KR100832960B1

KR100832960B1 - 고탄소 크롬 베어링강의 제조방법

Info

Publication number: KR100832960B1
Application number: KR1020060137511A
Authority: KR
Inventors: 김관호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2008-05-27

Abstract

베어링강의 피로수명을 증가시킬 수 있는 볼용 고탄소 크롬 베어링강의 제조방법이 제공된다.

이 베어링강은 중량%로, C: 0.95~1.05%, Si: 0.15~0.35%, Mn: 0.25~0.45%, P: 0.01~0.025%, S: 0.025% 이하(0%를 포함하지 않음), Cr: 1.35~1.60%, Ni: 0.25% 이하(0%를 포함하지 않음), Cu: 0.25% 이하(0%를 포함하지 않음), Al: 0.035% 이하(0%를 포함하지 않음), T.[O]: 0.0012% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 주편을 강편 압연 전에 1190-1250℃의 온도에서 1~6시간 유지한 다음 강편 압연하는 것이다.

본 발명에 따르면, 거대탄화물이 제거되어 피로수명이 우수한 볼용 베어링강 선재를 제조할 수 있는 효과가 있다.

베어링강, 균열확산처리, 고탄소, 크롬, 중심편석

Description

고탄소 크롬 베어링강의 제조방법{The method for manufacturing the high carbon chromium bearing steel}

도 1은 고탄소 크롬 베어링강의 연주주편 중심부에 생성된 거대탄화물의 미세조직을 나타낸다.

도 2는 균열확산처리 후 잔존하고 있는 거대탄화물의 미세조직을 나타낸다.

도 3은 균열확산처리 후 거대탄화물이 완전히 용해된 미세조직을 나타낸다.

일본 공개특허공보 평8-132205호

일본 공개특허공보 평6-248302호

본 발명은 볼용 고탄소 크롬 베어링강의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 소재 중심부의 거대탄화물을 제거하기 위해 균열확산처리를 행함으로써 베어링강의 피로수명을 증가시킬 수 있는 고탄소 크롬 베어링강의 제조방법에 관한 것이다.

볼용 베어링강의 연속주조시 주편 중심부에 발생하는 중심편석은 볼베어링강의 기계적 성질에 가장 큰 악영향을 미친다. 약 1중량%의 탄소와 1.4중량%의 크롬을 함유한 고탄소 크롬 베어링강은 전로에서 제강 후 래들 내에서 강환원성 분위기를 유지하면서 정련하여 비금속개재물의 양을 저감시키며, 진공탈가스(RH) 공정을 거쳐 산소 함량(T.[O])을 12ppm까지 낮춘 상태에서 정련하며, 이후 연속주조 후 블룸(Bloom) 상태의 주편 중심부에 존재하는 편석을 제거하기 위해 균열확산처리(Soaking)를 실시하고 자연공냉(Air Cooling)을 거쳐 빌레트로 압연된다.

이후 선재압연공정에서 소재를 연화시키기 위하여 극서냉 조업을 실시하여 베어링강 선재로 생산되며, 생산된 소재는 신선 및 구상화 열처리, 냉간압조와 연삭을 거쳐 베어링의 전동체인 볼로 가공하고, 이어서 소입(Quenching), 소려(Tempering) 공정 및 연마공정을 거쳐 최종 제품인 볼베어링으로 생산된다.

상기와 같이 연주공정을 통해 생산된 볼베어링강은 잉곳주조(Ingot Casting)된 강에 비해 소재 중심부에 편석 및 초석 세멘타이트, 즉 거대탄화물의 생성이 용이하여 피로시험 및 실제 사용 중에 이를 기점으로 하는 크랙(Crack)이 빈번하게 발생한다. 도 1은 고탄소 크롬 베어링강의 연주주편 중심부에 생성된 거대탄화물의 미세조직을 나타낸다.

이러한 베어링강의 기계적 성질에 가장 큰 악영향을 미치는 주편 중심부의 거 대 탄화물 생성을 저감시키기 위한 종래 기술로는 연속주조시 용강의 과열도를 20℃ 이하로 조정하고 주조속도를 약 0.63m/min으로 조정하여 연주주편에 형성되는 등축정 비율을 높여 편석을 감소시키거나, 선재 제조시 강제 송풍 냉각구역에서 냉각속도를 조정하여 선재 중심부에 초석 세멘타이트가 형성되는 양을 감소시킴과 동시에 펄라이트(Pearlite)의 층상간격도 작게 하여 소재 품질을 개선시키는 방법이 있다.

또한, 일본 공개특허공보 평8-132205호에서는 수직형 연주기에서 조업시 10- 100㎜의 경압하를 실시하여 베어링강에서의 편석을 감소시키는 방법이 제시되었고, 일본 공개특허공보 평6-248302호에서는 편석을 제어하기 위하여 응고부분에 롤(Roll)을 설치하고 경압하를 실시하는 기술이 제시되는 등 설비에 의해 편석 발생을 제어하려는 시도가 다수 이루어져왔다.

그러나 베어링강 주편 중심부의 거대탄화물이 중심편석에 의해 생성되는 만큼 이를 근본적으로 해결하기 위해서는 고온에서 장시간 유지함으로써 확산을 통해 용해시키는 균열확산처리 방법이 가장 효과적이며, 이를 위해 적정 균열확산처리 온도와 시간을 설정하여 거대탄화물을 제거하는 기술이 요구된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 강편 압연 전에 균열확산처리 온도 및 시간을 적절히 제어하여 소재 중심부의 거대탄화물을 제거함 에 의해 베어링강의 피로수명을 개선할 수 있는 고탄소 크롬 베어링강의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, C: 0.95~1.05%, Si: 0.15~0.35%, Mn: 0.25~0.45%, P: 0.01~0.025%, S: 0.025% 이하(0%를 포함하지 않음), Cr: 1.35~1.60%, Ni: 0.25% 이하(0%를 포함하지 않음), Cu: 0.25% 이하(0%를 포함하지 않음), Al: 0.035% 이하(0%를 포함하지 않음), T.[O]: 0.0012% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 주편을 강편 압연 전에 1190-1250℃의 온도에서 1~6시간 유지한 다음 강편 압연하는 고탄소 크롬 베어링강의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명자는 고탄소 크롬 베어링강에서 소재 중심부의 거대탄화물을 제거하기 위한 방안을 모색하던 중 강편 압연 전에 균열확산처리 온도 및 시간을 적절히 제어함에 의해 소재 중심부의 거대탄화물을 제어하여 베어링강의 피로수명이 개선된 고탄소 크롬 베어링강을 제조할 수 있다는 연구결과를 기초로 하여 본 발명을 제안하는 것이다.

본 발명은 중량%로, C: 0.95~1.05%, Si: 0.15~0.35%, Mn: 0.25~0.45%, P: 0.01~0.025%, S: 0.025% 이하(0%를 포함하지 않음), Cr: 1.35~1.60%, Ni: 0.25% 이하(0%를 포함하지 않음), Cu: 0.25% 이하(0%를 포함하지 않음), Al: 0.035% 이하(0%를 포함하지 않음), T.[O]: 0.0012% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 주편을 대상강판으로 하여 강편 압연전에 균열확산처리를 행하는 것이다.

이하, 상기와 같이 조성되는 강 주편을 갖는 베어링강의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 상기와 같이 조성되는 강 주편을 1190~1250℃의 온도에서 1~6시간 유지하는 균열확산처리를 행한다.

연주주편에 존재하는 거대탄화물을 제거하기 위하여 블룸 형상의 볼베어링강 주편을 균열확산처리하는 공정에서 가열온도를 1190~1250℃로 하는데, 연주시 거대탄화물의 정출온도가 1150℃ 정도이기 때문에 상기 가열온도가 1190℃ 보다 낮으면 중심부의 편석을 유발하는 합금원소의 확산이 늦어져 거대탄화물의 용해가 미흡할 수 있다. 반면, 1250℃를 초과하여 가열하면 불필요한 에너지 소모뿐만 아니라 탈탄으로 인한 핫스카핑 문제와 실수율의 저하가 발생할 수 있다.

또한, 상기 유지시간이 1시간 미만인 경우에는 합금원소가 충분히 확산할 수 있는 시간이 짧아 거대탄화물의 용해가 불완전할 수 있는 반면 6시간을 초과하는 경우에는 불필요한 에너지 소모를 초래할 수 있다. 바람직한 균열확산처리 시간은 1~2시간이다.

상기 균열확산처리 이후 강편 압연을 행한다.

상기 균열확산처리 이후 강편 압연을 행하여 강편을 얻고, 이어 1100~1150℃ 의 온도로 가열하여 선재압연하는 것이 바람직하다. 그 이유는 가열온도가 1150℃ 미만인 경우 고강도의 베어링강의 선재압연이 어려울 수 있고, 1150℃를 초과하는 온도로 가열할 경우에는 강편 표면에 스케일이 다량 발생되어 압연 후에도 두꺼운 스케일이 존재, 제품품질이 저하될 수 있다. 그리고 선재압연은 900℃ 이하의 마무리 압연온도 조건으로 행하는데, 이는 선재압연 중 입자 조대화와 선재냉각에 미치는 영향을 최소화하기 위해서이다.

상기와 같이 선재압연한 다음 820~850℃에서 권취하는데, 이는 권취온도가 820℃ 미만의 경우 권취가 어렵고 또한 냉각제어가 어렵기 때문이며, 850℃를 초과하는 경우에는 오스테나이트 결정립이 커져서 가공성이 나빠지기 때문이다. 상기의 온도로 권취한 후 4~8℃/sec의 냉각속도로 630~600℃까지 냉각하고, 이후의 냉각방법은 0.3~0.6℃/sec의 서냉속도로 마르텐사이트 발생을 방지한 후 공냉하는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같은 성분 조성을 갖는 열처리용 시편을 주조된 300㎜×400㎜의 블룸 형태의 주편 중심부에서 20㎜×20㎜×10㎜의 크기로 가공하였다. 가공 전에 마크로에칭을 실시하여 중심편석대를 확인한 후, 중심편석대 내부에서 20×30㎜의 열처리용 시편을 채취한 후 상기의 크기로 가공하였다.

본 발명에서 실시한 균열확산처리 조건으로는 가열온도를 1190℃, 1200℃, 1210℃, 1225℃, 1240℃, 1250℃로 변화시키며 각 온도에서 0.5시간(30분), 1시간, 1.5시간(90분), 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 6시간 동안 유지하였다.

각각의 가열온도와 유지시간에 따른 균열확산처리에 의해 연주주편 중심부의 거대탄화물이 완전용해되었는지의 여부는 하기 표 2에 나타내었다.

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Al	T.[O]
0.97	0.21	0.34	0.012	0.003	1.40	0.01	0.012	0.032	0.0007

		가열온도
		1190℃	1200℃	1210℃	1225℃	1240℃	1250℃
유지시간	0.5시간	×	×	×	×	×	×
	1시간	○	○	○	○	○	○
	1.5시간	○	○	○	○	○	○
	2시간	○	○	○	○	○	○
	3시간	○	○	○	○	○	○
	4시간	○	○	○	○	○	○
	5시간	○	○	○	○	○	○
	6시간	○	○	○	○	○	○
	○: 완전용해, ×: 잔존

상기 표 2에서 나타난 바와 같이, 거대탄화물을 제거할 수 있는 균열확산처리 조건은 1190~1250℃, 1~6 시간임을 알 수 있다.

또한, 상기의 조건으로 균열확산처리를 실시한 결과, 도 2는 주편으로부터 채취한 시편을 각각 가열온도 1200℃와 1240℃에서 0.5시간 동안 유지하였을 때 거대탄화물이 완전히 용해되지 않고 결정립계에 흰색의 상으로 잔존하고 있음을 보여주고 있다.

반면, 도 3은 주편으로부터 채취한 시편을 각각 가열온도 1200℃와 1240℃에서 1시간 동안 균열확산처리한 결과 거대탄화물이 완전히 용해되었음을 보여주고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 거대탄화물이 제거되어 피로수명이 우수한 볼용 베어링강 선재를 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims

중량%로, C: 0.95~1.05%, Si: 0.15~0.35%, Mn: 0.25~0.45%, P: 0.01~0.025%, S: 0.025% 이하(0%를 포함하지 않음), Cr: 1.35~1.60%, Ni: 0.25% 이하(0%를 포함하지 않음), Cu: 0.25% 이하(0%를 포함하지 않음), Al: 0.035% 이하(0%를 포함하지 않음), T.[O]: 0.0012% 이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 주편을 강편 압연 전에 1190-1250℃의 온도에서 1~6시간 유지한 다음 강편 압연하는 고탄소 크롬 베어링강의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 유지시간은 1~2시간임을 특징으로 하는 고탄소 크롬 베어링강의 제조방법.