JP2657420B2 - 転がり軸受 - Google Patents

転がり軸受

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、きわめて長い寿命を有する軸受、とりわけ
高面圧および軸箱にたわみが存在し、潤滑状態が悪い等
の苛酷な条件下でも長寿命を有する軸受に関する。
〔従来の技術〕
近年、軸受の使用環境は益々厳しいものとなりつつあ
る。
例えば、良好な板断面形状を得るため、特公昭51−47
421号公報に記載された圧延機の小径側作業ロールはロ
ール径小化されており、同一重量の鋼材を圧延するため
にはその転動数の増加が余儀なくされている。しかも最
近、低温高圧下圧延や高形状制御等を目的とした実開昭
62−131705号公報に記載された圧延機の作業ロール1
(添付の第6図参照)に使用される軸受の場合は、ロー
ル直径がさらに小さく設計されているため、従来に比べ
小型化し高面圧となり、転動数も大幅に増加する結果と
なっている。さらに作業ロール胴部に水平方向の曲げが
加わっているため、ロールネック部のたわみは増加す
る。このため、このような苛酷な条件下でも長寿命とな
る軸受が要望されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は上記の事情に鑑みて構成されたものであり、
その目的とするところはロールネック等のたわみが存在
し、潤滑状態が悪く、高面圧が生じる苛酷な条件下でも
長寿命となる軸受を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の要旨とするところは下記のとおりである。
(1)被検面積165mm2において平均粒子径13μm以上の
Al2O3系介在物を含まず、かつ3μm以上、13μm未満
のAl2O3系介在物の総数を80個以下とし、不純物組成
が、P:0.020wt%以下、S:0.008wt%以下、Ti:0.004wt%
以下である鋼を内輪、外輪、転動体のうちの少なくとも
1つの素材鋼として使用した転がり軸受。
(2)内輪、外輪、転動体のうちの少なくとも1つの表
面層の残留オーステナイト量を20〜45vol%とした前項
1記載の転がり軸受。
(3)作業ロールの径がφ400mm以下の熱間圧延用の作
業ロールに用いた前項1〜2のいずれかに記載の転がり
軸受。
(4)水平曲げ装置により、胴部に水平曲げを加えなが
ら用いる熱間圧延用の作業ロールに用いた前項1〜3の
いずれかに記載の転がり軸受。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の軸受は、その内輪,外輪,転動体のうち少く
とも1つに、以下の介在物規定と不純物規定を設けた鋼
材(請求項1)およびより好ましくはこれら両規定に加
えて以下の表面層の残留オーステナイト量の規定を設け
た鋼材(請求項2)を使用することを特徴とする。
(1) 介在物規定 被検面積165mm2において平均粒子径13μm以上のAl2O
3系介在物を含まず、3μm以上、13μm未満のAl2O3
介在物の総数が80個以下であること。
(2) 不純物規定 不純物組成が、P:0.020wt%以下、S:0.008wt%以下、
Ti:0.004wt%以下であること。
(3) 表面層の残留オーステナイト量規定 軌道または転動表面層の残留オーステナイトが20〜45
vol%であること。
〔作用〕
本発明の軸受の鋼材に前記のごとき規定を設けたのは
以下の理由による。
(1) 介在物規定 本発明者らは、介在物と軸受寿命の関係について種々
の実験を行なった結果、前記のごとき規定を導いた。
まず、鋼中の酸化物系介在物の総量を表わす鋼中酸素
濃度とL10(90%残存寿命)との関係を調べた。一例を
第1図に示すが、相関は認められなかった。すなわち、
このような低酸素領域では鋼中酸素濃度を以て、L10
規定できない。
次に平均粒子径3μm以上のAl2O3系介在物の個数とL
10の関係を調べた。一例を第2図に示す。平均粒子径3
μm以上のAl2O3系介在物の個数が多い場合は、L10は短
く、かつばらつきは小さいので、その個数からL10は高
い精度で規定できる。しかしながら、その個数が少ない
場合はL10は短かいものから長いものまで種々あり、そ
の個数からは、L10は規定できない。
第2図のデータの内、平均粒子径が13μm以上の介在
物が存在するものを黒丸プロットで、平均粒子径が13μ
m以上の介在物が存在しないものを白丸プロットで表わ
した図を第3図に示す。白丸プロットの鋼材に関して
は、縦軸のL10と横軸の平均粒子径3μm以上の介在物
個数は全範囲にわたって極めて良い相関がある。このこ
とから、被検面積165mm2において平均粒子径13μm以上
のAl2O3系介在物を含まない場合は、3μm以上、13μ
m未満のAl2O3系介在物の個数により高い精度でL10を規
定でき、かつ平均粒子径13μm以上のAl2O3系介在物が
存在するときはL10は長くないことがわかる。
本発明は計算寿命L10cal=(2.8×106サイクル)の19
倍以上のL10を得ることを目的として、被検面積165mm2
において平均粒子径13μm以上のAl2O3系介在物を含ま
ず、3μm以上、13μm未満のAl2O3系介在物の総数が8
0個以下という介在物規定に加えて、P:0.020wt%以下、
S:0.008wt%以下、Ti:0.004wt%以下という不純物規定
を設けた。
又、本発明において使用する鋼が、計算寿命L10cal=
(2.8×106サイクル)の30倍以上のL10を満たすために
は、前記した介在物の規定と不純物規定に加えて、下記
のとおりの表面層の残留オーステナイト量の規定を満足
する必要がある。
被検面積165mm2において、平均粒子径13μm以上のAl
2O3系介在物個数を0とするためには、VIM(真空誘導溶
解)法を施した後VAR(真空アーク再溶解)法を実施す
るバキュームダブルメルディング法が有効である。
なお、第1図〜第3図の寿命試験は、円板状試験片に
ついて、『特殊鋼便覧(第1版)電気製鋼研究所編、理
工学社、1965年5月25日、第10〜21頁』記載の試験機を
用いて行った。試験条件は次の通りである。
Pmax=527kg・f/mm2 N=3000c.p.m 潤滑油 VG68タービン油 (2) 不純物規定 P:0.020wt%以下 Pは鋼材の靭性を低下させる元素
であり、できるだけ低い方が好ましく上限を0.020wt%
とした。
S:0.008wt%以下 SはMnSなどの硫化物系介在物生成
の原因となる。MnSは硬度が低く、塑性変形能が大きい
ことから圧延,鍛造などの前加工時割れ発生の起点とし
て作用する。したがって、鍛造時の前加工時に割れ発生
を防止し、より強加工を可能にするためS含有量を低下
させる必要があり、上限を0.008wt%とした。
Ti:0.004wt%以下 Tiは、TiNの形で介在物として出
現する。このTiNは硬度が高く、塑性変性能が小さいた
め、応力集中源となり、寿命を低下させる結果、Ti含有
量をできるだけ低下することが必要である。そこで、Ti
の上限を0.004wt%とした。
(3) 表面層の残留オーステナイト量の規定 本発明者らは先に、転がり疲れ寿命L10及びL50に対す
る残留オーステナイト量(γ)の適正範囲があること
を確めた(特開昭64−55423号公報)。すなわち、残留
オーステナイトγが20vol%以上になると転がり疲れ
寿命L10,L50共に向上するが、γが40vol%、特に45vo
l%を越えると寿命は急激に低下する。従って、内外輪
及び転動体の表面層における残留オーステナイト量は、
少なくとも20vol%から45vol%までの範囲になくてはな
らない。
なお、内輪,外輪,転動体の表面層の残留オーステナ
イト量を20〜45vol%とするためには、例えば特開昭64
−55423号公報記載の浸炭処理または浸炭窒化処理を施
す。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
〔実施例〕
実施例1 鋼材をVIM→VAR(バキュームダブルメルティング法)
にて5チャージ、通常のEF(電炉)→LF(取鍋精錬)→
RH(真空脱ガス)にて5チャージ溶製し、それらの鋼材
を用いて円板状試験片を製造し、寿命試験を行なった。
それぞれの鋼材の平均粒子径3μm以上、13μm未満の
Al2O3系介在物の個数、平均粒子径13μm以上のAl2O3
介在物の有無、化学成分、円板状試験片の表面層γRvol
%および寿命を第1表に示す。浸炭焼入処理は、第4図
に示すように、Rxガス+エンリッチガスの雰囲気で約93
0±5℃で浸炭処理を約3時間行ない、その後油焼入を
した。テンパーは160℃で2hr行った。寿命試験は、『特
殊鋼便覧(第1版)電気製鋼研究所編、理工学社、1965
年5月25日、第10〜21頁』記載の試験機を用いて行なっ
た。試験条件は次の通りである。
Pmax=527kg・f/mm2 N=3000c.p.m 潤滑油 VG68タービン油 第1表のデータから明らかなように、チャージ番号4,
5の鋼は、請求項1の実施例(残留オーステナイト量の
値は請求項2の範囲外である)に相当するもので、長寿
命(L10=5.4〜6.0×107のオーダ)を示している。
チャージ番号1〜3の鋼は請求項2の要件を満足する
実施例に相当するもので、計算寿命の30倍をはるかに超
えた長寿命(L10=108のオーダ)を示し、本発明のベス
トモードである。
チャージ番号6〜10の鋼は比較例として挙げたもの
で、請求項2の残留オーステナイト量についての要件を
満たしているが、請求項1のAl2O3系介在物についての
規定を満たさないので寿命(L10=1.7〜2.9×107)は短
い。
つまり、チャージ番号4〜5の実施例で示される請求
項1の発明は、チャージ番号6〜10の比較例で示される
請求項1の要件を満たさない軸受に比べ長寿命となるこ
とを示し、請求項2の要件を満たせば請求項1の要件を
満たす軸受よりもさらに長寿命になることを示してい
る。そして、たとえ請求項2により規定される残留オー
ステナイト量を満たしても、請求項1の要件を満たさな
い軸受(比較例のチャージ番号6〜10の軸受)は長寿命
とはならないことが判る。
実施例2 第2表に示す成分の鋼材をVIM→VARで溶製し、この鋼
材の一部を用いて、円板状試験片を製造し実施例1と同
じ方法で寿命試験を行ない、残りを用いて内径φ180mm,
外径φ254mm,組立幅185mmの四列円すいころ軸受,内径
φ130mm,外径φ250mm,組立幅120mmの複列円すいころ軸
受,内径φ150mm,外径φ348mm,組立幅408mmの四列円筒
ころ軸受を製造し、実開昭62−131705号公報に記載され
た圧延機の上作業ロール1のロールネック軸受および支
えロール21の軸受としてそれぞれ使用した。なお、この
圧延機のロール構成は第6図に示すとおりである。
浸炭焼入処理は、第5図に示すように、Rxガス+エン
リッチガスの雰囲気で約950℃±5℃で浸炭処理を約15
時間行ない、その後油焼入し、その後再度、Rxガス雰囲
気で約820℃±5℃に約1時間保持し油焼入した。さら
にその後約160℃で約2時間テンパーを施した。円板状
試験片および軸受軌道および転動表面層の、γRvol%は
35であった。また鋼材中の平均粒子径3μm以上、13μ
m未満のAl2O3系介在物個数は56で、平均粒子径13μm
以上のAl2O3系介在物は無かった。円板状試験片の寿命
は4.5×108サイクルで、計算寿命の30倍を大きく越え
た。又、円すいころ軸受として前記作業ロール1に、円
筒ころ軸受として支えロール21に使用し、総圧延時間10
00時間の圧延試験を実施した。その作業ロール1に曲率
半径R=550〜100mの曲げを加えながら圧延した。各軸
受の圧延時間、解体時の外観検査内容を第3表に示す。
これらの圧延において本発明の軸受はフレーキングを発
生することなく、また昇熱、ロールネック部の昇温、軸
受グリースの昇熱等の事故発生はなかった。
〔発明の効果〕 本発明によれば、ロールネック等の撓みが存在し、潤
滑状態が悪く、高面圧が生じる苛酷な条件下でも長寿命
を有する転がり軸受を、残存寿命に関してバラツキを生
じることなく、きわめて精度良く提供し得るという効果
が奏される。
【図面の簡単な説明】
第1図はL10(90%残存寿命)と鋼中酸素濃度の関係の
一例を示す図、第2図はL10と被検面積165mm2における
平均粒子径3μm以上、13μm未満のAl2O3系介在物の
個数の関係の一例を示す図、第3図は第2図のプロット
のなかで、平均粒子径13μm以上のAl2O3系介在物が存
在するものを、黒丸プロットに変え、その介在物が有る
場合と無い場合で、L10と3μm以上、13μm未満のAl2
O3系介在物の個数の関係を示す図、第4図は実施例1の
円板状試験片の熱処理の説明図、第5図は実施例2の円
板状試験片および円すいころ軸受の熱処理の説明図、第
6図は実開昭62−131705号公報に開示された圧延機の概
略側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 洋一 神奈川県藤沢市鵠沼神明1丁目5番50号 日本精工株式会社藤沢工場内 (72)発明者 石井 信次郎 神奈川県藤沢市鵠沼神明1丁目5番50号 日本精工株式会社藤沢工場内 (72)発明者 倉橋 隆郎 北海道室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株 式會社室蘭製鐵所内 (72)発明者 中村 充 北海道室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株 式會社室蘭製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭63−62847(JP,A) 特開 昭60−194047(JP,A) 特開 昭62−63651(JP,A) 特開 昭64−55423(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被検面積165mm2において平均粒子径13μm
    以上のAl2O3系介在物を含まず、かつ3μm以上、13μ
    m未満のAl2O3系介在物の総数を80個以下とし、不純物
    組成が、P:0.020wt%以下、S:0.008wt%以下、Ti:0.004
    wt%以下である鋼を内輪、外輪、転動体のうちの少なく
    とも1つの素材鋼として使用した転がり軸受。
  2. 【請求項2】内輪、外輪、転動体のうちの少なくとも1
    つの表面層の残留オーステナイト量を20〜45vol%とし
    た請求項1記載の転がり軸受。
  3. 【請求項3】作業ロールの径がφ400mm以下の熱間圧延
    用の作業ロールに用いた請求項1〜2のいずれかに記載
    の転がり軸受。
  4. 【請求項4】水平曲げ装置により、胴部に水平曲げを加
    えながら用いる熱間圧延用の作業ロールに用いた請求項
    1〜3のいずれかに記載の転がり軸受。
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