JPH04143253A - 転動疲労特性に優れた軸受用鋼 - Google Patents

転動疲労特性に優れた軸受用鋼

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JPH04143253A
JPH04143253A JP26793790A JP26793790A JPH04143253A JP H04143253 A JPH04143253 A JP H04143253A JP 26793790 A JP26793790 A JP 26793790A JP 26793790 A JP26793790 A JP 26793790A JP H04143253 A JPH04143253 A JP H04143253A
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Morifumi Nakamura
中村 守文
Yoshitake Matsushima
義武 松島
Shiyuugorou Adachi
足立 周悟郎
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel 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】 (産業上の利用分野) 本発明は、高温下の使用環境においても軸受寿命か低下
しない転動疲労特性に優れた軸受用鋼に関するものであ
る。
(従来の技術) 従来、自動車、産業機械等に用いられている軸受部品に
は、JIS G 4805に規定されているSUJ 2
に代表される高炭素クロム軸受鋼あるいはJIS G4
104に規定されているSCr 420に代表される肌
焼軸受鋼か素材として使用されている。
しかし、近年エンジンの高出力化、高回転化、機械部品
の小型化に伴い軸受まわりの温度か上昇していく傾向に
あり、このような使用環境のもとで、SUJ 2 、S
Cr 420を素材とする軸受を使用すると寿命か低下
する。
また、過酷な条件下で使用される軸受部品にはAIS[
M2O等が素材として使用されている。AIS[M2O
を素材とする軸受を使用すると寿命の低下は起こらない
が、合金元素を多量に含むため素材費と加工費が高いと
いう問題かある。また、浸炭処理材は焼入れ・焼戻し材
に比べて転動疲労寿命は長いが、処理時間か長く熱処理
費か高いという問題もある。
これらの背景から、高温下(300℃以下)で軸受寿命
が低下ぜず、Al5I M2Oと比較して素材費、加工
費が安価で、かつ、浸炭時間の短縮により熱処理費が安
価な軸受用鋼が要望されている。
(発明が解決しようとする課題) 以上述べたように、従来の高炭素クロム軸受鋼および肌
焼軸受鋼を素材とした軸受は、高温下で使用すると寿命
が低下するという問題がある。本発明は、化学成分を調
整することによって、高温下で軸受寿命が低下せず、か
つ、浸炭時間が短縮できる転動疲労特性に優れた軸受用
鋼を提供することを目的とするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明者らか、上記に説明した高炭素クロム軸受鋼およ
び肌焼軸受鋼の種々の問題点に鑑み、鋭意研究を行い検
討を重ねた結果、本発明に至ったものて、第1発明はC
:0.36〜0.50%、Si・0.50〜2.00%
、Mn:0.31〜2.00%、P:0.020%以下
、S・0、020%以下、Cr: 0.50〜8.00
%、Mo: 0.31〜2゜00%、Al :0.01
5〜0.060%、N:0.003〜0.020%、T
i: 0.0020%以下、O:0.0030%以下を
含有し、残部Feおよび不可避不純物からなる転動疲労
特性に優れた軸受用鋼である。
第2発明はC:0.36〜0.50%、Si:0.50
〜2.00%、Mn:0.31〜2.00%、P:0.
020%以下、S:0.020%以下、Cr: 0.5
0〜8.00%、Mo: 0.31〜2.00%、AI
 :0. ots〜0.060%、N:0.003〜0
.020%、Ti:0、0020%以下、0:0.00
30%以下を含有し、さらに、Ni:5.00%以下、
Cu:1.00%以下、V:1.00%以下、Nb:0
.01〜0.50%の内から選んだ一種または二種以上
を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなる転動疲
労特性に優れた軸受用鋼である。
(作用) 以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明に係わる転動疲労特性に優れた軸受用鋼において
は、転動疲労特性を低下させる原因である高温での硬さ
の低下を抑制するために、各種合金元素を調整すること
により焼戻し軟化抵抗を向上させた。そして、浸炭焼入
れ処理後、転動疲労特性を満足させるのに最低限必要な
硬さであるHRC58以上を満足する範囲の温度で焼戻
しを行い、高温の使用条件下でも従来のSUJ 2 、
 SCr 420の常温での軸受寿命と同等またはそれ
以上の転動疲労特性が得られることを知見した。また、
常温の転動疲労特性においても、従来のSUJ 2 、
SCr 420と同等またはそれ以上であることか判明
した。
そして、C量を調整することによって浸炭時間短縮が可
能であることが判明した。以下にC量と浸炭時間につい
て説明する。
第1図に素材C含有量と浸炭C量が0.5%になる深さ
との関係を示す。第1図は、C:0.21%(鋼19)
 、C:0.28%(鋼16) 、C:0.34%(鋼
17) 、C:0.39%(鋼l)の4種類の鋼につい
て、浸炭時間3hrと6hrの浸炭を行い、浸炭C量が
0.5%になる深さを整理したものである。なお、鋼1
,16.17.19は後述の実施例で用いた鋼である。
同図から明らかなように、素材C含有量か増すにつれて
浸炭C量が0.5%になる深さか深くなり、その傾向は
素材C含有量が0.35%付近から顕著になる。例えば
、C:0.39%の鋼の3hrの浸炭が、はぼC:0.
28%の鋼の6hrの浸炭に相当する。このように、C
量を調整することによって浸炭時間短縮が可能であ。
次に、本発明における化学成分の限定理由について説明
する。
Cは多く含有させることにより、浸炭時間を短縮できる
元素であるが、含有量が0.36%未満てはこのような
効果か少なく、また、0.50%を超えて含有すると靭
性、切削性、冷温間加工性が低下する。よって、C含有
量は0.36〜0.50%の範囲とする。
Siは焼戻しで第一段階の終了と第二段階の開始を遅ら
せ、焼戻し軟化抵抗性を向上させる元素であるが、含有
量が0,50%未満ではこのような効果は少なく、また
、2.00%を超えて含有してもその効果は飽和し、切
削性、冷温間加工性か低下する。よって、Ni含有量は
0,50〜2.00%の範囲とするMnは脱酸脱硫元素
であり、かっ、焼入れ性を向上させる元素であるか、含
有量か0.31%未満てはこのような効果は期待できず
、また、2.00%を超えて含有してもその効果は飽和
し、切削性、冷温間加工性が低下する。よって、Mn含
有量は0.31〜2.00%の範囲とする。
Pは靭性を低下させる元素であるから、含有量は極力低
減させる必要かある。よって、P含有量は0.020%
以下とする。
Sは殆どか鋼中においてはMn5O形で含有され、切削
性を向上させる元素であるが、0含有量が少ない場合に
は、転動疲労特性を劣化させ、また、冷温間加工性にも
悪影響を及ぼす。よって、これらの点を考慮してS含有
量は0.020%以下とする。
Crは浸炭処理において炭化物を生成し、炭化物分散効
果で硬さを増加させる元素であるが、含有量が0.50
%未満ではこのような効果が少なく、また、8.00%
を超えて含有すると、その効果は飽和し、切削性、冷温
間加工性が低下する。よって、Cr含有量は0.50〜
8.00%の範囲とする。
MoはCrと同じく浸炭処理において炭化物を生成し、
炭化物分散効果で硬さを増加させる元素であるか、含有
量か0.31%未満ではこのような効果が少なく、また
、2.00%を超えて含有すると、その効果は飽和し、
切削性、冷温間加工性か低下する。よって、1含有量は
0.31〜2.00%の範囲とするAIは脱酸と結晶粒
微細化に可動な元素であるか、含有量か0.015%未
満ではこのような効果は少なく、また、0.060%を
超えて含有すると、結晶粒の微細化効果は飽和してしま
い、さらに、多く含有すると逆に結晶粒が成長しやすく
なる。よって、AI含有量は0.015〜0.060%
の範囲とする。
NはAlおよびV等に結合して窒化物を生成し、結晶粒
を微細化して鋼の強靭化を図る元素であり、その効果を
発揮させるためには含有量は0.003%以上必要で、
また、0.020%を超えて含有すると、冷温間加工性
か低下する。よって、N含有量は0.003〜0.02
0%の範囲とする0はAI、 Siと結合して鋼中にお
いて酸化物系介在物を生成する元素であり、鋼中におけ
る含有量か多くなると転動疲労特性を低下させるととも
に、切削性、冷温間加工性に悪影響を及ぼすので、含有
量は極力低減する必要かある。よって、0含有量は0.
0030%以下とする。
TiはNと結合して粗大なTiNを生成し、転動疲労特
性、切削性、冷温間加工性を低下させる元素であり、そ
のためTiの含有量は極力低減する必要がある。よって
、Ti含有量は0.0020%以下とするNjは焼入れ
性を向上させ、質量の大きな部品における焼入れ焼戻し
処理を容易にする元素であるか、含有量か5.00%を
超えると切削性、冷温間加工性を低下させるとともに、
焼入れ・焼戻し後に残留オーステナイトが多量に発生し
、寸法安定性か劣化する。よって、Ni含有量は5.0
0%以下とする。
Cuは焼入れ性、耐蝕性を増加させ、かつ、時効硬化に
よって耐摩耗性を向上させる元素であるが、含有量か1
.0%を超えると赤熱脆性を助長して熱間加工時に割れ
か発生する。よって、Cu含有量は1.0%以下とする
V 、 Nbは鋼中のC,Nと結合して炭窒化物を生成
し焼戻し軟化抵抗性を向上させる元素であるか、 Nb
含有量か0,01%未満ではこのような効果は少なく、
また、■含有量が1.00%、Nb含有量が0.50%
を超えて含有すると、その効果は飽和する。よって、■
含有量は1.00%以下、Nb含有量は0.O1〜0.
50%の範囲とする。
(実施例) 本発明に係わる転動疲労特性に優れた軸受用鋼の実施例
について説明するか、本発明は本実施例のみに限定され
るものではない。
第1表に示す化学成分を育する本発明に係わる軸受鋼1
〜9、比較鋼lO〜17および従来鋼18.19を小型
真空炉で溶製した。従来鋼18はJISの5UJ2で、
従来鋼19はJISのSCr 420である。これらの
鋼を無闇鍛造により60mmφおよび20mmφの丸棒
に鍛伸した後、従来鋼18はソーキング処理を行い巨大
炭化物の拡散消失処理を行った後球状化焼鈍を、その他
の鋼については焼きならし処理を行った。
その後、60mmφおよび20mmφの丸棒から厚さ5
amの試験片を加工し、下記の熱処理条件で熱処理を行
った。熱処理後60mmφの試験片は表面をラッピング
加工した後、面圧530kgf/mm2の条件で、常温
および150°Cの温度下で転動疲労試験を行った。ま
た、熱処理12Ononφの試験片は300’Cでロッ
クウェル硬さ測定を行った。
各鋼の熱処理条件 鋼18 (SUJ 2) 焼入れ二840°Cx40m1n/油冷焼戻し=160
°cx2hr/空冷 鋼19 (SCr 420) 浸炭焼入れコ925°Cx 1Ohr/油冷焼戻し=1
80°(x2hr/空冷 その他の鋼 浸炭焼入れ:925℃X5hr/油冷 焼戻し:400°CX2hr/空冷 なお、転動疲労試験はスラストu転動疲労試験機を用い
、n数はそれぞれlOである。
転動疲労試験結果および硬さ測定結果を第2表に示す。
なお、転動疲労特性についてはLl。(10%累積破損
率)の値を示す。
供試鋼の化学成分を第1表に、試験結果を第2表に示す
(以下余白) 第2表 (以下余白) 第2表から明らかなように、本発明鋼1〜9は、常温、
 150°Cいずれの場合も比較鋼および従来鋼18(
SUJ 2) 、19(SCr 420)よりも転動疲
労寿命が優れている。また、熱処理時間も、本発明鋼は
従来鋼18のり−キング処理、球状化処理に替えて焼き
ならし処理でよく、浸炭焼入れ時間も従来鋼19の17
2でよく、大幅に短縮されている。
Si含育量の少ない比較鋼10は本発明鋼lに比べて、
高温硬さか低下し、150℃での転動疲労寿命か低くな
っている。
Sの多い比較鋼11は本発明鋼と比較して、転動疲労寿
命か低くなっている。
Cr含有量の多い比較鋼12は本発明鋼6と比較して、
高温硬さ、転動疲労寿命に対するCrの効果が飽和して
いる。
Mo含有量の少ない比較鋼13は本発明鋼lに比べて、
高温硬さが低下し、 150″Cでの転動疲労寿命が低
くなっている。
Ti含有量と0含育量の多い比較鋼14.15は従来鋼
I8のSUJ 2に比べ、転動疲労寿命が低くなってい
る。
なお、鋼1,16.17.19は先に述へた浸炭時間短
縮のための調査に用いた鋼である。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明は、化学成分を制御するこ
とによって、浸炭時間を短縮し、転動疲労特性の優れた
軸受鋼を提供するもので、本発明によれば、従来のA[
S[M2O等の高合金の軸受鋼を使用することなく、高
温下でも優れた転動疲労寿命を有する軸受を提供するこ
とか可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は素材C含有量と浸炭C量が0.5%になる深さ
との関係を示す図である。 特許出願人 株式会社 神戸製鋼折 代 理 人 弁理士  金欠 章− 第1図 素 材 量(%)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)C:0.36〜0.50%、Si:0.50〜2
    .00%、Mn:0.31〜2.00%、P:0.02
    0%以下、S:0.020%以下、Cr:0.50〜8
    .00%、Mo:0.31〜2.00%、Al:0.0
    15〜0.060%、N:0.003〜0.020%、
    Ti:0.0020%以下、O:0.0030%以下を
    含有し、残部Feおよび不可避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軸受用鋼。
  2. (2)C:0.36〜0.50%、Si:0.50〜2
    .00%、Mn:0.31〜2.00%、P:0.02
    0%以下、S:0.020%以下、Cr:0.50〜8
    .00%、Mo:0.31〜2.00%、Al:0.0
    15〜0.060%、N:0.003〜0.020%、
    Ti:0.0020%以下、O:0.0030%以下を
    含有し、さらに、Ni:5.00%以下、Cu:1.0
    0%以下、V:1.00%以下、Nb:0.01〜0.
    50%の内から選んだ一種または二種以上を含有し、残
    部Feおよび不可避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軸受用鋼。
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