JP2014238122A - Bearing component and roller bearing - Google Patents

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JP2014238122A JP2013120143A JP2013120143A JP2014238122A JP 2014238122 A JP2014238122 A JP 2014238122A JP 2013120143 A JP2013120143 A JP 2013120143A JP 2013120143 A JP2013120143 A JP 2013120143A JP 2014238122 A JP2014238122 A JP 2014238122A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive bearing component having improved yield strength and lifetime, and a roller bearing having the bearing component.SOLUTION: A bearing component (11, 12, 13) includes steel which contains carbon of 0.95 mass% or more and 1.1 mass% or less, silicon of less than 0.3 mass%, manganese of less than 0.5 mass%, sulfur of less than 0.008 mass%, and chrome of 1.4 mass% or more and 1.6 mass% or less, and a remaining portion of which is composed of iron and impurity; and has a carbonitriding layer formed in a surface layer portion including a contact face (11A, 12A, 13A) being a face contacting with another part. An average nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.3 mass% or more and 0.6 mass% or less, and variation of the nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.1 mass% or less. The residual austenite amount in the surface layer portion is 8 vol% or less. The grain size number of old austenite crystal grain in the inside where the carbonitriding layer is not formed is JIS standard 9 or more and 11 or less.

Description

本発明は、軸受部品および転がり軸受に関し、より特定的には、安価でかつ降伏強度および寿命が向上した軸受部品および当該軸受部品を備える転がり軸受に関する。   The present invention relates to a bearing component and a rolling bearing, and more particularly, to a bearing component that is inexpensive and has improved yield strength and life, and a rolling bearing including the bearing component.

転がり軸受などに用いられる軸受部品の耐久性を向上させる対策として、浸炭窒化処理が知られている(たとえば、特許文献1および2参照)。浸炭窒化処理は、鋼をA変態点以上の温度に加熱して炭素および窒素を鋼中に侵入拡散させた後、当該鋼を焼入れする熱処理である。浸炭窒化処理は、転がり軸受の重要な性能である異物混入潤滑下における寿命の延命に対して有効である。 As a measure for improving the durability of bearing parts used for rolling bearings and the like, carbonitriding is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Carbonitriding treatment, after the steel is heated to a temperature above the A 1 transformation point of carbon and nitrogen infested diffuse into the steel, a heat treatment for hardening the steel. The carbonitriding process is effective for extending the life under lubrication with foreign matters, which is an important performance of rolling bearings.

また、転がり軸受の他の重要な機能には機械の回転運動時の低トルク化があり、これを達成するためには回転中のエネルギー損失の低減が重要である。転がり軸受の回転中のエネルギー損失の原因としては、転がり粘性抵抗、差動すべり、弾性ヒステリシス損失、または潤滑油の撹拌抵抗などが挙げられる。転がり軸受において玉軸受ところ軸受とを比べると、転がり粘性抵抗の差により玉軸受の方がエネルギー損失がより少ない。そのため、機械の回転運動時の低トルク化という観点からは玉軸受の方がより好ましい構造であるといえる。   Another important function of the rolling bearing is to reduce the torque during the rotational movement of the machine. In order to achieve this, it is important to reduce energy loss during rotation. Causes of energy loss during the rotation of the rolling bearing include rolling viscous resistance, differential sliding, elastic hysteresis loss, or lubricating oil stirring resistance. Compared to ball bearings and bearings in rolling bearings, ball bearings have less energy loss due to the difference in rolling viscous resistance. Therefore, it can be said that the ball bearing is a more preferable structure from the viewpoint of reducing the torque during the rotational movement of the machine.

ころ軸受は、玉軸受と比べて軸受部品(軌道輪や玉)同士の接触面積が大きいため、軸受部品に加わる接触面圧がより小さい。そのため、大きな荷重を支えるという観点からはころ軸受が有効である。一方、玉軸受において大きな荷重を支えると、接触面圧が過大となり軌道輪や玉において塑性変形が生じる。これにより、機械の回転運動が高トルク化し、さらに異音の発生や回転精度の低下などが起こり、結果として軸受としての機能を満たすことが困難になる。このように、軸受としての機能不全にまで至らしめる過大な荷重(接触面圧)を、転がり軸受の「静的負荷容量」という。したがって、転がり軸受の低トルク化においては、塑性変形し難い(降伏強度が高い)材料を用いた玉軸受を採用することが好ましいといえる。   Roller bearings have a larger contact area between bearing parts (bearing rings and balls) than ball bearings, and therefore contact pressure applied to the bearing parts is smaller. Therefore, a roller bearing is effective from the viewpoint of supporting a large load. On the other hand, if a large load is supported in the ball bearing, the contact surface pressure becomes excessive and plastic deformation occurs in the race and the ball. As a result, the rotational motion of the machine is increased in torque, and abnormal noise is generated and rotational accuracy is lowered. As a result, it becomes difficult to satisfy the function as a bearing. Thus, the excessive load (contact surface pressure) that leads to malfunction of the bearing is referred to as “static load capacity” of the rolling bearing. Therefore, it can be said that in reducing the torque of the rolling bearing, it is preferable to employ a ball bearing using a material that is difficult to plastically deform (high yield strength).

塑性変形が生じ難い代表的な材料としては、窒化珪素などのセラミック材料が挙げられる。しかし、このセラミック材料は、塑性変形し難い一方で難加工性を有するため、軸受材料として採用した場合には加工コストが上昇するという問題がある。そのため、セラミック材料に代えて、加工コストを含むトータルコストが安価でかつ塑性変形が生じ難い材料の開発が求められる。なお、「塑性変形の生じ難さ」とは、HV硬度やHRC硬度で表わされる硬度ではなく、弾性限や降伏強度などに近い塑性変形量が微小な領域に関するものである。   A typical material that hardly undergoes plastic deformation includes a ceramic material such as silicon nitride. However, since this ceramic material is difficult to plastically deform but has difficult workability, there is a problem that when it is used as a bearing material, the processing cost increases. Therefore, in place of the ceramic material, it is required to develop a material having a low total cost including a processing cost and hardly causing plastic deformation. The “difficulty to cause plastic deformation” is not related to the hardness expressed by HV hardness or HRC hardness but to a region where the amount of plastic deformation close to the elastic limit, yield strength, etc. is minute.

特開2007−277648号公報JP 2007-277648 A 特開2008−267402号公報JP 2008-267402 A

近年の軸受部品への耐久性向上の要求を考慮すると、従来の浸炭窒化処理では用途によっては十分な耐久性を付与することが困難である場合がある。また、従来では、低トルク化において有利な構造を有する玉軸受において、窒化珪素などの加工コストが高い材料を用いずに塑性変形を防ぐことが困難であった。   Considering the recent demand for improving the durability of bearing parts, it may be difficult to impart sufficient durability depending on the application in the conventional carbonitriding process. Conventionally, in a ball bearing having a structure advantageous in reducing torque, it has been difficult to prevent plastic deformation without using a material with high processing cost such as silicon nitride.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、安価でかつ降伏硬度および寿命が向上した軸受部品および当該軸受部品を備える転がり軸受を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a bearing component that is inexpensive and has improved yield hardness and life and a rolling bearing including the bearing component.

本発明に従った軸受部品は、0.95質量%以上1.1質量%以下の炭素と、0.3質量%未満の珪素と、0.5質量%未満のマンガンと、0.008質量%未満の硫黄と、1.4質量%以上1.6質量%未満のクロムとを含み、残部鉄および不純物からなる鋼からなり、他の部品と接触する面である接触面を含む表層部に浸炭窒化層が形成された軸受部品である。上記軸受部品では、上記表層部における平均窒素濃度が0.3質量%以上0.6質量%以下であり、かつ、上記表層部における窒素濃度のばらつきが0.1質量%である。また、上記軸受部品では、上記表層部における残留オーステナイト量が8体積%以下である。また、上記軸受部品では、浸炭窒化層が形成されていない内部における旧オーステナイト結晶粒の粒度番号がJIS規格9番以上11番以下である。   The bearing component according to the present invention comprises 0.95 mass% or more and 1.1 mass% or less of carbon, less than 0.3 mass% silicon, less than 0.5 mass% manganese, and 0.008 mass%. Less than sulfur and 1.4% by mass or more and less than 1.6% by mass of chromium, which is made of steel consisting of the remaining iron and impurities, and carburizes the surface layer part including the contact surface that is in contact with other parts This is a bearing component in which a nitride layer is formed. In the bearing component, an average nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.3% by mass or more and 0.6% by mass or less, and a variation in nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.1% by mass. Moreover, in the said bearing component, the amount of retained austenite in the said surface layer part is 8 volume% or less. Moreover, in the said bearing components, the particle size number of the prior austenite crystal grain in the inside in which the carbonitriding layer is not formed is JIS standard 9th or more and 11th or less.

本発明者は、加工コストが高い材料を用いずに降伏強度を向上させ、かつ寿命も向上させるための方策について鋭意検討を行った。その結果、以下のような知見を得て、本発明に想到した。   The present inventor has intensively studied measures for improving the yield strength and improving the life without using a material having a high processing cost. As a result, the following knowledge was obtained and the present invention was conceived.

軸受部品において、他の部品と接触する接触面(たとえば軌道輪の転走面や玉およびころの転動面など)およびその直下では、亀裂などの損傷が発生し易い。これに対して、上記接触面に浸炭窒化処理を施すことにより軸受部品の耐久性の向上を図ることができる。   In a bearing part, damage such as a crack is likely to occur on a contact surface (for example, a rolling surface of a bearing ring, a rolling surface of a ball and a roller, or the like) that comes into contact with another component and directly below the contact surface. On the other hand, the durability of the bearing component can be improved by subjecting the contact surface to carbonitriding.

本発明者の検討によると、上記接触面を含む表層部の窒素濃度が0.2質量%未満である場合には、異物混入潤滑下における軸受部品の寿命が低下する。そのため、軸受部品の寿命の低下を抑制するためには、上記表層部の窒素濃度を少なくとも0.2質量%以上にする必要がある。一方、上記表層部の窒素濃度が0.7質量%を超える場合には母地中のクロムが殆ど消失するために焼入性が低下し、その結果不完全焼入が発生し易くなる。そのため、焼入性の低下および不完全焼入の発生を抑制するためには、上記表層部の窒素濃度は0.7質量%以下にする必要がある。   According to the study of the present inventor, when the nitrogen concentration in the surface layer portion including the contact surface is less than 0.2% by mass, the life of the bearing component under the foreign matter mixed lubrication is reduced. Therefore, in order to suppress a decrease in the life of the bearing component, the nitrogen concentration in the surface layer portion needs to be at least 0.2% by mass or more. On the other hand, when the nitrogen concentration in the surface layer portion exceeds 0.7% by mass, the chromium in the matrix is almost lost, so that the hardenability is lowered, and as a result, incomplete quenching is likely to occur. Therefore, in order to suppress the deterioration of hardenability and the occurrence of incomplete quenching, the nitrogen concentration in the surface layer portion needs to be 0.7% by mass or less.

また、軸受部品は、成形された鋼材に対して浸炭窒化処理や焼戻処理などの熱処理を施し、その後上記接触面に仕上げ加工を施すことにより製造される。そして、上記熱処理を施すことにより鋼材が変形する場合があり(たとえば軌道輪が楕円形となり真円度が崩れる場合がある)、仕上げ加工時の研削取り代にばらつきが生じる場合がある。そのため、従来の軸受部品では、上記表層部において窒素濃度のばらつきが大きくなるという問題がある。   The bearing component is manufactured by subjecting the formed steel material to a heat treatment such as carbonitriding or tempering, and then finishing the contact surface. The steel material may be deformed by the heat treatment (for example, the raceway may be elliptical and the roundness may be lost), and the grinding allowance during finishing may vary. Therefore, the conventional bearing component has a problem that the variation of the nitrogen concentration becomes large in the surface layer portion.

これに対して、本発明に従った軸受部品では、上記表層部における平均窒素濃度が0.3質量%以上0.6質量%以下であり、かつ、上記表層部における窒素濃度のばらつきが0.1質量%以下にまで低減されている。そのため、上記軸受部品では、上記表層部の窒素濃度が0.2質量%以上0.7質量%以下となっており、異物混入潤滑下における寿命の低下が抑制されている。また、上記軸受部品では、浸炭窒化層が形成されていない内部における旧オーステナイト結晶粒の大きさがJIS規格9番以上11番以下になるまで鋼組織が微細化されているため、耐久性がより向上している。したがって、本発明に従った軸受部品によれば、寿命が向上した軸受部品をより確実に提供することができる。   On the other hand, in the bearing component according to the present invention, the average nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.3% by mass or more and 0.6% by mass or less, and the variation in nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.00. It is reduced to 1% by mass or less. For this reason, in the bearing component, the nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.2% by mass or more and 0.7% by mass or less, and a decrease in the life under the contamination with foreign matters is suppressed. Moreover, in the said bearing component, since the steel structure is refined | miniaturized until the magnitude | size of the prior austenite crystal grain in the inside in which the carbonitriding layer is not formed becomes JIS standard 9th or less and 11th or less, durability is further improved. It has improved. Therefore, according to the bearing component according to the present invention, it is possible to more reliably provide a bearing component having an improved life.

また、本発明者の検討によると、焼戻処理時の加熱温度を従来よりも高くすることにより、表層部の残留オーステナイト量が8体積%以下にまで低下し、その結果材料の降伏強度が向上する。つまり、表層部の残留オーステナイト量が8体積%以下にまで低下した上記軸受部品では、加工コストが高い窒化珪素などの材料を用いることなく材料の塑性変形を抑制することができる。   Further, according to the study of the present inventor, the amount of retained austenite in the surface layer portion is reduced to 8% by volume or less by increasing the heating temperature during the tempering process as compared with the conventional one, and as a result, the yield strength of the material is improved To do. That is, in the bearing component in which the amount of retained austenite in the surface layer portion is reduced to 8% by volume or less, plastic deformation of the material can be suppressed without using a material such as silicon nitride that has a high processing cost.

また、上述のように、軸受部品においては表層部の窒素濃度を高めることで寿命を向上させることができる。しかし、従来の軸受部品では、表層部の窒素濃度が高くなるのに伴い材料の降伏強度が低下するため、降伏強度の向上と寿命の向上とを両立することは困難であった。これに対し、本発明者の検討によると、焼戻温度を従来よりも高くした場合には、降伏強度と寿命との相反関係が解消される。つまり、焼戻温度を上げて表層部の残留オーステナイト量を8体積%以下にすることにより、表層部の窒素濃度を上記範囲にまで高めた場合でも降伏強度の低下を抑制することができる。したがって、本発明に従った軸受部品によれば、安価でかつ降伏強度および寿命が向上した軸受部品を提供することができる。   Further, as described above, the life of the bearing component can be improved by increasing the nitrogen concentration in the surface layer portion. However, in conventional bearing parts, the yield strength of the material decreases as the nitrogen concentration in the surface layer increases, so it has been difficult to achieve both improved yield strength and improved life. On the other hand, according to the study by the present inventor, when the tempering temperature is made higher than before, the reciprocal relationship between the yield strength and the life is eliminated. That is, by raising the tempering temperature and reducing the amount of retained austenite in the surface layer portion to 8% by volume or less, it is possible to suppress a decrease in yield strength even when the nitrogen concentration in the surface layer portion is increased to the above range. Therefore, according to the bearing component according to the present invention, it is possible to provide a bearing component that is inexpensive and has improved yield strength and life.

また、本発明に従った軸受部品において、「表層部」とは上記接触面から上記軸受部品の厚み方向において深さ20μmまでの領域を意味する。また、「表層部における平均窒素濃度」および「表層部における窒素濃度のばらつき」は、後述する本発明の実施の形態において規定される通りである。   In the bearing component according to the present invention, the “surface layer portion” means a region from the contact surface to a depth of 20 μm in the thickness direction of the bearing component. Further, “average nitrogen concentration in the surface layer portion” and “variation in nitrogen concentration in the surface layer portion” are as defined in the embodiments of the present invention described later.

次に、本発明に従った軸受部品を構成する鋼の成分組成を上記範囲に設定した理由について説明する。   Next, the reason why the component composition of the steel constituting the bearing part according to the present invention is set in the above range will be described.

炭素:0.95質量%以上1.1質量%以下
炭素含有量は、焼入硬化後における軸受部品の硬度および炭化物量に大きな影響を与える。鋼の炭素含有量が0.95質量%以上である場合には、熱処理により鋼中に多くの炭素を導入することなく、十分な硬度および炭化物量を達成することができる。一方、炭素含有量が1.1質量%を超える場合には、鋼の製造時点において大型の炭化物が形成され、当該炭化物が軸受部品の耐久性に悪影響を与える可能性がある。そのため、炭素含有量は0.95質量%以上1.1質量%以下とした。
Carbon: 0.95 mass% or more and 1.1 mass% or less Carbon content has a big influence on the hardness of a bearing component and the amount of carbides after quench hardening. When the carbon content of the steel is 0.95% by mass or more, sufficient hardness and carbide content can be achieved without introducing a large amount of carbon into the steel by heat treatment. On the other hand, when the carbon content exceeds 1.1% by mass, a large carbide is formed at the time of manufacturing the steel, which may adversely affect the durability of the bearing component. Therefore, the carbon content is set to 0.95 mass% or more and 1.1 mass% or less.

珪素:0.3質量%未満
珪素は、鋼中の水素吸蔵量を増加させ、水素脆性を助長する。鋼の珪素含有量が0.3質量%以上である場合には、水素が鋼中に入り易い用途において水素脆性による剥離が起こり易くなる。そのため、上記軸受部品では、鋼の珪素含有量を0.3質量%未満に低く設定した。
Silicon: Less than 0.3% by mass Silicon increases the hydrogen storage amount in steel and promotes hydrogen embrittlement. When the silicon content of steel is 0.3% by mass or more, exfoliation due to hydrogen embrittlement is likely to occur in applications where hydrogen easily enters steel. For this reason, in the above bearing component, the silicon content of steel was set to a low value of less than 0.3% by mass.

マンガン:0.5質量%未満
マンガンは、鋼の焼入性と焼入前の鋼の硬度に寄与する。しかし、マンガン含有量が0.5質量%以上である場合には焼入前の素材の硬度が高くなり、冷間工程における加工性が低下する。そのため、マンガン含有量は0.5質量%未満とした。
Manganese: Less than 0.5 mass% Manganese contributes to the hardenability of the steel and the hardness of the steel before quenching. However, when the manganese content is 0.5% by mass or more, the hardness of the material before quenching is increased, and the workability in the cold process is lowered. Therefore, the manganese content is set to less than 0.5% by mass.

硫黄:0.008質量%未満
硫黄は、マンガンなどと化学結合して硫化マンガンなどの非金属介在物を形成する。この非金属介在物は、軸受の寿命に悪影響を与える可能性がある。そのため、上記軸受部品では、鋼の硫黄含有量を0.008質量%未満に低く設定した。
Sulfur: Less than 0.008% by mass Sulfur chemically bonds with manganese and forms non-metallic inclusions such as manganese sulfide. This non-metallic inclusion can adversely affect the life of the bearing. Therefore, in the said bearing component, the sulfur content of steel was set low to less than 0.008 mass%.

クロム:1.4質量%以上1.6質量%未満
クロムは、鋼の焼入性の向上に寄与する。また、本発明に従った軸受部品では、水素脆性による剥離を防ぐために珪素含有量が低くなっているため、焼入性が低下している。そこで、珪素含有量を低くしたことによる焼入性の低下を補うために、上記軸受部品では、鋼のクロム含有量を1.4質量%以上1.6質量%未満に高く設定した。
Chromium: 1.4 mass% or more and less than 1.6 mass% Chromium contributes to the improvement of hardenability of steel. Further, in the bearing component according to the present invention, the hardenability is lowered because the silicon content is low in order to prevent peeling due to hydrogen embrittlement. Therefore, in order to compensate for the decrease in hardenability due to the lowering of the silicon content, the chromium content of the steel is set to be higher than 1.4% by mass and lower than 1.6% by mass in the bearing component.

上記軸受部品では、上記表層部における残留オーステナイト量が5体積%以下であってもよい。   In the bearing component, a residual austenite amount in the surface layer portion may be 5% by volume or less.

焼戻温度をさらに高くした場合には、表層部の残留オーステナイト量が5体積%以下にまで低下する。これにより、材料の降伏強度をさらに向上させることができる。   When the tempering temperature is further increased, the amount of retained austenite in the surface layer portion is reduced to 5% by volume or less. Thereby, the yield strength of the material can be further improved.

上記軸受部品では、上記軸受部品の厚み方向における窒素濃度の傾きが−15(1/m)以上であってもよい。上記窒素濃度の傾きは、後述する実施例において説明するように測定される。これにより、上記接触面に仕上げ加工を施した後の上記表層部における窒素濃度のばらつきを容易に低減することができる。   In the bearing component, the inclination of the nitrogen concentration in the thickness direction of the bearing component may be −15 (1 / m) or more. The slope of the nitrogen concentration is measured as described in the examples described later. Thereby, the dispersion | variation in the nitrogen concentration in the said surface layer part after finishing a finishing process to the said contact surface can be reduced easily.

また、「窒素濃度の傾き」とは、上記接触面に研削処理などの仕上げ加工を施す前における窒素濃度の傾きでもよいし、上記接触面に仕上げ加工を施した後(すなわち製品状態)の窒素濃度の傾きでもよい。すなわち、上記軸受部品では、上記接触面に仕上げ加工を施す前において上記窒素濃度の傾きが−15(1/m)以上でもよいし、上記仕上げ加工を施した後において上記窒素濃度の傾きが−15(1/m)以上でもよいし、上記仕上げ加工を施す前および施した後のいずれにおいても上記窒素濃度の傾きが−15(1/m)以上でもよい。   The “nitrogen concentration gradient” may be the gradient of nitrogen concentration before finishing such as grinding on the contact surface, or nitrogen after finishing the contact surface (that is, the product state). It may be a gradient of density. That is, in the bearing component, the slope of the nitrogen concentration may be −15 (1 / m) or more before finishing the contact surface, or the slope of the nitrogen concentration is − after finishing the finish. It may be 15 (1 / m) or more, and the slope of the nitrogen concentration may be -15 (1 / m) or more before and after the finishing.

上記軸受部品において、上記表層部には、直径が0.3μm以上0.5μm以下である炭窒化物が100μm当たり5個以上存在していてもよい。 In the bearing component, five or more carbonitrides having a diameter of 0.3 μm or more and 0.5 μm or less may be present per 100 μm 2 in the surface layer portion.

本発明者の検討によると、上記表層部に直径0.3μm以上0.5μm以下の炭窒化物が100μm当たり5個以上存在する場合には、当該炭窒化物の析出強化によって軸受部品の静的負荷容量が向上する。したがって、上記表層部における上記炭窒化物の存在量を上記範囲に規定することにより、軸受部品の静的負荷容量をより向上させることができる。なお、この場合には、上記表層部における炭素濃度は0.9質量%以上1.1質量%以下となる。 According to the study of the present inventor, when 5 or more carbon nitrides having a diameter of 0.3 μm or more and 0.5 μm or less exist in the surface layer portion per 100 μm 2 , the bearing parts are statically strengthened by precipitation strengthening of the carbonitride. Load capacity is improved. Therefore, by defining the abundance of the carbonitride in the surface layer within the above range, the static load capacity of the bearing component can be further improved. In this case, the carbon concentration in the surface layer portion is 0.9% by mass or more and 1.1% by mass or less.

ここで、「表層部に直径0.3μm以上0.5μm以下の炭窒化物が100μm当たり5個以上存在する」とは、上記接触面に垂直な断面で上記軸受部品を切断し、得られた断面の表層部を顕微鏡で観察した場合に直径0.3μm以上0.5μm以下の炭窒化物が100μm当たり5個以上確認されることをいう。また、「炭窒化物」とは、鉄の炭化物または当該炭化物の炭素の一部が窒素に置換されたものであり、Fe−C系の化合物およびFe−C−N系の化合物を含む。また、この炭窒化物は、クロムなど、鋼に含まれる合金元素を含んでいてもよい。 Here, “there are 5 or more carbon nitrides having a diameter of 0.3 μm or more and 0.5 μm or less in the surface layer portion per 100 μm 2 ” is obtained by cutting the bearing component in a cross section perpendicular to the contact surface. When the surface layer portion of the cross section is observed with a microscope, 5 or more carbonitrides having a diameter of 0.3 μm or more and 0.5 μm or less are confirmed per 100 μm 2 . The “carbonitride” refers to iron carbide or a part of carbon of the carbide substituted with nitrogen, and includes Fe—C compounds and Fe—C—N compounds. Moreover, this carbonitride may contain the alloy elements contained in steel, such as chromium.

上記軸受部品では、上記接触面以外の面である非研削面を含む非研削部における窒素濃度が0.7質量%未満であってもよい。   In the bearing component, a nitrogen concentration in a non-grinding portion including a non-grinding surface other than the contact surface may be less than 0.7% by mass.

本発明者の検討によると、上記非研削部の窒素濃度が0.7質量%以上である場合には焼入性が低下して不完全焼入組織が発生し易くなる。したがって、焼入性の低下および不完全焼入組織の発生を抑制するため、上記非研削部における窒素濃度を0.7質量%未満とすることが好ましい。なお、「非研削部」とは、上記非研削面から上記軸受部品の厚み方向において深さ20μmまでの領域を意味する。また、この場合には、上記非研削面から0.1mmの深さの位置における硬度が700HV以上となる。   According to the study of the present inventor, when the nitrogen concentration in the non-grinding portion is 0.7% by mass or more, the hardenability is lowered and an incompletely hardened structure is easily generated. Therefore, in order to suppress the deterioration of hardenability and the generation of an incompletely hardened structure, the nitrogen concentration in the non-ground part is preferably less than 0.7% by mass. The “non-ground portion” means a region from the non-ground surface to a depth of 20 μm in the thickness direction of the bearing component. In this case, the hardness at a depth of 0.1 mm from the non-ground surface is 700 HV or more.

上記軸受部品では、加熱温度を500℃、保持時間を1時間とした熱処理を行った後において、上記接触面から0.4(mm)の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記軸受部品の厚み方向において上記浸炭窒化層が形成されていない領域におけるビッカース硬度より80HV以上高くなっていてもよい。   In the bearing component, after heat treatment at a heating temperature of 500 ° C. and a holding time of 1 hour, the Vickers hardness at a position of a depth of 0.4 (mm) from the contact surface is the thickness of the bearing component. It may be 80 HV or more higher than the Vickers hardness in the region where the carbonitrided layer is not formed.

これにより、上記接触面における窒素濃度が0.4質量%以上であることを保証することができる。   Thereby, it can be assured that the nitrogen concentration at the contact surface is 0.4 mass% or more.

本発明に従った転がり軸受は、降伏強度および寿命が向上した上記本発明に従った軸受部品を備えている。したがって、本発明に従った転がり軸受によれば、耐久性が向上した転がり軸受を提供することができる。   The rolling bearing according to the present invention comprises the bearing component according to the present invention with improved yield strength and life. Therefore, according to the rolling bearing according to the present invention, it is possible to provide a rolling bearing with improved durability.

以上の説明から明らかなように、本発明に従った軸受部品によれば、安価でかつ降伏強度および寿命が向上した軸受部品を提供することができる。また、本発明に従った転がり軸受によれば、耐久性が向上した転がり軸受を提供することができる。   As is apparent from the above description, according to the bearing component according to the present invention, it is possible to provide a bearing component that is inexpensive and has improved yield strength and life. Moreover, according to the rolling bearing according to this invention, the rolling bearing which improved durability can be provided.

本実施の形態に係る深溝玉軸受の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the deep groove ball bearing which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る軸受部品における窒素濃度の測定方法を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the measuring method of the nitrogen concentration in the bearing component which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る軸受部品における窒素濃度の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the nitrogen concentration in the bearing component which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る軸受部品の製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the bearing component which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る軸受部品の製造方法における焼入硬化工程(S20)の詳細を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the detail of the hardening hardening process (S20) in the manufacturing method of the bearing components which concerns on this Embodiment. 図5の雰囲気制御工程に含まれる未分解NH分圧制御工程を説明するための概略図である。It is a schematic diagram for explaining the undecomposed NH 3 minutes pressure control step included in the atmosphere control step of FIG. 図5の雰囲気制御工程に含まれるH分圧制御工程を説明するための図である。It is a diagram for explaining the H 2 partial pressure control step included in the atmosphere control step of FIG. 図5の浸炭窒化工程に含まれる加熱パターン制御工程における加熱パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the heating pattern in the heating pattern control process included in the carbonitriding process of FIG. 圧痕起点型はく離寿命試験における表層部の窒素濃度とL10寿命との関係を示すグラフである。Is a graph showing the relationship between the nitrogen concentration and L 10 life of the surface layer portion in the indentation-originated flaking life test. 清浄油寿命試験における表層部の窒素濃度のばらつきとL10寿命との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the variation and L 10 life of the nitrogen concentration in the surface layer portion of the clean oil life test. 内輪の表層付近における窒素濃度分布を示すグラフである。It is a graph which shows nitrogen concentration distribution in the surface layer vicinity of an inner ring. 比較例の試験片の断面SEM写真である。It is a cross-sectional SEM photograph of the test piece of a comparative example. 実施例の試験片の断面SEM写真である。It is a cross-sectional SEM photograph of the test piece of an Example. 炭窒化物の存在が圧痕深さに及ぼす影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence which presence of carbonitride has on indentation depth. サンプル中の窒素濃度の測定方法を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the measuring method of the nitrogen concentration in a sample. 焼戻温度と断面硬度差分との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between tempering temperature and a cross-sectional hardness difference. 窒素濃度と断面硬度差分との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between nitrogen concentration and a cross-sectional hardness difference. 窒素濃度が0.1質量%以下の範囲における窒素濃度と断面硬度差分との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between nitrogen concentration in the range whose nitrogen concentration is 0.1 mass% or less, and cross-sectional hardness difference. 浸炭窒化処理後における鋼中の窒素濃度分布を示すグラフである。It is a graph which shows nitrogen concentration distribution in steel after a carbonitriding process. 窒素拡散処理後における鋼中の窒素濃度分布を示すグラフである。It is a graph which shows nitrogen concentration distribution in steel after a nitrogen diffusion process. 窒素濃度および焼戻温度と残留圧痕深さとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between nitrogen concentration, tempering temperature, and residual indentation depth. 圧痕起点型はく離寿命のワイブルプロットを示す図である。It is a figure which shows the Weibull plot of an indentation origin type | mold peeling life. 耐水素寿命試験における急加減速パターンを示す図である。It is a figure which shows the rapid acceleration / deceleration pattern in a hydrogen resistance life test. 耐水素寿命のワイブルプロットを示す図である。It is a figure which shows the Weibull plot of a hydrogen-resistant lifetime. 焼戻温度と残留オーステナイト量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between tempering temperature and a retained austenite amount. 焼戻温度と析出物の面積率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between tempering temperature and the area ratio of a precipitate. 焼戻温度が180℃である場合の析出物の写真である。It is a photograph of the precipitate when the tempering temperature is 180 ° C. 焼戻温度が210℃である場合の析出物の写真である。It is a photograph of the precipitate when the tempering temperature is 210 ° C. 焼戻温度が240℃である場合の析出物の写真である。It is a photograph of the precipitate when the tempering temperature is 240 ° C. 焼戻温度が260℃である場合の析出物の写真である。It is a photograph of the precipitate when the tempering temperature is 260 ° C. 未窒化領域における旧オーステナイト結晶粒の写真である。It is a photograph of prior austenite crystal grains in an unnitrided region.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

まず、図1を参照して、本実施の形態に係る転がり軸受としての深溝玉軸受1の構造について説明する。深溝玉軸受1は、環状の外輪11と、外輪11の内側に配置された環状の内輪12と、外輪11と内輪12との間に配置され、円環状の保持器14に保持された転動体である複数の玉13とを備えている。外輪11の内周面には外輪転走面11Aが形成されており、内輪12の外周面には内輪転走面12Aが形成されている。内輪12は、内輪転走面12Aが外輪転走面11Aと対向するように外輪11の内側に配置されている。複数の玉13は、転動面13Aにおいて外輪転走面11Aおよび内輪転走面12Aに接触し、かつ保持器14により周方向に所定のピッチで配置されている。これにより、複数の玉13は、外輪11および内輪12の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。このような構成により、深溝玉軸受1の外輪11および内輪12は、互いに相対的に回転可能となっている。また、外輪11、内輪12および玉13は、後述する本実施の形態に係る軸受部品である。   First, with reference to FIG. 1, the structure of the deep groove ball bearing 1 as a rolling bearing which concerns on this Embodiment is demonstrated. The deep groove ball bearing 1 includes an annular outer ring 11, an annular inner ring 12 disposed inside the outer ring 11, and a rolling element that is disposed between the outer ring 11 and the inner ring 12 and is held by an annular retainer 14. And a plurality of balls 13. An outer ring rolling surface 11 </ b> A is formed on the inner circumferential surface of the outer ring 11, and an inner ring rolling surface 12 </ b> A is formed on the outer circumferential surface of the inner ring 12. The inner ring 12 is disposed inside the outer ring 11 so that the inner ring rolling surface 12A faces the outer ring rolling surface 11A. The plurality of balls 13 are in contact with the outer ring rolling surface 11A and the inner ring rolling surface 12A on the rolling surface 13A, and are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction by the cage 14. Thereby, the plurality of balls 13 are held on the annular raceway of the outer ring 11 and the inner ring 12 so as to be freely rollable. With such a configuration, the outer ring 11 and the inner ring 12 of the deep groove ball bearing 1 are rotatable relative to each other. Moreover, the outer ring | wheel 11, the inner ring | wheel 12, and the ball | bowl 13 are bearing components which concern on this Embodiment mentioned later.

次に、本実施の形態に係る軸受部品(外輪11、内輪12、玉13)の構造について説明する。上記軸受部品は、0.95質量%以上1.1質量%以下の炭素と、0.3質量%未満の珪素と、0.5質量%未満のマンガンと、0.008質量%未満の硫黄と、1.4質量%以上1.6質量%未満のクロムとを含み、残部鉄および不純物からなる鋼からなっている。上記軸受部品は、他の部品と接触する接触面(外輪転走面11A、内輪転走面12A、転動面13A)を有しており、上記接触面を含む表層部には浸炭窒化層が形成されている。   Next, the structure of the bearing component (the outer ring 11, the inner ring 12, and the ball 13) according to the present embodiment will be described. The bearing component comprises 0.95 mass% or more and 1.1 mass% or less of carbon, less than 0.3 mass% silicon, less than 0.5 mass% manganese, less than 0.008 mass% sulfur, And 1.4% by mass or more and less than 1.6% by mass of chromium, and is made of steel consisting of the remaining iron and impurities. The bearing component has contact surfaces (outer ring rolling surface 11A, inner ring rolling surface 12A, rolling surface 13A) that come into contact with other components, and a carbonitriding layer is formed on the surface layer portion including the contact surface. Is formed.

上記軸受部品では、上記表層部における平均窒素濃度が0.3質量%以上0.6質量%以下となっており、かつ上記表層部における窒素濃度のばらつきが0.1質量%以下となっている。これにより、上記軸受部品では、異物混入潤滑下における寿命が向上しており、かつ不完全焼入組織の発生も抑制されている。また、上記軸受部品では、浸炭窒化層が形成されていない内部における旧オーステナイト結晶粒がJIS規格9番以上11番以下になるまで鋼組織が微細化されている。そのため、上記軸受部品は耐久性がより向上している。また、上記軸受部品では、上記表層部における残留オーステナイト量が8体積%以下(好ましくは5体積%以下)となっている。また、上記軸受部品では、浸炭窒化層が形成されていない内部(未窒化領域)における析出物の面積率が11%以上(好ましくは12%以上)となっている。これにより、上記軸受部品の材料の降伏強度が向上している。したがって、上記軸受部品(外輪11、内輪12、玉13)は降伏強度および寿命が向上したものとなっており、上記軸受部品を備える深溝玉軸受1は耐久性が向上したものとなっている。   In the bearing component, the average nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.3 mass% or more and 0.6 mass% or less, and the variation in nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.1 mass% or less. . Thereby, in the said bearing components, the lifetime under the foreign material mixing lubrication is improved, and generation | occurrence | production of the incompletely hardened structure | tissue is also suppressed. Moreover, in the said bearing component, the steel structure is refined | miniaturized until the prior austenite crystal grain in the inside in which the carbonitriding layer is not formed becomes JIS standard 9th or more and 11th or less. Therefore, the durability of the bearing component is further improved. In the bearing component, the amount of retained austenite in the surface layer portion is 8% by volume or less (preferably 5% by volume or less). In the bearing component, the area ratio of precipitates in the inside (non-nitrided region) where the carbonitrided layer is not formed is 11% or more (preferably 12% or more). Thereby, the yield strength of the material of the bearing part is improved. Therefore, the bearing parts (the outer ring 11, the inner ring 12, and the balls 13) have improved yield strength and life, and the deep groove ball bearing 1 having the bearing parts has improved durability.

また、上記軸受部品において、「表層部における平均窒素濃度」および「表層部における窒素濃度のばらつき」は以下のように測定される。ここでは、内輪12について測定する場合を例として説明する。   In the bearing component, “average nitrogen concentration in the surface layer portion” and “variation in nitrogen concentration in the surface layer portion” are measured as follows. Here, the case where the inner ring 12 is measured will be described as an example.

図2を参照して、まず、内輪12の接触面(内輪転走面12A)上の任意の箇所に測定点S1が設定される。次に、測定点S1から見て円周方向にθ(30°)ずれた測定点S2と、測定点S2から見て円周方向にθ(30°)ずれた測定点S3と、測定点S3から見て円周方向にθ(30°)ずれた測定点S4と、測定点S4から見て円周方向にθ(30°)ずれた測定点S5と、測定点S5から見て円周方向にθ(30°)ずれた測定点S6とがそれぞれ設定される。このようにして、内輪12の接触面上に円周方向に沿って30°ずつずれた複数の測定点S1〜S6が設定される。なお、測定点S1〜S6は、内輪12の接触面上において軸方向中央部に設定される。   Referring to FIG. 2, first, measurement point S <b> 1 is set at an arbitrary location on the contact surface (inner ring rolling surface 12 </ b> A) of inner ring 12. Next, the measurement point S2 shifted by θ (30 °) in the circumferential direction as viewed from the measurement point S1, the measurement point S3 shifted by θ (30 °) in the circumferential direction as viewed from the measurement point S2, and the measurement point S3 Measurement point S4 shifted by θ (30 °) in the circumferential direction when viewed from the side, measurement point S5 shifted by θ (30 °) in the circumferential direction when viewed from the measurement point S4, and circumferential direction when viewed from measurement point S5 And a measurement point S6 shifted by θ (30 °). In this way, a plurality of measurement points S1 to S6 that are shifted by 30 ° along the circumferential direction are set on the contact surface of the inner ring 12. Note that the measurement points S1 to S6 are set on the axially central portion on the contact surface of the inner ring 12.

内輪12などの軌道輪は熱処理により楕円形に変形して真円度が崩れる場合があり、これにより研削加工後の表層部における窒素濃度にばらつきが生じる場合がある。これに対して、円周方向に沿って30°ずつずれた測定点S1〜S6を設定した場合には、測定点が円周方向のほぼ半周分の領域に分散配置されるため、実質的に測定点S1〜S6に窒素濃度の最大値および最小値を含めることができる。そのため、測定点S1〜S6での測定値に基づいた評価を行うことにより、「表層部における平均窒素濃度」および「表層部における窒素濃度のばらつき」をより正確に評価することができる。   The races such as the inner ring 12 may be deformed into an oval shape by heat treatment and the roundness may be lost, which may cause variations in the nitrogen concentration in the surface layer after grinding. On the other hand, when the measurement points S1 to S6 that are shifted by 30 ° along the circumferential direction are set, the measurement points are distributed and arranged in a substantially half-circumferential region in the circumferential direction. The measurement points S1 to S6 can include a maximum value and a minimum value of the nitrogen concentration. Therefore, by performing the evaluation based on the measurement values at the measurement points S1 to S6, the “average nitrogen concentration in the surface layer portion” and “the variation in the nitrogen concentration in the surface layer portion” can be more accurately evaluated.

図3は、測定点S1〜S6(横軸)において測定された表層部の窒素濃度(縦軸)を示している。図3中の縦軸に示される各々の窒素濃度の平均値を、「表層部における平均窒素濃度」とすることができる。また、当該「表層部における平均窒素濃度」と測定点S1〜S6における測定値との差のうち最も大きい値を、「表層部における窒素濃度のばらつき」とすることができる。   FIG. 3 shows the nitrogen concentration (vertical axis) of the surface layer measured at the measurement points S1 to S6 (horizontal axis). The average value of each nitrogen concentration shown on the vertical axis in FIG. 3 can be referred to as “average nitrogen concentration in the surface layer portion”. The largest value among the differences between the “average nitrogen concentration in the surface layer portion” and the measurement values at the measurement points S1 to S6 can be defined as “the variation in the nitrogen concentration in the surface layer portion”.

また、上記軸受部品(外輪11、内輪12、玉13)では、上記接触面(外輪転走面11A、内輪転走面12A、転動面13A)に仕上げ加工を施す前において、厚み方向における窒素濃度の傾きが−15(1/m)以上となっていてもよい。これにより、上記接触面に仕上げ加工を施した後において、上記表層部における窒素濃度のばらつきを0.1質量%以下にまで低減することができる。なお、上記軸受部品では、上記接触面に仕上げ加工を施した後においても、厚み方向における窒素濃度の傾きが−15(1/m)以上となっていてもよい。   In the bearing parts (the outer ring 11, the inner ring 12, and the ball 13), nitrogen is applied in the thickness direction before finishing the contact surfaces (the outer ring rolling surface 11A, the inner ring rolling surface 12A, and the rolling surface 13A). The gradient of density may be −15 (1 / m) or more. Thereby, after finishing the contact surface, variation in the nitrogen concentration in the surface layer portion can be reduced to 0.1 mass% or less. In the bearing component, even after finishing the contact surface, the slope of the nitrogen concentration in the thickness direction may be −15 (1 / m) or more.

また、上記軸受部品(外輪11、内輪12、玉13)では、上記表層部に直径が0.3μm以上0.5μm以下である炭窒化物が100μm当たり5個以上存在していてもよい。これにより、軸受部品の静的負荷容量をより向上させることができる。 Further, in the bearing component (outer ring 11, inner ring 12, ball 13), 5 or more carbonitrides having a diameter of 0.3 μm or more and 0.5 μm or less may exist in the surface layer portion per 100 μm 2 . Thereby, the static load capacity of the bearing component can be further improved.

また、上記軸受部品(外輪11、内輪12、玉13)では、上記接触面(外輪転走面11A、内輪転走面12A、転動面13A)以外の面である非研削面11B,12Bを含む非研削部における窒素濃度が0.7質量%未満であってもよい。これにより、焼入性の低下および不完全焼入組織の発生を抑制することができる。   In the bearing parts (outer ring 11, inner ring 12, ball 13), non-ground surfaces 11B and 12B, which are surfaces other than the contact surfaces (outer ring rolling surface 11A, inner ring rolling surface 12A, rolling surface 13A), are provided. The nitrogen concentration in the non-grinding part to include may be less than 0.7 mass%. Thereby, the fall of hardenability and generation | occurrence | production of incomplete hardened structure | tissue can be suppressed.

また、上記軸受部品(外輪11、内輪12、玉13)では、加熱温度を500℃、保持時間を1時間とした熱処理を行った後において、上記接触面(外輪転走面11A、内輪転走面12A、転動面13A)から0.4(mm)の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記軸受部品の厚み方向において浸炭窒化層が形成されていない領域におけるビッカース硬度より80HV以上高くなっていてもよい。これにより、上記接触面における窒素濃度が0.4質量%以上であることを保証することができる。   The bearing parts (outer ring 11, inner ring 12, ball 13) are subjected to heat treatment with a heating temperature of 500 ° C. and a holding time of 1 hour, and then the contact surface (outer ring rolling surface 11A, inner ring rolling). The Vickers hardness at a depth of 0.4 (mm) from the surface 12A and the rolling surface 13A) is 80HV or more higher than the Vickers hardness in the region where the carbonitriding layer is not formed in the thickness direction of the bearing component. May be. Thereby, it can be assured that the nitrogen concentration at the contact surface is 0.4 mass% or more.

次に、本実施の形態に係る軸受部品の製造方法について説明する。本実施の形態に係る軸受部品の製造方法では、上記本実施の形態に係る軸受部品(外輪11、内輪12、玉13)を製造することができる。   Next, a method for manufacturing a bearing component according to the present embodiment will be described. In the bearing component manufacturing method according to the present embodiment, the bearing components (the outer ring 11, the inner ring 12, and the ball 13) according to the present embodiment can be manufactured.

図4を参照して、まず、工程(S10)として、鋼材準備工程が実施される。この工程(S10)では、まず、0.95質量%以上1.1質量%以下の炭素と、0.3質量%未満の珪素と、0.5質量%未満のマンガンと、0.008質量%未満の硫黄と、1.4質量%以上1.6質量%未満のクロムとを含み、残部鉄および不純物からなる鋼材が準備される。そして、当該鋼材が軸受部品の概略形状に成形される。たとえば、棒鋼、鋼線などを素材とし、当該棒鋼、鋼線などに対して切断、鍛造、旋削などの加工が施されることにより、軸受部品である外輪11、内輪12および玉13などの概略形状に成形された鋼材が準備される。   Referring to FIG. 4, first, a steel material preparation step is performed as a step (S10). In this step (S10), first, carbon of 0.95 mass% to 1.1 mass%, silicon of less than 0.3 mass%, manganese of less than 0.5 mass%, and 0.008 mass% The steel material which contains less iron and 1.4 mass% or more and less than 1.6 mass% chromium, and consists of remainder iron and impurities is prepared. And the said steel material is shape | molded by the schematic shape of a bearing component. For example, a steel bar, steel wire or the like is used as a raw material, and the steel bar, steel wire or the like is subjected to processing such as cutting, forging, turning, etc., so that the outer ring 11, inner ring 12 and ball 13 which are bearing parts are roughly outlined. A steel material formed into a shape is prepared.

次に、工程(S20)として、焼入硬化工程が実施される。この工程(S20)では、上記工程(S10)において準備された鋼材に対して浸炭窒化処理および窒素拡散処理が順に施された後、当該鋼材がM点(マルテンサイト変態開始点)以下の温度にまで冷却される。この工程(S20)については後に詳述する。 Next, a quench hardening process is implemented as process (S20). In this step (S20), after the carbonitriding treatment and the nitrogen diffusion treatment are sequentially performed on the steel material prepared in the step (S10), the temperature of the steel material is equal to or lower than the M s point (martensitic transformation start point). Cooled to. This step (S20) will be described in detail later.

次に、工程(S30)として、焼戻工程が実施される。この工程(S30)では、上記工程(S20)において焼入硬化された鋼材に対して、A点以下の温度で熱処理が施される。より具体的には、上記工程(S20)が完了した後、A点以下の温度である240℃以上の温度、好ましくは240℃以上260℃以下の温度で鋼材が所定時間(たとえば2時間)保持されることにより当該鋼材に焼戻処理が施される。その後、当該鋼材は室温の空気により冷却される(空冷)。これにより、鋼材の靭性などを向上させることができる。 Next, a tempering step is performed as a step (S30). In this step (S30), with respect to quench hardened steel in the step (S20), heat-treated at a temperature of less than 1 point A is performed. More specifically, after the step (S20) is completed, the steel is kept at a temperature of 240 ° C. or higher, preferably 240 ° C. or higher and 260 ° C. or lower, which is a temperature of A 1 point or lower, for a predetermined time (for example, 2 hours). The steel material is tempered by being held. Thereafter, the steel material is cooled by air at room temperature (air cooling). Thereby, the toughness etc. of steel materials can be improved.

次に、工程(S40)として、仕上げ工程が実施される。この工程(S40)では、焼戻処理が施された鋼材の接触面(外輪転走面11A、内輪転走面12Aおよび転動面13A)に対する研削加工が実施される。これにより、本実施の形態に係る軸受部品である外輪11、内輪12および玉13(図1参照)が製造され、本実施の形態に係る軸受部品の製造方法が完了する。そして、製造された外輪11、内輪12および玉13が組み合わされることにより深溝玉軸受1(図1参照)が製造される。   Next, a finishing step is performed as a step (S40). In this step (S40), a grinding process is performed on the contact surfaces (the outer ring rolling surface 11A, the inner ring rolling surface 12A, and the rolling surface 13A) of the tempered steel material. Thereby, the outer ring 11, the inner ring 12, and the ball 13 (see FIG. 1), which are bearing parts according to the present embodiment, are manufactured, and the manufacturing method of the bearing part according to the present embodiment is completed. And the deep groove ball bearing 1 (refer FIG. 1) is manufactured by combining the manufactured outer ring | wheel 11, the inner ring | wheel 12, and the ball | bowl 13. FIG.

次に、焼入硬化工程(S20)について、図5〜図8を参照して詳細に説明する。図5は、当該焼入硬化工程(S20)を詳細に説明するための図である。図6は、図5の雰囲気制御工程に含まれる未分解アンモニア(NH)分圧制御工程を説明するための図である。また、図7は、図5の雰囲気制御工程に含まれる水素(H)分圧制御工程を説明するための図である。また、図8は、図5の浸炭窒化工程に含まれる加熱パターン制御工程における加熱パターン(温度履歴)の一例を示す図である。図8において、横方向は時間を示しており、右に行くほど時間が経過していることを示している。 Next, the quench hardening step (S20) will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram for explaining the quench hardening process (S20) in detail. FIG. 6 is a diagram for explaining an undecomposed ammonia (NH 3 ) partial pressure control step included in the atmosphere control step of FIG. FIG. 7 is a diagram for explaining a hydrogen (H 2 ) partial pressure control step included in the atmosphere control step of FIG. Moreover, FIG. 8 is a figure which shows an example of the heating pattern (temperature history) in the heating pattern control process included in the carbonitriding process of FIG. In FIG. 8, the horizontal direction indicates time, and the time has passed as it goes to the right.

図5を参照して、焼入硬化工程(S20)では、まず、上記工程(S10)において準備された鋼材が浸炭窒化される浸炭窒化工程が実施される。次に、浸炭窒化工程において鋼中に侵入した窒素を拡散させるための窒素拡散工程が実施される。そして、窒素拡散工程が完了した後に、鋼材をM点以下の温度にまで冷却する冷却工程が実施される。浸炭窒化工程では、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む雰囲気中において鋼材が加熱される。 Referring to FIG. 5, in the quench hardening process (S20), first, a carbonitriding process is performed in which the steel material prepared in the above process (S10) is carbonitrided. Next, a nitrogen diffusion step for diffusing nitrogen that has entered the steel in the carbonitriding step is performed. And after a nitrogen diffusion process is completed, the cooling process which cools steel materials to the temperature below Ms point is implemented. In the carbonitriding step, the steel material is heated in an atmosphere containing ammonia, carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen.

浸炭窒化工程は、熱処理炉内の雰囲気が制御される雰囲気制御工程30と、熱処理炉内において被処理物である鋼材に付与される温度履歴が制御される加熱パターン制御工程40とを備えている。この雰囲気制御工程30と加熱パターン制御工程40とは、独立に、かつ並行して実施することができる。そして、雰囲気制御工程30は、熱処理炉内の未分解アンモニア分圧が制御される未分解NH分圧制御工程31と、熱処理炉内の水素分圧が制御されるH分圧制御工程32と、熱処理炉内の一酸化炭素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の分圧が制御されるCO/CO分圧制御工程33とを含んでいる。 The carbonitriding process includes an atmosphere control process 30 in which the atmosphere in the heat treatment furnace is controlled, and a heating pattern control process 40 in which the temperature history applied to the steel material that is the object to be processed in the heat treatment furnace is controlled. . The atmosphere control process 30 and the heating pattern control process 40 can be performed independently and in parallel. The atmosphere control step 30 includes an undecomposed NH 3 partial pressure control step 31 in which the undecomposed ammonia partial pressure in the heat treatment furnace is controlled, and an H 2 partial pressure control step 32 in which the hydrogen partial pressure in the heat treatment furnace is controlled. And a CO / CO 2 partial pressure control step 33 in which the partial pressure of at least one of carbon monoxide and carbon dioxide in the heat treatment furnace is controlled.

CO/CO分圧制御工程33では、下記の式(1)を参照して、熱処理炉内の一酸化炭素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の分圧が制御されることにより、炭素活量(a )が制御される。なお、活量の定義上、厳密にはa>1となることはない。よって、a ≦1である場合にはa =aとし、a >1の場合(たとえば一酸化炭素の分圧(PCO)が高く、二酸化炭素の分圧(PCO2)が低い場合など)には、a は下記の式(1)に従う変数であるとする。 In the CO / CO 2 partial pressure control step 33, with reference to the following formula (1), the carbon activity is controlled by controlling the partial pressure of at least one of carbon monoxide and carbon dioxide in the heat treatment furnace. ( Ac * ) is controlled. Strictly speaking, a c > 1 is not satisfied in the definition of activity. Therefore, when a c * ≦ 1, it is assumed that a c * = ac , and when a c * > 1 (for example, the partial pressure of carbon monoxide (P CO ) is high and the partial pressure of carbon dioxide (P CO2 ) Is low), it is assumed that a c * is a variable according to the following equation (1).

そして、雰囲気制御工程30においては、上記の式(1)で定義されるa が0.88以上1.27以下(好ましくは0.9以上1.1以下)となり、かつ下記の式(2)で表わされるαの値が0.012以上0.020以下(好ましくは0.013以上0.018以下)の範囲になるように、未分解NH分圧制御工程31、H分圧制御工程32およびCO/CO分圧制御工程33が実施される。式(2)においてP(atm)は未分解アンモニアの分圧であり、P(atm)は水素の分圧である。 In the atmosphere control step 30, a c * defined by the above formula (1) is 0.88 or more and 1.27 or less (preferably 0.9 or more and 1.1 or less), and the following formula ( 2) Undecomposed NH 3 partial pressure control step 31, H 2 partial pressure so that the value of α represented by 2) is in the range of 0.012 to 0.020 (preferably 0.013 to 0.018). A control step 32 and a CO / CO 2 partial pressure control step 33 are performed. In formula (2), P N (atm) is the partial pressure of undecomposed ammonia, and P H (atm) is the partial pressure of hydrogen.

具体的には、図6を参照して、未分解NH分圧制御工程31では、まず、熱処理炉内の未分解アンモニア分圧を測定する未分解NH分圧測定工程(S11)が実施される。未分解アンモニア分圧の測定は、たとえばガスクロマトグラフや赤外線分析計を用いて実施することができる。そして、工程(S11)において測定された未分解アンモニア分圧に基づいて、熱処理炉へのアンモニアガスの供給量を増減させるNH供給量調節工程(S13)の実施の要否を判断する、未分解NH分圧判断工程(S12)が実施される。当該判断は、αの値が0.012以上0.020以下の範囲になるように予め決定された目標の未分解アンモニア分圧と、測定された未分解アンモニア分圧とを比較し、測定された未分解アンモニア分圧が目標の未分解アンモニア分圧になっているかどうかを判定することにより実施される。 Specifically, referring to FIG. 6, in the undecomposed NH 3 partial pressure control step 31, first, an undecomposed NH 3 partial pressure measuring step (S11) for measuring the undecomposed ammonia partial pressure in the heat treatment furnace is performed. Is done. The measurement of the undecomposed ammonia partial pressure can be performed using, for example, a gas chromatograph or an infrared analyzer. Based on the undecomposed ammonia partial pressure measured in the step (S11), it is determined whether or not the NH 3 supply amount adjustment step (S13) for increasing or decreasing the supply amount of ammonia gas to the heat treatment furnace is necessary. A decomposition NH 3 partial pressure determination step (S12) is performed. The determination is made by comparing the target undecomposed ammonia partial pressure, which is determined in advance so that the value of α is in the range of 0.012 to 0.020, and the measured undecomposed ammonia partial pressure. The determination is made by determining whether the undecomposed ammonia partial pressure is the target undecomposed ammonia partial pressure.

未分解アンモニア分圧が目標の未分解アンモニア分圧になっていない場合には、熱処理炉内の未分解アンモニア分圧を増減させるための工程(S13)が実施された後、工程(S11)が再度実施される。工程(S13)は、たとえば、熱処理炉に配管を介して連結されたアンモニアガスのボンベから単位時間に熱処理炉に流入するアンモニアの量(アンモニアガスの流量)を当該配管に取り付けられたマスフローコントローラなどを備えた流量制御装置により調節することにより実施することができる。すなわち、測定された未分解アンモニア分圧が目標の未分解アンモニア分圧よりも高い場合、上記流量を低下させ、低い場合、上記流量を増加させることにより、工程(S13)を実施することができる。この工程(S13)において、測定された未分解アンモニア分圧と目標の未分解アンモニア分圧との間に所定の差がある場合、どの程度流量を増減させるかについては、予め実験的に決定したアンモニアガスの流量の増減と未分解アンモニア分圧の増減との関係に基づいて決定することができる。   When the undecomposed ammonia partial pressure is not equal to the target undecomposed ammonia partial pressure, after the step (S13) for increasing or decreasing the undecomposed ammonia partial pressure in the heat treatment furnace is performed, the step (S11) is performed. Will be implemented again. The step (S13) includes, for example, a mass flow controller in which the amount of ammonia (amount of ammonia gas) flowing into the heat treatment furnace per unit time from an ammonia gas cylinder connected to the heat treatment furnace via a pipe is attached to the pipe. It can implement by adjusting with the flow control apparatus provided with. That is, when the measured partial pressure of undecomposed ammonia is higher than the target partial pressure of undecomposed ammonia, the step (S13) can be performed by decreasing the flow rate and increasing the flow rate when the partial pressure is low. . In this step (S13), when there is a predetermined difference between the measured undecomposed ammonia partial pressure and the target undecomposed ammonia partial pressure, it was experimentally determined in advance how much the flow rate should be increased or decreased. It can be determined based on the relationship between the increase / decrease in the flow rate of ammonia gas and the increase / decrease in the partial pressure of undecomposed ammonia.

一方、未分解アンモニア分圧が目標の未分解アンモニア分圧になっている場合には、工程(S13)が実施されることなく、工程(S11)が再度実施される。   On the other hand, when the undecomposed ammonia partial pressure is the target undecomposed ammonia partial pressure, the step (S11) is performed again without performing the step (S13).

また、H分圧制御工程32は、上述の未分解NH分圧制御工程31と同様に実施される。すなわち、図7を参照して、H分圧制御工程32では、まず、熱処理炉内の水素分圧を測定するH分圧測定工程(S21)が実施される。水素分圧の測定は、たとえば熱伝導ガス分析計を用いて実施することができる。そして、工程(S21)において測定された水素分圧に基づいて、熱処理炉への水素ガスの供給量を増減させるH供給量調節工程(S23)の実施の要否を判断する、水素分圧判断工程(S22)が実施される。当該判断は、αの値が0.012以上0.020以下の範囲になるように予め決定された目標の水素分圧と、測定された水素分圧とを比較し、測定された水素分圧が目標の水素分圧になっているかどうかを判定することにより実施される。 The H 2 partial pressure control step 32 is performed in the same manner as the undecomposed NH 3 partial pressure control step 31 described above. That is, referring to FIG. 7, in the H 2 partial pressure control step 32, first, an H 2 partial pressure measurement step (S21) for measuring the hydrogen partial pressure in the heat treatment furnace is performed. The measurement of the hydrogen partial pressure can be performed using, for example, a heat conduction gas analyzer. Then, based on the hydrogen partial pressure measured in the step (S21), it is determined whether or not the H 2 supply amount adjusting step (S23) for increasing or decreasing the supply amount of hydrogen gas to the heat treatment furnace is necessary. A determination step (S22) is performed. The determination is made by comparing the target hydrogen partial pressure determined in advance so that the value of α is in the range of 0.012 or more and 0.020 or less and the measured hydrogen partial pressure. Is carried out by determining whether or not is at the target hydrogen partial pressure.

水素分圧が目標の水素分圧になっていない場合には、熱処理炉内の水素分圧を増減させるための工程(S23)が実施された後、工程(S21)が再度実施される。工程(S23)は、たとえば、熱処理炉に配管を介して連結された水素ガスのボンベから単位時間に熱処理炉に流入する水素の量(水素ガスの流量)を当該配管に取り付けられたマスフローコントローラなどを備えた流量制御装置により調節することにより実施することができる。すなわち、測定された水素分圧が目標の水素分圧よりも高い場合、上記流量を低下させ、低い場合、上記流量を増加させることにより、工程(S23)を実施することができる。この工程(S23)において、測定された水素分圧と水素分圧との間に所定の差がある場合、どの程度流量を増減させるかについては、アンモニアの場合と同様に、予め実験的に決定した水素ガスの流量の増減と水素分圧の増減との関係に基づいて決定することができる。   When the hydrogen partial pressure is not the target hydrogen partial pressure, the step (S23) for increasing or decreasing the hydrogen partial pressure in the heat treatment furnace is performed, and then the step (S21) is performed again. The step (S23) includes, for example, a mass flow controller in which the amount of hydrogen (flow rate of hydrogen gas) flowing into the heat treatment furnace per unit time from a hydrogen gas cylinder connected to the heat treatment furnace via a pipe is attached to the pipe It can implement by adjusting with the flow control apparatus provided with. That is, when the measured hydrogen partial pressure is higher than the target hydrogen partial pressure, the step (S23) can be performed by decreasing the flow rate, and when it is low, increasing the flow rate. In this step (S23), when there is a predetermined difference between the measured hydrogen partial pressure and the hydrogen partial pressure, how much the flow rate is increased or decreased is experimentally determined in advance as in the case of ammonia. It can be determined based on the relationship between the increase or decrease of the hydrogen gas flow rate and the increase or decrease of the hydrogen partial pressure.

一方、水素分圧が目標の水素分圧になっている場合には、工程(S23)が実施されることなく、工程(S21)が再度実施される。   On the other hand, when the hydrogen partial pressure is the target hydrogen partial pressure, the step (S21) is performed again without performing the step (S23).

図5を参照して、CO/CO分圧制御工程33では、エンリッチガスとしてのプロパン(C)ガス、ブタンガス(C10)などの供給量が調節されることにより、COおよびCOの分圧の少なくともいずれか一方の分圧が制御され、a が調整される。具体的には、たとえば、赤外線ガス濃度測定装置を用いて雰囲気中の一酸化炭素の分圧PCOおよび二酸化炭素の分圧PCO2が測定される。そして、当該測定値に基づいて、上記の式(1)で定義されるa が0.88以上1.27以下の範囲内の目標の値となるように、エンリッチガスとしてのプロパン(C)ガス、ブタンガス(C10)などの供給量が調節される。 Referring to FIG. 5, in the CO / CO 2 partial pressure control step 33, the supply amount of propane (C 3 H 8 ) gas, butane gas (C 4 H 10 ), or the like as an enriched gas is adjusted, so that CO 2 The partial pressure of at least one of the partial pressure of CO 2 and CO 2 is controlled, and a c * is adjusted. Specifically, for example, the partial pressure P CO2 partial pressure P CO and carbon monoxide to carbon dioxide in the atmosphere by using an infrared gas concentration measurement device are measured. And based on the said measured value, propane (C as an enriched gas) so that a c * defined by the above formula (1) becomes a target value within the range of 0.88 or more and 1.27 or less. The supply amount of 3 H 8 ) gas, butane gas (C 4 H 10 ), etc. is adjusted.

ここで、αの値は、上記の式(2)を参照して、未分解NH分圧制御工程31、H分圧制御工程32およびCO/CO分圧制御工程33により、それぞれ未分解アンモニア分圧、水素分圧およびa の少なくともいずれか1つを変化させることにより制御することができる。すなわち、αの値は、たとえば未分解NH分圧制御工程31およびCO/CO分圧制御工程33により、未分解アンモニア分圧およびa を一定に保持した状態で、H分圧制御工程32により水素分圧を変化させて制御してもよいし、H分圧制御工程32およびCO/CO分圧制御工程33により、水素分圧およびa 値を一定に保持した状態で、未分解NH分圧制御工程31により未分解アンモニア分圧を変化させて制御してもよい。 Here, the value of α is determined by the undecomposed NH 3 partial pressure control step 31, the H 2 partial pressure control step 32, and the CO / CO 2 partial pressure control step 33 with reference to the above equation (2). It can be controlled by changing at least one of cracked ammonia partial pressure, hydrogen partial pressure, and a c * . That is, the value of α is determined by, for example, the H 2 partial pressure in a state where the undecomposed NH 3 partial pressure control step 31 and the CO / CO 2 partial pressure control step 33 keep the undecomposed ammonia partial pressure and a c * constant. The control step 32 may control by changing the hydrogen partial pressure, or the hydrogen partial pressure and a c * value are kept constant by the H 2 partial pressure control step 32 and the CO / CO 2 partial pressure control step 33. In this state, the partial pressure of undecomposed ammonia may be changed and controlled by the undecomposed NH 3 partial pressure control step 31.

さらに、図5を参照して、加熱パターン制御工程40では、鋼材に付与される加熱履歴が制御される。具体的には、図8に示すように、鋼材が上述の雰囲気制御工程30によって制御された雰囲気中で、A変態点以上である820℃以上880℃以下(好ましくは830℃以上870℃以下)の温度で加熱され、180分以上600分以下(好ましくは240分以上480分以下)の時間保持される。そして、上記保持時間が経過するとともに加熱パターン制御工程40は終了し、同時に雰囲気制御工程30も終了する。 Furthermore, with reference to FIG. 5, in the heating pattern control process 40, the heating log | history provided to steel materials is controlled. Specifically, as shown in FIG. 8, the steel material in an atmosphere which is controlled by an atmosphere control step 30 described above, A 1 transformation point or more in a 820 ° C. or higher 880 ° C. or less (preferably not more than 870 ° C. 830 ° C. or higher ) At a temperature of 180 minutes to 600 minutes (preferably 240 minutes to 480 minutes). When the holding time elapses, the heating pattern control process 40 ends, and at the same time, the atmosphere control process 30 ends.

図5を参照して、浸炭窒化工程が終了した後に窒素拡散工程が実施される。この工程では、上記浸炭窒化工程での処理温度以下の温度で鋼材が加熱され、30分以上120分以下(好ましくは45分以上90分以下)の時間保持される。これにより、鋼中に侵入した窒素を拡散させることができる。また、この工程では、a が0.88以上1.27以下(好ましくは0.9以上1.1以下)となり、かつ、αの値が0.003以上0.012以下(好ましくは0.003以上0.008以下)の範囲となるように熱処理炉内の雰囲気が制御される。a 値およびα値の制御は、上記浸炭窒化工程の場合と同様に実施することができる。 Referring to FIG. 5, a nitrogen diffusion process is performed after the carbonitriding process is completed. In this step, the steel material is heated at a temperature equal to or lower than the treatment temperature in the carbonitriding step, and is maintained for 30 minutes to 120 minutes (preferably 45 minutes to 90 minutes). Thereby, the nitrogen which penetrate | invaded in steel can be diffused. In this step, a c * is 0.88 to 1.27 (preferably 0.9 to 1.1), and α is 0.003 to 0.012 (preferably 0). 0.003 or more and 0.008 or less), the atmosphere in the heat treatment furnace is controlled. The control of the a c * value and the α value can be performed in the same manner as in the carbonitriding step.

図5を参照して、窒素拡散工程が終了した後に冷却工程が実施される。この工程では、鋼材が油中に浸漬(油冷)されることにより、M点以下の温度にまで冷却される。以上の工程(浸炭窒化工程、窒素拡散工程および冷却工程)が順に実施されることにより、鋼材の表層部が浸炭窒化されるとともに焼入硬化される。 Referring to FIG. 5, the cooling process is performed after the nitrogen diffusion process is completed. In this step, the steel material is immersed in oil (oil-cooled) to be cooled to a temperature not higher than the MS point. By performing the above steps (carbonitriding step, nitrogen diffusion step, and cooling step) in order, the surface layer portion of the steel material is carbonitrided and quenched and hardened.

(実施例1)
まず、軸受部品の耐久性に対して、表層部の平均窒素濃度および窒素濃度のばらつきが及ぼす影響を調査した。具体的には、圧痕起点型はく離寿命および清浄油潤滑寿命を評価した。実験手順は以下の通りである。
Example 1
First, the influence of the average nitrogen concentration in the surface layer and the variation in nitrogen concentration on the durability of the bearing parts was investigated. Specifically, the indentation origin type peeling life and the cleaning oil lubrication life were evaluated. The experimental procedure is as follows.

試験は、JIS規格6206型番の深溝玉軸受(内径30mm、外径62mm、幅16mm、転動体9個)を用いて実施した。まず、上記本実施の形態と同様の手順により内輪を作製した(浸炭窒化温度:850℃、焼戻温度:240℃)。浸炭窒化工程では未分解アンモニア分圧、水素分圧、炭素の活量、熱処理時間および焼入温度を調整することにより、内輪の表面付近に侵入する窒素の濃度分布を制御した。また、比較のため、浸炭窒化工程後に窒素拡散工程を実施しない内輪も作製した。
(圧痕起点型はく離寿命試験)
作製した内輪の転走面の溝底部中央に円すい型ダイヤモンドのロックウェル硬さ測定用圧子を荷重196Nで押し付けて圧痕を形成した。圧痕は内輪1個当り30個形成し、周方向に等間隔に(すなわち中心角12°ごとに)形成した。
The test was carried out using a deep groove ball bearing of JIS standard 6206 model number (inner diameter 30 mm, outer diameter 62 mm, width 16 mm, 9 rolling elements). First, an inner ring was produced by the same procedure as in the present embodiment (carbonitriding temperature: 850 ° C., tempering temperature: 240 ° C.). In the carbonitriding process, the concentration distribution of nitrogen entering the surface of the inner ring was controlled by adjusting the partial pressure of undecomposed ammonia, hydrogen partial pressure, carbon activity, heat treatment time, and quenching temperature. For comparison, an inner ring that does not perform the nitrogen diffusion step after the carbonitriding step was also produced.
(Indentation origin peel life test)
An indentation was formed by pressing an indenter for measuring the Rockwell hardness of a conical diamond with a load of 196 N in the center of the groove bottom of the rolling surface of the produced inner ring. Thirty indentations were formed per inner ring, and were formed at equal intervals in the circumferential direction (that is, every 12 ° of the central angle).

次に、作製した内輪と、外輪、転動体および保持機とを組合わせて軸受を作製した。そして、作製した軸受を用いて圧痕起点型はく離寿命試験を行った。試験機には、2個の軸受に対して均等にラジアル荷重を負荷する構造のものを用いた。1個の軸受に対して約3.04GPaの荷重を負荷し、3000rpmの回転数で軸受を回転させて試験を行った。また、潤滑は試験軸受が配置されたハウジング内に定量の油を流し続けることにより行った。
(清浄油寿命試験)
作製した内輪と、外輪、転動体および保持器とを組合わせて軸受を作製した。ここで、内輪、外輪および転動体の表層部における窒素濃度を0.4質量%とした。そして、作製した軸受を用いて清浄油寿命試験を行った。1個の軸受に対して約3.04GPaの荷重を負荷し、2000rpmの回転数で軸受を回転させて試験を行った。また、潤滑は試験軸受が配置されたハウジング内に定量の油を流し続けることにより行った。
Next, a bearing was produced by combining the produced inner ring with the outer ring, rolling elements and retainer. And the indentation origin type peeling life test was done using the produced bearing. A tester having a structure in which a radial load is equally applied to two bearings was used. A test was performed by applying a load of about 3.04 GPa to one bearing and rotating the bearing at a rotational speed of 3000 rpm. Lubrication was performed by continuously flowing a certain amount of oil into the housing in which the test bearings were arranged.
(Clean oil life test)
A bearing was produced by combining the produced inner ring with the outer ring, rolling elements and cage. Here, the nitrogen concentration in the inner ring, the outer ring, and the surface layer portion of the rolling element was set to 0.4 mass%. And the clean oil life test was done using the produced bearing. A test was performed by applying a load of about 3.04 GPa to one bearing and rotating the bearing at a rotational speed of 2000 rpm. Lubrication was performed by continuously flowing a certain amount of oil into the housing in which the test bearings were arranged.

上記圧痕起点型はく離寿命試験により、内輪の表層部における窒素濃度と寿命との関係について調査した。また、上記清浄油寿命試験により、内輪、外輪および転動体の表層部の窒素濃度を一定(0.4質量%)にした場合において、表層部における窒素濃度のばらつきと寿命との関係についても調査した。なお、「表層部の窒素濃度のばらつき」は、上記実施の形態と同様の方法により測定した(図2および図3参照)。   The relationship between the nitrogen concentration in the surface layer portion of the inner ring and the life was examined by the indentation origin type peeling life test. In addition, when the nitrogen concentration of the inner ring, outer ring, and rolling element surface layer is constant (0.4% by mass), the relationship between the variation in nitrogen concentration in the surface layer part and the life is also investigated by the cleaning oil life test. did. The “variation in the nitrogen concentration in the surface layer portion” was measured by the same method as in the above embodiment (see FIGS. 2 and 3).

上記試験結果を図9および図10に示す。図9は、内輪の表層部の窒素濃度(横軸、質量%)と、圧痕起点型はく離寿命のL10寿命(縦軸、h)との関係を示している。図10は、内輪の表層部の窒素濃度のばらつき(横軸、質量%)と寿命のL10寿命(縦軸、h)との関係を示している。 The test results are shown in FIG. 9 and FIG. 9, the nitrogen concentration of the inner ring of the surface layer portion (horizontal axis, mass%), shows the relationship between the L 10 life of indentation-originated flaking life (vertical axis, h). Figure 10 is a variation of the nitrogen concentration of the inner ring of the surface layer portion (horizontal axis, mass%) and the lifetime of the L 10 life (the vertical axis, h) shows the relationship between the.

図9に示すように、表層部における窒素濃度が0.2質量%(図9中破線に示す)未満である場合には、0.4質量%である場合に比べてL10寿命が1/2以下に低下した。一方で、0.7質量%を超えるまで窒素を入れた場合には650HV未満にまで硬度が低下したため、試験を実施することができなかった。これは、軸受の焼入性が低下して不完全焼入組織が発生したためである。 As shown in FIG. 9, when the nitrogen concentration in the surface layer portion is less than 0.2 mass% (shown by the broken line in FIG. 9), the L 10 life is less than that in the case of 0.4 mass%. It decreased to 2 or less. On the other hand, when nitrogen was added until it exceeded 0.7 mass%, since hardness fell to less than 650HV, the test could not be implemented. This is because the hardenability of the bearing is reduced and an incompletely hardened structure is generated.

また、図10に示すように、窒素濃度のばらつきが0.1質量%(図10中破線に示す)以下である場合には一定以上のL10寿命が確保されているのに対して、0.1質量%を超える場合にはL10寿命が大きく低下した。これらの結果より、異物混入潤滑下での寿命および接触面の硬度の低下を抑制するためには、表層部の窒素濃度を0.2質量%以上0.7質量%以下にすること、つまり表層部の平均窒素濃度を0.3質量%以上0.6質量%以下とし、かつ表層部の窒素濃度のばらつきを0.1質量%以下にすることが有効であることが分かった。
(実施例2)
次に、表層部の窒素濃度のばらつきと窒素濃度の傾きとの関係について調査した。まず、上記本実施の形態と同様の手順により工程(S10)〜(S30)を実施して内輪を作製した(実施例)。浸炭窒化工程の時間は4時間とし、窒素拡散工程の時間は1時間とした。また、比較のため、浸炭窒化工程後に窒素拡散工程を実施しない内輪も作製した(比較例)。そして、仕上げ工程(S40)を実施する前に作製した内輪について表層付近の窒素濃度分布を調査した。
Further, as shown in FIG. 10, while the variation of the nitrogen concentration of 0.1% by weight (shown in broken lines in FIG. 10) above a certain L 10 life if less is ensured, 0 If more than .1% by weight L 10 life was reduced significantly. From these results, in order to suppress the life under the contamination with foreign matter and the decrease in the hardness of the contact surface, the nitrogen concentration of the surface layer portion should be 0.2% by mass or more and 0.7% by mass or less, that is, the surface layer It has been found that it is effective to set the average nitrogen concentration in the part to 0.3 mass% or more and 0.6 mass% or less, and the variation in the nitrogen concentration in the surface layer portion to 0.1 mass% or less.
(Example 2)
Next, the relationship between the variation in the nitrogen concentration in the surface layer and the slope of the nitrogen concentration was investigated. First, steps (S10) to (S30) were performed by the same procedure as in the present embodiment to produce an inner ring (Example). The time for the carbonitriding process was 4 hours, and the time for the nitrogen diffusion process was 1 hour. Moreover, the inner ring | wheel which does not implement a nitrogen diffusion process after a carbonitriding process was also produced for the comparison (comparative example). Then, the nitrogen concentration distribution in the vicinity of the surface layer was investigated for the inner ring produced before the finishing step (S40).

図11は、作製した内輪の深さ方向における窒素濃度分布を示している。図11において、横軸は内輪の深さ(mm)を示し、縦軸は窒素濃度(質量%)を示している。また、図11において(A)は実施例の測定結果を示し、(A’)は実施例の測定結果に対する近似曲線を示し、(B)は比較例の測定結果を示し、(B’)は比較例の測定結果に対する近似曲線を示している。たとえば、窒素濃度が0.3質量%および0.1質量%の深さの2点で窒素濃度の傾きを算出すると((0.3−0.1)/距離(m))、実施例では比較例よりも窒素濃度の傾きが大きくなった(−15(1/m)以上であった)。また、熱処理による内輪の変形量を0.2mmとして表層部の平均窒素濃度が0.4質量%になるように仕上げ工程(S40)を実施すると、比較例では表層部の窒素濃度のばらつきが0.25質量%であったのに対して、実施例では0.08質量%(0.1質量%以下)であった。この結果より、浸炭窒化工程後に窒素拡散工程を実施することが、仕上げ加工後の表層部の窒素濃度のばらつきの低減に対して有効であることが分かった。
(実施例3)
次に、軸受部品の静的負荷容量に対して、表層部に存在する炭窒化物が及ぼす影響について調査した。クロム(Cr)を含有する鋼は、浸炭窒化処理などにより鋼中に窒素を侵入させると、母材中のクロム濃度が低下してオーステナイト単相領域が拡大するため、炭素の固溶限濃度が上昇する。その結果、特に対策を講じることなく高濃度の浸炭窒化処理を施すと、脱炭は生じなくとも、炭窒化物が減少または消失する。ここで、軸受部品の高強度化の観点からは、炭窒化物を残存させ、当該炭窒化物による析出強化機能を利用することが好ましいと考えられる。
FIG. 11 shows the nitrogen concentration distribution in the depth direction of the produced inner ring. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the depth (mm) of the inner ring, and the vertical axis indicates the nitrogen concentration (mass%). In FIG. 11, (A) shows the measurement result of the example, (A ′) shows an approximate curve for the measurement result of the example, (B) shows the measurement result of the comparative example, (B ′) The approximate curve with respect to the measurement result of a comparative example is shown. For example, when the slope of the nitrogen concentration is calculated at two points of a depth of 0.3% by mass and 0.1% by mass ((0.3−0.1) / distance (m)), The slope of the nitrogen concentration was larger than that of the comparative example (more than −15 (1 / m)). Further, when the finishing step (S40) is performed such that the deformation amount of the inner ring by heat treatment is 0.2 mm and the average nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.4 mass%, in the comparative example, the variation in the nitrogen concentration in the surface layer portion is 0. It was 0.08 mass% (0.1 mass% or less) in the Example, whereas it was .25 mass%. From this result, it was found that performing the nitrogen diffusion step after the carbonitriding step is effective for reducing variation in the nitrogen concentration in the surface layer portion after finishing.
Example 3
Next, the effect of carbonitrides existing in the surface layer on the static load capacity of bearing parts was investigated. When steel containing chromium (Cr) is infiltrated into the steel by carbonitriding or the like, the chromium concentration in the base material decreases and the austenite single-phase region expands. To rise. As a result, when a high concentration carbonitriding process is performed without taking any special measures, carbonitrides are reduced or eliminated even if decarburization does not occur. Here, from the viewpoint of increasing the strength of the bearing component, it is considered preferable to leave the carbonitride and use the precipitation strengthening function of the carbonitride.

上記本実施の形態では、浸炭窒化工程における炭素活量a の値を0.88以上1.27以下に設定し、窒素富化層の炭素固溶限の上昇よりも早く浸炭を行うことにより炭窒化物の消失が抑制されている。この炭窒化物の残存による効果を確認する実験を行った。 In the present embodiment, the value of carbon activity a c * in the carbonitriding process is set to 0.88 or more and 1.27 or less, and carburization is performed earlier than the increase in the carbon solid solubility limit of the nitrogen-enriched layer. Thus, the disappearance of carbonitride is suppressed. An experiment was conducted to confirm the effect of the remaining carbonitride.

図12は従来の方法により浸炭窒化を行った場合における試験片の断面SEM(Scanning Electron Microscope)写真であり(倍率5000倍)、図13は上記本実施の形態と同様の手順により浸炭窒化を行った場合(a =1)における試験片の断面SEM写真である(倍率5000倍)。図12の写真では炭窒化物がほとんど消失しているのに対して、図13の写真では直径0.3μm以上0.5μm以下の炭窒化物が100μm当たりに少なくとも5個以上存在していた。 FIG. 12 is a cross-sectional SEM (Scanning Electron Microscope) photograph of the test piece when carbonitriding is performed by a conventional method (magnification 5000 times), and FIG. 13 is carbonitrided by the same procedure as in the present embodiment. It is a cross-sectional SEM photograph of the test piece in the case of (a c * = 1) (magnification 5000 times). In the photograph of FIG. 12, carbonitrides have almost disappeared, whereas in the photograph of FIG. 13, there are at least 5 or more carbonitrides having a diameter of 0.3 μm to 0.5 μm per 100 μm 2 . .

次に、上記炭窒化物の効果を確認するため、試験片に浸炭窒化処理を異なった条件で実施し、炭化物の存在量(数密度)を変化させつつ、硬度を750HVとしたサンプルを作製し、当該サンプルの表面に直径(φ)9.525mmの窒化珪素製の玉を押し付けることにより、形成される圧痕深さを測定する実験を行った。実験結果を図14に示す。図14において、横軸は窒化珪素製の玉の押し付ける圧力(GPa)を示し、縦軸は玉の押し付けにより形成された圧痕の深さ(μm)を示している。また、図14において正方形印は炭窒化物が消失したサンプル(比較例)、菱形印は直径0.3μm以上0.5μm以下の炭窒化物が100μm当たりに5個以上存在したサンプル(実施例)の測定結果を示している。 Next, in order to confirm the effect of the carbonitride, carbonitriding was performed on the test piece under different conditions, and a sample with a hardness of 750 HV was produced while changing the abundance (number density) of the carbide. An experiment was conducted to measure the depth of indentation formed by pressing a ball made of silicon nitride having a diameter (φ) of 9.525 mm on the surface of the sample. The experimental results are shown in FIG. In FIG. 14, the horizontal axis indicates the pressure (GPa) for pressing a silicon nitride ball, and the vertical axis indicates the depth (μm) of the impression formed by pressing the ball. In FIG. 14, the square mark is a sample from which carbonitride has disappeared (Comparative Example), and the diamond mark is a sample in which 5 or more carbonitrides having a diameter of 0.3 μm to 0.5 μm exist per 100 μm 2 (Example) ) Shows the measurement results.

図14に示すように、炭窒化物が消失したサンプルに比べて、直径0.3μm以上0.5μm以下の炭窒化物が100μm当たりに5個以上存在するサンプルでは、圧痕の深さが小さくなっていることが確認された。この結果より、軸受部品の静的負荷容量の向上のためには、表層部において直径0.3μm以上0.5μm以下の炭窒化物が100μm当たりに5個以上存在することが有効であることが分かった。
(実施例4)
次に、軸受部品の接触面における窒素濃度が0.4質量%以上であることを保証するための断面硬度の測定位置および断面硬度差分の基準値などを決定するための方法について説明する。
As shown in FIG. 14, the depth of the indentation is small in the sample in which 5 or more carbonitrides having a diameter of 0.3 μm or more and 0.5 μm or less exist per 100 μm 2 as compared with the sample in which the carbonitride has disappeared. It was confirmed that It From these results, in order to improve the static load capacity of the bearing components, it is effective to 0.5μm following carbonitride diameter 0.3μm or more in the surface layer portion exists five or more per 100 [mu] m 2 I understood.
Example 4
Next, a method for determining a cross-sectional hardness measurement position and a cross-sectional hardness difference reference value for ensuring that the nitrogen concentration at the contact surface of the bearing component is 0.4 mass% or more will be described.

(1) 試験片および実験方法について
(1−1) はじめに
まず、窒素濃度と相関関係が高い高温焼戻での加熱温度および保持時間を決定する必要がある。ここで、高温焼戻による変態は熱活性化過程であるため、加熱温度の高温化と保持時間の長時間化とは同じ意味を持ち、両者を共に変数にすることには意味はないと考えられる。そこで、本実施例では、保持時間を一定(1時間)に固定した上で、加熱温度を300℃、400℃、500℃、600℃、700℃と変更し、硬度の差が最も明確になる加熱温度を調べることにより最適な加熱温度を決定した。
(1) About a test piece and an experimental method (1-1) Introduction First, it is necessary to determine the heating temperature and holding time in the high-temperature tempering having a high correlation with the nitrogen concentration. Here, since transformation by high-temperature tempering is a thermal activation process, increasing the heating temperature and increasing the holding time have the same meaning, and it is not meaningful to make them both variables. It is done. Therefore, in this embodiment, the holding time is fixed (1 hour), and the heating temperature is changed to 300 ° C., 400 ° C., 500 ° C., 600 ° C., and 700 ° C., and the difference in hardness becomes the clearest. The optimum heating temperature was determined by examining the heating temperature.

また、各材料の化学成分の違いによる焼入性の差や焼入時の冷却速度の差は、焼入後の硬度に影響を及ぼし、また高温焼戻後の硬度にも影響を及ぼすと考えられる。そのため、本実施例では断面硬度の絶対値そのものを使用せず、窒化されていない表層から深い位置(芯部)での硬度(ここではたとえば熱処理後最表面から1mmという深さでの硬度とした)と、窒化された領域内における任意の深さの位置での硬度との硬度差(硬度差分)を指標として採用した。つまり、材料の化学成分は各材料ロット間で違う場合があり、当該硬度差分はこのような違いをオフセットするためのものである。   In addition, differences in hardenability due to differences in the chemical composition of each material and differences in the cooling rate during quenching affect hardness after quenching, and also affect hardness after high-temperature tempering. It is done. Therefore, in this example, the absolute value of the cross-sectional hardness itself is not used, but the hardness at a deep position (core portion) from the surface layer that is not nitrided (here, the hardness at a depth of 1 mm from the outermost surface after heat treatment, for example) ) And the hardness difference (hardness difference) between the hardness at an arbitrary depth in the nitrided region was adopted as an index. That is, the chemical composition of the material may differ between material lots, and the hardness difference is for offsetting such a difference.

(1−2) 対象試験片
調査対象とした試験片の化学成分を表1に示す。材料は全て上記成分範囲内とし、これらを様々な熱処理炉、熱処理雰囲気で浸炭窒化処理を施した。なお、浸炭窒化処理の温度は840℃以上860℃以下という範囲に含まれていた。
(1-2) Target test pieces Table 1 shows chemical components of the test specimens to be investigated. All the materials were within the above component ranges, and these were subjected to carbonitriding in various heat treatment furnaces and heat treatment atmospheres. The carbonitriding temperature was included in the range of 840 ° C. or higher and 860 ° C. or lower.

具体的には、試験片番号1については、処理温度を850℃、処理時間を120分(min)とし(以下、「850℃×120min」というように表記する)、未分解アンモニア分率:0.2体積%、炭素の活量:0.9で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号2については、840℃×70min、未分解アンモニア分率:0.1体積%、炭素の活量:0.85で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号3については、850℃×120min、未分解アンモニア分率:0.1体積%、炭素の活量:0.9で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号4については、850℃×90min、未分解アンモニア分率:0.1体積%、炭素の活量:0.9で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号5については、850℃×90min、未分解アンモニア分率:0.1体積%、炭素の活量:0.9で浸炭窒化処理を行なった。   Specifically, for specimen No. 1, the treatment temperature was 850 ° C., the treatment time was 120 minutes (min) (hereinafter referred to as “850 ° C. × 120 min”), and the undecomposed ammonia fraction: 0 The carbonitriding process was performed at 2% by volume and carbon activity: 0.9. For test piece No. 2, carbonitriding was performed at 840 ° C. × 70 min, undecomposed ammonia fraction: 0.1% by volume, and carbon activity: 0.85. For test piece number 3, carbonitriding was performed at 850 ° C. × 120 min, undecomposed ammonia fraction: 0.1% by volume, and carbon activity: 0.9. Further, for specimen No. 4, carbonitriding was performed at 850 ° C. × 90 min, undecomposed ammonia fraction: 0.1 vol%, and carbon activity: 0.9. For test piece No. 5, carbonitriding was performed at 850 ° C. × 90 min, undecomposed ammonia fraction: 0.1% by volume, and carbon activity: 0.9.

また、試験片番号6については、850℃×90min、未分解アンモニア分率:0.13体積%、炭素の活量:0.9で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号7については、850℃×150min、未分解アンモニア分率:0.1体積%、炭素の活量:0.85で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号8については、850℃×150min、未分解アンモニア分率:0.25体積%、炭素の活量:0.9で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号9については、850℃×180min、未分解アンモニア分率:0.3体積%、炭素の活量:0.95で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号10については、850℃×90min、未分解アンモニア分率:0.2体積%、炭素の活量:0.9で浸炭窒化処理を行なった。   For test piece No. 6, carbonitriding was performed at 850 ° C. × 90 min, undecomposed ammonia fraction: 0.13% by volume, and carbon activity: 0.9. For test piece No. 7, carbonitriding was performed at 850 ° C. × 150 min, undecomposed ammonia fraction: 0.1% by volume, and carbon activity: 0.85. Further, for specimen No. 8, carbonitriding was performed at 850 ° C. × 150 min, undecomposed ammonia fraction: 0.25 volume%, and carbon activity: 0.9. For test piece number 9, carbonitriding was performed at 850 ° C. × 180 min, undecomposed ammonia fraction: 0.3 vol%, and carbon activity: 0.95. For test piece number 10, carbonitriding was performed at 850 ° C. × 90 min, undecomposed ammonia fraction: 0.2% by volume, and carbon activity: 0.9.

(1−3) 窒素濃度測定方法
高温焼戻後のサンプルの断面硬度と窒素濃度との相関を調査するため、サンプル(鋼)中の窒素濃度分布を測定する必要がある。浸炭窒化処理後の鋼中窒素濃度の測定には、EPMAの線分析を用いた。定量化は既知の窒素濃度を有する校正用試験片を分析し、その検量線を用いて実施した。EPMA分析(Electron Probe Micro Analysis)に用いたサンプルおよび測定方法の模式図は、図15に示す通りである。
(1-3) Nitrogen concentration measurement method In order to investigate the correlation between the cross-sectional hardness of the sample after high-temperature tempering and the nitrogen concentration, it is necessary to measure the nitrogen concentration distribution in the sample (steel). EPMA linear analysis was used to measure the nitrogen concentration in the steel after carbonitriding. The quantification was performed by analyzing a calibration test piece having a known nitrogen concentration and using the calibration curve. A schematic diagram of the sample and measurement method used for EPMA analysis (Electron Probe Micro Analysis) is as shown in FIG.

図15に示すように、たとえば内輪12をサンプルとして用いる場合を考える。当該サンプルについて、浸炭窒化処理後のサンプルの窒素濃度を測定した。具体的には、当該サンプルから図15に示すような試験片12Aを切り出し、当該試験片の外周面12Bから内周面12Cに向かう方向に沿って、試験片12Aの高さ方向の中央部(半幅となる位置)において、切り出し端面についてEPMA線分析を行った。   As shown in FIG. 15, for example, a case where the inner ring 12 is used as a sample is considered. About the sample, the nitrogen concentration of the sample after carbonitriding was measured. Specifically, a test piece 12A as shown in FIG. 15 is cut out from the sample, and along the direction from the outer peripheral surface 12B to the inner peripheral surface 12C of the test piece, the central portion of the test piece 12A in the height direction ( EPMA line analysis was performed on the cut end face at a position having a half width.

(1−4) 断面硬度測定方法
上記(1−3)で述べた試験片12Aにおいて、EPMA分析を行なった切り出し端面にて硬度測定を行なった。測定方法としては、マイクロビッカース硬度計を用いてビッカース硬度測定を行なった。
(1-4) Method for Measuring Cross Section Hardness In the test piece 12A described in (1-3) above, the hardness was measured on the cut end face subjected to EPMA analysis. As a measuring method, Vickers hardness measurement was performed using a micro Vickers hardness meter.

(2) 高温焼戻の保持温度の探索
(2−1) 実験内容
窒素濃度と相関関係の高い焼戻温度(加熱温度)を探索するため、浸炭窒化処理後に180℃という加熱温度で2時間の保持時間という焼戻を施した試験片12Aに、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃というそれぞれの加熱温度で保持時間を1時間とした5種類の高温焼戻を行った。なお、高温焼戻時の雰囲気は大気雰囲気とした。そして、それぞれの高温焼戻条件で処理された試験片について断面硬度を測定した。なお、ここでは窒素侵入量が多いと考えられる浸炭窒化処理条件の試験片番号8、9の試験片について測定を行なった。
(2) Search for holding temperature of high temperature tempering (2-1) Contents of experiment In order to search for a tempering temperature (heating temperature) having a high correlation with the nitrogen concentration, a heating temperature of 180 ° C. was used for 2 hours after carbonitriding Five types of high-temperature tempering were performed on the test piece 12A subjected to tempering called holding time, with the holding time being 1 hour at each heating temperature of 300 ° C, 400 ° C, 500 ° C, 600 ° C, and 700 ° C. The atmosphere during high temperature tempering was an air atmosphere. And the cross-sectional hardness was measured about the test piece processed by each high temperature tempering conditions. In addition, it measured here about the test piece of the test piece numbers 8 and 9 of the carbonitriding process conditions considered that there is much nitrogen penetration | invasion amount.

(2−2) 実験結果
実験結果をまとめたグラフを図16に示す。図16に示したグラフは、焼戻温度(℃)を横軸とし、断面硬度の差分(すなわち(断面硬度の最大値)−(熱処理後最表面から1mmの深さ位置での断面硬度):ΔHVとも表示する)を縦軸にして実験結果を整理したものである。図16から分かるように、断面硬度の差分ΔHVは、加熱温度を500℃とし、保持時間を1時間とした高温焼戻後に最も大きくなっていた。この加熱温度を500℃としたときの断面硬度の差分ΔHVは、加熱温度を300℃または700℃とした高温焼戻後の当該断面硬度の差分ΔHVの約2倍の値を示していた。したがって、相対的に窒素濃度と相関の高い焼戻後の硬度は、加熱温度を500℃程度とした焼戻後の硬度であると考えられる。このため、以下の実験では、断面硬度の測定を、加熱温度を500℃とし、保持時間を1時間とした高温焼戻後の試験片について実施した。
(2-2) Experimental results A graph summarizing the experimental results is shown in FIG. The graph shown in FIG. 16 has a tempering temperature (° C.) as the horizontal axis, and a difference in cross-sectional hardness (that is, (maximum value of cross-sectional hardness) − (cross-sectional hardness at a depth of 1 mm from the outermost surface after heat treatment): The result of the experiment is arranged with the vertical axis (also denoted as ΔHV). As can be seen from FIG. 16, the difference ΔHV in the cross-sectional hardness was the largest after high-temperature tempering at a heating temperature of 500 ° C. and a holding time of 1 hour. The difference ΔHV in the cross-sectional hardness when the heating temperature was 500 ° C. was a value approximately twice the difference ΔHV in the cross-sectional hardness after high-temperature tempering at a heating temperature of 300 ° C. or 700 ° C. Therefore, the hardness after tempering, which has a relatively high correlation with the nitrogen concentration, is considered to be the hardness after tempering at a heating temperature of about 500 ° C. For this reason, in the following experiment, the cross-sectional hardness was measured on a test piece after high-temperature tempering with a heating temperature of 500 ° C. and a holding time of 1 hour.

(3) 窒素濃度と断面硬度の差分(ΔHV)との関係の調査
ここでは表1に示した組成の各試験片について浸炭窒化処理を施し、さらに高温焼戻として加熱温度を500℃、保持時間を1時間という熱処理を行なった後、図15を用いて説明したように試験片12Aの窒素濃度をEPMA分析により測定した。浸炭窒化処理は、加熱温度が850℃、炭素の活量/未分解アンモニア分率(γ)の値が4.75となる条件で行った。また、当該試験片12Aについて、図15に示した切り出し端面において深さ方向での断面硬度を測定した。そして、当該深さ方向でのある位置における断面硬度と熱処理後最表面から1(mm)という深さ位置における断面硬度との差分(断面硬度差分(ΔHV))の関係を調査した。その結果を図17および図18に示す。
(3) Investigation of relationship between nitrogen concentration and difference in cross-sectional hardness (ΔHV) Here, each test piece having the composition shown in Table 1 was subjected to carbonitriding, and further subjected to a high temperature tempering at a heating temperature of 500 ° C. and a holding time After performing the heat treatment for 1 hour, the nitrogen concentration of the test piece 12A was measured by EPMA analysis as described with reference to FIG. The carbonitriding treatment was performed under the conditions that the heating temperature was 850 ° C. and the carbon activity / undecomposed ammonia fraction (γ) value was 4.75. Moreover, about the said test piece 12A, the cross-sectional hardness in the depth direction was measured in the cut-out end surface shown in FIG. Then, the relationship between the cross-sectional hardness at a certain position in the depth direction and the cross-sectional hardness at a depth position of 1 (mm) from the outermost surface after heat treatment (cross-sectional hardness difference (ΔHV)) was investigated. The results are shown in FIGS.

図17および図18において、横軸は窒素濃度(質量%)であり、縦軸は断面硬度差分(ΔHV)(単位はビッカース硬度)である。また、図18は、図17から窒素濃度が0〜0.1質量%という範囲での窒素濃度と断面硬度差分との関係を抜き出したものである。図17より、窒素濃度が0を超え0.1質量%以下の範囲においては、窒素濃度と断面硬度差分との相関が強く、一方で窒素濃度が0.1質量%を超える範囲では窒素濃度と断面硬度差分との相関は相対的に弱いことが分かった。これは窒素濃度が高い領域で不完全焼入が発生する場合があること、ならびに試験片中に固溶した窒素は必ずしもマルテンサイトの分解速度低下に寄与するとは限らないためと考えられる。また、図18より窒素濃度が0を超え0.1質量%以下の範囲において窒素濃度と断面硬度差分との相関係数を算出すると、両者の相関係数は0.8348と高い。このため、0〜0.1質量%という窒素濃度の範囲であれば、断面硬度差分から窒素濃度を予測することが可能であると考えられる。したがって、以下の実験では、窒素濃度と断面硬度差分とが正の相関を持つ領域(0〜0.1質量%)の略中間位置である、窒素濃度が0.06質量%と断面硬度差分が80ΔHVとの関係を用いることにした。   17 and 18, the horizontal axis represents the nitrogen concentration (mass%), and the vertical axis represents the cross-sectional hardness difference (ΔHV) (the unit is Vickers hardness). Moreover, FIG. 18 extracts the relationship between the nitrogen concentration and the cross-sectional hardness difference in the range where the nitrogen concentration is 0 to 0.1 mass% from FIG. From FIG. 17, in the range where the nitrogen concentration exceeds 0 and less than 0.1% by mass, the correlation between the nitrogen concentration and the difference in cross-sectional hardness is strong, while in the range where the nitrogen concentration exceeds 0.1% by mass, the nitrogen concentration It was found that the correlation with the difference in cross-sectional hardness was relatively weak. This is probably because incomplete quenching may occur in a region where the nitrogen concentration is high, and nitrogen dissolved in the test piece does not necessarily contribute to a decrease in the martensite decomposition rate. Further, when the correlation coefficient between the nitrogen concentration and the cross-sectional hardness difference is calculated in FIG. 18 in the range where the nitrogen concentration exceeds 0 and is equal to or less than 0.1% by mass, the correlation coefficient between them is as high as 0.8348. For this reason, it is considered that the nitrogen concentration can be predicted from the cross-sectional hardness difference within the range of 0 to 0.1% by mass. Therefore, in the following experiment, the nitrogen concentration is 0.06% by mass and the cross-sectional hardness difference is a substantially intermediate position in a region (0 to 0.1% by mass) in which the nitrogen concentration and the cross-sectional hardness difference have a positive correlation. We decided to use the relationship with 80ΔHV.

(4) 浸炭窒化処理の時間と窒素濃度分布との関係
転がり軸受の構成部品の場合、その形状を整えるために焼入および焼戻後に研削加工を行う。したがって、一定の処理条件で浸炭窒化処理を行うと、その研削加工の取代により製品最表面(転走面または転動面)における窒素濃度が変化することになる。このため、製品最表面における窒素濃度を0.4質量%以上に保つためには、片側研削取代により浸炭窒化処理の条件を変更する必要がある。
(4) Relationship between carbonitriding time and nitrogen concentration distribution In the case of a rolling bearing component, grinding is performed after quenching and tempering to adjust its shape. Therefore, when carbonitriding is performed under certain processing conditions, the nitrogen concentration on the outermost surface of the product (rolling surface or rolling surface) changes due to the machining allowance. For this reason, in order to keep the nitrogen concentration on the outermost surface of the product at 0.4% by mass or more, it is necessary to change the carbonitriding conditions by one-side grinding allowance.

図19には、上記成分範囲内の鋼材に加熱温度が850℃、炭素の活量/未分解アンモニア分率(γ)の値が4.75の条件で、処理時間を4時間(図中(A))、6時間(図中(B))、8時間(図中(C))、10時間(図中(D))として浸炭窒化処理をした場合の窒素濃度分布(高温焼戻を行う前)を示している。図19の横軸は表面からの深さ(mm)、縦軸は窒素濃度(質量%)を示している。ここで、γの値が5より大きい条件で浸炭窒化処理をした場合、窒素侵入量が低下して窒素濃度が高い領域がより表面側に偏ることになる。この結果、処理時間を非常に長くする方法以外では、製品表面における窒素濃度を0.4質量%以上にすることが事実上困難になる。また、浸炭窒化処理の温度が860℃以上の場合にはγの値を5以下に保つことが困難であり、また840℃以下の場合には窒素の鋼中への拡散速度が遅くなり、結果として処理時間が長くなる。このため、上記鋼材の浸炭窒化処理には、850℃程度の温度が適切である。なお、浸炭窒化処理時の加熱温度は焼入後の旧オーステナイト結晶粒の大きさで判別することが可能であり、加熱温度が850℃である場合には上記鋼材では旧オーステナイト結晶粒の大きさがJIS規格で9番〜11番の範囲となる。   FIG. 19 shows a treatment time of 4 hours under the conditions that the heating temperature is 850 ° C. and the carbon activity / undecomposed ammonia fraction (γ) is 4.75. A)), 6 hours ((B) in the figure), 8 hours ((C) in the figure), 10 hours ((D) in the figure) nitrogen concentration distribution (high temperature tempering is performed) The previous). The horizontal axis in FIG. 19 indicates the depth (mm) from the surface, and the vertical axis indicates the nitrogen concentration (mass%). Here, when the carbonitriding process is performed under a condition where the value of γ is greater than 5, the nitrogen penetration amount decreases and the region where the nitrogen concentration is high is biased to the surface side. As a result, it becomes practically difficult to set the nitrogen concentration on the product surface to 0.4 mass% or more, except for a method in which the treatment time is very long. Further, when the carbonitriding temperature is 860 ° C. or higher, it is difficult to keep the value of γ at 5 or lower, and when it is 840 ° C. or lower, the diffusion rate of nitrogen into the steel becomes slow. As a result, the processing time becomes longer. For this reason, a temperature of about 850 ° C. is appropriate for the carbonitriding treatment of the steel material. In addition, the heating temperature at the time of carbonitriding can be determined by the size of the prior austenite crystal grains after quenching. When the heating temperature is 850 ° C., the size of the prior austenite crystal grains in the above steel material Is in the range of No. 9 to No. 11 in the JIS standard.

図19より、製品最表面の片側研削取代が0.125(mm)である場合には浸炭窒化処理の時間を4時間、0.15(mm)である場合には6時間、0.175(mm)である場合には8時間、0.2(mm)である場合には10時間とすることにより、製品最表面における窒素濃度を0.4質量%以上にすることが可能であることが分かった。   From FIG. 19, when the one-side grinding allowance on the outermost surface of the product is 0.125 (mm), the carbonitriding time is 4 hours, and when it is 0.15 (mm), 6 hours, 0.175 ( mm) for 8 hours, and 0.2 (mm) for 10 hours, the nitrogen concentration on the outermost surface of the product may be 0.4% by mass or more. I understood.

(5) 窒素拡散処理と窒素濃度分布との関係
不完全焼入組織の発生や残留オーステナイト量の過多による硬度低下を防止するためには、浸炭窒化処理後に窒素拡散処理を行うことが有効である。図20は、窒素拡散処理後の鋼中の窒素濃度分布(測定値および計算値)を示している。図20において、横軸は表面からの深さ(mm)を示し、縦軸は窒素濃度(質量%)を示している。図20中において、(A)は浸炭窒化処理の処理時間が6時間、窒素拡散処理の処理時間が2時間(未分解NH濃度が0.1体積%)である場合の計算値、(B)は浸炭窒化処理の処理時間が6時間、窒素拡散処理の処理時間が1時間(未分解NH濃度が0.05体積%)である場合の計算値、(C)は浸炭窒化処理の処理時間が6時間、窒素拡散処理の処理時間が2時間(未分解NH濃度が0.05体積%)である場合の計算値、(D)は浸炭窒化処理の処理時間が4時間、窒素拡散処理の処理時間が2時間(未分解NH濃度が0.1体積%)である場合の計算値を示している。これらの計算値は、窒素の拡散係数を1.2×10−6(m/s)として算出した。(A)〜(D)に示す計算値は、実測値とほぼ合致した。
(5) Relationship between Nitrogen Diffusion Treatment and Nitrogen Concentration Distribution It is effective to perform nitrogen diffusion treatment after carbonitriding to prevent the occurrence of incompletely hardened structure and hardness reduction due to excessive amount of retained austenite. . FIG. 20 shows the nitrogen concentration distribution (measured value and calculated value) in the steel after the nitrogen diffusion treatment. In FIG. 20, the horizontal axis indicates the depth (mm) from the surface, and the vertical axis indicates the nitrogen concentration (mass%). In FIG. 20, (A) is a calculated value when the carbonitriding treatment time is 6 hours and the nitrogen diffusion treatment time is 2 hours (the undecomposed NH 3 concentration is 0.1% by volume). ) Is the calculated value when the carbonitriding treatment time is 6 hours and the nitrogen diffusion treatment time is 1 hour (undecomposed NH 3 concentration is 0.05% by volume), and (C) is the carbonitriding treatment. Calculated value when the time for nitrogen diffusion treatment is 2 hours (undecomposed NH 3 concentration is 0.05% by volume), (D) is the time for carbonitriding treatment for 4 hours, nitrogen diffusion The calculated value when the processing time of the processing is 2 hours (the undecomposed NH 3 concentration is 0.1% by volume) is shown. These calculated values were calculated assuming that the diffusion coefficient of nitrogen was 1.2 × 10 −6 (m 2 / s). The calculated values shown in (A) to (D) almost coincided with the actually measured values.

次に、浸炭窒化処理の時間および窒素拡散処理の時間を変更したFEM解析を行い(浸炭窒化処理時間:4、5、6、7、8、9、10時間、窒素拡散処理時間:1、2時間)、各処理条件での窒素濃度分布を計算した。そして、当該計算結果を目的変数とした回帰式を算出した。さらに、上記高温焼戻(加熱温度:500℃、保持時間:1時間)により窒素が0.03mm内部に拡散すること、および熱処理後の仕上げ加工における研削取り代(0.1〜0.2mm)などを考慮して、上記高温焼戻後における断面硬度差分の測定位置を決定する下記の式(3)および(4)を構築した。下記の式(3)は、製品最表面の窒素濃度が0.4質量%以上であることを保証するための断面硬度の測定位置(x)を示し、式(4)は、製品最表面の窒素濃度が0.3質量%以上であることを保証するための断面硬度の測定位置(x)を示している。なお、この場合には窒素拡散処理における加熱温度を850℃、未分解NH濃度を0.06体積%、炭素の活量を0.9として計算した。 Next, FEM analysis was performed by changing the carbonitriding time and the nitrogen diffusion time (carbonitriding time: 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 hours, nitrogen diffusion time: 1, 2 Time), the nitrogen concentration distribution under each treatment condition was calculated. And the regression formula which made the said calculation result the objective variable was computed. Further, nitrogen is diffused into 0.03 mm by the high temperature tempering (heating temperature: 500 ° C., holding time: 1 hour), and grinding allowance (0.1 to 0.2 mm) in finishing after heat treatment In consideration of the above, the following formulas (3) and (4) for determining the measurement position of the cross-sectional hardness difference after the high-temperature tempering were constructed. The following formula (3) shows the measurement position (x 1 ) of the cross-sectional hardness for ensuring that the nitrogen concentration on the outermost surface of the product is 0.4% by mass or more, and the formula (4) is the outermost surface of the product. The measurement position (x 2 ) of the cross-sectional hardness for ensuring that the nitrogen concentration is 0.3 mass% or more is shown. In this case, the heating temperature in the nitrogen diffusion treatment was 850 ° C., the undecomposed NH 3 concentration was 0.06 vol%, and the carbon activity was 0.9.

(6) 品質保証の手順
上記(1)〜(5)の検討結果より、熱処理後に製品最表面における窒素濃度が0.4質量%以上であることを保証する手順は以下の通りになる。まず、浸炭窒化処理の時間T(h)、窒素拡散処理の時間T(h)を上記式(3)に代入して高温焼戻後の断面硬度の測定位置x(mm)を算出する。次に、加熱温度を500℃、保持時間を1時間として高温焼戻を施す。次に、上記高温焼戻後の製品から試験片を切り出し、算出した上記測定位置x(mm)および窒化されていない内部における断面硬度を測定し、当該測定値の差より断面硬度差分を算出する。そして、当該断面硬度差分が80ΔHV以上であるか否かを判別する。これにより、当該断面硬度差分が80ΔHV以上であれば、研削加工後の製品最表面における窒素濃度が0.4質量%以上であることを保証することができる。
(6) Quality Assurance Procedure From the examination results of (1) to (5) above, the procedure for assuring that the nitrogen concentration on the outermost surface of the product is 0.4% by mass or more after the heat treatment is as follows. First, calculate the carbonitriding time T 1 (h), the measurement position of the cross-sectional hardness after time nitrogen diffusion process T 2 a (h) back hot sintering are substituted into the equation (3) x 1 (mm) To do. Next, high temperature tempering is performed at a heating temperature of 500 ° C. and a holding time of 1 hour. Next, a test piece is cut out from the product after high-temperature tempering, the calculated measurement position x 1 (mm) and the cross-sectional hardness in the non-nitrided inside are measured, and the cross-sectional hardness difference is calculated from the difference between the measured values. To do. And it is discriminate | determined whether the said cross-sectional hardness difference is 80 (DELTA) HV or more. Thereby, if the said cross-sectional hardness difference is 80 (DELTA) HV or more, it can ensure that the nitrogen concentration in the product outermost surface after grinding is 0.4 mass% or more.

浸炭窒化処理の時間Tが6時間、窒素拡散処理の時間Tが2時間である場合には、上記式(3)より0.4mmの深さ位置の断面硬度差分が80ΔHV以上であるときに製品最表面の窒素濃度が0.4質量%以上であることが保証される。また、浸炭窒化処理の時間Tが6時間未満であり、また窒素拡散処理の時間Tが2時間未満である場合にも、同様に0.4mmの深さ位置での断面硬度差分により評価することができる。
(実施例5)
安価でかつ降伏強度および寿命が向上した軸受部品を得ることを目的として以下の実験を行った。まず、上記成分範囲内の鋼材を準備し、当該鋼材に浸炭窒化、焼入および焼戻処理を順に施し、その後研削および仕上げ加工後を施して軸受部品を製造した。そして、表層部における窒素濃度および焼戻温度を変更した場合において以下の試験を行った。
When the carbonitriding time T 1 is 6 hours and the nitrogen diffusion time T 2 is 2 hours, the difference in cross-sectional hardness at a depth of 0.4 mm is 80 ΔHV or more from the above equation (3). Furthermore, it is guaranteed that the nitrogen concentration on the outermost surface of the product is 0.4% by mass or more. Further, carbonitriding time T 1 of the treatment is less than 6 hours, also when the time T 2 of the nitrogen diffusion process is less than 2 hours, similarly evaluated by cross-sectional hardness difference at a depth position of 0.4mm can do.
(Example 5)
The following experiment was conducted for the purpose of obtaining a bearing component that was inexpensive and improved in yield strength and life. First, a steel material within the above component range was prepared, and the steel material was sequentially subjected to carbonitriding, quenching, and tempering treatment, and thereafter subjected to grinding and finishing to produce a bearing part. And the following tests were done in the case where the nitrogen concentration and tempering temperature in the surface layer portion were changed.

浸炭窒化処理時の雰囲気は、γの値を4.75、加熱温度を850℃とした。γの値が5より大きい場合には、窒素侵入速度が低下して窒素濃度が高い領域が表層に留まり易くなり、研削加工における取代を考慮すると浸炭窒化処理の時間が非常に長くなり実用的ではない。また、上記成分範囲内の鋼材を用いた場合には、850℃よりも大幅に高い温度では未分解アンモニア分率を高く保つために多量のアンモニアが必要となるためプロセスが高コスト化する。一方、850℃よりも大幅に低い温度では窒素の鋼中への拡散速度が遅くなり処理時間が長くなる。そのため、上記鋼材の浸炭窒化処理においては850℃付近の温度が適切であるといえる。   The atmosphere during the carbonitriding treatment was a value of γ of 4.75 and a heating temperature of 850 ° C. When the value of γ is larger than 5, the nitrogen intrusion rate decreases and the region where the nitrogen concentration is high tends to stay on the surface layer, and considering the machining allowance in grinding, the time for carbonitriding becomes very long and is not practical. Absent. In addition, when a steel material within the above component range is used, a large amount of ammonia is required to keep the undecomposed ammonia fraction high at a temperature significantly higher than 850 ° C., thereby increasing the cost of the process. On the other hand, at a temperature significantly lower than 850 ° C., the diffusion rate of nitrogen into the steel becomes slow and the treatment time becomes long. Therefore, it can be said that a temperature around 850 ° C. is appropriate in the carbonitriding treatment of the steel material.

(1) 表層部における窒素濃度および焼戻温度と残留圧痕深さとの関係
まず、表面部における窒素濃度および焼戻温度が残留圧痕深さに及ぼす影響について調査した。まず、表層部における窒素濃度および焼戻温度を変更した平面試験片を作製した。具体的には、当該窒素濃度が0質量%、0.1質量%、0.25質量%および0.4質量%の試験片を準備し、それぞれの試験片について180℃、210℃、240℃および260℃の温度で焼戻処理を行った。そして、当該試験片の平面に最大接触面圧が4.5GPa(完全弾性体として仮定)となる荷重でセラミック球(サイズ:3/8インチ)を押し付け、荷重を除いた後の残留圧痕深さを調査した。なお、4.5GPaの値は、市場において転がり軸受に付与される最大接触面圧の最大値とほぼ同じ値である。
(1) Relationship between the nitrogen concentration and tempering temperature in the surface layer portion and the residual indentation depth First, the effect of the nitrogen concentration and tempering temperature in the surface portion on the residual indentation depth was investigated. First, a flat test piece in which the nitrogen concentration and the tempering temperature in the surface layer portion were changed was produced. Specifically, test pieces having the nitrogen concentration of 0% by mass, 0.1% by mass, 0.25% by mass, and 0.4% by mass were prepared, and 180 ° C., 210 ° C., 240 ° C. for each test piece. And tempering at a temperature of 260 ° C. The residual indentation depth after pressing the ceramic sphere (size: 3/8 inch) against the plane of the test piece with a load having a maximum contact surface pressure of 4.5 GPa (assumed as a complete elastic body) and removing the load. investigated. The value of 4.5 GPa is almost the same value as the maximum value of the maximum contact surface pressure applied to the rolling bearing in the market.

図21に、表層部における窒素濃度および焼戻温度と残留圧痕深さとの関係を調査した結果を示す。図21において、横軸は窒素濃度(質量%)を示し、縦軸は残留圧痕深さ(μm)を示している。図21から明らかなように、焼戻温度が180℃および210℃である場合に比べて、焼戻温度が240℃および260℃である場合には残留圧痕深さが大きく低下した。また、焼戻温度が180℃および210℃である場合には、窒素濃度が高くなるに伴い残留圧痕深さが大きくなったのに対し、焼戻温度が240℃および260℃である場合には窒素濃度が高くなるに伴い残留圧痕深さは逆に小さくなった(塑性変形し難くなる)。この結果より、上記実験の範囲(焼戻温度が180℃以上260℃以下)では、窒素を含む上記鋼材において、焼戻温度が高くなるに伴い降伏強度が高くなり、高い静的負荷容量が得られることが分かった。   FIG. 21 shows the results of investigating the relationship between the nitrogen concentration and tempering temperature in the surface layer and the residual indentation depth. In FIG. 21, the horizontal axis represents the nitrogen concentration (mass%), and the vertical axis represents the residual indentation depth (μm). As is clear from FIG. 21, the residual indentation depth was greatly reduced when the tempering temperatures were 240 ° C. and 260 ° C., compared to when the tempering temperatures were 180 ° C. and 210 ° C. Further, when the tempering temperature is 180 ° C. and 210 ° C., the residual indentation depth increases as the nitrogen concentration increases, whereas when the tempering temperature is 240 ° C. and 260 ° C. As the nitrogen concentration increased, the residual indentation depth became smaller (harder to plastic deformation). From this result, in the range of the experiment (tempering temperature is 180 ° C. or higher and 260 ° C. or lower), the yield strength increases as the tempering temperature increases in the steel material containing nitrogen, and high static load capacity is obtained. I found out that

(2) 表層部における窒素濃度と圧痕起点型はく離寿命との関係
次に、高温焼戻(240℃、260℃)を施した場合における表層部における窒素濃度と圧痕起点型はく離寿命との関係について調査した。まず、玉軸受(軸受型番:6206)の内輪形状に加工した試験片を作製した。そして、当該試験片の転走面溝底部において6°等配の人工圧痕を形成し、転動疲労試験を実施した。人工圧痕は、ロックウェル圧子を荷重196Nで負荷することにより形成した。転動疲労試験は、最大接触面圧を3.2GPa、内輪回転数を3000rpmとし、潤滑油をタービン油VG56の循環給油とした。
(2) Relationship between Nitrogen Concentration at Surface Layer and Indentation Origination Peeling Life Next, Relationship between Nitrogen Concentration at Surface Layer and Indentation Origination Separation Life at High Temperature Tempering (240 ° C, 260 ° C) investigated. First, a test piece processed into an inner ring shape of a ball bearing (bearing model number: 6206) was produced. And the artificial indentation of 6 degrees equidistant was formed in the rolling-surface groove bottom part of the said test piece, and the rolling fatigue test was implemented. The artificial indentation was formed by loading a Rockwell indenter with a load of 196N. In the rolling fatigue test, the maximum contact surface pressure was 3.2 GPa, the inner ring rotational speed was 3000 rpm, and the lubricating oil was circulating oil supply of turbine oil VG56.

図22に、表層部における窒素濃度と圧痕起点型はく離寿命との関係について調査した結果を示す。図22は、圧痕起点型はく離寿命のワイブルプロットであり、横軸は寿命(h)、縦軸は累積破損確率(%)を示している。また、図22中において、窒素濃度および焼戻温度は、「窒素濃度−焼戻温度」の表示により示されている。たとえば、「0.4質量%−240℃」の表示は、窒素濃度が0.4質量%であり、焼戻温度が240℃であることを示している。また、参考として、窒素濃度が0.4質量%で焼戻温度が180℃である場合の結果も示している。図22から明らかなように、窒素濃度が0.4質量%で焼戻温度が240℃である場合には、窒素濃度が0質量%で焼戻温度が180℃である場合とほぼ同じ結果が得られた。しかし、窒素濃度が小さくなるに伴い、圧痕起点型はく離寿命は低下した。したがって、降伏強度の向上と寿命の向上とを両立させるためには、上述のように焼戻温度を高温(240℃、260℃)とし、かつ表層部における窒素濃度を0.4質量%以上にまで高くすることが必要であることが分かった。   In FIG. 22, the result of having investigated about the relationship between the nitrogen concentration in a surface layer part and an indentation origin type | mold peeling life is shown. FIG. 22 is a Weibull plot of an indentation origin type peeling life, where the horizontal axis indicates the life (h) and the vertical axis indicates the cumulative failure probability (%). Further, in FIG. 22, the nitrogen concentration and the tempering temperature are indicated by the display of “nitrogen concentration−tempering temperature”. For example, “0.4 mass% −240 ° C.” indicates that the nitrogen concentration is 0.4 mass% and the tempering temperature is 240 ° C. For reference, the results are also shown when the nitrogen concentration is 0.4 mass% and the tempering temperature is 180 ° C. As is apparent from FIG. 22, when the nitrogen concentration is 0.4 mass% and the tempering temperature is 240 ° C., the results are almost the same as when the nitrogen concentration is 0 mass% and the tempering temperature is 180 ° C. Obtained. However, as the nitrogen concentration decreased, the indentation origin peel life decreased. Therefore, in order to achieve both improvement in yield strength and improvement in life, the tempering temperature is set to a high temperature (240 ° C. and 260 ° C.) as described above, and the nitrogen concentration in the surface layer portion is set to 0.4% by mass or more. It was found that it was necessary to make it higher.

(3) 表層部における窒素濃度および焼戻温度と水素脆性はく離寿命との関係
次に、表層部における窒素濃度および焼戻温度が、転動疲労における耐水素性に及ぼす影響について調査した。ここで、転動疲労における水素源は、潤滑剤そのものや潤滑剤に混入した水であり、これらが接触要素間で生じるすべりなどにより分解して水素が発生し、この水素の一部が鋼中に侵入すると考えられている。
(3) Relationship between the nitrogen concentration and tempering temperature in the surface layer portion and the hydrogen embrittlement peeling life Next, the influence of the nitrogen concentration and tempering temperature in the surface layer portion on the hydrogen resistance in rolling fatigue was investigated. Here, the hydrogen source in rolling fatigue is the lubricant itself or water mixed in the lubricant, which decomposes due to slippage between the contact elements and generates hydrogen, and a part of this hydrogen is in the steel. It is thought to invade.

スラスト軸受(軸受型番:51106)の軌道輪を試験片として用いて転動疲労試験を行った。運転パターンは、図23に示す急加減速パターンを用いた。図23において、横軸は時間(sec)を示し、縦軸は回転速度(min−1)を示している。また、図23に示すように、0〜0.1secの間に2500min−1の回転速度にまで加速し、その後0.3secの間当該回転速度を維持し、0.1secの間に0min−1にまで減速する。このサイクルを繰り返すことにより試験を行った。ボールは、SUS440C製のものを用い、数は17個(標準個数)から12個に減らした。保持器としては、12等配にするための樹脂製のものを作製し、最大接触面圧を2.3GPaとした。潤滑油には水溶性のポリグリコール油を用い、これに水素源としての純水を混合した(純水濃度:40質量%)。試験機は、軌道輪にはく離が起こり、振動が大きくなった時に自動で停止するようにした。 A rolling fatigue test was performed using a bearing ring of a thrust bearing (bearing model number: 51106) as a test piece. As the operation pattern, the rapid acceleration / deceleration pattern shown in FIG. 23 was used. In FIG. 23, the horizontal axis represents time (sec), and the vertical axis represents the rotation speed (min −1 ). Further, as shown in FIG. 23, and accelerated to the rotational speed of 2500min -1 during 0~0.1Sec, then maintaining the rotational speed between 0.3 sec, 0min -1 during the 0.1sec Slow down to The test was conducted by repeating this cycle. A ball made of SUS440C was used, and the number was reduced from 17 (standard number) to 12. As the cage, a resin-made one for 12 equal distribution was prepared, and the maximum contact surface pressure was set to 2.3 GPa. A water-soluble polyglycol oil was used as the lubricating oil, and pure water as a hydrogen source was mixed therein (pure water concentration: 40% by mass). The tester automatically stopped when the raceway ring was separated and the vibration increased.

ここで、水素源である純水が寿命に及ぼす影響(耐水素寿命)が、純水濃度が20質量%以上においては変化ないことは予め確認されている。試験後には、潤滑油における純水の割合が若干低下する。そのため、試験後に純水の混合割合を測定して20質量%以上であることを確認することで、上記実験の耐水素性の評価としての妥当性を担保している。なお、上記実験後には、35質量%程度の純水が残留していた。   Here, it has been confirmed in advance that the effect of pure water, which is a hydrogen source, on the life (hydrogen resistant life) does not change when the pure water concentration is 20% by mass or more. After the test, the proportion of pure water in the lubricating oil is slightly reduced. Therefore, the adequacy of the experiment for evaluating the hydrogen resistance is ensured by measuring the mixing ratio of pure water after the test and confirming that it is 20% by mass or more. In addition, after the said experiment, about 35 mass% pure water remained.

図24および表2に、表面窒素濃度および焼戻温度と水素脆性はく離寿命との関係を調査した結果を示す。図24は、耐水素寿命のワイブルプロットであり、横軸は寿命(h)を示し、縦軸は累積破損確率(%)を示している。また、図24中において、窒素濃度および焼戻温度は、図22の場合と同様に「窒素濃度−焼戻温度」の表示により示されている。表2には、各熱処理条件(窒素濃度−焼戻温度)毎のL10寿命(h)、L50寿命(h)およびワイブルスロープの値を示している。 FIG. 24 and Table 2 show the results of investigating the relationship between the surface nitrogen concentration and tempering temperature and the hydrogen embrittlement peeling life. FIG. 24 is a Weibull plot of the hydrogen resistance lifetime, where the horizontal axis indicates the lifetime (h) and the vertical axis indicates the cumulative failure probability (%). Further, in FIG. 24, the nitrogen concentration and the tempering temperature are indicated by the display of “nitrogen concentration−tempering temperature” as in the case of FIG. Table 2 shows the L 10 life (h), L 50 life (h), and Weibull slope values for each heat treatment condition (nitrogen concentration-tempering temperature).

図24および表2から明らかなように、0質量%−180℃の場合にはL10寿命が44hであったのに対し、0.4質量%−180℃の場合には138h(3.1倍)、0.4質量%−240℃の場合には173h(3.9倍)、0.4質量%−260℃の場合には185h(4.2倍)となっており、焼戻温度が高くなるに伴い寿命が長くなった。これは、図21に示す結果を用いて説明したように、焼戻温度が高くなるに伴い塑性変形し難くなることに起因すると考えられる。塑性変形に対して水素が及ぼす作用としては、転位の動きを容易にすることや、転位間の相互作用で生成した原子空孔を安定化し増殖をもたらすことなどが知られている。したがって、塑性変形し難いほど長寿命化したものと考えられる。 Figure 24 and Table 2, 0 wt% in the case of -180 ° C. while L 10 life was 44h is in the case of 0.4 wt% -180 ° C. 138h (3.1 In the case of 0.4 mass% -240 ° C., it is 173 h (3.9 times), and in the case of 0.4 mass% -260 ° C., it is 185 h (4.2 times). The lifespan became longer with the increase of. As explained with reference to the results shown in FIG. 21, this is considered to be due to the fact that plastic deformation becomes difficult as the tempering temperature increases. It is known that hydrogen acts on plastic deformation by facilitating the movement of dislocations, stabilizing atomic vacancies generated by the interaction between dislocations, and causing proliferation. Therefore, it is considered that the life is extended so that plastic deformation is difficult.

なお、最長寿命は、0質量%−180℃の場合には212hであり、0.4質量%−180℃の場合には242hであり、0.4質量%−240℃の場合には251hであり、0.4質量%−260℃の場合には266hであったため、最長寿命としては大きな差はなかった。一方、0質量%−180℃の場合には寿命のばらつきが大きく、その結果L10寿命が短くなっているのに対し、0.4質量%−180℃、0.4質量%−240℃および0.4質量%−260℃の場合はいずれも安定して長寿命になると考えられる。   The longest life is 212 h in the case of 0% by mass-180 ° C, 242 h in the case of 0.4% by mass-180 ° C, and 251 h in the case of 0.4% by mass-240 ° C. In the case of 0.4 mass% -260 ° C., it was 266 h, so there was no significant difference in the longest life. On the other hand, in the case of 0 mass% -180 ° C., the life variation is large, and as a result, the L10 life is shortened, whereas 0.4 mass% -180 ° C., 0.4 mass% -240 ° C. In the case of .4 mass% -260 ° C., it is considered that all have a stable and long life.

(4) 焼戻温度と残留オーステナイト(γ)量との関係
次に、焼戻温度と残留オーステナイト量との関係について調査した。上述のように、焼戻温度により軸受の静的負荷容量や寿命が変化するが、製品状態の軸受から焼戻温度の条件を直接的に得ることは困難である。しかし、焼戻温度が一定である場合、窒素濃度が0.4質量%である位置における残留オーステナイト量と焼戻温度との間に相関があるため、当該残留オーステナイト量から間接的に焼戻温度を明らかにすることが可能である。
(4) Relationship between tempering temperature and retained austenite (γ) amount Next, the relationship between the tempering temperature and the retained austenite amount was investigated. As described above, the static load capacity and life of the bearing vary depending on the tempering temperature, but it is difficult to obtain the tempering temperature condition directly from the bearing in the product state. However, when the tempering temperature is constant, there is a correlation between the amount of retained austenite at the position where the nitrogen concentration is 0.4% by mass and the tempering temperature. It is possible to clarify.

図25は、焼戻温度と残留オーステナイト量との関係を示している。図25において、横軸は焼戻温度(℃)、縦軸は窒素濃度が0.4質量%の位置における残留オーステナイト量(体積%)を示している。また、焼戻処理の保持時間は2hで一定である。図25に示すように、焼戻温度が240℃である場合には残留オーステナイト量が8体積%以下となり、焼戻温度が260℃である場合には5体積%以下にまで低下することが分かった。   FIG. 25 shows the relationship between the tempering temperature and the amount of retained austenite. In FIG. 25, the horizontal axis indicates the tempering temperature (° C.), and the vertical axis indicates the amount of retained austenite (volume%) at the position where the nitrogen concentration is 0.4 mass%. Further, the holding time of the tempering process is constant at 2 h. As shown in FIG. 25, when the tempering temperature is 240 ° C., the amount of retained austenite becomes 8% by volume or less, and when the tempering temperature is 260 ° C., it decreases to 5% by volume or less. It was.

(5) 内部の析出物の面積率と焼戻温度との関係
次に、内部の析出物の面積率と焼戻温度との関係について調査した。製品状態から焼戻温度を間接的に明らかにする方法としては、残留オーステナイト量の他に析出物の面積率を測定する方法がある。これは、焼入処理時の加熱温度(ここでは850℃であり、旧オーステナイト結晶粒はJIS規格で9〜11番になる)および焼戻処理時の保持時間が一定である場合には、焼戻温度が高くなるに伴い母地に固溶した炭素が析出し、大きなセメンタイト(FeC)が形成されるからである。
(5) Relationship between area ratio of internal precipitates and tempering temperature Next, the relationship between the area ratio of internal precipitates and the tempering temperature was investigated. As a method of indirectly clarifying the tempering temperature from the product state, there is a method of measuring the area ratio of precipitates in addition to the amount of retained austenite. This is because when the heating temperature during quenching (here, 850 ° C., the prior austenite grains are No. 9 to 11 according to JIS standard) and the holding time during tempering are constant. This is because, as the return temperature increases, carbon dissolved in the matrix precipitates and large cementite (Fe 3 C) is formed.

図26は、内部の未窒化領域における析出物の面積率と焼戻温度との関係を調査した結果を示している。図26において、横軸は焼戻温度(℃)を示し、縦軸は析出物の面積率(%)を示している。また、焼戻処理における保持時間は2時間で一定とした。また、図27〜図30は、焼戻温度を180℃、210℃、240℃および260℃とした場合における鋼材断面の写真であり、鋼材中の析出物が黒く見えている。図26は、図27〜図30の写真より黒く見える析出物の面積率を算出し、焼戻温度との関係を示したものである。また、図31は、焼入処理時の加熱温度を850℃とした場合での、内部の未窒化領域における旧オーステナイト結晶粒(JIS規格9番以上11番以下)の写真である。   FIG. 26 shows the results of investigating the relationship between the area ratio of precipitates in the internal non-nitrided region and the tempering temperature. In FIG. 26, the horizontal axis indicates the tempering temperature (° C.), and the vertical axis indicates the area ratio (%) of the precipitate. Further, the holding time in the tempering process was fixed at 2 hours. 27 to 30 are photographs of a cross section of the steel material when the tempering temperatures are 180 ° C., 210 ° C., 240 ° C., and 260 ° C., and precipitates in the steel material appear black. FIG. 26 shows the area ratio of precipitates that appear black from the photographs of FIGS. 27 to 30 and shows the relationship with the tempering temperature. FIG. 31 is a photograph of the prior austenite crystal grains (JIS standard 9 to 11) in the internal non-nitrided region when the heating temperature during the quenching process is 850 ° C.

図26より、焼戻温度が240℃である場合には面積率が11%以上となり、260℃である場合には12%以上にまで増加することが分かった。なお、析出物の面積率の判定を内部の未窒化領域で行う理由は、窒化された表層部は炭素の固溶限濃度が変化しているため、析出物の面積率が大きく変動するからである。また、浸炭窒化処理温度や焼入加熱温度でも当該面積率は変動するが、これらは旧オーステナイト結晶粒の平均粒径により推定することが可能である。図31に示すように、加熱温度が850℃である場合での未窒化領域における旧オーステナイト結晶粒の粒度番号は9.5番であった。上記(1)〜(5)の検討より、上記成分範囲内の鋼材に浸炭窒化処理および焼入処理を施して表面(転走面または転動面)における窒素濃度を0.4質量%以上とし、かつ240℃以上の温度で焼戻処理を行うことにより、安価でかつ降伏強度および寿命が向上した軸受部品が得られることが分かった。   From FIG. 26, it was found that when the tempering temperature is 240 ° C., the area ratio becomes 11% or more, and when it is 260 ° C., it increases to 12% or more. The reason why the area ratio of the precipitate is determined in the internal non-nitrided region is that the area ratio of the precipitate greatly fluctuates because the carbon solid solubility limit is changed in the nitrided surface layer portion. is there. Moreover, although the said area ratio fluctuates also by carbonitriding temperature and quenching heating temperature, these can be estimated from the average grain size of prior austenite crystal grains. As shown in FIG. 31, the grain size number of the prior austenite crystal grains in the non-nitrided region when the heating temperature was 850 ° C. was 9.5. From the examination of (1) to (5) above, the steel material within the above component range is subjected to carbonitriding treatment and quenching treatment so that the nitrogen concentration on the surface (rolling surface or rolling surface) is 0.4 mass% or more. Further, it has been found that by performing the tempering treatment at a temperature of 240 ° C. or higher, a bearing component that is inexpensive and has improved yield strength and life can be obtained.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の軸受部品および転がり軸受は、安価でかつ降伏強度および寿命を向上させることが要求される軸受部品および転がり軸受において、特に有利に適用され得る。   The bearing component and rolling bearing of the present invention can be applied particularly advantageously in bearing components and rolling bearings that are inexpensive and require improved yield strength and life.

1 深溝玉軸受、2 円錐ころ軸受、11,21 外輪、11A,21A 外輪転走面、11B,12B,22B 非研削面、12,22 内輪、12A,22A 内輪転走面、13 玉、13A,23A 転動面、14,24 保持器、23 ころ、30 雰囲気制御工程、31 未分解NH分圧制御工程、32 H分圧制御工程、33 CO/CO分圧制御工程、40 加熱パターン制御工程。 1 deep groove ball bearing, 2 tapered roller bearing, 11, 21 outer ring, 11A, 21A outer ring rolling surface, 11B, 12B, 22B unground surface, 12, 22 inner ring, 12A, 22A inner ring rolling surface, 13 balls, 13A, 23A Rolling surface, 14, 24 Cage, 23 rollers, 30 Atmosphere control process, 31 Undecomposed NH 3 partial pressure control process, 32 H 2 partial pressure control process, 33 CO / CO 2 partial pressure control process, 40 Heating pattern Control process.

Claims (7)

0.95質量%以上1.1質量%以下の炭素と、0.3質量%未満の珪素と、0.5質量%未満のマンガンと、0.008質量%未満の硫黄と、1.4質量%以上1.6質量%未満のクロムとを含み、残部鉄および不純物からなる鋼からなり、他の部品と接触する面である接触面を含む表層部に浸炭窒化層が形成された軸受部品であって、
前記表層部における平均窒素濃度が0.3質量%以上0.6質量%以下であり、かつ、前記表層部における窒素濃度のばらつきが0.1質量%以下であり、
前記表層部における残留オーステナイト量が8体積%以下であり、
前記浸炭窒化層が形成されていない内部における旧オーステナイト結晶粒の粒度番号がJIS規格9番以上11番以下である、軸受部品。
0.95 to 1.1 mass% carbon, less than 0.3 mass% silicon, less than 0.5 mass% manganese, less than 0.008 mass% sulfur, and 1.4 mass% A bearing component that is made of steel consisting of the balance iron and impurities, and containing a carbonitriding layer on the surface layer including the contact surface that is in contact with other components. There,
The average nitrogen concentration in the surface layer part is 0.3% by mass or more and 0.6% by mass or less, and the variation in nitrogen concentration in the surface layer part is 0.1% by mass or less,
The amount of retained austenite in the surface layer is 8% by volume or less,
A bearing component in which the grain size number of the prior austenite crystal grains in the inside where the carbonitriding layer is not formed is JIS standard 9 or more and 11 or less.
前記残留オーステナイト量が5体積%以下である、請求項1に記載の軸受部品。   The bearing component according to claim 1, wherein the amount of retained austenite is 5% by volume or less. 前記軸受部品の厚み方向における窒素濃度の傾きが−15(1/m)以上である、請求項1または2に記載の軸受部品。   The bearing component according to claim 1 or 2, wherein a slope of nitrogen concentration in the thickness direction of the bearing component is -15 (1 / m) or more. 前記表層部には、直径が0.3μm以上0.5μm以下である炭窒化物が100μm当たり5個以上存在する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の軸受部品。 The bearing component according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface layer portion includes five or more carbonitrides having a diameter of 0.3 µm or more and 0.5 µm or less per 100 µm 2 . 前記接触面以外の面である非研削面を含む非研削部における窒素濃度が0.7質量%未満である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の軸受部品。   The bearing component according to any one of claims 1 to 4, wherein a nitrogen concentration in an unground portion including an unground surface that is a surface other than the contact surface is less than 0.7 mass%. 加熱温度を500℃、保持時間を1時間とした熱処理を行った後において、前記接触面から0.4(mm)の深さの位置におけるビッカース硬度が、前記軸受部品の厚み方向において前記浸炭窒化層が形成されていない領域におけるビッカース硬度より80HV以上高い、請求項1〜5のいずれか1項に記載の軸受部品。   After performing a heat treatment with a heating temperature of 500 ° C. and a holding time of 1 hour, the carbonitriding in the thickness direction of the bearing component is Vickers hardness at a depth of 0.4 (mm) from the contact surface. The bearing component according to any one of claims 1 to 5, wherein the bearing component is 80HV or more higher than Vickers hardness in a region where no layer is formed. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の軸受部品を備える、転がり軸受。   A rolling bearing comprising the bearing component according to claim 1.
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