JP2013221180A - Rolling bearing - Google Patents

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JP2013221180A JP2012093693A JP2012093693A JP2013221180A JP 2013221180 A JP2013221180 A JP 2013221180A JP 2012093693 A JP2012093693 A JP 2012093693A JP 2012093693 A JP2012093693 A JP 2012093693A JP 2013221180 A JP2013221180 A JP 2013221180A
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Hiroki Ikuta
裕樹 生田
Yasuyuki Shimizu
康之 清水
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rolling bearing with an excellent corrosion resistance.SOLUTION: An inner ring and an outer ring are manufactured by performing a gas nitriding treatment and quenching/annealing after forming an alloy steel with a carbon content of 0.10-0.35 mass% into a predetermined shape to make a nitrogen content [N] on a surface layer portion 0.05-0.50 mass%, a total content of nitrogen and carbon [C+N] 0.40 mass% or higher, a surface hardness HRC58 or higher, and a pitting resistance equivalent (PRE) represented by Formula (1) 20.0 or higher. PRE=[Cr]+3.3[Mo]+16[N]...(1).

Description

この発明は、転がり軸受に関する。   The present invention relates to a rolling bearing.

転がり軸受は、内輪、外輪、および転動体を有する。転動体は、内輪および外輪の軌道面間に転動自在に配置されている。
転がり軸受の用途として医療器具がある。医療器具は、滅菌・殺菌を目的として消毒液に浸漬され、消毒後に乾燥されるため、湿潤と乾燥が繰り返される環境下で使用される。また、消毒液として、血液やタンパク質の滅菌・殺菌効果を高めるために、強アルカリ性の溶液が使用されることもある。このように、医療器具の使用環境は、単に水で洗浄されるような使用環境と比較して、大変厳しい腐食環境である。医療器具に錆が発生すると性能低下の要因になるため、高い信頼性が要求される医療器具用の転がり軸受には耐食性が要求される。
The rolling bearing has an inner ring, an outer ring, and a rolling element. The rolling elements are arranged so as to roll freely between the raceways of the inner ring and the outer ring.
Medical devices are used as rolling bearings. Medical devices are immersed in a disinfecting solution for the purpose of sterilization and sterilization, and are dried after sterilization. Therefore, they are used in an environment in which wetting and drying are repeated. In addition, a strong alkaline solution may be used as a disinfectant in order to enhance the sterilization / sterilization effect of blood or protein. As described above, the use environment of the medical device is a very severe corrosive environment as compared with the use environment in which the medical device is simply washed with water. When rust is generated in a medical device, it becomes a factor of performance deterioration. Therefore, a rolling bearing for a medical device that requires high reliability is required to have corrosion resistance.

従来より、耐食性および耐摩耗性が要求される転がり支持装置(リニアガイド装置、ボールねじ、転がり軸受など)用の鋼材としては、SUS440Cに代表されるマルテンサイト系ステンレス鋼が使用されている。フェライト系やオーステナイト系のステンレス鋼板は、マルテンサイト系ステンレス鋼よりも耐食性に優れているが、転がり支持装置用の鋼材としては強度不足である。   Conventionally, martensitic stainless steel represented by SUS440C has been used as a steel material for rolling support devices (such as linear guide devices, ball screws, and rolling bearings) that require corrosion resistance and wear resistance. Ferritic and austenitic stainless steel sheets are superior in corrosion resistance to martensitic stainless steels, but are insufficient in strength as steel materials for rolling support devices.

特許文献1には、特定の鋼材(重量%で、C含有率が0.26〜0.40%、Si含有率が1%以下、Mn含有率が1%以下、P含有率が0.04%以下、S含有率が0.03%以下、Cr含有率が12〜14%、N含有率が0.02%以下、B含有率が0.0005〜0.002%、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼材)を、窒素雰囲気中で加熱することで表層の窒素濃度を0.25〜0.3%とした後、水焼き入れすることにより、従来のマルテンサイト系ステンレス鋼よりも耐食性に優れ、かつ、強度は同等以上である鋼を得ることが記載されている。
前記鋼材は、SUS420J2の組成をベースとし、Bを0.0005〜0.002%添加したものである。
Patent Document 1 discloses a specific steel material (weight%, C content is 0.26 to 0.40%, Si content is 1% or less, Mn content is 1% or less, and P content is 0.04. %, S content is 0.03% or less, Cr content is 12-14%, N content is 0.02% or less, B content is 0.0005-0.002%, the balance is Fe and inevitable Steel material) is heated in a nitrogen atmosphere to make the surface layer nitrogen concentration 0.25 to 0.3%, and then water-quenched, so that it is more corrosion resistant than conventional martensitic stainless steel It is described that a steel having excellent strength and equivalent strength is obtained.
The steel material is based on the composition of SUS420J2 and B is added in an amount of 0.0005 to 0.002%.

また、得られた鋼は、従来のマルテンサイト系ステンレス鋼よりも耐食性、冷間加工性に優れ、かつ、十分な硬さを有しているため耐摩耗性にも優れているため、軸受、ボルト、金型、歪みゲージの起歪体、刃物等の部品材料として用いれば、安価で信頼性が高く、長寿命の部品が得られると記載されている。しかし、特許文献1には、実際に転がり軸受の内輪および外輪に適用した場合の性能に関する記載はない。   In addition, the steel obtained is superior in corrosion resistance and cold workability than the conventional martensitic stainless steel, and also has sufficient hardness so that it has excellent wear resistance. It is described that if it is used as a component material such as a bolt, a mold, a strain gauge strain body, a blade, etc., a low-cost, highly reliable and long-life component can be obtained. However, in Patent Document 1, there is no description regarding performance when actually applied to an inner ring and an outer ring of a rolling bearing.

特許文献2は、下記の構成(a) 〜(c) を満たすマルテンサイトステンレス鋼が記載されている。特許文献2に記載された発明の目的は、外部水素源が絶たれる大気媒体中(海洋または都市環境)において固有の耐腐食性を有し、同時に高い引張抵抗(1800MPa及びそれ以上のオーダーの)と非常に高い強度を有する若干合金化された炭素鋼の靭性と等しい靭性とを示すマルテンサイトステンレス鋼を提供することである。   Patent Document 2 describes martensitic stainless steel that satisfies the following configurations (a) to (c). The object of the invention described in Patent Document 2 is to have inherent corrosion resistance in an atmospheric medium (ocean or urban environment) where the external hydrogen source is cut off, and at the same time high tensile resistance (on the order of 1800 MPa and higher) And to provide a martensitic stainless steel exhibiting toughness equal to that of a slightly alloyed carbon steel having very high strength.

(a) 組成が重量%において、9%≦Cr≦13%、1.5%≦Mo≦3%、8%≦Ni≦14%、1%≦Al≦2%。Al+Ti≧2.25%という条件で、0.5%≦Ti≦1.5%。測定限界値≦Co≦2%。Mo+(W/2)≦3%という条件で、測定限界値≦W≦1%。測定限界値≦P≦0.02%、測定限界値≦S≦0.0050%、測定限界値≦N≦0.0060%、測定限界値≦C≦0.025%、測定限界値≦Cu≦0.5%、測定限界値≦Mn≦3%、測定限界値≦Si≦0.25%、測定限界値≦O≦0.0050%である。 (a) When the composition is% by weight, 9% ≦ Cr ≦ 13%, 1.5% ≦ Mo ≦ 3%, 8% ≦ Ni ≦ 14%, 1% ≦ Al ≦ 2%. 0.5% ≦ Ti ≦ 1.5% under the condition of Al + Ti ≧ 2.25%. Measurement limit ≤ Co ≤ 2%. Measurement limit value ≦ W ≦ 1% under the condition of Mo + (W / 2) ≦ 3%. Measurement limit value ≦ P ≦ 0.02%, Measurement limit value ≦ S ≦ 0.0050%, Measurement limit value ≦ N ≦ 0.0060%, Measurement limit value ≦ C ≦ 0.025%, Measurement limit value ≦ Cu ≦ 0.5%, measurement limit value ≦ Mn ≦ 3%, measurement limit value ≦ Si ≦ 0.25%, measurement limit value ≦ O ≦ 0.0050%.

(b) Ms(℃)=1302−42Cr−63Ni−30Mo+20Al−15W−33Mn−28Si−30Cu−13Co+10Ti≧50である。
(c) Cr当量(%)=Cr+2Si+Mo+1.5Ti+5.5Al+0.6W、Ni当量(%)=2Ni+0.5Mn+30C+25N+Co+0.3Cuという条件で、Cr当量/Ni当量≦1.05である。
鋼の耐食性を示す指標として、下記の(1) 式で示す孔食指数(PRE:Pitting Resistance Equivalent )が知られている。孔食指数が高いほど耐食性が高いことを示す。
PRE=〔Cr〕+3.3〔Mo〕+16〔N〕…(1)
式中、〔Cr〕は鋼のクロム含有率(質量%)、〔Mo〕は鋼のモリブデン含有率(質量%)、〔N〕は鋼の窒素含有率(質量%)である。
特許文献1の鋼の孔食指数は16.0〜18.8である。特許文献2の鋼の孔食指数は13.5〜22.996である。特許文献2には、「クロムとモリブデン含有量は、好ましくは、少なくとも16.5の孔食指数を得ることを可能にすべきである」と記載されている。
(b) Ms (° C.) = 1302-42Cr-63Ni-30Mo + 20Al-15W-33Mn-28Si-30Cu-13Co + 10Ti ≧ 50.
(c) Cr equivalent / Ni equivalent ≦ 1.05 under the condition of Cr equivalent (%) = Cr + 2Si + Mo + 1.5Ti + 5.5Al + 0.6W, Ni equivalent (%) = 2Ni + 0.5Mn + 30C + 25N + Co + 0.3Cu.
As an index indicating the corrosion resistance of steel, a pitting resistance index (PRE) represented by the following equation (1) is known. A higher pitting corrosion index indicates higher corrosion resistance.
PRE = [Cr] +3.3 [Mo] +16 [N] (1)
In the formula, [Cr] is the chromium content (mass%) of the steel, [Mo] is the molybdenum content (mass%) of the steel, and [N] is the nitrogen content (mass%) of the steel.
The pitting corrosion index of the steel of Patent Document 1 is 16.0 to 18.8. The pitting corrosion index of the steel of Patent Document 2 is 13.5 to 22.996. Patent document 2 states that "chromium and molybdenum contents should preferably be able to obtain a pitting index of at least 16.5".

特開2010−138425号公報JP 2010-138425 A 特表2008−546912号公報Special table 2008-546912 gazette

この発明の課題は、耐食性に優れた転がり軸受を提供することである。   The subject of this invention is providing the rolling bearing excellent in corrosion resistance.

上記課題を解決するために、この発明の転がり軸受は、下記の構成(1) で定義された転がり軸受であって、内輪および外輪が下記の構成(2) 〜(6) を有することを特徴とする。
(1) 内輪と、外輪と、内輪および外輪の軌道面間に転動自在に配置された配置された転動体と、を有する。
(2) 炭素含有率〔C〕が0.10質量%以上0.35質量%以下、クロム含有率〔Cr〕が12.5質量%以上18.0質量%以下、モリブデン含有率〔Mo〕が0.80質量%以上5.0質量%以下、マンガン含有率〔Mn〕が0.1質量%以上1.5質量%以下、珪素含有率〔Si〕が0.1質量%以上2.0質量%以下、ニッケル含有率〔Ni〕が0.05質量%以上4.0質量%以下、銅含有率〔Cu〕が0.2質量%以下、硫黄含有率〔S〕が0.01質量%以下、リン含有率〔P〕が0.02質量%以下、酸素含有率〔O〕が10ppm以下、残部が鉄(Fe)および不可避不純物である合金鋼からなる素材を、所定形状に加工した後、ガス窒化処理と焼入れ焼戻しを行って得られる。
In order to solve the above problems, a rolling bearing of the present invention is a rolling bearing defined by the following configuration (1), wherein the inner ring and the outer ring have the following configurations (2) to (6). And
(1) It has an inner ring, an outer ring, and a rolling element disposed so as to be freely rollable between the raceways of the inner ring and the outer ring.
(2) The carbon content [C] is 0.10% by mass to 0.35% by mass, the chromium content [Cr] is 12.5% by mass to 18.0% by mass, and the molybdenum content [Mo] is 0.80 mass% to 5.0 mass%, manganese content [Mn] is 0.1 mass% to 1.5 mass%, and silicon content [Si] is 0.1 mass% to 2.0 mass% %, Nickel content [Ni] is 0.05 mass% or more and 4.0 mass% or less, copper content [Cu] is 0.2 mass% or less, and sulfur content [S] is 0.01 mass% or less. Then, after processing a material made of alloy steel having a phosphorus content [P] of 0.02 mass% or less, an oxygen content [O] of 10 ppm or less, and the balance being iron (Fe) and inevitable impurities, into a predetermined shape, It is obtained by performing gas nitriding treatment and quenching and tempering.

(3) 表層部(表面から深さ200μmの範囲)での窒素の含有率〔N〕が0.10質量%以上0.50質量%以下である。
(4) 軌道面の表層部(表面から深さ200μmの範囲)での窒素と炭素の合計含有率〔C+N〕が0.40質量%以上0.85質量%以下である。
(5) 軌道面の表面硬さがHRC58以上62以下である。
(6) 下記の(1) 式で示す孔食指数(PRE)が、表層部で19.0以上42.5以下である。
PRE=〔Cr〕+3.3〔Mo〕+16〔N〕…(1)
この発明の転がり軸受においては、使用する合金鋼の炭素含有率を低減するとともに、表層部のPREを20.0以上にすることにより、内輪および外輪の耐食性を良好にしている。
(3) The nitrogen content [N] in the surface layer (in the range of 200 μm depth from the surface) is 0.10% by mass or more and 0.50% by mass or less.
(4) The total content [C + N] of nitrogen and carbon in the surface layer portion (in the range of 200 μm depth from the surface) of the raceway surface is 0.40 mass% or more and 0.85 mass% or less.
(5) The surface hardness of the raceway surface is HRC58 or more and 62 or less.
(6) The pitting corrosion index (PRE) represented by the following formula (1) is 19.0 or more and 42.5 or less in the surface layer portion.
PRE = [Cr] +3.3 [Mo] +16 [N] (1)
In the rolling bearing of this invention, the carbon content of the alloy steel to be used is reduced, and the corrosion resistance of the inner ring and the outer ring is improved by making the PRE of the surface layer portion 20.0 or more.

また、使用する合金鋼の炭素含有率が低いことで低減する軌道面の硬さを、ガス窒化処理で表層部に導入された窒素により補っている。そして、転がり軸受の内輪および外輪の軌道面に必要な「表面硬さHRC58以上」を得るために、軌道面の表層部での窒素と炭素の合計含有率〔C+N〕を0.40質量%以上にしている。
表層部の「孔食指数20.0以上」を得るためには、表層部の窒素含有率〔N〕を0.05質量%以上にする必要がある。表層部の窒素含有率が0.50質量%を超えると、焼入れ時に残留オーステナイト量が増加し過ぎて十分な硬さが得られない。
なお、ガス窒化の処理温度が低くて窒素が吸収され難い場合や、窒素ガスの圧力が高過ぎて過剰な窒素が吸収される場合には、CrNやCr2 N等の窒化物が析出して耐食性が低下するため、ガス窒化の処理温度は1100℃(1373K)より高く、窒素ガス圧は0.05〜0.1MPaとすることが好ましい。
Further, the hardness of the raceway surface, which is reduced due to the low carbon content of the alloy steel used, is compensated by nitrogen introduced into the surface layer portion by gas nitriding treatment. And in order to obtain “surface hardness HRC58 or more” necessary for the raceway surfaces of the inner and outer rings of the rolling bearing, the total content [C + N] of nitrogen and carbon in the surface layer portion of the raceway surface is 0.40% by mass or more. I have to.
In order to obtain a “pitting corrosion index of 20.0 or more” in the surface layer portion, the nitrogen content [N] in the surface layer portion needs to be 0.05 mass% or more. If the nitrogen content of the surface layer exceeds 0.50% by mass, the amount of retained austenite increases excessively during quenching, and sufficient hardness cannot be obtained.
In addition, when the nitrogen nitriding treatment temperature is low and nitrogen is hardly absorbed, or when the nitrogen gas pressure is too high and excessive nitrogen is absorbed, nitrides such as CrN and Cr 2 N are precipitated. Since the corrosion resistance is lowered, the gas nitriding treatment temperature is preferably higher than 1100 ° C. (1373 K), and the nitrogen gas pressure is preferably 0.05 to 0.1 MPa.

[構成(2) で使用する合金鋼の組成について]
〔C〕を0.10質量%以上0.35質量%以下とする理由は以下の通りである。
炭素(C)は、焼入れによって基地(マトリックス)に固溶し、組織をマルテンサイト化することで鋼を強化する元素である。また、他の合金元素(CrやMo)と結合して鋼中に硬い炭化物を形成させ、耐摩耗性を向上させる作用も有する。
しかし、炭化物形成のために、耐食性に寄与するCrとMoの炭化物近傍での存在率が低減することで、耐食性が低下する。また、炭素含有率が多いと鋼中に粗大な共晶炭化物が形成されやすくなり、靱性および加工性(研削性)が低下する。よって、良好な耐食性および加工性を得るために、炭素含有率を0.35質量%以下とする。
また、転がり軸受の内輪および外輪として必要な硬さを得るために、炭素含有率を0.10質量%以上とする。
[Composition of alloy steel used in configuration (2)]
The reason why [C] is 0.10 mass% or more and 0.35 mass% or less is as follows.
Carbon (C) is an element that strengthens steel by solid solution in matrix (matrix) by quenching and martensifying the structure. Moreover, it has the effect | action which combines with another alloy element (Cr and Mo), forms a hard carbide | carbonized_material in steel, and improves abrasion resistance.
However, due to the formation of carbides, the abundance of Cr and Mo in the vicinity of carbides that contribute to corrosion resistance is reduced, thereby reducing corrosion resistance. Moreover, when there is much carbon content, it will become easy to form a coarse eutectic carbide in steel, and toughness and workability (grindability) will fall. Therefore, in order to obtain good corrosion resistance and workability, the carbon content is set to 0.35 mass% or less.
Moreover, in order to obtain hardness required for the inner ring and outer ring of the rolling bearing, the carbon content is set to 0.10% by mass or more.

〔Cr〕を12.5質量%以上18.0質量%以下とする理由は以下の通りである。
クロム(Cr)は耐食性に寄与する元素である。また、基地に固溶して焼入れ性を向上させる作用を有する。また、炭素と結合して鋼中に硬い炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる作用を有する。医療器具用転がり軸受の内輪および外輪として必要な耐食性を得るためには、クロム含有率を12.5質量%以上とする必要がある。
ただし、クロムの含有率が多くなると加工性(旋削性)が低下するため、18.0質量%以下とする。
The reason why [Cr] is 12.5 mass% or more and 18.0 mass% or less is as follows.
Chromium (Cr) is an element that contributes to corrosion resistance. Moreover, it has the effect | action which improves hardenability by making it dissolve in a base. Moreover, it has the effect | action which combines with carbon and forms a hard carbide | carbonized_material in steel, and improves abrasion resistance. In order to obtain the corrosion resistance required for the inner and outer rings of the rolling bearing for medical equipment, the chromium content needs to be 12.5% by mass or more.
However, if the chromium content increases, the workability (turnability) decreases, so the content is made 18.0% by mass or less.

〔Mo〕を0.80質量%以上5.0質量%以下とする理由は以下の通りである。
モリブデン(Mo)は耐食性に寄与する元素である。また、基地に固溶して焼入れ性および焼戻し軟化抵抗性を向上させる作用を有する。また、炭素と結合して鋼中に硬い炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる作用を有する。
医療器具用転がり軸受の内輪および外輪として必要な耐食性を得るためには、モリブデン含有率を0.80質量%以上とする必要がある。
ただし、モリブデン含有率が5.0質量%を超えると、冷間加工性および被削性が不十分となって、生産性が低下する。
The reason why [Mo] is 0.80 mass% or more and 5.0 mass% or less is as follows.
Molybdenum (Mo) is an element that contributes to corrosion resistance. Moreover, it has the effect | action which improves the hardenability and temper softening resistance by making it dissolve in a base. Moreover, it has the effect | action which combines with carbon and forms a hard carbide | carbonized_material in steel, and improves abrasion resistance.
In order to obtain the corrosion resistance required for the inner ring and outer ring of a rolling bearing for medical equipment, the molybdenum content needs to be 0.80% by mass or more.
However, if the molybdenum content exceeds 5.0% by mass, the cold workability and the machinability become insufficient, and the productivity decreases.

〔Mn〕を0.1質量%以上1.5質量%以下とする理由は以下の通りである。
マンガン(Mn)は、基地に固溶して焼入れ性を向上させる作用を有する。また、脱酸素材として作用する。0.1質量%未満であるとこれらの作用が実質的に得られない。
ただし、マンガン含有率が多くなると、鍛造性および被削性が低下する可能性と、硫黄(S)やリン(P)と共存して耐久性を低下させる可能性があるため、マンガン含有率を1.5質量%以下にする。また、マンガン含有率が多くなると、残留オーステナイト量が多くなって十分な硬さが得られない可能性があるため、マンガン含有率を0.9質量%以下にすることが好ましい。
The reason why [Mn] is 0.1 mass% or more and 1.5 mass% or less is as follows.
Manganese (Mn) has the effect of improving the hardenability by dissolving in the matrix. It also acts as a deoxidizing material. If it is less than 0.1% by mass, these effects cannot be substantially obtained.
However, if the manganese content increases, the forgeability and machinability may decrease, and the durability may decrease due to coexistence with sulfur (S) and phosphorus (P). 1.5% by mass or less. Moreover, since the amount of retained austenite increases and sufficient hardness may not be obtained when the manganese content increases, the manganese content is preferably set to 0.9 mass% or less.

〔Si〕を0.1質量%以上2.0質量%以下とする理由は以下の通りである。
珪素(Si)は、精鋼時に脱酸剤として作用し、基地に固溶して焼入れ性を向上させる作用を有する。また、焼戻軟化抵抗性を高める作用も有する。珪素含有率が0.2質量%未満であると、これらの作用が実質的に得られない。
ただし、珪素含有率が2.0質量%を超えると、靱性、冷間加工性および被削性が不十分となる。好ましくは珪素含有率を0.5質量%以下とする。
The reason why [Si] is 0.1 mass% or more and 2.0 mass% or less is as follows.
Silicon (Si) acts as a deoxidizer during refining and has the effect of improving the hardenability by dissolving in a matrix. It also has the effect of increasing the temper softening resistance. When the silicon content is less than 0.2% by mass, these effects are not substantially obtained.
However, when the silicon content exceeds 2.0% by mass, the toughness, cold workability and machinability become insufficient. Preferably, the silicon content is 0.5% by mass or less.

〔Ni〕を0.05質量%以上4.0質量%以下とする理由は以下の通りである。
ニッケル(Ni)は耐食性に寄与する元素である。また、基地に固溶して焼入れ性および靱性を向上させる作用を有する。ニッケル含有率が0.05質量%未満であると、これらの作用が実質的に得られない。
ただし、ニッケル含有率が4.0質量%を超えると、冷間加工性および被削性が不十分となる。好ましくはニッケル含有率を0.9質量%以下とする。
The reason why [Ni] is 0.05 mass% or more and 4.0 mass% or less is as follows.
Nickel (Ni) is an element that contributes to corrosion resistance. Moreover, it has the effect | action which dissolves in a base and improves hardenability and toughness. When the nickel content is less than 0.05% by mass, these effects are not substantially obtained.
However, if the nickel content exceeds 4.0% by mass, cold workability and machinability become insufficient. Preferably, the nickel content is 0.9 mass% or less.

〔Cu〕を0.2質量%以下とする理由は以下の通りである。
銅(Cu)は、基地に固溶して焼入れ性および粒界強度を向上させる作用を有する。銅は必須成分ではないが、その含有率が0.02質量%未満であるとこれらの作用が実質的に得られないため、銅を含有させる場合にはその含有率を0.02質量%以上とする。
ただし、銅の含有率が0.20質量%を超えると、熱間鍛造性が不十分となって、生産性が低下する。
The reason for making [Cu] 0.2 mass% or less is as follows.
Copper (Cu) has a function of improving the hardenability and grain boundary strength by dissolving in a matrix. Copper is not an essential component, but if the content is less than 0.02% by mass, these effects cannot be substantially obtained. Therefore, when copper is contained, the content is 0.02% by mass or more. And
However, if the copper content exceeds 0.20% by mass, the hot forgeability becomes insufficient and the productivity decreases.

〔S〕を0.01質量%以下とする理由は以下の通りである。
硫黄(S)は、マンガン(Mn)と結合してMnSを形成し、介在物となるため、その含有率を0.01質量%以下にする。
〔P〕を0.02質量%以下とする理由は以下の通りである。
リン(P)は、結晶粒界に偏析して、粒界強度や破壊靱性を低下させるため、その含有率を0.02質量%以下にする。
The reason why [S] is 0.01% by mass or less is as follows.
Sulfur (S) combines with manganese (Mn) to form MnS and become inclusions, so the content is made 0.01% by mass or less.
The reason why [P] is 0.02 mass% or less is as follows.
Phosphorus (P) segregates at the crystal grain boundaries and lowers the grain boundary strength and fracture toughness, so the content is made 0.02% by mass or less.

〔O〕を10質量ppm以下とする理由は以下の通りである。
酸素(O)は、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)等と結合してAl2 3 、MgO、CaO等の酸化物を形成する。これらの酸化物は介在物となり、剥離の起点となるため、その含有率を10質量ppm以下にする。
この発明の転がり軸受を構成する内輪および外輪は、特許文献1および2に記載されたマルテンサイト系ステンレス鋼で形成された内輪および外輪よりも耐食性が高く、機械的強度も良好である。
The reason why [O] is 10 mass ppm or less is as follows.
Oxygen (O) combines with aluminum (Al), magnesium (Mg), calcium (Ca) and the like to form oxides such as Al 2 O 3 , MgO and CaO. Since these oxides become inclusions and serve as starting points for peeling, the content is set to 10 mass ppm or less.
The inner ring and outer ring constituting the rolling bearing of the present invention have higher corrosion resistance and better mechanical strength than the inner ring and outer ring formed of martensitic stainless steel described in Patent Documents 1 and 2.

この発明によれば、耐食性に優れた転がり軸受が提供される。   According to the present invention, a rolling bearing having excellent corrosion resistance is provided.

この発明の一実施形態に相当する転がり軸受を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the rolling bearing corresponded to one Embodiment of this invention. 耐食性試験前後のNo. 5の内輪の外周面の状態を示す図であって、(a)は試験前の状態を、(b)は試験後の状態を示す。It is a figure which shows the state of the outer peripheral surface of the inner ring | wheel of No. 5 before and behind a corrosion resistance test, Comprising: (a) shows the state before a test, (b) shows the state after a test. 実施形態で作製したNo.1〜10の内輪における、錆発生数と孔食指数(PRE)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of rust generation | occurrence | production, and a pitting corrosion index (PRE) in the inner ring | wheels No. 1-10 produced by embodiment. 実施形態で作製したNo.11〜16の内輪における、錆発生数と鋼材の炭素含有率〔C〕との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of rust generation | occurrence | production, and the carbon content rate [C] of steel materials in the inner ring | wheels of No. 11-16 produced by embodiment. 実施形態で作製した鋼材の炭素含有率〔C〕がほぼ同じであるNo.1、No.2、No.6〜8の内輪における、表面硬さ(HRC)と、表層部の炭素と窒素の合計含有率〔C+N〕との関係を示すグラフである。In the inner rings of No.1, No.2, and Nos.6-8, in which the carbon content [C] of the steel material produced in the embodiment is substantially the same, the surface hardness (HRC) and the carbon and nitrogen of the surface layer portion It is a graph which shows the relationship with total content rate [C + N].

以下、この発明の実施形態について説明する。
図1は、この発明の一実施形態に相当する転がり軸受を示す図である。この転がり軸受は、内輪1と、外輪2と、ボール(転動体)3と、保持器4と、シール5を有する。
内輪1の外周面に軌道面11が形成されている。外輪2の内周面に軌道面21が形成されている。ボール3は保持器4に保持された状態で、内輪1および外輪2の軌道面11,21間に、転動自在に配置されている。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a view showing a rolling bearing corresponding to an embodiment of the present invention. This rolling bearing has an inner ring 1, an outer ring 2, a ball (rolling element) 3, a cage 4, and a seal 5.
A raceway surface 11 is formed on the outer peripheral surface of the inner ring 1. A raceway surface 21 is formed on the inner peripheral surface of the outer ring 2. The ball 3 is disposed between the raceway surfaces 11 and 21 of the inner ring 1 and the outer ring 2 so as to be able to roll while being held by the cage 4.

図1の形状を有する転がり軸受として、日本精工(株)の転がり軸受「名番SR144」(内径3.175mm、外径6.35mm、幅2.38mm、ボール直径1.00mm)を以下の方法で組み立てた。
先ず、下記の表1および表2に示す各組成の合金鋼No.1〜16からなる素材を、旋削加工を行うことにより、内輪1および外輪2の形状にした。次に、No.1とNo.3〜5については下記の熱処理アを行い、No.2とNo.6〜16については下記の熱処理イを行った。次に、研削仕上げを行ってNo.1〜16の内輪1および外輪2を得た。
As a rolling bearing having the shape shown in FIG. 1, a rolling bearing “Nippon No. SR144” (inner diameter 3.175 mm, outer diameter 6.35 mm, width 2.38 mm, ball diameter 1.00 mm) manufactured by NSK Ltd. is used as follows. Assembled.
First, the materials made of alloy steel Nos. 1 to 16 having the compositions shown in Tables 1 and 2 below were turned into the shapes of the inner ring 1 and the outer ring 2. Next, No. 1 and No. 3 to 5 were subjected to the following heat treatment A, and No. 2 and No. 6 to 16 were subjected to the following heat treatment A. Next, grinding finishing was performed to obtain No. 1 to No. 16 inner ring 1 and outer ring 2.

<熱処理ア>
焼入れと焼戻しからなる熱処理を行った。
焼入れは、1000℃〜1100℃の真空中に0.5時間保持した後、油冷することで行った。
焼戻しは、160℃〜200℃で1.5時間保持することで行った。
<Heat treatment a>
A heat treatment consisting of quenching and tempering was performed.
Quenching was performed by oil cooling after holding in a vacuum of 1000 ° C. to 1100 ° C. for 0.5 hours.
Tempering was performed by holding at 160 ° C. to 200 ° C. for 1.5 hours.

<熱処理イ>
ガス窒化処理、焼入れ、および焼戻しからなる熱処理を行った。
ガス窒化処理は、電気炉に内輪および外輪を入れ、 炉内の温度を1200℃(1473K)に保持して窒素ガスを導入し、窒素ガスの圧力を0.05〜0.1MPaに12時間保持することで行った。窒素ガスの圧力を変えることで、表層部の窒素含有率が表1および表2の各値になるようにした。
<Heat treatment a>
A heat treatment including gas nitriding, quenching, and tempering was performed.
In the gas nitriding treatment, an inner ring and an outer ring are placed in an electric furnace, the temperature in the furnace is maintained at 1200 ° C. (1473 K), nitrogen gas is introduced, and the pressure of the nitrogen gas is maintained at 0.05 to 0.1 MPa for 12 hours. It was done by doing. By changing the pressure of nitrogen gas, the nitrogen content in the surface layer portion was adjusted to the values shown in Tables 1 and 2.

焼入れは、油冷により行った。
焼戻しは、160℃〜200℃で1.5時間保持することで行った。
得られた内輪1および外輪2と、窒化珪素(セラミックス)製のボール3と、ポリアミド製の保持器4と、SUS304製のシール5を用いて、No.1〜16の転がり軸受を組み立てた。
No.1〜16の各転がり軸受を、温度30℃の6質量%次亜塩素酸水溶液(pH12)中に168時間浸漬した後、目視による外観検査で錆が発生している箇所を数えた(耐食性試験)。次亜塩素酸水溶液は消毒液として使用されているものであり、この耐食性試験の環境は、実際の消毒環境よりも厳しい環境である。
その結果、No. 5の内輪の外周面は、図2(b)に写真で示す状態となっていた。図2(a)は次亜塩素酸水溶液に浸漬する前の状態を示す写真である。図2(b)では、錆が発生した箇所を○で示している。
Quenching was performed by oil cooling.
Tempering was performed by holding at 160 ° C. to 200 ° C. for 1.5 hours.
No. 1 to 16 rolling bearings were assembled using the obtained inner ring 1 and outer ring 2, balls 3 made of silicon nitride (ceramics), cage 4 made of polyamide, and seal 5 made of SUS304.
Each rolling bearing of No. 1 to 16 was immersed in a 6% by mass hypochlorous acid aqueous solution (pH 12) at a temperature of 30 ° C. for 168 hours, and then the number of locations where rust was generated by visual appearance inspection ( Corrosion resistance test). Hypochlorous acid aqueous solution is used as a disinfectant, and the environment of this corrosion resistance test is a severer environment than the actual disinfectant environment.
As a result, the outer peripheral surface of No. 5 inner ring was in the state shown in the photograph in FIG. FIG. 2A is a photograph showing a state before dipping in an aqueous hypochlorous acid solution. In FIG.2 (b), the location where rust generate | occur | produced is shown by (circle).

また、合金鋼No.1〜16からなる素材を各種試験用の試験片の形状に加工し、それぞれ合金鋼No.1〜16と同じ熱処理を行った16種類の試験片を用意した。これらの試験片を用いて、以下の方法により、表層部の窒素含有率〔N〕、表層部の炭素と窒素の合計含有率〔C+N〕、表面のロックウエル硬さ(HRC)を測定した。
表層部の窒素含有率〔N〕および炭素と窒素の合計含有率〔C+N〕は、電子線マイクロアナライザ (EPMA)を用い、加速電圧15kVの条件で測定した。表面のロックウエル硬さ(HRC)は、「JIS Z2245」に準拠した方法で測定した。
これらの測定結果を表1および表2に併せて示す。
Moreover, the raw material which consists of alloy steel No. 1-16 was processed into the shape of the test piece for various tests, and 16 types of test pieces which respectively performed the same heat processing as alloy steel No. 1-16 were prepared. Using these test pieces, the nitrogen content [N] of the surface layer portion, the total content of carbon and nitrogen [C + N] of the surface layer portion, and the surface Rockwell hardness (HRC) were measured by the following methods.
The nitrogen content [N] of the surface layer and the total content [C + N] of carbon and nitrogen were measured using an electron beam microanalyzer (EPMA) under the condition of an acceleration voltage of 15 kV. The surface Rockwell hardness (HRC) was measured by a method according to “JIS Z2245”.
These measurement results are also shown in Tables 1 and 2.

Figure 2013221180
Figure 2013221180

Figure 2013221180
Figure 2013221180

表1に示すNo.1〜10では、錆発生数をNo. 5の錆発生箇所数を1とした相対値で示している。図3は、No.1〜10の内輪における、錆発生数と孔食指数(PRE)との関係を示すグラフである。No.3〜5の内輪は、使用した鋼材の炭素含有率が0.35質量%を超えるものである。   In Nos. 1 to 10 shown in Table 1, the number of rust occurrences is shown as a relative value with the number of rust occurrences of No. 5 being 1. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the number of rust occurrences and the pitting index (PRE) in the inner rings of Nos. 1 to 10. In the inner rings of Nos. 3 to 5, the carbon content of the steel material used exceeds 0.35 mass%.

図3のグラフから、No.4の結果を除き、孔食指数を20.0以上とすることで、錆発生数を著しく低減できることが分かる。No.4の内輪の錆発生数が多かった理由は、使用した鋼材の炭素含有率が過剰であったためと考えられる。
表2に示すNo.11〜16では、錆発生数をNo. 16の錆発生箇所数を1とした相対値で示している。No.11〜16の内輪は、孔食指数がほぼ同じで鋼材の炭素含有率〔C〕に違いがある。図4は、No.11〜16の内輪における、錆発生数と鋼材の炭素含有率〔C〕との関係を示すグラフである。図4のグラフから、錆発生数をNo. 16の2割以下とするためには、使用する鋼材の炭素含有率を0.35質量%以下にする必要があることが分かる。
From the graph of FIG. 3, it can be seen that the number of rust occurrences can be significantly reduced by setting the pitting corrosion index to 20.0 or more except for the result of No. 4. The reason for the large number of rust occurrences on the inner ring of No. 4 is considered to be because the carbon content of the steel material used was excessive.
In No.11-16 shown in Table 2, the number of rust generation | occurrence | production is shown by the relative value which made the number of rust generation | occurrence | production locations of No.16 1 The inner rings of Nos. 11 to 16 have substantially the same pitting corrosion index and differ in the carbon content [C] of the steel material. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the number of rust occurrences and the carbon content [C] of the steel material in No. 11 to 16 inner rings. From the graph of FIG. 4, it is understood that the carbon content of the steel material to be used needs to be 0.35% by mass or less in order to make the number of rust generation 20% or less of No. 16.

図5は、鋼材の炭素含有率〔C〕がほぼ同じであるNo.1、No.2、No.6〜8の内輪における、表面硬さ(HRC)と、表層部の炭素と窒素の合計含有率〔C+N〕との関係を示すグラフである。図5のグラフから、表層部の炭素と窒素の合計含有率を0.40質量%以上とすることで、表面硬さをHRC58以上にできることが分かる。
以上の結果から、この発明の範囲を満たすNo.6〜12の転がり軸受は、この発明の範囲を満たさないNo.1〜5およびNo.13〜16の転がり軸受と比較して、耐食性に優れていることが分かる。
FIG. 5 shows the surface hardness (HRC) and the sum of carbon and nitrogen in the surface layer in the inner rings of No. 1, No. 2, and Nos. 6 to 8 where the carbon content [C] of the steel material is substantially the same. It is a graph which shows the relationship with content rate [C + N]. From the graph of FIG. 5, it can be seen that the surface hardness can be made HRC58 or more by setting the total content of carbon and nitrogen in the surface layer part to 0.40% by mass or more.
From the above results, the rolling bearings of No. 6 to 12 satisfying the scope of the present invention are excellent in corrosion resistance compared with the rolling bearings of No. 1 to 5 and No. 13 to 16 that do not satisfy the scope of the present invention. I understand that

1 内輪
11 内輪の軌道面
2 外輪
21 外輪の転動面
3 ボール(転動体)
4 保持器
5 シール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inner ring 11 Race surface of inner ring 2 Outer ring 21 Rolling surface of outer ring 3 Ball (rolling element)
4 Cage 5 Seal

Claims (1)

内輪と、外輪と、内輪および外輪の軌道面間に転動自在に配置された転動体と、を有し、
前記内輪および前記外輪は、
炭素含有率〔C〕が0.10質量%以上0.35質量%以下、クロム含有率〔Cr〕が12.5質量%以上18.0質量%以下、モリブデン含有率〔Mo〕が0.80質量%以上5.0質量%以下、マンガン含有率〔Mn〕が0.1質量%以上1.5質量%以下、珪素含有率〔Si〕が0.1質量%以上2.0質量%以下、ニッケル含有率〔Ni〕が0.05質量%以上4.0質量%以下、銅含有率〔Cu〕が0.2質量%以下、硫黄含有率〔S〕が0.01質量%以下、リン含有率〔P〕が0.02質量%以下、酸素含有率〔O〕が10ppm以下、残部が鉄(Fe)および不可避不純物である合金鋼からなる素材を、所定形状に加工した後、ガス窒化処理と焼入れ焼戻しを行って得られ、
表層部での窒素の含有率〔N〕が0.05質量%以上0.50質量%以下であり、
軌道面の表層部での窒素と炭素の合計含有率〔C+N〕が0.40質量%以上0.85質量%以下であり、
軌道面の表面硬さがHRC58以上62以下であり、
下記の(1) 式で示す孔食指数(PRE)が、表層部で20.0以上42.5以下である転がり軸受。
PRE=〔Cr〕+3.3〔Mo〕+16〔N〕…(1)
An inner ring, an outer ring, and a rolling element that is arranged to freely roll between the raceways of the inner ring and the outer ring,
The inner ring and the outer ring are
The carbon content [C] is 0.10% by mass to 0.35% by mass, the chromium content [Cr] is 12.5% by mass to 18.0% by mass, and the molybdenum content [Mo] is 0.80. Mass% to 5.0 mass%, manganese content [Mn] is 0.1 mass% to 1.5 mass%, silicon content [Si] is 0.1 mass% to 2.0 mass%, Nickel content [Ni] is 0.05 mass% or more and 4.0 mass% or less, copper content [Cu] is 0.2 mass% or less, sulfur content [S] is 0.01 mass% or less, phosphorus content Gas nitriding treatment is performed after processing a material made of alloy steel having a rate [P] of 0.02 mass% or less, an oxygen content [O] of 10 ppm or less, and the balance of iron (Fe) and inevitable impurities into a predetermined shape And obtained by quenching and tempering,
The nitrogen content [N] in the surface layer part is 0.05% by mass or more and 0.50% by mass or less,
The total content [C + N] of nitrogen and carbon in the surface layer portion of the raceway surface is 0.40 mass% or more and 0.85 mass% or less,
The surface hardness of the raceway surface is HRC58 or more and 62 or less,
A rolling bearing having a pitting corrosion index (PRE) represented by the following formula (1) of 20.0 or more and 42.5 or less at the surface layer portion.
PRE = [Cr] +3.3 [Mo] +16 [N] (1)
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