JPH08188849A - 軸受用肌焼鋼 - Google Patents

軸受用肌焼鋼

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JPH08188849A
JPH08188849A JP34060494A JP34060494A JPH08188849A JP H08188849 A JPH08188849 A JP H08188849A JP 34060494 A JP34060494 A JP 34060494A JP 34060494 A JP34060494 A JP 34060494A JP H08188849 A JPH08188849 A JP H08188849A
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JP
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steel
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less
bearing
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JP34060494A
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English (en)
Inventor
Tomoaki Nishikawa
友章 西川
Masafumi Matsushita
雅史 松下
Hiroshi Muroga
啓 室賀
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Aichi Steel Corp
Original Assignee
Aichi Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高価なNiを含有することなく、耐衝撃疲労
特性、及び軸受用鋼として必須の要件である転動疲労特
性において従来のSAE4320鋼と同等以上の性能を
有する軸受用肌焼鋼を提供する。 【構成】 重量比にして、C:0.15〜0.25%、
Si:0.35%以下、Mn:0.80〜1.20%、
P:0.030%以下、S:0.015%以下、Cu:
0.30%以下、Ni:0.40〜0.70%、Cr:
1.50〜2.00%、Mo:0.10%以下、Al:
0.030%以下、O:15ppm以下、Ti:30p
pm以下、残部がFe及び不純物元素から成る。 【効果】 従来鋼であるSAE4320に比べ、Niを
大幅に低減し、Ni低減による衝撃疲労特性の低下をC
rの増量とMoの低減により解決しているので、SAE
4320鋼と同等かそれ以上の耐衝撃疲労特性及び転動
疲労特性を有する軸受用肌焼鋼を著しく安価に提供する
ことが可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般機械の軸受等に用
いられる軸受用肌焼鋼(浸炭用鋼)に関し、特に、衝撃
的な荷重が繰り返し加わる部分に用いられた場合に高い
疲労寿命を有する軸受用肌焼鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】圧延機では、材料を噛み込む際にロール
は大きな衝撃を受ける。このため、圧延機のロールを支
承する軸受には耐衝撃疲労性の良好な材料を用いる必要
がある。このような軸受材料として、従来はSAE43
20鋼が用いられていた。SAE4320鋼の成分範囲
を表1に示す。
【0003】
【表1】
【0004】
【発明が解決しようとする課題】SAE4320鋼はN
iを含有することにより耐衝撃疲労性を向上させた肌焼
鋼であるが、このために製造コストが高いという問題が
あった。
【0005】本発明は高価なNiを含有することなく、
耐衝撃疲労特性、及び軸受用鋼として必須の要件である
転動疲労特性において従来のSAE4320鋼と同等程
度の性能を有する軸受用肌焼鋼を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る軸受用肌焼鋼は、重量比にし
て、C:0.15〜0.25%、Si:0.35%以
下、Mn:0.80〜1.20%、P:0.030%以
下、S:0.015%以下、Cu:0.30%以下、N
i:0.40〜0.70%、Cr:1.50〜2.00
%、Mo:0.10%以下、Al:0.030%以下、
O:15ppm以下、Ti:30ppm以下、残部がF
e及び不純物元素から成ることを特徴とする。
【0007】
【作用】各合金元素の含有量を上記のように限定した理
由は次の通りである。 C:0.15〜0.25% 浸炭焼入、焼もどし処理を行なった後、軸受に要求され
る十分な強度(内部硬さHv300〜450)を確保
し、且つ、十分な焼入性を確保するためには、0.15
%以上、好ましくは0.18%以上の炭素を含有する必
要がある。しかし、0.25%を超えて含有させると靱
性が劣化し、また、各部品形状に加工する際の加工性が
悪化する。なお、より望ましくは上限を0.23%とす
るのがよい。
【0008】Si:0.35%以下 浸炭時、浸炭層のシリコンは浸炭雰囲気中の酸素と反応
していわゆる浸炭異常層を生成する。本発明鋼において
は、シリコンを0.35%を超えて含有させると浸炭異
常層の生成が見られるようになり、浸炭部品の強度を低
下させる恐れがある。また、シリコンは冷間加工性を悪
化させることからも、上限を0.35%とした。なお、
シリコンは脱酸処理のために必要であるため、より望ま
しい範囲は0.10〜0.35%である。
【0009】Mn:0.80〜1.20% 浸炭加工部品は表面だけではなく、芯部においても十分
な強度及び靱性を持たないと、特に衝撃力が加わった場
合に寿命が低下する。本発明鋼は上述の通り、特に繰り
返し衝撃が加わる部分に用いられる軸受用材料を目的と
しているため、芯部にも十分な熱処理を施す必要があ
る。従って、十分な焼入性を確保するという観点より、
低コストでありながら焼入性向上効果の著しいマンガン
を含有させるものである。このような効果を得るために
は、0.80%以上のマンガンを含有させる必要があ
る。しかし、マンガンを多量に含有させても焼入性向上
効果が飽和するばかりではなく、圧延時等の製造時の熱
間加工性が劣化し、表面疵等が発生しやすくなる。これ
を勘案して本発明鋼では上限を1.20%とした。な
お、より望ましい範囲は0.80〜1.00%である。
【0010】P:0.030%以下 リンは結晶粒界に析出し、鋼の靱性を著しく劣化させ
る。また、高温加工性を低下させる。このため、上限を
0.030%とした。なお、より望ましくは0.025
%とする。
【0011】S:0.015%以下 硫黄はマンガンと化合して鋼に非溶性のMnSを形成
し、非金属介在物として鋼中に存在する。軸受鋼のよう
に転動負荷を受ける部品では、非金属介在物は疲労によ
る亀裂開始の起点となりやすいため、非金属介在物量は
極力低減する必要がある。そのため、本発明鋼では硫黄
の含有量を0.015%以下と厳しく制限した。
【0012】Cu:0.30%以下 銅は高温に加熱したときに結晶粒界に析出し、粒界の凝
着力を低下させるため、鋼の製造時に割れが発生しやす
くなる。このため、本発明鋼では銅の上限を0.30%
に規制した。
【0013】Ni:0.40〜0.70% 上記の通り、ニッケルは鋼の靱性を改善する元素ではあ
るものの、資源的に遍在が著しく、高価である。本発明
鋼では、焼入性をより完全に行なうことにより靱性を確
保する方法をとるため、ニッケル含有量は従来鋼である
SAE4320と同等程度の耐衝撃疲労性が確保できる
程度の量にとどめることとした。その下限が0.40%
であり、これ未満では焼入性を完全なものとしても耐衝
撃疲労特性の低下は避けられない。一方、0.70%を
超えて含有させても、靱性が更に向上するという効果は
得られず、単にコストを上昇させるのみである。なお、
より望ましい範囲は0.40〜0.60%である。
【0014】Cr:1.50〜2.00% クロムはマンガンと同様、焼入性向上効果の著しい元素
であると共に、鋼の靱性を向上させる作用もある。本発
明では上述の通り、ニッケル含有量の低減による焼入性
と耐衝撃疲労性の低下をクロムの添加で補うため、クロ
ムを1.50%以上、好ましくは1.60%含有させる
ものである。しかし、2.00%を超えて含有させても
耐衝撃疲労性は飽和し、コストを上昇させるのみであ
る。なお、より望ましくは1.80%以下とするのがよ
い。
【0015】Mo:0.10%以下 モリブデンは焼入性の向上に効果のある元素であるが、
0.10%を超えて含有させると耐衝撃疲労性が劣化す
ることを見出したので(後記実施例の比較鋼H参照)、
本発明では耐衝撃疲労性に影響のない0.10%以下の
範囲で添加することとした。
【0016】Al:0.030%以下 アルミニウムは鋼中の窒素と化合し、AlNとして浸炭
焼入処理後の結晶粒を微細化し、靱性を向上させる効果
を有する。しかし、通常の不純物量を大きく超えて含有
させてもアルミナ系非金属介在物(Al23)の量が増
加し、転動疲労寿命が低下するので、上限を0.030
%とした。
【0017】O:15ppm以下 アルミニウムの項で述べた通り、酸素はアルミニウム等
と結合して鋼中で非金属介在物を生成する。そして、こ
のような非金属介在物が軸受のボールの軌道直下の最大
応力点付近に存在すると、転動疲労寿命を大きく低下さ
せる。従って、本発明鋼では酸素含有量の上限を15p
pmとした。
【0018】Ti:30ppm以下 チタンは酸素及び窒素と結合して鋼に不溶の化合物Ti
2、TiN等を生成し、非金属介在物として鋼中に析
出する。従って上記理由により転動疲労寿命を低下させ
るため、本発明鋼ではチタン含有量の上限を30ppm
とした。なお、より望ましい範囲は25ppm以下であ
る。
【0019】
【実施例】次に、本発明鋼の特徴を比較鋼、従来鋼と対
比して、実施例により説明する。表1にこれら供試鋼の
化学成分を示す。
【0020】
【表1】
【0021】表1において、A〜Gが本発明鋼であり、
H〜Kはいずれかの成分が本発明で規定する範囲を外れ
ている比較鋼である。Lは従来鋼SAE4320であ
る。
【0022】これら各供試鋼について所定の浸炭処理を
施した後、転動疲労寿命試験及び衝撃疲労寿命試験を行
なった。各試験片の製造方法及び試験条件は次の通りで
ある。
【0023】(1)転動疲労寿命試験片の製造方法 供試鋼(発明鋼、比較鋼及び従来鋼)は30kg真空誘
導溶解炉(VIM)で溶解し、成分調整を行なった後、
30kgインゴットに鋳込んだ。各インゴットをφ60
mmに鍛伸後、900℃で焼ならし(焼準)を行ない、
10mmの厚さに切断して、機械加工により転動疲労寿
命試験片形状に仕上げた。浸炭は、A〜Lの各供試鋼に
おいて表面硬さがHv700以上となり、有効硬化深さ
(HRC50以上である深さ)が約1mmとなる条件で
焼入−焼もどし又は浸炭焼入−二次焼入−焼もどしを行
なった。ただし、浸炭温度は最低でも900℃以上とし
た。
【0024】(2)転動疲労寿命試験の試験方法 浸炭処理後の各試験片の表面を鏡面研磨した後、スラス
ト型転動疲労寿命試験機にセットし、応力5,200N
/mm2となるスラスト荷重を負荷して転動疲労試験を
行なった。転動疲労試験機には振動検出器が取り付けら
れており、試験片の表面にピッチング(剥離)が生じた
時点で振動検出器がそれを検出し、この時点までの転動
回数をその試験片の転動疲労寿命とした。この試験を各
供試鋼について10枚の試験片に対して行ない、10個
の転動疲労寿命のデータより統計処理を行なって、10
%累積破損(L10)回数をその供試鋼の転動疲労寿命と
した。
【0025】(3)衝撃疲労寿命試験片の製造方法 上記VIM溶製した30kgインゴットをφ20mmに
鍛伸した後、同様に900℃で焼ならし(焼準)を行な
い、所要長さに切断して、機械加工により径15mm、
ノッチ深さ2.5mm、ノッチ底半径2.5mmの松村
式衝撃疲労試験片に仕上げた。
【0026】(4)転動疲労寿命試験の試験方法 機械加工により成形した試験片に対して上記(1)と同
じ浸炭熱処理を施した後、ノッチ底を研磨し、松村式衝
撃疲労試験片とした。ハンマーにより試験片に付与する
衝撃エネルギは30kg・cmとし、試験片はハンマー
で1回打撃される毎に反転させて、折損までの打撃回数
を測定した。各供試鋼について10本の試験片で試験を
行ない、折損迄の打撃回数のデータの平均値をその供試
鋼の衝撃疲労寿命とした。
【0027】以上の各試験の結果をまとめて表2に示
す。なお表2では、各供試鋼の転動疲労試験及び衝撃疲
労試験の結果は、従来鋼L(SAE4320鋼)を1と
した指数で表わした。また、転動疲労寿命試験片により
浸炭表面硬さ、浸炭硬化深さ及び内部硬さを測定し、そ
の結果も表2に示した。なおここでは、表面から内部ま
で所定間隔でマイクロビッカース硬さ(荷重300g)
を測定し、表面から0.05mmの深さの硬さを表面硬
さとし、硬さがHv513(HRC50相当)となる深
さを硬化深さとした。内部硬さは、通常のビッカース硬
度計により測定した(荷重10kg)。
【0028】表2より明らかな通り、本発明鋼A〜Gは
浸炭後、いずれも十分な表面硬さ、硬化深さ及び内部硬
さを有しており、転動疲労寿命及び衝撃疲労寿命とも、
従来鋼であるSAE4320鋼と同等或いはやや高い値
を示している。従って、本発明に係る軸受用肌焼鋼は、
従来SAE4320鋼が用いられていた部品にそのまま
用いることができる。一方、本発明鋼は高価な元素であ
るNi、Mo等の含有量が従来鋼SAE4320鋼より
も低いため、低コストで製造することができ、従来コス
ト面から採用が困難であった多方面での使用が可能とな
る。
【0029】本発明鋼のいずれかの成分範囲を逸脱した
比較鋼H〜Kでは、何らかの点において本発明鋼が目的
とする性能を満たさない。例えばモリブデン含有量が
0.18%と上限を超えた比較鋼Hは、合金コストが上
昇するという欠点を有することは勿論であるが、衝撃疲
労特性が従来鋼よりも低下している。クロム含有量が
1.40%と下限未満となっている比較鋼Iは、同様に
衝撃疲労特性が劣っている。従って、SAE4320鋼
を低Ni化する場合、Crを高め、Moを低減しないと
同等以上の性能が得られないことがわかる。酸素含有量
が19ppmと上限を超えている比較鋼Jは、非金属介
在物量が多いため、転動疲労寿命において従来鋼よりも
劣る。更に、ニッケル量が下限未満である比較鋼Kは、
靱性の不足により衝撃疲労特性が劣り、従来鋼以下とな
っている。
【0030】
【発明の効果】本発明の軸受用肌焼鋼は、従来鋼である
SAE4320に比べ、Niを大幅に低減し、Ni低減
による衝撃疲労特性の低下をCrの増量とMoの低減に
より解決しているので、SAE4320鋼と同等かそれ
以上の耐衝撃疲労特性及び転動疲労特性を有する軸受用
肌焼鋼を著しく安価に提供することが可能となった。
【表2】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量比にして、C:0.15〜0.25
    %、Si:0.35%以下、Mn:0.80〜1.20
    %、P:0.030%以下、S:0.015%以下、C
    u:0.30%以下、Ni:0.40〜0.70%、C
    r:1.50〜2.00%、Mo:0.10%以下、A
    l:0.030%以下、O:15ppm以下、Ti:3
    0ppm以下、残部がFe及び不純物元素から成ること
    を特徴とする軸受用肌焼鋼。
JP34060494A 1994-12-28 1994-12-28 軸受用肌焼鋼 Pending JPH08188849A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010188834A (ja) * 2009-02-17 2010-09-02 Jtekt Corp 車輪用軸受装置
EP3940089A1 (en) * 2020-07-16 2022-01-19 Central Iron & Steel Research Institute Carburizing bearing steel and preparation method thereof

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