JP2006328514A - Rolling supporting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、転がり軸受、ボールねじ、リニアガイド等の転がり支持装置に関するものである。 The present invention relates to a rolling support device such as a rolling bearing, a ball screw, and a linear guide.
鉄鋼設備で使用される転がり軸受は、高荷重下及び高面圧下等の苛酷な環境下で使用されることが多いため、このような苛酷な環境下においても転がり疲れ寿命を長くすることが要求されている。
このため、このような苛酷な環境下で使用される転がり軸受では、Ni(ニッケル)やMo(モリブデン)が添加されたSNC815等の肌焼鋼に対して、剪断応力に耐え得る有効硬化層深さを得るための長時間の浸炭又は浸炭窒化処理と、焼入れ及び焼戻しとが施されることにより、転がり面をなす表層部に必要な硬さが付与された転動部材が用いられている。
Rolling bearings used in steel facilities are often used in harsh environments such as high loads and high surface pressures, so it is necessary to increase the rolling fatigue life even in such harsh environments. Has been.
For this reason, in a rolling bearing used in such a harsh environment, the effective hardened layer depth capable of withstanding the shear stress with respect to the case-hardened steel such as SNC815 to which Ni (nickel) or Mo (molybdenum) is added. A rolling member is used in which the surface layer portion forming the rolling surface is provided with the necessary hardness by performing a long-term carburizing or carbonitriding treatment for obtaining a thickness and quenching and tempering.
また、特許文献1では、高荷重下、高面圧下、及び異物混入下等の苛酷な環境下で生じる表面損傷を抑制するために、内輪、外輪、及び転動体のうち少なくとも一つを、単位面積当たりに存在する非金属介在物(酸化物系介在物)の数や大きさが規定された鋼で作製するとともに、その表面層の残留オーステナイト量を20体積%以上45体積%以下とすることが提案されている。
Moreover, in
さらに、特許文献2では、高荷重下、高面圧下、及び清浄環境下等の苛酷な環境下で生じる非金属介在物を起点とする内部損傷を抑制するために、転動部材を構成する軸受鋼中の単位面積や単位体積当たりに存在する非金属介在物(酸化物系介在物やTi系介在物)の数や大きさを規定することが提案されている。
ところで、近年、特に圧延機用転がり軸受では、さらなる高荷重環境下で使用されるようになってきており、上述した異物混入による表面損傷に加えて、上述した内部損傷とは異なる形態の独特の内部損傷が転動部材に生じることで、転がり疲れ寿命を長くできないことが問題となっている。
By the way, in recent years, rolling bearings for rolling mills have been used under higher load environments, and in addition to the above-mentioned surface damage due to the contamination of foreign matter, a unique form different from the above-mentioned internal damage. As internal damage occurs in the rolling member, it is a problem that the rolling fatigue life cannot be extended.
しかしながら、上述した特許文献1及び特許文献2に記載の技術には、圧延機用転がり軸受のように、転動部材に独特の内部損傷が生じる転がり支持装置の転がり疲れ寿命を長くするという点でさらなる改善の余地がある。
本発明は、圧延機用転がり軸受のように、高荷重下、高面圧下、及び異物混入下等の苛酷な環境下で使用される転がり支持装置の転がり疲れ寿命を長くすることを課題としている。
However, in the technique described in
An object of the present invention is to prolong the rolling fatigue life of a rolling support device used in a severe environment such as a rolling bearing for a rolling mill under a heavy load, a high surface pressure, and a foreign matter. .
このような課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、圧延機用転がり軸受等の転動部材で生じる独特の内部損傷は、表面よりも深い位置(芯部)において、長時間の浸炭又は浸炭窒化処理により粗大化した結晶粒を起点とする亀裂が進展することで生じていることを発見した。
そこで、本発明者らは、転動部材の芯部において、マルテンサイト組織を構成する旧オーステナイト結晶粒を微細化することで、上述した独特の内部損傷を抑制可能であることを見出して、本発明をなすに至った。
In order to solve such a problem, as a result of intensive investigations by the present inventors, unique internal damage caused by rolling members such as rolling mill rolling bearings is deeper than the surface (core part). It was discovered that cracks originated from crystal grains coarsened by carburizing or carbonitriding for a long time.
Accordingly, the present inventors have found that the above-described unique internal damage can be suppressed by refining the prior austenite crystal grains constituting the martensite structure in the core portion of the rolling member, Invented the invention.
また、本発明者らは、長時間の浸炭又は浸炭窒化処理を行っても、旧オーステナイト結晶粒を微細化する方法として、鋼の熱処理方法を工夫する方法(例えば、浸炭又は浸炭窒化処理後にA1 変態点以下に一旦冷却した後、さらに焼入れを行う方法)ではなく、素材をなす鋼にCu(銅)を添加してオーステナイト粒の成長を著しく遅延させる方法を採用することにより、熱処理コストを上昇させることなく、上述した独特の内部損傷を抑制可能であることを見出して、本発明を完成させた。 In addition, the present inventors have devised a heat treatment method for steel as a method for refining prior austenite crystal grains even after long-term carburizing or carbonitriding (for example, A after carburizing or carbonitriding). The heat treatment cost is reduced by adopting a method of adding Cu (copper) to the material steel and remarkably delaying the growth of austenite grains, instead of once quenching below 1 transformation point and further quenching. The present invention has been completed by finding that the above-mentioned unique internal damage can be suppressed without increasing.
すなわち、本発明は、互いに対向配置される軌道面を有する第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び前記第二部材の間に転動自在に配設され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記第一部材及び前記第二部材のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置において、前記第一部材、前記第二部材、及び前記転動体のうち少なくとも一つは、C含有率が0.1質量%以上0.6質量%以下、Cr含有率が0.3質量%以上2.0質量%以下、Si含有率が0.1質量%以上0.6質量%以下、Mn含有率が0.3質量%以上2.0質量%以下、Mo含有率が2.0質量%以下、Ni含有率が5.0質量%以下、Cu含有率が0.1質量%以上4.0質量%以下、残部がFe及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、熱処理が施されて得られ、その芯部において、1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒は、平均粒径が30μm以下で、且つ、最大粒径が100μm以下となっていることを特徴とする転がり支持装置を提供する。 That is, the present invention is arranged such that the first member and the second member having raceway surfaces arranged to face each other, and the first member and the second member are movably disposed between the first member and the second member. A rolling support device having a surface, wherein the rolling member rolls so that one of the first member and the second member moves relative to the other, the first member, At least one of the second member and the rolling element has a C content of 0.1% by mass to 0.6% by mass, a Cr content of 0.3% by mass to 2.0% by mass, Si content is 0.1% by mass or more and 0.6% by mass or less, Mn content is 0.3% by mass or more and 2.0% by mass or less, Mo content is 2.0% by mass or less, and Ni content is 5%. 0.0 mass% or less, Cu content is 0.1 mass% or more and 4.0 mass% or less, and the balance is Fe After processing the material made of steel is fine unavoidable impurities into a predetermined shape, the heat treatment is obtained is subjected, at its core, the old austenite crystal grains existing per 1 mm 2 is an average particle diameter of 30μm or less, And the rolling support apparatus characterized by the maximum particle size being 100 micrometers or less is provided.
また、本発明は、互いに対向配置される軌道面を有する第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び前記第二部材の間に転動自在に配設され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記第一部材及び前記第二部材のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置において、前記第一部材、前記第二部材、及び前記転動体のうち少なくとも一つは、C含有率が0.1質量%以上0.6質量%以下、Cr含有率が0.3質量%以上2.0質量%以下、Si含有率が0.1質量%以上0.6質量%以下、Mn含有率が0.3質量%以上2.0質量%以下、Mo含有率が2.0質量%以下、Ni含有率が5.0質量%以下、Cu含有率が0.1質量%以上4.0質量%以下、残部がFe及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、熱処理が施されて得られ、その芯部において、1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は30μm以下であるとともに、1mm2 当たりに存在する60μm以上の旧オーステナイト結晶粒は5個以下となっていることを特徴とする転がり支持装置を提供する。 The present invention also includes a first member and a second member having raceway surfaces arranged opposite to each other, and a rollable member disposed between the first member and the second member, and rolling relative to the raceway surface. A rolling support device having a surface, wherein the rolling member rolls so that one of the first member and the second member moves relative to the other, the first member, At least one of the second member and the rolling element has a C content of 0.1% by mass to 0.6% by mass, a Cr content of 0.3% by mass to 2.0% by mass, Si content is 0.1% by mass or more and 0.6% by mass or less, Mn content is 0.3% by mass or more and 2.0% by mass or less, Mo content is 2.0% by mass or less, and Ni content is 5%. 0.0 mass% or less, Cu content is 0.1 mass% or more and 4.0 mass% or less, and the balance is Fe and After processing the material made of steel which is soluble avoid impurities into a predetermined shape, the heat treatment is obtained is subjected, at its core, with an average grain size of prior austenite crystal grains existing per 1 mm 2 is 30μm or less There is provided a rolling support device characterized in that the number of old austenite crystal grains of 60 μm or more present per 1 mm 2 is 5 or less.
さらに、本発明は、互いに対向配置される軌道面を有する第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び前記第二部材の間に転動自在に配設され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記第一部材及び前記第二部材のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置において、前記第一部材、前記第二部材、及び前記転動体のうち少なくとも一つは、C含有率が0.1質量%以上0.6質量%以下、Cr含有率が0.3質量%以上2.0質量%以下、Si含有率が0.1質量%以上0.6質量%以下、Mn含有率が0.3質量%以上2.0質量%以下、Mo含有率が2.0質量%以下、Ni含有率が5.0質量%以下、Cu含有率が0.1質量%以上4.0質量%以下、残部がFe及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、熱処理が施されて得られ、その芯部において、1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒は、平均粒径が30μm以下で、且つ、最大粒径が100μm以下であるとともに、1mm2 当たりに存在する60μm以上の旧オーステナイト結晶粒は5個以下となっていることを特徴とする転がり支持装置を提供する。 The present invention further includes a first member and a second member having raceway surfaces arranged opposite to each other, and a rollable member disposed between the first member and the second member, and rolling relative to the raceway surface. A rolling support device having a surface, wherein the rolling member rolls so that one of the first member and the second member moves relative to the other, the first member, At least one of the second member and the rolling element has a C content of 0.1% by mass to 0.6% by mass, a Cr content of 0.3% by mass to 2.0% by mass, Si content is 0.1% by mass or more and 0.6% by mass or less, Mn content is 0.3% by mass or more and 2.0% by mass or less, Mo content is 2.0% by mass or less, and Ni content is 5%. 0.0 mass% or less, Cu content is 0.1 mass% or more and 4.0 mass% or less, and the balance is Fe and After processing the material made of steel is inevitable impurities into a predetermined shape, the heat treatment is obtained is subjected, at its core, the old austenite crystal grains existing per 1 mm 2 is an average particle diameter of 30μm or less, and The rolling support device is characterized in that the maximum grain size is 100 μm or less and the number of old austenite crystal grains of 60 μm or more present per 1 mm 2 is 5 or less.
本発明における転がり支持装置は、圧延機の回転部分を支持するために使用される転がり軸受として好適に用いることができる。
なお、本発明において「転がり支持装置」とは、例えば、転がり軸受、ボールねじ、リニアガイドを指す。ここで、転がり支持装置が転がり軸受の場合には、第一部材及び第二部材は内輪及び外輪を指す。また、転がり支持装置がボールねじの場合には、第一部材及び第二部材はねじ軸及びナットを指す。さらに、転がり支持装置がリニアガイドの場合には、第一部材及び第二部材は案内レール及びスライダを指す。
The rolling support device in the present invention can be suitably used as a rolling bearing used for supporting a rotating part of a rolling mill.
In the present invention, the “rolling support device” refers to, for example, a rolling bearing, a ball screw, and a linear guide. Here, when the rolling support device is a rolling bearing, the first member and the second member indicate an inner ring and an outer ring. When the rolling support device is a ball screw, the first member and the second member indicate a screw shaft and a nut. Furthermore, when the rolling support device is a linear guide, the first member and the second member indicate a guide rail and a slider.
また、本発明において「芯部」とは、素材と含有成分に差がない部分を指す。
さらに、本発明において「旧オーステナイト結晶粒」とは、焼入れ前のオーステナイト結晶粒を指し、焼入れ及び焼戻し後にマルテンサイト組織を腐食させることで現出できるものである。
本発明に係る転がり支持装置は、以下に示す特定の鋼からなる素材を所定形状に加工した後以下に示す熱処理が施されて、特定の芯部が得られた転動部材(第一部材、第二部材、転動体)を用いて構成される。
In the present invention, the “core portion” refers to a portion where there is no difference between the material and the contained component.
Further, in the present invention, “old austenite crystal grains” refers to austenite crystal grains before quenching, and can be manifested by corroding the martensite structure after quenching and tempering.
The rolling support device according to the present invention is a rolling member (first member,) in which a specific core portion is obtained after the following heat treatment is performed after processing a material made of the following specific steel into a predetermined shape. (Second member, rolling element).
まず、本発明で用いる鋼について説明する。
<C含有率:0.1質量%以上0.6質量%以下>
C(炭素)は、基地をマルテンサイト化することにより、鋼に必要な強度と寿命を付与する作用を有する。ここで、表層部のC含有率は、熱処理として浸炭処理や浸炭窒化処理を行う場合に添加することができるため、素材をなす鋼のC含有率は、完成状態の転動部材の芯部に必要な強度を付与できる量とする必要がある。よって、素材をなす鋼のC含有率は0.1質量%以上とする。
First, the steel used in the present invention will be described.
<C content: 0.1 mass% or more and 0.6 mass% or less>
C (carbon) has the effect | action which provides the intensity | strength and lifetime which are required for steel by converting a base into a martensite. Here, since the C content of the surface layer portion can be added when carburizing or carbonitriding is performed as a heat treatment, the C content of steel forming the material is in the core of the rolling member in a completed state. It is necessary to make the amount that can provide the required strength. Therefore, the C content of the steel constituting the material is 0.1% by mass or more.
一方、素材をなす鋼のC含有率が多過ぎると、製鋼時に粗大な炭化物が生成して疲労特性を低下させるおそれがある。よって、素材をなす鋼のC含有率は0.6質量%以下とする。
<Cr含有率:0.3質量%以上2.0質量%以下>
Cr(クロム)は、焼入れ性及び焼戻し軟化特性を向上させることで、基地を強化して転がり疲れ寿命を向上させる作用を有する。また、Crは、高硬度で微細な炭化物や炭窒化物を生成して、耐摩耗性を向上させる作用も有する、さらに、Crは、熱処理として浸炭処理や浸炭窒化処理を行う場合に表層部のC含有率を増加させて、浸炭特性や浸炭窒化特性を向上させる作用も有する。これらの作用を得るために、Cr含有率は0.3質量%以上とする。
On the other hand, if the C content of the steel constituting the material is too large, coarse carbides may be generated during steel making and the fatigue characteristics may be reduced. Therefore, the C content of the steel constituting the material is 0.6% by mass or less.
<Cr content: 0.3 mass% or more and 2.0 mass% or less>
Cr (chromium) improves the hardenability and temper softening characteristics, thereby strengthening the base and improving the rolling fatigue life. In addition, Cr has the effect of generating high hardness and fine carbides and carbonitrides to improve wear resistance. Further, Cr is a surface layer part when performing carburizing treatment or carbonitriding treatment as heat treatment. It also has the effect of increasing the C content and improving the carburizing characteristics and carbonitriding characteristics. In order to obtain these effects, the Cr content is set to 0.3% by mass or more.
一方、Cr含有率が多過ぎると、上述した効果が飽和するだけでなく、表層部に不動態膜が形成されて浸炭特性や浸炭窒化特性を阻害するおそれがある。よって、Cr含有率は2.0質量%以下とする。
<Si含有率:0.1質量%以上0.6質量%以下>
Si(ケイ素)は、製鋼時に脱酸剤及び脱硫剤としての作用を有する。この作用を得るために、Si含有率は0.1質量%以上とする。
On the other hand, when the Cr content is too high, not only the above-described effect is saturated, but also a passive film is formed on the surface layer portion, which may hinder carburizing characteristics and carbonitriding characteristics. Therefore, Cr content rate shall be 2.0 mass% or less.
<Si content: 0.1% by mass or more and 0.6% by mass or less>
Si (silicon) has an action as a deoxidizer and a desulfurizer during steelmaking. In order to obtain this effect, the Si content is set to 0.1% by mass or more.
一方、Si含有率が多過ぎると、素材の鍛造性及び被削性等の機械加工性が低下する。よって、Si含有率は0.6質量%以下とする。
<Mn含有率:0.3質量%以上2.0質量%以下>
Mn(マンガン)は、Siと同様に、製鋼時に脱酸剤及び脱硫剤としての作用を有する他、焼入れ性を向上させる作用を有する。これらの作用を得るために、Mn含有率は0.3質量%以上、好ましくは0.5質量%以上とする。
On the other hand, when there is too much Si content rate, machinability, such as a forgeability and machinability of a raw material, will fall. Therefore, Si content rate shall be 0.6 mass% or less.
<Mn content: 0.3 mass% or more and 2.0 mass% or less>
Similar to Si, Mn (manganese) has the effect of improving the hardenability in addition to the action as a deoxidizing agent and a desulfurizing agent during steelmaking. In order to obtain these effects, the Mn content is set to 0.3% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more.
一方、Mn含有率が多過ぎると、非金属介在物が多く生成されて転がり疲れ寿命特性が低下するおそれがあるとともに、素材の鍛造性及び被削性等の機械加工性が低下する。よって、Mn含有率は2.0質量%以下とする。
<Mo含有率:2.0質量%以下,Ni含有率:5.0質量%以下>
Mo(モリブデン)やNi(ニッケル)は、焼入れ性を向上させることにより、基地を強化して転がり疲れ寿命を向上させる作用を有する。特に、圧延機用転がり軸受のように、軌道輪の肉厚が大きい場合には、Mo及びNiの少なくとも一つの元素を添加する必要がある。
On the other hand, when there is too much Mn content, many nonmetallic inclusions will be produced | generated and there exists a possibility that a rolling fatigue life characteristic may fall, and machinability, such as a forge property and a machinability of a raw material, will fall. Therefore, the Mn content is 2.0% by mass or less.
<Mo content: 2.0 mass% or less, Ni content: 5.0 mass% or less>
Mo (molybdenum) and Ni (nickel) have the effect of strengthening the base and improving the rolling fatigue life by improving the hardenability. In particular, when the wall thickness of the bearing ring is large, such as a rolling bearing for a rolling mill, it is necessary to add at least one element of Mo and Ni.
一方、Mo含有率やNi含有率が多過ぎると、熱間加工性の劣化や製造コストの上昇を招く。よって、Mo含有率は2.0質量%以下とし、Ni含有率は5.0質量%以下とする。
<Cu含有率:0.1質量%以上4.0質量%以下>
Cuは、鋼中で炭化物や窒化物を形成し難くする作用や、オーステナイト粒界に偏析して粒界エネルギーを低減させることにより、粒成長を抑制する作用を有する。これらの作用を得るために、Cu含有率は0.1質量%以上とする。また、Cu含有率は、0.6質量%以上とするのが好ましく、1.0質量%以上とするのがさらに好ましい。
On the other hand, when there are too many Mo content rates and Ni content rates, it will cause deterioration of hot workability and a raise of manufacturing cost. Therefore, the Mo content is 2.0% by mass or less, and the Ni content is 5.0% by mass or less.
<Cu content: 0.1% by mass or more and 4.0% by mass or less>
Cu has the effect of making it difficult to form carbides and nitrides in steel, and the effect of suppressing grain growth by segregating to austenite grain boundaries and reducing the grain boundary energy. In order to obtain these effects, the Cu content is set to 0.1% by mass or more. The Cu content is preferably 0.6% by mass or more, and more preferably 1.0% by mass or more.
一方、Cu含有率が多過ぎると、熱間加工性の劣化を招くため、Cu含有率は4.0質量%以下とする。
次に、本発明で施す熱処理の一例について説明する。
上述した特定の鋼を用いて、転動部材の芯部を本発明範囲内にするための熱処理としては、特に限定されないが、例えば、850〜1150℃程度で50〜120時間保持する浸炭処理又は浸炭窒化処理を行った後焼入れを行い、さらに、160〜240℃程度で2時間保持する焼戻しを行う熱処理が挙げられる。
On the other hand, if the Cu content is too high, the hot workability is deteriorated, so the Cu content is 4.0 mass% or less.
Next, an example of the heat treatment performed in the present invention will be described.
Although it does not specifically limit as heat processing for making the core part of a rolling member into the range of this invention using the specific steel mentioned above, For example, the carburizing process hold | maintained at about 850-1150 degreeC for 50 to 120 hours, or Examples of the heat treatment include performing carbonitriding and then quenching, and further performing tempering at 160 to 240 ° C. for 2 hours.
次に、本発明で特定する転動部材の芯部の構成について説明する。
上述した結晶粒を起点とする独特の内部損傷を抑制するために、芯部において、「1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒を、平均粒径が30μm以下で、且つ、最大粒径が100μm以下」とするか、「1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径を30μm以下とするとともに、1mm2 当たりに存在する60μm以上の旧オーステナイト結晶粒を5個以下」とする必要がある。
Next, the structure of the core part of the rolling member specified by the present invention will be described.
In order to suppress unique internal damage starting from the above-mentioned crystal grains, in the core portion, “the prior austenite crystal grains existing per 1 mm 2 have an average grain size of 30 μm or less and a maximum grain size of 100 μm. Or “the average grain size of the prior austenite crystal grains existing per 1 mm 2 is set to 30 μm or less, and 5 or less old austenite crystal grains of 60 μm or more existing per 1 mm 2 ”. is there.
また、上述した結晶粒を起点とする独特の内部損傷を効果的に抑制するためには、芯部において、「1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒を、平均粒径が30μm以下で、且つ、最大粒径が100μm以下とするとともに、1mm2 当たりに存在する60μm以上の旧オーステナイト結晶粒を5個以下」とすることが好ましい。
ここで、芯部の1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が30μmを超えると、上述した粗大な結晶粒を起点とする独特の内部損傷が生じ易くなる。
Further, in order to effectively suppress the unique internal damage starting from the above-mentioned crystal grains, in the core portion, “the prior austenite crystal grains existing per 1 mm 2 have an average grain size of 30 μm or less, and The maximum grain size is preferably 100 μm or less, and is preferably 5 or less old austenite crystal grains of 60 μm or more present per 1 mm 2 .
Here, if the average grain size of the prior austenite crystal grains present per 1 mm 2 of the core exceeds 30 μm, unique internal damage starting from the coarse crystal grains described above tends to occur.
また、芯部の1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が30μm以下であっても、芯部の1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の最大粒径が100μmを超えていたり、芯部の1mm2 当たりに存在する60μm以上の旧オーステナイト結晶粒が5個を超えていたりすると、上述した粗大な結晶粒を起点とする独特の内部損傷が生じ易くなる。 Even if the average grain size of the prior austenite crystal grains existing per 1 mm 2 of the core is 30 μm or less, the maximum grain size of the prior austenite crystal grains present per 1 mm 2 of the core is over 100 μm. If there are more than 5 old austenite crystal grains of 60 μm or more present per 1 mm 2 of the core part, unique internal damage starting from the coarse crystal grains described above tends to occur.
なお、芯部の1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径及び最大粒径は、いずれも熱処理コストの著しい招かない範囲で出来る限り小さくすることが好ましく、芯部の1mm2 当たりに存在する60μm以上の旧オーステナイト結晶粒の個数は、熱処理コストの著しい上昇を招かない範囲で出来る限り少なくすることが好ましい。
また、転動部材の転がり面をなす表層部には、高荷重環境下でも耐え得るように、Hv550以上の有効硬化層を3mm以上の厚みで形成することが好ましい。一方、熱処理コストを考慮して、Hv550以上の有効硬化層は6mm以下の厚みで形成することが好ましい。
The average grain size and the maximum grain size of the prior austenite crystal grains existing per 1 mm 2 of the core are preferably as small as possible within a range where the heat treatment cost is not significantly increased, and per 1 mm 2 of the core. It is preferable to reduce the number of existing austenite crystal grains of 60 μm or more as much as possible without causing a significant increase in heat treatment cost.
Moreover, it is preferable to form an effective hardened layer of Hv550 or more with a thickness of 3 mm or more on the surface layer part forming the rolling surface of the rolling member so as to be able to withstand even in a high load environment. On the other hand, considering the heat treatment cost, it is preferable to form an effective hardened layer of Hv550 or higher with a thickness of 6 mm or lower.
本発明の転がり支持装置によれば、転動部材(第一部材、第二部材、転動体)の少なくとも一つの芯部において、1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の「平均粒径」と、「最大粒径」及び「所定粒径の個数」のうち少なくとも一つと、を特定することにより、異物混入による表面損傷が抑制できるとともに、芯部における粗大な結晶粒を起点とする内部損傷が抑制できる。 According to the rolling support device of the present invention, the “average grain size” of the prior austenite crystal grains present per 1 mm 2 in at least one core portion of the rolling member (first member, second member, rolling element) By specifying at least one of “maximum grain size” and “number of predetermined grain sizes”, it is possible to suppress surface damage due to contamination by foreign substances and to prevent internal damage starting from coarse crystal grains in the core. Can be suppressed.
よって、本発明の転がり支持装置は、圧延機用転がり軸受のように、高荷重下、高面圧下、及び異物混入下等の苛酷な環境下で使用された場合であっても、転がり疲れ寿命を長くできる。 Therefore, the rolling support device of the present invention has a rolling fatigue life even when it is used in a severe environment such as a rolling bearing for a rolling mill under a heavy load, a high surface pressure, and contamination. Can be long.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態では、図1に示す構成の円筒ころ軸受(呼び番号NU228:内径140mm,外径250mm,幅42mm,ころ径26mm)を、以下に示す方法で作製した。
この円筒ころ軸受(転がり支持装置)10は、図1に示すように、内輪(第一部材)1と、外輪(第二部材)2と、内輪1及び外輪2の各軌道面1A,2A間に転動自在に配設された円筒状の複数のころ(転動体)3と、保持器4と、からなる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, a cylindrical roller bearing (reference number NU228: inner diameter 140 mm,
As shown in FIG. 1, this cylindrical roller bearing (rolling support device) 10 includes an inner ring (first member) 1, an outer ring (second member) 2, and between the raceway surfaces 1 </ b> A and 2 </ b> A of the
内輪1、外輪2、及びころ3は、以下の手順で作製した。
まず、表1に示す各含有率のC,Cr,Si,Mn,Mo,Ni,Cuが添加された鋼からなる素材を、鍛造や旋削等により所定形状に加工した。
The
First, a material made of steel to which C, Cr, Si, Mn, Mo, Ni, and Cu having respective contents shown in Table 1 were added was processed into a predetermined shape by forging, turning, or the like.
次に、これらに、浸炭処理と、焼入れ処理と、焼戻し処理とからなる熱処理を施した。 ここで、本実施形態で作製した円筒ころ軸受10は、通常の圧延機用転がり軸受(例えば、呼び番号850RV1133:内径850mm,外径1180mm,幅650mm,ころ径80mm)と比較して極めて小さい。よって、本実施形態では、円筒ころ軸受10を構成する転動部材(内輪1、外輪2、ころ3)において、上述した呼び番号850RV1133用の転動部材に混合ガス(RXガス+プロパンガス)雰囲気下で100時間の浸炭処理を施した場合と同様の有効硬化層深さ及び結晶粒度が得られるように、熱処理を施した。
Next, these were subjected to heat treatment including carburizing, quenching, and tempering. Here, the
具体的には、混合ガス(RXガス+プロパンガス)の雰囲気下で850〜1150℃で50〜120時間加熱保持することにより、浸炭処理を行った。次に、油焼入れを行った後、200℃で2時間保持することにより焼戻し処理を行った。次に、研削仕上げ加工を行った。
次に、得られた内輪1、外輪2、及びころ3のうち破壊試験用のサンプルに対して、芯部(浸炭層が形成されていない部分)の硬さと、単位面積(1mm2 )当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径、最大粒径、及び粒径が60μm以上の旧オーステナイト結晶粒の個数(60μm以上の結晶個数)と、を以下に示す方法でそれぞれ測定した。この結果は、表1に併せて示した。
Specifically, carburizing treatment was performed by heating and holding at 850 to 1150 ° C. for 50 to 120 hours in an atmosphere of a mixed gas (RX gas + propane gas). Next, after performing oil quenching, tempering treatment was performed by holding at 200 ° C. for 2 hours. Next, grinding finishing was performed.
Next, the hardness of the core (the portion where the carburized layer is not formed) and the unit area (1 mm 2 ) per sample for the fracture test among the obtained
前記芯部に存在する旧オーステナイトの結晶粒径は、以下に示すようにして測定した。 まず、内輪1、外輪2、及びころ3をそれぞれ切断し、これらの切断面をピクリン酸溶液(ピクラール:ラウリルベンゼンスルフォン酸=1:1)を用いて腐食させることで、芯部の組織を現出させた。
そして、この組織を光学顕微鏡で観察し、結晶粒界をトレースして画像処理することにより、1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒径の平均粒径と、最大粒径と、粒径が60μm以上の結晶粒の個数とをそれぞれ算出した。
The crystal grain size of the prior austenite present in the core was measured as follows. First, the
Then, this structure is observed with an optical microscope, and the grain boundaries are traced and image-processed, whereby the average grain size of the prior austenite crystal grain size per 1 mm 2 , the maximum grain size, and the grain size is 60 μm. The number of the above crystal grains was calculated.
また、前記芯部の硬さは、浸炭層が形成されていない部分でビッカース硬さ試験法を用いて算出した。
なお、得られた内輪1、外輪2、及びころ3の表層部(表面から1000μmの深さまでの部分)の硬度や残留オーステナイト量は、上述した呼び番号850RV1133用の転動部材に100時間浸炭処理を施した製品と略同等であった。
Moreover, the hardness of the said core part was computed using the Vickers hardness test method in the part in which the carburized layer is not formed.
The hardness of the surface layer portion (the portion from the surface to a depth of 1000 μm) and the amount of retained austenite of the obtained
続いて、得られた内輪1、外輪2、及びころ3のうち寿命試験用のサンプルと、銅製の保持器4とを用いて、円筒ころ軸受10を組み立てた。そして、この円筒ころ軸受10を、高荷重下及び高面圧下で使用することを想定した以下に示す条件で運転させることにより、寿命試験を行った。
この寿命試験は、内輪1、外輪2、及びころ3の少なくとも一つに損傷が生じるまで内輪1を回転させることで行い、損傷が生じるまでの回転時間を寿命とした。この寿命試験の結果は、ワイブル分布関数に基づくL10寿命を計算し、No.12のL10寿命を1とした時の比を、表1に併せて示した。
<寿命試験条件>
ラジアル荷重:P/C=0.6
回転速度:1000min-1
潤滑油:♯68タービン油(油浴)
Then, the
This life test was performed by rotating the
<Life test conditions>
Radial load: P / C = 0.6
Rotational speed: 1000min -1
Lubricating oil: # 68 Turbine oil (oil bath)
表1に示すように、内輪1、外輪2、及びころ3を本発明の芯部構成とした実施例No.1〜No.11では、本発明の構成外の比較例No.12〜18と比較して、長寿命であり、No.12の2.0倍以上の寿命が得られた。
このうち、内輪1、外輪2、及びころ3の芯部において、平均粒径、最大粒径、及び60μm以上の粒数が全て本発明の範囲内のNo.1〜No.9では、平均粒径及び最大粒径のみが本発明の範囲内であるNo.10や、平均粒径及び60μm以上の粒数のみが本発明の範囲内であるNo.11と比べて、長寿命であった。
As shown in Table 1, in Example No. 1 in which the
Among these, in the core parts of the
また、表1に示す結果より、結晶粒を微細化するための熱処理(浸炭処理後にA1 変態点以下まで一旦冷却し、その後焼入れする処理)を行わずに浸炭処理後すぐに焼入れ処理を行っても、結晶粒を微細化できていることが分かった。これにより、素材として特定の鋼を用いることにより、熱処理コストを上昇させることなく、転動部材の素材をなす鋼の結晶粒を微細化できることが分かった。 Also, performed from the results shown in Table 1, heat treatment for refining the crystal grains carburizing immediately after quenching without (once cooled to below the A 1 transformation point after carburizing, and thereafter quenching processes) However, it was found that the crystal grains could be refined. Thereby, it turned out that the crystal grain of the steel which makes the raw material of a rolling member can be refined | miniaturized, without raising heat processing cost by using specific steel as a raw material.
続いて、表1で得られた結果に基づいて、素材をなす鋼中のCu含有率と、寿命との関係を示す図2のグラフを作成した。
図2のグラフから、鋼中のCu含有率を0.1μm以上にすることにより、No.12の3倍以上の寿命が得られていることが分かる。
また、表1で得られた結果に基づいて、素材をなす鋼中のCu含有率と、芯部の1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト粒の平均粒径と、の関係を示す図3のグラフを作成した。
Subsequently, based on the results obtained in Table 1, the graph of FIG. 2 showing the relationship between the Cu content in the steel constituting the material and the lifetime was prepared.
From the graph of FIG. 2, by setting the Cu content in the steel to 0.1 μm or more, No. It can be seen that a life of 3 times longer than 12 is obtained.
Further, based on the results obtained in Table 1, the graph of FIG. 3 showing the relationship between the Cu content in the steel constituting the material and the average grain size of the prior austenite grains present per 1 mm 2 of the core. It was created.
図3のグラフから、Cu含有率を0.1μm以上にすることにより、芯部の1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト粒の平均粒径が30μm以下となっていることが分かる。
さらに、表1に示す結果に基づいて、素材をなす鋼中のCu含有率と、芯部の1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト粒の最大粒径と、の関係を示す図4のグラフを作成した。
From the graph of FIG. 3, it can be seen that by setting the Cu content to 0.1 μm or more, the average particle size of the prior austenite grains existing per 1 mm 2 of the core is 30 μm or less.
Further, based on the results shown in Table 1, the graph of FIG. 4 showing the relationship between the Cu content in the steel constituting the material and the maximum grain size of the prior austenite grains existing per 1 mm 2 of the core is prepared. did.
図4のグラフから、Cu含有率を0.1μm以上にすることにより、芯部の1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト粒の最大粒径が100μm以下となっていることが分かる。
さらに、表1に示す結果に基づいて、素材をなす鋼中のCu含有率と、芯部の1mm2 当たりに存在する60μm以上の旧オーステナイト粒の個数と、の関係を示す図5のグラフを作成した。
From the graph of FIG. 4, it can be seen that the maximum grain size of the prior austenite grains existing per 1 mm 2 of the core is 100 μm or less by setting the Cu content to 0.1 μm or more.
Furthermore, based on the results shown in Table 1, the graph of FIG. 5 showing the relationship between the Cu content in the steel constituting the material and the number of old austenite grains of 60 μm or more present per 1 mm 2 of the core part. Created.
図5から、素材をなす鋼中のCu含有率0.1μm以上にすることにより、芯部の1mm2 当たりに存在する60μm以上の旧オーステナイト粒の個数が5個以下となっていることが分かる。
以上の結果から、内輪1、外輪2、及びころ3の芯部を本発明の構成とすることにより、高荷重下及び高面圧下等で使用される円筒ころ軸受10の転がり疲れ寿命を長くできることが分かった。
From FIG. 5, it is understood that the number of old austenite grains of 60 μm or more existing per 1 mm 2 of the core is 5 or less by making the Cu content in the steel constituting the material 0.1 μm or more. .
From the above results, it is possible to extend the rolling fatigue life of the
すなわち、本実施形態の結果から、高荷重下及び高面圧下の苛酷な環境下で使用される圧延機用転がり軸受においても、転がり疲れ寿命を長くできることが確認できた。 That is, from the results of the present embodiment, it was confirmed that the rolling fatigue life can be extended even in a rolling mill rolling bearing used in a severe environment under high load and high surface pressure.
1 内輪(第一部材)
1A 軌道面
2 外輪(第二部材)
2A 軌道面
3 ころ(転動体)
4 保持器
10 円筒ころ軸受(転がり支持装置)
1 Inner ring (first member)
4
Claims (4)
前記第一部材、前記第二部材、及び前記転動体のうち少なくとも一つは、
C含有率が0.1質量%以上0.6質量%以下、Cr含有率が0.3質量%以上2.0質量%以下、Si含有率が0.1質量%以上0.6質量%以下、Mn含有率が0.3質量%以上2.0質量%以下、Mo含有率が2.0質量%以下、Ni含有率が5.0質量%以下、Cu含有率が0.1質量%以上4.0質量%以下、残部がFe及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、熱処理が施されて得られ、
その芯部において、1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒は、平均粒径が30μm以下で、且つ、最大粒径が100μm以下となっていることを特徴とする転がり支持装置。 A first member and a second member having raceway surfaces disposed opposite to each other; a rolling element which is disposed between the first member and the second member so as to be freely rollable and has a rolling surface with respect to the raceway surface; In the rolling support device in which one of the first member and the second member moves relative to the other by rolling the rolling element,
At least one of the first member, the second member, and the rolling element is:
C content is 0.1 mass% or more and 0.6 mass% or less, Cr content is 0.3 mass% or more and 2.0 mass% or less, and Si content is 0.1 mass% or more and 0.6 mass% or less. The Mn content is 0.3% by mass or more and 2.0% by mass or less, the Mo content is 2.0% by mass or less, the Ni content is 5.0% by mass or less, and the Cu content is 0.1% by mass or more. 4.0% by mass or less, the balance being obtained by processing a material made of steel with Fe and inevitable impurities into a predetermined shape, followed by heat treatment,
A rolling support device characterized in that, in the core portion, the prior austenite crystal grains present per 1 mm 2 have an average particle size of 30 μm or less and a maximum particle size of 100 μm or less.
前記第一部材、前記第二部材、及び前記転動体のうち少なくとも一つは、
C含有率が0.1質量%以上0.6質量%以下、Cr含有率が0.3質量%以上2.0質量%以下、Si含有率が0.1質量%以上0.6質量%以下、Mn含有率が0.3質量%以上2.0質量%以下、Mo含有率が2.0質量%以下、Ni含有率が5.0質量%以下、Cu含有率が0.1質量%以上4.0質量%以下、残部がFe及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、熱処理が施されて得られ、
その芯部において、1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は30μm以下であるとともに、1mm2 当たりに存在する60μm以上の旧オーステナイト結晶粒は5個以下となっていることを特徴とする転がり支持装置。 A first member and a second member having raceway surfaces disposed opposite to each other; a rolling element which is disposed between the first member and the second member so as to be freely rollable and has a rolling surface with respect to the raceway surface; In the rolling support device in which one of the first member and the second member moves relative to the other by rolling the rolling element,
At least one of the first member, the second member, and the rolling element is:
C content is 0.1 mass% or more and 0.6 mass% or less, Cr content is 0.3 mass% or more and 2.0 mass% or less, and Si content is 0.1 mass% or more and 0.6 mass% or less. The Mn content is 0.3% by mass or more and 2.0% by mass or less, the Mo content is 2.0% by mass or less, the Ni content is 5.0% by mass or less, and the Cu content is 0.1% by mass or more. 4.0% by mass or less, the balance being obtained by processing a material made of steel with Fe and inevitable impurities into a predetermined shape, followed by heat treatment,
In the core, the average grain size of the prior austenite crystal grains present per 1 mm 2 is 30 μm or less, and the number of the prior austenite crystal grains 60 μm or greater present per 1 mm 2 is 5 or less. Rolling support device.
前記第一部材、前記第二部材、及び前記転動体のうち少なくとも一つは、
C含有率が0.1質量%以上0.6質量%以下、Cr含有率が0.3質量%以上2.0質量%以下、Si含有率が0.1質量%以上0.6質量%以下、Mn含有率が0.3質量%以上2.0質量%以下、Mo含有率が2.0質量%以下、Ni含有率が5.0質量%以下、Cu含有率が0.1質量%以上4.0質量%以下、残部がFe及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、熱処理が施されて得られ、
その芯部において、1mm2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒は、平均粒径が30μm以下で、且つ、最大粒径が100μm以下であるとともに、1mm2 当たりに存在する60μm以上の旧オーステナイト結晶粒は5個以下となっていることを特徴とする転がり支持装置。 A first member and a second member having raceway surfaces disposed opposite to each other; a rolling element which is disposed between the first member and the second member so as to be freely rollable and has a rolling surface with respect to the raceway surface; In the rolling support device in which one of the first member and the second member moves relative to the other by rolling the rolling element,
At least one of the first member, the second member, and the rolling element is:
C content is 0.1 mass% or more and 0.6 mass% or less, Cr content is 0.3 mass% or more and 2.0 mass% or less, and Si content is 0.1 mass% or more and 0.6 mass% or less. The Mn content is 0.3% by mass or more and 2.0% by mass or less, the Mo content is 2.0% by mass or less, the Ni content is 5.0% by mass or less, and the Cu content is 0.1% by mass or more. 4.0% by mass or less, the balance being obtained by processing a material made of steel with Fe and inevitable impurities into a predetermined shape, followed by heat treatment,
In the core portion, the prior austenite crystal grains present per 1 mm 2 have an average grain size of 30 μm or less and a maximum grain size of 100 μm or less, and 60 μm or more prior austenite crystal grains present per 1 mm 2. Is a rolling support device characterized by having 5 or less.
It is a rolling bearing used in order to support the rotation part of a rolling mill, The rolling support apparatus of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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