KR100940723B1 - Manufacturing method of high carbon bearing - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고탄소 베어링의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 탄소량으로 인하여 베어링강용 주편내부에 존재하기 쉬운 편석을 제거하여 베어링의 피로수명 향상에 이바지할 수 있는 효과적인 균열확산처리를 실시한 후 베어링을 제조하고 상기 베어링에 대하여 특별한 열처리를 실시하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a high carbon bearing, and more particularly, to remove segregation that tends to exist in a cast steel cast steel due to a high amount of carbon, and to perform an effective crack diffusion treatment that can contribute to improving the fatigue life of the bearing. After the bearing is produced and a special heat treatment for the bearing.

본 발명의 베어링 제조방법은 탄소 : 0.95~1.05중량%와 규소 : 1.0~2.0중량%를 포함하는 베어링용 주편을 준비한 후 내부에 존재하는 편석을 제거하는 균열확산처리 단계; 상기 균열확산처리된 주편으로부터 베어링을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 베어링에 대하여 담금질 및 분배 열처리를 실시하는 단계를 포함하고, 상기 균열확산처리는 1190~1250℃의 온도에서 1시간 이상 실시하는 것을 특징으로 한다.Bearing production method of the present invention is prepared by the bearing cast piece comprising carbon: 0.95 ~ 1.05% by weight and silicon: 1.0 ~ 2.0% by weight crack diffusion treatment step of removing segregation present in the interior; Manufacturing a bearing from the crack diffusion cast slab; And quenching and distributing heat treatment of the manufactured bearing, wherein the crack diffusion treatment is performed at a temperature of 1190 to 1250 ° C. for at least 1 hour.

균열확산처리, 편석, 주편, 분배처리, 베어링강 Crack Diffusion, Segregation, Cast, Distribution, Bearing Steel

Description

고탄소 베어링의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF HIGH CARBON BEARING}MANUFACTURING METHOD OF HIGH CARBON BEARING

본 발명은 고탄소 베어링의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 탄소량으로 인하여 베어링강용 주편내부에 존재하기 쉬운 편석을 제거하여 베어링의 피로수명 향상에 이바지할 수 있는 효과적인 균열확산처리를 실시한 후 베어링을 제조하고 상기 베어링에 대하여 특별한 열처리를 실시하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a high carbon bearing, and more particularly, to remove segregation that tends to exist in a cast steel cast steel due to a high amount of carbon, and to perform an effective crack diffusion treatment that can contribute to improving the fatigue life of the bearing. After the bearing is produced and a special heat treatment for the bearing.

베어링이라 함은 회전하고 있는 기계의 축을 일정한 위치에 고정시키고 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축을 회전시키는 역할을 하는 기계요소를 의미한다.Bearing means a mechanical element that serves to rotate the shaft while fixing the shaft of the rotating machine to a certain position and supporting the weight of the shaft and the load on the shaft.

회전하는 기계에서는 단위시간당 수많은 회전이 발생하게 되고, 그에 따라 회전하는 축을 지지하는 베어링에는 반복하중이 회전수에 비례하여 전달되게 된다. 이렇게 베어링에 반복하중이 전달되기 때문에 베어링은 반복하중에 따른 피로파괴에 대한 저항성이 높아야 하며, 내마모성이 우수할 필요가 있다.In a rotating machine, a large number of rotations are generated per unit time, so that a cyclic load is transmitted to the bearing supporting the rotating shaft in proportion to the rotational speed. Since the cyclic load is transmitted to the bearing, the bearing must have high resistance to fatigue failure due to the cyclic load, and the wear resistance needs to be excellent.

이러한 베어링의 내피로파괴성과 내마모성을 향상시키기 위해서 경화열처리를 실시하는데, 베어링에 사용되는 통상의 경화열처리는 담금질(Quenching) 이후 뜨임(Tempering) 처리를 하는 소위 QT 공정에 의해 이루어진다. 상기 담금질 처리는 강이 오스테나이트화되는 온도인 Ac3온도 이상으로 베어링을 가열한 후 급냉하는 공정으로서, 강의 내부조직을 일정의 무확산 변태에 의해 오스테나이트로부터 경질인 마르텐사이트로 하기 위한 것이다. 상기 담금질에 의해 생성되는 마르텐사이트는 경도는 매우 높으나 인성이 매우 취약한 성질을 가지기 때문에 베어링으로 바로 사용할 수 없다. 따라서, 베어링의 인성을 개선하기 위해 상기 뜨임 처리가 담금질 처리에 후속된다. 상기 뜨임 처리는 무확산 변태에 의해 형성된 마르텐사이트에 대한 분해 석출과정으로서, 베어링을 일정한 온도에서 유지함으로써 마르텐사이트 내에 과포화되어 존재하는 탄소를 탄화물로 석출시킴으로써 담금질로 인해 유발된 잔류응력을 경감 또는 제거하고 경직된 미세조직을 풀어주는 처리를 말한다. 즉, 뜨임처리에 의할 경우 마르텐사이트 내에 미세한 탄화물이 석출하며, 또한 마르텐사이트가 템퍼드 마르텐사이트(Tempered Martensite)로 바뀐다는 점이 큰 특징이다.Hardening heat treatment is carried out to improve fatigue resistance and wear resistance of such a bearing, and a normal hardening heat treatment used for a bearing is performed by a so-called QT process of tempering after quenching. The quenching treatment is a step of quenching the bearing after heating the bearing to a temperature higher than Ac3, which is the temperature at which the steel is austenitized. The internal structure of the steel is hardened from austenite to hard martensite by constant diffusionless transformation. The martensite produced by the quenching is very hard but cannot be used directly as a bearing because it has very poor toughness. Thus, the tempering treatment is followed by the quenching treatment to improve the toughness of the bearing. The tempering treatment is a process of decomposition precipitation of martensite formed by diffusionless transformation. By maintaining the bearing at a constant temperature, the supersaturated carbon present in martensite is precipitated as a carbide to reduce or eliminate residual stress caused by quenching. Refers to the treatment of stiff microstructure. That is, when tempering, fine carbide precipitates in martensite, and martensite is changed to tempered martensite.

상기와 같은 과정에 의해 제조된 베어링강은 내부에 템퍼드 마르텐사이트와 탄화물로 이루어지고, 약 60HRC 이상의 표면경도를 가진다. 그러나, 상기 QT 과정에 의해 열처리된 베어링이라 하더라도 구름접촉과 같은 가혹한 조건에서 사용될 경우에는 그 내마모성과 내피로특성이 불충분한 경우가 많다.The bearing steel produced by the above process is made of tempered martensite and carbides therein, and has a surface hardness of about 60 HRC or more. However, even in the case of bearings heat-treated by the QT process, when used in harsh conditions such as rolling contact, the wear resistance and fatigue resistance are often insufficient.

이는, 위에서 언급한 바와 같이 마르텐사이트 조직은 경도는 매우 높으나 인성이나 연성이 상당히 열악하여 비록 뜨임 처리에 의해 템퍼드 마르텐사이트화 하더라도 인성과 연성 개선효과가 불충분하기 때문이다.This is because, as mentioned above, the martensite structure has a very high hardness but a very poor toughness or ductility, so that even if tempered martensite is formed by tempering treatment, the toughness and ductility improvement effect is insufficient.

그 뿐만 아니라, QT 처리를 위해서는 적어도 2시간 이상을 요하기 때문에, 그에 따른 원가상승 및 생산성 저하의 문제도 내포하고 있다.In addition, since the QT process requires at least two hours or more, there is a problem of cost increase and productivity decrease.

또한, 베어링강은 상기한 경화열처리에 유리하기 위해 내부에 탄소를 다량 함유하는 고탄소강으로 이루어지는 경우가 많다. 상기와 같은 고탄소 베어링강은 전로 공정을 통하여 용선을 용강으로 전환시킨 후, 이후 진공탈가스(RH) 정련이나, 레이들 퍼니스 정련 등에 의하여 성분을 미세조정함과 동시에 내부에 존재하는 비금속 개재물이나 기타 불필요한 불순물등을 제거하는 과정을 통하여 최종 원하는 성분계를 가진 용강을 제조한다. In addition, the bearing steel is often made of a high carbon steel containing a large amount of carbon therein to be advantageous for the above-mentioned hardening heat treatment. The high-carbon bearing steel as described above converts the molten iron into molten steel through a converter process, and then finely adjusts the components by vacuum degassing (RH) refining or ladle furnace refining, and at the same time, includes non-metallic inclusions or Through the process of removing other unnecessary impurities, molten steel having the final desired component system is manufactured.

이전에는 상기와 같은 과정으로 제조된 용강을 조괴(ingot casting)법에 의해 주편(ingot)으로 제조한 후 제조된 주편을 가공하여 베어링강을 제조하기 위한 선재 압연에 투입하였다. 그러나, 세계적으로 연속주조법이 도입되고 난후에는 생산성 향상의 일환으로 대부분의 강재가 연속주조에 의해 제조되고 있는데, 이러한 연속주조를 실시할 경우에는 내부에 탄소함량이 매우 높은 탄소 편석이 일어날 가능성이 높아진다.Previously, molten steel manufactured by the above process was manufactured into an ingot by an ingot casting method, and then the manufactured cast steel was processed and put into wire rod rolling to manufacture bearing steel. However, since the continuous casting method has been introduced worldwide, most steel materials are manufactured by continuous casting as part of the productivity improvement. If such continuous casting is performed, the possibility of carbon segregation with a very high carbon content will increase. .

이러한 현상은 응고시 액상선이 공정선을 향하여 이동하므로 최종적으로 응고되는 부위는 탄소가 공정점 조성으로 포함되게 되는데, 응고과정의 특성상 열플럭스가 빠져나가는 주편의 표면으로부터 가장 거리가 먼 주편 중심부에 상기와 같은 공정점 조성의 탄소 편석대가 발생하는 것이다. 물론 이러한 현상은 페라이트 고용한계이상의 탄소를 가지는 모든 탄소강에서 발생할 수 있으나, 탄소의 함량이 증가할수록 이러한 편석대의 규모가 증가하게 된다. 본 발명에서 대상으로 하는 베어링강의 경우에는 그 탄소 함량이 1%대에 육박하게 되므로 이러한 편석현상은 거대한 탄화물 즉, 편석 및 초석 세멘타이트가 용이하게 생성되도록 하기 때문에 피로시험시 이를 기점으로 하는 크랙이 빈번하게 발생할 수 있어 제품의 품질에 심각한 문제를 야기할 수 있다.This phenomenon causes the liquid line to move toward the process line during solidification, so that the final solidified portion contains carbon as a process point composition.In the nature of the solidification process, at the center of the cast steel farthest from the surface of the cast steel from which the heat flux escapes Carbon segregation zone of the process point composition as described above is generated. Of course, this phenomenon can occur in all carbon steels having carbon above the ferrite solid solution limit, but as the carbon content increases, the size of the segregation zone increases. In the case of the bearing steel of the present invention, since the carbon content is close to 1%, this segregation phenomenon makes it possible to easily generate huge carbides, namely, segregation and cementite cementite. It can occur frequently and cause serious problems with the quality of the product.

종래부터 상기 탄소 편석의 문제를 해결하기 위하여 여러가지 대안이 제시되어 왔다. 그 중 하나는 용강 과열도를 일정 수준 이하로 제어하고 주조속도를 조절함으로써 등축정의 비율을 높여 편석을 감소시키고자 하는 기술을 들 수 있다.Various alternatives have been proposed in the past to solve the problem of carbon segregation. One of them is a technique for reducing segregation by increasing the ratio of equiaxed crystals by controlling molten steel superheat below a certain level and adjusting casting speed.

그 뿐만 아니라, 선재 제조시 강제 송풍 냉각구역에서 냉각속도를 조절하여 선재 중심부에서 생성되는 초석 세멘타이트의 양을 감소시킴과 동시에 생성되는 펄라이트의 층상 간격을 작게하여 소재 품질을 개선시키고자 하는 방법도 있었다.In addition, the method of improving the material quality by reducing the amount of cementite cementite produced in the center of the wire rod by reducing the amount of cementite cementite produced at the center of the wire rod by adjusting the cooling rate in the forced air cooling zone during wire rod manufacturing. there was.

또한, 일본공개특허 제1996-132205호에서는 수직형 연주기에서 조업시 10~100mm의 경압하를 실시하여 베어링강용 주편의 편석을 감소시키는 방법이 제안되었으며, 일본공개특허 제1994-248302호에서는 편석을 제어하기 위해 응고부분에 롤을 설치하여 경압하하는 시도가 이루어지는 등 경압하에 의해 편석을 제어하고자 하는 기술이 여럿 제안되었다.In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1996-132205 proposes a method of reducing segregation of bearing steel slabs by performing a light pressure of 10 to 100 mm when operating in a vertical type instrument, and in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 199-248302. Several techniques have been proposed to control segregation under light pressure, such as attempting to reduce the pressure by installing a roll on the solidified part for control.

그러나, 이러한 종래의 기술을 이용할 경우에는 편석을 일정 수준까지는 저감시킬 수는 없지만 그 제거에는 한계가 있었으며, 따라서 거대 산화물이 일정 수준 잔류하는 등의 문제는 여전히 해결되지 않았었다.However, when using this conventional technique, segregation cannot be reduced to a certain level, but there is a limit in the removal thereof, and thus problems such as remaining of a large level of oxides have not been solved.

이러한 기술적 한계를 해결하는 방법으로서 균열확산처리하는 방법이 대두되었는데, 상기 균열확산처리라 함은 탄소의 확산이 용이하게 일어날 정도의 온도로 주편을 가열함으로써 탄소의 농도를 주편 전부위에 걸쳐 균일하게 하는 열처리를 말한다. As a method of solving this technical limitation, a method of crack diffusion has emerged. The crack diffusion treatment is used to heat the slab to a temperature where carbon diffusion can occur easily so that the concentration of carbon is uniform throughout the slab. Refers to heat treatment.

종래 이러한 균열확산열처리에 대한 바람직한 방법이 몇몇 제안되기는 하였으나, 상기와 같은 균열확산열처리조건은 강중 존재하는 합금성분계에 따라 그 적용이 달라져야 할 것으로서 이에 대한 적합한 연구가 필요하다.Although some preferred methods for such crack diffusion heat treatment have been proposed in the related art, the application of crack diffusion heat treatment conditions as described above will have to be changed depending on the alloy component system present in steel, and appropriate research is required.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명에 따르면 종래 QT 처리에 의해 발생되는 문제를 해결하기 위해 새로운 방법과 상기 방법을 적용하기에 적합한 베어링강 성분계를 제안함은 물론이고 상기 성분계의 베어링강 주편의 적절한 균열열처리 및 베어링의 열처리 방법을 제안한다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, according to the present invention, of course, to propose a new method and a bearing steel component system suitable for applying the method to solve the problems caused by the conventional QT process. A crack cracking treatment and a heat treatment method of a bearing steel slab of the component system are proposed.

상기 본 발명의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 베어링 제조방법은 탄소 : 0.95~1.05중량%와 규소 : 1.0~2.0중량%를 포함하는 베어링용 주편을 준비한 후 내부에 존재하는 편석을 제거하는 균열확산처리 단계; 상기 균열확산처리된 주편으로부터 베어링을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 베어링에 대하여 담금질 및 분배 열처리를 실시하는 단계를 포함하고, 상기 균열확산처리는 1190~1250℃의 온도에서 1시간 이상 실시하는 것을 특징으로 한다.The bearing manufacturing method of the present invention for solving the problems of the present invention is prepared by the bearing cast steel comprising carbon: 0.95 ~ 1.05% by weight and silicon: 1.0 ~ 2.0% by weight cracks to remove segregation present inside Processing step; Manufacturing a bearing from the crack diffusion cast slab; And quenching and distributing heat treatment of the manufactured bearing, wherein the crack diffusion treatment is performed at a temperature of 1190 to 1250 ° C. for at least 1 hour.

이때, 상기 베어링용 주편은 망간 : 0.25~1.20중량%, 크롬 : 1.30~1.60중량%, 알루미늄 : 0.1중량% 이하, 니켈 : 1.0중량% 이하 및 구리 : 1.0중량% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 포함하는 것이 바람직하다.At this time, the bearing cast steel is one or two selected from manganese: 0.25 to 1.20% by weight, chromium: 1.30 to 1.60% by weight, aluminum: 0.1% by weight or less, nickel: 1.0% by weight or less and copper: 1.0% by weight or less It is preferable to further contain an element of species or more.

또한, 상기 베어링용 주편은 불순물로서 P 와 S를 각각 0.025중량% 이하로 포함하는 것이 효과적이다.In addition, it is effective that the bearing cast piece contains P and S in an amount of 0.025% by weight or less, respectively.

그리고, 상기 균열확산처리는 6시간 이하 실시하는 것이 좋다.The crack diffusion treatment may be performed for 6 hours or less.

본 발명에 따르면, 담금질-분배(QP) 열처리에 적합한 베어링강 성분계를 도출하고 상기 성분계를 가진 주편에 적합한 균열확산처리방법과 열처리 방법을 제공함으로써, 최종 베어링의 피로수명을 현저히 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the fatigue life of the final bearing can be remarkably improved by deriving a bearing steel component system suitable for quenching-distributing (QP) heat treatment and providing a crack diffusion treatment method and a heat treatment method suitable for slabs having the component system.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 발명자들은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 노력하던 중, 베어링의 인성을 향상시키기 위해서는 내부조직으로 마르텐사이트만 형성시킬 것이 아니라 오스테나이트를 잔류시켜 잔류 오스테나이트화 할 필요가 있다는 사실을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.The inventors of the present invention, while trying to solve the problems of the prior art described above, in order to improve the toughness of the bearing, it is necessary not only to form martensite as an internal structure but to retain austenite to retain residual austenite And found the present invention.

그러나, 일반적으로 사용되는 고탄소 크롬 베어링의 성분계로는 마르텐사이트를 형성하기 위해 베어링을 오스테나이트화 하고 급냉하는 과정에 의할 경우 내부에 형성되는 잔류 오스테나이트의 비율이 충분하게 될 수 없을 뿐만 아니라, 생성된 잔류 오스테나이트라 하더라도 베어링의 사용과정에서 베어링에 가해지는 하중에 의해 다시 마르텐사이트로 변태되어 버리고 마는 소위 소성유기변태에 의해 종국에는 템퍼드 마르텐사이트와 마르텐사이트로 조직으로만 이루어지는 베어링강이 얻어지게 된다.However, the component system of commonly used high carbon chromium bearings is not only able to achieve a sufficient ratio of residual austenite formed therein by austenitizing and quenching the bearings to form martensite. Even though the residual austenite is produced, the bearing steel is composed of only tempered martensite and martensite by the so-called plastic organic transformation, which is transformed into martensite by the load applied to the bearing during the use of the bearing. Is obtained.

그 뿐만 아니라, 상기 잔류 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변태과정은 치수 변화를 수반하기 때문에 상기 변태과정에 의해 베어링의 치수 정밀도가 현저히 훼손되게 되어, 그에 따른 소음이 발생하거나 베어링의 피로파괴 및 마모가 현저히 가속화되는 등의 문제가 발생할 수 있다.In addition, the transformation process of the retained austenite to martensite is accompanied by a dimensional change, the dimensional accuracy of the bearing is significantly impaired by the transformation process, resulting in noise or fatigue failure and wear of the bearing. Problems such as significant acceleration may occur.

따라서, 베어링 강에서는 잔류 오스테나이트를 형성하는 것 못지 않게 상기 잔류오스테나이트에 응력이 가해지더라도 마르텐사이트로 변태하지 않도록 안정화시키는 것이 중요한 것이다.Therefore, in bearing steel, it is important to stabilize the retained austenite so as not to transform into martensite even when stress is applied to the retained austenite.

본 발명자들은 본 발명의 과제를 해결하기 위한 선결조건으로서 잔류 오스테나이트가 적절한 분율로 형성될 뿐만 아니라 상기 잔류 오스테나이트를 안정화시킬 수 있는 방법으로서 베어링강용 강재의 성분을 종래의 베어링과는 다른 성분으로 제어하고 QP(Quenching and Partitioning) 법이라 불리는 새로운 프로세스를 적용하는 것이 효과적이라는 것을 도출할 수 있었다.In order to solve the problems of the present invention, the inventors of the present invention provide a method for stabilizing the retained austenite as well as forming the retained austenite at an appropriate fraction. Controlling and applying a new process called the QP (Quenching and Partitioning) method was effective.

즉, QP 법이라 함은 국제특허공개번호 WO2004/022794호에서 처음 제안된 것으로서, 담금질 후 분배(Partitioning) 처리하는 방법을 말한다. 분배 처리는 담금질되어 내부에 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트를 포함하는 강을 저온으로 가열하여 유지함으로써 마르텐사이트 내에 존재하는 탄소가 탄화물을 형성하지 않고 잔류 오스테나이트 속으로 확산됨으로써 잔류 오스테나이트가 저온에서 더욱 안정될 수 있도록 하는 방법을 말한다. 도 1에 상기 QT 처리(a)와 QP 처리(b)를 비교해 두었다. 도면에서 Ms와 Mf는 각각 마르텐사이트 변태개시온도와 변태종료온도를 의미한다. 도면에서 볼 수 있듯이, QP 처리에서는 잔류 오스테나이트의 잔류가 필수적이므로 상기 분배처리 온도는 Ms와 Mf 사이인 것이 보다 바람직하다.That is, the QP method is a method first proposed in International Patent Publication No. WO2004 / 022794 and refers to a method of partitioning after quenching. The dispensing process is quenched to keep the steel containing martensite and retained austenite at low temperatures, so that the carbon present in the martensite diffuses into the retained austenite without forming carbides so that the retained austenite is further reduced at low temperatures. How to make it stable. The QT process (a) and the QP process (b) were compared in FIG. In the figure, Ms and Mf mean martensite transformation start temperature and transformation end temperature, respectively. As can be seen from the figure, since the residual austenite remains essential in the QP treatment, the distribution temperature is more preferably between Ms and Mf.

따라서, 상기 분배 처리에 의할 경우 내부에 탄화물이 실질적으로 존재하지 않는 템퍼드 마르텐사이트와 안정한 잔류 오스테나이트가 형성되게 되는 것이다.Accordingly, the dispensing treatment results in the formation of tempered martensite and stable residual austenite in which carbides are not substantially present therein.

그러나, 상기와 같이 공지된 QP 처리를 바로 베어링강에 적용할 수는 없다. 즉, 베어링강의 경우는 내부에 탄소가 다량 포함되어 있으며, 이를 분배 처리온도에서 처리한다 하더라도 탄소가 잔류 오스테나이트로 확산되지 못하고 마르텐사이트 내부에 석출될 가능성이 크기 때문에 잔류 오스테나이트를 안정화한다는 본래의 목적을 달성할 수 없게 된다는 문제가 있다.However, such known QP treatment cannot be directly applied to bearing steel. That is, in the case of bearing steel, carbon is contained in a large amount, and even if it is treated at a distribution treatment temperature, carbon does not diffuse into residual austenite and is likely to precipitate inside martensite, thus inherently stabilizing residual austenite. There is a problem that the purpose cannot be achieved.

따라서, 분배 처리시 잔류 오스테나이트에 탄소가 용이하게 확산하여 안정한 잔류 오스테나이트를 형성할 수 있도록 강의 조성을 변경할 필요가 있다. 이에 본 발명자들은 이러한 소과제를 해결하기 위해서는 강중 포함되는 탄소의 함량을 0.95~1.05중량%로 함과 동시에 규소의 함량을 종래부터 널리 사용되어 왔던 SUJ2 베어링에 포함된 함량보다 현저히 높은 함량인 1.0~2.0중량%로 성분 변경하는 것이 분배과정에서의 잔류 오스테나이트의 확산에 효과적이라는 것을 알 수 있었다.Therefore, it is necessary to change the composition of the steel so that carbon can be easily diffused into the retained austenite during the distribution treatment to form a stable retained austenite. In order to solve this problem, the inventors set the content of carbon contained in steel to 0.95 to 1.05% by weight, and at the same time, the content of silicon is significantly higher than that contained in the SUJ2 bearing, which has been widely used in the past, 1.0 to 2.0. It was found that changing the weight percent by weight was effective for diffusion of residual austenite in the dispensing process.

즉, 규소는 탄소와 같이 주기율표 제4족에 속하는 원소로서, 탄소와 자리경쟁을 하는 원소이다. 따라서, 규소의 함량이 높을 경우 탄소가 열역학적으로 매우 불안해지기 때문에 마르텐사이트로부터 보다 탄소에 대한 고용도가 높은 잔류 오스테나이트로 확산하게 되는 것이다. 그 결과 잔류 오스테나이트는 더욱 안정화되어 본 발명에서 의도하는 효과를 누릴 수 있는 것이다. 이하, 탄소와 규소의 함량을 상기한 바와 같이 제한한 이유를 보다 구체적으로 살펴본다.That is, silicon is an element belonging to the fourth group of the periodic table like carbon, and is an element which competes with carbon. Therefore, when the silicon content is high, carbon becomes very thermodynamically unstable, so it is diffused from martensite to residual austenite having higher solubility for carbon. As a result, the retained austenite is further stabilized to enjoy the effects intended in the present invention. Hereinafter, the reason for limiting the content of carbon and silicon as described above will be described in more detail.

C : 0.95~1.05중량% C: 0.95 to 1.05 wt%

탄소는 베어링의 강도를 확보하는 매우 중요한 원소일 뿐만 아니라, 본 발명에서는 잔류 오스테나이트를 안정화시키는데 필수적인 원소이다. 만일 탄소의 함량이 낮을 경우에는 베어링의 강도와 피로강도가 낮아 베어링 부품으로 적합하지 않게 되므로 탄소의 함량은 0.95중량% 이상인 것이 바람직하다. 반면, 탄소 함량이 너무 높을 경우에는 미용해된 거대 탄화물이 잔존하여 피로강도를 저하시킬 뿐만 아니라 담금질하기 전의 가공성이 떨어지므로 상기 탄소 함량의 상한은 1.05중량%로 정한다.Carbon is not only a very important element for securing the strength of the bearing, but also an element essential for stabilizing residual austenite in the present invention. If the content of carbon is low, the strength and fatigue strength of the bearing is low, so it is not suitable as a bearing part, the content of carbon is preferably at least 0.95% by weight. On the other hand, when the carbon content is too high, the undissolved huge carbides remain to lower the fatigue strength as well as the workability before quenching, so the upper limit of the carbon content is set to 1.05% by weight.

Si : 1.0~2.0중량%Si: 1.0-2.0 wt%

규소는 상술한 바와 같이 종래의 베어링에서는 구현하기 어려웠던 분배 처리를 가능하게 하기 위해 1.0중량% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 규소의 함량이 너무 높을 경우에는 탄소와의 자리경쟁 반응에 따라 탈탄이 일어날 우려가 있고 C와 마찬가지로 담금질하기 전의 가공성이 떨어지므로 상기 규소의 함량은 2.0중량%를 상한으로 한다.Silicon is preferably added in an amount of 1.0% by weight or more to enable dispensing treatment, which has been difficult to implement in conventional bearings as described above. However, if the silicon content is too high, decarburization may occur according to the competition reaction with carbon, and like C, the workability before quenching is inferior, so the silicon content is 2.0% by weight.

즉, 본 발명의 베어링 및 이를 제조하기 위한 선재는 탄소 : 0.95~1.05중량%와 규소 : 1.0~2.0중량%를 포함하는 성분으로 이루어진 것이다. 여기서 '포함'한다는 용어의 의미는 상기 원소만으로 이루어진 것이 아니라 상기 원소 이외의 다른 원소들을 함께 포함할 수 있다는 개방된 의미를 가지는 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 종래 무수히 많이 제공된 베어링강의 조성과 규격, 그리고 본 기술분야에서 제공되어 왔던 통상의 지식으로부터 상기 원소 이외에 포함될 수 있는 원소들을 용이하게 선택하여 강의 조성에 포함시킬 수 있을 것이다.That is, the bearing of the present invention and the wire for producing the same is made of a component containing carbon: 0.95 ~ 1.05% by weight and silicon: 1.0 ~ 2.0% by weight. The term 'comprises' herein means not only the above elements but also an open meaning that other elements other than the above elements may be included together, and a person having ordinary knowledge in the art to which the present invention belongs will be known in the past. From the composition and specification of many provided bearing steels, and common knowledge that has been provided in the art, it may be easy to select elements to be included in the composition of the steel other than the above elements.

다만, 이에 대한 한가지 예로서 상기 베어링 또는 강선재는 하기하는 성분들을 1종 또는 2종 이상 더 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이하, 추가가능한 성분에 대하여 설명한다.However, as one example thereof, the bearing or steel wire may more preferably include one or two or more of the following components. Hereinafter, the component which can be added is demonstrated.

Mn : 0.25~1.20중량%Mn: 0.25-1.20 wt%

망간은 강의 소입성을 개선하여 강도를 확보하는데 중요한 원소이다. 따라서, 상기 Mn은 0.25중량% 이상 함유되는 것이 바람직하다. 다만, 망간의 함량이 너무 높을 경우에는 담금질하기 전의 가공성이 떨어지기 때문에 상기 망간의 함량은 1.20중량% 이하로 한다.Manganese is an important element in securing strength by improving the hardenability of steel. Therefore, it is preferable that Mn is contained by 0.25 weight% or more. However, when the content of manganese is too high, the workability before quenching is inferior, so the content of manganese is 1.20% by weight or less.

Cr : 1.30~1.60중량%Cr: 1.30 ~ 1.60wt%

크롬은 강의 소입성을 개선하여 경화능을 부여하며, 강의 조직을 미세화하는데 효과적인 원소이므로 1.30중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, Cr의 함량이 과다하면 그 효과가 포화하기 때문에 상기 크롬의 함량은 1.60중량% 이하로 한다.Since chromium improves the hardenability of steel and gives hardening ability, it is preferable to add 1.30 weight% or more since it is an effective element to refine | miniaturize steel structure. However, since the effect is saturated when the content of Cr is excessive, the content of chromium is made 1.60 wt% or less.

Al : 0.1중량% 이하Al: 0.1 wt% or less

알루미늄은 강의 용제시에 강력한 탈산제로 작용하고, 강을 청정화하는 효과를 가지며, 강 중의 질소와 화합물을 형성하여 결정립을 미세화하는 원소이므로 함유되어 있는 것이 바람직하다. 그러나 0.1중량% 이상 첨가한 경우에는 강의 청정화 작용이 오히려 저하될 뿐만 아니라 피로수명도 저하되기 때문에 상기 Al의 함량은 0.1 중량% 이하로 한다.Aluminum is an element that acts as a strong deoxidizer at the time of solvent of steel, has an effect of cleaning steel, and forms a compound with nitrogen in steel to refine crystal grains. However, when 0.1 wt% or more is added, the Al content is made 0.1 wt% or less because not only the cleansing action of the steel is lowered but also the fatigue life is reduced.

Ni : 1.0중량% 이하Ni: 1.0 wt% or less

니켈은 강의 소입성을 향상시키고, 담금질한 부분의 인성을 향상시키는 원소로서, 1.0중량%를 상한으로서 첨가한다. 특히 Cu 첨가시에는 열간취성을 억제하기 위하여 Ni을 Cu 첨가량의 1/2 첨가하는 것이 바람직하다.Nickel is an element which improves the hardenability of steel and improves the toughness of the quenched portion, and adds 1.0 wt% as an upper limit. In particular, when adding Cu, it is preferable to add Ni 1/2 of Cu addition amount in order to suppress hot brittleness.

Cu : 1.0중량% 이하Cu: 1.0 wt% or less

구리는 소입성을 향상시켜 담금질한 부분의 경도를 높이는 효과가 있기 때문에 첨가하며, 1.0중량% 이상으로 첨가하면 그 효과가 포화하기 때문에 1.0중량% 이하로 첨가한다.Copper is added because it has the effect of improving the hardenability and increasing the hardness of the quenched portion, and when added in an amount of 1.0% by weight or more, it is added in an amount of 1.0% by weight or less.

또한, 베어링 및 이를 제조하기 위해서는 불가피하게 불순물이 포함될 수도 있다. 상기 불순물의 양은 베어링의 양에 큰 악영향을 미치지 않을 정도까지는 포함될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 그 양을 제한하고 그 범위에 맞도록 정련하여 불순물 함량이 제어된 베어링용 선재 및 베어링을 제조할 수 있을 것이다. 다만, 그 중에서도 특히, 인(P)과 황(S) 및 티타늄(Ti)은 베어링의 물성에 미치는 영향이 크기 때문에 보다 바람직한 함량에 대하여 특별히 설명한다.In addition, in order to manufacture the bearing and it may inevitably include impurities. The amount of the impurity may be included to the extent that it does not have a significant adverse effect on the amount of the bearing, and those skilled in the art to which the present invention belongs to easily limit the amount and refine to meet the range of impurity content Wire rods and bearings for controlled bearings may be manufactured. However, in particular, since phosphorus (P), sulfur (S) and titanium (Ti) have a great influence on the physical properties of the bearing, a more preferable content will be described.

P : 0.025중량% 이하P: 0.025% by weight or less

인은 결정입계에 편석되어 강재의 인성을 저하시키는 원소이다. 따라서, 그 함량을 적극적으로 제한하는 것이 보다 바람직하다. 다만, 제강과정 등의 부하를 고려할 때 그 함량을 0.025중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.Phosphorus is an element that segregates at grain boundaries and degrades the toughness of steel materials. Therefore, it is more preferable to actively limit the content. However, when considering the load of the steelmaking process, it is preferable to limit the content to 0.025% by weight or less.

S : 0.025중량% 이하S: 0.025% by weight or less

황은 강의 피삭성을 높이는 작용을 하지만, 인과 마찬가지로 입계에 편석되어 인성을 저하시킬 뿐만 아니라 Mn과 결합하여 유화물을 형성함으로써 피로수명을 저하시키는 악영향을 미치므로 그 함량을 제한하는 것이 바람직하다. 제강과정 등의 부하를 고려할 때에는 그 함량을 0.025중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.Although sulfur acts to increase the machinability of steel, it is preferable to limit its content since it adversely affects not only segregation at grain boundaries but also toughness as in phosphorus, but also adversely affects fatigue life by forming an emulsion in combination with Mn. When considering the load of the steelmaking process, the content is preferably 0.025% by weight or less.

Ti : 0.01중량% 이하Ti: 0.01 wt% or less

티타늄은 질소와 결합하여 조대한 질화물을 형성함으로써 피로수명을 저하시키기 때문에 그 함량을 0.01중량% 이하로 엄격히 제한하는 것이 좋다. Titanium combines with nitrogen to form coarse nitrides, which reduces fatigue life, so it is best to limit the content to 0.01% by weight or less.

베어링강(주편)의 성분계를 상술한 성분계로 할 경우에는 고탄소강의 QP 처리에 적합하게 된다. 다만, 이러한 성분계는 이미 설명하였듯이 연속주조할 경우 주편 내부에 중심편석이 매우 용이하게 발달하게 되므로 균열확산열처리를 할 필요가 있다. 그런데, 현재까지 상기와 같은 새로운 성분계에 대한 균열확산처리 방법은 제안되어 있지 않은 실정이다. 따라서, 이하에서 상기 성분계에 대한 자세한 균열확산처리 방법을 제안하고자 한다. 균열확산처리는 처리온도와 처리시간이 중요한 조건이므로 이에 대하여 설명한다.When the component system of a bearing steel (casting) is made into the component system mentioned above, it becomes suitable for QP process of high carbon steel. However, such a component system needs to be subjected to crack diffusion heat treatment as the core segregation is very easily developed when the continuous casting is performed as described above. By the way, the crack diffusion treatment method for the new component system as described above has not been proposed. Therefore, a detailed crack diffusion treatment method for the component system will be proposed below. The crack diffusion treatment is described here because the treatment temperature and treatment time are important conditions.

처리온도 : 1190~1250℃Treatment temperature: 1190 ~ 1250 ℃

본 발명에서 제안하는 성분계로 탄소가 용이하게 확산할 수 있도록 하기 위해서는 처리온도는 1190℃ 이상이 되어야 한다. 처리온도가 낮을 경우에는 주편의 중심에 위치하는 거대 탄화물이 완전히 용해 및 확산되기 어려우므로 바람직하지 않다. 반대로 처리온도가 너무 높을 경우에는 에너지가 불필요하게 소모될 뿐만 아니라, 주편 표면에서 탈탄이 일어나게 되고 탈탄이 일어난 부분은 경도가 부족하여 베어링으로 사용하기에 곤란하므로 이러한 부분을 제거하는 핫 스카핑 작업이 필요하여 공정상 부하가 걸리고 소재의 손실이 발생하는 등의 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 처리온도의 상한은 1205℃로 정한다.In order to facilitate the diffusion of carbon into the component system proposed in the present invention, the treatment temperature should be 1190 ° C or higher. If the treatment temperature is low, it is not preferable because the large carbide located in the center of the cast steel is difficult to completely dissolve and diffuse. On the contrary, if the treatment temperature is too high, energy is not consumed unnecessarily, and decarburization occurs on the surface of the cast steel, and the decarburization part is insufficient to be used as a bearing due to lack of hardness. This may cause problems such as load on the process and loss of material. Therefore, the upper limit of processing temperature is set to 1205 degreeC.

처리시간 : 1시간 이상Treatment time: over 1 hour

처리시간 역시 편석된 성분의 확산에 크게 영향을 미치는 인자이다. 충분한 확산을 유도하기 위해서는 상기 처리시간을 1시간 이상 유지할 필요가 있다. 보다 바람직하게는 상기 처리시간을 1.5시간 이상 유지할 필요가 있다. 다만, 처리시간을 길게하여도 균열확산처리효율이 감소하는 것은 아니므로 처리시간의 상한은 특별히 정할 필요가 없다. 다만, 소재의 탈탄과 처리 비용 등을 고려할 경우에는 상기 처리시간의 상한은 6시간으로 하는 것이 바람직하다.Treatment time is also a significant factor in the diffusion of segregated components. In order to induce sufficient diffusion, it is necessary to maintain the treatment time for at least 1 hour. More preferably, the treatment time needs to be maintained for 1.5 hours or longer. However, even if the treatment time is extended, the crack diffusion treatment efficiency does not decrease, so the upper limit of the treatment time does not need to be specifically determined. However, in consideration of decarburization and treatment costs, the upper limit of the treatment time is preferably 6 hours.

이하, 첨부하는 도면과 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and examples. However, it should be noted that the following examples are intended to illustrate the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. This is because the scope of the present invention is determined by the matters described in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.

(실시예)(Example)

Fe-0.972%C-1.71%Si-0.349%Mn-0.019%P-0.009%S-0.032%Al-1.46Cr-0.051Ni-0.009Cu-0.005Ti의 턴디쉬 성분을 가지고 연속주조 방식으로 주조된 300mm×400mm 크기의 단면을 가진 주편의 중심부에서 20mm×20mm×10mm 크기의 시편을 채취하였다. 도 2에 상기 주편내부에 거대 탄화물이 형성된 것을 촬영한 현미경 사진을 나타내었다. 300mm cast by continuous casting with a tundish component of Fe-0.972% C-1.71% Si-0.349% Mn-0.019% P-0.009% S-0.032% Al-1.46Cr-0.051Ni-0.009Cu-0.005Ti A specimen of 20 mm × 20 mm × 10 mm size was taken from the center of the specimen with a cross section of 400 mm size. Figure 2 shows a micrograph photographing the formation of a large carbide inside the cast steel.

상기 채취된 주편에 대하여 표 1에 기재한 바와 같은 여러가지 온도와 유지시간으로 균열확산처리를 실시하였으며, 주편의 단면을 관찰하여 거대탄화물이 완전히 제거되었는지 여부를 관찰하고 그 결과 역시 표 1에 나타내었다. 표에서 × 표시한 것은 거대탄화물이 완전히 제거되지 못하여 잔존하고 있는 경우를 ○표시한 경우는 탄화물이 완전히 제거된 경우를 의미한다. The sample was then subjected to crack diffusion treatment at various temperatures and holding times as shown in Table 1, and the cross section of the specimen was observed to observe whether the macrocarbide was completely removed and the results are also shown in Table 1. . In the table, the symbol x indicates the case where the macrocarbide is not completely removed and the symbol ○ indicates that the carbide is completely removed.

1190℃1190 ℃ 1200℃1200 ℃ 1210℃1210 ℃ 1225℃1225 ℃ 1240℃1240 ℃ 1250℃1250 ℃ 0.5시간0.5 hours ×× ×× ×× ×× ×× ×× 1시간1 hours ×× ×× 1.5시간1.5 hours 2시간2 hours 3시간3 hours 4시간4 hours 5시간5 hours 6시간6 hours

표에서 볼 수 있듯이 0.5시간 균열확산처리한 경우에는 그 온도에 상관없이 탄화물을 완전히 제거할 수 없음을 알 수 있었다. 그러나, 1시간 균열확산열처리 한 경우에는 열처리 온도가 1190℃ 및 1200℃인 경우에는 거대 탄화물이 다소 잔존하여 완전한 균열확산처리 효과를 얻을 수는 없었으나 나머지 온도에서는 미세한 탄화물이 약간 잔존하고 있을 뿐 거대 탄화물은 거의 존재하지 않아 충분한 처리효과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.As can be seen from the table, it was found that the carbides could not be completely removed regardless of the temperature after 0.5 hour crack diffusion treatment. However, in the case of 1-hour crack diffusion heat treatment, when the heat treatment temperature was 1190 ° C and 1200 ° C, large carbides remained slightly to obtain a full crack diffusion effect, but at the rest of the temperature, only a slight amount of fine carbide remained Carbide was hardly present and it was confirmed that sufficient treatment effect could be obtained.

또한, 처리시간이 1.5시간을 경과하면서부터는 본 발명에서 규정하는 1190℃ 이상의 온도에서는 거대 탄화물이 모두 제거되었음을 확인할 수 있었다.In addition, since the treatment time passed 1.5 hours, it was confirmed that all of the large carbides were removed at a temperature of 1190 ° C or higher specified in the present invention.

이를 뒷받침하는 결과로서 표 1에 기재된 조건 중 일부의 처리온도 및 처리시간에 따른 시편의 현미경 사진을 도 3에 나타내었다. 도 3(a)와 도 3(b)는 각각 1200℃와 1225℃에서 0.5시간 처리한 결과인데 거대 탄화물이 거의 제거되지 않았음을 확인할 수 있다. 그러나, 도 3(c)는 1200℃에서 1.5시간 처리한 결과로서 거대한 탄화물은 대부분 제거되고 미세한 탄화물만이 일부 잔존하고 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 미세한 탄화물은 거대 탄화물에 비해 베어링의 피로수명에 미치는 악영향이 매우 작다. 도 3(d)는 1225℃에서 1시간 처리한 결과인데, 여기서도 양호하게 거대 탄화물이 제거된 것을 확인할 수 있다.As a result supporting this, micrographs of the specimens according to the treatment temperature and the treatment time of some of the conditions described in Table 1 are shown in FIG. 3. 3 (a) and 3 (b) show the results of 0.5 hours treatment at 1200 ° C. and 1225 ° C., respectively. However, FIG. 3 (c) shows that as a result of 1.5 hours of treatment at 1200 ° C., most of the large carbides were removed and only some of the fine carbides remained. These fine carbides have a very small adverse impact on the fatigue life of the bearings compared to the large carbides. FIG. 3 (d) shows the result of the treatment at 1225 ° C. for 1 hour. Here, it can be confirmed that the macrocarbide is removed well.

따라서, 본 발명의 유리한 효과를 확인할 수 있었다.Thus, the advantageous effects of the present invention could be confirmed.

도 1은 QT법과 QP법을 비교한 개략도,1 is a schematic diagram comparing the QT method and the QP method,

도 2은 본 발명의 실시예에서 사용된 주편 내부에 편석이 존재하는 것을 관찰한 현미경사진, 그리고Figure 2 is a micrograph observing the presence of segregation in the cast steel used in the embodiment of the present invention, and

도 3는 각 균열확산처리 조건에 따른 내부 조직 현미경사진이다.3 is an internal tissue micrograph according to the conditions of each crack diffusion treatment.

Claims (4)

탄소 : 0.95~1.05중량%와 규소 : 1.0~2.0중량%를 포함하는 베어링용 주편을 준비한 후 내부에 존재하는 편석을 제거하는 균열확산처리 단계; A crack diffusion treatment step of removing a segregation present therein after preparing a bearing cast piece including carbon: 0.95 to 1.05% by weight and silicon: 1.0 to 2.0% by weight; 상기 균열확산처리된 주편으로부터 베어링을 제조하는 단계; 및Manufacturing a bearing from the crack diffusion cast slab; And 상기 제조된 베어링에 대하여 담금질 및 분배 열처리를 실시하는 단계를 포함하고,Quenching and distributing heat treatment of the manufactured bearing; 상기 균열확산처리는 1190~1250℃의 온도에서 1시간 이상 실시하는 것을 특징으로 하는 베어링의 제조방법.The crack diffusion treatment is a bearing manufacturing method, characterized in that carried out for 1 hour or more at a temperature of 1190 ~ 1250 ℃. 제 1 항에 있어서, 상기 베어링용 주편은 망간 : 0.25~1.20중량%, 크롬 : 1.30~1.60중량%, 알루미늄 : 0.1중량% 이하, 니켈 : 1.0중량% 이하 및 구리 : 1.0중량% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링의 제조방법.The method of claim 1, wherein the bearing cast steel is selected from manganese: 0.25 to 1.20% by weight, chromium: 1.30 to 1.60% by weight, aluminum: 0.1% by weight or less, nickel: 1.0% by weight or less, copper: 1.0% by weight or less The manufacturing method of the bearing further containing 1 type, or 2 or more types of elements. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 베어링용 주편은 불순물로서 P 와 S를 각각 0.025중량% 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링의 제조방법.3. The bearing manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the bearing slab contains P and S as impurities at 0.025 wt% or less, respectively. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 균열확산처리는 6시간 이하 실시하는 것을 특징으로 하는 베어링의 제조방법.The bearing manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the crack diffusion treatment is performed for 6 hours or less.
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