KR101551805B1

KR101551805B1 - 구상화 어닐링 후의 가공성이 우수하고, 그리고 ?칭·템퍼링 후의 내수소 피로 특성이 우수한 베어링강

Info

Publication number: KR101551805B1
Application number: KR1020137012081A
Authority: KR
Inventors: 야스마사 히라이; 키요시 우와이
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2015-09-09
Also published as: EP2647733A4; EP2647733B1; JP2012188739A; US9034120B2; EP2647733A1; KR20130063548A; JP5803618B2; CN103189536A; WO2012073488A1; US20130224065A1

Abstract

질량％로, C: 0.85∼1.10％, Si: 0.30∼0.80％, Mn: 0.90∼2.00％, P: 0.025％ 이하, S: 0.02％ 이하, Al: 0.05％ 이하, Cr: 1.8∼2.5％, Mo: 0.15∼0.4％, N: 0.0080％ 이하 및 O: 0.0020％ 이하를 포함하고, 추가로 Sb: 0.0015％ 초과 0.0050％ 이하를 함유하며, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 조성으로 함으로써, 수소가 침입하는 환경화에 있어서도 WEA의 생성을 효과적으로 억제하여, 전동 피로 수명을 향상시킬 수 있고, 또한 소재의 절삭성이나 단조성(鍛造性) 등의 가공성도 아울러 개선한, 구상화(球狀化) 어닐링 후의 가공성이 우수하고, 그리고 ?칭·템퍼링 후의 내(耐)수소 피로 특성이 우수한 베어링강을 제공한다.

Description

구상화 어닐링 후의 가공성이 우수하고, 그리고 ?칭·템퍼링 후의 내수소 피로 특성이 우수한 베어링강{BEARING STEEL BEING EXCELLENT BOTH IN WORKABILITY AFTER SPHEROIDIZING-ANNEALING AND IN HYDROGEN FATIGUE RESISTANCE PROPERTY AFTER QUENCHING AND TEMPERING}

본 발명은, 자동차, 풍차 및 산업 기계 등의 범용 베어링강(JIS-SUJ2)제 베어링에서 문제가 되고 있는, 수소 기인의 백색 조직(white structure)에 유래한 베어링 손상을 억제할 수 있고, 게다가 합금 첨가량을 억제하여 소재의 가공성을 JIS-SUJ2 수준으로 한, 구상화(球狀化) 어닐링(spheroidizing-annealing) 후의 가공성이 우수하고, 그리고 ?칭·템퍼링(quenching-tempering) 후의 내(耐)수소 피로 특성이 우수한 베어링강에 관한 것이다.

베어링은, 우수한 전동 피로 수명(rolling contact fatigue life)이 요구되는 부품으로, 최근, 자동차, 풍차 및 산업 기계 등의 범용 베어링강(JIS-SUJ2)제의 베어링에서, 전동 피로 수명의 저하가 문제가 되고 있다. 그 때문에, 전동 피로 수명의 향상에 관한 연구가 여러 가지 행해지고 있다. 또한, 베어링 부품으로서는, 자동차 얼터네이터(alternator)용 베어링 등을 들 수 있다.

베어링의 전동 피로 수명을 결정하는 전동 피로 파괴의 현상은, 베어링 전송부 직하에 백색 조직으로 불리는 조직 변화가 발생하여, 베어링에 균열이 발생·신전(extend)함으로써 일어나고 있는 것이 알려져 있다.

여기에, 상기의 백색 조직은,

(1) 전송부에 대하여 특정의 방위 관계를 갖지 않고, 불규칙하게 발생하는 백색 조직(이하, WEA라고도 함)

(2) 비금속 개재물의 주변에 45° 방향으로 발생하는 백색 조직(버터플라이(butterfly)라고도 함)

(3) 전송부에 대하여, 약 80°와 약 30°의 방위 관계를 갖는 백색 조직(화이트 밴드(white band)라고도 함)으로 분류된다.

특히, WEA가 생성되면, 상정하고 있는 베어링 수명보다도 단시간에 피로 파괴가 발생하기 때문에, 가장 대책이 요구되고 있는 백색 조직이다.

WEA의 생성 기구에 대해서는, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 베어링에 사용되고 있는 윤활유, 혹은 베어링에 침입한 물이 트라이보케미컬 반응(tribochemical reaction)에 의해 분해되어 수소를 생성하여, 강 중으로 침입·축적됨으로써 촉진된다고 생각되고 있다.

이러한 WEA의 생성을 억제하는 방법으로서, 예를 들면, 특허문헌 2에는, Cr 및 N의 첨가량을 높여 잔류 오스테나이트량을 증가시키는 방법이, 또한, 특허문헌 3에는 Ni 혹은 Ni와 Mo를 동시 첨가하는 방법이 각각 기재되어 있다.

일본공개특허공보 2008-255399호 일본공개특허공보 2007-262449호 일본공개특허공보 2002-60904호

한편으로, 베어링을 제조할 때에는, 베어링강의 소재에 대하여 절삭 가공 등을 행할 필요가 있다. 따라서, 베어링강은, WEA의 생성을 억제함과 동시에, 구상화 어닐링 후의 절삭 가공 등의 가공성이 우수한 것이 요구되고 있다.

그러나, 전술한 특허문헌 1∼3에서는, 베어링강에 대한 절삭 등의 가공성에 관하여, 고려가 되고 있지 않거나, 일반적인 배려가 이루어지고 있는 정도이다.

본 발명은, 상기의 실상을 감안하여 개발된 것으로, 윤활유 등으로부터 수소가 침입하는 환경하에 있어서도, WEA의 발생을 효과적으로 억제함으로써 전동 피로 수명을 향상시킬 뿐만 아니라, 소재의 절삭성(cuttability)이나 단조성(forgeability) 등의 가공성도 양호한, 구상화 어닐링 후의 가공성이 우수하고, 그리고 ?칭·템퍼링 후의 내수소 피로 특성이 우수한 베어링강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 범용 강(conventional steel)인 JIS-SUJ2와 동등한 절삭성을 유지하고, 그리고, 내수소 피로 특성이 JIS-SUJ2보다 양호한 강재를 개발하기 위해 예의 검토를 행했다.

또한, 이하의 설명에 있어서, 강 중의 원소의 함유량을 나타내는 표기로, 단순히 ％라고 표기한 것은 모두 질량％를 의미한다.

우선, Si, Cr, Mo량을 변화시킨 강에 대해서, 수소 충전(charge)을 한 후의 전동 피로 수명 B₁₀을 조사했다. 베이스강은, 0.9％C-1％Mn-0.016％P-0.008％S-0.025％Al-0.003％N-0.0015％O로 했다.

또한, 비교를 위해 범용 강인 JIS-SUJ2 상당 강(1.05％C-0.25％Si-0.45％Mn-0.016％P-0.008％S-0.025％Al-1.45％Cr-0.003％N-0.0010％O)에 대해서도 전동 피로 수명 B₁₀을 조사했다. 또한, 시험편의 작성 조건 및 전동 피로 시험 조건에 대해서는, 후술하는 실시예에 기재한 것과 동일하게 했다.

각각의 강(steel)에 대해서, 얻어진 전동 피로 수명 B₁₀을, JIS-SUJ2 상당 강에 대한 전동 피로 수명 B₁₀의 값으로 나눔으로써, 범용 강에 대한 수명의 향상도(B₁₀ 수명비＝B₁₀ 수명/JIS-SUJ2 상당 강의 B₁₀ 수명)를 평가했다.

도 1에, Si 함유량을 가로축으로, B₁₀ 수명비를 세로축으로 하여 정리한 결과를 나타낸다.

동(同) 도면으로부터 분명한 바와 같이, Cr의 함유량이 1.8％ 이상이고, 그리고 Mo를 0.15％ 함유시킨 강에서는, Si 함유량이 0.3％ 이상이 되면, B₁₀ 수명비가 4배 이상으로 향상했다. 이에 대하여, Cr 함유량이 1.7％인 경우는, Mo를 0.15％ 첨가하고, 그리고, Si를 0.3％ 이상으로 해도, B₁₀ 수명의 상승은 거의 확인되지 않았다. 또한, Cr 함유량이 1.8％ 이상이라도, Mo 함유량이 0％인 강에서는, Si를 0.3％ 이상 첨가해도, B₁₀ 수명의 향상이 확인되지 않았다.

또한, 전동 피로 수명에 도달한 시험편의 박리 부분의 조직을 관찰한 결과, 박리된 부분에는, WEA가 관찰되어, 박리는 모두 WEA에 기인하는 것이 판명되었다.

이상의 점에서, Cr을 1.8％ 이상, Si를 0.3％ 이상, Mo를 0.15％ 이상 함유시킴으로써, WEA의 발생을 지연시켜, 전동 피로 수명을 향상할 수 있는 것을 알 수 있었다.

다음으로, 상기한 전동 피로 수명의 조사를 행한 강 각각에 대해서, 외주 선삭 시험(outer periphery turning test)에 의한 피삭성의 조사를 행했다. 시험 조건의 상세는 후술하는 실시예와 동일하며, 공구의 플랭크 마모(flank wear)량이 0.2㎜가 될 때까지의 시간(이하, 공구 수명이라고 함)을 측정했다. 이 시간이 길면 피삭성(machinability)이 양호하다고 판단할 수 있다. 각각의 강에 대해서 얻어진 공구 수명을, JIS-SUJ2 상당 강에 대한 공구 수명의 값으로 나눔으로써, 범용 강에 대한 공구 수명의 향상도(공구 수명비＝공구 수명/JIS-SUJ2 상당 강의 공구 수명)를 평가했다.

도 2에, Si 함유량을 가로축으로 공구 수명비를 세로축으로 하여 정리한 결과를 나타낸다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 전동 피로 수명 B₁₀이 높은 값을 나타낸 1.8％Cr-0.15％Mo 강 및, 2.5％Cr-0.15％Mo 강은, Si 함유량이 0.8％ 초과가 되면, 공구 수명이 급격하게 저하되었다. 또한, 2.7％Cr-0.15％Mo 강은, Si 함유량에 관계없이, 공구 수명은 낮은 값을 나타냈다.

이상의 점에서, Mo를 함유시킨 강에 있어서, Cr 함유량을 2.5％ 이하로, 그리고 Si 함유량을 0.8％ 이하로 함으로써, 범용 강 JIS-SUJ2 수준의 피삭성을 확보할 수 있는 것을 알 수 있었다.

덧붙여, 본 발명자들은, Si, Cr, Mo의 양을 조정하여 전동 피로 수명을 향상시킨 강에 대하여, 추가로 Sb를 첨가함으로써, 피삭성을 유지한 채로, 전동 피로 수명을 한층 향상할 수 있다는 인식을 얻었다.

상기 인식을 얻은 시험을, 이하에 설명한다.

도 3, 도 4는, 베이스강을 0.9％C-1％Mn-0.016％P-0.008％S-0.025％Al-0.003％N-0.0015％O-0.0016％Sb로 하여, 도 1, 도 2와 동일하게, Si, Cr, Mo의 양을 조정한 시험을 행한 결과이다. 즉, Si 함유량과 B₁₀ 수명비의 관계 및, Si 함유량과 공구 수명비의 관계로, 결과를 정리한 그래프이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, Cr을 1.8％ 이상, Si를 0.3％ 이상 및 Mo를 0.15％ 이상 첨가하고, 그리고 추가로 Sb를 0.0016％ 함유함으로써, WEA의 발생이 지연되어, 전동 피로 수명이 향상되고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 4로부터 분명한 바와 같이, Mo를 함유시킨 강에서, Cr 함유량을 2.5％ 이하로, Si함유량을 0.8％ 이하로 하고, 그리고 추가로 Sb를 함유시킴으로써, 범용 강 JIS-SUJ2 수준의 피삭성을 확보할 수 있는 것을 알 수 있다. 여기에, Cr을 1.8％ 이상, Si를 0.3％ 이상, Mo를 0.15％ 이상으로 했을 때의 B₁₀ 수명의 향상폭은, Sb를 첨가한 경우 쪽이, Sb를 첨가하지 않는 경우일 때보다도 현격하게 큰 것을 알 수 있다.

본 발명은, 이상의 인식에, 추가로, 피삭성을 확보 가능한 Mo 함유량이나, 수소를 혼입시킨 경우의 전동 피로 수명과, 피삭성에 미치는 그 외의 성분 원소의 영향도 조사한 결과를 합하여, 완성한 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 질량％로, C: 0.85∼1.10％, Si: 0.30∼0.80％, Mn: 0.90∼2.00％, P: 0.025％ 이하, S: 0.02％ 이하, Al: 0.05％ 이하, Cr: 1.8∼2.5％, Mo: 0.15∼0.4％, N: 0.0080％ 이하 및 O: 0.0020％ 이하를 포함하고, 추가로 Sb: 0.0015％ 초과 0.0050％ 이하를 함유하며, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 베어링강.

2. 상기 강 조성이, 추가로, 질량％로, Ti: 0.01％ 이하, Ni: 0.10％ 이하, Cu: 0.10％ 이하 및 B: 0.0010％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 상기 1에 기재된 베어링강.

본 발명에 의하면, 절삭 등의 가공성이 우수한 것은 말할 필요도 없고, 종래의 베어링강에 비하여 내수소 피로 특성이 현격하게 우수한 베어링용 강을 얻을 수 있으며, 그 결과, 베어링의 전동 피로 수명의 향상에 기여하여, 산업상 유익한 효과를 가져온다.

도 1은 전동 피로 수명 B₁₀에 미치는 Si, Cr 및 Mo량의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 2는 공구 수명에 미치는 Si, Cr 및 Mo량의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 3은 Sb를 첨가한 경우의, 전동 피로 수명 B₁₀에 미치는 Si, Cr 및 Mo량의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 4는 Sb를 첨가한 경우의, 공구 수명에 미치는 Si, Cr 및 Mo량의 영향을 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 베어링강에 있어서의 성분 조성의 함유량의 한정 이유를 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 각 원소의 함유량(％)은 질량％를 의미하는 것으로 한다.

C: 0.85∼1.10％

C는, ?칭 템퍼링 후의 경도를 확보하고, 베어링의 전동 피로 수명을 고위(高位)로 확보하는 데에 있어서 필요한 원소로서, 0.85％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, C 함유량이 1.10％를 초과하면, 조대한(coarse) 탄화물이 잔존하여 오히려 전동 피로 수명이 열화한다. 따라서, C 함유량은 0.85∼1.10％의 범위로 한다.

Si: 0.30∼0.80％

Si는, 내수소 피로 특성을 향상시키는 데에 있어서 본 발명에서는 특히 중요한 원소로서, 수소가 혼입된 경우에 있어서의 전동 피로 수명을 확보하는 데에 있어서 중요한 원소이다. 전술한 바와 같이, Si가 0.30％ 미만에서는, 이 효과가 발현되지 않는다. 한편, Si 함유량이 0.8％를 초과하면, 전술한 바와 같이 피삭성이 열화한다. 따라서, Si 함유량은 0.30∼0.80％의 범위로 한다. 보다 바람직한 하한은 0.40％이다.

Mn: 0.90∼2.00％

Mn은, ?칭·템퍼링 후의 경도를 확보하고, 베어링의 전동 피로 수명을 고위로 확보하는 데에 있어서 필요한 원소이며, 그러기 위해서는 0.90％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, Mn 함유량이 2.00％를 초과하면, 피삭성이 열화한다. 따라서, Mn 함유량은 0.90∼2.00％, 바람직하게는 0.90∼1.35％의 범위로 한다. 또한, 0.90∼1.15％로 해도 좋다.

P: 0.025％ 이하

P는, 오스테나이트의 입계(grain boundary)에 편석하여, 입계 강도를 저하시킴으로써, ?칭시에 ?칭 균열(quench crack)을 조장한다. 따라서, 그의 함유량은 최대한 저하시키는 것이 바람직하지만, 0.025％까지는 허용된다. 또한, 바람직하게는 0.020％ 이하로 한다. 공업적으로, P는 0％를 초과하는 양 함유되지만, 가능하면 0％로 해도 좋다.

S: 0.02％ 이하

S는, 강 중에서 MnS를 형성하여 절삭성을 향상시키기 위해 첨가하는 원소이지만, 0.02％를 초과하여 첨가하면, 전동시의 파괴의 기점이 되어 전동 피로 강도가 저하되기 때문에, 0.02％ 이하의 첨가로 한다. 바람직하게는 0.01％ 이하로 한다. MnS 형성에 의한 상기 효과는, S: 0.0003％ 이상이면 얻을 수 있다.

Al: 0.05％ 이하

Al은, 탈산에 유효한 원소로서, 저산소화를 위해 유용한 원소이지만, 강 중에 존재하는 Al 산화물은 전동 피로 특성을 저하시키기 때문에, 본 발명에서는 0.05％ 이하의 첨가로 한다. 탈산 후에 잔존하는 Al량은, 최소로 0.004％ 정도로 억제할 수 있다.

Cr: 1.8∼2.5％

Cr은, 백색 조직(WEA)의 생성을 억제하기 위해 유효한 원소로서, 본 발명에서는 중요한 원소이다. 그렇다고 하는 것은, 전술한 바와 같이, 첨가량이 1.8％ 미만인 경우에서는, 수소 분위기하에서의 백색 조직의 생성 억제에 의한 전동 피로 수명 향상 효과가 부족하다. 한편, 2.5％를 초과하여 첨가한 경우에서는, 비용 상승이 됨과 함께, 피삭성을 현저하게 열화시킨다. 따라서, 본 발명에서는, Cr 첨가량의 범위를 1.8∼2.5％로 한다.

Mo: 0.15∼0.4％

Mo는, 백색 조직(WEA)의 생성을 억제하기 위해 유효한 원소로서, 본 발명에서는 중요한 원소이다. 여기에, 첨가량이 0.15％ 미만인 경우는, 수소 분위기하에서의 전동 피로 수명의 향상 효과가 부족하다. 한편, 0.4％를 초과하여 첨가하면, 비용 상승이 될 뿐만 아니라, 피삭성을 현저하게 열화시킨다. 따라서, 본 발명에서는, Mo 첨가량의 범위를 0.15∼0.4％로 한다.

Sb: 0.0015％ 초과 0.0050％ 이하

Sb는, 수소의 트랩 사이트(trap site)가 되어, 백색 조직의 생성을 억제하기 위해 유효한 원소이다. Sb 첨가량이 0.0015％ 이하에서는, 첨가 효과가 부족하기 때문에 0.0015％ 초과의 첨가가 필요하다. 한편, 0.0050％를 초과하여 Sb를 첨가해도, 이 효과는 포화된다. 그 때문에, Sb의 첨가량은 0.0015％ 초과 0.0050％ 이하의 범위로 한다.

N: 0.0080％ 이하

N은, Al, Ti와 질화물 혹은 탄질화물을 형성하여, ?칭을 위한 가열시에, 오스테나이트의 성장을 억제하는 효과가 있다. 한편으로, 조대한 질화물, 탄질화물은 전동 피로 수명의 저하를 초래하게 되기 때문에, 본 발명에서는 0.0080％ 이하로 억제한다. 바람직하게는 0.0060％ 이하로 한다. 질화물·탄질화물 형성에 의한 상기 효과는, N: 0.0015％ 이상이면 얻을 수 있다.

O: 0.0020％ 이하

O는, 경질의 산화물계 비금속 개재물로서 존재하고, O량의 증대는, 산화물계 비금속 개재물의 사이즈를 조대화시킨다. 이 조대화 개재물은, 특히 전동 피로 특성에 있어서 유해하기 때문에, 최대한 저감하는 것이 바람직하다. 그러기 위해서는, O량을, 적어도 0.0020％ 이하로 저감할 필요가 있다. 바람직하게는 0.0010％ 이하로 한다. 공업적으로, O는 0％를 초과하는 양 함유되지만, 가능하면 0％로 해도 좋다.

이상, 기본 성분에 대해서 설명했지만, 본 발명에서는 그 외에도, 이하에 나타내는 각 성분 중 1종 또는 2종 이상을 적절하게 첨가하는 것이 가능하다.

Ti: 0.01％ 이하

Ti는, 강 중의 질소와 TiN이 됨으로써, 오스테나이트 범위에서 피닝 효과(pinning effect)를 발휘하여, 입성장(grain growth)을 억제하는 효과가 있기 때문에 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 다량으로 첨가하면 TiN이 다량 석출됨으로써 전동 피로 수명을 저하시켜 버릴 우려가 있기 때문에, 첨가량을 0.01％ 이하로 제한한다. 상기 효과를 얻기 위해서는 Ti를 0.003％ 이상 첨가하는 것이 적합하다.

Ni: 0.10％ 이하

Ni는, ?칭성을 향상시키는 원소로서, ?칭성을 조정하는 경우에 이용할 수 있다. 그러나, Ni는 고가의 원소라서 첨가량이 많아지면 강재 가격이 비싸지기 때문에, 0.10％ 이하의 첨가로 한다. 상기 효과를 얻기 위해서는 Ni를 0.03％ 이상 첨가하는 것이 적합하다.

Cu: 0.10％ 이하

Cu는, ?칭성을 향상시키는 원소이기 때문에 첨가할 수 있다. 그러나, 0.10％를 초과하면, 열간 가공성을 저해할 우려가 발생하기 때문에 0.10％ 이하의 첨가로 한다. 상기 효과를 얻기 위해서는 0.03％ 이상 첨가하는 것이 적합하다.

B: 0.0010％ 이하

B는, ?칭성을 향상시키는 효과가 있기 때문에, ?칭성을 조정하는 경우에 이용할 수 있다. 그러나, 0.0010％를 초과하여 첨가해도 효과가 포화되기 때문에, 0.0010％ 이하의 첨가로 한다. 상기 효과를 얻기 위해서는 0.0003％ 이상 첨가하는 것이 적합하다.

또한, 상기 성분 이외의 잔부는, 제조 공정에 있어서 혼입되는 불가피적 불순물 및 Fe이다.

이상 설명한 성분 조성의 베어링강은, 공지의 방법으로 제조 가능하다.

즉, 전로(converter), 탈가스 설비 등 용제 방법으로 용제된 후, 주조되어, 얻어진 주편(cast steel piece)을, 확산 어닐링, 압연 혹은 단련 성형 공정(forging formation process)을 거쳐 소정 치수의 강재로 된다. 이 강재에 대하여, 종래 공지의 구상화 어닐링이 행해져, 베어링 부품으로의 가공용의 소재가 된다. 그 후, 절삭 가공이나 단조(forging) 가공 등의 가공 공정을 거쳐, 본 발명의 베어링강이 된다.

또한, 특히 적합한 제조 조건을 예시하면, 하기와 같다.

구상화 어닐링은 750∼820℃에서 4∼16시간 정도 유지하고, 650℃ 정도까지 8∼20℃/h 정도로 서서히 냉각하는 처리를 행하는 것이 바람직하다. 구상화 어닐링 후의 가공용 소재의 조직은 페라이트 및 구상 시멘타이트(spheroidal cementite)를 포함하는 것이 바람직하고, 비커스 경도는 180∼250 정도가 되는 것이 바람직하다.

상기 가공 소재는, 베어링 부품의 형상으로 가공된 후, ?칭 및 템퍼링되어, 베어링 부품이 된다. 또한, 필요에 따라서, ?칭·템퍼링 후에 최종 정밀도의 부품 형상으로 가공해도 좋다.

?칭은 800∼950℃로 15∼120분 정도 유지한 후, 오일 ?칭(oil quenching), 워터 ?칭(water quenching) 등의 급냉 처리를 행하는 것이 바람직하다. 템퍼링 처리는 150∼250℃에서 30∼180분 정도의 조건으로 행하는 것이 바람직하다. ?칭·템퍼링 후의 베어링용 강(베어링 부품)은, 템퍼링된 마르텐사이트를 내부까지 함유하고, 그리고 면적률로 90％ 정도 이상 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 비커스 경도는 700∼800 정도가 되는 것이 바람직하다.

실시예 1

표 1 및 표 2에 나타내는 성분 조성(잔부 Fe 및 불가피 불순물)의 강괴(100㎏)를, 진공 용제하여, 1250℃, 30시간의 확산 어닐링을 행한 후, 직경: 60㎜의 환봉(roung bar)으로 단조신장(鍛伸)했다. 이어서 990℃, 2시간의 노말라이징(normalizing)을 행한 후, 785℃, 10시간 유지하여, 15℃/h로 서서히 냉각하는 구상화 어닐링을 행했다.

구상화 어닐링 후의 강으로부터, 직경: 60㎜, 두께: 5.5㎜의 피로 시험편을 조(粗)가공했다. 얻어진 조가공 시험편을 840℃로 30분 유지 후, 오일 ?칭하고, 추가로 180℃, 2시간의 템퍼링을 행했다. 템퍼링 후의 조가공 시험편을, 직경: 60㎜, 두께: 5.0㎜의 시험편으로 마무리 가공했다. 이러한 마무리 가공 후의 시험편에 대하여, 수소 충전을 행했다. 수소 충전은, 50℃의 20％ 티오시안산 암모늄(NH₄SCN) 수용액 중에, 24시간 유지함으로써 행했다. 이 조건에서는, 범용 강 JIS-SUJ2(표 1 중의 No.1 강)에서 강 중에 수소가 0.5질량ppm 침입하는 것을, 승온식 수소 분석을 이용하여 600℃까지의 수소량을 측정함으로써 확인하고 있다.

얻어진 시험편에 대하여, 스러스트형(thrust type) 전동 피로 시험기를 사용하여, 전술의 수소 충전 후, 30분 이내에 시험을 실시하는 수소 환경하에서의 사용을 모의한 전동 피로 시험을 실시했다. 이 전동 피로 시험은, 헤르츠 응력(Hertz stress): 3.8㎬, 응력 부하 속도: 3600cpm, 터빈 오일(FBK 터빈68, JX닛코우닛세키 에너지 주식회사 제조) 윤활(실온)의 조건으로 실시했다. 또한, 각 강종에 대해 10회 시험을 행하고, 와이블 플롯(Weibull plot)에 의한 정리를 실시하여, 누적 파손 확률이 10％가 되는 B₁₀ 수명을 구했다.

각각의 강에 대해서 얻어진 전동 피로 수명 B₁₀을 JIS-SUJ2 상당 강에 대한 전동 피로 수명 B₁₀의 값으로 나눔으로써, 범용 강에 대한 수명의 향상도(B₁₀ 수명비＝B₁₀ 수명/JIS-SUJ2 상당 강의 B₁₀ 수명)을 구하여, 평가했다.

다음으로, 구상화 어닐링 후의 각각의 강에 대하여 공구 수명을 구하는 시험(외주 선삭 시험)을 행했다. 시험 조건은 이하와 같다.

·절삭 속도: 120m/min(윤활제 없음)

·이송(Feed Rate): 0.2㎜/rev

·절입(Cut Depth): 1.0㎜

·공구재 종(Tool Grade): 초경 P10종 상당

상기의 절삭 조건으로, 절삭 공구의 플랭크 마모량이 0.2㎜가 될 때까지의 시간을 공구 수명으로 하여 조사했다. 각각의 강에 대해서 얻어진 공구 수명을, JIS-SUJ2 상당 강에 대한 공구 수명의 값으로 나눔으로써, 범용 강에 대한 공구 수명의 향상도(공구 수명비＝공구 수명/JIS-SUJ2 상당 강의 공구 수명)를 구하여, 평가했다.

얻어진 결과를, 표 1, 표 2에 각각 병기한다.

표 1 및 표 2의 발명예로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 요건을 만족하는 강은, 종래예 No.1(JIS-SUJ2 상당 강)에 대하여, 전동 피로 수명 B₁₀이 6.33배 이상이 되고 있어, 내수소 피로 특성이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 발명예로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 요건을 만족하는 강은, 공구 수명이 종래예 No.1(JIS-SUJ2 상당 강)의 0.91배 이상으로, 종래 강과 거의 동등한 피삭성(가공성)을 갖고 있는 것을 알 수 있다.

이에 대하여, 본 발명의 성분 조성 범위를 벗어나는 비교예는, 전동 피로 수명 B₁₀ 또는 공구 수명 중 어느 하나가, 발명예보다도 뒤떨어져 있었다.

본 발명에 따라, 강 성분 중, 특히 Cr, Mo 및 Si 함유량을 적정 범위로 제어하고, 추가로 적정량의 Sb를 첨가함으로써, 절삭 등의 가공성이 우수한 것은 말할 필요도 없고, 종래의 베어링강에 비하여 내수소 피로 특성이 현격하게 우수한 베어링용 강을 얻을 수 있다. 그 결과, 베어링의 전동 피로 수명이 대폭으로 향상되어, 산업상 막대한 효과를 가져온다.

Claims

질량％로, C: 0.85∼1.10％, Si: 0.30∼0.80％, Mn: 0.90∼2.00％, P: 0% 이상 0.025％ 이하, S: 0.0003% 이상 0.02％ 이하, Al: 0.004% 이상 0.05％ 이하, Cr: 1.8∼2.5％, Mo: 0.15∼0.4％, N: 0.0015% 이상 0.0080％ 이하 및 O: 0% 이상 0.0020％ 이하를 포함하고, 추가로 Sb: 0.0015％ 초과 0.0050％ 이하를 함유하며, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 베어링강.
제1항에 있어서,
상기 강 조성이, 추가로, 질량％로, Ti: 0.01％ 이하, Ni: 0.10％ 이하, Cu: 0.10％ 이하 및 B: 0.0010％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 베어링강.