(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．８〜１．２％、Ｓｉ：０．２〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｃｒ：０．６〜２．０％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｃｕ：２．０％以下、Ｎｉ：４．０％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｃａ：０．００３％以下、Ｍｇ：０．００３％以下を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＴｉは０．００２％以下、Ｐは０．０２％以下、Ｓは０．０１５％以下、Ｎは０．００９％以下、Ｏ（酸素）は０．００１５％以下で、Ｓｉ、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏの関係が下記の（１）  式を満たし、セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計濃度が５．０％以上であることを特徴とする被削性に優れた軸受要素部品用鋼材。
５．０≦１．６×％Ｓｉ＋４．０×％Ｍｎ＋３．０×％Ｃｒ＋５．０×％Ｍｏ≦９．０  ・・・（１）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受を構成するボール、コロ、ニードル、シャフト、レースなどの軸受要素部品の用途に好適な被削性に優れた軸受要素部品用鋼材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボール、コロ、ニードル、シャフト、レースなどの軸受要素部品の素材鋼としては、一般に、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定されているＳＵＪ２鋼などの高炭素クロム軸受鋼が多用されている。
【０００３】
上記の所謂「軸受用鋼」は、熱間圧延などの手段で加工された後、軟化を目的とした球状化焼鈍を受け、次いで冷間鍛造、冷間抽伸や切削などの加工を施され、さらに、焼入れと低温での焼戻しによる熱処理を受けて所望の機械的性質を付与される。
【０００４】
上記の各工程のうち、切削加工はコストが嵩むので、切削速度の向上や工具寿命の延長が可能となる被削性に優れた軸受用鋼に対する要求が極めて大きくなっている。
【０００５】
鋼にＰｂやＳなどの快削元素（被削性改善元素）を単独あるいは複合させて添加すれば、被削性が向上することはよく知られている。しかし、各種の産業機械や自動車などに使用される軸受には高い面圧が繰り返し作用する。このため、軸受用鋼に前記快削元素を添加すれば、軸受（要素部品）の転動疲労寿命が大幅に低下してしまう。さらに、前記快削元素は一般に熱間加工性を低下させる。したがって、熱間圧延などの熱間加工時に表面割れや疵が発生しやすくなるという問題もある。
【０００６】
このため、特開平１−２５５６５１号公報には、鋼中にＲＥＭ（希土類元素）を含有させた「被削性に優れた高Ｓｉ−低Ｃｒ軸受鋼」が開示されている。しかし、ＲＥＭは極めて酸化されやすいため、鋼中での歩留まりが不安定である。また、鋼中に生成しやすいＲＥＭ酸化物の粒径や分散状態を制御することは、工業的には難しい。粗大なＲＥＭ酸化物が生成したり、ＲＥＭ酸化物が多量に生成すると、転動疲労寿命が大幅に低下してしまう。
【０００７】
特開平３−５６６４１号公報には、鋼中にＢＮ化合物を生成させることで、転動疲労寿命を低下させることなく被削性を向上させる「被削性に優れた軸受鋼」が開示されている。しかし、Ｂは鋼中への溶解度が小さいため、鋼中での歩留まりが不安定であるし、偏析も生じやすい。さらに、Ｂは高炭素鋼の凝固開始温度を著しく低下させるので、Ｂの偏析と相まって、凝固偏析が助長されることになる。加えて、凝固開始温度の低下が熱間加工性の低下につながり、熱間加工時に表面割れや疵が生成しやすくなる。したがって、軸受用鋼のＢ含有量をたとえ前記公報で規定された値、つまり、質量％で、０．００４〜０．０２０％にしても、必ずしも工業的規模で安定して軸受要素部品が製造できるというものでもなかった。
【０００８】
特開平９−２２７９９１号公報には、特定の条件で熱処理して組織中の炭化物数と硬さを調整する「被削性および冷間加工性に優れる軸受鋼およびその製造方法」が開示されている。しかし、この公報で提案された焼鈍条件では、加熱工程の途中で徐熱または等温保持をおこなう必要がある。このため、焼鈍時間が長くなり生産性の低下をきたす。さらに、徐熱、急熱、徐冷など熱処理条件の変更が必要であるため、例えば、鋼線材（以下、「鋼線材」を単に「線材」という）の一般的な形状である巻取りコイルを対象とする場合、コイル全体を均一に熱処理（焼鈍処理）することが困難である。たとえ均一な熱処理ができたとしても、工業的規模で用いられる連続熱処理炉は、一般に各ゾーンの温度が決まっていて、ゾーンの数も限られているため、前記公報で規定された条件で焼鈍を実施することは難しいし、規定条件で焼鈍するためには連続熱処理炉の改造や更新が必要でコストが嵩んでしまう。
【０００９】
上記の各公報で提案された技術によれば、一応は被削性に優れた鋼材、具体的には線材、棒鋼および鋼管を得ることができる。しかし、既に述べたように、生産性、品質の点で大きな問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑みなされたもので、その目的は、快削元素を特別に添加含有させることなく、かつ、焼鈍時間も従来と同様の１０〜２０時間程度であるため生産性の低下をきたすこともなく、ボール、コロ、ニードル、シャフト、レースなどの軸受要素部品の用途に好適な被削性に優れた鋼材（線材、棒鋼または鋼管）を提供することである。
【００１１】
なお、既に述べたように、軸受には高い面圧が繰り返し作用するので、後述の実施例における転動疲労試験で、１．０×１０７  回以上の転動疲労寿命を有することを目標とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記の被削性に優れた軸受要素部品用鋼材にある。
【００１３】
質量％で、Ｃ：０．８〜１．２％、Ｓｉ：０．２〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｃｒ：０．６〜２．０％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｃｕ：２．０％以下、Ｎｉ：４．０％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｃａ：０．００３％以下、Ｍｇ：０．００３％以下を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＴｉは０．００２％以下、Ｐは０．０２％以下、Ｓは０．０１５％以下、Ｎは０．００９％以下、Ｏ（酸素）は０．００１５％以下で、Ｓｉ、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏの関係が式「５．０≦１．６×％Ｓｉ＋４．０×％Ｍｎ＋３．０×％Ｃｒ＋５．０×％Ｍｏ≦９．０」を満たし、セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計濃度が５．０％以上であることを特徴とする被削性に優れた軸受要素部品用鋼材。
【００１４】
上記の本発明においては、上記各元素のうち、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、ＣａおよびＭｇの７元素については、必ずしも添加含有させる必要はなく、不純物量レベルであってもよい。また、本発明にいう鋼材とは、線材、棒鋼または鋼管をいう。
【００１５】
本発明者らは、線材、棒鋼および鋼管の球状化焼鈍後の組織、セメンタイト中のＣｒ、Ｍｎ濃度、およびセメンタイト粒径が被削性に及ぼす影響について調査、研究を重ね、その結果、下記の知見を得た。
（ａ）軸受用鋼の切削加工においては、被切削材中の炭化物の硬さが工具寿命や上限切削速度に大きく影響する。
（ｂ）セメンタイト中にＣｒ、Ｍｎが濃化すると、セメンタイトが硬化することは知られているが、マトリックスであるフェライト中のＣｒ、Ｍｎが減少すると、フェライトは軟化し、セメンタイトとマトリックスであるフェライトの硬度差が大きくなればなるほど、被削性が向上する。
（ｃ）セメンタイト中のＣｒ、Ｍｎ濃度を高めるためには、球状化焼鈍中にオーステナイトからフェライトに変態した後も、徐冷または保定すればよい。
（ｄ）転動疲労寿命を確保するためには一定以上の焼入性の確保が必要で、そのためにはＳｉ、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏの含有量を制御すればよい。
【００１６】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく説明する。なお、以下において、「％」は「質量％」を意味する。
（Ａ）化学組成
Ｃ：０．８〜１．２％
Ｃは、焼入れと低温での焼戻しによる熱処理をおこなって軸受用鋼材（軸受要素部品）に所望の機械的性質を付与させるが、その含有量が０．８％未満では焼入れ焼戻し後の硬度が低く、所望の転動疲労寿命（後述の実施例における転動疲労試験で、１．０×１０７  回以上の転動疲労寿命）が得られない。一方、Ｃの含有量が１．２％を超えると、鋼の凝固開始温度が低下して熱間加工時、なかでも鋼材が鋼管の場合、熱間製管時に割れや疵が多発する。また、鋼の凝固時に巨大な炭化物が生成しやすくなるので、長時間の均質化熱処理をおこなわない場合には目標とする転動疲労寿命が得られない。したがって、Ｃ含有量は０．８〜１．２％とした。好ましい範囲は０．８〜１．０％、より好ましい範囲は０．８〜０．９％である。
【００１８】
Ｓｉ：０．２〜２．０％
Ｓｉは、転動疲労寿命を高めるのに有効な元素であるほか、脱酸剤として必要な元素でもある。また、Ｓｉは鋼の焼入性を向上させる元素でもある。しかし、その含有量が０．２％未満では前記の効果が得難い。なお、Ｓｉの含有量が０．６％以上になると被削性向上効果も大きくなる。一方、Ｓｉの含有量が２．０％を超えると、熱間圧延後や球状化焼鈍後に脱スケールするために長時間を要するので生産性の大幅な低下を招く。したがって、Ｓｉ含有量は０．２〜２．０％とした。好ましい範囲は０．５〜１．５％、より好ましい範囲は０．５〜１．０％である。
【００１９】
Ｍｎ：０．２〜１．５％
Ｍｎは、鋼の焼入性を向上させると同時に、Ｓによる熱間脆性の防止に必要な元素である。これらの効果を発揮させるためにはＭｎを０．２％以上含有させる必要がある。一方、Ｍｎの含有量が１．０％を超えるとＭｎのみならずＣの中心偏析が生じるようになり、１．５％を超えるとＭｎ、Ｃの中心偏析が顕著になり、転動疲労寿命の低下を招く。したがって、Ｍｎ含有量は０．２〜１．５％とした。好ましい範囲は０．２〜１．０％、より好ましい範囲は０．２〜０．８％である。
【００２０】
Ｃｒ：０．６〜２．０％
Ｃｒは、鋼の焼入性を向上させると同時に、セメンタイト中に濃化しやすい元素で、セメンタイトを硬化させて被削性を向上させる。しかし、その含有量が０．６％未満では前記の効果が得難い。一方、１．６％を超えるとＣｒのみならずＣ元素の中心偏析が生じるようになり、２．０％を超えるとＣｒ、Ｃの中心偏析が顕著になり、転動疲労寿命の低下を招く。したがって、Ｃｒ含有量は０．６〜２．０％とした。好ましい範囲は０．６〜１．６％、より好ましい範囲は０．６〜１．３％である。
【００２１】
Ａｌ：０．０５％以下
Ａｌは脱酸剤として添加するが、過剰なＡｌは非金属系介在物を形成して転動疲労寿命を低下さる。特に、その含有量が０．０５％を超えると、粗大な非金属系介在物を形成して転動疲労寿命の著しい低下を招き、所望の転動疲労寿命（後述の実施例における転動疲労試験で、１．０×１０７  回以上の転動疲労寿命）が得られなくなる。したがって、Ａｌの含有量は０．０５％以下とした。好ましい上限は０．０４％、より好ましい上限は０．０３％である。一方、十分な脱酸効果を得るためには、その含有量を０．０００３％以上とするのがよい。なお、Ａｌは、上記のＳｉによって脱酸が十分になされる場合には必ずしも添加する必要はなく、その含有量は不純物量レベルであってもよい。
【００２２】
Ｃｕ：２．０％以下（添加時の望ましい範囲は０．０５〜２．０％）
Ｃｕは添加しなくてもよい。添加すれば耐食性を高める作用がある。この効果を確実に得るには、Ｃｕは０．０５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が２．０％を超えると結晶粒界に偏析して鋼塊の分塊圧延や線材の熱間圧延などの熱間加工時における割れや疵の発生が顕著になる。したがって、Ｃｕの含有量は２．０％以下とした。好ましい上限は１．５％、より好ましい上限は１．０％である。
【００２３】
Ｎｉ：４．０％以下（添加時の望ましい範囲は０．２〜４．０％）
Ｎｉは添加しなくてもよい。添加すれば、焼入れ後のマルテンサイト中に固溶して靱性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｎｉは０．２％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、４．０％を超えて含有させても、前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Ｎｉの含有量を４．０％以下とした。好ましい上限は３．０％、より好ましい上限は２．０％である。
【００２４】
Ｍｏ：０．５％以下（添加時の望ましい範囲は０．０５〜０．５％）
Ｍｏも添加しなくてもよい。添加すれば、焼入性を高め、転動疲労寿命を高める作用がある。この効果を確実に得るには、Ｍｏは０．０５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が０．５％を超えると、焼入性が高くなり過ぎて熱間圧延後にマルテンサイトが生成しやすくなり、割れが発生しやすくなる。したがって、Ｍｏの含有量は０．５％以下とした。好ましい上限は０．３％、より好ましい上限は０．２％である。
【００２５】
Ｖ：０．２％以下（添加時の望ましい範囲は０．０３〜０．２％）
Ｖは添加しなくてもよい。添加すれば、オーステナイト結晶粒を微細化させ、靱性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｖは０．０３％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、０．２％を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Ｖの含有量は０．２％以下とした。好ましい上限は０．１％である。
【００２６】
Ｎｂ：０．１０％以下（添加時の望ましい範囲は０．０１〜０．１０％）
Ｎｂは添加しなくてもよい。添加すれば、オーステナイト結晶粒を微細化させ、靱性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｎｂは０．０１％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、０．１０％を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Ｎｂの含有量は０．１０％以下とした。好ましい上限は０．０８％、より好ましい上限は０．０５％である。
【００２７】
Ｃａ：０．００３％以下
Ｃａは添加しなくてもよい。添加すれば、熱間加工性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｃａは０．０００１％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、Ｃａを０．００３％を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Ｃａの含有量は０．００３％以下とした。好ましい上限は０．００２％である。
【００２８】
Ｍｇ：０．００３％以下
Ｍｇも添加しなくてもよい。添加すれば、熱間加工性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｍｇは０．０００１％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、Ｍｇを０．００３％を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Ｍｇの含有量は０．００３％以下とした。好ましい上限は０．００２％である。
【００２９】
本発明においては、不純物としてのＴｉ、Ｐ、Ｓ、ＮおよびＯ（酸素）の含有量を下記のとおりに制限することが重要である。その理由は以下の通りである。
【００３０】
Ｔｉ：０．００２％以下
Ｔｉは、Ｎと結合してＴｉＮを形成し、転動疲労寿命を低下させてしまう。特にその含有量が０．００２％を超えると、転動疲労寿命の低下が著しくなり、所望の転動疲労寿命（後述の実施例における転動疲労試験で、１．０×１０７  回以上の転動疲労寿命）が得られない。したがって、Ｔｉの含有量は０．００２％以下とした。なお、不純物としてのＴｉの含有量はできるだけ少なくすることが望ましい。
【００３１】
Ｐ：０．０２％以下
Ｐは、粒界に偏析して転動疲労寿命を低下させてしまう。特に、その含有量が０．０２％を超えると転動疲労寿命の低下が著しくなり、所望の転動疲労寿命（後述の実施例における転動疲労試験で、１．０×１０７  回以上の転動疲労寿命）が得られなくなる。したがって、Ｐの含有量は０．０２％以下とした。
【００３２】
Ｓ：０．０１５％以下
Ｓは、Ｍｎと結合してＭｎＳを形成し、転動疲労寿命を低下させてしまう。特にその含有量が０．０１５％を超えると、粗大なＭｎＳを形成しやすくなるので転動疲労寿命の低下が著しくなり、所望の転動疲労寿命（後述の実施例における転動疲労試験で、１．０×１０７  回以上の転動疲労寿命）が得られない。したがって、Ｓの含有量は０．０１５％以下とした。
【００３３】
Ｎ：０．００９％以下
Ｎは、ＴｉやＡｌと結合してＴｉＮやＡｌＮを形成しやすく、Ｎ含有量が多くなって粗大なＴｉＮやＡｌＮが形成されると、転動疲労寿命が低下してしまう。特にその含有量が０．００９％を超えると、転動疲労寿命の低下が著しくなり、所望の転動疲労寿命（後述の実施例における転動疲労試験で、１．０×１０７  回以上の転動疲労寿命）が得られない。したがって、Ｎの含有量は０．００９％以下とした。
【００３４】
Ｏ（酸素）：０．００１５％以下
Ｏは、酸化物系介在物を形成し、転動疲労寿命を低下させてしまう。特にその含有量が０．００１５％を超えると転動疲労寿命の低下が著しくなり、所望の転動疲労寿命（後述の実施例における転動疲労試験で、１．０×１０７  回以上の転動疲労寿命）が得られない。したがって、Ｏの含有量は０．００１５％以下とした。なお、不純物としてのＯ含有量はできる限り少なくすることが望ましい。
（Ｂ）Ｓｉ、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏの関係
本発明においては、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒの各含有量を（Ａ）で規定した範囲内において、式「５．０≦１．６×％Ｓｉ＋４．０×％Ｍｎ＋３．０×％Ｃｒ＋５．０×％Ｍｏ≦９．０」を満たす量に規定する。これは、後の実施例に示すように、式「１．６×％Ｓｉ＋４．０×％Ｍｎ＋３．０×％Ｃｒ＋５．０×％Ｍｏ」で求められ値が５．０未満では、焼入性が不足するために、焼入れ後の硬度が低く、転動疲労寿命の低下が著しくなり、所望の転動疲労寿命（後述の実施例における転動疲労試験で、１．０×１０７  以上の転動疲労寿命）が得られない。一方、式「１．６×％Ｓｉ＋４．０×％Ｍｎ＋３．０×％Ｃｒ＋５．０×％Ｍｏ」で求められる値が９．０を超えると、焼入性が過剰で、熱間圧延後の冷却中にマルテンサイト組織が生成して、焼割れやハンドリング時の割れが発生しやすくなる。したがって、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒの各含有量を式「５．０≦１．６×％Ｓｉ＋４．０×％Ｍｎ＋３．０×％Ｃｒ＋５．０×％Ｍｏ≦９．０」満たす量とした。
【００３５】
ここで、上記の式「１．６×％Ｓｉ＋４．０×％Ｍｎ＋３．０×％Ｃｒ＋５．０×％Ｍｏ」は、鋼の焼入性を表し、下記の実験結果に基づいて各元素の係数を最小二乗法を用いて求めることにより、本発明者が初めて定めた式である。
【００３６】
すなわち、一般に、鋼の焼入性は、例えばＡＩＳＩ規格にも規定されているように、鋼の化学組成と結晶粒度から計算によって求め得る。しかし、本発明のような高炭素で、かつセメンタイト中にＭｎ、Ｃｒが濃化している鋼の場合、マトリックス中のＭｎ、Ｃｒ濃度が低下しているため、その計算結果と実際の焼入性とが一致しない。このため、以下に述べる実験をおこない、高炭素で、かつセメンタイト中にＭｎ、Ｃｒが濃化している本発明鋼の焼入性を正確に表すパラメータ式として上記の式を定めたのである。
【００３７】
実験内容：
後述する表１に示す各鋼を用い、同じく後述する表２に示す「条件Ｙ」と同じ条件で球状化焼鈍をおこなった外径４０ｍｍの棒鋼から試験片を採取し、ＪＩＳＧ  ０５６１に規定される方法に準拠してジョミニー試験をおこなった。その際、試験片の加熱条件は、軸受用部品の一般的な焼入温度である８２０℃×２０分間保持とした。次いで、ロックウェルＣ硬度５０を示す位置までの冷媒供給側の試験片端部からの距離を各鋼について求めた。そして、この求めた各鋼の距離と、当該鋼中に含まれる各元素中、鋼の焼入性に大きな影響を及ぼすといわれているＳｉ、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏの４元素の含有量とから、各元素の効果が加算できると仮定し、最小二乗法によって、各元素の係数を求めた。その結果、各元素の係数は上記の式中に示す通りであった。
（Ｃ）セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計濃度
本発明においては、セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計濃度（以下、Ｃｒ＋Ｍｎ濃度という）を５．０％以上に規定する。これは、後述の実施例に示すように、セメンタイト中のＣｒ＋Ｍｎ濃度が５％未満であると、セメンタイトの硬化が十分ではないために、切削試験での工具寿命が一般的な方法で製造された鋼材切削時の工具寿命の１．３倍以上にならないためである。さらに、セメンタイト中のＣｒ＋Ｍｎ濃度が６．０％以上の場合、その工具寿命が一般的な方法で製造された鋼材切削時の工具寿命の１．５倍以上になるので、セメンタイト中のＣｒ＋Ｍｎ濃度は６．０％以上であることが望ましい。一方、セメンタイト中のＣｒ＋Ｍｎ濃度の上限は特に制限しないが、セメンタイト中のＣｒ＋Ｍｎ濃度が１５％を超えると、セメンタイト以外の炭化物になる可能性があるため、上限は１５％以下にすることが望ましい。
【００３８】
セメンタイト中のＣｒ＋Ｍｎ濃度を５．０％以上にするためには、鋼中のＣｒとＭｎの含有量を増加させるとともに、球状化焼鈍中にマトリックスがオーステナイトからフェライトに変態した後に、徐冷または保定することが有効である。
【００３９】
例えば、後の実施例に示すように、鋼Ｂ（０．９０％Ｃ−０．５０％Ｍｎ−０．８２％Ｃｒ）を７７０℃で２時間保持した後、１０℃／時間で６８０℃まで冷却し、その後炉外で放冷すると、セメンタイト中のＣｒ＋Ｍｎ濃度は４．２％となる。また、７７０℃で２時間保持した後、１０℃／時間で７００℃まで冷却した後、６５０℃までを５℃／時間で冷却し、その後炉外で放冷すると５．８％となる。なお、６５０℃未満では、ＣｒおよびＭｎの拡散が極めて遅くなるため、６５０℃未満の冷却速度はセメンタイト中のＣｒおよびＭｎ濃度にほとんど影響しない。
【００４０】
セメンタイト中のＣｒとＭｎ濃度の測定は、次の方法によって決定した。すなわち、抽出レプリカ法によって、セメンタイトを取り出し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に付属したエネルギー分散形Ｘ線分析（ＥＤＳ）によって、各試料につき５個のセメンタイト中のＣとＭｎの濃度を測定し、その各平均値をその試料のセメンタイト中のＣｒとＭｎの濃度とした。
【００４１】
また、セメンタイトの粒径については、特に規定しないが、その平均粒径が０．４μｍ未満になると、鋼材の強度が上昇して、切削加工での切削抵抗が増加して工具寿命が短くなる傾向が大きくなる。このため、セメンタイトの平均粒径は０．４μｍ以上であることが好ましい。また、その上限も特に規定しないが、セメンタイトの平均粒径が０．８μｍを上回ると、工具寿命の改善効果も飽和してくる傾向があり、球状化焼鈍に要する時間も長くなって生産性が低下するため、セメンタイトの平均粒径は０．８μｍ以下であることが好ましい。
【００４２】
セメンタイトの平均粒径は、次のように定義されるものである。すなわち、各セメンタイト粒の面積を求め、その面積と等価な面積の円の直径を求め、それを各セメンタイト粒の見かけの粒径とする。次いで、面積を測定したすべてのセメンタイト粒の見かけの粒径の平均値を見かけのセメンタイト平均粒径とし、上記の見かけのセメンタイトの平均粒径を１．１２倍したものをセメンタイト平均粒径と定義する。
【００４３】
前記（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に記載した構成要件からなる本発明の鋼材（鋼線材、棒鋼または鋼管）は、通常の方法で冷間鍛造、冷間抽伸や切削などの加工を施され、さらに、焼入れと低温での焼戻しによる熱処理を受けて所望の機械的性質を有する軸受要素部品に仕上げられてから、精密機械部品である最終製品としての軸受に組み立てられる。
【００４４】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
【００４５】
【実施例】
表１に示す化学組成を有する１８種類の鋼を容量３００ｋｇの真空溶解炉を用いて溶製した。表１中、代符Ｂ〜ＩおよびＯ〜Ｒの鋼は化学組成が本発明で規定する範囲内のものであり、代符ＡおよびＪ〜Ｎの鋼は成分のいずれかが本発明で規定する範囲から外れた比較例である。
【００４６】
【表１】
0003614113.tif 000002
各鋼は、１２００℃に加熱後、仕上げ温度９５０℃の条件で熱間鍛造して直径４０ｍｍ、長さ約２４５０ｍｍの鍛造材に成形した後、放冷した。放冷後の鍛造材の外観を観察したところ、代符ＧおよびＨの鍛造材には微小なクラックの発生が認められ、その組織を観察した結果マルテンサイト組織が混在していた。このため、代符ＧおよびＨの鍛造材については以後の試験には供しなかった。
【００４７】
クラックの発生が認められなかった代符Ａ〜ＦおよびＩ〜Ｒの鋼からなる鍛造材は、長さ６００ｍｍに切断した後、電気炉を用いて表２に示す４通りの熱処理条件（ヒートパターン）のそれぞれによる球状化焼鈍をおこなった。なお、表２中の条件Ｗは、従来の焼鈍処理のヒートパターンに相当し、炉外放冷に至るまでの所要時間は１１時間である。また、他の条件の所要時間は、条件Ｘが１８時間、条件Ｙが１４時間、条件Ｚが１０時間である。
【００４８】
【表２】
0003614113.tif 000003
球状化焼鈍後の各鍛造材は、研削加工して直径３８ｍｍの丸棒にし、これを対象にセメンタイト中のＣｒ＋Ｍｎ濃度とセメンタイトの平均粒径を測定した。
【００４９】
すなわち、Ｃｒ＋Ｍｎ濃度は、各丸棒の横断面を鏡面研磨した後、抽出レプリカ法によってセメンタイトを取り出し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に付属したエネルギー分散形Ｘ線分析（ＥＤＳ）によって各試料につき５個のセメンタイト中のＣとＭｎの濃度を測定し、その平均値をその試料のセメンタイト中のＣｒとＭｎの濃度とし、これを合計して求めた。
【００５０】
セメンタイトの平均粒径は、上記と同様に鏡面研磨した各丸棒の横断面をピクラールで腐食処理し、その腐食処理表面を走査型電子顕微鏡を用いて各試料の円中心から半径の１／２位置を倍率５０００倍で１０視野撮影し、この写真を通常の方法による画像解析によって各セメンタイト粒の面積を求め、それと等価な面積の円を計算して求められる直径を各セメンタイト粒の直径とし、その直径の平均値を１．１２倍した値をセメンタイトの平均粒径とした。
【００５１】
また、球状化焼鈍後、研削加工して仕上げた直径３８ｍｍの各丸棒を対象に、切削試験もおこなった。すなわち、切削工具としてＪＩＳ  Ｇ  ４４０３に規定されるＳＫＨ４からなる三角チップを用い、無潤滑、周速５０ｍ／ｍｉｎ、切り込み量０．７ｍｍ、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ．の条件で旋削加工して工具寿命を調査し、被削性の指標とした。
【００５２】
なお、工具寿命は、前記条件で丸棒を切削加工した場合に、切削時間１０分までは３０秒ごと、それ以降は１分ごとに工具の主切り刃摩耗量を測定して、主切り刃摩耗量が０．２０ｍｍになった時点とした。また、被削性の目標は下記（イ）の条件を満足することとした。
（イ）各鋼について、条件Ｗで球状化焼鈍した丸棒の工具寿命を基準とし、これよりも３０％以上工具寿命が長いこと。
【００５３】
さらに、上記の切削加工に供した各丸棒から、直径１２ｍｍ、長さ２２ｍｍの試験片を切り出し、この試験片を焼入れ焼戻し処理（８２０℃×３０分間保持後油焼入れ→１６０℃×１時間保持の焼戻し）して次の条件による転動疲労試験に供した。
【００５４】
すなわち、円筒型の転動疲労試験機を用いて、潤滑油にＪＩＳ規格に規定される＃６８タービン油を使用して、ヘルツ最大接触応力が５８８ＭＰａ、試験片負荷回数が４６０００回／分の条件で転動疲労試験をおこなった。試験片は各鋼について１０個ずつとし、１０個の試験片の中で最初に表面剥離をおこしたときの回転数を「転動疲労寿命」とした。転動疲労寿命が１．０×１０７  以上の場合に転動疲労特性に優れていると評価した。
【００５５】
表３および表４に、球状化焼鈍後のセメンタイト中のＣｒ＋Ｍｎ濃度、セメンタイトの平均粒径、旋盤による切削加工での工具寿命、転動疲労寿命の各調査結果をまとめて示す。
【００５６】
【表３】
0003614113.tif 000004
【表４】
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表３および表４から明らかなように、比較例の代符ＡおよびＩ〜Ｎの鋼を用いた試験、すなわち、Ｃ含有量が０．８％未満の代符Ａ鋼を用いた試番１〜４、Ｘ値（Ｘ＝１．６×％Ｓｉ＋４．０×％Ｍｎ＋３．０×％Ｃｒ＋５．０×％Ｍｏ）が５．０未満の代符Ｉ鋼を用いた試番２５〜２８、Ａｌ含有量が０．０５％を超える代符Ｊ鋼を用いた試番２９〜３２、Ｔｉ含有量が０．００２％を超える代符Ｋ鋼を用いた試番３３〜３６、Ｐ含有量とＳ含有量がそれぞれ０．０２％と０．０１５％を超える代符Ｌ鋼を用いた試番３７〜４０、Ｎ含有量が０．００９％を超える代符Ｍ鋼を用いた試番４１〜４４、およびＯ含有量が０．００１５％を超える代符Ｎ鋼を用いた試番４５〜４８は、転動疲労寿命が１．０×１０７  回に達していない。
【００５７】
上記のうち、試番１、４、２５、２８、２９、３２、３３、３６、４１および４４〜４６は、セメンタイト中のＣｒ＋Ｍｎ濃度が５．０％未満であるため、工具寿命も目標の値に達していない。
【００５８】
また、試番５、８、９、１２、１３、１６、１７、２０、２１、２４、４９、５２、５３、５６、５７、６０、６１および６４は、鋼の化学組成は本発明で規定する範囲内であるが、セメンタイト中のＣｒ＋Ｍｎ濃度が５．０％未満であるため、工具寿命が目標の値に達していない。
【００５９】
これに対し、本発明で規定する条件を満たす代符Ｂ〜ＩおよびＯ〜Ｒ鋼を用いた試番６、７、１０、１１、１４、１５、１８、１９、２２、２３、５０、５１、５４、５５、５８、５９、６２および６３は、工具寿命が目標の値に達しており、しかも転動疲労寿命も目標の１．０×１０７  回を上回っている。
【００６０】
特に、セメンタイト中のＣｒ＋Ｍｎ濃度が６．０％以上の試番１１、２２、２３、５０、５１、５４、５５、５７、６０、６１および６４の工具寿命は、条件Ｗで球状化焼鈍したものに比べて５０％以上と長く、一段と優れている。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の軸受要素部品用鋼材は、被削性に優れるとともに、転動疲労寿命が長い。このため、ボール、コロ、ニードル、シャフト、レースなどの軸受要素部品の高寿命化が図れる。