(57)【要約】【課題】鋼材の製造コストを従来のＳＵＪ２並みにすると共に、さらにＳＵＪ２よりも高い靭性と転動寿命の鋼材および該鋼材からなる部品を製造する方法を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．９０〜１．２０％、Ｓｉ：０．５０〜１．５０％、Ｍｎ：０．２０〜０．７０％、Ｃｒ：０．９０〜１．６０％、Ｐ：≦０．０２５％、Ｓ：≦０．０３０％、Ｎｉ：＜０．５０％、Ａｌ：≦０．０５０％、Ｏ：≦０．００１５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる高炭素クロム鋼の転動部品を図１に示すヒートパターンで球状化焼鈍した後、焼入れ温度７８０〜８６０℃に加熱して焼入れし、さらに焼戻し温度１５０〜３００℃に焼き戻すことからなる転動部品の製造方法。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．９０〜１．２０％、Ｓｉ：０．５０〜１．５０％、Ｍｎ：０．２０〜０．７０％、Ｃｒ：０．９０〜１．６０％、Ｐ：≦０．０２５％、Ｓ：≦０．０３０％、Ｎｉ：＜０．５０％、Ａｌ：≦０．０５０％、Ｏ：≦０．００１５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる高炭素クロム鋼の転動部品を球状化焼鈍後、焼入れ温度７８０〜８６０℃に加熱して焼入れし、さらに焼戻し温度１５０〜３００℃に焼き戻すことを特徴とする転動部品の製造方法。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．９０〜１．２０％、Ｓｉ：０．５０〜１．５０％、Ｍｎ：０．２０〜０．７０％、Ｃｒ：０．９０〜１．６０％、Ｐ：≦０．０２５％、Ｓ：≦０．０３０％、Ｎｉ：＜０．５０％、Ａｌ：≦０．０５０％、Ｏ：≦０．００１５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる高炭素クロム鋼からなり、結晶粒度番号１０以上、かつ、硬さ６０ＨＲＣ以上であることを特徴とする転動部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種産業機械用部品や自動車用部品などに使用される玉軸受や転がり軸受といった転勤部品の製造方法および転動部品に関し、特に抗折力や衝撃値など高い靭性の要求される転動部品の製造方法および転動部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トランスミッションなどに用いられる転がり軸受用の鋼は、高炭素クロム鋼としてＪＩＳに規定されるＳＵＪ２やスルーハードニング型の軸受用鋼の他、ＳＣｒ４２０やＳＣＭ４２０などのケースハードニング型の肌焼鋼が知られている。さらにＳＵＪ２に浸炭や窒化処理を施して、硬度を高め、さらに表面に圧縮残留応力を付与して、例えばトランスミッションのギア摩耗による鉄粉などを含む油中での長寿命化を図っている。しかし、ＳＵＪ２などの高炭素クロム鋼では、鋼塊の鋳込み時に生じた巨大炭化物を消滅させるために高温での長時間の均熱処理が要求され、製造コストが高くなる問題がある。
【０００３】
ところでＳＵＪ２に浸炭や窒化処理を施しても、１５０〜２００℃の比較的高温度で使用される軸受では、耐焼戻し性が十分でないため、焼き戻されて軌道面などの表面硬さが低下してしまい、寿命の点で十分でない問題があり、この点を改善するものとして、特開平０３−４４４４６号公報に開示の発明が知られている。しかし、これはＮｉ添加のため、コストアップとなり、さらに、被削性が劣化する問題があり、かつ、この発明は、浸炭・窒化を前提としており高コストの問題がある。
【０００４】
さらに、上記のＳＵＪ２などの高炭素クロム鋼では、鋼塊の鋳込み時に生じた巨大炭化物を消滅させるために高温での長時間の均熱処理が要求される問題を解決するものとして、特開平０９−１２５２０２号公報に開示の発明が知られている。しかし、この発明は、硬さ低下による転動寿命が低下し、かつ、Ｎｂ添加のためコストアップとなる問題がある。
【０００５】
そして、最も一般的な方法としてＳＵＪ２では、靭性を上げるために焼戻し温度を高くする方法が行われるが、転動寿命が低下する問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、新規の鋼材を開発して、鋼材の製造コストを従来のＳＵＪ２並みにすると共に、さらにＳＵＪ２よりも高い靭性と転動寿命の鋼材および該鋼材からなる部品を製造する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の手段は、高炭素クロム軸受鋼において、Ｓｉの含有量を０．５０〜１．５０％に増加し、この高Ｓｉ含有の高炭素クロム軸受鋼からなる転動部品を球状化焼鈍後、７８０℃〜８６０℃に加熱した後、焼入れし、さらに１５０〜３００℃の温度に焼戻して、結晶粒度番号１０以上かつ表面硬さ６０ＨＲＣ以上を確保した転動部品とするものである。すなわち、高炭素クロム軸受鋼において、Ｓｉのみを上記の必要量に添加量を増し、適正な焼入れ焼戻し処理を施すことにより、ごく微細な炭化物を大量にマトリックスに析出させ、その結果、焼入れ焼戻し後の結晶粒の微細化を可能とし、静的強度の著しく向上した鋼材からなる転動部品を得るものであり、さらに、焼戻し硬さも高いので、寿命向上も図れるものである。
【０００８】
すなわち上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、質量％で、Ｃ：０．９０〜１．２０％、Ｓｉ：０．５０〜１．５０％、Ｍｎ：０．２０〜０．７０％、Ｃｒ：０．９０〜１．６０％、Ｐ：≦０．０２５％、Ｓ：≦０．０３０％、Ｎｉ：＜０．５０％、Ａｌ：≦０．０５０％、Ｏ：≦０．００１５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる高炭素クロム鋼の転動部品を球状化焼鈍後、焼入れ温度７８０〜８６０℃に加熱して焼入れし、さらに焼戻し温度１５０〜３００℃に焼き戻すことからなる転動部品の製造方法である。
【０００９】
請求項２の手段では、質量％で、Ｃ：０．９０〜１．２０％、Ｓｉ：０．５０〜１．５０％、Ｍｎ：０．２０〜０．７０％、Ｃｒ：０．９０〜１．６０％、Ｐ：≦０．０２５％、Ｓ：≦０．０３０％、Ｎｉ：＜０．５０％、Ａｌ：≦０．０５０％、Ｏ：≦０．００１５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる高炭素クロム鋼からなり、結晶粒度番号１０以上、かつ、硬さ６０ＨＲＣ以上である転動部品である。
【００１０】
本発明における高炭素クロム鋼の成分組成および焼入れ温度、焼戻し温度、結晶粒度番号、硬さの限定理由を説明する。なお、％は質量％である。
【００１１】
Ｃ：０．９０〜１．２０％
Ｃは、鋼材に必要な強度を付与し、焼入性を向上させる元素である。０．９０％未満では転動部品としての硬さが十分でなく、転動寿命が低下する。一方、１．２０％を超えると大型炭化物の生成により靱性が低下しかつ転動寿命が低下する。そこで、Ｃ：０．９０〜１．２０％とする。
【００１２】
Ｓｉ：０．５０〜１．５０％
Ｓｉは、主として脱酸剤および焼入性を向上させる元素であり、かつ、極く微細な炭化物を生成して大量にマトリックスに析出させて結晶粒を微細化する効果を有する。しかし、０．５０％未満では微細炭化物の生成効果が十分でなく、結晶粒の微細化が十分に図れず靱性が十分でない。１．５０％を超えると硬さの上昇を招き、熱間加工性を低下し、被削性が低下する。そこで、Ｓｉ：０．５０〜１．５０％とする。好ましくは、０．８０〜１．５０％とする。
【００１３】
Ｍｎ：０．２０〜０．７０％
Ｍｎは、鋼の脱酸効果を有し、強度および焼入性を付与する元素である。０．２０％未満では焼入性の確保が十分でなく、０．７０％を超えると、硬さの上昇を招き加工性を低下させる。そこで、０．２０〜０．７０％である。
【００１４】
Ｃｒ：０．９０〜１．６０％
Ｃｒは、強度、焼入性、靱性を付与す元素であり、炭化物生成により寿命を向上させる。しかし、０．９０％未満では、その効果は十分でなく、１．６０％を超えると大型炭化物の生成により転動寿命および靱性が低下する。そこで、Ｃｒ：０．９０〜１．６０％とする。
【００１５】
Ｐ：≦０．０２５％
Ｐは、不純物として含有される元素で、粒界偏析し靱性を低下するので、できるだけ低減することが望ましい。そこで、Ｐ：≦０．０２５％とする。
【００１６】
Ｓ：≦０．０３０％
Ｓは、鋼中で非金属介在物の生成により、粒界脆化を招き転動寿命および靱性を低下する。そこで、Ｓ：≦０．０３０％とする。
【００１７】
Ｎｉ：＜０．５０％
Ｎｉは、不純物として含有される元素で、できるだけ低減することが望まれる。多量に含有されると硬さの上昇を招き、加工性を劣化し、かつコストの上昇を招く。そこで、Ｎｉ：＜０．５０％とする。
【００１８】
Ａｌ：≦０．０５０％
Ａｌは、脱酸剤としての有効な元素であるが、この発明では不純物として含有される。しかし、多く含まれると転動寿命を低下する。そこで、Ａｌ：≦０．０５０％とする。
【００１９】
Ｏ：≦０．００１５％
Ｏは、不純物として含有される元素で、多いと酸化物介在物を生成して転動疲労寿命を低下するので、できるだけ低減することが望まれる。そこで、Ｏ：≦０．００１５％とする。
【００２０】
焼入れ温度７８０〜８６０℃
焼入れ温度は、７８０℃より低いと、硬さ低下により寿命が低下する。８６０℃を超えると炭化物の固溶により結晶粒が粗大化して靱性が低下し、残留オーステナイトが増加して硬さが低下し、転動寿命が低下する。そこで、焼入れ温度７８０〜８６０℃とする。
【００２１】
焼戻し温度１５０〜３００℃
焼戻し温度は、１５０℃未満ではマルテンサイトで靱性が低下する。一方、３００℃を超えると硬さ低下による転動寿命が低下する。そこで、焼戻し温度１５０〜３００℃とする。好ましくは１５０〜２５０℃とする。
【００２２】
結晶粒度番号１０以上
結晶粒度番号は、靱性を確保するために１０以上必要である。
【００２３】
硬さ６０ＨＲＣ以上
硬さは、転動寿命を確保する上で６０ＨＲＣ必要である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例を通じて説明する。表１に本発明に係る鋼Ｎｏ．１〜６の各鋼と、比較例としての鋼Ｎｏ７〜１３の各鋼の成分組成を示す。これらの鋼をそれぞれ１００ｋｇ真空溶解炉で溶製し、インゴットに鋳造する。これらのインゴットを１２００℃に加熱して、φ３５に鍛伸する。前処理として図１に示すヒートパターンで球状化焼鈍し、１０ＲＣシャルピー衝撃性試験の試験片に粗加工し、その後、表２に示す焼入れ温度および焼戻し温度で焼入れ焼戻しする。次いで衝撃試験片に仕上げ加工し、硬さおよび衝撃値を測定した。これらの結果を表２に示す。
【００２５】
さらに、上記の１００ｋｇ真空溶解炉で溶製し、インゴットに鋳造する。これらのインゴットを１２００℃に加熱して、φ３５に鍛伸する。前処理として図１に示すヒートパターンで球状化焼鈍し、その後、表２に示す焼入れ温度および焼戻し温度で焼入れ焼戻しする。次いで、φ１０×６０ｍｍ抗折試験片およびスラスト型寿命試験片に加工し、抗折試験を行い抗折力を測定し、一方、スラスト型寿命試験機でスラスト型寿命をＬ５０寿命にて評価し、これらの結果を表２に示す。なお、スラスト型寿命の試験条件は、面圧５２９２ＭＰＡ、回転数１８００ｒｐｍ、潤滑油：スピンドル油＃６０、試験温度：常温、試験数ｎ＝１０で、Ｌ５０寿命にて評価する。
【００２６】
【実施例】
本発明の実施例と比較例の化学成分を表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１に示す本発明鋼と比較鋼から、表２に示す鋼Ｎｏの鋼材を選択し、それらを本発明の条件を満足する発明例と満足しない比較例とし、それぞれの焼入れ焼戻し温度および結晶粒度と共に、表面硬さ、衝撃値、抗折力、Ｌ５０寿命を表２に示す。なお、鋼Ｎｏ．７はＳＵＪ２鋼である。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
表２から、本発明の焼入れ温度および焼戻し温度の各条件を満足する試片は、結晶粒度番号が１０．１以上で全て１０以上を満足して結晶粒が微細であり、表面硬さがＨＲＣ６１．０以上で全てＨＲＣ６０以上を満足し、衝撃値が３６．１Ｊ／ｃｍ２以上であり、抗折力が３０．８ＫＮ以上で、Ｌ５０寿命が発明鋼Ｎｏ．１で焼戻し温度が高めの２５０℃のものでも５０×１０６以上で、焼戻し温度が１８０℃のものでは１００超×１０６であり、発明鋼Ｎｏ．２、３、４、５、６のものは全てＬ５０寿命は１００超×１０６である。本発明例のものは全ての評価項目で優れている。これに対し、比較例のものでは全ての評価項目を満足するものは無く、いずれかの評価項目が良くても他の評価項目が良くないものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は高炭素クロム軸受用鋼において、Ｓｉのみを高Ｓｉとし、焼戻し温度を比較的高温とした適正な焼入れ焼戻し温度とすることで、焼入れ焼戻し後の結晶粒が微細化され、静的強度が著しく向上し、かつ、疲労寿命がＳＵＪ２よりも優れた転動部品をＳＵＪ２並みの低コストで得ることができるなど、本発明は従来にない優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】球状化焼鈍のヒートパターンを示す図である。
【図１】
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