(57)【要約】  本発明は、少なくとも０．６重量％の炭素と、０．００７重量％以下のリンと、任意で他の合金元素を含み、残部が鉄又は鉄と不純物である軸受鋼に関する。本発明は更に、この軸受鋼のみからなる軸受に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも０．６重量％の炭素と、０．００７重量％以下のリンと、任意で他の合金元素とを含み、残部が鉄又は鉄と不純物である、軸受鋼。
【請求項２】
前記リンの量が０．００７重量％より少なく、好ましくは０．００４から０．００７重量％の範囲内である、請求項１に記載の軸受鋼。
【請求項３】
前記炭素の量が０．６から１．５重量％である、請求項１または２に記載の軸受鋼。
【請求項４】
前記炭素の量が０．８から１．１重量％である、請求項３に記載の軸受鋼。
【請求項５】
０．０２重量％以下、好ましくは０．００２から０．０１６重量％の量の硫黄を合金元素として更に含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の軸受鋼。
【請求項６】
０．０１５重量％以上の量のアルミニウムを合金元素として更に含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の軸受鋼。
【請求項７】
０．１から０．７重量％、好ましくは、０．４から０．７重量％、最も好ましくは０．５より上であって０．６重量％までの量のモリブデンを合金元素として更に含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の軸受鋼。
【請求項８】
０．９から１．１重量％の炭素と、０．００３から０．００７重量％のリンと、０．５から０．７重量％のモリブデンと、０．００２から０．０１６重量％の硫黄とを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の軸受鋼。
【請求項９】
前記軸受鋼がベイナイト組織を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の軸受鋼。
【請求項１０】
前記任意の他の合金元素が、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖ、及びＡｌのみからなる群、又はこれらの組み合わせから選択される、請求項１から９のいずれか一項に記載の軸受鋼。
【請求項１１】
請求項１に記載の軸受鋼からなる軸受。
【請求項１２】
前記軸受が４５ｍｍ以下、好ましくは１５から４５ｍｍの材料厚を有する、請求項１１に記載の軸受。
【請求項１３】
前記軸受が４５ｍｍ以上、好ましくは４５から８０ｍｍの材料厚を有する、請求項１１に記載の軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受鋼に関する。本発明は更に、軸受鋼から製造される軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ころ軸受や玉軸受等の軸受は、使用中に高い負荷を受ける。従って、軸受は、高い硬度に加えて、高い疲労強度を有するべきである。
【０００３】
多量の炭素を含む鋼は高い硬度を有することが知られているが、そのような鋼は疲労強度が低いことが問題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的の一つは、疲労強度が改善された軸受鋼を提供することである。本発明による軸受鋼から製造される軸受を提供することも、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第一の態様によると、この目的は、少なくとも０．６重量％の炭素と、０．００７重量％以下のリンと、任意で他の合金元素とを含み、残部が鉄である軸受鋼によって達成される。
【０００６】
残部は、鉄に加えて不純物のみからなってもよいことがわかっている。そのような不純物は、鉄や鋼に通常存在する不純物や微量元素であってもよい。従って、軸受鋼は、少なくとも０．６重量％の炭素と、０．００７重量％以下のリンと、任意で他の合金元素とを含み、残部が鉄又は鉄と不純物であってもよい。
【０００７】
不純物は、０．５重量％以下、好ましくは０．４２５重量％以下の水準で存在してもよい。典型的な不純物は、例えばＣｕ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｔｉ、若しくはＯ、又はそれらの組み合わせであってよい。低水準のＴｉやＯ等の不純物は、低度の硬質非金属介在物をもたらし、オーステナイト粒界において蓄積する傾向のある低水準の他の元素と組み合わせられたこの硬質非金属介在物は、高い疲労強度を有する軸受鋼をもたらす。特に、低度の不純物と組み合わされた本発明による少量のリンは、疲労強度の高い軸受鋼をもたらす。
【０００８】
鉄は基本的に純鉄であってよく、基本的に不純物は含まれない。
【０００９】
本発明による炭素の量は、軸受に使用される鋼に適した高い硬度を鋼に与える。本発明によるリンの量は、疲労強度の高い軸受鋼をもたらす。
【００１０】
軸受鋼は、０．００７重量％より少ない量、好ましくは０．００４から０．００６重量％等の０．００３から０．００７重量％の範囲のリンを有してもよい。そのような量のリンを有する鋼は、製鋼所において効率的に製造され、高い疲労強度を有することがある。０．００３重量％より低い水準のリンでは、製造が難しく高額である。また、０．００７重量％より高い水準のリンでは、希望する高い疲労強度をもたらすことはない。
【００１１】
適切な量の炭素と組み合わされた少量のリンが疲労強度の高い軸受鋼をもたらすという点が、本発明による利点である。
【００１２】
軸受鋼における炭素の量は、例えば０．７から１．３重量％又は０．７から１．１重量％等の、０．６から１．５重量％であってもよい。好ましくは、炭素の量は０．７から１．２重量％、より好ましくは０．８から１．１重量％である。例えば、この量は０．９から１．０重量％であってもよい。そのような量の炭素は、高硬度等の適切な特性を軸受鋼に与える。例えば０．９から１．１重量％のような高い水準の炭素であっても、０．００７重量％以下の水準のリンと組み合わされる場合には、軸受鋼は高い疲労強度を有する。
【００１３】
従って、軸受鋼は、高炭素鋼又は超高炭素鋼であると見なされてもよい。
【００１４】
軸受鋼は更に、０．０２重量％以下の量の硫黄、Ｓ、を含んでもよい。硫黄の量は、例えば０．０００１から０．０１６重量％又は０．０００１から０．０１１重量％等の０．０００１から０．０２重量％であってもよい。本発明の一実施形態によれば、硫黄の量は、例えば０．０００１から０．００１重量％等の０．０００１から０．００２重量％であって、例えば０．０００１から０．０００２重量％である。そのような少量の硫黄は、高い疲労強度を有する軸受鋼をもたらす。本発明の別の実施形態によると、硫黄の量は、例えば０．００２から０．０１３重量％等の０．００２から０．０２重量％であって、例えば０．００３から０．０１２重量％、０．００５から０．０１２重量％、又は０．００７から０．０１１重量％であってよい。たとえ硫黄がそのように多量であっても、たとえ硫黄がそのように多量であって多量の炭素と本発明による量のリンとに組み合わされていても、軸受鋼は高い疲労強度を有する。
【００１５】
軸受鋼において、硫黄とリンの合計量は０．０２重量％以下であってもよい。硫黄とリンのそのような合計量は、疲労強度の高い軸受鋼をもたらすことがある。
【００１６】
軸受鋼は更に、合金元素として０．０１重量％以上の量のアルミニウムを含んでもよい。好ましくは、アルミニウムの量は、０．０１５重量％以上、又は更に好ましくは０．０２重量％以上であってもよい。アルミニウムの最大量は、０．０５重量％であってもよい。従って、軸受鋼におけるアルミニウムの量は、０．０１５から０．０５重量％であってもよい。
【００１７】
軸受鋼は更に、０．１から０．７重量％、好ましくは０．３から０．７重量％、最も好ましくは例えば０．５１から０．６重量％まで等の０．５より上であって０．７重量％までの量のモリブデン、Ｍｏ、を含んでもよい。そのような水準のＭｏは、疲労強度の高い硬質軸受鋼をもたらすことがある。更に、そのような量のＭｏは、ベイナイト組織を有する軸受鋼の製造に効率的であることがある。
【００１８】
軸受鋼は、ベイナイト組織を有しても、又はベイナイト焼き入れを施されたものであってもよい。そのような軸受鋼は、ベイナイト組織以外の他の組織も含んでもよいことがわかっている。好ましくは、例えば軸受鋼の５０から９０パーセントといった、５０パーセントを超えるそうした軸受鋼がベイナイト組織を有している。
【００１９】
ベイナイト組織は、高い強靭性及び高い亀裂伝播抵抗と共に機械特性の改善をもたらす。従って、ベイナイト組織は軸受鋼及び軸受にとって有益であり、これはそうした鋼や軸受には通常及び典型的な使用中に高負荷がかかるためである。本発明の関連する実施形態による比較的高水準の炭素、低水準のリン、比較的高水準のＭｏ、及び／又は比較的高水準の硫黄の組み合わせは、軸受の疲労強度が高い軸受鋼をもたらす。
【００２０】
軸受鋼のベイナイト焼き入れは、下記の方法に従って得られてもよい：鋼をオーステナイト化及び焼き入れし；該鋼を初期マルテンサイト形成温度（Ｍｓ）より高い初期温度（Ｔ１）にさらし；ベイナイト変態中に、Ｍｓより低いが実際のマルテンサイト形成温度よりも高い温度にＴ１を下げる。
【００２１】
このベイナイト焼き入れ方法によって、軸受鋼のベイナイト焼き入れ時間が短くしかも硬度が高くなるとともに、軸受鋼のベイナイト組織が効率的に得られることがある。
【００２２】
軸受鋼の硬度は、例えば５９から６２ＨＲＣ等、５９ＨＲＣより高くてもよく、又は６２ＨＲＣより高くてもよい。
【００２３】
従って、軸受鋼又は軸受は、実質的にベイナイト組織及び少なくとも６２ＨＲＣの硬度を有してもよい。
【００２４】
軸受鋼はまた、疲労強度が高いままで、マルテンサイト組織を有してもよいし、又はマルテンサイト焼き入れを施されてもよい。
【００２５】
０．１から０．７重量％の量のＭｏを含む軸受鋼は、０より上であって１５０ｍｍまでの材料厚を有する軸受に適していることがある。軸受鋼は、０．１から０．５重量％の量のＭｏを有してもよく、この量のＭｏは、材料厚が１５から１００ｍｍ等の、例えば１５から４５ｍｍのような、０より上であって１５０ｍｍまでの軸受に適していることがある。
【００２６】
０．５から０．７重量％の量のＭｏを含む軸受鋼は、材料厚が例えば４５から１５０ｍｍ又は４５から８０ｍｍ等の４５ｍｍ以上である軸受に特に適していることがある。そのような軸受は、例えば、壁の厚さが４５から８０ｍｍであるころ軸受であってもよい。
【００２７】
材料厚が１５ｍｍより少ない軸受に使用される軸受鋼は、０．３５重量％より少ない量、又は０より上であって０．３５重量％までの量のＭｏを有してもよい。そのような軸受鋼は、ベイナイト組織を有することがある。
【００２８】
特に、０．１から０．７重量％の量のＭｏを含む軸受鋼は、ベイナイト組織を有することがある。
【００２９】
軸受鋼は、例えば１．３から２．０重量％等の１．０から３．０重量％の量のクロム、Ｃｒ、を含んでもよい。１．０から１．５重量％というＣｒの量は、材料厚が例えば１５から４５ｍｍ等の０より上であって４５ｍｍまでである軸受に特に適していることがある。例えば１．５から２．０重量％等の１．５から３．０重量％というＣｒ含有量は、材料厚が例えば４５から８０ｍｍ又は４５から１５０ｍｍ等の４５ｍｍ以上である軸受に特に適していることがある。
【００３０】
１．０から３．０重量％の量のＣｒを含む軸受鋼は、ベイナイト組織に適していることがある。
【００３１】
任意の他の合金元素は、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖ、及びＡｌからなる群、又はこれらの組み合わせから選択されてもよい。
【００３２】
そのような任意の他の合金元素は、鋼に適切な特性を与えるのに適していることがある。
【００３３】
もし軸受鋼に存在するのであれば、これらの任意の他の合金元素の適切な水準は、以下の範囲であってもよい：
シリコン（Ｓｉ）：例えば０．０００１−２．５等の、０−２．５重量％
マンガン（Ｍｎ）：例えば０．０００１−２等の、０−２重量％
硫黄（Ｓ）：例えば０．０００１−０．０２等の、０−０．０２重量％
クロム（Ｃｒ）：０−３重量％
ニッケル（Ｎｉ）：例えば０．０００１−１等の、０−１重量％
モリブデン（Ｍｏ）：０−１重量％
バナジウム（Ｖ）：例えば０．０００１−１等の、０−１重量％
アルミニウム（Ａｌ）：０．０１−０．０５０重量％。
【００３４】
そのような水準の合金元素は、低度の硬質非金属介在物及び疲労強度の高い軸受鋼をもたらすかもしれない。
【００３５】
本発明の第二の態様によると、少なくとも０．６重量％の炭素と、０．００７重量％以下のリンと、任意で他の合金元素とを含み、残部が鉄又は鉄と不純物である、軸受鋼からなる又はのみからなる軸受が提供される。
【００３６】
軸受は、少なくとも０．６重量％の炭素と、０．００７重量％以下のリンと、任意で他の合金元素のみからなる又は本質的にのみからなることが好ましいことがある。
【００３７】
従って、軸受には、上述のように軸受鋼の特性が付与されることがある。よって、軸受には高い疲労強度が付与されることがある。
【００３８】
軸受は玉軸受及びころ軸受からなる群から選択されてもよく、玉軸受は深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、スラスト玉軸受、アンギュラスラスト玉軸受、及び自己調心玉軸受、又はそれらの組み合わせからなる群から選択されてもよく、ころ軸受は円筒ころ軸受、球面ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、針状ころ軸受、トロイダルころ軸受、ＣＡＲＢ（登録商標）トロイダルころ軸受、複合針状ころ軸受、円錐ころ軸受、スラスト円錐ころ軸受、スラスト針状ころ軸受、スラスト球面ころ軸受、複合円筒ころ／円錐ころ軸受、トラック・ランナー軸受、及びインデキシング（ｉｎｄｅｘｉｎｇ）ころユニット、又はそれらの組み合わせからなる群から選択されてもよい。軸受の転動体又は軌道輪等の軸受の少なくとも１つの部品が、本発明による軸受鋼からなってもよい。
【００３９】
軸受は、上記の群から選択される玉軸受ところ軸受との組み合わせであってもよい。
【００４０】
軸受は、例えば０より上であって８０ｍｍまで等の０より上であって１５０ｍｍまでの材料厚を有してもよい。従って軸受は、例えば１５から４５ｍｍまで等の０より上であって４５ｍｍまでの材料厚を有してもよく、又は軸受は、例えば４５から８０ｍｍまで若しくは４５から１５０ｍｍまで等の４５ｍｍ以上の材料厚を有してもよい。
【００４１】
本発明の第一の態様に関する軸受鋼についての上記の議論は、軸受に関する本発明の第二の態様の軸受にとっても関連性があるものかもしれない。ここで、軸受について、これらの議論が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】サンプルＡ、Ｂの回転ビーム疲労試験の結果を示す図である。
【図２】サンプルＡ、Ｂのステアケース試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
下記の比較例において、本発明による利点が認められ、理解されるであろう。比較例は本発明に対する理解を深めるために含まれていること、及び比較例は本発明の範囲について制限するものであると理解される可能性が決してないことが理解される。
【００４４】
インゴットＡ及びＢを鋳造するために、２つの鋼ヒートＡ及びＢが用いられた。インゴットＡ及びＢは３５０ｍｍの丸ビレットに鍛造された。ビレットＡ及びＢは切断され、機械加工されて、回転ビームサンプルＡ及びＢとなった。このサンプルＡ及びＢは、２３５℃での塩浴変態を用い、従来のベイナイト変態サイクルを使用して、ベイナイト焼き入れが施された。サンプルＡ及びＢは、高硬度旋削、研削、及び研磨によって完成した。ヒートＡ及びＢから得られたサンプルＡ及びＢの化学組成は、表１に記載されている。サンプルＡは比較例である。
【００４５】
【表１】
2014517151.tif 000002
【００４６】
表１に示されるように、サンプルＡに比べてサンプルＢにおけるリンの量がかなり少ないという点で、サンプルＡとＢは異なり、サンプルＡはサンプルＢよりもリンの含有量が２．８倍多い。サンプルＢにおける硫黄の含有量が、サンプルＡの硫黄の含有量よりも２．５倍高いことも表１からわかる。更に、サンプルＢにおけるＡｌの量は、比較例Ａよりも１７％高い。サンプルＡとＢとを比較すると、他の元素の含有量は同一又は類似している。
【００４７】
回転ビーム疲労試験及びステアケース試験：
１０６０ＭＰａという一定の応力レベルで、いくつかのサンプルＡ及びＢの試験が行われ、ステアケースが製造された。この試験による結果は、図１及び２に示されている。この試験及び結果から、本発明によるサンプルＢの定応力試験における平均耐用期間は、比較例Ａと比べて少なくとも５倍高いことが結論付けられる。
【００４８】
サンプルＡ及びＢのステアケース試験は、図２に示すように、本発明によるサンプルＢを比較例Ａと比較すると、疲労限度の顕著な改善を表す。
【００４９】
表１のサンプルＢに係る化学組成を有する軸受鋼が、疲労強度の改善を含む大幅な特性の改善をもたらすことが、この試験から明らかである。例えば、少量のリンが疲労強度の改善に有益な影響を及ぼすことが結論づけられた。
【００５０】
本発明の一実施形態によると、軸受鋼は、０．９から１．１重量％の炭素と、０．００４−０．００７重量％のリンと、０．５から０．７重量％のモリブデンと、任意で他の合金元素とを含んでもよく、その残部が鉄又は鉄と不純物である。そのような軸受鋼は、高い疲労強度をもたらす。
【００５１】
本発明の他の実施形態によると、軸受鋼は、０．９から１．１重量％の炭素と、０．００４−０．００７重量％のリンと、０．５から０．７重量％のモリブデンと、０．００２から０．０１６重量％の硫黄、Ｓと、任意で他の合金元素を含んでもよく、その残部が鉄又は鉄と不純物である。そのような軸受鋼は、高い疲労強度をもたらす。
【図１】
2014517151.tif 000003
【図２】
2014517151.tif 000004
【国際調査報告】
2014517151.tif 000005
2014517151.tif 000006
2014517151.tif 000007
2014517151.tif 000008