KR20070085739A

KR20070085739A - 저탄소 쾌삭강

Info

Publication number: KR20070085739A
Application number: KR1020077012609A
Authority: KR
Inventors: 다츠야 하세가와; 나오키 마츠이
Original assignee: 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2007-08-27
Also published as: TWI282374B; CN101072891A; TW200626732A; JP2006161087A; WO2006062053A1; JP4507865B2

Abstract

C : 0.03∼0.19%, Si≤0.10%, Mn : 1.00∼2.50%, P : 0.01∼0.12%, S : 0.26∼0.63%, Al≤0.010%, N : 0.0030∼0.0250%, O : 0.005∼0.035%, Te : 0.002∼0.100%를 함유하며, 잔부는 Fe와 불순물로 이루어지고, (Mn/S)≥4.0을 만족하는 저탄소 쾌삭강은, Pb을 포함하지 않는 「지구 환경에 우수한 쾌삭강」임에도 불구하고, 종래의 Pb 쾌삭강보다 양호한 피삭성을 갖고, 또한, 열간 가공성이 종래의 Bi 쾌삭강보다 양호하고 분열이나 벗겨진 흠이 생기지 않으며 생산성이 우수하므로, 강도를 그다지 필요로 하지 않는 연질의 작은 부품의 소재로서 이용할 수 있다. Cr : 0.04∼1.25%, Ni : 0.04∼0.60% 및 Mo : 0.04∼0.40% 중 1종 이상을 함유해도 된다.

Description

저탄소 쾌삭강{LOW CARBON FREE-CUTTING STEEL}

본 발명은, 저탄소 쾌삭강에 관한 것으로서, 보다 상세한 것은, Pb(납)이나 Bi(비스무트)를 함유하지 않음에도 불구하고, 종래의 Pb 쾌삭강보다 양호한 피삭성을 갖고, 또한, 열간 가공성이 종래의 Bi 쾌삭강보다 양호하며, 생산성이 우수한 저탄소 쾌삭강에 관한 것이다.

종래, 강도를 그다지 필요로 하지 않는 연질의 작은 부품의 소재로서, 생산성 향상을 위해 피삭성을 높인, SUM11, SUM12, SUM22, SUM23, SUM25, SUM31, SUM32, SUM22L∼24L 및 SUM31L과 같은, JIS G 4804(1999)에 「유황 및 유황 복합 쾌삭강 강재」로서 규정된 저탄소 쾌삭강이 주로 이용되어 왔다.

그러나, 산업계에서는, 상기 저탄소 쾌삭강보다 더욱 한층 피삭성이 우수한 쾌삭강이 요구되고 있다.

이 때문에, 예를 들면, 특허 문헌 1에, S, Te, Pb 및 Bi를 복합 첨가한 「쾌삭강」이 제안되어 있다.

한편, 최근의 지구 환경 문제에 대한 고조로부터, Pb의 함유량을 저감한 쾌삭강이나 Pb을 전혀 포함하지 않는 쾌삭강에 대한 요망이 대단히 커지고 있다.

그래서, 특허 문헌 2에는, 0.02∼0.40질량%의 P과 0.4를 넘고 1.0질량% 이하 인 S을 복합 첨가하여, Pb의 함유량을 0.01질량% 미만으로 억제한 「저탄소 유황계 쾌삭강」이 제안되어 있다.

특허 문헌 3에는, 0.4∼1.0질량%의 다량의 S과 0.0015∼0.60질량%의 Sn을 복합 첨가한, Pb을 포함하지 않는 「저탄소 유황 쾌삭강」이 제안되어 있다.

특허 문헌 4에는, 0.05∼0.20질량%의 P과 0.15∼0.50질량%의 S을 복합 첨가함과 함께, 황화물계 개재물의 평균폭과 선재의 항복비를 제어한 「저탄소 유황계 쾌삭강 선재」가 제안되어 있다. 또한, 상기 특허 문헌 4에는, 피삭성 향상을 위해 Bi, Pb 및 Te의 1종 이상을 함유하는 「저탄소 유황계 쾌삭강 선재」도 제안되어 있다.

특허 문헌 5에는, 0.05∼0.2질량%의 P과 0.16∼0.5질량%의 S을 복합 첨가함과 함께, MnS 개재물의 평균 사이즈를 제어하고, 특정한 조건으로 연속 주조하여 제조되는 「쾌삭강」이 제안되어 있다. 또한, 이 특허 문헌 5에도, 피삭성 향상을 위해 Pb, Bi 및 Te의 1종 이상을 함유하는 「쾌삭강」이 제안되어 있다.

또, 특허 문헌 6에는, 질량으로, C : 0.05∼0.15%, Mn : 0.5∼2.0%, S : 0.1∼0.4%, P : 0.05∼0.10% 및 N : 0.0020∼0.0150%를 기본 성분으로 하는 저탄 유황 쾌삭강 및 상기 기본 성분에 Pb, Bi, Te 중 적어도 1종류 이상을 그들의 토탈 질량으로 0.01∼0.40% 함유시킨 저탄소 유황계 복합 쾌삭강을 연속 주조법에 따라 제조하는데 있어서, 전로(轉爐)로 탈탄 정련된 용강을 Si를 함유하는 탈산재를 이용하여 탈산한 후, C, Mn, P, S, N 등의 성분 조정을 함과 함께, 레이들 슬래그의 산화도(FetO+MnO%)를 25질량% 이하로 조정하고, 그 후에, 필요에 따라 Pb, Bi, Te를 첨 가하고, 용강 산소량을 0.01∼0.015질량%로, 또한, Si 함유량을 0.003∼0.08질량%로 하여 연속 주조하는 「저탄 유황계 쾌삭강의 제조 방법」이 제안되어 있다.

[특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 소59-205453호 공보]

[특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 2000-319753호 공보]

[특허 문헌 3 : 일본 공개특허공보 2002-249848호 공보]

[특허 문헌 4 : 일본 공개특허공보 2003-253390호 공보]

[특허 문헌 5 : 일본 공개특허공보 소62-149854호 공보]

[특허 문헌 6 : 일본 공개특허공보 평7-305110호 공보]

전술의 특허 문헌 1에서 개시된 「쾌삭강」은, JIS G 4804(1999)에 「유황 및 유황 복합 쾌삭강 강재」로서 규정된 SUM11, SUM12, SUM22, SUM23, SUM25, SUM31, SUM32, SUM22L∼24L 및 SUM31L에 비해 피삭성이 우수하지만, 단지 S, Te, Pb 및 Bi를 복합 첨가했을 뿐의 강이기 때문에, 반드시 안정하게 우수한 열간 가공성을 얻을 수 있는 것은 아니었다. 또, Pb을 포함하는 경우에는 「지구 환경에 우수한 쾌삭강」이라고는 말할 수 없는 것이었다.

특허 문헌 2에서 개시된 「저탄소 유황계 쾌삭강」은, Pb의 함유량을 0.01질량% 미만으로 억제하고는 있지만, 여전히 Pb을 포함하는 것이고, 단지, 0.02∼0.40질량%의 P과 0.4를 넘고 1.0질량% 이하인 S를 복합 첨가했을 뿐의 것이기 때문에, 그 피삭성은 종래의 Pb 쾌삭강에 비해 떨어지는 것이었다.

특허 문헌 3에서 개시된 「저탄소 유황 쾌삭강」은, 단지, 0.4∼1.0질량%의 다량의 S과 0.0015∼0.60질량%의 Sn을 복합 첨가했을 뿐의 것이기 때문에, 그 피삭성은 종래의 Pb 쾌삭강에 비해 떨어지는 것이었다. 또한, 다량의 S를 포함하기 때문에, 반드시 안정하게 우수한 열간 가공성을 얻을 수 있는 것도 아니었다.

특허 문헌 4에서 개시된 「저탄소 유황계 쾌삭강 선재」중에서, Bi, Pb 및 Te 중 어느 것도 포함하지 않는 것의 피삭성은, 종래의 Pb 쾌삭강에 비해 떨어지는 것이었다. 한편, 상기 「저탄소 유황계 쾌삭강 선재」중에서, Bi, Pb 및 Te의 1종 이상을 함유하는 것은 피삭성이 우수하기는 하지만, 반드시 안정하게 우수한 열간 가공성을 얻을 수 있는 것은 아니었다.

특허 문헌 5에서 개시된 「쾌삭강」중에서, Pb, Bi 및 Te 중 어느 것도 포함하지 않는 것의 피삭성은, 종래의 Pb 쾌삭강에 비해 떨어지는 것이었다. 한편, 상기 「쾌삭강」중에서, Pb, Bi 및 Te의 1종 이상을 함유하는 것은 피삭성이 우수하기는 하지만, 반드시 안정하게 우수한 열간 가공성을 얻을 수 있는 것은 아니었다.

특허 문헌 6에서 개시된 「저탄소 유황계 쾌삭강」도, 그 기본 성분에 Pb, Bi 및 Te 중 어느 것도 포함하지 않는 것의 피삭성은, 종래의 Pb 쾌삭강에 비해 떨어지는 것이었다. 한편, 상기 「저탄소 유황계 쾌삭강」이 Pb, Bi 및 Te의 1종 이상을 그들의 토탈 함유량으로 0.01∼0.40% 함유하는 것은 피삭성이 우수하기는 하지만, 반드시 안정하게 우수한 열간 가공성을 얻을 수 있는 것은 아니었다.

본 발명의 목적은, Pb이나 Bi를 함유하지 않음에도 불구하고, 종래의 Pb 쾌삭강보다 양호한 피삭성을 갖고, 또한, 열간 가공성이 종래의 Bi 쾌삭강보다 양호하며 분열이나 벗겨진 흠이 생기지 않는 생산성이 우수한 저탄소 쾌삭강, 그 중에서도 저탄소 유황계 쾌삭강을 제공하는 것이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명자들은, 우선, Pb을 포함하지 않고 「지구 환경에 우수한 쾌삭강」으로서 이용할 수 있는 「쾌삭강」을 얻기 위해, 열간에 있어서의 가공으로 MnS이 연신되는 것을 억제하고, 열간 가공 후의 강에 있어서의 MnS의 애스펙트비(「길이/폭」)를 비교적 작은 값으로 유지하여 피삭성을 높이는 것이 가능한 Te 첨가 강에 대해 검토를 행하는 것으로 하였다.

즉, Te 및 Pb을 함유하기 때문에 그 열간에서의 연성이 낮고, 따라서, 열간 가공성은 떨어지지만, 양호한 피삭성을 갖고 있으므로, 쾌삭강으로서 소량이기는 하지만 종래부터 이용되고 있는 「S-Pb-Te 복합 쾌삭강」과, 이 강으로부터 「Pb」을 제외한 「S-Te 복합 쾌삭강」을 용제하여, 열간 가공성을 조사하였다.

그 결과, 하기 (a) 및 (b)의 지견을 얻었다.

(a)「S-Pb-Te 복합 쾌삭강」으로부터, Te와 동일하게 열간 가공성을 저하시키는 원소로서 알려져 있는 Pb을 제외한 「S-Te 복합 쾌삭강」의 열간에서의 연성은, 「S-Pb-Te 복합 쾌삭강」보다 오히려 낮은 것으로, 분열이나 벗겨진 흠이 발생하기 쉽다.

(b)「S-Te 복합 쾌삭강」의 열간에서의 연성은 Te의 함유량의 증가와 함께 저하하고, 분열이나 벗겨진 흠 등의 열간 가공에 있어서의 문제가 발생하기 쉬워진다.

그래서 다음에, 여러 가지의 「S-Te 복합 쾌삭강」을 용제하여, 열간 가공성 및 피삭성에 미치는 성분 원소의 영향에 대해 상세하게 조사하였다. 그 결과, 하기 (c)∼(e)의 지견을 얻었다.

(c)「S-Te 복합 쾌삭강」에 있어서, 열간 가공성을 높이고, 분열이나 벗겨진 흠의 발생을 억제하기 위해서는, 강 중에 포함되는 S의 양에 대한 Mn의 양(요컨대, 「Mn/S」의 값)을 적어도 4.0 이상으로 할 필요가 있다.

(d) 열간 가공 후의 「S-Te 복합 쾌삭강」에 신선 가공을 실시하면, 도 1에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 비교적 작은 애스펙트비를 갖는 MnS가 더 분할됨으로써, 애스펙트비가 한층 작은 입상에 가까운 MnS가 되어, 대단히 피삭성이 향상되는 경우가 있다. 한편, Te를 첨가하지 않은 종래의 Pb 쾌삭강의 경우에는, 도 2에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 분단된 MnS의 형상은 입상과는 조금 거리가 먼 것이다.

(e) 열간 가공 후의 「S-Te 복합 쾌삭강」에 신선 가공을 실시함으로써, MnS를 파단 입상화하여 피삭성을 높이기 위해서는, 강 중의 S, Te 및 Mn의 함유량이 특정한 관계를 만족하도록 화학 조성을 제어하면 된다.

본 발명은, 상기 지견에 의거하여 완성된 것으로서, 그 요지는, 하기 (1)∼(4)에 나타낸 저탄소 쾌삭강에 있다.

(1) 질량%로, C : 0.03∼0.19%, Si : 0.10% 이하, Mn : 1.00∼2.50%, P : 0.01∼0.12%, S : 0.26∼0.63%, Al : 0.010% 이하, N : 0.0030∼0.0250%, O(산소) : 0.005∼0.035% 및 Te : 0.002∼0.100%를 함유하며, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 하기 (1)식에서 나타난 fn1의 값이 4.0 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 저탄소 쾌삭강.

fn1=Mn/S…(1)

또한, (1)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 강 중 함유량을 나타낸다.

(2) 질량%로, C : 0.03∼0.19%, Si : 0.10% 이하, Mn : 1.20∼2.50%, P : 0.01∼0.12%, S : 0.26∼0.63%, Al : 0.010% 이하, N : 0.0030∼0.0250%, O(산소) : 0.005∼0.035% 및 Te : 0.010%를 넘고 0.100% 이하를 함유하며, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 하기 (1)식에서 나타난 fn1의 값이 4.5 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 저탄소 쾌삭강.

fn1=Mn/S…(1)

(3) Fe의 일부 대신에, 질량%로, Cr : 0.04∼1.25%, Ni : 0.04∼0.60% 및 Mo : 0.04∼0.40% 중 1종 이상을 함유하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 저탄소 쾌삭강.

(4) 또한, 하기 (2)식에서 나타난 fn2의 값이 2.1 이상을 만족하는 상기 (1)에서 (3)까지 중 어느 하나에 기재된 저탄소 쾌삭강.

fn2=(S/10Te)+Mn…(2)

또한, (2)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 강 중 함유량을 나타낸다.

이하, 상기 (1)∼(4)의 저탄소 쾌삭강에 관련된 발명을, 각각, 「본 발명 (1)」∼「본 발명 (4)」라고 한다. 또, 총칭하여 「본 발명」이라고 하는 경우가 있다.

[발명의 효과]

본 발명의 강은 Pb을 포함하지 않는 「지구 환경에 우수한 쾌삭강」임에도 불구하고, 종래의 Pb 쾌삭강보다 양호한 피삭성을 갖고, 또한, 열간 가공성이 종래의 Bi 쾌삭강보다 양호하고 분열이나 벗겨진 흠이 생기지 않으며 생산성이 우수하므로, 강도를 그다지 필요로 하지 않는 연질의 작은 부품의 소재로서 이용할 수 있다.

도 1은, 「S-Te 복합 쾌삭강」에 신선 가공을 실시하면, MnS이 분할됨으로써, 애스펙트비가 한층 작은 입상에 가까운 MnS을 얻을 수 있는 것을 설명하는 모식도이다.

도 2는, Te를 첨가하지 않은 종래의 Pb 쾌삭강에 신선 가공을 실시함으로써 분단된 MnS의 형상을 모식적으로 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명의 각 요건에 관해 상세하게 설명한다. 또한, 화학 성분의 함유량의 「%」는 「질량%」를 의미한다.

C : 0.03∼0.19%

C는, 강의 강도를 높이는 원소로서 알려져 있지만, 강도와 피삭성에는 강한 상관이 있고, C의 함유량이 많아져 강도가 높아지면 피삭성이 저하한다. 특히, C의 함유량이 0.19%를 넘으면, 강도 상승에 따른 피삭성의 저하가 현저해진다. 한편, C의 함유량이 적어지면, 강도가 낮아져 절삭시에 표면 손상 등의 악영향이 생겨, 부품에 요구되는 강도를 확보할 수 없다. 특히, C의 함유량이 0.03%를 하회하면, 강도 저하에 따른 표면 손상의 발생이 현저해진다. 따라서, C의 함유량을 0.03∼0.19%로 하였다.

또한, C의 함유량은 0.04∼0.15%로 하는 것이 바람직하고, 0.05∼0.10%로 하면 한층 바람직하다.

Si : 0.10% 이하

Si의 양이 많아지면, 탈산이 과도하게 진행되어 황화물이 소형화하여, 피삭성의 저하가 생긴다. 특히, Si의 함유량이 0.10%를 넘으면, 황화물이 대단히 소형화하여 피삭성의 현저한 저하를 초래한다. 이 때문에, Si의 함유량을 0.10% 이하로 하였다.

또한, 황화물이 소형화하는 것을 억제하여 피삭성이 저하하지 않도록 하기 위해서는, Si의 함유량을 0.02% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.015% 이하로 하면 한층 바람직하다.

Mn : 1.00∼2.50%(본 발명 (1)), 1.20∼2.50%(본 발명 (2))

Mn은, 황화물을 형성하여 피삭성을 높이기 위해 필수의 원소이다. 또, Mn에는 FeS의 형성을 억제하고, 열간 가공성의 저하를 방지하는 작용도 있다. 그러나, Mn의 함유량이 1.00% 미만에서는 이러한 효과를 얻을 수 없다. 한편, Mn을 과도하 게 함유시키면 오히려 열간 가공성의 저하를 초래하고, 특히, Mn의 함유량이 2.50%를 넘으면 열간 가공성의 저하가 커진다. 따라서, 본 발명 (1)에 있어서는, Mn의 함유량을 1.00∼2.50%로 하였다.

또한, Mn의 함유량이 1.20% 이상이 되면, 상기한 Mn의 효과가 한층 커진다. 따라서, 본 발명 (2)에 있어서는, Mn의 함유량을 1.20∼2.50%로 하였다.

Mn 함유량은, 1.40%를 넘고 2.50% 이하로 하는 것이 더욱 한층 바람직하고, 1.50%를 넘고 2.50% 이하로 하면 대단히 바람직하다.

P : 0.01∼0.12%

P은, 취화 원소이고 피삭성을 높이는 작용을 갖는다. 상기 효과를 얻기 위해서는, P의 함유량을 0.01% 이상으로 할 필요가 있다. 한편, P의 함유량이 과도해지면, 열간 가공성의 저하를 초래하고, 특히, P의 함유량이 0.12%를 넘으면 열간 가공성의 저하가 현저해진다. 따라서, P의 함유량을 0.01∼0.12%로 하였다. 또한, P함유량의 하한값은 0.04%로 하는 것이 바람직하다.

S : 0.26∼0.63%

S은, Mn과 함께 황화물을 형성하여 피삭성을 높이기 위해 필수의 원소이고, 0.26% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, S의 함유량이 과도해지면, 열간 가공성의 저하를 초래하고, 특히, S의 함유량이 0.63%를 넘으면 열간 가공성의 저하가 현저해진다. 따라서, S의 함유량을 0.26∼0.63%로 하였다. S의 함유량은 0.28∼0.49%로 하는 것이 바람직하고, 0.28∼0.35%로 하는 것이 보다 더 바람직하다.

Al : 0.010% 이하

Al의 양이 많아지면, 탈산이 과도하게 진행되어 황화물이 소형화하여, 피삭성의 저하가 생긴다. 특히, Al의 함유량이 0.010%를 넘으면, 황화물이 대단히 소형화하여 피삭성의 현저한 저하를 초래한다. 이 때문에, Al의 함유량을 0.010% 이하로 하였다.

또한, 황화물이 소형화하는 것을 억제하여 피삭성이 저하하지 않도록 하기 위해서는, Al의 함유량을 0.002% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.0015% 이하로 하면 한층 바람직하다.

N : 0.0030∼0.0250%

본 발명에 있어서는, Mn 함유량의 변동에 의거한 강의 강도 변동을 조정하기 위해, 0.0030% 이상의 N를 함유시킬 필요가 있다. 그러나, N의 함유량이 0.0250%를 넘으면, 강도 상승에 따른 피삭성 저하가 현저해지고, 또한, 열간 가공성의 저하가 현저해진다. 따라서, N의 함유량을 0.0030∼0.0250%로 하였다. 또한, N의 함유량은 0.0030∼0.0150%로 하는 것이 바람직하다.

O(산소) : 0.005∼0.035%

MnS의 피삭성을 높이는 작용을 활용하는 본 발명에 있어서, O(산소)는 대단히 중요한 원소이다. 즉, O는, MnS을 대형화하여 본 발명에 따른 저탄소 쾌삭강의 피삭성을 높이는 작용을 갖는다. 그러나, O의 함유량이 0.005% 미만에서는 상기 효과를 얻을 수 없다. 한편, O의 함유량이 과도해지면, 열간 가공성의 저하를 초래하고, 특히, O의 함유량이 0.035%를 넘으면 열간 가공성의 저하가 현저해진다. 따라서, O의 함유량을 0.005∼0.035%로 하였다. 또한, O의 함유량은 0.010∼ 0.035%로 하는 것이 바람직하다.

Te : 0.002∼0.100%(본 발명 (1)), 0.010%를 넘고 0.100% 이하(본 발명 (2))

Te는, 열간 가공시에 MnS이 연신되는 것을 억제하고 MnS의 애스펙트비(「길이/폭」)를 비교적 작은 값으로 유지하여, 피삭성을 높이는 작용을 갖는다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Te를 0.002% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Te의 함유량이 과도해지면, 열간 가공성의 저하를 초래하고, 특히, Te의 함유량이 0.100%를 넘으면 열간 가공성의 저하가 현저해진다. 따라서, 본 발명 (1)에 있어서는, Te의 함유량을 0.002∼0.100%로 하였다.

또한, Te의 함유량이 0.010%를 넘으면, 상기 MnS의 애스펙트비를 작은 값으로 유지하여 피삭성을 높이는 작용이 한층 커진다. 따라서, 본 발명 (2)에 있어서는, Te의 함유량을 0.010%를 넘고 0.100% 이하로 하였다.

fn1 : 4.0 이상(본 발명 (1)), 4.5 이상(본 발명 (2))

Te를 포함하는 본 발명에 따른 저탄소 쾌삭강에 있어서, 상기 (1)식에서 나타난 fn1의 값이 4.0 이상인 경우에, 양호한 열간 가공성이 얻어지고, 열간 압연을 비롯한 열간 가공시에 분열이나 벗겨진 흠의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명 (1)에 있어서는, 상기 (1)식에서 나타난 fn1의 값을 4.0 이상으로 하였다.

또한, fn1의 값이 4.5 이상인 경우에는, 한층 양호한 열간 가공성이 얻어지므로, 열간 압연을 비롯한 열간 가공시에 발생하는 분열이나 벗겨진 흠을 안정되고 확실하게 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명 (2)에 있어서는, 상기 (1)식에 나타난 fn1의 값을 4.5 이상으로 하였다.

fn1의 값은 4.6 이상으로 하는 것이 더욱 한층 바람직하고, 5.0 이상으로 하면 대단히 바람직하다.

또한, 상기 (1)식에서 나타난 fn1의 값의 상한은 특별히 규정되는 것이 아니라, 이미 서술한 Mn 함유량의 상한값의 2.50%와 S 함유량의 하한값의 0.26%에서 산출되는 9.615여도 된다.

상술한 것으로부터, 본 발명 (1)에 따른 저탄소 쾌삭강을, 상술한 범위의 C에서 Te까지의 원소를 포함함과 함께, 상기 (1)식에서 나타난 fn1의 값이 4.0 이상을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지는 것으로 규정하였다.

또, 본 발명 (2)에 따른 저탄소 쾌삭강을, 상술한 범위의 C에서 Te까지의 원소를 포함함과 함께, 상기 (1)식에서 나타난 fn1의 값이 4.5 이상을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지는 것으로 규정하였다.

또한, 본 발명에 따른 저탄소 쾌삭강에는, 상기 성분 원소에 더하여, 필요에 따라, Cr : 0.04∼1.25%, Ni : 0.04∼0.60% 및 Mo : 0.04∼0.40% 중 1종 이상을 임의 첨가 원소로서 첨가하여, 함유시켜도 된다.

이하, 상기 임의 첨가 원소에 관해 설명한다.

본 발명의 강은, 강도를 그다지 필요로 하지 않는 연질의 작은 부품의 소재로서 이용할 수 있다. 통상, 절삭 가공에 의해 제작되는 작은 부품은, 반송할 때에 부품들이 케이스 내에서 부딪치거나, 조립시에 다른 부품과 닿거나 한다. 그 때, 연질이기 때문에 타흔 등의 상처가 매우 생기기 쉽다. 이 때문에, 경우에 따라서는, 작은 부품으로 제작된 후의 타흔 상처 방지책이 필요해진다.

또한, 타흔 상처 방지를 위해서는, 침탄이라는 표면 경화 처리를 실시하는 것이 유효하고, 침탄 처리를 실시하는 경우에는, Cr, Ni 및 Mo이 함유된 강을 이용하면 높은 효과가 얻어진다. 이것은, Cr, Ni 및 Mo은, 모두 강의 담금질성을 높이는 원소이고, 이러한 원소를 함유시킴으로써, 침탄 후의 담금질 깊이가 깊어지기 때문이다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Cr, Ni 및 Mo의 함유량은, 모두 0.04% 이상으로 하는 것이 좋다. 한편, Cr, Ni 및 Mo을 과도하게 함유시키면, 강도 상승에 따른 피삭성의 저하가 현저해지고, 또, 제조 비용도 비싸진다. 특히, Cr를 1.25%를 넘고, Ni을 0.60%를 넘고, Mo을 0.40%를 넘게 함유시키면, 강도 상승에 따른 피삭성의 저하와 제조 비용의 상승이 현저해진다.

따라서, 첨가하는 경우의 Cr, Ni 및 Mo의 함유량은, 각각, 0.04∼1.25%, 0.04∼0.60%, 0.04∼0.40%로 하는 것이 좋다.

또한, 첨가하는 경우의 한층 바람직한 Cr, Ni 및 Mo의 함유량은, 각각, 0.04∼0.50%, 0.04∼0.20%, 0.04∼0.30%이다.

상기 Cr, Ni 및 Mo은, 어느 1종만, 혹은 2종 이상의 복합으로 첨가할 수 있다.

상술한 이유로부터, 본 발명 (3)에 따른 저탄소 쾌삭강을, 본 발명 (1) 또는 본 발명 (2)에 따른 저탄소 쾌삭강의 Fe의 일부 대신에, 질량%로, Cr : 0.04∼1.25%, Ni : 0.04∼0.60% 및 Mo : 0.04∼0.40% 중 1종 이상을 함유하는 것으로 규정하였다.

fn2 : 2.1 이상

Te를 포함하는 본 발명에 따른 저탄소 쾌삭강에 있어서, 상기 (2)식에서 나타난 fn2의 값이 2.1 이상인 경우에는, 통상의 신선 가공, 예를 들면, 단면 감소율로 10∼30%의 신선 가공을 실시함으로써, 애스펙트비가 한층 작은 입상에 가까운 MnS이 얻어지고, 피삭성이 더욱 양호해진다. 따라서, 본 발명 (4)에 따른 저탄소 쾌삭강은, 상기 (2)식에서 나타난 fn2의 값이 2.1 이상을 만족하는 것으로 규정하였다.

fn2의 값은 2.5 이상으로 하는 것이 더욱 한층 바람직하고, 3.0 이상으로 하면 대단히 바람직하다.

또한, 상기 (2)식에서 나타난 fn2의 값의 상한은 특별히 규정되는 것이 아니라, 이미 서술한 S 함유량의 상한값의 0.63%, Te 함유량의 하한값의 0.002% 및 Mn 함유량의 상한값의 2.50%에서 산출되는 34여도 된다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

표 1에 나타낸 화학 조성을 갖는 강 1∼21을 180kg 진공 용해로에 의해 용제하여, 잉곳에 주조하였다. 표 1 중의 강 1∼3 및 강 6∼14는, 화학 조성이 본 발명 (1)∼(3)에서 규정하는 범위 내에 있는 본 발명예의 강이다. 한편, 표 1 중의 강 4, 강 5 및 강 15∼21은 본 발명 (1)에서 규정하는 조건에서 벗어난 비교예의 강이다. 또한, 비교예의 강 중, 강 20은 종래의 Pb 쾌삭강에 상당하는 강이고, 또, 강 21은 종래의 Bi 쾌삭강에 상당하는 강이다. 또한, 표 1에 있어서 Te를 함유하고 있지 않은 강에 대해서는, 「fn2」의 값이 「무한대」가 되어 버린다. 따라 서, 이러한 강에 대해서는, 「fn2」란을 「∞」로 나타내었다.

[표 1]

상기 각 강의 잉곳의 표층부에서 20mm 내부로 들어간 부위로부터, 직경이 10mm이고 평행부의 길이가 110mm인 봉형상 시험편을 채취하여, 열간 가공 재현 시험 장치를 이용해, 대기 중에서 1250℃로 고주파 가열하여 5분간 유지한 후, 100℃ /분의 속도로 900℃까지 냉각하고, 왜곡 속도를 10초^-1로서 900℃로 고온 인장 시험을 행하여, 열간 가공성을 조사하였다. 또한, 상기 봉형상 시험편의 가열 영역은, 길이 방향의 중앙부 약 20mm로 하고, 고온 인장 시험 후는 즉시 급랭하였다. 상기에 있어서, 고온 인장 시험의 온도로서 900℃를 선정한 것은, 일반적으로 저탄소 쾌삭강의 경우에는, 900℃에서 고온 인장의 수축값이 극소점이 되기 때문이다.

열간 가공성은 상기 고온 인장 시험에 있어서의 수축률(%)로 평가하였다. 또한, 열간에서의 연성이 낮고 압연 문제를 발생하기 쉬운 저탄소 쾌삭강으로서 알려져 있는 Bi 쾌삭강에 상당하는 강 21을 이용한 고온 인장 시험의 수축값인 40%를 열간 가공성의 평가 기준으로 하였다.

또, 다음에 서술하는 방법으로 각 강의 피삭성을 조사하고, 또한, 피삭성에 영향을 미치는 MnS의 애스펙트비도 측정하였다.

즉, 각 강의 잉곳의 잔부를 1300℃로 가열하고, 열간 단조를 행하여, 직경 40mm의 환봉을 제작하였다. 그 다음에, 상기 각 환봉을 900℃로 가열한 후, 1시간 유지하여 불림 처리를 실시하였다.

이와 같이 해서 얻은 직경 40mm의 환봉을, 표면의 요철이나 불림에 의한 탈탄층을 제거하기 위해 필링하여, 직경 31mm의 환봉으로 완성하였다.

또, 강 2, 강 7, 강 8 및 강 11에 대해서는, 상기 직경 31mm의 환봉의 일부를 이용하여, 직경이 28mm인 환봉으로 드로잉 가공하였다. 또한, 이 드로잉 가공에 있어서의 단면 감소율은 18.4%이다.

상기와 같이 해서 얻은 직경이 31mm와 28mm인 환봉을 공시재로 하여, 「코팅을 실시하지 않은 고속도 공구강 SKH4(JIS G 4403(2000))의 선삭용 칩」을 이용해, 원주 속도 : 100m/min, 이송량 : 0.05mm/rev., 절삭 깊이 : 0.5mm, 습식의 조건으로 선삭을 행하여, 절삭 개시로부터 30분 후의 칩 릴리프면의 평균 마모량을 측정해 공구 마모량으로 하였다. 또, 상기 30분 선삭한 후의 피삭재의 표면의 이른바 「Rmax (최대 높이)」를 측정하였다. 또한, 상기한 「Rmax」는, JIS B 0601(2001)에 있어서, 「Rz」의 기호로 표시되는 「윤곽 곡선의 최대 높이」로 호칭되는 파라미터에 상당하는 것이다.

또한, 상기 직경이 31mm와 28mm인 환봉의 각각에 대해서, R/2(단, 「R」은 환봉의 반경이다)의 부위에서의 환봉의 길이 방향으로 평행한 단면에 있어서의 배율이 400인 광학 현미경 사진을 8장 촬영하여, 각 MnS의 애스펙트비를 측정하고, 그 평균값을 각 환봉의 MnS의 애스펙트비로 하였다.

또한, 종래의 Pb 쾌삭강에 상당하는 강 20의 직경 31mm의 환봉을 선삭한 경우의 공구 마모량(265μm)과 Rmax(10.0μm)를, 각각, 피삭성에 있어서의 공구 마모량과 Rmax의 평가 기준으로 하였다.

표 2에, 상기 각 시험 결과를 정리하여 나타낸다.

표 2에 있어서, 「L/W」는 MnS의 애스펙트비를 나타낸다. 또, 강 2, 강 7, 강 8 및 강 11에 대해서는, 드로잉 가공에 의해 MnS의 애스펙트비가 작아진 것을 나타내기 위해, 직경 31mm의 환봉에 있어서의 MnS의 애스펙트비와 직경 28mm의 드로잉 가공한 환봉에 있어서의 MnS의 애스펙트비의 차인 「ΔL/W」의 란을 마련하였 다.

표 2의 「열간 수축」란의 수치의 옆에 나타낸 「○」와「×」은, 평가 기준인 수축값 40%와의 비교를 정성적으로 나타낸 것으로, 「○」는 열간 가공성이 「종래의 Bi 쾌삭강과 동등 이상」인 것을, 「×」는 열간 가공성이 「종래의 Bi 쾌삭강보다 떨어지는」것을 각각 의미한다. 그리고, 수치의 옆의 「#」은 평가 기준인 것을 의미한다.

또, 「공구 마모량」란의 수치의 옆에 나타낸 「◎」, 「○」 및 「×」는, 평가 기준인 265μm와의 비교를 정성적으로 나타낸 것으로, 「◎」는 피삭성의 평가로서의 공구 마모량이 「종래의 Pb 쾌삭강의 반분 미만으로 대단히 적은」것을, 「○」는 공구 마모량이 「종래의 Pb 쾌삭강보다 적은」것을, 「×」은 공구 마모량이 「종래의 Pb 쾌삭강보다 많은」것을 각각 의미한다. 그리고, 수치의 옆의 「#」은 평가 기준인 것을 의미한다.

또한, 「Rmax」란의 수치의 옆에 나타낸 「◎」, 「○」 및 「×」는, 평가 기준인 10.0μm와의 비교를 정성적으로 나타낸 것으로, 「◎」는 피삭성의 평가로서의 Rmax가 「종래의 Pb 쾌삭강의 반분 미만으로 표면이 평활한」것을, 「○」는 Rmax가 「종래의 Pb 쾌삭강보다 작은」것을, 「×」는 Rmax가 「종래의 Pb 쾌삭강보다 크고 표면이 거친」것을 각각 의미한다. 그리고, 수치의 옆의 「#」는 평가 기준인 것을 의미한다.

[표 2]

표 2로부터, 강의 화학 조성이 본 발명 (1)에서 규정하는 조건에서 벗어난 강 4(시험 번호 5), 강 16(시험 번호 20) 및 강 17(시험 번호 21)의 경우, 「열간 수축」은 평가 기준의 40%를 하회하고 있고, 열간 가공성이 떨어지는 것이 명확하다.

마찬가지로, 강의 화학 조성이 본 발명 (1)에서 규정하는 조건에서 벗어난 강 5(시험 번호 6), 강 15(시험 번호 19), 강 18(시험 번호 22) 및 강 19(시험 번호 23)의 경우, 「공구 마모량」이 평가 기준인 265μm를 상회함과 함께 「Rmax」도 평가 기준인 10.0μm를 상회하고, 피삭성이 떨어지는 것이 명확하다.

이것에 대해서, 강의 화학 조성이 본 발명 (1)∼(3)에서 규정하는 조건을 만족하는 표 1 중의 강 1∼3 및 강 6∼14의 경우에는, 열간 가공성 및 피삭성의 양쪽에 있어서 우수한 것이 명확하다. 또한, 상기 강 1∼3 및 강 6∼14 중에서도, 본 발명 (4)에서 규정하는 조건도 만족하는 강 2, 강 7 및 강 8을 단면 감소율을 18.4%로 하여 드로잉 가공을 행한 시험 번호 3, 시험 번호 9 및 시험 번호 11의 경우에는, MnS의 애스펙트비가 작아졌기 때문에, 공구 마모량 및 Rmax의 정성적인 평가는 「◎」로, 피삭성이 대단히 우수한 것이 명확하다.

[실시예 2]

표 3에 나타낸 화학 조성을 갖는 강 22∼25를 3t(톤) 대기 용해로에 의해 용제하여 잉곳으로 주조하였다. 표 3 중의 강 22∼24는, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 본 발명예의 강이다. 한편, 표 3 중의 강 25는, 화학 조성이 본 발명의 규정에서 벗어난 종래의 Bi 쾌삭강에 상당하는 강이다. 또한, 표 3에 있어서 Te를 함유하고 있지 않은 강 25에 대해서는, 「fn2」의 값이 「무한대」가 되어 버린다. 따라서, 이 강 25에 대해서는, 「fn2」란을 「∞」로 나타내었다.

[표 3]

다음에, 상기 각 잉곳을 1300∼1350℃로 가열한 후, 분괴 압연하여 140mm각의 강편으로 하고, 또한, 균열 온도 : 1250℃±20℃, 균열 시간 : 30∼40분, 압연 마무리 온도 : 1000℃±30℃의 조건으로 실기에서의 조업을 상정한 압연 실험을 행하여, 직경 5.5mm의 선재로 완성하였다.

이와 같이 해서 얻은 직경 5.5mm의 선재의 표면 상태를 눈으로 관찰하여, 벗겨진 흠 및 분열의 유무를 조사하였다. 그 결과, 강 22∼24의 경우, 직경 5.5mm의 어느 선재에도 벗겨진 흠 및 분열은 없고, 강 22∼24가 실기에서의 조업을 상정한 압연 실험에 있어서도 양호한 열간 가공성을 갖고 있는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 종래의 Bi 쾌삭강에 상당하는 강 25의 경우, 직경 5.5mm의 선재에는 미소한 벗겨진 흠이 점재하고 있었다.

이상, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 실시예로서 개시가 없는 것도 본 발명의 요건을 만족하기만 하면 당연히 본 발명에 포함된다.

Claims

질량%로, C : 0.03∼0.19%, Si : 0.10% 이하, Mn : 1.00∼2.50%, P : 0.01∼0.12%, S : 0.26∼0.63%, Al : 0.010% 이하, N : 0.0030∼0.0250%, O(산소) : 0.005∼0.035% 및 Te : 0.002∼0.100%를 함유하며, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 하기 (1)식에 나타난 fn1의 값이 4.0 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 저탄소 쾌삭강.

fn1=Mn/S…(1)

또한, (1)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 강 중 함유량을 나타낸다.
질량%로, C : 0.03∼0.19%, Si : 0.10% 이하, Mn : 1.20∼2.50%, P : 0.01∼0.12%, S : 0.26∼0.63%, Al : 0.010% 이하, N : 0.0030∼0.0250%, O(산소) : 0.005∼0.035% 및 Te : 0.010%를 넘고 0.100% 이하를 함유하며, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 하기 (1)식에 나타난 fn1의 값이 4.5 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 저탄소 쾌삭강.

fn1=Mn/S…(1)

또한, (1)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 강 중 함유량을 나타낸다.
청구항 1 또는 2에 있어서,

Fe의 일부 대신에, 질량%로, Cr : 0.04∼1.25%, Ni : 0.04∼0.60% 및 Mo : 0.04∼0.40% 중 1종 이상을 함유하는 저탄소 쾌삭강.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,

또한, 하기 (2)식에 나타난 fn2의 값이 2.1 이상을 만족하는 저탄소 쾌삭강.

fn2=(S/10Te)+Mn…(2)

또한, (2)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량%로의 강 중 함유량을 나타낸다.