KR20090008554A - Steel for bearing having high resistance to the outer particles and the heat treatment method thereof - Google Patents

Steel for bearing having high resistance to the outer particles and the heat treatment method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20090008554A
KR20090008554A KR1020070071592A KR20070071592A KR20090008554A KR 20090008554 A KR20090008554 A KR 20090008554A KR 1020070071592 A KR1020070071592 A KR 1020070071592A KR 20070071592 A KR20070071592 A KR 20070071592A KR 20090008554 A KR20090008554 A KR 20090008554A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carburizing
bearing steel
range
hours
heat treatment
Prior art date
Application number
KR1020070071592A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
송복한
이재성
김민환
김동수
손찬현
Original Assignee
셰플러코리아(유)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 셰플러코리아(유) filed Critical 셰플러코리아(유)
Priority to KR1020070071592A priority Critical patent/KR20090008554A/en
Publication of KR20090008554A publication Critical patent/KR20090008554A/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/28Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in one step
    • C23C8/30Carbo-nitriding
    • C23C8/32Carbo-nitriding of ferrous surfaces

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

A bearing steel with improved resistance to foreign materials is provided to improve fatigue life relative to the foreign materials by reducing the size of dents due to the foreign materials, decreasing height of protrusions, and easily removing already formed protrusions, and a heat treatment method of the bearing steel with improved resistance to foreign materials is provided. A heat treatment method of a bearing steel with improved resistance to foreign materials comprises: a first carburizing process of carburizing a bearing steel workpiece to a temperature of 920 to 960 deg.C in a carburizing atmosphere of 1.0 to 1.3% of carbon potential for 4 to 6 hours; a carbonitriding process of injecting 3 to 10% by volume of ammonia gas into carburizing gas of the carburizing atmosphere to carburize and nitride the carburized workpiece to a temperature of 830 to 870 deg.C for 2 to 4 hours; a quenching process of rapidly cooling the carbonitrided workpiece to quench the carbonitrided workpiece; a first tempering process of holding the quenched workpiece at 120 to 150 deg.C for 1 to 2 hours, and then slowly cooling the workpiece; a subzero treatment process of holding the workpiece at -70 to -100 deg.C for 1.5 to 2.5 hours; and a second tempering process of holding the subzero-treated workpiece at a predetermined temperature for 1.5 to 2.5 hours, and then slowly cooling the workpiece. The bearing steel comprises, by weight percent, iron(Fe), 0.18 to 0.33% of carbon(C), 0.15 to 0.35% of silicon(Si), 0.60 to 0.85% of manganese(Mn), and 0.90 to 1.20% of chromium(Cr).

Description

이물저항이 향상된 베어링강 및 열처리 방법{Steel for bearing having high resistance to the outer particles and the heat treatment method thereof}Steel for bearing having high resistance to the outer particles and the heat treatment method

도 1은 테이퍼 롤러 베어링을 도시한 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a tapered roller bearing.

도 2 내지 도 4는 이물에 의한 손상을 설명하기 단면도이다.2 to 4 are cross-sectional views illustrating damage caused by foreign matter.

도 5 및 도 6은 종래 열처리 방법에 의하여 열처리 된 베어링강의 깊이에 따른 경도 분포를 도시한 그래프이다.5 and 6 are graphs showing the hardness distribution according to the depth of the bearing steel heat-treated by the conventional heat treatment method.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따르는 열처리 방법에 의하여 열처리 된 베어링강의 깊이에 따른 경도 분포를 도시한 그래프이다.7 and 8 are graphs showing the hardness distribution according to the depth of the bearing steel heat-treated by the heat treatment method according to the present invention.

도 9는 베어링강 피로 수명시험 장치를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 9 schematically shows a bearing steel fatigue life test apparatus.

도 10은 본 발명에 따르는 베어링강의 이물 시험에 사용된 이물의 SEM사진이다.10 is a SEM photograph of the foreign material used in the foreign material test of the bearing steel according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100 : 베어링 110 : 내륜100: bearing 110: inner ring

113 : 덴트(Dent) 115 : 돌출부113: dent 115: protrusion

120 : 외륜 130 : 롤러(전동체)120: outer ring 130: roller (motor)

140 : 케이지(리테이너) 140: cage (retainer)

1000 : 피로수명 시험장치 1010 : 하우징1000: Fatigue Life Tester 1010: Housing

1020 : 설치부 1030 : 시험편1020: mounting portion 1030: test piece

1040 : 상판 1041 : 그루브1040: top plate 1041: groove

1050 : 회전축 1060 : 볼(Ball)1050: axis of rotation 1060: ball

1070 : 리테이너 1080 : 가압부1070: retainer 1080: pressurization

1090 : 지지볼1090: Support Ball

본 발명은 이물 저항이 향상된 베어링강 및 그 열처리 방법에 관한 것으로, 표면의 경도를 높게 하며 잔류 오스테나이트 량을 많게 하고 표면으로부터 깊이에 따른 경도 분포를 조정하여 이물에 의한 덴트의 크기를 작게 할 수 있고 돌출부의 높이를 작게 하며, 일단 발생한 돌출부는 쉽게 소멸 될 수 있어 이물에 대한 피로 수명이 향상되는 베어링강 및 그 열처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bearing steel with improved foreign material resistance and a heat treatment method thereof, to increase the hardness of the surface, to increase the amount of residual austenite and to adjust the hardness distribution according to the depth from the surface to reduce the size of the dent due to the foreign material It is related to the bearing steel and its heat treatment method to reduce the height of the protrusions, and once the protrusions are easily extinguished to improve the fatigue life of the foreign materials.

도 1은 자동차 변속기, 압연 롤러, 건설 기계 등에 사용되는 구름 베어링인 테이퍼 롤러 베어링을 도시한 단면이며, 도 1에 도시한 바와 같이 축이 삽입되는 내륜(110)과, 하우징에 삽입되는 외륜(120)과, 상기 내륜(110)과 외륜(120) 사이에 서 내륜(110)과 외륜(120)을 회전 가능하게 지지하는 복수의 전동체인 롤러(130)와, 상기 롤러(130) 사이의 간격을 일정하게 유지시켜 주는 리테이너(140)로 이루어진다. 상기에서 전동체로 볼을 사용하고 내륜(110)과 외륜(120)에 그루브(Groove)를 형성하는 경우 볼베어링이 되며, 리테이너(140)를 플라스틱 재질로 제조하는 경우 케이지라고도 한다.1 is a cross-sectional view showing a tapered roller bearing which is a rolling bearing used in an automobile transmission, a rolling roller, a construction machine, etc., as shown in FIG. 1, an inner ring 110 into which a shaft is inserted, and an outer ring 120 inserted into a housing. And a plurality of rolling chain rollers 130 for rotatably supporting the inner ring 110 and the outer ring 120 between the inner ring 110 and the outer ring 120, and a gap between the rollers 130. It is made of a retainer 140 to maintain a constant. In the above, when the ball is used as a rolling element and grooves are formed in the inner ring 110 and the outer ring 120, the ball bearings become a ball bearing. When the retainer 140 is made of plastic, it is also called a cage.

상기와 같은 베어링은 자동차 변속기, 건설 기계 등에 사용되며, 큰 하중이 작용하는 동시에 충격이 작용하므로 베어링의 내륜과 외륜이 전동체와 접촉하는 표면은 높은 경도(HRc 58∼64)를 유지하고 중심부로 갈수록 경도를 낮게 함으로써 충격에 대하여 인성을 갖도록 하며, 상기와 같은 경도 분포를 가짐으로써 충분한 수명을 유지할 수 있다. Such bearings are used in automobile transmissions, construction machinery, etc., and a large load acts at the same time the impact acts, so that the surface in which the inner and outer rings of the bearing come into contact with the rolling elements maintains a high hardness (HRc 58-64) and moves to the center. Increasingly, the hardness is lowered to have toughness against impact, and by having the hardness distribution as described above, sufficient life can be maintained.

그리고 기계 장치의 부속품으로 사용되는 베어링은 청정 환경에서 사용될 수도 있으며, 미세하고 경도가 큰 입자 침입할 수도 있다.In addition, bearings used as accessories of mechanical devices may be used in clean environments and may penetrate fine and hard particles.

도 2 내지 도 4는 베어링 작동 환경에 이물이 침입하는 경우를 예를 들어 서명하기 위하여 도시한 것으로, 베어링 작동 환경이 이물이 침입하면 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 내륜(110)이나 외륜(12)의 표면에 이물(A)에 의하여 덴트(113)가 발생하고, 덴트(113)의 주위로는 돌출부(115)가 형성된다. 전동체(130)가 회전하면서 돌출부(115)에 접촉하는 경우 돌출부(115)에는 높은 응력이 발생하고, 또한 돌출부(115)의 높이(H)가 윤활막의 두께보다 높은 경우 전동체(130)와 내외륜(110, 120)은 금속 접촉을 하게 되어 베어링 수명이 대폭 단축되는 원인이 된다.2 to 4 illustrate, for example, a case in which foreign matter intrudes into the bearing operating environment. When foreign matter invades the bearing operating environment, the inner ring 110 or the outer ring as shown in FIGS. 2 and 3 are illustrated. The dent 113 generate | occur | produces by the foreign material A on the surface of 12, and the protrusion part 115 is formed in the circumference | surroundings of the dent 113. When the rolling element 130 is in contact with the protrusion 115 while rotating, high stress is generated in the protrusion 115, and when the height H of the protrusion 115 is higher than the thickness of the lubricating film, The inner and outer rings 110 and 120 come into metal contact, which causes the bearing life to be significantly shortened.

이물에 대한 저항성을 향상시키기 위하여 SCr420H, SCr430H와 같은 침탄 강개를 사용하여 표면에 잔류 오스테나이트 량을 증가시켜 사용하여 왔다. 잔류 오스테나이트는 이물에 의하여 덴트(113)가 발생하는 경우 덴트(113) 가장자리 돌출부(115)의 곡률반경을 증가시키고 돌출 높이(H)를 낮게 하고, 일단 발생한 돌출부(115)가 쉽게 제거될 수 있도록 한다. 그러나 종래 기술에서와 잔류 오스테나이트를 증가시키는 방법으로는 이물 저항이 향상되지 않아 충분하게 수명이 증가되지 않은 문제점이 있었다.In order to improve resistance to foreign substances, carburizing tears such as SCr420H and SCr430H have been used to increase the amount of retained austenite on the surface. Residual austenite increases the radius of curvature of the edge protrusion 115 of the dent 113 and lowers the protrusion height H when the dent 113 is generated by foreign matter, and the protrusion 115 once generated can be easily removed. Make sure However, in the prior art and the method of increasing the residual austenite has a problem that the foreign material resistance is not improved, the life is not sufficiently increased.

본 발명은 위와 같은 이물에 의하여 베어링의 수명이 단축되는 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 베어링강 표면의 경도를 높게 하고, 잔류 오스테나이트 량도 많게 하는 한편, 표면으로부터 깊이에 따른 경도 분포를 조정함으로써 이물에 의한 돌출부의 높이를 작게 하고, 일단 발생하면 돌출부가 발생하면 쉽게 소멸되게 하여 이물에 대한 저항을 향상시킨 베어링강 및 그 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the problem that the life of the bearing is shortened by the foreign matter as described above, to increase the hardness of the bearing steel surface, increase the amount of retained austenite, and adjust the hardness distribution according to the depth from the surface It is therefore an object of the present invention to provide a bearing steel and a heat treatment method in which the height of the protrusion by the foreign matter is reduced, and once generated, the protrusion is easily extinguished to improve the resistance to the foreign matter.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 이물 저항이 향상된 베어링강 열처리 방법은 내륜, 외륜, 전동체 및 케이지를 포함하여 구성되는 베어링의 내륜, 외륜으로 사용되는 베어링강을 열처리하는 방법에 있어서, 상기 베어링강은 철(Fe)에 탄소(C) 0.18∼0.33중량%, 규소(Si) 0.15∼0.35중량%, 망간(Mn) 0.60∼0.85중량%, 크롬(Cr) 0.90∼1.20중량%를 포함하여 구성되며, 920∼960℃의 온도로 탄소 포텐셜 1.0∼1.3%의 침탄 분위기에서 4∼6시간 동안 침탄하는 제1 침탄 공정과; 상기 침탄 분위기의 침탄 가스에 대하여 3∼10 체적%의 암모니아 가스를 투입하여 830∼870℃의 온도로 2∼4시간 동안 침탄 및 침질하는 침탄 침질 공정과; 급냉하여 담금질하는 담그질 공정과; 다시 1∼2시간 동안 120∼150℃에서 유지하고 서냉하는 제1 뜨임공정과; 1.5∼2.5시간 동안 -70∼-100℃에서 유지하는 서브 제로 처리 공정과; 1.5∼2.5시간 동안 소정의 온도에서 유지하고 서냉하는 제2 뜨임 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하며, In the bearing steel heat treatment method improved foreign material resistance according to the present invention for achieving the above object in the method for heat-treating the bearing steel used as the inner ring, outer ring of the bearing including the inner ring, outer ring, rolling element and cage, The bearing steel contains 0.18 to 0.33% by weight of carbon (C), 0.15 to 0.35% by weight of silicon (Si), 0.60 to 0.85% by weight of manganese (Mn), and 0.90 to 1.20% by weight of chromium (Cr). A first carburizing step of carburizing at a temperature of 920 to 960 ° C. for 4 to 6 hours in a carburizing atmosphere having a carbon potential of 1.0 to 1.3%; A carburizing step of carburizing and carburizing at a temperature of 830 to 870 ° C for 2 to 4 hours by injecting 3 to 10% by volume of ammonia gas to the carburizing gas in the carburizing atmosphere; A quenching step of quenching and quenching; A first tempering step of maintaining at 120-150 ° C. for 1 to 2 hours and slowly cooling; A sub zero treatment step of holding at -70 to -100 ° C for 1.5 to 2.5 hours; It is characterized by consisting of a second tempering step of maintaining at a predetermined temperature for 1.5 to 2.5 hours and slow cooling,

상기에 있어서, 제1 침탄공정과 침탄 침질 공정 사이에는 상기 제1 침탄 공정과 동일한 온도 범위로 유지되며 제1 침탄 공정보다 낮은 농도의 탄소 분위기에서 소정의 시간 동안 침탄하는 제2 침탄공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하며,In the above, the first carburizing process and the carburizing step further comprises a second carburizing process is maintained in the same temperature range as the first carburizing process and carburized for a predetermined time in a carbon atmosphere of a lower concentration than the first carburizing process Characterized in that,

상기 제2 침탄공정의 침탄 분위기 탄소 포텐셜은 0.9∼1.2% 범위이고, 2∼4시간 동안 침탄하는 것을 특징으로 한다.The carburizing atmosphere carbon potential of the second carburizing step is in the range of 0.9 to 1.2%, and characterized in that carburizing is carried out for 2 to 4 hours.

상기 제2 뜨임 공정의 열처리 온도는 제1 뜨임 공정의 열처리 온도보다 30℃ 높게 유지되는 것을 특징으로 한다.The heat treatment temperature of the second tempering process is characterized in that it is maintained 30 ℃ higher than the heat treatment temperature of the first tempering process.

그리고 제1 뜨임 공정 후의 표면 경도를 62∼64HRC범위로, 표면으로부터 2㎜ 깊이에서의 경도를 49∼53HRC 범위로, 표면의 잔류 오스테나이트는 50∼53 체적% 범위로 하며; 서브 제로 처리 공정 후의 표면 경도를 68∼69HRC범위로, 표면으로부터 2㎜ 깊이에서의 경도를 50∼54HRC 범위로, 표면의 잔류 오스테나이트는 26∼32 체적% 범위로 하는 것을 특징으로 한다.And the surface hardness after the first tempering step is in the range of 62 to 64 HRC, the hardness at a depth of 2 mm from the surface to 49 to 53 HRC, and the residual austenite on the surface is in the range of 50 to 53 volume%; The surface hardness after the sub-zero treatment step is in the range of 68 to 69 HRC, the hardness at a depth of 2 mm from the surface is in the range of 50 to 54 HRC, and the residual austenite on the surface is in the range of 26 to 32% by volume.

한편, 본 발명에 따르는 이물저항이 향상된 베어링강은 내륜, 외륜, 전동체 및 케이지를 포함하여 구성되는 베어링의 내륜과 외륜으로 사용되며 표면 경도는 860∼880Hv 범위이고, 표면의 잔류 오스테나이트 량은 26∼30 체적% 범위이며, 표면으로부터 멀어질수록 경도는 감소하고 표면으로부터 1.5∼2.0㎜ 깊이에서의 경도는 530∼650Hv 범위인 것을 특징으로 한다.On the other hand, the bearing steel with improved foreign material resistance according to the present invention is used as the inner ring and outer ring of the bearing including the inner ring, outer ring, rolling element and cage, the surface hardness is in the range of 860 ~ 880Hv, the amount of residual austenite on the surface It is in the range of 26 to 30% by volume, the hardness decreases away from the surface, and the hardness at a depth of 1.5 to 2.0 mm from the surface is in the range of 530 to 650 Hv.

그리고 바람직하게는 표면으로부터 1.5㎜ 깊이에서의 경도는 530∼560Hv 범위로 하는 것이 바람직하다.And preferably, the hardness at a depth of 1.5 mm from the surface is preferably in the range of 530 to 560 Hv.

이하, 본 발명에 따르는 이물저항이 향상된 베어링강 열처리 방법 및 베어링강의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조로 설명한다. 본 발명의 설명에 있어서 종래 기술의 구성과 동등한 구성에 대해서는 동일한 명칭을 사용하며, 반복적인 설명은 생략한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the bearing steel heat treatment method and bearing steel with improved foreign material resistance according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the present invention, the same names as those in the prior art are used, and the repetitive description is omitted.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따르는 이물저항이 향상된 베어링강 열처리 방법에 의하여 열처리 된 베어링강의 표면으로부터 깊이에 따른 경도 분포를 측정하여 도시한 그래프이며, 도 9는 베어링강 수명 시험 장치를 개략적으로 도시한 것이다.7 and 8 are graphs showing the hardness distribution according to the depth from the surface of the bearing steel heat-treated by the bearing steel heat treatment method improved foreign material resistance according to the present invention, Figure 9 is a schematic view of the bearing steel life test apparatus It is shown.

도 7에 도시한 바와 같은 경도 분포를 가지도록 하는 본 발명에 따르는 이물저항이 향상된 베어링강 열처리 방법은 제1 침탄공정, 침탄 침질 공정, 제1 뜨임공정, 서브 제로(Sub-zero) 처리 공정, 제2 뜨임공정을 포함하여 구성되며, 상기 공정을 통하여 열처리 되는 베어링 강재는 철(Fe)에 탄소(C) 0.18∼0.33중량%, 규소(Si) 0.15∼0.35중량%, 망간(Mn) 0.60∼0.85중량%, 크롬(Cr) 0.90∼1.20중량%를 포함한다.Bearing steel heat treatment method improved foreign matter resistance according to the invention to have a hardness distribution as shown in Figure 7 is a first carburizing process, a carburizing settling process, a first tempering process, a sub-zero treatment process, The bearing steel is heat-treated through the process, including the second tempering process, the carbon (C) 0.18 ~ 0.33% by weight, the silicon (Si) 0.15 ~ 0.35% by weight, manganese (Mn) 0.60 ~ 0.85% by weight and chromium (Cr) 0.90 to 1.20% by weight.

상기 제1 침탄공정은 920∼960℃ 범위의 온도로 탄소 포텐셜 1.0∼1.3%인 침탄 분위기에서 4∼6시간 동안 침탄하며, 계속해서 상기 침탄 공정의 침탄 가스 분위기(탄소 포텐셜 1.0∼1.3%)의 침탄 가스에 3∼10 체적%의 암모니아 가스를 추가로 투입하여 830∼870℃ 범위의 온도로 2∼4시간 동안 침탄 및 침질 처리를 한다(침탄 침질 공정). 상기에서 강재의 내부의 경도를 조정하기 위하여 제1 침탄공정과 침탄 침질 공정 사이에 또 다른 침탄공정인 제2 침탄공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제2 침탄공정은 제1 침탄공정과 같은 온도를 유지하며, 제1 침탄공정보다 낮은 0.9∼1.2%의 탄소 포텐셜에서 2∼4시간 동안 침탄한다. 이때 상기 침탄 침질 공정은 탄소 포텐셜이 0.9∼1.2%인 침탄 가스 분위기에 3∼10 체적%의 암모니아 가스를 추가로 투입하여 830∼870℃ 범위의 온도로 2∼4시간 동안 침탄 및 침질 처리를 한다The first carburizing process is carburized for 4 to 6 hours in a carburizing atmosphere having a carbon potential of 1.0 to 1.3% at a temperature in the range of 920 to 960 ° C, followed by the carburizing gas atmosphere (carbon potential of 1.0 to 1.3%) of the carburizing process. An additional 3 to 10% by volume of ammonia gas is added to the carburized gas and subjected to carburizing and sedimentation for 2 to 4 hours at a temperature in the range of 830 to 870 ° C (carburizing step). It is preferable to further include a second carburizing process, which is another carburizing process between the first carburizing process and the carburizing and carburizing process, in order to adjust the hardness of the inside of the steel. The second carburizing process maintains the same temperature as the first carburizing process, and carburizes for 2 to 4 hours at a carbon potential of 0.9 to 1.2% lower than that of the first carburizing process. At this time, the carburizing and carburizing process adds 3 to 10% by volume of ammonia gas to the carburizing gas atmosphere having a carbon potential of 0.9 to 1.2%, and performs carburizing and sedimentation for 2 to 4 hours at a temperature in the range of 830 to 870 ° C.

상기 침탄 침질 공정을 마치면 급냉하는 담금질을 하고, 다시 120∼150℃ 범위의 온도로 유지하고 서냉한다(제1 뜨임공정), 상기 제1 뜨임공정을 마친 베어링강의 표면 경도는 62∼64HRC 범위로 표면으로부터 2㎜ 깊이에서의 경도는 49∼53HRC 범위가 되도록 하며, 표면의 잔류 오스테나이트는 50∼53 체적%가 되도록 한다. 그리고 1.5∼2.5시간 동안 -70∼-100℃에서 유지하여(서브제로 처리공정), 서브제로 처리 후의 68∼69HRC 범위로 표면으로부터 2㎜ 깊이에서의 경도는 50∼54HRC 범위가 되도록 하며, 표면의 잔류 오스테나이트는 26∼32 체적%가 되도록 한다. 서브제로 처리 후에 다시 1.5∼2.5시간 동안 소정의 온도, 바람직하게는 제 1 뜨임공정 온도보다 약 30℃ 높은 온도로 유지하고 서냉한다(제2 뜨임공정). 상기 제2 뜨임공정으로 완성되는 본 발명에 따르는 이물 저항이 향상된 베어링강은 표면의 경도가 860∼880HV(환산하면 66∼68HRC) 범위로 되고, 표면의 잔류 오스테나이트량은 26∼32 체적% 범위로 되며, 표면으로부터 깊이에 따라 경도는 감소하며, 표면으로부터 1.5∼2㎜ 깊이에서의 경도분포는 650∼530HV 범위로 된다. 상기에서 표면으로부터 1.5㎜ 깊이에서의 경도는 530∼560HV 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다.After completion of the carburizing and quenching process, the quenching is quenched, and then maintained at a temperature in the range of 120 to 150 ° C. and then cooled slowly (first tempering step). The surface hardness of the bearing steel after the first tempering step is 62 to 64 HRC range. The hardness at a depth of 2 mm is in the range of 49 to 53 HRC, and the residual austenite on the surface is 50 to 53% by volume. Then, it is maintained at -70 to -100 DEG C for 1.5 to 2.5 hours (sub-zero treatment step), so that the hardness at a depth of 2 mm from the surface to the range of 68 to 69 HRC after the sub-zero treatment is in the range of 50 to 54 HRC. The retained austenite is made 26 to 32% by volume. After the subzero treatment, the temperature is again maintained at a predetermined temperature, preferably about 30 ° C. higher than the first tempering process temperature for 1.5 to 2.5 hours (second tempering process). The bearing steel with improved foreign material resistance according to the present invention completed in the second tempering process has a surface hardness of 860 to 880 HV (in terms of 66 to 68 HRC), and the amount of retained austenite on the surface is in the range of 26 to 32% by volume. The hardness decreases with depth from the surface, and the hardness distribution at a depth of 1.5 to 2 mm from the surface is in the range of 650 to 530 HV. Preferably, the hardness at a depth of 1.5 mm from the surface is in the range of 530 to 560 HV.

실시 예Example

도 7은 0.2중량%의 탄소를 포함하는 SCr420H를 본 발명에 따르는 열처리 방법에 따라 열처리하고 깊이에 따라 경도를 측정하여 나타낸 그래프이며, 도 8은 0.3중량%의 탄소를 포함하는 SCr430H를 본 발명에 따르는 열처리 방법에 따라 열처리하고 깊이에 따라 경도를 측정하여 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the heat treatment according to the depth of the SCr420H containing 0.2% by weight of carbon according to the heat treatment method according to the present invention, Figure 8 is a SCr430H containing 0.3% by weight of carbon in the present invention It is a graph showing the heat treatment according to the following heat treatment method and measuring the hardness according to the depth.

그리고 도 5는 종래 방법에 따라 베어링 강재(탄소 함량 0.17∼0.23%)를 열처리한 후 표면으로부터 깊이에 따라 경도를 측정하여 나타낸 그래프이며, 도 6은 미국 특허 5,336,338호에 기재된 방법에 따라 SCr420H 강재를 열처리한 후 표면으로부터 깊이에 따라 경도를 측정하여 나타낸 그래프이다.And Figure 5 is a graph showing the hardness measured according to the depth from the surface after the heat treatment of the bearing steel (carbon content 0.17 ~ 0.23%) according to the conventional method, Figure 6 is a SCr420H steel according to the method described in US Patent 5,336,338 It is a graph showing the hardness measured according to the depth from the surface after the heat treatment.

도 9는 상기 도 5 내지 도 8에 도시한 경도 분포를 가지는 베어링 강재의 이물 환경 수명 시험 장치를 개략적으로 도시한 것이며, 도 10은 이물 환경 수명 시험에서 투입되는 이물(A)의 SEM 사진이다. 도 10에 도시한 이물의 경도는 702∼843HV 범위이며 평균 경도는 775HV이었다.FIG. 9 schematically illustrates a foreign material environmental life test apparatus of a bearing steel having a hardness distribution illustrated in FIGS. 5 to 8, and FIG. 10 is a SEM photograph of a foreign material A injected in a foreign material environmental life test. The hardness of the foreign material shown in FIG. 10 was in the range of 702 to 843 HV, and the average hardness was 775 HV.

도 9에 도시한 이물 환경 수명 시험 장치를 간단하게 설명하면, 도 9에서 1010은 이물 수명 시험을 하는 베어링강 시험편(1030)을 고정 설치하는 하우징을 도시한 것이며, 1020은 하우징에 형성된 시험편(1030) 설치부를 도시한 것이며, 1040은 전동체인 볼(1060)을 자전 공전시키는 그루브(1041, Groove)가 형성된 상판을 도시한 것이며, 1050은 모터와 같은 구동부에 연결되어 상판(1040)을 회전시키는 회전축(1050)을 도시한 것이다. 그리고 1080은 가압부를 도시한 것이며, 1090은 가압부(1080)와 하우징(1010) 사이에 설치되어 하중이 하우징(1010)의 중심에 작용하도록 하는 지지볼을 도시한 것이며, 1070은 볼(1060) 사이의 간격을 유지시키고 이탈을 방지하는 리테이너를 도시한 것이다. 도 9에 도시한 바와 같이 원형의 단면을 가지는 시험편(1030)을 하우징(1010)에 고정 설치하고, 상부에서 복수의 볼(1060)을 상판(1040)으로 회전시키면서 가압부(1080)로 가압하여 볼(1060)과 시험편(1030)에 하중을 부여한다. 그리고 도 10에 도시한 이물이 포함된 윤활제로 윤활한다.In briefly explaining the foreign material environmental life test apparatus shown in FIG. 9, in FIG. 9, 1010 illustrates a housing for fixing and installing a bearing steel test piece 1030 for a foreign material life test, and 1020 illustrates a test piece 1030 formed in the housing. ) Shows an installation part, 1040 is a top plate formed with grooves (1041, Groove) for rotating the rolling ball 1060 is rotated, 1050 is a rotating shaft that is connected to a drive such as a motor to rotate the top plate 1040 1050 is shown. And, 1080 is a pressing part, 1090 is a support ball installed between the pressing part 1080 and the housing 1010 so that the load acts on the center of the housing 1010, 1070 is a ball 1060 Retainer is shown to maintain the gap between and prevent the departure. As shown in FIG. 9, the test piece 1030 having a circular cross section is fixedly installed in the housing 1010, and the plurality of balls 1060 are pressed by the pressing unit 1080 while rotating the plurality of balls 1060 to the upper plate 1040. Loads are applied to the ball 1060 and the specimen 1030. And lubricating with a lubricant containing the foreign material shown in FIG.

상기와 같은 상태에서 시험편(1030)의 피로 수명을 측정하였으며, 측정 결과 도 5에 도시한 바와 같은 경도 분포를 가지는 시험편에 비하여, 도 6에 도시한 경도 분포를 가지는 시험편(미국특허 제5,336,338호)의 피로 수명은 4.5배 증가하였으며, 본 발명에 따른 열처리 방법에 의하여 열처리 된 도 7 및 도 8에 도시한 경도 분포를 가지는 시험편의 피로 수명은 11배 증가하였다. The fatigue life of the test piece 1030 was measured in the above state, and the test piece having the hardness distribution shown in FIG. 6 compared to the test piece having the hardness distribution as shown in FIG. 5 (US Patent No. 5,336,338). Fatigue life increased by 4.5 times, fatigue life of the test piece having a hardness distribution shown in Figures 7 and 8 heat-treated by the heat treatment method according to the present invention increased by 11 times.

이상에서 본 발명의 실시 예를 도면을 참조하여 설명하였지만 본 발명의 보 호 범위는 이에 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예로부터 당업자가 용이하게 실시할 수 있는 범위까지 본 발명의 보호 범위로 인정하여야 할 것이다. Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the protection scope of the present invention is not limited thereto, and the scope of protection of the present invention is recognized from the embodiments of the present invention to a range easily implemented by those skilled in the art. Should.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 베어링강 열처리 방법에 의하여 열처리 된 베어링강과 종래와 같은 조건으로 열처리한 베어링강에 대하여 이물 중에서 수명 시험을 하였으며, 시험 결과 종래 방법에 따라서 열처리를 한 베어링강에 비하여 11배로 수명이 향상되었으며, 도 6과 같은 경도 분포를 가지는 베어링강에 비하여 약2.5배로 수명이 향상되었다.As described above, the life test was performed on the bearing steel heat-treated by the bearing steel heat treatment method of the present invention and the bearing steel heat-treated under the same conditions as before, and the test result was 11 compared to the bearing steel heat-treated according to the conventional method. The life of the ship is improved, and the life is improved by about 2.5 times compared to the bearing steel having the hardness distribution as shown in FIG. 6.

Claims (7)

내륜, 외륜, 전동체 및 케이지를 포함하여 구성되는 베어링의 내륜, 외륜으로 사용되는 베어링강을 열처리하는 방법에 있어서, 상기 베어링강은 철(Fe)에 탄소(C) 0.18∼0.33중량%, 규소(Si) 0.15∼0.35중량%, 망간(Mn) 0.60∼0.85중량%, 크롬(Cr) 0.90∼1.20중량%를 포함하여 구성되며, 920∼960℃의 온도로 탄소 포텐셜 1.0∼1.3%의 침탄 분위기에서 4∼6시간 동안 침탄하는 제1 침탄 공정과; 상기 침탄 분위기의 침탄 가스에 대하여 3∼10 체적%의 암모니아 가스를 투입하여 830∼870℃의 온도로 2∼4시간 동안 침탄 및 침질하는 침탄 침질 공정과; 급냉하여 담금질하는 담그질 공정과; 다시 1∼2시간 동안 120∼150℃에서 유지하고 서냉하는 제1 뜨임공정과; 1.5∼2.5시간 동안 -70∼-100℃에서 유지하는 서브제로 처리 공정과; 1.5∼2.5시간 동안 소정의 온도에서 유지하고 서냉하는 제2 뜨임 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이물 저항이 향상된 베어링강 열처리 방법.In the method for heat-treating the bearing steel used as the inner ring, outer ring of the bearing including the inner ring, outer ring, rolling element and cage, the bearing steel is iron (Fe) 0.18 ~ 0.33% by weight, silicon (Si) 0.15 to 0.35% by weight, manganese (Mn) 0.60 to 0.85% by weight, chromium (Cr) 0.90 to 1.20% by weight, carbon potential 1.0 to 1.3% carburizing atmosphere at a temperature of 920 ~ 960 ℃ A first carburizing process which carburizes for 4 to 6 hours at; A carburizing step of carburizing and carburizing at a temperature of 830 to 870 ° C for 2 to 4 hours by injecting 3 to 10% by volume of ammonia gas to the carburizing gas in the carburizing atmosphere; A quenching step of quenching and quenching; A first tempering step of maintaining at 120-150 ° C. for 1 to 2 hours and slowly cooling; A subzero treatment step of maintaining at -70 to -100 캜 for 1.5 to 2.5 hours; The bearing steel heat treatment method with improved foreign material resistance, characterized by comprising a second tempering step of maintaining at a predetermined temperature for 1.5 to 2.5 hours and slow cooling. 제1 항에 있어서, 상기 제1 침탄공정과 침탄 침질 공정 사이에는 상기 제1 침탄 공정과 동일한 온도 범위로 유지되며 제1 침탄 공정보다 낮은 농도의 탄소 분위기에서 소정의 시간 동안 침탄하는 제2 침탄공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이물 저항이 향상된 베어링강 열처리 방법. The second carburizing process according to claim 1, wherein the second carburizing process is maintained between the first carburizing process and the carburizing carburizing process in the same temperature range as the first carburizing process and carburized for a predetermined time in a carbon atmosphere having a lower concentration than the first carburizing process. Bearing steel heat treatment method with improved foreign material resistance, comprising a. 제2 항에 있어서, 상기 제2 침탄공정의 침탄 분위기 탄소 포텐셜은 0.9∼ 1.2% 범위이고, 2∼4시간 동안 침탄하는 것을 특징으로 하는 이물 저항이 향상된 베어링강 열처리 방법. 3. The bearing steel heat treatment method of claim 2, wherein the carburizing atmosphere carbon potential of the second carburizing process is in the range of 0.9 to 1.2% and carburizing for 2 to 4 hours. 제1항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 뜨임 공정의 열처리 온도는 제1 뜨임 공정의 열처리 온도보다 30℃ 높게 유지되는 것을 특징으로 하는 이물 저항이 향상된 베어링강 열처리 방법.The heat treatment method of claim 1, wherein the heat treatment temperature of the second tempering process is maintained at 30 ° C. higher than the heat treatment temperature of the first tempering process. 제4 항에 있어서, 제1 뜨임 공정 후의 표면 경도를 62∼64HRC범위로, 표면으로부터 2㎜ 깊이에서의 경도를 49∼53HRC 범위로, 표면의 잔류 오스테나이트는 50∼53 체적% 범위로 하며; 서브제로 처리 공정 후의 표면 경도를 68∼69HRC범위로, 표면으로부터 2㎜ 깊이에서의 경도를 50∼54HRC 범위로, 표면의 잔류 오스테나이트는 26∼32 체적% 범위로 하는 것을 특징으로 하는 이물 저항이 향상된 베어링강 열처리 방법.5. The method according to claim 4, wherein the surface hardness after the first tempering step is in the range of 62 to 64 HRC, the hardness at a depth of 2 mm from the surface to 49 to 53 HRC, and the residual austenite on the surface is in the range of 50 to 53 volume%; The foreign material resistance characterized in that the surface hardness after the subzero treatment step is in the range of 68 to 69 HRC, the hardness at a depth of 2 mm from the surface is in the range of 50 to 54 HRC, and the residual austenite on the surface is in the range of 26 to 32 vol%. Improved bearing steel heat treatment method. 내륜, 외륜, 전동체 및 케이지를 포함하여 구성되는 베어링의 내륜과 외륜으로 사용되는 베어링강에 있어서, 표면 경도는 860∼880Hv 범위이고, 표면의 잔류 오스테 나이트량은 26∼30 체적% 범위이며, 표면으로부터 멀어질수록 경도는 감소하고 표면으로부터 1.5∼2.0㎜ 깊이에서의 경도는 650∼530Hv 범위인 것을 특징으로 하는 이물 저항이 향상된 베어링강.In the bearing steel used for the inner ring and outer ring of a bearing including an inner ring, an outer ring, a rolling element, and a cage, the surface hardness is in the range of 860 to 880 Hv, and the amount of retained austenite on the surface is in the range of 26 to 30% by volume. The bearing steel with improved foreign material resistance, characterized in that the hardness decreases away from the surface, and the hardness at a depth of 1.5 to 2.0 mm from the surface is in the range of 650 to 530 Hv. 제6 항에 있어서, 표면으로부터 1.5㎜ 깊이에서의 경도는 530∼560Hv 범위인 것을 특징으로 하는 이물 저항이 향상된 베어링강.7. The bearing steel with improved foreign material resistance according to claim 6, wherein the hardness at a depth of 1.5 mm from the surface is in the range of 530 to 560 Hv.
KR1020070071592A 2007-07-18 2007-07-18 Steel for bearing having high resistance to the outer particles and the heat treatment method thereof KR20090008554A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070071592A KR20090008554A (en) 2007-07-18 2007-07-18 Steel for bearing having high resistance to the outer particles and the heat treatment method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070071592A KR20090008554A (en) 2007-07-18 2007-07-18 Steel for bearing having high resistance to the outer particles and the heat treatment method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090008554A true KR20090008554A (en) 2009-01-22

Family

ID=40488616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070071592A KR20090008554A (en) 2007-07-18 2007-07-18 Steel for bearing having high resistance to the outer particles and the heat treatment method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20090008554A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103468916A (en) * 2013-07-29 2013-12-25 江阴市科安传动机械有限公司 Heat treatment process for bevel gear
CN104372148A (en) * 2014-11-06 2015-02-25 无锡市百顺机械厂 Heat treatment process of bearing steel
CN107746932A (en) * 2017-12-06 2018-03-02 东北大学 A kind of preparation method of GCr15 bearing steels
CN110318018A (en) * 2019-07-09 2019-10-11 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 A kind of 9310 steel carbo-nitriding methods
CN110484858A (en) * 2019-08-29 2019-11-22 汉德车桥(株洲)齿轮有限公司 A method of eliminating pinion steel mixed crystal
CN114481011A (en) * 2021-12-31 2022-05-13 锦州捷通铁路机械股份有限公司 Solid nitriding process for surface strengthening of hot die steel with low deformation
US11885289B2 (en) 2021-04-30 2024-01-30 Caterpillar Inc. Components formed with high strength steel
WO2024171858A1 (en) * 2023-02-15 2024-08-22 ミネベアミツミ株式会社 Bearing component, method for manufacturing same, and rolling bearing

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103468916A (en) * 2013-07-29 2013-12-25 江阴市科安传动机械有限公司 Heat treatment process for bevel gear
CN104372148A (en) * 2014-11-06 2015-02-25 无锡市百顺机械厂 Heat treatment process of bearing steel
CN107746932A (en) * 2017-12-06 2018-03-02 东北大学 A kind of preparation method of GCr15 bearing steels
CN110318018A (en) * 2019-07-09 2019-10-11 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 A kind of 9310 steel carbo-nitriding methods
CN110484858A (en) * 2019-08-29 2019-11-22 汉德车桥(株洲)齿轮有限公司 A method of eliminating pinion steel mixed crystal
US11885289B2 (en) 2021-04-30 2024-01-30 Caterpillar Inc. Components formed with high strength steel
CN114481011A (en) * 2021-12-31 2022-05-13 锦州捷通铁路机械股份有限公司 Solid nitriding process for surface strengthening of hot die steel with low deformation
WO2024171858A1 (en) * 2023-02-15 2024-08-22 ミネベアミツミ株式会社 Bearing component, method for manufacturing same, and rolling bearing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20090008554A (en) Steel for bearing having high resistance to the outer particles and the heat treatment method thereof
JP4423754B2 (en) Manufacturing method of rolling shaft
JP5194532B2 (en) Rolling bearing
JP3487288B2 (en) Rolling bearing with surface treatment and method of manufacturing the same
WO2007135929A1 (en) Rolling bearing
JP2005201349A (en) Rolling bearing and heat treatment method of steel
JP5168958B2 (en) Rolling shaft
EP2789705B1 (en) Machine part, rolling bearing, conical roller bearing and method for manufacturing machine part
JP3656372B2 (en) Rolling bearing
JP2007046114A (en) Rolling bearing
JP5196393B2 (en) Rolling member, rolling bearing, and rolling member manufacturing method
JP4114218B2 (en) Rolling bearing
JP2007009997A (en) Rolling bearing
JP4998054B2 (en) Rolling bearing
JP2014074212A (en) Rolling and sliding member, manufacturing method thereof, and rolling bearing
JP2004052997A (en) Rolling device and manufacturing method
JP2006071022A (en) Rolling bearing
KR20150060276A (en) Heat treating method of bearing steel, bearing and bearing elements manufactured by the method
JP2008232212A (en) Rolling device
JP4904106B2 (en) Rolling parts
JP2009236259A (en) Insulating rolling bearing for electrical corrosion prevention
JP5211453B2 (en) Rolling bearing
JP4993486B2 (en) Rolling member, rolling bearing, and rolling member manufacturing method
JP2004011737A (en) Self-aligning roller bearing
JP2012241862A (en) Rolling bearing

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application