JP2011117009A - 転動疲労寿命に優れた鋼材 - Google Patents
転動疲労寿命に優れた鋼材 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011117009A JP2011117009A JP2009272598A JP2009272598A JP2011117009A JP 2011117009 A JP2011117009 A JP 2011117009A JP 2009272598 A JP2009272598 A JP 2009272598A JP 2009272598 A JP2009272598 A JP 2009272598A JP 2011117009 A JP2011117009 A JP 2011117009A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- fatigue life
- rolling fatigue
- based nitrogen
- steel material
- 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
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
【解決手段】C:0.65〜1.30%、Si:0.05〜1.00%、Mn:0.1〜2.00%、P:0.050%以下(0%を含まない)、S:0.050%以下(0%を含まない)、Cr:0.15〜2.00%、Al:0.010〜0.100%、N:0.025%以下(0%を含まない)、Ti:0.015%以下(0%を含まない)およびO:0.0025%以下(0%を含まない)を夫々含み、残部が鉄および不可避不純物からなり、鋼中に分散するAl系窒素化合物の平均円相当直径が25〜200nmであると共に、円相当直径が25〜200nmのAl系窒素化合物の個数密度が1.1個/μm2以上、6.0個/μm2以下である。
【選択図】図1
Description
(B)鋳造および圧延時での割れを抑制するためには、Al系窒素化合物の量(個数密度)と大きさを規定する必要があること、
(C)微細なAl系窒素化合物における分散度合い(個数密度)を達成するためには、鋼中のAlやNの含有量を厳密に制御することが重要であること、および鋼材の製造工程において、熱間圧延後にAl系窒素化合物の析出温度範囲である850〜650℃の温度範囲を除冷した後、冷却速度を速めることが有用であること、
(D)旧オーステナイト(旧γ)の結晶粒が微細過ぎると、焼入れ性が低下するため、不完全焼入れ相が生成しやすくなり、転動疲労寿命が低下する傾向にあること。
Cは、焼入硬さを増大させ、室温、高温における強度を維持して耐摩耗性を付与するために必須の元素である。こうした効果を発揮させるためには、Cは0.65%以上含有させなければならず、好ましくは0.8%以上(より好ましくは0.95%以上)含有させることが望ましい。しかしながら、C含有量が多くなり過ぎると巨大炭化物が生成し易くなり、転動疲労特性に却って悪影響を及ぼす様になるので、C含有量は1.30%以下、好ましくは1.2%以下(より好ましくは1.1%以下)に抑えるべきである。
Siは、マトリックスの固溶強化および焼入れ性を向上させるために有用な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Siは0.05%以上含有させる必要があり、好ましくは0.1%以上(より好ましくは0.15%以上)含有させることが望ましい。しかしながら、Si含有量が多くなり過ぎると加工性や被削性が著しく低下するので、Si含有量は1.00%以下、好ましくは0.9%以下(より好ましくは0.8%以下)に抑えるべきである。
Mnは、マトリックスの固溶強化および焼入れ性を向上させるために有用な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Mnは0.1%以上含有させる必要があり、好ましくは0.15%以上(より好ましくは0.2%以上)含有させることが望ましい。しかしながら、Mn含有量が多くなり過ぎると加工性や被削性が著しく低下するので、Mn含有量は2.00%以下、好ましくは1.6%以下(より好ましくは1.2%以下)に抑えるべきである。
Pは、不可避的に不純物として含有する元素であるが、粒界に偏析し、加工性を低下させるため極力低減することが望ましいが、極端に低減することは製鋼コストの増大を招くことになる。こうしたことから、P含有量は、0.050%以下とした。好ましくは0.04%以下(より好ましくは0.03%以下)に低減するのが良い。
Sは、不可避的に不純物として含有する元素であるが、MnSとして析出し、転動疲労寿命を低下させるため極力低減することが望ましいが、極端に低減することは製鋼コストの増大を招くことになる。こうしたことから、S含有量は、0.050%以下とした。好ましくは0.04%以下(より好ましくは0.03%以下)に低減するのが良い。
Crは、Cと結びついて炭化物を形成し、耐摩耗性を付与すると共に、焼入性の向上に寄与する元素である。この様な効果を発揮させるには、Cr含有量は0.15%以上とする必要がある。好ましくは0.5%以上(より好ましくは0.9%以上)である。しかし、Cr含有量が過剰になると、粗大な炭化物が生成し、転動疲労寿命が却って低下する。従ってCr量は2.00%以下とする。好ましくは1.8%以下(より好ましくは1.6%以下)である。
Alは、本発明の鋼材において重要な役目を果たす元素であり、Nと結合することによって、Al系窒素化合物として鋼中に微細に分散し、鋼材の転動疲労寿命を向上させる上で重要な元素である。微細なAl系窒素化合物を生成させるためには、少なくとも0.010%以上含有させる必要がある。しかしながら、Al含有量が過剰になって0.100%を超えると、析出するAl系窒素化合物の大きさおよび個数が増加し、鋳造や圧延時に割れや傷が生じやすくなる。また、結晶粒が細かくなり過ぎるため、焼入れ性が低下し、大型部品に適用できず、且つ転動疲労寿命が低下することになる。尚、Al含有量の好ましい下限は、0.013%(より好ましくは0.015%以上)であり、好ましい上限は0.08%(より好ましくは0.05%以下)である。
Nは上記Alと同様に、本発明の鋼材において重要な役目を果たす元素であり、Al系窒素化合物の微細分散による転動疲労寿命向上効果を発揮させる上で重要な元素である。しかしながら、N含有量が過剰になって0.025%を超えると、析出するAl系窒素化合物の大きさおよび個数密度が増加し、鋳造や圧延時に割れ傷が生じやすくなる。また、結晶粒が細かくなり過ぎるため、焼入れ性が低下し、大型部品に適用できず、且つ転動疲労寿命が低下することになる。N含有量の下限は、Al系窒素化合物を所定量析出できる限り特に限定されず、圧延後の冷却速度や、Nと結合する元素(Ti,V,Nb,B,Zr,Te等)の量およびAl含有量に応じて適宜設定すれば良い。例えば、N含有量が0.0035%以上になると、所定量のAl系窒素化合物を析出させることができる。尚、N含有量の好ましい下限は、0.004%(より好ましくは0.006%以上)であり、好ましい上限は0.020%(より好ましくは0.022%以下)である。
Tiは、鋼中のNと結合してTiNを生成し、転動疲労特性に悪影響を及ぼすばかりでなく、冷間加工性や熱間加工性も害する有害元素であり、極力低減することが望ましいが、極端に低減することは製鋼コストの増大を招くことになる。こうしたことから、Ti含有量は0.015%以下とする必要がある。尚、Ti含有量の好ましい上限は0.01%(より好ましくは0.005%以下)である。
Oは、鋼中の不純物の形態に大きな影響を及ぼし、転動疲労特性に悪影響を及ぼすAl2O3やSiO2等の介在物を形成するため、極力低減することが好ましいが、極端に低減することは製鋼コストの増大を招くことになる。こうしたことから、O含有量は0.0025%以下とする必要がある。尚、O含有量の好ましい上限は0.002%(より好ましくは0.0015%以下)である。
Cu、NiおよびMoは、いずれも母相の焼入性向上元素として作用し、硬さを高めて転動疲労特性の向上に寄与する元素である。これらの効果は、いずれも0.03%以上含有させることによって有効に発揮される。しかしながら、いずれの含有量も0.25%を超えると加工性が劣化することになる。
Nb、VおよびBは、いずれもNと結合することで、窒素化合物を形成して、結晶粒の整粒化し、転動疲労寿命を向上させる上で有効な元素である。しかしながら、NbまたはVで0.5%を超えると、Bで0.005%を超えると、結晶粒が微細化し、不完全焼入れ相が生成しやすくなる。尚、より好ましい上限はNbおよびVで0.3%(更に好ましくは0.1%以下)、Bで0.003%(更に好ましくは0.001%以下)である。
Ca、REM(希土類元素)、Mg、LiおよびZrは、いずれも酸化物系介在物を球状化させ、転動疲労寿命向上に寄与する元素である。これらの効果は、CaまたはREMで0.0005%以上、Mg、LiまたはZrで0.0001%以上含有させることによって有効に発揮される。しかしながら、過剰に含有させても効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できず不経済となるので、夫々上記範囲内とするべきである。尚、より好ましい上限は、CaまたはREMで0.03%(更に好ましくは0.01%以下)、MgまたはLiで0.01%(更に好ましくは0.005%以下)、Zrで0.15%(更に好ましくは0.10%以下)である。
Pb、BiおよびTeは、いずれも被削性向上元素である。これらの効果は、Pb、Biで0.01%以上、Teで0.0001%以上含有させることによって有効に発揮される。しかし、Pb、Biの含有量が0.5%を超えるか、Teの含有量が0.1%を超えると、圧延傷の発生等、製造上の問題が生じることになる。尚、より好ましい上限はPbおよびBiで0.3%(更に好ましくは0.2%以下)、Teで0.075%(更に好ましくは0.05%以下)である。
Al系窒素化合物の分散状況の確認方法としては、熱処理後の試験片を切断し、この断面を研磨した後、その面にカーボン蒸着を行い、FE−TEM(電界放出型透過型電子顕微鏡)によりレプリカ観察を実施した。この際、TEMのEDX(エネルギー分散型X線検出器)によりAl、Nを含むAl系窒素化合物の成分を特定し、30000倍の倍率にてその視野の観察を行なった。このとき、1視野を16.8μm2とし、任意の3視野について観察し(合計50.4μm2)、粒子解析ソフト[「粒子解析III for Windows. Version3.00 SUMITOMO METAL TECHNOLOGY」(商品名)]を用い、その大きさ(平均円相当直径)、および円相当直径が25〜200nmのAl系窒素化合物の個数(個数はμm2当りに換算:個数密度)を求めた。
熱処理後の試験片を切断し、その断面を研磨した後、旧オーステナイト粒界現出腐食を行ない、表層から150μm深さ位置を4箇所撮影し、JIS G 0551に準じて(標準図に基づく方法)旧オーステナイト粒度測定を実施した。
スラスト型転動疲労試験機にて、繰り返し速度:1500rpm、面圧:5.3GPa、中止回数:2×108回の条件にて、各鋼材(試験片)につき転動疲労試験を各16回ずつ実施し、疲労寿命L10(ワイプル確率紙にプロットして得られる累積破損確率10%における疲労破壊までの応力繰り返し数)を評価した。このとき、疲労寿命L10(L10寿命)で1.0×107回以上を合格基準とした。
圧延および鍛造後のサンプル表面を切削し、その表面を目視観察し、3mm以上の傷が認められた場合を割れ有りと判定した。
Claims (6)
- C:0.65〜1.30%(質量%の意味、以下同じ)、Si:0.05〜1.00%、Mn:0.1〜2.00%、P:0.050%以下(0%を含まない)、S:0.050%以下(0%を含まない)、Cr:0.15〜2.00%、Al:0.010〜0.100%、N:0.025%以下(0%を含まない)、Ti:0.015%以下(0%を含まない)およびO:0.0025%以下(0%を含まない)を夫々含み、残部が鉄および不可避不純物からなり、鋼中に分散するAl系窒素化合物の平均円相当直径が25〜200nmであると共に、円相当直径が25〜200nmのAl系窒素化合物の個数密度が1.1個/μm2以上、6.0個/μm2以下であることを特徴とする転動疲労寿命に優れた鋼材。
- 旧オーステナイトの平均結晶粒度番号が11.5以下である請求項1に記載の転動疲労寿命に優れた鋼材。
- 更に他の元素として、Cu:0.25%以下(0%を含まない)、Ni:0.25%以下(0%を含まない)およびMo:0.25%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される1種以上を含む請求項1または2に記載の転動疲労寿命に優れた鋼材。
- 更に他の元素として、Nb:0.5%以下(0%を含まない)、V:0.5%以下(0%を含まない)およびB:0.005%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される1種以上を含む請求項1〜3のいずれかに記載の転動疲労寿命に優れた鋼材。
- 更に他の元素として、Ca:0.05%以下(0%を含まない)、REM:0.05%以下(0%を含まない)、Mg:0.02%以下(0%を含まない)、Li:0.02%以下(0%を含まない)およびZr:0.2%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される1種以上を含む請求項1〜4のいずれかに記載の転動疲労寿命に優れた鋼材。
- 更に他の元素として、Pb:0.5%以下(0%を含まない)、Bi:0.5%以下(0%を含まない)およびTe:0.1%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される1種以上を含む請求項1〜5のいずれかに記載の転動疲労寿命に優れた鋼材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009272598A JP5406687B2 (ja) | 2009-11-30 | 2009-11-30 | 転動疲労寿命に優れた鋼材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009272598A JP5406687B2 (ja) | 2009-11-30 | 2009-11-30 | 転動疲労寿命に優れた鋼材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011117009A true JP2011117009A (ja) | 2011-06-16 |
JP5406687B2 JP5406687B2 (ja) | 2014-02-05 |
Family
ID=44282667
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009272598A Expired - Fee Related JP5406687B2 (ja) | 2009-11-30 | 2009-11-30 | 転動疲労寿命に優れた鋼材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5406687B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012160675A1 (ja) * | 2011-05-25 | 2012-11-29 | 株式会社神戸製鋼所 | 転動疲労特性に優れた鋼材 |
JP2013108171A (ja) * | 2011-10-25 | 2013-06-06 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp | 耐疲労特性に優れたばね鋼及びその製造方法 |
JP2014019911A (ja) * | 2012-07-18 | 2014-02-03 | Kobe Steel Ltd | 転動疲労特性に優れた軸受用鋼材および軸受部品 |
JP2014040626A (ja) * | 2012-08-21 | 2014-03-06 | Kobe Steel Ltd | 転動疲労特性に優れた軸受用鋼材およびその製造方法 |
US10350676B2 (en) | 2013-04-23 | 2019-07-16 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Spring steel with excellent fatigue resistance and method of manufacturing the same |
CN112111696A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-22 | 钢铁研究总院 | 高等向性和长接触疲劳寿命的高碳轴承钢及制造方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1180897A (ja) * | 1997-09-04 | 1999-03-26 | Nippon Seiko Kk | 転がり軸受 |
JP2002220638A (ja) * | 2001-01-26 | 2002-08-09 | Kawasaki Steel Corp | 軸受材料 |
JP2007100126A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Ntn Corp | 転動部材および転がり軸受 |
JP2007321190A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Jfe Steel Kk | 疲労特性に優れた鋼材およびその製造方法 |
JP2008088484A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Jfe Steel Kk | 疲労特性に優れた軸受用鋼部品およびその製造方法 |
-
2009
- 2009-11-30 JP JP2009272598A patent/JP5406687B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1180897A (ja) * | 1997-09-04 | 1999-03-26 | Nippon Seiko Kk | 転がり軸受 |
JP2002220638A (ja) * | 2001-01-26 | 2002-08-09 | Kawasaki Steel Corp | 軸受材料 |
JP2007100126A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Ntn Corp | 転動部材および転がり軸受 |
JP2007321190A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Jfe Steel Kk | 疲労特性に優れた鋼材およびその製造方法 |
JP2008088484A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Jfe Steel Kk | 疲労特性に優れた軸受用鋼部品およびその製造方法 |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012160675A1 (ja) * | 2011-05-25 | 2012-11-29 | 株式会社神戸製鋼所 | 転動疲労特性に優れた鋼材 |
US9303302B2 (en) | 2011-05-25 | 2016-04-05 | Kobe Steel, Ltd. | Steel with excellent rolling-contact fatigue properties |
JP2013108171A (ja) * | 2011-10-25 | 2013-06-06 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp | 耐疲労特性に優れたばね鋼及びその製造方法 |
JP2014019911A (ja) * | 2012-07-18 | 2014-02-03 | Kobe Steel Ltd | 転動疲労特性に優れた軸受用鋼材および軸受部品 |
JP2014040626A (ja) * | 2012-08-21 | 2014-03-06 | Kobe Steel Ltd | 転動疲労特性に優れた軸受用鋼材およびその製造方法 |
US10350676B2 (en) | 2013-04-23 | 2019-07-16 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Spring steel with excellent fatigue resistance and method of manufacturing the same |
CN112111696A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-22 | 钢铁研究总院 | 高等向性和长接触疲劳寿命的高碳轴承钢及制造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5406687B2 (ja) | 2014-02-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5425736B2 (ja) | 冷間加工性、耐摩耗性、及び転動疲労特性に優れた軸受用鋼 | |
WO2012160675A1 (ja) | 転動疲労特性に優れた鋼材 | |
JP5927868B2 (ja) | 冷間鍛造性に優れた浸炭用鋼およびその製造方法 | |
JP5094126B2 (ja) | 転がり、摺動部品およびその製造方法 | |
JP5400590B2 (ja) | 転動疲労寿命の安定性に優れた鋼材 | |
JP5556151B2 (ja) | 異物環境下での転動疲労特性に優れた軸受部品の製造方法 | |
JP5406687B2 (ja) | 転動疲労寿命に優れた鋼材 | |
JP6241136B2 (ja) | 肌焼鋼鋼材 | |
JP5400591B2 (ja) | 冷間加工性に優れた軸受用鋼 | |
JP5886119B2 (ja) | 肌焼鋼鋼材 | |
JP4923776B2 (ja) | 転がり、摺動部品およびその製造方法 | |
JP2010053429A (ja) | 耐高面圧性に優れた歯車 | |
JP2012237052A (ja) | 冷間鍛造性および結晶粒粗大化抑制能に優れた肌焼鋼とその製造方法 | |
JP4569961B2 (ja) | ボールネジまたはワンウェイクラッチ用部品の製造方法 | |
JP5990428B2 (ja) | 転動疲労特性に優れた軸受用鋼材およびその製造方法 | |
WO2018212196A1 (ja) | 鋼及び部品 | |
JP2006176863A (ja) | 転がり軸受用鋼 | |
JP2009242918A (ja) | 転動疲労特性に優れた機械構造用部品およびその製造方法 | |
JP5976581B2 (ja) | 転動疲労特性に優れた軸受用鋼材、および軸受部品 | |
JP2022170056A (ja) | 鋼材 | |
JP6172378B2 (ja) | 肌焼鋼鋼線 | |
JP2004124190A (ja) | ねじり特性に優れる高周波焼もどし鋼 | |
JP6705344B2 (ja) | 浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼およびその製造方法 | |
JP7368697B2 (ja) | 浸炭歯車用鋼、浸炭歯車及び浸炭歯車の製造方法 | |
TWI448565B (zh) | 轉動疲勞特性優異的鋼材 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110901 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130806 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131003 |
|
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: 20131029 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131101 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5406687 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |