KR100466080B1 - 구름 베어링 강과 그 제조 방법 및 구름 베어링 부품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1 C - 1.5 Cr 타입 시리즈 강의 구름 베어링 링과 같은 구름 베어링 부품을 제조하는 방법 및 이 방법에 의해 제조된 구름 베어링에 관한 것이다. 적어도 구름 베어링 부품의 표면은 베이나이트 조직이다. 상기 조직의 유효 수명은 냉간 압연되지 않은 부품에 비해서 상당히 증가되는 것으로 밝혀졌다. 페라이트 상태의 통상의 1 C - 1.5 Cr 타입 강으로부터 시작하여 얻어질 수 있는 하부베이나이트 조직이 사용되는 것이 바람직하다. 오스테나이트화 하기 전에, 강은 냉간 압연된다. 담금질에 의해 베이나이트 조직이 얻어진다.

Description

구름 베어링 강과 그 제조 방법 및 구름 베어링 부품 {ROLLING BEARING STEEL, A METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF, AND A ROLLING BEARING COMPONENT}

이러한 강은 일반적으로 아래와 같은 조성으로 구성된다.

탄소 : 0.85 - 1.10 중량 %

규소 : 0.005 - 0.6 중량 %

망간 : 0.005 - 0.80 중량 %

크롬 : 1.25 - 2.05 중량 %

니켈 : 최대 0.35 중량 %

몰리브덴 : 최대 0.36 중량 %

잔부 : 철 및 통상의 불순물들

이러한 조성의 강은 구름 베어링 부품을 제조하는 데에 널리 사용된다. 이들 강은 페라이트 조직으로 시작하여, 오스테나이트화 열처리 된 후, 담금질 처리에 의해 최종 부품의 마르텐사이트 표면 조직이 된다. 이 마르텐사이트 조직은 상대적으로 단단하고 양호한 기본적 특성을 갖는다. 구름 베어링의 접촉 피로 수명과 인성이 중요한 용도에는 침탄강이 사용된다. 침탄강과 열처리에는 비용이 더 많이 들고, 관련된 열처리는 일반적으로 훨씬 더 복잡하다.

EP 0896068A1호에는 베어링 강의 베이나이트 경화법에 대하여 개시되어 있다. 결론적으로 출발 재료는 페라이트 상태이고, 이 재료는 오스테나이트화한 후에 담금질 처리하여 최종적인 베이나이트 조직이 된다.

본 발명은 1 C - 1.5 Cr 타입 시리즈의 구름 베어링 강에 관한 것이다.

본 발명은 개선된 특성을 갖는 강, 구체적으로는 구름 접촉 피로 특성이 개선되고 양호한 인성을 갖는 강을 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 페라이트 상태의 강을 변형시키는 것으로 실현된다. 이러한 변형은 열간 변형일 수도 있고 냉간 변형일 수도 있다. 만약, 열간 변형이 이용된다면, 바람직하게는 페라이트 상태, 즉 700 ℃ 미만의 온도에서 변형을 행한다. 열간 성형 중, 변형 중에 얻어지는 전위(轉位) 셀은 회복되어 경화 온도(hardening temperature)까지 가열하는 동안 미세한 아결정립(亞結晶粒)을 형성하고, 따라서 적용되는 하부 베이나이트 경화 공정의 결과로 더욱 미세한 조직을 얻는다.

더욱 상세하게는, 상기 강은 압연에 의하여 조형(shaping)을 행한다. 관으로부터 시작하여 구름 베어링 부품으로서 링을 제조하려는 경우에는 냉간 변형을 실시하는데, 이 때에 링 자체를 관으로 제조하여 금속 절삭 작업이 더 적어지게 된다. 이것은 재료 손실이 더 적어진다는 것을 의미한다. 냉간 압연을 실시하는 경우, 오스테나이트화 개시 온도와 오스테나이트화 종료 온도는 저하하여, 800 ℃ 내지 900 ℃ 사이의 온도에서 오스테나이트화가 이루어지게 되어, 즉 페라이트에서 오스테나이트로의 변태가 더 낮은 온도 수준에서 이루어지게 되어, 동일한 온도 수준이라면 더 완벽한 것으로 된다. 바람직하게는 베이나이트 변태 시간은 180분 이상이다. 압연, 구체적으로는 냉간 압연에 의하여 오스테나이트화 온도를 하강시키는 것 이외에도 마르텐사이트 개시 온도도 약 30℃ 저하되어 250℃ 보다 훨씬 낮아지게 된다. 일반적으로 미세조직은 잘 조질(調質)된 입자를 보여준다. 바람직하게는 베이나이트는 하부베이나이트를 포함하는데, 이에 따라 베이나이트 강으로 제조된 구름 베어링 부품의 유효 수명이 더 연장된다. 또한, 구름 베어링 강은 그 표면만을 마르텐사이트 조직을 포함하지 않는 베이나이트 조직으로 형성하여도 된다.

변형 시에 관과 유사한 다른 물품으로 시작하는 것이 가능함은 물론이다. 예를 들면, 부품이나 링은 추후에 예비 조형 공정(pri shaping process)(터닝 또는 밀링)을 행할 수도 있다. 냉간 성형은 압연, 단조, 조형 등을 포함할 수 있다.

페라이트 아결정립 입계는 구상 탄화물의 교차점에서의 오스테나이트 핵 생성 장소가 되고, 이에 의해 동일한 조건에서 오스테나이트화된 변형되지 않은 1 C - 1.5 Cr에 비하여 오스테나이트 입도가 미세화된다.

사용되는 강은 비교적 순수한 것, 즉 최대 9 ppm의 산소, 최대 0.004 중량 %의 황, 최대 15 ppm의 티타늄, 최대 0.015 중량 %의 인을 포함하는 것이 바람직하다.

구름 베어링 링을 제조할 때, 열간 압연과 비교하여 냉간 압연의 유리한 효과를 보여주기 위해서 비교 실험을 실시하였다. 열간 압연이나 냉간 압연 이외에, 양쪽 시편에 열처리를 정확하고 동일하게 실시하였다. 구형 구름 베어링에 있어서, 열간 압연 변형체는 95의 상하 신뢰도로서 52 ×10⁶내지 157 ×10⁶회 회전하여 상대 기본 정격 수명의 회전수는 106 ×10⁶회인 것으로 밝혀졌다.

동일한 실험 조건에서, 냉간 압연된 링은 294 ×10⁶번 이상 회전하는 기본 정격 수명을 갖는다. 비록, 본 발명의 보호 범위에 필수적인 것은 아니지만, 페라이트 매트릭스 냉간 압연으로 인하여 전위는 아결정립을 형성하는 셀로 회복되는 것으로 해석된다. 이 아결정립의 형성으로 더 미세한 오스테나이트가 된다. 담금질은 마르텐사이트 개시 온도 이상에서 시작하는데, 냉간 압연에 따른 마르텐사이트 개시 온도의 저하에 따라, 그러한 담금질은 250 ℃ 미만의 온도에서 실시할 수 있게 된다.

전술한 처리는 구름 접촉 피로 수명을 연장시키는 데 있어 대체로 더 낮은 탄소 함유량을 갖는 구름 베어링 강에 대한 대안이 된다. 이러한 강은 충분한 정도로 표면 경도를 증가시키기 위해서 대체로 침탄되거나 침탄질화 된다. 퍼센트 변형율은 오스테나이트화 처리 중에 얻는 오스테나이트 입도에 영향을 준다. 상대적으로 변형율이 낮은 경우, 수 ㎛의 입도를 갖는 거친 재료가 된다. 그러나, 예를 들어 30 % 이상, 특히 60 % 이상으로 상당히 변형시킨다면 입도는 2 ㎛ 미만까지 상당하게 감소된다.

본 발명의 보호 범위는 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예에 한정되지 않고 첨부된 청구 범위에 의하여 결정된다는 것을 유의해야 한다.

Claims (10)

1. 페라이트 상태에서 0.85 - 1.10 중량 %의 탄소와, 0.005 - 0.6 중량 %의 규소와, 0.005 - 0.80 중량 %의 망간과, 1.25 - 2.05 중량 %의 크롬과, 최대 0.35 중량 %의 니켈과, 최대 0.36 중량 %의 몰리브덴과, 잔부로서 철과 통상의 불순물을 포함하는 1 C - 1.5 Cr 타입 강을 마련하고, 상기 강을 오스테나이트화한 후, 최종적으로 베이나이트 조직이 되도록 담금질하되, 상기 강을 오스테나이트화 하기 전에 700 ℃ 미만의 페라이트 상태에서 30% 이상 변형시키는 것인 구름 베어링 강의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 변형은 냉간 변형을 포함하는 것인 구름 베어링 강의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 오스테나이트화 온도는 800 내지 900℃ 사이인 것인 구름 베어링 강의 제조 방법.
4. 제1 항에 있어서, 상기 담금질 온도는 250℃ 미만인 것인 구름 베어링 강의 제조 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 담금질 처리에 의해 하부베이나이트가 되는 것인 구름 베어링의 제조 방법.
6. 0.85 - 1.10 중량 %의 탄소와, 0.005 - 0.6 중량 %의 규소와, 0.005 - 0.80 중량 %의 망간과, 1.25 - 2.05 중량 %의 크롬과, 최대 0.35 중량 %의 니켈과, 최대 0.36 중량 %의 몰리브덴과, 잔부로서 철 및 통상의 불순물을 포함하는 1C - 1.5Cr 강 구름 베어링 링의 제조 방법으로서, 페라이트 매트릭스 조직을 갖춘 관 소재를 700 ℃ 미만의 온도에서 냉간 압연하여 30% 이상 변형시키고, 상기 관을 링으로 분할하고, 상기 강을 오스테나이트화한 후, 베이나이트 조직이 되도록 담금질하는 것인 1C - 1.5Cr 강 구름 베어링 링의 제조 방법.
7. 최소한 구름 베어링의 표면은 베이나이트 조직은 포함하지만 마르텐사이트 조직은 포함하지 않는 것인 제1항에 따른 방법으로 제조되는 구름 베어링 강.
8. 제7항에 따른 구름 베어링 강으로 제조되는 것인 구름 베어링 부품.
9. 제8항에 있어서, 구형 구름 베어링 부품을 포함하는 것인 구름 베어링 부품
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