KR20150010697A - Steel having excellent rolling fatigue life - Google Patents

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KR20150010697A
KR20150010697A KR1020147024344A KR20147024344A KR20150010697A KR 20150010697 A KR20150010697 A KR 20150010697A KR 1020147024344 A KR1020147024344 A KR 1020147024344A KR 20147024344 A KR20147024344 A KR 20147024344A KR 20150010697 A KR20150010697 A KR 20150010697A
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다케시 후지마쓰
노리마사 쓰네카게
요스케 아오야마
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산요오도꾸슈세이꼬 가부시키가이샤
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Abstract

베어링 및 크랭크 핀 등의 롤링 피로 수명이 우수하고, 표면 경도가 58 HRC 이상에서 기계 부품이나 장치에 사용되는 롤링 피로 수명이 우수한 강이 제공된다. 이 강은, 표면 경도 58 HRC 이상의 기계 부품용 강이며, 모재의 주괴에 대한 강재의 단련 성형비가 22.0 이상, 강 중의 산소 함유량이 질량 비율로 6ppm 이하, 유황 함유량이 0.003 질량% 이하이며, 탐촉자 주파수가 25 MHz 초과∼125 MHz의 초음파 탐상법에 의해, 강재의 체적 1000㎜3당 검출의 개재물 직경이 20㎛ 이상 또한 그 개재물 직경 20㎛ 이상에서, 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만이며, 비금속 개재물쌍의 개수가 2.0개 이하이며, 또한 탐촉자 주파수가 25 MHz 초과∼125 MHz의 초음파 탐상법에 의해 강재 총 체적 3000㎜3 이상에서 검출되는 비금속 개재물의 최대 직경이 100㎛ 이하인, 롤링 피로 수명이 우수한 강이다. The rolling fatigue life of bearings and crankpins is excellent and the surface hardness of 58 HRC or more provides steel with excellent rolling fatigue life which is used in mechanical parts and devices. This steel is a steel for machine parts having a surface hardness of 58 HRC or more. The steel has an extrusion forming ratio of 22.0 or more to the ingot of the base metal, an oxygen content in the steel is 6 ppm or less by mass, a sulfur content is 0.003 mass% is more than the diameter of the inclusions exceeds 25 MHz by means of an ultrasonic flaw detection method of ~125 MHz, the volume of the steel material 1000㎜ 3 per 20㎛ also detected in the inclusions 20㎛ diameter or more, and less than the closest distance between the non-metallic inclusion is 40㎛ And the maximum diameter of the nonmetallic inclusions detected at the total steel volume of 3000 mm 3 or more by the ultrasonic flaw detection method of the transducer frequency exceeding 25 MHz to 125 MHz is not more than 100 탆 and the number of pairs of nonmetal inclusions is not more than 2.0, It is a steel with excellent life.

Description

롤링 피로 수명이 우수한 강{STEEL HAVING EXCELLENT ROLLING FATIGUE LIFE}Steel with excellent rolling fatigue life {STEEL HAVING EXCELLENT ROLLING FATIGUE LIFE}

본 출원은, 2012년 5월 7일자에 출원된 일본 특허 출원 제2012―105955호와 2013년 1월 15일자에 출원된 일본 특허 출원 제2013―5014호에 기초한 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체의 개시 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. The present application claims priority from Japanese Patent Application No. 2012-105955 filed on May 7, 2012 and Japanese Patent Application No. 2013-5014 filed on January 15, 2013, The disclosure of which is incorporated herein by reference.

본 발명은, 베어링, 기어, 허브 유닛, 토로이달형(toroidal type) CVT 장치, 등속(等速) 조인트, 및 크랭크 핀 등의 우수한 롤링 피로 수명이 요구되는, 표면 경도를 58 HRC 이상으로 경화시켜 사용하는 기계 부품이나 장치로서 적용되는 강(鋼)에 관한 것이다.The present invention is used by hardening the surface hardness to 58 HRC or more, which requires excellent rolling fatigue life of a bearing, a gear, a hub unit, a toroidal type CVT device, a constant velocity joint and a crank pin The present invention relates to a steel which is applied as a mechanical part or apparatus.

최근, 각종 기계 장치의 고성능화에 의해, 롤링 피로 수명이 요구되는 기계 부품이나 장치의 사용 환경은 과혹화(過酷化)되고 있다. 이에 따라, 이들 부품이나 장치의 수명 향상 및 신뢰성 향상에 대한 요구가 높아지고 있다. 이와 같은 요구에 대하여, 강재면(鋼材面)의 대책으로서는, 강의 성분의 적정화나 롤링 피로 수명에 유해한 불순물 원소의 저감이 행해져 있고, 수명의 향상 및 신뢰성의 향상이 도모되어 있다. In recent years, due to the high performance of various mechanical devices, the use environment of mechanical parts and devices requiring a rolling fatigue life has become severer (severe). Accordingly, there is an increasing demand for improvement in the service life and reliability of these parts and devices. To cope with such a demand, countermeasures against the steel surface have been made to optimize the components of the steel and to reduce impurity elements harmful to the rolling fatigue life, thereby improving lifetime and reliability.

강의 조성(組成)에 함유되어 있는 불순물 원소 중, 예를 들면, 산소는 알루미나 등의 파손의 기점(起点)으로 되는 산화물계 개재물(介在物)을 구성하는 원소이다. 따라서, 특히 유해성이 높은 산소에 관하여는, ppm 오더에의 저감이 행해지고 있다. 또한, 높은 품질이 요구되는 경우에는, VAR, ESR 등의 특수 용해에 의해, 새로운 산소량의 저감이 행해지는 경우도 있다. 또한, 다른 불순물 원소에 관해서도, 그 함유량을 0.01 질량% 오더까지 저감시킴으로써, 이들의 악영향을 방지하는 대책이 취해지고 있다. Of the impurity elements contained in the steel composition (composition), for example, oxygen is an element constituting an oxide-based inclusion (intervening material) having a starting point of fracture such as alumina. Therefore, in particular, with respect to oxygen having high toxicity, reduction to ppm order is carried out. Further, when high quality is required, a new oxygen amount may be reduced by special dissolution such as VAR or ESR. Also, with respect to other impurity elements, countermeasures have been taken to prevent their adverse effects by decreasing the content to 0.01% by mass.

강 중의 산소량이 적은 고청정도 강에 대해서는, 여러 가지 제안되어 있다. 이들 제안 중, 강 중의 산소 함유량이 10 ppm 미만이며, 또한 전자빔 용융법에 의해 부상시켜, 응집시킨 산화물계 개재물의 표면 노출 면적이 1그램당 20㎛2 이하인 것을 특징으로 하는 고청정도 베어링용 강이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 또한, 정련의 프로세스 제약을 받지 않고, 제조 비용의 증가를 초래하지 않고, 범용의 장수명의 강이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조). 또한, 피로 강도가 요구되는 부품 설계를 위해 필요로 하는, 소정 체적 중에 존재가 예측되는 최대 개재물의 크기를 보증한 강이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조). 또한, 최대 개재물 직경이 대략 100㎛ 이하의 개재물에 대해서는 극값(極値) 통계법을 적용하고, 최대 개재물 직경이 대략 100㎛ 이상의 개재물에 대해서는 탐상(探傷) 주파수를 5∼25 MHz로 한 초음파 탐상법을 적용하는 등, 양 방법을 병용하는 평가 방법의 제안이 있다(예를 들면, 특허 문헌 4 참조). 또한, 또한 직경이 100㎛ 미만의 개재물에 대하여 탐상 주파수를 20∼125 MHz로 한 초음파 탐상법에 의해 평가함으로써, 롤링 피로 수명이 우수한 강으로서의 개재물의 개수와 크기를 규정한 강이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 5 참조). Various proposals have been made for a high-cleanliness steel having a small amount of oxygen in the steel. Among these proposals, a steel for high-cleanliness bearings characterized in that the oxygen content in the steel is less than 10 ppm, and the surface exposed area of the oxide inclusion floated by the electron beam melting method is 20 탆 2 or less per 1 g (See, for example, Patent Document 1). In addition, a general-purpose, long-life steel has been proposed (for example, refer to Patent Document 2) without causing any increase in manufacturing cost without being subjected to refining process restrictions. Further, there has been proposed a steel which is required for designing a part requiring a fatigue strength and which guarantees the size of a maximum inclusion which is expected to exist in a predetermined volume (for example, refer to Patent Document 3). For inclusions having a maximum inclusion diameter of about 100 占 퐉 or less, an extreme value statistical method is applied. For inclusions having a maximum inclusion diameter of about 100 占 퐉 or more, an ultrasonic inspection method in which a flaw detection frequency is set to 5 to 25 MHz (For example, refer to Patent Document 4). In addition, a steel which defines the number and size of inclusions as a steel excellent in rolling fatigue life by evaluating an inclusion having a diameter of less than 100 탆 by an ultrasonic flaw detection method with a detection frequency of 20 to 125 MHz has been proposed See, for example, Patent Document 5).

일본 공개특허 평 제6―192790호 공보Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 6-192790 일본 공개특허 제2002―220638호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-220638 일본 공개특허 평 제11―194121호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-194121 일본 공개특허 제2006―317192호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-317192 일본 공개특허 제2008―121035호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2008-121035

본 발명자들은, 우수한 롤링 피로 수명이 요구되는 기계 부품에서의 계산 수명에 대하여 극히 조기의 파손을 억제하기 위해, 그 신뢰성의 기준으로서 L1 수명(동일 로트의 시험편을 같은 조건 하에서 시험한 경우에, 그 중의 99%의 시험편이 박리되지 않고 회전하는 cycle수)에 주목했다. 그리고, 그 향상을 목표로 하여, 초음파 탐상법에 의한 강 중 비금속 개재물의 평가 결과를 객관적인 지표로서 예의(銳意) 연구를 행하였다. 먼저, 초음파 탐상법에 의한 강 중의 비금속 개재물의 검출에 관한 것이며, 비금속 개재물 중, 산화물은 냉간(冷間)으로부터 열간(熱間)의 어느 가공 온도역에 있어서도, 모상(母相; parent phase)의 강보다 현저하게 경질인 개재물이며, 압연(壓延)이나 단조(鍛造) 시에 모상에 추종하여 쉽게 변형되지 않으므로, 가공 후에 모상과 밀착되어 있지 않은 부분을 가지는 경우가 있다. 그러므로, 초음파 탐상법에 의해 비교적 용이하게 검출할 수 있다. 그런데, 롤링 피로 수명에 대한 산화물계 개재물의 악영향을 경감시키기 위해서는, 적어도 강 중의 산소 함유량을 6ppm 이하로 할 필요가 있는 것을 알았다. The inventors of the present invention have found that, in order to suppress extremely early damage to the calculation life of a mechanical part requiring an excellent rolling fatigue life,One (The number of cycles in which 99% of the test specimens were rotated without peeling, when the specimens of the same lot were tested under the same conditions). In order to improve the quality of the non-metallic inclusions in the steel by the ultrasonic flaw detection method, an objective study was conducted as an objective index. The present invention relates to the detection of non-metallic inclusions in steel by an ultrasonic flaw detection method. In the non-metallic inclusions, the oxide has a parent phase at any processing temperature range from cold (hot) to hot (hot) And it may not be easily deformed following rolling of the rolling or forging, and thus may have a portion which is not in close contact with the rolling element after the rolling. Therefore, it can be relatively easily detected by the ultrasonic flaw detection method. However, in order to alleviate the adverse effect of the oxide inclusions on the rolling fatigue life, it has been found that the oxygen content in the steel should be at least 6 ppm.

한편, 본 발명자들은, 비금속 개재물 중에서, 황화물은, 열간이나 냉간에서의 압연이나 단조 시에 있어서, 비교적 모상의 강으로 양호하게 추종하여 변형되기 쉬운 연질의 개재물이며, 이 모상과의 밀착성이 양호한 것에 의해, 황화물은 산화물에 비해 초음파 탐상법에서는 검출하기 어려운 개재물인 것을 발견하였다. 그리고, 실제로는 강 중에 존재하고 있는 것의, 초음파 탐상법에 의해 검출할 수 없는 일부의 황화물계 개재물의 존재가, 롤링 피로 수명 저하의 한 요인으로 되는 경우가 있는 것을 알았다. 그래서, 강 중의 유황 함유량에 대하여 검토한 결과, 강 중의 유황 함유량은 적어도 0.003 질량% 이하로 규제할 필요가 있는 것을 발견하였다. On the other hand, the inventors of the present invention have found that, among non-metallic inclusions, sulfides are soft inclusions which are favorably followed and deformed relatively well to steel in a hot or cold rolling or forging, , It is found that the sulfide is an inclusion which is difficult to be detected by the ultrasonic inspection method as compared with the oxide. It has been found that the existence of some sulfide inclusions which are actually present in the steel and which can not be detected by the ultrasonic flaw detection method, may be a factor of lowering the rolling fatigue life. Therefore, as a result of studies on the sulfur content in the steel, it has been found that it is necessary to regulate the sulfur content in the steel to at least 0.003 mass% or less.

또한, 본 발명자들의 예의 연구에 의하면, 롤링 피로 수명(L1 수명)이 우수한 강으로 하기 위해서는, 상기한 바와 같이 강 중의 산소 함유량을 6ppm 이하로 하고, 또한 강 중의 유황 함유량을 0.003 질량% 이하로 규제하는 데 더하여, 탐촉자 주파수 25 MHz를 초과하고, 125 MHz 이하에서의 초음파 탐상에 의해, 3000㎜3 이상의 강재 체적을 탐상한 경우에 있어서, 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 개재물 직경이 20㎛ 이상인 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 비금속 개재물쌍의 개수를 강재 체적 1000㎜3당 2.0개 이하이도록 규제하면 양호한 것을 알 수 있었다. 개재물 직경이 20㎛ 정도의 개재물은, 그 단독으로는 극히 단수명에서의 박리(剝離)를 가져오는 크기의 것은 아니다. 그러나, 비록 20㎛ 정도의 개재물이라도, 그와 같은 크기를 가지는 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 경우에는, 마치 대형의 개재물이도록 작용하고, 극히 단수명에서의 박리를 가져올 가능성이 있다. 따라서, 본 발명자들은, 그와 같은 비금속 개재물쌍의 강 중의 존재 빈도를 1000㎜3당 2.0개 이하로 하면, 실용적으로 롤링 피로 수명(L1 수명)의 우수한 강을 얻는 것이 가능해지는 것을 발견하였다. According to the study of the inventors of the present invention, in order to obtain a steel having an excellent rolling fatigue life (L 1 lifetime), the oxygen content in the steel should be 6 ppm or less and the sulfur content in the steel should be 0.003 mass% or less in addition to control, in a case where the frequency exceeds 25 MHz transducer, and the flaw detection, 3000㎜ 3 or more steel volume by the ultrasonic flaw detection in the 125 MHz or less, and inclusions having a diameter of more than 20㎛, also the diameter of the inclusions 20 When ㎛ or more so that the closest distance is less than the non-metallic inclusions below 40㎛ pair number of the steel volume 1000㎜ 3 per 2.0 of the dog between the non-metallic inclusion control was found that good. The inclusions having an inclusion diameter of about 20 占 퐉 are not of such a size as to bring about separation in an extremely short life span alone. However, even if inclusions having a size of about 20 占 퐉, when the closest distance between nonmetal inclusions having such a size is less than 40 占 퐉, they act as if they are large inclusions, and there is a possibility of exfoliation at an extremely short life. Therefore, the present inventors have found that it is possible to obtain a steel having an excellent rolling fatigue life (L 1 lifetime) practically when the frequency of existence of such a pair of non-metallic inclusions in the steel is 2.0 or less per 1000 mm 3 .

또한, 개재물 직경이 100㎛을 초과하도록 한 비금속 개재물은, 그 단독에 있어도 극히 단수명에서의 박리를 가져오는 원인으로 되므로, 탐촉자 주파수 25 MHz를 초과하고, 125 MHz 이하에서의 초음파 탐상법에 의해, 3000㎜3 이상의 강재 체적을 탐상한 경우에 검출되는 비금속 개재물의 최대 직경이 100㎛ 이하일 필요가 있다. 또한, 초음파 탐상법에 의해 검출하는 것이 비교적 곤란한 황화물계 개재물에 대하여, 롤링 피로 수명에 대하여 유해한, 근접한 개재물 분산 상태를 회피하기 위해, 강재의 단련(鍛鍊) 성형비[= 모재(母材) 주괴(鑄塊)의 단면적(斷面績)/강재의 단면적]는 적어도 22.0 이상 확보할 필요가 있다. Since the nonmetallic inclusions having an inclusion diameter exceeding 100 占 퐉 cause peeling at an extremely short life span alone, the nonmetallic inclusions can not be removed by ultrasonic inspection at a probe frequency exceeding 25 MHz and below 125 MHz , It is necessary that the maximum diameter of the nonmetallic inclusions detected when the steel material volume of 3000 mm 3 or more is detected is 100 탆 or less. Further, in order to avoid the inclusion dispersion state which is detrimental to the rolling fatigue life and is relatively difficult to detect by the ultrasonic flaw detection method, it is preferable to use a steel forging forming ratio [= base metal ingot It is necessary to secure at least 22.0 or more of the cross sectional area of the steel ingot / sectional area of the steel material.

상기한, 인용 문헌 1∼3에 기재된 강에서는, 발생 빈도는 드물지만 실용 상 유해한 극히 단수명에서의 박리를 억제한, 롤링 피로 수명이 우수한 강을 안정적으로 제공할 때, 롤링 피로가 요구되는 부품에서의 계산 수명에 대하여, 극히 조기의 부수적인 박리를 일으키는 원인으로 되는, 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 직경의 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 것과 같은 비금속 개재물쌍는, 극히 낮은 확률로 강 중에 존재하고 있으므로, 이들의 유무를 검출하는 정밀도가 낮아지는 경우가 있다. 또한, 2차원 관찰을 주체로 하는 종래 기술에 따라서는, 피검(被檢) 면적이 작으므로, 강재의 대체적(大體積)을 검사하려고 하면 많은 시간을 필요로 하여, 강재의 양호 또는 불량을 양호한 정밀도로 판단할 수가 없는 경우가 있다. 또한, 인용 문헌 1에 기재된 강에서는, 개재물의 융해 및 응집이 일어나기 때문에, 정확한 개재물 직경이나 개재물끼리의 간격을 평가할 수는 없을 가능성이 있다. In the above-mentioned steels described in the cited documents 1 to 3, when steels having excellent rolling fatigue life, which are rarely practically harmful and suppressed peeling at extremely short lifetime, are stably provided, A pair of nonmetallic inclusions having an inclusive diameter of 20 占 퐉 or more and a closest distance between inclusions having a diameter of 20 占 퐉 or more of which is less than 40 占 퐉 are caused to extremely There is a possibility that the accuracy of detecting the presence or absence of these is lowered. Further, according to the conventional technique mainly using two-dimensional observation, it takes a lot of time to examine the large volume of the steel material because the area to be examined is small, so that the goodness or badness of the steel material is good There are cases where it can not be judged with precision. Further, since the inclusions melt and agglomerate in the steel described in Reference 1, there is a possibility that the exact inclusion diameter and the interval between the inclusions can not be evaluated.

또한, 인용 문헌 4에 기재된 방법에서는, 최대 개재물 직경이 100㎛ 미만인 비금속 개재물에 대해서는 극값 통계법을 적용하고, 개재물 직경이 100㎛ 이상인 비금속 개재물에 대해서는 탐상 주파수를 5∼25 MHz로 한 초음파 탐상법을 적용하는 등의 병용에 의한 평가 방법을 제안하고 있다. 그러나, 극값 통계법은 2차원 관찰에 의한 평가 방법이므로, 전술한 바와 마찬가지로 피검 면적이 작고, 강 중의 존재 빈도가 낮은 개재물 직경이 20㎛ 이상의 비금속 개재물에 대하여 본 경우의 강재의 양호 또는 불량을 충분히 판단할 수 없게 될 가능성이 있다. 한편, 탐상주파수를 5∼25 MHz로 한 초음파 탐상법에서는, 검출 가능한 개재물 직경은 100㎛ 이상의 정도의 것이므로, 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 개재물 직경이 20㎛ 이상의 비금속 개재물끼리의 간격이 40㎛ 미만인 것과 같은 비금속 개재물쌍의 개수에 대해서는, 상기한 탐상 주파수의 대역의 초음파 빔에서는 평가의 정밀도가 높아지지 않으므로, L1 수명이 우수한 강을 안정적으로 제공할 수 있는 평가 방법이 요구되고 있다. In the method described in Reference 4, an extreme value statistical method is applied to non-metallic inclusions having a maximum inclusion diameter of less than 100 占 퐉, and an ultrasonic inspection method in which a non-metallic inclusion having an inclusion diameter of 100 占 퐉 or more has a detection frequency of 5 to 25 MHz And a method of evaluation by a combination of the above-mentioned methods. However, since the extreme value statistical method is an evaluation method by two-dimensional observation, it is possible to sufficiently judge the goodness or badness of the steel material in the case of non-metallic inclusions having an inclusive diameter of 20 mu m or more, There is a possibility that you will not be able to do it. On the other hand, in the ultrasonic inspection method in which the detection frequency is 5 to 25 MHz, the detectable inclusion diameter is about 100 占 퐉 or more, and therefore the interval between nonmetallic inclusions having an inclusion diameter of 20 占 퐉 or more and inclusions having a diameter of 20 占 퐉 or more With respect to the number of nonmetallic inclusion pairs such as those having a diameter of less than 40 占 퐉, the evaluation accuracy is not increased in the ultrasound beam in the above-mentioned frequency band of the detection frequency, and therefore an evaluation method capable of stably providing a steel with excellent L 1 life is demanded .

또한, 인용 문헌 5에 기재된 방법에서는, 유황 함유량이 0.008 질량% 이하이며, 또한 초음파 탐상법에 의해 강재 체적 300㎜3당 검출되는 개재물 직경이 20㎛ 이상인 비금속 개재물의 개수를 300㎜3당 12개 이하이도록 규정한, 롤링 피로 수명이 우수한 강[스러스트형(thrust type)] 롤링 피로 시험에 의해, 최대 헤르츠 응력 Pmax= 5.3 GPa에서 L10 수명 > 1.0×107 cycle이 얻어지는 강) 및 그 평가 방법을 제안하고 있다. 단, 유황 함유량의 규제가 충분하지 않고, 또한 사용 중인 베어링이 계산 수명보다 극히 조기에 부수적으로 파손되는 것에 대한 신뢰성의 지표로 되는 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 직경의 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 것과 같은 비금속 개재물쌍의 개수를 평가하고 있지 않으므로, L1 수명이 우수한 강을 안정적으로 제공할 수 없게 될 경우가 있다. In the method described in Reference 5, the sulfur content is 0.008 mass% or less, and the number of nonmetallic inclusions having an inclusion diameter of 20 탆 or more detected per 300 mm 3 of the steel volume by ultrasonic flaw detection is 12 per 300 mm 3 by a rolling fatigue life is superior steel rolling fatigue [thrust type (thrust type)] test specified so or less, up to the Hertz stress Pmax = L 10 life> 1.0 × 10 7 cycle is obtained how the river), and the evaluation at 5.3 GPa . However, inclusions having an inclusion diameter of not more than 20 占 퐉 and not more than 20 占 퐉, which are indices of the reliability of the bearing which is inadequately regulated, The number of pairs of nonmetallic inclusions such that the nearest distance between the pair of nonmetal inclusions is less than 40 占 퐉 is not evaluated. Thus, it may be impossible to stably provide a steel having excellent L 1 service life.

본 발명은, 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 행해진 것이며, 본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 강재의 단련 성형비를 일정값 이상으로 확보하고, 또한 강 중의 산소 함유량과 유황 함유량을 규제하는 동시에 초음파 탐상법에 의해 강 중의 비금속 개재물을 대체적으로 검출하고, 또한 일정 크기 이상의 개재물 직경을 가지는 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 일정 거리 이하로 되도록 한 비금속 개재물쌍의 개수를 제한하고, 또한 초음파 탐상법에 의한 강 중 비금속 개재물의 최대 크기를 제한함으로써, 롤링 피로 수명이 우수한 기계용 부품에 사용되는 강을 제공하는 것이다. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve such a conventional problem, and a problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a steel material, The number of nonmetallic inclusion pairs in which the nonmetallic inclusions in the steel are detected by the ultrasonic flaw detection method and the closest distance between the nonmetallic inclusions having an inclusive diameter of a certain size or larger is set to a predetermined distance or less is limited, To limit the maximum size of the non-metallic inclusions in the steel due to the rolling fatigue life of the steel.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 제1 태양(態樣)에 의하면, 표면 경도를 58 HRC 이상으로 하는 기계 부품에 사용하는 강으로서, 모재 주괴에 대한 강재의 단련 성형비가 22.0 이상이며, 강 중의 산소 함유량이 질량 비율로 6ppm 이하, 유황 함유량이 0.003 질량% 이하이며, 탐촉자 주파수 25 MHz를 초과하고, 125 MHz 이하인 초음파 탐상법에 의해, 강재의 체적 1000㎜3당 검출되는 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 직경의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 비금속 개재물쌍의 개수가 2.0개 이하이며, 또한 탐촉자 주파수 25 MHz를 초과하고, 125 MHz 이하의 초음파 탐상법에 의해 강재 총 체적 3000㎜3 이상에서 검출되는 비금속 개재물의 최대 직경이 100㎛ 이하인, 롤링 피로 수명이 우수한 강이 제공된다. According to a first aspect of the present invention for solving the above problems, there is provided a steel for use in a machine component having a surface hardness of 58 HRC or higher, wherein the steel to-be-molded ratio of the steel to the base metal ingot is 22.0 or more, The inclusion diameter detected per 1000 mm 3 of the volume of the steel material is 20 or less by the ultrasonic flaw detection method in which the oxygen content in the steel is 6 ppm or less by mass, the sulfur content is 0.003 mass% or less, the probe frequency is more than 25 MHz, And the number of pairs of nonmetallic inclusions having a distance of the nearest distance between the nonmetallic inclusions having diameters of not less than 20 mu m is not more than 2.0 and the number of pairs of nonmetallic inclusions is less than 40 mu m is not more than 25 mu m and not more than 125 MHz, A maximum diameter of non-metallic inclusions detected at a total steel volume of 3000 mm < 3 > or more is 100 mu m or less, provides a steel having excellent rolling fatigue life.

본 발명에 의한 제2 태양에 의하면, 표면 경도를 58 HRC 이상으로 하는 기계 부품에 사용하는 강으로서, 모재 주괴에 대한 강재의 단련 성형비가 22.0 이상이며, 강 중의 산소 함유량이 질량 비율로 6ppm 이하, 유황 함유량이 0.003 질량% 이하이며, 탐촉자 주파수 25 MHz를 초과하고, 125 MHz 이하의 초음파 탐상법에 의해, 강재의 체적 1000㎜3당 검출되는 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 직경의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 비금속 개재물쌍의 개수가 2.0개 이하이며, 또한 탐촉자 주파수 25 MHz를 초과하고, 125 MHz 이하의 초음파 탐상법에 의해 강재 총 체적 3000㎜3 이상에서 검출되는 비금속 개재물의 최대 직경이 100㎛ 이하이며, 상기한 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 직경의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 비금속 개재물쌍의 개수는, 초음파 탐상법에 의해 총 체적 3000㎜3 이상이며, 또한 300000㎜3 이하인 강재를 탐상함으로써 얻어지는(평가된, 측정된, 또는 확인된(이하 같은)] 것이며, 또한 전술한 비금속 개재물의 최대 직경이 100㎛ 이하인 것을 평가하기 위한 초음파 탐상에 있어서는 총 체적 300000㎜3 이하의 강재를 탐상함으로써 얻어지는[평가된, 측정된, 또는 확인된(이하 같은)] 것이다, 롤링 피로 수명이 우수한 강이 제공된다. According to the second aspect of the present invention, there is provided a steel used for machine parts having a surface hardness of 58 HRC or more, wherein the steel material has an extrusion forming ratio of 22.0 or more to the base metal ingot, an oxygen content in the steel is 6 ppm or less, a sulfur content of 0.003% by mass or less, the inclusion diameter is greater than the frequency 25 MHz transducer, and an ultrasonic flaw detection method below 125 MHz, the detection volume of the steel material or more per 1000㎜ 3 20㎛, also the diameter of at least 20㎛ Metal inclusions of less than 40 占 퐉 is not more than 2.0, and the transducer frequency is more than 25 MHz and the ultrasonic flaw detection method of 125 MHz or less is detected at a total steel volume of 3000 mm 3 or more Metal inclusions having a maximum diameter of 100 mu m or less, the above-mentioned inclusions having a diameter of 20 mu m or more and non-metallic inclusions having a diameter of 20 mu m or more, The number of adjacent pairs of non-metallic inclusions is less than the distance 40㎛ is, the total volume 3000㎜ 3 or more by the ultrasonic flaw detection method, and 300000㎜ 3 or less obtained by the inspection of steel (the assessment, the measured, or OK (same below) ], And in the ultrasonic inspection for evaluating that the maximum diameter of the above-mentioned nonmetallic inclusions is 100 탆 or less, the [evaluated, measured, or confirmed (obtained as below)] obtained by firing a steel material having a total volume of 300000 mm 3 or less, Steel having excellent rolling fatigue life is provided.

본 발명에 의한 제3 태양에 있어서, 전술한 롤링 피로 수명이 우수한 강으로서, JIS(Japanese Industrial Standards) 규격에 있어서 규정되는 고탄소 크롬 베어링강 강재(鋼材)(SUJ), 및 SAE(Society of Automotive Engineers) 규격 또는 ASTM(American Society for Testing and Materials, 또는 ASTM International라고도 함) 규격(A295)에 있어서 규정되는 52100, 및 DIN(Deutsches Institut fur Normung) 규격에 있어서 규정되는 100 Cr6, 및 JIS 규격에 있어서 규정되는 기계 구조용 탄소강 강재(SC), 및 기계 구조용 합금강 강재 중 크롬 강(SCr) 및 크롬 몰리브덴 강(SCM) 및 니켈 크롬 몰리브덴 강(SNCM)으로부터 선택한 어느 1종의 강을 들 수 있다. In the third aspect of the present invention, as the steel having excellent rolling fatigue life described above, a high carbon chrome bearing steel material (SUJ) specified in JIS (Japanese Industrial Standards) standard and SAE (Society of Automotive 52100 specified in ASTM (American Society for Testing and Materials, or ASTM International) standard (A295), 100 Cr6 specified in DIN (Deutsches Institut fur normung) standard, and JIS standard A steel selected from the group consisting of chromium steel (SCr), chromium molybdenum steel (SCM) and nickel chromium molybdenum steel (SNCM) among carbon steel steels (SC) for mechanical structure specified and alloy steel steels for mechanical structure.

본 발명에 의한 바람직한 태양으로서는, 상기 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 직경의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 비금속 개재물쌍의 개수, 및 상기 비금속 개재물의 최대 직경은, 초음파 탐상법에 의해 총 체적이 3000㎜3 이상이며, 또한 300000㎜3 이하인 강재를 탐상함으로써 얻어진다. According to a preferred embodiment of the present invention, the number of nonmetallic inclusion pairs having the inclusion diameter of 20 占 퐉 or more and the closest distance between the nonmetallic inclusions having a diameter of 20 占 퐉 or more and the maximum diameter of the non- It can be obtained by ultrasonic flaw detection method by which a steel having a total volume of 3000 mm 3 or more and 300,000 mm 3 or less is inspected.

본 발명의 롤링 피로 수명이 우수한 강에서는, 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 행해진 것이며, 강재의 단련 성형비를 규제하고, 또한 강 중의 산소 함유량과 유황 함유량을 규제하는 동시에 초음파 탐상법에 의해 강 중의 비금속 개재물을 대체적으로 검출하여, 일정 크기 이상의 개재물 직경을 가지는 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 일정 거리 이하인 같은 비금속 개재물쌍의 개수를 제한하고, 또한 초음파 탐상법에 의한 강 중 비금속 개재물의 최대 크기를 제한함으로써, 롤링 피로 수명이 우수한 기계용 부품에 사용되는 강을 제공하는 것이 가능해진다. The steel of the present invention having an excellent rolling fatigue life has been made to solve such problems of the prior art. It has been proposed to regulate the casting ratio of the steel material, regulate the oxygen content and the sulfur content in the steel, Metal inclusions in the non-metal inclusions having a diameter equal to or larger than a certain size are limited to a limited number of the same non-metallic inclusions having the closest distance to each other, It becomes possible to provide a steel used for machine parts having excellent rolling fatigue life.

본 발명의 실시형태에 관한 롤링 피로 수명이 우수한 강에 대하여, 이하에 표를 참조하여 상세하게 설명을 한다. Steel having excellent rolling fatigue life according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the following tables.

본 명세서에서는, 「표면 경도를 58 HRC 이상으로 한다」란 「표면 경도를 록웰(Rockwell) 경도 시험에서의 C스케일로 58 이상의 값으로 하는」것을 의미하는 것으로 한다. 여기서, 록웰 경도 시험은, JIS(Japanese Industrial Standards) 규격에서 정하는 JIS G 0202에 따른 것이다. 구체적으로는, 측정은, C스케일로, 압자(壓子)로서 선단의 곡률 반경 0.2㎜이며, 또한 원추각 120°의 다이아몬드를 사용하고, 기준 하중을 98.07 N(10kgf)로 하고, 시험 하중을 1471.0N(150kgf)로서 행해진다. 그리고, 측정 시의 압자의 샘플로의 침입 깊이 h(㎛)의 값을 사용하여, HR= 100―h/2의 식으로부터 록웰 경도가 계산된다. In this specification, " surface hardness of 58 HRC or more " means that " the surface hardness is to be 58 or more in C scale in Rockwell hardness test ". Here, the Rockwell hardness test is in accordance with JIS G 0202 defined by the Japanese Industrial Standards (JIS). Specifically, the measurement was carried out on a C scale using a diamond having a radius of curvature of 0.2 mm and a cone angle of 120 degrees as an indenter, a reference load of 98.07 N (10 kgf) 1471.0N (150 kgf). Then, using the value of the penetration depth h (占 퐉) of the indenter into the sample at the time of measurement, the Rockwell hardness is calculated from the equation HR = 100-h / 2.

본 발명의 실시형태에 관한 롤링 피로 수명이 우수한 강은, 표면 경도를 58 HRC 이상으로 하는 기계 부품에 사용하는 강으로서, 모재인 주괴에 대한 강재의 단련 성형비가 22.0 이상이며, 강 중의 산소 함유량이 질량 비율로 6ppm 이하이며, 유황 함유량이 0.003 질량% 이하이다. 또한, 탐촉자 주파수 25 MHz를 초과하고, 125 MHz 이하의 초음파 탐상법에 의해, 강재의 체적 1000㎜3당 검출되는 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 직경의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인, 비금속 개재물쌍의 개수가 2.0개 이하이며, 또한 탐촉자 주파수 25 MHz를 초과하고, 125 MHz 이하의 초음파 탐상법에 의해, 강재 총 체적 3000㎜3 이상에서 검출되는 비금속 개재물의 최대 직경이 100㎛ 이하인 강이다. A steel excellent in rolling fatigue life according to the embodiment of the present invention is a steel used for machine parts having a surface hardness of 58 HRC or higher. The steel has an extrusion forming ratio of not less than 22.0 to an ingot as a base material, And the sulfur content is 0.003 mass% or less. Further, the transducer at frequencies exceeding 25 MHz, and 125 by the ultrasonic flaw detection method of MHz or less, a diameter of the inclusions to be detected per volume of a steel material is more than 3 1000㎜ 20㎛, also closely between the non-metallic inclusion in the above diameter 20㎛ The maximum number of nonmetallic inclusions detected at a total steel volume of 3000 mm 3 or more by the ultrasonic flaw detection method with a distance of less than 40 탆 and a number of pairs of nonmetallic inclusions of 2.0 or less and a transducer frequency exceeding 25 MHz and 125 MHz or less It is a steel with a diameter of 100 탆 or less.

롤링 피로를 받는 부품에 있어서는, 강으로부터 어떤 크기 이상의 비금속 개재물을 적게 하는 것이 특성 향상에 대하여 중요하다. 베어링의 전주면(轉走面) 아래에 유해한 크기의 비금속 개재물이 존재하면, 박리를 발생시킴으로써, 베어링의 전주면 아래의 위험 부위에 출현하는 비금속 개재물의 크기를 작게 하는 것이 베어링의 수명 향상에 대하여 극히 중요하다. 계산 수명에 도달하지 않고, 극히 조기에 박리를 일으키는 개재물 직경으로서는, 개재물 직경이 20㎛급의 비금속 개재물은 그 단독으로는 유해성은 낮다. 단, 20㎛급의 비금속 개재물이라도, 그것과 동등 이상의 크기를 가지는 다른 비금속 개재물과의 3차원적 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 경우에는, 조기 박리를 일으키는 유해 개재물로서 작용하는 것으로 생각된다. 또한, 100㎛을 초과하도록 한 비금속 개재물은 그 단독이라도 조기 박리의 원인으로 된다. 따라서, 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 비금속 개재물쌍의 개수와, 개재물 직경이 100㎛을 초과하는 비금속 개재물의 존재 빈도가 극히 적고, 또한 그것이 평가 보증되어 있는 강을 사용함으로써, 부품의 전송면 아래의 위험 부위(즉, 롤링 피로를 강하게 받는 부분)에 개재물이 존재하는 확률을 극히 낮게 하는 것이 가능해져, 조기 박리를 억제할 수 있다. In a component subjected to rolling fatigue, it is important to improve the characteristics to reduce non-metallic inclusions of a certain size or more from the steel. It is necessary to reduce the size of the nonmetallic inclusions appearing in the dangerous area below the rolling surface of the bearing by causing peeling when harmful sized nonmetallic inclusions are present below the rolling surface of the bearing. It is extremely important. As for inclusion diameters which do not reach the calculation lifetime and induce peeling at an extremely early stage, nonmetallic inclusions having an inclusion diameter of 20 占 퐉 alone have low harmfulness. However, even if the nonmetallic inclusions of the order of 20 mu m, the three-dimensional closest distance between the nonmetal inclusions and the other nonmetallic inclusions having a size equal to or larger than that of the nonmetal inclusions of less than 20 mu m is considered to act as a harmful inclusion which causes early peeling. In addition, the nonmetallic inclusions exceeding 100 mu m become the cause of the early peeling even in the case of the nonmetallic inclusions alone. Therefore, the number of nonmetallic inclusion pairs having an inclusive diameter of 20 占 퐉 or more, the closest distance between nonmetallic inclusions of 20 占 퐉 or more and less than 40 占 퐉, and the existence frequency of nonmetallic inclusions having an inclusive diameter exceeding 100 占 퐉 are extremely small, Further, by using the steel whose evaluation is guaranteed, it is possible to extremely reduce the probability that the inclusions are present in a dangerous part (that is, a part that receives a strong rolling fatigue) under the transfer surface of the part, and thus the early peeling can be suppressed .

그래서, 본 발명에 의한 제1 태양에 관한 롤링 피로 수명이 우수한 강에서는, 그 특성을 보증하는 평가 방법으로서, 초음파 탐상법이 적용된다. 이 초음파 탐상법에서는, 탐촉자 주파수 25 MHz를 초과하고, 125 MHz 이하의 초음파 탐상법에 의해, 강재의 체적 1000㎜3당 검출되는 비금속 개재물의 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인, 비금속 개재물쌍의 개수가 2.0개 이하이며, 또한 탐촉자 주파수 25 MHz를 초과하고, 125 MHz 이하의 초음파 탐상법에 의해, 강재 총 체적 3000㎜3 이상에서 검출되는 비금속 개재물의 최대 직경이 100㎛ 이하로 규제되어 있다. Therefore, in a steel having an excellent rolling fatigue life according to the first aspect of the present invention, an ultrasonic inspection method is applied as an evaluation method for assuring its characteristics. In the ultrasonic flaw detection method, by more than the frequency 25 MHz transducer, and the ultrasonic flaw detection method below 125 MHz, and the inclusions, the diameter of the non-metallic inclusions to be detected per volume of steel than 20㎛ 1000㎜ 3, also more than that of non-metallic 20㎛ is less than the closest distance between 40㎛ inclusions, and the number of pairs of non-metallic inclusions more than 2.0, and greater than the frequency 25 MHz transducer, and detected by the, the total volume of steel 3000㎜ 3 or more by the ultrasonic flaw detection method in the 125 MHz or less The maximum diameter of the nonmetallic inclusions is regulated to be not larger than 100 mu m.

또한, 본 발명에 의한 제2 태양에 관한 롤링 피로 수명이 우수한 강에서는, 그 특성을 보증하는 방법으로서 적용한 초음파 탐상법에서의, 비금속 개재물의 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 비금속 개재물쌍의 개수, 및 본 실시형태의 비금속 개재물에서의, 최대 직경이 100㎛ 이하인 점은, 초음파 탐상법에 의해 총 체적 3000㎜3 이상이며, 또한 300000㎜3 이하를 탐상함으로써 평가된 것이다. In a steel having an excellent rolling fatigue life according to the second aspect of the present invention, the inclusion diameter of the nonmetallic inclusions in the ultrasonic flaw detection method applied as a method for assuring the characteristics thereof is 20 占 퐉 or more, The total number of pairs of nonmetallic inclusions having the closest distance between the inclusions of less than 40 占 퐉 and the maximum diameter of the nonmetallic inclusions of the present embodiment of not more than 100 占 퐉 is 3,000 mm 3 or more by the ultrasonic flaw detection method, Mm 3 or less.

또한, 본 발명에 의한 제3 태양에 관한 롤링 피로 수명이 우수한 강으로서는, 베어링를 비롯한 롤링 피로 수명이 요구되는 용도에 사용되는 강의 종류인 것이 바람직하다. 구체적으로는, JIS 규격에 있어서 규정되는 고탄소 크롬 베어링강 강재(SUJ), 및 SAE 규격 또는 ASTM 규격(A295)에 있어서 규정되는 52100, 및 DIN 규격에 있어서 규정되는 100 Cr6, 및 JIS 규격에 있어서 규정되는 기계 구조용 탄소강 강재(SC), 및 기계 구조용 합금강 강재 중 크롬 강(SCr) 및 크롬 몰리브덴 강(SCM) 및 니켈 크롬 몰리브덴 강(SNCM)으로부터 선택한 것인 강을 들 수 있다. 또한, 예를 들면, SAE 규격의 4320, 5120, 4140, 1053, 1055 등과 같이 JIS 규격에 대응한 외국 규격 강에 대하여 본 발명의 적용이 가능하다. As the steel having an excellent rolling fatigue life according to the third aspect of the present invention, it is preferable that the steel is a steel used for applications requiring a rolling fatigue life including bearings. Concretely, in the high carbon chromium bearing steel (SUJ) specified in the JIS standard and the 52100 specified in the SAE standard or the ASTM standard (A295), the 100 Cr6 specified in the DIN standard, and the JIS standard (SC) for mechanical structure to be specified, and steel selected from chrome steel (SCr) and chromium molybdenum steel (SCM) and nickel chromium molybdenum steel (SNCM) among the alloy steel steels for mechanical structure. In addition, the present invention can be applied to foreign standard steels corresponding to JIS standards such as 4320, 5120, 4140, 1053, 1055 of SAE standard.

그리고, 초음파 탐상법에 있어서는, 이미 다양한 종류의 초음파 탐상 장치나 탐촉자가 실용화되어 있고, 본 발명에서는 이들의 것을 이용할 수 있다. 바람직한 탐촉자로서는, 초점형(焦点型) 고주파 탐촉자 등을 들 수 있다. 플랫형 탐촉자의 검출 성능은 1/2 파장이라고 하고 있지만, 초점형 탐촉자에서는 1/4 파장이며, 따라서, 양호한 정밀도의 평가에 대해서는 초점형 탐촉자가 바람직하다. 그리고, 본 실시형태에 있어서의 탐촉자 주파수는 25 MHz를 초과하고, 125 MHz 이하의 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 30∼100 MHz 정도이다. In the ultrasonic inspection method, various kinds of ultrasonic inspection devices and probes have already been put to practical use, and these can be used in the present invention. A preferable transducer is a focus type high frequency transducer. The detection performance of the flat type transducer is 1/2 wavelength, but it is 1/4 wavelength in the focus type transducer, and therefore, the focus type transducer is preferable for the evaluation of good accuracy. In the present embodiment, the probe frequency is more than 25 MHz, preferably 125 MHz or less, particularly preferably about 30 to 100 MHz.

본 실시형태의 롤링 피로 수명이 우수한 강에 있어서는, 비금속 개재물의 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 비금속 개재물쌍의 개수, 및 비금속 개재물의 최대 직경이 100㎛ 이하인 것은, 이미 상기한 바와 같이, 초음파 탐상법에 의해 총 체적 3000㎜3 이상이며, 300000㎜3 이하를 탐상하고, 비금속 개재물을 검출하는 것이 바람직하다. In the case of a steel having an excellent rolling fatigue life according to the present embodiment, the number of nonmetallic inclusions having an inclusion diameter of nonmetal inclusions of 20 占 퐉 or more and the closest distance of 20 占 퐉 or more of nonmetallic inclusions is less than 40 占 퐉, As described above, it is preferable that the maximum diameter is not more than 100 탆 and the total volume is not less than 3000 mm 3, not more than 300000 mm 3 by the ultrasonic flaw detection method, and the nonmetal inclusion is detected.

초음파 탐상에 있어서, 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 비금속 개재물쌍의 개수, 및 비금속 개재물 최대 직경이 100㎛ 이하인 것을 확인하기 위한 탐상 총 체적을 3000㎜3 이상이며, 또한 300000㎜3 이하로 한 이유는, L1 수명을 성능 지표(指標)로 하는 극히 단수명에서의 박리를 억제 가능한 롤링 피로 수명이 우수한 강을 제공하는 데 있어서, 평가 정밀도의 점에서 만족할 수 있는 평가 결과를 얻기 위해 필요하기 때문이다. 그리고, 또한 본 실시형태의 초음파 탐상법에서의 평가 체적은, 종래의 현미경 관찰을 주체로 하는 평가 방법에서는, 처리 시간이 방대해지므로, 현실적으로는 평가가 매우 곤란하다. 또한, 범용적인 수단으로서, 초음파 탐상법 이외의 방법에서는, 대체적의 강재 중에 존재하는 개재물끼리의 가장 근접한 거리를 3차원적으로 평가하는 것은 매우 곤란하다. 초음파 탐상을 행하는 데 있어서는, 시험편의 표면으로부터 탐촉자의 주파수에 따른 깊이까지의 불감대 영역을 평가 체적으로부터 제외하고, 필요에 따라 열처리 등에 의한 조직(組織) 이상(異常)이나 초음파 탐상에서의 측정 노이즈의 영양을 받기 쉬운 시험편의 단부(端部)를 초점 위치에서의 초음파 빔의 탐상 범위로부터 제외한 후, 탐촉자의 주파수, 성능에 따른 수중 초점 거리 범위에 기초하여, 초음파 탐상에서의 평가 체적을 3000㎜3 이상이며, 또한 300000㎜3 이하를 확보할 필요가 있다. 또한, 40㎛을 임계값으로 하는 개재물끼리의 간격을 식별 가능하도록 적절한 탐상 피치를 설정할 필요가 있다. The number of pairs of nonmetallic inclusions having an inclusion diameter of 20 占 퐉 or more and the closest distance between nonmetallic inclusions of 20 占 퐉 or more and less than 40 占 퐉 and the maximum diameter of nonmetallic inclusions to be 100 占 퐉 or less, and the volume 3000㎜ 3 or more, and in providing an extremely short-lived steel is excellent rolling fatigue life can suppress the peeling at that is, L 1 life reasons to 300000㎜ 3 or less as a performance index (指標), This is because it is necessary to obtain a satisfactory evaluation result in terms of evaluation accuracy. Moreover, the evaluation volume in the ultrasonic flaw detection method of the present embodiment is extremely difficult to evaluate in reality because the processing time becomes long in the evaluation method using a conventional microscope observation. In addition, as a general means, it is very difficult to three-dimensionally evaluate the closest distance between inclusions existing in a steel material in a method other than the ultrasonic flaw detection method. In performing the ultrasonic inspection, the dead zone area from the surface of the test piece to the depth corresponding to the frequency of the probe is excluded from the evaluation volume, and if necessary, measurement error (abnormality) due to heat treatment, Of the ultrasonic beam was excluded from the detection range of the ultrasonic beam at the focus position and then the evaluation volume in the ultrasonic wave test was set to 3000 mm 3 or more, and it is necessary to secure 300,000 mm 3 or less. In addition, it is necessary to set an appropriate fringe pitch so that the interval between inclusions having a critical value of 40 mu m can be discriminated.

이상, 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 롤링 피로 수명이 우수한 강에 의하면, 강재의 단련 성형비를 규제하고, 또한 강 중의 산소 함유량과 유황 함유량을 규제하는 동시에, 초음파 탐상법에 의해 강 중의 비금속 개재물을 대체적으로 검출하고, 일정 크기 이상의 개재물 직경을 가지는 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 일정 거리 이하인 같은 비금속 개재물쌍의 개수를 제한하고, 또한 초음파 탐상법에 의한 강 중 비금속 개재물의 최대 크기를 제한함으로써, 롤링 피로 수명이 우수한 기계용 부품에 사용되는 강을 제공하는 것이 가능해진다. As described above, according to the steel of the present embodiment having excellent rolling fatigue life, it is possible to regulate the shaping forming ratio of the steel material and regulate the oxygen content and the sulfur content in the steel, and at the same time, The number of the same nonmetallic inclusion pairs in which the closest distance between the nonmetallic inclusions having an inclusive diameter equal to or larger than a certain size is equal to or smaller than a predetermined distance is limited and the maximum size of nonmetallic inclusions in the steel is limited by the ultrasonic inspection method , It becomes possible to provide a steel used for machine parts having excellent rolling fatigue life.

[실시예][Example]

다음에, 실시예로서 공시재(供試材) 1∼25 및 비교예로서 공시재 26∼36을 표 1 및 표 2에 예를 들어, 본 발명의 롤링 피로 수명이 우수한 강에 대하여, 보다 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. Next, the test specimens 1 to 25 as the examples and the specimens 26 to 36 as the comparative specimens are shown in Tables 1 and 2, respectively, for the steel having excellent rolling fatigue life of the present invention, . However, the present invention is not limited to these examples.

표 1에 실시예와 비교예의 각각의 공시재의 성분 조성을 나타낸다. 그리고, 이하에 나타내는 각각의 공시재의 조성은, 같은 규격명으로 나타내고 있어도, 표 1에 각각 나타낸 바와 같이, 상이한 조성을 가지는 것이다. 표 1의 공시재 1∼7 및 공시재 26∼33에는 고탄소 크롬 베어링 강인 JIS의 SUJ2강으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 8 및 34에는 JIS의 SCr420 강으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 9에는 JIS의 SNCM420 강으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 10에는 JIS의 S53C 강으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 11, 공시재 35 및 공시재 36에는 JIS의 SCM420 강으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 12 및 공시재 13에는 SAE의 52100으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 14 및 공시재 15에는 ASTM의 52100으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 16 및 공시재 17에는 DIN의 100 Cr6으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 18은 JIS의 SUJ3강으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 19는 JIS의 SUJ5 강으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 20은 SAE의 4320강으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 21은 SAE의 5120강으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 22는 JIS의 SCM435강으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 23은 SAE의 4140 강으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 24는 JIS의 S55C강으로 분류되는 조성의 강을, 공시재 25는 SAE의 1053강으로 분류되는 조성의 강을 사용하였다. 공시재 1∼5, 공시재 8∼9, 공시재 12, 공시재 14, 공시재 16, 공시재 18, 공시재 20∼30, 및 공시재 36은, 아크 용해로에서 용제(溶製)하고, 이어서, 레이들 정련(ladle refining)하고, 또한 진공 탈가스 장치에서 탈가스를 행하여 연속 주조에 의해 주괴를 제조한 것이다. Table 1 shows the composition of the respective materials of the examples and comparative examples. Incidentally, the composition of each of the following materials shown in the following standard names has a different composition as shown in Table 1, respectively. The specimens classified as SUJ2 steel of JIS (High Carbon Chromium Bearing Steel) and the specimens classified as SCr420 steel of JIS are shown in Table 1, Classification steel classified as SNCM420 steel of JIS in Disclosure Material 9, steel of composition classified as S53C Steel of JIS in Disclosure Material 10, SCM420 Steel of JIS in Classification Material 11, Disclosure Material 35 and Disclosure Material 36 A steel having a composition of 52100 as SAE for the specimen 12 and a specimen classified as SAE 52100 for the specimen 12 and a specimen of 52100 as ASTM for the specimen 14 and the specimen 15, 17 is a steel having a composition of 100 Cr 6 of DIN, 18 is a steel having a composition classified as SUJ 3 steel according to JIS, 19 is a steel having a composition classified as SUJ 5 steel according to JIS, SAE's 4320 steel, and Annex 21 is a steel of composition classified as SAE's 5120 steel , The disclosure material 22 is the steel of the composition classified by the SCM435 steel of JIS, the steel material 23 is the steel of the composition classified as SAE 4140 steel and the steel material 24 is the steel of the composition classified by the S55C steel of JIS Rein 25 used steels of composition classified as SAE's 1053 steel. The disclosure materials 1 to 5, the disclosure materials 8 to 9, the disclosure material 12, the disclosure material 14, the disclosure material 16, the disclosure material 18, the disclosure materials 20 to 30, and the disclosure material 36 are dissolved in an arc melting furnace, Then, ladle refining was performed, and degassing was performed in a vacuum degassing apparatus to produce an ingot by continuous casting.

공시재 6, 공시재 7, 공시재 10, 공시재 11, 공시재 13, 공시재 15, 공시재 17, 공시재 19, 및 공시재 31∼35는, 아크 용해로로 용제하고, 이어서, 레이들 정련하고, 또한 진공 탈가스 장치에서 탈가스를 행하여 잉곳(ingot)에 의해 주괴를 제조한 것이다. The disclosure material 6, the disclosure material 7, the disclosure material 10, the disclosure material 11, the disclosure material 13, the disclosure material 15, the disclosure material 17, the disclosure material 19, and the disclosure materials 31 to 35, Refining, and degassing in a vacuum degassing apparatus to produce an ingot by ingot.

Figure pct00001
Figure pct00001

※초크(chock) 부분은 청구의 범위를 벗어남 ※ Chock part is beyond the scope of claims

상기에서 얻어진 주괴에, 열간 가공을 행하여 강재의 단련 성형비 22.0 이상을 확보한 직경 65㎜의 강재로 하였다. The ingot obtained as described above was subjected to hot working to obtain a steel material having a diameter of 65 mm secured in a ratio of 22.0 or more of the casting ratio of the steel.

(스러스트형 롤링 피로 시험)(Thrust type rolling fatigue test)

공시재 1∼7과 공시재 12∼19와 공시재 26∼33의 강재에, 800℃에서 구형화(球形化) 소둔(燒鈍)을 행하고, 강재의 길이 방향에 대하여 수직으로, 외경(外徑)이 60㎜, 내경(內徑)이 20㎜, 두께가 5.8㎜인 원반으로 이루어지는 시험편을 제작하였다. 이 시험편을 835℃에서 20분 유지한 후, 오일 냉각에 의해 담금질(hardening)하고, 이어서, 170℃에서 90분의 템퍼링 처리를 행하고, 원하는 58 HRC 이상의 경도를 얻었다. 그 후, 얻어진 시험편을 표면 연마하여, 스러스트형 롤링 피로 시험을 행하였다. 공시재 8, 공시재 9, 공시재 11, 공시재 20, 공시재 21, 및 공시재 34∼36의 강재는, 925℃ 표준화(normalizing)를 행한 후, 또한 공시재 22 및 23의 강재는, 870℃에서 표준화를 행한 후, 강재의 길이 방향에 대하여 수직으로 외경이 60㎜, 내경이 20㎜, 두께가 8.3㎜인 원반으로 이루어지는 시험편을 제작하였다. 이 시험편을 930℃에서 침탄 처리한 후, 오일 냉각에 의해 담금질했다. 이어서, 담금질한 시험편을, 180℃에서 90분의 템퍼링 처리를 행하고, 원하는 58 HRC 이상의 경도를 얻었다. 그 후, 얻어진 시험편을 표면 연마하여, 스러스트형 롤링 피로 시험을 행하였다. 공시재 10, 공시재 24, 및 공시재 25의 강재는 870℃에서 표준화를 행한 후, 강재 길이 방향에 대하여 수직으로 외경이 60㎜, 내경이 20㎜, 두께가 8.3㎜의 원반으로 이루어지는 시험편을 제작하였다. 이 시험편을 고주파 담금질 한 후, 이어서, 180℃에서 90분의 템퍼링 처리를 행하고, 원하는 58 HRC 이상의 경도를 얻었다. 그 후, 얻어진 시험편을 표면 연마하여, 스러스트형 롤링 피로 시험을 행하였다. 스러스트형 롤링 피로 시험은, 최대 헤르츠 응력 Pmax: 5.3 GPa로 행하였다. 그리고, L1 수명을 구하는데 더하여, 1.5×107 cycle 정도에서의 중단 시험으로 하고, 시험 평가 시간의 단축을 도모하였다. Spherical annealing was performed at 800 占 폚 on the steel materials of the disclosures 1 to 7, the specimens 12 to 19 and the specimens 26 to 33, A test piece having a diameter of 60 mm, an inner diameter of 20 mm and a thickness of 5.8 mm was prepared. The specimen was held at 835 占 폚 for 20 minutes, hardened by oil cooling, and then tempered at 170 占 폚 for 90 minutes to obtain a desired hardness of 58 HRC or more. Thereafter, the obtained test piece was surface-polished and subjected to a thrust rolling fatigue test. The steel materials of the disclosure material 8, the disclosure material 9, the disclosure material 11, the disclosure material 20, the disclosure material 21, and the disclosure materials 34 to 36 are subjected to normalization at 925 ° C., After standardization at 870 캜, a test piece comprising a disc having an outer diameter of 60 mm, an inner diameter of 20 mm and a thickness of 8.3 mm perpendicular to the longitudinal direction of the steel was produced. This specimen was carburized at 930 ° C and quenched by oil cooling. Then, the quenched test piece was subjected to a tempering treatment at 180 캜 for 90 minutes to obtain a desired hardness of 58 HRC or more. Thereafter, the obtained test piece was surface-polished and subjected to a thrust rolling fatigue test. The specimens of the specimens 10, 24, and 25 were standardized at 870 ° C, and then a test specimen made of a disc having an outer diameter of 60 mm, an inner diameter of 20 mm, and a thickness of 8.3 mm Respectively. This specimen was subjected to high frequency quenching, followed by tempering treatment at 180 DEG C for 90 minutes to obtain a desired hardness of 58 HRC or more. Thereafter, the obtained test piece was surface-polished and subjected to a thrust rolling fatigue test. The thrust type rolling fatigue test was performed at a maximum Hertz stress Pmax of 5.3 GPa. Further, in addition to obtaining the L 1 lifetime, the interruption test was performed at about 1.5 × 10 7 cycles, and the test evaluation time was shortened.

(초음파 시험)(Ultrasonic test)

비금속 개재물의 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 비금속 개재물쌍의 개수, 및 비금속 개재물의 최대 직경이 100㎛ 이하인 것을 평가하는 데 있어서, 공시재 1∼7과 공시재 12∼19와 공시재 26∼33의 강재는, 800℃에서 구형화 소둔을 행하고, L 단면(斷面) 시험편을 잘라내고, 담금질 템퍼링 처리를 행하였다. 또한, 공시재 8, 공시재 9, 공시재 11, 공시재 20, 공시재 21, 및 공시재 34∼36의 강재는 925℃에서 표준화를 행하고, L 단면 시험편을 잘라내고, 담금질 템퍼링 처리를 행하였다. 또한, 공시재 10 및 공시재 22∼25의 강재는, 870℃에서 표준화를 행하고, L 단면 시험편을 잘라내고, 담금질 템퍼링 처리를 행하였다. 그 후 공시재 1∼36의 어딘가에 대해서도, 초음파의 전달 손실을 경감할 목적으로, 평면 연마를 행하였다. 평면 연마에 의해, 어느 시험편도 두께 10㎜로 마무리하여, 초음파 탐상 시험을 행하였다. 초음파 탐상에는, 초점형 고주파 탐촉자(50 MHz)를 구비한 초음파 탐상 장치를 사용하였다. 또한, 초음파 탐상의 체적은 4000㎜3으로 하였다. 얻어진 개재물에 의한 반사파의 데이터로부터, 강재의 체적 1000㎜3 당의 비금속 개재물의 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 비금속 개재물쌍의 검출 개수, 및 최대 직경이 100㎛을 초과하는 비금속 개재물의 검출 유무를 구하였다. In evaluating the number of nonmetallic inclusion pairs having an inclusion diameter of nonmetallic inclusions of 20 占 퐉 or more and the closest distance between nonmetallic inclusions of 20 占 퐉 or more and less than 40 占 퐉 and the maximum diameter of nonmetallic inclusions of 100 占 퐉 or less, Samples 1 to 7, specimens 12 to 19 and specimens 26 to 33 were subjected to sintering annealing at 800 DEG C, L-section test specimens were cut out, and tempering tempering treatment was carried out. The specimens of the specimen 8, specimen 9, specimen 11, specimen 20, specimen 21, and specimens 34 to 36 were normalized at 925 ° C, the specimen of specimen L was cut out, Respectively. The specimens of the specimen 10 and the specimens 22 to 25 were standardized at 870 캜, L-section specimens were cut out, and tempering tempering treatment was carried out. Thereafter, plane grinding was performed for any of the specimens 1 to 36 for the purpose of reducing transmission loss of ultrasonic waves. Each of the test pieces was finished to a thickness of 10 mm by planar polishing, and an ultrasonic test was conducted. For the ultrasonic inspection, an ultrasonic inspection apparatus equipped with a focus type high frequency probe (50 MHz) was used. The volume of the ultrasonic probe was 4000 mm 3 . The number of detected non-metallic inclusions of 20 占 퐉 or more of the non-metallic inclusions per 1000 mm 3 of the volume of the steel material and the closest distance of the non-metallic inclusions of 20 占 퐉 or more are less than 40 占 퐉, The presence or absence of detection of nonmetallic inclusions exceeding 100 mu m was determined.

이들 공시재의 각 시험편에 대하여, 표면 경도, 50 MHz의 초점형 고주파 탐촉자로 평가한 초음파 탐상에 의한 강재의 체적 1000㎜3 당의 비금속 개재물쌍의 검출 개수, 100㎛을 초과하는 개재물의 검출 유무, 및 스러스트형 롤링 피로 시험에 의한 L1 수명을 표 2에 나타낸다. The surface hardness, the number of detected non-metallic inclusion pairs per 1000 mm 3 of the volume of the steel material by ultrasonic flaw evaluation evaluated with a focus type high frequency transducer at 50 MHz, the presence or absence of inclusions exceeding 100 μm, Table 1 shows the L 1 lifetime by the thrust type rolling fatigue test.

Figure pct00002
Figure pct00002

※ L1 수명은, 비교예의 33의 것을 기준으로 하는 상대값임※ L 1 lifetime is relative value based on 33 of the comparative example

표 2에 있어서, 비교예의 공시재 26∼36은 강재체적 1000㎜3당 검출되는 20㎛ 이상이며, 또한 그 20㎛ 이상의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 비금속 개재물쌍의 개수가 2.0개를 초과하고 또한 최대 직경이 100㎛을 초과하는 비금속 개재물의 검출이 보여지는 것이며, 본 발명의 범위 밖의 것이다. 또한, 이들 비교예의 공시재 26∼36의 L1 수명은, 비교예의 공시재 33의 L1 수명을 1로 했을 때의 3배 이하이다. 이들 비교예의 공시재 26∼36에 대하여, 본 발명에서의 실시예의 공시재 1∼25는 초음파 탐상법에 의해 강재 체적 1000㎜3당 검출되는 개재물 직경이 20㎛ 이상, 또한 그 20㎛ 이상의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 비금속 개재물쌍의 개수가 2.0개 이하이며, 또한 최대 직경이 100㎛을 초과하는 비금속 개재물의 검출이 없어, 본 발명의 제1 태양에 관한 발명, 제2 태양에 관한 발명, 및 제3 태양에 관한 발명을 만족시키는 것이며, 모두 비교예의 공시재 33의 L1 수명의 4배 이상이며, L1 수명이 우수하다. In Table 2, Comparative Examples 26-36 disclose material is steel and the volume 1000㎜ 20㎛ over which the third party is detected, and the closest distance is less than the number of nonmetallic inclusions 40㎛ pair between the non-metallic inclusions 2.0 or more 20㎛ dog And a maximum diameter of more than 100 mu m is detected, and is outside the scope of the present invention. The L 1 lifetime of the disclosure materials 26 to 36 of these comparative examples is three times or less that of the L 1 life of the disclosure material 33 of the comparative example. In the disclosure materials 26 to 36 of these comparative examples, the disclosures 1 to 25 of the examples of the present invention are those in which the inclusion diameters detected per 1000 mm 3 of the steel volume by the ultrasonic flaw detection method are 20 μm or more, The number of pairs of nonmetallic inclusions having the closest distance between them of less than 40 占 퐉 is not more than 2.0 and the maximum diameter of the nonmetallic inclusions exceeding 100 占 퐉 is not detected. In the invention of the first aspect and the second aspect of the present invention And the invention according to the third aspect, all of which are four times or more as long as the L 1 lifetime of the sealing material 33 of the comparative example, and the lifetime of the L 1 is excellent.

Claims (3)

표면 경도를 58 HRC 이상으로 하는 기계 부품에 사용하는 강(鋼)으로서, 모재(母材)인 주괴(鑄塊)에 대한 강재(鋼材)의 단련(鍛鍊) 성형비가 22.0 이상이며, 상기 강 중의 산소 함유량이 질량 비율로 6ppm 이하, 유황 함유량이 0.003 질량% 이하이며, 탐촉자 주파수 25 MHz를 초과하고, 125 MHz 이하의 초음파 탐상법(探傷法)에 의해 강재의 체적 1000㎜3당 검출되는 개재물(介在物) 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 상기 20㎛ 이상의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인, 비금속 개재물쌍의 개수가 2.0개 이하이며, 또한 탐촉자 주파수 25 MHz를 초과하고, 125 MHz 이하의 초음파 탐상법에 의해 강재 총 체적 3000㎜3 이상에서 검출되는 비금속 개재물의 최대 직경이 100㎛ 이하인,
롤링 피로 수명이 우수한 강. A steel for use in a machine component having a surface hardness of 58 HRC or higher, wherein a forging forming ratio of a steel material to an ingot as a base material is 22.0 or more, (Inclusions) detected per 1000 mm 3 of the volume of steel by an ultrasonic inspection method (flaw detection method) having an oxygen content of not more than 6 ppm by mass, a sulfur content of not more than 0.003 mass%, a probe frequency exceeding 25 MHz, Wherein the number of pairs of nonmetallic inclusions having a diameter of 20 mu m or more and the closest distance between the nonmetallic inclusions of 20 mu m or more is less than 40 mu m is 2.0 or less and the transducer frequency is more than 25 MHz and not more than 125 MHz The maximum diameter of non-metallic inclusions detected at a total steel volume of 3000 mm < 3 > or more is 100 mu m or less,
Steel with excellent rolling fatigue life. 제1항에 있어서,
상기 개재물 직경이 20㎛ 이상이며, 또한 상기 20㎛ 이상의 비금속 개재물끼리의 가장 근접한 거리가 40㎛ 미만인 비금속 개재물쌍의 개수가 2.0개 이하, 및 상기 비금속 개재물의 최대 직경이 100㎛ 이하는, 초음파 탐상법에 의해 총 체적 3000㎜3 이상 또한 300000㎜3 이하를 탐상함으로써 얻어지는 것인, 롤링 피로 수명이 우수한 강. The method according to claim 1,
Wherein the inclusion diameter is 20 占 퐉 or more and the number of pairs of nonmetallic inclusions having the closest distance of 20 占 퐉 or more to the nonmetal inclusions is less than 40 占 퐉 is 2.0 or less and the maximum diameter of the nonmetallic inclusions is 100 占 퐉 or less, And a total volume of 3000 mm 3 or more and 300,000 mm 3 or less. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 롤링 피로 수명이 우수한 강은, JIS 규격에 있어서 규정되는 고탄소 크롬 베어링강 강재, 및 SAE 규격 또는 ASTM 규격 A295에 있어서 규정되는 52100, 및 DIN 규격에 있어서 규정되는 100 Cr6, 및 JIS 규격에 있어서 규정되는 기계 구조용 탄소강 강재, 및 JIS 규격에 있어서 규정되는 기계 구조용 합금강 강재 중 크롬 강 및 크롬 몰리브덴 강 및 니켈 크롬 몰리브덴 강으로부터 선택한 어느 1종의 강인, 롤링 피로 수명이 우수한 강. 3. The method according to claim 1 or 2,
The steel having excellent rolling fatigue life is a high carbon chrome bearing steel material specified in JIS standard, 52100 specified in SAE standard or ASTM specification A295, 100 Cr6 specified in DIN standard, and JIS standard Steel of one kind selected from the group consisting of chromium steel, chrome molybdenum steel and nickel chrome molybdenum steel, which is specified in the JIS standard for the carbon steel steels for mechanical structure specified and the steel steels for mechanical structural steels excellent in rolling fatigue life.
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