(57)【要約】【課題】軌道輪全体として強度を維持しつつ、切欠部の耐割損性を向上させる。【解決手段】軌道輪の軌道面以外の面に切欠部が形成された転がり軸受であって、軌道輪の少なくとも一方が、特定組成の鋼材からなり、軌道面の表面の残留オーステナイト量が３３〜３８体積％で、表面硬さがＨＲＣ６０〜６４であり、切欠部の表面硬さがＨＲＣ４５〜５５、オーステナイト結晶粒が粒度番号で５番以上であり、切欠部の円周方向長さが、切欠部が形成された軌道輪の外径円周に対し０．７〜２．５％である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の軌道輪の間に複数の転動体を転動自在に保持してなり、前記軌道輪の軌道面以外の面に切欠部が形成された転がり軸受であって、
前記軌道輪の少なくとも一方が、質量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０％、Ｓｉ：０．２５〜０．５０％、Ｃｒ：０．８〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｍｏ：０．５〜１．５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である鋼材からなり、
前記軌道面の表面の残留オーステナイト量が３３〜３８体積％で、表面硬さがＨＲＣ６０〜６４であり、
前記切欠部の表面硬さがＨＲＣ４５〜５５、オーステナイト結晶粒が粒度番号で５番以上であり、該切欠部の円周方向長さが、切欠部が形成された軌道輪の外径円周に対し０．７〜２．５％であることを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり軸受に関し、より詳細にオネジ穴や加締め加工部等の切欠部の耐割損性を向上させた転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の軌道輪や転動体の材料として、高炭素クロム鋼や、クロム、モリブデン、ニッケルを含有する肌焼鋼が広く用いられている。後者の場合、浸炭処理または浸炭窒化処理により、表面の炭素濃度を０．８〜１．２質量％程度に調整して使用されている。
【０００３】
また、転がり軸受は、高面圧下で繰返しせん断応力を受けるため、転がり疲労寿命を確保するべく、軌道面の表面硬さをＨＲＣ５８以上となるように熱硬化処理されている。中炭素の高クロム鋼に浸炭処理または浸炭窒化処理を施し、軸受表層に微細炭化物を析出させるとともに、残留オーステナイト量を適正化して異物混入潤滑下での長寿命化を図ることも行われている。
【０００４】
ところで、鉄鋼設備の圧延機械用軸受には、ネジ孔加工部や加締め加工部等の切欠部が形成されるが、切欠部には加工しやすいように防炭処理を施し、他の部分を熱硬化させることが行われている。例えば、特許文献１では、０．３〜０．５％炭素鋼を用い、ネジ孔加工部が形成される軸受端面の表面硬さをＨＶ５５０〜６９０、硬化層深さを軌道面の０．８％以下とし、表面炭素濃度と心部炭素濃度との差を０．４５％以下に規定しており、それにより軸受端面での過浸炭に伴う熱処理割れを防止しつつ、耐摩耗性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１４４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、中炭素高クロム鋼を圧延機械用軸受等の大型軸受に適用した場合、通常の稼動条件では長寿命を示すものの、軸受の組立時の焼嵌めや圧入、分解時の作業において想定外の過大荷重を受けて切欠部が割損することがある。大型軸受では浸炭深さが深いため、防炭処理した切欠部に生じる引張応力が強度低下を引き起こす。防炭部では炭素濃度が周囲の浸炭部よりも低いため、ＭＳ点が周囲に比べて高くなり、マルテンサイト変態が周囲よりも早期に完了し、その後に周囲のマルテンサイト変態が起こる。そして、脱炭が生じると引張応力が増大する。周囲に浸炭層が存在する中で、防炭部を設けることは脱炭状態にあるのに等しく、切欠部では過大荷重に対する耐割損性が低下する。
【０００７】
本発明はこのような譲許に鑑みてなされたものであり、軌道輪全体として強度を維持しつつ、切欠部の耐割損性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、一対の軌道輪の間に複数の転動体を転動自在に保持してなり、前記軌道輪の軌道面以外の面に切欠部が形成された転がり軸受であって、前記軌道輪の少なくとも一方が、質量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０％、Ｓｉ：０．２５〜０．５０％、Ｃｒ：０．８〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｍｏ：０．５〜１．５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である鋼材からなり、前記軌道面の表面の残留オーステナイト量が３３〜３８体積％で、表面硬さがＨＲＣ６０〜６４であり、前記切欠部の表面硬さがＨＲＣ４５〜５５、オーステナイト結晶粒が粒度番号で５番以上であり、該切欠部の円周方向長さが、切欠部が形成された軌道輪の外径円周に対し０．７〜２．５％であることを特徴とする転がり軸受を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の転がり軸受では、ネジ穴や加締め加工部等の切欠部の大きさ及び表面硬さを規定し、更に結晶組織を微細化することにより、切欠部の割損を効果的に防止するとともに、切欠部以外の部分には十分な硬さを付与して必要な強度を維持している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】内輪の切欠部周辺を示す要部断面図である。
【図２】割損試験方法を説明するための模式図である。
【図３】切欠部の円周方向長さ（Ｄ）と内輪外径の円周（Ｌ）との比（Ｘ／Ｌ）に対する、切欠部の表面硬さの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明において転がり軸受の種類には制限はなく、玉軸受やころ軸受等を対象とすることができ、ネジ穴や加締め部位等の切欠部に防炭処理を施している。例えば、図１は内輪１０の切欠部２０の周辺を示す要部断面図であるが、軌道面１５以外の面（ここでは端面）に、加締め加工用の切欠部２０が形成されている。そして、本発明では、この切欠部２０の表面硬さ、大きさ及び結晶組織を下記のように規定している。
【００１３】
切欠部２０の表面２０ａの硬さを、ＨＲＣ４５〜５５、好ましくはＨＲＣ４５〜５０とする。表面硬さがＨＲＣ４５未満では、軸受の組付け・取外し時に切欠部２０及びその周囲が永久変形してしまう。一方、表面硬さがＨＲＣ５５を越えると、軸受の組付け・取外し時に切欠部２０から割損が生じるおそれがある。
【００１４】
また、切欠部２０の円周方向の長さ（Ｘ）を、内輪外径（Ｄ）の円周（Ｌ）に対して０．７〜２．５％、好ましくは１．５〜２．５％とする。この（Ｘ／Ｌ）比が２．５％を超えると、防炭される範囲の増大によって引張応力が顕著に現れるようになり、切欠部２０の底部での割損を起こす可能性が高くなる。一方、（Ｘ／Ｌ）比が０．７％未満では、切欠部自体の応力集中が大きくなるばかりでなく、組付け・取外し時の作業性を低下させる。尚、切欠部２０は、割損し難くするために、角部がないことが好ましく、平面形状で円や楕円であることが好ましい。また、切欠部２０の深さは、割損し難くするために、１２ｍｍ以下が好ましい。
【００１５】
更に、切欠部２０は、オーステナイト結晶粒を粒度番号で５番以上の微細粒にすることにより、良好な耐割損性を有することが可能になる。
【００１６】
内輪１０は、質量％で、Ｃ：０．２５〜０．４０％、Ｓｉ：０．２５〜０．５０％、Ｃｒ：０．８〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｍｏ：０．５〜１．５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物の鋼材からなる。以下に、これら元素の含有量の規定について説明する。
【００１７】
〔Ｃ含有量：０．２５〜０．４０質量％〕
素材を低炭素肌焼き鋼とした場合、切欠部２０の表面硬さがＨＲＣ４５未満となり、割損は生じないものの、変形に対する強度が不十分となり、切欠部２０が極度に変形して軸受性能が劣化する。これを防ぐためには、Ｃ含有量を０．２５質量％以上にする必要がある。一方、Ｃ含有量が０．４０質量％を超えると、表面硬さの上昇、破壊靭性値の低下に伴って耐割損性が低下する。好ましいＣ含有量は、０．２５〜０．３５質量％である。
【００１８】
〔Ｓｉ含有量：０．２５〜０．５０質量％〕
Ｓｉは、基地に固溶して焼入れ性及び焼戻し軟化抵抗性を向上させる効果があり、内輪１０として必要な硬さを確保するために必要な元素である。また、Ｓｉは基地組織中のマルテンサイトを安定化させ、水素による軌道面１５の白色組織変化を遅延させて、白色組織剥離の発生を遅延させて転がり軸受としての寿命延長に寄与する。このような白色組織変化の遅延による寿命延長効果は、Ｓｉ含有量が０．２５質量％未満では不十分である。一方、Ｓｉ含有量が０．５０質量％を超えると、浸炭性及び浸炭窒化性が低下するだけでなく、球状化焼鈍後の硬さが上昇するため、旋削性及び冷間加工性が低下する場合がある。好ましいＳｉ含有量は、０．３５〜０．５質量％である。
【００１９】
〔Ｃｒ含有量：０．８〜２．０質量％〕
Ｃｒにより、鋼材中に微細に分布する炭化物をより高硬度の（Ｆｅ，Ｃｒ）３Ｃ、（Ｆｅ，Ｃｒ）７Ｃ３、（Ｆｅ，Ｃｒ）２３Ｃ６等の炭化物にすることができ、耐摩耗性を高めることができる。また、残留オーステナイトが熱により分解し難くなり、剛性も高まる。更に、Ｃｒも上記したＳｉと同様に、基地組織中の炭化物とマルテンサイトを安定化させるため、水素変化を遅延させて寿命を延長する効果も得られる。このような効果は、Ｃｒ含有量が０．８質量％未満では不十分である。一方、Ｃｒ含有量が２．０質量％を超えると、浸炭性及び浸炭窒化性が低下し、機能面の硬さを確保するために要する温度が高くなって生産性を低下させるだけでなく、球状化焼鈍後の硬さが上昇するため、旋削性及び冷間加工性が低下し、更には端部の硬さを低く抑えることが難しくなる。好ましいＣｒ含有量は、１．０〜２．０質量％である。
【００２０】
〔Ｍｎ含有量：０．５〜１．５質量％〕
Ｍｎは、基地中に固溶して焼入れ性を向上させる効果がある。このような効果は、Ｍｎ含有量が０．５質量％未満では不十分である。一方、Ｍｎ含有量が１．５質量％を超えると、加工性が低下する場合がある。好ましいＭｎ含有量は、０．８〜１．２質量％である。
【００２１】
〔Ｍｏ含有量：０．５〜１．５質量％〕
Ｍｏは、基地に固溶して焼入れ性・焼戻し軟化抵抗性を向上させる効果がある。このような効果は、Ｍｏ含有量が０．５質量％未満では不十分である。一方、Ｍｏ含有量が１．５質量％を超えると、加工性が低下する場合がある。好ましいＭｏ含有量は、０．７から１．２質量％である。
【００２２】
また、内輪１０の軌道面１５の表面は、残留オーステナイト量が３３〜３８体積％で、表面硬さがＨＲＣ６０〜６４である。残留オーステナイト量及び表面硬さをこの範囲にすることにより、必要な強度及び耐久性が得られる。
【００２３】
上記の内輪１０を製造するには、例えば、Ｃ等の必須元素を規定量含有する鋼材を所定形状に旋削した後、切欠部２０に防炭材を塗布した上で全体を浸炭処理または浸炭窒化処理し、室温まで冷却した後、二次焼入れ、焼戻しを行い、切欠部２０以外を旋削及び研削加工を施す。
【００２４】
以上、内輪１０を例示して本発明を説明したが、外輪についても同様にすることができる。但し、切欠部２０の（Ｘ／Ｌ）比については、Ｄを外輪外径としたときの値で、０．７〜２．５％とする。
【実施例】
【００２５】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではなない。
【００２６】
（実施例１〜１８、比較例１〜７）
表１に示す合金組成の鋼材を用い、リング鍛造、旋削した後、平面円形の切欠部に防炭材（株式会社三水化学製「アンチカーボン」）を塗布し、９３０〜１０５０℃で浸炭処理し、室温まで冷却した後、二次焼入れ、焼戻しを実施した。その後、切欠部以外を旋削、研削仕上げを行ってロールネック用円筒ころ軸受の内輪を作製した。尚、このロールネック用円筒ころ軸受は、日本精工株式会社製の２７０ＲＶ３８０１、３２０ＲＶ４５０２、３７０ＲＶ５４０１．４５０ＲＶ６３２１、５３０ＲＶ７８１１、８００ＲＶ１０３２、９２０ＲＶ１２１１であり、それぞれの内輪を模したものである。
【００２７】
表２に、作製した内輪の寸法、切欠部の形状及び性状を示す。
【００２８】
また、図２に示すように、作製した内輪１００の切欠部１２０に、治具２００の半円状の先端を押し当てて荷重Ｆを加え、比較例１の内輪の切欠部に割損が発生したときの荷重Ｆ０を計測した。他の比較例及び実施例で作製した内輪について、この荷重Ｆ０と同一の荷重Ｆを加えた後に切欠部１２０を観察した。そして、表面の変形や割損状態から、再使用可能な場合には「〇」を、再使用が不可能な場合には「×」を、表２に併記した。
【００２９】
【表１】
2015218876.tif 000003
【００３０】
【表２】
2015218876.tif 000004
【００３１】
表２に示すように、鋼材の合金組成、並びに軌道面表面の残留オーステナイト量及び表面硬さ、切欠部の表面硬さ、オーステナイト結晶粒径、（Ｘ／Ｌ）比が本発明の範囲を満足することにより、切欠部の耐割損性が向上することがわかる。尚、比較例４については、軌道面の表面硬さが低くすぎて耐久性が不十分であったため、評価を行っていない。
【符号の説明】
【００３２】
１０、１００  内輪
１５  軌道面
２０、１２０  切欠部
【図１】
2015218876.tif 000005
【図２】
2015218876.tif 000006
【図３】
2015218876.tif 000007