KR20220087978A - 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강 - Google Patents
절삭성 및 연자성이 우수한 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220087978A KR20220087978A KR1020200178565A KR20200178565A KR20220087978A KR 20220087978 A KR20220087978 A KR 20220087978A KR 1020200178565 A KR1020200178565 A KR 1020200178565A KR 20200178565 A KR20200178565 A KR 20200178565A KR 20220087978 A KR20220087978 A KR 20220087978A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- graphite
- less
- heat treatment
- steel
- graphitization
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 98
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 89
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 61
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 title claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 40
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 8
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 4
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 229910000915 Free machining steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000010273 cold forging Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000317173 Perla Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 1
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
- C21D9/525—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length for wire, for rods
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/26—Methods of annealing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
- C21D8/065—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires of ferrous alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/005—Ferrite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/009—Pearlite
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
본 명세서에서는 자동차나 가전 제품 등의 전자기 부품으로 적합한 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강을 개시한다.
개시되는 흑연화 열처리용 선재의 일 실시예에 따르면 중량%로, C: 0.50 내지 0.90%, Si: 2.00 내지 3.00%, Mn: 0.15 내지 0.35%, P: 0.05% 이하, S: 0.05% 이하, Al: 0.01% 이하, Ti: 0.005 내지 0.020%, N: 0.003 내지 0.010%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.
(1) 0 ≤ 6.25*([C] - 0.7)2 + ([Si] - 2.5)2*(0.01 - [Al])*[Al]*106 ≤ 12.5
상기 식 (1)에서, [C], [Si], [Al]은 각 합금원소의 중량%를 의미한다.
개시되는 흑연화 열처리용 선재의 일 실시예에 따르면 중량%로, C: 0.50 내지 0.90%, Si: 2.00 내지 3.00%, Mn: 0.15 내지 0.35%, P: 0.05% 이하, S: 0.05% 이하, Al: 0.01% 이하, Ti: 0.005 내지 0.020%, N: 0.003 내지 0.010%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.
(1) 0 ≤ 6.25*([C] - 0.7)2 + ([Si] - 2.5)2*(0.01 - [Al])*[Al]*106 ≤ 12.5
상기 식 (1)에서, [C], [Si], [Al]은 각 합금원소의 중량%를 의미한다.
Description
본 발명은 자동차, 전자, 전기, 산업기기 등 다양한 분야의 전자기 부품에 응용될 수 있는 흑연강에 관한 것으로, 상세하게는 우수한 연자성뿐만 아니라 정밀 절삭 가공 공정에서 필요한 우수한 절삭성을 갖는 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강에 관한 것이다.
자동차, 로봇, 컴퓨터 등 전자, 전기 및 통신 등 다양한 산업분야의 전자기 부품에 응용될 수 있는 소재의 소형화, 정밀화 및 생산성 향상 요구에 따라 연자성 소재에서도 절삭성 향상에 대한 요구가 더 높아지고 있다. 연자성이란 자기장을 인가했을 때는 쉽게 자화가 되지만, 자기장이 제거되면 자화가 쉽게 소실되는 특성을 말하며, 우수한 연자성 소재가 갖는 전자기적 특성으로는 높은 자속 밀도, 낮은 보자력 그리고 낮은 철손 등이 있다.
대표적인 철계 연자성 소재인 순철 및 실리콘이 고함유된 전기 강판의 경우 전자기 특성은 매우 우수하지만 강도가 낮고, 절삭 가공이 어렵다는 단점이 있다. 이러한 이유로 산업계에서는 SUM22나 SUM24L등과 같이 S와 납이 다량으로 첨가된 저탄소 쾌삭강을 이용하여 부품을 절삭 가공하고 있다.
그러나, SUM22나 SUM24L 등은 절삭성을 향상 목적으로 첨가된 S로 인해 형성된 MnS가 자기 흐름을 방해하여 전자기적 특성을 열화시키는 문제가 있다. 또한, 저탄소 쾌삭강은 10% 내외의 펄라이트가 존재하며, 펄라이트는 전자기적 특성을 저하시킨다. 따라서, 다양한 산업분야의 부품으로 적용되기 위하여 절삭성 및 연자성 특성이 모두 우수한 강재에 대한 개발이 요구되는 실정이다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 제조 과정에서는 절삭성이 우수하여 정밀 가공을 할 수 있고, 최종 제품에 있어서는 연자성이 우수한 흑연강 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 흑연화 열처리용 선재는 중량%로, C: 0.50 내지 0.90%, Si: 2.00 내지 3.00%, Mn: 0.15 내지 0.35%, P: 0.05% 이하, S: 0.05% 이하, Al: 0.01% 이하, Ti: 0.005 내지 0.020%, N: 0.003 내지 0.010%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.
(1) 0 ≤ 6.25*([C] - 0.7)2 + ([Si] - 2.5)2*(0.01 - [Al])*[Al]*106 ≤ 12.5
상기 식 (1)에서, [C], [Si], [Al]은 각 합금원소의 중량%를 의미한다.
본 발명의 각 흑연화 열처리용 선재에 있어서, 미세조직은 면적분율로, 페라이트: 40% 이하, 베이나이트, 마르텐사이트의 합계: 5% 이하 및 잔부 평균 결정립 크기가 15㎛ 이상인 펄라이트를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연강은 중량%로, C: 0.50 내지 0.90%, Si: 2.00 내지 3.00%, Mn: 0.15 내지 0.35%, P: 0.05% 이하, S: 0.05% 이하, Al: 0.01% 이하, Ti: 0.005 내지 0.020%, N: 0.003 내지 0.010%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족하며, 미세조직은 평균 결정립 크기가 35㎛ 이상인 페라이트 및 잔부 흑연립을 포함할 수 있다.
(1) 0 ≤ 6.25*([C] - 0.7)2 + ([Si] - 2.5)2*(0.01 - [Al])*[Al]*106 ≤ 12.5
상기 식 (1)에서, [C], [Si], [Al]은 각 합금원소의 중량%를 의미한다.
본 발명의 각 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연강에 있어서, 흑연립은 면적분율로 2 내지 4%로 포함될 수 있다.
본 발명의 각 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연강에 있어서, 흑연립의 평균 결정립 크기는 10㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 각 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연강은 보자력이 500A/m에서의 자속밀도가 1.08T 이상일 수 있다.
본 발명의 각 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연강은 자속밀도가 1T에서의 보자력이 150A/m 이하일 수 있다.
본 발명은 자동차나 가전 제품 등의 전자기 부품으로 적합한 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강을 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면 Si함량, 식 (1) 조성 파라미터 등 합금조성 및 결정립 크기를 제어하여 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강을 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 가령, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 명세서의 "평균 결정립 크기"란 결정립의 등가 원 직경(Equivalent Circular Diameter, ECD)을 의미한다.
강재 기지 내에 석출된 흑연립은 절삭성을 향상시킨다. 구체적으로, 절삭 중에 흑연립은 고체 윤활제로 작용하여 절삭 공구의 마모를 억제하고, 응력 집중에 의한 균열 개시점으로 작용하여 절삭 마찰을 낮추고 절삭분이 짧게 분절되도록 하여 절삭성을 향상시킨다.
그러나, 흑연화를 시키기 위해서는 초기 압연 조직인 펄라이트 내 세멘타이트를 흑연화하는 열처리가 필요하다. 흑연립을 석출시키기 위해서는 장시간의 흑연화 열처리를 해야 하며, 이러한 장시간의 열처리는 비용 증가를 야기시킬 뿐만 아니라, 열처리 중 탈탄을 일으켜 최종 부품의 성능에 악영향을 미치는 폐해가 발생한다.
본 발명은 절삭성을 향상시키면서도 장시간의 흑연화 열처리를 단축하기 위하여 C와 Si을 다량으로 첨가하고, 흑연립 형성의 핵으로 작용하는 TiN 생성시킨다. C는 많을수록 흑연화 열처리 이후 흑연립이 다량 형성되며, 이로 인해 절삭성이 보다 우수해진다. Si은 세멘타이트를 불안정하게 하여 세만타이트 분해를 촉진하며, 그 결과 흑연화 열처리를 단축할 수 있다. TiN은 흑연립 형성의 핵으로 작용하여 흑연화 열처리를 단축할 수 있다.
이중 Si은 과다 첨가되는 경우 절삭공구 마모 문제, 제강 난이도가 상승하는 문제가 있으며, 특히 종래의 중, 고C 기반 흑연강에서는 냉간단조성 확보를 위해 Si은 소량 첨가되었다. 반면, 본 발명에서는 Si을 2.0중량% 이상으로 상향 첨가하여 흑연화를 촉진한다. 또한, 상향 첨가된 Si은 페라이트 내에 고용되어 비저항을 증가시키고, 와전류를 감소시키며, 보자력을 낮추어 연자성을 향상시키는 역할을 한다. 이를 통해 본 발명은 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 흑연강은 흑연화 열처리용 선재를 흑연화 열처리하는 것으로 마련된다. 본 발명의 일 예에 따른 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연화 열처리용 선재는 중량%로, C: 0.50 내지 0.90%, Si: 2.00 내지 3.00%, Mn: 0.15 내지 0.35%, P: 0.05% 이하, S: 0.05% 이하, Al: 0.01% 이하, Ti: 0.005 내지 0.020%, N: 0.003 내지 0.010%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
이하, 상기 흑연화 열처리용 선재의 성분조성에 대해서 한정한 이유에 대하여 구체적으로 설명한다. 흑연강 합금조성에 대한 한정 이유는 흑연화 열처리용 선재와 동일하므로 편의상 생략한다.
C의 함량은 0.50 내지 0.90중량%이다.
C는 절삭인자인 흑연립을 구성하는 성분 원소이며, C함량이 높아질수록 흑연립이 더 많이 형성된다. 또한, C는 첨가될수록 C활동도를 높이며, 그 결과 세멘타이트 분해가 촉진되어 흑연화 열처리를 단축할 수 있다. C함량이 0.50중량% 미만에서는 C활동도가 떨어지고, 절삭성이 떨어지는 문제점이 있다. 반면, C함량이 0.90중량%를 초과하면 C활동도 증대 효과가 포화될 뿐만 아니라, 열간 압연성을 저하될 우려가 있다. 또한, 페라이트에 비해 열위한 연자성을 갖는 흑연립이 과다 형성되어 연자성이 저하될 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서 C함량은 0.50 내지 0.90중량%로 제어된다.
Si의 함량은 2.00 내지 3.00중량%이다.
Si은 용강 제조 시 탈산제로서 필요한 성분이며, 강 중의 세멘타이트를 불안정하게 하여 탄소가 흑연으로 석출될 수 있도록 하는 흑연화 촉진 원소이다. 또한, Si은 페라이트 내에 고용되어 연자성을 향상시키기 때문에 적극적으로 첨가한다. Si함량이 2.00중량% 미만이면 연자성에 대한 개선 효과는 작으며, 흑연화 속도가 느린 단점이 존재한다. 반면, Si함량이 3.00중량%를 초과하면 흑연화 촉진 효과는 포화되며, 비금속 개재물의 증가에 따른 취성 유발과 열간 압연 시 탈탄 증상을 야기시킬 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서 Si함량은 2.00 내지 3.00중량%로 제어된다.
Mn의 함량은 0.15 내지 0.35중량%이다.
Mn은 강재의 강도 및 충격 특성을 향상시키며, 강 중 S와 결합하여 MnS 개재물을 형성하여 절삭성 향상에 기여하므로 적극적으로 첨가된다. 또한, Mn함량이 너무 적으면 MnS를 형성하지 못한 S에 의해 흑연화 속도가 저해되며, 소재의 취성이 유발되는 문제가 있다. 이를 고려하여 본 발명에서 Mn은 0.15중량% 이상 첨가된다. 그러나, Mn함량이 과다하면 강재의 강도 및 경도가 지나치게 증가하여 공구 마모 깊이가 저하될 우려가 있다. 또한, MnS는 보자력을 증가시키므로 과다 형성되면 강재의 연자성이 열위해질 우려가 있다. 이를 고려하여 본 발명에서 Mn함량은 0.35중량% 이하로 제어된다.
P의 함량은 0.05중량% 이하이다.
P은 불가피하게 함유되는 불순물이다. P은 강재 내 입계를 취약하게 하여 절삭성 향상에 도움을 준다. 그러나, P는 상당한 고용강화 효과에 의해 페라이트의 경도를 증가시키고, 강재의 인성 및 지연파괴 저항성을 감소시키고, 표면 결함의 발생을 조장한다. 따라서, P함량은 가능한 낮게 관리되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 P상한은 0.05중량%로 관리된다.
S의 함량은 0.05중량% 이하이다.
S는 불가피하게 함유되는 불순물이다. S은 MnS를 형성하여 절삭성 향상 효과가 있다. 그러나, S는 단독으로 강재 내 존재하는 경우 C의 흑연화를 크게 저해할 뿐만 아니라, 결정립계에 편석되어 인성을 저하시키고, 저융점 유화물을 형성시켜 열간압연성을 저해하며, 자기흐름을 방해하여 연자성을 열화시킨다. 또한, MnS는 절삭성 향상 효과가 있지만 압연 후 연신된 MnS에 의해 기계적 이방성이 나타날 우려가 있다. 따라서, S함량은 가능한 낮게 관리되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 S상한은 0.05중량%로 관리된다.
Al의 함량은 0.01중량% 이하이다.
Al은 강력한 탈산 원소로써 탈산에 기여하나, 본 발명에서 Si함량은 2.00 내지 3.00중량%이기 때문에 Si 단독 탈산만으로도 충분히 탈산이 가능하다. 또한, Al과 강 중 N와 결합하여 생성된 AlN은 피닝(pinning) 효과에 의해 결정립 성장을 방해한다. 강재의 결정립이 클수록 자구의 이동 및 회전이 용이하여 연자성이 향상된다. 따라서, 우수한 연자성 확보를 위해서는 AlN에 의한 피닝 효과를 억제할 필요가 있으며, 본 발명에서 Al은 0.01중량% 이하로 제어된다.
Ti의 함량은 0.005 내지 0.020중량%이다.
Ti은 TiN을 형성하여 흑연화를 저해하는 고용 질소 함량을 낮춘다. 또한, 형성된 TiN은 흑연의 핵생성처로 작용하여 흑연화 시간을 단축시킬 뿐만 아니라, 미세한 흑연을 균일하게 형성시키는 역할을 한다. 이를 고려하여 본 발명에서 Ti는 적극적으로 첨가된다. Ti함량이 0.005중량% 미만이면 TiN 개수가 너무 작아 흑연의 핵생성처로의 작용이 미약하다. 반면, Ti함량이 과다하면 TiN으로 인한 흑연화 열처리의 단축 효과가 포화되며, 조대한 탄질화물을 형성하여 오히려 흑연화를 저하시킬 우려가 있다. 이를 고려하여 본 발명에서 Ti는 0.020중량% 이하로 제어된다.
N의 함량은 0.003 내지 0.010중량%이다.
N는 Ti, Al과 결합하여 질화물을 형성하며, 형성된 질화물은 흑연의 성장핵으로 작용하여 흑연립의 형성과 성장을 촉진시킨다. 그러나, 질화물을 형성하지 않고 강 중 고용상태로 잔존하는 질소는 흑연화를 현저하게 저해한다. 따라서, 흑연화 촉진에 유효한 질화물들을 형성하기 위해서는 Ti, Al과 거의 비슷한 당량으로 첨가하는 것이 바람직하다. 이러한 이유로 본 발명에서 N는 0.003 내지 0.010중량%로 제어된다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조 과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
본 발명의 일 예에 따른 흑연화 열처리용 선재는 상술한 합금조성을 만족하면서도 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.
(1) 0 ≤ 6.25*([C] - 0.7)2 + ([Si] - 2.5)2*(0.01 - [Al])*[Al]*106 ≤ 12.5
상기 식 (1)에서, [C], [Si], [Al]은 각 합금원소의 중량%를 의미한다.
상기 식 (1)의 값이 0 미만이면 AlN 형성에 의한 결정립 성장을 방해하여 전자기적 특성이 열위해진다. 식 (1)의 값이 12.5를 초과하는 경우에는 흑연립의 분율이 크게 증가하거나 감소하여 전자기적 특성 또는 절삭성이 열위해지고, 흑연화 시간이 길어지며, 강재의 인성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 일 예에 따른 흑연화 열처리용 선재의 미세조직은 면적분율로, 페라이트: 40% 이하, 베이나이트, 마르텐사이트의 합계: 5% 이하 및 잔부 펄라이트를 포함할 수 있다. 상기 미세조직으로 흑연화 열처리하면 흑연립 크기 및 분포가 균일하여 전자기특성 및 절삭성이 우수할 수 있다.
이때 펄라이트 평균 결정립 크기는 15㎛ 이상일 수 있다. 펄라이트 결정립 크기는 합금성분 및 선재 제조공정에 따라 제어될 수 있다. 펄라이트 결정립 크기가 클수록 흑연화 열처리 후 얻어지는 흑연강 내 페라이트 결정립 크기가 증가하여 우수한 전자기적 특성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 흑연강은 흑연화 열처리용 선재를 흑연화 열처리하는 것으로 마련되며, 일 예에 따른 흑연강의 미세조직은 평균 결정립 크기가 35㎛ 이상인 페라이트 및 잔부 흑연립을 포함할 수 있다.
흑연강의 미세조직은 페라이트와 흑연으로 구성되는 것이 바람직하다. 펄라이트가 잔존하게 되면 강재의 경도가 증가하며, 그 결과 절삭 시 공구마모 문제가 발생하여 절삭성이 저하된다. 또한, 펄라이트는 보자력을 높여 연자성을 급격하게 열위시키는 문제가 있다.
또한, 결정립 크기가 클수록 기계적 물성은 열위해지므로 일반적으로 기계적 물성의 향상을 위해 결정립 크기를 미세화한다. 그러나, 연자성은 결정립 크기가 클수록 자구의 이동 및 회전이 용이하여 향상된다. 본 발명의 일 예에 따른 흑연강은 우수한 연자성을 확보하기 위하여 페라이트 결정립의 평균 결정립 크기가 35㎛ 이상으로 제어할 수 있다.
또한, 절삭성을 향상시키기 위해서는 일정량 이상의 흑연립을 확보하는 것이 바람직하다. 일 예에 따르면 흑연립은 면적분율로 2% 이상 포함될 수 있다. 그러나, 흑연립은 페라이트에 비해 열위한 연자성을 가지므로 적정량 포함될 필요가 있다. 또한, 흑연립을 형성시키기 위해서는 그만큼 탄소를 많이 첨가하여야 되고, 과다 첨가된 탄소는 열간 연성을 저하시키는 문제가 있다. 이를 고려하여 본 발명의 일 예에 따르면 흑연립은 면적분율로 4% 이하로 포함될 수 있다.
또한, 흑연립은 미세할수록 절삭 후 표면 조도가 향상되어 절삭성이 향상된다. 이를 고려하여 본 발명의 일 예에 따르면 흑연립의 평균 크기는 10㎛ 이하일 수 있다.
상술한 바에 따른 본 발명의 흑연강은 절삭성 및 연자성이 우수하다.
일 예에 따른 흑연강은 보자력이 500A/m에서의 자속밀도가 1.08T 이상일 수 있다. 일 예에 따른 흑연강은 자속밀도가 1T에서의 보자력이 150A/m 이하일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 흑연강의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
이상에서 설명한 본 발명의 흑연강은 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 그 제조방법은 특별히 제한되지 않으나, 본 발명의 일 예에 따른 흑연강의 제조방법은 상술한 합금조성 및 식 (1)을 만족하는 강재를 열간 압연하는 단계 및 730 내지 770℃에서 6시간 이하로 흑연화 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
열간 압연하는 단계는 상술한 합금조성 및 식 (1)을 만족하는 잉곳을 주조한 후 1100 내지 1300℃에서 5 내지 10시간 동안 균질화 열처리 하고, 마무리 압연온도 850℃ 이상으로 열간 압연하는 것을 포함할 수 있다. 열간 압연한 다음에는 8℃/s 이하로 공냉하여 흑연화 열처리용 선재를 제조할 수 있다.
이후 흑연화 열처리용 선재는 730 내지 770℃에서 6시간 이하로 흑연화 열처리되어 흑연강으로 마련될 수 있다. 본 발명에 따르면 흑연화 열처리용 선재를 흑연화 열처리하여 강 내 세멘타이트를 흑연화시킬 필요가 있다. 흑연화를 빠르게 하기 위해서는 등온 변태 곡선에서 노즈(nose)에 해당하는 온도 영역에서 열처리하는 것이 바람직하다. 바람직한 흑연화 열처리 온도 범위는 730 내지 770
이며, 이 온도 구간에서 6시간 이하의 등온 열처리를 통하여 강재 내 모든 펄라이트에 있는 세멘타이트를 완전히 흑연화할 수 있다.
일 예에 따르면 흑연강의 흑연화율은 99% 이상일 수 있다. 여기에서, 흑연화율이란 강에 첨가된 탄소 함량 대비 흑연 상태로 존재하는 탄소 함량의 비를 의미하는 것으로, 하기 식 (2)에 의해 정의되며, 흑연화율이 99% 이상이라는 것은 첨가된 탄소가 거의 모두 흑연을 생성하는데 소모되었다는 의미이다. 식 (2)에서 페라이트 내 고용 탄소량 및 미세 탄화물은 극히 적으므로 고려하지 않는다. 흑연화율이 99% 이상이라는 것은 다시 말해 미분해된 펄라이트가 강 중에 존재하지 않고, 페라이트와 잔부 흑연립으로 구성되었다는 것을 의미한다.
(2) 흑연화율(%)= (1-잔부 펄라이트 탄소함량/강 중 탄소 함량) Х 100
상술한 바에 따른 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연강은 신선 가공, 냉간 단조, 절삭 가공 등에 의해 자동차, 전자, 전기, 산업기기 등 다양한 분야의 전자기 부품으로 제조될 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 절삭 가공 이후 표면 경도를 확보하기 위하여 Q/T(quenching and tempering) 열처리를 수행할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
{실시예}
하기 표 1의 합금조성을 갖는 잉곳(ingot)을 주조하여 1250
에서 8시간 균질화 열처리하였다. 이후 열간 압연 및 공냉하여 흑연화 열처리용 선재로 제조하였다. 이 때 열간 압연 시의 마무리압연온도와 선재의 냉각속도(공냉속도)를 표 2에 나타내었다.
이어서 제조된 흑연화 열처리용 선재를 표2의 흑연화 열처리 온도에서 6시간 열처리 하여 흑연강을 얻었다. 흑연강의 흑연화율, 흑연립 면적분율, 흑연립 평균 결정립 크기 및 페라이트 평균 결정립 크기를 측정하였다.
표 1의 '식(1)'은 전술한 식 (1)에 각 발명예, 비교예의 합금조성 중량%를 대입하여 도출한 값이다.
표 2의 미세조직은 2% 나이탈 에칭을 통하여 분석하였으며, 평균 결정립 크기는 ASTM E112법을 활용하여 시편 당 5개씩 측정하여 평균값을 도출하였다.
흑연립 면적분율의 측정 방법은 다음과 같다. 시편을 일정 크기로 절단하여 에칭은 하지 않고, 연마만 한 상태에서 광학 현미경을 이용하여 200배의 배율 하에서 이미지를 촬영하였다. 이렇게 얻은 이미지에서는 기지와 흑연상의 뚜렷한 컨트라스트 차이에 의해 명확하게 구분이 가능하므로, 화상 분석 소프트웨어를 사용하여 분석을 진행하였다. 또한 분석의 신뢰성을 높이기 위해서 시편당 15장씩 이미지를 촬영하여 사용하였다. 흑연립의 면적분율은 관찰면적 중에 흑연립이 차지하는 면적의 비율을 측정하였다.
| 합금조성(중량%) | 식 (1) | ||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Al | Ti | N | ||
| 발명예1 | 0.62 | 2.20 | 0.17 | 0.022 | 0.024 | 0.005 | 0.015 | 0.008 | 3.17 |
| 발명예2 | 0.70 | 2.53 | 0.35 | 0.023 | 0.026 | 0.003 | 0.007 | 0.004 | 0.02 |
| 발명예3 | 0.53 | 2.27 | 0.23 | 0.020 | 0.017 | 0.008 | 0.013 | 0.009 | 3.65 |
| 발명예4 | 0.83 | 2.63 | 0.30 | 0.027 | 0.009 | 0.006 | 0.019 | 0.009 | 2.86 |
| 발명예5 | 0.69 | 2.43 | 0.25 | 0.029 | 0.026 | 0.006 | 0.015 | 0.007 | 0.13 |
| 발명예6 | 0.79 | 2.99 | 0.21 | 0.017 | 0.028 | 0.006 | 0.016 | 0.010 | 6.90 |
| 발명예7 | 0.73 | 2.42 | 0.17 | 0.006 | 0.023 | 0.002 | 0.018 | 0.010 | 0.14 |
| 발명예8 | 0.55 | 2.29 | 0.21 | 0.025 | 0.004 | 0.002 | 0.017 | 0.006 | 3.26 |
| 발명예9 | 0.77 | 2.13 | 0.34 | 0.024 | 0.012 | 0.002 | 0.009 | 0.005 | 2.42 |
| 비교예1 | 0.31 | 2.42 | 0.32 | 0.00189 | 0.02216 | 0.003 | 0.019 | 0.0002 | 21.76 |
| 비교예2 | 1.07 | 2.18 | 0.16 | 0.00959 | 0.02100 | 0.004 | 0.016 | 0.0097 | 22.46 |
| 비교예3 | 0.72 | 1.67 | 0.28 | 0.01 | 0.02 | 0.01 | 0.02 | 0.01 | 16.58 |
| 비교예4 | 0.57 | 2.29 | 0.27 | 0.015 | 0.014 | 0.026 | 0.007 | 0.001 | -63.05 |
| 비교예5 | 0.87 | 2.55 | 0.57 | 0.002 | 0.010 | 0.007 | 0.020 | 0.004 | 3.60 |
| 비교예6 | 0.65 | 2.01 | 0.22 | 0.020 | 0.006 | 0.004 | 0.017 | 0.008 | 6.30 |
| 비교예7 | 0.62 | 2.44 | 0.26 | 0.005 | 0.025 | 0.005 | 0.012 | 0.007 | 1.01 |
| 비교예8 | 0.75 | 2.53 | 0.21 | 0.022 | 0.025 | 0.001 | 0.008 | 0.005 | 0.09 |
| 비교예9 | 0.67 | 2.88 | 0.29 | 0.021 | 0.012 | 0.001 | 0.017 | 0.006 | 1.07 |
| 선재 | 흑연화 열처리 온도 (℃) |
흑연강 | ||||||||
| 마무리 압연 온도 (℃) |
냉각 속도 (℃/s) |
미세 조직 |
펄라 이트 결정립 크기 (㎛) |
미세 조직 |
흑연 화율 (%) |
흑연립 면적분율 (%) |
흑연립 평균 결정립 크기 (㎛) |
페라 이트 평균 결정립 크기 (㎛) |
||
| 발명예1 | 925 | 3.9 | F+P | 31 | 750 | F+G | 100 | 2.3 | 4.9 | 60 |
| 발명예2 | 939 | 5.8 | F+P | 49 | 751 | F+G | 100 | 2.6 | 4.7 | 69 |
| 발명예3 | 1082 | 2.6 | F+P | 48 | 746 | F+G | 100 | 2.2 | 4.8 | 81 |
| 발명예4 | 1016 | 6.0 | P | 38 | 766 | F+G | 100 | 3.4 | 5.4 | 47 |
| 발명예5 | 960 | 5.5 | F+P | 40 | 745 | F+G | 100 | 2.8 | 4.3 | 73 |
| 발명예6 | 904 | 5.0 | P | 45 | 741 | F+G | 100 | 3.2 | 4.7 | 77 |
| 발명예7 | 973 | 3.2 | P | 30 | 753 | F+G | 100 | 3.0 | 5.2 | 56 |
| 발명예8 | 951 | 4.3 | F+P | 50 | 742 | F+G | 100 | 2.2 | 5.1 | 42 |
| 발명예9 | 1057 | 3.3 | P | 44 | 764 | F+G | 100 | 3.1 | 5.5 | 42 |
| 비교예1 | 1080 | 5.4 | F+P | 27 | 732 | F+G | 100 | 1.3 | 5.4 | 47 |
| 비교예2 | 955 | 1.0 | P | 48 | 731 | F+G | 100 | 4.3 | 5.8 | 63 |
| 비교예3 | 1087 | 1.0 | P | 46 | 735 | F+P+G | 60 | - | - | - |
| 비교예4 | 904 | 0.7 | P | 18 | 753 | F+G | 100 | 2.4 | 5.3 | 24 |
| 비교예5 | 980 | 3.8 | P | 39 | 760 | F+G | 100 | 3.5 | 5.4 | 50 |
| 비교예6 | 823 | 1.3 | F+P | 12 | 747 | F+G | 100 | 2.6 | 5.1 | 18 |
| 비교예7 | 1089 | 11.2 | F+P | 19 | 732 | F+G | 100 | 2.5 | 5.1 | 26 |
| 비교예8 | 904 | 3.8 | P | 43 | 692 | F+P+G | 70 | - | - | - |
| 비교예9 | 1008 | 3.2 | F+P | 33 | 817 | F+P+G | 60 | - | - | - |
(F: 페라이트, P: 펄라이트, G:흑연)
실시예 중 비교예 3, 8, 9는 흑연화가 완료되지 않아 펄라이트 내 세멘타이트와 흑연립, 페라이트가 혼재하여 흑연립 면적분율, 흑연립 평균 결정립 크기, 페라이트 평균 결정립 크기를 측정할 수 없었다.
이후, 제조된 흑연강의 절삭성과 연자성을 평가하여 표 3에 나타내었다.
절삭성 평가를 위해 공구마모깊이, 조도, 칩분절성을 측정하였다. 공구마모깊이는 직경 25mm인 각 발명예, 비교예의 흑연강 200개를 직경 15mm될 때까지 CNC 자동 선반으로 절삭 가공한 다음, 가공 전후의 공구 날 깊이를 비교함으로써 마모 정도를 구하였다. 이때 절삭속도는 100mm/min, 이송속도는 0.1mm/rev, 절삭깊이는 1.0mm로 하고, 절삭유를 사용하여 절삭 가공하였다. 조도는 절삭 가공면의 거칠기를 측정하였다. 칩처리성은 칩이 2권 이하에서 분단될 경우 우수, 3 ~ 6권에서 분단될 경우 보통, 7권 이상에서 분단될 경우 불량으로 판정하였다.
연자성 평가는 보자력 및 자속밀도를 측정하였다. 보자력은 자속 밀도가 1.0T일 때의 값을 측정하였고, 자속밀도는 500A/m에서 측정된 값(B5)을 나타내었다.
| 공구마모깊이(㎛) | 조도(㎛) | 칩분절성 | 보자력(A/m) | 자속밀도 (B5, T) |
|
| 발명예1 | 99 | 0.43 | 우수 | 138 | 1.13 |
| 발명예2 | 109 | 0.48 | 우수 | 125 | 1.18 |
| 발명예3 | 103 | 0.48 | 우수 | 132 | 1.16 |
| 발명예4 | 108 | 0.46 | 우수 | 130 | 1.16 |
| 발명예5 | 97 | 0.47 | 우수 | 134 | 1.14 |
| 발명예6 | 118 | 0.47 | 우수 | 127 | 1.18 |
| 발명예7 | 100 | 0.43 | 우수 | 120 | 1.11 |
| 발명예8 | 111 | 0.49 | 우수 | 120 | 1.13 |
| 발명예9 | 102 | 0.48 | 우수 | 129 | 1.15 |
| 비교예1 | 172 | 0.54 | 보통 | 118 | 1.11 |
| 비교예2 | 99 | 0.45 | 우수 | 166 | 1.06 |
| 비교예3 | 277 | 0.69 | 열위 | 229 | 0.88 |
| 비교예4 | 99 | 0.47 | 우수 | 193 | 1.02 |
| 비교예5 | 117 | 0.46 | 우수 | 193 | 0.99 |
| 비교예6 | 99 | 0.47 | 우수 | 189 | 0.97 |
| 비교예7 | 114 | 0.42 | 우수 | 189 | 0.97 |
| 비교예8 | 282 | 0.64 | 열위 | 241 | 0.88 |
| 비교예9 | 264 | 0.71 | 열위 | 237 | 0.89 |
발명예 1 ~ 9는 공구마모깊이가 120㎛ 이하이며, 절삭 가공면의 거칠기인 조도값이 0.50㎛ 이하이고, 칩 분절성 평가가 우수하여 절삭성이 우수하였다. 또한, 보자력이 500A/m에서의 자속밀도가 1.08T 이상이며, 자속밀도가 1T에서의 보자력이 150A/m 이하로 연자성이 우수하였다.
반면, 비교예 1은 C함량이 적어 최종 형성된 흑연립의 면적분율이 2% 미만으로 작아 절삭성 향상에 크게 기여하지 못하였다. 그 결과, 공구마모깊이가 120㎛를 초과하였으며, 절삭 가공면의 거칠기인 조도값이 0.50㎛를 초과하였고, 칩 분절성 평가가 보통이었다. 비교예 2는 C함량이 과다하여 흑연립 면적분율이 4%를 초과하여 우수한 절삭성을 나타냈으나, 높은 흑연립 분율로 인해 발명예들에 비해 낮은 보자력 및 자속밀도를 보여 연자성이 열위하였다.
비교예 3은 Si함량이 2중량% 미만으로 흑연화 속도가 지연되어 6시간 이내에 흑연화를 완료하지 못하였고, 그 결과 흑연화 열처리 후에도 잔존하는 펄라이이트가 존재 하였다. 이로 인해 절삭 공구의 마모가 가속화되어 절삭성이 열위하였다. 또한, 연자성도 낮은 Si 함량과 잔존하는 펄라이트로 인해 열위하였다.
비교예 4는 Al함량이 0.01중량%를 초과하여 AlN석출물에 의한 피닝 효과로 결정립을 발명예들에 비해 조대화시키지 못하였다. 선재 내 펄라이트 평균 결정립 크기 및 흑연강 내 페라이트 평균 결정립 크기가 발명예들에 비해 작았다. 그 결과, 결정립이 작아 자구의 이동 및 회전이 용이하지 않아 연자성 특성이 열위하였다.
비교예 1 ~ 4는 식 (1)을 모두 만족하지 못하였다. 그 결과, 절삭성 및 연자성이 열위하였다.
비교예 5는 Mn함량이 과다하여 자기 흐름을 방해하는 MnS가 과다 형성되어 연자성이 열위하였다.
비교예 6은 마무리압연 온도가 발명예들에 비해 낮았고, 비교예 7은 냉각속도가 발명예들에 비해 너무 빨라서 흑연화 열처리용 선재 내 펄라이트 결정립이 발명예들에 비해 미세하였다. 그 결과, 후속되는 흑연화 열처리를 통해서도 결정립이 조대화되지 못하였고, 결정립이 작아 자구의 이동 및 회전이 용이하지 않아 연자성 특성이 열위하였다.
비교예 8, 9는 흑연화 열처리 온도 범위를 벗어나 미세조직에서 펄라이트가 관찰되었다. 이는 흑연화 온도가 낮은 경우 흑연화 열처리 시 펄라이트가 완전히 흑연화 되지 못하거나 또는 흑연화 열처리 온도가 너무 높은 경우 오스테나이트로 상변태하여 냉각 시 다시 펄라이트가 형성되기 때문이다. 잔존하는 펄라이트에 의해 비교예 8, 9는 절삭성과 연자성이 열위하였다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 중량%로, C: 0.50 내지 0.90%, Si: 2.00 내지 3.00%, Mn: 0.15 내지 0.35%, P: 0.05% 이하, S: 0.05% 이하, Al: 0.01% 이하, Ti: 0.005 내지 0.020%, N: 0.003 내지 0.010%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족하는 흑연화 열처리용 선재:
(1) 0 ≤ 6.25*([C] - 0.7)2 + ([Si] - 2.5)2*(0.01 - [Al])*[Al]*106 ≤ 12.5
(상기 식 (1)에서, [C], [Si], [Al]은 각 합금원소의 중량%를 의미한다). - 제1항에 있어서,
미세조직은 면적분율로, 페라이트: 40% 이하, 베이나이트, 마르텐사이트의 합계: 5% 이하 및 잔부 평균 결정립 크기가 15㎛ 이상인 펄라이트를 포함하는 흑연화 열처리용 선재. - 중량%로, C: 0.50 내지 0.90%, Si: 2.00 내지 3.00%, Mn: 0.15 내지 0.35%, P: 0.05% 이하, S: 0.05% 이하, Al: 0.01% 이하, Ti: 0.005 내지 0.020%, N: 0.003 내지 0.010%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식 (1)을 만족하며,
미세조직은 평균 결정립 크기가 35㎛ 이상인 페라이트 및 잔부 흑연립을 포함하는 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연강:
(1) 0 ≤ 6.25*([C] - 0.7)2 + ([Si] - 2.5)2*(0.01 - [Al])*[Al]*106 ≤ 12.5
(상기 식 (1)에서, [C], [Si], [Al]은 각 합금원소의 중량%를 의미한다). - 제3항에 있어서,
상기 흑연립은 면적분율로 2 내지 4%로 포함되는 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연강. - 제3항에 있어서,
상기 흑연립의 평균 결정립 크기는 10㎛ 이하인 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연강. - 제3항에 있어서,
보자력이 500A/m에서의 자속밀도가 1.08T 이상인 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연강. - 제3항에 있어서,
자속밀도가 1T에서의 보자력이 150A/m 이하인 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연강.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200178565A KR102497429B1 (ko) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강 |
| JP2023537369A JP2024500138A (ja) | 2020-12-18 | 2021-12-17 | 黒鉛化熱処理用線材および黒鉛鋼 |
| CN202180090694.0A CN116806276A (zh) | 2020-12-18 | 2021-12-17 | 用于石墨化热处理的线材及石墨钢 |
| EP21907168.5A EP4265800A1 (en) | 2020-12-18 | 2021-12-17 | Wire rod for graphitization heat treatment, and graphite steel |
| PCT/KR2021/019313 WO2022131864A1 (ko) | 2020-12-18 | 2021-12-17 | 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200178565A KR102497429B1 (ko) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220087978A true KR20220087978A (ko) | 2022-06-27 |
| KR102497429B1 KR102497429B1 (ko) | 2023-02-10 |
Family
ID=82057944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200178565A KR102497429B1 (ko) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4265800A1 (ko) |
| JP (1) | JP2024500138A (ko) |
| KR (1) | KR102497429B1 (ko) |
| CN (1) | CN116806276A (ko) |
| WO (1) | WO2022131864A1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR950006006A (ko) | 1993-08-02 | 1995-03-20 | 도오사끼 시노부 | 피삭성, 냉간 단조성 및 담금질·뜨임 후의 피로강도 특성에 뛰어난 기계 제조용 강 및 그 제조방법 |
| KR20190075512A (ko) * | 2017-12-21 | 2019-07-01 | 주식회사 포스코 | 흑연화 열처리용 강재 및 피삭성이 향상된 흑연강 |
| KR20200003012A (ko) * | 2017-05-18 | 2020-01-08 | 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 | 선재, 강선, 및 강선의 제조 방법 |
| KR20200045906A (ko) * | 2018-10-23 | 2020-05-06 | 주식회사 포스코 | 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연강 및 그 제조방법 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07188850A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-07-25 | Kawasaki Steel Corp | 被削性に優れた黒鉛快削鋼 |
| JP4084462B2 (ja) * | 1998-06-04 | 2008-04-30 | Ｊｆｅ条鋼株式会社 | 快削熱間加工鋼材およびその製造方法 |
| CN109207840B (zh) * | 2017-06-29 | 2020-12-22 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种易切削非调质钢及其制造方法 |
-
2020
- 2020-12-18 KR KR1020200178565A patent/KR102497429B1/ko active IP Right Grant
-
2021
- 2021-12-17 WO PCT/KR2021/019313 patent/WO2022131864A1/ko active Application Filing
- 2021-12-17 EP EP21907168.5A patent/EP4265800A1/en active Pending
- 2021-12-17 CN CN202180090694.0A patent/CN116806276A/zh active Pending
- 2021-12-17 JP JP2023537369A patent/JP2024500138A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR950006006A (ko) | 1993-08-02 | 1995-03-20 | 도오사끼 시노부 | 피삭성, 냉간 단조성 및 담금질·뜨임 후의 피로강도 특성에 뛰어난 기계 제조용 강 및 그 제조방법 |
| KR20200003012A (ko) * | 2017-05-18 | 2020-01-08 | 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 | 선재, 강선, 및 강선의 제조 방법 |
| KR20190075512A (ko) * | 2017-12-21 | 2019-07-01 | 주식회사 포스코 | 흑연화 열처리용 강재 및 피삭성이 향상된 흑연강 |
| KR20200045906A (ko) * | 2018-10-23 | 2020-05-06 | 주식회사 포스코 | 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연강 및 그 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116806276A (zh) | 2023-09-26 |
| EP4265800A1 (en) | 2023-10-25 |
| KR102497429B1 (ko) | 2023-02-10 |
| WO2022131864A1 (ko) | 2022-06-23 |
| JP2024500138A (ja) | 2024-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5231101B2 (ja) | 疲労限度比と被削性に優れた機械構造用鋼 | |
| JP3954772B2 (ja) | 結晶粒粗大化防止特性に優れた高温浸炭部品用素形材とその製造方法 | |
| WO2013058131A1 (ja) | 軸受鋼とその製造方法 | |
| EP2418296A1 (en) | Steel for case hardening which has excellent cold workability and machinability and which exhibits excellent fatigue characteristics after carburizing and quenching, and process for production of same | |
| KR101464712B1 (ko) | 템퍼링 연화 저항성이 우수한 강 부품 | |
| KR102042063B1 (ko) | 흑연화 열처리용 강재 및 피삭성이 향상된 흑연강 | |
| JP2010229508A (ja) | 最大結晶粒の縮小化特性に優れた肌焼鋼 | |
| JP2013234354A (ja) | 冷間鍛造用熱間圧延棒鋼または線材 | |
| KR102126971B1 (ko) | 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연강 및 그 제조방법 | |
| JP2004027334A (ja) | 高周波焼もどし用鋼およびその製造方法 | |
| KR102497429B1 (ko) | 절삭성 및 연자성이 우수한 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강 | |
| JP2004124190A (ja) | ねじり特性に優れる高周波焼もどし鋼 | |
| JP5151662B2 (ja) | 軟窒化用鋼材の製造方法 | |
| KR102497435B1 (ko) | 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강 | |
| KR102528281B1 (ko) | 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강의 제조 방법 | |
| KR102380415B1 (ko) | 전자기성이 향상된 흑연 쾌삭강 환봉바 | |
| JP7287448B1 (ja) | 浸炭用温間鍛造部品及びその製造方法 | |
| KR101115716B1 (ko) | 지연파괴저항성이 우수한 저항복비 고강도 강가공품 및 그제조방법 | |
| KR101115718B1 (ko) | 지연파괴저항성 및 연신율이 우수한 고강도 강가공품 및그 제조방법 | |
| KR100605723B1 (ko) | 지연파괴저항성이 우수한 고강도 강가공품 및 그 제조방법 | |
| KR100627484B1 (ko) | 표면탈탄이 적은 기계구조용 흑연화 선재 제조방법 | |
| KR20240097619A (ko) | 열처리 물성이 우수한 냉간단조용 선재, 스크류 부품 및 이들의 제조방법 | |
| KR101115811B1 (ko) | 지연파괴저항성이 우수한 고강도 강가공품 및 그 제조방법 | |
| KR101115769B1 (ko) | 지연파괴저항성이 우수한 저항복비 고강도 강가공품 및 그제조방법 | |
| JP2023021614A (ja) | 冷間鍛造用鋼 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |