(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃｒ：３．０％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）の１種以上を含有すると共に、
Ｃ：０．１〜１．２％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．０１〜０．０６％、Ｍｎ：３．０％以下（０％を含まない）を含有し、
Ｓ  ：０．０３％以下、
Ｐ  ：０．０３％以下、
Ｔｉ：０．００５％以下、
Ｏ  ：０．００２０％以下に抑制されており、
残部：鉄および不可避不純物
を満足する軸受鋼において、
圧延材の縦断面におけるＭｎ、Ｃｒ及びＭｏの最大偏析量を夫々[Mn(%)]max,[Cr(%)]max および[Mo(%)]max、上記元素の含有量を夫々[Mn(%)]ave,[Cr(%)]ave および[Mo(%)]aveと表したとき、不純物水素量[H(ppm)]が下記（４）式を満足することを特徴とする耐焼割れ性に優れた軸受鋼。
0003579558.tif 000005
【請求項２】
更に、圧延材の縦断面におけるＭｎ、Ｃｒ及びＭｏの最大偏析量と含有量の比で示される偏析度が下記（１）〜（３）式を満足するものである請求項１に記載の軸受鋼。
[Mn(%)]max／[Mn(%)]ave≦３．０                        …（１）
[Cr(%)]max／[Cr(%)]ave≦２．５０                      …（２）
[Mo(%)]max／[Mo(%)]ave≦５．０                        …（３）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や各種産業機械の軸受として使用される軸受鋼に関し、特に焼入れ時の割れ（以下、「焼割れ」と呼ぶ）の発生を抑制して優れた耐焼割れ性を発揮することのできる軸受鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や各種産業機械には様々な軸受が使用されているが、こうした軸受の素材としては、ＪＩＳＧ４８０５に規定されているＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼や、ＪＩＳＧ４１０４に規定されているＳＣｒ４２０等の機械構造用合金鋼が従来から使用されている。
【０００３】
上記した各種素材鋼から軸受を製造するに当たっては、切削加工や冷間、温間、熱間加工等よって部品形状に成形した後、高炭素クロム軸受鋼については焼入れ処理し、一方機械構造用合金鋼については浸炭や浸炭窒化処理した後焼入れされ、いずれも引き続き焼戻しや研磨処理が施されのが一般的である。
【０００４】
しかしながら、これまで使用されている鋼を用いて上記の様な製造工程で軸受を製造すると、前述した焼割れが発生することがある。こうした焼割れは軸受加工の最終工程で発生するので修正が利かず、完成品或は完成品に近い状態で廃棄処分しなければならず、しかも割れ発生品を見つけ出す為に全数の検査をする必要があり、これらは軸受製造のコストアップにつながることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、焼割れの発生を抑制することができ、製造コストの低減を図ることのできる軸受鋼を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することのできた本発明に係る軸受鋼は、質量％で、Ｍｎ：３．０％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：３．０％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）の１種以上を含有する軸受鋼において、圧延材の縦断面におけるＭｎ、Ｃｒ及びＭｏの最大偏析量を夫々［Ｍｎ（％）］ｍａｘ，［Ｃｒ（％）］ｍａｘ  および［Ｍｏ（％）］ｍａｘ、上記元素の含有量を夫々［Ｍｎ（％）］ａｖｅ，［Ｃｒ（％）］ａｖｅ  および［Ｍｏ（％）］ａｖｅと表したとき、不純物水素量［Ｈ（ｐｐｍ）］が下記（４）式を満足するか；更には、圧延材の縦断面におけるＭｎ、Ｃｒ及びＭｏの最大偏析量と含有量の比で示される偏析度が下記（１）〜（３）式を満足する点に要旨を有するものである。
0003579558.tif 000002
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、軸受鋼に焼割れが発生する原因について様々な角度から検討した。その結果、軸受鋼に発生する焼割れは鋼材の縞状偏析部に集中して発生しており、その発生機構は下記の通りであることを明らかにした。
【０００８】
まず縞状偏析部には、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ等のＭｓ点低下元素が偏析しており、焼入れ冷却中に非偏析部がマルテンサイト変態し、偏析部が未変態オーステナイトの状態になる。一方、鋼中には数ｐｐｍの水素が存在するが、オーステナイトの水素溶解度はマルテンサイトの水素溶解度よりも非常に大きい。その結果、水素が偏析部の未変態オーステナイト中に濃縮されることになる。その後更に冷却されると、偏析部の未変態オーステナイトがマルテンサイト変態し、未変態オーステナイト中に濃縮された水素原子の溶解度が下がる為に水素ガスとして発生し、マルテンサイト中の転位やＭｎＳ等の介在物に集積する。そしてこの水素ガスの内圧が臨界破壊強度を超えたときに焼割れが発生するものと考えられる。
【０００９】
上記した研究成果に基づいて、本発明者らが更に検討を重ねた結果、次の様な事実を明らかにした。まずＭｎの含有量が［Ｍｎ（％）］ａｖｅである圧延材の縦断面において、Ｍｎの最大偏析量を［Ｍｎ（％）］ｍａｘと表した場合に、これらの比（［Ｍｎ（％）］ｍａｘ／［Ｍｎ（％）］ａｖｅ）で示される偏析度が３．０を超えたときには、焼割れが発生し易くなり、上記偏析度を３．０以下にすれば、焼割れの発生を効果的に抑制できることを見出した。またＣｒやＭｏを含有する鋼においては、含有している元素に応じて、比（［Ｃｒ（％）］ｍａｘ／［Ｃｒ（％）］ａｖｅ）や比（［Ｍｏ（％）］ｍａｘ／［Ｍｏ（％）］ａｖｅ）で示される偏析度を、夫々２．５０以下、５．０以下にすることによって焼割れの発生が効果的に防止できることを見出した。尚圧延材の縦断面とは、圧延材の軸心を含む断面を意味する。
【００１０】
従って、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏの少なくともいずれかを含有する軸受鋼において、その含有する成分に応じて上記の比（偏析度）の値のいずれかを満足させることによって、焼割れの発生を防止する効果が発揮される。
【００１１】
尚偏析量を低減するには、例えば鋳造前の溶鋼温度と鋳造時の鋳型内溶鋼温度の差を低減したり、後記実施例に示す様に鋼塊を長時間ソーキング処理することによって達成できる。また偏析の測定は、例えば圧延材を軸方向に５０ｍｍ長さに切り出し、軸心を含む縦断面をＥＰＭＡ分析装置で各成分の面分析を行い、最大偏析量を求める様にすれば良い。
【００１２】
一方、焼割れの直接的な要因は、鋼中に含まれる不純物水素原子であることは上述した通りであるが、本発明者らはこの不純物水素量［Ｈ（ｐｐｍ）］が、前記最大偏析量［Ｍｎ（％）］ｍａｘ，［Ｃｒ（％）］ｍａｘ，［Ｍｏ（％）］ｍａｘおよび夫々の元素の含有量［Ｍｎ（％）］ａｖｅ，［Ｃｒ（％）］ａｖｅ，［Ｍｏ（％）］ａｖｅ等との間で、前記（４）式の関係を満足すれば、即ちＭｎ，Ｃｒ，Ｍｏの偏析量に応じて鋼中の不純物元素である水素含有量を低減すれば、焼割れを防止できることをも見出した。尚水素量を低減するには、例えば鋼塊や鋼片を徐冷する方法がある。
【００１３】
即ち、本発明では、前記（４）式で規定する要件を満足し、更には前記（１）〜（３）式で規定する要件を満足すればその目的が達成されるが、もとより両方の要件を満足しても良いことは勿論であり、これによって本発明の効果がより顕著になる。次に、本発明において使用する鋼材の化学成分を規定した理由について説明する。
【００１４】
Ｍｎ：３．０％以下（０％を含まない）
Ｍｎは脱酸・脱硫元素であり、また焼入れ性を向上させて表層および内部の硬さを高めて転動疲労寿命を向上し、表面の陥没を防止するのに有効な元素である。しかしながら、Ｍｎの含有量が３．０％を超えてもそれ以上の効果が少なく、却って偏析量が増加し、上記の様な偏析量低減処理を行っても焼割れが発生し易くなる。よって、Ｍｎの含有量は３．０％以下にする必要がある。尚上記添加効果も考慮したＭｎのより好ましい含有量は、０．２〜２．０％の範囲である。
【００１５】
Ｃｒ：３．０％以下（０％を含まない）
ＣｒはＭｎと同様に焼入れ性を向上させて表層および内部の硬さを高めて転動疲労寿命を向上し、表面の陥没を防止するのに有効な元素である。しかしながら、Ｃｒの含有量が３．０％を超えると偏析量が増加し、上記の様な偏析量低減処理を行っても焼割れが発生し易くなり、また巨大なＣｒ炭化物が生成し易くなり、転動疲労寿命を却って低下させる。よって、Ｃｒの含有量は３．０％以下にする必要がある。尚上記添加効果も考慮したＣｒのより好ましい含有量は、０．２〜２．０％の範囲である。
【００１６】
Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）
Ｍｏも焼入れ性を高める元素であり、質量の大きな部品における焼入れ・焼戻し処理を容易にする。また焼戻し軟化抵抗を向上させるのにも有効な元素である。しかしながら、Ｍｏの含有量が１．０％を超えて過剰になると偏析量が増加し、上記の様な偏析量低減処処理を行っても焼割れが発生し易くなる。こうした観点から、Ｍｏの含有量は１．０％以下にする必要がある。尚上記添加効果も考慮したＭｏのより好ましい含有量は、０．０８〜０．５％の範囲である。
【００１７】
本発明の軸受鋼は、上記したＭｎ，ＣｒおよびＭｏの偏析量を適切に規定することによってその目的が達成されるものであるが、Ｃ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ａｌ等の軸受鋼に通常含まれている他の基本成分の範囲については、下記の様に調整することが好ましい。
【００１８】
Ｃ：０．１〜１．２％
Ｃは軸受部品の芯部強度を向上させる元素であり、０．１％未満ではこうした効果が発揮されず、１．２％を超えて過剰に含有させると巨大炭化物が生成し易くなり、転動疲労性に悪影響を及ぼすことになる。こうしたことから、Ｃの含有量は０．１〜１．２％程度にするのが良い。
【００１９】
Ｓｉ：０．０１〜２．０％
Ｓｉは溶製時に脱酸成分として有効に作用する他、焼入れ性や焼戻し軟化抵抗を向上するのに有効な元素である。こうした効果を発揮させる為には、０．０１％以上含有させるのが好ましいが、２．０％を超えてＳｉを過剰に含有させてもその効果が飽和すると共に、却って冷間加工性や被削性を低下させることになる。よって、Ｓｉの含有量については、０．０１〜２．０％にするのが良い。
【００２０】
Ｓ：０．０３％以下
Ｓは鋼中においてその殆どがＭｎＳの形態で含有されており、ＭｎＳの形態では被削性を向上させる元素となるが、Ｏ含有量が少なくてＡｌ２  Ｏ３  が少なくなる場合には、ＭｎＳが転動疲労破壊の起点となり、軸受の転動疲労性を低下させる。こうした観点から、Ｓの含有量は０．０３％以下にすることが好ましい。
【００２１】
Ｎｉ：０．２５〜５．０％
Ｎｉは、焼入れ性を向上するのに有効な元素であり、質量の大きな部品における焼入れ・焼戻し処理を容易にする元素であり、こうした効果を発揮させる為には０．２５％以上含有させるのが好ましい。しかしながら、５．０％を超えてＮｉを過剰に含有させると、却って冷間加工性や被削性を低下させることになる。よって、Ｎｉの含有量については、０．２５〜５．０％にするのが良い。
【００２２】
Ａｌ：０．０１〜０．０６％
ＡｌもＳｉと同様に溶製時に脱酸成分として有効に作用する他、窒化物を生成してオーステナイト結晶粒を微細化する上でも有効な元素であり、これらの効果は０．０１％以上添加することによって有効に発揮される。しかしながら、過剰に含有させると、オーステナイト結晶粒が却って粗大化して靱性を悪化させるので、０．０６％以下にすることが好ましい。
【００２３】
以上述べた各成分は本発明の軸受鋼の基本的な成分と言えるものであり、残部は鉄および不可避不純物であるが、必要によってＰ，Ｔｉ，Ｏ等の不可避不純物について下記の様に抑制することが好ましく、これによって軸受鋼としての特性を一段と改善することができる。
【００２４】
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは靱性を低下させる元素であり、その含有量を極力低下させるのが良く、こうした観点から、Ｐの含有量は０．０３％以下に規制することが好ましい。
【００２５】
Ｔｉ：０．００５％以下
ＴｉはＮと結合して軸受の転動疲労性に悪影響を及ぼすＴｉＮを生成し、また冷間加工性や熱間加工性を低下させる元素であり、極力低減することが良く、こうした観点から、０．００５％以下に規制することが好ましい。
【００２６】
Ｏ：０．００２０％以下
ＯはＡｌと結合して軸受の転動疲労性に悪影響を及ぼすＡｌ２  Ｏ３  を生成し、また冷間加工性や熱間加工性を低下させる元素であり、極力低減することが良く、こうした観点から、０．００２０％以下に規制することが好ましい。
【００２７】
次に実施例を挙げて本発明の構成および作用効果をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２８】
【実施例】
下記表１に示す化学成分組成の鋼材を生産炉において溶製した後、１１ｔ鋼塊に鋳造した。これらの鋼材を以下の条件で処理した後、φ２０ｍｍに圧延し、サンプルとした。
【００２９】
（条件１）
ソーキング処理（１３５０℃×１０時間）
（条件２）
ソーキング処理（１３５０℃×１０時間）
（条件３）
ソーキング処理（１３５０℃×１時間）→徐冷（１０℃／時間）
（条件４）
ソーキング処理（１３５０℃×１時間）
【００３０】
【表１】
0003579558.tif 000003
【００３１】
その後、各鋼材について熱伝導度法によって鋼材中の水素含有量について測定した。また各鋼材について、軸心を含む縦断面から長さ５０ｍｍのサンプリを切り出し、全面をＥＰＭＡ（ビーム径＝２０μｍ）によりＭｎ，Ｃｒ，Ｍｏの面分析を行い、各元素の偏析量を測定した。
【００３２】
一方、鋼Ｎｏ．１と５のものについては、下記条件にて球状化焼なましを施した後、その他の鋼（Ｎｏ．２〜４，６〜８）については、圧延ままで３０ｍｍ長さのサンプルを切り出し、圧縮率６０％の冷間鍛造を行い、機械加工によって図１に示す試験片を作成した。
【００３３】
（球状化焼なまし条件）
７９０℃×２時間→６８０℃の温度まで２０℃／時間で冷却、その後空冷
更に、鋼Ｎｏ．１と５のものについては焼き入れし、その他の鋼（Ｎｏ．２〜４，６〜８）のものについては浸炭焼入れを行い、目視によって割れの有無について確認した（サンプル数：ｎ＝１０）。これらの鋼の偏析度、水素含有量、前記（４）式の左辺での値（これを「Ａ値」とする）、および焼割れ測定結果を下記表２に示す。
【００３４】
【表２】
0003579558.tif 000004
【００３５】
これらの結果から、次の様に考察できる。本発明で規定する化学成分組成を満足する軸受鋼（Ｎｏ．１〜４）において、条件１で処理した場合には偏析度およびＡ値が本発明で規定する範囲内であるので、焼割れが発生していない。条件３で処理した場合には、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏのいずれかの偏析度が本発明で規定する範囲を外れるが、Ａ値が２．５以下であるので、焼入れ時に割れが発生していない。
【００３６】
これに対し、条件４で処理した場合には、Ｍｎ，ＣｒまたはＭｏのいずれかの偏析度が本発明で規定する範囲を外れ、および前記Ａ値が２．５を超えているので、焼割れが発生している。またＣｒ含有量の多い鋼Ｎｏ．５，７のもの、Ｍｎ含有量の多いＮｏ．６、およびＭｏ含有量の多いＮｏ．８のものは、偏析度低減処理を行っても、各々の元素の偏析度が本発明で規定する範囲を超えており、焼割れが発生している。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、Ｍｎ，ＣｒまたはＭｏの偏析度や水素量［Ｈ（ｐｐｍ）］を適切に規定することによって、耐焼割れ性に優れた軸受鋼が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験片の形状を示す概略説明図である。
【図１】
0003579558.tif 000006