KR20050016017A - Low-carbon free cutting steel - Google Patents
Low-carbon free cutting steelInfo
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Abstract
Description
본 발명은, 납(Pb)을 함유하지 않는 저탄소 쾌삭강(快削鋼)에 관한 것이다. 특히, 납을 포함하지 않는데도 불구하고, 종래의 납쾌삭강 및 납과 다른 쾌삭성 개선원소를 병용한 복합 쾌삭강에 비하여, 초경공구를 사용하는 절삭의 경우에도 우수한 피삭성을 가지고, 열간가공성 및 절삭후의 마무리면의 성상(性狀)에도 우수하고, 또한 저렴하게 제조할 수 있는 저탄소 쾌삭강에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기의 여러가지 특성과 함께, 침탄특성에도 우수한 저탄소 쾌삭강에 관한 것이다.This invention relates to the low carbon free cutting steel which does not contain lead (Pb). In particular, even though it does not contain lead, it has excellent machinability even when cutting using a cemented carbide tool, compared to conventional lead free cutting steels and composite free cutting steels in which lead and other free cutting elements are used. It is related with the low-carbon free cutting steel which is excellent also in the property of the after finishing surface, and can be manufactured at low cost. The present invention also relates to a low carbon free cutting steel excellent in carburizing properties in addition to the various properties described above.
종래, 강도(强度)를 그다지 필요로 하지 않는 연질의 소형부품에는, 생산성 향상을 위하여, 피삭성이 우수한 강재, 소위 쾌삭강이 사용되고 있다. 가장 잘 알려져 있는 쾌삭강은, S를 다량으로 첨가해서 MnS에 의해 피삭성을 개선한 유황쾌삭강, Pb를 첨가한 납쾌삭강,및 S와 Pb의 양자를 포함하는 복합 쾌삭강이다. 특히 Pb를 포함하는 쾌삭강은, 공구수명의 연장을 가져오고, 절삭칩 분단성에 우수하고, 가공후의 강재표면의 마무리면 거칠기에 우수하다고 하는 특성을 가지고 있다. 또한 피삭성 개선의 목적으로 Te(텔루르)나 Bi(비스무스) 등을 함유하는 쾌삭강도 있다. 이들은, 자동차용의 브레이크 부품 등의 소형부품이나 퍼스널 컴퓨터 주변기기부품을 비롯하여, 전기기기부품이나 금형 등의 각종 기계부품에 대량으로 사용되고 있다.Background Art Conventionally, steel materials excellent in machinability, so-called free-cutting steel, have been used for soft small parts that do not require much strength in order to improve productivity. The most well-known free-cutting steel is a sulfur free-cutting steel which added a large amount of S and improved machinability by MnS, a lead free-cutting steel added with Pb, and a composite free-cutting steel including both S and Pb. In particular, free-cutting steel containing Pb has the characteristics of prolonging tool life, excellent cutting chip segmentation, and excellent finish surface roughness of the steel surface after machining. There is also a free-cutting steel containing Te (tellur), Bi (bismuth) or the like for the purpose of improving machinability. These are used in large quantities for various mechanical parts such as electric machine parts and molds, as well as small parts such as brake parts for automobiles and personal computer peripheral parts.
한편, 최근 절삭기계의 성능향상에 따라 고속도에서의 절삭이 가능해지고, 그것에 따라 상기와 같은 부품의 소재로 되는 강재에도, 고속절삭 가공시에 있어서의 피삭성 향상이 강하게 요망되고 있다.On the other hand, in recent years, cutting at high speeds is possible in accordance with the improvement of the performance of a cutting machine, and accordingly, the improvement of machinability at the time of high speed cutting is strongly desired also for steel materials which are the raw materials of the above components.
또한, 상기 부품은 절삭가공에 의하여 소정의 형상으로 마무리한 후, 표면의 강도를 확보하기 위하여 침탄처리가 실시되는 경우가 있다. 따라서, 이들의 부품에 사용되는 강재에는 높은 피삭성을 가지는 동시에, 침탄특성이 우수한 것이 요망되는 경우가 있다.In addition, after the parts are finished in a predetermined shape by cutting, carburization may be performed to secure the strength of the surface. Therefore, there are cases where steel materials used for these parts have high machinability and excellent carburizing characteristics.
상기와 같은 부품의 소재로서 사용할 수 있는 강재에는 우수한 피삭성이 요망되는 것이지만, 상기 피삭성으로서는, 공구수명을 연장할 뿐만아니라, 절삭칩이 잘게 분단되는 성질, 즉 「절삭칩 처리성」이 우수한 것이 중요시된다. 상기 절삭 처리성은, 가공라인의 자동화에 빠뜨릴 수 없는 것이며, 생산성의 향상을 위해서는 필수적이다. 또한, 공구수명이나 절삭칩 처리성이외에도 가공 정밀도의 관점으로부터 절삭후의 강재표면에 있어서의 마무리면의 성상에 우수한 것, 즉, 마무리면 거칠기가 작은 것이 요망돠고 있다. 상기 쾌삭강 중에서도 납쾌삭강이나 Pb와 함께 다른 쾌삭성 개선원소를 함유하는 복합 쾌삭강은, 이들의 여러가지 특성이 우수하고, 현존의 강재 중에서는 가장 피삭성이 우수하다고 되어 있다.Steel materials that can be used as materials for the above components are required to have excellent machinability, but the machinability not only prolongs tool life, but also allows cutting chips to be finely divided, that is, excellent in cutting chip processing properties. It is important. The cutting processability is indispensable to the automation of the processing line, and is essential for improving the productivity. In addition to tool life and cutting chip processing properties, it is desirable to have excellent finish properties on the steel surface after cutting, that is, a small finish surface roughness, from the viewpoint of machining accuracy. Among the above free cutting steels, the composite free cutting steels containing lead free cutting steels and other high machinability improving elements together with Pb are excellent in various properties thereof, and among the existing steel materials, the machinability is the most excellent in machinability.
최근, 환경문제에의 관심이 높아지는 가운데 Pb를 함유하지 않는 쾌삭강이 강하게 요망되고 있다. 이것은, 인체나 지구환경에 대하여 유해한 Pb를 포함하는 강재는, 그 제조과정에 있어서 대규모인 배기설비를 필요로 할 뿐아니라, 환경보전의 관점으로부터 Pb의 사용을 억제하는 움직임이 높아지고 있기 때문이다.In recent years, with increasing interest in environmental problems, free cutting steels containing no Pb have been strongly desired. This is because steel containing Pb that is harmful to the human body and the global environment not only requires large-scale exhaust facilities in its manufacturing process, but also has increased movement to suppress the use of Pb from the viewpoint of environmental conservation.
상기의 요망에 부응하기 위해, 납쾌삭강을 교체하는 것으로서 Pb를 함유하지 않는 저탄소 유황쾌삭강에 관한 여러가지 제안이 이루어지고 있다. 그러나, 공구수명의 연장에 기여하고, 절삭칩 처리성이 우수하며, 마무리면 거칠기가 작다고 하는 Pb를 함유하는 쾌삭강의 특징 모두를 만족하는 쾌삭강은 아직 개발되지 않고 있다.In order to meet the above requirements, various proposals have been made regarding low carbon sulfur free cutting steel containing no Pb by replacing lead free cutting steel. However, free cutting steels which contribute to the extension of tool life, excellent cutting chip processing properties, and satisfying all of the characteristics of free cutting steel containing Pb, which is said to have a small finish surface roughness, have not yet been developed.
특허문헌 1(일본특개 2003-49240호 공보)에는, Ti 또는/및 Zr의 탄황화물계 개재물을 존재시키고, 피삭성을 개선시킨 쾌삭강이 개시되어 있다. 이 쾌삭강에서는 MnS와 함께 Ti 탄황화물 혹 Zr탄황화물을 강중에 분산시키고 있기 때문에, MnS의 유사적인 윤활효과를 얻기 어렵고, 공구와 피삭재의 사이에 있어서의 마찰력이 상승한다. 그 결과, 절삭저항이 상승해서 공구인선(工具刃先)에 구성인선이 생성하기 쉬워진다. 구성인선이 생성해버리면, 마무리 절삭후의 마무리면 거칠기가 커지고, 부품에 있어서의 가공 정밀도가 손상된다.Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-49240) discloses a free cutting steel in which Ti or / and Zr carbon sulfide inclusions are present to improve machinability. In this free cutting steel, Ti carbide sulfide or Zr carbide sulfide is dispersed in the steel together with MnS, so that similar lubricating effect of MnS is hardly obtained, and the friction force between the tool and the workpiece increases. As a result, the cutting resistance rises and the construction edge is easily generated in the tool edge. If a construction edge is produced, the finish surface roughness after finishing cutting will become large, and the machining precision in a component will be impaired.
특허문헌 1 중에는 Ti 함유량이 0.1% 이하인 실시예는 발견되지 않는다. 이 것은, 특허문헌 1의 발명이 다량의 Ti를 함유시키는 것에 따라 Ti 탄황화물을 생성시키는 것을 목적으로 하고 있는 것을 나타내고 있어, 실제로 MnS와 함께 Ti 탄황화물계 개재물이 입자형상으로 매트릭스내에 분산되어 있다고 기재되어 있다. 이 경우에는, 공구수명, 절삭칩 처리성, 마무리면 거칠기라고 한 상기 부품에 사용할 수 있는 강재에 요구되는 성능을 만족할 수 없다.In patent document 1, the Example whose Ti content is 0.1% or less is not found. This indicates that the invention of Patent Literature 1 aims to produce Ti carbohydrates by containing a large amount of Ti. In fact, Ti carbohydrate inclusions are dispersed in a matrix in a matrix with MnS. It is described. In this case, the performance required for steel materials which can be used for the above-mentioned parts such as tool life, cutting chip processability, and finish surface roughness cannot be satisfied.
특허문헌 2(일본특개 2003-49241호 공보)에는, (Ti + 0.52Zr)/S < 2의 범위에서 Ti 또는/및 Zr을 함유시키고, Ti 혹은 Zr의 탄황화물을 개재물로서 함유하는 쾌삭강이며, 선삭가공 및 드릴가공에 있어서의 공구수명을 높인 쾌삭강이 개시되어 있다. 이 특허문헌 2의 발명에서는 Ti 탄황화물을 강중에 생성시키는 것으로써 선삭가공시의 공구수명 개선을 도모하고 있다. 이 기술에서는, 확실하게 어느정도의 공구수명의 개선은 할 수 있지만, Ti 혹 Zr의 탄황화물의 존재에 의해 MnS의 윤활효과를 얻기어렵고, 공구와 피삭재와의 사이에서의 마찰력이 상승한다. 그 결과, 절삭저항이 상승하고, 공구인선에 구성인선이 생성하기 쉬워진다. 구성인선이 생성해버리면 절삭후의 마무리면 거칠기가 커지고, 결과적으로 가공 정밀도가 열화한다.Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-49241) is a free-cutting steel containing Ti or / and Zr in the range of (Ti + 0.52Zr) / S <2, and containing a carbon sulfide of Ti or Zr as an inclusion, Free cutting steel which improves the tool life in turning and drill processing is disclosed. In the invention of Patent Document 2, the tool life during turning is improved by generating Ti carbon sulfide in steel. In this technique, the tool life can be reliably improved to a certain extent, but the presence of Ti or Zr carbide sulfide makes it difficult to obtain the lubricating effect of MnS, and the friction force between the tool and the workpiece increases. As a result, the cutting resistance is increased, and the construction edge is easily generated in the tool edge. If the edge is formed, the roughness of the finished surface after cutting increases, resulting in deterioration of machining accuracy.
또한, 특허문헌 2에는, 후술하는 본 발명에서 규정하는 바와 같은 S를 0.21%이상의 범위에서 함유하고, Ti량이 0.1%이하인 쾌삭강의 실시예는 볼 수 없다.이점에서, 특허문헌 2의 발명이 마무리면 거칠기나 절삭칩 처리성의 향상을 목표로한 발명에서는 없는 것이 분명하다. 요컨대, 특허문헌 2의 발명에서는 MnS와 함께 Ti 혹은 Zr의 탄황화물이 매트릭스 내에 분산되어져 있으므로, 원하는 마무리면 거칠기 및 절삭칩 처리성을 얻을 수는 없다.In addition, Patent Document 2 contains S as defined in the present invention to be described later in a range of 0.21% or more, and an example of a free-cutting steel having a Ti content of 0.1% or less cannot be seen. In this regard, the invention of Patent Document 2 is finished. Obviously, there is no invention in the aim of improving surface roughness and cutting chip processing performance. In short, in the invention of Patent Literature 2, since Ti or Zr carbide sulfide is dispersed in a matrix together with MnS, desired finish surface roughness and cutting chip treatability cannot be obtained.
특허문헌 3 (일본특개 2000-319753호 공보)에는 0.4%를 초과하는 S를 함유시켜서 MnS를 증량한 Pb를 첨가하지 않는 저탄소 유황쾌삭강이 개시되어 있다. 그러나, 상기 강에서는 초경공구 수명의 개선의 효과가 작다. 또한, 이 강은, 공구수명과 함께 중요시되는 절삭칩 처리성이 개선된 것은 아니고, 종래의 유황쾌삭강의 성능을 크게 개량한 것은 아니다.Patent Literature 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-319753) discloses a low carbon sulfur free-cutting steel containing S exceeding 0.4% and not adding Pb with an increased MnS. However, in the steel, the effect of improving the life of the carbide tool is small. In addition, this steel does not improve the cutting chip processability, which is important with tool life, and does not significantly improve the performance of conventional sulfur free cutting steel.
특허문헌 4(일본 특개평 09-53147호 공보)에는, C: O.01 ∼ O.2%、 Si: 0.10 ∼ 0.60%, Mn: 0.5 ∼ 1.75%, P: 0.005 ∼ O.15%、 S: 0.15 ∼ O.40%、 O (산소): 0.001 ∼ O.OlO%, Ti :0 .0005 ∼ O.020%, N: O.003 ∼ 0.03%를 함유하고, 초경공구에 대한 피삭성, 특히 공구수명에 우수한 쾌삭강의 발명이 개시되어 있다. 상기 발명에서는, Ti와 함께 Si를 0.1 ∼ O.6% 함유시키는 것을 필수로서 초경공구의 수명개선을 도모하고 있다. 또한, 본 발명에서는, 본 발명과 같이 Si를 함유시키지 않아도 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」를 강재중에 존재시키는 것에 따라, 공구수명 뿐만아니라, 절삭칩 처리성, 마무리면 거칠기의 향상까지를 의도한 것은 아니다.Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 09-53147) discloses C: 0.01 to 0.2%, Si: 0.10 to 0.60%, Mn: 0.5 to 1.75%, and P: 0.005 to 0.15%. : 0.15-0.40%, O (oxygen): 0.001-0.010%, Ti: 0.005-0.020%, N: 0.03-0.03%, The machinability to a carbide tool, In particular, the invention of free cutting steel excellent in tool life is disclosed. In the above invention, it is essential to improve the lifespan of the cemented carbide tool as essential as containing 0.1 to 0.6% of Si together with Ti. In addition, in the present invention, not only the tool life, but also the cutting life of the chip and the finish surface are provided by the existence of "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" even in the steel material even without containing Si as in the present invention. It is not intended to improve the roughness.
특허문헌 5(일본특허 제3390988호 공보)에는 C: 0.02 ∼ 0.15%, Mn: O.3 ∼ 1.8%, S: 0.225 ∼ 0.5%, Ti: 0.1 ∼ 0.6, Zr: 0.1 ∼ 0.6%를 함유하고, 또한 Ti + Zr: 0.3 ∼ O.6%,(Ti + Zr)/S비: 1.1 ∼ 1.5를 만족시키고, 기계적 이방성(異方性)을 개선한 저탄소 유황쾌삭강의 발명이 개시되어 있다. 본 발명은, 상기의 조성으로 함으로써 열간에서의 변형저항이 높은 Ti나 Zr의 황화물을 생성시키고, 강재의 기계적 이방성이나 피삭성을 개선한 것이다. 그러나, 변형저항이 높은 이들의 황화물에서는 절삭시에 황화물에 의한 윤활효과를 얻기 어렵기 때문에, 절삭저항이 높아지고, 공구수명의 열화나 마무리면 거칠기의 열화를 야기한다.Patent Document 5 (Japanese Patent No. 3390988) contains C: 0.02 to 0.15%, Mn: 0.3 to 1.8%, S: 0.225 to 0.5%, Ti: 0.1 to 0.6, and Zr: 0.1 to 0.6%. Moreover, invention of the low carbon sulfur free-cutting steel which satisfy | filled Ti + Zr: 0.3 to 0.6% and (Ti + Zr) / S ratio: 1.1 to 1.5 and improved the mechanical anisotropy is disclosed. This invention improves the mechanical anisotropy and machinability of steel materials by making the said composition produce the sulfide of Ti and Zr with high deformation resistance in hot. However, these sulfides having high deformation resistance hardly obtain a lubrication effect by sulfides during cutting, resulting in high cutting resistance, deterioration of tool life and deterioration of finish surface roughness.
본 발명의 과제는, 환경에 유해한 Pb를 함유하는 일없이, 종래의 납쾌삭강이나 Pb와 함께 그 밖의 쾌삭성 부여원소를 병용한 복합 쾌삭강에 비교하여, 특히 초경공구를 사용한 절삭의 경우에 우수한 피삭성을 나타내고, 열간가공성이 우수하며, 또한 절삭후의 표면성상에도 우수하고, 저렴하게 제조할 수 있는 저탄소 쾌삭강을 제공 하는 것에 있다. 또한, 상기의 여러가지 특성에 더하여 우수한 침탄성도 가지는 저탄소 쾌삭강을 제공하는 것도 본 발명의 과제이다.The problem of the present invention is superior to conventional lead free cutting steel and composite free cutting steel in which other free cutting elements are used together with Pb without harmful to the environment, particularly in the case of cutting using cemented carbide tools. It is to provide a low-carbon free-cutting steel which exhibits machinability, is excellent in hot workability, is also excellent in surface properties after cutting, and can be manufactured at low cost. Moreover, it is also a subject of this invention to provide the low carbon free cutting steel which also has the outstanding carburism property in addition to the said various characteristics.
황화물등의 개재물 상태가 강의 피삭성에 크게 영향을 주는 것은 잘 알려져 있다. 그리고, C, Ti, S, N, 0가 함유되어 있는 강에 있어서 관찰되는 개재물에는 여러가지 것이 있다. 예컨대, Ti 황화물, Ti 탄황화물, Ti 탄화물, Ti 탄질화물, Ti 질화물, Ti 산화물이다. 더욱이 Mn이 함유되어 있으면, 「MnS」의 화학식에서 나타내지는 Mn황화물도 존재한다. 이들 외에, Al이나 Si가 포함되어 있으면 이들의 산화물도 존재한다. 이들의 존재형태는 다종다양하며, 이들 개재물의 조성이나 존재형태가 강의 피삭성이나 다른 기계특성 등에 크게 영향을 주는 것이다.It is well known that inclusion states such as sulfides greatly influence the machinability of steel. Incidentally, there are various kinds of inclusions observed in the steel containing C, Ti, S, N, and 0. For example, Ti sulfide, Ti carbide sulfide, Ti carbide, Ti carbonitride, Ti nitride, Ti oxide. Furthermore, when Mn is contained, Mn sulfide represented by the chemical formula of "MnS" also exists. In addition to these, when Al and Si are contained, these oxides also exist. These forms of existence are various, and the composition and the form of these inclusions greatly influence the machinability and other mechanical properties of the steel.
본 발명자들은, 먼저 일본 특원 2002-26368호에 의해 P를 포함하지 않는 저탄소 유황쾌삭강에 관한 발명을 특허출원했다. 상기 쾌삭강은, C, Mn, S, Ti, Si, P, Al, 0 및 N을 규정량 함유하고, Ti 와 S의 함유량이 하기의 (A)식을 만족하고, Mn 과 S의 원자비가 하기의 (B)식을 만족하고, 또한 Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물이 내재하는 MnS를 함유하는 것을 특징으로 하는 저탄소 유황쾌삭강이다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors first applied for the invention regarding the low carbon sulfur free cutting steel which does not contain P by Japanese Patent Application No. 2002-26368. The said free cutting steel contains C, Mn, S, Ti, Si, P, Al, 0, and N, The content of Ti and S satisfy | fills following formula (A), and the atomic ratio of Mn and S is A low carbon sulfur free-cutting steel which satisfies the formula (B) and contains MnS inherent in Ti sulfide or / and Ti carbon sulfide.
Ti (질량%)/s(질량%)< 1 ...(A) Ti (mass%) / s (mass%) <1 ... (A)
Mn /S≥1...(B) Mn /S≥1...(B)
상기 선출원 발명의 강은, 공구수명이 납쾌삭강에 비교해도 훨씬 우수하고, 또한 우수한 절삭칩 처리성을 가지는 것이다. 그러나, 상기 강에서는, 절삭후의 표면성상에 약간의 난점이 있다. 즉, 마무리 절삭을 실시한 경우, 마무리면 거칠기가 커질 경우가 있다고 하는 문제가 밝혀졌다.The steel of the above-mentioned invention has much better tool life compared to lead free cutting steel and has excellent cutting chip processing properties. However, in the steel, there are some difficulties in the surface property after cutting. That is, when finish cutting was performed, the problem that the finish surface roughness may become large was discovered.
매트릭스중에 실질적인 Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물이 존재하면, MnS의 유사적인 윤활효과가 얻기 어려워지기 때문에, 절삭저항이 상승하고, 공구인선에 구성인선이 생성하기 때문에, 절삭후의 강재의 표면에 광택도를 주지 않고, 마무리면 거칠기를 열화시킨다고 생각된다. 또한, 상기의 「실질적인 Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물」이라고 하는 것은, 한 개의 개재물안에서 Ti 황화물 및 Ti 탄황화물이 차지하는 면적율의 합계가 50%이상인 개재물을 의미하고, 후술하는 도 1의 (a)에 그 몇개인가가 나타내져 있다.The presence of substantial Ti sulfide or / and Ti carbide sulfide in the matrix makes it difficult to obtain a similar lubricating effect of MnS, which leads to an increase in cutting resistance and formation of constituent edges in the tool edge, resulting in gloss on the surface of the steel after cutting. It is thought that the finish surface roughness is deteriorated without giving a drawing. The term " substantial Ti sulfide or / and Ti carbon sulfide " means inclusions having a total of 50% or more of the area ratio occupied by Ti sulfide and Ti carbon sulfide in one inclusion, and described later in FIG. Some of them are shown in).
그래서 상기의 문제를 해결하기 위해서 검토를 한 결과, 다음에 설명하는 것 같은 새로운 사실을 얻을 수 있었다.Therefore, as a result of examining to solve the above problems, new facts as described below were obtained.
(1) 「실질적인 Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물」이 매트릭스 중에 존재하는 강을 절삭했을 경우, 구성인선이 공구인선에 생성하여 마무리 표면의 거칠기가 열화한다.(1) When the "substantial Ti sulfide or / and Ti carbon sulfide" cuts the steel which exists in a matrix, a constituent edge is produced in a tool edge and the roughness of a finish surface deteriorates.
(2) 「실질적인 Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물」의 생성을 가능한 한 억제하고, 또한 MnS를 강중에 많이 존재시키는 것에 따라, 구성인선의 생성은 억제되고, 양호한 마무리면 거칠기를 얻을 수 있다.(2) By suppressing the generation of "substantial Ti sulfide or / and Ti carbon sulfide" as much as possible, and having a lot of MnS in steel, generation | occurrence | production of a constituent edge is suppressed and favorable finish surface roughness can be obtained.
(3) 그러나, Ti를 함유시키지 않고 MnS만이 존재하는 강에서는, 초경공구 수명이 열화한다. 초경공구 수명을 향상시키기 위해서는, Ti를 첨가하고, 또한 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」를 존재시킬 필요가 있다.(3) However, in steels containing only MnS without containing Ti, the carbide tool life is deteriorated. In order to improve the life of the cemented carbide tool, it is necessary to add Ti and to have "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride".
(4)「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」는, 공구수명을 향상시키는 한편으로, MnS의 유사적 윤활효과를 손상하는 일이 없다.(4) "Substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" improves tool life and does not impair the similar lubricating effect of MnS.
상기의 지견을 기초로 하여, 더욱더 화학조성과 개재물 형태와의 관계를 상세하게 검토하였다. 그 결과, 이하에 나타내는 저탄소 쾌삭강을 발명하기에 이르렀다. 상기 저탄소 쾌삭강은, 납쾌삭강이나 복합 쾌삭강과 동등이상의 피삭성을 가진다. 또한, 성분함유량에 관한 %는 질량%이다.Based on the above findings, the relationship between chemical composition and inclusion type was examined in detail. As a result, it came to invent the low carbon free cutting steel shown below. The low carbon free cutting steel has a machinability equal to or higher than that of lead free cutting steel or composite free cutting steel. In addition,% regarding component content is the mass%.
C: 0.05%부터 0.20%미만, Mn: O.4 ∼ 2.0%, S: 0.21 ∼ 1.O%, Ti: 0.002 ∼ 0.10%、P:0.001 ∼ 0.30%, Al: 0.2% 이하, 0(산소): O.001 ∼ 0.03%, N: 0.OOO5 ∼ 0.02%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로부터 이루어지는 강이며, 강중에 함유되는 개재물이 하기(i)식 및 (ii)식을 만족하는 것을 특징으로 하는 저탄소 유황쾌삭강.C: 0.05% to less than 0.20%, Mn: 0.4% to 2.0%, S: 0.21 to 1.O%, Ti: 0.002 to 0.10%, P: 0.001 to 0.30%, Al: 0.2% or less, 0 (oxygen) ): O.001 to 0.03%, N: 0.OOO5 to 0.02%, the remainder is a steel made of Fe and impurities, and the inclusions contained in the steel satisfy the following formulas (i) and (ii): Low carbon sulfur free cutting steel, characterized in that.
(A + B)/C ≥ 0.8 .... (i) (A + B) / C ≥ 0.8 .... (i)
NA ≥ 5 .... ii)N A ≥ 5 .... ii)
여기에서, A, B, C 및 NA의 의미는 하기와 같다.Here, the meanings of A, B, C and N A are as follows.
A; 압연방향에 평행한 단면의 1㎟ 중에 있어서의 원상당(円相當) 직경 1㎛이상의 개재물 중, Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS가 차지하는 총면적.A; The total area occupied by substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride among inclusions of 1 µm or more in equivalent circular diameter in 1 mm 2 of a cross section parallel to the rolling direction.
B; 압연방향에 평행한 단면의 l㎟ 중에 있어서의 원상당 직경 1㎛이상의 개재물 중, Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재하지 않는 실질적인 MnS가 차지하는 총면적.B; The total area occupied by substantial MnS in which Ti carbide and Ti carbonitride are not inherent among inclusions having a diameter of 1 µm or more in a circular equivalent in mm 2 of a cross section parallel to the rolling direction.
C; 압연방향에 평행한 단면의 1㎟ 중에 있어서의 원상당 직경 1㎛이상의 전개재물이 차지하는 총면적.C; The total area occupied by the development material of 1 micrometer or more in diameter per circle in 1 mm <2> of cross section parallel to a rolling direction.
NA; 압연방향에 평행한 단면의 1㎟ 중에 있어서의 원상당 직경 1㎛이상의 개재물 중, Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS의 개수.N A ; The substantial number of MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride among the inclusions of 1 micrometer or more in circular equivalent diameters in 1 mm <2> of a cross section parallel to a rolling direction.
상기의 저탄소 쾌삭강은, 하기의 제 1 그룹으로부터 제 3 그룹까지의 중의 적어도 1 그룹으로부터 선택한 1종이상의 성분을 포함할 수 있다.Said low carbon free cutting steel can contain 1 or more types of components chosen from at least 1 group among the following 1st group to 3rd group.
제 1 그룹First group
Se: 0.OOO5 ∼ 0.10%, Te: 0.OOO5 ∼ 0.10%、Bi: 0.01 ∼ 0.3%, Sn: 0.01 ∼ 0.3%, Ca: 0.0001 ∼ 0.01%, Mg: 0.0001 ∼ 0.OO5%, B: 0.0002 ∼ 0.02% 및 희토류원소: 0.OOO5 ∼ 0.02%.Se: 0.005 to 0.10%, Te: 0.05 to 0.10%, Bi: 0.01 to 0.3%, Sn: 0.01 to 0.3%, Ca: 0.0001 to 0.01%, Mg: 0.0001 to 0.90%, B: 0.0002% to 0.02% and rare earth elements: 0.05% to 0.02%.
제 2 그룹2nd group
Cu: 0.01 ∼1. 0, Ni: 0.01 ∼ 2.0%, Mo: 0.01 ∼ 0.5 %, V: 0.005 ∼ 0.5% 및 Nb: 0.005 ∼ 0.5%。Cu: 0.01-1. 0, Ni: 0.01% to 2.0%, Mo: 0.01% to 0.5%, V: 0.005% to 0.5%, and Nb: 0.005% to 0.5%.
제 3그룹3rd group
Si: 0.1 ∼ 2.0% 및 Cr: 0.03 ∼ 1.O%。Si: 0.1 to 2.0% and Cr: 0.03 to 1.O%.
여기에서, 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」란, 뒤에 상술하는 바와 같이, 한 개의 개재물 중에서 MnS가 차지하는 면적율이 50%이상이며, Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재(공존)하는 개재물을 말한다.한편, 「Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재하지 않는 실질적인 MnS」란, 한 개의 개재물 중에서 MnS가 차지하는 면적율이 50%이상이며, Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재(공존)하지 않고 있는 개재물을 말한다. 또한, 이들의 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」 및 「Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재하지 않는 실질적인 MnS」는, 어느것이나 그 중에 Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이외의 황화물, 탄황화물, 탄화물, 질화물등이 내재하고 있는 것이라도 좋다.Here, the term "substantially MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" means that the area ratio of MnS in one inclusion is 50% or more, and Ti carbide or / and Ti carbonitride is inherent. The term "substantial MnS in which Ti carbide and Ti carbonitride are not inherent" means that the area ratio of MnS in one inclusion is 50% or more, and that Ti carbide and Ti carbonitride are inherent (coexistence). We say inclusion not doing. In addition, these "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" and "substantial MnS in which Ti carbide and Ti carbonitride are inherent" are the sulfides other than Ti carbide and Ti carbonitride, Carbide sulfide, carbide, nitride, etc. may be inherent.
상기 본 발명의 저탄소 쾌삭강의 주된 특징은, 하기와 같다.The main characteristics of the low carbon free cutting steel of the present invention are as follows.
(1) C를 0.05 %부터 0.20 % 미만으로 하여 S 를 0.21 ∼ 1.0%의 범위로 함유시키고, 또한 Ti의 함유량을 O.002 ∼ 0.1%로 한다.(1) C is made into 0.05 to less than 0.20%, S is contained in 0.21 to 1.0% of range, and content of Ti shall be 0.002 to 0.1%.
(2) Ti는 C, S, N 및 O와 결합하여 황화물, 탄황화물, 탄화물, 탄질화물 및 산화물을 형성한다. Ti 는 Mn보다도 황화물형성 경향이 강하기 때문에 Ti 황화물이나 Ti 탄황화물을 형성하기 쉽다. 그러나, Mn이나 Ti, S 및 N의 함유량 밸런스를 신중하게 고려하면, 「실질적인 Ti 탄황화물 또는/및 Ti 황화물」을 많게는 생성시키지 않고,「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」 및 「Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재하지 않는 실질적인 MnS」를 많이 존재시킬 수 있다.(2) Ti combines with C, S, N and O to form sulfides, carbon sulfides, carbides, carbonitrides and oxides. Ti is more susceptible to sulfide formation than Mn, and thus Ti sulfide and Ti carbonitride are easily formed. However, considering carefully the content balance of Mn, Ti, S, and N, "substantially MnS inherent in Ti carbide or / and Ti carbonitride" is produced without generating much "substantially Ti carbonitride or / and Ti sulfide." And "substantial MnS in which Ti carbide and Ti carbon nitride are not inherent" can be present.
(3) 상기(1)에 도시한 화학조성으로 하고, 또한 상기(2)에 나타내는 바와 같은 개재물형태를 얻을 수 있을 경우, 매트릭스중에 존재하는 개재물은, 절삭중에 연질화하여 윤활효과를 발휘하는 「실질적인 MnS」가 전개재물의 대부분을 차지하고, 이 「실질적인 MnS」이외의 황화물, 즉,「실질적인 Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물」은 거의 없는 상태로 된다. 이 때, 양호한 마무리면 거칠기를 얻기 위해서는, 전개재물의 생성량 중에서 「실질적인 MnS」의 생성량이 그 대부분을 차지해 야 한다. 구체적으로는, 압연방향단면의 관찰면 1㎟에 있어서의 원상당 직경이 1㎛이상의 「실질적인 MnS」의 총면적이, 원상당 직경이 1㎛이상의 전개재물의 총면적의 8할이상을 차지할 필요가 있다. 이 경우에만, 「실질적인 Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물」의 존재에 의해 야기되는 공구인선에의 구성인선의 생성이 억제되고, 양호한 마무리면 거칠기를 얻을 수 있다.(3) When the chemical composition shown in (1) above is used, and the inclusion type as shown in (2) above is obtained, the inclusions present in the matrix are softened during cutting to exhibit a lubricating effect. Substantial MnS ”occupies most of the development material, and sulfides other than the“ real MnS ”, that is,“ substantially Ti sulfide or / and Ti carbon sulfide ”are almost in a state. At this time, in order to obtain good finish surface roughness, the production amount of "substantial MnS" must take up most of the production amount of the development material. Specifically, the total area of "substantial MnS" having a circular equivalent diameter of 1 µm or more in the observation surface 1 mm2 of the rolling direction cross section must occupy 80% or more of the total area of the developing material having a circular equivalent diameter of 1 µm or more. . Only in this case, generation of a constituent edge to the tool edge caused by the presence of "substantial Ti sulfide or / and Ti carbon sulfide" is suppressed, and good finish surface roughness can be obtained.
상기의 「실질적인 MnS」란, 한 개의 개재물에 차지하는 MnS의 면적율이 50%이상의 개재물이며, 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」와「Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재하지 않는 실질적인 MnS」로부터 이루어진다.The above-mentioned "substantial MnS" is an inclusion having an area ratio of 50% or more of MnS in one inclusion, and "substantial MnS in which Ti carbide and / or Ti carbonitride is inherent" and "Ti carbide and Ti carbonitride are not inherent. Substantial MnS ”.
전기의 (i)식에서 나타내는 바와 같이,「8할 이상을 차지한다」는 것은, (i)식의 「A+B」이다. 그리고, A와 B의 정의는, 압연방향에 평행한 단면의 1㎟ 중에 있어서의 원상당 직경이 1㎛이상의 황화물 중, 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」가 차지하는 면적 및 「Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재하지 않는 실질적인 MnS」가 차지하는 면적이다.As shown by the above formula (i), "to occupy 80% or more" is "A + B" of formula (i). In addition, the definition of A and B is the area occupied by "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" among sulfides whose circular equivalent diameter is 1 micrometer or more in 1 mm <2> of the cross section parallel to a rolling direction, and It is an area which "the substantial MnS which Ti carbide and Ti carbon nitride do not have inherent" occupies.
그리고, 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」, 「Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재하지 않는 실질적인 MnS」,「실질적인 Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물」 및 그 이외의 황화물, 탄황화물, 탄화물, 질화물, 산화물, Al203, SiO2 등의 총면적을 합계한 것이 (i)식의 C이다.And " substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride "," substantial MnS in which Ti carbide and Ti carbonitride are not inherent "," substantial Ti sulfide or / and Ti carbohydrate " and other sulfides, a carbosulfide, carbide, nitride, oxide, Al 2 0 3, SiO 2 and so on that (i) expression of the C a total of the total area.
(4) 상기 (3)에서 나타내는 바와 같은 개재물을 함유하는 강재, 요컨대 「실질적인 Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물」을 거의 존재시키지 않고, 강중에 함유되는 개재물의 대부분이 「실질적인 MnS」이여도, 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물을 내재하는 실질적 MnS」가 존재하면, 절삭온도가 높아지는 고속도영역에서 절삭한 경우, 공구표면에 경질의 TiN막이 형성되어, 공구를 보호함으로써 우수한 공구수명을 얻을 수 있다.(4) Even if steel materials containing inclusions as shown in the above (3), that is, almost no "substantial Ti sulfide or / and Ti carbon sulfide" are present, and most of the inclusions contained in steel are "substantial MnS", If "substantially MnS incorporating Ti carbide and / or Ti carbonitride" exists, when cutting in the high speed area | region where cutting temperature becomes high, a hard TiN film will be formed in a tool surface, and a tool life can be obtained by protecting a tool. have.
(5) 「Ti 탄화물 또는/및 탄질화물이 내재하는 실질적 MnS가 존재하는 강에서는, 그 「실질적인 MnS」는, 종래의 JIS SUM22L ∼ 24L의 복합 쾌삭강에 포함되는 MnS에 비교하여, 미세하고, 개수가 증대한다. 이 경우, 이들의 미세한 「실질적인 MnS」가 절삭중에 있어서의 응력집중의 기점이 되어서 균열전파를 조장하기 쉽기 때문에, 복합 쾌삭강과 동등이상의 절삭칩 처리성을 얻을 수 있다.(5) In steel having substantial MnS inherent in Ti carbide and / or carbonitride, the "substantial MnS" is finer than the MnS contained in the conventional free cutting steel of JIS SUM22L-24L, and the number is Increases. In this case, since these fine "substantial MnS" become a starting point of the stress concentration in cutting, and it is easy to promote crack propagation, the cutting chip processability more than the comparable free cutting steel can be acquired.
(6) 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS를 존재시킨 강은, 열간가공성에 전혀 문제가 없으므로, 피삭성 개선에 유효한 S함유량을 많게 하는 것이 가능하며, 그 경우에 있어서도 연속주조 설비 등에 의해 제조하는데에도 아무런 지장을 초래하지 않는다. 또한, 첨가되는 Ti량도 소량으로 충분한 효과를 발휘하기 때문에, 제조에 걸리는 코스트도 적게 완료하고, 저렴한 강재로서 적용가능하다.(6) `` Steel having a substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride has no problem in hot workability. Therefore, it is possible to increase the S content effective for improving machinability, and even in this case, continuous It does not cause any trouble in manufacturing by casting facilities or the like. Moreover, since the amount of Ti added also exhibits a sufficient effect in a small amount, it is possible to complete the cost required for manufacturing less and to apply as an inexpensive steel material.
전술한 바와 같이, 합금성분의 범위를 한정하고, 개재물의 형태를 조정하면, 우수한 피삭성을 얻을 수 있다. 그러나, 자동차부품에 사용할 수 있는 강재는 피삭성이외에 침탄특성에 우수한 것이 요망되는 경우가 있다. 거기에서, Si 및 Cr 강의 특성에의 영향을 조사한 결과, Si량이나 Cr량의 조정에 의해 전기(前記) 개재물의 형태를 손상하는 일없으며, 따라서, 강재의 피삭성을 열화시키지 않고, 침탄특성을 개선할 수 있는 것이 분명하게 되었다.As mentioned above, when the range of an alloy component is limited and the shape of an interference | inclusion is adjusted, the outstanding machinability can be obtained. However, steel materials that can be used for automobile parts are sometimes desired to have excellent carburizing characteristics in addition to machinability. From there, the influence on the characteristics of the Si and Cr steels was examined, and the adjustment of the amount of Si and the amount of Cr did not impair the form of the electrical inclusions, and thus, the carburizing characteristics were not deteriorated. It became clear that it could be improved.
Si 및 Cr은 오스테나이트중에 고용하고, 강의 담금질성을 높임으로써 침탄처리에 있어서의 침탄깊이 및 침탄층의 경도를 증대시킨다. Si 나 Cr 이외에 담금질성을 높이는 원소로서는 Mn, Mo, P등도 있다. 그러나, Mn은 피삭성 혹은 열간가공성의 관점으로부터 S량에 대하여 충분한 양 함유시킬 필요가 있고, 대량 첨가를 필요로 한다. 이 경우, 담금질성 향상을 위하여, 또다시 Mn의 첨가는 코스트가 높아질 뿐이다. 또한, Mo도 강의 담금질성을 높이는데도 유효하지만, Mo가 Si나 Cr 이상으로 비싸기 때문에, 동등한 효과를 얻을 수 있는 상당량의 Mo를 첨가하면 제조코스트가 높아진다. P도 같은 효과를 가지지만, 첨가하면 강재 그것의 경도를 급격하게 증대시키기 때문에 피삭성을 열화시켜 버린다. 단지, 이들 원소는, 재료 코스트에 구애되지 않을 경우에는, 피삭성이나 기계적 성질을 손상하지 않는 범위에서 첨가해도 상관없다. 그러나, 피삭성을 손상하지 않고, 또한 값싸게 제조하고 싶을 경우에는 침탄특성을 개선하는 성분으로서는 Si 및 Cr이 바람직하다.Si and Cr are dissolved in austenite and the hardenability of the steel is increased to increase the carburizing depth and the hardness of the carburizing layer in the carburizing treatment. In addition to Si and Cr, there are Mn, Mo, P, and the like to improve hardenability. However, it is necessary to contain Mn in sufficient quantity with respect to S amount from a machinability or hot workability viewpoint, and it requires a large amount addition. In this case, in order to improve hardenability, the addition of Mn again only increases the cost. In addition, Mo is also effective in increasing the hardenability of steel, but since Mo is more than Si and Cr, the production cost is increased by adding a considerable amount of Mo, which can achieve an equivalent effect. P also has the same effect, but when added, the hardness of steel is rapidly increased, which leads to deterioration of machinability. However, these elements may be added in a range that does not impair machinability or mechanical properties when not concerned with material cost. However, Si and Cr are preferred as components for improving carburizing properties when it is desired to be manufactured at low cost without compromising machinability.
[발명을 실시하기 위한 최적의 형태]Best Mode for Carrying Out the Invention
1. 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」에 대해서1. `` Substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride ''
Ti 는 S, C, N, O와 결합하여 TiS 및 Ti4C2S2의 화학식에서 나타내지는 Ti 황화물이나 Ti 탄황화물, TiC나 Ti(CN), TiN, TiO의 화학식에서 나타내지는 Ti 탄화물, Ti 탄질화물, Ti 질화물, Ti 산화물이라고 한 Ti계 개재물을 형성한다. 또한, Ti는 MnS 중에 고용하여 (Mn, Ti)S로서 존재할 경우도 있지만, 그 MnS 중에 고용 하는 Ti량은 미량이기 때문에, 이 황화물은 실질적으로 MnS이다.Ti is combined with S, C, N, O, Ti sulfide or Ti carbohydrate represented by the formula of TiS and Ti 4 C 2 S 2 , Ti carbide represented by the formula of TiC or Ti (CN), TiN, TiO, Ti inclusions such as Ti carbonitride, Ti nitride, and Ti oxide are formed. In addition, although Ti may exist in solid solution in MnS and exists as (Mn, Ti) S, since the amount of Ti dissolved in the MnS is very small, this sulfide is substantially MnS.
한편, Ti는, MnS 중에 고용하는 것은 아니고, 한 개의 개재물중에 MnS와는 명백하게 상(相) 분리하여 존재하는 경우도 있다. 그 Ti는, TiC 또는/및 Ti(C, N)이라고 하는 형태로, 즉, MnS란 분명하게 그 조성이 다른 형태로 존재하고, 그 존재형태는 한 개의 황화물 주변부근에 존재하는 경우나 MnS 중에 둘러싸지는 형태로 존재하는 등 다종다양하다.On the other hand, Ti is not dissolved in MnS, and may be present in phase separation with MnS in one inclusion. Ti is in the form of TiC or / and Ti (C, N), that is, MnS is clearly present in a different form, and its presence is in the vicinity of one sulfide or in MnS. They exist in a variety of forms, including surroundings.
도 1은, Ti 를 포함하는 쾌삭강중에 존재하는 개재물을 모식적으로 나타낸 도면이고 (a)가 비교예의 쾌삭강, (b)가 본 발명의 쾌삭강이다. 도 1의 (a)에 도시하는 강에서는, 단독으로 존재하는 Ti의 황화물이나 탄황화물, 혹은 한 개의 개재물중에서 MnS와 공존하고 있을 경우에도 Ti의 황화물이나 탄황화물에 차지하는 면적율이 50%이상이며 실질적으로 Ti의 황화물이나 탄황화물이라고 간주할 수 있는 개재물, 즉, 전술한 「실질적인 Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물」이 많이 존재하고 있다. 한편, 도 1의 (b)에 나타내는 본 발명강에서는, Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 MnS의 외주부 또는 내부에 둘러싸여서 존재하는 개재물, 즉,「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」 및 「Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재하지 않는 실질적인 MnS」가 많이 존재한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows typically the inclusion which exists in the free cutting steel containing Ti, (a) is the free cutting steel of a comparative example, and (b) is the free cutting steel of this invention. In the steel shown in Fig. 1 (a), even when co-existing with MnS among Ti sulfides, carbon sulfides, or single inclusions, the area ratio of Ti sulfides and carbon sulfides is 50% or more, and substantially Therefore, there are many inclusions which can be regarded as sulfides or carbon sulfides of Ti, that is, "substantial Ti sulfides and / or Ti carbon sulfides". On the other hand, in the steel of the present invention shown in FIG. 1 (b), inclusions in which Ti carbide or / and Ti carbonitride is enclosed in the outer circumference or inside of MnS, that is, "Ti carbide or / and Ti carbonitride are inherent Substantial MnS " and " substantial MnS in which Ti carbide and Ti carbon nitride are not inherent "
상기 도 1의 (b)에 나타내는 강이며, Ti 황화물이나 Ti 탄황화물 또는 Ti 탄화물이나 Ti 탄질화물, Ti 질화물, Ti 산화물 및 이들이외의 개재물이 MnS와 명백하게 상(相)분리하여 내재하는 경우에도, MnS가 차지하는 면적율이 50%이상인 것은, 실질적으로 한 개의 MnS, 즉, 「실질적인 MnS」라고 판단한다. 반대로, 한 개의 개재물 중, 이들의 Ti계 개재물 혹은 그 밖의 성분으로부터 이루어지는 산화물,질화물, 탄화물등이 차지하는 면적율이 50%이상인 개재물은,「실질적인 MnS」가 아니라, 실질적으로 한 개의 Ti계 개재물이나 그 밖의 성분으로부터 되는 산화물, 질화물, 탄화물 등이라고 판단한다.In the steel shown in FIG. 1 (b), even when Ti sulfide, Ti carbide sulfide, Ti carbide, Ti carbonitride, Ti nitride, Ti oxide, and other inclusions are apparently phase separated from MnS, The fact that the area ratio which MnS occupies is 50% or more judges that it is substantially one MnS, ie, "real MnS." Conversely, inclusions having an area ratio of 50% or more of oxides, nitrides, carbides, and the like formed from these Ti inclusions or other components among the inclusions are not "substantial MnS" but substantially one Ti inclusion or its inclusions. It is judged that it is an oxide, nitride, carbide, etc. which consist of an external component.
상기 MnS 중, 특히 Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 MnS와는 명백하게 상(相) 분리하여 내재하고, MnS가 차지하는 면적율이 50%이상인 개재물을「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」라고 정의한다. 한편,「Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재하지 않는 실질적인 MnS」란, Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물을 제외한 상기 Ti계 개재물, 혹은 그 밖의 성분으로부터 이루어지는 산화물, 질화물, 탄화물등의 개재물과 MnS가 한 개의 개재물중에서 명백하게 상 분리하여 존재하고, 또한 MnS가 차지하는 면적율50% 이상으로, 실질적으로 MnS로서의 역할을 담당하는 Mns, 및 상기 Ti계 개재물이나 그 밖의 성분으로부터 이루어지는 산화물, 질화물, 탄화물등의 개재물이 전혀 존재하지 않는 MnS이다. 요컨대,「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」와「Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재하지 않는 실질적인 MnS」의 합계가, 실질적으로 MnS로 간주되는 개재물(상기의 「실질적인 MnS」)의 합계를 나타내고 있고, 이외의 개재물은, Ti 황화물, Ti 탄황화물, Ti 탄화물, Ti 탄질화물, Ti 질화물, Ti 산화물이라고 한 Ti계 개재물과 그 밖의 원소로 구성되는 산화물, 탄화물 및 질화물 등이다.Among the MnS, in particular Ti carbides and / or Ti carbonitrides are inherently phase-separated from MnS, and inclusions having an area ratio of 50% or more of MnS include "substantially MnSs in which Ti carbides and / or Ti carbonitrides are inherent. ”. On the other hand, "substantial MnS in which Ti carbide and Ti carbonitride are not inherent" means oxides, nitrides, carbides, and the like of Ti inclusions or other components other than Ti carbide and Ti carbonitride and one MnS. Among the inclusions, MnS, which is apparently present in phase separation and occupies 50% or more of the area ratio of MnS, substantially includes Mns, and oxides, nitrides, carbides, and the like formed from the Ti-based inclusions and other components. MnS does not exist. In short, the sum of "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" and "substantial MnS in which Ti carbide and Ti carbonitride are not inherent" include inclusions (the "substantial MnS" described above). ), And the other inclusions are Ti sulfides, Ti carbide sulfides, Ti carbides, Ti carbon nitrides, Ti nitrides, oxides composed of Ti-based inclusions and other elements such as Ti oxides, carbides and nitrides. .
상술한 한 개의 개재물중에 차지하는 MnS나 Ti계 개재물의 면적율은, 절삭시험에 제공한 환봉으로부터 잘라낸 마이크로 시험편에 대하여 EPMA(전자선 마이크로 애널라이저)나 EDX(에너지 분산형 X선 분석장치)등에 의해 면분석 및 정량분석을 하는 것에의해 파악할 수 있다. 또한, 강중의「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」나 「Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재하지 않는 실질적인 MnS」, 및 그 밖의 개재물도 같은 방법에서 확인 할 수 있고, 그 총면적이나 개수도 화상해석 등에 의한 수법에 의해 측정 할 수가 있다. 그 때, 관찰 시야면적의 합계가 1㎟을 초과하는 것 같은 복수의 시야로 측정했을 경우에, 각각의 개재물의 총면적 및 개수를 l㎟ 당 평균 총면적, 평균 개수로 환산하면 좋다.The area ratio of the MnS or Ti-based inclusions in one of the inclusions described above is analyzed by surface analysis and the like by means of an EPMA (electron beam microanalyzer) or EDX (energy dispersive X-ray analyzer) on a micro test piece cut out from a round bar provided for a cutting test. Can be grasped by quantitative analysis. In addition, "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride", "substantial MnS in which Ti carbide and Ti carbonitride are inherent" in steel, and other inclusions can be confirmed in the same manner, and the total area thereof is also found. The number and the number can also be measured by techniques such as image analysis. In that case, when it measures by the some visual field which the sum total of a viewing field area exceeds 1 mm <2>, what is necessary is just to convert the total area and number of each interference | inclusion into the average total area per lmm <2>, average number.
2. (A+B)/C≥0.8로 하는 이유2. Reason for setting (A + B) /C≥0.8
상기 (i)식의 A는, 압연방향에 평행한 단면의 1㎟ 중에 있어서의 원상당 직경 1㎛ 이상의 개재물 중,「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」가 차지하는 총면적이며, B는, 압연방향에 평행한 단면의 1㎟ 중에 있어서 원상당 직경 이상의 개재물 중,「Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재하지 않는 실질적인 MnS」가 차지하는 총면적이다. 여기서 「원상당 직경」이란, 한 개의 개재물의 면적을 전기(前記)의 화상해석 등의 수법에 의해 구하고, 같은 면적을 가지는 원으로 환산했을 때의 직경을 가리킨다.「원상당 직경이 1㎛ 이상」이라고 한정하는 것은, 1㎛ 미만의 개재물은, 피삭성에 미치는 영향을 거의 가지지 않기 때문이다.A in the formula (i) is a total area occupied by "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" among inclusions of 1 µm or more in circular equivalent diameter in 1 mm 2 of a cross section parallel to the rolling direction, B is a total area occupied by "substantial MnS in which Ti carbide and Ti carbonitride are not inherent" among inclusions having a circular equivalent diameter or more in 1 mm 2 of a cross section parallel to the rolling direction. Here, the "circular equivalent diameter" refers to the diameter when the area of one inclusion is obtained by a technique such as previous image analysis and converted into a circle having the same area. Is limited because the inclusions of less than 1 µm have little effect on machinability.
전기의 (i)식은, 상기 A와 B의 합계가, 원상당 직경 1㎛ 이상의 전개재물이 차지하는 총면적의 80% 이상 필요한 것을 나타내고 있다. 상기 범위이면 양호한 피삭성을 얻을 수는 있지만, 더욱 바람직한 것은 90%이상이다. 또한, 전술한 바와 같이 A 및 B로 나타내지는 이외의 개재물과는 단독으로 존재하는 질화물, 탄화물, 산화물,「실질적인 Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물」등을 가리키고 있다. 요컨대 (i)식은, 「실질적인 MnS」이외의 이들 개재물의 총면적이, 전개재물이 차지하는 총면적((i)식의 C)의 20% 미만인 것을 나타내고 있다. 이 총면적이 10% 미만이면 더욱 바람직하다.The former formula (i) indicates that the total of the A and B is required at least 80% of the total area occupied by the development materials having a diameter of 1 µm or more per circular equivalent. Good machinability can be obtained as long as it is the said range, More preferably, it is 90% or more. In addition, as mentioned above, the present invention refers to nitrides, carbides, oxides, and " substantially Ti sulfides and / or Ti carbon sulfides " which are present alone with inclusions other than those represented by A and B. In other words, the expression (i) indicates that the total area of these inclusions other than "substantial MnS" is less than 20% of the total area (C of formula (i)) occupied by the development object. It is still more preferable if this total area is less than 10%.
피삭성 향상 때문에 다량의 S를 함유하는 강에 Ti를 첨가하면, Ti는 Mn보다도 황화물형성 경향이 강하기 때문에 Ti 황화물이나 Ti 탄황화물을 형성하기 쉽다.그러나, 본 발명에서 규정하는 (i)식은, Ti의 첨가를 전제로 하면서도, Ti 황화물이나 Ti 탄황화물의 생성을 억제하는 것을 의도 하고 있다. 이것은, Ti 황화물이나 Ti 탄황화물은 절삭중에 MnS의 유사적인 윤활효과를 저해하기 때문이다. MnS 의 유사적인 윤활효과가 손상되면, 공구와 피삭재와의 사이에 있어서의 마찰력이 상승하고, 구성인선이 공구인선에 생성하기 위해서 마무리면 거칠기가 열화한다고 생각된다. 따라서, Ti 황화물이나 Ti 탄황화물의 생성은 억제하지 않으면 안된다. 요컨대, (i)식에서 규정되는 바와 같이, 단독으로 존재하는「실질적인 Ti 황화물 또는/ 및 Ti 탄황화물」이 강중에 거의 존재하지 않고, 강중에 함유되는 개재물의 80% 이상을「실질적인 MnS」로 하면, 절삭중에 있어서의 유사적인 윤활효과를 얻을 수 있다.When Ti is added to steel containing a large amount of S due to the improved machinability, Ti tends to form sulfides more strongly than Mn, and thus it is easy to form Ti sulfides and Ti carbon sulfides. However, the formula (i) Assuming that Ti is added, it is intended to suppress the formation of Ti sulfide and Ti carbon sulfide. This is because Ti sulfide and Ti carbon sulfide inhibit the similar lubricating effect of MnS during cutting. When the similar lubricating effect of MnS is impaired, the frictional force between the tool and the workpiece increases, and it is considered that the finish surface roughness deteriorates in order to produce the component edge on the tool edge. Therefore, production of Ti sulfide and Ti carbon sulfide must be suppressed. In short, as defined by the formula (i), when "substantially Ti sulfide or / and Ti carbon sulfide" which is present alone is hardly present in the steel, and 80% or more of the inclusions contained in the steel are referred to as "substantial MnS" Similar lubrication effect can be obtained during cutting.
이렇게, 본 발명에서 규정되는 강의 조성범위로 한정되고, 또한 (i)식을 만족하는 경우에는, 마무리 절삭에 있어서 종래의 납쾌삭강이나 복합 쾌삭강과 동등이상의 양호한 마무리면 거칠기를 얻을 수 있다. 한편, 본 발명에서 규정되는 화학조성의 범위내에 있어서도, (i)식을 만족하지 않으면, 양호한 피삭성을 얻을 수는 없다.Thus, when it is limited to the composition range of the steel prescribed | regulated by this invention and satisfy | fills (i) Formula, in finish cutting, favorable finish surface roughness equivalent to or more than the conventional lead free cutting steel and composite free cutting steel can be obtained. On the other hand, even within the chemical composition specified in the present invention, good machinability cannot be obtained unless the formula (i) is satisfied.
3. NA≥5로 하는 이유3. Reason for N A ≥ 5
상기 (ii)식의 NA는「압연방향에 평행한 단면의 1㎟ 중에 있어서의 원상당 직경 1㎛ 이상의 개재물 중, Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS의 개수」이다. 상기 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」는, 전기한 바와 같이, 한 개의 개재물중에 차지하는 MnS의 면적율이 50%이상의 것을 가리킨다. 그리고, 상기「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」는, 유사적인 윤활효과를 실질적으로 손상하지 않으므로, 구성인선이 형성되기 어렵고, 피절삭재의 마무리면 거칠기가 열화하지 않는다.N A of the above (ii) is an expression "of rolling circle-equivalent diameter of the inclusions over 1㎛ in the 1㎟ of a cross section parallel to the direction, the Ti carbide and / or Ti carbonitride inherent number of substantial MnS to". Said "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" points out that the area ratio of MnS in one inclusion is 50% or more as mentioned above. In addition, since "the substantial MnS in which Ti carbide and / or Ti carbonitride is inherent" does not substantially impair similar lubricating effect, a constituent edge is hardly formed and the finish surface roughness of the workpiece is not deteriorated.
또한,「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」가 존재하는 강을, 초경공구를 사용해서 100m/min을 초과하는 고속영역에서 절삭한 후, 상기 공구표면을 상세하게 관찰하면, 공구표면에 TiN이 형성되어 있는 것이 밝혀졌다. 절삭중에 피삭재와 접촉하는 공구표면에 있어서, Ti계 개재물이 마찰에 의한 온도상승에 따라 반응, 변질되어서 두께가 수 ㎛으로부터 수십㎛의 층상(層狀)을 나타내는 경질의 TiN이 형성된다고 생각된다. 그 존재는 절삭종료후에 공구표면의 탄소계 오염(기름성분등)을 Ar 스패터링 등으로 제거한 공구표면에 대하여, AES(오거 전자 분광)나 EPMA(전자선 마이크로 애널라이저)에 의한 면분석 및 점분석에 의하여 확인 할 수가 있었다. 그것에 의하면, 공구에 부착된 TiN의 표면적은 피삭재와 공구와의 접촉면적의 10 ∼ 80%이며, 나머지는 절삭가공시에 부착된 MnS나 Fe 혹은 부착물이 없는 공구바탕 이었다. 상기 경질인 TiN이 공구표면에 형성되는 것에 따라, 공구의 열적확산 마모나 경질 개재물에 의한 기계적인 마모가 억제되고, 종래의 S 쾌삭강이나 Pb 와의 복합 쾌삭강에 비교하여도 각별히 우수한 공구수명을 얻을 수 있는 것으로 생각된다.In addition, when cutting steel in which "substantially MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" exists in a high speed area exceeding 100 m / min using a carbide tool, the surface of the tool is observed in detail. It was found that TiN was formed on the tool surface. In the tool surface which contacts the workpiece during cutting, it is considered that the Ti-based inclusions react and deteriorate as the temperature rises due to friction, thereby forming hard TiN having a layer thickness of several micrometers to several tens of micrometers. Its presence is determined by surface analysis and point analysis by AES (auger electron spectroscopy) or EPMA (electron beam microanalyzer) on the tool surface after removal of carbon-based contamination (oil component, etc.) from the tool surface by Ar sputtering after cutting. I could confirm it. According to this, the surface area of TiN adhering to the tool was 10 to 80% of the contact area between the workpiece and the tool, and the rest was MnS or Fe attached to the cutting process or the tool base with no deposit. As the hard TiN is formed on the tool surface, mechanical diffusion due to thermal diffusive wear of the tool and hard inclusions is suppressed, and the tool life can be particularly excellent compared with conventional S free cutting steel or composite free cutting steel with Pb. I think there is.
상기와 같은 효과를 얻기 위해서는,「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」가, 압연방향 단면에 있어서의 관찰면 1㎟ 중에 5개이상, 바람직하게는 10개이상, 존재하면 좋다.In order to obtain the above effects, "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" may be present in five or more, preferably 10 or more, in the observation surface 1 mm2 in the rolling direction cross section. .
한편, 본 발명에서 규정되는 화학조성의 범위내에 있어서도, (ii)식을 만족하지 않고 있으면 양호한 피삭성을 얻을 수는 없다.On the other hand, even within the chemical composition specified in the present invention, good machinability cannot be obtained unless the formula (ii) is satisfied.
Ti 를 첨가해서 (i)식 및 (ii)식을 만족하는 개재물 형태로 한 강에서는, MnS가 대단히 미세하게 존재한다. 즉, MnS의 개수가 현저하게 많다. 상기 미세한 MnS는 절삭시에 생성하는 절삭칩의 응력집중점으로서 작용하고, 절삭칩 내에서의 균열전파를 조장하기 위한 절삭칩 처리성이 향상한다.MnS exists very finely in the steel which added Ti and made into the form of the inclusion which satisfy | fills Formula (i) and (ii). That is, the number of MnS is remarkably large. The fine MnS acts as a stress concentration point of the cutting chip generated at the time of cutting and improves the cutting chip treatability for promoting crack propagation in the cutting chip.
이상, 결국,「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」를 강중에 안정하게 존재시켜, 압연방향 단면의 관찰면 1㎟ 중에 5개이상으로 하고, 압연방향 단면의 관찰면 1㎟ 중에 있어서의「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」와「Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재하지 않는 실질적인 MnS」의 총면적의 합계가 전개재물 총면적의 8할이상이면, 상기에서 도시한 바와 같이, 납쾌삭강이나 복합 쾌삭강과 동등이상의 공구수명, 마무리면 거칠기 및 절삭칩 처리성을 얻을 수 있다. 보다 안정하여 이러한 개재물형태를 실현하고, 우수한 피삭성을 가지는 강재를 연속주조법 등에 의하여 저렴하게 제조하기 위해서는, Mn, Ti, S 및 N의 함유량의 밸런스를 고려할 필요가 있다. 구체적으로는 이하와 같이 하면 좋다.As a result, "substantially MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" exists in steel stably, and it is made into 5 or more in 1 mm <2> of observation surfaces of a rolling direction cross section, and 1 mm <2> of observation surfaces of a rolling direction cross section. If the sum of the total area of "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" and "substantial MnS in which Ti carbide and Ti carbonitride is inherent" is more than 80% of the total area of the development material, As described above, tool life, finish surface roughness, and cutting chip processing properties equivalent to those of lead free cutting steel or composite free cutting steel can be obtained. In order to realize this type of inclusion more stably and inexpensively produce steel having excellent machinability by the continuous casting method or the like, it is necessary to consider the balance of the contents of Mn, Ti, S and N. Specifically, it may be carried out as follows.
(a) T(%)/S(%)≤O.25(a) T (%) / S (%) ≤ 0.25
S 량에 대하여 Ti를 많이 첨가한 경우, 요컨대, 질량% 비로서 Ti/S가 0.25을 초과하는 경우, Ti 황화물이나 Ti 탄황화물이 많이 존재하게 된다. 그 결과, (i)식을 만족하지 않게 되고, MnS에 의한 유사적인 윤활효과가 손상된다. 이 때에는 절삭저항이 상승해서 공구인선에 구성인선이 형성되기 쉬운 경향에 있고, 그 결과, 마무리 절삭시의 표면거칠기가 열화하고, 가공 정밀도가 나빠진다.In the case where a large amount of Ti is added with respect to the amount of S, that is, when Ti / S exceeds 0.25 as the mass% ratio, a large amount of Ti sulfide and Ti carbon sulfide are present. As a result, the expression (i) is not satisfied and the similar lubricating effect by MnS is impaired. At this time, the cutting resistance tends to rise and tend to form a constituent edge on the tool edge. As a result, the surface roughness at the time of finishing cutting deteriorates, and the machining precision becomes poor.
반대로, S량에 대하여 Ti를 미량으로 첨가할 경우, 결국 각각의 질량비로 Ti/s가 0.25 이하일 경우, Ti는 Ti 탄화물 혹은 Ti 탄질화물을 형성하고, 「실질적인 Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물」은, 단독으로는 거의 존재하지 않게 된다.On the contrary, when Ti is added in a small amount with respect to the amount of S, when Ti / s is 0.25 or less at each mass ratio, Ti forms Ti carbide or Ti carbonitride, and the "substantial Ti sulfide or / and Ti carbide sulfide" Silver rarely exists alone.
Ti 탄화물이나 Ti 탄질화물은 여러가지 형태로 석출하지만, 한 개의 MnS에 내재되는 형태로 존재할 경우가 있다. 그리고,「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」를 포함하는 강을, 초경공구를 사용하여 고속영역에서 절삭했을 경우에는 우수한 공구수명을 얻을 수 있다. 즉, 단독으로 존재하는「실질적인 Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물」의 생성을 억제하기 위하여는, Ti(%)/S(%)를 0.25이하로 조정하면 좋다.Ti carbide and Ti carbonitride are precipitated in various forms, but may exist in a form inherent in one MnS. When the steel including "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" is cut in a high speed region using a carbide tool, excellent tool life can be obtained. That is, in order to suppress generation | occurrence | production of "the real Ti sulfide or / and Ti carbon sulfide" which exists independently, Ti (%) / S (%) may be adjusted to 0.25 or less.
(b) Mn과 S의 량이 원자비로 [Mn]/[S]≥1(b) The amount of Mn and S is [Mn] / [S] ≥1 in atomic ratio
S 는 열간가공시에 균열을 유발하는 원소이다. 그러나, 원자비, 즉, 원자수 (몰수)의 비에서 [Mn]/[S]≥1이라고 한 적절한 조성을 유지하면 Mn은 MnS로서 정출(晶出) 하므로, 가령 Ti(%)/S(%)≤0.25 이어도 열간가공성에는 문제가 없다. 또한, 이 범위이면, 예컨대 연속주조에 의한 제조를 전제로하여도, 열간가공성에 아무런 문제가 없기 때문에 S를 많이 첨가하여, 피삭성 개선에 유효한 MnS를 증가시키는 것이 가능하며, 동시에 높은 S 함유량이여도 (i)식 및 (ii)식에서 나타내지는 개재물 형태를 손상하는 일은 없다.S is an element causing cracks during hot working. However, if the proper composition of [Mn] / [S] ≥1 is maintained at the atomic ratio, that is, the ratio of the number of atoms (moles), Mn is crystallized as MnS. Thus, for example, Ti (%) / S (% ) ≤0.25, there is no problem in hot workability. In this range, even if it is manufactured under continuous casting, for example, since there is no problem in hot workability, it is possible to add much S to increase MnS effective for improving machinability, and at the same time to have high S content. There is no damage to the form of the inclusions shown in the formulas (i) and (ii).
[Mn]/[S] <1일 경우에는, Ti량이 S량을 초과하도록 첨가하지 않으면 FeS가 MnS 및 TiS에 많이 고용한 황화물이 주체가 되고, 열간가공성을 개선할 수는 없다.또, [Mn]/[S] <1일 경우이여도, S량을 넘는 범위에서 Ti를 첨가하면, 열간가공성은 개선할 수 있다. 그러나, 그 경우에는 Ti의 황화물 생성경향이 Mn보다도 크기 때문에 주된 생성 황화물은 MnS가 아니고, MnS 보다도 경질인 Ti 황화물 혹은 Ti 탄황화물이 주체가 된다. 그 경우, 전술한 바와 같이 절삭시에 공구와 피삭재와의 사이에 있어서 연질한 황화물에 의한 유사적인 윤활효과를 얻을 수 없고, 절삭저항이 상승하며, 마무리면 거칠기가 열화한다. 요컨대, Mn과 S의 량을 원자비로 [Mn]/[S]≥1이라 하는 것은, MnS에 의한 피삭성향상의 효과를 따르게 함과 동시에 양호한 열간연성을 얻기 위해서 요구되는 조건이다.In the case of [Mn] / [S] <1, sulfides in which FeS is largely dissolved in MnS and TiS are mainly used unless the amount of Ti exceeds S amount, and the hot workability cannot be improved. Even in the case of Mn] / [S] <1, hot workability can be improved by adding Ti in the range exceeding S amount. However, in this case, since the tendency of sulfide formation of Ti is larger than Mn, the main sulfide is not MnS, but mainly Ti sulfide or Ti carbon sulfide that is harder than MnS. In this case, as described above, similar lubrication effects due to soft sulfides cannot be obtained between the tool and the workpiece during cutting, the cutting resistance increases, and the finish surface roughness deteriorates. In other words, [Mn] / [S] ≧ 1 in terms of the atomic ratio of Mn and S is a condition required for achieving the effect of improving the machinability by MnS and obtaining good hot ductility.
(c) Ti(%)/N(%)≥1.35(c) Ti (%) / N (%) ≥ 1.35
본 발명의 쾌삭강의 큰 특징은, 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」를 함유하고 있는 것에 있다. 가령 Ti(%)/N(%)<1.35일 경우에는, 상기 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」를 충분히 얻을 수 없는 것이 있다. 이 경우에는, 첨가된 대부분의 Ti는 응고가 빠른 단계에서 TiN으로서 정출하기 때문에,「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」를 형성시키는데 충분한 Ti를 확보할 수 없는 것이라고 생각된다. 따라서, Ti(%)/N(%)가 1.35이상인 것이 바람직하고, 보다 안정하게 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」를 얻기 위해서는, Ti(%)/N(%)를 1.5이상이라고 하면 좋다.The great feature of the free cutting steel of this invention is that it contains "the substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride." For example, when Ti (%) / N (%) <1.35, the above "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" may not be sufficiently obtained. In this case, since most of the added Ti is crystallized as TiN at a rapid solidification stage, it is considered that sufficient Ti cannot be secured to form "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride". Therefore, it is preferable that Ti (%) / N (%) is 1.35 or more, and Ti (%) / N (%) is added in order to more stably obtain "the substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride." It is good to say more than 1.5.
4. 화학조성의 한정이유4. Reasons for Limiting Chemical Composition
이하, 본 발명에 있어서 화학조성을 한정한 이유를, 각각의 성분의 작용효과와 함께 설명한다.Hereinafter, the reason for limiting the chemical composition in the present invention will be described together with the effect of each component.
C: O.05%부터 O.20% 미만C: 0.05% to less than 20%
C 는 피삭성에 큰 영향을 미치는 중요한 원소이다. C 함유량이 O.20% 이상으로 되면 강재의 강도를 높여서 피삭성을 열화시키므로, 피삭성이 중요시되는 용도의 강재로서는 부적당하다. 단지, 0.05% 미만에서는 강재가 연질이 너무 되어, 절삭중에 뜯김현상이 생겨서 오히려 공구마모를 촉진시키는 동시에, 마무리면 거칠기도 커진다. 따라서 C의 적정함유량은, 0.05%부터 0.20% 미만이다. 또한, 더 좋은 피삭성을 얻기 위한 C량의 보다 적정한 범위는 0.07 ∼ 0.18%이다.C is an important element which greatly affects machinability. When the C content is 0.2% or more, the strength of the steel is increased to deteriorate the machinability. Therefore, the C content is not suitable as a steel material for applications in which machinability is important. However, at less than 0.05%, the steel is too soft, causing tearing during cutting, which promotes tool wear, and at the same time, increases the finish surface roughness. Therefore, the appropriate content of C is from 0.05% to less than 0.20%. In addition, the more suitable range of C amount for obtaining better machinability is 0.07 to 0.18%.
Mn: 0.4 ∼ 2.0%Mn: 0.4-2.0%
Mn 은 S와 함께 황화물계 개재물을 형성하여 피삭성에 큰 영향을 미치는 중요한 원소이다. 0.4% 미만에서는 황화물로서의 절대량이 부족하고 만족한 피삭성을 얻을 수는 없다. 또한, Mn은 강의 담금질성을 높이는 원소이므로, 우수한 침탄특성을 얻고 싶을 경우에는 함유량을 많게 하면 좋다. 단지, Mn은 S와 함께 MnS를 형성하기 때문에, 다량의 S를 포함하는 본 발명강에서는 다량의 Mn을 함유하는 것이 필요하게 된다. 침탄특성을 높이기 위해서 Mn을 첨가하면 Mn함유량이 가산되게 되는 것이므로, 제조 코스트의 면으로부터도 바람직하지 않다. 그래서 Mn량의 상한을 2.O%로 하였다. 2.0%를 넘으면, 강재의 강도가 상승하여 절삭저항이 높아지는데 부가하여, 공구수명을 저하시킨다. 또한 절삭저항의 저감, 공구수명의 향상, 한정 절삭칩 처리성의 향상, 마무리면 거칠기의 향상, 열간가공성의 개선을 도모하기 위하여는 S량과의 관계가 중요하다. 또한, 이것들의 성능을 확실하게 얻기 위해서는 Mn함유량은 0.6 ∼ 1.8%로 하는 것이 바람직하다.Mn forms an sulfide-based inclusion with S and is an important element having a great influence on machinability. If the amount is less than 0.4%, the absolute amount as a sulfide is insufficient and satisfactory machinability cannot be obtained. In addition, since Mn is an element which raises hardenability of steel, when it is desired to obtain excellent carburizing characteristics, it is good to increase the content. However, since Mn forms MnS together with S, it is necessary to contain a large amount of Mn in the steel of the present invention containing a large amount of S. When Mn is added in order to increase carburizing characteristics, Mn content is added, which is not preferable from the viewpoint of manufacturing cost. Therefore, the upper limit of Mn amount was made into 2.O%. When it exceeds 2.0%, the strength of the steel increases and the cutting resistance increases, thereby decreasing the tool life. In addition, the relationship with the amount of S is important in order to reduce cutting resistance, improve tool life, improve cutting performance of limited cutting chips, improve finish surface roughness, and improve hot workability. In addition, in order to ensure these performances reliably, it is preferable to make Mn content into 0.6 to 1.8%.
S: 0.21 ∼ 1.0%S: 0.21 to 1.0%
S는 Mn과 함께 황화물을 형성하여 피삭성을 개선하는데 유효한 원소이다. MnS 에 의한 피삭성 향상효과는, 그 생성량에 따라서 있어 향상하므로 S의 함유량의 선정은 중요하다. 0.21% 미만에서는 충분한 량의 황화물계 개재물을 얻을 수 없고, 만족한 피삭성은 기대할 수 없다. 한편, S량은 보통이면 0.35%을 초과하면 열간가공성을 열화시키고, 강괴 중앙부의 S 편석을 조장하고, 단조시에 균열을 유발하지만, 적절한 조성을 유지하면 그 상한을 1.0%까지 높일 수 있다. MnS에 의한 피삭성 향상을 위해서는 더욱 S의 첨가가 바람직하고, 0.35% 이상이면 보다 바람직하다. 더한층 개선에는 0.40%을 초과하는 함유량이 더욱 바람직하다. 단, 과잉한 첨가는 제품 수율의 악화에 의한 코스트 상승에 연결되므로, S 함유량의 바람직한 상한은 0.70%이다.S is an element effective in forming a sulfide together with Mn to improve machinability. Since the machinability improvement effect by MnS improves according to the generation amount, selection of S content is important. If it is less than 0.21%, a sufficient amount of sulfide inclusions cannot be obtained, and satisfactory machinability cannot be expected. On the other hand, if the amount of S is usually more than 0.35%, the hot workability is deteriorated, the segregation of the central portion of the steel ingot is promoted, and cracking is caused during forging, but the upper limit can be increased to 1.0% if the proper composition is maintained. In order to improve the machinability by MnS, addition of S is more preferable, and it is more preferable if it is 0.35% or more. Furthermore, content exceeding 0.40% is more preferable for further improvement. However, since excessive addition leads to the cost increase by deterioration of a product yield, the upper limit with preferable S content is 0.70%.
Ti: 0.OO2 ∼ O.10%Ti: 0.90 to 0.1%
Ti는 N이나 C와 함께 Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물을 형성하고, 이들이 내재하는 Mns를 강중에 존재시키기 위해서 중요한 필수원소이다. 전기(前記)와 같이,「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」가 강재중에 존재하면, 초경공구를 사용한 고속절삭에서의 공구수명이 비약적으로 향상한다. 이러한 MnS를 존재시키기 위해서는, 0.002%이상의 함유가 필요하지만, 이것을 안정하게 강중에 분산시켜서, 마무리면 거칠기를 열화시키지 않고, 양호한 공구수명을 얻기 위해서는 Ti의 함유량은 S나 N의 함유량과의 밸런스를 고려할 필요가 있다. 또한, Ti함유량이 0.10%를 넘으면,「실질적인 Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물」이 강중에 존재하기 때문에, 마무리 절삭에 있어서의 마무리면 거칠기를 열화시킨다.따라서, Ti의 상한은 0.l0%로 하였다. 보다 안정하고 우수한 마무리면 거칠기를 얻기 위해서는, Ti함유량은 0.08% 이하인 것이 바람직하다. 더욱이 0.03% 미만이면 더욱 바람직하다.Ti together with N or C forms Ti carbides and / or Ti carbonitrides and is an essential element for the presence of Mns inherent in the steel. As described above, when "substantially MnS in which Ti carbide and / or Ti carbonitride is inherent" exists in steel, the tool life in the high speed cutting using a carbide tool improves remarkably. In order to exist such MnS, the content of 0.002% or more is required, but in order to stably disperse it in steel and not to deteriorate the finish surface roughness and to obtain a good tool life, the content of Ti balances the content of S and N. It is necessary to consider. When the Ti content is more than 0.10%, since "substantially Ti sulfide or / and Ti carbon sulfide" exists in steel, the roughness of the finish surface in finishing cutting is deteriorated. Therefore, the upper limit of Ti is 0.1% It was set as. In order to obtain more stable and excellent finish surface roughness, it is preferable that Ti content is 0.08% or less. Furthermore, it is more preferable if it is less than 0.03%.
한편, Ti의 함유량이 0.OO2% 미만의 경우는, 공구수명을 향상시키는 데 충분한 량의「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」를 생성시킬 수는 없다. 상기 MnS를 보다 확실하게 생성시켜, 초경공구 수명을 개선시키기 위해서는 O.01% 를 초과하는 Ti의 함유가 바람직하다.On the other hand, when the content of Ti is less than 0.02%, it is not possible to produce "substantially MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" in an amount sufficient to improve tool life. In order to produce the MnS more reliably and to improve the life of the carbide tool, the content of Ti of more than 0.01% is preferable.
P: 0.001 ∼ 0.30%P: 0.001 to 0.30%
P 는 강의 담금질성을 높이는 동시에, 강도도 높인다. 그 효과를 얻기 위해서는, 0.OO1% 이상 함유시키면 좋다. 또한, 0.30% 이하이면, 피삭성을 열화시키지 않고, 담금질성 및 강도를 확보할 수 있지만, 함유량이 0.30%를 초과하면 강도가 지나치게 높아져서 피삭성을 열화시킬 뿐만 아니라, 강괴의 편석을 조장하여 열간가공성을 열화시킨다. 따라서, P의 함유량은 0.001 ∼ 0.30%로 하였다. 또한, 양호한 피삭성과 강도를 안정하게 유지하는데도 보다 바람직한 함유량은 0.005 ∼ O.13% 이다.P increases the hardenability of the steel and also increases the strength. In order to acquire the effect, it is good to contain 0.OO1% or more. If the content is 0.30% or less, hardenability and strength can be ensured without degrading the machinability, but if the content exceeds 0.30%, the strength becomes too high to degrade the machinability, and also promotes segregation of the steel ingots and hot. Deteriorates workability. Therefore, content of P was made into 0.001 to 0.30%. Moreover, in order to keep favorable machinability and strength stably, more preferable content is 0.005 to 0.13%.
Al: 0.2% 이하 (무첨가라도 좋다)Al: 0.2% or less (not added)
A1은 강력한 탈산원소로서 사용할 수 있고, O.2% 이하이면 함유되어 있어도 좋다. 그러나 탈산에 의해 생성하는 산화물은 경질이며 함유량이 0.2%를 넘으면 경질 산화물이 대량으로 생성하고, 피삭성을 열화시킨다. 따라서, 보다 바람직한 것은 0.1% 이하로 하는 것이다. 또한, C나 Mn의 첨가에 의해 충분한 탈산이 가능할 경우에는 Al은 첨가하지 않아도 좋고, 그 함유량은 0.002% 이하의 불순물 레벨이어도 좋다.A1 can be used as a strong deoxidation element and may be contained as it is 0.2% or less. However, the oxide produced by deoxidation is hard, and when content exceeds 0.2%, hard oxide will produce | generate in large quantity and deteriorate machinability. Therefore, more preferably, 0.1% or less. In addition, when sufficient deoxidation is possible by addition of C or Mn, Al may not be added and its content may be an impurity level of 0.002% or less.
0 (산소): 0.OO1 ∼ 0.03%0 (oxygen): 0.OO1-0.03%
본 발명강에 있어서의 산소의 효과는 탈산상태에 의하여 손상되는 것은 아니지만, 적절한 량의 산소를 함유시킴으로써 MnS 중에 고용하여 압연에 의한 MnS의 연신(延伸)을 막고, 기계적성질의 이방성을 개선한다. 더욱이 피삭성, 열간가공성, S 편석의 개선에도 유효하다. 그러나 0.03%를 초과하면 용제시에 있어서의 내화물의 열손(劣損)을 초래하는 등의 지장을 초래한다. 따라서 산소함유량의 범위를 O.001 ∼ 0.03%으로 하였다. 상기의 효과를 적절하게 얻기 위하여 보다 바람직한 범위는 0.0015 ∼ 0.01%이다. Although the effect of oxygen in the steel of the present invention is not impaired by the deoxidation state, by containing an appropriate amount of oxygen, it is dissolved in MnS to prevent the stretching of MnS by rolling, thereby improving the anisotropy of mechanical properties. Moreover, it is also effective for improving machinability, hot workability and S segregation. However, when it exceeds 0.03%, it will cause trouble, such as a heat loss of the refractory at the time of a solvent. Therefore, the oxygen content was in the range of 0.001% to 0.03%. In order to acquire the said effect suitably, the more preferable range is 0.0015 to 0.01%.
N: O.0005 ∼ O.02%N: 0.005% to 0.02%
N은 Al이나 Ti와 함께 경질(硬質)인 질화물을 형성하기 쉽다. 이들의 질화물은 결정입자를 미세화하는 효과를 가진다. 그러나, 이들의 질화물이 대량으로 존재 함으로써 공구마모가 촉진되기 쉽고, 피삭성을 열화시킨다. 본 발명강에는 Ti를 필수성분으로서 첨가하므로, N의 함유량은 적을 수록 바람직한 것이지만, 전기(前記)의 효과를 얻기 위해서 O.0005% 이상 함유시키는 것으로 하였다. 한편, N함유량이 과잉으로 되면 거친 TiN이 생성하고, 피삭성을 손상할 우려가 있으므로, N의 상한을 0.02%로 하였다. 보다 좋은 피삭성을 확보하기 위해서는, N량의 상한은 0.015%인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서는 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」의 존재에 의해 피삭성의 향상을 도모하고 있기 때문에, 상기 MnS를 안정하게 강중에 존재시키기 위해서는, Ti와 N이 Ti(%)/N(%)≥1.35를 만족하고 있는 것이 바람직하다. 이것은, 상기와 같이 , Ti(%)/N(%)<1.35일 경우에는, 첨가된 Ti의 대부분이 응고가 빠른 단계에서 TiN으로서 생성해버리고,「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」를 안정하게 얻을 수 없기 때문이다.N tends to form a hard nitride with Al and Ti. These nitrides have an effect of miniaturizing crystal grains. However, the presence of these nitrides in large quantities tends to promote tool wear and deteriorate machinability. Since Ti is added to the steel of this invention as an essential component, the smaller the content of N, the more preferable. However, in order to acquire the effect of electricity, it was made to contain 0.0005% or more. On the other hand, when N content becomes excess, rough TiN will produce | generate and there exists a possibility that the machinability may be impaired, The upper limit of N was made into 0.02%. In order to ensure better machinability, the upper limit of the amount of N is preferably 0.015%. In addition, in the present invention, since the machinability is improved by the presence of "substantially MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride," Ti and N are Ti in order to stably exist in steel. It is preferable to satisfy (%) / N (%) ≥1.35. As described above, when Ti (%) / N (%) <1.35, most of the added Ti is generated as TiN at a stage of rapid solidification, and "Ti carbide or / and Ti carbonitride is inherent. It is because substantial MnS "cannot be obtained stably.
이상과 같이 함유량을 각각 조정된 원소로 구성되는 화학조성, 및 (i)식과 (ii)식에서 규정되는 개재물 형태에 의해 우수한 피삭성, 열간가공성 및 마무리면 성상을 가지는 저탄소 쾌삭강을 얻을 수 있다.As described above, the low carbon free-cutting steel having excellent machinability, hot workability, and finish surface properties can be obtained by the chemical composition composed of elements whose contents are adjusted respectively, and the inclusion forms specified in formulas (i) and (ii).
본 발명의 저탄소 쾌삭강은, 또다시 상기 제 1군으로부터 제 3군의 적어도 1군 중에서 선택한 1종이상의 성분을 포함할 수 있다.The low carbon free cutting steel of the present invention may further include at least one component selected from at least one group of the third group to the third group.
(1) 제 1군의 원소(1) Element of group 1
제 1군의 원소는, 상술한 주요조성 이외에 본 발명에 의해 얻을 수 있는 효과를 해치는 일없이, 강의 피삭성을 더욱 향상시키는 원소이다. 따라서, 보다 우수한 피삭성을 얻기 위하여, 1종 이상을 함유시켜도 좋다.The elements of the first group are elements which further improve the machinability of the steel, without impairing the effect obtainable by the present invention in addition to the above-described main composition. Therefore, in order to obtain more machinability, you may contain 1 or more types.
Se: 0.0005 ∼ O.10%, Te: 0.OOO5% ∼ 0.10%Se: 0.0005-10.10%, Te: 0.95-0.10%
Se 및 Te는, Mn과 함께 Mn(S, Se) 및 Mn(S, Te)을 생성한다. 이들은 MnS 와 마찬가지로 절삭중에 유사적인 윤활효과의 역활을 다하므로 피삭성 개선에 유효한 원소이며, 더욱 피삭성 향상을 위해서는 상기의 범위내에서 함유시켜도 좋다. 그러나, 각각의 함유량이 0.OOO5% 미만에서는 효과가 부족하다. 한편, Se, Te 모두 그 함유량이 0.10%를 초과하면 효과가 포화할 뿐아니라, 경제적이지 않게 되는 동시에 열간가공성을 열화시킨다. 보다 안정되고 우수한 열간가공성 및 피삭성을 양립시키기 위해서는, 각각 0.OO10 ∼ 0.05%인 것이 바람직하다.Se and Te produce Mn (S, Se) and Mn (S, Te) with Mn. These are effective elements for improving machinability because they play a similar lubricating effect during cutting, like MnS, and may be contained within the above ranges for further machinability. However, the effect is insufficient when each content is less than 0.5%. On the other hand, if the content of Se and Te exceeds 0.10%, the effect is not only saturated, but also uneconomical and deteriorates hot workability. In order to make more stable and excellent hot workability and machinability compatible, it is preferable that they are respectively 0.0010 to 0.05%.
Bi: 0.01 ∼ 0.3%, Sn: 0.01 ∼ 0.3%Bi: 0.01-0.3%, Sn: 0.01-0.3%
Bi 와 Sn은 강의 피삭성을 개선하는 효과를 가진다. 이것은 Pb와 마찬가지로 저융점 금속개재물로서 절삭시에 윤활효과를 발휘하기 때문이라고 생각된다. 그 효과를 확실하게 얻기 위해서는, 각각의 함유량을 0.01% 이상으로 하는 것이 좋다.단지, 그 함유량이 각각 O.3%를 초과하면 그 효과가 포화할 뿐아니라, 열간가공성을 열화시킨다. 보다 안정되고 우수한 열간가공성 및 피삭성을 양립시키기 위해서는, 각각 0.03 ∼ 0.1%인 것이 바람직하다.Bi and Sn have an effect of improving the machinability of the steel. It is thought that this is because, as with Pb, a low melting point metal inclusion exhibits a lubricating effect during cutting. In order to reliably obtain the effect, it is preferable to make each content 0.01% or more. However, when the content exceeds 0.3% each, the effect is not only saturated but also deteriorates hot workability. In order to make more stable and excellent hot workability and machinability compatible, it is preferable that they are 0.03 to 0.1%, respectively.
Ca: 0.0001 ∼ 0.01%Ca: 0.0001 to 0.01%
Ca 는 S나 0(산소)에 대하여 큰 친화력을 가지므로, 강중에서 황화물 및 산화물을 형성한다. 또한, Ca는 MnS 중에 고용하여 (Mn, Ca)S를 형성하지만, 그 중에 고용하는 Ca는 미량이기 때문에, MnS로서의 효과를 손상하지 않는다. 또한, Ca에 의해 형성되는 산화물은 저융점 산화물이며, 본 발명강에 있어서도 피삭성을 더욱 향상시키기 위하여 유효한 첨가원소이다. Ca의 첨가에 의한 피삭성 개선의 효과를 확실하게 얻으려고 하면, Ca량의 하한은 0.0001%인 것이 바람직하다. 단지, Ca는 첨가제품 수율이 나쁘기 때문에, Ca의 함유량을 많게 하기 위해서는 다량의 Ca 첨가를 필요로 하여, 제조 코스트의 면으로부터도 바람직하지 못하다. 따라서, Ca함유량의 상한은 0.01%로 하였다. 더욱 바람직한 상한은 0.OO5%이다.Ca has a large affinity for S or 0 (oxygen), and therefore forms sulfides and oxides in the steel. In addition, Ca is dissolved in MnS to form (Mn, Ca) S, but since Ca is dissolved in a small amount, the effect as MnS is not impaired. In addition, the oxide formed by Ca is a low melting oxide, and is also an effective element for improving the machinability even in the steel of the present invention. When it is going to acquire the effect of the machinability improvement by addition of Ca reliably, it is preferable that the minimum of Ca amount is 0.0001%. However, since the yield of additives is poor, Ca requires a large amount of Ca to increase the content of Ca, which is not preferable from the viewpoint of production cost. Therefore, the upper limit of Ca content was made into 0.01%. More preferably, the upper limit is 0.95%.
Mg: 0.0001 ∼ 0.005%Mg: 0.0001 to 0.005%
Mg도 강중에서 S나 O(산소)에 대하여 큰 친화력을 가지므로, 황화물 혹은 산화물을 형성한다. Mg를 함유하는 황화물이나 산화물은 MnS의 정출(晶出) 핵으로서 기능하고, MnS 의 연신(延伸)을 억제하는 효과를 가진다. 이러한 효과를 얻고 싶을 경우에는 첨가하여도 좋다. 그 효과를 충분히 얻기 위해서는, Mg량의 하한은 0.0001% 이상인 것이 바람직하다. 그러나, Mg에 의해 형성되는 산화물은 경질이므로, Mg의 함유량이 너무 많으면 피삭성을 열화시키는 요인이 된다. 따라서 Mg의 상한을 O.005% 로 하였다. 더욱이, MnS의 연신을 억제하는 효과와 우수한 피삭성을 양립시키기 위하여 바람직한 상한은 0.002% 이다.Mg also has a large affinity for S and O (oxygen) in the steel, thus forming sulfides or oxides. Sulfides and oxides containing Mg function as crystallization nuclei of MnS and have an effect of suppressing elongation of MnS. When you want to acquire such an effect, you may add. In order to fully acquire the effect, it is preferable that the minimum of Mg amount is 0.0001% or more. However, since oxide formed by Mg is hard, when there is too much content of Mg, it will become a factor which degrades machinability. Therefore, the upper limit of Mg was 0.15%. Moreover, in order to make the effect of suppressing elongation of MnS and excellent machinability compatible, a preferable upper limit is 0.002%.
B: O.0002 ∼ 0.02%B: 0.0002-0.02%
B 는, 0(산소) 혹은 N과 결합하고, 산화물, 질화물을 형성하고, 피삭성을 향상시키는 효과를 가지므로 필요에 따라서 첨가하여도 좋다. 그 효과를 얻기 위해서는, O.0002 % 이상 함유시키면 좋다. 보다 확실하게 그 효과를 얻기 위해서는 0.0010% 이상이 바람직하다. 그러나, B의 함유량이 0.02%를 초과하면, 그 효과가 포화할 뿐아니라, 열간가공성을 열화시킨다.B combines with 0 (oxygen) or N, forms an oxide and a nitride, and has the effect of improving machinability, and may be added as necessary. In order to acquire the effect, it is good to contain O.0002% or more. In order to acquire the effect more reliably, 0.0010% or more is preferable. However, when the content of B exceeds 0.02%, the effect is not only saturated but also deteriorates hot workability.
희토류원소: 0.0005 ∼ 0.02% Rare Earth Element: 0.0005 to 0.02%
희토류원소는 란타노이드(Lanthanoids)로서 분류되는 원소그룹이다. 이것을 첨가하는 경우에는 보통 이들을 주성분으로 하는 밋슈메탈(Misch metal) 등을 사용한다. 본 발명에 있어서의 희토류원소의 함유량은, 희토류원소 중의 1종 또는 2종이상의 원소의 합계량으로 나타낸다. 희토류원소는, 산소와 함께 산화물을 형성하고, S 와도 결합해서 황화물을 형성하고, 피삭성을 향상시킨다.그 효과를 확실하게 얻기 위해서는, 0.0005% 이상 함유시키면 좋다. 그러나, 함유량이 0.02%를 초과하면 효과는 포화한다. 또한 희토류원소는 첨가 제품수율이 낮으므로 다량으로 함유시키는 것은 경제적이지 않다.Rare earth elements are an elemental group classified as lanthanoids. When adding this, the Misch metal etc. which use these as a main component are used normally. Content of the rare earth element in this invention is represented by the total amount of 1 type, or 2 or more types of elements in a rare earth element. The rare earth element forms an oxide together with oxygen, combines with S to form a sulfide, and improves machinability. In order to reliably obtain the effect, the rare earth element may be contained at 0.0005% or more. However, if the content exceeds 0.02%, the effect is saturated. In addition, since rare earth elements have a low yield of added products, it is not economical to contain a large amount.
(2)제 2그룹의 원소(2) Elements of the second group
제 2그룹의 원소는, 어느것이나 강의 강도를 올리는 작용을 가지는 것이다.필요에 따라서, 이들 중의 1종이상을 함유시킬 수 있다.All of the elements of the second group have the effect of increasing the strength of the steel. If necessary, one or more of them can be contained.
Cu: 0.01 ∼ 1.0%Cu: 0.01% to 1.0%
Cu는 석출 강화에 의해 강의 강도를 향상시키는 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는 그 함유량을 0.01% 이상으로 할 필요가 있다. 보다 확실하게 상기 효과를 얻기 위해서는 0.1% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 함유량이 1.O%를 넘으면 열간가공성의 열화를 초래하거나, Cu 석출물의 조대화(粗大化)에 의해 전기의 효과가 포화할 뿐 아니라, 피삭성의 저하를 초래한다. Cu has the effect of improving the strength of the steel by precipitation strengthening. In order to acquire the said effect, it is necessary to make the content into 0.01% or more. In order to acquire the said effect more reliably, it is preferable to add 0.1% or more. However, when the content is more than 1.0%, the hot workability is deteriorated, or the coagulation of Cu precipitates not only saturates the electric effect but also lowers the machinability.
Ni: 0.01 ∼ 2.O%Ni: 0.01-2.O%
Ni 에는 고용강화에 의해 강의 강도를 향상시키는 효과가 있다. 상기 효과를 확실하게 얻기 위해서는 그 함유량을 0.01%이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 2.0%를 넘으면 피삭성의 열화를 초래하는 동시에 열간가공성도 열화한다.Ni has the effect of improving the strength of the steel by solid solution strengthening. In order to reliably obtain the said effect, it is preferable to make the content into 0.01% or more. However, if it exceeds 2.0%, the machinability deteriorates and the hot workability also deteriorates.
Mo: 0.01 ∼ 0.5%Mo: 0.01% to 0.5%
Mo는 담금질성을 높일 수 있는 원소이지만, 침탄특성을 향상시키기 위해서, Si나 Cr의 첨가와 동등한 효과를 얻을 수 있는 상당량의 Mo를 첨가하면 Si나 Cr이상으로 비싸기 때문에, 제조코스트가 높아지는 난점이 있다. 그러나, Mo는 조직을 미세화하고, 인성을 개선하는 효과도 가진다. 이들의 효과를 얻고 싶을 경우에는 첨가해도 좋다. 상기 효과를 확실하게 얻기 위해서는 함유량을 O.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단지, O.5%을 초과하면 효과가 포화할 뿐아니라, 강의 제조코스트가 상승한다.Mo is an element capable of increasing hardenability, but in order to improve the carburizing property, when a considerable amount of Mo, which is equivalent to the addition of Si or Cr, is added, it is more expensive than Si or Cr. have. However, Mo also has the effect of miniaturizing the tissue and improving toughness. When you want to acquire these effects, you may add. In order to reliably acquire the said effect, it is preferable to make content into 0.01% or more. However, if the content exceeds 0.5%, not only the effect is saturated but also the manufacturing cost of the steel increases.
V: 0.005 ∼ O.5%V: 0.005-0.5%
V는 미세한 질화물이나 탄질화물로서 석출하고, 강의 강도를 향상시킨다. 상기 효과는 0.O05% 이상의 함유에 의하여 얻을 수 있는 것이 가능하지만, 보다 확실하게 효과를 얻고 싶을 경우에는, 0.01% 이상의 함유가 바람직하다. 그러나 O.5%을 초과하면, 상기의 효과가 포화할 뿐아니라, 질화물이나 탄화물이 과잉으로 생성하기 때문에, 피삭성의 저하를 초래한다. V precipitates as fine nitrides or carbonitrides and improves the strength of the steel. Although the said effect can be obtained by containing 0.05% or more, when it is desired to acquire an effect more reliably, containing 0.01% or more is preferable. However, if the content exceeds 0.5%, not only the above-mentioned effect is saturated but also excessive generation of nitrides and carbides results in deterioration of machinability.
Nb: 0.005 ∼ O.5%Nb: 0.005-0.5%
Nb는 미세한 질화물이나 탄질화물로서 석출하고, 강의 강도를 향상시킨다. 상기 효과는 0.O05% 이상의 함유에 의하여 얻을 수 있는 것이 가능하지만, 보다 확실하게 효과를 얻고 싶을 경우에는, 0.01% 이상의 함유가 바람직하다. 그러나 O.5%을 초과하면, 상기의 효과가 포화할 뿐아니고, 질화물이나 탄화물이 과잉으로 생성하기 때문에, 피삭성의 저하를 초래할 뿐만 아니라, 경제적이지 않다.Nb precipitates as fine nitrides or carbonitrides and improves the strength of the steel. Although the said effect can be obtained by containing 0.05% or more, when it is desired to acquire an effect more reliably, containing 0.01% or more is preferable. However, if the content exceeds 0.5%, the above-mentioned effect is not only saturated, and since nitrides and carbides are excessively produced, not only does the machinability deteriorate but also it is not economical.
(3)제 3그룹의 원소(3) Elements of the third group
제 3그룹의 원소는, 강의 침탄특성을 높이고 싶을 경우에, 상기 한 쪽 또는 양쪽을 하기의 범위 내에서 함유시켜 좋은 원소이다. The element of the 3rd group is an element which can contain the said one or both within the following range, when it wants to improve the carburization characteristic of steel.
Si: 0.1 ∼ 2.0%Si: 0.1 to 2.0%
청구항 1로부터 4 까지 관계하는 발명의 쾌삭강에서는, Si를 적극적으로 첨가하지 않는다. 따라서, Si는 불순물의 하나이며, 그 함유량은 0.1% 미만이다. 또한, 청구항 1로부터 4까지 관계하는 발명의 쾌삭강에서도 강중의 산소를 적절한 량으로 하기 위해서 Si를 탈산원소로서 첨가하는 경우가 있지만, 그 경우도 적극적으로 잔류시킬 필요는 없고, 강중에 잔존하는 Si는 불순물이며, 0.1% 미만이다.In the free cutting steel of the invention according to claims 1 to 4, Si is not actively added. Therefore, Si is one of impurities, and its content is less than 0.1%. In addition, even in the free-cutting steel of the invention according to claims 1 to 4, Si may be added as a deoxidation element in order to make an appropriate amount of oxygen in the steel, but in this case, it is not necessary to actively remain, and Si remaining in the steel Impurity, less than 0.1%.
또한, Si는 페라이트에 고용하여 강의 강도를 향상시키는 동시에, 강의 담금질성을 높이는 효과를 가진다. In addition, Si has an effect of increasing the strength of the steel and enhancing the hardenability of the steel by solid solution in ferrite.
강의 담금질성을 높이는 것에 따라, 자동차부품으로서 요망되는 침탄특성의 향상을 도모할 수 있다. 그 경우에 한해서는 Si를 0.1% 이상 함유시키면 좋다. 보다 확실하게 침탄특성을 향상시키고 싶을 경우에는, 0.6%를 초과하는 함유량이 바람직하다. 단지 2.0%를 초과하면 열간가공성이 열화하거나, 페라이트상을 고용강화하기 위하여 절삭저항이 높아지는 등, 피삭성에 악영향을 미친다. 또한, 0.1% 미만의 불순물의 레벨이여도, C, Mn, Al의 적절한 첨가로 강중 산소량을 적절한 범위로 할 수가 있다.By increasing the hardenability of the steel, it is possible to improve the carburizing characteristics desired for automobile parts. Only in that case, it is good to contain Si 0.1% or more. When it is desired to improve the carburization characteristic more reliably, the content of more than 0.6% is preferable. If it exceeds 2.0%, the machinability is adversely affected, such as deterioration of hot workability or high cutting resistance in order to solidify the ferrite phase. In addition, even at the level of less than 0.1% of impurities, the amount of oxygen in the steel can be in an appropriate range by appropriate addition of C, Mn, and Al.
Cr: 0.03 ∼ 1.O%Cr: 0.03 to 1.O%
Cr은 강의 담금질성을 높이기 위하여, 소량의 첨가에 의해 침탄특성을 향상시킬 수 있는 원소이다. Cr을 함유한 강에서는 침탄특성이 개선되고, 침탄처리후의 침탄층 경도가 높고, 유효경화 깊이도 높일 수 있다. 그 효과를 얻기 위해서는, Cr를 0.03% 이상 함유하면 좋다. 또한, 보다 확실하게 침탄특성을 향상시키고 싶을 경우에는, 0.05%를 초과하는 함유량이 바람직하다. 단지, Cr함유량이 1.0%를 초과하면 피삭성을 열화시킬 뿐만 아니라, 제조코스트가 높아진다.Cr is an element that can improve carburization characteristics by adding a small amount in order to increase the hardenability of steel. In the steel containing Cr, the carburizing property is improved, the carburized layer hardness after carburizing treatment is high, and the effective hardening depth can also be increased. In order to acquire the effect, you may contain 0.03% or more of Cr. In addition, when it is desired to improve the carburizing characteristic more reliably, the content of more than 0.05% is preferable. However, when the Cr content exceeds 1.0%, not only the machinability is deteriorated, but also the manufacturing cost is high.
상기의 Si 또는/및 Cr을 함유시키면, 우수한 피삭성 및 열간가공성에 부가하여 우수한 침탄특성을 가지는 강을 얻을 수 있다.When Si or / and Cr is contained, steel having excellent carburization characteristics can be obtained in addition to excellent machinability and hot workability.
[실시예]EXAMPLE
1. 시료의 제작1. Preparation of Sample
고주파가열 유도로를 사용하여 표 1 및 표 2에 나타내는 여러가지 조성을 가지는 150kg 강괴(직경 약220mm)를 제작했다. 표 1에 나타내는 것이 본 발명강, 표 2에 나타내는 것이 종래 강 또는 비교 강이다. Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물을 포함하는 실질적인 MnS를 안정하게 생성시키기 위해서, 상기 주조편을 1250℃의 고온까지 가열한 후, 그 온도에서 2시간 이상 유지하였다. 그 후 압연공정을 가정하여, 1000℃ 이상의 마무리 온도에서 단조를 수행하고, 공냉하여 직경 65mm의 환봉 얻었다. 그 후, 상기 단신재(鍛伸材)를 950℃까지 가열하고, 1 시간 유지후, 공냉하는 노말라이징 처리를 하였다. 또한, 비교예의 강 No.51 ∼ 53은 열간가공성이 열악하며, 단조시에 균열이 발생해서 단신재(鍛伸材)로 할 수 없었으므로, 이하의 조사를 실시하지 않고 있다.Using a high frequency heating induction furnace, a 150 kg ingot (about 220 mm in diameter) having various compositions shown in Tables 1 and 2 was produced. What is shown in Table 1 is steel of this invention, and what is shown in Table 2 is a conventional steel or a comparative steel. In order to stably produce substantial MnS containing Ti carbide and / or Ti carbonitride, the cast piece was heated to a high temperature of 1250 ° C. and then held at that temperature for 2 hours or more. Then, assuming a rolling process, forging was performed at a finishing temperature of 1000 ° C. or higher, followed by air cooling to obtain a round bar having a diameter of 65 mm. Then, the said short-seat material was heated to 950 degreeC, the normalizing process which air-cooled was performed after hold | maintaining for 1 hour. In addition, steel No. 51-53 of a comparative example is inferior to hot work property, and the crack generate | occur | produced at the time of forging, and since it was not able to make it as a short material, the following irradiation is not performed.
2. 개재물 형태의 조사2. Investigation in the form of inclusions
압연방향에 평행한 단면에서 관찰되는 개재물은, 가공방향으로 늘려진 것이나 불특정 형상의 것이 많다. 개재물의 개수나 면적의 조사에 있어서는, 단신재(鍛伸材)의 Df/4(Df; 단신재의 직경)부의 종단면 방향으로부터 마이크로 관찰용 시험편을 잘라내고, 수지에 파묻은 후, 경면연마를 하여 400배의 광학현미경 관찰에서 사진촬영을 하고, 화상해석 등의 수법에 의해 상기 개재물의 개수와 면적을 구했다. 그 때, 같은 면적을 가지는 원으로 환산했을 때의 직경, 원상당 직경이 1㎛ 이상의 것을 대상으로 하였다. 원상당 직경이 1 ㎛ 이상으로 한정한 것은, 전술한 바와 같이, 1 ㎛ 미만의 개재물은 피삭성에 미치는 효과가 거의 없기 때문이다.Inclusions observed in the cross section parallel to the rolling direction are those which are extended in the processing direction and are of unspecified shape. In the investigation of the number and area of the inclusions, the micro-observing test piece is cut out from the longitudinal cross-sectional direction of the Df / 4 (Df; diameter of the shorting material) portion of the shorting material, and embedded in resin, followed by mirror polishing. Photographs were taken at 400-fold optical microscope observation, and the number and area of the inclusions were determined by methods such as image analysis. In that case, the diameter and circle equivalent diameter when it converted into the circle which has the same area were made into 1 micrometer or more. The original equivalent diameter is limited to 1 µm or more because, as described above, inclusions of less than 1 µm have little effect on machinability.
또한, 이들 개재물의 조성은, 다음과 같이 해서 확인하였다. 즉, 상기한 바와 같이 단신재(鍛伸材)의 Df/4 (Df; 단신재의 직경)부의 종단면 방향으로부터 잘려나온 마이크로 시험편을, 수지에 파묻은 후, 경면연마를 하여 EPMA(전자선 마이크로 애널라이저)나 EDX(에너지 분산형 X선 분석장치) 등에 의해 면분석 및 정량분석을 하였다.이 때의 관찰배율은 10000배를 넘지 않는 범위에서 선택하면 좋고, 상기 관찰배율로 한 개의 개재물중에 MnS와 Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 명백하게 상분리하여 관찰되고, 또한 MnS의 면적율이 50% 이상인 것이 확인된 개재물이「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」이다. 이렇게하여 관찰한 결과로부터, 원상당직경 1 ㎛ 이상의 개개의 「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」와 「Ti 탄화물 및 Ti 탄질화물이 내재하지 않는 실질적인 MnS」의 면적을 구한 뒤에, 압연방향 단면 1㎟에 있어서의 이들 개재물 면적의 합계를 산출하고, 더욱이, 압연방향 단면 1㎟에 있어서의 전개재물이 차지하는 면적의 합계를 산출한 뒤에 (A+B)/C를 구했다.In addition, the composition of these inclusions was confirmed as follows. That is, as described above, the micro test piece cut out from the longitudinal cross-sectional direction of the Df / 4 (Df; diameter of the short material) portion of the short material is buried in resin and subjected to mirror polishing, followed by EPMA (electron beam micro analyzer). Surface analysis and quantitative analysis were performed by EDX (Energy Dispersive X-ray Analyzer), etc. The observation magnification at this time may be selected not to exceed 10000 times, and MnS and Ti carbide in one inclusion at the observation magnification. Or / and an inclusion in which Ti carbonitride is clearly observed by phase separation and that the area ratio of MnS is 50% or more is "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride". From the results observed in this way, the areas of the respective "substantial MnS in which Ti carbides and / or Ti carbonitrides are inherent" and "substantial MnS in which Ti carbides and Ti carbonitrides are not contained" are obtained. (A + B) / C was calculated after calculating the total of the area of these inclusions in the rolling direction cross section 1 mm 2, and calculating the total of the area occupied by the developing material in the rolling direction cross section 1 mm 2.
상기의 결과로부터「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」의 개수를 측정하고, 압연방향 단면 1㎟ 당의 평균개수가 5개이상 존재한 강에 있어서는 「○」라고 했다. 반대로,「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」가 5개에 만족하지 않은 강에 관해서는「×」로 하였다. 또한, 표 2에 나타내는 비교예의 강 No.35 ∼ 37은 Ti를 함유하지 않는 납쾌삭강이나 S 쾌삭강이며, 실질적으로「Ti 탄화물 또는/및 Ti 탄질화물이 내재하는 실질적인 MnS」가 존재하지 않았으므로, 이들의 산출을 하고 있지 않다.From the above results, the number of "substantial MnS inherent in Ti carbide and / or Ti carbonitride" was measured, and it was set as "(circle)" in the steel in which five or more average numbers per 1 mm <2> of rolling direction existed. On the contrary, "x" was made about the steel which "substantial MnS in which Ti carbide and / or Ti carbonitride is inherent" does not satisfy five. In addition, steel No. 35-37 of the comparative example shown in Table 2 is a lead free cutting steel and S free cutting steel which does not contain Ti, and since substantially "the substantial MnS in which Ti carbide or / and Ti carbonitride is inherent" did not exist, These calculations are not performed.
3 .피삭성시험3. Machinability test
피삭성시험에서는, 상기 단신재를 직경 60mm까지 외경을 깎은 환봉을 사용하고, 공구수명과 마무리 표면거칠기를 조사하기 위한 시험을 하였다. 공구수명시험은 코팅처리가 실시되지 않은 JIS에 규정되는 P20종의 초경공구를 사용하고, 절삭속도; 150m/min, 이송; 0.10mm/rev, 절삭깊이 2.Omm로, 건식조건에서 선삭을 하고, 절삭개시로부터 30분후의 평균 릴리프면 마모량을 측정하였다. 또한, 30분이내에 평균 릴리프면 마모량이 200㎛ 이상으로 도달한 시험에 제공된 재료(이하 공시재(供試材)라 한다)에 대해서는, 그 도달시간과 그 때의 평균 릴리프면 마모량(VB)을 측정하였다.In the machinability test, a test was carried out to investigate the tool life and the finish surface roughness using a round bar whose outer diameter was cut to 60 mm in diameter using the short material. Tool life test uses P20 cemented carbide tools specified in JIS without coating treatment, cutting speed; 150 m / min, feed; Turning at dry conditions was performed at 0.10 mm / rev and a cutting depth of 2.Omm, and the average amount of relief surface wear after 30 minutes from the start of cutting was measured. In addition, for the material (hereinafter referred to as test material) provided for the test in which the average relief surface wear amount reached 200 µm or more within 30 minutes, the arrival time and average relief surface wear amount (VB) at that time were determined. Measured.
평가는, 평균 릴리프면 마모량(VB)이 100㎛ 에 도달하는 시간을 공구수명의 목표로서 행하였다. 또한, 시험 도중에 내마모성이 우수하고, 마모 진행속도가 매우 작기 때문에 공시재가 부족된 것에 대해서는,선삭시간 - 공구마모 곡선으로부터 평균 릴리프면 마모량이 100㎛ 에 도달하는 시간을 회귀(回歸)에 의해 산출하였다. 또한, 절삭칩 처리성은 이 때 배출된 절삭칩 중 대표적인 것을 200개 채취하고, 그 중량을 측정한 후에 단위중량당의 개수를 산출하여 평가하였다.Evaluation performed the time which the average relief surface wear amount VB reaches 100 micrometers as a target of tool life. In addition, since the wear resistance was excellent and the progress of the wear was very small during the test, for the lack of test materials, the time required for the average relief surface wear amount to reach 100 µm from the turning time-tool wear curve was calculated by regression. . In addition, the cutting chip processability was evaluated by extracting 200 representative ones of the cutting chips discharged at this time, measuring the weight, and calculating the number per unit weight.
마무리면 거칠기는 마무리 절삭후의 표면거칠기에 의하여 평가되므로, 이하의 조건에서 절삭 한후의 피삭재의 표면을 촉침(觸針) 조도계를 사용하여 평가하였다. 절삭조건은, TiAlN 다층코팅이 실시된 JIS K종 초경공구를 사용하여, 절삭속도; 100m/min, 이송; 0.05mm/rev, 절삭깊이; 0.5mm라고 하고 수용성 에멀젼형의 윤활유를 사용한 습식 조건에서의 선삭으로 하였다.Since the finish surface roughness is evaluated by the surface roughness after finishing cutting, the surface of the workpiece | work after cutting under the following conditions was evaluated using the stylus roughness meter. Cutting conditions include cutting speed using JIS K carbide tools subjected to TiAlN multilayer coating; 100 m / min, feed; 0.05 mm / rev, depth of cut; 0.5 mm was used for turning under wet conditions using a water-soluble emulsion lubricant.
공시강을 이 조건에서 1분간 절삭한 후의 시험편에 대하여, 촉침 조도계에서 축방향으로 촉침을 이동시켜서 평균마무리면 거칠기(Ra)를 측정하고, 마무리면 거칠기를 평가하였다.With respect to the test piece after cutting the test steel for 1 minute under these conditions, the stylus was moved in the axial direction with a stylus roughness meter to measure the average surface roughness Ra and to evaluate the finish surface roughness.
4 .열간 가공성 시험 4. Hot workability test
열간가공성은 연속주조 설비에 의한 제조조건을 모의하기 위해서, 상기와 같은 수법으로 제작한 150kg 강괴의 표면부에 가까운 Di/8(Di; 강괴의 직경)의 위치를 중심으로 하고, 강괴높이 방향으로부터 직경 10㎜, 길이 130mm의 고온 인장시험편으로 하고 고정간격을 110mm로 한 후에 직접 통전에 의해 1250℃까지 가열하고, 5분 유지한 후, 10℃/sec의 냉각속도로 1100℃까지 냉각하여 10초 유지한 후, 변형속도; 10-3/s로 인장시험을 하였다. 그 때, 파탄부의 단면감소율을 측정하여 열간가공성을 평가하였다.In order to simulate the manufacturing conditions by the continuous casting equipment, hot workability is based on the position of Di / 8 (Di; diameter of the steel ingot) close to the surface portion of the 150 kg steel ingot manufactured by the above-described method. A high temperature tensile test piece with a diameter of 10 mm and a length of 130 mm and a fixed interval of 110 mm was heated to 1250 ° C. by direct energization, held for 5 minutes, and then cooled to 1100 ° C. at a cooling rate of 10 ° C./sec for 10 seconds. After holding, strain rate; Tensile tests were conducted at 10 −3 / s. At that time, the cross-sectional reduction rate of the fractured part was measured to evaluate the hot workability.
5. 침탄시험5. Carburization Test
침탄시험은 이하와 같이 실시하였다. 즉, 시험편에는 직경 24mm, 길이 50mm의 원주상의 강재를 사용하였다. 이것은 전술한 직경 65㎜의 노말라이징재의 R/2의 위치로부터 채취하였다. 이 시험편을 900℃로 가열하고 침탄처리하여, 그 후 850℃에서 확산처리하였다. 이 때의 침탄시의 탄소 포텐셜(C.P.)값은 0.8% 처리시간은 75분이며, 확산시의 C.P. 값은 0.7%、처리시간은 20분이다. 침탄처리를 끝낸 시험편을 80℃의 기름중에서 냉각하는 것에 의해 담금질 처리를 실시하였다. 최후에 시험편을 190℃로 가열하고, 이 온도에서 60분간 유지하여 탬퍼링처리를 실시하였다. 침탄성의 평가 방법은 이하와 같다.Carburization test was performed as follows. That is, the cylindrical specimen of 24 mm in diameter and 50 mm in length was used for the test piece. This was extract | collected from the position of R / 2 of the normalizing material of diameter 65mm mentioned above. The test piece was heated to 900 ° C, carburized, and then diffused at 850 ° C. At this time, the carbon potential (C.P.) value at the time of carburizing was 0.8%, and the processing time was 75 minutes, and the C.P. The value is 0.7% and the processing time is 20 minutes. The test piece which completed carburizing process was quenched by cooling in 80 degreeC oil. Finally, the test piece was heated to 190 ° C, held at this temperature for 60 minutes, and subjected to a tampering treatment. The evaluation method of carburizing property is as follows.
침탄담금질·탬퍼링처리한 시험편의 단(端)으로부터 25mm의 위치(즉 길이 방향의 중앙)의 횡단면에서, 표면으로부터 내부에의 비커스경도 분포를 측정하고, Hv400이 되는 유효경화 깊이를 구하고, 그 값이 종래의 납복합 쾌삭강보다도 클지 작을지를 판정하였다. 종래의 Pb복합 쾌삭강은, 표 2의 강 No.35 이며, 이 유효경화 깊이는 0.25mm 이었다. 침탄성의 평가로서는, 유효경화 깊이가 강 No.35에 대하여 ±0.05mm의 경우, 즉 0.20 ∼ O.30mm의 경우, 동등하다고 하고, 0.20mm 미만의 경우는 열화한다고 하며, 0.30㎜을 초과할 때 우수하다고 판정하였다. 그 결과를 표 3 및 표 4에 ○, × 및 ◎로 나타낸다. 동등한 경우가 「○」, 열화하는 경우가 「×」, 우수한 경우가 「◎」이다.Vickers hardness distribution from the surface to the inside is measured at the cross section of the position of 25 mm (ie, the center in the longitudinal direction) from the end of the carburized quenching and tampering test piece, and the effective hardening depth of Hv400 is obtained. It was determined whether the value was larger or smaller than the conventional lead composite free cutting steel. Conventional Pb composite free cutting steel is steel No. 35 of Table 2, and the effective hardening depth was 0.25 mm. In evaluation of carburizing property, it is said that the effective hardening depth is equivalent to ± 0.05mm with respect to steel No. 35, that is, 0.20 to 0.30mm, and deteriorates when less than 0.20mm, and exceeds 0.30mm. It was judged to be excellent. The results are shown in Tables 3 and 4 by ○, ×, and ◎. The case where it is equivalent is "(circle)", the case where it deteriorates is "x", and the case where it is excellent is "(circle)".
이상의 시험결과를 정리해서 나타낸 것이 표 3 및 표 4이다. 또한, 도 2에 (i)식의 (A+B)/C와 마무리 표면거칠기의 관계, 도 3에 마무리면 거칠기와 공구수명의 관계, 도 4에 절삭칩 처리성과 공구수명의 관계를 각각 나타낸다.Table 3 and Table 4 summarize the above test results. In addition, Fig. 2 shows the relationship between (A + B) / C of the formula (i) and the finish surface roughness, Fig. 3 shows the relationship between the finish surface roughness and the tool life, and Fig. 4 shows the relationship between the cutting chip processability and the tool life. .
표 2의 강 No.35 및 36은 복합 쾌삭강, 강 No.37은 유황쾌삭강으로, 지금까지 피삭성이 가장 우수한다고 되어 있었던 강이다. 표 3, 표 4, 도 2 및 도 3으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명강은 공구수명과 마무리면 거칠기가 모두 우수하다. 또한 본 발명강 No.1 ∼ 34는, 우수한 열간가공성을 가지고, 연속주조설비 등에 의한 실용적인 제조를 모의한 고온 인장시험에 의한 단면감소율도 표 3에 나타낸 바와 같이 복합 쾌삭강이나 유황 쾌삭강과 동등이상이어서 아무런 문제가 없다.Steel Nos. 35 and 36 in Table 2 are composite free-cutting steels, and steel No. 37 is sulfur free-cutting steels. As is apparent from Tables 3, 4, 2 and 3, the steel of the present invention has excellent tool life and finish surface roughness. In addition, the present invention steel Nos. 1 to 34 have excellent hot workability, and the reduction ratio of the cross section by the high temperature tensile test simulating the practical production by continuous casting equipment and the like is also equal to or higher than that of the composite free cutting steel or sulfur free cutting steel. There is no problem.
표 1의 강 No.12 ∼ 17은 침탄성 향상을 위하여, Si 및 Cr의 적어도 1종을 규정범위 내에서 함유시킨 것이다. 이들의 강은 본 발명강 중에서도 특히 우수한 침탄특성을 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 강 No.35 ∼ 55와 같이 , 본 발명에서 규정하는 개재물의 상태나 화학조성등의 하나라도 벗어나고 있는 것은, 공구수명, 마무리면 거칠기, 절삭칩 처리성, 열간가공성 중, 적어도 하나가 본 발명강에 비교해서 뒤떨어지고 있다.Steel No. 12-17 of Table 1 contains at least 1 sort (s) of Si and Cr within a prescribed range for carburizing improvement. It turns out that these steels show especially the carburization characteristic among the steels of this invention. On the other hand, as in steel Nos. 35 to 55, at least one of the tool life, the finish surface roughness, the cutting chip processing property, and the hot workability are found to be out of one of the states of the inclusions and the chemical composition, etc. specified in the present invention. It is inferior to the invention steel.
상기에서는 본 발명의 몇개의 바람직한 실시예만이 상세히 기술되었지만, 당업자라면 본 발명의 신규한 요지및 장점으로부터 본질적으로 벗어남이 없이 상기 실시예에 대한 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 상기의 모든 그러한 변형들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While only a few preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will appreciate that various modifications may be made to the embodiments without departing from the spirit and advantages of the invention. Accordingly, all such modifications will be construed as being included within the scope of the present invention.
본 발명의 쾌삭강은, Pb를 함유하지 않는데도 불구하고, 종래의 납쾌삭강 및 복합 쾌삭강과 동등이상의 피삭성을 가지고, 더욱이 절삭후의 마무리면 성상도 우수하다. 또한, Si 또는/및 Cr을 포함하는 것은 우수한 침탄특성도 가진다. 더욱이 이 강은, 열간가공성에도 우수하고, 연속주조법에 의해서도 저렴하게 제조할 수 있다. Pb를 포함하지 않으므로 환경오염의 염려도 없다. 따라서, 본 발명의 쾌삭강은, 각종 기계부품의 소재로서 매우 알맞은 강재이다.Although the free cutting steel of this invention does not contain Pb, it has the machinability equivalent to or more than the conventional lead free cutting steel and composite free cutting steel, and is also excellent in the finish surface property after cutting. In addition, containing Si or / and Cr also has excellent carburization characteristics. Furthermore, this steel is excellent in hot workability and can be manufactured inexpensively even by the continuous casting method. It does not contain Pb, so there is no concern for environmental pollution. Therefore, the free cutting steel of this invention is a steel material suitable as a raw material of various mechanical parts.
도 1은, 본 발명강 및 비교 강의 개재물의 형태를 모식적으로 나타내는 도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows typically the form of the inclusion of this invention steel and a comparative steel.
도 2는, 본 발명강과 비교 강에 있어서의 (A+B)/C과 평균마무리면 거칠기와의 관계를 나타내는 도이다.Fig. 2 is a diagram showing the relationship between (A + B) / C and average finish surface roughness in the inventive steel and the comparative steel.
도 3은, 본 발명강과 비교 강에 있어서의 평균처리면 거칠기와 공구수명과의 관계를 나타내는 도이다.3 is a diagram showing the relationship between the average surface roughness and tool life in the inventive steel and the comparative steel.
도 4는, 본 발명강과 비교 강에 있어서의 절삭칩 처리성과 공구수명의 관계를 나타내는 도이다.4 is a diagram showing a relationship between cutting chip processability and tool life in the inventive steel and the comparative steel.
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