KR100352597B1 - 중심편석이 감소되는 베어링용 선재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베어링 소재에 사용되는 선재의 제조에 관한 것으로서, 그 목적은 베어링을 사용할 때 피로균열의 원인이 되는 소재의 편석을 감소시킨 선재의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은 베어링용 강의 제조방법에 있어서, 주조속도를 0.62~0.64m/분의 범위로 하여 블룸(bloom)으로 주조한 다음, 주조된 블룸을 강편 및 선재압연한 후, 압연된 선재를 830℃ 이전까지 권취를 완료하고, 권취된 선재를 600℃까지 8~15℃/초의 속도로 냉각하는 중심편석이 감소되는 베어링용 선재의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

중심편석이 감소되는 베어링용 선재의 제조방법

본 발명은 베어링 소재에 사용되는 선재의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 베어링을 사용할 때 피로균열의 원인이 되는 소재의 편석을 감소시킨 선재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 볼 베어링(ball bearing)용 소재로는 그 조성이 0.98~1.0%의 C, 0.25~0.45%의 Mn, 0.15~0.30%의 Si, 0.025%의 P와 S 및 1.30~1.60%의 Cr을 함유한 선재를 이용하여 제조된다. 즉, 상기한 조성을 갖도록 제강공정에서 일정한 정련과정을 거친 다음, 연속주조공정을 통해 주조된 블룸(bloom)을 강편(billet) 및 선재압연한 후, 압연된 선재를 권취하고, 이를 가속냉각하여 얻어진 선재는 구상화 열처리 등 일정한 열처리를 거쳐 최종적으로 볼베어링으로 가공되어 제조된다.

베어링의 제조에 있어 가장 중요한 점 가운데 하나는 중심부에 세멘타이트가 다량 형성되어 있으면 매우 취약해져 피로시험이나 사용도중 균열이 발생되므로 선재를 제조할 때부터 중심편석을 가능한 한 억제해야 한다는 점이다. 그러나, 실제 종래의 선재의 제조방법의 경우 연속주조를 할 때부터 주편의 등축정 형성비율을 높여 중심편석을 제거하고자 우선 용강의 과열도를 낮추고 주조속도를 어느 정도 빠르게 한 다음, 선재 제조시 자연냉각하여 선재를 제조하였으나, 선재의 조직은 많은 세멘타이트가 형성되어 있고 또한 펄라이트의 층상 간격도 매우 크다. 이렇게 선재에 초석 세멘타이트가 다량 잔존하거나 펄라이트의 층상 간격도 크게 되면 편석부위는 피로균열의 기점으로 작용하여 바람직하지 못하다.

한편, 이러한 베어링강의 중심편석을 제어하기 위하여 종래에는 수직형 연주기에서부터 10~100mm의 경압하(soft reduction)를 실시하여 편석을 감소시키는 방법(일본 특개평 8-132205)이 제시되어 있으며, 또한 주편의 응고부분에 롤을 설치하여 경압하를 실시하여 주편의 중심부위의 편석을 제어하는 방법(일본 특개평6-248302)이 개시되어 있다. 그러나, 상기 방법들은 주로 설비에 의해 주편의 편석을 감소시키는 방법으로서, 만일 다른 종류의 강종을 생산한 후 베어링용 선재를 제조하는 경우 주조속도가 달라짐에 따라 설비적으로 대처하는데 탄력성이 현저히 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 베어링용 선재를 제조할 때 다양한 강종의 생산도중에도 베어링강종의 생산에 용이하게 대처할 수 있도록 연속주조과정에서 주조속도를 변경하는 한편 권취후 선재의 냉각조건을 적절히 제어하므로써 선재의 초석 세멘타이트의 생성을 억제하여 중심 편석을 크게 감소시킬 수 있는 선재의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 연속주조속도에 따른 발명재와 비교재의 중심편석 발생정도를 비교한 그래프

도2는 발명재와 비교재의 조직사진

상기 목적달성을 위한 본 발명은 베어링용 강의 제조방법에 있어서,

주조속도를 0.62~0.64m/분의 범위로 하여 블룸을 주조한 다음, 주조된 블룸을 강편을 및 선재압연한 후 압연된 선재를 830℃ 이전까지 권취를 완료하고, 권취된 선재를 600℃까지 8~15℃/초의 속도로 냉각하는 중심편석이 감소되는 베어링용 선재의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

보통 연속주조 할 때 주형을 빠져 나온 주편은 주형 하부에 위치된 안내롤에 의해 다소 경압하(soft reduction)된다. 따라서, 연속주조되는 주편에 이러한 경압하가 가해질 때는 주편의 고상비율을 적정비율로 유지하여 응고수축에 따른 중심편석을 방지함이 바람직하다. 본 발명에서는 통상적인 주조속도인 0.65m/분보다 주조속도를 낮게 가져가면서 주편의 고상비율을 적정하게 유지함에 특징이 있다. 즉, 본 발명의 경우 주조속도는 0.62~0.64m/분의 범위로 함이 바람직한데, 그 이유는 주조속도가 느리면 경압하에 의해 고상에 비해 액상의 비율이 너무 낮아 경압하에 의한 편석 제거효과가 없을 뿐만아니라 생산성이 저하되며, 주조속도가 빠르면 경압하에 의한 고상에 비해 액상의 비율이 너무 높아 응고수축에 따른 편석이 생성되어 바람직하지 않기 때문이다.

상기한 주조속도 범위로 주조된 블룸은 이후 강편 및 선재압연한 다음, 압연된 선재를 830℃ 이전까지 권취를 완료하고, 권취된 선재를 600℃까지 8~15℃/초의 속도로 냉각한다.

상기 선재압연 통상적인 선재압연이면 충분하며, 압연된 선재는 830℃까지 권취를 완료함이 바람직하다. 그 다음, 권취된 선재는 바로 830℃에서 냉각되어 600℃까지 초당 8~15℃의 속도로 냉각해야 한다. 만일 냉각속도가 8℃/초 미만으로 되면 가속냉각효과가 적어 초석 세멘타이트 두께가 커져 펄라이트 층상 간격이 커져 취화되어 바람직하지 않다. 또한 냉각속도가 15℃/초 이상인 경우에는 상기 선재를 신선할 때 유해한 저온조직, 즉 베이나이트나 마르텐사이트 조직이 발생되어 바람직하지 않다.

권취된 선재에 대한 냉각속도 조절은 이송테이블 아래에 위치한 다수개의 송풍기에 의해 권취되어 이송되는 선재를 송풍함으로써 가능하다. 예를들면, 상기 송풍기중의 첫 번째 송풍기를 50~100% 사이로 개도하고 두 번째이후의 송풍기를 닫는 것이다.

이러한 냉각조건으로 제조되는 선재는 중심편석과 초석 세멘타이트 생성이 억제되는 한편 펄라이트의 층상 간격이 줄어들며 신선할 때 유해한 마르텐사이트의 생성이 방지되는 이상적인 조직을 가질 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예1]

C: 1.02%, Si: 0.23%, Mn: 0.37%, P: 0.012%, S: 0.003%, Cr: 1.45%, Ti: 0.003%, O₂: 10ppm, N₂: 34ppm, 및 Cu: Tr.로 함유된 용강을 각각 0.60m/분(비교재1), 0.63m/분(발명재1), 0.65m/분(비교재2)의 주속으로 연속주조하여 250×330mm 크기의 블룸을 제조한 다음, 강편 및 선재로 압연하고, 압연된 선재를 830℃에서 권취후 1번 송풍기의 개도율을 50%로 하고 나머지 송풍기는 닫아 600℃까지 10℃/초의 속도로 가속냉각하였다. 이렇게 제조된 각각의 선재로부터 시편을 채취하여 중심편석정도를 검사하고, 그 결과를 도1에 나타내었다.

도1에 나타난 바와 같이, 주속을 0.62~0.64m/분의 범위로 한 발명재1의 경우 비교재1,2에 비하여 편석이 크게 저감됨을 알 수 있었다.

[실시예2]

주조속도를 0.63m/분으로 주조한 동일한 크기의 강편을 선재압연한 다음, 압연된 선재를 830℃에서 권취후 송풍기를 모두 닫아 600℃까지 냉각속도를 4℃/초로 하여 제조된 선재(비교재3)와 실시예1에서 제조된 발명재1의 조직을 비교하여 도2에 나타내었다.

도2a에 나타난 바와 같이, 비교재3(도2a)의 경우 초석 세멘타이트가 grade 4정도인 반면, 도2b의 발명재1의 경우 초석 세멘타이트가 grade 2 정도였다. 또한, 비교재3의 경우 펄라이트의 층간 간격이 약 0.2㎛인 반면, 발명재1의 경우 펄라이트 층간 간격이 약 0.18㎛ 정도로서 현저히 감소되어 있음을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 연속주조과정에서 주조속도를 적절히 변경하여 주편의 응고말기 부분에서 적절한 경압하가 이루어지도록 하고, 또한 선재 권취후의 냉각조건을 적절히 변경하므로써 주편의 중심부분에서 초석 세멘타이트의 양을 감소시키고, 펄라이트의 층상 간격을 작게 하여 전체적으로 소재의 중심부분의 편석을 감소시킨 선재를 제공하며, 이러한 선재는 피로수명이 크게 개선되는 베어링 소재에 매우 유용한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 베어링용 강의 제조방법에 있어서,

   주조속도를 0.62~0.64m/분의 범위로 하여 블룸을 주조한 다음, 주조된 블룸을 강편 및 선재압연한 후 압연된 선재를 830℃ 이전까지 권취를 완료하고, 권취된 선재를 600℃까지 8~15℃/초의 속도로 냉각함을 특징으로 하는 중심편석이 감소되는 베어링용 선재의 제조방법