JPH0379741A - 転動疲労特性に優れた鋼 - Google Patents

転動疲労特性に優れた鋼

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JPH0379741A
JPH0379741A JP21562589A JP21562589A JPH0379741A JP H0379741 A JPH0379741 A JP H0379741A JP 21562589 A JP21562589 A JP 21562589A JP 21562589 A JP21562589 A JP 21562589A JP H0379741 A JPH0379741 A JP H0379741A
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less
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rolling
inclusions
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Yutaka Kurebayashi
豊 紅林
Tomoki Shibata
智樹 芝田
Masaaki Takagi
高木 政明
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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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】 【発明の目的】
(産業上の利用分野) 本発明は、転動疲労特性に優れていることが要求される
用途1例えば軸受、歯車、摺動部材などの素材として好
適に利用される転動疲労特性に優れた鋼に関するもので
ある。 (従来の技術) 従来、高強度材料の疲労特性には、An2o3のような
酸化物系介在物が有害であることが知られており、−船
釣には疲労特性の改善を目的として酸化物系介在物を低
減する手法が採用されている。また、軸受などのように
転動疲労を受ける部材においても酸化物系介在物の有害
性が知られており、同様の溶製方法が採用されている。 この場合、酸化物系介在物などを溶解時に低減する手法
としては、鋼中の[0]を真空脱ガス処理等によって低
減させ、介在物と鋼との比重差による浮上分離によって
含有量を低減させるようにすることも行われている。 (発明が解決しようとする課題) しかしながら、溶解時にA2203などを低減させるた
めには長時間の真空脱ガス処理が必要となり、また原材
料の面からもAnの混入を防止するなどの必要があり、
工業的に困難なことが多いという課題があった。 (発明の目的) 本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされた
もので、鋼中の[0]含有量を極微量にまで低減させる
、必要がなく、したがって長時間の真空脱ガス処理を必
要とすることがないにもかかわらず、転動疲労特性に優
れたものとなっている転動疲労特性に優れた各種鋼を提
供することを目的としている。
【発明の構成】 (課題を解決するための手段) 本発明に係わる転動疲労特性に優れた鋼は、炭素鋼(S
C材など)、合金鋼(SNC材。 SN0M材、SCr材、SCM材、SMn材。 S M n C材、SACM材など)、軸受鋼(SUJ
材など)等の鋼中に存在する酸化物系介在物の組成(重
量比)が、実質的に、SiO2:25〜80%、A文2
03 :5〜30%、CaO:10〜55%(ただし、
SiO2.A文203CaOおよびその他の酸化物の合
計が100%)の範囲にあり、あるいはまた、SiO2
:25〜60%、AM、03 : 5〜35%、MnO
:15〜60%(ただし、SiO2、A文、03M n
 Oおよびその他の酸化物の合計が100%)の範囲に
あり、かつまた圧延および鍛造などの加工後における酸
化物系介在物の7スベクト比(長径と短径との比)が3
.0以上のものが60%以上含まれている構成のものと
したことを特徴としており、このような鋼の構成を前述
した従来の課題を解決するための手段としている。 通常の場合、鋼中における酸化物系の介在物は、実質的
にはSiO2 、A1203 、Cab。 M n O、M g Oから形成されるが、その組成は
、溶解する時点での溶鋼組成、スラグ組成、原材料等に
影響され、このような介在物は転動疲労特性だけでなく
、加工性や機械的性質の低下を招くことが知られている
。 そして、A!1203を含有する酸化物系介在物におい
ては、SiO2が25%よりも少ないときには、はとん
ど延性を示さず、圧延および鍛造等の加工を行ってもこ
れらの酸化物系介在物が伸長せず、アスペクト比が小さ
いものとなって1球状に近い形状を示すため、転動疲労
特性に劣ったものとなる。また、CaOが10〜55%
の場合においてsio、が80%を超えると延性が低下
し、その結果としてアスペクト比が3.0以上のものが
60%以上を占めるものとなすことが困難であり、他方
、M n Oが15〜60%の場合においてSiO2が
60%を超えると同様に延性が低下し、その結果として
アスペクト比が3.0以上のものが60%以上を占める
ものとなすことが困難である。 ここで、CaOは10〜55%、M n Oは15〜6
0%の範囲としたが、これらの範囲を外れると上述した
と同様に延性の大きい介在物とならないので好ましくな
い。 さらに、CaOが10〜55%の場合にA!;L203
が30%を超え、またM n Oが15〜60%の場合
にAuzO3が35%を超えると、介在物の延性が低下
するので好ましくなく、AJI2o3が5%未満ではア
スペクト比が3.0以上のものが60%以上占めるもの
となすことが困難であるため、転動疲労特性の向上にと
って好ましくない。 これらの酸化物系介在物において、そのアスペクト比が
大きければ、鋼の転動疲労特性は向上するが、その絶対
量が大きくなりすぎる場合には機械的強度、とくに靭性
の低下を生ずることがあるため、これらの酸化物系介在
物は面積比で1.0%以内とすることが望ましい。 本発明に係わる転動疲労特性に優れた鋼は。 上述した酸化物系介在物の組成を有するものであり、鋼
の化学成分組成としては、fI重量比、C:0.15〜
1.20%、Si:0.15〜2.50%、Mn:0.
10〜3.00%、およびNi:3%以下(不純物であ
る場合を含む)Cr:3%以下(不純物である場合を含
む)MO:3%以下(不純物である場合を含む)のうち
から選ばれる1種または2種以上、さらに必要に応じて
V:0.03〜0.50%、Nb:o、oos〜0.5
00%、B:O,0O02〜0.0100%のうちから
選ばれる1種または2種以上、同じく必要に応じてPb
:0.005〜0.100%、S:0−10%以下、C
a:0.0002〜0.1000%。 Te:O,0O02〜0.1000%、Bi :0.0
002〜o−1ooo%、REM:0.0002〜o、
1ooo%のうちから選ばれる1種または2種以上を含
み、残部Feおよび不純物からなるものとすることがよ
り望ましい。 これら各元素のうち、Cは鋼の強度を確保するために0
.15%以上とするのが良いが、多すぎるとオーステナ
イトの残留量が増大するので、1.20%以下とするの
がよい、そして、浸炭用鋼として用いる場合にはC量を
0.15〜0.30%とするのが望ましく、o、is%
よりも少ないと芯部の強度が十分でなく、0.30%よ
りも多いと芯部の延性が低下する。また、高周波焼入れ
して使用する場合にはC量を0.30〜0.60%とす
るのが望ましく、0.30%よりも少ないと所要の表面
硬さを得ることができず、0.60%よりも多いと焼き
割れを発生しやすくなる。さらに、焼入れ焼もどしをし
て使用する場合にはC量を0.60〜1.20%とする
のが望ましく、0.60%よりも少ないと所要の焼入れ
硬さを得ることができず、1.20%よりも多いと多量
のオーステナイトが残留するので好ましくない。 また、Stは溶解時に脱酸剤として作用するが、このS
t量が少ないと転動疲労特性が低下したものとなるので
、0.15%以上とするのがよ<、5fffiが多すぎ
ると被削性が劣化するので2.50%以下とするのがよ
い。 さらに、Mnは溶解時に脱酸および脱硫剤として作用す
ると共に焼入れ性の向上に寄与する元素であるが、0.
10%よりも少ないとこのような効果が小さく、多すぎ
ると被削性が劣化するので3.00%以下とするのがよ
い。 さらにまた、Ni、Cr、Moは転動疲労特性および焼
入れ性の向上に寄与する元素であるので、必要に応じて
これらの1種または2種以上を有効量添加することもよ
いが、これらの含有量が多すぎると被削性が劣化したり
、圧延や鍛造等の加工時に割れが発生したり、鋳造時に
巨大炭化物が発生したりするので、有効量を含有させる
としてもNiは3%以下、Crも3%以下、Moも3%
以下とするのがよい。 さらにまた、V、Nb、Bは強度の向上に寄与する元素
であり、V、Nbは結晶粒の微細化によって、また、B
は焼入れ性の向上によって、強度を向上するのに有効で
あるので、これらの1種または2種以上を必要に応じて
Vは0.03〜0.50%、Nbは0.005〜o、s
oo%、Bは0.0002〜0.0100%の範囲で添
加するのもよい。 さらにまた、Pb、S、Ca、Te、Biは被削性の改
善に有効な元素であり、これらの1種または2種以上を
必要に応じて添加するのもよいが、多く添加しすぎると
熱間加工性や靭性を劣化させるので、添加するとしても
pbはo、oos〜0.100%、Sは0.10%以下
、C&は0.0002〜0.1ooo%、Teは0.0
002〜0.1000%、Biは0.0002〜0.1
000%、REMは0.0002〜o、1ooo%の範
囲とするのがよい。 さらに、鋼中のAQ量が多い場合にはAft203を多
量に含む酸化物となりやすい、このAMは原料やスラグ
および炉材等から混入されてくるため、ある程度低下さ
せておく必要がある。そして、おおよそSiO2:50
%、Affi203:20%、Cab:30%からなる
酸化物系介在物の組成とするためにはAiは約10 p
 pm程度以下であるようにすることが望ましい。 (発明の作用) 本発明に係わる鋼は、炭素鋼(SC材など)、合金鋼(
SNC材、SNCM材、SCr材。 SCM材、SMn材、SMnC材、SACM材など)、
軸受鋼(SUJ材など)等の鋼中に存在する酸化物系介
在物の組成を上記した特定の範囲に規制すると共に、圧
延や鍛造などの加工後における酸化物系介在物のアスペ
クト比が3.0以上のものが60%以上含まれているも
のとしているので、転動疲労特性の向上に寄与する伸長
状の酸化物系介在物が適量含有していることから、転動
疲労特性が向上したものとなっており、転動寿命の増大
したものとなるという作用がもたらされる。 (実施例) アルゴン雰囲気の誘導炉によって第工表に示す化学成分
を有する各種鋼を溶製し、それぞれ50Kgの鋼塊に鋳
造した。 次に、各鋼塊を熱間鍛造によって直径20mmの丸棒に
加工し、SUJ Z鋼に対してはif図(&)に示す条
件の焼ならしおよび第1図(b)に示す条件の球状化焼
なましを実施し、SCr420鋼に対しては第2図に示
す条件の熱処理を実施し、SN0M420鋼に対しては
第3図に示す条件の熱処理を実施し、555C鋼に対し
ては第4図に示す条件の熱処理を実施した。 次に、各鋼中の酸化物系介在物を評価するため、第5図
に示すように、各丸棒1の測定面Sにおいて、鏡面に研
磨仕上げを行った。 まず、酸化物系介在物の組成を調査するために、xmマ
イクロアナライザーによって介在物の組成を定量し、各
々の供試鋼について20個の酸化物系介在物を測定して
それぞれの平均組成を調べた。この結果を第2表に示す
。 第2表に示すように、比較鋼はいずれもA!;L20.
が多い酸化物系介在物となっていることがわかる。 続いて、酸化物系介在物のアスペクト比(長径/短径)
を調査するために、画像解析装置を用いてそれぞれのア
スペクト比を測定した。なお、この測定では、倍率20
00倍で20視野を測定してその平均値を求めた。この
結果を同じく第2表に示す。 第2表に示すように、本発明鋼ではアスペクト比3.0
以上のものが60%以上、平均アスペクト比が3.9以
上となっているのに対して、比較鋼では平均アスペクト
が3.0よりも小さいものであった。 次に、本発明鋼および比較鋼の転動寿命を調べるために
、まず、機械加工によって鍛伸方向から直径12mm、
長さ22mmの円柱を作製し。 続いてSUJ Z鋼に対しては第6図(a)に示す条件
の焼入れおよび第6図(b)に示す条件の焼もどしによ
る熱処理を実施し、5Cr420鋼に対しては第7図(
a)に示す条件の浸炭焼入れおよび第7図(b)に示す
条件の焼もどしによる熱処理を実施し、SNCM420
鋼に対しては第8図(a)に示す条件の浸炭焼入れおよ
び第8図(b)に示す条件の焼もどしによる熱処理を実
施し、355C鋼に対しては第3表に示す条件の高周波
焼入れおよ第9図に示す条件の焼もどしによる高周波熱
処理を実施した。 第  3  表 次いで、各熱処理材の表面を研磨加工して転動寿命試験
に供した。 この転動寿命試験は、ラジアル式の転動疲労試験機を用
いて行い、負荷応力600Kgf/mm2で実験した。 これらの結果を第4表ないし第7表に示す、なお5転動
疲労寿命(L!。)は、n=24点の試験を実施し、累
積損傷確率が10%となる繰返し数をLIO寿命と定義
した。 また、第4表のSUJ 2鋼の転動疲労寿命においては
比較鋼No、21を基準とし、第5表の5Cr420鋼
の転動疲労寿命においては比較鋼量。 23を基準とし、第6表のSNCM420鋼の転1JI
J疲労寿命においては比較鋼崩、24を基型とし、第7
表の355C鋼の転動疲労寿命においては比較鋼陽、2
5を基準として相対値により示し第 表 第 5 表 第 表 第 表 第4表ないし第7表に示す結果より明らかなように、本
発明鋼はいずれも比較鋼に比べて転動疲労寿命が大きな
値を示しており、また機械的強度も比較鋼に劣らない優
れたものであって、靭性の低下は認められなかった。
【発明の効果】
本発明に係わる鋼は、炭素鋼2合金鋼、軸受鋼などの鋼
中に存在する酸化物系介在物の組成(重量比)が、実質
的に、St、2 :25〜80%、AA、203 :5
〜30%、Cab: io 〜55%(ただし、SiO
2  、Al2O3  、CaOおよびその他の酸化物
の合計が100%)の範囲にあり、あるいはまた、Si
O2:25〜60%、A12 o3: 5〜35%、M
nO:15〜60%(ただし、S i 02  、Al
I303  、MnOおよびその他の酸化物の合計が1
00%)の範囲にあり、かつまた圧延および鍛造などの
加工後における酸化物系介在物の7スベクト比が3.0
以上のものが60%以上含まれている構成としたから、
圧延や鍛造などの加工後において、転動疲労強度の向上
に寄生する伸長状の酸化物系介在物が適量含有されたも
のとなっており、球状に近い酸化物系介在物の存在が抑
制されたものとなっているので、転動疲労特性に優れた
ものとなっていることから、従来のように長時間の真空
脱ガス処理を施さない鋼素材としたときでも、軸受、歯
車、摺動部材などの転動寿命を大幅に増大させたものと
することが可能であるという著しく優れた効果がもたら
される。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)(b)は5UJZ鋼に対する各々焼ならし
条件および球状化焼なまし条件を示す説明図、第2図は
5Cr420鋼に対する熱処理条件を示す説明図、第3
図はSNCM420鋼に対する熱処理条件を示す説明図
、第4図は355C鋼に対する熱処理条件を示す説明図
、第5図は丸棒の測定面を示す説明図、第6図(a)(
b)は5UJZ鋼に対する各々焼入れ条件および焼もど
し条件を示す説明図、第7図(a)  (b)は5Cr
420鋼に対する各々浸炭焼入れ条件および焼もどし条
件を示す説明図、第8図(a)(b)はSNCM420
鋼に対する各々浸炭焼入れ条件および焼もどし条件を示
す説明図、第9図は355C鋼に対する高周波焼入れ後
の焼もどし条件を示す説明図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)鋼中に存在する酸化物系介在物の組成(重量比)
    が、実質的に、 SiO_2:25〜80%、 Al_2O_3:5〜30%、 CaO:10〜55%、 (ただし、SiO_2、Al_2O_3、CaOおよび
    その他の酸化物の合計が100%)の範囲にあり、かつ
    また加工後における酸化物系介在物のアスペクト比が3
    .0以上のものが60%以上含まれていることを特徴と
    する転動疲労特性に優れた鋼。 (2)鋼中に存在する酸化物系介在物の組成(重量比)
    が、実質的に、 SiO_2:25〜60%、 Al_2O_3:5〜35%、 MnO:15〜60%、 (ただし、SiO_2、Al_2O_3、MnOおよび
    その他の酸化物の合計が100%)の範囲にあり、かつ
    また加工後における酸化物系介在物のアスペクト比が3
    .0以上のものが60%以上含まれていることを特徴と
    する転動疲労特性に優れた鋼。 (3)請求項第(1)項または第(2)項に記載の鋼が
    、重量比で、C:0.15〜1.20%、Si:0.1
    5〜2.50%、Mn: 0.10〜3.00%、残部Feおよび不純物からなる
    ことを特徴とする転動疲労特性に優れた鋼。 (4)請求項第(1)項または第(2)項に記載の鋼が
    、重量比で、C:0.15〜1.20%、Si:0.1
    5〜2.50%、Mn: 0.10〜3.00%、およびNi:3%以下、Cr:
    3%以下、Mo:3%以下のうちから選ばれる1種また
    は2種以上を含み、残部Feおよび不純物からなること
    を特徴とする転動疲労特性に優れた鋼。 (5)請求項第(1)項または第(2)項に記載の鋼が
    、重量比で、C:0.15〜1.20%、Si:0.1
    5〜2.50%、Mn: 0.10〜3.00%、およびNi:3%以下、Cr:
    3%以下、Mo:3%以下のうちから選ばれる1種また
    は2種以上、さらにV:0.03〜0.50%、Nb:
    0.005〜0.500%、B:0.0002〜0.0
    100%のうちから選ばれる1種または2種以上を含み
    、残部Feおよび不純物からなることを特徴とする転動
    疲労特性に優れた鋼。(6)請求項第(1)項または第
    (2)項に記載の鋼が、重量比で、C:0.15〜1.
    20%、Si:0.15〜2.50%、Mn: 0.10〜3.00%、およびNi:3%以下、Cr:
    3%以下、Mo:3%以下のうちから選ばれる1種また
    は2種以上、さらにPb:0.005〜0.100%、
    S:0.10%以下、Ca:0.0002〜0.100
    0%、Te:0.0002〜0.1000%、Bi:0
    .0002〜0.1000%、REM:0.0002〜
    0.1000%のうちから選ばれる1種または2種以上
    を含み、残部Feおよび不純物からなることを特徴とす
    る転動疲労特性に優れた鋼。 (7)請求項第(1)項または第(2)項に記載の鋼が
    、重量比で、C:0.15〜1.20%、Si:0.1
    5〜2.50%、Mn: 0.10〜3.00%、およびNi:3%以下、Cr:
    3%以下、Mo:3%以下のうちから選ばれる1種また
    は2種以上、さらにV:0.03〜0.50%、Nb:
    0.005〜0.500%、B:0.0002〜0.0
    100%のうちから選ばれる1種または2種以上、さら
    にPb:0.005〜0.100%、S:0.10%以
    下、Ca:0.0002〜0.1000%、Te:0.
    0002〜0.1000%、Bi:0.0002〜0.
    1000%、REM: 0.0002〜0.1000%のうちから選ばれる1種
    または2種以上を含み、残部Feおよび不純物からなる
    ことを特徴とする転動疲労特性に優れた鋼。
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JPWO2019142947A1 (ja) * 2018-01-22 2021-01-28 日本製鉄株式会社 浸炭軸受鋼部品、および浸炭軸受鋼部品用棒鋼

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