KR101685864B1

KR101685864B1 - 납 쾌삭강

Info

Publication number: KR101685864B1
Application number: KR1020157018485A
Authority: KR
Inventors: 고지 와타리; 마사유키 하시무라
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2016-12-12
Also published as: TWI510640B; TW201435095A; KR20150093816A; JP5954484B2; CN105026592B; CN105026592A; WO2014125779A1; JPWO2014125779A1

Abstract

피삭성이 뛰어난 납 쾌삭강을 제공한다. 본 실시 형태에 의한 납 쾌삭강(1)은, 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. 강 중의 쾌삭 개재물(8) 중, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 쾌삭 개재물(8)의 총 수에 대한 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 Pb－MnS 개재물의 개수의 비율은 5% 이상이다. 쾌삭 개재물(8)의 길이는 200㎛ 이하이다. 강 중의 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 쾌삭 개재물(8)의 평균 길이는 50㎛ 이하이다. 쾌삭 개재물(8) 중, 2㎛ 이상의 원 상당 직경을 가지고, 10이하의 어스펙트비를 갖는 것은 500개/㎟ 이상이다.

Description

납 쾌삭강{FREE MACHINING STEEL WITH LEAD}

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

자동차나 전자제품 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, 현재도 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 SUM24L은 Pb, S 및 P를 함유한다. 그러나, SUM24L에서도 피삭성이 충분하지 않은 경우가 있어, 원하는 표면 거칠기를 얻을 수 없는 경우가 있다. SUM24L에 상당하는 화학 조성에, 피삭성을 높이는 S나 P를 더 함유하면, 피삭성이 높아지지만, 제조 공정 중에 깨지기 쉬워진다.

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

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. 강 중의 MnS 개재물, Pb 개재물, 및, Pb와 MnS를 함유하는 Pb－MnS 개재물 중, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 MnS 개재물, Pb 개재물 및 Pb－MnS 개재물의 총 수에 대한 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 Pb－MnS 개재물의 개수의 비율은 5% 이상이다. MnS 개재물, Pb 개재물 및 Pb－MnS 개재물의 길이는 200㎛ 이하이다. 강 중의 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 MnS 개재물, Pb 개재물 및 Pb－MnS 개재물의 평균 길이는 50㎛ 이하이다. MnS 개재물, Pb 개재물 및 Pb－MnS 개재물 중, 2㎛ 이상의 원 상당 직경을 가지고, 10이하의 어스펙트비를 갖는 것이 500개/㎟ 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 납 쾌삭강은 Fe의 일부를 대신하여, Cr：0.5% 이하, 및, Mo：0.5% 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다.

본 실시 형태에 의한 납 쾌삭강은 뛰어난 피삭성을 갖는다.

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 사진이다.
도 3은 유효 대형 쾌삭 개재물의 길이가 큰 경우의 절삭시에 있어서의 구성 날끝의 형상을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 유효 대형 쾌삭 개재물의 길이가 작은 경우의 절삭시에 있어서의 구성 날끝의 형상을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 본 실시 형태의 납 쾌삭강의 제조 공정 중의 소재의 온도 이력의 일예를 나타내는 플로우도이다.
도 6은 주조 공정에 있어서의 냉각 속도를 설명하기 위한 모식도이다.
도 7a는 플랜지 절삭 시험을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7b는 플랜지 절삭 시험을 설명하기 위한 다른 모식도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시의 형태를 상세하게 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 및 MnS 개재물의 형태와 피삭성의 관계에 주목하여, 조사 및 검토를 행했다. 그 결과, 본 발명자 들은 다음의 지견을 얻었다.

(A) 강의 피삭성이 높으면, 절삭 가공된 강재의 표면 거칠기는 양호하게 되어, 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.

(B) 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 어렵고, 강재의 표면 거칠기도 양호해지기(작아지기) 쉽다.

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

(C) 절삭시의 크랙 진전 및 구성 날끝의 형상에는, MnS 개재물, Pb 개재물, Pb－MnS 개재물의 형상이 영향을 준다. 본 명세서에 있어서, MnS 개재물은, Mn, S 및 불순물로 이루어지는 개재물을 의미한다. Pb 개재물이란, 도 2의 부호 4로 표시하는대로, Pb 및 불순물로 이루어지는 개재물을 의미한다. Pb－MnS 개재물은, 예를 들어 도 2의 부호 7에 나타내는 대로, MnS5와 MnS5의 표면에 부착되는 Pb6를 함유하는 개재물을 의미한다. 이들 3개의 개재물을 총칭하여, 본 명세서에서는, 「쾌삭 개재물」이라고 부른다.

쾌삭 개재물은, 절삭시에 있어서, 공구 날끝 근방의 응력 집중 효과에 의거하는 크랙 발생 및 진전을 촉진한다. 쾌삭 개재물은 또한 절삭 공구와 피삭재의 접촉면에 있어서, 윤활 작용을 나타낸다.

(D) 유효 대형 쾌삭 개재물의 형상은, 구성 날끝의 형상에 영향을 준다. 쾌삭 개재물 중, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 쾌삭 개재물을 유효 대형 쾌삭 개재물이라고 정의한다. 구체적으로는, 각 쾌삭 개재물에 있어서, 납 쾌삭 강재의 연신 방향의 길이 ML(Maximum Length)가 너무 크거나, 유효 대형 쾌삭 개재물에 있어서의 납 쾌삭 강재의 연신 방향의 평균 길이 AL(Average Length)가 너무 크면, 구성 날끝이 성장하여 커지기 쉬워, 절삭성이 저하한다.

도 3은, 쾌삭 개재물의 길이가 큰 경우의 절삭시에 있어서의 구성 날끝의 형상을 설명하기 위한 모식도이다. 도 4는, 쾌삭 개재물의 길이가 작은 경우의 절삭시에 있어서의 구성 날끝의 형상을 설명하기 위한 모식도이다. 도 3 및 도 4를 참조하여, 절삭 공구(10)가 강재(1)를 절삭하는 경우, 절삭 공구(10)의 날끝 근방 강 부분에서 절삭 공구의 진행 방향으로 크랙이 생긴다. 또한, 절삭 공구의 진행 방향 X와 수직인 방향 Y(압연 방향)의 크랙은, 강 부분과 쾌삭 개재물(8)의 계면에서 형성된다. 따라서, 도 3에 도시하는 바와 같이, 쾌삭 개재물(8)의 길이가 큰 경우, 형성되는 구성 날끝(2)도 커진다. 한편, 도 4에 도시하는 대로, 쾌삭 개재물(8)의 길이가 작은 경우, 형성되는 구성 날끝(2)도 작아진다. 따라서, 쾌삭 개재물(8)의 길이는 작은 쪽이 바람직하다.

구체적으로는, 쾌삭 개재물의 길이(ML)가 200㎛ 이하이며, 유효 대형 쾌삭 개재물의 평균 길이(AL)가 50㎛ 이하인 경우, 구성 날끝은 미세하게 되어, 피삭성이 높아진다.

(E) 상술과 같이, 강 중의 쾌삭 개재물은 크랙의 생성 및 진전을 촉진한다. 따라서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 어스펙트비가 작은 쾌삭 개재물이 다수 강 중에 존재하면, 미세한 구성 날끝이 균일하게 다수 형성된다. 이 때문에, 표면 거칠기가 양호하게 되어, 공구 수명도 늘어난다.

2㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 쾌삭 개재물을 유효 쾌삭 개재물로 정의한다. 유효 쾌삭 개재물 중, 10이하의 어스펙트비를 갖는 것의 개수(이하, 특정 개재물 밀도 SN0라고 한다)가 500개/㎟ 이상 존재하면, 미세한 구성 날끝이 균일하게 다수 생성되어, 피삭성이 높아진다. 또한, 원 상당 직경이 5㎛ 이상인 유효 대형 쾌삭 개재물도, 유효 쾌삭 개재물에 포함된다.

(F) 유효 대형 쾌삭 개재물에 있어서, Pb－MnS 개재물의 비율이 많은 쪽이, 크랙이 진전하기 쉬워, 피삭성이 높아진다. MnS의 표면에 Pb가 부착되어 있는 쪽이, MnS를 기점으로 크랙이 발생한 경우, 크랙이 진전하기 쉽기 때문이라고 추정된다. 따라서, 유효 대형 쾌삭 개재물의 총 수에 대한 Pb－MnS 개재물의 개수가 많은 쪽이 피삭성이 높아진다. 구체적으로는, 강 중의 유효 대형 쾌삭 개재물의 총 수에 대한 유효 대형 Pb－MnS 개재물의 개수의 비율 RI가 5% 이상이면, 크랙이 발생 및 진전하기 쉬워, 높은 피삭성이 얻어진다. 여기서 말하는 유효 대형 Pb－MnS 개재물이란, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 Pb－MnS 개재물을 의미한다.

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

［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, 핀 홀이 발생한다. 또한, 경질 산화물이 생성되어 피삭성이 저하한다. 한편, C 함유량이 너무 높으면, 강의 강도가 너무 높아져서 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 저감시킨다. 고용 S량이 저감하면, 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, P함유량은 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. S 함유량이 너무 낮으면, 상기 효과를 얻을 수 없다. 한편, S함유량이 너무 높으면, 조대한 MnS를 주성분으로 하는 황화물이 생성되어, 열간 변형 특성이 저하된다. 따라서, S함유량은 0.01~0.7%이다. 피삭성과 압연 등의 제조성의 밸런스를 고려한 경우, S함유량의 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 특성보다도 피삭성을 우선하는 경우, 바람직한 S 함유량은 0.28% 이상이다.

Pb：0.03~0.5%

납(Pb)은 매트릭스의 Fe에 거의 고용하지 않고, 연질의 Pb개재물을 형성한다. Pb는 또한 MnS 주변에 인접하여, Pb－MnS 개재물을 형성한다. MnS에 인접한 Pb는, Pb－MnS 개재물과 모재의 계면의 윤활성을 높여, 열간 압연시의 Pb－MnS 개재물의 연신을 억제한다. 또한, Pb는 크랙의 진전을 조장한다. 이 때문에, 강 중에 Pb 개재물과 MnS 개재물이 형성되고, 또한, Pb－MnS 개재물이 형성되면, 피삭성이 높아진다. 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. 구체적으로는, N 함유량이 너무 낮으면, 절삭시의 강 중의 전위가 움직이기 쉽다. 이 때문에, 매트릭스의 연성이 너무 높아진다. 이 경우, 절삭 잡아뜨어지기 쉬워져, 양호한 표면 거칠기를 얻을 수 없다. 한편, N함유량이 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. N 함유량의 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. O 함유량이 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. O함유량이 너무 낮은 경우는 또한 특정 개재물 밀도 SN0가 작아진다. 한편, O 함유량이 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.

［강 중의 쾌삭 개재물에 대하여］

본 실시 형태에 의한 쾌삭강에서는, 강 중의 쾌삭 개재물(MnS 개재물, Pb 개재물, Pb－Mn개재물)이 다음의 조건 1~조건 4를 만족한다.

［조건 1］

강 중의 쾌삭 개재물 중, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 MnS 개재물, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 Pb 개재물, 및, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 Pb－MnS 개재물의 총 수에 대한 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 Pb－MnS 개재물의 개수의 비율 RI가 5% 이상이다. 여기서, 원 상당 직경이란, 쾌삭 개재물의 면적을, 동일한 면적을 갖는 원으로 환산한 경우의 원의 직경을 의미한다.

［조건 2］

강 중의 쾌삭 개재물의 길이 ML가 200㎛ 이하이다.

［조건 3］

강 중의 쾌삭 개재물 중, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 MnS 개재물, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 Pb 개재물, 및, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 Pb－MnS 개재물의 평균 길이 AL이 50㎛ 이하이다.

［조건 4］

강 중의 쾌삭 개재물 중, 2㎛ 이상의 원 상당 직경을 가지고, 10이하의 어스펙트비를 갖는 쾌삭 개재물의 개수(특정 개재물 밀도 SN0라고 한다)가 500개/㎟ 이상이다.

이하, 각 조건에 대하여 상술한다.

［조건 1에 대하여］

상술과 같이, Pb－MnS 개재물에서는, MnS의 표면에 부착된 Pb가, MnS를 기점으로 하여 발생한 크랙의 진전을 촉진한다. 이 때문에, 유효 대형 쾌삭 개재물의 총 수에 대한 유효 대형 Pb－MnS 개재물의 개수의 비율 RI가 높으면, 피삭성이 높아진다. 구체적으로는, 비율 RI가 5% 이상이면, 크랙이 진전하기 쉬워, 높은 피삭성을 얻을 수 있다.

비율 RI는 다음의 방법으로 얻어진다. 납 쾌삭 강재(예를 들어, 봉강, 선재 등)의 연신 방향(예를 들어 압연 방향)과 평행하며, 납 쾌삭 강재의 중심선을 포함하는 단면(이하, 주면(主面)이라고 한다)을 연마한다. 주면 중, 납 쾌삭 강재의 표면부터 반경 방향을 향해 반경의 1/2 깊이의 위치(이른바 R/2 위치)부를 10시야 관찰한다. 각 시야의 면적은 4㎟(2mm×2mm)로 한다. 따라서, 관찰된 시야의 총 면적은 40㎟이다.

각 시야를 16×12영역으로 분할한다. 그리고 각 영역에 존재하는 개재물을 특정한다. 그리고, 특정된 개재물의 화학 조성을 분석하여, 특정된 개재물의 쾌삭 개재물의 종류(Pb 개재물, MnS 개재물, Pb－MnS 개재물)를 결정한다.

개재물의 특정 및 쾌삭 개재물의 종류의 결정에는, 에너지 분산형 X선 분광기(EDX)를 구비한 전자 현미경(SEM)을 이용한다. 특정된 개재물 중, 원 상당 직경이 1㎛ 미만인 것은, 화상의 노이즈로 판단하여 대상에서 제외한다.

SEM 및 EDX에 의해 얻어진 화상(개재물 조성 해석 화상)을 이용하여, 각 쾌삭 개재물의 원 상당 직경을 구한다. 이상의 방법에 의해, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 쾌삭 개재물(즉, 유효 대형 쾌삭 개재물)이 특정되며, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 Pb－MnS 개재물(유효 대형 Pb－MnS 개재물)이 특정된다. 쾌삭 개재물의 원 상당 직경의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 200㎛이다.

10시야에서 특정된 유효 대형 쾌삭 개재물의 총 수 TN0와, 10시야에서 특정된 유효 대형 Pb－MnS 개재물의 총 수 TN1를 각각 구한다. 그리고 다음의 식(1)에 의거하여 비율 RI(%)를 구한다.

RI＝TN1/TN0×100 (1)

쾌삭 개재물의 특정, 원 상당 직경의 산출, 유효 대형 쾌삭 개재물의 특정, 총수 TN0 및 TN1의 특정 등은, 상술의 개재물 조성 해석 화상을 이용하여, 주지의 입자 해석 소프트웨어에 의해 해석할 수 있다.

바람직한 비율 RI는 10% 이상이며, 더욱 바람직하게는 15% 이상이다. 이 경우, 피삭성이 더욱 높아진다.

［조건 2 및 조건 3에 대하여］

강 중의 쾌삭 개재물의 길이 ML은 200㎛ 이하이다(조건 2). 또한, 쾌삭 개재물 중, 유효 대형 쾌삭 개재물(즉, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 MnS 개재물, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 Pb 개재물, 및, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 Pb－MnS 개재물)의 평균 길이 AL은 50㎛ 이하이다(조건 3). 이 경우, 구성 날끝이 미세화하기 쉬워, 절삭시에 강 중에 크랙이 발생 및 진전하기 쉽다. 이 때문에, 뛰어난 표면 거칠기 및 공구 수명을 얻을 수 있어, 높은 피삭성이 얻어진다.

쾌삭 개재물이 길이 ML 및 유효 대형 쾌삭 개재물의 평균 길이 AL은 다음의 방법으로 측정된다. 납 쾌삭 강재(예를 들어, 봉강, 선재 등)의 주면을 연마한다. 주면 중, R/2 위치부를 경면 연마하여, 관찰한다. 관찰 총 면적을 2000㎟로 한다. 관찰 총 면적은 20시야의 총 면적이며, 각 시야 면적은 10mm×10mm로 한다. 광학 현미경을 이용해 400배의 배율로 각 시야의 쾌삭 개재물을 특정한다. 특정된 쾌삭 개재물 중, 원 상당 직경이 2㎛ 이상인 쾌삭 개재물(유효 쾌삭 개재물)의 각각에 있어서, 강재의 연신 방향의 길이 LL와, 연신 방향과 수직인 길이 LS를 측정한다. 특정된 각 쾌삭 개재물의 길이 LL 중, 최대의 것을 쾌삭 개재물의 길이 ML(㎛)로 정의한다.

또한, 상기의 방법으로 특정된 각 쾌삭 개재물 중 유효 대형 쾌삭 개재물(원 상당 직경이 5㎛ 이상인 쾌삭 개재물)의 길이 LL(㎛)의 평균치를 평균 길이 AL(㎛)로 정의한다. 길이 ML 및 유효 대형 쾌삭 개재물의 평균 길이 AL은, 상술의 입자 해석 소프트웨어를 이용해 해석할 수 있다.

쾌삭 개재물의 길이 ML이 200㎛를 초과하거나, 또는, 유효 대형 쾌삭 개재물의 평균 길이 AL이 50㎛를 초과하는 경우, 쾌삭 개재물이 과잉으로 큰, 또는, 쾌삭 개재물의 어스펙트비 AR가 과잉으로 커, 쾌삭 개재물이 연신한다. 어스펙트비 AR은, 다음의 식(2)로 정의된다.

어스펙트비 AR＝쾌삭 개재물이 길이 LL/쾌삭 개재물이 길이 LS(2)

쾌삭 개재물이 과잉으로 크거나, 과잉으로 연신하고 있는 경우, 도 3에 나타내는 대로, 대형의 구성 날끝(2)이 형성된다. 구성 날끝(2)이 대형이 되면, 생성되는 구성 날끝(2)의 분포가 불균일하게 되기 쉽고, 그 결과, 표면 거칠기가 저하하여, 공구 수명도 짧아진다.

길이 ML이 200㎛ 이하이며, 또한, 유효 대형 쾌삭 개재물의 평균 길이 AL이 50㎛ 이하인 경우, 쾌삭 개재물의 어스펙트비 AR가 작고, 쾌삭 개재물은 구형상에 가깝다. 이 경우, 도 4에 도시하는대로, 구성 날끝(2)이 미세하게 되어, 절삭 공구의 날끝에 있어서, 복수의 미세한 구성 날끝(2)이 균일하게 분포하기 쉽다. 이 때문에, 균일한 절삭이 가능하고, 양호한 표면 거칠기가 얻어져, 공구 수명도 길어진다.

［조건 4에 대하여］

본 실시 형태의 쾌삭강에서는, 강 중의 쾌삭 개재물 중, 2㎛ 이상의 원 상당 직경을 가지고 10이하의 어스펙트비를 갖는 쾌삭 개재물의 개수(이하, 특정 개재물 밀도 SN0라고 한다)가 500개/㎟ 이상이다.

여기서, 특정 개재물 밀도 SN0는 다음의 방법으로 구해진다. 조건 1에 규정된 방법으로 각 시야(합계 10시야)에서의 쾌삭 개재물을 특정한다. 특정된 각 쾌삭 개재물에 대한 조건 1과 동일한 방법으로 원 상당 직경을 구한다. 또한, 각 쾌삭 개재물 중, 원 상당 직경이 2㎛ 이상인 쾌삭 개재물에 대하여 식(2)에 의거하여 어스펙트비 AR를 구한다. 이상의 방법에 의해, 10시야에 있어서, 2㎛ 이상의 원 상당 직경을 가지고 10이하의 어스펙트비를 갖는 쾌삭 개재물의 총 수 SN1를 구한다.

총수 SN1, 및 10시야의 총 면적(㎟)을 이용하여, 다음의 식(3)에 의해 특정 개재물 밀도 SN0(개/㎟)를 구한다.

특정 개재물 밀도 SN0＝총 수 SN1/10시야의 총 면적 (3)

원 상당 직경, 어스펙트비, 총 수 SN1 등은, 상기 입자 해석 소프트웨어를 이용해 해석할 수 있다.

유효 쾌삭 개재물(2㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 쾌삭 개재물)은 구성 날끝의 미세화에 기여한다. 특정 개재물 밀도 SN0가 너무 적으면, 강 중에서의 유효 쾌삭 개재물의 분포가 충분하지 않다. 이 때문에, 구성 날끝이 미세화하지 않는 경우가 생겨, 과잉으로 성장한 구성 날끝이 발생하기 쉽다. 이 경우, 피삭성이 저하한다.

특정 개재물 밀도 SN0가 500개/㎟ 이상인 경우, 유효 쾌삭 개재물이 강 중에 균일하게 분산되어 있다. 이 때문에, 구성 날끝이 미세화하기 쉬워, 구성 날끝의 편차를 억제할 수 있다. 그 결과, 양호한 표면 거칠기를 얻을 수 있다.

［선택 원소에 대하여］

본 실시의 형태에 의한 납 쾌삭강은 또한, Fe의 일부를 대신하여, Cu, Ni 및 Sn으로 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 또한 강의 연성을 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. Sn는 강의 내식성을 높인다. Sn은 또한 강의 피삭성을 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 경도는 치수 정밀도에 영향을 준다. 정밀 부품에 있어서는 신선에 의한 가공 경화 후의 강의 경도를 150~250HV 정도로 제어하는 것이 바람직하고, 가공하는 형상이나 절삭량에 의해서 최적의 경도로 조정하는 것이 더욱 바람직하다.

신선에 의한 가공 경화 후의 강의 경도는 압연 후의 강의 경도, 가공 경화 특성 및 가공량으로 결정된다. 가공량(예를 들어 신선 감면율)이 작은 경우, 가공 후의 강의 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 조건 1~4를 만족하는 쾌삭 개재물을 포함하는 납 쾌삭강은, 예를 들어, 다음의 제조 방법에 의해 제조된다.

도 5는, 본 실시 형태의 납 쾌삭강의 제조 공정 중의 강재의 온도 이력을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하여, 제조 방법의 일예에서는, 처음에, 상술의 화학 조성을 만족하는 용강을 연속 주조법에 의해 주물편으로 한다. 또는, 용강을 조괴법에 의해 잉곳으로 한다(주조 공정 S1). 그리고, 주물편 또는 잉곳을 복수회 열간 가공하여 납 쾌삭 강재를 제조한다(열간 가공 공정 S2). 이하, 각각의 공정에 대하여 상술한다.

［주조 공정 S1］

주조 공정 S1에서는, 용강을 주조하여 주물편 또는 잉곳을 제조한다. 이하, 주물편 및 잉곳을 총칭하여 소재라고 한다. 여기서 말하는 소재의 횡단면적은 예를 들어, 350mm×560mm, 220mm×220mm, 200mm×200mm 및 150mm×150mm 중 어느 하나이다. 그 소재의 단면적 및 응고 과정에서의 냉각 조건에 의해, 용강의 냉각 속도 RC가 제어된다. MnS 개재물은, 주조 공정 S1에 있어서의 소재의 응고 말기에 정출한다. 주조 공정 S1에 있어서, 용강의 냉각 속도 RC가 빠를수록, Mn의 고용량이 증대한다. 이 때문에, 강 중에 정출하는 MnS는 성장하지 않고 MnS의 형상이 작아진다. 이 경우, MnS 중의 산소량이 많아지므로, 어스펙트비가 작은 MnS가 형성된다. 그러나, 냉각 속도 RC가 너무 빠르면, S 고용량이 과잉으로 많아져, 강의 열간 연성이 저하한다. 이 때문에, 연속 주조에 의해 주물편을 제조하는 경우, 브레이크 아웃이 발생하기 쉬워진다. 냉각 속도가 너무 빠르면 또한 유효 대형 쾌삭 개재물 중, Pb－MnS 개재물이 적어져, 비율 RI가 너무 낮아진다. 한편, 냉각 속도 RC가 너무 느리면, 강 중에 정출한 MnS가 조대해져, 개수도 적어진다. 그 결과, 특정 개재물 밀도 SN0가 500개/㎟ 미만이 되어, 강의 피삭성이 저하한다. 또한 Pb의 분포도 불균일하게 되기 쉬워, 품질 안정성도 떨어진다.

도 6은, 주조된 소재의 횡단면도이다. 두께 W(mm)의 소재 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 0.1~20℃／min인 경우, 적절한 어스펙트비 및 사이즈의 MnS가 형성되어, 적절한 특정 개재물 밀도 SN0가 얻어진다. 또한, Pb－MnS 개재물의 생성이 촉진되어, 적절한 비율 RI가 얻어진다. 또한, 열간 가공 공정 S2가 적절하면, 상기 조건 1~4를 만족하는 쾌삭 개재물을 함유하는 납 쾌삭강을 제조할 수 있다.

냉각 속도 RC의 바람직한 상한은 20℃min 미만이며, 더욱 바람직하게는 15℃／min이며, 보다 바람직하게는 15℃／min 미만이다. 이 경우, 적절한 어스펙트비 및 사이즈의 MnS가 형성되기 쉽다. 한편, 냉각 속도 RC가 너무 느리면, MnS 개재물의 개수가 적어지거나 Pb 개재물이 불균일하게 분포되기 쉬워져, 품질 안정성이 저하된다. 따라서, 냉각 속도 RC의 바람직한 하한은 0.1℃／min이며, 더욱 바람직하게는 5℃／min이다.

냉각 속도 RC는 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(4)에 의거하여 냉각 속도 RC(℃／min)를 구한다.

RC＝(λ2/770)^－(1/0.41) (4)

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

［열간 가공 공정 S2］

열간 가공 공정 S2에서는 통상, 복수회의 열간 가공(S21~S2k, k는 2이상의 자연수)이 실시된다. 각 열간 가공을 실시하기 전에, 소재를 가열한다. 예를 들어, 도 5에서는, 2회의 열간 가공 S21 및 S22를 실시한다. 열간 가공 S21에서는 처음에, 소재를 가열한다(HP1). 그 후, 소재에 대하여 열간 가공을 실시한다(WP1). 열간 가공은 예를 들어, 분괴 압연이다. 열간 가공 후의 소재는 공냉 등의 주지의 냉각법에 의해 냉각된다. 열간 가공 S22에서도, 열간 가공 S21와 마찬가지로, 처음에, 1회째의 열간 가공에 의해 제조된 소재를 다시 가열한다(HP2). 그 후, 2번째의 열간 가공을 실시하여, 강재를 제조한다(WP2). 예를 들어, 연속 압연기에 의해 소재를 압연하여 봉강이나 선재를 제조한다. 이상과 같이, 열간 가공 공정 S2에서는, 복수회의 열간 가공(S21~S2k)이 실시된다.

유효 쾌삭 개재물(유효 대형 쾌삭 개재물도 포함한다)은 주로 주조시에 정출하여, 성장한다. 이들 쾌삭 개재물은 연질의 개재물이다. 따라서, 열간 가공에 의해, 쾌삭 개재물의 형상은 변화하기 쉽다. 열간 가공에서는 일반적으로, 납 쾌삭강을 1축으로 연신한다. 이 때문에, 쾌삭 개재물도 1축(압연 방향 등)에 연신하기 쉽다.

각 열간 가공 S21~S2k에 있어서의 열간 가공 개시 시의 소재의 표면 온도(이하, 가공 개시 온도라고 한다)가 너무 낮으면, 압연 장치나 열간 단조 장치 등에 의한 가공(압하 등)이 쾌삭 개재물까지 침투하기 쉽기 때문에, 쾌삭 개재물이 연신하기 쉽다. 압연 개시 온도가 1080℃ 이상이면, 매트릭스의 열간 연성이 높아진다. 이 때문에, 가공(압하)이 쾌삭 개재물까지 침투하기 어렵다. 즉, 쾌삭 개재물이 변형하기 전에, 매트릭스가 변형한다. 이 때문에, 쾌삭 개재물은 열간 가공에 있어서 변형하기 어렵고, 제조된 납 쾌삭강의 쾌삭 개재물은, 조건 2 및 3을 만족한다.

열간 가공 S21~S2k를 복수회 실시하는 경우, 각 열간 가공에 있어서의 가공 개시 온도를 1080℃ 이상으로 하면, 제조 후의 강 중의 쾌삭 개재물은 조건 2 및 3을 만족한다. 예를 들어, 상술의 예와 같이, 2회의 열간 가공 S21 및 S22를 실시하는 경우, 각 가공 WP1, WP2에 있어서의 가공 개시 온도를 1080℃ 이상으로 한다. WP1가 분괴 압연이며, WP2가 연속 압연기에 의한 제품 압연인 경우, 분괴 압연에서의 가공 개시 온도(압연 개시 온도)를 1080℃ 이상으로 하고, 또한, 연속 압연에서의 가공 개시 온도(압연 개시 온도)도 1080℃ 이상으로 한다.

가공 개시 온도는, 예를 들어, 가공 장치(분괴 압연기 및 연속 압연기)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 1~27의 용강을 제조했다.

[표 1]

용강을 이용해 연속 주조법 또는 조괴법에 의해, 주물편 또는 잉곳(이하, 총칭하여 소재로 부른다)을 제조했다. 연속 주조법, 조괴법 모두 그 단면은 200×200mm이며, 그 냉각 방법을 제어하여 얻어진 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(4)에 의거하여 계산에 의해서 구했다.

각 시험 번호의 소재에 대하여, 2회의 열간 가공을 실시하여 50mm의 외경을 갖는 환봉재를 제조했다. 각 열간 가공에서는, 분괴 압연, 연신 압연 및 열간 단조 중 어느 하나를 실시했다. 각 열간 가공에 있어서, 가공 개시 온도 T1 및 T2(℃)를 측정했다. 표 1에, 각 시험 번호에서의 가공 개시 온도를 표 1에 나타낸다. 표 1 중의 「T1」란에는, 1회째의 열간 가공에서의 가공 개시 온도가 기재되어 있다. 「T2」란에는, 2번째의 열간 가공에서의 가공 개시 온도가 기재되어 있다.

각 시험 번호에 있어서, 각 열간 가공을 실시할 때마다, 열간 가공 후의 소재의 표면을 관찰하여, 분열의 유무를 확인했다. 분열이 발생하고 있는 경우, 그 시험 번호의 시험을 중지했다.

［쾌삭 개재물 관찰 시험］

각 시험 번호의 환봉재로부터, 조직 관찰용의 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, 각 시험 번호의 쾌삭 개재물의 길이 ML(㎛), 유효 대형 쾌삭 개재물의 평균 길이 AL(㎛), 비율 RI(%) 및 특정 개재물 밀도 SN0(개/㎟)를 구했다.

［드릴 천공 시험］

각 시험 번호의 강의 피삭성을, 드릴 천공 시험으로 평가했다. 드릴 천공 시험에서는, 각 시험 번호의 환봉재에 대하여, 드릴을 이용해 임의의 절삭 속도로 15mm 깊이의 구멍을 복수회 계속 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 의미하므로, 공구 수명이 뛰어나 피삭성이 높다고 판단했다.

［플랜지 절삭 시험］

각 시험 번호의 강의 절삭 후의 표면 거칠기를, 도 7a 및 도 7b에 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 절삭하고, 도 7b에 나타내는 대로, 홈(G1~G10)을 순차적으로 형성했다. 구체적으로는, 돌절 공구(20)를 환봉재(30)의 반경 방향으로 전진하여 홈(G1)을 형성했다. 그 후, 도 7b 중의 화살표와 같이, 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, 동일하게 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)을 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 최대 높이 Rmax(㎛)를 측정했다. 최대 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, 깨짐이 확인되지 않은 것을 의미한다. 「ML」란에는, 각 시험 번호의 쾌삭 개재물의 길이 ML(㎛)가 기재되어 있다. 「AL」란에는 각 시험 번호의 유효 대형 쾌삭 개재물의 평균 길이 AL(㎛)가 기재되어 있다. 「RI」란에는, 각 시험 번호의 비율 RI(%)가 기재되어 있다. 「SN0」란에는, 특정 개재물 밀도(개/㎟)가 기재되어 있다. 「VL1000」란에는, 드릴 천공 시험으로 얻어진 각 시험 번호의 절삭 속도(m/min)가 기재되어 있다. 「Rmax」란에는, 플랜지 절삭 시험으로 얻어진 각 시험 번호의 표면의 최대 높이 Rmax(㎛)가 기재되어 있다.

표 1을 참조하여, 시험 번호 1~14에서는, 화학 조성이 적절하고, 주조 공정에 있어서의 냉각 속도 RC, 각 열간 가공 공정에 있어서의 가공 개시 온도 T1 및 T2도 적절했다. 이 때문에, 강 중의 쾌삭 개재물의 최대 길이 ML는 200㎛ 이하이며, 평균 길이 AL는 50㎛ 이하였다. 또한, 비율 RI는 5% 이상이며, 특정 개재물 밀도 SN0도 500개/㎟ 이상이었다. 이 때문에, 시험 번호 1~14의 절삭 속도는 모두 높고, 130m/min 이상이었다. 또한, 최대 높이 Rmax도 모두 작고, 14.5㎛ 이하였다.

한편, 시험 번호 15에서는, 화학 조성이 적절했지만, 주조 공정에서의 냉각 속도 RC가 너무 빨랐다. 이 때문에, 1회째의 열간 가공 후의 소재에 깨짐이 확인되었다.

시험 번호 16에서는, 화학 조성이 적절했지만, 제1회째 및 제2회째의 가공 개시 온도 T1 및 T2가 모두 1080℃ 미만이었다. 이 때문에, 환봉재 중의 쾌삭 개재물의 최대 길이 ML 및 유효 대형 쾌삭 개재물의 평균 길이 AL가 너무 길었다. 이 때문에, 최대 높이 Rmax가 크고, 피삭성이 낮았다.

시험 번호 17에서는, 산소 함유량이 너무 낮았다. 이 때문에, 특정 개재물 밀도 SN0가 적었다. 그 결과, 최대 높이 Rmax가 크고, 피삭성이 낮았다.

시험 번호 18도, 산소 함유량이 너무 낮았다. 이 때문에, 특정 개재물 밀도 SN0가 적었다. 그 결과, 절삭 속도 VL1000가 너무 작아, 최대 높이 Rmax가 너무 컸다.

시험 번호 19에서는, N함유량이 너무 낮았다. 이 때문에, 최대 높이 Rmax가 너무 크고, 피삭성이 낮았다. N함유량이 너무 낮았기 때문에, 매트릭스의 연성이 너무 높아졌다고 생각된다.

시험 번호 20~22에서는, 화학 조성이 적정했지만, 제1회째 및 제2회째의 가공 개시 온도 T1 및 T2 중 어느 한쪽이 1080℃ 미만이었다. 이 때문에, 강 중의 쾌삭 개재물이 길이 ML 및 유효 대형 쾌삭 개재물의 평균 길이 AL의 적어도 한쪽이 너무 컸다. 그 결과, 최대 높이 Rmax가 모두 커서, 피삭성이 낮았다.

시험 번호 23은 N함유량이 너무 낮았다. 이 때문에, 최대 높이 Rmax가 너무 커서, 피삭성이 낮았다.

시험 번호 24에서는 시험 번호 17 및 18과 마찬가지로, 산소 함유량이 너무 낮았다. 이 때문에, 특정 개재물 밀도 SN0가 적었다. 그 결과, 절삭 속도 VL1000가 작고, 최대 높이 Rmax가 커서, 피삭성이 낮았다.

시험 번호 25에서는, Pb함유량은 너무 낮았다. 이 때문에, 쾌삭 개재물의 길이 ML, 유효 대형 쾌삭 개재물의 평균 길이 AL이 너무 컸다. Pb 함유량이 낮고, 개재물과 모재의 계면의 윤활성이 낮기 때문이라고 생각된다. 또한, Pb－MnS 개재물의 비율 RI도 너무 낮았다. 이 때문에, 절삭 속도 VL1000가 작고, 최대 높이 Rmax가 커서, 피삭성이 낮았다.

시험 번호 26에서는, 화학 조성은 적절했지만 , 냉각 속도 RC가 너무 빨랐다. 이 때문에, 비율 RI가 너무 낮았다. 그 결과, 절삭 속도 VL1000가 작고, 최대 높이 Rmax가 컸다.

시험 번호 27에서는, 화학 조성은 적절했지만, 냉각 속도 RC가 너무 느렸다. 이 때문에, 특정 개재물 밀도 SN0가 너무 적었다. 그 결과, 최대 높이 Rmax가 컸다.

이상, 본 발명의 실시의 형태를 설명했는데, 상술한 실시의 형태는 본 발명을 실시하기 위한 예시에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은 상술한 실시의 형태에 한정되지 않고, 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 이루어지며,
강 중의 MnS 개재물, Pb 개재물, 및, Pb와 MnS를 함유하는 Pb－MnS 개재물 중, 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 상기 MnS 개재물, 상기 Pb 개재물 및 상기 Pb－MnS 개재물의 총 수에 대한 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 상기 Pb－MnS 개재물의 개수의 비율은 5% 이상이며,
상기 MnS 개재물, 상기 Pb 개재물 및 상기 Pb－MnS 개재물의 길이는 200㎛ 이하이며,
상기 5㎛ 이상의 원 상당 직경을 갖는 상기 MnS 개재물, 상기 Pb 개재물 및 상기 Pb－MnS 개재물의 평균 길이는 50㎛ 이하이며,
상기 MnS 개재물, 상기 Pb 개재물, 상기 Pb－MnS 개재물 중, 2㎛ 이상의 원 상당 직경을 가지고, 10이하의 어스펙트비를 갖는 것이 500개/㎟ 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 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 1 내지 청구항 4 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.