JPH05271866A - 軸受用鋼 - Google Patents

軸受用鋼

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JPH05271866A
JPH05271866A JP4067281A JP6728192A JPH05271866A JP H05271866 A JPH05271866 A JP H05271866A JP 4067281 A JP4067281 A JP 4067281A JP 6728192 A JP6728192 A JP 6728192A JP H05271866 A JPH05271866 A JP H05271866A
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steel
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decarburized layer
bearing steel
rolling
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Satoshi Yasumoto
聡 安本
Toshiyuki Hoshino
俊幸 星野
Kenichi Amano
虔一 天野
Nobuhisa Tabata
綽久 田畑
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Kawasaki Steel Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/60Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • F16C2204/66High carbon steel, i.e. carbon content above 0.8 wt%, e.g. through-hardenable steel

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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸受鋼の製造に際し、格別な脱炭層の形成防
止対策を講じる必要なしに、脱炭層が少なく、熱処理生
産性に優れた軸受鋼を提供する。 【構成】 C:0.50〜1.50%、 Si:0.10〜
2.00%、 Mn:0.10〜2.00%、 Cr:0.50超〜2.50%、 Al:0.050 %以下、 O:0.0030%以下 を含み、かつ Sb:0.0010〜0.0150% を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ころ軸受、玉軸受の
ような転がり軸受に用いて好適な、加工性および転動疲
労寿命特性に優れた軸受用鋼に関し、とくにその熱処理
生産性の向上を図ったものである。
【0002】
【従来の技術】自動車および産業機械等に用いる転がり
軸受用鋼としては、高炭素クロム軸受鋼(JIS 規格:SU
J 2)が最も多く利用されている。このSUJ 2は、0.95
〜1.10wt%(以下単に%で示す)のCを含有しているこ
とから非常に硬質であるため、まず球状化焼鈍を行って
加工性を向上させたのち、成形加工し、その後に焼き入
れ・焼き戻し処理を施すことによって転がり軸受に必要
な硬さを確保している。ところでこの数回の熱処理時
に、素材表面のCと雰囲気ガスとが反応し、素材表面に
脱炭層と呼ばれる低C濃度領域が発生する。かかる低C
濃度領域は、転がり軸受の硬さ低下のみならず転動疲労
寿命劣化の原因となることから、球状化焼鈍または焼き
入れ・焼き戻し後に切削もしくは研削により脱炭層を除
去するのが普通であり、そのため歩留りさらには生産性
の低下を余儀なくされていた。
【0003】上記したような脱炭層の形成を防止する手
法としては、熱処理時における雰囲気ガス中のカーボン
ポテンシャルをコントロールする方法や、球状化焼鈍の
初期段階に浸炭処理を施す方法(特開平2-54717号公報
参照)等が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の各方法
は、いずれも、熱処理中の雰囲気制御によるものである
ことから、熱処理コストが嵩むだけでなく、材料の組成
や熱処理時間等に応じた適切なガス組成の設定という煩
雑な操作を必要とするところに問題を残していた。本発
明の目的は、上記の問題を有利に克服し、脱炭層が少な
く、製造工程で格別な脱炭層の形成防止対策等を必要と
しない熱処理生産性に優れた軸受用鋼を提供するところ
にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、上記
の問題を解決すべく、成分組成につき広範な研究を行っ
たところ、Sbを適量添加することにより、所期した目的
が有利に達成されることの知見を得た。この発明は、正
に上記の知見に立脚するものである。
【0006】すなわち、本発明は、 C:0.50〜1.50%、 Si:0.10〜2.
00%、 Mn:0.10〜2.00%、 Cr:0.50超〜2.50%、 Al:0.050 %以下、 O:0.0030%以下、 を含み、かつ Sb:0.0010〜0.0150%を含有し、残部は
Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする軸受
用鋼(第1発明)。 上記の第1発明において、さらに Mo:0.10〜1.00%、 Ni:0.10〜1.00%、 Cu:0.05〜
0.50% のうちから選んだ1種または2種以上を含有してなる軸
受用鋼(第2発明)。 上記の第1発明において、さらに Nb:0.05〜0.50%、 V:0.05〜0.50%、 W:0.05〜
0.50% のうちから選んだ1種または2種以上を含有してなる軸
受用鋼(第3発明)。 上記の第1発明において、さらに Mo:0.10〜1.00%、 Ni:0.10〜1.00%、 Cu:0.05〜
0.50% のうちから選んだ1種または2種以上と、 Nb:0.05〜0.50%、 V:0.05〜0.50%、 W:0.05〜
0.50% のうちから選んだ1種または2種以上とを含有してなる
軸受用鋼(第4発明)を、それぞれ要旨構成とするもの
である。
【0007】
【作用】以下、本発明において鋼の成分組成を上記の範
囲に限定した理由について説明する。 C:0.50〜1.50% Cは、基地に固溶してマルテンサイトを強化し、強度、
耐摩耗性および転動疲労寿命を向上させる有用元素であ
るが、含有量が0.50%未満ではその効果が少なく、一
方、1.50%を超えると靭性が著しく低下するので、C量
は0.50〜1.50%の範囲に限定した。
【0008】Si:0.10〜2.00% Siは、鋼の溶製時に脱酸剤として作用する他、基地に固
溶して転動疲労寿命を向上させる元素としても有用であ
る。しかし、含有量が0.10%未満ではその効果が小さ
く、一方、2.00%を超えて添加すると被削性および鍛造
性が著しく低下するので、Si量は0.10〜2.00%の範囲と
した。
【0009】Mn:0.10〜2.00% Mnは、鋼の焼入れ性を向上させることによって基地マル
テンサイトの靭性を高め、また転動疲労寿命の向上にも
有効に寄与する。しかし、0.10%に満たないとその添加
効果に乏しく、一方、2.00%を超えると被削性および鍛
造性が著しく低下するので、Mn量は0.10〜2.00%の範囲
とした。
【0010】Cr:0.50超〜2.50% Crは、鋼の焼入れ性を高め、基地の強度および靭性を向
上させるだけでなく、炭化物の球状化にも有効に寄与す
るが、含有量が0.50%以下ではその効果が小さく、一
方、2.50%を超えると炭化物が粗大化し、切削性および
転動疲労寿命が低下するので、Cr量は0.50超〜2.50%の
範囲で添加するものとした。
【0011】Al:0.050 %以下 Alは、脱酸剤として添加するが、Oと結合し硬質な酸化
物系非金属介在物を形成するため、転動疲労寿命を低下
させることからできる限り低い方が望ましい。よって、
Oの上限を0.050 %とした。
【0012】O:0.0030%以下 Oは、Alと結合し硬質な酸化物系非金属介在物を形成す
るため、転動疲労寿命を低下させることから少ない方が
望ましい。よって、Oの上限を0.0030%とした。
【0013】Sb:0.0010〜0.0150% Sbは、本発明において特に重要な元素であり、熱処理時
の鋼材表層部のCと雰囲気ガスとの反応を抑制して脱炭
層の形成を抑制する目的で積極的に添加する。かかる抑
制作用は、含有量が0.0010%以上で顕著となるが、0.01
50%を超えて添加してもその効果は飽和に達し、むしろ
熱間加工性および靭性の劣化を招く。そこで、Sbは、0.
0010〜0.0150%の範囲で含有させるものとした。
【0014】以上、基本成分について説明したが、本発
明では、さらにMo、Ni、Cuのうちから選んだ1種または
2種以上、および/またはNb、V、Wのうちから選んだ
1種または2種以上を添加することができる。上記各元
素の好適添加量範囲は次のとおりである。
【0015】Mo:0.10〜1.00%、Ni:0.10〜1.00%、C
u:0.05〜0.50% Mo、NiおよびCuはいずれも、焼入れ性を高め、鋼の転動
疲労寿命を向上させる有用元素である。しかし、Mo、Cu
が多すぎる場合には鋼の鍛造性が低下し、また、Niが多
すぎる場合には残留γが多量に生成して鋼材硬さが低下
し、転動疲労寿命が低下する。そこで、これらの元素は
かかるおそれのない上記の各範囲で添加するものとし
た。
【0016】Nb、V、W:0.05〜0.50% V、NbおよびWはいずれも、鋼中のCと結合し、耐摩耗
性を向上させるとともに、結晶粒の微細化により転動疲
労寿命および靭性の向上にも有効に寄与する。しかし、
いずれの元素も、多すぎる場合には炭化物が高温で安定
化し、鋼材硬さを低下させ転動疲労寿命を低下させるだ
けでなく、鋼の鍛造性をも劣化させる。そこで、これら
の元素もかかるおそれのない上記の各範囲で添加するも
のとした。
【0017】なお、本発明において、切削性を改善する
ためにSやPb、Ca、Bi、REM 等を添加しても、本発明で
目的とする脱炭層の抑制を阻害することはなく、容易に
被削性が改善できる。
【0018】次に、本発明鋼の製造方法について説明す
る。本発明鋼は、転炉、電気炉等いずれの方法で溶製し
てもよく、またスラブ製造に当たっては連鋳、造塊いず
れでもよい。さらに熱間圧延条件も特に限定されること
はなく、常法に従って行えばよい。
【0019】
【実施例】表1に示す化学組成になる種々の鋼を、転炉
で溶製し、連続鋳造法で鋼片としたのち、1240℃, 30h
の拡散焼鈍後、65mmφの棒鋼に圧延した。この棒鋼のD
/4部より、15mmφ×20mmの円筒状試験片および転動疲
労寿命試験片を採取した後、雰囲気制御なしに(大気雰
囲気で)焼きならし→球状化焼きなまし→焼入れ→焼戻
しの順で熱処理を行った。なお転動疲労寿命試験片は、
さらに脱炭層を完全に除去するために1mm以上の研磨お
よびラッピング仕上げを行い、12mmφ×22mmの試験片寸
法とした。得られた試験片の脱炭層状態および転動疲労
寿命について調べた結果を、表2に示す。
【0020】なお脱炭層は、15mmφ×20mmの円筒状試験
片を10mmの位置で高さ方向に垂直に切断後、ナイタール
にて腐食し、ミクロ組織観察による円周上の全脱炭層の
最大値(以下、最大脱炭層と称す)で評価した。また転
動疲労寿命は、円筒型転動疲労寿命試験機により、ヘル
ツ最大接触応力:600 kgf/mm2 、繰り返し応力数:約46
500 cpm の条件で試験を行い、試験結果をワイブル分布
に従うものとして確率紙上にまとめ、鋼材 No.1のB10
寿命(累積破損確率:10%における剥離発生までの総負
荷回数)を1として相対的に評価した。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】表2より明らかなように、C含有量が本発
明範囲より低い鋼材 No.16は、最大脱炭層は0.02mmと N
o.1従来材よりも改善されていたが、転動疲労寿命は N
o.1従来材の 0.7倍にすぎなかった。またSb含有量が本
発明範囲より低い鋼材 No.17は、転動疲労寿命は No.1
従来材の 1.2倍と良好ではあったが、最大脱炭層が0.09
mmと改善されていない。これに対し、鋼材 No.2〜 No.
15の本発明材はいずれも、最大脱炭層は0.02〜0.04mmと
No.1の従来材の0.10mmより改善されており、また転動
疲労寿命も No.1の従来材の 1.1〜2.5 倍と優れてい
た。また本実施例に示すように、(Mo、Ni、Cu)および
/または(Nb、V、W)の1種または2種以上の添加
は、脱炭層の抑制を阻害することなく転動疲労寿命を向
上させていることから、その使用目的に応じて自由な組
み合わせを行うことが可能であることが判る。
【0024】
【発明の効果】かくして本発明によれば、転動疲労寿命
特性を阻害することなしに、熱処理時における脱炭層の
形成を効果的に抑制することができ、従って本発明によ
り、転がり軸受製造過程において、従来脱炭層の除去を
目的として行われていた切削や研削加工工程の簡略化が
可能となり、材料歩留りならびに熱処理生産性が格段に
向上する。
フロントページの続き (72)発明者 天野 虔一 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 田畑 綽久 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.50〜1.50wt%、 Si:0.10〜2.
    00wt%、 Mn:0.10〜2.00wt%、 Cr:0.50超〜2.50wt%、 Al:0.050 wt%以下、 O:0.0030wt%以下、 を含み、かつ Sb:0.0010〜0.0150wt% を含有し、残
    部はFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする
    軸受用鋼。
  2. 【請求項2】 C:0.50〜1.50wt%、 Si:0.10〜2.
    00wt%、 Mn:0.10〜2.00wt%、 Cr:0.50超〜2.50wt%、 Al:0.050 wt%以下、 O:0.0030wt%以下、 を含み、かつ Sb:0.0010〜0.0150wt% を含有し、さ
    らに Mo:0.10〜1.00wt%、 Ni:0.10〜1.00wt%、 Cu:0.05〜0.50wt% のうちから選んだ1種または2種以上を含有し、残部は
    Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする軸受
    用鋼。
  3. 【請求項3】 C:0.50〜1.50wt%、 Si:0.10〜2.
    00wt%、 Mn:0.10〜2.00wt%、 Cr:0.50超〜2.50wt%、 Al:0.050 wt%以下、 O:0.0030wt%以下、 を含み、かつ Sb:0.0010〜0.0150wt% を含有し、さ
    らに Nb:0.05〜0.50wt%、 V:0.05〜0.50wt%、 W:0.05〜0.50wt% のうちから選んだ1種または2種以上を含有し、残部は
    Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする軸受
    用鋼。
  4. 【請求項4】 C:0.50〜1.50wt%、 Si:0.10〜2.
    00wt%、 Mn:0.10〜2.00wt%、 Cr:0.50超〜2.50wt%、 Al:0.050 wt%以下、 O:0.0030wt%以下、 を含み、かつ Sb:0.0010〜0.0150wt% を含有し、さ
    らに Mo:0.10〜1.00wt%、 Ni:0.10〜1.00wt%、 Cu:0.05〜0.50wt% のうちから選んだ1種または2種以上と、 Nb:0.05〜0.50wt%、 V:0.05〜0.50wt%、 W:0.05〜0.50wt% のうちから選んだ1種または2種以上とを含有し、残部
    はFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする軸
    受用鋼。
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