베어링은기계장비의중요한부분입니다. 베어링의품질은어느정도국가경제, 국방건설및 과학기술현대화의속도와발전을제한하고베어링강 생산기술의발전은베어링산업에직접적인영향을미칩니다. 발전을위해선진국은베어링강 제품의품질연구에큰 중요성을부여합니다.

베어링강의품질을개선하고피로강도, 압축강도, 표면경도및 우수한서비스수명을보장하려면강의순도와재료의내포물, 주로강철의탄화물의균일성을향상시켜야합니다. 함유량, 내포물유형및 가스함량; 탄화물의모양, 크기및 분포의균일성은베어링강재의품질을측정하는또 다른중요한지표입니다.

열간압연후 냉각공정중에형성된이차탄화물은베어링강의성능에중요한영향을미칩니다. 따라서베어링강의네트워크카바이드는 2.5 미만이어야합니다. 네트워크카바이드가너무많으면심각한결과를초래할수 있습니다:

현재우리나라는주로베어링강망탄화물의침전을제어하기위해저온압연공정을채택한다음일정속도의냉각을보충합니다. 그러나이공정은압연기의용량에따라다르며압연을완료하기전에충분한제어된 냉각용량이필요합니다. 수냉후 최종압연전에충분한등온공간이확보되어야합니다. 연속압연생산라인에서는저온압연이실현됩니다. 기존냉각장비의냉각용량이부족하여온도를정확하게제어하기어렵고, 특히 Ф30mm 이상의대형바는제품품질이불안정하고네트워크카바이드침전이심각합니다.

다양한사양의베어링강재의제품품질을개선하고베어링강재생산에서압연기및 기타장비에대한의존도를줄이기위해동북대학교의압연기술및 연속압연자동화(RAL) 국가중점연구소는베어링강봉의초고속냉각기술을수행했습니다. 탄화물의침전조건과연속냉각중 상전이에대한연구작업이수행되었습니다.

베어링강 구조의미세경도와펄라이트라멜라간격은압연후 냉각속도의영향을받습니다. 열간압연후 냉각속도가증가함에따라펄라이트라멜라간격은감소하고미세경도값은증가하며라멜라간격이작을수록다음구상화어닐링에매우유리합니다.

제어원리는과냉각된오스테나이트의연속냉각과정에서오스테나이트가탄소가부족한영역과탄소가풍부한영역에필연적으로나타나게된다는것입니다. 핵생성조건이충족되면페라이트가탄소가부족한영역에서생성되는동안시멘타이트도탄소가풍부한영역에서생성됩니다. 이두 가지가동시에동기화되고공생하면서펄라이트핵(페라이트 + 시멘타이트)을형성하고, 동시에다른부분에서새로운결정핵이생성되어지속적으로성장합니다. 펄라이트가형성될때 세로성장은시멘타이트와페라이트시트가동시에오스테나이트로연속적으로확장되는것을의미하며, 가로성장은시멘타이트와페라이트시트가교대로쌓여증가하는것을의미합니다.

변형후 연속냉각속도를높이면오스테나이트입자를정제하는데 중요한역할을합니다. 오스테나이트입자의크기는펄라이트라멜라간격에는뚜렷한영향을미치지않지만펄라이트펠릿의크기에는영향을미칩니다. 오스테나이트입자는미세하고단위부피당입자경계면적이증가하여펄라이트의핵 형성을촉진합니다. 펄라이트의핵 형성부위수가증가하면펄라이트펠릿의직경이감소합니다.

초고속냉각기술은베어링강 메쉬카바이드제어에적용되어베어링강이압연후 카바이드침전이강한영역을빠르게통과하여입자경계를따라이차탄화물의침전을크게줄이거나피할수 있습니다.

유한요소법을사용하여압연후 다양한사양의베어링강초고속냉각공정의온도장을시뮬레이션및 해석하고합리적인냉각공정경로를결정합니다. 이를바탕으로베어링강봉용초고속냉각장치및 관련제어시스템을개발합니다.

초고속냉각공정의요구사항에따라실제생산조건과결합하여압연후 베어링강의초고속냉각공정요구사항을충족하는냉각장비를설계하고자동제어시스템을개발했으며완전한수학적모델을구축하여베어링강의온도제어정확도및 냉각균일성을크게향상시켰습니다.

초고속냉각기술로생산되는베어링강의사양은주로 Ф15. 3mm~Ф60mm입니다. Ф30mm 이하및 2 등급베어링강 메쉬카바이드의자격비율은약 10 %에서 100 %로증가했습니다. 0 이하베어링강 메시카바이드의합격률은약 10%에서 100%로, Ф30mm~Ф60mm 베어링강 메시카바이드의경우 2. 5~4에서 2. 0으로증가했으며, 다음합격률은 95% 이상입니다. Ф60mm~Ф120mm 베어링강의경우초고속냉각후 표면의스크래치가크게개선되었습니다.