KR100530471B1 - 리니어 레일의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리테이너 블럭을 양방향으로 가이드하는 리니어 레일의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 탄소 0.65 중량%, 망간 0.92 중량%, 크롬 0.1 중량%, 규소 0.25 중량%, 인 0.015 중량%, 황 0.018 중량%, 몰리브덴 0.05 중량%, 니켈 0.13 중량%, 구리 0.18 중량%, 산소 0.0008 중량%, 타타늄 0.002 중량%, 철 97.6842 중량%의 강(鋼) 재질의 환봉을 냉각인발하여 레일 형태로 뽑아내고 어닐링 처리하여 레일이 제조되어 레일에서 탄소, 망간, 크롬 등의 함량이 증가되는 반면 레일의 물성에 영향을 미치는 비금속 개재물(Nonmetallic inclusion)과 산소 등이 매우 낮은 함량으로 제어되므로 기계적 물성이 크게 향상되도록 구성되는 리니어 레일의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

리니어 레일의 제조 방법{A manufacturing method of linear method}

본 발명은 탄소 0.65 중량%, 망간 0.92 중량%, 크롬 0.1 중량%, 규소 0.25 중량%, 인 0.015 중량%, 황 0.018 중량%, 몰리브덴 0.05 중량%, 니켈 0.13 중량%, 구리 0.18 중량%, 산소 0.0008 중량%, 타타늄 0.002 중량%, 철 97.6842 중량%의 강(鋼) 재질의 환봉의 단부를 다이의 인입부에 일치하도록 가공하는 과정과, 상기 환봉을 다이에 인입하고 냉각인발하여 레일 형태로 뽑아내는 과정과, 상기 레일을 일정한 온도로 가열하고 서서히 냉각하여 어닐링하는 과정과, 상기 어닐링된 레일이 정확하게 직선화되도록 교정하는 과정과, 상기 교정된 레일을 일정한 길이로 절단하는 과정으로 제조되어 레일에서 탄소, 망간, 크롬 등의 함량이 증가되는 반면 레일의 물성에 영향을 미치는 비금속 개재물(Nonmetallic inclusion)과 산소 등이 매우 낮은 함량으로 제어되므로 연마 절삭성, 내마모성, 피로 파괴 인성, 내식성 등의 각종 기계적 물성이 크게 향상되고 내구수명이 대폭 연장되는 리니어 레일의 제조 방법에 관한 것이다.

피가공물 등을 양방향으로 직선 왕복하는 리니어 롤러 장치에 있어서, 리테이너 블럭을 양방향으로 가이드하는 리니어 레일의 각종 기계적 물성이 리니어 롤러 장치의 성능과 내구성에 큰 영향을 미친다.

종래의 리니어 레일은 레일의 물성을 증가하는 탄소, 망간, 크롬 등의 함량이 낮은 반면 레일의 물성에 영향을 미치는 유화물, 산화알루미늄, 규산염, 산화물 등의 비금속 개재물(Nonmetallic inclusion)과 산소 등의 함량이 높은 강(鋼)을 재질로 적용하여 제조되기 때문에 연마 절삭성, 내마모성, 피로 파괴 인성, 내식성 등의 각종 기계적 물성이 낮을 뿐만 아니라 내구수명이 짧다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 탄소, 망간, 크롬 등의 함량이 일정하게 증가된 강(鋼) 재질의 환봉을 냉각인발하여 레일 형태로 뽑아내고 어닐링 처리하여 형성되어 탄소, 망간, 크롬 등의 함량이 일정하게 증가되는 반면, 레일의 물성에 영향을 미치는 비금속 개재물(Nonmetallic inclusion)과 산소 등이 매우 낮은 함량으로 제어되므로 연마 절삭성, 내마모성, 피로 파괴 인성, 내식성 등의 각종 기계적 물성이 크게 향상되고 내구수명이 대폭 연장되는 리니어 레일의 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 리니어 레일의 제조 방법은 탄소 0.65 중량%, 망간 0.92 중량%, 크롬 0.1 중량%, 규소 0.25 중량%, 인 0.015 중량%, 황 0.018 중량%, 몰리브덴 0.05 중량%, 니켈 0.13 중량%, 구리 0.18 중량%, 산소 0.0008 중량%, 타타늄 0.002 중량%, 철 97.6842 중량%의 강(鋼) 재질의 환봉의 단부를 다이의 인입부에 일치하도록 가공하는 과정과, 상기 환봉을 상기 다이에 인입하고 냉각인발하여 레일 형태로 뽑아내는 과정과, 상기 냉각인발된 레일을 일정한 온도로 가열하고 서서히 냉각하여 어닐링 처리하는 과정과, 상기 어닐링 처리된 레일이 정확하게 직선화되도록 교정하는 과정과, 상기 교정된 레일을 일정한 길이로 절단하는 과정을 거쳐서 탄소 0.65 중량%, 망간 0.92 중량%, 크롬 0.1 중량%, 규소 0.25 중량%, 인 0.015 중량%, 황 0.018 중량%, 몰리브덴 0.05 중량%, 니켈 0.13 중량%, 구리 0.18 중량%, 산소 0.0008 중량%, 타타늄 0.002 중량%, 철 97.6842 중량%의 강(鋼) 재질로 구성되는 특징이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 리니어 레일의 제조 방법의 순서를 도시한 것이다.

강(鋼)에는 제강 과정에서 각종 물성을 향상하기 위해 인위적으로 첨가한 합금원소도 함유되어 있으나 선철, 스크랩 철 등의 원료에서 혼입되는 미량의 잔류원소도 함유되는데, 이러한 잔류원소들이 강(鋼)의 물성에 미치는 영향도 무시할 수 없다. 이러한 잔류원소들중에서 구리, 니켈, 코발트, 비소, 텅스텐, 몰리브덴, 주석 등은 제강 과정에서 거의 제거할 수 없는 원소로서 강(鋼)에 치환형으로 고정되어 있고 강(鋼)의 성질을 변화시키기 위해서는 비교적 다량 첨가가 필요하다. 또한 탄소, 수소, 질소 등의 원소들은 제강 과정에서 일부 제거할 수 있는 원소로서 강(鋼)에 침입형으로 고정되어 미량으로도 강(鋼)의 물성에 큰 영향을 미친다.

본 발명의 중요한 요소이고 본 발명을 특징하는 합금원소들중에서 탄소는 강(鋼)의 강도를 향상하는데 가장 효과적이고 중요한 원소로서, 오스테나이트에 고정되어 열처리시 마르텐사이트 조직을 향상시킨다. 강(鋼)에 탄소 함량이 증가되면 경도가 증가되지만 열처리시 변형이 유발될 가능성이 있다. 또한 탄소는 철, 크롬, 몰리브덴, 바나듐 등의 원소와 화합하여 탄화물을 형성하므로서 강(鋼)의 강도 및 경도를 향상시킨다.

망간은 탄소강에 보통 0.35 ∼ 1.0 중량% 정도 함유되어 있는데, 망간의 일부는 오스테나이트에 고정되며 나머지는 강(鋼)에 함유된 황과 결합하여 비금속 개재물인 황화망간(MnS)를 결정립 내에 형성하며 형성된 황화망간은 연성이 있으므로 소성 가공시 가공 방향으로 길게 연신된다. 그러나, 이러한 황화망간이 형성되면 강(鋼)에 함유된 황의 함량이 감소되어 매우 취약한 저융점 화합물인 황화철(FeS)이 결정립계에 형성되는 것을 억제하는 효과가 있다. 또한, 함유된 망간에 의하여 펄라이트(Pearlite) 조직이 미세해지고 페라이트를 고정 강화시키므로서 강(鋼)의 항복 강도를 향상시킨다. 또한, 망간은 강(鋼)의 열처리시 경화 깊이를 증가시키지만 다량 함유시에는 균열이나 변형을 유발한다. 또한, 망간은 강(鋼)에 점성을 부여하므로 1.0 ∼ 1.5 중량%의 망간이 함유된 강(鋼)을 강인강(强靭鋼)이라 부른다.

크롬은 강(鋼)에 13 중량%까지 함유되면 강(鋼)의 오스테나이트 영역을 확장하며, 강(鋼)에 다량 함유해도 취화를 일으키지 않는 탄화물을 형성한다. 크롬이 강(鋼)에 10 중량% 이상 함유되면 스테인레스강이 되어 내산화성과 내유화성을 개선하므로 크롬은 구조용 강, 공구강, 스테인레스강, 내열강의 거의 전부에 함유되는 가장 중요하고 보편적인 금속 원소이다. 또한, 크롬은 강(鋼)의 저온 취성과 수소 취성을 방지하는 효과가 있지만 템퍼링 취성은 조장한다.

따라서, 리니어 레일을 구성하는 강(鋼)에서 탄소, 망간, 크롬의 함량이 일정 범위 내에서 증가되면 리니어 레일의 물성에 영향을 미치는 유화물, 산화알루미늄, 규산염, 산화물 등의 비금속 개재물과 산소 등이 매우 낮은 함량으로 제어되어 레일의 피로 파괴 인성이 향상되고 고주파 소입 특성이 매우 우수해지고 열처리 후에 조직의 제어가 용이해지며, 망간의 함량이 높아지면 레일의 절삭성이 향상되고 펄라이트(Pearlite) 조직이 미세해지며, 크롬의 함량이 높아지면 레일의 균열이 방지되고 템퍼링 연화 저항성이 향상되고 내식성이 증가되므로 리니어 레일의 연마 절삭성, 내마모성, 피로 파괴 인성, 내식성 등의 각종 기계적 물성이 전체적으로 대폭 향상된다.

도면과 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

< 실시예 1 >

탄소 0.65 중량%, 망간 0.92 중량%, 크롬 0.1 중량%, 규소 0.25 중량%, 인 0.015 중량%, 황 0.018 중량%, 몰리브덴 0.05 중량%, 니켈 0.13 중량%, 구리 0.18 중량%, 산소 0.0008 중량%, 타타늄 0.002 중량%, 철 97.6842 중량%의 강(鋼) 재질을 소재로 적용하여 일정한 직경과 길이의 환봉을 형성한다.

상기 환봉의 단부를 다이의 인입부에 일치하도록 인입부 가공한다.

상기 환봉을 상기 다이에 인입하고 냉각인발하여 레일 형태로 형성하여 뽑아낸다.

상기 냉각인발된 레일을 680 ℃의 온도로 6 시간동안 가열하고 상온에서 서서히 냉각하여 어닐링 처리하므로서 상기 레일의 내부 균열을 없애고 결정립을 미세화시켜서 기계적 물성을 개선한다.

상기와 같이 냉각인발되어 뽑혀지고 어닐링 처리된 레일은 약간 휘어진 상태이므로 공지된 기술을 적용하여 프레스 장치 등으로 상기 레일이 정확하게 직선화되도록 교정한다.

리니어 레일이 설정된 규격과 사양으로 정밀하게 제조되도록 상기와 같은 인입부 가공으로부터 교정에 이르는 일련의 과정을 수회 반복하여 실시한다.

인입부 가공에서 교정에 이르는 과정을 수회 반복하여 최종적으로 교정된 레일을 공지된 기술을 적용하여 절단기로 일정한 길이로 절단하고, 절단된 레일을 검사 및 출하하여 탄소 0.65 중량%, 망간 0.92 중량%, 크롬 0.1 중량%, 규소 0.25 중량%, 인 0.015 중량%, 황 0.018 중량%, 몰리브덴 0.05 중량%, 니켈 0.13 중량%, 구리 0.18 중량%, 산소 0.0008 중량%, 타타늄 0.002 중량%, 철 97.6842 중량%의 강(鋼) 재질로 구성되는 리니어 레일을 제조한다.

< 실시예 2 >

탄소 0.57 중량%, 망간 0.82 중량%, 크롬 0.14 중량%, 규소 0.28 중량%, 인 0.011 중량%, 황 0.004 중량%, 산소 0.0004 중량%, 타타늄 0.0001 중량%, 철 98.1745 중량%의 강(鋼)을 적용하여 일정한 직경과 길이의 환봉을 형성하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하다.

< 실시예 3 >

탄소 0.69 중량%, 망간 0.96 중량%, 크롬 0.13 중량%, 규소 0.26 중량%, 인 0.013 중량%, 황 0.026 중량%, 몰리브덴 0.01 중량%, 니켈 0.07 중량%, 구리 0.23 중량%, 산소 0.00077 중량%, 티타늄 0.0024 중량%, 철 97.60783 중량%의 강(鋼)을 적용하여 일정한 직경과 길이의 환봉을 형성하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하다.

< 비교예 1 >

탄소 0.55 중량%, 망간 0.73 중량%, 크롬 0.06 중량%, 규소 0.22 중량%, 인 0.012 중량%, 황 0.012 중량%, 몰리브덴 0.01 중량%, 니켈 0.06 중량%, 구리 0.09 중량%, 산소 0.0012 중량%, 철 98.2548 중량%의 강(鋼)을 적용하여 일정한 직경과 길이의 환봉을 형성하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하다.

다음의 표 1에서 실시예와 비교예의 리니어 레일을 구성하는 강(鋼) 재질의 구성 성분을 비교하여 나타냈다.

< 표 1 > 리니어 레일을 구성하는 강(鋼)의 구성 성분의 비교

(단위 : 중량%)

구 분	비교예	실시예 2	실시예 3
탄 소	0.55	0.57	0.69
망 간	0.73	0.82	0.96
크 롬	0.06	0.14	0.13
규 소	0.22	0.28	0.26
인	0.012	0.011	0.013
황	0.012	0.004	0.026
몰 리 브 덴	0.01	-	0.01
니 켈	0.06	-	0.07
구 리	0.09	-	0.23
산 소	0.0012	0.0004	0.00077
티 타 늄	-	0.0001	0.0027
철	98.2548	98.1745	97.60783

상기 표 1에서 본 발명의 리니어 레일을 구성하는 강(鋼)의 탄소, 망간, 크롬의 함량이 종래의 리니어 레일을 구성하는 강(鋼)보다 증가되는 반면, 리니어 레일의 물성에 영향을 미치는 산소의 함량은 감소되는 것으로 나타났다.

다음의 표 2에서 실시예와 비교예의 리니어 레일을 구성하는 강(鋼) 재질의 각종 비금속 개재물의 함량을 비교하여 나타냈다.

< 표 2 > 리니어 레일을 구성하는 강(鋼)의 비금속 개재물의 함량 비교

(단위 : 중량%)

구 분	비교예	실시예 2	실시예 3
유화물	2.0	1.0	2.5
산화알루미늄	1.5	0.5	0.5
규산염	0	0	0
산화물	1.0	0.5	1.0

상기 표 2에서 본 발명의 리니어 레일을 구성하는 강(鋼)의 각종 비금속 개재물의 함량이 종래의 리니어 레일을 구성하는 강(鋼)보다 감소되는 것으로 나타났다.

따라서, 상기 실시예들에 의해 제조된 리니어 레일은 종래의 리니어 레일에 비해 탄소, 망간, 크롬 등의 함량이 일정하게 증가되는 반면, 레일의 물성에 영향을 미치는 유화물, 산화알루미늄, 규산염, 산화물 등의 비금속 개재물과 산소 등이 매우 낮은 함량으로 제어되므로 레일의 내부 조직이 구상화되고 펄라이트(Pearlite) 조직이 미세해지며 연마 절삭성, 내마모성, 피로 파괴 인성, 내식성 등의 각종 기계적 물성이 전체적으로 대폭 향상된다.

상기와 같은 실시예들에 의거하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 리니어 레일의 제조 방법의 구체적인 구성이 반드시 상기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 탄소 0.55 ∼ 0.75 중량%, 망간 0.75 ∼ 1.1 중량%, 크롬 0.1 ∼ 0.2 중량%, 규소 0.15 ∼ 0.35 중량%, 인 0.001 ∼ 0.030 중량%, 황 0.001 ∼ 0.035 중량% 이하, 몰리브덴 0.001 ∼ 0.1 중량% 이하, 니켈 0.001 ∼ 0.25 중량%, 구리 0.001 ∼ 0.35 중량%, 산소 0.0001 ∼ 0.0015 중량%, 타타늄 0.0001 ∼ 0.0040 중량%의 합금원소를 함유하는 강(鋼)을 적용하여 본 발명의 리니어 레일을 구성할 수 있으며, 이외에도 레일의 제법이나 열처리 등에서 다른 다양한 실시 방법을 적용하여 본 발명의 리니어 레일의 제조 방법을 구현할 수 있다.

본 발명에 의한 리니어 레일의 제조 방법은 탄소, 망간, 크롬 등의 함량이 증가된 강(鋼) 재질의 환봉을 냉각인발하여 레일 형태로 뽑아내고 어닐링 처리하여 형성되어 레일의 탄소, 망간, 크롬 등의 함량이 증가되는 반면 레일의 물성에 영향을 미치는 각종 비금속 개재물과 산소 등이 매우 낮은 함량으로 제어되므로 리니어 레일의 연마 절삭성, 내마모성, 피로 파괴 인성, 내식성 등의 각종 기계적 물성이 크게 향상되고 내구수명이 대폭 연장되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제조 방법의 순서도

Claims (1)

1. (정정)강(鋼) 재질의 환봉의 단부를 다이의 인입부에 일치하도록 가공하고, 상기 가공된 환봉을 상기 다이에 인입하고 냉각인발하여 레일 형태로 뽑아내고, 상기 냉각인발된 레일을 일정한 온도로 가열하고 서서히 냉각하여 어닐링 처리하고, 상기 어닐링 처리된 레일이 정확하게 직선화되도록 교정하고, 상기 교정된 레일을 일정한 길이로 절단하여 리니어 레일을 제조하는데 있어서,

   탄소 0.65 중량%, 망간 0.92 중량%, 크롬 0.1 중량%, 규소 0.25 중량%, 인 0.015 중량%, 황 0.018 중량%, 몰리브덴 0.05 중량%, 니켈 0.13 중량%, 구리 0.18 중량%, 산소 0.0008 중량%, 타타늄 0.002 중량%, 철 97.6842 중량%인 강(鋼) 재질을 소재로 적용하여 일정한 직경과 길이의 환봉을 형성하고 상기 환봉을 적용하여 리니어 레일을 구성하므로서 상기와 같이 탄소 0.65 중량%, 망간 0.92 중량%, 크롬 0.1 중량%, 규소 0.25 중량%, 인 0.015 중량%, 황 0.018 중량%, 몰리브덴 0.05 중량%, 니켈 0.13 중량%, 구리 0.18 중량%, 산소 0.0008 중량%, 타타늄 0.002 중량%, 철 97.6842 중량%의 강(鋼) 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 레일의 제조 방법.