KR20100092458A

KR20100092458A - 냉간 가공성이 우수한 고주파 담금질용 강, 상기 강으로 이루어지는 구름 이동 부재 및 구름 이동 부재를 사용한 운동 안내 장치

Info

Publication number: KR20100092458A
Application number: KR1020107011500A
Authority: KR
Inventors: 가즈야 하시모또; 겐지로오 이세
Original assignee: 산요오도꾸슈세이꼬 가부시키가이샤; 티에치케이 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2010-08-20
Also published as: US20100314006A1; DE112008003146T5; JP2009127091A; WO2009069283A1; CN101874124A; JP5260032B2

Abstract

이 고주파 담금질용 강은, 질량％로, C:0.7 내지 0.9％, Si:0.4 내지 1.0％, Mn:0.5 내지 1.25％, P:0.030％ 이하, S:0.030％ 이하, Cr:0.4％ 이하, Al:0.05％ 이하, Ti:0.003％ 이하, O:0.0020％ 이하를 함유하고, 또한 [Mn]≤0.5＋0.35/[Si]를 만족시키고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 어닐링 경도 93HRB 이하, 또한 고주파 담금질 후의 고주파 담금질층이 잔류 오스테나이트 20 내지 40％를 갖고 경도 61HRC 이상이다. 이에 의해, 운동 안내 장치의 윤활유 중에 이물질이 혼입되고, 그 압흔의 응력 집중을 요인으로 장치의 강재 표면에 불량 윤활에 의한 박리를 발생시키거나, 혹은 금속 미끄럼을 일으켜도, 피로 수명의 저하를 발생시키기 어렵게 한 고주파 담금질용 강을 제공할 수 있다.

Description

냉간 가공성이 우수한 고주파 담금질용 강, 상기 강으로 이루어지는 구름 이동 부재 및 구름 이동 부재를 사용한 운동 안내 장치{STEEL FOR HIGH-FREQUENCY QUENCHING WITH EXCELLENT COLD WORKABILITY, ROTARY MEMBER MADE OF SAID STEEL, AND MOTION GUIDING APPARATUS USING SAID ROTARY MEMBER}

본 발명은, 불량 윤활하에 있어서, 피로 수명의 저하가 발생되기 어려운 고주파 담금질(induction hardening)용 강, 또한 이러한 고주파 담금질용 강에 의해 제조된 구름 이동 부재를 그 일부에 포함하는 운동 안내 장치에 관한 것이다.

도 1은, 운동 안내 장치의 개략 구성을 설명하기 위한 부분 파단 사시 외관도로, 예를 들어 공작 기계에 내장되어 공작물 담지용 테이블 등을 안내하는 직선 운동 안내 장치를 도시하는 것이다. 이 운동 안내 장치는, 길이 방향을 따라 볼 구름 주행면(1a)이 형성된 궤도 레일(궤도륜)(1)과, 구름 이동체(또는 구름 이동재)로서의 다수의 볼(2)을 통해 이 궤도 레일(1)에 끼워 맞추어지는 동시에 내부에 상기 볼(2)의 무한 순환로를 구비한 미끄럼 이동대(슬라이드 부재)(3)로 구성되어 있고, 볼(2)의 순환에 수반하여 미끄럼 이동대(3)가 궤도 레일(1) 상을 왕복 운동하는 것이다. 단, 미끄럼 이동대(3)를 고정측으로 하여 궤도 레일(1)을 왕복 운동시키는 경우도 있다.

상기한 미끄럼 이동대(3)는, 테이블 등(도시하지 않음)을 설치하기 위한 설치면(5a)을 갖는 대략 새들 형상의 블록(5)과, 이 블록(5)의 전후 양단부면에 고정된 한 쌍의 엔드 플레이트(6)로 구성되어 있다. 상기한 무한 순환로는, 이 블록(5)에 궤도 레일(1)의 볼 구름 주행면(1a)에 대응하여 형성된 부하 볼 구름 주행면(5b) 및 볼 복귀 구멍(5c)과, 양 엔드 플레이트(6)에 형성되어 상기 부하 구름 주행면(5b) 및 볼 복귀 구멍(5c)을 연통하는 방향 전환로(도시하지 않음)로 이루어진다.

이러한 운동 안내 장치에 있어서, 볼(2)과 궤도 레일(1) 및 볼(2)과 미끄럼 이동대(3)는, 거의 점에 가까운 상태로 접촉하고, 이 접촉 부분이 동일한 궤도상을 반복하여 이동하므로, 궤도 레일(1) 및 미끄럼 이동대(3)에는 구름 이동 부하가 걸린다.

운동 안내 장치가 양호한 환경하에서 사용되는 경우에는, 볼(2)과 궤도 레일(1) 및 볼(2)과 미끄럼 이동대(3)의 접촉 부분에 있어서 문제는 발생하지 않지만, 일반적인 공장 등의 개방된 환경하에서 사용되는 경우에는, 사용 환경중의 먼지, 티끌 또는 가공시에 공작 기계 등으로부터 발생하는 절삭 가루 등의 이물질이 접촉 부분에 부착되는 경우가 있다. 접촉 부분에 부착된 이물질은, 미끄럼 이동대(3)가 작동함으로써, 볼 구름 주행면(1a)에 파고 들어가고, 이물질이 파고 들어간 궤도 레일(1)은 피로 수명이 현저하게 저하된다고 하는 문제가 발생한다. 또한, 구조적으로 볼(2)과 궤도 레일(1) 및 볼(2)과 미끄럼 이동대(3)의 접촉 부분에 있어서 윤활유막 두께가 얇기 때문에 금속 미끄럼을 일으켜, 궤도 레일(1) 및 미끄럼 이동대(3)의 표면 영역이 손상되어, 피로 수명이 현저하게 저하된다고 하는 문제도 발생한다.

종래, 이 문제에 대해서는, SUJ2 등의 베어링강을 염수 담금질하여, 궤도 레일의 구성 재료의 경도를 높이는 방법, 탄소강을 침탄 담금질하여 침탄 경화층을 깊게 하고, 경도를 증가시켜 이물질 자체가 강의 표면에 압흔을 형성하는 것을 방지하는 방법, SUJ3이나 SUJ5 등의 베어링강을 사용하여 마르템퍼링(martempering) 등의 고온 열처리를 실시하여, 궤도 레일의 구성 재료의 균열 인성(靭性)을 높이는 방법 등이 행해지고 있었다.

그러나 베어링강을 염수 담금질하는 방법에서는, 경도가 지나치게 높아져 인성이 부족해져, 이물질의 혼입이나 금속 미끄럼에 의해 야기되는 손상 개소로부터 조기에 크랙이 발생하고, 이 크랙의 전파에 의해 박리(flaking)가 발생되기 쉬워, 그 수명을 향상시킬 수 없었다. 또한, 침탄 담금질하는 방법이나 고온 열처리하는 방법은, 생산성이 저하되어 비용 상승의 원인이 되고 있었으므로, 실용상의 큰 문제가 있었다.

그런데, 잔류 오스테나이트량을 많게 함으로써 피로 수명을 개선시키는 발명이 제안되어 있다(예를 들어, 하기 특허 문헌 1 참조). 그러나 본 발명에서는, 이물질 혼입시의 피로 수명은 개선할 수 있지만, 금속 미끄럼에 의한 피로 수명의 저하에 대해서는 안정적으로 개선할 수 없다는 문제가 있었다.

하기 특허 문헌 1을 인용 문헌으로서, 잔류 오스테나이트량을 적게 함으로써 이물질 혼입이 적을 때의 피로 수명을 개선시킨다는 발명이 개시되어 있다(예를 들어, 하기 특허 문헌 2 참조). 그러나 본 발명에서는, 하기 특허 문헌 1과 같이, 이물질 혼입시의 피로 수명을 안정적으로 개선할 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 편석의 정도를 한정하는 조건과, 초석 페라이트의 생성량을 감소시키기 위한 소정의 식 및 화학 조성과, 마르텐사이트 조직이 생성되기 시작하는 온도의 Ms점 뿐만 아니라, 개재물의 크기를 규정함으로써 구름 이동 피로 수명이 우수한 고주파 담금질용 봉강을 얻으려고 하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 하기 특허 문헌 3 참조). 그러나 상기 특허 문헌에 기재되어 있는 발명에서는, 바람직한 잔류 오스테나이트량이나 고주파 담금질 후의 표면 경도가 고려되어 있지 않다. 특히, 본 발명에 있어서의 C:0.5 내지 0.7％의 범위에서는, 표면 경도가 낮아, 안정적으로 우수한 구름 이동 피로 수명을 얻을 수는 없고, 또한 이물질 혼입이나 금속 미끄럼에 의해 야기되는 손상을 안정적으로 억제할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 평11-209844호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 제2001-165161호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특허 출원 공개 제2004-183016호 공보

본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 운동 안내 장치 등에 도입될 윤활유 중에 이물질이 혼입되어, 그 압흔의 응력 집중을 주요인으로 하여 운동 안내 장치의 강재 표면에 불량 윤활에 의한 박리를 발생시켜도, 혹은 표면 거칠기가 크고 또한 윤활유 점도가 낮거나 윤활유량이 부족한 것에 의한 윤활유막 두께가 얇기 때문에 금속 미끄럼을 일으켜도, 피로 수명의 저하를 발생시키기 어렵게 한 고주파 담금질용 강을 제공하는 것, 상기 고주파 담금질용 강에 의해 제조된 구름 이동 부재 및 구름 이동 부재를 갖는 운동 안내 장치를 제공하는 것이다.

발명자들은, 본 출원인의 발명인 선원의 상기 특허 문헌 1에 대해 예의 검토한 결과, 금속 미끄럼에 의한 피로 강도(또는, 피로 수명) 저하도 억제하기 위해서는, Si를 0.4％ 이상 함유하고, 고주파 담금질 후의 경도가 61HRC 이상을 필요로 하는 것을 발견하였다. 한편, Si의 첨가량을 증가시켜 가면, 냉간 가공성이 손상된다. 그로 인해, 양호한 냉간 가공성을 확보하기 위해서는 C, Mn, Cr의 양을 줄일 필요가 있다. 그러나 C의 양을 줄이면 고주파 담금질 후의 경도가 충분히 얻어지지 않는다. 또한, Mn의 양을 줄이면 담금질성이 손상된다. 그러나 발명자들은, Cr의 양을 줄임으로써, 어닐링 경도가 저하되어, 대폭으로 냉간 가공성을 개선할 수 있는 것을 발견하여 본 발명의 수단을 얻은 것이다. 즉, 상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 고주파 담금질용 강은, 질량％로, C:0.7 내지 0.9％, Si:0.4 내지 1.0％, Mn:0.5 내지 1.25％, P:0.030％ 이하, S:0.030％ 이하, Cr:0.4％ 이하, Al:0.05％ 이하, Ti:0.003％ 이하, O:0.0020％ 이하를 함유하고, 또한 [Mn]≤0.5＋0.35/[Si]를 만족시키고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 어닐링 경도 93HRB 이하인 강으로 이루어지고, 또한 고주파 담금질 후의 고주파 담금질층이 잔류 오스테나이트 20 내지 40％를 갖고 경도 61HRC 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 고주파 담금질용 강은, 강 성분이 C:0.7 내지 0.9％, Si:0.4 내지 1.0％의 범위의 성분을 갖고, 어닐링 경도가 93HRB 이하이므로 냉간 가공이 용이하고, 또한 냉간 가공에 의한 가공물을 고주파 담금질한 고주파 담금질층이 20 내지 40％의 잔류 오스테나이트이며, 또한 61HRC 이상으로 하는 높은 경도를 갖는 것으로, 인성이 우수하고, 또한 제품 중의 이물질의 혼입 및 금속 미끄럼에 의해 야기되는 손상 개소로부터 크랙이 발생하기 어렵고, 가령 크랙이 발생하였다고 해도, 발생한 크랙이 전파되기 어려워 박리가 발생하기 어려우므로, 그 수명을 향상시킬 수 있는 내이물질 환경 및 내금속 미끄럼용 고주파 담금질용 강이다. 또한, 고주파 담금질층의 경도가 61HRC 이상이라고 하는 높은 경도인 것은, 운동 안내 장치의 궤도 레일로서 바람직하고, 고인성이며 고경도를 겸비한 강재가 얻어지는 점에서, 우수한 고주파 담금질용 강이다. 또한, 이 내이물질 환경 및 내금속 미끄럼용 고주파 담금질용 강은, 침탄 처리를 필요로 하지 않으므로, 저비용 또한 고경도(즉, 바람직한 경도)이며 고인성의 강재를 얻을 수 있어, 실용상 특히 바람직하다.

또한, 본 발명에 관한 고주파 담금질용 강은, 탄소, 규소, 망간, 크롬으로 주요 원소를 구성하고 있으므로, 고주파 담금질용 강으로 이루어지는 부재는, 높은 경도와 높은 인성을 갖고, 이물질 환경 및 금속 미끄럼하에서도 장수명으로 사용할 수 있는 동시에, 고주파 담금질용 강은 저렴하고 피삭성이나 냉간 가공성에도 우수하다.

또한, 본 발명에 관한 구름 이동 부재는, 상기한 고주파 담금질용 강을 냉간 가공하여 구름 이동 부재의 형상으로 형성된 것에 고주파 담금질 및 템퍼링함으로써, 잔류 오스테나이트 20 내지 40％를 갖고, 또한 경도 61HRC 이상인 고주파 담금질층을 형성한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기한 구름 이동 부재를 운동 안내 장치의 부재의 일부, 예를 들어 궤도 레일 혹은 미끄럼 이동대에 사용하여, 운동 안내 장치를 형성하는 것이 적합하다.

이러한 본 발명의 운동 안내 장치에서는, 상기한 바와 같이 화학 조성이 0.7 내지 0.9％ 범위의 C량과, 0.4 내지 1.0％의 범위의 Si량을 갖고, 냉간 가공 후의 고주파 담금질층의 경도가 61HRC 이상이라고 하는 높은 경도를 갖고 또한 20 내지 40％의 잔류 오스테나이트량을 갖는 강으로 이루어지는 강재를 운동 안내 장치의 궤도 레일과 미끄럼 이동대 중 어느 하나 혹은 양자에 사용함으로써, 사용되는 윤활유 중으로의 이물질의 혼입 및 금속 미끄럼에 의해 야기되는 손상 개소를 기점으로 하는 크랙이 운동 안내 장치의 궤도 레일에 발생되기 어려워지는 결과, 운동 안내 장치의 수명을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 관한 고주파 담금질용 강에서는, 고주파 담금질층의 잔류 오스테나이트층이 20 내지 40％로 되어 있으므로, 인성이 우수하여, 제품으로 하였을 때에 제품 부재 사이에 진애나 절삭 가루 등의 이물질이 혼입되어도, 손상이 야기되기 어려우므로 손상을 기점으로 하는 크랙이 발생하기 어렵다. 가령 크랙이 발생하였다고 해도, 발생한 크랙은 전파되기 어려워 박리가 발생되기 어려워, 이 강으로 이루어지는 제품 부재의 수명을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 고주파 담금질용 강에서는, 고주파 담금질층의 경도가 61HRC 이상이라고 하는 높은 경도이므로, 운동 안내 장치의 궤도축으로서 바람직하고, 고인성 또한 고경도이며, 불량 윤활하에 있어서, 금속 미끄럼을 발생시키기 어려워 손상이 야기되기 어려우므로 손상을 기점으로 하는 크랙이 발생되기 어렵다. 가령 크랙이 발생하였다고 해도, 발생한 크랙이 전파되기 어려워 박리가 발생되기 어려워, 이 강으로 이루어지는 제품 부재의 수명을 향상시킬 수 있으므로, 우수한 고주파 담금질 강이 된다. 또한, 이 고주파 담금질용 강은, 화학 조성으로서 고가인 Ni나 Mo를 불가피 불순물 레벨로밖에 함유하고 있지 않고, 침탄 담금질 처리를 필요로 하지 않으므로 저렴하고, 냉간 가공성 및 피삭성이 우수한 내이물질 환경용 고주파 담금질 강을 얻을 수 있다고 하는 효과를 갖고 있다.

또한, 본 발명에 관한 구름 이동 부재는, 상기 본 발명의 고주파 담금질용 강을 구름 이동 부재의 형상으로 냉간 가공한 후, 고주파 담금질·템퍼링을 실시함으로써, 20 내지 40％의 잔류 오스테나이트를 가지므로, 피로 수명의 관점에서 바람직하고, 경도 61HRC 이상의 고주파 담금질층으로 형성되어 있다고 하는 효과를 갖고 있다.

또한, 본 발명에 관한 운동 안내 장치는, 상기 본 발명의 구름 이동 부재를 일부에 사용한 운동 안내 장치이므로, 이 운동 안내 장치는 61HRC 이상의 높은 경도와 20 내지 40％의 잔류 오스테나이트층과 높은 인성을 갖고 있어, 이물질 환경하에서 사용해도 이물질이 원인으로 야기되는 손상 개소로부터 크랙이 발생되기 어렵고, 크랙이 발생하였다고 해도 그 크랙이 전파되기 어려워 박리가 발생되기 어렵다. 또한, 본 발명에 관한 운동 안내 장치는, 불량 윤활하에 있어서도, 금속 미끄럼을 발생하기 어려워 손상이 야기되기 어려우므로, 손상을 기점으로 하는 크랙이 발생하기 어렵다. 가령 크랙이 발생하였다고 해도, 발생된 크랙이 전파되기 어려워 박리가 발생되기 어렵다. 또한, 본 발명의 운동 안내 장치는, 고가의 재료나 가공성을 저해하는 재료를 함유하고 있지 않으므로, 수명이 길고 비용 대비 효과가 우수하다고 하는 효과를 갖고 있다.

도 1은 운동 안내 장치의 개략도이다.

본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태로서, 각각 고주파 담금질용 강, 그 고주파 담금질용 강을 사용한 구름 이동 부재(또는 구름 이동재) 및 얻어진 구름 이동 부재를 부재에 포함하는 운동 안내 장치에 대해 표 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서의「불량 윤활」이라 함은, 윤활유 중에 이물질이 혼입되어, 그 압흔의 응력 집중을 주요인으로 하여 박리에 이르는 상태 및 표면 거칠기가 크거나 윤활유 점도가 낮거나 윤활유량이 부족하거나, 혹은 그 조합에 의해 윤활유막 두께가 얇기 때문에, 주로 금속 미끄럼을 일으키는 상태를 말하는 것으로 한다. 또한, 본 발명의 운동 안내 장치라 함은, 도 1에 도시하는 직선 운동 안내 장치나, 도시하지 않은 볼 스플라인이나 볼 나사 등, 볼 또는 롤러 등의 구름 이동체를 통해 궤도축과 슬라이드 부재를 상대적으로 이동 가능하게 조립 장착하여 이루어지는 것의 총칭으로 정의한다.

우선, 본 실시 형태에 관한 고주파 담금질용 강은, 질량％로, C:0.7 내지 0.9％, Si:0.4 내지 1.0％, Mn:0.5 내지 1.25％, P:0.030％ 이하, S:0.030％ 이하, Cr:0.4％ 이하, Al:0.05％ 이하, Ti:0.003％ 이하, O:0.0020％ 이하를 함유하고, 또한 [Mn]≤0.5＋0.35/[Si]를 만족시키고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는다. 이들 조성으로 이루어지는 고주파 담금질용 강은, 고주파 담금질 후의 고주파 담금질층이 20 내지 40％의 잔류 오스테나이트를 갖고 61HRC 이상의 경도를 갖는 강이다.

상기 본 실시 형태에 관한 고주파 담금질용 강의 화학 조성의 한정 이유 및 고주파 담금질층의 잔류 오스테나이트의 양 및 경도에 대해 이하에 설명한다. 또한, 이하, 화학 조성 범위에 있어서의 ％는, 질량％를 나타낸다.

(C:0.7 내지 0.9％)

C는, 고주파 담금질에 의해 탄화물을 형성하고, 고주파 담금질층의 템퍼링 후의 경도를 61HRC 이상으로 하기 위해 필요한 원소인 동시에, 고주파 담금질층에 20 내지 40％의 잔류 오스테나이트를 생성하기 위해 특히 유효한 원소이다. 그러나 C가 0.6％ 미만에서는, 고주파 담금질층에 있어서 원하는 경도가 얻어지지 않는다. 또한, C가 0.7％ 미만에서는 금속 미끄럼이 발생하는 환경하에 있어서의 이 강으로 이루어지는 운동 안내 장치의 수명이 짧아진다. 한편, C가 0.9％를 초과하면 피삭성이나 냉간 가공성이 떨어지고, 또한 고주파 담금질시에 담금질 크랙이 발생된다. 따라서, C는 0.7 내지 0.9％로 한다.

(Si:0.4 내지 1.0％)

Si는, 탈산제로서 첨가되는 원소이다. 그러나 Si가 0.4％ 미만이면, 금속 미끄럼이 발생하는 환경하에 있어서의 이 강으로 이루어지는 운동 안내 장치의 수명이 짧아진다. 한편, 1.0％를 초과하면 피삭성과 냉간 가공성이 나빠지고, 또한 금속 미끄럼이 발생하는 환경하에 있어서의 수명이 짧아진다. 따라서, Si는 0.4 내지 1.0％로 한다.

(Mn:0.5 내지 1.25％, 바람직하게는 0.75 내지 1.25％)

Mn은, 고주파 담금질성을 향상시키는 효과가 큰 원소로, 고주파 담금질층에 잔류 오스테나이트를 많이 생성시키기 위해 유효한 원소이다. Mn이 0.5％ 미만에서는 고주파 담금질한 후에 충분한 담금질성을 확보할 수 없다. 한편, 1.25％를 초과하면 피삭성이나 냉간 가공성이 떨어지게 된다. 따라서, Mn은 0.5 내지 1.25％, 바람직하게는 0.75 내지 1.25％로 한다.

([Mn]≤0.5＋0.35/[Si])

상기한 Mn량의 규정에 부가하여 [Mn]≤0.5＋0.35/[Si]로 규정한 것은, 구름 이동 피로 수명을 얻기 위해 필요한 Si량을 확보하면 가공성이 떨어지는 것을 고려한 것이다. 따라서, Mn량을 Si량과의 관계로 제한함으로써, 양호한 가공성을 얻는 것으로 한다. 따라서, [Mn]≤0.5＋0.35/[Si]를 만족하는 것으로 한다.

(Cr:0.4％ 이하, 바람직하게는 0.35％ 이하)

Cr은, 강의 고주파 담금질성 및 인성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이지만, 한편 탄화물 형성 원소로, 탄화물을 안정화시키므로, 연화 어닐링 후의 경도가 저하되지 않는다. 따라서, Cr은 0.4％ 이하, 바람직하게는 0.35％ 이하로 한다.

(Al:0.05％ 이하)

Al은, 탈산제로서 첨가되는 원소이지만, Al이 0.05％보다 많으면 Al 산화물이 증가하여, 강의 피로 강도를 저하시켜 가공성을 저하시킨다. 따라서, Al은 0.05％ 이하로 한다.

(Ti:0.003％ 이하)

Ti는, 결정립의 조대화를 방지하는 데 유효한 원소이지만, Ti가 많으면 가공성이 저하된다. 따라서, Ti는 0.003％ 이하로 한다.

(P:0.030％ 이하)

P는, 내식성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 그러나 P가 0.030％를 초과하여 첨가되면, 입계에 편석되어 입계 취화를 촉진시키기 쉬워져, 충격 강도나 굽힘 강도가 저하된다. 따라서, P는 0.030％ 이하로 한다.

(S:0.030％ 이하)

S는, Mn과 결합하여 MnS가 되어 적열 취성을 방지한다. 그러나 MnS는, 비금속 개재물을 형성하여 피로 수명을 저하시키는 원인도 된다. S가 0.03％를 초과하면, 피로 수명의 저하가 발생되기 쉬워지므로, S는 0.03％ 이하로 한다. 또한, MnS는 피삭성을 개선하는 효과를 가지므로, 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

(O:0.0020％ 이하)

O는, 다른 금속 원소와 산화물을 형성하여 입계에 편석되어 적열 취성의 요인이 된다. O가 0.0020％를 초과하면 피로 수명을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, O는 0.0020％ 이하로 하고, 바람직하게는 0.0015％ 이하로 한다.

또한, 상기한 원소 외에, N을 더 함유시켜도 좋다. 그 경우, N은 강에 일부 고용되어 강도를 높이는 반면, 지나치게 많이 함유하면 저온 취성을 현저하게 조장하므로, N은 적절하게 첨가할 때에 적량으로 하는 것이 바람직하지만, 그 범위는 0.01％ 이하로 한다.

(고주파 담금질층의 잔류 오스테나이트가 20 내지 40％)

고주파 담금질층의 잔류 오스테나이트가 20％ 미만에서는, 강제 부품에 이물질 환경하에서 이물질의 파고 들어감이 발생하였을 때에, 피로 수명이 저하되는 경우가 있어, 수명 개선 효과가 충분하지 않았다. 잔류 오스테나이트는 이미 알려져 있는 바와 같이, 인성을 향상시키는 효과를 가지므로, 먼지, 티끌, 절삭 분말 등의 이물질이 존재하는 환경하에 있어서, 예를 들어 운동 안내 장치의 궤도 레일에 이물질의 파고 들어감이 발생해도, 금속 미끄럼이 발생하기 어렵고, 또한 피로 수명의 저하를 발생시키기 어렵게 하는 효과를 갖는다. 이것을 위해서는 고주파 담금질층에 있어서의 잔류 오스테나이트량의 하한은 20％ 이상, 특히 25％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 잔류 오스테나이트는 그 자체가 유연하므로, 고주파 담금질층의 잔류 오스테나이트가 40％를 초과하면, 이물질 환경에서의 피로 수명의 저하는 발생되지 않지만, 고주파 담금질 강의 표면 경도가 61HRC를 확보하기 어려우므로, 금속 미끄럼에 의한 피로 수명의 저하를 초래한다. 따라서, 고주파 담금질층에 있어서의 잔류 오스테나이트의 상한을 40％ 이하, 특히 35％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

(고주파 담금질 강의 표면 경도 61HRC 이상)

고주파 담금질 강의 표면 경도를 61HRC 이상으로 함으로써, 높은 인성을 가지면서 높은 경도를 가져, 이 강재로 이루어지는 부재는 이물질 환경하 및 금속 미끄럼이 발생해도 장수명으로 사용할 수 있다.

다음에, 본 실시 형태에 관한 구름 이동 부재는, 상기 본 실시 형태에 관한 고주파 담금질용 강을 사용하여, 냉간 가공을 행하여 형성한 것이다. 이 경우, 냉간 가공하기 전의 고주파 담금질용 강의 어닐링 경도는 93HRB 이하이므로, 냉간 가공에서 정확하게 구름 이동 부재의 바람직한 형태로 형상화할 수 있고, 또한 이 형상화된 구름 이동 부재에는, 950 내지 1050℃에서 6 내지 8초간의 고주파 가열에 의해 표면을 가열하여 담금질하는 고주파 담금질이 행해지고, 템퍼링 온도 130 내지 180℃, 바람직하게는 150℃에서, 60 내지 180분간, 바람직하게는 80분간 정도의 템퍼링 시간으로 저온 템퍼링이 행해짐으로써, 잔류 오스테나이트 20 내지 40％를 갖고, 또한 경도 61HRC 이상인 고주파 담금질층이 표면에 형성된 구름 이동 부재가 된다. 상기에 있어서, 고주파 가열에 의한 표면 가열 온도가 1050℃를 초과하면 담금질 균열이 발생하기 쉬워진다. 표면 가열 온도가 950℃ 미만에서는, 20％ 이상의 잔류 오스테나이트를 확보할 수 없는 경우가 있다.

본 실시 형태에 관한 운동 안내 장치는, 상기 본 실시 형태에 관한 구름 이동 부재를, 도 1에 도시하는 직선 운동 안내 장치(7)의 궤도 레일(1) 및 궤도 레일(1) 상에 설치된 미끄럼 이동대(3)에 사용한 것이다.

본 실시 형태에 관한 운동 안내 장치, 즉 직선 운동 안내 장치(7)는 높은 경도와 높은 인성을 가져, 이물질 환경하에서도 장수명으로 사용할 수 있는 내이물질 환경 및 내금속 미끄럼용 고주파 담금질 강으로 이루어지고, 일부의 부재, 특히 궤도 레일(1) 혹은 궤도 레일(1) 상에 설치된 미끄럼 이동대(3)가, 본 실시 형태에 관한 고주파 담금질용 강에 의해 구성되어 있다. 따라서, 이 직선 운동 안내 장치(7)가 이물질 환경중에서 사용되었다고 해도, 이물질이 원인으로 야기되는 손상 개소나 금속 미끄럼에 의해 야기되는 손상 개소로부터의 크랙이 발생하기 어렵고, 또한 크랙이 발생하였다고 해도, 발생한 크랙이 전파되기 어려워 박리가 발생하기 어렵다. 또한, 이 직선 운동 안내 장치(7)의 소재로 고가의 Ni나 Mo를 유위(有爲)한 함유량으로 함유하고 있지 않으므로, 수명이 길고 비용 대비 효과가 우수한 직선 운동 안내 장치(7)로 되어 있다.

(제1 실시예)

표 1에 나타내는, 제1 실시예 내지 제8 실시예와 제1 비교예 내지 제6 비교예의 각 화학 조성을 함유하는 강을, 100㎏ VIM(진공 유도 용해로)에서 용융하고, 이 강을 1150 내지 1200℃에서 가열하여 φ65㎜와 φ20㎜의 환봉으로 코깅하였다. 표 1에 있어서의 실시예의 No.1 내지 8은, 본 발명의 고주파 담금질용 강이고, 비교예의 No.1 내지 6은, 화학 조성 중 임의의 성분이 본 발명의 범위로부터 벗어난 비교 강의 것이고, 도트부를 부여함으로써 본 발명의 범위로부터 벗어난 화학 조성의 성분을 나타낸다. 또한, 비교예의 No.4의 「0.5＋0.35/Si」값의 도트 부분은, 본 발명의 조건으로부터 벗어나 있는 것을 나타낸다.

(이물질 환경하에 스러스트형 구름 이동 피로 시험)

표 1에 나타내는 실시예 및 비교예의 각 강재로부터 φ65㎜로 코깅하여 얻어진 각 환봉에 대해, 870℃에서 불림(normalizing)을 행하고, 740℃에서 구상화 어닐링을 행한 후, 이들로부터 두께 10㎜의 원반 형상의 평판을 잘라냈다. 이 두께 10㎜의 원반 형상의 평판을 고주파 가열하여 표면 온도를 1000℃로 7초간 유지한 후, 폴리머 담금질하고, 다시 150℃로 80분간의 템퍼링을 행하였다. 또한, 이 담금질·템퍼링된 원반 형상의 평판을, 연삭 및 연마 가공에 의해 표면을 경면 상태로 하여 각 시험편으로 제작하였다. 또한, 이들 시험편의 표면 경도를 로크웰 경도계로 측정하였다.

이물질 환경하에 스러스트형 구름 이동 피로 시험은, 모리시끼 스러스트형 구름 이동 피로 시험기에 있어서, 윤활유 중에 이물질을 투입하여 구름 이동 피로 시험을 행하는 방법이다. 이하에 나타내는 조건으로 이 시험을 행하여, L₅₀(50％ 누적 파손 확률)으로 내이물질 환경의 구름 이동 피로 수명을 평가하였다. 이 평가에서는, 본원의 발명예 및 비교예에 대해 비교예의 No.6의 L₅₀을 1로 하였을 때의 비로 각각의 평가를 나타내고 표 2에 나타냈다.

상기한 이물질 환경하에 스러스트형 구름 이동 피로 시험의 조건

시험 온도 : 상온

최대 헤르츠 압축 응력(Pmax) : 540㎏f/㎟

최대 반복 속도 : 1800cpm

윤활유 : 스핀들유(#60)

이물질 : 입도 105 내지 150㎛이고 경도 760 내지 800HV

인 고속도 공구강(SKH51)의 분말을 1g/리터의 비율로 윤활유에 투입

(롤러 피칭 시험)

φ32㎜로 코깅된 각 환봉에 대해, 870℃에서 불림을 행하고, 740 ℃에서 구상화 어닐링을 행한 후, 이것으로부터 구름 이동부가 φ26㎜인 원통을 잘라내고, 상기 원통을 고주파 담금질시의 표면 가열 온도 1000℃, 7초간 처리한 후, 폴리머 담금질하고, 다시 150℃, 90분간의 템퍼링을 행하여, 연삭 및 연마 가공에 의해 표면을 경면 상태로 하여 시험편으로 제작하였다.

롤러 피칭 시험이라 함은, 고면압하에서의 구름, 금속 미끄럼 시험을 행하는 방법이다. 상기한 시험편에 대해 이하에 나타내는 조건으로 시험을 행하고, L₅₀(50％ 누적 파손 확률)으로 금속 미끄럼 환경에 있어서의 피로 수명을 평가하였다.

시험 온도 : 80℃

면압 : 3320㎫

부하 속도 : 2000rpm

미끄럼률 : -40％

구동 롤러 : SCM420H강제 롤러의 침탄 후 연마 마무리품

금속 미끄럼 환경에 있어서의 피로 수명은, 비교예의 No.6의 L₅₀(50％ 누적 파손 확률)을 1로 하였을 때의 비로 나타내고, 표 2에 나타냈다.

(잔류 오스테나이트량 측정)

이물질 환경하에서의 스러스트형 구름 이동 피로 시험에 사용한 시험편과 동일하게 제작된 시험편에 대해, 고주파 담금질면의 잔류 오스테나이트량을 측정하였다. 측정 방법은 X선 회절법이며, 체적비(％)로 시험 결과를 나타내고, 표 2에 나타냈다.

(어닐링 경도)

어닐링 경도는, 이물질 환경하에서의 스러스트형 구름 이동 피로 시험용 시험편을 제작할 때에, 740℃에서 구상화 어닐링을 행한 후에, 이 시험편의 시험면의 경도를 로크웰 경도계로 측정하고, 그 측정 결과를 표 2에 나타냈다.

표 2에 보이는 바와 같이, 상기한 고주파 담금질 및 템퍼링 후에 있어서의 잔류 오스테나이트량은, 본 발명의 제1 내지 제8 실시예에서는 모두 발명의 범위인 20 내지 40％였지만, 제1 내지 제6 비교예에서는, 제1 비교예가 41％로 본 발명의 범위를 초과하고 있고, 제6 비교예가 18％로 본 발명의 범위 미만이었다. 또한, 이때의 고주파 담금질층의 표면 경도는, 본 발명의 제1 내지 제8 실시예에서 61.2 내지 62.8HRC로 본 발명의 범위인 61HRC 이상을 만족하고 있었다. 그러나 제1 비교예는 60.5HRC이고, 제6 비교예는 60.7HRC로, 이들은 모두 본 발명의 범위에 충족되지 않는 것이었다. 또한, 이물질 환경하에서의 L₅₀ 수명은, 제6 비교예를 기준인 1로 할 때, 본 발명의 제1 내지 제8 실시예는 2.1 내지 2.7이었다. 또한, 롤러 피칭 시험에 의한 금속 미끄럼 환경하에 있어서의 피로 수명인 L₅₀ 수명은, 마찬가지로 제6 비교예를 기준인 1로 할 때, 본 발명의 제1 내지 제8 실시예는 2.1 내지 3.0으로, 비교예에 비해 상대적으로 높았다. 또한, 상기한 구상화 어닐링을 행한 후의 어닐링 경도는, 본 발명의 제1 내지 제8 실시예는 91 내지 93HRB로, 모두 93HRB 이하였다. 그러나 제1 내지 제6 비교예는 94 내지 98HRB로 높고, 따라서 본 발명의 강재는 냉간 가공성이 우수한 것을 알 수 있다.

Claims

질량％로, C:0.7 내지 0.9％, Si:0.4 내지 1.0％, Mn:0.5 내지 1.25％, P:0.030％ 이하, S:0.030％ 이하, Cr:0.4％ 이하, Al:0.05％ 이하, Ti:0.003％ 이하, O:0.0020％ 이하를 함유하고, 또한 [Mn]≤0.5＋0.35/[Si]를 만족시키고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 어닐링 경도 93HRB 이하인 강으로 이루어지고, 또한 고주파 담금질 후의 고주파 담금질층이 잔류 오스테나이트 20 내지 40％를 갖고 경도 61HRC 이상인 것을 특징으로 하는, 고주파 담금질용 강.
제1항에 기재된 고주파 담금질용 강을 냉간 가공하여 구름 이동 부재의 형상으로 형성하여 고주파 담금질 및 템퍼링을 행함으로써, 잔류 오스테나이트 20 내지 40％를 갖고, 또한 경도 61HRC 이상인 고주파 담금질층을 형성한 것을 특징으로 하는, 구름 이동 부재.
제2항에 기재된 구름 이동 부재를 운동 안내 장치의 부재의 일부에 사용하여 형성한 것을 특징으로 하는, 운동 안내 장치.