KR101281284B1 - Low-carbon lead-free free-cutting steel having excellent machinability and hot workability and method for manufacturing casting strip for the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 절삭성과 열간압연성이 우수한 저탄소 무연쾌삭강 및 그 무연쾌삭강용 용강 정련방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일반 탄소강 대비 강도가 덜 요구되면서 우수한 치수정밀도가 요구되는 자동차, 사무기기, 가전제품 등에 널리 사용될 수 있는 절삭성과 열간압연성이 우수한 저탄소 무연쾌삭강 및 그 무연쾌삭강용 용강 정련방법에 관한 것이다.
본 발명은 중량%로, 중량%로, C: 0.03~0.09%, Si: 0.03%이하, Mn: 1.0~1.6%, P: 0.06~0.10%, S: 0.30~0.37%, Bi: 0.13~0.20%, Sn: 0.002~0.01%, B: 0.002~0.005%, N: 0.005%이하, 토탈산소: 150~350ppm, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 평균크기가 5㎛2이상인 MnS 개재물을 mm2당 300~1,000개의 범위로 포함하며, 상기 MnS 개재물의 평균면적은 35㎛2이상인 절삭성과 열간압연성이 우수한 저탄소 무연쾌삭강 및 그 무연쾌삭강용 주편의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 인체에 유해한 납을 사용하지 않고, 대신에 Bi와 Sn을 적정량으로 첨가하고, 또한 MnS 개재물의 크기 및 분포를 제어함으로써, 기존의 납쾌삭강과 동등하거나 그 이상의 수준으로 절삭성 및 열간압연성을 향상시킨 저탄소 무연쾌삭강을 제공할 수 있다.The present invention relates to a low-carbon lead-free free-cutting steel and its lead-free steel for refining excellent cutting and hot rolling properties, and more particularly, automotive, office equipment, household appliances that require excellent dimensional accuracy while requiring less strength than ordinary carbon steel The present invention relates to a low carbon lead-free free-cutting steel having excellent cutting property and hot rolling property and a molten steel refining method for the lead-free free-cutting steel.
In the present invention, in weight%, in weight%, C: 0.03 to 0.09%, Si: 0.03% or less, Mn: 1.0 to 1.6%, P: 0.06 to 0.10%, S: 0.30 to 0.37%, Bi: 0.13 to 0.20 %, Sn: 0.002 ~ 0.01%, B: 0.002 ~ 0.005%, N: 0.005% or less, Total oxygen: 150 ~ 350ppm, balance Fe and other unavoidable impurities, MnS inclusions with an average size of 5㎛ 2 or more mm comprises 300 to 1,000 per second range, and the MnS inclusions and the average area of the service 35㎛ two or more machinability and hot-rolling property excellent in low-carbon, lead-free free cutting steel and a cast lead-free production method for free cutting steel.
According to one aspect of the present invention, by using a harmful amount of lead instead of harmful to the human body, instead of adding Bi and Sn in an appropriate amount, and by controlling the size and distribution of the MnS inclusions, to a level equivalent to or higher than the existing lead-free cutting steel It is possible to provide a low carbon lead-free free-cutting steel with improved machinability and hot rolling.

Description

절삭성과 열간압연성이 우수한 저탄소 무연쾌삭강 및 그 무연쾌삭강용 주편의 제조방법{LOW-CARBON LEAD-FREE FREE-CUTTING STEEL HAVING EXCELLENT MACHINABILITY AND HOT WORKABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING CASTING STRIP FOR THE SAME}LOW-CARBON LEAD-FREE FREE-CUTTING STEEL HAVING EXCELLENT MACHINABILITY AND HOT WORKABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING CASTING STRIP FOR THE SAME

본 발명은 절삭성과 열간압연성이 우수한 저탄소 무연쾌삭강 및 그 무연쾌삭강용 주편의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일반 탄소강 대비 강도가 덜 요구되면서 우수한 치수정밀도가 요구되는 자동차, 사무기기, 가전제품 등에 널리 사용될 수 있는 절삭성과 열간압연성이 우수한 저탄소 무연쾌삭강 및 그 무연쾌삭강용 주편의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing low carbon lead-free free-cutting steel and its lead-free free-cut steel having excellent cutting properties and hot rolling properties. More specifically, the present invention relates to automobiles, office equipment, and home appliances that require excellent dimensional accuracy while requiring less strength than general carbon steel. The present invention relates to a low-carbon lead-free free-cutting steel having excellent cutting properties and hot rolling properties, which can be widely used in products, and a method for manufacturing a cast for lead-free free-cutting steel.

절삭성을 향상시키기 위하여, 저탄소 쾌삭강에 저융점 원소인 납(융점 327℃)을 소량만 첨가함으로써, 좋은 효과를 얻을 수 있다. 절삭가공 중 납은 녹아서 공구와 피삭재 사이 계면에서 윤활작용을 하여 절삭력을 낮추는 역할을 하고 또한 공구를 보호한다. 그 결과, 공구수명 및 칩분절성이 향상되고, 제품의 표면품질 및 치수정밀도를 더욱 향상시켜 기존 저탄소 쾌삭강에 납을 첨가한 저탄소 납 첨가 쾌삭강이 광범위하게 사용되고 있다.
In order to improve machinability, a good effect can be obtained by adding only a small amount of lead (melting point 327 ° C), which is a low melting point element, to the low carbon free cutting steel. During cutting, the lead melts and lubricates at the interface between the tool and the workpiece, reducing the cutting force and protecting the tool. As a result, tool life and chip segmentation are improved, and the surface quality and dimensional accuracy of the product are further improved, and low carbon leaded free cutting steel in which lead is added to existing low carbon free cutting steel is widely used.

그러나, 점차 환경규제가 강화되고 많은 자동차 및 가전제품 회사에서 인체에 유해한 원소인 납의 사용을 자체적으로 규제하는 상황에서 인체에 무해한 저융점 원소이면서 절삭성 향상 원소로 알려진 비스무스(융점 273oC), 주석(융점 271oC), 텔루륨(융점 450oC) 등과 같은 대체 첨가 원소로 관심을 받기 시작했다. 그러나, 일반적으로 절삭성을 향상시키는 비스무스와 주석 같은 저융점 원소는 열간압연성을 현저히 저하시킨다. 여기에 저탄소 쾌삭강은 기본적으로 다량의 비금속개재물인 MnS가 분포하여 열간압연시 이것이 응력집중원으로 작용하여 균열생성 및 성장이 용이하게 하므로, 저융점 원소를 첨가하면 열간압연성은 더욱 감소한다.
However, bismuth (melting point 273 o C), tin, known as a low-melting point and cutting-enhancement element, is harmless to humans, with environmental regulations gradually increasing and many automobile and consumer electronics companies self-regulate the use of lead, a harmful element for humans. (Melting point 271 o C), tellurium (melting point 450 o C), etc. have started to attract attention. However, low melting elements, such as bismuth and tin, which generally improve machinability, significantly reduce hot rolling. The low carbon free-cutting steel basically has a large amount of non-metallic inclusions, MnS, which acts as a stress concentration source during hot rolling, so that crack formation and growth are facilitated. Therefore, hot rolling is further reduced by adding a low melting point element.

이러한 문제점을 해결하기 위한 대표적인 기술로는 중국 공개특허공보 CN1219903이 있는데, 상기 특허에는 절삭성 향상을 목적으로 인을 0.005~0.05%, 주석을 0.09~0.25%의 범위로 첨가하고, 토탈산소가 10~100ppm이 되도록 제어한 쾌삭강에 관하여 개시되어 있다. 그러나, 저융점 원소인 주석을 0.09%이상 첨가하면 절삭성에는 유리하나 열간압연성이 현저히 떨어질 수 있고 일정값 이상에서는 입계에 더 이상 편석되지 않고 포화된다. 또한, 토탈산소가 100ppm이하에서는 MnS크기가 미세하여 원하는 절삭성이 급격하게 떨어질 수 있다는 문제점이 있다.
Representative technology for solving this problem is Chinese Patent Application Publication No. CN1219903, in which the phosphorus is added 0.005 ~ 0.05%, tin in the range of 0.09 ~ 0.25%, and total oxygen 10 ~ Disclosed is a free cutting steel controlled to be 100 ppm. However, addition of more than 0.09% of tin, which is a low melting point element, is advantageous for machinability, but may significantly reduce hot rolling, and above a certain value, it no longer segregates at grain boundaries and becomes saturated. In addition, when the total oxygen is 100ppm or less, there is a problem that the desired machinability may drop sharply due to the fine MnS size.

다른 기술로는 일본 공개특허공보 2005-342310호가 있는데, 상기 기술은 저탄소 쾌삭강 대비 절삭성을 고려해서 유황을 0.4~0.5%로 높이고 열간압연성을 고려하여 토탈산소를 50~120ppm를 특징으로 하고, 또한 절삭성 향상 목적으로 붕소를 50~150ppm 첨가하여 질소와 함께 BN화합물을 형성시키는 것에 관한 것이다. 그러나, 유황이 0.4%이상 첨가될 때 열간압연시 선재 선단이 벌어지는 현상이 나타날 수 있고, 토탈산소가 120ppm이하일 때 MnS 개재물이 작게 형성되어 절삭성이 떨어질 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 이 기술에는 BN화합물이 절삭성 향상에 미치는 영향에 대해서는 명확하게 제시하지 않고 있다.
Another technique is Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-342310, which increases sulfur to 0.4 to 0.5% in consideration of machinability compared to low carbon free cutting steel, and features 50 to 120 ppm of total oxygen in consideration of hot rolling. The present invention relates to forming a BN compound together with nitrogen by adding 50 to 150 ppm of boron for the purpose of improving machinability. However, when sulfur is added to 0.4% or more, the wire tip may be opened during hot rolling, and when total oxygen is 120 ppm or less, MnS inclusions may be formed to be small, resulting in poor machinability. In addition, this technique does not clearly indicate the effect of the BN compound on the machinability improvement.

또 다른 기술로는 일본 공개특허공보 2006-150357호가 있는데, 상기 특허는 기존 저탄소 쾌삭강에 질소를 70ppm이상 첨가하여 절삭성을 개선하는 기술에 관한 것이다. 상기 특허는 질소가 많을수록 표면조도 개선에 바람직하다고 기술하고 있으며, 이를 위해 과다하게 질소를 첨가하고 있어, BN화합물을 생성에 따른 프리 붕소 생성을 저감시킨다는 단점이 있다.
Another technique is Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2006-150357, which relates to a technique for improving machinability by adding 70 ppm or more of nitrogen to an existing low carbon free cutting steel. The patent describes that the more nitrogen is preferable to improve the surface roughness, for this purpose is excessively added to nitrogen, there is a disadvantage in reducing the formation of free boron according to the production of the BN compound.

또 다른 기술로는 한국 공개특허공보 제2009-7008173호가 있는데, 상기 기술은 저탄소 쾌삭강에 붕소를 3~150ppm을 첨가하여 절삭성 향상을 꾀한 기술로서, 질소와의 상관관계식을 제시하고 있다. 또한, 절삭성 열화 및 흠집 발생을 억제하기 위해서 용강 중에 탈산 실시하여 최종 강재의 토탈산소를 50~120ppm으로 제한하고 유황을 0.3~0.6% 첨가한 기술이다. 그러나, 지나친 붕소 첨가는 BN화합물을 다량으로 생성시켜 오히려 열간압연성을 떨어뜨릴 수 있고, 토탈산소가 120ppm이하인 경우 통상 저탄소 쾌삭강 대비 유황을 다량 첨가해도 미세한 MnS가 정출되어 절삭성 향상 효과를 크게 기대를 할 수 없다는 단점이 있다.
Another technique is Korean Laid-Open Patent Publication No. 2009-7008173, which is a technique for improving machinability by adding 3 to 150 ppm of boron to low carbon free cutting steel and suggesting a correlation with nitrogen. In addition, in order to suppress the deterioration of machinability and the occurrence of scratches, deoxidation is performed in molten steel to limit total oxygen of the final steel to 50 to 120 ppm, and sulfur to 0.3 to 0.6%. However, excessive addition of boron may produce a large amount of BN compound, which may lower the hot rolling property.In the case of total oxygen of 120 ppm or less, even if a large amount of sulfur is added to the low carbon free-cutting steel, fine MnS is crystallized, and the expectation improvement effect is greatly expected. The disadvantage is that you can't.

본 발명의 일측면은 조성성분과 MnS 개재물의 크기 및 분포를 제어함으로써, 우수한 절삭성과 열간압연성을 갖는 저탄소 무연쾌삭강 및 그 무연쾌삭강용 주편의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
One aspect of the present invention is to provide a low-carbon lead-free free-cutting steel having excellent cutting properties and hot rolling properties and a method for producing the cast-free lead-free cutting steel by controlling the size and distribution of the composition and the MnS inclusions.

본 발명은 중량%로, C: 0.03~0.09%, Si: 0.03%이하, Mn: 1.0~1.6%, P: 0.06~0.10%, S: 0.30~0.37%, Bi: 0.13~0.20%, Sn: 0.002~0.01%, B: 0.002~0.005%, N: 0.005%이하, 토탈산소: 150~350ppm, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 평균크기가 5㎛2이상인 MnS 개재물을 mm2당 300~1,000개의 범위로 포함하며, 상기 MnS 개재물의 평균면적은 35㎛2이상인 절삭성과 열간압연성이 우수한 저탄소 무연쾌삭강을 제공한다.In the present invention, by weight%, C: 0.03 to 0.09%, Si: 0.03% or less, Mn: 1.0 to 1.6%, P: 0.06 to 0.10%, S: 0.30 to 0.37%, Bi: 0.13 to 0.20%, Sn: 0.002 ~ 0.01%, B: 0.002 ~ 0.005%, N: 0.005% or less, the total oxygen: 150 ~ 350ppm, the balance Fe and other inevitable impurities is made of, the average size is less than 2 5㎛ 300 and the MnS inclusions per mm 2 It includes in the range of 1,000, the average area of the MnS inclusions to provide a low-carbon lead-free free-cut steel excellent in cutting and hot rolling properties of 35㎛ 2 or more.

이 때, 상기 무연쾌삭강은 Te: 0.002~0.1%, Cr: 0.05~0.5% 및 Ti: 0.01~0.2%로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 무연쾌삭강은 Mn/S 비율이 3.0~5.0인 것이 바람직하다.
In this case, the lead-free free-cut steel may further comprise at least one selected from the group consisting of Te: 0.002 ~ 0.1%, Cr: 0.05 ~ 0.5% and Ti: 0.01 ~ 0.2%, the lead-free free cutting steel is Mn / S It is preferable that ratio is 3.0-5.0.

본 발명은 중량%로, C: 0.03~0.09%, Si: 0.03%이하, Mn: 1.0~1.6%, P: 0.06~0.10%, S: 0.30~0.37%, Bi: 0.13~0.20%, Sn: 0.002~0.01%, B: 0.002~0.005%, N: 0.005%이하, 토탈산소: 150~350ppm, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 무연쾌삭강용 용강을 정련하는 방법으로서, 전로정련 종료시점에서 용강 내 프리 산소농도를 400~1000ppm으로 제어하는 단계; 상기 용강을 탈산하지 않고 티밍레이들로 출강하는 단계; 출강이 종료된 상기 티밍레이들을 LF정련로로 이송하여 LF정련하는 단계; 상기 LF(Ladle Furnace)정련 종료시점에서 용강 내 프리 산소농도를 100~200ppm으로 제어하는 단계; 및 상기 LF정련이 종료된 용강을 연속 주조용 턴디쉬로 이송하여 연속 주조하고, 상기 연속 주조가 10~50% 진행된 시점에서 용강 내 프리 산소농도를 50~150ppm으로 제어하는 단계를 포함하는 무연쾌삭강용 주편의 제조방법을 제공한다.In the present invention, by weight%, C: 0.03 to 0.09%, Si: 0.03% or less, Mn: 1.0 to 1.6%, P: 0.06 to 0.10%, S: 0.30 to 0.37%, Bi: 0.13 to 0.20%, Sn: A method for refining molten steel for lead-free free cutting steel consisting of 0.002 ~ 0.01%, B: 0.002 ~ 0.005%, N: 0.005% or less, total oxygen: 150-350ppm, balance Fe and other unavoidable impurities. Controlling the free oxygen concentration to 400 to 1000 ppm; Tapping with teaming lays without deoxidizing the molten steel; LF refining by transferring the teaming tiers having finished tapping to an LF refining furnace; Controlling the free oxygen concentration in the molten steel to 100 to 200 ppm at the end of the LF (Ladle Furnace) refining; And continuously casting the molten steel after the completion of the LF refining to a continuous casting tundish, and controlling the free oxygen concentration in the molten steel to 50 to 150 ppm at the time when the continuous casting is performed at 10 to 50%. It provides a method for producing a cast iron.

이 때, 상기 무연쾌삭강용 용강은 Te: 0.002~0.1%, Cr: 0.05~0.5% 및 Ti: 0.01~0.2%로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 무연쾌삭강용 용강은 Mn/S 비율이 3.0~5.0인 것이 바람직하다. 상기 연속 주조시에는 몰드 전자교반장치와 경압하 장치를 동시에 구동시킬 수 있다.
In this case, the lead-free free-cut steel for molten steel may further include one or more selected from the group consisting of Te: 0.002 ~ 0.1%, Cr: 0.05 ~ 0.5% and Ti: 0.01 ~ 0.2%, the molten steel for lead-free free cutting steel It is preferable that Mn / S ratio is 3.0-5.0. In the continuous casting, the mold electronic stirrer and the low pressure device can be driven simultaneously.

본 발명의 일측면에 따르면, 인체에 유해한 납을 사용하지 않고, 대신에 Bi와 Sn을 적정량으로 첨가하고, 또한 MnS 개재물의 크기 및 분포를 제어함으로써, 기존의 납쾌삭강과 동등하거나 그 이상의 수준으로 절삭성 및 열간압연성을 향상시킨 저탄소 무연쾌삭강을 제공할 수 있다.
According to one aspect of the present invention, by using a harmful amount of lead instead of harmful to the human body, instead of adding Bi and Sn in an appropriate amount, and by controlling the size and distribution of the MnS inclusions, to a level equivalent to or higher than the existing lead-free cutting steel It is possible to provide a low carbon lead-free free-cutting steel with improved machinability and hot rolling.

도 1은 절삭강공시편 및 공구의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 부합하는 쾌삭강의 일례에 대한 미세조직사진이다.
도 3은 토탈산소와 MnS 크기와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 MnS 크기와 표면조도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 토탈산소와 프리산소와의 관계를 나타내는 그래프이다.1 is a schematic view of a cutting steel specimen and a tool.
2 is a microstructure photograph of an example of a free cutting steel according to the present invention.
3 is a graph showing the relationship between total oxygen and MnS size.
4 is a graph showing the relationship between MnS size and surface roughness.
5 is a graph showing the relationship between total oxygen and free oxygen.

저탄소 쾌삭강은 우수한 절삭성이 요구되는 강으로서 강도는 그다지 중요시 부분이 아니다. 따라서, 이러한 저탄소 쾌삭강에는 절삭성을 향상시키기 위해서 저융점 원소인 납 또는 친환경 저융점 원소인 비스무스(융점 273oC)등을 소량 첨가한다. 그러나, 비금속개재물인 MnS가 존재하는 저탄소 쾌삭강에 이러한 저융점 원소를 다량 첨가하게 되면 열간압연성을 더욱더 감소시키며, 이로 인해 강편 또는 선재 제조공정에서 표면결함을 발생시키는 주요 원인으로 작용하게 된다. 즉, 쾌삭강은 절삭성 향상 목적으로 절삭성 향상 원소를 첨가하면 할수록 열간압연성은 떨어지고 반대로 절삭성 향상 원소를 덜 첨가하면 열간압연성은 증가하게 되는 모순관계에 있다.
Low-carbon free-cutting steel is a steel that requires excellent machinability, and its strength is not so important. Therefore, a small amount of lead, which is a low melting point element, or bismuth (melting point, 273 ° C.), which is a low melting point element, is added to such low carbon free cutting steel to improve machinability. However, the addition of a large amount of such a low melting point element to a low carbon free cutting steel having MnS, which is a nonmetallic inclusion, further reduces the hot rolling property, thereby acting as a major cause of surface defects in the steel sheet or wire rod manufacturing process. That is, free cutting steel has a contradiction in that hot rolling property decreases as the cutting property improving element is added for the purpose of improving machinability, and conversely, hot rolling property increases when the cutting property improving element is added less.

따라서, 본 발명에서는 절삭성 향상을 목적으로, 일반적으로 첨가되는 납 대신에 인체에 무해한 저융점원소인 비스무스와 주석을 적정량 첨가하여 절삭성을 확보하고, 유황을 다량 첨가하는 대신 고산소조업을 통해서 MnS 개재물의 형상 및 크기를 제어하여 원하는 절삭성을 얻고자 하며, 고산소조업에서 나타나는 문제인 핀 홀(pin hole), 블로우 홀(blow hole) 문제는 제조 프로세스를 최적화하여 열간압연성 문제를 해결하고자 한다. 추가적으로, 본 발명에서는 열간압연성 열위 문제를 해결하기 위해서 붕소를 적정량 첨가한다.
Therefore, in the present invention, in order to improve machinability, instead of lead, generally added, bismuth and tin, which are harmless to the human body, are added in an appropriate amount to ensure machinability, and instead of adding a large amount of sulfur, MnS inclusions through high oxygen operation. By controlling the shape and size of the to obtain the desired machinability, the pin hole (blow hole) problem, which is a problem that appears in the high-oxygen industry to solve the hot rolling problem by optimizing the manufacturing process. In addition, in the present invention, an appropriate amount of boron is added to solve the problem of hot rolling inferiority.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

C(탄소): 0.03~0.09%(이하 %는 중량%를 의미함)C (carbon): 0.03-0.09% (% means% by weight)

C는 탄화물을 형성하여 소재의 강도 및 경도를 증가시키는 원소로, 쾌삭강에서는 일부 펄라이트(pearlite)로 존재하여 강재를 절삭할 때 적정 경도를 부여하여 공구에서 구성인선(Build-up Edge, 이하 BUE라 한다)이 생성되는 것을 억제하는 역할을 한다. C 함량이 0.03% 미만이면 구성인선 발생이 용이하여 바람직하지 않고, 반면 C 함량이 0.09%를 초과하는 경우에는 소재의 경도가 지나치게 증가하여 공구수명이 크게 단축되고, 또한 주조 응고 시 포정반응이 일어나 주편에 수축공이 발생하여 압연시 주편 터짐 현상이 나타날 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 C 함량을 0.03∼0.09% 범위로 하는 것이 바람직하다.
C is an element that increases the strength and hardness of materials by forming carbides. In high-cutting steel, C exists as some pearlite, and it gives the proper hardness when cutting steel to build the edge of the tool (BUE). Play a role of suppressing the generation of If the C content is less than 0.03%, it is not preferable because of the occurrence of constituent edges, whereas if the C content is more than 0.09%, the hardness of the material is excessively increased, thereby greatly shortening the tool life, and also, the casting reaction occurs during casting solidification. Shrinkage may occur in the cast steel, which may cause the cast to burst. Therefore, it is preferable to make C content into 0.03 to 0.09% of range in this invention.

Si(실리콘): 0.03%이하Si (silicon): 0.03% or less

본 발명은 미탈산강이고 고산소 조업을 실시하는 쾌삭강이다. Si 함량이 0.03%를 초과하게 되면 경질의 SiO2가 다량 생성되어 쾌삭강의 절삭가공 공정에서 공구수명을 현저하게 떨어뜨리는 바, 본 발명에서는 Si를 첨가하지 않는 것을 원칙으로 하나 제강공정에서 합금철, 내화물 등으로부터 불가피하게 Si가 유입될 수 있으므로, 상기 Si 함량을 0.03%이하로 한다.
The present invention is a free-cutting steel which is a non-deoxidation steel and performs high oxygen operation. When the Si content exceeds 0.03%, a large amount of hard SiO 2 is generated, which significantly reduces the tool life in the cutting process of free-cutting steel. In the present invention, Si is not added. Since Si may inevitably flow from the refractory or the like, the Si content is made 0.03% or less.

Mn(망간): 1.0~1.6%Mn (manganese): 1.0-1.6%

Mn은 비금속 개재물 MnS를 형성시키는데 중요한 합금원소로서, 본 발명에서는 1.0%이상을 첨가해야 MnS 개재물을 효과적으로 정출시킬 수 있다. 나아가, Mn의 증가로 오스테나이트 영역이 넓어져서 압연 중 초석 페라이트 생성이 지연될 수 있고 열간압연 시 강편의 표면결함이 증가하는 것을 억제할 수 있다. 하지만, Mn 함량이 1.6%를 초과하면 강재의 경도가 증가하여 공구 수명이 오히려 떨어질 수 있다. 또한, 소재 냉각 중 두꺼운 펄라이트 밴드(pearlite band)가 형성될 수 있어 표면조도를 열위시킬 수 있다. 또한, Mn 함량이 1.0~1.6% 범위에서는 Mn이 산소와 결합하여 MnO를 생성하는데, 이것은 응고과정에서 MnS의 생성 핵으로 작용하여 구형 MnS 개재물 생성을 촉진하는 역할을 하게 된다. 그러나, 상기 범위 이상의 MnO가 최종 소재에 존재하면 공구수명 및 표면조도가 떨어지기 때문에 적정 Mn함량 제어가 중요하다.
Mn is an important alloying element for forming the non-metallic inclusion MnS. In the present invention, MnS inclusion can be effectively determined by adding 1.0% or more. Furthermore, due to the increase in Mn, the austenite region may be widened, which may delay the formation of cornerstone ferrite during rolling and increase the surface defect of the steel sheet during hot rolling. However, when the Mn content exceeds 1.6%, the hardness of the steel may increase, and thus the tool life may be rather decreased. In addition, a thick pearlite band may be formed during material cooling, which may degrade the surface roughness. In addition, when the Mn content is in the range of 1.0 to 1.6%, Mn combines with oxygen to produce MnO, which acts as a nucleus of MnS during the coagulation process and promotes formation of spherical MnS inclusions. However, when MnO above the above range exists in the final material, proper Mn content control is important because tool life and surface roughness are reduced.

P(인): 0.06~0.10%P (in): 0.06 ~ 0.10%

P은 절삭성 향상 원소로 소재의 결정입계에 편석 또는 화합물로 존재하여 절삭공구 선단에 형성되기 쉬운 구성인선을 억제한다. P 함량이 0.06% 미만일 때에는 구성인선 생성 억제 효과를 기대하기 어렵고, 반면 0.10%를 초과하는 경우에는 P 편석 문제 또는 핀/블로우 홀을 생성시켜 열간압연성이 저하될 수 있으므로, P 함량을 0.06∼0.10% 범위로 하는 것이 바람직하다.
P is a machinability improvement element, which exists as segregation or compound at grain boundaries of the material, and suppresses a construction edge that is easily formed at the cutting tool tip. When the P content is less than 0.06%, it is difficult to anticipate the effect of suppressing the formation of constituent edges, whereas when the P content is more than 0.10%, the hot rolling property may be degraded by generating P segregation problems or pin / blow holes. It is preferable to set it as 0.10% range.

S(황): 0.30~0.37%S (sulfur): 0.30-0.37%

쾌삭강에서 S는 응고시 MnS 개재물을 형성하여 절삭성을 향상시키는 가장 중요한 첨가원소 중 하나이다. 절삭공구 선단에 형성된 1차 및 2차 변형 지점에서 존재하는 MnS에서 균열이 생성하여 절삭응력을 감소시켜 절삭공구 마모를 줄여주고 피삭재의 표면조도를 개선하는 역할을 한다. 이러한 효과를 위하여 S는 0.30% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 그러나, 지나치게 과다한 S의 첨가는 결정입계에 그물 모양의 FeS 석출을 촉진하며, 이러한 FeS는 매우 취약하고 용융점이 낮기 때문에 열간압연성이 크게 저하될 수 있다. 또한, S함량이 필요 이상으로 증가하면 강재의 표면 결함이 증가하는 것과 동시에 강재 인성과 연성이 현저하게 떨어지므로, S의 함량은 0.37%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
In free-cutting steel, S is one of the most important additives in forming MnS inclusions during solidification to improve machinability. Cracks are generated in the MnS existing at the first and second deformation points formed at the cutting tool tip to reduce cutting stress, thereby reducing cutting tool wear and improving the surface roughness of the workpiece. For this effect, S is preferably added at least 0.30%. However, excessively excessive addition of S promotes the precipitation of reticulated FeS at grain boundaries, and hot rolling can be greatly reduced because such FeS is very fragile and has a low melting point. In addition, if the S content is increased more than necessary, the surface defects of the steel are increased and the steel toughness and ductility are remarkably decreased, so the content of S is preferably not more than 0.37%.

Bi(비스무스): 0.13~0.20%Bi (bismuth): 0.13-0.20%

Bi는 절삭성 향상 저융점 원소로 쾌삭강 내에 존재하는 형태 및 절삭성에 영향을 주는 특성이 납과 유사하며 특히 공구수명과 칩분절성에 우수한 효과를 얻을 수 있다. Bi 함량이 0.13% 미만인 경우에는 원하는 절삭성을 얻을 수 없고, 0.20%를 초과하는 경우에는 열간압연성 확보가 어려우므로, 상기 Bi의 함량범위는 0.13~0.20%로 하는 것이 바람직하다.
Bi is a low-melting element that improves machinability. It has a similar effect on the form and machinability of free-cutting steel to lead, and in particular, it has an excellent effect on tool life and chip segmentability. If the Bi content is less than 0.13%, the desired machinability cannot be obtained. If the Bi content is more than 0.20%, hot rolling is difficult to be secured, so the content range of Bi is preferably 0.13 to 0.20%.

Sn(주석): 0.002~0.01%Sn (Tin): 0.002 to 0.01%

Sn은 결정입계에 편석되어 절삭가공 시 입계취화를 유발하여 절삭저항을 낮추는 특징을 가지며, 비스무스와 마찬가지로 절삭성 향상 저융점 원소이다. Sn 함량이 0.002%이상인 경우에 표면조도에 특히 좋은 영향을 주지만 첨가하면 할수록 열간압연성이 현격히 감소하게 되며, 0.01%를 초과하면 열간압연성 확보가 어려우므로, 상기 Sn의 함량범위는 0.002~0.01%로 하는 것이 바람직하다.
Sn is segregated at the grain boundaries and causes grain embrittlement during cutting, thereby lowering the cutting resistance. Like Sn bismuth, Sn is a low melting point element. In the case where the Sn content is more than 0.002% has a particularly good effect on the surface roughness, the hot rolling property is significantly reduced as it is added, and if it exceeds 0.01%, it is difficult to secure the hot rolling property, the content range of Sn is 0.002 ~ 0.01 It is preferable to set it as%.

B(붕소): 0.002~0.005%B (boron): 0.002-0.005%

B는 소입성을 증가시키는 역할을 하고, 또한 페라이트 생성을 지연시키며, 입계를 강화하여 열간압연성을 향상시키는 원소이다. 이를 위하여, 상기 B를 20~50ppm으로 투입하는 것이 바람직한데, 상기 B가 20ppm미만으로 첨가되는 경우에는 고용(프리) 붕소의 양이 부족하여 입계 강화 효과를 얻기가 어렵고, 본 발명자들의 실험에 의하면 B의 양이 50ppm을 초과하는 경우에는 고온인장시험에서 감면율(Reduction in Area, RA)은 증가하나 강편 및 선재 압연 중 냉각수에 민감하게 반응하여 BN화합물을 포함한 붕소화합물이 입계 및 MnS경계에 다량으로 생성되어 열간압연 공정에서 표면결함이 발생할 수 있으므로, 상기 B의 함량범위는 0.002~0.005%로 하는 것이 바람직하다.
B is an element that serves to increase the hardenability, retards the formation of ferrite, and enhances the hot rolling property by strengthening grain boundaries. To this end, it is preferable to add the B in 20 ~ 50ppm, when the B is added less than 20ppm it is difficult to obtain the grain boundary strengthening effect due to the lack of solid solution (free) boron, according to the experiments of the present inventors If the amount of B exceeds 50 ppm, the reduction in area (RA) increases in the high-temperature tensile test, but it reacts sensitively to the cooling water during rolling of the steel strip and wire rod, so that the boron compound including the BN compound has a large amount in the grain boundary and MnS boundary. Since the surface defects may occur in the hot rolling process, the content range of B is preferably 0.002% to 0.005%.

N(질소): 0.005%이하N (nitrogen): 0.005% or less

N은 저탄소 쾌삭강에서는 고용도가 낮지만 과포화 고용 또는 질화물을 형성하여 강도를 높여주는 원소이며, 적정량 첨가시 P와 함께 표면조도를 향상시킨다고 알려져 있다.따라서, 본 발명에서는 적정량의 고용(프리) 붕소를 확보하여 열간압연성을 향상시키기 위해서는 질소 함량을 50ppm이하로 한정하는 것이 바람직하다. 상기 N의 함량이 50ppm을 초과하는 경우에는 BN 또는 TiN 석출물의 생성으로 인하여 프리 붕소를 안정적으로 확보하기 어렵다는 문제가 있다.
N is a low-solubility steel in high-carbon, low-solubility but is an element that increases the strength by forming a supersaturated solid solution or nitride, and is known to improve the surface roughness with P when an appropriate amount is added. Therefore, in the present invention, an appropriate amount of solid solution (free) boron In order to secure the hot rollability to improve the nitrogen content is preferably limited to 50ppm or less. When the content of N exceeds 50 ppm, there is a problem that it is difficult to stably free boron due to the production of BN or TiN precipitates.

토탈산소: 150~350ppmTotal Oxygen: 150 ~ 350ppm

쾌삭강 주조시에는 몰드에서 용강의 응고초기 산소와 망간이 결합하여 미세한 MnO를 형성하고, 상기 MnO는 MnS를 정출시키는 핵생성 사이트로 작용하게 된다. 여기서 산소는 주조가 완료된 주편(또는 강편)의 토탈산소량(T[O], Total oxygen)를 의미한다. 일반적으로, 산소가 수십 ppm 또는 그 이하일 경우에는 용강 응고 시 수지상 형태 또는 불규칙한 형태의 MnS가 석출되고, 이러한 형상의 MnS는 쾌삭강의 절삭성을 저하시키므로 문제가 된다. 본 발명에서는 MnS 개재물이 미세하고 입계에 그물망 형태로 존재하여 원하는 절삭성을 만족하지 못하는 것을 방지하기 위하여 하한을 150ppm으로 한정한다. 한편, 본 발명에서는 절삭성을 극대화시키기 위하여 비교적 많은 양의 산소를 투입함으로써, 구형의 MnS가 효과적으로 정출되도록 하나, 350ppm을 초과하면 응고가 완료된 주편에서 핀홀(pin hole), 블로우홀(blow hole) 등 표면결함이 크게 증가할 수 있으므로, 상기 O의 함량범위는 0.015~0.035%로 하는 것이 바람직하다.
During free-cutting steel casting, the initial solidification oxygen and manganese of molten steel combine in the mold to form fine MnO, and the MnO acts as a nucleation site for crystallizing MnS. Here, oxygen refers to the total oxygen amount (T [O], total oxygen) of the cast (or steel) cast completed. In general, when oxygen is several tens of ppm or less, dendritic or irregular MnS precipitates during solidification of molten steel, and this shape of MnS is problematic because it reduces the machinability of free-cutting steel. In the present invention, the lower limit is limited to 150 ppm in order to prevent the MnS inclusions from being fine and present in the form of a mesh at the grain boundary so as not to satisfy the desired machinability. On the other hand, in the present invention, by introducing a relatively large amount of oxygen in order to maximize the machinability, the spherical MnS is effectively determined, but if it exceeds 350ppm pinhole (pin hole), blowhole (blow hole), etc. Since the surface defects can be greatly increased, the content range of O is preferably 0.015 to 0.035%.

본 발명이 제안하는 무연쾌삭강은 평균크기가 5㎛2이상인 MnS 개재물을 mm2당 300~1,000개의 범위로 포함하는 것이 바람직하다. 친환경 무연쾌삭강에 잔존하는 비금속 개재물 MnS의 크기와 분포에 따라 강재의 절삭성이 크게 달라게 되는데, 일반적으로 MnS 크기가 크고, 개수가 많을수록 강재의 절삭성이 더 우수한 것으로 알려지고 있다. 본 발명자들의 광학현미경 관찰과 절삭성 평가결과에 의하면, 압연방향, 즉 L방향 단면에서 평균크기가 5㎛2이상인 MnS 개재물이 mm2당 300~1,000개가 관찰될 때, 강재의 절삭성이 가장 우수한 것으로 나타났다. MnS 개재물이 5㎛2미만인 경우에는 절삭성 향상 효과가 저감되며, 상기 MnS 개재물의 수가 300개 미만인 경우에는 공구수명이 감소되고, 가공된 부품의 표면조도가 열위할 가능성이 높아지며, 1000개를 초과하는 경우에는 공구수명이 우수한 반면 칩(chip) 처리성이 불량해질 수 있다.
The lead-free free cutting steel proposed by the present invention preferably includes MnS inclusions having an average size of 5 μm 2 or more in the range of 300 to 1,000 per mm 2 . The machinability of steels varies greatly depending on the size and distribution of non-metallic inclusions MnS remaining in environment-friendly lead-free cutting steels. In general, the larger the number of MnSs and the larger the number, the better the machinability of steels. According to the optical microscope observation and the machinability evaluation results of the present inventors, when the MnS inclusions having an average size of 5㎛ 2 or more in the rolling direction, that is, L-section cross-section is observed 300-1,000 per mm 2 , the machinability of the steel was excellent. . When the MnS inclusions are less than 5 μm 2 , the effect of improving machinability is reduced. When the number of MnS inclusions is less than 300, the tool life is reduced, and the surface roughness of the machined parts is inferior. In this case, tool life may be excellent while chip throughput may be poor.

또한, 상기 MnS 개재물의 평균면적은 35㎛2이상인 것이 바람직한데, 상기 범위의 MnS 개재물의 평균면적을 확보함으로써, 강재에 우수한 절삭성을 부여할 수 있다.
Moreover, although the average area of the said MnS inclusion is 35 micrometer <2> or more, it is desirable to provide the cutting property to steel materials by ensuring the average area of the MnS inclusion of the said range.

또한, 본 발명의 무연쾌삭강은 Mn/S의 비율이 3.0~5.0의 범위를 갖는 것이 바람직한데, 이는 Mn을 S와 결합시켜 FeS에의한 열간취성을 피하기 위한 것으로 일정량 이상의 Mn량을 확보하는 것이 중요하기 때문이다. 특히 Mn/S의 비율이 3.0 미만의 경우에는 열간압연성이 저하되어 소재 압연 시 표면 터짐 문제가 발생할 수 있다. 그러나 Mn/S 비 5.0 초과하면 펄라이트밴드가 두껍게 형성될 수 있어서 제품을 절삭가공 시 표면조도가 불량해질 수 있으므로, 상기 Mn/S의 비율을 3.0~5.0으로 하는 것이 바람직하다.
In addition, the lead-free free-cutting steel of the present invention preferably has a ratio of Mn / S in the range of 3.0 to 5.0, which is to avoid hot brittleness due to FeS by combining Mn with S. Because. In particular, when the ratio of Mn / S is less than 3.0, the hot rolling is reduced, which may cause a problem of surface bursting when rolling the material. However, when the Mn / S ratio is greater than 5.0, the pearlite band may be formed thick, so that the surface roughness may be poor when cutting the product. Therefore, the Mn / S ratio is preferably 3.0 to 5.0.

본 발명이 제안하는 무연쾌삭강은 상기 언급한 성분계외에도 Te: 0.002~0.1%, Cr: 0.05~0.5% 및 Ti: 0.01~0.2%로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있는데, 상기 원소들은 열간압연성을 떨어뜨리지 않는 범위에서 절삭성을 더욱 향상시키는 원소이다.
Lead-free free-cutting steel proposed by the present invention may further include at least one selected from the group consisting of Te: 0.002 to 0.1%, Cr: 0.05 to 0.5%, and Ti: 0.01 to 0.2% in addition to the above-mentioned component system. The elements are elements which further improve the machinability in a range that does not degrade the hot rolling property.

Te(텔루륨): 0.002~1%Te (tellurium): 0.002 to 1%

Te는 저융점(융점 450oC) 원소로 MnTe 형성 또는 MnS에 공존하여 MnS 대형화에 기여하며, 또한 압연시 MnS의 변형을 억제하여 비금속개재물의 장단축을 향상시키는 절삭성 향상 원소이다. 상기 Te의 함량이 20ppm미만일 때 상기 효과를 얻기 어려우며, 0.1% 초과하면 열간압연성 확보가 어려우므로, 상기 Te의 함량범위를 0.002~1%로 하는 것이 바람직하다.
Te is a low melting point (melting point 450 o C) element, which coexists with MnTe formation or MnS, which contributes to the increase in MnS size, and is also a machinability improving element that suppresses deformation of MnS during rolling and improves long-term shortening of nonmetallic inclusions. When the Te content is less than 20ppm, it is difficult to obtain the effect, and when it exceeds 0.1%, it is difficult to secure hot rolling property, so the content range of Te is preferably set to 0.002 to 1%.

Cr(크롬): 0.05~0.5%Cr (chrome): 0.05-0.5%

일반적으로 Cr은 소입성 향상과 강도를 증가시키고 MnS에 공존하여 MnS 대형화를 꾀할 수 있는 원소이다. 상기 Cr이 0.05%이상 첨가되어야 상기 효과를 얻을 수 있으나, 0.5%를 초과하면 강도가 증가하여 절삭성이 감소할 수 있다. 따라서, 상기 Cr의 함량범위는 0.05~0.5%로 하는 것이 바람직하다.
In general, Cr is an element capable of increasing hardenability, increasing strength, and coexisting with MnS to increase MnS size. When the Cr is added to 0.05% or more to obtain the above effect, when the content exceeds 0.5%, the strength may increase and the machinability may decrease. Therefore, the content range of Cr is preferably 0.05 to 0.5%.

Ti(티타늄): 0.01~0.2%Ti (titanium): 0.01-0.2%

Ti는 저탄소 쾌삭강에서 적정 강도를 부여하여 절삭성 향상을 꾀할 수 있는 원소이다. 상기 Ti가 0.01%미만으로 첨가되는 경우에는 그 효과를 얻기 어려우며, 0.2% 초과하면 강도의 증가로 인하여 저탄소 쾌삭강에서 요구되는 절삭성이 급격하게 감소할 수 있다. 이에 따라, 상기 Ti의 함량범위는 0.01~0.2%로 하는 것이 바람직하다.Ti is an element capable of improving machinability by imparting appropriate strength in low carbon free cutting steel. When the Ti is added less than 0.01%, it is difficult to obtain the effect, and if it exceeds 0.2%, the cutting property required in low carbon free cutting steel may be drastically reduced due to the increase in strength. Accordingly, the content range of Ti is preferably 0.01 to 0.2%.

이하, 본 발명의 무연쾌삭강용 주편의 제조방법에 대하여 설명한다.
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the manufacturing method of the cast steel for lead-free free cutting steel of this invention is demonstrated.

먼저, 용탕이 들어있는 전로 내에 산소를 취입하여 상기 용탕에 포함된 불순물 C, Si, Mn 및 P 등을 제거하여 용강으로 제조한다. 이 때, 전로정련 종료시점에서 용강 내 프리 산소농도를 400~1000ppm으로 제어하는 것이 바람직한데, 상기 프리 산소농도가 400ppm미만인 경우에는 성분 제어가 어렵고, 1000ppm을 초과하게 되면 내화물의 과다 침식을 초래하는 문제점이 있다.
First, oxygen is blown into a converter containing a molten metal to remove impurities C, Si, Mn, P, and the like contained in the molten metal, thereby preparing the molten steel. At this time, it is desirable to control the free oxygen concentration in the molten steel to 400 ~ 1000ppm at the end of the converter refining, but when the free oxygen concentration is less than 400ppm, it is difficult to control the components, and when it exceeds 1000ppm, it causes excessive erosion of the refractory. There is a problem.

이후, 상기 용강을 탈산하지 않고 티밍레이들로 출강한다. 이 때, 필요하다면 출강 중 합금철 부원료 등을 첨가할 수도 있다.
Thereafter, the molten steel is pulled out by the teaming lays without deoxidation. At this time, if necessary, an alloy ferroalloy may be added during tapping.

출강이 종료된 상기 티밍레이들을 LF(Ladle Furnace, 레이들 퍼니스)정련로로 이송하여 LF정련을 실시한다. 이 때, 상기 용강의 승열을 실시하게 되며, 용강의 승열은 사전에 LF에 형성된 탄소 전극봉을 통해 전기 아크를 용강에 공급함으로써 이루어지게 된다. 승열을 실시하는 도중에도 필요한 경우, 합금철이나 부원료 등을 첨가할 수 있으며, 경우에 따라서는 용강시료 채취와 용강의 산소 농도를 측정하기도 한다. 한편, 용강을 승열하는 과정에는 전기 아크에 의해 슬래그 중 산소화합물이나 대기 중 산소가 분해되어 용강으로 유입되므로, 산소의 농도가 증가하게 된다.
After the tapping is finished, the teaming ladles are transferred to a ladle furnace (LF) refining furnace to perform LF refining. At this time, the heating of the molten steel is performed, and the heating of the molten steel is performed by supplying an electric arc to the molten steel through a carbon electrode rod formed in advance in the LF. Ferroalloy, auxiliary raw materials, etc. may be added if necessary during the heating, and in some cases, the sample of molten steel and the oxygen concentration of the molten steel may be measured. On the other hand, in the process of heating up the molten steel, the oxygen compound in the slag or oxygen in the atmosphere is decomposed and introduced into the molten steel by the electric arc, thereby increasing the concentration of oxygen.

상기 LF정련 종료시점에서는 용강 내 프리 산소농도를 100~200ppm으로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 프리 산소농도가 100ppm미만일 때 LF 정련을 종료하게 되면 소기의 MnS를 형성시키기 어렵고, 200ppm을 초과할 때 종료하게 되면 이후 공정에서 용강의 성분 변동을 예측하기 어려워 성분제어가 용이하지 않게된다. 따라서, LF정련이 종료되는 시점에서는 용강 내 프리 산소농도를 100~200ppm으로 제어하는 것이 바람직하다.
At the end of the LF refining, it is preferable to control the free oxygen concentration in the molten steel to 100 to 200 ppm. When the LF refining is terminated when the free oxygen concentration is less than 100 ppm, it is difficult to form a desired MnS, and when the free oxygen concentration exceeds 200 ppm, it is difficult to predict the component variation of the molten steel in the subsequent process, so that the component control is not easy. Therefore, it is preferable to control the free oxygen concentration in molten steel to 100-200 ppm when LF refining is complete | finished.

이후, 상기 LF정련이 종료된 용강을 연속 주조용 턴디쉬로 이송하여 연속 주조를 행하게 된다. 연속 주조가 시작되고 나면 용강 내 프리산소 농도를 측정하고, 이 때 측정시점은 총 주조시간의 10~50% 시점에서 측정하는 것이 바람직하다. 또한, 이 시점에서의 용강 내 프리 산소농도는 50~150ppm의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 측정된 프리 산소농도가 50ppm미만인 경우에는 절삭성이 상대적으로 불량하고, 150ppm을 초과하게 되면 주편에서 핀 홀, 블로우 홀이 다량으로 발생할 수 있다. 또한, 상기 프리 산소농도를 50~150ppm으로 제어함으로써, 최종 제품의 토탈산소가 0.0015~0.0035%가 되도록 할 수 있다.
Thereafter, the molten steel in which the LF refining is completed is transferred to a continuous casting tundish to perform continuous casting. After the continuous casting is started, the free oxygen concentration in the molten steel is measured, and the measurement time is preferably measured at 10 to 50% of the total casting time. In addition, it is preferable that the free oxygen concentration in molten steel at this time has a range of 50-150 ppm. When the measured free oxygen concentration is less than 50ppm, the machinability is relatively poor, and when the free oxygen concentration exceeds 150ppm, a large amount of pinholes and blowholes may occur in the cast steel. In addition, by controlling the free oxygen concentration to 50 ~ 150ppm, the total oxygen of the final product can be 0.0015 ~ 0.0035%.

상기 연속 주조시에는 몰드 전자교반장치(EMS)와 경압하(Soft Reduction) 장치를 동시에 구동하여 연속 주조를 행할 수 있는데, 상기 장치들의 구동에 의하여 고산소조업에도 불구하고 우수한 주편을 얻을 수 있다. 몰드 전자교반장치를 가동하면 구형이며 크기가 큰 MnS 개재물을 얻는데 유익하고, 경압하 장치는 주편의 중심편석 감소와 주편 표면에서 핀홀, 블로우 홀 등 표면결함을 저감하는데 유리하게 사용될 수 있다.
In the continuous casting, the mold electronic stirrer (EMS) and the soft reduction device may be simultaneously driven to perform continuous casting, and the casting of the devices may provide excellent casts despite the high oxygen operation. Operating the mold electronic stirrer is beneficial for obtaining spherical and large MnS inclusions, and the low pressure device can be advantageously used to reduce center segregation of the cast steel and to reduce surface defects such as pinholes and blowholes on the surface of the cast steel.

이후, 상기와 같이 제조되는 블룸 또는 빌렛을 압연하여 쾌삭강으로 제조하게 되며, 상기 압연 전에는 가열을 실시하게 된다. 상기 가열은 강편압연의 경우, 1250℃이상의 온도에서 5~10시간 유지하는 것이 바람직하며, 선재압연의 경우에는 1200~1350℃의 온도에서 2~5시간 유지시키는 것이 바람직하다. 상기 가열온도가 1200℃미만인 경우에는 유지시간을 길게 하더라도 양호한 선재 표면품질을 얻기 어렵다.
Thereafter, the bloom or billet manufactured as described above is rolled to produce free cutting steel, and heating is performed before the rolling. In the case of steel rolling, the heating is preferably maintained at a temperature of 1250 ° C. or more for 5 to 10 hours, and in the case of wire rolling, the heating is preferably maintained at a temperature of 1200 to 1350 ° C. for 2 to 5 hours. When the heating temperature is less than 1200 ° C., even if the holding time is extended, it is difficult to obtain good wire surface quality.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 예일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지는 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, the following examples are only examples for describing the present invention in more detail, and do not limit the scope of the present invention.

(실시예 1)(Example 1)

하기 표 1의 조성을 갖도록, 100톤 전로와 LF를 거쳐 연속주조 공정을 통해 블룸(단면 400mm×500mm)을 생산한 후, 강편압연을 실시하여 빌렛(단면 160mm×160mm)으로 제조하였다. 이후, 상기 빌렛을 선재압연하여 선경이 φ27mm인 선재로 제조한 후, 최종적으로 φ25mm인 CD(Cold-Drawn) bar로 제조하였다. 일부 발명재들은 200Kg 대기유도가열 용해로에서 생산한 후, 상기 빌렛에 용접한 뒤, 같은 사이즈인 선재와 CD 바로 제조하였다.
To have a composition of Table 1, after producing a bloom (cross section 400mm × 500mm) through a continuous casting process through a 100 ton converter and LF, it was produced as a billet (cross section 160mm × 160mm) by performing a steel sheet rolling. Subsequently, the billet was rolled to prepare a wire having a diameter of φ 27 mm, and finally a CD (Cold-Drawn) bar having a diameter of φ 25 mm. Some inventions were produced in a 200 Kg air induction furnace, welded to the billets, and then made of wire rods and CD bars of the same size.

열간압연성 평가는 선재압연 실시 중 또는 실시 후에 표면상태를 육안으로 검사하였으며, 표면 결함 깊이가 선재의 직경에 대하여 0.6%미만인 경우에는 양호, 그 이상인 경우에는 불량으로 판단하였다.
The hot rolling evaluation was visually inspected during or after the wire rolling, and was judged as good when the surface defect depth was less than 0.6% of the diameter of the wire, and poor when it was higher.

절삭성 평가는 CNC 선반을 이용하여 가공한 후, 평가하였으며, 이용된 절삭강공시편 및 공구의 개략도는 도 1에 나타내었다. 절삭가공은 터닝방식으로 실시하였고, 초기 직경이 25mm인 CD 바를 최종 직경 23mm로 가공하고, 시편 한 개당 이송거리는 20mm로 하였다. 시편 한 개당 절삭가공량(제거된 소재중량)은 11.9그램이고, 총 5,950그램을 제거, 즉 500개의 부품을 절삭가공하였다. 공구는 다이아몬드 형상에 코너각 55°, 여유각 7°, 노즈 반경 R은 0.4mm인 서멧(Cermet)을 이용하였다. 표면조도는 최종 500개 부품을 가공한 후에 시편을 채취하여 표면조도기를 이용하여 측정하였고, 표면조도 측정거리(4mm) 10포인트(point) 평균 거칠기를 나타내는 Rzmax로 하였다.
Machinability evaluation was evaluated after machining using a CNC lathe, and the schematic view of the cutting steel specimen and the tool used is shown in FIG. Cutting was carried out by turning, the CD bar with an initial diameter of 25 mm was processed to a final diameter of 23 mm, and the feeding distance per specimen was 20 mm. The cutting volume (removed material weight) per specimen was 11.9 grams and a total of 5,950 grams were removed, ie 500 parts were cut. The tool used a cermet having a diamond shape with a corner angle of 55 °, a clearance angle of 7 °, and a nose radius R of 0.4 mm. Surface roughness was measured by using a surface roughness after the specimen after processing the final 500 parts, the surface roughness measurement distance (4mm) was 10 points (Rz max ) indicating the average roughness.

본 실시예에서는 Bi와 Sn이 절삭성과 압연성에 미치는 영향에 대한 조사와 최적 합금설계에 관하여 고찰하였다. 하기 표 1에 기재된 SAE1213과 SAE12L14는 각각 시중에 상용화되고 있는 대표적인 유황쾌삭강과 납쾌삭강이며, 이를 이용하여 비교 평가 시험을 실시하였다. 본 발명은 SAE12L14 강종을 대체 목적으로 하였기 때문에 상기 SAE12L14 강종을 기준으로 정하였다. 하기 표 1에 기재된 마모는 공구의 마모 길이를 의미한다.
In this example, the investigation of the effects of Bi and Sn on machinability and rollability and the optimum alloy design were discussed. The SAE1213 and SAE12L14 shown in Table 1 below are representative sulfur free cutting steels and lead free cutting steels, which were commercially available on the market, and were subjected to comparative evaluation tests using them. Since the present invention is intended to replace the SAE12L14 steel grade, it was determined based on the SAE12L14 steel grade. Wear described in Table 1 below means the wear length of the tool.

Figure 112010084675061-pat00001
Figure 112010084675061-pat00001

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명에 부합하는 발명재 1 내지 5는 절삭성과 압연성 모두 우수한 것으로 나타나있다. 반면, 비교재 1은 Bi가 0.25% 첨가되어 절삭성은 확보할 수 있었으나, 압연성이 떨어지는 결과를 나타냈다. 비교재 2는 Bi가 0.09% 첨가됨에 따라, 압연성은 양호하나 공구마모와 표면조도가 기대에 못 미치는 것을 알 수 있다. 또한, 비교재 3은 Sn이 본 발명이 제안하는 범위를 초과하여 첨가됨에 따라, 압연성이 불량하였다. 한편, Sn을 첨가하지 않은 비교재 4는 Bi와 Sn을 복합적으로 첨가한 경우보다 표면조도가 미흡함을 알 수 있다. 비교재 5와 같이 본 발명에서 제시한 붕소함량 범위를 초과한 경우에는 다량의 BN화합물이 형성되어 오히려 압연성이 떨어진다는 것을 알 수 있다.
As can be seen in Table 1, Inventive Materials 1 to 5 in accordance with the present invention is shown to be excellent in both cutting and rolling properties. On the other hand, Comparative material 1 was able to secure the machinability by adding 0.25% Bi, but showed a result of inferior rollability. Comparative material 2, as Bi is added 0.09%, the rolling properties are good, but it can be seen that the tool wear and surface roughness did not meet expectations. In addition, Comparative Material 3 was poor in rollability as Sn was added beyond the range proposed by the present invention. On the other hand, Comparative Material 4 without the addition of Sn can be seen that the surface roughness is less than when Bi and Sn is added in combination. When the boron content range shown in the present invention is exceeded, as in Comparative Material 5, a large amount of BN compound is formed, and it can be seen that rolling property is inferior.

도 2는 본 발명에 부합하는 쾌삭강의 일례에 대한 미세조직사진이다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 저탄소 쾌삭강에서는 Mn/S 비를 적정하게 유지하는 것이 열간압연성을 확보하는데 매우 중요하다. 비교재 6과 같이 Mn/S비가 3.0미만인 경우에는 압연성이 불량해지는데, 그 이유는 압연성에 취약한 FeS가 입계에 생성되기 때문이다. 한편, 비교재 14와 같이 Mn/S비가 5.0을 초과하게 되는 경우에는 Mn의 마이크로 편석이 촉진되어 펄라이트 밴드가 두껍게 생성되어 절삭가공 시 이 부분이 통째로 떨어져 나가는 이빠짐 현상이 발생하여 가공면 표면에 육안으로도 관찰할 수 있는 거대한 흠이 생성된다.
2 is a microstructure photograph of an example of a free cutting steel according to the present invention. As shown in FIG. 2, in the low carbon free cutting steel, maintaining the Mn / S ratio appropriately is very important for securing hot rolling property. As in Comparative Material 6, when the Mn / S ratio is less than 3.0, the rollability is poor because FeS, which is vulnerable to rollability, is formed at grain boundaries. On the other hand, when the Mn / S ratio exceeds 5.0, as in Comparative Material 14, the micro segregation of Mn is promoted to create a thick pearlite band, which causes the entire part to fall off during cutting, resulting in the surface of the machining surface. Huge spots are created that can be observed with the naked eye.

(실시예 2)(Example 2)

본 실시예에는 본 발명의 기본 화학조성에 소량의 Te, Cr, Ti를 첨가했을 때 추가적으로 얻을 수 있는 절삭성 향상 효과에 대해 고찰하고자 하는 것이며, 하기 표 2와 같은 조성을 갖는 CD 바를 상기 실시예 1의 방법을 통해 제조하였으며, 평가 또한 상기 언급한 바와 동일하게 실시하였다.
In this embodiment, the addition of a small amount of Te, Cr, Ti to the basic chemical composition of the present invention is to consider the effect of improving the machinability, CD bar having a composition as shown in Table 2 of Example 1 It was prepared by the method, and the evaluation was also carried out as mentioned above.

Figure 112010084675061-pat00002
Figure 112010084675061-pat00002

상기 표 2에서 알 수 있듯이, Te를 첨가하지 않은 발명재 1과 Te를 적정량으로 첨가한 발명재 6 및 7을 비교하였을 때, 공구 수명과 표면 조도가 향상되는 것을 알 수 있다. 그러나, Te를 과다하게 첨가한 비교재 8은 압연성이 떨어지게 되는 것을 알 수 있다. Cr을 적정량 첨가한 발명재 8 및 9는 Cr이 MnS에 고용하여 MnS의 물성이 향상되거나 MnS와 화합물을 형성하여 개재물을 크게 하는 효과를 볼 수 있으나, 비교재 9와 같이 Cr을 과다하게 첨가한 경우에는 강도의 증가로 인해 절삭성이 떨어지게 된다. 한편, 발명재 10 및 11은 Ti 첨가를 통해 절삭성 향상 효과를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있으나, 비교재 10을 통해 알 수 있듯이, 지나친 Ti 첨가는 강도의 증가로 공구마모가 촉진되며, 절삭성도 떨어뜨리므로 바람직하지 않다.
As can be seen from Table 2, when comparing the invention material 1 and Te and the invention materials 6 and 7 to which Te is added in an appropriate amount, it can be seen that the tool life and surface roughness is improved. However, it turns out that the comparative material 8 which added Te excessively becomes inferior to rolling property. Inventive materials 8 and 9, in which Cr is added in an appropriate amount, have the effect of increasing the inclusions by increasing the physical properties of MnS or forming a compound with MnS by dissolving Cr in MnS. In this case, the machinability is reduced due to the increase in strength. On the other hand, the invention materials 10 and 11 can be confirmed that the effect of improving the machinability through the addition of Ti, as can be seen from the comparative material 10, excessive addition of Ti promotes the wear of the tool due to the increase of the strength, the machinability is also poor It is not desirable because

발명재 12 내지 15는 적정량의 Te, Cr, Ti를 복합적으로 첨가한 예인데, 이와 같은 경우에도 적정량의 범위만 첨가하게 되면, 절삭성 및 압연성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
Invention materials 12 to 15 are examples in which an appropriate amount of Te, Cr, and Ti are added in combination, and in such a case, if only an appropriate amount is added, cutting and rolling properties can be improved.

(실시예 3)(Example 3)

본 실시예에서는 턴디쉬 프리 산소와 소재의 토탈산소와의 관계, 토탈산소와 MnS 크기 그리고 MnS 크기에 따른 표면 조도의 관계 등에 대하여 조사하였다. MnS 개재물이 미치는 영향을 구체적으로 알아보기 위하여 화학성분(C, Mn, P, S, Bi, Sn, B, N)을 본 발명 범위 내에서 고정하였고, 용해 단계에서 Si의 함량에 변화를 주어, 프리 산소를 조정함으로써, 하기 표 3과 같이, 다양한 프리산소 및 토탈산소 및 MnS 크기를 갖는 소재를 제조하였다. 모든 시험재는 200Kg 대기유도용해로 제조되었다.
In this example, the relationship between the tundish-free oxygen and the total oxygen of the material, the relationship between the total oxygen and MnS size and the surface roughness according to the MnS size were investigated. Chemical composition (C, Mn, P, S, Bi, Sn, B, N) was fixed within the scope of the present invention in order to find out the effect of the MnS inclusions in detail, by changing the content of Si in the dissolution step, By adjusting the free oxygen, materials having various free and total oxygen and MnS sizes were prepared as shown in Table 3 below. All test materials were manufactured with 200kg air induction melting.

Figure 112010084675061-pat00003
Figure 112010084675061-pat00003

일반적으로 저탄소 쾌삭강은 미탈산 강이다. 즉, 정련 중에 고의로 탈산을 하지 않는다. 조업 안정화 및 핀홀/블로우 홀 제어 목적으로 산소 함량에 대한 조정이 필요한 경우에는 Si탈산을 실시하는데 Si 첨가량에 따라 프리산소 및 토탈산소 함량이 감소한다. 그러나, Si를 첨가하면 Si-O계 산화물이 생성되어 공구수명을 단축 시켜 지나치게 첨가하는 것은 바람직하지 않다.
In general, low carbon free cutting steels are mithalated steels. That is, it does not deliberately deoxidize during refining. If adjustment of the oxygen content is required for operational stabilization and pinhole / blowhole control purposes, Si deoxidation is carried out, and the content of free and total oxygen decreases depending on the amount of Si added. However, when Si is added, it is not desirable to add Si-O-based oxides and shorten the tool life.

도 3은 토탈산소와 MnS 크기와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3을 통해 알 수 있듯이, 토탈산소량이 증가할수록 MnS 개재물 크기가 증가함으로 알 수 있다. 그러나, 토탈산소가 350ppm을 초과하면 주편 내에 핀홀/블로우 홀이 다량으로 발생하여 압연 중 거대 결함이 발생하게 되어, 압연성이 저하됨을 알 수 있다.
3 is a graph showing the relationship between total oxygen and MnS size. As can be seen from Figure 3, it can be seen that as the total oxygen amount increases MnS inclusion size increases. However, when total oxygen exceeds 350ppm, it can be seen that a large amount of pinholes / blowholes are generated in the cast steel, so that large defects occur during rolling, resulting in deterioration of rollability.

도 4 는 MnS 크기와 표면조도와의 관계를 보여주고 있다. 도 4에서 알 수 있듯이, MnS 크기가 증가함에 따라 표면조도 또한 향상되고 있음을 알 수 있다. 즉, 쾌삭강 제조시 고산소조업을 실시하여 거대한 MnS 개재물을 얻어서 절삭성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 쾌삭강 제조시 산소 함량이 증가하면 핀홀, 블로우홀이 주편 내에 증가하여 표면흠이 발생할 수 있어서 지나치게 산소량을 높이는 것은 바람직하지 않기 때문에, 본 발명에서는 도 5 에 나타낸 것과 같이 절삭성과 압연성을 고려할 때, 프리산소농도는 턴디쉬에서 주조 시점이 10~50% 일 때의 측정 값으로 본 발명에서 제시하는 범위는 50~150ppm로 그리고 소재의 토탈산소는 150~350ppm으로 범위로 제어하는 것이 바람직하다.4 shows the relationship between MnS size and surface roughness. As can be seen in Figure 4, it can be seen that the surface roughness is also improved as the MnS size increases. That is, high oxygen production can be performed in the manufacture of free cutting steel to obtain huge MnS inclusions to improve machinability. However, when the oxygen content is increased during the manufacture of free cutting steel, pinholes and blowholes may increase in the slab, which may cause surface defects. Therefore, it is not desirable to increase the amount of oxygen excessively. At this time, the free oxygen concentration is a measurement value when the casting time in the tundish 10 to 50%, the range proposed in the present invention is preferably controlled in the range of 50 ~ 150ppm and the total oxygen of the material to 150 ~ 350ppm range .

Claims (7)

중량%로, C: 0.03~0.09%, Si: 0.03%이하(0% 제외), Mn: 1.0~1.6%, P: 0.06~0.10%, S: 0.30~0.37%, Bi: 0.13~0.20%, Sn: 0.002~0.01%, B: 0.002~0.005%, N: 0.005%이하(0% 제외), 토탈산소: 150~350ppm, 그리고 Te: 0.002~0.1%, Cr: 0.05~0.5% 및 Ti: 0.01~0.2%로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고,
평균크기가 5㎛2이상인 MnS 개재물을 mm2당 300~1,000개의 범위로 포함하며,
상기 MnS 개재물의 평균면적은 35㎛2이상인 절삭성과 열간압연성이 우수한 저탄소 무연쾌삭강.
By weight%, C: 0.03 ~ 0.09%, Si: 0.03% or less (excluding 0%), Mn: 1.0 ~ 1.6%, P: 0.06 ~ 0.10%, S: 0.30 ~ 0.37%, Bi: 0.13 ~ 0.20%, Sn: 0.002-0.01%, B: 0.002-0.005%, N: 0.005% or less (excluding 0%), Total oxygen: 150-350 ppm, Te: 0.002-0.1%, Cr: 0.05-0.5% and Ti: 0.01 At least one selected from the group consisting of ˜0.2%, balance of Fe and other unavoidable impurities,
MnS inclusions with an average size of at least 5 μm 2 are included in the range of 300 to 1,000 per mm 2 ,
The low-carbon lead-free free-cutting steel excellent in cutting property and hot rolling property whose average area of MnS inclusion is 35 micrometer <2> or more.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 무연쾌삭강은 Mn/S 비율이 3.0~5.0인 것이 특징으로 하는 절삭성과 열간압연성이 우수한 저탄소 무연쾌삭강.
The low-carbon lead-free free cutting steel of claim 1, wherein the lead-free free-cutting steel has a Mn / S ratio of 3.0 to 5.0.
중량%로, C: 0.03~0.09%, Si: 0.03%이하(0% 제외), Mn: 1.0~1.6%, P: 0.06~0.10%, S: 0.30~0.37%, Bi: 0.13~0.20%, Sn: 0.002~0.01%, B: 0.002~0.005%, N: 0.005%이하(0% 제외), 토탈산소: 150~350ppm, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 무연쾌삭강용 용강을 정련하는 방법으로서,
전로정련 종료시점에서 용강 내 프리 산소농도를 400~1000ppm으로 제어하는 단계;
상기 용강을 탈산하지 않고 티밍레이들로 출강하는 단계;
출강이 종료된 상기 티밍레이들을 LF(Ladle Furnace)정련로로 이송하여 LF정련하는 단계;
상기 LF정련 종료시점에서 용강 내 프리 산소농도를 100~200ppm으로 제어하는 단계; 및
상기 LF정련이 종료된 용강을 연속 주조용 턴디쉬로 이송하여 연속 주조하고, 상기 연속 주조가 10~50% 진행된 시점에서 용강 내 프리 산소농도를 50~150ppm으로 제어하는 단계를 포함하는 무연쾌삭강용 주편의 제조방법.
By weight%, C: 0.03 ~ 0.09%, Si: 0.03% or less (excluding 0%), Mn: 1.0 ~ 1.6%, P: 0.06 ~ 0.10%, S: 0.30 ~ 0.37%, Bi: 0.13 ~ 0.20%, Sn: 0.002 ~ 0.01%, B: 0.002 ~ 0.005%, N: 0.005% or less (excluding 0%), Total Oxygen: 150 ~ 350ppm, Residual Fe and other unavoidable impurities.
Controlling the free oxygen concentration in the molten steel to 400 to 1000 ppm at the end of the converter refining;
Tapping with teaming lays without deoxidizing the molten steel;
LF refining by transferring the teaming tiers having finished tapping to a ladle furnace (LF) refining furnace;
Controlling the free oxygen concentration in the molten steel to 100 to 200 ppm at the end of the LF refining; And
The LF refining is completed by transferring the molten steel to a continuous casting tundish, continuous casting, the lead-free free-cutting steel comprising the step of controlling the free oxygen concentration in the molten steel to 50 ~ 150ppm when the continuous casting progressed 10 to 50% Production method of cast steel.
제4항에 있어서, 상기 무연쾌삭강용 용강은 Te: 0.002~0.1%, Cr: 0.05~0.5% 및 Ti: 0.01~0.2%로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 무연쾌삭강용 주편의 제조방법.
The cast steel of claim 4, wherein the molten steel for lead-free free cutting steel further comprises at least one member selected from the group consisting of Te: 0.002-0.1%, Cr: 0.05-0.5%, and Ti: 0.01-0.2%. Manufacturing method.
제4항에 있어서, 상기 무연쾌삭강용 용강은 Mn/S 비율이 3.0~5.0인 것을 특징으로 하는 무연쾌삭강용 주편의 제조방법.
The method of claim 4, wherein the molten steel for lead-free free-cutting steel has a Mn / S ratio of 3.0 to 5.0.
제4항에 있어서, 상기 연속 주조시 몰드 전자교반장치와 경압하 장치를 동시에 구동하는 것을 특징으로 하는 무연쾌삭강용 주편의 제조방법.5. The method of claim 4, wherein the mold electronic stirrer and the pressure reduction device are simultaneously driven during the continuous casting.
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