JP2000144326A

JP2000144326A - 転動疲労寿命に優れる軸受用鋼

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Publication number: JP2000144326A
Application number: JP10318795A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yasumoto; 聡安本; Takuya Atsumi; 卓彌厚見; Toshiyuki Hoshino; 俊幸星野; Kenichi Amano; 虔一天野; Masao Goto; 将夫後藤
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1998-11-10
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2000-05-26
Anticipated expiration: 2018-11-10
Also published as: KR20010033504A; KR100508463B1; EP1048744A1; CA2317658A1; TW454042B; EP1048744A4; WO2000028100A1; JP3779078B2

Abstract

(57)【要約】【課題】転動疲労寿命、さらに生産性に優れる軸受
用鋼を提供する。【解決手段】Ｃ：0.95〜1.10mass％、Cr：1.60超〜3.50
mass％、Ｏ：0.0015mass％以下およびSb：0.0010mass％
以下を含み、必要に応じてさらに、Si：2.5 mass％以
下、Mn：2.5 mass％以下、Mo：2.5 mass％以下、Ni：3.
0 mass％以下、Nb：1.5 mass％以下、Ｖ：1.5 mass％以
下、Cu：2.0 mass％以下およびAl：0.08mass％以下のう
ちから選ばれる１種または２種以上を含有し、残部はFe
および不可避的不純物よりなる成分組成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ころ軸受あるいは
玉軸受といった転がり軸受の要素部材として用いられる
軸受用鋼に関し、とくに転動疲労寿命に優れた軸受用部
材を提供するためのものである。

【０００２】

【従来の技術】転がり軸受などに用いられる軸受用鋼に
は、転動疲労寿命の永いものであることが求められる。
一般に、軸受の転動疲労寿命は、鋼中に存在する硬質の
酸化物系非金属介在物が悪影響をおよぼすことはよく知
られている。そこで、かかる非金属介在物量の低減によ
り、転動疲労寿命の向上を図るために、従来、主として
鋼中酸素量を低減する努力がなされてきた。その結果、
製鋼技術の進歩とも相俟って、現在では鋼中酸素量を重
量比にして10ppm 以下にまで低減することができるよう
になってきた。しかし、こうした低酸素化による転動疲
労寿命の向上は、既に限界に達しているのが実情であ
る。

【０００３】ところが最近では、転動疲労寿命のより一
層の向上を目指す動きがある。例えば、特開平３−1268
39号公報では、単位面積あるいは単位体積中の酸化物系
非金属介在物の個数の調整により、また特開平５−2558
7 号公報では、極値統計によって推定される酸化物系非
金属介在物の予測最大径の調整により、それぞれ長寿命
を実現する軸受用鋼が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記既
知技術に従い、単位面積あたりの酸化物系非金属介在物
の個数や最大径をより低減させるためには、さらなる製
鋼設備の改善あるいは製造プロセスの改造が必要とな
る。したがって、これらを実現するためには、巨額の投
資が必要となり、製造コストの上昇を招くことが避けら
れなくなる。そのうえ、転動疲労寿命を補償するために
は、非金属介在物についての詳細な評価が必要となるの
で生産性の低下も不可避となる。

【０００５】そこで本発明の主たる目的は、成分組成の
調整のみで製造可能で生産性の面で有利な、優れた転動
疲労寿命を有する軸受用鋼を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上掲の目的に
鑑みその実現のためになされたものであって、図１に示
す関係から得られた知見に基づくものである。すなわ
ち、発明者らの転動疲労寿命と成分組成についての研究
から、不純物元素として鋼中に混入するSbの存在が転動
疲労寿命に悪影響を及ぼすことを見いだしたのである。
図１は、鋼中の酸素量が８〜12 ppm、酸化物系非金属介
在物個数が 100〜200個／320mm²、その最大径が被検面
積 320 mm²のときに８〜12μｍである試料いて、鋼中Sb
量と転動疲労寿命との関係を調べたものである。図１に
示すように、鋼中Sb量を15 ppm（0.0015mass％）以下ま
で低減すると転動疲労寿命が向上し、0.0010mass％程度
になるとこの改善効果が飽和することがわかる。このよ
うな現象が現れる理由は必ずしも明らかではないが、鋼
中Sb量が一定限度を超えると、過剰なSbが結晶粒界に偏
析して、疲労亀裂の進展を助長し、破壊の発生を早める
からであると考えられる。

【０００７】上記知見のもとに開発した本発明の要旨構
成は次のとおりである。 (1) Ｃ：0.95〜1.10mass％、Cr：1.60超〜3.50mass％、
Ｏ：0.0015mass％以下およびSb：0.0010mass％以下を含
有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなることを特
徴とする転動疲労寿命に優れる軸受用鋼。

【０００８】(2) Ｃ：0.95〜1.10mass％、Cr：1.60超〜
3.50mass％、Ｏ：0.0015mass％以下およびSb：0.0010ma
ss％以下を含み、さらにSi：2.5 mass％以下、Mn：2.5
mass％以下、Mo：2.5 mass％以下、Ni：3.0 mass％以
下、Nb：1.5 mass％以下、Ｖ：1.5 mass％以下、Cu：2.
0 mass％以下およびAl：0.08mass％以下のうちから選ば
れる１種または２種以上を含有し、残部はFeおよび不可
避的不純物よりなることを特徴とする転動疲労寿命に優
れる軸受用鋼。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明にかかる軸受用鋼の成分組
成を限定した理由について以下に詳述する。Ｃ：0.95〜1.10mass％Ｃは、基地に固溶してマルテンサイトの強化に有効に作
用する元素であり、焼入れ焼もどし後の強度確保とそれ
による転動疲労寿命を向上させるために含有させる。そ
の含有量が0.95mass％未満ではこうした効果が得られな
い。一方、Ｃ量が1.10mass％を超えると鋳造時に巨大炭
化物が生成し、加工性ならびに転動疲労寿命を低下させ
るので、0.95〜1.10mass％の範囲とする。

【００１０】Cr：1.60超え〜3.50mass％ Crは、炭化物を安定化させ、焼き入れ後に炭化物を残留
させることにより耐磨耗性を向上させるために有用な元
素である。Cr添加量が1.60mass％以下ではこうした効果
が得られず、一方、3.50mass％を超えて添加すると、焼
入れにより残留する炭化物量が増し、基地に固溶するＣ
量が低下して、強度ひいては転動疲労寿命を低下させ
る。よって、Cr添加量は1.60超え〜3.50mass％、好まし
くは1.60超え〜2.50mass％とする。

【００１１】Ｏ：0.0015mass％以下Ｏは、硬質な酸化物系非金属介在物を形成して転動疲労
寿命を低下させることから低いことが望ましいが、0.00
15mass％までは許容される。よって、Ｏ含有量は0.0015
mass％以下、好ましくは0.0010mass％以下とする。

【００１２】Sb：0.0010mass％以下 Sbは、本発明において特に重要な元素であり、脱炭層の
生成を抑制して熱処理生産性を向上させる作用を有する
反面、熱間加工性や靱性を低下させるほか、転動疲労寿
命を著しく低下させるという不利を招く。このため、Sb
量は0.0010mass％以下に制限する必要がある。

【００１３】Si：2.5 mass％以下 Siは、焼もどし軟化抵抗を増大させ、焼入れ焼もどし後
の強度を高めて、転動疲労寿命の向上に有効に作用する
元素である。また、溶製時の脱酸剤として鋼の低酸素化
にも寄与する元素でもある。しかし、2.5 mass％を超え
て添加すると加工性および靱性が低下する。このため、
Siは2.5 mass％以下、好ましくは0.15〜2.0 mass％の範
囲で添加する。

【００１４】Mn：2.5 mass％以下 Mnは、鋼の焼入れ性を向上させることにより、基地マル
テンサイトの靱性および強度を向上させ、転動疲労寿命
の向上に有効に作用する。しかし、2.5 mass％を超えて
添加すると、被削性および靱性が低下する。よって、Mn
は2.5 mass％以下、好ましくは0.10〜2.0 mass％の範囲
で添加する。

【００１５】Mo：2.5 mass％以下 Moは、焼入れ性の向上を通じて、強度の向上、ひいては
転動疲労寿命の向上に寄与する元素である。しかし、2.
5 mass％を超えて添加すると、炭化物が安定化して、強
度ひいては転動疲労寿命を低下させる。また、Moは高価
な元素でもあるので、これらのことを考慮して、2.5 ma
ss％以下、好ましくは0.10〜1.5 mass％の範囲で添加す
る。

【００１６】Ni：3.0 mass％以下 Niは、焼入れ性の向上を通じて、強度の向上、ひいては
転動疲労寿命の向上に寄与する元素である。しかし、3.
0 mass％を超えて添加しても効果が飽和するだけでな
く、高価な元素でもある。したがって、Niは、得られる
効果とコストとの兼ね合いから、3.0 mass％以下、好ま
しくは0.10〜2.0 mass％の範囲で添加する。

【００１７】Nb：1.5 mass％以下 Nbは、焼入れ性の増加を通じて、強度の向上、ひいては
転動疲労寿命の向上に寄与する元素である。しかし、1.
5 mass％を超えて添加すると、炭化物が安定化して、強
度ひいては転動疲労寿命を低下させる。また、Nbは高価
な元素でもあるので、これらのことを考慮して、1.5 ma
ss％以下、好ましくは0.05〜1.0 mass％の範囲で添加す
る。

【００１８】Ｖ：1.5 mass％以下、Ｖは、焼入れ性の向上を通じて、強度の向上、ひいては
転動疲労寿命の向上に寄与する元素である。しかし、1.
5 mass％を超えて添加すると、炭化物が安定化して、強
度ひいては転動疲労寿命を低下させる。またＶは高価な
元素でもあるので、これらのことを考慮して、1.5 mass
％以下、好ましくは0.05〜1.0 mass％の範囲で添加す
る。

【００１９】Cu：2.0 mass％以下 Cuは、焼入れ性の向上を通じて、強度の向上、ひいては
転動疲労寿命の向上に寄与する元素である。しかし、2.
0 mass％を超えて添加すると、鍛造性を低下させるので
Cuは2.0 mass％以下、好ましくは0.10〜1.5 mass％の範
囲で添加する。

【００２０】Al：0.08mass％以下 Alは、焼もどし軟化抵抗を増大させ、焼入れ焼もどし後
の強度を高めて、転動疲労寿命の向上に寄与する元素で
ある。また、溶製時の脱酸剤として鋼の低酸素化にも寄
与する元素でもある。一方、0.08mass％を超えて添加す
ると、加工性および靱性を低下させる。よって、Alは0.
08mass％以下、好ましくは0.005 〜0.05mass％の範囲で
添加する。

【００２１】上記各元素により本発明は構成されるが、
より好ましい実施の形態として、不純物元素としての
Ｐ、Ｓ、TiおよびＮは下記範囲に抑制することが望まし
い。Ｐ：0.025 mass％以下Ｐは、鋼の靱性ならびに転動疲労寿命を低下させること
から可能なかぎり低いことが望ましく、その許容上限は
0.025 mass％、好ましくは0.015 mass％である。

【００２２】Ｓ：0.025 mass％以下Ｓは、Mnと結合してMnＳを形成し、被削性を向上させ
る。しかし、多量に含有させると転動疲労寿命が低下す
ることから、0.025 mass％、好ましくは0.010 mass％を
上限とする。

【００２３】Ti：0.010 mass％以下 Tiは、硬質な窒化物を形成して転動疲労寿命を低下させ
ることから、可能なかぎり低いことが望ましく、その許
容上限は0.010 mass％、好ましくは0.005 mass％であ
る。

【００２４】Ｎ：0.015 mass％以下Ｎは、硬質な窒化物を形成して転動疲労寿命を低下させ
ることから、可能なかぎり低いことが望ましく、その許
容上限は0.015 mass％、好ましくは0.008 mass％であ
る。

【００２５】

【実施例】実施例１表１および表２に示す化学組成を有する鋼を転炉にて溶
製し、その後連続鋳造により400 ×560 mmのブルームと
し、1200℃で30時間の拡散焼なましの後に、さらに熱間
圧延により65mmφの棒鋼とした。次いで、860 ℃の焼な
らし、760 〜800 ℃の球状化焼なましを行い、830 ℃で
30min 保持後油焼入れし、180 ℃で２hの焼もどしを行
い、ラッピング仕上げにより60mmφ×５mmの円盤型転動
疲労寿命試験片を各鋼につき12枚づつ得た。

【００２６】転動疲労試験は、森式スラスト型転動疲労
試験機を用いて、ヘルツ最大接触応力：5260MPa 、繰り
返し応力数：30Hz、ならびに潤滑油：＃68タービン油の
条件で行った。その試験の結果を、ワイブル分布にした
がうものとして確率紙上にまとめ、Ｂ₁₀寿命 (累積破損
確率：10％における、剥離発生までの総負荷回数) を求
め、従来鋼No. １（ＪＩＳＳＵＪ２）のそれを１とし
たときの相対比で評価した。

【００２７】上記の評価結果を、表１および表２にあわ
せて示す。これらの表に示すところから明らかなよう
に、鋼No. ２およびNo. ６〜25の発明鋼は、Ｂ₁₀寿命比
が従来鋼（鋼No. １）の1.7 〜5.6 倍という優れた特性
を有している。これに対し、比較鋼No. ４はＣが、No.
５はＯがそれぞれ本発明範囲を外れており、Ｂ₁₀寿命比
は従来鋼より劣っている。また、比較鋼No. ３は化学組
成がSbを除き発明鋼No. ２と大差ないにもかかわらず、
Ｂ₁₀寿命比が 1.1であり、鋼No. ２の 3.2に比較して劣
っており、Sb量低減の効果がうかがえる。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、と
くに鋼中Sb量を0.0010mass％以下に抑制するなどの成分
調整により、転動疲労寿命が格段に優れた軸受用鋼を提
供することができる。このSb量の制限は、スクラップの
管理により容易に実現することが可能であり、生産性の
面からも好ましく、工業的に寄与するところ大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｂ₁₀寿命に及ぼすSb量の影響を示すグラフであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者厚見卓彌岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者星野俊幸岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者天野虔一岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者後藤将夫大阪府大阪市中央区南船場３丁目５番８号光洋精工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.95〜1.10mass％、 Cr：1.60超え〜3.50mass％、Ｏ：0.0015mass％以下および Sb：0.0010mass％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなること
を特徴とする転動疲労寿命に優れる軸受用鋼。
【請求項２】Ｃ：0.95〜1.10mass％、 Cr：1.60超え〜3.50mass％、Ｏ：0.0015mass％以下および Sb：0.0010mass％以下を含み、さらに Si：2.5 mass％以下、 Mn：2.5 mass％以下、 Mo：2.5 mass％以下、 Ni：3.0 mass％以下、 Nb：1.5 mass％以下、Ｖ：1.5 mass％以下、 Cu：2.0 mass％以下および Al：0.08mass％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、残部
はFeおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする転
動疲労寿命に優れる軸受用鋼。