KR19990047911A - Bismuth-sulfur free cutting steel and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비스무스-유황계 쾌삭강 및 그 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는, 우수한 물성의 쾌삭강 및 오스테나이트 결정입도를 60 마이크로미터 이하로 조정하여 900℃의 고온연성을 60%이상으로 향상시키는 Bi-S계 쾌삭강 제조방법을 제공하고자 하는데 있다.The present invention relates to a bismuth-sulfur free cutting steel and a method for manufacturing the same, and an object thereof is to adjust the free cutting steel and austenite grain size of excellent physical properties to 60 micrometers or less to improve the high temperature ductility at 900 ° C to 60% or more. It is to provide a Bi-S-based free cutting steel manufacturing method.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량 %로, 탄소: 0.05-0.15%, 망간: 0.5-2.0%, 유황: 0.15-0.40%, 인: 0.01-0.10%, 산소: 0.003-0.020%, 비스무스: 0.03-0.30%, 실리콘: 0.01%이하, 알루미늄: 0.0009% 이하, 나머지 철 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 함유되어 있는 개재물 중에서, MnS개재물 및 비스무스가 흡착된 MnS개재물의 전단면분율이 0.5%-2.0%이고, 금속성 비스무스 개재물의 전단면분율이 0.030%-0.30%인 비스무스-유황계 쾌삭강에 관한 것과,The present invention for achieving the above object in weight%, carbon: 0.05-0.15%, manganese: 0.5-2.0%, sulfur: 0.15-0.40%, phosphorus: 0.01-0.10%, oxygen: 0.003-0.020%, bismuth: 0.03-0.30%, silicon: 0.01% or less, aluminum: 0.0009% or less, consisting of the remaining iron and inevitable impurities, and among the inclusions, the shear face fraction of the MnS inclusions and the MnS inclusions with bismuth adsorbed is 0.5% -2.0 %, And a bismuth-sulfur free cutting steel having a shear plane fraction of metallic bismuth inclusions of 0.030% -0.30%,

상기 강재를 이용하여 열간압연과, 선재압연을 거침에 있어, 그 재가열온도는 850-1000℃로 하여 오스테나이트 결정입도를 60㎛이하로 제어하는 Bi-S계 쾌삭강의 제조방법에 관한 것과,The present invention relates to a method for manufacturing Bi-S-based free-cutting steel for controlling austenite grain size of 60 µm or less in hot rolling and wire rolling using 850-1000 ° C.

상기 강에 티타늄 : 0.02-0.1%와 질소 : 0.0030-0.0100%를 함유시킨 강재를 이용하여 열간압연과 선재압연시, 오스테나이트 결정입도를 60㎛이하로 제어하는 Bi-S계 쾌삭강의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.In the manufacturing method of Bi-S-based free-cutting steel to control the grain size of austenite below 60㎛ during hot rolling and wire rolling using the steel containing titanium: 0.02-0.1% and nitrogen: 0.0030-0.0100% Let that point be about that.

Description

비스무스-유황계 쾌삭강 및 그 제조방법Bismuth-sulfur free cutting steel and its manufacturing method

본 발명은 부품을 가공하는 공구 등에 사용되는 Bi-S계 쾌삭강 및 그 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 피삭성이 우수한 쾌삭강 및 제조시 고온연성이 우수한 Bi-S계 쾌삭강 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a Bi-S-based free-cutting steel used in a tool for machining a part, and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a free-cutting steel having excellent machinability and a Bi-S-based free-cutting steel having excellent high temperature ductility during manufacturing. .

쾌삭강은 우수한 피삭성이 요구되는 카메라, 시계 등의 정밀한 소부품을 가공하는데 범용되는 소재이다. 더욱이 근년에는 자동차, 시계 및 카메라 등의 생산증가에 따라서 유황(S)계 쾌삭강에 납(Pb) 등의 피삭성을 개선시키는 원소가 첨가된 납(Pb)-유황(S)계 쾌삭강이 개발되어 절삭가공시 고속화 및 자동화에 적합한 강재로서 실용화되고 있다. 그러나 납산화물은 인체에 유독하기 때문에 이를 해결하고자 개발된 강이 비스무스-유황계 쾌삭강이다.Free-cutting steel is a general-purpose material for processing small precision parts such as cameras and watches requiring excellent machinability. In recent years, lead (Pb) -sulfur (S) -based free-cutting steel has been developed in which sulfur (S) -based free-cutting steel is added with elements that improve machinability, such as lead (Pb), as production increases in automobiles, watches, and cameras. It has been put to practical use as a steel suitable for high speed and automation in cutting. However, because lead oxide is toxic to the human body, the steel developed to solve this problem is bismuth-sulfur free cutting steel.

일반적으로, 열간압연된 비스무스-유황계 쾌삭강 선재의 표면에 생기는 결함은 크게 두가지 종류로 분류할 수 있다. 그 중 한가지는 딱지형(scab)으로 생긴 대형 결함으로써 길이는 5-10밀리미터 정도이고, 그 분포 간격은 불균일하지만 통상 수 백 밀리미터 이상이다. 또 다른 한가지 결함은 선재의 길이방향으로 비스듬하게 기운 미세한 균열로서 길이가 1밀리미터 이하인 것으로써 그 분포 간격은 수 백 마이크로미터 정도이고, 다소 규칙성이 있다. 상기 딱지형 결함은 수 많은 미세한 균열들중에서 일부의 미세한 균열이 기점이 되어서 액상의 비스무스가 흡착된 MnS와 기지조직의 계면, 미세한 기공(pin/blow hole), 또는 결정입계를 타고 성장된 것이다. 따라서 종래에는 결함의 기점이되는 미세한 균열의 생성을 억제하던가 또는 미세한 균열이 생성되어 있더라도 더 이상의 성장을 억제하기 위하여 압연온도를 높게 관리하여 기지조직의 연성을 향상시키는 방법 등에 의존해 왔다. 그러나 높은 압연온도의 유지 및 관리는 압연설비상의 제약, 생산성의 저하 등의 문제점이 따른다.In general, defects on the surface of hot rolled bismuth-sulfur free cutting steel wire can be classified into two types. One of them is a large scab-shaped grain, about 5-10 millimeters in length, with a uniform spacing of more than a few hundred millimeters. Another defect is fine cracks slanted obliquely in the longitudinal direction of the wire rod, which is less than 1 millimeter in length, having a distribution interval of several hundred micrometers and somewhat regular. The scab-like defects are grown through the interface between the liquid bismuth-adsorbed MnS and the matrix structure, pin / blow holes, or grain boundaries among many fine cracks. Therefore, in the related art, it has been dependent on a method of improving the ductility of the matrix structure by controlling the rolling temperature at a high level in order to suppress the formation of fine cracks, which are the origins of defects, or to suppress further growth even if fine cracks are formed. However, maintenance and management of the high rolling temperature is accompanied by problems such as constraints on the rolling equipment, deterioration in productivity.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적하는 바는, 개재물의 분율 및 형상을 제어함으로써, 우수한 물성의 쾌삭강을 제공하고자 하는데 있으며, 또한 900-1200℃정도의 통상적인 압연온도를 유지하면서 재가열온도를 제어하여 오스테나이트 결정입도를 60 마이크로미터 이하로 조정하여 고온연성을 향상시키고, 또한 티타늄의 함유량을 0.02-0.1%, 질소의 함유량을 0.0030-0.0100%로 제어하여 오스테나이트 결정입도를 60마이크로미터 이하로 조정하여 900℃의 고온연성을 60%이상으로 향상시키는 Bi-S계 쾌삭강 제조방법을 제공하고자 하는데 있다.The present invention is to solve the above problems, and its object is to provide a free-cutting steel of excellent physical properties by controlling the fraction and shape of the inclusions, while also maintaining a typical rolling temperature of about 900-1200 ℃ By controlling the reheating temperature, the austenite grain size is adjusted to 60 micrometers or less to improve the high temperature ductility, and the titanium content is 0.02-0.1% and the nitrogen content is 0.0030-0.0100% to control the austenite grain size. It is to provide a Bi-S-based free-cutting steel manufacturing method for adjusting the micrometer or less to improve the high temperature ductility of 900 ℃ to 60% or more.

일반적으로, 쾌삭강은 강에 비금속성 또는 금속성 개재물을 개재시켜 피삭성을 향상시킨 것으로서 비금속성 개재물의 대표적인 것이 MnS이고, 금속성 개재물은 강중에 고용도가 거의 없는 납, 비스무스 등의 저융점 금속이다. 이러한 개재물들은 절삭가공시 응력 집중원으로 작용하여 개재물과 지철의 계면에서 보이드(void)의 생성과 균열의 성장을 용이하게 하여 절삭에 요구되는 힘을 감소시키고, 또한 절삭가공열에 의하여 연화되거나 용융되어 칩(chip)과 절삭공구(tool)의 계면에서 윤활제로서 작용하므로 공구의 마모를 억제하며, 또 절삭가공력을 감소시킨다.Generally, free-cutting steel improves machinability by interposing non-metallic or metallic inclusions in steel, and typical non-metallic inclusions are MnS, and metallic inclusions are low melting metals such as lead and bismuth having little solid solution in steel. These inclusions act as a stress concentration source during cutting to facilitate the generation of voids and crack growth at the interface between the inclusions and the iron, reducing the force required for cutting, and also softening or melting by the cutting heat. It acts as a lubricant at the interface between the chip and the cutting tool, thereby suppressing tool wear and reducing cutting force.

MnS을 형성시키기 위해서 첨가되는 유황은 망간의 함량이 충분하지 않거나, 망간의 함량이 충분하더라도 응고 또는 냉각이 급격하게 일어나면 과포화된다. 연속주조시에 주편은 그 표면이 일정한 두께만큼 금속 응고된 조직이 생긴 다음에 그 내부에 주상정이 생기고, 이 주상정 사이에서 MnS가 정출된다. 그러나 칠정(chil 晶)이라고 부르는 급속응고된 조직에서는 유황이 MnS로 정출되지 못하고 과포화되어 있다. 이 칠정에 과포화된 유황은 냉각 또는 재가열중에 일부는 MnS로 석출되고, 그 나머지는 결정입계에 편석되어 열간취성을 일으키는 FeS로 석출된다. 또 이 칠정에는 유황뿐만 아니라 강중에 고용도가 거의 없는 기체 성분도 과포화되어 있으므로 고체에서의 고용도를 초과하는 이 기체성분은 미세한 기포(pin/blow hole) 로 잔류하게 된다.Sulfur added to form MnS is supersaturated if the content of manganese is insufficient or if solidification or cooling occurs rapidly even if the content of manganese is sufficient. In continuous casting, the cast steel has a metal-coagulated structure of a certain thickness, and then a columnar tablet is formed therein, and MnS is crystallized between the columnar tablets. However, in a rapidly solidified tissue called chil, sulfur is not defined as MnS and is supersaturated. Sulfur supersaturated in the seven tablets precipitates as MnS during cooling or reheating, and the remainder precipitates as FeS which segregates at grain boundaries and causes hot brittleness. In addition, the seven tablets supersaturate not only sulfur but also gas components with little solubility in the steel, so that these gas components exceeding the solid solubility in solids remain as fine bubbles (pin / blow holes).

한편, 절삭가공에는 유용한 비스무스는 강에 고용도가 거의 없고, 용융점이 낮기 때문에 통상적인 열간압연온도에서 MnS 개재물을 의도적으로 생성시키지 않은 일반탄소강에서는 주로 결정입계에 매우 얇은 필름(film) 형상으로 편석되어 결정입계취화물를 일으키지만, MnS 개재물을 의도적으로 생성시킨 쾌삭강에서는 MnS 개재물에 흡착되어 정출되므로 MnS 개재물과 지철의 계면 또는 오스테나이트 결정입계에 액체상태로 편석되어 열간취화를 유발시킨다. MnS 개재물과 지철의 계면에 존재하는 액상의 비스무스는 주로 900-1000℃에서, 오스테나이트 결정입계에 존재하는 액상의 비스무스는 주로 800-900℃에서 연성을 저하시키는 요인으로 작용한다. 특히 800-900℃에서 연성의 저하는 열간압연시 표면결함과 직접적인 관계가 있다. 따라서, 결정립 미세화에 의한 결정입계면적의 증가는 상대적으로 비스무스가 편석된 결정입계면적의 분율을 감소시키므로서 비스무스에 의한 결정입계취화를 억제시킬 수 있다. 뿐만 아니라 결정립 자체의 미세화만으로도 결정입계의 삼중점에서 발생되는 보이드(void)의 크기가 작아지고, 재결정을 용이하게하므로 연성을 향상시킬수 있다. 이처럼 고온연성을 향상시키는 결정립 미세화는 재가열시 결정립의 성장을 억제하므로서 가능하다. 따라서 재가열 온도를 낮게 관리하여 결정립의 성장을 억제시키던가 또는 재가열온도가 높더라도 고온에서 재고용되지 않고, 미세하게 존재하는 석출물을 이용하여 결정입계의 이동을 방해하므로서 결정립의 미세화는 가능하고, 고온연성은 향상시킬 수 있는 것이다.On the other hand, bismuth, which is useful for cutting, has little solid solubility in steel and has a low melting point, so that in general carbon steel, which intentionally does not produce MnS inclusions at ordinary hot rolling temperatures, it is segregated into a very thin film shape at grain boundaries. In this case, the free-cutting steel in which MnS inclusions are intentionally produced is crystallized by adsorption to MnS inclusions and segregated in the liquid state at the interface between MnS inclusions and iron, or in austenite grain boundaries, causing hot embrittlement. The liquid bismuth present at the interface between the MnS inclusions and the iron is mainly at 900-1000 ° C, and the liquid bismuth at the austenite grain boundary mainly acts as a factor to reduce the ductility at 800-900 ° C. In particular, the degradation of ductility at 800-900 ° C is directly related to the surface defects during hot rolling. Therefore, the increase in the grain boundary area due to grain refinement can suppress the grain boundary embrittlement caused by bismuth while relatively reducing the fraction of the grain boundary area in which bismuth is segregated. In addition, only by miniaturization of the grain itself, the size of the voids generated at the triple point of the grain boundary becomes small, and recrystallization is facilitated, thereby improving ductility. Such fine grain refinement to improve the high temperature ductility is possible by suppressing the growth of the grain when reheating. Therefore, it is possible to control the reheating temperature to suppress the growth of the grains or to recrystallize the grains, even if the reheating temperature is high. It can be improved.

상기한 바와같은 이론 및 연구결과로 부터 출발한 본 발명은 중량%로 탄소: 0.05-0.15%, 망간: 0.5-2.0%, 유황: 0.15-0.40%, 인: 0.01-0.10%, 산소: 0.003-0.020%, 비스무스: 0.03-0.30%, 실리콘: 0.01%이하, 알루미늄: 0.0009%이하, 나머지 철 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 함유되어 있는 개재물 중에서, MnS개재물 및 비스무스가 흡착된 MnS개재물의 전단면분율(section area fraction, %)이 0.5-2.0%이고 금속성 비스무스 개재물의 전단면분율이 0.030-0.30%인 비스무스(Bi)-유황(S)계 쾌삭강에 관한 것이며;Starting from the theory and research results as described above, the present invention is expressed in weight% of carbon: 0.05-0.15%, manganese: 0.5-2.0%, sulfur: 0.15-0.40%, phosphorus: 0.01-0.10%, oxygen: 0.003- 0.020%, bismuth: 0.03-0.30%, silicon: 0.01% or less, aluminum: 0.0009% or less, and the shear fraction of MnS inclusions and MnS inclusions with bismuth adsorbed among the inclusions, which is composed of the remaining iron and unavoidable impurities a bismuth (Bi) -sulfur (S) free cutting steel having a section area fraction (%) of 0.5-2.0% and a shear face fraction of metallic bismuth inclusions of 0.030-0.30%;

또한, 본 발명은 상기와 같은 조성의 강재를 이용하여 열간압연과 선재압연을 거침에 있어, 그 재가열온도는 850-1000℃로 하여 오스테나이트 결정입도를 60㎛이하로 제어하는 Bi-S계 쾌삭강의 제조방법에 관한 것이며;In addition, the present invention is subjected to hot rolling and wire rolling using the steel of the composition as described above, the reheating temperature is 850-1000 ℃ Bi-S-based free-cutting steel to control the austenite grain size below 60㎛ It relates to a manufacturing method of;

또한, 본 발명은 상기와 같은 조성의 강에 티타늄 : 0.02-0.1%와 질소 : 0.0030-0.0100%를 함유시킨 강재를 이용하여 열간압연과 선재압연시 오스테나이트 결정입도를 60㎛이하로 제어하는 Bi-S 계 쾌삭강의 제조방법에 관한 것이다.In addition, the present invention uses a steel material containing titanium: 0.02-0.1% and nitrogen: 0.0030-0.0100% in the steel composition as described above Bi to control the grain size of austenite during hot rolling and wire rolling to 60㎛ or less It relates to a method for producing -S-based free cutting steel.

다음에서, 본 발명에 사용되는 강의 성분조성 한정이유를 설명하고, 피삭성 확보 측면에서 개재물의 함유조건을 설명한다.Next, the reason for limiting the composition of the steel used in the present invention will be explained, and the conditions for inclusion of the inclusions will be described in terms of ensuring machinability.

상기 탄소(C)는 가공품의 표면조도 및 기계적 성질을 확보하기 위해서는 0.05%이상 첨가되어야 한다. 그러나 0.15%를 초과하게 되면 경한 퍼얼라이트 조직(hard pearlite phase)의 증가 때문에 피삭성이 떨어진다.The carbon (C) should be added more than 0.05% to secure the surface roughness and mechanical properties of the workpiece. However, if it exceeds 0.15%, the machinability is inferior due to the increase in the hard pearlite phase.

상기 망간(Mn)은 필요한 MnS 개재물의 양을 확보하고, 열간압연시 결정입계에 FeS의 생성으로 인한 열간취화를 억제하기 위해서 0.5%이상 첨가되어야 한다. 그러나 2.0%를 초과하면 강의 경도가 증가되어 피삭성의 감소를 초래하게 된다.The manganese (Mn) should be added at least 0.5% in order to secure the required amount of MnS inclusions, and to suppress hot embrittlement due to the generation of FeS at the grain boundaries during hot rolling. However, in excess of 2.0%, the hardness of the steel is increased, resulting in a decrease in machinability.

상기 인(P)은 피삭체의 표면조도를 향상시키기 위해서 0.01%이상이 되어야 하며, 기게적성질과 냉간가공성을 확보하기 위해서 0.1%를 넘지 않아야 한다.The phosphorus (P) should be 0.01% or more to improve the surface roughness of the workpiece, and should not exceed 0.1% to ensure mechanical properties and cold workability.

상기 유황(S)은 BUE(Built-Up-Edge)의 성장억제에 의한 피삭체의 표면조도를 개선하기 위한 MnS 개재물을 형성시키기 위해서 0.15% 이상 첨가되어야 한다. 그러나 열간 가공성과 냉간가공성을 확보하기 위해서 0.4% 이상은 넘지 않아야 한다.Sulfur (S) should be added at least 0.15% to form MnS inclusions for improving the surface roughness of the workpiece by growth inhibition of the BUE (Built-Up-Edge). However, in order to ensure hot workability and cold workability, it should not exceed 0.4%.

상기 산소(O)는 열간압연시 MnS계 개재물의 연신에 의해서 피삭성이 떨어지는 것을 방지하기 위해서 0.003%이상 첨가되어야 한다. 그러나 절삭가공시 MnS 개재물의 소성 변형능을 확보하기 위해서 0.020%는 넘지 않아야 한다.The oxygen (O) should be added at least 0.003% in order to prevent machinability from being degraded due to the stretching of the MnS-based inclusions during hot rolling. However, it should not exceed 0.020% to ensure plastic deformation of MnS inclusions during cutting.

상기 비스무스(Bi)는 강중에서 비스무스 단독 또는 MnS에 흡착되어 존재하므로 절삭가공시 응력집중원으로 작용하여 칩의 곡율반경을 감소시키므로서 칩 처리성을 개선시킨다. 더욱이 비스무스(Bi)는 절삭공구 표면에 MnS 개재물층의 면적을 증가시켜서 피삭체의 표면조도를 개선시키는 효능을 나타낸다. 뿐만아니라 비스무스는 절삭가공열에 용융되므로 칩과 절삭공구와의 사이의 마찰력을 감소시키고 또한 절삭공구의 마모를 억제한다. 따라서 0.02%보다 적으면 피삭효과가 떨어진다. 그러나 0.30%이상으로 많으면 열간가공성이 매우 나쁘게 된다.Since bismuth (Bi) is adsorbed by bismuth alone or MnS in steel, it acts as a stress concentration source during cutting, thereby reducing chip curvature and improving chip treatability. Moreover, bismuth (Bi) has an effect of improving the surface roughness of the workpiece by increasing the area of the MnS inclusion layer on the cutting tool surface. In addition, bismuth is melted in the cutting heat, thereby reducing friction between the chip and the cutting tool and suppressing wear of the cutting tool. Therefore, less than 0.02%, the machinability is inferior. However, if it is more than 0.30%, hot workability becomes very bad.

상기 실리콘(Si)은 MnS 개재물과 복합개재물을 형성하는 SiO2를 생성시킨다. 이러한 복합개재물의 소성변형능을 매우 나쁘기 때문에 공구의 끝에 MnS계 개재물층의 형성을 방해하여 BUE가 쉽게 생성되어 가공품의 표면조도에 악영향을 미친다. 따라서 실리콘의 함량은 가능한한 낮게 관리하여 0.003%를 넘지 않아야 한다.The silicon (Si) produces SiO 2 forming MnS inclusions and composite inclusions. Since the plastic deformation of such composite inclusions is very bad, the formation of MnS-based inclusion layers at the end of the tool can be hindered to easily generate BUE, which adversely affects the surface roughness of the workpiece. Therefore, the content of silicon should be kept as low as possible to not exceed 0.003%.

상기 알루미늄(Al) 은 Al2O3를 형성하며, Al2O3는 MnS 개재물과 복합개재물을 형성하기 쉽다. 이러한 복합개재물은 MnS 의 SiO2복합개재물과 마찬가지로 소성변형능이 매우 나쁘기 때문에 공구의 끝에 MnS계 개재물층의 형성을 방해하여 BUE 의 형성이 용이하므로 가공품의 표면조도에 악영향을 미친다. 또한 Al2O3는 매우 경하기 때문에 절삭공구의 마모를 촉진시킨다. 따라서 알루미늄의 함량은 0.0009%를 초과하지 않아야 한다.The aluminum (Al) forms Al 2 O 3 , Al 2 O 3 is easy to form MnS inclusions and composite inclusions. Since the composite inclusion has a very poor plastic deformation capability as with the SiO 2 composite inclusion of MnS, it hinders the formation of the MnS-based inclusion layer at the end of the tool, thereby easily forming the BUE, and thus adversely affects the surface roughness of the workpiece. Al 2 O 3 is also very hard, which promotes wear of cutting tools. Therefore, the content of aluminum should not exceed 0.0009%.

상기 티타늄(Ti)은 강중에서 고용되기도하고, 질소 및 탄소 등과 결합되어 TiN, Ti(CN), TiC 등으로 석출되기도 한다. TiN, Ti(CN), TiC의 순으로 높은 온도에서 석출된다. 환언하면 TiN이 가장 높은 온도에서 재고용된다. TiN 의 정확한 재고용온도는 Ti 과 N의 용해도적에 의해서 결정되지만 통상 1200℃이상의 온도에서도 잔류하는 것으로 알려져 있다. 따라서 재가열시 오스테나이트 결정립 성장을 억제시키기 위해서는 보다 고온에서도 안정한 TiN을 이용하는 것이 유리하다. 티타늄을 0.02% 이하로 첨가하면 TiN의 재고용 온도가 낮기 때문에 결정립의 성장억제에 효과적이지 못하고, 0.1% 이상으로 첨가하면 TiN에 의한 결정립 성장억제에는 효과적이지만 TiN에 의해 결정립이 경화되므로 결정입계가 상대적으로 약하게되어 고온연성을 오히려 열화시킨다.The titanium (Ti) may be dissolved in steel or combined with nitrogen and carbon to precipitate TiN, Ti (CN), TiC, or the like. Precipitates at high temperatures in order of TiN, Ti (CN), and TiC. In other words, TiN is reclaimed at the highest temperature. The exact restocking temperature of TiN is determined by the solubility of Ti and N, but it is generally known to remain at temperatures above 1200 ° C. Therefore, in order to suppress austenite grain growth during reheating, it is advantageous to use TiN which is stable even at a higher temperature. When titanium is added at 0.02% or less, the TiN inventory temperature is low, so it is not effective for suppressing grain growth. When titanium is added at 0.1% or more, it is effective for inhibiting grain growth by TiN, but the grain boundary is relatively hardened by TiN. It becomes weaker and deteriorates hot ductility.

상기 질소(N) 는 티타늄이 첨가된 강중에서 질소는 TiN, Ti(CN)등으로 석출되어 고온에서는 결정립을 미세화시키고, 상온에서는 석출경화시킨다. 따라서 결정립을 미세화시키기 위하여 TiN을 이용하기 위해서는 적당량 이상의 질소 농도가 필요하고, 너무 많이 첨가되면 전위와의 상호작용에 의해 시효경화되므로 상온취화를 유발시킬 수 있다.The nitrogen (N) is precipitated in the steel to which titanium is added, such as TiN, Ti (CN) to refine the crystal grains at high temperature, and precipitate hardening at room temperature. Therefore, in order to use TiN in order to refine the grains, an appropriate nitrogen concentration is required. If too much is added, age hardening may be caused by interaction with an electric potential, thereby causing room temperature embrittlement.

본 발명에서는 우수한 물성을 얻기 위해 개재물의 분율을 한정한다.In the present invention, the fraction of inclusions is limited in order to obtain excellent physical properties.

MnS 및 비스무스가 흡착된 MnS 개재물의 전단면분율이 0.5%이하이면 절삭성이 떨어지고, 또한 고온취화기구가 지철과 MnS 의 계면취화에서 결정입계취화로 전이된다. 2.0%이상이면 열간 가공성이 떨어진다. 금속성 비스무스 개재물의 전단면분율이 0.030%이하이면 절삭성이 떨이지고, 0.30% 이상이면 열간가공성이 떨어진다.If the shear surface fraction of the MnS inclusions adsorbed with MnS and bismuth is 0.5% or less, the machinability is poor, and the high temperature embrittlement mechanism transitions from interfacial embrittlement of grain iron and MnS to grain boundary embrittlement. If it is 2.0% or more, hot workability will fall. If the shear face fraction of the metallic bismuth inclusion is 0.030% or less, the machinability is inferior, and if it is 0.30% or more, the hot workability is inferior.

또한 개재물의 크기가 너무 미세하면 응력집중원으로서 역할이 줄어들어 절삭효과가 없고 또한 열간가공시 보이드의 생성원으로서의 역할을 하지 못하게 될 수 있다. 너무 조대하면 피삭성 및 열간 가공성이 떨어질 수 있다. 또한 개재물의 형상비(L/W, L : 개재물의 길이, W: 개재물의 폭)가 너무 크거나 작으면 피삭성이 떨이지고, 형상비가 너무 크면 고온변형시 보이드의 생성원으로서의 역할을 하지 못하게 될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 MnS 및 Bi가 흡착된 MnS 개재물은 길이가 5-20㎛, 폭이 1-10㎛인 것이 바람직하다.In addition, if the size of the inclusion is too small, the role of stress concentration source is reduced, there is no cutting effect and may not serve as a source of voids during hot processing. Too coarse can degrade machinability and hot workability. In addition, if the shape ratio of the inclusions (L / W, L: length of the inclusions, W: width of the inclusions) is too large or too small, the machinability is degraded. If the aspect ratio is too large, the shape ratio of the inclusions may not serve as a source of voids at high temperature deformation. Can be. Therefore, in the present invention, the MnS inclusions to which the MnS and Bi are adsorbed are preferably 5-20 µm in length and 1-10 µm in width.

다음에서, 상기와 같은 쾌삭강을 제조함에 있어, 고온연성이 우수한 쾌삭강 제조방법을 상세히 설명한다.Next, in manufacturing the above-mentioned free cutting steel, a free cutting steel manufacturing method excellent in high temperature ductility will be described in detail.

통상, Bi-S 쾌삭강은 900℃이상에서 열간압연된다. 압연온도 1000℃이상에서 고온연성은 60% 이상이기 때문에 표면결함이 발생될 염려는 없지만, 압연온도가 900℃이하로 덜어지면 고온연성은 60% 이하이기 때문에 열간압연시 표면결함이 발생될 염려가 있다. 따라서 열간압연시에 표면결함의 발생을 억제시키기 위해서는 압연온도 900℃정도에서도 압연소재의 고온연성을 60% 이상으로 확보할 필요가 있다.Usually, Bi-S free cutting steel is hot rolled at 900 degreeC or more. There is no fear of surface defects because the high temperature ductility is over 60% at rolling temperature above 1000 ℃, but if the rolling temperature is reduced below 900 ° C, high temperature ductility is below 60%, so there may be surface defects during hot rolling. have. Therefore, in order to suppress the occurrence of surface defects during hot rolling, it is necessary to secure the high temperature ductility of the rolled material to 60% or more even at a rolling temperature of about 900 ° C.

이에 본 발명에서는 첫 번째 방법으로 상기한 바와같은 강재를 이용하여 압연을 위한 재가열온도를 850-1000℃범위로 한정하여, 오스테나이트 결정입도를 60㎛이하로 조정하므로써, 고온연성을 60%이상으로 확보하는 것이다. 이때, 상기 재가열온도에서의 유지시간은 1분이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 재가열온도가 850℃에 미치지 못하면 압연온도가 너무 낮아 연성이 저하되고, 1000℃를 초과하면 결정립이 성장해 버린다.In the present invention, by using the steel as described above in the first method to limit the reheating temperature for rolling to 850-1000 ℃ range, by adjusting the austenite grain size below 60㎛, high temperature ductility to 60% or more To secure. At this time, the holding time at the reheating temperature is preferably 1 minute or more. If the reheating temperature does not reach 850 ° C., the rolling temperature is too low to reduce ductility, and if it exceeds 1000 ° C., grains grow.

또한, 본 발명에서는 두 번째 방법으로 상기한 바와같은 강성분에 티타늄을 0.02-0.1%, 질소를 0.0030-0.0100%함유시킨 강재를 이용하여, 오스테나이트 결정입도를 60㎛이하로 조정하므로써, 고온연성을 60%이상으로 확보하는 것이다.In the present invention, by using a steel material containing 0.02-0.1% of titanium and 0.0030-0.0100% of nitrogen in the steel component as described above, by adjusting the grain size of austenite to 60 µm or less, To secure more than 60%.

열간취화를 예측하기 위해서 고온인장시편의 파단면 감소율을 측정했을 때, 파단면 감소율이 60% 이상인 파단재를 관찰해보면 비스무스가 MnS개재물과 지철의 계면에서 보이드가 생성되고, 이 보이드는 소성변형을 수반하여 성장하여 인접하는 다른 성장된 보이드와 합체되어 파단되는 연성파괴가 일어난다. 파단면감소율이 60% 이하인 파단재에서는 Bi가 흡착된 MnS 개재물과 지철의 계면과 오스테나이트 결정입계에서 보이드가 생성되지만 이 보이드는 소성변형을 수반하는 성장이 아니라 곧 균열로 발전되어 이웃하는 다른 균열과 함체되어 파단되는 취성파괴가 일어난다. 또 파단면감소율이 60% 이하인 파단재에서 파단면 감소율이 감소할수록 결정입계파면율이 증가한다. 따라서 인장시편의 파단면감소율, 60%가 나타나는 온도를 열간압연시에 표면결함이 발생되는 열간취화의 기준으로 정할 수 있고, 또 파단면감소율은 고온연성의 정량적 평가의 기준으로 활용되고 있다.In order to predict the hot embrittlement, when measuring the fracture rate of high-temperature tensile specimen, the fracture material with the fracture reduction rate of 60% or more is observed. Bismuth produces voids at the interface between MnS inclusions and iron, and the voids Accompanied by this, ductile fracture occurs, in which it grows and coalesces with other adjacent grown voids. In fracture materials with a fracture reduction rate of 60% or less, voids are formed at the interface between Bi-adsorbed MnS inclusions and the ferrous iron and at the austenite grain boundaries, but these voids develop into cracks, rather than growth accompanied by plastic deformation, and other cracks adjacent to the cracks. And brittle fracture occurs. In the case of a fracture material having a fracture reduction rate of 60% or less, the grain boundary fracture rate increases as the fracture reduction rate decreases. Therefore, the fracture surface reduction rate of the tensile test specimen, the temperature at which 60% appears, can be determined as a criterion for hot embrittlement in which surface defects occur during hot rolling, and the fracture reduction rate is used as a criterion for quantitative evaluation of high temperature ductility.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

실시예Example

하기 표1과 같은 성분을 갖는 시편을 준비하였다. 이때, MnS와 비스무스가 흡착된 MnS개재물의 부피분율이 1.5-2.0%, 비스무스 개재물만의 부피분율이 0.15-0.2% 함유되어 있다. 또 이 개재물의 길이는 5-15 마이크로미터, 폭은 5-15 마이크로미터이며 폭에 대한 길이의 비율은 1-2정도였다. 비스무스 개재물의 면적분율은 주사형 전자현미경(SEM) 영상(200배율)에서 계산한 것이다.To prepare a specimen having the components shown in Table 1 below. At this time, the volume fraction of MnS inclusions adsorbed with MnS and bismuth is 1.5-2.0%, and the volume fraction of only bismuth inclusions is 0.15-0.2%. The inclusions were 5-15 micrometers long and 5-15 micrometers wide, with a length-to-width ratio of 1-2. The area fraction of bismuth inclusions was calculated from scanning electron microscope (SEM) images (200x magnification).

강종Steel grade 화 학 성 분(wt%)Chemical component (wt%) 개재물의 면적분율(%)Area fraction of inclusions (%) 개재물의 길이(L) 및 폭(W),(마이크로미터,㎛)Length (L) and width (W) of inclusions, (micrometer, μm) CC SiSi MnMn PP SS BiBi T[O]T [O] TiTi NN MnS+BiMnS + Bi BiBi AA 0.0840.084 0.01이하0.01 or less 1.201.20 0.080.08 0.320.32 0.100.10 0.01100.0110 0.0200.020 0.00620.0062 1.5-2.01.5-2.0 0.15-0.20.15-0.2 L = 5-15W = 5-15L/W = 1-2L = 5-15W = 5-15L / W = 1-2 T1T1 0.0990.099 "" 1.251.25 0.080.08 0.270.27 0.0990.099 0.01000.0100 0.0210.021 0.00480.0048 T2T2 0.0950.095 "" 1.241.24 0.060.06 0.290.29 0.100.10 0.00950.0095 0.0250.025 0.00500.0050 T3T3 0.100.10 "" 1.241.24 0.080.08 0.280.28 0.096.0.096. 0.00970.0097 0.0340.034 0.00050.0005 T4T4 0.0910.091 "" 1.251.25 0.090.09 0.300.30 0.110.11 0.01050.0105 0.0500.050 0.00560.0056 T5T5 0.0910.091 "" 1.271.27 0.080.08 0.290.29 0.100.10 0.01020.0102 0.120.12 0.00600.0060

상기 표1에 나타낸 강종 A을 이용한 시편을 하기 표2와 같은 재가열조건으로 가열하여 인장시험을 행하였다. 각 온도별 파단면 감소율을 구하여, 그 결과를 고온연성으로 하기 표2에 나타내었으며, 또한 오스테나이트 결정입도를 측정하여 그 결과도 하기 표2에 나타내었다.Tensile tests were performed by heating the specimens using steel grade A shown in Table 1 under reheating conditions as shown in Table 2 below. The fracture rate reduction rate for each temperature was obtained, and the results are shown in Table 2 below as high-temperature ductility. Also, the grain size of austenite was measured and the results are also shown in Table 2 below.

강종Steel grade 재가열조건Reheating Condition 오스테나이트 결정입도(마이크로미터,㎛)Austenitic grain size (micrometer, ㎛) 고온연성(%)High temperature ductility (%) 온도(℃)Temperature (℃) 시간(분)Minutes 800℃800 ℃ 900℃900 ℃ 950℃950 ℃ 1000℃1000 ℃ 1100℃1100 ℃ AA 12501250 33 121121 4949 3838 6767 7272 8383 11501150 33 8686 -- 4646 -- -- -- 10501050 33 7979 -- 4747 -- -- -- 900900 33 5454 -- 6767 -- -- -- 900900 1One 5252 -- 7575 -- -- -- 900900 1010 5555 -- 6868 -- -- --

상기 표2에서 알 수 있는 바와같이, 오스테나이트 경정입도가 121 마이크로미터이면 900℃이하의 온도에서 고온연성은 60% 이하이므로 900℃에서 열간압연하면 표면결함이 발생하게 된다. 그러나 재가열온도를 제어하여 오스테나이트 결정입도를 55 마이크로미터 이하로 미세하게 하면 고온연성은 60% 이상으로 증가되고, 900℃에서 열간압연하더라도 표면결함은 발생되지 않는다.As can be seen in Table 2, when the austenite hard crystal grain size is 121 micrometers, the high temperature ductility is less than 60% at a temperature of 900 ° C or less, so that a surface defect occurs when hot rolling at 900 ° C. However, when the reheating temperature is controlled to make the austenite grain size smaller than 55 micrometers, the hot ductility is increased to 60% or more, and surface defects are not generated even when hot-rolled at 900 ° C.

상기 표1에 나타낸 강종들을 이용한 시편을 하기 표3과 같은 재가열조건으로 가열하여 인장시험을 행하였다. 오스테나이트 결정입도와 각각의 오스테나이트 결정입도를 갖는 소재를 인장시험했을 때의 파단면감소율을 구하여, 그 결과를 하기표3에 나타내었다.Tensile tests were performed by heating the specimens using the steel grades shown in Table 1 under reheating conditions as shown in Table 3 below. When the tensile test of the material having the austenite grain size and each of the austenitic grain size was measured, the fracture rate reduction rate was determined, and the results are shown in Table 3 below.

강종Steel grade 재가열조건Reheating Condition 오스테나이트 결정입도(마이크로미터,㎛)Austenitic grain size (micrometer, ㎛) 고온연성(%)High temperature ductility (%) 온도(℃)Temperature (℃) 시간(분)Minutes 800℃800 ℃ 900℃900 ℃ 950℃950 ℃ 1000℃1000 ℃ 1100℃1100 ℃ AA 12501250 33 121121 4949 3838 6767 7272 8383 5959 4444 8181 8787 8888 9090 T1T1 T2T2 6060 4343 7777 8484 8686 8787 T3T3 8585 4242 4343 5050 5656 7575 5555 4545 7575 8080 8282 8585 T4T4 5454 4141 4040 4545 5555 6060 T5T5

상기 표3에서 알 수 있는 바와같이, 재가열온도가 1250℃로 높더라도 티타늄과 질소를 조정한 강종(강종 T1, T2, T4)에서는 TiN 이 재가열시 오스테나이트 결정입도의 성장을 억제시키므로 오스테나이트 결정입도는 60 마이크로미터 이하이고, 이 강종의 900℃ 고온연성은 60% 이상으로서 열간압연시에 표면결함이 발생될 염려는 없다. 그러나 티타늄이 첨가된 강종이더라도 질소농도가 낮은 강종(강종 T3)은 오스테나이트 결정입도의 성장을 억제시키는 TiN이 석출되지 않으므로 오스테나이트의 결정입도는 85 마이크로미터이고 900℃ 고온연성은 60%이하로서 이온도에서 열간압연하면 표면결함이 발생된다. 또한 질소농도를 조정하였더라도 티타늄이 과도하게 첨가된 강종(강종 T5)은 TiN의 석출물이 오스테나이트 결정입도를 54 마이크로미터 정도로 미세화시키더라도 과도한 TiN의 석출물이 오스테나이트 결정입도를 54 마이크로미터 정도로 미세화시키더라도 과도한 TiN의 석출에 의하여 결정입계에 대한 결정립의 강도가 너무 크기 때문에 900℃ 고온연성은 60% 이하이므로 열간압연시 표면결함이 발생될 수 있다.As can be seen in Table 3 above, even when the reheating temperature is high to 1250 ℃, in the steel grades adjusted with titanium and nitrogen (steel grades T1, T2, T4), TiN inhibits the growth of austenite grain size when reheating, thus austenite crystals The particle size is 60 micrometers or less, and the 900 ° C high temperature ductility of the steel grade is 60% or more, so that there is no fear of surface defects during hot rolling. However, even if titanium is added, steel grade with low nitrogen concentration (steel grade T3) does not precipitate TiN, which inhibits the growth of austenite grain size. Therefore, the grain size of austenite is 85 micrometers and 900 ℃ high temperature ductility is less than 60%. Hot rolling at ionic degrees causes surface defects. In addition, even if the nitrogen concentration is adjusted, even if the titanium is excessively added (steel grade T5), even if the precipitate of TiN refines the austenite grain size to 54 micrometers, the precipitate of excessive TiN will refine the austenite grain size to 54 micrometers. Even if the TiN due to excessive precipitation of crystal grains on the grain boundary is too large, the high temperature ductility of 900 ℃ is less than 60% may cause surface defects during hot rolling.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면, Bi-S계 쾌삭강을 제조함에 있어 그 재가열온도를 제어하거나, Ti 및 N를 적정량 첨가함으로써, 제조시 고온연성이 우수하여 물성이 우수한 쾌삭강을 높은 생산성으로 얻을 수 있는 효과가 제공된다.As described above, according to the present invention, in manufacturing the Bi-S-based free cutting steel, by controlling the reheating temperature or by adding an appropriate amount of Ti and N, the free cutting steel having excellent high temperature ductility during manufacturing and excellent physical properties can be obtained with high productivity. The effect is provided.

Claims (4)

중량 %로, 탄소(C) : 0.05-0.15%, 망간(Mn) : 0.5-2.0%, 유황(S) : 0.15-0.40%, 인(P) : 0.01-0.10%, 산소(O) : 0.003-0.020%, 비스무스(Bi) : 0.03-0.30%, 실리콘(Si) : 0.01%이하, 알루미늄(Al) : 0.0009% 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 함유되어 있는 개재물 중에서, MnS개재물 및 비스무스가 흡착된 MnS개재물의 전단면분율이 0.5%-2.0%이고, 금속성 비스무스 개재물의 전단면분율이 0.030%-0.30%인 것을 특징으로 하는 비스무스-유황계 쾌삭강.By weight%, carbon (C): 0.05-0.15%, manganese (Mn): 0.5-2.0%, sulfur (S): 0.15-0.40%, phosphorus (P): 0.01-0.10%, oxygen (O): 0.003 -0.020%, bismuth (Bi): 0.03-0.30%, silicon (Si): 0.01% or less, aluminum (Al): 0.0009% or less, consisting of the remaining iron (Fe) and unavoidable impurities, among the inclusions contained therein, A bismuth-sulfur free cutting steel, characterized in that the shear face fraction of MnS inclusions and bismuth-adsorbed MnS inclusions is 0.5% -2.0%, and the shear face fraction of metallic bismuth inclusions is 0.030% -0.30%. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 MnS 및 Bi가 흡착된 MnS 개재물은 길이가 5-20㎛, 폭이 1-10㎛인 것을 특징으로 하는 Bi-S계 쾌삭강.The MnS inclusions adsorbed with the MnS and Bi have a length of 5-20 µm and a width of 1-10 µm. 중량 %로, 탄소(C) : 0.05-0.15%, 망간(Mn) : 0.5-2.0%, 유황(S) : 0.15-0.40%, 인(P) : 0.01-0.10%, 산소(O) : 0.003-0.020%, 비스무스(Bi) : 0.03-0.30%, 실리콘(Si) : 0.01%이하, 알루미늄(Al) : 0.0009% 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강재를 이용하여 열간압연과, 선재압연을 거침에 있어, 그 재가열온도는 850-1000℃로 하여 오스테나이트 결정입도를 60㎛이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 Bi-S계 쾌삭강의 제조방법.By weight%, carbon (C): 0.05-0.15%, manganese (Mn): 0.5-2.0%, sulfur (S): 0.15-0.40%, phosphorus (P): 0.01-0.10%, oxygen (O): 0.003 -0.020%, bismuth (Bi): 0.03-0.30%, silicon (Si): 0.01% or less, aluminum (Al): 0.0009% or less, hot rolling using a steel material consisting of the remaining iron (Fe) and unavoidable impurities, A method for producing a Bi-S free-cutting steel, characterized in that the reheating temperature is controlled to 850-1000 ° C. to control the grain size of austenite to 60 μm or less. 중량 %로, 탄소(C) : 0.05-0.15%, 망간(Mn) : 0.5-2.0%, 유황(S) : 0.15-0.40%, 인(P) : 0.01-0.10%, 산소(O) : 0.003-0.020%, 비스무스(Bi) : 0.03-0.30%, 실리콘(Si) : 0.01%이하, 알루미늄(Al) : 0.0009% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강에 티타늄 : 0.02-0.1%와 질소 : 0.0030-0.0100%를 함유시킨 강재를 이용하여 열간압연과 선재압연시, 오스테나이트 결정입도를 60㎛이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 Bi-S계 쾌삭강의 제조방법.By weight%, carbon (C): 0.05-0.15%, manganese (Mn): 0.5-2.0%, sulfur (S): 0.15-0.40%, phosphorus (P): 0.01-0.10%, oxygen (O): 0.003 -0.020%, Bismuth (Bi): 0.03-0.30%, Silicon (Si): 0.01% or less, Aluminum (Al): 0.0009% or less, Titanium: 0.02-0.1% and Nitrogen: A method for producing a Bi-S free-cutting steel, characterized in that the grain size of austenite is controlled to 60 µm or less during hot rolling and wire rolling using a steel material containing 0.0030-0.0100%.
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