(57)【要約】  被処理材を浸炭雰囲気中でＡｃ１変態点より高温に加熱し、次いで、浸炭雰囲気を保ちつつ下記（１）式を満たす温度Ｔまで７０℃／Ｈｒ以下で徐冷し、その後酸化雰囲気中で冷却する製造方法である。Ａｒ１−２０≧Ｔ（℃）≧３００℃  ・・・（１）この方法によれば、鋼材表面の脱炭層または過浸炭層深さが０〜０．２ｍｍの範囲内の、切削代が少ない被削性に優れた高炭素クロム軸受鋼を、熱間製管後の鋼管を用い効率よく製造することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炭素クロム軸受鋼の製造方法であって、
被処理材を浸炭雰囲気中でＡｃ１変態点より高温に加熱し、次いで、浸炭雰囲気を保ちつつ下記（１）式を満たす温度Ｔまで７０℃／Ｈｒ以下で徐冷し、その後酸化雰囲気中で冷却することを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法。
Ａｒ１−２０≧Ｔ（℃）≧３００℃    ・・・（１）
ここで、Ａｃ１：低温から加熱していく場合のＡ１変態点
Ａｒ１：高温から冷却していく場合のＡ１変態点
【請求項２】
請求項１に記載の方法により製造され、
かつ、質量％で、Ｃ：０．６〜１．５％、Ｃｒ：０．５〜５．０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不純物であることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼。
【請求項３】
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｍｏ：１．０％以下、Ｗ：１．０％以下およびＶ：１．０％以下のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項２に記載の高炭素クロム軸受鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受の素材として利用される被削性に優れた高炭素クロム軸受鋼およびその製造方法に関する。【０００２】
別に記載がない限り、本明細書における用語の定義は次のとおりである。
「浸炭」：ガス浸炭等の処理により鋼材表面から炭素を浸透させることをいう。
「脱炭」： 熱処理等により鋼材表層部の炭素濃度が母材の炭素濃度よりも減少することをいう。
「復炭」：脱炭により炭素濃度が減少した部分を浸炭させて脱炭前の状態に戻すことをいう。
「過浸炭」：復炭が過度に進むことにより浸炭が進みすぎて鋼材表面の炭素濃度が母材の炭素濃度を超過することをいう。
「％」：対象物（高炭素クロム軸受鋼）に含まれる各成分の質量百分率を表す。
【背景技術】
【０００３】
軸受に使用される軌道輪は、局部的に大きな面圧を繰り返し受けるために耐摩耗性が求められる。このような軸受の軌道輪にはＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定される高炭素クロム軸受鋼が用いられている。この鋼は、母材の炭素含有量を高め、炭化物を球状化する熱処理（球状化焼鈍処理）を施したものであり、硬い鋼表面と良好な摺動特性、被削性を発揮する。【０００４】
上記の高炭素クロム軸受鋼は、母材の炭素含有量が高いため、高温に加熱すると、炉内雰囲気を特に制御しない限りその表面が脱炭される。この軸受鋼のような鋼材は、鋳造−分塊圧延−熱間製管の工程で、通常、脱炭性雰囲気で高温に加熱されるので、圧延加工（冷間圧延、冷間引抜き）された後においても鋼材表面に脱炭層が残存する。【０００５】
高炭素クロム軸受鋼は、切断、切削、焼入れなどの加工が施され、軌道輪等の部品として使用に供されるが、切削後も脱炭層が存在すると、脱炭層部分において所定の強度、組織が得られず摺動性の劣化を招く。したがって、脱炭層が深い場合には切断前に研削などの手段で脱炭層を除去することも行われるが、工数の増加、歩留の低下などにより製造コストが大幅に増加する。【０００６】
その解決方法として雰囲気制御により脱炭層に復炭させる熱処理方法が開示されている。例えば、特許文献１では、高温のオーステナイト域での浸炭について記載されている。すなわち、軸受鋼あるいは過共析鋼を対象として、球状化焼鈍のヒートパターンの初期に、Ａｃｍ変態点以上のオーステナイト（γ）域に加熱して浸炭処理をし、従来の球状化焼鈍で生じていた脱炭を防止できる球状化焼鈍方法が開示されている。【０００７】
これに対し、特許文献２、特許文献３では、フェライト域での浸炭について記載されている。特許文献２では、高温のγ相より低温のα相の方が炭素の拡散速度が格段に速く、α相領域でも十分に復炭することを明らかにするとともに、球状化焼鈍をする際に、Ａ１変態点以下の７２０〜７００℃の温度域で浸炭雰囲気として脱炭層の復炭と球状化とを同時に行う高炭素クロム軸受鋼の浸炭・熱処理方法が開示されている。【０００８】
また、特許文献３では、被処理材の抽出温度、抽出部の雰囲気ガス流速と炉内圧力、冷却速度、Ａ１変態点以下５００℃以上の温度域で雰囲気の（ＣＯ）２／ＣＯ２値を制御することによって煤の発生を防止し、復炭による脱炭層の低減を図ることができる熱処理方法が開示されている。【０００９】
一方、特許文献４では、ガス浸炭と炭素拡散による脱炭レベル制御について記載されている。すなわち、雰囲気焼鈍炉で球状化と同時に復炭および過浸炭させ、次いで直火式焼鈍炉で引き続き球状化すると同時に過浸炭部分のスケールオフと炭素の拡散を十分に進行させることにより脱炭レベルを制御する高炭素クロム軸受鋼の脱炭抑制方法が開示されている。【００１０】
特許文献５では、脱スケール後における復炭について記載されている。すなわち、浸炭雰囲気での熱処理に先立って脱スケール処理により酸素分を除去して復炭しやすい状態とし、その後、浸炭雰囲気で焼鈍することにより復炭あるいは過浸炭する高炭素クロム軸受鋼鋼管切断リングの復炭処理方法が開示されている。【００１１】
さらに、特許文献６、特許文献７では、スケール中酸素分の除去もしくはスケール除去による脱炭防止について記載されている。特許文献６では、最終加熱に先立って、雰囲気の（ＣＯ）２／ＣＯ２を制御してスケール中の酸素分を除去し、最終熱処理では復炭も脱炭もさせない雰囲気制御を行う鋼材の熱処理方法が開示されている。また、特許文献７では、直火式熱処理炉を用いて鋼管に球状化焼鈍を施すに際し、スケール除去後に両管端を密閉して焼鈍する鋼管内面の脱炭防止方法が開示されている。被処理材内面は炉内雰囲気ガスとの反応がなく、被処理材内部での炭素拡散が進行するためと考えられている。【００１２】
特許文献８では、黒鉛塗布による内面脱炭防止について記載されている。すなわち、脱炭性雰囲気炉で鋼管を熱処理するに際し、黒鉛と高温で燃焼し難い液体との混合物を管内面に塗布することにより、管内面のカーボンポテンシャルを上昇させて復炭させる鋼管の内面脱炭防止方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平２−５４７１７号公報
【特許文献２】特開平３−１２６８５８号公報
【特許文献３】特開平５−１４８６１１号公報
【特許文献４】特開平４−１３６１１７号公報
【特許文献５】特開２００３−２７１４４号公報
【特許文献６】特開２０００−３１９７２３号公報
【特許文献７】特開平５−７８７３４号公報
【特許文献８】特開平３−２３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、前掲の特許文献１に示される方法では、γ域で鋼を長時間加熱すると、オーステナイト結晶粒が粗大化し、均一に分散した球状炭化物が得られないという問題がある。【００１５】
特許文献２に記載の方法では、浸炭性ガスとしてＣＯ、Ｈ２、ＣＯ２およびＮ２の混合ガスを用いるが、そのガス組成の制御は困難かつ高コストである。Ａ１変態点より高い温度域でも浸炭雰囲気とし、冷却をＮ２雰囲気で行う場合には、硬度が高い過浸炭層が深くなり、軸受製造時の切削工程において切削能率が低下する。また、特許文献３に記載の雰囲気の（ＣＯ）２／ＣＯ２値を制御する方法では、炭素濃度が０．６％以上と高い場合には鋼材のカーボンポテンシャルが高くなるために復炭しにくく、脱炭層が深い場合に十分に復炭しない。【００１６】
特許文献４に記載の方法では、雰囲気焼鈍炉で復炭させるとしているが、素管の脱炭層の炭素濃度が０．５％以下と脱炭が大きい場合には雰囲気焼鈍炉での復炭が不十分となり、直火式焼鈍炉での炭素の拡散によっても脱炭は抑制されない。【００１７】
あらかじめ脱スケールにより復炭しやすい状態とする特許文献５に記載の方法では、特に素管の脱炭層が浅い場合には過浸炭層が深くなり、加工時の切削能率が低下する。また、雰囲気の（ＣＯ）２／ＣＯ２を制御してスケール中の酸素分を除去する特許文献６に記載の方法では、素管のスケールが厚い場合にスケール中の酸素分を除去できず、素管の脱炭層が深い場合にはスケールの酸素分を除去しても、最終熱処理後に脱炭層が残存する問題がある。【００１８】
特許文献７に記載の方法では、密閉栓をするために工数が増加する問題がある。また、脱炭層が深い場合には炭素拡散により復炭させるためには長時間の焼鈍が必要となり、熱処理工程が非効率化する。特許文献８に記載の方法でも、管内面への黒鉛と高温で燃焼し難い液体との混合物の塗布に多くの工数、費用を要する上、小径の鋼管では内面への塗布が困難である。【００１９】
このように、復炭が十分に行えず、脱炭層が残存するという問題が残る一方で、復炭が過度に進むことにより硬度が高い過浸炭層が生じ、高炭素クロム軸受鋼に切断、切削、焼入れなどの加工が施される際、切削工具の寿命が短くなるという問題もある。また、工数、費用の増加が避けられないという問題もある。【００２０】
本発明は従来技術における上記の課題を踏まえて検討した結果なされたものであり、復炭が不十分で脱炭層が多く残存したり、復炭が過度に進んだ厚い過浸炭層が存在することのない、軸受の素材として利用される被削性に優れた高炭素クロム軸受鋼を効率よく製造する方法、およびその方法で製造された高炭素クロム軸受鋼を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明者らは、上記の課題を解決するために検討を重ねた結果、熱間製管後の鋼管に対し、以下の手段を講じることにより従来提案されてきた方法における問題を解消できることを確認した。【００２２】
すなわち、高炭素クロム軸受鋼を製造するに際し、熱間製管後の鋼管を浸炭雰囲気においてＡＣ１変態点（低温から加熱していく場合のＡ１変態点）より高温に加熱する。その後浸炭雰囲気を保ちながら、（Ａｒ１変態点−２０）℃以下の適正な温度まで徐冷して脱炭層の浸炭を促進し復炭させる。このとき、浸炭が進みすぎて過浸炭となることもある。続いて、酸化雰囲気として冷却することにより脱炭層または過浸炭層の深さを適正範囲に制御する。前記（Ａｒ１変態点−２０）℃以下の適正な温度は、鋳造から熱間製管に至るプロセスで発生する脱炭の程度に応じて定める。【００２３】
この方法によれば、被処理材（熱間製管後の鋼管）の脱炭の程度に応じて酸化雰囲気で冷却を開始する温度を調整することにより、復炭の促進または過浸炭の抑制ならびに脱炭層深さまたは過浸炭層深さの適正範囲への制御が可能になる。したがって、従来提案されてきた方法における問題、すなわち、過浸炭層が深くなる（前掲の特許文献２、５に記載の方法）、復炭が不十分で脱炭層が残存する（特許文献３、４、６に記載の方法）、熱処理工程が非効率化する（特許文献７に記載の方法）、多くの工数、費用を要する（特許文献８に記載の方法）等の問題を解消して、球状化と復炭を同時に行い、脱炭層深さが０〜０．２ｍｍ、または過浸炭層深さが０〜０．２ｍｍの範囲（すなわち、鋼管において、通常、許容脱炭層深さとされている範囲）内に制御された、切削代が少なく削り易い、被削性に優れた高炭素クロム軸受鋼を効率よく製造することができる。【００２４】
また、本発明でいう高炭素クロム軸受鋼とは、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５のＳＵＪ１〜５に代表される炭素の含有量が多い高炭素クロム鋼であり、さらに、必要に応じてＭｏ、ＷおよびＶのうちの１種または２種以上を含有する鋼も対象となし得る。【００２５】
本発明の要旨は、下記（１）の高炭素クロム軸受鋼の製造方法、および下記（２）〜（３）の高炭素クロム軸受鋼にある。【００２６】
（１）高炭素クロム軸受鋼の製造方法であって、被処理材を浸炭雰囲気中でＡｃ１変態点より高温に加熱し、次いで、浸炭雰囲気を保ちつつ下記（１）式を満たす温度Ｔまで７０℃／Ｈｒ以下で徐冷し、その後酸化雰囲気中で冷却することを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法。
Ａｒ１−２０≧Ｔ（℃）≧３００℃    ・・・（１）
ここで、「Ａｃ１」とは、低温から加熱していく場合に、フェライト（α）とセメンタイト（θ）の二相領域からオーステナイト（γ）とセメンタイトの二相領域となるＡ１変態点である。また、「Ａｒ１」とは高温から冷却していく場合に、オーステナイトとセメンタイトの二相領域からフェライトとセメンタイトの二相領域となるＡ１変態点である。
前記の「被処理材」とは、高炭素クロム軸受鋼の製造過程において、溶解、鋳造の後、種々の熱間製管法（押出し製管、押抜き製管、マンネスマン製管等）によって得られた素管である。【００２７】
（２）前記（１）に記載の方法により製造され、かつ、Ｃ：０．６〜１．５％、Ｃｒ：０．５〜５．０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不純物であることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼。【００２８】
（３）Ｆｅの一部に代えて、Ｍｏ：１．０％以下、Ｗ：１．０％以下およびＶ：１．０％以下のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする前記（２）に記載の高炭素クロム軸受鋼。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の高炭素クロム軸受鋼の製造方法は、熱間製管後の素管に対し球状化焼鈍を行う工程において、浸炭雰囲気で復炭または過浸炭を促進した後、酸化雰囲気とすることにより脱炭層深さまたは過浸炭層深さを制御する方法である。この方法によれば、切削代が少なく切削能率の低下を抑制できる被削性に優れた本発明の高炭素クロム軸受鋼を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明で採用する球状化焼鈍処理のヒートパターンの一例を示す図である。
【図２】図２は、被処理材の炭素濃度のＥＰＭＡ線分析結果で、被処理材の外表面からの距離と炭素濃度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の高炭素クロム軸受鋼の製造方法は、前記のように、熱間製管後の素管に対する球状化焼鈍とその後の冷却の仕方を特徴とする製造方法であり、軸受鋼の製造方法における基本的な部分については、特に制限はない。すなわち、本発明の対象である高炭素クロム軸受鋼の組成となるように鋼を溶解し、鋳造した後、種々の熱間製管法（押出し製管、押抜き製管、マンネスマン製管等）によって素管となし、この素管に対して本発明で規定する球状化焼鈍を施す。球状化焼鈍の前後の工程で脱スケール、その他の熱処理、冷間加工を行ってもよい。
【００３２】
本発明の製造方法において、球状化焼鈍処理を浸炭雰囲気中で行うのは、鋼材のカーボンポテンシャルおよび熱間製管に至るプロセスに依存して生じている脱炭層の浸炭を促進し復炭させるためであるが、このとき浸炭が進みすぎて過浸炭となることもある。
【００３３】
浸炭雰囲気とするための雰囲気ガスの制御方法については、特に制限はない。雰囲気ガスの例としては、吸熱型変成ガス（ＲＸガス）のみを用いる方法、ＲＸガスに発熱型変成ガス（ＮＸガス）を混合したＣＯ−ＣＯ２−Ｈ２−Ｈ２Ｏ−Ｎ２系ガスを用いる方法などが挙げられる。
【００３４】
ＲＸガスのみを用いて浸炭雰囲気とする場合には、必要なＲＸガス発生のための燃料費が高くなる。一方、ＲＸガスとＮＸガスの混合ガスを使用する場合には、ＲＸガスのみの雰囲気よりカーボンポテンシャルは低いが、ＮＸガス発生のための燃料費がＲＸガスより低いため、比較的安価である。両ガスの投入比により雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを制御することができる。
【００３５】
本発明の高炭素クロム軸受鋼の製造方法は、このように熱間製管後の素管に対し浸炭雰囲気中で加熱、保持した後、浸炭雰囲気を保ちつつ前記の（１）式を満たす温度まで徐冷する球状化焼鈍処理を行って浸炭を促進し、その後酸化雰囲気中で冷却することにより脱炭層深さまたは過浸炭層深さを制御する方法である。
【００３６】
球状化焼鈍処理は、通常用いられる何れの方法でもよい。例えば、（ａ）Ａ１変態点の直下で長時間保持する方法、（ｂ）Ａ１変態点の直上と直下で繰り返し加熱する方法、（ｃ）Ａ１変態点の直上で加熱した後徐冷する方法がある。
【００３７】
図１は、本発明で採用する球状化焼鈍処理のヒートパターンの一例であり、前記（ｃ）の球状化焼鈍処理方法に相当する。
【００３８】
図１に示すように、被処理材（熱間製管後の素管）を浸炭雰囲気中でＡｃ１変態点より高温に加熱、保持し、次いで、浸炭雰囲気中で前記の（１）式を満たす温度Ｔ（つまり、（Ａｒ１−２０）℃以下で３００℃以上の範囲内の温度）まで徐冷する球状化焼鈍処理を行う。図示した例では、８００℃に加熱、保持し、冷却速度７０℃／Ｈｒ（時間）以下で、Ｔに対応する時間軸上のｔ点まで徐冷している。その後、酸化雰囲気中で冷却する。
【００３９】
球状化焼鈍時間は、浸炭に十分な時間を確保するために、浸炭雰囲気において、Ａ１変態点より高い温度では１２０分間以上、Ａ１変態点以下（すなわち、Ａ１変態点から（１）式を満たす温度Ｔまでの温度域）では１５分間以上保持することが望ましい。
【００４０】
浸炭雰囲気とする温度領域を（１）式を満たす温度、すなわち（Ａｒ１−２０）℃以下で３００℃以上とした理由は次のとおりである。
すなわち、熱間製管した素管が得られるまでの工程で生じる脱炭層が深いほど、浸炭雰囲気とする温度域を大きくして十分に復炭させ、熱間製管した素管が得られるまでの工程で生じる脱炭層が深い場合には、多量に復炭させる必要があるため浸炭雰囲気とする温度域を大きくする必要があり、それにともなって酸化雰囲気とする温度域は小さくなる。逆に、脱炭層が浅い場合には、それほど復炭させる必要がないため、浸炭雰囲気とする温度域は小さくてよい。そこで、浸炭雰囲気から酸化雰囲気に変える温度に幅をもたせ、鋼材のカーボンポテンシャルと熱間製管に至るプロセスで発生する脱炭の程度に応じて、（１）式を満たす温度、つまり、浸炭雰囲気中での徐冷を終了し、酸化雰囲気での冷却を開始する温度を決定できるようにするためである。
【００４１】
仮に（Ａｃ１−２０）℃より高い温度から酸化雰囲気とした場合には、浸炭雰囲気での脱炭層の復炭が十分ではない上に、その後の酸化雰囲気で脱炭してしまい脱炭層深さが０．２ｍｍを超える場合が生じる。また、前述したように、脱炭層が深い場合には浸炭雰囲気とする温度域を十分に大きくするために酸化雰囲気に変える温度を例えば常温とすることも必要になる。
【００４２】
前記図１において、破線で囲んだ部分は、このように脱炭の程度に応じて（１）式を満たす温度Ｔを適宜決定することが可能な範囲を表している。すなわち、この範囲の上限は（Ａｒ１変態点）−２０℃であり、下限は３００℃である。実際の操業では、常温まで浸炭雰囲気とすることは可能であるが、過浸炭層深さを制御する観点や雰囲気ガスが高コストとなることから、酸化雰囲気とする温度は最低３００℃とする。
【００４３】
本発明の高炭素クロム軸受鋼の製造方法における特徴の一つは、このように被処理材のカーボンポテンシャルと熱間製管に至るプロセスで発生する脱炭の程度に応じて、（１）式を満たす温度、すなわち酸化雰囲気での冷却を開始する温度を決定できる点にある。
【００４４】
実際の操業で（１）式を満たす温度Ｔを決定するに際しては、被処理材（熱間製管した素管）に生じている脱炭の程度を、被処理材のＣ含有量および熱間製管に至るプロセスと関連づけて把握しておき、一方で、脱炭の程度と（１）式を満たす温度Ｔとの相関性を実操業を通してあらかじめ求めておく。その実績を積み重ねることにより、（１）式を満たす温度Ｔを的確に決定し、脱炭層深さまたは過浸炭層深さが０〜０．２ｍｍの範囲内に制御された、被削性に優れた高炭素クロム軸受鋼の製造することが可能となる。
【００４５】
酸化雰囲気における冷却速度は、鋼材表層と炭素との反応による過浸炭を低減させるための時間を確保できるように上限を２００℃／ｍｉｎとすることが望ましい。下限は、特に規定しないが、生産効率を考慮すると１０℃／Ｈｒとすることが望ましい。典型的には、酸化雰囲気における冷却は、空気中で放冷すればよい。
【００４６】
本発明の高炭素クロム軸受鋼は、前記本発明の製造方法を適用して得られる軸受鋼で、前記のとおり、Ｃ：０．６〜１．５％、Ｃｒ：０．５〜５．０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなる鋼である。さらに、必要に応じて、Ｍｏ：１．０％以下、Ｗ：１．０％以下およびＶ：１．０％以下のうちの１種または２種以上を含有するものであってもよい。
【００４７】
本発明の高炭素クロム軸受鋼に含まれる各成分の作用効果とその含有量の限定理由について説明する。
【００４８】
Ｃ：０．６〜１．５％
Ｃは軸受の強度、硬さ、および耐摩耗性を向上させ、その寿命を高めるのに有効な元素である。このような効果を得るために、Ｃ含有量は０．６％以上とした。一方、Ｃ含有量が多くなると鋼材のカーボンポテンシャルが高くなるため、熱間製管に至るプロセスで発生する脱炭の程度が大きく、雰囲気制御による復炭は困難になる。また、Ｃ含有量の増加に伴い、鋼中の炭化物が巨大化する傾向となり、Ｍ３Ｃ（Ｍ：Ｆｅ、Ｃｒ）系の巨大炭化物が析出して、軸受の転動疲労特性を低下させる。したがって、Ｃ含有量は１．５％以下とした。Ｃ含有量の望ましい範囲は、０．８〜１．２％である。より望ましくは０．９５〜１．１％である。
【００４９】
Ｃｒ：０．５〜３．０％
Ｃｒは浸炭を促進すると共に炭化物の均一微細化に寄与する有効な元素である。このような効果を得るために０．５％以上含有することが望まれる。３％以下の場合には、Ｃｒ炭化物の析出が少なく炭化物はセメンタイトが主体であるため、浸炭反応がＣの拡散に律速され炭化物の成長が速く、浸炭処理を迅速に行わせることが可能である。より望ましいＣｒ含有量は０．９〜１．６％である。
【００５０】
Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは鋼の脱酸に必要な成分であるが、その含有量が１．０％を超えると浸炭を抑制する作用が甚だしくなり、復炭を十分に行えなくなる。また、鋼の靭性も劣化する。したがって、Ｓｉ含有量は１．０％以下に抑えるのが望ましい。より望ましいＳｉ含有量は０．１５％以上０．７％以下である。
【００５１】
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として有効である。また、Ｍｎは、不純物として含有されるＳに起因する熱間加工性の劣化を抑止する作用がある。一方、過剰のＭｎは脆化を招くばかりでなく、Ａｃ１変態点を過度に低下させて浸炭処理の有効温度を低下させ、結果的に処理時間を長くしなければならなくなる。そのため、Ｍｎの上限は２．０％とするのが望ましい。より望ましくは１．１５％である。
【００５２】
本発明の軸受鋼には、必要に応じて、Ｍｏ、ＷおよびＶのうちのいずれか１種以上を積極的に添加含有させてもよい。
【００５３】
Ｍｏ、Ｗ：１．０％以下
Ｍｏ、Ｗはいずれも焼き入れ性の向上に有効な元素であり、焼き戻し軟化抵抗を高めて鋼の靭性向上に有効に作用する。ただし、多量に含有させても強靭化効果が飽和するため、添加する場合のＭｏ、Ｗの含有量はいずれも１．０％以下とするのがよい。望ましくは０．２５％以下である。Ｍｏ、Ｗの含有量の下限は特に定めないが、その効果を顕著に得るためには、Ｍｏ、Ｗのいずれについても、０．０１％以上とするのが望ましい。
【００５４】
Ｖ：１．０％以下
Ｖは浸炭中にＣと結合してＭＣ型の特殊炭化物となり、Ｆｅ、Ｃｒの炭化物と共に分散析出して転動疲労寿命を向上させる作用がある。しかし、１．０％を超えて含有させても転動疲労寿命向上の効果が飽和するため、添加する場合のＶの含有量は１．０％以下とするのがよい。
【００５５】
以上述べたように、本発明の高炭素クロム軸受鋼の製造方法は、熱間製管後の素管に対し球状化焼鈍を行う工程において、浸炭雰囲気で復炭または過浸炭を促進した後、酸化雰囲気とすることにより脱炭層深さまたは過浸炭層深さを制御する方法であり、また、従来技術の一部にみられる多くの工数や費用を伴うこともない。本発明の高炭素クロム軸受鋼は、この本発明の方法により製造された軸受鋼で、切削代が少なく切削能率の低下を抑制でき、被削性に優れている。
【実施例】
【００５６】
熱間製管により得られたＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定されるＳＵＪ２に該当する材質の鋼管（８５．０φ×７．７ｔ（ｍｍ））を、Ａｒ１変態点より高温に加熱した後に、６６０℃まで７０℃／Ｈｒで徐冷する球状化焼鈍を、浸炭雰囲気で１８０分間かけて行った。６６０℃より低い温度域では、酸化雰囲気で冷却速度を７０℃／ｍｉｎとして冷却した。すなわち、６６０℃より低い温度域では、空気中で冷却した。【００５７】
前記鋼管の化学組成を表１に示す。【００５８】
【表１】
2012081229.tif 000003
【００５９】
浸炭雰囲気ガスとしては、ＲＸガスとＮＸガスの混合ガス（ＣＯ：１２ｖｏｌ％、ＣＯ２：０．６ｖｏｌ％、Ｏ２：０．２ｖｏｌ％、Ｈ２Ｏ：０．７％、Ｈ２：２１ｖｏｌ％、残部Ｎ２）を使用し、酸化雰囲気ガスとしては、ＣＯ２：０．０３％、Ｏ２：２１％、残部Ｎ２）を使用した。すなわち、酸化雰囲気ガスは特別な雰囲気ガスを用意するのではなく大気雰囲気とした。【００６０】
前記球状化焼鈍および冷却後の鋼管（被処理材）の外表面近傍の炭素濃度をＥＰＭＡ線分析により測定した。【００６１】
図２は被処理材の炭素濃度のＥＰＭＡ線分析結果で、被処理材の外表面からの距離と炭素濃度の関係を示す図である。ここで、０．０１ｍｍピッチで測定した炭素濃度の数値データを、連続する１０点の数値の平均値をとって０．１ｍｍピッチに数値データの整理をした炭素濃度が、連続して「母材の炭素濃度（％）＋０．０５（％）以上」になった位置と外表面からの距離を過浸炭層深さとしている。
図２から、過浸炭層深さは０．０３ｍｍであり、過浸炭層深さが０〜０．２ｍｍの範囲内にあることがわかる。【００６２】
なお、球状化焼鈍および冷却後に脱炭層が生じる場合についても、被処理材の外表面近傍の炭素濃度をＥＰＭＡ線分析により測定し、前記と同様に数値データの整理をした炭素濃度が、連続して「母材の炭素濃度（％）−０．０５（％）以下」になった位置と外表面からの距離を脱炭層深さとすることにより、脱炭層深さが０〜０．２ｍｍの範囲内にあることを確認した。【００６３】
上記試験の結果、本発明の製造方法によれば、浸炭雰囲気で復炭または過浸炭を促進した後、酸化雰囲気とすることにより脱炭層または過浸炭層の深さを制御して、切削代が少なくかつ切削しやすい被削性に優れた高炭素クロム軸受鋼の製造が可能であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の高炭素クロム軸受鋼は、鋼材表面の脱炭層または過浸炭層深さが０〜０．２ｍｍの範囲内の、切削代が少ない被削性に優れた軸受鋼である。この軸受鋼は、浸炭雰囲気で球状化焼鈍処理を行った後、酸化雰囲気で冷却する本発明の高炭素クロム軸受鋼の製造方法により効率よく製造することができる。したがって、本発明は関連する産業分野において有効に利用することができる。
【図１】
2012081229.tif 000004
【図２】
2012081229.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月25日(2012.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炭素クロム軸受鋼の製造方法であって、
被処理材を浸炭雰囲気中でＡc1変態点より高温に加熱し、次いで、当該浸炭雰囲気を保ちつつ下記（１）式を満たす温度Ｔまで７０℃／Ｈｒ以下で徐冷し、その後酸化雰囲気中で冷却することを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法。
Ａr1−２０≧Ｔ（℃）≧３００℃    ・・・（１）
ここで、Ａc1：低温から加熱していく場合のＡ1変態点
Ａr1：高温から冷却していく場合のＡ1変態点
【請求項２】
請求項１に記載の方法により製造され、
かつ、質量％で、Ｃ：０．６〜１．５％、Ｃｒ：０．５〜３．０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不純物であることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼。
【請求項３】
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｍｏ：１．０％以下、Ｗ：１．０％以下およびＶ：１．０％以下のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項２に記載の高炭素クロム軸受鋼。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
（１）高炭素クロム軸受鋼の製造方法であって、被処理材を浸炭雰囲気中でＡc1変態点より高温に加熱し、次いで、当該浸炭雰囲気を保ちつつ下記（１）式を満たす温度Ｔまで７０℃／Ｈｒ以下で徐冷し、その後酸化雰囲気中で冷却することを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法。
Ａr1−２０≧Ｔ（℃）≧３００℃    ・・・（１）
ここで、「Ａc1」とは、低温から加熱していく場合に、フェライト（α）とセメンタイト（θ）の二相領域からオーステナイト（γ）とセメンタイトの二相領域となるＡ1変態点である。また、「Ａr1」とは高温から冷却していく場合に、オーステナイトとセメンタイトの二相領域からフェライトとセメンタイトの二相領域となるＡ1変態点である。
前記の「被処理材」とは、高炭素クロム軸受鋼の製造過程において、溶解、鋳造の後、種々の熱間製管法（押出し製管、押抜き製管、マンネスマン製管等）によって得られた素管である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
（２）前記（１）に記載の方法により製造され、かつ、Ｃ：０．６〜１．５％、Ｃｒ：０．５〜３．０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不純物であることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
本発明の高炭素クロム軸受鋼の製造方法は、このように熱間製管後の素管に対し浸炭雰囲気中で加熱、保持した後、当該浸炭雰囲気を保ちつつ前記の（１）式を満たす温度まで徐冷する球状化焼鈍処理を行って浸炭を促進し、その後酸化雰囲気中で冷却することにより脱炭層深さまたは過浸炭層深さを制御する方法である。
【国際調査報告】
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