WO2023095796A1 - 転がり軸受部品用合金鋼、それを用いた転がり軸受部品，転がり軸受用軌道輪および転がり軸受 - Google Patents

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alloy steel
rolling
test
steel
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裕貴 島田
広志 花井
Original Assignee
株式会社不二越
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/64—Special methods of manufacture

Definitions

  • the present invention relates to alloy steel for rolling bearing parts used in the field of automobiles such as electric vehicles and the field of industrial machinery such as speed reducers, rolling bearing parts using the same, bearing rings for rolling bearings, and rolling bearings.
  • Rolling bearings used in the fields of automobiles and industrial machinery are required to have various properties such as heat resistance and wear resistance.
  • Strength indentation resistance
  • a high-hardness material such as high-speed tool steel is used as the bearing ring material, and a carbonitrided layer is formed after precipitating carbides of several micrometers or less in the structure at a predetermined depth on the raceway surface of the bearing ring.
  • Techniques have been disclosed (see Patent Documents 1 and 2).
  • the present invention provides an alloy steel for rolling bearing parts that does not require surface treatment such as carburizing or nitriding and has improved static strength (indentation resistance) due to contact between rolling elements and raceway surfaces.
  • An object of the present invention is to provide a rolling bearing component, a bearing ring for a rolling bearing, and a rolling bearing.
  • the invention of the alloy steel for rolling bearing parts is composed of C: 1.10 to 1.50%, Si: 0.70 to 2.50%, Mn: 0.10 to 1.00%, An alloy steel containing Cr: 1.00 to 4.00%, Mo: 0.20 to 1.50%, V: 0.05 to 0.80%, and residual Fe and unavoidable impurities.
  • C 1.10 to 1.50%, Si: 0.70 to 2.50%, Mn: 0.10 to 1.00%, Cr: 1.00 to 4.00%, An alloy steel containing Mo: 0.20 to 1.50%, Nb: 0.025 to 0.20%, and residual Fe and inevitable impurities may be used.
  • C 1.10 to 1.50%
  • Si 0.70 to 2.50%
  • Mn 0.10 to 1.00%
  • Cr 0..00 to 4.00%
  • W+2Mo 0.40 to 3.0%
  • V 0.05 to 0.80%
  • an alloy steel composed of residual Fe and unavoidable impurities can also be used.
  • the alloy steel is more preferably composed of residual Fe and unavoidable impurities.
  • the amount of retained austenite in the surface layer is in the range of 5 to 15% by volume,
  • the hardness of the surface layer and the inside shall be 64 HRC or more on the Rockwell C scale.
  • the amount of retained austenite in the surface layer is more preferably in the range of 10 to 13% by volume.
  • the invention of the alloy steel for rolling bearing parts has increased the surface hardness of the rolling bearing parts by performing normal heat treatment (quenching and tempering) without special surface treatments such as carburizing and nitriding. Available as alloy steel.
  • the rolling bearing parts, bearing rings for rolling bearings, and rolling bearings using the same increase the resistance to indentation (static load rating) due to contact between the rolling elements and the bearing rings, thereby improving the life of the rolling bearings. It has the effect of
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a thrust life tester used in Example 2.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a thrust life tester used in Example 2.
  • C (carbon) contained in the alloy steel constituting the rolling bearing part (bearing ring) of the present invention is 1.10 to 1.50% by weight, more preferably 1.20 to 1.50% by weight. do. Carbon ensures hardness after quenching and tempering in steel, and plays a role in ensuring a high rolling contact fatigue life when used as a material for rolling bearings. If the C content in steel is less than 1.10%, the required surface hardness cannot be obtained. On the other hand, if the content exceeds 1.50%, the amount of carbides and retained austenite in the steel increases, which reduces the rolling contact fatigue life of the bearing.
  • Si is in the range of 0.70 to 2.50%, more preferably 1.50 to 2.50% as weight percent. Silicon plays a role in increasing temper softening resistance in steel. Further, if the Si content in the steel is less than 0.70%, the necessary temper softening resistance cannot be obtained, and if the Si content exceeds 2.50%, the hot forgeability is significantly deteriorated.
  • Mn manganese
  • Mn manganese is 0.10 to 1.00% by weight. Manganese is effective in improving the hardenability of steel and improving the rolling contact fatigue life when used as a bearing material. If the Mn content in the steel exceeds 1.00%, the hot forgeability is remarkably lowered.
  • Cr Cr
  • Cr Cr
  • Cr Cr
  • Cr Cr
  • Cr Cr
  • chromium is 1.00-4.00% by weight. Chromium enhances the hardenability of steel and thermally stabilizes cementite to prevent solid solution of cementite in the matrix at high temperatures.
  • the Cr content in the alloy steel is less than 1.00%, the hardenability of the steel is deteriorated, and when the Cr content exceeds 4.00%, coarse carbides are generated in the steel and used as a bearing material. If this is the case, the rolling contact fatigue life of the rolling bearing is reduced.
  • Mo molybdenum
  • Mo is in the range of 0.20 to 1.50%, more preferably 0.20 to 0.70% by weight. Molybdenum forms carbides in steel and contributes to ensuring hardness. Also, when the Mo content in the steel exceeds 1.50%, coarse carbides are generated, which reduces the rolling contact fatigue life when used as a bearing material.
  • V vanadium
  • V is in the range of 0.05 to 0.80%, more preferably 0.05 to 0.40% as weight percent. V plays a role in increasing temper softening resistance through combined addition with silicon in steel. Also, if the content of each of these elements in the steel exceeds 0.80%, coarse carbides are generated, which reduces the rolling contact fatigue life when used as a bearing material.
  • Nb niobium
  • W tungsten
  • tungsten forms carbides in steel and contributes to ensuring hardness. If the W equivalent in steel is less than 0.40%, the required tempering hardness and softening resistance cannot be obtained. On the other hand, when the W equivalent exceeds 3.00%, coarse carbides are generated, which reduces the rolling contact fatigue life of the rolling bearing.
  • the bearing ring (inner ring and outer ring) for a rolling bearing of the present invention is obtained by subjecting the alloy steel having the chemical composition described above to quenching treatment in the range of 840 to 880°C and then tempering in the range of 150 to 180°C. It can be produced by doing.
  • the amount of retained austenite in the surface layer of the rolling bearing race can be set within the range of 5 to 15% by volume.
  • the hardness of the raceway surface (surface layer and inner layer) of the rolling bearing ring is set to 64 HRC or more on the Rockwell C scale.
  • the “amount of retained austenite ( ⁇ amount) in the surface layer” refers to the alloy steel of the present invention or a rolling bearing component (rolling bearing ring) using the alloy steel of the present invention. It refers to the amount of retained austenite present in the range up to 200 ⁇ m deep.
  • the bearing ring for rolling bearing is an inner ring.
  • the surface pressure of the inner ring generally exceeds the surface pressure of the outer ring. Because the bearing ring (inner ring) is more resistant to indentation, the outer diameter and width of the outer ring of the rolling bearing can be made smaller, resulting in a smaller and lighter rolling bearing. is.
  • Example 1 Using two types of alloy steels, the alloy steel for rolling bearings of the present invention (hereinafter referred to as the invention material) and the conventional bearing steel (hereinafter referred to as the comparative material), a steel ball pressing test (hereinafter referred to as the main test) was conducted. I have done so, so I will explain the test results. Table 1 lists the chemical compositions (unit: weight %) of the invention material (two levels with different chemical compositions) and the comparative material (bearing steel: SUJ2) used in this test. Table 2 shows the amount of austenite (unit: volume %).
  • the amount of retained austenite (amount of retained ⁇ ) of the inventive material and the comparative material was calculated by special software from the ratio of the integrated intensity of the diffraction X-ray intensity distribution of the austenite phase and the martensite phase measured by an X-ray diffraction analyzer.
  • This test objectively compares and measures the degree of dents on the surface of a material by applying a static load intensively to specific locations. can be evaluated.
  • a steel ball with a diameter of 9.525 mm was pressed against the sample surface for 10 seconds at a pressure of 4500 MPa (load speed 0.1 mm/min), and then the depth of the trace of the steel ball that had penetrated the sample surface was measured with a laser microscope. .
  • Inventive materials 1 and 2 used in this test were quenched at 850°C for 120 minutes and then tempered at 160°C for 120 minutes, and the comparative material was quenched at 850°C for 40 minutes. After that, heat treatment was performed in advance by tempering at 190°C for 90 minutes.
  • the comparative material was 0.330 ⁇ m.
  • the invention materials 1 and 2 which are alloy steels of the present invention, have a surface layer and internal hardness of 64 HRC on the Rockwell C scale, with the amount of retained austenite in the surface layer of the material being in the range of 5 to 15% by volume.
  • the surface layer of the material is less likely to be dented even when a load is applied to a specific location from the outside. It is suitable for bearing parts where the load is large.
  • Example 2 A test piece having a predetermined size was prepared using inventive materials 1 and 2 used in Example 1 and a comparative material, and a rolling fatigue evaluation test (thrust life test) was conducted. The test results will be described.
  • Table 1 of Example 1 shows the chemical compositions (unit: % by weight) of Inventive Materials 1 and 2 and Comparative Materials used in the thrust life test.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of the test equipment (thrust life tester) used in this example.
  • lubricating oil 5 is injected into an oil bath in which a disc-shaped test piece 3 having a diameter of ⁇ D is attached, and a table 4 is pushed up. After that, the steel balls 2 supported by the retainer are received by the thrust bearing 1 so that a predetermined surface pressure P is applied.
  • an evaluation test is performed by rotating the shaft 10, which transmits power from a motor (not shown), at a predetermined rotational speed. Continue the test until the test piece fails, record the number of stress cycles at the time of failure, and terminate the test.
  • Example 3 Test pieces were prepared from the inventive materials 1 and 2 used in Example 1 and the comparative material, and a high-temperature hardness test was conducted. The results of the test will be described below.
  • the prepared test piece (thrust plate test piece: diameter 61 mm ⁇ thickness 6 mm) was heated to 100°C, 120°C, 140°C, 160°C, 180°C, 200°C, 250°C, and 300°C for a total of 8 levels of temperature. After holding for a period of time, the surface layer and inner hardness (unit: Rockwell C scale) of the test piece at that temperature were measured. Table 3 shows the measurement results of the surface layer and inner hardness of each test piece at each temperature (8 levels).
  • the comparative material decreased to 62 HRC or less when the holding temperature exceeded 180°C up to 200°C, decreased to less than 60 HRC when the temperature exceeded 200°C, and decreased to about 56 HRC at 300°C.
  • both Inventive Materials 1 and 2 maintained a hardness of 62 HRC or higher even when the holding temperature exceeded 200° C., indicating that the surface layer and internal hardness at high temperatures are superior to those of the comparative material.
  • Example 4 An inner ring (outer diameter: 30.3 mm, thickness: 15 mm) of a rolling bearing was produced using Inventive Materials 1 and 2 used in Example 1 and a comparative material, and the dimensional change of the inner ring in a high temperature range was measured. Test results will be explained. First, the heating furnace is heated to a target holding temperature (target temperature). After the temperature of the heating furnace reaches the target temperature, the inner ring, which is a test piece, is placed in the heating furnace and heated for a predetermined time (100 hours, 200 hours, 500 hours, 1000 hours and 2000 hours).
  • target temperature target holding temperature
  • the inner ring which is a test piece, was removed from the test piece and cooled to room temperature, and then the inner diameter of the inner ring was measured (measured five times in total).
  • the target temperature in this test was set at two levels of 120°C and 150°C.
  • the inner diameter was measured at the center position in the longitudinal direction (axial direction) of the inner ring. After a predetermined period of time from the start of the test, the inner diameter of the inner ring was measured, and the rate of change (unit: %) was calculated.
  • Table 4 shows the rate of change in the inner diameter at a target temperature of 120°C
  • Table 5 shows the rate of change in the inner diameter at a target temperature of 150°C.
  • the dimensional change rate of invention materials 1 and 2 at a target temperature of 120°C was 0.005% after 2000 hours from the start of the test.
  • the dimensional change rate of the comparative material (SUJ2) was 0.025%, which is five times the dimensional change of the invention materials 1 and 2.
  • the dimensional change rates of Inventive Materials 1 and 2 at a target temperature of 150°C were 0.025% and 0.027% after 2000 hours from the start of the test, and both had a target temperature of 120°C. A large dimensional change was observed compared to the case of °C. However, the dimensional change rate of the comparative material (SUJ2) changed to 0.082%, and a dimensional change that was three times or more that of the inventive materials 1 and 2 was observed.
  • the alloy steel for rolling bearing parts according to the present invention can obtain excellent surface hardness by ordinary heat treatment without performing special surface treatments such as carburizing and nitriding. As a result, it can be used for various rolling bearing parts in the fields of automobiles and industrial machinery.

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Abstract

浸炭や窒化などの表面処理を行う必要がなく、転動体と軌道面の接触による耐圧痕性を向上させた転がり軸受部品用合金鋼、それを用いた転がり軸受部品，転がり軸受用軌道輪および転がり軸受を提供する。　転がり軸受部品用合金鋼の発明については、重量％で、Ｃ：１．１０～１．５０％、Ｓｉ：０．７０～２．５０％、Ｍｎ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１．００～４．００％、Ｍｏ：０．２０～１．５０％、Ｖ：０．０５～０．８０％であり、残余Ｆｅおよび不可避不純物からなる合金鋼とする。また、当該合金鋼を用いた転がり軸受部品の発明については、表層の残留オーステナイト量が５～１５体積％として、かつ表層および内部の硬さをロックウェルＣスケールで６４ＨＲＣ以上とする。

Description

転がり軸受部品用合金鋼、それを用いた転がり軸受部品，転がり軸受用軌道輪および転がり軸受
　本発明は、電気自動車等の自動車分野や減速機等の産業機械分野などに使用される転がり軸受部品用合金鋼、それを用いた転がり軸受部品，転がり軸受用軌道輪および転がり軸受に関する。
　自動車分野や産業機械分野などに使用される転がり軸受には、耐熱性，耐摩耗性をはじめとする諸特性が要求されており、とりわけ内外輪と転動体における動的強度に加えて、静的強度（耐圧痕性）も必要とされる。
　例えば、軌道輪の材料に高速度工具鋼などの高硬度材を使用し、軌道輪の軌道面に所定深さの組織中に数μｍ以下の炭化物を析出させた上で浸炭窒化層を形成する技術が開示されている（特許文献１および２参照）。
日本国特許公開平４－９４４９号公報 日本国特許公開平８－４９０５７号公報
　しかし、高速度工具鋼などの高硬度材は、比較的に材料コストが上昇する要因になり、製造原価が軸受鋼に比べて上がるという問題があった。また、組織中に大型の炭化物が析出しやすくなり、軸受の長寿命化に寄与し難いという問題もあった。さらに、軌道輪表面に浸炭窒化層を設けるために、特殊な装置を使用して、浸炭や窒化などの特殊処理を行うので、やはり製造原価が上昇する要因になっていた。
　そこで、本発明は浸炭や窒化などの表面処理を行う必要がなく、転動体と軌道面との接触による静的強度（耐圧痕性）を向上させた転がり軸受部品用合金鋼、それを用いた転がり軸受部品，転がり軸受用軌道輪および転がり軸受を提供することを課題とする。
　本発明において、転がり軸受部品用合金鋼の発明は重量％で、Ｃ：１．１０～１．５０％、Ｓｉ：０．７０～２．５０％、Ｍｎ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１．００～４．００％、Ｍｏ：０．２０～１．５０％、Ｖ：０．０５～０．８０％であり、残余Ｆｅおよび不可避不純物からなる合金鋼とする。なお、重量％で、Ｃ：１．２０～１．５０％、Ｓｉ：１．５０～２．５０％、Ｍｎ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１．００～４．００％、Ｍｏ：０．２０～０．７０％、Ｖ：０．０５～０．４０％であり、残余Ｆｅおよび不可避不純物からなる合金鋼とすることがより好ましい。
　また、重量％で、Ｃ：１．１０～１．５０％、Ｓｉ：０．７０～２．５０％、Ｍｎ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１．００～４．００％、Ｍｏ：０．２０～１．５０％、Ｎｂ：０．０２５～０．２０％であり、残余Ｆｅおよび不可避不純物からなる合金鋼としても構わない。なお、この場合には、重量％で、Ｃ：１．２０～１．５０％、Ｓｉ：１．５０～２．５０％、Ｍｎ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１．００～４．００％、Ｍｏ：０．２０～０．７０％、Ｎｂ：０．０２５～０．２０％であり、残余Ｆｅおよび不可避不純物からなる合金鋼とすることがより好ましい。
　さらに、重量％で、Ｃ：１．１０～１．５０％、Ｓｉ：０．７０～２．５０％、Ｍｎ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１．００～４．００％、Ｗ＋２Ｍｏ：０．４０～３．０％、Ｖ：０．０５～０．８０％であり、残余Ｆｅおよび不可避不純物からなる合金鋼にすることもできる。なお、この場合には、重量％で、Ｃ：１．２０～１．５０％、Ｓｉ：１．５０～２．５０％、Ｍｎ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１．００～４．００％、Ｗ＋２Ｍｏ：０．４０～３．０％、Ｖ：０．０５～０．４０％であり、残余Ｆｅおよび不可避不純物からなる合金鋼とすることがより好ましい。
　次に、前述の転がり軸受部品用合金鋼を用いた転がり軸受部品（転がり軸受用軌道輪：内輪および外輪）または転がり軸受の発明は、表層の残留オーステナイト量を５～１５体積％の範囲として、かつ表層および内部の硬さをロックウェルＣスケールで６４ＨＲＣ以上とする。なお、当該表層の残留オーステナイト量は１０～１３体積％の範囲とすることがより好ましい。
　転がり軸受部品用合金鋼の発明は、通常の熱処理（焼入れれおよび焼戻し）を行うことで、浸炭や窒化など特殊な表面処理を行うことなく、表面硬さを高めた転がり軸受部品用途に最適な合金鋼として提供できる。
　また、転がり軸受部品，転がり軸受用軌道輪およびそれを用いた転がり軸受の発明は、転動体と軌道輪との接触による耐圧痕性（静定格荷重）を高めて、転がり軸受の寿命を向上させるという効果を奏する。
実施例２にて使用したスラスト寿命試験機の模式図である。
　本発明の一実施形態である転がり軸受部品用合金鋼の主な化学成分について説明する。本発明の転がり軸受部品（軌道輪）を構成する合金鋼に含有するＣ（炭素）は、重量％として１．１０～１．５０％、より好ましくは１．２０～１．５０％の範囲とする。炭素は鋼中の焼入れ焼戻し後の硬さを確保し、転がり軸受の材料として使用した場合に転動疲労寿命を高位に確保する役割を果たす。鋼中のＣ含有量が１．１０％を下回ると、必要な表面硬さが得られない。また、含有量が１．５０％を上回ると鋼中の炭化物や残留オーステナイトが多くなり、軸受の転動疲労寿命を低下させる。
　Ｓｉ（シリコン）は、重量％として０．７０～２．５０％、より好ましくは１．５０～２．５０％の範囲とする。シリコンは鋼中の焼戻し軟化抵抗を増大する役割がある。また、鋼中のＳｉ含有量が０．７０％を下回ると必要な焼戻し軟化抵抗が得られず、Ｓｉ含有量が２．５０％を超えると熱間鍛造性が著しく低下する。
　Ｍｎ（マンガン）は、重量％として０．１０～１．００％とする。マンガンは鋼中の焼入れ性を高めて、軸受材料として使用した場合に、転動疲労寿命を向上させるのに有効である。鋼中のＭｎ含有量が１．００％を超えると、熱間鍛造性が著しく低下する。
　Ｃｒ（クロム）は、重量％として１．００～４．００％とする。クロムは鋼中の焼入れ性を高めるとともに、セメンタイトを熱的に安定化させて、高温域におけるセメンタイトのマトリックス中への固溶を抑止する役割がある。合金鋼中のＣｒ含有量が１．００％を下回ると鋼の焼入れ性を悪化させて、Ｃｒ含有量が４．００％を超えると、鋼中に粗大炭化物が発生して、軸受材料として使用した場合に転がり軸受の転動疲労寿命を低下させる。
　Ｍｏ（モリブデン）は、重量％として０．２０～１．５０％、より好ましくは０．２０～０．７０％の範囲とする。モリブデンは鋼中の炭化物を形成して、硬さの確保に寄与する。また、鋼中のＭｏ含有量が１．５０％を上回ると、粗大炭化物が発生して、軸受材料として使用した場合に転動疲労寿命を低下させる。
　Ｖ（バナジウム）は、重量％として０．０５～０．８０％、より好ましくは０．０５～０．４０％の範囲とする。Ｖは、鋼中のシリコンとの複合添加により焼戻し軟化抵抗を増大させる役割がある。また、鋼中の各含有量が０．８０％を上回ると、粗大炭化物が発生して、軸受材料として使用した場合に転動疲労寿命を低下させる。
　なお、Ｖの代替元素としてＮｂ（ニオブ）を含有することでも同様の効果を得ることもできる。この場合、Ｎｂの含有量は重量％として、０．０２５～０．２０％の範囲であることが好ましい。また、Ｗ（タングステン）もＷ当量（Ｗ＋２Ｍｏ）として、重量％で０．４０～３．００％の範囲で含有することもできる。
　この場合、タングステンはモリブデンと同様に鋼中の炭化物を形成して、硬さの確保に寄与する。鋼中のＷ当量が０．４０％を下回ると必要な焼戻し硬さおよび軟化抵抗が得られない。一方、Ｗ当量が３．００％を上回ると粗大炭化物が発生して、転がり軸受の転動疲労寿命を低下させる。
　次に、本発明の一実施形態である当該合金鋼製の転がり軸受用軌道輪について説明する。本発明の転がり軸受用軌道輪（内輪や外輪）は、前述した化学成分の合金鋼に対して、８４０～８８０℃の範囲で焼入れ処理を行った後、１５０～１８０℃の範囲で焼戻し処理を行うことで製作できる。所定の熱処理を行うことで、当該転がり軸受用軌道輪の表層の残留オーステナイト量を５～１５体積％の範囲とすることができる。この場合、転がり軸受用軌道輪の軌道面（表層および内部）の硬さをロックウェルＣスケールで６４ＨＲＣ以上とする。なお、ここで「表層の残留オーステナイト量（γ量）」とは、本発明の合金鋼もしくは当該合金鋼を用いた転がり軸受部品（転がり軸受用軌道輪）の最表面から厚さ方向に向かって２００μｍ深さまでの範囲に存在する残留オーステナイト量を言う。
　なお、転がり軸受用軌道輪については内輪であることがより好ましい。例えば、深溝玉軸受等の玉軸受用途の軌道輪の場合には、玉軸受の外部から軌道輪に対して一定の荷重が与えられたときに一般的には内輪の面圧が外輪の面圧よりも高いので、軌道輪（内輪）の耐圧痕性が向上することにより、転がり軸受の外輪の外径や幅をより小さくして、結果として転がり軸受としての小型化および軽量化が実現できるためである。
（実施例１）
　本発明の転がり軸受用合金鋼（以下、発明材という）および従来の軸受鋼（以下、比較材という）の２種類の合金鋼を使用して、鋼球押し付け試験（以下、本試験という）を行ったので、その試験結果について説明する。本試験で使用した発明材（化学成分の異なる２水準）および比較材（軸受鋼：ＳＵＪ２）の化学成分（単位：重量％）を表１、表層および内部の硬さ（単位：ＨＲＣ）および残留オーステナイト量（単位：体積％）を表２にそれぞれ示す。発明材および比較材の残留オーステナイト量（残留γ量）は、Ｘ線回折分析装置にて計測したオーステナイト相とマルテンサイト相の回折Ｘ線強度分布の積分強度の比率から専用ソフトにより算出した。
　本試験は、特定箇所に静的荷重を集中的に加圧することで材料表面の凹み具合を客観的に比較測定する試験であり、加圧後に測定する凹み量（深さ）により耐圧痕性を評価することができる。本試験では試料表面に直径９．５２５ｍｍの鋼球を４５００ＭＰａの圧力で１０秒間押し付けた（負荷速度０．１ｍｍ／ｍｉｎ）後、試料表面に入り込んだ鋼球跡の深さをレーザー顕微鏡により測定した。
　本試験で使用した発明材１および２は８５０℃×１２０分間で焼入れ処理を行った後、１６０℃×１２０分間の焼戻し処理を事前に行い、比較材は８５０℃×４０分間で焼入れ処理を行った後、１９０℃×９０分間の焼戻し処理を事前に熱処理を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　試料の表面に形成された凹部の深さを測定した結果、発明材１は０．２２０μｍ、発明材２は０．２１０μｍであった。これに対して、比較材は０．３３０μｍであった。以上の試験結果より、本発明の合金鋼である発明材１および２は、材料の表層における残留オーステナイト量が５～１５体積％の範囲として、表層および内部の硬さをロックウェルＣスケールで６４ＨＲＣ以上とすることで、比較材（軸受鋼ＳＵＪ２）に比べて外部から特定箇所に荷重が負荷された場合でも材料の表層が凹み難いので、耐圧痕性に優れており、動的な荷重または静的な荷重が大きい箇所の軸受部品に適している。
（実施例２）
　実施例１で使用した発明材１，２と比較材を用いて所定の寸法の試験片を作製し、転がり疲れ特性の評価試験（スラスト寿命試験）を行なったので、その試験結果について説明する。スラスト寿命試験に使用した発明材１，２および比較材の化学成分（単位：重量％）は実施例１の表１に示すとおりである。本実施例で使用した試験機器（スラスト寿命試験機）の模式図を図１に示す。
　本試験は、図１に示す様に直径φＤの円盤状の試験片３を取り付けた油槽に潤滑油５を注入し、テーブル４を押し上げる。その後、保持器に支持された鋼球２をスラスト軸受１で受けることで所定の面圧Ｐを負荷する。その状態でモータ（図示なし）からの動力を伝達する軸１０を所定の回転速度で回転させることで評価試験を行なう。試験片が破損するまで試験を継続して、破損時点の応力繰返し数を記録すると共に試験終了とする。
　また、試験片が破損しなくても総回転数が１×１０８回に達した時点で試験終了とする。試験条件は以下の条件で５回繰り返して実施し、図示しないワイブル分布のグラフを作成した上で累積破損率が１０％となるＬ１０寿命をグラフ上から読み取り各試験片の評価寿命を比較評価した。
　　・試験片寸法：直径（φＤ）６１ｍｍ×厚さ６ｍｍ
　　・試験面圧（Ｐ）：４９００ＭＰａ
　　・回転速度：１０００ｒｐｍ
　　・試験温度：室温（約２３℃）
　　・潤滑油剤：ＥＮＥＯＳ社製タービンオイル６８
　本試験の結果より、スラスト寿命試験における繰り返し数は、発明材１および２ともに１×１０８回以上であったが、比較材の累積破損率が１０％における繰返し数は４．１１～５．１７×１０７回であり、発明材１よび２の結果に比較して短寿命であった。以上の試験結果より、発明材１および２の化学成分は比較材１および２の化学成分に対して転がり疲れ特性が優れていることがわかった。
（実施例３）
　実施例１で使用した発明材１，２と比較材による試験片を作製し、高温硬さ試験を行なったので、その試験結果について説明する。準備した試験片（スラストプレート試験片：直径６１ｍｍ×厚さ６ｍｍ）を１００℃、１２０℃、１４０℃、１６０℃、１８０℃、２００℃、２５０℃、３００℃の計８水準の各温度に１時間保持した後、その温度における試験片の表層および内部の硬さ（単位：ロックウェルＣスケール）を測定した。各試験片の各温度（８水準）における表層および内部の硬さの測定結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示す様に比較材は保持温度が２００℃までの間は１８０℃を超えると６２ＨＲＣ以下になり、２００℃を超えると６０ＨＲＣ未満、３００℃では約５６ＨＲＣにまで低下した。一方、発明材１、２共に保持温度が２００℃を超えても硬さは６２ＨＲＣ以上を保持しており、比較材よりも高温時における表層および内部の硬さが優位であることがわかった。
（実施例４）
　実施例１で使用した発明材１，２と比較材を用いて転がり軸受の内輪（外径３０．３ｍｍ、厚さ１５ｍｍ）を作製し、当該内輪の高温域における寸法変化を測定したので、その試験結果について説明する。まず、加熱炉を目標の保持温度（目標温度）まで昇温する。加熱炉の温度が目標温度に到達してから試験片である内輪を加熱炉内に設置し、所定の時間（１００時間、２００時間、５００時間、１０００時間および２０００時間）加熱後、加熱炉内から試験片である内輪を取り出し、常温に冷ましたあと、内輪の内径寸法を測定した（計５回計測）。なお、本試験における目標温度は、１２０℃および１５０℃の２水準で行った。
　本試験の寸法測定は、内輪の長手方向（軸方向）の中心位置における内径を測定した。試験開始してから所定時間経過後に内輪の内径寸法を測定し、その変化率（単位：％）を算出した。目標温度が１２０℃における内径寸法の変化率を表４、目標温度が１５０℃における内径寸法の変化率を表５にそれぞれ示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　本試験の結果、目標温度が１２０℃における発明材１および２の寸法変化率は試験を開始してから２０００時間経過後においていずれも０．００５％であった。これに対して、比較材（ＳＵＪ２）の寸法変化率は０．０２５％となり、発明材１および２に比べて５倍の寸法変化が認められた。
　同様に、目標温度が１５０℃における発明材１および２の寸法変化率は試験を開始してから２０００時間経過後においていずれも０．０２５％および０．０２７％であり、いずれも目標温度が１２０℃の場合に比べて大きな寸法変化が認められた。しかし、比較材（ＳＵＪ２）の寸法変化率は０．０８２％まで変化し、発明材１および２の寸法変化率に対して３倍以上の寸法変化が認められた。
　本発明に係る転がり軸受部品用合金鋼は、浸炭、窒化処理等の特殊な表面処理を行うことなく、通常の熱処理にて優れた表面硬さが得られる。これにより、自動車分野や産業機械分野等における各種転がり軸受部品等に利用できる。

Claims (10)

  1. 　重量％で、Ｃ：１．１０～１．５０％、Ｓｉ：０．７０～２．５０％、Ｍｎ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１．００～４．００％、Ｍｏ：０．２０～１．５０％、Ｖ：０．０５～０．８０％であり、残余Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする転がり軸受部品用合金鋼。
  2. 　重量％で、Ｃ：１．１０～１．５０％、Ｓｉ：０．７０～２．５０％、Ｍｎ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１．００～４．００％、Ｍｏ：０．２０～１．５０％、Ｎｂ：０．０２５～０．２０％であり、残余Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする転がり軸受部品用合金鋼。
  3. 　重量％で、Ｃ：１．１０～１．５０％、Ｓｉ：０．７０～２．５０％、Ｍｎ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１．００～４．００％、Ｗ＋２Ｍｏ：０．４０～３．０％、Ｖ：０．０５～０．８０％であり、残余Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする転がり軸受部品用合金鋼。
  4. 　重量％で、Ｃ：１．２０～１．５０％、Ｓｉ：１．５０～２．５０％、Ｍｎ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１．００～４．００％、Ｍｏ：０．２０～０．７０％、Ｖ：０．０５～０．４０％であり、残余Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受部品用合金鋼。
  5. 　重量％で、Ｃ：１．２０～１．５０％、Ｓｉ：１．５０～２．５０％、Ｍｎ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１．００～４．００％、Ｍｏ：０．２０～０．７０％、Ｎｂ：０．０２５～０．２０％であり、残余Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする請求項２に記載の転がり軸受部品用合金鋼。
  6. 　重量％で、Ｃ：１．２０～１．５０％、Ｓｉ：１．５０～２．５０％、Ｍｎ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１．００～４．００％、Ｗ＋２Ｍｏ：０．４０～３．０％、Ｖ：０．０５～０．４０％であり、残余Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする請求項３に記載の転がり軸受部品用合金鋼。
  7. 　請求項１ないし６のいずれか１項に記載の転がり軸受部品用合金鋼を用いたことを特徴とする転がり軸受部品。
  8. 　前記転がり軸受部品は、転がり軸受用軌道輪であることを特徴とする請求項７に記載の転がり軸受部品。
  9. 　表層の残留オーステナイト量が５～１５体積％の範囲であって、かつ前記表層および内部の硬さがロックウェルＣスケールで６４ＨＲＣ以上であることを特徴とする請求項７または８に記載の転がり軸受部品。
  10. 　請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の転がり軸受部品を用いたことを特徴とする転がり軸受。
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JPH03253542A (ja) * 1990-03-01 1991-11-12 Kawasaki Steel Corp 耐熱軸受用鋼
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