JP2003035656A - 軸受用鋼の寿命推定方法 - Google Patents
軸受用鋼の寿命推定方法Info
- Publication number
- JP2003035656A JP2003035656A JP2001224541A JP2001224541A JP2003035656A JP 2003035656 A JP2003035656 A JP 2003035656A JP 2001224541 A JP2001224541 A JP 2001224541A JP 2001224541 A JP2001224541 A JP 2001224541A JP 2003035656 A JP2003035656 A JP 2003035656A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- life
- content
- bearing steel
- steel
- lifetime
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 短時間で軸受用鋼の寿命を精度よく推定しう
る方法と、その寿命推定式を指標として決定した長寿命
で信頼性の高い軸受用鋼を提供する。 【解決手段】 軸受用鋼に含まれる不純物の含有量や非
金属介在物の大きさから複数の寿命支配パラメータ候補
を選択し、全ての寿命支配パラメータ候補を説明変数と
し、目的変数を寿命試験における実際の寿命として重回
帰分析を行って第１の寿命推定式を導出する。前記寿命
支配パラメータ候補の中から自由度２重調整済み寄与率
が最大になる説明変数を求めるとともに、この説明変数
を用いて再度重回帰分析を行って第２の寿命推定式を求
め、第２の寿命推定式により軸受用鋼を用いた寿命試験
の寿命を推定する。
る方法と、その寿命推定式を指標として決定した長寿命
で信頼性の高い軸受用鋼を提供する。 【解決手段】 軸受用鋼に含まれる不純物の含有量や非
金属介在物の大きさから複数の寿命支配パラメータ候補
を選択し、全ての寿命支配パラメータ候補を説明変数と
し、目的変数を寿命試験における実際の寿命として重回
帰分析を行って第１の寿命推定式を導出する。前記寿命
支配パラメータ候補の中から自由度２重調整済み寄与率
が最大になる説明変数を求めるとともに、この説明変数
を用いて再度重回帰分析を行って第２の寿命推定式を求
め、第２の寿命推定式により軸受用鋼を用いた寿命試験
の寿命を推定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、たとえばJISＳ
ＵＪ２からなる軸受用鋼の寿命推定方法、その寿命推定
法により識別した軸受用鋼、およびその軸受用鋼よりな
る転がり軸受に関する。
ＵＪ２からなる軸受用鋼の寿命推定方法、その寿命推定
法により識別した軸受用鋼、およびその軸受用鋼よりな
る転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】転がり軸受の寿命は、軸受用鋼の表面に
生じる剥離現象でほとんど決定する。この剥離現象は、
軸受用鋼の転がり接触による一種の疲労破損であり、そ
の形態は表面起点剥離と内部起点剥離に大別される。表
面起点剥離は、主に、転がり環境下において異物等の噛
み込み等による外的要因から生じるとされている。
生じる剥離現象でほとんど決定する。この剥離現象は、
軸受用鋼の転がり接触による一種の疲労破損であり、そ
の形態は表面起点剥離と内部起点剥離に大別される。表
面起点剥離は、主に、転がり環境下において異物等の噛
み込み等による外的要因から生じるとされている。
【０００３】一方、内部起点剥離は、材料内部に存在す
る非金属介在物が原因とされる。すなわち、軸受用鋼中
の材料清浄度が寿命に大きな影響を及ぼすとされてい
る。そのため、従来からＪＩＳ、ＡＳＴＭ等の清浄度評
価手法により軸受用鋼中の清浄度が評価されてきた。し
かし、上記の清浄度評価手法は、酸素含有量を始めとす
る鋼中不純物量が飛躍的に減少し、それに伴い非金属介
在物が減少した今日の材料については良好な評価結果が
得られていない。すなわち、転がり寿命との相関関係を
得ることができず、軸受用鋼の品質管理手法としては不
十分である。そこで、以前から、より正確に清浄度を評
価する手法として、軸受用鋼中の非金属介在物の大きさ
や分布を基準として行う方法が知られている（特開平５
−２５５８７号公報、特開２００１−６５５６０号公
報）。
る非金属介在物が原因とされる。すなわち、軸受用鋼中
の材料清浄度が寿命に大きな影響を及ぼすとされてい
る。そのため、従来からＪＩＳ、ＡＳＴＭ等の清浄度評
価手法により軸受用鋼中の清浄度が評価されてきた。し
かし、上記の清浄度評価手法は、酸素含有量を始めとす
る鋼中不純物量が飛躍的に減少し、それに伴い非金属介
在物が減少した今日の材料については良好な評価結果が
得られていない。すなわち、転がり寿命との相関関係を
得ることができず、軸受用鋼の品質管理手法としては不
十分である。そこで、以前から、より正確に清浄度を評
価する手法として、軸受用鋼中の非金属介在物の大きさ
や分布を基準として行う方法が知られている（特開平５
−２５５８７号公報、特開２００１−６５５６０号公
報）。
【０００４】しかしながら、上記の管理方法は、ＪＩ
Ｓ、ＡＳＴＭ法より評価制度が改善されたものの、転が
り寿命との高精度な相関関係を得ることが出来ていない
ため、軸受用鋼の寿命品質管理手法として未確立であ
る。したがって、軸受用材料の品質管理のために、従来
から、実際に転動疲労寿命試験が実施されているのが現
状である。転動疲労寿命試験は、数ＧＰａ程度の最大接
触応力でボールを試験片に対して転動させ、試験片が剥
離するまでの転動サイクル数を調査するものであり、長
寿命のものは破損するまでの転動サイクル数が１０８オ
ーダーを超えるものがある。通常試験片には円筒状や平
板状のものが用いられる。この転動疲労寿命試験では、
全試験片の１０％が破損する寿命をＬ１０寿命として、
このＬ１０寿命で各ロット毎の転動寿命を評価し、軸受
用鋼の品質管理を行っている。ところが、本評価手法は
各試験片が破損するまで試験を行う必要があるために多
大な時間を要する。特に、今日の高清浄度化した材料に
ついては、なかなか剥離に至らず、より一層長い評価時
間が必要となっている。
Ｓ、ＡＳＴＭ法より評価制度が改善されたものの、転が
り寿命との高精度な相関関係を得ることが出来ていない
ため、軸受用鋼の寿命品質管理手法として未確立であ
る。したがって、軸受用材料の品質管理のために、従来
から、実際に転動疲労寿命試験が実施されているのが現
状である。転動疲労寿命試験は、数ＧＰａ程度の最大接
触応力でボールを試験片に対して転動させ、試験片が剥
離するまでの転動サイクル数を調査するものであり、長
寿命のものは破損するまでの転動サイクル数が１０８オ
ーダーを超えるものがある。通常試験片には円筒状や平
板状のものが用いられる。この転動疲労寿命試験では、
全試験片の１０％が破損する寿命をＬ１０寿命として、
このＬ１０寿命で各ロット毎の転動寿命を評価し、軸受
用鋼の品質管理を行っている。ところが、本評価手法は
各試験片が破損するまで試験を行う必要があるために多
大な時間を要する。特に、今日の高清浄度化した材料に
ついては、なかなか剥離に至らず、より一層長い評価時
間が必要となっている。
【０００５】そこで、この発明の課題は、短時間で軸受
用鋼の寿命を精度よく推定しうる方法と、その寿命推定
式を指標として決定した長寿命で信頼性の高い軸受用鋼
を提供することにある。
用鋼の寿命を精度よく推定しうる方法と、その寿命推定
式を指標として決定した長寿命で信頼性の高い軸受用鋼
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段と発明の効果】請求項１の
発明による軸受用鋼の寿命推定方法は、軸受用鋼に含ま
れる不純物の含有量や非金属介在物の大きさから複数の
寿命支配パラメータ候補を選択し、全ての寿命支配パラ
メータ候補を説明変数とし、目的変数を寿命試験におけ
る実際の寿命として重回帰分析を行って第１の寿命推定
式を導出し、前記寿命支配パラメータ候補の中から自由
度２重調整済み寄与率が最大になる説明変数を求めると
ともに、この説明変数を用いて再度重回帰分析を行って
第２の寿命推定式を求め、第２の寿命推定式により軸受
用鋼を用いた転がり軸受の寿命を推定するものである。
発明による軸受用鋼の寿命推定方法は、軸受用鋼に含ま
れる不純物の含有量や非金属介在物の大きさから複数の
寿命支配パラメータ候補を選択し、全ての寿命支配パラ
メータ候補を説明変数とし、目的変数を寿命試験におけ
る実際の寿命として重回帰分析を行って第１の寿命推定
式を導出し、前記寿命支配パラメータ候補の中から自由
度２重調整済み寄与率が最大になる説明変数を求めると
ともに、この説明変数を用いて再度重回帰分析を行って
第２の寿命推定式を求め、第２の寿命推定式により軸受
用鋼を用いた転がり軸受の寿命を推定するものである。
【０００７】請求項１の発明による軸受用鋼の寿命推定
方法は、上述のように構成されているので、軸受用鋼の
寿命を推定することが可能になる。したがって、実際に
長時間にわたる寿命試験を実施しなくても軸受用鋼の品
質管理（寿命性能の把握）を行うことが可能になる。ま
た、本寿命推定式は長寿命軸受用鋼の開発指標として役
立たせることができる。
方法は、上述のように構成されているので、軸受用鋼の
寿命を推定することが可能になる。したがって、実際に
長時間にわたる寿命試験を実施しなくても軸受用鋼の品
質管理（寿命性能の把握）を行うことが可能になる。ま
た、本寿命推定式は長寿命軸受用鋼の開発指標として役
立たせることができる。
【０００８】請求項２の発明による軸受用鋼の寿命推定
方法は、請求項１の発明において、前記軸受用鋼がJIS
ＳＵＪ２であり、前記寿命支配パラメータ候補を転がり
軸受用鋼中のＰ、Ｓ、Ｏ、固溶Ａｌ、Ｔｉ、ＮおよびＳ
ｂの含有量、ならびに酸化物系介在物、チタン系介在物
および硫化物系介在物の予測最大径と個数とし、前記自
由度２重調整済み寄与率が最大になる説明変数がＯ、Ｓ
およびＮの含有量、ならびに酸化物系介在物の予測最大
径であり、前記第２の寿命推定式が下記の式であるもの
である。
方法は、請求項１の発明において、前記軸受用鋼がJIS
ＳＵＪ２であり、前記寿命支配パラメータ候補を転がり
軸受用鋼中のＰ、Ｓ、Ｏ、固溶Ａｌ、Ｔｉ、ＮおよびＳ
ｂの含有量、ならびに酸化物系介在物、チタン系介在物
および硫化物系介在物の予測最大径と個数とし、前記自
由度２重調整済み寄与率が最大になる説明変数がＯ、Ｓ
およびＮの含有量、ならびに酸化物系介在物の予測最大
径であり、前記第２の寿命推定式が下記の式であるもの
である。
【０００９】Ｌ１０ｅ＝(５２６０／Pmax)９・ＥＸＰ
｛３．２６５−０．２１６×Ｆ１*（Ｘ １）−０．３６
３×Ｆ２*（Ｘ２）−０．４０７×Ｆ３*（Ｘ３）−０．
１８２×Ｆ４*（Ｘ４）｝ ここで、Ｌ１０ｅ：スラスト寿命試験機における推定Ｌ
１０寿命 Pmax：スラスト型寿命試験機におけるボールと平板の最
大接触面圧 Ｆ１ ＊（Ｘ１）：｛Ｘ１−１９．９｝／３．９２ Ｆ２ ＊（Ｘ２）：｛Ｘ２−０．０００５５｝／０．００
０１５ Ｆ３ ＊（Ｘ３）：｛Ｘ３−０．００２６｝／０．００１
５ Ｆ４ ＊（Ｘ４）：｛Ｘ４−０．００５５｝／０．００１
７ Ｘ１：酸化物系介在物の予測最大径、μｍ Ｘ２：Ｏ含有量、質量％ Ｘ３：Ｓ含有量、質量％ Ｘ４：Ｎ含有量、質量％ 請求項３の発明による軸受用鋼は、JISＳＵＪ２からな
り、請求項２記載の寿命推定式で推定される推定Ｌ１０
寿命が３０×１０６cycles以上であるものである。この
場合、この軸受用鋼からなる軸受部品を備えた転がり軸
受の寿命を安定させて、信頼性を向上させることができ
る。
｛３．２６５−０．２１６×Ｆ１*（Ｘ １）−０．３６
３×Ｆ２*（Ｘ２）−０．４０７×Ｆ３*（Ｘ３）−０．
１８２×Ｆ４*（Ｘ４）｝ ここで、Ｌ１０ｅ：スラスト寿命試験機における推定Ｌ
１０寿命 Pmax：スラスト型寿命試験機におけるボールと平板の最
大接触面圧 Ｆ１ ＊（Ｘ１）：｛Ｘ１−１９．９｝／３．９２ Ｆ２ ＊（Ｘ２）：｛Ｘ２−０．０００５５｝／０．００
０１５ Ｆ３ ＊（Ｘ３）：｛Ｘ３−０．００２６｝／０．００１
５ Ｆ４ ＊（Ｘ４）：｛Ｘ４−０．００５５｝／０．００１
７ Ｘ１：酸化物系介在物の予測最大径、μｍ Ｘ２：Ｏ含有量、質量％ Ｘ３：Ｓ含有量、質量％ Ｘ４：Ｎ含有量、質量％ 請求項３の発明による軸受用鋼は、JISＳＵＪ２からな
り、請求項２記載の寿命推定式で推定される推定Ｌ１０
寿命が３０×１０６cycles以上であるものである。この
場合、この軸受用鋼からなる軸受部品を備えた転がり軸
受の寿命を安定させて、信頼性を向上させることができ
る。
【００１０】請求項４の発明による軸受用鋼は、JISＳ
ＵＪ２からなり、酸化物系介在物の予測最大径を２０μ
ｍ以下（１００００ｍｍ２中）、Ｏ含有量を０．０００
５質量％以下、Ｓ含有量を０．００２質量％以下、Ｎ含
有量を０．００５５質量％以下に決定してなるものであ
る。この場合、この軸受用鋼からなる軸受部品を備えた
転がり軸受の寿命を安定させて、信頼性を向上させるこ
とができる。
ＵＪ２からなり、酸化物系介在物の予測最大径を２０μ
ｍ以下（１００００ｍｍ２中）、Ｏ含有量を０．０００
５質量％以下、Ｓ含有量を０．００２質量％以下、Ｎ含
有量を０．００５５質量％以下に決定してなるものであ
る。この場合、この軸受用鋼からなる軸受部品を備えた
転がり軸受の寿命を安定させて、信頼性を向上させるこ
とができる。
【００１１】請求項５の発明による転がり軸受は、内
輪、外輪および転動体のうちの少なくとも１つが、請求
項３または４記載の軸受用鋼によって形成されているも
のである。
輪、外輪および転動体のうちの少なくとも１つが、請求
項３または４記載の軸受用鋼によって形成されているも
のである。
【００１２】
【発明の実施形態】以下、この発明の実施例について説
明する。
明する。
【００１３】表１に示す３２種の高清浄度ＳＵＪ２を用
意した。なお、これらのＳＵＪ２について、必須成分で
あるＣ、ＳｉおよびＣｒ含有量は、それぞれJIS規格に
基づくようにＣ０．９５〜１．１０質量％、Ｓｉ０．１
５〜０．３５質量％、Ｃｒ１．３０〜１．６０質量％で
ある。
意した。なお、これらのＳＵＪ２について、必須成分で
あるＣ、ＳｉおよびＣｒ含有量は、それぞれJIS規格に
基づくようにＣ０．９５〜１．１０質量％、Ｓｉ０．１
５〜０．３５質量％、Ｃｒ１．３０〜１．６０質量％で
ある。
【００１４】
【表１】
【００１５】そして、表１に示す３２種類の試料からそ
れぞれ円環状の試験片を以下の方法により作製した。す
なわち、圧延材に焼準および球状化焼鈍を施した後、旋
削加工により所定の形状に形成し、ついで８３０℃で４
０分間加熱した後油冷する焼入処理および１８０℃で２
０分間加熱した後徐冷する焼戻し処理を施し、最後に研
磨処理を施して試験片を作製した。各試験片の表面硬さ
は６１〜６３ＨＲＣである。
れぞれ円環状の試験片を以下の方法により作製した。す
なわち、圧延材に焼準および球状化焼鈍を施した後、旋
削加工により所定の形状に形成し、ついで８３０℃で４
０分間加熱した後油冷する焼入処理および１８０℃で２
０分間加熱した後徐冷する焼戻し処理を施し、最後に研
磨処理を施して試験片を作製した。各試験片の表面硬さ
は６１〜６３ＨＲＣである。
【００１６】これらの全ての試験片について、図１に示
すようなスラスト型転動寿命試験を使用し、ラジアル荷
重を負荷して表２に示す条件で実際の転動疲労寿命Ｌ
１０（以下、実Ｌ１０寿命という）を測定した。なお、
図１において、(1)は試験片、(2)は鋼球、(3)は潤滑油
である。鋼球(2)としてはＳＵＪ２製の直径３／８イン
チで、表面硬さ６２〜６６ＨＲＣのものが３個配され
る。
すようなスラスト型転動寿命試験を使用し、ラジアル荷
重を負荷して表２に示す条件で実際の転動疲労寿命Ｌ
１０（以下、実Ｌ１０寿命という）を測定した。なお、
図１において、(1)は試験片、(2)は鋼球、(3)は潤滑油
である。鋼球(2)としてはＳＵＪ２製の直径３／８イン
チで、表面硬さ６２〜６６ＨＲＣのものが３個配され
る。
【００１７】
【表２】
【００１８】本寿命試験により求めた実Ｌ１０寿命を表
１に示す。
１に示す。
【００１９】そして、Ｐ、Ｓ、Ｏ、固溶Ａｌ、Ｔｉ、Ｎ
およびＳｂの含有量、ならびに酸化物系介在物、チタン
系介在物および硫化物系介在物の予測最大径と個数を寿
命支配パラメータ候補として選択し、全ての寿命支配パ
ラメータ候補を説明変数とし、目的変数を実Ｌ１０寿命
として重回帰分析を行って第１の寿命推定式(a)を導出
した。
およびＳｂの含有量、ならびに酸化物系介在物、チタン
系介在物および硫化物系介在物の予測最大径と個数を寿
命支配パラメータ候補として選択し、全ての寿命支配パ
ラメータ候補を説明変数とし、目的変数を実Ｌ１０寿命
として重回帰分析を行って第１の寿命推定式(a)を導出
した。
【００２０】
Ｌ１０ｅ＝（５２６０／Pmax）９・EXP｛β０＋β１・Ｆ１ ＊（Ｘ１）＋β２・
Ｆ２ ＊（Ｘ２）＋……βｉ・Ｆｉ ＊（Ｘｉ）｝ （ｉ＝１〜１３）…(a)
Ｌ１０ｅ：スラスト寿命試験機における推定Ｌ１０寿命
（×１０６cycles） β０：定数 β１〜β１３：標準偏回帰係数 Ｘ１〜Ｘ９：Ｐ、Ｓ、Ｏ、固溶Ａｌ、Ｔｉ、ＮおよびＳ
ｂ含有量、ならびに酸化物系介在物、チタン系介在物お
よび硫化物系介在物の予測最大径と個数 Ｆｉ ＊（Ｘｉ）：Ｘｉの尺度依存性を除去するために各
Ｘｉ値を平均０、分散１に基準化した関数 Ｆｉ ＊（Ｘｉ）＝Ｘｉ−Ｘｉ／Ｓｉ、 Ｘｉ：平均、Ｓ
ｉ：標準偏差 なお、酸化物系介在物、チタン系介在物、硫化物系介在
物の予測最大径（予測面積１００００mm２）は、画像解
析装置を用いて介在物の投影面を表３に示す条件により
測定し、極値統計法によって求めた。また、予測最大径
を算出する介在物の投影面は、寿命試験片とボールとの
接触面に対して垂直な断面とした。ここで、酸化物系介
在物およびチタン系介在物はほぼ球状であるから、投影
面形状は寿命試験片のどの断面で測定してもほぼ同等と
なるので、予測最大径は、介在物投影面積を求めて円換
算により直径を求めた。一方、硫化物系介在物は試験片
における材料の圧延方向に細長い形状となるから、断面
方向により投影面における投影面積が大きく異なる。そ
こで、硫化物系介在物については、投影面における最大
幅（細長い形状の最大幅）を最大径として求めた。
（×１０６cycles） β０：定数 β１〜β１３：標準偏回帰係数 Ｘ１〜Ｘ９：Ｐ、Ｓ、Ｏ、固溶Ａｌ、Ｔｉ、ＮおよびＳ
ｂ含有量、ならびに酸化物系介在物、チタン系介在物お
よび硫化物系介在物の予測最大径と個数 Ｆｉ ＊（Ｘｉ）：Ｘｉの尺度依存性を除去するために各
Ｘｉ値を平均０、分散１に基準化した関数 Ｆｉ ＊（Ｘｉ）＝Ｘｉ−Ｘｉ／Ｓｉ、 Ｘｉ：平均、Ｓ
ｉ：標準偏差 なお、酸化物系介在物、チタン系介在物、硫化物系介在
物の予測最大径（予測面積１００００mm２）は、画像解
析装置を用いて介在物の投影面を表３に示す条件により
測定し、極値統計法によって求めた。また、予測最大径
を算出する介在物の投影面は、寿命試験片とボールとの
接触面に対して垂直な断面とした。ここで、酸化物系介
在物およびチタン系介在物はほぼ球状であるから、投影
面形状は寿命試験片のどの断面で測定してもほぼ同等と
なるので、予測最大径は、介在物投影面積を求めて円換
算により直径を求めた。一方、硫化物系介在物は試験片
における材料の圧延方向に細長い形状となるから、断面
方向により投影面における投影面積が大きく異なる。そ
こで、硫化物系介在物については、投影面における最大
幅（細長い形状の最大幅）を最大径として求めた。
【００２１】
【表３】
【００２２】なお、極値統計法は、「金属疲労 微少欠
陥と介在物の影響」（村上敬宜著、養賢堂発行、第２３
３〜２４０頁）に記載されているように、以下に述べる
ような方法である。すなわち、ある基本分布関数に従う
データの集合から一定の数のデータの集合取り出した
時、各集合の極値（最大値、最小値）が従う分布を極値
分布という。基本分布関数が正規分布や指数分布であっ
てもその極値分布は異なった分布となるが、この極値分
布について解析するのが極値統計法である。基本分布関
数のすそ野が指数的に減少すると見なせる基本分布関数
（たとえば正規分布、指数分布）を極値分布では２重指
数分布と呼び、２重指数分布は極値分布上では直線とな
るため任意の予測領域内での最大値を推定できる。軸受
用鋼中の介在物分布も指数分布となるため、極値統計法
を用いて任意の予測面積（体積）中の予測最大径（area
ｍａｘ）１／２を算出することが可能となる。ここで、
極値統計法を用いて予測最大径を求める時に必要となる
パラメータを表４に示す。表４により表５の最大介在物
分布直線を求めて予測最大径を算出する。このときの極
値統計グラフの例を図２に示す。
陥と介在物の影響」（村上敬宜著、養賢堂発行、第２３
３〜２４０頁）に記載されているように、以下に述べる
ような方法である。すなわち、ある基本分布関数に従う
データの集合から一定の数のデータの集合取り出した
時、各集合の極値（最大値、最小値）が従う分布を極値
分布という。基本分布関数が正規分布や指数分布であっ
てもその極値分布は異なった分布となるが、この極値分
布について解析するのが極値統計法である。基本分布関
数のすそ野が指数的に減少すると見なせる基本分布関数
（たとえば正規分布、指数分布）を極値分布では２重指
数分布と呼び、２重指数分布は極値分布上では直線とな
るため任意の予測領域内での最大値を推定できる。軸受
用鋼中の介在物分布も指数分布となるため、極値統計法
を用いて任意の予測面積（体積）中の予測最大径（area
ｍａｘ）１／２を算出することが可能となる。ここで、
極値統計法を用いて予測最大径を求める時に必要となる
パラメータを表４に示す。表４により表５の最大介在物
分布直線を求めて予測最大径を算出する。このときの極
値統計グラフの例を図２に示す。
【００２３】
【表４】
【００２４】
【表５】
【００２５】酸化物系介在物、チタン系介在物、硫化物
系介在物の個数は、上述の予測最大径を求める際の総測
定面積中（４００ｍｍ２中）の個数とした。
系介在物の個数は、上述の予測最大径を求める際の総測
定面積中（４００ｍｍ２中）の個数とした。
【００２６】酸化物系介在物、チタン系介在物、硫化物
系介在物の予測最大径および個数を表６に示す。
系介在物の予測最大径および個数を表６に示す。
【００２７】
【表６】
【００２８】ついで、上記式(a)より、上記説明変数の
全ての組合せについての自由度調整済み寄与率を求め、
その中で自由度２重調整済み寄与率が最大となる説明変
数の組合せを求めた。この説明変数は、酸化物系介在物
の予測最大径（μｍ）、Ｏ含有量（質量％）、Ｓ含有量
（質量％）およびＮ含有量（質量％）であった。
全ての組合せについての自由度調整済み寄与率を求め、
その中で自由度２重調整済み寄与率が最大となる説明変
数の組合せを求めた。この説明変数は、酸化物系介在物
の予測最大径（μｍ）、Ｏ含有量（質量％）、Ｓ含有量
（質量％）およびＮ含有量（質量％）であった。
【００２９】ついで、この説明変数を用いて重回帰分析
を行って、第２の寿命推定式(b)を求めた。
を行って、第２の寿命推定式(b)を求めた。
【００３０】
Ｌ１０ｅ＝(５２６０／Pmax)９・ＥＸＰ｛３．２６５−０．２１６×Ｆ１*（Ｘ １
）−０．３６３×Ｆ２*（Ｘ２）−０．４０７×Ｆ３*（Ｘ３）−０．１８２×
Ｆ４*（Ｘ４）｝・・・(2)
ここで、Ｌ１０ｅ：スラスト寿命試験機における推定Ｌ
１０寿命 Pmax：スラスト型寿命試験機におけるボールと平板の最
大接触面圧 Ｆ１ ＊（Ｘ１）：｛Ｘ１−１９．９｝／３．９２ Ｆ２ ＊（Ｘ２）：｛Ｘ２−０．０００５５｝／０．００
０１５ Ｆ３ ＊（Ｘ３）：｛Ｘ３−０．００２６｝／０．００１
５ Ｆ４ ＊（Ｘ４）：｛Ｘ４−０．００５５｝／０．００１
７ Ｘ１：酸化物系介在物の予測最大径、μｍ Ｘ２：Ｏ含有量、質量％ Ｘ３：Ｓ含有量、質量％ Ｘ４：Ｎ含有量、質量％ 上記(b)式による推定Ｌ１０寿命を表１に示す。
１０寿命 Pmax：スラスト型寿命試験機におけるボールと平板の最
大接触面圧 Ｆ１ ＊（Ｘ１）：｛Ｘ１−１９．９｝／３．９２ Ｆ２ ＊（Ｘ２）：｛Ｘ２−０．０００５５｝／０．００
０１５ Ｆ３ ＊（Ｘ３）：｛Ｘ３−０．００２６｝／０．００１
５ Ｆ４ ＊（Ｘ４）：｛Ｘ４−０．００５５｝／０．００１
７ Ｘ１：酸化物系介在物の予測最大径、μｍ Ｘ２：Ｏ含有量、質量％ Ｘ３：Ｓ含有量、質量％ Ｘ４：Ｎ含有量、質量％ 上記(b)式による推定Ｌ１０寿命を表１に示す。
【００３１】また、式(b)による推定Ｌ１０寿命と実Ｌ
１０寿命の関係を図３に示す。図３の実線Ｘは、図中の
プロットから最小２乗法を用いて描いたものである。こ
の実線Ｘの寄与率（この寄与率は自由度２重調整済み寄
与率とは異なる）は０．７８２であり、寄与率の平方根
である重相関係数は０．８８５となった。すなわち(2)
式は実Ｌ１０寿命の変動に対して７８．２％の説明が可
能な寿命推定式であるといえる。
１０寿命の関係を図３に示す。図３の実線Ｘは、図中の
プロットから最小２乗法を用いて描いたものである。こ
の実線Ｘの寄与率（この寄与率は自由度２重調整済み寄
与率とは異なる）は０．７８２であり、寄与率の平方根
である重相関係数は０．８８５となった。すなわち(2)
式は実Ｌ１０寿命の変動に対して７８．２％の説明が可
能な寿命推定式であるといえる。
【００３２】ついで、図３において、推定Ｌ１０寿命お
よび実Ｌ１０寿命のいずれもが３０×１０６cycles以上
である鎖線Ｙで囲まれた領域を長寿命域であるとする
と、表１中のＮｏ．１〜１１が長寿命域に含まれること
が判明した。
よび実Ｌ１０寿命のいずれもが３０×１０６cycles以上
である鎖線Ｙで囲まれた領域を長寿命域であるとする
と、表１中のＮｏ．１〜１１が長寿命域に含まれること
が判明した。
【００３３】そこで、式(b)により寿命支配パラメータ
と判明した酸化物系介在物の予測最大径、Ｏ含有量、Ｓ
含有量およびＮ含有量の最大値を上記(b)式に代入し、
推定Ｌ１０寿命を求めた。
と判明した酸化物系介在物の予測最大径、Ｏ含有量、Ｓ
含有量およびＮ含有量の最大値を上記(b)式に代入し、
推定Ｌ１０寿命を求めた。
【００３４】なお、実施例に用いたＳＵＪ２試料におけ
る酸化物系介在物の予測最大径、Ｏ含有量、Ｓ含有量お
よびＮ含有量は、図４〜図７に示すとおりである。
る酸化物系介在物の予測最大径、Ｏ含有量、Ｓ含有量お
よびＮ含有量は、図４〜図７に示すとおりである。
【００３５】この場合、統計上、当然のことながら推定
Ｌ１０寿命は３０×１０６cyclesより短くなる。そこか
ら、酸化物系介在物の予測最大径、Ｏ含有量、Ｓ含有量
およびＮ含有量の値をＮｏ．１〜１１の順に小さくする
ことにより安全側に移行し、順次推定Ｌ１０寿命を求め
ていった。そして、推定Ｌ１０寿命が３０×１０６cycl
es以上となる酸化物系介在物の予測最大径、Ｏ含有量、
Ｓ含有量およびＮ含有量の最大値を決定した。その結果
を表７に示す。
Ｌ１０寿命は３０×１０６cyclesより短くなる。そこか
ら、酸化物系介在物の予測最大径、Ｏ含有量、Ｓ含有量
およびＮ含有量の値をＮｏ．１〜１１の順に小さくする
ことにより安全側に移行し、順次推定Ｌ１０寿命を求め
ていった。そして、推定Ｌ１０寿命が３０×１０６cycl
es以上となる酸化物系介在物の予測最大径、Ｏ含有量、
Ｓ含有量およびＮ含有量の最大値を決定した。その結果
を表７に示す。
【００３６】
【表７】
【００３７】こうして、Ｏ含有量を０．０００５質量％
以下、Ｓ含有量を０．００２質量％以下、Ｎ含有量を
０．００５５質量％以下、酸化物系介在物の予測最大径
を２０μｍ以下にすることにより、スラスト型寿命試験
で推定Ｌ１０寿命が３０×１０ ６cycles以上となる軸受
用鋼をとなることが推定された。
以下、Ｓ含有量を０．００２質量％以下、Ｎ含有量を
０．００５５質量％以下、酸化物系介在物の予測最大径
を２０μｍ以下にすることにより、スラスト型寿命試験
で推定Ｌ１０寿命が３０×１０ ６cycles以上となる軸受
用鋼をとなることが推定された。
【００３８】（式(b)の説明変数の妥当性に関する説
明）Ｏ含有量および酸化物系介在物の予測最大径が、転
動疲労寿命と相関関係を有することは、従来の知見から
妥当なものであると考えられる。
明）Ｏ含有量および酸化物系介在物の予測最大径が、転
動疲労寿命と相関関係を有することは、従来の知見から
妥当なものであると考えられる。
【００３９】Ｓは、軸受用鋼中においてほとんどが硫化
物系介在物として存在するものである。一般に、ＭｎＳ
は軟質な介在物で酸化物系介在物を包み込んで応力集中
を緩和するという効果があるために寿命にさほど影響し
ないと考えられていたが、式(b)の寿命推定式から、Ｓ
ＵＪ２の長寿命化実現のためには硫化物系介在物は酸化
物系介在物と同様、少なくすることが必要であることが
分かった。
物系介在物として存在するものである。一般に、ＭｎＳ
は軟質な介在物で酸化物系介在物を包み込んで応力集中
を緩和するという効果があるために寿命にさほど影響し
ないと考えられていたが、式(b)の寿命推定式から、Ｓ
ＵＪ２の長寿命化実現のためには硫化物系介在物は酸化
物系介在物と同様、少なくすることが必要であることが
分かった。
【００４０】Ｎは、ＳＵＪ２中ではマトリックスに固溶
した状態、およびＡｌＮやＴｉＮとして析出した状態で
存在する。そして、マトリックス中に固溶することによ
り衝撃値を低下させ材料の脆化、およびＴｉＮによる介
在物起点の生成により、寿命に影響を及ぼしていると考
えられる。
した状態、およびＡｌＮやＴｉＮとして析出した状態で
存在する。そして、マトリックス中に固溶することによ
り衝撃値を低下させ材料の脆化、およびＴｉＮによる介
在物起点の生成により、寿命に影響を及ぼしていると考
えられる。
【００４１】なお、上記実施例においては、寿命として
Ｌ１０寿命を用いたが、これに限るものではなく、Ｌ
５０寿命等を用いることもできる。
Ｌ１０寿命を用いたが、これに限るものではなく、Ｌ
５０寿命等を用いることもできる。
【図１】実Ｌ１０寿命を測定する方法を示す図である。
【図２】表４により求めた表５の最大介在物分布直線示
すグラフである。
すグラフである。
【図３】推定Ｌ１０寿命と実Ｌ１０寿命との関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図４】実施例に使用したＳＵＪ２試料の酸化物系介在
物の予測最大径を示すグラフである。
物の予測最大径を示すグラフである。
【図５】実施例に使用したＳＵＪ２試料のＯ含有量を示
すグラフである。
すグラフである。
【図６】実施例に使用したＳＵＪ２試料のＳ含有量を示
すグラフである。
すグラフである。
【図７】実施例に使用したＳＵＪ２試料のＮ含有量を示
すグラフである。
すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2G050 AA01 BA12 DA01 EA10 EB10
EC05
3J101 AA01 BA01 BA54 EA03 FA60
Claims (5)
- 【請求項１】 軸受用鋼に含まれる不純物の含有量や非
金属介在物の大きさから複数の寿命支配パラメータ候補
を選択し、全ての寿命支配パラメータ候補を説明変数と
し、目的変数を寿命試験における実際の寿命として重回
帰分析を行って第１の寿命推定式を導出し、前記寿命支
配パラメータ候補の中から自由度２重調整済み寄与率が
最大になる説明変数を求めるとともに、この説明変数を
用いて再度重回帰分析を行って第２の寿命推定式を求
め、第２の寿命推定式により軸受用鋼を用いた転がり軸
受の寿命を推定する軸受用鋼の寿命推定方法。 - 【請求項２】 前記軸受用鋼がJISＳＵＪ２であり、前
記寿命支配パラメータ候補を転がり軸受用鋼中のＰ、
Ｓ、Ｏ、固溶Ａｌ、Ｔｉ、ＮおよびＳｂの含有量、なら
びに酸化物系介在物、チタン系介在物および硫化物系介
在物の予測最大径と個数とし、前記自由度２重調整済み
寄与率が最大になる説明変数がＯ、ＳおよびＮの含有
量、ならびに酸化物系介在物の予測最大径であり、前記
第２の寿命推定式が下記の式である請求項１記載の軸受
用鋼の寿命推定方法。 Ｌ１０ｅ＝(５２６０／Pmax)９・ＥＸＰ｛３．２６５−
０．２１６×Ｆ１*（Ｘ １）−０．３６３×Ｆ２*
（Ｘ２）−０．４０７×Ｆ３*（Ｘ３）−０．１８２×
Ｆ４*（Ｘ４）｝ ここで、Ｌ１０ｅ：スラスト寿命試験機における推定Ｌ
１０寿命 Pmax：スラスト型寿命試験機におけるボールと平板の最
大接触面圧 Ｆ１ ＊（Ｘ１）：｛Ｘ１−１９．９｝／３．９２ Ｆ２ ＊（Ｘ２）：｛Ｘ２−０．０００５５｝／０．００
０１５ Ｆ３ ＊（Ｘ３）：｛Ｘ３−０．００２６｝／０．００１
５ Ｆ４ ＊（Ｘ４）：｛Ｘ４−０．００５５｝／０．００１
７ Ｘ１：酸化物系介在物の予測最大径、μｍ Ｘ２：Ｏ含有量、質量％ Ｘ３：Ｓ含有量、質量％ Ｘ４：Ｎ含有量、質量％ - 【請求項３】 JISＳＵＪ２からなり、請求項２記載の
寿命推定式で推定される推定Ｌ１０寿命が３０×１０６
cycles以上である軸受用鋼。 - 【請求項４】 JISＳＵＪ２からなり、酸化物系介在物
の予測最大径を２０μｍ以下（１００００ｍｍ２中）、
Ｏ含有量を０．０００５質量％以下、Ｓ含有量を０．０
０２質量％以下、Ｎ含有量を０．００５５質量％以下に
決定してなる軸受用鋼。 - 【請求項５】 内輪、外輪および転動体のうちの少なく
とも１つが、請求項３または４記載の軸受用鋼によって
形成されている転がり軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001224541A JP4706140B2 (ja) | 2001-07-25 | 2001-07-25 | 軸受用鋼の寿命推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001224541A JP4706140B2 (ja) | 2001-07-25 | 2001-07-25 | 軸受用鋼の寿命推定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003035656A true JP2003035656A (ja) | 2003-02-07 |
| JP4706140B2 JP4706140B2 (ja) | 2011-06-22 |
Family
ID=19057681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001224541A Expired - Lifetime JP4706140B2 (ja) | 2001-07-25 | 2001-07-25 | 軸受用鋼の寿命推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4706140B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013047557A (ja) * | 2011-08-29 | 2013-03-07 | Nsk Ltd | スラスト軸受 |
| JP2013533441A (ja) * | 2010-07-02 | 2013-08-22 | アクティエボラゲット・エスコーエッフ | フラッシュバット溶接軸受構成要素 |
| WO2017047767A1 (ja) * | 2015-09-18 | 2017-03-23 | 国立大学法人大阪大学 | 高硬度かつ靱性に優れた鋼 |
| WO2019172314A1 (ja) * | 2018-03-09 | 2019-09-12 | 日新製鋼株式会社 | 鋼管および鋼管の製造方法 |
| CN110321659A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-10-11 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 模拟计算海绵钛布氏硬度的方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0356640A (ja) * | 1989-07-21 | 1991-03-12 | Nippon Seiko Kk | 転がり軸受 |
| JPH03126839A (ja) * | 1989-10-11 | 1991-05-30 | Nippon Seiko Kk | 軸受用鋼及び転がり軸受 |
| WO1997032050A1 (en) * | 1996-02-29 | 1997-09-04 | Kawasaki Steel Corporation | Bearing material |
| JPH10274577A (ja) * | 1997-03-31 | 1998-10-13 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 接触感覚評価方法 |
| JP2001065560A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-16 | Ntn Corp | 転がり軸受用材料の寿命予測方法および寿命予測で長寿命を識別した転がり軸受 |
-
2001
- 2001-07-25 JP JP2001224541A patent/JP4706140B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0356640A (ja) * | 1989-07-21 | 1991-03-12 | Nippon Seiko Kk | 転がり軸受 |
| JPH03126839A (ja) * | 1989-10-11 | 1991-05-30 | Nippon Seiko Kk | 軸受用鋼及び転がり軸受 |
| WO1997032050A1 (en) * | 1996-02-29 | 1997-09-04 | Kawasaki Steel Corporation | Bearing material |
| JPH10274577A (ja) * | 1997-03-31 | 1998-10-13 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 接触感覚評価方法 |
| JP2001065560A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-16 | Ntn Corp | 転がり軸受用材料の寿命予測方法および寿命予測で長寿命を識別した転がり軸受 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013533441A (ja) * | 2010-07-02 | 2013-08-22 | アクティエボラゲット・エスコーエッフ | フラッシュバット溶接軸受構成要素 |
| US9080608B2 (en) | 2010-07-02 | 2015-07-14 | Aktiebolaget Skf | Flash-butt welded bearing component |
| JP2013047557A (ja) * | 2011-08-29 | 2013-03-07 | Nsk Ltd | スラスト軸受 |
| WO2017047767A1 (ja) * | 2015-09-18 | 2017-03-23 | 国立大学法人大阪大学 | 高硬度かつ靱性に優れた鋼 |
| CN108350538A (zh) * | 2015-09-18 | 2018-07-31 | 国立大学法人大阪大学 | 高硬度且韧性优异的钢 |
| US11203803B2 (en) | 2015-09-18 | 2021-12-21 | Osaka University | Steel with high hardness and excellent toughness |
| WO2019172314A1 (ja) * | 2018-03-09 | 2019-09-12 | 日新製鋼株式会社 | 鋼管および鋼管の製造方法 |
| CN110321659A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-10-11 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 模拟计算海绵钛布氏硬度的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4706140B2 (ja) | 2011-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shimizu et al. | New data analysis of probabilistic stress-life (P–S–N) curve and its application for structural materials | |
| JP5085013B2 (ja) | 鋼の信頼性評価方法 | |
| JP5345426B2 (ja) | 介在物評価方法 | |
| Beretta et al. | Extreme value models for the assessment of steels containing multiple types of inclusion | |
| Neishi et al. | Influence of the inclusion shape on the rolling contact fatigue life of carburized steels | |
| JP6408222B2 (ja) | 転がり支持装置や動力伝達装置用構成部品の疲れ寿命予測方法 | |
| Urbano et al. | Inclusions size-based fatigue life prediction model of NiTi alloy for biomedical applications | |
| CN108918261B (zh) | 一种用少量试验测定材料构件疲劳寿命规律的方法 | |
| Pasaribu et al. | The composition of reaction layers on rolling bearings lubricated with gear oils and its correlation with rolling bearing performance | |
| JP2008121035A (ja) | 転がり疲労寿命に優れた鋼及びその評価方法 | |
| JP2003035656A (ja) | 軸受用鋼の寿命推定方法 | |
| JP5076719B2 (ja) | 転がり軸受の残存寿命予測方法 | |
| Harsha et al. | Effect of temperature on galling behavior of SS 316, 316 L and 416 under self-mated condition | |
| CN111735695B (zh) | 基于ct试件的疲劳寿命预测方法 | |
| JP4584085B2 (ja) | 転がり軸受の劣化評価方法 | |
| Ekengren et al. | Extreme value distributions of inclusions in six steels | |
| JP2003075328A (ja) | 軸受用鋼の寿命推定方法 | |
| Kumar et al. | Microinclusion evaluation using various standards | |
| JP2000009597A (ja) | 軸受用鋼の清浄度評価方法 | |
| JP4204146B2 (ja) | 転がり軸受用材料の寿命予測方法および転がり軸受用材料の寿命識別方法 | |
| Auclair et al. | Appropriate Techniques for Internal Cleanliness Assessment Reference: Auclair, G., and Daguier, P.," Appropriate Techniques for Internal Cleanliness Assessment," Bearing Steel Technology, ASTM STP 1419, JM Beswick, Eds., American Society for Testing Materials International, West Conshohocken, PA | |
| Girodin et al. | Statistical analysis of nonmetallic inclusions for the estimation of rolling contact fatigue range and quality control of bearing steel | |
| WO2020110593A1 (ja) | 水素環境度判定方法及び白色組織破損可能性予測方法 | |
| KR20180074189A (ko) | Dwtt 연성파면율 데이터의 표준화를 통한 강재 제조조건의 최적화방법 및 장치 | |
| Owsiński et al. | Evaluation of fatigue life of steel using steel grain size: Evaluation der Ermüdung von Stahl in Abhängigkeit der Korngröße |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080529 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101022 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101102 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101214 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110215 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110228 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4706140 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |