JP6881612B2 - 軸受鋼部品、および軸受鋼部品用棒鋼 - Google Patents
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Description
本開示は、軸受鋼部品、および軸受鋼部品用棒鋼に関する。
自動車等に用いられる軸受鋼部品は、燃費向上のために部品の小型化や潤滑油の低粘度化により近年使用環境の過酷さが増している。特に、摩耗粉等の異物噛み込みにより形成する圧痕周縁の盛り上がり部を起点とした剥離が発生し、軸受としての機能が損なわれることがある。このような現象を防止するため、圧痕が存在するときの転動疲労寿命（以下、耐圧痕寿命とする）を向上させた軸受鋼部品が望まれている。
従来、耐圧痕寿命を向上するため、転動面の残留オーステナイト量を高くすることで、圧痕周縁の盛り上がり部を抑制する技術が特許文献１に示されている。また特許文献１では残留オーステナイト量を２０％〜４５％の範囲にすると述べている。
特許文献２では、軸受鋼部品へのショットピーニング加工をソフトにする、すなわち圧縮残留応力を低下することでショットピーニング時に発生する微小なクラックの発生を抑制することが開示されている。そして、特許文献２では、微小なクラックの発生を抑制することで、耐圧痕寿命が向上することを開示している。
その他、特許文献３〜６にも、軸受鋼部品に関する技術が開示されている。具体的には、次の通りである。
特許文献３では、予測した最大酸化物系介在物の面積の平方根を２５μｍ以上１９．７α＋１．２μｍ以下に規定した転がり軸受が開示されている。そして、特許文献３では、最大酸化物系介在物の面積を制御することで、生産性が良好であることに加えて、内部起点型剥離が生じにくく長寿命となることが開示されている。
また、特許文献４では、鋼材の長手方向断面の所定組成の酸化物系介在物の最大長径が２０μｍ以下であると共に、球状セメンタイト組織を有する軸受用鋼材が開示されている。そして、特許文献４では、酸化物系介在物の最大長径を制御することにより、転動疲労特性に優れたものとし、早期剥離を抑制することのできることが開示されている。
また、特許文献５では、平均組成が、ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＭｎＯ，ＭｇＯ，ＺｒＯ２の合計１００％に対して、ＣａＯ：２０〜４５％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜４５％、ＳｉＯ２：３０〜５０％、ＺｒＯ２：２．０〜１０％の酸化物系介在物を含み、球状セメンタイト組織を有する軸受用鋼材が開示されている。そして、特許文献５では、酸化物系介在物の平均組成を制御することにより、転動疲労特性に優れたものとし、早期剥離を抑制することのできることが開示されている。
また、特許文献６では、ＳおよびＴｅの質量％での含有量がＴｅ／Ｓ＞０．４の条件を満たしており、偏晶凝固した硫化物系介在物を有する軸受鋼鋼材が開示されている。そして、特許文献６では、ＳおよびＴｅの含有量、および偏晶凝固した硫化物系介在物の存在の制御により、好適な転動疲労寿命を向上することが開示されている。
特許文献１：日本国特開昭６４−５５４２３号公報
特許文献２：日本国特開２００６−３２９３１９号公報
特許文献３：日本国特開２０１５−０９０２０７号公報
特許文献４：日本国特開２０１２−２１４８２９号公報
特許文献５：日本国特開２０１４−１９９１１号公報
特許文献６：日本国特開２０１２−３６４３４号公報
特許文献２：日本国特開２００６−３２９３１９号公報
特許文献３：日本国特開２０１５−０９０２０７号公報
特許文献４：日本国特開２０１２−２１４８２９号公報
特許文献５：日本国特開２０１４−１９９１１号公報
特許文献６：日本国特開２０１２−３６４３４号公報
しかし、特許文献１の軸受鋼部品は、残留オーステナイトの増加は表面硬さを低下させるため、耐圧痕寿命以外の転動疲労寿命（すなわち清浄環境における介在物起点の内部疲労破壊、又は焼付きによる破壊に対する強度）が低下する。また、表面硬さを一般に自動車用に用いられる一般軸受鋼部品レベル以上（ビッカース硬さ７５０以上）に維持することはできない。
また、さらなる耐圧痕寿命の向上には、特許文献２の軸受鋼部品のように圧縮残留応力を低下させるのではなく、十分な圧縮残留応力を付与することが必要である。
また、さらなる耐圧痕寿命の向上には、特許文献２の軸受鋼部品のように圧縮残留応力を低下させるのではなく、十分な圧縮残留応力を付与することが必要である。
そして、特許文献３〜６で開示されている軸受鋼部品に関する技術は、非金属介在物を起点とした内部疲労破壊の抑制（つまり、耐圧痕寿命以外の転動疲労寿命の向上）に関する技術であり、耐圧痕寿命ついては何ら考慮されていない。そのため、特許文献３〜６で開示されている軸受鋼部品に関する技術では、耐圧痕寿命の向上について改善の余地がある。
そこで、本開示の目的は、表面硬さを一般軸鋼受部品レベルと同等に維持しながら耐圧痕寿命に優れる軸受鋼部品、および、当該軸受鋼部品を得るのに適した軸受鋼部品用棒鋼を提供することである。
上記課題は、以下の手段が含まれる。
＜１＞
質量％で、
Ｃ ：０．７６〜１．２０％、
Ｓｉ：０．７０〜３．００％、
Ｍｎ：０．１０〜２．００％、
Ｃｒ：０．１０〜３．００％、
Ｍｏ：０．００１〜０．１００％、
Ｓ ：０．００１〜０．０３０％、
Ｎ ：０．００４〜０．０２０％、
Ｃａ：０．０００２〜０．０１００％、
Ａｌ：０．００１〜０．０１０％、
Ｏ ：０〜０．００５％、
Ｐ ：０〜０．０３０％、
Ｎｉ：０〜３．００％、
Ｃｕ：０〜１．００％、
Ｃｏ：０〜３．００％、
Ｗ ：０〜１．００％、
Ｖ ：０〜０．３０％、
Ｔｉ：０〜０．３００％、
Ｎｂ：０〜０．３００％、
Ｂ ：０〜０．００５０％
Ｐｂ：０〜０．５０％、
Ｂｉ：０〜０．５０％、
Ｍｇ：０〜０．０１００％、
Ｚｒ：０〜０．０５００％、
Ｔｅ：０〜０．１０００％、
希土類元素：０〜０．００５０％、
Ｓｎ：０〜２．０％、
Ｉｎ：０〜０．５０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
任意の部品断面において、円相当径が５μｍ以上で、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２を含み、かつ前記ＣａＯ、前記Ａｌ２Ｏ３および前記ＳｉＯ２の合計の質量に対する前記Ａｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度が３．０個／ｃｍ２以下であり、
転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さが７５０以上であり、
転動面の圧縮残留応力が９００ＭＰａ以上である、
軸受鋼部品。
＜２＞
質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜３．００％、
Ｃｕ：０．０１〜１．００％、
Ｃｏ：０．０１〜３．００％、
Ｗ ：０．０１〜１．００％、
Ｖ ：０．０１〜０．３０％、
Ｔｉ：０．００１〜０．３００％、
Ｎｂ：０．００１〜０．３００％、および
Ｂ ：０．０００１〜０．００５０％
の１種又は２種以上を含有する＜１＞に記載の軸受鋼部品。
＜３＞
質量％で、
Ｐｂ：０．０１〜０．５０％、
Ｂｉ：０．０１〜０．５０％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｚｒ：０．０００１〜０．０５００％、
Ｔｅ：０．０００１〜０．１０００％、および
希土類元素：０．０００１〜０．００５０％
の１種又は２種以上を含有する＜１＞又は＜２＞に記載の軸受鋼部品。
＜４＞
質量％で、
Ｃ ：０．７６〜１．２０％、
Ｓｉ：０．７０〜３．００％、
Ｍｎ：０．１０〜２．００％、
Ｃｒ：０．１０〜３．００％、
Ｍｏ：０．００１〜０．１００％、
Ｓ ：０．００１〜０．０３０％、
Ｎ ：０．００４〜０．０２０％、
Ｃａ：０．０００２〜０．０１００％、
Ａｌ：０．００１〜０．０１０％、
Ｏ ：０〜０．００５％、
Ｐ ：０〜０．０３０％、
Ｎｉ：０〜３．００％、
Ｃｕ：０〜１．００％、
Ｃｏ：０〜３．００％、
Ｗ ：０〜１．００％、
Ｖ ：０〜０．３０％、
Ｔｉ：０〜０．３００％、
Ｎｂ：０〜０．３００％、
Ｂ ：０〜０．００５０％
Ｐｂ：０〜０．５０％、
Ｂｉ：０〜０．５０％、
Ｍｇ：０〜０．０１００％、
Ｚｒ：０〜０．０５００％、
Ｔｅ：０〜０．１０００％、
希土類元素：０〜０．００５０％、
Ｓｎ：０〜２．０％、
Ｉｎ：０〜０．５０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
任意の棒鋼断面において、円相当径が５μｍ以上で、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２を含み、かつ、前記ＣａＯ、前記Ａｌ２Ｏ３および前記ＳｉＯ２の合計の質量に対する前記Ａｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度が３．０個／ｃｍ２以下である、
軸受鋼部品用棒鋼。
＜５＞
質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜３．００％、
Ｃｕ：０．０１〜１．００％、
Ｃｏ：０．０１〜３．００％、
Ｗ ：０．０１〜１．００％、
Ｖ ：０．０１〜０．３０％、
Ｔｉ：０．００１〜０．３００％、
Ｎｂ：０．００１〜０．３００％、および
Ｂ ：０．０００１〜０．００５０％
の１種又は２種以上を含有する＜４＞に記載の軸受鋼部品用棒鋼。
＜６＞
質量％で、
Ｐｂ：０．０１〜０．５０％、
Ｂｉ：０．０１〜０．５０％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｚｒ：０．０００１〜０．０５００％、
Ｔｅ：０．０００１〜０．１０００％、および
希土類元素：０．０００１〜０．００５０％
の１種又は２種以上を含有する＜４＞又は＜５＞に記載の軸受鋼部品用棒鋼。
＜１＞
質量％で、
Ｃ ：０．７６〜１．２０％、
Ｓｉ：０．７０〜３．００％、
Ｍｎ：０．１０〜２．００％、
Ｃｒ：０．１０〜３．００％、
Ｍｏ：０．００１〜０．１００％、
Ｓ ：０．００１〜０．０３０％、
Ｎ ：０．００４〜０．０２０％、
Ｃａ：０．０００２〜０．０１００％、
Ａｌ：０．００１〜０．０１０％、
Ｏ ：０〜０．００５％、
Ｐ ：０〜０．０３０％、
Ｎｉ：０〜３．００％、
Ｃｕ：０〜１．００％、
Ｃｏ：０〜３．００％、
Ｗ ：０〜１．００％、
Ｖ ：０〜０．３０％、
Ｔｉ：０〜０．３００％、
Ｎｂ：０〜０．３００％、
Ｂ ：０〜０．００５０％
Ｐｂ：０〜０．５０％、
Ｂｉ：０〜０．５０％、
Ｍｇ：０〜０．０１００％、
Ｚｒ：０〜０．０５００％、
Ｔｅ：０〜０．１０００％、
希土類元素：０〜０．００５０％、
Ｓｎ：０〜２．０％、
Ｉｎ：０〜０．５０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
任意の部品断面において、円相当径が５μｍ以上で、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２を含み、かつ前記ＣａＯ、前記Ａｌ２Ｏ３および前記ＳｉＯ２の合計の質量に対する前記Ａｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度が３．０個／ｃｍ２以下であり、
転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さが７５０以上であり、
転動面の圧縮残留応力が９００ＭＰａ以上である、
軸受鋼部品。
＜２＞
質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜３．００％、
Ｃｕ：０．０１〜１．００％、
Ｃｏ：０．０１〜３．００％、
Ｗ ：０．０１〜１．００％、
Ｖ ：０．０１〜０．３０％、
Ｔｉ：０．００１〜０．３００％、
Ｎｂ：０．００１〜０．３００％、および
Ｂ ：０．０００１〜０．００５０％
の１種又は２種以上を含有する＜１＞に記載の軸受鋼部品。
＜３＞
質量％で、
Ｐｂ：０．０１〜０．５０％、
Ｂｉ：０．０１〜０．５０％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｚｒ：０．０００１〜０．０５００％、
Ｔｅ：０．０００１〜０．１０００％、および
希土類元素：０．０００１〜０．００５０％
の１種又は２種以上を含有する＜１＞又は＜２＞に記載の軸受鋼部品。
＜４＞
質量％で、
Ｃ ：０．７６〜１．２０％、
Ｓｉ：０．７０〜３．００％、
Ｍｎ：０．１０〜２．００％、
Ｃｒ：０．１０〜３．００％、
Ｍｏ：０．００１〜０．１００％、
Ｓ ：０．００１〜０．０３０％、
Ｎ ：０．００４〜０．０２０％、
Ｃａ：０．０００２〜０．０１００％、
Ａｌ：０．００１〜０．０１０％、
Ｏ ：０〜０．００５％、
Ｐ ：０〜０．０３０％、
Ｎｉ：０〜３．００％、
Ｃｕ：０〜１．００％、
Ｃｏ：０〜３．００％、
Ｗ ：０〜１．００％、
Ｖ ：０〜０．３０％、
Ｔｉ：０〜０．３００％、
Ｎｂ：０〜０．３００％、
Ｂ ：０〜０．００５０％
Ｐｂ：０〜０．５０％、
Ｂｉ：０〜０．５０％、
Ｍｇ：０〜０．０１００％、
Ｚｒ：０〜０．０５００％、
Ｔｅ：０〜０．１０００％、
希土類元素：０〜０．００５０％、
Ｓｎ：０〜２．０％、
Ｉｎ：０〜０．５０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
任意の棒鋼断面において、円相当径が５μｍ以上で、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２を含み、かつ、前記ＣａＯ、前記Ａｌ２Ｏ３および前記ＳｉＯ２の合計の質量に対する前記Ａｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度が３．０個／ｃｍ２以下である、
軸受鋼部品用棒鋼。
＜５＞
質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜３．００％、
Ｃｕ：０．０１〜１．００％、
Ｃｏ：０．０１〜３．００％、
Ｗ ：０．０１〜１．００％、
Ｖ ：０．０１〜０．３０％、
Ｔｉ：０．００１〜０．３００％、
Ｎｂ：０．００１〜０．３００％、および
Ｂ ：０．０００１〜０．００５０％
の１種又は２種以上を含有する＜４＞に記載の軸受鋼部品用棒鋼。
＜６＞
質量％で、
Ｐｂ：０．０１〜０．５０％、
Ｂｉ：０．０１〜０．５０％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｚｒ：０．０００１〜０．０５００％、
Ｔｅ：０．０００１〜０．１０００％、および
希土類元素：０．０００１〜０．００５０％
の１種又は２種以上を含有する＜４＞又は＜５＞に記載の軸受鋼部品用棒鋼。
本開示によれば、表面硬さを一般軸受鋼部品レベルと同等に維持しながら耐圧痕寿命に優れる軸受鋼部品、および、当該軸受鋼部品を得るのに適した軸受鋼部品用棒鋼を提供できる。
以下、本開示の一例である実施形態について説明する。
なお、本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、「〜」の前後に記載される数値に「超」または「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値または上限値として含まない範囲を意味する。
また、化学組成の元素の含有量について、「％」は「質量％」を意味する。
なお、本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、「〜」の前後に記載される数値に「超」または「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値または上限値として含まない範囲を意味する。
また、化学組成の元素の含有量について、「％」は「質量％」を意味する。
（軸受鋼部品）
本実施形態に係る軸受鋼部品は、所定の化学成分を有し、任意の部品断面において、円相当径が５μｍ以上で、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２を含み、かつＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の合計の質量に対するＡｌ２Ｏ３の含有率が５０％質量以上の酸化物（以下、「円相当径が５μｍ以上で、かつＡｌ２Ｏ３の含有率が５０％質量以上の酸化物」とも称する。）の個数密度が３．０個／ｃｍ２以下であり、転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さが７５０以上であり、転動面の圧縮残留応力が９００ＭＰａ以上である。
本実施形態に係る軸受鋼部品は、所定の化学成分を有し、任意の部品断面において、円相当径が５μｍ以上で、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２を含み、かつＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の合計の質量に対するＡｌ２Ｏ３の含有率が５０％質量以上の酸化物（以下、「円相当径が５μｍ以上で、かつＡｌ２Ｏ３の含有率が５０％質量以上の酸化物」とも称する。）の個数密度が３．０個／ｃｍ２以下であり、転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さが７５０以上であり、転動面の圧縮残留応力が９００ＭＰａ以上である。
本実施形態に係る軸受鋼部品は、上記構成により、表面硬さを一般軸受鋼部品レベルと同等に維持しながら耐圧痕寿命に優れる軸受鋼部品となる。本実施形態に係る軸受鋼部品は、次の知見により見出された。
まず、本発明者らは、表面硬さを一般軸受鋼部品レベルと同等以上に維持しながら耐圧痕寿命に優れる軸受鋼部品を実現するために、次の評価を実施した。具体的には、化学組成を系統的に変化させた軸受鋼材に対し、種々の加工プロセスを組み合わせて軸受鋼部品にした際の耐圧痕寿命評価を実施した。その結果、下記（１）〜（２）の知見が得られた。
（１）耐圧痕寿命低下は、圧痕周縁の盛り上がり表面から発生するき裂に起因する。
（２）円相当径が５μｍ以上で、かつＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数が少ない鋼材を選択し、さらに部品の転動面にショットピーニングにより圧縮残留応力を付与することで、き裂が抑制されて、耐圧痕寿命を向上できる。
（２）円相当径が５μｍ以上で、かつＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数が少ない鋼材を選択し、さらに部品の転動面にショットピーニングにより圧縮残留応力を付与することで、き裂が抑制されて、耐圧痕寿命を向上できる。
ここで、円相当径が５μｍ以上でかつＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数を低減することで、鋼中に存在する微小な介在物の性質（例えば、母材との密着性）が変化すると考えられる。その結果、ショットピーニング時に発生する微小なクラック、および盛り上がり部のき裂の発生が抑制されると考えられる。
特許文献２では、ショットピーニングの加工をソフトにする、すなわち圧縮残留応力を低下することで微小クラックの発生を抑制している。しかし、ソフトでない通常のショットピーニングを施すことで、十分な圧縮残留応力を与えつつ微小なクラックが発生しない軸受鋼部品が実現される。
また、耐圧痕寿命の向上には、残留オーステナイトを用いない機構、すなわち圧縮残留応力による効果および微小クラックの抑制効果を利用した機構であり、多量の残留オーステナイトが必要ないため、表面硬さを低下させないという利点もある。
以上の知見により、本実施形態に係る軸受鋼部品は、表面硬さを一般軸受鋼部品レベルと同等に維持しながら耐圧痕寿命に優れる軸受鋼部品となることが見出された。
そして、本実施形態に係る軸受鋼部品は、優れた耐圧痕寿命を有するため、異物混入環境においても使用することができる。
そして、本実施形態に係る軸受鋼部品は、優れた耐圧痕寿命を有するため、異物混入環境においても使用することができる。
以下、本実施形態に係る軸受鋼部品について詳細に説明する。
（化学成分）
まず、本実施形態に係る鋼の化学成分の限定理由について説明する。
まず、本実施形態に係る鋼の化学成分の限定理由について説明する。
Ｃ：０．７６〜１．２０％
Ｃ含有量は、軸受鋼部品の硬さに影響する。所要の硬さを確保するために、Ｃ含有量の下限値を０．７６％とする。一方、Ｃ含有量が多すぎると焼入れ後に残留オーステナイトが多量に発生し、硬さが低下してしまうので、Ｃ含有量の上限値を１．２０％とする。Ｃ含有量の好ましい下限は０．７８％であり、さらに好ましくは０．８０％である。Ｃ含有量の好ましい上限は１．１０％であり、さらに好ましくは１．０５％である。
Ｃ含有量は、軸受鋼部品の硬さに影響する。所要の硬さを確保するために、Ｃ含有量の下限値を０．７６％とする。一方、Ｃ含有量が多すぎると焼入れ後に残留オーステナイトが多量に発生し、硬さが低下してしまうので、Ｃ含有量の上限値を１．２０％とする。Ｃ含有量の好ましい下限は０．７８％であり、さらに好ましくは０．８０％である。Ｃ含有量の好ましい上限は１．１０％であり、さらに好ましくは１．０５％である。
Ｓｉ：０．７０〜３．００％
Ｓｉは、鋼の脱酸に有効で酸化物の組成に影響を与える元素であるとともに、軸受鋼部品として必要な高温環境下での強度を付与するために有効な元素である。Ｓｉ含有量が０．７０％未満では、その効果が不十分である。また、Ｓｉ含有量が３．００％を超えると、Ｓｉを含む酸化物が現れ、ショットピーニング時のクラックの原因となる。以上の理由によって、Ｓｉ含有量を０．７０〜３．００％の範囲内にする必要がある。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．７５％であり、さらに好ましくは０．８０％である。また、Ｓｉ含有量の下限は、０．９０％超え又は１．０％であってもよい。Ｓｉ含有量の好ましい上限は２．５０％であり、さらに好ましくは２．００％である。
Ｓｉは、鋼の脱酸に有効で酸化物の組成に影響を与える元素であるとともに、軸受鋼部品として必要な高温環境下での強度を付与するために有効な元素である。Ｓｉ含有量が０．７０％未満では、その効果が不十分である。また、Ｓｉ含有量が３．００％を超えると、Ｓｉを含む酸化物が現れ、ショットピーニング時のクラックの原因となる。以上の理由によって、Ｓｉ含有量を０．７０〜３．００％の範囲内にする必要がある。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．７５％であり、さらに好ましくは０．８０％である。また、Ｓｉ含有量の下限は、０．９０％超え又は１．０％であってもよい。Ｓｉ含有量の好ましい上限は２．５０％であり、さらに好ましくは２．００％である。
Ｍｎ：０．１０〜２．００％
Ｍｎは、必要な強度及び焼入れ性を鋼に付与するために有効な元素である。Ｍｎ含有量が０．１０％未満では、この効果が不十分である。また、Ｍｎ含有量が２．００％を超えると、焼入れ後に残留オーステナイトが多量になり、硬さが低下する。以上の理由によって、Ｍｎ含有量を０．１０〜２．００％の範囲内にする必要がある。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．２０％であり、さらに好ましくは０．４０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．８０％であり、さらに好ましくは１．４０％である。
Ｍｎは、必要な強度及び焼入れ性を鋼に付与するために有効な元素である。Ｍｎ含有量が０．１０％未満では、この効果が不十分である。また、Ｍｎ含有量が２．００％を超えると、焼入れ後に残留オーステナイトが多量になり、硬さが低下する。以上の理由によって、Ｍｎ含有量を０．１０〜２．００％の範囲内にする必要がある。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．２０％であり、さらに好ましくは０．４０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．８０％であり、さらに好ましくは１．４０％である。
Ｃｒ：０．１０〜３．００％
Ｃｒは、必要な強度及び焼入れ性を鋼に付与するために有効な元素である。Ｃｒ含有量が０．１０％未満では、その効果が不十分である。Ｃｒ含有量が３．００％を超えると、その効果が飽和する。以上の理由によって、Ｃｒ含有量を０．１０〜３．００％の範囲内にする必要がある。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２．８０％であり、さらに好ましくは２．５０％である。
Ｃｒは、必要な強度及び焼入れ性を鋼に付与するために有効な元素である。Ｃｒ含有量が０．１０％未満では、その効果が不十分である。Ｃｒ含有量が３．００％を超えると、その効果が飽和する。以上の理由によって、Ｃｒ含有量を０．１０〜３．００％の範囲内にする必要がある。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２．８０％であり、さらに好ましくは２．５０％である。
Ｍｏ：０．００１〜０．１００％
Ｍｏは、必要な焼入れ性を付与することに加え、Ｐが粒界に偏析することを抑制するので、鋼の疲労強度の向上のために有効な元素である。Ｍｏ含有量が０．００１％未満では、この効果が不十分である。Ｍｏ含有量が０．１００％を超えると、その効果が飽和する。以上の理由により、Ｍｏ含有量を０．００１〜０．１００％の範囲内にする必要がある。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８０％である。
Ｍｏは、必要な焼入れ性を付与することに加え、Ｐが粒界に偏析することを抑制するので、鋼の疲労強度の向上のために有効な元素である。Ｍｏ含有量が０．００１％未満では、この効果が不十分である。Ｍｏ含有量が０．１００％を超えると、その効果が飽和する。以上の理由により、Ｍｏ含有量を０．００１〜０．１００％の範囲内にする必要がある。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８０％である。
Ｓ：０．００１〜０．０３０％
Ｓは、鋼中でＭｎＳを形成し、これにより鋼の被削性を向上させる。部品への切削加工が可能なレベルの被削性を得るには一般的な機械構造用鋼と同等のＳ含有量が必要である。以上の理由から、Ｓの含有量を０．００１〜０．０３０％の範囲内にする必要がある。Ｓ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
Ｓは、鋼中でＭｎＳを形成し、これにより鋼の被削性を向上させる。部品への切削加工が可能なレベルの被削性を得るには一般的な機械構造用鋼と同等のＳ含有量が必要である。以上の理由から、Ｓの含有量を０．００１〜０．０３０％の範囲内にする必要がある。Ｓ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
Ｎ：０．００４〜０．０２０％
Ｎは不可避的に混入する元素であるが、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒなどと化合物を形成することによる結晶粒微細化効果がある。そのため、Ｎは０．００４％以上添加する必要がある。しかし、Ｎ含有量が０．０２０％を超えると化合物が粗大となり、結晶粒微細化効果が得られない。以上の理由によって、Ｎ含有量を０．００４〜０．０２０％の範囲内にする必要がある。Ｎ含有量の好ましい下限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０１２％である。
Ｎは不可避的に混入する元素であるが、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒなどと化合物を形成することによる結晶粒微細化効果がある。そのため、Ｎは０．００４％以上添加する必要がある。しかし、Ｎ含有量が０．０２０％を超えると化合物が粗大となり、結晶粒微細化効果が得られない。以上の理由によって、Ｎ含有量を０．００４〜０．０２０％の範囲内にする必要がある。Ｎ含有量の好ましい下限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０１２％である。
Ｃａ：０．０００２〜０．０１００％
Ｃａは、鋼の脱酸に有効で、酸化物中のＡｌ２Ｏ３の含有率を低下させる元素である。Ｃａ含有量が０．０００２％未満では、この効果が不十分である。Ｃａ含有量が０．０１００％を超えるとＣａを含む粗大な酸化物が大量に現れ、転動疲労寿命低下の原因となる。以上の理由によって、Ｃａ含有量を０．０００２〜０．０１００％の範囲内にする必要がある。Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％である。
Ｃａは、鋼の脱酸に有効で、酸化物中のＡｌ２Ｏ３の含有率を低下させる元素である。Ｃａ含有量が０．０００２％未満では、この効果が不十分である。Ｃａ含有量が０．０１００％を超えるとＣａを含む粗大な酸化物が大量に現れ、転動疲労寿命低下の原因となる。以上の理由によって、Ｃａ含有量を０．０００２〜０．０１００％の範囲内にする必要がある。Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％である。
Ａｌ：０．００１〜０．０１０％
Ａｌは、Ａｌ２Ｏ３として鋼中に晶出し、ショットピーニング時に発生するクラックおよび圧痕周縁盛り上がり部のき裂の発生に影響を与える。そのためＡｌ含有量は０．０１０％以下に制限される必要がある。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００７％である。Ａｌ含有量は少ない方が好ましいので、Ａｌ含有量は０％が好ましい。ただし、製造時に使用する副原料等の不純物として必ず混入するため、Ａｌ含有量の下限は０．００１％である。
Ａｌは、Ａｌ２Ｏ３として鋼中に晶出し、ショットピーニング時に発生するクラックおよび圧痕周縁盛り上がり部のき裂の発生に影響を与える。そのためＡｌ含有量は０．０１０％以下に制限される必要がある。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００７％である。Ａｌ含有量は少ない方が好ましいので、Ａｌ含有量は０％が好ましい。ただし、製造時に使用する副原料等の不純物として必ず混入するため、Ａｌ含有量の下限は０．００１％である。
Ｏ：０〜０．００５％
Ｏは、鋼中で酸化物を形成するため、ショットピーニング時のクラックおよび盛り上がり部のき裂の発生に影響を与える元素である。Ｏ含有量は０．００５％以下に制限される必要がある。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００３％以下であり、さらに好ましくは０．００２％である。Ｏ含有量は少ない方が好ましいので、Ｏ含有量の下限値は０％である。つまり、Ｏは含有しなくてもよい。なお、Ｏ含有量は、０％超えであってもよい。
Ｏは、鋼中で酸化物を形成するため、ショットピーニング時のクラックおよび盛り上がり部のき裂の発生に影響を与える元素である。Ｏ含有量は０．００５％以下に制限される必要がある。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００３％以下であり、さらに好ましくは０．００２％である。Ｏ含有量は少ない方が好ましいので、Ｏ含有量の下限値は０％である。つまり、Ｏは含有しなくてもよい。なお、Ｏ含有量は、０％超えであってもよい。
Ｐ：０〜０．０３０％
Ｐは、焼入れ前の加熱時にオーステナイト粒界に偏析し、それにより疲労強度を低下させてしまう。したがって、Ｐ含有量を０．０３０％以下に制限する必要がある。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０２５％以下であり、さらに好ましくは０．０２３％である。Ｐ含有量は少ない方が好ましいので、Ｐ含有量の下限値は０％である。つまり、Ｐは含有しなくてもよい。なお、Ｐ含有量は、０％超えであってもよい。しかし、Ｐの除去を必要以上に行った場合、製造コストが増大する。従って、Ｐ含有量の実質的な下限値は０．００４％となるのがよい。
Ｐは、焼入れ前の加熱時にオーステナイト粒界に偏析し、それにより疲労強度を低下させてしまう。したがって、Ｐ含有量を０．０３０％以下に制限する必要がある。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０２５％以下であり、さらに好ましくは０．０２３％である。Ｐ含有量は少ない方が好ましいので、Ｐ含有量の下限値は０％である。つまり、Ｐは含有しなくてもよい。なお、Ｐ含有量は、０％超えであってもよい。しかし、Ｐの除去を必要以上に行った場合、製造コストが増大する。従って、Ｐ含有量の実質的な下限値は０．００４％となるのがよい。
本実施形態に係る軸受鋼部品は、焼入れ性または結晶粒微細化効果を高めるために、さらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、及びＢからなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。つまり、これら元素の含有量の下限は０％である。そして、これら元素を含有させる場合、元素の含有量の上限値は、後述する範囲の上限値とする。各元素の含有量は、０％超え後述する範囲の上限値以下が好ましく、後述する範囲がより好ましい。
Ｎｉ：０．０１〜３．００％
Ｎｉは、必要な焼入れ性を鋼に付与するために有効な元素である。Ｎｉ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｎｉ含有量は０．０１％以上が好ましい。Ｎｉ含有量が３．００％を超えると、焼入れ後に残留オーステナイトが多量になり、硬さが低下することがある。以上の理由によって、Ｎｉ含有量の上限を３．００％とする。Ｎｉ含有量の上限は好ましくは、２．００％であり、さらに好ましくは１．８０％である。好ましいＮｉ含有量の下限は０．１０％であり、さらに好ましくは０．３０％である。
Ｎｉは、必要な焼入れ性を鋼に付与するために有効な元素である。Ｎｉ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｎｉ含有量は０．０１％以上が好ましい。Ｎｉ含有量が３．００％を超えると、焼入れ後に残留オーステナイトが多量になり、硬さが低下することがある。以上の理由によって、Ｎｉ含有量の上限を３．００％とする。Ｎｉ含有量の上限は好ましくは、２．００％であり、さらに好ましくは１．８０％である。好ましいＮｉ含有量の下限は０．１０％であり、さらに好ましくは０．３０％である。
Ｃｕ：０．０１〜１．００％
Ｃｕは、鋼の焼入れ性の向上に有効な元素である。Ｃｕ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｃｕ含有量は０．０１％以上が好ましい。Ｃｕ含有量が１．００％を超えると、熱間延性が低下することがある。そのため、Ｃｕ含有量の上限を１．００％とする。Ｃｕ含有量の上限としては、０．５０％、０．３０％、又は０．２０％としてもよい。Ｃｕを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
Ｃｕは、鋼の焼入れ性の向上に有効な元素である。Ｃｕ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｃｕ含有量は０．０１％以上が好ましい。Ｃｕ含有量が１．００％を超えると、熱間延性が低下することがある。そのため、Ｃｕ含有量の上限を１．００％とする。Ｃｕ含有量の上限としては、０．５０％、０．３０％、又は０．２０％としてもよい。Ｃｕを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
Ｃｏ：０．０１〜３．００％
Ｃｏは、鋼の焼入れ性の向上に有効な元素である。Ｃｏ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｃｏ含有量は０．０１％以上が好ましい。Ｃｏ含有量が３．００％を超えると、その効果が飽和することがある。そのため、Ｃｏ含有量の上限を３．００％とする。Ｃｏ含有量の上限としては、０．３０％、０．２０％、又は０．１０％としてもよい。Ｃｏを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
Ｃｏは、鋼の焼入れ性の向上に有効な元素である。Ｃｏ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｃｏ含有量は０．０１％以上が好ましい。Ｃｏ含有量が３．００％を超えると、その効果が飽和することがある。そのため、Ｃｏ含有量の上限を３．００％とする。Ｃｏ含有量の上限としては、０．３０％、０．２０％、又は０．１０％としてもよい。Ｃｏを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
Ｗ：０．０１〜１．００％
Ｗは、鋼の焼入れ性の向上に有効な元素である。Ｗ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｗ含有量は０．０１％以上が好ましい。Ｗ含有量が１．００％を超えると、その効果が飽和することがある。そのため、Ｗ含有量の上限を１．００％とする。Ｗ含有量の上限としては、０．３０％、０．２０％、又は０．１０％としてもよい。Ｗを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｗ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
Ｗは、鋼の焼入れ性の向上に有効な元素である。Ｗ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｗ含有量は０．０１％以上が好ましい。Ｗ含有量が１．００％を超えると、その効果が飽和することがある。そのため、Ｗ含有量の上限を１．００％とする。Ｗ含有量の上限としては、０．３０％、０．２０％、又は０．１０％としてもよい。Ｗを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｗ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
Ｖ：０．０１〜０．３０％
Ｖは、Ｃ及びＮと化合物を形成し、結晶粒微細化効果をもたらす元素である。Ｖ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｖ含有量は０．０１％以上が好ましい。Ｖ含有量が０．３０％を超えると化合物が粗大となり、結晶粒微細化効果が得られないことがある。そのため、Ｖ含有量の上限を０．３０％とする。Ｖ含有量の上限としては、０．２０％、又は０．１０％としてもよい。Ｖを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｖ含有量の好ましい下限は０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
Ｖは、Ｃ及びＮと化合物を形成し、結晶粒微細化効果をもたらす元素である。Ｖ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｖ含有量は０．０１％以上が好ましい。Ｖ含有量が０．３０％を超えると化合物が粗大となり、結晶粒微細化効果が得られないことがある。そのため、Ｖ含有量の上限を０．３０％とする。Ｖ含有量の上限としては、０．２０％、又は０．１０％としてもよい。Ｖを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｖ含有量の好ましい下限は０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
Ｔｉ：０．００１〜０．３００％
Ｔｉは、鋼中で微細なＴｉＣ、（Ｔｉ，Ｎｂ）ＣおよびＴｉＣＳ等のＴｉ系析出物を生成し、結晶粒の微細化効果をもたらす元素である。Ｔｉ含有量が０．００１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｔｉ含有量は０．００１％以上が好ましい。Ｔｉ含有量が０．３００％を超えると、その効果は飽和することがある。以上の理由から、Ｔｉの含有量を０．３００％以下とする。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．２５０％であり、さらに好ましくは０．２００％である。
Ｔｉは、鋼中で微細なＴｉＣ、（Ｔｉ，Ｎｂ）ＣおよびＴｉＣＳ等のＴｉ系析出物を生成し、結晶粒の微細化効果をもたらす元素である。Ｔｉ含有量が０．００１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｔｉ含有量は０．００１％以上が好ましい。Ｔｉ含有量が０．３００％を超えると、その効果は飽和することがある。以上の理由から、Ｔｉの含有量を０．３００％以下とする。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．２５０％であり、さらに好ましくは０．２００％である。
Ｎｂ：０．００１〜０．３００％
Ｎｂは、鋼中に（Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃを生成し、結晶粒微細化効果をもたらす元素である。Ｎｂ含有量が０．００１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｎｂ含有量は０．００１％以上が好ましい。Ｎｂ含有量が０．３００％を超えると、その効果は飽和することがある。以上の理由から、Ｎｂの含有量を０．３００％以下とする。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．２５０％であり、さらに好ましくは０．２００％である。
Ｎｂは、鋼中に（Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃを生成し、結晶粒微細化効果をもたらす元素である。Ｎｂ含有量が０．００１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｎｂ含有量は０．００１％以上が好ましい。Ｎｂ含有量が０．３００％を超えると、その効果は飽和することがある。以上の理由から、Ｎｂの含有量を０．３００％以下とする。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．２５０％であり、さらに好ましくは０．２００％である。
Ｂ：０．０００１〜０．００５０％
Ｂは、Ｐの粒界偏析を抑制する働きを有する。また、Ｂは粒界強度および粒内強度の向上効果、及び焼入れ性の向上効果も有し、これら効果は鋼の疲労強度を向上させる。Ｂ含有量が０．０００１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｂ含有量は０．０００１％以上が好ましい。Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、その効果は飽和することがある。以上の理由から、Ｂの含有量を０．００５０％以下とする。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
Ｂは、Ｐの粒界偏析を抑制する働きを有する。また、Ｂは粒界強度および粒内強度の向上効果、及び焼入れ性の向上効果も有し、これら効果は鋼の疲労強度を向上させる。Ｂ含有量が０．０００１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｂ含有量は０．０００１％以上が好ましい。Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、その効果は飽和することがある。以上の理由から、Ｂの含有量を０．００５０％以下とする。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
本実施形態による軸受鋼部品の化学組成は、さらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｅ及び希土類元素（ＲＥＭ）からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。つまり、これら元素の含有量の下限は０％である。そして、これら元素を含有させる場合、元素の含有量の上限値は、後述する範囲の上限値とする。各元素の含有量は、０％超え後述する範囲の上限値以下が好ましく、後述する範囲がより好ましい。
Ｐｂ：０．０１〜０．５０％
Ｐｂは切削時に溶融、脆化することで被削性を向上する元素である。Ｐｂ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｐｂ含有量は０．０１％以上が好ましい。一方過剰に添加すると製造性が低下することがある。そのため、Ｐｂ含有量の上限は０．５０％とする。Ｐｂ含有量の上限としては、０．３０％、０．２０％、又は０．１０％としてもよい。Ｐｂを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｐｂ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
Ｐｂは切削時に溶融、脆化することで被削性を向上する元素である。Ｐｂ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｐｂ含有量は０．０１％以上が好ましい。一方過剰に添加すると製造性が低下することがある。そのため、Ｐｂ含有量の上限は０．５０％とする。Ｐｂ含有量の上限としては、０．３０％、０．２０％、又は０．１０％としてもよい。Ｐｂを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｐｂ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
Ｂｉ：０．０１〜０．５０％
Ｂｉは、硫化物が微細分散することで被削性を向上する元素である。Ｂｉ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｂｉ含有量は０．０１％以上が好ましい。一方過剰に添加すると鋼の熱間加工性が劣化し、熱間圧延が困難となることがある。そのため、Ｂｉ含有量の上限を０．５０％とする。Ｂｉ含有量の上限としては、０．２０％、０．１０％、又は０．０５％としてもよい。Ｂｉを含有させて上述の効果を得る場合には、好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
Ｂｉは、硫化物が微細分散することで被削性を向上する元素である。Ｂｉ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｂｉ含有量は０．０１％以上が好ましい。一方過剰に添加すると鋼の熱間加工性が劣化し、熱間圧延が困難となることがある。そのため、Ｂｉ含有量の上限を０．５０％とする。Ｂｉ含有量の上限としては、０．２０％、０．１０％、又は０．０５％としてもよい。Ｂｉを含有させて上述の効果を得る場合には、好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１００％
Ｍｇは脱酸元素であり、鋼中に酸化物を生成する。さらに、Ｍｇが形成するＭｇ系酸化物は、ＭｎＳの晶出および／または析出の核になりやすい。また、Ｍｇの硫化物は、ＭｎおよびＭｇの複合硫化物となることにより、ＭｎＳを球状化させる。このように、ＭｇはＭｎＳの分散を制御し、被削性を改善するために有効な元素である。Ｍｇ含有量が０．０００１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｍｇ含有量は０．０００１％以上が好ましい。しかし、Ｍｇ含有量が０．０１００％を超えると、ＭｇＳが大量に生成され、鋼の被削性が低下することがある。そのため、Ｍｇを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｍｇ含有量の上限を０．０１００％とする。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
Ｍｇは脱酸元素であり、鋼中に酸化物を生成する。さらに、Ｍｇが形成するＭｇ系酸化物は、ＭｎＳの晶出および／または析出の核になりやすい。また、Ｍｇの硫化物は、ＭｎおよびＭｇの複合硫化物となることにより、ＭｎＳを球状化させる。このように、ＭｇはＭｎＳの分散を制御し、被削性を改善するために有効な元素である。Ｍｇ含有量が０．０００１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｍｇ含有量は０．０００１％以上が好ましい。しかし、Ｍｇ含有量が０．０１００％を超えると、ＭｇＳが大量に生成され、鋼の被削性が低下することがある。そのため、Ｍｇを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｍｇ含有量の上限を０．０１００％とする。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
Ｚｒ：０．０００１〜０．０５００％
Ｚｒは脱酸元素であり、酸化物を生成する。さらに、Ｚｒが形成するＺｒ系酸化物はＭｎＳの晶出および／または析出の核になりやすい。このように、Ｚｒは、ＭｎＳの分散を制御し、被削性を改善するために有効な元素ある。Ｚｒ含有量が０．０００１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｚｒ含有量は０．０００１％以上が好ましい。しかし、Ｚｒ量が０．０５００％を超えると、その効果が飽和することがある。そのため、Ｚｒを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｚｒ含有量の上限を０．０５００％とする。Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．０４００％であり、さらに好ましくは０．０１００％である。Ｚｒ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
Ｚｒは脱酸元素であり、酸化物を生成する。さらに、Ｚｒが形成するＺｒ系酸化物はＭｎＳの晶出および／または析出の核になりやすい。このように、Ｚｒは、ＭｎＳの分散を制御し、被削性を改善するために有効な元素ある。Ｚｒ含有量が０．０００１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｚｒ含有量は０．０００１％以上が好ましい。しかし、Ｚｒ量が０．０５００％を超えると、その効果が飽和することがある。そのため、Ｚｒを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｚｒ含有量の上限を０．０５００％とする。Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．０４００％であり、さらに好ましくは０．０１００％である。Ｚｒ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
Ｔｅ：０．０００１〜０．１０００％
Ｔｅは、ＭｎＳの球状化を促進するので、鋼の被削性を改善する。Ｔｅ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｔｅ含有量は０．０１％以上が好ましい。Ｔｅ含有量が０．１０００％を超えるとその効果が飽和することがある。そのため、Ｔｅを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｔｅ含有量の上限を０．１０００％とする。Ｔｅ含有量の好ましい上限は０．０８００％であり、さらに好ましくは０．０６００％である。Ｔｅ含有量の上限としては、０．０１００％、０．００７０％、又は０．００５０％としてもよい。Ｔｅ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
Ｔｅは、ＭｎＳの球状化を促進するので、鋼の被削性を改善する。Ｔｅ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｔｅ含有量は０．０１％以上が好ましい。Ｔｅ含有量が０．１０００％を超えるとその効果が飽和することがある。そのため、Ｔｅを含有させて上述の効果を得る場合には、Ｔｅ含有量の上限を０．１０００％とする。Ｔｅ含有量の好ましい上限は０．０８００％であり、さらに好ましくは０．０６００％である。Ｔｅ含有量の上限としては、０．０１００％、０．００７０％、又は０．００５０％としてもよい。Ｔｅ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
希土類元素：０．０００１〜０．００５０％
希土類元素は、鋼中に硫化物を生成し、この硫化物がＭｎＳの析出核となることで、ＭｎＳの生成を促進する元素であり、鋼の被削性を改善する。希土類元素の合計含有量が０．０００１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、希土類元素の合計含有量は０．０００１％以上が好ましい。しかし、希土類元素の合計含有量が０．００５０％を超えると、硫化物が粗大になり、鋼の疲労強度を低下させることがある。そのため、希土類元素を含有させて上述の効果を得る場合には、希土類元素の合計含有量の上限を０．００５０％とする。希土類元素の合計含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。希土類元素の合計含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
希土類元素は、鋼中に硫化物を生成し、この硫化物がＭｎＳの析出核となることで、ＭｎＳの生成を促進する元素であり、鋼の被削性を改善する。希土類元素の合計含有量が０．０００１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、希土類元素の合計含有量は０．０００１％以上が好ましい。しかし、希土類元素の合計含有量が０．００５０％を超えると、硫化物が粗大になり、鋼の疲労強度を低下させることがある。そのため、希土類元素を含有させて上述の効果を得る場合には、希土類元素の合計含有量の上限を０．００５０％とする。希土類元素の合計含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。希土類元素の合計含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
本明細書でいう希土類元素は、周期律表中の原子番号５７のランタン（Ｌａ）から原子番号７１のルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素に、イットリウム（Ｙ）及びスカンジウム（Ｓｃ）を加えた１７元素の総称である。希土類元素の含有量は、これらの１種又は２種以上の元素の総含有量を意味する。
本実施形態による軸受鋼部品の化学組成は、さらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｓｎ、及びＩｎからなる群から選択される１種又は２種を含有してもよい。つまり、これら元素の含有量の下限は０％である。そして、これら元素を含有させる場合、元素の含有量の上限値は、後述する範囲の上限値とする。各元素の含有量は、０％超え後述する範囲の上限値以下が好ましく、後述する範囲がより好ましい。
Ｓｎ：０．０１％〜２．０％
Ｓｎは、フェライトを脆化させて工具寿命を延ばすと共に、切削加工後の表面粗さを向上させる効果がある。その効果を安定して得るには、Ｓｎ含有量は０．０１％以上が好ましい。また、２．０％を超えてＳｎを含有しても、その効果は飽和する。よって、Ｓｎを含有する場合は、Ｓｎ含有量を２．０％以下とする。
Ｓｎは、フェライトを脆化させて工具寿命を延ばすと共に、切削加工後の表面粗さを向上させる効果がある。その効果を安定して得るには、Ｓｎ含有量は０．０１％以上が好ましい。また、２．０％を超えてＳｎを含有しても、その効果は飽和する。よって、Ｓｎを含有する場合は、Ｓｎ含有量を２．０％以下とする。
Ｉｎ：０．０１％〜０．５０％
Ｉｎは、切削時に溶融、脆化することで被削性を向上する元素である。Ｉｎ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｉｎ含有量は０．０１％以上が好ましい。一方過剰に添加すると製造性が低下することがある。そのため、Ｉｎ含有量の上限は０．５０％とする。Ｉｎ含有量の上限としては、０．３０％、０．２０％、又は０．１０％としてもよい。Ｉｎを含有させて上記効果を得る場合には、Ｉｎ含有量の下限は、０．０２％がより好ましく、０．０５％がさらに好ましい。
Ｉｎは、切削時に溶融、脆化することで被削性を向上する元素である。Ｉｎ含有量が０．０１％未満では、この効果が不十分となることがある。そのため、Ｉｎ含有量は０．０１％以上が好ましい。一方過剰に添加すると製造性が低下することがある。そのため、Ｉｎ含有量の上限は０．５０％とする。Ｉｎ含有量の上限としては、０．３０％、０．２０％、又は０．１０％としてもよい。Ｉｎを含有させて上記効果を得る場合には、Ｉｎ含有量の下限は、０．０２％がより好ましく、０．０５％がさらに好ましい。
本実施形態に係る軸受鋼部品は、上述の合金成分を含有し、残部がＦｅおよび不純物を含む。上述の合金成分以外の元素（例えば、Ｓｂ、Ｔａ、Ａｓ、Ｈ、Ｈｆ、Ｚｎ等の元素）が、不純物として、原材料および製造装置から鋼中に混入することは、その混入量が鋼の特性に影響を及ぼさない水準である限り許容される。
（金属組織）
次に、本実施形態に係る軸受鋼部品の金属組織について説明する。
次に、本実施形態に係る軸受鋼部品の金属組織について説明する。
円相当径が５μｍ以上で、かつＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度について説明する。
ショットピーニング時のクラック、および圧痕周縁の盛り上がり部からのき裂発生、伝播を抑制するために、発明者らが酸化物の種類および量が異なる鋼材を用いて、酸化物と耐圧痕寿命の関係を調査した。
ショットピーニング時のクラック、および圧痕周縁の盛り上がり部からのき裂発生、伝播を抑制するために、発明者らが酸化物の種類および量が異なる鋼材を用いて、酸化物と耐圧痕寿命の関係を調査した。
まず、酸化物を構成する酸化物種の種類、量の影響を検討した。その結果、様々な酸化物種が鋼中に存在するうち、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、およびＳｉＯ２の割合が耐圧痕寿命に対して影響を与え、その３種の酸化物の合計の質量に対するＡｌ２Ｏ３の含有率が耐圧痕寿命に対し強く相関することがわかった。つまり、酸化物中に、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、およびＳｉＯ２以外の酸化物が含まれても、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、およびＳｉＯ２の合計の質量に対するＡｌ２Ｏ３の含有率が耐圧痕寿命に対し強く相関することがわかった。
次に、耐圧痕寿命に及ぼす酸化物の形状、個数について検討した。その結果、円相当径が５μｍ以上の酸化物の個数密度が耐圧痕寿命と相関することがわかった。そこで、耐圧痕寿命に大きな影響を及ぼすＡｌ２Ｏ３の含有率と円相当径が５μｍ以上の酸化物の個数密度について、それぞれ縦軸、横軸にプロットをとり整理した結果、円相当径が５μｍ以上で、かつＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度が３．０個／ｃｍ２以下の領域で良好な耐圧痕寿命が得られ、その領域から外れるほど耐圧痕寿命が低下することを知見した。
これは、円相当径が５μｍ以上で、かつＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物を制御することに伴って、光学顕微鏡で判別できないレベルの微小な介在物による「ショットピーニング時に発生する微小なクラック」、および「盛り上がり部のき裂の発生」を無害化できているためと推測する。
そして、円相当径が５μｍ以上で、かつＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度が３．０個／ｃｍ２以下となる軸受鋼部品は、クラックが見られず、良好な耐圧痕寿命が得られた。そのため、酸化物の個数密度の上限を３．０個／ｃｍ２とした。Ａｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度の好ましい上限は２．０個／ｃｍ２であり、さらに好ましくは１．５個／ｃｍ２である。酸化物は存在しないことが好ましいため、下限は０個／ｃｍ２である。
なお、酸化物の個数密度は、観察視野の選定を除き［実施例］に記載した方法で測定された値である。観察視野は切断面の観察部の面積が合計で４ｃｍ２確保できればよい。
そして、円相当径が５μｍ以上で、かつＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度が３．０個／ｃｍ２以下となる軸受鋼部品は、クラックが見られず、良好な耐圧痕寿命が得られた。そのため、酸化物の個数密度の上限を３．０個／ｃｍ２とした。Ａｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度の好ましい上限は２．０個／ｃｍ２であり、さらに好ましくは１．５個／ｃｍ２である。酸化物は存在しないことが好ましいため、下限は０個／ｃｍ２である。
なお、酸化物の個数密度は、観察視野の選定を除き［実施例］に記載した方法で測定された値である。観察視野は切断面の観察部の面積が合計で４ｃｍ２確保できればよい。
次に、転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さについて説明する。
表面硬さを低くすると圧痕周縁の盛り上がり部がつぶれるため耐圧痕寿命を向上できるが、耐圧痕寿命以外の転動疲労寿命が低下する。そのため、耐圧痕寿命以外の転動疲労寿命を維持するには、一般に自動車用に用いられる軸受鋼部品レベルの硬さ、すなわちビッカース硬さで７５０程度の硬さが求められる。このことから、表面の硬さ、すなわち転動面から５０μｍ深さでのビッカース硬さは７５０以上である必要がある。しかし、ビッカース硬さは高くなりすぎると脆くなるため、１０５０を上限とする必要がある。ビッカース硬さの好ましい上限は１０００、さらに好ましくは９５０である。
なお、ビッカース硬さは、切断位置を除き［実施例］に記載した方法で測定された値である。切断位置は部品形状によって異なるが、転送部表面に垂直に切断した断面であればよい。
表面硬さを低くすると圧痕周縁の盛り上がり部がつぶれるため耐圧痕寿命を向上できるが、耐圧痕寿命以外の転動疲労寿命が低下する。そのため、耐圧痕寿命以外の転動疲労寿命を維持するには、一般に自動車用に用いられる軸受鋼部品レベルの硬さ、すなわちビッカース硬さで７５０程度の硬さが求められる。このことから、表面の硬さ、すなわち転動面から５０μｍ深さでのビッカース硬さは７５０以上である必要がある。しかし、ビッカース硬さは高くなりすぎると脆くなるため、１０５０を上限とする必要がある。ビッカース硬さの好ましい上限は１０００、さらに好ましくは９５０である。
なお、ビッカース硬さは、切断位置を除き［実施例］に記載した方法で測定された値である。切断位置は部品形状によって異なるが、転送部表面に垂直に切断した断面であればよい。
次に、転動面の圧縮残留応力について説明する。
転動面の圧縮残留応力は、圧痕周縁の盛り上がり部からのき裂発生を抑制し耐圧痕寿命を向上する効果がある。その効果を得るには、転動面の圧縮残留応力が９００ＭＰａ以上である必要がある。転動面の圧縮残留応力は高いほど好ましいが、圧縮残留応力を過剰に高くするにはショットピーニング時の投射圧を高くする等の激しい加工が必要となり、部品形状が変わり機能を果たせなくなる。そのため転動面の圧縮残留応力の上限は２０００ＭＰａである。
なお、圧縮残留応力は、［実施例］に記載した方法で測定された値である。
転動面の圧縮残留応力は、圧痕周縁の盛り上がり部からのき裂発生を抑制し耐圧痕寿命を向上する効果がある。その効果を得るには、転動面の圧縮残留応力が９００ＭＰａ以上である必要がある。転動面の圧縮残留応力は高いほど好ましいが、圧縮残留応力を過剰に高くするにはショットピーニング時の投射圧を高くする等の激しい加工が必要となり、部品形状が変わり機能を果たせなくなる。そのため転動面の圧縮残留応力の上限は２０００ＭＰａである。
なお、圧縮残留応力は、［実施例］に記載した方法で測定された値である。
次に、軸受鋼部品の金属組織について説明する。
本実施形態に係る軸受鋼部品は、例えば、焼入れ前の加熱時においてオーステナイトとセメンタイトの２相域にあるため、焼入れ焼戻しを行うこと得られる。
そのため、軸受鋼部品の金属組織としては、例えば、焼戻しマルテンサイト及びセメンタイトを主体として（例えば面積率６０％以上で）含み、残留オーステナイトおよび残部（ベイナイト、介在物を含む）からなる金属組織が例示される。なお、残留オーステナイトの面積率は、ビッカース硬さを７５０以上とする観点から、１０％以下が好ましく、２〜８％がより好ましく、３〜７％がより好ましい。
本実施形態に係る軸受鋼部品は、例えば、焼入れ前の加熱時においてオーステナイトとセメンタイトの２相域にあるため、焼入れ焼戻しを行うこと得られる。
そのため、軸受鋼部品の金属組織としては、例えば、焼戻しマルテンサイト及びセメンタイトを主体として（例えば面積率６０％以上で）含み、残留オーステナイトおよび残部（ベイナイト、介在物を含む）からなる金属組織が例示される。なお、残留オーステナイトの面積率は、ビッカース硬さを７５０以上とする観点から、１０％以下が好ましく、２〜８％がより好ましく、３〜７％がより好ましい。
ただし、焼入れ時の冷却速度と部品形状の関係によっては、部品内部で焼入れが不十分となり、軸受鋼部品の金属組織には、焼戻しマルテンサイトの割合が低下してベイナイトを多く含む場合がある。
ここで、残留オーステナイトの面積率は、ＸＲＤ（Ｘ線回折装置）を用いて計測する。具体的には、残留オーステナイトの面積率は、マルテンサイトに起因する１５６．４０度近辺のピーク面積と、残留オーステナイトに起因する１２８．４０度近辺のピーク面積から、残留オーステナイトの体積率を算出し、この体積率を残留オーステナイトの面積率と定義する。
ここで、残留オーステナイトの面積率は、ＸＲＤ（Ｘ線回折装置）を用いて計測する。具体的には、残留オーステナイトの面積率は、マルテンサイトに起因する１５６．４０度近辺のピーク面積と、残留オーステナイトに起因する１２８．４０度近辺のピーク面積から、残留オーステナイトの体積率を算出し、この体積率を残留オーステナイトの面積率と定義する。
軸受鋼部品の金属組織は、軸受鋼部品の表面から深さ２．００ｍｍより内部の金属組織である。
（軸受鋼部品用棒鋼）
本実施形態に係る軸受鋼部品を得るのに適した本実施形態に係る軸受鋼部品用棒鋼は、次の通りである。
本実施形態に係る軸受鋼部品用棒鋼は、本実施形態に係る軸受鋼部品と同じ化学組成を有し、任意の棒鋼断面において、円相当径が５μｍ以上で、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２を含み、かつＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の合計の質量に対するＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度が３．０個／ｃｍ２以下である。
なお、酸化物の個数密度の測定方法は、本実施形態に係る軸受鋼部品における、酸化物の個数密度の測定方法と同じである。
本実施形態に係る軸受鋼部品を得るのに適した本実施形態に係る軸受鋼部品用棒鋼は、次の通りである。
本実施形態に係る軸受鋼部品用棒鋼は、本実施形態に係る軸受鋼部品と同じ化学組成を有し、任意の棒鋼断面において、円相当径が５μｍ以上で、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２を含み、かつＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の合計の質量に対するＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度が３．０個／ｃｍ２以下である。
なお、酸化物の個数密度の測定方法は、本実施形態に係る軸受鋼部品における、酸化物の個数密度の測定方法と同じである。
本実施形態に係る軸受鋼部品用棒鋼の金属組織は、パーライト及びベイナイトを主体として（例えば面積率６０％以上で）含み、初析セメンタイト、フェライト、残部からなる金属組織が例示できる。
軸受鋼部品用棒鋼の金属組織は、軸受鋼部品用棒鋼の表面から深さ２．００ｍｍより内部の金属組織である。
軸受鋼部品用棒鋼の金属組織は、軸受鋼部品用棒鋼の表面から深さ２．００ｍｍより内部の金属組織である。
（軸受鋼部品の製造方法）
次に、本実施形態に係る軸受鋼部品の製造方法について説明する。
上記金属組織を有する軸受鋼部品は、一例として、次のように製造することがよい。
まず、鉄鉱石またはスクラップベースの原料を用いて転炉で一次精錬を行う。転炉から出鋼した溶鋼に対してＳｉを添加し、その後Ａｌを添加して脱酸処理を実施する。脱酸処理後、取鍋精錬法、真空処理装置を使用した精錬法による二次精錬で、上記化学組成を有する溶鋼成分に調整する。成分調整した溶鋼を連続鋳造して鋼塊にすることがよい。この精錬方法の制御により、上記酸化物の個数密度が制御できる。なお、Ａｌ脱酸のみ実施した場合、例えば、化学成分としてＳｉを含んでも、また、添加するフラックスにＳｉＯ２が含まれても、介在物としての酸化物中にはＳｉＯ２成分は混入しない。Ｓｉ又はＳｉＯ２には、還元作用が働くためである。
ここで、鋳造に際し、タンディッシュ内での溶鋼温度は５〜２００℃スーパーヒートさせ、鋳型内では電磁撹拌を行う。
次に、鋼塊に対し分塊圧延を行い、熱間圧延により所定の断面形状に加工した後、冷却して軸受鋼部品用棒鋼を得る。熱間圧延後の冷却速度は、鋼材の表面温度が８００℃から３００℃の間における平均冷却速度で０．１〜５℃／秒の範囲に制御することがよい。
次に、得られた軸受鋼部品用棒鋼を、熱間鍛造、冷間鍛造、機械加工等により、研磨除去分を加味した部品形状とし、焼入れ焼戻しを行う。鍛造又は機械加工の効率を高めるため、この間に、焼準、球状化焼鈍等の熱処理を実施してもよい。また、焼入れ焼戻しは減圧、または非酸化雰囲気下で実施することが好ましい。焼入れ焼戻し後に機械加工を行ってもよい。
そして、処理後の加工品に、ショットピーニング処理を実施する。その後、寸法精度を確保するため研磨を実施する。ショットピーニング処理後に既定の寸法精度が確保できる場合、研磨工程を省略してもよい。このようにして軸受鋼部品を製造することで、上記金属組織が得られる。
次に、本実施形態に係る軸受鋼部品の製造方法について説明する。
上記金属組織を有する軸受鋼部品は、一例として、次のように製造することがよい。
まず、鉄鉱石またはスクラップベースの原料を用いて転炉で一次精錬を行う。転炉から出鋼した溶鋼に対してＳｉを添加し、その後Ａｌを添加して脱酸処理を実施する。脱酸処理後、取鍋精錬法、真空処理装置を使用した精錬法による二次精錬で、上記化学組成を有する溶鋼成分に調整する。成分調整した溶鋼を連続鋳造して鋼塊にすることがよい。この精錬方法の制御により、上記酸化物の個数密度が制御できる。なお、Ａｌ脱酸のみ実施した場合、例えば、化学成分としてＳｉを含んでも、また、添加するフラックスにＳｉＯ２が含まれても、介在物としての酸化物中にはＳｉＯ２成分は混入しない。Ｓｉ又はＳｉＯ２には、還元作用が働くためである。
ここで、鋳造に際し、タンディッシュ内での溶鋼温度は５〜２００℃スーパーヒートさせ、鋳型内では電磁撹拌を行う。
次に、鋼塊に対し分塊圧延を行い、熱間圧延により所定の断面形状に加工した後、冷却して軸受鋼部品用棒鋼を得る。熱間圧延後の冷却速度は、鋼材の表面温度が８００℃から３００℃の間における平均冷却速度で０．１〜５℃／秒の範囲に制御することがよい。
次に、得られた軸受鋼部品用棒鋼を、熱間鍛造、冷間鍛造、機械加工等により、研磨除去分を加味した部品形状とし、焼入れ焼戻しを行う。鍛造又は機械加工の効率を高めるため、この間に、焼準、球状化焼鈍等の熱処理を実施してもよい。また、焼入れ焼戻しは減圧、または非酸化雰囲気下で実施することが好ましい。焼入れ焼戻し後に機械加工を行ってもよい。
そして、処理後の加工品に、ショットピーニング処理を実施する。その後、寸法精度を確保するため研磨を実施する。ショットピーニング処理後に既定の寸法精度が確保できる場合、研磨工程を省略してもよい。このようにして軸受鋼部品を製造することで、上記金属組織が得られる。
次に、本開示の実施例について説明するが、実施例での条件は、本開示の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本開示は、この一条件例に限定されるものではない。本開示は、本開示の要旨を逸脱せず、本開示の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
表１に示す化学成分を有する種々の鋼塊を熱間圧延し、棒鋼を得た。
そして、棒鋼を直径２８ｍｍに熱間鍛造し、鍛造品を得た。鋼番２５は汎用軸受鋼のＪＩＳ規定のＳＵＪ２である。鍛造前の加熱温度は１２５０℃とした。その後、表１に示す焼準加熱温度（９００〜１０５０℃）で１時間保持し完全にオーステナイト化させた後に放冷する条件で、鍛造品に焼準処理を施した。
次に、７９５℃で１．５時間保持した後、６５０℃まで１２℃／時の条件で冷却して放冷する条件で、焼準品に球状化焼鈍を施した。
次に、焼鈍品をφ１２．２ｍｍ×１５０ｍｍの円柱に加工した。そして、円柱品に対して、アルゴン雰囲気の８３０℃で０．５時間保持し、６０℃の油冷却する条件で焼入れを施した後、１８０℃で２時間保持する条件で焼戻しを施した。
そして、棒鋼を直径２８ｍｍに熱間鍛造し、鍛造品を得た。鋼番２５は汎用軸受鋼のＪＩＳ規定のＳＵＪ２である。鍛造前の加熱温度は１２５０℃とした。その後、表１に示す焼準加熱温度（９００〜１０５０℃）で１時間保持し完全にオーステナイト化させた後に放冷する条件で、鍛造品に焼準処理を施した。
次に、７９５℃で１．５時間保持した後、６５０℃まで１２℃／時の条件で冷却して放冷する条件で、焼準品に球状化焼鈍を施した。
次に、焼鈍品をφ１２．２ｍｍ×１５０ｍｍの円柱に加工した。そして、円柱品に対して、アルゴン雰囲気の８３０℃で０．５時間保持し、６０℃の油冷却する条件で焼入れを施した後、１８０℃で２時間保持する条件で焼戻しを施した。
その後、表２に従って、得られた鋼番１〜２４、２６〜３３、３５〜３６の焼戻した円柱品にショットピーニングを施した。
なお、Ｎｏ．１〜２４、２６〜３３についてショットピーニングＡを、Ｎｏ．３５についてショットピーニングＢを、Ｎｏ．３６についてショットピーニングＣを施した。Ｎｏ．２５、３４についてはショットピーニング施さなかった。
このようにして、軸受鋼部品の試料を得た。
なお、Ｎｏ．１〜２４、２６〜３３についてショットピーニングＡを、Ｎｏ．３５についてショットピーニングＢを、Ｎｏ．３６についてショットピーニングＣを施した。Ｎｏ．２５、３４についてはショットピーニング施さなかった。
このようにして、軸受鋼部品の試料を得た。
＜ショットピーニングＡ＞
・ショット粒：スチールラウンドカットワイヤφ１．０、ＨＶ８００
・投射圧：０．５ＭＰａ
・カバレージ：４００％
・ショット粒：スチールラウンドカットワイヤφ１．０、ＨＶ８００
・投射圧：０．５ＭＰａ
・カバレージ：４００％
＜ショットピーニングＢ＞
・ショット粒：スチールラウンドカットワイヤφ１．０、ＨＶ８００
・投射圧：０．３ＭＰａ
・カバレージ：２００％
・ショット粒：スチールラウンドカットワイヤφ１．０、ＨＶ８００
・投射圧：０．３ＭＰａ
・カバレージ：２００％
＜ショットピーニングＣ＞
・ショット粒：スチールラウンドカットワイヤφ１．０、ＨＶ６００
・投射圧：０．２ＭＰａ
・カバレージ：２００％
・ショット粒：スチールラウンドカットワイヤφ１．０、ＨＶ６００
・投射圧：０．２ＭＰａ
・カバレージ：２００％
その後、軸受鋼部品の試料を研磨により加工し、バフ研磨で仕上げて、図１に示す、外形寸法がφ１２ｍｍ×２２ｍｍである円柱状転動疲労試験片を得た。そして、耐圧痕寿命評価を実施した。耐圧痕寿命の評価には、ＮＴＮ円筒型転動疲れ試験機を用いた。具体的には、次の通りである。
まず、５３０ｋｇｆ／ｍｍ２の負荷のもと４６２４０ｒｐｍで加速時間を含めて１０秒間保持して、試験片における圧痕を打つ位置をめど付けした。めど付けした位置にロックウェル硬さ試験機で圧痕を９０度ごと４か所付与した。その後に、６００ｋｇｆ／ｍｍ２の負荷の元、潤滑油にＪＸ日鉱日石エネルギー製のＦＢＫタービンＩＳＯ粘度グレード５６を用いて４６２４０ｒｐｍで、振動計で剥離発生の検知を行い、１０７回を上限として剥離寿命を測定した。Ｎ＝１０で得た剥離寿命に対してワイブル線図にプロットし、１０％破損する寿命を耐圧痕寿命とした。また、耐圧痕寿命以外の転動疲労寿命として、圧痕を付与しない状態で１０８回を上限として剥離寿命をＮ＝２で測定し、この平均値を転動疲労寿命とした。
まず、５３０ｋｇｆ／ｍｍ２の負荷のもと４６２４０ｒｐｍで加速時間を含めて１０秒間保持して、試験片における圧痕を打つ位置をめど付けした。めど付けした位置にロックウェル硬さ試験機で圧痕を９０度ごと４か所付与した。その後に、６００ｋｇｆ／ｍｍ２の負荷の元、潤滑油にＪＸ日鉱日石エネルギー製のＦＢＫタービンＩＳＯ粘度グレード５６を用いて４６２４０ｒｐｍで、振動計で剥離発生の検知を行い、１０７回を上限として剥離寿命を測定した。Ｎ＝１０で得た剥離寿命に対してワイブル線図にプロットし、１０％破損する寿命を耐圧痕寿命とした。また、耐圧痕寿命以外の転動疲労寿命として、圧痕を付与しない状態で１０８回を上限として剥離寿命をＮ＝２で測定し、この平均値を転動疲労寿命とした。
転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さは、次の通り測定した。円柱状転動疲労試験片の試験実施相当位置である、端面から約７ｍｍ位置で長手方向に垂直に切断して得た断面について、ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９に則ってマイクロビッカース硬さ試験機を用いて測定した。具体的には、荷重２００ｇおよび保持時間１０秒の条件で、転動面から５０μｍ深さの硬さを、くぼみの中心間距離で１５０μｍ離れた５点について測定し、相加平均することで、ビッカース硬さを求めた。
転動面の圧縮残留応力は、次の通り測定した。円柱状転動疲労試験片の端面から約７ｍｍ位置を中心として２ｍｍ×２ｍｍの範囲が測定できるようマスキングした。そして、２ｍｍ×２ｍｍの範囲に対して、理学電気製Ａｕｔｏｍａｔｅ（Ｃｒ管球使用）を用い、コリメータφ１ｍｍとして２θ・ｓｉｎ２ψ法および並傾法（Ｉｓｏ−Ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）で、転動面の圧縮残留応力を測定した。
円相当径が５μｍ以上で、かつＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度は、次の通り測定した。円柱状転動疲労試験片の端面から３、７、１５、１９ｍｍ位置で長手方向に垂直に切断した。各試験片の切断面を、ダイヤモンドペーストを使用して鏡面研磨を行った。その後、各試験片の切断面のうち、円の中心と正方形の中心が一致するよう設定した１ｃｍ×１ｃｍの領域を、光学顕微鏡で観察して円相当径が５μｍ以上の介在物の位置を記録した。そして、走査型電子顕微鏡（日本電子製ＪＳＭ−６５００Ｆ）に搭載されたエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を用いてその介在物領域全体の分析から得たスペクトルを分析し、酸化物、硫化物、炭窒化物の判定を行った。分析に際し、加速電圧は２０ｋｅＶとし、各領域で１０秒間測定した。スペクトルの分析、定量化には日本電子製ソフトウェアＡｎａｌｙｓｉｓＳｔａｔｉｏｎを用いた。
酸化物と判定した介在物について、酸素以外のＣａ、Ａｌ、Ｓｉの３種の元素の質量比を求め、各３種の元素が生成する酸化物（つまり、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２）の質量比に換算することで、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の合計の質量に対するＡｌ２Ｏ３含有率を算出し、Ａｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上となった酸化物の個数を観察面積４ｃｍ２（１ｃｍ×１ｃｍの観察×４視野の合計観察面積）で割ることで個数密度を計算した。
なお、同様の手法により、得られた鍛造前の棒鋼の「相当径が５μｍ以上で、かつＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度」を測定した。
酸化物と判定した介在物について、酸素以外のＣａ、Ａｌ、Ｓｉの３種の元素の質量比を求め、各３種の元素が生成する酸化物（つまり、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２）の質量比に換算することで、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の合計の質量に対するＡｌ２Ｏ３含有率を算出し、Ａｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上となった酸化物の個数を観察面積４ｃｍ２（１ｃｍ×１ｃｍの観察×４視野の合計観察面積）で割ることで個数密度を計算した。
なお、同様の手法により、得られた鍛造前の棒鋼の「相当径が５μｍ以上で、かつＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度」を測定した。
表２に各試料の鋼種における、円相当径が５μｍ以上で、かつＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度（表中「酸化物の個数密度」と表記）、転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さ（表中「表面硬さ」と表記）、転動面の圧縮残留応力、耐圧痕寿命、転動疲労寿命を示す。
また、既述の方法に従って測定した、表２に各試料の鋼種における「残留オーステナイトの面積率（表中「残留γ量」と表記）を示す。
なお、表中、「１０＾Ｘ」との表記は、「１０Ｘ」を意味する。例えば、「１０＾６」は「１０６」を意味する。
また、表１および表２の下線が付された値は、本開示の範囲外の値であることを示す。表１の化学組成の欄の空欄箇所は、その空欄箇所に該当する元素が意図的に添加されていないことを示す。
また、既述の方法に従って測定した、表２に各試料の鋼種における「残留オーステナイトの面積率（表中「残留γ量」と表記）を示す。
なお、表中、「１０＾Ｘ」との表記は、「１０Ｘ」を意味する。例えば、「１０＾６」は「１０６」を意味する。
また、表１および表２の下線が付された値は、本開示の範囲外の値であることを示す。表１の化学組成の欄の空欄箇所は、その空欄箇所に該当する元素が意図的に添加されていないことを示す。
開示例のＮｏ．１〜２４は、転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さを一般軸受鋼部品レベル（ビッカース硬さ７５０以上）と同等に維持しながら、良好な耐圧痕寿命および転動疲労寿命を有する。
比較例のＮｏ．２５は汎用的に使用されるＳＵＪ２であり、化学成分の含有量、円相当径が５μｍ以上でＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度、および転動面の圧縮残留応力が本開示の規定範囲外であったため、耐圧痕寿命および転動疲労寿命のいずれも低くなった。
比較例のＮｏ．２６、２７、３０〜３２は、化学成分の含有量および円相当径が５μｍ以上でＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度が、本開示の規定範囲外であったため、低い耐圧痕寿命しか有しなかった。
比較例のＮｏ．２８および２９は、化学成分の含有量が本開示の規定範囲外であり、適切なショットピーニング処理を実施しても転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さが低かったため、低い転動疲労寿命しか有しなかった。
比較例のＮｏ．３３は、化学成分の含有量が本開示の規定範囲外であったため、耐圧痕寿命および転動疲労寿命のいずれも低くなった。
比較例のＮｏ．３４は、ショットピーニング処理を実施していないため、転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さおよび転動面の圧縮残留応力が本開示の規定範囲外となった結果、耐圧痕寿命および転動疲労寿命のいずれも低くなった。
比較例のＮｏ．３５は、ショットピーニング処理における投射圧およびカバレージが低く、転動面の圧縮残留応力が本開示の規定範囲外となったため、低い耐圧痕寿命しか有しなかった。
比較例のＮｏ．３６は、ショットピーニング処理におけるショット粒の硬度、投射圧およびカバレージが低く、転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さおよび転動面の圧縮残留応力が本開示の規定範囲外となったため、耐圧痕寿命および転動疲労寿命のいずれも低くなった。
比較例のＮｏ．２５は汎用的に使用されるＳＵＪ２であり、化学成分の含有量、円相当径が５μｍ以上でＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度、および転動面の圧縮残留応力が本開示の規定範囲外であったため、耐圧痕寿命および転動疲労寿命のいずれも低くなった。
比較例のＮｏ．２６、２７、３０〜３２は、化学成分の含有量および円相当径が５μｍ以上でＡｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度が、本開示の規定範囲外であったため、低い耐圧痕寿命しか有しなかった。
比較例のＮｏ．２８および２９は、化学成分の含有量が本開示の規定範囲外であり、適切なショットピーニング処理を実施しても転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さが低かったため、低い転動疲労寿命しか有しなかった。
比較例のＮｏ．３３は、化学成分の含有量が本開示の規定範囲外であったため、耐圧痕寿命および転動疲労寿命のいずれも低くなった。
比較例のＮｏ．３４は、ショットピーニング処理を実施していないため、転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さおよび転動面の圧縮残留応力が本開示の規定範囲外となった結果、耐圧痕寿命および転動疲労寿命のいずれも低くなった。
比較例のＮｏ．３５は、ショットピーニング処理における投射圧およびカバレージが低く、転動面の圧縮残留応力が本開示の規定範囲外となったため、低い耐圧痕寿命しか有しなかった。
比較例のＮｏ．３６は、ショットピーニング処理におけるショット粒の硬度、投射圧およびカバレージが低く、転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さおよび転動面の圧縮残留応力が本開示の規定範囲外となったため、耐圧痕寿命および転動疲労寿命のいずれも低くなった。
なお、鋼番１〜２４に示す化学成分を有する棒鋼は、適切なショットピーニング処理を実施すれば、表面硬さを一般軸受鋼部品レベルと同等に維持しながら耐圧痕寿命に優れる軸受鋼部品が得られるため、当該軸受鋼部品を得るのに適した棒鋼であることがわかる。
なお、日本国特許出願第２０１８−００８１８０号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (6)
- 質量％で、
Ｃ ：０．７６〜１．２０％、
Ｓｉ：０．７０〜３．００％、
Ｍｎ：０．１０〜２．００％、
Ｃｒ：０．１０〜３．００％、
Ｍｏ：０．００１〜０．１００％、
Ｓ ：０．００１〜０．０３０％、
Ｎ ：０．００４〜０．０２０％、
Ｃａ：０．０００２〜０．０１００％、
Ａｌ：０．００１〜０．０１０％、
Ｏ ：０〜０．００５％、
Ｐ ：０〜０．０３０％、
Ｎｉ：０〜３．００％、
Ｃｕ：０〜１．００％、
Ｃｏ：０〜３．００％、
Ｗ ：０〜１．００％、
Ｖ ：０〜０．３０％、
Ｔｉ：０〜０．３００％、
Ｎｂ：０〜０．３００％、
Ｂ ：０〜０．００５０％
Ｐｂ：０〜０．５０％、
Ｂｉ：０〜０．５０％、
Ｍｇ：０〜０．０１００％、
Ｚｒ：０〜０．０５００％、
Ｔｅ：０〜０．１０００％、
希土類元素：０〜０．００５０％、
Ｓｎ：０〜２．０％、
Ｉｎ：０〜０．５０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
任意の部品断面において、円相当径が５μｍ以上で、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２を含み、かつ前記ＣａＯ、前記Ａｌ２Ｏ３および前記ＳｉＯ２の合計の質量に対する前記Ａｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度が３．０個／ｃｍ２以下であり、
転動面から５０μｍ深さのビッカース硬さが７５０以上であり、
転動面の圧縮残留応力が９００ＭＰａ以上である、
軸受鋼部品。 - 質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜３．００％、
Ｃｕ：０．０１〜１．００％、
Ｃｏ：０．０１〜３．００％、
Ｗ ：０．０１〜１．００％、
Ｖ ：０．０１〜０．３０％、
Ｔｉ：０．００１〜０．３００％、
Ｎｂ：０．００１〜０．３００％、および
Ｂ ：０．０００１〜０．００５０％
の１種又は２種以上を含有する請求項１に記載の軸受鋼部品。 - 質量％で、
Ｐｂ：０．０１〜０．５０％、
Ｂｉ：０．０１〜０．５０％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｚｒ：０．０００１〜０．０５００％、
Ｔｅ：０．０００１〜０．１０００％、および
希土類元素：０．０００１〜０．００５０％
の１種又は２種以上を含有する請求項１又は請求項２に記載の軸受鋼部品。 - 質量％で、
Ｃ ：０．７６〜１．２０％、
Ｓｉ：０．７０〜３．００％、
Ｍｎ：０．１０〜２．００％、
Ｃｒ：０．１０〜３．００％、
Ｍｏ：０．００１〜０．１００％、
Ｓ ：０．００１〜０．０３０％、
Ｎ ：０．００４〜０．０２０％、
Ｃａ：０．０００２〜０．０１００％、
Ａｌ：０．００１〜０．０１０％、
Ｏ ：０〜０．００５％、
Ｐ ：０〜０．０３０％、
Ｎｉ：０〜３．００％、
Ｃｕ：０〜１．００％、
Ｃｏ：０〜３．００％、
Ｗ ：０〜１．００％、
Ｖ ：０〜０．３０％、
Ｔｉ：０〜０．３００％、
Ｎｂ：０〜０．３００％、
Ｂ ：０〜０．００５０％
Ｐｂ：０〜０．５０％、
Ｂｉ：０〜０．５０％、
Ｍｇ：０〜０．０１００％、
Ｚｒ：０〜０．０５００％、
Ｔｅ：０〜０．１０００％、
希土類元素：０〜０．００５０％、
Ｓｎ：０〜２．０％、
Ｉｎ：０〜０．５０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
任意の棒鋼断面において、円相当径が５μｍ以上で、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２を含み、かつ、前記ＣａＯ、前記Ａｌ２Ｏ３および前記ＳｉＯ２の合計の質量に対する前記Ａｌ２Ｏ３の含有率が５０質量％以上の酸化物の個数密度が３．０個／ｃｍ２以下である、
軸受鋼部品用棒鋼。 - 質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜３．００％、
Ｃｕ：０．０１〜１．００％、
Ｃｏ：０．０１〜３．００％、
Ｗ ：０．０１〜１．００％、
Ｖ ：０．０１〜０．３０％、
Ｔｉ：０．００１〜０．３００％、
Ｎｂ：０．００１〜０．３００％、および
Ｂ ：０．０００１〜０．００５０％
の１種又は２種以上を含有する請求項４に記載の軸受鋼部品用棒鋼。 - 質量％で、
Ｐｂ：０．０１〜０．５０％、
Ｂｉ：０．０１〜０．５０％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｚｒ：０．０００１〜０．０５００％、
Ｔｅ：０．０００１〜０．１０００％、および
希土類元素：０．０００１〜０．００５０％
の１種又は２種以上を含有する請求項４又は請求項５に記載の軸受鋼部品用棒鋼。
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