KR20180015726A - 섬유 기계 부품용 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

섬유 기계 부품용 강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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마사루 후지하라
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닛신 세이코 가부시키가이샤
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Abstract

염가로 제조할 수 있고, 내마모성 및 인성이 양호한 섬유 기계 부품용 강판을 제공한다. 질량%로, 0.60% 이상 1.25% 이하의 C, 0.50% 이하의 Si, 0.30% 이상 1.20% 이하의 Mn, 0.03% 이하의 P, 0.03% 이하의 S, 0.30% 이상 1.50% 이하의 Cr, 0.10% 이상 0.50% 이하의 Nb를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 또한, 입자 지름 0.5㎛ 이상의 Nb 함유 탄화물이, 3000개/㎟ 이상 9000개/㎟ 이하의 밀도로 매트릭스 중에 존재한다. 이 섬유 기계 부품용 강판에 의하면, Nb 함유 탄화물의 내마모성 향상 작용을 확보할 수 있음과 함께, Nb 함유 탄화물의 과잉 생성에 의한 인성의 열화를 방지할 수 있기 때문에, 내마모성 및 인성이 양호하다.

Description

섬유 기계 부품용 강판 및 그 제조 방법
본 발명은, 내마모성 및 인성이 우수한 섬유 기계 부품용 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
편물기에 이용되는 메리야스 바늘, 니들 플레이트, 싱커, 셀렉터 및 잭 등의 섬유 기계 부품은, 내마모성이 요구되기 때문에, 일반적으로는, 고탄소강의 담금질·뜨임재가 이용되고 있다. 이것들 섬유 기계 부품은, 실에 포함되는 Al2O3나 SiO2 등의 협잡물에 의해서, 연삭 마모가 생긴다.
그리고, 근래에는, 편물지를 치밀하게 한 의상의 개발에 의해서 섬유 기계 부품이 두께가 얇아지는 경향이 있고, 섬유 기계 부품이 마모에 의해서 두께가 줄면 편물 위치가 어긋나 버리기 때문에, 섬유 기계 부품용의 강판에는, 한층 더 내마모성의 향상이 요구되고 있다.
한편, 편물기가 고속 가동되면, 섬유 기계 부품이 슬라이딩하면서 왕복 운동할 때의 충격에 의해서, 각종 부품이 파손될 우려가 있다.
예를 들면, 메리야스 바늘이 파손되면, 편직하고 있는 천(生地)이 메리야스 바늘의 파손된 개소에 의해 손상되어 버리고, 천의 상품 가치에 문제가 생긴다.
또한, 실을 선택하는 부품인 셀렉터에 오작동이 발생한 경우에는, 셀렉터와 니들 플레이트가 충돌하여 니들 플레이트가 파손된다. 니들 플레이트는, 여러 개의 와이어로 유지된 상태로 편물기 본체에 고정되어 있기 때문에, 파손된 니들 플레이트는 용이하게 교환할 수 없다.
따라서, 섬유 기계 부품의 왕복 운동에 의한 충격에서 생기는 각종 부품의 파손을 방지하기 위해서, 내마모성이 저하해버리지만 경도 레벨을 저하시키는 것으로써, 왕복 운동에 있어서의 충격에 대한 인성을 확보하고 있는 것이 현재의 상태이다.
여기서, 예를 들면, 특허문헌 1 내지 특허문헌 4에는, 펠트 바늘, 미싱 바늘 및 메리야스 바늘 등의 용도에 이용되는 강도나 인성이나 내식성이 우수한 섬유 기계용 부품이 기재되어 있다. 이들 특허문헌 1 내지 특허문헌 4에서는, 중탄소강을 베이스로 하여 Cr이나 Mo나 V 등을 첨가하는 것으로써, 내마모성을 향상시켜서 사용 수명을 향상시키고 있다.
또한, 특허문헌 5 내지 특허문헌 13에는, 직기 부재에 이용되는 스테인리스강이 기재되어 있다. 이들 특허문헌 5 내지 특허문헌 13에서는, 마르텐사이트계 스테인리스강을 베이스로 하여 Ti나 Nb 등의 탄화물의 총 석출량을 규정하는 것으로써, 고강도화하여 섬유와 접촉하는 강판의 마모를 억제하고, 또한, Cr에 의한 부동태 피막의 생성에 의해 내식성을 향상시키고 있다.
일본 공개특허공보 소59-43128호 일본 공개특허공보 소62-89841호 일본 공개특허공보 평04-88149호 일본 공개특허공보 평05-171355호 일본 공개특허공보 2000-192197호 일본 특허공보 제3946370호 일본 공개특허공보 2001-181799호 일본 공개특허공보 2002-220640호 일본 특허공보 제4789225호 일본 공개특허공보 2002-285287호 일본 공개특허공보 2002-285350호 일본 특허공보 제4420176호 일본 공개특허공보 2009-203528호
섬유 기계 부품의 마모의 원인은, 실에 포함되는 Al2O3나 SiO2 등의 직경 3㎛ 정도의 협잡물이었는데, 근래에는 협잡물이 많은 조악품의 실이 사용되는 일이 있고, 이러한 실에는 K2O나 CaO 등의 종래보다 약간 조대한 직경 5㎛ 정도의 협잡물이 포함되어 있고, 이들 조대한 협잡물에 의한 영향이 크다는 것을 알 수 있었다.
그리고, 특허문헌 1 내지 특허문헌 4와 같이 Cr, Mo 및 V 중 어느 하나의 탄화물 또는 복합 탄화물을 이용하여 내마모성을 향상시키는 것만으로는, 내마모성이 불충분하고 조대한 협잡물에 의한 마모를 억제하지 못하여, 섬유 기계 부품의 교환 빈도가 높아져 버리고 있다.
특허문헌 5 내지 특허문헌 13 등의 직기 부재에서는, 사용하는 실을 공기류(에어 제트)나 수류(워터 제트)에 의한 불어넣기 방식에서 날실로 하고 있으므로, 내식성을 고려할 필요가 있기 때문에, 비교적으로 고가의 스테인리스강을 이용하고 있다.
그렇지만, 섬유 기계 부품은, 기계적으로 구동하여 날실로 함과 함께, 실과 접촉하는 부분에는 기름을 적하하기 때문에, 내식성에 관한 염려가 적다.
이 때문에, 섬유 기계 부품에서는, 수천점에도 달하는 다량의 부품에, 직기 부재와 같이 고가의 스테인리스강을 적용할 필요가 없다.
또한, 직기 부재의 인성의 평가에 대하여, 굽힘 시험에 의해 굽힘성을 평가한 지수로 되어 있다.
그렇지만, 섬유 기계 부품에서는, 슬라이딩의 속도가 1초간에 수미터이기 때문에, 굽힘 시험에서는 인성의 평가로서 부적절하므로, 섬유 기계 부품으로서는 인성이 낮을 가능성을 생각할 수 있다.
여기서, 섬유 기계 부품은, 마모 형태가 매우 복잡하기 때문에, 마모하는 부위의 마모 원인이 밝혀지지 않은 채, 단순히 고강도재를 이용하는 것으로써 내마모성의 향상을 도모하고 있는 경향이 있고, 섬유 기계 부품으로서 내마모성이 적절히 향상되어 있지 않을 가능성을 생각할 수 있다.
또한, 섬유 기계 부품의 재료 수명에 대해서는, 실제 기계에 섬유 기계 부품을 장착하고 실사용 환경하에서 사용하면서 평가하고 있기 때문에, 재료 선정에 장시간을 필요로 할 뿐만 아니라, 적정한 재료의 선정에 고심하고 있는 것이 현재의 상황이었다.
따라서, 염가로 제조할 수 있고, 내마모성 및 인성이 양호한 섬유 기계 부품용 강판이 요구되고 있었다.
본 발명은 이러한 점에 비추어서 이루어진 것으로, 염가로 제조할 수 있고, 내마모성 및 인성이 양호한 섬유 기계 부품용 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 기재된 섬유 기계 부품용 강판은, 질량%로, C: 0.60% 이상 1.25% 이하, Si: 0.50% 이하, Mn: 0.30% 이상 1.20% 이하, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, Cr: 0.30% 이상 1.50% 이하, Nb: 0.10% 이상 0.50% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 입자 지름 0.5㎛ 이상의 Nb 함유 탄화물이, 3000개/㎟ 이상 9000개/㎟ 이하의 밀도로 매트릭스 중에 존재하는 것이다.
청구항 2에 기재된 섬유 기계 부품용 강판은, 청구항 1에 기재된 섬유 기계 부품용 강판에 있어서, 질량%로, Ti: 0%(무첨가를 포함한다) 이상 0.50% 이하, B: 0%(무첨가를 포함한다) 이상 0.005% 이하를 함유하는 것이다.
청구항 3에 기재된 섬유 기계 부품용 강판은, 청구항 1 또는 2에 기재된 섬유 기계 부품용 강판에 있어서, 질량%로, Mo: 0%(무첨가를 포함한다) 이상 0.50% 이하, V: 0%(무첨가를 포함한다) 이상 0.50% 이하, Ni: 0%(무첨가를 포함한다) 이상 2.0% 이하 중 어느 1종 이상을 함유하는 것이다.
청구항 4에 기재된 섬유 기계 부품용 강판의 제조 방법은, 주조 후에 주편 가열 처리가 실시되는 섬유 기계 부품용 강판의 제조 방법으로서, 주편 가열 처리의 가열 온도를 T로 하고, Y=2.43-6000/(T+273)으로 하고, X=0.68(Nb 함유량)+0.10(C 함유량)-10Y로 하여, Z값=3.24exp(4.61X)의 식으로 나타내는 Z값이 6 이상 20 이하가 되도록 C 함유량 및 Nb 함유량에 대응하여 주편 가열 처리의 가열 온도를 설정하고, 또한, 주조시에 주편 중심부를 액상선 온도로부터 고상선 온도까지 냉각하는 동안의 평균 냉각 속도의 값이 Z값 이하가 되도록 주조 조건을 조정하는 것이다.
본 발명에 의하면, 질량%로, 0.60% 이상 1.25% 이하의 C, 0.50% 이하의 Si, 0.30% 이상 1.20% 이하의 Mn, 0.03% 이하의 P, 0.03% 이하의 S, 0.30% 이상 1.50% 이하의 Cr, 0.10% 이상 0.50% 이하의 Nb를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어기 때문에, 염가로 제조할 수 있다.
또한, Nb를 함유하는 입자 지름 0.5㎛ 이상의 탄화물이, 3000개/㎟ 이상의 밀도로 매트릭스 중에 존재하기 때문에 내마모성이 양호하고, Nb를 함유하는 입자 지름 0.5㎛ 이상의 탄화물이, 9000개/㎟ 이하의 밀도로 매트릭스 중에 존재하기 때문에, 인성이 양호하다.
도 1은 모의 주편을 제조하는 용융·응고 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 사도(絲道) 마모 시험의 구성을 모식적으로 나타내는 구성도이다.
도 3은 충격 시험에 이용하는 시험편의 형상을 나타내는 측면도이다.
이하, 본 발명의 일실시형태의 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 원소의 함유량은, 특별히 기재하지 않는 한 질량%로 한다.
섬유 기계 부품용 강판은, 0.60% 이상 1.25% 이하의 C(탄소), 0.50% 이하의 Si(규소), 0.30% 이상 1.20% 이하의 Mn(망간), 0.03% 이하의 P(인), 0.03% 이하의 S(유황), 0.30% 이상 1.50% 이하의 Cr(크롬), 0.10% 이상 0.50% 이하의 Nb(니오브)를 함유하고, 잔부가 Fe(철) 및 불가피적 불순물로 이루어진다.
또한, 섬유 기계 부품용 강판은, 필요에 대응하여, 0%(무첨가를 포함한다) 이상 0.50% 이하의 Ti(티탄), 및, 0%(무첨가를 포함한다) 이상 0.005% 이하의 B(붕소)를 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 섬유 기계 부품용 강판은, 필요에 대응하여, 0%(무첨가를 포함한다) 이상 0.50% 이하의 Mo(몰리브덴), 0%(무첨가를 포함한다) 이상 0.50% 이하의 V(바나듐), 및, 0%(무첨가를 포함한다) 이상 2.0% 이하의 Ni(니켈) 중 어느 1종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.
C는, 강판의 강도 향상에 필요한 원소이며, 섬유 기계 부품에 사용하기 위한 강도를 확보하기 위해서는, 함유량을 0.60% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, C의 함유량이 1.25%를 초과하면 조대한 미용해 탄화물이 많아지고, 충격 특성 등의 열화 요인이 되어 버린다. 따라서, C의 함유량은, 0.60% 이상 1.25% 이하로 했다.
Si는, 제강 단계에서 탈산재로서 첨가되지만, 무첨가에서도 탈산 불량은 생기지 않는다. 또한, Si의 함유량이 많아지면 인성이 열화되고, 0.50%를 초과하면 섬유 기계 부품에 사용하기 위한 인성을 확보할 수 없을 가능성이 있다. 따라서, Si의 함유량은, 0.50% 이하(무첨가를 포함한다)로 하고, 바람직하게는 0.30% 이하이다.
Mn은, 강철의 담금질성 향상에 유효한 원소이며, 함유량이 0.30% 미만에서는 담금질성을 충분히 향상시킬 수 없다. 그러나, Mn의 함유량이 1.20%를 초과하여 다량으로 함유시키면, 경질화를 초래하고, 제조성이나 인성을 떨어뜨리는 원인이 된다. 따라서, Mn의 함유량은, 0.30% 이상 1.20% 이하로 했다.
P 및 S는, 어느 쪽도 인성에 악영향을 미치므로, 가능한 한 함유량이 적은 쪽이 바람직하다. 따라서, P의 함유량 및 S의 함유량은, 모두 0.03% 이하로 했다.
Cr은, 강철의 담금질성을 향상시키는 작용, 강판의 강도를 향상시키는 작용, 강판의 내마모성을 향상시키는 작용, 및, 소둔시에 있어서의 세멘타이트의 조대화를 억제하는 작용을 가지는 원소이다. 그리고, Cr에 의한 상기 각 작용을 가지기 위해서는, Cr의 함유량을 0.30% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Cr은 담금질 처리의 가열 유지에 있어서 세멘타이트의 용체화를 방해한다고 하는 악영향을 미치는 경우가 있고, Cr의 함유량이 1.50%를 초과하면, 담금질 처리시의 미용해 세멘타이트량을 증대시키는 요인이 될 수 있다. 따라서, Cr의 함유량은, 0.30% 이상 1.50% 이하로 했다.
Nb는, 주조 후의 냉각 과정에서 강 중에 매우 경질인 Nb 함유 탄화물을 형성하고, 내마모성, 특히 내연삭 마모성의 향상에 기여한다. 또한, Nb는, 담금질시의 결정립을 미세화시켜서, 인성의 향상에 기여한다. Nb에 의한 이들 각 작용을 가지기 위해서는, Nb의 함유량을 0.10% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Nb를 다량으로 첨가하면, Nb 함유 탄화물이 과잉으로 생성되고, 이 Nb 함유 탄화물이 파괴의 기점 및 균열 전파 경로가 되고, 인성이 열화되는 요인이 된다. 또한, C 함유 레벨이 비교적 높은 용도에 있어서 조질 열처리 후의 양호한 인성을 확보하기 위해서는, Nb의 함유량을 0.50% 이하로 억제하는 것이 중요하다. 따라서, Nb의 함유량은, 0.10% 이상 0.50% 이하로 했다.
Ti는, Nb와 마찬가지로 주조 후의 냉각 과정에서 강 중에 매우 경질인 Ti 함유 탄화물을 형성하고, 내마모성에 기여한다. 또한, 열간 압연시 등에 재고용되고, 열간 압연 중 또는 냉각 중에 석출된 TiC는 담금질시에 결정립을 미세화하고, 인성의 향상에 기여한다. 또한, Ti와 N의 결합력이 강하기 때문에, B를 첨가했을 경우에 BN의 생성을 방지하고, B의 담금질성 향상 작용을 이끌어내는데 유효하다. 따라서, 필요에 대응하여 Ti를 첨가하는 것이 바람직하고, Ti에 의한 상기 각 작용을 가지기 위해서는, Ti의 함유량을 0.01% 이상으로 하면 효과적이다. 그러나, Ti의 함유량이 0.50%를 초과하면, Ti계 탄화물이 강판 중에 다량으로 존재하여 인성 열화를 초래하기 쉽기 때문에, Ti를 함유시키는 경우에는, Ti의 함유량을 0.50% 이하로 하는 것이 바람직하다.
B는, 담금질성의 향상에 유효한 원소이며, 필요에 대응하여 첨가하는 것이 바람직하다. B의 효과를 얻기 위해서는, B의 함유량을 0.0003% 이상으로 할 필요가 있다. 또한, B에 의한 담금질성 향상 작용은, B의 함유량이 0.005%에서 포화된다. 따라서, B를 함유시키는 경우에는, B의 함유량을 0.005% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Mo 및 V는, 모두 인성 향상에 유효한 원소이며, 필요에 대응하여 첨가하는 것이 바람직하다. Mo에 의한 인성 향상 작용을 가지기 위해서는, Mo의 함유량을 0.1% 이상으로 하면 효과적이다. 그러나, Mo 및 V는, 비교적 고가의 원소이며, 과잉의 첨가는 비용의 증대를 초래하기 때문에, Mo 및 V의 적어도 1종을 함유시키는 경우에는, Mo의 함유량 및 V의 함유량을 0.50% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Ni는, 담금질성 및 저온 인성의 향상에 유효한 원소이며, 필요에 대응하여 첨가하는 것이 바람직하다. Ni에 의한 담금질성 향상 작용 및 저온 인성 향상 작용을 가지기 위해서는, Ni의 함유량을 0.1% 이상으로 하면 효과적이다. 그러나, Ni의 과잉 첨가는 경제성을 떨어뜨리는 요인이 되기 때문에, Ni를 첨가하는 경우에는, Ni의 함유량을 2.0% 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기 화학 성분의 섬유 기계 부품용 강판에서 내마모성을 향상시키기 위해서는, Nb를 함유하는 탄화물에 의한 작용을 이용한다. 또한, Ti를 함유하는 경우에는 Ti의 탄화물도 내마모성의 향상에 유효하다. 다만, 섬유 기계 부품에 사용하기 위한 인성을 확보하기 위해서는, 탄화물의 입경을 제어할 필요가 있다.
구체적으로는, 조질 열처리 후의 최종적인 부품인 섬유 기계 부품용 강판은, Nb 또는 Nb와 Ti를 함유하는 입자 지름 0.5㎛ 이상의 탄화물이, 3000개/㎟ 이상 9000개/㎟ 이하의 밀도로 매트릭스 중에 존재하는 금속 조직이면, 내마모성이 향상됨과 함께, 인성을 떨어뜨리는 폐해를 회피할 수 있다.
또한, Nb를 함유하는 탄화물은, NbC를 주성분으로 하는 경질 탄화물이며, Nb와 Ti를 함유하는 탄화물은, (Nb, Ti)C 등을 주성분으로 하는 경질 탄화물이다(이하, 이들의 Nb를 함유하는 탄화물이나 Nb와 Ti를 함유하는 탄화물을 경질 탄화물로 한다).
강 중에 함유되는 석출 입자가 경질 탄화물에 해당하는지 아닌지는, EDX 등에 의한 미시적 분석에 의해서 확인할 수 있다. 또한, 이와 같이 확인한 경질 탄화물에 대해서, 각각의 면적을 측정하여 동일한 면적을 가지는 진원의 직경을 산출하고, 이 직경을 경질 탄화물의 입자 지름으로 한다.
강 중의 경질 탄화물은, 입자 지름 0.5㎛ 이상의 것이 3000개/㎟ 미만이면, 경질 탄화물에 의한 내마모성 향상 작용이 불충분하고, 섬유 기계 부품용으로서 충분한 내마모성을 확보할 수 없을 가능성이 있다. 또한, 입자 지름 0.5㎛ 이상의 경질 탄화물이 9000개/㎟보다 많으면, 이들 경질 탄화물이 파괴의 기점 및 균열 전파 경로가 되어서 인성 열화의 원인이 되어 버린다. 따라서, 섬유 기계 부품용 강판은, 입자 지름 0.5㎛ 이상의 경질 탄화물이, 3000개/㎟ 이상 9000개/㎟ 이하의 밀도로 매트릭스 중에 존재하는 것으로 했다.
다음에, 상기 섬유 기계 부품용 강판의 제조 방법을 설명한다.
섬유 기계 부품용 강판은, 주조, 열간 압연 및 조질 열처리를 거쳐서 제조된다.
주조 공정에서는, 냉각 과정에 있어서 강 중에 Nb를 함유하는 경질 탄화물, 또는, Nb와 Ti를 함유하는 경질 탄화물을 석출시킨다. 이 석출되는 경질 탄화물의 입자 지름 및 밀도를 조정하기 위해서는, C 함유량과 Nb 함유량과 주조시의 냉각 속도를 엄밀하게 제한하는 것이 중요하다.
구체적으로는, 주조시에 주편 중심부를 액상선 온도로부터 고상선 온도까지 냉각하는 평균 냉각 속도(℃/분)의 값이, Z값=3.24exp(4.61X)인 (1)식에서 나타나는 Z값 이하가 되도록 주조 조건을 조정한다. 일반적으로는, 냉각 속도가 극단적으로 늦어지면(예를 들면, 1℃/분 이하가 되면), 생산성에 큰 악영향을 미치는 것을 생각할 수 있기 때문에, 5℃/분 이상의 냉각 속도로 냉각된다. 또한, (1)식에서는, X=0.68(Nb 함유량)+0.10(C 함유량)-10Y로 하고, Y=2.43-6000/(T+273)으로 하고, 주편 가열 처리의 가열 온도를 T로 한다.
(1)식에서 나타나는 Z값은, C 함유량, Nb 함유량 및 주편 가열 온도에 의해, 주조시에 주편 중심부를 액상선 온도로부터 고상선 온도까지 냉각하는 평균 냉각 속도의 허용 상한치(℃/분)를 나타내는 지표이다. 또한, 동일한 가열 온도이면, Z값이 높을수록, 경질 탄화물은 조대화되는 경향이 있다.
강 중에 석출되는 Nb 함유 탄화물의 입자 지름이나 밀도는, 주조 공정의 후속 공정에 있어서의 주편 가열 온도 및 그 냉각 속도에 의해서도 영향을 받지만, 주조 공정에 있어서의 냉각 과정이 크게 영향을 준다.
그리고, 주조 공정에 있어서의 주편의 평균 냉각 속도가 늦을수록, 경질 탄화물의 조대화가 진행되지만, 주편 중에 과잉으로 조대화된 경질 탄화물이 존재하면, 주조 후의 주편 가열 처리에 있어서 경질 탄화물의 재고용을 도모한다고 해도, 충격에 의한 파괴의 기점이 되는 조대한 탄화물이 잔존되어 버린다. 이 때문에, 평균 냉각 속도의 하한을 5℃/분으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 강 중의 Nb 함유량 및 C 함유량이 많을수록, Nb 함유 탄화물이 조대화되기 쉽고, Z값이 20보다 커지면 인성의 열화를 초래하기 쉽기 때문에, 섬유 기계 부품용으로서의 충격 특성을 확보하기 위해서 Z값은 20 이하로 한다.
주편 가열 처리는, 주조 후의 열간 압연에 있어서의, 예를 들면 연속 주조 슬라브 등의 주편의 가열을 이용하는 것으로써, 주편 중에 석출되고 있는 Nb 함유 탄화물의 일부를 재고용할 수 있다.
따라서, 주편 가열 처리시의 가열 온도(T)가 높아질수록, 경질 탄화물이 미세화되고, 인성이 개선된다.
이 주편 가열 처리에서는, 일반적인 열간 압연과 마찬가지로, 가열 온도(T)를 1100℃ 이상 1350℃ 이하로 설정 가능하다.
또한, 주편 가열 처리에 있어서의 가열 유지 시간(주편 중심부가 강재 가열 온도(T)의 -50℃ 이상이 되는 시간)은, 30분 이상 240분 이하가 바람직하다.
또한, (1)식에서 나타나는 Z값이 6보다 작아지는 가열 온도(T)로 주편을 가열 처리하면, Nb 함유 탄화물의 고용화가 과도하게 진행되는 경우가 있고, 내마모성의 열화의 원인이 된다. 따라서, Z값이 6 이상 20 이하가 되도록 강 중의 C 함유량 및 Nb 함유량에 대응하여 주편 가열 처리의 가열 온도(T)를 설정하고, 이 설정한 주편 가열 처리의 가열 온도(T)에 기초하여 산출한 Z값을 기준으로 주조 조건을 조정한다.
열간 압연은, 마무리 압연의 온도를, 예를 들면 800℃ 이상 900℃ 이하로 하고, 권취 온도를, 예를 들면 630℃ 이하로 한다.
또한, 열간 압연 후의 강판은, 소둔 및 냉간 압연에 제공된다.
소둔은, 필요에 대응하여 그 조건을 조정할 수 있다. 구체적으로는, 오스테나이트가 생성되기 시작하는 온도인 Ac1점 미만의 온도역에서, 예를 들면 10 ~ 50시간 가열 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 소둔 후에 필요에 대응하여 냉간 압연하고, 다시 소둔을 행하여, 소둔과 냉간 압연을 여러 차례 반복하여 행해도 좋다. 또한, 냉간 압연의 조건도 필요에 대응하여 조정 가능하다.
그리고, 이와 같이 소둔 및 냉간 압연을 행한 후의 강판은, 소둔 조직에 있어서의 매트릭스가 페라이트상이며, 담금질 뜨임 등의 조질 열처리가 실시된다.
조질 열처리는, 소둔 및 냉간 압연 후의 강판을 부품 형상으로 가공한 후에 행해지고, 담금질 및 뜨임에 의해서, 예를 들면 53 ~ 62HRC의 경도로 조질된다.
또한, 조질 열처리는, 이미 조정되어 있는 경질 탄화물의 분포 상태가 망가지는 일이 없도록 용체화 온도를 1000℃ 이하로 하는 것 외에는, 일반적인 조건으로 행한다.
또한, 조질 열처리 후의 강판의 금속 조직은, 경질 탄화물을 포함하는 마르텐사이트 조직이다.
다음에, 상기 일실시형태의 효과를 설명한다.
상기 섬유 기계 부품용 강판에 의하면, 질량%로, 0.60% 이상 1.25% 이하의 C, 0.50% 이하의 Si, 0.30% 이상 1.20% 이하의 Mn, 0.03% 이하의 P, 0.03% 이하의 S, 0.30% 이상 1.50% 이하의 Cr, 0.10% 이상 0.50% 이하의 Nb를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지기 때문에, 예를 들면 상기 특허문헌 5 내지 특허문헌 13의 종래 기술과 같은 비교적 고가의 스테인리스강과는 달리, 염가로 제조할 수 있고, 예를 들면 수천점에도 달하는 섬유 기계의 부품에의 적용에 적절하다.
또한, 섬유 기계 부품용 강판은, 상기 화학 성분에 있어서, Nb를 함유하는 입자 지름 0.5㎛ 이상의 탄화물이, 3000개/㎟ 이상 9000개/㎟ 이하의 밀도로 매트릭스 중에 존재하기 때문에, Nb를 함유하는 경질 탄화물에 의한 내마모성 향상 작용을 확보할 수 있음과 함께, 경질 탄화물의 과잉 생성에 의한 인성의 열화를 방지할 수 있기 때문에, 내마모성 및 인성이 양호하다.
섬유 기계 부품용 강판은, 필요에 대응하여 Ti를 함유시키는 것으로써, Ti를 함유하는 경질 탄화물에 의한 내마모성 향상 작용 및 인성 향상 작용으로, 내마모성 및 인성을 향상할 수 있다.
또한, 섬유 기계 부품용 강판은, 필요에 대응하여 B를 함유시키는 것으로써, 담금질성을 향상할 수 있다. 또한, B를 함유시키는 경우에는, Ti를 함유시키는 것으로써 B와 N의 결합에 의한 BN의 생성을 방지할 수 있고, B에 의한 담금질성 향상 작용을 가지기 쉽다.
또한, 섬유 기계 부품용 강판은, 필요에 대응하여 Mo, V 및 Ni의 적어도 1종을 함유시키는 것으로써, 인성이나 담금질성이나 저온 인성을 향상할 수 있다.
상기 섬유 기계 부품용 강판의 제조 방법에 의하면, (1)식에서 나타나는 Z값이 6 이상이 되도록 C의 함유량 및 Nb의 함유량에 대응하여 주편 가열 처리의 가열 온도(T)를 설정하는 것에 의해서, 주편 가열 처리시에 Nb를 함유하는 경질 탄화물의 고용화가 과도하게 진행되는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 경질 탄화물의 입자 지름이나 밀도를 제어하기 쉽고, 경질 탄화물의 작용을 이용한 내마모성 및 인성이 양호한 섬유 기계 부품용 강판을 제조할 수 있다.
또한, 주조시에 주편 중심부를 액상선 온도로부터 고상선 온도까지 냉각하는 동안의 평균 냉각 속도의 값이, 상술한 바와 같이 설정한 가열 온도(T)를 이용하여 (1)식에서 산출한 Z값 이하가 되도록 주조 조건을 조정하는 것으로써, 강 중에 적절한 크기 및 개수의 경질 탄화물을 석출할 수 있다. 이 때문에, 경질 탄화물의 입자 지름이나 밀도를 제어하기 쉽고, 내마모성 및 인성이 양호한 섬유 기계 부품용 강판을 제조할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
표 1에는, 섬유 기계 부품의 모재가 되는 강판의 화학 성분을 나타낸다.
Figure pct00001
이 표 1에 나타내는 각 강 슬라브를 용융 제조하고, 용융 및 응고 실험용의 30kg 강괴를 잘라냈다. 또한, 그 강괴를 도가니로 중에서 용융시켜서 용강으로 하고, 응고시의 냉각 속도를 컨트롤하는 것으로 주조시의 냉각 속도를 변경시킨 주편을 모의한 응고괴를 얻었다.
구체적으로는, 도 1에 나타내는 용융·응고 장치(1)를 이용하여, 응고괴를 제작했다.
우선, 단열재(2)로 덮인 원통 도가니(3) 내에서, 히터(4)의 발열에 의해서 강 블록을 용융시킨 용강(5)을 얻었다.
원통 도가니(3)는, 내화 벽돌(6)을 통하여 승강 가능한 스테이지(7)에 탑재되어 있다. 그리고, 용강 온도 1700℃의 상태로부터, 용강(5)이 수용된 원통 도가니(3)를 스테이지(7)의 하강에 의해서 수냉 코일(8)이 배치된 냉각 존에 이동시켜서, 용강(5)을 응고시켰다.
냉각 존에서 냉각할 때에는, 원통 도가니(3)의 중심부에 설치한 열전대(9)에 의해서 용강(5), 및 용강(5)이 응고된 응고괴의 온도를 모니터링 하고, 액상선 온도로부터 고상선 온도까지 냉각하는 동안의 평균 냉각 속도가 5℃/분 이상 20℃/분의 범위의 소정치가 되도록 스테이지(7)의 하강 속도, 히터(4)의 발열량, 및, 수냉 코일(8)의 발열량을 조정했다.
이와 같이 하여 얻어진 응고괴는, 주조시의 주편 중심부의 냉각 속도가 컨트롤된 주편을 모의한 것이다. 이하, 이 응고괴를 모의 주편으로 하고, 상기 냉각의 평균 냉각 속도를 주조시의 주편 중심부에 있어서의 액상선 온도로부터 고상선 온도까지 냉각하는 동안의 평균 냉각 속도로 간주한다.
각 모의 주편을 이용하여, 열간 압연, 소둔, 냉연, 소둔 및 조질 열처리의 순서로 처리하고, 판 두께 1.8mm의 충격 시험편을 제조했다.
또한, 이 강판을 또한, 냉연 및 소둔을 반복하여 행하고, 판 두께 0.2mm의 마모 시험편을 제조했다.
또한, 충격 시험편 및 마모 시험편을 조질 열처리에 의해서, 조질 경도 62HRC로 조질했다.
또한, 열간 압연은, 가열 온도를 1250 ~ 1350℃로 하여 60분 유지 후, 마무리 온도를 850℃로 하고, 권취 온도를 590℃로 하여 열연판 두께 3.5mm(연삭 가공으로 3.0mm로 조정)의 열연판을 얻었다. 소둔에서는, 690℃로 가열하고, 18시간 유지했다.
조질 열처리는, 830℃로 15분 가열 처리한 후, 60℃로 유냉하고, 조성에 대응하여 조질 경도를 740HV로 하는 조질재를 얻었다. 각 조질재는, 모두 빅커스 경도 합계로 ±15HV의 범위였다.
여기서, 조질 열처리전의 강판에 대해서, 압연 방향 및 판 두께 방향으로 평행한 단면(L 단면)을 경면 연마한 후, 무라카미(村上) 시약(적혈염의 알칼리 용액)으로 에칭하고, 공초점(共焦點) 레이저 현미경으로 관찰했다. 또한, 그 화상을 처리하여, 시야 면적 중에 존재하는 Nb 함유 탄화물(경질 탄화물)의 수량을 측정하고, 그 존재 밀도를 산출했다.
Nb를 함유하는 경질 탄화물은, 관찰 면적 90×60㎛×20시야 중에 존재하는 입자 지름 0.5㎛ 이상의 입자를 개수를 카운트하고, 이 결과에 기초하여 1㎟ 당 개수로 환산했다.
또한, 입경은 입자 면적의 원 상당 지름의 값이며, 입경 0.5㎛ 이상의 입자를 화상 처리로 픽업했다.
도 2에는, 사도 마모 시험 방법을 모식적으로 나타낸다. 조질 열처리한 후, 판 두께가 0.2mm이며, 길이 방향의 길이가 60mm이며, 폭 방향의 길이가 20mm인 단책(短冊) 형상의 시험편(11)을 지그에서 고정하여, 중추로 2N의 하중을 부하한 후, 시험편(11) 표면에 실(12)이 마찰되는 상태로 했다.
또한, 이 사도 마모 시험에서는, 110데시텍스의 일본산 폴리에스테르 방적사를 이용하여, 시험편(11)과 실(12)의 접촉면에 미싱용 실리콘 오일을 적하하면서, 이송 속도를 30m/분으로 하고, 마찰 거리를 10000m로 했다.
그리고, 각 시험편(11)의 마모자국 깊이를 레이저 현미경으로 측정하고, 비마모량(比摩耗量)이 0.6×10-7㎣/Nm 미만의 것을 섬유 기계 부품용 강판으로서의 내마모성을 합격으로 판단했다. 또한, 시험편(11)의 마찰면에는 섬유 기계 부품의 시장 회수품과 동일한 힘줄 형상의 마모자국이 관찰되었다.
도 3에는, 충격 시험편의 형상을 나타낸다. 충격 시험에 있어서의 시험편(21)은, 압연 방향에 대한 수직 방향(T 방향)을 길이 방향으로 하여, 판 두께가 1.8mm이며, 길이 방향의 길이가 55mm이며, 폭 방향의 길이가 10mm이며, 길이 방향 중심부에 R 1mm의 U 노치(22)를 마련했다.
그리고, 이러한 시험편(21)에 관하여, 샤르피 충격 시험을 상온에서 실시하고, 화살표에서 나타내는 충격 방향에 의한 충격값을 구하여, 2mm의 U 노치 충격값 5J·cm-2 이상의 것을 섬유 기계 부품용 강판으로서의 인성(충격 특성)을 합격으로 판단했다.
표 2에는, 주편 가열 처리 조건, 경질 탄화물의 밀도의 측정 결과, 사도 마모 시험의 결과 및 충격 시험의 결과를 나타낸다.
Figure pct00002
표 2에 나타내는 바와 같이, 소정의 화학 성분에서, (1)식에서 나타나는 Z값이 6 이상 20 이하가 되도록 주편 가열 처리의 가열 온도(T)를 설정하고, 또한, 모의 주편의 중심부를 액상선 온도로부터 고상선 온도까지 냉각하는 동안의 평균 냉각 속도의 값이 Z값 이하가 되도록 모의 주편의 냉각 속도를 제어한 본 발명예는, 입경 0.5㎛ 이상의 경질 탄화물의 개수가 3000 ~ 9000개/㎟로 조정되어 있었다. 그 결과, 내마모성이 우수함과 함께, 인성이 우수하고 높은 충격 특성을 가지고 있었다.
한편, 비교예인 No. 6, No. 28 및 No. 29는, 주편의 평균 냉각 속도가 Z값보다 크기 때문에, 경질 탄화물이 3000개/㎟ 미만이며, 내마모성이 부족했다.
비교예인 No. 11은, Z값이 6 미만이며, 냉각 속도의 값이 Z값보다 크기 때문에, 경질 탄화물이 3000개/㎟ 미만이며, 내마모성이 부족했다.
No. 23, No. 24 및 No. 30 ~ 36은, Nb를 함유하고 있지 않기 때문에, 경질 탄화물(Nb 함유 탄화물)이 존재하지 않고, 내마모성이 현저하게 낮았다.
비교예인 No. 25는, Nb나 C의 함유량이 적었기 때문에, 경질 탄화물의 개수가 3000개/㎟ 미만이며, 내마모성이 부족했다.
비교예인 No. 26 및 No. 27은, Nb의 함유량이 과잉이기 때문에, 경질 탄화물이 과잉으로 잔존되고, 충격 특성이 현저하게 저하되고 있었다.
[산업상 이용가능성]
본 발명은, 편물기에 이용되는 메리야스 바늘, 니들 플레이트, 싱커, 셀렉터 및 잭 등의 섬유 기계 부품용으로서 이용할 수 있다.
1: 용융·응고 장치
2: 단열재
3: 원통 도가니
4: 히터
5: 용강
6: 내화 벽돌
7: 스테이지
8: 수냉 코일
9: 열전대
11, 21: 시험편
12: 실
22: 노치

Claims (4)

  1. 질량%로, C: 0.60% 이상 1.25% 이하, Si: 0.50% 이하, Mn: 0.30% 이상 1.20% 이하, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, Cr: 0.30% 이상 1.50% 이하, Nb: 0.10% 이상 0.50% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    입자 지름 0.5㎛ 이상의 Nb 함유 탄화물이, 3000개/㎟ 이상 9000개/㎟ 이하의 밀도로 매트릭스 중에 존재하는 것을 특징으로 하는 섬유 기계 부품용 강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    질량%로, Ti: 0%(무첨가를 포함한다) 이상 0.50% 이하, B: 0%(무첨가를 포함한다) 이상 0.005% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 섬유 기계 부품용 강판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    질량%로, Mo: 0%(무첨가를 포함한다) 이상 0.50% 이하, V: 0%(무첨가를 포함한다) 이상 0.50% 이하, Ni: 0%(무첨가를 포함한다) 이상 2.0% 이하 중 어느 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 섬유 기계 부품용 강판.
  4. 주조 후에 주편 가열 처리가 실시되는 섬유 기계 부품용 강판의 제조 방법으로서,
    주편 가열 처리의 가열 온도를 T로 하고,
    Y=2.43-6000/(T+273)으로 하고,
    X=0.68(Nb 함유량)+0.10(C 함유량)-10Y로 하여,
    Z값=3.24exp(4.61X)의 식으로 나타내는 Z값이 6 이상 20 이하가 되도록 C 함유량 및 Nb 함유량에 대응하여 주편 가열 처리의 가열 온도를 설정하고, 또한, 주조시에 주편 중심부를 액상선 온도로부터 고상선 온도까지 냉각하는 동안의 평균 냉각 속도의 값이 Z값 이하가 되도록 주조 조건을 조정하는 것을 특징으로 하는 섬유 기계 부품용 강판의 제조 방법.
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