(57)【要約】【課題】粗大炭化物の生成が抑えられることにより疲労寿命、靱性および音響特性に優れるとともに、冷鍛加工を可能として安価に製造することができる高い耐食性を備えた転がり軸受を提供する。【解決手段】内輪、外輪、転動体および保持器を備えた転がり軸受であって、これら構成要素のうちの少なくとも１つが、Ｃ：０．３５〜０．６５重量％、Ｃｒ：７．０〜１０．０重量％、Ｎ：０．０５〜０．２０重量％を含有する鋼でできている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪、外輪、転動体および保持器を備え、これらのうちの少なくとも１つが、Ｃ：０．３５〜０．６５重量％、Ｃｒ：７．０〜１０．０重量％、Ｎ：０．０５〜０．２０重量％を含有する鋼からなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
Ｃ＋Ｎ≦０．７０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、腐食性を有する物質と接触するような環境下で好適に使用される耐食性の高い転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラジアルボールベアリング等に代表される転がり軸受は、すべり摩擦が格段に少ないことから各種機械の回転部分に多用されている。耐食性が求められる場合には、内輪、外輪、転動体等の金属要素に、転がり軸受に必要な硬さを備えた高Ｃｒ系のマルテンサイト系ステンレス鋼を用いたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ちなみに転がり軸受としての必要な硬さは、一般にＨＲＣ５８以上とされている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−４９２７７号公報　（第１頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記高Ｃｒ系ステンレス鋼でできた転がり軸受では、ＣやＣｒの含有量が比較的多い場合、多量のＣｒと相まって１０μｍを超える粗大な炭化物が多数生成される。このような粗大炭化物は、疲労寿命、靱性あるいは音響特性の低下を招き、耐食性をも低下させるものであった。また、高Ｃｒ系ステンレス鋼は冷間鍛造性が低いことから成形は切削による場合が多いが、粗大炭化物が多いと被削性が阻害され、そもそも切削加工は冷鍛加工に比べると製造コストがかかるといった問題を有していた。
【０００５】
冷鍛加工が可能な軸受鋼としては、ＳＵＪ２系が存在するが、これはＣｒ含有量が１．３０〜１．６０重量％と低Ｃｒ系であるため耐食性はきわめて低い。また、例えば釣り竿用のリールや水中ポンプなど、水に直接接触するような製品に使用されると、高Ｃｒ系ステンレス鋼といえども錆の発生は抑えられず、使用寿命が低下して軸受として十分な機能が発揮されなかった。
【０００６】
よって本発明は、粗大炭化物の生成が抑えられることにより疲労寿命、靱性および音響特性に優れるとともに、冷鍛加工を可能として安価に製造することができる高い耐食性を備えた転がり軸受を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の転がり軸受は、内輪、外輪、転動体および保持器を備え、これらのうちの少なくとも１つが、Ｃ：０．３５〜０．６５重量％、Ｃｒ：７．０〜１０．０重量％、Ｎ：０．０５〜０．２０重量％を含有する鋼からなることを特徴としている。本発明の各含有元素についての含有量の数値限定理由は、以下の通りである。
【０００８】
［Ｃ：０．３５〜０．６５重量％］
Ｃは、焼入れ焼戻し硬さを確保するために０．３５重量％が必要であり、Ｃ含有量が０．６５重量％を超えると粗大炭化物が生成して上述した問題を招く。したがってＣの含有量は０．３５〜０．６５重量％とした。
【０００９】
［Ｃｒ：７．０〜１０．０重量％］
ＣｒはＣと結合して硬質炭化物を生成し、耐摩耗性および耐食性を向上させる元素である。耐食性を確保する上でＣｒは７．０重量％以上必要である。含有量が増加すると耐食性は向上するものの、必要以上に添加されるとδフェライトが生成して靱性が低下する。また、基地のＣｒ濃度が高すぎるとマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）が低下し、場合によっては十分な焼入れ焼戻し硬さが得られないので、ＨＲＣ５８以上を確保しながら含有量を抑える観点から、Ｃｒ含有量の上限を１０．０重量％とした。したがって、Ｃｒの含有量は７．０〜１０．０重量％とした。
【００１０】
［Ｎ：０．０５〜０．２０重量％］
ＮはＣと同様にマルテンサイトを強化して耐食性を向上させる元素であり、低Ｃｒ量でありながらも耐食性を確保する上で０．０５重量％以上を必要とした。ただし、大気圧下で多量のＮを添加すると凝固過程で気泡が発生しインゴット内に気泡が導入されるので、０．２０重量％を上限とする。したがって、Ｎの含有量は０．０５〜０．２０重量％とした。
【００１１】
［Ｃ＋Ｎ≦０．７０重量％」
Ｃ＋Ｎは、冷間鍛造性等の加工性を良好としたり粗大炭化物の生成を抑えるために０．７０重量％以下とする。
【００１２】
本発明の転がり軸受は、Ｃｒの含有量が７．０〜１０．０重量％であり、耐食性を有する従来のＳＵＳ４４０Ｃ等と比較すると低Ｃｒ鋼からなるにもかかわらず、Ｎが０．０５〜０．２０重量％と含有されていることにより十分な耐食性が確保される。したがって水等の腐食性を有する物質と接触するような環境下において、軸受として十分な機能が発揮されるとともに使用寿命が向上する。また、Ｃｒの含有量が比較的少ないことから粗大炭化物の生成が抑えられ、逆に炭化物は微細化される傾向にあるので、疲労寿命、靱性および音響特性の低下が防止され、耐食性もさらに向上する。Ｃｒの含有量が少ないことは冷鍛加工を可能とし、さらに鉄以外の含有成分が少ないことにより、安価に製造することができる。
【００１３】
なお、本発明の転がり軸受は、内輪、外輪、転動体および保持器を備え、これらのうちの少なくとも１つが上記成分からなるものであるが、これらの構成要素の全てを上記成分からなるものとすることが最も有効であることは言うまでもない。
【００１４】
本発明の転がり軸受の鋼では、さらに次の元素を添加することができる。
［Ｓｉ：２．０重量％以下］
Ｓｉは鋼の脱酸剤として有効であるとともに、焼入れ性の向上にも寄与する元素であるが、過度の添加は冷間鍛造性等の加工性を低下させるので、２．０重量％以下とする。
【００１５】
［Ｍｎ：１．５重量％以下］
ＭｎはＳｉと同様に鋼の脱酸剤として有効な元素であるが、過度の添加は冷間鍛造性等の加工性を低下させるだけでなく、Ｓ，Ｐ等の不純物と共存して耐食性を低下させたり、Ｎの含有量によっては残留オーステナイト量が著しく増加して十分な焼入れ硬さが得られなくなる場合がある。したがって、Ｍｎの含有量は１．５重量％以下とする。
【００１６】
［Ｍｏ：３重量％以下、Ｖ：３重量％以下、Ｎｂ：１重量％以下の３種から選択した１種以上を含有］
Ｍｏは耐食性の向上に寄与するとともに、炭化物を生成して耐摩耗性の向上に寄与する元素であるが、３．０重量％を超えて添加しても効果が飽和し、熱間加工性が低下するので、３．０重量％以下とする。ＶおよびＮｂはＭｏと同様に炭化物を生成して耐摩耗性の向上に寄与する元素であるが、Ｖは３重量％を超えて、また、Ｎｂは１重量％を超えて添加すると冷間鍛造性等の加工性が低下するので、Ｖは３重量％以下、Ｎｂは１重量％以下とする。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明して本発明の効果をより明らかにする。
実施例および比較例１〜３の鋼に含有された添加元素の含有量を表１に示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
（１）耐食性試験
表１の実施例と比較例１の鋼によってボールベアリングの外輪を製造して供試材とした。これら供試材に対し、１０５０℃で焼入れした後に１６０℃で焼戻す熱処理を施してから、３５℃の５％ＮａＣｌ水溶液を１６時間連続して噴霧する耐食性試験を行った。図１に示すように実施例の外輪には錆が発生しなかったが、図２に示すように比較例１の外輪の表面には錆が発生した。
【００２０】
（２）金属組織の観察
実施例、比較例１および比較例２の鋼によって金属組織観察用の試験片を作成し、鏡面仕上げした観察面を腐食液で腐食してその観察面を顕微鏡で観察した。腐食液は、実施例および比較例１はピクラール（ピクリン酸のアルコール溶液）＋第２塩化鉄の溶液（ピクラール：５％、第２塩化鉄：５％）、比較例２はピクラール５％溶液とした。
【００２１】
図３、図４、図５は、それぞれ実施例、比較例１および比較例２の鋼の顕微鏡写真（倍率：１０００倍）である。比較例２は冷間鍛造性を有する鋼であるが故に粗大炭化物のない微細な組織を有しており、実施例の鋼もこの比較例２と同様の金属組織を有していることが認められる。したがって、実施例の鋼は比較例２と同様に粗大炭化物のない鋼としての特性、すなわち、冷間鍛造性を有し、さらに、疲労寿命、靱性および音響特性に優れていると言える。一方、比較例１の鋼は粗大炭化物の存在が認められ、実施例との金属組織の相違が明らかであった。
【００２２】
（３）冷間鍛造性の検証
実施例、比較例２および比較例３の鋼につき、次のようにして応力−ひずみ曲線を求め、変形抵抗に基づく冷間鍛造性を調べた。φ１４ｍｍ×２１ｍｍの試験片を端面拘束して軸方向に圧縮し、その軸方向の寸法変化と荷重から応力−ひずみ曲線を求めた。図６に、その結果を示す。図６によれば、実施例の鋼の応力−ひずみ曲線は比較例２と比較例３の間に位置しており、これはすなわち実施例の鋼が冷間鍛造性を確実に有していることを実証している。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の転がり軸受によれば、鋼成分としてのＣ，ＣｒおよびＮの含有量を所定の含有量に規定したので、高い耐食性を備えるとともに粗大炭化物の生成が抑えられることにより疲労寿命、靱性および音響特性に優れ、しかも冷鍛加工を可能として安価に製造することができるといった種々の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る鋼の耐食性試験の結果を示す写真である。
【図２】比較例１に係る鋼の耐食性試験の結果を示す写真である。
【図３】実施例に係る鋼の金属組織を示す顕微鏡写真である。
【図４】比較例１に係る鋼の金属組織を示す顕微鏡写真である。
【図５】比較例２に係る鋼の金属組織を示す顕微鏡写真である。
【図６】実施例と比較例２，３に係る鋼の応力−ひずみ曲線である。
【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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【図６】
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