JPH09125202A - 軸受用鋼 - Google Patents
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- JPH09125202A JPH09125202A JP7284719A JP28471995A JPH09125202A JP H09125202 A JPH09125202 A JP H09125202A JP 7284719 A JP7284719 A JP 7284719A JP 28471995 A JP28471995 A JP 28471995A JP H09125202 A JPH09125202 A JP H09125202A
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Abstract
減しながら、しかも軸受特性を十分に満足し、更に衝撃
特性、圧壊特性および抗折特性等の機械的性質をも向上
させた軸受用鋼を提供すること。 【解決手段】 成分が重量%で、C:0.70〜0.9
3%、Si:0.15〜0.50%、Mn:0.50〜
1.10%、Cr:0.30〜0.65%、N:0.0
05〜0.02%を含有し、残部Feおよび不可避不純
物からなり、且つ0.4≦Cr/C≦0.7を主要成分
とし、これに(1)Al:0.01〜0.1%、かつA
l×N≧0.00015、(2)Nb:0.02〜0.
1%の少なくとも1つを添加したことを特徴とする軸受
用鋼。
Description
巨大炭化物の生成を防止することにより高温長時間のソ
ーキング処理を省略し、焼入焼戻後の結晶粒度を微細に
することにより、衝撃特性、抗折特性および圧壊特性等
の機械的性質を向上させた転がり軸受に関する。
体や内外輪の材料として、SUJ2、SUJ3などのス
ルーハードニング型の軸受用鋼のほか、SCr420、
SCM420などのケースハードニング型の肌焼鋼が主
として使用されている。
2,SUJ3などの高炭素クロム鋼の場合は、鋼塊の鋳
込み時に生じた巨大炭化物を消滅させるために高温長時
間のソーキング処理が必要であり、製造コストが高くな
っていた。一方、肌焼鋼の場合は素材の炭素濃度が低い
ので、表面層を硬化させるためには浸炭または浸炭窒化
といった、長時間の熱処理が必要であり、熱処理コスト
は高くなっていた。そこで、本発明はこれらの問題点を
解決するためになされたもので、素材コストと軸受製造
上の熱処理コストを低減しながら、しかも軸受特性を十
分に満足し、更に衝撃特性、圧壊特性および抗折特性等
の機械的性質をも向上させた軸受用鋼を提供することを
目的としている。
発明の軸受用鋼は、その成分が重量%で、 C :0.70〜0.93% Si:0.15〜0.50% Mn:0.50〜1.10% Cr:0.30〜0.65% N :0.005〜0.02%を含有し、残部Feおよ
び不可避不純物からなり、且つ0.4≦Cr/C≦0.
7を主要成分とし、これに (1)Al:0.01〜0.1%、かつAl×N≧0.
00015 (2)Nb:0.02〜0.1% の少なくとも1つを添加した軸受用鋼にある。
熱処理に関して研究を重ねた。その結果、高炭素クロム
鋼の場合、C量、Cr量、Cr/C比を限定すれば、鋳
込み時に生じる巨大炭化物の生成を防止することが可能
であり、高温長時間のソーキング処理が省略できること
を見出した。さらに、本発明のような高C域において、
衝撃特性のみならず圧壊特性および抗折特性までもが結
晶粒径の−1/2乗に比例することを突き止め、衝撃特
性、圧壊特性および抗折特性等の機械的性質の向上には
結晶粒度の微細化が非常に有効であることを突き止め
た。また、主要成分のような高C領域においてはマトリ
ックス中に分散した微細炭化物が結晶粒の粗大化を抑制
することを見出し、さらに、AlNやNb(C,N)の
ような析出物も結晶粒の粗大化を抑制することを見出し
た。それゆえ、AlNおよびNb(C,N)を利用する
ことにより主要成分の軸受用鋼の衝撃特性、圧壊特性お
よび抗折特性等の機械的性質を向上させることが可能で
あるとの知見を得、本発明に至ったものである。
いて説明する。本発明の軸受用鋼は、浸炭または浸炭窒
化といったような長時間の熱処理を行わずに、SUJ2
またはSUJ3などの高炭素クロム鋼と同様の熱処理、
すなわち還元雰囲気中で前処理加熱後、820〜860
℃で焼入れ、160〜200℃程度の低温焼戻処理を行
って、ロックウェルC硬度(HRC)60以上という軸
受として必要な高硬度を得るだけでなく、異物混入潤滑
下における寿命を劣化させないためにマトリックス中に
炭化物を分散させた組織にすることを目標とする。この
ため組成的には過共析組成とする必要があり、他の成分
を考慮して、C量は0.7%以上を必要とする。
理の省略により低コストを達成することを目標とする。
Fe−C二元系状態図とブンガルトの状態図によれば一
般のSUJ2の共晶物の理論発生限界はC=1.68%
程度と考えられる。溶鋼の凝固時のC濃化は分析結果か
ら母相(鋼材の中心偏析部以外の部分)の1.8倍程度
まで達してしまう。すなわち、母相のC量の上限値は前
記共晶物の理論発生限界1.68%を偏析の程度1.8
で割った値0.93%である。すなわち、C量が0.9
3%を越えると鋼塊の鋳込み時に巨大炭化物が生じ、ソ
ーキング処理が必要となってくる。それ故、このソーキ
ング処理省略のためには、C量の上限を0.93%とす
る必要がある。以上の理由から、下限を0.7%、上限
を0.93%とした。
外に、焼入性を向上させるとともに基地マルテンサイト
を強化するので、転動体および内外輪を問わず軸受の寿
命を延長するのに有効な元素である。その軸受寿命の延
長効果はSi量0.15%以上1.2%程度までは有効
であるが、反面、含有量が増加するにつれて被削性、鍛
造性、冷間加工性などの加工性が低下する。そこで、現
行のSUJ2と同程度の加工性を確保するためにSi量
の上限値を0.5%とする。下限値の方は、Si量0.
15%未満では焼入性を確保するのが難しい。以上の理
由から、Si量の下限を0.15%、上限を0.50%
とした。
量の確保のために添加する。例えば自動車のトランスミ
ッション用の軸受は異物混入潤滑の状態で使用される
が、このような使用環境のもとでは、軸受素材鋼の残留
オーステナイト量(γR)を増加させることが長寿命化
に有効であることが明らかになってきている(特開昭6
4−55423号公報)。そこで、本発明の軸受用鋼に
あっては、SUJ2と同等以上の焼入性と残留オーステ
ナイト量(例えばγR=12〜17容量%)とを確保す
るのに必要な最低限のMn量として0.50%を規定す
る。しかし、Mnはフェライトを強化する元素でもあ
り、含有量が増すと冷間加工性が著しく劣化するため上
限を1.1%とする。以上の理由から、本発明軸受用鋼
のMn量は0.50%以上1.10%以下とする。
耐摩耗性向上などに有効に機能する元素である。その効
果を有効に出すためには0.3%以上が必要である。し
かし、C量との関連で炭化物生成元素でもあり、Cr含
有量が0.65%を越えると、製鋼過程で巨大炭化物が
生じてこれを消滅させるために高温、長時間のソーキン
グ処理を行う必要があり、コストが上昇してしまう。そ
こで、Cr量の上限を0.65%とする。以上の理由か
ら、本発明軸受用鋼のCr量は0.3%以上、0.65
%以下とする。
おいて、鋼材の凝固時に中心偏析部にC、Crの溶質が
濃化され、その結果、共晶炭化物が発生することを防止
するための臨界値である。母相のC量の上限値は0.9
3%であり、Crの上限値は上述したように0.65%
であるから、これらの値に基づいてCr/Cの比の上限
は、Cr/C≦0.65/0.93=0.7と規定し
た。また、Cr/Cの比の下限は、0.4とする。Cr
/Cの下限値設定理由は、上述したように、CとCrに
よるマトリックスを強化して焼戻軟化抵抗性、硬さを高
めることにより軸受寿命を高寿命とするためにはCr/
Cの最低値を0.4とする必要があるためである。
lNまたはNb(C,N)になり、鋼材中に微細析出し
て結晶粒の粗大化を抑制する働きがある。このAlNや
Nb(C,N)を均一に分散させるためにはNが0.0
05%以上必要である。また、0.02%以上添加する
ことは通常の製鋼作業上困難であるため、下限を0.0
05%とし、上限を0.02%とした。
に微細析出して結晶粒の粗大化を抑制する働きがある。
0.01%以下では析出するAlNの量が不十分であ
る。0.1%を越えると大型の介在物が生成するため下
限を0.01%とし、上限を0.1%とした。また、析
出粒子による結晶粒の粗大化抑制作用はGladdma
nらによって導かれ、AlNでSUJ2並みの結晶粒度
を維持するにはAl×N≧0.00015と考えられ
る。そこでAl×N≧0.00015とした。
N)となり結晶粒の粗大化を抑制させる。その効果は
0.02%以上で現れる。そこで下限を0.02%とし
た。また、高価な元素であるため、経済性を考慮し、上
限を0.1%とした。
の機械的性質を劣化させるので、軸受用鋼としては少な
いほど良い。しかしながら、結晶粒度調整により機械的
性質の劣化は十分に補うことができる。さらに、P、S
を極限的に低減させるには高度の精錬設備と十分な精錬
時間が必要であり、コストアップの要因となる。したが
って、P、Sの上限値は、(JIS G 4805)を
満足する水準とした。
属介在物生成元素であり、これらの元素を低減した、軸
受の長寿命化に好適な高清浄度鋼が公知である。しかし
ながら、これらの元素を低減するためには、原料の厳
選、取鍋の特別な管理などが必須であり、コストアップ
要因となる。そこで、本発明の軸受用鋼にあっては、鋼
中のTi量、O量と寿命の関係に着目して、寿命への影
響が緩慢となる含有量をもって上限値を規定し、Ti≦
40ppm、O≦15ppmとした。
kg真空溶解炉で溶製し、ソーキング処理は省略し、直
径65mmの棒鋼に鍛伸した後、前処理として図1に示
す簡易球状化焼鈍処理(図1aは試料番号1〜16、図
1bは試料番号17)を行い、その後、図2に示す焼入
焼戻処理を実施した。その後、試験片に粗加工し、焼入
焼戻処理を施し、仕上げ加工を施した後各試験に供し
た。表1中、試料番号1〜3は本発明軸受鋼であり、試
料番号4〜16は比較鋼である。試料番号17はSUJ
2であり、この試料についてはソーキング処理を行って
いる。なお、全試料において、不純物であるP,Sの量
はそれぞれ0.025重量%以下、Ti量は40ppm
以下、O量は15ppm以下である。
異物混入潤滑下寿命試験、被削性試験、巨大炭化物の確
認、衝撃試験、圧壊試験および抗折試験を行った。焼入
焼戻条件は図2のようである。寿命試験は、スラスト型
寿命試験機を用いた。 各供試材毎に試験数nは8〜10とし、L10寿命をも
って寿命の評価を行った。結果を表2に示す。
焼鈍後の試験片を用いた。また、資料番号17の標準鋼
については球状化焼鈍処理後の試験片を用いた。 切削条件: 切削速度:200m/min. 切り込み:1mm 送 り:0.25mm/rev. 上記試験条件で供試材を切削して、切削工具の逃げ面摩
耗量が0.2mmに達する時間をもって優劣を判定し
た。その結果を表2に示す。
表2に示す。 圧壊試験 圧壊試験片は外径60mm、内径40mm、巾15mm
のリング状試験片とした。 抗折試験 抗折試験片は直径10mm、長さ60mmの棒状試験片
とした。
込み時の巨大炭化物の発生もなく、試料番号17の標準
鋼に比べて、焼入焼戻硬さ、寿命、球状化焼鈍硬さおよ
び衝撃値とも同等以上の特性を有している。これに対
し、比較鋼は、以下の通りである。試料番号4はC量が
本発明の上限を越えており、鋼塊鋳込み時に巨大炭化物
が生じ、ソーキング処理が必要であった。試験結果はソ
ーキング処理を行っていない試験片での結果である。試
料番号5は、C量が本発明の下限値を下回っており、焼
入焼戻後の組織に微細分散した炭化物がなく、寿命が短
くなっている。試料番号6は、Si量が本発明の上限値
を越えており、被削性が著しく低下している。
下回っており焼入性不足から焼入焼戻硬さのばらつきが
大きく、寿命も短くなっている。試料番号8は、Mn量
が本発明の上限値を越えており、被削性が著しく低下し
ている。試料番号9は、Mn量が本発明の下限値を下回
っており、寿命が低下している。試料番号10は、Cr
量およびCr/C値が本発明の上限値を越えており、巨
大炭化物が生成して寿命、被削性とも低下している。試
料番号11は、Cr量およびCr/C値が本発明の下限
値を下回っており、寿命値が低下している。
限値を越えており、試料番号10と同様に寿命、被削性
とも低下している。試料番号13は、Cr/C値が本発
明の下限値を下回っており、寿命値が低下している。試
料番号14から16はAl,Nのバランスが悪く、焼入
焼戻後の結晶粒度が粗大化しており衝撃値、圧壊荷重お
よび抗折荷重が低くなっている。また、これらの特性と
結晶粒度との関係を図3、4に示す。衝撃値、圧壊荷重
および抗折荷重はどれも結晶粒径の−1/2乗に比例し
ている。試料番号17は、標準鋼のSUJ2である。ソ
ーキングの条件は1200℃×15hrで行った。
焼戻軟化抵抗性向上、低寿命となる巨大炭化物を生成せ
ず、従ってソーキングを不要とするため、C:0.7〜
0.93wt%,Cr:0.3〜0.6wt%,Cr/
C:0.4〜0.7とするのが好適である。また、軸受
の熱処理前加工性を向上させるため、Si:0.15〜
0.5wt%、また、軸受の異物混入潤滑下長寿命とす
るγR :12〜17vol%を確保するためMn:0.
5〜1.10wt%と、さらに、機械的強度を確保する
ための結晶粒径を15μm以下とすることが必要であ
る。
鋼によれば、C量、Si量、Mn量、Cr量、Al量、
N量およびNb量を限定したため、鋼塊の鋳込み時の巨
大炭化物の生成を防止することができ、高温長時間のソ
ーキング処理が省略でき、鋼材の製造コストが低減でき
るという効果が得られると同時に焼入焼戻後の結晶粒度
を微細化し、衝撃特性、圧壊特性および抗折特性等の機
械的性質を向上させることが可能である。また、本発明
の転がり軸受用鋼は、所要量の残留γが確保されて、異
物混入潤滑下の厳しい使用環境においても長寿命を有す
るという効果が得られる。
理を示すヒートサイクル、
ル、
Claims (1)
- 【請求項1】 成分が重量%で、 C :0.70〜0.93% Si:0.15〜0.50% Mn:0.50〜1.10% Cr:0.30〜0.65% N :0.005〜0.02%を含有し、残部Feおよ
び不可避不純物からなり、且つ0.4≦Cr/C≦0.
7を主要成分とし、これに (1)Al:0.01〜0.1%、かつAl×N≧0.
00015 (2)Nb:0.02〜0.1% の少なくとも1つを添加したことを特徴とする軸受用
鋼。
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