JP2024012929A - 転動部品及び転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】表面における耐摩耗性を確保しつつ、表面における耐圧痕形成能を高めることが可能な転動部品を提供する。【解決手段】転動部品は、表面を有する鋼製である。転動部品は、表面からの距離が２０μｍまでの領域である表層部を備えている。鋼は、０．１５質量パーセント以上１．１０質量パーセント以下の炭素と、０．１５質量パーセント以上０．７０質量パーセント以下のシリコンと、０．３０質量パーセント以上１．２０質量パーセント以下のマンガンと、１．００質量パーセント以上１．７０質量パーセント以下のクロムと、０．５０質量パーセント以下のモリブデンと、０．５０質量パーセント以下のバナジウムと、０．５０質量パーセント以下のニオブと、残部を構成している鉄及び不可避不純物とを含有している。表層部における平均炭素濃度及び平均窒素濃度は、それぞれ０．７質量パーセント以上及び０．１質量パーセント以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、転動部品及び転がり軸受に関する。

例えば特開２０００－２３４１４５号公報（特許文献１）には、転動部品（円錐ころ軸受のころ）が記載されている。特許文献１に記載の転動部品は、浸炭浸窒処理、焼入れ及び焼戻しの行われた鋼製である。特許文献１に記載の転動部品では、表層部における残留オーステナイト量が高められている。このように、従来から、耐摩耗性を向上させるために転動部品の表面に対する浸炭浸窒処理が適用されており、異物混入環境下での圧痕起点型剥離の抑制のために表層部における残留オーステナイト量の増加が適用されている。

特開２０００－２３４１４５号公報

しかしながら、表層部における残留オーステナイト量が増加すると、表面における耐圧痕形成能（静的負荷容量）が低下してしまう。本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、表面における耐摩耗性を確保しつつ、表面における耐圧痕形成能を高めることが可能な転動部品を提供する。

本発明の転動部品は、表面を有する鋼製である。転動部品は、表面からの距離が２０μｍまでの領域である表層部を備える。鋼は、０．１５質量パーセント以上１．１０質量パーセント以下の炭素と、０．１５質量パーセント以上０．７０質量パーセント以下のシリコンと、０．３０質量パーセント以上１．２０質量パーセント以下のマンガンと、１．００質量パーセント以上１．７０質量パーセント以下のクロムと、０．５０質量パーセント以下のモリブデンと、０．５０質量パーセント以下のバナジウムと、０．５０質量パーセント以下のニオブと、残部を構成している鉄及び不可避不純物とを含有する。表層部における平均炭素濃度及び平均窒素濃度は、それぞれ０．７質量パーセント以上及び０．１質量パーセント以上である。表層部において、マルテンサイトブロックの｛０１１｝面の結晶方位密度の最大値は、４．０倍ランダム以下である。

上記の転動部品では、表層部において、析出物が分散されていてもよい。析出物は、セメンタイト、窒化物及び炭窒化物の少なくともいずれかであってもよい。窒化物及び炭窒化物の主成分は、クロム、バナジウム又はニオブであってもよい。表層部において、析出物の面積率は、２．０パーセント以上であってもよい。

上記の転動部品では、表面からの距離が５０μｍとなる位置における硬さが、６０ＨＲＣ以上であってもよい。

上記の転動部品では、鋼中におけるモリブデンの含有量が０．０１質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下であってもよい。

上記の転動部品では、鋼中におけるバナジウムの含有量が０．０１質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下であってもよい。

上記の転動部品では、鋼中のニオブの含有量が０．０１質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下であってもよい。

上記の転動部品では、鋼が、０．２０質量パーセント以上１．００質量パーセント以下の炭素と、０．２０質量パーセント以上０．６０質量パーセント以下のシリコンと、０．４０質量パーセント以上１．１０質量パーセント以下のマンガンと、１．１０質量パーセント以上１．６０質量パーセント以下のクロムと、０．５０質量パーセント以下のモリブデンと、０．５０質量パーセント以下のバナジウムと、０．５０質量パーセント以下のニオブと、残部を構成している鉄及び不可避不純物とを含有していてもよい。

上記の転動部品では、鋼中におけるモリブデンの含有量が０．０３質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下であってもよい。

上記の転動部品では、鋼中におけるバナジウムの含有量が０．０３質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下であってもよい。

上記の転動部品では、鋼中におけるニオブの含有量が０．０３質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下であってもよい。

上記の転動部品では、表層部におけるマルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均粒径が、３．０μｍ以下であってもよい。上記の転動部品では、表層部におけるマルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均アスペクト比が、４．０以下であってもよい。

本発明の転がり軸受は、軌道輪と、転動体とを備える。軌道輪及び転動体の少なくともいずれかは、上記の転動部品である。上記の転がり軸受は、水素利用機器用であってもよい。

本発明の転動部品及び転がり軸受によると、表面における耐摩耗性を確保しつつ、表面における耐圧痕形成能を高めることが可能である。

転がり軸受１００の断面図である。 転がり軸受１００の製造工程図である。 転がり軸受１００の製造方法の変形例を示す工程図である。

本発明の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面では、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。実施形態に係る転がり軸受を、転がり軸受１００とする。

（転がり軸受１００の構成）
図１は、転がり軸受１００の断面図である。図１に示されるように、転がり軸受１００は、深溝玉軸受である。但し、転がり軸受１００は深溝玉軸受に限られない。転がり軸受１００は、例えば、高圧水素減圧弁、水素循環器等の水素利用機器用である。転がり軸受１００は、ＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle）やＥＶ（Electric Vehicle）のトランスアクスル用、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）等のトランスミッション用、モータ用であってもよい。転がり軸受１００は、電装部品・補機（オルタネータ、カーエアコンの電磁クラッチ、ファンカップリング装置、中間プーリ、電動ファンモータ、圧縮機、電動アクチュエータ、電動パワーステアリング等）用であってもよい。転がり軸受１００は、工作機械の主軸用、風力発電機の増速機用、鉄道車両の車軸、駆動装置又は主電動機用、建設機械のアクスル用、抄紙機用、変速機用であってもよい。転がり軸受１００は、ハブベアリングであってもよい。

転がり軸受１００は、内輪１０と、外輪２０と、複数の転動体３０と、保持器４０とを有している。内輪１０の中心軸を、中心軸Ａとする。中心軸Ａに沿う方向を、軸方向とする。中心軸Ａに直交し、かつ中心軸Ａを通る方向を、径方向とする。軸方向に沿って見た際に中心軸Ａを中心とする円周に沿う方向を、周方向とする。

内輪１０は、リング状である。内輪１０は、第１幅面１０ａと、第２幅面１０ｂと、内径面１０ｃと、外径面１０ｄとを有している。第１幅面１０ａ、第２幅面１０ｂ、内径面１０ｃ及び外径面１０ｄを合わせて、内輪１０の表面ということがある。

第１幅面１０ａ及び第２幅面１０ｂは、軸方向における内輪１０の端面である。第１幅面１０ａは、軸方向における一方側（図１中では、左側）を向いている。第２幅面１０ｂは、軸方向における他方側（図１中では、右側）を向いている。すなわち、第２幅面１０ｂは、軸方向における第１幅面１０ａの反対面である。

内径面１０ｃ及び外径面１０ｄは、周方向に延在している。内径面１０ｃは径方向における内側を向いており、外径面１０ｄは径方向における外側を向いている。すなわち、外径面１０ｄは、径方向における内径面１０ｃの反対面である。軸方向における内径面１０ｃの一方端及び他方端は、それぞれ第１幅面１０ａ及び第２幅面１０ｂに連なっている。軸方向における外径面１０ｄの一方端及び他方端は、それぞれ第１幅面１０ａ及び第２幅面１０ｂに連なっている。内輪１０は、内径面１０ｃにおいて、軸（図示せず）に嵌め合わされている。

外径面１０ｄは、軌道面１０ｄａを有している。軌道面１０ｄａは、転動体３０に接触する外径面１０ｄの部分である。軌道面１０ｄａは、周方向に延在している。外径面１０ｄは、軌道面１０ｄａにおいて、内径面１０ｃ側に窪んでいる。軌道面１０ｄａは、周方向に直交する断面視において、部分円弧状である。軌道面１０ｄａは、軸方向において、外径面１０ｄの中央部にある。

外輪２０は、リング状である。外輪２０は、第１幅面２０ａと、第２幅面２０ｂと、内径面２０ｃと、外径面２０ｄとを有している。第１幅面２０ａ、第２幅面２０ｂ、内径面２０ｃ及び外径面２０ｄを合わせて、外輪２０の表面ということがある。

第１幅面２０ａ及び第２幅面２０ｂは、軸方向における外輪２０の端面である。第１幅面２０ａは、軸方向における一方側を向いている。第２幅面２０ｂは、軸方向における他方側を向いている。すなわち、第２幅面２０ｂは、軸方向における第１幅面２０ａの反対面である。

内径面２０ｃ及び外径面２０ｄは、周方向に延在している。内径面２０ｃは径方向における内側を向いており、外径面２０ｄは径方向における外側を向いている。すなわち、外径面２０ｄは、径方向における内径面２０ｃの反対面である。軸方向における内径面２０ｃの一方端及び他方端は、それぞれ第１幅面２０ａ及び第２幅面２０ｂに連なっている。軸方向における外径面２０ｄの一方端及び他方端は、それぞれ第１幅面２０ａ及び第２幅面２０ｂに連なっている。外輪２０は、外径面２０ｄにおいて、ハウジング（図示せず）に嵌め合わされている。外輪２０は、内径面２０ｃが外径面１０ｄと間隔を空けて対向するように、内輪１０の径方向における外側に配置されている。

内径面２０ｃは、軌道面２０ｃａを有している。軌道面２０ｃａは、転動体３０に接触する内径面２０ｃの部分である。軌道面２０ｃａは、周方向に延在している。内径面２０ｃは、軌道面２０ｃａにおいて、外径面２０ｄ側に窪んでいる。軌道面２０ｃａは、周方向に直交する断面視において、部分円弧状である。軌道面２０ｃａは、軸方向において、内径面２０ｃの中央部にある。軌道面２０ｃａは、軌道面１０ｄａと間隔を空けて対向している。

転動体３０は、球状である。転動体３０は、外径面１０ｄと内径面２０ｃとの間に配置されている。より具体的には、転動体３０は、軌道面１０ｄａと軌道面２０ｃａとの間に配置されている。複数の転動体３０は、軌道面１０ｄａと軌道面２０ｃａとの間において周方向に並んでいる。保持器４０は、隣り合う２つの転動体３０の間の周方向における間隔が一定範囲内となるように、複数の転動体３０を保持している。

内輪１０、外輪２０及び転動体３０は、焼入れ及び焼戻しの行われた鋼製である。内輪１０、外輪２０及び転動体３０を構成している鋼に対しては、浸窒処理又は浸炭浸窒処理が行われていてもよい。

内輪１０、外輪２０及び転動体３０を構成している鋼の組成は、表１に示されている組成である。表１に示されている組成の鋼を、第１組成の鋼ということがある。

表１に示されるように、第１組成の鋼は、０．１５質量パーセント以上１．１０質量パーセント以下の炭素と、０．１５質量パーセント以上０．７０質量パーセント以下のシリコンと、０．３０質量パーセント以上１．２０質量パーセント以下のマンガンと、１．００質量パーセント以上１．７０質量パーセント以下のクロムと、０．５０質量パーセント以下のモリブデンと、０．５０質量パーセント以下のバナジウムと、０．５０質量パーセント以下のニオブと、残部を構成している鉄及び不可避不純物とを含有している。なお、第１組成の鋼は、モリブデン、バナジウム及びニオブを含有していなくてもよい。

第１組成の鋼中の炭素含有量が１．１０質量パーセント以下であるのは、焼割れを抑制するためである。第１組成の鋼中のシリコン含有量が０．１５質量パーセント以上であるのは、焼戻し軟化抵抗を高めるため及び加工性を改善するためである。第１組成の鋼中のシリコン含有量が０．３５質量パーセント以下であるのは、シリコン量が過剰となると加工性が却って低下するためである。

第１組成の鋼中のマンガン含有量が０．３０質量パーセント以上であるのは、焼入れ性確保のためである。第１組成の鋼中のマンガン含有量が１．２０質量パーセント以下であるのは、マンガン含有量が過剰となると鋼中にマンガン系の非金属介在物が増加するためである。

第１組成の鋼中のクロム含有量が１．００質量パーセント以上であるのは、焼入れ性を確保するため及び析出物を形成させるためである。第１組成の鋼中のクロム含有量が１．７０質量パーセント以下であるのは、粗大な析出物が形成されることを抑制するためである。第１組成の鋼中にモリブデンが含まれているのは、析出物の析出量を増加させるため及び焼入れ性の改善するためである。第１組成の鋼中のモリブデン含有量が０．５０質量パーセント以下であるのは、モリブデン添加に伴うコスト増大を抑制するためである。第１組成の鋼中では、モリブデン含有量が０．０１質量パーセント以上であることが好ましい。

第１組成の鋼中にバナジウムが含まれているのは、析出物の析出量を増加させるためである。第１組成の鋼中のバナジウム含有量が０．５０質量パーセント以下であるのは、バナジウム添加に伴うコスト増大を抑制するためである。第１組成の鋼中にニオブが含まれているのは、析出物の析出量を増加させるためである。第１組成の鋼中のニオブ含有量が０．５０質量パーセント以下であるのは、ニオブ添加に伴うコスト増大を抑制するためである。第１組成の鋼中では、バナジウム含有量が０．０１質量パーセント以上であることが好ましく、ニオブ含有量が０．０１質量パーセント以上であることが好ましい。

内輪１０、外輪２０及び転動体３０を構成している鋼の組成は、表２に示されている組成であってもよい。表２に示されている組成の鋼を、第２組成の鋼ということがある。

表２に示されるように、第２組成の鋼は、０．２０質量パーセント以上１．００質量パーセント以下の炭素と、０．２０質量パーセント以上０．６０質量パーセント以下のシリコンと、０．４０質量パーセント以上１．１０質量パーセント以下のマンガンと、１．１０質量パーセント以上１．６０質量パーセント以下のクロムと、０．５０質量パーセント以下のモリブデンと、０．５０質量パーセント以下のバナジウムと、０．５０質量パーセント以下のニオブと、残部を構成している鉄及び不可避不純物とを含有している。なお、第２組成の鋼は、モリブデン、バナジウム及びニオブを含有していなくてもよい。

第２組成の鋼中では、モリブデン含有量が０．０３質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下であることが好ましい。第２組成の鋼中では、バナジウム含有量が０．０３質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下であることが好ましく、ニオブ含有量が０．０３質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下であることが好ましい。

内輪１０、外輪２０及び転動体３０を構成している鋼の具体例としては、ＪＩＳ規格に規定されているＳＵＪ２、ＪＩＳ規格に規定されているＳＵＪ３、ＪＩＳ規格に規定されているＳＣｒ４３５、ＪＩＳ規格に規定されているＳＣ４２０、ＪＩＳ規格に規定されているＳＣＭ４２０が挙げられる。但し、内輪１０、外輪２０及び転動体３０を構成している鋼は、これらの鋼種に限られない。

表層部５０における平均炭素濃度は、０．７質量パーセント以上である。表層部５０における平均窒素濃度は、０．１質量パーセント以上である。表層部５０における窒素濃度は、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）を用いて測定される。

表層部５０には、析出物が分散されている。析出物は、セメンタイト、窒化物及び炭窒化物の少なくともいずれかである。窒化物の主成分は、クロム、バナジウム又はニオブである。なお、クロム（バナジウム、ニオブ）を主成分とする窒化物とは、クロム（バナジウム、ニオブ）の窒化物又は当該窒化物のクロム（バナジウム、ニオブ）のサイトの一部が他の合金元素により置換されているものをいう。

炭窒化物の主成分は、クロム、バナジウム又はニオブである。なお、クロム（バナジウム、ニオブ）を主成分とする炭窒化物とは、クロム（バナジウム、ニオブ）の炭窒化物又は当該炭窒化物のクロム（バナジウム、ニオブ）のサイトの一部が他の合金元素に置換されているものをいう。

表層部５０における析出物の面積率は、２．０パーセント以上である。表層部５０における析出物の面積率は、鋼の組成、表層部５０における平均炭素濃度及び表層部５０における平均窒素濃度により変化する。表層部５０における析出物の面積率は、以下の方法により測定される。

第１に、表層部５０を含断面において、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いて断面画像（以下「ＳＥＭ画像」とする）が取得される。このＳＥＭ画像を取得する際の倍率は、１５０００倍とされる。第２に、取得されたＳＥＭ画像に対して、画像処理が行われる。より具体的には、ＳＥＭ画像中において析出物は白色に見えるため、ＳＥＭ画像中において白色になっている部分の合計の面積を画像処理により算出する。第３に、ＳＥＭ画像中において白色になっている部分の合計の面積をＳＥＭ画像の面積で除することにより、表層部５０における析出物の面積率が得られる。

表層部５０において、内輪１０、外輪２０及び転動体３０を構成している鋼は、マルテンサイトブロックを含んでいる。表層部５０において、マルテンサイトブロックの｛０１１｝面の結晶方位密度の最大値は、４．０倍ランダム以下である。なお、マルテンサイトブロックの｛０１１｝面は、マルテンサイトブロックのすべり面である。表層部５０におけるマルテンサイトブロックの｛０１１｝面の結晶方位密度の最大値は、以下の方法により測定される。

第１に、表層部５０を含む断面において、断面観察が行われる。この際、ＥＢＳＤ法により、観察視野に含まれているマルテンサイトブロックが特定される。この観察視野は、倍率１５００倍で観察される領域である。第２に、ＥＢＳＤ法により得られた結晶方位データから、球面調和関数を用いたH.J. Bunge，Mathematische Methoden der Texturanalyse，Akademie－Verlag（１９６９）に記載の方法にしたがって、マルテンサイトブロックの｛０１１｝面の結晶方位密度分布が解析される。この結晶方位密度分布内における最も高い結晶方位密度の値が、｛０１１｝面の結晶方位密度の最大値と見做される。

表層部５０おけるマルテンサイトブロックの｛０１１｝面の結晶方位密度の最大値が小さいほど、表層部５０おけるマルテンサイトブロックの｛０１１｝面の形成方位のランダム性が高いことになる。

表層部５０におけるマルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均粒径は、３．０μｍ以下であることが好ましい。表層部５０におけるマルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均粒径は、以下の方法により測定される。

第１に、表層部５０を含む断面において、断面観察が行われる。この際、ＥＢＳＤ法により、観察視野に含まれているマルテンサイトブロックが特定される。この観察視野は、倍率１５００倍で観察される領域である。第２に、ＥＢＳＤ法により得られた結晶方位データから、観察視野に含まれているマルテンサイトブロックの各々の面積が解析される。第３に、観察視野に含まれているマルテンサイトブロックの各々の面積を、面積が大きいものから順に加算していく。この加算は、観察視野に含まれているマルテンサイトブロックの合計面積の３０パーセントに達するまで行われる。

第４に、上記の加算の対象になったマルテンサイトブロックの各々について、円相当径が算出される。この円相当径は、マルテンサイトブロックの面積をπ／４で除した値の平方根である。上記の加算の対象になったマルテンサイトブロックの円相当径の平均値が、表層部５０におけるマルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均粒径と見做される。

表層部５０におけるマルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均アスペクト比は、３．０μｍ以下であることが好ましい。表層部５０におけるマルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均アスペクト比は、以下の方法により測定される。

第１に、表層部５０を含む断面において、断面観察が行われる。この際、ＥＢＳＤ法により観察視野に含まれているマルテンサイトブロックが特定される。この観察視野は、倍率１５００倍で観察される領域である。第２に、ＥＢＳＤ法により得られた結晶方位データから、観察視野に含まれているマルテンサイトブロックの各々の形状を最小二乗法により楕円近似される。この最小二乗法による楕円近似は、S. Biggin and D. J. Dingley, Journal of Applied Crystallography, （1977）10, 376-378に記載の方法にしたがって行われる。この楕円形状において、長軸の寸法を短軸の寸法で除することにより、各々のマルテンサイトブロックのアスペクト比が算出される。第３に、ＥＢＳＤ法により得られた結晶方位データから、観察視野に含まれているマルテンサイトブロックの各々の面積が解析される。

第４に、観察視野に含まれているマルテンサイトブロックの各々の面積を、面積が大きいものから順に加算していく。この加算は、観察視野に含まれているマルテンサイトブロックの合計面積の３０パーセントに達するまで行われる。上記の加算の対象になったマルテンサイトブロックのアスペクト比の平均値が、上位粒面積率３０パーセントでの表層部５０におけるマルテンサイトブロックの平均アスペクト比と見做される。

表層部５０において、マルテンサイトブロックの｛０１１｝面の結晶方位密度の最大値とマルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均粒径とは、互いに相関している。より具体的には、マルテンサイトブロックの｛０１１｝面の結晶方位密度の最大値をＸとすると、マルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均粒径（単位：μｍ）は、０．７７×Ｘ－０．１７となる。この関係の相関係数Ｒは、０．９４である。

表層部５０において、マルテンサイトブロックの｛０１１｝面の結晶方位密度の最大値とマルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均アスペクト比とは、互いに相関している。より具体的には、マルテンサイトブロックの｛０１１｝面の結晶方位密度の最大値をＸとすると、マルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均アスペクト比は、０．２４×Ｘ＋２．８３となる。この関係の相関係数Ｒは、０．７２である。表層部５０において、マルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均粒径とマルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均アスペクト比とは、互いに相関している。より具体的には、マルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均粒径をＹ（単位：μｍ）とすると、マルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均アスペクト比は、０．２９×Ｙ＋２．９４となる。この関係の相関係数Ｒは、０．７０である。

内輪１０、外輪２０及び転動体３０を構成している鋼は、残留オーステナイトを含んでいる。表面からの距離が５０μｍとなる位置における内輪１０、外輪２０及び転動体３０の残留オーステナイトの体積比は、転がり軸受１００の使用に伴う寸法の経年変化を抑制する観点から、好ましくは３５パーセント以下である。残留オーステナイトの体積比は、Ｘ線回折法により測定される。すなわち、オーステナイトのＸ線回折における回折ピークの積分強度とオーステナイト以外の相のＸ線回折における回折ピークの積分強度とを比較することにより、残留オーステナイトの体積比が算出される。

表面からの距離が５０μｍとなる位置における内輪１０、外輪２０及び転動体３０の硬さは、例えば、６０ＨＲＣ以上である。表面からの距離が５０μｍとなる位置における内輪１０、外輪２０及び転動体３０の硬さは、ＪＩＳ規格に規定されているロックウェル硬さ試験法により測定される。

＜変形例＞
上記においては、内輪１０、外輪２０及び転動体３０が第１組成又は第２組成の鋼により形成される例を示したが、内輪１０、外輪２０及び転動体３０のうちの少なくともいずれかが第１組成又は第２組成の鋼により形成されていればよい。また、上記においては、内輪１０、外輪２０及び転動体３０が上記のような表層部５０を有する例を示したが、内輪１０、外輪２０及び転動体３０のうちの少なくともいずれかが上記のような表層部５０を有していればよい。

（転がり軸受１００の製造方法）
以下に、転がり軸受１００の製造方法を説明する。

図２は、転がり軸受１００の製造工程図である。図２に示されるように、転がり軸受１００の製造方法は、準備工程Ｓ１と、浸窒処理工程Ｓ２と、第１焼入れ工程Ｓ３と、第１焼戻し工程Ｓ４と、第２焼入れ工程Ｓ５と、第２焼戻し工程Ｓ６と、後処理工程Ｓ７と、組み立て工程Ｓ８とを有している。なお、転がり軸受１００の製造方法は、第１焼戻し工程Ｓ４及び第２焼入れ工程Ｓ５を有していなくてもよい。

準備工程Ｓ１においては、加工対象部材が準備される。加工対象部材としては、内輪１０及び外輪２０を形成しようとする場合はリング状の部材が準備され、転動体３０を形成しようとする場合は球状の部材が準備される。この加工対象部材は、第１組成又は第２組成の鋼により形成されている。

浸窒処理工程Ｓ２においては、加工対象部材の表面に対する浸窒処理が行われる。この浸窒処理は、窒素源となるガスを含む雰囲気ガス中において、加工対象部材をＡ_１変態点以上の温度で所定時間保持することにより行われる。雰囲気ガスは、炭素源となるガスを含んでいてもよい。浸窒処理工程Ｓ２においては、加工対象部材の表面に対する浸窒処理に代えて、加工対象部材の表面に対する浸炭浸窒処理が行われてもよい。浸窒処理工程Ｓ２において浸窒処理のみが行われる場合、保持温度は、例えば８５０℃である。浸窒処理工程Ｓ２において浸炭浸窒処理が行われる場合、保持温度は、例えば８５０℃以上９６０℃以下である。

第１焼入れ工程Ｓ３においては、加工対象部材に対する焼入れが行われる。この焼入れは、加工対象部材をＡ_１変態点以上の温度で所定時間保持した後に加工対象部材をＭ_Ｓ変態点以下の温度まで冷却することにより行われる。第１焼入れ工程Ｓ３における保持温度は、例えば、８１０℃以上９１０℃以下である。

第１焼戻し工程Ｓ４においては、加工対象部材に対する焼戻しが行われる。この焼戻しは、加工対象部材をＡ_１変態点未満の温度で所定時間保持することにより行われる。第１焼戻し工程Ｓ４における保持温度は、例えば１８０℃である。

第２焼入れ工程Ｓ５においては、加工対象部材に対する焼入れが行われる。この焼入れは、加工対象部材をＡ_１変態点以上の温度で所定時間保持した後に加工対象部材をＭ_Ｓ変態点以下の温度まで冷却することにより行われる。第２焼入れ工程Ｓ５における保持温度は、浸窒処理工程Ｓ２及び第１焼入れ工程Ｓ３における保持温度以下である。

第２焼戻し工程Ｓ６においては、加工対象部材に対する焼戻しが行われる。この焼戻しは、加工対象部材をＡ_１変態点未満の温度で所定時間加熱保持することにより行われる。第２焼戻し工程Ｓ６における保持温度は、例えば１８０℃である。

後処理工程Ｓ７においては、加工対象部材に対する仕上げ加工（研削・研磨）及び洗浄が行われる。これにより、内輪１０、外輪２０及び転動体３０が形成される。組み立て工程Ｓ８においては、内輪１０、外輪２０及び転動体３０が、保持器４０とともに組み立てられる。以上により、図１に示される構造の転がり軸受１００が製造される。

＜変形例＞
図３は、転がり軸受１００の製造方法の変形例を示す工程図である。図３に示されるように、転がり軸受１００の製造方法は、第１焼戻し工程Ｓ４を有していなくてもよく、第２焼入れ工程Ｓ５に代えてサブゼロ処理工程Ｓ９を有していてもよい。サブゼロ処理工程Ｓ９においては、加工対象部材を室温以下の温度まで冷却することにより行われる。

（転がり軸受１００の効果）
以下に、転がり軸受１００の効果を説明する。

表層部５０においては、平均炭素濃度及び平均窒素濃度がそれぞれ０．７質量パーセント以上及び０．１質量パーセント以上になっており、その結果、面積率が２．０パーセント以上になるように析出物が多く分散している。そのため、内輪１０、外輪２０及び転動体３０では、表面の耐摩耗性が改善されている。

内輪１０、外輪２０及び転動体３０の表面における耐圧痕形成能には、鋼のマクロ組織に依存する硬さのみならず、ミクロ組織であるマルテンサイトブロックの結晶配向性にも影響される。より具体的には、表層部５０では、すべり面であるマルテンサイトブロックの｛０１１｝面の結晶方位密度の最大値が小さくなっているため、マルテンサイトブロックの塑性変形のしやすさが場所に拠らず均一になっている。

その結果、内輪１０、外輪２０及び転動体３０の表面では、他の転動部品との接触により圧痕が生じても、圧痕の大きさのばらつきが小さく、大きな圧痕が形成されがたい（耐圧痕形成能が高い）。転動疲労強度は最弱リンクモデルにより表現されるため、大きな圧痕が形成されがたいことにより、内輪１０、外輪２０及び転動体３０の転動疲労強度が改善される。

（実施例）
内輪のサンプルとして、サンプル１からサンプル１６が準備された。表３に示されるように、サンプル１からサンプル１６には、鋼種Ａから鋼種Ｊの１０種類の鋼種が用いられた。サンプル１からサンプル１６では、表４に示されるように、鋼種に加えて、表層部５０における平均炭素濃度、表層部５０における平均窒素濃度、表層部５０におけるマルテンサイトブロックの｛０１１｝面の結晶方位密度の最大値及び表層部５０における析出物の面積率が変化された。また、サンプル１からサンプル１６では、表層部５０におけるマルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均粒径、表層部５０におけるマルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均アスペクト比、軌道面からの距離が５０μｍとなる位置における硬さ及び軌道面からの距離が５０μｍとなる位置における硬さも変化された。

サンプル１からサンプル１６では、適用される熱処理が変化された。サンプル１からサンプル１６に適用された熱処理は、熱処理Ａから熱処理Ｆのいずれかである。熱処理Ａでは、第１焼入れ工程Ｓ３及び第１焼戻し工程Ｓ４が行われた。熱処理Ｂでは、浸窒処理工程Ｓ２、第１焼入れ工程Ｓ３及び第１焼戻し工程Ｓ４が行われた。熱処理Ｂの浸窒処理工程Ｓ２では、浸窒処理のみが行われた。熱処理Ｃでは、浸窒処理工程Ｓ２、第１焼入れ工程Ｓ３及び第１焼戻し工程Ｓ４が行われた。熱処理Ｃの浸窒処理工程Ｓ２では、浸炭浸窒処理が行われた。

熱処理Ｄでは、浸窒処理工程Ｓ２、第１焼入れ工程Ｓ３、サブゼロ処理工程Ｓ９及び第２焼戻し工程Ｓ６が行われた。熱処理Ｄの浸窒処理工程Ｓ２では、浸炭浸窒処理が行われた。熱処理Ｅ及び熱処理Ｆでは、浸窒処理工程Ｓ２、第１焼入れ工程Ｓ３、第１焼戻し工程Ｓ４、第２焼入れ工程Ｓ５及び第２焼戻し工程Ｓ６が行われた。熱処理Ｅの浸窒処理工程Ｓ２では浸窒処理のみが行われ、熱処理Ｆの浸窒処理工程Ｓ２では浸炭浸窒処理が行われた。

熱処理Ａは、サンプル１０に適用された。熱処理Ｂは、サンプル１、サンプル２、サンプル５及びサンプル１１に適用された。熱処理Ｃは、サンプル７及びサンプル１２からサンプル１６に適用された。熱処理Ｄは、サンプル３に適用された。熱処理Ｅは、サンプル４に適用された。熱処理Ｆは、サンプル６、サンプル８及びサンプル９に適用された。

鋼の組成が第１組成の範囲内にあることを、条件１とする。表層部５０における平均炭素濃度が０．７質量パーセント以上であることを、条件２とする。表層部５０における平均窒素濃度が０．１質量パーセント以上であることを、条件３とする。表層部５０におけるマルテンサイトブロックの｛０１１｝面の結晶方位密度の最大値が４．０倍ランダム以下であることを、条件４とする。サンプル１からサンプル９では、条件１から条件４の全てが満たされていた。サンプル１０からサンプル１６では、条件１から条件４の少なくとも１つが満たされていなかった。

表５に示されるように、サンプル１からサンプル１６において、軌道面における耐摩耗性及び耐圧痕形成能が評価された。軌道面における耐摩耗性は、摩耗試験後の摩耗量を対比することにより評価された。摩耗試験は、サバン型摩耗試験機を用いて、試験荷重が５０Ｎ、相手材に対する相対速度が０．０５ｍ／ｓ、試験時間が６０分間、潤滑油がモービルベロシティオイルＮｏ．３（登録商標）との条件で行われた。摩耗量が基準材（サンプル１０）の１／３未満である場合に軌道面における耐摩耗性がＡとされ、摩耗量が基準材の２／３未満である場合に軌道面における耐摩耗性がＢとされ、摩耗量が基準材の２／３以上である場合に軌道面における耐摩耗性がＣとされた。なお、軌道面における耐摩耗性は、Ａである場合が最も高く、Ｃである場合が最も低い。

軌道面における耐圧痕形成能は、セラミックス球を押し当てた際に形成される圧痕の深さにより評価された。セラミックス球は、直径が３／８インチであり、窒化シリコン製であった。セラミックス球は、最大押し込み荷重で１２０秒間押し付けられ、その後に除荷された。圧痕の深さは、サンプルごとに５箇所において測定が行われ、それらの測定値のうちの最大値が採用された。圧痕の深さが基準材（サンプル１０）の０．８倍未満である場合に軌道面における耐圧痕形成能がＡとされ、圧痕の深さが基準材の１．２倍未満である場合に軌道面における耐圧痕形成能がＢとされ、圧痕深さが基準材の１．２倍以上である場合に軌道面における耐圧痕形成能がＣとされた。なお、軌道面における耐圧痕形成能は、Ａである場合が最も高く、Ｃである場合が最も低い。

サンプル１からサンプル９では、軌道面における耐摩耗性及び耐圧痕形成能の評価がともにＢ以上であった。他方で、サンプル１０からサンプル１６では、軌道面における耐摩耗性及び耐圧痕形成能の評価の少なくともいずれかが、Ｃであった。この比較から、条件１から条件４が満たされることにより、転動部品の表面における耐摩耗性を確保しつつ、転動部品の表面における耐圧痕形成能を高められることが明らかになった。

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上記の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

１００ 転がり軸受、１０ 内輪、１０ａ 第１幅面、１０ｂ 第２幅面、１０ｃ 内径面、１０ｄ 外径面、１０ｄａ 軌道面、２０ 外輪、２０ａ 第１幅面、２０ｂ 第２幅面、２０ｃ 内径面、２０ｃａ 軌道面、２０ｄ 外径面、３０ 転動体、４０ 保持器、５０ 表層部、Ａ 中心軸、Ｓ１ 準備工程、Ｓ２ 浸窒処理工程、Ｓ３ 第１焼入れ工程、Ｓ４ 第１焼戻し工程、Ｓ５ 第２焼入れ工程、Ｓ６ 第２焼戻し工程、Ｓ７ 後処理工程、Ｓ８ 組み立て工程、Ｓ９ サブゼロ処理工程。

Claims (14)

1. 表面を有する鋼製の転動部品であって、
   前記表面からの距離が２０μｍまでの領域である表層部を備え、
   前記鋼は、０．１５質量パーセント以上１．１０質量パーセント以下の炭素と、０．１５質量パーセント以上０．７０質量パーセント以下のシリコンと、０．３０質量パーセント以上１．２０質量パーセント以下のマンガンと、１．００質量パーセント以上１．７０質量パーセント以下のクロムと、０．５０質量パーセント以下のモリブデンと、０．５０質量パーセント以下のバナジウムと、０．５０質量パーセント以下のニオブと、残部を構成している鉄及び不可避不純物とを含有し、
   前記表層部における平均炭素濃度及び平均窒素濃度は、それぞれ０．７質量パーセント以上及び０．１質量パーセント以上であり、
   前記表層部において、マルテンサイトブロックの｛０１１｝面の結晶方位密度の最大値は、４．０倍ランダム以下である、転動部品。
2. 前記表層部において、析出物が分散されており、
   前記析出物は、セメンタイト、窒化物及び炭窒化物の少なくともいずれかであり、
   前記窒化物及び前記炭窒化物の主成分は、クロム、バナジウム又はニオブであり、
   前記表層部において、前記析出物の面積率は、２．０パーセント以上である、請求項１に記載の転動部品。
3. 前記表面からの距離が５０μｍとなる位置における硬さは、６０ＨＲＣ以上である、請求項１又は請求項２に記載の転動部品。
4. 前記鋼中におけるモリブデンの含有量は、０．０１質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下である、請求項１又は請求項２に記載の転動部品。
5. 前記鋼中におけるバナジウムの含有量は、０．０１質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下である、請求項１又は請求項２に記載の転動部品。
6. 前記鋼中のニオブの含有量は、０．０１質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下である、請求項１に記載の転動部品。
7. 前記鋼は、０．２０質量パーセント以上１．００質量パーセント以下の炭素と、０．２０質量パーセント以上０．６０質量パーセント以下のシリコンと、０．４０質量パーセント以上１．１０質量パーセント以下のマンガンと、１．１０質量パーセント以上１．６０質量パーセント以下のクロムと、０．５０質量パーセント以下のモリブデンと、０．５０質量パーセント以下のバナジウムと、０．５０質量パーセント以下のニオブと、残部を構成している鉄及び不可避不純物とを含有している、請求項１又は請求項２に記載の転動部品。
8. 前記鋼中におけるモリブデンの含有量は、０．０３質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下である、請求項７に記載の転動部品。
9. 前記鋼中におけるバナジウムの含有量は、０．０３質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下である、請求項７に記載の転動部品。
10. 前記鋼中におけるニオブの含有量は、０．０３質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下である、請求項７に記載の転動部品。
11. 前記表層部におけるマルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均粒径は、３．０μｍ以下である、請求項１に記載の転動部品。
12. 前記表層部におけるマルテンサイトブロックの上位粒面積率３０パーセントでの平均アスペクト比は、４．０以下である、請求項１又は請求項２に記載の転動部品。
13. 転がり軸受であって、
    軌道輪と、
    転動体とを備え、
    前記軌道輪及び前記転動体の少なくともいずれかは、請求項１又は請求項２に記載の前記転動部品である、転がり軸受。
14. 前記転がり軸受は、水素利用機器用である、請求項１３に記載の転がり軸受。

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