JP5264031B2 - 下部ベイナイト組織の表面を有する転がり軸受鋼と転がり軸受部品およびその製造方法 - Google Patents

下部ベイナイト組織の表面を有する転がり軸受鋼と転がり軸受部品およびその製造方法 Download PDF

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Description

＜発明の属する技術分野＞
本発明は、１C-１．５Cr高炭素クロム軸受鋼から得る転がり軸受鋼に関する。
＜従来の技術＞
この種鋼は、一般に下記の組成を含んでいる。
炭素 ： ０．８５〜１．１０重量％
珪素 ： ０．００５〜０．６重量％
マンガン ： ０．００５〜０．８０重量％
クロム ： １．２５〜２．０５重量％
ニッケル ： 最高０．３５重量％
モリブデン： 最高０．３６重量％
残り ： 鉄および不可避の不純物
この組成の鋼は、軸受鋼として転がり軸受部品の製造で広く使用されている。鋼は、フェライト組織から始まって、オーステナイト化熱処理を受け、その後、急冷処理で、最終部品のマルテンサイト表面組織となる。このマルテンサイト組織は、比較的硬く、良好な基本特性を有している。転がり接触の疲れ寿命および靭性が問題である用途には、浸炭鋼が用いられる。浸炭鋼および熱処理は、より高価であり、関連熱処理は、一般に、非常に、より複雑である。
EP 0896068A1は、軸受鋼のベイナイト焼入れの方法を開示している。この目的のためには、原材料は、フェライト状態であり、これをオーステナイト化し、次いで、急冷して、最終的にベイナイト組織を得る。
＜発明の要約＞
本発明の目的は、改良された特性を有する、より詳しくは、改良された転がり接触疲れおよび良好な靭性特性を有する軸受鋼を得ることである。
＜発明の実施の形態＞
本発明によれば、これは、フェライト状態の鋼に変形を加えることで実現される。この変形は、温間または冷間いずれで行ってもよい。
温間変形を行う場合は、望ましくは、フェライト相で、すなわち、７００℃以下の温度で変形を行う。転がり軸受鋼は、オーステナイト化に次いで急冷されることによりベナイト組織を生じ、上記軸受鋼は、オーステナイト化前に、フェライト状態で、７００℃以下において少なくとも３０％の加工変形率をもって変形加工される。温間成形の際、変形中に生じた転位格子は、焼入れ温度までの加熱の際、微細な亜結晶粒に復元され、したがって、使用された下部ベイナイト焼入れ法の結果として、より微細な組織が得られる。
より詳しくは、該鋼には、圧延により、造形を加える。より望ましくは、管素材から転がり軸受部品としてリングを製造したい場合は、冷間変形を行い、管素材からリングそれ自体を切り離して製造すると、切削作業をより少なくする。これは、材料損失がより少ないことを意味する。さらに、本発明は、転がり軸受鋼の軸受リングの製造方法にも関しており、フェライト組織を有する管素材が、７００℃以下において少なくとも３０％の加工変形率をもって冷間変形加工され、これが管素材からリングとして切り離された後、オーステナイト化に次いで急冷されることで、ベナイト組織を得る。冷間圧延を行う場合は、オーステナイト出発温度およびオーステナイト仕上げ温度は、低下する、すなわち、フェライトからオーステナイトまでの変態は、より低い温度レベルで行われ、この温度レベルでより完全となる。ベイナイト変態時間は、望ましくは、少なくとも１８０分である。圧延、より詳しくは、冷間圧延により、オーステナイト化温度が下がるほか、マルテンサイト出発温度も、約３０℃下がり、２５０℃より十分低くなる。一般に、ミクロ組織は、非常に微細な粒子を示す。望ましくは、ベイナイトは、この種の鋼を材料とする転がり軸受部品の使用寿命を大幅に延ばすことになる下部ベイナイトを含んでいる。
変形時、管などの他の物品から出発することも、もちろん可能である。例えば、部品またはリングは、後で、造形処理（旋削、フライス加工）を行ってよい。冷間成形は、圧延、鍛造、造形などを含んでいてよい。
フェライトの亜結晶粒粒界は、おそらくは、球状炭化物への移行におけるオーステナイト核生成サイトであり、同じ条件下でオーステナイト化された未変形の１C-１.５Cr高炭素クロム軸受鋼に比べて、オーステナイト結晶粒度が、微細化している。好ましくは、本発明の方法で得られた転がり軸受鋼では、少なくとも表面がベナイト組織を有し、マルテンサイトを含んでいない。
使用鋼は、望ましくは、比較的純粋であり、すなわち、最高９ｐｐｍの酸素、最高０．００４重量％の硫黄、最高１５ｐｐｍのチタン、および最高０．０１５重量％の燐を含んでいる。
転がり軸受のリングを製造する際に、冷間圧延が、熱間圧延に比べて有利であることを示すために、比較試験を行った。熱間圧延、冷間圧延を問わず、両試料の熱処理は、正確に同じであった。球面ころ軸受では、熱間圧加工品の相対的L10寿命は、５２〜１５７百万回転の９５上側および下側信頼区間で、１０６であることが分かった。
同じ試験条件下では、冷間圧延リングは、２９４百万回転以上のL10寿命を示した。こ
れは、本発明の保護の範囲には重要ではないが、フェライトが冷間圧延されるため、転位格子は、亜結晶粒に復元されることになる。この亜結晶粒の形成で、より微細なオーステナイトが生ずることになる。
上述した本発明による処理は、一般に炭素含有量を低くして、転がり接触疲れ寿命を長くする転がり軸受鋼に対する方法である。この種鋼は、一般に浸炭あるいは浸炭窒化して、表面硬さを十分なレベルまで増大させる。変形における加工変形率（％）は、オーステナイト化処理の際に得られるオーステナイト粒子の粒度に影響を及ぼす。変形が比較的少ない場合は、粒度が数μｍの粗い材料となる。しかしながら、相当な変形、例えば、３０％以上、より詳しくは、６０％以上の変形を行ってからオーステナイト化すると、粒度は、相当に減少して、２μｍ以下となる。
本発明の範囲は、説明で示した実施形態に限定されず、添付のクレームにより決まるものであることが注目される。

Claims (4)

  1. 転がり軸受鋼を製造する方法であって、原材料として１C-１.５Cr
    高炭素クロム軸受鋼を採用し、重量％単位で、炭素０．８５〜１．１０、珪素０．００５〜０．６、マンガン０．００５〜０．８０、クロム１．２５〜２．０５、残りが鉄および不可避の不純物そして任意添加成分として最高で０．３５重量％のニッケルと最高で０．３６重量％のモリブデンをフェライト状態で含む前記鋼をオーステナイト化し、次いで、それを急冷して、ベイナイト組織を生じさせる方法において、前記鋼を、フェライト状態で、７００℃以下で、加工変形率が少なくとも３０％のもとで変形加工されてからオーステナイト化し、オーステナイト組織とした後に行う急冷温度を２５０℃以下とし、かかる温度にて少なくとも１８０分間維持し、ベイナイト変態を行い、下部ベイナイト組織のみからなる組織とすることを特徴とする方法。
  2. 前記変形は、冷間変形を含むこととする請求項１に記載の方法。
  3. 前記オーステナイト化の温度は、８００℃と９００℃との間であることとする請求項１又は請求項２に記載の方法。
  4. １C-１.５Cr高炭素クロム軸受鋼から転がり軸受リングを製造するた
    めの方法であって、重量％単位で、炭素０．８５〜１．１０、珪素０．００５〜０．６、マンガン０．００５〜０．８０、クロム１．２５〜２．０５、残りが鉄および不可避の不純物そして任意添加成分として最高で０．３５重量％のニッケルと最高で０．３６重量％のモリブデンを含むこととするベイナイト組織を生じさせる転がり軸受リングを製造するための方法において、フェライト組織を有する管素材を、７００℃以下の温度で、加工変形率が少なくとも３０％以上のもとで冷間圧延により変形加工し、前記管をリングに切り分け、前記鋼をオーステナイト化し、オーステナイト組織とした後に行う急冷温度を２５０℃以下とし、かかる温度にて少なくとも１８０分間維持し、ベイナイト変態を行い、下部ベイナイト組織のみからなる組織とすることを特徴とする方法。
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