(57)【要約】【課題】  被削性と転動疲労寿命に優れた高炭素クロム軸受鋼およびその製造方法を提供する。【解決手段】  鋼の化学成分が、ＪＩＳ Ｇ ４８０５を満足すると共に、Ｏ：０．０００９質量％以下、Ａｌ：０．００５質量％以下およびＳ：０．００５質量％以下を満足する鋼からなり、圧延方向に平行な検鏡断面積１６０ｍｍ2中に存在する大きさ３μｍ以上の酸化物個数が１００個以下、そのうち大きさ１０μｍ以上のものが２個以下であり、更にそれらの組成別構成比率として、アルミナ系とスピネル系との合計個数が全酸化物個数の６０％未満であることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼。および、実質Ａｌを含まない脱酸剤を使用する工程、次の取鍋精練におけるスラグの塩基度（（ＣａＯ）％／（ＳｉＯ2）％）が０．８以上３．０未満となるように制御する工程を含む高炭素クロム軸受鋼の製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼の化学成分が、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５を満足すると共に、Ｏ：０．０００９質量％以下、Ａｌ：０．００５質量％以下およびＳ：０．００５質量％以下を満足する鋼からなり、圧延方向に平行な検鏡断面積１６０ｍｍ2中に存在する大きさ３μｍ以上の酸化物個数が１００個以下、そのうち大きさ１０μｍ以上のものが２個以下であり、更にそれらの組成別構成比率として、下記定義によるアルミナ系とスピネル系との合計個数が全酸化物個数の６０％未満であることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼。
アルミナ系：（ＭｇＯ）も（ＳｉＯ2）も３％未満で且つ（ＣａＯ）も（ＣａＯ）／（（ＣａＯ）＋（Ａｌ2Ｏ3））の比で０．０８以下であるもの。
スピネル系：３％〜２０％の範囲の（ＭｇＯ）に残部が（Ａｌ2Ｏ3）である２元系に、１５％以内の（ＣａＯ）および／または１５％以内の（ＳｉＯ2）が混入する場合があるスピネル型結晶構造のもの。
【請求項２】
鋼の化学成分が、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５を満足すると共に、Ｏ：０．０００９質量％以下、Ａｌ：０．００５質量％以下およびＳ：０．００５質量％以下を満足する高炭素クロム軸受鋼の製造方法であって、転炉または電気炉による酸化精錬後の脱酸およびその後の成分調整に際し実質Ａｌを含まない脱酸剤を使用する工程、次の取鍋精練におけるスラグの塩基度（（ＣａＯ）％／（ＳｉＯ2）％）が０．８以上３．０未満となるように制御する工程、それに引き続く３５分以上の真空脱ガス処理工程を含むことを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、玉軸受、コロ軸受などの転がり軸受の要素部材に加工するための軸受用鋼の改良に関し、鋼中の微量な酸化物のサイズと個数およびその組成を制御することによって、切削加工時の工具寿命および軸受としての転動疲労寿命とを同時に大幅に改善する鋼とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受にはＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定されている高炭素クロム軸受鋼が多用されているが、このいわゆる軸受鋼は、使用時の性能である転動疲労寿命を支配している材料側の最大の因子が、脱酸後にどうしても除去しきれないで残留してしまう極微量の硬質の酸化物系介在物であるとされ、そのために軸受鋼メーカーでは酸化物系介在物を徹底的に取り除く製造工程の改良を推し進め、近年では鋼中に含まれる酸化物系介在物の総量を表す指標と考えられる酸素（以下単にＯと記す）含有量が０．０００９質量％以下（この質量比をｐｐｍで表す時に１桁になるので以下シングルｐｐｍという、また以降の鋼中含有量またはスラグ成分を表す％はすべて質量％を意味する）という極めて清浄な軸受鋼が、わが国で生産される軸受鋼としては通常の品質になっている。
【０００３】
上記のわが国における高清浄軸受鋼の標準的製造方法は、非特許文献１に総括されているが、そこにある記述の中で、本発明が背景技術とは根本的に異なることを明確に示す内容は、以下のように記されている。
【０００４】
まずわが国の高清浄軸受鋼の低Ｏ化が何による脱酸で実現されているかについて、ｐ１６０に「Ａｌによる完全脱酸鋼である軸受鋼」と記され、そのための鋼中Ａｌ量の代表的成分値としてｐ１６４表５に、Ａｌ量０．０１０％を掲げている。即ち現在のわが国の高清浄軸受鋼は、強力な脱酸剤であるＡｌを０．０１０％程度添加することにより完全に脱酸していることによってその低Ｏ値が実現できていると理解される。
【０００５】
次に、還元精練工程におけるスラグ組成に関しては、スラグの塩基度（ＣａＯ）％／（ＳｉＯ2）％が高いほどスラグ中の低級酸化物（ＦｅＯやＭｎＯ）濃度が低くなって鋼中Ｏが低下したという某社の報告がｐ１６５の図１５と図１６に、また国内各社の全体のデータとしては、同じく（ＣａＯ）％／（ＳｉＯ2）％が３以上あれば、鋼中Ｏ濃度は同程度のシングルｐｐｍが得られるとｐ１６７の図１９に示されている。これらの記述は、現在の高清浄軸受鋼の低Ｏ値は、強力なＡｌで脱酸した後で、還元精練工程においてスラグの塩基度を３以上の高い値に選んでスラグ中の再酸化性成分を減少させることにより実現していると理解される。
【０００６】
しかしながら上記の製造条件で製造した高清浄軸受鋼は、最終的に鋼中に残留する酸化物系介在物の量が含有Ｏ量でシングルｐｐｍという極めて少ない量であっても、溶鋼中のＯを取り除くための脱酸剤として最も強力なＡｌを使っているために、以下のようにして極めて硬質な酸化物系介在物を生成する。
【０００７】
即ち酸化精錬後に脱酸のためにＡｌを添加すると鋼中Ｏは先ずアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を生成し、このアルミナは次の取鍋精錬において、取鍋のスラグラインなどに使用されているＭｇＯ−Ｃレンガから解離溶出したＭｇと反応して大部分がスピネル（Ａｌ2Ｏ3・ＭｇＯ）となり、少量がアルミナのまま残る。
【０００８】
このようにしてできる大部分のスピネル（Ａｌ2Ｏ3・ＭｇＯ）系（スピネル系とは、化学量論上のスピネル（Ａｌ2Ｏ3・ＭｇＯ）から組成がずれていても同じ結晶構造で同様な物理的特性を示す成分範囲の酸化物を指す）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）系（アルミナ系とは、純粋なアルミナではなく少量の他の成分を含んでいてもアルミナと同様な物理的特性を示す成分範囲のものを指す）酸化物（以降特にことわらない限り、このアルミナ系も含めてスピネル系等と呼ぶ）はいずれも極めて硬質であるため、その残留量が極めて少ないにも係わらず、以下に挙げるような加工工程での問題および製品軸受としての性能上の問題があった。
【０００９】
軸受鋼中の酸化物がスピネル系等の極めて硬質なものであるために発生している第１の問題は、その部品が軸受のレースの場合には切削加工によって最終製品に近い形状に加工されるが、その切削加工工程において工具の摩耗が速いことである。軸受の加工においても切削加工工程のコストは他の多くの機械部品の場合と同様に総コストの中で比較的大きい割合を占めており、軸受メーカーからは切削加工が容易な軸受鋼が望まれていた。
【００１０】
鋼中酸化物が極めて硬質であることによる第２の問題即ち製品軸受の性能の問題は、問題にしている酸化物の量が極めて微量である割には軸受の転動疲労寿命が短いことであり、ボールがレースの上を毎回通り過ぎる度に硬質なスピネル系等の介在物の周囲に強い応力集中が発生することによりき裂が発生しやすいことがその原因である。
【００１１】
上記のように微量に残留する酸化物系介在物が、極めて硬質なスピネル系等であるために、加工工程および製品軸受性能として難点があることを認識し、それを避けるために酸化物の組成を硬質でないものに変えることを狙った試みまたはそれに類似する試みは、これまでにいくつか報告されている。
【００１２】
例えば  非特許文献２には、酸化物組成を硬質なものにしないことを狙って酸化精錬後の脱酸にＡｌを使わない方法が報告されているが、その報告では最も強力な脱酸剤であるＡｌを使わない結果として鋼中Ｏ含有量は０．０００８％〜０．００１５％の範囲に止まっており、高い清浄度の軸受鋼を安定的に製造できてはいない。
【００１３】
また特許文献１には、製品軸受の転動疲労寿命を改善するために非金属介在物量を徹底的に低下させる方法として、高塩基度スラグの存在下で還元精練を行い、Ａｌをできるだけ使わずに真空脱ガス精練法にてＯを０．０００６％以下とする高清浄度軸受鋼とその製造法が開示されているが、当該技術では酸化物組成を硬質でないものに変えることが不十分であるため製品軸受の転動疲労寿命は改善したものの被削性は従来鋼並みを維持したのみであり、その両方を改善できてはいない。
【００１４】
【特許文献１】特公平４−５７４２号公報
【非特許文献１】西山記念技術講座テキスト「軸受鋼の清浄化」（社）日本鉄鋼協会平成１６年１０月２２日開催
【非特許文献２】「Ｓｔａｈｌ  ｕｎｄ  Ｅｉｓｅｎ」１１７（１９９７）  Ｎｒ．８，ｐ７９−８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、以上のような背景からなる軸受鋼の被削性と転動疲労寿命との両立課題に対して、鋼中ＯとＡｌを著しく低減した上で、なお且つ鋼中の硬質酸化物系介在物の構成比率を低減させた高炭素クロム軸受鋼と、その製造方法に関して、何らかの元素を添加するような有害な副作用を発生し易い方法ではなくて、酸化精錬後の脱酸によって生成しどうしても全部は除去できない酸化物系介在物を、転動疲労寿命や切削時の工具寿命に対して不利である硬質のものにならないように、脱酸剤として使用する元素を適正に選び、かつその後の取鍋精練においても、逐次溶鋼中から除去を図っていく酸化物系介在物が硬質のものに変化しないようにスラグ組成を適正に整えて清浄鋼を製造する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、単に鋼中ＯとＡｌを低減しただけでは転動疲労寿命と被削性は大幅に改善されず、更に新たな手段による酸化物系介在物のサイズと個数およびその組成の軟質化制御が必要であることを知見し、本発明を完成するに至った。
【００１７】
即ち、発明の要旨は、
（１）鋼の化学成分が、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５を満足すると共に、Ｏ：０．０００９％以下、Ａｌ：０．００５％以下およびＳ：０．００５％以下を満足する鋼からなり、鋼中に存在する大きさ３μｍ以上の酸化物の個数が検鏡視野面積１６０ｍｍ2中１００個以下で且つそのうち大きさ１０μｍ以上のものが２個以下であり、更にその組成に関し、下記定義によるアルミナ系とスピネル系との合計個数が全酸化物個数の６０％未満であることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼。
アルミナ系：（ＭｇＯ）も（ＳｉＯ2）も３％未満で且つ（ＣａＯ）も（ＣａＯ）／（（ＣａＯ）＋（Ａｌ2Ｏ3））の比で０．０８以下であるもの。
スピネル系：３％〜２０％の範囲の（ＭｇＯ）に残部が（Ａｌ2Ｏ3）である２元系に、１５％以内の（ＣａＯ）および／または１５％以内の（ＳｉＯ2）が混入する場合があるスピネル型結晶構造のもの。
（２）鋼の化学成分が、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５を満足すると共に、Ｏ：０．０００９％以下、Ａｌ：０．００５％以下およびＳ：０．００５％以下を満足する高炭素クロム軸受鋼の製造方法であって、転炉または電気炉による酸化精錬後の脱酸およびその後の成分調整に際し実質Ａｌを含まない脱酸剤を使用する工程、次の取鍋精練におけるスラグの塩基度（（ＣａＯ）％／（ＳｉＯ2）％）が０．８以上且つ３．０未満となるように制御する工程、それに引き続く３５分間以上の真空脱ガス処理工程を含むことを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の軸受鋼は、近年の超硬工具によるクーラントを使わない高速切削において工具寿命が大幅に向上し、また製品軸受としては長期の安定稼動に適するので、産業上の利用価値が非常に大きい。
【００１９】
また本発明で得られる効果は、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏの含有量の多少の変動には影響を受けないので、実施例で示した高炭素クロム軸受鋼第２種ＳＵＪ２ばかりでなく、他の第１種〜第５種まで含めて全く同様な効果が得られるものである。
【００２０】
また、被削性および転動疲労寿命を改善することができた原因が、鋼中の非常に硬質な酸化物を改質してその硬度を焼入れ硬化処理をした軸受鋼の生地の硬度に近付けたためであるので、軸受鋼の生地の中にある酸化物の生地に対する異質性が弱まったといえる。その結果、レースとボールが軸受の回転の都度互いに擦れ合う時に発生する擦過音も大幅に小さくなることが期待されるので、音響機器や病院など静粛な環境で連続運転される空調機器などに使われる軸受用に適していると考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
先ず、本発明の軸受鋼における化学組成およびそれに含まれる酸化物のサイズと個数およびその組成とその比率の限定理由について述べる。
【００２２】
本発明の高炭素クロム軸受鋼は第１に、鋼の化学成分がＪＩＳ  Ｇ  ４８０５を満足する。ＪＩＳ Ｇ ４８０５を満足する化学成分とは、Ｓを除いて、「ＪＩＳハンドブック(1)鉄鋼Ｉ」（財団法人日本規格協会、２００４年１月３１日第１版第１刷発行）の第１１１１頁の「高炭素クロム軸受鋼鋼材」に掲載されている「表２  化学成分」および該表下の備考欄に記載された成分を満足するものである。表２にはＳＵＪ１〜５の５種類が規定されており、例えばＳＵＪ２（単位％）においては、Ｃ：０．９５〜１．１０、Ｓｉ：０．１５〜０．３５、Ｍｎ：０．５０以下、Ｐ：０．０２５以下、Ｓ：０．０２５以下、Ｃｒ：１．３０〜１．６０と記載されている。
【００２３】
Ｏ：９ｐｐｍ以下
Ｏは鋼中に残存して基本的に有害な酸化物を形成するのでできるだけ少ないことが望ましく、できれば６ｐｐｍ以下が望ましい。しかし通常の酸化精錬→取鍋精練→真空脱ガス工程で容易に得られる９ｐｐｍ以下であれば、本発明の効果は得られるので９ｐｐｍ以下とする。
【００２４】
Ａｌ：０．００５％以下
Ａｌは、鋼中の酸化物を硬質にするのでできるだけ少ない方が望ましく、できれば０．００２％以下が望ましい。しかし脱酸剤としてＡｌを使わなければ容易に達せられる０．００５％以下であれば本発明の効果は得られるので、０．００５％以下とする。
【００２５】
Ｓ：０．００５％以下
Ｓは、近年の軸受鋼のようにＯがシングルｐｐｍとなっている場合には、酸化物に代わって硫化物が疲労破壊の起点となり易く、従って転動疲労寿命からはできるだけ低い方が良い。また本発明が狙いとする超硬工具による高速ドライ切削の場合には、Ｓの含有量は工具寿命には影響が小さいので、その点からもＳを低くすることは差し支えない。しかしながら、本発明による低塩基度スラグによる取鍋精練では、背景技術である高塩基度スラグの場合よりも溶鋼からＳを除去しにくいので、転動疲労寿命の点からも十分で且つ本発明による製造方法で容易に達成できる成分範囲としてＳを０．００５％以下とする。しかし０．００２％以下とすればなお良い。
【００２６】
酸化物のサイズと個数
圧延方向に平行な断面の１６０ｍｍ2中に観察される酸化物のサイズと個数が、円相当直径３μｍ以上のものが１００個以下で、且つそのうち１０μｍ以上のものが２個以下であること。ここで円相当直径とは、「√（長径×短径）」で算定するものとする。またここで言う酸化物は、単独で存在するものはもちろんのこと、硫化物等と複合している場合でも、その複合状態での酸化物の輪郭で算定計数する。このように酸化物のサイズ別観察個数の上限を規定するのは、転動疲労寿命に対して最も有害な硬質酸化物を軟質化することによってその有害性を改善しても、やはり大きい酸化物は有害であるからである。転動疲労寿命に対して本当に有害なのは、軸受になった時に大きい接触応力が発生する部位に存在する最も大きい酸化物であるので、上記の１０μｍ以上のものがほぼ直接的に対応するが、３μｍ以上のものの個数は検出数が多くて１０μｍ以上の個数のように当たりはずれがないので、極めて大きいものの検出頻度のレベル感を査定する意味の規定である。
【００２７】
酸化物の組成
前項のようにして観察した粒径３μｍ以上の酸化物の組成として、アルミナ系とスピネル系との合計個数が全酸化物個数の６０％未満であること。このように酸化物の組成別構成比率を規定するのは、転動疲労寿命と切削加工時の工具寿命の両方にとって極めて有害な硬質酸化物の軟質化改質を達成した比率を規定するためである。清浄度が高い軸受鋼を製造する背景技術では、もともと脱酸剤としてＡｌを使うために最終的に鋼中に残留する酸化物は極めて硬質なスピネル（Ａｌ2Ｏ3・ＭｇＯ）系等が主体となる。本発明による方法では、脱酸剤としてＡｌを使わなくても、添加合金中にいくらか含まれるＡｌや、溶鋼が接する耐火物から入ってくるＡｌにより酸化物組成はスピネル系等となる傾向を示すため、更に取鍋精練時のスラグ組成を適正に選んで、酸化物組成をスピネル系等でないものに誘導した。本発明による方法では、極めて硬質なスピネル系等の酸化物の個数比率を６０％未満に減少させることができ、その時切削加工時の工具寿命と転動疲労寿命との両方が、背景技術に対して大幅に向上することを見出したので、上記の通り酸化物組成の構成比率を規定する。
【００２８】
次に、本発明の高炭素クロム軸受鋼の製造方法について、下記（１）〜（６）にて順次説明を行う。
【００２９】
（１）本発明の第１の要点は、転炉または電気炉による軸受鋼の酸化精錬後の脱酸およびその後の成分調整のための合金添加において、脱酸生成物として極めて硬質のスピネル系等ができてしまうことを避けるために脱酸力が強いＡｌを使わないで、実質的にＡｌを含まないＦｅ−Ｓｉまたは金属Ｓｉで脱酸および成分調整することである。ここで実質Ａｌを含まない脱酸剤とは、金属Ｓｉおよび、Ｆｅ−Ｓｉの場合にはＳｉの含有量に対するＡｌの含有量の比率が０．０３以下のものを指す。
【００３０】
（２）脱酸力がＡｌに比べて非常に弱いＳｉで脱酸しても、軸受鋼の場合にはその鋼中Ｏは、シングルｐｐｍまで下げることができる。その理由は、軸受鋼の場合にはＣ含有量が約１％と極めて高いことにより、還元精練工程の次に引き続いてかまたは同時に行われる「真空脱ガス処理工程」において、Ｃによって良く真空脱酸できるので、ＡｌやＳｉなどの脱酸剤にだけ依存しなくてもよいという特徴があるためである。即ち、この「真空脱ガス処理工程」においては、溶鋼中のＯとＣとの間で  Ｃ＋Ｏ→ＣＯ↑  の反応が起こるが、この反応は左辺のＣが高ければ反応平衡は右へ進み、即ち脱酸反応はより進むこととなり、また対象溶鋼を真空に引いて脱ガス処理するために溶鋼は高い真空度の雰囲気に晒されるから、上記反応の平衡はガス発生側の右辺へ進むので、やはり脱酸反応は良く進むからである。
【００３１】
（３）即ち脱酸力の弱いＳｉで脱酸してもシングルｐｐｍの十分に清浄な低Ｏ鋼が得られるのであるが、従来の清浄な軸受鋼の製造技術では、Ｓｉで脱酸しても硬質なスピネル系等の酸化物の比率を十分には低くできなかった。その理由は前記背景技術に記載の通り、低Ｏ鋼を得るために、還元精練工程におけるスラグの塩基度を３．０以上に高くしたからである。
【００３２】
（４）還元精練工程において従来と同様な高塩基度スラグを用いる場合には、その多元系スラグ組成としての平衡酸素濃度が極めて低くなるために、強力な脱酸元素の脱酸生成物であるアルミナまでＡｌ2Ｏ3→２Ａｌ＋３Ｏの分解反応を起こす傾向が強まり、脱酸剤としてＡｌを使わないにもかかわらず、真空脱ガス処理工程において、溶鋼鍋の内張りレンガなどの成分であるＡｌ2Ｏ3から、更にはスラグ中のＡｌ2Ｏ3からＡｌが少々溶鋼に戻ることとなる。その結果鋼中に戻ったＡｌは、次の鋳造工程に進んで、溶鋼温度が凝固温度に向けて低下するに伴って更に脱酸反応が進むため、また鋳造工程でタンディッシュ廻りや鋳型廻りで溶鋼が何らかの再酸化源に触れたりする場合に、極めて硬質なスピネル系等の酸化物を形成することとなるので、初めからＡｌで脱酸する場合よりはかなり改善されるものの、Ｓｉ脱酸で狙った「硬質な酸化物を作らない」ことが十分には達成されない。
【００３３】
（５）そこで本発明の第２の要点である「還元精練におけるスラグ組成を、従来よりも低塩基度側に適度に調整する」ことにより、低Ｏ値を維持しつつ溶鋼へＡｌが戻らないようにし、鋳造工程以降で新たに生成する脱酸生成物が硬質のスピネル系等にならないようにして、切削加工時の工具寿命と製品軸受としての転動疲労寿命の両方を同時に大幅に改善したものである。スラグ塩基度を低下させるためには原料の中の生石灰を減じて軽焼ドロマイトまたはケイ石を増量すれば良い。スラグ塩基度を低下させると溶鋼中に残るＡｌを減ずることができるが、溶鋼中のＯおよびＳを除去しない傾向が強まるので、塩基度を低下させ過ぎることも好ましくない。そこで、スラグの脱酸能および脱硫能の面から塩基度の下限を０．８以上とし、酸化物の軟質化効果が得られる塩基度の上限として３．０未満とした。
【００３４】
（６）最後に本発明の第３の要点は、真空脱ガス処理時間を３５分以上とする真空脱ガス処理工程によって溶鋼を十分に環流し、鋼中に懸濁浮遊する酸化物をできるだけ浮上分離してトップスラグ中に吸収除去することである。真空脱ガス処理工程としては、ＲＨ真空脱ガス処理を用いると好ましい。ＲＨによらない他の真空脱ガス処理工程においてもその性能に応じて処理時間を十分に確保することによりこれと同様な効果が得られる。
【実施例】
【００３５】
以下に、本発明の実施条件とそこで得られた効果について、具体的に説明する。なお、下記表１、２、４に付されたアンダーラインは、本発明範囲から外れることを示す。
【００３６】
本発明が対象とする軸受鋼は、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定されている高炭素クロム軸受鋼であり、その実施例としては、転炉〜ＬＦ〜ＲＨ〜ＣＣ（連続鋳造）工程にて、本発明による方法と本発明の一部分だけを適用した方法および背景技術による方法とで、表１に示す化学成分の高清浄軸受鋼を製造し、所定の均熱拡散処理の後、熱間圧延で１６２ｍｍ角のビレットとした。
【００３７】
【表１】
2006200027.tif 000002
【００３８】
被削性試験および転動疲労試験用には、このビレットを更に熱間圧延で６５ｍｍΦの棒鋼とし、次に炭化物の球状化のための焼鈍処理を行って供試鋼とした。
【００３９】
被削性試験については、上記の供試鋼をそのまま使用し、切削試験条件は、切削速度２００ｍ／分、切り込み量２ｍｍ、送り量０．２５ｍｍ／ｒｅｖで、ＪＩＳ−Ｐ２０相当超硬合金にＴｉＮ等のコーティングをした工具を用い、クーラントなしで外周旋削して５分毎に工具の摩耗を測定し、逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍに達する時間をもって工具寿命と判定した。
【００４０】
また転動疲労寿命の評価試験には、上記供試鋼の素材を輪切りにして粗加工し、通常の焼入れおよび低温焼き戻しの熱処理の後表面を機械仕上げ加工した複数の円盤型試験片を用いて、森式スラスト型転動疲労試験機に供してフレーキングが発生するまでの各試験片の負荷回数を測定し、供試試験片数の１０％が疲労破壊する１０％破損寿命をワイブル確率紙によって求めた。
【００４１】
表２は、本発明と背景技術との差異を特徴づける酸化精錬後の脱酸剤とＬＦでの還元精練工程の最後でサンプリングしたスラグ組成およびＲＨでの真空脱ガス処理時間を示している。使用した脱酸剤の成分組成を表３に示す。
【００４２】
【表２】
2006200027.tif 000003
【００４３】
【表３】
2006200027.tif 000004
【００４４】
さて本発明では、上述の製造法で清浄な軸受鋼を製造した場合に、被削性と転動疲労寿命が大幅に改善される原因を鋼材内質の様々な要素から調査した結果、特に酸化物のサイズと個数およびその組成に特定の条件が整っている場合に、上記２特性が同時に大幅に改善することを見出した。
【００４５】
まず酸化物サイズと個数に関しては、６５ｍｍφ棒鋼の１／２半径部で圧延方向に平行な断面から検鏡サンプルを作製し、測定視野１６０ｍｍ2中に認められる円相当直径３μｍ以上の酸化物を全数カウントし、その個数が１００個以下であること、且つそのうち粒径１０μｍ以上のものが２個以下であることである。上の円相当直径とは、√（長径×短径）にて算定する。
【００４６】
ここで光学顕微鏡による酸化物の判定方法は、酸化物は硫化物よりも色合いが濃く黒味を帯びており、またしばしば観察されるＴｉの炭窒化物は独特のピンク色なので、容易に判定できる。また酸化物に硫化物やＴｉの炭窒化物が隣接したり周囲を覆うなど単純に複合している場合には、酸化物だけの輪郭で大きさを算定しカウントする。もしも酸化物と他の組成のものが複雑に複合している場合には、一旦全体を酸化物の大きさとして算定しておき、次の工程でのエネルギー分散型Ｘ線分光法による組成の測定結果により、主として酸化物として算入するかまたは主として他の組成の介在物であるとして除外するかの判定を行う。
【００４７】
次にその酸化物組成の調査方法は、前項のようにして観察した大きさ３μｍ以上の酸化物全数について、その組成をエネルギー分散型Ｘ線分光法で測定し、それらの組成を（Ａｌ2Ｏ3）−（ＣａＯ）−（ＭｇＯ）−（ＳｉＯ2）の４元系に換算した時に、ほぼすべての酸化物が以下の４種類の成分系に分類できることがわかった。
第１分類：（ＭｇＯ）も（ＳｉＯ2）も３％未満で且つ（ＣａＯ）も（ＣａＯ）／（（ＣａＯ）＋（Ａｌ2Ｏ3））の比で０．０８以下であって、結局殆どが（Ａｌ2Ｏ3）であるもの。したがってこれをアルミナ系と呼ぶ。
第２分類：３％〜２０％の範囲の（ＭｇＯ）に残部が（Ａｌ2Ｏ3）である２元系の場合が多いが、１５％程度以内の（ＣａＯ）およびまたは１５％程度以内の（ＳｉＯ2）が混入する場合もしばしばある。結晶構造としてはスピネルと呼ばれるのでこの組成のものをスピネル系と呼ぶ。
第３分類：（ＭｇＯ）も（ＳｉＯ2）も３％未満であり、且つ（ＣａＯ）が（ＣａＯ）／（（ＣａＯ）＋（Ａｌ2Ｏ3））の比で０．０８を超えるもので、この比は０．５０に及ぶ場合がある。（ＣａＯ）−（Ａｌ2Ｏ3）の２元系に近いのでカルシウムアルミネート系と呼ぶ。
第４分類：（ＭｇＯ）は殆ど含まないで、（ＣａＯ）−（Ａｌ2Ｏ3）の２元系に３％以上最大で５０％程度までの様々な量の（ＳｉＯ2）を含むもの。ここでは各成分の頭文字をとってＣ−Ａ−Ｓ３元系と呼ぶ。
【００４８】
表４は、本発明による軸受鋼と比較材の酸化物のサイズと個数およびそれらを上記４分類に従って分類した時の構成比を整理し、それに前記試験条件で実施した外周旋削試験における工具寿命および転動疲労寿命を示したものである。ここで１個の酸化物が２相以上から構成され、各相が上記４分類の異なる分類である場合があるが、そのような場合は面積率の最も大きい分類に割り付けた。
【００４９】
【表４】
2006200027.tif 000005
【００５０】
表３の結果から、酸化精錬後の脱酸およびその後の成分調整に対して、実質Ａｌを含まないＦｅ−Ｓｉまたは金属Ｓｉを使用し、ＬＦでの還元精練におけるスラグ組成として（ＣａＯ）％／（ＳｉＯ2）％を０．８以上３．０未満に選び、且つＲＨでの真空脱ガス処理時間を３５分以上とした場合だけ、大きさ３μｍ以上の酸化物個数を抑制することができ、且つその組成がスピネル系等の硬質なものばかりになることを避けることができて、切削加工における工具寿命と転動疲労寿命とを同時に大幅に改善できることが明白である。