(57)【要約】【課題】安価でかつ降伏強度および寿命を向上した軸受部品および当該軸受部品を備える転がり軸受を提供する。【解決手段】０．９５質量％以上１．１質量％以下の炭素と、０．３質量％未満の珪素と、０．５質量％未満のマンガンと、０．００８質量％未満の硫黄と、１．４質量％以上１．６質量％未満のクロムとを含み、残部鉄および不純物からなる鋼からなり、他の部品と接触する面である接触面（１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ）を含む表層部に浸炭窒化層が形成された軸受部品（１１，１２，１３）である。上記表層部における平均窒素濃度が０．３質量％以上０．６質量％以下であり、かつ、上記表層部における窒素濃度のばらつきが０．１質量％以下である。上記表層部における残留オーステナイト量が８体積％以下である。γ（＝ａｃ／ＣＮ）の値が２以上５以下の範囲となるように浸炭窒化処理を行うことにより浸炭窒化層が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．９５質量％以上１．１質量％以下の炭素と、０．３質量％未満の珪素と、０．５質量％未満のマンガンと、０．００８質量％未満の硫黄と、１．４質量％以上１．６質量％未満のクロムとを含み、残部鉄および不純物からなる鋼からなり、他の部品と接触する面である接触面を含む表層部に浸炭窒化層が形成された軸受部品であって、
前記表層部における平均窒素濃度が０．３質量％以上０．６質量％以下であり、かつ、前記表層部における窒素濃度のばらつきが０．１質量％以下であり、
前記表層部における残留オーステナイト量が８体積％以下であり、
前記軸受部品中の炭素の活量をａｃ、前記軸受部品が配置される熱処理炉内の未分解アンモニア濃度をＣＮとした場合に、γ＝ａｃ／ＣＮで定義されるγの値が２以上５以下の範囲となるように浸炭窒化処理を行うことにより前記浸炭窒化層が形成されている、軸受部品。
【請求項２】
前記残留オーステナイト量が５体積％以下である、請求項１に記載の軸受部品。
【請求項３】
前記軸受部品の厚み方向における窒素濃度の傾きが−１５（１／ｍ）以上である、請求項１または２に記載の軸受部品。
【請求項４】
前記表層部には、直径が０．３μｍ以上０．５μｍ以下である炭窒化物が１００μｍ２当たり５個以上存在する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受部品。
【請求項５】
前記接触面以外の面である非研削面を含む非研削部における窒素濃度が０．７質量％未満である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸受部品。
【請求項６】
加熱温度を５００℃、保持時間を１時間とした熱処理を行った後において、前記接触面から０．４（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、前記軸受部品の厚み方向において前記浸炭窒化層が形成されていない領域におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高い、請求項１〜５のいずれか１項に記載の軸受部品。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の軸受部品を備える、転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受部品および転がり軸受に関し、より特定的には、安価でかつ降伏強度および寿命が向上し、さらに製造コストが低減された軸受部品および当該軸受部品を備える転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受などに用いられる軸受部品の耐久性を向上させる対策として、浸炭窒化処理が知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。浸炭窒化処理は、鋼をＡ１変態点以上の温度に加熱して炭素および窒素を鋼中に侵入拡散させた後、当該鋼を焼入れする熱処理である。浸炭窒化処理は、転がり軸受の重要な性能である異物混入潤滑下における寿命の延命に対して有効である。
【０００３】
また、転がり軸受の他の重要な機能には機械の回転運動時の低トルク化があり、これを達成するためには回転中のエネルギー損失の低減が重要である。転がり軸受の回転中のエネルギー損失の原因としては、転がり粘性抵抗、差動すべり、弾性ヒステリシス損失、または潤滑油の撹拌抵抗などが挙げられる。転がり軸受において玉軸受ところ軸受とを比べると、転がり粘性抵抗の差により玉軸受の方がエネルギー損失がより少ない。そのため、機械の回転運動時の低トルク化という観点からは玉軸受の方がより好ましい構造であるといえる。
【０００４】
ころ軸受は、玉軸受と比べて軸受部品（軌道輪や玉）同士の接触面積が大きいため、軸受部品に加わる接触面圧がより小さい。そのため、大きな荷重を支えるという観点からはころ軸受が有効である。一方、玉軸受において大きな荷重を支えると、接触面圧が過大となり軌道輪や玉において塑性変形が生じる。これにより、機械の回転運動が高トルク化し、さらに異音の発生や回転精度の低下などが起こり、結果として軸受としての機能を満たすことが困難になる。このように、軸受としての機能不全にまで至らしめる過大な荷重（接触面圧）を、転がり軸受の「静的負荷容量」という。したがって、転がり軸受の低トルク化においては、塑性変形し難い（降伏強度が高い）材料を用いた玉軸受を採用することが好ましいといえる。
【０００５】
塑性変形が生じ難い代表的な材料としては、窒化珪素などのセラミック材料が挙げられる。しかし、このセラミック材料は、塑性変形し難い一方で難加工性を有するため、軸受材料として採用した場合には加工コストが上昇するという問題がある。そのため、セラミック材料に代えて、加工コストを含むトータルコストが安価でかつ塑性変形が生じ難い材料の開発が求められる。なお、「塑性変形の生じ難さ」とは、ＨＶ硬度やＨＲＣ硬度で表わされる硬度ではなく、弾性限や降伏強度などに近い塑性変形量が微小な領域に関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２７７６４８号公報
【特許文献２】特開２００８−２６７４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年の軸受部品への耐久性向上の要求を考慮すると、従来の浸炭窒化処理では用途によっては十分な耐久性を付与することが困難である場合がある。また、従来では、低トルク化において有利な構造を有する玉軸受において、窒化珪素などの加工コストが高い材料を用いずに塑性変形を防ぐことが困難であった。さらに、浸炭窒化処理の効率化を図ることにより軸受部品の製造コストを低減することも必要である。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、安価でかつ降伏硬度および寿命が向上し、さらに製造コストが低減された軸受部品および当該軸受部品を備える転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従った軸受部品は、０．９５質量％以上１．１質量％以下の炭素と、０．３質量％未満の珪素と、０．５質量％未満のマンガンと、０．００８質量％未満の硫黄と、１．４質量％以上１．６質量％未満のクロムとを含み、残部鉄および不純物からなる鋼からなり、他の部品と接触する面である接触面を含む表層部に浸炭窒化層が形成された軸受部品である。上記軸受部品では、上記表層部における平均窒素濃度が０．３質量％以上０．６質量％以下であり、かつ、上記表層部における窒素濃度のばらつきが０．１質量％である。また、上記軸受部品では、上記表層部における残留オーステナイト量が８体積％以下である。上記軸受部品では、上記軸受部品中の炭素の活量をａｃ、上記軸受部品が配置される熱処理炉内の未分解アンモニア濃度をＣＮとした場合に、γ＝ａｃ／ＣＮで定義されるγの値が２以上５以下の範囲となるように浸炭窒化処理を行うことにより浸炭窒化層が形成されている。
【００１０】
本発明者は、加工コストが高い材料を用いずに降伏強度を向上させ、かつ寿命も向上させ、さらに製造コストを低減するための方策について鋭意検討を行った。その結果、以下のような知見を得て、本発明に想到した。
【００１１】
軸受部品において、他の部品と接触する接触面（たとえば軌道輪の転走面や玉およびころの転動面など）およびその直下では、亀裂などの損傷が発生し易い。これに対して、上記接触面に浸炭窒化処理を施すことにより軸受部品の耐久性の向上を図ることができる。
【００１２】
本発明者の検討によると、上記接触面を含む表層部の窒素濃度が０．２質量％未満である場合には、異物混入潤滑下における軸受部品の寿命が低下する。そのため、軸受部品の寿命の低下を抑制するためには、上記表層部の窒素濃度を少なくとも０．２質量％以上にする必要がある。一方、上記表層部の窒素濃度が０．７質量％を超える場合には母地中のクロムが殆ど消失するために焼入性が低下し、その結果不完全焼入が発生し易くなる。そのため、焼入性の低下および不完全焼入の発生を抑制するためには、上記表層部の窒素濃度は０．７質量％以下にする必要がある。
【００１３】
また、軸受部品は、成形された鋼材に対して浸炭窒化処理や焼戻処理などの熱処理を施し、その後上記接触面に仕上げ加工を施すことにより製造される。そして、上記熱処理を施すことにより鋼材が変形する場合があり（たとえば軌道輪が楕円形となり真円度が崩れる場合がある）、仕上げ加工時の研削取り代にばらつきが生じる場合がある。そのため、従来の軸受部品では、上記表層部において窒素濃度のばらつきが大きくなるという問題がある。
【００１４】
これに対して、本発明に従った軸受部品では、上記表層部における平均窒素濃度が０．３質量％以上０．６質量％以下であり、かつ、上記表層部における窒素濃度のばらつきが０．１質量％以下にまで低減されている。そのため、上記軸受部品では、上記表層部の窒素濃度が０．２質量％以上０．７質量％以下となっており、異物混入潤滑下における寿命の低下が抑制されている。したがって、本発明に従った軸受部品によれば、寿命が向上した軸受部品をより確実に提供することができる。
【００１５】
また、本発明者の検討によると、焼戻処理時の加熱温度を従来よりも高くすることにより、表層部の残留オーステナイト量が８体積％以下にまで低下し、その結果材料の降伏強度が向上する。つまり、表層部の残留オーステナイト量が８体積％以下にまで低下した上記軸受部品では、加工コストが高い窒化珪素などの材料を用いることなく材料の塑性変形を抑制することができる。
【００１６】
また、上述のように、軸受部品においては表層部の窒素濃度を高めることで寿命を向上させることができる。しかし、従来の軸受部品では、表層部の窒素濃度が高くなるのに伴い材料の降伏強度が低下するため、降伏強度の向上と寿命の向上とを両立することは困難であった。これに対し、本発明者の検討によると、焼戻温度を従来よりも高くした場合には、降伏強度と寿命との相反関係が解消される。つまり、焼戻温度を上げて表層部の残留オーステナイト量を８体積％以下にすることにより、表層部の窒素濃度を上記範囲にまで高めた場合でも降伏強度の低下を抑制することができる。したがって、本発明に従った軸受部品によれば、安価でかつ降伏強度および寿命が向上した軸受部品を提供することができる。
【００１７】
また、本発明者は、浸炭窒化処理における熱処理炉内の雰囲気と軸受部品への窒素の侵入挙動との関係について詳細に検討を行なった。そして、軸受部品への窒素の侵入速度に対して熱処理炉内の雰囲気中の未分解アンモニア量だけでなく以下の式（１）で定義される炭素の活量も影響を与えることに着目し、以下の式（２）で定義されるγの値が軸受部品への窒素の侵入挙動に影響を及ぼす重要な因子となっていることを見出した。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
すなわち、γが一定であれば、ａＣが小さいほど軸受部品への窒素の侵入速度が大きくなる。一方、ａＣが一定であれば、γが小さいほど軸受部品への窒素の侵入速度が大きくなる。そして、上記成分組成を有する鋼からなる軸受部品においては、γの値が５となったとき、被処理物への窒素の侵入速度が最大となり、γの値が５以下では窒素の侵入速度は一定となる。つまり、γの値を５以下とすることで、上記成分組成を有する鋼からなる軸受部品への窒素の侵入速度を最大にすることができる。ここで、ここで、ａｃは、式（１）により算出される鋼中における計算上の炭素の活量、ＰＣＯは一酸化炭素（ＣＯ）の分圧、ＰＣＯ２は二酸化炭素（ＣＯ２）の分圧、Ｋは＜Ｃ＞＋ＣＯ２⇔２ＣＯにおける平衡定数、ＣＮは熱処理炉内の未分解アンモニア濃度である。
【００２０】
一方、上述のように浸炭窒化を実施する熱処理炉内の雰囲気におけるγ値が５以下であれば、軸受部品への窒素の侵入速度を最大にすることができるが、γの値が小さくなりすぎると別の問題が発生する。すなわち、γの値を２未満とするためには、熱処理炉へのアンモニアの供給速度（アンモニアの流量）を高くする必要がある。これに伴い、熱処理炉内における一酸化炭素の分圧が低下するため、カーボンポテンシャルを保持するためには、熱処理炉内へのエンリッチガスの導入量を増加させる必要が生じる。これにより、スーティング（熱処理炉内にすすが発生し、軸受部品に付着すること）が発生しやすくなり、軸受部品に表面浸炭などの品質上の不具合が発生するおそれがある。
【００２１】
これに対して、本発明に従った軸受部品では、浸炭窒化層を形成する際の浸炭窒化処理においてγの値が２以上５以下とされていることにより、スーティングの発生を抑制しつつ、軸受部品への窒素の侵入速度を最大とすることが可能となっている。これにより、軸受部品への窒素の侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることが可能となり、その結果軸受部品の製造コストを低減することができる。したがって、本発明に従った軸受部品によれば、安価でかつ降伏強度および寿命が向上し、さらに製造コストが低減された軸受部品を提供することができる。
【００２２】
なお、未分解アンモニア濃度とは、熱処理炉内に供給されたアンモニアのうち、分解されることなく気体アンモニアの状態で残存しているアンモニアの熱処理炉内の雰囲気における濃度をいう。
【００２３】
また、本発明に従った軸受部品において、「表層部」とは上記接触面から上記軸受部品の厚み方向において深さ２０μｍまでの領域を意味する。また、「表層部における平均窒素濃度」および「表層部における窒素濃度のばらつき」は、後述する本発明の実施の形態において規定される通りである。
【００２４】
次に、本発明に従った軸受部品を構成する鋼の成分組成を上記範囲に設定した理由について説明する。
【００２５】
炭素：０．９５質量％以上１．１質量％以下
炭素含有量は、焼入硬化後における軸受部品の硬度および炭化物量に大きな影響を与える。鋼の炭素含有量が０．９５質量％以上である場合には、熱処理により鋼中に多くの炭素を導入することなく、十分な硬度および炭化物量を達成することができる。一方、炭素含有量が１．１質量％を超える場合には、鋼の製造時点において大型の炭化物が形成され、当該炭化物が軸受部品の耐久性に悪影響を与える可能性がある。そのため、炭素含有量は０．９５質量％以上１．１質量％以下とした。
【００２６】
珪素：０．３質量％未満
珪素は、鋼中の水素吸蔵量を増加させ、水素脆性を助長する。鋼の珪素含有量が０．３質量％以上である場合には、水素が鋼中に入り易い用途において水素脆性による剥離が起こり易くなる。そのため、上記軸受部品では、鋼の珪素含有量を０．３質量％未満に低く設定した。
【００２７】
マンガン：０．５質量％未満
マンガンは、鋼の焼入性と焼入前の鋼の硬度に寄与する。しかし、マンガン含有量が０．５質量％以上である場合には焼入前の素材の硬度が高くなり、冷間工程における加工性が低下する。そのため、マンガン含有量は０．５質量％未満とした。
【００２８】
硫黄：０．００８質量％未満
硫黄は、マンガンなどと化学結合して硫化マンガンなどの非金属介在物を形成する。この非金属介在物は、軸受の寿命に悪影響を与える可能性がある。そのため、上記軸受部品では、鋼の硫黄含有量を０．００８質量％未満に低く設定した。
【００２９】
クロム：１．４質量％以上１．６質量％未満
クロムは、鋼の焼入性の向上に寄与する。また、本発明に従った軸受部品では、水素脆性による剥離を防ぐために珪素含有量が低くなっているため、焼入性が低下している。そこで、珪素含有量を低くしたことによる焼入性の低下を補うために、上記軸受部品では、鋼のクロム含有量を１．４質量％以上１．６質量％未満に高く設定した。
【００３０】
上記軸受部品では、上記表層部における残留オーステナイト量が５体積％以下であってもよい。
【００３１】
焼戻温度をさらに高くした場合には、表層部の残留オーステナイト量が５体積％以下にまで低下する。これにより、材料の降伏強度をさらに向上させることができる。
【００３２】
上記軸受部品では、上記軸受部品の厚み方向における窒素濃度の傾きが−１５（１／ｍ）以上であってもよい。上記窒素濃度の傾きは、後述する実施例において説明するように測定される。これにより、上記接触面に仕上げ加工を施した後の上記表層部における窒素濃度のばらつきを容易に低減することができる。
【００３３】
また、「窒素濃度の傾き」とは、上記接触面に研削処理などの仕上げ加工を施す前における窒素濃度の傾きでもよいし、上記接触面に仕上げ加工を施した後（すなわち製品状態）の窒素濃度の傾きでもよい。すなわち、上記軸受部品では、上記接触面に仕上げ加工を施す前において上記窒素濃度の傾きが−１５（１／ｍ）以上でもよいし、上記仕上げ加工を施した後において上記窒素濃度の傾きが−１５（１／ｍ）以上でもよいし、上記仕上げ加工を施す前および施した後のいずれにおいても上記窒素濃度の傾きが−１５（１／ｍ）以上でもよい。
【００３４】
上記軸受部品において、上記表層部には、直径が０．３μｍ以上０．５μｍ以下である炭窒化物が１００μｍ２当たり５個以上存在していてもよい。
【００３５】
本発明者の検討によると、上記表層部に直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の炭窒化物が１００μｍ２当たり５個以上存在する場合には、当該炭窒化物の析出強化によって軸受部品の静的負荷容量が向上する。したがって、上記表層部における上記炭窒化物の存在量を上記範囲に規定することにより、軸受部品の静的負荷容量をより向上させることができる。なお、この場合には、上記表層部における炭素濃度は０．９質量％以上１．１質量％以下となる。
【００３６】
ここで、「表層部に直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の炭窒化物が１００μｍ２当たり５個以上存在する」とは、上記接触面に垂直な断面で上記軸受部品を切断し、得られた断面の表層部を顕微鏡で観察した場合に直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の炭窒化物が１００μｍ２当たり５個以上確認されることをいう。また、「炭窒化物」とは、鉄の炭化物または当該炭化物の炭素の一部が窒素に置換されたものであり、Ｆｅ−Ｃ系の化合物およびＦｅ−Ｃ−Ｎ系の化合物を含む。また、この炭窒化物は、クロムなど、鋼に含まれる合金元素を含んでいてもよい。
【００３７】
上記軸受部品では、上記接触面以外の面である非研削面を含む非研削部における窒素濃度が０．７質量％未満であってもよい。
【００３８】
本発明者の検討によると、上記非研削部の窒素濃度が０．７質量％以上である場合には焼入性が低下して不完全焼入組織が発生し易くなる。したがって、焼入性の低下および不完全焼入組織の発生を抑制するため、上記非研削部における窒素濃度を０．７質量％未満とすることが好ましい。なお、「非研削部」とは、上記非研削面から上記軸受部品の厚み方向において深さ２０μｍまでの領域を意味する。また、この場合には、上記非研削面から０．１ｍｍの深さの位置における硬度が７００ＨＶ以上となる。
【００３９】
上記軸受部品では、加熱温度を５００℃、保持時間を１時間とした熱処理を行った後において、上記接触面から０．４（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記軸受部品の厚み方向において上記浸炭窒化層が形成されていない領域におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっていてもよい。
【００４０】
これにより、上記接触面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証することができる。
【００４１】
本発明に従った転がり軸受は、降伏強度および寿命が向上した上記本発明に従った軸受部品を備えている。したがって、本発明に従った転がり軸受によれば、耐久性が向上した転がり軸受を提供することができる。
【発明の効果】
【００４２】
以上の説明から明らかなように、本発明に従った軸受部品によれば、安価でかつ降伏強度および寿命が向上し、さらに製造コストが低減された軸受部品を提供することができる。また、本発明に従った転がり軸受によれば、耐久性が向上し、かつ製造コストが低減された転がり軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施の形態に係る深溝玉軸受の構造を示す概略断面図である。
【図２】本実施の形態に係る軸受部品における窒素濃度の測定方法を説明するための概略図である。
【図３】本実施の形態に係る軸受部品における窒素濃度の測定結果を示すグラフである。
【図４】本実施の形態に係る軸受部品の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】本実施の形態に係る軸受部品の製造方法における焼入硬化工程（Ｓ２０）の詳細を説明するための概略図である。
【図６】図５の浸炭窒化工程に含まれる加熱パターン制御工程における加熱パターンの一例を示す図である。
【図７】圧痕起点型はく離寿命試験における表層部の窒素濃度とＬ１０寿命との関係を示すグラフである。
【図８】清浄油寿命試験における表層部の窒素濃度のばらつきとＬ１０寿命との関係を示すグラフである。
【図９】内輪の表層付近における窒素濃度分布を示すグラフである。
【図１０】比較例の試験片の断面ＳＥＭ写真である。
【図１１】実施例の試験片の断面ＳＥＭ写真である。
【図１２】炭窒化物の存在が圧痕深さに及ぼす影響を示すグラフである。
【図１３】サンプル中の窒素濃度の測定方法を説明するための概略図である。
【図１４】焼戻温度と断面硬度差分との関係を示すグラフである。
【図１５】窒素濃度と断面硬度差分との関係を示すグラフである。
【図１６】窒素濃度が０．１質量％以下の範囲における窒素濃度と断面硬度差分との関係を示すグラフである。
【図１７】浸炭窒化処理後における鋼中の窒素濃度分布を示すグラフである。
【図１８】窒素拡散処理後における鋼中の窒素濃度分布を示すグラフである。
【図１９】窒素濃度および焼戻温度と残留圧痕深さとの関係を示す図である。
【図２０】圧痕起点型はく離寿命のワイブルプロットを示す図である。
【図２１】耐水素寿命試験における急加減速パターンを示す図である。
【図２２】耐水素寿命のワイブルプロットを示す図である。
【図２３】焼戻温度と残留オーステナイト量との関係を示す図である。
【図２４】焼戻温度と析出物の面積率との関係を示す図である。
【図２５】焼戻温度が１８０℃である場合の析出物の写真である。
【図２６】焼戻温度が２１０℃である場合の析出物の写真である。
【図２７】焼戻温度が２４０℃である場合の析出物の写真である。
【図２８】焼戻温度が２６０℃である場合の析出物の写真である。
【図２９】未窒化領域における旧オーステナイト結晶粒の写真である。
【図３０】３水準のａｃ値におけるγ値と窒素侵入速度との関係を示す図である。
【図３１】浸炭窒化時間およびγ値を変化させた場合の窒素侵入量の推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００４５】
まず、図１を参照して、本実施の形態に係る転がり軸受としての深溝玉軸受１の構造について説明する。深溝玉軸受１は、環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された環状の内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置され、円環状の保持器１４に保持された転動体である複数の玉１３とを備えている。外輪１１の内周面には外輪転走面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には内輪転走面１２Ａが形成されている。内輪１２は、内輪転走面１２Ａが外輪転走面１１Ａと対向するように外輪１１の内側に配置されている。複数の玉１３は、転動面１３Ａにおいて外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａに接触し、かつ保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されている。これにより、複数の玉１３は、外輪１１および内輪１２の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。このような構成により、深溝玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。また、外輪１１、内輪１２および玉１３は、後述する本実施の形態に係る軸受部品である。
【００４６】
次に、本実施の形態に係る軸受部品（外輪１１、内輪１２、玉１３）の構造について説明する。上記軸受部品は、０．９５質量％以上１．１質量％以下の炭素と、０．３質量％未満の珪素と、０．５質量％未満のマンガンと、０．００８質量％未満の硫黄と、１．４質量％以上１．６質量％未満のクロムとを含み、残部鉄および不純物からなる鋼からなっている。上記軸受部品は、他の部品と接触する接触面（外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａ、転動面１３Ａ）を有しており、上記接触面を含む表層部には浸炭窒化層が形成されている。
【００４７】
上記軸受部品では、上記表層部における平均窒素濃度が０．３質量％以上０．６質量％以下となっており、かつ上記表層部における窒素濃度のばらつきが０．１質量％以下となっている。これにより、上記軸受部品では、異物混入潤滑下における寿命が向上しており、かつ不完全焼入組織の発生も抑制されている。また、上記軸受部品では、上記表層部における残留オーステナイト量が８体積％以下（好ましくは５体積％以下）となっている。また、上記軸受部品では、浸炭窒化層が形成されていない内部（未窒化領域）における析出物の面積率が１１％以上（好ましくは１２％以上）となっている。これにより、上記軸受部品の材料の降伏強度が向上している。また、上記軸受部品では、後述するように、上記の式（２）で定義されるγの値が２以上５以下の範囲となるように浸炭窒化処理を行うことにより浸炭窒化層が形成されている。そのため、上記軸受部品は、製造コストがより低減されたものとなっている。したがって、上記軸受部品（外輪１１、内輪１２、玉１３）は降伏強度および寿命が向上し、さらに製造コストが低減されたものとなっており、上記軸受部品を備える深溝玉軸受１は耐久性が向上し、さらに製造コストが低減されたものとなっている。
【００４８】
また、上記軸受部品において、「表層部における平均窒素濃度」および「表層部における窒素濃度のばらつき」は以下のように測定される。ここでは、内輪１２について測定する場合を例として説明する。
【００４９】
図２を参照して、まず、内輪１２の接触面（内輪転走面１２Ａ）上の任意の箇所に測定点Ｓ１が設定される。次に、測定点Ｓ１から見て円周方向にθ（３０°）ずれた測定点Ｓ２と、測定点Ｓ２から見て円周方向にθ（３０°）ずれた測定点Ｓ３と、測定点Ｓ３から見て円周方向にθ（３０°）ずれた測定点Ｓ４と、測定点Ｓ４から見て円周方向にθ（３０°）ずれた測定点Ｓ５と、測定点Ｓ５から見て円周方向にθ（３０°）ずれた測定点Ｓ６とがそれぞれ設定される。このようにして、内輪１２の接触面上に円周方向に沿って３０°ずつずれた複数の測定点Ｓ１〜Ｓ６が設定される。なお、測定点Ｓ１〜Ｓ６は、内輪１２の接触面上において軸方向中央部に設定される。
【００５０】
内輪１２などの軌道輪は熱処理により楕円形に変形して真円度が崩れる場合があり、これにより研削加工後の表層部における窒素濃度にばらつきが生じる場合がある。これに対して、円周方向に沿って３０°ずつずれた測定点Ｓ１〜Ｓ６を設定した場合には、測定点が円周方向のほぼ半周分の領域に分散配置されるため、実質的に測定点Ｓ１〜Ｓ６に窒素濃度の最大値および最小値を含めることができる。そのため、測定点Ｓ１〜Ｓ６での測定値に基づいた評価を行うことにより、「表層部における平均窒素濃度」および「表層部における窒素濃度のばらつき」をより正確に評価することができる。
【００５１】
図３は、測定点Ｓ１〜Ｓ６（横軸）において測定された表層部の窒素濃度（縦軸）を示している。図３中の縦軸に示される各々の窒素濃度の平均値を、「表層部における平均窒素濃度」とすることができる。また、当該「表層部における平均窒素濃度」と測定点Ｓ１〜Ｓ６における測定値との差のうち最も大きい値を、「表層部における窒素濃度のばらつき」とすることができる。
【００５２】
また、上記軸受部品（外輪１１、内輪１２、玉１３）では、上記接触面（外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａ、転動面１３Ａ）に仕上げ加工を施す前において、厚み方向における窒素濃度の傾きが−１５（１／ｍ）以上となっていてもよい。これにより、上記接触面に仕上げ加工を施した後において、上記表層部における窒素濃度のばらつきを０．１質量％以下にまで低減することができる。なお、上記軸受部品では、上記接触面に仕上げ加工を施した後においても、厚み方向における窒素濃度の傾きが−１５（１／ｍ）以上となっていてもよい。
【００５３】
また、上記軸受部品（外輪１１、内輪１２、玉１３）では、上記表層部に直径が０．３μｍ以上０．５μｍ以下である炭窒化物が１００μｍ２当たり５個以上存在していてもよい。これにより、軸受部品の静的負荷容量をより向上させることができる。
【００５４】
また、上記軸受部品（外輪１１、内輪１２、玉１３）では、上記接触面（外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａ、転動面１３Ａ）以外の面である非研削面１１Ｂ，１２Ｂを含む非研削部における窒素濃度が０．７質量％未満であってもよい。これにより、焼入性の低下および不完全焼入組織の発生を抑制することができる。
【００５５】
また、上記軸受部品（外輪１１、内輪１２、玉１３）では、加熱温度を５００℃、保持時間を１時間とした熱処理を行った後において、上記接触面（外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａ、転動面１３Ａ）から０．４（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記軸受部品の厚み方向において浸炭窒化層が形成されていない領域におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっていてもよい。これにより、上記接触面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証することができる。
【００５６】
次に、本実施の形態に係る軸受部品の製造方法について説明する。本実施の形態に係る軸受部品の製造方法では、上記本実施の形態に係る軸受部品（外輪１１、内輪１２、玉１３）を製造することができる。
【００５７】
図４を参照して、まず、工程（Ｓ１０）として、鋼材準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、まず、０．９５質量％以上１．１質量％以下の炭素と、０．３質量％未満の珪素と、０．５質量％未満のマンガンと、０．００８質量％未満の硫黄と、１．４質量％以上１．６質量％未満のクロムとを含み、残部鉄および不純物からなる鋼材が準備される。そして、当該鋼材が軸受部品の概略形状に成形される。たとえば、棒鋼、鋼線などを素材とし、当該棒鋼、鋼線などに対して切断、鍛造、旋削などの加工が施されることにより、軸受部品である外輪１１、内輪１２および玉１３などの概略形状に成形された鋼材が準備される。
【００５８】
次に、工程（Ｓ２０）として、焼入硬化工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、上記工程（Ｓ１０）において準備された鋼材に対して浸炭窒化処理および窒素拡散処理が順に施された後、当該鋼材がＭｓ点（マルテンサイト変態開始点）以下の温度にまで冷却される。この工程（Ｓ２０）については後に詳述する。
【００５９】
次に、工程（Ｓ３０）として、焼戻工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、上記工程（Ｓ２０）において焼入硬化された鋼材に対して、Ａ１点以下の温度で熱処理が施される。より具体的には、上記工程（Ｓ２０）が完了した後、Ａ１点以下の温度である２４０℃以上の温度、好ましくは２４０℃以上２６０℃以下の温度で鋼材が所定時間（たとえば２時間）保持されることにより当該鋼材に焼戻処理が施される。その後、当該鋼材は室温の空気により冷却される（空冷）。これにより、鋼材の靭性などを向上させることができる。
【００６０】
次に、工程（Ｓ４０）として、仕上げ工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、焼戻処理が施された鋼材の接触面（外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび転動面１３Ａ）に対する研削加工が実施される。これにより、本実施の形態に係る軸受部品である外輪１１、内輪１２および玉１３（図１参照）が製造され、本実施の形態に係る軸受部品の製造方法が完了する。そして、製造された外輪１１、内輪１２および玉１３が組み合わされることにより深溝玉軸受１（図１参照）が製造される。
【００６１】
次に、上述の焼入硬化工程（Ｓ２０）の詳細について説明する。図５は、本発明の一実施の形態における機械部品の製造方法に含まれる焼入硬化工程の詳細を説明するための図である。また、図６は、図５の浸炭窒化工程に含まれる加熱パターン制御工程における加熱パターン（被処理物に与えられる温度履歴）の一例を示す図である。図６において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図６において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図５および図６を参照して、本実施の形態における機械部品の製造方法に含まれる焼入硬化工程の詳細について説明する。
【００６２】
図５を参照して、この工程（Ｓ２０）では、まず、上記工程（Ｓ１０）において準備された鋼材が浸炭窒化される浸炭窒化工程が実施される。次に、浸炭窒化工程において鋼中に侵入した窒素を拡散させるための窒素拡散工程が実施される。そして、窒素拡散工程が完了した後に、鋼材をＭｓ点以下の温度にまで冷却する冷却工程が実施される。
【００６３】
浸炭窒化工程は、熱処理炉内の雰囲気が制御される雰囲気制御工程と、熱処理炉内において鋼材に付与される温度履歴が制御される加熱パターン制御工程とを備えている。この雰囲気制御工程と加熱パターン制御工程とは、独立に、かつ並行して実施することができる。そして、雰囲気制御工程は、熱処理炉内の未分解アンモニア濃度を制御する未分解アンモニア濃度制御工程と、熱処理炉内の一酸化炭素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の分圧を制御する分圧制御工程とを含んでいる。
【００６４】
分圧制御工程では、上記の式（１）および式（２）、ならびに下記の式（３）を参照して、熱処理炉内の一酸化炭素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の分圧が制御されることにより、ａＣ値が制御されてγ値が調整されるとともに、カーボンポテンシャル（ＣＰ）値が調整される。さらに、雰囲気制御工程においては、γの値が２以上５以下の範囲になるように、未分解アンモニア濃度制御工程および分圧制御工程が実施される。ここで、ａＣ値は、たとえば０．８８以上１．２７以下（好ましくは０．９以上１．１以下）に制御される。なお、活量の定義上、厳密にはａｃ＞１となることはない。よって、ａｃ＞１の場合には、ａｃは上記の式（１）に従う変数（ａｃ＊）であるとする。また、下記の式（３）において、Ａｓは温度に依存する物性値である。
【００６５】
【数２】
2014237872.tif 000004
【００６６】
具体的には、未分解アンモニア濃度制御工程では、まず、熱処理炉内の未分解アンモニア濃度を測定する未分解アンモニア濃度測定工程が実施される。未分解アンモニア濃度の測定は、たとえばガスクロマトグラフ又は赤外線分析計を用いて実施することができる。そして、未分解アンモニア濃度測定工程において測定された未分解アンモニア濃度に基づいて熱処理炉へのアンモニアガスの供給量を増減させるアンモニア供給量調節工程の実施の要否を判断する未分解アンモニア濃度判断工程が実施される。当該判断は、γの値が２以上５以下の範囲になるように予め決定された目標の未分解アンモニア濃度と、測定された未分解アンモニア濃度を比較することにより実施される。
【００６７】
未分解アンモニア濃度が目標の未分解アンモニア濃度になっていない場合には、熱処理炉内の未分解アンモニア濃度を増減させるためのアンモニア供給量調節工程が実施された後、未分解アンモニア濃度測定工程が再度実施される。アンモニア供給量調節工程は、たとえば、熱処理炉に配管を介して連結されたアンモニアガスボンベから単位時間に熱処理炉に流入するアンモニアの量（アンモニアガスの流量）を当該配管に取り付けられたマスフローコントローラなどを備えた流量制御装置により調節することにより実施することができる。すなわち、測定された未分解アンモニア濃度が目標の未分解アンモニア濃度よりも高い場合、上記流量を低下させ、低い場合、上記流量を増加させることにより、アンモニア供給量調節工程を実施することができる。このアンモニア供給量調節工程において、測定された未分解アンモニア濃度と目標の未分解アンモニア濃度との間に所定の差がある場合、どの程度流量を増減させるかについては、予め実験的に決定したアンモニアガスの流量の増減と未分解アンモニア濃度の増減との関係に基づいて決定することができる。
【００６８】
一方、未分解アンモニア濃度が目標の未分解アンモニア濃度になっている場合には、アンモニア供給量調節工程が実施されることなく、未分解アンモニア濃度測定工程が再度実施される。
【００６９】
分圧制御工程では、エンリッチガスとしてのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、ブタンガス（Ｃ４Ｈ１０）などの供給量が調節されることにより、ＣＯおよびＣＯ２の分圧の少なくともいずれか一方の分圧が制御され、ａＣ値が調整される。具体的には、たとえば、赤外線ガス濃度測定装置を用いて雰囲気中の一酸化炭素の分圧ＰＣＯおよび二酸化炭素の分圧ＰＣＯ２が測定される。そして、当該測定値に基づいて、ａＣ値が目標の値となるように、エンリッチガスとしてのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、ブタンガス（Ｃ４Ｈ１０）などの供給量が調節される。
【００７０】
γの値は、未分解アンモニア濃度制御工程により未分解アンモニア濃度を一定に保持した状態で、分圧制御工程によりａＣ値を変化させて制御してもよいし、逆に、分圧制御工程によりａＣ値を一定に保持した状態で、未分解アンモニア濃度制御工程により未分解アンモニア濃度を変化させて制御してもよい。また、未分解アンモニア濃度制御工程および分圧制御工程により未分解アンモニア濃度およびａＣ値を変化させて、γの値を制御してもよい。
【００７１】
なお、上記γの値が５に近い場合、被処理物への窒素の侵入速度が最も高い状態を確実に維持するためには、厳密な雰囲気制御が必要になる。雰囲気制御を容易にするためには、上記γの値は、４．７以下とすることが好ましい。一方、窒素の侵入速度の観点からは、γの値を２まで小さくしてもよいが、そのためには熱処理炉内に導入されるアンモニアガスの流量を大きくする必要がある。しかし、アンモニアガスは比較的コストが高いため、浸炭窒化のコストを低減するためには、γの値は２．５以上とすることが好ましい。
【００７２】
加熱パターン制御工程では、鋼材に付与される加熱履歴が制御される。具体的には、図６に示すように、鋼材が上述の雰囲気制御工程および分圧制御工程によって制御された雰囲気中で、８２０℃以上８８０℃以下（好ましくは８３０℃以上８７０℃以下）、たとえば８５０℃に加熱され、１８０分間以上６００分間以下（好ましくは２４０分以上４８０分以下）保持され、たとえば３６０分間保持される。当該保持時間が経過するとともに加熱パターン制御工程は終了し、同時に雰囲気制御工程も終了する。
【００７３】
図５を参照して、浸炭窒化工程が終了した後に窒素拡散工程が実施される。この工程では、上記浸炭窒化工程での処理温度以下の温度で鋼材が加熱され、３０分以上１２０分以下（好ましくは４５分以上９０分以下）の時間保持される。これにより、鋼中に侵入した窒素を拡散させることができる。
【００７４】
図５を参照して、窒素拡散工程が終了した後に、鋼材が油中に浸漬（油冷）されることにより、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却される冷却工程が実施される。以上の工程（浸炭窒化工程、窒素拡散工程および冷却工程）により、鋼材は表層部が浸炭窒化されるとともに焼入硬化される。
【実施例】
【００７５】
（実施例１）
まず、軸受部品の耐久性に対して、表層部の平均窒素濃度および窒素濃度のばらつきが及ぼす影響を調査した。具体的には、圧痕起点型はく離寿命および清浄油潤滑寿命を評価した。実験手順は以下の通りである。
【００７６】
試験は、ＪＩＳ規格６２０６型番の深溝玉軸受（内径３０ｍｍ、外径６２ｍｍ、幅１６ｍｍ、転動体９個）を用いて実施した。まず、上記本実施の形態と同様の手順により内輪を作製した（浸炭窒化温度：８５０℃、焼戻温度：２４０℃）。浸炭窒化工程では未分解アンモニア濃度、炭素の活量、熱処理時間および焼入温度を調整することにより、内輪の表面付近に侵入する窒素の濃度分布を制御した。また、比較のため、浸炭窒化工程後に窒素拡散工程を実施しない内輪も作製した。
【００７７】
（圧痕起点型はく離寿命試験）
作製した内輪の転走面の溝底部中央に円すい型ダイヤモンドのロックウェル硬さ測定用圧子を荷重１９６Ｎで押し付けて圧痕を形成した。圧痕は内輪１個当り３０個形成し、周方向に等間隔に（すなわち中心角１２°ごとに）形成した。
【００７８】
次に、作製した内輪と、外輪、転動体および保持機とを組合わせて軸受を作製した。そして、作製した軸受を用いて圧痕起点型はく離寿命試験を行った。試験機には、２個の軸受に対して均等にラジアル荷重を負荷する構造のものを用いた。１個の軸受に対して約３．０４ＧＰａの荷重を負荷し、３０００ｒｐｍの回転数で軸受を回転させて試験を行った。また、潤滑は試験軸受が配置されたハウジング内に定量の油を流し続けることにより行った。
【００７９】
（清浄油寿命試験）
作製した内輪と、外輪、転動体および保持器とを組合わせて軸受を作製した。ここで、内輪、外輪および転動体の表層部における窒素濃度を０．４質量％とした。そして、作製した軸受を用いて清浄油寿命試験を行った。１個の軸受に対して約３．０４ＧＰａの荷重を負荷し、２０００ｒｐｍの回転数で軸受を回転させて試験を行った。また、潤滑は試験軸受が配置されたハウジング内に定量の油を流し続けることにより行った。
【００８０】
上記圧痕起点型はく離寿命試験により、内輪の表層部における窒素濃度と寿命との関係について調査した。また、上記清浄油寿命試験により、内輪、外輪および転動体の表層部の窒素濃度を一定（０．４質量％）にした場合において、表層部における窒素濃度のばらつきと寿命との関係についても調査した。なお、「表層部の窒素濃度のばらつき」は、上記実施の形態と同様の方法により測定した（図２および図３参照）。
【００８１】
上記試験結果を図７および図８に示す。図７は、内輪の表層部の窒素濃度（横軸、質量％）と、圧痕起点型はく離寿命のＬ１０寿命（縦軸、ｈ）との関係を示している。図８は、内輪の表層部の窒素濃度のばらつき（横軸、質量％）と寿命のＬ１０寿命（縦軸、ｈ）との関係を示している。
【００８２】
図７に示すように、表層部における窒素濃度が０．２質量％（図７中破線に示す）未満である場合には、０．４質量％である場合に比べてＬ１０寿命が１／２以下に低下した。一方で、０．７質量％を超えるまで窒素を入れた場合には６５０ＨＶ未満にまで硬度が低下したため、試験を実施することができなかった。これは、軸受の焼入性が低下して不完全焼入組織が発生したためである。
【００８３】
また、図８に示すように、窒素濃度のばらつきが０．１質量％（図８中破線に示す）以下である場合には一定以上のＬ１０寿命が確保されているのに対して、０．１質量％を超える場合にはＬ１０寿命が大きく低下した。これらの結果より、異物混入潤滑下での寿命および接触面の硬度の低下を抑制するためには、表層部の窒素濃度を０．２質量％以上０．７質量％以下にすること、つまり表層部の平均窒素濃度を０．３質量％以上０．６質量％以下とし、かつ表層部の窒素濃度のばらつきを０．１質量％以下にすることが有効であることが分かった。
【００８４】
（実施例２）
次に、表層部の窒素濃度のばらつきと窒素濃度の傾きとの関係について調査した。まず、上記本実施の形態と同様の手順により工程（Ｓ１０）〜（Ｓ３０）を実施して内輪を作製した（実施例）。浸炭窒化工程の時間は４時間とし、窒素拡散工程の時間は１時間とした。また、比較のため、浸炭窒化工程後に窒素拡散工程を実施しない内輪も作製した（比較例）。そして、仕上げ工程（Ｓ４０）を実施する前に作製した内輪について表層付近の窒素濃度分布を調査した。
【００８５】
図９は、作製した内輪の深さ方向における窒素濃度分布を示している。図９において、横軸は内輪の深さ（ｍｍ）を示し、縦軸は窒素濃度（質量％）を示している。また、図９において（Ａ）は実施例の測定結果を示し、（Ａ’)は実施例の測定結果に対する近似曲線を示し、（Ｂ）は比較例の測定結果を示し、（Ｂ’）は比較例の測定結果に対する近似曲線を示している。たとえば、窒素濃度が０．３質量％および０．１質量％の深さの２点で窒素濃度の傾きを算出すると（（０．３−０．１）／距離（ｍ））、実施例では比較例よりも窒素濃度の傾きが大きくなった（−１５（１／ｍ）以上であった）。また、熱処理による内輪の変形量を０．２ｍｍとして表層部の平均窒素濃度が０．４質量％になるように仕上げ工程（Ｓ４０）を実施すると、比較例では表層部の窒素濃度のばらつきが０．２５質量％であったのに対して、実施例では０．０８質量％（０．１質量％以下）であった。この結果より、浸炭窒化工程後に窒素拡散工程を実施することが、仕上げ加工後の表層部の窒素濃度のばらつきの低減に対して有効であることが分かった。
【００８６】
（実施例３）
次に、軸受部品の静的負荷容量に対して、表層部に存在する炭窒化物が及ぼす影響について調査した。クロム（Ｃｒ）を含有する鋼は、浸炭窒化処理などにより鋼中に窒素を侵入させると、母材中のクロム濃度が低下してオーステナイト単相領域が拡大するため、炭素の固溶限濃度が上昇する。その結果、特に対策を講じることなく高濃度の浸炭窒化処理を施すと、脱炭は生じなくとも、炭窒化物が減少または消失する。ここで、軸受部品の高強度化の観点からは、炭窒化物を残存させ、当該炭窒化物による析出強化機能を利用することが好ましいと考えられる。
【００８７】
上記本実施の形態では、浸炭窒化工程における炭素活量ａｃ＊の値を０．８８以上１．２７以下に設定し、窒素富化層の炭素固溶限の上昇よりも早く浸炭を行うことにより炭窒化物の消失が抑制されている。この炭窒化物の残存による効果を確認する実験を行った。
【００８８】
図１０は従来の方法により浸炭窒化を行った場合における試験片の断面ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真であり（倍率５０００倍）、図１１は上記本実施の形態と同様の手順により浸炭窒化を行った場合（ａｃ＊＝１）における試験片の断面ＳＥＭ写真である（倍率５０００倍）。図１０の写真では炭窒化物がほとんど消失しているのに対して、図１１の写真では直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の炭窒化物が１００μｍ２当たりに少なくとも５個以上存在していた。
【００８９】
次に、上記炭窒化物の効果を確認するため、試験片に浸炭窒化処理を異なった条件で実施し、炭化物の存在量（数密度）を変化させつつ、硬度を７５０ＨＶとしたサンプルを作製し、当該サンプルの表面に直径（φ）９．５２５ｍｍの窒化珪素製の玉を押し付けることにより、形成される圧痕深さを測定する実験を行った。実験結果を図１２に示す。図１２において、横軸は窒化珪素製の玉の押し付ける圧力（ＧＰａ）を示し、縦軸は玉の押し付けにより形成された圧痕の深さ（μｍ）を示している。また、図１２において正方形印は炭窒化物が消失したサンプル（比較例）、菱形印は直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の炭窒化物が１００μｍ２当たりに５個以上存在したサンプル（実施例）の測定結果を示している。
【００９０】
図１２に示すように、炭窒化物が消失したサンプルに比べて、直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の炭窒化物が１００μｍ２当たりに５個以上存在するサンプルでは、圧痕の深さが小さくなっていることが確認された。この結果より、軸受部品の静的負荷容量の向上のためには、表層部において直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の炭窒化物が１００μｍ２当たりに５個以上存在することが有効であることが分かった。
【００９１】
（実施例４）
次に、軸受部品の接触面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証するための断面硬度の測定位置および断面硬度差分の基準値などを決定するための方法について説明する。
【００９２】
（１）  試験片および実験方法について
（１−１）  はじめに
まず、窒素濃度と相関関係が高い高温焼戻での加熱温度および保持時間を決定する必要がある。ここで、高温焼戻による変態は熱活性化過程であるため、加熱温度の高温化と保持時間の長時間化とは同じ意味を持ち、両者を共に変数にすることには意味はないと考えられる。そこで、本実施例では、保持時間を一定（１時間）に固定した上で、加熱温度を３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃と変更し、硬度の差が最も明確になる加熱温度を調べることにより最適な加熱温度を決定した。
【００９３】
また、各材料の化学成分の違いによる焼入性の差や焼入時の冷却速度の差は、焼入後の硬度に影響を及ぼし、また高温焼戻後の硬度にも影響を及ぼすと考えられる。そのため、本実施例では断面硬度の絶対値そのものを使用せず、窒化されていない表層から深い位置（芯部）での硬度(ここではたとえば熱処理後最表面から１ｍｍという深さでの硬度とした)と、窒化された領域内における任意の深さの位置での硬度との硬度差（硬度差分）を指標として採用した。つまり、材料の化学成分は各材料ロット間で違う場合があり、当該硬度差分はこのような違いをオフセットするためのものである。
【００９４】
（１−２）  対象試験片
調査対象とした試験片の化学成分を表１に示す。材料は全て上記成分範囲内とし、これらを様々な熱処理炉、熱処理雰囲気で浸炭窒化処理を施した。なお、浸炭窒化処理の温度は８４０℃以上８６０℃以下という範囲に含まれていた。
【００９５】
【表１】
2014237872.tif 000005
【００９６】
具体的には、試験片番号１については、処理温度を８５０℃、処理時間を１２０分（ｍｉｎ）とし（以下、「８５０℃×１２０ｍｉｎ」というように表記する）、未分解アンモニア分率：０．２体積％、炭素の活量：０．９で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号２については、８４０℃×７０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．１体積％、炭素の活量：０．８５で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号３については、８５０℃×１２０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．１体積％、炭素の活量：０．９で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号４については、８５０℃×９０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．１体積％、炭素の活量：０．９で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号５については、８５０℃×９０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．１体積％、炭素の活量：０．９で浸炭窒化処理を行なった。
【００９７】
また、試験片番号６については、８５０℃×９０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．１３体積％、炭素の活量：０．９で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号７については、８５０℃×１５０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．１体積％、炭素の活量：０．８５で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号８については、８５０℃×１５０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．２５体積％、炭素の活量：０．９で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号９については、８５０℃×１８０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．３体積％、炭素の活量：０．９５で浸炭窒化処理を行なった。また、試験片番号１０については、８５０℃×９０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．２体積％、炭素の活量：０．９で浸炭窒化処理を行なった。
【００９８】
（１−３）  窒素濃度測定方法
高温焼戻後のサンプルの断面硬度と窒素濃度との相関を調査するため、サンプル（鋼）中の窒素濃度分布を測定する必要がある。浸炭窒化処理後の鋼中窒素濃度の測定には、ＥＰＭＡの線分析を用いた。定量化は既知の窒素濃度を有する校正用試験片を分析し、その検量線を用いて実施した。ＥＰＭＡ分析（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）に用いたサンプルおよび測定方法の模式図は、図１３に示す通りである。
【００９９】
図１３に示すように、たとえば内輪１２をサンプルとして用いる場合を考える。当該サンプルについて、浸炭窒化処理後のサンプルの窒素濃度を測定した。具体的には、当該サンプルから図１３に示すような試験片１２Ａを切り出し、当該試験片の外周面１２Ｂから内周面１２Ｃに向かう方向に沿って、試験片１２Ａの高さ方向の中央部（半幅となる位置）において、切り出し端面についてＥＰＭＡ線分析を行った。
【０１００】
（１−４）  断面硬度測定方法
上記（１−３）で述べた試験片１２Ａにおいて、ＥＰＭＡ分析を行なった切り出し端面にて硬度測定を行なった。測定方法としては、マイクロビッカース硬度計を用いてビッカース硬度測定を行なった。
【０１０１】
（２）  高温焼戻の保持温度の探索
（２−１）  実験内容
窒素濃度と相関関係の高い焼戻温度（加熱温度）を探索するため、浸炭窒化処理後に１８０℃という加熱温度で２時間の保持時間という焼戻を施した試験片１２Ａに、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃というそれぞれの加熱温度で保持時間を１時間とした５種類の高温焼戻を行った。なお、高温焼戻時の雰囲気は大気雰囲気とした。そして、それぞれの高温焼戻条件で処理された試験片について断面硬度を測定した。なお、ここでは窒素侵入量が多いと考えられる浸炭窒化処理条件の試験片番号８、９の試験片について測定を行なった。
【０１０２】
（２−２）  実験結果
実験結果をまとめたグラフを図１４に示す。図１４に示したグラフは、焼戻温度（℃）を横軸とし、断面硬度の差分（すなわち(断面硬度の最大値)−(熱処理後最表面から１ｍｍの深さ位置での断面硬度)：ΔＨＶとも表示する）を縦軸にして実験結果を整理したものである。図１４から分かるように、断面硬度の差分ΔＨＶは、加熱温度を５００℃とし、保持時間を１時間とした高温焼戻後に最も大きくなっていた。この加熱温度を５００℃としたときの断面硬度の差分ΔＨＶは、加熱温度を３００℃または７００℃とした高温焼戻後の当該断面硬度の差分ΔＨＶの約２倍の値を示していた。したがって、相対的に窒素濃度と相関の高い焼戻後の硬度は、加熱温度を５００℃程度とした焼戻後の硬度であると考えられる。このため、以下の実験では、断面硬度の測定を、加熱温度を５００℃とし、保持時間を１時間とした高温焼戻後の試験片について実施した。
【０１０３】
（３）  窒素濃度と断面硬度の差分（ΔＨＶ）との関係の調査
ここでは表１に示した組成の各試験片について浸炭窒化処理を施し、さらに高温焼戻として加熱温度を５００℃、保持時間を１時間という熱処理を行なった後、図１３を用いて説明したように試験片１２Ａの窒素濃度をＥＰＭＡ分析により測定した。浸炭窒化処理は、加熱温度が８５０℃、炭素の活量／未分解アンモニア分率（γ）の値が４．７５となる条件で行った。また、当該試験片１２Ａについて、図１３に示した切り出し端面において深さ方向での断面硬度を測定した。そして、当該深さ方向でのある位置における断面硬度と熱処理後最表面から１（ｍｍ）という深さ位置における断面硬度との差分(断面硬度差分（ΔＨＶ））の関係を調査した。その結果を図１５および図１６に示す。
【０１０４】
図１５および図１６において、横軸は窒素濃度（質量％）であり、縦軸は断面硬度差分（ΔＨＶ）（単位はビッカース硬度）である。また、図１６は、図１５から窒素濃度が０〜０．１質量％という範囲での窒素濃度と断面硬度差分との関係を抜き出したものである。図１５より、窒素濃度が０を超え０．１質量％以下の範囲においては、窒素濃度と断面硬度差分との相関が強く、一方で窒素濃度が０．１質量％を超える範囲では窒素濃度と断面硬度差分との相関は相対的に弱いことが分かった。これは窒素濃度が高い領域で不完全焼入が発生する場合があること、ならびに試験片中に固溶した窒素は必ずしもマルテンサイトの分解速度低下に寄与するとは限らないためと考えられる。また、図１６より窒素濃度が０を超え０．１質量％以下の範囲において窒素濃度と断面硬度差分との相関係数を算出すると、両者の相関係数は０．８３４８と高い。このため、０〜０．１質量％という窒素濃度の範囲であれば、断面硬度差分から窒素濃度を予測することが可能であると考えられる。したがって、以下の実験では、窒素濃度と断面硬度差分とが正の相関を持つ領域（０〜０．１質量％）の略中間位置である、窒素濃度が０．０６質量％と断面硬度差分が８０ΔＨＶとの関係を用いることにした。
【０１０５】
（４）  浸炭窒化処理の時間と窒素濃度分布との関係
転がり軸受の構成部品の場合、その形状を整えるために焼入および焼戻後に研削加工を行う。したがって、一定の処理条件で浸炭窒化処理を行うと、その研削加工の取代により製品最表面（転走面または転動面）における窒素濃度が変化することになる。このため、製品最表面における窒素濃度を０．４質量％以上に保つためには、片側研削取代により浸炭窒化処理の条件を変更する必要がある。
【０１０６】
図１７には、上記成分範囲内の鋼材に加熱温度が８５０℃、炭素の活量／未分解アンモニア分率（γ）の値が４．７５の条件で、処理時間を４時間（図中（Ａ））、６時間（図中（Ｂ）)、８時間（図中（Ｃ）)、１０時間（図中（Ｄ）)として浸炭窒化処理をした場合の窒素濃度分布（高温焼戻を行う前）を示している。図１７の横軸は表面からの深さ（ｍｍ）、縦軸は窒素濃度（質量％）を示している。ここで、γの値が５より大きい条件で浸炭窒化処理をした場合、窒素侵入量が低下して窒素濃度が高い領域がより表面側に偏ることになる。この結果、処理時間を非常に長くする方法以外では、製品表面における窒素濃度を０．４質量％以上にすることが事実上困難になる。また、浸炭窒化処理の温度が８６０℃以上の場合にはγの値を５以下に保つことが困難であり、また８４０℃以下の場合には窒素の鋼中への拡散速度が遅くなり、結果として処理時間が長くなる。このため、上記鋼材の浸炭窒化処理には、８５０℃程度の温度が適切である。なお、浸炭窒化処理時の加熱温度は焼入後の旧オーステナイト結晶粒の大きさで判別することが可能であり、加熱温度が８５０℃である場合には上記鋼材では旧オーステナイト結晶粒の大きさがＪＩＳ規格で９番〜１１番の範囲となる。
【０１０７】
図１７より、製品最表面の片側研削取代が０．１２５（ｍｍ）である場合には浸炭窒化処理の時間を４時間、０．１５（ｍｍ）である場合には６時間、０．１７５（ｍｍ）である場合には８時間、０．２（ｍｍ）である場合には１０時間とすることにより、製品最表面における窒素濃度を０．４質量％以上にすることが可能であることが分かった。
【０１０８】
（５）  窒素拡散処理と窒素濃度分布との関係
不完全焼入組織の発生や残留オーステナイト量の過多による硬度低下を防止するためには、浸炭窒化処理後に窒素拡散処理を行うことが有効である。図１８は、窒素拡散処理後の鋼中の窒素濃度分布（測定値および計算値）を示している。図１８において、横軸は表面からの深さ（ｍｍ）を示し、縦軸は窒素濃度（質量％）を示している。図１８中において、（Ａ）は浸炭窒化処理の処理時間が６時間、窒素拡散処理の処理時間が２時間（未分解ＮＨ３濃度が０．１体積％）である場合の計算値、（Ｂ）は浸炭窒化処理の処理時間が６時間、窒素拡散処理の処理時間が１時間（未分解ＮＨ３濃度が０．０５体積％）である場合の計算値、（Ｃ）は浸炭窒化処理の処理時間が６時間、窒素拡散処理の処理時間が２時間（未分解ＮＨ３濃度が０．０５体積％）である場合の計算値、（Ｄ）は浸炭窒化処理の処理時間が４時間、窒素拡散処理の処理時間が２時間（未分解ＮＨ３濃度が０．１体積％）である場合の計算値を示している。これらの計算値は、窒素の拡散係数を１．２×１０−６（ｍ２／ｓ）として算出した。（Ａ）〜（Ｄ）に示す計算値は、実測値とほぼ合致した。
【０１０９】
次に、浸炭窒化処理の時間および窒素拡散処理の時間を変更したＦＥＭ解析を行い（浸炭窒化処理時間：４、５、６、７、８、９、１０時間、窒素拡散処理時間：１、２時間）、各処理条件での窒素濃度分布を計算した。そして、当該計算結果を目的変数とした回帰式を算出した。さらに、上記高温焼戻（加熱温度：５００℃、保持時間：１時間）により窒素が０．０３ｍｍ内部に拡散すること、および熱処理後の仕上げ加工における研削取り代（０．１〜０．２ｍｍ）などを考慮して、上記高温焼戻後における断面硬度差分の測定位置を決定する下記の式（４）および（５）を構築した。下記の式（４）は、製品最表面の窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証するための断面硬度の測定位置（ｘ１）を示し、式（５）は、製品最表面の窒素濃度が０．３質量％以上であることを保証するための断面硬度の測定位置（ｘ２）を示している。なお、この場合には窒素拡散処理における加熱温度を８５０℃、未分解ＮＨ３濃度を０．０６体積％、炭素の活量を０．９として計算した。
【０１１０】
【数３】
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【０１１１】
【数４】
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【０１１２】
（６）  品質保証の手順
上記（１）〜（５）の検討結果より、熱処理後に製品最表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証する手順は以下の通りになる。まず、浸炭窒化処理の時間Ｔ１（ｈ）、窒素拡散処理の時間Ｔ２（ｈ）を上記式（４）に代入して高温焼戻後の断面硬度の測定位置ｘ１（ｍｍ）を算出する。次に、加熱温度を５００℃、保持時間を１時間として高温焼戻を施す。次に、上記高温焼戻後の製品から試験片を切り出し、算出した上記測定位置ｘ１（ｍｍ）および窒化されていない内部における断面硬度を測定し、当該測定値の差より断面硬度差分を算出する。そして、当該断面硬度差分が８０ΔＨＶ以上であるか否かを判別する。これにより、当該断面硬度差分が８０ΔＨＶ以上であれば、研削加工後の製品最表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証することができる。
【０１１３】
浸炭窒化処理の時間Ｔ１が６時間、窒素拡散処理の時間Ｔ２が２時間である場合には、上記式（４）より０．４ｍｍの深さ位置の断面硬度差分が８０ΔＨＶ以上であるときに製品最表面の窒素濃度が０．４質量％以上であることが保証される。また、浸炭窒化処理の時間Ｔ１が６時間未満であり、また窒素拡散処理の時間Ｔ２が２時間未満である場合にも、同様に０．４ｍｍの深さ位置での断面硬度差分により評価することができる。
【０１１４】
（実施例５）
安価でかつ降伏強度および寿命が向上した軸受部品を得ることを目的として以下の実験を行った。まず、上記成分範囲内の鋼材を準備し、当該鋼材に浸炭窒化、焼入および焼戻処理を順に施し、その後研削および仕上げ加工後を施して軸受部品を製造した。そして、表層部における窒素濃度および焼戻温度を変更した場合において以下の試験を行った。
【０１１５】
浸炭窒化処理時の雰囲気は、γの値を４．７５、加熱温度を８５０℃とした。γの値が５より大きい場合には、窒素侵入速度が低下して窒素濃度が高い領域が表層に留まり易くなり、研削加工における取代を考慮すると浸炭窒化処理の時間が非常に長くなり実用的ではない。また、上記成分範囲内の鋼材を用いた場合には、８５０℃よりも大幅に高い温度では未分解アンモニア分率を高く保つために多量のアンモニアが必要となるためプロセスが高コスト化する。一方、８５０℃よりも大幅に低い温度では窒素の鋼中への拡散速度が遅くなり処理時間が長くなる。そのため、上記鋼材の浸炭窒化処理においては８５０℃付近の温度が適切であるといえる。
【０１１６】
（１）  表層部における窒素濃度および焼戻温度と残留圧痕深さとの関係
まず、表面部における窒素濃度および焼戻温度が残留圧痕深さに及ぼす影響について調査した。まず、表層部における窒素濃度および焼戻温度を変更した平面試験片を作製した。具体的には、当該窒素濃度が０質量％、０．１質量％、０．２５質量％および０．４質量％の試験片を準備し、それぞれの試験片について１８０℃、２１０℃、２４０℃および２６０℃の温度で焼戻処理を行った。そして、当該試験片の平面に最大接触面圧が４．５ＧＰａ（完全弾性体として仮定）となる荷重でセラミック球（サイズ：３／８インチ）を押し付け、荷重を除いた後の残留圧痕深さを調査した。なお、４．５ＧＰａの値は、市場において転がり軸受に付与される最大接触面圧の最大値とほぼ同じ値である。
【０１１７】
図１９に、表層部における窒素濃度および焼戻温度と残留圧痕深さとの関係を調査した結果を示す。図１９において、横軸は窒素濃度（質量％）を示し、縦軸は残留圧痕深さ（μｍ）を示している。図１９から明らかなように、焼戻温度が１８０℃および２１０℃である場合に比べて、焼戻温度が２４０℃および２６０℃である場合には残留圧痕深さが大きく低下した。また、焼戻温度が１８０℃および２１０℃である場合には、窒素濃度が高くなるに伴い残留圧痕深さが大きくなったのに対し、焼戻温度が２４０℃および２６０℃である場合には窒素濃度が高くなるに伴い残留圧痕深さは逆に小さくなった（塑性変形し難くなる）。この結果より、上記実験の範囲（焼戻温度が１８０℃以上２６０℃以下）では、窒素を含む上記鋼材において、焼戻温度が高くなるに伴い降伏強度が高くなり、高い静的負荷容量が得られることが分かった。
【０１１８】
（２）  表層部における窒素濃度と圧痕起点型はく離寿命との関係
次に、高温焼戻（２４０℃、２６０℃）を施した場合における表層部における窒素濃度と圧痕起点型はく離寿命との関係について調査した。まず、玉軸受（軸受型番：６２０６）の内輪形状に加工した試験片を作製した。そして、当該試験片の転走面溝底部において６°等配の人工圧痕を形成し、転動疲労試験を実施した。人工圧痕は、ロックウェル圧子を荷重１９６Ｎで負荷することにより形成した。転動疲労試験は、最大接触面圧を３．２ＧＰａ、内輪回転数を３０００ｒｐｍとし、潤滑油をタービン油ＶＧ５６の循環給油とした。
【０１１９】
図２０に、表層部における窒素濃度と圧痕起点型はく離寿命との関係について調査した結果を示す。図２０は、圧痕起点型はく離寿命のワイブルプロットであり、横軸は寿命（ｈ）、縦軸は累積破損確率（％）を示している。また、図２０中において、窒素濃度および焼戻温度は、「窒素濃度−焼戻温度」の表示により示されている。たとえば、「０．４質量％−２４０℃」の表示は、窒素濃度が０．４質量％であり、焼戻温度が２４０℃であることを示している。また、参考として、窒素濃度が０．４質量％で焼戻温度が１８０℃である場合の結果も示している。図２０から明らかなように、窒素濃度が０．４質量％で焼戻温度が２４０℃である場合には、窒素濃度が０質量％で焼戻温度が１８０℃である場合とほぼ同じ結果が得られた。しかし、窒素濃度が小さくなるに伴い、圧痕起点型はく離寿命は低下した。したがって、降伏強度の向上と寿命の向上とを両立させるためには、上述のように焼戻温度を高温（２４０℃、２６０℃）とし、かつ表層部における窒素濃度を０．４質量％以上にまで高くすることが必要であることが分かった。
【０１２０】
（３）  表層部における窒素濃度および焼戻温度と水素脆性はく離寿命との関係
次に、表層部における窒素濃度および焼戻温度が、転動疲労における耐水素性に及ぼす影響について調査した。ここで、転動疲労における水素源は、潤滑剤そのものや潤滑剤に混入した水であり、これらが接触要素間で生じるすべりなどにより分解して水素が発生し、この水素の一部が鋼中に侵入すると考えられている。
【０１２１】
スラスト軸受（軸受型番：５１１０６）の軌道輪を試験片として用いて転動疲労試験を行った。運転パターンは、図２１に示す急加減速パターンを用いた。図２１において、横軸は時間（ｓｅｃ）を示し、縦軸は回転速度（ｍｉｎ−１）を示している。また、図２１に示すように、０〜０．１ｓｅｃの間に２５００ｍｉｎ−１の回転速度にまで加速し、その後０．３ｓｅｃの間当該回転速度を維持し、０．１ｓｅｃの間に０ｍｉｎ−１にまで減速する。このサイクルを繰り返すことにより試験を行った。ボールは、ＳＵＳ４４０Ｃ製のものを用い、数は１７個（標準個数）から１２個に減らした。保持器としては、１２等配にするための樹脂製のものを作製し、最大接触面圧を２．３ＧＰａとした。潤滑油には水溶性のポリグリコール油を用い、これに水素源としての純水を混合した（純水濃度：４０質量％）。試験機は、軌道輪にはく離が起こり、振動が大きくなった時に自動で停止するようにした。
【０１２２】
ここで、水素源である純水が寿命に及ぼす影響（耐水素寿命）が、純水濃度が２０質量％以上においては変化ないことは予め確認されている。試験後には、潤滑油における純水の割合が若干低下する。そのため、試験後に純水の混合割合を測定して２０質量％以上であることを確認することで、上記実験の耐水素性の評価としての妥当性を担保している。なお、上記実験後には、３５質量％程度の純水が残留していた。
【０１２３】
図２２および表２に、表面窒素濃度および焼戻温度と水素脆性はく離寿命との関係を調査した結果を示す。図２２は、耐水素寿命のワイブルプロットであり、横軸は寿命（ｈ）を示し、縦軸は累積破損確率（％）を示している。また、図２２中において、窒素濃度および焼戻温度は、図２０の場合と同様に「窒素濃度−焼戻温度」の表示により示されている。表２には、各熱処理条件（窒素濃度−焼戻温度）毎のＬ１０寿命（ｈ）、Ｌ５０寿命（ｈ）およびワイブルスロープの値を示している。
【０１２４】
【表２】
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【０１２５】
図２２および表２から明らかなように、０質量％−１８０℃の場合にはＬ１０寿命が４４ｈであったのに対し、０．４質量％−１８０℃の場合には１３８ｈ（３．１倍）、０．４質量％−２４０℃の場合には１７３ｈ（３．９倍）、０．４質量％−２６０℃の場合には１８５ｈ（４．２倍）となっており、焼戻温度が高くなるに伴い寿命が長くなった。これは、図１９に示す結果を用いて説明したように、焼戻温度が高くなるに伴い塑性変形し難くなることに起因すると考えられる。塑性変形に対して水素が及ぼす作用としては、転位の動きを容易にすることや、転位間の相互作用で生成した原子空孔を安定化し増殖をもたらすことなどが知られている。したがって、塑性変形し難いほど長寿命化したものと考えられる。
【０１２６】
なお、最長寿命は、０質量％−１８０℃の場合には２１２ｈであり、０．４質量％−１８０℃の場合には２４２ｈであり、０．４質量％−２４０℃の場合には２５１ｈであり、０．４質量％−２６０℃の場合には２６６ｈであったため、最長寿命としては大きな差はなかった。一方、０質量％−１８０℃の場合には寿命のばらつきが大きく、その結果Ｌ１０寿命が短くなっているのに対し、０．４質量％−１８０℃、０．４質量％−２４０℃および０．４質量％−２６０℃の場合はいずれも安定して長寿命になると考えられる。
【０１２７】
（４）  焼戻温度と残留オーステナイト（γ）量との関係
次に、焼戻温度と残留オーステナイト量との関係について調査した。上述のように、焼戻温度により軸受の静的負荷容量や寿命が変化するが、製品状態の軸受から焼戻温度の条件を直接的に得ることは困難である。しかし、焼戻温度が一定である場合、窒素濃度が０．４質量％である位置における残留オーステナイト量と焼戻温度との間に相関があるため、当該残留オーステナイト量から間接的に焼戻温度を明らかにすることが可能である。
【０１２８】
図２３は、焼戻温度と残留オーステナイト量との関係を示している。図２３において、横軸は焼戻温度（℃）、縦軸は窒素濃度が０．４質量％の位置における残留オーステナイト量（体積％）を示している。また、焼戻処理の保持時間は２ｈで一定である。図２３に示すように、焼戻温度が２４０℃である場合には残留オーステナイト量が８体積％以下となり、焼戻温度が２６０℃である場合には５体積％以下にまで低下することが分かった。
【０１２９】
（５）  内部の析出物の面積率と焼戻温度との関係
次に、内部の析出物の面積率と焼戻温度との関係について調査した。製品状態から焼戻温度を間接的に明らかにする方法としては、残留オーステナイト量の他に析出物の面積率を測定する方法がある。これは、焼入処理時の加熱温度(ここでは８５０℃であり、旧オーステナイト結晶粒はＪＩＳ規格で９〜１１番になる)および焼戻処理時の保持時間が一定である場合には、焼戻温度が高くなるに伴い母地に固溶した炭素が析出し、大きなセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）が形成されるからである。
【０１３０】
図２４は、内部の未窒化領域における析出物の面積率と焼戻温度との関係を調査した結果を示している。図２４において、横軸は焼戻温度（℃）を示し、縦軸は析出物の面積率（％）を示している。また、焼戻処理における保持時間は２時間で一定とした。また、図２５〜図２８は、焼戻温度を１８０℃、２１０℃、２４０℃および２６０℃とした場合における鋼材断面の写真であり、鋼材中の析出物が黒く見えている。図２４は、図２５〜図２８の写真より黒く見える析出物の面積率を算出し、焼戻温度との関係を示したものである。また、図２９は、焼入処理時の加熱温度を８５０℃とした場合での、内部の未窒化領域における旧オーステナイト結晶粒の写真である。
【０１３１】
図２４より、焼戻温度が２４０℃である場合には面積率が１１％以上となり、２６０℃である場合には１２％以上にまで増加することが分かった。なお、析出物の面積率の判定を内部の未窒化領域で行う理由は、窒化された表層部は炭素の固溶限濃度が変化しているため、析出物の面積率が大きく変動するからである。また、浸炭窒化処理温度や焼入加熱温度でも当該面積率は変動するが、これらは旧オーステナイト結晶粒の平均粒径により推定することが可能である。図２９に示すように、加熱温度が８５０℃である場合での未窒化領域における旧オーステナイト結晶粒の粒度番号は９．５番であった。上記（１）〜（５）の検討より、上記成分範囲内の鋼材に浸炭窒化処理および焼入処理を施して表面（転走面または転動面）における窒素濃度を０．４質量％以上とし、かつ２４０℃以上の温度で焼戻処理を行うことにより、安価でかつ降伏強度および寿命が向上した軸受部品が得られることが分かった。
【０１３２】
（実施例６）
次に、γの値と被処理物への窒素侵入速度との関係を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【０１３３】
実験に用いた熱処理炉の容量は１２０Ｌ（リットル）である。被処理物は０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる外径φ３８ｍｍ、内径φ３０ｍｍ、幅１０ｍｍのリングとし、熱処理炉以内に１０１ｇ（グラム）挿入した。加熱パタ−ンは図６と同様のパターンを採用して浸炭窒化の保持温度は８５０℃とした。そして、ａＣ値を０．７６〜１．２４の３水準として、未分解アンモニア濃度（ＣＮ）値を変化させることによりγの値を変化させ、浸炭時間９０００秒間に侵入した窒素の質量を測定することにより、１秒間あたりに被処理物の表面１ｍｍ２から侵入した窒素の質量（単位：ｇ）すなわち窒素侵入速度（単位：ｇ／ｍｍ２・秒）を算出した。侵入した窒素の量は、ＥＰＭＡにより測定した。
【０１３４】
図３０は、３水準のａＣ値におけるγ値と窒素侵入速度との関係を示す図である。図３０において、横軸はγの値、縦軸は窒素侵入速度である。そして、丸印および破線はａＣが０．７６、三角印および実線はａＣが１．００（※図中の注釈に合わせて修正）、四角印および一点鎖線はａＣが１．２４の場合を示している。図３０を参照して、ａＣ値およびγ値と窒素侵入速度との関係について説明する。
【０１３５】
図３０を参照して、γが一定であれば、ａＣが小さいほど被処理物への窒素の侵入速度が大きくなる。一方、ａＣが一定であれば、γが小さいほど被処理物への窒素の侵入速度が大きくなる。そして、γの値が５となったとき、被処理物への窒素の侵入速度が最大となり、γの値が５以下では窒素の侵入速度は一定となる。したがって、γの値を５以下とすることで、被処理物への窒素の侵入速度を最大にすることができることがわかる。
【０１３６】
さらに、同様の試験条件において、浸炭窒化時間を変化させた場合の窒素侵入量を調査する実験を行なった。γの値は２．９〜２３．８の６水準とした。図３１は、浸炭窒化時間およびγの値を変化させた場合の窒素侵入量の推移を示す図である。図３１において、横軸は浸炭窒化時間、縦軸は被処理物の表面１ｍｍ２から侵入した窒素の質量である窒素侵入量（単位：ｇ／ｍｍ２）を示している。そして、太い実線はγが２．９、細い実線はγが４．２、一点鎖線はγが５．０、幅の狭い破線はγが８．０、二点鎖線はγが１４．０、幅の広い破線はγが２３．８の場合をそれぞれ示している。図３１を参照して、浸炭窒化時間およびγの値を変化させた場合の窒素侵入量の推移について説明する。
【０１３７】
図３１を参照して、いずれのγの値の場合でも、浸炭窒化時間の増加とともに窒素侵入量が増加する傾向にあり、γの値が大きくなるにつれて窒素侵入量が大きくなっている。しかし、γの値が５．０以下であるγの値が５．０、４．２および２．９の場合、浸炭窒化時間に対する窒素侵入量の推移はほぼ同様となっている。このことから、浸炭時間９０００秒間の時点までの窒素侵入速度が、γの値が５以下であれば同一となるだけでなく、γの値が５以下の場合、浸炭窒化時間の経過に伴う窒素侵入速度の推移もほぼ同一であることが分かる。以上より、浸炭窒化処理において、熱処理炉内における雰囲気のγの値を５以下とすることにより、被処理物への窒素侵入速度が最大となるとともに、一定の侵入挙動を示すことが分かる。
【０１３８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明の軸受部品および転がり軸受は、安価でかつ降伏強度および寿命を向上し、製造コストを低減することが要求される軸受部品および転がり軸受において、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【０１４０】
１  深溝玉軸受、２  円錐ころ軸受、１１，２１  外輪、１１Ａ，２１Ａ  外輪転走面、１１Ｂ，１２Ｂ，２２Ｂ  非研削面、１２，２２  内輪、１２Ａ，２２Ａ  内輪転走面、１３  玉、１３Ａ，２３Ａ  転動面、１４，２４  保持器、２３  ころ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図３０】
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【図３１】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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