JPH05117804A

JPH05117804A - 加工性および転動疲労性に優れた軸受用鋼

Info

Publication number: JPH05117804A
Application number: JP30698191A
Authority: JP
Inventors: Morifumi Nakamura; 守文中村; Yoshitake Matsushima; 義武松島; Shiyuugorou Adachi; 周悟郎足立
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-10-24
Filing date: 1991-10-24
Publication date: 1993-05-14
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: JP2956324B2

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の高炭素クロム軸受用鋼よりも優れた転
動疲労性を有し、且つ切削性，冷間加工性および温間加
工性にも優れ、更に成形加工前に行なわれている球状化
焼鈍処理を簡略化したり省略しても加工性が低下するこ
とのない軸受用鋼を提供する。【構成】重量％でＣ：0.45〜0.7 ％，Ｓｉ：0.05〜２
％，Ｍｎ：0.2 〜２％，Ｓ：0.02％以下，Ｃｒ：２％以
下，Ａｌ：0.015 〜0.06％，Ｎ：0.003 〜0.02％を夫々
含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、該不可
避不純物中Ｐ：0.015 ％以下，Ｔｉ：0.0015％以下，
Ｏ：0.0012％以下に夫々抑制してなり、鋼中に存在する
平均粒径10μm 以上のＡｌ₂ Ｏ₃ 系介在物およびＴｉ系
介在物の個数が、被検面積内に0.1 個／mm² 以下であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軸受の素材として広く
使用されている高炭素クロム軸受用鋼より優れた転動疲
労性を有し、且つ切削性，冷間加工性および温間加工性
にも優れ、更に成形加工前に行なわれている球状化焼鈍
処理を簡略化したり省略することが可能である様な、加
工性および転動疲労性に優れた軸受用鋼に関するもので
ある。

【０００２】

【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・外輪や転動体には、従来から高炭素クロム軸受
用鋼が汎用されており、例えばＳＵＪ１（ＪＩＳＧ 48
05）のＣｒ量を増やしたＳＵＪ２が中・小型軸受に、ま
たＭｎやＳｉ量を増やしたＳＵＪ３が大型軸受に夫々多
用されてきた。これらの軸受用鋼を使用するに当たって
は、球状化焼鈍を施して炭化物を球状化した後、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、転動疲労性，耐摩耗性および寸法安
定性等、軸受に要求される特性を確保してきた。

【０００３】しかしながら近年になって、主に切削加工
法によって成形加工されていた軸受部品が、鋼材の歩留
り向上を図るという観点から、冷・温間加工法によって
更に複雑な形状にまで成形加工される様になってきた。
こうした状況のもとで、素材として従前の高炭素クロム
軸受用鋼を使用すると、加工性に問題が生じ、加工時に
割れが発生することがある。また切削加工法の面からし
ても切削工具材質が改善されて、より高速の切削が可能
になる傾向が見られるが、それでも従来の高炭素クロム
軸受用鋼を被削材として用いると工具寿命が低下し、切
削性の面で問題がある。

【０００４】ところで軸受部品の成形加工を行うに当た
っては、それに先立って上述した様な球状化焼鈍処理が
必らず行なわれ、加工性の改善を図ると共に、焼入れ・
焼戻し後に残留する球状化炭化物を微細且つ均一に分散
させて軸受部品としての特性である転動疲労性を確保す
る様にしている。しかしながら球状化焼鈍処理は長時間
を要することから、省エネルギーや製造コスト低減等の
観点から、簡略化若しくは省略したいという要望が高ま
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした状況
のもとになされたものであって、その目的は、従来の高
炭素クロム軸受用鋼よりも優れた転動疲労性を有し、且
つ切削性，冷間加工性および温間加工性にも優れ、更に
成形加工前に行なわれている球状化焼鈍処理を簡略化し
たり省略しても加工性が低下することのない軸受用鋼を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明とは、重量％でＣ：0.45〜0.7 ％，Ｓｉ：0.05〜2
％，Ｍｎ：0.2 〜2 ％，Ｓ：0.02％以下，Ｃｒ：2 ％以
下，Ａｌ：0.015 〜0.06％，Ｎ：0.003 〜0.02％を夫々
含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、該不可
避不純物中Ｐ：0.015 ％以下，Ｔｉ：0.0015％以下，
Ｏ：0.0012％以下に夫々抑制してなり、鋼中に存在する
平均粒径10μm 以上のＡｌ₂ Ｏ₃ 系介在物およびＴｉ系
介在物の個数が、被検面積内に0.1 個／mm² 以下である
点に要旨を有する軸受用鋼である。本発明に係る軸受用
鋼は、上記の元素を基本成分とするものであるが、必要
に応じてＮｉ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｖ，Ｎｂ等を含有するもの
であってもよい。

【０００７】

【作用】本発明者らは、転動疲労性等の軸受特性の面で
従来の高炭素クロム軸受用鋼と同等の特性を有し、且つ
切削性，冷間加工性および温間加工性の改善を図り、球
状化焼鈍処理を簡略化または省略してもこれらの加工性
が低下することのない軸受用鋼について既に提案し、先
に出願している（特開平2-547839号）。本発明者らは、
上記発明が完成された後も、上記軸受用鋼の転動疲労性
の改善を目指して研究を重ね、特に転動疲労性と清浄度
の関係について検討してきた。その結果、従来では鋼中
Ｏ量が少ないほど転動疲労寿命が良くなると言われてき
たのであるが、鋼中Ｏ量が非常に低い範囲では、鋼中Ｏ
量と転動疲労性が必ずしも相関々係を示すとは限らない
ことが分かった。そして転動疲労性に特に悪影響を及ぼ
すのは、鋼中に存在する平均粒径10μm 以上のＡｌ₂ Ｏ
₃ 系介在物及びＴｉ系介在物であり、これらの介在物個
数を被検面積内に0.1 個／mm² 以下となる様に調整すれ
ば、転動疲労性が飛躍的に改善されることを見出し、本
発明を完成した。本発明に係る軸受用鋼における化学成
分限定理由は下記の通りである。

【０００８】Ｃ：0.45〜0.7 ％Ｃは焼入れ・焼戻し後の硬さをＨＲＣ58以上に確保して
転動疲労性等の軸受特性を発揮させるのに必要な元素で
ある。Ｃ含有量が0.45％未満ではこの様な効果が期待さ
れず、0.7 ％を超えると切削性，冷間加工性および温間
加工性が低下し、焼入れ・焼戻し後に残留オーステナイ
ト量が増加し、軸受として使用中に残留オーステナイト
の分解による寸法変化が顕著となる。Ｓｉ：0.05〜2 ％Ｓｉは脱酸の他に焼入性および焼戻し軟化抵抗性を向上
させる元素であり、含有量が0.05％未満ではこの効果は
少なく、また2 ％を超えて含有すると切削性、冷間加工
性および温間加工性が著しく低下し、焼入れ時に生成し
た残留オーステナイトが焼戻し時に分解し難くなって、
残留オーステナイトが多量に残るため寸法安定性が低下
する。

【０００９】Ｍｎ：0.2 〜2 ％Ｍｎは脱酸・脱硫元素であり、また焼入性を向上させる
元素である。Ｍｎ含有量が0.2 ％未満ではこのような効
果は期待できず、また２％を超えて含有してもそれ以上
の効果は少なく、切削性、冷間加工性が低下する。Ｓ：0.02％以下Ｓは殆どが鋼中においてＭｎＳの形で含有されており、
切削性を向上させる元素である。Ｏ含有量が少ない場合
には転動疲労性を低くし、また冷間加工性や温間加工性
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0.02％以下とする。

【００１０】Ｃｒ：２％以下Ｃｒは焼入性を向上させる元素であるが、Ｃｒ含有量が
２％を超えると切削性，冷間加工性および温間加工性を
低下させる。よって、Ｃｒ含有量は２％以下とする。Ａｌ：0.015 〜0.06％Ａｌは脱酸と結晶粒の微細化に有効な元素であり、Ａｌ
含有量が0.015 ％未満ではこのような効果は少なく、ま
た0.06％を超えると結晶粒の微細化効果は飽和してしま
い、さらに多く含有させると逆に結晶粒が成長しやすく
なる。よって、Ａｌ含有量は0.015 〜0.06％とする。

【００１１】Ｎ：0.003 〜0.02％ＮはＡｌやＶ等と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のに有効な元素である。Ｎ含
有量が0.003 ％未満ではこのような効果は少なく、また
0.02％を超えて含有すると冷間加工性，温間加工性を低
下させる。よってＮ含有量は0.003 〜0.02％とする。Ｐ：0.015 ％以下Ｐは靭性を低下させる元素であるから、このＰ含有量は
極力低減させる必要があり、Ｐ含有量は0.015 ％以下と
する。

【００１２】Ｔｉ：0.0015％以下ＴｉはＮと結合して転動疲労性に悪影響を及ぼすＴｉＮ
を生成し、また冷間加工性や温間加工性を低下させる元
素であり、極力低くする必要がある。こうした観点か
ら、Ｔｉ含有量は、0.0015％以下とする。Ｏ：0.0012％以下ＯはＡｌと結合し、転動疲労性に悪影響を及ぼすＡｌ₂
Ｏ₃ 系介在物を生成する元素であり、転動疲労性に対し
て含有量は少ないほうがよい。また転動疲労性と共に切
削性、冷間加工性にも悪影響を及ぼすので極力低減する
必要がある。よって、Ｏ含有量は0.0012％以下とする。

【００１３】本発明の軸受用鋼は、以上の元素を基本成
分とし、残部鉄および不可避不純物からなるものである
が、必要に応じてＮｉ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｖ，Ｎｂ等を含有
してもよい。これらの元素を添加するときの含有量は下
記の通りである。

【００１４】Ｎｉ：0.26〜２％，Ｍｏ：0.09〜１％ＮｉおよびＭｏは共に焼入性を増加させる元素であり、
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。Ｎｉ含有量が0.26％未満およびＭｏ含
有量が0.09％未満では、この効果は少なく、逆にＮｉ含
有量が２％およびＭｏ含有量が１％をそれぞれ超えて含
有すると、切削性、冷間加工性および温間加工性を低下
させ、さらに、焼入れ、焼戻し後に残留オーステナイト
が多量に生成し、寸法安定性が劣化する。

【００１５】Ｃｕ：0.26〜１％Ｃｕは焼入性、耐蝕性を増加させる元素であり、且つ時
効効果によって耐摩耗性を向上させる元素である。Ｃｕ
含有量が0.26％未満ではこの効果が少なく、逆に１％を
超えると赤熱脆性を助長して熱間加工時に割れが発生す
る。Ｖ：0.01〜0.3 ％，Ｎｂ：0.01〜0.3 ％ＶおよびＮｂは共に鋼中のＣ，Ｎと結合して炭窒化物を
生成し、結晶粒を微細化して転動疲労性を向上させ、靭
性を増大させるのに有効な元素である。これらの含有量
が0.01％未満では効果は少なく、0.3 ％を超えて含有す
ると結晶粒の微細化効果の増大が認められない。

【００１６】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。

【００１７】

【実施例】表１に示す化学成分の本発明鋼 No.１〜７お
よび比較鋼 No.８〜11、 No.13を生産炉にて溶製し、比
較鋼 No.12については小型大気炉にて溶製した。また本
発明鋼 No.１〜 No.７および比較鋼 No.８〜 No.10につ
いては、鋼中の酸素量を低減するために精錬時のスラグ
を、（ＣａＯ）／（ＳｉＯ₂ ）≧５、（ＣａＦ₂ ）／
（ＣａＯ）≧0.20、（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）≦10％になるように
コントロールし取鍋精錬を行った。また比較鋼 No.13は
ＪＩＳのＳＵＪ２であり、連続鋳造後1200℃×20時間の
条件でソーキング処理を行った。

【００１８】

【表１】

【００１９】これらの鋼を65mmφに圧延し、比較鋼 No.
13は球状化焼鈍処理を行い、その他の鋼については焼な
まし処理を行った。その後横断面より直径60mm，厚５mm
の円板を切り出し、焼入れ、焼戻しを行って、ラッピン
グ加工した後、表面硬さ測定および面圧500kgf/mm²の条
件で転動疲労試験を実施した。また非金属介在物の測定
をするため、各鋼65mmφ圧延材の２カ所よりサンプルを
切り出し、縦断面をＥＰＭＡにより測定した。このとき
の測定方法は、１サンプル当たり10mm×10mm、合計200m
m²の被検面積内に存在する全ての非金属介在物の大きさ
と組成を測定し、その中よりＡｌまたはＴｉを含有し、
かつ、平均粒径｛（長径＋短径）／２｝が10μm 以上で
ある非金属介在物の個数をカウントし、被検面積で割っ
て１mm²内に存在する平均粒径10μm 以上のＡｌ₂ Ｏ₃
系介在物およびＴｉ系介在物の個数を算出した。このと
きＭｎＳ等の延性介在物と複合しているＡｌ₂ Ｏ₃ 系介
在物およびＴｉ系介在物で介在物短径が10μm 以上のも
のもカウントした。

【００２０】一方切削性については、65mmφの圧延材を
比較鋼 No.13では球状化焼鈍処理を行い、本発明鋼 No.
１， No.２では球状化焼鈍処理、焼なまし処理、焼なら
し処理を行い、その他の鋼については焼なまし処理を行
った後、以下に示す条件により、超硬工具による切削試
験を行って評価した。使用工具：Ｐ10 切削速度：150 m/min 送り：0.25 mm/rev 切込み：1.5 mm 切削油：無し（乾式）工具寿命基準：ＶＢ＝0.2 mm

【００２１】冷間加工性および温間加工性については、
65mmφの圧延材を熱間鍛造により25mmφに鍛伸し、比較
鋼 No.13は球状化焼鈍処理を行い、本発明鋼 No.１， N
o.２は球状化焼鈍処理、焼なまし処理、焼ならし処理を
行い、その他の鋼については焼なまし処理を行った後、
図２に示す試験片に機械加工し評価した。尚図２(a)は
試験片の平面図と側面図で、図２(b) は図１(a) のＡ部
分の拡大図である。またＤは20mm、Ｈは30mmである。

【００２２】冷間加工性、温間加工性のうち、変形抵抗
については、切欠きをつけていない試験片（Ｖ＝０mm）
を用いて、各々25℃、700 ℃の温度で圧縮率60％の条件
で拘束圧縮変形させた時の変形抵抗により評価した。ま
た冷間加工性および温間加工性のうち、変形能について
は、切欠きをつけた試験片（Ｖ＝0.3mm ）を用いて、各
々25℃、700 ℃の温度で圧縮率を2.5 ％ずつ変化させ
て、拘束圧縮変形を加え、割れの発生が認められる最低
の圧縮率（割れ限界圧縮率）により評価した。

【００２３】これら鋼の表面硬さ測定結果、転動疲労試
験結果、非金属介在物測定結果、切削性、冷間加工性、
温間加工性についての試験結果を表２に示す。なお転動
疲労試験結果については、Ｌ₁₀（10％累積破損率）で評
価し、非金属介在物測定結果との関係を見た。その結果
を図１に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】この表２および図１の結果より、次の様に
考察できる。本発明に係る軸受用鋼No.１〜 No.７は、
何れの鋼も転動疲労寿命が No.１３のＳＵＪ２より優れ
ている。これに対しＣ含有量の少ない比較鋼 No.８は、
非金属介在物の個数は No.１３のＳＵＪ２より少ないが
表面硬さが低く、その結果、転動疲労寿命がＳＵＪ２よ
り劣っている。またＴｉ含有量の多い比較鋼 No.９およ
び No.１０は、Ｏが低くてＡｌ₂ Ｏ₃ 系介在物の個数は
少ないが、Ｔｉ系介在物が多いので転動疲労寿命がＳＵ
Ｊ２より劣っている。更にＯ含有量の多い No.１１、 N
o.１２はＡｌ₂Ｏ₃ 系介在物の個数が多いので転動疲労
寿命がＳＵＪ２より劣っている。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、軸
受鋼として最も重要な特性である転動疲労性が極めて優
れており、且つ加工性にも優れ、更に球状化焼鈍処理の
簡略化若しくは省略の可能な軸受用鋼が実現できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】平均粒径10μm 以上のＡｌ₂ Ｏ₃ 系・Ｔｉ系介
在物の個数が転動疲労寿命に及ぼす影響を示すグラフで
ある。

【図２】実施例における冷・温間加工性を評価するため
の試験片形状の説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でＣ：0.45〜0.7 ％，Ｓｉ：0.05
〜2 ％，Ｍｎ：0.2〜2 ％，Ｓ：0.02％以下，Ｃｒ：2
％以下，Ａｌ：0.015 〜0.06％，Ｎ：0.003〜0.02％を
夫々含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、該
不可避不純物中Ｐ：0.015 ％以下，Ｔｉ：0.0015％以
下，Ｏ：0.0012％以下に夫々抑制してなり、鋼中に存在
する平均粒径10μm 以上のＡｌ₂ Ｏ₃ 系・Ｔｉ系介在物
の個数が、被検面積内に0.1 個／mm² 以下であることを
特徴とする加工性および転動疲労性に優れた軸受用鋼。
【請求項２】請求項１に記載の軸受用鋼において、更
にＮｉ：0.26〜2 ％およびＭｏ：0.09〜1 ％から選ばれ
る１種または２種を含有するものである軸受用鋼。
【請求項３】請求項１または２に記載の軸受用鋼にお
いて、更にＣｕ：0.26〜1 ％を含有するものでする軸受
用鋼。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の軸受用
鋼において、更にＶ：0.01〜0.3 ％およびＮｂ：0.01〜
0.3 ％から選ばれる１種または２種を含有するものであ
る軸受用鋼。