JPH10251806A - 転動疲労寿命に優れた鋼 - Google Patents

転動疲労寿命に優れた鋼

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JPH10251806A
JPH10251806A JP8189597A JP8189597A JPH10251806A JP H10251806 A JPH10251806 A JP H10251806A JP 8189597 A JP8189597 A JP 8189597A JP 8189597 A JP8189597 A JP 8189597A JP H10251806 A JPH10251806 A JP H10251806A
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JP
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steel
rolling fatigue
fatigue life
rolling
carbonitride
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JP8189597A
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Motohiro Nishikawa
元裕 西川
Makoto Iguchi
誠 井口
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Sanyo Special Steel Co Ltd
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Sanyo Special Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 転動部材料において、鋼中にTi炭化物、T
i炭窒化物を微細に分散析出させることにより、転動疲
労中の組織変化を抑制し、かつ焼入れ時の結晶粒の粗大
化を抑制して鋼の転動疲労寿命を向上させる。 【解決手段】 重量%で、C:0.45〜1.20%、
Si:0.05〜0.50%、Mn:0.2〜1.5
%、Ti:0.05〜0.20%、N:<0.01%を
含有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、Ti炭化
物、Ti炭窒化物を鋼中に微細分散させた転動疲労寿命
に優れた鋼。さらに、この鋼成分中にB:0.0005
〜0.0050含有させて焼入性を向上させた鋼。さら
に、これらの鋼に、選択的に、Cr:0.15〜2.0
%、Mo:0.03〜1.0%、Ni:0.03〜3.
0%の中から少なくとも1種以上を含有させて一層の転
動疲労寿命に優れた鋼とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械構造用鋼ある
いは軸受鋼として使用される転動疲労寿命に優れた鋼
で、鋼中に微細分散したTi炭化物、Ti炭窒化物の作
用により、マトリックスを分散強化し、転動疲労寿命を
向上させた鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、機械構造用鋼や軸受鋼などの転動
疲労寿命を要する鋼は、中・高炭素鋼をズブ焼入れ焼戻
し、高周波焼入れ焼戻し、あるいは浸炭鋼を使用してい
る。転動疲労寿命を低下させる要因としては、転動部下
の組織変化があげられるが、ズブ焼入れ焼戻し、高周波
焼入れ焼戻しにて使用される中・高炭素鋼、特に中炭素
鋼は、この組織変化が早期に発生し転動疲労寿命を低下
させている。また、高周波焼入れ時に結晶粒が粗大化
し、組織が粗くなった場合、その転動疲労寿命は著しく
低下する。その理由は、これらの材料は、転動疲労中に
早期に組織変化を引き起こすためであることを発明者等
は見出した。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の転動
部材料にTiを0.05〜0.20%添加することによ
り鋼中にTi炭化物、Ti炭窒化物を微細に分散析出さ
せ、鋼中に微細に分散析出したTi炭化物、Ti炭窒化
物により、転動疲労中の組織変化を抑制し、かつ焼入れ
時の結晶粒の粗大化を抑制して転動疲労寿命を向上させ
た鋼を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めのこの発明の手段は、請求項1の発明では、重量%
で、C:0.45〜1.20%、Si:0.05〜0.
50%、Mn:0.2〜1.5%、Ti:0.05〜
0.20%、N:<0.01%を含有し、残部Fe及び
不可避不純物からなり、Ti炭化物、Ti炭窒化物を鋼
中に微細分散させたことを特徴とする転動疲労寿命に優
れた鋼である。
【0005】請求項2の発明では、重量%で、C:0.
45〜1.20%、Si:0.05〜0.50%、M
n:0.2〜1.5%、Ti:0.05〜0.20%、
N:<0.01%を含有し、さらに選択的に、Cr:
0.15〜2.0%、Mo:0.03〜1.0%、N
i:0.03〜3.0%の中から少なくとも1種以上を
含み、残部Fe及び不可避不純物からなり、Ti炭化
物、Ti炭窒化物を鋼中に微細分散させたことを特徴と
する転動疲労寿命に優れた鋼である。
【0006】請求項3の発明では、重量%で、C:0.
45〜1.20%、Si:0.05〜0.50%、M
n:0.2〜1.5%、Ti:0.05〜0.20%、
N:<0.01%、B:0.0005〜0.0050%
を含み、残部Fe及び不可避不純物からなり、Ti炭化
物、Ti炭窒化物を鋼中に微細分散させたことを特徴と
する転動疲労寿命に優れた鋼である。
【0007】請求項4の発明では、重量%で、C:0.
45〜1.20%、Si:0.05〜0.50%、M
n:0.2〜1.5%、Ti:0.05〜0.20%、
N:<0.01%、B:0.0005〜0.0050%
を含有し、さらに選択的に、Cr:0.15〜2.0
%、Mo:0.03〜1.0%、Ni:0.03〜3.
0%の少なくとも1種以上を含み、残部Fe及び不可避
不純物からなり、Ti炭化物、Ti炭窒化物を鋼中に微
細分散させたことを特徴とする転動疲労寿命に優れた鋼
である。
【0008】本発明は、上記のようにTiを0.05〜
0.20%添加することにより、鋼中にTi炭化物、T
i炭窒化物を微細に分散させマトリックスを分散強化
し、このことにより、マトリックスの組織変化を抑制、
遅延させて転動疲労寿命を向上させるものである。
【0009】本発明の組成割合の限定理由を述べる。C
は、0.45%未満では焼入れ時の表面硬さが低くな
り、1.20%を超えると焼入れ時の表面硬さは飽和
し、かつ加工性が低下する。そこで、C:0.45〜
1.20%とする。
【0010】Siは、転動疲労中の組織変化の遅延及び
焼入性に効果のある元素であるが、0.05%未満では
脱酸効果が十分でなく、0.50%を超えると加工性が
著しく低下するため、0.05〜0.50%とする。
【0011】Mnは、鋼の焼入性に効果のある元素であ
るが、0.2%未満では焼入性が不足し、1.5%を超
えると加工性が低下するため、Mn:0.2〜1.5%
とする。
【0012】Tiは、鋼中にTi炭化物、Ti炭窒化物
の形で微細分散し、転動疲労寿命を向上させ、また焼入
れ時の結晶粒の粗大化を抑制する元素であるが、0.0
5%未満では、その多くはTi窒化物となりTiの効果
がでない。また、0.20%を超えると加工性が低下す
るため、Ti:0.05〜0.20%とする。
【0013】Nは、転動疲労寿命向上には、Ti炭化
物、Ti炭窒化物の微細分散による分散強化効果が大き
いが、N量が増加するとTi窒化物の量が増加し、Ti
炭化物、Ti炭窒化物量が減少してしまう。そのため、
N:<0.01%とする。Bは、極く微量の添加によっ
て鋼の焼入性を著しく向上させる元素であるが、0.0
005%未満ではその効果は十分ではなく、0.005
0%を超えると、逆に焼入性を低下させ靱性を劣化させ
る。そのため、B:0.0005〜0.0050%とす
る。
【0014】Cr、Mo、Niは、転動疲労寿命向上に
効果のある元素で、選択的に添加できるが、少なすぎる
と転動疲労寿命向上に効果がなく、多すぎると効果は飽
和する。そこで、Cr:0.15〜2.0%、Mo:
0.03〜1.0%、Ni:0.03〜3.0%とす
る。
【0015】
【発明の実施の形態】表1に示す化学成分組成の27種
の供試鋼(比較例1〜12種、本発明の実施例1〜15
種)を100kg真空溶解炉にて溶製し、熱間鍛造で6
5mmφに鍛伸し、焼きならし後、スラスト型寿命試験
片(60mmφ×4.5mmTの円板)に加工し、転動
疲労寿命試験に供した。
【0016】また、本発明の実施の形態の鋼組成を表1
の実施例1〜15に示す。実施例1〜5は、炭素含有量
がS53C鋼を基本とする鋼に相当するものであり、そ
れぞれTiを約1%含有するものである。実施例2は実
施例1にCrを添加したもの、実施例3は実施例1にM
oを添加したもの、実施例4は実施例1にNiを添加し
たものである。実施例5は実施例1のSi、Mnを低減
し、Bを添加したものである。実施例6〜13は、炭素
含有量がS65C鋼を基本とする鋼に相当するものであ
る。実施例6〜9は、S65C鋼にTiを0.055〜
0.200%含有するものであり、実施例10〜13は
実施例6のSi、Mnを低減し、Bを添加し、さらにT
iを約1%含有する鋼である。実施例11は実施例10
にCrを添加したもの、実施例12は実施例10にMo
を添加したもの、実施例13は実施例10にNiを添加
したものである。実施例14、15は、それぞれ炭素含
有量0.8、1.0%相当の鋼(比較例11、12も同
様)にTiを約1%含有する鋼である。またAlは、そ
れぞれの鋼の溶製中に脱酸材として添加して含有された
ものである。
【0017】
【実施例】まず、転動疲労寿命試験の試験条件を示す。
表1に示す種々の組成材を65mmφ棒鋼に圧延し、6
0mmφ×4.5mmTの円板に加工し、845℃から
油焼入れし、150℃で焼戻し処理を行い、スラスト型
転動寿命試験を行った。試験条件は最大ヘルツ応力5.
24GPa、応力繰り返し数1800cpmで累積破損
確率10%(L10)の繰り返し数の比で評価した。表1
に本発明の実施の形態を示す実施例と比較例を示す。
【0018】比較例1はS53C鋼であり、比較例2、
3、4は、比較例1にそれぞれCr、Mo、Niを含有
させた鋼である。比較例5は比較例1のSi、Mnを低
減し、Bを添加したものである。比較例6はS65C鋼
であり、比較例7は比較例6のSi、Mnを低減し、B
を添加したものである。比較例8、9、10は、比較例
7にそれぞれCr、Mo、Niを含有させた鋼である。
比較例12はSUJ2鋼であり、比較例11は比較例1
2からのC、Crを低減したものである。
【0019】
【表1】
【0020】これに対し、比較例に比してTiを0.0
55〜0.200%添加した実施例1〜15では、鋼中
に微細に分散したTi炭化物、Ti炭窒化物によるマト
リックスの分散強化により、転動疲労中の組織変化を抑
制することにより、転動疲労寿命を向上させたものであ
る。
【0021】上記で製作した試験片を転動疲労試験機を
用いて試験し、累積破損率10%(L10)の応力繰り返
し回数における比較例1(S53C鋼)の寿命を1と
し、これに対する寿命比で転動疲労寿命を評価し、表2
に示した。
【0022】
【表2】
【0023】以上の試験の結果、実施例は比較例に対し
て、Tiを添加することによって転動疲労寿命が向上し
ていることがわかる。Ti量が増加するほど転動疲労寿
命が向上することがわかる。また、実施例は比較例に対
してTi炭化物、Ti炭窒化物等の微細な析出物が確認
された。転動疲労寿命の向上は組織変化の遅延には微細
析出物によるマトリックスの分散強化が影響している。
【0024】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明による鋼は、
Tiを0.05〜0.20%添加することにより、鋼中
にTi炭化物、Ti炭窒化物等を微細に分散させ、マト
リックスを強化し、転動疲労中の組織変化を遅延させる
ことにより転動疲労寿命が向上するという優れた効果を
有するものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:0.45〜1.20%、
    Si:0.05〜0.50%、Mn:0.2〜1.5
    %、Ti:0.05〜0.20%、N:<0.01%を
    含有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、Ti炭化
    物、Ti炭窒化物を鋼中に微細分散させたことを特徴と
    する転動疲労寿命に優れた鋼。
  2. 【請求項2】 重量%で、C:0.45〜1.20%、
    Si:0.05〜0.50%、Mn:0.2〜1.5
    %、Ti:0.05〜0.20%、N:<0.01%を
    含有し、さらに選択的に、Cr:0.15〜2.0%、
    Mo:0.03〜1.0%、Ni:0.03〜3.0%
    の中から少なくとも1種以上を含み、残部Fe及び不可
    避不純物からなり、Ti炭化物、Ti炭窒化物を鋼中に
    微細分散させたことを特徴とする転動疲労寿命に優れた
    鋼。
  3. 【請求項3】 重量%で、C:0.45〜1.20%、
    Si:0.05〜0.50%、Mn:0.2〜1.5
    %、Ti:0.05〜0.20%、N:<0.01%、
    B:0.0005〜0.0050%を含み、残部Fe及
    び不可避不純物からなり、Ti炭化物、Ti炭窒化物を
    鋼中に微細分散させたことを特徴とする転動疲労寿命に
    優れた鋼。
  4. 【請求項4】 重量%で、C:0.45〜1.20%、
    Si:0.05〜0.50%、Mn:0.2〜1.5
    %、Ti:0.05〜0.20%、N:<0.01%、
    B:0.0005〜0.0050%を含有し、さらに選
    択的に、Cr:0.15〜2.0%、Mo:0.03〜
    1.0%、Ni:0.03〜3.0%の少なくとも1種
    以上を含み、残部Fe及び不可避不純物からなり、Ti
    炭化物、Ti炭窒化物を鋼中に微細分散させたことを特
    徴とする転動疲労寿命に優れた鋼。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1069201A2 (en) * 1999-07-13 2001-01-17 Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha Steel for induction hardening
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WO2024093461A1 (zh) * 2022-11-04 2024-05-10 马鞍山钢铁股份有限公司 一种经济性高寿命大功率风电偏航轴承圈用钢、轴承圈及生产工艺

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