JPH0853735A

JPH0853735A - 軸受用鋼

Info

Publication number: JPH0853735A
Application number: JP18956994A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kurebayashi; 豊紅林; Sadayuki Nakamura; 貞行中村; Masao Goto; 将夫後藤; Atsuhiko Ota; 敦彦太田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1994-08-11
Publication date: 1996-02-27
Also published as: DE69509723T2; EP0704546A1; EP0704546B1; DE69509723D1

Abstract

(57)【要約】【目的】転動寿命に有害な大型の炭化物の生成を抑制
し、熱処理工程の簡略化を図るとともに、良好な冷間加
工性・被削性・焼入性を有しつつ、転動寿命をさらに向
上することができる軸受用鋼を提供すること。【構成】合金元素の含有率が、質量％で、Ｃ：０.５
５〜０.７５％，Ｓｉ：≦０.２０％，Ｍｎ：≦０.５０
％，Ｃｒ：０.９０〜１.３０％，Ｍｏ：０.０５〜０.３
０％，残部が実質的にＦｅから成る組成の鋼材であっ
て、球状化焼なまし処理後の炭化物量の総面積率を２５
％以下とした軸受用鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軸受用鋼に係わり、Ｃ
ｒ，Ｍｏ量の適正化により優れた焼入性を有し、また、
フェライト強化元素であるＳｉ，Ｍｎを低減することに
よって冷間加工性を改善し、更に、Ｃ，Ｃｒ料の適正化
により球状化炭化物の面積率を低減することによって、
被削性を改善しつつ、転動寿命性を大幅に向上した軸受
用鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えばベアリングの玉、外
輪、内輪等の軸受けに用いられる鋼素材としては、転動
寿命性に優れ、かつ、焼入性や被削性および加工性の良
いことが必要とされており、そのような素材として、例
えば、Ｃを１質量％、Ｃｒを１.５質量％含有するＪＩ
Ｓ−ＳＵＪ２鋼が広く使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＳ
ＵＪ２鋼を用いる場合には、下記〜の問題があり、
一層の改善が望まれていた。つまり、現用のＳＵＪ２鋼を溶製する場合には、鋼の
鋳造時において、液相から固相へ変化する際に大型の炭
化物を生成しやすく、転動寿命を低下させる要因となっ
ている。このため、鋳造後にはこれらの炭化物を素地中
に再固溶させるための高温加熱処理が必要とされてい
る。また、製品に圧延される際においては、（高Ｃ材で
あるため）熱間圧延後の冷却速度が速い場合には割れを
発生させる恐れがあるため、熱間圧延後は序冷されるこ
とが多い。このとき、圧延後の冷却条件によってはネッ
ト状の炭化物を生成し、転動寿命を低下させる要因とな
っている。この対策として、上述と同様な加熱処理を必
要としており、エネルギーロスが多いのが現状であり、
これら材料製造上の問題を改善する必要があった。

【０００４】また、軸受けを製造するに当たっては、
一般には、熱間鍛造加工などで素地を製造し、球状化焼
なまし処理（又は焼ならし処理）を施した後に切削加工
によって部品形状に加工するが、球状化焼なまし処理を
行った場合には、面積率にして３０％程度の球状炭化物
が生成されるために硬度が高くなり、切削工具の早期損
傷など被削性の点に問題があった。ところが、ＳＵＪ２
鋼においては、焼ならし処理を実施してパーライト組織
を得た場合には、硬さが高いために被削性は球状化焼な
まし処理に比べてさらに悪いので、熱処理による改善は
実施されていないのが現状である。このために、製造性
を改善する目的からも、被削性に優れる軸受鋼の開発が
望まれていた。

【０００５】更に、加工においては、熱間加工が主体
として実施されているが、部品の寸法精度および省エネ
ルギーの観点からは冷間加工による部品成形が望まし
い。ところが、ＳＵＪ２鋼の場合には、冷間における加
工抵抗が高いために金型寿命が短く、その上、部品整形
時に割れが発生し易く、実質上では冷間加工が困難であ
る。そのため、冷間加工が可能な軸受鋼の開発が強く望
まれていた。

【０００６】また、軸受け部品においては、転動寿命
に優れることが必須条件とされるが、産業界では小型・
軽量化が急速に進行しており、そのため、ＳＵＪ２鋼に
対してさらに寿命の長いことが要求されており、材料的
にも転動寿命特性に優れた材料の提供が望まれていた。

【０００７】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、現状最も一般的に使用されている
ＳＵＪ２鋼に対し、転動寿命に有害な大型の炭化物の生
成を抑制し、熱処理工程の簡略化を図るとともに、良好
な冷間加工性・被削性・焼入性を有しつつ、転動寿命を
さらに向上することができる軸受用鋼を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１の発明は、合金元素の含有率が、質量％で、
Ｃ：０.５５〜０.７５％，Ｓｉ：≦０.２０％，Ｍｎ：
≦０.５０％，Ｃｒ：０.９０〜１.３０％，Ｍｏ：０.０
５〜０.３０％，残部が実質的にＦｅから成る組成の鋼
材であって、球状化焼なまし処理後の炭化物量の総面積
率を２５％以下としたことを特徴とする軸受用鋼を要旨
とする。

【０００９】また、請求項２の発明は、請求項１の軸受
用鋼において、更にＶ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｂの１種または２
種以上を、質量％で、それぞれＶ：≦０.５０％，Ｎ
ｉ：≦２.００％，Ｎｂ：０.０１０〜０.２０％，Ｂ：
５〜５０ｐｐｍの範囲で鋼材の組成成分として含有させ
ることを特徴とする軸受用鋼を要旨とする。

【００１０】（１）ここで、上記請求項１の発明におけ
る各元素の限定理由を詳述する。＜Ｃ：０.５５〜０.７５％＞Ｃは、鋼の素地中に固溶さ
せて、軸受鋼の素地そのものの強度を確保する元素であ
り、焼入れ・焼もどし処理後の硬さをＨＲＣ６０以上と
し、かつ、転動寿命を向上するためには、０.５５％以
上含有させる必要がある。しかし、多量に含有される
と、冷間加工性を低下し、また、球状化焼なまし処理後
の炭化物面積率が増加し被削性を低下させるため、その
上限含有量は０.７５％に規定される。＜Ｓｉ：≦０.２０％＞一般にＳｉは転動寿命を向上さ
せる元素として知られており、Ｓｉを多量添加した材料
が発明されている。しかし、Ｓｉが多量に添加された場
合には冷間域における変形抵抗が上昇するとともに割れ
が発生しやすくなる等、冷間加工性を大幅に低下させる
ので、本発明では、冷間加工性を改善するため、製造上
で脱酸剤として添加され、脱酸不足が生じない添加量を
上限値として規定した。＜Ｍｎ：≦０.５０％＞一般にＭｎは焼入性を向上させ
る元素として知られており、焼入性の改善を目的として
添加されている。しかし、ＭｎはＳｉと同様にフェライ
ト強化元素であるために、多量に添加されると冷間加工
性を低下させ、また、転動寿命が低下するので、本発明
では、製造上で脱酸剤とし添加され、脱酸不足が生じな
い添加量を上限値として規定した。＜Ｃｒ：０.９０〜１.３０％＞Ｃｒは鋳造時に大型の炭
化物を生成し易く、鋼中に析出して鋼の性質、例えば転
動寿命を著しく劣化させる。そのため、炭化物を極力形
成させないようにして、Ｃを素地中に固溶させ、かつ、
鋼の製造コストを低減するために、１.３０％以下の含
有量とされる。また、本発明では、焼入性の向上元素で
あるＳｉ，Ｍｎを低減させたため、焼入性を補填するた
め、および、基本特性である転動寿命を向上させるため
には０.９０％以上の添加が必要であるため、下限値を
０.９０％として規定した。＜Ｍｏ：≦０.３０％＞ＭｏはＭｎなどの同様に焼入性
を向上させる元素であり、かつ、転動寿命を改善する効
果が確認された。しかし、０.３０％を越して添加した
場合には材料コストの大幅上昇となり、また、転動寿
命、焼入性の顕著な改善効果が期待できないために、添
加量上限を０.３０％に規定した。＜炭化物量の総面積率：２５％以下＞炭化物量の総面積
率（即ち、材料の所定の断面における炭化物の量の割
合）は、この値を超えると、焼鈍なしで切削加工を施す
ことが困難になる。また、冷間加工も困難になり、被切
削性も低下する。そのため、上限を２５％とした。

【００１１】（２）次に、上記請求項２の発明における
各元素の限定理由を詳述する。本発明においては、これ
ら元素のうちの少なくとも１種を、上記の範囲内で添加
することによって、焼入性または転動寿命が大幅に向上
する。＜Ｖ：≦０.５０％＞Ｖは、鋼の転動寿命を改善する
効果を有するので、さらに高い寿命特性を必要とする場
合には添加を行う。ただし、過剰に添加してもその効果
が飽和するとともに冷間加工性の低下を生ずるので、Ｖ
の含有率の上限を０.５％とする。＜Ｎｉ：≦２.００％＞Ｎｉは、焼入性とともに転動寿
命を改善する効果を有しているが、２.００％を越して
添加すると特性改善の効果が飽和するため、添加量の上
限を２.００％以下とした。＜Ｎｂ：０.０１０〜０.２０％＞Ｎｂは、ＣまたはＮと
結合しＮｂ炭窒化物を形成し、焼入れ処理時など高温加
熱時の結晶粒の粗大化を防止する効果を有しており、転
動寿命を改善することができる。しかし、多量に添加さ
れると鋳造段階で大型の晶出物を形成するため、転動寿
命を低下させるため、転動寿命を向上できる０.２０％
を上限とし、その効果が現れる値から０.０１％を下限
値として規定した。＜Ｂ：５〜５０ｐｐｍ＞Ｂは、焼入性の向上元素であ
り、他の特性、例えば冷間加工性や被削性を低下するこ
となく焼入性を改善できるため、添加することができ
る。ただし、５０ｐｐｍを越して添加しても、焼入性の
改善は飽和し、また、５ｐｐｍ未満では焼入性の改善効
果が期待できないため、焼入性を改善可能な添加範囲と
して上下限の範囲を規定した。

【００１２】

【作用】請求項１の発明においては、Ｃの含有量を低減
することにより、鋳造時に発生する大型の炭化物の晶出
を防止して、これら炭化物を固溶させる熱処理を省略す
ることが可能となる。また、それに伴い、圧延・熱処理
工程で発生するネット状炭化物の発生を防止することに
より、ネット状炭化物を固溶させる熱処理（焼ならし処
理など）を省略することが可能となる。しかも、この様
に、大型炭化物・ネット状炭化物の生成を防止すること
ができるので、転動寿命が改善される。

【００１３】また、フェライトの強化元素であるＣ，Ｓ
ｉ，Ｍｎ量を低減し、球状化焼なまし処理時の硬さを低
下させるとともに炭化物量を低減することによって、冷
間加工における変形抵抗が減少し、しかも、高加工領域
まで割れが発生せず冷間加工性が向上する。

【００１４】更に、Ｃ，Ｃｒ量を適正化し、球状化焼な
まし処理時の球状炭化物量を面積率にして２５％以下と
することによって、切削加工における被削性が改善され
る。その上、Ｃ，Ｃｒ，Ｍｏ量を適正化することによっ
て、焼入性が向上し、しかも、転動寿命が大幅に向上す
る。

【００１５】この様に、本発明では、上述した構成を採
用することにより、材料の溶製における諸問題を解決す
るとともに、冷間加工性、被削性、焼入性および転動寿
命に優れた軸受鋼素材の提供が可能となる。更に、請求
項２の発明においては、上述した元素のうちの少なくと
も１種を、上記の範囲内で添加することによって、焼入
性または転動寿命が一層大幅に向上することになる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例を比較例とともに詳述
する。まず、下記表１に示す組成（実施例１〜８、比較
例１〜５）の各種鋼を溶製した後に、熱間鍛造によって
φ３５ｍｍ、およびφ８０ｍｍの丸棒を得た。この後
に、焼きならし処理（８５０℃で１時間保持し空冷）
し、続いて、球状化焼なまし処理（７６０℃で３時間保
持し６５０℃まで５時間かけて温度低下し空冷）を実施
した。尚、比較例１は従来のＪＩＳ−ＳＵＪ２鋼であ
る。

【００１７】

【表１】

【００１８】（実験例１：炭化物面積率）球状化焼なま
し処理されたφ８０ｍｍ丸棒を用い、この素材について
球状炭化物の面積率を求めた。炭化物の面積率は、断面
積１０ｍｍ² における全炭化物の面積を画像解析によっ
て求めたものである。その結果を下記表２に記す。

【００１９】

【表２】

【００２０】この表２から明らかな様に、実施例１〜８
は炭化物面積率が何れも２５％以下である。それに対し
て、比較例１〜３，５のものは、炭化物面積率が２５％
を上回っている。尚、比較例４については、炭化物面積
率が２５％であるが、上記表１に示す様に、組成条件を
満たしていないので、以下に述べる様に、その性能が十
分ではない。（実験例２：転動寿命試験）球状化焼なまし処理された
φ３５ｍｍ丸棒から、機械加工によって転動寿命試験片
（各２０個）を加工し、８５０℃に加熱保持して油冷
し、さらに１８０℃で２時間保持の焼入れ・焼もどし処
理を施し、転動寿命試験を行った。

【００２１】転動寿命試験はラジアル型転動寿命試験機
によって実施し、負荷応力５８８０ＭＰａで試験数２０
件の繰り返し試験を行った。寿命は、ワイブル累積損傷
確率が１０％となる寿命値をＬ１０，５０％となる寿命
値をＬ５０として評価した。その、試験結果を下記表３
に示す。

【００２２】

【表３】

【００２３】この表３から明らかなように、実施例１〜
８は、比較例１のＳＵＪ２鋼に比べて優れた転動寿命特
性を示している。また、比較例２〜５に対しても優れた
寿命を得ることができ、本発明鋼の転動寿命特性が優れ
ていることが分かる。（実験例３：冷間加工性試験）次に、球状化焼なまし処
理されたφ３５ｍｍ丸棒から、機械加工によって、φ６
ｍｍ，高さ１２ｍｍの圧縮試験片を作製し、冷間加工性
の評価を実施した。

【００２４】冷間加工性は、試験片に加工率５０％の加
工を与えた時に発生する変形抵抗と、割れを発生しない
最大の加工率によって評価した。この試験結果を下記表
４に示す。

【００２５】

【表４】

【００２６】この表４から明らかなように、実施例１〜
８は、比較例１のＳＵＪ２鋼に比べて同一の加工歪みを
与えた場合に発生する変形抵抗は小さくなっていること
が分かる。また、割れ発生までの加工率はＳＵＪ２鋼に
比べて、大幅に改善されており、本発明鋼の冷間加工性
が優れていることが分かる。（実験例４：被切削性試験）次に、球状化焼なまし処理
されたφ８０ｍｍ丸棒に対して、ドリル加工を実施し、
被削性の調査をした。

【００２７】被削性の評価は、ドリル加工試験によって
実施したが、工具材質ＳＫＨ５１、径φ５ｍｍのハイス
ドリルを４０ｍ／分の速度で加工させ、ドリルが損傷し
加工不能となるまでの加工量［加工長さ］によって比較
した。その結果を下記表５に記す。

【００２８】

【表５】

【００２９】この表４から明らかなように、実施例１〜
８では、比較例１〜５と比較して、加工量が大きく、被
削性が大幅に優れていることが分かる。（実験例５：焼入性試験）次に、φ３５ｍｍ丸棒から機
械加工によってジョミニー焼入性試験片を加工した。

【００３０】焼入性の評価は、ＨＲＣ５０以上の硬さが
得られる距離を求め、この距離によって比較した。結果
を下記表６に示す。

【００３１】

【表６】

【００３２】この表６から明らかなように、実施例１〜
８は、比較例１〜５に比べて、ＨＲＣ５０以上の硬さを
得る距離が長く、優れた焼入性を有しており、焼入性が
改善されていることが分かる。以上の各実験例から明ら
かな様に、本発明鋼では、比較例１のＳＵＪ２および比
較例２〜５に比べて、転動寿命、冷間加工性、被削性お
よび焼入性に優れた材料を提供することができるという
効果が得られる。

【００３３】

【発明の効果】請求項の１の発明では、鋳造時に発生す
る大型の炭化物の晶出を防止できるので、これら炭化物
を固溶させる熱処理を省略することができる。また、圧
延・熱処理工程で発生するネット状炭化物の発生を防止
できるので、ネット状炭化物を固溶させる熱処理を省略
することができる。つまり、熱処理の工程を削減できる
ので、エネルギーロスを低減することができる。しか
も、大型炭化物・ネット状炭化物の生成を防止すること
によって、転動寿命をも改善することができる。

【００３４】また、冷間加工における変形抵抗を減少さ
せ、かつ、高加工領域まで割れが発生しない冷間加工性
を実現できる。更に、切削加工における被削性を改善す
ることができ、焼入性を向上させ、かつ、転動寿命を大
幅に向上することができる。

【００３５】つまり、本発明の軸受用鋼では、上述した
組成及び炭素物の面積率を有するので、材料の溶製にお
ける諸問題を解決するとともに、優れた焼入性、冷間加
工性、被削性、転動寿命特性を実現できるという顕著な
効果を奏する。更に、請求項２の発明においては、上述
した元素のうちの少なくとも１種を、上記の範囲内で添
加することによって、焼入性または転動寿命を一層大幅
に向上させることができるという利点がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤将夫大阪市中央区南船場三丁目５番８号光洋精工株式会社内 (72)発明者太田敦彦大阪市中央区南船場三丁目５番８号光洋精工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合金元素の含有率が、質量％で、Ｃ：０.５５〜０.７５％，Ｓｉ：≦０.２０％，Ｍｎ：
≦０.５０％，Ｃｒ：０.９０〜１.３０％，Ｍｏ：０.０
５〜０.３０％，残部が実質的にＦｅから成る組成の鋼
材であって、球状化焼なまし処理後の炭化物量の総面積率を２５％以
下としたことを特徴とする軸受用鋼。
【請求項２】請求項１の軸受用鋼において、更にＶ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｂの１種または２種以上を、質量
％で、それぞれＶ：≦０.５０％，Ｎｉ：≦２.００％，
Ｎｂ：０.０１０〜０.２０％，Ｂ：５〜５０ｐｐｍの範
囲で鋼材の組成成分として含有させることを特徴とする
軸受用鋼。