KR101572775B1

KR101572775B1 - 압연 선재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101572775B1
Application number: KR1020147019670A
Authority: KR
Inventors: 마사시 사카모토; 준이치 고다마; 아키라 니시다; 오사무 오오야마; 유우지 도미마스; 겐이치 나카무라
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2015-11-27
Also published as: EP2806045A4; NO2806045T3; US20150167112A1; CN104053807A; PL2806045T3; JPWO2013108828A1; EP2806045B1; KR20140102760A; US9169530B2; CN104053807B; WO2013108828A1; EP2806045A1; JP5590256B2

Abstract

이 압연 선재는, 화학 성분이, 질량％로, C:0.95％∼1.10％, Si:0.10％∼0.70％, Mn:0.20％∼1.20％, Cr:0.90％∼1.60％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고, 금속 조직이, 면적률로, 펄라이트를 90％ 이상 100％ 이하, 초석 시멘타이트를 0％ 이상 5％ 이하 및 입상 시멘타이트를 갖는 의사 펄라이트를 0％ 이상 10％ 이하 포함하고, 상기 펄라이트의 펄라이트 블록의 평균 직경이 1.0㎛ 이상 15㎛ 이하이고, 또한 상기 펄라이트 블록의 최대 직경이 상기 평균 직경의 1배 이상 4배 이하이다.

Description

압연 선재 및 그 제조 방법 {ROLLED WIRE ROD, AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 구상화 열처리를 실시하지 않고, 열간 압연의 상태로 신선 가능한 베어링용 고탄소강 압연 선재에 관한 것이다.

본원은 2012년 1월 20일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2012-010042호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

고탄소 저합금 선재는 볼 베어링의 강구나 롤러 베어링의 롤러 등의 소재(베어링강)로서 사용되고 있다. 그들 베어링강의 일반적인 제조 방법에서는, 신선 가공 전에 구상화 열처리 등을 행하고 있다. 또한, 이 구상화 열 처리 후에 신선 가공을 행하지만, 일부의 미세 직경의 베어링강에서는, 신선에 의한 가공 경화에서 단선이 발생하므로, 신선 가공 도중에 어닐링을 더 행하고 있다.

JIS G 4805:2008(또는, ISO 683-17:1999)에 규정되는 베어링강은, C(탄소) 함유량이 공석점 이상의 과공석강이고, 또한 Cr(크롬)이 첨가되어 있다. 그로 인해, 초석 시멘타이트나 마르텐사이트의 석출에 의해 신선 가공성이 현저하게 저하된다. 따라서, 기존에는, 상기와 같이 신선 가공 전에 구상화 열처리를 행하고 있다. 그러나, 이 구상화 열처리가, 생산 효율의 악화, 비용 증가의 요인이 되고 있다. 최근, 비용 삭감을 위해, 이 구상화 열처리를 생략하고, 열간 압연의 상태라도, 신선 가공성이 우수한 베어링용 고탄소강 압연 선재가 요구되고 있다.

신선 가공성이 우수한 고탄소강 선재에 관하여, 특허문헌 1에서는, 페라이트의 평균 입경을 20㎛ 이하 및 최대 입경을 120㎛ 이하로 규정함으로써, 신선 가공성이 향상되는 강선재를 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 1에서는, 구상화 열처리의 생략을 목적으로 하고 있지 않아, Cr 함유량이 많은 합금 조성에서의 기술적인 검토가 되어 있지 않다. 본 발명자들에 의한 검토에서는, 최대 입경의 상한을 120㎛로 해도, 반드시 양호한 신선 가공성을 얻을 수 있는 것은 아니었다. 또한, 상기 특허문헌의 청구항에 기재되어 있는 제조 방법은, 630℃ 이하까지 15℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각한 후, 또한 가열하는 복잡한 공정이다. 그로 인해, 실기 제조에서 설비 비용이 높아, 강재 비용의 증가가 염려된다.

특허문헌 2에서는 펄라이트 콜로니의 미세화 및 초석 시멘타이트의 증가에 의해, 신선 가공성이 향상되는 강선재를 개시하고 있다. 그러나, 본 발명자들에 의한 검토에서는 펄라이트 콜로니를 미세화해도, 반드시 충분한 신선 가공성이 얻어지는 것은 아니었다. 또한, 특허문헌 2에서는, 초석 시멘타이트를 미세하게 많이 분산시키는 것을 주지로 하고 있다. 그러나, 본 발명자들에 의한 검토에서는, 초석 시멘타이트의 석출량이 과잉이면 신선 가공성의 저하가 확인되었다. 또한, 다소의 초석 시멘타이트의 석출은 허용할 수 있지만, 가능하면 초석 시멘타이트는 석출되지 않는 편이 바람직한 것이 확인되었다. 즉, 본 발명의 기술 사상과, 특허문헌 2의 기술 사상은 다르다.

또한, 특허문헌 3에서는 초석 시멘타이트에 둘러싸인 영역을 20㎛ 이하로 제어함으로써, 신선 가공성이 향상되는 강선재를 개시하고 있다. 그러나, 본 발명자들에 의한 검토에서는 초석 시멘타이트로 둘러싸인 영역을 미세화해도, 반드시 신선 가공성이 향상된다는 결과는 얻을 수 없었다. 또한, 특허문헌 2와 마찬가지로, 특허문헌 3에서도 초석 시멘타이트의 적극적인 석출을 기술 사상으로 하고 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 특허문헌 3의 기술 사상은 본 발명의 기술 사상과 다르다.

또한, 특허문헌 4에서는 초석 시멘타이트를 면적률로 3％ 이상으로 하고, 라멜라 간격을 0.15㎛ 이하로 함으로써, 신선 가공성이 향상되는 강선재를 개시하고 있다. 그러나, 본 발명자들이 검토한 바, 라멜라 간격을 미세화하면, 강도가 높아지므로, 장치나 다이스로의 부담이 커져, 다이스 수명이 저하된다는 문제가 있다.

특허문헌 5 및 특허문헌 6에서는 초석 시멘타이트의 석출을 억제함으로써, 신선 가공성이 향상되는 강선재 및 그 제조 방법을 개시하고 있다. 확실히, 초석 시멘타이트의 석출의 억제에 의해, 신선 가공성의 향상이 확인된다. 그러나, 초석 시멘타이트의 면적률을 3％ 이하로 억제하기 위해서는, 소정의 온도까지 급냉 후, 서냉할 필요가 있다. 그로 인해, 설비 비용이 높아지므로, 강재 비용의 증가가 염려된다.

일본 특허 출원 공개 2006-200039호 공보 일본 특허 출원 공개 2004-100016호 공보 일본 특허 출원 공개 2003-129176호 공보 일본 특허 출원 공개 2003-171737호 공보 일본 특허 출원 공개 평08-260046호 공보 일본 특허 출원 공개 2001-234286호 공보

본 발명은 상기 종래의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 신선 가공 전의 구상화 열처리를 생략할 수 있는 신선 가공성이 우수한 베어링용 고탄소강 압연 선재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명의 일 형태에 관한 압연 선재는 제조 비용도 우수한 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 고탄소강 압연 선재의 금속 조직과 신선 가공성의 관계를 상세하게 검토하였다. 그 결과, (A) 초석 시멘타이트의 과잉의 석출은 신선 가공성을 저하시키지만, 초석 시멘타이트를 다소 석출시켜도, 펄라이트 블록의 미세화 등에 의해 신선 가공성이 향상되는 것, (B) Cr을 첨가함으로써 압연 선재의 냉각 속도가 작아도 펄라이트 블록의 크기가 미세화되는 것, (C) 신선 가공성의 향상에는 펄라이트 블록의 크기의 평균값뿐만 아니라, 펄라이트 블록의 크기의 편차가 영향을 미치고, 그 밖에, 라멜라 간격의 조대부, 입상 시멘타이트 등의 금속 조직의 편차, 압연 선재의 강도, 그 강도의 편차 등이 영향을 미치는 것, (D) 압연 선재의 냉각 속도를 지연시키고, 또한 부위 사이의 온도차를 작게 함으로써, 금속 조직이나 강도의 편차가 억제되어, 신선 가공성을 더욱 향상시킬 수 있는 것 등의 지식을 얻어 본 발명을 완성하는 데 이르렀다.

본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 본 발명의 일 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재는, 화학 성분이, 질량％로, C:0.95％∼1.10％, Si:0.10％∼0.70％, Mn:0.20％∼1.20％, Cr:0.90％∼1.60％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고, 금속 조직이, 면적률로, 펄라이트를 90％ 이상 100％ 이하, 초석 시멘타이트를 0％ 이상 5％ 이하 및 입상 시멘타이트를 갖는 의사 펄라이트를 0％ 이상 10％ 이하 포함하고, 상기 펄라이트의 펄라이트 블록의 평균 직경이 1.0㎛ 이상 15㎛ 이하이고, 또한 상기 펄라이트 블록의 최대 직경이 상기 평균 직경의 1배 이상 4배 이하이고, 인장 강도가, 단위 ㎫로, 하기의 식 1에 나타내는 상한 강도 TS1 이하이다.

[식 1]

여기서, D₀:단위 ㎜에서의 상기 압연 선재의 선 직경, d_p:단위 ㎛에서의 상기 펄라이트 블록의 상기 평균 직경, A_θ:단위 ％에서의 상기 초석 시멘타이트의 면적률, A_p':단위 ％에서의 상기 의사 펄라이트의 면적률.

(2) 상기 (1)에 기재된 압연 선재에서는, 상기 화학 성분이, 질량％로, Mo:0％ 초과∼0.25％, B:0％ 초과∼0.0025％ 중 어느 1종 혹은 양쪽을 더 함유해도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 압연 선재에서는, 상기 초석 시멘타이트의 길이 방향에 대해 직교하는 직경의 최댓값이 1.5㎛ 이하여도 된다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 압연 선재에서는, 길이 방향에 수직인 단면에서 본 경우의 상기 압연 선재의 반경을 단위 ㎜로 r로 했을 때, 상기 단면의 중심으로부터 1/2r로 둘러싸이는 영역의 내측이고, 라멜라 간격이 0.5㎛ 이상이 되는 라멜라 조대부가, 면적률로, 상기 펄라이트 중에 0％ 이상 10％ 이하여도 된다.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 압연 선재에서는, 상기 압연 선재의 상기 인장 강도의 편차가, 상기 인장 강도의 평균값을 기준으로 하여 마이너스 150㎫ 이상 플러스 150㎫ 이하의 범위 내여도 된다.

(6) 본 발명의 일 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 제조 방법은, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 상기 화학 성분을 포함하는 강을 사용하고, 마무리 압연 개시 온도를 700℃ 이상 850℃ 이하로 하여 압연 선재를 성형하는 마무리 압연 공정과, 상기 마무리 압연 공정 후에, 권취 온도를 650℃ 이상 850℃ 이하로 하여 상기 압연 선재를 링 형상으로 권취하는 권취 공정과, 상기 권취 공정 후에, 500℃ 이상 600℃ 이하의 온도 범위까지 0.5℃/초∼3℃/초의 냉각 속도로 상기 압연 선재를 냉각하는 냉각 공정을 갖고, 단위 ℃로, 상기 냉각 공정 중의 상기 압연 선재의 링의 겹침이 적은 소부의 온도를 Tn으로 하고, 상기 링의 겹침이 많은 밀부의 온도를 Td로 했을 때, Td/Tn＜1.20을 만족시킨다.

본 발명의 상기 형태에 따르면, 펄라이트 블록 직경, 초석 시멘타이트, 의사 펄라이트 등을 적정하게 제어함으로써, 압연의 상태에서 우수한 신선 가공성을 갖는 압연 선재를 제공할 수 있다. 따라서, 신선 가공 전의 구상화 열처리나, 필요에 따라서 행하는 신선 가공 도중의 어닐링을, 생략하는 것이 가능해, 생산성의 향상, 비용의 삭감 등이 얻어지고, 그 사회적 공헌이 크다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 금속 조직을 도시하는 모식도이다.
도 2는 상기 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재에 포함되는 의사 펄라이트를 도시하는 금속 조직 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 제조 패턴의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 권취 후의 냉각 시의 선재 상태를 도시하는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 펄라이트 블록의 평균 직경과 신선 가공성의 관계를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 설명한다. 단, 본 발명은 본 실시 형태에 개시된 구성만으로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

우선, 본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 강 조성(화학 성분)에 대해, 수치 한정 범위와 그 한정 이유를 설명한다. 이하, 단위는 질량％이다.

C:0.95％∼1.10％

C(탄소)는 강재에 필요해지는 강도를 부여하기 위해 필수의 원소이다. 그로 인해, 0.95％ 이상의 C를 첨가한다. C 함유량이 0.95％ 미만에서는, 최종 제품의 베어링으로서의 강도 및 피로 특성을 만족시키지 않을 우려가 있다. 한편, C 함유량이 1.10％를 초과하면, 열간 압연 후의 냉각 시에, 초석 시멘타이트의 석출의 억제가 어려워져, 신선 가공성을 손상시킨다. 또한, 최적으로 상기 효과를 발현시키기 위해서는, C 함유량의 상한을 1.05％로 하는 것이 바람직하다.

Si:0.10％∼0.70％ 이하

Si(규소)는 탈산제로서 유용한 원소이고, 동일 탄소 함유량이어도 초석 시멘타이트의 석출을 억제하는 효과를 갖는 원소이다. 또한, Si는 펄라이트 중의 페라이트 강도를 증가시키는 작용이 있는 유용한 원소이다. 이들과 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.10％ 이상의 Si를 첨가한다. 그러나, 과잉으로 첨가하면, 신선 가공성에 유해한 SiO₂계 개재물이 발생하여, 신선 가공성이 저하될 우려가 있다. 그로 인해, Si 함유량의 상한을 0.70％로 한다. 또한, 최적으로 상기 효과를 발현시키기 위해서는, Si 함유량의 하한을 0.15％로 하는 것이 바람직하다. 그리고, Si 함유량의 상한을 0.5％로 하는 것이 바람직하다.

Mn:0.20％∼1.20％ 이하

Mn(망간)은 탈산 및 탈황에 유용할 뿐만 아니라, 강의 켄칭성을 확보하기 위해 유용한 원소이다. 이들과 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.20％ 이상의 Mn을 첨가한다. 또한, Mn 함유량이 0.20％ 미만인 경우, 탈산이 충분하지 않아, 산화물이 석출되어, 신선 가공성이 저하될 우려가 있다. 한편, 과잉으로 첨가해도 상기 효과가 포화되어 버려, 경제적으로 불필요한 것 외에, 열간 압연 후의 냉각 시에, 신선 가공성에 유해한 마르텐사이트 등의 과냉 조직이 발생하기 쉬워진다. 그로 인해, Mn 함유량의 상한을 1.20％로 한다. 또한, 최적으로 상기 효과를 발현시키기 위해서는, Mn 함유량의 상한을 1.0％로 하는 것이 바람직하다.

Cr:0.90％∼1.60％

Cr(크롬)은 압연 선재를 제조하기 위한 열간 압연 후의 서냉 시에, 펄라이트 블록의 조대화를 억제하는 효과를 갖는 원소이다. 따라서, 열간 압연 상태의 압연 선재의 신선 가공성을 향상시킨다. 또한, Cr은 신선 가공 후의 압연 선재인 베어링강의 켄칭성을 향상시킴과 함께, 탄화물의 구상화를 촉진시키고, 또한 탄화물량도 증가시키는 극히 유효한 원소이다. 따라서, 최종 제품인 베어링의 피로 특성을 향상시킨다. 그러나, Cr 함유량이 0.90％ 미만에서는, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Cr 함유량이 1.60％ 초과에서는, 켄칭성이 과대해져, 상기 열간 압연 후의 냉각 시에, 베이나이트나 마르텐사이트 등의 과냉 조직이 발생하기 쉬워진다. 그로 인해, Cr 함유량의 상한을 1.60％로 한다. 또한, 최적으로 상기 효과를 발현시키기 위해서는, Cr 함유량의 하한을 1.3％로 하는 것이 바람직하다. 그리고, Cr 함유량의 상한을 1.5％로 하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재는 상기한 기본 성분 외에, 불가피적 불순물을 함유한다. 여기서, 불가피적 불순물이라 함은, 스크랩 등의 부원료나, 제조 공정으로부터 불가피하게 혼입되는, P, S, N, O, Cd, Zn, Sb 등의 원소를 의미한다. 이 중에서, P 및 S은 상기 효과를 바람직하게 발휘시키기 위해, 이하와 같이 제한해도 된다. 이하, 단위는 질량％이다.

P:0.020％ 이하

P(인)은 불순물이다. P 함유량이 0.020％를 초과하면, 결정립계에 편석하여 신선 가공성을 손상시킬 우려가 있다. 따라서, P 함유량을 0.020％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, P 함유량을 0.015％ 이하로 제한한다. 또한, P 함유량은 적을수록 바람직하므로, P 함유량의 하한이 0％여도 된다. 그러나, P 함유량을 0％로 하는 것은, 기술적으로 용이하지 않고, 또한 안정적으로 0.001％ 미만으로 하는 것에도, 제강 비용이 높아진다. 따라서, P 함유량의 하한을 0.001％로 해도 된다.

S:0.020％ 이하

S(황)은 불순물이다. S 함유량이 0.020％를 초과하면, 조대한 MnS이 형성되어 신선 가공성을 손상시킬 우려가 있다. 따라서, S 함유량을 0.020％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, S 함유량을 0.015％ 이하로 제한한다. 또한, S 함유량은 적을수록 바람직하므로, S 함유량의 하한이 0％여도 된다. 그러나, S 함유량을 0％로 하는 것은, 기술적으로 용이하지 않고, 또한 안정적으로 0.001％ 미만으로 하는 것에도, 제강 비용이 높아진다. 따라서, S 함유량의 하한을 0.001％로 해도 된다.

본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재는, 기본 성분으로서, 상기의 강 조성(화학 성분)이 제어되고, 잔량부가 철(Fe) 및 불가피적 불순물을 포함한다. 그러나, 이 기본 성분 외에, 즉 잔량부의 Fe의 일부 대신에, 필요에 따라서 이하의 선택 원소를 강 중에 함유시켜도 된다.

즉, 본 실시 형태에 관한 압연 선재는 상기한 기본 성분 및 불가피적 불순물 외에, 선택 원소로서, Mo 및 B 중 적어도 하나를 더 함유해도 된다. 이하에, 선택 원소의 수치 한정 범위와 그 한정 이유를 설명한다. 이하, 단위는 질량％이다.

Mo:0％ 초과∼0.25％

Mo(몰리브덴)은 켄칭성을 향상시키는 데 매우 유효한 원소이다. 따라서, 0％ 초과의 Mo를 첨가하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, Mo 함유량의 하한을 0.1％로 한다. 그러나, Mo 함유량이 0.25％ 초과에서는, 켄칭성이 과대해져, 열간 압연 후의 냉각 시에, 베이나이트, 마르텐사이트 등의 과냉 조직이 발생하기 쉬워질 우려가 있다. 그로 인해, Mo 함유량의 상한을 0.25％로 하는 것이 바람직하다.

B:0％ 초과∼0.0025％

B(붕소)는 입계에 농화되어, 의사 펄라이트의 생성을 억제하는 효과를 갖는 원소이다. 따라서, 0％ 초과의 B를 첨가하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, B 함유량의 하한을 0.0005％로 한다. 그러나, 과잉으로 첨가하면 오스테나이트 중에 Fe₃(CB)₆ 등의 탄화물을 형성하여, 신선 가공성을 저하시킬 우려가 있다. 그로 인해, B 함유량의 상한을 0.0025％로 하는 것이 바람직하다.

다음에, 본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 금속 조직과 역학 특성에 대해 설명한다. 이하, 금속 조직에 관한 단위는 면적％이다.

본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재는 과공석강이다. 과공석강의 금속 조직은, 도 1에 도시한 바와 같이, 구오스테나이트 입계(1)에 따라서 초석 시멘타이트(2)가 석출되고, 그 내측에 펄라이트가 형성된다. 그 펄라이트에는 펄라이트 블록(3)이라고 불리는 페라이트의 결정 방위가 동일한 영역, 또한 펄라이트 블록(3) 내에는 펄라이트 콜로니(4)라고 불리는 라멜라 시멘타이트가 평행하게 정렬된 영역이 형성된다.

구체적으로는, 펄라이트 블록(3)은 페라이트와 라멜라 시멘타이트를 포함하고, 이 페라이트의 결정 방위 각도차가 9° 미만이 되는 영역으로 정의한다. 바꾸어 말하면, 펄라이트 블록(3)의 입계는 펄라이트에 포함되는 페라이트의 결정 방위 각도차가 9° 이상이 되는 경계를 포함하여 구성된다. 또한, 펄라이트 콜로니(4)는 페라이트와 라멜라 시멘타이트를 포함하고, 이 페라이트의 결정 방위 각도차가 9° 미만이 되고, 또한 라멜라 시멘타이트가 대략 평행이 되는 영역으로 정의한다. 바꾸어 말하면, 펄라이트 콜로니(4)의 경계는 라멜라 시멘타이트의 방향이 다른 경계, 펄라이트에 포함되는 페라이트의 결정 방위 각도차가 9° 이상이 되는 경계를 포함하여 구성된다.

또한, 펄라이트 중에는 라멜라 조직이 무너지고, 시멘타이트가 입상으로 석출된 영역이 존재하는 경우가 있다. 도 2에 본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 금속 조직 사진을 도시하고, 도면 중에서 라멜라 조직이 무너진 영역을 백색 선으로 둘러싼다. 이 도 2 중에서 백색 선으로 나타내는, 시멘타이트가 라멜라(층상)로 되지 않고, 입상으로 석출되어 있는 영역을 의사 펄라이트(5)로 하였다. 구체적으로는, 의사 펄라이트(5)는 페라이트와 입상 시멘타이트를 포함하여, 구오스테나이트 입계(1), 초석 시멘타이트(2), 펄라이트 블록(3) 또는 펄라이트 콜로니(4)와의 경계로 둘러싸이는 영역으로 정의한다.

본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 금속 조직은 펄라이트가 90％ 이상 100％ 이하, 초석 시멘타이트(2)가 0％ 이상 5％ 이하 및 입상 시멘타이트를 갖는 의사 펄라이트(5)가 0％ 이상 10％ 이하이고, 이 펄라이트의 펄라이트 블록(3)의 평균 직경이 1.0㎛ 이상 15㎛ 이하이고, 또한 이 펄라이트 블록(3)의 최대 직경이 평균 직경의 1배 이상 4배 이하이고, 이 압연 선재의 인장 강도가, 단위 ㎫로, 하기의 식 A로 나타내는 상한 강도 TS1 이하이다.

[식 A]

여기서, D₀:단위 ㎜에서의 압연 선재의 선 직경, d_p:단위 ㎛에서의 펄라이트 블록(3)의 평균 직경, A_θ:단위 ％에서의 초석 시멘타이트(2)의 면적률, A_p':단위 ％에서의 의사 펄라이트(5)의 면적률이다. 또한, 상기한 식 A 중의 ln은 네이피어수를 바닥으로 하는 자연대수를 의미한다.

펄라이트의 면적률:90％ 이상 100％ 이하

본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 금속 조직에 의해, 펄라이트의 면적률이 90％ 미만이 되고, 마르텐사이트 등의 과냉 조직의 면적률이 높아지면, 각 조직 사이의 강도차에 기인하여 각 조직 사이에서 신선 시의 소성 변형량에 차가 발생한다. 그 결과, 신선 시에 각 조직 사이에서 변형에 불균일이 발생하여, 단선의 요인이 된다. 그로 인해, 주조직을 펄라이트로 하고, 그 면적률을 90％ 이상 100％ 이하로 한다. 또한, 신선 가공성을 더 높이기 위해서는, 펄라이트의 면적률의 하한을 95％로 하는 것이 바람직하다.

초석 시멘타이트(2)의 면적률:0％ 이상 5％ 이하

초석 시멘타이트(2)가 소량 석출되어도, 특별히 신선 가공성을 저해하는 것은 아니다. 그러나, 다량으로 구오스테나이트 입자를 둘러싸도록 석출하면, 신장 시의 변형의 저해가 되어, 신선 가공성이 저하된다. 그로 인해, 전술한 바와 같이 종래 기술에서는, 초석 시멘타이트(2)의 면적률을, 예를 들어 3％ 이하로 할 필요가 있었다. 그러나, 본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재에서는, 화학 성분, 금속 조직 및 역학 특성을 복합적으로 제어함으로써, 초석 시멘타이트(2)의 면적률이 5％ 이하이면, 우수한 신선 가공성을 얻을 수 있다. 따라서, 초석 시멘타이트(2)의 면적률을 0％ 이상 5％ 이하로 한다. 초석 시멘타이트(2)의 면적률은 적을수록 바람직하므로, 이 하한이 0％여도 된다. 그러나, 초석 시멘타이트(2)의 면적률을 0％로 하는 것은, 기술적으로 용이하지 않고, 또한 안정적으로 1.5％ 이하로 하는 것에도, 제조 조건의 컨트롤이 어려워져 제조 비용이 높아진다. 따라서, 초석 시멘타이트(2)의 면적률을, 1.5％ 초과 5％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 초석 시멘타이트(2)의 면적률을 3.0％ 초과 5％ 이하로 한다. 한편, 제조 비용보다도 신선 가공성을 더욱 향상시키는 것을 우선하는 경우에는, 초석 시멘타이트(2)의 면적률을 0％ 이상 3％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

의사 펄라이트(5)의 면적률:0％ 이상 10％ 이하

입상 시멘타이트를 포함하는 의사 펄라이트(5)는 라멜라 시멘타이트를 포함하는 통상의 펄라이트와 비교하여, 신선 시의 소성 변형량이 다르다. 그 결과, 신선 시에 각 조직 사이에서 변형에 불균일이 발생하여, 신선 가공성이 저하된다. 따라서, 신선 가공성을 향상시키기 위해, 의사 펄라이트(5)의 면적률은 0％ 이상 10％ 이하로 한다. 또한, 신선 가공성을 더 높이기 위해서는, 의사 펄라이트(5)의 면적률 상한을 5％로 하는 것이 바람직하다.

펄라이트 블록(3)의 평균 직경:1.0㎛ 이상 15㎛ 이하

펄라이트 블록(3)은 본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 연성과 매우 강한 상관 관계가 있다. 펄라이트 블록(3)을 미세화하면, 신선 가공성이 향상된다. 이 효과를 얻기 위해, 펄라이트 블록(3)의 평균 직경을 1.0㎛ 이상 15㎛ 이하로 한다. 또한, 펄라이트 블록(3)의 평균 직경을 1.0㎛ 미만으로 하는 것은, 공업적으로 실질상 곤란하다. 또한, 신선 가공성을 더 높이기 위해서는, 펄라이트 블록(3)의 평균 직경의 상한을 12㎛로 하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 펄라이트 블록(3)의 평균 직경의 상한을 10㎛로 한다.

펄라이트 블록(3)의 최대 직경:평균 직경의 1배 이상 4배 이하

또한, 펄라이트 블록(3)의 평균 직경을 상기 범위로 미세화해도, 펄라이트 블록(3)의 블록 사이즈의 편차가 크면, 각 펄라이트 블록(3) 사이에서 신선 시의 변형이 불균일해져, 신선 가공성이 저하된다. 그로 인해, 신선 가공성을 안정적으로 향상시키기 위해서는, 상기한 펄라이트 블록(3)의 평균 직경의 미세화 외에, 펄라이트 블록(3)의 블록 사이즈의 편차의 저감이 필요하다. 구체적으로는, 상기 평균 직경이 15㎛ 이하에서도, 최대 직경이 상기 평균 직경의 4배 초과가 되는 펄라이트 블록(3)을 갖는 강재에서는, 연성을 충분히 확보할 수 없어, 충분한 신선 가공성이 얻어지지 않는다. 그로 인해, 펄라이트 블록(3)의 최대 직경을, 평균 직경의 1배 이상 4배 이하로 한다. 안정적으로 상기 최대 직경을 상기 평균 직경의 2배 미만으로 하는 것에도, 제조 조건의 컨트롤이 어려워져 제조 비용이 높아진다. 따라서, 펄라이트 블록(3)의 최대 직경을 평균 직경의 2배 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 신선 가공성을 더 높이기 위해서는, 펄라이트 블록(3)의 최대 직경을 평균 직경의 3배 이하로 하는 것이 바람직하다.

인장 강도의 상한 강도 TS1

일반적으로, 강도의 증가에 수반하여, 신선 가공성이 저하됨과 함께, 신선 가공용 다이스의 수명을 저감시킨다. 그로 인해, 본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 인장 강도는 가능한 한 낮은 쪽이 바람직하다. 단, 본 발명자들은 이 인장 강도가, 압연 선재 선 직경(D₀), 펄라이트 블록(3)의 평균 직경(d_p), 초석 시멘타이트(2)의 면적률(A_θ) 및 의사 펄라이트(5)의 면적률(A_p')에 의해 결정되는 상한 강도 TS1 이하이면, 우수한 신선 가공성이 얻어지는 것을 발견하였다. 즉, 펄라이트 블록(3)이 미세화되고, 또한 초석 시멘타이트(2) 및 의사 펄라이트(5)의 면적률이 감소하면, 신선 가공성이 향상된다. 그로 인해, 필요 이상으로 인장 강도가 낮아지도록 제조 조건을 컨트롤하지 않아도, 인장 강도가 상기 상한 강도 TS1 이하이면, 신선 가공이 가능하다. 또한, 압연 선재의 선 직경이 작으면, 신선 가공 시에 높은 소성 변형능이 필요해지는 압연 선재의 중심부에 가하는 변형 부하도 작아진다. 그로 인해, 압연 선재의 선 직경이 큰 경우와 비교하여 인장 강도가 높아도, 그 인장 강도가 상한 강도 TS1 이하이면, 신선 가공이 가능하다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재에서는, 역학 특성으로서 인장 강도를, 단위 ㎫로, 하기의 식 A에 나타내는 상한 강도 TS1 이하로 한다.

[식 A]

여기서, D₀:단위 ㎜에서의 압연 선재의 선 직경, d_p:단위 ㎛에서의 펄라이트 블록(3)의 평균 직경, A_θ:단위 ％에서의 초석 시멘타이트(2)의 면적률, A_p': 단위 ％에서의 의사 펄라이트(5)의 면적률이다.

또한, 상기 인장 강도의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 인장 강도를 저하시키기 위해, 제조 시의 냉각 속도를 과잉으로 저감시키면, 초석 시멘타이트(2)의 과잉 석출이나 의사 펄라이트(5)의 면적률의 증가로 연결되어, 신선 가공성이 저하된다. 상기 인장 강도의 하한은 1100㎫ 이상으로 하는 것 바람직하다.

더욱 적합하게 신선 가공성을 향상시키기 위한, 금속 조직 및 역학 특성에 대해 이하에 설명한다.

초석 시멘타이트(2)의 짧은 직경의 최댓값:1.5㎛ 이하

초석 시멘타이트(2)는 소성 변형능이 작기 때문에, 신선에 의해 분단하여 보이드를 형성할 우려가 있다. 두꺼운(짧은 직경이 큰) 초석 시멘타이트(2)일수록, 큰 보이드를 형성하여, 신선 시의 파괴의 기점이나 제품에서의 파괴의 기점이 된다. 그로 인해, 본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재에서는, 초석 시멘타이트(2)의 길이 방향(긴 직경)에 대해 직교하는 직경(짧은 직경)의 최댓값(최대 두께)을, 1.5㎛ 이하로 하면 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 짧은 직경의 최댓값을 1.0㎛ 이하로 한다. 초석 시멘타이트(2)는 포함되지 않는 것이 바람직하므로, 상기 짧은 직경의 최댓값의 하한이 0㎛여도 된다. 그러나, 초석 시멘타이트(2)를 포함하지 않도록 하는 것은, 기술적으로 용이하지 않다. 따라서, 초석 시멘타이트(2)의 짧은 직경의 최댓값을 0.1㎛ 이상으로 해도 된다.

라멜라 조대부의 면적률:0％ 이상 10％ 이하

라멜라 간격이 조대한 펄라이트는 라멜라 간격이 조대하지 않은 펄라이트와 비교하여, 신선 가공 시의 소성 변형량이 다를 우려가 있다. 그 결과, 신선 시에 각 조직 사이에서 변형에 불균일이 발생하여, 신선 가공성을 저하시킬 우려가 있다. 특히, 신선 가공 시의 부하가 큰 압연 선재의 중심부에서, 이 라멜라 간격이 조대한 펄라이트(라멜라 조대부)의 면적률이 작은 것이 바람직하다. 그로 인해, 본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재에서는, 길이 방향에 수직인 단면에서 본 경우의 압연 선재의 반경을 단위 ㎜로 r로 했을 때, 이 단면의 중심으로부터 1/2r(즉, r/2)로 둘러싸이는 영역의 내측(압연 선재의 중심부)이고, 라멜라 간격이 0.5㎛ 이상이 되는 라멜라 조대부를, 면적률로, 상기 영역의 펄라이트 중에 0％ 이상 10％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 중심부의 라멜라 조대부의 면적률은 적을수록 바람직하므로, 이 하한이 0％여도 된다. 또한, 신선 가공성을 더 높이기 위해서는, 중심부의 라멜라 조대부의 면적률을 5.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 단면의 중심으로부터 1/2r 초과인 압연 선재의 표층부에서는, 압연 선재의 중심부와 비교하면, 신선 시의 변형의 부여가 작다. 그로 인해, 표층에서 라멜라 조대부가 10％ 초과 존재해도, 신선 가공성에 큰 영향을 미치지 않는다. 단, 상기 압연 선재의 표층부의 라멜라 조대부의 면적률을, 10％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

인장 강도의 편차: 평균값을 기준으로 하여 플러스 마이너스 150㎫ 이내

압연 선재는 일반적으로 링 형상으로 권취되어 냉각된다. 이 링 형상으로 권취되어 냉각되는 압연 선재는, 상세를 후술하지만, 링 내에서 소밀차가 있다. 그로 인해, 냉각 시의 선재 온도가, 링 내의 소부와 밀부에서 다르고, 인장 강도의 편차가 발생할 우려가 있다. 인장 강도의 편차가 증가하면, 압연 선재의 신선 가공성은 저하될 우려가 있다. 그로 인해, 본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재에서는, 링 내의 각 부에서의 인장 강도의 편차를, 인장 강도의 평균값을 기준으로 하여, 마이너스 150㎫ 이상 플러스 150㎫ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 인장 강도의 편차를, 인장 강도의 평균값을 기준으로 하여, 마이너스 100㎫ 이상 플러스 100㎫ 이하의 범위 내로 한다.

다음에, 상기에서 설명한 본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 금속 조직과 역학 특성의 측정 방법을 설명한다.

펄라이트, 초석 시멘타이트(2) 및 의사 펄라이트(5)의 면적률의 측정은 이하의 방법으로 행한다. 압연 선재를, 길이 방향에 수직인 단면(C 단면, 신선 방향에 수직인 단면)이 관찰면으로 되도록 절단한다. 수지 매립 후, 이 관찰면이 경면으로 되도록, 초벌 연마로부터 알루미나 연마까지의 연마를 행한다. 이 경면으로 된 관찰면에 대해, 3％ 나이탈 용액 및 피크럴 용액으로 부식을 행한다. 주사 전자 현미경(SEM:Scanning Electron Microscope)으로, 부식 후의 관찰면의 중심부(상기 1/2r로 둘러싸이는 영역의 내측)를 배율 2000배로 관찰하여, 금속 조직 사진을 10매 촬영(관찰 시야:0.02㎟) 한다. 그리고, 이들 10시야의 금속 조직 사진으로부터, 화상 해석에 의해, 펄라이트, 초석 시멘타이트(2) 및 의사 펄라이트(5)의 면적률의 측정을 행한다. 또한, 필요에 따라서 부식 후의 관찰면의 표층부(상기 1/2r 초과가 되는 영역)의 펄라이트, 초석 시멘타이트(2) 및 의사 펄라이트(5)의 면적률을 측정한다.

펄라이트 블록(3)의 평균 직경 및 최대 직경의 측정은, 이하의 방법으로 행한다. 상기의 관찰면이 경면으로 되도록, 초벌 연마로부터 콜로이달 실리카를 사용하는 연마까지의 연마를 행한다. 연마 후의 관찰면의 가공 변형을 제거한 후, 후방 산란 전자 회절 장치(EBSD:Electron Back Scattering Diffraction Pattern)를 사용하여, Step Size가 0.4㎛인 조건으로, 부식 후의 관찰면의 중심부를 합계의 관찰 시야가 50000㎛²로 되도록, 복수회 EBSD 측정을 행한다. 그리고, 상기한 정의에 따라서, 상기 관찰 시야 중의 펄라이트 블록(3)을 해석하여, 펄라이트 블록(3)의 평균 직경 및 최대 직경을 구한다. 또한, 필요에 따라서, 관찰면의 표층부의 측정을 행한다.

초석 시멘타이트(2)의 길이 방향에 대해 직교하는 직경(짧은 직경)의 최댓값의 측정은 이하의 방법으로 행한다. 상기한 초석 시멘타이트(2)의 면적률의 측정과 동일한 방법으로 준비한 관찰면의 중심부를, 배율 2000배로 10시야의 관찰을 행한다. 각 시야에서, 가장 두꺼운(가장 짧은 직경이 큼) 초석 시멘타이트(2)를, 5000배로 관찰하여, 최대 두께(최대 짧은 직경)를 측정한다. 각 10시야로 측정한 최대 두께(최대 짧은 직경)로부터 평균값을 구하고, 그 평균값을 초석 시멘타이트(2)의 길이 방향에 대해 직교하는 직경(짧은 직경)의 최대값으로 한다. 또한, 필요에 따라서, 관찰면의 표층부의 측정을 행한다.

라멜라 조대부의 면적률의 측정은 이하의 방법으로 행한다. 상기한 펄라이트의 면적률의 측정과 동일한 방법으로 준비한 관찰면의 중심부를, 배율 2000배로 관찰하여, 금속 조직 사진을 10매 촬영(측정 총 시야 0.02㎟)한다. 그리고, 이들 10시야의 금속 조직 사진으로부터, 화상 해석에 의해, 펄라이트 중의 라멜라 시멘타이트의 라멜라 간격이 0.5㎛ 이상이 되는 영역(라멜라 조대부)의 면적률의 측정을 행한다. 이때, 관찰 시야 중에 포함되는 펄라이트에 대한 라멜라 조대부의 면적률을 구한다. 또한, 관찰 시야 중에서 시멘타이트가 경사져 있음으로써, 라멜라 시멘타이트의 라멜라 간격이 0.5㎛ 이상인지 여부의 판단이 곤란한 경우에는, 다시 다른 시야로 측정을 행한다.

인장 강도의 측정은 이하의 방법으로 행한다. 상기한 링 형상의 압연 선재로부터 연속으로 5링(5주분의 길이의 압연 선재) 채취한 후, 각 링(1주분의 길이의 압연 선재)을 8등분하여, 합계 40개의 압연 선재를 공시재로 한다. 그리고, 예를 들어 JIS Z 2241:2011(또는 ISO 6892-1:2009)에 따라서 인장 시험으로 평가한다. 그 40개의 시험 결과로부터 인장 강도의 평균값을 구하고, 그 평균값을 압연 선재의 인장 강도로 한다. 또한, 상기 40개의 시험 결과의 최댓값 혹은 최솟값 중, 상기 평균값과의 차가 큰 값을 선택하고, 그리고 상기 평균값과의 차분값을 구한다. 이 차분값을, 단위 ㎫로, 인장 강도의 편차로 한다. 또한, 구체적으로는, 인장 시험의 샘플의 길이는 200㎜이고, 크로스 헤드 스피드 10㎜/min, 지그간 거리 100㎜로 인장 시험을 행한다.

다음에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 제조 방법에 대해 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 제조 방법은 신선 가공성이 우수한 베어링용 고탄소강 압연 선재를 제조하는 방법의 일례이다. 따라서, 본 발명은 본 실시 형태의 수순 및 방법으로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 구성을 실현할 수 있는 방법이면, 어떤 방법을 채용하는 것도 가능하다.

주조 공정으로서, 상기한 강 조성(화학 성분)을 포함하는 용강을, 주조하여 주조편을 제조한다. 주조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 진공 주조법이나 연속 주조법 등을 사용하면 된다.

소킹 공정으로서, 필요에 따라서, 주조 공정 후의 주조편에, 1100℃∼1200℃ 정도의 온도 범위에서 10∼20시간 정도의 유지(주조 등에서 발생하는 편석을 경감시키기 위한 열처리)를 행한다.

분괴 압연 공정으로서, 필요에 따라서, 상기 주조 공정 또는 상기 소킹 공정 후의 상기 주조편을 사용하여, 분괴 압연에서, 선재 철강 압연에 적합한 크기의 강편(일반적으로 빌렛이라고 불리는 선재 철강 압연 전의 강편)을 제조한다.

다음에, 가열 공정으로서, 상기 강편을 가열한다. 가열 조건은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 900℃∼1200℃의 온도로 가열하면 된다. 900℃ 이상 1200℃ 이하의 온도 범위로 가열함으로써, 강편의 금속 조직을, 적절하게 오스테나이트 단상으로 제어할 수 있다.

계속해서, 필요에 따라서, 열간 조압연 공정으로서, 상기 가열 공정 후의 강편을 조압연한다. 조압연 조건은 특별히 한정되는 것은 아니고, 강편의 형상 등에 맞추어 적절히 바람직한 조건으로 압연하면 된다. 예를 들어, 750℃∼1000℃의 온도의 범위에서, 누적 압하율이 95％∼99％로 되도록 조압연하면 된다. 상기 조건으로 조압연을 행함으로써, 강편을 다음 공정인 마무리 압연 공정에 제공하기 위해 상응하는 치수를 갖는 조압연재로 하면 된다. 또한, 상기 조건으로 조압연을 행함으로써, 조압연 후의 조압연재의 금속 조직을, 적절하게 미세한 오스테나이트 입자로 제어하면, 압연 선재의 펄라이트 블록(3)의 평균 직경 및 최대 직경을 적절하게 제어할 수 있으므로 바람직하다.

계속해서, 마무리 압연 공정으로서, 상기 가열 공정 후의 강편 또는 상기 열간 조압연 공정 후의 조압연재를, 마무리 압연에 의해 압연 선재에 성형한다. 마무리 압연은 마무리 압연 개시 온도를 700℃ 이상 850℃ 이하로 제어하여 압연을 행한다. 또한, 마무리 압연 시의 압연 선재의 온도는 방사 온도계에 의해 측정된 것이고, 엄밀하게는 압연 선재의 표면 온도를 의미한다.

마무리 압연 개시 온도를 850℃ 이하로 하는 것은, 오스테나이트 입자를 미세화함으로써, 변태 시의 펄라이트의 핵 생성 사이트를 증가시켜, 펄라이트 블록(3)의 크기를 미세화하기 위해서이다. 마무리 압연 개시 온도가 850℃ 초과에서는, 미세화의 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 또한, 보다 바람직하게는 마무리 압연 개시 온도를 830℃ 이하로 하고, 가장 바람직하게는 800℃ 이하로 해도 된다. 또한, 마무리 압연 개시 온도가 700℃ 미만에서는, 압연 설비의 부하가 증대되어, 설비 비용의 증가 혹은 생산 효율의 저하로 연결된다. 또한, 압연 선재의 표층이 과잉으로 냉각되므로, 압연 선재에 깨짐이나 이상 조직이 생성될 우려가 있다. 그 결과, 신선 가공성이 저하될 우려가 있다. 따라서, 마무리 압연 개시 온도를 700℃ 이상으로 한다. 보다 바람직하게는 750℃ 이상으로 한다.

또한, 마무리 압연 공정에서의 누적 압하율은 특별히 한정되는 것은 아니다. 그러나, 마무리 압연 공정에서의 누적 압하율이, 80％∼98％로 되도록 마무리 압연을 행하는 것이 바람직하다. 이 조건으로 마무리 압연을 행함으로써, 마무리 압연 후의 압연 선재의 금속 조직을, 더욱 적합하게 미세한 오스테나이트 입자로 제어할 수 있다. 그 결과, 펄라이트 블록(3)의 평균 직경 및 최대 직경을, 더욱 적합하게 제어할 수 있으므로 바람직하다.

계속해서, 권취 공정으로서, 상기 마무리 압연 공정 후의 압연 선재를 링 형상으로 권취한다. 권취는 권취 온도가 650℃ 이상 850℃ 이하로 되도록 행한다. 이때, 상기 마무리 압연 공정 후의 압연 선재를, 필요에 따라서 냉각을 행하고, 650℃ 이상 850℃ 이하의 온도로 제어하여, 링 형상으로 권취한다.

마무리 압연 시의 가공 발열에 의해 압연 선재가 850℃ 이상으로 되면, 마무리 압연에 의해 미세화한 오스테나이트 입자가, 권취 공정 중에 성장하여 조대화된다. 권취 온도를 850℃ 이하로 함으로써, 이 조대화를 억제하여, 압연 선재의 펄라이트 블록(3)의 평균 직경을 적절하게 제어할 수 있다. 또한, 펄라이트의 면적률을 만족시킬 수 있다. 그로 인해, 필요에 따라서, 마무리 압연 후의 압연 선재를 냉각하여, 권취 온도를 850℃ 이하로 한다. 상기 효과를 적절하게 얻기 위해, 또는 초석 시멘타이트(2)의 최대 두께를 저감시키기 위해, 권취 온도를 보다 바람직하게는 840℃ 이하로 하고, 가장 바람직하게는 800℃ 이하로 해도 된다. 또한, 권취 온도가 650℃ 미만에서는, 압연 선재가 경화되어, 링 형상으로 권취하는 것이 곤란해진다. 또한, 압연 선재에 깨짐이 발생할 우려가 있다. 따라서, 권취 온도를 650℃ 이상으로 한다. 보다 바람직하게는 700℃ 이상으로 한다.

계속해서, 냉각 공정으로서, 상기 권취 공정 후의 링 형상의 압연 선재를, 제어 냉각한다. 제어 냉각은 권취 종료 온도로부터 500℃ 이상 600℃ 이하의 온도 범위로 될 때까지, 0.5℃/초∼3℃/초의 냉각 속도로 행한다. 또한, 단위 ℃로, 냉각 공정 중의 압연 선재의 링 소부의 온도를 Tn으로 하고, 링 밀부의 온도를 Td로 했을 때, Td/Tn＜1.20을 만족시키는 조건으로 냉각을 행한다. 또한, 구체적으로는, 링 소부의 온도 Tn이 650℃일 때의, 링 밀부의 온도 Td를 측정하고, 이 링 소부의 온도 Tn과 링 밀부의 온도 Td가, Td/Tn＜1.20을 만족시키는 조건으로 냉각을 행한다.

권취 공정 후의 냉각 공정 중에, 압연 선재의 금속 조직이, 오스테나이트로부터 펄라이트로 변태된다. 그로 인해, 권취 후의 냉각 속도는 변태 온도를 제어하는 인자이다. 냉각 속도가 3℃/초 초과에서는, 냉각 중에 펄라이트 변태가 완료되지 않고, 마르텐사이트나 베이나이트 등의 과냉 조직이 생성되어 펄라이트의 면적률이 저하되어, 신선 가공성을 저하시킬 가능성이 있다. 그로 인해, 냉각 시의 냉각 속도를 3℃/초 이하로 한다. 또한, 마르텐사이트 등의 과냉 조직이 생성되지 않는 경우에도, 냉각 속도가 증가하면, 실질적으로 오스테나이트로부터 펄라이트로 변태되는 온도가 저하되므로, 압연 선재의 인장 강도를 과도하게 증가시킬 우려가 있다. 마찬가지로, 냉각 속도가 증가하면, 링 형상의 압연 선재의 소부와 밀부 사이의 온도 편차가 커지므로, 금속 조직의 편차가 커져, 펄라이트 블록(3)의 최대 직경을 만족시킬 수 없게 될 우려가 있다. 보다 바람직하게는, 인장 강도의 편차를 저감시키기 위해, 냉각 시의 냉각 속도를 2.3℃/초 이하로 해도 된다. 한편, 냉각 속도가 지나치게 느리면, 초석 시멘타이트(2)가 구오스테나이트 입계(1) 상에 다량으로 석출되고, 초석 시멘타이트(2)가 구오스테나이트 입계(1) 상에서 네트워크를 형성하여 신선 가공성이 저하된다. 또한, 의사 펄라이트(5)의 면적률과 펄라이트 블록(3)의 평균 직경이 만족되지 않는다. 그로 인해, 냉각 속도를 0.5℃/초 이상으로 한다. 보다 바람직하게는, 냉각 시의 냉각 속도를 0.8℃/초 이상으로 해도 된다. 또한, 본 실시 형태에 관한 압연 선재는, 상기한 바와 같이 Cr이 함유되므로, 펄라이트 블록(3)의 조대화가 바람직하게 억제된다.

또한, 제어 냉각을 600℃ 초과의 온도에서 정지하면, 상기의 권취 온도이고 또한 상기의 냉각 속도의 조건인 경우, 오스테나이트로부터 펄라이트로의 변태가 완료되지 않을 우려가 있다. 그로 인해, 제어 냉각을 600℃ 이하의 온도로 될 때까지 행한다. 이 제어 냉각의 정지 온도의 하한은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제어 냉각을 500℃ 미만의 온도까지 행하면 제조 비용이 상승할 우려가 있다. 그로 인해, 제어 냉각을, 권취 종료 온도로부터 500℃ 이상 600℃ 이하의 온도로 될 때까지 행한다.

또한, 일반적으로, 선재의 압연에서는, 압연 후, 압연 선재가 링 형상으로 권취되어 냉각된다. 이때, 링 형상으로 권취된 압연 선재에는, 도 4에 도시한 바와 같이 압연 선재의 겹침이 많은 밀부와, 겹침이 적은 소부가 발생한다. 구체적으로는, 링 형상의 압연 선재(6)의 평균 직경을 단위 m로 R로 했을 때, 냉각 공정 중의 압연 선재(6)를 평면에서 볼 때, 도 4에 도시하는 화살표(6a)의 영역을 밀부로 하고, 화살표(6b)의 영역을 소부로 한다. 즉, 냉각 공정 중의 압연 선재(6)을 평면에서 본 경우에, 폭 방향으로 양측의 측부 테두리로부터 0.25×R의 영역을 링 형상의 압연 선재(6)의 밀부로 하고, 폭 방향의 중심 0.5×R의 영역을 링 형상의 압연 선재(6)의 소부로 한다. 이 밀부와 소부는 냉각 중의 압연 선재(6)의 온도가 다르기 쉽다. 이와 같이 압연 선재(6) 내에서 온도차가 발생하면, 신선 가공성이 저하된다. 오스테나이트가 모두 펄라이트로 변태를 하였다고 해도, 소부와 밀부 사이에서의 온도차가 크면, 펄라이트 블록(3)의 최대 직경이 만족되지 않게 될 우려가 있다. 그로 인해, 링 소부의 온도 Tn과 링 밀부의 온도 Td의 관계가 Td/Tn＜1.20을 만족시키는 것이 필요하다. 보다 바람직하게는, 인장 강도의 편차를 저감시키기 위해, Td/Tn＜1.15로 해도 된다.

또한, 냉각 공정에서, 냉각 속도를 제어하는 방법이나, 링 형상의 압연 선재의 소부와 밀부의 온도를 제어하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 냉각 속도를 제어하는 방법은 발열을 가능하게 한 분위기 온도의 제어를 행하면 된다. 또한, 예를 들어 링 형상의 압연 선재의 소부와 밀부의 온도를 제어하는 방법은 링 편차를 크게 하는 것이나 반송 중에 단차를 부여하는 것 등을 행하면 된다.

또한, 초석 시멘타이트(2)의 면적률은 권취 공정에서의 권취 온도에 의해, 바람직하게 제어할 수 있는 경우가 있다. 펄라이트 블록(3)의 평균 직경은 링 형상의 압연 선재(6)의 소부와 밀부 사이에서의 온도차에 의해, 바람직하게 제어할 수 있는 경우가 있다. 인장 강도는 마무리 압연 개시 온도와 권취 온도에 의해, 상한 강도 TS1 이하로 바람직하게 제어할 수 있는 경우가 있다. 초석 시멘타이트(2)의 최대 두께는 냉각 공정에서의 냉각 속도에 의해, 바람직하게 제어할 수 있는 경우가 있다. 라멜라 조대부의 면적률은 권취 온도와 냉각 속도에 의해, 바람직하게 제어할 수 있는 경우가 있다. 인장 강도의 편차는 마무리 압연 개시 온도와 권취 온도에 의해, 바람직하게 제어할 수 있는 경우가 있다.

도 3에 본 실시 형태에 관한 베어링용 고탄소강 압연 선재의 제조 패턴의 일례를 도시한다. 상기한 각 공정을 거쳐서 제조되는 베어링용 고탄소강 압연 선재는 직경이 3.0㎜∼6.0㎜인 압연 선재로 된다.

실시예 1

실시예에 의해 본 발명의 일 형태의 효과를 더욱 구체적으로 설명하지만, 실시예에서의 조건은 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이고, 본 발명은 이 일 조건예로 한정되지 않는다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있다.

표 1∼표 4에 강 조성(화학 성분), 제조 조건을, 표 5∼표 8에 압연 선재의 금속 조직, 역학 특성 및 신선 가공성을 평가한 결과를 나타낸다.

본 실시예에서는, 주조 공정, 소킹 공정 및 분괴 압연 공정에 의해 작성한 빌렛을, 가열 공정으로서, 가열로에서 1000℃∼1200℃까지 가열하였다. 그 후, 열간 조압연 공정으로서, 750℃∼1000℃의 온도의 범위에서, 누적 압하율이 95％∼99％로 되도록 조압연하여, 조압연재를 얻었다. 이 조압연재를 사용하고, 그리고 마무리 압연 공정, 권취 공정 및 냉각 공정에서의 각 조건을 표 1∼표 4에 나타내는 조건으로 하여, 압연 선재를 제조하였다. 또한, 마무리 압연 공정에서의 누적 압하율이 80％∼98％로 되도록 마무리 압연을 행하였다.

금속 조직은 펄라이트 블록의 평균 직경 및 최대 직경, 최대 직경/평균 직경, 초석 시멘타이트의 면적률, 초석 시멘타이트의 최대 두께(길이 방향에 대해 직교하는 직경의 최댓값), 의사 펄라이트 면적률, 펄라이트 면적률 및 라멜라 조대부의 면적률로 평가하였다.

금속 조직의 관찰 및 초석 시멘타이트의 면적률, 의사 펄라이트 면적률, 펄라이트 면적률, 초석 시멘타이트의 최대 두께, 라멜라 조대부의 면적률의 측정은 SEM을 사용하여 행하였다. 얻어진 압연 선재의 C 단면을 수지에 매립하여, 초벌 연마로부터 알루미나 연마까지의 연마를 행하고, 3％ 나이탈 용액 및 피크럴 용액으로 부식을 행하고, 그리고, 금속 조직의 관찰을 행하였다. 또한, 금속 조직 사진으로부터, 화상 해석에 의해, 면적률의 측정을 행하였다.

초석 시멘타이트의 면적률, 의사 펄라이트의 면적률, 펄라이트 면적률, 라멜라 조대부의 면적률은, 관찰 영역을 배율 2000배로 관찰하고, 금속 조직 사진을 10매 촬영(측정 총 시야 0.02㎟)하여, 화상 해석에 의해, 각각의 면적률의 측정을 행하였다. 또한, 초석 시멘타이트의 최대 두께는 상기 각 10시야에서, 가장 두꺼운(가장 짧은 직경이 큰) 초석 시멘타이트를, 5000배로 관찰하여 최대 두께(최대 짧은 직경)를 측정한다. 그리고, 각 10시야로 측정한 최대 두께(최대 짧은 직경)로부터 평균값을 구하여, 초석 시멘타이트의 최대 두께로 하였다. 또한, 라멜라 조대부의 면적률은 관찰면의 중심부에서, 펄라이트 중의 라멜라 시멘타이트의 라멜라 간격이 0.5㎛ 이상이 되는 영역(라멜라 조대부)의 면적률을 측정하였다. 또한, 라멜라 조대부의 면적률의 측정으로, 시멘타이트의 경사에 의해 라멜라 시멘타이트의 라멜라 간격이 0.5㎛ 이상인지 여부의 판단이 곤란한 경우는 다시, 다른 시야에서 측정을 행하였다.

펄라이트 블록의 평균 직경 및 최대 직경은 후방 산란 전자 회절 장치(EBSD)를 사용하여 측정하였다. 얻어진 압연 선재의 C 단면을, 초벌 연마, 알루미나 연마, 콜로이달 실리카를 사용하는 연마까지의 연마를 행하였다. 연마 후의 관찰면의 가공 변형을 제거한 후, 측정에 제공하였다. 관찰 시야를 50000㎛²로 하고, 펄라이트에 포함되는 페라이트의 결정 방위 각도차가 9° 이상이 되는 경계를 펄라이트 블록의 입계로서 측정을 행하여, 펄라이트 블록의 평균 직경 및 최대 직경을 측정하고, 그리고 최대 직경/평균 직경의 비를 계산하였다.

역학 특성의 평가로서, 인장 시험을 행하였다. 링 형상의 압연 선재로부터 연속으로 5링(5주분의 길이의 압연 선재) 채취하고, 각 링(1주분의 길이의 압연 선재)을 8등분하여, 총 40개의 압연 선재를 시험에 제공하였다. 그 40개의 인장 시험 결과로부터 인장 강도의 평균값을 구하고, 그 평균값을 압연 선재의 인장 강도로 하였다. 또한, 상기 40개의 시험 결과의 최댓값 혹은 최솟값 중, 상기 평균값과의 차가 큰 값을 선택하고, 그리고 상기 평균값과의 차분값을 구하고, 이 차분값을, 단위 ㎫로, 인장 강도의 편차로 하였다. 인장 시험의 샘플 길이는 200㎜로 하고, 크로스 헤드 스피드를 10㎜/min, 지그간 거리를 100㎜로 하여, 인장 시험을 행하였다.

다음에, 신선 가공성의 평가 시험에 대해 서술한다. 얻어진 압연 선재를, 구상화 어닐링을 실시하지 않고, 신선 가공 전의 처리로 하여, 산세에 의한 탈스케일 처리, 석회 피막 도포에 의한 윤활 피막 처리를 행한 후, 신선 가공성의 시험을 행하였다. 신선 가공성 평가 시험은 각 압연 선재를 25m 채취하여 공시험재로 하였다. 그리고, 건식의 싱글 헤드식 신선기로, 1패스당의 감면율을 20％, 신선 속도를 50m/min으로 하여 신선 가공을 행하였다. 1수준에 대해 5개의 공시험재를 준비하여, 단선될 때까지의 신선 가공을 5회 행하였다. 단선되었을 때의 진변형[2×Ln(d/d₀), 여기서, d:신선재의 선 직경 및 d₀:압연재의 선 직경]의 평균값을 계산하고, 이 평균값으로 신선 가공성을 평가하였다. 신선 가공성은 진변형의 평균값이 2.8 이상인 경우를 합격으로 하였다.

표 1∼표 8에 평가 결과를 나타낸다. 표 중에서, 본 발명의 범위로부터 벗어나는 수치에 언더라인을 긋고 있다. 또한, 표 중에서 「-」는 무첨가 또는 미실시인 것을 나타낸다. 또한, 표 중에서 조직에 관하여 「P」는 펄라이트를, 「θ」는 시멘타이트를, 「M」은 과냉 조직을 나타낸다.

표 1∼표 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명예인 시험 No.A1∼A13 및 B1∼B23은 화학 성분, 제조 조건, 금속 조직 및 역학 특성의 모두가 목표를 달성하고 있고, 그 결과, 신선 가공성이 필요해지는 성능을 만족시키고 있다.

한편, 비교예인 시험 No.A14∼A27 및 B24∼B40은 화학 성분, 제조 조건, 금속 조직 및 역학 특성 중 어느 하나가 목표를 달성하고 있지 않고, 그 결과, 신선 가공성이 필요해지는 성능을 만족시키고 있지 않다.

A14는 C 함유량이 과다이기 때문에, 초석 시멘타이트가 과잉으로 석출되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

A15는 Si 함유량이 적기 때문에, 초석 시멘타이트가 과잉으로 석출되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

A16은 Si 함유량이 과다이기 때문에, Si계 개재물이 과잉으로 석출되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

A17은 Mn 함유량이 과다이기 때문에, 과냉 조직이 과잉으로 생성되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

A18은 Mn 함유량이 적기 때문에, 탈산이 충분하지 않고, 산화물이 과잉으로 석출되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

A19, A20은 Cr 함유량이 적기 때문에, 펄라이트 블록의 평균 직경이 조대해져, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

A21은 Cr 함유량이 과다이기 때문에, 과냉 조직이 과잉으로 생성되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

A22, A25는 Mo 함유량이 과다이기 때문에, 과냉 조직이 과잉으로 생성되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

A23, A24는 B 함유량이 과다이기 때문에, Fe₃(CB)₆이 과잉으로 석출되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

A26은 Mo 함유량과 B 함유량이 과다이기 때문에, 과냉 조직이 과잉으로 생성되고, 또한 Fe₃(CB)₆이 과잉으로 석출되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

A27은 C 함유량이 적기 때문에, 최종 제품의 베어링으로서의 강도 및 피로 특성을 만족시키지 않았던 예이다.

B24 및 B25는 마무리 압연 개시 온도가 높기 때문에, 펄라이트 블록 평균 직경이 본 발명의 범위 외로 되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

B26 및 B29는 권취 온도가 높기 때문에, 펄라이트 면적률과 펄라이트 블록 평균 직경이 본 발명의 범위 외로 되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

B27, B28 및 B31은 마무리 압연 개시 온도와 권취 온도가 높기 때문에, 펄라이트 면적률, 펄라이트 블록 평균 직경, 인장 강도가 본 발명의 범위 외로 되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

B30은 마무리 압연 개시 온도와 권취 온도가 높고, 그리고 냉각 속도가 느리기 때문에, 펄라이트 면적률, 초석 시멘타이트 면적률, 의사 펄라이트부 면적률, 펄라이트 블록 평균 직경, 인장 강도가 본 발명의 범위 외로 되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

B32는 냉각 속도가 빠르기 때문에, 펄라이트 면적률, 펄라이트 블록 최대 직경, 인장 강도가 본 발명의 범위 외로 되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

B33 내지 B35는 냉각 속도가 느리기 때문에, 펄라이트 면적률, 초석 시멘타이트 면적률, 의사 펄라이트부 면적률, 펄라이트 블록 평균 직경이 본 발명의 범위 외로 되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

B36은 소밀 온도비가 크기 때문에, 펄라이트 블록 최대 직경이 본 발명의 범위 외로 되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

B37은 마무리 압연 개시 온도가 낮기 때문에, 이상 조직이 과잉으로 생성되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

B38은 권취 온도가 낮기 때문에, 압연 선재에 깨짐이 발생한 예이다.

B39는 냉각 정지 온도가 높기 때문에, 펄라이트 면적률이 본 발명의 범위 외로 되어, 신선 가공성이 불충분해진 예이다.

B40은 냉각 정지 온도가 낮기 때문에, 제조 비용이 상승한 예이다.

도 5에 본 발명예 및 펄라이트 블록 평균 직경이 본 발명이 범위 외로 된 비교예에 관하여, 펄라이트 블록의 평균 직경과 신선 가공 파단 시의 진변형의 관계를 나타낸다. 본 발명예와 비교예를 대비하면, 펄라이트 블록 평균 직경의 미세화에 수반하여, 신선 가공성이 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

이상, 설명한 실시예의 결과로부터, 본 발명예인 베어링용 고탄소강 압연 선재가, 우수한 신선 가공성을 갖고 있는 것이 명백하다.

본 발명의 상기 형태에 따르면, 펄라이트 블록 직경 및 초석 시멘타이트, 의사 펄라이트 등을 적정하게 제어함으로써, 압연 상태에서 우수한 신선 가공성을 갖는 압연 선재를 제공할 수 있다. 따라서, 신선 가공 전의 구상화 열처리나, 필요에 따라서 행하는 신선 도중의 어닐링을, 생략하는 것이 가능해, 생산성의 향상, 비용의 삭감 등이 얻어져, 산업상 이용 가능성이 높다.

1 : 구오스테나이트 입계
2 : 초석 시멘타이트
3 : 펄라이트 블록
4 : 펄라이트 콜로니
5 : 의사 펄라이트
6 : 링 형상의 압연 선재
6a : 밀부
6b : 소부

Claims

화학 성분이, 질량％로,
C:0.95％∼1.10％,
Si:0.10％∼0.70％,
Mn:0.20％∼1.20％,
Cr:1.10％∼1.60％
를 함유하고,
잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하고,
금속 조직이, 면적률로, 펄라이트를 90％ 이상 100％ 이하, 초석 시멘타이트를 0％ 이상 5％ 이하 및 입상 시멘타이트를 갖는 의사 펄라이트를 0％ 이상 10％ 이하 포함하고,
상기 펄라이트의 펄라이트 블록의 평균 직경이 1.0㎛ 이상 15㎛ 이하이고, 또한 상기 펄라이트 블록의 최대 직경이 상기 평균 직경의 1배 이상 4배 이하이고,
인장 강도가, 단위 ㎫로, 하기의 식 1에 나타내는 상한 강도 TS1 이하인 것을 특징으로 하는, 압연 선재.
[식 1]

여기서,
D₀:단위 ㎜에서의 상기 압연 선재의 선 직경,
d_p:단위 ㎛에서의 상기 펄라이트 블록의 상기 평균 직경,
A_θ:단위 ％에서의 상기 초석 시멘타이트의 면적률,
A_p':단위 ％에서의 상기 의사 펄라이트의 면적률
제1항에 있어서, 상기 화학 성분이, 질량％로,
Mo:0％ 초과∼0.25％,
B:0％ 초과∼0.0025％
중 어느 1종 혹은 양쪽을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 압연 선재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초석 시멘타이트의 길이 방향에 대해 직교하는 직경의 최댓값이 1.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 압연 선재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 길이 방향에 수직인 단면에서 본 경우의 상기 압연 선재의 반경을 단위 ㎜로 r로 했을 때, 상기 단면의 중심으로부터 1/2r로 둘러싸이는 영역의 내측이고, 라멜라 간격이 0.5㎛ 이상이 되는 라멜라 조대부가, 면적률로, 상기 펄라이트 중에 0％ 이상 10％ 이하인 것을 특징으로 하는, 압연 선재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압연 선재의 상기 인장 강도의 편차가, 상기 인장 강도의 평균값을 기준으로 하여 마이너스 150㎫ 이상 플러스 150㎫ 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는, 압연 선재.
제1항 또는 제2항에 기재된 상기 화학 성분을 포함하는 강을 사용하고,
마무리 압연 개시 온도를 700℃ 이상 850℃ 이하로 하여 압연 선재를 성형하는 마무리 압연 공정과,
상기 마무리 압연 공정 후에, 권취 온도를 650℃ 이상 850℃ 이하로 하여 상기 압연 선재를 링 형상으로 권취하는 권취 공정과,
상기 권취 공정 후에, 500℃ 이상 600℃ 이하의 온도 범위까지 0.5℃/초∼3℃/초의 냉각 속도로 상기 압연 선재를 냉각하는 냉각 공정을 갖고,
단위 ℃로, 상기 냉각 공정 중의 상기 압연 선재의 링의 겹침이 적은 소부의 온도를 Tn으로 하고, 상기 링의 겹침이 많은 밀부의 온도를 Td로 했을 때, Td/Tn＜1.20을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 압연 선재의 제조 방법.