CN101970704A - 滚动部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

通过对含有0.90质量％～1.10质量％的C、超过0.35质量％且最高为0.70质量％的Si、小于0.80质量％的Mn、1.85质量％～2.50质量％的Cr、12ppm以下的O以及余量Fe和不可避免的杂质的钢材，进行球化退火、加工、碳氮共渗和精加工来形成滚动部件。表面上的平均C量为1.20质量％～1.50质量％，且平均N量为0.10质量％～0.60质量％。表面上粒径为0.1μm以上的析出物具有0.6μm以下的平均粒径，以每平方毫米700,000个粒子以上而存在，并且具有10％以上的面积比率。表面的残留奥氏体量以体积比率计为25％～45％。表面硬度为Hv 750以上。滚动部件的内部具有以体积比率计为20％以下的残留奥氏体量。

Description

滚动部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种滚动部件及其制造方法，特别涉及适合用作在含杂质的润滑环境和润滑油中使用的滚动部件例如汽车用驱动传送单元，及其制造方法。
顺便提及，在该说明书和权利要求书中，术语“滚动部件”是指经受单独滚动接触或者滚动接触与滑动接触的组合的部件。
背景技术
作为与含有杂质的润滑油一起使用的滚动部件，例如滚动/滑动部件是已知的。所述滚动/滑动部件是通过渗碳工艺、快速冷却工艺和然后的退火工艺来制造，在所述渗碳工艺中，通过机械加工来处理轴承钢(高碳铬轴承钢)如JIS SUJ2以使其具有预定形状来获得部件原料，将所述部件原料在具有1.2重量％以上碳势的渗碳气氛中在870℃下加热3小时以上。在所述滚动/滑动部件中，在从表面至施加最大剪应力的深度的范围内总碳量为1.0～1.6重量％，并且在所述表层部以5～20％面积比率的量析出了粒径为3μm以下的碳化物。
专利文献1：特开2004～52101号公报
然而，为了抑制部件尺寸的增加，要求应付恶劣的使用环境如施加到滚动部件的负荷增加或使用温度升高，并且期望比专利文献1中所述的滚动部件更高的性能。
作为用于在含杂质的润滑环境下延长滚动部件的寿命的措施，可以考虑例如使表层的残留奥氏体量为30％以上。即，已知使用含3.2～5.0重量％的Cr以及Mo和V中至少一种的钢材，通过机械加工等来加工成具有预定形状的部件，将所述部件在具有1.0～1.5重量％碳势的渗碳气氛中于870～950℃下加热以进行渗碳处理，然后对其进行快速冷却和回火，由此在表层部上的平均碳化物粒径为0.2～0.4μm，碳化物的面积比率为9～30％，表层部的洛氏硬度C为62～67，且表层部的残留奥氏体量为30～55％(参见WO 2006/068205)。
然而，在这些措施中，钢的合金成分量太多，增加了JIS SUJ2的材料成本，这导致损害经济通用性的问题。而且，从地球资源环境的观点来看，也已经要求减少合金量。在另一方面，从节能的观点来看，期望降低处理温度来抑制渗碳成本。从这些环境中，强烈期望通过以下制造方法完成的滚动部件：使用具有最佳化学成分的钢材来最大化其功能，而不引起比JIS SUJ2更大量的合金增加。
发明内容
本发明所要解决的问题
考虑到上述常规问题而作出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种滚动部件及其制造方法，即使当将所述滚动部件用作在含杂质的润滑环境中使用的滚动部件时，也能够获得延长的寿命而不导致大的成本增加。
解决问题的手段
根据第一发明，滚动部件包含滚动元件和滚动轨道构件，
其中所述滚动部件是通过对含有0.90质量％～1.10质量％的C、超过0.35质量％且最高为0.70质量％的Si、小于0.80质量％的Mn、1.85质量％～2.50质量％的Cr、12ppm以下的O以及余量Fe和不可避免的杂质的钢材进行球化退火、加工、碳氮共渗和精加工而形成，
其中所述滚动部件的表面含有平均量为1.20质量％～1.50质量％的C和平均量为0.10质量％～0.60质量％的N，
其中在所述表面中作为粒径0.1μm以上的析出物的碳化物、氮化物和碳氮化物的平均粒径为0.6μm以下，数目为每平方毫米700,000个粒子以上，且面积比率为10％以上，
其中所述表面的残留奥氏体量以体积比率计为25％～45％，
其中所述表面的硬度为Hv 750以上，以及
其中在所述滚动部件内部的未碳氮共渗层含有以体积比率计为20％以下的残留奥氏体量。
所述滚动部件由钢形成，所述钢包括在表面碳氮共渗的表层部和未受碳氮共渗影响的未碳氮共渗层。
所述表层部的表面含有平均量为1.20质量％～1.50质量％的C和平均量为0.10质量％～0.60质量％的N。在所述表面中粒径为0.1μm以上的析出物的平均粒径为0.6μm以下，析出物的数目为每平方毫米700,000个粒子以上，且析出物的面积比率为10％以上。所述表面的残留奥氏体量以体积比率计为25％～45％，且所述表面的硬度为Hv 750以上。
作为在这里使用的术语“表面”对应于因碳氮共渗从而与内部相比时含有明显大量的C和N的部分，及对滚动时的寿命施加影响的深部部分。例如，在用于含杂质的油的滚动部件中，所述表面对应于在精加工之后，相对于最外层表面在0～50μm的范围内的部分。术语“表层部”是指受碳氮共渗影响的范围。
所述钢材优选含有2.20质量％以下量的Cr。
在所述滚动部件表面中的N的平均量优选为0.30质量％以下。
所述滚动部件表面的残留奥氏体量以体积比率计优选为40％以下。
在所述滚动部件内部的残留奥氏体量以体积比率计优选为15％以下。
通过最优化所述表面的残留奥氏体量，减少了由杂质导致的表面损害所引起的应力集中，从而提高了滚动寿命。
而且，通过最优化具有特定粒径的析出物的平均粒径、其每平方毫米的数目以及面积比率，能够改进所述滚动部件的材料强度。
而且，通过确保表面硬度，能够保持和显示所述滚动部件的功能，并且即使在含杂质的润滑环境中，也能够抑制所述损害。
而且，在所述滚动部件内部的未碳氮共渗层是使残留奥氏体量以体积比率计为20％以下的层。另外，所述未碳氮共渗层的硬度期望地为Hv 700以上。
因此，即使当大量软质残留奥氏体存在于表面中时，具有最佳尺寸的析出物也在表面上大量析出以确保表面硬度。因此，能够防止在含杂质的润滑下的损害，从而提高了寿命。而且，通过抑制内部的残留奥氏体量，能够抑制部件的经年变形，从而使制造优异的滚动部件成为可能。
所述滚动部件使用含有0.90质量％～1.10质量％的C、超过0.35质量％且最高为0.70质量％的Si、小于0.80质量％的Mn、1.85质量％～2.50质量％的Cr、12ppm以下的O以及余量Fe和不可避免的杂质的钢材。另外，将合金元素的增量保持在用于改进寿命的最低限度。因此，在材料成本上没有大的增加。
因此，本发明能够提供一种滚动部件，所述滚动部件能够抑制经年变形或者由于负荷而引起的变形或破坏而不导致大的成本增加，并且能够获得延长的寿命。
第二发明是用于制造包含滚动元件和滚动轨道构件的滚动部件的方法，所述方法包含：
对含有0.90质量％～1.10质量％的C、超过0.35质量％且最高为0.70质量％的Si、小于0.80质量％的Mn、1.85质量％～2.50质量％的Cr、12ppm以下的O以及余量Fe和不可避免的杂质的钢材进行球化退火的球化退火步骤，
将所述钢材成形为预定形状的加工步骤，
在830℃～880℃下，以2％～10％的NH3气体流量对渗碳转化气体流量之比进行3小时以上处理的碳氮共渗步骤，以及
精加工步骤。
根据所述滚动部件制造方法，能够制造出这样的滚动部件，即使当将其用作在含杂质的润滑环境中使用的滚动部件时，也能获得延长的寿命而不导致大的成本增加。
附图说明
图1是示出在实施例1中碳氮共渗温度为850℃以上时的加热曲线图。
图2是示出在实施例1中碳氮共渗温度小于850℃时的加热曲线图。
具体实施方式
如上所述，通过对含有0.90质量％～1.10质量％的C、超过0.35质量％且最高为0.70质量％的Si、小于0.80质量％的Mn、1.85质量％～2.50质量％的Cr、12ppm以下的O以及余量Fe和不可避免的杂质的钢材进行球化退火、加工、碳氮共渗和精加工来形成第一发明的滚动部件。
在所述钢材中，将C含量设定为0.90％～1.10％。C是在已进行碳氮共渗之后，在快速冷却(淬火)和回火后作为轴承来用于确保强度而必不可少的元素。而且，在球化退火之后，经球化的大量碳化物残留下来，并且经球化的碳化物在碳氮共渗时变成析出核以形成析出物，从而使基体(matrix)析出增强，并且还抑制了碳化物的凝集生长。为此，将下限设定为0.90％。然而，过度添加C很可能形成粗大的共晶碳化物，其可能成为疲劳破坏的起点，并且过度添加C也提高了材料硬度，这导致在碳氮共渗之前成形为预定形状时对机械加工性产生不利影响。因此，将上限设定为1.10％。
Si的含量为大于0.35％且最高为0.70％。Si是在对钢精炼时用于脱氧的必要元素。而且，Si具有在碳化物中几乎不形成固溶体的性能，所以能够预期抑制碳化物的粗大生长的效果。为此，超过0.35％的添加是必须的。然而，Si增强铁素体，所以其在碳氮共渗之前，在成形为预定形状时对机械加工性产生不利的影响。因此，将上限设定为0.70％。
更进一步，Mn的含量为小于0.80％。Mn是用于确保和改进钢的淬火性能并且还稳定奥氏体组织的元素，从而在淬火后增加了残留奥氏体量。Mn的添加是优选的。然而，过度添加Mn提高了碳氮共渗区中的残留奥氏体量，这导致对滚动部件的尺寸稳定性产生不利影响，并且也降低了生产率如热加工性能。因此，将上限设定为小于0.80％。
Cr的含量为1.85％～2.50％。Cr是用于确保和改进钢的淬火性能的元素。而且，Cr是碳氮化物形成元素，并且对于在球化退火之后残留经球化的大量碳化物、所述经球化的碳化物在碳氮共渗时变成析出核、从而能够抑制粗大析出物的形成、以及形成大量的析出物而言，Cr都是必不可少的元素。为了充分获得上述效果，1.85％以上的添加是必须的。在另一方面，过度添加提高了材料成本，而且很可能形成粗大的共晶碳化物，所述粗大的共晶碳化物可能变成疲劳破坏的起点。因此，将上限设定为2.50％。而且，由于同样的原因，更优选地，所述上限为2.20％以下。
O的含量为12ppm以下。大量的O与Al或Ca结合以形成存在于钢中的氧化物类夹杂物。已知这些氧化物类夹杂物在滚动疲劳时变成剥离(表面破坏)的起点并降低滚动疲劳寿命。因此，将上限设定为12ppm。
通过对具有上述组成的钢材进行球化退火、加工、碳氮共渗和精加工来形成滚动部件。具体地，例如能够通过根据后述的第二发明的滚动部件制造方法来制造滚动部件。
所述滚动部件的表面含有平均量为1.20质量％～1.50质量％的C和平均量为0.10质量％～0.60质量％的N。
C的平均量和N的平均量各自表示基体固溶体含量和析出物的总量的平均值。
通过根据EPMA分析的浓度测量，能够测定C量和N量。
在本发明中，特别地，为了延长在含杂质的润滑环境中的寿命，确保在表面中的残留奥氏体量和用于补充软质结构强度的析出物是必不可少的。为了通过碳氮共渗大量形成作为析出物的碳化物、氮化物和碳氮化物，至少在承受滚动疲劳的表面中必须含有1.20％以上的C和0.10％以上的N。然而，当C和N的量增加时，析出物粗大生长，这导致无法获得长寿命，并且软质残留奥氏体的量变得过量，这导致难于获得充分的材料强度。因此，对于C将上限设定为1.50％以下，且对于N将上限设定为0.60％以下。然而，由于同样的原因，更优选地，对于N上限为0.30％以下。
而且，在表面中具有0.1μm以上粒径(指的是对应的圆直径，在下文中相同)的析出物(碳化物、氮化物和碳氮化物)具有0.6μm以下的平均粒径。
如上所述，大量析出物对于改进材料强度是必不可少的。然而，通过比较简化的手段如扫描电子显微镜或光学显微镜难以精确地测定粒径小于0.1μm的析出物。因此，将要测定的析出物限制为粒径0.1μm以上的析出物，且将其平均粒径的上限设定为0.6μm。即，这是因为粗大化的析出物降低了增强功能。
可利用SEM进行观察，通过图像分析来测定析出物的粒径。
在表面中，每平方毫米存在700,000个粒子以上的粒径为0.1μm以上的析出物。
在本发明中，滚动部件的表面保持了高硬度，同时确保了大量的残留奥氏体，并且通过析出物来提高强度是必不可少的。因此，每平方毫米必须为700,000个粒子以上。
在表面中粒径为0.1μm以上的析出物的面积比率为10％以上。
即，为了通过析出物来改进材料强度，优选析出物的量很大。换句话说，这意味着析出物的面积比率很大，并且为了获得该效果，所述面积比率为10％以上。
表面的残留奥氏体量以体积比率计为25％～45％。
已知滚动部件表面的残留奥氏体组织减少了由于杂质而导致的表面损坏所引起的应力集中，从而改进了在含杂质的润滑环境中的滚动寿命。为了获得该效果，必须包含以体积比率计为25％以上量的残留奥氏体。然而，所述残留奥氏体组织是软质的，因此当所述残留奥氏体量变大时，变得难以确保作为滚动部件所必须的硬度和强度。因此，将所述上限设定为45％。而且由于同样的原因，更优选地将表面的残留奥氏体量的上限设定为40％。
通过从由X射线衍射获得的峰强度比来计算，能够进行残留奥氏体量的测定。
表面硬度为Hv 750以上。
为了使滚动部件保持和显示其功能，重要的是所述滚动部件具有高硬度。而且，在含杂质的润滑环境中，杂质粘在滚动元件和滚动接触表面之间，从而导致在滚动接触表面上发生伴随塑性变形的损害。为了抑制这些损害，要求硬度更高，并且将硬度设定为下限750的维氏硬度。
由于滚动接触表面具有曲率，所以不能测定其表面硬度，因此由在横截面中的表面下方50μm位置处的硬度来代替。
在滚动部件的内部(未碳氮共渗层)含有以体积比率计为20％以下的残留奥氏体量。
所述滚动部件通常长期使用，为了保持其功能，必须抑制经年变形。当存在大量残留奥氏体时，因为残留奥氏体组织是软质的，所以降低了经年变形特性。本发明的碳氮共渗仅对滚动部件的表层进行改性，并且内部即未碳氮共渗区的性能对经年变形产生很大的影响。为此，将内部的残留奥氏体量的上限设定为20％。然而，当内部的残留奥氏体量超过15％时，经年变形会稍有增加。因此，优选的是将上限设定为15％。
优选地，滚动部件的内部具有Hv 700以上的硬度。
在很多情况下，滚动部件支撑很大的负荷，必须抑制由所述负荷引起的变形或破坏。为此，必须确保内部即未碳氮共渗区的强度。因此，内部的硬度优选为维氏硬度700以上。
第二发明的滚动部件的制造方法包括对含有0.90质量％～1.10质量％的C、超过0.35质量％且最高为0.70质量％的Si、小于0.80质量％的Mn、1.85质量％～2.50质量％的Cr、12ppm以下的O以及余量Fe和不可避免的杂质的钢材进行球化退火的球化退火步骤。进行所述球化退火步骤以改进加工性能。所述球化退火步骤能够提供一种其中存在大量析出物的状态(球化退火组织)。
限定钢材的成分的原因与在权利要求1的发明的情况下相同。
所述钢材含有大量的、约1.00％的C，因此必须形成球化退火组织以确保通过冷加工或机械加工的成形性。而且，与珠光体(层状结构的碳化物)相比，球状退火组织的碳化物在加热时不大可能形成固溶体。因此，变得易于使球化的大量碳化物残留并且在碳氮共渗时起到析出物的核的作用。
作为碳氮共渗后的碳化物的状态，优选的是，尺寸为0.1μm以上且平均粒径为0.1～0.5μm的碳化物的析出粒子数为1,500,000/平方毫米以上。为了获得这种微细的析出状态，必须进行加热至最高为800℃附近的温度并以像25℃/小时以下那样慢的速度进行缓慢冷却。被加工成具有这种析出状态的钢材，通过碳氮共渗(后面描述)能够获得包括其中具有大量析出物的表面的部件，如在权利要求1中所述。
而且，第二发明的滚动部件的制造方法包括通过塑性加工、机械加工等将钢材成形为预定形状的加工步骤。
之后，具有在830℃～880℃下，以2％～10％的NH3气体流量对渗碳转化气体流量之比进行处理3小时以上的碳氮共渗步骤。
碳氮共渗是表面改性热处理，其中通过扩散从表面将C和N引入钢材的表层中。即，从材料表面进入的碳和氮以碳化物、氮化物和碳氮化物等析出物的形式析出。在此时，已经在球化退火中析出的球化的大量碳化物在碳氮共渗期间也部分残留而没有形成固溶体。所述球化的碳化物变成析出核，这使得析出物能够微细析出，并且也抑制了粗大析出物的形成。通过该效果能够提高在含杂质的环境中的寿命。
通过测量在处理后，在未碳氮共渗层中的析出物的析出粒子数，能够确认在碳氮共渗之前存在的碳化物在碳氮共渗期间有多少残留。因此，必须调整处理温度，从而使这种析出粒子数变成合适的数值。
当碳氮共渗的温度太低时，C和N的扩散变得困难。考虑到通过精加工工艺来进行表面加工的成本，必须延长碳氮共渗时间，这导致生产率降低。因此，将下限设定为830℃。当碳氮共渗的温度太高时，促进了为渗氮化而引入的氨的分解，从而需要大量的氨，这导致经济上的不利。而且，促进了由已进入钢表面的C和N而引起的析出物的粗大生长，这导致难以显示析出增强功能。因此，将上限设定为880℃。
NH3气对于通过将气氛中的NH3气与渗碳气体一起混合，从而使N进入钢表面是必须的，并且为了获得有效N量，需要2％以上的流量和3小时以上的处理时间。而且，NH3气的流量优选为3％以上。然而，当NH3气的流量太大时，其效果倾向于饱和，这是不经济的。因此，将上限设为10％。然而，处理时间越长，扩散进钢内部的C和N越多。因此可能根据需要来延长时间。
最后，进行精加工步骤如抛光来完成该部件。
实施例
(实施例1)
在该实施例中，将描述根据本发明的滚动部件及其制造方法的实施例。
在该实施例中，准备了表1中所示的14种钢材(钢A～钢N)，作为本发明实施例制备了表2中所示的滚动部件(试样E1～试样E5)，并作为比较例制备了表3中所示的滚动部件(试样C1～试样C16)。然后，进行了尺寸变化试验和寿命试验。
该实施例的每个滚动部件(试样E1～试样E5)是具有滚动元件和滚动轨道构件的滚动部件，并通过对含有0.90质量％～1.10质量％的C、超过0.35质量％且最高为0.70质量％的Si、小于0.80质量％的Mn、1.85质量％～2.50质量％的Cr、12ppm以下的O以及余量Fe和不可避免的杂质的钢材进行球化退火、加工、碳氮共渗和精加工来形成。
滚动部件的表面含有平均量为1.20质量％～1.50质量％的C和平均量为0.10质量％～0.60质量％的N在该表面中。在表面上粒径为0.1μm以上的析出物(碳化物、氮化物和碳氮化物)的平均粒径为0.6μm以下，其数目是每平方毫米700,000个粒子以上，且其面积比率为10％以上。
表面的残留奥氏体量以体积比率计为25％～45％，且表面硬度为Hv 750以上。
在滚动部件内部的未碳氮共渗层含有以体积比率计为20％以下的残留奥氏体量。
将与比较例一起说明本发明的具体实施例。
首先，准备了具有表1中所示组成的14种钢材，如上所述，为了获得优异的加工性能和在碳氮共渗之后获得高强度，从获得在碳氮共渗之前析出大量碳化物的状态的必要性来看，对所述钢材进行球化退火。
(表1)
Figure BPA00001218735200131
在表1中，所有钢的余量由Fe和不可避免的杂质组成。
然后，使用所述钢材(钢A～钢N)，形成了在型号6206的滚动轴承中使用的21种内圈材料(内径φ：30mm，外径φ：62mm，厚度：16mm)。之后，在表2、表3、图1和图2中所示的条件下对所述内圈材料进行碳氮共渗。然后通过抛光来进行精加工，从而制备了内圈(试样E1～试样E5和试样C1～试样C16)。为了测定在球化退火之后和在碳氮共渗之前碳化物的析出粒子数，通过10,000倍放大，在扫描电子显微镜下观察碳氮共渗前的试件，从而测定粒径为0.1μm以上的析出物的粒子数。
Figure BPA00001218735200141
Figure BPA00001218735200151
图1中所示的热处理条件1是指在碳氮共渗温度为850℃以上的情况下的加热曲线。在热处理条件1中，在渗碳温度Y下，在具有NH3流量X的碳氮共渗气氛中保持加热Z小时，在加热之后，在850℃下在具有NH3流量X的碳氮共渗气氛中保持加热0.5小时，然后进行油冷却至80℃。
图2中所示的热处理条件2是指在碳氮共渗温度小于850℃的情况下的加热曲线。在热处理条件2中，在渗碳温度Y下，在具有NH3流量X的碳氮共渗气氛中进行保持加热Z小时，然后进行油冷却至80℃。
NH3流量X的值、处理温度Y和处理时间Z各自示于表2和表3中。
在上述热处理条件中，尽管在附图中未示出，但是存在最后进行的回火，其中在200℃下保持加热2小时之后，进行空气冷却。
对于这样制造的实施例(试样E1～试样E5)和比较例(试样C1～试样C16)的内圈，各自测量了在表面中的平均C量和平均N量，在表面中粒径为0.1μm以上的析出物的平均粒径、每平方毫米的粒子数和面积比率，表面的残留奥氏体量，表面硬度，以及在内圈内部的残留奥氏体量。其结果示于表2和表3中。
<表面中的平均C量和平均N量>
通过根据EPMA分析的浓度测定来进行平均C量和平均N量的测定。
<在表面中粒径为0.1μm以上的析出物的平均粒径、每平方毫米的粒子数和面积比率>
通过由在扫描电子显微镜(SEM)下观察的图像分析来对在表面中粒径为0.1μm以上的析出物的平均粒径、每平方毫米的粒子数和面积比率进行测量。
<残留奥氏体量>
通过根据X射线衍射的峰强度比来计算残留奥氏体量的测量。
<硬度>
对于滚动接触表面，由于其曲率从而不能测量表面硬度。因此，通过在横截面的表面下方50μm的位置处测量维氏硬度来评价表面硬度。
而且，与碳氮共渗之前的情况一样，为了也确认在碳氮共渗之后析出物的析出状态，在扫描电子显微镜(10,000放大倍数)下测定未碳氮共渗层的析出粒子数。如上所述，通过仅测量在碳氮共渗之后未碳氮共渗层中析出物的析出粒子数，就能够确定由调整碳氮共渗温度带来的碳氮共渗时的析出和固溶程度是否最佳。通过测量能够确定碳氮共渗温度的最佳范围。
然后，对于内圈(试样E1～试样E5和试样C1～试样C16)，还进行了尺寸变化试验和寿命试验。其结果示于表2和表3中。
<尺寸变化试验>
在尺寸变化试验中，在表4中所示的试验条件下，测量实施例(试样E1～试样E5)和比较例(试样C1～试样C16)的内圈的尺寸变化率。
(表4)
Figure BPA00001218735200181
<寿命试验>
每个实施例(试样E1～试样E5)和比较例(试样C1～试样C16)的内圈与由JIS SUJ2制成并经通常的碳氮共渗处理而形成的外圈、以及滚珠相结合，从而组装成型号6206C3的滚珠轴承。然后，使用所述滚珠轴承，利用含杂质的润滑油来进行寿命试验。试验条件如表5中所示。
(表5)
Figure BPA00001218735200182
顺便提及，表5中所示的试验仪能够同时测试两个滚珠轴承，并且在表5中的径向负荷是指对一个滚珠轴承的径向负荷。
将具有相同内圈的两个滚珠轴承安置在试验仪上，测量直到任何一个滚珠轴承的内圈受到损害的时间，将该试验重复5次，从而通过威布尔分布来确定被推定为10％破坏概率的寿命L10。在将作为比较例的试样C16的寿命当作1的情况下，将比率示于表2和表3的标准轴承比一栏中。试样C15是由对常规钢JIS SUJ2进行高浓度渗碳而制成的实施例，试样C16是由对JIS SUJ2进行迄今已广泛实施的透淬(淬火温度：830℃，油冷却(油温：80℃)，回火温度：180℃)而制成的实施例。
从表2和表3的结果可以明显看出，与试样C15和试样C16相比，已显示对于没有部分满足权利要求1的要求的比较例(试样C1～试样C14)，不能如期望的那样改善寿命。
即，作为比较例的试样C1是对常规钢JIS SUJ2进行碳氮共渗而得到的试样，由于Cr的量很少，在高浓度碳氮共渗之前球化碳化物的量很少，因此在高浓度碳氮共渗之后析出物减少，这导致寿命降低。
作为比较例的试样C2使用含有低于本发明下限量的C的钢G，并且在高浓度碳氮共渗之前形成核的球化碳化物的量很少，因此在高浓度碳氮共渗之后析出物减少，这导致寿命降低。
作为比较例的试样C3使用其中C超过本发明上限的钢H，因此含有C的析出物粗大化，由此开始导致寿命降低。
作为比较例的试样C4使用其中Si低于下限的钢I，所述Si的量很少。因此，不能抑制析出物的生长、且析出物粗大化，由此开始导致寿命降低。
作为比较例的试样C5使用其中Si超过上限的钢J，并且通过过度添加Si降低了渗碳性能。因此，没有获得充分的C和N浓度，这导致寿命降低。
作为比较例的试样C6使用其中Mn超过上限的钢K，并且通过添加大量Mn从而使内部的残留奥氏体量大幅上升，从而增加了尺寸变化率，因此未能获得尺寸精度。除此之外，表层的残留奥氏体量也增加，从而未能获得硬度。因此，寿命降低。
作为比较例的试样C7使用其中Cr低于本发明下限的钢L，从而与试样C1相似，在高浓度碳氮共渗之前形成核的球化碳化物的量很少。因此，在高浓度碳氮共渗之后的析出物减少，这导致寿命降低。
作为比较例的试样C8使用其中Cr超过本发明上限的钢M，从而使C析出物粗大化，由此开始导致寿命降低。
作为比较例的试样C9使用其中O超过本发明上限的钢N。因此，尽管所有的特性值满足本发明的范围，但是O的用量大。大量的O导致非金属夹杂物增加，由此开始导致寿命降低。
在作为比较例的试样C10中，碳氮共渗温度低于本发明的下限，因此表面的C浓度降低且残留奥氏体量减少，这导致寿命降低。
在作为比较例的试样C11中，碳氮共渗温度超过本发明的上限。因此，促进了氨的分解，从而未能获得有效的N量。另外，由于C的扩散促进使析出物粗大化，由此开始导致寿命降低。
在作为比较例的试样C12中，NH3的流量低于本发明的下限，因此表面的N浓度降低，这导致寿命降低。
在作为比较例的试样C13中，碳氮共渗时间低于本发明的下限。因此，C和N的扩散变得不充分。因此，在精加工之后C和N朝超出加工区的内部的扩散不充分，这降低了表面的C浓度和N浓度。结果寿命降低。
作为比较例的试样C14是与实施例1不同的实施例，不同之处在于只进行渗碳而不进行渗氮来代替进行碳氮共渗。因此，在材料中缺少形成固溶体的N量，这减少了残留奥氏体量。因此，寿命比实施例1更为降低。而且，没有氮化物存在也被认为是寿命降低的原因之一。
如上所述，作为比较例的试样C15和试样C16使用作为常规钢的JIS SUJ2。试样16是进行迄今已广泛实施的透淬的实例，且试样15是如上述进行最近提出的高浓度渗碳化的实例。然而，在所述试样中，成分并非最优化，且未使用N。结果，寿命大大降低。
与比较例相比，制造了成分范围，表面的C和N的量，析出物的粒径、数目和面积比率，残留奥氏体量，以及表面硬度都满足本发明要求的实施例(试样E1～试样E5)，尽管试验是在环境含有高速钢粉末杂质的恶劣条件下进行的，但仍显示出低的尺寸变化率。结果已确认，与通过迄今已被广泛实施的对JIS SUJ2进行透淬而制备的内圈即比较例C16相比，得到了5.5～8.0倍的优异寿命。然而，从本发明的试样E4和比较例的试样C3、试样C6和试样C 12与除试样E4、C3、C6和C12之外的试样的比较可以明显看出，当内部的残留奥氏体量超过15％时，尺寸变化率倾向于增加。因此优选将残留奥氏体量调整为15％以下。
尽管在表中未显示数值，但是所有试样E1～试样E5的内部硬度都为Hv 700以上。
根据上述结果能够确认，为了获得寿命，重要的是与常规钢相比将成分最优化，获得在碳氮共渗之前大量和微细析出碳化物的状态，和通过在这个状态下进行碳氮共渗，从而确保碳氮共渗之后在滚动部件表面(碳氮共渗层)中的残留奥氏体和大量析出物，及抑制碳氮共渗之后在滚动部件的内部(未碳氮共渗层)中的残留奥氏体量，从而获得具有高硬度的状态。

Claims (6)

1.一种包含滚动元件和滚动轨道构件的滚动部件，
其中所述滚动部件是通过对含有0.90质量％～1.10质量％的C、超过0.35质量％且最高为0.70质量％的Si、小于0.80质量％的Mn、1.85质量％～2.50质量％的Cr、12ppm以下的O以及余量Fe和不可避免的杂质的钢材进行球化退火、加工、碳氮共渗和精加工而形成，
其中所述滚动部件的表面含有平均量为1.20质量％～1.50质量％的C和平均量为0.10质量％～0.60质量％的N，
其中在所述表面中作为粒径0.1μm以上的析出物的碳化物、氮化物和碳氮化物的平均粒径为0.6μm以下，数目为每平方毫米700,000个粒子以上，且面积比率为10％以上，
其中所述表面的残留奥氏体量以体积比率计为25％～45％，
其中所述表面的硬度为Hv 750以上，以及
其中在所述滚动部件内部的未碳氮共渗层含有以体积比率计为20％以下的残留奥氏体量。
2.根据权利要求1的滚动部件，其中所述钢材含有2.20质量％以下的Cr。
3.根据权利要求1的滚动部件，其中所述滚动部件的表面中N的平均量为0.30质量％以下。
4.根据权利要求1的滚动部件，其中所述滚动部件的表面的残留奥氏体量以体积比率计为40％以下。
5.根据权利要求1的滚动部件，其中所述滚动部件的内部的残留奥氏体量以体积比率计为15％以下。
6.一种制造包含滚动元件和滚动轨道构件的滚动部件的方法，
所述方法包含：
对含有0.90质量％～1.10质量％的C、超过0.35质量％且最高为0.70质量％的Si、小于0.80质量％的Mn、1.85质量％～2.50质量％的Cr、12ppm以下的O以及余量Fe和不可避免的杂质的钢材进行球化退火的球化退火步骤，
将所述钢材成形为预定形状的加工步骤，
在830℃～880℃下，以2％～10％的NH3气体流量对渗碳转化气体流量之比进行3小时以上处理的碳氮共渗步骤，以及
精加工步骤。
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