JP4227355B2 - 高周波焼入用軸受鋼の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削性に優れた高周波焼入用軸受鋼の製造方法に関し、更に詳しくは、冷間加工を施しその後に切削加工や矯正を施すことにより、所望形状の製品をより効率的に製造することができる高周波焼入用軸受鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｓ５５Ｃ鋼等の高周波焼入用軸受鋼は、車軸、クランク軸、ピストン棒、連接棒、歯車、レール、その他の機械部品用の鋼材として広く使用されている。そうした高周波焼入用軸受鋼は、冷間加工性を向上させるための熱処理と、冷間加工とを繰り返しながら所定寸法に加工され、その後高周波焼入れをした後に切削加工されて所望の形状に加工される。なお、所望の形状に加工する過程においては、適宜矯正がなされている。
【０００３】
例えば、直動案内装置に使用される直動レールを製造する場合においては、質量％で、Ｃ：０．５５％、Ｓｉ：０．１８％、Ｍｎ：１．４７％、Ｐ：０．０１９％、Ｓ：０．０２７％、Ｎｉ：０．０６％、Ｃｒ：０．１６％、Ｏ2：０．０００５％を含有する炭素鋼の丸材を７２０℃の温度で約７時間程度熱処理した後、冷間引き抜き加工を行い、さらに、同様の熱処理と冷間引き抜き加工を繰り返し行って、所定寸法からなる高周波焼入用軸受鋼を製造していた。なお、応力除去を目的とした最後の熱処理においては、８２０〜８５０℃の温度から６３０℃まで５０℃／ｈｒの冷却速度で冷却し、その後放冷することにより、得られた高周波焼入用軸受鋼に被削性を付与していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した成分組成からなる高周波焼入用軸受鋼を冷間引き抜き加工する場合および切削加工する場合においては、最終熱処理した後の硬さが９３〜９６ＨＲＢと高く、切削加工の際の加工抵抗が大きくなって被削性にやや劣ることから、さらなる改善が要請されていた。
【０００５】
本発明は、上記課題の存在に鑑みて成されたものであって、その目的とするところは、被削性に優れた高周波焼入用軸受鋼を提供すること、および、冷間加工を施しその後に切削加工や矯正を施すことにより、所望の形状からなる製品をより効率的に製造することができる高周波焼入用軸受鋼の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
本発明に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法は、質量％で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．１〜０．５％を含有し、残部が鉄および不可避不純物である高周波焼入用軸受鋼を、７２５〜７６０℃まで加熱し、当該温度で所定時間保持した後、５０℃以下／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷する工程Ａと、工程Ａ後の高周波焼入用軸受鋼を冷間加工する工程Ｂと、工程Ａおよび工程Ｂを１回実施しまたは２回以上繰り返して所定の形状に加工した高周波焼入用軸受鋼を、７５０〜８００℃まで加熱し、当該温度で所定時間保持した後、１０〜１００℃／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷する工程Ｃと、を有することに特徴を有するものである。
【００１３】
この発明によれば、上記成分組成からなる高周波焼入用軸受鋼を上記温度パターンで熱処理すること（工程Ａ）により、その高周波焼入用軸受鋼に冷間加工性に優れた球状セメンタイトを形成できるので、高周波焼入用軸受鋼の冷間加工性を向上させることができる。その結果、工程Ａおよび工程Ｂを１回実施しまたは２回以上繰り返して所定の形状の高周波焼入用軸受鋼への冷間加工（工程Ｂ）を容易に行うことができる。さらに、上記温度パターンで熱処理すること（工程Ｃ）により、その高周波焼入用軸受鋼に、切削加工の際の応力集中源となるラメラーパーライトを形成できるので、高周波焼入用軸受鋼の被削性を向上させることができる。こうした本発明の製造方法によれば、リードタイムを短縮させることができ、所望の形状からなる製品をより効率的に製造することができる。
【００１４】
また、本発明に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法では、前記高周波焼入用軸受鋼が質量％で、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、およびＡｌ：０．００５〜０．０４０％から選択される１種又は２種以上をさらに含有することができる。
【００１５】
この発明によれば、上記の成分組成をさらに含有するので、好ましい機械的特性を有するレール部材等の製品を製造できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法について図面を参照しつつ説明する。なお、以下において、「％」は質量％を表す。
【００１７】
（高周波焼入用軸受鋼）
本実施形態の高周波焼入用軸受鋼は、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を少なくとも含有する高周波焼入用軸受鋼であればいかなるものであってもよく特に限定されないが、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．１〜０．５％およびＡｌ：０．００５〜０．０４０％から選択される１種又は２種以上をさらに含有する高周波焼入用軸受鋼は、硬度、転動疲労寿命、靱性、焼入性等の機械的特性に優れるので、例えば、直動案内装置の直動レール用の高周波焼入用軸受鋼として好ましく使用できる。
【００１８】
本実施形態の高周波焼入用軸受鋼は、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織を有している。この混合組織は、図１の温度パターンに示すように、上記組成の高周波焼入用軸受鋼を７５０〜８００℃まで加熱し、その温度で所定時間（処理量や処理炉によって設定され、特に限定されないが、例えば２〜７時間保持される。）保持した後、１０〜１００℃／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷することにより形成される。なお、上記の温度パターンにおいて、オーステナイト化温度である７５０〜８００℃までは一気に加熱される。なお、その加熱速度は特に限定されない。また、５００〜６５０℃からの放冷については、通常、空冷により行われ、その際の冷却速度は特に限定されない。
【００１９】
図２は、本実施形態の高周波焼入用軸受鋼（Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を少なくとも含有する高周波焼入用軸受鋼）を、上述の温度パターンで熱処理して形成されたラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織を示す代表的な図面代用写真である。具体的には、Ｃ：０．５５％、Ｍｎ：１．４７％、Ｏ2：０．０００５％、Ｓｉ：０．１８％、Ｐ：０．０１９％、Ｓ：０．０２７％、Ｎｉ：０．０６％、Ｃｒ：０．１６％を含有する高周波焼入用軸受鋼を、７６０℃で加熱保持したもの（図２（Ａ））、および、７８０℃で加熱保持したもの（図２（Ｂ））であり、何れにおいても、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織が現れている。
【００２０】
次に、高周波焼入用軸受鋼の成分組成を上述の範囲に限定した理由を説明する。
【００２１】
Ｃ（炭素）は、０．５〜０．８％含まれ、高周波焼入用軸受鋼に所定の機械的特性（例えば、硬度：８７〜９２ＨＲＢ等。）を付与すると共に、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織が上記の温度パターンで形成されるための必須の成分である。Ｃ含有量が０．５％未満の場合は、上記の混合組織が形成されないことがあったり、硬度が低くなることがある。一方、Ｃ含有量が０．８％を超えると、上記の混合組織が形成されないことがあったり、被削性や冷間加工性が低下することがある。
【００２２】
Ｍｎ（マンガン）は、比較的安価であり、本実施形態においては、０．８〜１．７％の範囲で含まれ、焼入性および被削性を向上させるように作用する。Ｍｎ含有量が０．８％未満では、焼入性が低下することがある。一方、Ｍｎ含有量が１．７％を超えると、被削性および冷間加工性が低下することがある。
【００２３】
Ｏ2（酸素）は、０．００２％以下とし、疲労寿命の低下を防止する。Ｏ2含有量が０．００２％を超えると、他の金属元素と酸化物を生じて疲れ寿命が低下することがある。なお、Ｏ2は、通常の製鋼法では製鋼条件にもよるが、０．０００４％程度は不可避的に含まれる。
【００２４】
Ｓｉ（ケイ素）は、脱酸剤として添加されるものであり、０．３５％以下含まれ、硬さと強度を高めるように作用する。Ｓｉ含有量が０．３５％を超えると、被削性や冷間加工性が低下することがある。なお、Ｓｉも、上述のＯ2の場合と同様に、０．０５％程度は不可避的に含まれる。
【００２５】
Ｐ（リン）は、鋼材を脆化させるので少ない方が望ましい。なお、Ｐは、０．０１％程度は不可避的に含まれるが、製造コスト等を考えた場合の許容される含有量は０．０３％以下である。
【００２６】
Ｓ（硫黄）は、０．０３％以下含まれ、マンガンと結合してＭｎＳとなり、被削性を向上させるように作用する。Ｓ含有量が０．０３％を超えると、軟らかくて脆いＭｎＳが増して機械的特性を低下させることがある。なお、Ｓも同様に、０．００５％程度は不可避的に含まれる。
【００２７】
Ｎｉ（ニッケル）は、０．３％以下含まれ、強度と靭性を高めるように作用する。Ｎｉ含有量が０．３％を超えると、原料費がかさんだり、加工性を低下させるという欠点がある。なお、Ｎｉも同様に、０．０５％程度は不可避的に含まれる。
【００２８】
Ｃｒ（クロム）は、０．１〜０．５％含まれ、硬度、耐食性、焼入性および耐熱性を向上させるように作用する。Ｃｒ含有量が０．１％未満では、焼入性が低下する。一方、Ｃｒ含有量が０．５％を超えると、加工性が低下する。
【００２９】
Ａｌ（アルミニウム）は、０．００５〜０．０４０％含まれ、脱酸の安定化や、窒化物による結晶粒微細化に寄与する。この効果は、０．００５％以上で得られるが、多すぎると被削性を劣化させるため、０．０４０％を上限とする。
【００３０】
本実施形態に係る高周波焼入用軸受鋼の残部は、鉄および不可避不純物である。
【００３１】
上述したＣ、ＭｎおよびＯ2を少なくとも含有する高周波焼入用軸受鋼は、図１に示す温度パターンの熱処理により、冷間加工性に優れた球状セメンタイト１と、切削加工の応力集中源となるラメラーパーライト２とが混在する金属組織を有するので、切削抵抗が低下し、その結果、被削性が顕著に向上する。
【００３２】
また、上述したＣ、Ｍｎ、Ｏ2、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、ＮｉおよびＣｒを含有する高周波焼入用軸受鋼は、図１に示す温度パターンの熱処理により、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織（図２を参照。）となり、被削性に優れると共に、好ましい機械的特性（８７〜９２ＨＲＢの硬度を有し、さらに矯正し易いという効果等。）を有するレール部材等の機械部品用材料となる。
【００３３】
（高周波焼入用軸受鋼の製造方法）
本実施形態においては、被削性を向上させるための熱処理方法である第１参考例に係る製造方法と、冷間加工性を向上させるための熱処理方法である第２参考例に係る製造方法と、冷間加工性を向上させると共に被削性を向上させるための熱処理方法である第１態様に係る製造方法（請求項１、２）とを説明する。
【００３４】
先ず、第１参考例に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法は、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を少なくとも含有する高周波焼入用軸受鋼、または、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を含有し、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．１〜０．５％およびＡｌ：０．００５〜０．０４０％から選択される１種又は２種以上をさらに含有する高周波焼入用軸受鋼を、７５０〜８００℃まで加熱し、その温度で所定時間保持した後、１０〜１００℃／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷してなる方法である（図１の温度パターンを参照。）。
【００３５】
この方法により、高周波焼入用軸受鋼に、図２に示すようなラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織が形成されるので、その混合組織中のラメラーパーライトにより高周波焼入用軸受鋼の被削性が向上する。さらに、熱処理の条件を上述の範囲とすることにより、製造された後の軸受鋼の矯正性（矯正しやすい性質のことであり、本明細書においては、曲がりの矯正し易さや歪みの調整し易さのことである。）を改善することができる。
【００３６】
高周波焼入用軸受鋼の成分組成を上記の範囲内に限定した理由は上述の通りである。また、温度パターンにおいても、上述と同様であり、オーステナイト化温度である７５０〜８００℃までは一気に加熱され、また、５００〜６５０℃からの放冷は、通常、空冷により行われ、その際の冷却速度は特に限定されない。
【００３７】
加熱保持温度を７５０〜８００℃の範囲としたのは、オーステナイト化の際に炭化物の一部を固溶させるためであり、加熱保持温度が７５０℃未満では、炭化物の固溶不足を招くことがあり、加熱保持温度が８００℃を超えると、炭化物の固溶が促進させることがある。
【００３８】
なお、保持時間は、高周波焼入用軸受鋼の処理量や処理炉の規模により任意に設定されるものであり、特に限定されるものではないが、後述の実施例のように例えば２〜７時間の範囲を例示できる。
【００３９】
冷却速度を１０〜１００℃／ｈｒとしたのは、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトの混合組織を形成させるためであり、冷却速度が１０℃／ｈｒ未満では、セメンタイトの球状化が顕著に進行し、冷却速度が１００℃／ｈｒを超えると、ラメラーパーライトの生成が顕著に促進する。
【００４０】
上記の冷却速度で冷却する温度を５００〜６５０℃としたのは、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトの混合組織を形成させるためであり、その温度が５００℃未満では、生産効率が低下することとなり、その温度が６５０℃を超えると、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトの混合組織の形成が不十分となることがある。
【００４１】
次に、第２参考例に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法は、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を含有する高周波焼入用軸受鋼を、７２５〜７６０℃まで加熱し、当該温度で所定時間保持した後、５０℃以下／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷してなる方法である（図３の温度パターンを参照。）。
【００４２】
この方法により、高周波焼入用軸受鋼に、図４に示すような球状セメンタイトからなる混合組織が形成される。その球状セメンタイトは冷間加工性に優れるので、処理後の高周波焼入用軸受鋼の冷間加工性が向上する。さらに、冷間加工ダイスの寿命を長くするために、前記の範囲内で熱処理条件を変化させて軸受鋼の硬さをコントロールすることができる。
【００４３】
高周波焼入用軸受鋼の成分組成を上記の範囲内に限定した理由は上述の通りである。なお、図４は、本実施形態の高周波焼入用軸受鋼（Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を少なくとも含有する高周波焼入用軸受鋼）を、第２参考例の温度パターンで熱処理して形成された球状セメンタイトからなる混合組織を示す代表的な図面代用写真である。具体的には、Ｃ：０．５５％、Ｍｎ：１．４７％、Ｏ2：０．０００５％、Ｓｉ：０．１８％、Ｐ：０．０１９％、Ｓ：０．０２７％、Ｎｉ：０．０６％、Ｃｒ：０．１６％を含有する高周波焼入用軸受鋼を、７３０℃で加熱保持したもの（図４（Ａ））、および、それを冷間引き抜き加工したもの（図４（Ｂ））であり、何れにおいても、球状セメンタイトからなる混合組織が現れている。
【００４４】
この第２参考例の製造方法において、加熱保持温度を７２５〜７６０℃の範囲としたのは、処理後の高周波焼入用軸受鋼の硬さを低減させるためであり、加熱保持温度が７２５℃未満では、炭化物の未分解により硬さが上昇してしまうことがあり、加熱保持温度が７６０℃を超えると、ラメラーパーライトの生成が起こることにより硬さが上昇してしまうことがある。なお、保持時間は、上述の第１参考例と同様、高周波焼入用軸受鋼の処理量や処理炉の規模により任意に設定されるものであり、特に限定されるものではないが、後述の実施例のように例えば２〜５時間の範囲を例示できる。
【００４５】
冷却速度を５０℃／ｈｒ以下としたのは、処理後の高周波焼入用軸受鋼の硬さを低減させるためであり、冷却速度が５０℃／ｈｒを超えると、硬さが上昇してしまうことがある。なお、冷却速度の下限は５℃／ｈｒであり、冷却速度が５℃／ｈｒ未満では、生産効率の低下となることがある。
【００４６】
上記の冷却速度で冷却する温度を５００〜６５０℃としたのは、硬さを低減させるためであり、その温度が５００℃未満では、その効果が飽和し、生産効率の低下を招くこととなり、その温度が６５０℃を超えると、硬さが上昇することとなる。なお、５００〜６５０℃からの放冷は、通常、空冷により行われ、その際の冷却速度は特に限定されない。
【００４７】
次に、第１態様に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法は、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を少なくとも含有する高周波焼入用軸受鋼、または、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を含有し、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．１〜０．５％およびＡｌ：０．００５〜０．０４０％から選択される１種又は２種以上をさらに含有する高周波焼入用軸受鋼を、７２５〜７６０℃まで加熱し、その温度で所定時間保持した後、５０℃以下／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷する工程Ａと、工程Ａ後の高周波焼入用軸受鋼を冷間加工する工程Ｂと、工程Ａおよび工程Ｂを１回実施しまたは２回以上繰り返して所定の形状に加工した高周波焼入用軸受鋼を７５０〜８００℃まで加熱し、当該温度で所定時間保持した後、１０〜１００℃／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷する工程Ｃとを有する方法である（図１および図３の温度パターンを参照。）。
【００４８】
すなわち、この方法によれば、上記成分組成からなる高周波焼入用軸受鋼を、１回実施しまたは２回以上繰り返し実施する。すなわち、工程Ａ→工程Ｂ→工程Ｃからなる製造方法に供したり、工程Ａ→工程Ｂ→工程Ａ→工程Ｂ→工程Ｃからなる製造方法に供したり、工程Ａ→工程Ｂ→工程Ａ→工程Ｂ→……→工程Ｂ→工程Ｃからなる製造方法に供したりすることにより、その炭素鋼素材を容易且つ効率的に冷間加工して、所望の形状からなる製品を製造する。さらに、上述の第１参考例および第２参考例と同様に、熱処理の条件を上述の範囲とすることにより、高周波焼入用軸受鋼を生産する際のリードタイムを短縮できると共に、製造された後の軸受鋼の矯正性を改善できる。
【００４９】
工程Ａは、高周波焼入用軸受鋼に優れた冷間加工性を付与する熱処理工程である。この工程Ａによれば、熱処理後の高周波焼入用軸受鋼の金属組織を図４に示すような球状セメンタイトとすることができ、且つその硬度が８３〜８８ＨＲＢとなるので、その冷間加工性を向上させることができる。この工程Ａにおける加熱保持温度、保持時間、冷却速度および放冷に関しては、上述した第２参考例に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法の場合のそれと同じである。この工程Ａの上述の各熱処理条件は、後述する工程Ｂの冷間加工の回数に基づいて変化させても、一定条件のままとしてもよく、例えば、工程Ｂの冷間加工の回数が増すにしたがって、加熱保持温度を上記温度範囲内でやや低く設定したり、冷却速度を上記範囲内でやや大きくするように変化させることができる。これは、冷間加工の回数が増すに従って、高周波焼入用軸受鋼が鈍されやすくなるためである。
【００５０】
工程Ｂは、工程Ａで熱処理した後の高周波焼入用軸受鋼を冷間加工する工程である。この工程Ｂでの冷間加工としては、各種の冷間加工を適用でき、例えば、引き抜き加工、押し出し加工、曲げ加工、圧延加工、鍛造加工等を挙げることができる。これらのうち、引き抜き加工または押し出し加工においては、丸鋼材から所定の減面率で冷間加工することができ、その加工ダイスは、円形ダイスであっても異形ダイスであってもよく特に限定されない。例えば、引き抜き加工においては、円形ダイスまたは異形ダイスを使用して、５〜３０％の減面率で加工できる。なお、図４（Ｂ）は、工程Ａで熱処理された高周波焼入用軸受鋼（図４（Ａ）を参照。）を、減面率１５％で冷間引抜加工した際の球状セメンタイト組織を示している。
【００５１】
工程Ｃは、高周波焼入用軸受鋼に優れた被削性を付与する熱処理工程である。この工程Ｃによれば、熱処理と冷間加工とを繰り返して所定の形状に加工した後の高周波焼入用軸受鋼の金属組織を、球状セメンタイトおよびラメラーパーライトからなる混合組織とすることができ、且つその硬度を８７〜９２ＨＲＢとすることができるので、その冷間加工性を向上させることができると共に、機械的特性においても優れたものとすることができる。この工程Ｃにおける加熱保持温度、保持時間、冷却速度および放冷に関しては、上述した第１参考例に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法の場合のそれと同じである。
【００５２】
この工程Ｃは、工程Ａおよび工程Ｂを１回実施しまたは２回以上繰り返して所定の形状に加工した後の高周波焼入用軸受鋼の熱処理工程に関するものであるので、工程Ｃに供される高周波焼入用軸受鋼は、切削加工前の所定の形状に冷間加工されたものであり、工程Ｃに供された後の高周波焼入用軸受鋼は、被削性に優れた金属組織を有し、その後、切削加工されるものである。
【００５３】
以上説明した本実施形態の第１態様に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法を適用して製造された高周波焼入用軸受鋼は、冷間加工性および被削性の何れにおいても優れているので、所望の形状からなる製品を効率的に製造することができる。さらに、その硬度を８７〜９２ＨＲＢとすることができるので、機械的特性においても優れ、直動案内装置に使用される直動レール等のように、直進性、加工性等の特性が要求される部材の製造に好ましく適用できる。
【００５４】
こうした高周波焼入用軸受鋼は、所望の寸法ないし形状に加工された後、高周波焼入れされ、例えば直動案内装置に使用される直動レール等のような精密な軸受部材となる。
【００５５】
【実施例】
次に、実施例および比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。
【００５６】
質量％で、Ｃ：０．５５％、Ｍｎ：１．４７％、Ｏ2：０．０００５％、Ｓｉ：０．１８％、Ｐ：０．０１９％、Ｓ：０．０２７％、Ｎｉ：０．０６％、Ｃｒ：０．１６％を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる直径６３ｍｍの炭素鋼丸材を供試材とした。
【００５７】
先ず、第１参考例の製造方法について表１に示す温度条件で熱処理し、得られた鋼材の切削性を評価した。表１には、得られた鋼材の硬度（ＨＲＢ）の測定結果を併せて示した。
【００５８】
【表１】
次に、第２参考例の製造方法について表２に示す温度条件で熱処理し、得られた鋼材の硬度（ＨＲＢ）を測定した。
【００５９】
【表２】
次に、第１態様の製造方法について、表３に示す工程Ａ−１の温度条件で熱処理を行い、次いで、熱処理後の高周波焼入用軸受鋼を減面率１５％でダイス引き抜き加工を行い（工程Ｂ−１）、次いで、表３に示す工程Ａ−２の温度条件で熱処理を行い、次いで、熱処理後の高周波焼入用軸受鋼を減面率１５％でダイス引き抜き加工を行い（工程Ｂ−２）、次いで、表３に示す工程Ｃの温度条件で熱処理を行い、最後に、熱処理後の高周波焼入用軸受鋼をドリルで切削加工して切削性を評価した。各工程後の高周波焼入用軸受鋼の硬度（ＨＲＢ）を表３に併せて示した。
【００６０】
【表３】
表１および表３に示した実施例と比較例とは、冷却速度は同じでも、加熱温度（ＴA）が異なると、硬さおよび被削性が顕著に異なっていた。これは、本実施形態に係る高周波焼入用軸受鋼に被削性を容易にさせるラメラーパーライトの生成が、７５０〜８００℃の加熱温度（ＴA）に大きく依存するためである。
【００６１】
なお、上述の被削性については、直径８ｍｍのストレートドリル（ＳＫＨ５１）を使用し、切削速度２９．７ｍ／分、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、穿孔深さ２０ｍｍの条件で切削加工し、穿孔不能となるまでの穴数で評価した。また、硬度測定は、ロックウエル硬度計Ｂスケールで測定した。
【００６２】
【発明の効果】
【００６３】
本発明に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法によれば、特定の成分組成範囲からなる高周波焼入用軸受鋼を所定の温度パターンで熱処理することにより、その高周波焼入用軸受鋼に冷間加工性に優れた球状セメンタイト組織を形成できるので、高周波焼入用軸受鋼の冷間加工性を向上させることができ、その結果、熱処理と冷間加工を繰り返して所定の寸法の高周波焼入用軸受鋼を容易に得ることができる。さらに、特定の温度パターンで熱処理することにより、その高周波焼入用軸受鋼に、切削加工の際の応力集中源となるラメラーパーライトを形成し、その被削性を向上させることができる。こうした本発明の製造方法によれば、所望の形状からなる高周波焼入用軸受鋼をより効率的に製造することができると共に、好ましい機械的特性を有するレール部材をも製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 高周波焼入用軸受鋼にラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織を形成するための本実施形態に係る温度パターンである。
【図２】 図１の温度パターンで熱処理して形成されたラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織を示す図面代用写真である。
【図３】 高周波焼入用軸受鋼に球状セメンタイト組織を形成するための本実施形態に係る温度パターンである。
【図４】 図３の温度パターンで熱処理して形成された球状セメンタイト組織を示す図面代用写真である。
【符号の説明】
１ ラメラーパーライト、２ 球状セメンタイト、Ｔ1 工程Ａでの加熱保持温度、Ｔ2 工程Ａでの冷却温度、ＴA 工程Ｃでの加熱保持温度、ＴB 工程Ｃでの冷却温度。
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削性に優れた高周波焼入用軸受鋼の製造方法に関し、更に詳しくは、冷間加工を施しその後に切削加工や矯正を施すことにより、所望形状の製品をより効率的に製造することができる高周波焼入用軸受鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｓ５５Ｃ鋼等の高周波焼入用軸受鋼は、車軸、クランク軸、ピストン棒、連接棒、歯車、レール、その他の機械部品用の鋼材として広く使用されている。そうした高周波焼入用軸受鋼は、冷間加工性を向上させるための熱処理と、冷間加工とを繰り返しながら所定寸法に加工され、その後高周波焼入れをした後に切削加工されて所望の形状に加工される。なお、所望の形状に加工する過程においては、適宜矯正がなされている。
【０００３】
例えば、直動案内装置に使用される直動レールを製造する場合においては、質量％で、Ｃ：０．５５％、Ｓｉ：０．１８％、Ｍｎ：１．４７％、Ｐ：０．０１９％、Ｓ：０．０２７％、Ｎｉ：０．０６％、Ｃｒ：０．１６％、Ｏ2：０．０００５％を含有する炭素鋼の丸材を７２０℃の温度で約７時間程度熱処理した後、冷間引き抜き加工を行い、さらに、同様の熱処理と冷間引き抜き加工を繰り返し行って、所定寸法からなる高周波焼入用軸受鋼を製造していた。なお、応力除去を目的とした最後の熱処理においては、８２０〜８５０℃の温度から６３０℃まで５０℃／ｈｒの冷却速度で冷却し、その後放冷することにより、得られた高周波焼入用軸受鋼に被削性を付与していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した成分組成からなる高周波焼入用軸受鋼を冷間引き抜き加工する場合および切削加工する場合においては、最終熱処理した後の硬さが９３〜９６ＨＲＢと高く、切削加工の際の加工抵抗が大きくなって被削性にやや劣ることから、さらなる改善が要請されていた。
【０００５】
本発明は、上記課題の存在に鑑みて成されたものであって、その目的とするところは、被削性に優れた高周波焼入用軸受鋼を提供すること、および、冷間加工を施しその後に切削加工や矯正を施すことにより、所望の形状からなる製品をより効率的に製造することができる高周波焼入用軸受鋼の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
本発明に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法は、質量％で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．１〜０．５％を含有し、残部が鉄および不可避不純物である高周波焼入用軸受鋼を、７２５〜７６０℃まで加熱し、当該温度で所定時間保持した後、５０℃以下／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷する工程Ａと、工程Ａ後の高周波焼入用軸受鋼を冷間加工する工程Ｂと、工程Ａおよび工程Ｂを１回実施しまたは２回以上繰り返して所定の形状に加工した高周波焼入用軸受鋼を、７５０〜８００℃まで加熱し、当該温度で所定時間保持した後、１０〜１００℃／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷する工程Ｃと、を有することに特徴を有するものである。
【００１３】
この発明によれば、上記成分組成からなる高周波焼入用軸受鋼を上記温度パターンで熱処理すること（工程Ａ）により、その高周波焼入用軸受鋼に冷間加工性に優れた球状セメンタイトを形成できるので、高周波焼入用軸受鋼の冷間加工性を向上させることができる。その結果、工程Ａおよび工程Ｂを１回実施しまたは２回以上繰り返して所定の形状の高周波焼入用軸受鋼への冷間加工（工程Ｂ）を容易に行うことができる。さらに、上記温度パターンで熱処理すること（工程Ｃ）により、その高周波焼入用軸受鋼に、切削加工の際の応力集中源となるラメラーパーライトを形成できるので、高周波焼入用軸受鋼の被削性を向上させることができる。こうした本発明の製造方法によれば、リードタイムを短縮させることができ、所望の形状からなる製品をより効率的に製造することができる。
【００１４】
また、本発明に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法では、前記高周波焼入用軸受鋼が質量％で、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、およびＡｌ：０．００５〜０．０４０％から選択される１種又は２種以上をさらに含有することができる。
【００１５】
この発明によれば、上記の成分組成をさらに含有するので、好ましい機械的特性を有するレール部材等の製品を製造できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法について図面を参照しつつ説明する。なお、以下において、「％」は質量％を表す。
【００１７】
（高周波焼入用軸受鋼）
本実施形態の高周波焼入用軸受鋼は、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を少なくとも含有する高周波焼入用軸受鋼であればいかなるものであってもよく特に限定されないが、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．１〜０．５％およびＡｌ：０．００５〜０．０４０％から選択される１種又は２種以上をさらに含有する高周波焼入用軸受鋼は、硬度、転動疲労寿命、靱性、焼入性等の機械的特性に優れるので、例えば、直動案内装置の直動レール用の高周波焼入用軸受鋼として好ましく使用できる。
【００１８】
本実施形態の高周波焼入用軸受鋼は、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織を有している。この混合組織は、図１の温度パターンに示すように、上記組成の高周波焼入用軸受鋼を７５０〜８００℃まで加熱し、その温度で所定時間（処理量や処理炉によって設定され、特に限定されないが、例えば２〜７時間保持される。）保持した後、１０〜１００℃／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷することにより形成される。なお、上記の温度パターンにおいて、オーステナイト化温度である７５０〜８００℃までは一気に加熱される。なお、その加熱速度は特に限定されない。また、５００〜６５０℃からの放冷については、通常、空冷により行われ、その際の冷却速度は特に限定されない。
【００１９】
図２は、本実施形態の高周波焼入用軸受鋼（Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を少なくとも含有する高周波焼入用軸受鋼）を、上述の温度パターンで熱処理して形成されたラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織を示す代表的な図面代用写真である。具体的には、Ｃ：０．５５％、Ｍｎ：１．４７％、Ｏ2：０．０００５％、Ｓｉ：０．１８％、Ｐ：０．０１９％、Ｓ：０．０２７％、Ｎｉ：０．０６％、Ｃｒ：０．１６％を含有する高周波焼入用軸受鋼を、７６０℃で加熱保持したもの（図２（Ａ））、および、７８０℃で加熱保持したもの（図２（Ｂ））であり、何れにおいても、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織が現れている。
【００２０】
次に、高周波焼入用軸受鋼の成分組成を上述の範囲に限定した理由を説明する。
【００２１】
Ｃ（炭素）は、０．５〜０．８％含まれ、高周波焼入用軸受鋼に所定の機械的特性（例えば、硬度：８７〜９２ＨＲＢ等。）を付与すると共に、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織が上記の温度パターンで形成されるための必須の成分である。Ｃ含有量が０．５％未満の場合は、上記の混合組織が形成されないことがあったり、硬度が低くなることがある。一方、Ｃ含有量が０．８％を超えると、上記の混合組織が形成されないことがあったり、被削性や冷間加工性が低下することがある。
【００２２】
Ｍｎ（マンガン）は、比較的安価であり、本実施形態においては、０．８〜１．７％の範囲で含まれ、焼入性および被削性を向上させるように作用する。Ｍｎ含有量が０．８％未満では、焼入性が低下することがある。一方、Ｍｎ含有量が１．７％を超えると、被削性および冷間加工性が低下することがある。
【００２３】
Ｏ2（酸素）は、０．００２％以下とし、疲労寿命の低下を防止する。Ｏ2含有量が０．００２％を超えると、他の金属元素と酸化物を生じて疲れ寿命が低下することがある。なお、Ｏ2は、通常の製鋼法では製鋼条件にもよるが、０．０００４％程度は不可避的に含まれる。
【００２４】
Ｓｉ（ケイ素）は、脱酸剤として添加されるものであり、０．３５％以下含まれ、硬さと強度を高めるように作用する。Ｓｉ含有量が０．３５％を超えると、被削性や冷間加工性が低下することがある。なお、Ｓｉも、上述のＯ2の場合と同様に、０．０５％程度は不可避的に含まれる。
【００２５】
Ｐ（リン）は、鋼材を脆化させるので少ない方が望ましい。なお、Ｐは、０．０１％程度は不可避的に含まれるが、製造コスト等を考えた場合の許容される含有量は０．０３％以下である。
【００２６】
Ｓ（硫黄）は、０．０３％以下含まれ、マンガンと結合してＭｎＳとなり、被削性を向上させるように作用する。Ｓ含有量が０．０３％を超えると、軟らかくて脆いＭｎＳが増して機械的特性を低下させることがある。なお、Ｓも同様に、０．００５％程度は不可避的に含まれる。
【００２７】
Ｎｉ（ニッケル）は、０．３％以下含まれ、強度と靭性を高めるように作用する。Ｎｉ含有量が０．３％を超えると、原料費がかさんだり、加工性を低下させるという欠点がある。なお、Ｎｉも同様に、０．０５％程度は不可避的に含まれる。
【００２８】
Ｃｒ（クロム）は、０．１〜０．５％含まれ、硬度、耐食性、焼入性および耐熱性を向上させるように作用する。Ｃｒ含有量が０．１％未満では、焼入性が低下する。一方、Ｃｒ含有量が０．５％を超えると、加工性が低下する。
【００２９】
Ａｌ（アルミニウム）は、０．００５〜０．０４０％含まれ、脱酸の安定化や、窒化物による結晶粒微細化に寄与する。この効果は、０．００５％以上で得られるが、多すぎると被削性を劣化させるため、０．０４０％を上限とする。
【００３０】
本実施形態に係る高周波焼入用軸受鋼の残部は、鉄および不可避不純物である。
【００３１】
上述したＣ、ＭｎおよびＯ2を少なくとも含有する高周波焼入用軸受鋼は、図１に示す温度パターンの熱処理により、冷間加工性に優れた球状セメンタイト１と、切削加工の応力集中源となるラメラーパーライト２とが混在する金属組織を有するので、切削抵抗が低下し、その結果、被削性が顕著に向上する。
【００３２】
また、上述したＣ、Ｍｎ、Ｏ2、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、ＮｉおよびＣｒを含有する高周波焼入用軸受鋼は、図１に示す温度パターンの熱処理により、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織（図２を参照。）となり、被削性に優れると共に、好ましい機械的特性（８７〜９２ＨＲＢの硬度を有し、さらに矯正し易いという効果等。）を有するレール部材等の機械部品用材料となる。
【００３３】
（高周波焼入用軸受鋼の製造方法）
本実施形態においては、被削性を向上させるための熱処理方法である第１参考例に係る製造方法と、冷間加工性を向上させるための熱処理方法である第２参考例に係る製造方法と、冷間加工性を向上させると共に被削性を向上させるための熱処理方法である第１態様に係る製造方法（請求項１、２）とを説明する。
【００３４】
先ず、第１参考例に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法は、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を少なくとも含有する高周波焼入用軸受鋼、または、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を含有し、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．１〜０．５％およびＡｌ：０．００５〜０．０４０％から選択される１種又は２種以上をさらに含有する高周波焼入用軸受鋼を、７５０〜８００℃まで加熱し、その温度で所定時間保持した後、１０〜１００℃／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷してなる方法である（図１の温度パターンを参照。）。
【００３５】
この方法により、高周波焼入用軸受鋼に、図２に示すようなラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織が形成されるので、その混合組織中のラメラーパーライトにより高周波焼入用軸受鋼の被削性が向上する。さらに、熱処理の条件を上述の範囲とすることにより、製造された後の軸受鋼の矯正性（矯正しやすい性質のことであり、本明細書においては、曲がりの矯正し易さや歪みの調整し易さのことである。）を改善することができる。
【００３６】
高周波焼入用軸受鋼の成分組成を上記の範囲内に限定した理由は上述の通りである。また、温度パターンにおいても、上述と同様であり、オーステナイト化温度である７５０〜８００℃までは一気に加熱され、また、５００〜６５０℃からの放冷は、通常、空冷により行われ、その際の冷却速度は特に限定されない。
【００３７】
加熱保持温度を７５０〜８００℃の範囲としたのは、オーステナイト化の際に炭化物の一部を固溶させるためであり、加熱保持温度が７５０℃未満では、炭化物の固溶不足を招くことがあり、加熱保持温度が８００℃を超えると、炭化物の固溶が促進させることがある。
【００３８】
なお、保持時間は、高周波焼入用軸受鋼の処理量や処理炉の規模により任意に設定されるものであり、特に限定されるものではないが、後述の実施例のように例えば２〜７時間の範囲を例示できる。
【００３９】
冷却速度を１０〜１００℃／ｈｒとしたのは、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトの混合組織を形成させるためであり、冷却速度が１０℃／ｈｒ未満では、セメンタイトの球状化が顕著に進行し、冷却速度が１００℃／ｈｒを超えると、ラメラーパーライトの生成が顕著に促進する。
【００４０】
上記の冷却速度で冷却する温度を５００〜６５０℃としたのは、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトの混合組織を形成させるためであり、その温度が５００℃未満では、生産効率が低下することとなり、その温度が６５０℃を超えると、ラメラーパーライトおよび球状セメンタイトの混合組織の形成が不十分となることがある。
【００４１】
次に、第２参考例に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法は、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を含有する高周波焼入用軸受鋼を、７２５〜７６０℃まで加熱し、当該温度で所定時間保持した後、５０℃以下／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷してなる方法である（図３の温度パターンを参照。）。
【００４２】
この方法により、高周波焼入用軸受鋼に、図４に示すような球状セメンタイトからなる混合組織が形成される。その球状セメンタイトは冷間加工性に優れるので、処理後の高周波焼入用軸受鋼の冷間加工性が向上する。さらに、冷間加工ダイスの寿命を長くするために、前記の範囲内で熱処理条件を変化させて軸受鋼の硬さをコントロールすることができる。
【００４３】
高周波焼入用軸受鋼の成分組成を上記の範囲内に限定した理由は上述の通りである。なお、図４は、本実施形態の高周波焼入用軸受鋼（Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を少なくとも含有する高周波焼入用軸受鋼）を、第２参考例の温度パターンで熱処理して形成された球状セメンタイトからなる混合組織を示す代表的な図面代用写真である。具体的には、Ｃ：０．５５％、Ｍｎ：１．４７％、Ｏ2：０．０００５％、Ｓｉ：０．１８％、Ｐ：０．０１９％、Ｓ：０．０２７％、Ｎｉ：０．０６％、Ｃｒ：０．１６％を含有する高周波焼入用軸受鋼を、７３０℃で加熱保持したもの（図４（Ａ））、および、それを冷間引き抜き加工したもの（図４（Ｂ））であり、何れにおいても、球状セメンタイトからなる混合組織が現れている。
【００４４】
この第２参考例の製造方法において、加熱保持温度を７２５〜７６０℃の範囲としたのは、処理後の高周波焼入用軸受鋼の硬さを低減させるためであり、加熱保持温度が７２５℃未満では、炭化物の未分解により硬さが上昇してしまうことがあり、加熱保持温度が７６０℃を超えると、ラメラーパーライトの生成が起こることにより硬さが上昇してしまうことがある。なお、保持時間は、上述の第１参考例と同様、高周波焼入用軸受鋼の処理量や処理炉の規模により任意に設定されるものであり、特に限定されるものではないが、後述の実施例のように例えば２〜５時間の範囲を例示できる。
【００４５】
冷却速度を５０℃／ｈｒ以下としたのは、処理後の高周波焼入用軸受鋼の硬さを低減させるためであり、冷却速度が５０℃／ｈｒを超えると、硬さが上昇してしまうことがある。なお、冷却速度の下限は５℃／ｈｒであり、冷却速度が５℃／ｈｒ未満では、生産効率の低下となることがある。
【００４６】
上記の冷却速度で冷却する温度を５００〜６５０℃としたのは、硬さを低減させるためであり、その温度が５００℃未満では、その効果が飽和し、生産効率の低下を招くこととなり、その温度が６５０℃を超えると、硬さが上昇することとなる。なお、５００〜６５０℃からの放冷は、通常、空冷により行われ、その際の冷却速度は特に限定されない。
【００４７】
次に、第１態様に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法は、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を少なくとも含有する高周波焼入用軸受鋼、または、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下を含有し、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．１〜０．５％およびＡｌ：０．００５〜０．０４０％から選択される１種又は２種以上をさらに含有する高周波焼入用軸受鋼を、７２５〜７６０℃まで加熱し、その温度で所定時間保持した後、５０℃以下／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷する工程Ａと、工程Ａ後の高周波焼入用軸受鋼を冷間加工する工程Ｂと、工程Ａおよび工程Ｂを１回実施しまたは２回以上繰り返して所定の形状に加工した高周波焼入用軸受鋼を７５０〜８００℃まで加熱し、当該温度で所定時間保持した後、１０〜１００℃／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷する工程Ｃとを有する方法である（図１および図３の温度パターンを参照。）。
【００４８】
すなわち、この方法によれば、上記成分組成からなる高周波焼入用軸受鋼を、１回実施しまたは２回以上繰り返し実施する。すなわち、工程Ａ→工程Ｂ→工程Ｃからなる製造方法に供したり、工程Ａ→工程Ｂ→工程Ａ→工程Ｂ→工程Ｃからなる製造方法に供したり、工程Ａ→工程Ｂ→工程Ａ→工程Ｂ→……→工程Ｂ→工程Ｃからなる製造方法に供したりすることにより、その炭素鋼素材を容易且つ効率的に冷間加工して、所望の形状からなる製品を製造する。さらに、上述の第１参考例および第２参考例と同様に、熱処理の条件を上述の範囲とすることにより、高周波焼入用軸受鋼を生産する際のリードタイムを短縮できると共に、製造された後の軸受鋼の矯正性を改善できる。
【００４９】
工程Ａは、高周波焼入用軸受鋼に優れた冷間加工性を付与する熱処理工程である。この工程Ａによれば、熱処理後の高周波焼入用軸受鋼の金属組織を図４に示すような球状セメンタイトとすることができ、且つその硬度が８３〜８８ＨＲＢとなるので、その冷間加工性を向上させることができる。この工程Ａにおける加熱保持温度、保持時間、冷却速度および放冷に関しては、上述した第２参考例に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法の場合のそれと同じである。この工程Ａの上述の各熱処理条件は、後述する工程Ｂの冷間加工の回数に基づいて変化させても、一定条件のままとしてもよく、例えば、工程Ｂの冷間加工の回数が増すにしたがって、加熱保持温度を上記温度範囲内でやや低く設定したり、冷却速度を上記範囲内でやや大きくするように変化させることができる。これは、冷間加工の回数が増すに従って、高周波焼入用軸受鋼が鈍されやすくなるためである。
【００５０】
工程Ｂは、工程Ａで熱処理した後の高周波焼入用軸受鋼を冷間加工する工程である。この工程Ｂでの冷間加工としては、各種の冷間加工を適用でき、例えば、引き抜き加工、押し出し加工、曲げ加工、圧延加工、鍛造加工等を挙げることができる。これらのうち、引き抜き加工または押し出し加工においては、丸鋼材から所定の減面率で冷間加工することができ、その加工ダイスは、円形ダイスであっても異形ダイスであってもよく特に限定されない。例えば、引き抜き加工においては、円形ダイスまたは異形ダイスを使用して、５〜３０％の減面率で加工できる。なお、図４（Ｂ）は、工程Ａで熱処理された高周波焼入用軸受鋼（図４（Ａ）を参照。）を、減面率１５％で冷間引抜加工した際の球状セメンタイト組織を示している。
【００５１】
工程Ｃは、高周波焼入用軸受鋼に優れた被削性を付与する熱処理工程である。この工程Ｃによれば、熱処理と冷間加工とを繰り返して所定の形状に加工した後の高周波焼入用軸受鋼の金属組織を、球状セメンタイトおよびラメラーパーライトからなる混合組織とすることができ、且つその硬度を８７〜９２ＨＲＢとすることができるので、その冷間加工性を向上させることができると共に、機械的特性においても優れたものとすることができる。この工程Ｃにおける加熱保持温度、保持時間、冷却速度および放冷に関しては、上述した第１参考例に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法の場合のそれと同じである。
【００５２】
この工程Ｃは、工程Ａおよび工程Ｂを１回実施しまたは２回以上繰り返して所定の形状に加工した後の高周波焼入用軸受鋼の熱処理工程に関するものであるので、工程Ｃに供される高周波焼入用軸受鋼は、切削加工前の所定の形状に冷間加工されたものであり、工程Ｃに供された後の高周波焼入用軸受鋼は、被削性に優れた金属組織を有し、その後、切削加工されるものである。
【００５３】
以上説明した本実施形態の第１態様に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法を適用して製造された高周波焼入用軸受鋼は、冷間加工性および被削性の何れにおいても優れているので、所望の形状からなる製品を効率的に製造することができる。さらに、その硬度を８７〜９２ＨＲＢとすることができるので、機械的特性においても優れ、直動案内装置に使用される直動レール等のように、直進性、加工性等の特性が要求される部材の製造に好ましく適用できる。
【００５４】
こうした高周波焼入用軸受鋼は、所望の寸法ないし形状に加工された後、高周波焼入れされ、例えば直動案内装置に使用される直動レール等のような精密な軸受部材となる。
【００５５】
【実施例】
次に、実施例および比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。
【００５６】
質量％で、Ｃ：０．５５％、Ｍｎ：１．４７％、Ｏ2：０．０００５％、Ｓｉ：０．１８％、Ｐ：０．０１９％、Ｓ：０．０２７％、Ｎｉ：０．０６％、Ｃｒ：０．１６％を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる直径６３ｍｍの炭素鋼丸材を供試材とした。
【００５７】
先ず、第１参考例の製造方法について表１に示す温度条件で熱処理し、得られた鋼材の切削性を評価した。表１には、得られた鋼材の硬度（ＨＲＢ）の測定結果を併せて示した。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
【表３】
【００６１】
なお、上述の被削性については、直径８ｍｍのストレートドリル（ＳＫＨ５１）を使用し、切削速度２９．７ｍ／分、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、穿孔深さ２０ｍｍの条件で切削加工し、穿孔不能となるまでの穴数で評価した。また、硬度測定は、ロックウエル硬度計Ｂスケールで測定した。
【００６２】
【発明の効果】
【００６３】
本発明に係る高周波焼入用軸受鋼の製造方法によれば、特定の成分組成範囲からなる高周波焼入用軸受鋼を所定の温度パターンで熱処理することにより、その高周波焼入用軸受鋼に冷間加工性に優れた球状セメンタイト組織を形成できるので、高周波焼入用軸受鋼の冷間加工性を向上させることができ、その結果、熱処理と冷間加工を繰り返して所定の寸法の高周波焼入用軸受鋼を容易に得ることができる。さらに、特定の温度パターンで熱処理することにより、その高周波焼入用軸受鋼に、切削加工の際の応力集中源となるラメラーパーライトを形成し、その被削性を向上させることができる。こうした本発明の製造方法によれば、所望の形状からなる高周波焼入用軸受鋼をより効率的に製造することができると共に、好ましい機械的特性を有するレール部材をも製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 高周波焼入用軸受鋼にラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織を形成するための本実施形態に係る温度パターンである。
【図２】 図１の温度パターンで熱処理して形成されたラメラーパーライトおよび球状セメンタイトからなる混合組織を示す図面代用写真である。
【図３】 高周波焼入用軸受鋼に球状セメンタイト組織を形成するための本実施形態に係る温度パターンである。
【図４】 図３の温度パターンで熱処理して形成された球状セメンタイト組織を示す図面代用写真である。
【符号の説明】
１ ラメラーパーライト、２ 球状セメンタイト、Ｔ1 工程Ａでの加熱保持温度、Ｔ2 工程Ａでの冷却温度、ＴA 工程Ｃでの加熱保持温度、ＴB 工程Ｃでの冷却温度。
Claims (2)
- 質量％で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｍｎ：０．８〜１．７％、Ｏ2：０．００２％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．１〜０．５％を含有し、残部が鉄および不可避不純物である高周波焼入用軸受鋼を、７２５〜７６０℃まで加熱し、当該温度で所定時間保持した後、５０℃以下／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷する工程Ａと、
工程Ａ後の高周波焼入用軸受鋼を冷間加工する工程Ｂと、
工程Ａおよび工程Ｂを１回実施しまたは２回以上繰り返して所定の形状に加工した高周波焼入用軸受鋼を、７５０〜８００℃まで加熱し、当該温度で所定時間保持した後、１０〜１００℃／ｈｒの冷却速度で５００〜６５０℃まで冷却し、その後放冷する工程Ｃと、
を有することを特徴とする被削性に優れた高周波焼入用軸受鋼の製造方法。 - 請求項１に記載の高周波焼入用軸受鋼の製造方法において、
前記高周波焼入用軸受鋼が、質量％で、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、およびＡｌ：０．００５〜０．０４０％から選択される１種又は２種以上をさらに含有することを特徴とする高周波焼入用軸受鋼の製造方法。
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