JP5260032B2

JP5260032B2 - 冷間加工性に優れた高周波焼入用鋼、該鋼からなる転動部材および転動部材を用いた直線運動装置

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Publication number: JP5260032B2
Application number: JP2007304012A
Authority: JP
Inventors: 和弥橋本; 弦二郎伊勢
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd; THK Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd; THK Co Ltd
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2027-11-26
Also published as: JP2009127091A; US20100314006A1; WO2009069283A1; CN101874124A; DE112008003146T5; KR20100092458A

Description

本発明は、不良潤滑下において、疲労寿命の低下が起き難い高周波焼入用鋼、さらに係る高周波焼入用鋼によって製造された転動部材をその一部に含む直線運動装置に関する。上記の不良潤滑とは潤滑油中に異物が混入して、その圧痕の応力集中を主要因としてはく離に至る状態、および表面粗さが大きいか潤滑油粘度が低いか潤滑油量が乏しい、あるいはその組合せにより潤滑油膜厚さが薄いために、主に金属すべりを起こす状態をいう。また、本発明の直線運動装置とは、図１に示す直線案内装置や、図示しないボールスプラインやボールねじなど、ボールまたはローラーなどの転動体を介して軌道軸とスライド部材とを相対的に移動自在に組み付けてなるものの総称とする。

図１は、直線運動装置として、例えば工作機械に組み込まれて工作物担持用のテーブルなどを案内する直線案内装置を示すものである。この直線案内装置は、長手方向に沿ってボール転送面１ａが形成された軌道レール（軌道輪）１と、転動体としての多数のボール２を介してこの軌道レール１に嵌合すると共に内部に該ボール２の無限循環路を備えた摺動台（スライド部材）３とから構成されており、ボール２の循環に伴って手動台３が軌道レール１上を往復運動する。ただし、摺動台３を固定側として軌道レール１を往復運動させる場合もある。

上記の摺動台３は、テーブルなど（図示せず）を取り付けるための取付面５ａを有するほぼサドル状のブロック５と、このブロック５の前後両端面に固定された一対のエンドプレート６とから構成されている。上記の無限循環路は、このブロック５に軌道レール１のボール転送面１ａに対応して形成された負荷ボール転送面５ｂおよびボール戻し孔５ｃと、両エンドプレート６に形成されて該負荷転送面５ｂおよびボール戻し孔５ｃを連通する方向転換路（図示せず）とからなる。

このような直線案内装置において、ボール２と軌道レール１およびボール２と摺動台３とは、ほぼ点に近い状態で接触し、この接触部分が同じ軌道上を繰り返し移動するため、軌道レール１および摺動台３には転動負荷が掛かる。

直線案内装置が良好な環境下で使用される場合には、ボール２と軌道レール１およびボール２と摺動台３の接触部分において問題は生じないが、一般の工場などの開放された環境下で使用される場合には、使用環境中の塵、埃又は加工時に工作機械などから発生する切り粉などの異物が接触部分に付着する場合がある。接触部分に付着した異物は、摺動台３が作動することにより、ボール転送面１ａに食い込み、異物が食い込んだ軌道レール１は、疲労寿命が著しく低下するという問題が起こる。また、構造的にボール２と軌道レール１およびボール２と摺動台３の接触部分において潤滑油膜厚さが薄いために金属すべりを起こし、軌道レール１および摺動台３の表面域が損傷し、疲労寿命が著しく低下するという問題も起こる。

従来、この問題に対しては、ＳＵＪ２などの軸受鋼を塩水焼入れして、軌道レールの構成材料の硬度を高める方法、炭素鋼を浸炭焼入れして浸炭硬化層を深くし、硬さを増して異物圧痕をつき難くする方法、ＳＵＪ３やＳＵＪ５などの軸受鋼を用いてマルテンパーなどの高温熱処理を施し、軌道レールの構成材料のき裂靱性を高める方法などが行われていた。

しかしながら、軸受鋼を塩水焼入れする方法では、硬度が高くなりすぎて靱性が乏しくなり、異物の混入や金属すべりによって引き起こされる損傷箇所から早期にクラックが生じ、このクラックの伝播によってはく離が生じ易く、その寿命を向上させることができなかった。また、浸炭焼入れする方法や高温熱処理する方法は、生産性が低下してコストアップの原因となっていたため、実用上の大きな問題があった。

ところで、残留オーステナイト量を多くすることで疲労寿命向上を改善させる発明が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この発明では、異物混入時の疲労寿命は改善できるものの、金属すべりによる疲労寿命の低下については安定して改善できない問題があった。

上記の特許文献１を引用文献として、残留オーステナイト量を少なくすることが異物混入が少ない時の疲労寿命向上を改善させるとした発明が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、この発明では、特許文献１のとおり、異物混入時の疲労寿命を安定して改善できない問題があった。

さらに、化学成分および初析フェライトの生成量を低くするため、所定の式、偏析およびマルテンサイト組織生成し始める温度のＭｓ点以外の条件として、介在物の大きさを規定することによる転動疲労寿命に優れた高周波焼入用棒鋼が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、同特許文献に記載されている発明では、残留オーステナイト量や高周波焼入れ後の表面硬さが考慮されていない。特に、この発明におけるＣ：０．５〜０．７％の範囲では、表面硬さが低く、安定して優れた転動疲労寿命を得ることはできず、また、異物混入や金属すべりによって引き起こされる損傷を安定して抑制することができないという問題があった。

特開平１１−２０９８４４号公報特開２００１−１６５１６１号公報特開２００４−１８３０１６号公報

本発明が解決しようとする課題は、直動案内装置などの潤滑油中に異物が混入して、その圧痕の応力集中を主要因として直動案内装置の鋼材表面に不良潤滑によるはく離を生じても、あるいは、表面粗さが大きくかつ潤滑油粘度の低いか潤滑油量が乏しいことによる潤滑油膜厚さが薄いために金属すべりを起こしても、疲労寿命の低下を起き難くした高周波焼入用鋼を提供すること、該高周波焼入用鋼によって製造された転動部材および転動部材を有する直線運動装置を提供することである。

発明者らは、本出願人の発明である先願の特許文献１について鋭意検討した結果、金属すべりによる疲労強度低下をも改善するためには、Ｓｉを０．４％以上含有し、高周波焼入れ後の硬さが６１ＨＲＣ以上を必要とすることを見出した。一方、Ｓｉの添加量を増やしていくと、冷間加工性が損なわれる。そのため冷間加工性を確保するため、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒを減らす必要がある。しかし、Ｃを減らすと高周波焼入れ後の硬さが十分に得られない。また、Ｍｎを減らすと焼入れ性が損なわれる。しかしながら、Ｃｒを減らすことは、焼きなまし硬さが低下し、大幅に冷間加工性を改善することが出来ることを見出して本発明の手段を得たものである。すなわち、上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、質量％で、Ｃ：０．７〜０．９％、Ｓｉ：０．４〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜１．２５％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．４％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．００３％以下、Ｏ：０．００２０％以下を含有し、かつ［Ｍｎ］≦０．５＋０．３５／［Ｓｉ］を満足し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる焼なまし硬さ９３ＨＲＢ以下である鋼からなり、かつ高周波焼入れ後の高周波焼入層が残留オーステナイト２０〜４０％を有して硬さ６１ＨＲＣ以上であることを特徴とする高周波焼入用鋼である。

この請求項１の手段の鋼は、鋼成分がＣ０．７〜０．９％、Ｓｉ０．４〜１．０％の範囲の成分を有し、焼なまし硬さが９３ＨＲＢ以下であるので冷間加工が容易であり、さらに冷間加工による加工物を高周波焼入した高周波焼入層が２０〜４０％の残留オーステナイトで、かつ６１ＨＲＣ以上という高い硬度を有するものであり、靱性に優れ、さらに、製品中の異物の混入および金属すべりによって引き起こされる損傷箇所からクラックが生じ難く、仮にクラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播し難く、はく離が生じ難いので、その寿命を向上させることができる耐異物環境および耐金属すべり用の高周波焼入用鋼である。さらに、高周波焼入層の硬度が６１ＨＲＣ以上という高い硬度であることは、直線案内装置の軌道レールとして好ましく、高靱性で高硬度を兼ね備えた鋼材が得られる点で、優れた高周波焼入用鋼である。また、この耐異物環境および耐金属すべり用の高周波焼入用鋼は、浸炭処理を必要としないので、低コストで高硬度で高靱性の鋼材を得ることができ、実用上特に好ましい。

さらに、この高周波焼入用鋼は、炭素、珪素、マンガン、クロムで主要元素を構成していることから、高周波焼入用鋼からなる部品は、高い硬度と高い靱性を有し、異物環境および金属すべり下でも長寿命で使用することができるとともに、高周波焼入用鋼は安価で被削性や冷間加工性にも優れている。

請求項２の発明では、請求項１記載の高周波焼入用鋼を冷間加工して形成の転動部材を高周波焼入れおよび焼戻しして残留オーステナイト２０〜４０％を有し、かつ、硬さ６１ＨＲＣ以上である高周波焼入層を形成したことを特徴とする転動部材である。

請求項３の発明では、請求項２に記載の転動部材を直線案内装置の部材の一部、例えば軌道レールあるいは摺動台、に使用して形成したことを特徴とする直線運動装置である。

この請求項３の手段は、上記のとおり鋼成分のＣを０．７〜０．９％、Ｓｉを０．４〜１．０％の範囲を有し、冷間加工後の高周波焼入層の硬度が６１ＨＲＣ以上という高い硬度を有しかつ２０〜４０％の残留オーステナイトを有する鋼からなる鋼材を直線運動装置の軌道レールと摺動台のいずれか一方もしくは両者に使用することで、使用の潤滑油中の異物の混入および金属すべりによって引き起こされる損傷箇所を起源とするクラックが直線案内装置の軌道レールに生じ難くなる結果、直線案内装置の寿命が向上できる。

上記の手段としたことで、請求項１の手段の高周波焼入用鋼は、高周波焼入層の残留オーステナイト層が２０〜４０％となっているので、靱性に優れ、製品とした時に製品部材間に塵埃や切り粉などの異物が混入しても、損傷が引き起こされ難いので損傷を起点とするクラックが生じ難い。たとえクラックが生じたとしても生じたクラックが伝播し難く、はく離が生じ難く、この鋼からなる製品部材の寿命を向上させることができる。さらにこの高周波焼入用鋼は高周波焼入層としたときの硬度が６１ＨＲＣ以上という高い硬度であるので、直線運動装置の軌道軸として好ましく、高靱性かつ高硬度であり、不良潤滑下において、金属すべりを生じ難く、損傷が引き起こされ難いので損傷を起点とするクラックが生じ難い。たとえクラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播し難く、はく離が生じ難く、この鋼からなる製品部材の寿命を向上させることができるので、優れた高周波焼入鋼となる。さらに、この高周波焼入用鋼は成分として高価なＮｉやＭｏを不可避不純物レベルでしか含有することなく、浸炭焼入処理を必要としないので安価で、冷間加工性および被削性に優れた耐異物環境用の高周波焼入鋼を得ることができるという効果を有している。

さらに、請求項２の手段による転動部材は、上記の高周波焼入用鋼を転動部材に冷間加工した後、高周波焼入れ・焼戻しを施したことで、２０〜４０％の残留オーステナイトを有するので、疲労寿命の観点から好ましく、硬さ６１ＨＲＣ以上の高周波焼入層に形成されているという効果を有している。

さらに、請求項３の手段では、請求項２の手段の転動部材を一部に使用した直線運動装置であるであるので、この直線運動装置は６１ＨＲＣ以上の高い硬度と２０〜４０％の残留オーステナイト層と高い靱性を有し、異物環境下で使用しても異物が原因で引き起こされる損傷箇所からクラックが生じ難く、クラックが生じたとしても、そのクラックが伝播し難く、はく離が生じ難い。さらに、直線運動装置は不良潤滑下においても、金属すべりを生じ難く、損傷が引き起こされ難いので損傷を起点とするクラックが生じ難い。たとえクラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播し難く、はく離が生じ難い。また、直線案内装置において、高価な材料や加工性を阻害する材料を含有してないので、長寿命でコストパフォーマンスに優れているという効果を有している。

本発明を実施するための最良の形態として、それぞれ高周波焼入用鋼、その高周波焼入用鋼を用いた転動部材および得られた転動部材を部材に含む直線運動装置について表および図面を参照して具体的に説明する。

先ず、本願の第１の形態では、質量％で、Ｃ：０．７〜０．９％、Ｓｉ：０．４〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜１．２５％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．４％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．００３％以下、Ｏ：０．００２０％以下を含有し、かつ［Ｍｎ］≦０．５＋０．３５／［Ｓｉ］を満足し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる合金組成を有する高周波焼入用鋼からなる。これらの組成からなる高周波焼入用鋼は、高周波焼入れ後の高周波焼入層が２０〜４０％の残留オーステナイトを有して６１ＨＲＣ以上の硬さを有する鋼である。

上記の高周波焼入用鋼の化学成分の限定理由並びに高周波焼入層の残留オーステナイトの量および硬度について以下に説明する。なお、以下、成分範囲における％は質量％を示す。

Ｃ：０．７〜０．９％
Ｃは、高周波焼入によって炭化物を形成し、高周波焼入層の焼戻し後の硬さを６１ＨＲＣ以上にするために必要な元素であるとともに、高周波焼入層に２０〜４０％の残留オーステナイトを生成するために特に有効な元素である。しかし、Ｃが０．６％未満では、高周波焼入層において所望の硬さが得られない。さらにＣが０．７％未満では金属すべりが生じる環境下におけるこの鋼からなる直線運動装置の寿命が短くなる。一方、Ｃが０．９％を超えると被削性や冷間加工性が劣り、さらに高周波焼入れ時に焼き割れが生じやすくなる。そこで、Ｃは０．７〜０．９％とする。

Ｓｉ：０．４〜１．０％
Ｓｉは、脱酸剤として添加される元素である。しかし、Ｓｉが０．４％未満であれば、金属すべりが生じる環境下におけるこの鋼からなる直線運動装置の寿命が短くなる。一方、１．０％を超えると被削性と冷間加工性が悪くなり、また金属すべりが生じる環境下における寿命が短くなる。そこで、Ｓｉは０．４〜１．０％とする。

Ｍｎ：０．５〜１．２５％、望ましくは０．７５〜１．２５％
Ｍｎは、高周波焼入性を向上させる効果の大きい元素であり、高周波焼入層に残留オーステナイトを多く生成させるために有効な元素である。Ｍｎが０．５％未満では高周波焼入れした後に十分な焼入性を確保することができない。一方、１．２５％を超えると被削性や冷間加工性が劣ることとなる。そこで、Ｍｎは０．５〜１．２５％、望ましくは０．７５〜１．２５％とする。

［Ｍｎ］≦０．５＋０．３５／［Ｓｉ］
上記のＭｎ量の規定に加えて［Ｍｎ］≦０．５＋０．３５／［Ｓｉ］に規定したのは、転動疲労寿命を得るために必要なＳｉ量を確保すると加工性が劣化する。従って、Ｍｎ量をＳｉ量との関係で制限することで、良好な加工性を得るものとする。そこで、［Ｍｎ］≦０．５＋０．３５／［Ｓｉ］を満足するものとする。

Ｃｒ：０．４％以下、望ましくは０．３５％以下
Ｃｒは、鋼の高周波焼入性および靱性を向上させる効果を有する元素であるが、一方で、炭化物形成元素で、炭化物を安定化させるために、軟化焼鈍後の硬さが低下しない。そこで、Ｃｒは０．４％以下、望ましくは０．３５％以下とする。

Ａｌ：０．０５％以下
Ａｌは脱酸剤として炭化される元素であるが、Ａｌが０．０５％より多いとＡｌ酸化物が増加し、鋼の疲労強度を低下し、加工性を低下する。そこで、Ａｌは０．０５％以下とする。

Ｔｉ：０．００３％以下
Ｔｉは、結晶粒の粗大化を防止するのに有効な元素であるが、Ｔｉが多いと加工性が低下する。そこで、Ｔｉは０．００３％以下とする。

Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、耐食性を向上させる効果を有する元素である。しかし、Ｐが０．０３０％を超えて添加されると、粒界に偏析して粒界脆化を促進しやすくなり、衝撃強度や曲げ強度が低下する。そこで、Ｐは０．０３０％以下とする。

Ｓ：０．０３０％以下
Ｓは、Ｍｎと結合してＭｎＳとなり赤熱脆性を防止する。しかし、ＭｎＳは非金属介在物を形成して疲労寿命を低下させる原因でもる。Ｓが０．０３％を超えると、疲労寿命の低下が起こりやすくなるため、Ｓは０．０３％以下とする。なお、ＭｎＳは被削性を改善する効果を有するので０．０１０％以上とするのが望ましい。

Ｏ：０．００２０％以下
Ｏは、他の金属元素と酸化物を形成して粒界に偏析して赤熱脆性の要因となる。Ｏが０．００２０％を超えると疲労寿命を低下する場合がある．そこで、Ｏは０．００２０％以下とし、望ましくは０．００１５％以下とする。

なお、上記した元素の他に、さらにＮを含有させても良い。その場合、Ｎは鋼に一部固溶して強さを高める反面、あまり多く含有すると低温脆性を著しく助長するので、Ｎは適宜に添加する際に適量とすることが望ましいが、その範囲は０．０１％以下とする。

高周波焼入層の残留オーステナイトが２０〜４０％
高周波焼入層の残留オーステナイトが２０％未満では、本発明の鋼からなる部品に異物環境下で異物の食い込みが生じた際に、疲労寿命が低下する場合があり、寿命改善効果が十分でなかった。残留オーステナイトは既に知られているように、靱性を向上させる効果を有するので、塵、埃、切り粉などの異物が存在する環境下において、例えば、直線案内装置の軌道レールに異物の食い込みが生じても、金属すべりが生じ難く、また、疲労寿命の低下を起き難くする効果を有する。このためには高周波焼入層における残留オーステナイト層における残留オーステナイト量の下限は２０％以上、特に２５％以上とすることが望ましい。一方、残留オーステナイトは軟らかいので、高周波焼入層の残留オーステナイトが４０％を超えると、異物環境での疲労寿命の低下は起こらないが、高周波焼入鋼の表面硬さが６１ＨＲＣを確保し難いので、金属すべりによる疲労寿命の低下を招く。従って、高周波焼入層における残留オーステナイトの上限を４０％以下、特に３５％以下とすることが望ましい。

高周波焼入鋼の表面硬さ６１ＨＲＣ以上
高周波焼入鋼の表面硬さを６１ＨＲＣ以上とすることで、高い靱性を有しながら高い硬度を有し、この鋼材からなる部品は異物環境下および金属すべりが起こっても長寿命で使用することができる。

本発明の第２の形態は、上記の第１の形態の高周波焼入用鋼を使用して、冷間加工を行って形成した転動部材である。この場合、冷間加工する前の高周波焼入用鋼の硬さは焼なまし９３ＨＲＢ以下であるので、冷間加工で容易に転動部材に形状化でき、さらに、この形状化した転動部材は９５０〜１０５０℃で６〜８秒間の高周波加熱により表面を加熱して焼入する高周波焼入れを行い、焼戻し温度１３０〜１８０℃、好ましくは１５０℃で、６０〜１８０分間、好ましくは８０分間程度の焼戻し時間で低温焼戻しを行い、残留オーステナイト２０〜４０％を有し、かつ硬さ６１ＨＲＣ以上である高周波焼入層を表面に形成した転動部材である。上記において、高周波加熱による表面加熱温度が１０５０℃を超えると焼き割れが起こり易くなる。表面加熱温度が９５０℃未満では、２０％以上の残留オーステナイトを確保することができない場合がある。

本発明の第３の実施の形態は、上記の第２の形態の転動部材を、図１に示す直線案内装置７の軌道レール１および軌道レール１上に設けられた摺動台３に使用した直線運動装置である。

本発明の直線運動装置、すなわち直線案内装置７は、高い硬度と高い靱性を有し、異物環境下でも長寿命で使用することができる耐異物環境および耐金属すべり用の高周波焼入鋼からなる、一部の部材、特に軌道レール１もしくは軌道レール１上に設けられた摺動台３、として構成されている。従って、この直線案内装置７が異物環境中で使用されたとしても、異物が原因で引き起こされる損傷箇所や金属すべりにより引き起こされる損傷箇所からのクラックが生じ難く、またクラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播し難く、はく離が生じ難い。さらに、この直線運動装置７の素材に高価なＮｉやＭｏを有為な含有量で含有していないので、長寿命でありながらコストパフォーマンスに優れた直線案内装置７となっている。

表１に示す、実施例１〜８と比較例１〜６の各化学成分からなる鋼を、１００ｋｇＶＩＭ（真空誘導溶解炉）にて溶製して鋼材とし、この鋼材を１１５０〜１２００℃で熱間鍛造してφ６５ｍｍとφ２０ｍｍの丸棒に鍛伸した。表１における実施例のＮｏ．１〜８は本発明の高周波焼入用鋼であり、比較例のＮｏ．１〜６は成分のいずれかが本発明の範囲から外れた比較鋼のものであり、網掛け部で本発明の範囲から外れた成分を示す。なお、表１における網掛けのＮｉはスクラップなどの電気炉精錬で不純物範囲として含有される実用的に不可避な成分である。また、比較例のＮｏ．４の「０．５＋０．３５／Ｓｉ」値の網掛け部分は、本発明の条件から外れていることを示している。

［異物環境スラスト型転動疲労試験］
表１に示す実施例および比較例の各鋼材からφ６５ｍｍに鍛伸して得られた各丸棒について、８７０℃で焼きならしを行い、７４０℃で球状化焼きなましを行なった後、これらから厚さ１０ｍｍの円盤状の平板を切り出した。この厚さ１０ｍｍの円盤状の平板を高周波加熱して表面温度を１０００℃に７秒間保持した後、ポリマー焼入れし、さらに１５０℃に８０分間の焼戻しを行った。さらに、この焼入・焼戻し材を、研削および研磨加工により表面を鏡面状態として各試験片に作成した。また、これらの試験片の試験面の表面硬度をロックウェル硬度計で測定した。

異物環境スラスト型転動疲労試験は、森式スラスト型転動疲労試験機において、潤滑油中に異物を投入して転動疲労試験を行う方法である。以下に示す条件でこの試験を行い、Ｌ₅₀（５０％累積破損確率）で耐異物環境の転動疲労寿命を評価した。この評価では、本願の発明例および比較例について、比較例のＮｏ．６のＬ₅₀を１としたときの比をもって、それぞれの評価を示し、表２に示した。
上記の異物環境スラスト型転動疲労試験の条件
試験温度：常温
最大ヘルツ圧縮応力（Ｐｍａｘ）：５４０ｋｇｆ／ｍｍ²
最大繰返し速度：１８００ｃｐｍ
潤滑油：スピンドル油（♯６０）
異物：粒度１０５〜１５０μｍで硬さ７６０〜８００ＨＶの高速度工具鋼（ＳＫＨ５１）の粉粒を１ｇ／リットルの割合で潤滑油に投入

［ローラーピッチング試験］
φ３２ｍｍに鍛伸された各丸棒について、８７０℃で焼きならしを行い、７４０℃で球状化焼きなましを行なった後、これから転動部がφ２６ｍｍである円筒を切り出し、該円筒を高周波焼入れ時の表面加熱温度１０００℃、７秒間で処理した後、ポリマー焼入れし、さらに１５０℃、９０分間の焼戻しを行い、研削および研磨加工により表面を鏡面状態として試験片に作製した。

ローラーピッチング試験とは、高面圧下での転がり、金属すべり試験を行なう方法である。上記の試験片に対して以下に示す条件で試験を行い、Ｌ₅₀（５０％累積破損確率）で金属すべり環境における疲労寿命を評価した。
試験温度：８０℃
面圧：３３２０ＭＰａ
回転数：２０００ｒｐｍ
すべり率：−４０％
大ローラー：ＳＣＭ４２０Ｈ鋼製ローラーの浸炭後研磨仕上げ品

金属すべり環境における疲労寿命は、比較例のＮｏ．６のＬ₅₀（５０％累積破損確率）を１としたときの比をもって表し、表２に示した。

［残留オーステナイト量測定］
異物環境スラスト型転動疲労試験に用いた試験片と同様に作製された試験片にたいし、高周波焼入面の残留オーステナイト量を測定した。測定方法はＸ線回折法であり、体積比（％）で試験結果を表し、表２に示した。

［焼きなまし硬さ］
焼きなまし硬さは、異物環境スラスト型転動疲労試験片を作製する時に、７４０℃で球状化焼きなましを行なった後に、この試験片の試験面の硬度をロックウェル硬度計で測定し、その測定結果を表２に示した。

表２に見られるように、上記の高周波焼入れおよび焼戻し後における残留オーステナイト量は、本発明の実施例１〜８ではいずれも発明の範囲の２０〜４０％であったが、比較例１〜６では、比較例１が４１％で本発明の範囲を超えており、比較例６が１８％で本発明の範囲未満であった。さらに、この時の高周波焼入層の表面硬さは、本発明の実施例１〜８で６１．２〜６２．８ＨＲＣで本発明の範囲の６１ＨＲＣ以上を満足していた。しかし、比較例１は６０．５ＨＲＣであり、比較例６は６０．７ＨＲＣであり、これらはいずれも本発明の範囲に満たないものであった。さらに異物環境下でのＬ₅₀寿命は、比較例６を基準の１とするとき、本発明の実施例１〜８は２．１〜２．７であった。さらにローラーピッチング試験による金属すべり環境下における疲労寿命であるＬ₅₀寿命は、同じく比較例６を基準の１とするとき、本発明の実施例１〜８は２．１〜３．０で、比較例に比して相対的に高かった。さらに、上記の球状化焼きなましを行なった後の焼なまし硬さは、本発明の実施例１〜８は９１〜９３ＨＲＢで、いずれも９３ＨＲＢ以下であった。しかし、比較例１〜６は９４〜９８ＨＲＢと高く、従って、本発明の鋼材が冷間加工が容易であることがわかる。

直線案内装置の概略図である。

符号の説明

１軌道レール
１ａボール転送面
２ボール
３摺動台
５ブロック
５ａ取付面
５ｂ負荷ボール転送面
５ｃボール戻し孔
６エンドプレート

Claims

質量％で、Ｃ：０．７〜０．９％、Ｓｉ：０．４〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜１．２５％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．４％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．００３％以下、Ｏ：０．００２０％以下を含有し、かつ［Ｍｎ］≦０．５＋０．３５／［Ｓｉ］を満足し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる焼なまし硬さ９３ＨＲＢ以下である鋼からなり、かつ高周波焼入れ後の高周波焼入層が残留オーステナイト２０〜４０％を有して硬さ６１ＨＲＣ以上であることを特徴とする高周波焼入用鋼。
請求項１記載の高周波焼入用鋼を冷間加工して形成の転動部材を高周波焼入れおよび焼戻しして残留オーステナイト２０〜４０％を有し、かつ、硬さ６１ＨＲＣ以上である高周波焼入層を形成したことを特徴とする転動部材。
請求項２に記載の転動部材を直線案内装置の部材の一部に使用して形成したことを特徴とする直線運動装置。