KR20100059956A

KR20100059956A - 2상 스테인리스 강선재, 강선 및 볼트 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20100059956A
Application number: KR1020107007555A
Authority: KR
Inventors: 고오지 다까노; 신지 쯔게; 마사유끼 덴도오; 유우지 모리; 요시노리 다다
Original assignee: 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-06-04
Also published as: KR20120137446A; TW200927956A; EP2199421B1; CN101815803A; EP2199421A4; CN101815803B; ES2814823T3; KR101287772B1; WO2009048137A1; TWI394848B; EP2199421A1; KR101248260B1

Abstract

이 냉간 단조성이 우수한 고강도ㆍ고내식 볼트용 오스테나이트ㆍ페라이트계 2상 강선재는 질량％로, C ; 0.005 내지 0.05％, Si ; 0.1 내지 1.0％, Mn ; 0.1 내지 10.0％, Ni ; 1.0 내지 6.0％, Cr ; 19.0 내지 30.0％, Cu ; 0.05 내지 3.0％, N ; 0.005 내지 0.20％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 실질적으로 불가피적 불순물로 구성되고, C＋N ; 0.20％ 이하, (a)식의 M값이 60 이하, (b)식의 F값이 45 내지 85이고, 인장 강도가 550 내지 750N/㎟이다.

Description

2상 스테인리스 강선재, 강선 및 볼트 및 그 제조 방법 {DUPLEX STAINLESS STEEL WIRE MATERIAL, STEEL WIRE, BOLT, AND METHOD FOR PRODUCTION OF THE BOLT}

본 발명은 냉간 단조성이 우수한 2상 스테인리스 강선재에 관한 것으로, 예를 들어 SUS304 정도의 내식성을 갖는 고강도 볼트를 저렴하게 제공한다.

본 발명은 냉간 가공성이 우수한 착자성을 갖는 연질의 2상 스테인리스 강선재에 관한 것으로, 예를 들어 SUS304, SUS316 정도의 내식성을 갖는 나사, 핀, 철망, 와이어, 로프, 스프링 등의 강냉간 가공 부품을 저렴하게 제공할 수 있는 동시에 착자성을 부여한 냉간 가공성이 우수한 연질 2상 스테인리스 강선재에 관한 것이다.

본원은 2007년 10월 10일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2007-264992호, 2007년 10월 10일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2007-264993호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

지금까지, 강도 700N/㎟ 레벨의 고강도ㆍ고내식 볼트에 대해서는, SUS304 선재가 범용적으로 사용되어 왔다. 그러나, 최근, 자동차, 가전 등의 분야를 중심으로 볼트의 고강도화(경량화)가 더욱 요구되어 왔다. 또한, SUS304 볼트는 고가의 Ni 원료를 많이 함유하여 가격이 높기 때문에, 저비용화도 강하게 요구되어 왔다.

지금까지, 볼트의 고강도화는, 예를 들어 마르텐사이트계 스테인리스강의 SUS630 볼트로 대응되어 왔다(예를 들어, 특허 문헌 1).

그러나, SUS630 볼트는 강도가 우수하지만, 내식성이 충분하지 않을 뿐만 아니라, 냉간 단조성이 현저하게 떨어지므로 제조 비용이 대폭으로 높아, 사용은 매우 한정적이었다.

또한, 제조성이 우수한 저렴한 약 13％ Cr계의 마르텐사이트계 스테인리스강제의 고력 볼트도 제안되어 있다(특허 문헌 2). 그러나, 내식성이 불충분하여, 사용이 한정되어 있다.

또한, 고(C＋N)량의 오스테나이트계 스테인리스강제의 고력 볼트가 제안되어 있다(특허 문헌 3). 그러나, 냉간 단조성이 떨어지므로 제조 비용이 대폭으로 높아, 시장에 받아들여져 있지 않다.

한편, 최근, 고가의 Ni의 사용을 억제한 저Ni계의 저렴한 2상 스테인리스강(특허 문헌 4 내지 6)이 제안되어 있다.

그러나, 종래의 2상 스테인리스강에서는, 냉간 단조성이 나쁘고, 또한 제조 비용이 높아, 2상 스테인리스강제의 볼트는 시장에 존재하고 있지 않았다.

이상, 지금까지의 스테인리스강 볼트 및 볼트용 스테인리스 강선재에 있어서, 고내식성, 고강도, 고냉간 단조성, 저비용을 겸비하는 제품이 없었다.

내식성을 필요로 하는 나사, 핀, 철망, 와이어 등의 제품에 대해서는, SUS304, SUSXM7 등의 오스테나이트계 스테인리스 강선재를 사용하여, 신선이나 냉간 단조, 굽힘 가공 등의 강냉간 가공에 의해 제조되어 왔다. 선재의 냉간 가공에 있어서는, 재료의 고연신 특성이 요구되는 강판의 프레스 성형성과 달리, 연질이고 고인장 파단 드로잉 특성이 요구된다(고연신 특성은 요구되지 않음). 연질이라 함은, 선재의 인장 강도로, 700N/㎟ 이하, 바람직하게는 650N/㎟ 이하가 요구된다.

그러나, 오스테나이트계 스테인리스강의 제품은 고가의 Ni가 다량으로 첨가되어 있으므로, 저렴한 제조 프로세스임에도 불구하고, 제품 가격이 높다고 하는 결점이 있었다.

또한, 오스테나이트계 스테인리스강은 자성이 없으므로, 파스너의 체결 작업 시에 공구에 붙지 않으므로 작업성이 나쁘고, 철망ㆍ메쉬(특히 식품용 컨베이어 등)에서 재료가 결락되어 식품에 혼입된 경우에 자기 센서에 의해 혼입을 체크할 수 없는 등, 자성이 없으므로 더욱 불편함이 발생하고 있었다.

자성, 내식성을 필요로 하는 제품에 대해서는, 페라이트계 스테인리스 강선재로 제조되어, 저C, N에서 Nb가 첨가된 페라이트계 스테인리스 강선재가 제안되어 왔다(특허 문헌 7 내지 9).

그러나, 냉간 가공 제품의 내식성이 부족할 뿐만 아니라, 고Cr계에서는 선재 압연 시의 표면 손상으로 인해 제조 비용이 높게 되어 있었다.

한편, 최근, Ni를 저감시킨 저렴한 2상 스테인리스강이 많이 제안되어 있다(특허 문헌 10 내지 12).

특허 문헌 10에는 저Ni계에서 강도를 높이는 질소를 0.04％ 이상 함유하는 영률이 우수한 고강도 2상 스테인리스강이 기재되어 있다. 그러나, 강도를 높이기 위해 Si를 1％ 초과, 질소를 0.04％ 이상 첨가하고 있고, 실시예에는 80㎏/㎟를 초과하는 고강도강이 기재되어 있고, 연질이고 고인장 파단 드로잉 특성이라고 하는 사고 방식은 없어, 실질적으로 선재의 냉간 가공성은 곤란하다.

특허 문헌 11에는 저Ni계에서 0.05％ 이상의 질소를 함유하는 내식성 및 양호한 용접성을 갖는 2상 스테인리스강이 기재되어 있다. 그러나, 냉간 가공성에 대해서는 기재되어 있지 않고, 강도를 높이는 질소의 바람직한 범위는 0.06 내지 0.12％, 실시예에는 질소가 0.13％ 이상 함유되는 강(저Si강)이 기재되어 있고, 연질이고 고인장 파단 드로잉 특성이라고 하는 사고 방식은 없어, 실질적으로 선재의 냉간 가공성은 곤란하다.

특허 문헌 12에는 저Ni계에서 0.05％ 이상의 질소를 함유하는 완화(relaxation)가 우수한 고강도 2상 스테인리스강이 기재되어 있다. 그러나, 실시예에는 강도를 높이는 질소가 0.13％ 이상 함유되는 강이 기재되어 있고, 연질이고 고인장 파단 드로잉 특성이라고 하는 사고 방식은 없어, 실질적으로 선재의 냉간 가공성은 곤란하다.

특허 문헌 13에는 저Ni계에서 0.05％ 이상의 질소를 함유하는 연성 및 딥드로잉성이 우수한 2상 스테인리스강이 기재되어 있다. 그러나, 실시예에는 연신을 개선하여 강판의 딥드로잉성을 개선하기 위해 강도를 높이는 질소가 0.08％ 이상 함유되는 강이 기재되어 있고, 연질이고 고인장 파단 드로잉 특성이라고 하는 사고 방식은 없어, 실질적으로 선재의 냉간 가공성은 곤란하다.

이상, 지금까지의 스테인리스강에 있어서, 선재의 냉간 가공성에 필요한 연질이고 고파단 드로잉 특성을 갖고, 또한 저렴하고 고내식성, 착자성을 나타내는 것은 없었다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 평9-314276호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 제2005-179718호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특허 출원 공개 제2006-274295호 공보 특허 문헌 4 : 국제 공개 WO2005/073422호 공보 특허 문헌 5 : 일본 특허 제3271262호 공보 특허 문헌 6 : EP0337846호 명세서 특허 문헌 7 : 일본 특허 제2906445호 공보 특허 문헌 8 : 일본 특허 제2817266호 공보 특허 문헌 9 : 일본 특허 출원 공개 제2006-16665호 공보 특허 문헌 10 : 일본 특허 출원 공개 소62-47461호 공보 특허 문헌 11 : 일본 특허 출원 공개 소61-56267호 공보 특허 문헌 12 : 일본 특허 출원 공개 평2-305940호 공보 특허 문헌 13 : 일본 특허 출원 공개 제2006-169622호 공보

본 발명의 목적은, 저렴한 고강도ㆍ고내식 볼트용 오스테나이트ㆍ페라이트계 2상 강선재, 강선 및 볼트 및 그 제조 방법을 제공하는 것으로, 저렴한 고내식 2상 스테인리스강선의 조직ㆍ성분ㆍ재질을 제어함으로써 냉간 단조성과 볼트 제품의 고강도화를 부여하는 데 있다.

본 발명의 목적은 냉간 가공성과 내식성이 우수하고, 자성을 갖는 저렴한 2상 스테인리스 강선재를 제공하여, 종래의 오스테나이트계 스테인리스 강선재의 냉간 가공 제품의 제조 비용을 대폭으로 내리고, 또한 착자성을 부여하는 데 있다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 다양하게 검토한 결과, 고내식의 2상 스테인리스강에서 고가인 Ni 함유량을 저감시키는 동시에, 성분 조정으로 조직을 안정화시켜(저M값), 페라이트상의 체적분율을 높게 제어하고, 또한 열처리와 신선 가공으로 선재, 강선의 인장 강도를 적정화함으로써, 냉간 단조성과 볼트 제품의 고강도화를 저렴하게 양립할 수 있는 것을 발견하였다.

또한, 본 발명자들은 자성을 갖는 페라이트상 ＋ 오스테나이트상의 고내식성 2상 스테인리스강을 기초로, 고가의 Ni를 저감시키는 동시에 성분 조정으로 조직을 제어하고(M값 제어), 또한 저(C＋N)화로 가공 경화를 억제함으로써, 저렴한 고내식성의 2상 스테인리스 강선재에서 비약적으로 우수한 냉간 가공성을 부여할 수 있는 것을 발견하였다.

본 발명은 상기 지식에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지로 하는 바는 이하와 같다.

즉, 본 발명의 제1 형태는,

질량％로,

C ; 0.005 내지 0.05％,

Si ; 0.1 내지 1.0％,

Mn ; 0.1 내지 10.0％,

Ni ; 1.0 내지 6.0％,

Cr ; 19.0 내지 30.0％,

Cu ; 0.05 내지 3.0％,

N ; 0.005 내지 0.20％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 실질적으로 불가피적 불순물로 구성되고, C＋N ; 0.20％ 이하, (a)식의 M값이 60 이하, (b)식의 F값이 45 내지 85이고, 인장 강도가 550 내지 750N/㎟인 오스테나이트ㆍ페라이트계 2상 강선재이다.

본 발명의 제2 형태는, 제1 형태에 추가하여,

질량％로,

Mo ; 1.0％ 이하를 함유해도 좋다.

본 발명의 제3 형태는, 제1 형태에 추가하여,

질량％로,

B ; 0.01％ 이하를 함유해도 좋다.

본 발명의 제4 형태는, 제1 형태에 추가하여,

질량％로,

Al ; 0.1％ 이하,

Mg ; 0.01％ 이하,

Ca ; 0.01％ 이하 중, 1종 이상을 함유해도 좋다.

본 발명의 제5 형태는, 제1 형태에 추가하여,

질량％로,

Nb ; 1.0％ 이하,

Ti ; 0.5％ 이하,

V ; 1.0％ 이하,

Zr ; 1.0％ 이하 중, 1종 이상을 함유해도 좋다.

본 발명의 제6 형태는, 상기 제1 내지 제5 형태 중 어느 하나로 이루어지고, 또한 인장 강도가 700 내지 1000N/㎟인 오스테나이트ㆍ페라이트계 2상 강선이다.

본 발명의 제7 형태는, 상기 제1 내지 제5 형태 중 어느 하나로 이루어지고, 또한 인장 강도가 700 내지 1200N/㎟인 고강도ㆍ고내식 볼트이다.

본 발명의 제8 형태는, 상기 제1 내지 제5 형태 중 어느 하나로 이루어지고, 또한 인장 강도가 700 내지 1000N/㎟인 오스테나이트ㆍ페라이트계 2상 강선을, 냉간 볼트 성형 후에 300 내지 600℃에서 1 내지 100분의 시효 열처리를 실시하는 고강도ㆍ고내식 볼트의 제조 방법이다.

본 발명의 제9 형태는, 질량％로,

C ; 0.005 내지 0.05％,

Si ; 0.1 내지 1.0％,

Mn ; 0.1 내지 10.0％,

Ni ; 1.6 내지 6.0％,

Cr ; 19.0 내지 30.0％,

Cu : 0.05 내지 3.0％,

N ; 0.005％ 이상, 0.06％ 미만을 함유하고, 잔량부가 Fe 및 실질적으로 불가피적 불순물로 구성되고, C＋N ; 0.09％ 이하, (a)식의 M값이 60 이하이고, 인장 강도가 700N/㎟ 이하이고, 인장 파단 드로잉이 70％ 이상인 착자성을 갖는 연질 2상 스테인리스 강선재이다.

본 발명의 제10 형태는, 제9 형태에 추가하여,

질량％로,

Mo ; 3.0％ 이하를 함유해도 좋다.

본 발명의 제11 형태는, 제9 형태에 추가하여,

질량％로,

B ; 0.01％ 이하를 함유해도 좋다.

본 발명의 제12 형태는, 제9 형태에 추가하여,

질량％로,

Al ; 0.1％ 이하,

Mg ; 0.01％ 이하,

Ca ; 0.01％ 이하 중, 1종 이상을 함유해도 좋다.

본 발명의 제13 형태는, 제9 형태에 추가하여,

질량％로,

Nb ; 1.0％ 이하,

Ti ; 0.5％ 이하,

V ; 1.0％ 이하,

Zr ; 1.0％ 이하 중, 1종 이상을 함유해도 좋다.

본 발명에 의한 냉간 단조성이 우수한 고강도ㆍ고내식 볼트용 2상 스테인리스 강선재는 고가의 Ni를 그다지 함유하고 있지 않음에도 불구하고, 우수한 냉간 단조성을 확보하는 동시에 SUS304 정도 이상의 고내식성과 고강도를 부여할 수 있어, 고강도ㆍ고내식 볼트를 저렴하게 제공하는 효과를 발휘한다.

본 발명에 의한 냉간 가공성이 우수한 연질의 2상 스테인리스 강선재는 고가의 Ni를 그다지 함유하고 있지 않음에도 불구하고, 비약적으로 우수한 냉간 가공성, 착자성과 SUS304, SUS316 등의 오스테나이트계 스테인리스강 정도의 내식성을 부여할 수 있어, 착자성을 갖는 고내식성 제품을 저렴하게 제공할 수 있다고 하는 현저한 효과를 발휘한다.

도 1은 F값과 선재 제품의 페라이트상의 체적분율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 F값에 따른 강선(15％ 신선재)의 가공률(％)과 압축 변형 응력(N/㎟)의 관계를 나타내는 도면이다.

본 발명의 제1 내지 제8 형태의 한정 이유에 대해 설명한다.

C는 볼트 제품의 강도를 확보하기 위해 0.005％ 이상 함유시킨다. 그러나, 0.05％를 초과하여 함유시키면 Cr 탄질화물이 생성되어 내식성이 열화될 뿐만 아니라, 냉간 단조성이 열화되므로, 0.05％ 이하로 한정한다. 바람직하게는 0.03％ 이하이다.

N은 고용 강화와 시효 경화에 의해 볼트 제품의 강도를 확보하기 위해 0.005％ 이상 함유시킨다. 그러나, 0.20％를 초과하여 함유시키면 냉간 단조성이 현저하게 열화된다. 그로 인해, 상한을 0.20％로 한다. 바람직한 범위는 0.05％ 미만이다.

C＋N은 상기한 냉간 단조성의 이유로부터 0.20％ 이하로 한정한다. 바람직하게는 0.10％ 이하이다.

Si는 탈산을 위해 0.1％ 이상을 함유시킨다. 그러나, 1.0％를 초과하여 함유시키면 냉간 단조성이 열화된다. 그로 인해, 상한을 1.0％로 한다. 바람직한 범위는 0.2 내지 0.6％이다.

Mn은 탈산을 위한 및 안정된 오스테나이트 조직을 얻기 위한 조정으로서 0.1％ 이상을 함유시킨다. 그러나, 10.0％를 초과하여 함유시키면 녹방지 및 페라이트 체적분율이 감소하고, 인장 강도가 상승하여, 냉간 단조성이 열화된다. 그로 인해, 상한을 10.0％로 한정한다. 바람직한 범위는 0.5 내지 5.0％이다.

Ni는 오스테나이트 조직을 안정화시켜, 냉간 단조성을 확보하기 위해 1.0％ 이상 함유시킨다. 그러나, 6.0％를 초과하여 함유시켜도 그 효과는 포화되고, 반대로 페라이트상의 체적분율이 45％ 이하로 되어, 냉간 단조성(공구 수명)이 열화될 뿐만 아니라, Ni는 고가이므로 경제성이 떨어진다. 그로 인해, 상한을 6.0％로 한정한다. 바람직한 범위는 3.0 초과, 5.0％ 이하이다.

Cr은 내식성을 확보하고, 페라이트상의 체적분율을 증가시키고, 또한 오스테나이트 조직을 안정화시켜 냉간 단조성을 확보하기 위해, 19.0％ 이상 함유시킨다. 그러나, 30.0％를 초과하여 함유시켜도, 그 효과는 포화되고, 반대로 페라이트상의 체적분율이 85％를 초과하므로, 볼트 제품의 강도가 저하된다. 그로 인해, 상한을 30.0％로 한다. 바람직한 범위는 22.0 내지 26.0％이다.

Cu는 오스테나이트 조직을 안정화하고, 가공 경화를 억제하여 냉간 단조성을 향상시키고, 또한 냉간 단조 후의 시효 처리 시에, 페라이트상의 시효 경화를 촉진시켜 볼트 제품을 고강도화하는 데 유효하다. 그로 인해, 0.05％ 이상 함유시킨다. 그러나, 3.0％를 초과하여 함유시키면 Cu의 고용한도를 초과하여 소재의 열간 제조성이 현저하게 열화되므로, 상한을 3.0％로 한다. 바람직한 범위는 0.2％ 이상 1.0％ 미만이다.

하기 (a)식의 M값은 오스테나이트상의 안정도에 기여하고, 철과 강, 63(1977), 772 페이지에 기재된 지표로, M값이 높아지면 경질의 가공 유기 마르텐사이트상이 생성된다. 2상 스테인리스강의 냉간 단조의 경우, M값이 60을 초과하면 냉간 단조 시에 경질의 가공 유기 마르텐사이트상이 생성되어, 냉간 단조성이 현저하게 열화된다[공구 수명 열위(劣位), 냉간 단조 균열 발생]. 그로 인해, M값을 60 이하로 한정한다. 바람직한 범위는 40 이하이다.

하기 (b)식의 F값은 페라이트상의 체적분율에 기여하고, 일본 특허 공고 평7-74416호 공보에 기재된 지표로, F값이 높아지면 페라이트상이 증가한다. 도 1은 F값과 2상 스테인리스 강선재 제품의 페라이트상의 체적분율을 조사한 것이다. F값이 45 이상으로 되면 페라이트상의 체적분율이 45vol.％ 이상으로 되어, 고내력, 저가공 경화 특성을 나타내고(도 2), 제품의 강도(볼트축부의 인장 강도)를 700 내지 1200N/㎟로 고강도화할 수 있고, 또한 헤드부의 냉간 단조성을 확보할 수 있다. 그로 인해, F값을 45 이상으로 한정한다. 도 2의 F값에 따른 가공률(％)과 압축 변형 응력(N/㎟)의 관계에 나타낸 바와 같이, F값이 45 미만에서는, 가공 경화가 크고, 냉간 단조성(압조 균열, 공구 손상)이 크게 열화된다. 한편, F값이 85를 초과하면, 연질의 페라이트상이 85％를 초과하고, 강도가 높은 오스테나이트상이 줄기 때문에, 볼트 제품의 강도가 반대로 저하된다. 그로 인해, 상한을 85로 한다. 바람직한 범위는 50 내지 80이다.

선재의 인장 강도는 냉간 단조성에 크게 기여하고, 선재의 인장 강도가 550N/㎟ 미만인 경우, 볼트 등의 냉간 단조 부품의 강도가 낮아, 고강도 제품으로서의 가치가 낮아진다. 그로 인해, 하한을 550N/㎟로 한정한다. 한편, 선재의 인장 강도가 750N/㎟를 초과하면 냉간 단조성이 현저하게 열화된다(공구 수명 열화, 냉간 단조 균열 발생). 그로 인해, 상한을 750N/㎟로 한다. 바람직한 범위는 600 내지 700N/㎟이다.

Mo는 내식성을 향상시키는데 유효한 원소이고, 0.1％ 이상의 첨가로 안정적으로 효과가 얻어진다. 그러나, 1.0％를 초과하여 함유시키면 재료의 비용이 상승할 뿐만 아니라, 재료가 경질화되어, 냉간 단조성이 열화된다. 그로 인해, 상한을 1.0％로 한정한다. 바람직한 범위는 0.2％ 이상, 0.5％ 미만이다.

B는 열간 가공성을 향상시키는데 유효한 원소이고, 0.001％ 이상의 첨가로 안정적으로 효과가 얻어진다. 그러나, 0.01％를 초과하여 함유시켜도 보라이드(boride)가 생성되어, 내식성 및 냉간 단조성이 열화된다. 그로 인해, 상한을 0.01％로 한정한다. 바람직한 범위는 0.002 내지 0.006％이다.

Al, Mg, Ca는 탈산에 유효하므로, Al ; 0.005％ 이상, Mg ; 0.001％ 이상, Ca ; 0.001％ 이상의 1종류 이상의 첨가로 안정적으로 효과가 얻어진다. 그러나, 각각 Al ; 0.1％, Mg ; 0.01％, Ca ; 0.01％를 초과하여 함유시켜도 그 효과는 포화되고, 반대로 조대 산화물(개재물)이 발생하고, 냉간 단조성 균열이 발생한다. 그로 인해, 각각 상한을 Al ; 0.1％, Mg ; 0.01％, Ca ; 0.01％로 한다. 바람직한 범위는 Al ; 0.01 내지 0.06％, Mg ; 0.002 내지 0.005％, Ca ; 0.002 내지 0.005％의 1종류 이상을 함유시키는 것이다.

Nb, Ti, V, Zr은 Cr 탄질화물의 생성을 억제하여 내식성을 확보하는데 유효하고, Nb ; 0.05％ 이상, Ti ; 0.02％ 이상, V ; 0.05％ 이상, Zr ; 0.05％ 이상의 1종류 이상의 첨가로 안정적으로 효과가 얻어진다. 그러나, Nb ; 1.0％, Ti ; 0.5％, V ; 1.0％, Zr ; 1.0％를 초과하여 함유시켜도, 그 효과는 포화되고, 반대로 조대 석출물이 발생하고, 냉간 단조성 균열이 발생한다. 그로 인해, 각 원소의 상한을 규정한다. 바람직한 범위는 Nb ; 0.1 내지 0.6％, Ti ; 0.05 내지 0.5％, V ; 0.1 내지 0.6％, Zr ; 0.1 내지 0.6％ 중, 1종 이상을 함유시킨다.

통상, 불가피적 불순물로서, 제조 공정상, 강은 산소를 함유하지만, 본 발명의 경우, 불가피적 불순물로서, 0.01％ 이하의 산소로 하는 것이 바람직하다.

선재를 신선 가공하여, 인발 강선으로 하지만, 강선의 인장 강도는 냉간 단조성과 볼트 제품 강도에 크게 기여하고, 강선의 인장 강도가 700N/㎟ 미만인 경우, 볼트 제품의 강도가 낮아져, 고강도 제품으로서의 가치가 낮아진다. 그로 인해, 하한을 700N/㎟로 한정한다. 한편, 강선의 인장 강도가 1000N/㎟를 초과하면 냉간 단조성이 현저하게 열화된다(공구 수명 열화, 냉간 단조 균열 발생). 그로 인해, 상한을 1000N/㎟로 한다. 바람직한 범위는 750 내지 900N/㎟이다.

본 발명의 고강도 볼트의 인장 강도는 신선 가공과 냉간 단조 후의 시효 열처리에 고강도화한다. 이때, 볼트 제품의 인장 강도가 700N/㎟ 미만에서는 고강도 볼트 제품으로서의 가치가 낮다. 한편, 볼트 제품의 인장 강도를 1200N/㎟ 이상으로 하면 냉간 단조 균열이나 공구 손상 등, 냉간 단조 비용이 현저하게 열화된다. 그로 인해, 볼트 제품의 인장 강도의 상한을 1200N/㎟로 한다. 경제적 효과를 발휘하는 바람직한 범위는 800 내지 1000N/㎟이다.

본 발명의 강선을 냉간 단조에 의해 볼트에 성형한 후, 볼트 제품의 인장 강도를 효과적으로 향상시키기 위해, 300℃ 이상, 1분 유지 이상의 시효 열처리를 실시하면 효과적이다. 한편, 600℃를 초과하면 과시효로 되므로, 볼트 제품의 인장 강도가 저하된다. 그로 인해, 상한을 600℃로 한다. 바람직한 온도 범위는 400 내지 550℃이다. 또한, 유지 시간이 100분을 초과하면 시효 경화의 효과가 포화될 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 과시효에 의해 볼트 제품의 인장 강도가 저하된다. 그로 인해, 유지 시간의 상한을 100분으로 한다. 바람직한 유지 시간의 범위는 5 내지 60분이다.

본 발명의 제9 내지 제13 형태의 한정 이유에 대해 설명한다.

C는 강의 강도를 확보하기 위해, 0.005％ 이상 첨가한다. 그러나, 0.05％를 초과하여 첨가하면 냉간 가공성이 열화될 뿐만 아니라 Cr탄화물이 생성되어 내식성도 열화된다. 그로 인해, 상한을 0.05％ 이하로 한다. 바람직한 범위는 0.01 내지 0.03％이다.

N은 고용 강화에 의해 냉간 가공 부품의 강도를 확보하기 위해, 0.005％ 이상 첨가한다. 그러나, 0.06％ 이상을 첨가하면 인장 강도가 상승하여, 냉간 가공성이 열화된다. 그로 인해, 상한을 0.06％ 미만으로 한다. 통상의 2상 스테인리스강에서는 고가의 합금 원소의 사용을 줄이기 위해 0.06％ 이상의 N을 첨가하지만, 본 강의 경우, 조직이나 성분 밸런스의 제어와 함께 N 함유량을 낮게 억제하여 연질이고 선재의 냉간 가공성을 비약적으로 향상시키는 것이 특징이다. 바람직한 범위는 0.02 이상, 0.05％ 미만이다.

C＋N은 상기한 냉간 가공성의 이유로부터 0.09％ 이하로 한정한다. 바람직하게는 0.07％ 이하이다.

Si는 탈산을 위해 0.1％ 이상 첨가한다. 그러나, 1.0％를 초과하여 첨가하면 경질화되어 냉간 가공성이 열화된다. 그로 인해, 상한을 1.0％로 한다. 바람직한 범위는 0.2 내지 0.6％이다.

Mn은 탈산을 위한 및 페라이트＋오스테나이트의 2상 조직을 얻고, 또한 오스테나이트 조직을 안정화시키기 위한 조정으로서, 0.1％ 이상 첨가한다. 그러나, 10.0％를 초과하여 첨가하면 내식성 및 강도 상승에 의해 냉간 가공성이 열화된다. 그로 인해, 상한을 10.0％로 한정한다. 바람직한 범위는 0.5 내지 5.0％이다.

Ni는 M값을 낮게 하여 페라이트＋오스테나이트의 2상 조직을 얻고, 또한 오스테나이트 조직을 안정화시켜, 냉간 가공성을 확보하기 위해 1.6％ 첨가한다. 그러나, 6.0％를 초과하여 첨가해도 그 효과는 포화되고, Ni는 고가이므로 경제성이 떨어진다. 그로 인해, 상한을 6.0％로 한정한다. 바람직한 범위는 2.0 내지 5.0％이다.

Cr은 내식성을 확보하고, 또한 페라이트＋오스테나이트의 2상 조직을 얻고, 또한 오스테나이트 조직을 안정화시켜 냉간 가공성을 확보하기 위해, 19.0％ 이상 첨가한다. 그러나, 30.0％를 초과하여 첨가해도, 그 효과는 포화되고, 냉간 가공성이 반대로 열화된다. 그로 인해, 상한을 30.0％로 한다. 바람직한 범위는 20.0 내지 26.0％이다.

Cu는 M값을 낮추어 페라이트＋오스테나이트의 2상 조직을 얻고, 또한 오스테나이트 조직을 안정화하고, 가공 경화를 억제하여 냉간 가공성을 향상시키기 위해 0.05％ 이상 함유시킨다. 그러나, 3.0％를 초과하여 함유시키면 Cu의 고용한도를 초과하여 소재의 열간 제조성이 현저하게 열화되므로, 상한을 3.0％로 한다. 바람직한 범위는 1.0％ 미만이다.

하기 (a)식의 M값은 오스테나이트상의 안정도에 기여하고, 철과 강, 63(1977), 772 페이지에 기재된 지표로, M값이 높아지면 경질의 가공 유기 마르텐사이트상이 생성된다. 2상 스테인리스강의 냉간 단조의 경우, M값이 60을 초과하면 냉간 가공 시에 경질의 가공 유기 마르텐사이트상이 생성되어, 냉간 가공성이 현저하게 열화된다. 그로 인해, M값을 60 이하로 한정한다. 바람직한 범위는 40 이하이다.

선재의 인장 강도는 선재의 냉간 가공성에 크게 기여하고, 선재의 인장 강도가 700N/㎟를 초과하면 냉간 가공성이 현저하게 열화된다. 그로 인해, 상한을 700N/㎟로 한다. 한편, 선재의 인장 강도가 500N/㎟ 미만인 경우, 냉간 가공 제품의 강도가 지나치게 낮아, 제품으로서의 가치가 낮아진다. 그로 인해, 바람직하게는 하한을 500N/㎟로 한정한다. 바람직한 범위는 500 내지 650N/㎟이다.

선재의 인장 파단 드로잉은 선재의 냉간 가공성에 크게 기여하고, 선재의 인장 파단 드로잉이 70％ 미만인 경우, 냉간 신선 가공, 냉간 단조성 등의 냉간 가공성이 열화된다. 그로 인해, 70％ 이상으로 한정한다. 바람직한 범위는 75％ 이상이다.

착자성은 오스테나이트계 스테인리스강에는 없는 기능이고, 파스너의 체결 작업 시에 자성 공구로의 착자성에 의한 작업성의 향상, 철망ㆍ메쉬(특히 식품용 컨베이어 등)에서 재료가 결락되어 식품에 혼입된 경우의 자기 센서에 의해 혼입 방지 등, 공업적으로 착자성은 큰 기능이다. 그로 인해, 본 발명에서 착자성을 한정한다. 바람직하게는 비유자율(比誘磁率)로 3.0 이상이다.

Mo는 내식성을 향상시키는 데 유효한 원소로, 0.1％ 이상의 첨가로 안정적으로 효과가 얻어진다. 그러나, 3％를 초과하여 첨가하면 재료가 경질화될 뿐만 아니라, 시그마상이 석출되어, 냉간 가공성이 현저하게 열화된다. 그로 인해, 상한을 3％로 한정한다. 바람직한 범위는 0.3 내지 1.0％이다.

B는 열간 가공성을 향상시키는 데 유효한 원소로, 0.001％ 이상의 첨가로 안정적으로 효과가 얻어진다. 그러나, 0.01％를 초과하여 첨가해도 보라이드가 생성되어, 내식성 및 냉간 가공성이 열화된다. 그로 인해, 상한을 0.01％로 한정한다. 바람직한 범위는 0.002 내지 0.006％이다.

Al, Mg, Ca는 탈산에 유효하므로, Al ; 0.005％ 이상, Mg ; 0.001％ 이상, Ca ; 0.001％ 이상의 1종류 이상의 첨가로 안정적으로 효과가 얻어진다. 그러나, 각각, Al ; 0.1％, Mg ; 0.01％, Ca ; 0.01％를 초과하여 함유시켜도 그 효과는 포화되고, 반대로 조대 산화물(개재물)이 발생하여, 냉간 가공성이 열화된다. 그로 인해, 각각 상한을 Al ; 0.1％, Mg ; 0.01％, Ca ; 0.01％로 한다. 바람직한 범위는 Al ; 0.008 내지 0.06％, Mg ; 0.001 내지 0.005％, Ca ; 0.001 내지 0.005％의 1종류 이상을 함유시키는 것이다.

Nb, Ti, V, Zr은 Cr 탄질화물의 생성을 억제하여 내식성을 확보하는 데 유효하고, Nb ; 0.01 이상, Ti ; 0.01％ 이상, V ; 0.01％ 이상, Zr ; 0.01％ 이상의 1종류 이상의 첨가로 안정적으로 효과가 얻어진다. 그러나, Nb ; 1.0％, Ti ; 0.5％, V ; 1.0％, Zr ; 1.0％를 초과하여 함유시켜도 그 효과는 포화되고, 반대로 조대 석출물이 발생하여, 냉간 가공성이 열화된다. 그로 인해, 각 원소의 상한을 규정한다. 바람직한 범위는 Nb ; 0.05 내지 0.6％, Ti ; 0.05 내지 0.5％, V ; 0.1 내지 0.6％, Zr ; 0.05 내지 0.6％ 중, 1종 이상을 함유시킨다.

(제1 실시예)

이하에 본 발명의 제1 실시예에 대해 설명한다.

표 1 내지 표 4에 제1 실시예의 강의 화학 조성을 나타낸다.

이들 화학 조성의 강은 300㎏의 진공 용해로에서 용해하여, φ180㎜의 주조편으로 주조하고, 그 주조편을 φ5.5 내지 6.5㎜까지 열간의 선재 압연을 행하고, 1050℃에서 열간 압연을 종료하고, 계속해서 인라인 열처리로 1050℃에서 5분 유지, 수냉의 용체화 처리를 실시하고, 그 후, 산세를 행하여 선재 제품으로 하였다. 그 후, 옥살산 피막 처리를 실시하고, φ5.2㎜까지 냉간으로 경신선 가공을 실시하고, 냉간 단조용 강선으로 마무리하였다.

그 후, 냉간 단조 및 전조 가공에 의해 육각 볼트로 약 5000개 가공을 실시하였다. 그리고, 일부에서 300 내지 650℃, 3 내지 200분 유지의 시효 처리를 실시하였다. 그 후, 모든 볼트에서 배럴 연마ㆍ세정에 의해 육각 볼트 제품으로 마무리하였다.

평가는 강선의 인장 강도, 강선의 페라이트상의 체적분율, 냉간 단조성(균열 유무, 공구의 결손 유무), 볼트 제품의 인장 강도, 내식성을 평가하였다. 그 평가 결과를 표 5 내지 표 8에 나타낸다.

기계적 성질은 JIS Z 2241의 인장 시험에서의 인장 강도와 파단 드로잉으로 평가하였다. 본 발명예의 강선에서는, 모두 650 내지 1000N/㎟의 범위이고, 본 발명예의 볼트 제품에서는, 모두 700 내지 1200N/㎟의 범위에 있고, 고강도가 우수했다.

강선의 페라이트상의 체적분율은 강선의 종단면을 경면 연마하고, 무라카미 시약으로 페라이트상을 착색하고, 화상 해석에 의해 면적률을 산출하여 체적분율을 구하였다. 본 발명예의 강선은, 페라이트 분율은 45 내지 85vol.％의 범위에 있었다.

냉간 단조성은 3단 헤더에 의해 6각 헤드에 5000개 압조 가공을 실시하여, 압조 균열의 유무와 공구 손상에 대해 평가하였다. 공구 손상이 발생하지 않은 경우를 공구 수명 ○, 공구 손상이 발생하는 경우를 공구 수명 ×로 하여 평가하였다. 본 발명예의 선재는 냉간 균열 발생 없음, 공구 수명 ○로 냉간 단조성이 우수했다.

볼트 제품의 내식성은 JIS Z 2371의 염수 분무 시험에 따라서, 각 볼트 제품 10개씩에 대해, 100시간의 분무 시험을 실시하여 녹이 발생하는지 여부로 평가하였다. 녹 발생 없음 및 약간의 점녹(spot rust) 레벨이면 내식성을 ○, 흐르는 녹(flowing rust), 전체면 녹 발생의 경우에는 내식성을 ×로 하여 평가하였다. 본 발명예의 볼트 제품의 녹방지성은 모두 ○였다.

한편, 비교예 번호 38 내지 61은 본 발명의 범위 밖에 있고, 냉간 단조성, 볼트 제품의 강도, 내식성 등이 열화되어 있어, 본 발명의 우위성은 명백하다.

(제2 실시예)

이하에 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명한다.

표 9, 표 10에 제2 실시예에서 사용한 강(공시재)의 화학 조성(질량％)을 나타낸다.

이들 화학 조성의 강은 150㎏의 진공 용해로에서 용해하여, φ180㎜의 주조편으로 주조하고, 그 주조편을 φ5.5㎜까지 열간의 선재 압연을 행하여, 1050℃에서 열간 압연을 종료하고, 그대로, 1050℃에서 5분, 수냉의 연속 열처리를 실시하고, 산세를 행하여 선재로 하였다. 그 후, 통상의 프로세스로 φ2.0㎜까지 냉간 강신선 가공을 실시하여, 그 강선을 컨베이어용 메쉬 형상의 철망으로 굽힘 가공으로 냉간 가공하였다.

평가는 선재의 인장 강도, 인장 파단 드로잉, 냉간 가공성, 내식성, 착자성을 평가하였다. 그 평가 결과를 표 11, 표 12에 나타낸다.

선재의 인장 강도와 인장 파단 드로잉은 JIS Z2241의 인장 시험에서의 인장 강도와 파단 드로잉으로 평가하였다. 본 발명예의 선재에서는, 모두 인장 강도 ; 500 내지 700N/㎟, 파단 드로잉 ≥ 70％의 범위였다.

냉간 가공성은 냉간 신선 가공과 그 후의 철망 가공성으로 평가하였다. 단선, 절손 없이 철망으로 성형할 수 있었던 경우의 냉간 성형성을 ○, 단선이나 절손에 의해 철망으로 성형할 수 없었던 경우를 ×로 하여 평가하였다. 본 발명예의 선재에서는 단선, 절손이 없고, 냉간 가공성이 우수했다.

내식성은 산세된 선재의 표층을 #500으로 연마한 후, JIS Z 2371의 염수 분무 시험에 따라서, 100시간 분무 시험을 실시하여, 녹이 발생하는지 여부로 평가하였다. 녹 발생 없음 및 점녹 레벨이면 내식성을 ○, 흐르는 녹, 전방면 녹 발생의 경우에는 내식성을 ×로 하여 평가하였다. 본 발명 강의 내식성의 평가는 모두 ○였다.

착자성은, 철망에서 페라이트미터(간이 유자율계)에 의해 비유자율을 측정하였다. 비유자율이 착자성을 명확하게 확인할 수 있는 3.0 이상이면, 착자성 있음, 3.0 미만의 경우를 착자성 없음으로 하여 평가하였다.

한편, 비교예 번호 86 내지 107은 본 발명의 범위 밖에 있고, 냉간 가공성, 내식성, 비용, 착자성 등에서 열화되어 있어, 본 발명의 우위성은 명백하다.

이상의 각 실시예로부터 명백해진 바와 같이, 본 발명의 고가의 Ni를 그다지 함유하지 않은 고내식성의 2상 스테인리스 강선재는 우수한 냉간 단조성을 갖는 동시에 볼트 제품의 고강도화가 가능하고, 고강도ㆍ고내식 볼트를 저렴하게 제공할 수 있고, 또한 너트에도 적용이 가능해, 산업상 극히 유용하다.

이상의 각 실시예로부터 명백해진 바와 같이, 본 발명에 의해 연질이고 착자성을 갖는 저렴한 2상 스테인리스 강선재를 제조할 수 있고, 비약적으로 우수한 냉간 가공성과 함께 SUS304, SUS316 등 오스테나이트계 스테인리스강 정도의 내식성을 부여할 수 있고, 나사, 핀, 철망, 와이어, 로프, 스프링 등, 착자성을 갖는 고내식의 냉간 가공 제품을 저렴하게 제공할 수 있어, 산업상 극히 유용하다.

Claims

질량％로,
C ; 0.005 내지 0.05％,
Si ; 0.1 내지 1.0％,
Mn ; 0.1 내지 10.0％,
Ni ; 1.0 내지 6.0％,
Cr ; 19.0 내지 30.0％,
Cu ; 0.05 내지 3.0％,
N ; 0.005 내지 0.20％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 실질적으로 불가피적 불순물로 구성되고, C＋N ; 0.20％ 이하, (a)식의 M값이 60 이하, (b)식의 F값이 45 내지 85이고, 인장 강도가 550 내지 750N/㎟인, 냉간 단조성이 우수한 고강도ㆍ고내식 볼트용 오스테나이트ㆍ페라이트계 2상 강선재.
제1항에 있어서, 질량％로,
Mo ; 1.0％ 이하를 함유하는, 냉간 단조성이 우수한 고강도ㆍ고내식 볼트용 오스테나이트ㆍ페라이트계 2상 강선재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 질량％로,
B ; 0.01％ 이하를 함유하는, 냉간 단조성이 우수한 고강도ㆍ고내식 볼트용 오스테나이트ㆍ페라이트계 2상 강선재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 질량％로,
Al ; 0.1％ 이하,
Mg ; 0.01％ 이하,
Ca ; 0.01％ 이하 중, 1종 이상을 함유하는, 냉간 단조성이 우수한 고강도ㆍ고내식 볼트용 오스테나이트ㆍ페라이트계 2상 강선재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 질량％로,
Nb ; 1.0％ 이하,
Ti ; 0.5％ 이하,
V ; 1.0％ 이하,
Zr ; 1.0％ 이하 중, 1종 이상을 함유하는, 냉간 단조성이 우수한 고강도ㆍ고내식 볼트용 오스테나이트ㆍ페라이트계 2상 강선재.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 화학 조성을 갖고, 인장 강도가 700 내지 1000N/㎟인, 냉간 단조성이 우수한 고강도ㆍ고내식 볼트용 오스테나이트ㆍ페라이트계 2상 강선.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 화학 조성을 갖고, 인장 강도가 700 내지 1200N/㎟인, 고강도ㆍ고내식 볼트.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 화학 조성을 갖고, 인장 강도가 700 내지 1000N/㎟인 오스테나이트ㆍ페라이트계 2상 강선을, 냉간 볼트 성형 후에 300 내지 600℃에서 1 내지 100분의 시효 열처리를 실시하는, 고강도ㆍ고내식 볼트의 제조 방법.
질량％로,
C ; 0.005 내지 0.05％,
Si ; 0.1 내지 1.0％,
Mn ; 0.1 내지 10.0％,
Ni ; 1.6 내지 6.0％,
Cr ; 19.0 내지 30.0％,
Cu : 0.05 내지 3.0％,
N ; 0.005％ 이상, 0.06％ 미만을 함유하고, 잔량부가 Fe 및 실질적으로 불가피적 불순물로 구성되고, C＋N ; 0.09％ 이하, (a)식의 M값이 60 이하이고, 인장 강도가 700N/㎟ 이하이고, 인장 파단 드로잉이 70％ 이상인, 냉간 가공성이 우수한 착자성을 갖는 연질 2상 스테인리스 강선재.
제9항에 있어서, 질량％로,
Mo ; 3.0％ 이하를 함유하는, 냉간 가공성이 우수한 착자성을 갖는 연질 2상 스테인리스 강선재.
제9항 또는 제10항에 있어서, 질량％로,
B ; 0.01％ 이하를 함유하는, 냉간 가공성이 우수한 착자성을 갖는 연질 2상 스테인리스 강선재.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 질량％로,
Al ; 0.1％ 이하,
Mg ; 0.01％ 이하,
Ca ; 0.01％ 이하 중, 1종 이상을 함유하는, 냉간 가공성이 우수한 착자성을 갖는 연질 2상 스테인리스 강선재.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 질량％로,
Nb ; 1.0％ 이하,
Ti ; 0.5％ 이하,
V ; 1.0％ 이하,
Zr ; 1.0％ 이하 중, 1종 이상을 함유하는, 냉간 가공성이 우수한 착자성을 갖는 연질 2상 스테인리스 강선재.