WO2017141928A1 - 転がり摺動部材とこれを利用した転がり軸受、及び転がり摺動部材の製造方法 - Google Patents

転がり摺動部材とこれを利用した転がり軸受、及び転がり摺動部材の製造方法 Download PDF

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奈雄 稲崎
史洋 古川
官治 川崎
寿人 西坂
服部　智哉
北村　和久
佑介 草深
恵太 日下
宏之 高林
和久 石田
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株式会社ジェイテクト
大同特殊鋼株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a rolling sliding member, a rolling bearing using the rolling sliding member, and a method for manufacturing the rolling sliding member.
  • Rolling bearings are widely used in various fields.
  • a rolling bearing (roller) is also used in a sliding door of an automobile so that the sliding door can be smoothly opened and closed along a slide rail provided on the side surface of the automobile body.
  • Rolling bearings are also used in sliding doors for industrial machines and warehouses.
  • the rolling bearing for the sliding door needs to have high strength so as to support the load of the sliding door and not to be damaged or deformed by an impact load or the like when the door is opened or closed. Therefore, martensitic SUS440C, which belongs to a class having the highest hardness among stainless steels, has been conventionally used for this type of rolling bearing.
  • the slide rail of the slide door may be provided in a state where it is directly exposed to the external environment (ambient atmosphere).
  • the rolling bearing since the rolling bearing is in a wet environment where it is easily exposed to a washing solution for car washing or a calcium chloride aqueous solution as an antifreezing agent, good corrosion resistance is also required.
  • SUS440C is excellent in hardness, it has a low level of corrosion resistance among stainless steels. Therefore, when a rolling bearing made of SUS440C is used in a wet environment, there is a problem that rust is likely to occur.
  • Patent Document 1 discloses martensitic stainless steel that has excellent hardness and good corrosion resistance, and can be suitably used as a bearing.
  • the hardness is increased by optimizing the C + N amount and the C / N ratio while increasing the N amount as compared with the conventional martensitic stainless steel.
  • corrosion resistance is improved by adding an element for improving corrosion resistance such as Mo and dissolving a proper amount of N in the matrix.
  • the martensitic stainless steel described in Patent Document 1 has high hardness and corrosion resistance, it is certainly suitable as a bearing.
  • heat processing is performed in order to ensure fixed hardness.
  • this heat treatment is performed in the air (oxygen present atmosphere). Therefore, oxygen in the atmosphere reacts with iron on the surface of the stainless steel, and an iron oxide-based film called a so-called scale is formed. Since this scale is an unnecessary film in the product, scale removal processing is required and is complicated.
  • the present invention solves the above problems, and has a rolling slide member having excellent hardness and good corrosion resistance, and having a passive film surely even through a process that does not require removal processing such as a scale.
  • An object of the present invention is to provide a rolling bearing using the same, and a manufacturing method thereof.
  • This rolling sliding member is the same as in Patent Document 1.
  • the Cr-deficient layer does not exist in the surface layer portion, even if it is manufactured through a process that does not require removal processing such as scale, it has a passive film. Thereby, good corrosion resistance as well as excellent hardness can be ensured.
  • the rolling sliding member in the present invention means a metal member having a contact surface in which relative rolling contact or sliding contact occurs with the counterpart member.
  • the rolling sliding member include constituent members that constitute a rolling bearing, a linear motion bearing, a ball screw, and the like.
  • the linear motion bearing has linear raceway surfaces, and a plurality of first and second race members arranged opposite to each other are arranged between the first and second race members. This is a bearing that relatively moves linearly by rolling of the rolling elements.
  • rolling elements in a linear motion bearing there are balls and rollers.
  • As the linear motion bearing there is a circulation linear motion bearing in which rolling elements circulate.
  • the ball screw is a bearing in which screw grooves are respectively provided on opposing surfaces of a screw shaft and a nut, and balls that are a plurality of rolling elements are arranged in the screw grooves so as to allow rolling.
  • the rolling bearing includes an outer ring, an inner ring, a plurality of rolling elements provided so as to be able to roll between the outer ring and the inner ring, and a cage that holds the plurality of rolling elements at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • the rolling sliding member of the present invention is most suitable as an outer ring of a rolling bearing.
  • Inner rings, rolling elements, and cages in rolling bearings are also rolling sliding members, but the outer ring is the outermost part of the rolling bearing, so if the rolling bearing is exposed to a wet environment, moisture and salt content This is because rust is most likely to occur.
  • the range in which the surface layer portion is removed may be at least 40 nm deep from the surface. This is because the Cr-deficient layer is easily formed in a depth range of 40 nm from the surface when vacuum heat treatment is performed in order to omit removal processing such as scale. Therefore, if a depth of at least 40 nm is removed from the surface, a decrease in corrosion resistance can be significantly prevented.
  • the surface layer portion may be removed on at least the outer peripheral surface and the side surface of the outer ring. That is, the inner peripheral surface of the outer ring does not necessarily have to be subjected to surface layer removal processing. This is because, when the raceway of the rolling bearing is sealed by the seal member, it is difficult for moisture to enter the raceway, so that rust is hardly generated on the inner peripheral surface of the outer ring facing the raceway.
  • XX to XX indicating a numerical range means “from XX to XX” unless otherwise specified.
  • the basic composition of the rolling sliding member of the present invention is the same as that of Patent Document 1, it inherently has excellent hardness and good corrosion resistance.
  • the Cr-deficient layer does not exist in the surface layer portion, it surely has a passive film. Therefore, even if it is manufactured through a process that does not require removal processing such as scale, there is no iron oxide film resulting from the Cr-deficient layer. Thereby, favorable corrosion resistance can be ensured. Therefore, even if the rolling sliding member is used as an outer ring of a rolling bearing used in a wet environment, generation of rust can be effectively prevented. For this reason, it can be used even at the seaside where the salt concentration in the atmosphere is high, which has been difficult to use in the past.
  • FIG. 1 is a partially broken perspective view showing the structure of a general rolling bearing.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a rolling bearing including a seal member that seals the drive surface.
  • FIG. 3 is a graph showing the amount of Cr present in the surface layer portion.
  • the basic composition of the martensitic steel material that is the base of the rolling sliding member is the same as that of Patent Document 1, and a commercially available product is DSR-40N. Specifically, 0.15 mass% or more and less than 0.70 mass% C, 0.05 to 1.00 mass% Si, 0.05 to 1.00 mass% Mn, 0.03 mass% Less than or equal to P, 0.03% or less S, 0.001 to 0.500 wt% Cu, 0.05 to 0.50 wt% Ni, and 11.0 to 18.0 %
  • Cr 0.05 to 2.00% by mass of Mo, 0.01 to 0.50% by mass of W, 0.01 to 0.50% by mass of V, and 0.05 to 0% .40 mass% N, 0.02 mass% or less O, 0.080 mass% or less Al, and 0.0005 to 0.0050 mass% B, and C + N is 0.4 mass % And less than 0.7 mass%, C / N is 0.75 or more, and the balance
  • C ensures strength and wear resistance. Moreover, it combines with carbide forming elements such as Cr, Mo, W, V, and Nb to form carbide. Further, the hardness is ensured by solid solution in the matrix at the time of quenching and the martensitic organization of the matrix.
  • N is an interstitial element that improves both corrosion resistance and hardness. Further, when N is dissolved in the matrix, the corrosion resistance is improved. Ni, Cr and V increase the amount of nitrogen dissolved.
  • Cr is the main component of the surface passive film and improves the corrosion resistance.
  • Cu also improves the corrosion resistance.
  • Mo also improves the corrosion resistance.
  • Si is mainly added for deoxidizer or nitrogen addition.
  • Mn improves hardenability.
  • S contained unavoidable is also fixed and there exists an effect which prevents the fall of toughness.
  • W improves hardenability.
  • Al is added as a deoxidizer.
  • B strengthens the grain boundaries and reduces cracks during quenching and sub-zero treatment.
  • P, S, and O are inevitably contained in the steel.
  • the rolling sliding member may contain the following elements in the following range in addition to the above essential elements. 0.001 mass% ⁇ Co ⁇ 0.500 mass%. 0.001 mass% ⁇ Se ⁇ 0.300 mass%. 0.001 mass% ⁇ Te ⁇ 0.300 mass%. 0.0002 mass% ⁇ Ca ⁇ 0.1000 mass%. 0.001 mass% ⁇ Pb ⁇ 0.200 mass%. 0.001 mass% ⁇ Nb ⁇ 0.300 mass%. 0.001 mass% ⁇ Ta ⁇ 0.300 mass%. Ti ⁇ 0.200 mass%. 0.001 mass% ⁇ Zr ⁇ 0.300 mass%.
  • the steel material is heated to a quenching temperature or solution temperature of 1020 to 1150 ° C., and then rapidly cooled at a predetermined cooling rate by oil quenching, gas cooling, or the like.
  • a cryogen for example, dry ice, dry ice + alcohol ( ⁇ 80 ° C.), carbon dioxide ( ⁇ 130 ° C.), liquid nitrogen ( ⁇ 196 ° C.) and the like can be used.
  • the steel material subjected to the sub-zero treatment is heated to 150 ° C. to 450 ° C.
  • Such heat treatment results in a Rockwell hardness of at least 55 HRC. This hardness is equivalent to SUS440C.
  • this heat treatment is performed in a vacuum atmosphere.
  • the Cr-deficient layer here refers to a range in which the Cr ratio is clearly reduced with respect to Cr 11.0 to 18.0 mass% inherently contained in the rolling sliding member. .
  • the thickness (depth) to be removed is at least 40 nm or more, preferably 100 nm or more from the surface. If the thickness to be removed is 40 nm or more from the surface, the clear Cr-deficient layer can be removed accurately. If the thickness to be removed is 100 nm or more from the surface, the Cr-deficient layer can be reliably removed.
  • the upper limit of the thickness to be removed is not particularly limited, but it is preferably at least a range smaller than conventional removal processing (0.7 mm) such as a scale. This is because considering the loss of material cost and productivity (reduction of processing time), it is desirable to reduce the amount to be removed as much as possible and keep it to the minimum necessary level.
  • the thickness to be removed is more preferably 100 ⁇ m or less from the surface, and further preferably 150 nm or less.
  • the surface layer part removal process is not particularly limited as long as it is a method capable of removing the surface layer part, such as polishing, barreling, turning, and chemical treatment.
  • the rolling sliding member obtained in this way has good corrosion resistance because an effective passive film is reliably formed on the surface.
  • this rolling sliding member is suitable as a member used in a wet environment.
  • a rolling bearing used for a sliding door provided so as to be directly exposed to the external environment (ambient atmosphere).
  • it is particularly suitable as an outer ring of a rolling bearing.
  • this type of general rolling bearing 1 includes an outer ring 2, an inner ring 3, a plurality of rolling elements 4 provided between the outer ring 2 and the inner ring 3, and each rolling element 4. And a cage 5 that holds the moving body 4 in the circumferential direction at predetermined intervals.
  • the outer ring 2 is the outermost component in the rolling bearing 1
  • rust is most likely to occur in the outer ring 2 when the rolling bearing 1 is used in a wet environment. If rust is generated on the outer ring 2, the rust may also adhere to the slide rail, which may impair the appearance. Therefore, it is preferable to use the rolling sliding member of the present invention for the outer ring 2.
  • the seal member 16 may seal the space between the outer ring 12 and the inner ring 13 like the sliding door rolling bearing 10 shown in FIG. With such a rolling bearing 10, the Cr deficient layer may be removed only on the outer peripheral surface and the side surface of the outer ring 2.
  • reference numeral 14 denotes a rolling element
  • reference numeral 15 denotes a cage that holds each rolling element 14 at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • the inner peripheral surface including the raceway surface of the outer ring 12 may be subjected to turning / vacuum heat treatment in the same manner as in the past, and then finishing such as polishing may be unnecessary.
  • the raceway surface inner peripheral surface which is a curved surface portion is finished, and the side surface and the outer peripheral surface are not particularly finished.
  • the present invention there is an opposite feature that only the side surface or the outer peripheral surface is finished and the raceway surface is not finished. Therefore, if it is the rolling bearing 10 for such a sliding door, it will become possible to hold down the effort and cost concerning a process more.
  • the inner ring may also rust. Therefore, it is also preferable to use the rolling sliding member of the present invention for the inner ring. In this case as well, it is basically preferable to remove the Cr-deficient layer on the outer peripheral surface (opposite surface to the outer ring), the side surface, and the inner peripheral surface of the inner ring. However, in the case shown in FIG. 2 in which the space between the outer ring and the inner ring is sealed by a sealing member, the Cr-deficient layer may be removed only on the inner peripheral surface and the side surface.
  • the rolling element and the cage may be made of the same material as a conventionally known general rolling bearing.
  • carbon steel or SUJ2 can be used as the rolling element material.
  • the cage may be a resinous material such as reinforced polyamide.
  • the outer ring had an outer diameter of 24 mm, an inner diameter of 18 mm, and a width of 8 mm, and DSR-40N was used as the martensitic steel material.
  • the bar material is turned, and thereafter the surface layer portion is not removed by polishing or the like.
  • a vacuum furnace was used for the heat treatment. For quenching in the quenching process, nitrogen gas was introduced into the furnace for cooling.
  • the outer ring of Production Example 1 was used to measure and evaluate the influence of corrosion resistance based on the presence or absence of surface layer removal processing.
  • the outer peripheral surface of Production Example 1 was polished at a depth of 100 ⁇ m from the surface and subjected to surface layer removal processing as an example.
  • the manufacture example 1 which has not performed surface layer removal processing was made into the comparative example.
  • the pitting potential was measured according to JIS G0577: 2014. Note that the contents of JIS G 0577: 2014 are incorporated herein by reference.
  • the pitting corrosion potential of the example (with surface layer removal) was 116 mV. This is equivalent to SUS630 generally called high corrosion resistance.
  • the pitting corrosion potential of the comparative example was ⁇ 12 mV.
  • the Cr ratio in the range of about 40 nm depth from the surface is evident when the range in which the Cr ratio at a depth of about 100 nm is constant is a standard. It can be seen that it is decreasing. That is, it is a portion called a Cr deficient layer. As a result, the fact that an effective passive film was not formed on the surface was found to be a cause of a decrease in corrosion resistance. From this measurement result, it can be seen that the thickness (depth) to be removed in the surface layer removing process may be at least 40 nm or more from the surface. That is, if a depth of 40 nm or more is removed from the surface, it is expected that a Cr-deficient layer having a constant Cr ratio from the surface portion is not present.

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Abstract

本発明は、優れた硬度と良好な耐食性を有し、スケール等の除去加工が不要な工程を経ても確実に不動態被膜を有する転がり摺動部材と、これを利用した転がり軸受、及びその製造方法を提供する。

Description

転がり摺動部材とこれを利用した転がり軸受、及び転がり摺動部材の製造方法
　本発明は、転がり摺動部材と、これを利用した転がり軸受、及び転がり摺動部材の製造方法に関する。
　転がり軸受は、様々な分野において広く使用されている。例えば自動車のスライドドアにおいても、スライドドアが自動車の車体側面に設けられたスライドレールに沿って円滑に開閉できるよう、転がり軸受（ローラー）が使用されている。また、産業機械や倉庫等のスライドドアにも、転がり軸受は使用されている。ここで、スライドドア用の転がり軸受には、スライドドアの荷重を支え、且つドア開閉時の衝撃荷重等によって破損、変形しないよう高い強度が必要とされる。そこで、この種の転がり軸受には、ステンレス鋼の中で最も硬度の高い部類に属するマルテンサイト系のＳＵＳ４４０Ｃが従来から使用されていた。
　ところで、スライドドアのスライドレールは、外部環境（周辺雰囲気）に直接露呈する状態で設けられている場合もある。この場合、転がり軸受は洗車用洗浄液や、凍結防止剤の塩化カルシウム水溶液などに容易に晒される被水環境にあるため、良好な耐食性も求められる。しかしながら、ＳＵＳ４４０Ｃは硬度に優れるものの、ステンレス鋼の中では耐食性が低い水準にある。したがって、ＳＵＳ４４０Ｃからなる転がり軸受を被水環境で使用すると、錆が発生し易いという問題が生じる。
　ここで、優れた硬度を有すると共に、良好な耐食性も有することで、軸受としても好適に使用し得るマルテンサイト系のステンレス鋼が、特許文献１に開示されている。特許文献１では、従来のマルテンサイト系ステンレス鋼に比してＮ量を高めつつ、Ｃ＋Ｎ量とＣ／Ｎ比を最適化することで、硬度を高めている。一方、Ｍｏ等の耐食性向上元素を添加すると共に、マトリックス中に適量のＮを固溶させることで、耐食性を向上している。
日本国特許第４９５２８８８号公報
　特許文献１に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼は、高い硬度と耐食性を備えるため、確かに軸受として好適である。しかし、当該ステンレス鋼によって例えば転がり軸受の外輪を製造する場合、所定寸法のリング状に旋削した後、一定の硬度を担保するため熱処理が施される。通常、この熱処理は大気中（酸素存在雰囲気）で行われる。そのため、大気中の酸素がステンレス鋼表面の鉄と反応し、いわゆるスケールと称される酸化鉄系の被膜が形成される。このスケールは製品において不要な被膜なので、スケール除去加工が必要となり煩雑である。
　さらに、大気中の熱処理では、例えばステンレス鋼の表面から０．７ｍｍ以下の深さの領域で、Ｎの上昇（窒素吸収）やＣの減少（脱炭）といった成分変化が発生する。したがって、スケールを除去する際は、窒素吸収や脱炭が生じた成分変化部分の除去も念頭に入れながら除去加工（以下、スケールの除去加工と成分変化部分の除去加工を含めて「スケール等の除去加工」と称す）する必要がある。そのため、スケール等の除去加工では、スケールや窒素吸収、脱炭領域が残留しないよう、表面から深さ１ｍｍ程度は除去する必要がある。これでは、スケール等の除去加工による材料ロスが多い。
　そこで、熱処理によってスケールや窒素吸収、脱炭領域が生じないようにするには、例えば真空雰囲気（酸素不存在雰囲気）にて熱処理することが考えられる。真空雰囲気下で熱処理を行えば、スケールや窒素吸収、脱炭領域は生じないため、スケール等の除去加工は不要となる。しかしながら、良好な耐食性を有するステンレス鋼を使用しても、真空雰囲気下で熱処理した場合、表面に錆が発生してしまう（耐食性が低下する）という問題が発生した。これに対し特許文献１では、スケール等の除去加工を省略することについては着目しておらず、また、これに起因する耐食性の低下という問題に対しても対処していない。
　そこで、我々は上記問題の原因を解明するために、鋭意検討の結果、表面から深さ数十ｎｍという非常に小さなナノレベル領域の表層部においてＣｒが欠乏することによって、有効な不動態被膜が形成され難いことを初めて知見した。
　そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、優れた硬度と良好な耐食性を有し、スケール等の除去加工が不要な工程を経ても確実に不動態被膜を有する転がり摺動部材と、これを利用した転がり軸受、及びその製造方法を提供することを目的とする。
　先ず、０．１５質量％以上０．７０質量％未満のＣと、０．０５～１．００質量％のＳｉと、０．０５～１．００質量％のＭｎと、０．０３質量％以下のＰと、０．０３質量％以下のＳと、０．００１～０．５００質量％のＣｕと、０．０５～０．５０質量％のＮｉと、１１．０～１８．０質量％のＣｒと、０．０５～２．００質量％のＭｏと、０．０１～０．５０質量％のＷと、０．０１～０．５０質量％のＶと、０．０５～０．４０質量％のＮと、０．０２質量％以下のＯと、０．０８０質量％以下のＡｌと、０．０００５～０．００５０質量％のＢとを含み、Ｃ＋Ｎが０．４質量％を超え０．７質量％未満で、Ｃ／Ｎが０．７５以上であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、表面から少なくとも４０ｎｍ深さの範囲の表層部においてＣｒ欠乏層が存在していない転がり摺動部材が提供される。
　この転がり摺動部材の基本的組成は、特許文献１と同じである。そのうえで、表層部にＣｒ欠乏層が存在していないため、スケール等の除去加工が不要な工程を経て製造されたとしても、確実に不動態被膜を有する。これにより、優れた硬度と共に良好な耐食性も担保することができる。
　なお、本発明における転がり摺動部材とは、相手部材との間で相対的な転がり接触又はすべり接触が生じる接触面を有する金属製の部材を意味する。具体的な転がり摺動部材としては、例えば転がり軸受、直動軸受、ボールねじ等を構成する各構成部材が挙げられる。直動軸受は、互いに直線状の軌道面を有し、対向配置された第１の軌道部材と第２の軌道部材とが、当該第１・第２の軌道部材の間に配された複数の転動体の転動によって、相対的に直線運動をする軸受である。直動軸受における転動体としては、玉やころがある。直動軸受には、転動体が循環する循環直動軸受もある。ボールねじは、ねじ軸とナットの対向面にそれぞれねじ溝が設けられており、当該ねじ溝に複数の転動体であるボールが転動可能に配された軸受である。
　転がり軸受は、外輪と、内輪と、前記外輪と内輪の間へ転動可能に設けられた複数の転動体と、前記複数の転動体を周方向に所定間隔毎に保持する保持器とを備える。そのうえで、本発明の転がり摺動部材としては、転がり軸受の外輪として最も好適である。転がり軸受における内輪、転動体、及び保持器も転がり摺動部材であるが、外輪は、転がり軸受の中で最外装部品であるため、転がり軸受が被水環境に曝された場合、水分や塩分等により最も錆が発生し易いからである。
　また、０．１５質量％以上０．７０質量％未満のＣと、０．０５～１．００質量％のＳｉと、０．０５～１．００質量％のＭｎと、０．０３質量％以下のＰと、０．０３質量％以下のＳと、０．００１～０．５００質量％のＣｕと、０．０５～０．５０質量％のＮｉと、１１．０～１８．０質量％のＣｒと、０．０５～２．００質量％のＭｏと、０．０１～０．５０質量％のＷと、０．０１～０．５０質量％のＶと、０．０５～０．４０質量％のＮと、０．０２質量％以下のＯと、０．０８０質量％以下のＡｌと、０．０００５～０．００５０質量％のＢとを含み、Ｃ＋Ｎが０．４質量％を超え０．７質量％未満で、Ｃ／Ｎが０．７５以上であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物であるマルテンサイト鋼材を、硬さが５５ＨＲＣ以上となるよう真空熱処理した後、表層部の除去加工を行う、転がり摺動部材の製造方法も提供される。
　このとき、前記表層部の除去加工を行う範囲は、表面から少なくとも４０ｎｍの深さの範囲とすればよい。スケール等の除去加工を省くため真空熱処理した場合、Ｃｒ欠乏層は表面から４０ｎｍの深さの範囲に形成され易いからである。したがって、表面から少なくとも４０ｎｍの深さを除去しておけば、耐食性の低下を有意に防ぐことができる。
　この転がり摺動部材を転がり軸受の外輪とする場合、前記表層部の除去加工は、前記外輪の少なくとも外周面及び側面に行えばよい。すなわち、外輪の内周面は必ずしも表層部除去加工を行わなくても良い。転がり軸受の軌道がシール部材によってシールされている場合は軌道に水分が浸入し難いので、当該軌道に臨む外輪の内周面には錆が発生し難いからである。
　なお、本発明において数値範囲を示す「○○～××」とは、特に明示しない限り「○○以上××以下」を意味する。
　本発明の転がり摺動部材は、基本的組成が特許文献１と同じ組成なので、本来的に優れた硬度と良好な耐食性を有する。そのうえで、表層部にＣｒ欠乏層が存在していないため、確実に不動態被膜を有する。したがって、スケール等の除去加工が不要な工程を経て製造されたとしても、Ｃｒ欠乏層に起因する酸化鉄系被膜が存在しない。これにより、良好な耐食性を担保することができる。故に、当該転がり摺動部材を、被水環境で使用される転がり軸受の外輪として使用したとしても、錆の発生を効果的に防止することができる。そのため、従来では使用することが困難であった、大気中の塩分濃度が高い海辺等においても、使用が可能となる。
　本発明の転がり摺動部材の製造方法では、熱処理を真空雰囲気（酸素不存在雰囲気）にて行っているため、スケールや窒素吸収、脱炭領域が形成されない。これにより、従来では必須であったスケール等の除去加工が不要となる。そのうえで、表層部除去加工を行うことで、真空熱処理により生じるＣｒ欠乏層を除去することができる。この表層部除去加工は、ｎｍオーダーで行えば良いので、ｍｍオーダーで表層部を除去するスケール等の除去加工に比して除去量が圧倒的に少ないので、材料コスト面でも有利となる。また、この除去加工に要するサイクルタイムは除去量に比例するため、サイクルタイムの短縮により、時間当たりの生産量を増加させることができる。
図１は、一般的な転がり軸受の構造を示す一部破断斜視図である。 図２は、駆動面をシールするシール部材を備える転がり軸受の断面図である。 図３は、表層部のＣｒ存在量を示すグラフである。
　先ず、転がり摺動部材のベースとなるマルテンサイト鋼材の基本的組成について説明する。この転がり摺動部材の基本的組成は特許文献１と同じであり、市販品としてはＤＳＲ－４０Ｎがある。具体的には、０．１５質量％以上０．７０質量％未満のＣと、０．０５～１．００質量％のＳｉと、０．０５～１．００質量％のＭｎと、０．０３質量％以下のＰと、０．０３質量％以下のＳと、０．００１～０．５００質量％のＣｕと、０．０５～０．５０質量％のＮｉと、１１．０～１８．０質量％のＣｒと、０．０５～２．００質量％のＭｏと、０．０１～０．５０質量％のＷと、０．０１～０．５０質量％のＶと、０．０５～０．４０質量％のＮと、０．０２質量％以下のＯと、０．０８０質量％以下のＡｌと、０．０００５～０．００５０質量％のＢと、を含み、Ｃ＋Ｎが０．４質量％を超え０．７質量％未満で、Ｃ／Ｎが０．７５以上であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。
　Ｃは、強度及び耐摩耗性を確保する。また、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ等の炭化物形成元素と結合して炭化物を形成する。さらに、焼入れ時にマトリックスに固溶し、マトリックスをマルテンサイト組織化することによって硬度を確保する。
　Ｎは侵入型元素であり、耐食性と硬さの双方を向上させる。また、マトリックス中にＮを固溶させると、耐食性が向上する。Ｎｉ，Ｃｒ，Ｖは、窒素の溶解量を増加させる。
　Ｃｒは、表層不動態被膜の主成分であり、耐食性を向上させる。Ｃｕも、耐食性を向上させる。特に、塩酸による浸食を抑制する効果が大きい。Ｍｏも、耐食性を向上させる。
　Ｓｉは、主に脱酸剤又は窒素添加のために添加される。Ｍｎは、焼入れ性を向上する。また、不可避的に含まれるＳを固定し、靱性の低下を防止する効果もある。Ｗは、焼入れ性を向上させる。Ａｌは、脱酸剤として添加される。Ｂは、粒界を強化させ、焼入れ・サブゼロ処理の際の割れを低減させる。Ｐ，Ｓ，Ｏは、鋼中に不可避的に含まれる。
　また、転がり摺動部材は、上記必須元素の他に、下記元素を下記の範囲で含んでいても良い。
　　０．００１質量％≦Ｃｏ≦０．５００質量％。
　　０．００１質量％≦Ｓｅ≦０．３００質量％。
　　０．００１質量％≦Ｔｅ≦０．３００質量％。
　　０．０００２質量％≦Ｃａ≦０．１０００質量％。
　　０．００１質量％≦Ｐｂ≦０．２００質量％。
　　０．００１質量％≦Ｎｂ≦０．３００質量％。
　　０．００１質量％≦Ｔａ≦０．３００質量％。
　　Ｔｉ≦０．２００質量％。
　　０．００１質量％≦Ｚｒ≦０．３００質量％。
　このマルテンサイト鋼材を使用して転がり摺動部材を製造する場合は、所定形状に鋳造や鍛造をした後、所定の硬度を得るなどのために焼入れ処理、サブゼロ処理、及び焼戻し処理等の熱処理を行う。なお、寸法精度が求められる場合は、粗形状に鋳造や鍛造をした後、所定寸法に切削することも好ましい。
　焼入れ処理は、鋼材を１０２０～１１５０℃の焼入れ温度又は溶体化温度に加熱した後、油焼入れ、ガス冷却等によって所定の冷却速度で急冷する。サブゼロ処理は、焼入れした後、速やかに０℃以下の寒剤を用いて再急冷する。寒剤としては、例えば、ドライアイス、ドライアイス＋アルコール（－８０℃）、炭酸ガス（－１３０℃）、液体窒素（－１９６℃）などを使用できる。焼戻し処理は、サブゼロ処理が行われた鋼材を１５０℃～４５０℃に加熱する。このような熱処理により、ロックウェル硬さが少なくとも５５ＨＲＣ以上となる。なお、この硬さはＳＵＳ４４０Ｃと同等である。
　そのうえで、この熱処理は真空雰囲気で行う。あるいは、真空雰囲気に代えて、窒素ガス等を流入させた不活性ガス雰囲気で熱処理を行うことも好ましい。これにより、熱処理が酸素不存在雰囲気で行われるので、転がり摺動部材の表面にスケールや窒素吸収、脱炭領域が形成されず、熱処理後のスケール等の除去加工が不要となる。
　しかし、熱処理を真空雰囲気で行うと、表面から深さ（厚み）４０ｎｍ程度の範囲でＣｒ量が明らかに減少したＣｒ欠乏層が形成されることを我々が発見した。そのため、熱処理のあと未処理のままで使用すると、Ｃｒ欠乏により有効な不動態被膜が形成されず、大気中の酸素と鋼材の鉄とが結合した酸化鉄被膜が形成され、耐食性が大きく低下してしまう。なお、ここでいうＣｒ欠乏層とは、転がり摺動部材中に本来的に含有されているＣｒ１１．０～１８．０質量％に対して、Ｃｒの比率が明らかに減少している範囲を指す。
　そこで、熱処理後に、表層部を僅かに除去する必要がある。除去する厚み（深さ）は、表面から少なくとも４０ｎｍ以上、好ましくは１００ｎｍ以上とする。除去する厚みが表面から４０ｎｍ以上であれば、明らかなＣｒ欠乏層を的確に除去できる。除去する厚みが表面から１００ｎｍ以上であれば、Ｃｒ欠乏層を確実に除去できる。一方、除去する厚みの上限は特に制限されないが、少なくとも従来のスケール等の除去加工（０．７ｍｍ）よりも少ない範囲とすることが好ましい。材料コストのロスや生産性（加工時間の短縮）を考慮すると、できるだけ除去する量を少なくして必要最低限度に抑えることが望ましいからである。そのため、除去する厚みは表面から１００μｍ以下がより好ましく、１５０ｎｍ以下がさらに好ましい。表層部除去加工は、研磨、バレル、旋削、化学的処理など、表層部を除去することができる方法であれば、特に制限されない。
　このようにして得られた転がり摺動部材は、表面に有効な不動態被膜が確実に形成されていることで、良好な耐食性が得られる。孔食電位で比較すれば、高耐食性と言われるＳＵＳ６３０と同等となる。したがって、この転がり摺動部材は、被水環境で使用される部材として好適である。例えば、自動車、産業用機械、倉庫等において、外部環境（周辺雰囲気）に直接露呈されるように設けられたスライドドアに使用される、転がり軸受として好適である。中でも、転がり軸受の外輪として特に好適である。
　この種の一般的な転がり軸受１は、図１に示すように、外輪２と、内輪３と、外輪２と内輪３の間へ転動可能に設けられた複数の転動体４と、各転動体４を周方向へ所定間隔毎に保持する保持器５とを備える。このように、外輪２は転がり軸受１の中で最外装部品となるので、転がり軸受１が被水環境で使用されると、外輪２に錆が最も発生し易い。外輪２に錆が発生すると、当該錆がスライドレールにも付着し、外観を損ねる恐れもある。そこで、外輪２に本発明の転がり摺動部材を使用することが好ましい。
　この場合、基本的には外輪２の外周面、側面、内周面（内輪３との対向面）の全てにおいてＣｒ欠乏層の除去加工を施す必要がある。しかし、転がり軸受の中には、図２に示すスライドドア用の転がり軸受１０のように、外輪１２と内輪１３との間がシール部材１６によってシールされている場合もある。このような転がり軸受１０であれば、外輪２の外周面と側面のみにＣｒ欠乏層の除去加工を施すだけでもよい。なお、図２において符号１４は転動体であり、符号１５は各転動体１４を周方向へ所定間隔毎に保持する保持器である。
　またこのとき、スライドドア用の転がり軸受１０において、外輪１２の軌道面を含む内周面については、従来と同様に旋削・真空熱処理を施した後、研磨等の仕上げ加工を不要とする場合が多い。すなわち、一般的な転がり軸受１では、曲面部分である軌道面（内周面）のみ仕上げ加工を施し、側面や外周面には特に仕上げ加工を施さないものはよく見られる。一方で、本発明においては、側面または外周面のみに仕上げ加工を施し、軌道面に仕上げ加工を施さないという正反対の特徴が存在する。よって、このようなスライドドア用の転がり軸受１０であれば、加工にかかる手間・コストをより抑えることが可能となる。
　なお、転がり軸受が被水環境で使用される場合、内輪にも錆が発生し得る。したがって、内輪にも本発明の転がり摺動部材を使用することも好ましい。この場合も、基本的には内輪の外周面（外輪との対向面）、側面、内周面の全てにおいてＣｒ欠乏層の除去加工を施すことが好ましい。しかし、外輪と内輪との間がシール部材によってシールされている図２に示す場合は、内周面と側面のみにＣｒ欠乏層の除去加工を施すだけでもよい。
　転動体や保持器は、従来から公知の一般的な転がり軸受と同様の素材を使用すればよい。例えば転動体の素材には、炭素鋼やＳＵＪ２を使用できる。保持器は、例えば強化ポリアミド等の樹脂性材料とすればよい。
　表１に示す種々の熱処理条件で、転がり軸受用の外輪を処理した際の硬度（ロックウェル硬さ）を測定評価した。その結果も表１に示す。外輪の寸法は、外径２４ｍｍ、内径１８ｍｍ、幅８ｍｍであり、マルテンサイト鋼材としてＤＳＲ－４０Ｎを使用した。外輪は、棒材を旋削し、その後は研磨等の表層部の除去加工は行っていない。熱処理には真空炉を使用した。焼き入れ処理の急冷は、窒素ガスを炉内に導入し冷却を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１の結果から、ＤＳＲ－４０Ｎを上記熱処理条件で真空熱処理することで、ロックウェル硬さが５５ＨＲＣ以上となることが確認された。
　次いで、製造例１の外輪を用いて、表層部除去加工の有無に基づく耐食性の影響について測定評価した。製造例１の外周面を、表面から１００μｍの深さで研磨して表層部除去加工を施したものを実施例とした。一方、表層部除去加工を行っていない製造例１そのものを比較例とした。耐食性は、ＪＩＳ Ｇ ０５７７：２０１４に基づき孔食電位を測定した。なお、ＪＩＳ Ｇ ０５７７：２０１４の内容はここに参照として取り込まれる。
　その結果、実施例（表層部除去有）の孔食電位は１１６ｍＶであった。これは、一般的に高耐食性と言われるＳＵＳ６３０と同等である。これに対し、比較例の孔食電位は－１２ｍＶであった。これにより、表層部を除去していない比較例では、優れた硬度を有するものの、まともな耐食性が得られないが、表層部を除去した実施例では、優れた硬度と共に良好な耐食性も担保できていることが確認された。
　次いで、表層部除去の有無に起因して耐食性に差が出る原因を調査した。調査にはオージェ電子分光分析装置を用い、最表層部から元素割合の分析と、イオンスパッタによる材料のｎｍ単位での除去を繰り返し、深さ方向の元素割合を分析した。深さはイオンスパッタの時間から換算した。その結果を図３に示す。
　図３の結果から、比較例（表層部除去無し）では、深さ１００ｎｍ前後のＣｒ比率が一定となっている範囲を基準にしたとき、表面から深さ４０ｎｍ程度の範囲でＣｒの比率が明らかに減少している様子が見られる。すなわち、Ｃｒ欠乏層と呼ばれる部分である。これにより、表面に有効な不動態被膜が形成されていないことが、耐食性低下の原因と判明した。この測定結果より、表層部除去加工において、除去する厚み（深さ）は、表面から少なくとも４０ｎｍ以上であればよいことがわかる。すなわち、表面から深さ４０ｎｍ以上除去すれば、表面部からＣｒ比率が一定である、Ｃｒ欠乏層が存在しない状態となることが予想される。
　それに対して、実施例（表層部除去有）では、表面から少なくとも１０ｎｍ以上の深さの範囲でＣｒ欠乏層が存在していないことがわかる。さらには、２ｎｍの深さ位置においても十分なＣｒ比率が検出されており、実質表面上においてもＣｒ欠乏層が存在しない状態といえる。すなわち、表面部から深くなるにつれてＣｒ比率がほぼ一定の状態である、といえる。よって、実施例ではＣｒ欠乏層はほぼ生じておらず、表面にＣｒが存在していることで良好な耐食性が担保されることがわかった。
　本出願は、２０１６年２月１９日出願の日本特許出願２０１６－０３０４９８に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１・１０　転がり軸受
２・１２　外輪
３・１３　内輪
４・１４　転動体
５・１５　保持器
１６　シール部材
 

Claims (5)

  1. 　０．１５質量％以上０．７０質量％未満のＣと、０．０５～１．００質量％のＳｉと、０．０５～１．００質量％のＭｎと、０．０３質量％以下のＰと、０．０３質量％以下のＳと、０．００１～０．５００質量％のＣｕと、０．０５～０．５０質量％のＮｉと、１１．０～１８．０質量％のＣｒと、０．０５～２．００質量％のＭｏと、０．０１～０．５０質量％のＷと、０．０１～０．５０質量％のＶと、０．０５～０．４０質量％のＮと、０．０２質量％以下のＯと、０．０８０質量％以下のＡｌと、０．０００５～０．００５０質量％のＢとを含み、Ｃ＋Ｎが０．４質量％を超え０．７質量％未満で、Ｃ／Ｎが０．７５以上であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
    　表面から少なくとも４０ｎｍ深さの範囲の表層部においてＣｒ欠乏層が存在していない、転がり摺動部材。
  2. 　外輪と、内輪と、前記外輪と内輪の間へ転動可能に設けられた複数の転動体と、前記複数の転動体を周方向に所定間隔毎に保持する保持器とを備え、
    　前記外輪が、請求項１に記載の転がり摺動部材からなる、転がり軸受。
  3. 　０．１５質量％以上０．７０質量％未満のＣと、０．０５～１．００質量％のＳｉと、０．０５～１．００質量％のＭｎと、０．０３質量％以下のＰと、０．０３質量％以下のＳと、０．００１～０．５００質量％のＣｕと、０．０５～０．５０質量％のＮｉと、１１．０～１８．０質量％のＣｒと、０．０５～２．００質量％のＭｏと、０．０１～０．５０質量％のＷと、０．０１～０．５０質量％のＶと、０．０５～０．４０質量％のＮと、０．０２質量％以下のＯと、０．０８０質量％以下のＡｌと、０．０００５～０．００５０質量％のＢとを含み、Ｃ＋Ｎが０．４質量％を超え０．７質量％未満で、Ｃ／Ｎが０．７５以上であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物であるマルテンサイト鋼材を、硬さが５５ＨＲＣ以上となるよう真空熱処理した後、表層部の除去加工を行う、転がり摺動部材の製造方法。
  4. 　前記表層部の除去加工を行う範囲が、表面から少なくとも４０ｎｍの深さの範囲である、請求項３に記載の転がり摺動部材の製造方法。
  5. 　前記転がり摺動部材が、転がり軸受の外輪であって、
    　前記表層部の除去加工を、前記外輪の少なくとも外周面及び側面に行う、請求項３又は請求項４に記載の転がり摺動部材の製造方法。
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