KR100350572B1

KR100350572B1 - 베어링재료

Info

Publication number: KR100350572B1
Application number: KR1019970707724A
Authority: KR
Inventors: 사토시 야스모토; 도시유키 호시노; 겐이치 아마노; 아츠히코 오타; 미치로 하마노우에
Original assignee: 가와사키 세이테츠 가부시키가이샤; 고요 세이코 가부시키가이샤
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 2002-11-18
Also published as: EP0825270B2; KR19990008199A; EP0825270A4; JPH09291340A; TW353680B; DE69739435D1; EP0825270A1; JP3338761B2; US5960250A; WO1997032050A1; EP0825270B1

Abstract

본 발명은 로울러 베어링, 볼 베어링과 같은 구름 베어링에 사용되는 재료인 베어링재료, 특히 전동 피로 수명특성이 우수한 베어링 재료에 관한 것으로서,

C:0.95∼1.10mass%, Si:0.15∼0.70mass%, Mn:1.15mass% 이하, Cr:0.90∼1.60mass%, P:0.025mass% 이하를 함유하고, 비금속 개재물 형성원소인 S 및 O를 S:0.025mass% 이하, O:0.0012mass% 이하를 함유하며, 나머지가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 성분 조성을 갖고, 또 재료중의 AlN을 0.020 mass% 이하를 함유하거나 또는 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물을 피검면적 320㎟일 때 1200개 이하 함유하는 것에 의해 전동 피로 수명이 향상되는 것을 특징으로 한다.

Description

베어링 재료{BEARING MATERIAL}

베어링은 긴 피로 수명이 요구되기 때문에 전동 피로 수명이 긴 베어링 재료가 요구되고 있다.

일반적으로, 베어링재료의 전동 피로 수명의 향상은 재료 중에 존재하는 경질의 산화물계 비금속 개재물을 저감하는 것으로서 달성할 수 있는 것이 잘 알려져 있다.

따라서, 종래에는 주로 재료중의 산소량을 저감하는 것에 의해 산화물계 비금속 개재물량의 저감을 달성했다. 현재는 정련 기술의 진보와 함께 재료중의 산소량을 중량비로 하여 10ppm 이하까지 저감할 수 있다. 그러나, 산소량 저감은 이미 한계에 도달해 있어 그만큼 전동 피로 수명의 향상을 기대할 수 없는 것이 실정이다.

이와같은 실정을 감안하여 최근에는 산소량 저감 이외에 전동 피로 수명의 향상을 목적으로 하는 제안이 나오고 있다. 예를 들어 일본국 특개평 3-126839호 공보에서는 단위 면적 또는 단위 체적중의 산화물계 비금속 개재물의 갯수를 저감하여 긴 수명을 실현하는 베어링 재료가 개시되어 있다. 또한, 일본국 특개평 5-25587호 공보에서는 극치 통계에 의해 추정되는 산화물계 비금속 개재물의 예측 최대직경을 저감하여 긴 수명을 실현하는 베어링 재료가 개시되어 있다. 또한, 일본국 특개평 4-280941호 공보에서는 강중의 황화물계 비금속 개재물의 길이와 갯수에 착안하여 피검면적:160㎟에서의 최대 길이가 100㎛이하이고, 또 길이 40㎛를 초과하는 것의 갯수를 50개 이하로 하는 전동 피로 수명이 우수한 베어링용 강을 개시하고 있다.

이에 대해, 발명자들은 또한 베어링재료의 전동 피로 수명의 향상을 도모하기 위한 연구를 실시하였다. 이와같은 연구중에 발명자들은 고탄소 크롬 베어링강(JIS G4805 SUJ 2)을 사용하여 이들의 전동 피로 수명에 미치는 영향에 대해 조사했다. 여기서, 전동피로시험은 모리식 스러스트형 전동피로시험기를 사용하여 실시하였다. 시험조건은 헤르츠 최대 접촉 응력: 5260MPa, 반복 응력수: 30Hz로 했다.

또한, 윤활유는 #68 터빈유를 사용했다. 시험 결과는 와이블(Weibull) 분포에 따른 것으로서 확률지상에 정리하여 B₁₀수명(누적 파손 확률: 10%에 있어서의 파손까지의 총 부하횟수)으로 평가했다. 도 1에 B₁₀수명에 미치는 피검면적: 320㎟에 있어서의 입자직경 3㎛ 이상의 산화물계 비금속 개재물의 갯수의 영향을 나타냈다. 도 2에 B₁₀수명에 미치는 피검면적: 320㎟에 있어서의 산화물계 비금속 개재물의 최대 직경의 영향을 나타냈다. 도 1과 도 2를 비교하면 산화물계 비금속 개재물의 최대 직경과 B₁₀수명의 관계가 더욱 강하다. 단, 이 최대직경에 대해서도 10㎛ 이하의 영역은 B₁₀수명이 일정하지 않은 경향이 있다.

도 3에 B₁₀수명에 미치는 길이 40㎛ 초과의 황화물계 비금속 개재물 갯수의 영향을 나타냈다. 백색 동그라미는 최대 길이가 100㎛ 초과의 황화물계 비금속 개재물이 없는 경우를 나타낸다. 흑색 동그라미는 최대길이가 100㎛ 초과의 황화물계 비금속 개재물이 있는 경우를 나타낸다. 최대길이가 100㎛ 초과의 황화물계 비금속 개재물이 없는 경우, 40㎛를 초과하는 황화물계 비금속 개재물의 갯수가 적을수록 B₁₀수명은 향상된다. 이에 대해, 최대길이가 100㎛ 초과의 황화물계 비금속 개재물이 있는 경우에는 40㎛를 초과하는 황화물계 비금속 개재물의 갯수와 B₁₀수명과의 관계는 보이지 않았다.

따라서, 종래기술과 같이, 단위면적당 산화물계 비금속 개재물의 갯수나 상기 산화물계 비금속 개재물의 최대직경 또는 길이에 착안한 단위면적당 황화물계 비금속 개재물의 갯수만을 제어하는 것만으로는 전동 피로 수명을 예측하는데 또한 불충분하다는 것을 알 수 있었다. 특히, 전동 피로 수명의 향상을 달성하는데 이 요인을 확실하게 제어하는 것이 필요하게 된다. 이 때문에 강재 조성이나 제조 과정이 제약을 받아 생산성의 저하를 초래하는 것이 문제이다.

본 발명의 주요 목적은 상기와 같이 긴 전동피로수명을 갖는 베어링재료를 제공하는데 있다. 또 다른 목적은 개재물의 형태, 양의 제어를 통하여 수명뿐만 아니라 생산성면에서도 양호한 특성을 나타내는 베어링재료를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적에 비추어 그 실현을 위해 이루어진 것이다.

첫번째로는 도 4에 나타내는 관계에서 얻어진 지견에 기초한 것이다. 도 4는 B₁₀수명에 미치는 담금질(quenching), 템퍼링(tempering)후의 AlN량의 영향을 나타낸다. 명확하게 AlN량을 0.020질량% 이하로 하는 것에 의해 B₁₀수명은 향상된다. 일부 악화된 것은 보였지만 산화물계 비금속 개재물의 최대직경이 10㎛ 초과한 경우였다. 즉, 발명자들의 연구에 의하면 담금질, 템퍼링 후의 AlN량과 B₁₀수명 사이에는 매우 강한 관계가 있다. 따라서, 적어도 재료중의 AlN량을 제어하면 전동 피로 수명을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

두번째로는 도 5에 나타낸 관계에서 얻어진 지견에 기초한 것이다. 도 5는 B₁₀수명에 미치는 두께 1㎛이상의 황화물계 비금속 개재물 갯수의 영향을 나타낸다. 명확하게 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물 갯수를 1200개 이하로 하는 것에 의해 B₁₀수명은 향상된다. 일부 악화된 것도 인정되지만 산화물계 비금속 개재물의 최대 직경이 10㎛초과한 경우였다. 즉, 도 5에 나타내는 바와 같이, 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물의 갯수와 B₁₀전동 피로 수명과의 사이에는매우 강한 관계가 있다. 따라서, 적어도 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물의 갯수를 제어하면 전동피로수명을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 특히, 산화물계 비금속 개재물의 최대 직경: 10㎛이하인 경우에는 이 관계에 기초한 제어가 유효하다.

본 발명은 롤러 베어링 또는 볼 베어링과 같은 구름 베어링에 사용되는 재료인 베어링 재료에 관한 것이다. 특히 전동 피로 수명특성이 우수한 베어링재료에 관한 것이다.

도 1은 B₁₀수명에 미치는 피검면적:320㎟일 때의 입자직경 3㎛이상의 산화물계 비금속 개재물 갯수의 영향을 나타내는 그래프,

도 2는 B₁₀수명에 미치는 피검면적:320㎟일 때의 산화물계 비금속 개재물 최대 입자직경의 영향을 나타내는 그래프,

도 3은 B₁₀수명에 미치는 피검면적:320㎟일 때의 길이 40㎛를 초과하는 황화물계 비금속 개재물 갯수의 영향을 나타내는 그래프로서, 백색 동그라미는 피검면적:320㎟일 때의 황화물계 비금속 개재물의 최대 길이가 100㎛미만인 경우를 나타내며, 흑색 동그라미는 피검면적:320㎟일 때의 황화물계 비금속 개재물의 최대 길이가 100㎛ 초과인 경우를 나타내는 그래프,

도 4는 B₁₀수명에 미치는 AlN량의 영향을 나타내는 그래프로서, 백색 동그라미는 피검면적:320㎟일 때의 산화물계 비금속 개재물의 최대 직경이 10㎛이하인 경우를 나타내며, 흑색 동그라미는 피검면적:320㎟일 때의 산화물계 비금속 개재물의 최대 직경이 10㎛ 초과의 경우를 나타내는 그래프,

도 5는 B₁₀수명에 미치는 피검면적:320㎟일 때의 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물 갯수의 영향을 나타내는 그래프로서, 백색 동그라미는 피검면적:320㎟일 때의 산화물계 비금속 개재물의 최대 직경이 10㎛인 경우를 나타내며, 흑색 동그라미는 피검면적:320㎟일 때의 산화물계 비금속 개재물의 최대직경이 10㎛ 초과인 경우를 나타내는 그래프,

도 6은 B₁₀수명에 미치는 Sb량의 영향을 나타내는 그래프,

도 7은 피검면적:320㎟일 때의 두께 1㎛이상의 황화물계 비금속 개재물 갯수에 미치는 강중 S량의 영향을 나타내는 그래프,

도 8은 피검면적:320㎟일 때의 산화물계 비금속 개재물 최대 직경에 미치는 강중 O량의 영향을 나타내는 그래프이다.

즉, 본 발명은 C:0.95∼1.10질량%, Si:0.15∼0.70질량%, Mn:1.15질량%이하, Cr:0.90∼1.60질량%, P:0.025질량% 이하를 함유하고, 비금속 개재물 형성 원소인 S 및 O를 S:0.025질량% 이하, O:0.0012질량% 이하를 함유하고, 나머지가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 성분 조성을 갖고, 또 재료중의 AlN이 0.020질량% 이하인 베어링재료이다. 또한, Mo:0.10∼0.25질량%를 함유하는 것, Sb:0.0010질량% 이하를 함유하는 것, 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물의 갯수가 1200개 이하인것, 또는 산화물계 비금속 개재물의 최대직경이 피검면적:320㎟일 때 10㎛이하인 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명은 C:0.95∼1.10질량%, Si: 0.15∼0.70질량%, Mn:1.15질량% 이하, Cr:0.90∼1.60질량%, P:0.025질량% 이하를 함유하고, 비금속 개재물 형성 원소인 S 및 O를 S:0.025질량% 이하, O:0.0012질량% 이하를 함유하고, 나머지가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 성분 조성을 갖고, 또 재료중에 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물을 피검면적:320㎟일 때 1200개 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 베어링재료를 제안하는 것이다. 또한, Mo:0.10∼0.25질량%를함유하는 것, Sb:0.0010질량% 이하를 함유하는 것, 또는 산화물계 비금속 개재물의 최대직경이 피검면적:320㎟일 때 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 베어링재료의 성분 조성의 한정 이유에 대해서 이하에 상술한다.

또한, 본 발명 베어링 재료는 JIS G4805 고탄소 크롬 베어링 강을 기초로 하여 합금 설계를 한 성분 조성을 갖는 것이다. 따라서, 이하는 베어링 강의 예로 설명한다.

C:0.95∼1.10질량%

C는 기지에 고용(固溶)하여 마르텐사이트의 강화에 유효하게 작용하는 원소이다. 담금질, 템퍼링 후의 강도 확보와 그것에 의한 전동피로수명을 향상시키기 위하여 함유시킨다. 그 함유량이 0.95질량% 미만에서는 이와같은 효과를 얻을 수 없다. 한편, 1.10질량% 초과에서는 주조시에 거대 탄화물이 생성되어 가공성 및 전동피로수명이 저하한다. 따라서, 0.95∼1.10질량%의 범위로 한정했다.

Si:0.15∼0.70질량%

Si는 기지에 고용하여 템퍼링 연화저항을 증대시킨다. 따라서, 담금질, 템퍼링 후의 강도를 높이기 때문에 전동 피로 수명을 향상시키는 원소로서 유효하다. 이와같은 목적으로 첨가되는 Si의 함유량은 0.15∼0.70질량%의 범위로 한다.

Mn: 1.15질량% 이하

Mn은 강의 담금질을 향상시킨다. 따라서, 기지 마르텐사이트의 인성, 경도를 향상시키기 때문에 전동 피로 수명의 향상에 유효하게 작용한다. 이와같은 목적을 위해서는 1.15질량% 이하의 첨가로 충분하다.

하한은 특별히 설정할 필요는 없지만 탈산 등을 위해 0.10질량% 이상 첨가하는 것이 타당하다.

Cr: 0.90∼1.60질량%

Cr은 담금질의 향상과 안정된 탄화물의 형성을 통하여 강도의 향상 및 내마모성을 향상시킨다. 그 결과, 전동 피로 수명을 향상시키는 성분이다. 이와같은 효과를 얻기 위해서는 0.90∼1.60질량%의 첨가가 필요하다.

P:0.025질량% 이하

P는 강의 인성 및 전동 피로 수명을 저하시키기 때문에 가능한한 낮은 것이 바람직하다. 그 허용 상한은 0.025질량%이다.

S;0.025질량% 이하

S는 Mn과 결합하여 MnS 등의 황화물계 개재물을 형성하여 피삭성을 향상시킨다. 그러나, 다량으로 함유시키면 전동 피로 수명을 저하시키기 때문에 0.025질량%를 상한으로 하지 않으면 안된다. 단, 후술하는 바와 같이, 통상의 용제, 압연법에 의해 개재물의 갯수를 소정의 양으로 하기 위해서는 0.003질량%를 상한으로 하는 것이 바람직하다.

O: 0.0012질량% 이하

O는 경질인 산화물계 비금속 개재물을 형성하여 전동피로수명을 저하시키기 때문에 낮은 것이 바람직하지만 0.0012질량%까지는 허용된다. 따라서, 그 상한을 O:0.0012질량%로 했다. 단, 후술하는 바와 같이 통상의 용제법에 의해 개재물 최대 직경을 소정의 크기로 하기 위해서는 0.0006질량%를 상한으로 하는 것이 바람직하다.

Mo: 0.10∼0.25질량%

Mo는 본 발명에서 필요에 따라서 첨가한다. 단, 고가인 원소이기 때문에 담금질성의 향상이 필요한 경우에만 첨가한다. 그 효과를 얻기 위해서는 Mo는 0.10∼0.25질량%의 범위의 첨가로 충분하다.

Sb: 0.0010질량% 이하

Sb는 스크랩 등의 제강원료로부터 혼입하는 경우가 있지만 전동 피로 수명을 저하시키는 원소이기 때문에 스크랩 등을 엄선하는 등의 수단에 의해 그 상한을 0.0010질량%로 하지 않으면 안된다. 도 6은 B₁₀수명에 미치는 강중의 Sb량의 영향을 나타내는 것이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 강중의 Sb량이 0.0010질량%를 초과하면 B₁₀수명은 확실히 저하하는 경향을 나타내고 있기 때문에 Sb의 함유량 상한을 0.0010질량%로 한 것이다.

AlN:0.020 질량% 이하

AlN은 본 발명에 있어서 가장 중요한 역할을 하는 화합물이다. 이 화합물은 전동 피로 수명의 향상을 위해서는 가능한한 낮은 것이 바람직하다. B₁₀수명에 미치는 AlN의 영향을 나타내는 도 4로부터 명확해진 바와 같이 베어링 재료는 AlN이 0.020질량%를 초과하면 전동 피로 수명이 현저하게 저하하기 때문이다.

또한, 강중 AlN량의 저감방법으로서 강중 Al량 및 강중 N량의 저감이 가장유효하다. 또한, 담금질할 때의 유지 온도를 높이는 것에 의해 대처 가능하지만 베어링의 제조성을 현저하게 악화시킬 가능성이 있다.

상기 AlN량을 만족하기 위해서는 강중의 Al을 0.030질량% 이하, 바람직하게는 0.020질량% 이하로 하고, 또 N을 0.010질량%이하, 바람직하게는 0.008질량% 이하로 하는 것이 필요하다.

또한, 본 발명의 다른 실시형태로는 개재물의 형태 및 양을 다음과 같이 제어하는 것이다.

우선, 도 5에 나타내는 바와 같이 두께 1㎛ 이상의 황화물계 금속 개재물의 갯수를 피검면적 320㎟일 때 1200개 이하가 되도록 하는 것이다. 또한, 본 발명에 있어서, 황화물계 비금속 개재물의 형태에 대해 두께 1㎛ 이상으로 한정한 이유는 비금속 개재물의 조성을 가시적으로 식별할 수 있는 한계의 크기이며, 전동 피로 수명의 대응도 좋기 때문이다. 이 황화물계 비금속 개재물의 갯수는 전동 피로 수명의 향상에 대해서는 가능한한 적은 것이 바람직하다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 두께 1㎛이상의 황화물계 비금속 개재물이 피검면적 320㎟에 있어서 1200개를 초과하면 B₁₀수명이 급격하게 저하한다. 따라서, 그 상한을 1200개로 하였다.

도 7에 이상에 설명한 성분 조성으로 이루어진 JIS G4805 고탄소 크롬 베어링강(SUJ2 해당 강)에 있어서 피검면적 320㎟에서의 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물 갯수에 미치는 강중 S량의 영향을 나타낸다. 도 7에 명확하게 나타낸 바와 같이 양자는 양호한 관계를 나타내고 있다. 즉, 두께 1㎛ 이상의 황화물계비금속 개재물 갯수의 저감에는 강중 S량의 저감이 유효하다. 또한, 통상의 용제, 압연법이면 두께 1㎛이상의 황화물계 비금속 개재물 갯수를 1200개 이하로 하는데는 강중 S량을 0.003질량% 이하로 하는 것이 요구된다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시형태에서는 산화물계 비금속 개재물의 최대직경이 피검면적 320㎟일 때 10㎛ 이하를 나타내는 것이다. 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이 산화물계 비금속 개재물의 최대직경이 10㎛을 초과하면 전동 피로 수명은 현저하게 저하한다. 따라서, 그 상한을 10㎛로 한 것이다. 도 8은 이상에 설명한 성분 조성으로 이루어진 JIS G4805 고탄소 크롬 베어링강(SUJ2 해당 강)에 있어서의 피검면적 320㎟에서의 산화물계 비금속 개재물의 최대직경에 미치는 강중 O량의 영향을 나타낸다. 양자는 좋은 관계를 나타내고 있다. 즉, 산화물계 비금속 개재물의 최대직경의 저감에는 강중 O량의 저감이 유효하다. 또한, 통상의 용제법이면 이 산화물계 비금속 개재물의 최대직경을 10㎛ 이하로 하는데는 강중 O량을 0.0006질량% 이하로 하는 것이 요구된다.

또한, 본 발명에 있어서, 개재물의 최대직경은 피검면적:320㎟에 있어서의 가장 큰 산화물계 비금속 개재물의 원에 상당하는 직경을 의미하는 것이다.

(실시예 1)

표 1에 나타내는 화학조성을 가진 JIS G4805 고탄소 크롬 베어링용 강 2종(SUJ2) 및 5종(SUJ5)을 전로에서 통상의 방법에 의해 용제하여 RH 탈 가스를 실시한 후, 연속 주조하여 직경 65mm의 봉강으로 압연했다. 계속해서, 노멀라이징(normalizing), 구상화 어닐링(annealing)한 후에 830℃에서 30분간 유지한 후 담금질하고, 180℃에서 2시간 동한 템퍼링을 실시하여 절삭 및 래핑 마무리에 의해 60mmφ× 5mm의 원반형 전동 피로 수명 시험편을 얻었다.

또한, 비금속 개재물의 측정은 봉강의 1/4 직경부에서 16mm × 20mm의 피검면을 가진 시험편을 압연방향으로 채취하고, 피검면적이 320㎟일 때의 산화물계 비금속 개재물의 입자직경 및 두께 1㎛이상의 황화물계 비금속 개재물의 총 갯수를 측정했다.

또한, 전동 피로 시험은 모리식 스러스트형 전동 피로 시험기를 사용하여 헤르츠 최대 접촉 응력:5260MPa, 반복 응력수:30Hz 및 윤활유:#68 터빈유의 조건으로 실시하였다. 이 시험 결과를 와이블 분포를 따르는 것으로 하여 확률지상에 정리하여 B₁₀수명으로 평가했다.

상기 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 이 표에서 명확해진 바와 같이, 강 중의 Al% 또는 강중의 N%을 저감하는 것에 의해 담금질, 템퍼링 후의 AlN량은 감소하고 있다. 또한, 강 중의 O량이 0.0006% 이하이면 피검 면적을 320㎟로 했을 때의 산화물계 비금속 개재물의 최대 직경은 10㎛ 이하를 나타낸다. 강중 S량이 0.003%이하이면 피검면적을 320㎟로 했을 때의 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물의 갯수는 1200개 이하를 확실히 만족하고 있다.

또한, 동일 조성으로 담금질 온도가 다른 본 발명재료(NO.11)와 발명재료(NO.12)를 비교하면 담금질 온도가 850℃로 높은 발명재료쪽이 담금질, 템퍼링 후의 AlN량이 낮고, 그 결과 B₁₀수명이 1.5배 정도 우수한 것으로 되어 있다.

또한, 담금질, 템퍼링 후의 AlN량이 0.020질량% 이하인 본 발명재료(No.2∼8, 10∼13)의 B₁₀수명은 종래재료(No.1, 9)의 1.5∼14.7배 이상으로 되어 있다. 그 중에서도 강 중의 Sb량이 0.0010질량% 이하인 본 발명재료(No.5, 11), 피검면적을 320㎟으로 했을 때의 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물 갯수가 1200개 이하인 발명재료(No.6, 12), 마찬가지로 피검면적을 320㎟으로 했을 때의 산화물계 비금속 개재물의 최대직경이 10㎛이하인 발명재료(No.7)의 전동 피로 수명은 종래재료의 4.2∼10.3배로 우수하다. 또한, 모든 조건이 바람직한 상태에 있는 발명재료(No.8, 13)의 B₁₀수명은 종래재료의 15배 정도에 도달하고 있다.

(실시예 2)

표 2에 나타내는 화학조성을 가진 JIS G4805 고탄소 크롬 베어링용 강 2종(SUJ2) 및 5종(SUJ5)을 전로에서 통상의 방법에 의해 용제하여 RH 탈가스를 실시한 후 연속 주조하여 직경 65mm의 봉강으로 압연했다. 계속해서, 노멀라이징, 구상화 어닐링 후에 830℃에서 30분간 유지한 후 담금질하고 180℃에서 2시간동안 템퍼링을 실시하여 절삭 및 래핑 마무리에 의해 60mmφ × 5mm의 원반형 전동 피로 수명 시험편을 얻었다.

또한, 비금속 개재물의 측정 및 전동 피로시험은 실시예 1과 같은 조건으로 실시하였다. 그 시험 결과를 와이블 분포를 따르는 것으로 하여 확률지상에 정리하여 B₁₀수명으로 평가했다.

상기 평가 결과를 표 2에 나타낸다. 이 표에서 명확해진 바와 같이, 강 중의 O양이 0.0006% 이하이면 피검면적을 320㎟으로 했을 때의 산화물계 비금속 개재물의 최대 직경은 10㎛이하를 나타낸다. 강중 S량이 0.003% 이하이면 피검면적을 320㎟으로 했을 때의 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물의 갯수는 1200개 이하를 확실히 만족하고 있다.

또한, 피검면적 320㎟으로 했을 때의 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물 갯수가 1200개 이하인 본 발명의 강(No.15∼19, 21∼23)의 B₁₀수명은 No.14 또는 No.20의 종래 강에 비하여 2.2∼10.2배 우수하다. 그 중에서도 강 중의 Sb량이 0.0010질량% 이하인 발명 강(No.17, 22) 및 피검면적을 320㎟으로 했을 때의 산화물계 비금속 개재물의 최대 직경이 10㎛ 이하인 발명 강(No.18)의 B₁₀수명은 종래 강의 4.3∼5.2배나 우수하다. 또한, 모든 조건이 바람직한 상태에 있는 발명 강(No.19, 23)의 B₁₀수명은 종래 강의 10배 정도에 도달해 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 베어링 재료는 담금질, 템퍼링 후의 AlN량을 0.020질량% 이하로 제어하는 것 또는 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물 갯수를 1200개 이하로 제어하는 것에 의해 전동피로수명 및 생산성이 기존보다 크게 개선되었다.

또한, 피검면적이 320㎟일 때의 산화물계 비금속 개재물의 최대 직경을 10㎛ 이하로 하고 강중 Mo량 또는 Sb량의 제어를 함께 실시하여 베어링 재료의 전동 피로 수명이 더욱 개선되었다.

Claims

C:0.95∼1.10질량%, Si:0.15∼0.70질량%, Mn:1.15질량% 이하, Cr:0.90∼1.60질량%, P:0.025질량% 이하를 함유하고, 비금속 개재물 형성 원소인 S 및 O를 S:0.025질량% 이하, O:0.0012질량% 이하 함유하고, 나머지가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 성분 조성을 갖고, 또 재료중에 AlN을 0.020질량% 이하 함유하며, 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물의 갯수가 피검면적: 320㎟일 때 1200개 이하인 것을 특징으로 하는 베어링재료.
제 1 항에 있어서,

상기 재료의 상기 화학 성분에 더해 Mo를 0.10∼0.25질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 베어링재료.
제 1 항에 있어서,

상기 재료의 상기 화학성분에 더해 Sb를 0.0010질량%이하 함유하는 것을 특징으로 하는 베어링재료.
제 1 항에 있어서,

산화물계 비금속 개재물의 최대직경이 피검면적:320㎟일 때 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 베어링재료.
제 1 항에 있어서,

상기 재료의 상기 화학 성분에 더해 Sb를 0.0010질량% 이하 함유하고, 산화물계 비금속 개재물의 최대직경이 피검면적:320㎟일 때 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 베어링재료.
C:0.95∼1.10질량%, Si:0.15∼0.70질량%, Mn:1.15질량% 이하, Cr:0.90∼1.60질량%, P:0.025질량% 이하를 함유하고, 비금속 개재물 형성 원소인 S 및 O를 S:0.025질량% 이하, O:0.0012질량% 이하 함유하고, 나머지가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 성분 조성을 갖고, 또 이 재료중에는 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물을 피검면적:320㎟일 때 1200개 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 베어링재료.
제 6 항에 있어서,

상기 재료의 상기 화학성분에 더해 Mo를 0.10∼0.25질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 베어링재료.
제 6 항에 있어서,

상기 재료의 상기 화학성분에 더해 Sb를 0.0010질량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 베어링재료.
제 6 항에 있어서,

산화물계 비금속 개재물의 최대직경이 피검면적:320㎟일 때 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 베어링재료.
제 6 항에 있어서,

상기 재료의 상기 화학성분에 더해, Sb를 0.0010질량% 이하 함유하고, 산화물계 비금속 개재물의 최대 직경이 피검면적:320㎟일 때 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 베어링재료.
C:0.95∼1.10질량%, Si:0.15∼0.70질량%, Mn:1.15질량% 이하, Cr:0.90∼1.60질량%, P:0.025질량% 이하, Mo:0.10∼0.25질량%를 함유하고, 비금속 개재물 형성 원소인 S 및 O를 S:0.025질량% 이하, O:0.0012질량% 이하 함유하고, 나머지가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 성분 조성을 갖고, 또 재료중에 AlN을 0.020질량% 이하 함유하며, 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물을 피검면적:320㎟일 때 1200개 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 베어링재료.
제 11 항에 있어서,

산화물계 비금속 개재물의 최대직경이 피검면적:320㎟일 때 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 베어링재료.
제 11 항에 있어서,

상기 재료의 상기 화학성분에 더해, Sb를 0.0010질량% 이하 함유하고, 산화물계 비금속 개재물의 최대 직경이 피검면적:320㎟일 때 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 베어링재료.
C:0.95∼1.10질량%, Si:0.15∼0.70질량%, Mn:1.15질량% 이하, Cr:0.90∼1.60질량%, P:0.025질량% 이하, Mo:0.10∼0.25질량%를 함유하고, 비금속 개재물 형성 원소인 S 및 O를 S:0.025질량% 이하, O:0.0012질량% 이하 함유하고, 나머지가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 성분 조성을 갖고, 두께 1㎛ 이상의 황화물계 비금속 개재물의 갯수가 피검면적: 320㎟일 때 1200개 이하인 것을 특징으로 하는 베어링재료.
제 14 항에 있어서,

산화물계 비금속 개재물의 최대직경이 피검면적:320㎟일 때 10㎛이하인 것을 특징으로 하는 베어링재료.
제 14 항에 있어서,

상기 재료의 상기 화학성분에 더해 Sb를 0.0010질량% 이하 함유하고, 산화물계 비금속 개재물의 최대 직경이 피검면적:320㎟일 때 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 베어링재료.