KR101070154B1 - 베어링용 강선재, 베어링용 강선재의 제조방법, 베어링의 열처리 방법, 베어링 및 베어링용 주편의 균열확산 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베어링용 강선재, 베어링용 강선재의 제조방법, 베어링의 열처리 방법, 베어링 및 베어링용 주편의 균열확산 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내마모성, 내피로특성 등이 우수한 고강도 고탄소 베어링강을 제조하기 위한 열처리 방법, 상기 열처리에 제공되는 고탄소 베어링강용 선재 및 상기 선재의 제조방법과 상기 열처리로부터 제조되는 고탄소 베어링강 및 베어링용 선재의 제조에 제공되는 주편의 균열확산 방법에 관한 것이다.

본 발명의 베어링 열처리 방법은, 탄소 : 0.50~1.20중량%와 규소 : 1.0~2.0중량%를 포함하는 베어링 형상 강부품을 담금질하는 단계; 상기 담금질된 부품을 1분 이상 유지하는 단계; 및 상기 유지된 부품에 대하여 Ms-100℃ ~ Ms의 온도에서 10분 이상 분배처리 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

베어링, 인성, 피로특성, 열처리, 분배처리

Description

베어링용 강선재, 베어링용 강선재의 제조방법, 베어링의 열처리 방법, 베어링 및 베어링용 주편의 균열확산 처리 방법{STEEL WIRE ROD FOR BEARING STEEL, MANUFACTURING METHOD OF STEEL WIRE ROD FOR BEARING STEEL, HEAT TREATMENT METHOD OF STEEL BEARING, STEEL BEARING AND SOAKING METHOD OF BEARING STEEL}

본 발명은 베어링용 강선재, 베어링용 강선재의 제조방법, 베어링의 열처리 방법, 베어링 및 베어링용 주편의 균열확산 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내마모성, 내피로특성 등이 우수한 고강도 고탄소 베어링강을 제조하기 위한 열처리 방법, 상기 열처리에 제공되는 고탄소 베어링강용 선재 및 상기 선재의 제조방법과 상기 열처리로부터 제조되는 고탄소 베어링강 및 베어링용 선재의 제조에 제공되는 주편의 균열확산 방법에 관한 것이다.

베어링이라 함은 회전하고 있는 기계의 축을 일정한 위치에 고정시키고 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축을 회전시키는 역할을 하는 기계요소를 의미한다.

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. 상기와 같은 베어링을 제조하기 위해서는 그 소재가 되는 강의 조성을 적절히 제어하고, 이를 제강-연주-압연으로 이어지는 과정을 통하여 강선재를 제조한 후, 상기 제조된 강선재를 베어링으로 가공하는 과정이 필요하다.

상기 베어링의 소재로서는 종래부터 약 1.0중량%의 탄소와 1.5중량% 정도의 크롬을 함유한 고탄소 크롬강이 가장 많이 사용되어 왔다.

일반적으로 고탄소 크롬 베어링강은 전로-진공탈가스(RH)-연속주조의 공정을 통하여 블룸으로 제조되는 경우가 많다. 이때, 전로공정에서는 용선을 용강으로 전환시키는 취련작업이 진행되며, 진공탈가스 공정에서 개재물 함량의 한가지 척도가 되는 전산소(T.[O]) 함량을 최대한 낮추는 작업이 이루어지게 된다. 얻어진 블룸은 주편 중심부에 존재하는 편석과 거대 탄화물을 제거하기 위한 균열확산처리(soaking)와 그에 따른 자연공냉 처리 이후 압연되어 빌레트로 제조된다. 상기 제조된 빌레트는 선재압연을 통하여 선재로 제조되게 된다.

베어링 가공은 얻어진 선재를 신선 및 구상화 열처리를 통하여 베어링의 전 동체인 볼이나 롤러 또는 내외륜의 형상을 가공한 후, 충분한 피로강도와 내마모성을 가지도록 경화열처리를 실시하는 방식으로 이루어진다.

이때, 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 마르텐사이트내에 미세한 탄화물이 석출하며, 또한 마르텐사이트가 템퍼드 마르텐사이트(Tempered Martensite)로 바뀐다는 점이 큰 특징이다.

상기와 같은 과정에 의해 제조된 베어링강은 내부에 템퍼드 마르텐사이트와 탄화물로 이루어지고, 약 60HRC 이상의 표면경도를 가진다. 그러나, 상기 QT 과정 에 의해 열처리된 베어링이라 하더라도 구름접촉과 같은 가혹한 조건에서 사용될 경우에는 그 내마모성과 내피로특성이 불충분한 경우가 많다.

이는, 템퍼드 마르텐사이트 내부에 형성된 탄화물이 강재의 인성에 불리한 영향을 미치기 때문으로서 강재의 내부 조직을 100% 템퍼트 마르텐사이트에 가까운 조직으로 할 경우 발생되는 문제인 것이다. 그 결과, 위에서 언급한 바와 같이 경도는 매우 높으나 인성이나 연성이 상당히 열악하여 비록 뜨임 처리에 의해 템퍼드 마르텐사이트화 하더라도 인성과 연성 개선효과가 불충분하다는 문제가 발생된다.

그 뿐만 아니라, QT 처리를 위해서는 적어도 2시간 이상을 요하기 때문에, 그에 따른 원가상승 및 생산성 저하의 문제도 내포하고 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일측면에 따르면, 종래의 QT 처리에 비하여 인성이 크게 향상되는 새로운 베어링강을 담금질-분배라는 열처리를 통하여 제조하기에 유리한 베어링강용 선재가 제공된다.

본 발명의 또다른 일측면에 따르면 비교적 짧은 열처리 시간으로도 종래의 QT 처리에 비하여 인성이 크게 향상되는 새로운 베어링 강의 열처리 방법과 상기 방법에 의해 제조되는 베어링이 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 하나의 일측면에 따르면 상기 본 발명의 일측면에 따른 베어링의 제조에 유용하게 사용될 수 있는 베어링용 강선재가 제공된다.

또한, 본 발명의 또다른 하나의 측면에 따르면 주편 내부의 편석을 제거함으로써 상술한 양질의 베어링을 제공하기에 유리한 주편의 균열확산처리 방법이 제공된다.

본 발명의 일측면에 따른 베어링의 열처리 방법은 탄소 : 0.50~1.20중량%와 규소 : 1.0~2.0중량%를 포함하는 베어링 형상 강부품을 담금질하는 단계; 및 상기 담금질된 부품을 Ms-100℃ ~ Ms의 온도에서 10분 이상 분배처리 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 열처리 방법의 보다 바람직한 구현례에서는 제1항에 있어서, 상기 담금질하는 단계와 상기 분배처리하는 단계 사이에 상기 담금질된 부품을 1분 이상 유지하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 베어링 형상 강부품은 망간 : 0.20~1.00중량%, 크롬 : 0.10~1.60중량%, 알루미늄 : 0.1중량% 이하, 니켈 : 1.0중량% 이하 및 구리 : 1.0중량% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 포함하는 것이 유리하다.

그리고, 상기 베어링 형상 강부품은 불순물로서 P 와 S를 각각 0.025중량% 이하로 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 담금질된 부품을 유지하는 처리는 10분 이하 실시되는 것이 효과적이다.

그리고, 상기 분배처리는 30분 이하 실시되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또하나의 일측면으로서 상기 베어링의 열처리 방법에 의해 제조된 베어링은 탄소 : 0.50~1.20중량%와 규소 : 1.0~2.0중량%를 포함하고, 내부 조직이 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트로 이루어진 것이 바람직하다.

이때, 망간 : 0.20~1.00중량%, 크롬 : 0.10~1.60중량%, 알루미늄 : 0.1중량% 이하, 니켈 : 1.0중량% 이하 및 구리 : 1.0중량% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 잔류 오스테나이트는 면적 분율로 5~15% 포함되는 것이 효과적이다.

또한, 상기 내부 조직중 구상화처리에 의한 탄화물을 제외한 어떠한 형태의 탄화물도 실질적으로 포함되지 않는 것이 효과적이다.

본 발명의 또하나의 측면인 본 발명의 베어링강용 선재는, 탄소 : 0.50~1.20중량%와 규소 : 1.0~2.0중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 베어링강 선재는 망간 : 0.20~1.00중량%, 크롬 : 0.10~1.60중량%, 알루미늄 : 0.1중량% 이하, 니켈 : 1.0중량% 이하 및 구리 : 1.0중량% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 베어링강 선재는 불순물로서 P 와 S를 각각 0.025중량% 이하로 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또하나의 측면인 베어링용 선재의 제조방법은 탄소 : 0.50~1.20중량%와 규소 : 1.0~2.0중량%를 포함하는 주편을 균열확산하고 강편압연 한 후 냉각하여 베어링용 선재를 제조하는 방법으로서, 상기 냉각 속도를 1℃/초 이하로 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 망간 : 0.20~1.00중량%, 크롬 : 0.10~1.60중량%, 알루미늄 : 0.1중량% 이하, 니켈 : 1.0중량% 이하 및 구리 : 1.0중량% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또하나의 측면인 베어링용 주편의 균열확산 처리 방법은 탄소 : 0.50~1.20중량%와 규소 : 1.0~2.0중량%를 포함하는 베어링용 주편을 준비한 후 내부에 존재하는 편석을 제거하는 균열확산처리 방법으로서, 상기 균열확산처리방법은 1190~1250℃의 온도에서 1시간 이상 실시하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 베어링용 주편은 망간 : 0.20~1.00중량%, 크롬 : 0.10~1.60중량%, 알루미늄 : 0.1중량% 이하, 니켈 : 1.0중량% 이하 및 구리 : 1.0중량% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 베어링용 주편은 불순물로서 P 와 S를 각각 0.025중량% 이하로 포함하는 것이 유리하다.

그리고, 상기 균열확산처리는 6시간 이하 실시하는 것이 효과적이다.

본 발명에 의할 경우에는 종래의 QT 열처리 보다 인성이 현저히 향상된 베어링을 제공할 수 있어, 제조된 베어링의 내마모성과 내피로특성이 크게 향상될 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

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.

그러나, 일반적으로 사용되는 고탄소 크롬 베어링의 성분계로는 마르텐사이트를 형성하기 위해 베어링을 오스테나이트화 하고 급냉하는 과정에 의할 경우 내 부에 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.

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.

따라서, 베어링 강에서는 잔류 오스테나이트를 형성하는 것 못지 않게 상기 잔류오스테나이트에 응력이 가해지더라도 마르텐사이트로 변태하지 않도록 안정화시키는 것이 중요한 것이다.

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.

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 담금질 온도는 Ms와 Mf 사이인 것이 보다 바람직하다.

따라서, 상기 분배 처리에 의할 경우 내부에 탄화물이 실질적으로 존재하지 않는 마르텐사이트와 안정한 잔류 오스테나이트가 형성되게 되는 것이다.

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.

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 0.50~1.20중량%로 함과 동시에 규소의 함량을 종래부터 널리 사용되어 왔던 100Cr6 (SAE52100 = JIS-SUJ2) 베어링에 포함된 함량보다 현저히 높은 함량인 1.0~2.0중량%로 성분 변경하는 것이 분배과정에서 탄소가 잔류 오스테나이트로 확산하는데 효과적이라는 것을 알 수 있었다.

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.

C : 0.50~1.20중량%

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 0.50중량% 이상인 것이 바람직하다. 반면, 탄소 함량이 너무 높을 경우에는 미용해된 거대 탄화물이 잔존하여 피로강도를 저하시킬 뿐 만 아니라 담금질하기 전의 가공성이 떨어지므로 상기 탄소 함량의 상한은 1.20중량%로 정한다. 상기 범위에서 보다 바람직한 베어링강의 조성은 두가지 패턴으로 나누어질 수도 있는데, 그 중 하나는 종래의 100Cr6 (SAE52100 = JIS-SUJ2)강으로 분류되는 고탄소 베어링강의 탄소와 유사한 탄소 함량을 가진 강으로서 상기 강중에는 탄소가 약 0.95~1.05중량% 범위로 함유된다. 또다른 하나는 탄소함량이 0.5~0.7중량%로서 비교적 낮은 범위의 중탄소 베어링강의 탄소함량과 유사한 범위의 탄소함량을 가진다.

Si : 1.0~2.0중량%

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.

즉, 본 발명의 베어링 및 이를 제조하기 위한 선재는 탄소 : 0.50~1.20중량%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 베어링강 의 조성과 규격, 그리고 본 기술분야에서 제공되어 왔던 통상의 지식으로부터 상기 원소 이외에 포함될 수 있는 원소들을 용이하게 선택하여 강의 조성에 포함시킬 수 있을 것이다.

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.

Mn : 0.20~1.00중량%

망간은 강의 소입성을 개선하여 강도를 확보하는데 중요한 원소이다. 따라서, 상기 Mn은 0.20중량% 이상 함유되는 것이 바람직하다. 다만, 망간의 함량이 너무 높을 경우에는 담금질하기 전의 가공성이 떨어지기 때문에 상기 망간의 함량은 1.00중량% 이하로 한다. 상기 첨가이유를 감안한 보다 바람직한 망간의 함량은 0.25~0.45중량% 이다.

Cr : 0.10~1.60중량%

크롬은 강의 소입성을 개선하여 경화능을 부여하며, 강의 조직을 미세화하는데 효과적인 원소이므로 0.10중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하며 효과를 보다 극대화하기 위해서는 1.30중량% 이상 첨가하는 것이 보다 바람직하다. 그러나, 크롬의 함량이 과다하면 그 효과가 포화하기 때문에 상기 크롬의 함량은 1.60중량% 이 하로 한다.

Al : 0.1중량% 이하

알루미늄은 강의 용제시에 강력한 탈산제로 작용하고, 강을 청정화하는 효과를 가지며, 강 중의 질소와 화합물을 형성하여 결정립을 미세화하는 원소이므로 함유되어 있을 수도 있다. 그러나 0.1중량% 이상 첨가한 경우에는 강의 청정화 작용이 오히려 저하될 뿐만 아니라 피로수명도 저하되기 때문에 상기 알루미늄의 함량은 0.1 중량% 이하로 한다. 상기 Al은 첨가되지 않을 수도 있기 때문에 알루미늄의 함량의 하한은 특별히 정하지 아니한다.

Ni : 1.0중량% 이하

니켈은 강의 소입성을 향상시키고, 담금질한 부분의 인성을 향상시키는 원소로서, 1.0중량%를 상한으로서 첨가한다. 특히 구리 첨가시에는 열간취성을 억제하기 위하여 니켈을 Cu 첨가량의 1/2 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 니켈 역시 첨가되지 않을 수 있기 때문에 니켈 함량의 하한을 따로 특별히 정할 필요는 없다.

Cu : 1.0중량% 이하

구리는 소입성을 향상시켜 담금질한 부분의 경도를 높이는 효과가 있기 때문에 첨가하며, 1.0중량% 이상으로 첨가하면 그 효과가 포화하기 때문에 1.0중량% 이 하로 첨가한다. 상기 구리 역시 첨가되지 않을 수 있기 때문에 구리 함량의 하한을 따로 특별히 정할 필요가 없다.

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), 산소(Tot.O) 및 티타늄(Ti)은 베어링의 물성에 미치는 영향이 크기 때문에 보다 바람직한 함량에 대하여 특별히 설명한다.

P : 0.025중량% 이하

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 바람직하며 0.02중량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

S : 0.025중량% 이하

황은 강의 피삭성을 높이는 작용을 하지만, 인과 마찬가지로 입계에 편석되어 인성을 저하시킬 뿐만 아니라 망간과 결합하여 유화물을 형성함으로써 피로수명 을 저하시키는 악영향을 미치므로 그 함량을 제한하는 것이 바람직하다. 제강과정 등의 부하를 고려할 때에는 그 함량을 0.025중량% 이하로 하는 것이 바람직하며, 0.02중량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

O : 12ppm 이하

산소는 산화성 개재물의 지표로서 베어링의 피로강도에 영향을 미친다. 즉, 강중 산소함량이 높을 경우에는 산화성 개재물이 다량 분포되어 베어링의 피로강도를 감소시키는 악영향을 미치는 것이다. 따라서, 상기 산소는 산소/질소 분석기에 의한 Tot.O 기준으로 12 ppm 이하 포함되는 것이 바람직하다.

Ti : 0.01중량% 이하

티타늄은 질소와 결합하여 조대한 질화물을 형성함으로써 피로수명을 저하시키기 때문에 그 함량을 0.01중량% 이하로 엄격히 제한하는 것이 좋다.

상술한 조성의 본 발명의 베어링 강은 이후 베어링으로 가공한 후 후술하는 담금질-분배 열처리를 실시할 경우 내부에 존재하는 잔류 오스테나이트가 충분히 안정화 될 수 있을 정도로 탄소의 분배가 적절히 이루어짐으로써 베어링 사용시 소성유기변태 과정에 의하여 잔류오스테나이트가 마르텐사이트로 변태되어 버리고 마는 문제를 해결할 수 있다는 유리한 효과를 가진다.

본 발명의 또하나의 측면은 상술한 조성을 가지는 베어링 형상의 부품을 오스테나이트화한 후 급냉하는 담금질 과정을 실시하고, 이후 분배 열처리를 실시하는 과정으로 이루어진다. 담금질 과정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상 알려진 것과 유사하다. 상기 담금질은 마르텐사이트 변태개시온도(Ms) 이하의 온도까지 재료를 급냉(수냉 또는 유냉)할 필요가 있는데, 상기 마르텐사이트 변태개시온도로는 다음과 같은 식을 사용할 수 있다.

Ms (℃) = 512 - 453C - 16.9Ni + 15Cr - 9.5Mo + 217(C)² - 71.5(C)(Mn) - 67.6(C)(Cr)

여기서, C, Ni, Cr, Mo, Mn 등은 각 해당원소의 중량%를 의미한다.

이후 분배 열처리 과정은 본 발명의 베어링 강의 조성상의 특성을 깊이 고려하여 결정하여야 한다. 즉, 본 발명은 Si 함량을 통상의 베어링 보다 높게 하여 Si에 의한 C의 확산을 조장함으로써 마르텐사이트내 다량 존재하던 C가 잔류오스테나이트로 확산될 수 있도록 하는 여건을 마련할 필요가 있다. 이때, 분배 열처리 온도를 정밀하게 제어하지 못할 경우에는 마르텐사이트 조직과 잔류오스테나이트 조직 사이의 C 분배가 본 발명에서 의도한 바와 같이 되지 못함으로써 잔류 오스테나이트가 확실하게 안정화되기 어려운 상황에 도달하게 되므로 분배 열처리 온도를 정의할 필요가 있다.

C의 분배가 확실하기 이루어지기 위해서는 Si가 자기 자리를 유지하고, 상기 Si에 의해 불안정화된 C가 확산되도록 하는 것이 유리하므로, Si는 확산되지 않고 C는 확산되도록 하는 것이 좋다. 따라서, Si의 확산이 일어나지 않는 범위에서 C를 최대한 확산시킬 필요가 있으므로 상기 분배 열처리 온도는 Ms-100℃ ~ Ms 사이의 범위에 있는 것이 바람직하다. 다만, 상기 Ms-100℃의 온도가 강의 조성에 따라 과다하게 낮을 경우에는 탄소의 확산속도가 느려 확산에 필요한 시간이 과다하게 소요될 우려가 있기 때문에, 상기 분배처리 온도의 하한을 100℃로 하는 것이 보다 바람직하다.

따라서, 본 발명의 담금질-분배 열처리는 베어링 형상의 부품을 담금질한 후 다시 Ms-100℃ ~ Ms 사이의 온도로 가열하여 일정시간 유지하는 방식으로 이루어진다. 이때, 상기 분배 처리 시간으로서는 탄소의 확산이 일어날 충분한 시간으로서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 과도한 반복 실험없이용이하게 도출할 수 있을 것이므로 본 발명에서 특별히 한정할 필요가 없다. 다만, 한가지 가이드 라인을 제시한다면 약 10분 이상의 시간이면 충분하다. 분배처리 시간의 상한을 특별히 정할 필요는 없으나 생산성 저하의 문제 등을 고려할 경우 약 30분 이하로 하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 일측면에 따른 베어링 열처리 방법은 상술한 본 발명의 유리한 조성을 가지고 베어링 형상으로 가공된 부품을 담금질 처리하는 단계; 그리고 상기 유지된 부품을 Ms-100℃ ~ Ms의 온도에서 10분 이상 분배처리 하는 단계로 이루어진다.

본 발명의 보다 바람직한 또 하나의 구현례에 따르면 본 발명의 합금 조성에 보다 적합하면서 독특한 담금질 분배 과정이 제공된다. 이하 그 과정에 대해 보다 상세하게 설명한다.

앞에서도 설명하였듯이, 담금질 과정은 통상의 담금질 과정과 유사하다. 다만, 이후의 분배 열처리 과정은 상술한 본 발명의 일측면에 따른 과정 또는 국제특허공개공보 WO2004/022794호에 기재된 것과는 상이한 것으로서 본 발명의 일측면은 베어링강의 열처리후 경도와 인성을 확보하기 위해서 하기와 같은 보다 독특한 과정을 제공한다.

즉, 본 발명의 일측면에서는 담금질 처리 이후 바로 분배 열처리를 실시하는 것이 아니라, 담금질 처리된 베어링을 일정시간 이상 유지시키는 과정이 필요하다. 즉, 본 발명은 재료에 대한 담금질 - 유지 - 분배 처리하는 것을 공정상의 또 하나의 특징으로 한다. 본 발명에서 '유지'라 함은 가열하지 않고 담금질 종료 온도 그대로 시편을 유지하는 것을 의미한다.

본 발명의 발명자들의 연구결과에 따르면 담금질된 시편을 유지하는 것은 잔 류 오스테나이트를 안정화시키는데 아주 효과적인 과정이다. 즉, 담금질한 직후의 시편은 표면과 중심부 사이에 온도차가 발생하는데, 그러한 시편을 바로 승온하면 조직이 불균일하게 될 우려가 있다. 따라서, 이를 방지하기 위해 담금질 후 어느 정도의 시간동안 유지하는 과정이 필요한 것이다. 따라서, 상기 담금질 후 유지 시간은 1분 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 담금질 후 시편을 계속 유지하여도 별다른 문제가 없기 때문에 담금질 후 유지시간의 상한을 특별히 제한할 필요는 없다. 다만, 과다한 시간동안 유지할 경우에는 생산성에 문제가 발생할 수 있으므로 이를 고려할 경우에는 상기 유지시간을 30분 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

담금질후 베어링을 유지한 이후에는 분배처리를 하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상술한 바와 같이 상기 분배처리 온도를 Ms-100℃ ~ Ms의 온도로 한정한다. 상기 분배처리 온도가 너무 낮을 경우에는 본 발명에서 의도하는 분배처리의 효과를 얻기 어려우므로 상기 분배처리 온도는 Ms-100℃ 이상인 것이 바람직하다. 다만, 상기 Ms-100℃의 온도가 강의 조성에 따라 과다하게 낮을 경우에는 탄소의 확산속도가 느려 확산에 필요한 시간이 과다하게 소요될 우려가 있기 때문에, 상기 분배처리 온도의 하한을 100℃로 하는 것이 보다 바람직하다. 반면, 분배처리 온도가 과다하게 높을 경우에는 템퍼링 취성(temper embrittlement)가 발생할 우려가 있으며 또한, 분배처리에 의해 탄소만 오스테나이트 영역으로 확산하여야 하나, 실리콘이 오히려 역확산되어 버릴 우려가 있으므로 바람직하지 않다. 따라 서, 상기 분배 처리 온도는 Ms 온도 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

충분한 분배처리 효과를 얻기 위해서는 상기 분배처리는 10분 이상 실시하는 것이 바람직하다. 분배처리는 마르텐사이트에 고용되어 있던 탄소를 잔류 오스테나이트 쪽으로 확산시키는 일방적인 과정이므로 그 처리시간이 길어도 특별히 문제될 것은 없다. 따라서, 처리시간의 상한을 특별히 정할 필요는 없다. 다만, 분배처리시간을 길게 할 경우에는 생산성이 저하될 우려가 있으며 약 30분 정도 분배처리할 경우 더 이상의 큰 효과상승은 일어나지 않으므로 그 시간을 30분 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 이러한, 분배처리에 요구되는 시간은 종래의 QT 법에서 뜨임 처리에 요구되는 시간에 비하여 현저히 짧은 시간으로서 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다.

따라서, 본 발명의 또 하나의 측면에 따른 베어링 열처리 방법은 상술한 본 발명의 유리한 조성을 가지고 베어링 형상으로 가공된 부품을 담금질 처리하는 단계; 상기 담금질 처리된 베어링 부품을 1분 이상 유지하는 단계; 그리고 상기 유지된 부품을 Ms-100℃ ~ Ms의 온도에서 10분이상 분배처리 하는 단계로 이루어진다.

종래의 QT 처리 방법에 의해 제조된 베어링은 내부에 템퍼드 마르텐사이트와 탄화물이 형성된 형태의 조직을 가지나, 본 발명에 각 측면에 의해 제조된 베어링은 내부에 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트가 존재하는 조직을 가진다.

또한, 본 발명에 의해 제조된 베어링강의 내부에 존재하는 잔류 오스테나이트의 비율은 면적 분율로 5~15% 인 것이 바람직하다. 상기 잔류 오스테나이트는 상술한 바와 같이 베어링의 인성을 향상시키는데 필수적인 조직이므로 그 비율이 5% 이상인 것이 바람직하다. 다만 잔류 오스테나이트의 비율이 과다하게 높을 경우에는 탄소가 분산되어 확산되기 때문에 잔류 오스테나이트의 안정화가 충분하지 않을 수 있으며, 그에 따라 잔류 오스테나이트 중 일부가 마르텐사이트로 변태해 버릴 우려가 있다. 이러할 경우 베어링의 치수 정밀도가 심각하게 훼손될 우려가 있으며, 불량한 치수정밀도에 따라 베어링이 사용도중 파손되어 버릴 우려가 있다. 따라서, 상기 잔류 오스테나이트의 비율의 상한은 15%로 정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 베어링은 종래의 QT법에 의해 제조된 베어링과는 달리 마르텐사이트 내부에 탄화물이 실질적으로 형성되지 않는 조직을 가지는 것이 바람직하다. 다만, 후술하는 바와 같이 제조된 선재가 신선과 구상화 열처리를 겪게 되는데, 상기 구상화 열처리에 생성된 탄화물은 마르텐사이트 내부에 일부 생성될 수도 있으므로 이는 별론으로 한다. 상기 구상화 열처리에 의한 탄화물은 입도가 대략 0.5㎛ 이상 바람직하게는 2㎛ 이하인 탄화물로서 통상의 담금질-뜨임처리에 의한 초미세 탄화물과는 쉽게 구별될 수 있다. 즉, 담금질-뜨임 처리에 의한 탄화물은 광학현미경으로는 탐색이 불가하며 전자현미경을 이용하여야 확인할 수 있을 정도의 미세탄화물이나 구상화 열처리에 의한 탄화물은 상대적으로 조대한 탄화물로서 구별이 용이하다. 구상화 열처리에 의한 탄화물은 인성에 큰 악영향을 미치지 않고 오히려 내마모성을 향상시키는 역할도 하므로 존재하여도 무방하다.

상기와 같은 유리한 특징을 가지는 본 발명의 베어링은 베어링강용 선재를 통상의 방법으로 신선 및 구상화 열처리를 거쳐 제조하는 베어링 형상으로 가공된 후 베어링 열처리에 제공하는 것이 바람직하다. 그러므로 본 발명의 베어링강 선재는 담금질-분배처리시 탄소의 분배에 의해 잔류 오스테나이트가 안정화되기 유리한 상술한 베어링강의 조성을 가질 필요가 있으며, 보다 구체적으로는 탄소 : 0.50~1.20중량%와 규소 : 1.0~2.0중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다. 나머지 추가적인 성분과 불순물의 특징에 대해서는 이미 설명한 바 있다.

이때, 상기 베어링강용 선재는 주편에 대해 균열확산처리한 후 강편압연하는 통상의 압연 과정을 거친 후 후속하는 신선 및 구상화 열처리에 적합한 물성을 가지도록 1℃/초 이하의 냉각속도로 극서냉하는 과정에 의해 제조되는 것이 보다 바람직하다. 상기 극서냉 과정에 의해 소재의 연성이 향상되어 신선이 용이하게 되기 때문이다.

또한, 상기한 바와 같이 선재를 제조하기 위해 제공되는 주편은 주조중 발생된 내부 편석으로 인하여 균열확산처리되는 것이 바람직한데, 현재까지 상기와 같은 새로운 성분계에 대한 균열확산처리 방법은 제안되어 있지 않은 실정이다. 따 라서, 본 발명의 또다른 하나의 일측면은 이하에서 밝히는 바와 같이 상기 성분계에 대한 자세한 균열확산처리 방법을 제공한다. 균열확산처리에서는 특히 처리온도와 처리시간이 중요한 조건이므로 이에 대하여 설명한다.

처리온도 : 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 1250℃로 정한다.

처리시간 : 1시간 이상

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 상 기 처리시간의 상한은 6시간으로 하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명의 일측면에 따른 베어링용 강 주편의 균열확산열처리 방법은 1190~1250℃의 온도에서 1시간 이상 실시하는 것을 특징으로 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 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.

(실시예)

베어링 조성의 영향 관찰

성분의 영향에 따른 분배 효과를 관찰하기 위하여 하기 표 1과 같은 조성을 가지는 베어링형 부품을 준비하였다. 표에 기재되지 않은 성분들은 트레이서(tracer) 정도로만 포함된 것으로서 큰 영향을 미치지 못함을 의미한다.

구분	C	Si	Mn	P	S	Cr	O
비교강1	0.99	0.25	0.34	0.009	0.008	1.47	0.0010
발명강1	1.00	1.04	0.35	0.012	0.008	1.53	0.0009
발명강2	1.00	1.52	0.34	0.010	0.009	1.48	0.0008
발명강3	0.98	1.71	0.35	0.009	0.010	1.46	0.0008
발명강4	0.99	2.00	0.34	0.010	0.009	1.48	0.0010
비교강2	0.55	0.25	0.80	0.007	0.011	0.15	0.0012
발명강5	0.54	1.02	0.83	0.007	0.008	0.15	0.0011
발명강6	0.55	1.51	0.82	0.008	0.010	0.14	0.0009
발명강7	0.55	1.72	0.85	0.018	0.011	0.15	0.0011
발명강8	0.56	2.00	0.85	0.007	0.009	0.14	0.0011

상기 각 조성의 베어링중 고탄소강 베어링의 조성인 비교강1, 발명강1~발명강4에 대해서는 840℃에서 30분간 가열한 후, 70℃의 온도로 급냉한 후 5분간 유지하고 다시 상기 수학식 1에서 도출된 Ms를 기준으로 Ms-10℃의 온도에서 10분 유지하여 베어링을 제조하였다. 각 고탄소 베어링에 대한 담금질-분배 처리의 효과와 담금질-뜨임(QT) 처리의 효과를 비교하기 위하여 담금질-뜨임 처리도 같이 실시하였다. 담금질 처리는 동일한 방식으로 하되 가열시 180℃의 온도로 승온하여 30분동안 유지함으로써 뜨임이 이루어지도록 하였다.

또한, 중탄소강 베어링의 조성인 비교강2 및 발명강5~발명강8에 대해서는 900℃에서 30분간 가열한 후 150℃로 급냉한 후 10분간 유지하고 다시 250℃에서 10분간 유지하여 베어링을 제조하였다. 각 중탄소 베어링에 대한 담금질-분배(QP) 처리의 효과와 담금질-뜨임(QT) 처리의 효과를 비교하기 위하여 담금질-뜨임 처리도 같이 실시하였다. 담금질 처리는 동일한 방식으로 하되 가열시 260℃의 온도로 승온하여 10분동안 유지함으로써 뜨임이 이루어지도록 하였다.

상기 과정으로 제조된 베어링의 경도와 잔류 오스테나이트 비율을 측정한 결과를 표 2에 나타내었다.

구분	경도(HRC)		잔류 오스테나이트 분율(%)
	QT	QP	QT	QP
비교강1	60.1	60.4	0.87	2.62
발명강1	60.3	62.0	1.33	7.85
발명강2	60.6	62.4	1.07	8.41
발명강3	60.2	62.3	1.64	8.00
발명강4	61.5	64.7	2.83	9.27
비교강2	56.9	57.4	2.77	3.24
발명강5	57.5	61.1	3.04	7.03
발명강6	57.9	61.2	2.98	6.87
발명강7	58.1	61.7	3.17	7.20
발명강8	58.8	62.3	3.31	7.49

상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 실리콘 함량이 상대적으로 낮아 본 발명에서 규정하는 범위에 속하지 않는 비교강1,2는 담금질-분배 처리를 하더라도 잔류 오스테나이트 분율이 4% 미만으로서 통상 최소 6.87%인 발명강에 비하여 잔류 오스테나이트 분율이 낮음을 알 수 있다. 잔류 오스테나이트 분율이 4% 미만일 경우 잔류 오스테나이트로 확산되는 탄소량이 충분하지 못하고 그에 따라 베어링의 인성이 불량하게 된다.

또한, 비교강 1,2의 경도는 각각 유사한 탄소 함량을 가지는 발명강1~발명강4 및 발명강5~발명강8에 비하여 낮은 것을 알 수 있는데, 이를 통해 Si 함량이 충분하지 못할 경우 원하는 경도를 얻는 것이 어렵다는 것을 알 수 있다.

그 뿐만 아니라, 같은 성분계를 가지더라도 담금질-뜨임 처리하는 것보다 담금질-분배 처리하는 경우가 훨씬 높은 경도와 잔류 오스테나이트 함량을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 2와 도 3은 각각 발명강2와 발명강7에 대하여 담금질-뜨임 처리한 경우(a)와 담금질-분배 처리한 경우(b)를 비교한 것인데, 도면에서 볼 수 있듯이, (b)의 경우에 비하여 (a)의 경우가 잔류 오스테나이트의 비율이 현저히 부족함을 알 수 있다.

담금질 후 유지시간의 효과 관찰

발명예

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-0.0009O(산소)의 성분을 가진 강선재를 신선 및 구상화 열처리 한 후 베어링 형상으로 가공하였다.

이를 840℃에서 30분 동안 가열한 후, Ms 온도보다 낮은 100℃의 기름에 급냉하여 마르텐사이트 미세조직을 얻는 담금질 처리를 실시하였다. 이후, 5분간 유지한 다음 150℃ 의 온도로 승온하여 10분 동안 유지하여 발명예의 베어링을 제조하였다.

종래예

상기 발명예와 동일한 방식으로 담금질을 실시한 후 180℃의 온도에서 1시간 유지하는 방식으로 뜨임 처리를 실시하여 종래예의 베어링을 제조하였다.

조직비교

상기 발명예와 종래예에 의해 얻어진 베어링의 내부조직을 도 5에 나타내었다. 도 5의 현미경 사진에서 볼 수 있듯이, 종래예(도 5(a))에 의해 얻어진 베어링은 내부에 템퍼드 마르텐사이트가 주된 조직으로 이루어져 있으며, 탄화물이 상기 템퍼드 마르텐사이트 내에 분포하고 있음을 알 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 발명예(도 5(b))는 마르텐사이트와 잔류오스테나이트로 이루어져 있으며 탄화물이 거의 존재하지 않음을 알 수 있다. 또한, 종래예와 본 발명에 따른 발명예의 잔류 오스테나이트 분율을 비교한 결과 종래예의 잔류 오스테나이트 비율은 0.64% 정도에 불과하였으나, 발명예의 잔류 오스테나이트 비율은 8.0%로서 본 발명에서 정의하는 잔류 오스테나이트 비율을 충족하고 있음을 알 수 있었다.

경도

종래예와 발명에의 경도를 비교하였다. 종래예의 경우에는 경도가 60.2HRC 인 반면 발명예의 경우에는 경도가 62HRC 수준으로서 발명예를 종래예와 비교할 때 동등이상의 우수한 경도를 가지고 있음을 확인할 수 있었다.

그러므로, 본 발명에 다른 방법으로 베어링을 제조하였을 경우에는 높은 경도값에 따라 베어링강의 구름피로수명도 향상될 것으로 판단된다.

균열확산 처리 효과의 관찰

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-0.0009O의 턴디쉬 성분을 가지고 연속주조 방식으로 주조된 300mm×400mm 크기의 단면을 가진 주편의 중심부에서 20mm×20mm×10mm 크기의 시편을 채취하였다. 도 6에 상기 주편내부에 거대 탄화물이 형성된 것을 촬영한 현미경 사진을 나타내었다.

상기 채취된 주편에 대하여 표 3에 기재한 바와 같은 여러가지 온도와 유지시간으로 균열확산처리를 실시하였으며, 주편의 단면을 관찰하여 거대탄화물이 완전히 제거되었는지 여부를 관찰하고 그 결과 역시 표 3에 나타내었다. 표에서 × 표시한 것은 거대탄화물이 완전히 제거되지 못하여 잔존하고 있는 경우를 ○표시한 경우는 탄화물이 완전히 제거된 경우를 의미한다.

	1190℃	1200℃	1210℃	1225℃	1240℃	1250℃
0.5시간	×	×	×	×	×	×
1시간	×	×	○	○	○	○
1.5시간	○	○	○	○	○	○
2시간	○	○	○	○	○	○
3시간	○	○	○	○	○	○
4시간	○	○	○	○	○	○
5시간	○	○	○	○	○	○
6시간	○	○	○	○	○	○

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.

또한, 처리시간이 1.5시간을 경과하면서부터는 본 발명에서 규정하는 1190℃ 이상의 온도에서는 거대 탄화물이 모두 제거되었음을 확인할 수 있었다.

이를 뒷받침하는 결과로서 표 1에 기재된 조건 중 일부의 처리온도 및 처리시간에 따른 시편의 현미경 사진을 도 7에 나타내었다. 도 7(a)와 도 7(b)는 각각 1200℃와 1225℃에서 0.5시간 처리한 결과인데 거대 탄화물이 거의 제거되지 않았음을 확인할 수 있다. 그러나, 도 7(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 7(d)는 1225℃에서 1시간 처리한 결과인데, 여기서도 양호하게 거대 탄화물이 제거된 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명의 유리한 효과를 확인할 수 있었다.

도 1은 QT법과 QP법을 비교한 개략도,

도 2는 본 발명의 일실시예에서 발명강2에 대하여 담금질-뜨임 처리와 담금질-분배 처리를 한 후의 조직을 관찰한 현미경 조직 사진,

도 3은 본 발명의 일실시예에서 발명강7에 대하여 담금질-뜨임 처리와 담금질-분배 처리를 한 후의 조직을 관찰한 현미경 조직 사진,

도 4는 본 발명의 일실시예에서 사용한 베어링용 부품의 마르텐사이트 변태개시 온도를 측정한 결과를 나타내는 그래프,

도 5은 종래예 의해 제조된 베어링(a)과 발명예에 의해 제조된 베어링(b)을 비교한 현미경 조직 사진,

도 6는 본 발명의 실시예에서 사용된 주편 내부에 편석이 존재하는 것을 관찰한 현미경사진, 그리고

도 7는 각 균열확산처리 조건에 따른 내부 조직 현미경사진이다.

Claims (20)

1. 삭제
2. 탄소: 0.50~1.20중량%와 규소: 1.0~2.0중량%를 포함하는 베어링 형상 강부품을 담금질하는 단계;

   상기 담금질된 강부품을 1분 이상 유지하는 단계; 및

   상기 유지된 강부품을 Ms-100℃~Ms의 온도에서 10분 이상 분배처리 하는 단계를 포함하여, 베어링의 내부 조직이 마르텐사이트와 면적 분율로 5~15%의 잔류 오스테나이트를 갖도록 하는 베어링의 열처리 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 베어링 형상 강부품은 망간: 0.20~1.00중량%, 크롬: 0.10~1.60중량%, 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 열처리 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 베어링 형상 강부품은 불순물로서 P 와 S를 각각 0.025중량% 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링의 열처리 방법.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 담금질된 강부품을 유지하는 처리는 10분 이하 실시되는 것을 특징으로 하는 베어링의 열처리 방법.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 분배처리는 30분 이하 실시되는 것을 특징으로 하는 베어링의 열처리 방법.
7. 탄소: 0.50~1.20중량%와 규소: 1.0~2.0중량%를 포함하는 강부품을 담금질 후 1분 이상 유지하고, 분배처리된 베어링으로서,

   내부 조직이 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트로 이루어지며, 상기 잔류 오스테나이트는 면적 분율로 5~15% 포함되는 것을 특징으로 하는 베어링.
8. 제 7 항에 있어서, 망간 : 0.20~1.00중량%, 크롬 : 0.10~1.60중량%, 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 베어링.
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10. 제 7 항에 있어서, 상기 내부 조직중 구상화처리에 의한 탄화물을 제외한 어떠한 형태의 탄화물도 포함되지 않는 것을 특징으로 하는 베어링.
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