를 높인다. C는 또한 강 중의 산소량 및 피삭성에 영향을 준다. C 함유량이 너무 낮으면, 강 중에 산소가 다량으로 잔존하여, 핀홀이 발생한다. 또한, 경질 산화물이 생성되어, 피삭성이 저하한다. 한편, C 함유량이 너무 높으면, 강의 강도가 너무 높아 져서, 피삭성이 저하한다. 따라서, C 함유량은 0.005~0.2%이다. C 함유량의 바람직한 하한은 0.005%보다도 높고, 더욱 바람직하게는 0.05%이며, 더욱 바람직하게는 0.07%이다. C 함유량의 바람직한 상한은 0.2% 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.12%이며, 더욱 바람직하게는 0.09%이다.

Mn：0.3~2.0%

망간(Mn)은, 용강 중에 있어서 연질인 산화물을 형성하여, 경질 산화물의 생성을 억제한다. 이 때문에, 강의 피삭성이 높아진다. Mn은 또한 S와 결합하여 MnS를 형성하여, 고용 S량을 저감한다. 고용 S량이 저감되면, 고온 취화 깨짐이 억제된다. Mn 함유량이 너무 낮으면, 상기 효과를 얻기 어렵다. Mn 함유량이 너무 낮으면 또한 S가 MnS를 형성하는 대신에 FeS를 형성하여, 강이 취화한다. 한편, Mn 함유량이 너무 높으면, 강의 경도가 너무 높아져, 피삭성 및 냉간 가공성이 저하한다. 따라서, Mn 함유량은 0.3~2.0%이다. Mn 함유량의 바람직한 하한은 0.3%보다도 높고, 더욱 바람직하게는 0.5%이며, 더욱 바람직하게는 0.8%이다. Mn 함유량의 바람직한 상한은 2.0% 미만이며, 더욱 바람직하게는 1.8%이며, 더욱 바람직하게는 1.6%이다.

P：0.005~0.2%

인(P)은 강을 취화하여, 강의 피삭성을 높인다. P 함유량이 너무 낮으면, 이 효과를 얻을 수 없다. 한편, P함유량이 너무 높으면, 피삭성 향상의 효과가 포화한다. P 함유량이 너무 높으면 또한 강을 안정적으로 제조하는 것이 곤란해진다. 따라서, P 함유량은 0.005~0.2%이다. P함유량의 바람직한 하한은 0.005%보다도 높고, 더욱 바람직하게는 0.03%이며, 더욱 바람직하게는 0.05%이다. P함유량의 바람직한 상한은 0.2%미만이며, 더욱 바람직하게는 0.15%이며, 더욱 바람직하게는 0.1%이다.

S：0.01~0.7%

유황(S)은, Mn과 결합하여 MnS 개재물을 형성한다. MnS 개재물은 강의 피삭성을 높인다. 또한, Pb는, 응고 과정에서 정출(晶出)한 MnS의 주변에 응집되므로, MnS는, Pb를 강 중에 균일하게 분산한다. S함유량이 너무 낮으면, 상기 효과를 얻을 수 없다. 한편, S함유량이 너무 높으면, 조대한 MnS를 주성분으로 하는 황화물이 생성되어, 열간 변형 특성이 저하한다. 따라서, S 함유량은 0.01~0.7%이다. 피삭성과 압연 등의 제조성과의 밸런스를 고려한 경우, S 함유량의 바람직한 하한은 0.01%보다도 높고, 더욱 바람직하게는 0.05%이며, 더욱 바람직하게는 0.15%이다. S함유량의 바람직한 상한은 0.7% 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.5%이며, 더욱 바람직하게는 0.4%이다. 제조시에 있어서의 강의 품질 안정성을 유지하면서, 피삭성 이외의 기계적 특정보다도 피삭성을 우선하는 경우, 바람직한 S함유량은 0.28% 이상이다.

Pb：0.03~0.5%

납(Pb)은 매트릭스의 Fe에 거의 고용하지 않고, 연질의 Pb 개재물을 형성한다. Pb는 또한 MnS 주변에 인접하여, Pb－MnS 개재물을 형성한다. Pb는 또한 매트릭스 중에 미세 Pb 개재물로서 존재하여, 강의 피삭성을 높인다. Pb 함유량이 너무 낮으면, 상기 효과를 얻을 수 없다. 한편, Pb 함유량이 너무 높으면, 납 쾌삭강을 안정되게 제조하는 것이 곤란해진다. 따라서, Pb 함유량은 0.03~0.5%이다. Pb 함유량의 바람직한 하한은 0.03%보다도 높고, 더욱 바람직하게는 0.1%이며, 더욱 바람직하게는 0.15%이다. Pb 함유량의 바람직한 상한은 0.5% 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.4%이며, 더욱 바람직하게는 0.35%이다.

N：0.004~0.02%

질소(N)는 피삭성 및 절삭 후의 표면 거칠기에 영향을 준다. N 함유량이 너무 높으면, 절삭시의 강 중의 전위가 움직이기 쉽다. 이 때문에, 매트릭스의 연성이 너무 높아진다. 이 경우, 절삭 잡아뜨어지기 쉬워져, 양호한 표면 거칠기를 얻을 수 없다. 한편, N 함유량이 너무 높으면, 전위가 움직이기 어려워진다. 이 경우, 강이 취화하여, 신선(伸線)이나 냉간 단조 등의 절삭 이외의 냉간 가공시에 강이 깨지기 쉬워진다. 따라서, N 함유량은 0.004~0.02%이다. N 함유량의 바람직한 하한은 0.004%보다도 높고, 더욱 바람직하게는 0.006%이며, 더욱 바람직하게는 0.008%이다. N함유량의 바람직한 상한은 0.02% 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.018%이며, 더욱 바람직하게는 0.015%이다.

O：0.003~0.03%

산소(O)는, MnS의 형상에 영향을 준다. O함유량이 너무 낮은 경우, MnS 중의 산소량도 저감한다. 이 때문에, MnS의 연신성이 높아진다. 압연 등에 의해 강을 가공한 경우, 소정의 방향(예를 들어 압연 방향)으로 MnS가 연신하기 쉬워져, 강에 이방성이 발생하기 쉬워진다. 이 경우, 절삭시에 구성 날끝이 대형화하거나, 절삭된 강 부분의 불규칙한 탈락이 발생한다. 이 때문에, 강의 표면이 거칠어지거나, 공구가 열화하기도 한다. 본 실시 형태에서는 특히, MnS의 형상은 Pb의 분산에 영향을 준다. 이 때문에, 어스펙트비가 높은(즉, 연신한) MnS는 바람직하지 않다. 한편, O함유량이 너무 높은 경우, 강 중에서 과잉의 경질 산화물이 형성되어, 강의 피삭성이 저하한다. 따라서, O함유량은 0.003~0.03%이다. O함유량의 바람직한 하한은 0.003%보다도 높고, 더욱 바람직하게는 0.005%이며, 더욱 바람직하게는 0.008%이며, 더욱 바람직하게는 0.012%이다. O함유량의 바람직한 상한은 0.03% 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.025%이며, 더욱 바람직하게는 0.022%이다. 내화물의 용손 등을 고려한 경우, O함유량의 더욱 바람직한 상한은 0.018%이다.

본 실시의 형태에 의한 납 쾌삭강의 잔부는 철(Fe) 및 불순물로 이루어진다. 여기서 말하는 불순물은, 강의 원료로서 이용되는 광석이나 스크랩, 또는 제조 과정의 환경 등으로부터 혼입되는 원소를 말한다.

［미세 Pb 개재물에 대하여］

본 실시 형태에 의한 쾌삭강에서는, 강재의 연신 방향의 단면에 있어서의 원 상당 직경이 0.01~0.5㎛인 Pb 개재물(미세 Pb 개재물) 수 N_Pb가 10000개/㎟ 이상이다. 상술과 같이, 미세 Pb 개재물이 매트릭스 중에 다수 분산함으로써, 매트릭스가 취화한다. 이 때문에, 절삭 시에 있어서, 미세한 구성 날끝이 빈번히 생성 및 탈락한다. 그 결과, 피삭성이 높아진다. 미세 Pb 개재물수 N_Pb가 10000개/㎟ 미만인 경우, 매트릭스가 충분히 취화하지 않는다. 이 때문에, 구성 날끝의 생성 및 이탈이 조대 쾌삭 개재물의 형상에 기인하기 쉬워진다. 강 중에 어스펙트비가 큰(즉, 연신한) 조대 쾌삭 개재물이 존재하는 경우, 조대 개재물을 포함하는 강 부분의 재질이 불균일해진다. 이 때문에, 구성 날끝의 부착, 생성 및 성장도 절삭 날끝의 폭 방향으로 불균일하게 발생하기 쉬워진다. 이 경우, 구성 날끝은 요철이 크고, 또한, 조대해지기 쉽다. 그 결과, 이탈되는 구성 날끝의 탈락편의 형상이 불규칙하고 또한 커져, 공구 손상의 원인이 되거나 표면 거칠기를 열화시키기도 한다. 즉, 피삭성이 저하한다.

미세 Pb 개재물수 N_Pb는 바람직하게는 15000개/㎟ 이상이며, 더욱 바람직하게는 20000개/㎟ 이상이다. 미세 Pb 개재물수 N_Pb의 상한은 특별히 한정되지 않는다. 미세 Pb 개재물수 N_Pb의 상한은 예를 들어 100만개/㎟이다.

［미세 MnS 개재물에 대하여］

바람직하게는 또한 강재의 연신 방향의 단면에 있어서, 상기 미세 Pb 개재물수와, 0.01~0.5㎛의 원 상당 직경을 갖는 MnS 개재물(미세 MnS 개재물) 수의 총 수(이하, 미세 쾌삭 개재물 총 수 TN라고 한다)가, 15000개/㎟ 이상이다. 미세 MnS 개재물은, 미세 Pb 개재물보다도 효과는 작기만, 매트릭스를 취화한다. 따라서, 미세 쾌삭 개재물 총수 TN이 15000개/㎟ 이상인 경우, 매트릭스는 더욱 취화하여, 피삭성이 더욱 높아진다.

미세 쾌삭 개재물 총수 TN은 바람직하게는 20000개/㎟ 이상이며, 더욱 바람직하게는 25000개/㎟ 이상이다. 미세 쾌삭 개재물 총수 TN의 상한은 특별히 한정되지 않는다. 미세 쾌삭 개재물 총수 TN의 상한은 예를 들어, 100만개/㎟이다.

［미세 Pb 개재물수 N_Pb 및 미세 쾌삭 개재물 총수 TN의 측정 방법］

미세 Pb 개재물수 N_Pb 및 미세 쾌삭 개재물 총수 TN는, 다음의 측정 방법으로 구해진다. 납 쾌삭강재(예를 들어, 봉강, 선재 등)의 연신 방향(예를 들어 압연 방향)으로 평행하고, 납 쾌삭강재의 중심선을 포함하는 단면(이하, 주면이라고 한다)을 연마한다. 주면에 있어서, 납 쾌삭강재의 표면으로부터 직경 방향을 향해 반경의 1/2깊이의 위치(이른바 R/2 위치) 부분으로부터 시험편을 채취한다. 시험편의 주면으로부터, 추출 레플리카법에 의거하여, 샘플을 작성한다. 투과 전자 현미경(TEM)을 이용하여, 샘플 표면 중 임의의 10시야의 TEM 화상을 얻는다. TEM의 배율은 20000배로 한다. 각 시야의 면적은 50㎛²(10㎛×5㎛, 즉, 5×10^－4㎟)로 한다.

각 시야에 있어서, 개재물을 분류한다. 구체적으로는, EPMA(전자선 마이크로 애널라이저) 또는 EDS(에너지 분산형 X선 마이크로 애널라이저)에 의해, 개재물을 동정한다. 이에 따라, Pb 개재물 및 MnS 개재물을 특정할 수 있다.

또한, 각 시야의 각 개재물의 원 상당 직경을 구한다. 원 상당 직경이란, 개재물의 면적을 동일한 면적의 원으로 환산한 경우의 원의 직경을 의미한다. 원 상당 직경은, TEM 화상을 이용해 주지의 입도 분포 측정 소프트웨어를 이용해 측정할 수 있다.

이상의 측정에 의해, 10시야 중의 원 상당 직경 0.01~0.5㎛의 Pb 개재물(미세 Pb 개재물)의 총수 N1(개) 및 10시야 중의 원 상당 직경 0.01~0.5㎛의 MnS 개재물(미세 MnS 개재물)의 총수 N2(개)를 구한다. 그리고, 다음의 식(1) 및 식(2)에 의해, 미세 Pb 개재물수 N_Pb(개/㎟)와 미세 쾌삭 개재물 총수 TN(개/㎟)를 구한다.

N_Pb＝N1/TA (1)

TN＝(N1＋N2)/TA (2)

여기서, TA(㎟)는, 10시야의 총 면적이다. 상기 조건에 있어서, TA＝5×10^－4(㎟)이다.

［선택 원소에 대하여］

본 실시의 형태에 의한 납 쾌삭강은 또한 Fe의 일부에 대신하여, Cu, Ni 및 Sn로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다. 이들 선택 원소는 내식성을 높인다.

Cu：0.5% 이하

구리(Cu)는 선택 원소이다. Cu는 강의 내식성을 높인다. Cu는 또한 강의 피삭성을 높인다. 한편, Cu 함유량이 너무 높으면, 강의 열간 연성이 저하한다. 따라서, Cu 함유량은 0.5% 이하이다. Cu 함유량이 0.05% 이상이면, 상기 효과가 현저하게 얻어진다. Cu 함유량의 더욱 바람직한 하한은 0.07%이며, 더욱 바람직하게는 0.15%이다. Cu 함유량의 바람직한 상한은 0.5% 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.4%이며, 더욱 바람직하게는 0.3%이다.

Ni：0.5% 이하

니켈(Ni)은 선택 원소이다. Ni는 강의 내식성을 높인다. Ni는 강의 연성을 더욱 높인다. 납 쾌삭강이 Cu를 함유하는 경우는, Ni는 납 쾌삭강의 취화를 억제하여, 강의 제조 안정성을 높인다. 한편, Ni 함유량이 너무 높으면, 연성이 너무 높아져 피삭성이 저하한다. 따라서, Ni 함유량은 0.5% 이하이다. Ni 함유량이 0.05% 이상이면, 상기 효과가 현저하게 얻어진다. Ni 함유량의 더욱 바람직한 하한은 0.1%이다. Ni 함유량의 바람직한 상한은 0.5% 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.4%이며, 더욱 바람직하게는 0.3%이다.

Sn：0.5% 이하

주석(Sn)은 선택 원소이다. Sn은 강의 내식성을 높인다. Sn은 강의 피삭성을 더욱 높인다. 한편, Sn 함유량이 너무 높으면, 강의 열간 연성이 저하한다. 따라서, Sn 함유량은 0.5% 이하이다. Sn 함유량이 0.05% 이상이면, 상기 효과가 현저하게 얻어진다. Sn 함유량의 더욱 바람직한 하한은 0.1%이며, 더욱 바람직하게는 0.2%이다. Sn 함유량의 바람직한 상한은 0.5% 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.4%이며, 더욱 바람직하게는 0.3%이다.

본 실시 형태에 의한 납 쾌삭강은 또한 Fe의 일부를 대신하여, Te 및 Bi로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다. 이들 원소는 선택 원소이며, 강의 피삭성을 높인다.

Te：0.2% 이하

텔루르(Te)는 선택 원소이다. Te는 강의 피삭성을 높인다. Te는 특히, 쾌삭 개재물의 형상 제어에 유효하고, 구체적으로는, MnS 개재물, Pb－MnS 개재물의 어스펙트비를 작게 한다. 한편, Te 함유량이 너무 높으면, 강의 열간 연성이 저하한다. 따라서, Te 함유량은 0.2% 이하이다. Te 함유량이 0.0003% 이상이면, 상기 효과가 현저하게 얻어진다. Te 함유량의 더욱 바람직한 하한은 0.0008%이며, 더욱 바람직하게는 0.01%이다. Te 함유량의 바람직한 상한은 0.2% 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.1%이며, 더욱 바람직하게는 0.05%이다.

Bi：0.5% 이하

비스마스(Bi)는 선택 원소이다. Bi는 강의 피삭성을 높인다. 한편, Bi 함유량이 너무 높으면, 강의 열간 연성이 저하한다. 따라서, Bi 함유량은 0.5% 이하이다. Bi 함유량이 0.005% 이상이면, 상기 효과가 현저하게 얻어진다. Bi 함유량의 더욱 바람직한 하한은 0.008%이며, 더욱 바람직하게는 0.01%이다. Bi 함유량의 바람직한 상한은 0.5% 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.1%이며, 더욱 바람직하게는 0.05%이다.

본 실시의 형태에 의한 납 쾌삭강은 또한 Fe의 일부를 대신하여, Cr 및 Mo로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다. 이들 선택 원소는 압연 후의 강의 경도를 높인다.

Cr, Mo는 담금질성을 높인다. 이 때문에, 본 실시 형태의 납 쾌삭강과 같은 저탄소강에 있어서도, 압연 후의 소재의 강도를 조정하기 위해서 유효한 경우가 있다. 본 실시 형태의 납 쾌삭강은 신선되어 가공 경화한 재료를 깎는 경우가 많다. 일반적으로 강은 단단한 쪽이 표면 거칠기가 뛰어나지만, 공구 마모가 촉진된다. 이 때문에, 강의 단단함은 치수 정밀도에 영향을 준다. 정밀 부품에 있어서, 신선에 의한 가공 경화 후의 강의 경도를 150~250HV 정도로 제어하는 것이 바람직하고, 또한, 가공하는 형상이나 절삭량에 의해서 최적의 경도로 조정하는 것이 바람직하다.

신선에 의한 가공 경화 후의 강의 경도는 압연 후의 강의 경도, 가공 경화 특성 및 가공량으로 결정될 수 있다. 가공량(예를 들어 신선 감면율)이 작은 경우, 가공 후의 경도는 커지기 어렵다. 이 때문에, 미리 압연 후의 강의 경도를 높여 두는 것이 유효하다. 이를 위해서는 Cr 및/또는 Mo와 같은 담금질성을 향상시키는 원소가 유효하다.

Cr：0.5% 이하

크롬(Cr)은 선택 원소이다. Cr은 압연 후의 강의 경도를 높인다. Cr 함유량이 너무 높으면, 강이 너무 단단해지거나, 쾌삭강으로서의 피삭성을 얻기 어려워진다. 따라서, Cr 함유량은 0.5% 이하이다. Cr 함유량이 0.05% 이상이면, 상기 효과가 현저하게 얻어진다. Cr 함유량의 바람직한 하한은 0.08%이며, 더욱 바람직하게는 0.1%이다. Cr 함유량의 바람직한 상한은 0.5% 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.3%이며, 더욱 바람직하게는 0.2%이다.

Mo：0.5% 이하

몰리브덴(Mo)은 선택 원소이다. Mo는 압연 후의 강의 경도를 높인다. Mo 함유량이 너무 높으면, 강이 너무 단단해지거나 쾌삭강으로서의 피삭성을 얻기 어려워진다. 따라서, Mo 함유량은 0.5% 이하이다. Mo 함유량이 0.02% 이상이면, 상기 효과가 현저하게 얻어진다. Mo 함유량의 바람직한 하한은 0.03%이다. Mo 함유량의 바람직한 상한은 0.2% 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.1%이다.

［제조 방법］

상술의 납 쾌삭강의 제조 방법의 일예를 다음에 설명한다.

처음에, 상술의 화학 조성을 만족하는 용강을 연속 주조법에 의해 주물편으로 한다. 또는, 용강을 조괴법에 의해 잉곳으로 한다(주조 공정). 그리고, 주물편 또는 잉곳을 열간 가공하여 납 쾌삭강재를 제조한다(열간 가공 공정). 이하, 각각의 공정에 대하여 상술한다.

［주조 공정］

주조 공정에서는, 용강을 주조하여 주물편을 제조한다. 주물편의 횡단면적은 예를 들어, 350mm×560mm, 220mm×220mm 및 150mm×150mm 중 어느 하나이다. 그 소재의 단면적 및 응고 과정에서의 냉각 조건에 의해, 용강의 냉각 속도 RC가 제어된다. Pb는 용강에의 용해도가 거의 없고, 용강 중에서 액적으로서 분산한다. 응고시에 있어서, Pb는 MnS 개재물과 응집하여 조대 쾌삭 개재물(Pb－MnS 개재물)을 형성하거나, Pb 입자들끼리 응집하여 조대한 Pb 개재물을 생성하기도 한다. Pb는 또한 미세 Pb 개재물도 생성한다. 용강을 충분히 교반하고, 또한, 응고시에 있어서의 냉각 속도 RC를 제어함으로써, 미세 Pb 개재물이 강 중에서 다수 분산된다.

도 4는, 주조된 주물편의 횡단면도이다. 두께 W(mm)의 주물편 중, 표면으로부터 소재 중심을 향해 W/4의 위치의 지점 P1에 있어서, 액상 선온도로부터 고상 선온도까지의 냉각 속도를, 주조 공정 S1에 있어서의 냉각 속도 RC(℃／min)로 정의한다. 냉각 속도 RC가 15~30℃／min이면, 미세 Pb 개재물이 강 중에 다수 분산된다.

냉각 속도 RC가 15℃／min 미만인 경우, 응고가 너무 느리므로, Pb가 침강하거나 MnS 개재물 주변에 응집하여 조대한 Pb－MnS 개재물을 생성하기도 한다. 이 때문에, 미세 Pb 개재물수 N_Pb가 10000개/㎟ 미만이 된다.

한편, 냉각 속도 RC가 30℃／min를 초과하면, 고용 S가 과잉으로 증대한다. 그 결과, 강의 열간 연성이 저하한다. 이 때문에, 연속 주조법에 의해 소재(주물편)를 제조하는 경우, 브레이크 아웃이 발생하는 경우가 있다. 또한, 열간 가공 중에 소재가 깨지거나, 깨짐에 기인하는 흠이 발생하는 경우가 있다.

냉각 속도(RC)는 다음의 방법으로 구할 수 있다. 응고 후의 소재를 횡단 방향으로 절단한다. 소재의 횡단면 중, 지점 P1에서의 응고 조직의 두께 방향의 2차 덴드라이트 아암 간격 λ2(㎛)를 측정한다. 측정치 λ2를 이용하여, 다음의 식(3)에 의거하여 냉각 속도 RC(℃／min)를 구한다.

RC＝(λ2/770)^－(1/0.41) (3)

2차 덴드라이트 아암 간격 λ2는 냉각 속도에 의존한다. 따라서, 2차 덴드라이트 아암 간격 λ2를 측정함으로써 냉각 속도 RC를 구할 수 있다.

또한, 연속 주조시에 있어서, 용강을 충분히 교반한다. 구체적으로는, 연속 주조시에 몰드 내의 용강을 교반하여, 용강 유속 VE를 10~40 cm/s로 한다.

용강 유속 VE가 10cm/s미만이면, 교반이 불충분하다. 이 때문에, 미세 Pb 개재물이 생성, 균일하게 분산하기 어려워, 미세 Pb 개재물수 N_Pb가 10000개/㎟ 미만이 된다. 한편, 용강 유속 VE가 40cm/s를 초과하면, 탕면의 변동이 너무 커져서 연속 주조가 곤란해진다.

이상과 같이, 용강 유속 VE와, 냉각 속도 RC를 제어함으로써, 미세 Pb 개재물수 N_Pb를 10000개/㎟ 이상으로 할 수 있다.

상술의 주조 공정에서는, 연속 주조에 의한 제조를 설명했다. 그러나, 조괴법에 의해 잉곳을 제조해도 된다. 이 경우, 단면적이 40000㎟ 이하(예를 들어, 200mm×200mm)의 주형을 이용하여 위로부터 쏟아 조괴를 실시한다. 이 경우, 10~40cm/s의 용강 유속 VE에 상당하는 속도로 용강이 교반되어, 냉각 속도 RC도 15~30℃／min가 된다.

［열간 가공 공정］

열간 가공 공정에서는, 처음에, 소재를 가열한다. 그리고, 가열된 소재를 열간 가공하여 납 쾌삭강재를 제조한다. 납 쾌삭강재는 예를 들어, 봉강이나 선재, 빌릿 등이다. 열간 가공은 예를 들어, 분괴 압연, V－H 스탠드에 의한 연속 압연, 열간 단조 등이다.

열간 가공 공정에서는, 열간 가공 개시시의 소재의 표면 온도(이하, 가공 개시 온도라고 한다)를 1000℃ 이상으로 한다. 가공 개시 온도가 낮은 경우, 미세 Pb 개재물이 편재하여, 균일하게 분산하지 않기 때문에, 미세 Pb 개재물수 N_Pb가 10000개/㎟ 이상으로 되지 않는다.

또한, 미세 MnS 개재물은, 열간 가공시에 다수 생성된다. 가공 개시 온도가 1000℃ 미만인 경우, 미세 MnS 개재물이 충분히 생성되지 않는 경우가 있다. 이 경우, 미세 쾌삭 개재물 총수 TN이 15000개/㎟ 미만이 되는 경우가 있다.

열간 가공 공정에 있어서 열간 가공이 복수회 실시되는 경우도 있을 수 있다. 예를 들어, 소재를 가열하여 분괴 압연을 실시하고(제1회째의 열간 가공), 이어서, 분괴 압연된 소재를 다시 가열하여 제품 압연하여 봉강을 제조하는(제2회째의 열간 가공) 등의 경우이다. 이 경우, 적어도 1회의 열간 가공시(제1회째의 열간 가공시)의 가공 개시 온도를 1000℃ 이상으로 하면, 미세 Pb 개재물수 N_Pb는 10000개/㎟ 이상이 된다.

Pb 함유량이 0.15% 미만인 경우, 바람직한 냉각 속도 RC는 20℃／min 이상이며, 바람직한 용강 유속 VE는 20cm/s이상이다. Pb 함유량이 0.15% 미만인 경우, 미세 Pb 개재물수 N_Pb가 10000개/㎟ 이상이 되지만, 15000개/㎟ 미만이 되는 경우가 많다. 이 경우, 미세 쾌삭 개재물 총수 TN이 15000개/㎟ 이상으로 되기 위해서는, 미세 MnS 개재물이 다수 생성되는 것이 바람직하다. 냉각 속도 RC가 20℃／min 이상이며, 또한, 용강 유속 VE가 20cm/s이상이면, 열간 가공시에 있어서 미세 MnS 개재물이 다수 생성된다. 이 때문에, 미세 쾌삭 개재물 총수 TN이 15000개/㎟ 이상이 되어, 더욱 뛰어난 피삭성이 얻어진다.

또한, 가공 개시 온도가 1000℃ 이상이면, 열간 가공 중의 조대 쾌삭 개재물의 연신도 억제된다.

가공 개시 온도는, 예를 들어, 열간 가공 장치(분괴 압연기, 연속 압연기, 열간 단조기 등)의 입구측에 배치된 방사 온도계에 의해 측정 가능하다.

실시예

다양한 화학 조성 및 제조 조건으로 납 쾌삭강을 제조하여, 피삭성을 평가했다.

［시험 방법］

표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 시험 번호 1~25의 용강을 제조했다.

[표 1]

용강을 이용해 연속 주조법에 의해, 소재(주물편 단면 220×220mm)를 제조했다. 각 시험 번호의 강을 주조할 때의 냉각 속도 RC(℃／min)는 표 1에 나타내는 대로이다. 각 시험 번호의 냉각 속도 RC는, 2차 덴드라이트 아암 간격을 측정하여, 상술의 식(3)에 의거하여 계산에 의해서 구했다. 또한, 연속 주조시에 있어서, 몰드내의 용강에 대하여, 전자 교반을 실시했다. 전자 교반시의 각 시험 번호의 용강 유속 VE(cm/s)는 표 1에 나타내는 대로이다.

각 시험 번호의 소재에 대하여, 열간 가공을 실시하여 50mm의 외경을 갖는 환봉재를 제조했다. 각 열간 가공에서는, 분괴 압연, 연신 압연 및 열간 단조 중 어느 하나를 실시했다. 각 시험 번호의 최초의 열간 가공에 있어서, 가공 개시 온도 T(℃)를 측정했다. 각 시험 번호에서의 가공 개시 온도 T를 표 1에 나타낸다.

각 시험 번호에 있어서, 각 열간 가공을 실시할 때마다, 열간 가공 후의 소재의 표면을 관찰하여, 깨짐의 유무를 확인했다. 깨짐이 발생하는 경우, 그 시험 번호의 시험을 중지했다.

［쾌삭 개재물 관찰 시험］

각 시험 번호의 환봉재로부터, 조직 관찰용 시험편을 채취했다. 시험편의 표면 중, 환봉재의 길이 방향(즉, 압연 방향 또는 연신 방향)과 평행하며, 또한, 환봉재의 중심선을 포함하는 단면을 검경면으로 정의했다. 상술의 방법에 의거하여, 검경면에 있어서, 미세 Pb 개재물수 N_Pb(개/㎟) 및 미세 쾌삭 개재물 총수 TN(개/㎟)을 구했다. 표 1에, 각 시험 번호의 미세 Pb 개재물수 N_Pb 및 미세 쾌삭 개재물 총 수 TN를 나타낸다.

［드릴 천공 시험］

각 시험 번호의 강의 피삭성을, 드릴 천공 시험으로 평가했다. 드릴 천공 시험에서는, 각 시험 번호의 환봉재에 대해서, 드릴을 이용해 임의의 절삭 속도로 15mm 깊이의 구멍을 복수회 계속하여 형성했다. 그리고, 누계의 구멍 깊이가 1000mm가 될 때까지 절삭 가능(즉, 15mm 깊이의 구멍이 67개 이상 천공 가능)한 최고의 절삭 속도 VL1000(m/min)를 구했다.

구체적으로는, NACHI(상표) 제의 직경 5mm의 드릴을 이용했다. 드릴의 돌출량을 60mm, 이송을 0.33mm/rev로 하고, 천공시에는 시판의 수용성 절삭유를 이용했다. 천공 방향은, 환봉재의 길이 방향과 수직인 방향(횡단 방향)으로 했다. 드릴이 용손 또는 파손하기까지 반복 천공 가공을 실시하여, 절삭 속도 VL1000를 구했다. 절삭 속도 VL1000가 클수록, 고속에서 많은 구멍을 천공 가능한 것을 의미하기 때문에, 공구 수명이 뛰어나, 피삭성이 높다고 판단했다.

［플랜지 절삭 시험］

각 시험 번호의 강의 절삭 후의 표면 거칠기를, 도 5a 및 도 5b에 나타내는 플랜지 절삭 시험으로 평가했다. 플랜지 절삭 시험에서는, 돌절(突切) 공구(20)를 이용하여, 환봉재(30)를 축 둘레로 회전시키면서 환봉재(30)의 표면을 절삭하여, 도 5b에 나타내는 대로, 홈 G1~G10를 순차적으로 형성했다. 구체적으로는, 돌절 공구(20)를 환봉재(30)의 반경 방향으로 전진하여 홈(G1)을 형성했다. 그 후, 도 5b 중의 화살표대로, 돌절 공구(20)를 환봉재(30)의 반경 방향으로 후진하고, 그 후, 환봉재의 축방향으로 소정 거리 이동했다. 그리고, 돌절 공구(20)를 다시 반경 방향으로 전진하여, 홈(G2)을 형성했다. 그 후, 마찬가지로 홈(G3)~홈(G10)을 순차적으로 형성했다. 홈(G10)을 형성 후, 돌절 공구(20)를 다시 홈(G1)의 위치까지 이동하여, 홈(G1)~홈(G10)에 대하여 다시 홈 가공을 반복했다. 200홈 가공(각 홈(G1~G10)마다 20홈 가공) 실시한 후, 홈(G10)의 저면의 표면 거칠기를 평가했다.

돌절 공구(20)의 소재는 JIS 규격의 SHK57에 상당하고, 경사각은 20°, 여유각은 6°였다. 홈 가공시의 돌절 공구(20)의 절삭 속도는 80m/min이며, 이송은 0.05mm/rev였다. 절삭시에는 시판의 불수용성 절삭유를 사용했다.

표면 거칠기는, 다음의 방법으로 측정했다. 200홈 가공 후의 홈(G10)의 저면에 있어서, 촉침식 표면 거칠기계를 이용하여, JIS B0601(1972)에 준거하여 최고 높이 Rmax(㎛)를 측정했다. 최고 높이 Rmax가 작을수록, 절삭성이 뛰어나다고 평가했다.

［시험 결과］

시험 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1 중의 「가공 깨짐」란의 「유」는, 열간 가공 후에 깨짐이 확인된 것을 의미한다. 「무」는, 분열이 확인되지 않은 것을 의미한다. 「N_Pb」란에는, 각 시험 번호의 미세 Pb 개재물수 N_Pb(개/㎟)가 기재되어 있다. 「TN」란에는 각 시험 번호의 미세 쾌삭 개재물 총수 TN(개/㎟)이 기재되어 있다. 「VL1000」란에는, 드릴 천공 시험에서 얻어진 각 시험 번호의 절삭 속도(m/min)가 기재되어 있다. 「Rmax」란에는, 플랜지 절삭 시험에서 얻어진 각 시험 번호의 표면의 최대 높이 Rmax(㎛)가 기재되어 있다.

표 1을 참조하여, 시험 번호 1~15에서는, 화학 조성이 적절하고, 주조 공정에 있어서의 냉각 속도 RC(℃／min), 용강 유속 VE(cm/s), 열간 가공 공정에 있어서의 가공 개시 온도 T(℃)도 적절했다. 이 때문에, 강 중의 미세 Pb 개재물수 N_Pb(개/㎟)가 10000개/㎟ 이상이며, 미세 쾌삭 개재물 총수 TN(개/㎟)가 15000개/㎟ 이상이었다. 이 때문에, 시험 번호 1~15의 절삭 속도 VL1000는 모두 높아, 130m/min 이상이었다. 또한, 시험 번호 1~15의 최대 높이 Rmax도 모두 작아, 14.5㎛ 이하였다.

시험 번호 16에서는 화학 조성이 적절하고, 냉각 속도 RC는 15~30℃／min의 범위 내이며, 용강 유속 VE는 10~40cm/s이며, 가공 개시 온도 T는 1000℃ 이상이었다. 이 때문에, 절삭 속도 VL1000는 130m/min 이상이며, 최대 높이 Rmax도 14.5㎛ 이하였다. 그러나, Pb 함유량이 0.15% 미만이며, 냉각 속도 RC가 20℃／min 미만이었다. 이 때문에, 시험 번호 16에서는, 강 중의 미세 Pb 개재물수 N_Pb(개/㎟)가 10000개/㎟ 이상이었지만, 미세 쾌삭 개재물 총수 TN(개/㎟)가 15000개/㎟ 미만으로 되었다. 이 때문에, 절삭 속도 VL1000 및 최대 높이 Rmax는 모두, 시험 번호 1~15보다 떨어진다.

한편, 시험 번호 17에서는, 화학 조성이 적절했지만, 주조 공정에서의 냉각 속도 RC가 너무 빨랐다. 이 때문에, 1회째의 열간 가공 후의 소재에 깨짐이 확인되었다.

시험 번호 18에서는, 화학 조성이 적절했지만, 냉각 속도 RC가 너무 느렸다. 또한, 용강 유속 VE도 너무 느렸다. 또한, 가공 개시 온도 T가 1000℃ 미만이었다. 이 때문에, 환봉재 중의 미세 Pb 개재물수 N_Pb(개/㎟) 및 미세 쾌삭 개재물 총수 TN(개/㎟)가 모두 너무 적었다. 그 결과, 절삭 속도 VL1000가 너무 작고, 최대 높이 Rmax도 너무 높았다.

시험 번호 19에서는, 화학 조성이 적절했지만 , 용강 유속 VE가 너무 느렸다. 이 때문에, 미세 Pb 개재물수 N_Pb(개/㎟)가 너무 적고, 최대 높이 Rmax가 높았다.

시험 번호 20은, 산소 함유량이 너무 낮았다. 또한, 용강 유속 VE가 너무 느렸다. 이 때문에, 미세 Pb 개재물수 N_Pb(개/㎟)가 너무 적어, 절삭 속도 VL1000가 작고, 최대 높이 Rmax도 높았다.

시험 번호 21에서는 화학 조성은 적절했지만, 냉각 속도 RC 및 용강 유속 VE가 너무 느렸다. 이 때문에, 미세 Pb 개재물수 N_Pb(개/㎟)가 너무 적고, 최대 높이 Rmax가 높았다.

시험 번호 22에서는, N함유량이 너무 낮았다. 이 때문에, 최대 높이 Rmax가 크고, 피삭성이 낮았다. N함유량이 낮았기 때문에, 매트릭스의 연성이 너무 높아졌다고 생각된다.

시험 번호 23에서는, 화학 조성이 적절했지만, 냉각 속도 RC 및 용강 유속 VE가 너무 느렸다. 이 때문에, 미세 Pb 개재물수 N_Pb(개/㎟)가 너무 적어, 절삭 속도 VE가 작고, 최대 높이 Rmax가 높았다.

시험 번호 24에서는, 화학 조성, 냉각 속도 RC 및 용강 유속 VE가 적절했지만, 가공 개시 온도 T가 1000℃ 미만이었다. 이 때문에, 미세 Pb 개재물수 N_Pb(개/㎟)가 너무 적어서, 절삭 속도 VE가 작고, 최대 높이 Rmax가 높았다.

시험 번호 25에서는, 화학 조성, 용강 유속 VE 및 가공 개시 온도 T가 적절했지만, 냉각 속도 RC가 너무 느렸다. 이 때문에, 미세 Pb 개재물수 N_Pb(개/㎟)가 너무 적어, 절삭 속도 VE가 작고, 최대 높이 Rmax가 높았다.

이상, 본 발명의 실시의 형태를 설명했는데, 상술한 실시의 형태는 본 발명을 실시하기 위한 예시에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은 상술한 실시의 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 상술한 실시의 형태를 적절히 변형하여 실시하는 것이 가능하다.

Claims

질량%로,
C：0.005~0.2%,
Mn：0.3~2.0%,
P：0.005~0.2%,
S：0.01~0.7%,
Pb：0.03~0.5%,
N：0.004~0.02%, 및,
O：0.003~0.03%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고,
강 중의 0.01~0.5μm의 원 상당 직경을 갖는 Pb 개재물수가 10000개/㎟ 이상인, 납 쾌삭강.
청구항 1에 있어서,
또한 강 중의 0.01~0.5㎛의 원 상당 직경을 갖는 Pb 개재물수와,
0.01~0.5㎛의 원 상당 직경을 갖는 MnS 개재물수의 총계가 15000개/㎟ 이상인, 납 쾌삭강.
청구항 1에 있어서,
상기 Fe의 일부를 대신하여,
Cu：0.5% 이하,
Ni：0.5% 이하, 및,
Sn：0.5% 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 납 쾌삭강.
청구항 2에 있어서,
상기 Fe의 일부를 대신하여,
Cu：0.5% 이하,
Ni：0.5% 이하, 및,
Sn：0.5% 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 납 쾌삭강.
청구항 1에 있어서,
상기 Fe의 일부를 대신하여,
Te：0.2% 이하, 및,
Bi：0.5% 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유하는, 납 쾌삭강.
청구항 2에 있어서,
상기 Fe의 일부를 대신하여,
Te：0.2% 이하, 및,
Bi：0.5% 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유하는, 납 쾌삭강.
청구항 3에 있어서,
상기 Fe의 일부를 대신하여,
Te：0.2% 이하, 및,
Bi：0.5% 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유하는, 납 쾌삭강.
청구항 4에 있어서,
상기 Fe의 일부를 대신하여,
Te：0.2% 이하, 및,
Bi：0.5% 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유하는, 납 쾌삭강.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Fe의 일부를 대신하여,
Cr：0.5% 이하, 및,
Mo：0.5% 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유하는, 납 쾌삭강.