JP5463662B2 - Bearing steel excellent in rolling fatigue characteristics and manufacturing method thereof - Google Patents

Bearing steel excellent in rolling fatigue characteristics and manufacturing method thereof Download PDF

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Description

本発明は、自動車部品や産業機械部品などの機械部品に適した軸受鋼に関し、特に熱処理が困難な大形部品に好適な加工性と転動疲労特性に優れた、軸受部品に好適な軸受鋼とその製造方法に関する。なお、ここでいう軸受部品とは、ベアリング内外輪、軸受ボール、軸受ころおよびニードルなどの軸受を構成する部品である。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bearing steel suitable for machine parts such as automobile parts and industrial machine parts, and particularly suitable for bearing parts and excellent in workability and rolling fatigue characteristics suitable for large parts that are difficult to be heat-treated. And its manufacturing method. The bearing parts here are parts constituting bearings such as bearing inner and outer rings, bearing balls, bearing rollers and needles.

軸受部品は、例えばJIS G4805に規定されているSUJ2やSUJ3などの鋼を用いて、冷間鍛造や熱間鍛造により所定の形状に成型した後、焼入れ焼もどし処理により硬質なマルテンサイト組織として使用されるのが通例である。
ところで、風力発電機の普及にともない大型の軸受部品への需要が高まってきている。このような部品の大型化により、工業的には、焼入れ時の熱処理歪みおよび被削性が従来に比し問題となり、焼入れ歪みが少なくかつ被削性に優れた軸受鋼の開発が望まれている。一般的に、マルテンサイト組織に次ぐ高強度組織としてベイナイト組織が利用されるが、焼入れ焼もどし処理で得られるマルテンサイトと比較して強度が低いため、軸受用途には不向きであり実用化に至っていない。
For bearing parts, for example, steel such as SUJ2 and SUJ3 specified in JIS G4805 is used to form a hard martensite structure by quenching and tempering after forming into a predetermined shape by cold forging or hot forging. It is customary to do this.
By the way, with the widespread use of wind power generators, demand for large-sized bearing parts is increasing. Due to the increase in the size of such parts, industrially, heat treatment distortion and machinability at the time of quenching become problems as compared with conventional ones, and it is desired to develop a bearing steel with less quenching distortion and excellent machinability. Yes. Generally, a bainite structure is used as a high-strength structure next to the martensite structure, but the strength is lower than martensite obtained by quenching and tempering treatment, so it is unsuitable for bearing applications and has been put to practical use. Not in.

ここで、特許文献1には、従来と比較して極めて低温にてベイナイトを生成させることにより、従来は得られなかった高強度を達成することが提案されている。この改良されたベイナイト鋼は、炭素0.6〜1.1%を含有する鋼を1150℃で24時間均質化した後空冷し、さらに900〜1000℃の間の温度に加熱するステップを経て、190〜260℃の間の温度で1〜3週間にわたり恒温変態させることで得られる、少なくとも50%のベイナイト構造を持つ鋼である。ところが、当該鋼は高強度を得ることに主眼が置かれ、加工性に対する配慮がなされていないため、工業的に利用することは難しかった。また、高強度が得られる組織に関する知見が不十分であり、軸受部品に必要な強度を得るための組織因子と製造条件との関係が明確ではなかった。
特許第3751250号公報
Here, Patent Document 1 proposes that bainite is generated at an extremely low temperature as compared with the prior art to achieve a high strength that was not obtained conventionally. This improved bainite steel is obtained by homogenizing steel containing 0.6 to 1.1% carbon at 1150 ° C. for 24 hours, air cooling, and further heating to a temperature between 900 to 1000 ° C., followed by 190 to 260 ° C. Steel having a bainite structure of at least 50% obtained by isothermal transformation at a temperature between 1 to 3 weeks. However, the steel has been focused on obtaining high strength and has not been considered for workability, so it has been difficult to industrially use the steel. Moreover, the knowledge about the structure | tissue which can obtain high intensity | strength is inadequate, and the relationship between the structure factor for obtaining the intensity | strength required for bearing components and manufacturing conditions was not clear.
Japanese Patent No. 3751250

そこで、本発明は、上記の現状に鑑みて開発されたものであり、大型部品への適用に好適な熱処理歪みの発生しない、ベイナイト型の軸受鋼およびその製造方法について提案することを目的とする。   Therefore, the present invention has been developed in view of the above-described present situation, and an object thereof is to propose a bainite-type bearing steel that does not generate heat treatment distortion and that is suitable for application to a large part, and a manufacturing method thereof. .

さて、発明者らは、前述したような軸受部品に必要な強度を達成し、かつ被削性にも優れた軸受部品を得ることを目標として、最適な鋼組織の検討を行い、本発明を導くに到った。
すなわち、本発明の要旨構成は、次の通りである。(1)質量%で
C:0.6%以上1.2%以下、
Si:0.8%以上1.5%未満、
Mn:0.5%以上3.5%以下、
P:0.030%以下、
S:0.030%以下、
Al:0.005%以上0.050%以下、
Cr:0.1%以上2.0%以下および
O:0.0012%以下
を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分を有し、
さらに、平均幅が60nm以下であって、体積分率が50%以上であるプレート状のフェライトを含有し、残部がフェライト間に層状に生成した残留オーステナイトで構成される、組織を有することを特徴とする転動疲労特性に優れた軸受鋼。
Now, the inventors have studied the optimum steel structure for the purpose of obtaining a bearing part that achieves the strength required for the bearing part as described above and that is excellent in machinability. It came to guide.
That is, the gist configuration of the present invention is as follows. (1) By mass%
C: 0.6% or more and 1.2% or less,
Si: 0.8% or more and less than 1.5%
Mn: 0.5% to 3.5%,
P: 0.030% or less,
S: 0.030% or less,
Al: 0.005% or more and 0.050% or less,
Cr: 0.1% to 2.0% and
O: 0.0012% or less
And the balance has a component consisting of Fe and inevitable impurities,
Moreover, an average width of a is 60nm or less, containing a plate-shaped ferrite volume fraction is 50% or more, and a residual austenite generated in layers between the remainder canvas ferrite, that has a tissue Bearing steel with excellent rolling fatigue characteristics.

)前記()に記載の軸受鋼において、さらに
Mo:1.0%以下、
Cu:1.0%以下および
Ni:1.0%以下
の1種または2種以上を含有することを特徴とする転動疲労特性に優れた軸受鋼。
( 2 ) In the bearing steel according to ( 1 ),
Mo: 1.0% or less,
Cu: 1.0% or less and
Ni: Bearing steel excellent in rolling fatigue characteristics characterized by containing one or more of 1.0% or less.

)前記()または()に記載の軸受鋼において、さらに
Ti:0.2%以下、
V:0.2%以下および
Nb:0.1%以下
の1種または2種以上を含有することを特徴とする転動疲労特性に優れた軸受鋼。
( 3 ) In the bearing steel according to ( 1 ) or ( 2 ),
Ti: 0.2% or less,
V: 0.2% or less and
Nb: Bearing steel excellent in rolling fatigue characteristics characterized by containing one or more of 0.1% or less.

)質量%で
C:0.6%以上1.2%以下、
Si:0.8%以上1.5%未満、
Mn:0.5%以上3.5%以下、
P:0.030%以下、
S:0.030%以下、
Al:0.005%以上0.050%以下、
Cr:0.1%以上2.0%以下および
O:0.0012%以下
を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分を有する鋼を、800℃以上に加熱した後、冷却速度V(℃/s)と下記(1)式によって得られる臨界冷却速度Vcr(℃/s)との関係が、V>Vcrとなるように恒温変態処理温度まで冷却を行い、その後、下記(2)式によって得られるマルテンサイト変態温度(Ms)に対して(Ms+10)〜250℃で1段もしくは複数段の恒温変態処理を20ksec以上行うことを特徴とする転動疲労特性に優れた軸受鋼の製造方法。

Vcr=0.32−0.54C%+0.018Si%+1.29Mn%+0.61Ni%+0.85Cr%+0.69Cu%+4.9Mo%・・・(1)
Ms(℃)=561−474C%−33Mn%−17Cr%−17Ni%−21Mo%・・・(2)
( 4 ) Mass% C: 0.6% or more and 1.2% or less,
Si: 0.8% or more and less than 1.5%
Mn: 0.5% to 3.5%,
P: 0.030% or less,
S: 0.030% or less,
Al: 0.005% or more and 0.050% or less,
A steel containing Cr: 0.1% or more and 2.0% or less and O: 0.0012% or less, the balance of which is composed of Fe and inevitable impurities is heated to 800 ° C. or higher, and then the cooling rate V (° C./s) and The martensitic transformation obtained by the following equation (2) is performed by cooling to the isothermal transformation temperature so that the relationship with the critical cooling rate Vcr (° C./s) obtained by the equation (1) satisfies V> Vcr. A method for producing a bearing steel having excellent rolling fatigue characteristics, characterized in that one or more steps of isothermal transformation treatment are performed at (Ms + 10) to 250 ° C. for a temperature (Ms) of 20 ksec or more.
Record
Vcr = 0.32−0.54C% + 0.018Si% + 1.29Mn% + 0.61Ni% + 0.85Cr% + 0.69Cu% + 4.9Mo% (1)
Ms (° C) = 561−474C% −33Mn% −17Cr% −17Ni% −21Mo% (2)

)前記()において、さらに
Mo:1.0%以下、
Cu:1.0%以下および
Ni:1.0%以下
の1種または2種以上を含有することを特徴とする転動疲労特性に優れた軸受鋼の製造方法。
( 5 ) In the above ( 4 ), further
Mo: 1.0% or less,
Cu: 1.0% or less and
Ni: A method for producing a bearing steel excellent in rolling fatigue characteristics, comprising one or more of 1.0% or less.

)前記()または()において、さらに
Ti:0.2%以下、
V:0.2%以下および
Nb:0.1%以下
の1種または2種以上を含有することを特徴とする転動疲労特性に優れた軸受鋼の製造方法。
( 6 ) In the above ( 4 ) or ( 5 ),
Ti: 0.2% or less,
V: 0.2% or less and
Nb: A method for producing a bearing steel excellent in rolling fatigue characteristics, comprising one or more of 0.1% or less.

本発明の軸受鋼を用いれば、転動疲労特性に優れたベイナイト型軸受部品や軸受を安定して得ることができる。   By using the bearing steel of the present invention, it is possible to stably obtain bainite-type bearing parts and bearings excellent in rolling fatigue characteristics.

以下、本発明を具体的に説明する。
すなわち、本発明の軸受鋼は、平均幅が60nm以下であって、体積分率が50%以上であるプレート状のフェライトを含有し、残部が主としてフェライト間に層状に生成する残留オーステナイトで構成される、組織を有することに特徴がある。
そこで、まず、平均幅60nm以下のプレート状のフェライトを50%以上含有することが、軸受鋼としての特性が満足されるとの知見を得るに到った実験結果から説明する。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
That is, the bearing steel of the present invention contains plate-like ferrite having an average width of 60 nm or less and a volume fraction of 50% or more, and the balance is mainly composed of retained austenite that is generated in layers between the ferrites. It is characterized by having an organization.
Therefore, first, an explanation will be given from experimental results that have led to the finding that the inclusion of 50% or more of plate-like ferrite having an average width of 60 nm or less satisfies the characteristics as bearing steel.

さて、軸受鋼として多用される、マルテンサイト組織を形成するには、オーステナイト域から、フェライト、パーライトおよびベイナイトの生成しない冷却速度にて、マルテンサイト変態開始点(Ms点)以下まで急冷する必要がある。しかし、大型部品の場合、素材を均一に冷却することが難しく、部品内の温度差に起因した熱処理歪みが発生する。また、マルテンサイト変態は大きな体積膨張を伴うため、部品の部位ごとにマルテンサイト変態のタイミングがずれることで大きな内部応力が発生し、割れが発生しやすくなる問題がある。   Now, in order to form a martensite structure often used as bearing steel, it is necessary to rapidly cool from the austenite region to below the martensite transformation start point (Ms point) at a cooling rate at which ferrite, pearlite and bainite are not generated. is there. However, in the case of a large part, it is difficult to cool the material uniformly, and heat treatment distortion due to a temperature difference in the part occurs. Further, since the martensitic transformation is accompanied by a large volume expansion, there is a problem that a large internal stress is generated due to a shift in the timing of the martensitic transformation for each part of the part, and cracks are likely to occur.

一方、ベイナイト組織は、Ms点以上の温度域で得られ、特に、恒温処理によってベイナイトを生成させる場合、素材の温度が均一であるため、部位毎の温度差に起因した歪みや割れは発生しない。そこで、前述した問題を解決する手段として、ベイナイト組織に着目した。   On the other hand, the bainite structure is obtained in the temperature range above the Ms point, and in particular, when bainite is generated by isothermal treatment, the temperature of the material is uniform, so there is no distortion or cracking due to the temperature difference between parts. . Therefore, attention was focused on the bainite structure as a means for solving the above-described problems.

ベイナイト変態では、Cの過飽和なフェライトがせん断的に生成し、その後周囲のオーステナイトにCが拡散し、オーステナイト中のC量の濃化が起こる。すなわち、ベイナイト変態後にはフェライトと残留オーステナイトとの混合組織となる。このようにして生成するフェライトを微細化させるためには、(i)恒温変態温度を低下する、(ii)微細組織を維持するために炭化物の生成を抑制し、残留オーステナイトとフェライトの2相組織とする、ことが必要である。炭化物を形成させにくくするには0.8%以上のSi添加が有効である。一方、過剰にSiを添加すると被削性を著しく低下させるため、1.5%未満に制限する必要がある。   In the bainite transformation, supersaturated ferrite of C is generated in a shearing manner, and then C diffuses into surrounding austenite, resulting in concentration of C in the austenite. That is, after the bainite transformation, a mixed structure of ferrite and retained austenite is obtained. In order to refine the ferrite formed in this way, (i) to lower the isothermal transformation temperature, (ii) to suppress the formation of carbides in order to maintain the microstructure, two-phase structure of retained austenite and ferrite It is necessary to. In order to make it difficult to form carbide, Si addition of 0.8% or more is effective. On the other hand, if Si is added excessively, the machinability is remarkably lowered, so it is necessary to limit it to less than 1.5%.

次に、軸受鋼としての条件を具備する組織形態について、実験的に検討した結果を示す。C:0.5〜1.5質量%、Si:0.5〜2.0質量%、Mn:0.25〜4.0質量%、P:0.050質量%以下、Al:1質量%以下、Cr:3.0質量%以下、O:0.0020質量%以下の範囲の種々の成分組成を有する鋼および、比較鋼であるJISのSUJ2に従う鋼を、真空溶解炉にて100kg溶製し、これを熱間鍛造にて30mmφの棒鋼とした。この棒鋼の1/4直径位置(D/4部)より12.5mmφで長さ22mmのラジアル型転動疲労試験片を粗加工にて作製した。供試鋼は、850℃で30分加熱保持した後、170℃〜300℃で種々の保持温度で20ksec以上恒温保持した後室温まで冷却し、仕上げ加工により12mmφで長さ22mmの試験片に仕上げた。SUJ2鋼は、850℃で30分加熱保持した後、60℃の油中で焼入れ処理を行って、170℃で30分の焼戻し処理を行った後、仕上げ加工を行った。   Next, the result of an experimental study on the form of the structure having conditions as bearing steel will be shown. C: 0.5-1.5 mass%, Si: 0.5-2.0 mass%, Mn: 0.25-4.0 mass%, P: 0.050 mass% or less, Al: 1 mass% or less, Cr: 3.0 mass% or less, O: 0.0020 mass% Steel having various composition compositions in the following ranges and steel according to JIS SUJ2, which is a comparative steel, were melted in a vacuum melting furnace in an amount of 100 kg, and this was formed into a 30 mmφ bar steel by hot forging. A radial rolling fatigue test piece having a diameter of 12.5 mm and a length of 22 mm from a 1/4 diameter position (D / 4 part) of the steel bar was produced by rough machining. The test steel was heated and held at 850 ° C for 30 minutes, then kept at 170 ° C to 300 ° C at various holding temperatures for 20 ksec or more, cooled to room temperature, and finished to a 12 mmφ and 22 mm long test piece by finishing. It was. The SUJ2 steel was heated and held at 850 ° C. for 30 minutes, then quenched in oil at 60 ° C., tempered at 170 ° C. for 30 minutes, and then finished.

かくして得られた試験片について転動寿命を評価した。転動寿命の評価は、次の要領で行った。ラジアル型転動疲労試験機を用いて、ヘルツ応力5884MPa、回転数46000cpmの条件の下で20本の試験を行い、それぞれの試験片寿命をワイブルプロットすることで得られる、累積破損確率10%となる寿命(B10寿命)で評価した。   The rolling life of the test piece thus obtained was evaluated. The rolling life was evaluated in the following manner. Using a radial type rolling fatigue tester, 20 tests were conducted under the conditions of Hertz stress 5884 MPa and rotation speed 46000 cpm, and the cumulative failure probability 10% obtained by Weibull plotting of each specimen life The lifespan (B10 lifespan) was evaluated.

また、各供試鋼の組織について、プレート状フェライトのプレート幅を調査した。ここで、プレート状フェライトとは、ベイナイト変態によってせん断的に形成されるフェライトであり、通常の拡散変態によって得られるフェライトよりも微細で転位密度が高い特徴がある。   Moreover, the plate width of the plate-like ferrite was investigated for the structure of each test steel. Here, the plate-like ferrite is a ferrite formed in a shearing manner by bainite transformation, and is characterized by being finer and having a higher dislocation density than ferrite obtained by ordinary diffusion transformation.

そして、プレート状フェライトにおけるプレート幅に着目したのは、プレート幅が細かい程高い強度が得られるからである。   The reason why the plate width in the plate-like ferrite is focused is that the finer the plate width, the higher the strength.

フェライトのプレート幅は非常に微細であるため、その測定においては、薄膜状に加工、電解研磨した試験片を透過型電子顕微鏡によって、3万倍で5視野観察し、その平均値を求めることで測定した。さらに、フェライト分率は、X線法により測定した。これらの結果を図1に示す。   Since the plate width of ferrite is very fine, in the measurement, a test piece processed into a thin film and electropolished is observed with a transmission electron microscope at five fields of view at 30,000 times, and the average value is obtained. It was measured. Furthermore, the ferrite fraction was measured by the X-ray method. These results are shown in FIG.

図1から、鋼組織が在来の焼戻しマルテンサイトでないにも関わらず、SUJ2鋼と同等以上のB10寿命が得られる領域が存在することが明らかである。すなわち、鋼組織を、フェライトの平均幅が60nm以下で、かつフェライト分率が50%以上にすることによって、SUJ2鋼と同等以上のB10寿命が得られることが判明したのである。   From FIG. 1, it is clear that there is a region where a B10 life equal to or greater than that of SUJ2 steel can be obtained even though the steel structure is not conventional tempered martensite. That is, it has been found that a B10 life equal to or greater than that of SUJ2 steel can be obtained by setting the steel structure to an average ferrite width of 60 nm or less and a ferrite fraction of 50% or more.

前記フェライト組織以外の残部は、フェライト間に層状に生成する残留オーステナイトで構成される。すなわち、ベイナイト変態によって、剪断的に生成したC過飽和フェライトからオーステナイトへCの排出が起こる結果、オーステナイト中のC濃度は高くなる。オーステナイト中のC濃度が高くなると通常セメンタイトが析出するが、高Si化によって炭化物の生成が抑制されるため、組織はフェライトと残留オーステナイトの2相から構成されることになる。SUJ2鋼と同等以上のB10寿命を得るためには、これらフェライトと残留オーステナイトの2相組織であることが望ましい。恒温保持中にベイナイト変態が完全に停止するまでに、万が一供試鋼を冷却した場合、一部マルテンサイト組織が混入することになるが、これらマルテンサイト組織は組織全体の15%以下であれば、焼割れを起こすことなくフェライト・残留オーステナイトの2相組織の場合とほぼ同等の特性を有する。 Balance other than the ferrite structure is composed of residual austenite to produce a layer between ferrites. That is, as a result of C discharging from the C supersaturated ferrite generated in a shearing manner to austenite by the bainite transformation, the C concentration in the austenite increases. When the C concentration in austenite increases, cementite usually precipitates, but since the formation of carbides is suppressed by the increase in Si content, the structure is composed of two phases of ferrite and retained austenite. In order to obtain a B10 life equal to or longer than that of SUJ2 steel, a two-phase structure of these ferrite and retained austenite is desirable. In the unlikely event that the specimen steel is cooled before the bainite transformation completely stops during the isothermal holding, some martensite structure will be mixed, but if these martensite structures are 15% or less of the entire structure, It has almost the same characteristics as the case of a two-phase structure of ferrite and retained austenite without causing fire cracking.

次に、前記の組織とするための好適な成分組成について、詳しく説明する。なお、以下に示す成分に関する「%」表示は、特に断らない限り質量%を表すものとする。
C:0.6〜1.2%
Cは、Bs点を低下させる効果があり、0.6%以上の含有が必要である。また、Cはベイナイト変態後にオーステナイトに濃化し、残留オーステナイトを安定化させる効果があるが、1.2%を超えると被削性を大きく低下させるため、0.6〜1.2%の範囲とすることが好ましい。
Next, a suitable component composition for obtaining the above structure will be described in detail. In addition, unless otherwise indicated, the "%" display regarding the component shown below shall represent the mass%.
C: 0.6-1.2%
C has an effect of lowering the Bs point and needs to be contained in an amount of 0.6% or more. C has the effect of concentrating to austenite after bainite transformation and stabilizing the retained austenite. However, if it exceeds 1.2%, the machinability is greatly reduced, so it is preferably in the range of 0.6 to 1.2%.

Si:0.8%以上1.5%未満
Siは、炭化物の生成を抑制し、残留オーステナイトを安定化させる働きがある。この効果を得るためには0.8%以上の含有が必要であるが、過剰に添加すると被削性が著しく低下するため、0.8%以上1.5%未満が好ましい。
Si: 0.8% or more and less than 1.5%
Si functions to suppress the formation of carbides and stabilize retained austenite. In order to obtain this effect, it is necessary to contain 0.8% or more. However, if excessively added, the machinability is remarkably lowered, so 0.8% or more and less than 1.5% is preferable.

Mn:0.5〜3.5%
Mnは、Bs点を低下させる効果がある。0.5%未満ではその効果が乏しく、3.5%を超えると被削性が大きく低下するため、0.5〜3.5%の範囲とすることが好ましい。
Mn: 0.5-3.5%
Mn has the effect of lowering the Bs point. If it is less than 0.5%, the effect is poor, and if it exceeds 3.5%, the machinability is greatly reduced. Therefore, the content is preferably in the range of 0.5 to 3.5%.

P:0.030%以下
Pは不純物元素であり、0.030%を超えると転動寿命が低下するため、0.030%以下とすることが好ましい。
P: 0.030% or less P is an impurity element, and if it exceeds 0.030%, the rolling life decreases, so 0.030% or less is preferable.

S:0.030%以下
Sは、不純物元素であり、0.030%を超えると転動寿命が低下するため、0.030%以下とすることが好ましい。
S: 0.030% or less S is an impurity element, and if it exceeds 0.030%, the rolling life is reduced. Therefore, the content is preferably 0.030% or less.

Al:0.005〜0.050%
Alは、脱酸元素として必要な元素である。0.005%未満ではその効果に乏しく、0.050%
以上ではその効果は飽和するため、0.005〜0.050%の範囲とした。
Al: 0.005 to 0.050%
Al is an element necessary as a deoxidizing element. Less than 0.005%, the effect is poor, 0.050%
Since the effect is saturated in the above, it was made 0.005 to 0.050% of range.

Cr:0.1〜2.0%
Crは、Mn同様にBs点を低下させる効果がある。0.1%未満ではその効果に乏しく、2.0%を超えると残留オーステナイトを不安定化させるため、0.1〜2.0%の範囲が好ましい。
Cr: 0.1-2.0%
Cr, like Mn, has the effect of lowering the Bs point. If it is less than 0.1%, the effect is poor, and if it exceeds 2.0%, the retained austenite is destabilized, so the range of 0.1 to 2.0% is preferable.

O:0.0012%以下
Oは、非金属介在物として転動寿命を低下させるため、0.0012%以下とすることが好ましい。
O: 0.0012% or less O is preferably 0.0012% or less in order to reduce the rolling life as non-metallic inclusions.

さらに、上記基本成分に加えて、以下の元素を添加することができる。
Mo:1.0%以下
Moは、Bs点を低下させる効果があり、好ましくは0.1%以上で添加するが、1.0%を超えると被削性の低下を招くため、1.0%以下とすることが好ましい。
Furthermore, in addition to the above basic components, the following elements can be added.
Mo: 1.0% or less
Mo has an effect of lowering the Bs point, and is preferably added at 0.1% or more. However, if it exceeds 1.0%, the machinability is reduced, so 1.0% or less is preferable.

Cu:1.0%以下
Cuは、固溶強化元素としてベイナイトを強化する働きがあり、好ましくは0.2%以上で添加するが、1.0%を超えて添加すると、熱間加工時に割れが発生するため、1.0%以下とすることが好ましい。
Cu: 1.0% or less
Cu has the function of strengthening bainite as a solid solution strengthening element, and is preferably added at 0.2% or more, but if added over 1.0%, cracking occurs during hot working, so it should be 1.0% or less. Is preferred.

Ni:1.0%以下
Niは、Bs点を低下させる効果かあり、好ましくは0.2%以上で添加するが、1.0%を超えると被削性の低下を招くため1.0%以下とすることが好ましい。
Ni: 1.0% or less
Ni has the effect of lowering the Bs point, and is preferably added at 0.2% or more. However, if it exceeds 1.0%, the machinability is lowered, so 1.0% or less is preferable.

Ti:0.2%以下
Tiは、酸化物や窒化物として、加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する効果があり、またC、Nと結合し析出強化元素としても作用する。この効果を得るためには0.005%以上、より好ましくは0.05%以上で添加するとよい。しかしながら、0.2%を超えて添加してもその効果は飽和するため、0.2%以下とすることが好ましい。
Ti: 0.2% or less
Ti, as an oxide or nitride, has the effect of suppressing the coarsening of austenite grains during heating, and combines with C and N to act as a precipitation strengthening element. In order to obtain this effect, 0.005% or more, more preferably 0.05% or more is added. However, even if added over 0.2%, the effect is saturated, so 0.2% or less is preferable.

V:0.2%以下
Vは、鋼中でCおよびNと結合し析出強化元素として作用するため、好ましくは0.05%以上で添加する。しかしながら、0.2%を超えて添加してもその効果は飽和するため、0.2%以下とすることが好ましい。
V: 0.2% or less V is combined with C and N in the steel and acts as a precipitation strengthening element, so 0.05% or more is preferably added. However, even if added over 0.2%, the effect is saturated, so 0.2% or less is preferable.

Nb:0.1%以下
Nbは、鋼中でCおよびNと結合し析出強化元素として作用するため、好ましくは0.05%以上で添加する。しかしながら、0.1%を超えて添加してもその効果は飽和するため、0.1%以下とすることが好ましい。
Nb: 0.1% or less
Nb combines with C and N in the steel and acts as a precipitation strengthening element, so 0.05% or more is preferably added. However, even if added over 0.1%, the effect is saturated, so 0.1% or less is preferable.

次に、微細なフェライトと残部が残留オーステナイトである組織を得るための条件について検討した。この組織を得るためには、800℃以上に加熱してオーステナイト化した後、冷却過程で生成するフェライトやパーライトを抑制する必要があり、これを達成できる臨界冷却速度Vが、次式(1)で表されるVcrに対して、V>Vcrとなる場合に可能であることが明らかになった。
Vcr=0.32−0.54C%+0.018Si%+1.29Mn%+0.61Ni%+0.85Cr%+0.69Cu%+4.9Mo%…(1)
Next, we examined the conditions for obtaining tissue fine ferrite and the remainder being residual austenite. In order to obtain this structure, it is necessary to suppress ferrite and pearlite generated in the cooling process after heating to 800 ° C. or higher and then austenite. The critical cooling rate V at which this can be achieved is expressed by the following formula (1): It was revealed that this is possible when V> Vcr.
Vcr = 0.32−0.54C% + 0.018Si% + 1.29Mn% + 0.61Ni% + 0.85Cr% + 0.69Cu% + 4.9Mo% ... (1)

冷却速度VがV>Vcrとなる条件の冷却は、下記(2)式にて求められるマルテンサイト変態温度Msに対して、(Ms+10)〜250℃の温度範囲で停止し、その後は、この温度範囲にて1段もしくは複数段の恒温変態処理を行う。
Ms(℃)=561−474C%−33Mn%−17Cr%−17Ni%−21Mo%・・・(2)
恒温変態処理の温度がMs点以下となると、マルテンサイトが生成し焼割れの問題が発生するため、特に大型部品に好適な軸受鋼を提供しようとする、本発明においてはマルテンサイト生成を回避し焼割れを防止することが重要となる。このため、マルテンサイトが生成することがないよう、あるいは、生成したとしてもその分率が15%以下とできるよう、(Ms+10)℃を恒温変態処理温度の下限値とする必要がある。一方、恒温変態処理温度が高くなると、プレート状のフェライトの幅が大きくなる。恒温変態処理温度が250℃超になると、プレート状のフェライトの平均幅が60nmを超えてしまうため、転動疲労寿命の向上効果が得られなくなる。よって、恒温変態処理は(Ms+10)〜250℃の範囲で行う。
Cooling under the condition that the cooling rate V is V> Vcr is stopped in a temperature range of (Ms + 10) to 250 ° C. with respect to the martensite transformation temperature Ms obtained by the following equation (2), and thereafter, this temperature One-stage or multiple-stage isothermal transformation treatment is performed in the range.
Ms (° C) = 561−474C% −33Mn% −17Cr% −17Ni% −21Mo% (2)
When the temperature of the isothermal transformation treatment is equal to or lower than the Ms point, martensite is generated and the problem of fire cracking occurs. Therefore, in the present invention, it is intended to provide a bearing steel suitable for large parts. It is important to prevent burning cracks. For this reason, it is necessary to set (Ms + 10) ° C. as the lower limit of the isothermal transformation temperature so that martensite is not generated or even if it is generated, the fraction can be 15% or less. On the other hand, when the constant temperature transformation treatment temperature is increased, the width of the plate-like ferrite is increased. When the isothermal transformation temperature exceeds 250 ° C., the average width of the plate-like ferrite exceeds 60 nm, so that the effect of improving the rolling fatigue life cannot be obtained. Therefore, the isothermal transformation treatment is performed in the range of (Ms + 10) to 250 ° C.

また、恒温変態処理は20ksec(20×10sec)以上行う。恒温変態処理時間が短いと、マルテンサイトが15%以上生成してしまう。なお恒温変態処理を2段以上で行う場合には、合計の処理時間を20ksec以上とすればよい。 The constant temperature transformation treatment is performed for 20 ksec (20 × 10 3 sec) or more. When the isothermal transformation time is short, martensite is generated at 15% or more. When the isothermal transformation process is performed in two or more stages, the total processing time may be 20 ksec or more.

表1に示す成分組成を有する、100kg真空鋼塊を溶製し、1250℃で24hr均質化処理を行った後、900℃以上の温度で熱間鍛造し、30mmφの丸棒に加工した。得られた棒鋼のD/4部より12.5mmφで長さ22mmのラジアル型転動疲労試験片を粗加工し、850℃で30分加熱した後、表2に示す種々の冷却速度で冷却し恒温変態処理を行った。恒温変態処理後、一旦室温まで冷却し、12mmφで長さ22mmのラジアル試験片に仕上げた。
一方、SUJ2鋼(鋼番号23)は、850℃および30分加熱保持した後、60℃の油で焼入れ処理を行ってから、170℃および30分の焼戻し処理を行った後、ラジアル試験片の仕上げ加工を行った。
A 100 kg vacuum steel ingot having the composition shown in Table 1 was melted, homogenized at 1250 ° C. for 24 hours, hot forged at a temperature of 900 ° C. or higher, and processed into a 30 mmφ round bar. A radial rolling fatigue test piece of 12.5mmφ and 22mm length was roughly machined from D / 4 part of the obtained steel bar, heated at 850 ° C for 30 minutes, then cooled at various cooling rates shown in Table 2 and kept at constant temperature. Transformation processing was performed. After the isothermal transformation treatment, it was once cooled to room temperature, and finished into a radial test piece having a diameter of 12 mm and a length of 22 mm.
On the other hand, SUJ2 steel (steel No. 23) was heated and held at 850 ° C for 30 minutes, then quenched with oil at 60 ° C, and then tempered at 170 ° C for 30 minutes. Finishing was performed.

転動寿命の評価は、ラジアル試験によるBlO寿命をSUJ2鋼のB10寿命との比率で評価した。なお、ラジアル試験は、ヘルツ応力5884MPa、回転数46000cpmで20本試験を行い、B10寿命を求めた。   The rolling life was evaluated based on the ratio of the BIO life by radial test to the B10 life of SUJ2 steel. In the radial test, 20 tests were performed at Hertz stress of 5884 MPa and a rotational speed of 46000 cpm to obtain the B10 life.

また、供試鋼のプレート状のフェライトの平均幅は、薄膜状に加工、電解研磨した試料を、透過型電子顕微鏡を用いて、3万倍の倍率で5視野の平均的な幅を上述したところに従って測定した。一方、フェライト分率は、X線法により測定した。   In addition, the average width of the plate-like ferrite of the test steel is the above-mentioned average width of 5 fields at a magnification of 30,000 times using a transmission electron microscope for a sample processed into a thin film and electropolished. The measurement was made accordingly. On the other hand, the ferrite fraction was measured by the X-ray method.

さらに、被削性試験は、ラジアル試験片と同様の熱処理を、30mmφで400mm長さの丸棒で実施し、外周旋削試験により得られた工具寿命がSUJ2よりも良好な場合を○、劣る場合を×と評価した。なお、外周旋削試験は、超硬工具P10を用い、旋削速度200m/min、送り0.15mm/rev、切り込み1mm、潤滑有で実施した。
工具寿命は、工具の逃げ面摩耗が0.2mmとなるまでの時間で評価した。
各評価の結果を、表2に併記する。
Furthermore, in the machinability test, a heat treatment similar to that of a radial test piece was performed with a round bar of 30 mmφ and 400 mm length, and the tool life obtained by the peripheral turning test was better than SUJ2, ○, Was evaluated as x. The peripheral turning test was performed using a carbide tool P10, with a turning speed of 200 m / min, a feed of 0.15 mm / rev, a cut of 1 mm, and lubrication.
The tool life was evaluated by the time until the flank wear of the tool reached 0.2 mm.
The results of each evaluation are also shown in Table 2.

Figure 0005463662
Figure 0005463662

Figure 0005463662
Figure 0005463662

表2から、記号1〜13は本発明例であり、SUJ2と同等以上の転動疲労特性と被削性を示した。一方、記号14〜25は、いずれも本発明外であり転動疲労特性と被削性のいずれか、もしくは両方がSUJ2鋼よりも劣っていた。   From Table 2, symbols 1 to 13 are examples of the present invention, and showed rolling fatigue characteristics and machinability equivalent to or better than SUJ2. On the other hand, symbols 14 to 25 are all outside the scope of the present invention, and either or both of rolling fatigue characteristics and machinability were inferior to SUJ2 steel.

プレート状フェライトの平均幅とフェライト分率とがB10寿命に与える影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence which the average width of a plate-shaped ferrite and a ferrite fraction have on B10 life.

Claims (6)

質量%で
C:0.6%以上1.2%以下、
Si:0.8%以上1.5%未満、
Mn:0.5%以上3.5%以下、
P:0.030%以下、
S:0.030%以下、
Al:0.005%以上0.050%以下、
Cr:0.1%以上2.0%以下および
O:0.0012%以下
を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分を有し、
さらに、平均幅が60nm以下であって、体積分率が50%以上であるプレート状のフェライトを含有し、残部がフェライト間に層状に生成した残留オーステナイトで構成される、組織を有することを特徴とする転動疲労特性に優れた軸受鋼。
In mass%
C: 0.6% or more and 1.2% or less,
Si: 0.8% or more and less than 1.5%
Mn: 0.5% to 3.5%,
P: 0.030% or less,
S: 0.030% or less,
Al: 0.005% or more and 0.050% or less,
Cr: 0.1% to 2.0% and
O: 0.0012% or less
And the balance has a component consisting of Fe and inevitable impurities,
Moreover, an average width of a is 60nm or less, containing a plate-shaped ferrite volume fraction is 50% or more, and a residual austenite generated in layers between the remainder canvas ferrite, that has a tissue Bearing steel with excellent rolling fatigue characteristics.
請求項1に記載の軸受鋼において、さらに
Mo:1.0%以下、
Cu:1.0%以下および
Ni:1.0%以下
の1種または2種以上を含有することを特徴とする転動疲労特性に優れた軸受鋼。
The bearing steel according to claim 1, further comprising:
Mo: 1.0% or less,
Cu: 1.0% or less and
Ni: 1.0% or less
Bearing steel excellent in rolling fatigue characteristics, characterized by containing one or more of the above .
請求項1または2に記載の軸受鋼において、さらに
Ti:0.2%以下、
V:0.2%以下および
Nb:0.1%以下
の1種または2種以上を含有することを特徴とする転動疲労特性に優れた軸受鋼。
The bearing steel according to claim 1 , further comprising:
Ti: 0.2% or less,
V: 0.2% or less and
Nb: Bearing steel excellent in rolling fatigue characteristics characterized by containing one or more of 0.1% or less .
質量%で
C:0.6%以上1.2%以下、
Si:0.8%以上1.5%未満、
Mn:0.5%以上3.5%以下、
P:0.030%以下、
S:0.030%以下、
Al:0.005%以上0.050%以下、
Cr:0.1%以上2.0%以下および
O:0.0012%以下
を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分を有する鋼を、800℃以上に加熱した後、冷却速度V(℃/s)と下記(1)式によって得られる臨界冷却速度Vcr(℃/s)との関係が、V>Vcrとなるように恒温変態処理温度まで冷却を行い、その後、下記(2)式によって得られるマルテンサイト変態温度(Ms)に対して(Ms+10)〜250℃で1段もしくは複数段の恒温変態処理を20ksec以上行うことを特徴とする転動疲労特性に優れた軸受鋼の製造方法

Vcr=0.32−0.54C%+0.018Si%+1.29Mn%+0.61Ni%+0.85Cr%+0.69Cu%+4.9Mo%・・・(1)
Ms(℃)=561−474C%−33Mn%−17Cr%−17Ni%−21Mo%・・・(2)
In mass%
C: 0.6% or more and 1.2% or less,
Si: 0.8% or more and less than 1.5%
Mn: 0.5% to 3.5%,
P: 0.030% or less,
S: 0.030% or less,
Al: 0.005% or more and 0.050% or less,
Cr: 0.1% to 2.0% and
O: 0.0012% or less
And the balance of Fe and the inevitable impurities are heated to 800 ° C. or higher, and then the cooling rate V (° C./s) and the critical cooling rate Vcr (° C. / s) is cooled to a constant temperature transformation treatment temperature so that V> Vcr, and then (Ms + 10) to 250 ° C. with respect to the martensitic transformation temperature (Ms) obtained by the following equation (2) A method for producing a bearing steel having excellent rolling fatigue characteristics, characterized by performing one-stage or multiple-stage isothermal transformation treatment for 20 ksec or more .
Record
Vcr = 0.32−0.54C% + 0.018Si% + 1.29Mn% + 0.61Ni% + 0.85Cr% + 0.69Cu% + 4.9Mo% (1)
Ms (° C) = 561−474C% −33Mn% −17Cr% −17Ni% −21Mo% (2)
請求項4において、さらに、
Mo:1.0%以下、
Cu:1.0%以下および
Ni:1.0%以下
の1種または2種以上を含有することを特徴とする転動疲労特性に優れた軸受鋼の製造方法。
In claim 4, further:
Mo: 1.0% or less,
Cu: 1.0% or less and
Ni: 1.0% or less
The manufacturing method of the bearing steel excellent in the rolling fatigue characteristic characterized by containing 1 type, or 2 or more types of these .
請求項4または5において、さらに、
Ti:0.2%以下、
V:0.2%以下および
Nb:0.1%以下
の1種または2種以上を含有することを特徴とする転動疲労特性に優れた軸受鋼の製造方法。
In claim 4 or 5, further
Ti: 0.2% or less,
V: 0.2% or less and
A manufacturing method of bearing steel excellent in rolling fatigue characteristics, characterized by containing one or more of Nb: 0.1% or less .
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