JPH06287711A - 転動疲労寿命に優れた鋼部品 - Google Patents
転動疲労寿命に優れた鋼部品Info
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- JPH06287711A JPH06287711A JP9695393A JP9695393A JPH06287711A JP H06287711 A JPH06287711 A JP H06287711A JP 9695393 A JP9695393 A JP 9695393A JP 9695393 A JP9695393 A JP 9695393A JP H06287711 A JPH06287711 A JP H06287711A
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 表面の仕上げ粗さがＲmax 1.0 以上の粗い状
態であっても優れた転動疲労寿命を示す鋼製機械構造部
品を提供する。 【構成】 高い面圧が繰り返し負荷される鋼部品を、
Ｃ：0.05〜 0.3％，Si：0.4 ％以下，Mn：２％以下，
Ｐ：0.03％以下，Ｓ：0.03％以下，Ni:0.5〜５％，Cr：
２％以下，Mo： 0.5〜１％，sol.Al：0.01〜0.07％ を
含むと共に、更にCu：0.05〜 1.0％， Ｎ：0.02〜0.
04％のうちの１種又は２種を含むか、或いは更にNb：0.
01〜0.05％， Ｖ：0.01〜 0.2％のうちの１種又は２
種をも含有し、そして残部がFe及び不可避的不純物から
成る成分組成であって、かつ表面部の残留オ−ステナイ
ト量が２０％以上である浸炭焼入れ層あるいは浸炭窒化
焼入れ層を有して成る構成とする。
態であっても優れた転動疲労寿命を示す鋼製機械構造部
品を提供する。 【構成】 高い面圧が繰り返し負荷される鋼部品を、
Ｃ：0.05〜 0.3％，Si：0.4 ％以下，Mn：２％以下，
Ｐ：0.03％以下，Ｓ：0.03％以下，Ni:0.5〜５％，Cr：
２％以下，Mo： 0.5〜１％，sol.Al：0.01〜0.07％ を
含むと共に、更にCu：0.05〜 1.0％， Ｎ：0.02〜0.
04％のうちの１種又は２種を含むか、或いは更にNb：0.
01〜0.05％， Ｖ：0.01〜 0.2％のうちの１種又は２
種をも含有し、そして残部がFe及び不可避的不純物から
成る成分組成であって、かつ表面部の残留オ−ステナイ
ト量が２０％以上である浸炭焼入れ層あるいは浸炭窒化
焼入れ層を有して成る構成とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、表面粗さが粗い状態
であっても優れた転動疲労寿命を示す鋼部品に関するも
のである。
であっても優れた転動疲労寿命を示す鋼部品に関するも
のである。
【０００２】
【従来技術とその課題】一般に、軸受やジョイント等と
いった高い面圧が繰り返し負荷される鋼製の機械構造部
品では、その転動疲労寿命が部品の寿命を支配するが、
近年、自動車等の燃費規制や耐久性強化に対する要求が
一段と厳しくなったこともあって、それら鋼部品につい
ても更なる軽量化や転動疲労寿命向上が強く望まれてい
る。
いった高い面圧が繰り返し負荷される鋼製の機械構造部
品では、その転動疲労寿命が部品の寿命を支配するが、
近年、自動車等の燃費規制や耐久性強化に対する要求が
一段と厳しくなったこともあって、それら鋼部品につい
ても更なる軽量化や転動疲労寿命向上が強く望まれてい
る。
【０００３】そこで、転動疲労寿命の向上要請に対し、
鋼中酸素量を減らすことによって破壊の起点となる非金
属介在物を低減させたり、Si添加により転動面の軟化を
防止する等の改善策が提案された。そして、この改善策
によって鋼製軸受，ジョイント類の使用寿命は著しい向
上を見せている。
鋼中酸素量を減らすことによって破壊の起点となる非金
属介在物を低減させたり、Si添加により転動面の軟化を
防止する等の改善策が提案された。そして、この改善策
によって鋼製軸受，ジョイント類の使用寿命は著しい向
上を見せている。
【０００４】しかしながら、これらの改善策では、転動
面の粗さをラップ仕上げ等により小さくした鋼部品の場
合にのみ所望の効果が認められるが、転動面の表面粗さ
が大きい場合には有効でないという問題があった。
面の粗さをラップ仕上げ等により小さくした鋼部品の場
合にのみ所望の効果が認められるが、転動面の表面粗さ
が大きい場合には有効でないという問題があった。
【０００５】即ち、“転動疲労”とは、転動部にて高面
圧が繰り返し作用することにより表面部が剥離する現象
である。つまり、材料表面に面圧が作用した時には表面
部から内部にかけてせん断応力の分布が形成されるが、
一般的にはこの分布は材料の表面からやや内側に入った
ところで最大値を示す。そのため、面圧が繰り返し作用
するとこの最大せん断応力位置付近で疲労亀裂が発生し
てこれが進展し、最終的には剥離に至る。ところが、こ
れは表面粗さが小さい場合の転動疲労挙動であって、表
面からやや内側に入ったところで亀裂が発生することに
特徴があり、この場合には前述した「鋼中非金属介在物
の低減策」や「転動面の軟化抵抗向上策」は有効であ
る。しかるに、転動疲労の破壊形態は転動面の表面粗さ
に著しく影響されるものであって、表面粗さが大きくな
ると破壊機構は様相を異にし、従って上記対策では十分
な転動疲労寿命の向上効果が得られなかった。
圧が繰り返し作用することにより表面部が剥離する現象
である。つまり、材料表面に面圧が作用した時には表面
部から内部にかけてせん断応力の分布が形成されるが、
一般的にはこの分布は材料の表面からやや内側に入った
ところで最大値を示す。そのため、面圧が繰り返し作用
するとこの最大せん断応力位置付近で疲労亀裂が発生し
てこれが進展し、最終的には剥離に至る。ところが、こ
れは表面粗さが小さい場合の転動疲労挙動であって、表
面からやや内側に入ったところで亀裂が発生することに
特徴があり、この場合には前述した「鋼中非金属介在物
の低減策」や「転動面の軟化抵抗向上策」は有効であ
る。しかるに、転動疲労の破壊形態は転動面の表面粗さ
に著しく影響されるものであって、表面粗さが大きくな
ると破壊機構は様相を異にし、従って上記対策では十分
な転動疲労寿命の向上効果が得られなかった。
【０００６】なぜなら、表面粗さが大きくなると、材料
表面に面圧が作用した時にせん断応力分布が形成される
ことは表面粗さが小さい場合と同様であるものの、表面
凹凸部の応力集中が著しく大きくなるので亀裂は表面か
ら発生するようになり、寿命も短くなる。このように、
表面粗さが大きい場合の転動疲労は、表面粗さが小さい
場合と比べて材料に局部的に作用する応力の大きさが異
なる上、その破壊機構も全く異なるので、内部に存在す
る介在物の低減や軟化抵抗向上が転動疲労寿命の向上に
直接的には結び付かない訳である。
表面に面圧が作用した時にせん断応力分布が形成される
ことは表面粗さが小さい場合と同様であるものの、表面
凹凸部の応力集中が著しく大きくなるので亀裂は表面か
ら発生するようになり、寿命も短くなる。このように、
表面粗さが大きい場合の転動疲労は、表面粗さが小さい
場合と比べて材料に局部的に作用する応力の大きさが異
なる上、その破壊機構も全く異なるので、内部に存在す
る介在物の低減や軟化抵抗向上が転動疲労寿命の向上に
直接的には結び付かない訳である。
【０００７】上述のように、これまでに提案された転動
疲労寿命の改善策は特に転動面の粗さが小さい場合に有
効であるという事情もあって、多くの軸受等では転動疲
労寿命への考慮から転動面の粗さをラップ仕上げ等によ
り小さくしている。しかし、一部の鋼部品についてはコ
スト上の制約から表面粗さが大きい状態のままで使用さ
れており、この傾向はコスト低減要求の高まりと共に一
部の部品に止まらない状況となりつつあることから、表
面粗さが大きい（粗い）場合であっても良好な転動疲労
寿命を示す鋼部品の開発は急を要する課題であると考え
られた。
疲労寿命の改善策は特に転動面の粗さが小さい場合に有
効であるという事情もあって、多くの軸受等では転動疲
労寿命への考慮から転動面の粗さをラップ仕上げ等によ
り小さくしている。しかし、一部の鋼部品についてはコ
スト上の制約から表面粗さが大きい状態のままで使用さ
れており、この傾向はコスト低減要求の高まりと共に一
部の部品に止まらない状況となりつつあることから、表
面粗さが大きい（粗い）場合であっても良好な転動疲労
寿命を示す鋼部品の開発は急を要する課題であると考え
られた。
【０００８】このようなことから、本発明が目的とする
のは、表面の仕上げ粗さが大きい状態であっても優れた
転動疲労寿命を示す鋼製の機械構造部品を提供すること
である。
のは、表面の仕上げ粗さが大きい状態であっても優れた
転動疲労寿命を示す鋼製の機械構造部品を提供すること
である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく様々な観点に立って鋭意研究を重ねた結
果、次のような知見を得ることができた。 a) 表面粗さが大きい場合の転動疲労破壊は、鋼部品表
面に面圧がかかると粗い表面の凹凸部への応力集中が著
しく大きくなって表面から亀裂が発生する「表面起点型
転動疲労（以降、 単に“転動疲労”という）」が進展し
て生じるが、前記表面凹凸部の応力集中の防止に残留オ
−ステナイトが極めて有効であり、表層部に残留オ−ス
テナイトが２０％以上存在すると、この軟相のオ−ステ
ナイトが凹凸部の応力集中を緩和し転動疲労寿命を向上
させる。
を達成すべく様々な観点に立って鋭意研究を重ねた結
果、次のような知見を得ることができた。 a) 表面粗さが大きい場合の転動疲労破壊は、鋼部品表
面に面圧がかかると粗い表面の凹凸部への応力集中が著
しく大きくなって表面から亀裂が発生する「表面起点型
転動疲労（以降、 単に“転動疲労”という）」が進展し
て生じるが、前記表面凹凸部の応力集中の防止に残留オ
−ステナイトが極めて有効であり、表層部に残留オ−ス
テナイトが２０％以上存在すると、この軟相のオ−ステ
ナイトが凹凸部の応力集中を緩和し転動疲労寿命を向上
させる。
【００１０】b) 残留オ−ステナイトが多量に存在する
状態の鋼部品に、更にCu又はＮが添加されていると、そ
の転動疲労寿命は更に向上する。
状態の鋼部品に、更にCu又はＮが添加されていると、そ
の転動疲労寿命は更に向上する。
【００１１】c) 表層部に上述した多量の残留オ−ステ
ナイトが存在する鋼部品は、鋼の成分調整と浸炭焼入れ
あるいは浸炭窒化焼入れを実施することによって実現す
ることが可能である。
ナイトが存在する鋼部品は、鋼の成分調整と浸炭焼入れ
あるいは浸炭窒化焼入れを実施することによって実現す
ることが可能である。
【００１２】なお、この“鋼の成分調整”と“浸炭焼入
れ”あるいは“浸炭窒化焼入れ”とに関しては以下に示
す事実を確認している。即ち、鋼を浸炭あるいは浸炭窒
化せずに単純に焼入れした場合、生成される残留オ−ス
テナイトは鋼中の合金元素の種類と量とに影響される。
ここで、鋼の合金元素単位重量当りの残留オ−ステナイ
ト増加量を比較すると「Ｃ＝Ｎ＞Mn＞Cr＞Ni＞Cu＞Mo＞
Si」の順となり、何れの元素も残留オ−ステナイト量を
増加させるが、Ｃ，Ｎの効果は非常に大きい。従って、
表面部に残留オ−ステナイトを生成させるためには、浸
炭あるいは浸炭窒化によりＣあるいはＣとＮを多量に浸
透させるのが有効である。
れ”あるいは“浸炭窒化焼入れ”とに関しては以下に示
す事実を確認している。即ち、鋼を浸炭あるいは浸炭窒
化せずに単純に焼入れした場合、生成される残留オ−ス
テナイトは鋼中の合金元素の種類と量とに影響される。
ここで、鋼の合金元素単位重量当りの残留オ−ステナイ
ト増加量を比較すると「Ｃ＝Ｎ＞Mn＞Cr＞Ni＞Cu＞Mo＞
Si」の順となり、何れの元素も残留オ−ステナイト量を
増加させるが、Ｃ，Ｎの効果は非常に大きい。従って、
表面部に残留オ−ステナイトを生成させるためには、浸
炭あるいは浸炭窒化によりＣあるいはＣとＮを多量に浸
透させるのが有効である。
【００１３】しかし、浸炭あるいは浸炭窒化時に鋼の表
面に浸透するＣ量もまた鋼中の合金元素の種類と量とに
影響される。そして、Mn，Cr，MoはＣの浸透量を増加さ
せため、これらの元素を含む鋼を浸炭焼入れした場合に
は、表層部のＣが増加する効果と各々の元素自体の効果
が相乗されて残留オ−ステナイト量は大幅に増大する。
面に浸透するＣ量もまた鋼中の合金元素の種類と量とに
影響される。そして、Mn，Cr，MoはＣの浸透量を増加さ
せため、これらの元素を含む鋼を浸炭焼入れした場合に
は、表層部のＣが増加する効果と各々の元素自体の効果
が相乗されて残留オ−ステナイト量は大幅に増大する。
【００１４】一方、Si，Ni，CuはＣの浸透量を低下させ
るので、Si，Ni，Cuを添加した場合には浸炭により表面
の浸透Ｃ量を増加することが困難で、表層部に生成する
残留オ−ステナイトは低下する可能性がある。ただ、Si
添加については、Si自体の残留オ−ステナイトの増量作
用が小さいので浸炭焼入れあるいは浸炭窒化焼入れ後の
残留オ−ステナイトは低下する。しかし、Ni，Cuの添加
については、Ni，Cu自体の残留オ−ステナイトの増量作
用が大きいので浸炭焼入れあるいは浸炭窒化焼入れ後の
残留オ−ステナイトは増加する。 従って、浸炭焼入れ
あるいは浸炭窒化焼入れ後の残留オ−ステナイト増量に
は合金元素としてMn，Cr，Ni，Cuが含まれていることが
有利であると言える。
るので、Si，Ni，Cuを添加した場合には浸炭により表面
の浸透Ｃ量を増加することが困難で、表層部に生成する
残留オ−ステナイトは低下する可能性がある。ただ、Si
添加については、Si自体の残留オ−ステナイトの増量作
用が小さいので浸炭焼入れあるいは浸炭窒化焼入れ後の
残留オ−ステナイトは低下する。しかし、Ni，Cuの添加
については、Ni，Cu自体の残留オ−ステナイトの増量作
用が大きいので浸炭焼入れあるいは浸炭窒化焼入れ後の
残留オ−ステナイトは増加する。 従って、浸炭焼入れ
あるいは浸炭窒化焼入れ後の残留オ−ステナイト増量に
は合金元素としてMn，Cr，Ni，Cuが含まれていることが
有利であると言える。
【００１５】ところで、Mn，Cr，Moの添加はＣの増量に
つながるが、Ｃ量が過度に増えると“焼入れ時のマイク
ロクラックの導入”や“浸炭あるいは浸炭窒化中の粗大
炭化物析出”を伴って転動疲労寿命を逆に低下させる。
従って、Mn，Cr，Moの添加は制約される。そして、浸炭
あるいは浸炭窒化時の浸透Ｃ量を著しく増やすことも同
様な理由により制約される。
つながるが、Ｃ量が過度に増えると“焼入れ時のマイク
ロクラックの導入”や“浸炭あるいは浸炭窒化中の粗大
炭化物析出”を伴って転動疲労寿命を逆に低下させる。
従って、Mn，Cr，Moの添加は制約される。そして、浸炭
あるいは浸炭窒化時の浸透Ｃ量を著しく増やすことも同
様な理由により制約される。
【００１５】なお、Ni，Cuについては、表面のＣを低下
させながら残留オ−ステナイトを増量させることがで
き、マイクロクラック導入，粗大炭化物析出の心配がな
い。従って、添加の制約は小さい。
させながら残留オ−ステナイトを増量させることがで
き、マイクロクラック導入，粗大炭化物析出の心配がな
い。従って、添加の制約は小さい。
【００１６】本発明は、上記知見に基づき、鋼の組成調
整と浸炭あるいは浸炭窒化との適正な組み合わせによっ
て浸透Ｃ量が過剰にならないように規制しながら表層部
の残留オ−ステナイトを増量し、かつCu，Ni添加により
表面粗さが大きい場合の転動疲労寿命を向上させるとい
う思想の下に完成されたものであり、「高い面圧が繰り
返し負荷される鋼部品を、Ｃ：0.05〜 0.3％（以降、 成
分割合を表す％は重量％とする),Si： 0.4％以下，
Mn：２％以下， Ｐ：0.03％以下，Ｓ：0.03％以
下， Ni： 0.5〜５％， Cr：２％以下，Mo：
0.5〜１％， sol.Al：0.01〜0.07％を含むと共に、
更にCu：0.05〜 1.0％， Ｎ：0.02〜0.04％のうち
の１種又は２種を含むか、 或いは更にNb：0.01〜0.05
％， Ｖ：0.01〜 0.2％のうちの１種又は２種をも含
有し、 そして残部がFe及び不可避的不純物から成る成分
組成であって、 かつ表面部の残留オ−ステナイト量が２
０％以上である浸炭焼入れ層あるいは浸炭窒化焼入れ層
を有して成る構成とすることにより、 Ｒmax1.0 以上の
表面粗さでも優れた転動疲労寿命を発揮し得るようにし
た点」に大きな特徴を有している。
整と浸炭あるいは浸炭窒化との適正な組み合わせによっ
て浸透Ｃ量が過剰にならないように規制しながら表層部
の残留オ−ステナイトを増量し、かつCu，Ni添加により
表面粗さが大きい場合の転動疲労寿命を向上させるとい
う思想の下に完成されたものであり、「高い面圧が繰り
返し負荷される鋼部品を、Ｃ：0.05〜 0.3％（以降、 成
分割合を表す％は重量％とする),Si： 0.4％以下，
Mn：２％以下， Ｐ：0.03％以下，Ｓ：0.03％以
下， Ni： 0.5〜５％， Cr：２％以下，Mo：
0.5〜１％， sol.Al：0.01〜0.07％を含むと共に、
更にCu：0.05〜 1.0％， Ｎ：0.02〜0.04％のうち
の１種又は２種を含むか、 或いは更にNb：0.01〜0.05
％， Ｖ：0.01〜 0.2％のうちの１種又は２種をも含
有し、 そして残部がFe及び不可避的不純物から成る成分
組成であって、 かつ表面部の残留オ−ステナイト量が２
０％以上である浸炭焼入れ層あるいは浸炭窒化焼入れ層
を有して成る構成とすることにより、 Ｒmax1.0 以上の
表面粗さでも優れた転動疲労寿命を発揮し得るようにし
た点」に大きな特徴を有している。
【００１７】次に、本発明において「鋼部品の成分組
成」や「表面部の残留オ−ステナイト量」を前記の如く
に数値限定した理由、並びに「浸炭焼入れ層あるいは浸
炭窒化焼入れ層」を設けた理由を、その作用と共に説明
する。
成」や「表面部の残留オ−ステナイト量」を前記の如く
に数値限定した理由、並びに「浸炭焼入れ層あるいは浸
炭窒化焼入れ層」を設けた理由を、その作用と共に説明
する。
【００１８】
A) 鋼部品の成分含有割合 [Ｃ]Ｃには浸炭焼入れ後あるいは浸炭窒化焼入れ後の鋼
部品芯部の強度を向上させる作用があるが、その含有量
が0.05％未満であると芯部の必要強度を確保することが
できず、一方、 0.3％を超えて含有させると芯部の靱性
確保が難しくなることに加えて、熱処理（浸炭焼入れ，
浸炭窒化焼入れ）前の機械加工時における切削性が劣化
する。従って、Ｃ含有量は0.05〜 0.3％と定めた。
部品芯部の強度を向上させる作用があるが、その含有量
が0.05％未満であると芯部の必要強度を確保することが
できず、一方、 0.3％を超えて含有させると芯部の靱性
確保が難しくなることに加えて、熱処理（浸炭焼入れ，
浸炭窒化焼入れ）前の機械加工時における切削性が劣化
する。従って、Ｃ含有量は0.05〜 0.3％と定めた。
【００１９】[Si]Siには浸炭焼入れ後あるいは浸炭窒化
焼入れ後の残留オ−ステナイト量を低下させる作用があ
り、 0.4％を超えて含有させるとこの作用が無視できな
くなって残留オ−ステナイトの増量が困難になることか
ら、Si含有量は 0.4％以下と定めた。
焼入れ後の残留オ−ステナイト量を低下させる作用があ
り、 0.4％を超えて含有させるとこの作用が無視できな
くなって残留オ−ステナイトの増量が困難になることか
ら、Si含有量は 0.4％以下と定めた。
【００２０】[Mn]Mnには浸炭焼入れ後あるいは浸炭窒化
焼入れ後の残留オ−ステナイト量を増加させる作用があ
るため、残留オ−ステナイト増量のため添加することが
望ましい成分ではあるが、２％を超えて含有させても転
動疲労寿命の更なる改善効果が認められないばかりか、
炭化物析出，マイクロクラック発生の危険が出てくるこ
とから、Mn含有量は２％以下と定めた。
焼入れ後の残留オ−ステナイト量を増加させる作用があ
るため、残留オ−ステナイト増量のため添加することが
望ましい成分ではあるが、２％を超えて含有させても転
動疲労寿命の更なる改善効果が認められないばかりか、
炭化物析出，マイクロクラック発生の危険が出てくるこ
とから、Mn含有量は２％以下と定めた。
【００２１】[Ｐ及びＳ]Ｐ及びＳは何れも鋼全体の靱性
を劣化させる不純物元素であり、何れの場合もその含有
量が0.03％を超えると靱性が大幅に劣化することから、
Ｐ含有量，Ｓ含有量とも上限を0.03％とした。
を劣化させる不純物元素であり、何れの場合もその含有
量が0.03％を超えると靱性が大幅に劣化することから、
Ｐ含有量，Ｓ含有量とも上限を0.03％とした。
【００２２】[Ni]Niには浸炭焼入れ後あるいは浸炭窒化
焼入れ後の残留オ−ステナイト量を増加させる作用のほ
か、残留オ−ステナイトの増量による転動疲労寿命向上
とは別に残留オ−ステナイト２０％以上の状況下で独自
に転動疲労寿命を向上させる作用があり、本発明におい
ては極めて重要な成分である。そして、Ni含有量が 0.5
％未満であると前記作用による所望の効果が得られず、
他の元素の添加あるいは浸炭，浸炭窒化時のＣ，Ｎ量の
増加により残留オ−ステナイトを２０％以上にしても十
分な転動疲労寿命の向上が認められない。一方、５％を
超えて含有させると浸炭性が著しく劣化し、加えて鋼材
コストも上昇する。従って、Ni含有量については 0.5〜
５％と定めた。
焼入れ後の残留オ−ステナイト量を増加させる作用のほ
か、残留オ−ステナイトの増量による転動疲労寿命向上
とは別に残留オ−ステナイト２０％以上の状況下で独自
に転動疲労寿命を向上させる作用があり、本発明におい
ては極めて重要な成分である。そして、Ni含有量が 0.5
％未満であると前記作用による所望の効果が得られず、
他の元素の添加あるいは浸炭，浸炭窒化時のＣ，Ｎ量の
増加により残留オ−ステナイトを２０％以上にしても十
分な転動疲労寿命の向上が認められない。一方、５％を
超えて含有させると浸炭性が著しく劣化し、加えて鋼材
コストも上昇する。従って、Ni含有量については 0.5〜
５％と定めた。
【００２３】[Cr]Crには浸炭焼入れ後あるいは浸炭窒化
焼入れ後の残留オ−ステナイト量を増加させる作用があ
るので、残留オ−ステナイト増量のため添加することが
望ましい成分ではあるが、２％を超えて含有させても転
動疲労寿命の更なる改善効果が認められないばかりか、
浸炭あるいは浸炭窒化の際に表面部のＣ量を増加させて
粗大炭化物を析出させる懸念も出てくることから、Cr含
有量は２％以下と定めた。
焼入れ後の残留オ−ステナイト量を増加させる作用があ
るので、残留オ−ステナイト増量のため添加することが
望ましい成分ではあるが、２％を超えて含有させても転
動疲労寿命の更なる改善効果が認められないばかりか、
浸炭あるいは浸炭窒化の際に表面部のＣ量を増加させて
粗大炭化物を析出させる懸念も出てくることから、Cr含
有量は２％以下と定めた。
【００２４】[Mo]Moには浸炭焼入れ後あるいは浸炭窒化
焼入れ後の残留オ−ステナイト量を増加させる作用があ
り、また浸炭層の粒界を強化して浸炭層を強靱化させる
作用もあるが、その含有量が 0.5％未満であると前記作
用による所望の効果が得られず、一方、１％を超えて含
有させると浸炭あるいは浸炭窒化の際に表面部のＣ量を
増加させ粗大炭化物を析出させる懸念が出てくることか
ら、Mo含有量は 0.5〜１％と定めた。
焼入れ後の残留オ−ステナイト量を増加させる作用があ
り、また浸炭層の粒界を強化して浸炭層を強靱化させる
作用もあるが、その含有量が 0.5％未満であると前記作
用による所望の効果が得られず、一方、１％を超えて含
有させると浸炭あるいは浸炭窒化の際に表面部のＣ量を
増加させ粗大炭化物を析出させる懸念が出てくることか
ら、Mo含有量は 0.5〜１％と定めた。
【００２５】[sol.Al]Alは、Ｎと結合してAlＮを生成し
浸炭中におけるオ−ステナイト粒の粗大化を防止する作
用を有しているが、その含有量がsol.Al量で0.01％未満
であると前記作用による所望の効果が得られない。一
方、Alには鋼中の固溶したＮを低下させる作用もある
が、本発明では固溶Ｎによる転動疲労寿命の向上を狙っ
ているのでAlの過剰添加は望ましくなく、固溶Ｎを有効
に働かせるためにはAl含有量をsol.Al量で0.07％以下に
押さえる必要がある。従って、sol.Al含有量を0.01〜0.
07％と定めた。
浸炭中におけるオ−ステナイト粒の粗大化を防止する作
用を有しているが、その含有量がsol.Al量で0.01％未満
であると前記作用による所望の効果が得られない。一
方、Alには鋼中の固溶したＮを低下させる作用もある
が、本発明では固溶Ｎによる転動疲労寿命の向上を狙っ
ているのでAlの過剰添加は望ましくなく、固溶Ｎを有効
に働かせるためにはAl含有量をsol.Al量で0.07％以下に
押さえる必要がある。従って、sol.Al含有量を0.01〜0.
07％と定めた。
【００２６】[Cu及びＮ]Cu及びＮには、何れも浸炭焼入
れ後あるいは浸炭窒化焼入れ後の残留オ−ステナイト量
を増加させる作用のほか、残留オ−ステナイトの増量に
よる転動疲労寿命向上とは別に残留オ−ステナイト２０
％以上の状況下で独自に転動疲労寿命を向上させる作用
もあり、所定量のCu，Ｎの何れか又は双方を含有させる
ことは本発明において極めて重要な要件となる。しか
し、Cuの場合にはその含有量が0.05％未満、そしてＮの
場合にはその含有量が0.02％未満であると、前記作用に
よる所望の効果が得られない。一方、Cu含有量が 1.0％
を超えると熱間加工時に割れを生じる懸念が強くなり、
またＮ含有量が0.04％を超えると冷間加工性の劣化を招
く。
れ後あるいは浸炭窒化焼入れ後の残留オ−ステナイト量
を増加させる作用のほか、残留オ−ステナイトの増量に
よる転動疲労寿命向上とは別に残留オ−ステナイト２０
％以上の状況下で独自に転動疲労寿命を向上させる作用
もあり、所定量のCu，Ｎの何れか又は双方を含有させる
ことは本発明において極めて重要な要件となる。しか
し、Cuの場合にはその含有量が0.05％未満、そしてＮの
場合にはその含有量が0.02％未満であると、前記作用に
よる所望の効果が得られない。一方、Cu含有量が 1.0％
を超えると熱間加工時に割れを生じる懸念が強くなり、
またＮ含有量が0.04％を超えると冷間加工性の劣化を招
く。
【００２７】[Nb及びＶ]Nb及びＶは何れも炭窒化物を形
成し浸炭あるいは浸炭窒化中の結晶粒粗大化を防止する
作用を有しているため、必要に応じて何れか又は双方の
添加がなされるが、何れもその含有量が0.01％未満であ
ると前記作用による所望の効果を確保できない。一方、
これらの成分には炭化物を形成させるため基地のＣ量を
低下させ残留オ−ステナイトを低下させる作用もあり、
そのためNbの場合には0.05％を超えて含有されると、ま
たＶの場合には 0.2％を超えて含有されると目標とする
残留オ−ステナイト量を確保できなくなる。
成し浸炭あるいは浸炭窒化中の結晶粒粗大化を防止する
作用を有しているため、必要に応じて何れか又は双方の
添加がなされるが、何れもその含有量が0.01％未満であ
ると前記作用による所望の効果を確保できない。一方、
これらの成分には炭化物を形成させるため基地のＣ量を
低下させ残留オ−ステナイトを低下させる作用もあり、
そのためNbの場合には0.05％を超えて含有されると、ま
たＶの場合には 0.2％を超えて含有されると目標とする
残留オ−ステナイト量を確保できなくなる。
【００２８】B) 浸炭焼入れあるいは浸炭窒化焼入れ 浸炭焼入れあるいは浸炭窒化焼入れは鋼部品表面部の残
留オ−ステナイトを上昇させる作用があり、前述した所
望の特性を確保するためには浸炭焼入れ層あるいは浸炭
窒化焼入れ層の形成が欠かせない。ところで、先にも述
べた通り、焼入れの際に残留オ−ステナイトを増量させ
るのに最も有効な成分はＣ，Ｎであり、所定量の残留オ
−ステナイトを鋼部品の表面部に確保するためには浸炭
或いは浸炭窒化により表面のＣあるいはＣ，Ｎ量を上昇
させる必要がある。但し、Ｃを過剰に浸透させると粗大
炭化物の析出、マイクロクラックの導入が懸念されるの
で、Ｃの浸透量は合金元素の配合により考慮する必要が
ある。なお、所定量の残留オ−ステナイトを鋼部品表面
に確保する手段として、予め鋼成分のＣ，Ｎを上昇する
ことも考えられるが、この場合には部品全体の靱性が大
幅に劣化するので採用できない手段である。
留オ−ステナイトを上昇させる作用があり、前述した所
望の特性を確保するためには浸炭焼入れ層あるいは浸炭
窒化焼入れ層の形成が欠かせない。ところで、先にも述
べた通り、焼入れの際に残留オ−ステナイトを増量させ
るのに最も有効な成分はＣ，Ｎであり、所定量の残留オ
−ステナイトを鋼部品の表面部に確保するためには浸炭
或いは浸炭窒化により表面のＣあるいはＣ，Ｎ量を上昇
させる必要がある。但し、Ｃを過剰に浸透させると粗大
炭化物の析出、マイクロクラックの導入が懸念されるの
で、Ｃの浸透量は合金元素の配合により考慮する必要が
ある。なお、所定量の残留オ−ステナイトを鋼部品表面
に確保する手段として、予め鋼成分のＣ，Ｎを上昇する
ことも考えられるが、この場合には部品全体の靱性が大
幅に劣化するので採用できない手段である。
【００２９】C) 表面部の残留オ−ステナイト量 鋼部品表面（転動面）部の残留オ−ステナイトは表面粗
さが大きい状態での転動疲労寿命を向上させる作用を有
するが、この表面部の残留オ−ステナイト量が２０％未
満であると所望の転動疲労寿命向上効果が得られない。
従って、鋼部品表面（転動面）部の残留オ−ステナイト
量を２０％以上と定めた。
さが大きい状態での転動疲労寿命を向上させる作用を有
するが、この表面部の残留オ−ステナイト量が２０％未
満であると所望の転動疲労寿命向上効果が得られない。
従って、鋼部品表面（転動面）部の残留オ−ステナイト
量を２０％以上と定めた。
【００３０】続いて、本発明を実施例によって説明す
る。
る。
【実施例】まず、真空炉によって表１に示す各成分組成
の鋼を溶製し、得られた鋳塊を熱間鍛造によって直径７
０mmの丸棒に加工した。
の鋼を溶製し、得られた鋳塊を熱間鍛造によって直径７
０mmの丸棒に加工した。
【００３１】
【表１】
【００３２】次に、表１の鋼Ａ〜Ｈ製の丸棒について
は、これを焼鈍した後、機械加工によって直径６０mm，
厚さ５mmの円盤状試験片を切出し、浸炭焼入れ・焼戻し
あるいは浸炭窒化焼入れ・焼戻しを施してから、表面を
0.1mmだけ研磨した。
は、これを焼鈍した後、機械加工によって直径６０mm，
厚さ５mmの円盤状試験片を切出し、浸炭焼入れ・焼戻し
あるいは浸炭窒化焼入れ・焼戻しを施してから、表面を
0.1mmだけ研磨した。
【００３３】なお、浸炭は９５０℃で５時間保持（カ−
ボンポテンシャル:0.9％）の条件で実施し、また浸炭窒
化は、上記浸炭処理の後に雰囲気中へアンモニアを添加
して８５０℃で３時間保持する条件で実施した。そし
て、浸炭処理，浸炭窒化処理後の焼入れは１２０℃油焼
入れとし、焼戻し条件は１７０℃で２時間保持とした。
ボンポテンシャル:0.9％）の条件で実施し、また浸炭窒
化は、上記浸炭処理の後に雰囲気中へアンモニアを添加
して８５０℃で３時間保持する条件で実施した。そし
て、浸炭処理，浸炭窒化処理後の焼入れは１２０℃油焼
入れとし、焼戻し条件は１７０℃で２時間保持とした。
【００３４】一方、表１の鋼Ｉ〜Ｊ製の丸棒について
は、これに球状化焼鈍を施した後、機械加工によって直
径６０mm，厚さ５mmの円盤状試験片を切出し、焼入れ・
焼戻ししを施してから、表面を 0.1mmだけ研磨した。こ
こで、焼入れは８５０℃保持後に５０℃油焼入れの条件
で実施し、焼戻し条件は１７０℃で２時間保持とした。
は、これに球状化焼鈍を施した後、機械加工によって直
径６０mm，厚さ５mmの円盤状試験片を切出し、焼入れ・
焼戻ししを施してから、表面を 0.1mmだけ研磨した。こ
こで、焼入れは８５０℃保持後に５０℃油焼入れの条件
で実施し、焼戻し条件は１７０℃で２時間保持とした。
【００３５】そして、このようにして製作した各試験片
を用い、３球式スラスト式転動疲労試験機によって転動
疲労試験を実施し、転動疲労寿命を調べた。この時の試
験条件は、 最大接触面圧：５３３kg/mm2， 潤滑油：６０＃スピンドル油， 相手ボ−ル：直径9.525mm のＳＵＪ２焼入れ焼戻し鋼
（ＨR Ｃ６０以上), であった。表２に、各試験片の“表面部での残留オ−ス
テナイト量",“表面粗さ”並びに“転動疲労試験にて測
定された転動疲労寿命”を示す。
を用い、３球式スラスト式転動疲労試験機によって転動
疲労試験を実施し、転動疲労寿命を調べた。この時の試
験条件は、 最大接触面圧：５３３kg/mm2， 潤滑油：６０＃スピンドル油， 相手ボ−ル：直径9.525mm のＳＵＪ２焼入れ焼戻し鋼
（ＨR Ｃ６０以上), であった。表２に、各試験片の“表面部での残留オ−ス
テナイト量",“表面粗さ”並びに“転動疲労試験にて測
定された転動疲労寿命”を示す。
【００３６】
【表２】
【００３７】表２に示される結果からも、特定の成分組
成を備えると共に、表面部の残留オ−ステナイト量が２
０％以上と多い本発明に係る鋼材では、表面粗さが粗く
ても非常に優れた転動疲労寿命を示すようになることが
分かる。また、残留オ−ステナイトの増量に加え、Cu，
Ｎを添加することにより、転動疲労寿命は更に向上する
ことも確認できる。
成を備えると共に、表面部の残留オ−ステナイト量が２
０％以上と多い本発明に係る鋼材では、表面粗さが粗く
ても非常に優れた転動疲労寿命を示すようになることが
分かる。また、残留オ−ステナイトの増量に加え、Cu，
Ｎを添加することにより、転動疲労寿命は更に向上する
ことも確認できる。
【００３８】
【発明の効果】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、ラップ仕上げ等の表面仕上げ加工を施さなくても優
れた転動疲労寿命を発揮する鋼部品を提供することがで
き、機械・装置類の耐久性向上，低コスト化に大きく寄
与し得るなど、産業上有用な効果がもたらされる。
ば、ラップ仕上げ等の表面仕上げ加工を施さなくても優
れた転動疲労寿命を発揮する鋼部品を提供することがで
き、機械・装置類の耐久性向上，低コスト化に大きく寄
与し得るなど、産業上有用な効果がもたらされる。
Claims (2)
- 【請求項１】 重量比にてＣ：0.05〜 0.3％， Si：
0.4％以下， Mn：２％以下，Ｐ：0.03％以下，
Ｓ：0.03％以下， Ni： 0.5〜５％，Cr：２％以
下， Mo： 0.5〜１％， sol.Al：0.01〜0.07
％を含むと共に、更にCu：0.05〜 1.0％， Ｎ：0.02
〜0.04％のうちの１種又は２種を含有し、そして残部が
Fe及び不可避的不純物から成る成分組成であって、かつ
表面部の残留オ−ステナイト量が２０％以上である浸炭
焼入れ層あるいは浸炭窒化焼入れ層を有して成ることを
特徴とする、Ｒmax 1.0 以上の表面粗さでの転動疲労寿
命に優れた鋼部品。 - 【請求項２】 重量比にてＣ：0.05〜 0.3％， Si：
0.4％以下， Mn：２％以下，Ｐ：0.03％以下，
Ｓ：0.03％以下， Ni： 0.5〜５％，Cr：２％以
下， Mo： 0.5〜１％， sol.Al：0.01〜0.07
％を含むと共に、更にCu：0.05〜 1.0％， Ｎ：0.02
〜0.04％のうちの１種又は２種と、Nb：0.01〜0.05％，
Ｖ：0.01〜 0.2％のうちの１種又は２種を含有し、
そして残部がFe及び不可避的不純物から成る成分組成で
あって、かつ表面部の残留オ−ステナイト量が２０％以
上である浸炭焼入れ層あるいは浸炭窒化焼入れ層を有し
て成ることを特徴とする、Ｒmax 1.0 以上の表面粗さで
の転動疲労寿命に優れた鋼部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9695393A JPH06287711A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 転動疲労寿命に優れた鋼部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9695393A JPH06287711A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 転動疲労寿命に優れた鋼部品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06287711A true JPH06287711A (ja) | 1994-10-11 |
Family
ID=14178653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9695393A Pending JPH06287711A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 転動疲労寿命に優れた鋼部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06287711A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1420078A2 (en) | 2002-11-12 | 2004-05-19 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Brearing steel excellent in corrosion resistance |
-
1993
- 1993-03-31 JP JP9695393A patent/JPH06287711A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1420078A2 (en) | 2002-11-12 | 2004-05-19 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Brearing steel excellent in corrosion resistance |
| EP1420078A3 (en) * | 2002-11-12 | 2006-05-03 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Brearing steel excellent in corrosion resistance |
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