(57)【要約】  構成要素(14、26、28)をフラッシュバット溶接する段階を含む、鋼から前記構成要素(14、26、28)を製造する方法。この鋼は、加工率5:1超を有する。
2015509847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成要素(14、26、28)をフラッシュバット溶接するステップを含む、鋼から前記構成要素(14、26、28)を製造する方法において、前記鋼が、5:1を超える加工率を有することを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記構成要素(14、26、28)がリングであり、前記方法が、
端部(12a、12b)を有する少なくとも1本の棒鋼(12)から前記リング(14、26、28)を製造するステップと、
前記少なくとも1本の棒鋼(12)を少なくとも1つの環状セグメントに形成するステップと、
前記少なくとも1つの環状セグメントの前記両端部をフラッシュバット溶接して前記リング(14、26、28)を作成するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
5:1を超える、6:1を超える、7:1を超える、8:1を超える、または9:1を超える加工率を有する、鍛造スラブ、ブルーム、またはビレットを作製するステップを含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
【請求項４】
複数の棒鋼(12)を複数の環状セグメントに形成するステップであって、前記環状セグメントを一体にフラッシュバット溶接して前記リング(14、26、28)を作成する場合に、各環状セグメントが前記リングの50%、25%、15%、または15%未満を構成することを特徴とする、請求項2または3に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも1本の棒鋼(12)を前記少なくとも1つの環状セグメントに形成する前に、前記少なくとも1本の棒鋼(12)を形削りするステップを含むことを特徴とする、請求項2〜4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記鋼が、0.1〜1.1重量%、好ましくは0.6〜1.1重量%、または最も好ましくは0.8〜1.05重量%の炭素含有量を有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記フラッシュバット溶接するステップの後に、いかなる溶接付着物(22)をも除去するステップを含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記構成要素(14、26、28)が、軸受リングであることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記リング(14、26、28)が、0.5m以上の外径を有することを特徴とする、請求項2〜8のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記鋼が、重量%で以下の組成、すなわち
C： 0.5〜1.1
Si： 0〜0.15
Mn： 0〜1.0
Cr： 0.01〜2.0
Mo： 0.01〜1.0
Ni： 0.01〜2.0
Vおよび/またはNb： Vが0.01〜1.0もしくはNbが0.01〜1.0、または両元素が0.01〜1.0
S： 0〜0.002
P： 0〜0.010
Cu： 0〜0.15
Al： 0.010〜1.0
および通常生じる不純物
を含有し、
残部がFe 
を有することを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも1本の棒鋼(12)を少なくとも1つの環状セグメントに形成し、前記少なくとも1つの環状セグメントの両端部(12a、12b)をフラッシュバット溶接することによって製造されたリング(14、26、28)において、前記少なくとも1本の棒鋼(12)が、5:1を超える加工率を有することを特徴とする、リング。
【請求項１２】
複数の環状セグメントから形成され、前記環状セグメントを一体にフラッシュバット溶接して前記リング(14、26、28)を作成する場合に、各環状セグメントが前記リングの50%、25%、15%、または15%未満を構成することを特徴とする、請求項11に記載のリング。
【請求項１３】
前記少なくとも1本の棒鋼(12)が、0.1〜1.1重量%、好ましくは0.2〜0.7重量%、または最も好ましくは0.2〜0.4重量%の炭素含有量を有する鋼を備えることを特徴とする、請求項11または12に記載のリング。
【請求項１４】
前記リング(14、26、28)が、軸受(24)の内輪(26)または外輪(28)などの軸受リングであることを特徴とする、請求項11〜13のいずれか一項に記載のリング。
【請求項１５】
前記リング(14、26、28)が、0.5m以上の外径を有することを特徴とする、請求項11〜14のいずれか一項に記載のリング。
【請求項１６】
前記少なくとも1本の棒鋼(12)が、重量%で以下の組成、すなわち
C： 0.5〜1.1
Si： 0〜0.15
Mn： 0〜1.0
Cr： 0.01〜2.0
Mo： 0.01〜1.0
Ni： 0.01〜2.0
Vおよび/またはNb： Vが0.01〜1.0もしくはNbが0.01〜1.0、または両元素が0.01〜1.0
S： 0〜0.002
P： 0〜0.010
Cu： 0〜0.15
Al： 0.010〜1.0
および通常生じる不純物
を含有し、
残部がFe 
の組成を有することを特徴とする、請求項11〜15のいずれか一項に記載のリング。
【請求項１７】
請求項11〜16のいずれか一項に記載の少なくとも1つのリング(14、26、28)を備えることを特徴とする、軸受(24)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼から軸受リングなどの構成要素を製造する方法に関する。本発明はまた、かかるリングを備えるリングおよび軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
鍛造とは、局所的な圧縮力を用いた金属の成形を伴う製造工程である。鍛造工程中に金属が成形される際、その内部の結晶粒が変形して、その部品の全体的な形状にならう。その結果、結晶粒はその部品全体にわたって連続し、強度特性が改善された部品が得られる。鋼は大抵、熱間鍛造され、その理由は、熱間鍛造では、冷間鍛造から生じ得る加工硬化が防止されるからであり、加工硬化が生じると、その部品に対して二次機械加工作業を実施するのがより困難になることがある。鋼インゴットまたはビレットを加熱するのに、高温炉が必要となり、また、インゴットまたはビレットを圧縮するのに、大型の鍛造用ハンマおよびプレス、および/または金属形成ダイが使用される。
【０００３】
棒鋼は、鍛造されたインゴットまたはビレットから作製することができ、かかる棒鋼を用いてリングを製造することができる。すなわち、棒鋼をリングに形成し、リングの両端部をフラッシュバット溶接によって一体に溶接することができる。フラッシュバット溶接は、金属レール、ロッド、チェーン、またはパイプのセグメントを接合する抵抗溶接技術であり、この技術では、セグメントの端部同士を位置合せし、帯電させ、電気アークを生成し、この電気アークによってセグメントのこれら端部を溶融し、溶接し、それによって極めて強力かつ平滑な接合部をもたらす。
【０００４】
フラッシュバット溶接回路は通常、低電圧、高電流のエネルギー源(通常は溶接変圧器)と、2つのクランプ電極とからなる。溶接すべき2つのセグメントを電極で把持し、それらセグメント同士が対合し軽く接触するまで互いに引き合わせる。変圧器に通電することによって、高密度の電流を、互いに接触している領域に流す。フラッシングが開始し、フラッシング作用を維持するのに十分な力および速度でセグメントが一体に鍛造される。溶接すべき2つの表面で熱勾配が確立された後、アプセット力を急激に印加すると溶接が完了する。このアプセット力によって、溶接ゾーンからスラグ、酸化物、および溶融金属が押し出され、加熱された金属のより低温のゾーンに溶接付着物が残ることになる。次いで、この接合部を僅かに冷却してから、クランプを開いて溶接済物品を解放する。溶接付着物は、要件に応じてそのまま残しておいても、または溶接済物品がまだ熱いうちにシャーリング加工によって除去しても、またはグラインディングによって除去してもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、鋼から、フラッシュバット溶接すべき構成要素を製造する改善された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、5:1を超える加工率を有する鋼をフラッシュバット溶接する段階を含む方法によって達成される。
【０００７】
表現「加工率」とは、本明細書では、例えばスラブ、ブルーム、もしくはビレットの鍛造による、または鍛造されたスラブ、ブルーム、またはビレットからの切断による鋼製品における面積圧縮の程度を指す。金属鍛造における加工率は、鍛造前の金属断面積を、鍛造後の金属断面積で割ることによって計算することができる。本発明者らは、フラッシュバット溶接すべき構成要素を製造するときに、高圧延材料(すなわち5:1を超える加工率を有する材料)を組み合わせて使用することによって、高圧延材料を使用しないケースに比べて、構成要素の機械的特性が改善されることを見出した。例えば、本発明の一実施形態による方法を用いて製造された軸受リングでは、5:1未満の加工率を有する軸受リングに比べて、転がり接触疲労が改善される。
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、構成要素はリングであり、本方法は、少なくとも1本の棒鋼を少なくとも1つの環状セグメントに形成する段階と、少なくとも1つの環状セグメントの両端部をフラッシュバット溶接してリングを作成する段階とを含み、少なくとも1つの棒鋼は、5:1を超える加工率を有する。したがって、リングは、環状セグメントの両端部が一体にフラッシュバット溶接されると完全なリングを構成する、単一の環状セグメントから構築される。あるいは、リングは、それぞれがリングの一部を構成する複数の環状セグメントから構築され、隣接する環状セグメントの両端部が一体にフラッシュバット溶接されると完全なリングが形成される。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、本方法は、5:1を超える、6:1を超える、7:1を超える、8:1を超える、または9:1を超える加工率を有する、鍛造鋼のスラブ、ブルーム、またはビレットを作製する段階を含む。スラブ、ブルーム、またはビレットは、重量が4トン超、10トン超、15トン超、20トン超、またはそれ以上のインゴットから鍛造することができる。少なくとも1本の棒鋼を、スラブ、ブルーム、またはビレットから鍛造または切り出すことができる。ビレットは、断面が円形または正方形であり、面積が230cm2未満の1本の金属である。ブルームは、その断面積が230cm2よりも大きい点を除いて、ビレットと同様である。スラブは、断面が長方形の1本の金属である。
【００１０】
本発明の別の実施形態によれば、本方法は、複数の棒鋼を複数の環状セグメントに形成する段階を含み、環状セグメントを一体にフラッシュバット溶接してリングを作成した場合に、各環状セグメントはリングの50%、25%、15%、または15%未満を構成する。あるいは、異なる寸法の複数の環状セグメントを一体にフラッシュバット溶接して、リングを作成してもよいことに留意されたい。
【００１１】
本発明の別の実施形態によれば、リングは、軸受リングである。本発明による方法は、それだけに限られるものではないが、特に、大型寸法のリング(すなわち0.5m以上、1m以上、2m以上、または3m以上の外径を有するリング)の製造に適している。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、本方法は、フラッシュバット溶接する段階前に、鋼表面の少なくとも一部を、後続のフラッシュバット溶接接合部の近傍で浸炭させる段階を含み、この表面は、フラッシュバット溶接すべき表面に隣接している。その表面の炭素は、溶接接合部近傍に留まるのではなく、加熱された金属のより低温のゾーンの方へと、すなわち溶接済軸受リング、または溶接済軸受環状セグメントなどの溶接済構成要素の、後に軌道面を構成することになり得る内側表面および外側表面の方へと運ばれる。したがって、移動した炭素によって、溶接済構成要素の内側表面および外側表面では、表面硬度、耐摩耗性、および/または疲労強度および引張り強度がさらに増大する。かかる方法によって、炭素がない、または炭素がほとんどない優れた溶接接合部を有する溶接済構成要素が得られ、この溶接済構成要素には、炭素がある場合には生じ得た構造的脆弱領域がない。したがって、かかる方法によって、高度の構造一体性を有する改良された溶接済構成要素が得られる。
【００１３】
代替的に、構成要素は、フラッシュバット溶接する段階後に、その表面硬度、耐摩耗性、および/または疲労強度および引張り強度を増大させるために浸炭させてもよい。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態によれば、本方法は、少なくとも1本の棒鋼を少なくとも1つの環状セグメントに形成する前に、その棒鋼を形削りする(profile)段階を含む。この形削り段階では、少なくとも1本の棒鋼を、フレーム切断、レーザ切断、ウォータジェット切断、またはプラズマ切断などの方法を用いて必要な寸法に切断することができる。本発明の一実施形態によれば、浸炭段階は、形削り段階の前に実行することができる。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、鋼は、0.1〜1.1重量%、好ましくは0.6〜1.1重量%、または最も好ましくは0.8〜1.05重量%の炭素含有量を有する。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、本方法は、フラッシュバット溶接する段階後に、例えばスラグ、酸化物、および/または溶融金属を含有したいかなる溶接付着物をも除去する段階を含む。
【００１７】
本発明のさらなる実施形態によれば、鋼は重量%で以下の組成、すなわち
C： 0.5〜1.1
Si： 0〜0.15
Mn： 0〜1.0
Cr： 0.01〜2.0
Mo： 0.01〜1.0
Ni： 0.01〜2.0
Vおよび/またはNb： Vが0.01〜1.0もしくはNbが0.01〜1.0、または両元素が0.01〜1.0
S： 0〜0.002
P： 0〜0.010
Cu： 0〜0.15
Al： 0.010〜1.0
および通常生じる不純物
であって、残部がFe
の組成を有する。
【００１８】
鋼のケイ素含有量を最小限に抑え、かつマンガンおよびクロム(これらは酸化しやすい合金元素である)の含有量を上記のレベルまで低減することによって、この鋼はより安定となり、フラッシュバット溶接中に容易には酸化しなくなる。鋼の硫黄含有量を絶対最小値まで低減させると、フラッシュバット溶接を施した鋼における望ましくない非金属介在物の含有量が最小限に抑えられる。硫黄含有量を極めて低くすることを保証するとともに、非金属介在物の形状の制御を確保する製鋼中の特殊な取鍋処理によって、高度な板厚全体を通じた延性を得ることができる。
【００１９】
鋼にフラッシュバット溶接を施す際に、鋼の残留元素またはトランプ元素がオーステナイト粒界に移動するのを妨げるように、鋼の燐含有量をもやはり絶対最小値まで低減され、溶接部がかなり脆弱となる。モリブデン、ニッケル、および任意にバナジウムを添加することによって、大型構成要素(すなわち400mm以上のDI)の無心焼入れが可能となるのに十分な焼入れ性が鋼に付与される。
【００２０】
したがって、かかる鋼を使用することによって、フラッシュバット溶接から生じる好ましくない材料流れの悪影響を制限することができる。すなわち、かかる鋼を使用することによって、接合済/溶接済構成要素に、そうでない場合には生じ得た構造的脆弱領域が含まれないため、優れた接合部/溶接部を有する接合済/溶接済構成要素が得られる。したがって、かかる接合済/溶接済構成要素は、かかる鋼を備えない接合済/溶接済構成要素に比べて高度の構造一体性を有する。したがって、かかる鋼はフラッシュバット溶接に、特に高い疲労特性および靱性特性が求められる用途向けの構成要素の製造に適しており、このような構成要素には、製造中、または製造後にフラッシュバット溶接が施される。
【００２１】
本発明はまた、本発明の一実施形態による方法を用いて製造されたリングに関する。このリングは、少なくとも1本の棒鋼を少なくとも1つの環状セグメントに形成し、その少なくとも1つの環状セグメントの両端部をフラッシュバット溶接することによって製造され、この少なくとも1本の棒鋼は、5:1を超える加工率を有する。かかる高大きな変形を受けた棒鋼内の介在物の総数は、同じ鋼、および同じ寸法の対応する、あまり変形されていない棒鋼よりも多く、かつ平均介在物寸法がより小さい。
【００２２】
本発明によるリングのさらなる実施形態については、特許請求の範囲に記載されている。
【００２３】
本発明はまた、本発明の一実施形態による少なくとも1つのリングを備える軸受に関する。この軸受は、ころ軸受、針軸受、円錐ころ軸受、球面ころ軸受、トロイダルころ軸受、スラスト軸受、または転がり接触、もしくは転がり接触と滑り接触との組合せなど、ヘルツ応力を交番して受けるいかなる用途にも適した軸受でよい。軸受は、例えば自動車、風力、海洋、金属生産、または他の機械用途など、高い耐摩耗性、および/または増強された疲労強度および引張り強度が求められる用途に使用することができる。
【００２４】
本発明について、添付の概略図を参照しながら非限定的な例によって以下でさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態による方法の一段階を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による方法の一段階を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による方法の一段階を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によるフラッシュバット溶接段階後の軸受リングを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による方法の諸段階を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による軸受を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図面は、原寸に比例して示されておらず、見やすいようにある特徴の寸法が誇張されていることに留意されたい。
【００２７】
図1〜図3は、本発明の一実施形態による方法の様々な方法段階を概略的に示す。図1は、鋼10が鍛造されて、2つの対向する端部12aおよび12b、ならびに5:1を超える加工率を有する棒鋼12が作製される様子を示す。
【００２８】
図示の実施形態に示す棒鋼12の端部12a、12bは、棒鋼12の側面12c、12dに対して90°の角度を成す端部を備えることに留意されたい。しかし、棒鋼12は、棒鋼の側面12c、12dに対して90°超の、または90°未満の角度を成す端部12a、12bを備えてもよく、すなわち棒鋼12は、斜めに傾斜した端部を備えてもよい。さらに、棒鋼12の端部12aおよび12bは、必ずしも平坦な表面を有しなくともよい。
【００２９】
棒鋼の少なくとも1つの表面12a、12b、12c、12dの少なくとも一部を、フラッシュバット溶接前に浸炭させてもよい。例えば、分解時に炭素を遊離させる別の材料の存在下で棒鋼を加熱し、次いで焼入れによって急冷する任意の従来方法を用いて、対向する端部を一様にまたは非一様に浸炭させて、連続した、または非連続の浸炭層を形成することができる。
【００３０】
図2は、単一の棒鋼12が、開口した軸受リング14に形成されたものを示す。あるいは、複数の棒鋼12をそれぞれ複数の環状セグメントに形成し、次いで2つ以上の環状セグメントを一体にフラッシュバット溶接して、軸受リング14を形成してもよいことに留意されたい。
【００３１】
図3は、開口した軸受リング14の端部12aと12bとが一体にフラッシュバット溶接されている様子を示す。開口した軸受リング14の端部12a、12bは、把持され、制御された速度で互いに引き合わせられ、変圧器16からの電流が印加される。2つの端部12aと12bとの間にアークが生成される。フラッシュバット溶接工程の始めには、アークギャップ18は、2つの表面12a、12bを平らにし、クリーンにするのに十分なほど広い。ギャップ18を減少させ、その後開閉させることによって、2つの表面12a、12bに熱が生じる。2つの表面12a、12bの温度が鍛造温度に達すると、図3のブロック矢印20の方向に圧力が印加される(または、移動可能な端部を、静止した端部に押し付けて鍛造する)。2つの表面12aと12bとの間にフラッシュが生じ、それによって溶接領域にあるいかなる炭素も、表面12a、12bから軸受リングの内側表面12cおよび外側表面12dの方へと半径方向外方に流れることになり、その結果クリーンな溶接接合部が得られる。
【００３２】
例えば水、油、またはポリマーベースの焼入れによる冷却後に、溶接済軸受リングの内側表面12dおよび外側表面12cに蓄積したいかなる溶接付着物22(図4に示す)をも除去することができる。本発明の一実施形態によれば、溶接済軸受リングに第2の熱処理を施し、アプセット力を与えて、その構造一体性をさらに改善することができる。
【００３３】
図5は、本発明の一実施形態による、鋼から、すなわち棒鋼から構成要素、すなわちリングを製造する方法の様々な段階を示す。本方法は、5:1を超える加工率を有する棒鋼を作製する段階と、その棒鋼を開口したリングに形成する段階と、その開口した軸受リングの両端部をフラッシュバット溶接する段階とを含む。棒鋼は、リングに形成する前に、形削りすることができる。
【００３４】
図6は、軸受24、すなわち寸法が直径10mmから直径数メートルまでの範囲におよび、かつ数十グラムから数千トンまでの負荷容量を有し得る転がり軸受の一例を示す。すなわち、本発明による軸受24は、いかなる寸法のものでもよく、いかなる負荷容量をも有することができる。軸受24は、内輪26および外輪28を有し、その一方または両方を、本発明によるリングによって構成することができ、また、この軸受24は、1組の転動体30を有する。転がり軸受24の内輪26、外輪28、および/または転動体30、ならびに好ましくは転がり軸受24の全ての転がり接触部品は、0.20から0.40重量%の炭素を含む鋼から製造される。
【００３５】
特許請求の範囲に含まれる本発明のさらなる改変が、当業者には明白であろう。
【符号の説明】
【００３６】
10  鋼
12  棒鋼
12a、12b  端部
12c  外側表面
12d  内側表面
14  軸受リング
16  変圧器
18  アークギャップ
20  ブロック矢印
22  溶接付着物
24  軸受
26  内輪
28  外輪
30  転動体
【図１】
2015509847.tif 000003
【図２】
2015509847.tif 000004
【図３】
2015509847.tif 000005
【図４】
2015509847.tif 000006
【図５】
2015509847.tif 000007
【図６】
2015509847.tif 000008
【国際調査報告】
2015509847.tif 000009
2015509847.tif 000010
2015509847.tif 000011
2015509847.tif 000012