JP3243366B2 - Bearings with excellent microstructure change delay characteristics due to repeated stress loading - Google Patents
Bearings with excellent microstructure change delay characteristics due to repeated stress loadingInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ころ軸受あるいは玉軸
受といった転がり軸受の要素部材として用いられる軸受
部材に関し、とくに苛酷な使用環境における繰り返し応
力負荷によって転動接触面下に発生するミクロ組織変化
(劣化)に対する遅延特性が、潤滑油の清浄性に関係な
く、それが劣悪な状態であってもなお優れた特性を示す
軸受部材について提案する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bearing member used as an element member of a rolling bearing such as a roller bearing or a ball bearing, and more particularly to a microstructural change generated under a rolling contact surface due to a repeated stress load in a severe use environment. delay characteristics for (degradation), regardless of cleanliness of the lubricating oil, it is proposed with the bearing member showing characteristics still excellent a poor condition.
【0002】[0002]
【従来の技術】自動車ならびに産業機械等で用いられる
転がり軸受としては、従来、高炭素クロム軸受鋼(JIS:
SUJ 2)が最も多く使用されてきた。一般に軸受鋼という
のは、転動疲労寿命の長いことが重要であるが、この転
動疲労寿命に与える要因としては、鋼中の硬質な非金属
介在物の影響が大きいと考えられていた。そのため、最
近の研究の主流は、鋼中酸素量の低減を通じて非金属介
在物の量, その大きさを制御することによって軸受寿命
を向上させる方策がとられてきた。2. Description of the Related Art Conventionally, high-carbon chromium bearing steel (JIS:
SUJ 2) has been used most often. In general, it is important for bearing steel to have a long rolling fatigue life, but it has been considered that a hard nonmetallic inclusion in steel has a large effect on the rolling fatigue life. Therefore, the mainstream of recent research has been to increase the life of bearings by controlling the amount and size of nonmetallic inclusions by reducing the amount of oxygen in steel.
【0003】例えば、軸受の転動疲労寿命の一層の向上
を目指して開発されたものとしては、特開平1−306542
号公報や特開平3−126839号公報などの提案があり、こ
れらは、鋼中の酸化物系非金属介在物の組成, 形状ある
いは分布状態をコントロールする技術である。しかしな
がら、非金属介在物の少ない軸受鋼を製造するには、高
価な溶製設備の設置あるいは従来設備の大幅な改良が必
要であり、経済的な負担が大きいという問題があった。For example, Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 1-306542 has been developed with the aim of further improving the rolling fatigue life of a bearing.
And Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-126839, which are techniques for controlling the composition, shape or distribution of oxide-based nonmetallic inclusions in steel. However, in order to produce bearing steel with a small amount of nonmetallic inclusions, it is necessary to install expensive smelting equipment or to significantly improve conventional equipment, resulting in a large economic burden.
【0004】一方、軸受の寿命は、潤滑油の特性にも大
きく影響される。一般に、潤滑油中には、研磨時の研磨
粉やバリ、あるいは回転時に発生した摩耗粉等(以下、
これらを「ゴミ」という)が混入しており、このゴミの
混入は軸受部材の転がり寿命の低下を招くことが指摘さ
れていた。従来、ゴミ入り環境下での軸受寿命の改善に
対しては、主に潤滑油の清浄性を向上させる手法が採ら
れているが、特開平5−78782 号公報や同5−78814 号
公報などの開示によると、軸受部材の表面層を浸炭窒化
処理することにより、その表面層の炭化物面積率, 表面
炭素濃度, 表面残留オーステナイト量をコントロールし
て、該表層部における特性を改善することにより、ゴミ
による圧痕形状をコントロールし、もって、応力集中の
軽減を導いて長寿命化を図ることを提案している。しか
しながら、この従来技術は、鋼組織を本質的に改善する
訳ではなく、いわゆる浸炭窒化・硬化熱処理によって、
軸受部材の表面層のみを外的に改質する方法であるか
ら、後述するような、表層部の下辺で観察されるミクロ
組織変化部の改善につながらないばかりでなく、さらに
処理コストが高いといった問題が残っていた。On the other hand, the life of a bearing is greatly affected by the characteristics of lubricating oil. Generally, lubricating oil contains abrasive powder or burrs during polishing, or wear powder generated during rotation (hereinafter, referred to as
It has been pointed out that mixing of the dust causes a reduction in the rolling life of the bearing member. Conventionally, in order to improve the bearing life in a dust-containing environment, a method of mainly improving the cleanliness of lubricating oil has been adopted, but Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-78782 and 5-78814 disclose such methods. According to the disclosure of the present invention, by performing carbonitriding of the surface layer of the bearing member, the carbide area ratio of the surface layer, the surface carbon concentration, the amount of surface residual austenite is controlled, and the characteristics in the surface layer portion are improved. It has been proposed to control the shape of the indentation due to dust and thereby reduce the stress concentration to extend the life. However, this conventional technique does not essentially improve the steel structure, but by so-called carbonitriding and hardening heat treatment,
The method involves externally modifying only the surface layer of the bearing member, which not only does not lead to the improvement of the microstructure change observed at the lower side of the surface layer as described later, but also has the problem that the processing cost is higher. Was left.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、発明者らが
行った最近の研究成果によれば、転動寿命を決めている
要因としては、従来から一般に論じられてきた現象;す
なわち、特開平5−78782 号, 同5−78814 号各公報な
どで問題にしている熱処理時に生じる軸受部材表面にお
ける“脱炭層”(低C濃度領域)や、特開平1−306542
号, 同3−126839号各公報で問題にしている“非金属介
在物”の存在以外の要因もあるということが判った。と
いうのは、従来技術の下で主として軸受部材表面層を熱
処理することによって、単に脱炭層や非金属介在物を減
少させても、軸受の転動疲労寿命、特に、高負荷あるい
は高温といった過酷な条件下での軸受寿命の向上には大
きな効果が得られないことを多く経験したからである。
このことから、発明者らは軸受寿命を律する他の要因の
存在を確信したのである。According to the results of recent research conducted by the inventors, the factors that determine the rolling life are phenomena generally discussed in the past; Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-306542 describes a "decarburized layer" (low C concentration region) on the surface of a bearing member which occurs during heat treatment, which is a problem in JP-A-78782 and JP-A-5-78814.
It has been found that there are other factors besides the existence of "non-metallic inclusions", which is a problem in each of the above publications. This is because, under the prior art, the rolling contact fatigue life of the bearing, especially by reducing the decarburized layer and nonmetallic inclusions, mainly by heat-treating the bearing member surface layer, especially under high loads or high temperatures This is because they have often experienced that a great effect cannot be obtained for the improvement of the bearing life under the conditions.
From this, the inventors were convinced of the existence of other factors that determine the bearing life.
【0006】そこで、発明者らは、転がり軸受の剥離の
発生原因について鋭意研究を続けた。その結果、軸受の
内・外輪と転動体との回転接触時に発生する繰り返し剪
断応力により、図1に示すような、転動接触面(表層
部)下に、帯状の白色生成物と棒状の析出物からなるミ
クロ組織変化層が発生し、これが転動回数を増すにつれ
て次第に成長し、終にはこのミクロ組織変化部から疲労
剥離が生じて軸受部材表層部を欠損して軸受寿命がつき
ることがわかった。さらに、軸受使用環境の苛酷化すな
わち, 高面圧化(小型化), 使用温度の上昇は、これら
ミクロ組織変化が発生するまでの転動回数を短縮し、著
しい軸受寿命の低下につながるということもつきとめ
た。以上説明したように、軸受寿命というのは、従来技
術のような、軸受部材の表面層の部分における脱炭層や
非金属介在物の制御だけでは不十分であり、例えば、浸
炭・窒化や球状化焼鈍などの各種の熱処理によって、表
面層の脱炭層や非金属介在物量を低減させるだけでは、
上述した転動接触面(表層部)下で発生するミクロ組織
変化が発生するまでの時間を遅延させることはできな
い。その結果として、軸受寿命の今まで以上の向上は図
り得ないということを知見したのである。Accordingly, the present inventors have conducted intensive studies on the cause of the occurrence of peeling of the rolling bearing. As a result, a band-like white product and a rod-like precipitate are formed below the rolling contact surface (surface layer) as shown in FIG. 1 due to the repetitive shear stress generated when the inner and outer rings of the bearing and the rolling element come into rotational contact. A microstructure-changed layer consisting of a material is generated, which gradually grows as the number of rolling increases, and eventually, the microstructure-changed part causes fatigue delamination, losing the surface layer of the bearing member, and the bearing life may be extended. all right. Furthermore, the severer operating environment of the bearing, that is, higher surface pressure (smaller size) and higher operating temperature, shorten the number of rollings before these microstructure changes occur, leading to a significant reduction in bearing life. I also found it. As described above, the bearing life is not sufficient simply by controlling the decarburized layer and non-metallic inclusions in the surface layer portion of the bearing member as in the prior art, for example, carburizing / nitriding or spheroidizing. By simply reducing the decarburized layer on the surface layer and the amount of nonmetallic inclusions by various heat treatments such as annealing,
It is not possible to delay the time until the microstructure change occurring under the rolling contact surface (surface layer) described above. As a result, they found that the bearing life could not be further improved.
【0007】本発明の主たる目的は、過酷な使用条件下
での転動疲労寿命特性を向上させるのに有効な手段を提
案することにある。本発明の具体的な目的は、軸受鋼の
成分組成そのものおよび鋼中の残留オーステナイト量を
工夫することによって、表層部だけでなく鋼全体として
の特性, とくに高負荷・高温環境下での軸受使用中に生
成が予想される表層部下に見られるミクロ組織変化を遅
延させることができ、ひいては軸受寿命の著しい向上を
もたらす軸受部材を提供することにある。本発明の他の
具体的な目的は、鋼の成分組成と鋼中残留オーステナイ
トの量を制御することにより、ゴミ入り環境下において
も、そのゴミによる圧痕の周辺にその応力集中によって
上記ミクロ組織変化が発生するのを抑制することに加
え、更に表面層の転動疲労寿命、素材自体の特性の改善
を図り、もって軸受寿命の一層の向上を目指すことにあ
る。A main object of the present invention is to propose an effective means for improving the rolling fatigue life characteristics under severe use conditions. The specific object of the present invention is to devise the composition of the bearing steel itself and the amount of retained austenite in the steel, so that not only the surface layer but also the properties of the steel as a whole, especially the use of bearings under high load and high temperature environments It is an object of the present invention to provide a bearing member capable of delaying a microstructural change observed under a surface layer which is expected to be formed therein, and consequently significantly improving a bearing life. Another specific object of the present invention is to control the composition of the steel and the amount of retained austenite in the steel so that, even in a dusty environment, the microstructure change due to the stress concentration around the indentation due to the dust. Another object of the present invention is to improve the rolling contact fatigue life of the surface layer and the characteristics of the material itself, thereby further improving the bearing life.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、上述
した知見に基づき軸受寿命として新たに“ミクロ組織変
化遅延特性”というものに着目し、この特性の向上を通
じてこの面における軸受寿命の向上を図るには、当然そ
のための新たな合金設計(成分組成)ならびに鋼組織の
特定、さらには適切な熱処理条件の開発が必要であり、
このことの実現なくして軸受のより一層の寿命向上は図
れないという認識に立って、さらに種々の実験と検討と
を行った。その結果、意外にもSiとともに多量のCrを適
正量添加することおよび鋼中の残留オーステナイト量
(以下、単に「残留γ量」と略記する)を制御すれば、
繰り返し応力負荷による転動接触面下に生成する上述し
たミクロ組織変化を著しく遅延できることを見い出し、
本発明軸受部材を開発した。Means for Solving the Problems Based on the above findings, the present inventors have newly focused on a "microstructure change delay characteristic" as a bearing life, and by improving this characteristic, the bearing life on this surface has been improved. To achieve the improvement, it is naturally necessary to design a new alloy (composition composition) for that purpose, identify the steel structure, and develop appropriate heat treatment conditions.
With the recognition that the bearing life could not be further improved without realizing this, various experiments and studies were further performed. As a result, surprisingly, by adding an appropriate amount of Cr together with Si and controlling the amount of retained austenite in the steel (hereinafter simply referred to as “residual γ amount”),
It has been found that the above-mentioned microstructure change generated below the rolling contact surface due to repeated stress loading can be significantly delayed,
We developed the present invention bearing member.
【0009】すなわち、本発明にかかる軸受部材は、以
下の如き要旨構成を有するものである。 (1) C: 0.5〜1.5 wt%, Si:1.0 〜2.5 wt%, Cr:3.0〜5.0 wt%, O:0.0020wt%以下 を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分
組成を有し、かつ鋼中の残留オーステナイト量が体積比
にして10〜35%である鋼組織を有することを特徴とす
る、繰り返し応力負荷によるミクロ組織変化の遅延特性
に優れた軸受部材。That is, the bearing member according to the present invention has the following gist configuration. (1) C: 0.5 to 1.5 wt%, Si: 1.0 to 2.5 wt%, Cr: 3.0 to 5.0 wt%, O: 0.0020 wt% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities. A bearing member excellent in delay characteristics of microstructure change due to repeated stress load, characterized by having a steel structure in which the amount of retained austenite in steel is 10 to 35% by volume.
【0010】 (2) C: 0.5〜1.5 wt%, Si:1.0 〜2.5 wt%, Cr:3.0〜5.0 wt%, O:0.0020wt%以下 を含有し、さらに、 Mn:0.05〜2.0 wt%, Ni:0.05〜1.0 wt%, Cu:0.05〜1.0 wt%, B:0.0005〜0.01wt%, Al:0.005 〜0.07wt%及びN:0.0005〜0.012 wt%、 のうちから選ばれるいずれか1種または2種以上を含
み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を
有し、かつ鋼中の残留オーステナイト量が体積比にして
10〜35%である鋼組織を有することを特徴とする、繰り
返し応力負荷によるミクロ組織変化の遅延特性に優れた
軸受部材。 (3) ただし、上記基本成分(C, Si, Cr, O)に対しさ
らに、選択的に添加される任意添加成分( Mn, Ni, Cu,
B, Al, N)については、上記(2) の組成の範囲内にお
いて、次のような組合わせで添加することが推奨され
る。 0.05〜2.0 wt%Mn−(Ni, Cu,B, AlおよびNのいずれ
か1種以上) 0.05〜1.0 wt%Ni−(Cu,B, AlおよびNのいずれか1
種以上) 0.05〜1.0 wt%Cu−( B, AlおよびNのいずれか1種
以上) 0.0005〜0.01wt%B−(Al およびNのいずれか1種以
上) 0.005 〜0.07wt%Al−N(2) C: 0.5 to 1.5 wt%, Si: 1.0 to 2.5 wt%, Cr: 3.0 to 5.0 wt%, O: 0.0020 wt% or less, and Mn: 0.05 to 2.0 wt%, Ni: 0.05 to 1.0 wt%, Cu: 0.05 to 1.0 wt%, B: 0.0005 to 0.01 wt%, Al: 0.005 to 0.07 wt%, and N: 0.0005 to 0.012 wt% Including two or more, the balance has a component composition consisting of Fe and unavoidable impurities, and the amount of retained austenite in the steel is expressed as a volume ratio.
A bearing member having a steel structure of 10 to 35% and having excellent characteristics of delaying microstructure change due to repeated stress loading. (3) However, optional components (Mn, Ni, Cu, and Mn) selectively added to the basic components (C, Si, Cr, O).
(B, Al, N), it is recommended to add them in the following combinations within the composition range of the above (2). 0.05-2.0 wt% Mn- (any one or more of Ni, Cu, B, Al and N) 0.05-1.0 wt% Ni- (any one of Cu, B, Al and N)
0.05-1.0 wt% Cu- (one or more of B, Al and N) 0.0005-0.01 wt% B- (one or more of Al and N) 0.005-0.07 wt% Al-N
【0011】 (4) C: 0.5〜1.5 wt%, Si:1.0 〜2.5 wt%, Cr:3.0〜5.0 wt%, O:0.0020wt%以下 を含有し、さらに、 Ni:1.0 超〜3.0 wt%, Zr:0.02〜0.5 wt%, Ta:0.02〜0.5 wt%, Hf:0.02〜0.5 wt% 及びCo:0.05〜1.5 wt% のうちから選ばれるいずれか1種または2種以上を含
み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を
有し、かつ鋼中の残留オーステナイト量が体積比にして
10〜35%である鋼組織を有することを特徴とする、繰り
返し応力負荷によるミクロ組織変化の遅延特性に優れた
軸受部材。 5) ただし、上記基本成分(C, Si, Cr, O)に対しさ
らに、選択的に多量添加される任意添加成分(Ni)とそ
の他の少量添加される任意添加成分(Zr, Ta, HfおよびC
o)については、上記(4) に記載の組成範囲内におい
て、次のような組合わせで添加することが推奨される。 1.0 超〜3.0 wt%Ni−(Zr, Ta, Hf およびCoのうち
のいずれか1種以上) (Zr, Ta, Hf およびCoのうちのいずれか1種以上)(4) C: 0.5 to 1.5 wt%, Si: 1.0 to 2.5 wt%, Cr: 3.0 to 5.0 wt%, O: 0.0020 wt% or less, and Ni: more than 1.0 to 3.0 wt% , Zr: 0.02 to 0.5 wt%, Ta: 0.02 to 0.5 wt%, Hf: 0.02 to 0.5 wt%, and Co: 0.05 to 1.5 wt%. It has a component composition consisting of Fe and unavoidable impurities, and the amount of retained austenite in steel is
A bearing member having a steel structure of 10 to 35% and having excellent characteristics of delaying microstructure change due to repeated stress loading. 5) However, the optional components (Ni) added selectively and in large amounts to the above basic components (C, Si, Cr, O) and other optional components (Zr, Ta, Hf and C
As for o), it is recommended to add the following combinations within the composition range described in (4) above. More than 1.0 to 3.0 wt% Ni- (one or more of Zr, Ta, Hf and Co) (one or more of Zr, Ta, Hf and Co)
【0012】 (6) C: 0.5〜1.5 wt%, Si:1.0 〜2.5 wt%, Cr:3.0〜5.0 wt%, O:0.0020wt%以下 を含有し、さらに、 Mn:0.05〜2.0 wt%, Ni:0.05〜1.0 wt%, Cu:0.05〜1.0 wt%, B:0.0005〜0.01wt%, Al:0.005 〜0.07wt%及びN:0.0005〜0.012 wt%、 のうちから選ばれるいずれか1種または2種以上を、通
常環境下での転動疲労を改善する成分として含み、 さらにまた、上記改善成分のいずれか1種以上のものが
選択された場合はその元素を除く下記の成分、すなわ
ち、 さらにまた、上記改善成分のいずれか1種以上のものが
選択された場合はその元素を除く下記の成分、すなわ
ち、 Ni:1.0 超〜3.0 wt%, Zr:0.02〜0.5 wt%, Ta:0.02〜0.5 wt%, Hf:0.02〜0.5 wt% 及びCo:0.05〜1.5 wt% のうちから選ばれるいずれか1種または2種以上を、苛
酷な環境下での転動疲労寿命を改善する成分として含
み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を
有し、かつ鋼中の残留オーステナイト量が体積比にして
10〜35%である鋼組織を有することを特徴とする、繰り
返し応力負荷によるミクロ組織変化の遅延特性に優れた
軸受部材。 (7)ただし、上記通常環境における転動疲労寿命改善成
分については、次のような組合わせが推奨される。 0.05〜2.0 wt%Mn−(Ni, Cu,B, AlおよびNのいずれ
か1種以上) 0.05〜1.0 wt%Ni−(Cu,B, AlおよびNのいずれか1
種以上) 0.05〜1.0 wt%Cu−( B, AlおよびNのいずれか1種
以上) 0.0005〜0.01wt%B−(Al およびNのいずれか1種以
上) 0.005 〜0.07wt%Al−N また、上記の苛酷な使用環境における転動疲労寿命改善
成分についての組合わせは下記のものが推奨される。 1.0 超〜3.0 wt%Ni−(Zr, Ta, Hf およびCoのうち
のいずれか1種以上) (Zr, Ta, Hf およびCoのうちのいずれか1種以上)(6) C: 0.5 to 1.5 wt%, Si: 1.0 to 2.5 wt%, Cr: 3.0 to 5.0 wt%, O: 0.0020 wt% or less, Mn: 0.05 to 2.0 wt%, Ni: 0.05 to 1.0 wt%, Cu: 0.05 to 1.0 wt%, B: 0.0005 to 0.01 wt%, Al: 0.005 to 0.07 wt%, and N: 0.0005 to 0.012 wt% Including two or more as a component for improving rolling fatigue under a normal environment, and when any one or more of the above-mentioned improving components is selected, the following components excluding the element, namely, Furthermore, when any one or more of the above-mentioned improving components is selected, the following components excluding that element are selected: Ni: more than 1.0 to 3.0 wt%, Zr: 0.02 to 0.5 wt%, Ta: 0.02 -0.5 wt%, Hf: 0.02-0.5 wt% and Co: 0.05-1.5 wt% to improve the rolling fatigue life under severe environment. And the balance has a component composition consisting of Fe and unavoidable impurities, and the amount of retained austenite in the steel is expressed as a volume ratio.
A bearing member having a steel structure of 10 to 35% and having excellent characteristics of delaying microstructure change due to repeated stress loading. (7) However, the following combinations are recommended for the rolling fatigue life improvement component in the normal environment. 0.05-2.0 wt% Mn- (any one or more of Ni, Cu, B, Al and N) 0.05-1.0 wt% Ni- (any one of Cu, B, Al and N)
0.05-1.0 wt% Cu- (one or more of B, Al and N) 0.0005-0.01 wt% B- (one or more of Al and N) 0.005-0.07 wt% Al-N The following combinations are recommended for the rolling fatigue life improving component in the above-mentioned severe use environment. More than 1.0 to 3.0 wt% Ni- (any one or more of Zr, Ta, Hf and Co) (any one or more of Zr, Ta, Hf and Co)
【0013】なお、上記各軸受部材は、所定の成分組成
を有する鋼を、溶製後常法に従う処理によって棒鋼に圧
延し、次いで焼ならしと焼なましを施した後、 880〜10
00℃(望ましくは 900〜950 ℃) からの焼入れを施すこ
とによって製造することができる。[0013] Each of the above bearing members is prepared by rolling steel having a predetermined component composition into a steel bar by a process according to a conventional method after smelting, and then normalizing and annealing the steel.
It can be produced by quenching from 00 ° C (preferably 900 to 950 ° C).
【0014】[0014]
【作用】まず、上記合金設計ならびに組織制御にかかる
本発明の軸受部材を開発した経緯につき、発明者らが行
った実験結果に基づいて説明する。まず、この実験に当
たっては、 SUJ 2 ( C:1.02wt%, Si:0.25wt%, Mn:0.45wt
%, Cr:1.35wt%, N:0.0040wt%, O:0.0012wt%)
と、Siと多量のCrを添加した2種の材料 (C:1.00wt%, Si:1.28wt%, Mn:0.46wt%, C
r:3.56wt%, N:0.0046wt%, O:0.0009wt%) (C:1.00wt%, Si:1.32wt%, Mn:0.48wt%, C
r:7.23wt%, N:0.0052wt%, O:0.0008wt%) の化学組成を有する鋼を溶製した鋳造し、1240℃で30h
の拡散焼鈍を施した後に65mmφの棒鋼に圧延して供試材
とした。ついで、この供試材を焼ならし、球状化焼なま
し、さらには焼入れ−焼もどしの順で熱処理を行い、そ
の後、ラッピング仕上げにより12mmφ×22mmの円筒型の
試験片を作製した。First, the development of the bearing member of the present invention relating to the above alloy design and structure control will be described based on the results of experiments conducted by the inventors. First, in this experiment, SUJ 2 (C: 1.02 wt%, Si: 0.25 wt%, Mn: 0.45 wt%)
%, Cr: 1.35wt%, N: 0.0040wt%, O: 0.0012wt%)
And two types of materials to which Si and a large amount of Cr are added (C: 1.00 wt%, Si: 1.28 wt%, Mn: 0.46 wt%, C
r: 3.56 wt%, N: 0.0046 wt%, O: 0.0009 wt%) (C: 1.00 wt%, Si: 1.32 wt%, Mn: 0.48 wt%, C
r: 7.23 wt%, N: 0.0052 wt%, O: 0.0008 wt%).
And then rolled into a 65 mmφ steel bar to obtain a test material. Then, the test material was normalized, spheroidized, heat-treated in the order of quenching and tempering, and thereafter, a cylindrical test piece of 12 mmφ × 22 mm was prepared by lapping.
【0015】次に、上記試験片をラジアルタイプ型の転
動疲労寿命試験機を用い、ヘルツ最大接触応力:600kgf
/mm2, 繰返し応力数:46500 cpm , 潤滑:#68タービン
飛沫油使用環境下の負荷条件で、焼入れ温度を調整し、
鋼中の残留γ量(7%, 18%) を変化させて転動疲労寿
命試験を行った。その試験結果は、ワイブル分布に従う
ものとして確立紙上にプロットし、主として表面層にお
ける非金属介在物の抑制と材料強度の上昇による, 従来
から検討されていた通常の転動疲労寿命を示す数値であ
るB10(10%累積破損確率) と、高温・高負荷転動時の
繰り返し応力負荷による, 苛酷な使用環境下で見られ
る、いわゆる表層部下におけるミクロ組織変化の発生を
遅延させることによる転動疲労寿命を示す数値と見られ
るB50(50%累積破損確率)とを求めた。Next, the above test piece was subjected to a rolling contact fatigue life tester of a radial type using a Hertz maximum contact stress: 600 kgf.
/ mm 2 , Number of cyclic stress: 46500 cpm, Lubrication: # 68 Adjust the quenching temperature under the load condition under the use environment of turbine splash oil.
The rolling fatigue life test was performed by changing the amount of residual γ in the steel (7%, 18%). The test results are plotted on established paper as following the Weibull distribution, and are numerical values showing the conventional rolling fatigue life that has been conventionally studied, mainly due to suppression of nonmetallic inclusions in the surface layer and increase in material strength. B 10 (10% cumulative failure probability), rolling fatigue due to due to repeated stress loads at a high temperature and high-load rolling, viewed under severe use environments, to delay the occurrence of microstructural changes in the so-called surface subordinates It was determined and B 50 that appear to numerical value indicating the lifetime (50% cumulative failure probability).
【0016】その結果、表1に示すように、Si−Cr添加
材については、残留γ量が少量(<10%)の場合、前記
B10値についての改善はそれほど大きくないが、B50値
については著しく高い数値を示し、軸受平均寿命はSUJ
2 材に比べ、Cr:3.56wt%では約21倍もの改善を示して
いた。とくに、Cr:7.23wt%と、もっと多量に添加した
場合には、B50値は約30倍にも達し、高負荷転動中に生
成するミクロ組織変化の遅延特性に対して顕著な効果を
示し、破損(寿命)を大きく遅延させることができるこ
とが判った。ところが、同じ成分組成でも、残留γ量が
多く(≧10%)なると、B50値の改善程度が一層顕著な
ものになることに加え、更にB10値もSUJ 2材に比べる
と、Cr:3.56wt%の場合で約10倍、Cr:7.23wt%の場合
で約13倍も改善されることが判った。As a result, as shown in Table 1, when the amount of residual γ is small (<10%), the improvement in the B 10 value is not so large, but the B 50 value is small. Shows a remarkably high value, and the average bearing life is SUJ
Compared with the two materials, Cr: 3.56 wt% showed an improvement of about 21 times. In particular, Cr: and 7.23Wt%, when more heavily added, B 50 value reaches to about 30 times, a remarkable effect on the delay characteristics of the microstructural changes produced during high-load rolling It was found that breakage (lifetime) can be greatly delayed. However, even with the same component composition, when the amount of residual γ increases (≧ 10%), the degree of improvement in the B 50 value becomes even more remarkable, and further, the B 10 value also differs from that of the SUJ2 material in that Cr: It was found that the improvement was about 10 times in the case of 3.56 wt% and about 13 times in the case of 7.23 wt% of Cr.
【0017】[0017]
【表1】 [Table 1]
【0018】図2は、上記実験結果をまとめたものであ
って、表層部における非金属介在物に起因する軸受寿命
と、表層部下における繰返し応力負荷でのミクロ組織変
化の様子、ならびに残留γ量が軸受の転動疲労寿命に及
ぼす影響を示す模式図である。この図に明らかなよう
に、従来からごく一般的に議論されてきた、軸受部材表
面層の非金属介在物の量, その形態, C濃度, 炭化物面
積率などの指標としての, 累積破損確率10%のB10値で
示される軸受寿命(以下、これを「B10寿命」という)
によれば、単にSiとCrを添加するだけではその効果は期
待した程には得られないが、残留γ量を多くした場合に
は、かなり改善されることがわかる。一方、部材表層部
下の帯域に見られるミクロ組織変化特性を示す指標とし
ての, 累積破損確率50%のB50値で示される軸受寿命(
以下、これを「B50寿命」という)でみると、Si−Crの
添加効果は極めて顕著であり、この傾向は残留γ量の影
響よりも大きく、少なくとも苛酷な環境下で発生するミ
クロ組織変化の生成度合いを示す軸受寿命を意識する限
り、適正量のSi−Crの添加と高残留γ量へのコントロー
ルは極めて有効であることがわかる。FIG. 2 summarizes the results of the above experiments. The bearing life attributable to non-metallic inclusions in the surface layer, the state of microstructure change under repeated stress loading under the surface layer, and the amount of residual γ FIG. 4 is a schematic diagram showing the effect of the bearing on rolling fatigue life of a bearing. As can be seen from this figure, the cumulative failure probability 10 as an index of the amount of non-metallic inclusions in the bearing member surface layer, its form, C concentration, carbide area ratio, etc. % of bearing life represented by B 10 value (hereinafter referred to as "B 10 life")
According to the results, the effect cannot be obtained as expected by simply adding Si and Cr, but it can be understood that the effect is considerably improved when the amount of residual γ is increased. On the other hand, as an indicator showing the microstructural variation characteristics found in the band member surface subordinates, cumulative failure probability of 50% B 50 values shown are bearing life (
In the following, this is referred to as “B 50 life”), the effect of adding Si—Cr is extremely remarkable, and this tendency is greater than the effect of the residual γ content, and at least the microstructural change that occurs in a severe environment It can be seen that the addition of an appropriate amount of Si-Cr and the control to a high residual γ content are extremely effective as long as the bearing life indicating the degree of formation of γ is considered.
【0019】以上説明したように、B10寿命, B50寿命
の両方を改善するには、適正量のSi−Crを含有する鋼に
ついて、焼ならしおよび球状化焼なましの処理を経てか
らさらに適正な焼入れ, 焼もどし処理を施すことによ
り、鋼中の残留γ量を所定の範囲に制御することが有効
である。この理由については明確に解明されている訳で
はないが、発明者らは、この残留γが繰返し応力負荷に
よるミクロ組織変化の遅延と応力作用領域に存在する硬
質な非金属介在物の切り欠き作用を緩和し、このことに
よってB10寿命およびB50寿命の両方を向上させるもの
と考えている。[0019] As described above, B 10 life, to improve both B 50 life, the steel containing an appropriate amount of Si-Cr, from after the processing of the normalizing and spheroidizing annealing Further, it is effective to control the amount of residual γ in the steel to a predetermined range by performing appropriate quenching and tempering. Although the reason for this has not been clearly elucidated, the inventors found that this residual γ delays microstructure change due to repeated stress loading and the notch effect of hard nonmetallic inclusions existing in the stress action region. relieve, are believed to improve both the B 10 life and B 50 life by this.
【0020】なお、この残留γ量は、体積比にして10〜
35%が適正量と考えている。それは、この残留γの量が
少ないと転動疲労寿命、とりわけB10寿命向上の効果が
得られないからであり、それ故に10%以上は必要であ
る。一方、35%を超える残留γ量では軸受強度の不足な
らびに寸法の安定性に欠けるから、残留γ量は、10〜35
%の範囲に、好ましくは12〜30%の範囲に、そしてより
好ましくは15〜25%の範囲内に制御する。The amount of residual γ is 10 to 10% by volume.
We consider 35% to be an appropriate amount. It small amount the rolling fatigue life of the residual gamma, and since no especially to obtain the effect of the B 10 life improvement, it is necessary therefore 10% or more. On the other hand, if the residual γ amount exceeds 35%, the bearing strength is insufficient and the dimensional stability is lacking.
%, Preferably in the range of 12-30%, and more preferably in the range of 15-25%.
【0021】本発明においては、主として繰り返し応力
負荷によるミクロ組織変化遅延特性の改善を図るという
観点から、以下に説明するような成分組成の範囲を決定
した。In the present invention, the range of the component composition as described below is determined mainly from the viewpoint of improving the microstructure change delay characteristic due to repeated stress load.
【0022】C: 0.5〜1.5 wt% Cは、基地に固溶してマルテンサイトの強化に有効に作
用する元素であり、焼入れ焼もどし後の強度確保とそれ
による転動疲労寿命を向上させるために含有させる。そ
の含有量が0.5 wt%未満ではこうした効果が得られな
い。一方、 1.5wt%超では被削性, 鍛造性が低下するの
で、 0.5〜1.5 wt%の範囲に限定した。好ましくは、0.
65〜1.10wt%の範囲がよい。C: 0.5-1.5 wt% C is an element which forms a solid solution in the matrix and effectively acts to strengthen martensite. To secure strength after quenching and tempering and to improve the rolling fatigue life due to it. To be contained. If the content is less than 0.5 wt%, such effects cannot be obtained. On the other hand, if the content exceeds 1.5 wt%, the machinability and forgeability deteriorate, so the range was limited to the range of 0.5 to 1.5 wt%. Preferably, 0.
The range of 65 to 1.10 wt% is good.
【0023】Si:1.0 〜2.5 wt% Siは、鋼の溶製時の脱酸剤として用いられる他、基地に
固溶して焼もどし軟化抵抗の増大により焼入れ, 焼もど
し後の強度を高めて転動疲労寿命を向上させる効果があ
る。しかしながら、本発明においてこのSiは、上記の作
用に加え、とくに1.0 wt%以上添加した場合には、過酷
な繰り返し応力負荷の下での、上述したミクロ組織変化
の遅延を促して、この面での転動疲労寿命( B50寿命)
を向上させる。しかし、その含有量が2.5 %を超える
と、その効果が飽和する一方で加工性や靱性を低下させ
るので、ミクロ組織変化遅延特性のためには1.0 〜2.5
wt%の範囲で添加する必要がある。好ましくは 0.5〜
2.5wt%がよい。Si: 1.0 to 2.5 wt% Si is used as a deoxidizing agent at the time of smelting steel, and is also dissolved in a matrix to increase the softening resistance, thereby increasing the strength after quenching and tempering. This has the effect of improving the rolling fatigue life. However, in the present invention, in addition to the above-mentioned effects, Si, particularly when added in an amount of 1.0 wt% or more, promotes the delay of the above-described microstructure change under severe repeated stress loading. the rolling contact fatigue life (B 50 life)
Improve. However, if the content exceeds 2.5%, the effect is saturated, but the workability and toughness are reduced.
It must be added in the range of wt%. Preferably 0.5 to
2.5wt% is good.
【0024】 Cr: 3.0〜5.0 wt% Crは、一般的には、焼入れ性の向上と安定な炭化物の形
成を通じて、強度の向上ならびに耐磨耗性を向上させ、
ひいては転動疲労寿命を向上させる成分である。しかし
ながら、本発明においてこのCrはとくに重要な役割を担
っている元素であり、2.5 wt%を超えて添加した場合
に、Siとの複合効果により、とりわけ過酷な繰り返し応
力負荷の下での、上述したミクロ組織変化の遅延を促し
て、この面での転動疲労寿命( B50寿命) を向上させ
る。しかし、その量が 5.0wt%を超えて添加しても、効
果が飽和するのみならず、却って焼き入れ時の固溶Cの
低下を招いて強度が低下する。したがって、Crは、3.0
〜5.0 wt%の範囲で添加する必要がある。 Cr: 3.0 to 5.0 wt% Cr generally improves strength and abrasion resistance through improvement of hardenability and formation of stable carbides.
Further, it is a component that improves the rolling fatigue life. However, in the present invention, Cr is an element that plays a particularly important role, and when added in excess of 2.5 wt%, due to the combined effect with Si, the above-mentioned Cr under the severe repetitive stress load, especially. to encourage the delay of microstructural changes, improve rolling fatigue life in this area (B 50 life). However, even if the amount exceeds 5.0 wt%, not only the effect is saturated, but also the strength of the solid solution C is lowered due to a decrease in solid solution C during quenching. Therefore, Cr is 3.0
It must be added in the range of ~ 5.0 wt% .
【0025】O:0.0020wt%以下 Oは、硬質な非金属介在物を形成するので、たとえ他の
成分の制御によって繰り返し応力負荷によるミクロ組織
変化の遅延が得られたとしても、B10寿命, B 50寿命の
低下を招くことがあるから、可能な限り低いことが望ま
しい。しかし、0.0020wt%以下の含有量であれば許容で
きる。好ましくは0.0012wt%以下である。O: 0.0020 wt% or less O forms hard non-metallic inclusions.
Microstructure due to repeated stress loading by controlling components
Even if a delay in change is obtained, BTenLifespan, B 50Lifetime
It is desirable to be as low as possible, as it may cause a decline
New However, a content of 0.0020 wt% or less is acceptable.
Wear. Preferably it is 0.0012 wt% or less.
【0026】Mn:0.05 〜2.0 wt% Mnは、鋼の溶製時に脱酸剤として作用し、鋼の低酸素化
に有効な元素である。また、鋼の焼入れ性を向上させる
ことにより基地マルテンサイトの靱性, 硬度を向上さ
せ、部材表層部における一般的な転動疲労寿命(B10寿
命)の向上に有効に寄与する。こうした目的のために
は、0.05〜2.0 wt%の添加があれば十分であり、好まし
くは0.25〜2.0 wt%である。Mn: 0.05 to 2.0 wt% Mn acts as a deoxidizing agent during melting of steel and is an effective element for reducing oxygen in steel. Further, the toughness of the base martensite by improving the hardenability of the steel, to improve hardness, effectively contributes to the improvement of the general rolling contact fatigue life (B 10 life) in member surface portion. For this purpose, the addition of 0.05 to 2.0 wt% is sufficient, preferably 0.25 to 2.0 wt%.
【0027】Ni:0.05〜1.0 wt%, 1.0 超〜3.0 wt% Niは、焼入れ性の増大により焼入れ焼もどし後の強度を
高め靱性を向上させるとともに、B10寿命を向上させる
ので、この目的のためには0.05〜1.0 wt%の範囲内で添
加することとし、好ましくは0.15〜1.0 wt%添加する。
さらに、このNiは、上述したように、 1.0wt%を超えて
添加した場合には、転動時のミクロ組織変化を遅らせ、
これによりB50寿命を向上させる。しかし、この場合で
も3wt%を超えて添加すると、多量(>35%) の残留γ
を析出して強度の低下ならびに寸法安性を害することに
なる他、コストアップになるため、この作用効果を期待
する場合には、1.0 超〜3.0 wt%の範囲内で添加するこ
とが必要であり、好ましくは 1.0超〜2.5 wt%がよい。[0027] Ni: 0.05~1.0 wt%, 1.0 ultra to 3.0 wt% Ni, as well as improving the toughness enhancing the strength after tempering Quenched by increasing hardenability, so improving the B 10 life, this end For this purpose, it is added in the range of 0.05 to 1.0 wt%, preferably 0.15 to 1.0 wt%.
Further, as described above, when Ni is added in excess of 1.0 wt%, the microstructure change during rolling is delayed,
Thereby improving the B 50 life. However, even in this case, if more than 3 wt% is added, a large amount (> 35%) of residual γ
Precipitation causes a decrease in strength and impairs dimensional stability, and also increases the cost. Therefore, if this effect is expected, it is necessary to add it in the range of more than 1.0 to 3.0 wt%. Yes, preferably more than 1.0 to 2.5 wt%.
【0028】Cu:0.05〜1.0 wt% Cuは、焼入れの増大により焼入れ焼もどし後の強度を高
め、B10寿命を向上させるために添加する。この目的の
ためには、0.05〜1.0 wt%の範囲で十分であり、好まし
くは0.15〜1.0 wt%がよい。[0028] Cu: 0.05~1.0 wt% Cu increases the strength after tempering Quenched by increasing hardening, is added in order to improve the B 10 life. For this purpose, a range of 0.05 to 1.0 wt% is sufficient, and preferably 0.15 to 1.0 wt%.
【0029】B:0.0005〜0.01wt% Bは、焼入れ性の増大により焼入れ焼もどし後の強度を
高め、B10寿命を向上させるので、0.0005wt%以上を添
加する。しかしながら、0.01wt%を超えて添加すると加
工性を劣化させるので、0.0005〜0.01wt%の範囲に限定
する。好ましくは0.0015〜0.0050wt%がよい。[0029] B: 0.0005~0.01wt% B increases the strength after tempering Quenched by increasing hardenability, so improving the B 10 life, adding more than 0.0005wt%. However, if added in excess of 0.01 wt%, the workability is degraded, so the range is limited to 0.0005 to 0.01 wt%. Preferably, the content is 0.0015 to 0.0050 wt%.
【0030】Al:0.005 〜0.07wt% Alは、鋼の溶製時の脱酸剤としても作用し、さらにNと
結合して結晶粒を微細化し、鋼の靱性向上にも寄与する
元素である。また、焼入れ焼もどし後の強度を高め、転
動疲労寿命の向上にも有効に作用する。このような作用
のためにAlは、0.005 〜0.07wt%、好ましくは0.015 〜
0.07wt%の範囲で添加する必要がある。Al: 0.005 to 0.07 wt% Al is an element that also acts as a deoxidizing agent during melting of steel, combines with N to refine crystal grains, and also contributes to improving the toughness of steel. . Further, it increases the strength after quenching and tempering, and effectively acts to improve the rolling fatigue life. For such an effect, Al is 0.005 to 0.07 wt%, preferably 0.015 to
It must be added in the range of 0.07 wt%.
【0031】N:0.0005〜0.012 wt% Nは、炭窒化物形成元素と結合して結晶粒を微細化し、
基地に固溶して焼入れ焼もどし後の強度を高め、そして
B10寿命を向上させる。この目的のためには0.0005〜0.
012 wt%の範囲内で添加するが、好ましくは0.0020〜0.
012 wt%がよい。N: 0.0005 to 0.012 wt% N combines with a carbonitride forming element to refine crystal grains,
Enhance the strength after tempering Quenched and dissolved in the matrix and improving the B 10 life. For this purpose 0.0005-0.
It is added within the range of 012 wt%, but preferably 0.0020 to 0.
012 wt% is good.
【0032】以上、部材表層部における繰り返し応力負
荷によるミクロ組織変化を遅延させることによる転動疲
労寿命(B50寿命)を改善すると共に、強度の上昇を通
じて部材表層部における転動疲労寿命(B10寿命)を改
善するための主要成分(C,Si,Cr,OおよびMn, Ni,Cu,
B, Al, N)の限定理由について説明したが、本発明で
はさらに、Zr, Ta, HfおよびCoのうちから選ばれるいず
れか1種または2種以上を添加することにより、苛酷な
使用環境(ゴミ入り, 高負荷, 高温)での転動疲労寿
命, 即ちB50寿命を改善させるようにしてもよい。The above, as well as improve the rolling fatigue life (B 50 life) by delaying the microstructure change caused by repeated stress loading at the member surface portion, the rolling fatigue life of member surface part through increased strength (B 10 The main components (C, Si, Cr, O and Mn, Ni, Cu,
(B, Al, N) has been described. However, in the present invention, by adding one or more selected from Zr, Ta, Hf and Co, a severe use environment ( dust-containing, high-load, it may be made to improve the rolling contact fatigue life, i.e. B 50 life at high temperatures).
【0033】上記各元素の好適添加範囲と添加の目的、
上限値、下限値限定の理由につき、表2にまとめて示
す。The preferred addition range and purpose of each of the above elements,
Table 2 summarizes the reasons for limiting the upper and lower limits.
【表2】 [Table 2]
【0034】さらに、本発明においては、被削性を改善
するために、P,S,Se, Te, REM,Pb,Bi, Ca, Ti, Mg,
Sn, As等を添加しても、上述した本発明の目的である
繰り返し応力負荷によるミクロ組織変化による遅延特性
を阻害することはなく、容易に被削性を改善することが
できるので、必要に応じて添加してもよい。なお、P
は、鋼の靱性ならびに転動疲労寿命を低下させることか
ら、0.025 wt%以下、さらに 0.015wt%以下の範囲とす
ることが好ましい。また、Sは、Mnと結合してMnSを形
成し、被削性を向上させる。しかし、多量に含有させる
と転動疲労寿命を低下させることから、0.025 wt%以
下、好ましくは 0.015wt%以下に抑えるのがよい。Further, in the present invention, in order to improve machinability, P, S, Se, Te, REM, Pb, Bi, Ca, Ti, Mg,
Even if Sn, As, etc. are added, the above-mentioned object of the present invention does not hinder the retardation characteristics due to the change in microstructure due to the repeated stress load, and the machinability can be easily improved. You may add according to it. Note that P
Is preferably 0.025 wt% or less, and more preferably 0.015 wt% or less, since it reduces the toughness and rolling fatigue life of steel. Further, S combines with Mn to form MnS, and improves machinability. However, if contained in a large amount, the rolling fatigue life is reduced, so it is preferable to keep the content to 0.025 wt% or less, preferably 0.015 wt% or less.
【0035】[0035]
【実施例】表3、表4に示す成分組成の鋼を溶製して鋳
造し、得られた鋼材につき1200℃で30h の拡散焼鈍を施
した後に65mmφの棒鋼に圧延した。次いで、焼ならし−
球状化焼なましの後、鋼材No.1, No.2は 820℃で、他は
900℃〜950 ℃で焼入れ、180℃で焼もどした。さら
に、ラッピング仕上げにより12mmφ×22mmならびに60mm
φ×5mmの円筒状試験片を作製した。このときの該試験
片の面粗度はいずれもRa:0.1 mmとした。そして、上記
各試験片について、クリーン環境下におけるB10寿命,
B50寿命についての測定試験を行った。このB10寿命,
B50寿命の試験は、図3に示すようなラジアルタイプの
転動疲労寿命試験機を用いて、ヘルツ最大接触応力:60
0kgf/mm2 , 繰り返し応力数約46500 cpm および潤滑
油:#68タービン飛沫油を使うという条件で行ったもの
である。なお、試験の結果は、ワイブル分布に従うもの
として確率紙上にまとめ、鋼材No.1 (従来鋼である SUJ
2) の平均寿命 (累積破損確率:10%および50%におけ
る、剥離発生までの総負荷回数) を1として、その他の
鋼種のものを対比して評価した。EXAMPLES Steel having the composition shown in Tables 3 and 4 was melted and cast, and the obtained steel was subjected to diffusion annealing at 1200 ° C. for 30 hours and then rolled into a 65 mmφ steel bar. Then, normalizing-
After spheroidizing annealing, steel materials No.1 and No.2 are at 820 ° C and others are
Quenched at 900 to 950 ° C and tempered at 180 ° C. 12mmφ × 22mm and 60mm by wrapping
A φ5 mm cylindrical test piece was prepared. At this time, the surface roughness of each test piece was Ra: 0.1 mm. Then, for each test piece, B 10 life under clean environment,
It was measured test for B 50 life. The B 10 life,
B test 50 life, using a rolling fatigue life tester of the radial type as shown in FIG. 3, Hertzian maximum contact stress: 60
0kgf / mm 2 , repetitive stress number about 46500 cpm and lubricating oil: # 68 Turbine splash oil was used. The test results were compiled on probability paper assuming that they follow the Weibull distribution, and the steel material No. 1 (conventional steel SUJ
The average life of 2) (cumulative failure probability: the total number of loads until the occurrence of peeling at 10% and 50%) was set to 1, and the evaluation was made by comparing the other steel types.
【0036】一方、上記各試験片についてのゴミ入り環
境下での転動寿命 (B10寿命, B50寿命) は、円盤状試
験片を作製してスラスト型転動疲労試験機を用い、ヘル
ツ最大接触応力:536 kgf/mm2 , 繰り返し応力数:1800
cpm の条件で、#68タービン油中に硬さ:Hv850 程度、
平均粒子径:約100 μmの鉄粉を約150 ppm 混入して行
った。試験機には、図3に示すような改良を行い、鋼球
と試験片の接触部に常時鉄粉が供給されるようにした。On the other hand, the rolling life (B 10 life, B 50 life) in dust-containing environment for each specimen, using a thrust-type rolling fatigue tester to prepare a disk-shaped test piece, hertz Maximum contact stress: 536 kgf / mm 2 , number of repeated stress: 1800
Under the condition of cpm, hardness in # 68 turbine oil: about Hv850,
Average particle size: about 100 μm was mixed with about 150 ppm of iron powder. The test machine was improved as shown in FIG. 3 so that iron powder was always supplied to the contact portion between the steel ball and the test piece.
【0037】試験結果は、ワイブル分布に従うものとし
て確率紙上にプロットし、B10寿命(累積破損確率:10
%での剥離発生までの総負荷回数) ならびにB50寿命(
同50%) を求め、鋼材No.1をそれぞれ1として比較評価
したものである。また、残留オーステナイト量は、ラッ
ピング仕上げ後の試験片をX線解析装置を使って測定し
た。上記の評価結果を、表3, 表4にまとめて示した。The test results are plotted on a probability paper as conforming to the Weibull distribution, B 10 life (cumulative failure probability: 10
% And total life of B 50
(50%), and the steel material No. 1 was evaluated as 1 for each. The amount of retained austenite was measured on the test piece after lapping using an X-ray analyzer. The above evaluation results are summarized in Tables 3 and 4.
【0038】[0038]
【表3】 [Table 3]
【0039】[0039]
【表4】 [Table 4]
【0040】鋼No.2〜5 は比較例として示すものであ
り、鋼中C量が本発明範囲外である鋼No.5、鋼中Cr量が
本発明範囲外である鋼No.6、鋼中Si量が本発明範囲外で
ある鋼No.4、鋼中O量が本発明範囲外である鋼No.3およ
び鋼中残留オーステナイト量が本発明範囲外である鋼N
o.2のB10寿命, B50寿命は、従来鋼 (鋼No.1) に
比べていずれも大差がない。これに対し、本発明軸受部
材である鋼材No.7,9〜35のB10寿命は、クリーン環
境での通常試験でも従来鋼(鋼材No.1)に比較して平均
約10〜26倍、B50寿命も28〜62倍も優れた結果を出し
ている。また、この傾向は、ゴミ入り環境の高負荷,高
温下における試験でも、B10寿命にして約4 〜12倍、
B50寿命にして約7 〜22倍も優れた結果となってい
る。すなわち、軸受部材としては、多量のSi-Cr の添加
がゴミ入り環境下における転がり寿命, とりわけB50
寿命で示されるミクロ組織変化を著しく遅延し、一方残
留γ量を10〜35%にコントロールすることによりB10
寿命の著しい向上をもたらし、その結果、軸受の全体的
な転動疲労寿命の向上に極めて有効であることが窺え
る。Steel Nos. 2 to 5 are shown as comparative examples. Steel No. 5 in which the C content in steel is out of the range of the present invention, Steel No. 6 in which the Cr content in steel is out of the range of the present invention, Steel No. 4 in which the amount of Si in steel is outside the range of the present invention, Steel No. 3 in which the amount of O in steel is outside the range of the present invention, and Steel N in which the amount of retained austenite in the steel is outside the range of the present invention
o.2 of B 10 life, B 50 life is not much different both in comparison with the conventional steel (steel No.1). In contrast, steel No.7, 9 to 35 of the B 10 life is the invention bearing member, an average of about 10 to 26 times compared to the conventional steel in normal test in clean environment (steel No.1), B 50 life has issued a 28-62 times superior results. Moreover, the trend is a high load of dust containing environments, even at test at a high temperature, about 4-12 times in the B 10 life,
About 7-22 times in the B 50 life is also a excellent results. That is, the bearing member, the rolling life in addition dust containing environment of a large amount of Si-Cr, especially B 50
By significantly delaying the microstructural change indicated by the life, while controlling the amount of residual γ to 10-35%, B 10
This results in a remarkable improvement in the service life, and as a result, it can be seen that it is extremely effective in improving the overall rolling contact fatigue life of the bearing.
【0041】[0041]
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
鋼中残留γ量を10〜35%の組織とし、かつ多量のSi-Cr
を含有した軸受鋼材とすることにより、クリーン環境の
みならずゴミ入りの高負荷, 高温使用下においても、軸
受部材の表層部下における繰り返し応力負荷に伴うミク
ロ組織変化の遅延をもたらし、このことによって転動疲
労寿命 (B10寿命, B50寿命)の向上を達成して、高寿
命の軸受用部材を提供することができる。従って、従来
技術の下では不可欠とされていた、部材表層部のより一
層の鋼中酸素量の低減あるいは鋼中に存在する酸化物系
非金属介在物の組成, 形状, ならびにその分布状態をコ
ントロールするために必要となる製鋼設備の改良あるい
は建設が、本発明では不必要である。また、本発明にか
かる軸受部材の開発によって、転がり軸受の小型化なら
びに軸受使用温度のより以上の上昇が期待できる。As described above, according to the present invention,
Microstructure with 10-35% residual γ content in steel and large amount of Si-Cr
As a result, the microstructure change due to the repeated stress load under the surface layer of the bearing member is delayed not only in a clean environment but also under a high load with dust and high temperature use, which results in rolling. dynamic fatigue life (B 10 life, B 50 life) to achieve improved, it is possible to provide a bearing member for a long life. Therefore, it is necessary to control the composition, shape, and distribution of oxide-based non-metallic inclusions in steel, which are essential for conventional technology, to further reduce the oxygen content in steel at the surface layer of the member or to control the presence of oxide-based nonmetallic inclusions in steel. The present invention does not require the improvement or construction of the steelmaking equipment required for the production. Further, the development of the bearing member according to the present invention can be expected to reduce the size of the rolling bearing and further increase the operating temperature of the bearing.
【図1】(a),(b)は、繰り返し応力負荷の下に、
部材表層部下の帯域において発生するミクロ組織変化の
ようすを示す金属組織の顕微鏡写真。1 (a) and 1 (b) are views under a repeated stress load.
7 is a micrograph of a metal structure showing a change in microstructure occurring in a zone below a member surface layer.
【図2】非金属介在物に起因する軸受寿命とミクロ組織
変化に起因する軸受寿命とに及ぼすSi-Cr および残留γ
量の影響を示す説明図。FIG. 2 shows the effect of Si-Cr and residual γ on bearing life caused by non-metallic inclusions and bearing life caused by microstructure change.
Explanatory drawing which shows the influence of quantity.
【図3】スラスト型転動疲労試験機の概略構成を示す略
線図。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a thrust rolling contact fatigue tester.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 虔一 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社技術研究本部内 (56)参考文献 特開 平3−122255(JP,A) 特開 昭49−47212(JP,A) 特開 平3−56640(JP,A) 特開 平4−26752(JP,A) 特開 平2−30733(JP,A) 特開 平6−271977(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kenichi Amano 1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba-shi, Chiba Kawasaki Steel Engineering Co., Ltd. (56) References JP-A-3-122255 (JP, A) JP-A-49-47212 (JP, A) JP-A-3-56640 (JP, A) JP-A-4-26752 (JP, A) JP-A-2-30733 (JP, A) JP-A-6-271977 (JP JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C22C 38/00-38/60
Claims (4)
組成を有し、かつ鋼中の残留オーステナイト量が体積比
にして10〜35%である鋼組織を有することを特徴とす
る、繰り返し応力負荷によるミクロ組織変化の遅延特性
に優れた軸受部材。1. A composition comprising C: 0.5-1.5 wt%, Si: 1.0-2.5 wt%, Cr: 3.0-5.0 wt%, O: 0.0020 wt% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities. And a steel structure having a steel structure in which the amount of retained austenite in the steel is 10 to 35% by volume, wherein the bearing member has excellent microstructure change delay characteristics due to repeated stress loading.
み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を
有し、かつ鋼中の残留オーステナイト量が体積比にして
10〜35%である鋼組織を有することを特徴とする、繰り
返し応力負荷によるミクロ組織変化の遅延特性に優れた
軸受部材。2. C: 0.5 to 1.5 wt%, Si: 1.0 to 2.5 wt%, Cr: 3.0 to 5.0 wt%, O: 0.0020 wt% or less, and Mn: 0.05 to 2.0 wt%, Ni : 0.05 to 1.0 wt%, Cu: 0.05 to 1.0 wt%, B: 0.0005 to 0.01 wt%, Al: 0.005 to 0.07 wt%, and N: 0.0005 to 0.012 wt%. Including the species or more, the balance has a component composition consisting of Fe and unavoidable impurities, and the amount of residual austenite in the steel in volume ratio
A bearing member having a steel structure of 10 to 35% and having excellent characteristics of delaying microstructure change due to repeated stress loading.
み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を
有し、かつ鋼中の残留オーステナイト量が体積比にして
10〜35%である鋼組織を有することを特徴とする、繰り
返し応力負荷によるミクロ組織変化の遅延特性に優れた
軸受部材。C: 0.5 to 1.5 wt%, Si: 1.0 to 2.5 wt%, Cr: 3.0 to 5.0 wt%, O: 0.0020 wt% or less, and Ni: more than 1.0 to 3.0 wt%. Zr: 0.02 to 0.5 wt%, Ta: 0.02 to 0.5 wt%, Hf: 0.02 to 0.5 wt%, and Co: 0.05 to 1.5 wt%. And the component composition of unavoidable impurities, and the amount of retained austenite in the steel is
A bearing member having a steel structure of 10 to 35% and having excellent characteristics of delaying microstructure change due to repeated stress loading.
常環境下での転動疲労を改善する成分として含み、 さらにまた、上記改善成分のいずれか1種以上のものが
選択された場合はその元素を除く下記の成分、すなわ
ち、 Ni:1.0 超〜3.0 wt%, Zr:0.02〜0.5 wt%, Ta:0.02〜0.5 wt%, Hf:0.02〜0.5 wt% 及びCo:0.05〜1.5 wt% のうちから選ばれるいずれか1種または2種以上を、苛
酷な環境下での転動疲労寿命を改善する成分として含
み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を
有し、かつ鋼中の残留オーステナイト量が体積比にして
10〜35%である鋼組織を有することを特徴とする、繰り
返し応力負荷によるミクロ組織変化の遅延特性に優れた
軸受部材。4. C: 0.5 to 1.5 wt%, Si: 1.0 to 2.5 wt%, Cr: 3.0 to 5.0 wt%, O: 0.0020 wt% or less, Mn: 0.05 to 2.0 wt%, Ni : 0.05 to 1.0 wt%, Cu: 0.05 to 1.0 wt%, B: 0.0005 to 0.01 wt%, Al: 0.005 to 0.07 wt%, and N: 0.0005 to 0.012 wt%. Or more as a component that improves rolling fatigue in a normal environment, and when one or more of the above-mentioned improving components is selected, the following components excluding that element, namely, Ni : At least 1.0 to 3.0 wt%, Zr: 0.02 to 0.5 wt%, Ta: 0.02 to 0.5 wt%, Hf: 0.02 to 0.5 wt%, and Co: 0.05 to 1.5 wt%, any one or two selected from the group Species or more are included as components that improve the rolling fatigue life under severe environments, the balance has a component composition consisting of Fe and unavoidable impurities, and the amount of retained austenite in steel is volume In comparison
A bearing member having a steel structure of 10 to 35% and having excellent characteristics of delaying microstructure change due to repeated stress loading.
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