JP7464822B2 - Steel for bearing raceways and bearing raceways - Google Patents
Steel for bearing raceways and bearing raceways Download PDFInfo
- Publication number
- JP7464822B2 JP7464822B2 JP2020023451A JP2020023451A JP7464822B2 JP 7464822 B2 JP7464822 B2 JP 7464822B2 JP 2020023451 A JP2020023451 A JP 2020023451A JP 2020023451 A JP2020023451 A JP 2020023451A JP 7464822 B2 JP7464822 B2 JP 7464822B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- raceway
- bearing
- content
- steel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims description 85
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims description 85
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 39
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims description 29
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 25
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 37
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 36
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 35
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 description 27
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 24
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 23
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 description 18
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 18
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 17
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 4
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000007730 finishing process Methods 0.000 description 3
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- OXNIZHLAWKMVMX-UHFFFAOYSA-N picric acid Chemical compound OC1=C([N+]([O-])=O)C=C([N+]([O-])=O)C=C1[N+]([O-])=O OXNIZHLAWKMVMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010273 cold forging Methods 0.000 description 1
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N lutetium atom Chemical compound [Lu] OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- FXNGWBDIVIGISM-UHFFFAOYSA-N methylidynechromium Chemical compound [Cr]#[C] FXNGWBDIVIGISM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
本発明は,軸受軌道用鋼材、および軸受軌道に関するものである。 The present invention relates to steel materials for bearing raceways and bearing raceways.
軸受軌道は、自動車、風車および産業機械などに広く用いられる。軸受軌道は優れた転動疲労寿命が要求される部品であり、軸受軌道を製造するための鋼材には、例えば、JIS-SUJ2、SUJ3などが用いられる。 Bearing raceways are widely used in automobiles, wind turbines, industrial machinery, etc. Bearing raceways are components that require an excellent rolling fatigue life, and the steel materials used to manufacture bearing raceways are, for example, JIS-SUJ2, SUJ3, etc.
軸受軌道の転動疲労寿命を向上させるためには、早期剥離を抑制することが重要となる。早期剥離の原因の一つに、鋼材に侵入した水素を起因とした白色組織変化が挙げられる。
ここで、白色組織とは、マルテンサイトから数十nm程度の微細なフェライトに変化した組織である。この白色組織は、剥離損傷の原因になることが知られている。
In order to improve the rolling fatigue life of bearing raceways, it is important to suppress early spalling. One of the causes of early spalling is white structure change caused by hydrogen that has penetrated into the steel material.
Here, the white structure is a structure that has changed from martensite to fine ferrite of about several tens of nanometers. This white structure is known to cause spalling damage.
白色組織変化を抑制するためには、潤滑油側での水素の発生および浸入の防止などの方策が採られている。
しかしながら、このような方策では不十分な場合や適用が困難な場合が多い。そこで白色組織変化による早期剥離に対して、鋼材側においても対策が求められている。
In order to suppress the white structure change, measures such as preventing the generation and infiltration of hydrogen on the lubricating oil side are taken.
However, such measures are often insufficient or difficult to apply, and so measures against early spalling due to white structure change are also required on the steel side.
例えば、特許文献1には、炭化物中のCr濃度を6%以上、およびMn濃度を5%とすることで、炭化物中に固溶したCrおよびMnが白色組織が領域拡大していく過程で、白色組織が取り込んだ炭化物が素地に固溶するのを抑制する効果が得られることが開示されている。そして、特許文献1によれば、それにより、白色組織の形成を遅延させることができ、水素侵入量が増加した環境における転動疲労特性に優れた軸受軌道鋼が得られると開示されている。
また、特許文献2には、NiとCuの両方を同時に添加することで、白色組織を抑制する方法が開示されている。
For example, Patent Document 1 discloses that by setting the Cr concentration in the carbide to 6% or more and the Mn concentration to 5%, the Cr and Mn dissolved in the carbide can suppress the carbide taken by the white structure from dissolving in the matrix in the process of the white structure expanding region. Patent Document 1 also discloses that this can delay the formation of the white structure and provide a bearing raceway steel with excellent rolling fatigue properties in an environment with increased hydrogen penetration.
Moreover, Patent Document 2 discloses a method of suppressing the white structure by adding both Ni and Cu at the same time.
しかしながら、昨今では、さらに、剥離損傷の要因となる白色組織の発生および成長を抑制すると共に、剥離損傷を抑制し、転動疲労寿命を改善することが求められているのが現状である。 However, in recent years, there has been a demand to further suppress the generation and growth of white structure, which is a cause of spalling damage, as well as to suppress spalling damage and improve rolling fatigue life.
そこで、本発明の課題は、剥離損傷の要因となる白色組織の発生および成長を抑制すると共に、剥離損傷が抑制され、優れた転動疲労寿命を示す軸受軌道、およびその素材となる軸受軌道用鋼材を提供することにある。 The objective of the present invention is to provide a bearing raceway that suppresses the generation and growth of white structure, which is a cause of spalling damage, and that exhibits excellent rolling fatigue life by suppressing spalling damage, as well as a steel material for the bearing raceway that is the raw material for the bearing raceway.
上記課題は、以下の手段により解決される。 The above problem can be solved by the following means:
[1]
成分組成が、質量%で、
C :0.15~0.50%、
Si:0.05~0.50%、
Mn:0.05~1.50%、
Cr:0.57~2.00%、
P :0.025%以下、
S :0.025%以下、
Al:0.005~0.100%、
N :0.003~0.030%、
O :0.0015%以下、
Ni:0.65~1.98%、及び
Cu:0.03~0.20%、
を含有し、
残部がFe及び不純物からなり、
NiおよびCuの含有量が式(1)を満たす、
軸受軌道用鋼材。
Ni<27×Cu・・・(1)
式(1)中、元素記号は、質量%での各元素の含有量を示す。
[2]
質量%で、
Mo:2.00%以下、
V :2.00%以下、および
B :0.0050%以下、
よりなる群から選ばれた1種または2種以上を含有する[1]に記載の軸受軌道用鋼材。
[3]
質量%で、
Nb:0.100%以下、
Ti:0.100%以下、および
REM:0.020%以下、
よりなる群から選ばれた1種または2種以上を含有する[1]または[2]に記載の軸受軌道用鋼材。
[4]
[1]~[3]のいずれか1項に記載の軸受軌道用鋼材を用いた軸受軌道であって、
軌道輪または軌道盤の軌道面となる部位の表面から深さ0.10~0.50mmの領域において、
C量が、質量%で0.60~1.20%、
組織が、面積率で、円相当径300nm以上の炭化物:1~15%、残留オーステナイト:5~40%を含み、残部が焼戻しマルテンサイトからなる軸受軌道。
[5]
軌道輪または軌道盤の軌道面となる部位の表面から深さ0.10~0.50mmの領域における、ビッカース硬さが720HV以上である[4]に記載の軸受軌道。
[1]
The composition is, in mass%,
C: 0.15 to 0.50%,
Si: 0.05 to 0.50%,
Mn: 0.05 to 1.50%,
Cr: 0.57 to 2.00%,
P: 0.025% or less,
S: 0.025% or less,
Al: 0.005 to 0.100%,
N: 0.003 to 0.030%,
O: 0.0015% or less,
Ni: 0.65 to 1.98%, and Cu: 0.03 to 0.20%,
Contains
The balance is Fe and impurities,
The contents of Ni and Cu satisfy formula (1);
Steel for bearing raceways.
Ni<27×Cu (1)
In formula (1), the element symbols indicate the content of each element in mass %.
[2]
In mass percent,
Mo: 2.00% or less,
V: 2.00% or less; and B: 0.0050% or less;
The steel material for bearing raceways according to [1], containing one or more selected from the group consisting of:
[3]
In mass percent,
Nb: 0.100% or less,
Ti: 0.100% or less; and REM: 0.020% or less;
The steel material for bearing raceways according to [1] or [2], containing one or more types selected from the group consisting of:
[4]
A bearing raceway using the steel material for bearing raceway according to any one of [1] to [3],
In a region 0.10 to 0.50 mm deep from the surface of the portion that will become the raceway surface of the race or raceway disk,
C content is 0.60 to 1.20% by mass,
A bearing raceway having a structure including, by area ratio, 1 to 15% carbides having an equivalent circle diameter of 300 nm or more, 5 to 40% retained austenite, and the remainder being tempered martensite.
[5]
The bearing raceway according to [4], wherein the Vickers hardness is 720 HV or more in a region 0.10 to 0.50 mm deep from the surface of the portion that becomes the raceway surface of the raceway ring or raceway disk.
本発明によれば、剥離損傷の要因となる白色組織の発生および成長を抑制する共に、剥離損傷が抑制され、優れた転動疲労寿命を示す軸受軌道、およびその素材となる軸受軌道用鋼材を提供できる。 The present invention can provide a bearing raceway that suppresses the occurrence and growth of white structure, which is a cause of spalling damage, while also suppressing spalling damage and exhibiting an excellent rolling fatigue life, as well as the steel material for the bearing raceway that is the material for the bearing raceway.
以下、本発明の一例である実施形態について詳細に説明する。 An embodiment of the present invention will be described in detail below.
なお、本明細書中において、化学組成の各元素の含有量の「%」表示は、「質量%」を意味する。
化学組成の各元素の含有量を「元素量」と表記することがある。例えば、Cの含有量は、C量と表記することがある。
「~」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。
「~」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。
「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
In this specification, the "%" designation for the content of each element in a chemical composition means "mass %."
The content of each element in a chemical composition may be expressed as the “element amount.” For example, the content of C may be expressed as the C amount.
A numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits.
When the numerical range described before and after "to" is followed by "greater than" or "less than," it means that the numerical range does not include the numerical value as the lower limit or upper limit.
The term "process" includes not only an independent process but also a process that cannot be clearly distinguished from other processes as long as the intended purpose of the process is achieved.
<軸受軌道用鋼>
本実施形態に係る軸受軌道用鋼材は、
成分組成が、質量%で、
C :0.15~0.50%、
Si:0.05~0.50%、
Mn:0.05~1.50%、
Cr:0.57~2.00%、
P :0.025%以下、
S :0.025%以下、
Al:0.005~0.100%、
N :0.003~0.030%、
O :0.0015%以下、
Ni:0.65~1.98%、及び
Cu:0.03~0.20%、
を含有し、
残部がFe及び不純物からなり、
NiおよびCuの含有量が式(1)を満たす、
軸受軌道用鋼材。
Ni<27×Cu・・・(1)
式(1)中、元素記号は、質量%での各元素の含有量を示す。
<Bearing raceway steel>
The steel material for the bearing raceway according to this embodiment is
The composition is, in mass%,
C: 0.15 to 0.50%,
Si: 0.05 to 0.50%,
Mn: 0.05 to 1.50%,
Cr: 0.57 to 2.00%,
P: 0.025% or less,
S: 0.025% or less,
Al: 0.005 to 0.100%,
N: 0.003 to 0.030%,
O: 0.0015% or less,
Ni: 0.65 to 1.98%, and Cu: 0.03 to 0.20%,
Contains
The balance is Fe and impurities,
The contents of Ni and Cu satisfy formula (1);
Steel for bearing raceways.
Ni<27×Cu (1)
In formula (1), the element symbols indicate the content of each element in mass %.
そして、発明者らは、軸受軌道の素材として、NiおよびCuを上記所定の含有量で含有する軸受軌道用鋼材を採用することで、軸受軌道転動部の転動負荷を受ける領域に生じる白色組織の発生と共に、剥離損傷の要因となる白色組織の成長が抑制されることを見出した。また、所定の化学組成を有する軸受軌道用鋼材を採用することで、剥離損傷自体を抑制できることを見出した。その結果、発明者らは、軸受軌道の転動疲労寿命が向上することを見出した。 The inventors have found that by using a steel material for the bearing raceway containing Ni and Cu in the above-mentioned specified contents as the material for the bearing raceway, the growth of white tissue, which is a cause of spalling damage, is suppressed, along with the occurrence of white tissue in the area of the rolling part of the bearing raceway that receives the rolling load. They have also found that the spalling damage itself can be suppressed by using a steel material for the bearing raceway that has a specified chemical composition. As a result, the inventors have found that the rolling fatigue life of the bearing raceway is improved.
以下、本実施形態に係る軸受軌道用鋼材の詳細について説明する。 The details of the steel material for the bearing raceway according to this embodiment are described below.
[化学組成]
本実施形態に係る軸受軌道用鋼材の化学組成は、以下のとおりである。
[Chemical composition]
The chemical composition of the steel material for the bearing raceway according to this embodiment is as follows.
(必須元素)
C :0.15~0.50%
Cは、軸受軌道として必要な硬度を得るための元素である。C量が0.15%未満であると、浸炭後のC量も低くなり、軸受軌道として必要な硬度が得られない。一方、C量が0.50%よりも多いと、軸受軌道の表層部の組織において、残留オーステナイト量の増加により、マルテンサイトの面積率が低下する。従って、C量は0.15~0.50%とする。なお、好ましいC量は0.20~0.45%である。
(Essential elements)
C: 0.15 to 0.50%
C is an element for obtaining the hardness required for a bearing raceway. If the C content is less than 0.15%, the C content after carburization will also be low, and the hardness required for a bearing raceway will not be obtained. On the other hand, if the C content is more than 0.50%, the area ratio of martensite will decrease in the structure of the surface layer of the bearing raceway due to an increase in the amount of retained austenite. Therefore, the C content is set to 0.15-0.50%. The preferred C content is 0.20-0.45%.
Si:0.05~0.50%
Siは、脱酸剤として機能する元素である。Si量が0.05%未満であると、脱酸剤としての効果を得ることができない。一方、Si量が0.50%よりも多いと、鋼材中にSiO2系介在物が生じて、この介在物を起点とする剥離損傷が発生する。その結果、軸受軌道の転動疲労寿命が低下する。従って、Si量は0.05~0.50%とする。なお、好ましいSi量は0.10~0.45%である。
Si: 0.05 to 0.50%
Silicon is an element that functions as a deoxidizer. If the amount of silicon is less than 0.05%, the effect of the deoxidizer cannot be obtained. On the other hand, if the amount of silicon is more than 0.50%, SiO2 -based inclusions are generated in the steel material, and spalling damage originating from these inclusions occurs. As a result, the rolling fatigue life of the bearing raceway decreases. Therefore, the amount of silicon is set to 0.05 to 0.50%. The preferable amount of silicon is 0.10 to 0.45%.
Mn:0.05~1.50%
Mnは、脱酸剤及び脱硫剤として機能する元素である。また、Mnは、鋼材の焼入れ性を確保するために有用な元素である。Mn量が0.05%未満では、脱酸が不十分となり、酸化物が生成して、この酸化物を起点とする剥離損傷が発生する。また、焼入れ性が不十分となり、軸受軌道として必要な硬度が得られない。その結果、軸受軌道の転動疲労寿命が低下する。一方、Mn量が1.50%を超えると、靭性が低下したり、焼入れ時に焼割れが発生したりする。従って、Mn量は0.05~1.50%とする。なお、好ましいMn量は0.10~1.30%である。
Mn: 0.05 to 1.50%
Mn is an element that functions as a deoxidizer and a desulfurizer. Mn is also a useful element for ensuring the hardenability of steel. If the Mn content is less than 0.05%, deoxidation is insufficient, oxides are generated, and spalling damage occurs starting from these oxides. Furthermore, the hardenability is insufficient, and the hardness required for a bearing raceway cannot be obtained. As a result, the rolling fatigue life of the bearing raceway is reduced. On the other hand, if the Mn content exceeds 1.50%, the toughness is reduced and quench cracks occur during quenching. Therefore, the Mn content is set to 0.05 to 1.50%. The preferred Mn content is 0.10 to 1.30%.
Cr:0.57~2.00%
Crは、鋼の焼入れ性を確保するために有効な元素である。また、Crは、セメンタイト中に濃化してオーステナイト中でセメンタイトを安定化させるため、炭化物の球状化および炭化物量の増加に有効な元素である。Cr量が0.57%未満であると、焼入れ性向上の効果が得られず、軸受軌道として必要な硬度が得られない。一方、Cr量が2.00%を超えると、焼入れ時に焼割れが発生する。また、鋼の鍛造性および被削性を低下する。さらに、粗大な炭化物が生成する。従って、Cr量は0.57~2.00%とする。なお、好ましいCr量は0.70~1.50%である。
Cr: 0.57 to 2.00%
Cr is an element effective in ensuring the hardenability of steel. In addition, Cr is an element effective in spheroidizing carbides and increasing the amount of carbides because it is concentrated in cementite and stabilizes cementite in austenite. If the Cr content is less than 0.57%, the effect of improving hardenability cannot be obtained, and the hardness required for a bearing raceway cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content exceeds 2.00%, quench cracks occur during quenching. In addition, the forgeability and machinability of the steel are reduced. Furthermore, coarse carbides are generated. Therefore, the Cr content is set to 0.57 to 2.00%. The preferred Cr content is 0.70 to 1.50%.
P:0.025%以下
Pは、不純物である。Pは、オーステナイト粒界に偏析して、旧オーステナイト粒界を脆化させることによって、粒界割れによる剥離損傷の原因となるので、できるだけ低減することが望ましい。このため、P量を0.025%以下の範囲に制限する必要がある。好ましいP含有量の上限は0.015%である。
なお、脱Pコストの増加を抑制する点から、P量の下限は、例えば、0.003%とすることがよい。
P: 0.025% or less P is an impurity. P segregates at the austenite grain boundaries and embrittles the prior austenite grain boundaries, which causes peeling damage due to grain boundary cracking, so it is desirable to reduce it as much as possible. For this reason, it is necessary to limit the P content to a range of 0.025% or less. The preferred upper limit of the P content is 0.015%.
In order to suppress an increase in the dephosphorization cost, the lower limit of the P content is preferably set to, for example, 0.003%.
S:0.025%以下
Sは、鋼材中で硫化物を生成して、この硫化物を起点とする剥離損傷を発生させ、軸受軌道の転動疲労特性を低下させる。S量を0.025%以下の範囲に制限する必要がある。好ましいS含有量の上限は0.015%である。
なお、脱Sコストの増加を抑制する点から、S量の下限は、例えば、0.002%とすることがよい。
S: 0.025% or less S forms sulfides in steel material, which cause spalling damage originating from the sulfides, and reduces the rolling fatigue properties of the bearing raceway. It is necessary to limit the S content to a range of 0.025% or less. The preferred upper limit of the S content is 0.015%.
In order to suppress an increase in the desulfurization cost, the lower limit of the S content is preferably set to, for example, 0.002%.
Al:0.005~0.100%
Alは、鋼材を脱酸する元素である。Al量が低すぎれば、脱酸が不十分となり、酸化物が生成して、この酸化物を起点とする剥離損傷が発生する。一方、Al量が高すぎれば、粗大な酸化物が鋼中に残存して、この酸化物を起点とする剥離損傷が発生し、軸受軌道の転動疲労特性が低下する。従って、Al量は0.005~0.100%とする。なお、好ましいAl量は0.008~0.050%である。
Al: 0.005 to 0.100%
Al is an element that deoxidizes steel. If the Al content is too low, deoxidation is insufficient, oxides are generated, and spalling damage occurs starting from these oxides. On the other hand, if the Al content is too high, coarse oxides remain in the steel, spalling damage occurs starting from these oxides, and the rolling fatigue properties of the bearing raceway deteriorate. Therefore, the Al content is set to 0.005 to 0.100%. The preferred Al content is 0.008 to 0.050%.
N:0.003~0.030%
Nは、Alと結合してAlNを形成し、剥離損傷の要因となる、オーステナイト領域での結晶の粒粗大化を抑制する元素である。結晶粒の粗大化を抑制するには、N量を0.003%以上とする必要がある。一方、Nを過剰に含有すると、粗大AlNや粗大BNが生成して、この粗大AlNや粗大BNを起点とする剥離損傷が発生し、軸受軌道の転動疲労特性が低下する。従って、N量は0.003~0.030%とする。なお、好ましいN量は0.005~0.020%である。
N: 0.003 to 0.030%
N is an element that combines with Al to form AlN, and suppresses the coarsening of crystal grains in the austenite region, which is a cause of spalling damage. In order to suppress the coarsening of crystal grains, the N content must be 0.003% or more. On the other hand, if N is contained in excess, coarse AlN and coarse BN are generated, spalling damage originating from these coarse AlN and coarse BN occurs, and the rolling fatigue properties of the bearing raceway deteriorate. Therefore, the N content is set to 0.003 to 0.030%. The preferred N content is 0.005 to 0.020%.
O :0.0015%以下
Oは、Al2O3やSiO2等の酸化物を生成し、これらの酸化物が疲労亀裂の伝播経路となることに起因して、剥離損傷が発生し、軸受軌道の転動疲労特性を低下させる。O量はできるだけ低減することが望ましい。このため、O量を0.0015%以下の範囲に制限する必要がある。好ましいO量の上限は0.0012%である。
なお、脱Oコストの増加を抑制する点から、O量の下限は、例えば、0.0001%とすることがよい。
O: 0.0015 % or less O produces oxides such as Al2O3 and SiO2 , which become a propagation path for fatigue cracks, causing spalling damage and degrading the rolling fatigue properties of the bearing raceway. It is desirable to reduce the O content as much as possible. For this reason, it is necessary to limit the O content to a range of 0.0015% or less. The preferred upper limit of the O content is 0.0012%.
In order to suppress an increase in the cost of deoxidization, the lower limit of the O content is preferably set to, for example, 0.0001%.
Ni:0.65~1.98%
Niは、軸受軌道への水素侵入を抑制することにより、転動負荷を受ける転動面直下の領域において白色組織の発生及び成長を抑制することができる。また、Niは、鋼の靱性を高める。さらに、Niは、鋼の焼入れ性を確保するために有効な元素である。Ni量が0.65%未満であると、上記の効果を得ることができない。一方、Ni量が1.98%を超えると、製造コストが高くなる。従って、Ni量は0.65~1.98%とする。なお、好ましいNi量は0.70~1.70%である。
Ni: 0.65 to 1.98%
Ni can suppress the generation and growth of white structure in the area directly below the rolling surface that receives the rolling load by suppressing hydrogen penetration into the bearing raceway. Ni also increases the toughness of steel. Furthermore, Ni is an effective element for ensuring the hardenability of steel. If the Ni content is less than 0.65%, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Ni content exceeds 1.98%, the manufacturing cost becomes high. Therefore, the Ni content is set to 0.65 to 1.98%. The Ni content is preferably 0.70 to 1.70%.
Cu:0.03~0.20%
Cuは、鋼への水素侵入を抑制することにより、転動負荷を受ける転動面直下の領域において白色組織の発生及び成長を抑制することができる。また、耐食性を高める。水素侵入抑制効果および耐食性向上効果を得るためには、Cu量が0.03%未満であると、上記の効果を得ることができない。一方、Cuの含有量が0.20%を超えると、圧延時の熱間延性が低下する。また、鋼の靱性が低下する。従って、Cu量は0.03~0.20%とする。なお、好ましいCu量は、0.05~0.15%である。
Cu: 0.03 to 0.20%
Cu can suppress the generation and growth of white structure in the area directly below the rolling surface that receives the rolling load by suppressing hydrogen penetration into the steel. It also improves corrosion resistance. In order to obtain the effect of suppressing hydrogen penetration and the effect of improving corrosion resistance, if the Cu content is less than 0.03%, the above effects cannot be obtained. On the other hand, if the Cu content exceeds 0.20%, the hot ductility during rolling decreases. In addition, the toughness of the steel decreases. Therefore, the Cu content is set to 0.03 to 0.20%. The preferable Cu content is 0.05 to 0.15%.
(式(1):Ni<27×Cu)
さらに効果的に、軸受軌道への水素侵入を抑制することにより、転動負荷を受ける転動面直下の領域において白色組織の発生及び成長を抑制するには、NiおよびCuの含有量の関係が重要である。
Ni量が、Cu量の27倍以下であると、鋼への水素侵入により、転動負荷を受ける転動面直下の領域において白色組織の発生及び成長が生じる。
よって、NiおよびCuの含有量は、式(1):Ni<27×Cu(ただし、式(1)中、元素記号は、質量%での各元素の含有量を示す。)の関係とする。
(Formula (1): Ni < 27 × Cu)
Furthermore, in order to effectively suppress the intrusion of hydrogen into the bearing raceway and thereby suppress the generation and growth of white structure in the region immediately below the rolling surface that receives the rolling load, the relationship between the Ni and Cu contents is important.
If the Ni content is 27 times or less the Cu content, hydrogen intrusion into the steel causes the generation and growth of white structure in the region immediately below the rolling surface that receives the rolling load.
Therefore, the content of Ni and Cu has a relationship of formula (1): Ni<27×Cu (wherein in formula (1), the element symbols indicate the content of each element in mass %).
(残部)
残部は、Fe及び不純物である。不純物とは、鉄鋼材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ又は製造環境などから混入するものを指す。また、不純物としては、P、S及びO以外の不純物としては、Mg、Co、As、Zr、Sb、W、REM(原子番号57から71までの元素)、Hf、Ta、La、Ce、Ca、In、Sn、Pb、Bi、Te、及びZn等が挙げられ、それぞれ、Mg:0.02%以下、(Co、As):0.1%以下、(Sb、W、REM、Hf、Ta、La及びCe):0.01%以下、(Ca、In、Zr、Te、Bi、Pb、Sn及びZn):0.01%以下に規制することが望ましい。
(Remainder)
The balance is Fe and impurities. The impurities refer to those that are mixed in from raw materials such as ores, scraps, or the manufacturing environment when steel materials are industrially manufactured. In addition, impurities other than P, S, and O include Mg, Co, As, Zr, Sb, W, REM (elements with atomic numbers 57 to 71), Hf, Ta, La, Ce, Ca, In, Sn, Pb, Bi, Te, and Zn, and it is desirable to restrict the contents of Mg to 0.02% or less, (Co, As): 0.1% or less, (Sb, W, REM, Hf, Ta, La, and Ce): 0.01% or less, and (Ca, In, Zr, Te, Bi, Pb, Sn, and Zn): 0.01% or less, respectively.
(任意元素)
本実施形態に係る軸受軌道用鋼材は、次の任意元素を含有してもよい。
(1)質量%で、Mo:2.00%以下、V :2.00%以下、およびB :0.0050%以下よりなる群から選ばれた1種または2種以上
(2)質量%で、Nb:0.100%以下、Ti:0.100%以下、およびREM:0.020%以下よりなる群から選ばれた1種または2種以上
(Optional element)
The steel material for the bearing raceway according to this embodiment may contain the following optional elements.
(1) In mass%, one or more selected from the group consisting of Mo: 2.00% or less, V: 2.00% or less, and B: 0.0050% or less. (2) In mass%, one or more selected from the group consisting of Nb: 0.100% or less, Ti: 0.100% or less, and REM: 0.020% or less.
Mo:2.00%以下
Moは、鋼材の焼入れ性を確保するために有効な元素である。また、Moは、炭化物の生成を促進し、鋼の硬さを高めることができる。硬さ向上の効果を得るためには、Moを2.00%以下含有させてもよい。一方、Moを、2.00%を超えて含有させると、鋼の熱間加工性及び切削性が低下し、さらに製造コストが高くなる。従って、Mo含有量は2.00%以下とすることが好ましく、0.20~1.50%がより好ましい。
Mo: 2.00% or less Mo is an effective element for ensuring the hardenability of steel. Mo also promotes the formation of carbides and can increase the hardness of steel. In order to obtain the effect of improving hardness, Mo may be contained in an amount of 2.00% or less. On the other hand, if Mo is contained in an amount exceeding 2.00%, the hot workability and machinability of the steel are reduced, and the manufacturing cost is further increased. Therefore, the Mo content is preferably 2.00% or less, and more preferably 0.20 to 1.50%.
V :2.00%以下
Vは、鋼材の焼入れ性を確保するために有効な元素である。また、Vは、鋼材の硬さを高めることができる。硬さ向上の効果を得るためには、Vを2.00%以下含有させてもよい。一方、Vを、2.00%を超えて含有させると、Cと結合してMC炭化物を生成し、鋼の熱間加工性及び切削性も低下する。従って、V含有量は2.00%以下とすることが好ましく、0.10~1.00%がより好ましい。
V: 2.00% or less V is an effective element for ensuring the hardenability of steel. V can also increase the hardness of steel. In order to obtain the effect of improving hardness, V may be contained in an amount of 2.00% or less. On the other hand, if V is contained in an amount exceeding 2.00%, it combines with C to generate MC carbides, and the hot workability and machinability of the steel are also reduced. Therefore, the V content is preferably 2.00% or less, and more preferably 0.10 to 1.00%.
B:0.0050%以下
Bは、オーステナイト中に僅かに固溶させただけで鋼の焼入れ性を高めるため、浸炭焼入れ時にマルテンサイトを効率的に得るために鋼材に含有させてもよい。一方、Bを、0.0050%を超えて添加すると、多量のBNを形成してNを消費するため、オーステナイト粒の粗大化を招来する。従って、B含有量は0.0050%以下とすることが好ましく、0.0007~0.0030%がより好ましい。
B: 0.0050% or less Since B improves the hardenability of steel by dissolving in austenite only slightly, it may be contained in the steel to efficiently obtain martensite during carburizing and quenching. On the other hand, if B is added in excess of 0.0050%, a large amount of BN is formed and N is consumed, resulting in coarsening of austenite grains. Therefore, the B content is preferably 0.0050% or less, and more preferably 0.0007 to 0.0030%.
Nb:0.100%以下
Nbは、鋼材中でN、Cと結合して炭窒化物を形成する元素である。この炭窒化物はオーステナイト結晶粒界をピンニングし、ひいては粒成長を抑制して組織の粗大化を防止する。この組織の粗大化の防止効果を得るためには、Nbを0.100%以下含有させてもよい。一方、Nbを、0.100%を超えて含有させると、素材硬さの上昇に起因して切削・鍛造等の加工性が顕著に劣化するだけでなく、鋼の靱性が劣化する。従って、Nb含有量は0.100%以下とすることが好ましく、0.005~0.05%がより好ましい。
Nb: 0.100% or less Nb is an element that combines with N and C to form carbonitrides in steel. These carbonitrides pin the austenite grain boundaries, thereby suppressing grain growth and preventing coarsening of the structure. In order to obtain this effect of preventing coarsening of the structure, Nb may be contained in an amount of 0.100% or less. On the other hand, if Nb is contained in an amount exceeding 0.100%, not only will the workability of cutting, forging, etc. deteriorate significantly due to an increase in the material hardness, but the toughness of the steel will also deteriorate. Therefore, the Nb content is preferably 0.100% or less, and more preferably 0.005 to 0.05%.
Ti:0.100%以下
Tiは、鋼材中でN、Cと結合して炭窒化物を形成する元素である。この炭窒化物はオーステナイト結晶粒界をピンニングし、ひいては粒成長を抑制して組織の粗大化を防止する。この組織の粗大化の防止効果を得るためには、Tiを0.100%以下含有させてもよい。一方、Tiを、0.100%を超えて含有させると、素材硬さの上昇に起因して切削・鍛造等の加工性が顕著に劣化するだけでなく、鋼の靱性が劣化する。従って、Ti含有量は0.100%以下とすることが好ましく、0.005~0.05%がより好ましい。
Ti: 0.100% or less Ti is an element that combines with N and C to form carbonitrides in steel. These carbonitrides pin the austenite grain boundaries, thereby suppressing grain growth and preventing coarsening of the structure. In order to obtain this effect of preventing coarsening of the structure, Ti may be contained in an amount of 0.100% or less. On the other hand, if Ti is contained in an amount exceeding 0.100%, not only will the workability of cutting, forging, etc. be significantly deteriorated due to an increase in the material hardness, but the toughness of the steel will also be deteriorated. Therefore, the Ti content is preferably 0.100% or less, and more preferably 0.005 to 0.05%.
REM:0.020%以下
REM(希土類元素)とは、原子番号57のランタンから原子番号71ルテシウムまでの15元素と、原子番号21のスカンジウム及び原子番号39のイットリウムと、の合計17元素の総称である。鋼材にREMが含有されると、圧延時及び熱間鍛造時にMnS粒子の伸延が抑制される。但し、REM含有量が0.020%を超えると、REMを含む硫化物が大量に生成され、鋼の被削性が劣化する。従って、REM含有量は0.020%以下とすることが好ましく、0.005%~0.015%がより好ましい。
なお、REM量は、17元素の合計量である。
REM: 0.020% or less REM (rare earth elements) is a collective term for 17 elements, including 15 elements from lanthanum with atomic number 57 to lutetium with atomic number 71, scandium with atomic number 21, and yttrium with atomic number 39. When REM is contained in steel, the extension of MnS particles is suppressed during rolling and hot forging. However, when the REM content exceeds 0.020%, a large amount of sulfides containing REM is generated, deteriorating the machinability of the steel. Therefore, the REM content is preferably 0.020% or less, and more preferably 0.005% to 0.015%.
The REM amount is the total amount of 17 elements.
<軸受軌道>
本実施形態に係る軸受軌道とは、玉軸受軌道、コロ軸受軌道の軌道輪またはスラスト軸受軌道の軌道盤を指す。本実施形態に係る軸受軌道は、上記本実施形態に係る軸受軌道用鋼材の化学組成を有し、軌道輪または軌道盤の軌道面となる部位の表面から深さ0.10~0.50mmの領域において、C量が、質量%で0.60~1.20%、組織が、炭化物、残留オーステナイトおよび焼戻しマルテンサイトからなる。前記組織は、面積率で、円相当径300nm以上の炭化物:1~15%、残留オーステナイト:5~40%、残部が焼戻しマルテンサイトからなる。
また、本実施形態に係る軸受軌道は、軌道輪または軌道盤の軌道面となる部位の表面から深さ0.10~0.50mmの領域における、ビッカース硬さが720HV以上であることが好ましい。
<Bearing raceway>
The bearing raceway in this embodiment refers to a raceway of a ball bearing, a raceway of a roller bearing, or a raceway disk of a thrust bearing. The bearing raceway in this embodiment has the chemical composition of the steel material for the bearing raceway in this embodiment, and in a region 0.10 to 0.50 mm deep from the surface of the portion that will become the raceway surface of the raceway or the raceway disk, the C content is 0.60 to 1.20% by mass, and the structure is made up of carbides, retained austenite, and tempered martensite. The structure is made up of carbides with an equivalent circle diameter of 300 nm or more: 1 to 15%, retained austenite: 5 to 40%, and the remainder is tempered martensite, in terms of area ratio.
Furthermore, the bearing raceway according to this embodiment preferably has a Vickers hardness of 720 HV or more in a region 0.10 to 0.50 mm deep from the surface of the portion that will become the raceway surface of the raceway ring or race disk.
以下、本実施形態に係る軸受軌道の組織及び硬さについて詳述する。なお、「軌道輪または軌道盤の軌道面となる部位の表面から深さ0.10~0.50mmの領域」を「表層部」と称することがある。 The structure and hardness of the bearing raceway in this embodiment will be described in detail below. Note that the "area 0.10 to 0.50 mm deep from the surface of the portion that will become the raceway surface of the raceway ring or raceway disk" is sometimes referred to as the "surface layer."
(表層部におけるC量)
本実施形態に係る軸受軌道において、表層部におけるC量は、質量%で0.60~1.20%である。これにより、高硬度が得られ、剥離損傷を抑制することができる。なお、好ましいC量は、質量%で0.70~1.10%である。
(C content in surface layer)
In the bearing raceway according to this embodiment, the C content in the surface layer is 0.60 to 1.20% by mass. This provides high hardness and prevents spalling damage. The preferred C content is 0.70 to 1.10% by mass.
(表層部における組織)
本実施形態に係る軸受軌道において、表層部における組織は、面積率で、円相当径300nm以上の炭化物:1~15%、残留オーステナイト:5~40%を含み、残部が焼戻しマルテンサイトからなる。
なお、その他に、不可避的に生成する組織にはベイナイト、パーライト、フェライトの少なくとも1種が例示できるが、これらは、面積比で3%未満であれば、軸受軌道の機械的特性には影響しない。
(Surface layer tissue)
In the bearing raceway according to this embodiment, the structure in the surface layer contains, in area ratio, 1 to 15% carbides with an equivalent circle diameter of 300 nm or more, 5 to 40% retained austenite, and the remainder is tempered martensite.
In addition, examples of structures that are inevitably formed include at least one of bainite, pearlite, and ferrite, but these do not affect the mechanical properties of the bearing raceway as long as their area ratio is less than 3%.
軸受軌道の表層部の組織において、面積率で、円相当径300nm以上の炭化物:1~15%、残留オーステナイト:5~40%を含み、残部が焼戻しマルテンサイトからなるとすることで、耐摩耗性と共に高靱性を得ることができ、ひいては転動疲労寿命を高めることができる。なお、焼戻しマルテンサイトの面積率は、60%以上であることが好ましく、70%以上がより好ましい。
ここで、残部が焼戻しマルテンサイトからなる組織とは、焼戻しマルテンサイト以外に、ベイナイト、パーライトおよびフェライトを合計の面積率で0~3%以下含む組織も包含する。
By making the structure of the surface layer of the bearing raceway contain, by area ratio, 1-15% carbides with a circle equivalent diameter of 300 nm or more, 5-40% retained austenite, and the remainder tempered martensite, it is possible to obtain high toughness as well as wear resistance, and thus to increase the rolling fatigue life. The area ratio of tempered martensite is preferably 60% or more, and more preferably 70% or more.
Here, the structure with the balance being tempered martensite includes a structure containing, in addition to tempered martensite, bainite, pearlite and ferrite in a total area ratio of 0 to 3% or less.
円相当径300nm以上の炭化物の面積率は1~15%以下である。
炭化物の面積率が1%未満であると、転動疲労寿命が低下する。一方、炭化物の面積率が15%を超えると、鋼の鍛造性および被削性が低下する。また、炭化物中に合金元素が濃化することにより、局所的な領域において焼入れ性の低下が生じ、パーライト、フェライト等の組織が生成する危険性が高まる。従って、表層部における炭化物の面積率は、15%以下とする。
炭化物の面積率は12%以下であることが好ましい。
ここで、炭化物は、例えば、セメンタイト、M7C3、M23C6、MC、M2Cなどが該当する。
The area ratio of carbides having an equivalent circle diameter of 300 nm or more is 1 to 15%.
If the area ratio of carbides is less than 1%, the rolling fatigue life is reduced. On the other hand, if the area ratio of carbides exceeds 15%, the forgeability and machinability of the steel are reduced. In addition, the concentration of alloy elements in the carbides reduces the hardenability in localized areas, increasing the risk of the formation of structures such as pearlite and ferrite. Therefore, the area ratio of carbides in the surface layer is set to 15% or less.
The area ratio of carbides is preferably 12% or less.
Here, examples of carbides include cementite , M7C3 , M23C6 , MC, and M2C .
残留オーステナイトの面積率は5~40%である。
残留オーステナイトの面積率が5%未満であると、転動疲労寿命が低下する。一方、残留オーステナイトの面積率が40%を超えると、マルテンサイトと比較し硬さの低い残留オーステナイトが多量に存在することで、残留オーステナイトを、起点とする剥離損傷が発生し、軸受軌道の転動疲労特性が低下する。従って、表層部における残留オーステナイトの面積率は、40%以下とする。
残留オーステナイト面積率は30%以下であることが好ましい。
The area ratio of the retained austenite is 5 to 40%.
If the area ratio of the retained austenite is less than 5%, the rolling fatigue life is reduced. On the other hand, if the area ratio of the retained austenite is more than 40%, the presence of a large amount of retained austenite, which is less hard than martensite, causes spalling damage originating from the retained austenite, and the rolling fatigue properties of the bearing raceway are reduced. Therefore, the area ratio of the retained austenite in the surface layer is set to 40% or less.
The area fraction of retained austenite is preferably 30% or less.
軸受軌道の表層部における金属組織は、以下のように観察および測定する。具体的には、次の通りである。 The metal structure of the surface layer of the bearing raceway is observed and measured as follows. Specifically, it is as follows:
-炭化物-
軌道輪または軌道盤を軌道面と垂直に切断した断面であって、軌道面となる表面から深さ0.10~0.50mmの領域に位置する面を観察面とする試料を採取する。
当該試料の観察面に対し、鏡面研磨を施し、ピクラール溶液(ピクリン酸4gをエタノール100mlで溶解した溶液)を用いて、10秒腐食した後、水洗する。
その後、観察面上の軸受軌道の表面から深さ方向に、0.10mmから始めて0.10mm間隔で0.50mmまで、走査型電子顕微鏡により5視野観察する。観察時の倍率は5000倍とする。
走査型電子顕微鏡で撮影した組織写真を用い、通常の画像解析装置を用いて、円相当径300nm以上の炭化物の面積率を計測する。具体的には、観察視野の面積に対する前記炭化物の面積率を計測する。画像解析ソフトは、例えばImageJ(National Institutes of Health製)を用いる。炭化物の面積率は、5視野の平均の値とする。
ここで、炭化物は、電子線後方散乱分析、およびエネルギー分散型X線分析により同定する。
-carbide-
A sample is taken from a cross section of the raceway or race disk cut perpendicular to the raceway surface, with the observation surface being a surface located in a region 0.10 to 0.50 mm deep from the surface that will become the raceway surface.
The observation surface of the sample is mirror-polished, etched for 10 seconds using a picral solution (a solution in which 4 g of picric acid is dissolved in 100 ml of ethanol), and then washed with water.
Thereafter, five fields of view are observed using a scanning electron microscope at a magnification of 5000 times, starting from 0.10 mm in the depth direction from the surface of the bearing raceway on the observation surface to 0.50 mm at 0.10 mm intervals.
Using a structural photograph taken by a scanning electron microscope, the area ratio of carbides with a circle equivalent diameter of 300 nm or more is measured using a normal image analyzer. Specifically, the area ratio of the carbides relative to the area of the observation field is measured. For example, ImageJ (manufactured by the National Institutes of Health) is used as the image analysis software. The area ratio of the carbides is the average value of five fields of view.
Here, the carbides are identified by electron backscattering analysis and energy dispersive X-ray analysis.
-残留オーステナイト-
軌道輪または軌道盤を軌道面と垂直に切断した断面であって、軌道面となる表面から深さ0.10~0.50mmの領域に位置する面を観察面とする試料を採取する。
当該試料の観察面に対し、通常の鏡面研磨をし、さらに電解研磨で0.02mm研磨して歪みのない観察面を得る。
その後、試料の観察面における、この試料の観察面上の表面から深さ0.50mmまで、表面の深さ方向に0.10mm間隔で、残留オーステナイト量を5点測定する。
残留オーステナイト量測定は、X線回折法にて行う。X線回折条件は、例えば、以下が望ましい。すなわち、X線管球はCr管球を用い、γ-Fe(220)の回折ピーク強度から残留オーステナイト量を求めた。残留オーステナイト量は5点平均の値とする。
X線回折法では、残留オーステナイト量は、体積率として測定されるが、この体積率は面積率と等しいものとして扱う。
-Retained austenite-
A sample is taken from a cross section of the raceway or race disk cut perpendicular to the raceway surface, with the observation surface being a surface located in a region 0.10 to 0.50 mm deep from the surface that will become the raceway surface.
The observation surface of the sample is subjected to normal mirror polishing and then further polished by 0.02 mm by electrolytic polishing to obtain a distortion-free observation surface.
Thereafter, the amount of retained austenite is measured at five points on the observation surface of the sample, from the surface to a depth of 0.50 mm, at intervals of 0.10 mm in the depth direction of the surface.
The amount of retained austenite is measured by X-ray diffraction. The X-ray diffraction conditions are preferably as follows: A Cr tube is used as the X-ray tube, and the amount of retained austenite is obtained from the diffraction peak intensity of γ-Fe (220). The amount of retained austenite is taken as a five-point average value.
In the X-ray diffraction method, the amount of retained austenite is measured as a volume fraction, and this volume fraction is treated as being equal to the area fraction.
-焼戻しマルテンサイト-
軌道輪または軌道盤を、軌道面と垂直に切断した断面であって、軌道面となる表面から深さ0.10~0.50mmの領域に位置する面を観察面とする試料を採取する。
当該試料の観察面に対し、鏡面研磨を施し、ナイタール溶液(硝酸3gをエタノール100mlで溶解し、必要に応じて界面活性剤を加えた溶液)を用いて、10秒腐食した後、水洗する。
その後、この試料の観察面上の軸受軌道の表面から深さ0.50mmまで、表面の深さ方向に0.10mm間隔で、走査型電子顕微鏡により5視野観察した。観察時の倍率は5000倍とする。
走査型電子顕微鏡で撮影した組織写真を用い、ベイナイト、パーライト、フェライトをマーキングして、通常の画像解析装置を用いて計測する。具体的には、観察視野の面積に対するベイナイト、パーライトおよびフェライトの合計の面積率を計測する。画像解析ソフトは、例えばImageJ(National Institutes of Health製)を用いる。焼戻しマルテンサイトの面積率は、5視野の平均の値とする。
焼戻しマルテンサイトの面積率は、100%-残留オーステナイトの面積率(%)-炭化物の面積率(%)-(ベイナイト、パーライトおよびフェライトの合計の面積率(%))とする。
- Tempered martensite -
A sample is taken from a cross section of the raceway or race disk cut perpendicular to the raceway surface, with the observation surface being a surface located in a region 0.10 to 0.50 mm deep from the surface that will become the raceway surface.
The observation surface of the sample is mirror-polished, etched for 10 seconds using a nital solution (a solution prepared by dissolving 3 g of nitric acid in 100 ml of ethanol, with a surfactant added as required), and then washed with water.
Thereafter, five fields of view were observed at 0.10 mm intervals in the depth direction of the surface from the surface of the bearing raceway on the observation surface of the sample to a depth of 0.50 mm using a scanning electron microscope at a magnification of 5000 times.
Bainite, pearlite, and ferrite are marked on a structural photograph taken by a scanning electron microscope, and the area ratio is measured using a conventional image analyzer. Specifically, the total area ratio of bainite, pearlite, and ferrite to the area of the observation field is measured. For example, ImageJ (manufactured by National Institutes of Health) is used as image analysis software. The area ratio of tempered martensite is the average value of five fields of view.
The area ratio of tempered martensite is defined as 100% - area ratio (%) of retained austenite - area ratio (%) of carbide - (total area ratio (%) of bainite, pearlite and ferrite).
(表層部におけるビッカース硬さ)
本実施形態に係る軸受軌道において、表層部におけるビッカース硬さが720HV以上である。
表層部におけるビッカース硬さHVが720HV未満であると、優れた耐摩耗性が得られず、さらに、転動疲労寿命も低下する。従って、表層部におけるビッカース硬さHVは、720HV以上とする。
ただし、表層部におけるビッカース硬さHVが1000HVを超えると、微小な亀裂が
発生した場合の進展感受性が高まり、表面起点剥離性がかえって低下することが懸念される。そのため、表層部におけるビッカース硬さHVは、1000HV以下が好ましい。
(Vickers hardness at the surface layer)
In the bearing raceway according to this embodiment, the surface layer has a Vickers hardness of 720 HV or more.
If the Vickers hardness HV of the surface layer is less than 720 HV, excellent wear resistance cannot be obtained, and furthermore, the rolling fatigue life is also reduced. Therefore, the Vickers hardness HV of the surface layer is set to 720 HV or more.
However, if the Vickers hardness (HV) of the surface layer exceeds 1000HV, microcracks will form.
When such a crack occurs, the crack will be more sensitive to propagation, and the surface-initiated peeling property may be decreased. Therefore, the Vickers hardness (HV) of the surface layer is preferably 1000 HV or less.
表層部におけるビッカース硬さHVの好ましい下限値は、735HVである。
一方、表層部におけるビッカース硬さHVの好ましい上限値は、950HVである。
A preferable lower limit of the Vickers hardness HV of the surface layer is 735 HV.
On the other hand, the preferred upper limit of the Vickers hardness HV in the surface layer portion is 950 HV.
表層部におけるビッカース硬さは、JIS Z 2244 (2009)に準じた方法で測定する。具体的には、次の通りである。
軌道輪または軌道盤を、軌道面と垂直に切断した断面を測定面とする試料を採取する。
この試料の測定面のうち、軸受軌道の表面から深さ0.10~0.50mm領域において、深さ0.10mm間隔の5か所の位置のビッカース硬さを測定力(荷重)2.94Nにて各々5点(計25点)測定する。
そして、計25点のビッカース硬さの算出平均値を、表層部におけるビッカース硬さとする。
The Vickers hardness of the surface layer is measured by a method in accordance with JIS Z 2244 (2009). Specifically, the method is as follows.
A sample is taken from the raceway or raceway disk, with the cross section perpendicular to the raceway surface as the measurement surface.
On the measurement surface of this sample, in a region 0.10 to 0.50 mm deep from the surface of the bearing raceway, the Vickers hardness is measured at five positions spaced at a depth of 0.10 mm with a measuring force (load) of 2.94 N at each of five points (total of 25 points).
The calculated average value of the Vickers hardness at the total of 25 points is determined as the Vickers hardness of the surface layer.
以上に示すとおり、本実施形態に係る軸受軌道は、化学組成とともに、表層部の硬さ及び組織の好適化を図ることで、剥離損傷の要因となる白色組織の発生および成長を抑制すると共に、剥離損傷が抑制され、優れた転動疲労寿命を実現することができる。 As described above, the bearing raceway according to this embodiment optimizes the hardness and structure of the surface layer as well as the chemical composition, thereby suppressing the occurrence and growth of white structure that causes spalling damage, while also suppressing spalling damage, thereby achieving an excellent rolling fatigue life.
<軸受軌道の製造方法>
以下、本実施形態に係る軸受軌道用鋼材を用いて、本実施形態に係る軸受軌道の製造方法の一例について詳述する。
<Manufacturing method of bearing raceway>
Hereinafter, an example of a method for manufacturing a bearing raceway according to this embodiment using the steel material for the bearing raceway according to this embodiment will be described in detail.
本実施形態に係る軸受軌道の製造方法は、例えば、軸受軌道用鋼材(本実施形態に係る軸受軌道用鋼材)を製造する工程、軸受軌道形状にする工程、浸炭焼入れ・焼戻しを行う工程、仕上げ加工を行う工程を有する方法が挙げられる。 The manufacturing method of the bearing raceway according to this embodiment can include, for example, a process of manufacturing the steel material for the bearing raceway (the steel material for the bearing raceway according to this embodiment), a process of forming the bearing raceway into a shape, a process of carburizing, quenching and tempering, and a process of performing a finishing process.
(軸受軌道用鋼材を製造する工程)
軸受軌道用鋼材を製造する工程では、まず、本実施形態に係る軸受軌道用鋼材の化学組成を有する溶鋼を連続鋳造法により鋳片にする。又は、上記溶鋼を造塊法によりインゴット(鋼塊)にしてもよい。
次に、鋳片又はインゴットを熱間加工して、鋼片(ビレット)を製造する。例えば、分塊圧延により鋳片又はインゴットを鋼片にすることができる。
次に、鋼片又は鋳片を熱間加工した後、棒鋼又は線材等の軸受軌道用鋼材を製造する。熱間加工は、熱間圧延でもよいし、熱間鍛造(熱間鍛伸等)でもよい。必要に応じて、熱間圧延前の鋼片又は鋳片に対して球状化焼鈍処理や均熱拡散処理を施してもよい。また、必要に応じて、製造された軸受軌道用鋼材に対して、焼準処理を施してもよい。以上の工程により、軸受軌道用鋼材を得ることができる。
(Process for manufacturing steel for bearing raceways)
In the process of manufacturing the steel material for the bearing raceway, first, molten steel having the chemical composition of the steel material for the bearing raceway according to the present embodiment is cast into a slab by a continuous casting method. Alternatively, the molten steel may be cast into an ingot (steel block) by an ingot casting method.
The slab or ingot may then be hot worked to produce a billet, for example by blooming.
Next, the steel slab or cast piece is hot worked, and then a steel material for a bearing raceway, such as a steel bar or wire rod, is manufactured. The hot working may be hot rolling or hot forging (hot forging extension, etc.). If necessary, the steel slab or cast piece before hot rolling may be subjected to a spheroidizing annealing treatment or a soaking diffusion treatment. In addition, if necessary, the manufactured steel material for a bearing raceway may be subjected to a normalizing treatment. The steel material for a bearing raceway can be obtained by the above steps.
(軸受軌道形状にする工程)
軸受軌道形状にする工程では、軸受軌道用鋼材を、所定の軸受軌道形状に加工して、中間品(軸受軌道形状とした鋼材)を製造する。加工方法としては、例えば、熱間鍛造、冷間鍛造、機械加工(切削加工等)等が挙げられる。しかしながら、これらの加工方法に限られず、所定の軸受軌道形状の中間品が得られる方法であれば、いかなる加工方法を採用することもできる。
(Process for forming bearing raceway shape)
In the process of forming the bearing raceway shape, the steel material for the bearing raceway is processed into a predetermined bearing raceway shape to produce an intermediate product (steel material formed into a bearing raceway shape). Examples of the processing method include hot forging, cold forging, machining (cutting, etc.), etc. However, the processing method is not limited to these, and any processing method can be used as long as it can produce an intermediate product having the predetermined bearing raceway shape.
(浸炭焼入れ・焼戻しを行う工程)
浸炭焼入れ・焼戻しを行う工程では、中間品に対して、浸炭焼入れ、及び焼戻しを施す。
浸炭処理は、850~1100℃の温度範囲で施す。浸炭温度が850℃未満では、鋼中に十分な炭素を拡散させるために長時間の加熱処理を要し、コストが嵩む。一方、浸炭温度が1100℃を超えると、著しい粗粒化や混粒化が生じる。
そのため、浸炭は850~1100℃の温度域で行う。コストの低廉化、粗粒化の抑制及び混粒化の抑制をさらに高いレベルで実現させるためには、浸炭は900~1050℃の温度域で行うことが好ましい。浸炭方法には、ガス浸炭や真空浸炭を採用することが出来る。
焼入れは、所定の温度で一定時間保持後に行ってもよい。一定時間保持する目的は、焼入れ時の焼き割れ、ひずみ低減である。保定温度は、800℃以上で10分以上とする。一方、900℃超で60分超保定しても、焼入れ時の焼き割れ防止、ひずみ低減の効果は飽和する。
(Carburizing, quenching and tempering process)
In the carburizing, quenching and tempering process, the intermediate product is subjected to carburizing, quenching and tempering.
Carburizing is performed at a temperature range of 850 to 1100°C. If the carburizing temperature is less than 850°C, a long heat treatment is required to sufficiently diffuse carbon into the steel, which increases the cost. On the other hand, if the carburizing temperature exceeds 1100°C, significant coarsening and mixing of grains occurs.
Therefore, carburizing is carried out in the temperature range of 850 to 1100° C. In order to achieve lower costs, suppression of coarsening and suppression of mixed grains at an even higher level, carburizing is preferably carried out in the temperature range of 900 to 1050° C. Gas carburizing or vacuum carburizing can be used as the carburizing method.
Quenching may be performed after holding at a specified temperature for a certain period of time. The purpose of holding for a certain period of time is to reduce cracking and distortion during quenching. The holding temperature is 800°C or higher for 10 minutes or more. On the other hand, even if the temperature is held at over 900°C for more than 60 minutes, the effects of preventing cracking and reducing distortion during quenching are saturated.
焼戻し処理における、焼戻し温度は、靭性の確保や硬さ調整のために、150℃以上が好ましい。焼戻し温度が150℃未満であると、軸受軌道の靱性が確保できない場合がある。一方、焼戻し温度が200℃を超えると、軸受軌道製品の硬さが低下し、耐摩耗性が低下するおそれがある。そのため、焼戻し温度は150℃~200℃とすることが好ましい。 In the tempering process, the tempering temperature is preferably 150°C or higher in order to ensure toughness and adjust hardness. If the tempering temperature is less than 150°C, the toughness of the bearing raceway may not be ensured. On the other hand, if the tempering temperature exceeds 200°C, the hardness of the bearing raceway product may decrease, and the wear resistance may decrease. Therefore, the tempering temperature is preferably 150°C to 200°C.
(仕上げ加工を行う工程)
仕上げ加工を行う工程では、浸炭焼入れ・焼戻した中間品に対して、仕上げ加工を行う。仕上げ加工は、研削や研磨である。
(Finishing process)
In the process of finishing, the intermediate product that has been carburized, quenched and tempered is subjected to finishing processes such as grinding and polishing.
以上の工程により、本実施形態に係る軸受軌道が製造される。 The above steps are used to manufacture the bearing raceway according to this embodiment.
次に、本発明の実施例について説明するが、以下に示す各条件は、本発
明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一例にすぎず、本発明の条件はこの一例に限定されるものではない。本発明の実施においては、その要旨を逸脱せず、その目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用することができる。
Next, an embodiment of the present invention will be described, but the conditions shown below are merely examples adopted to confirm the feasibility and effects of the present invention, and the conditions of the present invention are not limited to these examples. In implementing the present invention, various conditions can be adopted as long as they do not deviate from the gist of the present invention and the object is achieved.
<各種試験片の成形>
(棒鋼の準備)
表1に示す化学組成を有する鋼(鋼No.A~AV)をそれぞれ溶製し、熱間鍛造により、φ40mmの棒鋼を準備した。なお、表1において下線を付した数値は当該数値が本発明の範囲外であることを示す。製造された棒鋼に対して、球状化焼鈍処理を実施した。具体的には、棒鋼を、780℃で5時間保持した。その後、10℃/hで650℃まで徐冷した後、室温まで空冷した。これら工程を経て、軸受軌道用鋼材としての棒鋼を得た。
<Molding of various test pieces>
(Preparation of steel bars)
Steels (Steel Nos. A to AV) having the chemical compositions shown in Table 1 were melted and hot forged to prepare φ40 mm steel bars. In Table 1, underlined values indicate that the values are outside the range of the present invention. The manufactured steel bars were subjected to spheroidizing annealing treatment. Specifically, the steel bars were held at 780°C for 5 hours. Thereafter, they were slowly cooled to 650°C at 10°C/h, and then air-cooled to room temperature. Through these steps, steel bars were obtained as steel materials for bearing raceways.
(小ローラー試験片の成形)
φ40mmの棒鋼から、機械加工により、φ26mm×130mmの小ローラー試験片を成形した。
(Molding of small roller test specimens)
A small roller test piece of φ26 mm×130 mm was formed by machining from a steel bar of φ40 mm.
(丸棒試験片の成形)
φ40mmの棒鋼から、機械加工により、硬さ、C濃度、及び組織を測定するための測定用のφ26mm×50mmの丸棒試験片を成形した。
(Forming of round bar test pieces)
A round bar test piece of φ26 mm×50 mm for measuring hardness, C concentration, and structure was formed by machining from a steel bar of φ40 mm.
(大ローラー試験片の成形)
JIS G4805(2008)に規定された高炭素クロム鋼材SUJ2相当を用い、直径150mmの円板状の大ローラー試験片を成形した。
(Molding of large roller test specimens)
A large disc-shaped roller test piece having a diameter of 150 mm was molded using high carbon chromium steel equivalent to SUJ2 specified in JIS G4805 (2008).
<浸炭焼入れ、焼き戻しの実施>
次に、小ローラー試験片及び丸棒試験片に対して、浸炭焼入れ、焼戻しを行った。
製造No.1~18、21~42は、ガス浸炭焼入れ、焼戻しを行った。ガス浸炭の条件は、930℃×160分とした。
製造No.19~20は、真空浸炭焼入れ、焼戻しを行った。真空浸炭の条件は、930℃×160分とした。
製造No.43は、真空浸炭焼入れ、焼戻しを行った。真空浸炭の条件は、1110℃×60分とした。
その後、830℃×30分保定し、油焼入れを行った。次に、180℃×120分の条件で焼戻しを行った。焼戻し後の冷却方法は空冷とした。
ただし、製造No.42では、浸炭焼入れと焼戻しの間でサブゼロ処理を行った。
<Carburizing, quenching and tempering>
Next, the small roller test pieces and the round bar test pieces were subjected to carburizing, quenching, and tempering.
Production Nos. 1 to 18 and 21 to 42 were subjected to gas carburizing, quenching, and tempering. The gas carburizing conditions were 930°C x 160 minutes.
Production Nos. 19 and 20 were subjected to vacuum carburizing, quenching, and tempering. The vacuum carburizing conditions were 930°C x 160 minutes.
Production No. 43 was subjected to vacuum carburizing, quenching, and tempering. The vacuum carburizing conditions were 1110°C x 60 minutes.
Then, the specimen was held at 830°C for 30 minutes and oil quenched. Then, the specimen was tempered at 180°C for 120 minutes. After tempering, the specimen was air-cooled.
However, in Production No. 42, sub-zero treatment was performed between carburizing and quenching and tempering.
浸炭焼入れ、焼戻し後、試験精度を向上するために、小ローラー試験片のつかみ部および試験部に、仕上げ加工を施した。以上のようにして、製造No.1~43の小ローラー試験片、及び製造No.1~43の丸棒試験片を、それぞれ得た。 After carburizing, quenching, and tempering, the gripping and testing parts of the small roller test pieces were finished to improve the test accuracy. In this way, small roller test pieces No. 1 to 43 and round bar test pieces No. 1 to 43 were obtained.
<各試験片の性能評価>
(ビッカース硬さ)
各丸棒試験片を、長さ方向と垂直に切断した断面において、転動面に相当する試験片の表面から深さ0.10~0.50mmの領域において、深さ0.10mm間隔の5か所について各5点のマイクロビッカース硬さを測定した。硬さ測定は、JIS Z 2244(2009)に準拠し、試験力2.94Nで行った。
そして、計25点のビッカース硬さの算出平均値を求めた。この結果を表2に表記する。
<Performance evaluation of each test piece>
(Vickers hardness)
The micro Vickers hardness of each round bar test piece was measured at five points at 0.10 mm intervals in a region of 0.10 to 0.50 mm deep from the surface of the test piece corresponding to the rolling surface in a cross section cut perpendicular to the longitudinal direction. The hardness measurements were performed in accordance with JIS Z 2244 (2009) with a test force of 2.94 N.
The Vickers hardness was calculated and averaged at a total of 25 points. The results are shown in Table 2.
(C含有量)
C含有量は、切粉を用いて測定する。具体的には、丸棒試験片から、旋削加工で表面から深さ0.10mm~0.50mm(400μm分)の切粉を採取し、高周波誘導加熱炉燃焼法で求めた炭素濃度を表面から深さ0.10~0.50mmの領域のC濃度とする。この結果を表2に表記する。
(C content)
The C content is measured using chips. Specifically, chips are taken from the round bar test piece at a depth of 0.10 mm to 0.50 mm (400 μm) from the surface by lathe cutting, and the carbon concentration determined by the high-frequency induction heating furnace combustion method is regarded as the C concentration in the region at a depth of 0.10 to 0.50 mm from the surface. The results are shown in Table 2.
(組織)
前記の組織観察方法に従い、円相当径300nm以上の炭化物、残留オーステナイト(表中、残留γと表記)、焼戻しマルテンサイト(表中、焼戻しMAと表記)の各面積率を測定した。その結果を表2に併記する。
なお、全ての試験片において、円相当径300nm以上の炭化物、残留オーステナイト、焼戻しマルテンサイト以外の残部は、ベイナイト、パーライト、及びフェライトであった。ベイナイト、パーライト、及びフェライトの合計の面積率(表中、Ba+Pa+αFe面積率と表記する)
(Organization)
According to the above-mentioned method for observing the structure, the area ratios of carbides having an equivalent circle diameter of 300 nm or more, retained austenite (represented as retained γ in the table), and tempered martensite (represented as tempered MA in the table) were measured. The results are shown in Table 2.
In addition, in all test pieces, the remainder other than carbides having a circle equivalent diameter of 300 nm or more, retained austenite, and tempered martensite was bainite, pearlite, and ferrite. The total area ratio of bainite, pearlite, and ferrite (referred to as Ba + Pa + αFe area ratio in the table)
(ローラーピッティング(RP)試験(剥離の有無、白色組織の有無))
軸受軌道の剥離損傷を評価する試験として、ローラーピッティング試験(2円筒転がり疲労試験)を実施した。大ローラー試験片の円周面を小ローラー試験片の表面に回転数1500rpm、面圧2500MPaで接触させ、最大2000万回の条件で試験を行い、剥離の有無を調査した。
(Roller pitting (RP) test (presence or absence of peeling, presence or absence of white tissue))
A roller pitting test (two-cylinder rolling fatigue test) was conducted to evaluate the spalling damage of the bearing raceway. The circumferential surface of the large roller test piece was brought into contact with the surface of the small roller test piece at a rotation speed of 1500 rpm and a surface pressure of 2500 MPa, and the test was conducted up to 20 million times to check for the presence or absence of spalling.
試験後の小ローラーについて、大ローラー試験片と接触した面の組織を観察できるように、小ローラーから、観察面が小ローラー長さ方向と垂直面となるように試料片を切り出した。
試料片の観察面を鏡面研磨後、ナイタール溶液(硝酸3gをエタノール100mlで溶解し、界面活性剤を加えた溶液)を用いて、10秒腐食し、水洗した。
次に、試料片の観察面、光学顕微鏡によって観察し、白色組織の有無を調べた。白色組織の有無は、小ローラーの転動面直下1.0mm深さまでの範囲において、1000倍で観察した時、長さ5μm以上の白色組織が観察された場合、白色組織の発生有りと判断した。また、白色組織の長さ(最も大きな白色組織の長さ)も求めた。白色組織の発生無しと判断した場合でも、長さ5μm未満の白色組織が観察された場合、その白色組織の長さ(最も大きな白色組織の長さ)も求めた。
その結果を表2に記載する。なお、表2中の下線を付した数値は当該数値が本発明の範囲外であることを示す。
After the test, a test piece was cut out from the small roller so that the structure of the surface that had come into contact with the large roller test piece could be observed, with the observation surface being perpendicular to the longitudinal direction of the small roller.
The observation surface of the test piece was mirror-polished, then etched for 10 seconds using a nital solution (a solution prepared by dissolving 3 g of nitric acid in 100 ml of ethanol and adding a surfactant), and then washed with water.
Next, the observation surface of the sample piece was observed with an optical microscope to check the presence or absence of white structure. The presence or absence of white structure was determined when white structure having a length of 5 μm or more was observed at 1000 times magnification in the range up to a depth of 1.0 mm directly below the rolling surface of the small roller. The length of the white structure (the length of the largest white structure) was also determined. Even when it was determined that no white structure was generated, if white structure having a length of less than 5 μm was observed, the length of the white structure (the length of the largest white structure) was also determined.
The results are shown in Table 2. In Table 2, underlined values indicate that the values are outside the range of the present invention.
表1~表2から明らかなように、化学組成、並びに、軸受軌道の表層部における硬さ及び組織について好適化を図った製造例1~20については、いずれも、剥離が生じず、また、白色組織の生成も確認されなかったことから、優れた白色組織抑制効果、並びに転動疲労特性が得られていることが判る。 As is clear from Tables 1 and 2, in manufacturing examples 1 to 20, which were designed to optimize the chemical composition and the hardness and structure of the surface layer of the bearing raceway, no peeling occurred and no white structure was observed, demonstrating that excellent white structure suppression effects and rolling fatigue properties were obtained.
一方、製造例21は、鋼材のC量が低く、軸受軌道の表層部のC量も低くなり、軸受軌道に必要な硬度が得られなかった。そのため、ローラーピッティング試験は実施しなかった。
製造例22は、鋼材のC量が高く、残留オーステナイトが多量に存在したため、残留オーステナイト面積率が未達であった。そのため、ローラーピッティング試験は実施しなかった。
製造例23は、Si量が高く、介在物が生成し、介在物を起点とした剥離損傷が生じた。
製造例24は、Mn量が低く、焼入れ性が不十分で、軸受軌道に必要な硬度が得られなかった。そのため、ローラーピッティング試験は実施しなかった。
製造例25は、Mn量が高く、焼入れ時に割れが発生した。そのため、ローラーピッティング試験は実施しなかった。
製造例26は、Cr量が低く、焼入れ性が不十分であり、軸受軌道に必要な硬度が得られなかった。そのため、ローラーピッティング試験は実施しなかった。
製造例27は、Cr量が高く、粗大な炭化物が生成したため、炭化物面積率が未達であり、鋼の鍛造性および被削性が低かった。そのため、ローラーピッティング試験は実施しなかった。
On the other hand, in Manufacturing Example 21, the C content of the steel was low, and the C content of the surface layer of the bearing raceway was also low, so the hardness required for the bearing raceway could not be obtained. Therefore, the roller pitting test was not performed.
In Production Example 22, the steel material had a high C content and a large amount of retained austenite, so the area ratio of retained austenite did not reach the target. Therefore, the roller pitting test was not performed.
In Production Example 23, the Si content was high, and inclusions were formed, causing spalling damage originating from the inclusions.
In Production Example 24, the Mn content was low, the hardenability was insufficient, and the hardness required for the bearing raceway could not be obtained, so the roller pitting test was not performed.
In Production Example 25, the Mn content was high and cracks occurred during quenching, so the roller pitting test was not performed.
In Production Example 26, the Cr content was low, the hardenability was insufficient, and the hardness required for the bearing raceway could not be obtained, so the roller pitting test was not performed.
In Production Example 27, the Cr content was high and coarse carbides were formed, so the carbide area ratio was not achieved and the forgeability and machinability of the steel were poor. Therefore, a roller pitting test was not performed.
製造例28は、P量が高く、白色組織が発生又は成長する前に、生成した脆化部による剥離損傷が発生した。
製造例29は、S量が高く、白色組織が発生又は成長する前に、生成した硫化物を起点とした剥離損傷が生じた。
製造例30は、Al量が低く、白色組織が発生又は成長する前に、脱酸が不十分で、生成した酸化物を起点とした剥離損傷が生じた。
製造例31は、Al量が高く、白色組織が発生又は成長する前に、生成した粗大酸化物を起点とした剥離損傷が生じた。
製造例32は、N量が低く、白色組織が発生又は成長する前に、粗大化した結晶粒の界面を起点とした剥離損傷が生じた。
製造例33は、N量が高く、白色組織が発生又は成長する前に、生成した粗大AlNを起点とした剥離損傷が生じた。
製造例34は、O量が高く、白色組織が発生又は成長する前に、酸化物を起点とした剥離損傷が生じた。
In Production Example 28, the P amount was high, and before the white structure was generated or grew, peeling damage occurred due to the generated embrittled part.
In Production Example 29, the S amount was high, and spalling damage occurred starting from the formed sulfides before the white structure was generated or grew.
In Production Example 30, the Al amount was low, and deoxidation was insufficient before the white structure was generated or grew, and spalling damage occurred starting from the generated oxide.
In Production Example 31, the Al amount was high, and spalling damage occurred starting from the generated coarse oxide before the white structure was generated or grew.
In Production Example 32, the N amount was low, and before the white structure was generated or grew, spalling damage occurred starting from the interface between coarsened crystal grains.
In Production Example 33, the N amount was high, and before the white structure was generated or grew, spalling damage occurred starting from the generated coarse AlN.
In Production Example 34, the O amount was high, and spalling damage originating from oxides occurred before white structures were generated or grew.
製造例35は、Ni量が低く、水素侵入により生成した白色組織を起点とした剥離損傷が生じた。
製造例36は、Cu量が高く、熱間延性低下し、軸受軌道が製造できなかった。そのため、各種試験は実施できなかった。
製造例37は、Cu量が低く、水素侵入により生成した白色組織を起点とした剥離損傷が生じた。
製造例38~40は、式(1)を満たさず、水素侵入により生成した白色組織を起点とした剥離損傷が生じた。
製造例41は、炭化物面積率が低く、軸受軌道に必要な炭化物面積率が得られなかった。そのため、白色組織が発生又は成長する前に、剥離損傷が発生した。
製造例42は、残留オーステナイト面積率が低く、軸受軌道に必要な残留オーステナイト面積率が得られなかった。そのため、白色組織が発生又は成長する前に、剥離損傷が発生した。
製造例43は、表層部のC量が高く、残留オーステナイトが多量に存在したため、残留オーステナイト面積率が未達であった。そのため、ローラーピッティング試験は実施しなかった。
In Production Example 35, the Ni amount was low, and spalling damage occurred starting from white structures formed due to hydrogen penetration.
In Production Example 36, the Cu content was high, the hot ductility was reduced, and a bearing raceway could not be produced. Therefore, various tests could not be carried out.
In Production Example 37, the Cu amount was low, and spalling damage occurred starting from white structures formed due to hydrogen penetration.
Production Examples 38 to 40 did not satisfy formula (1), and peeling damage occurred starting from white structures formed by hydrogen penetration.
In Production Example 41, the carbide area ratio was low and the carbide area ratio required for the bearing raceway could not be obtained, so spalling damage occurred before the white structure was generated or grew.
In Example 42, the area ratio of retained austenite was low, and the area ratio of retained austenite required for the bearing raceway could not be obtained, so spalling damage occurred before the white structure was generated or grew.
In Production Example 43, the surface layer had a high C content and a large amount of retained austenite, so the area ratio of retained austenite did not reach the target. Therefore, the roller pitting test was not performed.
Claims (7)
C :0.15~0.50%、
Si:0.05~0.50%、
Mn:0.05~1.50%、
Cr:0.57~2.00%、
P :0.025%以下、
S :0.025%以下、
Al:0.005~0.100%、
N :0.003~0.030%、
O :0.0015%以下、
Ni:0.65~1.45%、及び
Cu:0.03~0.20%、
を含有し、
残部がFe及び不純物からなり、
NiおよびCuの含有量が式(1)を満たす、
軸受軌道用鋼材。
Ni<27×Cu・・・(1)
式(1)中、元素記号は、質量%での各元素の含有量を示す。 The composition is, in mass%,
C: 0.15 to 0.50%,
Si: 0.05 to 0.50%,
Mn: 0.05 to 1.50%,
Cr: 0.57 to 2.00%,
P: 0.025% or less,
S: 0.025% or less,
Al: 0.005 to 0.100%,
N: 0.003 to 0.030%,
O: 0.0015% or less,
Ni: 0.65 to 1.45% , and Cu: 0.03 to 0.20%,
Contains
The balance is Fe and impurities,
The contents of Ni and Cu satisfy formula (1);
Steel for bearing raceways.
Ni<27×Cu (1)
In formula (1), the element symbols indicate the content of each element in mass %.
Mo:2.00%以下、
V :2.00%以下、および
B :0.0050%以下、
よりなる群から選ばれた1種または2種以上を含有する請求項1に記載の軸受軌道用鋼材。 In mass percent,
Mo: 2.00% or less,
V: 2.00% or less; and B: 0.0050% or less;
2. The steel material for bearing raceways according to claim 1, which contains one or more types selected from the group consisting of:
Nb:0.100%以下、
Ti:0.100%以下、および
REM:0.020%以下、
よりなる群から選ばれた1種または2種以上を含有する請求項1または請求項2に記載の軸受軌道用鋼材。 In mass percent,
Nb: 0.100% or less,
Ti: 0.100% or less; and REM: 0.020% or less;
3. The steel material for bearing raceways according to claim 1, which contains one or more selected from the group consisting of:
C :0.15~0.50%、
Si:0.05~0.50%、
Mn:0.05~1.50%、
Cr:0.57~2.00%、
P :0.025%以下、
S :0.025%以下、
Al:0.005~0.100%、
N :0.003~0.030%、
O :0.0015%以下、
Ni:0.65~1.98%、及び
Cu:0.03~0.20%、
を含有し、
残部がFe及び不純物からなり、
NiおよびCuの含有量が式(1)を満たす、
軸受軌道用鋼材を用いた軸受軌道であって、
軌道輪または軌道盤の軌道面となる部位の表面から深さ0.10~0.50mmの領域において、
C量が、質量%で0.60~1.20%、
組織が、面積率で、円相当径300nm以上の炭化物:1~15%、残留オーステナイト:5~40%を含み、残部が焼戻しマルテンサイトからなる軸受軌道。
Ni<27×Cu・・・(1)
式(1)中、元素記号は、質量%での各元素の含有量を示す。 The composition is, in mass%,
C: 0.15 to 0.50%,
Si: 0.05 to 0.50%,
Mn: 0.05 to 1.50%,
Cr: 0.57 to 2.00%,
P: 0.025% or less,
S: 0.025% or less,
Al: 0.005 to 0.100%,
N: 0.003 to 0.030%,
O: 0.0015% or less,
Ni: 0.65 to 1.98%, and
Cu: 0.03 to 0.20%,
Contains
The balance is Fe and impurities,
The contents of Ni and Cu satisfy formula (1);
A bearing raceway using a steel material for the bearing raceway,
In a region 0.10 to 0.50 mm deep from the surface of the portion that will become the raceway surface of the race or raceway disk,
C content is 0.60 to 1.20% by mass,
A bearing raceway having a structure including, by area ratio, 1 to 15% carbides having an equivalent circle diameter of 300 nm or more, 5 to 40% retained austenite, and the remainder being tempered martensite.
Ni<27×Cu (1)
In formula (1), the element symbols indicate the content of each element in mass %.
質量%で、
Mo:2.00%以下、
V :2.00%以下、および
B :0.0050%以下、
よりなる群から選ばれた1種または2種以上を含有する請求項4又は請求項5に記載の軸受軌道。 The bearing raceway steel material is
In mass percent,
Mo: 2.00% or less,
V: 2.00% or less, and
B: 0.0050% or less,
6. The bearing raceway according to claim 4, which contains one or more selected from the group consisting of:
質量%で、
Nb:0.100%以下、
Ti:0.100%以下、および
REM:0.020%以下、
よりなる群から選ばれた1種または2種以上を含有する請求項4~請求項6のいずれか1項に記載の軸受軌道。 The bearing raceway steel material is
In mass percent,
Nb: 0.100% or less,
Ti: 0.100% or less, and
REM: 0.020% or less,
The bearing raceway according to any one of claims 4 to 6 , comprising one or more selected from the group consisting of:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020023451A JP7464822B2 (en) | 2020-02-14 | 2020-02-14 | Steel for bearing raceways and bearing raceways |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020023451A JP7464822B2 (en) | 2020-02-14 | 2020-02-14 | Steel for bearing raceways and bearing raceways |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021127504A JP2021127504A (en) | 2021-09-02 |
JP7464822B2 true JP7464822B2 (en) | 2024-04-10 |
Family
ID=77488040
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020023451A Active JP7464822B2 (en) | 2020-02-14 | 2020-02-14 | Steel for bearing raceways and bearing raceways |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7464822B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115558870B (en) * | 2022-11-04 | 2023-06-23 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | Economical high-service-life high-power steel for wind power yaw bearing ring, bearing ring and production process |
CN116479322A (en) * | 2023-03-09 | 2023-07-25 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | Steel for high-speed motor train gear box bearing and manufacturing method thereof |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001294972A (en) | 2000-04-18 | 2001-10-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Steel for bearing |
JP2009057589A (en) | 2007-08-30 | 2009-03-19 | Ntn Corp | Needle roller bearing and needle roller |
JP2015127434A (en) | 2013-12-27 | 2015-07-09 | 株式会社神戸製鋼所 | Case hardened steel with excellent crystal grain coarsening prevention characteristic at carburization treatment |
WO2019102584A1 (en) | 2017-11-24 | 2019-05-31 | 株式会社ゴーシュー | Forged heat-treated product of case-hardened steel |
WO2019198539A1 (en) | 2018-04-10 | 2019-10-17 | 日本製鉄株式会社 | Machine component and method for producing same |
JP2019183215A (en) | 2018-04-06 | 2019-10-24 | 大同特殊鋼株式会社 | Carburization machine component and manufacturing method therefor |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3646467B2 (en) * | 1996-07-31 | 2005-05-11 | 日本精工株式会社 | Rolling bearing |
-
2020
- 2020-02-14 JP JP2020023451A patent/JP7464822B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001294972A (en) | 2000-04-18 | 2001-10-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Steel for bearing |
JP2009057589A (en) | 2007-08-30 | 2009-03-19 | Ntn Corp | Needle roller bearing and needle roller |
JP2015127434A (en) | 2013-12-27 | 2015-07-09 | 株式会社神戸製鋼所 | Case hardened steel with excellent crystal grain coarsening prevention characteristic at carburization treatment |
WO2019102584A1 (en) | 2017-11-24 | 2019-05-31 | 株式会社ゴーシュー | Forged heat-treated product of case-hardened steel |
JP2019183215A (en) | 2018-04-06 | 2019-10-24 | 大同特殊鋼株式会社 | Carburization machine component and manufacturing method therefor |
WO2019198539A1 (en) | 2018-04-10 | 2019-10-17 | 日本製鉄株式会社 | Machine component and method for producing same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021127504A (en) | 2021-09-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10202677B2 (en) | Production method of carburized steel component and carburized steel component | |
JP6205060B2 (en) | Carbonitriding bearing parts | |
US10370747B2 (en) | Nitrided component | |
JP2007162128A (en) | Case hardening steel having excellent forgeability and crystal grain-coarsening prevention property, its production method and carburized component | |
JP3614113B2 (en) | Steel material for bearing element parts with excellent machinability | |
JP3405277B2 (en) | Steel wire rod, steel bar and steel pipe for bearing element parts with excellent machinability | |
JP5886119B2 (en) | Case-hardened steel | |
JP2009127095A (en) | Case-hardening steel for power transmission component | |
JP7464822B2 (en) | Steel for bearing raceways and bearing raceways | |
JP5503170B2 (en) | Case-hardened steel with excellent maximum grain reduction characteristics | |
JPH10306343A (en) | Steel for soft-nitriding, excellent in cold forgeability and pitting resistance | |
JP2017133052A (en) | Case hardened steel excellent in coarse particle prevention property, fatigue property and machinability during carburization and manufacturing method therefor | |
JP2008088484A (en) | Steel component for bearing having excellent fatigue property, and its production method | |
JP7464821B2 (en) | Steel for bearing raceways and bearing raceways | |
JP5768734B2 (en) | Rolled steel for cold forging and nitriding | |
TWI630278B (en) | Surface hardened steel | |
JP2022170056A (en) | steel | |
JP5976581B2 (en) | Steel material for bearings and bearing parts with excellent rolling fatigue characteristics | |
JP7323850B2 (en) | Steel and carburized steel parts | |
JP6172378B2 (en) | Case-hardened steel wire | |
JP7542610B2 (en) | Steel | |
JP2008088482A (en) | Roller or ball in bearing having excellent rolling fatigue property and crushing strength, and bearing | |
JP7368697B2 (en) | Steel for carburized gears, carburized gears, and method for manufacturing carburized gears | |
JP7360060B2 (en) | steel and bearings | |
JP2000204444A (en) | Rolling bearing parts for high temperature use |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221006 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231012 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231107 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231219 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240227 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240311 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7464822 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |