JP2023508022A - Bearing wire rod and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

Figure 2023508022000001

【課題】自動者、建設用部品などの冷間加工時に必要な軟質化熱処理を短縮するか省略し得るベアリング用線材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】重量%で、C:0.8~1.2%、Si:0.01~0.6%、Mn:0.1~0.6%、Cr:1.0~2.0%、Al:0.01~0.06%、N:0.02%以下(0は除外)、残りはFe及び不可避な不純物からなり、微細組織の旧オーステナイト結晶粒サイズは、3~10μmであり、方位差角度(Misorientation angle)が15°以上である高傾角粒界長さの和が単位面積当たり1,000~4,000mm/mmであることを特徴とする。
【選択図】図5

Figure 2023508022000001

The present invention provides a wire rod for bearings and a method of manufacturing the same, which can shorten or omit the softening heat treatment required in the cold working of automobiles, construction parts, and the like.
[Means for Solving Problem] In terms of % by weight, C: 0.8 to 1.2%, Si: 0.01 to 0.6%, Mn: 0.1 to 0.6%, Cr: 1.0 to 2.0 %, Al: 0.01 to 0.06%, N: 0.02% or less (0 is excluded), the rest consists of Fe and inevitable impurities, and the prior austenite grain size of the microstructure is 3 to 10 μm and the sum of the lengths of high-angle grain boundaries having a misorientation angle of 15° or more is 1,000 to 4,000 mm/mm 2 per unit area.
[Selection drawing] Fig. 5

Description

本発明はベアリング用線材及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a wire rod for bearings and a manufacturing method thereof.

線材の炭素含有量が高くなるほど素材の強度が急激に増加するので、直接的な成形及び加工が難しく、冷却時に旧オーステナイト結晶粒界によって析出される初析セメンタイトにより素材の軟性又は靭性が急激に低下する。
線材の軟質化のために一般的に球状化熱処理を行う。球状化熱処理は、冷間成形時に冷間加工性を向上させるためにセメンタイトを球形化し、均質な粒子分布を誘導する。また、加工ダイスの寿命を向上させるために加工される素材の硬度を低下させる。
一方、冷間圧造用線材(CHQ)は、球状化の加速のために先に伸線加工を実施するが、炭素含有量が相対的に高いベアリング用線材は、伸線加工を先に導入する場合、内部欠陥による断線が発生する虞がある。
As the carbon content of the wire increases, the strength of the material increases sharply, making direct forming and processing difficult. Proeutectoid cementite, which is precipitated at the grain boundaries of the former austenite during cooling, drastically reduces the softness or toughness of the material. descend.
A spheroidizing heat treatment is generally performed to soften the wire. The spheroidizing heat treatment induces a homogeneous particle distribution by spheroidizing the cementite to improve cold workability during cold forming. It also lowers the hardness of the material being machined in order to improve the life of the working dies.
On the other hand, wire for cold heading (CHQ) is drawn first to accelerate spheroidization, but wire for bearings with a relatively high carbon content is drawn first. In this case, disconnection due to internal defects may occur.

通常、ベアリング鋼用線材を鋼線で製造するためには、1回以上の軟質化熱処理を行う。その後、冷間鍛造性を向上させるために伸線及び熱処理工程を追加で行うことになり、冷間鍛造性は、軟質化熱処理後に引張強度及び球状化率により確保される。
しかし、ベアリング用線材の軟質化のためには、700~800℃の高温で30時間以上の長期間処理が所要とされるため、多くの熱処理費用及び生産時間が必要となり製品の製造原価を上昇させる原因となる。したがって、追加軟質化熱処理工程を短縮又は省略することができるベアリング用線材及びその製造方法に対する開発が要求されている。
Generally, one or more softening heat treatments are performed in order to manufacture a wire rod for bearing steel from a steel wire. Thereafter, wire drawing and heat treatment processes are additionally performed to improve the cold forgeability, and the cold forgeability is ensured by the tensile strength and spheroidization rate after the softening heat treatment.
However, in order to soften the wire for bearings, long-term treatment at a high temperature of 700 to 800°C for 30 hours or more is required, so a lot of heat treatment costs and production time are required, increasing the manufacturing cost of the product. cause it to Therefore, there is a demand for development of a bearing wire and a method of manufacturing the same that can shorten or omit the additional softening heat treatment process.

本発明の目的とするところは、自動者、建設用部品などの冷間加工時に必要な軟質化熱処理を短縮するか省略することができるベアリング用線材及びその製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a bearing wire and a method of manufacturing the same, which can shorten or omit the softening heat treatment required in the cold working of automobiles, construction parts, and the like.

本発明のベアリング用線材は、重量%で、C:0.8~1.2%、Si:0.01~0.6%、Mn:0.1~0.6%、Cr:1.0~2.0%、Al:0.01~0.06%、N:0.02%以下(0は除外)、残りはFe及び不可避な不純物からなり、微細組織の旧オーステナイト結晶粒サイズは、3~10μmであり、方位差角度(Misorientation angle)が15°以上である高傾角粒界長さの和が単位面積当たり1,000~4,000mm/mmであることを特徴とする。 The wire rod for bearings of the present invention has, in weight percent, C: 0.8 to 1.2%, Si: 0.01 to 0.6%, Mn: 0.1 to 0.6%, and Cr: 1.0. ~2.0%, Al: 0.01 to 0.06%, N: 0.02% or less (0 is excluded), the rest consists of Fe and inevitable impurities, and the prior austenite grain size of the microstructure is 3 to 10 μm, and the sum of the lengths of high-angle grain boundaries having a misorientation angle of 15° or more is 1,000 to 4,000 mm/mm 2 per unit area.

方位差角度が15°以下である低傾角粒界長さの和が単位面積当たり250~800mm/mmであり、前記低傾角粒界のうち方位差角度が5°以下である粒界の割合は、40~80%であることがよい。
前記微細組織は、粒界には網状型初析セメンタイトで構成され、粒内にはパーライトで構成されることが好ましい。
パーライト内の層状間隔は、0.05~0.2μmであることができる。
The sum of the lengths of low-angle grain boundaries with a misorientation angle of 15° or less is 250 to 800 mm/mm 2 per unit area, and the proportion of the grain boundaries with a misorientation angle of 5° or less among the low-angle grain boundaries is preferably 40 to 80%.
It is preferable that the fine structure is composed of reticular proeutectoid cementite at grain boundaries and pearlite within grains.
The lamellar spacing within the perlite can be 0.05-0.2 μm.

引張強度は、1,200MPa以上、断面積減少率(RA)は、20%以上であることがよい。
1回軟質化熱処理後のセメンタイトの平均縦横比が2.5以下であることが好ましい。
1回軟質化熱処理後の引張強度が750MPa以下であることができる。
The tensile strength is preferably 1,200 MPa or more, and the cross-sectional area reduction rate (RA) is preferably 20% or more.
The average aspect ratio of cementite after the first softening heat treatment is preferably 2.5 or less.
Tensile strength after one softening heat treatment may be 750 MPa or less.

本発明のベアリング用線材の製造方法は、重量%で、C:0.8~1.2%、Si:0.01~0.6%、Mn:0.1~0.6%、Cr:1.0~2.0%、Al:0.01~0.06%、N:0.02%以下(0は除外)、残りはFe及び不可避な不純物からなるビレットを950~1,050℃の温度範囲で加熱する段階、Ae1~Acm℃の温度範囲で、下記式(1)で表現される臨界変形量以上の変形量で仕上げ熱間圧延して線材を製造する段階、及び前記線材を3℃/sec以上の速度で500~600℃温度範囲まで冷却した後、1℃/sec以下の速度で冷却する段階、を含むことを特徴とする。
式(1):-1.6Ceq+3.11Ceq-0.48
ここで、Ceq=C+Mn/6+Cr/5であり、C、Mn、Crは、各元素の重量%を意味する。
In the method for producing a wire rod for bearings of the present invention, in weight %, C: 0.8 to 1.2%, Si: 0.01 to 0.6%, Mn: 0.1 to 0.6%, Cr: 1.0 to 2.0%, Al: 0.01 to 0.06%, N: 0.02% or less (0 is excluded), the rest is Fe and unavoidable impurities. heating in a temperature range of Ae1 to Acm ° C., finishing hot rolling at a deformation amount equal to or greater than the critical deformation amount expressed by the following formula (1) to produce a wire rod; cooling to a temperature range of 500 to 600° C. at a rate of 3° C./sec or more, and then cooling at a rate of 1° C./sec or less.
Formula (1): −1.6 Ceq 2 +3.11 Ceq −0.48
Here, Ceq=C+Mn/6+Cr/5, and C, Mn, and Cr mean weight percent of each element.

前記線材は、下記式(2)を満足することができる。
式(2):Tpf-Tf≦50℃
ここで、Tpfは、仕上げ熱間圧延前の線材の平均表面温度であり、Tfは、仕上げ熱間圧延後の線材の平均表面温度である。
加熱時間は、90分以下であることがよい。
The wire can satisfy the following formula (2).
Formula (2): Tpf-Tf≤50°C
Here, Tpf is the average surface temperature of the wire before finish hot rolling, and Tf is the average surface temperature of the wire after finish hot rolling.
The heating time is preferably 90 minutes or less.

仕上げ熱間圧延前のオーステナイト結晶粒の平均サイズ(AGS)は、5~20μmであることが好ましい。
冷却後、前記線材をAe1~Ae1+40℃で加熱して5~8時間維持する軟質化熱処理段階をさらに含むことができる。
軟質化熱処理後、20℃/hr以下の速度で660℃まで冷却する段階をさらに含むことがよい。
The average austenite grain size (AGS) before finish hot rolling is preferably 5 to 20 μm.
After cooling, a softening heat treatment step may be further included in which the wire is heated at Ae1 to Ae1+40° C. and maintained for 5 to 8 hours.
After the softening heat treatment, cooling to 660° C. at a rate of 20° C./hr or less may be further included.

本発明によると、本発明の実施例によるベアリング用線材及びその製造方法は、軟質化熱処理時間を短縮するか省略することができるので、製造工程上の費用を節減することができる。 According to the present invention, the bearing wire and the method for manufacturing the same according to the embodiments of the present invention can shorten or omit the softening heat treatment time, thereby reducing the cost of the manufacturing process.

本発明の比較例1の線材を仕上げ熱間圧延前に光学顕微鏡(Optical Microscope、OM)で撮影した微細組織写真である。1 is a microstructure photograph of the wire of Comparative Example 1 of the present invention taken with an optical microscope (OM) before finishing hot rolling. 本発明の実施例1の線材を仕上げ熱間圧延前に光学顕微鏡(Optical Microscope、OM)で撮影した微細組織写真である。1 is a microstructure photograph of the wire rod of Example 1 of the present invention taken with an optical microscope (OM) before finish hot rolling. 本発明の比較例1の線材を仕上げ熱間圧延及び冷却後に走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)で撮影した微細組織写真である。1 is a microstructure photograph taken with a scanning electron microscope (SEM) after finish hot rolling and cooling of the wire of Comparative Example 1 of the present invention; 本発明の実施例1の線材を仕上げ熱間圧延及び冷却後に走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)で撮影した微細組織写真である。1 is a microstructure photograph taken with a scanning electron microscope (SEM) after finish hot rolling and cooling of the wire rod of Example 1 of the present invention; 本発明の比較例1の線材を仕上げ熱間圧延及び冷却後にSEM-EBSDを通じて結晶粒界の特性を観察した写真である。FIG. 1 is a photograph of grain boundary characteristics observed through SEM-EBSD after finish hot rolling and cooling of the wire rod of Comparative Example 1 of the present invention; FIG. 本発明の実施例1の線材を仕上げ熱間圧延及び冷却後にSEM-EBSDを通じて結晶粒界の特性を観察した写真であるFIG. 1 is a photograph of grain boundary characteristics observed through SEM-EBSD after finish hot rolling and cooling of the wire rod of Example 1 of the present invention; FIG. 本発明の比較例1の線材を球状化熱処理した後に走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)で撮影した微細組織写真である。1 is a microstructure photograph taken with a scanning electron microscope (SEM) after the wire rod of Comparative Example 1 of the present invention was subjected to spheroidizing heat treatment; 本発明の実施例1の線材を球状化熱処理した後に走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)で撮影した微細組織写真である。1 is a microstructure photograph taken with a scanning electron microscope (SEM) after the wire rod of Example 1 of the present invention was spheroidized by heat treatment;

本発明の一実施例によるベアリング用線材は、重量%で、C:0.8~1.2%、Si:0.01~0.6%、Mn:0.1~0.6%、Cr:1.0~2.0%、Al:0.01~0.06%、N:0.02%以下(0は除外)、残りはFe及び不可避な不純物からなり、微細組織の旧オーステナイト結晶粒サイズは、3~10μmであり、方位差角度(Misorientation angle)が15°以上である高傾角粒界長さの和が単位面積当たり1,000~4,000mm/mmである。 The bearing wire according to one embodiment of the present invention contains, in weight %, C: 0.8 to 1.2%, Si: 0.01 to 0.6%, Mn: 0.1 to 0.6%, Cr : 1.0 to 2.0%, Al: 0.01 to 0.06%, N: 0.02% or less (0 is excluded), the rest consists of Fe and unavoidable impurities, prior austenite crystals of fine structure The grain size is 3 to 10 μm, and the sum of the lengths of high-angle grain boundaries with a misorientation angle of 15° or more is 1,000 to 4,000 mm/mm 2 per unit area.

以下、本発明の実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。以下の実施例は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に本発明の思想を十分に伝達するために提示するものである。本発明は、ここで提示した実施例に限定されず、他の形態で具体化できる。図面は、本発明を明確にするために説明と関係ない部分の図示を省略し、理解を助けるために構成要素のサイズを多少誇張して表現した。
明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」と記載するとき、これは特に反対する記載のない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
単数の表現は、文脈上明白に例外がない限り、複数の表現を含む。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following examples are presented to fully convey the spirit of the invention to those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. The invention is not limited to the examples presented here, but can be embodied in other forms. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clarify the present invention, and the sizes of constituent elements are exaggerated to facilitate understanding.
Throughout the specification, when a part is referred to as "comprising" a component, this does not exclude other components, and may further include other components, unless specifically stated to the contrary. means
Singular references include plural references unless the context clearly dictates otherwise.

以下では、本発明による実施例を添付した図面を参照して詳しく説明する。
ベアリング用線材は、加工性を確保するために球状化熱処理を経る場合がある。球状化熱処理は、追加的な工程であって、多くの熱処理費用と時間が必要とされるので、製造原価を上昇させる原因となる。
本発明者らは、ベアリング用線材の製造において、球状化軟化熱処理を短縮又は省略し得る方策について鋭意研究を重ねた。その結果、合金組成及び製造条件を最適化し、結晶粒界の特徴を導き出すことにより、軟質化熱処理時間を短縮又は省略することができることを確認して、本発明を完成するに至った。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Bearing wire rods are sometimes subjected to a spheroidizing heat treatment to ensure workability. The spheroidizing heat treatment is an additional process that requires a lot of heat treatment cost and time, thus increasing the manufacturing cost.
The inventors of the present invention have extensively researched measures for shortening or omitting the spheroidizing softening heat treatment in the production of a wire rod for bearings. As a result, by optimizing the alloy composition and manufacturing conditions and deriving the characteristics of the grain boundaries, it was confirmed that the softening heat treatment time can be shortened or omitted, and the present invention was completed.

本発明の一実施例によるベアリング用線材は、重量%で、C:0.8~1.2%、Si:0.01~0.6%、Mn:0.1~0.6%、Cr:1.0~2.0%、Al:0.01~0.06%、N:0.02%以下(0は除外)、残りはFe及び不可避な不純物からなる。
本発明によるベアリング用線材に含まれる各成分の役目及びその含量に対して説明すると次のとおりである。下記成分に対する%は、重量%を意味する。
The bearing wire according to one embodiment of the present invention contains, in weight %, C: 0.8 to 1.2%, Si: 0.01 to 0.6%, Mn: 0.1 to 0.6%, Cr : 1.0 to 2.0%, Al: 0.01 to 0.06%, N: 0.02% or less (0 is excluded), and the rest consists of Fe and unavoidable impurities.
The role and content of each component contained in the bearing wire according to the present invention are described below. % for the following components means % by weight.

Cの含量は、0.8~1.2%である。
C(炭素)は、製品の強度を確保するために添加される元素である。Cの含量が0.8%未満である場合には、母材の強度低下によって軟質化熱処理及び鍛造加工工程後に行われる焼入れ、焼戻し熱処理後に十分な強度を確保しにくい。一方、その含量が過多の場合、Mなどのような新しい析出物が形成されてブルーム又はビレットなどの鋳片の凝固時に中心偏析が発生する虞があるので、その上限を1.2%に限定する。好ましく、Cの含量は、0.8~1.1%である。
The content of C is 0.8-1.2%.
C (carbon) is an element added to ensure the strength of the product. If the C content is less than 0.8%, the strength of the base material is reduced, making it difficult to secure sufficient strength after the softening heat treatment and the forging process followed by the quenching and tempering heat treatments. On the other hand, if the content is excessive, new precipitates such as M7C3 may be formed and center segregation may occur during solidification of blooms or billets. %. Preferably, the content of C is 0.8-1.1%.

Siの含量は、0.01~0.6%である。
Si(シリコン)は、代表的な置換型元素であって、固溶強化を通じた強度確保に有利な元素である。Siの含量が0.01%未満である場合には、線材の強度及び十分な焼入れ性を確保しにくい。一方、その含量が過多の場合、軟質化熱処理後の鍛造時に強度が上昇して冷間鍛造性を確保しにくくなる虞があるので、その上限を0.6%に限定する。
The Si content is 0.01-0.6%.
Si (silicon) is a representative substitutional element, and is an element advantageous for ensuring strength through solid-solution strengthening. If the Si content is less than 0.01%, it is difficult to ensure the strength and hardenability of the wire. On the other hand, if the content is excessive, the strength may increase during forging after the softening heat treatment, making it difficult to ensure cold forgeability, so the upper limit is limited to 0.6%.

Mnの含量は、0.1~0.6%である。
Mn(マンガン)は、基地組織内に置換型固溶体を形成して固溶強化する元素であって、軟性の低下なしに目標とする強度を確保するために添加するオーステナイト形成元素である。Mnの含量が0.1%未満である場合には、線材の固溶強化による強度及び靭性を確保しにくい。一方、オーステナイト形成元素であるMnの含量が過多の場合、軟質化熱処理後の鍛造時に冷間Acm変態点が低くなり、中心偏析が発生して線材組織が不均一になる虞があるので、その上限を0.6%に限定する。
The content of Mn is 0.1-0.6%.
Mn (manganese) is an element that strengthens the solid solution by forming a substitutional solid solution in the matrix structure, and is an austenite-forming element that is added to ensure the target strength without lowering the softness. When the content of Mn is less than 0.1%, it is difficult to ensure strength and toughness due to solid-solution strengthening of the wire. On the other hand, if the content of Mn, which is an austenite-forming element, is excessive, the cold Acm transformation point is lowered during forging after the softening heat treatment, and center segregation may occur, resulting in an uneven wire structure. The upper limit is limited to 0.6%.

Crの含量は、1.0~2.0%である。
Cr(クロム)は、Mnと同様に線材の焼入れ性を向上させてマルテンサイト組織を確保するのに有利な元素である。Crの含量が1.0%未満である場合には、軟質化熱処理及び鍛造加工工程後に行われる焼入れ(Quenching)、焼戻し(Tempering)熱処理時にマルテンサイト微細組織を得にくい。一方、その含量が過多の場合、中心偏析が発生して線材内に低温組織が多量形成される虞があるので、その上限を2.0%に限定する。
The Cr content is 1.0-2.0%.
Cr (chromium), like Mn, is an element advantageous for improving the hardenability of the wire rod and securing the martensite structure. If the Cr content is less than 1.0%, it is difficult to obtain a fine martensite structure during the quenching and tempering heat treatments performed after the softening heat treatment and forging processes. On the other hand, if the content is excessive, center segregation may occur and a large amount of low-temperature structure may be formed in the wire, so the upper limit is limited to 2.0%.

Alの含量は、0.01~0.06%である。
アルミニウム(Al)は、脱酸効果だけでなく、Al系炭窒化物を析出させてオーステナイト結晶粒の成長を抑制し、初析フェライト分率を平衡相に近く確保するために0.01%以上添加する。一方、その含量が過多の場合、Alなどの硬質介在物の発生が増加し、特に、連鋳時に介在物によるノズル閉塞が発生する虞があるので、その上限を0.06%に限定する。
The Al content is 0.01-0.06%.
Aluminum (Al) not only has a deoxidizing effect, but also precipitates Al-based carbonitrides to suppress the growth of austenite crystal grains. Added. On the other hand, if the content is excessive, the generation of hard inclusions such as Al 2 O 3 increases, and there is a risk that the inclusions may clog nozzles during continuous casting, so the upper limit is set to 0.06%. limit.

Nの含量は、0.02%以下(0は除外)である。
窒素(N)は、固溶強化効果があるが、その含量が過多になると、窒化物で結合しない固溶窒素により素材の靭性及び軟性が劣位する虞があるので、本発明では不純物として管理し、その上限を0.02%に限定する。
The content of N is 0.02% or less (0 is excluded).
Nitrogen (N) has a solid-solution strengthening effect, but if its content is excessive, there is a risk that the toughness and softness of the material will be inferior due to solid-solution nitrogen that is not combined with nitrides, so in the present invention, it is controlled as an impurity. , limiting its upper limit to 0.02%.

本発明の残り成分は、鉄(Fe)である。但し、通常の製造過程では原料又は周囲の環境から意図しない不純物が不可避に混入されることがあるので、これを排除できない。不可避な不純物としては、例えば、P(リン)、S(硫黄)などが挙げられる。これら不純物は、通常の製造過程の技術者であれば、誰でも分かるものなので、その全ての内容について本明細書では特に言及しない。
一方、本発明の一実施例によるベアリング用線材の微細組織は、旧オーステナイト結晶粒によって、粒界には網状型初析セメンタイトが存在し、粒内には完全パーライトが存在する。
また、本発明の一実施例によると、微細組織の旧オーステナイト結晶粒のサイズは、3~10μmである。
The remaining component of the present invention is iron (Fe). However, unintended impurities from raw materials or the surrounding environment may inevitably be mixed in during normal manufacturing processes, and this cannot be ruled out. Examples of unavoidable impurities include P (phosphorus) and S (sulfur). These impurities are known to anyone who is skilled in the normal manufacturing process, and therefore the full content thereof will not be specifically referred to in this specification.
On the other hand, in the microstructure of the bearing wire according to one embodiment of the present invention, due to prior austenite crystal grains, network type proeutectoid cementite exists at grain boundaries and complete pearlite exists within grains.
Also, according to an embodiment of the present invention, the size of the prior austenite grains in the microstructure is 3-10 μm.

軟質化熱処理時、パーライト組織内のセメンタイトは、板状から球状にその形態が変化し、球状化の進行程度によって線材の強度は徐徐に低下する。
軟質化熱処理時、金属原子は、材料内の欠陥空間を通じて多様な拡散経路に移動するようになるが、原子単位の欠陥である空孔(vacancy)と線欠陥の一種である転位(dislocation or pipe)と結晶粒界(grain boundary)を通じて拡散する。原子欠陥に比べて転位と結晶粒界は空間が相対的に広いので、速い速度の拡散が可能である。
一方、軟質化熱処理時の熱処理時間は、各原子の拡散速度によって決定され、このような拡散速度を律速する最も主な因子は結晶粒界である。
During the softening heat treatment, the cementite in the pearlite structure changes its shape from plate-like to spherical, and the strength of the wire gradually decreases according to the degree of progress of the spherical formation.
During the softening heat treatment, the metal atoms move to various diffusion paths through the defect space in the material. ) and grain boundaries. Since dislocations and grain boundaries have relatively large spaces compared to atomic defects, they can diffuse at high speeds.
On the other hand, the heat treatment time for the softening heat treatment is determined by the diffusion rate of each atom, and the most important factor controlling such diffusion rate is the grain boundary.

本発明では、粒界構造(grain boundary structure)で粒界を間に置いた結晶粒間の方位差(misorientation)を通じて高傾角粒界と低傾角粒界を区分し、それぞれの分布を制御しようとした。具体的に、隣接結晶粒との相互関係を方位差角度(Misorientation angle)値で定量化し、15°を基準として15°以上の高傾角粒界と15°以下の低傾角粒界に区分した。本発明で特定する各結晶粒の分布は、線材の表層部だけでなく中心部までの全ての領域で対象とする。
軟質化熱処理時間を効果的に短縮するためには、結晶粒を最大限微細化して相対的な粒界面積を増加させることによって高傾角粒界を多量確保することが理想的であるが、結晶粒を微細化するためには、圧延負荷が増加して設備寿命が短縮され、生産性が低下するという問題が発生する。
In the present invention, high-angle grain boundaries and low-angle grain boundaries are separated by misorientation between grains with grain boundaries interposed therebetween in the grain boundary structure, and the respective distributions are controlled. bottom. Specifically, the mutual relationship between adjacent grains was quantified by a misorientation angle value, and 15° was used as a reference to classify high-angle grain boundaries of 15° or more and low-angle grain boundaries of 15° or less. The distribution of each crystal grain specified in the present invention applies not only to the surface layer portion of the wire but also to the entire region up to the central portion.
In order to effectively shorten the softening heat treatment time, it is ideal to secure a large number of high-angle grain boundaries by maximally refining the crystal grains and increasing the relative grain boundary area. In order to refine the grains, there arises a problem that the rolling load is increased, the equipment life is shortened, and the productivity is lowered.

そこで、本発明では、旧オーステナイト結晶粒のサイズを制御すると共に、方位差角度が15°以上である高傾角粒界の単位面積当たり総長さを制御しようとした。具体的に、開示された実施例によるベアリング用線材の旧オーステナイト結晶粒サイズ(AGS)は、3~10μmであり、方位差角度が15°以上である高傾角粒界の長さの和が単位面積当たり1,000~4,000mm/mmである。
一方、高傾角粒界内に分布する方位差角度が15°以下である低傾角粒界は、熱間圧延時に変形により生成された転位が集まる所であって、軟質化熱処理時に球状化の挙動を助けて冷間鍛造性の向上に寄与することができる。本発明で方位差角度が15°以下である低傾角粒界の長さの和が単位面積当たり250~800mm/mmである。
Therefore, in the present invention, an attempt was made to control the size of the prior austenite crystal grains and to control the total length per unit area of the high-angle grain boundaries having a misorientation angle of 15° or more. Specifically, the prior austenite grain size (AGS) of the wire rod for bearings according to the disclosed embodiments is 3 to 10 μm, and the unit is the sum of the lengths of high-angle grain boundaries with a misorientation angle of 15° or more. 1,000 to 4,000 mm/mm 2 per area.
On the other hand, the low-angle grain boundaries distributed in the high-angle grain boundaries and having a misorientation angle of 15° or less are places where dislocations generated by deformation during hot rolling gather, and the behavior of spheroidization during the softening heat treatment. can help improve cold forgeability. In the present invention, the sum of the lengths of low-angle grain boundaries having a misorientation angle of 15° or less is 250 to 800 mm/mm 2 per unit area.

低傾角粒界の長さ分布が250mm/mm未満である場合には、軟質化熱処理時間の短縮効果が低く、低傾角粒界の長さ分布が800mm/mm超過である場合には、圧延中転位密度が高くなることによって部分的に再結晶が発生して転位密度がむしろ減少するか、結晶粒サイズが不均一で互いに異なるサイズのbimodal形態に発展する問題がある。
一方、方位差角度が小さいほど多量の転位を含んでいることを意味するが、本発明で低傾角粒界のうち方位差角度が5°以下である粒界の割合は、40~80%である。
When the low-angle grain boundary length distribution is less than 250 mm/mm 2 , the effect of shortening the softening heat treatment time is low, and when the low-angle grain boundary length distribution exceeds 800 mm/mm 2 , As the dislocation density increases during rolling, there is a problem that the dislocation density is reduced due to partial recrystallization, or the grain size is non-uniform and develops into a bimodal form with different sizes.
On the other hand, the smaller the misorientation angle, the more dislocations are included. In the present invention, the proportion of grain boundaries with a misorientation angle of 5° or less among the low-angle grain boundaries is 40 to 80%. be.

次に、本発明の他の一側面であるベアリング用線材を製造する方法について詳しく説明する。
本発明の線材は、上記の合金組成を有するビレット(Billet)を製作した後、これを再加熱-線材圧延-多段冷却過程を経て製造することができる。
Next, another aspect of the present invention, a method of manufacturing a wire rod for bearings, will be described in detail.
The wire of the present invention can be manufactured by manufacturing a billet having the above alloy composition and then reheating, rolling, and cooling the billet in multiple stages.

具体的に、本発明の他の一側面によるベアリング用線材の製造方法は、重量%で、C:0.8~1.2%、Si:0.01~0.6%、Mn:0.1~0.6%、Cr:1.0~2.0%、Al:0.01~0.06%、N:0.02%以下(0は除外)、残りはFe及び不可避な不純物からなるビレットを950~1,050℃の温度範囲で加熱する段階、Ae1~Acm℃の温度範囲で、下記式(1)で表現される臨界変形量以上の変形量で仕上げ熱間圧延して線材を製造する段階、及び前記線材を3℃/sec以上の速度で500~600℃温度範囲まで冷却した後、1℃/sec以下の速度で冷却する段階、を含む。
式(1):-1.6Ceq+3.11Ceq-0.48
ここで、Ceq=C+Mn/6+Cr/5であり、C、Mn、Crは、各元素の重量%を意味する。
合金元素含量の数値限定理由に対する説明は上記のとおりである。
Specifically, in another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a wire rod for bearings, in terms of % by weight, C: 0.8 to 1.2%, Si: 0.01 to 0.6%, Mn: 0.5%. 1 to 0.6%, Cr: 1.0 to 2.0%, Al: 0.01 to 0.06%, N: 0.02% or less (excluding 0), the rest from Fe and unavoidable impurities In the step of heating the billet in the temperature range of 950 to 1,050 ° C., in the temperature range of Ae1 to Acm ° C., the wire rod is finished hot rolled with a deformation amount equal to or greater than the critical deformation amount expressed by the following formula (1). and cooling the wire to a temperature range of 500 to 600° C. at a rate of 3° C./sec or more, and then cooling at a rate of 1° C./sec or less.
Formula (1): −1.6 Ceq 2 +3.11 Ceq −0.48
Here, Ceq=C+Mn/6+Cr/5, and C, Mn, and Cr mean weight percent of each element.
The reason for limiting the numerical value of the content of alloying elements is as described above.

まず、本発明は、上記の組成成分を有するビレットを950~1,050℃の温度範囲で加熱する段階を経る。
前記加熱温度が950℃未満である場合、圧延ロールに印加される負荷が大きくなり、これによって、ロール交替周期が短くなる虞がある。一方、前記加熱温度が1,050℃を超過する場合には、圧延のために急激な冷却が必要なので、冷却制御が難しいだけでなく亀裂などが発生して良好な製品品質が確保できない虞がある。
また、前記加熱は、90分以内に行うことが好ましい。90分を超過して加熱を行う場合には、線材表面の脱炭層の深さが厚くなって圧延終了後に脱炭層が残存する虞がある。
First, the present invention goes through a step of heating a billet having the above components in a temperature range of 950-1,050°C.
If the heating temperature is less than 950° C., the load applied to the rolling rolls increases, which may shorten the roll replacement period. On the other hand, if the heating temperature exceeds 1,050° C., rapid cooling is required for rolling, which makes it difficult to control the cooling and may cause cracks, etc., making it impossible to ensure good product quality. be.
Moreover, the heating is preferably performed within 90 minutes. If the heating is performed for more than 90 minutes, the depth of the decarburized layer on the surface of the wire may increase, and the decarburized layer may remain after the rolling is finished.

加熱されたビレットに粗圧延/中間粗圧延/仕上げ圧延及び仕上げ圧延の構成を順次行う熱間圧延を施して線材を製造する。熱間圧延は、ビレットが線材の形態を有するようにする孔型圧延であることが好ましく、具体的に、ビレットをAe1~Acm℃の温度範囲で、下記式(1)で表現される臨界変形量以上の変形量で仕上げ熱間圧延して線材を製造する。
線材の製造時、圧延速度は、非常に速いため動的再結晶領域に該当する。動的再結晶領域では、オーステナイト結晶粒サイズ(AGS)が変形速度と変形温度にのみ依存する。本発明では、圧延中に発生する動的再結晶を通じて結晶粒を微細化し、その後、速い速度の冷却を通じて圧延中に確保された微細な結晶粒を常温までそのまま維持することを特徴とする。
The heated billet is subjected to hot rolling in order of rough rolling/intermediate rough rolling/finish rolling and finish rolling to produce a wire rod. The hot rolling is preferably caliber rolling so that the billet has the shape of a wire rod. Finish hot rolling is performed with a deformation amount equal to or greater than the amount of deformation to produce a wire rod.
Since the rolling speed is very high during wire production, it corresponds to the dynamic recrystallization region. In the dynamic recrystallization regime, the austenite grain size (AGS) depends only on deformation rate and deformation temperature. The present invention is characterized by refining grains through dynamic recrystallization that occurs during rolling, and then maintaining the fine grains obtained during rolling until room temperature through rapid cooling.

最終仕上げ圧延時に結晶粒を微細化するためには、ロールとロールの間のインターパス(interpass)時間を1分以内に制御して仕上げ圧延直前のオーステナイト結晶粒サイズ(AGS)を5~20μm範囲に確保し、その後、仕上げ圧延時に仕上げ圧延温度をAe1~Acm℃に制御することが好ましい。
前記仕上げ熱間圧延時の温度がAe1℃未満であると、圧延負荷が増加して設備寿命が短縮される虞があり、一方、Acm℃を超過すると、高い温度により速い冷却にも関わらず相変態終了までの維持時間が長くなり、本発明の狙いである結晶粒微細化効果が大きく減少する虞がある。
In order to refine the grains during the final finish rolling, the interpass time between the rolls is controlled within 1 minute, and the austenite grain size (AGS) just before the finish rolling is in the range of 5 to 20 μm. After that, it is preferable to control the finish rolling temperature to Ae1 to Acm° C. during finish rolling.
If the temperature during the finish hot rolling is less than Ae1 ° C., the rolling load may increase and the equipment life may be shortened. The maintenance time until the end of the transformation becomes longer, and there is a possibility that the grain refinement effect, which is the aim of the present invention, may be greatly reduced.

また、上記温度範囲で熱間圧延時の変形量を下記式(1)で表現される臨界変形量以上に制御することができる。
式(1):-1.6Ceq+3.11Ceq-0.48
ここで、Ceq=C+Mn/6+Cr/5であり、C、Mn、Crは、各元素の重量%を意味する。
In addition, the amount of deformation during hot rolling can be controlled within the above temperature range to be equal to or greater than the critical amount of deformation expressed by the following formula (1).
Formula (1): −1.6 Ceq 2 +3.11 Ceq−0.48
Here, Ceq=C+Mn/6+Cr/5, and C, Mn, and Cr mean weight percent of each element.

本発明者らは、Ceqと変形量間の相関関係を考慮して、式(1)で表現される臨界変形量を導き出した。
変形量は、-ln(1-RA)で定義され、このとき、RAは圧延パスによる減兔率(RA<1)である。変形量が臨界変形量に達していない場合、圧下量が十分ではないため線材の中心部での結晶粒を十分に微細化させにくく、これによって、軟質化熱処理時の線材の球状化挙動に悪影響を及ぼす。
The present inventors have derived the critical deformation expressed by Equation (1) in consideration of the correlation between Ceq and the deformation.
The amount of deformation is defined as −ln(1−RA), where RA is the reduction rate (RA<1) due to the rolling pass. If the amount of deformation does not reach the critical amount of deformation, the reduction amount is not sufficient, so it is difficult to sufficiently refine the crystal grains at the center of the wire, which adversely affects the spheroidization behavior of the wire during the softening heat treatment. effect.

一方、熱間圧延時の線材は、下記式(2)を満足する。
式(2):Tpf-Tf≦50℃
ここで、Tpfは、仕上げ熱間圧延前の線材の平均表面温度であり、Tfは、仕上げ熱間圧延後の線材の平均表面温度である。
On the other hand, the wire during hot rolling satisfies the following formula (2).
Formula (2): Tpf-Tf≤50°C
Here, Tpf is the average surface temperature of the wire before finish hot rolling, and Tf is the average surface temperature of the wire after finish hot rolling.

Tpf-Tf値が50℃を超過する場合には、線材微細組織の偏差が非常に大きくなって均一な微細組織を確保できず、線材表面に過冷が起きて硬質相が発生するか結晶粒が粗大化する虞がある。
上記の温度範囲で熱間圧延した後、3℃/sec以上の速度で500~600℃温度範囲まで冷却した後、1℃/sec以下の速度で冷却する段階を経て本発明のベアリング用線材を製造することができる。
If the Tpf−Tf value exceeds 50° C., the deviation of the fine structure of the wire material becomes so large that a uniform fine structure cannot be secured, and supercooling occurs on the surface of the wire material, resulting in hard phases or crystal grains. may become coarse.
After hot rolling in the above temperature range, it is cooled to a temperature range of 500 to 600° C. at a speed of 3° C./sec or more, and then cooled at a speed of 1° C./sec or less to obtain the wire rod for bearings of the present invention. can be manufactured.

上記の冷却段階は、微細な結晶粒の分布を確保するために必須的な工程であって、本発明では、冷却終了温度及び冷却速度を制御して拡散加速化を通じて熱処理時間の短縮が可能な微細組織を確保しようするものである。
500~600℃温度範囲までの冷却速度が3℃/sec未満である場合には、熱間圧延を通じて確保した微細な結晶粒を変態点以下まで維持しにくく、方位差角度が15°以下である低傾角粒界の分率が大きく減少する虞がある。一方、500~600℃温度範囲に到達した後の冷却速度が1℃/secを超過する場合には、ベイナイトなどの低温組織が発生して球状化熱処理にも関わらず軟質化が十分に進まない虞がある。
次に、冷却段階を経た線材を巻取した後、軟質化熱処理する段階、をさらに含むことができる。
The cooling step is an essential step for ensuring the distribution of fine crystal grains, and in the present invention, it is possible to shorten the heat treatment time by controlling the cooling end temperature and cooling rate to accelerate diffusion. This is intended to ensure a fine structure.
If the cooling rate to the temperature range of 500 to 600° C. is less than 3° C./sec, it is difficult to maintain the fine crystal grains obtained through hot rolling below the transformation point, and the misorientation angle is 15° or less. The fraction of low-angle grain boundaries may be greatly reduced. On the other hand, if the cooling rate after reaching the temperature range of 500 to 600° C. exceeds 1° C./sec, a low-temperature structure such as bainite occurs, and softening does not proceed sufficiently despite the spheroidizing heat treatment. There is fear.
Next, the method may further include a step of coiling the wire that has undergone the cooling step and then subjecting it to a softening heat treatment.

軟質化熱処理過程は、線材のAe1℃付近の温度で要求する軟質化程度によって多様な熱処理パターンを適用することができる。本発明では、冷却後、前記線材をAe1~Ae1+40℃に加熱して5~8時間維持する軟質化熱処理を行った。
前記加熱温度がAe1℃未満である場合、軟質化熱処理時間が長くなる問題点がある。一方、前記加熱温度がAe1+40℃を超過する場合には、球状化炭化物シードが減って十分な軟質化熱処理効果を得ることができない。また、前記加熱は、5時間~8時間の間行うことが好ましい。8時間を超過して加熱する場合には、製造工程費用が増加する問題がある。一方、5時間未満で加熱する場合には、熱処理が十分に進行されないためセメンタイトの縦横比が大きくなる問題点がある。
For the softening heat treatment process, various heat treatment patterns can be applied according to the degree of softening required at a temperature of about Ae 1°C of the wire. In the present invention, after cooling, a softening heat treatment was performed by heating the wire to Ae1 to Ae1+40° C. and maintaining it for 5 to 8 hours.
When the heating temperature is less than Ae 1°C, there is a problem that the softening heat treatment time becomes long. On the other hand, if the heating temperature exceeds Ae1+40° C., the amount of spheroidized carbide seeds is reduced, and a sufficient softening heat treatment effect cannot be obtained. Further, the heating is preferably performed for 5 to 8 hours. When heating for more than 8 hours, there is a problem that the manufacturing process costs increase. On the other hand, if the heating is performed for less than 5 hours, the heat treatment may not proceed sufficiently, resulting in a problem that the aspect ratio of the cementite increases.

軟質化熱処理段階後、20℃/hr以下の速度で660℃まで冷却する段階を経る。このとき、冷却速度が20℃/hrを超過する場合には、過度な冷却速度によりパーライトが再形成される虞がある。
軟質化熱処理を行った後、線材の引張強度は、750MPa以下であり、線材内のセメンタイトの平均縦横比は、2.5以下であることがよい。具体的に、線材の表層部だけでなく中心部までの全領域でセメンタイト平均縦横比が2.5以下である炭化物を80%以上確保することができる。
After the softening heat treatment step, a step of cooling to 660° C. at a rate of 20° C./hr or less is performed. At this time, if the cooling rate exceeds 20° C./hr, pearlite may be reformed due to the excessive cooling rate.
After the softening heat treatment, the tensile strength of the wire is preferably 750 MPa or less, and the average aspect ratio of cementite in the wire is preferably 2.5 or less. Specifically, 80% or more of carbide having a cementite average aspect ratio of 2.5 or less can be secured not only in the surface layer portion of the wire but also in the entire region up to the center portion.

本発明では、1回の軟質化熱処理だけでも線材の引張強度を740MPa以下に低く制御することができるので、最終製品の製造のための冷間圧造又は冷間鍛造加工が容易である。これによって、線材の製造後の追加工程である球状化熱処理時間を短縮するか、または省略することができるので、費用の節減が可能である。
以下、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。一方、下記の実施例は、本発明を例示してより詳細に説明するためのものであって、本発明の権利範囲を限定するためのものではないという点に留意する必要がある。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲に記載した事項とそれから合理的に類推される事項によって決定されるものである。
実施例
In the present invention, the tensile strength of the wire rod can be controlled to a low level of 740 MPa or less with only one softening heat treatment, so cold heading or cold forging for manufacturing the final product is easy. As a result, it is possible to shorten or omit the time for the spheroidizing heat treatment, which is an additional process after manufacturing the wire, so that the cost can be reduced.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. On the other hand, it should be noted that the following examples are intended to illustrate and explain the present invention in more detail, and are not intended to limit the scope of the present invention. The scope of rights of the present invention is determined by matters described in the claims and matters reasonably inferred therefrom.
Example

下記表1の組成を有する鋼材を鋳造してビレットを製造した後、下記表2に記載した条件で熱間圧延及び冷却して直径が10mmである線材を製造した。表2で、仕上げ圧延前のオーステナイト結晶粒平均サイズ(Austenite Grain Size、以下「AGS」)は、仕上げ熱間圧延前に行う切断面(crop)を通じて測定した。また、Tpfは、仕上げ圧延前の線材の平均表面温度であり、Tfは、仕上げ圧延後の線材の平均表面温度である。 A steel material having a composition shown in Table 1 below was cast to produce a billet, and then hot rolled and cooled under the conditions shown in Table 2 below to produce a wire rod having a diameter of 10 mm. In Table 2, the average austenite grain size (Austenite Grain Size, hereinafter "AGS") before finish rolling was measured through a crop performed before finish hot rolling. Tpf is the average surface temperature of the wire before finish rolling, and Tf is the average surface temperature of the wire after finish rolling.

Figure 2023508022000002
Figure 2023508022000002

Figure 2023508022000003
Figure 2023508022000003

その後、製造されたそれぞれの実施例と比較例の微細組織及び結晶粒界の特徴と機械的特性(引張強度、断面減少率)を測定して下記表3に示した。
引張強度は、熱間圧延された線材をASTM E8規格によって引張試験片を加工した後、上記の鋼線の製造方法によった製造した後に引張試験を実施して測定した。
RAは、断面減少率(Reduction Ratio)を意味し、素材の引張試験時に破断された引張試験片で断面積の変化を測定したものであって、素材の軟性を数値で表現したものである。
After that, the microstructure, characteristics of grain boundaries, and mechanical properties (tensile strength, area reduction ratio) of each of the manufactured examples and comparative examples were measured, and the results are shown in Table 3 below.
The tensile strength was measured by processing a hot-rolled wire rod into a tensile test piece according to ASTM E8 standard, manufacturing the steel wire according to the above steel wire manufacturing method, and performing a tensile test.
RA means a reduction ratio, which is obtained by measuring a change in the cross-sectional area of a tensile test piece broken during a tensile test of the material, and expresses the flexibility of the material numerically.

結晶粒平均サイズ(AGS)は、ASTM E112法を用いて測定した。熱間圧延して線材を製造した後、非水冷部を除去して採取した試験片に対してそれぞれ表面、直径から1/4地点、直径から1/2地点で任意の3地点を測定した後に平均値で示した。
結晶粒界の特徴は、結晶粒サイズ(AGS)測定方法と同じ方法で試験片を採取した後、SEM-EBSDを用いて表面、直径から1/4地点、直径から1/2地点でx700の倍率で130x130μmの面積を0.1μm Step-sizeで測定して平均値で示した。Confidence Indexの平均値は、0.57以上であった。
Average grain size (AGS) was measured using the ASTM E112 method. After hot rolling to produce a wire rod, the non-water-cooled part was removed and the test piece was sampled. Shown as an average value.
Grain boundary characteristics were obtained by taking a specimen by the same method as the grain size (AGS) measurement method, and then using SEM-EBSD to measure the surface, 1/4 point from the diameter, and 1/2 point from the diameter at x 700. An area of 130×130 μm 2 was measured with a step-size of 0.1 μm, and the average value was shown. The average value of Confidence Index was 0.57 or more.

Figure 2023508022000004
Figure 2023508022000004

一方、それぞれの実施例と比較例の線材を下記表4の条件で1回球状化熱処理した後、セメンタイトの平均縦横比と引張強度を測定してその結果を下記表4に示した。このとき、球状化熱処理は、製造された線材の試験片を1次軟質化処理及び1次伸線加工の工程なしに行い、球状化の有無を判断した。
このとき、球状化熱処理後の線材のセメンタイト平均縦横比は、線材の直径方向に1/4~1/2領域に3000倍SEMを3視野撮影し、イメージ測定プログラムを用いて視野内のセメンタイトの長軸/短縮を自動測定後に統計処理をして表示したものである。
球状化有無の判断は、ランダムに10箇所以上でSEM電子顕微鏡を用いて撮影した後、×5,000視野で観察した全ての炭化物のうち縦横比(Aspect ratio)が2.5以下である球状化炭化物の占有率が80%以上である場合を、球状化が行われたと判断した。
On the other hand, the wires of each of the examples and comparative examples were subjected to a spheroidizing heat treatment once under the conditions shown in Table 4 below, and then the average aspect ratio and tensile strength of cementite were measured, and the results are shown in Table 4 below. At this time, the spheroidizing heat treatment was performed on the test piece of the manufactured wire without first softening treatment and first wire drawing process, and the presence or absence of spheroidization was determined.
At this time, the cementite average aspect ratio of the wire after the spheroidizing heat treatment was obtained by photographing three fields of view with a 3000x SEM in a region of 1/4 to 1/2 in the diameter direction of the wire, and using an image measurement program to determine the cementite within the field of view. Statistically processed and displayed after automatic measurement of long axis/shortening.
Judgment of the presence or absence of spheroidization was performed by randomly photographing 10 or more locations using an SEM electron microscope, and then observing all carbides in a field of view of × 5,000. It was judged that spheroidization was performed when the occupancy rate of carbide was 80% or more.

Figure 2023508022000005
Figure 2023508022000005

比較例1~4は、合金組成が本発明で特定する規格を満足するが、下記製造工程正条件が本発明を逸脱する例で、比較例として表記した。 Comparative Examples 1 to 4 are examples in which the alloy composition satisfies the standard specified in the present invention, but the following manufacturing process conditions deviate from the present invention, and are indicated as comparative examples.

図1と図2は、それぞれ本発明の実施例1、比較例1の線材を仕上げ熱間圧延前、光学顕微鏡(Optical Microscope、OM)で撮影した微細組織写真であり、図3と図4は、それぞれ本発明の実施例1、比較例1の線材を仕上げ熱間圧延及び冷却した後、走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)で撮影した微細組織写真である。
図1~図4に示したとおり、実施例1は、比較例1に比べて仕上げ熱間圧延前の旧オーステナイト結晶粒サイズ(AGS)が相対的に微細であり、これによって、仕上げ熱間圧延及び冷却後にも結晶粒が微細であることが確認できる。
1 and 2 are microstructure photographs taken with an optical microscope (OM) before finish hot rolling of the wires of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, respectively, and FIGS. 1 and 2 are microstructure photographs taken with a scanning electron microscope (SEM) after finish hot rolling and cooling of the wire rods of Example 1 of the present invention and Comparative Example 1, respectively.
As shown in FIGS. 1 to 4, in Example 1, the prior austenite grain size (AGS) before finish hot rolling is relatively finer than that in Comparative Example 1, whereby the finish hot rolling And it can be confirmed that the crystal grains are fine even after cooling.

表3に示したとおり、本発明が提案する合金組成及び製造条件を満足する実施例1~3の線材は、旧オーステナイト結晶粒サイズ(AGS)が3~10μmであり、方位差角度(Misorientation angle)が15°以上である高傾角粒界の長さ分布が1,000~4,000mm/mmであって微細な結晶粒を確保することができた。また、実施例1~3の線材は、比較例に比べて1,200MPa以上の高い引張強度を確保すると共に、断面積減少率が20%以上であった。 As shown in Table 3, the wires of Examples 1 to 3, which satisfy the alloy compositions and manufacturing conditions proposed by the present invention, have a prior austenite grain size (AGS) of 3 to 10 μm and a misorientation angle of ) is 15° or more, the length distribution of the high-angle grain boundaries is 1,000 to 4,000 mm/mm 2 , and fine crystal grains can be secured. Moreover, the wires of Examples 1 to 3 ensured a high tensile strength of 1,200 MPa or more and had a cross-sectional area reduction rate of 20% or more as compared with the comparative example.

図5と図6は、それぞれ本発明の実施例1、比較例1の線材を仕上げ熱間圧延及び冷却後、SEM-EBSDを通じて結晶粒界の特性を観察した写真である。
図5及び図6に示したとおり、実施例1は、比較例1に比べて緑色と赤色で表示されている方位差角度(Misorientation angle)が15°以下である低傾角結晶粒界の分布度が高いことが確認できる。
表4に示したとおり、本発明が提案する合金組成と製造条件を満足する実施例1~3の線材は、1回軟質化熱処理後、引張強度が740MPa以下と低値になるだけでなく、微細な結晶粒を確保することによって、従来30時間以上であった熱処理を、より短い球状化熱処理だけでも平均縦横比が2.5以下である球状化セメンタイトを確保することができた。
5 and 6 are photographs of grain boundary characteristics observed through SEM-EBSD after finish hot rolling and cooling of the wire rods of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, respectively.
As shown in FIGS. 5 and 6, in Example 1, compared to Comparative Example 1, the degree of distribution of low-angle grain boundaries with a misorientation angle of 15° or less, which is shown in green and red. can be confirmed to be high.
As shown in Table 4, the wires of Examples 1 to 3, which satisfy the alloy composition and manufacturing conditions proposed by the present invention, not only have a low tensile strength of 740 MPa or less after the first softening heat treatment, By securing fine crystal grains, spheroidized cementite having an average aspect ratio of 2.5 or less could be secured even with a shorter spheroidizing heat treatment than the conventional heat treatment of 30 hours or longer.

図7と図8は、それぞれ本発明の実施例1、比較例1の線材を球状化熱処理した後、走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)で撮影した微細組織写真である。
図7及び図8に示したとおり、実施例1は、比較例1に比べて球状セメンタイトが均一に分布されているので、速い速度で球状化が行われたことを確認することができる。
比較例1の場合、Mn含量が過多でありAcm変態点が上昇するに従って圧延時に結晶粒の十分な微細化が行われなかった。これによって、軟質化熱処理後にも、セメンタイト平均縦横比が8.5となって球状化された組織を得ることができず、引張強度値が820MPaと高値であった。
7 and 8 are microstructure photographs taken with a scanning electron microscope (SEM) after subjecting the wires of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention to a spheroidizing heat treatment, respectively.
As shown in FIGS. 7 and 8, in Example 1, spheroidal cementite was uniformly distributed compared to Comparative Example 1, so it can be confirmed that spheroidization was performed at a high speed.
In the case of Comparative Example 1, the Mn content was excessive and the crystal grains were not sufficiently refined during rolling as the Acm transformation point increased. As a result, even after the softening heat treatment, the cementite average aspect ratio was 8.5, and a spheroidized structure could not be obtained, and the tensile strength value was as high as 820 MPa.

比較例2の場合、仕上げ熱間圧延温度が850℃とAcm℃変態点以上の温度を超過して相変態終了まで必要な冷却時間が長くなることによって、結晶粒の微細化効果が大きく減少した。これによって、軟質化熱処理後にも、セメンタイト平均縦横比が6.2となり、球状化された組織を得ることができず、引張強度値が790MPaと高値であった。
比較例3の場合、本発明が特定する成分範囲を満足するが、Tpf-Tf値が85℃と50℃を大きく超過して、圧延時に素材内/外部の温度偏差が大きく増加し、中心部では平均結晶粒サイズが15μmである粗大な微細組織が形成された。これによって、軟質化熱処理後にも、セメンタイト平均縦横比が7.5となって球状化された組織を得ることができず、引張強度値が810MPaと高値であった。
In the case of Comparative Example 2, the finish hot rolling temperature exceeded 850° C., which is the temperature above the Acm° C. transformation point, and the cooling time required to complete the phase transformation was lengthened, so that the grain refinement effect was greatly reduced. . As a result, even after the softening heat treatment, the cementite average aspect ratio was 6.2, a spheroidized structure could not be obtained, and the tensile strength value was as high as 790 MPa.
In the case of Comparative Example 3, the composition range specified by the present invention was satisfied, but the Tpf-Tf value greatly exceeded 85°C and 50°C, and the temperature deviation inside/outside the material increased greatly during rolling, and the center part A coarse microstructure with an average grain size of 15 μm was formed. As a result, even after the softening heat treatment, the cementite average aspect ratio was 7.5, and a spheroidized structure could not be obtained, and the tensile strength value was as high as 810 MPa.

比較例4の場合、本発明が特定する成分範囲を満足するが、変形量が0.32と臨界変形量である0.69に大きく足りないため十分な圧下量を確保することができず、結晶粒の十分な微細化が行われなかった。これによって、軟質化熱処理後にも、セメンタイト平均縦横比が5.5となって球状化された組織を得ることができず、引張強度値が770MPaと高値であった。
このように本発明の実施例によると、合金成分及び製造方法を制御して微細な結晶粒分布を生成した。これによって、線材の製造後に軟質化のために隋伴される球状化熱処理工程を短縮するか省略することができるので、製品の価格競争力を確保することができる。
In the case of Comparative Example 4, the composition range specified by the present invention is satisfied, but the deformation amount is 0.32, which is far short of the critical deformation amount of 0.69, so a sufficient rolling reduction amount cannot be secured. Sufficient grain refinement was not achieved. As a result, even after the softening heat treatment, the cementite average aspect ratio was 5.5, and a spheroidized structure could not be obtained, and the tensile strength value was as high as 770 MPa.
As described above, according to the embodiments of the present invention, the fine grain distribution was generated by controlling the alloy composition and the manufacturing method. Accordingly, it is possible to shorten or omit the spheroidizing heat treatment process for softening the wire after manufacture, thereby ensuring the price competitiveness of the product.

以上、本発明の例示的な実施例を説明したが、本発明はこれに限定されず、該当技術分野において通常の知識を有する者であれば、次に記載する特許請求の範囲の概念と範囲を脱しない範囲内で多様に変更及び変形が可能であることを理解すべきである。 While exemplary embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not so limited and any person of ordinary skill in the art will appreciate the concept and scope of the following claims. It should be understood that various modifications and variations are possible without departing from the scope of the invention.

本発明によるベアリング用線材及びその製造方法は、軟質化熱処理時間を短縮するか省略し得るので、製造工程上の費用節減が可能である。
The bearing wire and the method for manufacturing the same according to the present invention can shorten or omit the softening heat treatment time, so that the manufacturing process cost can be reduced.

Claims (13)

重量%で、C:0.8~1.2%、Si:0.01~0.6%、Mn:0.1~0.6%、Cr:1.0~2.0%、Al:0.01~0.06%、N:0.02%以下(0は除外)、残りはFe及び不可避な不純物からなり、
微細組織の旧オーステナイト結晶粒サイズは、3~10μmであり、
方位差角度(Misorientation angle)が15°以上である高傾角粒界長さの和が単位面積当たり1,000~4,000mm/mmであることを特徴とするベアリング用線材。
% by weight, C: 0.8-1.2%, Si: 0.01-0.6%, Mn: 0.1-0.6%, Cr: 1.0-2.0%, Al: 0.01 to 0.06%, N: 0.02% or less (0 is excluded), the rest consists of Fe and inevitable impurities,
The prior austenite grain size of the microstructure is 3 to 10 μm,
A wire rod for bearings, wherein the sum of lengths of high-angle grain boundaries having a misorientation angle of 15° or more is 1,000 to 4,000 mm/mm 2 per unit area.
前記方位差角度が15°以下である低傾角粒界長さの和が単位面積当たり250~800mm/mmであり、前記低傾角粒界のうち方位差角度が5°以下である粒界の割合は、40~80%であることを特徴とする請求項1に記載のベアリング用線材。 The sum of the lengths of the low-angle grain boundaries having a misorientation angle of 15° or less is 250 to 800 mm/mm 2 per unit area, and the grain boundaries having a misorientation angle of 5° or less among the low-angle grain boundaries The wire rod for bearing according to claim 1, wherein the ratio is 40 to 80%. 前記微細組織は、粒界では網状型初析セメンタイトで構成され、粒内ではパーライトで構成されることを特徴とする請求項1に記載のベアリング用線材。 2. The wire rod for bearing according to claim 1, wherein the microstructure is composed of network-type proeutectoid cementite at grain boundaries and pearlite within grains. パーライト内の層状間隔は、0.05~0.2μmであることを特徴とする請求項3に記載のベアリング用線材。 4. The wire rod for bearing according to claim 3, wherein the layer spacing in pearlite is 0.05 to 0.2 μm. 引張強度は、1,200MPa以上、断面積減少率(RA)は、20%以上であることを特徴とする請求項1に記載のベアリング用線材。 2. The wire rod for bearings according to claim 1, having a tensile strength of 1,200 MPa or more and a cross-sectional area reduction rate (RA) of 20% or more. 1回軟質化熱処理後のセメンタイトの平均縦横比が2.5以下であることを特徴とする請求項1に記載のベアリング用線材。 2. The wire rod for bearings according to claim 1, wherein the average aspect ratio of cementite after the first softening heat treatment is 2.5 or less. 1回軟質化熱処理後の引張強度が750MPa以下であることを特徴とする請求項1に記載のベアリング用線材。 2. The wire rod for bearings according to claim 1, wherein the tensile strength after one softening heat treatment is 750 MPa or less. 重量%で、C:0.8~1.2%、Si:0.01~0.6%、Mn:0.1~0.6%、Cr:1.0~2.0%、Al:0.01~0.06%、N:0.02%以下(0は除外)、残りはFe及び不可避な不純物からなるビレットを950~1,050℃の温度範囲で加熱する段階、
Ae1~Acm℃の温度範囲で、下記式(1)で表現される臨界変形量以上の変形量で仕上げ熱間圧延して線材を製造する段階、及び
前記線材を3℃/sec以上の速度で500~600℃温度範囲まで冷却した後、1℃/sec以下の速度で冷却する段階、を含むことを特徴とするベアリング用線材の製造方法。
式(1):-1.6Ceq+3.11Ceq-0.48
(ここで、Ceq=C+Mn/6+Cr/5であり、C、Mn、Crは、各元素の重量%を意味する。)
% by weight, C: 0.8-1.2%, Si: 0.01-0.6%, Mn: 0.1-0.6%, Cr: 1.0-2.0%, Al: 0.01 to 0.06%, N: 0.02% or less (0 is excluded), the balance is Fe and inevitable impurities Heating the billet in the temperature range of 950 to 1,050 ° C.,
A step of finish hot rolling to produce a wire rod in a temperature range of Ae1 to Acm ° C. with a deformation amount equal to or greater than the critical deformation amount expressed by the following formula (1); A method of manufacturing a wire rod for bearings, comprising cooling to a temperature range of 500 to 600° C. and then cooling at a rate of 1° C./sec or less.
Formula (1): −1.6 Ceq 2 +3.11 Ceq−0.48
(Here, Ceq=C+Mn/6+Cr/5, and C, Mn, and Cr mean weight percent of each element.)
前記線材は、下記式(2)を満足することを特徴とする請求項8に記載のベアリング用線材の製造方法。
式(2):Tpf-Tf≦50℃
(ここで、Tpfは、仕上げ熱間圧延前の線材の平均表面温度であり、Tfは、仕上げ熱間圧延後の線材の平均表面温度である。)
9. The method of manufacturing a bearing wire according to claim 8, wherein the wire satisfies the following formula (2).
Formula (2): Tpf-Tf≤50°C
(Here, Tpf is the average surface temperature of the wire before finish hot rolling, and Tf is the average surface temperature of the wire after finish hot rolling.)
加熱時間は、90分以下であることを特徴とする請求項8に記載のベアリング用線材の製造方法。 9. The method of manufacturing a bearing wire according to claim 8, wherein the heating time is 90 minutes or less. 仕上げ熱間圧延前のオーステナイト結晶粒平均サイズ(AGS)は、5~20μmであることを特徴とする請求項8に記載のベアリング用線材の製造方法。 9. The method for producing a bearing wire according to claim 8, wherein the austenite grain average size (AGS) before finish hot rolling is 5 to 20 μm. 冷却後、前記線材をAe1~Ae1+40℃で加熱して5~8時間維持する軟質化熱処理段階をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載のベアリング用線材の製造方法。 9. The method of manufacturing a bearing wire according to claim 8, further comprising a softening heat treatment step of heating the wire at Ae1 to Ae1+40° C. and maintaining the temperature for 5 to 8 hours after cooling. 軟質化熱処理後、20℃/hr以下の速度で660℃まで冷却する段階をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載のベアリング用線材の製造方法。
13. The method of claim 12, further comprising cooling to 660[deg.] C. at a rate of 20[deg.] C./hr or less after the softening heat treatment.
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