JP6843786B2 - 軸受部品及び転がり軸受、ならびに軸受部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸受部品及び転がり軸受、ならびに軸受部品の製造方法に関し、特に軸受内部に異物が混入しやすい環境（異物混入環境）下で使用される軸受部品及び転がり軸受、ならびに軸受部品の製造方法に関する。

軸受部品の製造方法として、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）からなる成形体に対し浸炭窒化処理、焼入処理、および焼戻処理を順に施す方法が知られている。しかし、上記の製造方法により製造された軸受部品は、異物混入環境下での使用に耐え得る程度の耐摩耗性や靱性を有しておらず、異物混入環境下で使用されたときに表面が損傷して早期に寿命に至る場合があった。

そこで、従来の一般的な軸受部品には、珪素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、およびチタン（Ｔｉ）などの炭窒化物を形成し得る元素群の少なくともいずれかが数％以上十数％以下程度含有された鋼材が使用されている。上記鋼材に所定の熱処理を施すことにより、軸受部品の軌道面または転動面に上記添加元素の炭化物および窒化物をその元素含有率に応じて析出させ、耐摩耗性の向上を図っている（例えば、特開平２−２７７７６４号公報、特開平３−６４４３１号公報、特開平８−４９０５７号公報、特開平１１−２０１１６８号公報、特開２００１−３２３９３９号公報、特開２００７−２３２２０１号公報、特開２０１３−１１０１０号公報参照）。

特開平２−２７７７６４号公報 特開平３−６４４３１号公報 特開平８−４９０５７号公報 特開平１１−２０１１６８号公報 特開２００１−３２３９３９号公報 特開２００７−２３２２０１号公報 特開２０１３−１１０１０号公報

しかしながら、上記鋼材は、炭窒化物を形成し得る元素を種々の比率で含有しているため高価である。

本発明の目的は、異物混入環境下での使用に十分に耐え得る程度の耐摩耗性を有しており、かつ上記鋼材を用いた従来の軸受部品よりも製造コストが低い軸受部品および転がり軸受ならびに軸受部品の製造方法を提供することにある。

本発明に従った軸受部品は、クロムモリブデン鋼鋼材からなり、軌道面または転動面を備える。軌道面または転動面には炭化物、窒化物、および炭窒化物の少なくともいずれかからなる析出化合物が存在している。軌道面または転動面における析出化合物の面積率が３％以上である。軌道面または転動面における析出化合物の平均粒径が０．３μｍ以下である。

上記軸受部品では、軌道面または転動面における旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が８μｍ以下である。

上記軸受部品では、析出化合物は（Ｆｅ，Ｃｒ）_３（Ｃ，Ｎ）を含む。
上記軸受部品では、軌道面または転動面から深さ１０μｍまでの浅層領域の平均炭素濃度が０．７重量％以上であり、浅層領域の平均窒素濃度が０．２重量％以上である。

本発明に従った転がり軸受は、外輪と、外輪の内側に配置される内輪と、外輪と内輪との間に配列される複数の転動体とを備える。外輪、内輪および転動体のうち少なくともいずれかは、上記軸受部品である。

本発明に従った軸受部品の製造方法は、クロムモリブデン鋼からなる成形体を準備する工程と、成形体を、アンモニアを含む浸炭窒化雰囲気中で９３０℃以上９４０℃以下に加熱することにより、成形体を浸炭窒化する工程と、浸炭窒化された成形体を８５０℃以上９３０℃未満の１次焼入温度に加熱した後、Ｍｓ点以下の温度まで冷却することにより、成形体を１次焼入れする工程と、１次焼入れされた成形体をＡ_１点以上８５０℃未満の２次焼入温度に加熱した後、Ｍｓ点以下の温度まで冷却することにより、成形体を２次焼入れする工程とを備える。

上記軸受部品の製造方法では、１次焼入温度は８６０℃以上８８０℃以下であり、２次焼入温度は８２０℃以上８４０℃以下である。

本発明によれば、異物混入環境下での使用に十分に耐え得る程度の耐摩耗性と靱性とが両立されており、かつ炭窒化物を形成し得る元素を含有させた上記鋼材を用いた従来の軸受部品よりも製造コストが低い軸受部品および転がり軸受ならびに軸受部品の製造方法を提供することができる。

本実施の形態に係る転がり軸受および軸受部品を示す断面図である。 本実施の形態に係る軸受部品の製造方法での熱処理方法を説明するための図である。 実施例の試料１の内輪の炭素および窒素の濃度分布を示すグラフである。 実施例の試料２の内輪の炭素および窒素の濃度分布を示すグラフである。 実施例の試料１の内輪の表面の電子顕微鏡像である。 実施例の試料１のころの表面の電子顕微鏡像である。 実施例の試料２の内輪の表面の電子顕微鏡像である。 実施例の試料２のころの表面の電子顕微鏡像である。 実施例の試料１の内輪の表面の光学顕微鏡像である。 実施例の試料１のころの表面の光学顕微鏡像である。 実施例の試料２の内輪の表面の光学顕微鏡像である。 実施例の試料２のころの表面の光学顕微鏡像である。 実施例の試料３および４の耐摩耗試験結果を示すグラフである。 実施例の試料５および６のシャルピー衝撃試験結果を示すグラフである。 実施例の試料１および２の転がり軸受の潤滑油に異物を混入させたときの寿命試験結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

＜転がり軸受の構成＞
図１に示されるように、本実施の形態に係る転がり軸受１は、外輪１０、内輪１１、玉１２および保持器１３を主に備える。外輪１０、内輪１１および玉１２が本実施の形態に係る軸受部品である。なお、転がり軸受１は、例えば図１に示されるように深溝玉軸受であるが、これに限られるものではない。転がり軸受１は、アンギュラ玉軸受などのラジアル玉軸受であってもよいし、スラスト玉軸受、ラジアルころ軸受、スラストころ軸受であってもよい。

外輪１０は、環形状であって、内周面に外輪軌道面１０Ａを有している。内輪１１は、環形状であって、外周面に内輪軌道面１１Ａを有している。内輪１１は、内輪軌道面１１Ａが外輪軌道面１０Ａに対向するように外輪１０の内周側に配置されている。外輪１０および内輪１１は、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）により構成されており、例えばＳＣＭ４３５により構成されている。

玉１２は、外輪１０の内周面上に配置されている。玉１２は、例えば保持器１３により外輪１０および内輪１１の周方向に沿った円環状の軌道上において所定のピッチで並べて配置されている。玉１２は、保持器１３により当該軌道上を転動自在に保持されている。玉１２は、玉転動面１２Ａを有し、当該玉転動面１２Ａにおいて外輪軌道面１０Ａおよび内輪軌道面１１Ａに接触している。玉１２はＳＣＭにより構成されており、例えばＳＣＭ４３５により構成されている。保持器１３を構成する材料は、例えば合成樹脂を含む。このような構成により、深溝玉軸受１の外輪１０および内輪１１は、互いに相対的に回転可能となっている。

＜軸受部品の具体的構成＞
外輪１０の外輪軌道面１０Ａからの深さが０．５ｍｍ以内である表面領域１０Ｂの炭素濃度は、外輪軌道面１０Ａからの深さが０．５ｍｍ超えである外輪１０の内部領域の炭素濃度よりも高い。外輪１０の外輪軌道面１０Ａからの深さが０．５ｍｍ以内である表面領域１０Ｂの窒素濃度は、外輪１０の上記内部領域の窒素濃度よりも高い。

外輪１０の外輪軌道面１０Ａには、炭化物、窒化物、および炭窒化物の少なくともいずれかからなる析出化合物が存在している。外輪軌道面１０Ａにおける上記析出化合物の面積率は３％以上である。外輪軌道面１０Ａにおける上記析出化合物の平均粒径は０．３μｍ以下である。上記析出化合物は、鉄（Ｆｅ）およびクロム（Ｃｒ）を含み、主に（Ｆｅ，Ｃｒ）_３（Ｃ，Ｎ）を含む。

外輪１０の表面領域１０Ｂのうち、外輪軌道面１０Ａから深さ１０μｍまでの外輪浅層領域の平均炭素濃度は０．７重量％以上である。当該外輪浅層領域の平均窒素濃度は０．２重量％以上である。なお、浅層領域における平均炭素濃度（または平均窒素濃度）は、軌道面または転動面に垂直な断面についてＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により深さ方向に線分析を行ない、軌道面または転動面から１０μｍ深さまでの炭素濃度（または窒素濃度）の平均値として算出される。

外輪１０の外輪軌道面１０Ａにおける旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は８μｍ以下である。

内輪１１の内輪軌道面１１Ａからの深さが０．５ｍｍ以内である表面領域１１Ｂの炭素濃度は、内輪軌道面１１Ａからの深さが０．５ｍｍ超えである内輪１１の内部領域の炭素濃度よりも高い。内輪１１の内輪軌道面１１Ａからの深さが０．５ｍｍ以内である表面領域１１Ｂの窒素濃度は、内輪１１の上記内部領域の窒素濃度よりも高い。

内輪１１の内輪軌道面１１Ａには、炭化物、窒化物、および炭窒化物の少なくともいずれかからなる析出化合物が存在している。内輪軌道面１１Ａにおける上記析出化合物の面積率は３％以上である。内輪軌道面１１Ａにおける上記析出化合物の平均粒径は０．３μｍ以下である。上記析出化合物は、鉄（Ｆｅ）およびクロム（Ｃｒ）を含み、主に（Ｆｅ，Ｃｒ）_３（Ｃ，Ｎ）を含む。

内輪１１の表面領域１１Ｂのうち、内輪軌道面１１Ａから深さ１０μｍまでの内輪浅層領域の平均炭素濃度は０．７重量％以上である。当該内輪浅層領域の平均窒素濃度は０．２重量％以上である。

内輪１１の内輪軌道面１１Ａにおける旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は８μｍ以下である。

玉１２の玉転動面１２Ａからの深さが０．５ｍｍ以内である表面領域１２Ｂの炭素濃度は、玉転動面１２Ａからの深さが０．５ｍｍ超えである玉１２の内部領域の炭素濃度よりも高い。玉１２の玉転動面１２Ａからの深さが０．５ｍｍ以内である表面領域１２Ｂの窒素濃度は、玉１２の上記内部領域の窒素濃度よりも高い。

玉１２の玉転動面１２Ａには、炭化物、窒化物、および炭窒化物の少なくともいずれかからなる析出化合物が存在している。玉転動面１２Ａにおける上記析出化合物の面積率は３％以上である。玉転動面１２Ａにおける上記析出化合物の平均粒径は０．３μｍ以下である。上記析出化合物は、鉄（Ｆｅ）およびクロム（Ｃｒ）を含み、主に（Ｆｅ，Ｃｒ）_３（Ｃ，Ｎ）を含む。

玉１２の表面領域１２Ｂのうち、玉転動面１２Ａから深さ１０μｍまでの玉浅層領域の平均炭素濃度は０．７重量％以上である。当該玉浅層領域の平均窒素濃度は０．２重量％以上である。

玉１２の玉転動面１２Ａにおける旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は８μｍ以下である。

外輪１０の外輪軌道面１０Ａから外周面までの厚みは例えば１０ｍｍ以上である。内輪１１の内輪軌道面１１Ａから内周面までの厚みは例えば１０ｍｍ以上である。玉１２の直径は例えば１０ｍｍ以上である。

なお、軌道面および転動面における上記析出化合物の平均粒径は、例えば軌道面および転動面の電子顕微鏡像から算出され得る。軌道面および転動面における旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は、例えば軌道面および転動面の光学顕微鏡像から算出され得る。本明細書において、平均粒径とは、十分な数（例えば２０個）の粒子の粒径の算術平均をいう。

また、軌道面および転動面における上記析出化合物の面積率は、軌道面および転動面の予め定められた表面積の領域内に存在する析出化合物の総表面積の、当該領域の表面積に対する割合である。軌道面および転動面の予め定められた表面積の領域とは、例えば軌道面および転動面を顕微鏡などで観察したときの観察視野における領域である。析出化合物の総表面積とは、観察領域を有する面に対して成す角度が９０°±２°の方向（略垂直な方向）から観察領域を見たときに確認される析出化合物の当該方向に垂直な平面への投影面積の総和である。

＜軸受部品および転がり軸受の製造方法＞
本実施の形態に係る転がり軸受１の製造方法では、まず外輪１０、内輪１１、玉１２となるべき成形体がそれぞれ形成される（工程（Ｓ１０））。本工程（Ｓ１０）では、ＳＣＭ材を機械加工することにより、所定の形状を有する成形体を形成する。機械加工方法としては、切削やプレス加工など任意の方法を用いることができる。

次に、上記成形体に対し、図２に示されるような熱処理が実施される。図２の横方向は、熱処理工程での経過時間を示しており、右に行くほど時間が経過していることを示している。図２の縦方向は、熱処理工程での成形体の加熱温度を示しており、上に行くほど温度が高いことを示している。

上記熱処理工程では、まず、被処理物としての成形部材が浸炭窒化処理される（工程（Ｓ２０））。本工程（Ｓ２０）では、先の工程（Ｓ１０）において準備された成形体が、例えばＲガスなどの吸熱型変成ガスにアンモニア（ＮＨ_３）ガスが導入された雰囲気中において、Ａ_１点以上の温度である９３０℃以上９４０℃以下の浸炭窒化温度Ｔ１に加熱される。加熱保持時間は、例えば１０時間以上１５時間以下である。本工程（Ｓ２０）の雰囲気は、雰囲気中の一酸化炭素（ＣＯ）量、二酸化炭素（ＣＯ₂）量、および未分解ＮＨ₃量を用いて、未分解アンモニア量（分解されることなく雰囲気中に存在するＮＨ３ガスの雰囲気中の量）が例えば０．１体積％以上となるように、制御される。これにより、浸炭窒化処理された成形体の表面を含む領域の炭素濃度および窒素濃度は、該成形体の他の領域の炭素濃度および窒素濃度と比べて高くなる。

上記熱処理工程では、次に、浸炭窒化処理された成形体が窒素拡散処理される（工程（Ｓ２５））。本工程（Ｓ２５）では、先の工程（Ｓ２０）において浸炭窒化処理された成形体が、例えばＲガスなどの吸熱型変成ガスにアンモニア（ＮＨ_３）ガスが導入された雰囲気中において、例えば浸炭窒化温度Ｔ１に加熱保持される。加熱保持時間は、例えば５時間以上１０時間以下である。本工程（Ｓ２５）の雰囲気は、上記浸炭窒化処理と同様に雰囲気中の一酸化炭素（ＣＯ）量、二酸化炭素（ＣＯ₂）量、および未分解ＮＨ₃量を用いて、未分解アンモニア量が例えば０．１体積％以上となるように、制御される。また、以下の式（１）および（２）により定義されるαに関し、窒素拡散処理におけるαは浸炭窒化処理におけるαよりも低く制御される。

上記熱処理工程では、次に、浸炭窒化処理された成形体が１次焼入処理される（工程（Ｓ３０））。本工程（Ｓ３０）では、先の工程（Ｓ２５）にて窒素拡散処理された成形体が、アンモニアガスを含まない雰囲気中において、上記浸炭窒化温度Ｔ１未満であるがＡ１点よりも十分に高い１次焼入温度Ｔ２に所定時間加熱保持された後、Ｍ_Ｓ点以下の温度域に冷却される。このとき、先の工程（Ｓ２５）において上記浸炭窒化温度Ｔ１に加熱されていた成形体は、Ａ１点未満の温度に冷却されることなく１次焼入温度Ｔ２に加熱される。１次焼入温度Ｔ２は、主に（Ｆｅ，Ｃｒ）_３（Ｃ，Ｎ）からなる析出化合物の過大化を抑制するために一般的な焼入温度である８５０℃より高い温度とされ、例えば８６０℃以上８８０℃以下であり、例えば８７０℃である。加熱保持時間は、例えば０．５時間以上２時間以下である。冷却は例えば油冷である。

上記熱処理工程では、次に、１次焼入処理された成形体が２次焼入処理される（工程（Ｓ４０））。本工程（Ｓ４０）では、先の工程（Ｓ３０）において焼入硬化された成形体が、Ａ１点以上上記１次焼入温度Ｔ２未満の２次焼入温度Ｔ３に加熱保持された後、Ｍ_Ｓ点以下の温度に冷却される。２次焼入温度Ｔ３は、８５０℃未満であり、例えば８２０℃以上８４０℃以下であり、例えば８３０℃である。加熱時間は、例えば１時間以上２時間以下である。冷却は例えば油冷である。

上記熱処理工程では、次に、焼戻処理される（工程（Ｓ５０））。本工程（Ｓ５０）では、先の工程（Ｓ４０）において焼入硬化された成形体がＡ１点以下の焼戻温度Ｔ４に加熱されることにより、焼戻処理される。焼戻温度Ｔ４は、例えば１５０℃以上３５０℃以下であり、例えば１８０℃である。加熱保持時間は、例えば０．５時間以上５時間以下である。以上の工程により、熱処理工程は完了する。

次に、上記熱処理工程が施された成形体が仕上げ加工される（工程（Ｓ６０））。本工程（Ｓ６０）では、例えば成形体の表面に対して研磨加工などの仕上げ加工が実施される。なお、仕上げ加工による加工量、成形体の表面に対する機械部品の表面とされる位置の深さは、例えば２５０μｍである。このようにして、本実施の形態に係る軸受部品としての外輪１０、内輪１１、および玉１２が製造される。

次に、外輪１０、内輪１１、および玉１２が組み立てられる（工程（Ｓ７０））。本工程（Ｓ７０）では、外輪１０、内輪１１、玉１２および別途準備された保持器１３が組み立てられる。これにより、図１に示した深溝玉軸受１が製造される。

＜作用効果＞
本実施の形態に係る軸受部品の製造方法は、クロムモリブデン鋼からなる成形体を準備する工程（Ｓ１０）と、成形体を、アンモニアを含む浸炭窒化雰囲気中で９３０℃以上９４０℃以下に加熱することにより、成形体を浸炭窒化する工程（Ｓ２０）と、浸炭窒化された成形体を８５０℃超え９３０℃未満の１次焼入温度に加熱した後、Ｍｓ点以下の温度まで冷却することにより、成形体を１次焼入れする工程（Ｓ３０）と、１次焼入れされた成形体をＡ_１点以上８５０℃未満の２次焼入温度に加熱した後、Ｍｓ点以下の温度まで冷却することにより、成形体を２次焼入れする工程（Ｓ４０）とを備える。

好ましくは、１次焼入温度Ｔ２は、軸受鋼からなる軸受部品の製造方法における一般的な１次焼入温度８５０℃よりも高く、例えば８６０℃以上８８０℃以下である。１次焼入温度Ｔ２をこのように設定することにより、ＳＣＭ材からなる軸受部品において上記析出化合物の過大化を抑制することができる。好ましくは、２次焼入温度Ｔ３は、軸受鋼からなる軸受部品の製造方法における一般的な１次焼入温度８５０℃よりも低く、例えば８２０℃以上８４０℃以下である。２次焼入処理時の成形体では、素地に固溶する炭素濃度および窒素濃度が１次焼入処理時よりも低下しており、上記析出化合物が形成されにくくなっている。そこで、２次焼入温度Ｔ３を上記のような数値範囲内に設定することにより、微細な析出化合物を多量に形成することができる。

本発明者らは、本実施の形態に係る軸受部品の製造方法により得られる外輪１０、内輪１１および玉１２の各々が、以下の特徴を有していることを確認した（詳細は後述する実施例参照）。

外輪軌道面１０Ａ、内輪軌道面１１Ａおよび玉転動面１２Ａには炭化物、窒化物、および炭窒化物の少なくともいずれかからなる析出化合物が存在している。外輪軌道面１０Ａ、内輪軌道面１１Ａおよび玉転動面１２Ａにおける上記析出化合物の面積率が３％以上である。この値は、浸炭用鋼からなり従来の熱処理工程が施されることにより製造された従来の軸受部品のそれと比べて高い。さらに、上記析出化合物の平均粒径が０．３μｍ以下である。この値は、従来の軸受部品のそれと比べて小さい。そのため、このような外輪１０、内輪１１および玉１２は、従来の軸受部品と比べて高い耐摩耗性を有しており、異物混入環境下で使用されたときにも外輪軌道面１０Ａ、内輪軌道面１１Ａおよび玉転動面１２Ａが損傷されにくく、長寿命である。

さらに、本実施の形態に係る外輪１０、内輪１１および玉１２は、ＳＣＭ材からなるため、炭窒化物を形成し得る元素を含有させた上記鋼材を用いた従来の軸受部品よりも製造コストが低い。

上記軸受部品において、旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が８μｍ以下である。この値は、従来の軸受部品のそれと比べて小さい。そのため、このような外輪１０、内輪１１および玉１２は従来の軸受部品と比べて高い靱性を有している。なお、浸炭用鋼からなる従来の軸受部品では、耐摩耗性を向上するために炭化物や窒化物の析出量を増加させるには、炭窒化物を形成し得る元素の含有率を高くする必要がある。しかし、炭窒化物を形成し得る元素の含有率が高いほど、軸受部品の靱性は低下する傾向にある。そのため、従来の軸受部品では、異物混入環境下での使用に十分に耐え得る程度の耐摩耗性と靱性とを両立させることが困難であった。これに対し、上記のような外輪１０、内輪１１および玉１２では、従来の軸受部品と比べて、上記析出化合物が表面領域１０Ｂ、１１Ｂ，１２Ｂに多量に存在しておりかつ旧オーステナイト結晶粒が微細化されているため、異物混入環境下での使用に十分に耐え得る程度の耐摩耗性と靱性とが両立されているため、異物混入環境下で使用されたときにも長寿命である。

さらに、上記軸受部品において、上記析出化合物を構成する材料が（Ｆｅ，Ｃｒ）_３（Ｃ，Ｎ）を含む。

上記軸受部品において、外輪軌道面１０Ａ、内輪軌道面１１Ａおよび玉転動面１２Ａから深さ１０μｍまでの浅層領域の平均炭素濃度が０．７重量％以上であり、浅層領域の平均窒素濃度が０．２重量％以上である。これらの値は、従来の軸受部品と比べて同等以上である。このことは、上記軸受部品では、従来の軸受部品と比べて、当該浅層領域に炭化物、窒化物、および炭窒化物のうち少なくとも２つが多量に析出していることを示している。

＜変形例＞
外輪１０、内輪１１、および玉１２の少なくとも１つが、ＳＣＭ材からなり、軌道面および転動面には炭窒化物が析出しており、炭窒化物の面積率が３％以上であり、かつ炭窒化物の平均粒径が０．３μｍ以下であってもよい。

以下、本開示に係る転動部品および軸受の効果を確認するために行った実験を説明する。

＜試料１＞
試料１は、本実施の形態に係る軸受部品の製造方法に従って作製された。具体的には、まず、ＪＩＳ規格ＳＣＭ４３５からなり、転がり軸受の内輪の形状に成形された成形体を準備した。次に、当該成形体に対し、浸炭窒化処理、１次焼入処理、２次焼入処理および焼戻処理を順に施した。

浸炭窒化処理では、ＲガスとＮＨ₃ガスの混合ガスを用いて、浸炭窒化処理温度を９３０℃以上９４０℃以下とし、加熱保持時間は１３時間とした。浸炭窒化処理の炉内雰囲気は、雰囲気中の一酸化炭素（ＣＯ）量、二酸化炭素（ＣＯ₂）量、およびＮＨ₃量を用いて制御され、ＣＯ量１１体積％以上１７体積％以下、ＣＯ_２量０．０５体積％以上０．１５体積％以下、ＮＨ_３量０．１体積％以上０．３体積％以下とされた。

拡散処理では、ＲガスとＮＨ₃ガスの混合ガスを用いて、拡散処理温度を９３０℃以上９４０℃以下とし、加熱保持時間は６時間とした。拡散処理の炉内雰囲気は、上記浸炭窒化処理と同様に雰囲気中の一酸化炭素（ＣＯ）量、二酸化炭素（ＣＯ₂）量、およびＮＨ₃量を用いて制御され、ＣＯ量１１体積％以上１７体積％以下、ＣＯ_２量０．０５体積％以上０．１５体積％以下、ＮＨ_３量０．１体積％以上０．３体積％以下とされた。窒素拡散処理における上記αは浸炭窒化処理における上記αよりも低く制御された。

１次焼入処理では、１次焼入温度を８７０℃とし、加熱保持時間を１時間とした。冷却は油冷とした。

２次焼入処理では、２次焼入温度を８３０℃とし、加熱保持時間を１．５時間とした。冷却は油冷とした。

焼戻処理では、焼戻温度を１８０℃とし、加熱保持時間を３時間とした。冷却は空冷とした。

上記熱処理が施された各成形体に対し、仕上げ加工を施した。仕上げ加工は機械研磨により行い、研磨量は１５０μｍとした。

＜試料２＞
試料２は、比較例として、従来の軸受部品の製造方法に従って作製された。具体的には、まず、ＪＩＳ規格ＳＣＭ４３５からなり、転がり軸受の外輪、内輪およびころの各形状に成形された成形体を準備した。次に、各成形体に対し、浸炭窒化処理、焼入処理および焼戻処理を順に施した。

浸炭窒化処理では、ＲガスとＮＨ₃ガスの混合ガスを用いて、浸炭窒化処理温度を９３０℃以上９４０℃以下とし、加熱保持時間は８時間とした。浸炭窒化処理の炉内雰囲気は、雰囲気中の一酸化炭素（ＣＯ）量、二酸化炭素（ＣＯ₂）量、およびＮＨ₃量を用いて制御され、ＣＯ量１６体積％以上２２体積％以下、ＣＯ_２量０．２体積％以上０．４体積％以下、ＮＨ_３量０．１体積％以上０．３体積％以下とされた。

拡散処理では、ＲガスとＮＨ₃ガスの混合ガスを用いて、拡散処理温度を９３０℃以上９４０℃以下とし、加熱保持時間は４時間とした。拡散処理の炉内雰囲気は、雰囲気中の一酸化炭素（ＣＯ）量、二酸化炭素（ＣＯ₂）量、およびＮＨ₃量を用いて制御され、ＣＯ量１６体積％以上２２体積％以下、ＣＯ_２量０．２体積％以上０．４体積％以下、ＮＨ_３量０．１体積％以上０．３体積％以下とされた。窒素拡散処理における上記αは浸炭窒化処理における上記αよりも低く制御された。

焼入処理では、焼入温度を８７０℃とし、加熱保持時間を１時間とした。冷却は油冷とした。

焼戻処理では、焼戻温度を１８０℃とし、加熱保持時間を３時間とした。冷却は空冷とした。

上記熱処理が施された各成形体に対し、仕上げ加工を施した。仕上げ加工は機械研磨により行い、研磨量は１５０μｍとした。

＜評価＞
（１）電子プローブマイクロアナライザー (Electron Probe Micro Analyzer; EPMA)分析
ＥＰＭＡを用いて上記試料１および２の内輪の表面領域の炭素濃度分布および窒素濃度分布を評価した。図３は試料１の内輪に対する分析結果を、図４は試料２の内輪に対する分析結果を示す。図３および図４の横軸は表面からの深さ［単位：ｍｍ］を示し、図３および図４の縦軸は炭素および窒素の濃度［単位：重量％］を示す。

図３に示されるように、実施例としての試料１では、表面からの深さが０．５ｍｍまでの表面領域に、炭素濃度および窒素濃度に鋭いピークが多数確認された。これにより、当該表面領域には、炭化物、窒化物、および炭窒化物の少なくともいずれかからなる析出化合物が多数存在し、かつこれらの析出化合物の粗大化が抑制されていることが確認された。

また、試料１では、表面から深さ１０μｍまでの浅層領域の平均炭素濃度が０．７重量％以上１．２重量％以下であること、該浅層領域の平均窒素濃度が０．２重量％以上０．４重量％以下であることが確認された。さらに、試料１では、浸炭深さおよび窒化深さが１．０ｍｍ以上１．５ｍｍ以下程度であることが確認された。

図４に示されるように、比較例としての試料２では、表面からの深さが０．５ｍｍまでの表面領域に、炭素濃度および窒素濃度に鋭いピークが多数確認されなかった。試料２の当該表面領域には、炭化物、窒化物および炭窒化物の少なくともいずれかからなる析出化合物が多数存在していないことが確認された。

また、試料２では、表面から深さ１０μｍまでの浅層領域の平均炭素濃度が０．７重量％以上０．８重量％以下であること、該浅層領域の平均窒素濃度が０．２重量％以上０．４重量％以下であることが確認された。さらに、試料２では、浸炭深さおよび窒化深さが１．０ｍｍ以上１．５ｍｍ以下程度であることが確認された。

また、ＥＰＭＡ分析から、試料１の析出化合物が主に（Ｆｅ，Ｃｒ）_３（Ｃ，Ｎ）であることが確認された。

以上の結果から、試料１は、試料２と同程度の浸炭深さおよび窒化深さを有しながらも、試料２よりも多量の析出化合物（Ｆｅ，Ｃｒ）_３（Ｃ，Ｎ）が表面領域に存在することが確認された。

（２）電子顕微鏡観察
電子顕微鏡を用いて、試料１および２の内輪およびころの表面観察を行った。図５は試料１の内輪の電子顕微鏡像を示し、図６は試料１のころの電子顕微鏡像を示す。図７は試料２の内輪の電子顕微鏡像を示し、図８は試料２のころの電子顕微鏡像を示す。

図５および図６に示されるように、試料１の表面には、平均粒径が０．２μｍ以上０．３μｍ以下の析出化合物が多数存在することが確認された。さらに、図５および図６に示される視野の面積に対する当該析出化合物の総表面積の割合（面積率）は、３％以上１０％以下であることが確認された。

図７および図８に示されるように、試料２の表面には、平均粒径が０．１μｍ以上０．２μｍ以下の析出化合物がわずかに存在することが確認された。さらに、図７および図８に示される視野の面積に対する当該析出化合物の総表面積の割合（面積率）は、１％程度であることが確認された。

以上の結果から、試料１には、試料２よりも多くの析出化合物が存在していることが確認された。また、試料１の多数の析出化合物は微細な構造を有していることが確認された。

（３）光学顕微鏡観察
光学顕微鏡を用いて、試料１および２の内輪およびころの表面観察を行った。図９は試料１の内輪の光学顕微鏡像を示し、図１０は試料１のころの光学顕微鏡像を示す。図１１は試料２の内輪の光学顕微鏡像を示し、図１２は試料２のころの光学顕微鏡像を示す。

図９および図１０に示されるように、試料１の表面における旧オーステナイト結晶粒の粒径は１μｍ以上１０μｍ以下であり、その平均粒径は４μｍ以上８μｍ以下であることが確認された。

図１１および図１２に示されるように、試料２の表面における旧オーステナイト結晶粒の粒径は５μｍ以上１００μｍ以下であり、その平均粒径は１２μｍ以上２５μｍ以下であることが確認された。

以上の結果から、試料１では、試料２と比べて、旧オーステナイト結晶粒が微細化されていることが確認された。また、試料１では、試料２と比べて、旧オーステナイト結晶粒の粒径のばらつきが少ないことが確認された。

（４）摩耗試験
サバン型摩耗試験機を用いて、上記試料１と同様の方法により準備された実施例としての試験片１、および上記試料２と同様の方法により準備された比較例としての試験片２に対し、摩耗試験を行った。試験片１および２は平板状とした。試験片１および２の表面粗さＲａは０．０１０μｍとした。試験時の荷重は５０Ｎ、試験片と相手材との相対速度は０．０５ｍ／ｓ、試験時間は６０分間、潤滑油にはモービルベロシティーオイルＮｏ．３（登録商標）（ＶＧ２）を採用した。そして、試験終了後の試験片の摩耗量から比摩耗量を算出し、耐摩耗性を評価した。

図１３は、試験片１および２の比摩耗量［単位：×１０^-10ｍｍ³／Ｎ・ｍ］を示す。図１３に示されるように、試験片１の比摩耗量は、試験片２のそれの２０％程度に抑えられていることが確認された。上述した実施例における試料１と同様に、試験片１では上記表面領域に微細な析出化合物が試験片２と比べて多数存在するため、試験片１は高い耐摩耗性を有していると考えられる。

（５）シャルピー衝撃試験
ＪＩＳ規格Ｚ２２４２に従って、上記試料１と同様の方法により準備された実施例としての試験片３、および上記試料２と同様の方法により準備された比較例としての試験片４に対し、シャルピー衝撃試験を行った。試験片３および４は、ノッチ深さ２ｍｍ、ノッチ底曲率半径１ｍｍであるＵノッチが形成されたものとした。

図１４は試験片３および４のシャルピー衝撃値［単位：Ｊ／ｃｍ^２］を示す。図１４に示されるように、試験片３は、試験片４と比べて、シャルピー衝撃値が１．５倍以上であり、高い靱性を有していることが確認された。これは、上述した試料１と同様に、試験片３の上記表面領域には微細かつ粒径のばらつきが小さい旧オーステナイト結晶粒が存在するため、試験片３は高い靱性を有していると考えられる。

（６）異物混入潤滑下での転動疲労寿命試験
上記試料１と同様の方法により準備された実施例のＪＩＳ規格３０２０６型番の円錐ころ軸受と、上記試料２と同様の方法により準備された比較例のＪＩＳ規格３０２０６型番の円錐ころ軸受とに対し、異物混入潤滑下での転動疲労寿命試験を行った。該寿命試験は、潤滑油としてタービン油ＶＧ５６を用いた油浴潤滑とし、荷重１７ｋＮ、外輪温度６５℃の条件下で、外輪を固定し、内輪を２０００ｒｐｍの回転速度で回転させた。そして、試験開始から剥離が発生するまでの時間（寿命）を調査して統計的に解析し、累積破損確率が１０％であるときのＬ₁₀寿命と、累積破損確率が５０％であるときのＬ₅₀寿命とを算出した。

図１５は、実施例および比較例の寿命試験結果を示す。図１５の横軸は寿命［単位：時間］を示し、図１５の縦軸は累積破損確率［単位：％］を示す。図１５に示されるように、比較例のＬ₁₀寿命が３８時間、Ｌ₅₀寿命が７６時間であったのに対し、実施例のＬ₁₀寿命は８９時間、Ｌ₅₀寿命は１５２時間であった。実施例の転動疲労寿命は、比較例の転動疲労寿命の２倍以上であることが確認された。上記試料１、試験片１および３と同様に、実施例は、比較例と比べて高耐摩耗性および高靱性を有しているため、２倍以上の転動疲労寿命を有していると考えられる。

今回開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。

１０ 外輪、１０Ａ 外輪軌道面、１０Ｂ，１１Ｂ，１２Ｂ 表面領域、１１ 内輪、１１Ａ 内輪軌道面、１２ 玉、１２Ａ 玉転動面、１３ 保持器。

Claims (7)

1. ＪＩＳ規格に定められるＳＣＭ鋼種に属する鋼からなり、
   軌道面または転動面を備え、
   前記軌道面または前記転動面には炭化物、窒化物、および炭窒化物の少なくともいずれかからなる析出化合物が存在しており、
   前記軌道面または前記転動面における前記析出化合物の面積率が３％以上であり、
   前記軌道面または前記転動面における前記析出化合物の平均粒径が０．３μｍ以下である、軸受部品。
2. 前記軌道面または前記転動面における旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が８μｍ以下である、請求項１に記載の軸受部品。
3. 前記析出化合物は、（Ｆｅ，Ｃｒ）３（Ｃ，Ｎ）を含む、請求項１または２のいずれか１項に記載の軸受部品。
4. 前記軌道面または前記転動面から深さ１０μｍまでの浅層領域の平均炭素濃度が０．７重量％以上であり、前記浅層領域の平均窒素濃度が０．２重量％以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受部品。
5. 外輪と、
   前記外輪の内側に配置される内輪と、
   前記外輪と前記内輪との間に配列される複数の転動体とを備え、
   前記外輪、前記内輪および前記転動体のうち少なくともいずれかは、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸受部品である、転がり軸受。
6. ＪＩＳ規格に定められるＳＣＭ鋼種に属する鋼からなる成形体を準備する工程と、
   前記成形体を、アンモニアを含む浸炭窒化雰囲気中で９３０℃以上９４０℃以下に加熱することにより、前記成形体を浸炭窒化する工程と、
   浸炭窒化された前記成形体をアンモニアを含まない雰囲気中で８５０℃超え９３０℃未満の１次焼入温度に加熱した後、Ｍｓ点以下の温度まで冷却することにより、前記成形体を１次焼入れする工程と、
   １次焼入れされた前記成形体をアンモニアを含まない雰囲気中でＡ１点以上８５０℃未満の２次焼入温度に１時間以上加熱した後、Ｍｓ点以下の温度まで冷却することにより、前記成形体を２次焼入れする工程とを備える、軸受部品の製造方法。
7. 前記１次焼入温度は８６０℃以上８８０℃以下であり、
   前記２次焼入温度は８２０℃以上８４０℃以下である、請求項６に記載の軸受部品の製造方法。