JP6881613B2 - 浸炭軸受鋼部品、および浸炭軸受鋼部品用棒鋼 - Google Patents
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Description
本開示は、浸炭軸受鋼部品、および浸炭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3〜5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、AlNの析出量を0.01%以下に制限し、円相当径が20μm超、アスペクト比が3超で硫化物の密度d(個/mm2)と、Sの含有量[S](質量%)とがd≦1700[S]+20を満足する肌焼鋼が開示されている。そして、特許文献3では、AlN、硫化物、Sの含有量を制御することにより、肌焼鋼の粗大粒の発生を防止し、冷間加工性、切削性、浸炭焼入れ後の疲労特性に優れることが開示されている。
また、特許文献4では、フッ素源を実質的に含有しないCaO−SiO2系フラックスを使用し、大気下において、Alにより脱酸された溶鋼とフラックスとを攪拌した後、溶鋼にCaを添加し、その後、溶鋼を減圧下で精錬する軸受鋼の製造方法が開示されている。そして、特許文献4では、CaF2などのフッ素源を含有しないフラックスを使用して、鋼中介在物を微細化すると同時に介在物個数を低減し、清浄性が高く、転動疲労寿命特性に優れた軸受鋼を製造できることが開示されている。
また、特許文献5では、鋼中に含まれる酸化物系介在物が全て粒子径15μm以下であって、10μm以上の粒子が全体の2%未満である軸受鋼が開示されている。そして、特許文献5では、酸化物系介在物の粒径を制御するにより、高強度、長寿命および高い耐熱性を実現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:国際公開WO2010−116555号公報
特許文献4:日本国特開2010−196114号公報
特許文献5:日本国特開平5−140696号公報
特許文献2:日本国特開2006−329319号公報
特許文献3:国際公開WO2010−116555号公報
特許文献4:日本国特開2010−196114号公報
特許文献5:日本国特開平5−140696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(ビッカース硬さ750以上)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3〜5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3〜5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浸炭軸受鋼部品、および、当該浸炭軸受鋼部品を得るのに適した浸炭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>
浸炭軸受鋼部品の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
質量%で、
C :0.15〜0.25%、
Si:0.70〜1.50%、
Mn:0.40〜1.50%、
Cr:0.15〜1.50%、
Mo:0.001〜0.150%、
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、
浸炭軸受鋼部品。
<2>
浸炭軸受鋼部品の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
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>に記載の浸炭軸受鋼部品。
<3>
浸炭軸受鋼部品の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
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%、
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>に記載の浸炭軸受鋼部品。
<4>
転動面における浸炭層のC含有量が、質量%で0.60〜1.10%である<1>〜<3>のいずれか1項に記載の浸炭軸受鋼部品。
<5>
浸炭軸受鋼部品用棒鋼の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
質量%で、
C :0.15〜0.25%、
Si:0.70〜1.50%、
Mn:0.40〜1.50%、
Cr:0.15〜1.50%、
Mo:0.001〜0.150%、
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、
浸炭軸受鋼部品用棒鋼。
<6>
浸炭軸受鋼部品用棒鋼の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
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<5>に記載の浸炭軸受鋼部品用棒鋼。
<7>
浸炭軸受鋼部品用棒鋼の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
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%、
希土類元素:0.0001〜0.0050%
の1種又は2種以上を含有する<5>又は<6>に記載の浸炭軸受鋼部品用棒鋼。
<1>
浸炭軸受鋼部品の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
質量%で、
C :0.15〜0.25%、
Si:0.70〜1.50%、
Mn:0.40〜1.50%、
Cr:0.15〜1.50%、
Mo:0.001〜0.150%、
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、
浸炭軸受鋼部品。
<2>
浸炭軸受鋼部品の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
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>に記載の浸炭軸受鋼部品。
<3>
浸炭軸受鋼部品の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
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%、
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>に記載の浸炭軸受鋼部品。
<4>
転動面における浸炭層のC含有量が、質量%で0.60〜1.10%である<1>〜<3>のいずれか1項に記載の浸炭軸受鋼部品。
<5>
浸炭軸受鋼部品用棒鋼の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
質量%で、
C :0.15〜0.25%、
Si:0.70〜1.50%、
Mn:0.40〜1.50%、
Cr:0.15〜1.50%、
Mo:0.001〜0.150%、
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、
浸炭軸受鋼部品用棒鋼。
<6>
浸炭軸受鋼部品用棒鋼の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
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<5>に記載の浸炭軸受鋼部品用棒鋼。
<7>
浸炭軸受鋼部品用棒鋼の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
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%、
希土類元素:0.0001〜0.0050%
の1種又は2種以上を含有する<5>又は<6>に記載の浸炭軸受鋼部品用棒鋼。
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浸炭軸受鋼部品、および、当該浸炭軸受鋼部品を得るのに適した浸炭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。
(浸炭軸受鋼部品)
本実施形態に係る浸炭軸受鋼部品(以下、単に「軸受鋼部品」とも称する)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。
本実施形態に係る浸炭軸受鋼部品(以下、単に「軸受鋼部品」とも称する)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。なお、以下説明する鋼の化学成分は、浸炭軸受鋼部品の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分を示す。
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。なお、以下説明する鋼の化学成分は、浸炭軸受鋼部品の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分を示す。
C:0.15〜0.25%
C含有量は、軸受鋼部品の浸炭されていない領域の硬さに影響する。所要の硬さを確保するために、C含有量の下限値を0.15%とする。一方、C含有量が多すぎると機械加工時の加工性が圧下するため、C含有量の上限値を0.25%とする。C含有量の好ましい下限は0.17%であり、さらに好ましくは0.18%である。C含有量の好ましい上限は0.24%であり、さらに好ましくは0.23%である。
C含有量は、軸受鋼部品の浸炭されていない領域の硬さに影響する。所要の硬さを確保するために、C含有量の下限値を0.15%とする。一方、C含有量が多すぎると機械加工時の加工性が圧下するため、C含有量の上限値を0.25%とする。C含有量の好ましい下限は0.17%であり、さらに好ましくは0.18%である。C含有量の好ましい上限は0.24%であり、さらに好ましくは0.23%である。
Si:0.70〜1.50%
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1.50%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0.70〜1.50%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1.40%であり、さらに好ましくは1.20%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1.50%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0.70〜1.50%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1.40%であり、さらに好ましくは1.20%である。
Mn:0.40〜1.50%
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0.40%未満では、この効果が不十分である。また、Mn含有量が1.50%を超えると、浸炭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0.40〜1.50%の範囲内にする必要がある。Mn含有量の好ましい下限は0.45%であり、さらに好ましくは0.5%である。Mn含有量の好ましい上限は1.40%であり、さらに好ましくは1.30%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0.40%未満では、この効果が不十分である。また、Mn含有量が1.50%を超えると、浸炭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0.40〜1.50%の範囲内にする必要がある。Mn含有量の好ましい下限は0.45%であり、さらに好ましくは0.5%である。Mn含有量の好ましい上限は1.40%であり、さらに好ましくは1.30%である。
Cr:0.15〜1.50%
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0.15%未満では、その効果が不十分である。Cr含有量が1.50%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0.15〜1.50%の範囲内にする必要がある。Cr含有量の好ましい下限は0.18%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1.45%であり、さらに好ましくは1.40%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0.15%未満では、その効果が不十分である。Cr含有量が1.50%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0.15〜1.50%の範囲内にする必要がある。Cr含有量の好ましい下限は0.18%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1.45%であり、さらに好ましくは1.40%である。
Mo:0.001〜0.150%
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0.150%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0.001〜0.150%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0.140%であり、さらに好ましくは0.130%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0.150%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0.001〜0.150%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0.140%であり、さらに好ましくは0.130%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。
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。
P:0〜0.030%
Pは、浸炭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。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、浸炭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。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、浸炭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、浸炭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、1.00%、0.50%、又は0.20%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、1.00%、0.50%、又は0.20%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、0.50%、0.30%、又は0.20%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、0.50%、0.30%、又は0.20%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%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%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0.0050%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0.0050%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。
ここで、本実施形態に係る軸受鋼部品は、浸炭処理が施された浸炭鋼軸受鋼部品である。そして、後述する金属組織の条件を満たす観点から、鋼軸受鋼部品の転動面における浸炭層のC含有量は、0.60〜1.10%が好ましく、0.65〜1.05%がより好ましい。
ここで、浸炭層のC含有量は、鋼軸受鋼部品の転動面において表面から50μm深さまでの位置での平均C含有量とする。
ここで、浸炭層のC含有量は、鋼軸受鋼部品の転動面において表面から50μm深さまでの位置での平均C含有量とする。
(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、浸炭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は、例えば、浸炭されC濃度の勾配を持つ表層部(つまり浸炭層)と、C濃度が浸炭前の母材と同じ芯部とで構成される。
そして、表層部(つまり浸炭層)の金属組織は、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイト、および残部(ベイナイト、フェライト、セメンタイト等)からなる金属組織が例示される。
一方、芯部の金属組織は、焼戻しマルテンサイト、および残部(ベイナイト、フェライト、パーライト等)からなる金属組織が例示できる。
なお、芯部の金属組織は、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。
本実施形態に係る軸受鋼部品は、例えば、浸炭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は、例えば、浸炭されC濃度の勾配を持つ表層部(つまり浸炭層)と、C濃度が浸炭前の母材と同じ芯部とで構成される。
そして、表層部(つまり浸炭層)の金属組織は、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイト、および残部(ベイナイト、フェライト、セメンタイト等)からなる金属組織が例示される。
一方、芯部の金属組織は、焼戻しマルテンサイト、および残部(ベイナイト、フェライト、パーライト等)からなる金属組織が例示できる。
なお、芯部の金属組織は、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)
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浸炭軸受鋼部品用棒鋼(以下、「軸受鋼部品用棒鋼」とも称する)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浸炭軸受鋼部品用棒鋼(以下、「軸受鋼部品用棒鋼」とも称する)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、フェライトを主体として(例えば面積率60%以上で)含み、パーライト、ベイナイト、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、浸炭焼入れ焼戻しを行う。鍛造や機械加工の効率を高めるため、この間に焼準や球状化焼鈍等の熱処理を実施してもよい。また、浸炭焼入れは、ガス浸炭、真空浸炭などの浸炭方法を問わず、浸炭窒化を行ってもよい。焼戻しは減圧、または非酸化雰囲気下で実施してもよい。浸炭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、浸炭焼入れ焼戻しを行う。鍛造や機械加工の効率を高めるため、この間に焼準や球状化焼鈍等の熱処理を実施してもよい。また、浸炭焼入れは、ガス浸炭、真空浸炭などの浸炭方法を問わず、浸炭窒化を行ってもよい。焼戻しは減圧、または非酸化雰囲気下で実施してもよい。浸炭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に熱間鍛造した。鍛造前の加熱温度は1250℃とした。鋼番25は汎用軸受鋼のJIS規定のSUJ2であり、鋼番25のみ、熱処理条件が異なる。鋼番25以外に関し、鍛造後、950℃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。鋼番25は960℃で加熱を行い、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、φ12.2mm×150mmの円柱に加工した。そして、円柱品に対して、鋼番22以外に関し、930℃でカーボンポテンシャル0.8の雰囲気化で5時間保持し、130℃の油焼入れを行う条件でガス浸炭処理を行った後に、150℃で2時間保持する条件で焼戻しを施した。鋼番25は、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。
次に、φ12.2mm×150mmの円柱に加工した。そして、円柱品に対して、鋼番22以外に関し、930℃でカーボンポテンシャル0.8の雰囲気化で5時間保持し、130℃の油焼入れを行う条件でガス浸炭処理を行った後に、150℃で2時間保持する条件で焼戻しを施した。鋼番25は、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。
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。
転動面の浸炭層のC含有量の測定方法を説明する。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、日本電子株式会社製のEPMA、JXA−8200を使用して、深さ方向のCの濃度分布を5μmピッチで測定し、転動面における表面から50μmの濃度の相加平均を(つまり、表面から5μmの位置を測定開始点とし、表面から50μmまでを5μmピッチで測定した濃度の相加平均を)、浸炭層のC含有量とした。測定点の大きさ(EPMAの電子ビーム径)はφ5μmとした。
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、浸炭層のC含有量も示す。
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。
なお、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。
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。
なお、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り、浸炭処理を実施していないため、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、低い耐圧痕寿命しか有しなかった。
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り、浸炭処理を実施していないため、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、低い耐圧痕寿命しか有しなかった。
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2018−008181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 (7)
- 浸炭軸受鋼部品の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
質量%で、
C :0.15〜0.25%、
Si:0.70〜1.50%、
Mn:0.40〜1.50%、
Cr:0.15〜1.50%、
Mo:0.001〜0.150%、
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、
浸炭軸受鋼部品。 - 浸炭軸受鋼部品の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
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に記載の浸炭軸受鋼部品。 - 浸炭軸受鋼部品の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
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%、
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に記載の浸炭軸受鋼部品。 - 転動面における浸炭層のC含有量が、質量%で0.60〜1.10%である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の浸炭軸受鋼部品。
- 浸炭軸受鋼部品用棒鋼の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
質量%で、
C :0.15〜0.25%、
Si:0.70〜1.50%、
Mn:0.40〜1.50%、
Cr:0.15〜1.50%、
Mo:0.001〜0.150%、
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、
浸炭軸受鋼部品用棒鋼。 - 浸炭軸受鋼部品用棒鋼の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
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5に記載の浸炭軸受鋼部品用棒鋼。 - 浸炭軸受鋼部品用棒鋼の表面から深さ2.00mmより内部の化学成分が、
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%、
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5又は請求項6に記載の浸炭軸受鋼部品用棒鋼。
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