JPH0198711A - 浸炭軸受体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は圧延機ロールネック軸受装置などに用いる浸炭
軸受体及びその製造方法に関する。

（従来の技術） 添付図面第１図は４列円錐軸受を用いた圧延機ロールネ
ック軸受装置の一例を示す要部縦断面図であるが、１は
ロール軸、２は内輪、３は円錐コロ、４は外輪、５は間
座、６は油孔を夫々示し、内軸２、外輪４及び円錐コロ
３が軸受体７を構成する。

８は軸受面を示す。この構成に於て外輪４と内輪２の円
錐コロ３との転走面Ａは摩損しないための相応の耐摩耗
強度が必要となり、一方ロール軸１が転接する内輪２の
内径面、場合によっては更に幅面（これを総して作用面
とす）Ｂ及び外輪４の外径面には通常フリクションクラ
ック（第１図では内径面に予測されるフリクションクラ
ックをＸ印にて示す）の発生が予想される。即ち、この
ロール軸１と作用面Ｂとの間にはハメアイのためのミク
ロクリアランスＣが設けられているのが一般的であり、
このクリアランスのためにロール軸１が回転する際滑り
を生じてこれが作用面Ｂに引張ストレスを原因とするフ
リクションクラック（×印該当）を誘発する。

対策として転走面Ａの耐摩耗性改善を主眼として転走面
Ａに浸炭焼入処理を施し作用面Ｂに対しては浸炭を行な
わず（その理由後記）上記の焼入（油中）による幾何か
の硬度増大だけに依存して、例えばＣ約０．２％程度の
浸炭用低炭素鋼素材を用いた場合、転走面Ａには相応な
浸炭硬化層が得られるものの作用面ＢはなおＨＲＣ３５
〜４８程度の硬度しか得られず作用面Ｂの耐摩耗性が劣
るという点で不十分であった。一方１作用面Ｂに転走面
Ａと同様な浸炭処理を行なった場合、耐摩耗性も有し、
かつフリクションクラックの防止にも有効となる表面硬
度（ＨＲＣ４８〜５５）を得ようとすると浸炭処理層、
表面仕上げのため、製品の表面を成る厚み範囲に渡って
切削（旋削と研削）する必要があるが、この場合その切
削代は製品の寸法、形状によって人別する。従って、作
用面Ｂに浸炭焼入を行なった場合は、その浸炭硬化層内
の硬度分布（硬度の表面よりの深さに対する変化）が急
激なものである場合、即ち厚みの変化に対する硬度の変
化が急峻の場合は切角浸炭処理によって硬度を改善して
も切削表面のあるべき硬度範囲が切削範囲如何によって
は所期した範囲に発現し得ない、別云すると切削範囲が
硬度分布によって大きく影響される、と云う点である。

発明者の観測に於ては作用面Ｂ（切削后）にはフリクシ
ョンクラックの防止のためにはＨＲＣ４８〜５５程度の
硬度が必要であるが、切削后この範囲の硬度を発揮する
上で、通常の浸炭焼入では表面からの深さに対して硬度
変化（低下）が急激であるため。

あるべき表面硬度範囲と切削範囲とのアンバランスから
浸炭焼入処理が採用されなかった、ものと考えられる。

これを第４図を採って簡単に説明すると、同図に於ける
作用面の硬度分布には急勾配をもって硬度が低下するゾ
ーンがあり、今切削后の表面硬度（ＨＲＣ）が４８〜５
５の範域が必要な場合、切削代Ｔ（＋ｍ＋）はＨＲＣ４
８〜５５に対応する深さＱｏ、Ｑ２の範囲内に置かねば
ならない（Ｑ、≦Ｔ５Ｑ、）、つまり、切削代Ｔ（＋ｎ
ｍ）が硬度分布によって厳格に制約を受けることになり
、こ１より本来必要な切削代がとれなかったり、切削代
の誤差によっては表面硬度の著差となると云う品質のバ
ラツキや生産性の悪さの直接の原因となる慣れがあった
のである。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は従って軸受体の転走面はもとよりそれ以外の作
用面（フリクションクラックの発生の予期される面）に
ついても浸炭硬化層を有してフリクションクラック防止
に用益すると共に作用面の浸炭硬化層の硬度分布が緩や
かな勾配をもって変化し切削代の選定の厳格性を緩和出
来る浸炭軸受体並びにその製造方法をこ１に提供する。

概略的に云って上記構造の浸炭硬化層は二段浸炭焼入法
、即ち作用面Ｂに対しては軽浸炭法、転走面Ａについて
は標準浸炭法を採用することによって達成される。そし
て第１段階としては軽浸炭法を行ないこの間転走面Ａに
は原則的には浸炭防止処理が講ぜられ、第２段階として
標準浸炭焼入法が実施されこの間作用面Ｂには浸炭防止
処理が採られ標準浸炭の加熱によって軽浸炭硬化層の硬
度分布が緩やかなものに変化する。このような処理に於
て軽浸炭硬化層内の硬度は素材の硬度より幾分高い程度
に、また表面に於ける炭素含有量も素材のそれより稍々
高い程度に夫々調整される。浸炭法としては作業性と生
産性の点から望ましくはガス浸炭法が採用されるが、固
体浸炭法を除外するものではない。以下に本発明の詳細
な説明する。

（問題点を解決するための手段） 上記目的達成のための本発明は、コロ、球等の高荷重転
動体の転走面及びフリクションクラックの発生が予期さ
れる作用面につき夫々浸炭硬化層が形成されているｇ４
製の軸受体であって、このうち転走面の浸炭硬化層が比
較的高硬度で深く作用面のそれが比較的低硬度で浅く夫
々調整され、浸炭処理直属に於て作用面の浸炭硬化層の
硬度分布が表面からの深さに対応して比較的緩やかな勾
配をもって漸減変化を呈示してなる浸炭軸受体に関する
。

本発明は、またコロ、球等の高荷重転動体との転走面及
びフリクションクラックの発生が予期される作用面を夫
々有する１１１ｇの軸受体の上記転走面に浸炭防止処理
を施すか或はそのまλにして軸受体全体を軽浸炭処理を
施して作用面に比較的低硬度で浅い軽浸炭層を形成する
第１工程と、転走面に浸炭層が形成された場合は之を除
去してから上記作用面の浸炭層に熱処理を行なう第２工
程と、作用面に防浸炎処理を行なってから軸受体に標準
浸炭を行なって転走面に比較的高硬度で深い硬化層を形
成すると共にこの間に上記作用面の軽浸炭硬化層中の炭
素を深部に拡散させる第３工程と、転走面の硬化層を熱
処理する第４工程と、得られた作用面及び転走面につい
て必要な厚みに渡って切削を行なう第５工程と、より成
る浸炭軸受体の製造方法に関する。

（作用） 本発明に於ては転走面のみならず作用面にも浸炭硬化層
を備えて切削層の表面硬度もＨＲＣ４８〜５５の範囲を
安定的に持ち備えているためにフリクションクラックの
発生防止に充分に用益すると共にこの作用面の浸炭硬化
層の硬度分布が比較的緩やかな勾配をもって漸減変化を
示すことになり、従って硬度変化と切削代との厳格な相
対関係が緩和される。

（実施例） 本発明の詳細を以下に図面及び実施例を挙げて説明する
。

図に於いて第１図は本発明浸炭軸受体が好ましく採択さ
れる従来公知の４列円錐軸受を用いた圧延機ロールネッ
ク軸受の一例を示す要部縦断面図、第２図は本発明に於
ける作用面及び転走面の浸炭硬化層の硬度分布を示す硬
度−表面からの深さの特性グラフ、第３図は第２図対応
の炭素含有量−表面からの深さの特性グラフ、第４図は
本発明との比較のために作用面に転走面と同等の浸炭焼
入れを行なった場合の第２図対応図である。

第１図に於ける４列円錐軸受の圧延機ロールネック軸受
の概略構成と問題点とは既に揚起したのでこ１では重複
を避ける意味で再記しない。

本発明の軸受体の構造をより理解的にするために製造方
法を先に説明する。用いる軸受体の素材としては機械構
造用炭素鋼、合金鋼のけだ焼鋼や特殊用途鋼の゛耐熱用
高合金はだ焼鋼材等が適用される。浸炭法としては工業
上置も有利とされているガス浸炭法が採られるが、固体
浸炭法も採用出来る。ガス浸炭法に於て望ましく用いら
れる雰囲気ガスとしてはＲＸガスでこのガスは光輝焼入
れに使用する吸熱型雰囲気ガスで、その組成は一例とし
て、Ｃｏ、０．１％（ｖｏｌ−以下同じ）、Ｃ０２４，
２％、Ｈ，３１，５％、ＣＨ４０，０４％、Ｈ２Ｏ０，
４％、Ｎ２残部）よりなり、ブタン（Ｃ４Ｈ１゜）の微
量を炉内に導入することにより６％を微調整し得るよう
になっている。軸受体７の転走面Ａ及び作用面Ｂの浸炭
焼入をするには第１工程として作用面Ｂに先ず軽浸炭を
施しこの間転走面Ａには原則的には浸炭防止処理を行な
う。

この軽浸炭は浸炭深さが浅く且つ表面炭素量が０゜８０
±０．１５％Ｃの程度を目標とするもので８３０℃〜９
００”Ｃの低温処理が望ましい。処理時間は素材の鋼種
や表面硬さによって決定されるが一つの比較目標として
下記のＡ部に対する標準浸炭時間の１／４〜１／６とな
る（たマしＡ部の有効浸炭深さが１．５〜２．５ｍの場
合）、第１工程に於ける軽浸炭処理に於て転走面Ａに浸
炭防止処理をしない場合に転走面Ａに形成された浸炭層
を切削によって除去する（ただし、后の転走面の浸炭時
間が十分長く、この軽浸炭の影響が小さい場合は除去し
なくても可）。軽浸炭焼入の后、第３工程として作用面
Ｂに浸炭防止処理を行なって転走面Ａに標準浸炭を行な
う、この標準浸炭は必要な耐摩耗性を得る硬度範囲を目
標にした従来の浸炭と変りがないが、この標準浸炭の加
熱サイクル中に軽浸炭焼入層中の炭素を深部に拡散させ
これによって硬度分布を比較的緩やかな勾配で漸減する
点が特徴である。転走面Ａの有効浸炭深さも使途に応じ
て異なるが回倒の軸受装置の場合は研削完了后で１．５
〜２．５ｍｍ程度であり、処理時間もこの浸炭深さに対
応して適宜選択するものとするが、−例として９４０℃
〜９５０’Ｃで１５時間程浸炭の目的で実施し、これに
後続し炉内の炭素量を低減して同程度の温度で８時間、
浸炭処理を実施する。もとよりこれらの時間配分は一例
であり限定的なものではない。標準浸炭に続いて第４工
程として１次焼入れ、必要によっては更に２次焼入れを
した后歪取りの焼戻しをする。素材鋼ＳＣＭ４２０，５
Ｃｒ４２０等を用いた場合には１次焼入れのみ、即ち直
接焼入れのみ、ＳＮＣＭ４２０、ＳＮ０Ｍ８１５等を用
いた時は更に２次焼入れをして残留オーステナイト量を
低下せしめる。

これらの焼入れの后に上記焼戻しを行なう。その后第５
工程として転走面Ａ及び作用面Ｂの切削を実施する。切
削は旋削と研削とを含むことは従来通りである。軽浸炭
、標準浸炭による作用面Ｂ及び転走面Ａの浸炭硬化層内
の硬度分布、炭素含有量の分布を第２図、第３図にもと
づいて説明する。

第２図は浸炭焼入れ、焼戻し后の断面硬度分布であり作
用面Ｂの目標硬度範囲ＨＲＣ４８〜５５　とした場合、
この範囲の硬度分布曲線すは比較的緩やかな勾配をもっ
て漸減しており、切削代Ｔの許容範囲は１．５ｍｍに至
る広い深さ範囲に渡っている。転走面Ａの硬度分布曲線
ａは深さ１．５ｍに渡って高い硬度（ＨＲＣ５８〜６２
）を維持している。従って、Ａ、Ｂ両面について切削代
を最高１゜５−に渡って取っても両面Ａ、Ｂに必要な目
標硬度範囲が得られることが判る。このような作用面Ｂ
の硬度分布に基因する炭素分布曲線ｂ１は第２図の断面
炭素分布を示す第３図に於てなだらかな略直線状として
発現しており、この曲線ｂ１は軽浸炭直后の炭素分布曲
線ｂ２（−点鎖線）、即ち急峻な勾配をもった急減曲線
が標準浸炭の間に炭素が内部に拡散することによって形
成されたものと判断される。一方、転走面Ａに於ける炭
素分布曲線ａｌ（点線）〔この例では軽浸炭に当って浸
炭防止処理を施しである〕が深さ４ｍについては曲線ｂ
１と合体重複しているが硬度分布曲線ａは第２図の如く
はマ深さ１．５閣に至る間は概ね同じような高硬度を維
持している。

（実施例） （イ）ワーク；− 浸炭鋼（ＳＮＣＭ　４２０）製の第１図図示の圧延機ロ
ールネック軸受の軸受体。

（ロ）軽浸炭・熱処理（第１及び第２工程）ニー転走面
Ａに浸炭防止処理を行なってからＲＸガスを用いて８５
０℃で６時間（ｍの表面炭素濃度＝０．８±０．１％）
ガス浸炭を行なってから約９０”Ｃの油中でＳ分間冷却
して取り出し、その后６５０℃にて５時間焼戻してから
空冷した。

（ハ）標準浸炭・熱処理ニー 続いて作用面Ｂに浸炭防止処理をしてから９４０℃で１
５時間（ＩＮの表面炭素濃度＝１．１±０゜１％）ガス
浸炭を実施して、主として転走面Ａの標準浸炭を図り、
続いて主として拡散の目的のため９４０℃で８時間（鋼
の表面炭素濃度＝０．９±０．１％）浸炭を続け、その
后８７０℃×０゜５時間加熱してから約９０℃の油中で
約５分間冷却して１次焼入れをする。これに続き８００
℃で４０分間加熱して、２次焼入れをし、その后１７０
℃で４時間加熱して焼もどしをする。

（ニ）切削ニー （ハ）の処理属Ａ、Ｂ両面につき厚み約０．５ｍにわた
って旋削し続いて僅かな厚みについて研削して製品を得
た。

（ホ）浸炭硬化層の硬度分布・炭素分布ニー転走面の表
面硬度　ＨＲＣ５８〜６４．炭素分布　０．９±０．１
５％Ｃ作用　　ｎ　　　　　ＨＲＣ４８〜５５．炭素分
布０．３５±０．１５％Ｃ（発明の効果） 本発明にあっては作用面のフリクションクラックの防止
が充分に図られるために従来の浸炭軸受体の適性の増大
に寄与し、寿命のより永い軸受機能を発揮する。また１
作用面に於ける硬度分布と切削代との厳格な相対関係が
緩和されるので切削代の決定に幅が与えられ品質保証性
及び生産性が改善される。更に、製造方法的にみた場合
１作用面の浸炭焼入に当っては転走面に浸炭防止処理を
施す（そのま＼の場合もある）ことを除けば従来の浸炭
焼入に殊更新しい工程を付加したり装置を用いなくても
済むので従来法の延長的手法にて実施出来る有利さを備
えている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明浸炭軸受体が好ましく採択される従来公
知の４列円錐軸受を用いた圧延機ロールネック軸受の一
例を示す要部縦断面図、第２図は本発明に於ける作用面
及び転走面の浸炭軸受体が好ましく採択される従来公知
の４列円錐軸受の浸炭硬化層の硬度分布を示す硬度−表
面からの深さの特性グラフ、第３図は第２図対応の炭素
含有−表面からの深さの特性グラフ、第４図は本発明と
の比較のために作用面に転走面と同等の浸炭焼入れを行
なった場合の第２図対応図である。 （符号の説明） １・・・ロール軸、２・・・内輪、３・・・円錐コロ、
４・・・外輪、５・・・間座、６・・・油孔、７・・・
軸受体。 −以上− 出願人　エヌ・チー・エヌ東洋ベアリング株式会社代理
人　弁理士（６２３５）　　　松　野　英　彦゛表面か
うの深さ（ｍｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コロ、球等の高荷重転動体の転走面及びフリクショ
   ンクラックの発生が予期される作用面につき夫々浸炭硬
   化層が形成されている鋼製の軸受体であって、このうち
   転走面の浸炭硬化層が比較的高硬度で深く作用面のそれ
   が比較的低硬度で浅く夫々調整され、浸炭処理直后に於
   て作用面の浸炭硬化層の硬度分布が表面からの深さに対
   応して比較的緩やかな勾配をもって漸減変化を呈示して
   なる浸炭軸受体。 ２、転走面の有効浸炭深さ（ＨＲＣ５２．３までの深さ
   ）が０．８〜４．０ｍｍである特許請求の範囲第１項記
   載の浸炭軸受体。 ３、作用面の浸炭硬化層の表面炭素量が０．３５±０．
   １５％である特許請求の範囲第２項記載の浸炭軸受体。 ４、作用面の浸炭硬化層の表面のロックウェル硬度ＨＲ
   Ｃ＝４８〜５５である特許請求の範囲第２項もしくは第
   ３項記載の浸炭軸受体。 ５、軸受体の素材がはだ焼鋼及び耐熱用はだ焼鋼である
   特許請求の範囲第１項乃至第４項いづれか記載の浸炭軸
   受体。 ６、コロ、球等の高荷重転動体との転走面及びフクリシ
   ョンクラックの発生が予期される作用面を夫々有する鋼
   製の軸受体の上記転走面に浸炭防止処理を施すか或はそ
   のまゝにして軸受体全体を軽浸炭処理を施して作用面に
   比較的低硬度で浅い軽浸炭層を形成する第１工程と、転
   走面に硬化層が形成された場合は之を除去してから上記
   作用面の硬化層に熱処理を行なう第２工程と、作用面に
   浸炭防止処理を行なってから軸受体に標準浸炭を行なっ
   て転走面に比較的高硬度で深い硬化層を形成すると共に
   この間に上記作用面の軽浸炭硬化層中の炭素を深部に拡
   散させる第３工程と、転走面の硬化層を熱処理する第４
   工程と、得られた作用面及び転走面について必要な厚み
   に渡って切削を行なう第５工程と、より成る浸炭軸受体
   の製造方法。 ７、熱処理は直接焼入れ法又は２次焼入れ法で焼戻しを
   含む特許請求の範囲第６項記載の製造方法。 ８、浸炭がＲＸガスを雰囲気ガスとするガス浸炭法であ
   る特許請求の範囲第６項もしくは第７項記載の製造方法
   。