KR101639886B1 - 피로특성이 우수한 베어링강 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소(C): 0.9~1.1중량%, 실리콘(Si): 0.01~1.50중량%, 망간(Mn): 0.01~1.50중량%, 크롬(Cr): 0.5~2.0중량%, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 전체 미세조직 중에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~70%인 피로특성이 우수한 베어링강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

피로특성이 우수한 베어링강 및 그 제조 방법{BEARING STEEL HAVING HIGH FATIGUE LIFE AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 베어링강 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 우수한 피로특성을 가지는 베어링강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 베어링강 최종 열처리는 담금질 및 뜨임(Quenching and Tempering)으로서 이때 얻어지는 미세조직은 템퍼드 마르텐사이트(Tempered Martensite)와 미량의 잔류 오스테나이트(Retained Austenite)이다. 그러나 베어링 사용환경이 점차 가혹해지면서 베어링강의 장수명화에 대한 요구가 상당히 커지고 있으며, 이러한 요구를 만족시키기에는 템퍼드 마르텐사이트 조직으로는 한계에 도달했다.

베이나이트(Bainite) 조직을 얻을 수 있는 열처리는 마르텐사이트 조직을 얻는 담금질 및 뜨임을 대신하여 자주 행해지는데, 이는 일반적으로 베이나이트 조직이 템퍼드 마르텐사이트 조직보다 인성이나 균열성장에 대한 저항성 등이 더 좋기 때문이다.

이러한 베르나이트 조직을 얻기 위한 열처리 기술로는 마르텐사이트 변태 개시 온도 이상에서의 항온변태에 의해 오스테나이트 조직의 25~99%를 베이나이트 조직으로 변태시킨 다음, 나머지 오스테나이트 조직의 베이나이트 조직으로의 100% 완전 변태를 촉진시키기 위해 온도를 상승시키는 방법이 제안된바 있다. 그러나, 100% 베이나이트 조직의 베어링강은 템퍼드 마르텐사이트 조직에 비해 강도나 경도가 현저히 떨어져 원하는 수준의 피로수명을 구현하기 힘들다는 문제점이 있다.

이 외에도, 베르나이트 조직을 얻기 위한 열처리 기술로 베어링 구성요소 중 내외륜에 대해서 260℃에서 4 시간 또는 290℃에서 1~4 시간 항온변태시켜 100% 베이나이트 조직을 얻는 방법과, 내외륜에 대해 230~290℃에서 1~4 시간 항온변태시켜 100% 베이나이트 조직을 얻는 방법이 제안된바 있으나, 이들 역시 100% 베이나이트 조직은 템퍼드 마르텐사이트 조직에 비해 강도나 경도가 현저히 떨어져 원하는 수준의 피로수명을 구현하기 힘들다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 베이나이트 조직이 특정 분율로 존재하도록 함으로써, 베어링강의 전동피로수명을 향상시킬 수 있는 베어링강 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

일 측면에서, 본 발명은 탄소(C): 0.9~1.1중량%, 실리콘(Si): 0.01~1.50중량%, 망간(Mn): 0.01~1.50중량%, 크롬(Cr): 0.5~2.0중량%, 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 전체 미세조직 중에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~70%인 피로특성이 우수한 베어링강을 제공한다.

이때, 상기 베어링강의 미세조직은 마르텐사이트 조직, 베이나이트 조직, 및 잔류 오스테나이트 조직을 포함하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로는, 전체 미세조직 중에서 상기 마르텐사이트 조직이 차지하는 면적분율이 15~55%이고, 상기 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~70%이며, 상기 잔류 오스테나이트 조직이 차지하는 면적분율이 5~15%인 것이 더욱 바람직하다.

다른 측면에서, 본 발명은 탄소(C): 0.9~1.1중량%, 실리콘(Si): 0.01~1.50중량%, 망간(Mn): 0.01~1.50중량%, 크롬(Cr): 0.5~2.0중량%, 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 준비하는 단계; 및 베이나이트 조직을 얻기 위하여 상기 강재를 열처리하는 단계를 포함하며, 제조되는 베어링강의 전체 미세조직 중에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~70%인 피로특성이 우수한 베어링강의 제조 방법을 제공한다.

이때, 상기 열처리하는 단계는, (A) 강재를 오스테나이트 영역으로 가열하는 단계; (B) 가열 후 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) 이상의 온도로 급냉하여 항온유지하는 단계; 및 (C) 항온유지 후 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) 이하의 온도로 냉각하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.

이때, 상기 가열 온도는 800 내지 900℃인 것이 바람직하다.

또한, 상기 가열 시간은 30~60분인 것이 바람직하다.

또한, 상기 항온유지 온도는 200 내지 300℃인 것이 바람직하다.

또한, 상기 항온유지 시간은 10 내지 60분인 것이 바람직하다.

한편, 상기 강재는 탄소(C): 0.9~1.1중량%, 실리콘(Si): 0.01~1.50중량%, 망간(Mn): 0.01~1.50중량%, 크롬(Cr): 0.5~2.0중량%, 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 주조, 열간압연 및 구상화 열처리하여 준비되는 것일 수 있다.

덧붙여, 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의할 경우, 베이나이트 조직이 특정 분율로 존재하도록 함으로써, 전동피로수명이 우수한 베어링강을 제공할 수 있다.

도 1은 베이나이트 면적분율이 40~70%인 베어링강의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
도 2는 베이나이트 면적분율이 70% 초과인 베어링강의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
도 3은 베이나이트 면적분율이 40% 미만인 베어링강의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

1. 베어링강

본 발명자들은 연구를 거듭한 결과, 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 철(F)을 특별한 성분비로 포함하며, 마르텐사이트 조직에 비해 인성이나 균열성장에 대한 저항성 등이 더 우수한 베이나이트 조직이 특정 분율로 존재하는 베어링강의 경우 전동피로수명이 우수한 것을 알아내고 본 발명을 완성하였다.

구체적으로, 본 발명의 피로특성이 우수한 베어링강은, 탄소(C): 0.9~1.1중량%, 실리콘(Si): 0.01~1.50중량%, 망간(Mn): 0.01~1.50중량%, 크롬(Cr): 0.5~2.0중량%, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 전체 미세조직 중에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~70%이다.

먼저, 본 발명의 강 조성을 구성하는 각 성분을 첨가하는 이유와 이들의 적절한 함량범위에 대하여 상세히 설명한다.

탄소(C): 0.9 ~ 1.1 중량%

탄소는 베어링의 강도를 확보하는 매우 중요한 원소이다. 만일 탄소의 함량이 낮을 경우에는 베어링의 강도와 피로강도가 낮아 베어링 부품으로 적합하지 않게 되므로 탄소의 함량은 0.9 중량% 이상인 것이 바람직하며, 0.95 중량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 반면, 탄소 함량이 너무 높을 경우에는 미용해된 거대탄화물이 잔존하여 피로강도를 저하시킬 뿐만 아니라 담금질하기 전의 가공성이 떨어지므로 상기 탄소 함량의 상한은 1.1 중량%인 것이 바람직하며, 1.05 중량%인 것이 보다 바람직하다.

실리콘(Si): 0.01 ~ 1.50 중량%

실리콘의 함량이 낮을 경우 경화능의 문제가 발생할 수 있으므로 0.01 중량% 이상 첨가되는 것이 바람직하며, 0.15 중량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 다만, 실리콘의 함량이 너무 높을 경우에는 탄소와의 자리경쟁 반응에 따라 탈탄이 일어날 우려가 있고, 탄소와 마찬가지로 담금질하기 전의 가공성이 떨어질 뿐만 아니라 중심편석이 증가하기 때문에 상기 실리콘함량의 상한은 1.50 중량%인 것이 바람직하며, 1.30 중량%인 것이 보다 바람직하다.

망간(Mn): 0.01 ~ 1.50 중량%

망간은 강의 소입성을 개선하여 강도를 확보하는데 중요한 원소이다. 따라서, 상기 망간은 0.01 중량% 이상 함유되는 것이 바람직하며, 0.25 중량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 다만, 망간의 함량이 너무 높을 경우에는 담금질하기 전의 가공성이 떨어질 뿐만 아니라 중심편석 및 피로특성에 악영향을 미치는 석출물이 증가하기 때문에 상기 망간 함량 상한은 1.50 중량%인 것이 바람직하며, 1.30 중량%인 것이 보다 바람직하다.

크롬(Cr): 0.5 ~ 2.0 중량%

크롬은 강의 소입성을 개선하여 경화능을 부여하며, 강의 조직을 미세화하는데 효과적인 원소이므로 0.5 중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하며, 0.7 중량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 다만, 크롬의 함량이 과다하면 그 효과가 포화하기 때문에 상기 크롬의 함량의 상한은 2.0 중량%이 것이 바람직하며, 1.7 중량%인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 철강제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 철강제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

다음으로, 본 발명 강의 미세조직에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명 강의 미세조직은 전체 미세조직 중에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~70%이다. 일반적으로 베이나이트 조직이 템퍼드 마르텐사이트 조직보다 인성이나 균열성장에 대한 저항성 등이 우수하기 때문에, 베이나이트화를 위한 열처리 후 베어링강의 전체 미세조직 중 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 높은 것이 바람직하나, 베이나이트 조직이 차지하는 분율이 지나치게 높은 베어링강은 오히려 템퍼드 마르텐사이트 조직에 비해 강도나 경도가 현저히 떨어져 원하는 수준의 피로특성을 구현하기 힘들다. 따라서, 바람직한 베이나이트 조직의 면적분율이 40~70%이다.

보다 구체적으로는, 본 발명 강의 미세조직은 마르텐사이트 조직, 베이나이트 조직, 및 잔류 오스테나이트 조직을 포함하는 혼합조직인 것이 바람직하며, 이때 전체 미세조직 중에서 상기 마르텐사이트 조직이 차지하는 면적분율이 15~55%이고, 상기 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~70%이며, 상기 잔류 오스테나이트 조직이 차지하는 면적분율이 5~15%인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같은 면적분율을 가지는 혼합조직인 경우, 본 발명의 효과를 가장 바람직하게 구현할 수 있다. 한편, 상기 마르텐사이즈 조직 내에는 베이나이트가 일부 포함될 수 있다.

2. 베어링강의 제조 방법

이하에서는, 본 발명 피로특성이 우수한 베어링강의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 피로특성이 우수한 베어링강의 제조 방법은, 탄소(C): 0.9~1.1중량%, 실리콘(Si): 0.01~1.50중량%, 망간(Mn): 0.01~1.50중량%, 크롬(Cr): 0.5~2.0중량%, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 준비하는 단계; 및 베이나이트 조직을 얻기 위하여 상기 강재를 열처리하는 단계를 포함한다.

먼저, 상기 강재는 특별히 한정되지 않으며, 위와 같은 성분을 가지는 용강을 일련의 주조, 열간압연 및 구상화 열처리 등을 통하여 제조할 수 있다. 일반적으로 베어링강은 주조된 강을 열간압연 및 구상화 열처리(Spheroidizing annealing) 과정을 거친 후, 최종 열처리를 하여 제조되는데, 상기 강재는 구상화 열처리 후 최종 열처리 전의 상태를 의미한다.

한편, 상기 열간압연 및 구상화 열처리 조건 등은 특별히 한정되지 않으며, 통상의 베어링강 제조에서 수행되는 조건이 적용될 수 있다. 예를 들면, 제한되지 않는 일례로서, 위와 같은 성분을 가지는 강을 일련의 주조를 통하여 제조한 뒤, 800 ~ 900℃ 정도의 마무리 온도로 열간압연 하고, 서냉하여 약 100%의 펄라이트(pearlite) 조직을 만든 다음, 770 ~ 830 ℃ 정도의 온도에서 가열하고, 그 후 6 시간 정도 유지한 다음, 0.5℃/s 이하의 냉각속도로 극서냉하여 강재를 제조할 수 있다.

다음으로, 상기 열처리 단계는 구상화 열처리 후 최종 열처리를 의미하는 것으로서, 종래의 베어링강 최종 열처리는 일반적으로 담금질 및 뜨임으로 수행되었으나, 이 경우 얻어지는 미세조직은 템퍼드 마르텐사이트와 미량의 잔류 오스테나이트 등으로, 베이나이트를 포함하지 않았다. 이에, 본 발명은 베이나이트 조직을 얻기 위하여 최종 열처리를 수행하며, 구체적으로는 (A) 강재를 오스테나이트 영역으로 가열하는 단계; (B) 가열 후 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) 이상의 온도로 급냉하여 항온유지하는 단계; 및 (C) 항온유지 후 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) 이하의 온도로 냉각하는 단계로 최종 열처리를 수행한다. 이와 같은 최종 열처리를 통하여 제조되는 베어링강의 미세조직이 특정 분율의 베이나이트 조직을 포함할 수 있다.

이때, 상기 최종 열처리를 이루는 각 단계별 상세한 조건은 하기와 같다.

강재 가열 온도: 800~900℃

먼저, 얻어진 강재를 오스테나이트 영역으로 가열하며, 이때 가열 온도는 800 ~ 900℃인 것이 바람직하다. 가열 온도가 900℃를 초과하면 구상화 탄화물이 전부 기지내로 용해되어 베어링강의 피로특성이 저하될 수 있다. 또한, 가열 온도가 800℃ 미만이면 100 % 오스테나이트로의 완전변태가 이루어지지 않아 최종 미세조직에 페라이트가 남아 있을 수 있고, 또한 오스테나이트의 균질화도 완전하게 되지 않아 급냉시 생성되는 베이나이트나 마르텐사이트 조직이 균일하지 않는 등의 문제가 발생할 수 있다. 한편, 상기 온도로의 승온 속도는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 0.5 ~ 2.0℃/sec 정도일 수 있다.

가열 시간: 30~60 분

한편, 가열 시간은 30 ~ 60 분인 것이 바람직하다. 가열 온도가 60 분을 초과하면 구상화 탄화물이 전부 기지내로 용해되거나 남아 있는 구상화 탄화물의 양이 매우 적어져 베어링강의 피로특성이 저하될 수 있다. 또한, 가열 온도가 30 분 미만이면 100 % 오스테나이트로의 완전변태가 이루어지지 않아 최종 미세조직에 페라이트가 남아 있을 수 있고, 또한 오스테나이트의 균질화도 완전하게 되지 않아 급냉시 생성되는 베이나이트나 마르텐사이트 조직이 균일하지 않는 등의 문제가 발생할 수 있다.

급냉 온도 / 항온유지 온도: 200~300℃

강재를 오스테나이트 영역으로 가열한 후에는 베이나이트 변태를 위해 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) 이상의 온도로 급냉하며, 이때 그 온도가 높을수록 원하는 수준의 경도 값을 얻기 힘들고 베이나이트보다는 펄라이트(Pearlite) 조직이 생성될 가능성이 커지므로, 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) 보다 약간 높은 200 ~ 300℃의 온도로 급냉하고, 이 온도로 항온유지 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 온도로의 급냉 속도는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대, 10 ~ 100℃/sec 정도일 수 있다.

항온유지 시간: 10~60분

항온유지 시간은 10 ~ 60분인 것이 바람직하다. 상기 항온유지 온도에서 항온변태를 위해 유지하는 시간이 길수록 변태하여 생성되는 베이나이트 분율이 커지나, 너무 시간이 길면 생산성이 저하되는 단점이 있다. 한편, 상기한 바와 같이 바람직한 베이나이트 분율은 40 ~ 70% 이며, 본 발명의 발명자들의 연구에 의하면 이러한 범위의 분율은 상기 항온변태 온도영역에서 10 ~ 60분 유지하는 경우 얻어지는 것으로 나타났다.

이와 같은 조건으로 항온유지 후 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) 이하의 온도로 냉각함으로써 피로수명이 우수한 베어링강을 얻을 수 있다. 이때 상기 냉각 단계는 그 조건 등이 특별히 한정되지 않으며, 예컨대, 1 ~ 50℃/sec 정도의 냉각속도로 수행될 수 있다.

한편, 상기 열처리 후 베어링강의 전체 미세조직 중에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~70% 정도이다. 보다 구체적으로는 상기 열처리 후 베어링강의 미세조직은 마르텐사이트 조직, 베이나이트 조직, 및 잔류 오스테나이트 조직을 포함하는 혼합조직이며, 이때 전체 미세조직 중에서 상기 마르텐사이트 조직이 차지하는 면적분율이 15~55%이고, 상기 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~70%이며, 상기 잔류 오스테나이트 조직이 차지하는 면적분율이 5~15%이다.

종합하면, 본 발명의 피로특성이 우수한 베어링강의 제조 방법은 상술한 조성을 가지는 강재를 일련의 주조, 열간압연, 및 구상화 열처리 등을 통해 준비한 후, 이를 800~900℃의 오스테나이트 영역으로 가열하고, 가열 후 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) 이상의 온도인 200~300℃로 급냉하여 10~60분간 항온유지하고, 항온유지 후 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) 이하의 온도로 냉각하는 것이며, 이러한 과정을 통하여 베어링강의 미세조직이 마르텐사이트 조직, 베이나이트 조직, 및 잔류 오스테나이트 조직을 포함하게 되고, 전체 미세조직 중에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~70%가 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

실시예

일련의 주조, 열간압연 및 구상화 열처리를 통하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 합금조성(중량%)을 가지는 강재를 제조하였다. 구체적으로, 이러한 합금조성을 가지는 강을 일련의 주조 과정을 통하여 제조한 뒤, 850 ℃ 정도의 마무리 온도로 열간압연 하고, 서냉하여 대략 100 %의 펄라이트(pearlite) 조직을 만든 다음, 800 ℃ 정도의 온도에서 가열한 후, 6 시간 정도 유지한 다음, 0.5 ℃/s 이하의 냉각속도로 극서냉하여 강재를 제조하였다. 그 후, 하기 표 1에 나타낸 열처리 조건으로 베이나이트화를 위한 열처리를 실시하여 베어링강을 제조하였다.

상기와 같이 제조된 베어링강의 베이나이트 면적율 및 상대피로수명을 측정하고, 그 결과 역시 하기 표 1에 나타내었다. 표 1에서 상대피로수명(Relative Fatigue Life)은 조건 1의 피로수명에 대한 상대적 비율을 나타낸 것이다. 피로수명은 전동접촉피로시험(Rolling Contact Fatigue Test)으로 측정하였으며, 이 때의 시험조건은 회전속도 1,000 rpm, 접촉면압(Contact Stress) 5,248 MPa 조건이었다.

조건	합금조성				베이나이트 열처리			베이 나이트 면적율 (%)	상대 피로수명
	C	Si	Mn	Cr	가열온도 (℃)	항온유지 (급냉)온도 (℃)	유지시간 (분)
1	0.87	0.28	0.36	1.42	850	250	60	49	1.00
2	1.04	1.62	0.41	1.61				36	1.06
3	0.99	0.30	1.68	0.98				42	0.92
4	1.11	0.84	0.75	0.41				21	0.84
5	1.01	0.26	0.34	1.44	790	250	60	38	1.08
6					820			45	1.58
7					850			62	2.17
8					910			72	1.12
9	0.95	0.07	1.44	1.81	850	190	60	35	1.15
10						220		44	1.59
11						250		54	1.65
12						280		68	1.54
13						310		77	1.01
14	0.97	0.38	0.82	0.79	850	250	5	17	0.97
15							10	43	1.84
16							30	50	2.01
17							60	61	2.08
18							90	89	1.11
19	1.03	0.65	0.62	1.28	825	275	30	53	2.77
20	1.08	1.45	0.08	0.97	875	225	45	61	1.95
21	1.00	0.95	1.29	0.52	850	250	60	48	1.68

먼저, 상기 표 1에서 조건 1 ~ 4에 따른 베어링강은 합금조성의 함량 범위가 본 발명에서 제시한 범위를 벗어난 경우로서, 이 경우 베이나이트 열처리를 거치더라도 상대피로수명은 개선되지 못한 것으로 나타났다.

다음으로, 상기 표 1에서 조건 5 ~ 8에 따른 베어링강은 베이나이트 열처리를 위한 가열온도를 변화시킨 것으로서, 가열온도가 800 ~ 900 ℃인 경우 베이나이트 면적율이 40 ~ 70%를 만족하였으며, 상대피로수명 향상 효과가 우수한 것으로 나타났다.

한편, 도 1은 조건 7에 따른 베어링강의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 결과이다. 도 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 베어링강은 마르텐사이트 조직, 베이나이트 조직, 및 잔류 오스테나이트 조직으로 이루어져 있으며, 이때 상기 마르텐사이트 조직이 차지하는 면적분율이 27% 정도이고, 상기 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 62% 정도이며, 상기 잔류 오스테나이트 조직이 차지하는 면적분율이 11% 정도인 것을 알 수 있다.

다음으로, 상기 표 1에서 조건 9 ~ 13에 따른 베어링강은 베이나이트 항온변태 온도를 달리한 것으로서, 200 ~ 300 ℃에서 항온유지한 경우 베이나이트 면적율이 40 ~ 70%를 만족하였으며, 상대피로수명 향상 효과가 우수한 것으로 나타났다.

한편, 도 2는 조건 13에 따른 베어링강의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 결과이다. 도 2에서 볼 수 있듯이, 이 경우 베이나이트 조직이 차지하는 면적 비율이 70%를 초과하는 것을 알 수 있다.

다음으로, 상기 표 1에서 조건 14 ~ 18에 따른 베어링강은 베이나이트 항온변태 유지시간을 달리한 것으로서, 유지시간이 10 ~ 60 분일 때 베이나이트 면적율이 40 ~ 70%를 만족하였으며, 상대피로수명 향상 효과가 특히 우수하였다.

한편, 도 3은 조건 14에 따른 베어링강의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 결과이다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 이 경우 베이나이트 조직이 차지하는 면적 비율이 40% 미만인 것을 알 수 있다.

다음으로, 상기 표 1에서 조건 19 ~ 21에 따른 베어링강은 본 발명에서 제안하고 있는 수치 범위를 만족하는 다양한 예로서, 모두 베이나이트 면적율이 40 ~ 70%를 만족하였으며, 상대피로수명 향상 효과가 우수하였다.

이와 같이, 탄소(C): 0.9~1.1중량%, 실리콘(Si): 0.01~1.50중량%, 망간(Mn): 0.01~1.50중량%, 크롬(Cr): 0.5~2.0중량%, 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를, 800 ~ 900 ℃의 오스테나이트 영역으로 가열한 후 200 ~ 300 ℃의 온도로 급냉한 다음, 10 ~ 60 분 동안 항온유지하여, 전체 미세조직 중에서 차지하는 베이나이트 조직의 분율이 40 ~ 70 %가 되도록 하는 경우, 베어링강의 전동피로수명을 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (10)

1. 탄소(C): 0.9~1.1중량%, 실리콘(Si): 0.01~1.50중량%, 망간(Mn): 0.01~1.50중량%, 크롬(Cr): 0.5~2.0중량%, 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 전체 미세조직 중에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~70%인 피로특성이 우수한 베어링강.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 베어링강의 미세조직은 마르텐사이트 조직, 베이나이트 조직, 및 잔류 오스테나이트 조직을 포함하는 것인 피로특성이 우수한 베어링강.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   전체 미세조직 중에서 상기 마르텐사이트 조직이 차지하는 면적분율이 15~55%이고, 상기 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~70%이며, 상기 잔류 오스테나이트 조직이 차지하는 면적분율이 5~15%인 피로특성이 우수한 베어링강.
   
4. 탄소(C): 0.9~1.1중량%, 실리콘(Si): 0.01~1.50중량%, 망간(Mn): 0.01~1.50중량%, 크롬(Cr): 0.5~2.0중량%, 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 준비하는 단계; 및 베이나이트 조직을 얻기 위하여 상기 강재를 열처리하는 단계를 포함하며,
   상기 열처리하는 단계는, (A) 강재를 오스테나이트 영역으로 가열하는 단계; (B) 가열 후 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) 이상의 온도로 급냉하여 항온유지하는 단계; 및 (C) 항온유지 후 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) 이하의 온도로 냉각하는 단계를 포함하며,
   상기 항온유지 온도는 200~300℃이고, 상기 항온유지 시간은 10~60분이며,
   제조되는 베어링강의 전체 미세조직 중에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적분율이 40~70%인 피로특성이 우수한 베어링강의 제조 방법.
   
5. 삭제
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 가열 온도는 800~900℃인 피로특성이 우수한 베어링강의 제조 방법.
   
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 가열 시간은 30~60분인 피로특성이 우수한 베어링강의 제조 방법.
   
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 4 항에 있어서,
    상기 강재는 탄소(C): 0.9~1.1중량%, 실리콘(Si): 0.01~1.50중량%, 망간(Mn): 0.01~1.50중량%, 크롬(Cr): 0.5~2.0중량%, 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 주조, 열간압연 및 구상화 열처리하여 준비되는 것이며,
    상기 열간압연 및 구상화 열처리는, 800~900℃의 마무리 온도로 열간압연하는 단계; 서냉하여 펄라이트(pearlite) 조직을 생성하는 단계; 770~830℃의 온도에서 가열하는 단계; 및 0.5℃/s 이하의 냉각속도로 서냉하는 단계; 를 포함하는,
    피로특성이 우수한 베어링강의 제조 방법.

Images