KR20220052354A - 볼스크류 베어링용 강 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 볼스크류 베어링용 강과 관련되며, 합금 성분은 질량 백분비로 하면, C: 0.45~0.60%, Si: 0.15~0.40%, Mn: 0.50~0.80%, Cr: 0.15~0.40%, B: 0.002~0.006%, V: 0.02~0.07%, S≤0.015%, P≤0.025%, Mo≤0.10%, Al≤0.08%, Ca≤0.0010%, O≤0.0010%, As≤0.04%, Sn≤0.03%, Sb≤0.005%, Pb≤0.002%, 나머지는 Fe 및 불가핀한 불순물이며; 봉재 제품의 제조공정은, 쇳물 제련, 연속 주조, 빌릿 커팅, 열 압연, 조질, 응력 제거 어닐링 등이 포함된다. 최종 성능은, 봉재 표면 경도는 220-260HBW, 봉재 금속 조직은 균일한 소르바이트 조직이며, 봉재의 오스테나이트 결정립도는 ≥7 급; 봉재의 항복강도는 600-800MPa, 인장강도는 800-900MPa, 연신율은 ≥15%이다.
Description
본 발명은 철기 합금 중에서 베어링 강의 제조와 관련된다.
볼스크류부(pair)은 전동기계에서 스크류와 너트 사이에서의 볼 압연을 통해 동력전달과 운동 변환 기능을 동시에 실현하는 상용 동력전달장치 중 하나이다. 이는 동시에 고정밀, 고효율 및 가역성 등 특징을 겸비해, 각종 NC 공작기계, 자동화장치, 그리고 가공 센터 구동 과정에서의 핵심 실행 부품으로 되어, 자동차, 기계, 핵공업, 항공, 우주 등 분야에서 널리 활용되고 있다. 볼스크류부는 보통 스크류 베어링, 볼, 너트와 볼 순환 리턴 장치(ball circulating return device) 등 네 부분으로 구성된다.
볼스크류 베어링은 볼스크류부의 핵심부품으로서, 볼스크류 베어링의 표면경도와 내마모성은 볼스크류부의 정밀도 유지에 영향을 미치는 중요한 요소이다.
볼스크류 베어링의 사용조건에 따라 볼스크류 베어링의 원재료인 강재에 대해서도 높은 요구가 필요하며, 볼스크류 베어링용 강은 반드시 다음과 같은 성능, 즉 높은 탄성강도, 항복강도, 인성, 그리고 충분한 내마모성을 구비해야 한다. 또한, 강 중의 비금속 개재물이 금속의 연속성과 균일성을 파괴할 수 있다. 볼스크류 베어링의 사용조건에 따라, 교번 응력(alternating stress)의 작용하에서 개재물은 응력 집중을 일으키기 쉽고 피로 균열원이 되어 균열이 쉽게 형성되어 가이드 레일의 사용수명을 단축시킨다. 따라서, 최종 제품의 사용수명을 높이기 위해서는 볼스크류 베어링용 강재의 청정도를 높여, 강 중의 비금속 개재물을 최대한 감소시켜야 한다.
볼스크류 베어링의 상용 재료로는 고탄소 크롬 베어링강, 중탄소강 및 침탄강 등이 있다. GCr15, GCr15SiMn과 같은 고탄소 크롬 베어링강은 볼스크류 베어링 생산에 이용될 때, 전체적으로 사전 처리한 후 작업 부위에 담금질 처리하면 기본적으로 작업 부위의 필요한 고강도, 고경도 및 내마모성의 요건을 충족시킬 수 있다. 그러나 이러한 베어링 강은 볼스크류 베어링이 전통 베어링과 아주 상이하기 때문에 접촉 강도의 성능 요구를 겨우 충족시킬 수 있는 정도이다. 예를 들어, HRC60의 경화층 깊이, 경도 및 전체 이동 범위에서의 균일도는 제어하기 어렵다. 담금질 후 굽힘 변형은 보정하기 어렵고 축방향 신축 변형은 제어하기 어려운 등의 결함으로 인해, 최종 볼스크류 베어링 제품의 품질에 영향을 미치며, 심지어 대량 폐기로 이어지기도 하여, 고정밀 기계 제조업의 발전을 제약하는 장애물로 된다. 침탄 베어링강(Carburized bearing steel)은 주로 표면의 고접촉피로강도와 중심부의 고인성을 동시에 갖춰야 하는 조건에 사용된다. 이러한 종류의 강은 침탄 담금질 후 표면경도가 60HRC 이상 될 수 있으며, 일정한 내모마성과 강도를 구비하여, 그 사용성능은 고탄소 크롬 베어링강과 별반 차이가 없다. 그러나, 침탄 처리가 필요하기 때문에 생산공정이 복잡하고 생산비용이 많이 들어 보급에 불리하다. 한편, 중탄소강은 표면 감응 가열 담금질 후, 즉 주로 전자기 감응 원리를 이용하여 와류 형식으로 볼스크류 베어링 표면을 담금질 온도까지 과속 가열한 후 급격히 냉각시켜 일정한 두께의 표면 담금질 경화층을 형성하지만 중심부는 여전히 원래의 조직형태를 유지한다. 따라서, 볼스크류 베어링 표층은 높은 경도와 내마모성을 가지며 중심부는 높은 인성을 갖춘 종합 역학 성능 요건을 만족시킬 수 있다.
현재 국내외에서 사용하는 중탄소 볼스크류 베어링용 강은 주로 50CrMo인데, 합금 원소 함량이 높아서 초고강도 합금 구조강에 속하며, 조질 후 강도와 인성이 높다. 그러나, 합금 함량이 높고, 원가가 높으며, 이외에, 합금 함량이 높아서 강재의 경화성능이 높아, 조질 후 베이나이트 조직도 생기기 쉽고, 후속 열처리 할 때도 변형되기 쉽다.
본 발명은 중탄소강을 기반으로 일종의 볼스크류 베어링용 강을 제공하며, 이를 가공하여 얻은 볼스크류 베어링 표면은 고경도(즉 내마모성을 구비함), 고강도를 가짐과 동시에, 중심부는 양호한 인성을 가져, 볼스크류 베어링의 사용요구를 만족시킬 수 있다.
상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명이 채택한 기술적 방안은: 볼스크류 베어링용 강에 있어, 합금 성분은 질량 백분비로, C: 0.45~0.60%, Si: 0.15~0.40%, Mn: 0.50~0.80%, Cr: 0.15~0.40%, B: 0.002~0.006%, V: 0.02~0.07%, S≤0.015%, P≤0.025%, Mo≤0.10%, Al≤0.08%, Ca≤0.0010%, O≤0.0010%, As≤0.04%, Sn≤0.03%, Sb≤0.005%, Pb≤0.002%이며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물이다.
본 발명의 볼스크류 베어링용 강은 중탄소강을 기반으로 하며, 합금 원소는 Mn, Cr, B, V를 포함한다. 합금 추가량을 제어하여, 원가를 현저히 낮추며, 성분 중 각 원소의 설계 근거는 아래와 같다.
1) C함량의 확정
C는 강에서 가장 경제적이고 가장 기본적인 강화 원소이다. 고용 강화와 석출 강화를 통해 강의 강도를 현저히 높일 수 있지만, C가 지나치게 높으면 강의 인성 및 연성에 악영향을 줄 수 있다. 본 발명에서 C함량의 범위는 0.45~0.60%이며, 본 발명의 강재는 중탄소강 범주에 속한다.
2) Si함량의 확정
Si는 강에서 탈산소 원소이며 고용 강화 형태로 강의 경도와 강도를 높인다. 한편, Si는 마찰 발열시의 산화작용을 줄이고 강의 냉간 변형 경화율을 높여 소재의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 그러나, Si함량이 비교적 높으면, 강재의 인성이 감소하고, Si로 인해 강의 과열 민감성, 균열 및 탈탄소 경향이 증가한다. 본 발명은 Si 함량을 0.15~0.40%로 제어한다.
3) Mn함량의 확정
Mn은 제강 과정의 탈산소 원소로서, 강의 강화에 유효한 원소이고 고용 강화 작용을 한다. 그리고, Mn은 강의 경화성능을 높이고, 강의 열가공성능을 개선할 수 있다. Mn는 S(유황)의 영향을 해소할 수 있다. 즉, Mn은 강 제련에서 S와 고융점의 MnS를 형성하여 S의 불량한 영향을 감소시키거나 해소한다. 그러나, Mn의 함량이 높으면, 강의 인성이 감소한다. 본 발명은 Mn의 함량을 0.50~0.80%로 제어한다.
4) Cr함량의 확정
Cr는 탄화물 형성 원소로서, 강의 경화성능, 내마모성과 내부식성을 높일 수 있다. 그러나, Cr함량이 너무 많으면, 강 중의 탄소와 결합하여 큰 덩어리의 탄화물이 쉽게 형성된다. 이런 난용성 탄화물은 강의 인성을 저하시키고 베어링 수명을 감소시킨다. 본 발명에서 Cr의 함량 범위는 0.15~0.40%이다.
5) B함량의 확정
B는 강의 경화성능을 높일 수 있고, 또한 강의 고온 강도를 높일 수 있다. 그리고, 강 중에서 결정립계 강화 작용을 할 수 있다. 본 발명에서 B의 함량 범위는 0.002-0.006%이다.
6) V함량의 확정
바나듐은 강의 우수한 탈산소제이다. 바나듐은 또한 결정립을 미세화 할 수 있고, 강재의 강도와 인성을 높일 수 있다. 본 발명에서 V의 함량 범위는 0.02-0.07%이다.
7) Mo함량의 확정
Mo는 강의 결정립을 미세화 할 수 있고 경화성능과 열강도를 높일 수 있으며, 고온일 때 충분한 강도와 내크리프성을 유지할 수 있다. 강에 Mo를 추가하면 기계 성능을 높일 수 있고, 또한 합금강이 템퍼링으로 인한 취성을 제어할 수 있다. 하지만 Mo는 페라이트 형성 원소이므로, Mo 함량이 비교적 많으면 페라이트 δ상 또는 기타 취성 상이 쉽게 생겨 인성이 낮아진다. 본 발명에서 Mo의 함량 범위를 ≤0.10%로 한다.
8) Al함량의 확정
Al는 강에 탈산소 원소로서 추가하며, 쇳물 중의 용존 산소를 감소시키고, Al와 N은 분산된 미세한 질화알루미늄 개재물을 형성하여 결정립을 미세화 할 수 있다. 그러나 Al함량이 너무 많을 경우 쇳물 정련 과정에서 큰 과립의 Al2O3 등 취성 개재물이 형성되기 쉬워, 쇳물의 청정도를 감소시키고, 완제품의 사용 수명에 영향을 준다. 본 발명에서 Al함량의 범위는 ≤0.08%이다.
9) Ca함량의 확정
Ca함량은 강에서 점상 산화물의 수량과 사이즈를 증가시키는 동시에, 점상 산화물의 경도가 높고 소성이 나쁘기 때문에, 강이 변형할 때 변형하지 않아, 인터페이스에 공극(void)이 형성하기 쉬워 강의 성능이 나빠질 수 있다. 본 발명에서 Ca의 함량의 범위를 ≤0.001%로 한다.
10) O함량의 확정
산소의 함량은 산화물 개재물의 총량이 얼마인지 대표할 수 있으며, 산화물의 취성 개재물은 완성품의 사용 수명에 영향을 준다. 대량의 실험은, 산소 함량을 감소하면 강재의 청정도를 제고할 뿐만 아니라, 특히 강 중의 산화물의 취성 개재물의 함량을 현저히 낮추는데 매우 유리하다는 것을 보여주었다. 본 발명에서 산소의 함량의 범위를 ≤0.0010%로 한다.
11) P, S함량의 확정
P는 강에서 응고할 때의 편석을 심하게 일으키고, P는 페라이트에 용해되어 결정립을 일그러뜨리고 조대화하며 냉간 취성을 증가시킨다. 본 발명에서 P의 함량의 범위를 ≤0.025%로 한다. S는 강으로 하여금 열간 취성을 갖게 하고, 강의 연성과 인성을 감소시킨다. 그러나, S는 강재의 절삭 성능을 높일 수 있다. 본 발명에서 S함량의 범위를 ≤0.015%로 한다.
12) As, Sn, Sb, Pb함량의 확정
As, Sn, Sb, Pb등 미량 원소는 모두 저융점 유색 금속에 속한다. 강재에 포함될 경우 부품 표면에 소프트 스팟이 나타나고 경도가 불균일하여, 이들을 강 중의 유해 원소로 취급한다. 본 발명에서 이 원소들의 함량 범위를 As≤0.04%, Sn≤0.03%, Sb≤0.005%, Pb≤0.002%로 한다.
또한, 본 발명은 볼스크류 베어링용 강을 제조하는 방법을 제공하며, 아래와 같은 단계들이 포함된다.
(1) 쇳물 제련: 양질의 쇳물, 폐강을 이용하여 쇳물 중의 유해 원소 함량을 감소시킨다;
(2) 빌릿: 쇳물을 주조해서 빌릿으로 만든다;
(3) 빌릿 커팅: 빌릿을 사각형의 중간 빌릿으로 만든다. 빌릿을 가열하면서 가열로까지 이송하여 가열하도록 하며, 빌릿이 가열로에 들어갈 때 온도는 600℃ 보다 높아야 한다. 가열 온도는 1200℃-1240℃이며, 총 가열 시간은 3 시간보다 적지 않다. 초기 압연 온도는 1050-1150℃이며, 마지막 압연 온도는 900℃ 보다 낮지 않다. 압연 압축비는 ≥2이며, 압연 완성 후 천천히 냉각시킨다;
(4) 압연: 중간 빌릿을 가열로에 넣어 가열하여 오스테나이트화 한다. 압연의 초기 압연 온도를 1000℃-1100℃로 제어하고, 마지막 압연 온도는 950℃보다 낮지 않게 하며. 봉재로 압연하고, 압연 압축비는 ≥6이다. 압연 규격 직경 φ≤70mm인 봉재에 대해, 쌓아서 냉각하며, 압연 규격 직경 φ＞70mm인 봉재에 대해, 갱에 넣어 24시간 이상 서냉하여, 강 중의 탄화물 혹은 질화물의 질점을 작고, 균일하고, 충분히 석출하도록 하여, 결정립을 미세화 하고 강재에 혼정(混晶)이 나타나는 상황을 방지한다;
(5) 마무리(finishing): 변형 보정한다;
(6) 조질 처리: 담금질+템퍼링, 여기서 담금질 가열 온도는 850-950℃이며, 노에 있는 시간은 100-300min이고, 담금질 고리를 사용해서 물 담금질을 하고, 수온을 20-30℃로 제어한다. 템퍼링 가열 온도는 550-650℃이며, 노에 있는 시간은 200-300min이며, 노에서 꺼낸 후 실내 온도까지 공냉한다;
(7) 어닐링: 조질 후의 내부 응력을 해소하기 위하여 응력 제거 어닐링을 진행한다. 어닐링 온도는 400-500℃이며, 보온시간은 ≥3h이며, 노와 같이 실내 온도까지 냉각하고 노에서 꺼낸다;
(8) 스케일 제거+표면 탐상.
단계 (1)의 쇳물 제련 공정: 전기로 혹은 전로로 초기 제련(primary smelting)―LF 노 외 정련―VD 혹은 RH 진공탈가스, 여기서,
초기 제련의 종점에서 C함량을 0.10-0.25%로 제어하고, 상기 종점에서 P는 ≤0.020%로 제어한다. 쇳물 중 C와 O의 관계를 이용해서 C함량에 대해 제어함으로써 간접적으로 O함량을 100ppm 이하로 제어한다.
LF 정련 과정 중 지속적으로 탈산소를 강화해야 한다. 슬래그 면에 여러 배치(3-4배치)로 나눠 SiC 파우더를 추가해 탈산소를 확산시킨다. 동시에 Al 와이어를 추가하여 침전 및 탈산소를 실현하여 되도록 빨리 하얀 슬래그를 형성하고, 하얀 슬래그는 25min이상 유지한다. 동시에, LF 과정에서 화학성분을 조정해서 설계 범위에 진입한다. LF 정련 끝나기 전에 B 철을 추가하고, 3min 이상 아르곤을 소프트 블로우한다.
VD/RH 진공탈가스시, 고진공도는 133Pa 이하 및 시간은 10min 이상이며, 탈진공 후 아르곤을 불로우하며, 20min 이상 소프트 블로우한다.
바람직하게, 단계 (2)에서 쇳물을 사각 빌릿으로 주조한다. 연속 주조 과정은 전자기 교반과 경압하 기술을 채택하고, 또한 저과열도 주입을 체택한다. 턴디시(tundish) 과열도는 15-35℃이고, 연속 주조 속도는 0.45-0.75m/min이며, 연속 주조의 2차 냉각수량은 0.10-0.30L/kg이다.
바람직하게, 단계 (3)에서 사각 빌릿을 중간 빌릿으로 압연 후 갱에 넣어 서냉한다. 입갱 온도는 500℃보다 낮지 않으며, 서냉 시간은 48시간 이상이다.
바람직하게, 단계 (4)에서 중간 빌릿은 노에서 가열한다: 예열단 온도를 600-900℃로 제어하고, 가열단 온도를 1000-1150℃로 제어하고, 균열단 온도를 1100-1200℃로 제어한다. 빌릿이 충분하고 균일하게 가열되도록 하기 위해 총가열시간은 2시간 이상이다.
상술한 제조방법은 아래와 같은 특징을 갖는다:
1. 정련 과정의 탈탄소를 강화하며, 쇳물의 양호한 동역학 조건을 이용하여, 집중화된 사전 탈산소 및 진공탈가스 처리를 진행하여 비금속 개재물이 충분히 부상하고 비교적 적은 기체 함량을 제어하도록 한다. 진공탈가스후 긴 시간 아르곤 소프트 블로우를 진행해서 개재물이 충분이 부상하도록 하는 동시에, 연속 주조 전체 공정에서 산화방지보호로 강 중의 개재물 수량을 감소한다. 그리고, 양질의 내화재를 선택하여 외래 개재물의 쇳물에 대한 오염의 제어 기술을 감소하고 생산과정에 관한 제어를 강화하고 쇳물의 청정도를 높인다.
2. 연속 주조 과정은 전자기 교반과 경압하 기술을 채택하고, 또한 저과열도 주입을 채택해서, 연속 주조 빌릿의 성분 편석을 효과적으로 개선하고 감소시킨다. 특히, 응고 말단에 전자기 교반 및 경압하 등 선전 설비를 추가한 후, 빌릿의 응고 조직의 치밀도가 제고되었고, 빌릿 중심의 다공성과 수축공이 유효하게 제어될 수 있고, 그러나 2차 덴드라이트 암 간격은 분명하게 개선되었고, 중심 등축정 비율도 뚜렷하게 제고되었고, 결정립은 미세화되어, 빌릿의 질량도 현저히 개선되고 성분 편석을 감소시킨다.
3. 연속 주조 빌릿 및 중간 빌릿은 각각 고온 가열을 채택하여 빌릿이 균일하게 가열되고 강재 편석을 개선한다.
4. 압연재에 대해 조질 처리 후 다시 응력 제거 어닐링을 진행하여 강재 조질 후의 내부 응력을 제거해서 강재의 균열 발생을 방지한다. 열처리한 봉재 제품을 후속 스케일 제거+표면 탐상 처리를 거쳐 강재 표면 질량을 확보한다.
종래 기술과 비교해 본 발명의 장점은 아래와 같다:
1) 본 발명의 강재는 합리적인 화학 성분 설계를 통하여, 특히 V, B 등을 추가해서 표면이 충분한 경도를 가지고 내마모성도 좋을 뿐만 아니라, 또한 중심부가 일정한 인성을 가지도록 하여, 제품의 사용 수명을 현저히 제고할 수 있다. 2) 본 발명의 강재는 균일도가 잘 제어되어서 열처리 후 제품의 열처리 변형이 작고, 사이즈 정밀도가 높아서, 볼스크류 베어링의 사용 요구를 만족시킬 수 있다. 3) 본 발명은 수침 고주파 탐상으로 내부 질량을 검사해서 볼스크류 베어링의 사용 피로 수명의 신뢰성을 보장할 수 있다.
본 발명의 봉재 조직은 균일하고, 소르바이트 조직이며, 따라서 후속 열처리에서도 조직 불균일 또는 다상 조직으로 인한 변형이 쉽게 발생하지 않고 사이즈 정밀도가 높다. 다른 금속 조직의 중탄소 베어링용 강에 비해, 본 발명의 열처리 후 제품의 열처리 변형이 작고, 사이즈 정밀도가 높다.
본 발명의 베어링용 강의 성능은, 봉재 표면 경도는 220-260HBW를 만족하고, 봉재 금속 조직은 소르바이트 조직이며, 봉재의 오스테나이트 결정립도는 ≥7급이며; 봉재의 항복강도는 600-800MPa이고, 인장강도는 800-900MPa이며, 연신율은 ≥15%이며; 봉재의 인성은 항복강도, 연신률로 나타낸다.
비금속 개재물은 GB/T 10561 중 A 법으로 등급을 평가한다. A류 세립계≤1.5, A류 조립계≤1.0, B류 세립계≤1.5, B류 조립계≤1.0, C류 세립계=0, C류 조립계=0, D류 세립계≤1.0, D류 조립계≤1.0, Ds류≤1.5를 만족하고, SEP 1927 수침 고주파 탐상 검사를 채택하고 결함 길이는 5mm를 초과하지 않는다.
도 1는 본 발명 실시예 1의 봉재 금속 조직도이다.
도 2는 본 발명 실시예 2의 봉재 금속 조직도이다.
도 3는 본 발명 실시예 3의 봉재 금속 조직도이다.
도 4는 본 발명의 비교예의 봉재 금속 조직도이다.
도 2는 본 발명 실시예 2의 봉재 금속 조직도이다.
도 3는 본 발명 실시예 3의 봉재 금속 조직도이다.
도 4는 본 발명의 비교예의 봉재 금속 조직도이다.
이하, 실시예를 결합해서 본 발명에 대해 더 자세히 서술한다. 아래 실시예는 예시적인 것으로 본 발명에 관해 설명하기 위한 것이지 한정하기 위한 것이 아니다.
본 발명의 볼스크류 베어링용 강의 제조 과정은 아래와 같다: 전기로 혹은 전로로 초기 제련―LF 로 외 정련―VD 혹은 RH 진공탈가스―연속 주조―연속 주조 빌릿을 사각형 중간 빌릿으로 주조―중간 빌릿을 가열 및 압연―마무리―조질 열처리―연마―입고.
쇳물 제련: 제련시 양질의 쇳물, 폐강을 사용하고, 양질의 탈산소제와 내화재료를 사용한다. 초기 제련 생산과정에서 초기 제련한 강의 종점에서 C 함량을 0.10-0.25%로 제어하고 P는 ≤0.020%를 만족하도록 한다. 쇳물 중 C와 O의 관계를 이용해서 C함량의 제어를 통해 O함량을 100ppm 이하로 간접적으로 제어한다. 그 다음, LF 노 외 정련을 진행한다. LF 정련 과정 중 지속적으로 탈산소를 강화하고, 슬래그 면에 여러 배치로 나눠 SiC 파우더를 추가해 탈산소를 확산시킨다. 동시에 Al선을 추가하여 침전 및 탈산소를 실행해서 되도록 빨리 하얀 슬래그를 형성하고 하얀 슬래그를 25min 이상 유지한다. LF 정련이 끝나기 전에 B 철을 추가하고 3min 이상 아르곤 소프트 블로우한 후 진공탈가스 처리로 보낸다. 진공처리시 고진공도 133Pa 이하, 시간은 10min 이상이며, 탈진공 후 아르곤을 블로우하며, 20min 이상 소프트 블로우하여, 비금속 개재물이 충분히 부상할 수 있도록 한다.
연속 주조해서 빌릿 획득: 390mm×510mm 및 그 이상의 연속 주조 사각형 빌릿으로 연속 주조한다, 턴디시 과열도는 15-35℃로 제어하고, 연속 주조 속도는 0.45-0.75m/min이고, 연속 주조 이차 냉각수량은 0.10-0.30L/kg이다. 재료 편석을 제어하기 위해, 연속 주조는 전자기 교반과 경압하 등 선전 장비와 공정을 이용한다.
각 실시예와 비교예의 화학 성분 (wt%) 는 표 1 참고 바란다.
비고: O는 완성품에서 검사.
빌릿 커팅: 연속 주조 빌릿을 가열하면서 가열로까지 이송하여 가열하도록 하고 200mm×200mm~300mm×300mm 중간 빌릿으로 커팅한다. 빌릿의 가열로 진입 온도는 600℃보다 크다. 압연 완료 후, 중간 빌릿의 응력이 너무 커서 균열이 발생하지 않도록 천천히 냉각해야 한다. 연속 주조 빌릿의 커팅 및 압연과 후속 냉각공정의 실시예는 아래 표 2를 참고 바란다.
압연: 중간 빌릿을 가열로 내에 보내 가열한다. 예열단 온도를 600-900℃로 제어하고, 가열단 온도를 1000-1150℃로 제어하고, 균열단 온도를 1100-1200℃로 제어하고, 빌릿이 충분히 균일 가열되도록 하기 위해 총 가열시간은 2 시간 이상으로 한다. 구체적인 압연공정은, 압연의 초기 압연 온도를 1000℃-1100℃로 제어하고, 마지막 압연 온도는 950℃ 이상으로 제어하고, φ 20-80mm 봉재로 압연하고, 압연 규격 ≤70mm 은 쌓아서 냉각하고, ＞70mm은 갱에 넣어 24 시간 이상 서냉하여, 강 중의 탄화물 혹은 질화물의 질점을 작고, 균일하고, 충분히 석출하도록 하여, 결정립을 미세화 하고 강재에 혼정이 나타나는 상황을 방지한다. 그리고 후속하여 변형 보정, 탐상을 거쳐 목표 봉재를 얻는다.
그리고 상술한 마무리되고 합격된 봉재를 조질 처리한다. 여기서, 담금질 가열 온도는 850-950℃이고, 노에 있는 시간은 100-300min이며, 담금질 고리를 사용해서 물 담금질을 하고 수온을 20-30℃로 제어한다. 템퍼링 가열 온도는 550-650℃이며, 노에 있는 시간은 200-300min 이며, 노에서 꺼낸 후 실내온도까지 공냉한다. 조질 후 강판의 조직은 소르바이트이다.
열처리한 봉재 제품은 스케일 제거+표면 탐상 처리를 한다. 여기서, 한쪽 변의 스케일 제거량은 0.5mm 보다 적지 않고, 마지막에 제품을 창고에 넣는다.
실시예 1-3에서 생산한 제품 성능에 대해서 검사를 진행하였으며, 비금속 개재물, 역학성능, 경도, 결정립도, 조직과 고주파 탐상 결과는 표 3 내지 표 6을 참고 바란다.
각 실시예와 비교예의 강재의 개재물은 표 3을 참고 바란다.
각 실시예 강재와 비교예의 경도, 기계 성능 데이터는 표 4를 참고 바란다.
각 실시예 강재와 비교예의 결정립도 데이터는 표 5를 참고 바란다.
각 실시예 강재와 비교예의 조질 조직은 도 1 내지 도 4를 참고 바란다.
실시예 1-3의 금속 조직은 전부 소르바이트이다. 비교예의 금속 조직은 베이나이트+소르바이트이다. 이는 비교예는 합금 원소 함량이 높아서 조질 후에 베이나이트가 쉽게 나타날 수 있기 때문이다.
각 실시예의 강재의 수침 고주파 탐상 테이터는 표 6을 참고 바란다.
검사결과로부터, V, B 미합금화 조정 후, Cr, Mo 합금원소를 현저히 감소하는 전제하에서, 본 발명의 기계 성능은 비교 강보다 약간 낮으나, 볼스크류 베어링용 강의 요구를 충분히 만족시킬 수 있었고. 본 발명에서 조질 처리를 한 조직은 비교 강(비교 강 중 베이나이트 조직이 존재한다)보다 우수하며, 동시에 본 발명의 청정도 제어 수준도 비교 강보다 우수함을 알 수 있었다.
이상, 상세하게 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 분야의 통상의 기술자들에게 있어 본 발명은 각종 변경과 변화가 있을 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 기술적 사상과 원칙 내에서 하는 임의의 변경, 균등 교체, 개진 등은 모두 본 발명의 보호범위 내에 포함된다.
Claims (8)
- 볼스크류 베어링용 강이며,
합금 성분을 질량 백분비로 하면, C: 0.45~0.60%, Si: 0.15~0.40%, Mn: 0.50~0.80%, Cr: 0.15~0.40%, B: 0.002~0.006%, V: 0.02~0.07%, S≤0.015%, P≤0.025%, Mo≤0.10%, Al≤0.08%, Ca≤0.0010%, O≤0.0010%, As≤0.04%, Sn≤0.03%, Sb≤0.005%, Pb≤0.002%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물이며;
상기 볼스크류 베어링용 강의 성능은, 봉재 표면 경도는 220-260HBW를 만족하고, 봉재 금속 조직은 소르바이트 조직이며, 봉재의 오스테나이트 결정립도는 ≥7급이며; 봉재의 항복강도는 600-800MPa이고, 인장강도는 800-900MPa이며, 연신율은 ≥15%을 만족하는 것을 특징으로 하는, 볼스크류 베어링용 강. - 제1항에 있어서,
비금속 개재물은 GB/T 10561 중 A 법으로 등급을 평가하며, A류 세립계≤1.5, A류 조립계≤1.0, B류 세립계≤1.5, B류 조립계≤1.0, C류 세립계=0, C류 조립계=0, D류 세립계≤1.0, D류 조립계≤1.0, Ds류≤1.5를 만족하며;
SEP 1927 수침 고주파 탐상 검사를 이용하고, 결함 길이는 5mm를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는, 볼스크류 베어링용 강. - 제1항 또는 제2항의 볼스크류 베어링용 강의 제조 방법이며,
(1) 쇳물 제련;
(2) 빌릿: 쇳물을 주조해서 빌릿으로 만들며;
(3) 빌릿 커팅: 빌릿을 사각형의 중간 빌릿으로 만드는데, 빌릿을 가열하면서 가열로까지 이송하여 가열하도록 하며, 빌릿이 가열로에 들어갈 때 온도는 600℃보다 높고, 가열 온도는 1200℃-1240℃이며, 총 가열 시간은 3시간보다 적지 않으며, 초기 압연 온도는 1050-1150℃이며, 마지막 압연 온도는 900℃보다 낮지 않으며, 압연 압축비는 ≥2이며, 압연 완성 후 천천히 냉각시키며;
(4) 압연: 중간 빌릿을 가열로에 넣어 가열하여 오스테나이트화 하며, 압연의 초기 압연 온도를 1000℃-1100℃로 제어하고, 마지막 압연 온도는 950℃보다 낮지 않으며, 목표 봉재로 압연하고, 압연 압축비는 ≥6이며, 압연된 φ≤70mm인 봉재는 쌓아서 냉각하며, 압연된 φ＞70mm인 봉재는 갱에 넣어 24시간 이상 서냉하며;
(5) 마무리: 변형 보정하며;
(6) 조질 처리: 담금질+템퍼링, 여기서 담금질 가열 온도는 850-950℃이며, 노에 있는 시간은 100-300min이며, 담금질 고리를 사용해서 물 담금질을 하고, 수온을 20-30℃로 제어하며, 템퍼링 가열 온도는 550-650℃이며, 노에 있는 시간은 200-300min이며, 노에서 꺼낸 후 실내 온도까지 공냉하며;
(7) 어닐링: 조질 후의 내부 응력을 해소하기 위하여 응력 제거 어닐링을 진행하며, 어닐링 온도는 400-500℃이며, 보온시간은 ≥3h이며, 노와 같이 실내 온도까지 냉각하고 노에서 꺼내며;
(8) 스케일 제거+표면 탐상;
을 포함하는 것을 특징으로 하는, 볼스크류 베어링용 강의 제조 방법. - 제3항에 있어서,
단계 (1)의 쇳물 제련은 양질의 쇳물, 폐강을 이용하여 쇳물 중의 유해 원소 함량을 감소시키는 것을 특징으로 하는, 볼스크류 베어링용 강의 제조 방법. - 제3항에 있어서,
단계 (1)의 쇳물 제련 공정은, 전기로 혹은 전로로 초기 제련―LF 노 외 정련―VD 혹은 RH 진공탈가스이며, 여기서,
초기 제련한 강의 종점에서 C함량은 0.10-0.25%로 제어하고, 상기 종점에서 P는 ≤0.020%이 요구되며, 쇳물 중 C와 O의 관계를 이용해서 C함량에 대해 제어함으로써 O함량을 100ppm 이하로 간접적으로 제어하며;
LF 정련 과정 중 지속적으로 탈산소를 강화하여, 슬래그 면에 여러 배치로 나눠 SiC 파우더를 추가해 탈산소를 확산시키며, 동시에 Al 와이어를 추가하여 침전 및 탈산소를 실행하여 되도록 빨리 하얀 슬래그를 형성하고, 하얀 슬래그를 25min이상 유지하며, LF 과정에서 화학성분을 조정해서 설계 범위에 진입하도록 하며, LF 정련 끝나기 전에 B 철을 추가하고, 3min 이상 아르곤 소프트 블로우하며;
VD/RH 진공탈가스시, 고진공도 133Pa 이하 및 유지 시간은 10min 이상이며, 탈진공 후 아르곤을 불로우하며, 20min 이상 소프트 블로우하는 것을 특징으로 하는, 볼스크류 베어링용 강의 제조 방법. - 제3항에 있어서,
단계 (2)에서 쇳물을 사각 빌릿으로 연속 주조하며, 연속 주조 과정은 전자기 교반 및 경압하 기술을 채택하고, 또한 저과열도 주입을 채택하고, 턴디시 과열도는 15-35℃로 제어하고 연속 주조 속도는 0.45-0.75m/min이며, 연속 주조 이차 냉각수량은 0.10-0.30L/kg인 것을 특징으로 하는, 볼스크류 베어링용 강의 제조 방법. - 제3항에 있어서,
단계 (3)에서 사각 빌릿을 중간 빌릿으로 압연한 후, 갱에 넣어 서냉하며, 입갱 온도는 500℃보다 낮지 않으며, 서냉 시간은 48시간 이상인 것을 특징으로 하는, 볼스크류 베어링용 강의 제조 방법. - 제3항에 있어서,
단계 (4)에서 중간 빌릿을 노에서 가열하는데, 예열단 온도를 600-900℃로 제어하고, 가열단 온도를 1000-1150℃로 제어하고, 균열단 온도를 1100-1200℃로 제어하며, 빌릿이 충분하고 균일하게 가열되도록 총 가열시간은 2시간 이상인 것을 특징으로 하는, 볼스크류 베어링용 강의 제조 방법.
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