KR20060083228A - 강괴의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강괴 중의 개재물 크기의 미세화를 도모하는 것으로서, 용강 중에 혼탁하는 산화물의 조성을 MgO 주체로 하기에 충분한 양의 Mg를 갖는 용탕으로 조정하는 Mg 산화물 형성 공정과, 이 Mg 산화물 형성 공정보다도 분위기의 진공도를 감압으로 하여 용탕 중의 Mg 산화물을 Mg와 산소로 해리시켜 Mg 함유량을 Mg 산화물 형성 공정의 50% 이하로 하는 해리 공정을 거치는 강괴의 제조 방법이다. Mg 산화물 형성 공정에 있어서, 일단 응고시키는 공정을 채용하는 것이 바람직하다. 즉, Mg 산화물 형성 공정을 일차 용해로 하여, 이 일차 용해시의 용강 중에 혼탁하는 산화물의 조성을 MgO 주체로 하기에 충분한 양의 Mg를 갖는 용탕으로 조정한 후 응고시키고, 해리 공정을 일차 용해시보다도 진공도를 감압으로 하여 재용해하여 Mg 산화물을 Mg와 산소로 해리시켜, Mg 함유량을 재용해 전의 50% 이하로 하는 것이 바람직하다.

강괴, 미세화, 마레이징강, 공구강

Description

강괴의 제조 방법{Method for producing steel ingot}

본 발명은 Fe를 기본 성분으로 하는 금속 재료(Fe를 가장 많이 함유하는 것)인 강괴의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 비금속 개재물(이하, 개재물이라 한다)을 매우 미세하게 제어할 수 있는 강괴의 제조 방법에 관한 것이다.

강 내에 존재하는 개재물은 각종 기계적 특성에 영향을 미친다. 예를 들면, 프레스로 강판에 구멍을 뚫거나 절삭하거나 하는 경우, 미세하게 개재물을 분산시켜 개재물을 파괴의 기점으로 하여 천공성이나 절삭성을 향상시키는 기술도 있다.

한편, 강 내에 존재하는 개재물은 그 개재물의 조성, 형상, 크기가 강재의 기계적 특성을 떨어뜨리는 것도 알려져 있다. 예를 들면, 피로 강도가 요구되는 용도에 있어서는 개재물을 기점으로 한 재료 파단의 문제가 있다. 이 피로 파괴에 있어서는 개재물의 크기가 크게 영향을 미쳐 개재물 제어가 큰 과제가 되고 있다.

자동차 부재, 공구강, 구조용 강 등, 특수 용도에 이용되는 고급 부재에 있어서는 개재물을 제어하는 방법으로서, 예를 들면, 아크로(arc furnace; 이하 AF라 한다)나 진공 유도 용해(이하, VIM이라 한다) 후, 엘렉트로슬래그 재용해(이하, ESR이라 한다)나 진공 아크 재용해(이하, VAR이라 한다)를 적용하여 이중 용해를 행하는 것이 일반적으로 수행되고 있다.

VAR이나 ESR을 적용하여 이중 용해된 강은 균질(성분 편석이 적음)한 동시에, 개재물의 양이 적어진다는 이점을 갖는다.

상술한 개재물에 의한 피로 파괴의 문제에 대하여, 엄격한 요구가 요망되는 대표적인 강으로 마레이징(maraging) 강이 있다.

마레이징강은 강인한 동시에 고강도를 갖기 때문에 반복 응력이 부하되는 구조 부재나 피로 강도가 필요한 중요 부재에 사용되고 있다. 그러나 부재 중에 대형의 비금속 개재물이 존재하면, 이를 기점으로 한 피로 파괴를 일으킨다는 것이 널리 알려져 있으며, 특히 고사이클 피로 파괴를 일으키지 않게 하기 위해서는 비금속 개재물을 미세하게 분산시킬 필요가 있다.

이러한 개재물을 문제시하여, 개재물의 미세화에 대해서는 각종 제안이 이루어지고 있다. 예를 들면 본원 출원인에 의한 일본 특개평 11-293407호 공보나, 일본 특개 2003-183765호 공보가 있다.

종래의 강괴 중의 개재물 미세화 방법으로는 산소나 질소 등의 개재물 형성 원소를 낮추거나, 재용해의 용해 조건의 파라미터를 조정하거나 함으로써 개재물의 미세화를 도모해 왔다.

그러나, 산소나 질소의 저감에 관해서는 성분 규격상의 제약, 즉 C, Al 등의 탈산 원소의 첨가량이 성분 규격으로 제한되는 것이나, 용해 속도의 제어, 분위기의 진공도 등, 생산량에 직결되는 파라미터에 대해서는 자연히 그 변경에 있어 양산성의 면에서 한계가 있었다. 그 때문에, 실제로 양산 공정에 적합한 새로운 개재물 미세화 기술이 요망되어 왔다.

본 발명의 목적은 종래보다도 비약적으로 개재물 크기를 미세화시킬 수 있는 강괴의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 용강 중에 Mg를 존재시킴으로써 일단 MgO 주체의 산화물을 생성시킨 후, 보다 높은 진공도에 처하게 함으로써, 용강 표면에서 MgO 주체의 산화물의 해리(dissociation)를 촉진할 수 있으며, 결과적으로 미세한 개재물을 갖는 강괴를 얻을 수 있는 것을 발견하고 본 발명에 도달하였다.

즉, 본 발명은 용강 중에 혼탁하는 산화물의 조성을 MgO 주체로 하기에 충분한 양의 Mg를 갖는 용탕으로 조정하는 Mg 산화물 형성 공정과, 이 Mg 산화물 형성 공정보다도 분위기의 진공도를 감압으로 하여 용탕 중의 Mg 산화물을 Mg와 산소로 해리시켜, Mg 함유량을 Mg 산화물 형성 공정의 50% 이하로 하는 해리 공정을 거치는 강괴의 제조 방법이다.

본 발명에 있어서 MgO 주체의 산화물이라 함은 산화물의 구성 성분 중 가장 많은 성분이 MgO인 산화물을 의미한다.

또한, 본 발명의 해리 공정에서의 Mg 함유량은 바람직하게는 Mg 산화물 형성 공정에서의 Mg 함유량의 20% 이하, 더욱 바람직하게는 10% 이하이다.

또한, 본 발명에 있어서, 바람직하게는 Mg 산화물 형성 공정에 있어서 일단 응고시키는 공정을 채용하는 것, 즉, Mg 산화물 형성 공정을 일차 용해로 하여, 이 일차 용해시의 용강 중에 혼탁하는 산화물의 조성을 MgO 주체로 하기에 충분한 양의 Mg를 갖는 용탕으로 조정한 후 응고시키는 것으로 하고, 해리 공정을 일차 용해시보다도 진공도를 감압으로 하여 재용해하여 Mg 산화물을 Mg와 산소로 해리시켜, Mg 함유량을 재용해 전의 50% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 때, 재용해는 진공 아크 재용해로 하는 것이 바람직하다.

또한, 특히 재용해를 적용하는 경우에는 질화물 형성 원소를 강괴 성분으로 함유하는 강의 제조에 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, Mg 산화물 형성 공정의 진공도는 6kPa ~ 60kPa가 바람직하고, 해리 공정의 진공도는 0.6kPa보다도 감압으로 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서의 Mg 산화물 형성 공정에 있어서 Mg량(Mg_OXI)과 Al량(Al_OXI)의 관계가 Al_OXI(질량 ppm)/Mg_OXI(질량 ppm)=5~100이 되도록 조정하는 것이 바람직하다.

여기에서, 일차 용해와 재용해라는 공정을 거치지 않고, 용탕 분위기를 자유롭게 제어하여 재용해를 이용하지 않는 방법인 경우, 산화물 형성 공정에 있어서의 Mg량(Mg_OXI) 및 Al량(Al_OXI)이라 함은 산화물 공정으로부터 해리 공정으로 이행시키기 위하여 진공도를 감압시키기 직전의 시점에서 채취한 샘플 중의 Mg 함유량 및 Al 함유량을 나타낸다.

또한, 산화물 형성 공정을 1차 용해로 하고, 해리 공정을 재용해로 하는 경우에는, Mg량(Mg_OXI)이라 함은 1차 용해 후 응고한 강괴 중의 Mg 함유량을 나타낸다.

본 발명에 있어서, 상술한 용강 중으로의 Mg의 첨가는 Mg 함유량이 질량%로 20% 이하(0은 포함하지 않음)를 함유한 Ni-Mg 합금으로서 첨가하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 목적으로 강괴 성분으로서 Al을 0.01~6질량% 포함하는 강괴에 적용하는 것이 바람직하며, 또한 Ti를 0.1~2질량% 포함하는 강괴에 적용하는 것이 바람직하다.

구체적으로는 예를 들어 마레이징강이나 금형용 강 등의 공구강에도 적용할 수 있다.

상기 마레이징강은 실질적으로 질량%로 O(산소):10ppm 미만, N(질소):15ppm 미만, C:0.01% 이하, Ti:0.3~2.0% 이하, Ni:8.0~22.0%, Co:5.0~20.0%, Mo:2.0~9.0%, Al:0.01~1.7%, 및 잔량부로서의 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 강괴의 제조 방법은 Mg 첨가와 특정 감압 공정의 제어에 의해 비금속 개재물의 크기를 비약적으로 작게 할 수 있어, 조대(粗大) 개재물이 악영향을 미치는 인성이나 피로 강도와 같은 기계적 특성의 개선이나, 경면 가공에 있어서 개재물에 기인하는 결함의 발생이라는 표면 청정의 개선에 극히 유용한 기술이다.

이하, 본 발명의 특징을 설명한다.

본 발명자들은 산화물 형성능이 높은 Mg가 진공 중의 증기압이 높은 것에 착안하여 강 중의 개재물과 Mg의 영향을 연구하였다. 그리고, 일단 MgO 주체의 산화물을 형성시키고 나서 고진공을 가하면, 용강 표면으로부터의 Mg 증발에 의해 MgO 주체의 산화물의 대부분을 해리 소실시킬 수 있어, 응고 후의 강괴 중의 개재물의 크기를 비약적으로 작게 할 수 있음을 발견하였다.

그 이유는 다음과 같이 생각할 수 있다.

MgO 주체의 산화물은 강 내의 전형적인 개재물로서 알려진 Al₂O₃ 주체의 산화물보다도 산화물 형성능이 높아, 적량의 Mg 합금을 용강 중에 첨가하면 MgO 주체의 산화물이 용강 중에 분산하여 존재하게 된다. Mg를 첨가한 후, 그대로 주조하면, 개재물이 Al₂O₃ 주체의 산화물로부터 MgO 주체의 산화물로 바뀐 것만으로는 극적인 개재물의 미세화 효과는 얻을 수 없다.

그런 점에서, MgO 주체의 산화물 형성 공정보다도 분위기의 진공도를 감압으로 한 해리 공정을 부여한다. 고진공에 처하게 함으로써 증기압이 높은 용강 중의 Mg가 기상 중으로 확산하여 용강 중의 평형 상태가 무너져, MgO 주체의 산화물의 해리가 진행한다. 이 때, 해리된 산소는 용강 중의 Mg나 Al 등과 결합하여 MgO 주체의 산화물이나 Al₂O₃ 주체의 산화물 등을 형성하게 되지만, 산소의 확산은 해리 반응의 진행에 의존하기 때문에 급격한 산화물의 성장으로는 이루어지지 않고, 산화물의 미세한 상태에서 응고시켜 강괴로 할 수 있었던 것으로 생각된다.

이에 대하여, 종래의 제법에서는 용강 중에 Al₂O₃ 등의 응집하기 쉬운 개재물이 원래 존재하며, 용강 중의 유동에 의해 이들 개재물은 서로 충돌하여 차츰 대형 개재물로 성장한다.

본 발명에서는 Al₂O₃ 등의 응집하기 쉬운 개재물을 Mg 산화물 형성 공정에 의해 MgO 주체의 산화물로 하여 충돌에 의한 응집/성장을 방지함과 동시에, 해리 공정에 의해 MgO 주체의 산화물을 산소와 Mg 가스로 해리시켜, 응고 후의 강괴 중의 산화물을 미세화시킨다.

본 발명에서는 용탕 중에 MgO 주체의 산화물이 주된 개재물이 되기에 충분한 양의 Mg가 존재하는 용강으로 조정할 필요가 있다.

그를 위하여 첨가하는 Mg 합금의 양은 용탕 중의 Al 등의 활성 원소량, 산소량, 황(S)량으로부터 화학 평형론적으로 MgO 주체의 산화물이 형성되기에 충분한 양으로 계산할 수 있다.

간이적으로는 특정 강종(鋼種)에 대하여, 반복 실험에 의해 Mg 첨가 후에 샘플을 채취하고, 응고시킨 상태에서 Mg의 첨가량과 샘플 중의 산화물 조성을 조사하여 결정하면 된다. Mg의 첨가 방법으로는 목적으로 하는 강의 합금 성분과 Mg의 합금의 형태, 예를 들면 Mg 함유량이 질량%로 20% 이하(0은 포함되지 않음)인 Ni-Mg 합금 형태로서 첨가하는 것이 첨가시의 Mg의 손실을 막는데 바람직하다.

본 발명에서는 Mg 함유량을 Mg 산화물 형성 공정의 50% 이하로 하고 있다. 이것은 경험치로 결정한 것으로서, Mg를 첨가 후에 용강 중의 개재물이 MgO 주체의 산화물이 되고 있으면, 강괴로서 목적으로 하는 Mg 함유량이 강에 대한 영향이 없는 레벨인 3~5ppm 이하 정도라도, 목적치의 배 이상의 Mg의 첨가에 의해, 해리 공정 후 응고시킨 강괴 중의 개재물의 미세화에 대하여 명확한 효과를 얻을 수 있었기 때문이다.

해리 공정의 Mg 함유량이 Mg 산화물 형성 공정의 50%를 넘게 잔류하고 있으면, Mg의 해리가 불충분하여 해리에 의한 산화물의 미세화 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 바람직하게는 Mg 함유량을 Mg 산화물 형성 공정의 20% 이하, 더욱 바람직하게는 10% 이하로 한다.

또한, Mg를 과도하게 도입하는 것은 기계적 강도 등 강의 주요 특성에 영향을 미치기 때문에, 필요 최소한의 양으로 하는 것이 바람직하다. 감압 또는 재용해에서의 해리 공정에서는, 분위기 중에 Mg 가스가 다량으로 존재하는 상태에서는 해리 반응이 진행되기 어려워진다.

그 때문에, 예를 들어 MgO 주체의 산화물 형성 공정에서의 용강 중의 Mg 함유량은 최대로 300ppm 정도로 하고, 실질적으로는 10~200ppm 정도로 해 두는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 'MgO를 주체'라 함은, 산화물 조성을 예를 들어 엑스선 분석 장치로 분석했을 때, 산소를 제외한 원소를 정량 분석하여 Mg가 30 질량% 이상 검출된 것을 'MgO를 주체'라 정의한다.

이 경우의 분석은 예를 들어 에너지 분산형 엑스선 분석 장치로 정성/정량 분석을 수행함으로써 확인할 수 있다.

또한, MgO가 주체가 되고 있는 개재물의 비율의 조사에 있어서는 특정 중량의 샘플 내에 존재하는 개재물을 추출하고, 예를 들어 에너지 분산형 엑스선 분석 장치로 정성/정량 분석을 수행하여 그 비율을 구할 수 있다.

본 발명에서는 용탕 분위기를 자유롭게 제어할 수 있다면, 일차 용해와 재용해라는 공정을 거치지 않고 본 발명의 방법을 적용할 수 있지만, 분위기 압력 제어는 용이하지 않으므로, 저진공의 진공 유도 용해 등의 일차 용해로 일단 응고시키고, 이어서 해리 공정이 되는 진공 아크 재용해 등의 재용해를 조합시키는 것이 실용적이다.

특히 진공 아크 재용해(VAR)는 고진공이고 응고 단위가 작아 해리 공정에서 다른 개재물이 성장하는 것을 억제하는데 좋다. 또한, VAR은 편석의 억제, 산소 등의 가스 성분의 저감에도 효과가 있다.

본 발명에 있어서, 해리 공정으로서 VAR 등의 재용해를 적용하는 경우에는 성분 중에 Ti 등의 질화물 형성 원소를 포함하는 강괴에 대하여, 산화물의 미세화 효과와 함께 질화물의 조대화 방지 효과도 얻을 수 있다.

*본 발명자들은 마레이징강의 질화물의 크기에 대하여 연구한 결과, 질화물의 크기는 1차 용해 후의 강괴에 비하여 VAR 등의 재용해 후의 강괴 쪽이 큰 것을 확인하였다. 그리고, 질화물이 재용해시에 성장/조대화하는 원인은 재용해시에 1차 용해의 강괴 중에 존재한 질화물이 용강 중에 완전히 용융하지 않기 때문에, 응고시에 질화물이 성장/조대화하기 때문이라는 것을 알아내었다.

본 발명에서는 Mg 합금을 첨가 후 응고까지의 사이에 질화물의 정출(晶出) 또는 석출이 일어나는데, MgO 주체의 산화물은 질화물계 화합물의 정출 또는 석출의 핵이 되는 경향이 있다. 이로 인해, 1차 용해의 강괴 중의 질화물은 예를 들면 MgO를 석출핵으로 하여 주위에 질화물, 예를 들면 TiN이 둘러싸는 질화물-MgO 복합체의 형태가 된다.

재용해시에 용강 표면으로부터 Mg의 증발이 활발하게 일어나면, 질화물-MgO 복합체의 일부를 구성하는 MgO 주체의 산화물이 Mg와 산소로 해리된다. 그 때문에 질화물-MgO 복합체는 MgO 부분이 소실함으로써 세밀하게 분해되고, 열분해가 촉진되어 질화물을 용강 중에 완전히 용융시킬 수 있다.

이로 인해, 확실하게 질화물을 용강으로 녹아들게 할 수 있어, 질화물이 완전히 녹지 않고 나아가 큰 질화물로 성장/조대화하는 것을 방지할 수 있으며, 결과적으로 조대한 질화물이 존재하지 않는 강괴를 얻을 수 있게 된다.

특히, 재용해가 응고 단위가 작은 VAR 등인 경우, 재용해에서 완전히 녹지 않는 질화물계 개재물의 성장은 큰 문제가 되며, 본 발명은 그 과제를 해결하는 유효한 수단이 된다.

질화물계 개재물을 형성하는 원소로는 전형적으로는 상술한 Ti가 있지만, 다른 원소로서 Al, Nb, V, Cr 등이 있다.

본 발명에서는 상술한 바와 같이 용탕 분위기의 컨트롤이 중요하다. 산화물 형성 공정보다도 해리 공정이 감압이면 해리는 진행되지만, 양산 기술로서 바람직한 범위는 Mg 산화물 형성 고정의 진공도는 6kPa ~ 60kPa이고, 해리 공정의 진공도는 0.6kPa보다도 감압으로 하는 것이다.

여기에서 Mg 산화물 형성 공정의 진공도의 하한으로 60kPa로 한 것은 이것을 넘는 높은 압력에서는 기본적인 탈가스 작용을 기대할 수 없게 되기 때문이다. 또한 상한값을 6kPa로 한 것은, 이 이상의 감압 분위기에서는 용탕 중에 Mg가 확산하기 전에 기화해 버려 MgO 주체의 산화물이 형성되기 어려워 본 발명의 효과가 명확해지지 않기 때문이다.

또한, 해리 공정의 진공도는 가능한 한 감압 분위기가 좋지만, 0.6kPa를 넘는 압력에서는 해리 반응의 진행이 늦어 현실적이지 않기 때문에 0.6kPa보다도 감압으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.06kPa 이하로 한다.

상술한 바와 같이, 용강 중의 산화물을 MgO 주체의 산화물로 하는 조건을 결정하기 위해서는 화학 평형론적으로 계산하는 수법과, 샘플을 채취하면서 실험적으로 구하는 방법이 있다.

특히 Al이 개재물로서 문제가 되는 경우에는 Mg 산화물 형성 공정에 있어서 Mg량(Mg_OXI)과, Al량(Al_OXI)의 관계가 Al_OXI(질량 ppm)/Mg_OXI(질량 ppm)=5~100이 되도록 조정하는 것이 바람직하다.

Mg의 산화물 형성능은 Al보다 높기 때문에, Al_OXI(질량 ppm)/Mg_OXI(질량 ppm)=100 정도로 MgO 주체의 산화물로 할 수 있으며, Al_OXI(질량 ppm)/Mg_OXI(질량 ppm)=5 이상의 범위 내이면 용강 중의 산화물을 보다 확실하게 MgO 주체의 산화물로 할 수 있기 때문이다.

이 효과는 Al_OXI(질량 ppm)/Mg_OXI(질량 ppm)=200 이하의 범위이면 적지 않게 얻을 수 있지만, Mg가 과도하게 되어 버려 Al_OXI(질량 ppm)/Mg_OXI(질량 ppm)의 값이 5 미만이 되면, 개재물을 역으로 증가시킬 가능성이 있어 바람직하지 않다.

VAR을 적용하는 마레이징강이나 금형강 등의 공구강에 있어서는 1차 용해로 용강에 Mg 합금을 Mg 상당량으로 10~100 ppm을 첨가해 두고, 재용해 후의 강괴에서 5ppm 이하까지 Mg를 저감하는 것이 바람직하다.

강괴로서 목적으로 하는 성분으로는, Al을 강의 불순물로서가 아니라 적극적으로 첨가하여, 개재물이 발생하기 쉬운 강종 예를 들어 0.1~6질량% 포함하는 강종 등으로의 적용이 바람직하다. 여기에서 상한치를 6질량%로 한 것은 범용 재료로서 6% 정도가 상한치라는 인식에 의한 것이다.

또한, Ti를 0.1~2질량% 포함하는 강종 등에 대한 적용이 가능하다.

상술한 바와 같이, 특히 재용해를 적용하는 경우에 유효하다. 상한값을 2질량%로 한 이유는 범용강에 포함되는 Ti량의 상한값이 2% 정도이기 때문이다. 또한, 하한값을 밑돌아도 상한값을 상회하여도 본 발명의 효과는 적잖이 발휘되다.

본 발명을 적용하는 실용적 강종예로서 마레이징강이 있다. 특히 최근에는 마레이징강을 약 0.2㎜ 이하의 얇은 스트립으로 하여 자동차의 동력 전달용 벨트로 하는 용도가 있다. 이와 같이, 강의 두께가 최종적으로 0.5㎜ 이하가 되는 용도에 있어서는, 예를 들면 15㎛를 넘는 크기의 산화물은 고사이클 피로 파괴의 기점이 될 위험성이 높아, 소재 중의 산화물은 대개 15㎛ 이하로 할 필요가 있다.

또한, 극히 일부를 제외한 마레이징강에는 성분으로서 Ti를 함유하기 때문에 강괴 중에는 TiN이 존재한다. 이 TiN은 형상이 직사각형이며, 응력 집중이 생기기 쉬운 것이나, 다크 에어리어라 불리는 수소화 영역을 형성하는 것 등의 이유로 산화물보다도 고사이클 피로 파괴에 대한 감수성이 높아, 소재 중의 TiN은 대개 10㎛ 이하로 할 필요가 있다고 여겨지고 있다. 그 때문에, 본 발명의 제조 방법에 적합한 강종이다.

이하, 본 발명에 적용하는 마레이징강의 일예를 설명한다.

마레이징강은 그 이름이 나타내는 대로 마텐자이트 조직에 에이징(시효 경화 처리)을 실시함으로써 2000Mpa 전후의 상당히 높은 강도와 우수한 연성(延性)이 얻어지는 합금으로서, Ni를 질량%로 8~25질량% 포함하는 시효 경화형의 초강력 강이다.

이 마레이징강의 바람직한 화학 조성(질량%)은 다음과 같다.

O(산소)는 산화물계 개재물을 형성하는 원소이다. 본 발명에서는 산화물계의 개재물을 초미세화로 제어할 수 있지만, 그 산화물계 개재물이 되는 산소의 양을 저감해 두는 것이 보다 바람직하다. 그 때문에, O는 10ppm 미만으로 제한하는 것이 좋다.

N(질소)은 질화물이나 탄질화물 개재물을 형성하는 원소이다. 본 발명에서는 질화물계의 개재물을 초미세화로 제어할 수 있지만, 그 질화물계 개재물이 되는 질소의 양을 저감해 두는 것이 보다 바람직하다. 그 때문에, N은 15ppm 미만으로 제한하는 것이 좋다.

C(탄소)는 탄화물이나 탄질화물을 형성하고, 금속간 화합물의 석출량을 감소시켜 피로 강도를 저하시키기 위하여 C의 상한을 0.01% 이하로 하는 것이 좋다.

Ti는 시효 처리에 의해 미세한 금속간 화합물을 형성하고, 석출함으로써 강화에 기여하는 필요 불가결한 원소로서, 바람직하게는 0.3% 이상을 함유시키는 것이 좋다. 그러나, 그 함유량을 2.0%를 넘게 함유시키면 연성, 인성이 떨어지기 때문에, Ti의 함유량을 2.0% 이하로 하는 것이 좋다.

Ni는 인성이 높은 모상 조직을 형성시키기 위해서는 불가결한 원소이다. 그러나, 8.0% 미만에서는 인성이 떨어진다. 한편, 22%를 넘으면 오스테나이트가 안정화되어 마텐자이트 조직을 형성하기 어려워지기 때문에, Ni는 8.0~22.0%로 하는 것이 좋다.

Co는 매트릭스인 마텐자이트 조직을 안정성에 크게 영향을 미치는 일 없이 Mo의 고용(固溶)도를 저하시킴으로써 Mo가 미세한 금속간 화합물을 형성하여 석출하는 것을 촉진함으로써 석출 강화에 기여하는 원소이다. 그러나, 그 함유량이 5.0% 미만에서는 반드시 충분한 효과가 얻어지는 것은 아니며, 또한 20.0%를 넘으면 약화되는 경향이 보이기 때문에, Co의 함유량은 5.0~20.0%로 하는 것이 좋다.

Mo는 시효 처리에 의해, 미세한 금속간 화합물을 형성하고, 매트릭스에 석출함으로써 강화에 기여하는 원소이다. 그러나, 그 함유량이 2.0% 미만의 경우 그 효과가 작고, 또한 9.0%를 초과 함유하면 연성 및 인성을 떨어뜨리는 조대 석출물을 형성하기 쉬워지기 때문에, Mo의 함유량을 2.0~9.0%로 하는 것이 좋다.

Al은 시효 석출한 강화에 기여할 뿐만 아니라, 탈산 작용을 갖고 있기 때문에 0.01% 이상을 함유시키는 것이 좋지만, 1.7%를 넘게 함유시키면 인성이 떨어지므로 그 함유량을 1.7% 이하로 하는 것이 좋다.

상기의 원소 이외로는 실질적으로 Fe로 충분하지만, 예를 들어 B는 결정립을 미세화하는데 유효한 원소이므로, 인성이 떨어지지 않는 정도인 0.01% 이하의 범위로 함유시켜도 좋다.

또한, 불가피하게 함유하는 불순물 원소가 함유되게 된다.

이 중, Si, Mn은 약화를 초래하는 조대한 금속간 화합물의 석출을 촉진하여 연성, 인성을 저하시키거나, 비금속 개재물을 형성하여 피로 강도를 저하시키기 때문에, Si, Mn 모두 0.1% 이하로, 바람직하게는 0.05% 이하로 하면 좋고, 또한 P, S도 입계 약화시키거나, 비금속 개재물을 형성하여 피로 강도를 저하시키기 때문에 0.01% 이하로 하는 것이 좋다.

또한, 본 발명을 적용하는 다른 실용적 강종예로서 플라스틱용 금형용 강이 있다.

플라스틱용 금형에 의해 성형된 플라스틱 제품은 외관상 그 표면에 흠이 없는 것이 필요하다. 또한, 컴팩트 디스크나 DVD용, 또는 플라스틱 렌즈용의 금형에서는 금형 성형부 표면에 대개 10㎛를 넘는 개재물이 존재하면 핀홀 결함의 원인이 된다.

따라서, 소재 중에 존재하는 산화물이나 질화물은 10㎛ 이하로 할 필요가 있다고 여겨지고 있다. 이들 금형용 강 등의 공구강의 용제(溶製)에도 본 발명의 적용이 상당히 효과적이다.

본 발명을 적용하는데 적합한 플라스틱용 금형용 강으로는, 예를 들면 C: 0.005~0.5%, Mn: 0.2~3.0%, Si: 0.1~2.0%, Ni: 1.5~4%, Al: 0.1~2.0%를 필수 성분으로 함유하고, 또한 필요에 따라 Cr: 3~8%, Cu: 0.3~3.5%, W 또는 추가로 Mo를 1/2W+Mo로 0.1~3%, S(황): 0.3% 이하, Co: 2% 이하, Nb: 0.5% 이하, V: 0.5% 이하 중 어느 1종 이상을 함유시킬 수도 있다.

또한, 잔량부는 실질적으로 Fe 및 불가피한 불순물로서, 개재물을 형성하는 N(질소) 및 O(산소)에 대해서는 0.01% 이하로 하는 것이 바람직하며, 피삭성 개선 원소를 합계 약 1%의 범위까지 포함할 수도 있다.

상기 범위 내의 조성을 갖는 합금으로서 일례를 나타내면, 예를 들면 일본 특허 제 3351766호, 일본 특허 제 2879930호, 일본 특허공고 소 59-37738호에 기재된 합금 조성을 갖는 것이 있다.

도 1a는 본 발명 방법으로 제조한 마레이징강 「전극」 중에 나타난 질화물계 개재물을 나타내는 단면 전자 현미경 사진.

도 1b는 본 발명 방법으로 제조한 마레이징강 「전극」 중에 나타난 다른 질화물계 개재물을 나타내는 단면 전자 현미경 사진.

도 1c는 본 발명 방법으로 제조한 마레이징강 「전극」 중에 나타난 다른 질화물계 개재물을 나타내는 단면 전자 현미경 사진.

도 2는 비교 방법으로 제조한 마레이징강 「전극」 중에 나타난 질화물계 개재물을 나타내는 단면 전자 현미경 사진.

도 3a는 본 발명 방법으로 제조한 마레이징강 「전극」 중에서 추출한 MgO형 개재물의 전자 현미경 사진.

도 3b는 본 발명 방법으로 제조한 마레이징강 「전극」 중에서 추출한 MgO형 개재물을 나타내는 전자 현미경 사진.

도 4a는 비교 방법으로 제조한 마레이징강 「전극」 중에서 추출한 Al₂O₃ 개재물을 나타내는 전자 현미경 사진.

도 4b는 비교 방법으로 제조한 마레이징강 「전극」 중에서 추출한 「MgO-Al₂O₃」형 개재물을 나타내는 전자 현미경 사진.

도 5a는 본 발명 방법으로 제조한 마레이징강 「강괴」를 열간 압연, 용체화 처리, 냉간 압연, 시효 처리를 수행한 스틸 스트립 샘플 중에 나타난 산화물계 개재물의 전자 현미경 사진.

도 5b는 본 발명 방법으로 제조한 마레이징강 「강괴」를 열간 압연, 용체화 처리, 냉간 압연, 시효 처리를 수행한 스틸 스트립 샘플 중에 나타난 산화물계 개재물의 전자 현미경 사진.

도 5c는 본 발명 방법으로 제조한 마레이징강 「강괴」를 열간 압연, 용체화 처리, 냉간 압연, 시효 처리를 수행한 스틸 스트립 샘플 중에 나타난 산화물계 개재물의 전자 현미경 사진.

도 6a는 비교 방법으로 제조한 마레이징강 「강괴」를 열간 압연, 용체화 처리, 냉간 압연, 시효 처리를 수행한 스틸 스트립 샘플 중에 나타난 산화물계 개재물의 전자 현미경 사진.

도 6b는 비교 방법으로 제조한 마레이징강 「강괴」를 열간 압연, 용체화 처리, 냉간 압연, 시효 처리를 수행한 스틸 스트립 샘플 중에 나타난 산화물계 개재물의 전자 현미경 사진.

도 7은 본 발명 방법으로 제조한 마레이징강 「강괴」를 열간 압연, 용체화 처리, 냉간 압연, 시효 처리를 수행한 스틸 스트립 샘플 중에 나타난 질화물계 개재물의 전자 현미경 사진.

도 8은 비교 방법으로 제조한 마레이징강 「강괴」를 열간 압연, 용체화 처리, 냉간 압연, 시효 처리를 수행한 스틸 스트립 샘플 중에 나타난 질화물계 개재물의 전자 현미경 사진.

도 9는 본 발명 방법과 비교 방법에서 얻어진 마레이징강의 피로 시험 결과.

실시예 1

이하, 실시예로서, 먼저 최초로 본 발명에 적용하는 마레이징강의 일례에 대하여 설명한다.

마레이징강의 대표 성분으로, 용강 중의 Mg 함유량을 무첨가~200ppm 정도로 하여, Mg 함유량을 6가지로 변화시킨 VAR 용해용의 1 톤 소모 전극을 VIM으로 제조하였다(표 1의 No.1~No.6 참조).

VIM에서는 진공도 13.3kPa에 있어서, 용강 중에 95질량% Ni-5질량% Mg 합금에 의한 Mg의 첨가를 수행하고, 그 후 주형 내에서 응고시켜 VAR에 제공할 1차 용해 전극을 제조하였다. 또한 비교재로서 VIM으로 Mg 미량 첨가 또는 무첨가의 조건으로 제조한 소모 전극도 제조하였다.

또한, Mg 첨가에 의한 질화물이나 탄질화물에 대한 영향을 명확하게 하기 위하여, 질소 농도를 5ppm과 10ppm으로 조정한 소모 전극을 6개(표 1의 No.7 ~ No.12 참조) 제조하여, VAR을 수행하였다.

이들 VIM으로 제조한 전극을 동일 조건 하에서 VAR을 이용하여 재용해함으로써 강괴를 제조하였다. VAR의 주형은 각각 동일한 것을 이용하고, 진공도는 1.3Pa, 투입 전류는 강괴의 정상(定常)부에서 6.5kA로 용해하였다.

이상, 표 1은 VIM으로 제조한 소모 전극 및 그 전극을 VAR로 진공 재용해하여 얻어진 강괴의 화학 조성을 나타내고 있다. No.7~No.12가 Mg 첨가에 의한 질화물이나 탄질화물로의 영향을 살펴 본 것이다.

또한, 소모 전극은 「전극」으로, VAR 후의 것은 「강괴」로 나타내었다.

또한, 「전극」의 값이 본 발명의 Mg 산화물 형성 공정의 값에 대응하고, 「강괴」의 값이 본 발명의 해리 공정의 값에 대응한다.

먼저, 「전극」으로부터 개재물 관찰용의 시험편을 채취하여 개재물의 조사를 수행하였다.

개재물의 확인은 2가지 방법으로 수행하고, 개재물의 단면 형태의 관찰은 「전극」으로부터 블록을 잘라 내어 단면을 전자 현미경 관찰을 수행하였다. 일례로서 도 1a, 도 1b 및 도 1c(도 중, 각 사진의 오른쪽 하단 부분에 개략 사각형의 복수의 점이 직선상으로 늘어서 있는데, 이것은 치수를 나타내는 것이다. 즉, 복수점 중 양단에 위치하는 점 사이의 거리가 병기한 수치 5㎛임을 나타낸다. 그 외의 도면도 마찬가지이다)에 본 발명 예 시료 No.2로부터 채취한 개재물 중, 전형적인 질화물계 개재물의 전자 현미경 사진을 몇 개 나타낸다.

한편, 비교예 시료 No.5의 「전극」으로부터 블록을 잘라내어, 단면을 전자 현미경 관찰하였다. 일례로서 도 2에 전형적인 질화물계 개재물의 전자 현미경 사진을 나타낸다.

도 1a~도 1c, 도 2로부터, 본 발명 방법을 적용한 개재물은 비교적 큰 MgO를 핵으로 하여 그 주위를 TiN이 둘러싼 형태로 되어 있는 형태를 취하는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명 방법을 적용한 「전극」으로부터는 도 1a~도 1c와 같이 MgO가 비교적 큰 면적률로 핵으로 존재하고 있는 질화물계 개재물을 많이 볼 수 있었다. 이 경향은 본 발명 제조 방법을 적용한 개재물 특유의 것으로 생각된다.

MgO가 주체인 개재물의 비율을 조사하는 방법은 「전극」으로부터 채취한 시험편의 질량을 1g씩 10개를 채취하고, 전자 빔 버튼 용해(Electron Beam Button Melting; 이하 EBBM라 함)법을 이용하여 샘플의 금속편을 가열/용해하여 금속구로 하고, 금속구 표면에 부상한 비중이 가벼운 개재물을 조사하는 방법을 채용하였다.

또한, 상술한 샘플의 질량은 그 양이 많으면 많을수록 정확해지는 한편으로 확인 작업에 막대한 시간을 필요로 하기 때문에, 필요 최저한의 중량의 샘플로 조사하는 것이 현실적이므로 합계 10g을 채취하였다.

다음으로, EBBM법으로 금속구 표면에 부상시킨 산화물계 개재물 중, 5㎛ 이상의 것을 1개씩 에너지 분산형 엑스선 분석 장치로 정량 분석을 수행하여, MgO가 주체로 되어 있는 것이 전체의 80%임을 확인하였다.

EBBM법으로 추출한 개재물의 전자 현미경 사진을 도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b에 나타낸다. 도 3a, 도 3b는 No.2의 본 발명으로 MgO형의 개재물, 도 4는 비교예로서, 도 4a, 도 4b는 Al₂O₃가 응집한 개재물, 도 4b는 스피넬 「MgO-Al₂O₃」형의 개재물이다.

다음으로, VAR 후의 강괴를 1250℃×20시간의 침지(soaking)을 수행한 후, 열간 단조(鍛造)를 수행하여 열간 단조품으로 하였다.

다음으로, 이들 재료에 열간 압연, 820℃×1시간의 용체화 처리, 냉간 압연, 820℃×1시간의 용체화 처리와 480℃×5시간의 시효 처리를 수행하여, 두께 0.5㎜의 마레이징 스틸 스트립을 제조하였다.

No.1~No.6의 마레이징 스틸 스트립의 양단부로부터 횡단 시료를 100g 채취하여 혼산(混酸) 용액으로 용해 후 필터로 여과하고, 필터 상의 산화물로 이루어지는 잔사를 SEM으로 관찰하여, 산화물계 비금속 개재물의 조성 및 크기를 측정하였다.

이들 비금속 개재물의 크기 측정에 있어서는 비금속 개재물에 외접하는 원의 직경을 비금속 개재물의 최대 길이로 하였다. 이 결과를 표 2에 나타낸다.

No.	10㎛ 이상의 알루미나계의 개재물 비율	산화물계 비금속 개재물 최대 길이(㎛)	비고
1	66.7%	16.0	본 발명
2	16.7%	14.1	본 발명
3	0%	12.8	본 발명
4	0%	12.5	본 발명
5	82.9%	22.4	비교예
6	73.5%	21.1	비교예

(*주: 여기에서, 알루미나계 개재물이라 함은 스피넬(MgO-Al₂O₃), Al₂O₃를 의미한다)

표 2로부터, 강괴 Mg의 값이 첨가 Mg 상당량의 50% 이하로 되어 있는 로트(lot)에서는 마레이징 스틸 스트립 중에는 20㎛를 넘는 산화물계 금속 개재물이 없어져, 전극 Mg 함유량이 많아짐에 따라 그 크기가 작아지는 경향이 보인다.

또한, 이번 평가에서 관찰된 강괴의 산화물계 비금속 개재물의 조성은 본 발명에 의한 것에서는 스피넬(MgO-Al₂O₃)계 산화물과 MgO 주체의 산화물로 되어 있고, 비교예의 것에서는 Al₂O₃ 주체의 산화물이었다.

또한, 본 발명에 있어서, 「전극」의 산화물계 개재물이 재용해 후에 스피넬계 개재물에 변화한 이유로서, 전극 중에 존재한 MgO는 증발하거나, 증발하지 않은 일부의 MgO는 Mg와 O로 분해되어 스피넬형의 산화물계 비금속 개재물이 되거나, 아주 약간 MgO로서 잔존한다.

이 진공 재용해시에 새롭게 생성되는 (MgO-Al₂O₃)의 스피넬형 개재물은 Mg 첨가에 의한 전극 산소 농도의 저감 효과, 진공 용해시의 Mg 증발에 수반되는 MgO의 분해에 의해 20㎛ 이하의 미세한 개재물이 되고, 새롭게 Al₂O₃ 개재물로서 생성되는 것이라도 O량의 저감에 의해 20㎛ 이하의 미세한 것이 된 것으로 생각된다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c에 본 발명의 전형적인 산화물계 개재물의 전자 현미경 사진을 나타낸다. 도 5a는 MgO 개재물, 도 5b는 (MgO-Al₂O₃)의 스피넬형 개재물, 도 5c는 Al₂O₃계 개재물의 응집체이다.

도 6a, 도 6b에 나타낸 것은 비교예의 전형적인 산화물계 개재물의 전자 현미경 사진으로서, 도 6a는 Al₂O₃계 개재물, 도 6b는 「MgO-Al₂O_{3 」}의 스피넬형 개재물이며, 본 발명의 개재물과 비교하여 큰 것으로 나타나 있다. 또한, 본 실시예에서는 0.5㎜ 스틸 스트립 중의 샘플을 이용하여 개재물을 조사하였으나, 「강괴」의 단계와 비교하여, 개재물 형태, 조성, 크기에 있어서의 변화는 특별히 보이지 않는다.

다음으로, 시료 No.7~No.12의 마레이징 스틸 스트립의 양단부로부터 횡단 시료를 100g 채취하여 혼산 용액 또는 브롬메탄올 용액 등으로 용해 후 필터로 여과하고, 필터상의 산화물로 이루어지는 잔사를 SEM으로 관찰을 수행하여 산화물계 비금속 개재물의 크기를 측정하였다.

또한, 질화물이나 탄질화물을 상세하게 평가하기 위하여 10g 채취하여, 혼산 용액 또는 브롬메탄올 용액 등으로 용해 후, 필터의 여과 면적을 감소하여 질화물이나 탄질화물의 밀집도를 높이고, SEM으로 10000개의 질화물이나 탄질화물을 관찰하여 최대의 크기를 측정하였다.

질화물 등은 직사각형 형상이기 때문에 긴 변(a)과 짧은 변(b)을 측정하여, 면적 a×b에 상당하는 원의 직경을 그 최대 길이로 하였다. 또한, 산화물계 비금속 개재물은 상기와 마찬가지로 비금속 개재물에 외접하는 원의 직경을 비금속 개재물의 최대 길이로 하였다. 측정 결과를 표 3에 나타낸다.

번호	전극 질소(ppm)	10㎛ 이상의 알루미나계의 개재물 비율	산화물계 비금속 개재물 최대 길이(㎛)	질화물계 비금속 개재물 최대 길이(㎛)	비고
7	5	0	11.0	3.4	본 발명
8	5	15%	14.1	4.3	본 발명
9	10	0%	9.8	6.8	본 발명
10	10	0%	10.6	7.1	본 발명
11	5	85%	21.6	6.2	비교예
12	10	79%	23.2	10.7	비교예

표 3으로부터, 산화물에 관해서는 표 2에 나타낸 No.1~No.6의 조사 결과와 마찬가지로 강괴 Mg의 값이 첨가 Mg 상당량의 50% 이하로 되어 있는 로트에서는 마레이징 스틸 스트립 중에는 20㎛를 넘는 산화물계 비금속 개재물이 없어지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 질화물 등의 최대 길이에 대해서는 전극 질소 농도 5ppm일 때, Mg 첨가에 의해 질화물 등의 크기는 2~3㎛ 미세하게 되고, 전극 질소 농도 10ppm일 때, Mg 첨가에 의해 질화물 등의 크기는 3~4㎛ 미세하게 되고 있는 것을 알 수 있다.

도 7은 본 발명의 시료 No.8의 질화물계 개재물의 전자 현미경 사진을, 도 8은 비교예 시료 No.11의 질화물계 개재물의 전자 현미경 사진을 나타낸다.

다음으로, 상기의 「강괴」로부터 피로 시험용의 샘플을 채취하였다.

샘플은 본 발명의 시료 No.7과 비교예 시료 No.11의 시험편을 1250℃×20시간의 소킹을 수행한 후 열간 단조를 수행하여 직경 15㎜의 봉(棒)재로 하였다. 다음으로, 봉재를 820℃×0.5시간의 용체화 처리 후, 480℃×3시간의 시효 처리를 수행하여, 시료 No.7과 비교재 No.11의 각각 10개의 초음파 피로 시험편을 제작하였다.

이 초음파 피로 시험편을 초음파 피로 시험기로 응력 진폭 400MPa로 피로 시험을 수행하였다. 피로 시험은 20kHz의 진동 속도의 운전 기간이 80ms, 냉각을 위한 정지가 190ms가 되도록 수행하고, 시험편이 파단할 때까지 반복하였다. 파단한 시험편의 파단 기점부를 관찰한 결과, 시험편은 개재물을 기점으로 피로 균열이 진전하여 파단에 이르는 것이 확인되었다.

그런 점에서, 개재물이 파단의 기점이 된 시편에 대하여, 개재물의 최대 길이를 SEM 관찰에 의해 측정하였다. 기점이 된 개재물의 최대 길이와, 파단했을 때의 피로 시험의 반복 회수를 플롯한 것을 도 9에 나타낸다.

도 9로부터 기점이 된 개재물의 최대 길이가 산화물에 대해서는 대략 15㎛를, 질화물에 대해서는 대략 10㎛를 넘는 경우에는 파단 수명은 10⁷회 정도 밖에 되지 않지만, 기점이 된 개재물의 최대 길이가 산화물에 대해서는 대략 15㎛ 이하, 질화물에 대해서는 대략 10㎛ 이하인 경우에는, 개재물의 최대 길이가 작아짐에 따라 파단 수명이 급격히 길어져 10⁸회 이상이 되는 것을 알 수 있다.

그리고, 본 발명 예 시료 No.7에서는 평균 파단 수명은 10⁸회 이상으로 장수명이었지만, 비교예 시료 No.11에서는 평균 파단 수명은 10⁷회가 되어, 확실하게 본 발명에 의한 개재물 미세화가 피로 수명 연장에 효과가 있다는 것이 확인되었다.

실시예 2

이하, 본 발명에 적용하는 플라스틱용 금형용 강의 일례를 설명한다.

플라스틱 금형용 강에서는 조직 중의 개재물을 스피넬(MgO-Al₂O₃)계 산화물 또는 MgO 주체의 산화물로 개질하고 있기 때문에, 상술한 바와 같은 핀홀 결함이 없는 연마성이 우수한 금형용 강으로 할 수 있다.

먼저, VIM으로 플라스틱 금형의 대표적 성분에 용강 중의 Mg 함유량을 무첨가~200ppm 정도로 하여 Mg 함유량을 조정한, 표 4의 조성을 갖는 1ton 소모 전극(잔량부: Fe 및 불가피 불순물)을 용제하였다.

VIM에서는 진공도 13.3kPa에 있어서, 용강 중에 Ni-Mg 합금에 의한 Mg의 첨가를 수행하고, 그 후 주형 내에서 응고시켜 VAR에 제공할 1차 용해 전극을 제조하였다.

또한 비교재로서 VIM으로 Mg 미량 첨가 또는 무첨가의 조건으로 제조한 소모 전극도 제조하였다.

이들 VIM으로 제조한 전극을 동일 조건 하에서 VAR을 이용해서 재용해하여 강괴를 제조하였다. VAR의 주형은 각각 동일한 것을 이용하고, 진공도는 1.3Pa, 투입 전류는 강괴의 정상부에서 6.5KA로 용해하였다.

얻어진 강괴를 단면 치수 400㎜×50㎜의 슬래브에 단신(鍛伸) 후 열처리를 실시하고, 슬래브 폭 방향 중심부로부터 50㎜×50㎜의 시험편을 잘라 내어, 소정 경도의 마텐자이트 조직으로 조정하여 제공 시료로 하였다. 여기에서 열처리는 경도 40HRC±5를 얻도록 먼저 1000℃에서 1시간 가열하고 나서 공냉하고, 그 후 다시 520℃부터 580℃의 20℃ 간격의 적정 온도로 1시간 가열 후 공냉하는 것이다.

그리고, 이들 제공 시료에 대하여 개재물 크기 및 연마성을 평가하였다. 개재물에 대해서는 상기 마레이징강과 동일한 산 추출 처리에 의해 각 TP의 시료를 용해하고, 필터 여과하여 얻어진 개재물 길이를 SEM으로 관찰하였다.

연마성의 평가는 제공 시료를 글라인더→페이퍼→다이아몬드 컴파운드 방식으로 #3000 레벨, 및 #6000 레벨로 경면 마감을 수행하여, 10배의 확대경을 이용하여 미세한 피트 발생 개수를 세어 평가하였다.

평가 기준은 검사 면적 2500㎟에 있어서, 피트수 4개 미만인 것을 ◎, 4~7개 미만인 것을 ○, 7~10개 미만인 것을 △, 그 이상의 것을 ×로 하였다. 이상의 평가 결과를 표 5에 나타낸다.

No.	경도(HRC)	개재물 최대 길이(㎛)	연마성		비고
			#3000	#6000
1	38.2	9.5	○	○	본 발명
2	38.5	7.8	◎	◎	본 발명
3	39.1	8.1	◎	◎	본 발명
4	39.1	9.2	◎	◎	본 발명
11	41.2	15.5	×	×	비교예
12	39.8	13.2	△	△	비교예

표 5의 결과로부터, 본 발명의 재료는 플라스틱 금형용 강의 우수한 연마성에 대하여 확실한 효과가 있다는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명의 강괴는 강괴 중에 존재하는 비금속 개재물을 미세하게 분산시킬 수 있어, 고사이클 피로 강도가 문제가 되는 마레이징강, 개재물에 의한 경면 연마성이 문제가 되는 금형강 등 외에, 개재물의 크기가 문제가 되는 강 전반의 제조 방법으로서 유효하다.

Claims (12)

1. 용강 중에 혼탁하는 산화물의 조성을 MgO 주체로 하기에 충분한 양의 Mg를 갖는 용탕으로 조정하는 Mg 산화물 형성 단계;

   상기 Mg 산화물 형성 공정보다도 분위기의 진공도를 감압으로 하여 용탕 중의 상기 Mg 산화물을 Mg와 산소로 해리시켜, Mg 함유량을 상기 Mg 산화물 형성 공정의 50% 이하로 하는 해리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강괴의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 Mg 산화물 형성 공정을 일차 용해로 하여, 상기 일차 용해시의 상기 용강 중에 혼탁하는 산화물의 조성을 MgO 주체로 하기에 충분한 양의 Mg를 갖는 용탕으로 조정한 후 응고시키고, 해리 공정을 상기 일차 용해시보다도 진공도를 감압으로 하여 재용해하여 Mg 산화물을 Mg와 산소로 해리시켜, Mg 함유량을 재용해 전의 50% 이하로 하는 것을 특징으로 하는 강괴의 제조 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 재용해는 진공 아크 재용해인 것을 특징으로 하는 강괴의 제조 방법.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   질화물 형성 원소를 상기 강괴 성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는 강괴의 제조 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 Mg 산화물 형성 공정의 진공도는 6kPa ~ 60kPa이고, 상기 해리 공정의 진공도는 0.6kPa보다도 감압으로 하는 것을 특징으로 하는 강괴의 제조 방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 Mg 산화물 형성 공정에 있어서 상기 Mg량(Mg_OXI)과 상기 Al량(Al_OXI)의 관계가 Al_OXI(질량 ppm)/Mg_OXI(질량 ppm)=5~100이 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 강괴의 제조 방법.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 용강 중으로의 Mg의 첨가는 Mg 함유량이 질량%로 20% 이하(0은 포함하지 않음)를 함유한 Ni-Mg 합금으로서의 첨가인 것을 특징으로 하는 강괴의 제조 방법.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 강괴는 상기 Al을 0.01~6질량% 포함하는 강괴인 것을 특징으로 하는 강 괴의 제조 방법.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 강괴는 Ti를 0.1~2 질량% 포함하는 강괴인 것을 특징으로 하는 강괴의 제조 방법.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 강괴는 마레이징 강인 것을 특징으로 하는 강괴의 제조 방법.
11. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 강괴는 공구강인 것을 특징으로 하는 강괴의 제조 방법.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 마레이징 강은 질량%로 O(산소):10ppm 미만, N(질소):15ppm 미만, C:0.01% 이하, Ti:0.3~2.0% 이하, Ni:8.0~22.0%, Co:5.0~20.0%, Mo:2.0~9.0%, Al:0.01~1.7%, 및 잔량부로서의 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 것을 특징으로하는 강괴의 제조 방법.

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