JP4630075B2 - 高炭素クロム軸受鋼およびその製造方法 - Google Patents
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(1)鋼の化学成分が、JIS G 4805を満足すると共に、O:0.0009%以下、Al:0.005%以下およびS:0.005%以下にそれぞれ制限した鋼からなり、鋼中に存在する大きさ3μm以上の酸化物の個数が検鏡視野面積160mm2中100個以下で且つそのうち大きさ10μm以上のものが2個以下であり、更にその組成に関し、下記定義によるアルミナ系とスピネル系との合計個数が全酸化物個数の60%未満であることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼。
アルミナ系:(MgO)も(SiO2)も3%未満で且つ(CaO)も(CaO)/((CaO)+(Al2O3))の比で0.08以下であるもの。
スピネル系:3%〜20%の範囲の(MgO)に残部が(Al2O3)である2元系に、15%以内の(CaO)および/または15%以内の(SiO2)が混入する場合があるスピネル型結晶構造のもの。
(2)前記(1)に記載の高炭素クロム軸受鋼を得る製造方法であって、転炉または電気炉による酸化精錬後の脱酸およびその後の成分調整に際し実質Alを含まない脱酸剤を使用する工程、次の取鍋精練におけるスラグの塩基度((CaO)%/(SiO2)%)が0.8以上且つ3.0未満となるように制御する工程、それに引き続く35分間以上の真空脱ガス処理工程を含むことを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法。
Oは鋼中に残存して基本的に有害な酸化物を形成するのでできるだけ少ないことが望ましく、できれば6ppm以下が望ましい。しかし通常の酸化精錬→取鍋精練→真空脱ガス工程で容易に得られる9ppm以下であれば、本発明の効果は得られるので9ppm以下とする。
Alは、鋼中の酸化物を硬質にするのでできるだけ少ない方が望ましく、できれば0.002%以下が望ましい。しかし脱酸剤としてAlを使わなければ容易に達せられる0.005%以下であれば本発明の効果は得られるので、0.005%以下とする。
Sは、近年の軸受鋼のようにOがシングルppmとなっている場合には、酸化物に代わって硫化物が疲労破壊の起点となり易く、従って転動疲労寿命からはできるだけ低い方が良い。また本発明が狙いとする超硬工具による高速ドライ切削の場合には、Sの含有量は工具寿命には影響が小さいので、その点からもSを低くすることは差し支えない。しかしながら、本発明による低塩基度スラグによる取鍋精練では、背景技術である高塩基度スラグの場合よりも溶鋼からSを除去しにくいので、転動疲労寿命の点からも十分で且つ本発明による製造方法で容易に達成できる成分範囲としてSを0.005%以下とする。しかし0.002%以下とすればなお良い。
圧延方向に平行な断面の160mm2中に観察される酸化物のサイズと個数が、円相当直径3μm以上のものが100個以下で、且つそのうち10μm以上のものが2個以下であること。ここで円相当直径とは、「√(長径×短径)」で算定するものとする。またここで言う酸化物は、単独で存在するものはもちろんのこと、硫化物等と複合している場合でも、その複合状態での酸化物の輪郭で算定計数する。このように酸化物のサイズ別観察個数の上限を規定するのは、転動疲労寿命に対して最も有害な硬質酸化物を軟質化することによってその有害性を改善しても、やはり大きい酸化物は有害であるからである。転動疲労寿命に対して本当に有害なのは、軸受になった時に大きい接触応力が発生する部位に存在する最も大きい酸化物であるので、上記の10μm以上のものがほぼ直接的に対応するが、3μm以上のものの個数は検出数が多くて10μm以上の個数のように当たりはずれがないので、極めて大きいものの検出頻度のレベル感を査定する意味の規定である。
前項のようにして観察した粒径3μm以上の酸化物の組成として、アルミナ系とスピネル系との合計個数が全酸化物個数の60%未満であること。このように酸化物の組成別構成比率を規定するのは、転動疲労寿命と切削加工時の工具寿命の両方にとって極めて有害な硬質酸化物の軟質化改質を達成した比率を規定するためである。清浄度が高い軸受鋼を製造する背景技術では、もともと脱酸剤としてAlを使うために最終的に鋼中に残留する酸化物は極めて硬質なスピネル(Al2O3・MgO)系等が主体となる。本発明による方法では、脱酸剤としてAlを使わなくても、添加合金中にいくらか含まれるAlや、溶鋼が接する耐火物から入ってくるAlにより酸化物組成はスピネル系等となる傾向を示すため、更に取鍋精練時のスラグ組成を適正に選んで、酸化物組成をスピネル系等でないものに誘導した。本発明による方法では、極めて硬質なスピネル系等の酸化物の個数比率を60%未満に減少させることができ、その時切削加工時の工具寿命と転動疲労寿命との両方が、背景技術に対して大幅に向上することを見出したので、上記の通り酸化物組成の構成比率を規定する。
第1分類:(MgO)も(SiO2)も3%未満で且つ(CaO)も(CaO)/((CaO)+(Al2O3))の比で0.08以下であって、結局殆どが(Al2O3)であるもの。したがってこれをアルミナ系と呼ぶ。
第2分類:3%〜20%の範囲の(MgO)に残部が(Al2O3)である2元系の場合が多いが、15%程度以内の(CaO)およびまたは15%程度以内の(SiO2)が混入する場合もしばしばある。結晶構造としてはスピネルと呼ばれるのでこの組成のものをスピネル系と呼ぶ。
第3分類:(MgO)も(SiO2)も3%未満であり、且つ(CaO)が(CaO)/((CaO)+(Al2O3))の比で0.08を超えるもので、この比は0.50に及ぶ場合がある。(CaO)−(Al2O3)の2元系に近いのでカルシウムアルミネート系と呼ぶ。
第4分類:(MgO)は殆ど含まないで、(CaO)−(Al2O3)の2元系に3%以上最大で50%程度までの様々な量の(SiO2)を含むもの。ここでは各成分の頭文字をとってC−A−S3元系と呼ぶ。
Claims (2)
- 鋼の化学成分が、JIS G 4805を満足すると共に、O:0.0009質量%以下、Al:0.005質量%以下およびS:0.005質量%以下にそれぞれ制限した鋼からなり、圧延方向に平行な検鏡断面積160mm2中に存在する大きさ3μm以上の酸化物個数が100個以下、そのうち大きさ10μm以上のものが2個以下であり、更にそれらの組成別構成比率として、下記定義によるアルミナ系とスピネル系との合計個数が全酸化物個数の60%未満であることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼。
アルミナ系:(MgO)も(SiO2)も3%未満で且つ(CaO)も(CaO)/((CaO)+(Al2O3))の比で0.08以下であるもの。
スピネル系:3%〜20%の範囲の(MgO)に残部が(Al2O3)である2元系に、15%以内の(CaO)および/または15%以内の(SiO2)が混入する場合があるスピネル型結晶構造のもの。 - 請求項1に記載の高炭素クロム軸受鋼を得る製造方法であって、転炉または電気炉による酸化精錬後の脱酸およびその後の成分調整に際し実質Alを含まない脱酸剤を使用する工程、次の取鍋精練におけるスラグの塩基度((CaO)%/(SiO2)%)が0.8以上3.0未満となるように制御する工程、それに引き続く35分以上の真空脱ガス処理工程を含むことを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法。
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