KR101826458B1

KR101826458B1 - 베어링 부품

Info

Publication number: KR101826458B1
Application number: KR1020167019584A
Authority: KR
Inventors: 마사시 사카모토; 주니치 고다마; 유타카 네이시
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2018-02-06
Also published as: EP3093363B1; US20160333438A1; JP6079904B2; WO2015105186A1; CN105899703A; US10246757B2; KR20160099671A; EP3093363A4; SG11201605568SA; EP3093361A1; US20160333437A1; CN105899703B; EP3093361A4; KR20160101133A; KR101826457B1; PL3093363T3; JPWO2015105186A1; CN105899704B; PL3093361T3; EP3093363A1

Abstract

이 베어링 부품은, 이물 혼입 환경 하에서도 우수한 전동 피로 수명을 갖는 베어링 부품이며, 화학 성분이, 질량％로, C: 0.95％∼1.10％, Si: 0.10％∼0.70％, Mn: 0.20％∼1.20％, Cr: 0.90％∼1.60％, Al: 0.010％∼0.100％, N: 0.003％∼0.030％를 함유하고, P: 0.025％ 이하, S: 0.025％ 이하, O: 0.0010％ 이하로 제한하고, 임의로 소정량의 Mo, B, Cu, Ni, Ca를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 금속 조직이, 잔류 오스테나이트, 구상 시멘타이트 및 마르텐사이트이고, 상기 잔류 오스테나이트의 양이 체적％로 15％∼25％이고, 구 오스테나이트의 평균 입경이 8.0㎛ 이하이고, 원 상당 직경으로 0.02㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 보이드의 개수 밀도가 2000개/㎟ 이하이다.

Description

베어링 부품 {BEARING COMPONENT}

본 발명은, 침상 베어링(니들 베어링), 롤러 베어링 등의 베어링 부품에 관한 것이다.

본원은, 2014년 1월 10일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2014-3338호 및 2014년 4월 16일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2014-84952호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이 내용을 여기에 원용한다.

침상 베어링, 롤러 베어링, 볼 베어링 등의 베어링 부품은, 윤활유에 버어나 마모분 등의 이물이 혼입된 상태, 즉, 이물 혼입 환경 하에서도 계속해서 사용된다. 그로 인해, 이물 혼입 환경에 있어서의, 베어링 부품의 전동 피로 수명의 향상은 중요하다. 이물 혼입 환경에 있어서, 베어링 부품의 전동 피로 수명을 향상시키기 위해서는, 잔류 오스테나이트를 증가시키는 것이 유효한 것이 알려져 있다. 그로 인해, 베어링 부품용 강재에 대해 침탄 처리나 질화 처리 등의 표면 처리가 행해지고 있다.

그러나, 베어링 부품용 강재의 침탄 처리나 질화 처리 등의 표면 처리는, 비용이 높을 뿐만 아니라, 처리 분위기의 변동의 영향을 받아, 품질의 변동이 발생한다고 하는 문제가 있다. 그로 인해, 예를 들어 특허문헌 1에는, 침탄 처리 및 질화 처리를 생략하고, 켄칭 및 템퍼링 처리에 의해, 잔류 오스테나이트가 많이 포함되는 베어링용 강재가 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시되어 있는 베어링 부품은, 강 중에, C, Mn, Ni 또는 Mo를 첨가하고, 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms점)를 저하시킴으로써, 잔류 오스테나이트의 양을 확보하고 있다. 그러나, 잔류 오스테나이트의 양을 확보하기 위해, Mn의 강에의 첨가량을 증가시키면, 베어링 부품용 강재의 켄칭성이 높아진다. 그 결과, 열간 압연 후의 냉각 시에, 마르텐사이트 등의 과냉 조직이 생성되어, 베어링 부품의 가공성 및 연성, 인성이 저하된다.

또한, 특허문헌 2에는, 구상 시멘타이트를 사용하여, 결정입경의 조대화를 억제하고, 잔류 오스테나이트를 생성시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 2에 개시되어 있는 방법에서는, 고온이며 또한 장시간의 구상화 열처리를 행하고 있다. 그 결과, C가 오스테나이트 상 중에 고용되어, 구상 시멘타이트의 개수 밀도가 불충분하게 되어 있었다. 또한, 구 오스테나이트의 평균 입경이 조대화되어, 충분한 전동 피로 수명의 개선 효과가 얻어지지 않았다.

구상화 열처리의 처리 시간은 길기 때문에, 처리 횟수가 증가하면, 생산 비용이 높아져, 생산 효율이 악화되는 것이 알려져 있다. 이 문제에 대해, 예를 들어 특허문헌 3에는, 본 발명자들의 일부에 의해 발명된, 구상화 열처리를 실시하는 일 없이 신선 가공이 가능한, 베어링 부품용 고탄소강 압연 선재가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2004-124215호 공보 일본 특허 공개 제2007-077432호 공보 국제 공개 WO2013-108828호 공보

그러나, 특허문헌 1과 같이, 강 중의 Mn의 첨가량을 증가시키면, 상술한 이유로부터, 구상화 열처리를 생략하고 베어링 부품용 강재를 가공하는 것이 곤란해지는 것을 알 수 있었다. 또한, 특허문헌 3의 소재를 이용하여, 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명이 우수한 베어링 부품을 제조하기 위해서는, 신선 가공과, 켄칭 온도를 제어한 켄칭 처리에 의한 조직 제어가 필요한 것을 알 수 있었다.

본 발명은, 이러한 실정에 비추어 이루어진 것이며, 우수한 신선 가공성을 확보하기 위해, Mn의 함유량을 억제하고, 구상화 열처리를 실시하는 일 없이 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명이 우수한 베어링 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 구 오스테나이트의 평균 입경을 8.0㎛ 이하로 미세화함으로써, 잔류 오스테나이트의 양을 체적％로, 15％∼25％로 제어할 수 있는 것을 발견하였다. 또한, 원 상당 직경으로 0.02㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 보이드의 개수 밀도를 2000개/㎟ 이하로 함으로써, 이물 혼입 환경 하에서도, 베어링 부품의 전동 피로 수명을 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다.

본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 본 발명의 일 실시 양태에 관한 베어링 부품은, 화학 성분이, 질량％로, C: 0.95％∼1.10％, Si: 0.10％∼0.70％, Mn: 0.20％∼1.20％, Cr: 0.90％∼1.60％, Al: 0.010％∼0.100％, N: 0.003％∼0.030％를 함유하고, P: 0.025％ 이하, S: 0.025％ 이하, O: 0.0010％ 이하로 제한하고, 임의로, Mo: 0.25％ 이하, B: 0.0050％ 이하, Cu: 1.0％ 이하, Ni: 3.0％ 이하, Ca: 0.0015％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 금속 조직이, 잔류 오스테나이트, 구상 시멘타이트 및 마르텐사이트이고, 상기 잔류 오스테나이트의 양이, 체적％로, 15％∼25％이고, 또한 구 오스테나이트의 평균 입경이 8.0㎛ 이하이고, 상기 금속 조직에 있어서, 보이드의 크기가 원 상당 직경으로 0.02㎛ 이상 3.0㎛ 이하이며, 또한, 상기 보이드의 개수 밀도가 2000개/㎟ 이하이다.

(2) 상기 (1)에 기재된 베어링 부품에서는, 상기 화학 성분이, 질량％로, Mo: 0.01％∼0.25％, B: 0.0001％∼0.0050％, Cu: 0.1％∼1.0％, Ni: 0.05％∼3.0％, Ca: 0.0003％∼0.0015％ 중 1종 이상을 함유해도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 베어링 부품은, 비커스 경도가 750Hv 이상이며, 750Hv∼800Hv의 경도를 갖는 입경이 100㎛∼180㎛인 철분을, 윤활유 1L에 대해 1g 혼입한 환경 하인 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명이 5.0×10⁶회 이상이어도 된다.

본 발명의 상기 양태에 따르면, 구 오스테나이트의 평균 입경이나 잔류 오스테나이트의 양, 소정의 크기의 보이드의 개수 밀도를 제어함으로써, 이물 혼입 환경 하에서도 우수한 전동 피로 수명을 갖는 베어링 부품을 얻을 수 있다. 그리고, 자동차나 산업용 기계 등에 상기 양태의 베어링 부품을 적용함으로써, 기계의 장수명화를 달성할 수 있다.

도 1은 베어링 부품의 금속 조직을 나타내는 도면이다.
도 2는 구 오스테나이트의 평균 입경과 잔류 오스테나이트의 양의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 잔류 오스테나이트의 양과 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명의 관계를 도시하는 도면이다.
도 4는 원 상당 직경으로 0.02㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 보이드의 개수 밀도와 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 특성의 관계를 나타내는 도면이다.

이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명의 향상에는, 잔류 오스테나이트의 양의 증가 및 소정의 크기의 보이드의 개수 밀도의 저하가 유효하다. 본 발명자들은, 적정한 잔류 오스테나이트의 양, 및 잔류 오스테나이트의 양을 제어하는 제조 조건에 대해 검토하여, 이하의 지견을 얻었다. 또한, 잔류 오스테나이트의 양(체적％)은, 예를 들어 X선 회절에 의한 마르텐사이트 α(211)의 회절 강도와 잔류 오스테나이트 γ(220)의 회절 강도의 비로부터 측정할 수 있다. 잔류 오스테나이트의 양은, 예를 들어 리가쿠사제의 RINT2500을 사용하여 구할 수 있다.

잔류 오스테나이트의 양의 증가에 수반하여, 이물 혼입 환경 하에서도 전동 피로 수명이 향상된다. 안정적으로 이 효과를 얻기 위해, 필요한 잔류 오스테나이트의 양은, 체적％로, 15％ 이상이다. 한편, 잔류 오스테나이트의 양이, 체적％로, 25％를 초과하면, 예를 들어 비커스 경도로 750Hv 미만으로 되는 등 경도가 저하되어, 베어링 부품의 강도가 저하된다. 또한, 치수의 경년 변화(경년 열화)가 커져, 베어링 부품으로서의 기능 저하를 초래한다. 따라서, 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명의 향상을 위해서는, 잔류 오스테나이트의 양을, 체적％로, 15％∼25％로 제어할 필요가 있다.

켄칭 처리 시, 잔류 오스테나이트의 양을 증가시키기 위해서는, 오스테나이트 상을 안정화시킬 필요가 있다. 또한, 마르텐사이트 변태 온도(Ms점)의 저온화가 유효하다. Ms점은, 오스테나이트 상 중의 C, Si, Mn 등의 원소의 고용량에 영향을 받고, 특히 오스테나이트 상 중에 고용되어 있는 C량에 크게 영향 받는다. 그러나, 고용되어 있는 C량을 증가시키기 위해, 켄칭 처리의 가열 온도를 높게 하면, 구 오스테나이트의 평균 입경이 조대화된다. 또한, 켄칭 처리 후의 마르텐사이트에 고용되어 있는 C량이 증가한다. 이로 인해, 베어링 부품의 전동 피로 수명 및 인성이 저하된다.

따라서, 본 발명자들은, 결정립의 미세화에 의한 오스테나이트 상의 안정화에 착안하였다. 검토를 행한 결과, 펄라이트 조직의 베어링 부품용 강재(펄라이트 강)를 신선 가공하여, 도입된 가공 스트레인과, 켄칭 처리의 가열 온도를 적정화함으로써, 구 오스테나이트의 평균 입경을 미세화할 수 있는 것을 알 수 있었다. 그리고, 잔류 오스테나이트의 양이 체적％로, 15％∼25％로 제어된, 베어링 부품의 구 오스테나이트의 평균 입경은, 8.0㎛ 이하라고 하는 지견을 얻었다.

또한, 구 오스테나이트의 평균 입경은, 다음 방법에 의해 얻어진다. 먼저, 베어링 부품의 길이 방향의 중심에 있어서, 길이 방향에 수직인 C 단면을 연마·부식에 의해, 구 오스테나이트 입계를 현출시킨다. 다음으로, C 단면의 중심으로부터 반경 3㎜의 범위를 중심부로 하고, 그 중심부를 광학 현미경을 사용하여 400배의 시야에서 촬영한다. 그리고, 촬영한 화상으로부터 JIS G 0551에 규정된 계수 방법에 의해 측정한다. 또한, 샘플마다 4시야씩 측정하고, 얻어진 4시야의 구 오스테나이트 입경의 평균값을, 구 오스테나이트의 평균 입경으로 한다.

구 오스테나이트의 평균 입경을 미세화하기 위해서는, 신선 가공 시의 총 감면율 및 켄칭 처리의 가열 온도를 제어하는 것이 바람직하다. 초석 시멘타이트의 면적률을 5％ 이하로 억제한 펄라이트 강에, 총 감면율 50％ 이상의 신선 가공을 실시하고, 또한 820℃ 이상 890℃ 이하로 가열하여 냉각하는 켄칭을 행함으로써, 구 오스테나이트의 평균 입경을 8.0㎛ 이하로 억제할 수 있고, 또한 잔류 오스테나이트의 양을 체적％로, 15％∼25％로 제어할 수 있다.

신선 가공 시의 총 감면율이 50％ 미만에서는, 켄칭 처리 시의 가열에 의해, 구 오스테나이트의 평균 입경이 조대화되어, 8.0㎛를 초과하는 경우가 있다. 또한, 켄칭 처리의 가열 온도가 820℃ 미만에서는, 구 오스테나이트의 평균 입경이 미세화되어도, 고용된 C량이 저하됨으로써, 잔류 오스테나이트의 양이 체적％로, 15％ 미만으로 되는 경우가 있다. 한편, 켄칭 처리의 가열 온도가 890℃를 초과하면, 시멘타이트가 분해되어, C의 고용이 촉진된다. 그 결과, 입성장의 억제가 불충분해져 구 오스테나이트의 평균 입경이 8.0㎛를 초과한다. 또한, 고용된 C량의 증가에 기인하여 잔류 오스테나이트의 양이 체적％로, 25％를 초과하는 경우가 있다.

도 2에, 구 오스테나이트의 평균 입경과 잔류 오스테나이트의 양의 관계를 나타내고, 도 3에, 잔류 오스테나이트의 양과 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명의 관계를 나타낸다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 구 오스테나이트의 평균 입경이 8.0㎛ 이하이면, 잔류 오스테나이트의 양은 체적％로, 15％ 이상으로 된다. 한편, 구 오스테나이트의 평균 입경이 8.0㎛를 초과하면, 잔류 오스테나이트의 양은 체적％로, 15％ 미만으로 감소하고 있다. 또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 잔류 오스테나이트의 양이 체적％로, 15％ 이상으로 되면, 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명은 양호하다. 그러나, 잔류 오스테나이트의 양이 체적％로, 15％ 미만이면 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명은 저하되어 있다.

다음으로, 보이드의 개수 밀도를 저하시키는 방법에 대해 검토를 행하였다. 본 실시 형태에 관한 베어링 부품의 금속 조직에 있어서, 원 상당 직경으로의 보이드의 크기는, 0.02㎛ 이상 3.0㎛ 이하이다. 원 상당 직경으로 보이드의 크기가 0.02㎛ 미만이면 SEM을 이용한 2000배의 관찰에서는 관측할 수 없다. 또한, 보이드의 크기가 3.0㎛를 초과하면, 가공 시에, 균열의 기점으로 되어, 본 실시 형태에 관한 베어링 부품을 제조할 수 없다. 그로 인해, 원 상당 직경으로 보이드의 크기는, 0.02㎛ 이상 3.0㎛ 이하로 한다.

보이드는, 통상 구상화 열처리 후의 신선 가공에 의해, 구상 시멘타이트와 모지 조직인 페라이트의 경계에 생성된다. 그리고, 보이드는, 켄칭 및 템퍼링 처리 후의 베어링 부품에도 잔존하고 있다. 또한, 보이드는, 이물 혼입 환경 하에서의 베어링 부품의 전동 피로 수명이나 충격 특성을 손상시킨다. 본 발명자들의 검토 결과, 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명을 개선하기 위해서는, 금속 조직에 있어서의 소정의 크기의 보이드의 개수 밀도를 2000개/㎟ 이하로 하는 것이 중요한 것을 알 수 있었다. 더욱 바람직하게는 1500개/㎟ 이하이다.

따라서, 본 발명자들은, 보이드의 발생 기구에 착안하여, 보이드의 발생의 억제를 예의 검토하였다. 그 결과, 구상화 열처리를 행한 강이나, 초석 시멘타이트의 면적률이 5％를 초과하는 펄라이트 강에 대해 신선 가공을 실시하면, 조대한 보이드가 대량으로 발생하는 것을 알 수 있었다. 한편, 신선 가공에 갖추어지는 펄라이트 강을, 초석 시멘타이트의 면적률을 5％ 이하로 억제한 펄라이트 강으로 함으로써, 신선 가공 시의 보이드의 생성이 억제되어, 베어링 부품에 생성된 보이드의 개수 밀도를, 2000개/㎟ 이하로 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.

따라서, 소재를 초석 시멘타이트의 면적률을 5％ 이하로 억제한 펄라이트 강으로 하고, 소재에 신선 가공을 실시한 후, 켄칭 처리를 함으로써, 베어링 부품의 구 오스테나이트의 평균 입경을 8.0㎛ 이하로 억제할 수 있다.

또한, 소정의 크기의 보이드의 개수 밀도는, 다음과 같이 구한다. 베어링 부품을 길이 방향 중심에 있어서, 길이 방향과 평행한 단면에서 절단한다. 절단한 L 단면을 경면 연마하여, 주사 전자 현미경(SEM)으로, L 단면의 중심부를 2000배로 관찰하여, 10시야의 사진을 촬영한다. 그리고, 각 시야에서 소정의 크기의 보이드의 개수를 측정하여, 그 개수를 시야 면적으로 제산함으로써 보이드의 개수 밀도가 구해진다. 또한, L 단면의 중심부라 함은, L 단면의 길이 방향에 있어서의 중심선을 중심으로 하여 6㎜의 폭 영역으로 하고, 관찰 시야는, 0.02㎟이다.

도 4에, 소정의 크기의 보이드의 개수 밀도와 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명의 관계를 나타낸다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 크기가 원 상당 직경으로 0.02㎛ 이상 3.0㎛ 이하인 보이드의 개수 밀도가 2000개/㎟ 이하이면, 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명은 양호하다. 그러나, 보이드의 개수 밀도가 2000/㎟를 초과하면, 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명은 저하된다.

여기서, 이물 혼입 환경이라 함은, 예를 들어 750Hv∼800Hv의 경도를 갖는, 입경 100㎛∼180㎛의 철분을, 윤활유 1L에 대해 1g 혼입시킨 환경이며, 이물 환경 하에서의 전동 피로 수명은, 레이디얼형 피로 시험기를 사용하여 시험을 행할 수 있다.

또한, 상기 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명은, 5.0×10⁶회 이상이 바람직하다. 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명이, 5.0×10⁶회 미만이면, 기계의 장수명화를 달성할 수 없는 경우가 있다.

다음으로, 본 실시 형태에 관한 베어링 부품의 금속 조직에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 베어링 부품의 금속 조직은, 잔류 오스테나이트, 구상 시멘타이트 및 마르텐사이트이다. 도 1에, 본 실시 형태에 관한 베어링 부품의 금속 조직의 SEM 사진을 나타낸다. 도 1의 SEM 사진은, 마르텐사이트(1)에, 구상 시멘타이트(2)가 석출됨과 함께, 보이드(3)가 생성된 조직이다. 잔류 오스테나이트는, SEM으로는 관찰할 수 없으므로, X선 회절법(XRD)을 이용하여, 마르텐사이트와의 회절 강도의 비에 의해 구해진다.

이하, 본 실시 형태에 관한 베어링 부품의 기본 원소의 화학 조성에 대해, 수치 한정 범위와 그 한정 이유에 대해 설명한다. 여기서, 기재하는 ％는, 질량％이다.

C: 0.95％∼1.10％

C(탄소)는, 강도를 높이는 원소이다. C 함유량이 0.95％ 미만에서는, 베어링 부품의 강도 및 전동 피로 수명을 향상시킬 수 없다. 한편, C 함유량이 1.10％를 초과하면, 탄화물이 조대화되고, 또한 잔류 오스테나이트의 양이 과다해져, 베어링 부품의 경도가 저하될 뿐만 아니라, 치수의 경년 변화(경년 열화)가 커진다. 그로 인해, C 함유량을 0.95％∼1.10％로 한다. 더욱 확실하게, 전동 피로 수명을 저하시키지 않기 위해, C 함유량은, 0.96％∼1.05％인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.97％∼1.03％이다.

Si: 0.10％∼0.70％

Si(규소)는, 탈산제로서 기능하는 원소이다. Si 함유량이 0.10％ 미만에서는, 이들 효과를 얻을 수 없다. 한편, Si 함유량이 0.70％를 초과하면, 강재 중에 SiO₂계 개재물이 발생하여, 베어링 부품의 전동 피로 수명이 저하된다. 그로 인해, Si 함유량을 0.10％∼0.70％로 한다. 더욱 확실하게, 전동 피로 수명을 저하시키지 않기 위해, Si 함유량은 0.12％∼0.56％인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.15％∼0.50％이다.

Mn: 0.20％∼1.20％

Mn(망간)은, 탈산제 및 탈황제로서 기능하는 원소이다. 또한, 강의 켄칭성이나 잔류 오스테나이트의 양을 확보하기 위해 유용한 원소이다. Mn 함유량이 0.20％ 미만에서는, 탈산이 불충분하게 되어 버려, 산화물이 생성되어, 베어링 부품의 전동 피로 수명이 저하된다. 한편, Mn 함유량이 1.20％를 초과하면, 열간 압연 후의 냉각 시에 마르텐사이트 등의 과냉 조직이 발생함으로써, 신선 가공 시에 보이드가 생성되는 원인이 된다. 또한, Mn 함유량이 1.20％를 초과하면, 잔류 오스테나이트의 양이 과다로 되어, 베어링 부품의 경도가 저하된다. 그로 인해, Mn 함유량을 0.20％∼1.20％로 한다. 더욱 확실하게 탈산하여, 전동 피로 수명을 저하시키지 않기 위해, Mn 함유량은 0.21％∼1.00％인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.25％∼0.80％이다.

Cr: 0.90％∼1.60％

Cr(크롬)은, 강재의 켄칭성을 향상시키는 원소이다. 게다가, 탄화물의 구상화를 촉진시키고, 또한 탄화물량도 증가시키는 매우 유효한 원소이다. Cr 함유량이 0.90％ 미만이면 고용되는 C량이 증가하여, 잔류 오스테나이트가 과잉으로 생성된다. 한편, Cr 함유량이 1.60％를 초과하면, 켄칭 시에 탄화물의 용입이 부족하여, 잔류 오스테나이트의 양의 저하나 베어링 부품의 경도의 저하를 초래한다. 그로 인해, Cr 함유량을 0.90％∼1.60％로 한다. 더욱 확실하게 베어링 부품의 전동 피로 수명을 향상시키기 위해, Cr 함유량은, 0.91％∼1.55％인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 1.10％∼1.50％이다. 가장 바람직하게는, 1.30％∼1.50％이다.

Al: 0.010％∼0.100％

Al(알루미늄)은 탈산 원소이다. Al 함유량이 0.010％ 미만이면, 탈산이 불충분해져, 산화물이 석출됨으로써, 베어링 부품의 전동 피로 수명이 저하된다. 한편, Al 함유량이 0.100％를 초과하면, AlO계 개재물이 발생하여, 베어링 부품용 압연 강재의 신선 가공성의 저하나 베어링 부품의 전동 피로 수명이 저하된다. 그로 인해, Al 함유량을 0.010％∼0.100％로 한다. 더욱 확실하게 전동 피로 수명을 저하시키지 않기 위해, Al 함유량은, 0.015％∼0.078％인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.018％∼0.050％이다.

N: 0.003％∼0.030％

N은, Al이나 B와 질화물을 형성하고, 이들 질화물이 피닝 입자로서 기능하여 결정립을 세립화한다. 그러므로, N(질소)은 결정립의 조대화를 억제하는 원소이다. N 함유량이 0.003％ 미만이면, 이 효과를 얻을 수 없다. 한편, N 함유량이 0.030％를 초과하면, 조대한 개재물이 생성되어, 전동 피로 수명이 저하된다. 그로 인해, N 함유량을 0.003％∼0.030％로 한다. 더욱 확실하게 전동 피로 수명을 저하시키지 않기 위해, N 함유량은, 0.005％∼0.029％가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.009％∼0.020％이다.

P: 0.025％ 이하

P(인)는 불가피적으로 함유되는 불순물이다. P 함유량이 0.025％를 초과하면, 오스테나이트 입계에 편석되어, 구 오스테나이트 입계를 취화시켜, 베어링 부품의 전동 피로 수명을 저하시킨다. 그로 인해, P 함유량을 0.025％ 이하로 제한한다. 더욱 확실하게 전동 피로 수명을 저하시키지 않기 위해, P 함유량을 0.020％ 이하, 또한 0.015％ 이하로 제한해도 된다. 또한, P 함유량은 적을수록 바람직하므로, 상기 제한 범위에 0％가 포함된다. 단, P 함유량을 0％로 하는 것은, 기술적으로 용이하지 않다. 그로 인해, 제강 비용의 관점에서, P 함유량의 하한값은 0.001％로 해도 된다. 통상의 조업 조건을 고려하면, P 함유량은, 0.004％∼0.012％가 바람직하다.

S: 0.025％ 이하

S(황)는, 불가피적으로 함유되는 불순물이다. S 함유량이 0.025％를 초과하면, 조대한 MnS가 형성되어, 베어링 부품의 전동 피로 수명을 저하시킨다. 그로 인해, S 함유량을 0.025％ 이하로 제한한다. 더욱 확실하게 전동 피로 수명을 저하시키지 않기 위해, S 함유량을 0.020％ 이하, 또한 0.015％ 이하로 제한해도 된다. S 함유량은 적을수록 바람직하므로, 상기 제한 범위에 0％가 포함된다. 단, S 함유량을 0％로 하는 것은, 기술적으로 용이하지 않다. 그로 인해, 제강 비용의 관점에서, S 함유량의 하한값은 0.001％로 해도 된다. 통상의 조업 조건을 고려하면, S 함유량은, 0.003％∼0.011％가 바람직하다.

O: 0.0010％ 이하

O(산소)는, 불가피적으로 함유되는 불순물이다. O 함유량이 0.0010％를 초과하면, 산화물계 개재물이 형성되어, 베어링 부품의 전동 피로 수명이 저하된다. 그로 인해, O 함유량을 0.0010％ 이하로 제한한다. O 함유량은 적을수록 바람직하므로, 상기 제한 범위에 0％가 포함된다. 단, O 함유량을 0％로 하는 것은, 기술적으로 용이하지 않다. 그로 인해, 제강 비용의 관점에서, O 함유량의 하한값은 0.0001％로 해도 된다. 통상의 조업 조건을 고려하면, O 함유량은, 0.0005％∼0.0010％가 바람직하다.

상기한 기본 성분 및 불순물 원소 외에, 본 실시 형태에 관한 베어링 부품에는, 선택적으로 Mo, B, Cu, Ni 및 Ca 중 적어도 1개 이상을 더 첨가해도 된다. 이 경우, 켄칭성을 향상시키기 위한 Mo, B, Cu 및 Ni 및 개재물을 미세화시키기 위한 Ca 중 1개 이상을 선택할 수 있다.

이하에, 이들 성분의 수치 한정 범위와 그 한정 이유에 대해 설명한다. 여기서, 기재하는 ％는, 질량％이다.

Mo: 0.25％ 이하

Mo는, 켄칭성을 향상시키는 원소이다. 또한, 켄칭을 실시한 강재의 입계 강도를 높여, 인성을 향상시키는 작용을 갖는다. 더욱 확실하게, 켄칭성과 인성을 확보하고자 하는 경우에는, Mo 함유량을 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Mo 함유량이 0.25％를 초과하면, 이들 효과는 포화된다. 그로 인해, Mo 함유량은, 0.01％∼0.25％가 바람직하다. 보다 바람직하게는, Mo 함유량은, 0.01％∼0.23％이다. 더욱 바람직하게는, 0.10％∼0.23％이다.

B: 0.0050％ 이하

B는, 미량으로 켄칭성을 향상시키는 원소이다. 또한, 켄칭 시의 구 오스테나이트 입계에 있어서의 P나 S의 편석을 억제하는 효과도 갖는다. 이러한 효과를 얻고자 하는 경우에는, B 함유량을 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, B 함유량이 0.0050％를 초과하면, 이들 효과는 포화된다. 그로 인해, B 함유량은, 0.0001％∼0.0050％가 바람직하다. 보다 바람직하게는, B 함유량은, 0.0003％∼0.0050％이다. 더욱 바람직하게는, 0.0005％∼0.0025％이고, 가장 바람직하게는, 0.0010％∼0.0025％이다.

Cu: 1.0％ 이하

Cu는, 켄칭성을 향상시키는 원소이다. 더욱 확실하게 켄칭성을 확보하고자 하는 경우에는, Cu 함유량을 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Cu 함유량이 1.0％를 초과하면, 이 효과가 포화되고, 또한 열간 가공성이 저하된다. 그로 인해, Cu 함유량은, 0.05％∼1.0％가 바람직하다. 보다 바람직하게는, Cu 함유량은, 0.10％∼0.50％이다. 더욱 바람직하게는, 0.19％∼0.31％이다.

Ni: 3.0％ 이하

Ni는, 켄칭성을 향상시키는 원소이다. 또한, 켄칭을 실시한 강재의 인성을 향상시키는 작용을 갖는다. 더욱 확실하게 켄칭성과 인성을 확보하고자 하는 경우에는, Ni 함유량을 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Ni 함유량이 3.0％를 초과하면, 이 효과는 포화된다. 그로 인해, Ni 함유량은, 0.05％∼3.0％가 바람직하다. 보다 바람직하게는, Ni 함유량은, 0.10％∼1.5％이다. 더욱 바람직하게는, 0.21％∼1.2％이다. 가장 바람직하게는, 0.21％∼1.0％이다.

Ca: 0.0015％ 이하

Ca는, 황화물 중에 고용되어 CaS를 형성하여, 황화물을 미세화시키는 원소이다. 황화물의 미세화에 의해, 전동 피로 수명을 더욱 향상시키고자 하는 경우에는, Ca 함유량을 0.0003％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Ca 함유량이 0.0015％를 초과하면, 이 효과가 포화한다. 또한, 산화물계 개재물이 조대화됨으로써, 전동 피로 수명의 저하를 초래한다. 그로 인해, Ca 함유량은, 0.0003％∼0.0015％가 바람직하다. 보다 바람직하게는, Ca 함유량은, 0.0003％∼0.0011％이다. 더욱 바람직하게는, 0.0005％∼0.0011％이다.

본 실시 형태에 관한 베어링 부품은 상기 성분을 함유하고, 화학 조성의 잔부는, 실질적으로 Fe 및 불가피한 불순물로 구성된다.

다음으로, 베어링 부품의 소재가 되는 강재(열간 압연 선재)에 대해 설명한다.

소재가 되는 강재(열간 압연 선재)는, 베어링 부품과 동일한 화학 조성을 갖는다. 그리고, 면적률로 90％ 이상의 펄라이트와, 면적률로 5％ 이하의 초석 시멘타이트를 포함하는 조직을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 펄라이트 블록의 평균 입경(원 상당 직경)은 15㎛ 이하이고, 초석 시멘타이트 두께는 1.0㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 소재가 되는 강재(열간 압연 선재)는, 조직으로서, 마르텐사이트를 갖지 않는 것이 바람직하다.

강재(열간 압연 선재)의 조직에, 마르텐사이트 등의 과냉 조직이 존재하면, 신선 가공 시에 균일하게 변형할 수 없어, 단선의 요인이 되는 경우가 있다. 그로 인해, 강재의 주된 조직은, 펄라이트가 바람직하다.

또한, 펄라이트 블록의 크기는 연성과 매우 강한 상관 관계가 있다. 즉, 펄라이트를 미세화함으로써, 신선 가공성이 향상된다. 그로 인해, 펄라이트 블록의 평균 입경(원 상당 직경)을 15㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 펄라이트 블록의 평균 입경이, 15㎛를 초과하면, 신선 가공성의 향상 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 펄라이트 블록의 평균 입경을 1㎛ 이하로 하는 것은, 공업적으로 어려운 경우가 있다. 그로 인해, 펄라이트 블록의 평균 입경은, 1㎛∼15㎛로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 1㎛∼10㎛이다.

또한, 펄라이트 블록의 평균 입경(원 상당 직경)은, 전자 후방 산란 회절 장치(EBSD)를 이용하여 측정할 수 있다.

초석 시멘타이트는, 소성 변형능이 작다. 그로 인해, 신선 가공에 의해 분단되어, 보이드를 형성하는 요인이 된다. 그러나, 초석 시멘타이트의 면적률이 낮고, 두께가 작으면, 신선 가공성은 저해되지 않는다. 따라서, 초석 시멘타이트의 면적률은 5％ 이하, 두께는 1.0㎛ 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 초석 시멘타이트의 면적률은 3％ 이하, 두께는 0.8㎛ 이하이다.

초석 시멘타이트의 면적률 및 두께는, SEM 관찰에 의해 측정할 수 있다.

다음으로, 본 실시 형태에 관한 베어링 부품의 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 관한 베어링 부품의 소재가 되는 강재(열간 압연 선재)는, 예를 들어 이하와 같이 하여 제조할 수 있다. 이하의 제조 방법에 의해, 베어링 부품의 소재가 되는 강재(열간 압연 선재)를, 초석 시멘타이트 면적률을 5％ 이하로 억제한 펄라이트 강으로 할 수 있다.

열간 압연에 제공하는 재료는, 통상의 제조 조건을 채용할 수 있다. 예를 들어, 통상의 방법으로 성분 조성을 조정한 강을 용제, 주조하여, 필요에 따라서 소킹 처리, 분괴 압연을 실시하여, 강편으로 한다. 다음으로, 얻어진 강편을 가열하여, 열간 압연을 실시한다. 그리고, 링 형상으로 권취한 후, 냉각한다.

이상의 공정을 거쳐, 본 실시 형태에 관한 베어링 부품의 소재가 되는 강재(열간 압연 선재)는, 제조할 수 있다.

주조 공정에 있어서, 주조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 진공 주조법이나 연속 주조법 등을 이용하면 된다.

또한, 필요에 따라서, 주조 공정 후의 주조편에 대해 실시하는, 소킹 처리(균열 확산 처리)는, 주조 등에서 발생하는 편석을 경감시키기 위한 열처리이다. 이들 공정을 거쳐 얻어진 강편은, 일반적으로 빌릿이라고 불린다.

또한, 소킹 처리의 가열 온도는 1100℃∼1200℃가 바람직하다. 또한, 유지 시간은 10시간∼20시간이 바람직하다.

다음으로, 열간 압연 전의 가열 공정으로서, 강편을 가열한다. 강편의 가열 온도는, 900℃∼1300℃로 하는 것이 바람직하다.

그 후, 열간 압연 공정으로서, 상기 강편에 대해 열간 압연을 행한다. 열간 압연 공정에 있어서, 마무리 압연 온도를 850℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

마무리 압연 온도를 850℃ 이하로 함으로써, 초석 시멘타이트를 분산하여 석출시킴으로써, 초석 시멘타이트 두께를 저하시킬 수 있다. 또한, 변태 시의 펄라이트의 핵 생성 사이트를 증가시켜, 펄라이트 블록을 미세화할 수 있다. 더욱 바람직한 마무리 압연 온도는, 800℃ 이하이다. 또한, 열간 압연 중의 강편의 온도는, 방사 온도계에 의해 측정할 수 있다.

베어링 부품의 소재가 되는, 열간 압연 공정을 거친 강재, 즉, 마무리 압연 후의 강재는, 일반적으로 열간 압연 선재라고 불린다.

열간 압연 공정 종료 후, 즉, 마무리 압연 후, 800℃ 이하에서 열간 압연 선재를, 링 형상으로 권취한다. 이 공정은, 일반적으로 권취 공정이라고 불린다.

권취 공정에 있어서, 권취 온도가 높으면, 오스테나이트가 입성장하여, 펄라이트 블록이 조대해지는 경우가 있다. 그로 인해, 권취 온도는, 800℃ 이하가 바람직하다. 더욱 바람직한 권취 온도는, 770℃ 이하이다.

또한, 열간 압연 공정 종료 후에, 필요에 따라서 냉각을 행하는 권취 전 냉각 공정을 가져도 된다.

권취 공정 후, 열간 압연 선재를 600℃까지 냉각한다. 이 공정은, 일반적으로 냉각 공정이라고 불린다.

600℃까지의 냉각 속도는, 0.5℃/s∼3.0℃/s로 하는 것이 바람직하다.

압연 선재를 권취 후, 600℃까지 냉각하면, 펄라이트로의 변태가 완료된다. 권취 후의 냉각 속도는, 오스테나이트로부터 펄라이트로의 변태에 영향을 미치는 경우가 있다. 그로 인해, 마르텐사이트나 베이나이트 등의 과냉 조직의 석출을 억제하기 위해, 권취 후의 냉각 속도는 3.0℃/s 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 2.3℃/s 이하이다. 한편, 권취 후의 냉각 속도는, 초석 시멘타이트의 석출에도 영향을 미치는 경우가 있다. 그로 인해, 초석 시멘타이트가 과잉의 석출이나 조대화를 억제하기 위해, 권취 후의 냉각 속도는 0.5℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.8℃/s 이상이다.

통상의 베어링 부품의 제조 방법은, 신선 가공 전에, 구상화 열처리 공정을 갖지만, 본 실시 형태에 관한 베어링 부품은, 소재가 되는 강재에 대해 신선 가공, 켄칭 처리, 템퍼링 처리를 실시하여 얻을 수 있다.

구체적으로는, 소재가 되는 강재에 구상화 열처리를 실시하지 않고, 총 감면율 50％ 이상의 신선 가공을 실시한다. 그 후, 켄칭 처리, 템퍼링 처리를 행한다.

소재가 되는 강재에 대해 총 감면율 50％ 이상의 신선 가공을 행하면, 도입된 스트레인에 의해, 켄칭 시에, 시멘타이트의 고용 및 구상화가 촉진된다. 따라서, 잔류 오스테나이트의 양을 확보할 수 있어, 구 오스테나이트의 평균 입경을 미세화할 수 있다.

총 감면율이 50％ 미만이면 소정량의 잔류 오스테나이트를 확보할 수 없고, 또한 시멘타이트의 구상화가 불충분해져, 구 오스테나이트의 평균 입경을 미세화할 수 없는 경우가 있다. 한편, 총 감면율이 97％를 초과하면, 신선 가공 시에 단선이 발생할 우려가 있다. 그로 인해, 총 감면율은, 50％∼97％로 하는 것이 바람직하다.

신선 가공 후의 켄칭 처리에 있어서의, 켄칭의 가열 온도는, 시멘타이트를 분해하고, C를 오스테나이트에 고용시키기 위해, 820℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 켄칭의 가열 온도가 820℃ 미만이면, 오스테나이트에 고용되는 C량이 적어, 경도나 피로 수명이 저하되는 경우가 있다. 한편, 켄칭의 가열 온도가 890℃를 초과하면, 구 오스테나이트의 평균 입경이 조대화될 우려가 있다. 그로 인해, 켄칭의 가열 온도는, 820℃∼890℃로 하는 것이 바람직하다.

템퍼링 처리에 있어서의, 템퍼링 온도는, 인성의 확보나 경도 조정을 위해, 150℃ 이상에서 행하는 것이 바람직하다. 템퍼링 온도가 150℃ 미만이면, 베어링 부품의 인성을 확보할 수 없는 경우가 있다. 한편, 템퍼링 온도가 250℃를 초과하면, 베어링 제품의 경도가 저하되어, 전동 피로 수명이 저하될 우려가 있다. 그로 인해, 템퍼링 온도는 150℃∼250℃로 하는 것이 바람직하다.

실시예

이하, 본 발명의 베어링 부품의 실시예를 들어, 본 실시 형태에 관한 베어링 부품의 효과를 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 실시예에 있어서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이며, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명은 다양한 조건을 채용할 수 있고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 특징에 포함되는 것이다.

표 1 및 표 2에 나타내는 성분을 갖는 선재 및 봉재에 대해 열처리나 열간 단조를 실시함으로써, 표 3 및 표 4에 기재된 조직을 갖는 소재로 하였다. 다음으로, 그 소재를 사용하여, 냉간에서, 직경이 φ12.5㎜로 될 때까지, 신선 가공을 행하였다. 다음으로, 신선 가공에서 얻어진 소재를, 25m 길이로 절단하여, 켄칭 처리 및 템퍼링 처리를 실시하였다.

그리고, 얻어진 소재를 φ12㎜×22㎜로 성형하고, 마무리 가공을 실시하여, 베어링 부품을 제조하였다.

또한, 켄칭 처리는, 가열 온도 800℃∼900℃에서 30분간 유지한 후, 50℃에서 유냉하여 행하였다.

그 후, 템퍼링 온도 170℃에서 30분간 템퍼링을 행하였다.

베어링 부품의 조직 평가는, 다음의 방법으로 행하였다.

먼저, SEM 및 X선 회절법을 이용하여, 구 오스테나이트의 평균 입경(㎛), 잔류 오스테나이트의 양(체적％), 소정의 크기의 보이드의 개수 밀도(개/㎟)를 측정하였다.

베어링 부품의 경도는, 길이 방향 중심에 있어서, 길이 방향에 수직인 C 단면에서 절단하여, 중앙 C 단면을 연마에 의해 현출시킨 후, 중앙 C 단면에 있어서, 중심으로부터 반경 6㎜로 하는 중심부를 비커스 경도계로 3점 측정한 평균값으로 평가하였다.

또한, 비커스 경도는, 750Hv 이상을 양호하다고 평가하였다.

베어링 부품의 전동 피로 수명은, 다음의 이물 혼입 환경 하에서 측정하였다. 레이디얼형 피로 시험기를 사용하여, 750Hv∼800Hv의 경도를 갖는 입경 100㎛∼180㎛의 철분을, 윤활유 1L에 대해 1g 혼입시킨 이물 혼입 환경 하에서 전동 피로 수명을 측정하였다.

그리고, 측정한 전동 피로 수명을, 와이불 통계 처리에 의해, 누적 파손 확률 10％로 구하여, 그 값으로 평가하였다.

표 3 및 표 4에, 소재의 조직, 제조 방법, 베어링 부품의 조직, 경도 및 전동 피로 수명의 제조 결과 및 평가 결과를 나타낸다. 표 1∼표 4에 있어서, 본 발명 범위로부터 벗어나는 수치에는, 밑줄을 부여하고 있다. 또한, 표 3 및 표 4에 있어서, P는 펄라이트, θ는 시멘타이트, M은 마르텐사이트, α는 페라이트, γ는 오스테나이트를 의미한다.

A1∼A17은 본 발명예이다. 또한, 본 발명예는, 표에 있어서, 실시예로서 기재되어 있다. A1∼A17은, 화학 조성이, 본 발명의 적정 범위 내였다. 또한, 구 오스테나이트의 평균 입경, 잔류 오스테나이트의 양 및 소정의 크기의 보이드의 개수 밀도도, 본 발명의 조건을 충족시키고 있고, 이물 혼입 환경 하에서 5.0×10⁶회 이상의 우수한 전동 피로 수명을 갖고 있었다. 또한, A1∼17은, 소재의 조직에 있어서, 초석 시멘타이트 면적률이 모두 5％ 이하였다. 또한, A1∼A17에 있어서, 베어링 부품의 조직은, 모두 잔류 오스테나이트, 구상 시멘타이트 및 마르텐사이트였다.

한편, A18∼A35, B1, B2는 비교예이다. A18∼A35, B1, B2는, 본 발명에서 규정하는 화학 조성 및 베어링 부품의 조직 중 어느 하나, 또는 양쪽을 만족시키고 있지 않으므로, 본 발명예와 비교하여, 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명이 떨어져 있었다.

A18∼A30은, 화학 조성이 본 발명예의 범위 밖이었다. A18은 C 함유량이 적으므로, 잔류 오스테나이트의 양이 부족하여, 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 특성이 저하되어 있었다. A22는 Mn 함유량이 적으므로, 잔류 오스테나이트의 양이 부족하여, 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명이 저하되어 있었다. A25는 Cr 함유량이 과잉이므로, 탄화물을 발생하여, 잔류 오스테나이트의 양이 부족하였다. 그로 인해, 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 특성이 저하되었다. A19는 C 함유량이 과잉이므로, 조대한 탄화물의 생성에 기인하여, 전동 피로 수명이 저하되어 있었다. A26은 S 함유량이 과잉이므로, 황화물의 생성에 기인하여, 전동 피로 수명이 저하되어 있었다. A30은 N 함유량이 과잉이므로, 질화물의 생성에 기인하여, 전동 피로 수명이 저하되어 있었다. A20은 Si 함유량이 과잉이므로, 개재물의 생성에 기인하여 전동 피로 수명이 저하되어 있었다. A24는 Al 함유량이 과잉이므로, 개재물의 생성에 기인하여 전동 피로 수명이 저하되어 있었다. A28은 O 함유량이 과잉이므로, 개재물의 생성에 기인하여 전동 피로 수명이 저하되어 있었다.

A21은 Mn 함유량이 많아, 소재에 마르텐사이트가 생성되어 있었다. 그로 인해, 신선 가공성의 저하에 의해, 구 오스테나이트의 평균 입경의 조대화나 보이드의 개수 밀도가 증가해 버려, 전동 피로 수명이 저하되어 있었다. 또한, A21은, Mn 함유량이 많으므로, Ms점이 저하되어, 잔류 오스테나이트의 양이 과잉으로 되고, 결과적으로, 경도가 저하되어 있었다. A23은 Cr 함유량이 적으므로, 잔류 오스테나이트의 양이 과잉으로 되어, 경도가 저하되어 있었다. A27은 P 함유량이 과잉이며 입계가 취화되어, 전동 피로 수명이 저하되어 있었다. A29는 N 함유량이 부족하여, 구 오스테나이트의 평균 입경이 조대하게 되어 있었다. 따라서, 잔류 오스테나이트의 양이 부족하여, 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명이 저하되어 있었다.

A31∼A35는, 성분은 본 발명의 범위 내이지만, 베어링 부품의 조직이 본 발명의 범위 밖으로 되었으므로, 전동 피로 수명이 저하되어 있었다. A31 및 A32는, 신선 가공의 총 감면율이 낮으므로, 구 오스테나이트의 평균 입경이 조대하게 되어 있었다. 그로 인해, 잔류 오스테나이트의 양이 부족하여, 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명이 저하되어 있었다. A33은, 켄칭의 가열 온도가 낮으므로, 잔류 오스테나이트의 양이 부족하여, 전동 피로 수명이 저하되어 있었다. A34는, 켄칭의 가열 온도가 높기 때문에, 시멘타이트가 과잉으로 고용되어 있었다. 그로 인해, 고용된 C 함유량이 증가함으로써, 잔류 오스테나이트의 양이 과잉으로 되어, 경도가 저하되어 있었다.

A35는 소재의 제조 방법에 있어서, 권취 후의 냉각 속도가 빠르기 때문에, 소재에 마르텐사이트가 발생하고 있었다. 그로 인해, 소정의 크기의 보이드의 개수 밀도가 증가하여, 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명이 저하되어 있었다. B1 및 B2는, 구상화 열처리를 실시한 예이며, 구상화 시멘타이트에 기인하여 소정의 크기의 보이드의 개수 밀도가 증가하고, 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명이 저하되어 있었다.

본 발명의 상기 양태에 따르면, 우수한 신선 가공성을 확보하기 위해, Mn의 함유량을 억제하여, 구상화 열처리를 행하는 일 없이, 베어링 부품을 얻을 수 있다. 그 결과, 이물 혼입 환경 하에서도, 전동 피로 수명이 우수한 베어링 부품을 얻을 수 있으므로, 산업상 이용 가능성이 높다.

1 : 마르텐사이트
2 : 구상 시멘타이트
3 : 보이드

Claims

화학 성분이, 질량％로,
C: 0.95％∼1.10％,
Si: 0.10％∼0.70％,
Mn: 0.20％∼1.20％,
Cr: 0.90％∼1.60％,
Al: 0.010％∼0.100％,
N: 0.003％∼0.030％
를 함유하고,
P: 0.025％ 이하,
S: 0.025％ 이하,
O: 0.0010％ 이하
로 제한하고,
임의로,
Mo: 0.25％ 이하,
B: 0.0050％ 이하,
Cu: 1.0％ 이하,
Ni: 3.0％ 이하,
Ca: 0.0015％ 이하
를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고,
금속 조직이, 잔류 오스테나이트, 구상 시멘타이트 및 마르텐사이트이고, 상기 잔류 오스테나이트의 양이, 체적％로, 15％∼25％이고, 또한 구 오스테나이트의 평균 입경이 8.0㎛ 이하이고,
상기 금속 조직에 있어서, 보이드의 크기가 원 상당 직경으로 0.02㎛ 이상 3.0㎛ 이하이며, 또한, 상기 보이드의 개수 밀도가 2000개/㎟ 이하인 것을 특징으로 하는, 베어링 부품.
제1항에 있어서,
상기 화학 성분이, 질량％로,
Mo: 0.01％∼0.25％,
B: 0.0001％∼0.0050％,
Cu: 0.1％∼1.0％,
Ni: 0.05％∼3.0％,
Ca: 0.0003％∼0.0015％
중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 베어링 부품.
제1항 또는 제2항에 있어서,
비커스 경도가 750Hv 이상이고, 750Hv∼800Hv의 경도를 갖는 입경이 100㎛∼180㎛인 철분을, 윤활유 1L에 대해 1g 혼입한 환경 하인 이물 혼입 환경 하에서의 전동 피로 수명이 5.0×10⁶회 이상인 것을 특징으로 하는, 베어링 부품.