(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触又は両接触を含む接触をする研磨仕上げされた転がり摺動面を有する転がり摺動部材であって、
炭素０．１５〜０．４５質量％と、マンガン０．４〜１．５質量％と、ケイ素０．５質量％以下と、クロム０．３〜２．０質量％と、モリブデン０．１〜０．３５質量％と、バナジウム０．２〜０．４質量％と、アルミニウム０．００５〜０．１質量％とを含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなる鋼材の表面層が浸炭窒化層である母材からなり、
前記転がり摺動面の表面から５０μｍまでの範囲の表面層が、クロム化合物からなる析出物粒子、モリブデン化合物からなる析出物粒子、バナジウム化合物からなる析出物粒子、クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる析出物粒子及び窒化鉄からなる析出物粒子を含み、
前記クロム化合物からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、前記モリブデン化合物からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、前記バナジウム化合物からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、前記クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、前記窒化鉄からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、
前記表面から５０μｍの深さの位置における前記クロム化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、前記モリブデン化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、前記バナジウム化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、前記クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子及び前記窒化鉄からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子の面積率が５〜１５％であり、
前記表面から５０μｍの深さの位置におけるビッカース硬さが少なくとも６８０であることを特徴とする転がり摺動部材。
【請求項２】
前記表面層における炭素含有量が０．７〜１．２質量％である請求項１に記載の転がり摺動部材。
【請求項３】
前記表面層における窒素含有量が０．１５〜０．６質量％である請求項１又は２に記載の転がり摺動部材。
【請求項４】
相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触又は両接触を含む接触をする研磨仕上げされた転がり摺動面を有する転がり摺動部材の製造方法であって、
炭素０．１５〜０．４５質量％と、マンガン０．４〜１．５質量％と、ケイ素０．５質量％以下と、クロム０．３〜２．０質量％と、モリブデン０．１〜０．３５質量％と、バナジウム０．２〜０．４質量％と、アルミニウム０．００５〜０．１質量％とを含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなる鋼材から形成された素形材に対し、カーボンポテンシャル１．１〜１．２５及びアンモニア濃度１〜５体積％の浸炭窒化雰囲気下で８６０〜９００℃に加熱保持した後、焼入れを行なう浸炭窒化焼入れ処理を施す浸炭窒化工程、及び、
前記浸炭窒化焼入れ工程後の素形材を２００〜３００℃での焼戻しを行なう焼戻し工程を行うことで、
前記転がり摺動面の表面から５０μｍまでの範囲の表面層が、クロム化合物からなる析出物粒子、モリブデン化合物からなる析出物粒子、バナジウム化合物からなる析出物粒子、クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる析出物粒子及び窒化鉄からなる析出物粒子を含み、
前記クロム化合物からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、前記モリブデン化合物からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、前記バナジウム化合物からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、前記クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、前記窒化鉄からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、
前記表面から５０μｍの深さの位置における前記クロム化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、前記モリブデン化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、前記バナジウム化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、前記クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子及び前記窒化鉄からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子の面積率が５〜１５％であり、
前記表面から５０μｍの深さの位置におけるビッカース硬さが少なくとも６８０である転がり摺動部材が得られる、
転がり摺動部材の製造方法。
【請求項５】
外周面に軌道部を有する内輪と、内周面に軌道部を有する外輪と、前記内外輪の両軌道部の間に配置された複数個の転動体とを備えた転がり軸受であって、
前記内輪、外輪及び転動体のうちの少なくとも１つが請求項１〜３のいずれかに記載の転がり摺動部材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、転がり摺動部材及びその製造方法並びに当該転がり摺動部材を備えた転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
輸送機器、産業機械等に用いられる軸受の内外輪、転動体等の転がり摺動部材は、相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触又は両接触を含む接触をする転がり摺動面を有している。また、輸送機器、産業機械等の高性能化及び小型化に伴い、軸受は、高速条件、高面圧条件等の過酷な環境下で使用されることが多くなっている。このような環境においては、軸受の使用温度が高温となる。そのため、軸受は、高温条件（例えば、３００℃程度）においても、長い転動疲労寿命を有することが求められている。
【０００３】
また、転がり摺動部材に用いられる鋼材として、ケイ素含有量が０．５〜２．０質量％であり、モリブデン含有量が０．３〜２．５質量％である鋼材を用いることにより、１５０〜２５０℃の温度域における転動疲労寿命を確保することが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０６７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記特許文献１に記載の鋼材は、ケイ素を含有するため、加工しにくく、しかも転がり摺動部材の製造コストの増大を招くおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたもので、安価に製造することができ、２００〜３００℃の使用環境下であっても、長い転動疲労寿命を確保することができる転がり摺動部材及びその製造方法並びに転がり軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の転がり摺動部材は、相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触又は両接触を含む接触をする研磨仕上げされた転がり摺動面を有する転がり摺動部材であって、炭素０．１５〜０．４５質量％と、マンガン０．４〜１．５質量％と、ケイ素０．５質量％以下と、クロム０．３〜２．０質量％と、モリブデン０．１〜０．３５質量％と、バナジウム０．２〜０．４質量％と、アルミニウム０．００５〜０．１質量％とを含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなる鋼材の表面層が浸炭窒化層である母材からなり、前記転がり摺動面の表面から５０μｍまでの範囲の表面層は、クロム化合物からなる析出物粒子、モリブデン化合物からなる析出物粒子、バナジウム化合物からなる析出物粒子、クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる析出物粒子及び窒化鉄からなる析出物粒子を含み、前記クロム化合物からなる析出物粒子の粒径は０．１μｍ以下であり、前記モリブデン化合物からなる析出物粒子の粒径は０．１μｍ以下であり、前記バナジウム化合物からなる析出物粒子の粒径は０．１μｍ以下であり、前記クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる析出物粒子の粒径は０．１μｍ以下であり、前記窒化鉄からなる析出物粒子の粒径は０．１μｍ以下であり、前記表面から５０μｍの深さの位置における前記クロム化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、前記モリブデン化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、前記バナジウム化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、前記クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子及び前記窒化鉄からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子の面積率が５〜１５％であり、前記表面から５０μｍの深さの位置におけるビッカース硬さが少なくとも６８０であることを特徴としている。
【０００８】
本発明の転がり摺動部材は、前記組成を有する鋼材の表面層が浸炭窒化層である母材からなり、前記転がり摺動面の表面から５０μｍまでの範囲の表面層が、クロム化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、モリブデン化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、バナジウム化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子及び窒化鉄からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子を含み、前記表面から５０μｍの深さの位置における前記析出物粒子の面積率が５〜１５％、前記表面から５０μｍの深さの位置におけるビッカース硬さが少なくとも６８０である。そのため、本発明の転がり摺動部材は、２００〜３００℃の使用環境下であっても、長い転動疲労寿命を得るのに十分な硬さを確保することができる。また、前記組成を有する鋼材は、低コストであり、しかも加工性に優れる。したがって、本発明の転がり摺動部材は、安価に製造することができ、２００〜３００℃の使用環境下であっても、長い転動疲労寿命を確保することができる。
【０００９】
本発明の転がり摺動部材においては、前記表面層における炭素含有量は、０．７〜１．２質量％であることが好ましい。また、本発明の転がり摺動部材においては、前記表面層における窒素含有量は、０．１５〜０．６質量％であることが好ましい。この場合、２００〜３００℃の使用環境下において、より長い転動疲労寿命を得ることができる。
【００１０】
本発明の転がり摺動部材の製造方法は、相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触又は両接触を含む接触をする研磨仕上げされた転がり摺動面を有する転がり摺動部材の製造方法であって、
炭素０．１５〜０．４５質量％と、マンガン０．４〜１．５質量％と、ケイ素０．５質量％以下と、クロム０．３〜２．０質量％と、モリブデン０．１〜０．３５質量％と、バナジウム０．２〜０．４質量％と、アルミニウム０．００５〜０．１質量％とを含有し、残部が鉄及び不可避不純物である鋼材から形成された素形材に対し、カーボンポテンシャル１．１〜１．２５及びアンモニア濃度１〜５体積％の浸炭窒化雰囲気下で８６０〜９００℃に加熱保持した後、焼入れを行なう浸炭窒化焼入れ工程、及び、
前記浸炭窒化焼入れ工程後の素形材を２００〜３００℃での焼戻しを行なう焼戻し工程
を行うことで、
前記転がり摺動面の表面から５０μｍまでの範囲の表面層が、クロム化合物からなる析出物粒子、モリブデン化合物からなる析出物粒子、バナジウム化合物からなる析出物粒子、クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる析出物粒子及び窒化鉄からなる析出物粒子を含み、前記クロム化合物からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、前記モリブデン化合物からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、前記バナジウム化合物からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、前記クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、前記窒化鉄からなる析出物粒子の粒径が０．１μｍ以下であり、前記表面から５０μｍの深さの位置における前記クロム化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、前記モリブデン化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、前記バナジウム化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、前記クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子及び前記窒化鉄からなる析出物粒子のうち粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子の面積率が５〜１５％であり、前記表面から５０μｍの深さの位置におけるビッカース硬さが少なくとも６８０である、転がり摺動部材が得られることを特徴としている。
【００１１】
本発明の転がり摺動部材の製造方法は、前記組成を有する鋼材から形成された素形材に対し、カーボンポテンシャル１．１〜１．２５及びアンモニア濃度１〜５体積％の浸炭窒化雰囲気下で８６０〜９００℃に加熱保持した後、焼入れを行なう浸炭窒化焼入れ処理と、２００〜３００℃での焼戻しを行なう焼戻し処理とを行なうため、前述の優れた作用効果を奏する転がり摺動部材を得ることができる。
【００１２】
本発明の転がり軸受は、外周面に軌道部を有する内輪と、内周面に軌道部を有する外輪と、前記内外輪の両軌道部の間に配置された複数個の転動体とを備えた転がり軸受であって、前記内輪、外輪及び転動体のうちの少なくとも１つが前述した転がり摺動部材であることを特徴としている。したがって、本発明の転がり軸受は、前述した転がり摺動部材を備えているので、前述の優れた作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の転がり摺動部材及びその製造方法並びに当該転がり摺動部材を備えた転がり軸受によれば、長い転動疲労寿命を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る転がり軸受の一例である玉軸受を示す要部断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材である外輪の製造方法の各工程を示す工程図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材である外輪の製造方法の変形例の各工程を示す工程図である。
【図４】実施例１における熱処理条件を示す線図である。
【図５】実施例２における熱処理条件を示す線図である。
【図６】実施例３における熱処理条件を示す線図である。
【図７】実施例４における熱処理条件を示す線図である。
【図８】実施例５における熱処理条件を示す線図である。
【図９】実施例６における熱処理条件を示す線図である。
【図１０】実施例７における熱処理条件を示す線図である。
【図１１】比較例１における熱処理条件を示す線図である。
【図１２】比較例２における熱処理条件を示す線図である。
【図１３】比較例３における熱処理条件を示す線図である。
【図１４】比較例４における熱処理条件を示す線図である。
【図１５】比較例５における熱処理条件を示す線図である。
【図１６】試験例２において、焼戻し温度とビッカース硬さとの関係を調べた結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［転がり軸受］
以下、添付の図面により本発明の一実施形態に係る転がり軸受及び転がり摺動部材を説明する。以下においては、転がり軸受の一例として玉軸受を挙げて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る転がり軸受の一例である玉軸受を示す要部断面図である。
【００１６】
図１に示される玉軸受１は、外輪１０と、外輪１０の内周側に当該外輪１０と同心に配置された内輪２０と、外内輪１０，２０間に配列された複数の転動体（玉３０）と、これら複数の玉３０を保持する保持器４０とを備えている。
【００１７】
図１に示される玉軸受１においては、外内輪１０，２０及び玉３０のそれぞれが、後述の本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材である。なお、本発明においては、外内輪１０，２０及び玉３０のうちの少なくとも１つが、後述の本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材であればよい。
【００１８】
［転がり摺動部材］
本実施形態に係る転がり摺動部材としての外輪１０の内周面には、複数の玉３０が転動する外輪軌道部１１ａが形成されている。外輪軌道部１１ａは、相手部材である玉３０との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触又は両接触を含む接触をする転がり摺動面である。なお、外輪１０の外輪軌道部１１ａ、端面１１ｂ、肩面１１ｃ及び外周面１１ｄは、研磨仕上げが施された研磨部である。
また、本実施形態に係る転がり摺動部材としての内輪２０の外周面には、外輪軌道部１１ａに対向するとともに、複数の玉３０が転動する内輪軌道部２１ａが形成されている。内輪軌道部２１ａは、相手部材である玉３０との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触又は両接触を含む接触をする転がり摺動面である。内輪２０の軌道部２１ａ、端面２１ｂ、肩面２１ｃ及び内周面２１ｄは、研磨仕上げが施された研磨部である。
本実施形態に係る転がり摺動部材としての玉３０の表面は、相手部材である外内輪１０，２０それぞれとの間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触又は両接触を含む接触をする転がり摺動面である。
【００１９】
本実施形態において、外輪１０は、鋼材１０ａ１の表面層が浸炭窒化層１０ａ２である母材１０ａからなる。また、内輪２０は、鋼材２０ａ１の表面層が浸炭窒化層２０ａ２である母材２０ａからなる。なお、図示しないが、玉３０も、鋼材の表面層が浸炭窒化層である母材からなる。
【００２０】
本明細書において、「浸炭窒化層」は、炭素含有量が０．７〜１．２質量％であり、窒素含有量が０．１５〜０．６質量％である層をいう。浸炭窒化層１０ａ２，２０ａ２及び玉３０における浸炭窒化層は、前記組成を有する鋼材に後述の浸炭窒化処理を施すことによって形成させることができる。
【００２１】
前記鋼材は、それぞれ、炭素０．１５〜０．４５質量％と、マンガン０．４〜１．５質量％と、ケイ素０．５質量％以下と、クロム０．３〜２．０質量％と、モリブデン０．１〜０．３５質量％と、バナジウム０．２〜０．４質量％と、アルミニウム０．００５〜０．１質量％とを含有する鋼材からなる。なお、前記鋼材の残部は、鉄及び不可避不純物である。前記不可避不純物は、鋼材を製造する際に、原料などから混入する物質であって、本発明の目的を阻害しない範囲で許容される物質を意味する。前記不可避不純物としては、銅、ニッケル、アルミニウム、リン、硫黄、窒素、酸素等が挙げられる。外内輪１０，２０及び玉３０は、前記組成を有する鋼材が用いられているため、製造時において、加工しやすく、安価に製造することができる。
【００２２】
炭素は、転がり摺動部材の製造時における鋼材の焼入れ性を確保し、かつ十分な硬さを確保し、強度確保のための内部硬さを得るための元素である。鋼材中に含まれる炭素の含有量は、鋼材中に未固溶の炭化物を十分に残存させる観点から、０．１５質量％以上、好ましくは０．１８質量％以上、より好ましくは０．２質量％以上、さらに好ましくは０．３質量％以上、より一層好ましくは０．３５質量％以上、さらに一層好ましくは０．３８質量％以上であり、浸炭窒化焼入れ処理前の加工性を十分に得る観点から、０．４５質量％以下、好ましくは０．４２質量％以下である。
【００２３】
ケイ素は、鋼の精錬時の脱酸のために必要な元素である。鋼材中に含まれるケイ素の含有量は、浸炭窒化焼入れ処理前において、十分な加工性を確保するとともに、材料コスト及び加工コストを低減させる観点から、０．５質量％以下、好ましくは０．３５質量％以下である。
【００２４】
マンガンは、転がり摺動部材の製造時における鋼材の焼入れ性を高めて十分な硬さを確保するための元素である。鋼材中に含まれるマンガンの含有量は、鋼材の焼入れ性を高めて十分な硬さを確保する観点から、０．４質量％以上、好ましくは０．４５質量％以上であり、母材の過剰な硬さ上昇を抑制して転がり摺動部材の製造時における切削加工時における工具寿命の低下を抑制する観点から、１．５質量％以下、好ましくは１．３質量％以下、より好ましくは１質量％以下、さらに好ましくは０．７５質量％以下である。
【００２５】
クロムは、転がり摺動部材の製造時における鋼材の焼入れ性を高めるとともに、バナジウム及びモリブデンとの複合添加によって浸炭窒化焼入れ処理時に微細な析出物を形成させて硬さを向上させるための元素である。鋼材中に含まれるクロムの含有量は、転がり摺軌部材の製造時における鋼材の焼入れ性を高めるとともに、浸炭窒化焼入れ処理時に微細な析出物を形成させて硬さを向上させる観点から、０．３質量％以上、好ましくは０．５質量％以上であり、疲労破壊の起点となる粗大析出物の生成を抑制するとともに、材料コスト及び加工コストを低減させる観点から、２質量％以下、好ましくは１．８質量％以下である。
【００２６】
モリブデンは、クロムと同様に鋼材の焼入れ性を高め、バナジウム及びクロムとの複合添加によって浸炭窒化焼入れ処理時に微細な析出物を形成させて硬さを向上させるための元素である。また、モリブデンは、炭素に対して強い親和力を有する。浸炭窒化焼入れ前には、鋼材中において、多くのモリブデンが、未固溶炭化物として析出している。前記未固溶炭化物は、浸炭窒化焼入れ時における析出核として働く。したがって、モリブデンは、浸炭窒化焼入れ後の析出物量を増加させる効果を発揮する。鋼材中に含まれるモリブデンの含有量は、硬さを向上させる観点から、０．１質量％以上、好ましくは０．２質量％以上であり、疲労破壊の起点となる粗大析出物の生成を抑制するとともに、材料コスト及び加工コストを低減させる観点から、０．３５質量％以下、好ましくは０．３質量％以下である。
【００２７】
バナジウムは、クロム及びモリブデンと同様に、鋼材の焼入れ性を高め、クロム及びモリブデンとの複合添加によって浸炭窒化焼入れ処理時に微細な析出物を形成させて硬さを向上させるための元素である。また、バナジウムは、炭素に対して強い親和力を有する。鋼材中に含まれるバナジウムの含有量は、硬さを向上させる観点から、０．２質量％以上、好ましくは０．２１質量％以上、より好ましくは０．２２質量％以上であり、十分な量の炭素の固溶を阻害する粗大析出物の生成を抑制するとともに、材料コスト及び加工コストを低減させる観点から、０．４質量％以下、好ましくは０．３８質量％以下、より好ましくは０．３６質量％以下である。
【００２８】
アルミニウムは、鋼材製造時における製錬工程の際に脱酸を行なうための元素である。鋼材中に含まれるアルミニウムの含有量は、０．００５質量％以上、好ましくは０．０１質量％以上であり、母材における粗大な酸化物の残存を抑制して転がり摺動部材の転動疲労寿命の低下を抑制する観点から、０．１質量％以下、好ましくは０．０５質量％以下である。
【００２９】
外内輪１０，２０の軌道部１１ａ，２１ａ及び玉３０それぞれの表面（転がり摺動面）から５０μｍまでの範囲の表面層は、クロム化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、モリブデン化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、バナジウム化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子及び窒化鉄からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子を含む。なお、本明細書において、「表面から５０μｍまでの範囲の表面層」とは、転がり摺動面の表面と、転がり摺動面の表面から５０μｍの深さの位置までの間の範囲の層をいう。
【００３０】
本明細書において、「クロム化合物」は、クロムの炭化物、クロムの窒化物及びクロムの炭窒化物の総称である。また、「モリブデン化合物」は、モリブデンの炭化物、モリブデンの窒化物及びモリブデンの炭窒化物の総称である。「バナジウム化合物」は、バナジウムの炭化物、バナジウムの窒化物及びバナジウムの炭窒化物の総称である。また、「クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物」とは、クロム、モリブデン及びバナジウムからなる群より選ばれた少なくとも２種を含む炭化物、前記少なくとも２種を含む窒化物及び前記少なくとも２種を含む炭窒化物の総称である。
【００３１】
前記析出物粒子の粒径は、析出強化を十分に行なう観点から、０．０１μｍ以上、好ましくは０．０２μｍ以上であり、オロワン機構による分散強化の観点から、好ましくは０．１μｍ以下、好ましくは０．０８μｍ以下である。
【００３２】
外内輪１０，２０の軌道部１１ａ，２１ａ及び玉３０それぞれの表面（転がり摺動面）から５０μｍの深さの位置において、前記析出物粒子の面積率は、オロワン機構による分散強化の観点から、５％以上、好ましくは７％以上であり、炭素の固溶量を十分に確保して十分な硬さを確保する観点から、１５％以下、好ましくは１３％以下である。なお、本明細書において、「析出物粒子の面積率」とは、表面から５０μｍまでの範囲の表面層におけるクロム化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子と、モリブデン化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子と、バナジウム化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子と、クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子と、窒化鉄からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子とを併せたものの面積率をいう。
【００３３】
外内輪１０，２０の軌道部１１ａ，２１ａ及び玉３０それぞれの表面から５０μｍの深さの位置におけるビッカース硬さ（以下、「表面ビッカース硬さ」ともいう）は、２００〜３００℃の使用環境での十分な転がり疲れ寿命を確保する観点から、６８０以上である。なお、外内輪１０，２０の軌道部１１ａ，２１ａ及び玉３０それぞれの表面から５０μｍの深さの位置におけるビッカース硬さは、通常、７４０以下である。このように、外内輪１０，２０及び玉３０は、表面から５０μｍの深さの位置において、少なくとも６８０のビッカース硬さを有するので、２００〜３００℃の使用環境下であっても、長い転動疲労寿命を確保することができる。なお、前記表面ビッカース硬さは、転がり摺動部材をその転がり摺動面の表面から深さ方向に切断した後、前記転がり摺動面の表面から５０μｍの深さの位置にビッカース圧子をあてて測定した値である。
【００３４】
外内輪１０，２０の軌道部１１ａ，２１ａ及び玉３０それぞれの表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素含有量は、マトリックスにおける十分な固溶量と析出物量とを確保して高い表面硬さを確保する観点から、好ましくは０．７質量％以上、より好ましくは０．８質量％以上であり、前記表面層における炭化物の粗大析出物（例えば、粒径が０．１μｍを超える析出物）の存在量を少なくすることにより、寿命を一層向上させる観点から、好ましくは１．２質量％以下、より好ましくは１．１質量％以下である。
【００３５】
外内輪１０，２０の軌道部１１ａ，２１ａ及び玉３０それぞれの表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素含有量は、十分な析出物量を確保して高い表面硬さを確保する観点から、好ましくは０．１５質量％以上、より好ましくは０．２質量％以上であり、前記表面層における過剰な残留オーステナイトの生成を抑制し、表面ビッカース硬さを少なくとも６８０として長寿命化を図る観点から、好ましくは０．６質量％以下、より好ましくは０．５５質量％以下である。
【００３６】
［転がり摺動部材の製造方法］
本実施形態に係る転がり摺動部材は、前記組成を有する鋼材から形成された素形材に対し、浸炭窒化処理を施す浸炭窒化工程と、前記浸炭窒化工程後の素形材を２００〜３００℃での焼戻しを行なう焼戻し工程とを含む方法によって得られる。
以下、前記転がり摺動部材の製造方法の例として、外輪の製造方法を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材である外輪の製造方法の各工程を示す工程図である。
【００３７】
まず、前記鋼材から形成された外輪軌道部１１ａ、端面１１ｂ、肩面１１ｃ及び外周面１１ｄに対応する部分を有する外輪１０の素形材１４を得る〔「前加工工程」、図２（ａ）参照〕。
【００３８】
つぎに、得られた素形材１４を浸炭窒化炉内にセットし、当該素形材１４に対して浸炭窒化焼入れ処理を施す〔「浸炭窒化焼入れ工程」、図２（ｂ）〕。かかる浸炭窒化焼入れ処理により、図示しない浸炭窒化層を形成させ、十分な表面硬さを確保することができ、しかも焼戻し軟化抵抗を向上させることができる。
浸炭窒化焼入れ処理は、素形材１４を、カーボンポテンシャル１．１〜１．２５及びアンモニア濃度１〜５体積％の雰囲気（浸炭窒化雰囲気）中において、浸炭窒化温度８６０〜９００℃で４時間以上加熱し、急冷すること等によって行なうことができる。
浸炭窒化雰囲気のカーボンポテンシャルは、十分な表面硬さを確保する観点から、１．１以上であり、粗大炭化物の生成を抑制する観点から、１．２５以下である。
浸炭窒化雰囲気のアンモニア濃度は、十分な表面硬さを確保するとともに、鋼材の焼戻し軟化抵抗を向上させる観点から、１体積％以上であり、鋼材中への過剰な窒素の侵入を抑制して所定の炭素量を確保する観点から、５体積％以下である。
浸炭窒化温度は、炭素及び窒素の十分な拡散速度を得る観点から、８６０℃以上であり、浸炭窒化雰囲気に用いられる浸炭窒化ガスの使用量を低減するとともに浸炭窒化炉の寿命を長くする観点から、９００℃以下である。
また、浸炭窒化時間は、表面層の強化に十分な浸炭深さを得る観点から、通常、４時間以上である。
急冷は、例えば、冷却油の油浴中における油冷等により行われる。
【００３９】
その後、浸炭窒化焼入れ工程後の素形材１４に対し、２００〜３００℃の焼戻し温度に加熱した後、空冷する焼戻し処理を施して、中間素材を得る〔「焼戻し工程」、図２（ｃ）〕。
焼戻しの際の温度は、２００〜３００℃の使用環境下での寸法安定性を十分に確保する観点から、２００℃以上、好ましくは２５０℃以上であり、十分な硬さを確保して長い転動疲労寿命を確保する観点から、３００℃以下である。
焼戻し時間は、温度ムラの発生を抑制して転がり摺動部材の品質を安定化させる観点から、０．５時間以上、好ましくは、１時間以上である。なお、本明細書において、「焼戻し時間」とは、加熱開始からワークが所定の温度に達してから空冷を開始するまでの時間をいう。
【００４０】
焼戻し工程後の中間素材に、外輪軌道部１１ａ、端面１１ｂ及び外周面１１ｄそれぞれを形成する部分に対して、研磨仕上げ加工を施し、転がり摺動部材（外輪１０）を得る〔「仕上げ加工」、図２（ｄ）〕。
【００４１】
なお、転がり摺動部材の表面硬度をさらに向上させる場合、図３に示されるように、浸炭窒化焼入れ工程〔図３（ｂ）〕と焼戻し工程〔図３（ｄ）〕との間に、サブゼロ処理〔「サブゼロ処理工程」、図３（ｃ）〕を行なってもよい。この場合、前加工〔図３（ａ）〕、浸炭窒化焼入れ工程及び焼戻し工程は、図２に示される方法と同様に実施することができる。
サブゼロ処理工程では、浸炭窒化焼入れ処理後の外輪の素形材１４を０℃未満の所定温度に冷却するサブゼロ処理を行なう。
サブゼロ処理における冷却温度は、コストを低減する観点から、好ましくは−１００℃以上であり、残留オーステナイトを所定のマルテンサイトに変化させる観点から、好ましくは−５０℃以下である。
また、サブゼロ処理における冷却時間は、温度ムラの発生を抑制して転がり摺動部材の品質を安定化させる観点から、好ましくは０．５時間以上である。
【実施例】
【００４２】
つぎに、実施例等により、本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材及びその製造方法の作用効果を検証する。
【００４３】
実施例１〜７及び比較例１〜５
鋼材として、炭素０．１５〜０．４５質量％と、マンガン０．４〜１．５質量％と、ケイ素０．５質量％以下と、クロム０．３〜２．０質量％と、モリブデン０．１〜０．３５質量％と、バナジウム０．２〜０．４質量％と、アルミニウム０．００５〜０．１質量％とを含有し、残部が鉄及び不可避不純物である表１に示される鋼材を用いた。
【００４４】
【表１】
0006725235.tif 000002
【００４５】
表１に示される鋼材から所定形状に加工して、外径４０ｍｍ及び厚さ１６．３ｍｍを有する素形材を得た。つぎに、得られた素形材に、熱処理を施した後、研磨仕上げを施し、実施例１〜７及び比較例１〜５の試験片を得た。実施例１〜７及び比較例１〜５それぞれにおける熱処理条件を図４〜１５に示す。
【００４６】
図４に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル１．２５及びアンモニア濃度２体積％の浸炭窒化雰囲気中において、８６０℃で６時間の加熱及び８０℃までの油冷を行ない（浸炭窒化焼入れ）、得られた素形材を３００℃で２時間加熱後、空冷（焼戻し）する条件である（実施例１）。
図５に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル１．２及びアンモニア濃度１体積％の浸炭窒化雰囲気中において、８６０℃で６時間の加熱及び８０℃までの油冷を行ない（浸炭窒化焼入れ）、得られた素形材を３００℃で２時間加熱後、空冷（焼戻し）する条件である（実施例２）。
図６に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル１．１及びアンモニア濃度４体積％の浸炭窒化雰囲気中において、８６０℃で６時間の加熱及び８０℃までの油冷を行ない（浸炭窒化焼入れ）、得られた素形材を３００℃で２時間加熱後、空冷（焼戻し）する条件である（実施例３）。
図７に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル１．１及びアンモニア濃度５体積％の浸炭窒化雰囲気中において、８６０℃で６時間の加熱及び８０℃までの油冷を行ない（浸炭窒化焼入れ）、得られた素形材を３００℃で２時間加熱後、空冷（焼戻し）する条件である（実施例４）。
図８に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル１．２及びアンモニア濃度１体積％の浸炭窒化雰囲気中において、８６０℃で６時間の加熱及び８０℃までの油冷を行ない（浸炭窒化焼入れ）、得られた素形材を３００℃で２時間加熱後、空冷（焼戻し）する条件である（実施例５）。
図９に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル１．２及びアンモニア濃度１体積％の浸炭窒化雰囲気中において、８６０℃で６時間の加熱及び８０℃までの油冷を行ない（浸炭窒化焼入れ）、得られた素形材を２５０℃で２時間加熱後、空冷（焼戻し）する条件である（実施例６）。
図１０に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル１．１及びアンモニア濃度４体積％の浸炭窒化雰囲気中において、８６０℃で６時間の加熱及び８０℃までの油冷を行ない（浸炭窒化焼入れ）、得られた素形材を−５５℃で１時間維持し（サブゼロ処理）、その後、３００℃で２時間加熱後、空冷（焼戻し）する条件である（実施例７）。
図１１に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭炉内で、カーボンポテンシャル１．２５の浸炭雰囲気中において、８６０℃で６時間の加熱及び８０℃までの油冷を行ない（浸炭焼入れ）、得られた素形材を３００℃で２時間加熱後、空冷（焼戻し）する条件である（比較例１）。
図１２に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル１．３及びアンモニア濃度１体積％の浸炭窒化雰囲気中において、８６０℃で６時間の加熱及び８０℃までの油冷を行ない（浸炭窒化焼入れ）、得られた素形材を３００℃で２時間加熱後、空冷（焼戻し）する条件である（比較例２）。
図１３に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル１．０及びアンモニア濃度１０体積％の浸炭窒化雰囲気中において、８６０℃で６時間の加熱及び８０℃までの油冷を行ない（浸炭窒化焼入れ）、得られた素形材を３００℃で２時間加熱後、空冷（焼戻し）する条件である（比較例３）。
図１４に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル１．２及びアンモニア濃度１体積％の浸炭窒化雰囲気中において、８６０℃で６時間の加熱及び８０℃までの油冷を行ない（浸炭窒化焼入れ）、得られた素形材を３５０℃で２時間加熱後、空冷（焼戻し）する条件である（比較例４）。
図１５に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル１．０及びアンモニア濃度１０体積％の浸炭窒化雰囲気中において、８６０℃で６時間の加熱及び８０℃までの油冷を行ない（浸炭窒化焼入れ）、得られた素形材を−５５℃で１時間維持し（サブゼロ処理）、その後、３００℃で２時間加熱後、空冷（焼戻し）する条件である（比較例５）。
【００４７】
試験例１
実施例１〜７及び比較例１〜５の方法で得られた試験片の表面層のビッカース硬さ、表面炭素含有量、表面窒素含有量、析出物粒子の種類及び形態並びに析出物粒子の面積率を調べた。
【００４８】
表面層のビッカース硬さは、試験片の表面から深さ方向に切断した後、試験片の表面から５０μｍの深さの位置にビッカース圧子をあて、ビッカース硬さ試験機を用いて測定した。
【００４９】
表面炭素含有量及び表面窒素含有量は、各試験片をその軸方向に対して垂直方向に切断した後、埋め込み仕上げ研磨を施して得られた産物の表面炭素含有量及び表面窒素含有量をＥＰＭＡで測定することによって求めた。ここで、表面炭素含有量及び表面窒素含有量は、試験片の表面から深さ１０μｍの位置までの範囲の値とした。
【００５０】
析出物粒子の種類及び面積率は、８００μｍ2の測定視野において、加速電圧：１５ｋＶ、照射電流：２．０１６×１０-7Ａ及びスキャン倍率：３０００倍の条件で、ＥＰＭＡを用いて各元素をマッピングし、画像処理を行なうことによって観察した。
【００５１】
２００〜３００℃での焼戻しを行なった後の前記表面層のビッカース硬さが６８０以上である場合、２００〜３００℃での使用環境において、長い寿命を確保するのに十分な硬さを確保することができると考えられる。そこで、実施例１〜７及び比較例１〜５の方法で得られた試験片が２００〜３００℃の使用環境下で用いるのに適するかどうかを下記判断基準にしたがって評価した。その結果を表２及び表３に示す。なお、表２及び表３中、「Ｍ（Ｃ，Ｎ）析出物」は、クロムの炭化物、クロムの窒化物、クロムの炭窒化物、モリブデンの炭化物、モリブデンの窒化物、モリブデンの炭窒化物、バナジウムの炭化物、バナジウムの窒化物、バナジウムの炭窒化物、クロム、モリブデン及びバナジウムからなる群より選ばれた少なくとも２種を含む炭化物、前記少なくとも２種を含む窒化物並びに前記少なくとも２種を含む炭窒化物それぞれの析出物の総称を意味する。
（判断基準）
良好：２００〜３００℃での焼戻しを行なった後のビッカース硬さが６８０以上である。
不可：２００〜３００℃での焼戻しを行なった後のビッカース硬さが６８０未満である。
【００５２】
【表２】
0006725235.tif 000003
【００５３】
【表３】
0006725235.tif 000004
【００５４】
表２に示された結果から、前記鋼材から得られた素形材にカーボンポテンシャル１．１〜１．２５及びアンモニア濃度１〜５体積％の浸炭窒化雰囲気下で８６０〜９００℃に加熱保持した後、焼入れを行なう浸炭窒化焼入れ処理を施した後、２００〜３００℃での焼戻しを行なう焼戻し処理を施し、表面から５０μｍの位置におけるクロム化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、モリブデン化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、バナジウム化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子、クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子及び窒化鉄からなる粒径０．０１〜０．１μｍの析出物粒子の面積率を５〜１５％にすることにより、２００〜３００℃の使用環境下で用いるのに適した硬さ（表面ビッカース硬さ６８０以上）を確保することができることがわかる。なお、試験片の表面から深さ１０μｍの位置までの範囲は、炭素含有量が０．７〜１．２質量％、窒素含有量が０．１５〜０．６質量％であることから、浸炭窒化層を形成していることがわかった。
【００５５】
これに対し、比較例１〜５の熱処理条件は、カーボンポテンシャル１．１〜１．２５及びアンモニア濃度１〜５体積％の浸炭窒化雰囲気下で８６０〜９００℃に加熱保持した後、焼入れを行なう浸炭窒化焼入れ処理条件及び２００〜３００℃での焼戻しを行なう焼戻し処理条件から外れる条件である。したがって、表３に示された結果から、比較例１〜５の方法で得られた鋼材は、２００〜３００℃の使用環境下で用いるのに適した硬さを得ることができないことがわかる。
【００５６】
なお、表１に示される組成を有する鋼材の代わりに、鋼材として、炭素０．１５〜０．４５質量％と、マンガン０．４〜１．５質量％と、ケイ素０．５質量％以下と、クロム０．３〜２．０質量％と、モリブデン０．１〜０．３５質量％と、バナジウム０．２〜０．４質量％と、アルミニウム０．００５〜０．１質量％とを含有し、残部が鉄及び不可避不純物である他の鋼材を用いた場合、実施例１〜７の場合と同等の量の微細析出物が得られるため、表１に示される組成を有する鋼材を用いた場合と同様の傾向が見られると考えられる。
【００５７】
試験例２
表１に示される鋼材から所定形状に加工して、外径４０ｍｍ及び厚さ１６．３ｍｍを有する素形材を得た。つぎに、得られた素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル１．２５及びアンモニア濃度２体積％の浸炭窒化雰囲気中において、８６０℃で６時間の加熱及び８０℃までの油冷を行ない（浸炭窒化焼入れ）、得られた素形材を１６０℃、１８０℃、２００℃、２２０℃、２４０℃、２６０℃、２８０℃又は３００℃の焼戻し温度で２時間加熱後、空冷した（焼戻し）。得られた中間素材に研磨仕上げを施し、試験片を得た。得られた各試験片の表面層の２００〜３００℃での焼戻しを行なった後のビッカース硬さを調べた。表面層の２００〜３００℃での焼戻しを行なった後のビッカース硬さは、試験片の表面から深さ方向に切断した後、試験片の表面から５０μｍの深さの位置にビッカース圧子をあて、ビッカース硬さ試験機を用いて測定した。試験例２において、焼戻し温度と２００〜３００℃での焼戻しを行なった後のビッカース硬さとの関係を調べた結果を図１６に示す。
【００５８】
図１６に示された結果から、カーボンポテンシャル１．１〜１．２５及びアンモニア濃度１〜５体積％の浸炭窒化雰囲気下で８６０〜９００℃に加熱保持した後、焼入れを行なう浸炭窒化焼入れ処理後、２００〜３００℃での焼戻しを行なうことにより、ビッカース硬さ６８０以上を確保することができることがわかる。
【符号の説明】
【００５９】
１：玉軸受、１０：外輪、１０ａ：母材、１０ａ１：鋼材、１０ａ２：浸炭窒化層、１１ａ：外輪軌道部、１４：素形材、２０：内輪、２０ａ：母材、２０ａ１：鋼材、２０ａ２：浸炭窒化層、２１ａ：内輪軌道部、３０：玉
【図１】
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【図２】
0006725235.tif 000006
【図３】
0006725235.tif 000007
【図４】
0006725235.tif 000008
【図５】
0006725235.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
0006725235.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0006725235.tif 000015
【図１２】
0006725235.tif 000016
【図１３】
0006725235.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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