(57)【要約】  高温接合プロセスに適した鋼、特に疲労及び靱性特性に高い要求を有する用途を対象とした部材、例えば軸受部材用の鋼は、０．５〜０．８重量％のＣ、０〜０．１５重量％のＳｉ、０〜１．０重量％のＭｎ、０．０１〜２．０重量％のＣｒ、０．０１〜１．０重量％のＭｏ、０．０１〜２．０重量％のＮｉ、０．０１〜１．０重量％のＶもしくは０．０１〜１．０重量％のＮｂ、又は０．０１〜１．０重量％のＶ及びＮｂの両方、０〜０．００２重量％のＳ、０〜０．０１０重量％のＰ、０〜０．１５重量％のＣｕ、０．０１０〜１．０重量％のＡｌ、残部のＦｅ及び通常生じる不純物の組成を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の組成を重量％で含むことを特徴とする高温接合プロセス用鋼：
Ｃ                  ０．５〜０．８
Ｓｉ                ０〜０．１５
Ｍｎ                ０〜１．０
Ｃｒ                ０．０１〜２．０
Ｍｏ                ０．０１〜１．０
Ｎｉ                ０．０１〜２．０
Ｖ及び／又はＮｂ    ０．０１〜１．０のＶもしくは０．０１〜１．０のＮｂ、又は０．０１〜１．０の両元素
Ｓ                  ０〜０．００２
Ｐ                  ０〜０．０１０
Ｃｕ                ０〜０．１５
Ａｌ                ０．０１０〜１．０
残部がＦｅ及び通常生じる不純物。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼を含むことを特徴とする、疲労特性及び靱性特性に高い要求を有する用途を対象とした部材（１２、１４）。
【請求項３】
軸受部材（１２，１４）であることを特徴とする、請求項２に記載の部材（１２，１４）。
【請求項４】
少なくとも１つの高温接合プロセス接合部を備えることを特徴とする、請求項２又は３に記載の部材（１２、１４）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの高温接合プロセス接合部が少なくとも１つのフラッシュ溶接接合部であることを特徴とする、請求項４に記載の部材（１２、１４）。
【請求項６】
軸受軌道輪又は軸受軌道輪セグメントを構成することを特徴とする、請求項３から５のいずれか一項に記載の部材（１２、１４）。
【請求項７】
玉軸受（１０）、ころ軸受、ニードル軸受、円錐ころ軸受、球面ころ軸受、トロイダルころ軸受、スラスト玉軸受、スラストころ軸受、円錐スラストころ軸受、車輪軸受、ハブ軸受ユニット、旋回軸受、ボールねじ、又は転がり接触もしくは転がり及び滑りの組み合わせなどの交互のヘルツ応力にさらされる用途、及び／又は高耐摩耗性及び／又は増加した疲労強度及び引張強度が必要とされる用途のための部材（１２、１４）のうちの少なくとも一部分を構成することを特徴とする、請求項３から６のいずれか一項に記載の部材（１２、１４）。
【請求項８】
高温接合プロセスのための請求項１に記載の鋼の使用。
【請求項９】
前記高温接合プロセスがフラッシュ溶接である、請求項８に記載の鋼の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温接合プロセスに適した鋼、及び該鋼を含む軸受部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの金属部材は、その製造の間に、フラッシュ溶接などの高温接合プロセスを施される。フラッシュ溶接は、金属レール、ロッド、チェーン、又はパイプのセグメントを接合するための抵抗溶接技術であり、そこでセグメントは、端と端が整列されて帯電され、セグメントの端部を溶融及び溶接する電気アークを生成し、非常に強固かつ滑らかな接合を生み出す。
【０００３】
フラッシュ溶接回路は、通常、低電圧、高電流エネルギー源（通常は溶接用変圧器）及び２つのクランプ電極から構成される。溶接される２つのセグメントは、電極に固定されて接触するまで引き合わせられ、軽い接触を形成する。変圧器に電圧を加えることによって、互いに接触している領域を流れる高密度電流が生じる。フラッシング（Ｆｌａｓｈｉｎｇ）が開始され、フラッシング動作を維持する十分な力及び速度でセグメントは結成される。溶接される２つの端部に熱勾配が構築された後、アップセット力が突然加えられ、溶接が完了する。該アップセット力は、加熱された金属のより冷たい領域に溶接付着物（ｗｅｌｄｉｎｇ  ａｃｃｒｅｔｉｏｎ）を残し、溶接区域からスラグ、酸化物、及び溶融金属を押し出す。接合部は、溶接された物品を自由にするためにクランプが開放されるまで、わずかに冷却され得る。溶接付着物は、要件に応じて、そのままにしても溶接された物品がまだ熱い間にせん断によって除去しても、粉砕によって除去してもよい。
【０００４】
フラッシュ溶接プロセスの間、２つの表面が結成されると、２つの表面の面に垂直な材料の流れが形成される。この材料の流れは、粒状組織又は２つの表面の面に垂直に配向した繊維の流れを形成する。材料内に存在する包有物は、この材料の流れに組み込まれる。
【０００５】
鋼軸受軌道輪などの部材をフラッシュ溶接する場合、得られる包有物を持つ材料の流れは、フラッシュ溶接接合部を含まない軸受と比較して、完成品の溶接された軸受軌道輪における疲労亀裂発生及び伝搬の点で好ましくない。冷却するとすぐに、鋼中の包有物は、溶接領域を著しく弱化させる鋼の粒界に析出し得る。さらに、粒成長は、フラッシュ溶接の高温で急速であり、フラッシュ溶接接合部を含まない軸受軌道輪と比較して大きなオーステナイト粒径が軸受軌道輪の強度を著しく低下させる。加えて、フラッシュ溶接は、フラッシュ溶接付近の鋼の品質に悪影響を及ぼし得る強酸化条件下で実施される。
【０００６】
これら全ての因子の深刻さは、鋼の組成に応じて、フラッシュ溶接部の付近における鋼の物理特性に悪影響を及ぼし得るため、鋼組成の中にはフラッシュ溶接などの高温接合プロセスにおける使用に適さないものもある。鋼中の合金化元素の量を変化させると、得られる鋼の硬度、延性、及び抗張力などの物理特性に影響し得る。しかし、ある物理特性を向上させる変更が別の物理特性に有害な影響を及ぼす可能性もあるため、このような変更は注意深く制御しなければならない。例えば、過共析炭素含量を有する鋼は、溶接の間に生成したオーステナイト中に過量の炭素が溶解するため、溶接領域問題を引き起こすことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高温接合プロセス、すなわち鋼が固相線温度付近まで又はそれを超えて加熱される任意のプロセスに適した鋼を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、以下の組成（重量％）を含む鋼によって達成される：
Ｃ                  ０．５〜０．８
Ｓｉ                ０〜０．１５
Ｍｎ                ０〜１．０
Ｃｒ                ０．０１〜２．０
Ｍｏ                ０．０１〜１．０
Ｎｉ                ０．０１〜２．０
Ｖ及び／又はＮｂ    ０．０１〜１．０のＶもしくは０．０１〜１．０のＮｂ、又は０．０１〜１．０の両元素
Ｓ                  ０〜０．００２
Ｐ                  ０〜０．０１０
Ｃｕ                ０〜０．１５
Ａｌ                ０．０１０〜１．０
残りはＦｅ及び通常生じる不純物。
【０００９】
鋼が０．７重量％を超えるＣを含まないようにすることによって、鋼に高温接合プロセスが施された場合に、粒界カーバイドが防止されるか又は実質的に減少され、所望の小さな粒子サイズ（例えば５０〜１００μｍの一次オーステナイト粒径を有する）が得られる。バナジウム及び／もしくはニオブ元素の一方又は両方の添加によって、粒子成長の速度が低減され得る。
【００１０】
鋼（容易に酸化する合金化元素）のケイ素含有量を最小化し、マンガン及びクロムの含有量を上記の値まで低減することによって、鋼はより安定となり、フラッシュ溶接などの高温接合プロセスの間に容易に酸化されなくなる。鋼の硫黄含有量を絶対最小値に抑えることによって、高温接合プロセスを受けた鋼中の望ましくない非金属包有物の含有量が最小化する。非常に低い硫黄含有量及び制御された形状の非金属包有物を保証する製鋼の間の特殊な取鍋処理によって、高レベルの厚さ方向の延性が得られる。
【００１１】
溶接領域を著しく弱化させ得る高温接合プロセスを鋼が受ける場合に、鋼中の残留元素又はトランプ元素のオーステナイト粒界への移動を妨げるために、鋼のリン含有量もまた絶対最小値に低減される。モリブデン、ニッケル及び任意選択的にバナジウムの添加によって、大きな部材（すなわちＤｌが４００ｍｍ以上）の無心焼入れを可能にする程度に十分な硬化性が鋼にもたらされる。
【００１２】
従って、フラッシュ溶接等の高温接合プロセスがもたらす好ましくない材料の流れの悪影響は、高温接合プロセスを受ける部材をそのような鋼から製造することによって制限され得る。
【００１３】
そのような鋼を使用することによって、接合／溶接された部材が構造的に脆弱な領域を有さないため、優れた接合部／溶接部を有する接合／溶接された部材がもたらされる。従って、そのような接合／溶接された部材は、そのような鋼を含まない接合／溶接された部材と比較して高度の構造的完全性を有する。従って、そのような鋼は、高温接合プロセスに適しており、特に、部材が製造中又は製造後に高温接合プロセスを受けることになる、疲労及び靱性特性に高い要求を有する用途を対象とした部材の製造に適する。
【００１４】
本発明はまた、そのような組成を有する鋼を含む、疲労及び靱性特性に高い要求を有する用途を対象とした部材に関する。該部材は、例えば、軸受軌道輪又は２つ以上が互いに接合／溶接されて軸受軌道輪を形成する軸受軌道輪セグメントなどの軸受部材であり得る。
【００１５】
本発明の実施形態によると、部材は、少なくとも１つのフラッシュ溶接接合部などの少なくとも１つの高温接合プロセス接合部を含む。
【００１６】
本発明の実施形態によると、部材は、玉軸受、ころ軸受、ニードル軸受、円錐ころ軸受、球面ころ軸受、トロイダルころ軸受、スラスト玉軸受、スラストころ軸受、円錐スラストころ軸受、車輪軸受、ハブ軸受ユニット、旋回軸受、ボールねじ、又は転がり接触もしくは転がり及び滑りの組み合わせなどの交互のヘルツ応力にさらされる用途、及び／又は高耐摩耗性及び／又は増加した疲労強度及び引張強度が必要とされる用途のための部材のうちの１つの少なくとも一部分を構成し得る。
【００１７】
本発明はまた、フラッシュ溶接などの高温接合プロセス用の上記組成を有する鋼の使用に関する。
【００１８】
本発明は、以降において、添付の概略的な図面に関する非限定的な実施例によってさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態による軸受部材を概略的に示す図である。
【図２】フラッシュ溶接以前の本発明の実施形態による軸受軌道輪を示す図である。
【図３】フラッシュ溶接された本発明の実施形態による軸受部材の２つの端部を示す図である。
【図４】フラッシュ溶接の間の軸受部材の表面での材料の流れを示す図である。
【図５】リン含有量が鋼の靱性に与える影響を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面は縮尺通りに記載されておらず、明確にするために特定の特徴の寸法が誇張されていることに留意すべきである。
【００２１】
図１は、軸受部材１０、すなわち、直径１０ｍｍから数ｍの寸法を有し得、数十グラムから数千トンの耐荷重能を有し得る転がり軸受の例を概略的に示す。本発明による軸受部材はすなわち、任意の寸法であり、任意の耐荷重能を有し得る。軸受部材１０は、内輪１２、外輪１４、及び一組の転動体１６を有する。転がり軸受１０の内輪１２、外輪１４、及び／又は転動体１６、並びに好ましくは転がり軸受１０の全ての転がり接触部分は、０．５〜０．８重量％のＣ、０〜０．１５重量％のＳｉ、０〜１．０重量％のＭｎ、０．０１〜２．０重量％のＣｒ、０．０１〜１．０重量％のＭｏ、０．０１〜２．０重量％のＮｉ、０．０１〜１．０重量％のＶもしくは０．０１〜１．０重量％のＮｂ、又は０．０１〜１．０重量％のＶ及びＮｂの両方、０〜０．００２重量％のＳ、０〜０．０１０重量％のＰ、０〜０．１５重量％のＣｕ、０．０１０〜１．０重量％のＡｌ、残部のＦｅ及び通常生じる不純物を含む鋼から製造される。
【００２２】
例えば、該鋼は、０．７％のＣ、０．１％のＳｉ、０．７％のＭｎ、３％のＣｒ、０．５％のＭｏ、１．０％のＮｉ、０．１５％のＶ、０．００１％のＳ、０．００８％のＰ、０．１０％のＣｕ、０．０３５％のＡｌ、残部のＦｅ及び通常発生する不純物を含み得る。このような鋼は、４００ｍｍを超えるＤｌを有し得る。
【００２３】
図２は、フラッシュ溶接される前のころ軸受の内輪等の開放軸受軌道輪１２を示す。軸受軌道輪１２は、上述の組成を有する鋼から製造される。図示した実施形態の開放軸受軌道輪１２は、フラッシュ溶接接合部を形成するためにフラッシュ溶接によって溶接されることになる２つの端部１２ａ、１２ｂを備える。このような軸受軌道輪１２は、複数のフラッシュ溶接接合部を含む軸受軌道輪を形成するためにフラッシュ溶接によって端部が溶接される、２つ以上の軸受軌道輪セグメントを備え得ることに留意すべきである。
【００２４】
図３は、フラッシュ溶接された開放軸受軌道輪１２の端部１２ａ，１２ｂを示す。開放軸受軌道輪１２の端部１２ａ，１２ｂは固定されて制御された速度で引き合わせられ、変圧器１８から電圧が印可される。２つの端部１２ａ，１２ｂの間にアークが形成される。フラッシュ溶接工程の最初は、２つの表面１２ａ、１２ｂが一様で傷のない程度にアークギャップ２０が十分大きい。ギャップ２０を小さくし、次いで開閉すると、２つの表面１２ａ、１２ｂに熱が生じる。２つの表面１２ａ、１２ｂの温度が鍛造温度に達すると、図３における矢印１９の方向に圧力が加えられる（又は可動端部が静止端部に対してプレスされる）。２つの表面１２ａ，１２ｂの間に閃光が生じ、それにより、図４における矢印２４で示されるように、溶接領域の材料が表面１２ａ，１２ｂから軸受軌道輪１２の内表面及び外表面１２ｃ、１２ｄに向かって外側に放射状に流れる。
【００２５】
例えば空気での水系、油系、又はポリマー系急冷における冷却後、溶接された軸受軌道輪１２の内表面及び該表面１２ｄ及び１２ｃ上に蓄積されるいかなる溶接付着物も除去され得る。
【００２６】
図示された実施形態において示される鋼バー１２の端部１２ａ、１２ｂは、鋼バー１２の側面１２ｃ、１２ｄに対して９０°の角度をなす端部を含む。しかし、鋼バー１２は、鋼バーの側面１２ｃ、１２ｄに対して９０°を超える角度又は９０°未満の角度をなす端部１２ａ、１２ｂを含んでもよく、つまり、鋼バー１２は、斜めに傾斜した端部を含み得る。
【００２７】
図５は、鋼の硬度に対するリン含有量を重量％で示すグラフである。リン含有量が高いほど、鋼の硬度が低くなることがわかる。高温接合プロセス用の鋼における最適なリン含有量は、０〜０．０１０重量％であることが見いだされた。
【００２８】
特許請求の範囲内における本発明のさらなる変更は、当業者に明らかであろう。
【符号の説明】
【００２９】
１０  軸受部材
１２  内輪
１４  外輪
１６  転動体
１８  変圧器
２０  アークギャップ
【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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【国際調査報告】
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2014506289.tif 000009
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