WO2003060507A1 - Acier pour roulements, procede d'evaluation d'inclusions de grandes dimensions dans ledit acier, et roulement - Google Patents

Acier pour roulements, procede d'evaluation d'inclusions de grandes dimensions dans ledit acier, et roulement Download PDF

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steel
large inclusions
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Akihiro Kiuchi
Yutaka Ishii
Youichi Matsum0To
Masaru Kawabe
Hiroshi Narai
Nancy Naoko Yokoyama
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Definitions

  • the present invention relates to a bearing steel, a method for evaluating large inclusions therein, and a rolling bearing.
  • large non-metallic inclusions (hereinafter referred to as “large inclusions”) that exist on the raceway surface and directly below this surface have a significant effect on the life of rolling bearings. The effect is well known.
  • Recent improvements in metallurgical technology have significantly improved the cleanliness of metallic materials used as rolling bearing materials, such as steel, so that large-scale inclusions in this metallic material have been further reduced and large-scale inclusions have been reduced. The size is getting smaller.
  • the most common method for evaluating the cleanliness of metallic materials is an evaluation method based on the oxygen content in steel.
  • this evaluation method based on the oxygen content in steel has not been useful for judging the superiority of large inclusions because the oxygen content in metal materials has been greatly improved in recent years and is stable at a low level.
  • Literature 5 and Literature 6 do not allow the test to be performed nondestructively, and may cause large inclusions to be dissolved in acid, or large inclusions to be melted or aggregated. It cannot be used to evaluate large inclusions present in metallic materials with high cleanliness.
  • none of the above-described metal material cleanliness evaluation methods can perform a test in a non-destructive manner, and inspects a representative sample of a certain steel material rod, and evaluates the rolling produced in this steel material lot. This is to evaluate the life of the bearing. Therefore, it is not possible to individually evaluate the large inclusions present in the rolling bearing as a product, and it is not possible to accurately evaluate a short-lived product that occurs slightly.
  • rolling bearings for steel such as roll neck bearings
  • rolling equipment has been downsized, and housings in which bearings have been introduced have been downsized.
  • the bearing follows the housing, and a repeated bending stress is applied to the outer ring, which may lead to the generation of short-life products and the occurrence of breakage.
  • the inner ring of rolling bearings for paper machines is used in a state where fitting stress is applied.However, in an environment where the temperature is increasing in recent years, a larger hoop stress may act on the bearing. there were. For example, when hoop stress is applied to the inner ring, the surface of the inner diameter surface becomes the position where the maximum tensile stress is generated, and the tensile stress decreases as it goes inside, but defects such as large inclusions etc. If present, the stress concentration on that part will increase, resulting in breakage.
  • ultrasonic inspections performed by steelmakers are generally performed by scanning in the axial direction at the product stage, such as steel pipes and round bars.
  • the inspection pitch in the axial direction can be made finer, so that smaller defects can be detected.
  • the inspection requires a long time.
  • search The higher the frequency used for the flaw, the higher the frequency allows the detection of smaller defects in accordance with the flaw detection principle.However, the higher the frequency, the greater the attenuation of the sound wave with respect to the flaw detection distance and the smaller the flaw detection area. There's a problem.
  • the inspection speed required for flaw detection exceeds several 10 m / min even at low speeds, and exceeds 100 m / mn at high speeds. Inspections are being conducted at speed.
  • the frequency used for flaw detection should be selected to be a few MHz or more and less than 10 MHz with less attenuation of sound waves in the depth direction. It is desirable to do.
  • the ultrasonic flaw detection method performed by a steelmaking manufacturer requires a high inspection speed required for flaw detection, and is a high-speed flaw detection performed while rotating a probe or a steel material. There is a problem when the sensitivity of the flaw detector cannot be increased very much.
  • the defects that can be detected by the ultrasonic flaw detection method used in steelmaking have a detection limit of several hundreds of width; am, and several tens of millimeters in length.
  • a first object of the present invention is to provide a method for evaluating large inclusions in bearing steel that can quantitatively evaluate large inclusions even with high cleanliness.
  • a second object is to provide an appropriate bearing steel evaluated based on the method for evaluating large inclusions in the bearing steel.
  • short life The third issue is to provide a rolling bearing that can achieve long life of the whole bearing by eliminating parts that are broken or broken. Disclosure of the invention
  • the method for evaluating large inclusions employs a round bar made of steel for a bearing to be evaluated and an ultrasonic probe with an ultrasonic transmission medium. It is placed in the body, measures the size and number of large inclusions present in the inspection volume by ultrasonic inspection, and estimates the existence probability of the large inclusions in the evaluation target bearing steel. It is.
  • This invention is mainly used for comparison and evaluation of different charges in steelmaking methods.
  • the method for evaluating large inclusions in bearing steel according to claim 2 is a method for evaluating large inclusions in bearing steel according to claim 1,
  • the flaw detection method is an oblique flaw detection method.
  • an oblique flaw detection method and a vertical flaw detection method as an ultrasonic flaw detection method using a water immersion method using water as an ultrasonic transmission medium.
  • the detection limit of the defect in each method is proportional to the sound speed of the wave transmitted by each.
  • the oblique flaw detection method uses a shear wave
  • the vertical flaw detection method uses a longitudinal wave.However, since the sound velocity of a shear wave propagating through a steel material is about 1/2 times that of a longitudinal wave, the detection limit using a shear wave is It is about 1 times 2 times. In other words, the smaller the sound velocity, the smaller the inclusions can be detected. Therefore, the oblique flaw detection method using transverse waves is smaller.
  • the method for evaluating large inclusions in bearing steel according to claim 2 includes the step of detecting the oblique flaw detection method. It is characterized in that it is performed at a flaw frequency of 15 MHz or less.
  • the relationship between the flaw detection frequency and the defect detection limit is set to 1/2 to 1/4 of the wavelength. Therefore, when the flaw detection frequency is increased, the detection limit is improved, but the attenuation of the propagating sound wave is increased, and the inspection depth is reduced.
  • the present invention aims to detect flaws of large inclusions harmful to the life of the bearing by using the oblique flaw detection method, and to find the optimum flaw detection frequency in order to obtain an inspection volume as large as possible. Was.
  • the method for evaluating large inclusions in bearing steel according to claim 1 is the same as the method for evaluating large inclusions in bearing steel, wherein And a vertical flaw detection method using a focus type polymer probe as the ultrasonic probe.
  • the oblique flaw detection method can detect smaller inclusions than the vertical flaw detection method.However, since ultrasonic waves are incident on steel and then refracted in accordance with the angle of incidence, they can be detected vertically. Compared to the flaw detection method, there is a limit in specifying the exact position of the defect. In addition, the oblique flaw detection method has a disadvantage that the depth range of the flaw detection becomes shallower than the vertical flaw detection method because ultrasonic waves propagate in a tilted manner in the depth direction.
  • This polymer probe has excellent damping characteristics when receiving a signal reflecting an ultrasonic wave, so it is generally used when it is necessary to perform flaw detection at high frequencies (for example, 5 MHZ or more). This is known to be effective because there is less dead zone due to resonance and the like as compared with the case where a simple ceramic vibrator is used. For this reason, about the scope of the present invention At present, it is not used in the frequency band.However, when the present inventors applied a polymer probe to the ultrasonic flaw detection of bearing steel, compared with the conventional ceramic probe, It has been found that even when the frequency is increased, the ultrasonic wave is less attenuated, and that flaw detection can be performed effectively in a deeper range.
  • the flaw detection frequency can be increased, a vertical flaw detection method capable of detecting a large, large-sized inclusion and deeper can be adopted.
  • ultrasonic inspection of bearing steel can be accurately performed over more cross sections. Therefore, vertical flaw detection using a polymer probe is desirable for flaw detection of small large inclusions over a wide range.
  • the method for evaluating large inclusions according to claim 5 of the present invention is the method for evaluating large inclusions in bearing steel according to claim 4, wherein the vertical flaw detection method is a method for flaw detection. It is characterized in that it is performed at a frequency of 3 OMHz or less.
  • An object of the present invention is to detect a large inclusion having a size harmful to the life of a bearing to a deeper depth by using a vertical flaw detection method, and to find an optimal flaw detection frequency capable of detecting a large inclusion to a smaller size.
  • the bearing steel according to claim 6 of the present invention is estimated by the method for evaluating large inclusions in bearing steel according to any one of claims 1 to 5. It was among the large inclusions, in which flaw detection volume 2. 0 x 1 0 6 mm 3 square zero length present per. large inclusions than 2 mm is equal to or 1 0. is 0 or less is there. Further, in the present invention, the bearing bearing according to claim 7 is estimated by the method for evaluating large inclusions in bearing steel according to any one of claims 1 to 5. It was among the large inclusions, flaw detection volume 1. those total length of O x 1 0 6 mm 3 length present per 0. 5 mm or larger inclusions, characterized in that at 8 0 mm or less is there.
  • the number of large inclusions having a square root length of 0.2 mm or more per a predetermined inspection volume is measured.
  • an elongated inclusion of 5 mm and a short inclusion of 0.5 mm are evaluated as one.
  • the present inventors evaluated the degree of harm due to the length of inclusions As a result, in the bearing steel according to claim 6, not only the number of large inclusions having a square root length of 0.2 mm or more per predetermined inspection volume but also the total length of the inclusions per unit volume By limiting the length, we found that the service life could be prolonged with a higher probability.
  • the bearing leakage according to claim 8 of the present invention is of the estimated large inclusions, flaw detection volume 4. 0 x 1 0 5 that the square root length present per mm 3 0. 2 mm or larger inclusions, characterized in that 2. is 0 or less It is.
  • the bearing steel according to claim 8 has a lower degree of cleanliness than the bearing steel according to claim 6 or claim 7, the quality of the bearing can be guaranteed with a smaller flaw detection volume.
  • the inspection time can be shortened (especially when defective products are judged).
  • the rolling bearing according to claim 9 of the present invention is a rolling bearing in which a plurality of rolling elements are arranged at predetermined intervals in a circumferential direction between an inner ring and an outer ring. It is characterized by being manufactured using the bearing steel evaluated by the large inclusion evaluation method described in paragraph 3 as a raw material.
  • a rolling bearing according to claim 10 of the present invention is a rolling bearing in which a plurality of rolling elements are disposed at predetermined intervals in a circumferential direction between an inner ring and an outer ring. It is characterized in that it is manufactured using the bearing steel evaluated by the large inclusion evaluation method described in Section 5 as a material.
  • the rolling bearing according to claim 11 of the present invention is a rolling bearing in which a plurality of rolling elements are disposed at predetermined intervals in a circumferential direction between an inner ring and an outer ring. It is characterized in that it is manufactured using the bearing steel according to any one of paragraphs 6 to 8 as a raw material.
  • the rolling bearing according to claim 12 of the present invention is a rolling bearing in which a plurality of rolling elements are arranged at predetermined intervals in a circumferential direction between an inner ring and an outer ring, and It is manufactured using seamless steel pipes with a thickness of 25 mm or less and a wall thickness of 25 mm or less, and it is guaranteed that there are no defects with a length of 1 mm or more at the material stage. .
  • the rolling bearing according to claim 13 of the present invention is characterized in that the inner ring and the outer ring Rolling bearings in which a plurality of rolling elements are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, are manufactured using round bars with a diameter of 60 mm or less, and there are no defects with a length of 1 mm or more at the material stage Is guaranteed.
  • the present inventors have disclosed a method of detecting large non-metallic inclusions harmful to the bearing life as described in Document 10 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-337530) and Document 11 (Japanese Patent Application Laid-Open No. No. 0 0 1 3 4 4 7) discloses a method for detecting large non-metallic inclusions directly under the raceway surface at the stage of a finished bearing product, which can guarantee the long life of the bearing A new method.
  • the present inventors have proposed a method for manufacturing bearings in recent years, in which, in order to improve the yield of materials, after forming a shaped material from steel by hot forging, and then manufacturing a bearing ring by one cold opening ring and turning. And the like. Then, the present inventors have found that, for a round bar having a diameter of 6 O mm or less as a material, inclusions having a length of 1 mm or more can be detected at the material stage as inclusions harmful to the life. By conducting a 100% inspection, they have found that a long-life bearing can be provided without affecting the manufacturing cost, and the present invention has been completed.
  • the rolling bearing according to claim 14 of the present invention is characterized in that the inner ring and the outer ring In a rolling bearing in which a plurality of rolling elements are disposed at predetermined intervals in a circumferential direction, a defect in a volume to be measured in a whole cross section from below an outer diameter surface of the inner ring, the outer ring, and a steel material for the rolling elements. Is not larger than the maximum length of 0.6 mm in the turning process, and the surface roughness is 5 mRa or less.
  • a method for detecting a non-metallic inclusion having a size of several tens to several hundreds of meters including the entire cross section including a deep position from immediately below the bearing raceway surface as a test volume has been proposed in the above-mentioned reference 10;
  • the inventors of the present invention have conducted intensive studies on improving the accuracy of defect detection, and as a result, by limiting the surface roughness of the outer diameter surface of the bearing steel material to 5 mRa or less, the inner and outer races and rolling elements are reduced.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of a rolling bearing made of the bearing steel of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing one example of an ultrasonic inspection equipment used in the method for evaluating large inclusions in bearing steel according to the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an angle adjustment method between the oblique flaw detection method and the vertical flaw detection method.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the volume of flaw detection inspection and the number of inclusions in the bearing steel of the present invention.
  • Figure 5 shows the use of ceramic for the vibrator.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of a rolling bearing made of the bearing steel of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing one example of an ultrasonic inspection equipment used in the method for evaluating large inclusions in bearing steel according to the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an angle adjustment method between the oblique flaw detection method and the vertical
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the difference between the number of inclusions detected by the vertical flaw detection method and the number of inclusions detected by the oblique flaw detection method in the bearing steel of the present invention at ⁇ .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which artificial defects are formed in a round bar made of the bearing steel of the present invention.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the flaw detection frequency and the flaw detection depth in the bearing steel of the present invention.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the inspection frequency and the inspection length in the bearing steel of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic explanatory view showing an example of a bearing life tester.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of the bearing life for each charge in the bearing steel of the present invention.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between the number of inclusions and the bearing life in the bearing steel of the present invention.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing the relationship between the flaw detection volume and the number of inclusions in the bearing steel of the present invention.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of the bearing life of each charge in the bearing steel of the present invention.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing the relationship between the flaw detection depth and the flaw detection frequency in the bearing steel of the present invention.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing the relationship between the inspection frequency and the inspection length in the bearing steel of the present invention.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram of the bearing life for each charge in the bearing steel of the present invention.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram showing the relationship between the flaw detection volume and the total length of inclusions having a length of 0.5 mm or more per unit volume in the bearing steel of the present invention.
  • FIG. 18 is a perspective view showing a state in which artificial defects are formed in a seamless steel pipe made of the bearing steel of the present invention.
  • FIG. 19 is a graph showing the relationship between the distance (depth) from the surface of the test piece and the relative echo intensity.
  • FIG. 20 is a graph showing the relationship between the relative movement range of the probe in the circumferential direction with respect to the test piece.
  • FIG. 21 is a graph showing the relationship between the distance (depth) from the surface of the test piece and the relative echo intensity.
  • FIG. 22 is a graph showing the relationship between the circumferential movement range of the probe with respect to the test piece and the relative echo strength.
  • FIG. 23 is an explanatory view for explaining the heat treatment method, in which (a) is carburized steel and (b) is galvanized steel.
  • FIG. 24 is a schematic configuration diagram showing another example of the ultrasonic inspection equipment used in the method for evaluating large inclusions in bearing steel according to the present invention.
  • FIG. 25 is an explanatory diagram for explaining the inner ring splitting life tester.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing a test piece of a bearing steel material used for detecting an artificial defect by an ultrasonic flaw detection method.
  • FIG. 27 is a graph showing the relationship between the outer diameter surface roughness of the test piece and the S / N ratio.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a rolling bearing made of the bearing steel of the present embodiment.
  • This rolling bearing is a tapered roller bearing with an internal number of ⁇ 85 mm s, an outer diameter of ⁇ 130 mm, and a width of 29 mm, with a nominal number of HR32017XJ.
  • reference numeral 1 denotes an inner ring
  • reference numeral 2 denotes an outer ring
  • reference numeral 3 denotes a rolling element (a tapered roller).
  • Table 1 shows the oxygen content and the results evaluated by the extreme value statistical method.
  • Table 1 shows the oxygen content and the results evaluated by the extreme value statistical method.
  • 1 O mmx estimated by 1 0 mmx 3 0 field extremum statistical method examines in, extreme statistical method shown by the square root length of the maximum inclusion area present in 3 X 1 0 4 mm 2 No significant difference was observed in the results, and the results of the extreme value statistical method did not find the presence of large inclusions having a square root length of the order of 0.2 mm, which is the object of the present invention.
  • the extreme value statistical method is described in detail in “Effects of Microdefects and Inclusions” (Takenobu Murakami, Yokendo Publishing).
  • the large inclusions shown in the present embodiment are oxide inclusions and sulfide inclusions, and the same applies to the following large inclusions.
  • FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of an ultrasonic inspection equipment used in the method for evaluating large inclusions in bearing steel according to the present invention.
  • Reference numeral 11 in the figure denotes a round bar made of steel for bearings to be evaluated.
  • Reference numeral 12 denotes a focus type ultrasonic probe, which is immersed together with the round bar 11 in a water tank 13 storing water as an ultrasonic transmission medium. The size of the round bar 11 will be described in detail later.
  • the round bar made of the steel for the bearing to be evaluated is rotated in a fixed direction by a motor 14, and the ultrasonic probe 12 is shown by motors 15, 16, and 17. Move in the Z-axis direction and detect flaws in a predetermined volume to detect large inclusions.
  • Each of the motors 14 to 17 is driven by a motor controller 18, and a detection signal of the ultrasonic probe 12 is analyzed by a flaw detector 19.
  • the operation of the controller 18 is controlled by an input to the personal computer 20.
  • the motor controller 18 controls the position of the probe 12 and the round bar 11 by controlling the rotation; direction, rotation speed, and rotation angle of each of the motors 14 to 17. You.
  • the flaw detector 19 monitors the flaw detection frequency and the reflected echo of the probe 12 and the size of the inclusion detected from the intensity of the reflected echo, and stores it in the memory of the personal computer 20. To memorize.
  • the ultrasonic inspection method used in the method of the present invention includes a vertical inspection method and an oblique inspection method.
  • the vertical flaw detection method sets the probe directly above the center line of the round bar.
  • the oblique flaw detection method performs flaw detection by offsetting the probe from the center line of the round bar (offset).
  • the angle of incidence of the ultrasonic wave in the oblique flaw detection method can be obtained by the inverse sine of the value obtained by dividing the amount of offset by the radius of the round bar, and this is input to a personal computer and controlled by a motor controller.
  • the angle adjustment of the oblique flaw detection method and the vertical flaw detection method is performed by sending the ultrasonic probe 12 in the depth direction by X and setting 0 to the desired angle (bevel angle ⁇ 2 19). °).
  • the above-mentioned bearing steel for each charge was subjected to ultrasonic inspection.
  • the oblique flaw detection method was used as the ultrasonic flaw detection method, and the flaw detection frequency was 10 MHz and the ultrasonic wave incident angle on the bearing steel was 19. And then, flaw detection volume 3. 5 X 1 0 6 mm 3 and until in testing has identified the position and detected interposed the number.
  • Figure 4 shows the relationship between the flaw detection volume and the number of inclusions in bearing steel.
  • the number of inclusions is shown by the ratio between the above-mentioned charge A and other charges B to D.
  • testing volume 2. 0x 1 0 6 mm It becomes almost constant in three or more regions.
  • the time of flaw detection is increased, 2.
  • Runode can be increased more reliable flaw detection volume of the embodiment 2. 0 X and 1 0 6 mm 3.
  • Figure 5 shows the detection inclusions ratio of the number of when the vertical flaw detection method and the oblique flaw detection method, were all flaw inspection volume 2. 0X 1 0 6 mm 3 in flaw detection frequency of 1 0MH z.
  • the number of entities is shown by the ratio of the above-mentioned charge A and other charges B to D.
  • the angle detection method has a higher number of detections than the vertical inspection method, which indicates that the ultrasonic inspection method uses the angle inspection method to provide more reliable cleanliness. Good for guarantee.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which artificial defects are formed in a round bar made of the bearing steel of the present invention. .
  • cylindrical holes dimensions: 00.5 x 15 mm
  • a ceramic probe (5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz: vibrator diameter 6 mm, focal length 25 mm in water) using a ceramic vibrator is attached to this artificially defective round bar.
  • the ultrasonic flaw detector shown in Fig. 2 (USD15, manufactured by Nippon Clark Kramer), the ultrasonic wave by the oblique flaw detection method (incident angle: 19 °, water distance 1 Omm) Inspection was performed.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between each flaw detection frequency and flaw detection depth.
  • the effective inspection depth was defined as the depth at which the echo intensity was half of the peak echo intensity.
  • the higher the inspection frequency the smaller the inspection depth. This means that when scanning the same area, a smaller flaw detection depth means a smaller flaw detection volume. For example, when testing a round rod (diameter) ⁇ 5 Omm, as flaw detection depth is small, the length reaching the required inspection volume 2. 0 X 1 0 6 mm 3 in this embodiment is longer.
  • the flaw length sharply increases at flaw detection frequencies of 15 MHz and higher.
  • the practical flaw detection frequency is set to 15 MHz or less.
  • Figure 10 shows the results of the life test.
  • Some bearings made from Charge C and Charge have a short life. This is Li. It can be seen that Charge A and Charge B have a longer life and Charge C and Charge D have a shorter life below the life (that is, shorter life). In other words, Charges A and D have extremely short lifespans compared to Charges A and B, indicating that the life reliability of the bearing steel is poor.
  • the stripped portion of the short-life product is generated on each of the inner and outer rings using the evaluation material. If a large inclusion exists, regardless of the rolling member, a short-life product is generated. You can see that
  • Table 2 shows the oblique flaw detection method, testing frequency 1 5MH z less, flaw detection volume 2. 0X 1 0 6 mm 3, the results of ultrasonic flaw detection under the conditions of an incident angle 1 9 °. Table 2 shows the evaluation of the number of inclusions with a square root length of 0.15 mm or more and the number of inclusions with a square root length of 0.2 mm or more.
  • Figure 11 shows the number of inclusions with a square root length of 0.15 mm or more, the number of inclusions with a square root length of 0.2 mm or more, and the bearing life (Li. Life).
  • inclusions with a square root length of 0.15 mm or more and inclusions with a square root length of 0.2 mm or more there is a correlation that the life decreases with the number of inclusions. ing.
  • the number of inclusions with a square root length of 0.15 mm or more has a shorter life as the number of inclusions increases, so it is difficult to set a threshold for the number of inclusions.
  • the number of inclusions with a square root length of 0.2 mm or more has a sharply shortened service life after the detection of 10 inclusions.
  • Inclusions with a square root length of 0.15 mm or more The number is too large per flaw detection volume of 2.0 ⁇ 10 6 mm 3 , and the number detection is complicated. Therefore, in this embodiment, the size and the square root length 0. 2 mm or more in size of the inclusions, the detection inclusions number inclusions for life assurance, flaw detection volume 2. 0x 1 0 6 mm 3 It was set to 10.0 or less per hit.
  • Table 3 also shows the results of the evaluation by the oxygen content and extreme value statistical methods.
  • pole indicated by the square root length of the maximum inclusion area 1 Ommx l Ommx 30 examines the in-field estimated by the extreme value statistics method, may be present in 3 x 1 0 4 mm 2 for each Chiya each one di result value statistical methods, which the evaluation per 4 X 1 0 5 mm 3 by the method of ultrasonic word parity method (present invention, the square root length 0.2 mm or more inclusions showed how many there ) Also shows a difference. This is because, as described in detail below, the maximum inclusion diameter estimated by the extreme value statistical method does not indicate the presence of large inclusions that actually exist, but is based on the values estimated statistically. Because there is.
  • the ultrasonic flaw detection method using a scratch method probe oblique angle flaw detection frequency was 1 0 MH z, flaw detection volume 4. flaw detection to 0 X 1 0 6 mm 3, and specifies the position and detected interposed the number.
  • Figure 12 shows the relationship between the volume of flaw detection and the number of large inclusions detected per unit volume.
  • testing volume in this embodiment is 4.
  • 0 X 1 0 5 mm 3 shows a tendency of stabilization in the region on the following, the detection number of large charge E, the detection number number stable even at F is a flaw detection volume 4.
  • a tapered roller bearing as shown in FIG. 1 was manufactured from the bearing steel of each charge described above, and a bearing life tester shown in FIG. 8 was manufactured for this tapered roller bearing in the same manner as in the first embodiment described above. Was used to perform a life test. The test conditions are the same as in the first embodiment described above.
  • Figure 13 shows the results of the life test.
  • the tapered roller bearings made from Charge E and Charge F generally have a short life.
  • Table 3 shows the results of evaluation of ultrasonic flaw detection by the oblique flaw detection method with a flaw detection frequency of 15 MHz or less (incident angle: 19 °).
  • Table 3 shows the square root inclusions number of length 0. 2 mm or more in size when the flaw detection volume 4. 0 X 1 0 5 mm 3 and ultrasonic testing.
  • the number of inclusions is 2.0 or less. Therefore, in this embodiment, the size was as inclusions of the square root length 0. 2 mm or more in size, the number of detected inclusions for life assurance, the flaw detection volume 4. Ox 1 0 5 mm 3 2.0 or less per hit.
  • the bearing steel of the present invention has been described in the first embodiment and the second embodiment.
  • the order of assurance of cleanliness is as follows. First, as shown in the second embodiment, the flaw detection volume 4.Ox 1 0 5 mm 3 square length 0.2mm or more inclusions present per is determined whether 2. is 0 or less, is defective does not satisfy this, it is a good product for this condition is satisfied Assure the cleanliness of the charge to be guaranteed. If necessary, as shown in the first embodiment, it takes a long time, but it is desirable to make a stricter guarantee only for the bearing steel guaranteed as a good product in order to shorten the inspection time. ⁇ Third embodiment>
  • a polymer probe (20 MHz, 30 MHz, 40 MHz) using the polymer oscillator according to the present invention is applied to the artificially defective round bar manufactured as shown in FIG. : Oscillator diameter 6 mm, underwater focal length 25 mm) and ceramic probe using conventional ceramic oscillator (10 MHz, 15 MHz, 2 OMHz: Oscillator diameter 6 mm, underwater focal length 25 mm) mm) and vertical flaw detection at a water distance of 15 mm.
  • Fig. 4 shows the relationship between the flaw detection depth at each flaw detection frequency and the artificial defect echo intensity.
  • the effective flaw detection depth was defined as the depth at which the echo intensity was half of the peak echo intensity.
  • the characteristics of the ceramic probe and the polymer probe are different from each other due to the difference in the reflection intensity of the same defect at the same amplifier strength.
  • the defect at the lower 2 mm position was adjusted and compared to 100% with the ceramic oscillator 2 OMHz and the polymer oscillator 3 OMHz.
  • the polymer probe of the present invention when the polymer probe of the present invention is compared with the conventional ceramic probe, the polymer probe has a small sound wave attenuation even when the frequency is high, so that the flaw detection frequency is low.
  • the 30 MHz polymer probe has a deeper flaw detection depth than the 15 MHz ceramic probe. Also, comparing the same probe, the higher the frequency, the smaller the flaw detection depth.
  • a small flaw detection depth means a small flaw detection volume. For example, phi when testing a round bar of 50 mm, the more shallow flaw depth, necessary inspection volume shown in the first and second exemplary type J described above 2. Ox 1 0 6 a length reaching mm 3 Many Required.
  • each of the flaw detection frequency to inspection round bar of ⁇ 50 Rutoki it reaches its testing frequency, the flaw detection volume required inspection volume 2.
  • 0x 1 0 6 mm 3 This shows the relationship with the flaw detection length.
  • the flaw detection length rapidly increases at a flaw detection frequency of 15 MHz or more.
  • the flaw detection range can be widened even if the flaw detection frequency is increased, and the flaw detection length increases sharply when it exceeds 3 OMHz and becomes 4 OMHz. From this, when performing ultrasonic flaw detection using a polymer probe, The practical flaw detection frequency was 30 MHz.
  • Table 4 shows the results of evaluation using the oxygen content and extreme value statistical methods.
  • the five types of Charges I to V have low values of oxygen content of 9 ppm or less, while the charge VI has a high value of 13 ppm.
  • the size of the inclusions evaluated by the above-mentioned extreme value statistical method is the square root length of the maximum inclusion area obtained by inspecting 1 Ommxl 0 mm X 30 visual fields for each charge. It is shown as the square root length of the largest inclusion area estimated to be present in 3 ⁇ 10 6 mm 2 using the it statistical method. As in the case of the oxygen content, this value is low for the five types of Charges I to V with a maximum square root length of 32 ⁇ m or less, whereas it is high for Charge VI of 48 ⁇ m.
  • the bearing steel of each of the above-described chargers is evaluated by an ultrasonic inspection method using the ultrasonic inspection apparatus used in the first embodiment.
  • the flaw detection frequency was 2 OMH ⁇ and the flaw detection volume was 1.5 ⁇ 10 7 mm 3 by a vertical flaw detection method using a focused polymer probe.
  • Table 4 shows the number of inclusions with a flaw detection volume of 1.5 x 10 7 mm 3 and a square root length of 0.2 x 10 6 mm 3 or more for each charge]: ⁇ VI and it showed total length of the flaw detection volume 1. 0x10 6 mm 3 length 0. 5 mm or more inclusions in terms of per.
  • a tapered roller bearing as shown in FIG. 1 was prepared in the same manner as in the first embodiment using the bearing steel of each of the above-described bearings.
  • a life test was performed using the bearing life tester shown below. The test conditions are the same as in the first embodiment.
  • Figure 16 shows the results of the life test.
  • Figure 17 shows the relationship between each flaw detection volume and the total length of inclusions with a length of 0.5 mm or more per unit volume at that time.
  • the results in the figure the total length of the inclusions in the case of each switch catcher temporary described above the flaw detection volume 4.
  • the results were evaluated by the Ox 1 0 6 mm 3 and 1, of reduced flaw detection volume Ri by it It shows how it varies.
  • the ratio of the total length of the inclusions fluctuates when the flaw detection volume is small, but as the flaw detection volume increases, the ratio of the total length of the inclusions stabilizes and the flaw detection volume becomes 2.0x. 1 0 substantially constant at 6 mm 3 or more regions.
  • the flaw detection volume increases time to flaw detection increases, 2. Since the 0x 1 0 6 mm 3 or more in volume can be increased more Shintabapeji properties when testing, it requires inspection volume of the embodiment 2. 0x 1 and 0 6 mm 3. That is, since the required flaw detection volume is the same as the result shown in the first embodiment described above, the number of inclusions and the total length of inclusions having a length of 0.5 mm or more per unit volume are determined. In any case, in order to obtain a stable value, it is desirable to perform flaw detection with a flaw detection volume of 2.0 ⁇ 10 6 mm 3 or more.
  • nonmetallic inclusions have been described as examples of defects in the steel for bearings of the present invention. It can be applied to cracks and the like.
  • the square root length of these defects can be obtained as follows according to the shape of the defect.
  • the square root length is the square root (LXD) 1/2 of the product of its length L and width D.
  • the shape of the defect is granular, spherical or massive (non-linear defect)
  • the square root of the product of the maximum diameter (long axis diameter) D1 and the minimum diameter (short axis diameter) D2 (D1 XD2) 1 / 2 is the square root length.
  • a seamless steel pipe having an outer diameter of 01 80 mm and an inner diameter of 01 3 mm (wall thickness 25 mm) is cut out at a length of 300 mm, and cut from the outer peripheral surface of the seamless steel pipe.
  • An artificially defective steel pipe was produced by providing each of the central axes 0, 0 so as to be parallel to the central axis 0 of the round bar 11.
  • this artificially defective steel pipe was subjected to ultrasonic inspection using the same ultrasonic inspection equipment (USD15, manufactured by Nippon Clout Kramer I) similar to that shown in the first embodiment, and the detection limit was detected. Verification was conducted to determine The ultrasonic flaw detection method in the present embodiment has an incident angle of 19. (Refractive angle: 45 °), flaw detection frequency: 15 MHz, oblique flaw detection at a water distance of 10 mm using a focus type probe (vibrator diameter: 6 mm, focal length: 25 mm in water) was done. The amplifier sensitivity was set so that the defect at a position 2 mm below the surface was 100%. Fig.
  • FIG. 19 shows the results of flaw detection in the depth direction of the artificially defective steel pipe by this ultrasonic flaw detection
  • Fig. 20 shows the results of this flaw detection in which a flaw at a depth of 2 mm was detected in the circumferential direction. The results are shown.
  • FIG. 20 shows the results of verifying the effective flaw detection pitch required to move in the axial direction while maintaining the flaw detection capability described above.
  • the position of 2 to 5 mm from the surface of the artificially defective steel pipe shows a relative echo intensity of 100%. It was verified that flaw detection of the entire cross section of 25 mm in thickness was possible at the depth of 50%, which is 50% of the depth, at the 25 mm position. Therefore, the feasible range of flaw detection in the depth direction under these conditions may be up to 25 mm from the surface if the echo intensity is reduced to half (1-6 dB). As is evident from Fig. 20, the range where the echo height is half (-6 dB) is about 2.5 mm in the movement width, and about 4 mm even if the width decreases by 1/4 (-3 dB). To some extent.
  • the figure shows the result of adjusting the sensitivity to 100% echo height, and further finely adjusting the pitch back and forth in the circumferential direction around that position and performing flaw detection.
  • the relative echo intensity for each moving distance (rotation distance) with respect to the value (100%) is shown.
  • the state where the relative echo intensity gradually increases from the point before the point where the probe reaches the peak value (point 0) and decreases after passing the point 0 is shown.
  • This relative echo intensity is proportional to the length of the defect. Therefore, focusing on only the 0 point (peak value) in the moving range, the peak hold process is performed by the personal computer 20 shown in FIG. 2 described above, and the peak value is always stored in the memory. This is because, unless the movement range is specified, the relative echo intensity does not become constant, so that a defect having a length of 1.0171171 ⁇ 1.1 mm in the present invention cannot be correctly obtained.
  • FIG. 19 shows the peak value obtained as described above as the relative echo intensity (100% from 2 to 5 mm as the vertical axis) and the intensity of the artificial defect echo of 0.50 mm ⁇ 20 mm on the vertical axis. It is shown as a ratio to the depth from the surface, and it can be seen that the relative strength decreases as the distance from the surface increases.
  • a defect having the same defect length has a different relative echo intensity depending on the depth (attenuates as the depth increases).
  • the depth of the 0.5 mm0x2 Omm defect from the surface depends on how the oscillated ultrasonic signal is reflected by the defect and returns to the probe. From the relationship between the detected time and the oscillation frequency, it can be accurately obtained by the personal computer 20.
  • the relationship shown in Fig. 19 is obtained in advance using artificial defects.
  • the relationship shown in FIG. 19 is stored in the personal computer 20 as a correction coefficient (for example, the reciprocal of the relative echo intensity at each depth position) as a correction coefficient of the defect echo with respect to the obtained depth. Let it be calculated.
  • defect echo values peak values for the depth from the surface of the seamless steel pipe are successively loaded into the memory of the personal computer 20 and, if calculated, are found in the entire cross section (including the desired depth). Defect length can be detected.
  • the defect length of the entire cross section can be detected at the stage of the material of the seamless steel pipe having a diameter of 18 Omm0 or less and a wall thickness of 25 mm or less, which has not been conventionally possible at a steelmaking manufacturer.
  • all cross sections of materials suitable for bearings on the user side can be inspected. Then, in this example, it was found that there was no defect having a length of 1 mm or more in the entire cross section, which could extend the life.
  • the flaw detection depth (beam diameter) is about 2.5 mm from the surface in the depth direction. It was found to have flaw detection capability.
  • the flaw detection pitch was set to about 2.5 mm for a diameter of 180 mm, and the transmission / reception speed of ultrasonic waves by a general commercially available flaw detection device was also considered. Considering that, it was found that flaw detection was possible at a speed of about 7 m / min.
  • the speed of hot forging for example, is as high as about 1 Om / min at the highest, so it is within the range where all 100% flaw detection is possible.
  • the production capacity is not reduced. It can be seen that evaluation by ultrasonic flaw detection of all the samples and all the cross sections is possible.
  • a high-quality seamless steel pipe selected by the method described in the fourth embodiment is used as a material. The prolonged service life of the manufactured rolling bearing was verified.
  • a seamless steel pipe for the outer ring (outer diameter ⁇ 102 mm, wall thickness 6 mm) and a seamless steel pipe for the inner ring (outer diameter 057 mm, wall thickness 7 mm) were used as materials. Ultrasonic testing was performed at. Then, the material was selected by ultrasonic inspection, and the seamless steel pipe with high cleanliness and the seamless steel pipe with low cleanliness without ultrasonic inspection were turned and heat-treated. After grinding, 6309 deep groove ball bearings were manufactured. .
  • the evaluation results of ultrasonic flaw detection of two types of materials with different cleanliness described above are obtained by dividing the number of defects with a length of 1 mm or more detected in the volume of the effective flaw detection area by the evaluation volume (weight). Represented by
  • the life test conditions are as follows.
  • Lubricating oil Mineral oil equivalent to VG 68
  • the test was interrupted at 200 times, which is three times the calculated life under the above test conditions, which was 67 hours, and the presence or absence of peeling at that time was evaluated.
  • Table 5 shows the evaluation results.
  • test bearings of the present invention made of a seamless steel pipe material with no defect of 1 mm or more in length in the entire cross section (balls are quenched and tempered SUJ 2). It can be seen that all of them passed the 200-hour test.
  • test bearings (No.1, No.2) using materials with poor cleanliness used ordinary materials in which the inclusions with a length of 1 mm or more were present in the entire cross section. Although it is higher than the test bearings (No. 3 and No. 4), 200 hours for test bearings (No. 2) made of selected materials without inclusions longer than 1 mm being detected. No peeling occurred even if the temperature exceeded, and a stable long life was obtained.
  • test bearings (No. 1) made of materials that had not been sorted by ultrasonic flaw detection generated cracks at a high rate of 4 out of 10 during 200 hours when censoring was performed. .
  • Test bearings using normal materials (No. 3) though infrequent, suffered from cracking in one out of ten bearings, and at the point where stable long life was obtained, It turns out that it is inferior to the sorted product by ultrasonic inspection.
  • a round bar steel material of bearing material ⁇ 60 mm is cut out at a length of 300 mm, and a depth A from the outer peripheral surface of the round bar steel material toward the central axis toward ⁇ .
  • 5mm, 10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 30mm Insert a cylindrical hole (dimensions ⁇ 1. Ommx 20mm) into the position where it enters Provisionally round rods were prepared by setting them so as to be parallel to 0.
  • ultrasonic flaw detection is performed on this artificially defective round bar using the same ultrasonic flaw detection equipment (USD15, manufactured by Nippon Craw Kramer I) as in the first embodiment described above to determine the detection limit. Verification was performed.
  • the ultrasonic flaw detection method in the present embodiment uses a focus flaw detector (vibrator diameter 6 mm, underwater focal length 50 mm) under the flaw detection conditions of an incident angle of 0 ° and a flaw detection frequency of 15 MHz. Vertical flaw detection was performed at a water distance of 10 mm.
  • Fig. 21 shows the results of the ultrasonic flaw detection in the depth direction of the artificial defect round bar
  • Fig. 22 shows the results of the ultrasonic flaw detection in the circumferential direction of the artificial defect round bar.
  • FIG. 22 shows the results of verifying the effective flaw detection pitch required to move in the axial direction while maintaining the flaw detection capability described above.
  • the range where the echo height is half (1.6 dB) is about 1.6 mm in the movement width, and the range where the echo height is reduced by 1-4 (-3 dB) is about It was about 1 mm.
  • the figure shows the result of adjusting the sensitivity to the echo height of 100%, and further finely adjusting the pitch back and forth in the circumferential direction around that position and performing flaw detection.
  • this method uses the vertical flaw detection method, an area (dead band) where flaw detection cannot be performed from the surface of the artificial defect round bar to a depth A of about 2 to 3 mm is generated.
  • the bearing is cut off by turning or the like until the bearing is completed, or even if it remains, it is the outer diameter surface of the bearing, so the life is not affected.
  • the defect echo value (peak value) with respect to the depth A from the surface of the round bar material is stored in the memory of the personal computer 20 shown in FIG. 2 in the same manner as in the fourth embodiment. If you take in one after another and calculate, it will be in the whole section (including the desired depth) Defect length can be detected.
  • the present embodiment can detect the defect length of the entire cross section at the stage of a round bar material having a diameter of 60 mm ⁇ or less, and is suitable for a bearing on the side of the user, which was conventionally impossible with a steel maker. All cross sections of the material can be inspected. In the present embodiment, it has been found that the absence of a defect having a length of 1 mm or more in the entire cross section can extend the life. From the above results, in the present embodiment, if the flaw detection is performed under the above-described conditions, the flaw detection capability is about 30 mm from the surface in the depth direction, and the effective flaw detection pitch (beam diameter) is about 1.5 mm. It was found to have.
  • the flaw detection depth is about 3 Omm, and the diameter of the material is limited to ⁇ 6 Omm.
  • the flaw detection pitch is set to about 1.5 mm, and the ultrasonic flaw is detected by a general commercially available flaw detection device.
  • the transmission / reception speed it was found that flaw detection was possible at a speed of about 1 Om / min. (The smaller the diameter, the longer the measurement length per unit time. The slowest condition).
  • the speed of hot forging is about 10 m / min at the highest, so it is within the range where 100% flaw detection is possible.
  • the life test conditions are as follows.
  • Lubricating oil VG68 equivalent mineral oil
  • the test was interrupted at 200 hours, which is three times as long as the calculated life under the self-test conditions was 67 hours, and the presence or absence of peeling at that time was evaluated.
  • test bearing (No. 1 s No. 2) using a material with poor cleanliness uses a normal material in which the inclusions with a length of 1 mm or more are present in the entire cross section. Test axis Although it is higher than the bearings (No. 3 and No. 4), the test bearing (No. 2) made of selected material without inclusions of 1 mm or more in length is not detected. No peeling occurred even if it exceeded, and a stable long life was obtained.
  • test bearings (No. 1) made of materials that have not been sorted out by ultrasonic flaw detection generate cracks in a large proportion, 6 out of 10 during 200 hours when censoring occurs. did.
  • each steel type shown in Table 7 is formed into an inner ring shape of a bearing, and carburized, quenched and tempered heat treatment is performed on the carburized steel by the heat treatment shown in FIG. 23, and quenching is performed on the sobu hardened steel.
  • finish polishing was performed to produce a tapered inner ring 33 (see Fig. 25).
  • the inner ring 33 was subjected to the heat treatment shown in FIG. 23 after being turned, but was not subjected to grinding.
  • the surface roughness is 3.0 mRa.
  • the inner rings of Examples 1, 4, and 6 of the present invention and the inner ring of Comparative Example 2, that is, the hardened steel (SUJ) have 800 to 860 as shown in FIG. After quenching for 1 hour at C, heat treatment was performed by tempering at 160 to 200 ° C.
  • this ultrasonic flaw detector uses two pulleys 5 in which a test piece TP made of a ring-shaped bearing steel material (equivalent to an outer ring) is horizontally separated from each other in a water tank 50.
  • a belt 54 is wound in an equilateral triangle around each pulley 51 and a pulley 53 fixed to the motor shaft of the rotary drive motor 52.
  • the rotary drive motors 52 are controlled by a control device 45 via a motor drive control amplifier 53, and each of the pulleys is driven by the rotary drive motors 52.
  • the test piece TP placed on 1 rotates at a predetermined speed.
  • the control device 45 is configured by a personal computer or the like having a display means such as a CRT.
  • the probe 40 is mounted via a probe mounting bracket 43 to an XY stage 42 of a linear guide device 41 arranged movably along the axial direction of the test piece TP. In the mounted state, it is arranged facing the inner peripheral surface of the test piece TP.
  • the probe 40 transmits an ultrasonic pulse toward the inner peripheral surface of the test strip TP according to the voltage signal from the ultrasonic flaw detector 44, receives the reflected echo, and transmits the voltage signal. And transmitted to the ultrasonic flaw detector 4 4.
  • the ultrasonic flaw detector 44 transmitted a command signal consisting of a voltage signal to the probe 40 based on a command from the controller 45, and was obtained based on the transmitted signal and the received signal.
  • the flaw detection information is transmitted to the controller 45, and the controller 45 displays the information on the CRT.
  • the linear guide device 41 is configured to move the probe 40 in the axial direction of the test piece TP via a servo motor (not shown) controlled by a linear guide controller 46.
  • the linear guide controller 46 receives a command from the control device 45. Then, the servomotor is controlled to move the probe 40 by a predetermined dimension in the axial direction of the test piece TP. As a result, flaw detection of the entire cross section under the entire orbital plane of the test piece TP is performed.
  • a steel material for the bearing corresponding to the outer ring is shown as the test piece TP, but if the probe 40 and the pulley 51 are configured to be reversed, a bearing equivalent to the inner ring can be obtained. Also applies to test pieces made of steel O
  • the ultrasonic flaw detection conditions in this embodiment were performed at a flaw detection frequency of 15 MHz using a focus type probe (vibrator diameter 6 mm, underwater focal length 25 mm).
  • the incident angle of the ultrasonic wave incident from the raceway surface of the inner ring to about 2 mm was set to 25 °
  • the water distance was set to 25 mm.
  • the incident angle of the ultrasonic wave incident on the inner ring was set to 5 °
  • the water distance was set to 15 mm, and both were used together to achieve an arbitrary depth. A defect was detected.
  • the maximum length of non-metallic inclusions is determined in advance by performing a large number of inspections on each bearing (steel type) and using the information on the intensity, length, and width of the detected defect echo to determine the detected defect.
  • the grinding was performed from the raceway surface to determine the relationship between the intensity of the ultrasonic echo and the size of the defect, and the bearing inner rings shown in Table 7 were selected.
  • Table 7 shows the results of the fracture life test.
  • the upper surface (outer diameter surface) of a test piece made of a steel material for a bearing as shown in FIG. 26 is turned to produce one having various surface roughnesses of 1 to 12 zmRa (see FIG. 27).
  • a 0. 5 mm hole (artificial defect) was machined vertically from the bottom of the specimen to a position 2 mm below the surface.
  • the ratio of the echo intensity to the noise of the artificial defect was determined for specimens of various surface roughness, and the feasibility of defect detection was investigated.
  • the detection of artificial defects on the test piece was performed using the ultrasonic flaw detector shown in Fig. 24 under the conditions of a focus type probe (vibrator diameter 6 mm, underwater focal length 25 mm) and a flaw detection frequency of 15 MHz. Ultrasonic flaw detection was performed. Note that the ultrasonic flaw detection in this embodiment was set so that the incident angle of the ultrasonic wave incident on the test piece was 25 ° and the water distance was 15 mm.
  • FIG. 27 shows the relationship between the S / N ratio and the surface roughness of the outer diameter surface of the test piece.
  • defects including aggregates of non-metallic inclusions
  • the test volume of the entire section from below the outer diameter surface of the steel material in the bearing material, regardless of the cleanliness regulation by the conventional sample evaluation of the steel material
  • the surface roughness of the steel outer diameter surface to 5 Aim Ra or less, it is possible to accurately detect defects with a maximum length of 0.6 mm or more in the entire cross section of the bearing material.
  • the round bar and the ultrasonic probe made of the steel for the bearing to be evaluated are arranged in the ultrasonic transmission medium,
  • the size and number of large inclusions in the inspection volume were measured by flaw detection, and the probability of the presence of large inclusions in the bearing steel to be evaluated was estimated.
  • ultrasonic inspection it is possible to estimate the existence probability of large inclusions in a large flaw detection volume, and it is possible to evaluate large inclusions that are appropriate even for bearing steel with high cleanliness.
  • the oblique flaw detection method as the flaw detection method of the ultrasonic flaw detection, it is possible to accurately detect smaller inclusions, thereby more accurately detecting the presence of large inclusions. .
  • the flaw detection method of the ultrasonic flaw detection can detect a flaw of a small large inclusion in a deeper range. Thus, the presence of large inclusions can be detected more accurately.
  • the vertical flaw detection method by performing the vertical flaw detection method at a flaw detection frequency of 30 MHz or less, a deeper area can be flaw-detected, thereby shortening the time required for flaw detection of large inclusions.
  • the bearing steel of the present invention among the large inclusions estimated Te cowpea 'large inclusions evaluation method of steel the bearing present in flaw detection volume 2. 0X 1 0 6 mm 3 per Since the number of large inclusions with a square root length of 0.2 mm or more is 10.0 or less, it is possible to provide long-life bearing steel that quantitatively guarantees the presence of large inclusions. .
  • the large inclusions caries Chi estimated by large inclusions evaluation method of steel bearings, flaw detection volume 2.
  • 0x 1 0 6 mm 3 Since the total length of large inclusions with a length of 0.5 mm or more that exist in the bearing is set to 8 Omm or less, it is possible to provide a long-life bearing steel that further quantitatively assures the presence of large inclusions. The answer is g.
  • the rolling bearing of the present invention it is possible to secure high reliability by eliminating a short-life product of the bearing and extending the life of the entire bearing.
  • the rolling bearing of the present invention is used under high load and high surface pressure like a steel bearing, and is used under high temperature by applying a fitting stress to an inner ring like a paper machine bearing. when used in harsh environment, eliminating the concern of the occurrence of short life products and Warison products, it is possible to ensure high reliability by extending the life of the entire bearing c

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Description

明細書 軸受用鋼及びその大型介在物評価方法、 並びに転がり軸受 技術背景
本発明は、軸受用鋼及びその大型介在物評価方法、並びに転がり軸受に関するも のである。
^景技術
従来より、異物が進入しない潤滑環境下では、軌道輪表面及びこの表面直下に存 在する大型の非金属介在物（以下、大型介在物と称す）が、転がり軸受の寿命に大 きな影響を及ぼすことがよく知られている。
最近の冶金技術の向上により、鋼など転がり軸受の素材となる金属材料の清浄度 が大幅に改善されたため、この金属材料中に存在する大型介在物は一段と少なくな り、 且つ、 大型介在物の大きさも小さくなつている。
このような実状から、逆に、偶発的に或いは極めて低い確率で発生する大型介在 物を定量的に検出することが非常に困難になってきており、大型介在物を正確に検 出可能な金属材料の清浄度評価方法に対する要望が高まってきている。
金属材料の清浄度評価方法のうち最も一般的なものとして、鋼中酸素量による評 価方法がある。 しかしながら、 この鋼中酸素量による評価方法は、近年、金属材料 中の酸素量が大幅に改善され、しかも低い水準で安定していることから、大型介在 物量の優劣を判断するには有用でない。
また、その他の定量的な金属材料清浄度評価方法として、 J I S (日本規格協会） や A S T M (米国材料試験協会）に準拠した、光学顕微鏡を用いた方法と、 この方 法で得られたデータを基にした極値統計法とによって、鋼材の一定面積中に存在す る A 1 203 を主体とした酸化物系介在物や T 1系介在物などの硬い介在物の個数 を規定する方法がある （例えば、文献 1 (特開平 6— 1 4 5 8 8 3号公報） 、文献 2 (特開平 3— 5 6 6 4 0号公報） 、文献 3 (特開平 5— 1 1 7 8 0 4号公報） 、 文献 4 (特開平 6—1 9 2 7 9 0号公報）参照） 。 しかしながら、文献 1〜文献 4 に記載の顕微鏡観察による評価方法は、 検査面積が数百 m m 2 と小さいことから、 数少ない大型介在物を検出することが困難である。
さらに、その他の定量的な金属材料清浄度評価方法として、金属材料から酸溶解 によって介在物を抽出し、その介在物の粒径と個数を顕微鏡で評価する方法（例え ば、文献 5 (特開平 9— 1 2 5 1 9 9号公報）参照）や、 E B溶解法によって金属 材料を溶解し、浮上した介在物を顕微鏡によって観察する方法（文献 6 (特開平 9 一 1 2 5 2 0 0号公報）参照） がある。 しかしながら、文献 5や文献 6に記載の評 価方法は、検査体積が数千 m m 3程度であり、大型介在物を評価するものとしては 十分とはいえない。また、文献 5や文献 6に記載の方法は、試験を非破壊的に行う ことができず、且つ、大型介在物が酸に溶解したり、大型介在物き体が融解、凝集 したりするおそれがあり、高清浄度を有する金属材料中に存在する大型介在物を評 価するために利用することはできない。
そして、上述した金属材料清浄度評価方法はいずれも、試験を非破壊的に行うこ とはできず、且つ、ある鋼材ロヅ卜の代表サンプルを検査し、 この鋼材ロットにて 製造された転がり軸受の寿命を評価するものである。よって、製品となる転がり軸 受に存在する大型介在物を個別に評価することはできないため、僅かに発生する短 寿命品を正確に評価することができない。
また、超音波探傷を用いた金属材料大型介在物評価方法として、文献 7 (特開 2
0 0 0 - 1 4 1 7 0 4号公報）に記載されるように、高周波数探触子（探傷周波数 = 5 0 M H z〜 1 0 0 M H z )を使用し、従来光学顕微鏡を用いて評価していた極 値統計法を行うことが提案されているが、これも被検査体積が小さいと、十分な大 きさの大型介在物までは評価しに〈い。
そして、軸受用鋼の大型介在物の定量的な評価ができないと、大型介在物が起点 となって短寿命で損傷する軸受が僅かではあるが発生することを評価できなし、。つ まり、適切な大型介在物評価方法を見出^ないと、軸受用鋼自体を定量的に評価す ることもできない。
すなわち、製品となる転がり軸受の全数を検査でき、且つ、高清浄度を有する金 属材料中に存在する僅かな大型介在物を確実に評価できる金属材料の高清浄度評 価方法は、 未だ実現できていないのが現状である。 一方、鉄鋼設備などでは高荷重化、高面圧化及び圧延設備の小型化が進んでおり、 抄紙機設備などでは高温化に対する要求が厳しくなつている。
例えば、 ロールネック軸受に代表される鉄鋼用の転がり軸受は、高荷重、高面圧 で使用され、 最近では圧延設備の小型化が進み、 軸受が揷入されているハウジン グも小型化が進んでいる。 この場合、 例えば、 ハウジングの剛性が不足すると、 軸受がハウジングに倣い、外輪には繰返しの曲げ応力が負荷され、短寿命品の発生 や割損の発生につながるおそれがある。
また、抄紙機用の転がり軸受の内輪は、 はめ合い応力を付与された状態で使用さ れているが、 近年の高温化が進む環境下では、 軸受にはさらに大きなフープ応力 が作用する場合があった。例えば、内輪にフープ応力が作用した場合には、内径面 表面が最大の引張り応力の発生位置となり、 内部になるにしたがって引張り応力 は減少していくが、 途中に大型介在物などからなる欠陥が存在すると、 その部分 に対する応力集中が大きくなり割損が生じてしまうことになる。
ここで、一定時間でラィンの点検、整備が行われている生産体制をとる鉄鋼設備 や抄紙機設備などにおいては、短寿命品や割損品が発生するとラインス卜ップとな り、多大な損害が生じることとなる。 このため、 このような鉄鎖設備や抄紙機設備 などに用いられる転がり軸受には、 長寿命化はもとより、突発的に発生する短寿命 品や割損品の撲滅が求められている。
このような実状から、従来においては、転がり軸受の表面に浸炭などの表面処理 を施し、表面に圧縮応力を与えることで割損しないような対策が行われている（例 えば、 文献 8 (特開平 6— 3 0 7 4 5 7号公報） 参照） 。
また、 割損を誘発する欠陥を検出するために、 製鋼メーカーにおいて、 圧延後、 超音波探傷法により全数検査し、地きずや穴などの欠陥を除去する作業が行われる ため、大きな欠陥はなくなつてきている （例えば、文献 9 (特殊鋼 4 6巻 6号， P 3 1 (社） 特殊鋼倶楽部編） 参照） 。
しかしながら、製鋼メーカーで行われる超音波探傷法による検査は、一般的に鋼 管や丸棒などの製品段階で軸方向に走査して実施している。ここで、 この検査速度 を遅くすることで軸方向の検査ピッチを精細にとることができるため、より小さな 欠陥の検出が可能となるが、検査に長時間を要するといった問題がある。また、探 傷に使用される周波数は、周波数を高くすると、探傷原理にしたがってより小さな 欠陥の検出が可能となるが、周波数を高くした場合、探傷距離に対する音波の減衰 が大きくなり探傷範囲が小さくなるといつた問題がある。
このため、 製鋼メーカ一で行われる超音波探傷法は、 その生産性を考慮すると、 探傷に要する検査速度は、遅い場合でも数 1 0 m/m i n、速い場合では 1 0 0 m /m nを超える速度で検査が実施されている。また、鋼材径の大小にわたって汎 用性よく検査する必要があることから、探傷に使用される周波数は、深さ方向に対 して音波の減衰の少ない数 M H z以上 1 0 M H z未満に選定することが望ましい。 しかしながら、製鋼メ一カーで行われる超音波探傷法は、上述したように探傷に 要する検査速度が速く、 しかも、探触子又は鋼材を回転させながら行う高速探傷で あるため、各種ノィズが発生しゃすく、探傷機の感度があまり上げられないといつ た問題がある。
以上の要因から、製鋼メ一力一で行われる超音波探傷法によつて検出できる欠陥 は、 幅数百； a mで、 且つ、 長さが数十 m m程度と検出限界があった。
ここで、鉄鋼設備や抄紙機設備などで用いられる転がり軸受において、実際に短 寿命品や割損などの問題が発生したものの起点には、数百 At mの大きさの大型非金 属介在物や、介在物単体は小さいものの、それらが凝集して大きな塊になった欠陥 が存在していることが判明している。 しかしながら、製鋼メーカーにおいて行われ る超音波探傷法は、検査面が圧延したままである表面状態の鋼管や丸棒などに行わ れるため、鋼材内部の結晶粒及び表面層が粗く、超音波探傷時に雑ノイズが大きく なり、 数百 m程度の大きさの欠陥を高精度に探傷することは不可能であつた。 すなわち、鉄鋼用軸受のように高荷重、高面圧下で使用されたり、抄紙機用軸受 のように内輪に高はめあい応力を付加し、高温下で使用されるなどの過酷な環境下 で使用される場合であっても、短寿命品や割損品の発生の懸念がなく、信頼性の高 い転がり軸受は、 未だ実現できていないのが現状である。
そこで、本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、高い清浄度であっても 大型介在物を定量的に評価できる軸受用鋼の大型介在物評価方法を提供すること を第一の課題としている。また、この軸受用鋼の大型介在物評価方法に基づいて評 価された適切な軸受用鋼を提供することを第二の課題としている。さらに、短寿命 品や割損品をなくし、軸受全体の長寿命化を実現できる転がり軸受を提供すること を第三の課題としている。 発明の開示
このような課題を解決するために、本発明のうち請求の範囲第 1項に係る大型介 在物評価方法は、評価対象軸受用鋼からなる丸棒及び超音波探触子を超音波伝達媒 体中に配置し、超音波探傷によって探傷体積中に存在する大型介在物の大きさ及び 数を測定し、前記評価対象軸受用鋼の大型介在物の存在確率を推定することを特徴 とするものである。
この発明は、主として製鋼方法の異なるチャージの比較や評価に用い、また、同
—の製鋼方法の異なるチャージの評価や、同一チャージで鏡造初期と後期の比較な どにも用いられる。
存在確率の低い大型介在物は、小さな面積や体積を検査しても検出することは難 しい。また、そのデータを基にした極値統計でも、検査体積が小さいと母集団は中- 小型介在物となり、大型介在物の予測には適さない。 したがって、大型介在物を評 価するためには大きな体積を検査する必要がある。本発明者等は鋭意研究を重ねた 結果、大きな体積の評価は超音波探傷法によって可能であることを見出した。例え ば、 ø 3 6 m m X 2 mの軸受用鋼の場合、全断面探傷では体積が 2 . 0 x 1 0 6 m m 3 に相当し、膨大となる。 したがって、従来の検査面積或いは検査体積では極稀 にしか検出できなかった大型介在物を検出できる確率が高くなる。
また、本発明のうち請求の範囲第 2項に係る軸受用鋼の大型介在物評価方法は、 請求の範囲第 1項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法において、前記超音波探 傷の探傷方法を斜角探傷法としたことを特徴とするものである。
一般的に超音波伝達媒体として水を用いる水浸法による超音波探傷方法には、斜 角探傷法と垂直探傷法とがある。それぞれの方法での欠陥の検出限界は、それぞれ が発信している波の音速に比例する。一般に、斜角探傷法では横波を用い、垂直探 傷法では縦波を用いるが、鋼材を伝播する横波の音速は縦波の約 1 / 2倍なので、 横波を用いた検出限界は縦波の約 1ノ2倍である。つまり、音速が遅いほど、小さ い介在物を検出することができるので、横波を用いる斜角探傷法の方が、より小さ 0 い介在物を検出することができることになる。後述するように、大型介在物といつ ても、その大きさは平方根長さで約 0 . 2 m m程度であるから、漏れが少なく、ま た、 精度よく探傷を行うためには、横波を用いる斜角探傷法が望ましい。
さらに、本発明のうち請求の範囲第 3項に係る大型介在物評価方法は、請求の範 囲第 2項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法において、前記斜角探傷法を、探 傷周波数 1 5 M H z以下で行うことを特徴とするものである。
探傷周波数と欠陥の検出限界の関係は、波長の 1 / 2 ~ 1 / 4とされている。こ のため、探傷周波数を大きくすると、検出限界は改善されるが、伝播する音波の減 衰が大きくなるため、検査深さは浅くなる。本発明は、斜角探傷法を用いて、軸受 寿命に有害な大きさの大型介在物を探傷することを目的とし、また可及的に大きな 検査体積を得るために、 最適な探傷周波数を見出した。
さらに、本発明のうち請求の範囲第 4項に係る大型介在物評価方法は、請求の範 囲第 1項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法において、前記超音波探傷の探傷 方法を、前記超音波探触子として焦点型の高分子探触子を用いた垂直探傷法とした ことを特徴とするものである。
斜角探傷法は、垂直探傷法に比べてより小さな介在物を検出することができるが、 超音波が鋼材に入射後、その入射角度に応じて屈折するという性質を持っているた め、垂直探傷法に比べて、欠陥部の正確な位置を特定するには限度があった。また、 斜角探傷法は、 深さ方向に傾斜して超音波が伝播するため、垂直探傷法に比べて、 探傷深さ範囲が浅くなるという不具合もあった。ところが、垂直探傷法を用いて斜 角探傷法と同じ大きさの欠陥を検出するためには、周波数をあげる必要があり、鋼 中での超音波の減衰が激しく、探傷深さが浅く限定されてしまうという問題があつ た。本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、振動子に高分子（ポリマー）樹脂を用い た高分子（ポリマー）探触子を利用することで、垂直探傷法による検出が可能であ ることを見出した。
この高分子探触子は、超音波を反射させた信号を受信した際のダンピング特性に 優れるため、特に高周波（例えば、 5 O M H z以上）にて探傷を行う必要がある場 合に、一般的なセラミック振動子を用いた場合と比べて、共振等による不惑帯が少 ないので効果的であると知られているものである。このため、本発明の範囲程度の 周波数帯では利用されていないのが現状であつだが、本発明者等が軸受用鋼の超音 波探傷に高分子探触子を適用してみたところ、従来のセラミック探触子と比べて、 周波数を上げても超音波の減衰が少なく、より深い範囲まで効果的に探傷可能であ ることが分かつた。つまり、探傷周波数が高くできるので、より小さい大型介在物 を、 しかもより深い範囲まで検出できる垂直探傷法が採用できるようになる。すな わち、軸受用鋼の超音波探傷を、より多くの断面にわたり正確に探傷することがで きる。 したがって、小さな大型介在物を広い範囲で探傷するためには、高分子探触 子を用いた垂直探傷法が望ましい。
さらに、本発明のうち請求の範囲第 5項に係る大型介在物評価方法は、請求の範 囲第 4項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法において、前記垂直探傷法を、探 傷周波数 3 O M H z以下で行うことを特徴とするものである。
上述したように、従来、探傷周波数を大きくすると、検出限界は改善されるが、 伝播する音波の減衰が大きくなるため、検査深さは浅くなる。本発明は、垂直探傷 法を用いて、軸受寿命に有害な大きさの大型介在物をより深くまで探傷することを 目的とし、また大型介在物をより小さな大きさまで探傷できる最適な探傷周波数を 見出し 7こ。
さらに、本発明のうち請求の範囲第 6項に係る軸受用鋼は、請求の範囲第 1項乃 至第 5項の れか一項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法によって推定され た大型介在物のうち、探傷体積 2 . 0 x 1 0 6 m m 3 当たりに存在する平方根長さ 0 . 2 m m以上の大型介在物が 1 0 . 0個以下であることを特徴とするものである。 さらに、本発明のうち請求の範囲第 7項に係る軸受用顯ま、請求の範囲第 1項乃 至第 5項の何れか一項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法によって推定され た大型介在物のうち、探傷体積 1 . O x 1 0 6 m m 3 当たりに存在する長さ 0 . 5 m m以上の大型介在物の総長さが 8 0 m m以下であることを特徴とするものであ る。
すなわち、請求の範囲第 7項の軸受用鋼においては、請求の範囲第 6項のように、 所定の探傷体積当たりに存在する平方根長さ 0 . 2 m m以上の大型介在物の個数を 測定する場合、例えば 5 m mの細長い介在物も、 0 . 5 m mの短い介在物も一個と 評価される。この限定の他に、本発明者等が介在物の長さによる有害度を評価した 結果、請求の範囲第 6項の軸受用鋼において、所定探傷体積当たりに存在する平方 根長さ 0 . 2 m m以上の大型介在物の個数のみならず、単位体積当たりに存在する 介在物の総長さを限定することで、さらに高い確率で長寿命化が得られることを見 出した。
さらに、本発明のうち請求の範囲第 8項に係る軸受用漏ま、請求の範囲第 1項乃 至第 5項の何れか一項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法によつて推定され た大型介在物のうち、探傷体積 4 . 0 x 1 0 5 m m 3 当たりに存在する平方根長さ 0 . 2 m m以上の大型介在物が 2 . 0個以下であることを特徴とするものである。 すなわち、請求の範囲第 8項の軸受用鋼は、請求の範囲第 6項又は請求の範囲第 7項の軸受用鋼より清浄度が悪い場合に、より少ない探傷体積で、良否の保証が可 能であり、 それによつて検査時間を短く （特に不良品を判断するとき） できる。 さらに、本発明のうち請求の範囲第 9項に係る転がり軸受は、内輪と外輪との間 に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、請求の範 囲第 3項に記載の大型介在物評価方法によって評価された軸受用鋼を素材として 製造されていることを特徴とするものである。
さらに、本発明のうち請求の範囲第 1 0項に係る転がり軸受は、内輪と外輪との 間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、請求の 範囲第 5項に記載の大型介在物評価方法によって評価された軸受用鋼を素材とし て製造されていることを特^ (とするものである。
さらに、本発明のうち請求の範囲第 1 1項に係る転がり軸受は、内輪と外輪との 間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、請求の 範囲第 6項乃至第 8項の何れか一項に記載の軸受用鋼を素材として製造されてい ることを特^ (とするものである。
さらに、本発明のうち請求の範囲第 1 2項に係る転がり軸受は、内輪と外輪との 間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、直径 1 8 0 m m以下で、肉厚 2 5 m m以下の継ぎ目無しの鋼管を素材として製造され、且 つ素材の段階で長さ 1 m m以上の欠陥がないことが保証されていることを特徴と するものである。
さらに、本発明のうち請求の範囲第 1 3項に係る転がり軸受は、内輪と外輪との 間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、直径 6 0 m m以下の丸棒を素材として製造され、且つ素材の段階で長さ 1 m m以上の欠陥 がないことが保証されていることを特徴とするものである。
本発明者らは、 これまで軸受寿命に有害な大型非金属介在物の検出方法として、 文献 1 0 (特開平 1 1一 3 3 7 5 3 0号公報）及び文献 1 1 (特開 2 0 0 0— 1 3 0 4 4 7号公報）に記載のように、軸受完成品の段階で、軌道面直下の大型非金属 介在物を検出する方法について開示し、軸受の長寿命効果が保証可能な方法を提案 している。
ところが、これらはいずれも軸受完成品の段階で大型非金属介在物の有無を検出、 選別することになるため、選別された軸受は完成品の段階で不良となってしまし、、 これまでの製造コストを無駄にすることとなる。 したがって、転がり軸受を製造す る素材の段階で、転がり寿命に有害な大型非金属を検出できれば、コス卜の面から 大きな効果があると言える。
そこで、本発明者らが銳意研究を重ねた結果、軸受の製造方法の一つとして、内、 外輪をそれぞれ歩留りを考慮した上、最適な径及び肉厚の鋼管を素材として、旋削 した後、熱処理、研削を経て軸受リングを製造する場合が多くなつてきていること 等に着目した。そして、本発明者らは、直径 1 8 O m m以下で、肉厚 2 5 m m以下 の継ぎ目無し鋼管を素材として製造される軸受において、素材の段階で最大長さ 1 m m以上の介在物を検出可能なことを知見し、全数検査することで、従来より製造 コストに影響を及ぼすことなく、 長寿命な転がり軸受を提供できることを見出し、 本発明を完成するに至った。
また、本発明者らは、近年の軸受の製造方法として、材料の歩留まり向上のため、 鋼材より熱間鍛造により素形材を成型したのち、冷間口一リングゃ旋削により軸受 リングを製造する場合が多くなってきていること等に着目した。そして、本発明者 等は、素材となる直径 6 O m m以下の丸棒について、素材の段階で、寿命に有害な 介在物として、長さ 1 m m以上の介在物を検出可能なことを知見し、全数検査する ことで、従来より製造コス卜に影響を及ぼすことなく、長寿命な軸受を提供できる ことを見出し、 本発明を完成するに至った。
さらに、本発明のうち請求の範囲第 1 4項に係る転がり軸受は、内輪と外輪との 間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、前記内 輪、前記外輪及び前記転動体用の鋼材の外径面下から全断面の被検体積における欠 陥の大きさが、旋削工程において最大長さ 0 . 6 m mを超えるものがなく、且つ表 面粗さが 5 m R a以下であることを特徴とするものである。
軸受軌道面直下から深い位置を含む全断面を被検体積とし、 数十〜数百 mの 大きさの非金属介在物を検出する方法については、上述した文献 1 0で提案してい るが、欠陥検出の高精度化について、 本発明者らがさらなる鋭意研究を重ねた結果、 軸受用鋼材外径面の表面粗さを 5 m R a以下に限定することで、 内外輪、 転動 体の全断面において精度良く最大長さ 0 . 6 m mを超える欠陥（非金属介在物の集 合体含む）が検出可能なことを知見し、さらに、欠陥の最大長さが 0 . 6 m m以下 であれば、 表面近傍を含む軸受全断面について欠陥を起点とした早期はくり及び 割損が防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。
また、上述した文献 1 0に記載の発明では、欠陥検出を行う際に、軸受は熱処理 後研削加工を施したものが良好と示したが、 その後、本発明者らがさらなる銳意研 究を重ねた結果、 旋削加工を施したものでも欠陥検出に好適な表面粗さの範囲が あることが判明した。
すなわち、 表面粗さと検出強度の関係を調査した結果、 表面粗さが 5 m R a 以下であれば検出可能な S Z N比を示し、 これを超えると検出の強度が極端に悪 くなり最大長さ 0 . 6 m mを超える大きさの欠陥を検出することが困難となること から上記限定範囲とした。 したがって、本発明によれば、欠陥検出精度こそ若干低 下するが、 研削前の旋削面においても簡易的に欠陥を発見することができ、 コス 卜ダウンにつながる。 図面の簡単な説明
図 1は、本発明の軸受用鋼で作製した転がり軸受の一実施形態を示す縦断面図で ある。図 2は、本発明の軸受用鋼の大型介在物評価方法に用いる超音波探傷検査装 置の一例を示す概略構成図である。図 3は、斜角探傷法と垂直探傷法との角度調整 法を説明するための説明図である。図 4は、本発明の軸受用鋼における探傷検査体 積と介在物数との関係を示す説明図である。図 5は、振動子にセラミックを用いた ±昜合での本発明の軸受用鋼における垂直探傷法による検出介在物数と、斜角探傷法 による検出介在物数との違いを示す説明図である。図 6は、本発明の軸受用鋼から なる丸棒に人口欠陥を形成した状態を示す横断面図である。図 7は、本発明の軸受 用鋼における探傷周波数と探傷深さとの関係を示す説明図である。図 8は、本発明 の軸受用鋼における探傷周波数と探傷長さとの関係を示す説明図である。 図 9は、 軸受寿命試験機の一例を示す概略説明図である。図 1 0は、本発明の軸受用鋼にお ける各チャージ毎の軸受寿命の説明図である。図 1 1は、本発明の軸受用鋼におけ る介在物数と軸受寿命との関係を示す説明図である。図 1 2は、本発明の軸受用鋼 における探傷体積と介在物数との関係を示す説明図である。図 1 3は、本発明の軸 受用鋼における各チャージ毎の軸受寿命の説明図である。図 1 4は、本発明の軸受 用鋼における探傷深さと探傷周波数との関係を示す説明図である。図 1 5は、本発 明の軸受用鋼における探傷周波数と探傷長さとの関係を示す説明図である。図 1 6 は、本発明の軸受用鋼における各チャージ毎の軸受寿命の説明図である。図 1 7は、 本発明の軸受用鋼における探傷体積と単位体積当たりに存在する長さ 0 . 5 m m以 上の介在物の総長さとの関係を示す説明図である。図 1 8は、本発明の軸受用鋼か らなる継ぎ目無し鋼管に人工欠陥を形成した状態を示す斜視図である。 図 1 9は、 試験片の表面からの距離 (深さ）と相対エコー強度との関係を示すグラフ図である。 図 2 0は、試験片に対する探触子の円周方向の移動範囲と相対ェコ—強度との関係 を示すグラフ図である。図 2 1は、試験片の表面からの距離（深さ） と相対エコー 強度との関係を示すグラフ図である。図 2 2は、試験片に対する探触子の円周方向 の移動範囲と相対ェコ一強度との関係を示すグラフ図である。図 2 3は、熱処理法 を説明するための説明図であり、 （ a )は浸炭鋼、 ( b )はずぶ焼鋼である。図 2 4は、本発明の軸受用鋼の大型介在物評価方法に用いる超音波探傷検査装置の他の 例を示す概略構成図である。図 2 5は、内輪割損寿命試験機を説明するための説明 図である。図 2 6は、超音波探傷法による人工欠陥検出に用いられる軸受用鋼材の 試験片を示す断面図である。図 2 7は、試験片の外径面粗さと S/N比との関係を 示すグラフ図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の実施の形態について説明する。
<第一実施形態 >
図 1は、本実施形態の軸受用鋼で作製した転がり軸受の断面図である。この転が り軸受は、内径 ø 8 5 m m s外径 ø 1 3 0 m m、幅 2 9 m mの呼び番号 H R 3 2 0 1 7 X Jの円錐ころ軸受である。図中の符号 1は内輪、符号 2は外輪、符号 3は転 動体 （円錐ころ） である。
まず、表 1に示すように、製鋼法の異なる軸受用鋼をチャージ A、 B、 C、 Dの 4種類準備した。表 1には、酸素量及び極値統計法で評価した結果を合わせて示す。 表中、 酸素量（不活性ガス溶融燃焼法で測定） にはほとんど差が見られない。 また、 1 O m m x 1 0 m m x 3 0視野中を検査して極値統計法によって推定され た、 3 X 1 0 4 m m 2 に存在する最大介在物面積の平方根長さで示す極値統計法の 結果でも、大きな差は見られず、また、極値統計法の結果は、本発明が対象とする 平方根長さ 0 . 2 m mオーダの大型介在物の存在を見出せなかった。なお、極値統 計法は「微小欠陥と介在物の影響」 （村上敬宣著、養賢堂出版）に詳しく記載され ている。また、本実施形態で示す大型介在物は、酸化物系介在物及び硫化物系介在 物が対象であり、 以降の大型介在物も同様の意味である。
次いで、 上述した各チヤ一ジの軸受用鋼を超音波探傷法によつて評価する。 図 2に、本発明の軸受用鋼の大型介在物評価方法に用いる超音波探傷検査装置の —概略構成図を示す。同図の符号 1 1は、 評価対象軸受用鋼からなる丸棒である。 また、符号 1 2は、焦点型の超音波探触子であり、前記丸棒 1 1と共に、超音波伝 達媒体である水を貯留した水槽 1 3内に浸潰されている。なお、丸棒 1 1のサイズ については後段に詳述する。
この評価対象軸受用鋼からなる丸棒をモータ 1 4で一定方向に回転させると共 に、前記超音波探触子 1 2をモ―タ 1 5、 1 6、 1 7で図示 X— Y— Z軸方向に移 動させ、所定の体積について探傷して大型介在物を検出する。各モータ 1 4〜1 7 はモータコントローラ 1 8で駆動され、超音波探触子 1 2の検出信号は探傷器 1 9 で解析される。また、モ一夕コントローラ 1 8は、パソコン 2 0への入力で作動が 制御される。前記モータコントローラ 1 8は各モータ 1 4〜1 7の回転; &向、回転 速度、回転角を制御することにより、探触子 1 2と丸棒 1 1との位置関係を制御す る。また、前記探傷器 1 9は、探触子 1 2の探傷周波数及び反射エコーと、当該反 射ェコ一の強度から検出される介在物の大きさをモニタ一し、それをパソコン 20 のメモリーに記憶する。
上述したように、本発明法に用いた超音波探傷法には、垂直探傷法と斜角探傷法 とがある。本実施形態のように被検査体を丸棒とし、探触子による超音波の発信方 向が鉛直下方であるとき、垂直探傷法は丸棒の中心線の直上に探触子をセットして 探傷する。これに対し、斜角探傷法は、探触子を丸棒の中心線からずらして（オフ セッ卜）探傷する。斜角探傷法の超音波の入射角は、 このオフセヅ卜量を丸棒の半 径で除した値の逆正弦で求められるので、これをパソコンに入力し、モータコント ローラで制御する。
ここで、斜角探傷法及び垂直探傷法の角度調整は、図 3に示すように、超音波探 触子 1 2を奥行き方向に Xだけ送って 0を所望の角度（斜角 Θ二 1 9° )に調整す る。図から R s i n 0 = xの関係から s i nS x/Rとなり、 したがって、 θ = s i n-1 (x/R)となる。試験片 TP1 の外半径 Rは予め分かっているので xは 0との関係で一義的に求めることができる。
この超音波探傷検査装置を用いて、上述した各チャージの軸受用鋼を超音波探傷 した。このとき、超音波探傷法としては斜角探傷法を用いて、探傷周波数は 1 0M H 2、軸受用鋼への超音波入射角は 1 9。 とし、探傷体積 3. 5 X 1 06 mm3 ま で探傷し、検出された介在物の数と位置とを特定した。
図 4に、軸受用鋼における探傷体積と介在物数との関係を示す。なお、介在物数 は、上述したチャージ Aと、その他のチャージ B〜Dとの比で示した。同図から明 らかなように、探傷体積が小さいときには介在物数の比がばらついているが、探傷 体積が多くなるにつれて介在物数の比が安定し、探傷体積が 2. 0x 1 06 mm3 以上の領域ではほぼ一定となる。探傷体積が多くなると、探傷する時間は増える が、 2. Ox 1 06 mm3以上の体積を探傷すると、より信頼性を増すことができ るので、本実施形態の探傷体積は 2. 0 X 1 06 mm3 とする。
次に、 上述した垂直探傷法と斜角探傷法とについて比較する。
図 5に、垂直探傷法と斜角探傷法を、 いずれも検査体積 2. 0X 1 06 mm3 を 1 0MH zの探傷周波数で探傷したときの検出介在物数の比を示す。なお、検出介 在物数は、上述したチャージ Aと、その他のチャージ B〜Dの比で示した。 同図 から明らかなように、斜角探傷法の方が、垂直探傷法よりも検出数が多く、 このこ とから超音波探傷法には斜角探傷法が、より信頼性の高い清浄度を保証する上で好 ましい。
次に、超音波探傷法の探傷周波数を種々に変更したときの結果について考察する c 図 6は、本発明の軸受用鋼からなる丸棒に人口欠陥を形成した状態を示す横断面 図である。
まず、図 6に示すように、上述した評価対象軸受用鋼からなる丸棒 1 1の外周面 から中心軸 0に向かって深さ A ( 2 mm、 5 mm、 1 0 mm、 1 5mm)分入り込 んだ位置に、 円柱状の穴（寸法 00. 5 X 1 5mm) をその中心軸 0, が丸棒 1 1 の中心軸 0と平行となるようにそれぞれ設け、 人口欠陥丸棒を作製した。 そして、 この人口欠陥丸棒に対して、セラミツク振動子を用いたセラミック探触子（ 5 M H z、 1 0MH z、 1 5MH z、 20MH z :振動子径 6 m m、水中焦点距離 25m m)を利用して、上述した図 2に示す超音波探傷検査装置（U S D 1 5、 日本クラ ゥトクレーマー製） を用いて、斜角探傷法（入射角： 1 9° 、水距離 1 Omm) に よる超音波探傷を行った。
図 7に、それぞれの探傷周波数と探傷深さとの関係を示す説明図である。探傷深 さは、 エコー強度がピークエコー強度の半分になる深さを有効な探傷深さとした。 同図から明らかなように、探傷周波数が大きいほど、探傷深さは小さくなつてい る。これは、同一面積を走査するとき、探傷深さが小さいことは探傷体積も小さい ことを意味する。例えば、 （直径） ø 5 Ommの丸棒を探傷するとき、探傷深さが 小さいほど、本実施形態での前記必要探傷体積 2. 0 X 1 06 mm3 に達する長さ は長い。
図 8に、それぞれの探傷周波数で（直径） φ 5 Ommの丸棒を斜角探傷法にて探 傷するとき、 その探傷周波数と、探傷体積が必要探傷体積 2. 0 X 1 06 mm3 に 達するときの探傷長さとの関係を示した。
同図から明らかなように、探傷周波数 1 5MH z以上では探傷長さが急増してい る。このことから、本実施形態では、実用的な探傷周波数を 1 5MH z以下とした。 次に、上述した各チャージの軸受用鋼から図 1に示す円錐ころ軸受を作製し、こ の円錐ころ軸受に対して、 図 9で示す軸受寿命試験機を用いて寿命試験を行った。 なお、 試験の条件は以下の通りである。
軸受：円錐ころ軸受 H R 3201 7 X J
ラジアル荷重： 53750 N
アキシャル荷重： 22680 N
内輪回転数： 1 500m i n— 1
潤滑：グリース
図 1 0に、 寿命試験の結果を示す。
チャージ C及びチヤ一ジりから作製した軸受には寿命の短いものがある。これは、 Li。寿命以下の（つまり、短寿命の）部分でチャージ A及びチャージ Bは寿命が長 く、チャージ C及びチャージ Dは短くなつていることから分かる。つまり、チヤ一 ジ〇、 Dは、チャージ A、 Bに比べて極端に寿命の短いものが見られ、軸受用鋼と して寿命信頼性に乏しいことを示している。なお、短寿命品のはくり部位は、評価 材を用いた内輪及び外輪のそれぞれで発生しており、転動部材の部位によらず、大 型介在物が存在した場合は短寿命品が発生することがわかる。
表 2に、斜角探傷法によって、探傷周波数 1 5MH z以下、探傷体積 2. 0X 1 06 mm3 、入射角 1 9° の条件で超音波探傷を行った結果を示す。なお、表 2に は、平方根長さ 0. 1 5 mm以上の大きさの介在物数と、平方根長さ 0. 2 mm以 上の大きさの介在物数の評価を示す。
同表から明らかなように、介在物数はチヤ一ジによる差が明瞭に表れている。 図 1 1に、上述した斜角探傷法による平方根長さ 0. 1 5mm以上の大きさの介在 物数及び平方根長さ 0. 2 mm以上の大きさの介在物数と、軸受寿命 （Li。寿命） との関係を示す。
平方根長さ 0. 1 5 mm以上の大きさの介在物にしても、平方根長さ 0. 2 mm 以上の大きさの介在物にしても、介在物数の増加と共に寿命が短くなる相関が表れ ている。このうち、平方根長さ 0. 1 5 mm以上の大きさの介在物数は、介在物数 の増加とともに徐々に寿命が短くなるため、介在物数に閾値を設けにくい。これに 対し、平方根長さ 0. 2 mm以上の大きさの介在物数は、検出介在物個数 1 0個を 境に急激に寿命が短くなる。また、平方根長さ 0. 1 5mm以上の大きさの介在物 数は、探傷体積 2. 0X 1 06 mm3 当たりの数が多すぎて、個数検出が煩雑であ る。 そこで、 本実施形態では、 寿命保証のための介在物の大きさを平方根長さ 0. 2mm以上の大きさの介在物とし、その検出介在物個数を、探傷体積 2. 0x 1 0 6 mm3 当たり 1 0. 0個以下とした。
<第二実施形態 >
次に、本発明の軸受用鋼及びその大型介在物評価方法の第二実施形態について説 明する。
ここでは、上述した第一実施形態と比べて大型介在物が多く含まれていると予想 されるか、検査してみて多い場合、より少ない探傷体積で清浄度の保証をより効率 的に行う場合について説明する。
まず、表 3に示すように、製鋼法の異なる軸受用鋼をチャージ A、 E、 Fの 3種 類準備した。このうち、チャージ Aの軸受用鋼は、上述した第一実施形態のチヤ一 ジ Aと同等である。
表 3に、 酸素量及び極値統計法で評価した結果を合わせて示す。
同表から明らかなように、各チャージ毎の酸素量には差がある。また、各チヤ一 ジ毎の 1 Ommx l Ommx 30視野中を検査して極値統計法で推定された、 3 x 1 04 mm2 に存在し得る最大介在物面積の平方根長さで示す極値統計法の結果 と、超音波言平価法（本発明の方法により 4 X 1 05 mm3 当たりの評価により、平 方根長さ 0.2 mm以上の介在物が何個あるかを示したもの）にも違いが見られる。 これは、後段に詳述するように、極値統計法により推定された最大介在物径は実際 に存在する大型介在物の存在を示したものではなく、統計的に推定された値による ものであるからである。
次に、上述した第一実施形態と同様の超音波探傷検査装置を用いて、上述した各 チヤ一ジの軸受用鋼を超音波探傷した。超音波探傷法としては、斜角探傷法を用い、 探傷周波数は 1 0 M H zとし、探傷体積 4. 0 X 1 06 mm3 まで探傷し、検出さ れた介在物の数と位置を特定した。
図 1 2に、探傷体積と単位体積当たりに存在する大型介在物の検出個数との関係 を示す。
同図から明らかなように、 2. 0x 1 05 mm3のように探傷体積が小さいとき には平方根長さ 0. 2 mm以上の介在物数がばらついているが、探傷体積が多くな るにつれて介在物数が安定し、本実施形態では探傷体積が 4. 0 X 1 05 mm3以 上の領域で安定化の傾向を示し、検出個数の多いチャージ E、 Fにおいても検出個 数が安定するのは、探傷体積 4. Ox 1 05 mm3以上の領域である。 このことか ら、 本実施形態における推奨探傷体積は、 4. 0x 1 05 mm3 とする。
次に、上述した各チャージの軸受用鋼から図 1のような円錐ころ軸受を作製し、 この円錐ころ軸受に対して上述した第一実施形態と同様に、図 8で示す軸受寿命試 験機を用いて寿命試験を行った。なお、試験の条件は、上述した第一実施形態と同 様である。
図 1 3に、 寿命試験の結果を示す。
同図から明らかなように、チャージ E及びチヤ一ジ Fから作製した円錐ころ軸受 は全般に寿命が短い。
そして、表 3に、探傷周波数 1 5 MH z以下の斜角探傷法（入射角は 1 9° )に よる超音波探傷の評価の結果を示す。表 3には、探傷体積 4. 0 X 1 05 mm3 を 超音波探傷したときの平方根長さ 0. 2 mm以上の大きさの介在物個数を示す。 図 1 3に示す寿命試験の結果と照合して、 寿命の長いチヤ一ジ Aの探傷体積 4. 0 X 1 05 mm3当たりに検出された平方根長さ 0. 2 m m以上の大きさの介在物 個数は 2. 0個以下である。そこで、本実施形態では、寿命保証のための介在物の 大きさを平方根長さ 0. 2 mm以上の大きさの介在物とし、その検出個数を、前記 探傷体積 4. Ox 1 05 mm3 当たり 2. 0個以下とした。
以上、第一実施形態及び第二実施形態において、本発明の軸受用鋼について説明 したが、清浄度保証の順序としては、 まず、第二実施形態で示したように、探傷体 積 4. Ox 1 05 mm3 当たりに存在する平方根長さ 0.2mm以上の介在物が 2. 0個以下であるかを判定し、これを満たさないものは不良とし、この条件を満たす ものを良品とすることで、保証対象のチャージの清浄度を保証する。そして、必要 に応じて、この良品と保証された軸受用鋼についてのみ、第一実施形態で示したよ うに、 時間はかかるがより厳しい保証をすることが検査時間の短縮上望ましい。 <第三実施形態 >
次に、本発明の軸受用鋼及びその大型介在物評価方法の第三実施形態について説 明する。
本実施形態においては、上述した図 6に示すように作製した人口欠陥丸棒に対し て、本発明例である高分子振動子を用いた高分子探触子（ 20MH z、 30MH z、 40MH z ：振動子径 6 m m、水中焦点距離 25 m m ) と、従来のセラミック振動 子を用いたセラミック探触子（1 0MH z、 1 5MH z, 2 OMH z ：振動子径 6 mm、水中焦点距離 25 mm) とを利用して、水距離 1 5 mmで垂直探傷法による 曰皮キ木 feしだ o
図：！ 4に、それぞれの探傷周波数における探傷深さと、人口欠陥エコー強度との 関係を示す。なお、探傷深さは、エコー強度がピークエコー強度の半分になる深さ を有効な探傷深さとした。 また、セラミツク探触子と高分子探触子は、特性上、同 —のアンプ強度では同一欠陥の反射強度が異なるため、同一欠陥での検出能力を相 対比較する （合わせる）ために、表面下 2 mm位置での欠陥を、セラミック振動子 2 OMH z、 ポリマー振動子 3 OMH zで 1 00%となるように調整比較した。 同図から明らかなように、本発明の高分子探触子と従来のセラミヅク探触子とを 比較すると、高分子探触子は周波数が高くなっても音波の減衰が少ないため、探傷 周波数が 30MH zの高分子探触子では、探傷周波数が 1 5 M H zのセラミック探 触子よりも深い探傷深さを有していることが分かる。また、同一の探触子同士を比 較すると、周波数が大きいほど、探傷深さは小さくなつている。 ここで、同一面積 を走査するとき、探傷深さが小さいことは探傷体積も小さいことを意味する。例え ば、 φ 50mmの丸棒を探傷するとき、探傷深さが浅いほど、上述した第一及び第 二実施形 Jで示した必要探傷体積 2. Ox 1 06 mm3 に達する長さは多く必要と なる。
図 1 5に、垂直探傷法を用いて、それぞれの探傷周波数で ø 50の丸棒を探傷す るとき、 その探傷周波数と、探傷体積が必要探傷体積 2. 0x 1 06 mm3 に達す るときの探傷長さとの関係を示している。
同図から明らかなように、従来のセラミヅク探触子では、探傷周波数 1 5MH z 以上では探傷長さが急増する。ところが、本発明の高分子探触子では、探傷周波数 を高く しても探傷範囲が広くでき、 3 OMH zを超えて 4 OMH zになると探傷長 さが急増する。 このことから、 高分子探触子を用いて超音波探傷を行う場合には、 実用的な探傷周波数を 30 M H zとした。
次に、 表 4に示すように、 製鋼法の異なる軸受用鋼を、 チャージ I、 II、 III 、 IV、 V、 VIの 6種類準備した。表 4には、酸素量及び極値統計法で評価した結果 を示す。
表中、チャージ I〜Vの 5種類は、酸素量が 9 p pm以下と低い値を示すのに対 し、チャージ VIは 13 p pmと高い値である。また、上述した極値統計法で評価さ れた介在物の大きさは、各チャージ毎の 1 Ommxl 0 mm X 30視野中を検査し て求められた最大介在物面積の平方根長さを、極 it統計法を用いて、 3x106 m m2 中に存在し得ると推定された最大介在物面積の平方根長さで示している。この 値も酸素量の結果と同様に、チャージ I〜Vの 5種類は、最大平方根長さが 32 μ m以下と低い値を示すのに対し、 チャージ VIは 48μΐΎΐと高い値である。
次に、上述した各チヤ一ジの軸受用鋼を、第一実施形態で用いた超音波探傷検査 装置を用いて超音波探傷法により評価する。本実施形態における超音波探傷評価は、 焦点型の高分子探触子を用いた垂直探傷法によって、探傷周波数は 2 OMH ζ、探 傷体積 1 · 5x107 mm3 まで探傷した。
表 4に、 各チャージ]:〜 VIにおいて、探傷体積 1. 5x 107 mm3 を探傷し、 探傷体積 2. 0x106 mm3 あたりに換算した平方根長さ 0. 2 mm以上の介在 物の個数及び探傷体積 1. 0x106 mm3 当たりに換算した長さ 0. 5mm以上 の介在物の総長さを示した。
次いで、上述した各チヤ一ジの軸受用鋼を用いて、第一実施形態と同様に、図 1 に示すような円錐ころ軸受を作製し、それを第一実施形態と同様に、図 9に示すよ うな軸受寿命試験機を用いて寿命試験を行った。なお、試験の条件は、上述した第 一実施形態と同様である。
図 1 6に、 寿命試験の結果を示す。
同図及び表 4に示した超音波探傷による評価を照合して、チャージ VIは、酸素量、 極値統計値、及び超音波探傷の評価がいずれも悪く、短寿命を示すことが明らかで ある。また、チャージ IV及びチヤ一ジ Vは、チャージ Ι〜ΠΙ と同等の酸素量及び 極値統計値を有するのにもかかわらず、寿命が短くなつている。 また、 チャージ I II及びチャージ IVは、 超音波探傷を行い、探傷体積 2. Ox 106 mm3 中に存 在する平方根長さ 0. 2 mm以上の介在物の個数が同じであるのにもかかわらず、 チヤ一ジ IVの寿命の方が急激に短くなつている。つまり、超音波探傷法による探傷 体積 1. 0 X 1 06 mm3 当たりに存在する長さ 0. 5 m m以上の介在物の総長さ が 80 mmを境に急激に寿命が短くなる。そこで、本実施形態では、寿命保証のた めの単位体積（1. Ox 1 06 mm3 ) 当たりに存在する長さ 0. 5mm以上の介 在物の総長さを 8 Omm以下とした。
図 1 7に、各探傷体積と、その時の単位体積当たりに存在する長さ 0. 5 mm以 上の介在物の総長さとの関係を示す。 なお、 介在物の総長さは、 前記チャージ I、 チャージ III 、及びチャージ VIについて、探傷体積 1■ 0x 1 05〜4. 0x 1 0 6 mm3 の間で評価し、 それぞれの探傷体積での介在物の総長さを 1. Ox 1 06 mm3 の単位体積当たりに換算した値で示す。 また、 図中の結果は、 上述したチ ャ一ジそれぞれを探傷体積 4. Ox 1 06 mm3 で評価した結果を 1とし、それよ り探傷体積を減らした場合に介在物の総長さがどのようにばらつくかを表したも のである。
同図から明らかなように、探傷体積が小さいときには介在物の総長さの比がばら ついているが、探傷体積が多くなるにつれて介在物の総長さの比が安定し、探傷体 積が 2. 0x 1 06 mm3 以上の領域ではほぼ一定となる。探傷体積が多くなると 探傷する時間は増えるが、 2. 0x 1 06 mm3 以上の体積を探傷するとより信束頁 性を増すことができるので、本実施形態の必要探傷体積は 2. 0x 1 06 mm3 と する。すなわち、 この必要探傷体積は、上述した第一実施形態で示した結果と同じ であることから、介在物数及び単位体積当たりに存在する長さ 0. 5 mm以上の介 在物の総長さのいずれも安定した値を得るために、 2. 0 X 1 06 mm3 以上の探 傷体積で探傷することが望ましい。
以上、第一乃至第三実施形態について、本発明の軸受用鋼の欠陥として非金属介 在物を例に説明したが、本発明が適用できる欠陥の保証は、 この他に、地傷、開口 クラック等にも適用できる。また、 これらの欠陥の平方根長さは、欠陥の形状に応 じて次のようにそれぞれ求められる。
1 )欠陥の形状が線状である場合（線状欠陥）は、その長さ Lと幅 Dとの積の平 方根 （LXD) 1/2 を平方根長さとする。 2)欠陥の形状が粒状、球状又は塊状である場合（非線状欠陥）は、その最大径 (長軸径） D1 と最小径（短軸径） D2 との積の平方根（D1 XD2 ) 1/2 を平方 根長さとする。
<第四実施形態 >
次に、本発明の軸受用鋼及びその大型介在物評価方法の第四実施形態について説 明する。
本実施形態においては、図 1 8に示すように、外径 01 80 mm X内径 01 3 m m (肉厚 25mm)の継ぎ目無し鋼管を 300 m mの長さで切り出し、その継ぎ目 無し鋼管の外周面から中心軸 0に向かって深さ A ( 2 mm, 5 mm, 1 Omm、 1 5 mm、 2 Omm、 25 mm)分入り込んだ位置に、 円柱状の穴 （寸法 00. 5 m mx 2 Omm)をその中心軸 0, が丸棒 1 1の中心軸 0と平行となるようにそれぞ れ設け、 人工欠陥鋼管を作製した。
そして、この人工欠陥鋼管に対して、第一実施形態で示したものと同様の超音波 探傷検査装置（U S D 1 5、 日本クラウ卜クレーマ一製）を用いて超音波探傷を行 い、検出限界を見極めるための検証を行った。なお、本実施形態における超音波探 傷法は、入射角 1 9。 (屈折角 45° )、探傷周波数 1 5 M H zとした探傷条件で、 焦点型探触子（振動子径 6 m m、水中焦点距離 25 m m )を用い、水距離 1 0mm にて斜角探傷法を行った。また、アンプ感度は、表面下 2 mm位置での欠陥が 1 0 0%となるように設定した。そして、図 1 9に、 この超音波探傷による人工欠陥鋼 管の深さ方向の探傷結果を示し、図 20に、 この超音波探傷により、 2mm位置深 さの人工欠陥を円周方向に探傷した結果を示す。なお、図 20は、上述した探傷能 力を維持した状態で、軸方向に移動するのに必要な有効探傷ピッチを検証したもの である。
図 1 9から明らかなように、本実施条件では人工欠陥鋼管の表面から 2〜 5 m m の位置が相対エコー強度 1 00%を示し、この場合を 1 00%としたとき、相対ェ コー強度が半分の 50%となる深さは 25mm位置で、肉厚 25mm全断面の探傷 が可能であることを検証した。したがつて、本条件での深さ方向の探傷可能範囲は、 エコー強度が半分（一 6 d B) となる位置までとした場合、表面から 25 mm位置 までとなることが^!る。 図 20から明らかなように、エコー高さが半分（― 6 d B)となる範囲は移動幅 にし t約 2. 5mmあり、 1/4 (― 3 d B )低下する幅としても約 4 mm程度有 していた。
ここで、図 20は、人工欠陥鋼管において、表面から深さ A = 5 mm分入り込ん だ位置の人工欠陥のエコー高さが、最も高くなる位置に調整を行ったのち、そのェ コー高さを 1 00%エコー高さに感度を調整し、さらにその位置を中心に円周方向 に前後にピッチを細かく取り探傷を行った結果を示している。 ここで、 図 20は、 上述した第一実施形態と同様の超音波探傷検査装置を用いて、人工欠陥鋼管の表面 から深さ A= 5 mm分入り込んだ位置の人口欠陥を検知したときのピーク値（ 1 0 0%)に対する各移動距離（回転距離）に対する相対エコー強度を示している。つ まり、探触子がピーク値となる点（0点）に対し、手前から次第に相対エコー強度 が上昇して 0点を過ぎると減少している状態が示されている。 この相対エコー強 度は、 欠陥の長さに比例する。 したがって、移動範囲の中で 0点（ピーク値）のみ に着目し、上述した図 2で示すパソコン 20でピークホールド処理をし、常にピー ク値をメモリ一するようになつている。 これは、移動範囲を特定しないと、相対ェ コー強度が一定にならないため、本発明の 1. 0171171ゃ1. 1 mmの長さの欠陥を 正しく求めることができなくなるためである。
また、図 1 9は、上述のようにして求めたピーク値を相対エコー強度（2〜5m mまでを 1 00%として） として縦軸に、 0. 50mmx 20 mmの人工欠陥ェコ 一強度を表面からの深さに対し、比で示したものであり、表面からの距離が深くな るにしたがって、 相対ェコ一強度が低下していることが判る。
このように同じ欠陥長さのものが深さによって相対エコー強度が異なる（深くな ると減衰する） 不具合が生じる。
このため、 まず、 0. 5 mm0x 2 Ommの欠陥が表面からどの位の深さにある かは（エコー強度は別として） 、発振した超音波信号が欠陥によって反射され、再 び探触子に検知される時間と発振周波数との関係からパソコン 20によつて正確 に求まるようになつている。
次に、深さによって減衰する相対エコー強度は、予め人工欠陥を用い、図 1 9の ような関係を求めておく。 実測定では、この図 1 9の関係を補正係数（例えば各深さ位置での相対エコー強 度の逆数)得られた深さに対する欠陥エコーの補正係数としてパソコン 2 0にメモ リーしておき、 演算させる。
このようにして継ぎ目無し鋼管の表面からの深さに対する欠陥エコー値（ピーク 値）をパソコン 2 0のメモリ一に次々と取り込み、演算すれば、全断面（所望の深 さまでも含め） 中にある欠陥長さを検知できる。
すなわち、本実施例は、直径 1 8 O m m 0以下、肉厚 2 5 m m以下までの継ぎ目 無し鋼管の素材の段階で全断面の欠陥長さを検知でき、従来、製鋼メーカ一におい てできなかったユーザー側の軸受に適する素材の全断面を全数検査することがで きる。そして、本実施例では、全断面中に長さが 1 m m以上の欠陥がないことが長 寿命できることを見いだした。
以上の結果より、本実施形態においては、上述した条件で探傷を行えば、深さ方 向で表面から 2 5 m m程度、 また、有効探傷ピッチ（ビ一厶径）は 2 . 5 m m程度 の探傷能力を有していることが判つた。
したがって、 直径 1 8 0 m m以下で、肉厚 2 5 m m以下の継ぎ目無し鋼管素材を 本実施形態により全断面評価するには、 探傷深さが 2 5 m m程度のため、 全断面 探傷が可能どなることが判る。
また、 探傷速度については、 本発明限定範囲例では、 直径 0 1 8 0 m mの場合 で、 探傷ピッチを 2 . 5 m m程度とし、さらに一般的な市販の探傷機器による超音 波の送受信速度を勘案すると、 7 m/m i n程度の速度では探傷可能なことが判つ た。
これは、従来製鋼メーカ一で実施していた商用的な検査速度、 1 0 O m/m i n を超えるレベルに比べると遅く、製鋼メーカーで生産性の観点より実施不可能な速 度であるものの、軸受の製造工程の例では、例えば熱間鍛造により製造される速度 が、 速くても 1 O m/m i n程度のため、 十分全数探傷可能な範囲である。
したがって、本実施形態によれば、軸受の製造においては、直径 ø 1 8 0 m m以 下で、肉厚 2 5 m m以下の継ぎ目無し鋼管を素材として使用すれば、生産能力を落 とすことなく、全数、全断面の超音波探傷による評価が可能なことが判る。 次に、 第四実施形態で示した方法により選別された良質な継ぎ目無し鋼管を素材として 製造した転がり軸受の長寿命化について検証した。
一般的な軸受用鋼材の場合、清浄度が良好で軸受軌道面に大型介在物が存在する 頻度が少なくなるため、本発明の効果を明確にするため、予め清浄度の劣る継ぎ目 無し鋼管を準備した。そして、この清浄度の劣る継ぎ目無し鋼管に対して第四実施 形態で示した精細な超音波探傷によって欠陥の有無を選別し、この鋼管を用いて製 造された転がり軸受で寿命試験を行うことで効果の検証を行った。
まず、外輪用の継ぎ目無し鋼管（外径 ø 1 0 2 m m、肉厚 6 m m )及び内輪用の 継ぎ目無し鋼管（外径 0 5 7 m m、肉厚 7 m m )を素材とし、以下の探傷条件で超 音波探傷を行った。そして、超音波探傷を実施して素材を選別し、高い清浄度が確 保された継ぎ目無し鋼管と、超音波探傷を実施せず、清浄度の劣る継ぎ目無し鋼管 とを素材として、旋削、熱処理、研削を経て 6 3 0 9深溝玉軸受をそれぞれ作製し た。 .
また、比較として、通常の素材 （清浄度良好素材） の継ぎ目無し鋼管を使用し、 上述と同様に、超音波探傷を実施して素材を選別し、 6 3 0 9深溝玉軸受を作製し た。なお、素材に実施した探傷条件は、いずれも上述した第四実施形態と同様の条 件で行った。
ここで、上述した清浄度の異なる二種類の素材の超音波探傷の評価結果は、有効 探傷範囲の体積中に長さ 1 m m以上の欠陥が検出された個数を、評価体積 （重量） で割ったもので表した。
また、超音波探傷評価においての欠陥（介在物）の長さ評価については、予め欠 陥が検出された場合の図 2の超音波探傷検査装置による欠陥長さと、その欠陥を切 断調査にて見出した実介在物の長さと相関をとり、検量線を求めて、以下の評価に 王ん / o
次に、各々の評価を経て製作された転がり軸受にて、寿命試験を行った。寿命試 験条件を以下に示す。
寿命試験条件は次の通りである。
試験軸受： 6 3 0 9深溝玉軸受
試験荷重：ラジアル荷重 2 1 2 0 0 N
回転数： 3 9 0 O m i n一1 潤滑油： VG 68相当鉱油
試験は、上記試験条件での計算寿命が 67時間であることから 3倍の 200時間 で中断し、 その時点での剥離の有無について評価を行った。
表 5に、 評価結果を示す。
表 5の N o. 2及び No. 4は全断面中に長さが 1 mm以上の欠陥がない継ぎ目 無し鋼管素材で製作された本発明例の試験軸受（玉は S U J 2の焼入れ、焼き戻し 品） であり、 いずれも 200時間の試験をクリア一しているのが判る。
表 5によれば、清浄度の劣る素材を使用した試験軸受（ N o .1 , No. 2 )は、 全断面に長さ 1 mm以上の介在物が存在する割合が通常の素材を使用した試験軸 受（No. 3、 No. 4 ) に比べ高くなつているが、長さ 1 mm以上の介在物が検 出されずに選別された素材からなる試験軸受（No.2 )では 200時間を超えて もはくりは発生せず安定した長寿命が得られた。これに対し、超音波探傷による選 別が行われていない素材からなる試験軸受（No. 1 )は打ち切りとなる 200時 間の間に 1 0個中 4個と多くの割合ではくりが発生した。また、通常の素材を使用 した試験軸受（N o. 3 )も、頻度は少ないものの、 1 0個中 1個ではくりが発生 し、安定した長寿命化が得られるといつた点では、超音波探傷による選別品に対し て劣ることが判る。
また、介在物の長さ 1. 2 mm以上の有無にて選別した素材を使用した試験軸受 (N o. 5 )では、探傷を実施し欠陥を除去したにもかかわらず、 N o. 3 と同様 に頻度は少ないものの 1 0個中 1個にはくりが発生している。したがって、安定的 に長寿命を得るには、 1 mm以上の長さの介在物が無いことが重要である。
<第五実施形態 >
次に、本発明の軸受用鋼及びその大型介在物評価方法の第五実施形態について説 明する。
本実施形態においては、上述した図 6と同様に、軸受用素材 ø 60 mmの丸棒鋼 材を 300 mm長さで切り出し、その丸棒鋼材の外周面から中心軸に〇に向かって 深さ A (5mm、 1 0mm、 1 5mm、 20mm、 25 mm, 30mm)分入り込 んだ位置に、円柱状の穴（寸法 ø 1. Ommx 20mm)をその中心軸 0, が丸棒 1 1の中心軸 0と平行となるようにそれぞれ設け、 人口欠陥丸棒を作製した。 そして、この人口欠陥丸棒に対して、上述した第一実施形態と同様の超音波探傷 検査装置 （U S D 1 5、 日本クラウ卜クレーマ一製） を用いて超音波探傷を行い、 検出限界を見極めるための検証を行った。なお、本実施形態における超音波探傷法 は、入射角 0 ° 、探傷周波数 1 5 M H zとした探傷条件で、焦点型探傷子（振動子 径 6 m m、水中焦点距離 5 0 m m )を用い、水距離 1 0 m mにて垂直探傷法を行つ た。そして、図 2 1に、 この超音波探傷による人工欠陥丸棒の深さ方向の探傷結果 を示し、図 2 2に、この超音波探傷による人工欠陥丸棒の円周方向の探傷結果を示 す。なお、図 2 2は、上述した探傷能力を維持した状態で、軸方向に移動するのに 必要な有効探傷ピッチを検証したものである。
図 2 1から明らかなように、本実施条件では人工欠陥丸棒の表面から深さ A = 1 O m m分入り込んだ位置が相対エコー強度 1 0 0 %を示し、この場合を 1 0 0 %と したとき、 相対エコー強度が半分の 5 0 %となる深さ Aは 2 5 m m位置であった。 したがって、本条件での深さ方向の探傷可能範囲は、ェコ一強度が半分（—6 d B ) となる位置までとした場合、人工欠陥丸棒の表面から深さ A = 3 3 m m分入り込ん だ位置までとなることが判る。
図 2 2から明らかなように、エコー高さが半分（一 6 d B ) となる範囲は移動幅 にして約 1 . 6 m mあり、 1ノ4 (― 3 d B )低下する幅としても約 1 m m程度有 していた。
ここで、図 2 2は、人工欠陥丸棒において、深さ A = 1 O m m分入り込んだ位置 の人工欠陥のエコー高さが、最も高くなる位置に調整を行ったのち、そのエコー高 さを 1 0 0 %エコー高さに感度を調整し、さらにその位置を中心に円周方向に前後 にピッチを細かく取り探傷を行った結果を示している。
但し、本方法は垂直探傷法を用いているため、人工欠陥丸棒の表面から深さ A = 2〜3 m m程度までは探傷のできない領域 (不惑帯）が生じることとなる。しかし、 この程度の深さ範園ま、軸受の完成に至る間に旋削等で削り取られるか、または残 つたとしても軸受外径面にあたるため、 寿命には影響を及ぼさない範囲である。 そして、本実施形態の場合も、上述した第四実施形態と同様にして、丸棒素材の 表面からの深さ Aに対する欠陥エコー値（ピーク値）を上述した図 2のパソコン 2 0のメモリ一に次々と取り込み、演算すれば、全断面（所望の深さまでも含め）中 にある欠陥長さを検知できる。
すなわち、本実施形態は、直径 6 0 m m ø以下の丸棒素材の段階で全断面の欠陥 長さを検知でき、従来においては製鋼メーカ一では不可能であったユーザ一側の軸 受に適する素材の全断面を全数検査することができる。 そして、 本実施形態では、 全断面中に長さが 1 m m以上の欠陥がないことが長寿命できることを見いだした。 以上の結果より、本実施形態では、上述した条件で探傷を行えば、深さ方向で表 面から 3 0 m m程度、 また、有効探傷ピッチ （ビー厶径） は 1 . 5 m m程度の探傷 能力を有していることが判った。
したがって、 丸棒素材を本実施形態により全断面評価するには、 探傷深さが 3 O m m程度のため、 素材の直径は ø 6 O m mが限定範囲となることが判る。
また、 探傷速度については、 本発明限定範囲例では、 丸棒素材の直径が 0 6 0 m mの場合で、 探傷ピッチを 1 . 5 m m程度とし、さらに一般的な市販の探傷機器 による超音波の送受信速度を勘案すると、 1 O m/m i n程度の速度では探傷可能 なことが判った (径が細くなると単位時間あたりの測定長さは長くなる方向であり、 ø 6 O m mが限定範囲内では一番遅い条件） 。
これは、従来製鋼メーカーで実施していた商用的な検査速度、 1 0 O m/m i n を超えるレベルに比べると遅く、 製鋼メーカ一で実施不可能な速度であるものの、 軸受の製造工程の例では、例えば熱間鍛造により製造される速度が、速くても 1 0 m/m i n程度のため、 十分全数探傷可能な範囲である。
したがって、本実施形態によれば、軸受の製造においては、 φ 6 O m m以下の丸 棒素材を使用すれば、生産能力を落とすことなく、全数、全断面超音波探傷による 評価が可能なことがわかる。
次に、第五実施形態で示した方法により選別された良質な丸棒を素材として製造 した転がり軸受の長寿命化について検証した。
一般的な軸受用鋼材の場合、清浄度が良好で軸受軌道面に大型介在物が存在する 頻度が少なくなるため、本発明の効果を明確にするため、予め清浄度の劣る丸棒を 準備した。そして、この清浄度の劣る丸棒素材に対して第五実施形態で示した精細 な超音波探傷によつて欠陥の有無を選別し、この鋼管を用いて製造された転がり軸 受で寿命試験を行うことで効果の検証を行った。 まず、 φ 3 5 m mの丸棒を素材とし、以下の探傷条件で超音波探傷を行った。そ して、超音波探傷を実施して素材を選別し、 高い清浄度が確保された丸棒と、 と、 超音波探傷を実施せず、清浄度の劣る継ぎ丸棒とを素材として、旋削、熱処理、研 削を経て 6 2 0 6深溝玉軸受をそれぞれ作製した。
また、比較として、通常の素材（清浄度良好素材）の丸棒を使用し、上述と同様 に、超音波探傷を実施して素材を選別し、 6 2 0 6深溝玉軸受を作製した。 なお、 素材に実施した探傷条件は、いずれも上述した第五実施形態と同様の条件で行った c ここで、上述した清浄度の異なる二種類の素材の超音波探傷の評価結果は、有効 探傷範囲の体積中に長さ 1 m m以上の欠陥が検出された個数を、評価体積 （重量） で割ったもので表した。
また、超音波探傷評価においての欠陥（介在物）の長さ評価については、予め欠 陥が検出された場合の図 2の超音波探傷検査装置による欠陥長さと、その欠陥を切 断調査にて見出した実介在物の長さと相関をとり、検量線を求めて、以下の評価に 望んだ。
次に、各々の評価を経て製作された転がり軸受にて、寿命試験を行った。寿命試 験条件を以下に示す。
寿命試験条件は次の通りである。
試験軸受： 6 2 0 6深溝玉軸受
試験荷重：ラジアル荷重 7 8 0 0 N
回転数： 3 9 0 O m i n _ 1
潤滑油： V G 6 8相当鉱油
試験は、上言己試験条件での計算寿命が 6 7時間であることから 3倍の 2 0 0時間 で中断し、 その時点での剥離の有無について評価を行った。
表 6に、評価結果を示す。
表 6の N o . 2及び N o . 4は全断面中に長さが 1 m m以上の欠陥がない丸棒素 材で製作された本発明例の試験軸受 (玉は S U J 2の焼入れ、焼き戻し品)であり、 いずれも 2 0 0時間の試験をクリア一しているのが判る。
表 6によれば、清浄度の劣る素材を使用した試験軸受（ N o . 1 s N o . 2 )は、 全断面に長さ 1 m m以上の介在物が存在する割合が通常の素材を使用した試験軸 受 （No. 3 、 No. 4 ) に比べ高〈なっているが、長さ 1 mm以上の介在物が検 出されずに選別された素材からなる試験軸受（No.2 )では 200時間を超えて もはくりは発生せず安定した長寿命が得られた。これに対し、超音波探傷による選 別が行われていない素材からなる試験軸受（N o . 1 )は打ち切りとなる 200時 間の間に 1 0個中 6個と多くの割合ではくりが発生した。また、通常の素材を使用 した試験軸受（No. 3 )も、頻度は少ないものの、 1 0個中 1個ではくりが発生 し、安定した長寿命化が得られるといつた点では、超音波探傷による選別品に対し て劣ることが判る。
また、介在物の長さ 1. 2 mm以上の有無にて選別した素材を使用した試験軸受 (N o. 5 )では、探傷を実施し欠陥を除去したにもかかわらず、 No. 3 と同様 に頻度は少ないものの 1 0個中 1個にはくりが発生している。したがって、安定的 に長寿命を得るには、 1 mm以上の長さの介在物が無いことが重要である。
<第六実施形態 >
次に、本発明の軸受用鋼及びその大型介在物評価方法の第六実施形態について説 明する。
本実施形態においては、表 7に示す各鋼種で軸受の内輪形状に成形し、図 23に 示す熱処理にて、浸炭鋼には浸炭、焼入れ、焼戻しの熱処理を行い、 ずぶ焼鋼には 焼入れ、焼戻しの熱処理を行った後、 仕上げ研磨を行うことにより、 内径がテ一パ 状の内輪 33 (図 25参照）を作製した。 なお、 この内輪 33は、旋削加工したも のに図 23の熱処理を施したもので研削加工は施されていない。また、表面粗さは 3. 0 m R aに仕上げてある。
ここで、 表 7中の本発明例 2、 3、 5の内輪及び比較例 1、 3の内輪、 つまり、 浸炭鋼（SCR, S CM, SAE)には、図 23 (a)のように、 900〜960°C で 1 0時間浸炭を行い、 その後 800〜860°Cで 1時間焼入れを行い、 その後、 1 60〜200°Cで焼戻しを施すことで熱処理を行った。また、表 7中の本発明例 1、 4、 6の内輪及び比較例 2の内輪、 つまり、ずぶ焼鋼（ S U J ) には、 図 23 (b)のように、 800〜860。Cで 1時間焼入れを行い、その後、 1 60〜20 0 °Cで焼戻しを施すことで熱処理を行つた。
次いで、本発明例 1 ~6、比較例 1〜3の内輪について、まず、図 24に示す超 音波探傷検査装置で全断面において非金属介在物の最大長さを検出する。
この超音波探傷検査装置は、図 2 4に示すように、 リング状の軸受用鋼材（外輪 相当）からなる試験片 T Pが水槽 5 0内に水平方向に互いに離間配置された二個の プーリ 5 1に載置されており、各プーリ 5 1及び回転駆動用モータ 5 2のモータ軸 に固定されたプーリ 5 3にはベル卜 5 4が正三角形状に巻き掛けられている。 回転駆動用モ一夕 5 2はモータ駆動用制御アンプ 5 3を介して制御装置 4 5に よつて制御されるようになつており、回転駆動用モー夕 5 2の駆動により各プ一リ 5 1に載置された試験片 T Pが所定の速度で回転するよ'うになつている。なお、制 御装置 4 5は、 C R T等の表示手段を備えたパソコン等で構成されている。 また、 探触子 4 0は試験片 T Pの軸方向に沿って移動可能に配置されたリニァガイ ド装 置 4 1の X Yステージ 4 2に探触子取付具 4 3を介して取り付けられており、取付 状態においては試験片 T Pの内周面に対向配置されている。探触子 4 0は超音波探 傷装置 4 4からの電圧信号に応じて超音波パルスを試馬矣片 T Pの内周面に向けて 送信すると共にその反射エコーを受信し、これを電圧信号に変換して超音波探傷装 置 4 4に送信する。
超音波探傷装置 4 4は制御装置 4 5からの指令に基づいて探触子 4 0に電圧信 号からなる指令信号を送信するとともに、送信した信号と受信した信号とを基にし て得られた探傷情報を制御装置 4 5に送信し、制御装置 4 5がこれを C R T上に表 示" 3る。
リニアガイ ド装置 4 1はリニアガイ ド用コントローラ 4 6によって制御される 図示しないサーボモータを介して探触子 4 0を試験片 T Pの軸方向に移動させる ようになつている。
リニアガイ ド用コントローラ 4 6は試験片 T Pの外周面に設置されたロータリ エンコーダによって試験片 T Pが一回転（3 6 0 ° ) したことが検知されると、制 御装置 4 5からの指令に基づいてサ―ボモータを制御して探触子 4 0を試験片 T Pの軸方向に所定寸法移動させる。これにより、試験片 T Pの全軌道面下の全断面 の探傷がなされるようになつている。なお、図 2 4では、試験片 T Pとして外輪相 当の軸受用鋼材が図示されているが、探触子 4 0とプーリ 5 1の位置を逆転させる ようにして構成すれば、内輪相当の軸受用鋼材からなる試験片についても適用され る o
なお、本実施形態における超音波探傷条件は、 焦点型探触子 （振動子径 6mm、 水中焦点距離 25mm)を用いて、探傷周波数 1 5MH zで行った。また、本実施 形態における超音波探傷法は、内輪の軌道面表面から 2 mm程度までは入射された 超音波の入射角を 25° になるように設置し、 水距離を 25 mmとした。 また、 それより深い領域は、 内輪に入射された超音波の入射角を 5° になるように設置 して、 水距離を 1 5 mmとし、 双方を合わせて使用することで任意の深さの欠陥 を検出した。
ここで、非金属介在物の最大長さは、予めそれぞれの軸受（鋼種）にて多数検査 を行い、 検出された欠陥エコーの強度と長さ、幅の情報を基に、 発見された欠陥を 軌道面表面から追い込み研削を行い、 超音波エコーの強度と欠陥の大きさの関係 を求め、 表 7に示した各軸受内輪を選定したものである。
そして、作製された本発明例 1〜 6、比較例 1〜3の内輪 33を、図 25に示す 内輪割損寿命試験機のテ一パ軸 31に圧入することにより、 内輪 33にはめあい 応力（20 OMP a)を与え、 ラジアル荷重 38000 N、回転数 1 800m i n - 1の条件でテーパ軸 31を回転させた。これにより、内輪 33の軌道面に転がり応 力をかけて、内輪 33が軸方向に割損するまでの総回転数を調べる割損寿命試験を 行っ 。
表 7に、割損寿命試験結果を示す。
表 7から明らかなように、本発明例 1〜 6の内輪では、非金属介在物の最大長さ が 0 .6 mm以下で割損寿命が長いのが判る。これに対し、非金属介在物の最大長 さが 0 .6 mmを越える比較例 1〜3は本発明例に比べて割損寿命が大きく低下す るのが判る。
したがって、軸受軌道面下から全断面の被検体積において欠陥（非金属介在物の 集合体含む） の最大長さを 0 .6 mm以下に限定することで、軌道輪の割損を防止 できる。
<第七実施形態 >
次に、本発明の軸受用鋼及びその大型介在物評価方法の第七実施形態について説 明する。 本実施形態においては、図 26に示す軸受用鋼材からなる試験片の上面 (外径面） を旋削加工して種々の表面粗さ 1〜1 2 zmRa (図 27参照） のものを作製し、 試験片の底面から垂直方向に 00. 5 mmの穴（人工欠陥）を表面下 2 mmの位置 まで加工した。次いで、種々の表面粗さの試験片について、人工欠陥のエコー強度 とノイズの比を求め、 欠陥検出の可否を調査した。
試験片の人工欠陥の検出は、図 24に示す超音波探傷検出装置を用いて、焦点型 探触子（振動子径 6mm,水中焦点距離 25 m m )、探傷周波数 1 5 M H zとした 条件で超音波探傷を行った。なお、本実施形態における超音波探傷は、試験片に入 射される超音波の入射角を 25° になるように設置し、 水距離を 1 5 mmとした。
図 27に、 S/N比と試験片の外径面の表面粗さとの関係を示す。
同図から明らかなように、試験片の外径面表面粗さが 5 μ m R aまでは良好な検 出強度 （S/N比） を示すが、 5;umR a耷越えるとエコー強度が極端に低下し、 長さが 0. 6 mmより小さな欠陥の検出は困難となる。 したがって、軸受用鋼材の 表面粗さの限定を 5 / m R a以下とした。
本発明例によれば、従来の鋼材のサンプル評価による清浄度規制によらず、 軸受 用材料にて鋼材外径面下から全断面の被検体積において欠陥（非金属介在物の集合 体含む） が鋼材外径面の表面粗さを 5 Aim R a以下に限定することで、 軸受用材 料の全断面において精度良く最大長さ 0. 6 mm以上の欠陥が検出可能である。
したがって、検出精度こそ若干低下するが、研削前の旋削面においても簡易的に 欠陥を発見することができ、 完成品になる前で不良と選別されるので、完成品段階 で選別していた従来に比べてコス卜ダウンになる。
また、市場での過酷な条件下においても割損の懸念がなく、軸受の短寿命品の発 生を無くすることができ、 サンプル調査では無く軸受全数を保証することができ るものである。 <表 1 >
Figure imgf000035_0001
<表 2>
Figure imgf000035_0002
<表 3>
評価方法
チャージ 鋼種 酸糸里 極値統計 超音波評価方法
0 [ppm] [Aim] [個バ 4.0x105mni3)]
A 9 25 2.0
E SUJ2 12 31 6.0
F 14 35 9.0 <表 4>
Figure imgf000036_0002
<表 5>
Figure imgf000036_0001
<表 6 >
Figure imgf000037_0001
<表 7>
No. 鋼種 最大介在物長さ（mm) 割れ寿命（x106rev) 本発明例 1 SUJ2 0.25 100以上 本発明例 2 SCR420 0.32 100以上 本発明例 3 SCM435 0.38 99 本発明例 4 SUJ2 0.4 88 本発明例 5 SAE4320 0.55 84 本発明例 6 SUJ3 0.6 80 比較例 1 SCR420 0.64 30 比較例 2 SUJ2 0.72 12 比較例 3 SCM435 1.11 10
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の軸受用鋼の大型介在物評価方法によれば、評価対 象軸受用鋼からなる丸棒及び超音波探触子を超音波伝達媒体中に配置し、超音波探 傷によつて探傷体積中に存在する大型介在物の大きさ及び数を測定し、評価対象軸 受用鋼の大型介在物の存在確率を推定することとしたため、より大きな体積につい て簡易に超音波探傷を行うことで大きな探傷体積中の大型介在物の存在確率を推 定することができ、清浄度の高い軸受用鋼に対しても適切な大型介在物の評価を行 うことができる。
また、前記超音波探傷の探傷方法を斜角探傷法としたことにより、より小さな介 在物を正確に検出することができ、これにより大型介在物の存在をより一層正確に 検出することができる。
さらに、前記斜角探傷法を、探傷周波数 1 5MH z以下で行うことにより、より 深い領域を探傷することができ、これにより大型介在物探傷の時間を短縮すること ができる。
さらに、前記超音波探傷の探傷方法を、前記超音波探触子として焦点型の高分子 探触子を用いた垂直探傷法としたことにより、より小さな大型介在物をより深い範 囲まで探傷でき、これにより大型介在物の存在をよりいっそう正確に検出すること ができる。
さらに、前記垂直探傷法を、探傷周波数 30MHz以下で行うことにより、より 深い領域を探傷することができ、これにより大型介在物探傷の時間を短縮すること ができる。
さらに、本発明の軸受用鋼によれば、前記軸受用鋼の大型介在物評価方法によつ ' て推定された大型介在物のうち、探傷体積 2. 0X 1 06 mm3当たりに存在する 平方根長さ 0. 2 mm以上の大型介在物が 1 0. 0個以下であることとしたため、 大型介在物の存在を定量的に保証した長寿命の軸受用鋼を提供することが可能と なる。
さらに、前記軸受用鋼の大型介在物評価方法によって推定された大型介在物のう ち、探傷体積 2. Ox 1 06 mm3 当たりに存在する平方根長さ 0. 2mm以上の 大型介在物が 1 0. 0個以下であるとともに、探傷体積 1. 0x 1 06 mm3 当た りに存在する長さ 0.5 mm以上の大型介在物の総長さが 8 Omm以下であること としたため、大型介在物の存在をさらに定量的に保証した長寿命の軸受用鋼を提供 することが可肯 gとなる。
さらに、前記軸受用鋼の大型介在物評価方法によって推定された大型介在物のう ち、探傷体積 4. 0X 1 05 mm3 当たりに存在する平方根長さ 0. 2mm以上の 大型介在物が 2. 0個以下であることとしたため、大型介在物の存在を定量的に保 証した長寿命の軸受用鋼を提供することが可能となる。
さらに、本発明の転がり軸受によれば、軸受の短寿命品をなくし、軸受全体の寿 命を延ばすことで高い信頼性を確保することが可能となる。
さらに、本発明の転がり軸受によれば、鉄鋼用軸受のように高荷重， 高面圧下で 使用され、抄紙機用軸受のように内輪にはめあい応力を負荷し、 高温下で使用され る等の過酷な環境下で使用される場合においても、短寿命品や割損品の発生の懸念 をなくし、軸受全体の寿命を延ばすことで高い信頼性を確保することが可能となる c

Claims

請求の範囲
1.評価対象軸受用鋼からなる丸棒及び超音波探触子を超音波伝達媒体中に配置し、 超音波探傷に'よつて探傷体積中に存在する大型介在物の大きさ及び数を測定し、前 記評価対象軸受用鋼の大型介在物の存在確率を推定することを特徴とする軸受用 鋼の大型介在物評価方法。
2 -前記超音波探傷の探傷方法を斜角探傷法としたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法。
3.前記斜角探傷法を、探傷周波数 1 5MH z以下で行うことを特徴とする請求の 範囲第 2項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法。
4.前記超音波探傷の探傷方法を、前記超音波探触子として焦点型の高分子探触子 を用いた垂直探傷法としたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の軸受用鋼 の大型介在物評価方法。
5.前記垂直探傷法を、探傷周波数 3 OMH z以下で行うことを特徴とする請求の 範囲第 4項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法。
6.請求の範囲第 1項乃至第 5項の何れか一項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価 方法によって推定された大型介在物のうち、探傷体積 2. 0 X 1 06 mm3 当たり に存在する平方根長さ 0. 2mm以上の大型介在物が 1 0. 0個以下であることを 特徴とする軸受用鋼。
7.請求の範囲第 1項乃至第 5項の何れか一項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価 方法によって推定された大型介在物のうち、探傷体積 1. 0x 1 06 mm3 当たり に存在する長さ 0.5 mm以上の大型介在物の総長さが 80 mm以下であることを 特徴とする請求の範囲第 6項に記載の軸受用鋼。
8.請求の範囲第 1項乃至第 5項の何れか一項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価 方法によって推定された大型介在物のうち、探傷体積 4. 0 X 1 05 mm3 当たり に存在する平方根長さ 0. 2 mm以上の大型介在物が 2. 0個以下であることを特 徴とする軸受用鋼。
9.内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸 受において、 請求の範囲第 3項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法によって評価された 軸受用鋼を素材として製造されていることを特徴とする転がり軸受。
1 0 .内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり 軸受において、
請求の範囲第 5項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法によって評価された 軸受用鋼を素材として製造されていることを特徴とする転がり軸受。
1 1 .内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり 軸受において、
請求の範囲第 6項乃至第 8項の何れか一項に記載の軸受用鋼を素材として製造 されていることを特徴とする転がり軸受。
1 2 .内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり 軸受において、
直径 1 8 O m m以下で、肉厚 2 5 m m以下の継ぎ目無しの鋼管を素材として製造 され、且つ素材の段階で長さ 1 m m以上の欠陥がないことが保証されていることを 特徴とする転がり軸受。
1 3 .内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり 軸受において、
直径 6 O m m以下の丸棒を素材として製造され、且つ素材の段階で長さ 1 m m以 上の欠陥がないことが保証されていることを特徴とする転がり軸受。
1 4 .内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり 軸受において、
前記内輪、前記外輪及び前記転動体用の鋼材の外径面下から全断面の被検体積に おける欠陥の大きさが、旋削工程におし、て最大長さ 0 . 6 m mを超えるものがなく、 且つ表面粗さが 5 m R a以下であることを特徴とする転がり軸受。
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