JP2001079630A - 冷間転造性に優れた鋼素材からなる冷間転造リング - Google Patents

冷間転造性に優れた鋼素材からなる冷間転造リング

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JP2001079630A
JP2001079630A JP26333299A JP26333299A JP2001079630A JP 2001079630 A JP2001079630 A JP 2001079630A JP 26333299 A JP26333299 A JP 26333299A JP 26333299 A JP26333299 A JP 26333299A JP 2001079630 A JP2001079630 A JP 2001079630A
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Heisuke Ono
平祐 大野
Nobuhiro Hori
信弘 堀
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Sanyo Special Steel Co Ltd
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Sanyo Special Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1回の球状化焼鈍を行うのみで、減面率20
%以上、かつ、加工度7%を超える高い減面率、加工度
の冷間転造により高度にニアネットシェイプ化された微
小割れの発生していない高炭素クロム軸受鋼からなる冷
間転造リングを提供する。 【解決手段】 球状化焼鈍工程の加熱工程途中の700
〜730℃の温度範囲から760℃までを7℃/hr以
下の昇温速度で徐熱する工程を有する図1に示す球状化
焼鈍工程により得た平均炭化物距離が1.0μm以上、
かつ、硬さ90HRB以下であるリング素材から高い減
面率と加工度で冷間転造した高炭素クロム軸受鋼の冷間
転造リング。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高炭素クロム軸受
鋼を用いた溝つき冷間転造リングの微小割れ発生の防止
に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車や各種産業機械に使用される軸受
のレース材は、従来は軸受鋼を主として旋盤により加工
して行われていた。しかし、生産歩留りや生産効率のニ
アネットシェイプ化の面から球状化焼鈍した軸受鋼のリ
ング素材をリングに冷間転造(CRF)する方法がとら
れるようになってきている。ところで球状化焼鈍した軸
受鋼のリング素材をリングに冷間転造した場合、歩留り
の向上を図り優れたリング形状とするために、高い減面
率、加工度とする必要がある。しかし、減面率20%以
上で、かつ、加工度7%を超える高い冷間転造のものに
ついては、得られたリングの溝肩部などに微小割れが発
生する危険性がある。そこで、冷間転造において微小割
れを防止するためには、減面率を低く抑えたり、溝の加
工度を小さくして割れの発生を抑えるか、あるいは割れ
が発生してもその後の旋削により取りきれるように切削
代を多めにとる必要がある。しかし、減面率が小さいと
リングの形状が確実に得られず、また、加工度が小さい
と、その分だけ多めに切削しなければならず、歩留りが
悪く、また、割れを生じた時にその割れを切削で取り除
く場合も同様に歩留りが悪い問題があった。したがっ
て、高い減面率、加工度の冷間転造においても微小割れ
の発生しない鋼からなる冷間転造リングが求められてい
た。
【0003】一方、特許第2522457号の特許公報
では、高炭素クロム鋼における不純物の量を、以下重量
%で、P:0.020%以下、S:0.005%以下、
O:0.0006%以下、Ti:0.002%以下およ
びN:0.006%以下と規定した鋼を用いて、炭化物
の粒径が2μm以下に規定することで、冷間転造加工の
際の微小割れの発生を防止できるとしているが、不純物
を規制することは製鋼におけるコストアップとなり、さ
らに最大の炭化物の粒径を2μm以下に規定しても高い
減面率および加工度で冷間転造する場合には割れが発生
することがあった。
【0004】また、表面の脱炭を大きくすることにより
冷間転造における微小割れの発生を防ぐことができる
が、表面を脱炭させた場合には、冷間転造後に脱炭など
の欠陥の除去が必要となり、切削代が増えて歩留りが低
下する問題があった。
【0005】さらには、2回焼鈍を行って硬さを下げる
ことにより冷間転造での微小割れを防ぐ方法もあるが、
熱処理を2回行うことはコストアップとなる。
【0006】なお、本発明における減面率および加工度
は、図3に示すように断面積Aのリング素材を冷間転造
して溝断面積Cを有する断面積Bの溝つきリングとした
とき、減面率は数式1により、加工度は数式2により定
義される。
【0007】
【数1】 減面率 ={1−(CRF後の断面積B)/(CRF前の断面積A)}×100……1
【0008】
【数2】 加工度 ={(溝部の断面積C)/(CRF後の断面積B)}×100……2
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の解決しようと
する課題は、上記の問題点を解消し、1回の球状化焼鈍
を行うのみで、減面率20%以上、かつ、加工度7%を
超える高い減面率、加工度の冷間転造により高度にニア
ネットシェイプ化された微小割れの発生していない高炭
素クロム軸受鋼からなる冷間転造リングを提供すること
であり、ベアリングレースなどの製造歩留りを高めて生
産性を一層向上することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明の手段は、請求項1の発明では、加熱工程途
中に700〜730℃の温度範囲から760℃までを7
℃/hr以下の昇温速度で徐熱する工程を有する球状化
焼鈍工程により得た平均炭化物距離1.0μm以上、か
つ、硬さ90HRB以下であるリング素材から冷間転造
したことを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の冷間転造リ
ングである。
【0011】請求項2の発明では、加熱工程途中に74
0℃±10℃の許容温度範囲で4時間以上等温保持する
工程を有する球状化焼鈍工程により得た平均炭化物距離
1.0μm以上、かつ、硬さ90HRB以下であるリン
グ素材から冷間転造したことを特徴とする高炭素クロム
軸受鋼の冷間転造リングである。
【0012】本発明における高炭素クロム軸受鋼とは、
重量%で、C:0.80〜1.20%、Si:0.10
〜0.80%、Mn:1.50%以下、Cr:0.80
〜2.00%、P:0.025%以下、S:0.025
%以下を含み、さらにMo:0.05〜0.50%を含
むことができ、残部がFeおよび不可避不純物からなる
鋼で、主に各種産業機械などに用いられる軸受レースに
使用される鋼のことをいう。
【0013】さらに、本発明における平均炭化物距離と
は、ピクラール腐食組織の5000倍の二次電子像から
画像解析によって測定した任意線分上で隣接する2粒子
間の距離xを50個測定し、それらを平均したものをい
う。
【0014】次いで、上記の高炭素クロム軸受鋼の鋼成
分の成分範囲、平均炭化物距離および硬さの限定理由に
ついて説明する。以下、%は重量%を示す。
【0015】C:0.80〜1.20% Cは、ベアリングとして要求される焼入焼戻し硬さを得
るために下限を0.80%とする。しかし、1.20%
を超えると粗大炭化物を生成し、転動疲労寿命を低下さ
せるので、上限を1.20%とする。
【0016】Si:0.10〜0.80% Siは、脱酸のために必要な元素でまた焼入性を向上さ
せる元素であり少なくとも0.10%必要とされる。し
かし0.80%を超えて含有されると固溶強化し冷間転
造性を損なうので、上限を0.80%とする。
【0017】Mn:1.50%以下 Mnは、Siと同様に脱酸剤となり、また焼入性を向上
する。しかし、1.50%を超えると熱処理硬さが高く
なり、冷間転造性を損なうので、上限を1.50%とす
る。
【0018】Cr:0.80〜2.00 Crは、炭化物を形成するのに必要な元素で、その量が
0.80%未満ではその効果がないので、下限を0.8
0%とし、2.00%を超えるとオーステナイト領域を
狭めネット状の炭化物が生成しやすくなるので、上限の
を2.00%とする。
【0019】Mo:0.05〜0.50% Moは、焼入性を向上させるのに効果のある元素である
が、0.05%未満ではその効果は小さいので下限を
0.05%とする。しかし、0.50%を超えるとその
効果は飽和しコストアップとなるので、上限を0.50
%とする。
【0020】平均炭化物距離:1.0μm以上 炭化物間隔を広げることによりマトリックスへの炭化物
の分散強化を低下させ変形能を向上させる効果がある。
しかし、1.0μm未満ではその効果が小さく冷間転造
加工により割れを発生する。従って、平均炭化物距離
1.0μm以上とする。
【0021】硬さ:90HRB以下 硬さは、冷間転造性の重要な指標であり、硬さが90H
RBを超えると、変形抵抗が高くなり、冷間転造加工に
より割れを発生させる。そこで、硬さの上限を90HR
Bとする。
【0022】
【発明の実施の形態】冷間転造における割れの発生原因
は、高炭素クロム軸受鋼のリング素材の冷間転造加工中
に加工硬化により延性が失われ結果として冷間転造装置
のマンドレルと被加工物のリング素材であるブランクと
の間に水平方向の引張応力が発生して割れを生起するこ
とにある。そこで、発明者らは、上記の事項を鑑みて考
究したところ、硬さ90HRB 以下の冷間転造用リング素材
において、炭化物間の距離を拡げることにより、材料の
変形抵抗低減および冷間転造の変形能の向上を図ること
ができることを見出し、そして、炭化物間の距離が平均
1.0μm未満では変形抵抗低減および変形能向上の効
果が少ないことを見出して、本発明の原理を得たもので
ある。
【0023】本発明の実施の形態を以下に説明する。先
ず、請求項1の発明では、重量%で、C:1.02%、
Si:0.23%、Mn:0.39%、P:0.015
%、S:0.007%、Cr:1.42%、Ni:0.
05%、Mo:0.02%、Cu:0.13%、残部F
eおよび不可避不純物からなる鋼材を熱間圧延した棒鋼
を熱間鍛造によりリング素材を成形し、図1に示す球状
化焼鈍の温度パターンにより球状化焼鈍を行なうものと
する。図1の加熱工程における途中の温度T1の700
〜730℃の温度範囲から温度T2の760℃までを7
℃/hr以下の昇温速度で徐熱し、次いで760℃から
は昇温速度を早めて790℃に保持した後、730℃ま
で急冷し、730℃から5℃/hrにて650℃まで徐
冷して、出炉して空冷する球状化焼鈍工程を行って平均
炭化物距離1.0μm以上、かつ、硬さ90HRB以下
とし、次いで減面率20%以上、加工度7%以上の高い
冷間転造加工をすることにより高炭素クロム軸受鋼から
なる冷間転造リングを得る。
【0024】なお、上記において、棒鋼に代えて鋼管を
用いる場合は、鋼管を上記の球状化焼鈍を行なって平均
炭化物距離1.0μm以上、かつ、硬さ90HRB以下
とした後、切断して冷間転造用のリング素材とし、上記
と同様に減面率20%以上、加工度7%以上の高い冷間
転造加工をすることにより高炭素クロム軸受鋼からなる
冷間転造リングを得る。
【0025】請求項2の発明では、上記の図1に示す温
度パターンの球状化焼鈍に代えて、図2に示す温度パタ
ーンの球状化焼鈍、すなわち加熱工程途中に740℃±
10℃の許容温度範囲で4時間以上等温保持した後、次
いで保持温度からは昇温速度を早めて790℃に保持し
た後、730℃まで急冷し、730℃から5℃/hrに
て650℃まで徐冷して、出炉して空冷する球状化焼鈍
工程を行って平均炭化物距離1.0μm以上、かつ、硬
さ90HRB以下とし、次いで減面率20%以上、加工
度7%以上の高い冷間転造加工をすることにより高炭素
クロム軸受鋼からなる冷間転造リングを得るものであ
る。
【0026】
【実施例】請求項1の発明の実施例 表1に示す化学成分からなる高炭素クロム軸受鋼かなら
る棒鋼を熱間鍛造してなる供試材のリング素材を、図1
に示す温度パターンを表2に示す条件で球状化焼鈍し、
さらに減面率23.4%、加工度7.19%で冷間転造
加工によりリングを製造した。表2にその球状化焼鈍後
の硬さおよび平均炭化物粒径、並びにCRF後の微小割
れの有無を示す。表2において、アスタリスクマークを
付したものは請求項1の発明の条件を満足しないものを
示し、供試材A、B、FおよびHは、いずれも請求項1
の発明の条件を満足するもので、冷間転造加工により得
られたリングには微小割れは認められなかった。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】請求項2の発明の実施例 上記と同様に表1に示す化学成分からなる高炭素クロム
軸受鋼かならる棒鋼を熱間鍛造してなる供試材のリング
素材を、図2に示す温度パターンを表3に示す条件で球
状化焼鈍し、さらに減面率23.4%、加工度7.19
%で冷間転造加工によりリングを製造した。表3にその
球状化焼鈍後の硬さおよび平均炭化物粒径、並びにCR
F後の微小割れの有無を示す。表3において、アスタリ
スクマークを付したものは請求項2の発明の条件を満足
しないものを示し、供試材L、N、OおよびPは、いず
れも請求項2の発明の条件を満足するもので、冷間転造
加工により得られたリングには微小割れは認められなか
った。
【0030】
【表3】
【0031】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明は、冷間転
造前のリング素材の球状化焼鈍工程の加熱工程途中の7
00〜730℃の温度範囲から760℃までの加熱を7
℃/hr以下の昇温速度とすることにより、あるいは加
熱工程途中に740℃±10℃の許容温度範囲で4時間
以上等温保持する工程を加えることにより得た平均炭化
物距離が1.0μm以上、かつ、硬さ90HRB以下で
あるリング素材を減面率20%以上、かつ加工度7%を
超える高い減面率、加工度の冷間転造加工することによ
り従来にない高歩留り、高生産性で得られた優れたニア
ネットシェイプの高炭素クロム軸受鋼からなるベアリン
グレースなどの溝つきリングである。
【図面の簡単な説明】
【図1】球状化焼鈍工程の温度パターンを示す図であ
る。
【図2】他の球状化焼鈍工程の温度パターンを示す図で
ある。
【図3】冷間転造加工前のリング素材の断面形状と冷間
転造加工後の溝つきリングの断面形状を示す図である。
【符号の説明】
A リング素材の断面積 B 溝つきリングの断面積 C 溝断面積

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加熱工程途中に700〜730℃の温度
    範囲から760℃までを7℃/hr以下の昇温速度で徐
    熱する工程を有する球状化焼鈍工程により得た平均炭化
    物距離1.0μm以上、かつ、硬さ90HRB以下であ
    るリング素材から冷間転造したことを特徴とする高炭素
    クロム軸受鋼の冷間転造リング。
  2. 【請求項2】 加熱工程途中に740℃±10℃の許容
    温度範囲で4時間以上等温保持する工程を有する球状化
    焼鈍工程により得た平均炭化物距離1.0μm以上、か
    つ、硬さ90HRB以下であるリング素材から冷間転造
    したことを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の冷間転造リ
    ング。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008088448A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Sanyo Special Steel Co Ltd Crを含有する低炭素鋼の焼鈍方法
JP2012045611A (ja) * 2010-08-30 2012-03-08 Tanray Kogyo Kk 金属部品の加工成形方法
CN110125317A (zh) * 2019-05-27 2019-08-16 钢铁研究总院 一种高强度不锈钢热轧环件成型方法

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