KR20160111486A - 고주파 ??칭용 강재 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재는, 화학 성분이, 소정량의 합금 원소를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고, Al×N이 0.000330 ~ 0.000825이고, Mn/S가 4.6 ~ 14.0이고, 피삭성 지수 M이 15.5 ~ 25.65이고, 직경의 1/4의 개소에 있어서, 원 상당 직경 200㎚ 초과인 AlN의 면적률이, 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률의 20% 이하이고, 직경의 1/4의 개소에 있어서, 최대 직경이 0.3㎛ 이상 10㎛ 이하인 Mn 황화물계 개재물의 개수 밀도가 100개/㎟ 이상 2500개/㎟ 이하이다.

Description

고주파 ??칭용 강재{STEEL MATERIAL FOR INDUCTION HARDENING}

본 발명은, 피삭성이 우수한 고주파 ??칭용 강재에 관한 것으로, 특히 자동차, 건설 기계, 농기계, 발전용 풍차, 그 외의 산업 기계 등에 사용되고 있는 동력 전달 부품(예를 들어, 기어, 베어링, CVT 시브 및 샤프트 등)에 사용되는, 고주파 ??칭을 적합하게 적용 가능한 강에 관한 것이다.

본원은, 2014년 2월 24일에, 일본에 출원된 일본특허출원 제2014-033352호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 기어 등의 동력 전달 부품은, 표면 경화 처리를 실시하고 나서 사용되는 경우가 많다. 표면 경화법으로서는, 침탄, 질화 및 고주파 경화 등이 채용되고 있다. 이 중에서, 「침탄」은 재료 중심부의 인성을 유지하고, 또한 재료의 표층만을 고탄소화함으로써 경화시키는 것을 목적으로 하는 것이다. 주로 침탄 처리는, 피로 강도의 향상을 목적으로 하여, 기어, 및 자동차용 CVT 및 CVJ의 부품 등의 재료에 적용된다. 그러나, 현재 주로 채용되는 침탄 처리 방법은, 가스 분위기 중에서의 뱃치 처리를 필요로 하며, 이 뱃치 처리는, 부품 온도를 예를 들어 930℃ 근방에서 수시간 이상 유지하는 것을 필요로 한다. 따라서, 침탄 처리에 있어서는 많은 에너지와 비용이 소비된다. 또한, 실제 조업에 있어서는, 침탄재의 처리 등을 위해 환경의 악화를 수반하는 경향이 있는 등의 문제 외에, 인라인화가 곤란하다고 하는 문제도 있었다.

따라서, 이들 문제의 해결을 위해서, 고주파 ??칭 처리만으로 원하는 강도 특성을 얻기 위한 연구가 이루어지게 되었다. 왜냐하면, 고주파 ??칭 처리는, 침탄 처리와 비교해서 표면 경화 처리 시간이 짧고, 소비 에너지가 적으며, 따라서 환경 부하의 저감을 위해 매우 유리하기 때문이다. 그러나, 고주파 ??칭 처리에 의해 필요한 표면 경도를 얻기 위해서는, 고주파 ??칭 처리에 제공하는 강(고주파 ??칭용 강재)의 C 함유량을 높이지 않으면 안된다고 하는 문제가 있다. 강의 C 함유량을 높인 경우, 고주파 경화 전의 강의 피삭성이 저하된다.

침탄해서 부품을 제조하는 경우에 사용되는 강으로서는, C 함유량이 0.18 ~ 0.23질량%인 JIS SCr420 또는 JIS SCM420 등의, C 함유량이 0.2% 전후의 소위 기소강이 사용되고 있다. 이 기소강과 같은 C 함유량이 낮은 강을 부품의 재료로서 사용하는 최대의 이유는, 피삭성의 확보이다. C 함유량이 낮은 기소강의 경도는 낮으며, 따라서 이 기소강의 피삭성은 높다. 따라서, 침탄 공정을 포함하는 제조 방법을 기소강에 적용한 경우, 침탄 전에는 용이하게 형상 가공을 행할 수 있고, 침탄 후에는 표면 경도가 높아져서 고강도의 부품이 얻어진다.

그러나, 고주파 경화되는 부품에 대해서 적절한 표면 경도를 얻기 위해서는, 강 자체의 C 함유량을 적어도 0.4% 이상으로 해야만 한다. 이 경우, 절삭 전의 강의 경도가 높아져서, 피삭성이 열화되어 버린다. 침탄을 고주파 경화로 대체하기 위해서는, C 함유량이 증가해서 강이 단단해져도 피삭성이 좋은 강이 필요하다. 즉, 종래는 침탄을 사용해서 제조되고 있던 부품을, 고주파 ??칭을 사용해서 제조할 것을 시도하는 경우, 최대의 과제는 강의 피삭성이라고 할 수 있다.

고주파 ??칭용 강재에 관한 종래 기술은 이하와 같다. 특허문헌 1에는, 고주파 ??칭용 강재에 관한 발명이며, Si 함유량을 0.50% 이하로 제한하고, Al 함유량을 0.10% 이하로 제한하고, 또한 고주파 경화 전의 조직에 있어서 마르텐사이트의 면적률을 70% 이상으로 제어하는 강이 개시되어 있다. 이 방법에 따르면, 고주파 경화 후의 강의 강도는 현저하게 향상된다. 그러나, 특허문헌 1의 강의 고주파 경화 전의 가공성, 특히 피삭성은 낮다.

특허문헌 2는, 피삭성이 우수한 고주파 ??칭용 강재를 제안하고 있다. 특허문헌 2는, 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트의 면적률을 적절하게 제어하고, 페라이트 결정립의 평균 종횡비와 페라이트 결정립의 입자간 거리를 특정한 범위 내로 제어하고, 또한 특정량의 Al과 B의 첨가를 필수로 함으로써, 피삭성을 향상시키는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 2의 강은, 페라이트의 면적률이 적으므로, 내부 경도가 높다. 내부 경도는 고주파 경화의 전후에서 변화하지 않으므로, 내부 경도가 높은 강은, 고주파 경화 전의 절삭 가공 시의 경도가 높은 것이다. 이러한, 경도가 높은 강에서는, 절삭 시에 공구의 절결 등의 절손이 발생할 가능성이 높으므로, 특허문헌 2에 개시된 강은, 적용할 수 있는 절삭 조건이 제한되며, 생산성을 저하시키는 경우가 있는 것이라고 생각된다.

특허문헌 3에서는, Al 함유량을 높임으로써 고주파 ??칭용 강재의 피삭성을 향상시키는 기술이 제안되고 있다. 그러나 특허문헌 3에서는, 발명강의 피삭성과 기소강의 피삭성의 비교 검토가 이루어져 있지 않다. 따라서, 특허문헌 3에 개시된 기술을 사용해서 기소강과 동일 정도로 양호한 피삭성이 얻어질지 여부는 불분명하다.

일본특허공개 제2007-131871호 공보 일본특허공개 제2012-219334호 공보 일본특허 제4659139호 공보

「쾌삭강의 피삭성에 미치는 재료 인자」 야구치 히로시, 열처리 41권 4호, P193 「황화물 형태 제어형 쾌삭강의 피삭성에 미치는 황화물 형태의 영향」 하야이시 마사카즈 등, CAMP-ISIJ, Vol. 15, (2002), P583

본 발명은, 상기에 기재한 종래의 발명의 결점을 개선하여, 피삭성이 우수하고, 또한 고주파 경화 후에 높은 표면 경도를 발휘하는 고주파 ??칭용 강재를 제공하는 것을 과제로 한다. 특히, 자동차, 건설 기계, 농기계, 발전용 풍차, 그 외의 산업 기계 등에 사용되고 있는 동력 전달 부품(예를 들어, 기어, 베어링, CVT 시브 및 샤프트 등)에 사용되는 부품의 제조 공정에 포함되는 침탄 처리를 고주파 ??칭 처리로 전환하기 위해서 적합한, 피삭성이 우수한 고주파 ??칭용 강재를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구했다. 먼저, 특히 피삭성에 미치는 영향이 크다고 생각되는 Al 및 S에 주목하여, 문헌 조사 및 실험에 의한 연구를 행하였다.

S에 관해서는, 비특허문헌 1 및 비특허문헌 2에, 하기 (a)에 나타내는 것이 기재되어 있다. 또한, Al에 관해서는, 특허문헌 3에, 하기 (b)에 나타내는 것이 기재되어 있다.

(a) S를 강에 함유시킴으로써, 강의 피삭성이 향상된다. S를 강에 함유시킨 경우, Mn 황화물계 개재물(이하, MnS 개재물이라 칭하는 경우가 있다)과 모상의 계면에 발생한 보이드가, 절삭 전단 영역(절삭에 의해 전단 변형을 받는 영역)에서 응력 집중을 일으킴으로써 절삭 에너지를 저하시키는 효과가 얻어지기 때문이다. 공구 상으로의 MnS 개재물의 부착이 관찰되지 않는 경우가 많으므로, S를 함유시킴으로써 발생하는 피삭성 향상 효과는, 주로 보이드 형성에 의해 초래된다고 생각된다.

MnS 개재물의 크기가 피삭성에 미치는 영향을 이하에 설명한다. VL1000이라고 하는 지표로 표현되는 피삭성은, 통상 MnS 개재물의 평균 입경이 커질수록 향상된다. MnS 개재물이 클수록, 절삭 전단 영역 내에 있어서, MnS 개재물과 모상의 계면에 생성하는 보이드가 생성되기 쉬워지기 때문이라고 생각된다.

(b) Al이 강 중에 고용 상태로 존재하는 경우, 절삭 중에, 고용 Al과 산소가 반응해서 경질의 Al 산화물의 피막을 공구 상에 형성하고, 이 피막이 공구의 마모를 억제한다. 따라서, 강 중에 함유된 Al은, 강을 절삭하기 위해서 사용되는 공구의 수명을 현저하게 개선한다.

이와 같이, 강 중의 MnS 개재물의 사이즈를 크게 해서 절삭 전단 영역에서의 보이드의 생성을 조장하는 것 및 강에 Al을 첨가해서 공구 상에 Al 산화물 피막을 형성해서 공구 마모를 억제하는 것이, 강의 피삭성을 향상시키기 위해서 유효하다고 생각되고 있었다. 그러나, 이들 기술만으로, 고주파 ??칭용 강재의 피삭성을 충분히 향상시킬 수는 없다. 고주파 경화 후에 충분한 표면 경도를 얻기 위해서는, 고주파 ??칭용 강재의 C 함유량을 0.40질량% 이상으로 할 것이 요구된다. 상술한 기술에서는, 0.40질량% 이상의 C를 포함하는 강의 피삭성을 충분히 향상시킬 수 없다. 발명자들은 다양한 실험을 더욱 거듭하는 것으로, 이하의 지견을 얻었다.

(A) Al과 S의 양쪽을 함유시킴으로써, 피삭성은 대폭으로 향상된다. 이 Al 및 S의 복합 효과는, 상기 MnS 개재물의 피삭성 개선 효과와 Al의 피삭성 개선 효과의 단순한 합산은 아니다. 본 발명자들은, 공구 상에 Al 산화물 피막이 존재하는 경우, S를 소정량 더 함유시키면, 공구 상으로의 MnS 개재물의 부착이 촉진되는 것을 알아냈다. Al 및 S의 양쪽이 강에 포함되어 있는 경우, Al이 공구 상에 Al 산화물 피막을 형성하여 공구 마모를 억제하는 효과에 더하여, Al 및 S의 복합 효과, 즉 Al 산화물 피막이 MnS 개재물의 공구 상으로의 부착을 촉진하는 효과도 얻어진다. 이 복합 효과에 의해, 공구와 절삭 칩의 계면에서의 윤활성이 비약적으로 높아진다. 본 발명자들은, SEM-EDS, AES 및 TEM-EDS 등을 사용하여, 절삭 후의 공구를 상세히 조사함으로써, 상술한 복합 효과를 찾아냈다. 또한, 본 발명자 등은, 이하에 설명하는 이유 (B)에 의해, 단순히 Al 및 S의 양쪽을 강에 함유시켰다 하더라도 복합 효과를 충분히 얻지 못하는 경우도 알아냈다.

(B) 강에 Al과 S와의 양쪽을 함유시키는 경우, (a)에 기재되어 있는 통상의 경우와는 반대로, 강 중의 MnS 개재물의 평균 입경이 작은 쪽이, 강의 피삭성이 양호해진다. 왜냐하면, MnS 개재물의 평균 입경을 작게 함으로써, MnS 개재물의 개수 밀도가 증대하고, MnS 개재물과 공구가 접촉하는 횟수가 증대하고, MnS 개재물에 의한 윤활성 향상 효과가 높아지기 때문이다. (A)에 나타낸 바와 같이, Al과 S의 양쪽을 함유하는 강에서는, 절삭 전단 영역에서의 보이드의 생성이 아니고, 공구와 절삭 칩의 계면에서의 윤활성 부여가, MnS 개재물에 의한 피삭성 향상 기구의 주된 원인이 된다. MnS 개재물이 작은 경우, 응력 집중 효과가 작으므로, 보이드 생성에 기초하는 피삭성 향상 효과는 억제된다. 한편, MnS 개재물의 사이즈가 작은 경우, MnS양당 MnS 개재물의 개수 밀도가 증가하므로, 공구와 MnS 개재물의 접촉 빈도가 증가하여, 공구와 절삭 칩의 계면에서의 윤활성이 증대한다.

이와 같이, Al과 S의 양쪽을 함유하는 것과, MnS의 미세화에 의해, Al 산화물 피막을 공구 상에 형성해서 공구 마모를 억제하는 것에 더하여, 공구와 강의 계면에서의 윤활성을 높여서 피삭성을 크게 향상시킬 수 있다. 본 발명자들에 의해 발견된 이들 사항은, 종래에 없는 기술이다.

또한 본 발명자들은, MnS의 미세화가, 주조 시의 냉각 속도의 제어와, Mn 및 S의 비의 제어에 의해 달성되는 것을 알아냈다.

또한, 본 발명자들은, 피삭성을 향상시키기 위해서 Al 함유량을 증가시킨 경우, 조대 AlN이 강 중에 생성되기 쉬워지고, 이 조대 AlN이 절삭 공구의 수명을 단축시켜서, 강의 피삭성을 저하시키는 것을 알아냈다. 본 발명자들은, 강의 Al 함유량과 N 함유량의 곱을 적정한 범위 내로 하고, 또한 강의 열간 압연 전에 강에 용체화 처리를 행함으로써, 조대 AlN의 개수를 감소시켜서 강의 피삭성을 향상시켜지는 것을 알아냈다.

또한 본 발명자들은, 이 기술이 적용된 고주파 ??칭용 강재의 피삭성을, 기소강과 동등하게 하기 위한 방법을 검토했다. 그 결과, 본 발명자들은, 상술한 기술에 더하여, 또한 하기 식 (3)을 만족하도록 강의 화학 성분을 제어함으로써, 기소강과 동등 이상의 피삭성을 갖는 고주파 ??칭용 강재가 얻어지는 것을 알아냈다.

15.5≤(-1.40×Al+0.0175)×(214×(C+(1/7)×Si+(1/5)×Mn+(1/9)×Cr)-211)≤25.65 … (3)

여기서, Al, C, Si, Mn, Cr은, 각 원소의 강 중 함유량(질량%)이다.

본 발명은 상기 지견에 기초해서 완성된 것이다. 즉, 본 발명이 그 요지로 하는 바는 이하와 같다.

(1) 본 발명의 일 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재는, 화학 성분이, 질량%로, C: 0.40 ~ 0.60%, Si: 0.01 ~ 1.4%, Mn: 0.2 ~ 1.0% 미만, Cr: 0.01 ~ 0.5% 미만, Al: 0.11 ~ 0.17%, S: 0.03 초과 ~ 0.07%, N: 0.0030 ~ 0.0075%, P: 0.05% 미만, B: 0 ~ 0.005%, Mo: 0 ~ 0.2%, Ni: 0 ~ 1.0%, Cu: 0 ~ 1.0%, Ca: 0 ~ 0.005%, Mg: 0 ~ 0.005%, Zr: 0 ~ 0.005%, Rem: 0 ~ 0.005%, Ti: 0 ~ 0.2%, Nb: 0 ~ 0.2%, V: 0 ~ 0.35%, Sb: 0 ~ 0.015%, Te: 0 ~ 0.2%, Pb: 0 ~ 0.5% 및 Bi: 0 ~ 0.5%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고, 상기 화학 성분이 식 (A) 내지 (C)를 충족하고, 직경의 1/4의 개소에 있어서, 원 상당 직경 200㎚ 초과인 AlN의 면적률이, 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률의 20% 이하이고, 상기 직경의 1/4의 개소에 있어서, 최대 직경이 0.3㎛ 이상 10㎛ 이하인 Mn 황화물계 개재물의 개수 밀도가 100개/㎟ 이상 2500개/㎟ 이하이다.

0.000330≤Al×N≤0.000825 … (A)

4.6≤Mn/S≤14.0 … (B)

15.5≤(-1.40×Al+0.0175)×(214×(C+(1/7)×Si+(1/5)×Mn+(1/9)×Cr)-211)≤25.65 … (C)

상기 식 (A), 상기 식 (B) 및 상기 식 (C)에 포함되는 기호 「C」, 「Si」, 「Mn」, 「Cr」, 「Al」, 「N」 및 「S」각각은, C, Si, Mn, Cr, Al, N 및 S의 함유량을 단위 질량%로 나타낸다.

(2) 상기 (1)에 기재된 고주파 ??칭용 강재는, 상기 화학 성분이, 질량%로, B: 0.0003 ~ 0.005%, Mo: 0.01 ~ 0.2%, Ni: 0.05 ~ 1.0% 및 Cu: 0.05 ~ 1.0% 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고주파 ??칭용 강재는, 상기 화학 성분이, 질량%로, Ca: 0.0003 ~ 0.005%, Mg: 0.0003 ~ 0.005%, Zr: 0.0003 ~ 0.005% 및, Rem: 0.0003 ~ 0.005% 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 고주파 ??칭용 강재는, 상기 화학 성분이, 질량%로, Ti: 0.005 ~ 0.2%, Nb: 0.005 ~ 0.2% 및V: 0.005 ~ 0.35% 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 고주파 ??칭용 강재는, 상기 화학 성분이, 질량%로, Sb: 0.0003 ~ 0.015%, Te: 0.0003 ~ 0.2%, Pb: 0.01 ~ 0.5% 및, Bi: 0.01 ~ 0.5% 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

본 발명에 따르면, 피삭성이 우수하고, 또한 고주파 경화 후에 우수한 표면 경도를 발휘하는 고주파 ??칭용 강재를 제공할 수 있다. 이에 의해 침탄을 대체해서 고주파 경화에 의해 동력 전달 부품을 제조할 수 있는 고주파 ??칭용 강재를 제공할 수 있다.

도 1은 강의 경도(HV)와, 강의 피삭성을 나타내는, 공구 수명까지의 절삭 거리(m)의 관계, 및 그 관계에 강 중 Al 함유량이 미치는 영향을 도시하는 도면이다.

먼저, 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재의 화학 성분이 갖는 각 합금 원소의 함유량을 한정하는 이유에 대해서 설명한다. 이하, 합금 원소의 함유량의 한정 이유의 설명에 있어서, 특별히 단서가 없는 한 「%」는 「질량%」를 의미한다.

(C: 0.40 ~ 0.60%)

C는, 강의 강도와, 고주파 경화 후의 강의 표면 경도를 확보하기 위해서 함유시키는 원소이다. C의 함유량이 0.40% 미만인 경우, 상기 효과를 얻지 못하고, 한편, C의 함유량이 0.60%보다 많은 경우, 강의 인성이 열화된다. 또한, C의 함유량이 0.60%보다 많은 경우, 강의 경도가 상승함으로써, 피삭성 및 단조 시 등의 가공성도 현저하게 열화된다. 이로 인해, C 함유량은, 0.40% ~ 0.60%로 한다. 상술한 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, C 함유량의 하한값은, 0.45%, 0.50% 또는 0.55%로 하는 것이 바람직하다.

(Si: 0.01 ~ 1.4%)

Si는, 제강 시의 탈산에 기여함과 함께, 강의 강도 향상에 기여하는 원소이다. Si의 함유량이 0.01% 미만인 경우, 상술한 탈산 효과 및 강도 향상 효과를 얻지 못한다. 한편, Si의 함유량이 1.4%를 초과하는 경우, 강의 인성 및 연성이 저하된다. 또한, Si의 함유량이 1.4%를 초과하는 경우, 경질 개재물이 강 중에 생성하여, 강의 피삭성을 저하시킨다. 이로 인해, Si 함유량은, 0.01% ~ 1.4%로 한다. 바람직한 Si 함유량의 하한값은, 0.05%, 0.10% 또는 0.15%이고, 바람직한 Si 함유량의 상한값은, 0.7%, 0.4% 또는 0.3%이다.

(Mn: 0.2 ~ 1.0% 미만)

Mn은, 강의 경화성을 높이는 효과를 가지므로, 고주파 경화 시에 마르텐사이트 조직을 얻기 위해서 유효한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서, Mn을 0.2% 이상 함유시킬 필요가 있다. 또한, 함유되는 Mn의 일부는 MnS를 형성하고, 강의 피삭성을 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위해서, 후술하는 식 (2)를 만족하도록 Mn을 함유시킬 필요가 있다. 한편, 1.0% 이상의 Mn을 함유시킨 경우, 강의 경도가 상승함으로써, 강의 인성이 저하되고, 또한 피삭성 및 단조 시 등의 가공성이 현저하게 열화된다. 따라서, Mn 함유량을 0.2 ~ 1.0% 미만의 범위로 할 필요가 있다. 바람직한 Mn 함유량의 하한값은 0.3%, 0.35% 또는 0.4%이고, 바람직한 Mn 함유량의 상한값은 0.9%, 0.7% 또는 0.5%이다.

(Cr: 0.01 ~ 0.5% 미만)

Cr은, 강의 경화성을 높이는 효과를 갖는다. 또한, Cr은, 템퍼링 연화 저항을 강에 부여하고, 이에 의해 강의 피로 강도를 향상시킨다. Cr 함유량이 0.01% 미만인 경우, 이들의 효과를 얻지 못한다. 한편, Cr 함유량이 0.5% 이상인 경우, Cr 탄화물이 생성되어 강이 취화한다. 또한, Cr 함유량이 0.5% 이상인 경우, 시멘타이트 중에 Cr이 농화해서 시멘타이트가 안정화됨으로써, 고주파 경화 시의 탄화물의 오스테나이트에의 용해가 저해되어, 경화층의 경도 불균일이 발생한다. 따라서, Cr양을 0.01 ~ 0.5% 미만으로 할 필요가 있다. 바람직한 Cr 함유량의 하한값은 0.05% 또는 0.1%이고, 바람직한 Cr 함유량의 상한값은 0.4%, 0.3% 또는 0.2%이다.

(Al: 0.11 ~ 0.17%)

Al은 강의 탈산에 유효한 원소이다. 또한 Al은, 전술한 바와 같이, S와 동시에 함유시킴으로써 강의 피삭성을 대폭으로 향상시키는 원소이다. Al 함유량이 0.11% 미만인 경우, 절삭 시에 공구 상에 생성되는 Al 산화물의 양이 적으므로, 공구 마모를 억제하기에 충분한 Al 산화물 피막을 얻을 수 없다. 한편, Al 함유량이 0.17%를 초과하는 경우, 피삭성 향상의 효과가 포화할 뿐만 아니라, 강 중에 조대한 Al계 개재물이 생성되기 쉬워져, 피삭성이나 피로 강도가 저하된다. 따라서, Al의 함유량은 0.11% ~ 0.17%로 한다. 바람직한 Al 함유량의 하한값은 0.12% 또는 0.13%이고, 바람직한 Al 함유량의 상한값은 0.16%, 0.15% 또는 0.14%이다.

(S: 0.03% 초과 ~ 0.07%)

S는 Mn과 결합해서 MnS를 형성하고, 그 함유량에 비례해서 피삭성을 향상시키는 효과를 갖는다. 또한, 전술한 바와 같이, Al과 S를 동시에 함유시킴으로써, MnS가 공구 상에 부착되어 공구 표면의 윤활성을 향상시켜, 피삭성을 대폭으로 향상시킨다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, S를 0.03%를 초과해서 함유시킬 필요가 있다. 한편, 0.07%를 초과해서 S를 함유시키면, 형성된 과잉량의 MnS가 피로 균열의 전파 경로가 됨으로써, 강의 피로 강도 및 인성 등이 크게 저하된다. 따라서, S 함유량을 0.03 초과 ~ 0.07%의 범위로 할 필요가 있다. 바람직한 S 함유량의 하한값은 0.035%, 0.040% 또는 0.045%이고, S 함유량의 바람직한 상한값은 0.060%, 0.055 또는 0.050%이다.

(N: 0.0030 ~ 0.0075%)

N은, 강 중에서 Al 및 V 등과 결합하여, 질화물 및/또는 탄질화물을 형성한다. 이들 질화물 및/또는 탄질화물은, 오스테나이트 결정립계를 피닝함으로써 입성장을 억제하여, 조직의 조대화를 방지하는 작용이 있다. 이 효과를 얻기 위해서는, N을 0.0030% 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, 0.0075%를 초과해서 과잉으로 N을 함유시키면, 1000℃ 이상의 고온 영역에 있어서의 강의 연성이 저하된다. 이 연성 저하는, 강의 연속 주조 및 압연 시의 수율 저하의 원인이 된다. 또한, 조대한 AlN은 강의 피삭성을 저하시킨다. 이로 인해, N 함유량을 0.0030 ~ 0.0075%로 할 필요가 있다. N 함유량의 적합한 하한값은 0.0035%, 0.0040% 또는 0.0045%이고, N 함유량의 적합한 상한값은 0.0070%, 0.0065% 또는 0.0060%이다.

(P: 0.05% 미만)

P는, 불순물이고, 오스테나이트 입계에 편석하여, 구 오스테나이트 입계를 취화시킴으로써 입계 균열의 원인이 된다. 따라서, P 함유량을 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 이로 인해, P양을 0.05% 미만의 범위로 하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 따른 강의 과제를 해결하기 위해서 P의 함유는 필요해지지 않으므로, 특히 P 함유량의 하한값은 한정되지 않지만, P양을 0.001% 이하로 제한하기 위해서는 과잉의 비용이 든다. 따라서, P 함유량의 적합한 하한값은 0.001%, 0.002% 또는 0.005%이다. P 함유량의 적합한 상한값은 0.04%, 0.03% 또는 0.025%이다.

본 실시 형태에 따른 강은, 그 화학 성분이 상술한 기본 원소를 함유함으로써, 적합한 효과를 발휘한다. 또한, 상기 기본 원소에 더하여, 이하에 나타내는 원소 중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유시키는 경우, 더욱 강의 특성이 향상된다.

(B: 0 ~ 0.005%, Mo: 0 ~ 0.2%, Ni: 0 ~ 1.0% 및 Cu: 0 ~ 1.0% 중 1종 또는 2종)

B는 함유하지 않아도 된다. 그로 인해, 그 함유량의 하한값은 0%이다. 한편, 본 실시 형태에 따른 강은 필요에 따라서 B를 함유해도 된다. 오스테나이트 중에 고용되어 있는 B는, 함유량이 미량이어도, 강의 경화성을 크게 높이는 효과를 갖는다. 따라서 B는, 고주파 경화 시에 마르텐사이트 조직을 얻기 위해서 유효한 원소이다. 이 효과를 안정되게 얻기 위해, 본 실시 형태에 따른 강은, 0.0003% 이상의 B를 함유해도 된다. 한편, 0.005%를 초과해서 B를 함유한 경우, 상술한 효과가 포화한다. 따라서, B를 함유시키는 경우, B 함유량을 0.0003 ~ 0.005%의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. B 함유량의 적합한 하한값은 0.0005%, 0.0010% 또는 0.0015%이고, B 함유량의 적합한 상한값은 0.004%, 0.003% 또는 0.0025%이다. 또한, 고용 B양은, BN을 형성하는 작용을 갖는 N에 의해 감소한다. 한편, Ti는 TiN을 형성해서 N을 고정하고, 이에 의해 고용 B양의 감소를 방지한다. B를 함유시키는 경우에는, 고용 B양을 안정적으로 확보하기 위해서, Ti를 동시에 함유시키는 것이 바람직하다.

Mo, Ni 및 Cu는, 함유하지 않아도 된다. 그로 인해, 그 함유량의 하한값은 0%이다. 한편, Mo, Ni 및 Cu는 모두, 강도 향상 원소이다. 이 효과를 안정되게 얻기 위해, 본 실시 형태에 따른 강은, 0.01% 이상의 Mo, 0.05% 이상의 Ni 및 0.05% 이상의 Cu를 중 1종 이상을 함유해도 된다. Mo 함유량의 바람직한 하한값은 0.02%, 0.03% 또는 0.05%이고, Ni 함유량의 바람직한 하한값은 0.10%, 0.15% 또는 0.20%이고, Cu 함유량의 바람직한 하한값은 0.10%, 0.15% 또는 0.20%이다.

Mo 함유량이 0.2%를 초과하는 경우, 강의 경화성이 지나치게 향상되어, 베이나이트 또는 섬 형상 마르텐사이트가 고주파 경화 전의 강에 생성되므로, 고주파 ??칭용 강재의 피삭성이 저하된다. 이로 인해, Mo 함유량은 0.2% 이하로 하고, 바람직하게는 0.1% 이하로 한다. Ni 함유량이 1.0%를 초과하는 경우 또는 Cu 함유량이 1.0%를 초과하는 경우에는, Mo 함유량이 과잉인 경우와 마찬가지로, 강의 경화성이 지나치게 향상되어, 베이나이트 또는 섬 형상 마르텐사이트가 고주파 경화 전의 강에 생성되므로, 고주파 ??칭용 강재의 피삭성이 저하된다. 이로 인해, Ni 함유량의 상한은 1.0%이고, 바람직하게는 0.9%, 0.8% 또는 0.7%이다. Cu 함유량의 상한은 1.0%이고, 바람직하게는 0.9%, 0.8% 또는 0.7%이다.

(Ca: 0 ~ 0.005%, Mg: 0 ~ 0.005%, Zr: 0 ~ 0.005% 및 Rem: 0 ~ 0.005%의 1종 또는 2종 이상)

Ca, Mg, Zr 및 Rem(희토류 원소)은, 함유하지 않아도 된다. 그로 인해, 그 함유량의 하한값은 0%이다. 한편, Ca, Mg, Zr 및 Rem은, 모두, 강 중의 MnS의 형태를 제어함으로써, 강의 기계 특성의 향상에 기여하는 원소이다. 이 효과를 안정되게 얻기 위해서는, 본 실시 형태에 따른 강은, 0.0003% 이상의 Ca, 0.0003% 이상의 Mg, 0.0003% 이상의 Zr 및 0.0003% 이상의 Rem의 1종 이상을 함유해도 된다. 한편, 강의 Ca 함유량, Mg 함유량, Zr 함유량 및 Rem 함유량 중 1종 이상이 0.005%를 초과하는 경우, 강에 포함되는 산화물이 조대화하고, 이에 의해 강의 피로 강도가 저하된다. 따라서, Ca, Mg, Zr 및 Rem 각각의 상한값은, 0.005%이고, 바람직하게는 0.003%, 0.002% 또는 0.001%이다. 또한, Rem은 희토류 금속 원소를 나타내고, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu에서 선택되는 1종 이상이다. Rem의 함유량이란, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu의 합계 함유량이다.

(Ti: 0 ~ 0.2%, Nb: 0 ~ 0.2% 및V: 0 ~ 0.35%의 1종 또는 2종 이상)

Ti 및 Nb는, 함유하지 않아도 된다. 그로 인해, 그 함유량의 하한값은 0%이다. 한편, Ti 및 Nb는, 결정립의 이상 성장을 억제하여, 조직의 균질화에 기여한다. 이 효과를 안정되게 얻기 위해서는, 본 실시 형태에 따른 강은, 0.005% 이상의 Ti 및 0.005% 이상의 Nb 중 1종 이상을 함유해도 된다. Ti 함유량의 바람직한 하한값은 0.010%, 0.050% 또는 0.10%이고, Nb 함유량의 바람직한 하한값은 0.010%, 0.050% 또는 0.10%이다.

한편, Ti 함유량 및/또는 Nb 함유량이 0.2%를 초과하는 경우, 강 중에 경질의 탄화물이 생성되므로, 강의 피삭성이 저하된다. 따라서, Ti 함유량 및 Nb 함유량은, 모두 0.2% 이하로 한다. Ti 함유량의 바람직한 상한값은 0.18%, 0.15% 또는 0.13%이고, Nb 함유량의 바람직한 상한값은 0.18%, 0.15% 또는 0.13%이다.

V는, C 및/또는 N과 미세한 탄화물, 질화물, 및/또는, 탄질화물을 형성하고, 결정립의 조대화를 방지하여, 조직의 균질화에 기여한다. 이 효과를 얻기 위해서는, 본 실시 형태에 따른 강은, 0.005% 이상의 V를 함유해도 된다. V 함유량의 바람직한 하한값은 0.01%, 0.05% 또는 0.10%이다. 한편, V 함유량이 0.35%를 초과하는 경우, 강 중에 경질 또한 조대한 탄화물이 생성함으로써 강의 피삭성이 저하되므로, V 함유량은 0.35% 이하로 한다. V 함유량은, 바람직하게는 0.20% 미만 또는 0.15% 이하이다.

(Sb: 0 ~ 0.015%, Te: 0 ~ 0.2%, Pb: 0 ~ 0.5%, 및 Bi: 0 ~ 0.5%의 1종 또는 2종 이상)

Sb, Te, Pb 및, Bi는, 함유하지 않아도 된다. 그로 인해, 그 함유량의 하한값은 0%이다. 한편, Sb, Te, Pb 및, Bi는, 피삭성 향상 원소이다. 이 효과를 안정되게 얻기 위해서는, 본 실시 형태에 따른 강은, 0.0003% 이상의 Sb, 0.0003% 이상의 Te, 0.01% 이상의 Pb 및 0.01% 이상의 Bi 중 1종 이상을 함유해도 된다. Sb 함유량의 바람직한 하한값은 0.0005%, 0.0008% 또는 0.001%이고, Te 함유량의 바람직한 하한값은 0.0005%, 0.0008% 또는 0.001%이고, Pb 함유량의 바람직한 하한값은 0.02%, 0.03% 또는 0.05%이고, Bi 함유량의 바람직한 하한값은 0.02%, 0.03% 또는 0.05%이다.

한편, Sb 함유량이 0.015%를 초과하는 경우, Te 함유량이 0.2%를 초과하는 경우, Pb 함유량이 0.5%를 초과하는 경우, 및/또는 Bi 함유량이 0.5%를 초과하는 경우, 열간 취성이 발현하고, 이것이 상처의 원인이 되거나, 압연을 곤란하게 하거나 한다. 따라서, Sb 함유량은 0.015% 이하, Te 함유량은 0.2% 이하, Pb 함유량은 0.5% 이하 및 Bi 함유량은 0.5% 이하로 한다. Sb 함유량의 바람직한 상한값은 0.012%, 0.010% 또는 0.008%이고, Te 함유량의 바람직한 상한값은 0.1%, 0.05% 또는 0.02%이고, Pb 함유량의 바람직한 상한값은 0.4%, 0.3% 또는 0.2%이고, Bi 함유량의 바람직한 상한값은 0.4%, 0.3% 또는 0.2%이다.

(잔부: Fe 및 불순물)

본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재의 화학 성분의 잔부는 Fe 및 불순물이다. 또한, 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황대로, 불순물이 강 중에 혼입되는 경우가 있지만, 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재의 특성을 저해하지 않는 범위라면, 불순물의 혼입은 허용된다.

이어서, 식 (1) 내지 (3)에 관한 한정의 이유, 원 상당 직경 200㎚ 초과인 AlN의 면적률이, 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률의 20% 이하로 한정한 이유 및 강 중에 포함되는 최대 직경이 0.3㎛ 이상 10㎛ 이하인 Mn 황화물계 개재물의 개수 밀도를 100개/㎟ 이상 2500개/㎟ 이하로 한정한 이유에 대해서 설명한다.

(직경의 1/4의 개소에 있어서, 원 상당 직경 200㎚ 초과인 AlN의 면적률이, 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률의 20% 이하)

피삭성을 향상시키기 위해서 Al 함유량을 증가시킨 경우, 원 상당 직경이 200㎚를 초과하는 AlN이 강 중에 생성되기 쉬워진다. 이하, 「원 상당 직경이 200㎚를 초과하는 AlN」을 「조대 AlN」이라고 칭하는 경우가 있다. 조대 AlN이 강 중에 존재하는 경우, 조대 AlN에 의한 절삭 공구의 기계적 마모가 현저하게 발생하므로, 강 중에 함유되는 Al이 형성하는 Al 산화물 피막에 의한 피삭성 향상의 효과가 소실되어 버린다. 본 발명자들은, 조대 AlN의 양과 피삭성의 관계를 조사함으로써, 강의 직경 1/4의 개소에 있어서, 조대 AlN의 면적률이, 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률의 20%를 초과하는 경우에, 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재가 목표로 하는 피삭성을 얻지 못하게 되는 것을 알아냈다. 또한, 측정 한계를 하회하는 원 상당 직경 40㎚ 미만의 AlN은, 모든 AlN의 면적률에 대하여 약간의 양밖에 존재하지 않으므로, 조대 AlN양과 피삭성의 관계를 조사함에 있어서 고려되지 않았다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재의 직경 1/4의 개소에 있어서, 원 상당 직경 200㎚ 초과인 AlN의 면적률이, 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률의 20% 이하로 될 필요가 있다. 원 상당 직경 200㎚ 초과인 AlN의 면적률은, 바람직하게는 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률의 15% 이하, 10% 이하 또는 5% 이하이다.

강 횡단면의 형상이 대략 원형인 경우에는, 직경의 1/4의 개소란, 강 횡단면에 있어서, 반경의 중간부, 즉, 직경의 1/4부를 말한다. 강의 표층부의 구성과, 강의 중심부의 구성이란, 냉각 속도의 상이 등에 기인해서 조금 다른 경우가 있다. 강의 직경 1/4의 개소는, 강의 표층부와 강의 중심부 사이에 위치하므로, 강의 직경의 1/4의 개소의 구성은, 강 전체의 구성의 평균에 가깝다. 본 실시 형태에 따른 강에 있어서는, 조대 AlN양의 제어를 강의 직경 1/4의 개소에 있어서 행한다. 또한, 후술하는 Mn 황화물계 개재물의 양의 제어도, 상술한 이유에 의해, 강의 직경 1/4의 개소에 있어서 행한다.

(0.000330≤Al×N≤0.000825)

Al 함유량 및/또는 N 함유량을 감소시킴으로써, 조대 AlN의 생성을 억제할 수 있다. 그러나, 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재에 있어서, Al은 피삭성 향상 효과를 갖고, N은 조직 미세화 효과를 갖고 있다. 조대 AlN의 생성을 억제하기 위해서 Al 및 N의 함유량을 감소시킨 경우, 이들의 효과를 얻지 못하게 될 우려가 있다. 본 발명자들은, Al 및 N 각각의 효과를 유지하면서 조대 AlN의 생성을 억제하기 위해서, 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재의 화학 성분이 만족해야 할 범위를 식 (1)에 의해 규정하는 것과, 강의 열간 가공 전의 가열 온도를 1200℃ 이상으로 하는 것이 필요한 것을 알아냈다.

0.000330≤Al×N≤0.000825 … (1)

식 (1)에 포함되는 기호 「Al」 및 「N」은, Al 및 N의 함유량을 단위 질량%로 나타낸다.

절삭 가공의 시점에서 강 중의 조대 AlN의 양을 감소시키기 위해서는, 절삭 가공 전에 행해지는 열간 가공 공정에서의 가열 시에, AlN을 용체화시킬 필요가 있다. 본 발명자들은, AlN의 용체화는, 강의 Al의 함유량과 N의 함유량의 곱(Al×N) 및 열간 가공 시의 가열 온도에 관련된다고 생각하고, 이하의 실험을 행하였다.

화학 성분이, C: 0.44 ~ 0.46%, Si: 0.23 ~ 0.26%, Mn: 0.78 ~ 0.82%, P: 0.013 ~ 0.016%, S: 0.045 ~ 0.06%, Al: 0.11 ~ 0.17% 및 N: 0.0030 ~ 0.0075를 포함하고, 잔부가 Fe와 불순물을 포함하고, Al×N이 다른 몇종류의 강을, 용제하고, 계속해서 직경 65㎜로 단조하고, 또한 1200℃로 가열한 후에 공냉했다. 이에 의해 얻어진 몇종류의 샘플에 대하여, AlN을 관찰하는 조사를 행하였다. AlN의 관찰은 투과형 전자 현미경의 레플리카법에 의해 행하며, AlN의 면적률은 다음과 같이 구하였다. 먼저, 시야 면적이 1000㎛²이며 배율이 약 40000배인 샘플 단면 사진을, 20매 이상 촬영했다. 촬영은 투과형 전자 현미경의 레플리카법에 의해 행하여, 복수의 상을 서로 연결시킴으로써 상술한 샘플 단면 사진을 얻었다. AlN의 면적률을 얻기 위한 사진 촬영 개소는, 봉강의 직경(65㎜)의 1/4의 개소로 했다. 그리고, 각 샘플 단면 사진에 관한 원 상당 직경이 200㎚를 초과하는 AlN의 면적률과 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률을 구하고, 또한, 식 「(원 상당 직경이 200㎚를 초과하는 AlN의 면적률/원 상당 직경 40㎚ 이상안 전체 AlN의 면적률)×100」에 의해, 각 샘플 단면 사진에 관한, 원 상당 직경 200㎚ 초과인 AlN의 면적률이 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률에 차지하는 비율을 구하였다. 각 샘플 단면 사진에 관한 원 상당 직경 200㎚ 초과인 AlN의 면적률이 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률에 차지하는 비율의 평균값을, 샘플의 원 상당 직경 200㎚ 초과인 AlN의 면적률이 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률 개재물에 차지하는 비율이라고 간주하였다.

이 결과로부터, Al×N을 0.000825 이하로 하고, 또한 열간 가공의 개시 전의 가열 온도를 1200℃ 이상으로 함으로써, 원 상당 직경이 200㎚를 초과하는 AlN의 면적률이, 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률의 20% 이하로 되는 것을 알 수 있었다. Al×N의 바람직한 상한값은 0.000800, 0.000750 또는 0.000700이다. Al×N의 하한값은 특별히 규정은 없지만, Al 및 N 각각의 하한값으로부터, 0.000330로 할 수 있다. Al×N의 바람직한 하한값은, Al 및 N 각각의 바람직한 하한값으로부터 산출할 수 있다.

(직경의 1/4의 개소에 있어서, 강 중에 포함되는 최대 직경이 0.3㎛ 이상 10㎛ 이하인 Mn 황화물계 개재물의 개수 밀도가 100개/㎟ 이상 2500개/㎟ 이하)

MnS 개재물은 피삭성을 향상시키는 개재물이다. 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재와 같이, Al과 S의 복합 효과를 사용해서 피삭성을 향상시키는 경우, MnS 개재물의 사이즈를 미세화함으로써, MnS 개재물의 개수를 증대시킬 필요가 있다. 구체적으로는, Al과 S의 복합 효과를 충분히 얻기 위해서는, 최대 직경이 0.3㎛ 이상 10㎛ 이하인 MnS 개재물의 개수 밀도가 100개/㎟ 이상 2500개/㎟ 이하일 필요가 있다. 이하, 「최대 직경이 0.3㎛ 이상 10㎛ 이하인 MnS 개재물」을 「미세 MnS 개재물」이라고 칭하는 경우가 있다. 개재물의 최대 직경이란, 강의 단면을 관찰했을 때에 확인되는 개재물의 긴 직경이다. 미세 MnS 개재물의 개수 밀도가 100개/㎟보다 적은 경우에는, Al과 S의 양쪽이 포함됨으로써 발생하는 피삭성 향상 효과를 충분히 얻을 수 없다. 미세 MnS 개재물의 개수 밀도의 바람직한 하한값은 300개/㎟이고, 더욱 바람직한 하한값은 500개/㎟이다. 미세 MnS 개재물의 개수 밀도의 상한값을 규정할 필요는 없지만, 미세 MnS 개재물의 개수 밀도가 2500개/㎟보다 많아지면, 미세 MnS 개재물에 의한 피삭성 향상 효과가 포화한다. 미세 MnS 개재물의 개수 밀도의 상한값을 2500개/㎟, 1500개/㎟ 또는 1000개/㎟로 해도 된다.

미세 MnS 개재물의 개수 밀도를 100개/㎟ 이상 2500개/㎟ 이하로 하기 위해서는, 냉각 속도의 제어와, Mn 함유량 및 S 함유량 비의 제어가 필요해진다.

미세 MnS 개재물의 개수 밀도는, 예를 들어 다음과 같이 해서 구해진다. 봉강의 길이 방향의 단면을 연마하고, 계속해서 배율 1000배의 광학 현미경을 사용해서 110㎛×75㎛의 시야의 사진을 60매 촬영하고, 이들 사진을 화상 해석하고, 각 사진에 관한 미세 MnS 개재물의 개수 밀도의 평균값을 구한다. 미세 MnS 개재물의 개수 밀도를 구하기 위한 60매의 사진의 촬영 개소는, 강의 직경 1/4의 개소로 한다.

또한, 주로 MnS를 포함하고, 또한 MnS 이외의 물질을 포함하는 개재물(예를 들어, 주로 MnS를 포함하고, 또한 Fe, Ca, Ti, Zr, Mg 및 Rem 등의 황화물이, MnS에 고용 및/또는 결합한 상태에서 공존하고 있는 개재물, 주로 MnS를 포함하고, 또한 MnTe와 같이 S 이외의 원소와 Mn의 화합물이 MnS에 고용 및/또는 결합한 상태에서 공존하고 있는 개재물 또는 산화물을 핵으로 해서 석출한 상기 개재물)은, MnS만을 포함하는 개재물과 마찬가지인 피삭성 향상 효과를 갖고 있다. 따라서, 상술한 「MnS 개재물」은, 「MnS만을 포함하는 개재물」과 「주로 MnS를 포함하고, 또한 MnS 이외의 물질을 포함하는 개재물」을 포함하는 것이고, 「Mn 황화물계 개재물」이라고 칭해도 된다. Mn 황화물계 개재물의 화학식은, 「(Mn,X)(S,Y)」(X: Mn 이외의 황화물 형성 원소, Y: S 이외에서 Mn과 결합하는 원소)라고 표기할 수 있다.

(4.6≤Mn/S≤14.0)

미세 MnS 개재물의 개수 밀도를 100 내지 2500개/㎟로 하기 위해서는, Mn 함유량과 S 함유량의 비율을 제어할 필요가 있다. 통상, 강이 액상으로 되는 온도 영역에서 MnS 개재물은 생성된다. 액상으로 생성된 MnS 개재물은 성장 및 조대화하기 쉽다. 한편, Mn 함유량과 S 함유량의 비를 제어하여, Mn/S를 14.0 이하로 함으로써, MnS 개재물의 생성 온도를 현저하게 저하시키고, 강이 고상이 되는 온도 영역에서 생성하는 MnS 개재물의 양을 충분히 늘리고, 이에 의해 Al 및 S의 복합 효과가 충분히 얻어진다고 하는 지견을 본 발명자들은 얻었다. 고상 중에서 석출한 MnS 개재물은 성장하기 어려우므로, 결과적으로, 미세하게 분산한 MnS 개재물을 얻을 수 있다. 한편, Mn/S는 강의 열간 연성에 크게 영향을 미친다. 통상, Mn/S가 4.6 미만인 경우, Mn과 결부되지 않은 S가 FeS를 생성하고, FeS가 열간 연성을 저하시키고, 제조성을 크게 저하시키는 것이 알려져 있다. 따라서, 이하의 식 (2)에 나타낸 바와 같이, Mn/S는 4.6 ~ 14.0으로 한다. Mn/S를 이 범위로 제어함으로써 MnS 개재물을 미세 분산시킬 수 있다. 바람직하게는, Mn/S의 하한값은 5.0, 5.2 또는 5.5이고, Mn/S의 상한값은 12.0, 10.0 또는 8.0이다. 식 (2)에 있어서 「Mn」은 Mn의 함유량(질량%)이고, 「S」는 S의 함유량(질량%)이다.

4.6≤Mn/S≤14.0 … (2)

또한, MnS 개재물을 강 중에 미세하게 분산시키기 위해서는, 강의 주조 시에, 주조편의 1/4 두께의 개소에 있어서의 액상선 온도(용융한 강을 냉각했을 때에 응고가 개시되는 온도)로부터 고상선 온도(용융한 강을 냉각했을 때에 응고가 종료하는 온도)까지의 냉각 속도를, 10 내지 100℃/min으로 제어하는 것이 좋다. 1/4 두께의 개소란, 주조 방향에 수직한 주조편 단면(주조편 횡단면)의 형상이 사각형인 경우에는, 주조편의 폭의 중앙선 상의, 주조편 표면과 주조편 중심의 중간부, 즉 주조편 두께의 1/4부를 말한다. 이 정의에 있어서, 주조편 횡단면의 긴 변이 주조편의 폭이라 정의되고, 주조편 횡단면의 짧은 변이 주조편의 두께라고 정의된다. 주조편 횡단면의 형상이 원형인 경우에는, 1/4 두께의 개소란, 주조편 횡단면에 있어서, 반경의 중간부, 즉 직경의 1/4부를 말한다.

MnS 개재물을 미세하게 분산시키기 위해서는, MnS의 정출 및 석출을 제어할 필요가 있고, 그 제어를 행하기 위해서는, 주조편의 냉각 속도를 엄밀하게 제어할 필요가 있다. 1/4 두께의 개소 액상선 온도로부터 고상선 온도까지의 냉각 속도가 10℃/min 이하인 경우, 응고 속도가 너무 느리므로, 정출한 MnS 개재물이 조대화되어 버려, MnS 개재물의 미세 분산을 하지 못하게 된다. 1/4 두께의 개소 액상선 온도로부터 고상선 온도까지의 냉각 속도가 100℃/min 이상인 경우, 생성되는 미세 MnS 개재물의 개수 밀도가 포화하고, 한편, 주조편의 경도가 상승함으로써 주조편에 균열이 발생할 위험이 증가한다. 주형 단면의 크기 및 주입 속도 등을 적정한 값으로 제어함으로써, 적절한 냉각 속도가 얻어진다. 이 제어 방법은, 주조를 연속 주조법 및 조괴법 중 어느 하나에 의해 행한 경우에도, 적용 가능하다.

주조편의 1/4 두께의 개소에 있어서의 액상선 온도로부터 고상선 온도까지의 범위의 냉각 속도는, 주조 종료 후 또한 열간 가공 전의 주조편의 1/4 두께의 개소의 응고 조직의 2차 덴드라이트 아암의 평균 간격 λ 및 하기 식 (4)를 사용해서 구할 수 있다.

Rc=(λ/770)^{-1/0. 41} … (4)

Rc는 주조편의 1/4 두께의 개소에 있어서의 액상선 온도로부터 고상선 온도까지의 범위의 냉각 속도(단위: ℃/min)이고, λ는 주조편의 1/4 두께의 개소 2차 덴드라이트 아암의 평균 간격(단위: ㎛)이다. 식 (4)를 사용하면, λ를 측정함으로써, Rc를 확인할 수 있다. λ가 300㎛인 경우, Rc가 약 10℃/min이고, λ가 117㎛인 경우, Rc가 약 100℃/min이다. 따라서, 주조편의 화학 성분이 상술한 식 (2)를 만족하도록 하고, 또한 주조편의 λ가 117 내지 300㎛가 되도록 주조편을 제조함으로써, 미세 MnS 개재물의 개수 밀도가 100 내지 2500개/㎟인 주조편이 얻어지고, 이 주조편을 열간 가공함으로써, 미세 MnS 개재물의 개수 밀도가 100 내지 2500개/㎟인 강이 얻어진다. λ는, 예를 들어 「금속 학회지」 제33권(1969), 제658 페이지 내지 제663페이지(스즈키 아키라, 나가오카 유타카)에 기재되어 있는 방법에 의해 측정할 수 있다.

(15.5≤(-1.40×Al+0.0175)×(214×(C+(1/7)×Si+(1/5)×Mn+(1/9)×Cr)-211)≤25.65)

본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재의 화학 성분에서는, 강 중의 C 함유량, Si 함유량, Mn 함유량, Cr 함유량 및 Al 함유량이 식 (3)을 만족한다.

15.5≤(-1.40×Al+0.0175)×(214×(C+(1/7)×Si+(1/5)×Mn+(1/9)×Cr)-211)≤25.65 … (3)

식 (3)에 포함되는 기호 「C」, 「Si」, 「Mn」, 「Cr」 및 「Al」 각각은, C, Si, Mn, Cr 및 Al의 함유량을 단위 질량%로 나타낸다.

Al에 의한 피삭성 향상 효과를 한층 더 높이기 위해서는, Al양과 탄소당량 Ceq의 관계의 적절화가 필요하다.

강의 피삭성은, 강의 경도에 크게 영향받는 것이 널리 알려져 있다. 따라서 본 발명자 등은, 이하의 2종류의 상관 관계를 조사했다.

(a1) 경도와, 경도에 큰 영향을 주는 탄소당량과의 상관 관계

(a2) 경도와, 경도의 영향을 받는 피삭성과의 상관 관계

강의 탄소당량 Ceq는, 경도에 영향을 미치는 C, Si, Mn 및 Cr의 각 함유량에 착안하여, 식 (5)를 사용해서 정의했다.

Ceq=C+(1/7)×Si+(1/5)×Mn+(1/9)×Cr … (5)

경도와 탄소당량의 관계는, 다음과 같이 조사했다.

C: 0.40% ~ 0.60%, Si: 0.01% ~ 1.4%, Mn: 0.2% ~ 1.0% 미만, S: 0.03% 초과 ~ 0.07%, P: 0.05% 미만, N: 0.0030% ~ 0.0075%, Al: 0.03% ~ 0.17% 및 Cr: 0.01% ~ 0.5% 미만을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고, Al×N: 0.000330 ~ 0.000825이고, Mn/S: 4.6 ~ 14.0인 여러가지 화학 성분을 갖는 복수의 직경 65㎜의 열간 압연 봉강을 준비했다. 이들 열간 압연 봉강을 900℃에서 1시간 유지하고, 그 후 공냉하고, 또한 압연 방향으로 수직으로 절단했다. 공냉 시에는, 봉강의 표면으로부터 5㎜ 깊이의 위치에 열전대를 매립한 후, 용착하고, 이 열전대를 사용해서 900℃ 내지 500℃ 사이의 평균 냉각 속도를 제어하고, 이에 의해 공냉 시의 900℃ 내지 500℃ 사이의 평균 냉각 속도를 0.3 내지 0.9℃/초로 했다. 공냉 후의 봉강의 조직은 모두 페라이트·펄라이트 조직이었다. 또한, 공냉 후의 봉강의 조대 AlN의 양 및 미세 Mn 황화물계 개재물의 양은, 상술한 규정 범위 내였다. 이들 시료의 압연 방향에 수직한 단면을 연마하고, 그 후, 직경의 1/4의 위치에서 단면의 비커스 경도를 측정했다. 이 결과, 강의 Ceq와 경화 전의 강의 경도(HV) 사이의 관계는, 하기 식 (a1)에 의해 고정밀도로 근사할 수 있는 것이 찾아내어졌다.

??칭 전의 경도(HV)=214×Ceq+49 … (a1)

경도와 피삭성의 관계는, 다음과 같이 조사했다. Al의 함유량이 0.03% ~ 0.17%인 범위 내에서 다른 여러가지 상기 봉강으로부터 잘라낸, 40㎜×40㎜×250㎜의 각형 시험편에 대하여, 기어의 치 절삭 가공(호브 절삭: Hobbing)을 모의하기 위해서, 플라이 툴(Fly Tool)을 사용해서 절삭 시험을 행하였다. 실제 제품 제조 시의 호브 절삭 공정에서 사용되는 커터는 복수의 절삭날을 갖는다. 이에 반해, 플라이 툴은 호브 절삭날을 1매만 갖는 커터이다. 복수의 절삭날을 갖는 호브 절삭용 커터를 사용해서 피삭성 시험을 행해서 얻어지는 피삭성(공구 마모량)과, 플라이 툴을 사용해서 절삭 시험을 행해서 얻어지는 피삭성(공구 마모량)은 좋은 대응 관계에 있는 것이 확인되고 있다. 이로 인해, 플라이 툴은, 호브 절삭용 커터를 대체해서 절삭 시험을 행하기 위해서 사용된다. 플라이 툴을 사용한 절삭에 의한 시험 방법은, 예를 들어 「TOYOTA Technical Review」Vol. 52, No.2, 2002년 12월, 제78페이지에 상세하게 기재되어 있다. 표 1에, 시험 조건을 나타낸다.

[표 1]

공구의 최대 치복면 마모 깊이(크레이터 마모 깊이)를 촉진식 조도계로 측정함으로써, 공구의 마모량이 70㎛에 도달할 때까지(즉 공구 수명에 도달할 때까지) 그 공구가 절삭한 양[절삭 거리(m)]을 구하였다. 침탄 기어의 재료로서 통상 사용되는 JIS SCr420(Al 함유량 0.03질량%)을 표 1에 나타나는 조건으로 절삭한 경우는, 절삭 거리가 15.5m이다. 따라서, 동일한 조건에서 시험 샘플의 절삭 거리가 15.5m이상이면 그 피삭성은 양호라고 평가할 수 있다.

도 1에, 강의 경도와 절삭 거리의 관계를 나타낸다. 도 1에 도시한 바와 같이, Al 함유량의 증대에 수반해서 피삭성이 향상되지만, Al을 함유시키면 피삭성의 경도 의존성이 커지는 것을 본 발명자들은 알아냈다. 본 결과로부터, 절삭 거리와 Al양 및 경도의 관계는, 조대 AlN양 및 미세 Mn 황화물계 개재물량이 상술한 규정 범위 내인 경우, 식 (6)에 의해 고정밀도로 근사되는 것을 찾아냈다. 이 점도 종래에 없는 새로운 지견이다.

절삭 거리(m)=(-1.40×Al+0.0175)×(경도(HV)-260) … (6)

즉, 강의 경도(HV)과 Al양이, 하기 식 (a2)의 관계를 만족하면, SCr420 이상이 매우 우수한 피삭성을 확보할 수 있는 것을 본 발명자들은 찾아냈다.

(-1.40×Al+0.0175)×(경도(HV)-260)≥15.5 … (a2)

상기 식 (a1) 및 (a2), 및 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재의 화학 성분으로부터, 하기 식 (3)이 얻어진다.

15.5≤(-1.40×Al+0.0175)×(214×(C+(1/7)×Si+(1/5)×Mn+(1/9)×Cr)-211)≤25.65 … (3)

이후, 「M=(-1.40×Al+0.0175)×(214×(C+(1/7)×Si+(1/5)×Mn+(1/9)×Cr)-211)」라는 식에 의해 얻어지는 값 M을, 피삭성 지수 M이라고 칭하는 경우가 있다. 피삭성 지수 M의 적정화에 의해, 우수한 피삭성이 얻어진다. 피삭성 지수 M의 상한값은, 강 중의 C 함유량(식 중 C, 질량%로 이하 동일함), Si 함유량(식 중 Si), Mn 함유량(식 중 Mn), Cr 함유량(식 중 Cr) 및 Al 함유량(식 중 Al)의 상하한에 기초하여, 25.65로 된다. 즉, 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재의 화학 성분의 범위에 있어서, 피삭성 지수 M이 가장 커지는 C 함유량, Si 함유량, Mn 함유량, Cr 함유량 및 Al 함유량은 각각, 0.40%, 0.01%, 0.2%, 0.01% 및 0.17%이고, 이들 값을 피삭성 지수 M의 정의식에 대입해서 얻어지는 값은, (-1.40×Al+0.0175)×(214×(C+(1/7)×Si+(1/5)×Mn+(1/9)×Cr)-211)=25.65(단, 소수점 이하 제3 위치 이하를 절상)가 되므로, 25.65를 피삭성 지수 M의 상한값으로 하였다. 또한, 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재의 각 합금 성분의 규정 및 피삭성 지수 M의 규정을 만족하는 강의 경화 전의 경도는, 통상 약 145Hv 내지 약 190Hv가 된다.

본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재의 제조 방법은, 질량%로, C: 0.40 ~ 0.60%, Si: 0.01 ~ 1.4%, Mn: 0.2 ~ 1.0% 미만, Cr: 0.01 ~ 0.5% 미만, Al: 0.11 ~ 0.17%, S: 0.03 초과 ~ 0.07%, N: 0.0030 ~ 0.0075%, P: 0.05% 미만, B: 0 ~ 0.005%, Mo: 0 ~ 0.2%, Ni: 0 ~ 1.0%, Cu: 0 ~ 1.0%, Ca: 0 ~ 0.005%, Mg: 0 ~ 0.005%, Zr: 0 ~ 0.005%, Rem: 0 ~ 0.005%, Ti: 0 ~ 0.2%, Nb: 0 ~ 0.2%, V: 0 ~ 0.35%, Sb: 0 ~ 0.015%, Te: 0 ~ 0.2%, Pb: 0 ~ 0.5% 및 Bi: 0 ~ 0.5%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고, 상기 식 (1) 내지 (3)을 만족하는 화학 성분을 갖는 용강을, 주조편 두께 방향 1/4부에 있어서의 액상선 온도로부터 고상선 온도까지의 범위의 냉각 속도가 10 내지 100℃/min으로 되도록 주조하는 공정과, 주조편을 1200℃ 이상으로 가열하는 공정과, 주조편을 열간 가공하는 공정을 포함한다. 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재의 제조 방법은, 열간 가공하는 공정 후에, 강을 불림하는 공정을 포함해도 된다.

상술한 바와 같이, 주조하는 공정에 있어서, 주조편 두께 방향 1/4부에 있어서의 액상선 온도로부터 고상선 온도까지의 범위의 냉각 속도가 10℃/min 미만인 경우, 강 중에 포함되는 최대 직경이 0.3㎛ 이상 10㎛ 이하인 Mn 황화물계 개재물의 개수 밀도가 100개/㎟ 미만으로 되므로 강의 피삭성이 저하되고, 주조편 두께 방향 1/4부에 있어서의 액상선 온도로부터 고상선 온도까지의 범위의 냉각 속도가 100℃/min 초과인 경우, 주조편에 균열이 발생할 우려가 있다. 상술한 바와 같이, 가열하는 공정에 있어서 주조편의 가열 온도가 1200℃ 미만인 경우, 주조편 중의 AlN에 대한 용체화 처리가 충분히 행해지지 않아, 강 중의 원 상당 직경 200㎚ 초과인 AlN의 면적률이 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률의 20% 초과가 되므로, 강의 피삭성이 저하된다. 열간 가공하는 공정 및 불림하는 공정 후에는, 피삭성을 손상시키지 않기 위해서, 강을 서냉하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 열간 가공하는 공정 및 불림하는 공정의 후에는 900℃ 내지 500℃ 사이의 평균 냉각 속도가 0.3 내지 0.9℃/초가 되도록 강을 공냉하는 것이 바람직하다. 불림 조건은, 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재가 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 범위 내로 하면 된다. 예를 들어, 불림하는 공정에 있어서, 가열 온도를 900℃로 하고, 유지 시간을 1시간으로 해도 된다.

본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재는 0.40질량% 이상의 C를 함유하므로, 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재에 적절한 조건에서 고주파 ??칭을 실시한 경우, 600Hv 이상의 표면 경도를 갖는 강이 얻어진다. 또한, 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재는, 화학 성분이 0.11질량% 이상인 Al 및 0.03질량% 초과인 S의 양쪽을 함유하고, 조대 AlN의 면적률이 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률의 20% 이하이고, 최대 직경이 0.3㎛ 이상 10㎛ 이하인 Mn 황화물계 개재물의 개수 밀도가 100 내지 2500개/㎟이고, 또한 피삭성 지수 M이 15.5 이상이므로, 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재를 절삭 가공에 제공한 경우, C 함유량이 0.18 내지 0.23질량%인 SCr420과 동등 이상의 피삭성이 얻어진다. 구체적으로는, 표 1의 조건에서 본 실시 형태에 따른 고주파 ??칭용 강재에 절삭 시험을 행한 경우, 절삭 거리가 15.5m 이상으로 된다.

실시예

이어서, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 실시예의 제조 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해서 채용된 일 조건예이고, 본 발명은, 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

표 2-1 및 표 2-2에 나타내는 화학 성분을 갖는 강을 용제했다. 강 1 내지 28의 주조 시, 주조편 두께 방향 1/4부에 있어서의 액상선 온도로부터 고상선 온도까지의 냉각 속도를 10 내지 100℃/min으로 제어했지만, 강 29의 용제 시에는, 이 냉각 속도를 10℃/min 미만으로 하였다. 표 2-1 및 표 2-2에 기재된 각 강의 주조 시의 냉각 속도는, 각 강의 열간 가공 전의 2차 덴드라이트 아암의 평균 간격에 기초하여 추정했다. 주조 후에, 주조편에 열간 압연을 행하여 직경 65㎜의 봉강을 얻었다. 열간 압연 전의 가열 온도는 1250℃로 하였다. 표 2-1 및 표 2-2 중, 밑줄이 그어진 수치는, 본 발명의 규정 범위 외의 수치이다.

[표 2-1]

[표 2-2]

이어서, 봉강을 900℃에서 1시간 유지하고, 계속해서 공냉하고, 또한 봉강으로부터 시험편을 잘라냈다. 고주파 경화 전에, 시험편의 경도(Hv)와, 시험편의 피삭성을 나타내는 절삭 거리(m)를 측정했다. 시험편의 경도는, 봉강을 길이 방향으로 수직으로 절단해서 얻어지는 횡단면을 연마하고, 그 횡단면의 직경의 1/4의 개소에 비커스 경도 측정을 행함으로써 측정했다. 절삭 거리는, 표 1에 기재된 조건에서 절삭 시험을 행함으로써 측정했다. 최대 직경이 0.3㎛ 이상 10㎛ 이하인 Mn 황화물계 개재물(미세 MnS 개재물)의 개수 밀도는, 봉강의 길이 방향의 단면을 연마하고, 그 후, 배율 1000배인 광학 현미경을 사용해서 110㎛×75㎛의 시야의 사진을 60매 촬영하고, 이들 사진을 화상 해석하여, 각 사진에 관한 미세 MnS 개재물의 개수 밀도의 평균값을 구함으로써 구하였다. 미세 MnS 개재물의 개수 밀도를 구하기 위한 60매의 사진의 촬영 개소는, 봉강의 직경(65㎜)의 1/4의 개소로 하였다.

또한, 이들의 소재인 직경 65㎜의 봉강의 중심으로부터, 직경 26㎜ 및 길이 50㎜의 원기둥 시료를 제작했다. 이들 원기둥 시료에 대하여, JIS G 0559 「강의 불꽃 ??칭 및 고주파 ??칭 경화층 깊이 측정 방법」에서 규정된 유효 경화층 깊이가 1.5㎜가 되는 조건에서 고주파 ??칭을 행하고, 그 후에 가열 온도 160℃ 또한 유지 시간 90분간의 템퍼링을 행하였다. 그 후, 고주파 경화된 원기둥 시료를 길이 방향으로 수직으로 절단해서 얻어지는 횡단면을 연마하고, 원기둥 시료의 표면으로부터 50㎛의 깊이의 부위에, 100g의 하중으로 비커스 경도를 5점 측정하여, 비커스 경도의 평균값을 구하고, 이 평균값을 원기둥 시료의 표면 경도라 하였다. 이 표면 경도는, 특히 본 발명이 기어 등의 각종 부품의 재료로서 사용되는 경우에, 부품의 강도를 평가하는 지표이다.

이들 평가 결과를 표 3-1 및 표 3-2에 나타낸다. 표 3 중의 밑줄이 그어진 수치는, 본 발명의 규정 범위 외의 수치 또는 본 발명의 목표에 도달하지 않은 수치이다. 또한, 강재 No.1 내지 29의 조직은, 모두 매트릭스가 면적률로 90% 이상인 페라이트·펄라이트 조직이었다.

[표 3-1]

[표 3-2]

강재 No.1 내지 19는, 본 발명예이다. 모든 본 발명예에 있어서, 원 상당 직경 200㎚ 초과인 AlN의 면적률은, 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률의 20% 이하였다. 본 발명예에 있어서의 절삭 거리는 15.5m이고(즉, 본 발명예에 있어서의 절삭 거리는 SCr420과 동등 이상이고), 또한 본 발명예의 고주파 경화 후의 표면 경도는 HV600 이상이다. 즉, 본 발명예는 충분한 강도 특성 및 충분한 피삭성을 갖는 강이다.

한편, 강재 No.20 내지 29는, 본 발명의 범위 외인 비교예이다. 강재 No.20은, C 함유량이 부족했기 때문에, 고주파 경화 후의 표면 경도가 HV600보다 낮아져서, 강도가 부족했다. 강재 No.21은, C 함유량이 과잉이기 때문에, 고주파 경화 전의 경도가 증가하여, 절삭 거리가 저하되었다. 강재 No.22는, Al 함유량이 부족했기 때문에, Al 산화물 피막 형성에 의한 공구 보호의 효과를 얻지 못하여, 절삭 거리가 저하되었다. Al 함유량이 과잉인 강재 No.23은, 절삭 거리가 부족했다. 강재 No.23의 원 상당 직경 200㎚ 초과인 AlN의 면적률은, 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률의 20% 초과였다. 강재 No.24는, S 함유량이 부족했기 때문에, 미세 Mn 황화물계 개재물의 개수가 적어져서, 절삭 거리가 부족했다. Al×N이 과잉인 강재 No.25는, 절삭 거리가 부족했다. 강재 No.25의 원 상당 직경 200㎚ 초과인 AlN의 면적률은, 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률의 20% 초과였다. 강재 No.26은, Mn/S가 지나치게 낮았기 때문에, 열간 연성이 저하되어, 주조 시에 균열을 일으켰다. 강재 No.27은, Mn/S가 지나치게 높았기 때문에, 미세 Mn 황화물계 개재물을 충분히 얻을 수 없어, 절삭 거리가 저하되었다. 강재 No.28은, 식 (1)의 값이 지나치게 작았기 때문에, 절삭 거리가 저하되었다. 강재 No.29는, 주조 시의 냉각 속도가 지나치게 느렸기 때문에, 미세한 MnS를 충분히 얻을 수 없어, 절삭 거리가 저하되었다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 피삭성이 우수하고, 또한 고주파 ??칭을 적합하게 적용 가능한 고주파 ??칭용 강재를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기계 제조 산업에 있어서 이용 가능성이 높은 것이다.

Claims (5)

1. 화학 성분이, 질량%로,
   C: 0.40 ~ 0.60%,
   Si: 0.01 ~ 1.4%,
   Mn: 0.2 ~ 1.0% 미만,
   Cr: 0.01 ~ 0.5% 미만,
   Al: 0.11 ~ 0.17%,
   S: 0.03 초과 ~ 0.07%,
   N: 0.0030 ~ 0.0075%,
   P: 0.05% 미만,
   B: 0 ~ 0.005%,
   Mo: 0 ~ 0.2%,
   Ni: 0 ~ 1.0%,
   Cu: 0 ~ 1.0%,
   Ca: 0 ~ 0.005%,
   Mg: 0 ~ 0.005%,
   Zr: 0 ~ 0.005%,
   Rem: 0 ~ 0.005%,
   Ti: 0 ~ 0.2%,
   Nb: 0 ~ 0.2%,
   V: 0 ~ 0.35%,
   Sb: 0 ~ 0.015%,
   Te: 0 ~ 0.2%,
   Pb: 0 ~ 0.5% 및
   Bi: 0 ~ 0.5%
   를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하고,
   상기 화학 성분이 식 (1) 내지 (3)을 충족하고,
   직경의 1/4의 개소에 있어서, 원 상당 직경 200㎚ 초과인 AlN의 면적률이, 원 상당 직경 40㎚ 이상인 모든 AlN의 면적률의 20% 이하이고,
   상기 직경의 1/4의 개소에 있어서, 최대 직경이 0.3㎛ 이상 10㎛ 이하인 Mn 황화물계 개재물의 개수 밀도가 100개/㎟ 이상 2500개/㎟ 이하인 것을 특징으로 하는, 고주파 ??칭용 강재.
   0.000330≤Al×N≤0.000825 … (1)
   4.6≤Mn/S≤14.0 … (2)
   15.5≤(-1.40×Al+0.0175)×(214×(C+(1/7)×Si+(1/5)×Mn+(1/9)×Cr)-211)≤25.65 … (3)
   상기 식 (1), 상기 식 (2) 및 상기 식 (3)에 포함되는 기호 「C」, 「Si」, 「Mn」, 「Cr」, 「Al」, 「N」 및 「S」각각은, C, Si, Mn, Cr, Al, N 및 S의 함유량을 단위 질량%로 나타낸다.
2. 제1항에 있어서,
   상기 화학 성분이, 질량%로,
   B: 0.0003 ~ 0.005%,
   Mo: 0.01 ~ 0.2%,
   Ni: 0.05 ~ 1.0% 및
   Cu: 0.05 ~ 1.0%
   중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 고주파 ??칭용 강재.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 화학 성분이, 질량%로,
   Ca: 0.0003 ~ 0.005%,
   Mg: 0.0003 ~ 0.005%,
   Zr: 0.0003 ~ 0.005% 및
   Rem: 0.0003 ~ 0.005%
   중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 고주파 ??칭용 강재.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 화학 성분이, 질량%로,
   Ti: 0.005 ~ 0.2%,
   Nb: 0.005 ~ 0.2% 및
   V: 0.005 ~ 0.35%
   중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 고주파 ??칭용 강재.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 화학 성분이, 질량%로,
   Sb: 0.0003 ~ 0.015%,
   Te: 0.0003 ~ 0.2%,
   Pb: 0.01 ~ 0.5% 및
   Bi: 0.01 ~ 0.5%
   중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 고주파 ??칭용 강재.

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