(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量割合で、Ｏ：≦８ｐｐｍ、Ｓ：≦０．００８％、Ａｌ：０．００５〜０．０３０％を有し、鋼中の全酸化物系介在物に占めるＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3系酸化物の個数比率が７０％以上からなる機械部品用鋼の製造方法に対して、最終的に該鋼製部品としての焼入焼戻しにより表面硬さ５８ＨＲＣ以上を付与する工程に先立ち、１１０５〜１２２０℃に加熱し、１２０ＭＰａ以上の静水圧圧縮応力を付与することにより該鋼中の非金属介在物と母相である鋼との界面を密着状態とし、なおかつ非金属介在物中の内部損傷を修復することを特徴とする転動疲労寿命に優れた機械部品用鋼の製造方法。
【請求項２】
機械部品用鋼の製造方法は、その鋼組成がＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定される高炭素クロム軸受鋼鋼材、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１に規定されている機械構造用炭素鋼鋼材、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５２に規定されている焼入れ性を保証した構造用鋼鋼材（Ｈ鋼）、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５３に規定されている機械構造用合金鋼鋼材、ＪＩＳ  Ｇ  ３４４１に規定されている機械構造用合金鋼鋼管、ＪＩＳ  Ｇ  ３４４５に規定されている機械構造用炭素鋼鋼管、ＪＩＳ  Ｇ  ３５０７−１に規定されている冷間圧造用炭素鋼−第１部：線材、ＪＩＳ  Ｇ  ３５０７−２に規定されている冷間圧造用炭素鋼−第２部：線、ＪＩＳ  Ｇ  ３５０９−１に規定されている冷間圧造用合金鋼−第１部  線材、ＪＩＳ  Ｇ  ３５０９−２に規定されている冷間圧造用合金鋼−第２部：線におけるいずれかの鋼組成であることを特徴とする請求項１に記載の転動疲労寿命に優れた機械部品用鋼の製造方法。
【請求項３】
機械部品用鋼の製造方法は、その鋼材形状を得るための工程あるいはその工程に続く機械部品形状を得るための工程で受ける複数回の塑性加工において、これらの複数回の工程のうちの切削加工を除く最後の塑性加工が熱間塑性加工であることを特徴とする請求項１に記載の転動疲労寿命に優れた機械部品用鋼の製造方法。
【請求項４】
機械部品用鋼の製造方法は、その鋼材形状を得るための工程あるいはその工程に続く機械部品形状を得るための工程で受ける複数回の塑性加工において、これらの複数回の工程のうちの切削加工を除く最後の塑性加工が温間塑性加工であることを特徴とする請求項１に記載の転動疲労寿命に優れた機械部品用鋼の製造方法。
【請求項５】
機械部品用鋼の製造方法は、その鋼材形状を得るための工程あるいはその工程に続く機械部品形状を得るための工程で受ける複数回の塑性加工において、これらの複数回の工程のうちの切削加工を除く最後の塑性加工が冷間塑性加工であることを特徴とする請求項１に記載の転動疲労寿命に優れた機械部品用鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非金属介在物が破損起点となるような軸受、ギア、ハブユニット、無段変速機、等速ジョイント、ピストンピンなどの優れた転動疲労寿命が求められ、表面硬さを５８ＨＲＣ以上に硬化して使用される機械部品用鋼の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種の機械装置の高性能化にともない、転動疲労寿命が求められる機械部品や装置の使用環境は非常に厳しくなり、寿命の向上ならびに信頼性の向上が強く求められている。このような要求に対し、鋼成分の適正化や不純物元素の低減化の取り組みがなされている。しかし、このような高清浄度の鋼材を用いても、十分に短寿命破損を抑制することはできていない。そこで、鋼材中の非金属介在物を低減して高清浄度化をはかり、さらに該非金属介在物を小径化しようとする試みが行われている。
【０００３】
ところで、良く知られるＡｌ2Ｏ3、ＭｎＳ、ＴｉＮのような鋼中の非金属介在物は、鋼部品の転動疲労における内部はく離の起点として有害であるとの考え方は根強い。これらの非金属介在物の径が大きいほど、鋼部品の転動疲労寿命が低下することからも、この考え方は概ね正しいとみられる。したがって、非金属介在物量を少なくした、すなわち、鋼の清浄度を高めた、介在物径が２０μｍ以上の大型の酸化物系非金属介在物の極めて少ない高清浄度鋼が種々提案されている（例えば、特許文献１や特許文献２参照。）。しかし、安定して非金属介在物を小径化することは必ずしも容易ではない。
【０００４】
一方、本発明者らは、転動疲労における破損、すなわち、はく離に至る過程を人工欠陥材のき裂化過程の観察により詳細に検討し、空洞や非金属介在物周囲の隙間の存在がき裂発生に対して支配的な役割を果たす可能性が高いことを示した（例えば、非特許文献１参照。）。それらの知見に基づき、本発明者らは機械構造用鋼の一部もしくは全体を焼入焼戻し処理方法により５８ＨＲＣ以上を得る機械部品の製造方法において、該機械構造用鋼が鋼材形状を得るための工程あるいはその後の機械部品形状を得るための工程で塑性加工を受けた後、焼入焼戻しを行う前に、８００〜１１００℃に加熱し１００ＭＰａ以上の静水圧圧縮応力を付与することにより、該鋼中に含有する非金属介在物と母相である鋼との界面を密着する処理を行うことを特徴とする転動疲労寿命に優れた機械部品の製造方法を提案している（例えば、特許文献３参照。）。この方法により母相と鋼の界面を密着することにより、従来に無い大幅な寿命向上を達成している。このような物理的な隙間は、鋼材の製造過程や部材に成形していく過程において、必ず行なわれる何らかの塑性加工、すなわち、熱間圧延、冷間圧延、熱間鍛造、温間鍛造、冷間鍛造、ローリング鍛造、冷間転造、冷間ヘッダー加工ならびに引抜き加工などによって生じる場合があることが指摘されている。
【０００５】
また、本発明者らは、表面硬さを５８ＨＲＣ以上とする機械部品に用いる鋼部材であって、鋼中の酸素含有量が８ｐｐｍ以下、硫黄含有量が０．００８質量％以下で、転動体が負荷を受けて回転する転動面から、転動面に平行に被検面積４０ｍｍ2以上４００ｍｍ2以下の試験片を採取して観察を行う際に、実効有害長さが１０μｍ以上、実効有害幅が２μｍ以上の介在物を全て観察し、以下で定義される隙間率をそれぞれの介在物について算出し、観察された全介在物の隙間率の平均が８％以下で、かつ、観察された全介在物のうち、隙間率１．０％未満の介在物が観察された全介在物に占める割合を、隙間ゼロ個数率としたとき、隙間ゼロ個数率が３０％以上となることを特徴とする転がり疲労寿命に優れた鋼部材について提案している（例えば、特許文献４参照。）。なお、同発明において、隙間率とは以下のように定義されている。
隙間率＝隙間部分の面積÷（隙間部分の面積＋介在物面積）
【０００６】
また、上記でいう実効有害長さは、特許文献４に記載するように、実際の介在物に加えて介在物周囲の隙間を含めた長さであり、実効有害幅は、実際の介在物に加えて介在物周囲の隙間も含めた幅である。これらの発明者らによる両発明はいずれも介在物と母相の界面の制御に主眼が置かれたものとなっている。
【０００７】
これらの両発明においては、非金属介在物と母相との密着について十分な関心が払われている。しかし、特許文献４では、非金属介在物中に内在する損傷については何ら言及されておらず、考慮の対象では無かった。また、特許文献３においては、静水圧応力を付与する温度と静水圧圧縮応力が必要十分には高くないため、介在物と母相である鋼との界面の密着については明白な効果があるものの、塑性加工にともなって介在物自体に導入された割れなどの内部損傷の修復については効果が小さかった。発明者らは、この非金属介在物の内部損傷に着眼することによって、さらなる寿命向上の余地があることを見出した。すなわち、そのような内部損傷にともなって介在物にはエッジの鋭い部分が生成されやすく、そこが応力集中を助長して転動疲労寿命に対して悪影響を与えることから、その内部損傷自体の修復に着眼するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−６３４０２号公報
【特許文献２】特開平０６−１９２７９０号公報
【特許文献３】特許第５４０３９４５号公報
【特許文献４】特開平２０１４−５５３４６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】鉄と鋼、Ｖｏｌ．９４（２００８）Ｎｏ．１、ｐ．１３〜２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、化学成分の限定、介在物組成の制限、鋼材中に含有する非金属介在物と母相である鋼との界面状態の改善、さらには非金属介在物中に内在される損傷の修復を図った鋼材とすることで、非金属介在物と母相との界面状態を改善した鋼に比べてもなお優れた転動疲労寿命を発揮する機械部品用鋼の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者は、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材として作製した金属粉末と、少量のＡｌ2Ｏ3の粉末を混合したものを金属製コンテナに充填し、封止したのち熱間で押出し加工を行った。次いで、８７０℃の焼ならしと最高点温度８００℃の球状化焼なましを施したのち、その断面のミクロ組織を観察した。また、押出し加工した鋼に対して、特許文献３に提案されている温度域より高い１１５０℃に加熱したのち、１４０ＭＰａの静水圧圧縮応力を付与した後、同様の焼ならし、および球状化焼なましを施したのちの断面のミクロ組織を観察した。その結果、図２に示すように、適切な条件での静水圧圧縮応力付与により、介在物と母相である鋼との界面の密着が図られるのみならず、介在物中の割れが修復されていることを突き止めた。この知見等に基づき、以下の課題を解決するための手段を得た。
【００１２】
課題を解決するための手段は、第１の手段では、質量割合で、Ｏ：≦８ｐｐｍ、Ｓ：≦０．００８％、Ａｌ：０．００５〜０．０３０％を含有し、かつ、この鋼中の全酸化物系介在物に占めるＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3系酸化物の個数比率が７０％以上からなる機械部品用鋼に対して、最終的に該鋼製部品としての焼入焼戻しにより表面硬さ５８ＨＲＣ以上を付与する工程に先立ち、１１０５〜１２２０℃に加熱し、１２０ＭＰａ以上の静水圧圧縮応力付与を付与することによって、該鋼中の非金属介在物と母相である鋼との界面を密着状態とし、なおかつ非金属介在物中の内部損傷を修復することを特徴とする転動疲労寿命に優れた機械部品用鋼の製造方法である。
【００１３】
この第１の手段の機械部品用鋼の製造方法は、上記したように、該鋼中に含有の非金属介在物と母相である鋼との界面が密着されて、非金属介在物中の内部損傷が修復されたものであり、最終的には鋼製部品としての切削加工とそれに続く一部または全体の焼入焼戻しが施されるものであり、転動疲労寿命に優れた機械部品用鋼製品とすることができる。
【００１４】
上記の手段の静水圧を付与する際の加熱温度は１１０５〜１２２０℃であるが、望ましくは１１２０℃から１２２０℃である。より望ましくは１１２０℃から１２００℃である。なお、上記でいうＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3系非金属介在物には、化学量論組成比となるＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3以外に、質量％で、ＣａＯ：≦１５％、および／またはＳｉＯ2：≦１５％を有するものであっても良い。
【００１５】
上記の第１の手段で用いられる機械部品用鋼について、質量割合で、Ｏ：８≦ｐｐｍ、Ｓ≦０．００８％とする理由は、鋼中で、非金属介在物と母相である鋼が密着状態で存在した場合であっても、鋼を部品に成形したのちの部品表面に表出した状態となった場合には、寿命に対して有害な作用を及ぼす酸化物系介在物、ならびに硫化物系介在物について、その大きさと存在頻度を低減するためである。
【００１６】
上記の第１の手段で用いられる機械部品用鋼は、好ましくは、Ｏ：≦６ｐｐｍ、Ｓ：≦０．００３％である。さらに、ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3系に比べて軟質性の介在物を生成させないために、またさらに、硬質でかつ鋼中で凝集してクラスター状となりやすい純アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の生成を回避するために、Ａｌ：０．００５〜０．０３０％、好ましくは０．００８〜０．０３０％、さらに好ましくは０．０１１〜０．０３０質量％とする。
【００１７】
さらに、第１の手段に用いられる機械部品用鋼においては、酸化物系介在物の平均組成の規制の下で、かつ、酸化物系介在物の全酸化物系介在物に占めるＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3系酸化物の個数比率が７０％以上、好ましくは８０％以上に規制したものにおいて、これらは高融点を有する酸化物組成であるため、鋼の鋳塊を製造する過程において溶鋼中から小径の酸化物が球状に近い形で晶出しているので、このように球状に近い形で酸化物が晶出していても、その後に溶鋼中で凝集し、クラスター状となり易い純アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）は晶出が抑制されているため、溶鋼が凝固した後の鋳塊内において酸化物系介在物は小径でかつ球状に近い形で分散することになり、したがって、最終製品である転動輪部品としての軌道表面に非金属介在物が表出した場合であっても、応力集中が軽減される効果が得られる。
【００１８】
ところで、鋼材形状を得るための工程あるいはその後の機械部品形状を得るための工程中で機械部品用鋼に与えられる塑性加工によって、非金属介在物と母相との間に隙間が発生したり、さらに介在物内に割れ等の損傷が発生することがある。それに対する対策として、機械部品用鋼の製造方法として最終的に該鋼製部品としての切削加工とそれに続く焼入焼戻しにより表面硬さ５８ＨＲＣ以上を付与する工程に先立ち、１１０５〜１２２０℃に加熱し１２０ＭＰａ以上の静水圧圧縮応力を付与することにより、該鋼中に含有される非金属介在物と母相である鋼との界面を密着状態とし、かつ非金属介在物中の内部損傷が修復された鋼とすることで、これらの鋼の切削加工と焼入焼戻してなる最終的な鋼製部品として使用する際に、従来に無い転動疲労寿命に優れた機械部品用鋼製品とすることができる。
【００１９】
第２の手段では、機械部品用鋼の製造方法は、その鋼組成が、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定される高炭素クロム軸受鋼鋼材、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１に規定されている機械構造用炭素鋼鋼材、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５２に規定されている焼入れ性を保証した構造用鋼鋼材（Ｈ鋼）、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５３に規定されている機械構造用合金鋼鋼材、ＪＩＳ  Ｇ  ３４４１に規定されている機械構造用合金鋼鋼管、ＪＩＳ  Ｇ  ３４４５に規定されている機械構造用炭素鋼鋼管、ＪＩＳ  Ｇ  ３５０７−１に規定されている冷間圧造用炭素鋼−第１部：線材、ＪＩＳ  Ｇ  ３５０７−２に規定されている冷間圧造用炭素鋼−第２部：線、ＪＩＳ  Ｇ  ３５０９−１に規定されている冷間圧造用合金鋼−第１部  線材、ＪＩＳ  Ｇ  ３５０９−２に規定されている冷間圧造用合金鋼−第２部：線におけるいずれかの鋼であることを特徴とする第１の手段の転動疲労寿命に優れた機械部品用鋼の製造方法である。
【００２０】
第３の手段では、機械部品用鋼の製造方法は、この鋼からなる鋼材部品形状を得るための工程あるいはその工程に続く機械部品形状を得るための工程で受ける複数回の塑性加工で、これらの複数回の工程のうちの切削加工を除く最後の塑性加工が熱間塑性加工であることを特徴とする第１の手段による転動疲労寿命に優れた機械部品用鋼の製造方法である。
【００２１】
第４の手段では、機械部品用鋼の製造方法は、この鋼からなる鋼材形状を得るための工程あるいはその工程に続く機械部品形状を得るための工程で受ける塑性加工が複数回で、これらの複数回の工程のうちの切削加工を除く最後の塑性加工が温間塑性加工であることを特徴とする第１の手段による転動疲労寿命に優れた機械部品用鋼の製造方法である。
【００２２】
第５の手段では、第１の手段に用いられる機械部品用鋼の製造方法は、この鋼からなる鋼材形状を得るための工程あるいはその工程に続く機械部品形状を得るための工程で受ける複数回の塑性加工で、これらの複数回の工程のうちの切削加工を除く最後の塑性加工が冷間塑性加工であることを特徴とする第１の手段による転動疲労寿命に優れた機械部品用鋼の製造方法である。
【発明の効果】
【００２３】
上記の本発明の手段とすることにより、化学成分が限定され、非金属介在物組成が制限された機械部品用鋼に対して、該鋼材中に含有する非金属介在物と母相である鋼の界面状態の改善、さらに非金属介在物中に内在される損傷の修復された鋼材を製造することができるので、単に非金属介在物と母相の界面状態を改善した鋼に比して、より優れた転動疲労寿命を発揮する機械部品用鋼材が得られ、該鋼からなる部品を焼入焼戻しにより、表面硬さが５８ＨＲＣ以上で、かつ、はく離の可能性の極めて低い、転動疲労寿命に優れた機械用部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】熱間押出し加工による高炭素クロム軸受鋼のＳＵＪ２鋼中のＡｌ2Ｏ3系非金属介在物近傍の光学顕微鏡写真で、熱間押出し加工で試作したＳＵＪ２鋼に焼ならしと球状化焼なましを施した後のＡｌ2Ｏ3系非金属介在物近傍の断面ミクロ組織を示す。
【図２】熱間押出し加工による高炭素クロム軸受鋼のＳＵＪ２鋼中のＡｌ2Ｏ3系非金属介在物近傍の光学顕微鏡写真で、熱間押し出し加工で試作したＳＵＪ２鋼を１１５０℃に加熱した後、１４０ＭＰａの静水圧圧縮応力を付与し、さらに焼ならしと球状化焼なましを施した後のＡｌ2Ｏ3系非金属介在物近傍の断面ミクロ組織を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
軸受、ギア、ハブユニット、無段変速機、等速ジョイント、ピストンピンなどの機械部品に求められる本発明における鋼には、一般的にＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定されている高炭素クロム軸受鋼鋼材、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１に規定されている機械構造用炭素鋼鋼材、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５２に規定されている焼入れ性を保証した構造用鋼鋼材（Ｈ鋼）、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５３に規定されている機械構造用合金鋼鋼材、ＪＩＳ  Ｇ  ３４４１に規定されている機械構造用合金鋼鋼管、ＪＩＳ  Ｇ  ３４４５に規定されている機械構造用炭素鋼鋼管、ＪＩＳ  Ｇ  ３５０７−１に規定されている冷間圧造用炭素鋼−第１部：線材、ＪＩＳ  Ｇ３５０７−２に規定されている冷間圧造用炭素鋼−第２部：線、ＪＩＳ  Ｇ  ３５０９−１に規定されている冷間圧造用合金鋼−第１部：線材、ＪＩＳ  Ｇ  ３５０９−２に規定されている冷間圧造用合金鋼−第２部：線、およびそれぞれの関連外国規格鋼が用いられる。ところで、上記した本発明としての鋼の実施により得られる効果はいずれも同様のものであるので、ここでは、上記のＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定されている高炭素クロム軸受鋼鋼材における実施の形態について説明するものとする。ただし、この高炭素クロム軸受鋼の化学組成の範囲により、本願発明で対象とする上記の全ての鋼の化学組成を限定するものではない。
【００２６】
本願発明で対象とする上記のＪＩＳ規格の鋼は、一般的に、１）アーク溶解炉または転炉による溶鋼の酸化精錬、２）取鍋精錬炉（ＬＦ）による還元精錬、３）還流式真空脱ガス装置（ＲＨ）による還流真空脱ガス処理（ＲＨ処理）、４）連続鋳造法または造塊法による鋼塊の鋳造、および５）鋼塊の熱間圧延もしくは熱間での圧鍛による、または冷間圧延もしくは冷間での圧鍛による、塑性加工工程を経て製造される。本発明における鋼材形状を得るための工程とは上記に記載の１）〜５）の各工程を指し、鋼材形状とは形鋼、棒鋼、管材、線材、鋼板、および鋼帯の形状を指す。
【００２７】
次いで、熱間鍛造、亜熱間鍛造、温間鍛造、冷間鍛造、ローリング鍛造、冷間転造、冷間ヘッダー加工ならびに引抜き加工、場合によっては引抜き加工と冷間ヘッダー加工、さらには上記の各加工の組合せからなる塑性加工と、必要に応じて軟化や組織調整を目的とした熱処理とを施し、さらに切削加工を行なって、機械部品形状の部材に成形する。本発明における機械部品形状を得るための工程とは上記に記載の各加工の工程を指す。
【００２８】
なお、本発明における熱間鍛造などの熱間塑性加工における熱間とは加工される素材である当該鋼の再結晶温度以上の温度域を指し、温間鍛造などの温間塑性加工における温間とは室温より上で再結晶温度より下の温度域をそれぞれ指し、冷間鍛造などの冷間塑性加工における冷間とは室温およびその近辺の温度域を指す。
【００２９】
上記の機械部品形状の部材への成形に続いて、表面硬さ５８ＨＲＣ以上を得るために、全体焼入れ（ズブ焼入れ）、浸炭焼入れ、浸炭窒化焼入れ、窒化焼入れ、浸炭浸窒焼入れ、または高周波焼入れなどとその後の焼戻しなどである、焼入焼戻し処理が鋼材や用途に応じて施されて、研磨や研削などの仕上げ処理を経て、本願発明で対象とする機械部品が製造される。本願発明における焼入焼戻し処理方法とは上記に記載の処理を指す。
【００３０】
本願発明の効果を得るためには、最終的に該鋼製部品としての切削加工とそれに続く焼入焼戻しにより表面硬さ５８ＨＲＣ以上を付与する工程に先立って、当該鋼を１１０５〜１２２０℃に加熱し、１２０ＭＰａ以上の静水圧圧縮応力を付与することにより、当該鋼中に含有される非金属介在物と母相である鋼との界面が密着され、かつ非金属介在物中の内部損傷が、図２の顕微鏡写真にみられるように、修復された状態とする必要がある。その手段としては、１１０５〜１２２０℃に加熱した後に１２０ＭＰａ以上の静水圧圧縮応力を付与することが可能な工法が適する。例えば、その工法として、熱間等方圧プレス法すなわちＨＩＰ法やホットプレス法や完全閉塞あるいは完全密閉による熱間鍛造法が推奨される。
【００３１】
なお、金型による完全密閉をしないで行う、熱間鍛造、亜熱間鍛造、温間鍛造、冷間鍛造や、また拡径加工を行うローリング鍛造、また冷間ヘッダー加工や、あるいは引抜き加工の場合では、鋼材に等しく静水圧圧縮応力を付与できなくなるか、もしくは、特定方向の引張応力の付与のために非金属介在物と母相である鋼との界面に隙間が生じたり、非金属介在物内部に割れを生じたりする場合があるために、また特に冷間工法や温間工法では静水圧圧縮応力を付与する際の加熱温度不足のため、本発明の効果は得られない。
【００３２】
次に、静水圧圧縮応力を付与する際の限定理由について説明する。
鋼材の加熱温度が高いほど、鋼材は変形し易くなる。したがって、鋼材の加熱温度が高いほど、酸化物系非金属介在物と母相との界面に存在する隙間すなわち空洞が消滅することとなり、また、さらに非金属介在物中の割れなどの損傷を修復するために必要な静水圧圧縮応力が比較的低くて済むこととなる。本願発明者は、鋭意検討した結果、鋼材を１１０５〜１２２０℃に加熱し、かつ１２０ＭＰａ以上の静水圧圧縮応力を鋼材に付与できれば、本願発明の効果が得られていることを知見している。したがって、本願発明は、鋼材を１１０５〜１２２０℃に加熱し、かつ１２０ＭＰａ以上の静水圧圧縮応力を付与するものとする。
【００３３】
本発明の実施の形態の実施条件と得られた効果について以下に具体的に説明する。先ず、下記の表１に本発明の実施の形態の供試材としてのＮｏ．１〜４の鋼１〜４の化学成分を質量％で示す。なお、表１におけるこれら化学成分残部は各鋼のＦｅおよび不可避不純物であるが表１には示していない。この表１のＮｏ．１の鋼１は、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５の成分を満足する鋼である高炭素クロム軸受鋼の中のＳＵＪ２鋼である。Ｎｏ．１の鋼１は表１の化学成分のＯ量、Ｓ量、Ａｌ量が本発明の製造方法の対象とする鋼の規制を満足するものである。しかしながら、Ｎｏ．２〜４の鋼２〜鋼３は化学成分のＯ量、Ｓ量、Ａｌ量のいずれかの１つまたは２つが本発明の製造方法の対象とする鋼の規制を満足しないものである。
【００３４】
【表１】
0006621315.tif 000002
【００３５】
これらの表１に示すＮｏ．１の鋼１とＮｏ．２〜４の鋼２〜４の各鋼はアーク溶解炉で溶解して溶鋼とし、これら溶鋼を酸化精錬した後、取鍋精錬炉（ＬＦ）で還元精錬し、さらに還流式真空脱ガス装置（ＲＨ）で還流真空脱ガス処理（ＲＨ処理）した。さらに、これらのＲＨ処理した溶鋼を連続鋳造により鋼塊とし、これらの鋼塊をさらに熱間圧延により直径６５ｍｍの鋼材に作製した。次に、これらの熱間圧延した鋼材に対し、８００℃にて球状化焼なましを施した。
【００３６】
さらに、上記のＮｏ．１〜４の各鋼材ついて、全酸化物中に占めるＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3系酸化物の個数比率（％）を評価して下記の表２に示した。これらのＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3系酸化物の個数比率を精度良く評価するためには、鋼材断面の任意の箇所から選んだ少なくとも４０ｍｍ2中の被検面積における介在物径が１μｍ以上の酸化物介在物について、エネルギー分散型Ｘ線分析により酸化物組成の成分分析と酸化物数のカウントを行うものとし、ここでは被検面積１００ｍｍ2に対して実施した。得られた酸化物組成の分析結果と酸化物カウント数に基づいて、下記の表２に示すように、全酸化物中に占めるＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3系酸化物の個数比率をそれぞれ算出した。なお、この算出では、硫化物や窒化物と複合した酸化物については、酸化物としてカウントした。
【００３７】
【表２】
0006621315.tif 000003
【００３８】
さらに、表４に示す、工程条件１では、上記の球状化焼なましした鋼材からスラスト型の転動疲労試験のため外径６０ｍｍで厚さ５．８ｍｍの鋼板を形成し、この鋼板の中央に内径２０ｍｍの穴を空けた円盤形状に切削加工した。工程条件２では、上記の球状化焼なましした鋼材を室温より上でかつ再結晶温度以下である温間の６５０℃に加熱して据え込みを行なった後、上記と同様の円盤形状に切削加工した。工程条件３では、上記の球状化焼なましした鋼材から冷間据え込みを行なって上記と同様の円盤形状に切削加工した。これらにおける据え込み加工はいずれも鍛造を模擬したものである。
【００３９】
上記で得られた円盤形状品には、それぞれ熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）処理を施した。この処理条件を下記の表３に示す。表３における、条件Ａと条件Ｂのプレス条件のものは、本発明の１１０５〜１２２０℃の加熱温度と１２０ＭＰａ以上とするプレス圧を満足するもので、表３の備考に記載するように、発明例である。これに対して、条件Ｃと条件Ｄのプレス条件のものは、本発明の１１０５〜１２２０℃の加熱温度と１２０ＭＰａ以上とするプレス圧を満足しないものであり、表３の備考に記載するように、比較例である。
【００４０】
【表３】
0006621315.tif 000004
【００４１】
表３に示す条件Ａ〜Ｄの円盤形状品に対して、通常のＳＵＪ２鋼の場合の適正な焼入焼戻し前ミクロ組織に調整するための焼ならしと球状化焼なましを施してから、焼入焼戻処理を付与した。このときの焼ならしは８６５℃で１時間保持後に空冷する条件、また、球状化焼なましは８００℃の条件にて行っているが、適正な焼入焼戻し前ミクロ組織に調整するための熱処理条件は鋼種に応じて選定されるものとし、不要な場合は省略しても良い。次いで、条件Ａ〜Ｄの円盤形状品に対して８３５℃で２０分保持した後、油冷により焼入れし、次いで１７０℃で９０分の焼戻し処理を行い、所望の５８ＨＲＣ以上の硬さを得た。さらに切削、研磨を施して、スラスト型転動疲労試験を行うための円盤試験片に仕上げて、転動疲労寿命の評価を行なった。なお、転動体は市販のスラスト型の転がり軸受用の鋼球を使用した。
【００４２】
スラスト型転動疲労試験は、最大ヘルツ応力Ｐｍａｘが５２９２ＭＰａとなる条件で行い、上記の表３に示すプレス条件の各条件Ａ〜Ｄに対して、それぞれ２０回ずつ行なった。その結果から、ワイブル分布関数に基づき、短寿命側から総試験片数の５％の割合の試験片にはく離が生じるまでの総回転数を求め、これをＬ5寿命とした。焼入焼戻し後の表面硬さとスラスト型転動疲労試験を行った各条件に対するＬ5寿命を、下記の表４に示す。なお、各条件の試験片において１×１０8ｃｙｃｌｅに到達した場合は、実用上十分な寿命が得られていることから、はく離に至らなくても試験を中止することとした。
【００４３】
【表４】
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【００４４】
なお、表４のＬ5寿命の欄における記号「→」は２０枚の試験片のいずれも１×１０8ｃｙｃｌｅで、はく離しなかったことを意味する。
【００４５】
表４において、鋼１は本発明の請求範囲の製造方法で対象とする機械部品用鋼の化学成分の規制およびＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3の個数比率の規制を満足するものである。一方、鋼２〜４は化学成分およびＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3の個数比率のいずれかひとつまたは複数について本発明の請求範囲の製造方法で対象とする機械部品用鋼の規制を満足しないものである。また、表４においてプレス条件Ａとプレス条件Ｂは、本発明の１１０５〜１２２０℃に加熱し、１２０ＭＰａ以上の静水圧圧縮応力を付与するとする本発明の構成を満足する条件からなるものである。一方、プレス条件Ｃとプレス条件Ｄは、本発明の１１０５〜１２２０℃に加熱し、１２０ＭＰａ以上の静水圧圧縮応力を付与する本発明の構成を満足しない製造条件からなるものである。
【００４６】
本発明の請求範囲の製造方法で対象とする機械部品用鋼の化学成分、介在物の規制を満足し、かつ加熱温度ならびに静水圧圧縮応力が本発明の請求項の範囲を満足する製造条件によるプレス条件Ａおよびプレス条件Ｂの例は、最終工程が熱間塑性加工、温間塑性加工、冷間塑性加工のいかんによらず、本発明の請求範囲の製造方法で対象とする機械部品用鋼の化学成分、介在物の規制を満足するものの、加熱温度ならびに静水圧圧縮応力が本発明の請求範囲を満足しない製造条件によるプレス条件Ｃおよびプレス条件Ｄの比較例に比して、転動疲労寿命が格段に優れている。さらには、本発明の請求範囲の製造方法で対象とする機械部品用鋼の化学成分、介在物の規制を満足し、かつ加熱温度ならびに静水圧圧縮応力が本発明の請求項の範囲を満足する製造条件によるプレス条件Ａおよびプレス条件Ｂの発明例は、最終工程が熱間塑性加工、温間塑性加工、冷間塑性加工のいかんによらず、本発明の請求範囲の製造方法で対象とする機械部品用鋼の介在物の規制を満足するものの、化学成分の規制を満足しない場合、もしくは本発明の請求範囲の製造方法で対象とする機械部品用鋼の化学成分、介在物の規制を共に満足しない場合において加熱温度ならびに静水圧圧縮応力が本発明の請求範囲を満足する製造条件によるプレス条件Ａおよびプレス条件Ｂの比較例に比して、あるいは本発明の請求範囲の製造方法で対象とする機械部品用鋼の介在物の規制を満足するものの、化学成分の規制を満足しない場合、もしくは本発明の請求範囲の製造方法で対象とする機械部品用鋼の化学成分、介在物の規制を共に満足しない場合において、かつ加熱温度および静水圧圧縮応力が本発明の請求範囲を満足しない製造条件によるプレス条件Ｃおよびプレス条件Ｄの比較例に比して、明らかに転動疲労寿命が格段に優れている。
【図１】
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【図２】
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