KR20170118902A - 기계 구조 부품용 강선 - Google Patents

Abstract

냉간 가공 시에 있어서의 변형 저항의 저감과 함께, 내균열성의 향상을 도모하여, 우수한 냉간 가공성을 발휘할 수 있는 기계 구조 부품용 강선을 제공한다. 본 발명의 기계 구조 부품용 강선은, 질량%로, C: 0.3∼0.6%, Si: 0.05∼0.5%, Mn: 0.2∼1.7%, P: 0% 초과 0.03% 이하, S: 0.001∼0.05%, Al: 0.005∼0.1% 및 N: 0∼0.015%를 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지며, 강의 금속 조직이 페라이트 및 시멘타이트로 구성되고, 페라이트 입계에 존재하는 시멘타이트의 수 비율이 전체 시멘타이트수에 대해서 40% 이상이다.

Description

기계 구조 부품용 강선

본 발명은 기계 구조 부품의 소재로서 이용되는 강선에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 조질 압연에 의해 제조한 선재에 구상화 소둔을 실시한 후에 냉간 가공할 때, 냉간 가공 시의 변형 저항이 낮고, 내균열성이 양호하여, 냉간 가공성이 우수한 특성을 발휘하는 기계 구조 부품용 강선에 관한 것이다. 한편, 본 명세서에 있어서, 「선재」란, 압연 선재의 의미로 이용하고, 열간 압연 후, 실온까지 냉각한 선상의 강재를 가리킨다. 또한 「강선」이란, 압연 선재에 구상화 소둔 등의 조질 처리가 실시된 선상의 강재를 가리킨다.

자동차용 부품 및 건설 기계용 부품 등의 각종 기계 구조용 부품을 제조함에 있어서는, 통상, 탄소강 및 합금강 등의 열간 압연 선재에 냉간 가공성을 부여할 목적으로 구상화 소둔이 실시된다. 그리고, 구상화 소둔 후의 압연 선재, 즉 강선에 대해서 냉간 가공을 행하고, 그 후 절삭 가공 등의 기계 가공을 실시하는 것에 의해 소정의 형상으로 성형하고, 담금질 템퍼링 처리를 행하여 최종적인 강도 조정이 행해져, 기계 구조용 부품으로 된다.

냉간 가공에 있어서, 강선의 변형 저항을 낮춤으로써, 금형 수명의 향상을 기대할 수 있다. 또한 강선의 내균열성을 향상시킴으로써, 각종 부품의 수율 향상을 기대할 수 있다.

지금까지도, 강선의 냉간 가공성을 향상시키는 기술로서 다양한 방법이 제안되고 있다. 이러한 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1에는, 「금속 조직이 실질적으로 페라이트립과 구상 탄화물로 구성되고, 상기 페라이트립은 평균 입경이 15μm 이상이고, 상기 구상 탄화물은 평균 입경이 0.8μm 이하이고, 또한 최대 입경이 4.0μm 이하이고, 또한 1mm²당 개수가 0.5×10⁶×C%∼5.0×10⁶×C%개이며, 상기 구상 탄화물 중, 입경이 0.1μm 이상인 구상 탄화물간의 최대 거리가 10μm 이하인 강선」의 기술이 개시되어 있다.

또한 특허문헌 2에는, 「강의 금속 조직이 시멘타이트와 페라이트를 갖고, 전체 조직에 대한 시멘타이트와 페라이트의 합계 면적률은 95면적% 이상임과 더불어, 상기 시멘타이트의 90% 이상의 어스펙트비가 3 이하이고, 또한 상기 시멘타이트의 평균 중심 거리가 1.5μm 이상이며, 또 상기 페라이트의 평균 결정 입경이 5∼20μm인 강선」의 기술이 개시되어 있다.

이 특허문헌 2에는, 상기 금속 조직을 얻는 수단으로서, A1점∼A1점+50℃의 온도역으로 승온하고, 승온 후에 상기 A1점∼A1점+50℃의 온도역에서 0∼1hr 유지하고 나서, 상기 A1점∼A1점+50℃의 온도역으로부터 A1점-100℃∼A1점-30℃까지의 온도역을 10∼200℃/hr의 평균 냉각 속도로 냉각하는 소둔 처리를 2회 이상 행한 후, A1점∼A1점+30℃의 온도역으로 승온하고 상기 A1점∼A1점+30℃의 온도역에서 유지하고 나서 냉각하는 조건을 다음과 같이 제어하는 것을 개시하고 있다. 즉, 승온 시에 A1점에 도달하고 나서 A1점∼A1점+30℃의 온도역에 유지한 후에 냉각할 때에, A1점에 도달할 때까지의 상기 A1점∼A1점+30℃의 온도역 체재 시간을 10분∼2시간으로 하고, 상기 A1점∼A1점+30℃의 온도역으로부터의 A1점-100℃∼A1점-20℃까지의 냉각 온도역을 10∼100℃/hr의 평균 냉각 속도로 냉각한 후, 당해 냉각 온도역에서 10분∼5시간 유지하고 나서 다시 냉각하는 수법이 개시되어 있다.

한편, 특허문헌 3에는, 「시멘타이트간 거리의 표준 편차를 상기 시멘타이트간 거리의 평균값으로 나눈 값이 0.50 이하가 되는 조직을 갖는 강선」의 기술이 개시되어 있다. 이 방법에서는, 시멘타이트가 거의 균일한 간격으로 분포하게 되고, 페라이트 입내에도 시멘타이트가 많이 존재하게 된다.

국제 공개 제2011/108459호 일본 특허공개 2012-140674호 공보 일본 특허공개 2006-316291호 공보

지금까지 제안되어 있는 기술은 냉간 단조 등의 냉간 가공성을 향상시킨 강선의 기술로서는 유용하지만, 냉간 가공성을 더 향상시킨 강선의 기술의 개발이 요망되고 있다.

본 발명은 이러한 상황하에 이루어진 것으로서, 그 목적은, 냉간 가공 시에 있어서의 변형 저항의 저감과 함께, 내균열성의 향상을 도모하여, 우수한 냉간 가공성을 발휘할 수 있는 기계 구조 부품용 강선을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 달성한 본 발명의 기계 구조 부품용 강선은, 질량%로, C: 0.3∼0.6%, Si: 0.05∼0.5%, Mn: 0.2∼1.7%, P: 0% 초과 0.03% 이하, S: 0.001∼0.05%, Al: 0.005∼0.1% 및 N: 0∼0.015%를 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지며, 강의 금속 조직이 페라이트 및 시멘타이트로 구성되고, 페라이트 입계에 존재하는 시멘타이트의 수 비율이 전체 시멘타이트수에 대해서 40% 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기계 구조 부품용 강선은, 필요에 따라서, 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 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.

본 발명의 기계 구조 부품용 강선에 있어서는, 상기 금속 조직에 있어서의 bcc(body-centerd cubic: 체심 입방 격자)-Fe 결정립의 평균 원 상당 직경이 30μm 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 기계 구조 부품용 강선에 의하면, 화학 성분 조성을 적절히 조정함과 더불어, 강의 금속 조직이 페라이트 및 시멘타이트로 구성되고, 전체 시멘타이트수에 대한 페라이트 입계에 존재하는 시멘타이트의 수 비율이 규정값을 만족하는 것에 의해, 변형 저항의 저감과 함께 내균열성의 향상을 실현한 강선을 제공할 수 있다. 본 발명의 기계 구조 부품용 강선은, 변형 저항이 저감되어 있기 때문에, 금형 등의 소성 가공용 지그·공구의 마모 및 파괴를 억제할 수 있고, 또한 내균열성이 향상되어 있기 때문에, 압조 가공 시의 균열 발생도 억제할 수 있어, 냉간 가공성이 우수한 특성을 발휘한다.

본 발명자들은, 냉간 가공 시의 변형 저항의 저감과 함께 내균열성의 향상을 겸비한 강선을 실현하기 위해, 다양한 각도에서 검토했다. 그 결과, 냉간 가공 시에 있어서, 페라이트 입내의 시멘타이트가 변형 저항을 증가시킨다는 것 및 균열의 원인이 되는 보이드는 페라이트 입내의 시멘타이트가 기점이 되고 있다는 것을 발견했다.

페라이트 입계에 존재하는 시멘타이트는 입내에 존재하는 시멘타이트에 비해, 냉간 가공 시에 받는 변형량이 작아지기 때문에, 변형 저항을 저감시킴과 더불어, 보이드의 기점이 되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 변형 저항 저감과 내균열성 향상의 양립을 도모하기 위해서는, 전체 시멘타이트수에 대한 페라이트 입계에 존재하는 시멘타이트의 수 비율을 크게 하는 것, 즉 전체 시멘타이트수에 대한 페라이트 입내에 존재하는 시멘타이트의 수 비율을 저감시키는 것이 중요하다는 착상이 얻어졌다.

지금까지 제안된 기술에 있어서는, 변형 저항 및 내균열성을 향상시키는 방법으로서, 페라이트 입경을 제어하는 방법은 알려져 있지만, 입계에 집적되는 시멘타이트에 주목한 것은 없다.

이하, 본 발명에서 규정하는 각 요건에 대하여 설명한다.

본 발명의 기계 구조 부품용 강선(이하, 간단히 「강선」이라고 부르는 경우가 있다)의 금속 조직은 이른바 구상화 조직이고, 페라이트 및 시멘타이트로 구성된다. 상기 구상화 조직은 강의 변형 저항을 저감시켜 냉간 가공성 향상에 기여하는 금속 조직이다. 본 발명의 금속 조직 중에는, 펄라이트 조직이 일부 포함되어 있어도 된다. 또한, 냉간 가공성에 미치는 악영향이 작으면, AlN 등의 석출물을 면적률로 3% 미만 허용할 수 있다.

그러나, 단순히 페라이트 및 시멘타이트로 구성되는 금속 조직으로 하는 것만으로는, 냉간 가공성의 향상을 도모할 수 없다. 이러한 것으로부터, 이하에서 상세히 기술하는 바와 같이, 이 금속 조직에 있어서의 전체 시멘타이트수에 대한 페라이트 입계에 존재하는 시멘타이트의 수 비율을 적절히 제어할 필요가 있다.

한편, 본 명세서에 있어서는, 전체 시멘타이트수에 대한 페라이트 입계에 존재하는 시멘타이트(입계 시멘타이트)의 수 비율을 「입계 시멘타이트 비율」이라고 칭하는 경우가 있다. 또한, 전체 시멘타이트수에 대한 페라이트 입내에 존재하는 시멘타이트(입내 시멘타이트)의 수 비율을 「입내 시멘타이트 비율」이라고 칭하는 경우가 있다. 「입계 시멘타이트 비율」 및 「입내 시멘타이트 비율」은 이하와 같이 정의된다.

금속 조직의 현미경 관찰에 있어서, 소정 시야 내에서 소정의 방법으로 입계 시멘타이트와 입내 시멘타이트의 수를 각각 계측한다.

입계 시멘타이트의 수를 "Na", 입내 시멘타이트의 수를 "Nb" 및 전체 시멘타이트수(입계 시멘타이트수와 입내 시멘타이트수의 합계)를 "Na+Nb"로 했을 때, 입계 시멘타이트 비율 및 입내 시멘타이트 비율은 이하와 같이 구할 수 있다.

입계 시멘타이트 비율(%)=Na/(Na+Nb)×100

입내 시멘타이트 비율(%)=Nb/(Na+Nb)×100

시멘타이트수의 계측은 1시야에서 행해도, 복수 시야에서 행해도 된다. 복수 시야에서 계측을 행하는 경우에는, 각 시야에서 계측된 입계 시멘타이트수와 입내 시멘타이트수를 각각 합계한 수치를 이용하여, 입계 시멘타이트 비율 및 입내 시멘타이트 비율을 산출한다.

계측 방법의 상세에 대해서는 후술한다.

입계 시멘타이트 비율이 저감되고, 입내 시멘타이트 비율이 증가하면, 냉간 가공 중에 페라이트립에 도입된 전위는 입내 시멘타이트에 트랩되고, 전위 증가를 야기하여, 가공 경화를 나타낸다. 그 결과, 변형 저항이 증가하여, 냉간 가공성이 저하된다. 또한, 입내의 시멘타이트는 입계 시멘타이트에 비해, 냉간 가공 중에 시멘타이트 주위에 변형이 퇴적되기 쉽다. 그 결과, 입내 시멘타이트는 균열의 기점이 되기 쉽다. 이것으로부터도, 시멘타이트를 페라이트 입계 상에 석출시키는 것은 냉간 가공성을 향상시키는 것에 대해서 극히 유효하다.

이러한 관점에서, 페라이트 입계에 존재하는 시멘타이트의 수 비율(즉, 입계 시멘타이트 비율)은 전체 시멘타이트수에 대해서 40% 이상으로 할 필요가 있다. 입계 시멘타이트 비율을 40% 이상으로 함으로써, 변형 저항을 저감시켜, 시멘타이트 기점의 균열 발생을 억제할 수 있다.

입계 시멘타이트수 및 입내 시멘타이트수의 측정 대상이 되는 시멘타이트의 형태는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 구상의 시멘타이트 외, 어스펙트비가 큰 봉상의 시멘타이트 및 펄라이트 조직을 형성하는 층상의 시멘타이트 등을 포함하고, 시멘타이트의 형상에 제한은 없다. 한편, 측정 대상이 되는 시멘타이트의 크기는 한정되지 않지만, 측정 방법에 따라 크기의 기준이 정해진다. 후술하는 입계 시멘타이트 비율의 측정 방법에서는, 배율 1000배의 광학 현미경에 의해 판별할 수 있는 시멘타이트의 사이즈가 최소 사이즈가 된다. 구체적으로는, 원 상당 직경이 0.3μm 이상인 사이즈의 시멘타이트가 측정 대상이다.

입계 시멘타이트 비율의 바람직한 하한은 45%이고, 보다 바람직하게는 50%이다. 입계 시멘타이트 비율이 높을수록 변형 저항 저감, 균열 억제에 유효하여, 100%로 하는 것이 가장 바람직하다. 단, 후술하는 바와 같이 입계 시멘타이트 비율의 증가는 제조면에서 용이하지 않아, 현재 상태의 기술에서는, 열간 압연 온도의 저하 및/또는 구상화 소둔 시간의 장시간화 등의 단점이 있을 수 있다. 현행 기술에 있어서는 제조성의 관점에서, 입계 시멘타이트 비율은 대략 80% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 70% 이하이다.

본 발명의 강선에 있어서는, 상기 금속 조직에 있어서의 bcc-Fe 결정립의 평균 원 상당 직경이 30μm 이하인 것이 바람직하다. bcc-Fe 결정립의 평균 원 상당 직경(이하, 간단히 「bcc-Fe 결정 입경」이라고 부르는 경우가 있다)을 30μm 이하로 함으로써, 연성을 향상시켜, 냉간 가공 시의 균열 발생을 더 억제할 수 있다. bcc-Fe 결정 입경의 바람직한 상한은 25μm이고, 보다 바람직하게는 20μm이다. 한편, 측정 대상이 되는 bcc-Fe 결정립의 크기는 한정되지 않지만, 상기 시멘타이트와 마찬가지로, 측정 방법에 따라 크기의 기준이 정해진다. 후술하는 측정 방법에서는, EBPS 해석 장치 및 FE-SEM에 의해 판별할 수 있는 사이즈가 최소 사이즈가 된다. 구체적으로는, 원 상당 직경이 1μm 이상인 사이즈의 bcc-Fe 결정립이 측정 대상이다.

상기한 bcc-Fe 결정 입경의 제어의 대상이 되는 조직은 방위차가 15°보다도 큰 대각 입계로 둘러싸인 bcc-Fe 결정립이다. 이는 상기 방위차가 15° 이하인 소각 입계에서는, 냉간 가공성에 미치는 영향이 작기 때문이다. 한편, 상기한 「결정 방위차」는 「어긋남각」 또는 「경각」이라고도 불리고 있고, 방위차의 측정에는, EBSP법(Electron Backscattering Pattern법)을 채용하면 된다. 또한, 평균 입경을 측정하는 대각 입계로 둘러싸인 bcc-Fe에는, 초석 페라이트 외, 펄라이트 조직 중에 포함되는 페라이트도 포함된다.

본 발명에서는, 기계 구조 부품의 소재에 이용하는 강선을 대상으로 하는 것이어서 기계 구조 부품용 강선으로서 통상의 화학 성분 조성을 갖고 있으면 되지만, C, Si, Mn, P, S, Al 및 N에 대해서는 적절한 범위로 조정하는 것이 좋다. 이러한 관점에서, 이들 화학 성분의 적절한 범위 및 그 한정 이유는 하기와 같다. 한편, 본 명세서에서는, 화학 성분 조성에 대하여 「%」란, 질량%를 의미한다.

C: 0.3∼0.6%

C는 강의 강도, 즉 최종 제품의 강도를 확보함에 있어서 유용한 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, C 함유량은 0.3% 이상으로 할 필요가 있다. C 함유량은, 바람직하게는 0.32% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.34% 이상이다. 그러나, C가 과잉으로 함유되면 강도가 높아져 냉간 가공성이 저하되므로, 0.6% 이하로 할 필요가 있다. C 함유량은, 바람직하게는 0.55% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.50% 이하이다.

Si: 0.05∼0.5%

Si는 탈산 원소로서, 및 고용체 경화에 의한 최종 제품의 강도를 증가시키는 것을 목적으로 해서 함유시킨다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서, Si 함유량을 0.05% 이상으로 정했다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.07% 이상이고, 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% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.40% 이하이다.

Mn: 0.2∼1.7%

Mn은 담금질성의 향상을 통해서 최종 제품의 강도를 증가시키는 데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, Mn 함유량을 0.2% 이상으로 정했다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.3% 이상이고, 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% 이하이고, 보다 바람직하게는 1.3% 이하이다.

P: 0% 초과 0.03% 이하

P는 강 중에 불가피적으로 포함되는 원소이고, 강 중에서 입계 편석을 일으켜, 연성의 열화의 원인이 된다. 그래서, P 함유량은 0.03% 이하로 정했다. P 함유량은, 바람직하게는 0.02% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.017% 이하, 특히 바람직하게는 0.01% 이하이다. P 함유량은 적으면 적을수록 바람직하지만, 제조 공정상의 제약 등에 의해 0.001% 정도 잔존하는 경우도 있다.

S: 0.001∼0.05%

S는 강 중에 불가피적으로 포함되는 원소이고, 강 중에서 MnS로서 존재하여 연성을 열화시키므로, 냉간 가공성에는 유해한 원소이다. 그래서 S 함유량을 0.05% 이하로 정했다. S 함유량은, 바람직하게는 0.04% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.03% 이하이다. 단, S는 피삭성을 향상시키는 작용을 가지므로, 0.001% 이상 함유시킨다. S 함유량은, 바람직하게는 0.002% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.003% 이상이다.

Al: 0.005∼0.1%

Al은 탈산 원소로서 유용함과 더불어, 강 중에 존재하는 고용 N을 AlN으로서 고정하는 데 유용하다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, Al 함유량을 0.005% 이상으로 정했다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.008% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.010% 이상이다. 그러나, Al 함유량이 과잉이 되면, Al₂O₃이 과잉으로 생성되어, 냉간 가공성을 열화시킨다. 그래서 Al 함유량을 0.1% 이하로 정했다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.090% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.080% 이하이다.

N: 0∼0.015%

N은 강 중에 불가피적으로 포함되는 원소이고, 강 중에 고용 N이 포함되면, 변형 시효에 의한 경도 상승, 연성 저하를 초래하여, 냉간 가공성을 열화시킨다. 그래서 N 함유량을 0.015% 이하로 정했다. N 함유량은, 바람직하게는 0.013% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.010% 이하이다. N 함유량은 적으면 적을수록 바람직하고, 0%인 것이 가장 바람직하지만, 제조 공정상의 제약 등에 의해 0.001% 정도 잔존하는 경우도 있다.

본 발명의 강선의 기본 성분은 상기한 대로이고, 잔부는 실질적으로 철이다. 한편, 「실질적으로 철」이란, 철 이외에도 본 발명의 특성을 저해하지 않을 정도의 미량 성분(예를 들면 Sb 및 Zn 등)을 허용할 수 있는 것 외, P, S 및 N 이외의 불가피 불순물(예를 들면 O 및 H 등)도 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또 본 발명에서는, 필요에 따라서 이하의 임의 원소를 함유하고 있어도 되고, 함유되는 성분에 따라 강선의 특성이 더 개선된다.

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 담금질성을 향상시키는 것에 의해 최종 제품의 강도를 증가시키는 데 유효한 원소이고, 필요에 따라 단독으로 또는 2종 이상으로 함유된다. 이와 같은 효과는 이들 원소의 함유량이 증가함에 따라 커지고, 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.

그러나, Cr, Cu, Ni, Mo 및 B의 함유량이 과잉이 되면, 강도가 지나치게 높아져 냉간 가공성을 열화시킨다. 그래서, Cr 함유량은 0.5% 이하가 바람직하고, Cu, Ni 및 Mo 함유량은 모두 0.25% 이하가 바람직하며, B 함유량은 0.01% 이하가 바람직하다. 이들 원소의 보다 바람직한 함유량은 Cr량이 0.45% 이하, 더 바람직하게는 0.40% 이하이다. Cu, Ni 및 Mo량의 보다 바람직한 상한은 모두 0.22%, 더 바람직하게는 0.20%이다. B량의 보다 바람직한 상한은 0.007%이고, 더 바람직하게는 0.005%이다.

본 발명의 강선은 구상화 소둔 후의 조직 형태를 규정한 것이고, 이러한 조직 형태로 하기 위해서는, 후술하는 구상화 소둔 조건을 적절히 제어하는 것이 바람직하다. 단, 상기와 같은 조직 형태를 확보하기 위해서는, 나아가 압연 선재를 제조하는 단계에서의 조건도 적절히 제어하여, 압연 선재에 있어서의 조직 형태를 구상화 소둔 시에 입계 시멘타이트가 석출되기 쉬운 상태로 하는 것이 보다 바람직하다.

압연 선재 제조 단계에서는, 상기한 성분 조성을 만족하는 강을 열간 압연할 때의 마무리 압연 온도를 조정함과 더불어, 그 후의 냉각 속도를 3단계로 해서 냉각 속도와 온도 범위를 적절히 조정하는 것이 바람직하다. 이러한 조건에서 압연 선재를 제조하는 것에 의해, 구상화 소둔 전의 조직을 펄라이트 및 페라이트를 주상(主相)으로 함과 더불어, bcc-Fe 결정 입경을 소정의 범위로 하고, 또한 초석 페라이트 결정립을 등축화하여, 펄라이트의 최협부에서의 간격을 소정 이하로 할 수 있다. 이와 같은 조직에 대해, 후술하는 조건에서 구상화 소둔을 행하는 것에 의해, 입계 시멘타이트가 충분히 석출된 강선이 얻어지기 쉬워진다. 이를 위한 압연 선재 제조 조건은, 구체적으로는 800℃ 이상 1050℃ 이하에서 마무리 압연한 후, 평균 냉각 속도가 7℃/초 이상인 제 1 냉각과, 평균 냉각 속도가 1℃/초 이상 5℃/초 이하인 제 2 냉각과, 평균 냉각 속도가 상기 제 2 냉각보다도 빠르면서 5℃/초 이상인 제 3 냉각을 이 순서로 행하는 것이 바람직하다. 상기 제 1 냉각의 종료 온도와 상기 제 2 냉각의 개시 온도는 700∼750℃의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 제 2 냉각의 종료 온도와 상기 제 3 냉각의 개시 온도는 600∼650℃의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 제 3 냉각의 종료 온도는 400℃ 이하인 것이 바람직하다. 마무리 압연 온도 및 제 1∼3 냉각에 대하여 각각 상세하게 설명한다.

(a) 마무리 압연 온도: 800℃ 이상 1050℃ 이하

구상화 소둔 전의 조직의 bcc-Fe 결정 입경을 작게, 예를 들면 15μm 이하로 하기 위해서는, 마무리 압연 온도를 적절히 제어하는 것이 바람직하다. 마무리 압연 온도가 1050℃를 초과하면, bcc-Fe 결정 입경을 작게 하는 것이 곤란해진다. 단, 마무리 압연 온도가 800℃ 미만이 되면, bcc-Fe 결정 입경이 지나치게 작아져, 예를 들면 5μm 미만이 되어 연질화가 곤란해지므로, 800℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 마무리 압연 온도의 보다 바람직한 하한은 850℃이고, 더 바람직하게는 900℃ 이상이다. 마무리 압연 온도의 보다 바람직한 상한은 1000℃이고, 더 바람직하게는 950℃이다.

(b) 제 1 냉각

제 1 냉각은 마무리 압연 온도인 800℃ 이상 1050℃ 이하부터 개시하고, 700∼750℃의 온도 범위에서 종료한다. 이 제 1 냉각에 있어서, 냉각 속도가 느려지면 구상화 소둔 전의 조직의 bcc-Fe 결정립이 조대화되어 bcc-Fe 결정 입경이 커질 우려가 있다. 그래서, 제 1 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도를 7℃/초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 제 1 냉각의 평균 냉각 속도는 보다 바람직하게는 10℃/초 이상이고, 더 바람직하게는 20℃/초 이상이다. 제 1 냉각의 평균 냉각 속도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 현실적인 범위로서 200℃/초 이하인 것이 바람직하다. 한편, 제 1 냉각에 있어서의 냉각에서는, 평균 냉각 속도가 7℃/초 이상인 한, 냉각 속도를 변화시켜 냉각해도 된다.

(c) 제 2 냉각

제 2 냉각은 700∼750℃의 온도 범위부터 개시하고, 600∼650℃의 온도 범위에서 종료한다. 초석 페라이트 결정립을 등축화, 즉 초석 페라이트 결정립의 평균 어스펙트비를 작게, 예를 들면 3.0 이하로 하기 위해서는, 제 2 냉각에 있어서, 5℃/초 이하의 평균 냉각 속도로 서냉하는 것이 바람직하다. 제 2 냉각의 평균 냉각 속도의 보다 바람직한 상한은 4℃/초이고, 더 바람직하게는 3.5℃/초 이하이다. 한편, 제 2 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도가 지나치게 느리면, bcc-Fe 결정립이 조대화되어, bcc-Fe 결정 입경이 지나치게 커질 가능성이 있다. 그래서, 제 2 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도는 1℃/초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 제 2 냉각의 평균 냉각 속도의 보다 바람직한 하한은 2℃/초이고, 더 바람직하게는 2.5℃/초이다. 한편, 제 2 냉각에 있어서의 냉각에서는, 평균 냉각 속도가 1℃/초 이상, 5℃/초 이하인 한, 냉각 속도를 변화시켜 냉각해도 된다.

(d) 제 3 냉각

제 3 냉각은 600∼650℃의 온도 범위부터 개시하고, 400℃ 이하에서 종료한다. 이 제 3 냉각에서는, 펄라이트의 평균 라멜라 간격을 가능한 한 좁게 하여, 시멘타이트를 용해시키기 쉽게 해서, 입내에 구상 시멘타이트의 핵을 남기지 않도록 한다. 이에 의해, 그 후의 적절한 구상화 소둔 처리를 행함으로써, 입계 시멘타이트 비율을 증가시킨다. 펄라이트의 평균 라멜라 간격을 좁게, 예를 들면 0.20μm 이하로 하기 위해서는, 제 3 냉각에 있어서, 제 2 냉각보다도 빠르면서 5℃/초 이상인 평균 냉각 속도로 냉각하는 것이 바람직하다. 5℃/초보다 느린 냉각이면 펄라이트의 평균 라멜라 간격을 좁게 하기 어려워진다. 제 3 냉각의 평균 냉각 속도는 보다 바람직하게는 10℃/초 이상이고, 더 바람직하게는 20℃/초 이상이다.

한편, 제 3 냉각의 평균 냉각 속도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 현실적인 범위로서 200℃/초 이하인 것이 바람직하다. 또한, 제 3 냉각에서는, 평균 냉각 속도가 5℃/초 이상인 한, 냉각 속도를 변화시켜 냉각해도 된다. 제 3 냉각의 종료 온도의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 200℃인 것이 바람직하다. 제 3 냉각을 행한 후에는, 방랭 등의 통상의 냉각을 행하여 실온까지 냉각하면 된다.

실온까지 냉각한 후에는, 필요에 따라서 추가로 실온에서 신선 가공을 행해도 되고, 그때의 감면율은 예를 들면 30% 이하로 하면 된다. 신선하면, 강 중의 탄화물이 파괴되어, 그 후의 구상화 소둔에서 탄화물의 응집을 촉진할 수 있기 때문에, 구상화 소둔의 균열(均熱) 처리 시간의 단축에 유효하다. 단, 신선 가공의 감면율이 30%를 초과하면, 소둔 후의 강도가 높아져 냉간 가공성을 열화시킬 우려가 있으므로, 신선 가공의 감면율은 30% 이하가 바람직하다. 한편, 감면율의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 2% 이상으로 함으로써 효과가 얻어진다.

상기와 같은 바람직한 조건에서 제조된 압연 선재에서는, 그 후의 구상화 소둔 처리에 의해, 조직 중의 펄라이트가 오스테나이트로 변태되고, 그 후 페라이트+시멘타이트로 변태되는 중에, 원래의 펄라이트 사이즈를 작게 함, 즉 금속 조직의 입성장을 억제함으로써, 시멘타이트의 입내 석출을 저감하여, 입계 시멘타이트가 석출되기 쉬운 상태가 된다.

이러한 구상화 소둔 조건으로서, 압연 선재에 대해, 예를 들면 후기하는 SA1과 같이, 대기노에서, 실온으로부터 730℃까지 가열할 때에, 적어도 500℃로부터 730℃까지는 평균 가열 속도 50℃/시 이상으로 가열하고, 그 후 평균 가열 속도 2∼5℃/시로 740℃까지 가열하고, 740℃에서 1∼3시간 유지한 후, 평균 냉각 속도 20℃/시 이상으로 720℃까지 냉각하고, 평균 냉각 속도 8∼12℃/시로 640℃까지 냉각하고, 그 후 방랭하는 것이 바람직하다.

상기의 구상화 소둔 조건에 있어서, 실온으로부터 730℃까지 가열할 때에, 적어도 500℃로부터 730℃까지의 평균 가열 속도를 50℃/시 이상으로 함으로써, 금속 조직의 입성장을 억제한다. 이때의 평균 가열 속도는, 보다 바람직하게는 60℃/시 이상이다. 그러나, 평균 가열 속도가 지나치게 빠르면 압연 선재의 온도 추종이 곤란해지기 때문에, 200℃/시 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 150℃/시 이하이다.

한편, 실온으로부터 500℃까지 가열할 때의 평균 가열 속도는 통상 100℃/시 이상이지만, 이 온도 범위에서의 평균 가열 속도는 금속 조직의 입성장에 주는 영향은 작다. 생산성을 고려하면, 이때의 가열 속도는 빠른 편이 바람직하고, 예를 들면 120℃/시 이상이며, 보다 바람직하게는 140℃/시 이상이다. 이때의 평균 가열 속도의 상한은, 500℃로부터 730℃까지의 평균 가열 속도와 마찬가지로, 200℃/시로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 150℃/시이다. 실온으로부터 500℃까지 가열할 때의 평균 가열 속도는 적어도 500℃로부터 730℃까지의 평균 가열 속도와 동일해도 되고, 상이해도 된다. 요컨대, 원래의 펄라이트 사이즈를 작게 함으로써, 시멘타이트의 입내 석출을 저감하여, 입계 시멘타이트가 석출되기 쉬운 상태로 하기 위해서는, 적어도 500℃로부터 730℃까지의 평균 가열 속도가 50℃/시 이상으로 확보되어 있으면 된다.

또한 A1점 직상의 730℃로부터 740℃까지의 평균 가열 속도를 2∼5℃/시로 제어하는 것에 의해, 금속 조직의 입성장을 최대한 억제하면서, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 분해 및 고용을 충분히 행할 수 있다. 평균 가열 속도가 5℃/시보다도 빠른 경우에는, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 분해 및 고용에 충분한 시간의 확보가 어렵고, 평균 가열 속도가 2℃/시보다도 느린 경우에는, 730℃로부터 740℃까지의 가열 시간이 길어져, 금속 조직의 입성장을 억제하는 것이 곤란해진다. 이때의 평균 가열 속도는, 보다 바람직하게는 3℃/시 이상 4℃/시 이하이다.

740℃에서는, 1∼3시간 유지하는 것이 바람직하다. 이 유지 온도가 1시간보다도 짧아지면, 펄라이트 조직 중의 시멘타이트의 분해 및 고용이 불충분하고, 3시간보다도 길어지면, 금속 조직의 입성장을 억제하는 것이 곤란해진다. 이때의 유지 시간은, 보다 바람직하게는 1.5시간 이상 2.5시간 이하이다.

상기와 같은 유지를 행한 후, 720℃까지의 바람직한 평균 냉각 속도를 20℃/시 이상으로 함으로써, 금속 조직의 입성장을 억제할 수 있다. 이때의 평균 냉각 속도는, 보다 바람직하게는 30℃/시 이상이지만, 평균 냉각 속도가 지나치게 빠르면 압연 선재의 온도 추종이 곤란해지기 때문에, 100℃/시 이하로 하는 것이 바람직하다.

그 후, 720℃로부터 640℃까지의 평균 냉각 속도를 8∼12℃/시로 제어하는 것에 의해, 페라이트 입계에 우선적으로 시멘타이트를 석출시켜, 펄라이트 조직과 같은 어스펙트비가 큰 시멘타이트의 석출을 억제할 수 있다. 평균 냉각 속도가 8℃/시보다도 느린 경우에는, 금속 조직의 입성장의 억제가 곤란해지고, 평균 냉각도가 12℃/시보다도 빠른 경우에는, 펄라이트 조직과 같은 어스펙트비가 큰 시멘타이트가 많이 재석출된다. 이때의 평균 냉각 속도는, 보다 바람직하게는 9℃/시 이상 11℃/시 이하이다.

상기와 같은 구상화 소둔은 복수회 반복해서 행해도 되고, 이러한 반복을 행하는 것에 의해, 시멘타이트의 개개의 어스펙트비가 작아져, 입계 시멘타이트 비율이 증가한다. 예를 들면, 후기하는 실시예의 시험 No. 7, 12, 14, 19 및 27에 나타내는 바와 같이, 압연 선재 제조 조건이 적절히 제어되어 있지 않은 강종 C, E, F, H 및 K를 이용한 경우여도, 그 후에 소정의 구상화 소둔을 반복해서 행하는 것에 의해, 입계 시멘타이트 비율이 적절한 범위 내가 되어, 변형 저항 및 균열 발생률의 양방을 저감할 수 있다.

구상화 소둔의 반복 횟수에 대해서는, 적어도 3회 이상인 것이 바람직하지만, 과도하게 반복해도 입계 시멘타이트 비율이 그다지 변화하지 않게 되므로, 10회 이하인 것이 바람직하다. 한편, 구상화 소둔을 복수회 반복함에 있어서, 상기의 바람직한 조건의 범위 내에서, 동일한 조건에서 반복해도 되고, 상이한 조건에서 반복해도 된다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니고, 전기, 후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

하기 표 1에 나타내는 화학 성분 조성의 강을 이용해서, 하기 표 2에 나타내는 각종 제조 조건에서 압연을 행하여, φ17.0mm의 선재를 제작했다. 표 2 중, 냉각 1, 냉각 2 및 냉각 3은 본 발명에서 추천하는 제 1 냉각, 제 2 냉각 및 제 3 냉각에 대응한다. 강종 B는 화학 성분 조성이 규정값으로부터 벗어나는 비교예이다.

강종 C, E, F, H, K, O, P 및 Q는 본 발명에 있어서의 적절한 제조 조건에서 압연 선재를 제조하지 않은 예이다. 이 중 강종 C, E, F 및 K는 마무리 압연 온도가 높아져 있다. 또한, 강종 H는 제 3 냉각에 대응하는 냉각 3에서의 냉각 속도가 느린 조건, 즉 제 2 냉각에서의 냉각 속도를 유지한 채 냉각하여 압연 선재를 제조한 예이다.

강종 O에서는, 550℃까지 제 2 냉각을 행한 후, 580℃까지 가열하고, 580℃에서 120초 유지하는 유지 공정을 행하고, 실온까지 방랭하고, 감면율 40%의 신선 가공 공정을 행했다. 또한 강종 P에서는, 냉각 1만의 단조로운 냉각 속도로 냉각을 행했다. 강종 Q에서는, 냉각 1을 행한 후, 550℃에서 60초 유지하는 유지 공정을 행하고, 실온까지 방랭하고, 감면율 15%의 조(粗)신선을 행했다.

다음으로, 강종 O, P 및 Q를 제외한 각각의 압연 선재에 대해, 대기노에서, (a) 실온으로부터 730℃까지 가열함에 있어서, 실온으로부터 500℃까지를 평균 가열 속도 110℃/시로, 500℃로부터 730℃까지를 평균 가열 속도 80℃/시로 해서 가열하고, 그 후 평균 가열 온도 3℃/시로 740℃까지 가열하고, 740℃에서 3시간 유지 후, 평균 냉각 속도 30℃/시로 720℃까지 냉각하고, 평균 냉각 속도 10℃/시로 640℃까지 냉각하고, 그 후 방랭하는 구상화 소둔(이 소둔 조건을 이하 「SA1」로 약기한다), (b) SA1을 5회 반복하는 구상화 소둔(이 소둔 조건을 이하 「SA2」로 약기한다) 및 (c) 실온으로부터 730℃까지 가열함에 있어서, 실온으로부터 500℃까지를 평균 가열 속도 110℃/시로, 500℃로부터 730℃까지를 평균 가열 속도 80℃/시로 해서 가열하고, 그 후 평균 가열 속도 3℃/시로 740℃까지 가열하고, 740℃에서 3시간 유지 후, 평균 냉각 속도 30℃/시로 640℃까지 냉각하고 그 후 방랭하는 구상화 소둔(이 소둔 조건을 이하 「SA3」으로 약기한다) 중 어느 것을 행했다. 상기 소둔 조건 SA1 및 SA2는 본 발명에서의 바람직한 소둔 조건이고, 상기 소둔 조건 SA3은 720℃로부터 640℃까지의 평균 냉각 속도가 적절히 제어되어 있지 않은 예이다.

한편, 강종 O에 대해서는, 대기노에서, (d) 평균 가열 속도 80℃/시로 실온으로부터 680℃까지 가열하고, 680℃에서 5시간 유지한 후, 평균 냉각 속도 10℃/시로 640℃까지 냉각하고, 그 후 방랭하는 구상화 소둔(이 소둔 조건을 이하 「SA4」로 약기한다) 및 (e) 평균 가열 속도 80℃/시로 실온으로부터 700℃까지 가열하고, 700℃에서 5시간 유지한 후, 평균 냉각 속도 10℃/시로 640℃까지 냉각하고, 그 후 방랭하는 구상화 소둔(이 소둔 조건을 이하 「SA5」로 약기한다) 중 어느 것을 행했다. 소둔 조건 SA4 및 SA5는 본 발명에서의 바람직한 소둔 조건을 벗어나는 예이다.

또한 강종 P에 대해서는, 대기노에서, (f) 평균 가열 속도 80℃/시로 실온으로부터 740℃까지 가열하고, 그 후 바로 평균 냉각 속도 80℃/시로 660℃까지 냉각하는 공정을 3회 반복하고(단, 2회째 이후에는, 660℃로부터 가열한다), 그 후, 평균 가열 속도 80℃/시로 660℃로부터 740℃까지 가열하고, 740℃에서 30분 유지한 후, 평균 냉각 속도 80℃/시로 660℃까지 냉각하고, 660℃에서 1시간 유지하고, 그 후 방랭하는 구상화 소둔(이 소둔 조건을 이하 「SA6」으로 약기한다) 및 (g) 평균 가열 속도 80℃/시로 실온으로부터 740℃까지 가열하고, 740℃에서 10분 유지한 후, 평균 냉각 속도 80℃/시로 660℃까지 냉각하는 공정을 3회 반복하고(단, 2회째 이후에는, 660℃로부터 가열한다), 그 후, 평균 가열 속도 80℃/시로 660℃로부터 740℃까지 가열하고, 740℃에서 30분 유지한 후, 평균 냉각 속도 80℃/시로 660℃까지 냉각하고, 660℃에서 1시간 유지하고, 그 후 방랭하는 구상화 소둔(이 소둔 조건을 이하 「SA7」로 약기한다) 중 어느 것을 행했다. 소둔 조건 SA6 및 SA7은 본 발명에서의 바람직한 소둔 조건을 벗어나는 예이다.

강종 Q에 대해서는, 대기노에서, (h) 평균 가열 속도 150℃/시로 실온으로부터 720℃까지 가열하고, 720℃에서 1시간 유지한 후, 방랭하는 구상화 소둔(이 소둔 조건을 이하 「SA8」로 약기한다) 및 (i) 평균 가열 속도 150℃/시로 실온으로부터 730℃까지 가열하고, 730℃에서 1시간 유지한 후, 방랭하는 구상화 소둔(이 소둔 조건을 이하 「SA9」로 약기한다) 중 어느 것을 행했다. 소둔 조건 SA8 및 SA9는 본 발명에서의 바람직한 소둔 조건을 벗어나는 예이다.

상기의 구상화 소둔을 행한 후의 강선에 대하여, (1) 금속 조직의 bcc-Fe 결정 입경, (2) 입계 시멘타이트 비율, (3) 냉간 가공 시의 변형 저항 및 (4) 냉간 가공 시의 균열 발생률을 하기의 방법에 따라 측정했다.

한편, 구상화 소둔 후의 강선의 페라이트 입경 및 입계 시멘타이트 비율의 측정에 있어서는, 횡단면을 관찰할 수 있도록 수지 매설하고, 에머리지 및 다이아몬드 버프에 의해 절단면을 경면 연마했다. 강선의 반경 D에 대해, 강선의 표면으로부터 D/4의 위치를 측정했다.

(1) bcc-Fe 결정 입경의 측정

bcc-Fe 결정 입경의 측정은 EBSP 해석 장치 및 FE-SEM(Field-Emission Scanning Electron Microscope, 전해 방출형 주사 전자 현미경)을 이용하여 측정했다. 해석 툴에는, 주식회사 TSL솔루션즈의 OIM 소프트웨어를 이용했다. 결정 방위차(이것을 「사각(斜角)」이라고도 부른다)가 15°를 초과하는 경계, 즉 대각 입계를 결정 입계로 해서 「결정립」을 정의하고, bcc-Fe 결정립의 면적을 원으로 환산했을 때의 직경의 평균값, 즉 평균 원 상당 직경을 산출했다. 이때의 측정 영역은 200μm×400μm, 측정 스텝은 1.0μm 간격으로 하고, 측정 방위의 신뢰성을 나타내는 콘피던스 인덱스(Confidence Index)가 0.1 이하인 측정점은 해석 대상으로부터 삭제했다.

(2) 입계 시멘타이트 비율의 측정

입계 시멘타이트 비율의 측정에 있어서는, 5분 이상의 피크럴 에칭에 의해 페라이트 입계 및 시멘타이트를 출현시켜, 광학 현미경으로 조직 관찰을 행하고, 배율 1000배로 3시야를 촬영했다. 그들 사진 상에 등간격의 10본의 횡선을 긋고, 그 선 상에 존재하는 입계 시멘타이트수 및 입내 시멘타이트수를 측정한다. 3시야 내에 존재하는 입계 시멘타이트수를 동 시야 내에 존재하는 전체 시멘타이트수로 나누는 것에 의해, 입계 시멘타이트 비율을 산출했다. 측정하는 시멘타이트의 최소의 원 상당 직경은 0.3μm로 했다. 여기에서, 페라이트 입계에 접해 있고, 또한 시멘타이트 입자의 어스펙트비가 3.0 이하인 것을 입계 시멘타이트로 정의했다. 따라서, 페라이트 입계에 접해 있어도, 시멘타이트 입자의 어스펙트비가 3.0을 초과해 있는 것은 입내 시멘타이트로 했다.

(3) 변형 저항의 측정

강선으로부터, φ10.0mm×15.0mm의 냉간 단조 시험용 샘플을 제작하고, 단조 프레스를 이용하여, 실온에서, 변형 속도 5/초∼10/초로, 가공률 60%의 냉간 단조 시험을 5회씩 행했다. 변형 저항의 측정은, 60% 가공률의 냉간 단조 시험에서 얻어진 가공률-변형 저항의 데이터로부터 40% 가공 시의 변형 저항을 5회 측정하여, 5회의 평균값을 구했다. 한편, C 함유량이 0.3∼0.4% 미만의 범위 내에 있는 강종 A∼E 및 P에 있어서의 변형 저항의 합격 기준은 650MPa 이하이다. C 함유량이 0.4∼0.5% 미만의 범위 내에 있는 강종 F∼J, O 및 Q에 있어서의 변형 저항의 합격 기준은 680MPa 이하이다. C 함유량이 0.5∼0.6%의 범위 내에 있는 강종 K∼N에 있어서의 변형 저항의 합격 기준은 730MPa 이하이다.

(4) 균열 발생률의 측정

강선으로부터, φ10.0mm×15.0mm의 냉간 단조 시험용 샘플을 제작하고, 단조 프레스를 이용하여, 실온에서, 변형 속도 5/초∼10/초로, 가공률 60%의 냉간 단조 시험을 5회씩 행했다. 균열 발생률의 측정은 60% 가공률의 냉간 단조 시험 후, 각각 실체 현미경으로 표면 관찰을 5회 행하여, 배율 20배로 표면 균열의 유무를 측정하고, 「표면 균열을 갖는 샘플수」를 5로 나누는 것에 의해, 그 평균을 구했다. 모든 강종에 있어서의 균열 발생률의 합격 기준은 20% 이하이다.

이들 결과를 구상화 소둔 조건과 함께 하기 표 3에 나타낸다. 한편, 표 3의 종합 평가의 란에는, 변형 저항의 저감 및 내균열성 향상이 모두 양호한 예는 「O.K」로 표시하고, 변형 저항의 저감 및 내균열성 향상 중 적어도 어느 하나가 열화되어 있는 예는 「N.G」로 표시했다.

표 3의 결과로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다. 시험 No. 1, 2, 7∼9, 12, 14∼16, 19∼21, 23, 24, 27∼29, 31, 32, 34 및 35는 본 발명에서 규정하는 요건의 모두를 만족하는 실시예이고, 변형 저항의 저감 및 내균열성 향상이 함께 달성되어 있는 것을 알 수 있다.

이 중 시험 No. 7, 12, 14, 19 및 27은 바람직한 압연 선재 조건에서 제조되지 않은 강종 C, E, F, H 또는 K를 이용한 예이지만, 그 후의 반복해서 행하는 SA2의 소둔에 의해 입계 시멘타이트가 충분히 석출되어, 변형 저항 및 균열 발생률이 모두 합격 기준에 도달해 있다. 이 중, 시험 No. 12는 바람직한 요건인 bcc-Fe 결정 입경은 약간 커져 있지만, 변형 저항 및 균열 발생률이 모두 합격 기준에 도달해 있다.

여기에서, SA1 및 SA2의 소둔 조건의 양방을 행한 시험 No. 1 및 2(강종 A), 시험 No. 6 및 7(강종 C), 시험 No. 8 및 9(강종 D), 시험 No. 11 및 12(강종 E), 시험 No. 13 및 14(강종 F), 시험 No. 15 및 16(강종 G), 시험 No. 18 및 19(강종 H), 시험 No. 20 및 21(강종 I), 시험 No. 23 및 24(강종 J), 시험 No. 26 및 27(강종 K), 시험 No. 28 및 29(강종 L), 시험 No. 31, 32(강종 M), 및 시험 No. 34 및 35(강종 N)에 주목하면, 어느 경우도 SA1의 소둔을 행한 시료와 비교해서, SA1을 5회 반복하는 SA2의 소둔을 행한 시료에서는, 변형 저항 및 균열 발생률의 양방이 보다 저감되어 있는 것을 알 수 있다.

이에 비해, 시험 No. 3∼6, 10, 11, 13, 17, 18, 22, 25, 26, 30, 33 및 36∼42는 본 발명에서 규정하는 요건 중 어느 것을 결여한 비교예이고, 변형 저항 및 균열 발생률 중 어느 하나 또는 양방이 합격 기준에 도달해 있지 않은 것을 알 수 있다.

즉, 시험 No. 3, 10, 17, 22, 25, 30, 33 및 36은 조건이 적절하지 않은 SA3에서 구상화 소둔을 행한 예이고, 입계 시멘타이트 비율이 부족하여, 변형 저항 및 균열 발생률의 중 어느 하나 또는 양방이 합격 기준에 도달해 있지 않다.

시험 No. 4 및 5는 Mn 함유량이 과잉인 강종 B를 이용한 예이고, 냉간 가공 시의 변형 저항이 높은 그대로이다.

시험 No. 6, 11, 13, 18 및 26은 압연 선재 제조 시의 바람직한 조건에서 제조되지 않은 강종 C, E, F, H 또는 강종 K를 이용한 예이고, 그 후의 SA1의 구상화 소둔에 의해서는 입계 시멘타이트가 석출되지 않아, 변형 저항 및 균열 발생률 모두 합격 기준에 도달해 있지 않다. 그러나, 이들 강종에 대해, 그 후에 SA1을 5회 반복하는 SA2의 구상화 소둔을 실시하면, 입계 시멘타이트가 적절히 석출된 상태가 되어, 변형 저항 및 균열 발생률 모두 합격 기준에 도달했다(시험 No. 7, 12, 14, 19 및 27).

시험 No. 37 및 38은 압연 선재 제조 시의 바람직한 조건에서 제조되어 있지 않은 강종 O를 이용하여, 조건이 적절하지 않은 SA4 또는 SA5에서 구상화 소둔을 행한 예이고, 미세한 시멘타이트가 균일하게 분산되어, 입계 시멘타이트 비율이 작아져 있어, 변형 저항이 높은 채로, 균열 발생률이 합격 기준을 넘었다.

시험 No. 39 및 40은 압연 선재 제조 시의 바람직한 조건에서 제조되어 있지 않은 강종 P를 이용하여, 조건이 적절하지 않은 SA6 또는 SA7에서 구상화 소둔을 행한 예이고, 페라이트 입내에, 구상화 소둔 중에 분단된 층상 시멘타이트를 핵으로 해서 구상화한 시멘타이트가 분산되어, 입계 시멘타이트 비율이 작아져 있어, 변형 저항이 높은 채로, 균열 발생률이 합격 기준을 넘었다.

시험 No. 41 및 42는 압연 선재 제조 시의 바람직한 조건에서 제조되어 있지 않은 강종 Q를 이용하여, 조건이 적절하지 않은 SA8 또는 SA9에서 구상화 소둔을 행한 예이고, 압연 시에 분단된 층상 시멘타이트가 많이 생성되어, 구상화 소둔 후의 입계 시멘타이트 비율이 작아져 있어, 변형 저항이 높은 채로, 균열 발생률이 합격 기준을 넘었다.

본 발명의 기계 구조 부품용 강선은 냉간 단조, 냉간 압조 및 냉간 전조 등의 냉간 가공에 의해 제조되는 자동차용 부품 및 건설 기계용 부품 등의 각종 기계 구조 부품의 소재에 적합하게 이용된다. 이러한 기계 구조 부품으로서는, 구체적으로는 기계 부품 및 전장 부품 등, 보다 구체적으로는 볼트, 나사, 너트, 소켓, 볼 조인트, 이너 튜브, 토션 바, 클러치 케이스, 케이지, 하우징, 허브, 커버, 케이스, 수좌금(受座金), 태핏, 새들, 밸브, 이너 케이스, 클러치, 슬리브, 아우터 레이스, 스프로킷, 코어, 스테이터, 앤빌, 스파이더, 로커 암, 보디, 플랜지, 드럼, 이음매, 커넥터, 풀리, 금구, 요크, 구금, 밸브 리프터, 스파크 플러그, 피니언 기어, 스티어링 샤프트 및 코먼 레일 등을 들 수 있다. 본 발명의 강선은 상기의 기계 구조 부품의 소재로서 적합하게 이용되는 고강도 기계 구조 부품용 강선으로서 산업상 유용하고, 상기의 각종 기계 구조용 부품을 제조할 때의 실온에서의 변형 저항이 낮고, 또한 소재의 균열이 억제됨으로써 우수한 냉간 가공성을 발휘할 수 있다.

본 출원은 출원일이 2015년 3월 31일인 일본 특허출원, 특원 제2015-073776호를 기초 출원으로 하는 우선권 주장을 수반한다. 특원 제2015-073776호는 참조하는 것에 의해 본 명세서에 원용된다.

Claims (3)

1. 질량%로,
   C: 0.3∼0.6%,
   Si: 0.05∼0.5%,
   Mn: 0.2∼1.7%,
   P: 0% 초과 0.03% 이하,
   S: 0.001∼0.05%,
   Al: 0.005∼0.1% 및
   N: 0∼0.015%를 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지며,
   강의 금속 조직이 페라이트 및 시멘타이트로 구성되고, 페라이트 입계에 존재하는 시멘타이트의 수 비율이 전체 시멘타이트수에 대해서 40% 이상인 기계 구조 부품용 강선.
2. 제 1 항에 있어서,
   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 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 함유하는 기계 구조 부품용 강선.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 금속 조직에 있어서의 bcc-Fe 결정립의 평균 원 상당 직경이 30μm 이하인 기계 구조 부품용 강선.