KR930010326B1 - 기계절삭용 연강과 그 제조 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

기계절삭용 연강과 그 제조 방법

본 발명은 개량된 절삭성능을 구비하는 기계절삭용 연강(軟鋼)분야에 관한 것이다. 기계-절삭 강철은 선반 같은 고속-절삭 공작 기계수단에 의해서 여러가지 부품을 절삭하는데 사용된다.

이 유형의 강철에서 요구되는 주요 성질의 하나는 절삭공구의 마모를 될 수 있는 한 적게 하는 것이다. 사실상, 낮은 마모는 높은 절삭 속도를 가능하게 하고, 기계의 높은 생산성 또는 절삭공구의 긴 수명을 수반하게 된다.

기계-절삭 강철의 조성은, 특히 칩(chip)의 제거를 용이하게 하고 그 절삭공구의 마모를 제한하여, 절삭성능을 개량하는 작용을 수행하는 다수의 황화망간 포함물이 강철 안에 존재하도록 선정된다. 따라서 기계-절삭 강철은 황(중량비로 0.1 내지 0.3% 또는 그이상)과 망간(1.5%까지)의 높은 함량을 포함한다.

특별히 높은 절삭성이 요망될때에는, 예를 들면 표준 NF-A-35561내의 등급 S250, S250ph, S300 또는 S300pb로부터 취해진 기계절삭용 연강을 사용하는 것이 가능하다.

이 등급들은 :

- 절삭 공구를 손상하게 되는 경질 규소(silica) 포함물의 존재를 피하기 위해서, 규소의 함량을 대단히 낮게한다(0.05% 이하이며 양호하게는 0.02% 이하) :

- 절단하는 동안에 황화 망간의 포함물의 윤활 효과를 증가하게 되는 작용을 하는 상당한 양의 납(0.20 내지 0.30%)을 금속에 대해서 추가하는 것을 특징으로 한다 :

그러나, 납의 추가는 중대한 문제가 있다. 우선, 용해된 강철내에 납은 균일하게 용해하기 어렵다. 그 높은 밀도로 인해서, 납은 금속 용기의 바닥에 축적되기 쉽다. 무엇보다도, 납이 금속 용해물에 투입될때, 납의 특히 낮은 증발온도는 매우 유독한 일산화 납 가스를 발생시키므로 유독가스로부터 작업원들을 보호하기 위하여 별개의 안전장치가 필요하였다.

그러므로 납 대신에 동등한 절삭성을 갖는 물질을 대체하는 것이 대단히 바람직할 것이다. 비스무트 같은 원소들을 납 대신에 첨가할 수 있으나, 대단히 높은 원가로 인해서 기계-절삭 강철의 대량 생산에 사용하기에는 적합하지 않다.

본 발명의 목적은 그 납 원소를 첨가하지 않고도, S250pb 및 S300pb와 같은 납을 구비한 동급의 종류와 절삭성이 동등한, 기계절삭용 연강을 제공하는 것이다.

이 목적을 성취하기 위하여, 본 발명의 연강은,

- 그 조성이 중량비로 탄소(C)≤0.25%, 망간(Mn)=0.8-1.5%, 인(P)≤0.1%, 황(S)=0.15-0.40%, 규소(Si)=0.05-0.40%이며,

- 제조가 완성된 후의 연강의 조성된 황화망간의 포함물이, 중량비로 산화규소(SiO₂) : 35 내지 45%, 산화알루미늄(Al₂O₃) : 10 내지 20%, 산화칼슘(CaO) : 15 내지 25%, 산화망간(MnO) : 10 내지 20%의 평균 조성을 갖는 가소성 산화물층에 의해서 들러 싸이는 것을 특징으로 하는 것이다.

유익하게는, 탄소함량이 0.16%이거나 그 이하이며, 기계-절삭용 연강에 가장 일반적으로 첨가된 함량인 0.09%정도이면 더욱 양호하다.

연강은 또 5 내지 50ppm의 함량으로 칼슘 또는 5 내지 200ppm의 함량으로 텔루륨(Tellurium)을 함유할 수도 있다.

본 발명의 다른 목적은, 규소 및 망간을 금속욕에 추가한 다음에, 금속욕이 대략 1의

로, CaO : 20 내지 55%, SiO₂: 35 내지 65%, Al₂O₃내지 40%의 중량비 조성을 갖는 슬렉 존재하에 교반되는 것을 특징으로 하는, 기계절삭용 강철을 용해 상태에서 제조하기 위한 방법이다.

선택적으로, 산화물을 위해서 요망되는 조성을 얻은 것을 용이하게 하기 위하여, 규소가 추가된 다음에 강철의 톤당 0.1 내지 0.3Kg의 알루미늄이 추가될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명물은 납과 같이 값이 비싸거나 유독가스를 발생시키는 원소를 용해금속에 추가하지 않고, 높은 절삭성능을 구비한 기계절삭용 연강을 제조하는 것이다.

제조가 완성된 금속에서, 황화망간의 포함물은, 평균조성이 특정한 범위내에 있는 산화물로 구성되는, 높은 가소성 층 내에 싸여있다. 이 범위는 MnO산화물이 CaO산화물에 동화되어 있는, 삼원도포 CaO-SiO₂-Al₂O₃의 가소성 섹터(sector)에 일치한다.

중량비 조성에서, 본 발명에 의한 등급은 상당한 양의 규소 존재하에 전통적으로 사용되고(또 표준 NF-A-35561에 의해서 확정된) 연질의 기계-절삭 강철 S250 및 S300과는 다르다.

상기에서 설명된 바와 같이, 규소(및 일반적으로 알루미늄 같은 강한 탈산화제)는 기계-절삭 강철 내에 상당한 양으로 존재하면 해로운 효과를 가질 수 있는 경질의 포함물을 형성하기 위하여, 금속내에 용해된 산소를 포착한다. 그러므로 가장 공통적인 기계-절삭 강철에 관한 표준은 대단히 낮은 수준의 규소를 갖는 것이다.

본 발명의 발명자들은, 그러한 표준에 의해서 일반적으로 용인되고 주장된 견해들은 반박하면서, 어떤 상태에서는 상당히 큰 양의 규소가 그 존재로 인해서 제품의 실용성에 불리한 영향을 주는 일 없이, 높은 절삭성의 연질 기계-절삭 연강내에 존재할 수 있다는 것을 보여 주었다.

규소의 함량을 0.05%보다 낮게 하면, 강철에서의 산소함유 포함물의 너무 높게 되므로 납 또는 비스무트같은 것을 첨가하여야 되며, 또한 규소의 함량을 0.40%보다 더 높게하면 산소 함유 포함물이 낮게 되어 황화망간을 둘러싸기 어렵고 강의 기계적 성질에 해로운 이산화규소(SiO₂)가 형성될 위험이 증대된다. 따라서 규소는 중량비로 0.05-0.40%로 조성되는 것이 적당하다.

금속 내에 규소의 이러한 혼합은,

- 강철의 용해물에 규소를 도입하는 동안에 형성된 포함물, 특히 순수 규소의 포함물의 많은 부분을 제거하고;

- 남은 산화된 포함물을, 금속이 응고되고 뒤이어 마무리되고 있는 동안에 그 행동이 기계 절삭을 위한 납을 함유한 강철 등급내의 납의 행동에 유사한 가소성 포함물을 전환하는 것을 가능하게 하는 제조 방법을 반드시 수반하여야 한다. 텔루륨 5 내지 200ppm의 예상혼합의 목적은 황화물의 고온 변형가능성을 제한하고져 하는 것이다. 이것은, 완성된 다음에, 황화물이 금속의 역학적 성질의 동방성을 상당히 손상시키게 되는 대단히 길게 늘어난 형상을 취하지 않도록 하게 된다. 이 작용은 또 칼슘에 의해서 수행될 수도 있다. 그러나, 이 원소는 산화물 포함물이 그 변형 가능성에 해가 되는 높은 CaO함량을 갖지 않도록 하기 위해서, 특히 한정된 양으로만 추가되어야 한다.

상기한 발명을 실시예에 의하여 설명하면 다음과 같다. 금속이 금속용기, 예를 들면 처리 용기내에 부어질때, 금속을 위한 요망되는 조성을 얻기 위해서 필요한 규소, 탄소, 망간, 황 및 필요하면, 텔루륨이 추가된다, 또 CaO : 20 내지 55%의 범위내의 조성을 갖는 슬랙(Slag)을 얻기 위해서 필요한, 석회, 규회석 및 알루미나 같은, 광석물질도 추가된다. 또 한편으로는, 이 슬랙내의 CaO와 SiO₂의 함량의 비율은, 그 염기도 비율을 표현하는 것인데, 양호하게는 1정도이어야 한다. 가능한한 표준화된 추가 수단에 의해서 이 슬랙 조성을 얻기 위해서, 금속을 처리 용기 내에 부어넣고, 동시에 일차 생산 노(爐)(전환로 또는 전기로)로부터 나오는 슬랙의 작은 양만이 처리용기에 들어갈 수 있도록 하는 것이 좋다. 이것은 노 내에 슬랙의 보존을 위한 공지된 장치, 또는 용기로부터 용기에 금속을 기우려 따르는 수단에 의해서 실시될 수 있다. 용해된 강철은 그 다음에 금속의 탈산화 동안에 형성된 순수 규소의 포함물을 제거하기 위하여, 가능한한 충분한 시간 동안(30분 또는 그이상)처리용기내에서 교반된다. 또 한편으로는, 이 교반은 용융금속을 슬랙과 열역학적 균형을 이르게 해서, 남은 산화된 포함물이 상술한 바와 같이 요망된 조성을 가질 수 있도록 한다. 이 교반은 가스의 화입 또는 금속에 전자기장의 적용같은, 공지된 수단으로 실시된다. 이 생산동안에 금속과 슬랙의 조성이 감시되거나, 필요한 수정이 이루어진다.

금속의 탈산화하는, 규소의 추가에 첨부되는, 액체 금속 톤당 0.1 내지 0.3kg의 비율로 부분적으로 알루미늄을 추가함으로서 실시될 수 있다. 이것은 이 시점에서 형성된 순수한 이산화규소(SiO₂)의 감소되고 산화물을 위한 계획된 조성을 얻는 것을 보다 용이하게 하는 것이 가능하다.

만일 칼슘의 추가가 산화물의 포함을 위한 요망되는 조성을 더 용이하게 얻는데 편리한 것이 증명되거나, 황화물의 가소성이 제한되어야 한다면, 이러한 추가는 생산 과정의 종료 무렵에, 양호하게는 분말의 화입 또는 심선(Core Wire)의 풀기에 의해서 실시되어야 한다. 보통으로 추가되는 양은 강철 톤당 칼슘 150g이다.

금속의 잉곳-주조 또는 연속주조가, 최종제작을 위해서 준비된 제품을 얻는 것을 가능하게 하는 마무리 처리 작업에서와 같이, 기계-절삭 강철의 전통적인 등급에 대한 것과 같은 조건으로 실시된다.

예를 들면, 본 발명에 의한, 연강을 고속도강의 공구로 절삭하였을때, 탄소 0.1%, 망간 0.97%, 인 0.06%, 유황 0.30%, 규소 0.17%, 텔루트 70ppm 및 납이 없는 조성으로된 연강을 고속도강의 공구로 절삭하였을때 공구의 수명은 150m/min의 절삭속도에서 60분이다. 이 결과들은 기계절삭용 납-농축 연질 강철 S300pb의 절삭 동안에 기록된 것과 유사하다.

또 한편으로 카아바이드(Carbide)의 공구로서, 200m/min 보다 높은 절삭속도에서는, S300pb강철과 비교해서 본 발명에 의한 강철의 절삭속도를 3배로 할 수 있다.

물론, 본 발명으로부터 이탈됨이 없이, 언급되지 않고 그 존재가 얻어진 포함물의 가소성을 논의하지 않고 원소들을 청구된 등급에 추가하는 것이 가능하다. 또 한편으로는, 규소의 추가와 가소성 산화 포함물의 형성이 방금 설명된 바와 같이 납의 추가에 대체될 수 있을 뿐 아니라, 그러한 추가와 함께 일어날 수 있다. 추가된 납의 양은 그때에 보통 사용된 양 보다 낮을 수 있다.

액체 금속의 제조와 주조 및 금속의 초기 전환에 대한 다른 변형도 마찬가지로 가능하다. 예를 들면, 그레이딩(grading)작업은 금속내에 용해된 가스의 함량을 감소하기 위하여 진공에서 실시될 수 있다.

필수요소는 원소의 추가와 생산방법에 대한 변화가 청구된 발명에 의한 금속의 중량비 조성 성취와 포함물의 성질을 방해하지 않는다는 것이다.

Claims (8)

1. 중량비 조성이 C≤0.25%, mn : 0.8-1.5%, P≤0.1%, S : 0.15%, Si : 0.05-0.40%이며, 제조가 완성된 후에, 황화망간의 포함물이 중량비로 SiO₂: 35 내지 45%, Al₂O₃: 10 내지 25%, MnO : 10 내지 20%의 평균 조성을 갖는 가소성 산화물 층에 의해서 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 기계절삭용 연강.
2. 제1항에 있어서, 탄소의 중량비 함량이 대략 0.16%이하이거나 동등한 것을 특징으로 하는 기계절삭용 연강.
3. 제2항에 있어서, 그 칼슘 함량이 대략 5 내지 50ppm인 것을 특징으로 하는 기계절삭용 연강.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 그 텔루륨 함량이 대략 5 내지 200ppm인 것을 특징으로 하는 기계절삭용 연강.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 그 납 함량이 대략 0.05 내지 0.30%인 것을 특징으로 하는 기계절삭용 연강.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄소의 중량비 함량이 대략 0.09%이하이거나 동등한 것을 특징으로 하는 기계절삭용 연강.
7. 1) 규소와 망간이 금속욕에 추가되고, 2) 용융금속이, 대략 1의

   

   로, CaO : 20 내지 55%, SiO₂: 35 내지 65%, Al₂O₃: 15 내지 40%의 중량비 조성을 갖는 슬랙 존재하에 금속용기내에서 교반되는 것을 특징으로 하는 기계절삭용 연강을 용융 상태에서 제조하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 금속욕에 규소를 추가한 다음에 강철의 톤당 0.1 내지 0.3kg의 알루미늄이 추가되는 것을 특징으로 하는 기계절삭용 연강을 제조하는 방법.