KR20030054283A - 경도 및 크랙 저항성이 우수한 고탄소 베어링강의 제조를위한 열처리 방법 - Google Patents

경도 및 크랙 저항성이 우수한 고탄소 베어링강의 제조를위한 열처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고탄소 베어링강의 열처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고탄소 베어링강의 담금질 온도를 820∼840℃범위로 하고, 그 후 실시되는 템퍼링의 온도를 160∼180℃로 하여, 미세조직상의 구상화 탄화물과 잔류 오스테나이트의 양을 적정 조정하는 것에 의해, 우수한 경도와 크랙 저항성을 가지는 고탄소 베어링강을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

경도 및 크랙 저항성이 우수한 고탄소 베어링강의 제조를 위한 열처리 방법{Heat treatment method for high carbon bearing steel having excellent hardness and crack resistance}
본 발명은 고탄소 베어링강의 열처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고탄소 베어링강의 담금질 온도를 820∼840℃범위로 하고, 그 후 실시되는 템퍼링의 온도를 160∼180℃로 하여, 미세조직상의 구상화 탄화물과 잔류 오스테나이트의 양을 적정 조정하는 것에 의해, 우수한 경도와 크랙 저항성을 가지는 고탄소 베어링강을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고속 회전되는 전동체의 부품으로 사용되는, 탄소량, 크롬량이 많은 고탄소 베어링강(high carbon bearing steel)은 담금질(소입, quenching) 및 템퍼링(tempering, 소려, 뜨임) 열처리하여, 미세조직을 제어하는 것에 의해 경도와 크랙 저항성을 향상시키게 된다.
그러나, 종래의 열처리 방법에서는 담금질 열처리시 그 온도가 높아 잔존되는 탄화물의 양이 적고, 생성되는 잔류 오스테나이트의 양이 많아, 크랙 저항성은 양호하나, 경도가 낮아 내마모성이 열악한 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 고탄소 베어링강의 담금질 및 템퍼링 열처리시 그 온도 조건을 변경하는 것에 의해, 잔류 오스테나이트와 탄화물이 적정하게 분포되도록 하여, 최종 경도와 크랙 저항성이 우수한 고탄소 베어링강이 제공되도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 경도 및 크랙 저항성이 우수한 고탄소 베어링강의 제조를 위한 열처리 방법은, 가열온도인 820∼840℃에서 오일을 이용하여 담금질 열처리하고, 그 후, 160∼180℃범위에서 템퍼링 열처리하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 고탄소 베어링강은 중량%로 C:1.0%, Mn:0.25%, Si:0.15%, Cr:1.4%, 기타 불가피한 불순물 및 잔부 Fe로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 고탄소 베어링강은 중량%로 C:1.0%, Mn:0.25%, Si:0.15%, Cr:1.4%, 기타 불가피한 불순물 및 잔부 Fe의 것이 사용된다.
이 합금조성의 베어링강은 용융되어 용강으로 제조되고, 연속주조되어 불룸(bloom) 또는 빌레트(billet)로 주조된 후, 가열로에서 재가열되어 선재압연을통해 선재로 제조되게 된다.
우선, 담금질(소입, quenching)시 가열온도는 820∼840℃로 하고, 이 가열온도에서 충분히 가열한 다음, 오일(oil)을 이용하여 담금질 열처리한다.
여기서, 가열온도가 820℃미만인 경우에는 열처리 후 소재에 탄화물이 과다하게 잔존되고, 잔류 오스테나이트(retained austenite)가 극소량 존재하게 되어, 경도 특성은 우수하나 피로크랙에 대한 저항성이 열악해지는 문제점이 있다.
한편, 가열온도가 850℃보다 높은 경우에는 잔존 탄화물의 양이 너무 적고, 잔류 오스테나이트양이 너무 많아, 크랙 저항성은 개선되나, 최종제품의 경도가 낮아 내마모성이 나빠져 바람직하지 않다.
따라서, 담금질은 820∼840℃범위에서 실시하는 것이 바람직하다.
나아가, 담금질 후 템퍼링(tempering, 뜨임, 소려) 열처리의 온도는 160∼180℃가 가장 적당하다.
템퍼링 온도가 160℃보다 낮은 경우에는 소려 마르텐사이트(tempered martensite) 조직의 경도가 너무 높아 내마모성은 우수한 반면, 피로크랙에 대한 저항성이 열악하며, 이와는 반대로 템퍼링 온도가 180℃보다 높은 경우에는 소려 마르텐사이트 조직의 경도가 너무 낮아 내마모성이 열화되므로 각각 바람직하지 않다.
실시예
전술한 조성을 가지는 고탄소 베어링강을 진공 유도용해로에서 주조한 후 8㎜ 선재로 압연한 후, 810∼850℃로 가열한 후 오일 담금질을 실시하고, 그 미세조직, 경도, 크랙저항성, 마모량을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
구분 담금질온도(℃) 잔류오스테나이트량(%) 탄화물함량(%) 경도(HRc) 크랙발생소요시간(sec) 마모량(3시간)(g)
비교예1 810 7 16 67 24,080 1.4
실시예1 820 9 13 64 36,440 1.8
실시예2 840 13 10 61 40,678 1.9
비교예2 850 16 8 58 43,338 2.4
표를 참조하면, 담금질 온도가 810℃인 경우(비교예1)에는 잔류 오스테나이트양이 7%밖에 되지 않고, 탄화물함량은 16%나 되어, 마모량이 3시간 시험시 1.4g으로 내마모성은 우수하나, 경도가 너무 높고, 크랙발생시까지의 시간이 24,080sec로 크랙 저항성이 매우 열악하게 나타났다.
한편, 각각 820 및 840℃인 경우(실시예1, 2)에는 공히 탄화물과 잔류 오스테나이트양이 적절하게 분포되어, 경도와 크랙 저항성이 모두 양호함을 알 수 있다.
반면, 담금질 온도가 850℃인 경우(비교예2)에는 잔류 오스테나이트 함량이 16%로 너무 높고, 탄화물량이 너무 적어, 크랙 저항성은 우수하나, 내마모성이 매우 열악함을 알 수 있다.
다음으로, 상기 결과로부터 양호한 담금질 온도인 820℃의 담금질을 실시한 소재들에 대하여 하기 표 2와 같이 각기 다른 온도로 템퍼링 열처리를 실시한 후,경도, 크랙저항성, 마모량을 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타낸다.
구분 담금질 온도(℃) 경도(HRc) 크랙발생소요시간(sec) 마모량(3시간)(g)
비교예1 150 68 28,304 1.6
실시예1 160 64 36,583 1.6
실시예2 170 63 41,760 1.8
실시예3 180 61 43,276 2.1
비교예2 200 58 48,328 2.5
표를 참조하면, 템퍼링 온도가 150℃인 경우(비교예1)에는 경도값이 HRc68로 너무 높아, 마모량이 3시간 시험시 1.6g으로 내마모성은 우수하나, 크랙이 발생될 때까지의 시간이 28,304sec로 크랙 저항성이 매우 열악하게 나타났다.
또한, 템퍼링 온도가 각각 160, 170 및 180℃인 경우(실시예1, 2, 3)에는 공히 크랙 저항성과 내마모성이 우수하였다.
반면, 템퍼링 온도가 200℃인 경우에는 크랙 저항성은 우수하나 경도값이 HRc58로 내마모성이 열악함을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 따르면, 경도, 내마모성, 크랙 저항성과 같은 기계적 특성이 우수한 고탄소 베어링강이 제공되게 되어, 이를 기초로 높은 성능의 베어링 제품이 생산될 수 있어, 다대한 효과를 볼 수 있다.

Claims (2)

  1. 가열온도인 820∼840℃에서 오일을 이용하여 담금질 열처리하고,
    그 후, 160∼180℃범위에서 템퍼링 열처리하는 것을 특징으로 하는 경도 및 크랙 저항성이 우수한 고탄소 베어링강의 제조를 위한 열처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고탄소 베어링강은 중량%로 C:1.0%, Mn:0.25%, Si:0.15%, Cr:1.4%, 기타 불가피한 불순물 및 잔부 Fe로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경도 및 크랙 저항성이 우수한 고탄소 베어링강의 제조를 위한 열처리 방법.
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