KR20150038087A - 롤링 피로 수명이 우수한 강철 부재 - Google Patents
롤링 피로 수명이 우수한 강철 부재 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150038087A KR20150038087A KR1020157003984A KR20157003984A KR20150038087A KR 20150038087 A KR20150038087 A KR 20150038087A KR 1020157003984 A KR1020157003984 A KR 1020157003984A KR 20157003984 A KR20157003984 A KR 20157003984A KR 20150038087 A KR20150038087 A KR 20150038087A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- inclusions
- steel
- interplanar
- less
- area
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Withdrawn
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 80
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 80
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 title claims abstract description 61
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- FXNGWBDIVIGISM-UHFFFAOYSA-N methylidynechromium Chemical group [Cr]#[C] FXNGWBDIVIGISM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 2
- VNTLIPZTSJSULJ-UHFFFAOYSA-N chromium molybdenum Chemical compound [Cr].[Mo] VNTLIPZTSJSULJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 abstract 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 abstract 2
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 30
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 8
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 4
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 4
- 229910000984 420 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- OGSYQYXYGXIQFH-UHFFFAOYSA-N chromium molybdenum nickel Chemical compound [Cr].[Ni].[Mo] OGSYQYXYGXIQFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000011158 quantitative evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING 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
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING 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
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/004—Dispersions; Precipitations
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)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
강철 중의 산소 함유량 및 황 함유량이 규제되고, 개재물과 주위 모상 사이의 밀착성에 대한 지표인 극간율이 일정 값 이하로 규제되는, 롤링 피로 수명이 우수한 기계 부품용 강철 부재가 제공된다. 이 강철 부재는, 우수한 롤링 피로 수명을 가지는, 58 HRC 이상의 표면 경도를 가진 기계 부품용 강철 부재로서, 상기 강철 부재는 강철 중 산소 함유량이 8ppm 이하, 황 함유량이 0.008 질량% 이하이고, 롤링 본체가 부하 하에서 회전하는 롤링 표면에서, 롤링 표면에 평행한 피검 면적 40mm2 이상 400mm2 이하인 시험편이 채취되고, 10㎛ 이상의 실효 유해 길이(4) 및 2㎛ 이상의 실효 유해 폭(6)을 가지는 모든 개재물(1)이 관찰되고, 극간율 = 극간(2)의 면적 / (극간(2)의 면적 + 개재물(1)의 면적)으로 정의되는, 극간율은 각 개재물(1)에 대해 산출되고, 관찰된 모든 개재물(1)의 극간율 평균은 8% 이하이고, 관찰된 모든 개재물(1)에 대해 1.0% 미만의 극간율을 가지는 개재물(1)의 비율인, 극간 제로 개수율이 30% 이상인, 강철 부재이다.
Description
본 출원은, 2012년 8월 10일에 출원된 일본 특허 출원 제2012-178518호 및 2013년 4월 4일에 출원된 일본 특허 출원 제2013-78577호에 기초한 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체의 개시 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명은, 베어링, 기어, 허브 유닛, 토로이달(toroidal) CVT 장치, 등속 조인트, 또는 크랭크 핀과 같은, 우수한 롤링 피로 수명이 요구되고, 58 HRC 이상의 표면 강도를 갖도록 경화되는, 기계 부품 또는 장치에 적용되는 강철 부재에 관한 것이다.
최근, 각종 기계 장치의 급격한 고성능화에 따라, 롤링 피로 수명이 요구되는 기계 부품 또는 장치의 사용 환경이 가혹화(severe) 되고 있다. 그러므로, 이러한 기계 부품 또는 장치의 작동 수명 및 신뢰성의 개선에 대한 요구가 높아지고 있다. 이와 같은 요구에 대하여, 강철 부재에 대한 조치로서, 강철 성분의 적절한 조정 또는 롤링 피로 수명에 유해한 불순물 성분의 저감이 행해지고, 작동 수명 및 신뢰성의 향상을 도모하고 있다.
기계 부품을 생산하는 강철에 있어서, 통상적인 강철로서, 우수한 롤링 피로 수명을 가지고, 산화물계(oxide-based) 비금속 개재물(inclusions)의 최대 입자 직경이 8㎛ 이하인 베어링강(baring steel)이 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
또한, 강철의 청정도 평가치인 극값의 통계에 따른 √ 면적 최대값(area max)이 30㎛ 이하이고, 준고온(quasi-high temperature) 환경 하에서 우수한 롤링 피로 특성을 가지는 기소강(case hardening steel)이 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
종래의 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2는 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 개재물의 크기에 직접적으로 집중하고 있다.
본 발명자들은, 조기 파손을 방지하기 위해 우수한 롤링 피로 수명을 요구하는 기계 부품의 L10 수명에 주목하였고, 강철 중의 비금속 개재물과 강철(모상(maxtirx)) 사이의 밀착성을 정량적으로 평가하였고, 광범위한 연구를 하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 각각 하기에서 정의되는 실효 유해 길이(effective detrimental length) 및 실효 유해 폭(effective detrimental width)을 감소하는 것이, L10 수명을 개선하고, 베어링 수명의 신뢰성의 개선에 기여하는데 유효하다는 것을 발견하였다. 그리고 이러한 목적을 위해, 본 발명자들은, 개재물 그 자체의 직경을 감소하는 것 외에, 개재물 주위의 극간을 제거함으로써, 개재물과 모상 사이의 밀착성의 개선이 유효하다는 것을 발견하였다. 상기한 L10 수명은, 로트(lots)가 동일한 시험편을 동일 조건에서 시험할 때, 시험편의 90%가 박리 없이 회전하는 사이클(cycle) 수이다.
실효 유해 길이 및 실효 유해 폭은 다음 두 식으로 정의된다:
실효 유해 길이 = 개재물 길이 + 개재물의 길이 방향에서 극간의 길이; 및
실효 유해 폭 = 개재물 폭 + 개재물의 폭 방향에서 극간의 폭.
비금속 개재물 중에서 산화물의 유해성은 오랫동안 알려져 있다. 이는 산화물계 개재물은, 모든 가공 온도 영역에서 모상 강철보다 경질(rigid)이므로, 강철 가공 중에 모상을 따르지 않으며, 변형되기 어렵고, 이로 인해, 가공 후 모상에 밀착하지 않는 부분이 존재할 수 있기 때문이다. 본 발명자들은, 롤링 피로 수명에 대한 산화물계 개재물의 악영향을 줄이기 위해, 적어도, 강철 중의 산소 함유량이 8ppm 이하로 제한될 필요하다는 것을 발견하였다. 한편, 황화물계(sulfide-based) 개재물은, 강철 가공 중에 모상을 쉽게 따르며, 변형되기 쉽고, 이로 인해 산화물계 개재물보다 더 낮은 수준의 유해성을 가지는 것으로 여겨진다. 하지만, 강철 중의 황 의 함유량이 높아지면, 큰 황화물계 개재물이 발생하기 쉬워짐으로써, 롤링 피로 수명에 유해하다. 그러므로, 롤링 피로 수명에 대한 황화물계 개재물의 악영향을 줄이기 위해, 적어도, 강철 중의 황 함유량을 0.008 질량% 이하로 제한할 필요가 있다.
강철이 우수한 롤링 피로 수명, 즉, 우수한 L10을 갖도록 하기 위해서, 상술한 바와 같이, 강철 중의 산소 함유량은 8ppm 이하로 제한되고, 강철 중의 황 함유량은 0.008 질량% 이하로 제한되고, 결과물인 강철의 가공은 하기의 평가 방법 및 평가 지표를 만족하도록 고안될 필요가 있다.
즉, 평가 방법은, 부하(load)를 받아 회전되는 롤링 본체(rolling body)의 롤링 표면에서, 롤링 표면(rolling surface)에 평행한 피검 면적 40 mm2 이상 400 mm2 이하인 시험편을 채취하고 관찰함으로써 수행된다. 본 발명이 이루어진 시점의 기술 수준에서, 개재물 주위의 밀착성을 평가하는 수단은 직접 관찰법에 의한 것이며, 관찰은 필수 조건이다. 이러한 관찰법으로 개재물을 평가하는 기술로는 ASTM 방법 등이 있다. 그런데, 개재물 주위의 밀착성의 정량적 평가는 지금까지 언급되지 않았고, 종래 기술에서 이러한 평가에 대해 착안되지 않았다.
이와 관련하여, 본 발명에 의해 해결되는 기술적 과제는, 강철 중의 산소 함유량 및 황 함유량을 규제하고, 적합한 가공으로부터 생산된 부재에서 롤링 표면 근방의 강철 재료를 일정 범위에서 관찰하고, 개재물과 주위의 모상 사이의 밀착성을 정량적으로 측정하고, 밀착성의 지표가 적정한 범위가 되도록 규제함으로써, 롤링 피로 수명이 우수한 기계 부품에 사용되는 강철 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 58 HRC 이상의 표면 경도를 가진 기계 부품에 사용되는, 우수한 롤링 피로 수명을 가진 강철 부재로서, 상기 강철 부재는 산소 함유량이 8ppm 이하이며, 황 함유량이 0.008 질량% 이하이고, 롤링 본체가 부하 하에서 회전하는 롤링 표면 근방(vicinity)에서, 피검 면적이 40 mm2 이상인 시험편이 채취되고 관찰되며, 상기 면적은 롤링 표면과 평행하게 측정될 때; 모든 개재물은 실효 유해 길이가 10㎛ 이상이고, 실효 유해 폭이 2㎛ 이상으로 관찰되고; 하기 식에서 정의되는 극간율(gap rate)은 각 개재물에 대해 산출되고; 관찰된 모든 개재물의 극간율의 평균은 8% 이하이고; 극간 제로 개수율(gap zero number rate)은, 관찰된 모든 개재물에 대해, 극간율이 <1.0% 인 개재물의 개수의 비율로 정의되고, 상기 극간 제로 개수율은 30% 이상인, 강철 부재가 제공된다:
극간율 = 극간 면적 / (극간 면적 + 개재물 면적)
상기 실효 유효 길이는 실제 개재물에 더하여 개재물 주위의 극간을 포함한 길이이고, 상기 실효 유효 폭은 실제 개재물에 더하여 개재물 주위의 극간을 포함한 폭이다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 58 HRC 이상의 표면 경도를 가진 기계 부품에 사용되는, 우수한 롤링 피로 수명을 가진 강철 부재로서, 상기 강철 부재는 산소 함유량이 8ppm 이하이며, 황 함유량이 0.008 질량% 이하이고, 롤링 본체가 부하 하에서 회전하는 롤링 표면에서, 피검 면적이 40 mm2 이상인 시험편이 채취되고 관찰되며, 상기 면적은 롤링 표면과 평행하게 측정될 때; 모든 개재물은 실효 유해 길이가 10㎛ 이상이고, 실효 유해 폭이 2㎛ 이상으로 관찰되고; 하기 식에서 정의되는 극간율은 각 개재물에 대해 산출되고; 관찰된 모든 개재물의 극간율의 평균은 8% 이하이고; 극간 제로 개수율은, 관찰된 모든 개재물의 개수에 대해, 관찰된 모든 개재물 중에서 1.0% 미만의 극간율을 가지는 개재물의 개수의 비율로 정의되고, 상기 극간 제로 개수율은 30% 이상인, 강철 부재가 제공된다:
극간율 = 극간 면적 / (극간 면적 + 개재물 면적)
상기 실효 유효 길이는 실제 개재물에 더하여 개재물 주위의 극간을 포함한 길이이고, 상기 실효 유효 폭은 실제 개재물에 더하여 개재물 주위의 극간을 포함한 폭이다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 58 HRC 이상의 표면 경도를 가진 기계 부품에 사용되는, 우수한 롤링 피로 수명을 가진 강철 부재로서,
상기 강철 부재는, 8ppm 이하의 산소 함유량 및 0.008 질량% 이하의 황 함유량을 가지며,
롤링 본체가 부하 하에서 회전하는 롤링 표면에서, 피검 면적이 40 mm2 이상인 시험편이 채취되고 관찰되며, 상기 면적은 롤링 표면과 평행하게 측정될 때; 모든 개재물은, 실제 개재물에 더하여 개재물 주위의 극간을 포함한 길이인 실효 유해 길이가 10㎛ 이상이고, 실제 개재물에 더하여 개재물 주위의 극간을 포함한 폭인 실효 유해 폭이 2㎛ 이상으로 관찰되고; 하기 식에서 정의되는 극간율:
극간율 = 극간 면적 / (극간 면적 + 개재물 면적)
은 각 개재물에 대해 산출되고,
관찰된 모든 개재물의 극간율의 평균은 8% 이하이고;
극간 제로 개수율(gap zero number rate)은, 관찰된 모든 개재물에 대해, 관찰된 모든 개재물 중에서 1.0% 미만의 극간율을 가지는 개재물의 비율로 정의되고, 상기 극간 제로 개수율은 30% 이상인, 강철 부재가 제공된다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 우수한 롤링 피로 수명을 가진 강철 부재를 제공하고, 전술한 강철 부재는: JIS 규격에서 규정된 고탄소 크롬 베어링강(bearing steel); SAE 규격 또는 ASTM 규격 A295에서 규정된 52100; DIN 규격에서 규정된 100 Cr6; JIS 규격에서 규정된 기계 구조용 탄소강(carbon steel); 또는 기계 구조용 합금강(alloy steel) 중에서, 크롬강(chromium steels), 크롬-몰리브덴강(chromium-molybdenum steels) 및 니켈-크롬-몰리브덴강(nickel-chromium molybdenum steels)에서 선택되는 어느 하나의 합금강을 사용하는, 강철 부재이다.
본 발명에서, 롤링 피로 수명에 대한, 산화물계 개재물의 악영향을 줄이기 위해 강철 중의 산소 함유량은 8ppm 이하로 허용되고, 황화물계 개재물의 악영향을 더 줄이기 위해 황 함유량은 0.008 질량% 이하로 허용되고, 롤링 본체가 부하 하에서 회전하는 롤링 표면에서, 40 mm2 이상 400 mm2 이하의 피검 면적을 갖는 시험편이 채취되고, 상기 면적은 롤링 표면과 평행하게 측정될 때; 모든 개재물은, 실효 유해 길이가 10㎛ 이상이고, 실효 유해 폭이 2㎛ 이상인 것으로 관찰되고; 하기 식에서 정의되는 극간율은 각 개재물에 대해 산출되고, 관찰된 모든 개재물의 극간율의 평균은 8% 이하로 허용되고, 극간 제로 개수율은 관찰된 모든 개재물 중에서, 관찰된 모든 개재물의 개수에 대해 1.0% 미만의 극간율을 가지는 개재물의 개수의 비율로 정의되고, 상기 극간 제로 개수율은 30% 이상이며, 그로 인해, 기계 부품에 사용되고, 우수한 롤링 피로 수명을 가진 강철 부재를 제공한다:
단, 극간율 = 극간 면적 / (극간 면적 + 개재물 면적)이 만족된다.
도 1은 실효 개재물의 길이 및 폭, 실효 유해 길이 및 실효 유해 폭을 나타내는 모식도이다.
본 발명의 실시예를 표 및 도면을 참조하여 다음에 설명한다.
표 1 및 표 2는, 실시예로서 각 공시재(sample material)의 성분 조성, 표면 경도, 관찰된 모든 개재물의 극간율의 평균 및 관찰된 모든 개재물 중에서 관찰된 모든 개재물의 개수에 대한 극간율이 1.0% 미만인 개재물의 개수의 비율인 극간 제로 개수율을 나타낸다. 또한, 표 1 및 표 2는, 공시재를 사용하여 추력 형(thrust type) 롤링 피로 수명 시험을 실시한 결과이고, 조건 No.4에 대한 상대 값으로서, 기준재(base material)를 기준으로 한 L10 수명을 나타낸다. 표 1 및 표 2에서, 고탄소 크롬 베어링 강인 JIS-SUJ2 강이 공시재 1 내지 16으로 사용되었고, JIS-SCr 420 강이 공시재 17로 사용되었고, JIS-SNCM 420 강이 공시재 18로 사용되었고, JIS-S53C 강이 공시재 19로 사용되었고, JIS-SCM 420 강이 공시재 20으로 사용되었고, SAE-52100이 공시재 21로 사용되었고, ASTM-52100이 공시재 22로 사용되었고, DIN-100 Cr6이 공시재 23으로 사용되었다.
*L10 수명은 조건 No.4의 공시재를 기준으로 한 상대값이다.
*L10 수명은 조건 No.4의 공시재를 기준으로 한 상대값이다.
상기 표 1 및 표 2에 기재된 공시재의 화학 성분을 포함하는 강철을, 아크 용해로(arc melting furnace)에서 용제한 후, 레이들(ladle) 정제하고, 이어서 진공 탈 가스장치(degasser)에서 탈 가스를 실시하였다. 그 다음, 탈 가스 처리 후에, 표 1 및 표 2에서 No.34, No.36, No.38, No.40, No.58, No.60, No.62 및 No.64인 진공-탈 가스 처리된(vacuum-degassed) 강을, 잉곳 주조용 금형을 사용하여 잉곳을 제조하는데 사용되었다. 한편, 표 1 및 표 2에서 다른 번호의 진공-탈 가스 처리된 강은, 상기의 잉곳 제조용 금형을 사용하여 제조하는 대신에, 연속 주조함으로써, 잉곳을 제조하는데 사용되었다.
상기에서 얻어진 잉곳을 1150℃로 가열하였고, 단신가공(forging)을 실시함으로써, 90mm의 직경을 가지는 강철 재료로 가공하였다. 이후, 90mm의 직경을 가지는 강철 재료 중 개재물과 모상 사이의 계면 상태를 변화시키기 위해, 하기 네 개의 공정 (1) 내지 (4) 중 하나의 공정을 실시하여, 65mm의 직경을 가지는 강철 재료를 제조하였다. 실시된 공정 (1) 내지 (4)는 표 1 및 표 2에 기재하고 있다.
첫 번째 공정의 가공은 열간 압출(hot extrusion)이며, 표 1 또는 표 2의 공정란에 기재된 (1)에 대응된다. 전술한 90mm의 직경을 가지고, 1150℃로 가열된 강철 재료를, 열간 압출용으로 준비된 금형에 넣고, 약 300톤의 하중을 가함으로써 열간 압출하고, 65mm의 직경을 가지는 강철 재료로 가공하였다.
두 번째 공정의 가공은 단신가공이며, 표 1 또는 표 2의 공정란에 기재된 (2) 에 대응된다. 전술한 90mm의 직경을 가지고, 1150℃로 가열된 강철 재료를, 소형 망치 프레스(small hammer press)를 사용하여 순차적으로 단신가공함으로써, 65mm의 직경을 가지는 강철 재료로 가공하였다.
세 번째 공정의 가공은 일반적인 통상의 압연가공(rolling)이며, 표 1 또는 표 2의 공정란에 기재된 (3)에 대응된다. 전술한 90mm의 직경을 가지고, 1150℃로 가열된 강철 재료를 일반적인 압연가공을 실시하고, 강철 재료가 첫 번째 단계에서 80mm의 직경, 두 번째 단계에서 72.3mm의 직경, 세 번째 단계에서 65mm의 직경을 가지는 단계 일정에 따라, 65mm의 직경을 가지는 강철 재료로 가공하였다. 단계 당 면적의 감소율(가공 전후의 단면 면적의 감소율)은 통상적으로 압연가공에서 사용되는 약 20 %가 되도록 설정하였다.
네 번째 공정의 가공은 낮은 압력 하에서의 압연가공이며, 표 1 또는 표 2의 공정란에 기재된 (4)와 대응된다. 전술한 90mm의 직경을 가지고, 1150℃로 가열된 강철 재료를 압연 가공을 실시하고, 강철 재료가 첫 번째 단계에서 85mm의 직경, 두 번째 단계에서 81mm의 직경, 세 번째 단계에서 77mm의 직경, 네 번째 단계에서 73.3mm의 직경, 다섯 번째 단계에서 69mm의 직경, 여섯 번째 단계에서 65mm의 직경을 가지는 단계 일정에 따라, 65mm의 직경을 가지는 강철 재료로 가공하였다. 단계 당 면적의 감소율은 10 %가 되도록 설정하였다.
또한, 상기의 가공 공정은 강철 재료 중의 개재물과 모상 사이의 계면 상태를 변화시키는 것을 목적으로 한다. 개재물과 모상 사이의 계면의 밀착성 향상 효과가 가장 큰 순서대로 가공 공정을 나열하면, 압출, 단신가공, 일반적인 통상의 압연가공 및 낮은 압력 하에서의 압연가공이다.
이러한 각종 강철 재료 대해, 추력 시험에서, 롤링 본체가 부하 하에서 회전하는 롤링 표면을 40mm2 의 범위에서 관찰하였다. 도 1에서 보여지는 바와 같이, 이 범위에서, 10㎛ 이상의 실효 유해 길이(4) 및 2㎛ 이상의 실효 유해 폭(6)을 가지는 모든 개재물(1)을 관찰하였고, 하기 식에서 정의되는 극간율은 각 개재물(1)에 대해 산출되었다. 표 1 및 표 2에서 각 공시재에 대해서, 이러한 극간율을 사용하여, 개재물(1)과 모상 사이의 밀착성의 평가 지표로서, 관찰된 모든 개재물의 극간율의 평균, 및 관찰된 모든 개재물에 대해 1.0% 미만의 극간율을 가지는 개재물(1)의 배율인 극간 제로 개수율을 측정하였고, 그 결과를 표 1 및 표 2에 기재하고 있다.
극간율은 하기 식에 의해 산출되는 백분율로 정의된다:
극간율 = (극간(2)의 면적)/(극간(2)의 면적 + 개재물(1)의 면적).
추력
형 롤링 피로 시험
No.1 내지 No.64의 강철 재료 및 No.73 내지 No.78의 강철 재료를 800 ℃에서 구상화 소둔(spheroidizing annealing)을 실시하였고, 이 강철 재료에서 60mm의 외경, 20mm의 내경 및 5.8mm의 두께를 가진 원반형(disk-shaped) 시험편을 제작 하였다. 이 시험편을 835 ℃에서 20분 동안 유지한 후, 유냉(oil cooling)에 의해 담금질(quenching) 한 다음, 170 ℃에서 90분 동안 템퍼(tempering) 처리를 실시하여 58 HRC 이상의 원하는 경도를 얻었다. 이후, 시험편을 표면 연마를 실시하고, 추력 형 롤링 피로 시험편으로서 추력 형 롤링 피로 시험을 실시하였다.
No.65 내지 No.68, No.71 및 No.72의 강철 재료를 925 ℃에서 노멀라이징(normalizing)하고, 이 강철 재료에서 60mm의 외경, 20mm의 내경 및 8.3mm의 두께를 가진 원반형 시험편을 제작하였다. 이 시험편을 930 ℃에서 침탄(carburization) 처리한 후, 유냉에 의해 담금질 한 다음, 180 ℃에서 90분 동안 템퍼 처리를 실시하여, 58 HRC 이상의 원하는 경도를 얻었다. 이 시험편을 표면 연마를 실시하고, 추력 형 롤링 피로 시험편으로서 추력 형 롤링 피로 시험을 실시하였다.
No.69 및 No.70의 강철 재료를 870 ℃에서 노멀라이징하고, 이 강철 재료에서 60mm의 외경, 20mm의 내경 및 8.3mm의 두께를 가진 원반형 시험편을 제작하였다. 이 시험편을 고주파 열처리(induction?ardened) 한 다음, 180 ℃에서 90분 동안 템퍼 처리를 실시하여, 58 HRC 이상의 원하는 경도를 얻었다. 이 시험편을 표면 연마를 실시하고, 추력 형 롤링 피로 시험편으로서 추력 형 롤링 피로 시험을 실시하였다.
상기 추력 형 롤링 피로 시험은 5.3GPa의 최대 헤르츠 응력, Pmax로 수행하였다.
표 1 및 표 2에 나타낸 각 공시 재에서, No.4를 L10 수명의 기준으로 할 때, 본 발명에 따른 구성을 만족하는 공시재의 L10 수명은, 기준인 No.4의 L10 수명보다 2.0 배 이상이다. 따라서, 본 발명에 따른 구성의 강철 부재는 롤링 피로 수명인 L10 수명이 우수하다.
하지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
1: 개재물
2: 극간
3: 개재물 길이
4: 실효 유해 길이
5: 개재물 폭
6: 실효 유해 폭
2: 극간
3: 개재물 길이
4: 실효 유해 길이
5: 개재물 폭
6: 실효 유해 폭
Claims (2)
- 58 HRC 이상의 표면 경도를 가진 기계 부품에 사용되는, 우수한 롤링 피로 수명을 가진 강철 부재로서,
상기 강철 부재는, 8ppm 이하의 산소 함유량 및 0.008 질량% 이하의 황 함유량을 가지며,
롤링 본체(rolling body)가 부하(load) 하에서 회전하는 롤링 표면(rolling surface)에서, 상기 롤링 표면에 평행하게 40 mm2 이상 400 mm2 이하의 피검 면적을 갖는 시험편이 채취되고, 상기 면적은 롤링 표면과 평행하게 측정될 때; 모든 개재물은, 실제 개재물에 더하여 개재물 주위의 극간을 포함한 길이인 실효 유해 길이가 10㎛ 이상이고, 실제 개재물에 더하여 개재물 주의의 극간을 포함한 폭인 실효 유해 폭이 2㎛ 이상인 것으로 관찰되고; 하기 식에 따라 정의되는 극간율(gap rate):
극간율 = 극간 면적 / (극간 면적 + 개재물 면적)
은 각 개재물에 대해 산출되고,
관찰된 모든 개재물의 극간율의 평균은 8% 이하이고;
극간 제로 개수율(gap zero number rate)은, 관찰된 모든 개재물에 대해, 관찰된 모든 개재물 중에서 1.0% 미만의 극간율을 가지는 개재물의 비율로 정의되고, 상기 극간 제로 개수율은 30% 이상인,
강철 부재. - 제 1 항에 있어서,
상기 강철 부재는, JIS 규격에서 규정된 고탄소 크롬 베어링강(bearing steel);
SAE 규격 또는 ASTM 규격 A295에서 규정된 52100;
DIN 규격에서 규정된 100 Cr6;
JIS 규격에서 규정된 기계 구조용 탄소강(carbon steel); 또는
기계 구조용 합금강(alloy steel) 중에서, 크롬강(chromium steels), 크롬-몰리브덴강(chromium-molybdenum steels) 및 니켈-크롬-몰리브덴강(nickel-chromium?olybdenum steels)에서 선택되는 어느 하나의 합금강을 사용하는, 강철 부재.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012178515 | 2012-08-10 | ||
| JPJP-P-2012-178515 | 2012-08-10 | ||
| JP2013078577A JP6376725B2 (ja) | 2012-08-10 | 2013-04-04 | 転がり疲労寿命に優れた鋼部材 |
| JPJP-P-2013-078577 | 2013-04-04 | ||
| PCT/JP2013/071607 WO2014025008A1 (ja) | 2012-08-10 | 2013-08-09 | 転がり疲労寿命に優れた鋼部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150038087A true KR20150038087A (ko) | 2015-04-08 |
Family
ID=50068225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020157003984A Withdrawn KR20150038087A (ko) | 2012-08-10 | 2013-08-09 | 롤링 피로 수명이 우수한 강철 부재 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6376725B2 (ko) |
| KR (1) | KR20150038087A (ko) |
| CN (1) | CN104520462B (ko) |
| WO (1) | WO2014025008A1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10837488B2 (en) | 2018-07-24 | 2020-11-17 | Roller Bearing Company Of America, Inc. | Roller bearing assembly for use in a fracking pump crank shaft |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7292992B2 (ja) * | 2019-06-18 | 2023-06-19 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 転がり疲れ試験片、転がり疲れ試験片製造方法、及び、転がり疲れ試験方法 |
| CN110807281B (zh) * | 2019-10-30 | 2024-01-26 | 重庆大学 | 一种考虑材料夹杂物和残余应力的齿轮psn曲线绘制方法 |
| JP2022103820A (ja) * | 2020-12-28 | 2022-07-08 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 水素環境下における転動疲労寿命に優れた軸受用鋼、この軸受用鋼で形成された軸受および軸受部品 |
| JP2022103818A (ja) * | 2020-12-28 | 2022-07-08 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 水素環境下における転動疲労寿命に優れた軸受用鋼、この軸受用鋼で形成された軸受、軸受部品及び部品 |
| JP2022103817A (ja) * | 2020-12-28 | 2022-07-08 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 水素環境下における転動疲労寿命に優れた軸受用鋼、この軸受用鋼で形成された軸受、軸受部品及び部品 |
| CN113376195A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-09-10 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种弹簧钢盘条中夹杂物检测及评价方法 |
| CN120202074A (zh) | 2022-12-26 | 2025-06-24 | 山阳特殊制钢株式会社 | 钢材的加工方法及滚动部件的制造方法 |
| WO2025142584A1 (ja) * | 2023-12-27 | 2025-07-03 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 鋼材の加工方法及び転動部品の製造方法 |
| WO2025142586A1 (ja) * | 2023-12-27 | 2025-07-03 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 圧縮加工品の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102105604B (zh) * | 2008-05-27 | 2013-11-13 | 山阳特殊制钢株式会社 | 用于制造具有优异的滚动接触疲劳寿命的机械部件的方法 |
| JP5669128B2 (ja) * | 2009-08-26 | 2015-02-12 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 転動疲労寿命に優れた機械部品の製造方法 |
-
2013
- 2013-04-04 JP JP2013078577A patent/JP6376725B2/ja active Active
- 2013-08-09 KR KR1020157003984A patent/KR20150038087A/ko not_active Withdrawn
- 2013-08-09 WO PCT/JP2013/071607 patent/WO2014025008A1/ja active Application Filing
- 2013-08-09 CN CN201380041983.7A patent/CN104520462B/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10837488B2 (en) | 2018-07-24 | 2020-11-17 | Roller Bearing Company Of America, Inc. | Roller bearing assembly for use in a fracking pump crank shaft |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104520462B (zh) | 2016-10-26 |
| WO2014025008A1 (ja) | 2014-02-13 |
| CN104520462A (zh) | 2015-04-15 |
| JP6376725B2 (ja) | 2018-08-22 |
| JP2014055346A (ja) | 2014-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20150038087A (ko) | 롤링 피로 수명이 우수한 강철 부재 | |
| RU2532770C1 (ru) | Поверхностно-упрочняемая сталь, способ ее получения и машинная конструкционная деталь с использованием поверхностно- упрочняемой стали | |
| JP2006063402A5 (ko) | ||
| EP2843071A1 (en) | Steel for vehicle wheel | |
| WO2013084800A1 (ja) | 転がり軸受およびその製造方法 | |
| JP2013011010A (ja) | 転がり軸受およびその製造方法 | |
| JP5825157B2 (ja) | 高周波焼入れ用鋼材 | |
| JP2006063402A (ja) | 転がり疲労寿命に優れた機械用部品に使用される鋼 | |
| CN102639735A (zh) | 轴承用模铸材以及轴承用钢的制造方法 | |
| JP5260032B2 (ja) | 冷間加工性に優れた高周波焼入用鋼、該鋼からなる転動部材および転動部材を用いた直線運動装置 | |
| US9394593B2 (en) | Bearing steel material with excellent rolling contact fatigue properties and a bearing part | |
| JP5224424B1 (ja) | 転がり疲労寿命に優れた鋼 | |
| JP5403945B2 (ja) | 転動疲労寿命に優れた機械部品の製造方法 | |
| WO2009145168A1 (ja) | 転動疲労寿命に優れた機械部品の製造方法 | |
| US10060013B2 (en) | Steel having superior rolling fatigue life | |
| KR101990941B1 (ko) | 롤링 피로 수명이 우수한 강 | |
| JP5473249B2 (ja) | 転動疲労寿命に優れた機械部品の製造方法 | |
| JP5403946B2 (ja) | 転動疲労寿命に優れた機械部品の製造方法 | |
| JP2008240019A (ja) | 転がり疲労寿命に優れた鋼 | |
| JP2009052111A (ja) | 転がり疲労寿命に優れた鋼 | |
| JP4113849B2 (ja) | 浸炭処理部品の製造方法 | |
| JP6618345B2 (ja) | 転動疲労寿命に優れた機械部品用鋼の製造方法 | |
| JP6625420B2 (ja) | 転動疲労寿命に優れた機械部品用鋼の製造方法 | |
| KR20240013186A (ko) | 강재, 및, 그 강재를 소재로 하는 크랭크 샤프트 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0105 | International application |
Patent event date: 20150213 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |