KR102421642B1 - Wire rod for bearing and methods for manufacturing thereof - Google Patents

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KR102421642B1
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Abstract

본 발명은 구상화 열처리 시간을 단축할 수 있는 베어링용 선재 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링용 선재는 중량%로, C: 0.8 내지 1.2%, Si: 0.01 내지 0.6%, Mn: 0.1 내지 0.6%, Cr: 1.0 내지 2.0%, Al: 0.01 내지 0.06%, N: 0.02% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직의 구오스테나이트 결정립 크기는 3 내지 10 ㎛이고, 방위차 각도(Misorientation angle)가 15°이상인 고경각 입계 길이의 합이 단위면적당 1,000 내지 4,000mm/mm2이다. The present invention provides a wire rod for a bearing capable of shortening the spheroidizing heat treatment time and a manufacturing method thereof. The wire rod for bearing according to an embodiment of the present invention is, by weight, C: 0.8 to 1.2%, Si: 0.01 to 0.6%, Mn: 0.1 to 0.6%, Cr: 1.0 to 2.0%, Al: 0.01 to 0.06% , N: 0.02% or less (excluding 0), containing the remaining Fe and unavoidable impurities, the prior austenite grain size of the microstructure is 3 to 10 μm, and the high-hardness grain boundary having a misorientation angle of 15° or more The sum of the lengths is 1,000 to 4,000 mm/mm 2 per unit area.

Description

베어링용 선재 및 이의 제조방법{WIRE ROD FOR BEARING AND METHODS FOR MANUFACTURING THEREOF}Wire rod for bearing and manufacturing method thereof

본 발명은 베어링용 선재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 후속하는 연질화 열처리의 단축 및 생략이 가능하여 자동차, 건설용 부품 등에 적용 가능한 베어링용 선재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bearing wire rod and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a bearing wire rod and a method for manufacturing the same applicable to automobiles, construction parts, etc. by shortening and omitting subsequent softening heat treatment.

선재의 탄소 함유량이 높아질수록, 소재의 강도가 급격히 증가하기 때문에, 직접적인 성형 및 가공이 어렵고, 냉각시 구오스테나이트 결정립계를 따라 석출되는 초석 시멘타이트로 인해 소재의 연성 또는 인성이 급격히 저하된다. As the carbon content of the wire rod increases, the strength of the material rapidly increases, making direct forming and processing difficult, and the ductility or toughness of the material rapidly decreases due to proeutectoid cementite precipitated along the prior austenite grain boundary during cooling.

선재의 연질화를 위하여 일반적으로 구상화 열처리를 행한다. 구상화 열처리는 냉간 성형시 냉간 가공성을 향상 시키기 위하여 시멘타이트를 구형화하고 균질한 입자 분포를 유도한다. 또한, 가공 다이스의 수명을 향상시키기 위하여 가공되는 소재의 경도를 낮출 수 있다. In order to soften the wire rod, generally spheroidizing heat treatment is performed. Spheroidizing heat treatment spheroidizes cementite and induces homogeneous particle distribution in order to improve cold workability during cold forming. In addition, in order to improve the lifetime of the machining die, the hardness of the material to be machined may be lowered.

한편, 냉간 압조용 선재(CHQ)는 구상화 가속을 위해 먼저 신선가공을 채택하지만, 탄소 함유량이 상대적으로 높은 베어링용 선재는 신선가공을 먼저 도입하는 경우, 내부결함에 의한 단선이 발생하는 문제가 있다. On the other hand, cold-rolling wire (CHQ) adopts wire-drawing first to accelerate spheroidization, but wire for bearings with relatively high carbon content has a problem in that when wire-drawing is first introduced, disconnection due to internal defects occurs. .

통상적으로 베어링강용 선재를 강선으로 제조하기 위해서는 1회 이상의 연질화 열처리를 거치게 된다. 이후 냉간 단조성을 향상시키기 위해 신선 및 열처리 공정을 추가로 거치게 되며, 냉간 단조성은 연질화 열처리 후 인장강도 및 구상화율에 의해 확보된다. In general, in order to manufacture a wire rod for bearing steel into a steel wire, it is subjected to one or more softening heat treatments. Afterwards, in order to improve cold forgeability, wire drawing and heat treatment processes are additionally performed, and cold forgeability is secured by tensile strength and spheroidization rate after soft nitriding heat treatment.

그러나, 베어링용 선재의 연질화를 위해서는 700 내지 800℃의 고온에서 30시간 이상의 장시간이 소요되어, 많은 열처리 비용 및 생산시간이 들어가므로 제품의 제조원가를 상승시키는 원인이 된다. 이에, 추가 연질화 열처리 공정을 단축 또는 생략할 수 있는 베어링용 선재 및 이의 제조방법에 대한 개발이 요구된다.However, in order to soften the bearing wire rod, it takes a long time of 30 hours or more at a high temperature of 700 to 800° C. Accordingly, development of a bearing wire rod capable of shortening or omitting an additional softening heat treatment process and a method for manufacturing the same is required.

본 발명은 자동차, 건설용 부품 등의 냉간 가공시 필요한 연질화 열처리를 단축하거나 생략할 수 있는 베어링용 선재 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide a wire rod for a bearing capable of shortening or omitting soft nitriding heat treatment required for cold working of automobiles and construction parts, and a method for manufacturing the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 베어링용 선재는 중량%로, C: 0.8 내지 1.2%, Si: 0.01 내지 0.6%, Mn: 0.1 내지 0.6%, Cr: 1.0 내지 2.0%, Al: 0.01 내지 0.06%, N: 0.02% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직의 구오스테나이트 결정립 크기는 3 내지 10 ㎛이고, 방위차 각도(Misorientation angle)가 15°이상인 고경각 입계 길이의 합이 단위면적당 1,000 내지 4,000mm/mm2이다. The wire rod for bearing according to an embodiment of the present invention is, by weight, C: 0.8 to 1.2%, Si: 0.01 to 0.6%, Mn: 0.1 to 0.6%, Cr: 1.0 to 2.0%, Al: 0.01 to 0.06% , N: 0.02% or less (excluding 0), containing the remaining Fe and unavoidable impurities, the prior austenite grain size of the microstructure is 3 to 10 μm, and the high-hardness grain boundary having a misorientation angle of 15° or more The sum of the lengths is 1,000 to 4,000 mm/mm 2 per unit area.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 방위차 각도가 15°이하인 저경각 입계 길이의 합이 단위면적당 250 내지 800mm/mm2이고, 상기 저경각 입계 중 방위차 각도가 5°이하인 입계의 비율은 40 내지 80%일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the sum of the lengths of low-inclination grain boundaries having an azimuth angle of 15° or less is 250 to 800 mm/mm 2 per unit area, and the ratio of grain boundaries having an azimuth angle of 5° or less among the low-inclination grain boundaries. may be 40 to 80%.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세조직은 입계에는 망상형 초석 시멘타이트로, 입내에는 펄라이트로 구성될 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the microstructure may be composed of reticulated proeutectoid cementite at the grain boundary and pearlite within the grain.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 펄라이트 내 층상간격은 0.05 내지 0.2㎛일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the layer spacing in the pearlite may be 0.05 to 0.2㎛.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인장강도는 1,200MPa 이상, 단면적 감소율(RA)은 20% 이상일 수 있다. Further, according to an embodiment of the present invention, the tensile strength may be 1,200 MPa or more, and the cross-sectional area reduction ratio (RA) may be 20% or more.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 1회 연질화 열처리 후, 시멘타이트의 평균 종횡비가 2.5 이하일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, after one-time softening heat treatment, the average aspect ratio of cementite may be 2.5 or less.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 1회 연질화 열처리 후, 인장강도가 750MPa 이하일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, after one-time softening heat treatment, the tensile strength may be 750 MPa or less.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 베어링용 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.8 내지 1.2%, Si: 0.01 내지 0.6%, Mn: 0.1 내지 0.6%, Cr: 1.0 내지 2.0%, Al: 0.01 내지 0.06%, N: 0.02% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 950 내지 1,050℃의 온도범위에서 가열하는 단계; Ae1 내지 Acm℃의 온도범위에서, 하기 식(1)로 표현되는 임계 변형량 이상의 변형량으로 마무리 열간압연하여 선재를 제조하는 단계; 및 상기 선재를 3℃/sec 이상의 속도로 500 내지 600℃ 온도범위까지 냉각한 후, 1℃/sec 이하의 속도로 냉각하는 단계;를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the method of manufacturing a bearing wire rod according to weight %, C: 0.8 to 1.2%, Si: 0.01 to 0.6%, Mn: 0.1 to 0.6%, Cr: 1.0 to 2.0%, Al: 0.01 to 0.06%, N: 0.02% or less (excluding 0), heating the billet containing the remaining Fe and unavoidable impurities in a temperature range of 950 to 1,050 ℃; manufacturing a wire rod by finish hot rolling in a temperature range of Ae1 to Acm°C with a deformation amount greater than or equal to the critical deformation amount expressed by the following formula (1); and cooling the wire rod to a temperature range of 500 to 600° C. at a rate of 3° C./sec or more, and then cooling the wire rod at a rate of 1° C./sec or less.

식(1): -1.6Ceq2 + 3.11Ceq - 0.48 Equation (1): -1.6Ceq 2 + 3.11Ceq - 0.48

여기서, Ceq = C + Mn/6 + Cr/5이고, C, Mn, Cr은 각 원소의 중량%를 의미한다.Here, Ceq = C + Mn/6 + Cr/5, and C, Mn, and Cr mean weight % of each element.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 선재는 하기 식(2)를 만족할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the wire rod may satisfy the following equation (2).

식(2): Tpf - Tf ≤ 50℃Equation (2): Tpf - Tf ≤ 50°C

여기서, Tpf 는 마무리 열간압연 전 선재의 평균 표면온도이고, Tf 는 마무리 열간압연 후 선재의 평균 표면온도이다.Here, Tpf is the average surface temperature of the wire rod before finishing hot rolling, and Tf is the average surface temperature of the wire rod after finishing hot rolling.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가열시간은 90분 이하일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the heating time may be 90 minutes or less.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마무리 열간압연 전 오스테나이트 결정립 평균 크기(AGS)는 5 내지 20㎛일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the austenite grain average size (AGS) before the finish hot rolling may be 5 to 20㎛.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각 후, 상기 선재를 Ae1 내지 Ae1+40℃로 가열하고 5 내지 8시간 유지하는 연질화 열처리 단계;를 더 포함할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, after cooling, a softening heat treatment step of heating the wire rod to Ae1 to Ae1+40° C. and maintaining it for 5 to 8 hours; may further include.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연질화 열처리 후, 20℃/hr 이하의 속도로 660℃까지 냉각하는 단계;를 더 포함할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, after the softening heat treatment, cooling to 660°C at a rate of 20°C/hr or less; may further include.

본 발명의 실시예에 따른 베어링용 선재 및 이의 제조방법은 연질화 열처리 시간을 단축하거나 생략할 수 있어, 제조 공정상의 비용 절감이 가능하다.The wire rod for bearing and the method for manufacturing the same according to the embodiment of the present invention can shorten or omit the softening heat treatment time, thereby reducing the cost in the manufacturing process.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 선재를 마무리 열간압연 전, 광학현미경(Optical Microscope, OM)으로 촬영한 미세조직 사진이다.
도 3과 도 4는 각각 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 선재를 마무리 열간압연 및 냉각 후, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 촬영한 미세조직 사진이다.
도 5와 도 6은 각각 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 선재를 마무리 열간압연 및 냉각 후, SEM-EBSD를 통해 결정립계 특성을 관찰한 사진이다.
도 7과 도 8은 각각 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 선재를 구상화 열처리 후, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 촬영한 미세조직 사진이다.
1 and 2 are microstructure photographs taken with an optical microscope (OM) before finishing hot rolling of the wire rods of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, respectively.
3 and 4 are microstructure photographs taken with a scanning electron microscope (SEM) after finishing hot rolling and cooling of the wire rods of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, respectively.
5 and 6 are photographs of observing grain boundary characteristics through SEM-EBSD after finish hot rolling and cooling of the wire rods of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, respectively.
7 and 8 are microstructure photographs taken with a scanning electron microscope (SEM) after spheroidizing the wire rods of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, respectively.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following examples are presented in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. The present invention is not limited to the embodiments presented herein, and may be embodied in other forms. The drawings may omit the illustration of parts irrelevant to the description in order to clarify the present invention, and may slightly exaggerate the size of the components to help understanding.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

베어링용 선재는 가공성을 확보하기 위해 구상화 열처리를 거치는 경우가 있다. 구상화 열처리는 추가적인 공정으로, 많은 열처리 비용과 시간이 소요되기 때문에 제조 원가를 상승시키는 원인이 된다.Bearing wire rods are sometimes subjected to spheroidizing heat treatment to secure workability. The spheroidizing heat treatment is an additional process, and since it takes a lot of heat treatment cost and time, it causes an increase in manufacturing cost.

본 발명자들은 베어링용 선재를 제조함에 있어서, 구상화 연화 열처리를 단축 또는 생략할 수 있는 방안에 대하여 깊이 연구하였다. 그 결과, 합금조성 및 제조조건을 최적화하여 결정립계의 특징을 도출함으로써 연질화 열처리 시간을 단축 또는 생략할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The present inventors have studied in depth a method for shortening or omitting the spheroidization softening heat treatment in manufacturing the wire rod for a bearing. As a result, it was confirmed that the softening heat treatment time can be shortened or omitted by deriving the characteristics of grain boundaries by optimizing the alloy composition and manufacturing conditions, and the present invention was completed.

본 발명의 일 측면에 따른 베어링용 선재는 중량%로, C: 0.8 내지 1.2%, Si: 0.01 내지 0.6%, Mn: 0.1 내지 0.6%, Cr: 1.0 내지 2.0%, Al: 0.01 내지 0.06%, N: 0.02% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. The wire rod for bearing according to an aspect of the present invention is, by weight, C: 0.8 to 1.2%, Si: 0.01 to 0.6%, Mn: 0.1 to 0.6%, Cr: 1.0 to 2.0%, Al: 0.01 to 0.06%, N: 0.02% or less (excluding 0), including remaining Fe and unavoidable impurities.

이하, 본 발명에 따른 베어링용 선재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 하기 성분에 대한 %는 중량%를 의미한다.Hereinafter, the role and content of each component included in the wire rod for bearing according to the present invention will be described as follows. % for the following components means % by weight.

C의 함량은 0.8 내지 1.2%이다. The content of C is 0.8 to 1.2%.

C(탄소)는 제품의 강도를 확보하기 위해서 첨가되는 원소이다. C의 함량이 0.8% 미만일 경우에는 모재의 강도 저하로 인해 연질화 열처리 및 단조 가공공정 후 진행되는 소입, 소려 열처리 후 충분한 강도를 확보하기 어렵다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, M7C3 등과 같은 새로운 석출물이 형성되어, 블룸 또는 빌렛 등의 주편 응고시 중심편석이 발생하는 문제가 있으므로, 그 상한을 1.2%로 한정할 수 있다. 바람직하게, C의 함량은 0.8 내지 1.1%이다. C (carbon) is an element added to secure product strength. When the content of C is less than 0.8%, it is difficult to secure sufficient strength after the quenching and tempering heat treatment that is performed after the softening heat treatment and forging process due to the decrease in strength of the base material. However, when the content is excessive, new precipitates such as M 7 C 3 are formed, and there is a problem that central segregation occurs during solidification of cast slabs such as blooms or billets, so the upper limit may be limited to 1.2%. Preferably, the content of C is 0.8 to 1.1%.

Si의 함량은 0.01 내지 0.6%이다. The content of Si is 0.01 to 0.6%.

Si(실리콘)는 대표적인 치환형 원소로서 고용 강화를 통한 강도 확보에 유리한 원소이다. Si의 함량이 0.01% 미만일 경우에는 선재의 강도 및 충분한 소입성을 확보하기 어렵다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 연질화 열처리 후 단조 시 강도가 상승하여 냉간 단조성을 확보하기 어려운 문제가 있어, 그 상한을 0.6%로 한정할 수 있다. Si (silicon) is a representative substitution-type element and is advantageous in securing strength through solid solution strengthening. When the Si content is less than 0.01%, it is difficult to secure the strength and sufficient hardenability of the wire rod. However, when the content is excessive, there is a problem in that it is difficult to secure cold forgeability due to an increase in strength during forging after soft nitriding heat treatment, and the upper limit thereof may be limited to 0.6%.

Mn의 함량은 0.1 내지 0.6%이다.The content of Mn is 0.1 to 0.6%.

Mn(망간)은. 기지조직내에 치환형 고용체를 형성하여 고용 강화하는 원소로 연성의 저하 없이도 목표하고자 하는 강도를 확보하기 위해 첨가하는 오스테나이트 형성 원소이다. Mn의 함량이 0.1% 미만일 경우에는 선재의 고용강화에 의한 강도 및 인성을 확보하기 어렵다. 다만, 오스테나이트 형성원소인 Mn의 함량이 과다할 경우, 연질화 열처리 후 단조시 냉간 Acm 변태점이 낮아지고, 중심 편석이 발생하여 선재 조직이 불균일해지는 문제가 있어, 그 상한을 0.6%로 한정할 수 있다.Mn (manganese). It is an element that strengthens solid solution by forming a substitutional solid solution in the matrix structure. It is an austenite forming element added to secure the desired strength without reducing ductility. When the Mn content is less than 0.1%, it is difficult to secure strength and toughness by solid solution strengthening of the wire rod. However, if the content of Mn, which is an austenite forming element, is excessive, the cold Acm transformation point is lowered during forging after soft nitriding heat treatment, and there is a problem that the wire rod structure becomes non-uniform due to center segregation. can

Cr의 함량은 1.0 내지 2.0%이다.The content of Cr is 1.0 to 2.0%.

Cr (크롬)은 Mn과 마찬가지로 선재의 소입성을 향상시켜 마르텐사이트 조직을 확보하는데 유리한 원소이다. Cr의 함량이 1.0% 미만일 경우에는 연질화 열처리 및 단조 가공공정 후 진행되는 소입(Quenching), 소려(Tempering) 열처리 시 마르텐사이트 미세조직을 얻기 어렵다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 중심편석이 발생하여 선재 내 저온조직이 다량 형성되는 문제가 있어, 그 상한을 2.0%로 한정할 수 있다. Cr (chromium), like Mn, is an element advantageous for securing a martensitic structure by improving the hardenability of the wire rod. When the content of Cr is less than 1.0%, it is difficult to obtain a martensitic microstructure during quenching and tempering heat treatment performed after soft nitriding heat treatment and forging process. However, when the content is excessive, there is a problem in that a large amount of low-temperature structure is formed in the wire rod due to central segregation, and the upper limit thereof may be limited to 2.0%.

Al의 함량은 0.01 내지 0.06%이다.The content of Al is 0.01 to 0.06%.

알루미늄(Al)은 탈산 효과뿐만 아니라, Al계 탄질화물을 석출시켜 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하고, 초석 페라이트 분율을 평형상에 가깝게 확보하기 위해 0.01% 이상 첨가한다. 다만, 그 함량이 과도할 경우, Al2O3 등의 경질 개재물의 발생이 증가하고, 특히 연주시 개재물에 의한 노즐 막힘이 발생하는 문제가 있어, 그 상한을 0.06%로 한정할 수 있다.Aluminum (Al) is added in an amount of 0.01% or more to suppress the growth of austenite grains by precipitating Al-based carbonitride as well as deoxidation effect, and to secure the proeutectoid ferrite fraction close to the equilibrium phase. However, when the content is excessive, the occurrence of hard inclusions such as Al2O3 increases, and in particular, there is a problem that nozzle clogging occurs due to inclusions during playing, so the upper limit may be limited to 0.06%.

N의 함량은 0.02% 이하(0은 제외)이다.The content of N is 0.02% or less (excluding 0).

질소(N)는 고용 강화 효과가 있으나, 그 함량이 과다하면 질화물로 결합하지 않은 고용 질소로 인해 소재의 인성 및 연성이 열위해지는 문제가 있어, 본 발명에서 불순물로 관리하며, 그 상한을 0.02%로 한정할 수 있다.Nitrogen (N) has a solid solution strengthening effect, but if its content is excessive, there is a problem in that the toughness and ductility of the material are inferior due to the solid solution nitrogen not combined with nitride, and it is managed as an impurity in the present invention, and the upper limit is 0.02% can be limited to

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 불가피한 불순물로는 예를 들면, P(인), S(황) 등을 들 수 있다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다. The remaining component of the present invention is iron (Fe). However, since unintended impurities from raw materials or the surrounding environment may inevitably be mixed in the normal manufacturing process, this cannot be excluded. As an unavoidable impurity, P (phosphorus), S (sulfur), etc. are mentioned, for example. Since these impurities are known to anyone skilled in the art of manufacturing processes, all details thereof are not specifically mentioned in the present specification.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링용 선재의 미세조직은 구오스테나이트 결정립을 따라, 입계에는 망상형 초석 시멘타이트로, 입내에는 완전 펄라이트가 존재한다. On the other hand, the microstructure of the wire rod for bearing according to an embodiment of the present invention is along the old austenite grains, the reticulated proeutectoid cementite is present at the grain boundary, and complete pearlite is present in the grains.

또한, 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 미세조직의 구오스테나이트 결정립 크기는 3 내지 10 ㎛ 이다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the prior austenite grain size of the microstructure is 3 to 10 μm.

연질화 열처리 시, 펄라이트 조직 내 시멘타이트는 판상에서 구상으로 그 형태가 변화하고, 구상화 진행 정도에 따라 선재의 강도는 점차 낮아진다.During the softening heat treatment, the cementite in the pearlite structure changes from plate to spherical shape, and the strength of the wire rod gradually decreases according to the degree of spheroidization.

연질화 열처리 시, 금속원자들은 재료 내 결함공간을 통해 다양한 확산경로로 이동하게 되는데, 원자단위의 결함인 체확산(vacancy)과 선결함의 일종인 전위(dislocation or pipe)와 결정립계(grain boundary)를 통해 확산한다. 원자결함 대비 전위와 결정립계는 공간이 상대적으로 넓기 때문에 빠른 속도의 확산이 가능하다. During soft nitriding heat treatment, metal atoms move through various diffusion paths through the defect space in the material. spread through Because the space of dislocations and grain boundaries is relatively wide compared to atomic defects, rapid diffusion is possible.

한편, 연질화 열처리시 열처리 시간은 각 원자들의 확산속도에 의해 결정되며, 이러한 확산속도를 율속하는 가장 주요한 인자는 결정립계이다. On the other hand, in the case of soft nitriding heat treatment, the heat treatment time is determined by the diffusion rate of each atom, and the most important factor controlling the diffusion rate is the grain boundary.

본 발명에서는 입계 구조(grain boundary structure)에서 입계를 사이에 둔 결정립간 방위차(misorientation)를 통해 고경각 입계와 저경각 입계를 구분하고, 각각의 분포를 제어하고자 하였다. 구체적으로, 이웃 결정립과의 상호 관계를 방위차 각도(Misorientation angle) 값으로 정량화 하였고, 15°를 기준으로 15°이상의 고경각 입계와 15°이하의 저경각 입계로 구분하였다. 본 발명에서 특정하는 각 결정립의 분포는, 선재의 표층부뿐만 아니라 중심부까지의 전 영역에서 해당한다. In the present invention, a high-hardness grain boundary and a low-hardness grain boundary are distinguished through a misorientation between grain boundaries in a grain boundary structure, and each distribution is controlled. Specifically, the interrelationship with neighboring grains was quantified as a misorientation angle value, and 15° was divided into high-hardness grain boundaries of 15° or more and low-inclination-angle grain boundaries of 15° or less. The distribution of each crystal grain specified in the present invention corresponds not only to the surface layer portion of the wire rod, but also to the entire region up to the center portion.

연질화 열처리 시간을 효과적으로 단축하기 위해서는, 결정립을 최대한 미세화하여 상대적인 입계 면적을 증가시킴으로써 고경각 입계를 다량 확보하는 것이 이상적이나, 결정립을 미세화하기 위해서는 압연부하가 증가하여 설비 수명이 단축되고, 생산성이 저하되는 문제가 발생한다. In order to effectively shorten the softening heat treatment time, it is ideal to secure a large amount of high-hardness grain boundaries by increasing the relative grain boundary area by refining the crystal grains as much as possible. There is a problem of degradation.

이에 본 발명에서는 구오스테나이트 결정립 크기를 제어하면서도, 방위차 각도가 15°이상인 고경각 입계의 단위면적당 총 길이를 제어하고자 하였다. 구체적으로, 개시된 실시예에 따른 베어링용 선재의 구오스테나이트 결정립 크기(AGS)는 3 내지 10 ㎛이고, 방위차 각도가 15°이상인 고경각 입계 길이의 합이 단위면적당 1,000 내지 4,000mm/mm2이다. Accordingly, in the present invention, the total length per unit area of the high-hardness grain boundary having an orientation difference angle of 15° or more while controlling the prior austenite grain size was attempted. Specifically, the prior austenite grain size (AGS) of the wire rod for bearing according to the disclosed embodiment is 3 to 10 μm, and the sum of the high hardness grain boundary lengths having an azimuth angle of 15° or more is 1,000 to 4,000 mm/mm per unit area 2 to be.

한편, 고경각 입계 내에 분포하는 방위차 각도가 15°이하인 저경각 입계는 열간압연시 변형에 의해 생성된 전위가 모이는 곳으로, 연질화 열처리 시 구상화 거동에 도움을 주어 냉간 단조성 향상에 기여할 수 있다. 본 발명에서 방위차 각도가 15°이하인 저경각 입계 길이의 합이 단위면적당 250 내지 800mm/mm2 이다. On the other hand, the low-hardness grain boundary with an azimuth angle of 15° or less distributed within the high-hardness grain boundary is a place where the dislocations generated by deformation during hot rolling gather, and it can contribute to the improvement of cold forgeability by helping the spheroidizing behavior during soft nitriding heat treatment. have. In the present invention, the sum of the lengths of the low-inclination-angle grain boundaries having an azimuth angle of 15° or less is 250 to 800 mm/mm per unit area 2 to be.

저경각 입계의 길이 분포가 250mm/mm2 미만인 경우에는, 연질화 열처리 시간 단축의 효과가 미비하고, 저경각 입계의 길이 분포가 800mm/mm2 초과인 경우에는, 압연 중 전위밀도가 높아짐에 따라 부분적으로 재결정이 발생하여 전위밀도가 오히려 감소하거나, 결정립 크기가 균일하지 않고 서로 다른 크기의 bimodal 형태로 발전하는 문제가 있다. When the length distribution of the low-angle grain boundary is less than 250mm/mm 2 , the effect of shortening the softening heat treatment time is insignificant, and when the length distribution of the low-angle grain boundary exceeds 800mm/mm 2 , the dislocation density during rolling increases There is a problem in that the dislocation density is rather decreased due to partial recrystallization, or the grain size is not uniform and develops into a bimodal form of different sizes.

한편, 방위차 각도가 작을수록 다량의 전위를 포함하고 있는 것을 의미하는데, 본 발명에서 저경각 입계 중 방위차 각도가 5°이하인 입계의 비율은 40 내지 80%이다. On the other hand, the smaller the azimuth angle means, the more dislocations are included. In the present invention, the ratio of grain boundaries having an azimuth angle of 5° or less among low-inclination grain boundaries is 40 to 80%.

다음으로, 본 발명의 다른 일 측면인 베어링용 선재를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다. Next, a method for manufacturing a wire rod for a bearing, which is another aspect of the present invention, will be described in detail.

본 발명의 선재는 상술한 합금조성을 가지는 빌렛(Billet)을 제작한 후, 이를 재가열 - 선재 압연 - 다단 냉각 과정을 거쳐 제조할 수 있다.The wire rod of the present invention may be manufactured by manufacturing a billet having the above-described alloy composition, and then reheating it - rolling the wire rod - and cooling it in multiple stages.

구체적으로, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 스프링용 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.8 내지 1.2%, Si: 0.01 내지 0.6%, Mn: 0.1 내지 0.6%, Cr: 1.0 내지 2.0%, Al: 0.01 내지 0.06%, N: 0.02% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 950 내지 1,050℃의 온도범위에서 가열하는 단계; Ae1 내지 Acm℃의 온도범위에서, 하기 식(1)로 표현되는 임계 변형량 이상의 변형량으로 마무리 열간압연하여 선재를 제조하는 단계; 및 상기 선재를 3℃/sec 이상의 속도로 500 내지 600℃ 온도범위까지 냉각한 후, 1℃/sec 이하의 속도로 냉각하는 단계;를 포함한다.Specifically, the method of manufacturing a wire rod for a spring according to another aspect of the present invention is, by weight, C: 0.8 to 1.2%, Si: 0.01 to 0.6%, Mn: 0.1 to 0.6%, Cr: 1.0 to 2.0%, Al: 0.01 to 0.06%, N: 0.02% or less (excluding 0), heating the billet containing the remaining Fe and unavoidable impurities in a temperature range of 950 to 1,050 ℃; manufacturing a wire rod by finish hot rolling in a temperature range of Ae1 to Acm°C with a deformation amount greater than or equal to the critical deformation amount expressed by the following formula (1); and cooling the wire rod to a temperature range of 500 to 600° C. at a rate of 3° C./sec or more, and then cooling the wire rod at a rate of 1° C./sec or less.

식(1): -1.6Ceq2 + 3.11Ceq - 0.48 Equation (1): -1.6Ceq 2 + 3.11Ceq - 0.48

여기서, Ceq = C + Mn/6 + Cr/5이고, C, Mn, Cr은 각 원소의 중량%를 의미한다.Here, Ceq = C + Mn/6 + Cr/5, and C, Mn, and Cr mean weight % of each element.

합금원소 함량의 수치 한정 이유에 대한 설명은 상술한 바와 같다.The explanation for the reason for limiting the numerical value of the alloying element content is as described above.

먼저, 본 발명은 상술한 조성성분을 갖는 빌렛을 950 내지 1,050℃의 온도범위에서 가열하는 단계를 거친다.First, in the present invention, a step of heating the billet having the above-described compositional components in a temperature range of 950 to 1,050° C. is performed.

상기 가열온도가 950℃ 미만인 경우, 압연 롤에 인가되는 부하가 커지게 되며, 이로 인해 롤 교체주기가 짧아지는 문제점이 있다. 반면에, 상기 가열 온도가 1,050℃를 초과하는 경우에는, 압연을 위하여 급격한 냉각이 필요하므로, 냉각 제어가 어려울 뿐만 아니라 균열 등이 발생하여 양호한 제품 품질을 확보할 수 없다. When the heating temperature is less than 950° C., the load applied to the rolling roll becomes large, and thus there is a problem in that the roll replacement cycle is shortened. On the other hand, when the heating temperature exceeds 1,050° C., rapid cooling is required for rolling, so it is difficult to control cooling, and cracks occur, so that good product quality cannot be secured.

더불어, 상기 가열은 90분 이하로 행하는 것이 바람직하다. 90분을 초과하여 가열을 행할 경우에는 선재 표면의 탈탄층 깊이가 두꺼워져 압연종료 후 탈탄층이 잔존하는 문제점이 있다. In addition, the heating is preferably performed for 90 minutes or less. When heating is performed for more than 90 minutes, the depth of the decarburized layer on the surface of the wire becomes thick, and there is a problem that the decarburized layer remains after the end of rolling.

가열된 빌렛에 조압연, 중간 조압연/사상압연 및 마무리 압연으로 순차적으로 구성된 열간압연을 수행하여 선재를 제조한다. 열간압연은 빌렛을 선재의 형태를 갖도록 하는 공형압연인 것이 바람직하며, 구체적으로, 빌렛을 Ae1 내지 Acm℃의 온도범위에서, 하기 식(1)로 표현되는 임계 변형량 이상의 변형량으로 마무리 열간압연하여 선재를 제조한다. A wire rod is manufactured by performing hot rolling sequentially consisting of rough rolling, intermediate rough rolling/finishing rolling, and finish rolling on a heated billet. The hot rolling is preferably a ball rolling in which the billet has the shape of a wire rod. Specifically, the billet is finished hot-rolled in a temperature range of Ae1 to Acm°C, with a deformation amount greater than or equal to the critical deformation amount expressed by the following formula (1) to finish hot rolling the wire rod. to manufacture

선재 제조 시, 압연 속도는 매우 빨라 동적재결정 영역에 해당한다. 동적재결정 영역에서는 오스테나이트 결정립 크기(AGS)가 변형 속도와 변형 온도에만 의존한다. 본 발명에서는 압연 중 발생하는 동적 재결정을 통해 결정립을 미세화하고, 이후 빠른 속도의 냉각을 통해 압연 중 확보된 미세한 결정립을 상온까지 그대로 유지하고자 하였다. When manufacturing a wire rod, the rolling speed is very fast, which corresponds to a dynamic recrystallization region. In the dynamic recrystallization region, the austenite grain size (AGS) depends only on the strain rate and strain temperature. In the present invention, it was attempted to refine crystal grains through dynamic recrystallization occurring during rolling, and then to maintain fine grains secured during rolling through rapid cooling to room temperature.

최종 마무리 압연시 결정립을 미세화하기 위해서는, 롤과 롤 사이의 인터패스(interpass) 시간을 1분 이내로 제어하여 마무리 압연 직전의 오스테나이트 결정립 크기(AGS)를 5 내지 20㎛ 범위로 확보하고, 이후 사상압연 시 마무리 압연온도를 Ae1 내지 Acm℃로 제어하는 것이 바람직하다.In order to refine the crystal grains during the final finishing rolling, the interpass time between the rolls is controlled within 1 minute to secure the austenite grain size (AGS) immediately before the finish rolling in the range of 5 to 20 μm, and then finishing It is preferable to control the finish rolling temperature to Ae1 to Acm℃ during rolling.

상기 마무리 열간압연 시 온도가 Ae1℃ 미만이면 압연부하가 증가하여 설비 수명이 단축되는 문제가 있고, 반면 Acm℃를 초과하게 되면 높은 온도로 인하여 빠른 냉각에도 상변태 종료까지 유지시간이 길어져, 본 발명에서 얻고자 하는 결정립 미세화 효과가 크게 감소하는 문제가 있다.If the temperature during the finish hot rolling is less than Ae1 ℃, there is a problem that the rolling load increases and the equipment life is shortened. On the other hand, if it exceeds Acm ℃, the holding time until the end of the phase transformation is prolonged even after rapid cooling due to the high temperature, in the present invention There is a problem in that the desired crystal grain refining effect is greatly reduced.

또한, 위 온도범위에서 열간압연시 변형량을 하기 식(1)로 표현되는 임계 변형량 이상으로 제어할 수 있다. In addition, the deformation amount during hot rolling in the above temperature range can be controlled to be greater than or equal to the critical deformation amount expressed by the following formula (1).

식(1): -1.6Ceq2 + 3.11Ceq - 0.48 Equation (1): -1.6Ceq 2 + 3.11Ceq - 0.48

여기서, Ceq = C + Mn/6 + Cr/5이고, C, Mn, Cr은 각 원소의 중량%를 의미한다.Here, Ceq = C + Mn/6 + Cr/5, and C, Mn, and Cr mean weight % of each element.

본 발명자들은 Ceq와 변형량간의 상관관계를 고려하여, 식(1)로 표현되는 임계 변형량을 도출하였다. The present inventors derived the critical deformation amount expressed by Equation (1) in consideration of the correlation between Ceq and the amount of deformation.

변형량은 -ln(1-RA)로 정의되며, 이때 RA는 압연패스에 의한 감면률(RA<1)이다. 변형량이 임계 변형량에 미달하는 경우, 압하량이 충분하지 않아 선재 중심부에서의 결정립을 충분히 미세화시키기 어렵고, 이로 인해 연질화 열처리 시 선재의 구상화 거동에 악영향을 미친다. The amount of deformation is defined as -ln(1-RA), where RA is the reduction in area by the rolling pass (RA<1). When the amount of deformation is less than the critical deformation amount, it is difficult to sufficiently refine the crystal grains in the center of the wire rod because the reduction amount is not sufficient, which adversely affects the spheroidization behavior of the wire rod during soft nitriding heat treatment.

한편, 열간압연 시 선재는 하기 식(2)를 만족한다. On the other hand, the wire rod during hot rolling satisfies the following formula (2).

식(2): Tpf - Tf ≤ 50℃Equation (2): Tpf - Tf ≤ 50°C

여기서, Tpf 는 마무리 열간압연 전 선재의 평균 표면온도이고, Tf 는 마무리 열간압연 후 선재의 평균 표면온도이다.Here, Tpf is the average surface temperature of the wire rod before finishing hot rolling, and Tf is the average surface temperature of the wire rod after finishing hot rolling.

Tpf - Tf 값이 50℃를 초과하는 경우에는, 선재 미세조직의 편차가 매우 커져 균일한 미세조직을 확보할 수 없고, 선재 표면에 과냉이 일어나 경질상 발생하거나 결정립이 조대화되는 문제가 있다. When the Tpf - Tf value exceeds 50° C., the deviation of the wire rod microstructure becomes very large, so that a uniform microstructure cannot be secured, and there is a problem in that a hard phase occurs due to supercooling on the surface of the wire rod or the grains are coarsened.

상술한 온도범위에서 열간압연한 후, 3℃/sec 이상의 속도로 500 내지 600℃ 온도범위까지 냉각한 후, 1℃/sec 이하의 속도로 냉각하는 단계를 거쳐 본 발명의 베어링용 선재를 제조할 수 있다. After hot rolling in the above-described temperature range, cooling to a temperature range of 500 to 600 °C at a rate of 3 °C/sec or more, and then cooling at a rate of 1 °C/sec or less to manufacture the bearing wire of the present invention. can

전술한 냉각 단계는 미세한 결정립 분포를 확보하기 위해 필수적인 공정으로, 본 발명에서는 냉각 종료 온도 및 냉각속도를 제어하여 확산 가속화를 통해 열처리 시간 단축이 가능한 미세조직을 확보하고자 하였다.The above-described cooling step is an essential process in order to secure a fine grain distribution, and in the present invention, the cooling end temperature and cooling rate are controlled to secure a microstructure capable of shortening the heat treatment time through diffusion acceleration.

500 내지 600℃ 온도범위까지의 냉각속도가 3℃/sec 미만인 경우에는, 열간압연을 통해 확보한 미세한 결정립을 변태점 이하까지 유지하기 어려우며, 방위차 각도가 15°이하인 저경각 입계의 분율이 크게 감소하는 문제가 있다. 한편, 500 내지 600℃ 온도범위 도달 후의 냉각속도가 1℃/sec 초과인 경우에는 베이나이트 등의 저온조직이 발생하여, 구상화 열처리에도 불구하고 연질화가 충분히 진행되지 못하는 문제가 있다.When the cooling rate up to the temperature range of 500 to 600°C is less than 3°C/sec, it is difficult to maintain the fine grains secured through hot rolling to below the transformation point, and the fraction of low-hardness grain boundaries with an azimuth angle of 15° or less is greatly reduced there is a problem with On the other hand, when the cooling rate after reaching the temperature range of 500 to 600 ° C is more than 1 ° C / sec, low-temperature structures such as bainite are generated, and there is a problem that soft nitriding does not proceed sufficiently despite the spheroidizing heat treatment.

다음으로, 냉각 단계를 거친 선재를 권취한 후, 연질화 열처리 단계;를 더 포함할 수 있다. Next, after winding the wire rod that has undergone the cooling step, a softening heat treatment step; may be further included.

연질화 열처리 과정은 선재의 Ae1℃ 부근의 온도에서 요구하는 연질화 정도에 따라 다양한 열처리 패턴을 적용할 수 있다. 본 발명에서는 냉각 후, 상기 선재를 Ae1 내지 Ae1+40℃로 가열하고 5 내지 8시간 유지하는 연질화 열처리를 수행하였다. In the softening heat treatment process, various heat treatment patterns can be applied according to the degree of softening required at a temperature near Ae1°C of the wire rod. In the present invention, after cooling, the wire rod is heated to Ae1 to Ae1+40° C. and soft nitriding heat treatment is performed for 5 to 8 hours.

상기 가열온도가 Ae1℃ 미만인 경우, 연질화 열처리 시간이 길어지게 되는 문제점이 있다. 반면에, 상기 가열 온도가 Ae1+40℃를 초과하는 경우에는, 구상화 탄화물 시드가 줄어들어 충분한 연질화 열처리 효과를 얻을 수 없다. 더불어, 상기 가열은 5시간 내지 8시간 동안 행하는 것이 바람직하다. 8시간을 초과하여 가열하는 경우에는 제조공정 비용이 증가하는 문제가 있다. 반면, 5시간 미만으로 가열하는 경우에는 열처리가 충분히 진행되지 않아 시멘타이트의 종횡비가 커지는 문제점이 있다. When the heating temperature is less than Ae1 ℃, there is a problem in that the softening heat treatment time becomes long. On the other hand, when the heating temperature exceeds Ae1+40°C, the number of spheroidized carbide seeds is reduced and a sufficient softening heat treatment effect cannot be obtained. In addition, the heating is preferably performed for 5 to 8 hours. In the case of heating for more than 8 hours, there is a problem in that the manufacturing process cost increases. On the other hand, when heating for less than 5 hours, there is a problem that the aspect ratio of cementite increases because the heat treatment does not proceed sufficiently.

연질화 열처리 단계 후, 20℃/hr 이하의 속도로 660℃까지 냉각하는 단계를 거친다. 이 때, 냉각속도가 20℃/hr를 초과하는 경우에는 과도한 냉각속도로 인하여 펄라이트가 다시 형성되는 문제점이 있다. After the softening heat treatment step, a step of cooling to 660° C. at a rate of 20° C./hr or less is performed. At this time, when the cooling rate exceeds 20° C./hr, there is a problem in that pearlite is formed again due to the excessive cooling rate.

연질화 열처리를 수행한 이후, 선재의 인장강도는 인장강도는 750MPa 이하이고, 선재 내 시멘타이트의 평균 종횡비는 2.5 이하일 수 있다. 구체적으로, 선재의 표층부뿐만 아니라 중심부까지의 전 영역에서 시멘타이트 평균 종횡비가 2.5 이하인 탄화물을 80% 이상 확보할 수 있다. After performing the softening heat treatment, the tensile strength of the wire rod may be 750 MPa or less, and the average aspect ratio of cementite in the wire rod may be 2.5 or less. Specifically, it is possible to secure 80% or more of carbides having an average aspect ratio of cementite of 2.5 or less in the entire area up to the center as well as the surface layer of the wire rod.

본 발명에서는 1회의 연질화 열처리만으로도 선재의 인장강도를 740MPa 이하로 낮게 제어할 수 있으므로, 최종 제품 제조를 위한 냉간압조 또는 냉간단조 가공이 용이하다. 이에 따라, 선재 제조 후 추가 공정인 구상화 열처리 시간을 단축하거나 생략할 수 있어 비용의 절감이 가능하다.In the present invention, since the tensile strength of the wire rod can be controlled as low as 740 MPa or less with only one soft nitriding heat treatment, cold forging or cold forging for manufacturing a final product is easy. Accordingly, it is possible to shorten or omit the spheroidizing heat treatment time, which is an additional process after manufacturing the wire, thereby reducing costs.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, it is necessary to note that the following examples are only intended to illustrate the present invention in more detail and are not intended to limit the scope of the present invention. This is because the scope of the present invention is determined by the matters described in the claims and matters reasonably inferred therefrom.

실시예Example

하기 [표 1]의 조성을 가지는 강재를 주조하여 빌렛을 제조한 뒤, 하기 표 2에 기재된 조건으로 열간압연 및 냉각하여 직경이 10mm인 선재를 제조하였다. 표 2에서, 마무리 압연 전 오스테나이트 결정립 평균 크기(Austenite Grain Size, 이하 'AGS')는 마무리 열간압연 전 수행하는 절단 crop을 통해 측정하였다. 또한, Tpf는 마무리 사상압연 전 선재의 평균 표면온도이고, Tf는 마무리 사상압연 후 선재의 평균 표면온도이다.A billet was manufactured by casting a steel material having the composition shown in Table 1 below, and then hot-rolled and cooled under the conditions shown in Table 2 to prepare a wire rod having a diameter of 10 mm. In Table 2, the average austenite grain size (Austenite Grain Size, hereinafter 'AGS') before finish rolling was measured through a cutting crop performed before finish hot rolling. In addition, T pf is the average surface temperature of the wire rod before finishing rolling, and T f is the average surface temperature of the wire rod after finishing rolling.

강종steel grade 합금 성분alloy composition 식(1)Formula (1) CC SiSi MnMn CrCr AlAl NN -1.6Ceq2 + 3.11Ceq - 0.48-1.6Ceq 2 + 3.11Ceq - 0.48 발명강1Invention lecture 1 0.980.98 0.320.32 0.450.45 1.451.45 0.0350.035 0.0150.015 0.810.81 발명강2Invention lecture 2 1.051.05 0.240.24 0.510.51 1.501.50 0.0230.023 0.0010.001 0.690.69 발명강3Invention lecture 3 0.980.98 0.250.25 0.450.45 1.431.43 0.0350.035 0.0150.015 0.810.81 비교강1Comparative lecture 1 1.201.20 0.250.25 0.750.75 2.002.00 0.0050.005 0.0050.005 0.120.12 비교강2Comparative lecture 2 0.930.93 0.250.25 0.330.33 1.221.22 0.0050.005 0.0050.005 0.930.93

강종steel grade 가열온도(℃) /
가열시간(분)
Heating temperature (℃) /
Heating time (min)
마무리 압연 전 평균 AGS (㎛)Average AGS before finish rolling (㎛) 마무리 압연온도(℃)Finish rolling temperature (℃) 변형량deformation amount Tpf - Tf(℃)T pf - T f (°C) 500℃까지 냉각속도
(℃/s)
Cooling rate up to 500℃
(℃/s)
500℃이후 냉각속도
(℃/s)
Cooling rate after 500℃
(℃/s)
실시예 1Example 1 발명강1Invention lecture 1 950/90950/90 77 760760 1.21.2 4040 55 0.50.5 실시예 2Example 2 발명강2Invention lecture 2 1,000/801,000/80 1111 750750 0.80.8 3838 44 1One 실시예 3Example 3 발명강3Invention lecture 3 1,020/901,020/90 99 730730 0.950.95 4343 66 0.70.7 비교예 1Comparative Example 1 비교강1Comparative lecture 1 1,000/901,000/90 1515 780780 0.10.1 4444 22 33 비교예 2Comparative Example 2 비교강2Comparative lecture 2 950/80950/80 1111 850850 0.60.6 6363 44 22 비교예 3Comparative Example 3 발명강1Invention lecture 1 1,100/901,100/90 2424 880880 0.850.85 8585 1One 1One 비교예 4Comparative Example 4 발명강2Invention lecture 2 1,000/901,000/90 1313 770770 0.320.32 5555 33 22

이후, 제조된 각각의 실시예와 비교예의 미세조직 및 결정립계 특징과 기계적 특성(인장강도, 단면감소율)을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.Thereafter, the microstructure and grain boundary characteristics and mechanical properties (tensile strength, reduction in area) of each of the prepared Examples and Comparative Examples were measured and shown in Table 3 below.

인장강도는, 열간압연된 선재를 ASTM E8 규격에 맞게 인장시편을 가공한 후, 전술한 강선 제조방법에 따른 후 인장시험을 실시하여 측정하였다. Tensile strength was measured by processing a tensile specimen in accordance with the ASTM E8 standard on a hot-rolled wire rod, followed by a tensile test according to the method for manufacturing a steel wire described above.

RA는 단면감소율(Reduction Ratio)을 의미하며, 소재의 인장시험시 파단된 인장시편에서 단면적의 변화를 측정한 것으로 소재의 연성을 수치로 표현한 것이다. RA means the reduction ratio, and it is a measure of the change in cross-sectional area in a tensile specimen that is fractured during a tensile test of a material and expresses the ductility of the material as a numerical value.

결정립 평균 크기(AGS)는 ASTM E112법을 이용하여 측정하였다. 열간압연하여 선재를 제조한 후, 미수냉부를 제거하고 채취한 시편에 대하여 각각 표면, 직경으로부터 1/4 지점, 직경으로부터 1/2 지점에서 임의의 3지점을 측정한 후 평균값으로 나타내었다. The average grain size (AGS) was measured using the ASTM E112 method. After the wire rod was prepared by hot rolling, the uncooled part was removed, and three arbitrary points were measured on the surface, 1/4 point from the diameter, and 1/2 point from the diameter, respectively, and expressed as an average value.

결정립계 특징은, 결정립 크기(AGS) 측정방법과 동일한 방법으로 시편을 채취한 뒤, SEM-EBSD를 사용하여 표면, 직경으로부터 1/4 지점, 직경으로부터 1/2 지점에서 x700의 배율로 130 x 130㎛2의 면적을 0.1㎛ Step-size로 측정하여 평균값으로 나타내었으며, Confidence Index의 평균값은 0.57 이상이었다.The grain boundary characteristics are 130 x 130 at a magnification of x700 at the surface, 1/4 point from the diameter, and 1/2 point from the diameter using SEM-EBSD after taking a specimen in the same way as the grain size (AGS) measurement method. The area of μm 2 was measured with a 0.1 μm step-size and expressed as an average value, and the average value of the Confidence Index was 0.57 or more.

미세조직 및 결정립계 특징Microstructure and grain boundary characteristics 기계적 특성mechanical properties AGS
(㎛)
AGS
(μm)
라멜라 간격
(㎛)
lamellar spacing
(μm)
≥15°
입계길이 분포
(mm/mm2)
≥15°
grain boundary length distribution
(mm/mm 2 )
≤15°
입계길이 분포
(mm/mm2)
≤15°
grain boundary length distribution
(mm/mm 2 )
≤15°입계 중 ≤5°입계비율(%)≤15° of grain boundaries ≤5° ratio of grain boundaries (%) 인장강도 (MPa)Tensile strength (MPa) 단면적 감소율
(%)
Cross-sectional area reduction rate
(%)
실시예 1Example 1 44 0.120.12 25002500 420420 6060 12501250 2525 실시예 2Example 2 5.55.5 0.110.11 35003500 650650 5555 12601260 3232 실시예 3Example 3 55 0.150.15 37003700 550550 6363 12101210 2727 비교예 1Comparative Example 1 1212 0.210.21 21502150 210210 3535 10201020 1313 비교예 2Comparative Example 2 1111 0.220.22 850850 120120 1717 980980 1111 비교예 3Comparative Example 3 1515 0.290.29 14501450 150150 2222 10201020 1414 비교예 4Comparative Example 4 1313 0.210.21 12001200 160160 2525 10301030 1313

한편, 각각의 실시예와 비교예의 선재를 하기 표 4의 조건으로 1회 구상화 열처리한 뒤, 시멘타이트의 평균 종횡비와 인장강도를 측정하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 이 때, 구상화 열처리는 제조된 선재의 시편을 1차 연질화 처리 및 1차 신선 가공 공정없이 수행하고, 구상화 여부를 판단하였다.Meanwhile, after spheroidizing the wire rods of each Example and Comparative Example once under the conditions of Table 4 below, the average aspect ratio and tensile strength of cementite were measured, and the results are shown in Table 4 below. At this time, the spheroidizing heat treatment was performed without the primary softening treatment and the primary wire drawing process on the specimen of the prepared wire rod, and whether spheroidization was determined.

이 때, 구상화 열처리 후 선재의 시멘타이트 평균 종횡비는 선재의 직경 방향으로 1/4 내지 1/2 영역을 3000배 SEM을 3시야 촬영하고, 이미지 측정 프로그램을 사용하여 시야 내 시멘타이트의 장축/단축을 자동측정 후 통계처리를 통해 측정한 것이다. At this time, after spheroidizing heat treatment, the average aspect ratio of cementite of the wire rod is taken in a 3 field of view of 1/4 to 1/2 in the radial direction of the wire, and the long/short axis of cementite in the field of view is automatically measured using an image measurement program. It is measured through statistical processing after measurement.

구상화 여부의 판단은 랜덤하게 10개 이상에서 SEM 전자현미경을 통해 촬영한 후, ×5,000 시야에서 관찰한 모든 탄화물 중 종횡비(Aspect ratio)가 2.5 이하인 구상화 탄화물의 점유율이 80% 이상일 경우 구상화가 이루어진 것으로 판단하였다.Judgment of whether or not spheroidization is randomly selected through an SEM electron microscope at 10 or more, and among all carbides observed at a × 5,000 field of view, if the occupancy of spheroidized carbides with an aspect ratio of 2.5 or less is 80% or more, spheroidization is made. judged.

구분division Ae1
(℃) 
Ae1
(℃)
열처리 온도
(℃)
heat treatment temperature
(℃)
열처리 시간
(Hr)
heat treatment time
(Hr)
660℃까지 냉각속도
(℃/Hr)
Cooling rate up to 660℃
(℃/Hr)
열처리 후
시멘타이트 평균 종횡비 
after heat treatment
Cementite Average Aspect Ratio
열처리 후
인장강도
(MPa)
after heat treatment
The tensile strength
(MPa)
실시예 1Example 1 743.6743.6 765765 88 1515 1.61.6 720720 실시예 2Example 2 741.6741.6 780780 77 1717 2.12.1 733733 실시예 3Example 3 739.7739.7 770770 66 1010 1.51.5 730730 비교예 1Comparative Example 1 738.4738.4 700700 77 3030 8.58.5 820820 비교예 2Comparative Example 2 734.8734.8 740740 1010 2020 6.26.2 790790 비교예 3Comparative Example 3 740.2740.2 800800 7.57.5 1515 7.57.5 810810 비교예 4Comparative Example 4 740.2740.2 765765 44 2525 5.55.5 770770

비교예 1 내지 4는 합금조성은 본 발명에서 제안하는 바를 만족하나, 하기 제조공정 조건이 본 발명을 벗어나므로 비교예로 표기한 것이다.Comparative Examples 1 to 4, although the alloy composition satisfies the suggestion of the present invention, the following manufacturing process conditions are out of the present invention, so it is indicated as a comparative example.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 선재를 마무리 열간압연 전, 광학현미경(Optical Microscope, OM)으로 촬영한 미세조직 사진이고, 도 3과 도 4는 각각 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 선재를 마무리 열간압연 및 냉각 후, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 촬영한 미세조직 사진이다.1 and 2 are microstructure photographs taken with an optical microscope (Optical Microscope, OM), respectively, of the wire rods of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention before finishing hot rolling, and FIGS. 3 and 4 are, respectively, of the present invention. Example 1, Comparative Example 1 After finishing hot rolling and cooling the wire rod, it is a microstructure photograph taken with a scanning electron microscope (SEM).

도 1 내지 도 4를 참조하면, 실시예 1은 비교예 1에 비하여 마무리 열간압연 전 구오스테나이트 결정립 크기(AGS)가 상대적으로 미세하고, 이에 따라 마무리 열간압연 및 냉각 후에도 결정립이 미세함을 확인할 수 있다. 1 to 4, Example 1 has a relatively fine prior austenite grain size (AGS) before finish hot rolling compared to Comparative Example 1, and thus it can be confirmed that the grains are fine even after finish hot rolling and cooling. have.

표 3을 참조하면, 본 발명이 제안하는 합금조성과 제조조건을 만족하는 실시예 1 내지 3의 선재는 구오스테나이트 결정립 크기(AGS)가 3 내지 10 ㎛이고, 방위차 각도(Misorientation angle)가 15°이상인 고경각 입계의 길이 분포가 1,000 내지 4,000mm/mm2로 나타나 미세한 결정립을 확보할 수 있었다. 또한, 실시예 1 내지 3의 선재는 비교예들에 비해 1,200MPa 이상의 높은 인장강도를 확보하면서도, 단면적 감소율이 20% 이상으로 나타났다. Referring to Table 3, the wire rods of Examples 1 to 3 satisfying the alloy composition and manufacturing conditions proposed by the present invention had a prior austenite grain size (AGS) of 3 to 10 μm, and a misorientation angle. The length distribution of the high-hardness grain boundary of 15° or more was 1,000 to 4,000 mm/mm 2 , and it was possible to secure fine grains. In addition, the wire rods of Examples 1 to 3 showed a reduction in cross-sectional area of 20% or more while securing a high tensile strength of 1,200 MPa or more compared to Comparative Examples.

도 5와 도 6은 각각 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 선재를 마무리 열간압연 및 냉각 후, SEM-EBSD를 통해 결정립계 특성을 관찰한 사진이다.5 and 6 are photographs of observing grain boundary characteristics through SEM-EBSD after finish hot rolling and cooling of the wire rods of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, respectively.

도 5 및 도 6을 참조하면, 실시예 1은 비교예 1에 비하여 초록색과 빨간색으로 표시되어 있는 방위차 각도(Misorientation angle)가 15°이하인 저경각 결정립경의 분포도가 높은 것을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 5 and 6 , it can be seen that Example 1 has a higher distribution of low-inclination-angle grain diameters with a misorientation angle of 15° or less, indicated in green and red, as compared to Comparative Example 1.

표 4를 참조하면, 본 발명이 제안하는 합금조성과 제조조건을 만족하는 실시예 1 내지 3의 선재는 1회 연질화 열처리 후, 인장강도가 740MPa 이하로 낮게 도출될 뿐만 아니라, 미세한 결정립을 확보함으로써 종래 30시간 이상이었던 열처리보다 짧은 구상화 열처리만으로도 평균 종횡비가 2.5 이하인 구상화 시멘타이트를 확보할 수 있었다. Referring to Table 4, the wire rods of Examples 1 to 3 satisfying the alloy composition and manufacturing conditions proposed by the present invention not only have a low tensile strength of 740 MPa or less, but also secure fine grains after one-time softening heat treatment. By doing so, it was possible to secure spheroidized cementite having an average aspect ratio of 2.5 or less only by spheroidizing heat treatment shorter than the conventional heat treatment of 30 hours or more.

도 7과 도 8은 각각 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 선재를 구상화 열처리 후, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 촬영한 미세조직 사진이다.7 and 8 are microstructure photographs taken with a scanning electron microscope (SEM) after spheroidizing the wire rods of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, respectively.

도 7 및 도 8을 참조하면, 실시예 1은 비교예 1에 비하여 구상 시멘타이트들이 고르게 분포되어 있어, 빠른 속도로 구상화가 이루어짐을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 8 , in Example 1, as compared with Comparative Example 1, spherical cementites are evenly distributed, and it can be seen that spheroidization is performed at a faster rate.

비교예 1의 경우, Mn 함량이 과다하여 Acm 변태점이 상승함에 따라 압연 시 결정립의 충분히 미세화가 이루어지지 못하였다. 이에 따라, 연질화 열처리 후에도, 시멘타이트 평균 종횡비가 8.5로 나타나 구상화된 조직을 얻을 수 없었으며 인장강도 값이 820MPa로 높게 도출되었다.In the case of Comparative Example 1, the Mn content was excessive and the crystal grains were not sufficiently refined during rolling as the Acm transformation point increased. Accordingly, even after the softening heat treatment, the cementite average aspect ratio was 8.5, so a spheroidized structure could not be obtained, and the tensile strength value was as high as 820 MPa.

비교예 2의 경우, 마무리 열간압연 온도가 850℃로 Acm℃ 변태점 이상의 온도를 초과하여 상변태 종료까지 필요한 냉각시간이 길어짐에 따라, 결정립 미세화 효과가 크게 감소하였다. 이에 따라, 연질화 열처리 후에도, 시멘타이트 평균 종횡비가 6.2로 나타나 구상화된 조직을 얻을 수 없었으며 인장강도 값이 790MPa로 높게 도출되었다.In the case of Comparative Example 2, the finish hot rolling temperature was 850 ° C., exceeding the Acm ° C transformation point or higher, and as the cooling time required until the end of the phase transformation became longer, the effect of refining the grains was greatly reduced. Accordingly, even after the softening heat treatment, the cementite average aspect ratio was 6.2, so a spheroidized structure could not be obtained, and the tensile strength value was as high as 790 MPa.

비교예 3의 경우, 본 발명이 제시하는 성분 범위를 만족하나, Tpf - Tf 값이 85℃로 50℃를 크게 초과하여, 압연시 소재 내/외부 온도편차가 크게 증가하여 중심부에서는 평균 결정립 크기가 15㎛인 조대한 미세조직이 도출되었다. 이에 따라, 연질화 열처리 후에도, 시멘타이트 평균 종횡비가 7.5로 나타나 구상화된 조직을 얻을 수 없었으며 인장강도 값이 810MPa로 높게 도출되었다.In the case of Comparative Example 3, it satisfies the component range suggested by the present invention, but the Tpf - Tf value greatly exceeds 50° C. at 85° C., and the internal/external temperature deviation of the material during rolling greatly increases, so that the average grain size in the center is A coarse microstructure of 15 μm was derived. Accordingly, even after the softening heat treatment, the cementite average aspect ratio was 7.5, so a spheroidized structure could not be obtained, and the tensile strength value was derived as high as 810 MPa.

비교예 4의 경우, 본 발명이 제시하는 성분 범위를 만족하나, 변형량이 0.32로 임계 변형량인 0.69에 크게 미달함에 따라 충분한 압하량을 확보하지 못하여, 결정립의 충분히 미세화가 이루어지지 못하였다. 이에 따라, 연질화 열처리 후에도, 시멘타이트 평균 종횡비가 5.5로 나타나 구상화된 조직을 얻을 수 없었으며 인장강도 값이 770MPa로 높게 도출되었다.In the case of Comparative Example 4, although the component range suggested by the present invention was satisfied, the deformation amount was 0.32, which was significantly less than the critical deformation amount of 0.69. Accordingly, even after the softening heat treatment, the cementite average aspect ratio was 5.5, so that a spheroidized structure could not be obtained, and the tensile strength value was as high as 770 MPa.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 합금성분 및 제조방법을 제어하여 미세한 결정립 분포를 도출하였다 이에 따라, 선재의 제조 후 연질화를 위해 수반되는, 구상화 열처리 공정을 단축하거나 생략할 수 있어 제품의 가격 경쟁력을 확보할 수 있다. As described above, according to the embodiment of the present invention, fine grain distribution was derived by controlling the alloy component and the manufacturing method. Accordingly, the spheroidizing heat treatment process involved for softening after manufacturing the wire rod can be shortened or omitted, so that the product price competitiveness can be secured.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.In the foregoing, exemplary embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto, and those of ordinary skill in the art will not depart from the concept and scope of the following claims. It will be appreciated that various modifications and variations are possible.

Claims (13)

중량%로, C: 0.8 내지 1.2%, Si: 0.01 내지 0.6%, Mn: 0.1 내지 0.6%, Cr: 1.0 내지 2.0%, Al: 0.01 내지 0.06%, N: 0.02% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
미세조직의 구오스테나이트 결정립 크기는 3 내지 10 ㎛이고,
방위차 각도(Misorientation angle)가 15°이상인 고경각 입계 길이의 합이 단위면적당 1,000 내지 4,000mm/mm2이고,
방위차 각도가 15°이하인 저경각 입계 길이의 합이 단위면적당 250 내지 800mm/mm2이고, 상기 저경각 입계 중 방위차 각도가 5°이하인 입계의 비율은 40 내지 80%인 베어링용 선재.
By weight%, C: 0.8 to 1.2%, Si: 0.01 to 0.6%, Mn: 0.1 to 0.6%, Cr: 1.0 to 2.0%, Al: 0.01 to 0.06%, N: 0.02% or less (excluding 0), containing the remaining Fe and unavoidable impurities,
The prior austenite grain size of the microstructure is 3 to 10 μm,
The sum of the grain boundary lengths of high inclination angles having a misorientation angle of 15° or more is 1,000 to 4,000 mm/mm 2 per unit area,
The sum of the lengths of low-inclination grain boundaries having an azimuth angle of 15° or less is 250 to 800 mm/mm 2 per unit area, and the ratio of grain boundaries having an azimuth angle of 5° or less among the low-inclination grain boundaries is 40 to 80%.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 미세조직은, 입계에는 망상형 초석 시멘타이트로, 입내에는 펄라이트로 구성되는 베어링용 선재.
According to claim 1,
The microstructure is a wire rod for bearings composed of reticulated proeutectoid cementite at the grain boundary and pearlite in the grain.
제3항에 있어서,
펄라이트 내 층상간격은 0.05 내지 0.2㎛인 베어링용 선재.
4. The method of claim 3,
A wire rod for bearings with a layer spacing of 0.05 to 0.2 μm in pearlite.
제1항에 있어서,
인장강도는 1,200MPa 이상, 단면적 감소율(RA)은 20% 이상인 베어링용 선재.
According to claim 1,
A wire rod for bearings with a tensile strength of 1,200 MPa or more and a reduction in cross-sectional area (RA) of 20% or more.
제1항에 있어서,
1회 연질화 열처리 후, 시멘타이트의 평균 종횡비가 2.5 이하인 베어링용 선재.
According to claim 1,
A wire rod for bearings having an average aspect ratio of cementite of 2.5 or less after one-time softening heat treatment.
제1항에 있어서,
1회 연질화 열처리 후, 인장강도가 750MPa 이하인 베어링용 선재.
According to claim 1,
A wire rod for bearings with a tensile strength of 750 MPa or less after one soft nitriding heat treatment.
중량%로, C: 0.8 내지 1.2%, Si: 0.01 내지 0.6%, Mn: 0.1 내지 0.6%, Cr: 1.0 내지 2.0%, Al: 0.01 내지 0.06%, N: 0.02% 이하(0은 제외), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 950 내지 1,050℃의 온도범위에서 가열하는 단계;
Ae1 내지 Acm℃의 온도범위에서, 하기 식(1)로 표현되는 임계 변형량 이상의 변형량으로 마무리 열간압연하여 선재를 제조하는 단계; 및
상기 선재를 3℃/sec 이상의 속도로 500 내지 600℃ 온도범위까지 냉각한 후, 1℃/sec 이하의 속도로 냉각하는 단계;를 포함하는 베어링용 선재의 제조 방법.
식(1): -1.6Ceq2 + 3.11Ceq - 0.48
(여기서, Ceq = C + Mn/6 + Cr/5이고, C, Mn, Cr은 각 원소의 중량%를 의미한다.)
By weight%, C: 0.8 to 1.2%, Si: 0.01 to 0.6%, Mn: 0.1 to 0.6%, Cr: 1.0 to 2.0%, Al: 0.01 to 0.06%, N: 0.02% or less (excluding 0), Heating the billet containing the remaining Fe and unavoidable impurities in a temperature range of 950 to 1,050 ℃;
manufacturing a wire rod by finish hot rolling in a temperature range of Ae1 to Acm°C with a deformation amount greater than or equal to the critical deformation amount expressed by the following formula (1); and
After cooling the wire rod to a temperature range of 500 to 600° C. at a rate of 3° C./sec or more, cooling at a rate of 1° C./sec or less; a method of manufacturing a bearing wire rod comprising a.
Equation (1): -1.6Ceq 2 + 3.11Ceq - 0.48
(Here, Ceq = C + Mn/6 + Cr/5, and C, Mn, and Cr mean wt% of each element.)
제8항에 있어서,
상기 선재는 하기 식(2)를 만족하는 베어링용 선재의 제조 방법.
식(2): Tpf - Tf ≤ 50℃
(여기서, Tpf 는 마무리 열간압연 전 선재의 평균 표면온도이고, Tf 는 마무리 열간압연 후 선재의 평균 표면온도이다.)
9. The method of claim 8,
The wire rod is a method of manufacturing a bearing wire that satisfies the following formula (2).
Equation (2): Tpf - Tf ≤ 50°C
(Here, Tpf is the average surface temperature of the wire rod before finishing hot rolling, and Tf is the average surface temperature of the wire rod after finishing hot rolling.)
제8항에 있어서,
가열시간은 90분 이하인 베어링용 선재의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
A method for manufacturing a bearing wire rod with a heating time of 90 minutes or less.
제8항에 있어서,
마무리 열간압연 전 오스테나이트 결정립 평균 크기(AGS)는 5 내지 20㎛인 베어링용 선재의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
A method of manufacturing a bearing wire rod having an average austenite grain size (AGS) of 5 to 20 μm before finish hot rolling.
제8항에 있어서,
냉각 후, 상기 선재를 Ae1 내지 Ae1+40℃로 가열하고 5 내지 8시간 유지하는 연질화 열처리 단계;를 더 포함하는 베어링용 선재의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
After cooling, a softening heat treatment step of heating the wire rod to Ae1 to Ae1+40° C. and maintaining it for 5 to 8 hours;
제12항에 있어서,
연질화 열처리 후, 20℃/hr 이하의 속도로 660℃까지 냉각하는 단계;를 더 포함하는 베어링용 선재의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
After the softening heat treatment, cooling to 660° C. at a rate of 20° C./hr or less; Method for manufacturing a bearing wire rod further comprising a.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012233254A (en) 2011-04-20 2012-11-29 Kobe Steel Ltd High carbon steel wire rod and method for producing high carbon steel wire rod

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3215891B2 (en) * 1991-06-14 2001-10-09 新日本製鐵株式会社 Manufacturing method of steel rod for cold working
JP3291068B2 (en) * 1993-04-12 2002-06-10 新日本製鐵株式会社 Manufacturing method of bearing steel with excellent spheroidizing annealing characteristics
JPH09279240A (en) * 1996-04-12 1997-10-28 Sumitomo Metal Ind Ltd Production of steel wire
JP3949926B2 (en) * 2001-10-16 2007-07-25 株式会社神戸製鋼所 Linear or bar-shaped steel with excellent wire drawing workability that can omit heat treatment before wire drawing, and bearing parts
JP3950682B2 (en) * 2001-12-07 2007-08-01 株式会社神戸製鋼所 Manufacturing method of hot rolled wire rod for bearing
JP2008202136A (en) * 2007-02-22 2008-09-04 Jfe Steel Kk Steel component for bearing, and method for producing the same
JP5067120B2 (en) * 2007-10-29 2012-11-07 住友金属工業株式会社 Manufacturing method of rough bearing product
JP5380001B2 (en) * 2008-05-15 2014-01-08 新日鐵住金株式会社 Manufacturing method of bearing steel
KR20110032555A (en) * 2009-09-23 2011-03-30 주식회사 포스코 High carbon soft wire rod capable of eliminating softening treatment and method for manufaturing the same
JP5425736B2 (en) * 2010-09-15 2014-02-26 株式会社神戸製鋼所 Bearing steel with excellent cold workability, wear resistance, and rolling fatigue properties
EP2806045B1 (en) * 2012-01-20 2018-04-25 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Rolled wire rod, and method for producing same
US20160333437A1 (en) * 2014-01-10 2016-11-17 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Bearing part, steel for bearing part and method for producing thereof
SG11201702762WA (en) * 2014-10-20 2017-06-29 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Steel wire rod for bearings having excellent drawability and coil formability after drawing
KR101639886B1 (en) * 2014-11-10 2016-07-15 주식회사 포스코 Bearing steel having high fatigue life and manufacturing method for the same
KR101676109B1 (en) * 2014-11-20 2016-11-15 주식회사 포스코 Wire rod having good drawability and high strength, steel wire having high strength and manufacturing method of wire rod
KR101952527B1 (en) * 2014-12-05 2019-02-26 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 High-carbon-steel wire rod having excellent wire drawing properties
JP6193842B2 (en) * 2014-12-11 2017-09-06 株式会社神戸製鋼所 Steel wire rod for bearing
JP6497146B2 (en) * 2015-03-16 2019-04-10 新日鐵住金株式会社 Steel wire rod with excellent cold workability

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012233254A (en) 2011-04-20 2012-11-29 Kobe Steel Ltd High carbon steel wire rod and method for producing high carbon steel wire rod

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