JP2883460B2 - Bearing steel - Google Patents
Bearing steelInfo
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- JP2883460B2 JP2883460B2 JP3065644A JP6564491A JP2883460B2 JP 2883460 B2 JP2883460 B2 JP 2883460B2 JP 3065644 A JP3065644 A JP 3065644A JP 6564491 A JP6564491 A JP 6564491A JP 2883460 B2 JP2883460 B2 JP 2883460B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
- F16C33/58—Raceways; Race rings
- F16C33/62—Selection of substances
Landscapes
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、自動車等のエンジン及
びエンジンにより駆動されるオルタネータ等の補機類で
用いられる、特に振動、衝撃荷重下で使用され転がり軸
受、あるいは自動車等の転動、摺動部品に用いられる軸
受用鋼に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rolling bearing for use in an engine of an automobile or the like and an auxiliary machine such as an alternator driven by the engine, particularly used under vibration or impact load, or a rolling of an automobile or the like. The present invention relates to bearing steel used for sliding parts.
【0002】[0002]
【従来の技術】転がり軸受の軌道輪及び転動体の材料と
しては高炭素クロム軸受鋼(特にJISSUJ2)が最
も多く用いられているが、転がり軸受の使用条件の多様
化に対応してその他にも種々の材料が用いられ、例えば
衝撃荷重が作用する軸受では、靭性を高めるために肌焼
鋼(SAE5120等)に浸炭焼入・焼戻し処理を施し
たものが用いられる。2. Description of the Related Art High carbon chromium bearing steel (especially JIS SUJ2) is most often used as a material for a race and a rolling element of a rolling bearing. Various materials are used. For example, in the case of a bearing to which an impact load acts, a case-hardened steel (such as SAE5120) subjected to a carburizing quenching / tempering treatment to enhance toughness is used.
【0003】近年、自動車等のエンジン及びエンジンに
より駆動されるオルタネータ等の補機類では小型・軽量
化及び高性能化が急であるが、それに伴い、それらに用
いられる転がり軸受も小型化され、使用回転数も高速化
している。このため、転がり軸受に加わる振動・衝撃荷
重が著しく増大し、また、軸受温度が上昇するという現
象が生じ、上記従来の鋼では短時間で剥離が生じて使用
不能に至るという問題が生じている。例えば、エンジン
により駆動されて発電を行なうオルタネータでは、自動
車走行時の路面からの突き上げ等よる衝撃荷重に加え、
エンジンからの駆動ベルトによる振動が常時軸受に加わ
る。エンジンや補機類の小型・軽量化及び高性能化は、
自動車等の燃費改善に対する一層の強い要請により、今
後益々進展することは明かであり、高速回転、振動・衝
撃荷重下で長寿命を発揮する軸受用鋼の開発が強く要請
されている。本発明者らは上記課題の解決に向けた研究
を行なうにあたり、先ず、高速回転に伴う軸受の寿命低
下の原因を調査した。その結果、寿命消尽の形態は表面
的には剥離であるが、剥離の発生過程では従来解釈され
ていたものと異なる現象が生じていることを発見した。In recent years, the size, weight, and performance of engines such as engines of motor vehicles and alternators driven by the engines have been rapidly reduced, and the rolling bearings used for them have also been reduced in size. The operating speed has also been increased. For this reason, the vibration / impact load applied to the rolling bearing increases remarkably, and the phenomenon that the bearing temperature rises occurs. In the above-mentioned conventional steel, there is a problem that peeling occurs in a short time and the steel cannot be used. . For example, in an alternator that is driven by an engine to generate power, in addition to the impact load caused by pushing up from the road surface when driving a car,
Vibration caused by the drive belt from the engine is constantly applied to the bearing. The miniaturization, weight reduction and high performance of engines and accessories are
It is clear that the demand for improvement in fuel efficiency of automobiles and the like will increase further in the future, and there is a strong demand for the development of bearing steel that exhibits a long life under high-speed rotation, vibration and impact loads. In conducting the research for solving the above-described problem, the present inventors first investigated the cause of the reduction in the life of the bearing due to high-speed rotation. As a result, they found that although the mode of exhaustion of life is surface peeling, a phenomenon different from that conventionally interpreted occurred in the process of generation of the peeling.
【0004】先ず、高速回転において短時間で剥雄した
軸受の転走面下の断面のミクロ組織を観察したところ、
調査したすべての軸受において、剥離と共に、転走面下
の最大剪断応力発生位置付近に、マトリクス(母相)と
異なった、腐食されにくく、白く観察される組織(以
下、白層と呼ぶ)が生じていた。図1に白層を含む断面
のミクロ組織の顕微鏡写真を示す。次に、白層部分と周
辺のマトリクスの硬さをマイクロビッカース硬さ試験機
で測定したところ、マトリクスの硬さが約HV750で
あるのに対して、白層の硬さはHV1100〜1300
であり、白層部分はマトリクス部分よりも非常に硬いこ
とが判明した。この結果より、高速回転に伴って寿命が
短くなるのは、最大剪断応力発生位置付近に白層が生
じ、しかも、その白層が硬くて脆いために剪断応力の繰
り返し負荷によって早期に亀裂が発生し、容易にマトリ
クスまで進展して剥離に至るためであると推定された。
しかし、通常の軸受寿命試験ではこのような白層を生じ
て短寿命となる例は認められず、白層発生による短寿命
の要因には、振動・衝撃荷重が大きく作用していること
が考えられたので、それを確認するための試験を行なっ
た。First, when the microstructure of the section under the rolling surface of the bearing which was peeled off in a short time at high speed rotation was observed,
In all the bearings examined, a structure different from the matrix (matrix), which is hardly corroded and observed white (hereinafter, referred to as a white layer), near the position where the maximum shear stress is generated below the rolling surface, along with the separation. Had occurred. FIG. 1 shows a micrograph of a microstructure of a cross section including a white layer. Next, when the hardness of the white layer portion and the surrounding matrix was measured by a micro Vickers hardness tester, the hardness of the matrix was about HV750, whereas the hardness of the white layer was HV1100 to 1300.
It was found that the white layer portion was much harder than the matrix portion. From this result, the life is shortened with high speed rotation because the white layer is generated near the position where the maximum shear stress is generated, and the white layer is hard and brittle, and the crack is early generated by the repeated loading of the shear stress. However, it was presumed that this was due to the fact that the matrix easily spread to the peeling.
However, in the normal bearing life test, there was no case where such a white layer was formed and the life was shortened.Therefore, it is considered that the short life caused by the generation of the white layer is largely affected by vibration and impact loads. As a result, a test was conducted to confirm this.
【0005】表1に示す2種の材料により、内外輪を同
一の材料で玉軸受6303(内径17mm、外径47m
m)を作製し、右欄に示す硬さとなるように中欄の熱処
理を施した。この試料軸受に対し、表2に示すように、
負荷荷重を静的と動的の2種類の方法で加えて回転寿命
試験を行なった。静的荷重試験は、試料軸受を寿命試験
機に組み込み、静的に負荷した状態で連続回転させるも
のである。一方、動的荷重試験は、寿命試験機を加振台
上に設置し、試料軸受に静的荷重を加えると同時に試験
機全体を加振した状態で連続回転試験を行うものであ
る。回転寿命試験は各材料及び各試験条件について2個
ずつ行なったが、その結果を表3に示す。[0005] The inner and outer races are made of the same material using the two materials shown in Table 1 to form ball bearings 6303 (inner diameter 17 mm, outer diameter 47 m).
m) was prepared and heat-treated in the middle column to give the hardness shown in the right column. For this sample bearing, as shown in Table 2,
A rotating life test was performed by applying a load to the battery by two methods, static and dynamic. In the static load test, a sample bearing is incorporated into a life tester and continuously rotated under a static load. On the other hand, in the dynamic load test, a life tester is installed on a vibrating table, and a continuous rotation test is performed while applying a static load to the sample bearing and simultaneously vibrating the entire tester. Rotational life tests were carried out twice for each material and each test condition, and the results are shown in Table 3.
【表1】[Table 1]
【表2】[Table 2]
【表3】[Table 3]
【0006】この試験の結果、静的荷重試験では回転時
間1000時間でもいずれの試料軸受についても剥離は
発生せず、寿命時間としては問題がなかった。しかし、
振動が重畳された動的荷重試験では、JIS SUJ2
を材料とするものではわずか43及び61時間で、SA
E 5120肌焼鋼を材料とするものでも189及び2
02時間で剥離が発生し、寿命が大幅に低下することが
判明した。この動的荷重試験で短寿命であった試料の転
走面下のミクロ組織を観察したところ、図1で示したと
同様の白層が生じていることが認められた。この白層を
含む組織のC濃度分布をEPMA(エレクトロン・プロ
ーブ・マイクロアナライザ)により分析したところ、白
層部分ではマトリクス部分よりも炭素(C)濃度が高い
ことが判明した。図2はEPMAにより白層とその周辺
の炭素濃度分布を調査した結果を模写したものである
が、白層2はマトリクス1よりも炭素濃度が高いことが
明瞭に示されている。また、白層2中に、白層2よりも
更に炭素濃度の高い部分(高炭素部分)3が存在するこ
とが確認された。白層部分におぃて炭素濃度が高いの
は、そこに炭素原子が拡散、凝集するためであるが、炭
素原子の拡散は応力により誘起される。振動による繰り
返し応力の負荷はこの炭素原子の応力誘起拡散を促進
し、白層部分への炭素の凝集を助長しているものと考え
られる。また、繰り返し応力の負荷によりミクロ的歪が
転走面下に蓄積され、この歪の蓄積により、炭素原子が
そこに固着する。すなわち、衝撃応力の繰り返しにより
転走面下の最大剪断応力位置に炭素原子が拡散・固着
し、これにより、硬さが非常に高く、腐食され難い白層
を生じたものである。そして、繰り返し衝撃荷重の負荷
により、この非常に硬き、脆い白層から亀裂が生成し、
マトリクスに伝播・進展して早期剥離に至るものであ
る。[0006] As a result of the test, in the static load test, peeling did not occur in any of the sample bearings even when the rotation time was 1000 hours, and there was no problem in the life time. But,
In the dynamic load test with vibration superimposed, JIS SUJ2
Only 43 and 61 hours in the case of
E 189 and 2 even with case hardening steel
It was found that peeling occurred in 02 hours, and the life was greatly reduced. Observation of the microstructure under the rolling surface of the sample having a short life in the dynamic load test revealed that a white layer similar to that shown in FIG. 1 was formed. When the C concentration distribution of the tissue containing the white layer was analyzed by EPMA (electron probe microanalyzer), it was found that the carbon (C) concentration was higher in the white layer portion than in the matrix portion. FIG. 2 is a simulated result of an investigation of the carbon concentration distribution in the white layer and its surroundings by EPMA. It is clearly shown that the white layer 2 has a higher carbon concentration than the matrix 1. Further, it was confirmed that a portion (high carbon portion) 3 having a higher carbon concentration than the white layer 2 was present in the white layer 2. The high carbon concentration in the white layer portion is due to the diffusion and aggregation of carbon atoms therein, but the diffusion of carbon atoms is induced by stress. It is considered that the repeated stress load due to the vibration promotes the stress-induced diffusion of the carbon atoms and promotes the aggregation of the carbon in the white layer portion. In addition, microscopic strain is accumulated below the rolling surface due to the repeated stress load, and carbon atoms are fixed thereto due to the accumulation of this strain. That is, due to the repetition of the impact stress, the carbon atoms diffuse and stick to the position of the maximum shear stress below the rolling surface, thereby producing a white layer having extremely high hardness and being hardly corroded. Then, due to the repeated impact load, cracks are generated from this very hard and brittle white layer,
It spreads and spreads to the matrix, leading to early exfoliation.
【0007】本発明者らはこのような研究の結果を踏ま
え、軸受を長寿命化するためにはこの白層の生成を阻止
することが必要であるとの考えより、炭素の拡散を抑制
し、かつ、マトリクス強度を向上するために化学組成を
最適化した軸受用鋼を既に提案している(特願平2−1
33489)。その内容は次の通りである。まず、炭素
及びその他の合金元素濃度と炭素の拡散速度との関係を
調査した結果、炭素の拡散速度を遅くするためには炭素
濃度を下げること及びクロム濃度を上げることが有効な
手段であることを見いだした。また、その他の合金成分
についても、軸受として使用するに十分な機械的性質を
与え、更に、転がり軸受用鋼として有害となる炭化物や
非金属介在物を極力減少させることを考慮した成分設計
を行なった。その結果、重量比にして、C:0.65〜
0.90%、Si:0.15〜0.50%、Mn:0.
15〜1.00%、Cr:2.00〜5.00%を含有
し、必要に応じてNi:0.20〜0.50%、Mo:
0.1〜2.0%、V:0.05〜1.00%のうちの
1種又は2種以上を含有して、残部Fe及び不可避的不
純物から成る転がり軸受用鋼を発明したものである。Based on the results of such research, the present inventors have considered that it is necessary to prevent the formation of this white layer in order to prolong the life of the bearing, and therefore, it is necessary to suppress the diffusion of carbon. In addition, a steel for bearings in which the chemical composition is optimized in order to improve the matrix strength has already been proposed (Japanese Patent Application No. Hei 2-1).
33489). The contents are as follows. First, as a result of investigating the relationship between the concentration of carbon and other alloying elements and the diffusion rate of carbon, it was found that lowering the carbon concentration and increasing the chromium concentration are effective means to reduce the diffusion rate of carbon. Was found. In addition, for other alloy components, component design was conducted to give sufficient mechanical properties to be used as bearings and to minimize carbides and non-metallic inclusions that are harmful to rolling bearing steel. Was. As a result, in terms of weight ratio, C: 0.65 to
0.90%, Si: 0.15 to 0.50%, Mn: 0.
15-1.00%, Cr: 2.00-5.00%, Ni: 0.20-0.50%, Mo:
A rolling bearing steel containing one or more of 0.1 to 2.0% and V: 0.05 to 1.00%, the balance being Fe and unavoidable impurities. is there.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記軸受用鋼はCr成
分量が比較的高いため、その機械的性質を最も良好に引
き出すためには焼入温度を通常の軸受用鋼(JIS S
UJ2等)よりも高くする必要がある。また、軸受用鋼
は従来、多くが転がり軸受ユニット用の材料として用い
られてきたが、近年の自動車部品技術の向上に伴い、C
VJ(等速ジョイント)、フェースカム等の転動、摺動
自動車部品にも使用されるようになってきている。これ
らの自動車部品の中には転がり軸受よりもサイズが大き
いものがあり、焼入れのための加熱時間を長くする必要
のある場合がある。しかし、焼入温度を高くしたり、あ
るいは長くしたりすると、オーステナイト結晶粒が粗大
化し、熱処理後の靭性が低下する恐れがある。これは、
転動寿命の低下につながり、上記の研究成果を折り込ん
だ発明鋼の折角の効果が減殺されることになる。Since the above bearing steel has a relatively high Cr content, the quenching temperature must be adjusted to the value of a normal bearing steel (JIS S) in order to obtain the best mechanical properties.
UJ2, etc.). Conventionally, most bearing steels have been used as materials for rolling bearing units.
It is also being used for rolling and sliding automobile parts such as VJs (constant velocity joints) and face cams. Some of these automotive parts are larger in size than rolling bearings and may require a longer heating time for quenching. However, if the quenching temperature is increased or lengthened, austenite crystal grains may become coarse, and the toughness after heat treatment may be reduced. this is,
The rolling life is reduced, and the effect of the invention steel, which incorporates the above research results, is diminished.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】そこで本発明者等は、焼
入温度が高くなった場合でも結晶粒の粗大化を生じるこ
となく、上記先出願に係る軸受用鋼の特性を最大限に引
き出すことのできる軸受用鋼を開発したものである。本
発明に係る転がり軸受用鋼は、重量比にして、C:0.
65〜0.90%、Si:0.15〜0.50%、M
n:0.15〜1.00%、Cr:2.0〜5.0%、
N:0.0090〜0.0200%を含有し、さらに、
A1:0.010〜0.050%、Nb:0.005〜
0.50%のうちの1種又は2種を含有して、残部Fe
及び不可避的不純物から成ることを特徴とする。また、
それらに加えて、必要に応じて、Ni:0.20〜0.
50%、Mo:0.10〜2.00%、V:0.05〜
1.00%のうちの1種又は2種以上を含有してもよ
い。Accordingly, the present inventors have made the most of the characteristics of the bearing steel according to the above-mentioned prior application without causing the crystal grains to become coarse even when the quenching temperature becomes high. Bearing steel that can be used. The rolling bearing steel according to the present invention has a weight ratio of C: 0.
65 to 0.90%, Si: 0.15 to 0.50%, M
n: 0.15 to 1.00%, Cr: 2.0 to 5.0%,
N: 0.0090 to 0.0200%,
A1: 0.010 to 0.050%, Nb: 0.005 to
0.50%, one or two of which contain Fe
And unavoidable impurities. Also,
In addition to them, if necessary, Ni: 0.20-0.
50%, Mo: 0.10 to 2.00%, V: 0.05 to
One or more of 1.00% may be contained.
【0010】[0010]
【作用】各化学成分の限定理由は次の通りである。The reasons for limiting each chemical component are as follows.
【0011】 C:0.65〜0.90% 転がり軸受は転動体と軌道輪(レース)との接触部が線
(ローラ軸受)又は点(ボール軸受)であるため、接触
圧が非常に高い。従って、接触部で塑性変形を起こさ
ず、軸受のスムーズな運動を保証するために、転がり軸
受用鋼の特性としては硬さが高いことが最も重要であ
る。また、耐摩耗性の点からも硬さが高いことが必要で
あり、これらの理由から炭素は0.65%以上の含有が
必要である。しかし、0.90%を超えて含有させると
炭素の拡散速度が大きくなること、また、炭化物が巨大
化して応力集中の原因となることから、使用中に組織変
化が生じる。これは前記の通り転がり寿命低下の原因と
なる。従って、上限は0.90%とした。C: 0.65 to 0.90% In the rolling bearing, since the contact portion between the rolling element and the race (race) is a line (roller bearing) or a point (ball bearing), the contact pressure is extremely high. . Therefore, in order to prevent the plastic deformation at the contact portion and to guarantee the smooth movement of the bearing, it is most important that the hardness of the rolling bearing steel is high. In addition, it is necessary to have high hardness also from the point of abrasion resistance. For these reasons, the content of carbon is required to be 0.65% or more. However, when the content exceeds 0.90%, the diffusion rate of carbon increases, and the carbides become large and cause stress concentration, so that the structure changes during use. This causes a reduction in the rolling life as described above. Therefore, the upper limit is set to 0.90%.
【0012】 Si:0.15〜0.50% シリコンは鋼の精錬に際して脱酸剤として用いられる。
鋼の脱酸が不十分である場合には鋼中に酸化物系介在物
が増加し、これがやはり応力集中源となって使用中の組
織変化を促進する。この脱酸には少なくとも0.15%
のシリコンの含有が必要である。しかし、0.50%を
超えて含有させると、焼入れ後の残留オーステナイト量
が増加し、焼入硬さが低下して転がり寿命が低下する。
また、球状化焼鈍に際して炭化物の球状化を妨げるた
め、異形炭化物による応力集中の弊害も生じる。更に、
焼鈍後の硬さの低下が十分でないため、被削性が低下す
る。Si: 0.15 to 0.50% Silicon is used as a deoxidizing agent when refining steel.
If the steel is not sufficiently deoxidized, oxide-based inclusions increase in the steel, which also becomes a source of stress concentration and promotes a structural change during use. At least 0.15% for this deoxidation
Of silicon is required. However, when the content exceeds 0.50%, the amount of retained austenite after quenching increases, the quenching hardness decreases, and the rolling life decreases.
In addition, since spheroidization of carbides is prevented during spheroidizing annealing, adverse effects of stress concentration due to irregular shaped carbides also occur. Furthermore,
Since the decrease in hardness after annealing is not sufficient, the machinability decreases.
【0013】 Mn:0.15〜1.00% マンガンは精錬に際してシリコンと同様に脱酸剤として
用いられる元素である。また、焼入性を向上する効果が
大きく、比較的大きな部品において完全な焼入れを行な
うために有用な元素である。これらの効果を発揮させる
ためには、少なくとも0.15%のマンガンを含有させ
る必要がある。しかし、1.00%を超えると焼入れ後
の残留オーステナイト量が多くなり、焼入硬さが低下し
て転がり寿命が低下する。Mn: 0.15 to 1.00% Manganese is an element used as a deoxidizing agent in the refining, like silicon. Further, it has a large effect of improving hardenability and is a useful element for performing complete hardening in a relatively large part. In order to exert these effects, it is necessary to contain at least 0.15% of manganese. However, when the content exceeds 1.00%, the amount of retained austenite after quenching increases, the quenching hardness decreases, and the rolling life decreases.
【0014】 Cr:2.00〜5.00% クロムは焼入性の確保に重要な元素であり、また、炭素
の拡散による組織変化を抑制して寿命向上に寄与する。
このような効果を発揮するために、クロムは最低2.0
%の含有が必要である。しかし、5.0%を超えるとそ
の効果が飽和すると共に、逆に、圧延、鍛造等の工程に
おける加工性が低下し、また、材料価格も上昇する。Cr: 2.00 to 5.00% Chromium is an important element for securing hardenability, and also contributes to an improvement in life by suppressing a structural change due to diffusion of carbon.
In order to exhibit such an effect, chromium must be at least 2.0.
% Is required. However, if it exceeds 5.0%, the effect is saturated, and conversely, workability in steps such as rolling and forging decreases, and the material price also increases.
【0015】 N:0.0090〜0.0200% 後述の通り、ニオブ及びアルミニウムと化合して窒化物
を形成することにより、オーステナイト結晶粒の粗大化
防止の役割を果たす。下記ニオブ及びアルミニウムの含
有量に対応する窒素の最低含有量は0.0090%であ
る。しかし、0.0200%を超えるとその効果が飽和
すると共に、製鋼が困難となる。N: 0.0090 to 0.0200% As will be described later, by combining with niobium and aluminum to form a nitride, it plays a role in preventing austenite crystal grains from becoming coarse. The minimum nitrogen content corresponding to the following niobium and aluminum contents is 0.0090%. However, if the content exceeds 0.0200%, the effect is saturated and steelmaking becomes difficult.
【0016】 A1:0.010〜0.050% アルミニウムは窒化物AlNとして鋼中に微細に分布
し、焼入加熱時のオーステナイト結晶粒の粗大化を防止
する。このためには最低0.010%の含有が必要であ
る。しかし、0.050%を超えて含有させると非金属
介在物であるアルミナ(Al2O3)が多く生成される
ようになり、転がり寿命を低下させる。A1: 0.010 to 0.050% Aluminum is finely distributed in steel as nitride AlN, and prevents coarsening of austenite crystal grains during quenching and heating. For this purpose, a content of at least 0.010% is required. However, if the content exceeds 0.050%, a large amount of alumina (Al 2 O 3 ), which is a nonmetallic inclusion, is generated, and the rolling life is reduced.
【0017】 Nb:0.005〜0.50% ニオブはアルミニウムと同様、鋼中において微細な炭窒
化物を形成し、これが鋼中で微細に分散することにより
焼入加熱時のオーステナイト結晶粒の成長を防止する。
このような効果を十分に奏するためには、0.005%
以上の量を含有させることが必要である。しかし、0.
50%を超えて含有させても、このような効果は飽和す
ると共に、鋼の加工性低下及び材料費の無駄な上昇を招
く。Nb: 0.005 to 0.50% Niobium, like aluminum, forms fine carbonitrides in the steel, which are finely dispersed in the steel to form austenite crystal grains during quenching and heating. Prevent growth.
In order to achieve such effects sufficiently, 0.005%
It is necessary to contain the above amount. However, 0.
If the content exceeds 50%, such an effect is saturated, and the workability of the steel is reduced and the material cost is increased unnecessarily.
【0018】 Ni:0.20〜0.50% ニッケルはマトリクスを強化して靭性を向上させ、これ
により転がり寿命を向上させるという効果を有する。こ
のような効果を確実に奏するためには0.20%以上の
含有が必要である。しかし、0.50%を超えて含有さ
せると残留オーステナイト量が増加し、焼入硬さが低下
するため、逆に転がり寿命は低下する。また、ニッケル
は高価な元素であり、余分な添加は材料価格を無駄に上
昇させるばかりである。Ni: 0.20 to 0.50% Nickel has the effect of strengthening the matrix and improving the toughness, thereby improving the rolling life. In order to ensure such effects, the content of 0.20% or more is necessary. However, when the content exceeds 0.50%, the amount of retained austenite increases and the quenching hardness decreases, and conversely, the rolling life decreases. Also, nickel is an expensive element, and the extra addition only increases the material cost unnecessarily.
【0019】 Mo:0.1〜2.0% モリブデンはマトリクスを強化すると共に、炭素の拡散
を抑制することで組織変化に伴う転がり寿命の低下を防
止する。このような効果を奏するためには、モリブデン
量は0.1%以上含まれていなければならない。しか
し、2.0%を超えた量を含有させるとそのような効果
が飽和するとともに、鋼の加工性が低下し、材料価格が
無駄に上昇する。Mo: 0.1 to 2.0% Molybdenum strengthens the matrix and suppresses the diffusion of carbon, thereby preventing a reduction in rolling life due to a structural change. In order to achieve such an effect, the amount of molybdenum must be contained at 0.1% or more. However, if the content exceeds 2.0%, such an effect is saturated, the workability of steel is reduced, and the material price is increased unnecessarily.
【0020】 V:0.05〜1.00% バナジウムは微細で安定した炭化物を形成し、これによ
り炭素の拡散を抑制して使用中の組織変化を防止する。
すなわち、転がり寿命の向上に有効な元素であり、この
ような効果は0.05%以上の含有で得ることができ
る。しかし、1.0%を超えた量を含有させるとこのよ
うな効果が飽和すると共に、鋼の加工性が低下し、材料
価格が無駄に上昇する。V: 0.05-1.00% Vanadium forms fine and stable carbides, thereby suppressing the diffusion of carbon and preventing a structural change during use.
That is, it is an element effective for improving the rolling life, and such an effect can be obtained by containing 0.05% or more. However, when the content exceeds 1.0%, such an effect is saturated, and the workability of the steel is reduced, and the material cost is increased unnecessarily.
【0021】[0021]
【実施例】次に、本発明鋼の特徴を比較鋼、従来鋼と対
比して、実施例でもって説明する。表4及び表5にこれ
ら供試鋼の化学成分を示す。EXAMPLES Next, the features of the steel of the present invention will be described with reference to examples in comparison with comparative steels and conventional steels. Tables 4 and 5 show the chemical components of these test steels.
【表4】[Table 4]
【表5】[Table 5]
【0022】表4及び表5において、A1〜A12が本
発明鋼(そのうち、A1〜A4が第1発明鋼、A5〜A
13が第2発明鋼)であり、B1〜B3はいずれかの成
分が本発明で規定する範囲を外れている比較鋼である。
C1及びC2は従来鋼であり、C1はJIS SUJ2
鋼、C2はSAE 5120鋼である。転動寿命試験を
行なうために、これらの供試鋼からまず円盤状の試験片
を作製し、所定の熱処理を施した。ここで、C2鋼を除
き、他の供試鋼はいずれも表6の左の欄に示す温度で焼
入れを行なった。C2鋼は肌焼鋼であるため、浸炭を施
した後の2次焼入れの温度を表6に記載した。本発明鋼
は炭素量が低く、またCrを比較的多量に含むため、焼
入温度は従来鋼C1、C2よりも50〜70℃高い温度
で行なっている。比較鋼も同様である。表6左欄に示す
焼入温度で熱処理を施したときの各供試鋼のオーステナ
イト結晶粒の粗さ(JIS G0551に準拠した粒度
番号値)を表6の中欄に示す(肌焼鋼C2は表面浸炭部
の結晶粒度である)。その後、肌焼鋼C2を含め、各供
試鋼はその後表面硬さがほぼHRC61〜62となるよ
うに焼戻しを施した後、表2に示した負荷条件でボール
を転動させて動的荷重試験を行なった。その結果を表6
の右欄に示す。なお、ここにおける「転動寿命」とは、
軸受表面に剥離が発生するまでの時間(hr)である。In Tables 4 and 5, A1 to A12 are steels of the present invention (of which A1 to A4 are first steels of the invention, A5 to A5
13 is a second invention steel), and B1 to B3 are comparative steels in which any component is out of the range specified in the present invention.
C1 and C2 are conventional steels, and C1 is JIS SUJ2
Steel, C2, is SAE 5120 steel. In order to perform a rolling life test, first, a disk-shaped test piece was prepared from these test steels and subjected to a predetermined heat treatment. Here, except for the C2 steel, all other test steels were quenched at the temperatures shown in the left column of Table 6. Since C2 steel is case hardened steel, the temperature of the secondary quenching after carburizing is described in Table 6. Since the steel of the present invention has a low carbon content and contains a relatively large amount of Cr, the quenching temperature is 50 to 70 ° C. higher than that of the conventional steels C1 and C2. The same is true for the comparative steel. The middle column of Table 6 shows the austenitic crystal grain roughness (grain number according to JIS G0551) of each test steel when heat treatment was performed at the quenching temperature shown in the left column of Table 6. Is the grain size of the surface carburized part). After that, each test steel including the case hardened steel C2 was tempered so that the surface hardness became substantially HRC 61 to 62, and then the ball was rolled under the load conditions shown in Table 2 to obtain a dynamic load. The test was performed. Table 6 shows the results.
In the right column. The “rolling life” here is
This is the time (hr) until the separation occurs on the bearing surface.
【0023】[0023]
【表6】まず、表6の中欄の結晶粒度についてみると、
本発明鋼A1〜A12はいずれも従来鋼C1(JIS
SUJ2)、C2(SAE 5120)よりも高い温度
から焼入れを行なっているが、結晶粒の大きさはいずれ
も従来鋼と同等か、それよりも細かくなっている(最も
粗いものでも10.0と従来鋼に比べて優れており、最
も細かいものでは11.7)。[Table 6] First, looking at the crystal grain size in the middle column of Table 6,
The steels A1 to A12 of the present invention are all conventional steel C1 (JIS
SUJ2) and quenching from a higher temperature than C2 (SAE 5120), but the size of the crystal grains is equal to or smaller than that of conventional steel (the coarsest one is 10.0). It is superior to conventional steel, and the finest one is 11.7).
【0024】表6右欄に示す動的荷重試験の結果をみる
と、本発明鋼A1〜A12はいずれも1100時間以上
の高寿命を達成している。それに対し、比較鋼B1〜B
3は長いものでも850時間程度であり、従来鋼に至っ
ては、数十時間から200時間程度と、極めて短寿命と
なっている。以上の通り、本発明鋼は結晶粒粗大化が最
小限に押さえられるため、転動寿命を向上するための添
加元素の効果を最大限に生かすような温度から焼入れを
行なうことができる。その結果、表6に示すように、本
発明鋼はいずれも動的荷重下において十分な転動寿命を
有する。なお、上記実施例では供試鋼を軌道輪に用いて
転動寿命を測定したが、本発明鋼を転動体(ボール、ロ
ーラ)に用いても同様に高寿命が得られることは、剥離
機構を考慮すれば当然のことである。Looking at the results of the dynamic load test shown in the right column of Table 6, all of the steels A1 to A12 of the present invention have achieved a long service life of 1100 hours or more. In contrast, comparative steels B1 to B
3 has a long life of about 850 hours, and the conventional steel has an extremely short life of several tens of hours to about 200 hours. As described above, in the steel of the present invention, since coarsening of the crystal grains is suppressed to a minimum, quenching can be performed from a temperature at which the effect of the added element for improving the rolling life is maximized. As a result, as shown in Table 6, each of the steels of the present invention has a sufficient rolling life under a dynamic load. In the above example, the rolling life was measured using the test steel for the raceway. However, the same high life can be obtained by using the steel of the present invention for the rolling elements (balls and rollers). It is natural if you take into account.
【0025】[0025]
【発明の効果】以上の結果から明かな通り、本発明に係
る軸受用鋼は、特に振動、衝撃荷重が負荷されるという
厳しい条件の下で高寿命を発揮する。従って、高速回転
で使用される軸受や、必然的に振動、衝撃を伴う自動車
・航空機等のエンジン関係やエンジンによって駆動され
る補機類の軸受類に最も適した材料として用いることが
できる。さらに、そのような軸受等を製造する際の熱処
理では、結晶粒の粗大化を心配することなく、十分に温
度を上げ、また時間をかけて焼入れを行なうことができ
るので、製造工程の簡素化及び安定した製品品質の維持
に寄与する。As is evident from the above results, the bearing steel according to the present invention exhibits a long life under severe conditions, in particular, where vibration and impact loads are applied. Therefore, it can be used as a material most suitable for a bearing used at a high speed rotation, an engine related to an automobile or an aircraft which inevitably generates vibrations and impacts, and a bearing for an accessory driven by the engine. Furthermore, in the heat treatment for manufacturing such bearings and the like, the temperature can be raised sufficiently and quenching can be performed over a long time without worrying about coarsening of crystal grains, thereby simplifying the manufacturing process. And contributes to maintaining stable product quality.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】 高速回転により短時間で剥離した軸受の転走
面下の断面の金属組織を表わす写真。FIG. 1 is a photograph showing a metal structure of a cross section below a rolling surface of a bearing that has been separated in a short time by high-speed rotation.
【図2】 白層とマトリクスの炭素濃度分布をEPMA
で分析した結果の模写図。FIG. 2 shows the carbon concentration distribution of the white layer and the matrix by EPMA.
Fig. 7 is a simulated view of the result analyzed in Fig. 4.
1…マトリクス(母相)、2…白層、3…高炭素部分 1 ... matrix (matrix), 2 ... white layer, 3 ... high carbon part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 将夫 大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光 洋精工株式会社内 (72)発明者 川口 敏弘 大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光 洋精工株式会社内 (72)発明者 星野 照男 大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光 洋精工株式会社内 (72)発明者 北村 昌之 大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光 洋精工株式会社内 (72)発明者 夏目 喜孝 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 水谷 彰宏 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 38/00 - 38/60 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masao Goto 3-5-8 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka-shi Inside Koyo Seiko Co., Ltd. (72) Inventor Toshihiro Kawaguchi 3-5-2, Minamisenba, Chuo-ku, Osaka-shi Koyo Seiko Co., Ltd. (72) Inventor Teruo Hoshino 3-5-8 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka-shi Koyo Seiko Co., Ltd. (72) Inventor Masayuki Kitamura 5-58 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka-shi Within Seiko Co., Ltd. (72) Inventor Yoshitaka Natsume 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Japan Inside Denso Co., Ltd. (72) Inventor Akihiro Mitsuya 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Japan Nihon Denso Co., Ltd. (58 ) Surveyed field (Int.Cl. 6 , DB name) C22C 38/00-38/60
Claims (2)
i:0.15〜0.50%、Mn:0.15〜1.00%、Cr:2.0〜
5.0%、N:0.0090〜0.0200%を含有し、さらに、A
l:0.010〜0.050%、Nb:0.005〜0.50%のうちの1
種又は2種を含有して、残部Fe及び不可避的不純物か
ら成ることを特徴とする軸受用鋼。1. A weight ratio of C: 0.65 to 0.90%, S
i: 0.15 to 0.50%, Mn: 0.15 to 1.00%, Cr: 2.0 to
5.0%, N: 0.0090-0.0200%
1: 0.010 to 0.050%, Nb: 1 of 0.005 to 0.50%
A bearing steel containing one or two kinds, the balance being Fe and unavoidable impurities.
%、Si:0.15〜0.50%、Mn:0.15〜
1.00%、Cr:2.0〜5.0%、N:0.009
0〜0.0200%を含有し、さらに、A1:0.01
0〜0.050%、Nb:0.005〜0.50%のう
ちの1種又は2種及びNi:0.20〜0.50%、M
o:0.10〜2.00%、V:0.05〜1.00%
のうちの1種又は2種以上を含有して、残部Fe及び不
可避的不純物から成ることを特徴とする軸受用鋼。2. C: 0.65 to 0.90 in weight ratio
%, Si: 0.15 to 0.50%, Mn: 0.15 to
1.00%, Cr: 2.0-5.0%, N: 0.009
0-0.0200%, and A1: 0.01
0 to 0.050%, Nb: one or two of 0.005 to 0.50%, Ni: 0.20 to 0.50%, M
o: 0.10 to 2.00%, V: 0.05 to 1.00%
A bearing steel comprising one or more of the above, and the balance being Fe and unavoidable impurities.
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