KR20080094941A - 저탄소 유황 쾌삭강재 - Google Patents

Abstract

C＜0.05％, Si＜0.05％, Mn : 0.7~2.2％, P : 0.03~0.20％, S : 0.40％ 초과 0.70％ 미만, Al＜0.005％, O : 0.0050~0.0380％, N : 0.0020~0.0250％를 함유하고, 잔부는 Fe와 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 Ca, Mg, Ti, Zr 및 REM이, Ca＜0.001%, Mg＜0.001%, Ti＜0.002%, Zr＜0.002％, REM＜0.001％로서, 또한, 0.010＜O/S＜0.080 및 2.5＜Mn/(S＋O)＜4.0을 만족하는 저탄소 유황 쾌삭강재는, 고속도강 공구를 이용한 절삭 시에, 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재와 동등한 칩 처리성 및 그것보다 양호한 마무리 표면 성상을 갖고, 연속 주조성도 뛰어나므로 대량 생산에 적합하다. 또한, Te≤0.05%, Bi≤0.15％ 및 Se＜0.30％ 중 1종 이상을 함유하고 있어도 된다.

Description

저탄소 유황 쾌삭강재 {LOW-CARBON RESULFURIZED FREE-CUTTING STEEL MATERIAL}

본 발명은, 저탄소 유황 쾌삭강재에 관한 것으로서, 자세하게는, 연쾌삭강재(이하, 「Pb 쾌삭강재」라고 함) 및 S와 Pb를 복합 첨가한 복합 쾌삭강재인 「유황 복합 쾌삭강재」(이하, 「S 복합 쾌삭강재」라고 함)의 대체재로서 이용되고 있는 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재 이상의 양호한 피삭성을 갖는 저탄소 유황 쾌삭강재에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 고속도 강공구(이하, 「HSS 공구」라고 함)를 이용하여, 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서 절삭 유제를 공급하는 습식의 조건 하에서 절삭을 행한 경우에, 칩이 가늘게 분단되는 성질(이하, 「칩 처리성」이라고 함)을 가짐과 더불어, 상기 종래의 Pb 비첨가 쾌삭강재에 비해 마무리면 조도가 작은 양호한 표면 성상을 갖고, 게다가 연속 주조성이 뛰어나기 때문에 저렴하게 대량 생산할 수 있는 Pb 비첨가의 저탄소 유황 쾌삭강재에 관한 것이다.

종래, 연질의 소부품, 예를 들어, 자동차용 브레이크 파트, PC 주변 기기 부품 및 전기 기기 부품 등 연질의 소부품의 소재에는, 생산성 향상을 위해서 피삭성이 뛰어난 강재인 소위 「쾌삭강재」가 이용되어 왔다.

상기와 같은 연질 소부품의 공업적 규모에서의 절삭 가공은, Hss 공구를 이 용하여, 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서 주로 행해지고 있다. 그리고, 이러한 절삭 가공 조건 하에서, 부품의 소재인 강재의 「피삭성」으로서는, 특히 가공 후의 강재의 마무리면 조도가 작은 것(즉, 강재의 표면이 매끄럽고 표면 성상이 뛰어난 것)이 요구되고, 또한 칩 처리성이 뛰어난 것도 중요시된다.

또, 상기의 특성 중에서, 양호한 칩 처리성은 가공 라인의 자동화에 빠질 수 없는 것으로, 생산성의 향상을 위해서 필수로 되는 특성이다.

쾌삭강재로서는 JIS G 4804(1999)에 규정된 강재, 즉 S를 다량으로 포함하고 MnS에 의해서 피삭성을 개선한 「유황 쾌삭강재」(이하, 「S 쾌삭강재」라고 하는 경우가 있음) 및 S와 Pb의 양자를 포함하는 「S 복합 쾌삭강재」가 가장 잘 알려져 있고, 이들 외에, 일반적인 쾌삭강재로서 Pb에 의한 피삭성 향상을 도모한「Pb 쾌삭강재」도 잘 알려져 있다.

상기의 쾌삭강재 중에서도 Pb를 포함하는 것, 즉 Pb 쾌삭강재 및 S 복합 쾌삭강재는, 상기한 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서 HSS 공구를 이용하여 절삭 가공한 경우에, 칩 처리성이 뛰어난 것과 더불어 표면의 조도가 작은 매끄러운 마무리면이 얻어진다는 특성을 갖고 있다.

따라서, 이러한 Pb를 포함하는 쾌삭강재는, 전술한 조건 하에서의 절삭 가공에 의해서 상기한 자동차용 브레이크 파트, PC 주변 기기 부품 및 전기 기기 부품 등 연질의 각종 소부품 형상으로 가공되고, 최종 제품으로서 다용되고 있다.

또한, 상기의 소부품에는, 절삭 가공 후의 높은 치수 정밀도가 요구된다. 이 때문에, 소재인 강재에는, 절삭 가공 전의 단계에서 굽힘이 적은 것, 즉 양호한 「진직성」을 갖는 것도 중요시된다. 따라서, Pb를 포함하는 쾌삭강재는, 상기의 소부품의 소재로서 이용하기 위해서, 예를 들어, 신선(伸線) 가공 등에 의한 냉간 가공을 실시하고, 이것에 의해서 높은 진직도를 확보하고 나서 절삭 가공하는 것이 일반적으로 행해지고 있다.

그러나, 최근의 지구 환경 문제에 대한 고조로부터, Pb를 제품으로부터 배제하고자 하는 움직임이 강해지고 있고, 예를 들어 유럽에서는, 강재에 포함되는 Pb의 함유량이 질량％로, 0.35％ 이하로 제한되는 등, Pb의 함유량을 가능한 한 저감시키는 것이 요구되고 있다.

또한, Pb는 융점이 낮고, 게다가 강 중에 거의 고용하지 않기 때문에, 대량의 Pb를 함유한 강은 압연 시에 균열을 일으키기 쉽다. 따라서, 강재의 안정 제조라는 면으로부터도, Pb 비첨가의 쾌삭강재에 대한 요망이 크다.

이러한 요망에 따르기 위해, 특허 문헌 1~9에, S량을 증량시킴과 더불어 MnS의 형태를 제어하여 피삭성을 높이거나, 조직을 제어하여 피삭성을 향상시킨 여러 가지의 강재가, Pb 쾌삭강재 및 S 복합 쾌삭강재로 바뀌는 Pb 비첨가의 쾌삭강재로서 제안되고 있다.

구체적으로는, 특허 문헌 1에, 황화물의 평균 폭과 더불어 선재의 항복비를 조정하는 것에 의해서, 마무리면 조도와 마무리 치수 정밀도를 개선한 「저탄소 유황계 쾌삭강 선재 및 그 제조 방법」이 개시되어 있다.

특허 문헌 2에는, 0.38％ 이상의 S를 함유시킨 후에 강 중의 MnS의 평균 면 적을 조정하는 것에 의해서, 표면 흠의 발생 방지와 마무리면 조도의 개선을 양립시킨 「피삭성이 뛰어난 고S 쾌삭강의 제조 방법 및 고S 쾌삭강」이 개시되어 있다.

특허 문헌 3에는, 특정한 화학 조성과 금속 조직을 갖고, 강재 중의 황화물계의 개재물의 평균 폭과 초석 페라이트의 경도를 비커스 경도(이하, 「Hv 경도」라고 함)로 133~150로 조정하는 것에 의해서, 마무리면 조도를 개선한 「마무리면 조도가 뛰어난 저탄소 복합 쾌삭강재 및 그 제조 방법」이 개시되어 있다.

특허 문헌 4~7에는, 강에 특정량의 S를 함유시킨 후에, 펄라이트의 면적율의 조정을 행하거나, 미세한 MnS를 분산시키는 것에 의해서, 피삭성 개선을 도모한 「피삭성이 뛰어난 강 및 그 제조 방법」 혹은 「피삭성이 뛰어난 강」이 개시되어 있다.

특허 문헌 8에는, 본 발명자들이 제안한, 특정량의 C, Mn, S, Ti, Si, P, Al, O 및 N을 함유하고, Ti와 S의 함유량이 하기 (i)식을 만족함과 더불어, Mn과 S의 원자비가 하기 (ii)식을 만족하며, 또한, Ti 황화물 또는/및 Ti 탄황화물이 내재하는 MnS를 함유하는 것을 특징으로 하는 「저탄소 쾌삭강」이 개시되어 있다.

Ti(질량％)/S(질량％)＜1…(i),

Mn/S≥1…(ii).

특허 문헌 9에는, 본 발명자들이 제안한, 특정량의 C, Mn, S, Ti, P, Al, O 및 N을 함유하고, 강 중에 함유되는 개재물이 2개의 특정한 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 「저탄소 쾌삭강」이 개시되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2003－253390호

특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 2005－23342호

특허 문헌 3 : 일본 공개특허공보 2005－187935호

특허 문헌 4 : 일본 공개특허공보 2004－169052호

특허 문헌 5 : 일본 공개특허공보 2004－169054호

특허 문헌 6 : 일본 공개특허공보 2004－176176호

특허 문헌 7 : 일본 공개특허공보 2004－169051호

특허 문헌 8 : 일본 공개특허공보 2003－226933호

특허 문헌 9 : 일본 공개특허공보 2005－54227호

특허 문헌 1에서 개시된 「저탄소 유황계 쾌삭강 선재」는, Ca, Mg, Ti, Zr 및 REM 등 O와의 친화력이 큰 원소의 함유량 저감에 대한 배려가 이루어져 있지 않았다. 이 때문에, HSS 공구를 이용하여, 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서 절삭 가공한 경우, 그 실시예의 표 3 및 표 4에 나타나 있는 것처럼, 그 마무리면 조도는, 가장 작은 경우라도 35㎛ 정도에 지나지 않는다. 이러한 강재의 마무리면 조도에서는 전술한 소부품에 요구되는 표면의 매끄러움을 얻기에는 충분히 만족할 수 있는 것이라고는 할 수 없었다.

특허 문헌 2에서 개시된 「고S 쾌삭강」의 경우도, Ca, Mg, Ti, Zr 및 REM 등 O와의 친화력이 큰 원소의 함유량 저감에 대한 배려가 이루어져 있지 않다. 이 때문에, 상기한 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서는, HSS 공구를 이용하여 절삭했을 때의 마무리면 조도는, 그 실시예의 표 1에 나타나 있는 것처럼 10점 평균 조도로 10.5~15㎛에도 달하는 것이다. 이러한 강재의 마무리면 조도에서는 전술한 소부품에 요구되는 표면의 매끄러움을 얻기에는, 충분히 만족할 수 있는 것이라고는 할 수 없었다.

특허 문헌 3에서 개시된 「저탄소 복합 쾌삭강재」는, O와의 친화력이 큰 원소인 Ca 및 Mg의 함유량 저감에 대한 배려가 이루어져 있지 않다. 게다가, 거기서 규정되는 강재의 경도는, 열간 가공된 채로인 페라이트·펄라이트 조직 중에서의 초석 페라이트의 Hv 경도이고, 강재 자체의 Hv 경도에 대해서는 배려되어 있지 않다. 이 때문에, HSS 공구를 이용하여, 상기한 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서 절삭 가공한 경우, 그 실시예의 표 3, 표 6 및 표 10에 나타나 있는 것처럼 마무리면 조도는 중심선 평균 조도 Ra로 27.6~37.6㎛라는 큰 것이다. 이러한 강재의 마무리면 조도에서는 전술한 소부품에 요구되는 표면의 매끄러움을 얻기에는, 충분히 만족할 수 있는 것이라고는 할 수 없었다.

특허 문헌 4에서 개시된 「피삭성이 뛰어난 강」은, 황화물이나 산화물의 형태에 영향을 미치는 Mn, S 및 O의 함유량 밸런스에 대해 배려되어 있지 않을 뿐만 아니라, Al, Ti, Zr, Ca 및 Mg라는 황화물(MnS)이나 산화물의 형태에 큰 영향을 미치는 성분 원소의 첨가를 해도 된다고 하고 있다. 이 때문에, HSS 공구를 이용하여, 상기한 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서 절삭 가공한 경우, 그 실시예의 표 2 및 표 4에 나타나 있는 것처럼, 마무리면 조도는 프랜지 절삭에 의한 200홈 가공이라는 절삭 거리가 짧은 경우에, 10점 평균 조도로 4.1~11.2㎛에 이르는 것이다. 이와 같이, 상기의 「피삭성이 뛰어난 강」은, 긴 거리를 절삭 가공한 후라도 작은 마무리면 조도가 얻어지는지 여부가 명확하지 않고, 또한 전술한 소부품에 요구되는 표면의 매끄러움을 얻기에는, 이 정도의 10점 평균 조도로는 충분히 만족할 수 있는 것이라고는 할 수 없었다.

특허 문헌 5 및 특허 문헌 6에서 개시된 「피삭성이 뛰어난 강」은, 황화물이나 산화물의 형태에 영향을 미치는 Mn, S 및 O의 함유량 밸런스에 대해서 배려되어 있지 않을 뿐만 아니라, Ti, Zr, Ca 및 Mg라는 황화물(MnS)이나 산화물의 형태에 큰 영향을 미치는 성분 원소의 첨가를 해도 된다고 하고 있다. 이 때문에, 상기한 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서는, HSS 공구를 이용하여 절삭했을 때의 마무리면 조도는, 프랜지 절삭에 의한 200홈 가공이라는 절삭 거리가 짧은 경우에, 10점 평균 조도로 4.1~8.8㎛(특허 문헌 5)나 4.3~12.1㎛(특허 문헌 6)에 이르는 것이다. 이와 같이, 상기의 「피삭성이 뛰어난 강」은, 모두 긴 거리를 절삭 가공한 후라도 작은 마무리면 조도가 얻어지는지 여부도 명확하지 않고, 또한 전술한 소부품에 요구되는 표면의 매끄러움을 얻기에는, 이 정도의 10점 평균 조도로는 충분히 만족할 수 있는 것이라고는 할 수 없었다.

특허 문헌 4~6과 동일 시기에, 동일한 발명자가 발명하여 특허 문헌 7에서 개시된 「피삭성이 뛰어난 강」도 특허 문헌 4~6과 동일하게, 긴 거리를 절삭 가공한 후라도 작은 마무리면 조도가 얻어지는지 여부도 명확하지 않고, 또한 전술한 소부품에 요구되는 표면의 매끄러움을 얻기에는, 이 정도의 조도로는 충분히 만족할 수 있는 것이라고는 할 수 없었다.

또, 본 발명자들이 제안한 특허 문헌 8 및 특허 문헌 9에서 개시된 「저탄소쾌삭강」은, 초경 공구를 이용하여 절삭한 경우에, 확실히 뛰어난 칩 처리성이나 마무리면 조도가 얻어지는 것이었다. 그러나, 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서, HSS 공구를 이용하여 절삭했을 때에, 마무리면 조도가 커져 원하는 양호한 표면 성상이 얻어지지 않는 경우가 있는 것이 판명되었다.

즉, 특허 문헌 8에서 개시된 「저탄소 쾌삭강」은, 확실히 초경 공구를 이용하여 무윤활, 즉 건식 조건 하에서 고속 절삭하는 경우에는, Pb 쾌삭강에 비해 뛰어난 칩 처리성이 얻어지는 것이다. 그러나, 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서는, HSS 공구를 이용하여 절삭했을 때에, 마무리면 조도가 커져 원하는 양호한 표면 성상이 얻어지지 않는 경우가 있는 것이 판명되었다.

또, 특허 문헌 9에서 개시된 「저탄소 쾌삭강」도, 확실히 초경 공구를 이용한 절삭의 경우에는, 마무리면 조도가 작은 양호한 표면 성상과 뛰어난 칩 처리성이 얻어지는 것이다. 그러나, 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서 HSS 공구를 이용한 절삭의 경우에는, 마무리면 조도가 커져 원하는 양호한 표면 성상이 얻어지지 않는 경우가 있는 것이 판명되었다.

전술과 같이, 종래 제안된 Pb 비첨가의 쾌삭강재는, 자동차용 브레이크 파트, PC 주변 기기 부품 및 전기 기기 부품 등 연질의 소부품의 소재로서 필요한 피삭성, 그 중에서도, HSS 공구를 이용하여, 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서 긴 거리를 절삭 가공하는 경우의 마무리 표면 성상, 즉 마무리면 조도의 점에서 반드시 산업계의 요청에 따를 수 있는 것이라고는 할 수 없었다.

게다가, 상기의 종래 제안된 Pb 비첨가의 쾌삭강재는, 저렴하게 대량 생산하기 위해서 제조 단계에서 요구되는 「연속 주조성」도 반드시 뛰어난 것은 아니었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서, HSS 공구를 이용하여 긴 거리를 절삭 가공한 경우라도, 전술한 특허 문헌 1~9 등에서 제안된 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재와 동등한 칩 처리성을 가짐과 더불어 상기 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재와 비교하여 마무리면 조도가 작은 양호한 표면 성상을 확보할 수 있고, 또한 연속 주조에 의한 대량 생산에 적합한 Pb비첨가의 저탄소 유황 쾌삭강재를 제공하는 것이다.

본 발명자들은, Pb 쾌삭강재 및 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재를 피삭재로 하여, 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서 HSS 공구를 이용한 절삭 가공을 행하고, 칩 처리성과 마무리면 조도에 대해서 조사하며, 다시 공구 날끝에 형성된 구성 날끝의 미세 조직을 투과 전자현미경(TEM)에 의해서 관찰하고, 또 주사 전자현미경(SEM)이나 전자 프로브 마이크로 애널라이저(EPMA)에 의해서 구성 날끝 자체의 조직 관찰이나 조성 분석을 행하여 마무리면 조도와의 관계에 대해 예의 검토하였다.

그 결과, 먼저 하기 <1>~<3>의 지견을 얻었다. 또한, 이하의 설명에 있어서 특별히 한정하지 않는 한, 「MnS」에는, 순수한 MnS에 더하여 Mn(S, Te), Mn(S, Se), Mn(S, O)나 Mn(S, Se, O) 등과 같이, X를 S 이외에 Mn과 결합하는 원소인 Te, Se 및 O로 하여, Mn(S, X)의 화학식에 의해서 표기되는 Mn의 복합 화합물을 포함한다.

<1> Pb 쾌삭강재를 절삭 가공한 경우, Pb의 융점이 낮은 것에 의거한 용융 취화 작용이 얻어지고, 작은 전단 응력으로도 칩이 파단하기 쉬워져, 상기 조건 하의 HSS 공구에 의한 절삭의 경우에도 뛰어난 칩 처리성이 얻어진다. 또한, 상기의 Pb의 작용에 의해서, 공구와 피삭재인 Pb 쾌삭강재와의 계면의 마찰력이 작아지고, 게다가 피삭재가 공구로 응착하기 어렵기 때문에 구성 날끝이 성장하기 어려워지고, 작은 구성 날끝 밖에 형성되지 않기 때문에, 마무리면 조도가 작은 양호한 표면 성상을 얻을 수 있다.

<2> Pb 쾌삭강재를 절삭 가공한 경우에 형성되는 작은 구성 날끝 중에는, TEM으로의 상세한 관찰에 의하면, 입경이 수백㎚ 정도의 미세한 세멘타이트 입자가 피삭재인 Pb 쾌삭강재 중보다도 많이 분산되어 있고, 조성 분석을 행한 결과, 피삭재에 포함되는 C량에 대해서 5~6배인 C가 구성 날끝 중에 농축되어 있다.

<3> 한편, 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재를 절삭 가공한 경우, 그 마무리면 조도는 크고, 게다가, SEM으로의 관찰에 의하면, 전술한 Pb 쾌삭강재를 절삭한 경우에 발견되는 C가 농화된 작은 구성 날끝 상에 더욱 피삭재(종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재)가 응착되고, 퇴적하는 것에 의해서 조대한 구성 날끝이 형성되어 있다.

그리고, 상기의 지견으로부터, 본 발명자들은 다음의 <4>~<8>을 추측하기에 이르렀다.

<4> 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재를 절삭 가공한 경우에는, C가 농화된 작은 구성 날끝을 핵으로 하여 성장한 조대한 구성 날끝이, 결과적으로 마무리면 조도를 크게 하여 표면 성상을 열화시킨다.

<5> 한편, Pb 쾌삭강재를 절삭 가공한 경우에는, 절삭 가공 중에 형성된 작은 구성 날끝을 핵으로 하여 구성 날끝이 더욱 크게 성장해 가는 단계에서, Pb나 MnS에 의해서 성장이 억제되고, 이 때문에 작은 구성 날끝밖에 관찰되지 않는다.

<6> 따라서, 종래부터 경험되고 있는, Pb를 함유시키거나 O(산소)의 함유량을 높여 조대한 MnS를 형성시키거나 하는 것에 의한 마무리 표면 성상의 개선 효과(즉, 마무리 표면 조도를 작게 하는 효과)는, Pb나 MnS가 구성 날끝의 성장 단계에 있어서 성장을 억제하는 기능을 하고, 구성 날끝을 크게 성장시키지 않는 것에 의해 얻어진다.

<7> Pb를 첨가하지 않은 경우라도, 구성 날끝이 조대하게 성장하기 위한 핵이 되는 초기 단계의 구성 날끝, 바꾸어 말하면 C가 농화된 구성 날끝을 작게 하는 것에 의해서, 구성 날끝이 크게 성장하는 것이 방지되고, 양호한 마무리 표면 성상, 즉 작은 마무리면 조도를 확보할 수 있다.

<8> 구성 날끝이 조대하게 성장하기 위한 핵인 C가 농화된 구성 날끝을 작게 하는 것은, 피삭재인 강재의 C함유량을 저감시킴으로써 달성할 수 있다.

따라서, 본 발명자들은, 상기의 추측에 의거하여 피삭성에 미치는 C 양의 영향에 대해 여러 가지의 검토를 행하였다.

그 결과, 하기 <9> 및 <10>의 지견을 얻었다.

<9> C의 함유량을 저하시킴으로써, Pb를 첨가하지 않아도 마무리면 조도를 작게 할 수 있다.

<10> 한편, C의 함유량을 저감시킨 경우에는, 동일한 S함유량으로 비교한 경우의 칩 처리성이 열화되는 경향이 있다.

이 때문에 본 발명자들은, 마무리면 조도가 작은 뛰어난 표면 성상과 양호한 칩 처리성을 함께 구비시키기 위해서, 한층 더한 검토를 실시하고, 그 결과, 하기 <11> 및 <12>의 지견을 얻었다.

<11> 상기 <1>에서 설명한 바와 같이, Pb 쾌삭강재에 있어서 양호한 칩 처리성과 마무리면 조도가 작은 뛰어난 표면 성상의 쌍방을 확보할 수 있는 것은, Pb의 융점이 낮은 것에 의한 용융 취화 작용에 의거하고 있다. 이 때문에, Pb를 첨가하지 않은 경우에, 양호한 칩 처리성과 뛰어난 표면 성상인 작은 마무리면 조도의 쌍방을 구비시키기 위해서는, 강재 자체를 취화시키는 것이 좋다.

<12> 강재 자체를 취화시키기 위해서는, 신선 가공을 비롯한 냉간 가공을 이용하면 되지만, C의 함유량을 저감시킨 경우에는, 종래 Pb 쾌삭강재에 대해서 실시되고 있던 것과 동일한 정도의 가공도로 냉간 가공을 행해도, 피삭재의 경도는 높아지지 않기 때문에 현저한 취화는 일어나지 않고, 그 때문에 충분한 칩 처리성을 얻을 수 없다.

여기서 또한, Pb 비첨가의 저C 강에 대한 냉간 가공의 일례로서 신선 가공을 채택하고, 그때의 감면율을 여러 가지로 변화시킨 경우의 피삭성을 조사하였다.

그 결과, 하기 <13>의 지견을 얻었다.

<13> Pb 비첨가의 저C강이어도, 냉간에서의 가공도를 높이는 것에 의해서, 가공 후의 경도가 Hv 경도로 180 이상이 되도록 하면, 뛰어난 칩 처리성을 확보할 수 있다. 단, 냉간 가공 후의 Hv 경도가 너무 커져서 특히, 230을 초과하면 긴 거리를 절삭한 경우에 마무리면 조도가 커진다.

또한, 상기의 냉간에서의 가공도를 높이는 것에 의한 칩 처리성의 개선은, 가공 변형에 의해 연성이 저하되었기 때문에, 칩이 전단 응력의 집중에 의해, 파단하기 쉬워졌기 때문이라고 추측된다.

<14> 다음에, 본 발명자들은, 냉간에서의 가공도를 높여, 가공 후의 경도를 Hv 경도로 180~230로 조정한 Pb 비첨가의 저C 쾌삭강재와 Pb 쾌삭강재의 마무리면 조도 및 칩 처리성에 대해 비교 검토하였다. 그 결과, 마무리면 성상과 칩 처리성을 동시에 높이기 위해서는, 단순히 Pb 비첨가 강재의 C량을 낮게 하고, 냉간에서의 가공도를 높게 조정하여 냉간 가공 후의 Hv 경도를 180~230로 할 뿐만 아니라, 하기 <15>에 나타내는 바와 같이 MnS의 형태와 분산 상태도 중요하다는 것이 판명되었다.

<15> MnS의 형태와 분산 상태에 의해서, Pb 비첨가의 저C 쾌삭강재의 마무리면 조도 및 칩 처리성이 변화한다. 즉, MnS가 미세한 경우, 칩 처리성은 개선되지만, 마무리면 조도는 커져 표면 성상은 열화된다. 한편, 강 중의 O 함유량을 높여 MnS를 조대하게 창출시킨 경우, 마무리면 조도는 작아져 표면 성상은 개선되지만, 칩 처리성이 열화된다.

여기서, 다시 MnS의 형태와 분산 상태를 적정화하기 위해서 상세한 검토를 실시하였다.

그 결과, 하기 <16>~<20>의 중요한 지견을 얻고, 상기 지견과 조합함으로써 종래의 Pb 비첨가의 강재와 비교하여, 뛰어난 마무리면 조도와 칩 처리성을 갖는 저탄소 유황 쾌삭강재를 얻을 수 있었다.

<16> 조대한 MnS를 포함하는 강재를 절삭한 경우, 공구 날끝의 구성 날끝 주변에서는 그 조대한 MnS로부터 마이크로 크랙이 생기고, 이 마이크로 크랙이 칩과 구성 날끝을 분단하는 역할을 다함으로써 구성 날끝의 성장이 억제된다. 이 때문에, 마무리면 조도를 작게 하여 표면 성상을 개선하기에는 MnS는 조대하면 좋다. 한편, 칩 처리성을 개선하기에는 생성하는 칩을 취화시키고 분단시킬 필요가 있고, 칩을 취화시키기에는 MnS로부터 생기는 마이크로 크랙이 넓은 영역을 전파할 필요가 있다. 따라서, 칩 전단 영역에서 개개의 MnS로부터 생기는 마이크로 크랙을 넓은 영역에 전파시키기 위해서는, 강재 그 자체의 연성을 낮추어 취화시킴과 더불어 MnS의 거리가 작은 것, 바꾸어 말하면 MnS의 개수 밀도가 높은 것이 필요하다. 상기로부터, 구성 날끝의 성장을 억제할 수 있는 MnS의 개수 밀도를 증대시키는 것이, 마무리면 조도를 작게 하여 표면 성상을 높이는 것과 칩 처리성을 개선하는 것의 쌍방에 연결된다.

<17> Pb 비첨가의 저C 쾌삭강재의 성분 조성을, S의 함유량을 높인 후에 Mn, S 및 O의 함유량 밸런스를 특정한 범위 내로 조정함으로써, 구성 날끝의 성장을 억제할 수 있는 MnS의 개수 밀도가 증대하고, 이것에 의해서, 더욱 마무리 표면 성상 및 칩 처리성을 높일 수 있다.

<18> 상기의 바람직한 MnS의 형태를 얻기 위해서는, 응고가 빠른 단계에서 MnS를 많이 창출시킬 필요가 있고, 그러기 위해서는, MnS의 창출 핵이 되는 산화물의 제어가 중요한 포인트가 된다. 즉, 저탄소계의 유황 쾌삭강재에 있어서 다량으로 창출하는 MnS의 형태를 제어하기 위한 창출 핵은, MnO, Mn₃O₄나 Mn₂O 등의 Mn계 산화물로 해야한다. 이것은, Mn계 산화물 이외의 경우에는, 저탄소계의 유황 쾌삭강재에 있어서 다량으로 창출하는 MnS의 형태를 제어할 수 있을만큼 충분한 양이 용강 중에 존재할 수 없기 때문이다.

<19> MnO, Mn₃O₄나 Mn₂O 등의 Mn계 산화물을 MnS의 형태를 제어하기 위한 창출 핵으로서 이용하기 위해서는, 용강 중에서 O와의 친화력이 큰 Ca, Mg, Zr, Ti 및 REM를 첨가하면 안되고, 나아가서는 불순물 중의 이들 원소의 함유량을 제한해야 한다.

<20> Mn, S 및 O의 함유량 밸런스를 적정화하면, 연속 주조 설비로 대량 생산하는 경우에도 내부 균열 등 열간 연성 저하에 기인하는 문제가 생기는 일은 없다.

본 발명은, 상기의 지견에 의거하여 완성된 것으로, 그 요지는, 하기 (1) 및 (2)에 나타내는 저탄소 유황 쾌삭강재에 있다.

(1) 질량％로, C：0.05％미만, Si：0.05％ 미만, Mn：0.7~2.2％, P：0.03~0.20％, S：0.40％ 초과 0.70％ 미만, Al：0.005％ 미만, 0：0.0050％ 이상 0.0380％ 미만, N：0.0020~0.0250％를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지며, 불순물 중의 Ca, Mg, Ti, Zr 및 REM이, Ca：0.001％ 미만, Mg：0.001％ 미만, Ti：0.002％ 미만, Zr：0.002％ 미만 및 REM：0.001％ 미만으로, 하기 식 (1)식 및 (2)식을 만족하고, 또한 냉간 가공 후의 비커스 경도가 180~230인 것을 특징으로 하는 피삭성이 뛰어난 저탄소 유황 쾌삭강재.

0.010＜O/S＜0.080…(1)

2.5＜Mn/(S+O)＜4.0…(2)

단, (1)식 및 (2)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량％로의 강 중 함유량을 나타낸다.

(2) Fe의 일부에 대신하여, 질량％로, Te：0.05％ 이하, Bi：0.15％ 이하 및 Se：0.30％ 미만 중 1종 이상을 함유하는 상기 (1)에 기재된 저탄소 유황 쾌삭강재.

이하, 상기 (1) 및 (2)의 저탄소 유황 쾌삭강재에 따른 발명을, 각각, 「본 발명(1)」및 「본 발명(2)」라고 한다. 또, 총칭하여 「본 발명」이라고 하는 경우가 있다.

또한, 본 발명에서 말하는 「REM」은, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소의 총칭이며, REM의 함유량은 상기 원소의 합계 함유량을 나타낸다.

본 발명의 강재는, Pb 비첨가의 「지구 환경에 뛰어난 쾌삭강재」임에도 불구하고, 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서, HSS 공구를 이용하여 긴 거리를 절삭 가공한 경우라도, 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재와 동등한 칩 처리성을 가짐과 더불어 상기 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재와 비교하여 마무리면 조도가 작은 양호한 표면 성상을 확보할 수 있고, 게다가 연속 주조성이 뛰어나기 때문에 저렴하게 대량 생산할 수 있다. 따라서, 자동차용 브레이크 파트, PC 주변기기 부품 및 전기 기기 부품 등 연질의 소부품의 소재로서 이용할 수 있다

도 1은 실시예 2에서의 드로잉 가공 후의 Hv 경도와 마무리면의 최대 조도 Rz의 관계를 나타내는 도면이다.

도 2는 실시예 2에서의 드로잉 가공 후의 Hv 경도와 마무리면의 평균 조도 Ra의 관계를 나타내는 도면이다.

우선, 본 발명의 저탄소 유황 쾌삭강재에서의 화학 조성과 그 한정 이유에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 각 원소의 함유량의 「％」표시는 「질량％」를 의미한다.

C：0.05％ 미만

C는, 강의 강도 및 피삭성, 그 중에서도 마무리면 조도에 큰 영향을 미치는 원소로, 그 함유량이 0.05％ 이상인 경우에는, 구성 날끝의 성장 핵이 커져 구성 날끝이 성장하기 쉬워지고, 결과적으로 마무리면 조도가 커진다. 따라서, 양호한 마무리 표면 성상, 즉 작은 마무리면 조도를 얻기 위해서, C의 함유량을 0.05％ 미만으로 하였다. 양호한 마무리 표면 성상을 얻는다는 관점에서는, C의 함유량은 낮으면 낮을수록 바람직하기 때문에, 0.04％ 미만으로 하는 것이 좋다. 또한, C의 함유량이 0.03％ 이하이면 더욱 바람직하다. 그러나, C의 함유량이 너무 낮아지면, 제조 비용이 커질 뿐만 아니라, 뛰어난 칩 처리성을 확보하기 위해서, 신선 가 공 등의 냉간 가공 시에 큰 가공도를 가하여 경도를 상승시켜야 하므로 바람직하지 않다. 양호한 마무리 표면 성상과 뛰어난 칩 처리성의 확보라는 관점으로부터의 바람직한 C 함유량의 하한은 0.005％이다.

Si：0.05％ 미만

Si는, 페라이트 중에 고용하고, 강의 강도를 높이는 작용을 갖지만, 강한 탈산 작용이 있으므로, 0.05％ 이상 함유시킨 경우에는, O의 함유량이 낮아지고, 이 때문에, 피삭성, 그 중에서도, 마무리 표면 성상 및 칩 처리성을 개선하기 위해서 필요한 전술한 MnS의 형태나 분산 상태를 얻을 수 없게 된다. 따라서, Si의 함유량을 0.05％ 미만으로 하였다. 또한, 피삭성을 보다 개선한다고 하는 점에서는, Si의 함유량은 낮을수록 바람직하기 때문에, 0.02％ 미만으로 하는 것이 좋다. 또한, Si의 함유량이 0.01％ 미만이면 더욱 바람직하다.

Mn：0.7~2.2％

Mn은, S와 더불어 MnS를 형성하여 피삭성에 큰 영향을 미치는 중요한 원소이다. 그 함유량이 0.7％ 미만에서는, 열간 가공성을 열화시킨다. 또한, Mn은 MnS 형성 원소인 것과 동시에 탈산에도 기여하기 때문에, 열간 가공성을 개선할 목적으로 단순하게 그 함유량을 높인 것만으로는 전술한 MnS 형태나 분산 상태를 얻을 수 없다. 이 때문에, S나 O(산소)와의 질량 밸런스를 충분히 배려한 후에 Mn을 함유시켜야 한다. 그러나, 그러한 경우라도 Mn의 함유량이 2.2％를 초과하면, 전술한 원하는 MnS 형태나 분산 상태를 얻을 수 없기 때문에, 긴 거리를 절삭한 경우에, 마무리면 조도가 커져 표면 성상이 저하된다. 따라서, Mn의 함유량을 0.7~2.2％로 하였다. 또한, 보다 안정되고 또한 확실히 마무리면 조도가 작은 양호한 표면 성상을 얻기 위해서는, Mn의 함유량은 1.2~1.8％인 것이 바람직하다.

이미 설명한 바와 같이, 상기의 「MnS」에는, 순수한 MnS에 더하여 Mn(S, Te), Mn(S, Se), Mn(S, O)이나 Mn(S, Se, O) 등과 같이, X를 S 이외로 Mn과 결합하는 원소인 Te, Se 및 O으로 하여 Mn(S, X)의 화학식에 의해서 표기되는 Mn의 복합 화합물도 포함된다.

P：0.03~0.20％

P는, 강의 강도를 높이는 작용을 가진다. 이 때문에, 양호한 마무리 표면 성상, 즉 작은 마무리면 조도를 확보하기 위해서 C의 함유량을 낮게 억제하는 본 발명의 경우, 최종 제품으로서의 소부품의 강도를 유지하기 위해 P의 함유량을 0.03％ 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, P의 함유량이 과도해지면 강의 강도가 커져 피삭성이 저하되고, 특히, 0.20％를 초과하면 강도가 너무 높아져 피삭성, 그 중에서도 마무리면 성상의 저하가 현저해진다. 또, P의 함유량이 0.20％를 초과하는 경우에는, 열간 가공성도 열화된다. 따라서, P의 함유량을 0.03~0.20％로 하였다. 또한, 보다 양호한 피삭성을 확보하기 위해서, P의 함유량은 0.05~0.15％로 하는 것이 바람직하다.

S：0.40％ 초과 0.70％ 미만

S는, Mn과 더불어 상기 MnS를 형성하여 양호한 피삭성을 얻기 위해서, 그 중에서도, 마무리면 조도가 작은 양호한 표면 성상 및 뛰어난 칩 처리성을 얻기 위해서 필수인 원소이다. MnS에 의한 피삭성 향상 효과는, 그 생성량뿐만 아니라 형태 및 분산 상태에 따라서도 변화한다. 그 때문에, S의 함유량과 Mn 및 O(산소)의 함유량과의 밸런스가 중요해지지만, S의 함유량이 0.40％ 이하에서는, 비록 Mn 및 O(산소)의 함유량과의 밸런스를 적정화해도, 충분한 양의 MnS를 얻지 못하고, 원하는 양호한 피삭성, 즉 작은 마무리면 조도 및 양호한 칩 처리성을 얻기 위한 MnS 형태와 분산 상태를 얻을 수 없다. 또한, 통상의 경우에는 S의 함유량이 0.35％를 초과하면 열간 가공성이 저하되기 때문에, 주물편 내부에서의 소위 「내부 균열」의 요인이 되지만, Mn 및 O(산소)의 함유량과의 밸런스를 적정화함으로써, S의 함유량이 0.35％를 초과하는 경우에도 내부 균열을 일으키는 일 없이, 작은 마무리면 조도 및 양호한 칩 처리성을 확보할 수 있다. 그러나, S의 함유량이 0.70％를 초과하는 경우에는, 열간 연성의 열화를 생기지 않도록 Mn을 다량으로 함유시킬 필요가 있지만, Mn이 탈산 원소로서 작용하기 때문에 충분한 산소량을 확보하지 못하고, MnS의 형태가 손상되며, 실질적으로, 전술한 원하는 MnS 형태 및 분산 상태를 얻는 것이 곤란해진다. 또한, 함유량으로 0.70％를 초과하는 과잉인 S의 첨가는 수율의 악화에 의한 비용 상승에 연결된다. 따라서, S의 함유량을 0.40％ 초과 0.70％ 미만으로 하였다.

보다 안정되고 뛰어난 피삭성, 즉, 마무리면 조도가 작은 양호한 표면 성상 및 뛰어난 칩 처리성을 확보하기 위해서는, S를 0.50％를 초과하여 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, 제조 비용을 억제함과 더불어 제조성을 저하시키는 일 없이 전술한 원하는 MnS 형태나 분산 상태를 얻기 위해서는, S의 함유량을 0.60％ 미만으로 하는 것이 바람직하고, 0.55％ 이하로 하면 더욱 바람직하다.

Al：0.005％ 미만

Al는 O(산소)와의 친화력이 큰 강력한 탈산 원소이며, 0.005％ 이상 함유되는 경우에는, 피삭성을 개선하기에 적합한 전술한 MnS의 형태나 분산 상태 나아가서는 산화물 조성을 얻을 수 없기 때문에, 원하는 양호한 피삭성, 즉 작은 마무리면 조도를 확보할 수 없다. 따라서, Al의 함유량을 0.005％ 미만으로 하였다. 또한, Al은 MnS의 형태나 분산 상태, 나아가서는 산화물 조성에 큰 영향을 미치므로, 첨가하지 않을 뿐만 아니라, 정련 시에 가급적 제거할 필요가 있다. 보다 뛰어난 마무리면 성상을 얻기 위해서, Al의 함유량은 0.003％ 미만으로 하는 것이 바람직하고, 0.002％ 미만으로 하면 더욱 바람직하다.

O：0.0050％ 이상 0.0380％ 미만

O(산소)는, 그 함유량을 높임으로써 MnS의 형태를 변화시키고, 피삭성, 그 중에서도 마무리면 조도를 개선하는 것이 가능하다. 그러나, 단순히 탈산 원소를 첨가하지 않고 O의 함유량을 높인 것만으로는, 원하는 양호한 피삭성, 즉, 마무리면 조도가 작은 양호한 표면 성상 및 뛰어난 칩 처리성을 얻기 위해서 필요한 전술한 MnS의 형태와 분산 상태를 얻을 수 없다. 즉, Mn 및 S의 함유량과의 밸런스를 적정화한 후에 O의 함유량을 높이는 것에 의해서 MnS의 형태와 분산 상태를 변화시켜 피삭성을 개선시킬 수 있다. 그러나, O의 함유량이 0.0380％ 이상이 되면, 비록 Mn 및 S의 함유량과의 밸런스를 적정화해도, 상기 원하는 MnS 형태나 분산 상태를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 조대한 산화물이 생성되고, 신선 가공을 비롯한 냉간 가공 시에 균열을 유발한다. 한편, O의 함유량이 0.0050％ 미만에서는, 양호한 마무리 표면 성상 및 뛰어난 칩 처리성을 얻기 위해서 필요한 전술한 MnS의 형태나 분산 상태를 얻을 수 없다. 따라서, O의 함유량을 0.0050％ 이상 0.0380％ 미만으로 하였다. 또한, O의 함유량은, 원하는 MnS 형태나 분산 상태를 안정되게 확보하기 위해서, 0.0080~0.0280％로 하는 것이 바람직하다.

N：0.0020~0.0250％

본 발명에 있어서는, Al이나 Ti를 실질적으로 함유하지 않기 때문에, 경질의 Al나 Ti의 질화물이 거의 형성되지 않기 때문에, N은, 페라이트 중에 고용된 상태로 존재한다. 이 페라이트에 고용된 N은, MnS의 형태에 그다지 영향을 주는 일 없이 강의 강도를 높이고, 이것에 의해서 칩 처리성을 높이는 작용을 가진다. 또, N에는, 마무리면 조도를 작게 하는 작용도 있다. 그러나, N의 함유량이 0.0020％ 미만인 경우, 충분한 칩 처리성과 마무리면 성상을 얻을 수 없다. 한편, N을 0.0250％를 초과하여 함유시켜도 상기의 효과가 포화할 뿐만이 아니라, 제조 비용의 상승을 초래한다. 따라서, N의 함유량을 0.0020~0.0250％로 하였다. 보다 효과적으로 피삭성, 그 중에서도 칩 처리성과 마무리면 성상을 향상시키고자 하는 경우에는, N은 0.0050％ 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 0.0095％ 이상 함유시키는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 저탄소 유황 쾌삭강재에 있어서는, 불순물 중의 Ca, Mg, Ti, Zr 및 REM의 함유량을 하기와 같이 제한한다.

Ca：0.001％ 미만, Mg：0.001％ 미만, Ti：0.002％ 미만, Zr：0.002％ 미만 및 REM：0.001％ 미만

Ca, Mg, Ti, Zr 및 REM은, 모두, 쾌삭강재에 있어서는, 피삭성을 개선하기 위해서 자주 첨가되는 원소이다. 그러나, 상기의 Ca로부터 REM까지의 원소는, 모두, O와의 친화력이 크기 때문에, MnS의 형태나 산화물 조성 및 이러한 개재물의 분산 상태에 영향을 미치고, 피삭성, 그 중에서도 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에 있어서, HSS 공구를 이용하여 절삭했을 때의 마무리 표면 성상을 저하시킨다. 특히, 불순물 중에 상기의 Ca, Mg, Ti, Zr 및 REM에 대해서, Ca, Mg 및 REM의 어느 하나가 0.001％ 이상, Ti 및 Zr의 어느 하나가 0.002％ 이상 함유되는 경우에는, 상기의 절삭 속도 영역에서의 HSS 공구를 이용한 절삭에서의 마무리 표면 성상의 저하가 현저해진다. 따라서, Ca, Mg, Ti, Zr 및 REM의 불순물 중의 함유량은, Ca：0.001％ 미만, Mg：0.001％ 미만, Ti：0.002％ 미만, Zr：0.002％ 미만 및 REM：0.001％ 미만으로 할 필요가 있다. 불순물 중의 상기 Ca, Mg, Ti, Zr 및 REM의 함유량은, Ca：0.0005％ 미만, Mg：0.0005％ 미만, Ti：0.0010％ 미만, Zr：0.0010％ 미만 및 REM：0.0005％ 미만인 것이 바람직하다.

또한, 이미 설명한 바와 같이 「REM」은, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소의 총칭이며, REM의 함유량은 상기 원소의 합계 함유량을 나타낸다.

「O/S」의 값：0.010 초과 0.080 미만인 것

전술한 범위의 C 내지 N까지의 원소를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지며, 불순물 중의 Ca, Mg, Ti, Zr 및 REM이, Ca：0.001％ 미만, Mg：0.001％ 미만, Ti：0.002％ 미만, Zr：0.002％ 미만 및 REM：0.001％ 미만인 강재는, 그 「O/S」의 값이 0.010 초과 0.080 미만인 경우에, 신선 가공을 비롯한 냉간에서의 가 공성이 양호하여 균열을 일으키는 일도 없고, 또한, 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 HSS 공구로의 절삭으로 원하는 마무리면 조도가 작은 뛰어난 표면 성상을 확보할 수 있다. 이하, 이것에 대해 설명한다.

MnS는 응고 과정에 있어서, Mn계 산화물을 생성 핵으로서 창출하고, 최종적으로 O를 고용한 형태가 된다. 그 때문에, 전술한 바람직한 MnS 형태나 분산 상태로 하기 위해서는, 응고가 빠른 단계에서 Mn계 산화물을 생성 핵으로서 형성시킬 필요가 있으므로, S의 함유량에 따라 O의 함유량을 높이지 않으면 안 된다.

한편, 본 발명에서 규정하는 상기의 낮은 C함유량에서는, C에 의한 탈산 효과를 별로 기대할 수 없기 때문에 O의 함유량이 많아지는 경향이 있고, O의 함유량이 너무 많아진 경우에는, 주물편에 블로우 홀이 생기거나, 신선 가공을 비롯한 냉간 가공 시에 균열을 유발하는 등의 문제가 생긴다.

따라서, 최종적으로 강재에 잔류되어야 할, O의 함유량은 S의 함유량에 따라 그 범위가 한정된다. 그리고, 「O/S」의 값이 0.010 이하인 경우, 전술한 바람직한 MnS의 형태나 분산 상태가 되지 않고, 양호한 마무리면 조도가 얻어지지 않는다.

한편, 「O/S」의 값이 0.080 이상인 경우에는, 생성하는 MnS량에 대해서 O의 양이 많아져 조대한 산화물이 형성되기 때문에, 신선 가공을 비롯한 냉간 가공 시에 균열을 유발하고, 냉간 가공성이 저하됨과 더불어 긴 거리를 절삭 가공한 경우의 마무리면 조도를 열화시킨다.

따라서, 「O/S」의 값은 0.010 초과 0.080 미만인 것, 즉, 상기 (1)식을 만 족할 필요가 있다. 또한, 상기의 식 「O/S」중의 원소 기호는, 그 원소의 질량％로의 강 중 함유량을 나타내고, 「O/S」의 값은 0.020~0.060인 것이 바람직하다.

「Mn/(S＋O)」의 값：2.5 초과 4.0 미만인 것

전술한 범위의 C 내지 N까지의 원소를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 Ca, Mg, Ti, Zr 및 REM이, Ca：0.001％ 미만, Mg：0.001％ 미만, Ti：0.002％ 미만, Zr：0.002％ 미만 및 REM：0.001％ 미만인 강재는, 그 「 Mn/(S＋O)」의 값이 2.5 초과 4.0 미만인 경우에, 양호한 열간 가공성을 가지므로, 연속 주조 시에 주물편의 내부 균열을 일으키는 일도 없고, 게다가 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 HSS 공구로의 절삭으로 원하는 마무리면 조도가 작은 뛰어난 표면 성상 및 양호한 칩 처리성을 확보할 수 있다. 이하, 이것에 대해 설명한다.

본 발명에서의 Mn의 작용 효과는 지극히 중요하고, 용제 시에 탈산 원소를 첨가하지 않는 저탄소 쾌삭강재에 있어서는, 탈산 처리는 주로 C나 Mn으로 행해지지만, 본 발명에서 규정하는 상기의 낮은 C함유량에서는, 전술과 같이 C에 의한 탈산 효과를 그다지 기대할 수 없기 때문에, Mn의 탈산 효과가 중요해진다. 또, 본 발명에서 규정하는 0.40％를 초과하는 높은 S를 함유하는 강재에 있어서는, FeS의 생성을 억제하여 열간 가공성의 저하를 억제하기 위해서 Mn의 함유량에 대한 충분한 배려가 필요하다.

즉, Mn은 탈산 시에 O과 반응하고, 그 후 S와 결합하여 FeS의 생성을 억제하며, 열간 가공성을 개선하는 작용을 가진다. 그리고, 「Mn/(S＋O)」의 값이 2.5를 초과하는 경우에는, 공업적 규모에서의 대량 생산에 적합한 충분한 열간 가공성을 확보할 수 있다. 그러나, 「Mn/(S＋O)」의 값이 2.5 이하인 경우에는, 충분한 열간 가공성을 얻을 수 없기 때문에, 연속 주조 설비로 대량 생산하는 경우에 내부균율 등의 문제가 생긴다.

한편, 「Mn/(S＋O)」의 값이 4.0 이상인 경우, 함유되는 S나 O에 대해서 과잉인 Mn이 포함되고, 소지에 고용하는 Mn의 양이 과잉이 되므로, 피삭성의 저하, 그 중에서도 칩 처리성의 저하 및 마무리면 조도의 상승에 의한 표면 성상의 저하를 초래한다. 또한, 실질적으로 Al, Si, Ca, Mg, Ti 및 REM을 함유하지 않는 본 발명에 따른 저탄소 유황 쾌삭강재에 있어서는, Mn은 탈산 원소로서 작용하기 때문에, 과잉인 Mn을 함유시키면, 충분한 양의 O을 얻을 수 없고, 또 과잉인 Mn은 강의 강도를 증가시키며, 높은 가공도로 냉간 가공한 경우에 경도가 급격하게 상승하므로 긴 거리를 절삭 가공한 경우에 양호한 마무리면 조도를 얻을 수 없게 된다.

따라서, 「Mn/(S＋O)」의 값은 2.5 초과 4.0 미만일 것, 즉 상기 (2)식을 만족할 필요가 있다. 또한, 상기의 식 「Mn/(S＋O)」중의 원소 기호는, 그 원소의 질량％로의 강 중 함유량을 나타내고, 「Mn/(S＋O)」의 값은 2.7 이상 3.5 미만인 것이 바람직하다.

상기의 이유로부터, 본 발명 (1)에 따른 저탄소 유황 쾌삭강재의 화학 조성은, 전술한 범위의 C로부터 N까지의 원소를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지며, 불순물 중의 Ca, Mg, Ti, Zr 및 REM이, Ca：0.001％ 미만, Mg：0.001％ 미만, Ti：0.002％ 미만, Zr：0.002％ 미만 및 REM：0.001％ 미만이고, 또한 상기의 (1)식 및 (2)식을 만족하는 것으로 규정하였다.

본 발명에 따른 저탄소 유황 쾌삭강재에는, 필요에 따라서, Fe의 일부 대신에, 후술하는 Te, Bi 및 Se 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 임의 첨가 원소로서 첨가하고, 함유시켜도 된다.

이하, 상기의 임의 첨가 원소에 관해서 설명한다.

Te：0.05％ 이하, Bi：0.15％ 이하 및 Se：0.30％ 미만

Te, Sn 및 Se는, 모두 피삭성을 개선하는 작용을 가진다. 이 때문에, 피삭성, 그 중에서도 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에 있어서, HSS 공구를 이용하여 절삭했을 때의 마무리 표면 성상 및 칩 처리성을 보다 한층 개선하고 싶은 경우에는 이하의 범위에서 함유해도 된다.

Te：0.05％ 이하

Te는, Mn과 더불어 Mn(S, Te)을 생성하고, HSS 공구를 이용한 절삭에서의 피삭성, 특히 마무리면 조도를 개선하는 효과를 가진다. 즉, Te를 첨가해도, 폭이 큰 Mn(S, Te)의 비율이 증가하는 것만으로 산화물 형태에는 영향이 없기 때문에, 상기의 절삭 속도 영역에서의 HSS 공구를 이용한 절삭에서의 피삭성, 그 중에서도 마무리 표면 성상이 향상된다. 이 효과를 얻기에는, 그 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Te를 0.05％를 초과하여 함유시켜도 그 효과가 포화되어 비용이 커지고, 열간 가공성도 열화된다. 따라서, 함유시키는 경우의 Te의 함유량을 0.05％ 이하로 하였다. 또한, 보다 안정되고 양호한 열간 가공성과 양호한 피삭성을 겸비시키기 위해서, Te의 함유량은 0.0005~0.03％로 하는 것이 바 람직하다. 보다 바람직한 Te의 함유량은, 0.003~0.03％이다.

Bi：0.15％이하

Bi는, Pb와 동일한 저융점 금속 개재물로서 취화 작용을 갖고, 강의 피삭성을 개선하는 효과를 가진다. 이 효과를 얻으려면, 그 함유량을, 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Bi를 0.15％를 초과하여 함유시켜도 그 효과가 포화되어 비용이 커지고, 열간 가공성도 열화된다. 따라서, 함유시키는 경우의 Bi의 함유량을 0.15％ 이하로 하였다. 또한, 보다 안정되고 양호한 열간 가공성과 양호한 피삭성을 겸비시키기 위해서, Bi의 함유량은 0.01~0.10％로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 Bi의 함유량은, 0.02~0.10％이다.

Se：0.30％ 미만

Se는, Mn과 더불어 Mn(S, Se)을 생성하고, HSS 공구를 이용한 절삭에서의 피삭성, 특히 마무리면 조도를 개선하는 효과를 가진다. 즉, Se를 첨가해도, 폭 4㎛ 이상의 Mn(S, Se)의 비율이 증가할 뿐으로 산화물 형태에는 영향이 없기 때문에, 상기의 절삭 속도 영역에서의 HSS 공구를 이용한 절삭에서의 피삭성, 그 중에서도 마무리 표면 성상이 향상된다. 이 효과를 얻으려면, 그 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Se를 0.30％ 이상 함유시켜도 그 효과가 포화되어 비용이 커지고, 열간 가공성도 열화된다. 따라서, 함유시키는 경우의 Se의 함유량을 0.30％ 미만으로 하였다. 또한, 보다 안정되고 양호한 열간 가공성과 양호한 피삭성을 겸비시키기 위해서, Se의 함유량은 0.0005~0.15％로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 Se의 함유량은, 0.005~0.15％이다.

상기의 Te, Bi 및 Se는, 어느 1종만, 혹은 2종 이상의 복합으로 첨가할 수 있다.

전술한 이유로부터, 본 발명 (2)에 따른 저탄소 유황 쾌삭강재의 화학 조성을, 본 발명 (1)에 따른 저탄소 유황 쾌삭강재의 Fe의 일부에 대신, Te：0.05％ 이하, Bi：0.15％ 이하 및 Se：0.30％ 미만 중 1종 이상을 함유하는 것으로 규정하였다.

또한, Cr, Mo, Cu 및 Ni는, 그 함유량이 각각, Cr：0.25％ 이하, Mo：0.10％ 이하, Cu：0.20％ 이하 및 Ni：0.20％ 이하의 범위라면 절삭성에는 거의 영향을 주지 않기 때문에, 불순물로서 허용할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 저탄소 유황 쾌삭강재에서의 냉간 가공 후의 Hv 경도와 그 한정 이유에 대해 설명한다.

냉간 가공 후의 Hv 경도：180~230

100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서, HSS 공구를 이용하여 긴 거리를 절삭 가공한 경우에, Pb를 첨가하지 않은 본 발명의 저탄소 유황 쾌삭강재에 원하는 피삭성, 즉 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재와 동등한 칩 처리성 및 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재와 비교하여 마무리면 조도가 작은 양호한 표면 성상을 구비시키기 위해서는, 냉간 가공을 이용하여 강재 자체를 취화시킬 필요가 있다.

즉, 본 발명에 따른 강재는, C의 함유량을 낮게 함으로써, 구성 날끝이 성장하기 위한 핵을 더욱 작게 하고, 결과적으로 구성 날끝의 크기를 억제하여 마무리 면 조도가 작은 양호한 표면 성상을 얻는 것을 목적으로 하는 것이기 때문에, 냉간 가공을 행하지 않은 상태에서는 연성이 높고, 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재와 비교하여 칩 처리성이 뒤떨어지는 경향이 있다.

따라서, 강재 자체를 취화시켜서 칩 처리성을 향상시키기 위해서 냉간 가공을 실시할 필요가 있고, 냉간 가공 후의 경도가 Hv 경도로 180 이상인 경우에 전술한 원하는 칩 처리성, 즉 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재와 동등한 칩 처리성이 얻어진다. 그러나, 냉간에서의 가공도가 크기 때문에 냉간 가공 후의 Hv 경도가 너무 커지고, 특히, 230을 초과하면, 마무리면 조도가 커져, 전술한 원하는 마무리 표면 성상, 즉 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재와 비교하여 마무리면 조도가 작은 양호한 표면 성상을 얻을 수 없다.

전술한 이유로부터, 본 발명에 따른 저탄소 유황 쾌삭강재는, 냉간 가공 후의 Hv 경도를 180~230으로 하였다.

또한, 냉간 가공 후의 Hv 경도가 180~230이 되면 좋기 때문에, 냉간 가공의 방법은 특별히 규정하는 것이 아니고, 예를 들어, 높은 진직도를 확보하기 위해서 실시되는 신선 가공 등 통상의 냉간 가공을 이용하면 된다.

본 발명에 따른 저탄소 유황 쾌삭강재는, 예를 들어, 다음과 같이 하여 공업적으로 대량 생산하는 것이 좋다.

우선, 본 발명에 따른 저탄소 유황 쾌삭강재를 연속 주조법에 따라 제조하는 경우에, 전로(轉爐) 등의 제강로로부터 레이들(ladle)로의 출강 단계 및 레이들에서의 슬래그 정련 단계에서의 상태를 조정한다.

구체적으로는, 레이들 정련 개시 시에 용강 중에 함유되는 Mn량을 1.5％ 미만, 바람직하게는 1.2％ 미만으로 조정한다. 이 단계에서 1.5％ 이상의 Mn을 용강 중에 함유시켜도, 최종적으로 상기한 범위 내로 조정하는 것은 가능하지만, 적절한 산화물 및 MnS의 형태를 얻기 위해서, 정련 개시 시에서의 Mn의 함유량을 상기와 같이 조정해 두는 것이 좋다. 이 Mn 함유량의 조정과 동시에, 정련 개시 시에서의 슬래그 중의 MnO의 함유량을 적절한 범위, 구체적으로는 25~40％의 범위로 조정하면 한층 좋다. 그리고, 정련의 후반부터 말기에, 합금철을 첨가하는 것에 의해서 소정의 Mn 함유량으로 하면 좋다.

다음, 적절한 MnS의 형태를 얻기 위해서, 주조 시의 냉각 속도를 조정한다.

즉, 주물편의 냉각 속도는, 표피 및 중심부에서 큰 차이가 있으므로, 바람직한 MnS 형태로 하기 위해서, 중심부에서의 냉각 속도를 적어도 1℃/분 이상으로 하여, 보다 바람직하게는 2℃/분 이상으로 하여 냉각하는 것이 좋다.

또한, 조괴법으로 강괴를 제조하는 경우는, 소형의 잉곳에 주조하는 경우와 같이, 냉각 속도가 빠른 경우에는, 강괴 중심부의 냉각 속도로 20℃/분 이하가 되도록 하면 좋다. 반대로, 거대한 잉곳에 주조하는 경우와 같이, 냉각 속도가 느린 경우에는, 중심부의 냉각 속도가 1℃/분 이상이 되도록 주형을 연구하면 좋다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 자세하게 설명한다.

(실시예 1)

고주파 유도로를 이용하여, 표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 강 1~16을 용제하고, 직경이 약 220㎜인 강괴를 제작하였다.

표 1 중의 강 1~8은, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 강(이하, 「본 발명예의 강」이라고 함)이고, 강 9~16은, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 조건에서 벗어난 비교예의 강이다. 또한, 비교예의 강 중 강 9는 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강에 상당하는 강이다.

상기 각 강의 강괴의 표면부에 가까운 Di/8부(단,「Di」는 강괴의 직경임)의 위치를 중심으로 하여, 강괴 높이 방향에서 직경 10㎜, 길이 130㎜의 고온 인장 시험편을 채취하고 열간 가공성을 조사하였다. 즉, 열간 가공 재현 시험 장치를 이용하여, 진공 중에서 1250℃로 고주파 가열하여 5분간 유지한 후, 10℃/분의 속도로 900℃까지 냉각하고, 10초 유지한 후, 변형 속도를 10초^-1로 하여 900℃에서 고온 인장 시험을 행하고, 열간 가공성을 조사하였다. 또한, 상기 막대형상 시험편의 가열 영역은, 길이 방향 중앙부의 약 20㎜로 하고, 고온 인장 시험 후에는 즉시 급냉하였다. 상기에 있어서, 고온 인장 시험의 온도로서 900℃를 선정한 것은, 일반적으로 저탄소 쾌삭강재의 경우에는, 900℃에서 열간 연성의 지표가 되는 고온 인장의 조리개 값이 극소가 되기 때문이다.

열간 가공성은 상기의 고온 인장 시험에서의 조임(％)으로 평가하였다. 또한, 열간 가공성의 목표는, 상기 고온 인장 시험에서 30％ 이상의 조리개 값을 갖는 것으로 하였다. 이것은, 0.4％를 초과하는 높은 S량을 함유시킨 강이어도, 상기의 조리개 값을 갖는 경우에는, 연속 주조 시에 내부 균열을 일으키는 일 없이 안정되게 주물편의 제조가 가능하기 때문이다.

또, 다음에 설명하는 방법으로 냉간 가공 후의 각 강의 Hv 경도 및 피삭성을 조사하였다.

즉, 각 강의 상기 직경이 약 220㎜인 강괴의 잔부를 1200℃까지 가열하여 2시간 이상 유지한 후, 마무리 온도가 1000℃ 이상이 되도록 열간 단조하고, 단조 후에 공냉을 행하여 직경 40㎜의 둥근막대를 제작하였다. 또한, 강 13은 조리개 값이 낮았기 때문에, 생산성이 뒤떨어진다고 판단하여, 이하의 조사를 실시하지 않았다.

다음, 상기의 직경 40㎜의 각 둥근 막대를 필링 가공하여 직경 31㎜의 둥근 막대로 하고, 여기에 냉간 드로잉 가공을 실시하였다. 또한, 예비 조사의 결과에 의거하여, 가공 후의 Hv 경도가 본 발명에서 규정하는 180~230을 만족하도록 감면율을 조정하여 드로잉 가공을 실시하고, 이 드로잉 가공한 둥근 막대를 이용하여 Hv 경도의 측정과 피삭성의 조사를 행하였다.

Hv 경도의 측정은 드로잉 가공한 둥근 막대의 Df/4(단,「Df」는 각 둥근 막대의 직경을 나타냄)부의 종단면 방향으로부터 시험편을 잘라내어 수지에 파묻고, 경면 연마한 후, 9.807N의 시험력으로 비커스 경도를 측정하였다. 또한, 각 강에 대해서 5점씩 측정을 행하고, 그 평균값을 Hv 경도로 하였다.

피삭성은, 상기의 냉간 드로잉 가공하여 얻은 각 둥근 막대를 공시재로 하여, 코팅 처리가 실시되어 있지 않은 HSS 공구, 구체적으로는, SKH4(JIS G 4403(2000))의 선삭용 칩을 이용하여 하기 조건으로 선삭하여, 마무리면 조도와 칩 처리성을 조사하였다.

·절삭 속도：100m/min,

·이송량：0.05mm/rev. ,

·절개 깊이 : 1.0㎜,

·윤활：수용성 윤활유를 이용한 습식 윤활.

마무리면 조도는, 상기 조건에서 절삭 거리로 100m, 700m, 1500m 및 2000m 절삭한 후의 표면을, 촉침식의 조도계를 이용하여 각 3점씩 측정하고, 상기 각 절삭 거리에서의 마무리면의 최대 조도 Rz 및 평균 조도 Ra를 구하며, 다시 그들을 평균한 것을, 긴 거리를 절삭 가공하는 경우의, 각 공시재의 마무리면의 최대 조도 Rz 및 평균 조도 Ra로서 평가하였다.

또, 칩 처리성은, 상기의 조건에서 절삭 거리로 100m 절삭하는 동안에 배출된 칩을 채취하고, 긴 칩으로부터 순서대로 20개의 질량을 측정하며, 그 질량으로 평가를 행하였다. 즉, 이 질량이 작은 값일수록 칩 처리성이 양호하기 때문에, 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재에 상당하는 강 9와 동등한 5.0g 이하인 경우에, 칩 처리성이 양호하다고 판단하였다. 또한, 칩 처리성이 나쁘고, 긴 칩이 배출된 결과, 20개의 칩이 얻어지지 않은 것에 대해서는, 그 개수와 질량으로부터 20개 당 질량으로 환산하였다.

표 2에, 상기의 각 시험 결과를 정리하여 나타낸다.

표 2에서의 「열간 가공성」란의 「○」는 고온 인장 시험에서 30％ 이상의 조리개 값을 갖고 열간 가공성이 양호한 것을, 「×」는 고온 인장 시험에서의 조리개 값이 30％를 하회하고 열간 가공성이 낮은 것을 나타낸다.

또, 표 2에서의 「칩 처리성」란의 「○」는 칩의 질량이 5.0g 이하로 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재에 상당하는 강 9와 동등한 칩 처리성을 갖는 것을, 또한, 「×」는 칩의 질량이 5.0g을 하회하고 칩 처리성이 상기 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강에 상당하는 강(9)보다 뒤떨어진 것을 나타낸다. 표 2 중의 강 13에서의 「-」는, 열간 연성이 낮았기 때문에, 생산성이 뒤떨어진다고 판단하고 조사를 실시하지 않은 것을 나타낸다.

표 2로부터, 본 발명에 따른 저탄소 유황 쾌삭강재는, Pb를 포함하지 않음에도 불구하고, 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서, HSS 공구를 이용하여 긴 거리를 절삭 가공한 경우라도, 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재와 동등한 칩 처리성을 가짐과 더불어 상기 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재와 비교하여 마무리면 조도가 작은 양호한 표면 성상을 갖는 것이 분명하다. 또한, 그 열간 가공성은 양호하고, 연속 주조에 의한 공업적 대량 생산을 행하는 경우에도 아무런 문제가 없는 것인 것도 분명하다.

이것에 대해서, 본 발명에서 규정하는 조건에서 벗어난 비교예의 강재는, 칩 처리성, 마무리 표면 성상 및 열간 가공성 중 적어도 하나가 본 발명에 따른 저탄소 유황 쾌삭강재에 비해 뒤떨어지고 있다.

(실시예 2)

고주파 유도로를 이용하여, 표 3에 나타내는 화학 조성을 갖는 강 17 및 강 18를 용제하고, 직경이 약 220㎜인 강괴를 제작하였다.

또한, 강 17은, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 강이다. 한편, 강 18은, 화학 조성 중 C의 함유량이 본 발명에서 규정하는 조건에서 벗어난 강으로, 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강에 상당하는 강이다. 또한, 상기 2개의 강은, 그 S함유량이 거의 동일한 레벨이 되도록 조정하였다.

양 강의 상기 직경이 약 220㎜인 강괴를 1200℃까지 가열하여 2시간 이상 유지한 후, 마무리 온도가 1000℃ 이상이 되도록 열간 단조하고, 단조 후에 공냉을 행하여 직경 40㎜의 둥근 막대를 제작하였다.

다음, 상기의 직경 40㎜의 각 둥근 막대를 필링 가공하여 직경 31㎜의 둥근 막대로 하고, 표 4에 나타내는 각 감면율로 냉간 드로잉 가공을 실시하고, 그 드로잉 가공한 각 둥근 막대를 이용하여 Hv 경도의 측정과 피삭성의 조사를 행하였다. 또한, 감면율이 40％를 초과하는 경우에는, 2단 드로잉(2패스)에 의해서 둥근 막대를 제작하였다.

Hv 경도의 측정은 드로잉 가공한 둥근 막대의 Df/4(단, 「Df」는 각 둥근 막대의 직경을 나타냄)부의 종단면 방향에서 시험편을 잘라내어 수지에 파묻고, 경면 연마한 후, 9.807N의 시험력으로 비커스 경도를 측정하였다. 또한, 각 드로잉 가공 조건의 것에 대해서 5점씩 측정을 행하고, 그 평균값을 Hv 경도로 하였다.

피삭성은, 상기의 냉간 드로잉 가공하여 얻은 각 둥근 막대를 공시재로 하여 코팅 처리가 실시되어 있지 않은 HSS 공구, 구체적으로는, SKH4(JIS G 4403(2000))의 선삭용 칩을 이용하여 하기 조건으로 선삭하고, 마무리면 조도와 칩 처리성을 조사하였다.

·절삭 속도：100m/min,

·이송량：0.05mm/rev, ,

·절개 깊이：1.0㎜,

·윤활：수용성 윤활유를 이용한 습식 윤활.

마무리면 조도는, 상기 조건에서 절삭 거리로 100m, 700m, 1500m 및 2000m 절삭한 후의 표면을, 촉침식 조도계를 이용하여 각 3점씩 측정하고, 상기 각 절삭 거리에서의 마무리면의 최대 조도 Rz 및 평균 조도 Ra를 구하고, 다시 그들을 평균한 것을, 긴 거리를 절삭 가공하는 경우의, 각 공시재의 마무리면의 최대 조도 Rz 및 평균 조도 Ra로서 평가하였다.

또, 칩 처리성은, 상기의 조건에서 절삭 거리로 100m 절삭하는 동안에 배출된 칩을 채취하고, 긴 칩으로부터 순서대로 20개의 질량을 측정하며, 그 질량으로 평가를 행하였다. 즉, 이 질량이 작은 값일수록 칩 처리성이 양호하기 때문에, 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강에 상당하는 강 18과 동등한 5.0g 이하인 경우에, 칩 처리성이 양호하다고 판단하였다. 또한, 칩 처리성이 나쁘고, 긴 칩이 배출된 결과, 20개의 칩이 얻어지지 않은 것에 대해서는, 그 개수와 질량으로부터 20개 당 질량으로 환산하였다.

표 4에, 상기의 각 시험 결과를 함께 나타낸다. 또, 도 1 및 도 2에, 각각, 드로잉 가공 후의 Hv 경도와 마무리면의 최대 조도 Rz 및 평균 조도 Ra의 관계를 정리하여 나타낸다. 또한, 상기의 각 도면에서는, 강 17의 결과를 「발명예」로서●표시로, 강 18의 결과를 「비교예」로서 □표시로 표기하였다.

표 4, 도 1 및 도 2로부터, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 강이라도, 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서, HSS 공구를 이용하여 긴 거리를 절삭 가공한 경우에, 양호한 칩 처리성 및 마무리면 조도 가 작은 뛰어난 표면 성상을 얻으려면, 냉간 가공 후의 Hv 경도를 본 발명에서 규정하는 범위 내로 조정할 필요가 있는 것이 분명하다.

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

본 발명의 강재는, Pb 비첨가의 「지구 환경에 뛰어난 쾌삭강재」임에도 불구하고, 100m/min 이하의 비교적 저속 영역에서의 습식 조건 하에서, HSS 공구를 이용하여 긴 거리를 절삭 가공한 경우라도, 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재와 동등한 칩 처리성을 가짐과 더불어 상기 종래의 Pb 비첨가의 쾌삭강재와 비교하여 마무리면 조도가 작은 양호한 표면 성상을 확보할 수 있고, 게다가 연속 주조성이 뛰어나기 때문에 저렴하게 대량 생산할 수 있다. 따라서, 자동차용 브레이크 파트, PC 주변 기기 부품 및 전기 기기 부품 등 연질의 소부품의 소재로서 이용할 수 있다.

Claims (2)

1. 질량％로, C：0.05％ 미만, Si：0.05％미만, Mn：0.7~2.2％, P：0.03~0.20％, S：0.40％ 초과 0.70％ 미만, Al：0.005％ 미만, 0：0.0050％ 이상 0.0380％ 미만, N：0.0020~0.0250％를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지며, 불순물 중의 Ca, Mg, Ti, Zr 및 REM이, Ca：0.001％ 미만, Mg：0.001％ 미만, Ti：0.002％ 미만, Zr：0.002％ 미만 및 REM：0.001％ 미만으로, 하기 식 (1)식 및 (2)식을 만족하고, 또한 냉간 가공 후의 비커스 경도가 180~230인 것을 특징으로 하는 피삭성이 뛰어난 저탄소 유황 쾌삭강재.

   0.010＜0/S＜0.080…(1)

   2.5＜Mn/(S+0)＜4.0…(2)

   단, (1)식 및 (2)식 중의 원소 기호는, 그 원소의 질량％에서의 강 중 함유량을 나타낸다.
2. 청구항 1에 있어서,

   Fe의 일부 대신에, 질량％로, Te：0.05％ 이하, Bi：0.15％ 이하 및 Se：0.30％ 미만 중 1종 이상을 함유하는 저탄소 유황 쾌삭강재.

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