WO2002059390A1 - Materiau antifriction - Google Patents

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WO2002059390A1
WO2002059390A1 PCT/JP2002/000493 JP0200493W WO02059390A1 WO 2002059390 A1 WO2002059390 A1 WO 2002059390A1 JP 0200493 W JP0200493 W JP 0200493W WO 02059390 A1 WO02059390 A1 WO 02059390A1
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less
mass
steel
nonmetallic inclusions
inclusions
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PCT/JP2002/000493
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Akihiro Matsuzaki
Takashi Iwamoto
Yoshio Yamazaki
Katsuhiko Kizawa
Masao Goto
Original Assignee
Kawasaki Steel Corporation
Koyo Seiko Co., Ltd.
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    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
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    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12—Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
    • F16C33/121—Use of special materials

Definitions

  • the present invention relates to a bearing material used for a rolling bearing such as a roller bearing or a ball bearing, and more particularly to a bearing material having excellent rolling fatigue life characteristics.
  • ⁇ Life is used as one of the evaluation methods for rolling fatigue life.
  • ⁇ 10 life means that the cumulative damage probability is 10 ° / statistically. This is the total number of loads until it is estimated that
  • the rolling contact fatigue life of a bearing is affected by hard oxide-based nonmetallic inclusions present in the material. Therefore, by reducing the amount of oxygen in conventional materials, the amount of oxide-based nonmetallic inclusions has been reduced, and the rolling fatigue life has been improved.
  • the amount of oxygen in materials to less than 10 ppm by weight.
  • the method of improving the rolling fatigue life by reducing oxygen has almost reached its limit.
  • the oxygen content is reduced to less than lOppm, the production cost increases, and it is difficult to apply it to general-purpose steel.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-126839 discloses a bearing material that achieves a long life by limiting the number of oxide-based nonmetallic inclusions in a unit area or unit volume.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-25587 discloses a bearing material that achieves a long life by limiting the predicted maximum diameter of oxide-based nonmetallic inclusions estimated by extreme value statistics.
  • the relationship between the size and number of oxide-based nonmetallic inclusions is not always clear in ultra-clean steel whose oxygen content has been reduced to a value close to the limit of less than 10 ppm.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-291340 describes the thickness and number of sulfide-based nonmetallic inclusions in steel, Attention is focused on the predicted maximum diameter of oxide-based nonmetallic inclusions. Thickness 1 / when the number of xm more sulfide-based nonmetallic inclusions in a test area 320 Spirit 2 1200 or less, and / or, 10 predicted maximum diameter of oxides in the test area 320 mm 2 A steel for bearings that achieves a long life by controlling to less than / m is disclosed.
  • the 291,340 discloses the technique disclosed, than even the maximum diameter of Sani ⁇ based nonmetallic inclusions that more than 10 / zm, beta 10 life achieve 5Xl0 7 or more It has not been.
  • the above prior art is based on reducing the number or maximum diameter of oxides to extremely low values.
  • a special secondary refining process such as ladle refining is required.
  • the manufacturing process and the steel manufacturers that can perform it are limited. Since the refining cost of steel is extremely high, it is difficult to expand its application to general-purpose practical steel.
  • An object of the present invention is to provide a general-purpose long-life bearing material without any restrictions on the scouring process and without increasing the manufacturing cost. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made for the above purpose. That is, the present inventors have found that in steel in which the steel composition, Al 2 and / or sulfide-based non-metallic inclusions specified in the present invention are controlled, acid-based non-metallic inclusions Even if the predicted maximum diameter exceeds 10 m, it is 15 m or less, and it is found that long-lasting bearing steel can be realized as long as the number is controlled to a predetermined value or less, and the present invention has been completed.
  • C 0.95 to 1.10 mass%, Si: 0.15 to 0.70 mass%, Mn: 1.15 mass% or less, Cr: 0.90 to 1.60 mass%, P : Contains 0.025 mass% or less, contains S and O, which are nonmetallic inclusion forming elements, S: 0.025 mass% or less, O: 0.0012 mass% or less, with the balance being Fe and inevitable impurities It has a chemical composition consisting of, mosquito ⁇ the material Tsu contain A1N 0.
  • the present invention provides: C: 0.95 to: 1.10 mass%, Si: 0.15 to 0.70 mass%, Mn: 1.15 mass% or less, Cr: 0.90 to:!
  • the balance has a component composition of Fe and unavoidable impurities, and the material contains 0.002 mass% or less of A1N and oxide-based nonmetallic maximum diameter, inspection area of the object: 320 the number of Yuzuru 2 of 10 m exceeds 15 ⁇ ⁇ less when, and circle-equivalent diameter 3 // m or more Sani ⁇ based nonmetallic inclusions, the test surface Product: 250 or less bearing material at 320 ram 2 .
  • C 0.95 to: 1.10 mass%, Si: 0.15 to 70 mass%, Mn: 1.15 mass% or less, Cr: 0.90 to; L. 60 mass%, P: Sb: 0.0025 mass% or less, Sb: 0.0010 mass% or less, and S and O, which are nonmetallic inclusion forming elements, are contained: 0.025 mass% or less, and O: 0.0012 mass%. It contains the following, with the balance having the composition of Fe and unavoidable impurities, and containing 0.001% by mass or less of A1N in the material, and the maximum diameter of oxide-based nonmetallic inclusions.
  • test surface product 320 when mm 2
  • the bearing material is less than 250 pieces.
  • C 0.95 to: 1.10 mass%, Si: 0.15 to 0.70 mass%, Mn: 1.15 mass% or less, Cr: 0.90 to: 1.60 mass%, P : Mo: 0.125 mass% or less, Mo: 0.10 to 0.25 mass% and Sb: 0.0010 mass% or less, S and O, which are nonmetallic inclusion forming elements, are S: 0 025 mass% or less, ⁇ : 0.0012 mass% or less, the balance has a component composition of Fe and unavoidable impurities, and the material contains 0.020 mass% or less of AlN, Furthermore the maximum diameter of the oxide-based nonmetallic inclusions, the test area: the number of 320 when the mm 2 to 10 m exceeds 15 / zm or less and a circle equivalent diameter 3 m (10 ft) or more of oxide non-metallic inclusions , inspection area: 320 Ru bearing material der is 250 or less when the orchid 2.
  • the bearing material according to the above invention, the thickness l; number of zm or more sulfide-based nonmetallic inclusions, the test area: 320 is preferably 1200 or less when the ram 2.
  • test area 320 is 1,200 or less when the thigh 2, further maximum diameter of oxide-based nonmetallic inclusions
  • the test surface product 320 or less 10 m beyond 15 mu m when Yuzuru 2
  • a bearing material in which the number of non-metallic inclusions having an equivalent circle diameter of 3 m or more is 250 or less when the area to be inspected is 320 mm 2 .
  • C 0.95%; 1.10% by mass; Si: 0.15% to 0.70% by mass; Mn: 1.15% or less by mass; Cr: 0.90% to 1.6% by mass; : Not more than 0.025 mass%, containing S and O as non-metallic inclusion forming elements, S: not more than 0.025 mass ° / o, O: not more than 0.0012 mass%, and Mo: not more than 0.1 mass%. It contains 10 to 0.25 mass%, the balance is Fe and unavoidable impurities, and the number of sulfide-based nonmetallic inclusions with a thickness of 1 / zm or more in the material is detected.
  • 320 is 1,200 or less when the thigh 2, further maximum diameter of oxide-based nonmetallic inclusions, the test area: 320 at Awakening: 2 10 ⁇ m exceeds 15 ⁇ m or less and a circle equivalent diameter 3 / the number of the above oxide-based nonmetallic inclusions zm is, inspection area: a bearing material is 250 or less when 320 strokes 2.
  • C 0.95 to 1.10 mass%, Si: 0.15 to 0.70 mass%, Mn: 1.15raa ss% or less, Cr: 0.90 to: I. 60 mass%, P : contains 0. 025 mass 0/0 or less, S and O is a nonmetallic inclusions forming element, S: 0. 025 mass% or less, O: contains 0.
  • the balance has a component composition consisting of Fe and inevitable impurities, and the number of non-metallic inclusions in the material having a thickness of 1 / zm or more is inspection area: 320 Yuzuru is 1,200 or less at 2, further maximum diameter of oxide-based nonmetallic inclusions, the test area: 320 below 10 mu m exceeds 15 m when the thigh 2, the force equivalent circle the number of diameter 3 zm or more oxide-based nonmetallic inclusions, the test area: a bearing material is 250 or less when 32 0 thigh 2.
  • C 0.95 to: 1.10 mass%, Si: 0.15 to 0.70 mass%, Mn: 1.15 mass% or less, Cr: 0.90 to 1.6 mass%, P : Contain less than 0.025 mass ° / o, non-metallic S and O, which are substance-forming elements, are contained: S: 0.025 mass% or less, O: 0.0012 mass% or less, and Mo: 0.10 to 25 mass% and Sb: 0.0010 mass% or less; has a component composition and the balance being Fe and unavoidable impurities, and the number of thickness 1 mu m or more sulfide-based nonmetallic inclusions in the material, the test area: 320 Yuzuru 1200 or less when 2 , still the maximum diameter of the oxide-based nonmetallic inclusions, the test area: 320 at Awakening: 2 10 / m exceeds 15 / z rri hereinafter Chikaratsu circle equivalent diameter 3 mu m or more oxide based non the number of metal
  • the bearing material of the present invention has a component composition that is alloy-designed based on JIS G4805 high carbon chromium bearing steel. Therefore, the following is explained using the example of bearing steel.
  • C is an element that forms a solid solution in the matrix and effectively acts to strengthen martensite. C is included to secure the strength after quenching and tempering and to thereby improve the rolling fatigue life. If the content is less than 0.95mass ° / o , such effects cannot be obtained, while if it exceeds 1.10mass ° / o, giant carbides are formed during fabrication, and if workability, the rolling fatigue life decreases. Therefore, 0.95 ⁇ : 1. Limited to the range of 10 mass%.
  • Si is dissolved in the matrix, quenched by increasing the tempering softening resistance, and is effective as an element for increasing the strength after tempering and improving the rolling fatigue life.
  • the content of Si added for such a purpose is in the range of 0.15 to 0.70 mass%.
  • Mn 1.15 mass% or less
  • Mn improves the toughness and hardness of matrix martensite by improving the hardenability of steel, and effectively acts to improve the rolling fatigue life. For these purposes, additions of 1.15 mass% or less are sufficient. There is no particular need to set a lower limit, but it is appropriate to add 0.1% by mass or more for deoxidation and the like.
  • Cr is a component that improves the wear resistance and improves the rolling contact fatigue life by improving the hardenability and forming stable carbides if the strength is improved. To obtain these effects, it is necessary to add 0.90 to 1.60 mass%.
  • P is desirably as low as possible to reduce the toughness and rolling fatigue life of the steel, and the allowable upper limit is 0.025 mass%.
  • the upper limit must be 0.025 mass%.
  • O is preferably low in forming a hard oxide-based nonmetallic inclusion to reduce the rolling fatigue life, but is preferably low, but is allowed up to 0.0012 mass%. Therefore, the upper limit is set to O: 0.0012 mass%.
  • Mo is added as necessary in the present invention. However, since it is an expensive element, it is added only when further improvement in hardenability is required. To obtain the effect, addition of Mo in the range of 0.10 to 0.25 mass ° / 0 is sufficient.
  • Sb may be mixed in from steelmaking raw materials such as scrap, but the rolling fatigue life is short. Since it is an element to be reduced, it is desirable to set the upper limit to 0.0010 mass% by means such as carefully selecting scraps.
  • A1N amount 0.020 mass% or less
  • the amount of A1N in the steel exceeds 0.020 mass%, the rolling fatigue life is remarkably reduced. Therefore, it is desirable to set the upper limit to 0.002 mass% and make it as low as possible.
  • the most effective way to reduce the amount of A1N in steel is to reduce the amount of N1 in steel if it is A1 in steel. In addition, it is possible to cope with the problem by increasing the holding temperature during quenching, but this may significantly impair the manufacturability of the bearing.
  • the content of A1 in the steel is set to 0.030 mass% or less, preferably 0.020 mass% or less, and N is set to 0.010 mass% or less, preferably 0.008 mass%. It is necessary to:
  • the number of non-metallic inclusions having a thickness of 1 ⁇ or more is set to be 1200 or less when the test area is 320 thighs 2. is there.
  • the reason for limiting the form of the sulfide-based nonmetallic inclusions to a thickness of l / im or more is the limit size at which the composition of the nonmetallic inclusions can be visually identified. This is because the correspondence is good.
  • it is desirable that the number of sulfide-based nonmetallic inclusions is as small as possible to improve the rolling fatigue life.
  • the number of the sulfide-based nonmetallic inclusions or the thickness 1 m is because Eru Yue and B 10 life 1,200 in a subject area 320 mm 2 is rapidly lowered, so the upper limit and 1200.
  • Figure 1 is the relationship and rolling fatigue life of the number of oxide-based inclusions maximum diameter and the circle equivalent diameter 3 beta m or more oxide-based nonmetallic inclusions at the time of inspection area 320 Yuzuru 2 It is a graph which shows a relationship.
  • the maximum diameter of the oxide is more than 10 m but not more than 15 ⁇ m and the number of oxide-based nonmetallic inclusions of 3 ⁇ m or more is 250 or less, It can be seen that excellent rolling fatigue life can be obtained. That is, the maximum diameter of the oxide inclusions Even if the number is not reduced to extremely low values of less than 10 m, long-life steel can be obtained if the number is controlled at the same time. Therefore, it is within this range because it can produce long-life steel without increasing the cost of It ⁇ and without any process restrictions.
  • the JIS G4805 high carbon chromium bearing steel type 2 (SUJ2 equivalent steel), which has the chemical composition shown in Table 1 and the amount of A1N, and sulfide-based nonmetallic inclusions containing oxides, is melted in a converter. RH degassing was performed, and then continuously formed and rolled into a 65 ⁇ ⁇ steel bar. For comparison, ultra-clean steel, which had undergone ladle refining after converter melting, was also melted. Then, after normalizing, spheroidizing annealing, holding at 830 for 30 minutes, oil quenching, tempering at 180 ° C for 2 hours, and cutting and rubbing 60 to ⁇ X 5 thighs A circle ⁇ rolling fatigue life test specimen was obtained.
  • Steel No. 7 is a comparative steel in which the amount of A1N and the sulfide-based inclusions are out of the range of the present invention, but the oxidized product is controlled within the range of the present invention. No remarkable improvement in rolling contact fatigue life was observed.By controlling the size and number of oxides at the same time as controlling AlN and Z or sulfide-based inclusions, the effects of the present invention were first achieved. It can be seen that it can be obtained.
  • Steel Nos. 8 and 9 are comparative steels in which the maximum diameter or the number of oxidized inclusions exceeds the range specified in the present invention. It can be seen that the rolling fatigue life is extremely short.
  • Steel No. 10 is a comparative steel in which the maximum diameter of oxide inclusions was reduced to 10 m or less by applying the ladle refining process. Certainly, it has a long service life, but the manufacturing cost is high, and the manufacturing process and the manufacturer are restricted. It is not suitable as a general-purpose steel. Industrial applicability
  • the bearing material according to the present invention has a maximum predicted diameter of oxide-based nonmetallic inclusions of ⁇ ⁇ ⁇ m in steel in which the steel composition, A1N and / or sulfide-based nonmetallic inclusions are controlled. Even if ⁇ is exceeded, it is 15 / zm or less, and the rolling fatigue life can be further improved as long as the number is controlled to a predetermined number or less. Therefore, according to the present invention, there is no need to use a ladle, which is conventionally used to reduce the maximum diameter of oxide-based nonmetallic inclusions. Since the production cost is kept low and there is no restriction on the production process or production capacity, steel suitable for general-purpose long-life steel can be provided.
  • test area 320 mm number of thickness 1 um or more sulfide-based nonmetallic inclusions in 2
  • test area 320 Largest oxide-based nonmetallic inclusions in mm 2 Diameter

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Description

軸受材料 技術分野 '
本発明は、. ころ軸受あるいは玉軸受といった転がり軸受に用いられる軸受材料 に関し、 とくに転動疲労寿命特性に優れた軸受材料に関するものである。 背景技術
転がり軸受などに用いられる軸受材料には、 転動疲労寿命の長いものであるこ とが求められる。 転動疲労寿命評価方法のひとつとして、 Β 寿命が使われる。 Β 10寿命とは、 統計的に累積破損確立が 10°/。と推定されるに至るまでの総負荷回 数である。 一般に、 軸受の転動疲労寿命は、 材料中に存在する硬質の酸化物系非 金属介在物に影響されることがよく知られている。 そこで、 従来材料中の酸素量 を低減することによって、 酸化物系非金属介在物量の低減を図ることにより、 転 動疲労寿命の向上を図ってきた。 現在は、 精鍊技術の進歩にも助けられ、 材料中 の酸素量を重量比にして lOppm以下にまで低減することができるようになった。 しかし、 低酸素化による転動疲労寿命の向上方法は、 ほぼ限界に達している。 ま た、 酸素量を lOppm以下に低減すると、 製造コストが増加するため、 汎用鋼への 適用は難しい。
.最近では、 転動疲労寿命のより一層の向上を目指す提案がなされている。 例え ば、 特開平 3— 126839号公報では、 単位面積あるいは単位体積中の酸化物系非金 属介在物の個数を制限することにより長寿命を実現する軸受材料が開示されてい る。 また特開平 5— 25587号公報では、 極値統計によって推定される酸化物系非 金属介在物の予測最大径を制限することにより、 長寿命を実現する軸受材料が開 示されている。 し力 し、 酸素量を lOppm以下という極限に近い値にまで下げた超 清浄鋼においては、 酸化物系非金属介在物のサイズと個数の関係が必ずしも明瞭 ではない。
特開平 9— 291340号公報は、 鋼中の硫化物系非金属介在物の厚みと個数、 なら ぴに酸化物系非金属介在物の予測最大径に着目している。 厚み 1 /x m以上の硫化 物系非金属介在物の個数が被検面積 320 靈2のときに 1200個以下、 かつ/また は、 被検面積 320 mm2での酸化物の予測最大径を 10 / m以下に制御することに より、 長寿命を実現する軸受け用鋼が開示されている。 し力、し、 特開平 9 - 291340 号公報に開示された技術では、 酸ィ匕物系非金属介在物の最大径が 10 /z m以上のも のでは、 Β 10寿命が 5xl07以上を達成されていない。 上記従来の技術は、 酸化物 の個数または最大径を極低値まで低減することを基礎とするものである。 このよ うな超清浄鋼を実現するためには、 取鍋精鍊のような特殊な 2次精鍊プロセスが 必要である。 製造プロセスとそれを実施できる製鉄メーカーが制約される。 鋼の 精鍊コストが非常に高くなるため、 汎用実用鋼へ適用を拡大することは難しい。 本発明の目的は、 精練のプロセス制約がなく、 かつ製造コストを増加させずに、 汎用の長寿命軸受材料を提供することにある。 発明の開示
本発明は、 上記目的のためになされたものである。 すなわち、 本発明者らは、 本発明で規定した鋼組成おょぴ、 Al Νおよぴ Ζまたは硫化物系非金属介在物を制 御した鋼において、 酸ィヒ物系非金属介在物の予測最大径が 10 mを越えても 15 m以下であり、 かつその個数を所定以下に制御しさえすれば、 長寿命の軸受け 鋼が実現できることを見いだし、 本発明を完成させたものである。
以下に、 本発明の特定事項をあげる。
即ち、 本発明は、 C ： 0. 95〜； 1. 10mass%、 Si ： 0. 15〜0. 70mass%、 Mn ： 1. 15ma ss%以下、 Cr ： 0. 90〜1. 60mass%、 P ： 0. 025 mass%以下を含有し、 非金属介在 物形成元素である Sおよび Oを、 S ： 0. 025 mass%以下、 O ： 0· 0012mass%以下 含有し、 残部が Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、 カゝっ材料中 には A1Nを 0. 020 mass%以下含有し、 さらに酸化物系非金属介在物の最大径が、 被検面積： 320 mm2のときに 10/z mを越え 15 /z m以下、 かつ円相当径 3 // m以 上の酸化物系非金属介在物の個数が、 被検面積： 320 讓 2のときに 250個以下で ある軸受材料である。 また、 本発明は、 C ： 0. 95〜： 1. 10mass%、 Si ： 0. 15〜0. 70mass%、 Mn ： 1. 15ma ss%以下、 Cr ： 0. 90〜： !· 60mass%、 P ： 0. 025 mas s%以下を含有し、 さらに Mo ： 0. 10〜0. 25mass%を含有し、 非金属介在物形成元素である Sおよび Oを、 S : 0. 025 mass%以下、 O ： 0. 0012mass%以下含有し、 残部が Feおよび不可避的不純 物からなる成分組成を有し、 かつ材料中に A1Nを 0. 020 mass%以下含有し、 さ らに酸化物系非金属介在物の最大径が、 被検面積： 320 讓 2のときに 10 m越え 15 μ πι以下、 かつ円相当径 3 // m以上の酸ィ匕物系非金属介在物の個数が、 被検面 積： 320 ram2のときに 250個以下である軸受材料である。
また、 本発明は、 C ： 0. 95〜： 1. 10mass%、 Si ： 0. 15〜 70mass%、 Mn ： 1. 15ma ss%以下、 Cr ： 0. 90〜； L. 60mass%、 P ： 0. 025 mass%以下を含有し、 さらに Sb ： 0. 0010mass%以下を含有し、 非金属介在物形成元素である Sおよび Oを、 S : 0. 025 mass%以下、 O ： 0. 0012mass%以下含有し、 残部が Feおよび不可避的不純 物からなる成分組成を有し、 かつ材料中に A1Nを 0. 020 mass%!¾下含有し、 さ らに酸化物系非金属介在物の最大径が、 被検面積： 320 讓 2のときに 10 m越え 15 ; m以下、 かつ円相当径 3 μ ηι以上の酸化物系非金属介在物の個数が、 被検面 積： 320 mm2のときに 250個以下である軸受材料である。
また本発明は、 C ： 0. 95〜； 1. 10mass%、 Si ： 0. 15〜0. 70mass%、 Mn ： 1. 15mas s%以下、 Cr ： 0. 90〜： 1. 60mass%、 P ： 0. 025 mass%以下を含有し、 さらに Mo ： 0. 10〜0. 25mass%および Sb ： 0. 0010mass%以下を含有し、 非金属介在物形成元素で ある Sおよび Oを、 S : 0. 025 mass%以下、 ◦： 0. 0012mass%以下含有し、 残部 が Feおよぴ不可避的不純物からなる成分組成を有し、 かつ材料中に Al Nを 0. 02 0 mass%以下含有し、 さらに酸化物系非金属介在物の最大径が、 被検面積： 320 mm2のときに 10 m越え 15 /z m以下、 かつ円相当径 3 m以上の酸化物系非金 属介在物の個数が、 被検面積： 320 蘭2のときに 250個以下である軸受材料であ る。
なお、 上記各発明にかかる軸受材料は、 厚さ l ;z m以上の硫化物系非金属介在 物の個数が、 被検面積： 320 ram2のときに 1200個以下であることが好ましい。 つぎに、 本発明は、 C ： 0. 95〜： L 10mass%、 Si ： 0. 15〜0· 70mass%、 Mn ： 1. 15 mass%以下、 Cr ： 0· 90〜： I. 60mass%、 P : 0. 025 mass0/o以下を含有し、 非金属介 在物形成元素である Sおよび Oを、 S ： 0. 025 mass。/ ¾下、 O ： 0. 0012111&33%以 下含有し、 残部が Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、 かつ、 材 料中に厚さ 1 i m以上の硫化物系非金属介在物の個数が、 被検面積： 320 腿2の ときに 1200個以下であり、 さらに酸化物系非金属介在物の最大径が、 被検面 積： 320 讓 2のときに 10 m越え 15 μ m以下、 かつ円相当径 3 m以上の酸ィ匕 物系非金属介在物の個数が、 被検面積： 320 mm2のときに 250個以下である軸受 材料である。
また、 本発明は、 C ： 0, 95〜； 1. 10mass%、 Si ： 0. 15〜0. 70mass%、 Mn ： 1. 15ma ss%以下、 Cr ： 0. 90〜1· 60mass%、 P ： 0. 025 mass%以下を含有し、 非金属介在 物形成元素である Sおよび Oを、 S ： 0. 025 mass°/o以下、 O ： 0. 0012mass%以下 含有し、 さらに Mo ： 0. 10〜0. 25mass%を含有し、 残部が Feおよび不可避的不純 物からなる成分組成を有し、 かつ材料中に厚さ 1 /z m以上の硫化物系非金属介在 物の個数が、 被検面積： 320 腿2のときに 1200個以下であり 、 さらに酸化物系 非金属介在物の最大径が、 被検面積： 320 醒 2のときに 10 ^ m越え 15 ^ m以下、 かつ円相当径 3 /z m以上の酸化物系非金属介在物の個数が、 被検面積： 320 画2 のときに 250個以下である軸受材料である。
また、 本発明は、 C ： 0. 95〜1. 10mass%、 Si ： 0. 15〜0. 70mass%、 Mn ： 1. 15raa ss%以下、 Cr ： 0. 90〜： I. 60mass%、 P ： 0. 025 mass0/0以下を含有し、 非金属介在 物形成元素である Sおよび Oを、 S ： 0. 025 mass%以下、 O ： 0. 0012mass%以下 を含有し、 さらに Sb ： 0. 0010mass%以下を含有し、 残部が Feおよび不可避的不 純物からなる成分組成を有し、 かつ、 材料中に厚さ 1 /z m以上の硫ィ匕物系非金属 介在物の個数が、 被検面積： 320 讓 2のときに 1200個以下であり、 さらに酸化 物系非金属介在物の最大径が、 被検面積： 320 腿2のときに 10 μ m越え 15 m 以下、 力 円相当径 3 z m以上の酸化物系非金属介在物の個数が、 被検面積： 32 0 腿2のときに 250個以下である軸受材料である。
また、 本発明は、 C ： 0. 95〜： 1. 10mass%、 Si ： 0. 15〜0. 70mass%、 Mn ： 1. 15ma ss%以下、 Cr ： 0. 90〜1· 60mass%、 P : 0. 025 mass°/o以下を含有し、 非金属介在 物形成元素である Sおよび Oを、 S ： 0. 025 mass%以下、 O ： 0. 0012mass%以下 含有し、 さらに Mo ： 0. 10〜 25mass%および Sb ： 0. 0010mass%以下を含有し、 残部が Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、 かつ材料中に厚さ 1 μ m以上の硫化物系非金属介在物の個数が、 被検面積： 320 讓 2のときに 1200 個以下であり、 さらに酸化物系非金属介在物の最大径が、 被検面積： 320 醒 2の ときに 10 / m越え 15 /z rri以下、 力つ円相当径 3 μ m以上の酸化物系非金属介在 物の個数が、 被検面積： 320 讓 2のときに 250個以下である軸受材料である。 図面の簡単な説明
図 1は被検面積 320 mm2における、 酸化物系非金属介在物の最大径と円相当径 3 μ m以上の酸化物系非金属介在物の個数および転動疲労寿命との関係を示すダラ フである。 発明を実施するための最良の形態
本発明に係る軸受材料の成分組成を上記のように限定する理由について以下に 詳述する。 なお、 本発明軸受材料は、 JIS G4805 高炭素クロム軸受鋼をベースと して合金設計した成分組成を有するものである。 従って、 以下は軸受鋼の例で説 する。
C ： 0. 95〜： 1. 10mass%
Cは、 基地に固溶してマルテンサイトの強化に有効に作用する元素であり、 焼 入れ焼もどし後の強度確保とそれによる転動疲労寿命を向上させるために含有さ せる。 その含有率が 0. 95mass°/o未満ではこうした効果が得られず、 一方、 1. 10ma ss°/o超では铸造時に巨大炭化物が生成し、 加工性ならぴに転動疲労寿命が低下す るので、 0. 95〜： 1. 10mass%の範囲に限定した。
Si ： 0. 15〜0. 70mass%
Siは、 基地に固溶して焼もどし軟化抵抗の増大により焼入れ、 焼もどし後の強 度を高めて転動疲労寿命を向上させる元素として有効である。 こうした目的の下 に添加される Siの含有量は、 0. 15〜0. 70mass%の範囲とする。 Mn： 1. 15mass%以下
Mnは、 鋼の焼入れ性を向上させることにより基地マルテンサイトの靱性、 硬度 を向上させ、 転動疲労寿命の向上に有効に作用する。 こうした目的のためには、 1. 15mass%以下の添加があれば十分である。 下限は特に設ける必要はないが、 脱 酸等のために 0. 10mass%以上添加するのが妥当である。
Cr： 0. 90〜： 1. 60mass%
Crは、 焼入れ性の向上と安定した炭化物の形成を通じて、 強度の向上ならぴに 耐摩耗性を向上させ、 ひいては転動疲労寿命を向上させる成分である。 こうした 効果を得るためには、 0. 90〜1. 60mass%の添加が必要である。
P ： 0. 025 mass%以下
Pは、 鋼の靱性ならびに転動疲労寿命を低下させることから可能な限り低いこ とが望ましく、 その許容上限は 0. 025 mass%である。
S ： 0. 025 mass%
Sは、 Mnと結合して Mn S等の硫化物系介在物を形成し、 被削性を向上させる。 しかし、 多量に含有させると転動疲労寿命を低下させることから、 0. 025 mass% を上限としなければならない。 ただし、 後述するように、 通常の溶製， 圧延法に より介在物の個数を所定の量にするためには 0· 003 mass %を上限とすることが好 ましい。
O ： 0. 0012mass%以下
Oは、 硬質な酸化物系非金属介在物を形成して、 転動疲労寿命を低下させるこ と力、ら、 低いことが望ましいが、 0. 0012mass%までは許容される。 よって、 その 上限を O ： 0. 0012mass%とした。
Mo： 0. 10〜0. 25mass%
Moは、 本発明において必要に応じて添加する。 ただし、 高価な元素であるため、 焼入れ性のより一層の向上が必要な場合にのみ添加する。 その効果を得るには、 Moは 0. 10〜0. 25mass°/0の範囲での添加で十分である。
Sb： 0. 0010mass%以下
Sbは、 スクラップ等の製鋼原料から混入することがあるが、 転動疲労寿命を低 下させる元素であるから、 スクラップ等を厳選するなどの手段により、 その上限 を 0. 0010mass%とするこが望ましい。
A1N量： 0. 020 mass%以下
A1Nは、 鋼中の量が 0. 020 mass%を越えると転動疲労寿命が顕著に低下するの で、 0. 020 mass%を上限として可能な限り低くすることが望ましい。 なお、 鋼中 A1N量の低減方法としては、 鋼中 A1量ならぴに鋼中 N量の低減が最も有効であ る。 また、 焼入れ時の保持温度を高めることにより対処可能であるが、 軸受の製 造性を著しく悪ィヒさせる可能性がある。 上記の A1N量を満足するためには、 鋼中 の A1を 0. 030 mass%以下、 好ましくは 0. 020 mass%以下とし、 また Nを 0. 010 mass%以下、 好ましくは 0. 008 mass%以下にすることが必要である。
また、 本発明の他の実施形態としては、 厚さ 1 μ ΐη以上の硫ィ匕物系非金属介在 物の個数を被検面積 320 腿2のときに 1200個以下になるようにすることである。 本発明において、 硫化物系非金属介在物の形態につき、 厚さ l /i m以上に限定し た理由は、 非金属介在物の組成を可視的に識別できる限界のサイズであり、 転動 疲労寿命との対応も良いためである。 また、 硫化物系非金属介在物の個数は、 転 動疲労寿命の向上に対しては可能な限り少ないことが望ましい。 この厚さ 1 m 以上の硫化物系非金属介在物の個数が、 被検面積 320 mm2において 1200個を越 えると B 10寿命が急激に低下するので、 その上限を 1200個とする。
次に、 本発明の最も重要な特定事項である酸化物系介在物の最大径と個数の限 定理由について述べる。
上記の成分組成の JIS G4805 高炭素クロム軸受鋼 （SUJ2相当鋼）において、 A1 Nおよび Zまたは硫化物系非金属介在物を制御した鋼について調査した結果につ いて述べる。 図 1は被検面積 320 讓 2のときの酸化物系非金属介在物の最大径と 円相当径 3 β m以上の酸化物系非金属介在物の個数との関係および転動疲労寿命 との関係を示すグラフである。
図 1から明らかなように、 酸化物の最大径が 10 mを越えても 15μ m以下で、 かつ 3 μ m以上の酸化物系非金属介在物の個数が 250個以下の範囲であれば、 優 れた転動疲労寿命が得られることがわかる。 すなわち、 酸化物径介在物の最大径 を 10 m以下のような極低値まで低減しなくても、 同時にその個数を制御しさえ すれば、 長寿命鋼が得られるのである。 したがって、 It^のコスト増、 プロセス 制約を受けることなく長寿命鋼を製造することができるため、 この範囲としたの である。
実施例
表 1に示す化学組成おょぴ A1N量、 硫化物系非金属介在物ならぴに酸化物を有 する JIS G4805 高炭素クロム軸受用鋼 2種 （SUJ2相当鋼） を転炉にて溶製し、 R H脱ガスを行い、 その後連続铸造し 65ηιηι φの棒鋼に圧延した。 なお、 比較のた めに、 転炉溶製の後に取鍋精練を行った超清浄鋼も溶製した。 次いで、 焼ならし、 球状化焼なましの後に、 830でで 30min保持後油焼入れし、 180 °Cで 2 h の焼も どしを行い、 切削およびラッビング仕上げにより 60腿 ψ X 5腿の円 β転動疲 労寿命試験片を得た。 なお、 非金属介在物の測定は、 棒鋼の 1 4直径部から 16 mmX l20 mmの被検面を有する試験片を圧延方向に採取し、 被検面積が 320 mm2 - であるときの酸化物系非金属介在物の最大径、 個数ならぴに厚さ 1 β m以上の硫 化物系非金属介在物の総個数を実測した。 また、 転動疲労試験は、 森式スラスト 型転動疲労試験機を用いて、 ヘルツ最大接触応力： 5260MPa 繰り返し応力数： 30Hz、 ならびに潤滑油： #68 タービン油の条件で行った。 その試験の結果を、 ヮ ィプル分布にしたがうものとして確率紙上にまとめ、 B 10寿命として評価した。 上記の評価結果を、 表 1にあわせて示す。 この表に示すところから明らかなよ うに、 本発明の範囲にある鋼は、 いずれも比較鋼に比べて長寿命を示すことがわ かる。
鋼 No. 7は、 A1N量および硫化物系介在物が本発明の範囲を逸脱しているもの の、 酸ィ匕物は本発明の範囲に制御された比較鋼である。 転動疲労寿命に顕著な改 善効果は認められず、 Al Nおよぴ Zまたは硫化物系介在物の制御と同時に酸化物 のサイズ、 個数を同時に制御することにより、 初めて本発明の効果が得られるこ とがわかる。
また、 鋼 No. 8， 9は、 酸ィ匕物系介在物の最大径または個数が本発明で特定す る範囲を越えた比較鋼である。 転動疲労寿命が著しく低いことがわかる。 また、 鋼 No. 10 は、 取鍋精鍊プロセスの適用により酸化物系介在物の最大径を 10 m以下とした比較鋼である。 確かに長寿命であるが、 製造コストが高く、 製 造プロセスや製造メーカーが制約される。 汎用鋼としては適さないものである。 産業上の利用可能性
以上説明したように本発明にかかる軸受材料は、 鋼組成おょぴ、 A1Nおよび/ または硫化物系非金属介在物を制御した鋼において、 酸化物系非金属介在物の予 測最大径が ΙΟμ ηι越えても 15 /z m以下であり、 かつその個数を所定数以下に制 御しさえすれば、 転動疲労寿命をさらに改善することが可能である。 従って、 本 発明によれば、 従来酸化物系非金属介在物の最大径を低減するために使用してい た取鍋!^等が不要である。 製造コストは低く抑えられ、 製造プロセスや製造メ 一力一の制約が無いため、 汎用の長寿命鋼に適した鋼を提供できる。
表- 1
f— 1
Figure imgf000012_0001
(* 1) 被検面積： 320 mm2 中の厚さ 1 u m以上の硫化物系非金属介在物の個数 (*2) 被検面積： 320 mm2 中の酸化物系非金属介在物の最大径
(*3) 被検面積： 320 mm2 中の円相当径 3 m以上の酸化物系非金属介在物の個数

Claims

請求の範囲
1 . C ： 0. 95〜： l. 10mass%、 Si： 0. 15〜0. 70mass%、 Mn： 1. 15mass%以下、 C r： 0. 90〜： L 60mass%、 P ： 0. 025 mass%以下を含有し、 非金属介在物形成元素 である Sおよぴ〇を、 S : 0. 025 mass%以下、 O： 0· 0012mass°/o以下含有し、 残 部が Feおよぴ不可避的不純物からなる成分組成を有し、 かつ材料中には Al Nを 0. 020 mass%以下含有し、 さらに酸化物系非金属介在物の最大径が、 被検面積： 320 腿2のときに 10 m越え 15 /z m以下、 かつ円相当径 3 z m以上の酸ィヒ物系 非金属介在物の個数が、 被検面積： 320 蘭2のときに 250個以下であることを特 徴とする軸受材料。
2 . 請求項 1に記載された材料において、 この材料の上記化学成分に加えてさ らに、 Moを 0. 10-0. 25mass%含有することを特徴とする軸受材料。
3 . 請求項 1または 2に記載された材料において、 これらの材料の上記ィ匕学成 分に加えてさらに、 Sbを 0. 0010mass%以下含有することを特徴とする軸受材料。
4 . 厚さ 1 m以上の硫化物系非金属介在物の個数が、 被検面積： 320 讓 2の ときに 1200個以下であることを特徴とする、 請求項 1 〜 3のいずれか 1項に記 載の軸受材料。
5 . C ： 0. 95〜1. 10mass%、 Si ： 0. 15〜0· 70mass%、 Mn ： 1. 15mass%以下、 C r ： 0. 90〜： 1. 60mass%、 P ： 0. 025 mass%以下を含有し、 非金属介在物形成元素 である Sおよび Oを、 S : 0. 025 mass%以下、 O ： 0. 0012mass%以下含有し、 残 部が Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、 かっこの材料中には厚 さ 1 / m以上の硫化物系非金属介在物の個数が、 被検面積： 320 醒 2のときに 12 00個以下であり、 さらに酸ィ匕物系非金属介在物の最大径が、 被検面積： 320 ram2 のときに 10/ m越え 15 μ ιη以下、 力つ円相当径 3 / m以上の酸化物系非金属介 在物の個数が、 被検面積： 320 mm2のときに 250個以下であることを特徴とする 軸受材料。
6 . 請求項 5に記載された材料において、 この材料の上記化学成分に加えてさ らに、 Moを 0. 10〜 25mass%含有することを特徴とする軸受材料。
7 . 請求項 5または 6に記载された材料において、 これらの材料の上記化学成 分に加えてさらに、 Sbを 0. 0010mass%以下含有することを特徴とする軸受材料。
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