JPS62294150A - 高品質軸受鋼およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

３、発明の詳細な説明 及団り亘追 ［産業上の利用分野］ 本発明は、最高級の品質を有する軸受鋼、とくに転勤寿
命がすぐれている軸受鋼と、その製造方法に関する。 ［従来の技術］ 車輌や各種産業機械類に使用する軸受は、回転の高速化
に伴い、ベアリングへの負荷が増大する傾向にある。　
そこで、これに対応して、よりよい軸受鋼を提供する努
力が続けられている。 素材の面では、鋼中のＯ，Ｐ、Ｓなどの不純物の規制を
きびしくすることが行なわれているが、製品の転勤寿命
値はなお満足できるレベルに達していない。 製造方法に関しては、上記した不純物規制の強化にこた
えて、ＥＳＲ（ニレクロトスラグ再溶解）、ＶＡ（真空
アーク炉溶解）、ＶＡＲ（真空アーク炉再溶解）などの
技術の適用が試みられている。 しかし、使用する原材料が高価であったり、大量生産に
困難があったりして、これらの技術やその組み合わせは
実際的とはいえない。 ［発明が解決しようとする問題点］ 本発明のひとつの目的は、上記の問題を解決し、十分に
高い転勤寿命値をもった高品質の軸受鋼を提供すること
にある。 本発明のいまひとつの目的は、上記した技術の現状を打
破して、とくに高価な原材料を使用する必要がなく、か
つ大量生産に適した高品質の軸受鋼の製造方法を提供す
ることにある。 発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 本発明の軸受鋼は、Ａ、ｌｌ含有量を精密にコント　・
ロールし、介在物とくに（Ｔｉ　Ｎ＋Ａ、ｌ！　Ｎ＞を
規制した点に最大の特徴があり、ｃ：ｏ、ｓｏ〜１゜２
％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ　
：０．３〜２．５％およびＳｏｌ、　１１　：Ｑ。 ０１０−０．０７０％を含有し、Ｐ：０．００６％以下
、Ｓ：０．００５％以下、ｏ：ｏ、ｏｏ。 ７％以下、Ｎ：０．００６％以下、Ｔｉ：０．００２％
以下であって、Ａｌ１　Ｎ＋Ｔｉ　Ｎ　：０．００１％
以下であり、残部が実質的にＦｅからなる合金組成を有
する。 この鋼は、さらにＭｏ　：０．０５〜１．０％を○有し
てもよい。 上記の高品質軸受鋼の製造方法は、第１図に示すように
、精錬容器内の溶鋼に対し、容器底部からガスを供給し
て溶湯を撹拌しつつ、精錬用フラックスを供給するとと
もに上部から酸化性ガスを吹きつけて酸化精錬を行ない
、スラグ除去ののち、非酸化性ガスの供給により撹拌を
継続しつつ、塩基性スラグの存在下に電極加熱により溶
湯の温度を調整しつつ還元精錬を行ない、ついで真空脱
ガス処理をすることにより、ｃ：ｏ、ａｏ〜１．２％、
Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ　：　２．０％以下、Ｃｒ　
：０．３〜２．５％およびＳｏｌ、ＡｆＪ：　０゜０１
０−０．０７０％を含有し、場合によりさらにＭｏ　：
０．０５〜１．０％を含有し、Ｐ：０゜００６％以下、
Ｓ：０．００５％以下、０：０゜０００７％以下、Ｎ：
０．００６％以下、Ｔｉ　：０．００２％以下であって
、ＡＩ２　Ｎ十Ｔｉ　Ｎ　：Ｏ。 ００１％以下であり、残部が実質的にＦｅからなる鋼を
得ることからなる。 精錬用フラックスとしては、Ｎａ２ＣＯ３を主成分とす
るものが好適である。 酸化精錬のために溶湯に吹きつける酸化性ガスは、通常
、酸素または酸化富化空気を使用し、前者が最適である
が、場合によっては空気でも足りる。　この酸化性ガス
をキャリアガスとして利用し、上記の精錬用フラックス
を溶湯に供給すると好都合である。 還元精錬においては、第２図に示すように、精錬容器１
の底部に設けたポーラスプラグ１１から撹拌用のＡｒガ
ス２を供給するとともに、スラグ４の層を貫いて溶湯３
中に浸漬されたランス５を通してＡｒガスを供給する、
デュプレックス・スターリング（ｄｕｐｌｅｘ　　ｓｔ
ｉｒｒｉｎｇ）とよぶ撹拌手段を利用すると、スラグお
よび溶湯が均一に撹拌されて、還元精錬にとって好まし
い。

【作　用】

本発明の軸受鋼において、前記した合金組成を選択した
理由はつぎのとおりである。 Ｃ：０．８〜１．２％ 軸受鋼に必要な強度、硬度および耐摩耗性を得るために
は、０．８％以上のＣが必要である。　１．２％を越え
る高炭素間は、Ｍ３Ｃ（ＭはＦｅまたはＣｒ　）型の炭
化物の巨大品の生成を招くから、避けなければならない
。 Ｓｉ：２．０％以下 脱酸剤として有効な量を添加することが必要で、０．２
５〜０．５％程度が適当である。 添加量が多くなると被削性が低下するので、２．０％以
内に止める。 Ｍｎ：２．０％以下 これも脱酸剤として役立つほか、焼入れ性を向上させる
。　従って、０．３〜１．０％程度の存在が好ましい。 　３ｉ　と同様に被削性に対しては不利にはたらくので
、２．０％の限界を設けた。 Ｃｒ　：　０．３〜２．５％ 微細な炭化物を形成し、これが均一に分散して耐摩耗性
を与える。　また、焼入性を高め、マトリクスを強靭に
する。　０．３％の下限は、これらの効果を得るために
必要な量である。　一方、過大に添加すると均一微細な
炭化物を得ることが困難になり、軸受の寿命の延長にと
ってむしろマイナスになるから、２゜５％を上限とする
。 Ｍｏ：０．０５〜１．０％ 焼入性の向上をもたらし、強靭さを高める。 従って、製品のサイズで異なる焼入性の要求に応じて、
必要ならば添加するとよい。　この効果は０．０５％以
上添加しなければ得られず、他方で、１．０％を越える
と添加効果が飽和し、経済的には不利になる。 Ｐ：０．００６％以下 結晶粒界に析出して転勤寿命を低下させる。 許容できる限度が上記の値であって、なるべく低い方が
よい。 Ｓ：０．００５％以下 Ｍｎと結合してＭｎＳを生成し、これが鋼材中で展伸さ
れた状態で存在するため、殿械的異方性を強め転勤寿命
にとって有害にはたらく。　Ｐとともに少量であるほど
よい。 Ｓｏｌ、Ａ、ｌ！　：０．０１０〜０．０７０％後記す
るように、０＠０．０００７％以下、Ｎを０．００６％
以下に規制した条件下でＡＩを上記範囲内にえらぶと、
清浄度が高く、しかも焼入性のよい軸受鋼が得られる。 ０：０．０００７％以下 ＡＮ２０３．Ｓｆ　０２．Ｔ！　０２などの酸化物を形
成して転勤寿命を低下させるから、できるだけ低減した
い。　上記した適湿のＡ、ｌ！の利用と、還元精錬およ
び真空脱ガスの強化によって、上記許容限度内の辺を実
現する。 Ｎ：０．００６％以下 ｎ　ＮおよびＡ、ｌ！Ｎを生成し、これらが転勤寿命を
短くするから、極力低減する。　真空脱ガスの強化によ
り、上記限界内にする。 Ｔｉ　　：０．００２％以下 上記のように有害なＴｉ　Ｎを生成するから、これもで
きるだけ排除したい。　溶解原料の精選と酸化精錬の強
化が必要である。 Ａ、ｌ！　Ｎ十Ｔｉ　Ｎ　：Ｑ、００１％以下これらの
化合物は鋼中で鋭いエツジをもった塊の形で析出し、エ
ツジ部が転勤疲労破壊の起点となることを、発明者は見
出した。　それゆえ、上記限度内で、なるべく生成量を
抑えなければならない。 本発明の高品質軸受鋼の製造方法において、酸化精錬の
段階で使用するフラックスとしてＮａ２ＣＯ３を主成分
とするものが好ましいのは、常用されているＣａ　Ｏよ
りも脱リン効果が大きいからである。　また、酸化性ガ
スとしてなるべり０２濃度の高いもの、従って好ましく
は純酸素を使用する理由は、脱リンを完全にするともに
、Ｔｉを低減するためである。　ここでは、溶鋼として
Ｃ含有邑の高いものを使用すると、０２吹き込みにより
ボイリングをひきおこすから、　低Ｃのものを用意し、
必要により債に加炭する製法をえらんだ方がよい。 続く還元精錬は、「ＬＦ法」として広く知られている技
術に従って実施すればよい。 前記したデュプレックス・スターリングによりＳおよび
Ｏがいっそう効果的に低減し、それに伴ってＴｔｏ２や
Ａｌ２Ｏ３の除去も効果的に行なえる。 真空脱ガスもまた、ＲＨ法など既知の技術を利用できる
。　ここでＮの除去を行ない、必要な合金成分の調整を
すれば、インゴット鋳造または連続鋳造、必要に応じて
行なう分塊圧延をへて、小型圧延および以降の加工工程
は、従来の軸受鋼と同様に実施できる。 ［実施例］ 表に示す組成の軸受鋼を、本発明の方法に従って溶製し
た。　ただしＮα３〜５は、比較のため示した、本発明
の範囲外の組成をもつ鋼である。 得られた供試材について、Ａ、ｌ！□０３介在物および
Ｔｔ　Ｎ介在物の存在状態をしらべるとともに、機械加
工を行なって被剛性を評価した。　また、径３０ｍの試
料をつくり、８２０℃から水冷する焼入れを行なって、
焼入層深さを測定することにより焼入性を評価した。　
これらの評価を表に示す。 最も重要な耐久性については、供試材を球状化焼鈍処理
し、それからタイコ型の転勤寿命試験片を採取して、こ
れらを、 ８５０℃の加熱から焼入れ →１６０℃で焼戻し→研摩 の工程をへて、ヘルツ応力５３６Ｋｇｆ／ｒＭｒＩ２ス
ラスト弐転勤寿命試験にかけた。　累積破損率が１０％
に達する転勤寿命（転勤回数）を測定し、あわせて表に
示した。 別に、デュプレックス・スターリングの効果をしらべる
ため、第２図に示すような上下からのＡｒガスによる撹
拌と、周回のガスを使用するが底部からの吹き込みだけ
の場合とを比較して、精錬の進行に伴う［３１および［
０］の減少を追跡して、第３図に示す結果を得た。 合　　金　　成 ＮａＣ３ｉ〜ｌｎ　Ｃｒ　ｐ　　Ｓ　Ｓｏｕ、ＡＪ（実
施例） １　　１．００　　０．５０　　０．６５　　１．０５
　　０．００３　０．００２　０．０２０２　１．０１
　　０．５０　　０．６３　　１．０３　　０．ＧＯ４
０，（）０２　０．０６０（比較例） ３　０．９９　　０．４Ｂ　　　０．６４　　１．０１
　　０．００２　０．００３　０，００５４　１．００
　　０．５１　　０．６３　　１．０２　　　Ｇ、００
２　０．００２　０．０６０５　１．０２　　０．５０
　　０．６２　　１．０３　　０．００３　０．００２
　０．０６４分　　（％、残部Ｆｅ） ＯＮ　　　　Ｔｉ　　　Ａｊ２０３　　ＴｔＮ　　焼入
性　被削性　転勤寿命−１立」Ｌ介在隻−一　　（回） ０．０００４　０．（）０３　０．００１０　　　０　
　　０　　０　　０　　　Ｂ、４ｘ１０６０、（ＫＸ）
３　０．（Ｘ）５　０．００１２　　　０　　　０　　
０　　０　　７．３Ｘ１０６０．０００４　０．００４
　０．００１１　　　０　　　０　　　△ｘ　　　５．
８ｘｌＯ６０、（）０２０　０．０１５　０．００１３
　　　　Ｘ　　　　　ＯＸ　　　　Ｘ　　　２．４Ｘ１
０６０、（）ｔ）０５　　０．０１３０．００４０　　
　０　　　　ｘ　　　　ｘ　　　　ｘ　　　１．８ｘｌ
Ｏ６及ｒ＋１ｏ四ス 本発明の高品質軸受鋼は、従来品が到達できなかった高
い転勤寿命を有し、高負荷下に、または高速回転下に使
用されるベアリング用素材として有用である。 また本発明の高品質軸受鋼の製造方法は、上記した高い
転勤寿命をもつ軸受鋼を、大量生産に適する技術で製造
することを可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の高品質軸受鋼の製造方法の工程を示
すフローチャートである。 第２図は、本発明の製造方法の、とくに還元精錬段階に
おいて採用が好ましいデュプレックス・スターリングを
説明するための、装置の断面図である。 第３図は、デュプレックス・スターリングの効果を示す
グラフである。 １・・・精錬容器 ２・・・撹拌用Ａｒガス ３・・・溶　湯 ４・・・スラグ ５・・・ランス 特許出願人　　　大同特殊鋼株式会社 代理人　　弁理士　　須　賀　総　夫 第２図 第３図 ０・［０１−−一−−−北灼・」 嘩肩［今］

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．８０〜１．２％、Ｓｉ：２．０％以下、
   Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：０．３〜２．５％およびＳ
   ｏｌ．Ａｌ：０．０１０〜０．０７０％を含有し、Ｐ：
   ０．００６％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｏ：０．０
   ００７％以下、Ｎ：０．００６％以下、Ｔｉ：０．００
   ２％以下であって、ＡｌＮ＋ＴｉＮ：０．００１％以下
   であり、残部が実質的にＦｅからなる高品質軸受鋼。
2. （２）さらにＭｏ：０．０５〜１．０％を含有する特許
   請求の範囲第１項の高品質軸受鋼。
3. （３）精錬容器内の溶鋼に対し、容器底部からガスを供
   給して容湯を撹拌しつつ、精錬用フラックスを供給する
   とともに上部から酸化性ガスを吹きつけて酸化精錬を行
   ない、スラグ除去ののち、非酸化性ガスの供給により撹
   拌を継続しつつ、塩基性スラグの存在下に電極加熱によ
   り溶湯の温度を調整しつつ還元精錬を行ない、ついで真
   空脱ガス処理をすることにより、Ｃ：０．８０〜１．２
   ％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：
   ０．３〜２．５％およびＳｏｌ．Ａｌ：０．０１０〜０
   ．０７０％を含有し、場合によりさらにＭｏ：０．０５
   〜１．０％を含有し、Ｐ：０．００６％以下、Ｓ：０．
   ００５％以下、Ｏ：０．０００７％以下、Ｎ：０．００
   ６％以下、Ｔｉ：０．００２％以下であって、ＡｌＮ＋
   ＴｉＮ：０．００１％以下であり、残部が実質的にＦｅ
   からなる鋼を得ることからなる高品質軸受鋼の製造方法
   。
4. （４）精錬用フラックスとしてＮａ＿２ＣＯ＿３を主成
   分とするものを使用する特許請求の範囲第３項の製造方
   法。
5. （５）溶湯に吹きつける酸化性ガスとして、酸素、空気
   または酸素富化空気を使用し、これをキャリアガスとし
   て精錬用フラックスを供給する特許請求の範囲第３項の
   製造方法。
6. （６）撹拌用の非酸化性ガスを精錬容器の底部および上
   部から導入して実施する特許請求の範囲第３項の製造方
   法。