JP2009127112A - 高炭素クロム軸受鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳造片の中心域の成分偏析に起因して存在する巨大炭化物を短時間の加熱で拡散消滅させるため、加熱処理を２段階方式として効率的にソーキング処理を施し、炭化物が均一分散したミクロ組織を有し、優れた転動疲労特性を有する高炭素クロム軸受鋼の製造方法を提供すること。
【解決手段】高炭素クロム軸受鋼を製造する方法である。鋳造によって得られた鋳造片を加熱設備に装入し、鋳造片の中心域温度を鋳造後の固相線温度〜固相線温度より５０℃低い温度域まで昇温させ、この温度域で１〜４時間保持するという予備加熱処理工程と、予備加熱工程後に、鋳造片温度を加熱設備にて１２００〜１２８０℃まで昇温させ、この温度域で０．５〜４時間保持する本加熱処理工程とを有し、２段階温度域でソーキング処理を行う。予備加熱処理工程で、処理を施すことにより、予備加熱処理後の鋳造片中心域の固相線温度を１２００℃以上まで上昇させることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、高炭素クロム軸受鋼において、鋳造片の中心域の成分偏析に起因して存在する巨大炭化物を短時間の加熱で拡散消滅させるため、加熱処理を２段階方式として効率的にソーキング処理を施し、炭化物が均一分散したミクロ組織を有し、優れた転動疲労特性を有する高炭素クロム軸受鋼の製造方法に関する。

高炭素クロム軸受鋼は、厳しい環境下で使用されるため、耐久性、焼入性、転動疲労寿命特性等が要求される。該軸受鋼には１％程度のＣと、１．５％程度のＣｒ等を含有させている。該軸受鋼の連続鋳造片の中心域は、表面部に比べて冷却速度が遅く、このため軸受鋼の鋳造片には冷却過程で中心部にＣ、Ｃｒおよび不純物元素が成分偏析し易く、これらの元素が高濃度化し、巨大炭化物が生成される。

この巨大炭化物は、後工程の分塊圧延や製品圧延での加熱および塑性加工のみでは消滅し難く、巨大炭化物の存在は軸受鋼において重要な特性である転動疲労寿命を著しく低下させる。このため、従来、高炭素クロム軸受鋼は、１２００〜１２８０℃の高温度域で１０時間以上かけてＣ、Ｃｒなどの高濃度化した中心域の偏析成分を拡散し、巨大炭化物を消滅させるためのソーキング処理が行われていた。

このソーキング処理は軸受鋼の製造において生産性の阻害となり、かつ大きなエネルギーロスが生じ、更に高温で長時間の加熱処理により鋳造片の表面部には過度の脱炭が生じることになる。

高炭素クロム軸受鋼の鋳造片の中心域に生じる成分偏析や巨大炭化物の生成を抑制したり、また生成された巨大炭化物を効率的に拡散消滅させ、ソーキング時間を短縮させるため従来、多くの特許が出願されている。例えば、成分偏析や巨大炭化物の生成を抑制するための方法として、連続鋳造片の冷却過程で中心偏析を抑制するため未凝固溶鋼が存在する状態で１〜３％程度の軽圧下を加え、中心偏析を抑制し巨大炭化物の発生を抑制するものが提案されている（特許文献１）。しかしながら、連続鋳造片の未凝固部に軽圧下を加えるに大規模な圧下装置等を新たに設置する必要があり、また濃化溶鋼部を除去するため最終鋳造片の切捨て量が増大するなどの問題を有する。

また生成した炭化物を効率的に固溶させるため、例えば、溶融相が現出せずかつ炭化物を固溶しうる温度は１２４０℃以下であるとし、液相が生成した場合、ソーキングとして好ましくないことが示されている（特許文献２）。さらに鋳片の中心域温度の最高値を１１６０〜１２５０℃とし、鋳造片中心部のミクロポロシティや大きな一次炭化物の発生を防止すると共に在炉時間を短くし連続加熱炉の運転効率を向上させることが記載されている（特許文献３）。
しかしながら、前者は０．３５〜０．５５％のＣと６〜１４％のＣｒを含有する工具鋼に関しソーキング処理に３０時間を要するものであり、また後者はソーキング時間を短縮するため加熱炉、均熱炉さらに調整炉を用いるものであり、さらに前記３炉毎にソーキング指数を特定したものであり、設備の増加と加熱条件が複雑になるなどの問題を有する。

特開平７−２９９５５０号公報 特開昭６２−２５０１２１号公報 特開２００５−２１３５７８号公報

大断面連続鋳造装置で鋳型から引き出された高炭素クロム軸受鋼のブルーム等の鋳造片表面部は冷却水により強制冷却されるが、中心域は冷却速度が遅いことから、Ｃ、Ｃｒ等の元素が高濃度化し、成分偏析が生じてＣｒを含んだ３０〜７０μｍ程度の巨大炭化物が鋳造片中心域の成分偏析部に生成し易い。この中心偏析部に生成した巨大炭化物は分塊圧延や製品圧延等の塑性加工およびこれら圧延前の加熱において縮小され難く、中には製品に使用上有害な巨大炭化物が残存する。通常、この巨大炭化物を残存させないために、連続鋳造で製造された鋳造片を１２００〜１２８０℃間で昇温させ、この温度で１０〜２０時間程度保持するという長時間のソーキング処理を行っている。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、炭化物が均一分散したミクロ組織を有し、表面の脱炭が抑制された、優れた転動疲労特性を有する高炭素クロム軸受鋼を製造することができると共に、生産性の向上、コストの低減を図ることができる高炭素クロム軸受鋼の製造方法を提供しようとするものである。

従来より、ＣはＣｒに比べて低温域で拡散が進行し、Ｃｒは高温域で拡散が進行することは知られている。本発明者はその現象を有効に活用し、巨大炭化物を短時間の加熱処理で拡散消滅させるため、ソーキング条件を見直し、ＣとＣｒを個別に拡散させるため種々検討した。また、本発明者は実際のソーキングにおいてＣやＣｒ等偏析元素の拡散がどの様に進行しているかを知るために、１０００〜１３００℃で１〜１０時間加熱保持した鋳造片を加熱炉から取出し、鋳造片中心部で縦割りしてそのミクロ組織および偏析度を調査した。その結果、１２００〜１３００℃での加熱により中心偏析部において一部液相が生成し、炭化物が巨大なまま残存していたことをつきとめた。

本発明者は、更に鋳造片の中心域に存在する偏析成分、即ちＣ、Ｃｒが高濃度化して鋼中Ｆｅとも結合した共晶炭化物が成長した巨大炭化物部の固相線温度に注目し、その成分偏析に伴う固相線温度の変化について状態図計算ソフトを使って計算した。なお、固相線温度は偏析部のＣ、Ｃｒや不純物元素等の含有量をＥＰＭＡで測定し、この成分値から計算した。

その結果、本発明者は高炭素クロム軸受鋼、正常成分域の固相線温度が１３３０℃程度であるのに対して、Ｃ、Ｃｒ等が高濃度化した中心偏析部では、その固相線温度が１１５０℃〜１２００℃前後まで低下し、更に巨大炭化物そのものの固相線温度は１０７５℃程度まで低下することを見出した。

すなわち通常のソーキング温度１２００〜１２８０℃の加熱で、鋳造片中心部に巨大炭化物が存在し、ＣやＣｒが高濃度化した場合、中心域の成分偏析部の固相線温度を越え偏析元素を含む中心偏析部が溶融して、ソーキング時間内に再溶融した液相が残った場合はソーキング後再凝固時に再度巨大炭化物が晶出し、ソーキング効果がなくなることが判明した。

したがって、巨大炭化物を効率良く拡散するには、まず中心偏析部の鋳造後の固相線温度より低い温度域で保持し、巨大炭化物中の共析セメンタイト等の分解しやすい炭化物のみを溶融させ、炭化物中に存在する拡散速度の速いＣを最初に鋼中に拡散させる予備加熱処理を行うことが重要であることを見出した。このことは、炭化物中のＣを拡散させる過程で、同時に成分偏析部のＣをも鋼中に拡散させることになり、鋳造片の中心偏析部の固相線温度が上がることにより、その後、１２００〜１２８０℃の高温に加熱する本加熱処理工程を行う際にも液相が生じることなくソーキング処理ができ、よってＣに続いてＣｒをも短時間で拡散が可能であることを見出した。

第１発明は、高炭素クロム軸受鋼の製造にて鋳造過程で鋳造片中心域に生じた成分偏析に起因して生成した巨大炭化物を拡散させるために施す処理であって、鋳造によって得られた鋳造片を加熱設備に装入し、該鋳造片の中心域温度を鋳造後の固相線温度〜固相線温度より５０℃低い温度域まで昇温させ、この温度域で１〜４時間保持するという予備加熱処理工程と、上記予備加熱工程後に、該鋳造片の温度を加熱設備にて１２００〜１２８０℃まで昇温させ、この温度域で０．５〜４時間保持する本加熱処理工程とを有し、２段階温度域でソーキング処理を行うことを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法にある（請求項１）。

本発明のソーキング処理方法は、巨大炭化物を効率良く拡散するに、まず、予備加熱処理工程で、中心偏析部を鋳造後の固相線温度より低い温度域で１〜４時間程保持し、巨大炭化物中の分解しやすい炭化物のみを溶融し、炭化物中および成分偏析部のＣを鋼中に拡散させ、鋳造片の中心偏析部の固相線温度を結果的に上昇させる。これにより、その後の本加熱処理工程で１２００〜１２８０℃の温度域まで温度を上昇させても液相が生じ難くなり、本加熱処理工程でＣｒを短時間で効率的に拡散消滅させ得る効果を有するものである。

なお、第１発明において、「鋳造片中心域温度を、鋳造後の固相線温度〜固相線温度より５０℃低い温度域まで昇温させ」と、具体的に温度を限定しないのは、加熱処理条件決定の方法を規定するためのものであり、製造条件が改善されるなど成分偏析域の成分濃度が変化した場合にも適用できることを包含するものである。

すなわち、本発明で最も重要な点は、ソーキング温度を、単に加熱炉の雰囲気温度や鋳造片の表面温度に注目するのではなく、鋳造片の中心域すなわち成分偏析部における加熱温度に注目し、この温度を限定することにより始めて本発明のソーキング時間を短縮することが可能となるものである。例えば、大型連続鋳造片（ブルームＣＣ）の場合、鋳造片中心域温度と表面部温度とでは大きな差が生じ、中心域の温度がソーキング温度に達するに表面部に比べて０．５〜１時間以上の時間差が生じるものである。

さらに詳しく述べると鋳造片を本発明の予備加熱処理温度や本加熱処理温度までの加熱に際し、鋳造片サイズや加熱条件、例えば加熱速度、加熱雰囲気、バッチ式、連続式などにより中心域温度は表面部に比べ大きく温度が低くなる。そこで本発明者は中心域の温度が表面部の温度に近づくまでの時間を各種の実験により求めて、これに基づいて本発明の加熱処理時間を特定したものである。

上述の知見より、本発明は鋳造片中心偏析部、鋳造後の固相線温度以下の温度域で巨大炭化物中および中心偏析部の一部のＣを拡散させ、該偏析部の固相線温度を上昇させることが重要であることを見出した。そのためには通常の分塊圧延や製品圧延時の昇温過程で必然的にその温度域を１０〜３０分程度で通過させるだけでは拡散に対して不充分であり、また固相線温度の上昇に対して連続的に追従して鋳造片中心域温度を上昇させることは鋳造片中心域の偏析度のばらつきも考慮すると困難である。したがって、確実な拡散のためには液相が生成しない温度で一定時間保持することが必要であることも明らかにした。更に鋳造片のサイズや冷却速度によりＣ、Ｃｒの偏析量を実測し、巨大炭化物が生成しない偏析量まで拡散消滅させるのに必要な時間を見出したものである。

すなわち、本発明は高炭素クロム軸受鋼の鋳造片の中心域の成分偏析に起因して存在する巨大炭化物を効率良く拡散消滅させるソーキング処理について種々検討した結果、ソーキング処理を予備加熱と本加熱とに分割して処理することにより短時間で拡散消滅させる最適な条件を見出したものである。

本発明はソーキング時間を大幅に短縮し得ることにより、本発明の製造方法で軸受鋼を製造した場合、従来法に比べて大幅な生産性の向上かつエネルギーロスが少なく、更に高温域での加熱時間が短いことから鋳造片の表面部の脱炭を軽減できる。

本発明者は成分偏析域の鋳造後の固相線温度が大幅に低下することに鑑み、まず中心域の固相線を上昇させる手段について種々検討した結果、成分偏析域のＣの拡散が、鋳造後の鋳造片の固相線温度以下の低い温度で行えることを見出し、予備加熱処理工程を鋳造片の中心域温度を鋳造後の固相線温度〜固相線温度より５０℃低い温度域内、好ましくは１０５０〜１２００℃になるまで昇温させて行い、Ｃを拡散させることにより中心偏析部の固相線温度を上昇させ、次いで本加熱処理工程において１２００〜１２８０℃の温度で処理しても液相が生じ難くＣｒを充分に拡散し得ることを明らかにした。

このように、本発明によれば、炭化物が均一分散したミクロ組織を有し、表面の脱炭が抑制された、優れた転動疲労特性を有する高炭素クロム軸受鋼を製造することができると共に、生産性の向上、コストの低減を図ることができる高炭素クロム軸受鋼の製造方法を提供することができる。

なお、本発明は予備加熱処理工程と本加熱処理工程の２段階温度域でソーキング処理を施すものであるが、鋳造片を予備加熱処理温度まで加熱時、あるいは鋳造片を予備加熱処理温度から本加熱処理温度まで加熱、昇温に際して、通常、鋳造片の中心部温度が表面部温度近くに達するまで一旦、一定温度で保持し、中心部温度が表面部温度近くまで加熱することを数回繰り返すこともあり得るが、本発明ではこの処理回数を特にカウントするものではない。

また、第２発明は、第１発明において、上記予備加熱処理工程で、上記処理を施すことにより、該予備加熱処理工程後の該鋳造片中心域の固相線温度を１２００℃以上まで上昇させることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法である（請求項２）。

この第２発明は、第１発明の予備加熱処理工程で、炭化物中に存在する拡散速度の速いＣを最初に鋼中に拡散させ、かつ同時に成分偏析部のＣをも鋼中に拡散させることになり、鋳造片の中心偏析部の固相線温度を１２００℃以上に上昇させ、その後の本加熱処理工程で１２００〜１２８０℃の高温に加熱した場合にも液相が生じることなくソーキング処理ができ、よってＣに続いてＣｒをも短時間で拡散が可能とするものである。

また、第３発明は、高炭素クロム軸受鋼を製造する方法であって、鋳造によって得られた鋳造片を加熱設備に装入し、１０５０〜１１５０℃の温度域まで昇温させ、この温度域で１〜４時間保持するという予備加熱処理工程と、上記予備加熱工程後に、該鋳造片の温度を下げることなく加熱設備にて１２００〜１２８０℃まで昇温させ、この温度域で０．５〜４時間保持する本加熱処理工程とを有し、２段階温度域でソーキング処理を行うことを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法にある（請求項３）。

本発明において、上記温度域は、成分偏析域の成分濃度を種々測定し、最適な予備加熱処理温度を１０５０〜１１５０℃と特定したものである。

第４発明は、第３発明において、上記予備加熱処理工程で、上記処理を施すことにより、該予備加熱処理工程後の該鋳造片中心域の固相線温度を１２００℃以上まで上昇させることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法である（請求項４）。

この第４発明は、第３発明の予備加熱処理工程で、炭化物中に存在する拡散速度の速いＣを最初に鋼中に拡散させ、かつ同時に成分偏析部のＣをも鋼中に拡散させることになり、鋳造片の中心偏析部の固相線温度を１２００℃以上に上昇させ、その後の本加熱処理工程で１２００〜１２８０℃の高温に加熱した場合にも液相が生じることなくソーキング処理ができ、よってＣに続いてＣｒをも短時間で拡散が可能とするものである。

なお、第１発明及び第２発明において、予備加熱処理温度を鋳造片の中心域温度が固相線温度〜固相線温度より５０℃低い温度域と限定したのは、下限については固相線温度より５０℃低い温度よりも低い場合には巨大炭化物中のＣの拡散が充分に行うことができないためであり、また、中心偏析部の固相線温度は鋳造の方法や条件により異なるため、それらの成分偏析ばらつきを考慮しても液相を現出させないためである。一方、上限については固相線温度を超えると成分偏析部の鋳造後の固相線温度を越え偏析元素を含む中心偏析部が溶融して、ソーキング時間内に再溶融した液相が残った場合は再凝固時に再度巨大炭化物が晶出するためである。なお、この固相線温度は、成分によって変動するものであり、１２００℃程度になる場合もある。そのため、この第１発明及び第２発明における実際の加熱処理温度は、前述したごとく、例えば１０５０〜１２００℃の範囲から選択することができる。
固相線温度〜固相線温度より５０℃低い温度域とは、具体的には鋳造片中心域の成分偏析域に高濃度化したＣ、Ｃｒや不純物元素等の濃度（ｍａｓｓ％）を、鋳造条件を考慮して事前に測定して成分偏析域の固相線温度を算出する必要がある。

一方、第３及び第４発明において限定した１０５０〜１１５０℃の範囲の予備加熱処理温度は、上記の固相線温度を実際に考慮しなくても、予備加熱処理温度だけを制御すれば、確実に上記第１発明、第２発明の作用効果が得られる加熱処理温度の範囲を定めたものである。なお、第３発明及び第４発明では予備加熱処理温度を１０５０〜１１５０℃にしたが、１０５０〜１１３０℃にすることが更に好ましい。すなわち、上限温度を１１３０℃にすることにより鋳造片中心域の液相の生成を確実に抑制するためのものである。

また第１発明〜第４発明において、予備加熱処理時間を１〜４時間としたのは、１時間未満では充分にＣを鋼中に拡散させることができないためであり、１〜４時間で充分に炭素を拡散でき、４時間を越えると生産性を阻害するため限定した。なお、本発明において予備加熱処理温度および本加熱処理温度とは加熱炉等加熱設備の雰囲気温度や設定温度ではなく、鋳造片の中心域の温度を指すものである。

また、本発明において本加熱処理温度を１２００〜１２８０℃と限定したのは、１２００℃未満ではＣｒの拡散が速やかに、かつ充分にできないためであり、１２８０℃を超えると本発明の予備加熱処理時間では鋳造片の中心偏析部が溶融し、圧延中もしくは圧延後冷却時に液相が再凝固して巨大炭化物が再晶出するためである。

また、本発明において本加熱処理時間を０．５〜４時間と限定したのは０．５時間未満ではＣｒの拡散が充分に行えないためであり、４時間を越えると生産性を阻害し、高温であるが故に鋳造片表面の脱炭層が増加するためである。

更に、第２発明および第４発明において、予備加熱処理工程で鋳造片中心域の固相線温度を１２００℃以上まで上昇させると限定したのは、偏析成分Ｃｒの速やかな拡散には１２００℃以上に昇温させる必要があり、その時に鋳造片中心域の固相線温度が１２００℃未満では鋳造片中心域が溶融し液相が生成するためである。なお、鋳造片中心域において確実に液相の生成を抑制し、かつ予備加熱処理時間と本加熱処理時間のバランスを考慮してソーキング時間を短縮するには、鋳造片中心域の固相線温度を１２３０℃以上にすることが望ましい。

本発明は高炭素クロム軸受鋼の鋳造片の中心域に存在する巨大炭化物を効率良く拡散消滅させるソーキング処理について種々検討した結果、予備加熱処理工程と本加熱処理工程とに分割して処理することにより短時間で拡散消滅させる最適なソーキング条件を見出したものである。
またソーキング処理時間の短縮によりエネルギーコストの削減、長時間ソーキングによる鋳造片の表面部の脱炭を軽減できるなどの利点を有するものである。

更に本発明に用いる鋳造片は、連続鋳造により製造された鋳造片、または上注、或いは下注鋳造で製造された鋳造片でも適用される。即ち、鋳造片の中心域に成分偏析、巨大炭化物が存在するものであれば拡散消滅させる効果を有するものである。

また、本発明では予備加熱処理工程、本加熱処理工程という２段階の加熱処理工程を施すに、同一の加熱炉を用いても、或いはそれぞれ別個の加熱炉を用いても良く、また、連続式加熱炉でもバッチ式加熱炉でも、偏析成分を拡散し巨大炭化物を拡散消滅させる効果を有するものである。

さらに、上記予備加熱処理工程は、熱効率や鋳造片の変態割れを防止し、また炭化物の組成がより拡散し難い組成に変化するのを防ぐために、連続鋳造設備から引き出され切断された鋳造片を、中心域の温度が８００〜１０００℃以上の高温状態のまま連続式加熱炉に装入し、予備加熱処理を施すことが望まれる。

また、本発明で用いる高炭素クロム軸受鋼としては、ＪＩＳで規定されたＳＵＪ１〜ＳＵＪ３、Ｍｏを０．１〜０．２５％含有させたＳＵＪ４、５、更に０．７０〜０．８５％のＣと、１．３〜１．６％のＣｒを含有したものについても包含されるものである。

以下に、実施例により本発明を具体的に説明する。本発明は下記実施例によって制限されるものではなく、その趣旨に適合して変更を加えて実施することも本発明の技術範囲に包含されるものである。

本発明に適用する高炭素クロム軸受鋼として、ＪＩＳに規定されるＳＵＪ２を用いた。該軸受鋼材を製造するにアーク式電気炉にて溶解、酸化精錬された溶鋼を、取鍋で還元精錬し、次いで真空脱ガス処理を施した後、連続鋳造装置により３７０×５３０×３１００ｍｍの鋳造片に鋳造した。

本例では、高炭素クロム軸受鋼の製造方法にかかる実施例として表１に示した、７種類の本発明方法により製造された高炭素クロム軸受鋼（試料Ｅ１〜試料Ｅ７）と、比較例として６種類の高炭素クロム軸受鋼（試料Ｃ１〜試料Ｃ６）を作製した。

上記の鋳造片を加熱炉にて表１に示す予備加熱処理条件、本加熱処理条件にてソーキング処理を施して、試験を行った（試料Ｅ１〜試料Ｅ７、試料Ｃ１〜試料Ｃ６）。各試験温度までの昇温速度は通常のソーキングにおける速度であり、表中の時間は鋳造片中心域温度が各温度に到達してからのものである。

表１に、予備加熱処理工程における処理温度、処理温度が鋳造片中心域の初期の固相線温度〜固相線温度より５０℃低い温度域であるか否かの評価、処理時間、及び本加熱処理工程の処理温度、処理時間を示す。なお、上記予備加熱処理工程における処理温度、及び本加熱処理工程における温度は、表１の試料Ｅ３、試料Ｅ６、試料Ｃ５における鋳造片については試験的に前記ブルームからなる常温鋳造片に孔を空け、φ３．２シース熱電対を埋設して連続加熱炉内鋳造片の表層および中心温度履歴を実測した後、３次元差分伝熱計算モデルを活用して高温状態の鋳造片中心域の温度をシミュレートした。

更に、上記以外の実験については、上記実測時の加熱条件、鋳造片中心温度およびシミュレートした結果を用いて、加熱条件を変更した場合の鋳造片中心部温度について、３次元差分伝熱計算モデルを活用して高温状態の鋳造片中心温度をシミュレートした。

次いで、該高炭素クロム軸受鋼を分塊圧延し、更に製品圧延時の加熱、製品圧延を施して５５ｍｍ丸材とし、その圧延材から試験片を切り出し、試験片中心域を鏡面研磨後ピクラール腐食してミクロ観察し、巨大炭化物有無を調査した。また、予備加熱処理工程後の鋳造片中心域の固相線温度については、別途実施した同一予備加熱処理条件加熱後の鋳造片中心部サンプルのＣ、Ｃｒや不純物元素等の含有量をＥＰＭＡで測定し、この成分値から状態図計算ソフトを使って計算した。
その結果を表１に示す。

なお、実施例で用いた本発明方法による試料Ｅ１〜試料Ｅ７と、比較例の試料Ｃ１〜試料Ｃ６は、いずれも鋳造片中心域の成分偏析量の多いものから選んだものである。
表１において、試料Ｅ１〜試料Ｅ７は本発明の製造方法による予備加熱処理工程及び本加熱処理工程を施して製造された本発明材で、試料Ｃ１〜試料Ｃ６は比較材である。比較材において試料Ｃ１〜試料Ｃ３は予備加熱処理工程のみを施したもので、試料Ｃ４〜試料Ｃ６は予備加熱処理工程後、本加熱処理工程を実施したものである。

また、本発明方法による試料Ｅ１〜試料Ｅ７について、これらのうち試料Ｅ１、試料Ｅ２は第１、２発明に係るもので、試料Ｅ３〜試料Ｅ７は第３、４発明に係るものである。また比較例における試料Ｃ１、試料Ｃ６は第１発明に対する比較例に係るもので、試料Ｃ２〜試料Ｃ５は第３、４発明に対する比較例に係るものである。

表１において予備加熱処理工程の処理温度が鋳造後の鋳造片中心域の固相線温度〜固相線温度より５０℃低い温度域であるか否かの評価は、上記温度域内である場合を○、上記温度域にない場合を×とした。

予備加熱処理後の計算固相線温度の欄において、◎は鋳造片中心域の固相線温度が１２３０℃以上のものであり、○は該固相線温度が１２００℃以上１２３０℃未満のものであり、×は該固相線温度が１２００℃未満もしくは溶融したため計算不可能となったものである。

また、有害な巨大炭化物の大きさについては標準的数値がないが、本実施例における巨大炭化物の評価は、３μｍを超える場合には不合格であるとして評価×とし、３μｍ以下の場合には合格であるとして評価○と定義し、表１の巨大炭化物の欄に示した。

試料Ｃ１〜試料Ｃ３の試験片は予備加熱処理工程のみ実施し、本加熱処理工程を施していないものである。試料Ｃ１の試験片は予備加熱温度が、鋳造後の鋳造片の中心域の固相線温度より５０℃以上低い温度域であり、かつＣ２の試験片は予備加熱処理温度が１１５０℃であり、その処理時間が３．５時間の予備加熱処理を実施しているが、本加熱処理がないものである。そのため、予備加熱処理工程だけでは巨大炭化物の拡散および塑性加工での分解が充分でなく、３μｍを越える巨大炭化物が残存していた。

また、試料Ｃ３の試験片は予備加熱処理温度が１２２０℃であり、鋳造後の鋳造片の中心域の固相線温度より高く、本加熱処理工程がないため塑性加工後に液相が残って冷却過程で巨大炭化物が再晶出したと考えられ、更に大きい巨大炭化物が残存していた。

また、試料Ｃ４〜試料Ｃ６の試験片は予備加熱処理工程と本加熱処理工程を施したものである。試料Ｃ４の試験片は予備加熱処理温度が１０３０℃で、鋳造後の鋳造片の中心域の固相線温度より５０℃以上低い温度域であり、予備加熱処理工程においてＣの拡散を十分に行えず、予備加熱処理工程後の鋳造片中心域の成分偏析部の固相線温度も１２００℃より低く、本加熱処理工程は、固相線温度よりも高い１２５０℃で行ったため、高濃度のＣ、Ｃｒ等の偏析元素を含む中心偏析部が加熱処理中に再溶融し、４．０時間の本加熱処理時間では再溶融した液相が残って、冷却過程で巨大炭化物が再晶出したと考えられる。

試料Ｃ５は、予備加熱処理温度は良いが、本加熱処理温度が本発明の下限温度よりも低いためＣｒの拡散が充分でなく巨大炭化物が残存していた。
試料Ｃ６は、予備加熱処理温度が鋳造後の鋳造片の中心域の固相線温度を超えており、高濃度のＣ、Ｃｒなどの偏析元素を含む中心偏析部が加熱処理中に再溶融し、１２８０℃で４．０時間の本加熱処理を実施しても再溶融した液相が拡散しきれずに残って、冷却過程で巨大炭化物が再晶出したと考えられる。

これらに対して、本発明の製造方法にかかる試料Ｅ１〜試料Ｅ７は、鋳造後の鋳造片の中心域の固相線温度〜固相線温度より５０℃低い温度域、あるいは、１０５０〜１１５０℃の温度域まで昇温させ、この温度域で１〜４時間保持するという予備加熱処理を施し、次いで該鋳造片を１２００〜１２８０℃まで昇温させ、この温度域で０．５〜４時間保持するという２段階温度域でソーキング処理を行った。これにより、いずれの試験片も３μｍを越える巨大炭化物が存在することはなかった。また、試料Ｅ１〜試料Ｅ７は、予備加熱処理工程において、該鋳造片中心域の固相線温度を１２００℃以上まで上昇させた。

また、試料Ｅ１、Ｅ２及び試料Ｅ５〜試料Ｅ７は予備加熱処理により固相線温度を１２３０℃以上まで上昇させたことで、本加熱処理と合わせたトータルの加熱時間が試料Ｅ３、Ｅ４に比べ短縮することができた。

更に、試料Ｅ１〜試料Ｅ７の鋳造片について、巨大炭化物の他に表面疵、内部欠陥、ミクロ偏析度を調査したが、いずれも現行流動材と同等の結果が得られた。また、鋳造片表面脱炭深さについては加熱時間が短いため、現行流動材の５０％以下になっていた。

Claims (4)

1. 高炭素クロム軸受鋼を製造する方法であって、鋳造によって得られた鋳造片を加熱設備に装入し、該鋳造片の中心域温度を鋳造後の固相線温度〜固相線温度より５０℃低い温度域まで昇温させ、この温度域で１〜４時間保持するという予備加熱処理工程と、上記予備加熱工程後に、該鋳造片温度を加熱設備にて１２００〜１２８０℃まで昇温させ、この温度域で０．５〜４時間保持する本加熱処理工程とを有し、２段階温度域でソーキング処理を行うことを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法。
2. 請求項１において、上記予備加熱処理工程で、上記処理を施すことにより、該予備加熱処理工程後の該鋳造片中心域の固相線温度を１２００℃以上まで上昇させることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法。
3. 高炭素クロム軸受鋼を製造する方法であって、鋳造によって得られた鋳造片を加熱設備に装入し、１０５０〜１１５０℃の温度域まで昇温させ、この温度域で１〜４時間保持するという予備加熱処理工程と、上記予備加熱工程後に、該鋳造片の温度を加熱設備にて１２００〜１２８０℃まで昇温させ、この温度域で０．５〜４時間保持する本加熱処理工程とを有し、２段階温度域でソーキング処理を行うことを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法。
4. 請求項３において、上記予備加熱処理工程で、上記処理を施すことにより、該予備加熱処理工程後の該鋳造片中心域の固相線温度を１２００℃以上まで上昇させることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法。