KR20190124826A - 냉간 가공용 기계 구조용 강, 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

통상보다 구상화 소둔의 시간을 단시간화한 경우에 있어서도, 종래와 동등하거나 그 이상의 구상화를 달성할 수 있어, 종래보다 연질화할 수 있는 냉간 가공용 기계 구조용 강, 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 개시는, C, Si, Mn, P, S, Al, N을 포함하며, 강의 금속 조직이 초석 페라이트 및 펄라이트를 함유하며, 전체 조직에 대한 초석 페라이트 및 펄라이트의 합계 면적률이 90% 이상인 동시에, 상기 초석 페라이트의 면적률 Af가, 하기 식 (1)로 표현되는 A값과의 관계에서, Af≥A의 관계를 만족하며, bcc-Fe 결정립의 평균 원 상당 직경이 15㎛ 내지 30㎛이며, 또한 펄라이트 라멜라의 간격이 평균으로 0.20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 가공용 기계 구조용 강이다.
A = (103-128×[C(%)])×0.80 (%) … (1)
단, 상기 식 (1) 중, [C(%)]는 질량%로 C의 함유량을 나타낸다.

Description

냉간 가공용 기계 구조용 강, 및 그 제조 방법{THE STEEL FOR THE MACHINE STRUCTURE FOR THE COLD PROCESSING AND A MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 개시는, 냉간 가공용 기계 구조용 강, 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 구상화 소둔(燒鈍) 후의 변형 저항이 낮고, 냉간 가공성이 뛰어난 기계 구조용 강, 및 해당 기계 구조용 강을 제조하기 위한 유용한 방법에 관한 것이다. 본 개시의 냉간 가공용 기계 구조용 강은, 냉간 단조, 냉간 압조 및 냉간 전조 등의 냉간 가공에 의해 제조되는 자동차용 부품 및 건설 기계용 부품 등의 각종 부품에 바람직하게 이용된다. 강의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 압연 선재 등을 대상으로 한다. 상기한 각종 부품으로서 구체적으로는, 볼트, 나사, 너트, 소켓, 볼 조인트(ball joint), 이너 튜브, 토션 바(torsion bar), 클러치 케이스, 케이지, 하우징, 허브, 커버, 케이스, 크래들(cradle), 태핏(tappet), 새들(saddle), 벌크(bulk), 이너 케이스, 클러치, 슬리브(sleeve), 아우터 레이스(outer race), 스프로킷(sprocket), 코어, 스테이터, 앤빌(anvil), 스파이더(spider), 로커 아암(rocker arm), 보디, 플랜지, 드럼, 이음매, 커넥터, 풀리(pulley), 금구(金具), 요크(yoke), 마우스피스(mouthpiece), 밸브 리프터(valve lifter), 스파크 플러그(spark plug), 피니언 기어(pinion gear), 스티어링 샤프트(steering shaft) 및 커먼 레일(common rail) 등의, 기계 부품 및 전장 부품 등을 들 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 선재란, 압연 선재의 의미로 이용하며, 열간 압연 후에 실온까지 냉각한 선 형상의 강재를 가리킨다. 또한 본 명세서에 있어서, 강선이란, 상기 압연 선재에 신선 및/또는 소둔 등을 실시하여 특성을 조정한, 선 형상의 강재를 가리킨다.
자동차용 부품 및 건설 기계용 부품 등의 각종 부품을 제조할 때에는, 통상, 탄소강 및 합금강 등의 열간 압연 선재에, 냉간 가공성을 부여하는 목적으로 구상화 소둔 처리가 실시된다. 그리고, 구상화 소둔 후의 강선에 냉간 가공을 실행하고, 그 후 절삭 가공 등의 기계 가공을 실시하는 것에 의해 소정의 형상으로 성형하고, 또한 소입(燒入) 소려(燒戾) 처리를 실행하여 최종적인 강도 조정이 실행된다.
최근에는, 에너지 절약의 관점으로부터, 구상화 소둔의 조건이 재검토되며, 특히 구상화 소둔 시간의 단시간화가 요구되고 있다. 예를 들면, 구상화 소둔 시간을 2할 내지 3할 삭감할 수 있으면, 에너지 소비량의 삭감 및 CO2 배출량의 삭감을 기대할 수 있다.
그렇지만, 구상화 소둔 시간을 단시간화한 경우, 탄화물의 구상화의 지표인 구상화도가 커져서(즉, 구상화 조직이 나빠져서), 냉간 가공성이 열화되는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 구상화 소둔 시간의 단시간화는 용이하지 않다.
지금까지 구상화 소둔 시간의 단시간화를 실현하는 기술이 몇 가지 제안되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 구상화 소둔 전의 금속 조직을 제어하는 것에 의해, 비교적 단시간의 구상화 소둔을 실행하여도 연질화가 가능한 냉간 가공용 기계 구조용 강과, 그 제조 방법이 개시되어 있다. 구체적으로는, 전체 조직에 대한 펄라이트와 페라이트의 합계 면적률이 95 면적% 이상인 동시에, 페라이트의 면적률을 소정 이상으로 하고, bcc-Fe 결정 입경을 적정 범위로 제어한 냉간 가공용 기계 구조용 강이 개시되어 있다. 냉간 가공용 기계 구조용 강의 제조 방법에서는, 750℃ 내지 950℃의 온도에서 마무리 가공한 후, 5℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 600℃ 내지 660℃의 온도 범위까지 냉각하고, 그 후, 1℃/초 이하의 평균 냉각 속도로 20초 이상 냉각하는 것이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 금속 조직에 초석 페라이트 조직, 펄라이트 조직, 및 베이나이트 조직을 함유시킨 강선재와 그 제조 방법이 개시되어 있다. 이 강선재는, 연질화 소둔 시간의 단축화가 가능하며, 연질화 소둔 후에는 뛰어난 냉간 단조성을 실현할 수 있는 것이 개시되어 있다. 강선재의 제조 방법에서는, 열간 압연하고, 권취, 그 후, 500℃ 이상 600℃ 이하의 용융 염조에 10초 이상 침지한 후, 이어서 530℃ 이상 600℃ 이하의 용융 염조에 20초 이상 150초 이하 항온 보지한 후 냉각하는 것이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 3에는, 페라이트 결정 입도 번호가 9 이상이며, 페라이트 조직 분율이 30 면적% 이상, 잔부가 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 또는 이들 혼합 조직으로 이루어지며, 베이나이트＋마르텐사이트 조직 분율이 잔부의 50 면적% 이상인, 냉간 단조용 열간 압연 선재와 그 제조 방법이 개시되어 있다. 냉간 단조용 열간 압연 선재의 제조 방법에서는, Ar3점 내지 Ar3점＋150℃의 온도 범위에서 마무리 압연 후, Ar1점 내지 300℃ 사이를 5℃/초 내지 40℃/초의 냉각 속도로 냉각하는 것이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제 2013-7091 호 공보 일본 특허 제 5195009 호 공보 일본 특허 제 4299744 호 공보
그러나, 상기 특허문헌 2의 방법에서는, 초석 페라이트의 면적률이 낮기 때문에, 구상화 소둔 후의 강선의 경도가 단단해질 우려가 있다. 또한, 상기 특허문헌 3의 방법에서는, 페라이트의 면적률이 낮고, 또한 베이나이트 또는 마르텐사이트를 갖기 때문에, 구상화 소둔 후의 강선의 경도가 단단해질 것으로 예상된다.
이와 같이, 지금까지 제안되어 있는 기술은, 구상화 소둔 시간의 단시간화에 유용하지만, 종래 기술보다 더욱 양호한 구상화 조직이 얻어지는 동시에, 연질화시키는 기술의 개발이 바람직하다.
본 발명의 실시형태는 이러한 상황 하에서 이루어진 것으로서, 그 목적은, 통상보다 구상화 소둔의 시간을 단시간화한 경우라도, 종래와 동등하거나 그 이상의 구상화를 달성할 수 있어, 종래보다 연질화할 수 있는 냉간 가공용 기계 구조용 강, 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명의 실시형태에 따른 냉간 가공용 기계 구조용 강은, 질량%로, C : 0.07% 이상, 0.3% 미만, Si : 0.05~0.5%, Mn : 0.2~1.7%, P : 0% 초과, 0.03% 이하, S : 0.001~0.05%, Al : 0.01~0.1%, 및 N : 0~0.015%를 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지고, 강의 금속 조직이 초석 페라이트 및 펄라이트를 함유하며, 전체 조직에 대한 초석 페라이트 및 펄라이트의 합계 면적률이 90% 이상인 동시에, 상기 초석 페라이트의 면적률 Af가, 하기 식 (1)로 표현되는 A값과의 관계에서, Af≥A의 관계를 만족하고, bcc-Fe 결정립의 평균 원 상당 직경이 15㎛ 내지 30㎛이며, 또한 펄라이트 라멜라(pearlite lamellar)의 간격이 평균 0.20㎛ 이하인 점에 요지를 갖는다.
A = (103-128×[C(%)])×0.80(%) … (1)
단, 상기 식 (1) 중, [C(%)]는 질량%로 C의 함유량을 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 냉간 가공용 기계 구조용 강은, 또한 질량%로, Cr : 0% 초과, 0.5% 이하, Cu: 0% 초과, 0.25% 이하, Ni : 0% 초과, 0.25% 이하, Mo : 0% 초과, 0.25% 이하, 및 B : 0% 초과 0.01% 이하로 이루어지 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하며, 또한 하기 식 (X)를 만족한다.
[Cr%]＋[Cu%]＋[Ni%]＋[Mo%] ≤ 0.75 … (X)
단, [Cr%], [Cu%], [Ni%] 및 [Mo%]는 각각 질량%로 나타낸 Cr, Cu,Ni 및 Mo의 함유량을 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 강선은, 또한 질량%로, Ti : 0% 초과, 0.1% 이하를 함유한다.
본 발명의 실시형태에 따른 상기 냉간 가공용 기계 구조용 강의 제조 방법은, 950℃ 이상, 1150℃ 이하에서 마무리 압연하고, 이어서 700℃ 내지 750℃의 제 1 냉각 종료 온도까지 평균 냉각 속도 : 3℃/초 이하로 냉각하는 제 1 냉각과, 상기 제 1 냉각 종료 온도로부터 적어도 600℃의 온도 범위까지 평균 냉각 속도 : 5℃/초 내지 30℃/초로 냉각하는 제 2 냉각을 순차 실행하는 것을 포함한다.
본 개시의 냉간 가공용 기계 구조용 강은, 화학 성분 조성을 적절하게 조정하는 동시에, 전체 조직에 대한 초석 페라이트 및 펄라이트의 합계 면적률과 초석 페라이트의 면적률을 소정 이상으로 하고, bcc(body-centered cubic,체심 입방 격자)-Fe 결정립의 평균 원 상당 직경(이하, 간단히 「bcc-Fe 평균 입경」이라 부르는 경우가 있음), 및 펄라이트 라멜라의 간격을 각각 적절한 범위로 하고 있다. 이에 의해, 통상보다 구상화 소둔 시간을 단시간화한 경우라도, 종래와 동등하거나 그 이상의 구상화 조직을 얻을 수 있어, 종래보다 연질화할 수 있다. 따라서, 본 개시의 냉간 가공용 기계 구조용 강은, 구상화 소둔 후, 실온 또는 가공 발열 영역에 있어서 상기의 각종 부품으로 가공될 때에, 강의 변형 저항이 낮으며, 또한 가공용 금형 및 강(소재)의 균열이 억제되므로, 뛰어난 냉간 가공성을 발휘할 수 있다.
도 1은 펄라이트 라멜라의 간격의 측정 방법을 도시하기 위한 설명도.
발명자들은, 통상보다 구상화 소둔 시간을 단시간화한(이하, 「단시간 구상화 소둔」이라 부름) 경우라도, 종래와 동등 이상의 구상화 조직이 얻어지는 동시에, 종래보다 연질화할 수 있는 냉간 가공용 기계 구조용 강을 실현하기 위해, 여러 가지 각도에서 검토했다. 그 결과, 구상화 소둔 후의 강선의 금속 조직(구상화 조직)에 있어서, 페라이트 결정 입경을 조대화시켜, 탄화물의 평균 입자간 거리를 확대하는 것에 의해, 강의 연질화를 달성할 수 있는 것을 발견했다. 그리고, 그러한 구상화 조직을 얻기 위해서는, 구상화 소둔 전의 금속 조직(이하, 「전조직((前組織))」이라 부름)의 제어가 중요하다는 착상을 얻었다. 상기의 강선의 금속 조직(구상화 조직)을 얻기 위해서는, 전조직을, 초석 페라이트와 펄라이트를 주상(主相)으로 하는 조직으로 한 후에, 초석 페라이트의 면적률을 가능한 한 높게 하여, bcc-Fe 결정립을 종래보다 조대하게 되도록 제어하고, 또한 펄라이트 라멜라의 간격을 소정 이하로 하면 좋은 것, 그리고, 그러한 전조직을 갖는 강은, 단시간 구상화 소둔 후에, 구상화 조직에 있어서 종래와 동등 이상의 구상화 조직을 얻을 수 있는 동시에, 종래보다 연질화할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명의 실시형태를 완성했다.
이하, 본 개시에서 규정하는 각 요건에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시형태의 강의 금속 조직은, 초석 페라이트와 펄라이트를 함유한다. 이들 조직은 구상화 소둔 후의 강의 변형 저항을 저감시켜, 냉간 가공성의 향상에 기여하는 금속 조직이다. 그렇지만, 단지 초석 페라이트와 펄라이트를 함유하는 금속 조직으로 하는 것만으로는, 소망의 연질화를 도모할 수 없다. 그래서, 이하에 설명하는 바와 같이, 이들 조직의 면적률 및 bcc-Fe 결정립의 평균 입경 등도 적절히 제어할 필요가 있다.
[초석 페라이트 및 펄라이트의 합계 면적률 : 90% 이상]
강의 전조직에 베이나이트 및 마르텐사이트 등의 미세한 조직이 많은 경우에는, 일반적인 구상화 소둔을 실행하여도, 구상화 소둔 후는 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 영향에 의해 조직이 국부적으로 미세하게 되어, 강의 연질화가 불충분하게 된다. 이러한 관점에서, 강을 충분히 연질화하기 위해서는, 전체 조직에 대한 초석 페라이트와 펄라이트의 합계 면적률은 90% 이상으로 할 필요가 있다. 초석 페라이트와 펄라이트의 합계 면적률은, 바람직하게는 95% 이상이고, 보다 바람직하게는 97% 이상이며, 가장 바람직하게는 100%이다. 또한, 초석 페라이트와 펄라이트 이외의 금속 조직으로서는, 마르텐사이트, 베이나이트 및 오스테나이트를 들 수 있다. 상술한 바와 같이, 마르텐사이트 등의 이들 조직의 면적률이 높아지면 강의 강도가 높아지기 때문에, 이들 조직은 전혀 포함되어 있지 않아도 좋다. 강은, 다른 조직 인자로서 시멘타이트 이외의 탄화물, 질화물, 산화물, 및/또는 황화물을 함유하여도 좋다.
[bcc-Fe 결정립의 평균 원 상당 직경 : 15㎛ 내지 30㎛]
강의 전조직에 있어서의 bcc-Fe 결정립의 평균 원 상당 직경, 즉 bcc-Fe 평균 입경을 30㎛ 이하로 해 두면, 단시간 구상화 소둔 후에도 양호한 구상화 조직(즉, 구상화도가 작은 구상화 조직)이 얻어진다. bcc-Fe 평균 입경이 30㎛를 초과하면, 단시간 구상화 소둔으로는 구상화 조직이 열화되어(즉, 구상화도가 커져), 소망의 구상화 조직이 얻어지지 않는다. bcc-Fe 평균 입경은 바람직하게는 29㎛ 이하이며, 보다 바람직하게는 28㎛ 이하이다. 그렇지만, 전조직에 있어서의 bcc-Fe 평균 입경이 너무 작아지면, 구상화 소둔 후의 페라이트 결정 입경의 미세화에 의해 강화되어, 강의 연질화가 곤란하게 된다. 그래서, bcc-Fe 평균 입경을 15㎛ 이상으로 했다. bcc-Fe 평균 입경은, 바람직하게는 16㎛ 이상이며, 보다 바람직하게는 17㎛ 이상이다. 또한, 결정립의 원 상당 직경이란, 각 결정립과 동일 면적을 갖는 원의 직경을 의미한다.
상기한 bcc-Fe 평균 입경의 제어의 대상이 되는 조직은, 인접하는 2개의 결정립의 방위차가 15°보다 큰 대각(大角) 입계로 둘러싸인 bcc-Fe 결정립이다. 조직 중에는 방위차가 15°이하의 소각(小角) 입계도 포함된다. 그렇지만, 그들 소각 입계는 구상화 소둔 후에 얻어지는 구상화 조직에 미치는 영향이 작다. 구상화 소둔 후에 소망의 구상화 조직을 얻으려면, 구상화 소둔 전조직의 대각 입계를 제어할 필요가 있다. 상기 대각 입계로 둘러싸인 bcc-Fe 평균 입경을 소정 범위로 하는 것에 의해, 단시간 구상화 소둔이라도 양호한 구상화 조직(즉, 구상화도가 작은 구상화 조직)을 달성할 수 있다. 또한, 상기한 「방위차」는, 「편차각(deviation angle)」 혹은 「경사각」이라고도 불리고 있는 것이며, 방위차의 측정에는 EBSP법(Electron Back Scattering Pattern 법)을 채용하면 좋다. 또한, bcc-Fe란, 초석 페라이트 이외에, 펄라이트 조직 중에 포함되는 페라이트도 포함하는 취지이다.
[펄라이트 라멜라의 간격 : 0.20㎛ 이하]
본 발명의 실시형태의 강의 금속 조직은, 전술한 바와 같이, 초석 페라이트와 펄라이트를 갖는다. 펄라이트 라멜라의 간격을 좁게 하면(즉, 펄라이트 라멜라를 미세화함), 단시간 구상화 소둔으로도 탄화물(주로, 펄라이트 중의 시멘타이트)의 구상화가 촉진되어, 양호한 구상화 조직이 얻어진다. 이러한 관점에서, 전조직에 있어서의 펄라이트 라멜라의 간격은 평균(이하, 간단히 「평균 라멜라 간격」이라 부름) 0.20㎛ 이하로 할 필요가 있다. 평균 라멜라 간격은 바람직하게는 0.18㎛ 이하이며, 보다 바람직하게는 0.16㎛ 이하이다. 평균 라멜라 간격의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 통상 0.05㎛ 정도이다.
또한, 본 명세서에 있어서 「펄라이트 라멜라의 간격」이란, 인접하는 라멜라 시멘타이트층의 사이의 거리를 말한다. 보다 정확하게는, 라멜라 시멘타이트층의 두께의 중심 위치로부터, 인접하는 라멜라 시멘타이트층의 두께의 중심 위치까지의 최단 거리이다.
[초석 페라이트의 면적률 Af≥A]
또한, 전조직에 있어서, 초석 페라이트의 면적률이 증가하면, 구상화 소둔 중의 탄화물 석출 사이트가 감소하는 것에 의해 탄화물의 개수 밀도가 감소하여, 탄화물의 조대화가 촉진된다. 이에 의해, 탄화물의 입자간 거리가 넓어져, 금속 조직을 더욱 연질화시킬 수 있다. 한편, 초석 페라이트의 면적률은 함유 탄소량에 영향을 받아 변화된다. 탄소량이 증가하면, 초석 페라이트 면적률은 감소한다. 마찬가지로, 양호한 구상화재를 얻기 위한 적절한 초석 페라이트 면적률도 함유 탄소량에 따라 변화된다. 탄소량이 많을수록, 적절한 초석 페라이트의 면적률은 감소한다. 이러한 관점에서 수많은 실험 결과를 해석한 바, 전조직에 있어서, 전체 조직에 대한 초석 페라이트의 면적률 Af가, 하기 식 (1)로 표현되는 A값과, Af≥A의 관계를 만족하는 것에 의해, 더욱 연질화를 도모할 수 있는 것을 발견했다.
A = (103-128×[C(%)])×0.80(%) … (1)
단, 상기 식 (1) 중, [C(%)]는 질량%로 C의 함유량을 나타낸다.
Af는 바람직하게는(103-128×[C(%)])×0.85 이상이며, 보다 바람직하게는 A=(103-128×[C(%)])×0.90 이상이다. 또한, 상기 관점에서는 Af의 상한은 특별히 한정되지 않는다. 그렇지만, Af를 높게 하면 제조 비용이 증가하기 때문에, 생산성을 고려하면, Af는 (103-128×[C(%)])×0.97 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태는, 냉간 가공용 기계 구조용 강이며, 그 강종은 냉간 가공용 기계 구조용 강으로서 통상의 화학 성분 조성을 갖는 것이면 좋지만, C, Si, Mn, P, S, Al 및 N에 대해서는, 이하의 적절한 범위로 조정한다. 또한, 본 명세서에서는, 화학 성분 조성에 대하여 「%」란, 질량%를 의미한다.
[C : 0.07% 이상, 0.3% 미만]
C는, 강의 강도, 즉 최종 제품의 강도를 확보하는데 있어서 유용한 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, C 함유량은 0.07% 이상으로 할 필요가 있다. C 함유량은 바람직하게는 0.09% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.11% 이상이다. 그렇지만, C가 과잉으로 함유되면 강도가 높아져 냉간 가공성이 저하되므로, 0.3% 미만으로 할 필요가 있다. C 함유량은, 바람직하게는 0.28% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.26% 이하이다.
[Si : 0.05~0.5%]
Si는, 탈산 원소로서, 및 고용체 경화에 의한 최종 제품의 강도 향상 원소로서 유용하다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, Si 함유량을 0.05% 이상으로 정했다. Si 함유량은 바람직하게는 0.07% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.10% 이상이다. 한편, Si가 과잉으로 함유되면 경도가 과도하게 상승하여 냉간 가공성을 열화시킨다. 그래서 Si 함유량을 0.5% 이하로 정했다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.45% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.40% 이하이다.
[Mn : 0.2~1.7%]
Mn은, 소입성의 향상을 통하여, 최종 제품의 강도를 증가시키는데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, Mn 함유량을 0.2% 이상으로 정했다. Mn 함유량은 바람직하게는 0.3% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.4% 이상이다. 한편, Mn이 과잉으로 함유되면 경도가 상승하여 냉간 가공성을 열화시킨다. 그래서 Mn 함유량을 1.7% 이하로 정했다. Mn 함유량은 바람직하게는 1.5% 이하이며, 보다 바람직하게는 1.3% 이하이다.
[P : 0% 초과, 0.03% 이하]
P는, 강 중에 불가피적으로 포함되는 원소이며, 강 중에서 입계 편석을 일으켜, 연성의 열화의 원인이 된다. 그래서, P 함유량은 0.03% 이하로 정했다. P 함유량은 바람직하게는 0.02% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.017% 이하, 더욱 바람직하게는 0.01% 이하이다. P 함유량은 적으면 적을수록 바람직하고, 0%인 것이 가장 바람직하지만, 제조 공정 상의 제약 등에 의해 0.001% 정도 잔존해 버리는 경우도 있다.
[S : 0.001~0.05%]
S는, 강 중에 불가피적으로 포함되는 원소이며, 강 중에서 MnS로서 존재하여 연성을 열화시키므로, 냉간 가공성에 유해한 원소이다. 그래서 S 함유량을 0.05% 이하로 정했다. S 함유량은 바람직하게는 0.04% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.03% 이하이다. 단, S는 피삭성을 향상시키는 작용을 가지므로, 0.001% 이상 함유시키는 것은 유용하다. S 함유량은 바람직하게는 0.002% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.003% 이상이다.
[Al : 0.01~0.1%]
Al는, 탈산 원소로서 유용한 동시에, 강 중에 존재하는 고용 N을 AlN으로서 고정하는데 유용하다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 때문에, Al 함유량을 0.01% 이상으로 정했다. Al 함유량은 바람직하게는 0.013% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.015% 이상이다. 그렇지만, Al 함유량이 과잉이 되면, Al2O3가 과잉으로 생성되어, 냉간 가공성을 열화시킨다. 그래서 Al 함유량을 0.1% 이하로 정했다. Al 함유량은 바람직하게는 0.090% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.080% 이하이다.
[N : 0~0.015%]
N은, 강 중에 불가피적으로 포함되는 원소이며, 강 중에 고용 N가 포함되면, 변형 시효에 의한 경도 상승, 연성 저하를 초래하여, 냉간 가공성을 열화시킨다. 그래서 N 함유량을 0.015% 이하로 정했다. N 함유량은 바람직하게는 0.013% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.010% 이하이다. N 함유량은 적으면 적을수록 바람직하고 0%인 것이 가장 바람직하지만, 제조 공정 상의 제약 등에 의해 0.001% 정도 잔존해 버리는 경우도 있다.
본 발명의 실시형태의 기계 구조용 강의 기본 성분은 상기하는 바와 같으며, 1개의 실시형태로서, 잔부는 실질적으로 철이다. 또한, 「실질적으로 철」이란, 철 이외에도 본 개시의 특성을 저해하지 않는 정도의, 예를 들어 Sb, Zn 등의 미량 성분의 존재를 허용할 수 있는 것, 및 P, S, N 이외의, 예를 들면 O, H 등의 불가피 불순물도 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 실시형태에서는, 필요에 따라서 이하의 임의 원소를 선택적으로 함유하고 있어도 좋다. 선택된 임의 원소(선택 성분)의 종류에 따라서, 강의 특성을 더욱 개선할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, P, S 및 N은, 불가피적으로 포함되는 원소(불가피 불순물)이지만, 그 조성 범위에 대하여 상기와 같이 별도 규정하고 있다. 이 때문에, 본 명세서에 있어서, 잔부로서 포함되는 「불가피 불순물」은, 별도로 그 조성 범위가 규정되어 있는 원소를 제외한 불가피적으로 포함되는 원소를 의미한다.
[Cr : 0% 초과, 0.5% 이하, Cu: 0% 초과, 0.25% 이하, Ni : 0% 초과, 0.25% 이하, Mo : 0% 초과, 0.25% 이하 및 B : 0% 초과, 0.01% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상]
Cr, Cu,Ni, Mo 및 B는 모두 강재의 소입성을 향상시키는 것에 의해 최종 제품의 강도를 증가시키는데 유효한 원소이다. 필요에 따라서, 그들 원소를 단독으로 또는 2종 이상으로 함유하여도 좋다. 이러한 효과는 이들 원소의 함유량이 증가함에 따라서 커진다. 상기한 효과를 유효하게 발휘시키기 위한 바람직한 함유량은 Cr량이 0.015% 이상, 보다 바람직하게는 0.020% 이상이다. Cu량, Ni량 및 Mo량의 바람직한 함유량은 모두 0.02% 이상, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이다. B량의 바람직한 함유량은 0.0003% 이상, 보다 바람직하게는 0.0005% 이상이다.
그렇지만, Cr, Cu,Ni 및 Mo의 함유량이 과잉이 되면, 강도가 너무 높아져 냉간 가공성을 열화시킬 우려가 있다. 그래서, Cr 함유량은 0.5% 이하가 바람직하며, Cu, Ni 및 Mo 함유량은 모두 0.25% 이하가 바람직하다. Cr량의 보다 바람직한 함유량은 0.45% 이하, 더욱 바람직하게는 0.40% 이하이다. Cu량, Ni량 및 Mo량의 보다 바람직한 함유량은 모두 0.22% 이하, 더욱 바람직하게는 0.20% 이하이다.
또한, B의 함유량이 과잉이 되면, 인성을 열화시킬 우려가 있다. 그래서, B함유량은 0.01% 이하가 바람직하다. B량의 보다 바람직한 함유량은 0.007% 이하, 더욱 바람직하게는 0.005% 이하이다.
[[Cr%]＋[Cu%]＋[Ni%]＋[Mo%] ≤ 0.75]
본 발명의 실시형태에 따른 강선은, Cr, Cu,Ni 및 Mo의 1종 이상을 상술한 범위에서 함유하는 경우, 하기 식 (X)를 만족하는 것이 바람직하다.
[Cr%]＋[Cu%]＋[Ni%]＋[Mo%] ≤ 0.75 … (X)
단, [Cr%], [Cu%], [Ni%] 및 [Mo%]는 각각 질량%로 나타낸 Cr, Cu,Ni 및 Mo의 함유량을 나타낸다.
Cr, Cu,Ni 및 Mo의 함유량이 상기 식 (X)를 만족하는 것에 의해, 강의 강도가 너무 높아지는 것을 억제하여, 냉간 가공성을 향상시킬 수 있다.
[Ti : 0% 초과, 0.1% 이하]
Ti는, N과 화합물을 형성하여, 고용 N을 저감하는 것에 의해, 연질화의 효과를 발휘한다. 그래서 필요에 따라서, Ti를 함유하여도 좋다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위한 바람직한 Ti 함유량은 0.01 이상, 보다 바람직하게는 0.02 이상이다. 그렇지만, Ti의 함유량이 과잉이 되면, 형성되는 화합물이 경도 증가를 초래한다. 그래서, 바람직한 Ti 함유량은 0.08% 이하, 보다 바람직하게는 0.05% 이하이다.
본 발명의 실시형태의 냉간 가공용 기계 구조용 강을 제조하기 위해서는, 상기한 성분 조성을 만족하는 강을, 열간 압연할 때의 마무리 압연 온도를 조정하는 동시에, 그 후의 냉각 속도를 2단계로 하여 냉각 속도와 온도 범위를 적절히 조정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는,
950℃ 이상, 1150℃ 이하에서 마무리 압연하고, 그 후,
950℃ 이상, 1150℃ 이하로부터 700℃ 내지 750℃의 제 1 냉각 종료 온도까지 평균 냉각 속도 : 3℃/초 이하로 냉각하는 제 1 냉각과,
상기 제 1 냉각 종료 온도로부터 적어도 600℃의 온도 범위까지 평균 냉각 속도 : 5℃/초 내지 30℃/초로 냉각하는 제 2 냉각을 이 순서로 실행한다.
마무리 압연 온도, 제 1 냉각 및 제 2 냉각에 대하여 각각 상세하게 설명한다.
(a) 마무리 압연 온도 : 950℃ 이상, 1150℃ 이하
bcc-Fe 평균 입경을 15㎛ 내지 30㎛로 하기 위해서는, 마무리 압연 온도를 적절하게 제어할 필요가 있다. 마무리 압연 온도가 1150℃를 초과하면, bcc-Fe 평균 입경을 30㎛ 이하로 하는 것이 곤란해진다. 따라서, 마무리 압연 온도는 1150℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 단, 마무리 압연 온도가 950℃ 미만이 되면, bcc-Fe 평균 입경을 15㎛ 이상으로 하는 것이 곤란해진다. 따라서, 마무리 압연 온도는 950℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 마무리 압연 온도는 바람직하게는 970℃ 이상이며, 보다 바람직하게는 990℃ 이상이다. 마무리 압연 온도는 바람직하게는 1130℃ 이하이며, 보다 바람직하게는 1110℃ 이하이다.
(b) 제 1 냉각
제 1 냉각의 평균 냉각 속도 : 3℃/초 이하
제 1 냉각은, 마무리 압연 온도인 950℃ 이상, 1150℃ 이하로부터 개시하고, 700℃ 내지 750℃의 제 1 냉각 종료 온도에서 종료한다. 제 1 냉각에 있어서, 냉각 속도가 빨라지면 초석 페라이트 면적률 Af가 작아져, Af≥A의 관계를 만족할 수 없게 될 가능성이 있다. 그래서, 제 1 냉각의 평균 냉각 속도를 3℃/초 이하로 한다. 제 1 냉각의 평균 냉각 속도는 바람직하게는 2.5℃/초 이하이며, 보다 바람직하게는 2℃/초 이하이다. 제 1 냉각의 평균 냉각 속도의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 그렇지만, 현실적인 범위로서, 0.01℃/초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 냉각에서는, 평균 냉각 속도가 3℃/초 이하인 한, 냉각 속도를 변화시켜도 좋다.
(c) 제 2 냉각
제 2 냉각의 평균 냉각 속도 : 5℃/초 내지 30℃/초
제 2 냉각은, 700℃ 내지 750℃의 온도 범위로부터 개시하고, 적어도 600℃에서 종료한다. 제 2 냉각에 있어서, 평균 냉각 속도가 5℃/초보다 느리면 펄라이트의 평균 라멜라 간격을 0.20㎛ 이하로 하는 것이 곤란해진다. 제 2 냉각의 평균 냉각 속도는 바람직하게는 7℃/초 이상이며, 보다 바람직하게는 10℃/초 이상이다. 한편, 30℃/초보다 빠르면 베이나이트 및/또는 마르텐사이트와 같은 조직이 생겨, 초석 페라이트 및 펄라이트의 합계 면적률을 90% 이상으로 하는 것이 곤란해진다. 제 2 냉각의 평균 냉각 속도는 바람직하게는 28℃/초 이하이며, 보다 바람직하게는 25℃/초 이하이다. 또한, 제 2 냉각에서는, 평균 냉각 속도가 5℃/초 내지 30℃/초인 한, 냉각 속도를 변화시켜도 좋다.
여기서 「적어도 600℃」란, 상술한 평균 냉각 속도로 냉각하는 제 2 냉각의 종료 온도가 최고로 600℃인 것을 의미한다. 「600℃」로 한 이유는, 본 개시에서 규정하는 펄라이트의 평균 라멜라 간격, 및 초석 페라이트 및 펄라이트의 합계 면적률과 같은 금속 조직의 형태는, 600℃까지의 냉각 공정으로 대략 결정되며, 600℃ 이후의 냉각 속도에는 거의 영향을 받지 않기 때문이다. 따라서, 해당 제 2 냉각의 종료 온도는 600℃에 한정되지 않으며, 후기하는 실시예와 같이 실온이어도 좋다. 혹은, 예를 들어 해당 제 2 냉각의 종료 온도를 400℃로 하고, 그 후, 방랭(放冷) 등의 통상의 냉각을 실행하여 실온까지 냉각하여도 좋다. 일반적으로는, 방랭 시의 평균 냉각 속도는 상술한 제 2 냉각의 평균 냉각 속도보다 느려지는 경우가 많다.
본 발명의 실시형태의 냉간 가공용 기계 구조용 강을 이용하면, 단시간의 구상화 소둔, 예를 들어 Ac1 내지 Ac1＋30℃ 정도의 온도 범위에서 1시간 내지 3시간 정도의 구상화 소둔을 실행하는 것에 의해, 구상화도를 후술하는 목표 구상화도 이하로 할 수 있고, 더욱이 경도를 후술하는 목표 경도 이하로 할 수 있다. 또한, Ac1는 하기 식으로부터 산출되는 값이다. 하기 식 중, (% 원소명)은 각 원소의 질량%에서의 함유량을 의미한다.
Ac1(℃) = 723-10.7(%Mn)-16.9(%Ni)＋29.1(%Si)＋16.9(%Cr)
[실시예]
이하, 실시예를 예로 들어 본 발명의 실시형태를 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명의 실시형태는 하기 실시예에 의해 제한되지 않으며, 상기 및 후기의 본 개시의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하며, 그들은 모두 본 개시의 기술적 범위에 포함된다.
하기 표 1에 나타내는 화학 성분 조성의 강을 이용하여 압연을 실행해서 φ17.0㎜의 선재를 얻고, 추가로 기계 가공에 의해 φ8.0㎜×12.0㎜의 가공 포마스터(working Formastor)용의 시험편을 얻었다. 얻어진 가공 포마스터용의 시험편을 이용하여, 표 2에 기재된 조건으로, 가공 포마스터 시험기에 의해, 가공 열처리 시험을 실시했다. 표 2에 기재된 가공 조건은 실기(實機)에 있어서의 압연 조건을 모의하고 있다. 또한, 표 2 중, 가공 온도는 마무리 압연 온도에 상당한다.
[표 1]
Figure pat00001
표 2에 기재된 조건으로 가공 열처리 시험을 실시한 후의 시험편에 대하여, 하기 (1) 내지 (3)의 요령으로 조직을 평가했다. 또한, 가공 열처리 시험 후, 추가로 구상화 소둔된 시험편에 대하여, 하기 (4) 및 (5)의 요령으로 구상화도 및 경도의 측정을 실행했다. 어느 측정에 있어서도, 가공 열처리 후 또는 구상화 소둔 후의 시험편을, 시험편의 중심축을 통과하고 또한 해당 중심축과 평행인 면(축 중심 단면)에서 절단했다. 절단한 시료편을 「종단면 샘플」이라 칭하는 경우가 있다. 종단면 샘플을, 시험편의 축 중심 단면을 관찰할 수 있도록 수지 매립했다. 가공 열처리 후 및 구상화 소둔 후의 시험편에 대하여, 원통 형상의 시험편의 직경을 D로 했을 때, 시험편의 측면으로부터 중심을 향하여 D/4의 위치(「D/4 위치」)에서 측정을 실행했다.
(1) 조직 면적률의 측정
축 중심 단면을 경면 연마한 종단면 샘플을, 나이탈 에칭(nital etching)에 의해 조직을 현출시켰다. 그 후, D/4 위치의 조직을, 광학 현미경으로 배율 400배로, 220㎛×165㎛의 영역을 5 시야 촬영했다. 얻어진 사진에 대하여, 등간격의 10개의 종선, 횡선을 격자 형상으로 긋고, 100개의 교점 상에 존재하는 초석 페라이트 및 펄라이트의 점수를 측정했다. 각 시야에 있어서 각 조직의 면적률(%)을 구하여, 5 시야의 평균값을 산출했다.
(2) bcc-Fe 평균 입경의 측정
bcc-Fe 평균 입경의 측정에는, EBSP 해석 장치 및 FE-SEM(Field-Emission Scanning Electron Microscope, 전계 방출형 주사 전자 현미경)을 이용했다. 결정 방위차(경사각)가 15°를 초과하는 경계, 즉 대각 입계를 결정 입계로서 「결정립」을 정의하고, bcc-Fe 평균 입경을 결정했다. 이 때, 측정 영역은 200㎛×400㎛, 측정 단계는 1.0㎛ 간격으로 하여 측정했다. 측정 방위의 신뢰성을 나타내는 컨피던스 인덱스(Confidence Index)가 0.1 이하인 측정점은 해석 대상으로부터 삭제했다. 또한, 금속 조직 중에 마르텐사이트 조직이 석출된 샘플은, 적절한 bcc-Fe 평균 입경이 얻어지지 않기 때문에, 측정을 실행하지 않았다.
(3) 펄라이트 라멜라 간격의 측정
도 1의 (a)는 펄라이트 라멜라의 조직(1)의 모식도를 도시하고, 도 1의 (b)는 펄라이트 라멜라의 조직(1)의 확대도를 도시한다. 펄라이트 라멜라의 조직(1)은, 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 라멜라 페라이트(3)와 라멜라 시멘타이트(2)가 층상(라멜라 형상)으로 나열된 조직이다. 본 개시에서 규정하는 라멜라 간격이란 라멜라 시멘타이트(2)의 간격이다.
축 중심 단면을 경면 연마한 종단면 샘플을 피크럴 에칭(picral etching)에 의해 조직을 현출시켰다. 그 후, FE-SEM을 이용하여 D/4 위치의 조직 관찰을 실행하고, 배율 3000배로 42㎛×28㎛의 영역, 혹은 배율 5000배로 25㎛×17㎛의 영역을 합계 5 시야 촬영했다. 이 때, 각 시야에 적어도 1개의 펄라이트가 포함되도록 했다. 촬영한 사진의 각 시야에 있어서 가장 미세한 라멜라 간격의(즉, 라멜라 간격이 가장 좁은) 펄라이트를 선택하여, 측정 대상으로 했다. 측정 대상의 펄라이트에 대하여, 층상 조직에 직교하며(즉, 각 층의 연장하는 방향에 직교하며), 또한 시단(始端) 및 종단이 라멜라 시멘타이트의 두께 중심에 위치하도록, 1개의 선분(4)을 그었다. 선분(4)의 길이 L과, 선분(4)에 포함되는 라멜라 시멘타이트(2)의 개수 n(바꾸어 말하면, 선분(4)과 교차하는 라멜라 시멘타이트(2)의 층의 수 n)을 측정했다. 또한, 개수 n에는, 선분의 시단 및 종단이 위치하고 있는 라멜라 시멘타이트도 포함된다. 식 (2)를 이용하여, 길이 L과 개수 n으로부터, 라멜라 간격 λ를 산출했다. 각 시야에 있어서 라멜라 간격 λ를 구하여, 5 시야의 평균값을 산출했다. 또한, 도 1의 (b)에서는, n=5의 예를 나타내고 있지만, 이에 한정되지 않는다. 본 명세서에서는, 라멜라 간격 λ를 산출할 때는, 선분(4)과 교차하는 라멜라 시멘타이트(2)의 개수 n이 5 이상이 되도록, 선분(4)을 그었다.
λ = L/(n-1) … (2)
또한, 금속 조직 중에 마르텐사이트 조직이 석출되어, 초석 페라이트 및 펄라이트의 합계 면적률이 90% 미만인 샘플은, 라멜라 간격의 산출이 곤란하기 때문에, 측정을 실행하지 않았다.
(4) 구상화 소둔 후의 구상화도의 측정
구상화 소둔 후인 시료편의 종단면 샘플에 대하여, 축 중심 단면을 경면 연마한 후에, 피크럴 에칭에 의해 조직을 현출시켰다. D/4 위치의 조직을, 광학 현미경을 이용하여 배율 400배로 5 시야 관찰했다. 각 시야의 구상화도를 JIS G3539 : 1991의 첨부 도면에 의해 No. 1 내지 No. 4로 평가하고, 5 시야의 평균값을 산출했다. 또한, 구상화도가 작을수록, 양호한 구상화 조직인 것을 의미한다.
(5) 구상화 소둔 후의 경도의 측정
구상화 소둔 후인 시료편의 종단면 샘플에 대하여, 축 중심 단면을 경면 연마한 종단면 샘플의 D/4 위치의 경도를 측정했다. 경도 측정에는, 비커스(Vickers) 경도계를 이용하여, 하중 1kgf로 측정했다. D/4 위치에 있는 5개가 상이한 점에서 측정을 실행하고, 그 평균값(HV)을 구했다.
(실시예)
상기 표 1에 나타낸 강종 A 내지 U를 이용하여, 가공 온도(마무리 압연 온도에 상당) 및 냉각 속도를 하기 표 2와 같이 변화시켜서, 가공 포마스터 시험을 실시했다. 이에 의해, 상이한 전조직을 갖는 가공 포마스터 시험편을 각각 제작했다. 또한, 강종 O는 Mn의 양이 1.7%를 초과하고 있으며, 본원 발명의 범위 밖이다. 강종 P는 Ti의 양이 0.1%를 초과하고 있으며, 본원 발명의 범위 밖이다. 또한, 강종 A 내지 O 및 Q 내지 U에서는, [Cr%]＋[Cu%]＋[Ni%]＋[Mo%]가 0.75 질량% 이하이며, 상술한 식 (X)를 만족하고 있다. 강종 P에서는, [Cr%]＋[Cu%]＋[Ni%]＋[Mo%]가 0.75 질량%를 초과하고 있으며, 식 (X)를 만족하지 않는다.
표 2의 가공 조건에 있어서, No. 10, 20, 43, 44를 제외하고, 「제 1 냉각」은 가공 온도로부터 개시하고, 제 1 냉각 종료 온도인 700℃ 내지 750℃의 온도 범위에서 종료하고, 「제 2 냉각」은 「제 1 냉각」의 제 1 냉각 종료 온도로부터 개시하고, 실온에서 종료한다. No. 10, 20, 44는, 제 1 냉각 개시 시의 가공 온도로부터 제 2 냉각의 종료 온도까지, 일정한 평균 냉각 속도로 냉각하고 있기 때문에, 「제 1 냉각」 및 「제 2 냉각」을 구별하고 있지 않다. 또한, No. 44는, 850℃ 내지 300℃까지의 범위를 40.0℃/초의 평균 냉각 속도로 냉각한 후, 실온까지 방랭했다. 또한, No. 43은, 「제 1 냉각」의 종료 온도를 650℃로 하고, 「제 2 냉각」의 종료 온도를 550℃로 하고, 그 후 실온까지 방랭했다.
[표 2]
Figure pat00002
상기 가공 포마스터 시험편을, 중심축과 직교하는 단면에서 4등분했다. 그 중의 1개를 조직 조사용의 샘플로 하고, 다른 1개를 구상화 소둔용 샘플로 했다. 구상화 소둔은, 시험편을 각각 진공 봉입하고, 대기로에서 열처리를 하는 것에 의해 실행했다. 구상화 소둔은, 730℃에서 2시간 균열 보지 후, 평균 냉각 속도 30℃/시에서 710℃까지 냉각한 후, 평균 냉각 속도 10℃/시에서 680℃까지 냉각하고, 그 후 방랭했다.
상기 (1) 내지 (5)의 요령으로 평가한 구상화 소둔 전의 조직, 구상화 소둔 후의 구상화도 및 경도를 표 3에 나타낸다. 또한, C 함유량에 따라서, 구해지는 구상화도가 상이하다. 그래서, 목표로 하는 구상화도(표 3 내에서는 「목표 구상화도」라고 기재)는 하기 식 (3)으로 구한 값으로 했다. 또한, C, Si 및 Mn 함유량에 따라서, 구해지는 경도가 상이하다. 그래서, 목표로 하는 경도(표 3 내에서는 「목표 경도」라고 기재)는 하기 식 (4)로 구한 값으로 했다.
목표 구상화도 = 5×[C%]＋1.5 … (3)
목표 경도 = 88.4×Ceq＋86.0 … (4)
단, Ceq = [C%]＋0.2×[Si%]＋0.2×[Mn%]이며, [C%], [Si%] 및 [Mn%]는 각각 질량%로 C, Si 및 Mn의 함유량을 나타낸다.
[표 3]
Figure pat00003
표 3의 결과로부터, 다음과 같이 고찰할 수 있다. 표 3의 No. 1 내지 8, 13, 15 내지 17, 19, 21, 23, 24, 26, 27, 29 내지 32, 35 내지 38 및 45 내지 50은, 모두 본 발명의 실시형태에서 규정하는 요건 전부를 만족하는 예이며, 단시간 구상화 소둔에서도, 구상화 소둔 후의 구상화도가 목표를 달성하고 있으며, 더욱이 목표 경도를 달성하고 있다.
한편, 표 3의 No. 9 내지 12, 14, 18, 20, 22, 25, 28, 33, 34, 39 내지 44는, 본 발명의 실시형태에서 규정하는 요건 중 어느 하나가 부족한 예이며, 구상화 소둔 후에 있어서, 구상화도 및 경도 중 적어도 어느 하나가 목표에 도달하지 않았다.
No. 9는, 본 발명의 실시형태의 조성을 만족하는 표 1의 강종 A를 이용했지만, 마무리 압연 온도에 상당하는 가공 온도가 낮았다. 그 때문에, bcc-Fe 평균 입경이 작아져, 구상화 소둔 후의 경도가 단단한 그대로였다.
No. 10은, 본 발명의 실시형태의 조성을 만족하는 표 1의 강종 A를 이용했지만, 제 2 냉각의 냉각 속도가 느렸다. 그 때문에, 펄라이트 평균 라멜라 간격이 커져, 구상화 소둔 후의 구상화도가 양호하지 않았다.
No. 11은, 본 발명의 실시형태의 조성을 만족하는 표 1의 강종 A를 이용했지만, 제 1 냉각의 냉각 속도가 빨랐다. 그 때문에, 초석 페라이트의 면적률이 작아져, 구상화 소둔 후의 경도가 단단한 그대로였다.
No. 12는, 본 발명의 실시형태의 조성을 만족하는 표 1의 강종 A를 이용했지만, 가공 온도가 높았다. 그 때문에, bcc-Fe 평균 입경이 커져, 구상화 소둔 후의 구상화도가 커졌다(즉, 구상화 조직이 양호하지 않다).
No. 14는, 본 발명의 실시형태의 조성을 만족하는 표 1의 강종 B를 이용했지만, 제 2 냉각의 냉각 속도가 느렸다. 그 때문에, 펄라이트 평균 라멜라 간격이 커져, 구상화 소둔 후의 구상화도가 커졌다(즉, 구상화 조직이 양호하지 않았음).
No. 18은, 본 발명의 실시형태의 조성을 만족하는 표 1의 강종 D를 이용했지만, 가공 온도가 높았다. 그 때문에, bcc-Fe 평균 입경이 커져, 구상화 소둔 후의 구상화도가 커졌다(즉, 구상화 조직이 양호하지 않았음).
No. 20은, 본 발명의 실시형태의 조성을 만족하는 표 1의 강종 E를 이용했지만, 제 1 냉각의 냉각 속도가 빨랐다. 그 때문에, 초석 페라이트의 면적률이 작아져, 구상화 소둔 후의 경도가 단단한 그대로였다.
No. 22는, 본 발명의 실시형태의 조성을 만족하는 표 1의 강종 F를 이용했지만, 제 2 냉각의 냉각 속도가 빨랐다. 그 때문에, 마르텐사이트 조직이 석출되어, 초석 페라이트와 펄라이트의 합계 면적률 및 초석 페라이트의 면적률이 작아졌다. 그 결과, 구상화 소둔 후의 경도가 단단한 그대로였다.
No. 25는, 본 발명의 실시형태의 조성을 만족하는 표 1의 강종 H를 이용했지만, 가공 온도가 낮았다. 그 때문에, bcc-Fe 평균 입경이 작아져, 구상화 소둔 후의 경도가 단단한 그대로였다.
No. 28은, 본 발명의 실시형태의 조성을 만족하는 표 1의 강종 I를 이용했지만, 제 1 냉각의 냉각 속도가 빨랐다. 그 때문에, 초석 페라이트의 면적률이 작아져, 구상화 소둔 후의 경도가 단단한 그대로였다.
No. 33은, 본 발명의 실시형태의 조성을 만족하는 표 1의 강종 L을 이용했지만, 제 1 냉각의 냉각 속도가 빨랐다. 그 때문에, 초석 페라이트의 면적률이 작아져, 구상화 소둔 후의 경도가 단단한 그대로였다.
No. 34는, 본 발명의 실시형태의 조성을 만족하는 표 1의 강종 L을 이용했지만, 제 2 냉각의 냉각 속도가 빨랐다. 그 때문에, 마르텐사이트 조직이 석출되어, 초석 페라이트와 펄라이트의 합계 면적률 및 초석 페라이트의 면적이 작아졌다. 그 결과, 구상화 소둔 후의 경도가 단단한 그대로였다.
No. 39, 40은, Mn 함유량이 많은 표 1의 강종 O를 이용했기 때문에, 구상화 소둔 후의 경도가 단단한 그대로였다.
No. 41, 42는, Cr 함유량이 많고, 또한 식 (X)를 만족하지 않는 표 1의 강종 P를 이용했기 때문에, 구상화 소둔 후의 경도가 단단한 그대로였다.
No. 43은, 본 발명의 실시형태의 조성을 만족하는 표 1의 강종 Q를 이용했지만, 가공 온도가 낮고, 또한 제 1 냉각의 냉각 속도가 빨랐다. 그 때문에, bcc-Fe 평균 입경이 작아지고, 또한 마르텐사이트 조직이 석출되어 초석 페라이트의 면적률이 저하되었다. 그 결과, 구상화 소둔 후의 경도가 단단한 그대로였다.
No. 44는, 본 발명의 실시형태의 조성을 만족하는 표 1의 강종 R을 이용했지만, 가공 온도가 낮아, 제 1 냉각의 냉각 속도가 빠르고, 또한 제 2 냉각의 냉각 속도가 빨랐다. 그 때문에, bcc-Fe 평균 입경이 작아져, 초석 페라이트의 면적률이 저하되고, 또한 마르텐사이트 조직이 석출되어 초석 페라이트와 펄라이트의 합계 면적률이 저하되었다. 그 결과, 구상화 소둔 후의 경도가 단단한 그대로였다.
또한, No. 1 내지 8, 13, 15 내지 17, 19, 21, 23, 24, 26, 27, 29 내지 32, 35 내지 38 및 45 내지 50(본 발명의 실시형태에서 규정하는 요건의 모두를 만족함)은 제 2 냉각에 있어서 실온까지 냉각했다. 그렇지만, 600℃까지 제 2 냉각하고 그 후 방랭하여도 좋으며, 거의 동일한 결과가 얻어지는 것이 기대된다.
본 출원은, 출원일이 2015년 8월 25일인 일본 특허 출원 제 2015-166030 호 및 출원일이 2016년 6월 23일인 일본 특허 출원 제 2016-124959 호를 기초 출원으로 하는 우선권 주장을 수반한다. 일본 특허 출원 제 2015-166030 호 및 일본 특허 출원 제 2016-124959 호는 참조하는 것에 의해 본 명세서에 도입된다.
1 : 펄라이트 라멜라의 조직
2 : 라멜라 시멘타이트
3 : 라멜라 페라이트
4 : 선분(층상 조직에 직교하고, 또한 시단 및 종단이 라멜라 시멘타이트의 두께 중심에 위치하고 있음)

Claims (1)

  1. 질량%로,
    C : 0.07% 이상, 0.3% 미만,
    Si : 0.05~0.5%,
    Mn : 0.2~1.7%,
    P : 0% 초과, 0.03% 이하,
    S : 0.001~0.05%,
    Al : 0.01~0.1%, 및
    N : 0~0.015%를 각각 함유하며, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지며,
    강의 금속 조직이 초석 페라이트 및 펄라이트를 함유하며, 전체 조직에 대한 초석 페라이트 및 펄라이트의 합계 면적률이 90% 이상인 동시에, 상기 초석 페라이트의 면적률 Af가, 하기 식 (1)로 표현되는 A값과의 관계에서, Af≥A의 관계를 만족하며,
    bcc-Fe 결정립의 평균 원 상당 직경이 15㎛ 내지 30㎛이며,
    또한 펄라이트 라멜라의 간격이 평균 0.05㎛ 이상 0.20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는
    냉간 가공용 기계 구조용 강을 제조할 때,
    950℃ 이상, 1150℃ 이하에서 마무리 압연하고,
    이어서 700℃ 내지 750℃의 제 1 냉각 종료 온도까지 평균 냉각 속도 : 3℃/초 이하에서 냉각하는 제 1 냉각과, 상기 제 1 냉각 종료 온도로부터 적어도 600℃의 온도 범위까지 평균 냉각 속도 : 5℃/초 내지 30℃/초로 냉각하는 제 2 냉각을 순차 실행하는 것을 특징으로 하는
    냉간 가공용 기계 구조용 강의 제조 방법.
    A = (103-128×[C(%)])×0.80(%) … (1)
    단, 상기 식 (1) 중, [C(%)]는 질량%로 C의 함유량을 나타내며, 상기 펄라이트 라멜라의 간격은 인접하는 라멜라 시멘타이트층의 두께의 중심 위치 사이의 최단거리를 나타낸다.
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