JP2015105419A

JP2015105419A - 耐摩耗性に優れた軸受部品、およびその製造方法

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Publication number: JP2015105419A
Application number: JP2013248493A
Authority: JP
Inventors: 章弘大脇; Akihiro Owaki; 新堂　陽介; Yosuke Shinto; 陽介新堂
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-06-08
Anticipated expiration: 2033-11-29
Also published as: JP6055397B2

Abstract

【課題】耐摩耗性に優れた軸受部品、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】Ｃ：０．２〜０．６％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｃｒ：１．０〜２．５％、Ｍｏ：０．５〜２％、Ｖ：０．１〜１％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｎ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ｏ：０．００５％以下（０％を含まない）を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、表面から深さ５０μｍ位置までの領域に存在する炭化物の平均円相当直径が０．１０〜０．５０μｍで、且つ前記炭化物の面積率が６．０〜２５％である軸受部品。
【選択図】なし

Description

本発明は、各種産業機械や自動車等に用いられる軸受けを構成している内輪、外輪、転動体（玉、ころ）等の軸受部品、およびその製造方法に関する。

軸受けは、機械類の回転部や摺動部を支持する重要な部品である。軸受けを構成している軸受部品は、高炭素鋼に焼入れ処理を施して充分な強度を得る方法や、低炭素鋼（肌焼鋼）に浸炭処理や浸炭窒化処理などの表面硬化処理を施して表面を硬化する方法によって製造される。特に、部品内部の靭性や衝撃強度が求められる軸受部品は、低炭素鋼に表面硬化処理を施すことによって製造されることが多い。

軸受部品には、損傷したときの保守回数を低減するために、耐久性が要求される。こうした要求は、機械類の高性能化が進められるに伴い、近年、益々厳しいものとなっている。例えば、連続鋳造や圧延に用いるロールの支持軸受として用いられる軸受部品は、内部に混入してくる硬質の異物や、使用中の高負荷によって、表面が摩耗し、損傷を起こすことがある。

耐摩耗性を向上させた軸受けとして、特許文献１には、所定の成分を含有する合金鋼に、浸炭窒化処理を施し、炭素濃度が０．７〜１．３重量％で、窒素濃度が０．１５〜０．３重量％であり、且つ粒径０．１μｍ以下の炭化物、窒化物、及び炭窒化物を合わせて少なくとも４００個／１００μｍ²有する表面層を備えた転がり軸受けが開示されている。

特許文献２には、所定の成分を含有する鋼を素材として作製された部品に、浸炭または浸炭窒化処理および焼入れ、焼戻し処理を施すことにより、表層部に析出する炭化物または炭窒化物の面積率を２〜５０％とし、平均粒径を３μｍ以下とした転動疲労性に優れた浸炭軸受部品が開示されている。

特許文献３には、所定の成分を含有する鋼材に浸炭処理し、表面から０．１ｍｍまでの範囲における長径１０μｍ以上の粗大炭化物の面積率を３０％以下とし、且つ直径１μｍ以下の微細炭化物の面積率を２％以上とした耐ピッチング性に優れた機械構造部品が開示されている。耐ピッチング性に優れた浸炭鋼部品は、特許文献４にも開示されている。この浸炭部品は、所定の成分を含有する鋼を素材とし、該素材によって作製された部品に、浸炭若しくは浸炭窒化処理および焼入れ・焼戻し処理を施し、表層部に平均粒径が５μｍ以下の炭化物または炭窒化物を析出させ、これら炭化物または炭窒化物の面積率を２〜６０％としたものである。

特開２００１−３２３９３９号公報特開平６−１７２２５号公報特開平６−１７１８９号公報特開平６−２５８２３号公報

上記特許文献１では、粒径が０．１μｍ以下の炭化物、窒化物、及び炭窒化物を所定量以上生成させるために、合金鋼に対して浸炭窒化処理を施している。しかし、浸炭窒化処理を施すと、処理中に析出物の粒成長が起こるため、粒径が０．１μｍ以下のもの以外に、粒径が０．５μｍを超える粗大な炭窒化物も多く生成する。また、粗大な炭窒化物が多く生成すると、焼入れ性向上に寄与するＣｒ、Ｍｏ、Ｖなどの元素が粗大な炭窒化物として生成するため、焼入れ性が低下し、部品の強度が低くなり、耐摩耗性が劣化する。

上記特許文献２に記載されている浸炭軸受部品は、転動疲労性に優れているが、この文献に記載されている処理条件では、処理中に析出物の粒成長が起こるため、粒径が０．５μｍを超える粗大な炭化物が多く生成し、耐摩耗性の改善余地を残している。

上記特許文献３の図３には、浸炭処理の一例として、９００℃で、カーボンポテンシャルを１．２％として浸炭した後、カーボンポテンシャルを１．０％に変更し、８７０℃に冷却して浸炭することが記載されている。しかし、このように１回目の浸炭処理の温度を２回目の浸炭処理の温度よりも低くして２段階に分けて浸炭処理を行うと、冷却過程で粗大な炭化物が生成し、耐摩耗性の改善余地を残している。

また、上記特許文献４の実施例では、機械加工した試験片を平衡炭素濃度が１重量％以上である浸炭雰囲気中において、８７０℃で５時間保持して油焼入し、さらに同様の浸炭雰囲気となるようガス組成を調整して８５０℃で１時間保持して油焼入れ後、１８０℃で２時間保持して焼もどし処理することにより高炭素浸炭焼入処理を行うことが記載されている。しかし、このように１回目と２回目の浸炭雰囲気を同じ条件にすると、炭化物が粗大化し、耐摩耗性の改善余地がまだ残っている。

本発明は、上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、耐摩耗性に優れた軸受部品、およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決することのできた本発明に係る軸受部品は、Ｃ：０．２〜０．６％（質量％の意味。化学成分について以下同じ。）、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｃｒ：１．０〜２．５％、Ｍｏ：０．５〜２％、Ｖ：０．１〜１％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｎ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ｏ：０．００５％以下（０％を含まない）を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、表面から深さ５０μｍ位置までの領域に存在する炭化物の平均円相当直径が０．１０〜０．５０μｍで、且つ前記炭化物の面積率が６．０〜２５％であるところに特徴を有している。

上記軸受部品は、更に、他の元素として、Ｃｕ：０．２５％以下（０％を含まない）、およびＮｉ：０．２５％以下（０％を含まない）のうちから選ばれた１種または２種を含有してもよい。

本発明に係る軸受部品は、上記成分組成を満足する鋼材を、カーボンポテンシャルが１．０％以上、１．３％以下の雰囲気で、９００℃超、９５０℃以下の温度域で浸炭した後、焼入れを行う第１浸炭工程と、第１浸炭工程で得られた鋼材を８００℃以上、８８０℃以下の範囲に再加熱し、カーボンポテンシャルが０．８％以上、１．０％未満である雰囲気で浸炭した後、焼入れを行う第２浸炭工程、を含む方法によって製造できる。

本発明によれば、軸受部品の表面から深さ５０μｍ位置までの領域に、微細な炭化物を所定量生成させているため、軸受部品の耐摩耗性を向上させることができる。その結果、軸受部品の早期損傷を抑えることができ、保守回数を低減できる。

図１は、ローラーピッチング試験片の形状を示す模式図である。図２は、炭化物の面積率と摩耗量との関係を示すグラフである。

上記特許文献１のように、鋼中に微細な炭化物、窒化物、及び炭窒化物などの析出物を生成させることにより、耐摩耗性を改善する技術が知られているが、微細な析出物以外に、粗大な析出物が生成すると、強度が低くなり、耐摩耗性が劣化する。そこで、本発明では、粗大な析出物の生成を抑制するために、軸受部品の成分組成のうち、焼入れ性向上に寄与するＣｒ、Ｍｏ、およびＶの含有量を適切に制御したうえで、所定の条件で浸炭処理している。

即ち、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＶは、焼入れ性に寄与する元素であると共に、鋼中の炭素と結合して、硬質の炭化物を形成する元素である。そのため、軸受部品の表層に微細な硬質の炭化物を生成させることによって、耐摩耗性を向上させることができる。一方、炭化物が粗大化すると、焼入れ性に寄与する元素量が減少するため、軸受部品の強度が低くなり、耐摩耗性が劣化する。そこで、本発明では、第１浸炭工程として、カーボンポテンシャルが１．０％以上、１．３％以下の雰囲気で、９００℃超、９５０℃以下の温度域で浸炭した後、焼入れを行うことにより、浸炭させた炭素を固溶したまま固定する。次いで、第２浸炭工程として、第１浸炭工程で得られた鋼材を８００℃以上、８８０℃以下の範囲に再加熱し、カーボンポテンシャルが０．８％以上、１．０％未満である雰囲気で浸炭させることにより、微細な炭化物を一気に生成させ、粗大な炭化物の生成を抑制する。微細な炭化物を析出させた後は、焼入れを行うことにより、炭化物の粗大化を防止する。

尚、本発明の軸受部品において、炭化物とは、炭化物形成元素と炭素が結合したものが全て含まれ、例えば、（Ｆｅ，Ｃｒ）₃Ｃ、（Ｆｅ，Ｃｒ）₇Ｃ₃、Ｍｏ₂Ｃ、ＶＣ等が挙げられる。本発明において、炭化物を構成している炭素の一部が窒素に置換した炭窒化物は、炭化物に含まれない。

まず、本発明の軸受部品の成分組成について説明する。

［Ｃ：０．２〜０．６％］
Ｃは、軸受部品としての芯部硬さを確保するために作用する元素であり、０．２％以上含有する必要がある。Ｃ量は、０．２５％以上であることが好ましく、より好ましくは０．３０％以上である。しかし、過剰に含有すると、軸受部品の靭性が劣化する。また、強度が高くなり過ぎると、軸受部品形状に加工するときの被削性や冷間鍛造性が悪くなる。従って、Ｃ量は、０．６％以下とする。Ｃ量は、０．５５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．５０％以下である。

［Ｓｉ：０．１〜１％］
Ｓｉは、固溶強化および焼入れ性を向上させて強度を高めると共に、炭化物を微細化する作用を有している元素である。こうした作用を発揮させるために、Ｓｉは、０．１％以上含有する必要がある。Ｓｉ量は、０．３％以上であることが好ましく、より好ましくは０．４％以上である。しかし、Ｓｉ量が多くなり過ぎると、強度が高くなり過ぎて、軸受部品形状に加工するときの被削性や冷間鍛造性が著しく低下するため、Ｓｉ量は１％以下に抑える必要がある。Ｓｉ量は、０．９％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．７％以下である。

［Ｍｎ：０．１〜１．０％］
Ｍｎは、固溶強化および焼入れ性を向上させて強度を高めるために必要な元素であり、Ｍｎ量が不足すると、不完全焼入れ組織が生成し、耐摩耗性を改善できない。従って本発明では、Ｍｎ量は、０．１％以上とする。Ｍｎ量は、０．１５％以上であることが好ましく、より好ましくは０．２０％以上である。しかし、Ｍｎ量が多くなり過ぎると、強度が高くなり過ぎて、軸受部品形状に加工するときの被削性や冷間鍛造性が低下する。また、浸炭処理後には、残留オーステナイトが多量に生成するため、軸受部品の強度を低下させる原因となる。従って本発明では、Ｍｎ量は１．０％以下に抑える必要がある。Ｍｎ量は、０．８０％以下であることが好ましく、より好ましくは０．６０％以下である。

［Ｃｒ：１．０〜２．５％］
Ｃｒは、焼入れ性を向上させると共に、硬質な炭化物を生成し、耐摩耗性を改善するのに作用する重要な元素である。Ｃｒ量が不足すると、不完全焼入れ組織となり、耐摩耗性を改善できない。従って本発明では、Ｃｒは、１．０％以上含有させる必要がある。Ｃｒ量は、１．１％以上とすることが好ましく、より好ましくは１．２％以上である。しかし、Ｃｒ量が多くなり過ぎると、浸炭を阻害し、析出する炭化物が小さくなり過ぎて、炭化物の生成量も減少し、耐摩耗性を改善できない。また、強度が高くなり過ぎて、軸受部品形状に加工するときの被削性や冷間鍛造性が低下する。従って本発明では、Ｃｒ量は、２．５％以下とする。Ｃｒ量は、２．３％以下とすることが好ましく、より好ましくは２．０％以下である。

［Ｍｏ：０．５〜２％］
Ｍｏは、焼入れ性を向上させると共に、硬質な炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与する重要な元素である。こうした作用を発揮させるには、Ｍｏは、０．５％以上含有させる必要がある。Ｍｏ量は、好ましくは０．６％以上であり、より好ましくは０．８％以上である。しかし、Ｍｏ量が多くなり過ぎると、強度が高くなり過ぎて、軸受部品形状に加工するときの被削性や冷間鍛造性が低下する。従って本発明では、Ｍｏ量は２％以下に抑える必要がある。Ｍｏ量は、好ましくは１．５％以下であり、より好ましくは１．３％以下である。

［Ｖ：０．１〜１％］
Ｖは、焼入れ性を向上させると共に、硬質な炭化物を析出し、耐摩耗性の向上に寄与する元素である。こうした作用を発揮させるには、Ｖは、０．１％以上含有させる必要がある。Ｖ量は、０．２％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．３％以上である。しかし、Ｖ量が多くなり過ぎると、強度が高くなり過ぎて、軸受部品形状に加工するときの被削性や冷間鍛造性が低下する。従って本発明では、Ｖ量は１％以下に抑えるべきである。Ｖ量は、０．８％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．６％以下である。

［Ａｌ：０．０１〜０．１％］
Ａｌは、脱酸作用を有すると共に、Ｎと結合して窒化物を形成し、オーステナイト結晶粒を微細化し、靭性を高める元素である。こうした作用を発揮させるためには、Ａｌは、０．０１％以上含有させる必要がある。Ａｌ量は、０．０２％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．０３％以上である。しかし、Ａｌを０．１％を超えて含有させてもこうした効果は飽和するため、上限は０．１％とする。Ａｌ量は、０．０９％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０８％以下である。

［Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）］
Ｐは、不可避不純物として含有する元素である。Ｐが粒界に偏析すると、軸受部品形状に加工するときの加工性が低下する。従ってＰ量は、極力低減することが望まれるが、極端に低減するには、製鋼コストの増大を招くため、本発明では、Ｐ量は、０．０５％以下とする。Ｐ量は、０．０４％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０３％以下である。

［Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）］
Ｓは、不可避不純物として含有する元素である。Ｓを多量に含有するとＭｎＳとして析出し、微細なクラックの起点となり、耐摩耗性を低下させる原因となる。従ってＳ量は、できるだけ低減することが推奨されるが、極端に低減するには、製鋼コストの増大を招くため、本発明では、Ｓ量は、０．０５％以下とする。Ｓ量は、０．０４％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０３％以下である。

［Ｎ：０．０２％以下（０％を含まない）］
Ｎは、Ａｌと結合して窒化物を形成し、オーステナイト結晶粒を微細化し、靭性を高める元素である。しかし、ＡｌＮは、硬質の析出物であるため、過剰に生成すると、微細なクラック発生の起点となる。従ってＮ量は、０．０２％以下とする必要がある。Ｎ量は、０．０１８％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０１５％以下である。

［Ｏ：０．００５％以下（０％を含まない）］
Ｏは、ＡｌやＳｉと結合し、耐摩耗性に悪影響を及ぼす酸化物系介在物を生成する元素である。また、酸化物系介在物は、軸受部品形状に加工するときの冷間加工性にも悪影響を及ぼす。従ってＯ量は、極力低減することが望ましいが、極端に低減するには、製鋼コストの増大を招く。従って本発明では、Ｏ量は、０．００５％以下とする必要がある。Ｏ量は、０．００４％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．００３％以下である。

本発明の軸受部品の成分組成は、残部は、鉄および不可避不純物である。

本発明の軸受部品は、更に、他の元素として、Ｃｕおよび／またはＮｉを含有してもよい。

［Ｃｕ：０．２５％以下（０％を含まない）、およびＮｉ：０．２５％以下（０％を含まない）のうちから選ばれた１種または２種］
ＣｕおよびＮｉは、いずれも焼入れ性向上元素として作用し、軸受部品の表面硬さを高め、耐摩耗性の向上に寄与する元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、Ｃｕは、０．０１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．０２％以上、更に好ましくは０．０３％以上である。Ｎｉは、０．０１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．０２％以上、更に好ましくは０．０３％以上である。しかし、Ｃｕ量またはＮｉ量が０．２５％を超えると、軸受部品に加工するときの加工性が劣化することがある。従って本発明では、Ｃｕ量は０．２５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．２０％以下、更に好ましくは０．１５％以下である。Ｎｉ量は、０．２５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．２０％以下、更に好ましくは０．１５％以下である。

本発明の軸受部品は、上記成分組成を満足する鋼材に浸炭処理を施したものであり、表面から深さ５０μｍ位置までの領域（以下、表層部ということがある。）に存在する炭化物は、平均円相当直径が０．１０〜０．５０μｍであり、該炭化物の面積率は６．０〜２５％である。

［炭化物の平均円相当直径：０．１０〜０．５０μｍ］
軸受部品の表層部に微細な硬質の炭化物を析出させることによって強化でき、耐摩耗性を向上させることができる。こうした作用を発揮させるには、炭化物の平均円相当直径を０．１０μｍ以上とする必要がある。炭化物の平均円相当直径は、好ましくは０．１１μｍ以上であり、より好ましくは０．１２μｍ以上である。しかし炭化物が大きくなり過ぎて粗大化すると、耐摩耗性の向上に寄与しないばかりか、破壊の起点となり、耐摩耗性を却って劣化させる原因となる。従って本発明では、炭化物の平均円相当直径は、０．５０μｍ以下とする。炭化物の平均円相当直径は、０．３０μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは０．２０μｍ以下である。

本発明の軸受部品は、上記表層部に粗大な炭化物が生成していないことが好ましい。例えば、観察視野１００μｍ²あたり、円相当直径が０．５０μｍ以上の炭化物の平均個数は、１０個以下であることが好ましく、より好ましくは４．０個以下である。

［炭化物の面積率：６．０〜２５％］
軸受部品の表層部を強化し、耐摩耗性を向上させるには、該軸受部品の表層に存在している炭化物の面積率を、６．０％以上とする必要がある。面積率は、９％以上とすることが好ましく、より好ましくは１３％以上である。しかし、軸受部品の表層部に存在している炭化物の面積率が多くなり過ぎると、該炭化物には、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖなどの焼入れ性向上元素が固溶しているため、母相の焼入れ性が低下する。その結果、軸受部品の強度が低下し、耐摩耗性を改善できない。従って本発明では、炭化物の面積率は、２５％以下とする。面積率は、２２％以下とすることが好ましく、より好ましくは２０％以下である。

上記炭化物の平均円相当直径および面積率は、軸受部品の表面から深さ５０μｍ位置までの領域を観察できる断面を、例えば、走査型電子顕微鏡で観察して測定すればよい。具体的な測定手順は、実施例の項で説明する。

次に、本発明に係る軸受部品の製造方法について説明する。

まず、上記成分組成を満足する鋼を、常法に従って、熱間加工（例えば、熱間圧延や熱間鍛造）して鋼材を製造する。

熱間加工は、例えば、９００〜１３００℃に加熱し、熱間圧延または熱間鍛造した後、室温まで冷却すればよい。冷却速度は、例えば、０．０１〜１０℃／秒とすればよい。

熱間加工して得られた鋼材は、溶体化処理を施してもよい。溶体化処理は、例えば、１１００〜１３００℃に加熱し、１〜５時間保持してから、冷却速度を０．５〜２０℃／秒として冷却して行えばよい。

溶体化処理の後は、更に焼ならし処理を施してもよい。焼きならし処理は、例えば、７５０〜１１００℃に加熱し、１０分間以上５時間以下保持してから、室温まで冷却すればよい。冷却速度は、例えば、０．０１〜１０℃／秒とすればよい。

次に、上記熱間加工して得られた鋼材（即ち、圧延材または鍛伸材）に、浸炭処理を施す。具体的には、第１浸炭工程として、カーボンポテンシャルが１．０％以上、１．３％以下の雰囲気で、９００℃超、９５０℃以下の温度域で浸炭した後、焼入れを行う。そして、第２浸炭工程として、上記第１浸炭工程で得られた鋼材を８００℃以上、８８０℃以下の範囲に再加熱し、この温度範囲においてカーボンポテンシャルが０．８％以上、１．０％未満である雰囲気で浸炭した後、焼入れを行う。

［第１浸炭工程］
（カーボンポテンシャル（Ｃｐ）：１．０％以上、１．３％以下）
高濃度に浸炭するには、オーステナイトと炭化物の二相域で浸炭処理する必要があり、Ｃｐは１．０％以上とする。Ｃｐは、１．０５％以上が好ましく、より好ましくは１．１０％以上である。しかし、Ｃｐが１．３％を超えると、浸炭中に部品表面に煤が発生し、浸炭が阻害される。よって、Ｃｐは１．３％以下にする必要がある。Ｃｐは、１．２８％以下であることが好ましく、より好ましくは１．２５％以下である。

（浸炭温度：９００℃超、９５０℃以下）
浸炭温度が９００℃以下では、浸炭が進み難くなるため、生産性が悪くなる。従って、本発明の製造方法では、浸炭温度は９００℃超とする。浸炭温度は、９１０℃以上とすることが好ましく、より好ましくは９２０℃以上である。しかし、浸炭温度が９５０℃を超えると、異常粒成長が発生し、軸受部品の強度が著しく低下する。従って、本発明の製造方法では、浸炭温度は９５０℃以下とする。浸炭温度は、９４０℃以下とすることが好ましく、より好ましくは９３０℃以下である。

（処理時間：２〜５時間）
上記Ｃｐおよび上記浸炭温度の範囲を満足している第１浸炭工程における処理時間は、特に限定されず、浸炭により硬化させたい深さを考慮して設定すればよい。処理時間は、例えば、２〜５時間が好ましい。処理時間は、より好ましくは３時間以上であり、より好ましくは４時間以下である。

第１浸炭工程で浸炭処理した後は、焼入れを行う。焼入れは、例えば、油焼入れや水焼入れを行えばよい。

［第２浸炭工程］
（加熱温度：８００℃以上、８８０℃以下）
第２浸炭工程では、上記第１浸炭工程で得られた鋼材を８００℃以上、８８０℃以下の範囲に再加熱する。

再加熱するときの平均加熱速度は、例えば、５〜１０℃／分とすればよい。

加熱温度が８００℃を下回ると、炭化物が多量に析出し、粗大化する。粗大な炭化物は、破壊の起点となり、耐摩耗性を劣化させる原因となる。また、炭化物が多量に析出することにより、焼入れ性向上に寄与する元素が減少するため、焼入れ性不足となり、強度が低下し、耐摩耗性が低下する。従って、本発明の製造方法では、加熱温度は８００℃以上とする。加熱温度は、８１０℃以上とすることが好ましく、より好ましくは８２０℃以上である。しかし、加熱温度が８８０℃を超えると、第１浸炭工程で固溶させた炭素を炭化物として析出させることができず、充分な量の炭化物を確保できないため、耐摩耗性を改善できない。従って、本発明の製造方法では、加熱温度は８８０℃以下とする。加熱温度は、８７０℃以下とすることが好ましく、より好ましくは８６０℃以下である。

（カーボンポテンシャル（Ｃｐ）：０．８％以上、１．０％未満）
８００℃以上、８８０℃以下の範囲に再加熱し、この温度範囲で行う第２浸炭工程における雰囲気のＣｐが１．０％以上になると、浸炭が更に進み、セメンタイト等の網状の炭化物が析出する。網状の炭化物は、耐摩耗性の向上に寄与しないばかりか、軸受部品の強度を劣化させる原因となる。従って、本発明の製造方法では、Ｃｐは１．０％未満とする。Ｃｐは、０．９８％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．９５％以下である。しかし、Ｃｐが０．８％を下回ると、脱炭が発生し、充分な量の炭化物を確保できない。従って、本発明の製造方法では、Ｃｐは０．８％以上とする。Ｃｐは、０．８３％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．８５％以上である。

（処理時間：０．５〜２時間）
上記加熱温度の範囲および上記Ｃｐを満足している第２浸炭工程における処理時間は、特に限定されず、上記第１浸炭工程で固溶させた炭素を炭化物として析出させる時間であればよい。処理時間は、例えば、０．５〜２時間が好ましく、より好ましくは１〜２時間である。

第２浸炭工程で浸炭処理した後は、焼入れを行う。焼入れは、例えば、油焼入れや水焼入れを行えばよい。また、焼入れを行った後は、常法に従って、焼戻しを行ってもよい。

上記Ｃｐは、Ｏ₂センサ法や赤外線分析計によるＣＯ₂法、露点測定法、鉄線を用いたカーボンポテンションメータなど一般に用いられる方法によって測定すればよい。特に、Ｃｐコイルと呼ばれる鉄線を炉内に配置し、このＣｐコイルを用いて赤外線吸収法などによって定量分析する方法が測定精度の面で最も優れている。

こうして得られた軸受部品の表面における金属組織は、マルテンサイトが主体（主体とは、６０面積％以上）であり、残留オーステナイトが少量（例えば、３０面積％以下）生成していてもよい。なお、残留オーステナイトが過剰に生成すると、表面硬さが低下し、耐摩耗性が悪くなる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

下記表１に示す成分組成の鋼（残部は、鉄および不可避不純物）を小型炉にて溶製し、１１００〜１３００℃に加熱した後、熱間鍛造し、１１００〜１３００℃で１〜５時間の溶体化処理、９００〜１１００℃で１〜５時間の焼きならし処理を行い、平均冷却速度０．５℃／秒で室温まで冷却し、直径３２ｍｍの鍛伸材を製造した。得られた鍛伸材を図１に示すローラーピッチング試験片の形状に機械加工した。

機械加工して得られた試験片に、第１浸炭工程として浸炭処理を行なった後、油焼入れし、次いで、第２浸炭工程として浸炭処理を行なった後、油焼入れを行い、更に焼戻し処理を行った。下記表２に、第１浸炭工程として行った浸炭処理におけるカーボンポテンシャル（Ｃｐ）、および浸炭温度（℃）、第２浸炭工程として行なった浸炭処理におけるカーボンポテンシャル（Ｃｐ）、および加熱温度（℃）を示す。なお、第１浸炭工程において、９００℃超、９５０℃以下の温度域での滞在時間は、３〜４時間（下記表２のＮｏ．２０を除く）、第２浸炭工程において、８００℃以上、８８０℃以下の範囲での滞在時間は、１〜２時間（下記表２のＮｏ．２３、２４を除く）であった。第１浸炭工程において油焼入れした後、第２浸炭工程における加熱温度に加熱するときの平均速度は、５〜１０℃／分とした。また、第２浸炭工程後の焼戻し処理は、１７０℃で２時間保持して行った。

焼戻し処理して得られた試験片について、表面から５０μｍ位置までの領域に存在する炭化物の円相当直径と面積率を次の手順で測定した。試験片の表面（試験面）から５０μｍ位置までの領域が観察できるように試験片を切断し、切断面を研磨した後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、８０００倍で観察した。観察視野数は３視野とし、粒子解析ソフト［「粒子解析ＩＩＩｆｏｒＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）．Ｖｅｒｓｉｏｎ３．００（商品名）」、ＳＵＭＩＴＯＭＯＭＥＴＡＬＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ製］を用い、炭化物の円相当直径と面積率を測定した。３視野について測定した炭化物の円相当直径と面積率の平均値を求め、結果を下記表２に示す。また、下記表２には、円相当直径が０．５μｍ以上の炭化物の個数を３視野の夫々について測定し、平均値を算出し、観察視野１００μｍ²に換算した値を併せて示す。

なお、上記試験片の表面における金属組織は、Ｎｏ．２５〜２７を除いて、マルテンサイトが主体であり、残留オーステナイトは３０面積％以下であった。

次に、焼戻し処理して得られた試験片の表面を、仕上げ研磨した後、ローラーピッチング試験を行い、耐摩耗性を評価した。試験には、ローラーピッチング試験機を用い、次の条件で行った。
＜試験条件＞
面圧：３．０ＧＰａ
回転数：１５００ｒｐｍ
すべり率：−４０％
油温：８０℃
相手ローラー：ＪＩＳＧ４８０５（１９９９）高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２

試験片を５００万回回転させた時点で、試験を中止し、試験片の摺動面における周囲９０°毎の位置での摩耗プロファイルを２０ｍｍの長さ分測定した。測定した４箇所の摩耗プロファイルの夫々について、試験片表面から最も深くなっている位置の深さを測定し、これらを平均して摩耗量（μｍ）を算出した。結果を下記表２に示す。摩耗量が１．０μｍ以下の場合を合格（本発明例）とし、摩耗量が１．０μｍを超える場合を不合格（比較例）とした。なお、５００万回以内に試験片が損傷したものについては、強度不足と判断し、試験片の摺動面における摩耗プロファイルは測定しなかった。

また、炭化物の平均円相当直径と摩耗量との関係を図２に示す。なお、下記表２に示した結果のうち、Ｎｏ．２２、２３は、強度不足のため耐摩耗性を評価していないので図２にはプロットしなかった。また、Ｎｏ．２５〜３０は、成分組成が本発明で規定している要件を外れているため、図２にはプロットしなかった。

上記表２および図２から次のように考察できる。

Ｎｏ．１〜１７は、いずれも本発明で規定している要件を満足している例であり、成分組成、並びに表面から５０μｍ位置までの領域に存在する炭化物の平均円相当直径および面積率が適切に制御されているため、耐摩耗性に優れている。

一方、Ｎｏ．１８〜３０は、いずれも本発明で規定している要件を満足しない例であり、耐摩耗性を改善できていない。

即ち、Ｎｏ．１８は、第１浸炭工程における浸炭条件のうち、カーボンポテンシャルが低過ぎる例である。その結果、浸炭不足となり、炭化物の生成が少なくなったため、面積率が所定の範囲を下回り、耐摩耗性を改善できなかった。

Ｎｏ．１９は、第１浸炭工程における浸炭条件のうち、カーボンポテンシャルが高過ぎた例である。その結果、浸炭処理中に試験片表面に煤が発生し、浸炭が阻害されたため、浸炭不足となり、炭化物の生成が少なくなった。従って炭化物の面積率が所定の範囲を下回り、耐摩耗性を改善できなかった。

Ｎｏ．２０は、第１浸炭工程における浸炭条件のうち、浸炭温度が低過ぎたため、浸炭不足となり、炭化物の生成が少なくなった。その結果、炭化物の面積率が所定の範囲を下回り、耐摩耗性を改善できなかった。

Ｎｏ．２１は、第２浸炭工程における浸炭条件のうち、カーボンポテンシャルが低過ぎた例である。その結果、脱炭し、炭化物の面積率が所定の範囲を下回ったため、耐摩耗性を改善できなかった。

Ｎｏ．２２は、第２浸炭工程における浸炭条件のうち、カーボンポテンシャルが高過ぎた例である。その結果、炭化物が網目状に生成したため、強度が低下し、５００万回以内に試験片が損傷した。

Ｎｏ．２３は、第２浸炭工程における浸炭条件のうち、加熱温度が低過ぎた例である。その結果、炭化物が多量に生成し、粗大化した。また、炭化物の面積率が高くなり過ぎた。従って、強度が低下し、５００万回以内に粗大な炭化物を起点として損傷した。

Ｎｏ．２４は、第２浸炭工程における浸炭条件のうち、加熱温度が高過ぎた例である。その結果、固溶Ｃが増加し、炭化物が所定量生成せず、また生成した炭化物は非常に微細なものとなり、耐摩耗性を改善できなかった。

Ｎｏ．２５は、Ｍｎ量が少な過ぎる例である。その結果、焼入れ性不足となり、試験片の表層に不完全焼入れ組織が生成したため、強度が低くなり、耐摩耗性を改善できなかった。

Ｎｏ．２６は、Ｍｎを過剰に含有する例である。その結果、第２浸炭処理工程の後に残留オーステナイトが多量に生成し、強度が低下したため、耐摩耗性を改善できなかった。

Ｎｏ．２７は、Ｃｒ量が少な過ぎる例である。その結果、焼入れ性不足となり、試験片の表層に不完全焼入れ組織が生成したため、強度が低くなり、耐摩耗性を改善できなかった。

Ｎｏ．２８は、Ｃｒを過剰に含有する例である。その結果、浸炭が阻害され、生成する炭化物が非常に微細なものとなり、炭化物の面積率も小さくなったため、耐摩耗性を改善できなかった。

Ｎｏ．２９は、Ｍｏ量が少な過ぎる例である。その結果、炭化物形成元素が不足し、生成する炭化物が非常に微細なものとなった。また、炭化物の面積率も小さくなった。従って、耐摩耗性を改善できなかった。

Ｎｏ．３０は、Ｖ量が少な過ぎる例である。その結果、炭化物形成元素が不足し、炭化物の面積率が小さくなった。従って、耐摩耗性を改善できなかった。

Claims

Ｃ：０．２〜０．６％（質量％の意味。化学成分について以下同じ。）、
Ｓｉ：０．１〜１％、
Ｍｎ：０．１〜１．０％、
Ｃｒ：１．０〜２．５％、
Ｍｏ：０．５〜２％、
Ｖ：０．１〜１％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、
Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）、
Ｎ：０．０２％以下（０％を含まない）、
Ｏ：０．００５％以下（０％を含まない）を含有し、
残部が鉄および不可避不純物からなり、
表面から深さ５０μｍ位置までの領域に存在する炭化物の平均円相当直径が０．１０〜０．５０μｍで、且つ
前記炭化物の面積率が６．０〜２５％であることを特徴とする耐摩耗性に優れた軸受部品。
更に、他の元素として、
Ｃｕ：０．２５％以下（０％を含まない）、および
Ｎｉ：０．２５％以下（０％を含まない）のうちから選ばれた１種または２種を含有する請求項１に記載の軸受部品。
請求項１または２に記載の成分組成を満足する鋼材を、
カーボンポテンシャルが１．０％以上、１．３％以下の雰囲気で、９００℃超、９５０℃以下の温度域で浸炭した後、焼入れを行う第１浸炭工程と、
第１浸炭工程で得られた鋼材を８００℃以上、８８０℃以下の範囲に再加熱し、カーボンポテンシャルが０．８％以上、１．０％未満である雰囲気で浸炭した後、焼入れを行う第２浸炭工程、
を含むことを特徴とする耐摩耗性に優れた軸受部品の製造方法。