KR20050028833A

KR20050028833A - 구름베어링부품 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20050028833A
Application number: KR1020040074480A
Authority: KR
Inventors: 고토마사오
Original assignee: 고요 세이코 가부시키가이샤
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2005-03-23
Also published as: CN1611628B; EP1517058A1; EP1517058B1; JP2005090680A; CN1611628A

Abstract

본 발명은 내식성이 뛰어난 구름베어링부품을 제공하는 것을 그 과제로 하며, 본 발명에 따른 구름 베어링 부품은 C O.15~0.5wt%, Cr 1~2.5wt% 및 Ni 0.7~3.5wt%를 포함하는 강에 의해 형성되고, 구름 베어링 부품의 구름면의 표층부의 경도가 비커스경도로 700~800이고, 상기 표층부에 탄화물 및 탄질화물이 석출되며, 상기 탄화물 및 탄질화물의 합계량이 면적율에서 20%이하이고, 상기 탄화물 및 탄질화물의 평균입자지름이 2㎛이하이며, 상기 표층부의 C함유량을 〔C〕, N함유량을 〔N〕으로 한 경우, 0.85wt% ≤ 〔C〕+ 1.5〔N〕≤1.3wt%이고 또한 〔N〕≥ 0.05wt%가 된다.

Description

구름베어링부품 및 그 제조방법{ROLLING BEARING PART AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 예를들어 압연기의 롤넥(roll neck)을 지지하는 구름베어링과 같은 철강기계에 사용되는 대형구름베어링의 궤도륜으로서 이용되는 구름베어링부품에 관한 것이다.

종래 이런 종류의 구름베어링부품으로서는 JIS SNCM815등의 담금질(case-hardened)한 강을 이용하여 소정의 형상으로 형성된 가공완료부품소재에 침탄처리를 실시함으로써 제조된 것이 이용되었다.(예를들어 구름베어링의 선택방법·사용방법 편집위원회편, 「구름베어용의 선택방법·사용방법(신판)」, 재단법인 일본규격협회, 1976년 12월 1일 발행, 제 395페이지)

그러나 종래의 구름베어링부품은 내식성이 불충분하여 녹이 발생하고 이 녹이 박리의 기점이 되어 수명이 짧아질 염려가 있다.

본 발명의 목적은 상기 문제를 해결하여 내식성에 뛰어난 구름베어링부품 및 그 제조방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명에 의한 구름베어링부품은 CO.15~0.5wt%, Cr 1~2.5wt% 및 Ni 0.7~3.5wt%를 포함하는 강에 의해 형성되고 구름면의 표층부의 경도가 비커스경도에서 700~800이 되며, 상기 표층부에 탄화물 및 탄질화물이 석출되고 있음과 동시에 상기 탄화물 및 탄질화물의 합계량이 면적율에서 20%이하이고 또한 상기 탄화물 및 탄질화물의 평균입자지름이 2㎛이하가 되고 있으며 상기 표층부의 C함유량을 〔C〕, N함유량을 〔N〕으로 한 경우, 0.85wt% ≤ 〔C〕+ 1.5〔N〕≤1.3wt%이고 또한 〔N〕≥ 0.05wt%가 되는 것이다.

본 발명의 구름베어링부품에 있어서 각 수치의 한정이유는 다음과 같다.

C 함유량

C는 강에 필수 성분이지만 C함유량이 0.15wt%미만이면 구름베어링부품으로서의 내부경도를 확보할 수 없고 0.5wt%를 넘으면 내부경도가 너무 딱딱해져 내부인성을 확보할 수 없다. C함유량은 0.15~0.3wt%인 것이 바람직하다.

Cr 함유량

Cr은 구름베어링 부품을 이용한 구름베어링의 구름피로수명을 길게함과 동시에 구름베어링 부품의 내식성을 향상시키는 성질을 갖지만 그 함유량이 1wt%미만이면 필요한 구름피로수명 및 내식성을 확보할 수 없어 2.5wt%를 넘으면 조대(粗大)한 탄화물 및 탄질화물이 석출하여 이것이 녹의 기점이 됨과 동시에 열처리성이 저하되기 때문이다.

Ni함유량

Ni는 구름베어링부품을 이용한 구름베어링의 구름피로수명을 길게함과 동시에 구름베어링부품의 내식성을 향상시키며 또한 내부인성을 향상시키는 성질을 갖지만 그 함유량이 0.7wt%미만이면 필요한 구름피로수명, 내식성 및 내부인성을 확보할 수 없으며, 3.5wt%를 넘으면 열처리성이 저하됨과 동시에 잔류오스테나이트량이 과잉이 되어 필요한 경도를 확보할 수 없기 때문이다. Ni함유량은 1.4~3.1wt%인 것이 바람직하다.

비커스경도

구름면 표층부의 비커스경도(Hv)가 700~800인 것은 구름베어링으로서의 최적치이다.

표층부의 탄화물 및 탄질화물의 양

탄화물 및 탄질화물은 침탄효과와 질화효과를 포함하는 열처리를 실시하는 것 예를들어 침탄처리를 침탄질화처리를 실시하는 것, 침탄질화처리를 실시하는 것 또는 침탄처리와 질화처리를 실시하는 것에 의해 형성되지만 이 탄화물 및 탄질화물의 양을 면적율에서 20%로 한정한 것은 20%를 넘으면 이들이 녹의 기점이 되어 내식성이 저하되기 때문이다. 또한 이 면적율의 하한은 1%정도이다.

표층부의 탄화물 및 탄질화물의 평균입자지름

이 입자지름을 2㎛이하로 한정한 것은 2㎛를 넘으면 이들이 녹의 기점이 되어 내식성이 저하되기 때문이다.

표층부의 C함유량 〔C〕 및 N함유량 〔N〕

C 및 N은 모두 표층부의 경도를 증대시키는 성질을 갖지만 내식성에 관해서는 C는 저하시키고 N은 향상시키는 성질을 갖는다. 그리고 0.85wt% ≤〔C〕+ 1.5〔N〕≤1.3wt%이고 또한 〔N〕≥ 0.05wt%이지만 필요한 표층부의 경도를 확보한 후 내식성을 향상시킬 수 있다.

이 발명에 의한 구름베어링부품에 있어서 상기 강은 또한 Si0.05~0.5wt%, Mn0.1~1wt% 및 Molwt%이하를 포함하는 경우가 있다.

여기서 Si, Mn 및 Mo의 함유량의 한정이유는 다음과 같다.

Si함유량

Si는 탄화물 및 탄질화물을 미세화시키는 성질을 갖지만 그 함유량이 0.05wt%이하이면 이와같은 효과를 얻을 수 없다. 또 Si는 탄소의 침입을 억제하는 원소이므로 그 함유량이 0.5wt%를 넘으면 필요한 양의 탄화물 및 탄질화물의 생성을 저해한다. 또한 소성가공성도 저하한다. Si함유량은 0.15~0.35wt%인 것이 바람직하다.

Mn함유량

Mn은 강의 경화성을 향상시키기 위해 첨가되지만 그 함유량이 0.1wt%미만이면 경화성 향상효과는 얻을 수 없으며, 1wt%를 넘으면 잔류오스테나이트가 안정되게 분해되지 않음과 동시에 가공성이 저하하기 때문이다. Mn함유량은 0.2~0.8wt%인 것이 바람직하다.

Mo함유량

Mo는 강의 경화성을 향상시키기 위해 첨가되지만 그 함유량이 1wt%를 넘으면 피삭성이 저하되기 때문이다. Mo함유량의 하한은 0인 경우는 없으며 경화성 향상효과를 충분히 얻기 위해 0.2wt%인 것이 바람직하다.

즉 본 발명의 구름베어링 부품은 예를들어 C0.15~0.5wt%, Cr1~2.5wt%, Ni0.7~3.5wt%, Si 0.05~0.5wt%, Mn 0.1~1wt%, Mo1wt%이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강에 의해 형성된다.

본 발명에 의한 구름베어링 부품은 예를들어 외경이 300mm이상, 특히 400mm이상인 대형의 구름베어링의 궤도륜인 것이 바람직하다.

여기서 구름면의 표층부라 함은 구름, 접동면에서의 수명에 영향을 미치는 깊이부분으로 예를들어 내부기점박리의 원인이 되는 최대전단응력이 작용하는 깊이까지의 부분이다. 이 깊이는 접촉조건에 의해 다르지만 대부분의 구름, 접동부품에 있어서 0.5mm정도까지이다.

본 발명에 의한 구름베어링 부품의 제조방법은 C0.15~0.5wt%, Cr 1~2.5wt% 및 Ni 0.7~3.5wt%를 포함하는 강에 의해 형성된 가공완료부품소재에 930℃이상의 균열(soaking)온도에서 침탄처리를 실시한 후 침탄성 가스와 침탄성 가스 100%에 대해 3~10%혼입된 NH₃가스로 이루어지고 또한 카본포텐셜이 1.2~1.4인 분위기중에 있어서, 880~910℃로 균열한 후 급냉하고 이어서 가공완료부품소재에 중간소둔처리를 실시하며 이어서 가공완료부품소재에 770~830℃에서 가열한 후 급냉하는 퀸칭(quenching)처리를 실시하며, 그 후 가공완료부품 소재에 템퍼링(tempering)처리를 실시함으로써 구름면의 표층부의 경도를 비커스경도에서 700~800으로 하고, 상기 표층부에 탄화물 및 탄질화물을 석출시킴과 동시에 상기 탄화물 및 탄질화물의 합계량을 면적율로 20%이하에서 또한 상기 탄화입자 및 탄질화물의 평균입자지름을 2㎛이하로 하며, 상기 표층부의 C함유량을 〔C〕, N함유량을 〔N〕으로 한 경우, 0.85wt% ≤〔C〕+ 〔N〕≤ 1.3wt%이고 또한 〔N〕≥0.05wt%로 하는 것이다.

본 발명에 의한 구름베어링부품의 제조방법에 있어서 열처리조건의 한정이유는 다음과 같다. 또한 이용하는 강중의 각 성분원소의 한정이유는 상술한 구름베어링 부품의 경우와 동일하다.

침탄분위기

침탄분위기의 베이스가 되는 침탄성 가스는 특별히 한정되지 않지만 카본포텐셜을 1.3~1.5로 하는 것이 바람직하다. 카본포텐셜이 1.3미만이면 부품소재의 표층부에 원하는 양의 탄소를 침입시킬 수 없으며 1.5를 넘으면 열처리시에 다량의 그을음이 발생하여 조업상 바람직하지 않기 때문이다.

침탄온도

침탄시의 균열온도를 930℃이상으로 한정한 것은 처리시간을 단축하기 위함이다.

침탄후 처리의 분위기

침탄후 처리 분위기의 카본포텐셜을 1.2~1.4로 한정한 것은 1.2미만이면 부품소재의 표층부에 원하는 양의 탄소를 침입시킬 수 없으며 1.4를 넘으면 열처리시에 다량의 그을음이 발생하여 조업상 바람직하지 않기 때문이다. 또한 침탄성 가스에 혼입되는 NH₃가스 양을 3~10%로 한정한 것은 3%미만이면 부품소재의 표층부에 원하는 양의 질소를 침입시킬 수 없고, 10%를 넘으면 미분해의 잔류 NH₃가 넘으며, 부품의 표층부에 탄질화물을 석출시키는 데 유효하게 기여하지 않기 때문이다.

침탄후의 처리온도

이 온도를 880~910℃로 한정한 것은 이 범위외이면 표층부의 C함유량인 〔C〕와, N함유량인 〔N〕과의 관계를 0.85wt% ≤ 〔C〕+ 〔N〕≤ 1.3wt%로 할 수 없기 때문이다.

침탄 및 침탄후의 처리시간

침탄시 및 침탄후의 균열시의 처리시간은 부품소재의 크기에 의존하므로 특별히 한정되지 않지만 상술한 대형 구름베어링의 궤도륜의 경우, 다음의 시간이 바람직하다. 즉 침탄시의 처리시간은 15~100시간, 특히 20~50시간인 것이 바람직하다. 궤도륜의 강도를 확보하기 위해 충분한 깊이까지 탄소를 침입시키기 위함이다. 침탄 후의 균열시의 처리시간은 5~20시간, 특히 6~10시간인 것이 바람직하다. 예를들어 압연기의 롤넥을 지지하는 베어링과 같이 내식성을 확보할 필요가 있는 경우에 표층부의 소정 깊이까지 질소를 침입시키기 위함이다.

퀸칭처리의 가열온도

이 온도를 770~830℃로 한정한 것은 770℃미만이면 퀸칭이 불완전하게 되어 원하는 경도를 얻을 수 없으며 830℃를 넘으면 잔류오스테나이트량이 과잉이 되어 원하는 경도를 얻을 수 없기 때문이다.

중간소둔 및 소성처리의 가열시간

이 시간은 부품소재의 크기에 의존하므로 특별히 한정되지 않지만 상술한 대형 구름베어링의 궤도륜의 경우, 중간소둔의 가열시간은 3~6시간, 퀸칭처리의 가열시간은 0.5~3시간인 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 구체적 실시예를 비교예와 함께 설명한다.

(실시예 1)

C 0.2wt%, Cr 1.2wt%, Ni 3.0wt%, Si 0.25wt%, Mn 0.5wt%, Mo 0.6wt%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강을 이용하여 외경 450mm, 내경400mm, 폭 100mm의 구름베어링용 궤도륜의 소재를 형성했다.

이어서 이 소재에 도 1에 도시하는 조건에서 열처리를 실시했다. 즉 카본포텐셜 1.4의 침탄성 가스로 이루어지는 침탄분위기중에 있어서 980℃에서 30시간 균열한 후 90℃까지 강온하고, 여기서 침탄성가스 100%에 대해 NH₃가스를 4%를 도입하여 900℃에서 7시간 균열하며 이어서 80℃로 유냉(油冷) 했다. 또한 900℃균열중 분위기의 카본포텐셜은 1.3이다.

이어서 660℃에서 4시간 균열함으로써 중간소둔처리를 실시하고 이어서 780℃에서 1.5시간 균열한 후 80℃로 유냉하여 퀸칭처리를 실시했다. 최후에 180℃에서 4시간 균열하여 템퍼링처리를 실시했다. 이렇게 하여 구름베어링용 궤도륜을 제조했다.

이 구름베어링용 궤도륜의 궤도면 표층부의 표면경도는 비커스경도에서 760, 표층부에 석출하고 있는 탄화물 및 탄질화물의 합계량은 면적율로 9%, 마찬가지로 탄화물 및 탄질화물의 평균입자지름은 0.9㎛였다. 또한 표층부의 C함유량을 〔C〕, N함유량을 〔N〕으로 한 경우, 〔C〕+ 1.5〔N〕= 1.15wt%이고, 〔N〕= 0.2wt%이었다.

(비교예 1)

C 0.15wt%, Cr 0.80wt%, Ni 4.00wt%, Si 0.20wt%, Mn 0.40wt%, Mo 0.20wt%를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 JIS SNCM815를 이용하여 외경 450mm, 내경 400mm, 폭 100mm의 구름베어링용 궤도륜의 소재를 형성했다.

이어서 이 소재에 카본포텐셜 1.4의 침탄성 가스로 이루어지는 침탄분위기중에 있어서 980℃에서 32시간 균열한 후 900℃까지 강온하고 이어서 80℃로 유냉했다. 이어서 660℃에서 4시간 균열함으로써 중간소둔처리를 실시하고 이어서 790℃에서 1.5시간 균열한 후 80℃로 유냉하여 퀸칭처리를 실시했다. 최후에 180℃에서 4시간 균열하여 템퍼링처리를 실시했다. 이렇게 하여 구름베어링용 궤도륜을 제조햇다.

이 구름베어링용 궤도륜의 궤도면의 표층부의 표면경도는 비커스경도에서 740, 표층부에 석출하고 있는 탄화물의 양은 면적율로 3%, 마찬가지로 탄화물의 평균입자지름은 0.7㎛이었다. 또한 표층부의 C함유량은 0.9wt%, N함유량은 0wt%이었다.

평가시험

실시예 1 및 비교예 1의 구름베어링용 궤도륜을 충분히 탈지한 후 온도 50℃, 습도 95%이상의 상온상습조안에 방치하고, 소정시간 경과후의 녹의 면적율을 측정해다. 그 결과를 표 1 에 도시한다.

	1시간 후	24시간 후	48시간 후	96시간 후
실시예 1	1%이하	1%이하	2%	4%
비교예 1	1%이하	2%	15%	30%

본 발명의 구름베어링부품은 구름면의 표층부가 구름베어링에 이용되는 데 적합한 표면강도를 갖고 있음과 동시에 내식성에 뛰어나다. 그리고 내식성에 뛰어나므로 녹의 발생 및 녹이 기점이 되는 박리 발생을 방지할 수 있으며 그 결과 장수명화를 도모할 수 있다.

본 발명의 구름베어링부품의 제조방법에 의하면 상술과 같은 효과를 나타내는 구름베어링부품을 제조할 수 있다. 또 소정의 침탄 후에 침탄성 가스와 침탄성 가스 100%에 대해 3~10%혼입된 NH₃가스로 이루어지고 또한 카본포텐셜이 1.2~1.4인 분위기중에 있어서 880~910℃로 균열함으로써 대형의 구름베어링의 궤도륜에 요구되는 강도와, 특히 연압기의 롤넥을 지지하는 베어링에 요구되는 내식성을 겸하여 구비한 구름베어링부품을 제조할 수 있다. 즉 침탄처리에 의해 부품소재의 표층부에서의 표면보다 충분한 깊이까지 탄소를 침입시키는 것으로 강도를 확보하고, 침탄후의 상기 분위기에서의 균열에 의해 내식성의 확보에 필요한 질화처리를 표층부에만 효과적으로 실시할 수 있다.

도 1은 실시예 1의 구름베어링용 궤도륜을 제조할 때의 열처리조건을 도시하는 선도.

Claims

C O.15~0.5wt%, Cr 1~2.5wt% 및 Ni 0.7~3.5wt%를 포함하는 강에 의해 형성되는 구름 베어링 부품으로서,

구름 베어링 부품의 구름면의 표층부의 경도가 비커스경도로 700~800이고,

상기 표층부에 탄화물 및 탄질화물이 석출되며,

상기 탄화물 및 탄질화물의 합계량이 면적율에서 20%이하이고,

상기 탄화물 및 탄질화물의 평균입자지름이 2㎛이하이며,

상기 표층부의 C함유량을 〔C〕, N함유량을 〔N〕으로 한 경우, 0.85wt% ≤ 〔C〕+ 1.5〔N〕≤1.3wt%이고 또한 〔N〕≥ 0.05wt%가 되는 것을 특징으로 하는 구름베어링부품.
제 1항에 있어서,

상기 강중의 C함유량은 0.15~0.3wt%이하인 것을 특징으로 하는 구름베어링부품.
제 1항에 있어서,

상기 강중의 Ni함유량이 1.4~3.1wt%인 것을 특징으로 하는 구름베어링부품.
제 1항에 있어서,

상기 강은 또한 Si 0.05~0.5 wt%, Mn 0.1~1 wt% 및 Mo l wt%이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 구름베어링부품.
제 4항에 있어서,

상기 강중의 Si함유량이 0.15~0.35 wt%이하인 것을 특징으로 하는 구름베어링부품.
제 4항에 있어서,

상기 강중의 Mn함유량이 0.2~0.8 wt%인 것을 특징으로 하는 구름베어링부품.
제 4항에 있어서,

상기 강중의 Mo함유량이 0.2~1 wt%인 것을 특징으로 하는 구름베어링부품.
구름 베어링 부품 제조방법으로서,

C 0.15~0.5 wt%, Cr 1~2.5 wt% 및 Ni 0.7~3.5 wt%를 포함하는 강에 의해 형성된 가공완료 부품소재에 930℃이상의 균열온도에서 침탄처리를 실시하는 단계와,

침탄성 가스와 침탄성 가스 100%에 대해 3~10% 비율로 혼입된 NH₃가스로 이루어지고 또한 카본포텐셜이 1.2~1.4인 분위기중에 있어서, 880~910℃로 가공완료 부품소재를 균열(soaking) 하는 단계와,

상기 가공완료부품소재를 퀸칭(quenching)하는 단계와,,

상기 가공완료부품소재를 중간소둔처리하는 단계와,

상기 가공완료부품소재를 770~830℃에서 가열한 후 급랭하여 퀸칭을 행하도록 하는 단계와,

상기 가공완료부품소재를 템퍼링하는 단계와,

C 0.15~0.5 wt%, Cr 1~2.5 wt% 및 Ni 0.7~3.5 wt%를 포함하는 강을 얻는 단계를, 구비하며,

구름 베어링 부품의 구름면의 표층부의 경도가 비커스경도로 700~800이고,

상기 표층부에 탄화물 및 탄질화물이 석출되며,

상기 탄화물 및 탄질화물의 합계량이 면적율에서 20%이하이고,

상기 탄화물 및 탄질화물의 평균입자지름이 2㎛이하이며,

상기 표층부의 C함유량을 〔C〕, N함유량을 〔N〕으로 한 경우, 0.85wt% ≤ 〔C〕+ 1.5〔N〕≤1.3wt%이고 또한 〔N〕≥ 0.05wt%가 되는 것을 특징으로 하는 구름베어링부품의 제조방법.