KR20060127118A

KR20060127118A - 이음매가 없는 냉간 마무리 강관

Info

Publication number: KR20060127118A
Application number: KR1020067015560A
Authority: KR
Inventors: 다카시 니카시마; 고우이치 구로다; 겐이치 벱푸
Original assignee: 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-12-11
Also published as: CN100460100C; BRPI0507469A; US20050191509A1; AR048214A1; US7371293B2; EP1712306A1; KR100835056B1; CN1913985A; EP1712306B1; JP4453657B2; WO2005075121A1; JPWO2005075121A1; EP1712306A4; ATE526095T1

Abstract

본 발명의 이음매가 없는 냉간 마무리 강관에 의하면, 냉간 가공 후의 교정 가공에 의해 발생하는 잔류 응력을 제어하여, 크램프턴(Crampton)법으로 측정한 잔류 응력(F)을 30㎫ 이상으로, 또한 그 편차를 30㎫ 이하로 한다. 또한 필요에 따라, 구상화 탄화물의 평균 입경을 규정함으로써, 강관 내외면의 선삭 가공 시에 발생하는 잔류 뒤틀림에 의한 치수 변형이 적고, 베어링용 부품의 최종 가공에서 정밀한 진원도 및 뛰어난 피삭성을 확보할 수 있다. 이에 의해, 베어링용 부품의 비용 삭감에 기여하는 동시에, 높은 치수 정밀도로, 선삭 가공이나 열처리 등의 최종 가공에서의 변형이 적은 베어링용 부품을 제공할 수 있다.

Description

이음매가 없는 냉간 마무리 강관{COLD-FINISHED SEAMLESS STEEL PIPE}

본 발명은, 베어링의 궤도륜(軌道輪) 등의 베어링용 부품에 사용되는 이음매가 없는 냉간 마무리 강관에 관한 것으로서, 더 자세하게는, 강관 내외면의 선삭 가공 시에 발생하는 잔류 뒤틀림에 의한 치수 변형이 적고, 베어링용 부품의 최종 가공에서 진원도 및 피삭성(被削性)이 우수한 이음매가 없는 냉간 마무리 강관에 관한 것이다.

통상, 높은 치수 정밀도가 요구되는 이음매가 없는 강관은, 만네스만(Mannesmann)법이나 압출법 등의 열간 가공으로 제관된 후, 구상화(球狀化) 어닐링 등의 연화 처리가 실시되고, 다이 압신 또는 필거(pilger) 압연의 냉간 가공이 더 실시되어, 목표의 외경 및 두께 치수로 높은 정밀도로 마무리된다.

냉간 마무리된 이음매가 없는 강관은, 어닐링 등의 연화 처리에 이어서, 정정(精整) 처리로서 강관의 구부러짐 수정과 강관 단면의 진원 형상을 확보하기 위해 교정 가공이 실시되고, 최종적인 강관 제품으로서 검사되고, 그 후 출하된다. 냉간 가공 후에 실시되는 교정 가공은, 어닐링 후에 발생하는 강관의 궁곡(弓曲)을 곧게 하고, 또한 타원 단면을 수정하기 위해 행하여지고, 일반적으로, 다롤 교정기 또는 2롤 교정기가 이용된다.

출하된 이음매가 없는 냉간 마무리 강관은, 링 형상으로 절단되고, 선삭 가공이나 연마 가공으로 소정의 치수로 마무리되어, 각종 기계의 베어링용 부품으로서 많이 이용되고 있으며, 그 대표적인 용도예로서 베어링의 궤도륜 등이 있다.

상기 이음매가 없는 냉간 마무리 강관을 이용하여 베어링용 부품을 가공하는 경우에, 소재 강관으로부터 베어링 제품에 도달하는 일반적인 가공 공정으로서 「열간 가공 → 구상화 어닐링 → 냉간 가공 → 연화 어닐링 → 교정 가공 → 출하 검사 → 강관 절단 → 선삭 가공 → 담금질 템퍼링(열처리) → 연마 마무리 → 조립」이 예시된다.

그런데, 상기 공정에서 가공되는 강관은, 냉간 가공 후의 교정 가공에 의해 잔류 응력이 발생하여, 그 내부에 뒤틀림이 존재하게 된다. 이 때문에, 특히 외경이 70㎜이상, 또한 외경에 대한 두께의 비율이 10% 이하인 박육 강관에서, 베어링용 부품으로서 링 형상으로 잘라내는 선삭 가공 시나 최종 열처리로서의 담금질 시에, 상기 잔류 응력의 영향으로 진원도를 확보할 수 없어, 치수 불량이 발생하는 경우가 있다.

잔류 응력이 현저해지면, 잔류 뒤틀림에 의한 가공 후의 변형이 현저해져, 최종 마무리 공정에서 수정 작업을 위해 연삭 횟수가 증가하거나, 더 과대한 변형 때문에 연마 마무리를 하여도 원하는 제품 형상을 얻을 수 없다는 문제가 있다.

이러한 문제에 대처하기 위하여, 종래부터 다양한 제안이 이루어지고 있다. 예를 들어, 일본국 특개평10-137850호 공보에서는, 유진 세쥬르네 압출 방식(the Ugine-Sejournet process)에 의해 제조된 이음매가 없는 강관을 교정하는 경우에, 2롤 라인 콘택트 타입 교정기를 사용하여, 상하 롤 하중 전류값을 최적 조건으로 하여 교정하는 저 잔류 뒤틀림 교정 방법이 제안되어 있다.

또한, 일본국 특개 2001-329316호 공보에서는, 이음매가 없는 강관의 열간 제관 후의 교정에 의해 발생한 잔류 응력을 제거하기 위해 520∼630℃에서 어닐링하고, 이어서 2롤 에어 벤드 타입 교정기를 이용하여, 오프셋 5㎜ 이하로, 크래시를 1.5∼5㎜로 하는 경(輕)교정을 행하여, 선삭 가공 시에 치수 변형이 적은 이음매가 없는 열간 마무리 강관의 제조 방법이 개시되어 있다.

그러나, 최근에는, 베어링용 부품의 제조 비용의 저감 요청이 한층 더 높아지고, 이에 수반하여 부품 마무리 공정에서의 절삭 부분의 삭감, 또한 종래 이상으로 정밀한 진원도를 확보하는 것이 요구되게 된다. 이러한 요구에 대하여, 종래부터 제안된 제조 방법으로는, 대처할 수 없다는 문제가 있다.

상술한 바와 같이, 베어링용 부품에 사용되는 이음매가 없는 강관에 대하여, 부품 절삭 부분의 삭감에 의한 최종 마무리 공정에서의 치수 정밀도나 마무리 정밀도가 더 요구되게 되면, 상기 일본국 특개평 10-137850호 및 일본국 특개 2001-329316호의 각 공보가 대상으로 하는 이음매가 없는 열간 마무리 강관으로는 요구되는 정밀도를 확보할 수 없어, 대응할 수 없게 된다.

또한, 베어링용 부품으로서 정밀한 진원도가 필요하게 되어, 최종 가공 공정에서 한층 더 변형이 적은 강관의 제조가 요구되게 되면, 베어링용 강관의 제조 프로세스로서 이러한 요청에 대응할 수 있는 새로운 처치가 필요하게 된다. 또한, 베어링용 부품의 부품 가공 공정에서의 피삭성을 확보하는 것도, 더 검토할 필요가 있다.

본 발명은, 상술한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 베어링용 부품의 비용 삭감에 기여하는 동시에, 높은 치수 정밀도로, 선삭 가공이나 열처리 등의 최종 가공에서의 변형이 적은, 베어링의 궤도륜 등의 베어링용 부품에 사용할 수 있는 이음매가 없는 냉간 마무리 강관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 이음매가 없는 강관을 베어링용 부품으로서 선삭 가공하는 경우에 발생하는 변형, 및 그 후의 담금질 시에 발생하는 변형에 관해서 상세히 검토한 결과, 이러한 변형을 효과적으로 억제하기 위해, 냉간 가공 후의 교정 가공에 의해 발생하는 잔류 응력, 또한 담금질 시의 변형에 영향을 미치는 구상화 탄화물의 입경에 착안하였다.

강관의 선삭 가공에서의 기술 진보는 현저하고, 예를 들어, 6클로(claw) 척(chuck)의 적용 등에 의해 피삭재의 재질, 치수에 관계없이, 높은 정밀도로 가공하는 것이 가능해진다. 그러나, 강관을 선삭 가공하는 경우에, 피삭재의 그 자체의 진원도를 확보할 수 없으면, 척 해방 후의 형상은 피삭재의 진원도에 의존하여, 피삭재의 상황에 따라서는, 가공 후에 진원과는 동떨어진 단면 형상이 된다.

강관의 잔류 응력이 “O(제로)”인 상태이면, 선삭 가공 시에 비틀림에 의한 변형은 발생하지 않는다. 그러나, 이음매가 없는 강관의 제조 시에, 구부러짐의 교정 및 단면 형상의 수정을 위해, 구부러짐 교정은 필수적인 공정이 된다. 이 때문에, 어느 정도의 잔류 응력의 발생을 전제로 해야만 한다.

더구나, 강관의 절삭은 일종의 파괴이기 때문에, 어느 정도의 잔류 응력을 내재시킴으로써, 강관의 피삭성을 향상시킬 수 있다. 즉, 강관의 내부에 잔류하는 변형의 작용에 의해 절삭 가공을 진전시키는 동시에, 형성되는 절분(切粉)의 배출을 촉진할 수 있다. 이에 의해, 공구 수명의 연장을 도모하는 동시에, 피삭성을 개선할 수 있다.

따라서, 냉간 가공 후의 교정 가공에 의해, 어느 정도의 잔류 응력의 발생을 전제로 하고, 그 전제에서의 잔류 응력의 발생 상황을 제어하는 것이 필요해진다. 구체적으로는, 강관에 잔류 응력을 내재시킨 조건에서, 그 강관 내에서의 잔류 응력의 편차를 제어함으로써, 선삭 가공 시에 발생하는 변형을 억제할 수 있다.

베어링용 부품은, 내마모성을 확보하기 위해, 선삭 가공 후에 기름 담금질 등의 열처리를 실시하여 고강도를 확보할 필요가 있다. 그러나, 담금질에 수반되는 변형이 커지면, 열 처리 후에 행하여지는 연마 라인에 부품을 투입할 수 없기 때문에, 수정 작업으로서의 연삭 가공을 추가해야만 한다. 또한 그 변형이 과대하해지면, 연마 마무리를 실시하여도 원하는 제품 형상을 얻을 수 없어, 치수 불량이 발생하게 된다.

그런데, 선삭 가공 후에 담금질을 실시하는 경우에, 강관의 조직 중의 탄화물이 균일하게 베이스 내에 고용(固溶)되지 않으면, 강관의 원주 방향에 담금질 불균일이 발생하여, 담금질에 수반되어 변형이 발생한다. 따라서, 담금질에 수반되는 변형을 억제하려면, 담금질 시에 탄화물의 고용을 균일하게 할 필요가 있으며, 그 때문에 탄화물의 평균 입경을 균일하게 하는 것이 효과적이다.

본 발명은, 상기 지견에 기초하여 완성된 것으로, 하기 (1) 및 (2)의 이음매 가 없는 냉간 마무리 강관을 요지로 한다.

(1) 크램프턴(Crampton)법으로 측정한 잔류 응력(F)(하기 (1)식으로 산출)이 30㎫ 이상이고, 또한 그 편차가 30㎫ 이하인 것을 특징으로 하는 이음매가 없는 냉간 마무리 강관이다.

F= E·(1/D-1/D’)·t/(1-υ²) …(1)

단, E : 영률(Young’s modulus)(㎫), υ : 푸아송비((Poisson's ratio)

D : 슬릿 가공 전의 시험편 외경(㎜)

D’: 슬릿 가공 후의 시험편 외경(㎜)

t : 시험편의 평균 두께(㎜)

(2) 상기 (1)의 이음매가 없는 냉간 마무리 강관에서는, 조직 중의 구상화 탄화물의 평균 입경을 0.35∼0.70㎛으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 이음매가 없는 냉간 마무리 강관은, 강관 내에서의 잔류 응력의 편차를 억제하기 위해, 압신 가공에 의해 냉간 가공을 실시하는 것이 바람직하다.

상기 (1), (2)의 이음매가 없는 냉간 마무리 강관에 의하면, 냉간 가공 후의 교정 가공에 의해 발생하는 잔류 응력을 제어하고, 또한 필요에 따라, 구상화 탄화물의 평균 입경을 규정함으로써, 강관 내외면의 선삭 가공 시에 발생하는 잔류 뒤틀림에 의한 치수 변형이 적어, 베어링용 부품의 최종 가공에서 정밀한 진원도 및 뛰어난 피삭성을 확보할 수 있다.

이에 의해, 베어링용 부품의 비용 삭감에 기여하는 동시에, 높은 치수 정밀도로, 선삭 가공이나 열처리 등의 최종 가공에서의 변형이 적은, 베어링 궤도륜 등 의 베어링용 부품을 제공할 수 있다.

도 1은 2롤 교정기의 구성예로서 2-2-2-1형 대향형 롤의 구성을 도시한 도면이다.

도 2는 크램프턴법에 의한 시험편의 채취 요령을 설명하는 도면이고, 도 2a는 링 형상 시험편을 강관의 축 방향으로부터 채취하는 개소를 도시한 있으며, 도 2b 및 도 2c는 슬릿 가공 전후의 시험편의 형상을 도시한다.

도 3은 실시예 2에서 채용한 구상화 어닐링의 히트 패턴을 도시한 도면이다.

본 발명에서는 베어링용 부품의 소재강으로서, 특별히 성분 조성을 한정하는 것은 아니지만, JIS G4805로 규격화된 SUJ2강 등의 고탄소 크롬 베어링강을 채용하는 것이 바람직하다.

본 발명이 대상으로 하는 이음매가 없는 강관은, 만네스만 압연법이나 유진 세쥬르네 압출법의 열간 제관법에 의해 소정 치수의 강관으로 제조한 후, 연화를 목적으로 한 구상화 어닐링을 받고, 이어서 냉간 압신, 또는 냉간 압연 등의 냉간 가공이 실시된다. 또한, 냉간 가공으로 목표 치수로 마무리 가공된 후, 어닐링 등으로 연화 처리하여, 다롤 교정기 또는 2롤 교정기로 구부러짐 교정이 행하여진다.

도 1은, 2롤 교정기의 구성예로서 2-2-2-1형 대향형 롤을 도시한 도면이다. 도 1에 도시한 2롤 교정기에서는, 서로 축의 경사진 롤(2)을 동일 방향으로 회전시켜, 양 롤(2)의 사이에서 강관(1)에 회전 구부러짐을 부여하면서 교정을 하는 구조 이다. 2롤 교정기에서는, 교정 조건으로서 크래쉬량(㎜) 및 오프셋량(㎜)이 적절히 선택되게 된다.

예를 들어, 2-2-2-1형 대향형 롤로 구부러짐 교정을 행하는 경우에는, 강관의 외경(D)(㎜), 강관의 두께(t)(㎜)로 한 경우에, 하기 (2) 및 (3)식에 나타낸 크래쉬량(Lc)(㎜) 및 오프셋량(Lo)(㎜)을 목표로 할 수 있다. 2롤 교정기에서 교정 조건을 하기 (2) 및 (3)식으로 관리함으로써, 단면 형상을 진원으로 유지하면서, 구부러짐 교정과 잔류 응력을 제어할 수 있어, 강관의 선삭 가공 시나 베어링용 부품의 담금질 시에 치수 변형이 적은 이음매가 없는 냉간 마무리 강관을 얻을 수 있다.

Lc= 0.005×D+2.3+0.01×t … (2)

Lo= -0.06×D+17.4 … (3)

한편, 다롤 교정기는, 도시하지 않지만, 교정 롤을 3개 이상 지그재그형으로 배치한 구성이며, 구부러짐관의 교정은 오프셋량(㎜)만을 조정함으로써 행하여진다.

통상, 다롤 또는 2롤 교정기 등으로 구부러짐 교정을 행하는 경우에, 제품 강관의 구부러짐은 1㎜/1000㎜ 이하로 관리된다.

본 발명에서 규정하는 강관의 잔류 응력의 측정 방법은, 크램프턴(Crampton)법에 따른다. 동 법에 의하면, 박육 강관의 원주 방향의 잔류 응력을 높은 정밀도로 측정할 수 있기 때문이다.

도 2는, 크램프턴법에 의한 시험편의 채취 요령을 설명한 도면으로서, 2a는 링 형상 시험편을 강관의 축 방향으로부터 채취하는 개소를 도시하고 있고, 2b 및 2c는 슬릿 가공 전후의 시험편의 형상을 도시한다. 교정 후의 강관(1) 단부(端部)는 교정 롤로의 맞물림 등의 영향을 받아 변형이 생기기 쉬우므로, 단부를 피하여, 도 2a에 도시한 바와 같이, 강관(1)으로부터 폭 10㎜의 링 형상의 시험편(1a)을 연속적으로 4∼10매 둥글게 잘라 채취한다. 얻어진 시험편(1a)을 원주 방향 위치를 맞춘 상태에서, 강관의 축 방향으로 정렬하고 슬릿 가공하여, 슬릿(3)을 형성한다.

도 2b에 도시한 바와 같이, 슬릿 가공 전의 시험편(1a)의 외경(D) 및 평균 두께(t)를 측정한다. 다음에, 도 2c에 도시한 바와 같이, 슬릿 가공 후에, 슬릿 가공 위치와 90°교차하는 위치의 시험편(1a)의 강관 외경(D’)을 측정하여, 하기 (1)식에 의해 잔류 응력(F)을 산출한다. 단, 식 중의 기호는, 영률(E)(㎫) 및 푸아송비(υ)로 한다.

F= E·(1/D-1/D’)·t/(1-υ²) … (1)

본 발명에서는, 측정한 잔류 응력(F)이 30㎫ 이상이고, 또한, 그 편차가 30㎫ 이하인 것이 필요하다.

강관에 내재하는 잔류 응력(F)을 30㎫ 이상으로 하는 것은, 안정된 잔류 비틀림을 내재시켜, 베어링용 강관으로서의 피삭성을 확보하기 위해이다. 상술한 바와 같이, 절삭은 일종의 파괴이기 때문에, 잔류 응력(F)을 30㎫ 이상으로 하여, 내부 비틀림의 작용에 의해 피삭성을 개선하고, 아울러 공구 수명의 연장을 도모한다.

본 발명에서는, 또한 동일 강관의 잔류 응력(F)의 편차를 30㎫ 이하로 할 필 요가 있다. 즉, 강관에 잔류 응력이 30㎫ 이상 존재하고 있어도, 동일 강관 내의 편차를 30㎫ 이하로 제어함으로써, 베어링용 부품에 대한 선삭 가공 시의 치수 변형을 억제할 수 있다. 이에 의해, 베어링용 부품의 절삭 부분 삭감이나, 연마 마무리 공정의 간소화가 가능해진다.

본 발명이 대상으로 하는 이음매가 없는 강관에서는, 조직 중의 구상화 탄화물의 평균 입경을 0.35∼0.70㎛으로 하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 강관을 베어링용 부품으로 선삭 가공한 후에 담금질을 실시하는 경우에, 강관의 조직 중의 탄화물이 균일하게 베이스 내에 고용되지 않으면, 강관의 원주 방향에 담금질 불균일이 발생하여, 담금질에 수반되어 변형이 발생한다.

이유는 명확하지 않지만, 구상화 탄화물의 평균 입경이 지나치게 크거나, 또는 지나치게 작으면 진원도가 떨어지게 된다. 이 때문에, 본 발명에서는, 필요에 따라, 구상화 탄화물의 평균 입경을 규정하는 것으로 하였다.

본 발명에서는, 냉간 마무리에서의 냉간 가공 방법으로서 압신 가공 및 냉간 압연 중 어느 것이나 적용할 수 있다. 그러나, 동일 강관 내에서 양호한 잔류 응력(F)의 편차를 확보하기 위해는, 냉간 가공으로서 구멍 다이를 사용하는 압신 가공을 채용하는 것이 바람직하다.

냉간 가공에 압신 가공을 적용하는 경우에, 사용하는 구멍 다이의 개방각을 20∼25°로 하는 것이 좋다. 이 개방 각도에서 벗어나는 구멍 다이를 사용한 경우에, 잔류 응력에 큰 편차가 생기는 경우가 있기 때문이다.

이하에, 본 발명의 이음매가 없는 냉간 마무리용 강관이 발휘하는 효과를, 구체적으로 실시예 1∼2에 기초하여 설명한다.

(실시예 1)

표 1에 나타낸 화학 조성을 갖는 강철을 용해 제조하여, JIS G4805에 규정된 SUJ2의 베어링강의 공시재로 하였다. 이 공시재를 소재로 하여 열간 제관법에 의해 냉간 가공용의 소관(素管)을 제조하고, 구상화 어닐링을 실시한 후, 냉간 가공을 행하였다. 냉간 가공 후, 연화 어닐링을 실시하고 구부러짐 교정을 실시하여, 공시 강관을 제조하였다.

[표 1]

열간 제관법으로서 만네스만 맨드릴 릴(Mannesmann Mandrel Mill)을 이용하여, 외경이 38∼110㎜이고 두께가 3.1∼6㎜인 냉간 가공용의 소관을 제관하고, 열간 제관 후에는 대기 중에서 방냉하였다. 얻어진 각 소관에 구상화 어닐링을 실시한 후, 통상의 방법으로 산(酸) 세정에 의한 탈(脫)스케일 처리 및 표면 처리를 행하고, 이어서 표 2에 나타낸 가공 스케쥴로 냉간 압신을 행하여, 외경이 30∼100㎜이고 두께가 2.5∼5㎜인 냉간 마무리 강관을 제조하였다. 이 때의 가공율은, 25∼36%로 하였다.

압신 가공 시에는, 테이퍼형 다이와, 테이퍼형 또는 원통형 플래그를 사용하였다. 이 때의 다이 개방 각도는, 후술하는 표 3에 나타낸 바와 같이, 10∼25°의 범위에서 변동시켰다.

[표 2]

냉간 가공 후에는 연화 어닐링을 실시하여 구부러짐 교정을 실시하고, 이어서 강관 특성의 검사를 행하였다. 실시예 1에서는, 연화 어닐링의 조건은 등열 온도가 680℃이고 유지 시간을 20분으로 하였다. 또한, 구부러짐 교정은 2-2-2-1 대향형 롤 교정기를 이용하고, 각 공시 강관마다 크래쉬량 및 오프셋량을 조정하였다. 교정 준비는, 표 3에 나타낸다.

구부러짐 교정 후의 잔류 응력(F)을 크램프턴법에 의해 측정하기 위해, 강관으로부터 폭10㎜인 링 형상의 시험편을 4∼10매 연속적으로 둥글게 잘랐다. 얻어진 시험편을 원주 방향 위치를 맞춘 상태에서 둥글게 자르기 전의 강관의 축 방향으로 나열하고, 슬릿 가공에 의해 둘레 방향의 일부를 절제하였다. 슬릿 가공 위치와 90° 교차하는 위치의 시험편 외경(D’), 슬릿 가공 전의 시험편 외경(D) 및 시험편의 평균 두께(t)를 이용하여, 하기 (1)식으로부터 F값을 산출하였다. 단, E:영률(MPa) 및 푸아송비로 하였다.

F=E·(1/D-1/D’)·t/(1-υ²) …(1)

또한, 상기 링 시험편을 이용하여, 주사형 전자 현미경으로 구상화 탄화물의 평균 입경을 측정하였다. 표 3에는, 잔류 응력(F)의 최대값, 최소값 및 최대값과 최소값의 차인 편차, 및 구상화 탄화물의 평균 입경을 나타내었다.

링 형상으로 절단된 강관을 0.2∼0.3㎜ 내외 절삭 가공하여, 진원도를 측정하였다. 그 후, 830℃×30분 가열하여 오일 담금질을 행하고, 다시 진원도를 측정하였다. 진원도의 측정은, 외경의 최대값―외경의 최소값(㎜)으로 측정하였다.

[표 3]

표 3에 나타낸 결과를 보면, 잔류 응력(F)이 30㎫ 이상이고, 또한 잔류 응력(F)의 편차가 30㎫ 이하가 되는 본 발명예(No.1∼5)에서는, 선삭 가공 등에서 절삭성이 우수한 동시에, 담금질 후의 진원도도 0.12㎜ 이하로 결과가 양호하였다.

이에 대하여, 잔류 응력(F)의 편차가 38∼42㎫가 되는 비교예(No.7,8)에서 는, 담금질 후의 진원도가 0,24∼0.32㎜이 되어 결과가 불량하였다.

또, 공시재 No.6은, 오프셋량이 1㎜로 경미하였기 때문에, 교정 후에도 궁곡이 남아, 구부러짐이 2㎜/1000㎜ 정도로 좋지 않았기 때문에, 링 시험편을 제작할 수 없어, 잔류 응력(F) 및 담금질 후의 진원도의 측정은 행할 수 없었다.

(실시예 2)

실시예 1과 마찬가지로, 표 1에 나타낸 화학 조성을 갖는 강을 용제하고, JIS G4805에 규정된 SUJ2의 베어링강을 소재로 하여, 열간 제관에 의해 냉간 가공용의 소관을 제조하였다. 도 3은, 실시예 2에서 채용한 구상화 어닐링의 히트 패턴을 도시하는 도면이다. 그 구상화 어닐링 패턴은, 780∼820℃로 가열 유지 후 Ar₁ 미만의 온도까지 50∼200℃/hr의 속도로 냉각하는 제1차 구상 처리를 행하고, 계속해서 Ac₁을 초과하여 Ac₁+40℃ 이하의 온도로 가열 후, Ar₁ 이하의 온도까지 50∼200℃/hr의 속도로 냉각하는 제2차 구상화 처리를 3회 이상 반복하는 것이다.

이 때, 구상화 어닐링 패턴을 제어함으로써, 다양한 탄화물 입경의 강관을 제조하였다. 그 후, 냉간 가공을 행하고, 연화 어닐링을 실시하여 구부러짐 교정을 실시하여, 공시 강관을 제조하였다.

열간 제관으로는 만네스만 맨드릴 밀을 이용하여, 외경이 95㎜이고 두께가 6㎜인 냉간 가공용 소관을 제관하고, 열간 제관 후에는 대기 중에서 방냉하였다. 얻어진 각 소관에 패턴을 제어한 구상화 어닐링을 실시한 후, 통상의 방법으로 산 세정에 의한 탈 스케일 처리 및 표면 처리를 행하고, 이어서 가공도가 25%인 냉간 압신을 행하여, 마무리 치수로 외경이 85㎜이고 두께가 5㎜인 냉간 마무리 강관으로 하였다. 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 테이퍼형 다이 및 원통형 플래그를 사용하고, 다이 개방 각도는 25°로 하였다.

또한, 연화 어닐링의 조건을 등열 온도가 680℃이고 유지 시간을 20분으로 하고, 구부러짐 교정 후의 검사 공정에서는, 실시예 1과 같은 조건에서, 잔류 응력(F) 및 구상화 탄화물의 평균 입경을 측정하였다. 또한 링 형상으로 절단된 강관을 0.2∼0.3㎜ 내외 절삭 가공하여, 진원도를 측정하였다. 그 후, 830℃×30분 가열하여 오일 담금질을 행하고, 다시 진원도를 측정하였다.

표 4에, 압신 가공 스케쥴, 교정 준비, 및 잔류 응력(F), 구상화 탄화물의 평균 입경 및 진원도의 측정 결과를 나타낸다.

[표 4]

표 4에 나타낸 결과로부터, 잔류 응력(F)이 30㎫ 이상이고, 선삭 가공 후의 진원도가 양호하여도, 구상화 탄화물의 평균 입경이 0.35∼0.70㎛를 벗어나게 되면(No.10, 11), 담금질 후의 진원도가 0.21∼0.22㎜로 약간 저하함을 알 수 있다.

본 발명의 이음매가 없는 냉간 마무리 강관에 의하면, 냉간 가공 후의 교정 가공에 의해 발생하는 잔류 응력을 제어하여, 크램프턴(Crampton)법으로 측정한 잔류 응력(F)을 30㎫ 이상으로, 또한 그 편차를 30㎫ 이하로 한다. 또한 필요에 따라, 구상화 탄화물의 평균 입경을 규정함으로써, 구리관 내외면의 선삭 가공 시에 발생하는 잔류 비틀림에 의한 치수 변형이 적어, 베어링용 부품의 최종 가공에서 정밀한 진원도 및 뛰어난 피삭성을 확보할 수 있다. 이에 의해, 베어링용 부품의 비용 삭감에 기여하는 동시에, 높은 치수 정밀도로, 선삭 가공이나 열처리 등의 최종 가공에서의 변형이 적은 베어링용 부품을 제공할 수 있으므로, 각종 산업 기계용의 베어링용 강관으로서 널리 적용할 수 있다.

Claims

크램프턴(Crampton)법으로 측정한 잔류 응력(F)(하기 (1)식으로 산출)이 30㎫ 이상이고, 또한 그 편차가 30㎫ 이하인 것을 특징으로 하는 이음매가 없는 냉간 마무리 강관.

F= E·(1/D-1/D’)·t/(1-υ²) … (1)

단, E : 영률(㎫), υ : 푸아송비

D : 슬릿 가공 전의 시험편 외경(㎜)

D’: 슬릿 가공 후의 시험편 외경(㎜)

t : 시험편의 평균 두께(㎜)
청구항 1에 있어서,

조직 중의 구상화 탄화물의 평균 입경이 0.35∼0.70㎛인 것을 특징으로 하는 이음매가 없는 냉간 마무리 강관.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

냉간 가공이 압신 가공에 의해 행하여지는 것을 특징으로 하는 이음매가 없는 냉간 마무리 강관.