JP3553434B2

JP3553434B2 - 圧延機用転がり軸受

Info

Publication number: JP3553434B2
Application number: JP28508899A
Authority: JP
Inventors: 和也藤本; 幸平竹澤
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: JP2001105011A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧延機用転がり軸受に関し、特に、ロールネック用軸受として適した転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧延機ロールネック用転がり軸受は、一般に、衝撃荷重に耐える必要があることから、その材質としては浸炭焼入れ鋼等の肌焼き鋼が用いられている。また、この種の転がり軸受は、使用中に冷却用圧延水が軸受内部に侵入しやすく、しかもロールバレル研磨時においてチョック（軸受箱）内で長時間にわたり待機している必要がある等の使用環境の故に、軌道輪、特に外輪の軌道面に置き錆が生じやすい。そして、この置き錆は剥離に進展して、軸受が破損に至ることもある。この置き錆の対策としては、従来、りん酸塩皮膜処理をはじめとする防錆用の表面処理などが採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、転がり軸受の軌道面への置き錆の発生は、前記したように剥離の起点となり、転がり軸受の寿命に繋がる重要な要因であり、従来のりん酸塩皮膜処理等の防錆用の表面処理よりも有効な防錆方法が強く求められている。
【０００４】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、浸炭焼入れ鋼を用いた従来の圧延機用転がり軸受の性能を維持しながらも、より有効な防錆機能を有し、もって従来に比してより長期にわたって使用可能な圧延機用転がり軸受の提供を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の圧延機用転がり軸受は、内輪、外輪および転動体のうち、少なくとも外輪が、その成分にＣが０．４０〜０．５５ｗｔ％の範囲で含まれているマルテンサイト系ステンレス鋼からなり、かつ、少なくともその軌道面を含む表面硬化層を有しているとともに、その硬化層の硬さがＨＲＣ５７以上で、それ以外の部分の硬さがＨＲＣ２８〜４７であることによって特徴づけられる（請求項１）。
【０００６】
ここで、本発明において用いるマルテンサイト系ステンレス鋼は、その成分にＣｒ（クロム）が１２．００〜１５．００ｗｔ％、Ｓｉが０．１〜０．６ｗｔ％、Ｍｎが０．１〜０．６ｗｔ％の範囲で含まれているものとすること（請求項２）が望ましく、更に、上記表面硬化層を高周波焼入れによるものとする構成（請求項３）を好適に採用することができる。
【０００７】
また、本発明は、内輪、外輪および転動体のうちの少なくとも外輪についてマルテンサイト系ステンレス鋼として、その少なくとも軌道面を含む表面硬化層を設けた構成とするのであるが、内輪および／または転動体についても同等の構成を採用することを拒まない。
【０００８】
本発明は、ロールネック用等の圧延機用の転がり軸受において置き錆の最も発生しやすい外輪を、その成分にＣが０．４０〜０．５５ｗｔ％の範囲で含まれているマルテンサイト系ステンレス鋼で形成し、しかもその軌道面を含む表面硬化層のみをＨＲＣ５７以上、その他の部分をＨＲＣ２８〜４７の硬さとすることによって、優れた防錆性と靱性を付与するとともに、加えて疲労寿命の向上を図ろうとするものである。
【０００９】
すなわち、圧延機用の転がり軸受、特にロールネック用の転がり軸受において置き錆の発生しやすい外輪に対して、りん酸塩処理等の表面防錆処理よりも有効な防錆性を与えるにはステンレス鋼の使用により達成されるのであるが、これを計器用等の転がり軸受に多用されているような４４０Ｃ（ＢＡＳ）等のマルテンサイト系ステンレス鋼としてその全体を焼入れした場合には、圧延機のロールネック用軸受としては頻繁に作用する衝撃荷重に耐えることはできない。そこで、外輪にマルテンサイト系ステンレス鋼を用いるが、その成分に含まれるＣ濃度を０．４０〜０．５５ｗｔ％の範囲とするとともに、軌道面を含む表面硬化層を設けてその硬さをＨＲＣ５７以上に、その他の部分についてはＨＲＣ２８〜４７の範囲とすることによって、従来の浸炭焼入れ鋼を用いる場合と同等の表面硬さ並びに靱性、更には表面に残留圧縮応力を付与して耐剥離性を付与することができ、また、Ｃ濃度を上記範囲とすることにより、請求項３に係る発明のように高周波焼入れ等の通常の肌焼き処理によって比較的容易に表面の硬さをＨＲＣ５７以上とすることが可能で、かつ、Ｃ濃度が高すぎることに起因する巨大炭化物の析出も抑制することができる。従って、本内容の転がり軸受では、耐剥離性と防錆性を同時に付与することができる。ここで、軌道面の表面硬さがＨＲＣ５７未満では充分な耐摩耗性が得られず、その他の部分の硬さについては、ＨＲＣ２７未満であると強度不足となり、ＨＲＣ４７を越える場合には有効な靱性を得ることができない。
【００１０】
本発明において外輪を形成するマルテンサイト系ステンレス鋼としては、請求項２に係る発明のように、その成分中にＣｒを１２．００〜１５．００ｗｔ％の範囲で含有させることによって、圧延機のロールネック用としての使用に際しても充分な防錆性を得ることができる。
【００１１】
ここで、成分中のＣが０．４０ｗｔ％未満では高周波焼入れ等の通常の肌焼き処理によって、所要の表面硬度を得ることができず、Ｃが０．５５ｗｔ％を越えると巨大炭化物が析出し、疲労寿命の低下を招きむしろ好ましくない。また、Ｃｒが１２．００ｗｔ％未満では所期の防錆性を得ることが困難となり、逆に１５．００ｗｔ％を越えると、巨大炭化物が析出し疲労寿命の低下を招き好ましくない。
【００１２】
また、Ｓｉを０．１〜０．６ｗｔ％、Ｍｎを０．１〜０．６ｗｔ％の範囲で含有させることによって、疲労寿命を向上できる。Ｓｉが０．１ｗｔ％未満では十分な疲労寿命を期待できず、Ｓｉを０．６ｗｔ％を越えて添加しても効果は飽和する。Ｍｎが０．１ｗｔ％未満では焼入れ性が悪くなり、Ｍｎを０．６ｗｔ％を越えて添加しても効果は飽和する。
なお、本発明におけるマルテンサイト系ステンレス鋼はＣ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｎを上述の範囲で含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物であることが好ましい。不可避的不純物としては、Ｐ、Ｓ、Ａｌ等が挙げられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施の形態について述べる。図１は本発明の実施の形態の軸平行断面図である。
この例は４列円錐ころ軸受に本発明を適用したものであり、その構造は、同軸に配された２つの複列内輪１ａ，１ｂと、１つの複列外輪２ａおよびその両端に同軸に配された２つの単列外輪２ｂ，２ｃ、複列内輪１ａ，１ｂ間に介在する内輪間座３、複列外輪２ａと各単列外輪２ｂ，２ｃ間に介在する２つの外輪間座４ａ，４ｂ、これらの各内・外輪間に形成される４列の円錐軌道のそれぞれに転動自在に設けられた複数の円錐ころ５、およびその各円錐ころ５を各円錐軌道内で周方向に一定の間隔を開けて保持する４つの保持器６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを主体とし、軸受両端部にはそれぞれオイルシール７ａ，７ｂとシールカバー８ａ，８ｂが装着された構造となっている。なお、９はＯ−リングである。また、各複列内輪１ａ，１ｂの内径面にはスパイラル溝１０が刻設されている。
【００１４】
以上の軸受構成において、各複列内輪１ａ，１ｂおよび各円錐ころ５は従来のこの種の転がり軸受と同様に浸炭焼入れ鋼によって形成し、その表面にはりん酸塩皮膜処理を施した。また、各保持器６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは鋼板製であり、これらの表面にもりん酸塩皮膜処理を施した。りん酸塩皮膜処理のなじみ性により、軸受の摺動・転動ブイの初期潤滑が向上するほか、形成される微小ピットの保油性により継続した潤滑性が期待できる。
【００１５】
一方、複列外輪２ａと各単列外輪２ｂ，２ｃは、その材質をマルテンサイト系ステンレス鋼とし、そのＦｅ以外の組成は〔表１〕に示す通りとした。そして、これらの各外輪２ａ，２ｂ，２ｃには、図２（Ａ）に複列外輪２ａ、同図（Ｂ）に単列外輪２ｂ（単列外輪２ｃについても同等である）について説明するように、その各軌道面にのみ、高周波焼入れによって表面硬化層ＳＨを形成した。この表面硬化層ＳＨの硬さはＨＲＣ５７以上であり、また、その表面硬化層以外の部分の硬さはＨＲＣ２７〜４８であった。
【００１６】
【表１】

【００１７】
以上の本発明の実施の形態によると、最も置き錆の発生しやすい各外輪２ａ，２ｂ，２ｃがステンレス鋼であるため、置き錆が生じにくく、圧延機のロールネックを支持する軸受として長期にわたって使用することができる。また、各外輪２ａ，２ｂ，２ｃは軌道面の硬さは表面硬化層によって得て、他の部位は硬化させていないために靱性が高く、繰り返して衝撃荷重が作用しても割れる等の不具合も生じない。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、圧延機に用いる転がり軸受の内輪、外輪および転動体のうち少なくとも外輪について、その材質を、成分中にＣを０．４０〜０．５５ｗｔ％の範囲で含むマルテンサイト系ステンレス鋼とするとともに、その軌道面を含む表面硬化層を設けてその硬さをＨＲＣ５７以上とし、他の部位についてはＨＲＣ２８〜４７の範囲としているから、内輪、外輪および転動体をそれぞれ浸炭焼入れ鋼によって形成し、かつ、これらの表面にりん酸塩皮膜処理等を施した従来のこの種の転がり軸受に比して、靱性をはじめとする他の軸受性能については同等でありながら、ロールネックを支持する転がり軸受等、軸受内部への圧延水の侵入やチョック内で長時間にわたり待機させる必要があるといった環境下で使用しても、置き錆の発生に起因する剥離の発生を大幅に低減させることができ、軸受寿命を延長させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の軸平行断面図である。
【図２】図１の実施の形態における各外輪の表面硬化層ＳＨの形成位置の説明図で、（Ａ）は複列外輪２ａ、（Ｂ）は各単列外輪２ｂ（２ｃ）の表面硬化層ＳＨの形成位置を表す図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ複列内輪
２ａ複列外輪
２ｂ，２ｃ単列外輪
５円錐ころ
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ保持器
ＳＨ表面硬化層

Claims

圧延機のロールを支持する転がり軸受であって、内輪、外輪および転動体のうち、少なくとも外輪が、その成分にＣが０．４０〜０．５５ｗｔ％の範囲で含まれているマルテンサイト系ステンレス鋼からなり、かつ、少なくともその軌道面を含む表面硬化層を有しているとともに、その硬化層の硬さがＨＲＣ５７以上で、それ以外の部分の硬さがＨＲＣ２８〜４７であることを特徴とする圧延機用転がり軸受。
上記マルテンサイト系ステンレス鋼は、その成分にＣｒが１２．００〜１５．００ｗｔ％、Ｓｉが０．１〜０．６ｗｔ％、Ｍｎが０．１〜０．６ｗｔ％の範囲で含まれていることを特徴とする請求項１に記載の圧延機用転がり軸受。
上記表面硬化層が高周波焼入れによるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の圧延機用転がり軸受。