KR20100133956A - 쇼트 피닝용 투사재의 재료, 마무리선, 제조 방법 및 쇼트 피닝용 투사재 - Google Patents
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Abstract
신선하여 마무리선을 얻는 공정에서, 단선을 방지하여 생산성의 향상이 얻어지는 쇼트 피닝용 투사재의 재료·마무리선과, 생산성의 향상이 얻어지는 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법과, 그 제법에 의한 투사재를 제공한다. 선재로 신선하는 공정과, 상기 선재를 어닐링 및 냉간인발을 반복하여 마무리선으로 하는 공정에 의해, 상기 마무리선에서의 입경 2㎛ 이하인 탄화물이 차지하는 면적이 마무리선 전체 면적의 80% 이상인 쇼트 피닝용 투사재의 마무리선. 질량%로, 탄소를 0.95~1.10%, 규소를 0.15~0.30%, 망간을 0.40% 이하, 인을 0.020% 이하, 유황을 0.010% 이하, 크롬을 1.40~1.60%, 산소를 0.0015% 이하 함유하며, 잔부가 철 및 불가피한 불순물으로 이루어지는 쇼트 피닝용 투사재의 재료. 이것을 이용한 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법과 그 제법에 의한 투사재.
Description
본 발명은, 쇼트 피닝용 투사재의 재료, 마무리선, 제조 방법 및 쇼트 피닝용 투사재에 관한 것이다.
종래, 쇼트 피닝용 투사재의 제조에 있어서, 이른바 베어링 강(鋼)을 신선(伸線) 가공하여 신선으로 하고, 이 신선을 그 직경과 동일한 길이로 절단하며, 그 후, 강벽(鋼壁)에 투사하여 가장자리를 둥글게 하고, 또한 이것을 연마하여 소정의 진구도(眞球度)가 얻어지도록 하며, 그 후, 담금질·템퍼링을 행하여, 소정의 비커스 경도로 하는 것이 공지되어 있다(예를 들어, 일본국 공개특허공보 제2001-79766호 참조).
그러나, 쇼트 피닝용 투사재의 재료로서, 이른바 베어링 강을 그 규격 그대로(예를 들면, 일본공업규격 JIS G4805에 규정되어 있는 고탄소 크롬 베어링 강 SUJ2, 그 조성은 표 2에 나타냄) 사용하면, 신선하여 마무리선을 얻는 공정에서 단선이 발생해버려 생산성의 향상이 얻어지지 않는다는 문제가 있었다. 즉, 신선 공정에서 단선이 발생하면, 100m/min 정도의 고속으로 신선하고 있는 라인이 정지해 버리므로, 생산 효율에 큰 영향을 주게 된다. 이 결과, 투사재의 생산성도 저하되어 버린다. 특히, 신선한 선재(線材)의 직경이 0.7㎜보다 가늘어지면(예를 들면, 0.3㎜정도), 그 경향이 현저하며, 신선 공정에서의 단선이 빈번하게 발생하게 된다. 즉, 가는 마무리선으로부터 최적의 쇼트 피닝용 투사재를 얻기 위한 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법은 확립되어 있지 않았다.
본 발명은, 상기의 문제를 해소하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 쇼트 피닝용 투사재의 제조에 있어서, 신선하여 마무리선을 얻는 공정에서 단선을 방지하고, 생산성의 향상이 얻어지는 쇼트 피닝용 투사재의 재료, 마무리선과, 생산성의 향상이 얻어지는 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법과 그 제법에 의한 투사재를 제공하는 것에 있다.
즉, 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법은, 우선 단선을 방지하여 청정도를 확보하기 위하여, 특정 쇼트 피닝용 투사재의 재료를 이용하고, 이 재료로부터 적정한 마무리선을 확보하며, 담금질 전의 탄화물 미세 상태를 유지하여, 담금질 및 템퍼링 후의 적정 조직을 확보한다. 또한, 본 발명은, 쇼트 피닝 투사재의 수명과 적정한 압축 잔류 응력 부여가 가능한 쇼트 피닝용 투사재를 제공한다. 또한, 본 발명은, 담금질성이 우수하며 쇼트 피닝에 적절한 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법을 제공한다.
본원 발명자는 상기의 문제를 해소하기 위하여 면밀히 연구한 결과, 본 발명의 제 1 양태로서, 쇼트 피닝용 투사재의 재료에 있어서, 질량%로, 탄소를 0.95~1.10%, 규소를 0.15~0.30%, 망간을 0.40% 이하, 인을 0.020% 이하, 유황을 0.010% 이하, 크롬을 1.40~1.60%, 산소를 0.0015% 이하 함유하며, 잔부(殘部)를 철 및 불가피한 불순물로 함으로써, 소기의 목적을 달성할 수 있음을 찾아내어, 이러한 지견에 근거하여 본 발명을 완성한 것이다.
이러한 재료로 한 것은, 신선에서의 분할에 의한 단선을 방지하기 위하여, 기지(基地)의 결합성을 열화시키는 비금속 개재물(介在物)의 양을 저감하기 위한 것이다. 즉, 일본국 공개특허공보 제2001-79766호의 제조 방법과 비교하여, 산화물을 안정적으로 감소하기 위해서는 산화량을 낮게 할 필요가 있으며, 산소를 0.0015% 이하로 매우 낮게 하였다. 또한, 규소량의 상한을 17% 낮추고 있다. 또한, 황화물, 특히 MnS량 저감을 위해, 망간과 유황을 저감하였다. 대체로 전체적으로 철 이외의 성분의 함유량의 상한을 제한하도록 하였다. 기본적인 탄화물량을 일정하게 하기 위하여, 탄소량은 동일하게 하였다.
또한, 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 마무리선(finished wire)은, 본 발명의 제 1 양태에 기재된 쇼트 피닝용 투사재의 재료를, 선재(線材)로 신선하는 공정과, 상기 선재를 어닐링(annealing) 및 냉간인발(冷間引拔)을 반복하여 마무리선으로 하는 공정에 의해, 상기 마무리선에서의 입경(粒徑) 2㎛ 이하인 탄화물이 차지하는 면적을 마무리선 전체 면적의 80% 이상으로 한 것이다.
즉, 본 발명에 있어서는, 잉곳(ingot)으로부터 인발가공에 의해 「신선」되어 선재가 제조되고, 다음으로 이 선재는 「어닐링」 및 「냉간인발」을 반복하여 신선 가공되어 마무리선으로 된다. 그리고, 이때의 마무리선에서의 탄화물 상태는, 입경 2㎛ 이하인 탄화물이 차지하는 면적이 마무리선 전체 면적의 80% 이상이 되어 있다.
본 발명의 제 2 양태에서는, 본 발명의 제 1 양태에 기재된 쇼트 피닝용 투사재의 재료를 신선하여 얻어진 선재를, 어닐링 및 냉간인발을 반복하여 마무리선으로 하는 공정으로 한 것은, 신선 감면율(減面率)이 높으면, 선재는 연신성이 없어져, 파단하기 쉬워지므로, 적어도 연신성이 둔화하여 일정하게 된 상태에서 어닐링하여, 가공 경화를 제거하고, 재차 연신성을 회복한 상태에서 신선을 행하는 것이 바람직하기 때문이다.
냉간인발로 한 것은, 열간(熱間)에서는 결정립(結晶粒)의 연전(延展)이 발생하여 미세화 효과가 얻어지지 않기 때문에, 가공 경화와 결정립의 미세화가 수반되는 냉간으로 한 것이다.
어닐링의 회수는 3회부터 5회가 바람직하다. 신선 감면율은, 10% 내지 40%가 바람직하다.
마무리선에 있어서, 입경 2㎛ 이하인 탄화물이 차지하는 면적을 마무리선 전체 면적의 80% 이상으로 한 것은, 가는 마무리선에 있어서 적정한 조직을 얻음으로써, 그 후의 쇼트 피닝용 투사재에 최적인 조직을 확보하기 때문이다. 또한, 마무리선에서 성질을 확인함으로써, 최종 제품의 품질의 향상으로 연결되어, 재료의 낭비가 발생하지 않게 된다.
여기서 마무리선이란, 마무리를 한 가는 선으로, 절단 전의 것이며, 압연, 인발에 의해 얻어진 재료의 선재를 어닐링 및 냉간인발을 반복하여 얻어지는 것이다.
또한, 마무리선은, 어닐링을 720℃ 이하에서 행함으로써, 쇼트 피닝용 투사재의 마무리선의 탄화물의 조대화를 방지하고, 담금질 전의 탄화물의 미세 상태를 유지한다. 이 결과, 결정립 미세화에 의해 파괴 강도가 증가하므로, 보다 큰 부하를 피(被)쇼트 피닝재에게 부여하는 것을 확보할 수 있다. 또한 어닐링은, 광휘(光輝) 어닐링로(爐)를 사용하여 700℃의 가열에서 행하는 것이 바람직하다. 광휘 어닐링로를 이용함으로써, 산화 스케일이 선재의 표면에 생성되지 않아, 산 세정 공정이 불필요해진다.
또한, 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법은, 본 발명의 제 2 양태에 기재된 쇼트 피닝용 투사재의 마무리선을, 절단하고 소성(塑性) 가공하여 쇼트 피닝 소재로 하는 공정과, 상기 쇼트 피닝 소재를 담금질 및 템퍼링(tempering)하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 신선성이 뛰어난, 성질이 확인된 마무리선을 이용하고 있으므로, 생산성이 높고, 또한 품질이 우수한 쇼트 피닝용 투사재를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 템퍼링은, 템퍼링 파라미터=T((21.3-5.8×[C])+logt)로 규정하며, 그 값이 6200~7300이 되는 T로서 C를 설정한다. 여기서, T: 템퍼링 온도(K), t: 템퍼링 시간(h), C: 탄소량(%)이다. 템퍼링 파라미터를 6200~7300이 되는, 템퍼링 온도 T, 탄소량 C, 템퍼링 시간 t로 하면, 결정립의 조대화(粗大化)가 방지되는 동시에, 가공 응력이 완화되어 연성이 증가하는 등의 특장점을 가져 바람직하다.
또한, 소성 가공하는 공정을 더 포함해도 된다. 본 발명에 따르면, 투사재의 모서리가 둥글게 되므로 피닝시에 파괴의 기점이 발생하기 어렵다는 이점이 있다. 또한 여기서, 소성 가공하여 쇼트 피닝 소재로 한다는 것은, 짧은 선재 형상을 가지는, 절단된 마무리선을 소성 가공에 의해 둥근 쇼트 피닝 소재의 형상으로 하는 것을 말한다. 즉, 쇼트 피닝 소재는, 절삭, 연마 등에 의해 둥근 형상으로 되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법은, 본 발명의 제 1 양태에 기재된 쇼트 피닝용 투사재의 재료를, 선재로 신선하는 공정과, 어닐링 및 냉간인발을 반복하여 마무리선으로 하는 공정과, 상기 마무리선을 절단하고 소성 가공하여 쇼트 피닝 소재로 하는 공정과, 상기 쇼트 피닝 소재를 담금질 및 템퍼링하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 열처리 후에 결정립이 미세화되고 연성이 회복된다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법은, 상기의 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법에 있어서, 담금질 온도가 820~850℃인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 잔류 오스테나이트(austenite)가 생성되기 어려워져, 재료 전체에 대해 균일한 마텐자이트(martensite) 조직이 얻어진다는 이점이 있다.
그리고, 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재는, 상기 제조 방법에 의해 제조된 쇼트 피닝용 투사재로, 조직이 실질적으로 기지가 템퍼링된 마텐자이트이며, 미세 탄화물이 석출되어 있다. 또한, 탄화물의 면적율은, 바람직하게는 70%에서 95%이다. 결합층인 금속 부분이 적어지면 기지의 결합성이 약해지는데, 탄화물이 95%를 초과하여 금속 부분이 매우 적어지면 탄화물끼리 접촉 상태에 근접해 버리기 때문이다. 또한, 탄화물의 면적율이 70% 미만인 경우, 예를 들어 JIS SUJ2재와 같은 쇼트 피닝용 투사재로서 바람직한 경도인 비커스 경도 HV950을 만족시키지 못하는 경우가 있다. 본 발명에 따르면, 쇼트 피닝에 최적인 투사재로 할 수 있다.
한편, 탄화물의 입경은 2㎛보다 작은 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1에서 0.1㎛이다. 왜냐하면, 입경이 2㎛ 이상이면, 쇼트 피닝용 투사재의 쇼트에서의 크랙의 기점으로서의 영향이 커지기 때문이다. 입경이 1에서 0.1㎛의 크기이면, 기지로부터의 노출이 적어지므로 탄화물의 영향이 적어져 바람직하다.
또한, 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재는, 질량%로, 탄소를 0.95~1.10%, 규소를 0.15~0.30%, 망간을 0.40% 이하, 인을 0.020% 이하, 유황을 0.010% 이하, 크롬을 1.40~1.60%, 산소를 0.0015% 이하 함유하며, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 쇼트 피닝용 투사재의 재료를, 선재로 신선하고, 상기 신선을 어닐링 및 냉간인발을 반복하여 마무리선으로 하며, 상기 마무리선을 절단하고 소성 가공하여 쇼트 피닝 소재로 하며, 상기 쇼트 피닝 소재를 담금질 및 템퍼링함으로써 제조하는 쇼트 피닝용 투사재로서, 조직이 미세 탄화물과 템퍼링 마텐자이트로 이루어지는 것, 또한 탄화물의 면적율이 70%에서 95%인 것, 또한 소성 가공을 하는 것에 의해 경도를 조정하여 비커스 경도를 950HV 내지 1050HV로 하는 것이 바람직하다. 그 비커스 경도가 950HV 내지 1050HV이면, 고경도의 제품에 바람직한 피닝 처리를 할 수 있다.
본 발명의 재료는, 단선이 적은 조성 재료로 되어 있으므로 생산성이 향상된다. 또한, 가는 선까지 고속으로 가공할 수 있다. 본 발명의 마무리선은, 쇼트 피닝용 투사재의 제조에 바람직하다. 본 발명의 제조 방법은, 생산성 및 품질이 우수하여 쇼트 피닝에 바람직한 투사재를 제조할 수 있다. 본 발명의 투사재는, 쇼트 피닝에 바람직하다.
이 출원은, 일본에서 2008년 2월 28일에 출원된 특허출원 제2008-046967호 및 2008년 6월 30일에 출원된 특허출원 제2008-169971호에 근거하고 있으며, 그 내용은 본 출원의 내용으로서 그 일부를 형성한다.
또한, 본 발명은 이하의 상세한 설명에 의해 더욱 완전하게 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 상세한 설명 및 특정 실시예는, 본 발명의 바람직한 실시형태이며, 설명의 목적을 위해서만 기재되어 있는 것이다. 이 상세한 설명으로부터, 다양한 변경, 개변(改變)이 당업자에게 있어서 분명하기 때문이다.
출원인은, 기재된 실시형태의 어느 것도 공중에 헌상하려는 의도는 없으며, 개시된 개변, 대체안 중, 특허청구범위 내에 문언상 포함되지 않을 수도 있는 것도, 균등론하에서의 발명의 일부로 한다.
본 명세서 혹은 청구범위의 기재에 있어서, 명사 및 동일한 지시어의 사용은, 특별히 지시하지 않는 한 또는 문맥에 의해서 명료하게 부정되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 것으로 해석해야 한다. 본 명세서 중에서 제공된 모든 예시 또는 예시적인 용어(예를 들면, 「등」)의 사용도, 단지 본 발명을 설명하기 용이하게 하고자 하는 의도에 지나지 않으며, 특히 청구범위에 기재하지 않는 한 본 발명의 범위에 제한을 가하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법의 플로이다.
도 2a는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재용의 마무리선의 SEM을 이용한 미크로 조직(×1000)이다.
도 2b는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재용의 마무리선의 SEM을 이용한 미크로 조직(×5000)이다.
도 3a는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 SEM을 이용한 미크로 조직(×1000)이다.
도 3b는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 SEM을 이용한 미크로 조직(×3000)이다.
도 4a는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 SEM을 이용한 미크로 조직(×1000)이다.
도 4b는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 SEM을 이용한 미크로 조직(×3000)이다.
도 5는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 탄화물의 입도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 탄화물 면적율과 경도(복합 경도)의 관계를 나타내는 그래프이다.(고경도의 조성일 때)
도 6b는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 탄화물 면적율과 경도(복합 경도)의 관계를 나타내는 그래프이다.(저경도의 조성일 때)
도 2a는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재용의 마무리선의 SEM을 이용한 미크로 조직(×1000)이다.
도 2b는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재용의 마무리선의 SEM을 이용한 미크로 조직(×5000)이다.
도 3a는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 SEM을 이용한 미크로 조직(×1000)이다.
도 3b는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 SEM을 이용한 미크로 조직(×3000)이다.
도 4a는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 SEM을 이용한 미크로 조직(×1000)이다.
도 4b는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 SEM을 이용한 미크로 조직(×3000)이다.
도 5는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 탄화물의 입도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 탄화물 면적율과 경도(복합 경도)의 관계를 나타내는 그래프이다.(고경도의 조성일 때)
도 6b는 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 탄화물 면적율과 경도(복합 경도)의 관계를 나타내는 그래프이다.(저경도의 조성일 때)
본원 발명자 등은, JIS G4805-SUJ 베어링 강의 조성에 대해서, 베어링 강을 쇼트 피닝용 투사재용의 가는 선에 우수한 조성으로 조정하는 동시에, 그 조성의 성질을 인출함으로써, 가는 선으로부터 쇼트 피닝이 우수한 투사재를 제공한다. 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 재료를 표 1에 나타낸다. 비교예로서 종래의 SUJ2의 재료(JIS 규격)를 표 2에 나타낸다.
표 1, 표 2에 비교한 바와 같이, 본원 발명의 재료는, JIS G4805-SUJ 베어링 강의 조성에 비해, 유황을 0.010% 이하, 산소를 0.0015% 이하로 낮게 제한하고 있으므로, 황화물이나 산화물 등의 개재물의 석출이 적으며, 재료의 청정도를 확보할 수 있어, 단선의 원인이 되는 불균일한 조직의 발생을 방지할 수 있으며, 또한 단선을 미리 방지하거나 최소한으로 억제하거나 할 수 있다. 이 때문에, 선이 가늘어져도 신선 공정에서의 단선을 가급적 방지할 수 있다.
또한, JIS G4805-SUJ 베어링 강의 조성에 비해, 망간, 인이 낮게 제한되어 있다. 이러한 제한은, 잔류 오스테나이트의 생성과 결정립간 삼원 화합물의 생성이 억제된다는 점에서 바람직하다.
또한, 구리를 0.15% 이하로 제한하면, 침탄성이 저하되지 않는다는 점에서 바람직하다.
또한, 니켈을 0.15% 이하로 제한하면, 침탄성이 저하되지 않는다는 점에서 바람직하다.
실시예 1
이하, 도 1에, 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 재료를 이용하여, 쇼트 피닝용 투사재를 제조한 방법의 플로 차트를 도시한다. 이하, 도 1에 따라서 상세하게 설명한다. 플로 차트에서는, 우선 제 1 공정에서, 표 1에 특정된 조성의 재료를 준비한다. 제 2 공정에서 선재에 신선한다. 제 3 공정에서 어닐링과 냉간인발을 반복한다. 제 4 공정에서 절단한다.
제 5 공정에서 소성 가공한다. 제 6 공정에서 담금질 및 템퍼링한다. 제 7 공정에서 경우에 따라 공타(空打)한다.
제 1 공정으로부터 제 3 공정에 대하여, 표 2의 JIS G4805-SUJ 베어링 강의 조성과 실시예 1의 비교를 표 3에 나타낸다. 제 2 공정에서 선재에 신선한 후의, 인발재의 선 직경은 1.6㎜이며, 경도는 HV320이었다.
| 실시예 | 비교예 |
| 탄소를 0.95~1.10%, 규소를 0.15~0.30%, 망간을 0.40% 이하, 인을 0.020% 이하, 유황을 0.010% 이하, 크롬을 1.40~1.60%, 산소를 0.0015% 이하, 구리를 0.15% 이하, 니켈을 0.15% 이하, 몰리브덴을 0.06% 이하 함유하며, 잔부가 철 및 불가피한 불순물 | 중량%로, 탄소를 0.95~1.10%, 규소를 0.15~0.35%, 망간을 0.50% 이하, 인을 0.025% 이하, 유황을 0.025% 이하, 크롬을 1.30~1.60% 함유하며, 잔부가 철 및 불가피한 불순물 |
| 쇼트 피닝 투사재의 제조에 있어서, 신선하여 마무리선을 얻는 공정에서 단선이 발생하지 않는다. | 쇼트 피닝 투사재의 제조에 있어서, 신선하여 마무리선을 얻는 공정에서 단선이 발생해 버린다. |
표 3에 있어서, 실시예 1에서, 쇼트 피닝용 투사재의 제조에 있어서, 신선하여 마무리선을 얻는 공정에서 단선이 발생하지 않는다. 한편, 비교예는, 쇼트 피닝용 투사재의 제조에 있어서, 신선하여 마무리선을 얻는 공정에서 단선이 발생해 버린다.
| 실시예 | 비교예 |
| 유황을 0.010% 이하, 산소를 0.0015% 이하 함유한다. | 유황 0.025% 이하 함유한다. |
| 쇼트 피닝 투사재의 제조에 있어서, 신선하여 마무리선을 얻는 공정에서 단선이 발생하지 않는다. | 쇼트 피닝 투사재의 제조에 있어서, 신선하여 마무리선을 얻는 공정에서 단선이 발생해 버린다. |
제 3 공정에서 어닐링 및 냉간인발을 반복하여, 쇼트 피닝용 투사재의 마무리선을 제조하였다. 이때, 마무리선의 재료가 되는 인발재의 선 직경은 1.6㎜이며, 경도는 HV320이었다. 이 재료는, HV320이며, 가공 경화되어 있지 않기 때문에, 냉간인발을 용이하게 할 수 있다. 제 3 공정에서 어닐링과 냉간인발을 반복하는 공정에서는, 구체적으로는, 8m의 광휘(BA) 어닐링로를 사용하여 4m를 700℃ 가열, 4m를 냉각하는 방법을 이용하였다.
사이즈 변천은, 예를 들면,
직경 1.6㎜~1.5㎜~1.4㎜→(BA 어닐링)→1.3㎜~1.2㎜~1.1㎜~1.0㎜→(BA 어닐링)→0.9㎜~0.8㎜~0.75㎜~0.7㎜→(BA 어닐링)→0.6㎜~0.55㎜~0.5㎜~0.45㎜~0.4㎜→(BA 어닐링)→0.35㎜~0.3㎜(종료)이며, 합계 4회의 어닐링이 포함되어 있다.
| 비교예1 | 실시예 | 비교예2 |
| 어닐링 및 냉간인발을 반복하여, 최종 직경이 0.6보다 크게 되도록 하였다. | 어닐링 및 냉간인발을 반복하여, 최종 직경이 0.6㎜ 이하 0.25㎜ 이상이 되도록 하였다. 상기 어닐링은 720℃ 이하에서 행한다. |
어닐링 및 냉간인발을 반복하여, 최종 직경이 0.25㎜보다 가늘게 하였다. 상기 어닐링은 720℃보다 높게 행한다. |
| 1.0㎜보다 크면, 쇼트 피닝 투사재로서 지나치게 크다. | 쇼트 피닝 투사재의 제조에 있어서, 신선하여 마무리선을 얻는 공정에서 단선이 발생해 버린다. 어닐링에 의한 내부 잔류 응력의 제거, 구리의 연화 등을 행하지 않고, 냉간인발 가공을 역성으로 행한다. | 선 직경이 0.25㎜ 미만에서는, 절단이 불가능하다. 상기 어닐링은 720℃보다 높게 행하면, 변태점을 초과해버려 기지 조직이 변화해버릴 가능성이 증가한다는 문제가 있다. |
이 마무리선의 조직을 확인하였는데, 입경 2㎛ 이하인 탄화물이 차지하는 면적이 마무리선 전체 면적의 80% 이상이었다.
본 발명의 쇼트 피닝용 투사재용의 마무리선(직경 0.3㎜의 나이탈(nital) 부식 후)의 SEM을 이용한 미크로 조직을 도 2에 나타낸다.
이것에 의해, 쇼트 피닝용 투사재에 우수한 마무리선의 조직이 얻어진 것을 확인할 수 있었다.
이때의 마무리선의 직경은, 어닐링 및 냉간인발을 반복하여, 최종 직경이 0.6㎜ 이하 0.25㎜ 이상이 되도록 한다. 최종 직경이 0.3㎜일 때, 비커스 경도는 HV350였다. 비커스 경도가 HV350이어도, 재료가 별로 가공 경화되어 있지 않기 때문에, 가는 선에 있어서도 절단을 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 실시예 1에서는, 쇼트 피닝용 투사재로서는, 직경이 0.3㎜ 내지 0.6㎜인 것을 제조한 예를 들었다. 그러나, 1.0㎜ 정도까지의 직경의 것은 쇼트 피닝에 사용된다. 단, 본 발명의 실시예 1을 사용하지 않아도, 즉, 냉간인발과 어닐링을 반복하지 않아도, 1.0㎜의 것은 비교적 용이하게 제조가 가능하다. 이 의미에서, 신선 공정은 선 직경이 작아질수록 곤란해지므로, 본 발명은 0.6㎜ 이하의 직경의 쇼트 피닝용 투사재(0.6㎜ 이하의 선 직경의 마무리선)에 바람직하다. 또한, 쇼트 피닝용 투사재의 입경은, 예를 들어, 일본공업규격 JIS G5904에 규정된 입도 시험 방법을 이용하여 측정한다.
| 실시예 | 비교예1 | 비교예2 |
| 입경 2㎛ 이하인 탄화물이 80% 이상. | 입경 2㎛ 이하인 탄화물이 80% 미만. | 입경 2㎛보다 큰 탄화물이 80% 이상. |
| 절단하기 쉽다. | 경도는 HV350이었다. 가공 경화가 진행되고 있으므로, 절단은 용이하지 않다. | 절단하기 어렵고, 부서지기 쉽다. |
다음으로, 제 4 공정에서 마무리 선재를 절단하였다. 재료 스토퍼로 가압하고, 재료의 불균일을 억제하여 일정 치수로 하기 위해 버클링 방지 와이어 그립 장치로 고정하여 절단 금형에 의해 냉간 전단(剪斷)하였다. 냉간 절단 장치로서는 크랭크축의 캠 구동에 의한 기계 프레스, 혹은 유압, 전동 프레스가 이용된다. 다잉 머신을 사용해도 된다. 이 절단 길이는, 마무리선의 직경과 동등에서부터 1.5배의 범위로 하였다.
제 5 공정에서 소성 가공한다. 예를 들면, 압조(壓造)에 의해 형상을 구형상에 근접하게 한다. 혹은, 별도로, 벽에 고속으로 충돌시킴으로써, 원주의 모서리를 둥글게 한다.
제 6 공정에서 담금질 및 템퍼링한다. 본 실시예 1에서는, 담금질 및 템퍼링에 적절하도록, 조직과 경도를 조정하고 있다. 이때의 템퍼링 파라미터는6200~7300으로 한다. 그때의 효과를 표 7에 나타낸다.
| 비교예 | 실시예 | 비교예 |
| 6200보다 작음 | 템퍼링 파라미터=T((21.3-5.8×[%C])+logt)가 6200~7300 | 7200보다 큼 |
| 투사재의 연성이 부족하여 쇼트 피닝 투사재의 수명이 저하한다. | 연성이 충분하며, 경도가 확보되어 피닝 투사재의 수명과 가공물에 대한 잔류 압축 응력을 부여할 수 있다. | 투사재의 경도가 저하하여, 가공물에 잔류 압축 응력을 부여할 수 없다. |
표 7에 나타낸 바와 같이, 투사재의 수명은, 템퍼링 파라미터를 적절하게 관리함으로써 개선된다. 또한, 투사재의 수명은, 개재물의 석출에 의한 불균일한 조성에 의해서도 영향을 받지만, 본 발명에서는 이미 입경 2㎛ 이하인 탄화물이 차지하는 면적이 마무리선 전체 면적의 80% 이상으로 되어 있는 마무리선을 이용하고 있으므로(도 2), 이 점에서도, 투사재의 수명에 좋은 영향을 준다. 또한, 후술하는 바와 같이, 쇼트 피닝 조건을 적정하게 하는(가공물과 동등 이상의 투사재의 경도로 하는 등) 것에 의해서도 투사재의 수명에 좋은 영향을 준다. 본 발명에 있어서, 투사재의 비커스 경도는 직경 0.6㎜에서 HV940, 직경 0.3㎜에서 HV960이었다. 여기서, 도 2a는, 직경 0.3㎜의 마무리선의 SEM(×1000)을 이용한 미크로 조직을 나타낸다. 도 2b는, 직경 0.3㎜의 마무리선의 SEM(×5000)을 이용한 미크로 조직을 나타낸다.
실시예 1과 비교예에서 얻어진 투사재의 조직을 관찰한 결과를 이하에 설명한다. 실시예에 있어서는, 조직은 미세 탄화물과 템퍼링 마텐자이트 조직이다(표 8). 또한, 이 때문에, 투사에 의해 개재물을 파괴 기점으로 하는 투사재의 파괴가 적다는 효과가 있다. 이것은, 사용 전후의 투사재의 조직을 비교함으로써 분명하였다. 직경 0.6㎜(사용 전), 직경 0.3㎜(사용 후)의 나이탈 부식 후의 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 SEM을 이용한 미크로 조직을 도 3, 도 4에 나타낸다. 여기서, 도 3a는, 직경 0.6㎜ 투사재의 SEM, 사용 전(×1000)을 이용한 미크로 조직이다. 도 3b는, 직경 0.6㎜ 투사재의 SEM, 사용 전(×3000)을 이용한 미크로 조직이다. 또한, 도 4a는, 직경 0.3㎜ 투사재의 SEM, 사용 후(×1000)를 이용한 미크로 조직이다. 도 4b는, 직경 0.3㎜ 투사재의 SEM, 사용 후(×3000)를 이용한 미크로 조직이다.
| 실시예 | 비교예 |
| 2㎛ 이하의 미세 탄화물과 템퍼링 마텐자이트 조직이다. | 2㎛보다 큰 탄화물과 불완전한 템퍼링 마텐자이트 조직이다. |
| 투사에 의해 개재물을 파괴 기점으로 하는 투사재의 파괴가 적다. | 파단한 투사재가 혼합하면, 피가공재에 손상을 주며, 새로운 파손의 기점을 만들 수 있다. |
| 비교예1 | 실시예 | 비교예2 |
| 담금질 온도가 820℃보다 낮음 | 담금질 온도가 820℃~850℃ | 담금질 온도가 850℃보다 높음 |
| 탄화물의 고용(固溶)이 지나치게 적어 미세 탄화물이 되어 버린다. | 탄화물의 고용이 적정하다. | 탄화물의 고용이 지나치게 많다. |
본 발명의 제조 방법으로 얻어진 투사재의 실시예 1과 비교예를 이하에 설명한다(표 9). 이와 같이, 본 발명에서는, 담금질 온도를 820℃~850℃로 하면 탄화물의 고용(固溶)이 적정이었다.
도 5는, 본 발명에 따른 도 3b의 쇼트 피닝용 투사재의 탄화물의 입도(粒度) 분포를 나타내는 그래프이다. 탄화물의 비율은, 각 탄화물의 투영 후, 모눈종이를 이용하여 면적을 구하고, 구한 면적을 평방근으로 함으로써 각 탄화물의 입경 및 그 분포를 구하였다. 평균 입경으로서는 0.8㎛였다. 입경은 2.0㎛ 이하 0.5㎛ 이상이었다. 또한 입경 0.5㎛ 미만의 탄화물은, 실질적으로 측정이 곤란하여, 측정으로부터 제외한다. 또한, 평균 입경은 수평균으로 구하였다.
실시예 2
본 발명의 투사재를 이용하여 가공물에 실제로 투사하고 쇼트 피닝 처리를 실시했을 때의 조건과 결과를 표 10에 나타낸다.
본 실시예 2에 따르면, 본 발명의 투사재(비커스 경도가 HV950)는, 고경도의 가공물에 대해 삭식하는 양이 적으며, 또한 가공물을 가공 경화시키기 쉽고, 큰 잔류 응력을 도입할 수 있었다.(실험 번호 11 내지 17).
또한, 실험 번호 11 내지 17에 있어서는, 투사재의 비커스 경도는 당초 950 HV였지만, 사용에 의해 1050HV까지 경화하는 것이 있었다.
여기서 삭식량은, 다음과 같이 측정하였다.
<삭식량 측정 방법>
레이저 치수 측정 장치를 이용하여, 쇼트 피닝 처리 전 및 처리 후의 피처리재의 직경을 측정하고, 삭식량은, 다음 식에 의해 계산된 값을 사용하였다. 또한, 삭식량은 n=10회 측정한 평균값을 이용하며, 측정 부위는 쇼트 피닝 목적 위치 중심(최대 삭식량 발생 부분)으로 하였다.
삭식량=(D1-D2)/2
Dl=쇼트 피닝 처리 전의 직경
D2=쇼트 피닝 처리 후의 직경
또한, 압축 잔류 응력은, 다음과 같이 측정하였다.
<압축 잔류 응력 측정 방법>
쇼트 피닝 처리 후의 처리 제품의 압축 잔류 응력 측정 방법은, 비파괴적 방법으로서 일반적인 「JIS B2711」에 규정되어 있는 X선 회절을 이용한 X선 응력 측정법을 이용하였다. 금회의 샘플은, 마텐자이트 조직의 강이므로, 측정은 특성 X선의 종류=CrKα선, X선 응력 계수 k=-318[MPa/°]를 이용하여 행하였다.
또한, 측정 부위는 쇼트 피닝 목적 위치 중심으로 하였다.
또한, 압축 잔류 응력의 피크값(=최대값)은, 입사 X선속의 단면 치수의 거의 2배의 범위를, 전해 연마에 의해, 소정 깊이가 되도록 제거한 후, 잔류 응력 분포를 측정함으로써 구하였다.
또한, 처리 제품의 단면 경도는 다음과 같이 측정하였다.
<단면 경도 측정 방법>
표 중의 HV0.3은, 단면의 표면으로부터 50㎛ 위치를 300g의 하중으로 측정했을 때의 단면의 비커스 경도의 값을 나타낸다.
일반적으로, 가스 침탄 제품의 표면에는 침탄 이상층이 25㎛ 정도의 깊이까지 있어, 경도가 매우 낮은 상태가 되어 있다. 그러한 상태의 부분을 측정해도, 재료와 열처리의 평가는 할 수 없으므로, 단면 경도를 측정하는 것으로 하고 있다.
<상대 경도 측정 방법>
표 중의 상대 경도는, 처리 제품의 표면으로부터 측정한 표면 경도로부터, 투사재의 경도를 감산한 값인 상대 경도의 값을 나타낸다. 재료와 열처리의 평가를 행하는 단면 경도에 비해, 투사재 경도를 선택하기 위해서는 표면의 경도가 중요하므로, 표면에 직접 압자(壓子)를 떨어뜨려 측정한다. 또한, 경도의 측정은 마이크로 비커스 경도 시험기(하중 500g)를 사용하였다.
따라서, 가스 침탄 제품의 경우는, 표면 이상층의 경도를 포함한 값이 된다. 또한 진공 침탄 제품은 표면 이상층이 가능하지 않은 것이 특징으로 되어 있지만, 담금질의 특성에 따라서는 표면의 경도가 떨어지는 경우도 있다.
또한, 탄화물의 면적율은 70% 내지 95%가 바람직하다. 보다 바람직하게는, 80%에서 95%이다. 도 6a는, 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 탄화물 면적율과 경도(복합 경도)의 관계를 나타내는 그래프이다(고경도의 조성일 때). 도 6b는, 본 발명의 쇼트 피닝용 투사재의 탄화물 면적율과 경도(복합 경도)의 관계를 나타내는 그래프이다(저경도의 조성일 때).
이들 그래프로부터, 탄화물의 면적율이 70%에서 95%이면, 비커스 경도는 920HV 내지 1030HV인 것을 알 수 있다. 또한, 950HV인 경우에는, 탄화물의 면적율은, 70% 내지 78%이다.
즉, 쇼트 피닝용 투사재의 경도 HV(m)는, 하기 식(1)~(3)으로 주어진다.
그리고, 식(1)에 식(2)와 식(3)을 대입하면,
탄소량은 0.75%로 하였다.
이는 매트릭스(마텐자이트)의 탄소 허용 한계 부근의 값으로서 이용하고 있다. 매트릭스 경도를 구하는 식이기 때문에, 이때의 탄소량을 0.75%로 하여 허용 한계를 초과하여 석출되는 탄화물을 제외한 것이다.
또한, 열처리시에 남는 잔류 오스테나이트(γR)를 다음과 같이 고려하였다.
이들로부터, 쇼트 피닝용 투사재의 경도의 복합 경도를 구하여, 도 6a, 도 6b에 기재하였다.
한편, 비교예 1에 있어서, 강선 절단 후 능선을 둥글게 한 투사재(경도가 HV700로, 재료는, 예를 들면, 질량%로, 탄소 0.81%, 망간 0.48%, 규소 0.23%, 인 0.012%, 유황 0.004%, 및 불가피한 불순물, CCW식으로 생략한다)는, 고농도 침탄 전용 강(탄화물 분산형 침탄에 적절한 강종(鋼種)으로, 비커스 경도가 880에서 990HV) 등의 고경도 가공물에 대하여, 큰 잔류 응력을 도입할 수 없었다(실험 번호 8). 또한, 본 발명에서는 실험 번호 15가 대응한다.
비교예 2인 초경제(超硬製) 투사재(비커스 경도가 HV1380)는 지나치게 단단하여, 가공물(SCM420H: 담금질 강)을 삭식하는 양이 많다는 결점이 있으므로, 피닝용으로서는 사용 압력에 한계가 있다(실험 번호 10번). 또한, 본 발명에서는 실험 번호 11이 대응한다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 쇼트 피닝용 투사재의 제조에 있어서, 신선하여 마무리선을 얻는 공정에서 단선을 방지하여, 생산성의 향상이 얻어지는 쇼트 피닝용 투사재의 재료, 마무리선과 생산성의 향상이 얻어지는 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법과 그 제법에 의한 투사재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 쇼트 피닝 투사재의 수명과 적정한 압축 잔류 응력 부여를 할 수 있는 쇼트 피닝용 투사재를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 담금질성이 우수한 쇼트 피닝에 적절한 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법을 제공할 수 있다.
Claims (11)
- 질량%로, 탄소를 0.95~1.10%, 규소를 0.15~0.30%, 망간을 0.40% 이하, 인을 0.020% 이하, 유황을 0.010% 이하, 크롬을 1.40~1.60%, 산소를 0.0015% 이하 함유하며, 잔부(殘部)가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는, 쇼트 피닝용 투사재의 재료.
- 제 1 항에 기재된 쇼트 피닝용 투사재의 재료를,
선재(線材)로 신선(伸線)하는 공정과,
상기 선재를 어닐링(annealing) 및 냉간인발(冷間引拔)을 반복하여 마무리선(finished wire)으로 하는 공정에 의해, 상기 마무리선에서의 입경(粒徑) 2㎛ 이하인 탄화물이 차지하는 면적이 마무리선 전체 면적의 80% 이상인 것을 특징으로 하는 쇼트 피닝용 투사재의 마무리선. - 제 2 항에 있어서,
상기 어닐링은 720℃ 이하에서 행하는 것을 특징으로 하는 쇼트 피닝용 투사재의 마무리선. - 제 2 항에 기재된 쇼트 피닝용 투사재의 마무리선을,
절단하고 소성(塑性) 가공하여 쇼트 피닝 소재로 하는 공정과,
상기 쇼트 피닝 소재를 담금질 및 템퍼링(tempering)하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 템퍼링에 있어서의 템퍼링 파라미터=T((21.3-5.8×[C])+logt)가 6200~7300이며, 여기서, T는 템퍼링 온도(K), t는 템퍼링 시간(h), C는 탄소량(%)인 것을 특징으로 하는 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법. - 제 4 항 또는 제 5 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조한 쇼트 피닝용 투사재를, 소성 가공하는 공정을 더 가지는 것을 특징으로 하는 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법.
- 제 1 항에 기재된 쇼트 피닝용 투사재의 재료를,
선재로 신선하는 공정과,
어닐링 및 냉간인발을 반복하여 마무리선으로 하는 공정과,
상기 마무리선을 절단하고 소성 가공하여 쇼트 피닝 소재로 하는 공정과,
상기 쇼트 피닝 소재를 담금질 및 템퍼링하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법. - 제 4 항, 제 5 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 담금질의 담금질 온도가 820~850℃인 것을 특징으로 하는 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법. - 제 4 항 또는 제 7 항에 기재된 쇼트 피닝용 투사재의 제조 방법에 의해 제조되고, 조직의 기지(基地)가 템퍼링 마텐자이트(martensite)이며, 미세 탄화물이 석출되어 있고, 또한 탄화물의 면적율이 70%에서 95%인 것을 특징으로 하는 쇼트 피닝용 투사재.
- 질량%로, 탄소를 0.95~1.10%, 규소를 0.15~0.30%, 망간을 0.40% 이하, 인을 0.020% 이하, 유황을 0.010% 이하, 크롬을 1.40~1.60%, 산소를 0.0015% 이하 함유하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 쇼트 피닝용 투사재의 재료를 선재로 신선하며, 상기 신선을 어닐링 및 냉간인발을 반복하여 마무리선으로 하고, 상기 마무리선을 절단하고 소성 가공하여 쇼트 피닝 소재로 하며, 상기 쇼트 피닝 소재를 담금질 및 템퍼링함으로써 제조하는 쇼트 피닝용 투사재로서,
조직이 템퍼링 마텐자이트의 기지에 미세 탄화물이 석출되어 있으며,
탄화물의 면적율이 70%에서 95%인 것을 특징으로 하는 쇼트 피닝용 투사재. - 제 10 항에 있어서,
비커스 경도가 950HV 내지 1050HV인 것을 특징으로 하는 쇼트 피닝용 투사재.
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