KR20220131326A - 쾌삭강 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
Pb 의 비첨가임에도 불구하고, 저탄소 황납 복합 쾌삭강과 동등 이상의 피삭성을 갖는 쾌삭강을 제공한다. 질량% 로, C : 0.08 % 이하, Mn : 0.50 ∼ 1.50 %, P : 0.10 % 이하, S : 0.250 ∼ 0.500 %, N : 0.005 ∼ 0.015 %, O : 0.0100 초과 ∼ 0.0500 %, Cr : 0.50 ∼ 1.50 %, 및, Si, Al 및 Ti 의 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0.050 ∼ 0.500 % 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 식 (1) 로 정해지는 A 값이 0.40 ∼ 2.00 을 만족하고, 하기 식 (2) 로 정해지는 B 값이 1.10 × 10-3 ∼ 1.50 × 10-2 를 만족하는 성분 조성과, 원상당경 5 ㎛ 이하의 황화물이 3000 개/㎟ 이상 분포하여 이루어지는 강 조직으로 한다.
A 값 = [Mn] / [Cr] … (1)
B 값 = (2[Si] ＋ 2[Al] ＋ [Ti]) × [O] … (2)
단, [M] 은 [ ] 안의 원소 M 의 함유량 (질량%)
A 값 = [Mn] / [Cr] … (1)
B 값 = (2[Si] ＋ 2[Al] ＋ [Ti]) × [O] … (2)
단, [M] 은 [ ] 안의 원소 M 의 함유량 (질량%)
Description
본 발명은, 쾌삭강, 특히, 피삭성 향상 원소인 황 및 미량의 납을 함유한 쾌삭강의 대체가 되는 강에 관한 것이며, 저탄소 황납 복합 쾌삭강과 동등 이상의 피삭성을 갖는 쾌삭강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
JIS 규격 SUM24L 로 대표되는 저탄소 황납 쾌삭강은, 쾌삭 원소로서, 다량의 납 Pb 및 황 S 첨가에 의해, 그 우수한 피삭성을 확보하고 있다.
철강 재료에 있어서, 납은, 절삭 가공에 있어서의 공구 마모의 저감이나 절삭 부스러기 처리성의 개선에 유용하다. 그 때문에, 납은 재료의 피삭성을 크게 개선하는 원소로서 중용되어, 많은 절삭 가공에 의해 제조되는 강 제품에 사용되고 있다. 그러나, 최근의 환경 의식의 고조에 수반하여, 환경 부하 물질의 사용을 세계적으로 폐지 또는 제한하는 움직임이 확산되고 있다. 납도 그 하나로서 들 수 있으며, 사용을 제한하는 것이 요구되고 있다.
그래서, 예를 들어, 특허문헌 1 에는, Pb 비첨가형의 쾌삭 비조질강이 개시되어 있다. 또, 마찬가지로 특허문헌 2 에도, Pb 비첨가형의 쾌삭강이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3 에는, Mn 보다 S 와 화합물을 만들기 쉬운 Cr 을 첨가함으로써, Mn-Cr-S 계 개재물을 존재시켜, 피삭성을 확보한 쾌삭강이 개시되어 있다.
특허문헌 1 에 기재된 기술은, 대상으로 하는 강종이 C : 0.2 % 이상을 함유 한 비조질강이기 때문에 경질이고, 특수 원소인 Nd 를 사용하고 있기 때문에, 제조 비용이 높다는 문제가 있다. 또, 특허문헌 2 에 기재된 기술은, S 를 대량으로 첨가하고 있기 때문에, 열간 연성이 낮고, 연속 주조나 열간 압연 시에 균열이 발생하여, 표면 성상의 관점에서 문제가 있다. 한편, 특허문헌 3 에 기재된 기술에서는, Mn 첨가량을 줄여 Cr 및 S 를 첨가하는, 성분으로 하고 있지만, Cr 의 첨가량이 3.5 % 이상으로 높고, 저비용화가 어려운 데다가, 대량의 CrS 가 생성되기 때문에, 제강 공정의 재료 용제 처리가 어렵다는, 제조상의 문제를 갖고 있다.
본 발명은, 상기한 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것이며, Pb 가 비첨가임에도 불구하고, 저탄소 황납 복합 쾌삭강과 동등 이상의 피삭성을 가지며, 또한, 상기의 특허문헌 1 ∼ 3 과 같은, Nd 첨가나, 대량의 S 나 Cr 의 첨가를 필요로 하지 않는 쾌삭강을, 그 제조 방법과 함께 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 거듭한 결과, 이하에 기재하는 지견을 얻기에 이르렀다.
(i) Mn, Cr 및 S 의 적당량 첨가 그리고 [Mn] / [Cr] 비의 적정화에 의해, 적당량의 황화물에 대하여, 그 조성을 Mn-Cr-S 의 복합계로 할 수 있다. 이 복합계 조성의 황화물은, 열간 가공 시에 미세화할 수 있고, 피삭성을 향상시킨다.
(ii) 상기의 황화물이 미세할수록, 윤활 작용이 커져, 구성날끝이라고 불리는 공구 표면에 부착되는 경질상 (硬質相) 의 생성을 방지할 수 있어, 절삭 부스러기 처리성, 표면 조도를 포함한 피삭성이 현저하게 향상된다.
(iii) 강 중의 S 량의 상승과 함께 피삭성이 향상되는 것은 종래 알려져 있다. 한편, 열간 가공성 혹은 기계적 성질의 이방성의 문제로부터 강 중에 첨가할 수 있는 S 량의 상한값은 존재한다. 본 발명의 황화물은 미세하기 때문에, 절삭 부스러기 처리성, 표면 조도를 포함한 피삭성이 현저하게 향상된다. 강 중에 존재하는 황화물이 미세하면, 절삭 부스러기 처리성, 표면 조도를 포함한 피삭성이 현저하게 향상된다. 따라서, 강 중에 황화물을 미세하게 분포시키면, 상기의 열간 가공성 혹은 기계적 성질의 이방성의 관점에서의 S 량의 상한값을 초과하지 않아도, 양호한 피삭성을 확보할 수 있다.
본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것으로서, 그 요지는 다음과 같다.
1. 질량% 로,
C : 0.08 % 이하,
Mn : 0.50 ∼ 1.50 %,
P : 0.100 % 이하,
S : 0.250 ∼ 0.500 %,
N : 0.0050 ∼ 0.0150 %,
O : 0.0100 % 초과 0.0500 % 이하,
Cr : 0.50 ∼ 1.50 % 및,
Si, Al 및 Ti 의 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0.050 ∼ 0.500 %
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 식 (1) 로 정해지는 A 값이 0.40 ∼ 2.00 을 만족하고, 하기 식 (2) 로 정해지는 B 값이 1.10 × 10-3 ∼ 1.50 × 10-2 를 만족하는 성분 조성을 가지며,
원상당경 5 ㎛ 이하의 황화물이 3000 개/㎟ 이상 분포하여 이루어지는 강 조직을 갖는 쾌삭강.
기
A 값 = [Mn] / [Cr] … (1)
B 값 = (2[Si] ＋ 2[Al] ＋ [Ti]) × [O] … (2)
단, [M] 은 [ ] 안의 원소 M 의 함유량 (질량%)
2. 상기 성분 조성은, 또한, 질량% 로,
Ca : 0.0010 % 이하,
Se : 0.30 % 이하,
Te : 0.15 % 이하,
Bi : 0.20 % 이하,
Sn : 0.020 % 이하,
Sb : 0.025 % 이하,
B : 0.010 % 이하,
Cu : 0.50 % 이하,
Ni : 0.50 % 이하,
V : 0.20 % 이하,
Zr : 0.050 % 이하,
Nb : 0.100 % 이하 및
Mg : 0.0050 % 이하
중의 적어도 1 종을 함유하는 상기 1 에 기재된 쾌삭강.
3. 질량% 로,
C : 0.08 % 이하,
Mn : 0.50 ∼ 1.50 %,
P : 0.100 % 이하,
S : 0.250 ∼ 0.500 %,
N : 0.0050 ∼ 0.0150 %,
O : 0.0100 % 초과 0.0500 % 이하,
Cr : 0.50 ∼ 1.50 % 및,
Si, Al 및 Ti 의 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0.050 ∼ 0.500 %
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 식 (1) 로 정해지는 A 값이 0.40 ∼ 2.00 을 만족하고, 하기 식 (2) 로 정해지는 B 값이 1.10 × 10-3 ∼ 1.50 × 10-2 를 만족하는 성분 조성을 가지며, 길이 방향과 수직인 단면 (斷面) 의 한 변의 길이가 250 ㎜ 이상인 직사각형의 주편 (鑄片) 을, 가열 온도 1120 ℃ 이상, 감면율 60 % 이상으로 압연하여 빌릿으로 하고, 그 빌릿을 가열 온도 : 1050 ℃ 이상, 감면율 95 % 이상으로 열간 가공하는 쾌삭강의 제조 방법.
기
A 값 = [Mn] / [Cr] … (1)
B 값 = (2[Si] ＋ 2[Al] ＋ [Ti]) × [O] … (2)
단, [M] 은 [ ] 안의 원소 M 의 함유량 (질량%)
4. 상기 성분 조성은, 또한, 질량% 로,
Ca : 0.0010 % 이하,
Se : 0.30 % 이하,
Te : 0.15 % 이하,
Bi : 0.20 % 이하,
Sn : 0.020 % 이하,
Sb : 0.025 % 이하,
B : 0.010 % 이하,
Cu : 0.50 % 이하,
Ni : 0.50 % 이하,
V : 0.20 % 이하,
Zr : 0.050 % 이하,
Nb : 0.100 % 이하 및
Mg : 0.0050 % 이하
중의 적어도 1 종을 함유하는 상기 3 에 기재된 쾌삭강의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 납을 첨가하지 않고도, 피삭성이 우수한 쾌삭강을 얻는 것이 가능해진다.
다음으로, 본 발명의 쾌삭강에 대해서 상세하게 설명한다. 먼저, 쾌삭강의 성분 조성에 있어서의 각 성분 함유량의 한정 이유부터 설명한다. 또한, 성분에 관한 % 표시는, 특별히 언급하지 않는 한, 질량% 를 의미한다.
C : 0.08 % 이하
C 는, 강의 강도 및 피삭성에 큰 영향을 미치는 중요한 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.08 % 를 초과하면, 탄화물이 석출하여 경질화하기 때문에, 피삭성이 열화한다. 따라서, C 함유량은, 0.08 % 이하로 한다. 바람직하게는, 0.07 % 이하의 범위 내로 한다. 또한, 강도를 확보하는 관점에서는, C 함유량을 0.01 % 이상으로 하는 것이 바람직하다. 나아가서는 0.03 % 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
Mn : 0.50 ∼ 1.50 %
Mn 은 피삭성의 향상에 중요한 황화물 형성 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.50 % 미만에서는, 황화물량이 적기 때문에 충분한 피삭성이 얻어지지 않으므로, 하한을 0.50 % 로 한다. 바람직하게는, 0.60 % 이상으로 한다. 한편, 그 함유량이 1.50 % 를 초과하면, 황화물이 조대화 (粗大化) 하는 것에 더하여, 길게 신장하여 피삭성이 저하된다. 또, 기계적 성질이 저하되므로, Mn 함유량의 상한값은 1.50 % 로 한다. 바람직하게는, 1.40 % 미만으로 한다.
P : 0.100 % 이하
P 는, 절삭 가공 시에 구성날끝의 생성을 억제함으로써, 마무리면 조도를 저감시키는 데 유효한 원소이다. 이 관점에서, P 는 0.010 % 이상 함유되는 것이 바람직하다. 단, 그 함유량이 0.100 % 를 초과하면, 재질이 경질화하기 때문에 피삭성을 저하시킴과 함께, 열간 가공성 및 연성 (延性) 을 현저히 저하시킨다. 따라서, P 함유량은, 0.100 % 이하로 한다. 바람직하게는, 0.080 % 이하로 한다.
S : 0.250 ∼ 0.500 %
S 는, 피삭성의 향상에 유효한 황화물 형성 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.250 % 미만에서는 미세한 황화물이 적기 때문에 피삭성이 향상되지 않는다. 한편, 그 함유량이 0.500 % 를 초과하면, 황화물이 지나치게 조대화하여, 미세한 황화물의 개수가 줄어들기 때문에, 피삭성이 저하된다. 또, 열간 가공성 그리고 중요한 기계적 특성인 연성이 저하된다. 따라서, S 함유량은, 0.250 ∼ 0.500 % 의 범위 내로 한다. 바람직하게는, 0.300 % 이상이다. 바람직하게는, 0.450 % 이하이다.
N : 0.0050 ∼ 0.0150 %
N 은, Cr 등과 질화물을 형성하고, 절삭 가공 중의 온도 상승에 의해 질화물이 분해함으로써, 공구 표면에 보호막을 형성한다. 이 막은 공구 표면을 보호하는 작용이 있어, 공구 수명을 향상시키기 때문에, 0.0050 % 이상 함유시킨다. 바람직하게는, 0.0060 % 이상이다. 한편, 0.0150 % 를 초과하여 첨가하면, 벨라그의 효과가 포화하는 것에 더하여, 재질이 경질화하기 때문에, 공구 수명이 짧아진다. 그 때문에, N 의 함유량은, 0.0050 ∼ 0.0150 % 로 한다. 바람직하게는, 0.0120 % 이하이다.
O : 0.0100 % 초과 0.0500 % 이하
O 는, 산화물을 형성하고, 황화물의 석출핵이 되는 것에 더하여, 압연 등의 열간 가공 시에 있어서의 황화물의 신장을 억제하는 데 유효한 원소이며, 이 작용에 의해 피삭성을 향상시킬 수 있다. 또, 본 발명에서는 벨라그라고 불리는 공구 표면의 산화 피막의 생성에 기여하는 중요한 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.0100 % 이하에서는, 황화물의 신장 억제 효과가 충분하지 않아, 신장한 황화물이 잔존하여, 본래의 효과를 기대할 수 없다. 따라서, O 의 함유량은, 0.0100 % 초과로 한다. 한편, 0.0500 % 를 초과하여 첨가해도 황화물의 신장 억제 효과가 포화하는 것에 더하여, 경질인 산화물계 개재물의 양이 많아지기 때문에 피삭성이 저하된다. 또한, 과잉인 양의 첨가는 경제적으로 불리하기 때문에, 상한을 0.0500 % 로 한다.
Cr : 0.50 ∼ 1.50 %
Cr 은, 황화물을 형성하고, 절삭 시의 윤활 작용에 의해 피삭성을 향상시키는 작용을 갖는다. 또, 압연 등의 열간 가공 시에 있어서의 황화물의 신장을 억제시키기 때문에, 피삭성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 그 함유량이 0.50 % 미만에서는, 황화물의 생성이 충분하지 않고, 신장한 황화물이 잔존하기 쉬워지기 때문에, 본래의 효과를 충분히 기대할 수 없다. 한편, 1.50 % 를 초과하여 첨가하면, 경질화하는 것에 더하여, 황화물이 조대해지고, 또한 신장을 억제하는 효과가 포화하여, 오히려 피삭성이 저하된다. 또, 과잉인 양의 합금 비용의 첨가는 경제적으로 불리하다. 따라서, Cr 함유량은, 0.50 ∼ 1.50 % 로 한다. 바람직하게는, 0.70 % 이상이다. 바람직하게는, 1.30 % 이하이다.
Si, Al 및 Ti 의 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0.050 ∼ 0.500 %
Si, Al 및 Ti 는, 탈산 원소임과 함께, 절삭 중에 산소와 결합함으로써, 벨라그라고 불리는 산화 피막을 공구 표면에 형성한다. 벨라그는 공구와 피삭재간의 마찰을 경감하기 때문에, 공구 마모가 억제된다. 각각의 첨가량의 합계가 0.050 % 미만에서는, 벨라그의 생성량이 적기 때문에, 합계 0.050 % 이상으로 첨가하는 것으로 한다. 바람직하게는, 0.070 % 이상이다. 한편, 합계로 0.500 % 를 초과한 첨가는, 그 효과가 포화할 뿐만 아니라, 산화물의 양이 많아져, 어브레시브 마모가 현저해지고, 공구 수명이 현저하게 저하된다. 그 때문에, 이들 원소의 합계의 첨가량의 상한은 0.500 % 로 한다. 바람직하게는, 0.450 % 이하이다.
이상의 성분을 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하거나, 혹은 추가로, 후술하는 임의 함유 성분을 포함한다. 여기서, 이상의 성분, 혹은 추가로 후술하는 임의 함유 성분과, 잔부의 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 이상의 성분 조성에 있어서, 다음 식 (1) 로 정의되는 A 값이 0.40 ∼ 2.00 인 것이 중요하다.
A 값 = [Mn] / [Cr] … (1)
단, [M] 은 [ ] 안의 원소 M 의 함유량 (질량%)
즉, A 값은, 압연 등의 열간 가공 시에 있어서의 Mn-Cr-S 계 황화물의 미세화를 좌우하는 중요한 지표로, 이 A 값을 한정함으로써, 미세한 황화물이 얻어지고, 피삭성을 향상시킬 수 있다. 그러나, A 값이 0.40 미만이면, 황화물 중의 Cr 량이 감소하고, Mn-S 단독계의 황화물이 생성되기 쉬워지기 때문에, 황화물이 조대해지기 쉽고, 피삭성이 열화한다. 한편, A 값이 2.00 을 초과하면, 미세한 황화물의 개수 자체가 감소한다. 따라서, A 값은 0.40 ∼ 2.00 으로 한다. 바람직하게는, 0.50 이상이다. 바람직하게는, 1.80 이하이다.
또한, 이상의 성분 조성에 있어서, 다음 식 (2) 로 정의되는 B 값이 1.10 × 10-3 ∼ 1.50 × 10-2 를 만족할 필요가 있다.
B 값 = (2[Si] ＋ 2[Al] ＋ [Ti]) × [O] … (2)
단, [M] 은 [ ] 안의 원소 M 의 함유량 (질량%)
즉, B 값은, 절삭 가공 시의 산화 피막의 생성을 좌우하는 중요한 지표이며, B 값을 특정한 범위 내로 함으로써, 안정적인 벨라그라고 불리는 산화 피막이 얻어져, 피삭성을 향상시킬 수 있다. 즉, B 값이 1.10 × 10-3 미만이면, 산화 피막이 형성되기 어려워지고, 피삭성의 향상 효과가 작아진다. 한편, B 값이 1.50 × 10-2 를 초과하면, 산화 피막의 형성 작용이 포화함과 함께, 강 중에 경질인 산화물이 많이 정출하기 때문에, 어브레시브 마모에 의해 공구 마모가 커진다. 따라서, B 값은 1.10 × 10-3 ∼ 1.50 × 10-2 로 한다. 바람직하게는, 1.20 × 10-3 이상이다. 바람직하게는, 1.30 × 10-2 이하이다.
다음으로, 임의 함유 성분에 대해서 설명한다. 본 발명에서는, 이상의 기본 성분에 더하여, 필요에 따라, 다음의 성분을 함유할 수 있다.
Ca : 0.0010 % 이하,
Se : 0.30 % 이하,
Te : 0.15 % 이하,
Bi : 0.20 % 이하,
Sn : 0.020 % 이하,
Sb : 0.025 % 이하,
B : 0.010 % 이하,
Cu : 0.50 % 이하,
Ni : 0.50 % 이하,
V : 0.20 % 이하,
Zr : 0.050 % 이하,
Nb : 0.100 % 이하 및
Mg : 0.0050 % 이하
중의 적어도 1 종
Ca, Se, Te, Bi, Sn, Sb, B, Cu, Ni, V, Zr, Nb, Mg 는, 어느 것도 피삭성을 향상시키는 작용을 갖기 때문에, 피삭성이 중시되는 경우에 첨가되어도 된다. 피삭성의 향상을 목적으로 하여 이들 원소를 함유시키는 경우, 그 첨가량이, Ca : 0.0001 % 미만, Se : 0.02 % 미만, Te : 0.10 % 미만, Bi : 0.02 % 미만, Sn : 0.003 미만 %, Sb : 0.003 % 미만, B : 0.003 % 미만, Cu : 0.05 % 미만, Ni : 0.05 % 미만, V : 0.005 % 미만, Zr : 0.005 % 미만, Nb : 0.005 % 미만, Mg : 0.0005 % 미만으로는 충분한 효과가 얻어지지 않으므로, 각각, Ca : 0.0001 % 이상, Se : 0.02 % 이상, Te : 0.10 % 이상, Bi : 0.02 % 이상, Sn : 0.003 % 이상, Sb : 0.003 % 이상, B : 0.003 % 이상, Cu : 0.05 % 이상, Ni : 0.05 % 이상, V : 0.005 % 이상, Zr : 0.005 % 이상, Nb : 0.005 % 이상, Mg : 0.0005 % 이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편, Ca : 0.0010 % 초과, Se : 0.30 % 초과, Te : 0.15 % 초과, Bi : 0.20 % 초과, Sn : 0.020 % 초과, Sb : 0.025 % 초과, B : 0.010 % 초과, Cu : 0.50 % 초과, Ni : 0.50 % 초과, V : 0.20 % 초과, Zr : 0.050 % 초과, Nb : 0.100 % 초과, Mg : 0.0050 % 초과의 첨가량에서는, 이 효과가 포화해 버리고, 또, 경제적으로도 불리하다. 따라서, 이들 원소의 함유량은 각각, Ca : 0.0010 % 이하, Se : 0.30 % 이하, Te : 0.15 % 이하, Bi : 0.20 % 이하, Sn : 0.020 % 이하, Sb : 0.025 % 이하, B : 0.010 % 이하, Cu : 0.50 % 이하, Ni : 0.50 % 이하, V : 0.20 % 이하, Zr : 0.050 % 이하, Nb : 0.100 % 이하, Mg : 0.0050 % 이하로 한다.
(강 조직)
원상당경 5 ㎛ 이하의 황화물이 3000 개/㎟ 이상 분포
피삭성에 관해서는, 황화물이 적당히 미세 분산되어 있었던 편이, 절삭 가공 시의 공구와 피삭재의 사이의 윤활 작용에는 유리하다. 이를 위해서는, 원상당경 5 ㎛ 이하의 황화물이 일정량 이상으로 분산되어 있을 필요가 있다. 원상당경 5 ㎛ 이하의 황화물은 공구와 피삭재간의 윤활에 유효할 뿐만 아니라, 절삭 부스러기의 분단성에도 유효하고, 피삭성을 크게 향상시킨다. 그 때문에, 원상당경으로 5 ㎛ 이하의 황화물의 개수가 3000 개/㎟ 이상으로 한다.
이하, 본 발명의 쾌삭강을 제조하기 위한 조건에 대해서 서술한다.
즉, 상기한 성분 조성을 가지며, 길이 방향과 수직인 단면의 한 변의 길이가 250 ㎜ 이상인 직사각형의 주편을, 가열 온도 1120 ℃ 이상, 감면율 60 % 이상으로 압연하여 빌릿으로 하고, 그 빌릿을 가열 온도 : 1050 ℃ 이상, 감면율 95 % 이상으로 열간 가공한다.
(주편)
길이 방향과 수직인 단면의 한 변의 길이가 250 ㎜ 이상인 직사각형 단면
먼저, 상기 성분 조성으로 조정된 용강을, 주조하여 주편으로 하지만, 주편으로는, 길이 방향과 수직인 단면의 한 변의 길이가 250 ㎜ 이상인 직사각형의 주편을 사용한다.
그 주편은, 연속 주조법이나 조괴법에 의해 직사각형 단면의 주편으로서 제조한다. 그 때, 직사각형 단면의 한 변의 길이가 250 ㎜ 보다 작으면, 주편 응고 시에 황화물립의 사이즈가 커진다. 그 때문에, 계속해서 강편 압연으로 빌릿으로 한 후에도 조대한 황화물이 잔존하기 때문에, 최종적인 열간 가공된 후의 황화물의 미세화에 불리해진다. 그 때문에, 주편의 단면에 있어서의 한 변의 길이는 250 ㎜ 이상으로 한다. 보다 바람직하게는 300 ㎜ 이상으로 한다. 또한, 주편의 단면에 있어서의 한 변의 길이에 대해, 상한은 특별히 규제할 필요는 없지만, 주조에 이어지는 열간 압연의 실현성의 관점에서, 상기 길이는 600 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
(주편으로부터 빌릿으로의 열간 압연)
주편의 가열 온도 : 1120 ℃ 이상
주편은, 열간 압연되어 빌릿으로 되지만, 이 열간 압연 시의 가열 온도는 1120 ℃ 이상으로 할 필요가 있다. 가열 온도가 1120 ℃ 미만에서는, 주조 단계에 있어서 냉각 - 응고할 때에 정출한 조대한 황화물이 고용하지 않아, 빌릿된 후에도 조대한 황화물이 잔존하게 된다. 그 결과, 잇따르는 열간 가공 후에도 황화물이 조대한 채로, 원하는 미세한 황화물의 분포 상태가 얻어지지 않는다. 그 때문에, 주편을 빌릿으로 열간 압연할 때의 가열 온도는 1120 ℃ 이상, 바람직하게는 1150 ℃ 이상으로 한다. 또한, 주편의 가열 온도에 대해, 상한은 특별히 규제할 필요는 없지만, 스케일 로스 억제의 관점에서, 가열 온도는 1300 ℃ 이하, 보다 바람직하게는 1250 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
주편으로부터 빌릿으로의 열간 압연의 감면율 : 60 % 이상
응고 시에 정출한 황화물립의 사이즈는 크기 때문에, 강편 압연으로 어느 정도 사이즈를 작게 해 둘 필요가 있다. 열간 압연에서의 감면율이 적으면 황화물립이 큰 상태로 빌릿이 된다. 그 때문에, 계속해서 빌릿을 봉강 (棒鋼) 이나 선재로 열간 가공할 때의 가열 시 - 압연 시에, 황화물립을 미세화시키는 것이 곤란하다. 그 때문에, 주편으로부터 빌릿으로 60 % 이상의 감면율로 열간 압연하는 것으로 한다.
여기서, 열간 압연의 감면율 (%) 은, 열간 압연 전의 주편의, 열간 압연 방향으로 수직인 단면의 단면적을 S0, 열간 압연에 의해 제조한 빌릿의 열간 압연 방향으로 수직인 단면의 단면적을 S1 로 하여, 다음 식
100 × (S0 ― S1) / S0
에 의해 구할 수 있다.
(빌릿의 열간 가공)
가열 온도 : 1050 ℃ 이상
빌릿을 봉강 혹은 선재로 열간 가공할 때의 가열 온도는 중요한 인자이다. 가열 온도가 1050 ℃ 미만에서는, 황화물이 미세 분산하지 않기 때문에, 절삭 가공 시의 윤활 작용이 적어진다. 그 결과, 공구 마모가 커지기 때문에, 공구 수명도 짧아진다. 따라서, 빌릿의 가열 온도는 1050 ℃ 이상으로 한다. 보다 바람직하게는 1080 ℃ 이상이다. 또한, 상한은 특별히 규제할 필요는 없지만, 스케일 로스에 의한 수율 저하 억제의 관점에서 1250 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
열간 가공의 감면율 : 95 % 이상
빌릿을 봉강 혹은 선재로 열간 가공할 때의 감면율도 황화물의 미세화를 위해서 중요한 인자이다. 이 감면율이 95 % 미만에서는, 황화물의 미세화가 충분하지 않기 때문에, 감면율의 하한을 95 % 로 하였다. 여기서, 열간 가공의 감면율은, 열간 압연 전의 빌릿의, 열간 가공 방향으로 수직인 단면의 단면적을 S1, 열간 가공에 의해 제조한 봉강 혹은 선재의 열간 가공 방향 (연신 방향) 으로 수직인 단면의 단면적을 S2 로 하여, 다음 식
100 × (S1 ― S2) / S1
에 의해 구할 수 있다.
상기, 강편의 사이즈와 가열 온도, 게다가 빌릿 사이즈와 가열 온도, 감면율을 적정한 범위로 함으로써, 황화물을 미세화하고, 피삭성을 향상시킬 수 있다.
실시예
다음으로, 본 발명을 실시예에 따라서 상세하게 설명한다.
표 1 에 나타내는 화학 조성의 강을, 연속 주조기로 길이 방향과 수직인 단면이 표 2-1 및 표 2-2 에 나타내는 치수인 직사각형 형상의 주편으로 하였다. 얻어진 주편을 표 2-1 및 표 2-2 에 나타내는 제조 조건으로 봉강으로 압연하였다. 본 발명 강 및 비교 강에 대해 이하와 같은 시험에 제공하였다. 즉, 주편을, 표 2-1 및 표 2-2 에 나타내는 가열 온도, 감면율로 열간 압연을 실시하고, 장편 치수 및 단편 치수가 표 2-1 및 표 2-2 에 나타내는 바와 같은 사각 빌릿으로 하였다. 얻어진 빌릿을 표 2-1 및 표 2-2 에 나타내는 가열 온도로 가열하고, 열간 압연하여 표 2-1 및 표 2-2 에 나타내는 직경의 봉강으로 하였다. 얻어진 봉강 (본 발명 강 및 비교 강) 을, 이하에 나타내는 시험에 제공하였다.
[표 1]
얻어진 봉강의 압연 방향과 평행한 단면으로부터 시험편을 채취하고, 그 단면의 둘레면으로부터 지름 방향의 1/4 위치에 대해, 주사형 전자 현미경 SEM (Scanning Electron Microscope, SEM) 에 의한 관찰을 실시하여, 강 중의 황화물의 원상당경과 수밀도 (數密度) 를 조사하였다. 여기서, 에너지 분산형 X 선 분석 (Energy dispersive X-ray spectrometry, EDX) 으로 석출물의 조성 분석을 실시하고, EDX 로 황화물인 것을 확인한 석출물에 대해, 얻어진 SEM 이미지를 화상 해석하여 2치화를 실시하고, 원상당경과 수밀도를 구하였다.
피삭성은, 외주 선삭 시험에 의해 평가하였다. 절삭 기계로서 시티즌 머시너리 제조 BNC-34C5 를 사용하고, 선삭 팁은 히타치 툴 제조의 초경 (超硬) EX35 바이트 TNGG160404R-N, 홀더는 쿄세라 제조 DTGNR2020 을 각각 사용하였다. 또, 윤활제는 유시로 화학 제조 유시로켄 FGE1010 의 15 배 희석 에멀션 액을 사용하였다. 절삭 조건은, 절삭 속도 150 m/min, 이송 속도 0.10 ㎜/rev, 절입량 2.0 ㎜, 가공 길이 10 m 로 실시하였다.
피삭성의 평가는, 10 m 길이에 걸치는 절삭 시험 종료 후의 공구의 플랭크면 마모 Vb 에 의해 실시하였다. 절삭 시험 종료 후의 플랭크면 마모 Vb 가 200 ㎛ 이하인 경우를 양호로 하여 「○」, 플랭크면 마모가 200 ㎛ 초과인 경우를 열등한 것으로 하여 「×」 로 하였다.
표 2-1 및 표 2-2 에 발명 강과 비교 강의 시험 결과를 나타낸다. 표 2-1 및 표 2-2 로부터 분명한 바와 같이, 본 발명 강은 비교 강에 대하여 양호한 피삭성을 갖고 있다.
[표 2-1]
[표 2-2]
Claims (4)
- 질량% 로,
C : 0.08 % 이하,
Mn : 0.50 ∼ 1.50 %,
P : 0.100 % 이하,
S : 0.250 ∼ 0.500 %,
N : 0.0050 ∼ 0.0150 %,
O : 0.0100 % 초과 0.0500 % 이하,
Cr : 0.50 ∼ 1.50 % 및,
Si, Al 및 Ti 의 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0.050 ∼ 0.500 %
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 식 (1) 로 정해지는 A 값이 0.40 ∼ 2.00 을 만족하고, 하기 식 (2) 로 정해지는 B 값이 1.10 × 10-3 ∼ 1.50 × 10-2 를 만족하는 성분 조성을 가지며,
원상당경 5 ㎛ 이하의 황화물이 3000 개/㎟ 이상 분포하여 이루어지는 강 조직을 갖는 쾌삭강.
A 값 = [Mn] / [Cr] … (1)
B 값 = (2[Si] ＋ 2[Al] ＋ [Ti]) × [O] … (2)
단, [M] 은 [ ] 안의 원소 M 의 함유량 (질량%) - 제 1 항에 있어서,
상기 성분 조성은, 또한, 질량% 로,
Ca : 0.0010 % 이하,
Se : 0.30 % 이하,
Te : 0.15 % 이하,
Bi : 0.20 % 이하,
Sn : 0.020 % 이하,
Sb : 0.025 % 이하,
B : 0.010 % 이하,
Cu : 0.50 % 이하,
Ni : 0.50 % 이하,
V : 0.20 % 이하,
Zr : 0.050 % 이하,
Nb : 0.100 % 이하 및
Mg : 0.0050 % 이하
중의 적어도 1 종을 함유하는 쾌삭강. - 질량% 로,
C : 0.08 % 이하,
Mn : 0.50 ∼ 1.50 %,
P : 0.100 % 이하,
S : 0.250 ∼ 0.500 %,
N : 0.0050 ∼ 0.0150 %,
O : 0.0100 % 초과 0.0500 % 이하,
Cr : 0.50 ∼ 1.50 % 및,
Si, Al 및 Ti 의 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 0.050 ∼ 0.500 %
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 식 (1) 로 정해지는 A 값이 0.40 ∼ 2.00 을 만족하고, 하기 식 (2) 로 정해지는 B 값이 1.10 × 10-3 ∼ 1.50 × 10-2 를 만족하는 성분 조성을 가지며, 길이 방향과 수직인 단면 (斷面) 의 한 변의 길이가 250 ㎜ 이상인 직사각형의 주편 (鑄片) 을, 가열 온도 1120 ℃ 이상, 감면율 60 % 이상으로 압연하여 빌릿으로 하고, 그 빌릿을 가열 온도 : 1050 ℃ 이상, 감면율 95 % 이상으로 열간 가공하는 쾌삭강의 제조 방법.
A 값 = [Mn] / [Cr] … (1)
B 값 = (2[Si] ＋ 2[Al] ＋ [Ti]) × [O] … (2)
단, [M] 은 [ ] 안의 원소 M 의 함유량 (질량%) - 제 3 항에 있어서,
상기 성분 조성은, 또한, 질량% 로,
Ca : 0.0010 % 이하,
Se : 0.30 % 이하,
Te : 0.15 % 이하,
Bi : 0.20 % 이하,
Sn : 0.020 % 이하,
Sb : 0.025 % 이하,
B : 0.010 % 이하,
Cu : 0.50 % 이하,
Ni : 0.50 % 이하,
V : 0.20 % 이하,
Zr : 0.050 % 이하,
Nb : 0.100 % 이하 및
Mg : 0.0050 % 이하
중의 적어도 1 종을 함유하는 쾌삭강의 제조 방법.
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