JPH03100142A - 圧壊特性の優れた軸受用肌焼鋼およびその製造方法 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、転勤疲労特性を低下させることなく、優れた
圧壊特性を示す軸受用肌焼鋼およびその製造方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 接触面圧が非常に高い玉軸受やころ軸受等の内・外輪や
転勤体には、従前から高炭素クロム軸受鋼が汎用されて
おり、ＳＵＪ　１のＣｒ量を増した５ＵＪ２が中・小型
軸受に、ＭｎやＳｔ量を増した５ＵＪ３が大型軸受に夫
々多用されてきた。

これらの軸受鋼を使用するに当たっては球状化焼鈍を施
した後、切削加工や冷・温間加工によって軸受部品に成
形加工し、その後焼入れ・焼戻し処理をし、数％の球状
炭化物、数％の残留オーステナイトおよび残部がマルテ
ンサイトとなる様に組織を調整し、転勤疲労性、耐摩耗
性１寸法安定性等軸受鋼に要求される特性を確保してき
た。

一方転勤疲労性が特に要求される軸受については、肌焼
鋼を浸炭処理したものが使用されている。特に最近では
肌焼鋼の冷間鍛造性を生かして、小型軸受への適用が検
討されており、国内ではＳ　Ｃｒ　４２０やＳ　ＣＭ　
４２０等が小型浸炭軸受に多用される様になっている。

［発明が解決しようとする課題］ 自動車や産業機械等においては、パワーアップや小型軽
量化に伴ない軸受部品も小型軽量化への検討が進められ
ている。この場合、従来よりも衝撃強度の高い状態（即
ち圧壊荷重の高い状態）での使用に耐え得る様な特性が
要求される。従って軸受鋼には、転勤疲労性、耐摩耗性
９寸法安定性等の様に軸受鋼が本来有すべき特性は勿論
のこと、より高い衝撃強度に耐え得るだけの特性を具備
することが期待される。

本発明の目的は、軸受鋼が本来具有すべき特性は勿論の
こと、圧壊特性にも優れた軸受用肌焼鋼およびその製造
方法を提供することにある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明とは、Ｃ：　０．１〜０．
３％、Ｓ　ｉ　：　０．５％以下、Ｍ　ｎ　：　０．３
〜２％、Ｃｒ　：　ＯＪ　〜２％、Ａ　１　：　０．０
１５〜０．０６％、Ｎ：０．００３〜０．０２％、Ｔ　
ｉ　：　０．００２％以下、０；０．００２％以下、Ｐ
　：　０．０２％以下、Ｓ　：　０．０１５％以下を含
有すると共に、Ｎ　ｉ　：　０．３〜４％、ＭＯ＝０．
４〜１％のうちの１　ｆｌまたは２種を含有し、残部Ｆ
ｅおよび不可避不純物からなり、残留オーステナイトが
２０面積％以上である点に要旨を有する軸受用肌焼鋼で
ある。

また軸受用肌焼鋼として、上記組成に対し、更にＶ　：
　０．０３〜０．３　％、Ｎ　ｂ　：　０．０１〜０．
３％から選ばれる１　ｆｆｆｉまたは２種を含有させる
ことも有効であり、これによって結晶粒を微細化するこ
とができ、転勤疲労性を更に向上させ、靭性を増大させ
ることができる。更に、これらの肌焼鋼を製造するに当
たっては、上記の組成を有する軸受用鋼を浸炭焼入後、
２２０℃以下の温度で焼戻しすればよい。

［作用］ 本発明者らは、耐衝撃性に及ぼす合金元素や焼戻し温度
等の影響について検討した。

その結果、まずＮｉおよびＭｏの含有量を調整し、Ｍｓ
点を下げ残留オーステナイト量を多くし、浸炭層の硬さ
を下げれば耐衝撃性が増すことを確認した。またＭＯは
粒界強度を向上させる元素であり、浸炭層の靭性向上に
寄与することも分かった。更に、軸受部材にとって最も
重要な特性である転勤疲労性は、浸炭層の硬さが高く、
また残留オーステナイト量を多くするほど向上するので
、浸炭層の硬さが低下した分だけ残留オーステナイト量
を多くすることにより従来の肌焼軸受鋼と同等の転勤疲
労寿命が得られることが分かった。

一方焼戻し温度の影響については、通常の残留オーステ
ナイト量を確保するという観点から２２０℃以下とし、
残留オーステナイトの分解が生じても従来のＳ　Ｃｒ　
４２０より残留オーステナイトが多い量（２０面積％以
上）を確保する必要があることが分かった。尚焼戻し温
度の下限は１００℃が好ましく、これより低温となると
焼戻し効果が不十分となる。

以上の研究成果に基づき更に検討した結果、成分組成を
適切に設定した軸受用鋼を浸炭焼入後、２２０℃以下の
温度で焼戻し処理し、残留オーステナイト量を２０％以
上にすれば、本発明の目的が兄事に達成され得ることを
見出すに至り、ここに本発明を完成した。

本発明の軸受用肌焼鋼における各成分組成の限定理由は
次の通りである。

Ｃ：　０．１〜０．３％ Ｃは浸炭部品の心部強度を向上させる元素であり、０．
１％未満では必要な強度は得られない。−方０．３％を
超えると、靭性、被削性、加工性が低下する。

Ｓｉ：０．５％以下 Ｓｔは脱酸剤として添加されるが、余り多くなると冷間
加工性が悪くなる。従って上限は０．５％とした。

Ｍｎ：ＯＪ〜２％ Ｍｎは焼入性向上元素として使用され、また調質処理後
の強度を高くする為に必須の元素であり、その効果を発
揮させる為には０．３％以上の添加が必要である。しか
し多過ぎると靭性や被剛性が悪くなるので、添加量は２
％以下にする必要がある。

Ｃｒ　：　０．３〜２％ ＣｒはＭｎと同様に焼入性を増し、また調質処理後の強
度を確保する為に必須の元素であり、その効果を発揮さ
せる為には０．３％以上の添加が必要である。しかし多
過ぎると靭性や被剛性が悪くなるので、添加量は２％以
下にする必要がある。

Ａ　Ｉ　：　０．０１５〜０．０６％ ＡＩは脱酸と結晶粒微細化に有効な元素であり、これら
の効果を発揮させる為には０．０１５％以上の添加が必
要である。しかしながらＯ，ＯＳ％を超えて添加しても
結晶粒微細化効果は飽和し、それ以上添加してもかえっ
て結晶が成長し易くなる。

従ってＡｌの添加量は０．０１５〜０．０６％とする必
要がある。

Ｎ　：　０．００３〜０．０２％ ＮはＡＩやｖ（ｖについては後述する）等と結合して窒
化物を形成し、結晶粒を微細化して鋼の強靭化に有効な
元素であり、その効果を発揮させる為には０．００３％
以上の添加が必要である。しかしながら０．０２％を超
えて添加すると、冷・温間での加工性が低下する。

Ｔ　ｉ　：　０．００２％以下 ＴｉはＮと結合して粗大なＴｉＮを生成し、転勤疲労性
、冷温間での加工性を低下させる。従って、Ｔｉの含有
量は極力減少する必要があり、０．０２％以下とすべき
である。

０　：　０．００２％以下 ０はＡＩやＳｔ等と結合して、鋼中に酸化物系介在物を
生成する。鋼中での０量が多くなると、前記酸化物系介
在物の存在によって耐転！Ｉ］疲労性が低下すると共に
、切削性や冷・温間での加工性が悪化する。従ってＯは
極力低減し、０．００２％以下に抑える必要がある。

Ｐ　：　０．０２％以下 Ｐは靭性を低下させる元素であり、含有量を極力低減す
る必要があり、０．０２％以下にすべきである。

Ｓ　：　０．０１５％以下 Ｓは転勤疲労性を低め、また冷・温間加工性にも悪影響
を及ぼす元素であり、含有量は極力低減する必要があり
、０．０１５％以下にすべきである。

Ｎ　ｉ　：　０．３〜４％、　Ｍｏ　：０．４〜１％こ
れらの元素は焼入性を増加させる元素であり、質量の大
きな部品での調質処理を容易にする効果がある。またこ
れらの元素は残留オーステナイト量を多くする元素であ
ると共に、粒界強度を向上させ浸炭層の靭性を向上させ
る効果がある。

これらの効果を発揮させる為には、Ｎｉは０．３％以上
、ＭＯは０．４％以上添加する必要がある。

しかしながらあまり多く添加することは、切削性、冷・
温間での加工性をかえって低下させ、調質後の寸法安定
性を悪くする。゛従って、Ｎｉは４％以下、ＭＯは１％
以下とすべきである。

以上の元素は本発明の軸受用肌焼鋼における必須成分お
よび制限成分であるが、必要に応じてＶやＮｂの１種ま
たは２種を適当量添加してもよい。これらの元素は鋼中
のＣやＮと結合して炭・窒化物を生成し、結晶粒を微細
化して転勤疲労性を更に向上させ、また靭性を増大させ
る上で有効である。これらの効果を発揮させる為にはＶ
：０．０３％以上、Ｎｂ：０．０１％以上添加する必要
があるが、Ｖ、Ｎｂともに０．３％を超えて添加しても
結晶粒の微細化効果の増大が認められなくなる。

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下
記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・
後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれるものである。

［実施例］ 第１表に示す化学組成を有する供試材（Ｎｏ。

１〜７）を小型真空炉にて溶製した。尚第１表中Ｎ０１
１のものはＪＩＳ規＃ｒｓｃｒ４２０に相当する比較鋼
である。

これらの鋼を熱間鍛造にて６５＋ｕ＋φ、１５１１！１
φの丸棒に鍛押しし、（９２５℃×１時間）の加熱後空
冷して焼ならしを施した。

６４＋＋＋ｍφの丸棒については、第１図に示す様な転
勤疲労試験片に加工し、各試験片について浸炭焼入れを
行なった後（９２５℃×３時間）、第２表に示す温度で
焼戻し処理を施し、次いで各試験片をラッピング加工し
て仕上げ、ヘルツ応力５００　ｋｇｆ／＋＋ｖ２にてス
ラスト型転勤疲労試験に供した。

一方、１５ｍｍφの丸棒については、圧壊特性を評価す
るため第２図に示す様な抗折試験片に加工し、疲労試験
の場合と同じ条件で浸炭焼入れ・焼戻し処理を施し、抗
折試験によって曲げ強度を算出した。尚抗折試験は、ス
パン量比１！Ｉ２０１１１１１の３点曲げ方式で行ない
、荷重点のたわみ速度を０．５ｍｌ／ｍｉｎの一定とし
て実施した。また破断荷重から曲げ強度を算出するに当
たっては下記（１）式を適用した。

但し、Ｐ：破断荷重（ｋｇｆ）　、　Ｊ２　ニスパン間
距離（ａｍ）、　Ｗ　：幅（ｍｎ＋）、　ｔ　：厚さ（
ａｍ）供試鋼の抗折試験結果（曲げ強度）および転勤疲
労試験結果を、残留オーステナイト量および表面硬さの
測定結果と共に、第２表に一括して併記する。

第２表から次の様に考察できる。

本発明鋼Ｎ０５２〜７では、焼戻し温度を１６０℃にし
た場合、ＮＯ，１の５Ｃｒ４２０１１に比べ、曲げ強度
に優れ、且つ転勤疲労性は同等若しくはそれ以上の特性
が得られている。また本発明鋼Ｎｏ。

２で焼戻し温度を高くするにつれて残留オーステナイト
の分解が起こり、２５０℃になると曲げ強度が向上する
が、転勤疲労性が悪くなる。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、軸受鋼が本来有すべき
特性を具備しつつ、圧壊特性にも優れた軸受用肌焼鋼が
実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図はスラスト型転勤疲労試験片の概略説明図、第２
図は抗折試験片の概略説明図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　Ｃ：０．１〜０．３％（特に断わらない限り重
   量％を意味する）、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．３
   〜２％、Ｃｒ：０．３〜２％、Ａｌ：０．０１５〜０．
   ０６％、Ｎ：０．００３〜０．０２％、Ｔｉ：０．００
   ２％以下、Ｏ：０．００２％以下、Ｐ：０．０２％以下
   、Ｓ：０．０１５％以下を含有すると共に、Ｎｉ：０．
   ３〜４％、Ｍｏ：０．４〜１％のうちの１種または２種
   を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、残留
   オーステナイト量が２０面積％以上であることを特徴と
   する圧壊特性の優れた軸受用肌焼鋼。
2. （２）　Ｃ：０．１〜０．３％、Ｓｉ：０．５％以下、
   Ｍｎ：０．３〜２％、Ｃｒ：０．３〜２％、Ａｌ：０．
   ０１５〜０．０６％、Ｎ：０．００３〜０．０２％、Ｔ
   ｉ：０．００２％以下、Ｏ：０．００２％以下、Ｐ：０
   ．０２％以下、Ｓ：０．０１５％以下を含有すると共に
   、Ｎｉ：０．３〜４％、Ｍｏ：０．４〜１％のうちの１
   種または２種を含有し、更にＶ：０．０３〜０．３％、
   Ｎｂ：０．０１〜０．３％のうちの１種または２種を含
   有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、残留オー
   ステナイト量が２０面積％以上であることを特徴とする
   圧壊特性の優れた軸受用肌焼鋼。
3. （３）　請求項（１）または（２）の組成を有する軸受
   用鋼を浸炭焼入後、２２０℃以下の温度で焼戻し処理す
   ることを特徴とする圧壊特性の優れた軸受用肌焼鋼の製
   造方法。