(57)【要約】【課題】ベアリング等に使用される冷間鍛造用高耐食鋼材およびそれを用いた冷間鍛造方法を提供すること。【解決手段】素材鋼の組成をｍａｓｓ％で、Ｃ：０．３５〜０．６５％、Ｃｒ：７．０〜１０．０％、Ｎ：０．０５０〜０．２０％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃ＋Ｎ≦０．７０％とし、かつ変形抵抗式における変形抵抗係数ｋ：１０００〜１０６０ＭＰａ、加工硬化指数ｎ：０．１２〜０．１８として、ベアリングの連続冷間鍛造加工を可能にし、ベアリングに要求される転動疲労特性、耐摩耗性、耐食性、音響特性等の諸特性を満足させる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．３５〜０．６５％、Ｃｒ：７．０〜１０．０％、Ｎ：０．０５０〜０．２０％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃ＋Ｎ≦０．７０％、かつ変形抵抗式の変形抵抗定数ｋ：１０００〜１０６０ＭＰａ、加工硬化指数ｎ：０．１２〜０．１８であることを特徴とする冷間鍛造用高耐食鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の冷間鍛造用高耐食鋼を素材鋼として、冷間鍛造法で製作したことを特徴とするベアリング。
【請求項３】
ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．３５〜０．６５％、Ｃｒ：７．０〜１０．０％、Ｎ：０．０５０〜０．２０％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃ＋Ｎ≦０．７０％である中炭素鋼の内から、変形抵抗式の変形抵抗定数ｋ：１０００〜１０６０ＭＰａ、加工硬化指数ｎ：０．１２〜０．１８である鋼材を選定して、それを素材鋼とすることを特徴とする冷間鍛造方法。
【請求項４】
請求項３に記載した冷間鍛造方法を使用したことを特徴とするベアリングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベアリング等に使用される冷間鍛造用高耐食鋼材およびそれを用いた冷間鍛造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車のベアリング、歯車等の所要の形状を有し、靭性を必要とする部品においては、すべての加工面を切削加工のみとすることは歩留まりが悪く、加工時間が長くなり生産性が低下し、また鍛造加工固有の靭性を得ることができない。
【０００３】
そのため、加熱工程を加えない連続冷間鍛造加工のみで成形することが要望されているが、加工度が高いと素材に割れが発生するため、熱間鍛造加工とするか、冷間鍛造の工程中に熱処理を加える方法が使用されている。
【０００４】
さらに、ベアリングにおいては、冷間鍛造性、被削性といった加工性のほかに転動疲労特性、耐摩耗性、耐食性、音響特性等の諸性能やコストが高度のレベルで要求されることから、ベアリングに使用される素材鋼についても上記諸特性に対応する高度の特性が要求されている。
【０００５】
そのため、例えば特許文献１には高Ｃ高Ｃｎ組成にＮを添加し、焼なまし状態の組織中にＦｅとＣｒの微細な窒化物を形成させ、軸受に成形後の熱処理で容易に固溶するような状態を創出して焼戻し後の強度を一段と向上させ、転動疲労特性を向上し、耐摩耗性と耐食性とが従来鋼であるＳＵＳ４４０Ｃ並の性質を備えたものが示されている。
【０００６】
また、特許文献２には加工性の改善と焼入れ焼戻し硬さを両立させるためにＣ＋Ｎ量を必要最小限に抑え、かつＣｒ量を１３％Ｃｒ系鋼より少ない１０％以下としてコスト低下を図りながら、さらにＮを含有させるとともにＮｉを含有させることにより耐食性を向上させたものが示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０７−２３３４４２号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０５６００号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷間鍛造加工において従来から広く使用されている軸受鋼ＳＵＪ２では高歪みの連続冷間鍛造加工を行うと割れが比較的容易に発生するため、工程の途中で加熱処理を追加することが必要となり生産性が低下し、コストアップの要因となっている。また耐食性が十分ではないため腐食環境下で使用されるベアリングには適用できない。
【０００９】
また、上記特許文献１に記載の素材鋼では耐食性は改善されているが、軸受鋼ＳＵＪ２と同様に高歪みの連続冷間鍛造加工を行うと割れが発生する。
【００１０】
また、上記特許文献２に記載の素材鋼は耐食性の向上を素材開発の主眼としたものであるから冷間鍛造素材としての活用性については十分な検討がされていなかった。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来開発された軸受鋼の特性を踏まえ、種々の検討を行い素材鋼の歪みと応力の関係に着目してなされたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための第１の手段は、ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．３５〜０．６５％、Ｃｒ：７．０〜１０．０％、Ｎ：０．０５０〜０．２０％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃ＋Ｎ≦０．７０％、かつ変形抵抗式の変形抵抗定数ｋ：１０００〜１０６０ＭＰａ、加工硬化指数ｎ：０．１２〜０．１８あることを特徴とする冷間鍛造用高耐食鋼である。
【００１３】
第２の手段は、請求項１に記載の冷間鍛造用高耐食鋼を素材鋼として、冷間鍛造法で製作したことを特徴とするベアリングである。
第３の手段は、ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．３５〜０．６５％、Ｃｒ：７．０〜１０．０％、Ｎ：０．０５０〜０．２０％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃ＋Ｎ≦０．７０％である中炭素鋼の内から、変形抵抗式の変形抵抗定数ｋ：１０００〜１０６０ＭＰａ、加工硬化指数ｎ：０．１２〜０．１８である鋼材を選定して、それを素材鋼とすることを特徴とする冷間鍛造方法である。
【００１４】
第４の手段は、請求項３に記載した冷間鍛造方法を使用したことを特徴とするベアリングの製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
ベアリングの冷間鍛造性を向上させるには、比較的低い応力で容易に変形する素材を選定すれば良いことになる、即ち素材鋼の歪みー応力特性を示した図１において曲線の傾きの小さい曲線（イ）の特性を有する素材鋼を選定すればよいことになるが、ベアリングにおいては、上記の通り冷間鍛造性、被削性等の加工性のほか転動疲労特性、耐摩耗性、耐食性、音響特性等の諸性能が高度のレベルで要求されることから、曲線（イ）の特性を有する素材鋼ではベアリングに要求される冷間鍛造性、被削性等の加工性を満足しても転動疲労特性、耐摩耗性を満足し得ない。
【００１６】
これとは反対に図１において、傾きの大きい曲線（ハ）の特性を有する素材鋼を選択すると転動疲労特性、耐摩耗性は満足するが、変形抵抗が過大となり鍛造機械の負荷が大きくなると共に、素材が型形状に追従した変形をしなくなり、形状不良や割れが発生し、鍛造型の摩耗・損傷を生じて、本発明の課題とする冷間鍛造性の改善を図ることができない。
【００１７】
そこで、素材鋼の要求特性に配慮しながら歪みε：１のとき応力σ：１０００ＭＰａ程度となる素材を第１次選択し、その中から加工歪みが大きくなっても加工硬化の進行が適度で材料の変形能の大きい材料を第２次選択することにした。
【００１８】
そして、これらの検討の結果、ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．３５〜０．６５％、Ｃｒ：７．０〜１０．０％、Ｎ：０．０５０〜０．２０％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃ＋Ｎ≦０．７０％とし、かつ変形抵抗式の変形抵抗定数ｋ：１０００〜１０６０ＭＰａ、加工硬化指数ｎ：０．１２〜０．１８とする素材鋼が、冷間鍛造性、被削性等の加工性を向上させ、ベアリングに要求される転動疲労特性、耐摩耗性、耐食性、音響特性等の諸特性を高度のレベルで満足させることができた。
【００１９】
【実施例】
連続鋳造設備から得られた中・高炭素鋼片を素材鋼として第１次選択し、これから試験片を作製し、拘束型据え込み試験による圧縮試験を行い、歪み−応力特性を調査した。
【００２０】
表１は組成の比較表であり実施例１から３、および比較例１から３の６種の素材鋼の組成を示している。図３は歪み−応力曲線であり、表１の６例の内、実施例１と比較例１〜３の４種の素材鋼の歪み−応力曲線を示しており、図３中斜線領域は本発明の課題の達成が可能な領域である。
【００２１】
表２は素材鋼および製品の特性を表１の６種の素材鋼に対応させて示したものである。上記図３のグラフに示された変形抵抗式  σ＝ｋεｎ（σ：応力、ε：歪み、ｋ：変形抵抗定数、ｎ：加工硬化指数）から算出した変形抵抗定数ｋと加工硬化指数ｎ、および連続冷間鍛造時の割れの有無、耐食性、転動疲労寿命を示している。
【００２２】
図２は実施例に係るベアリングの外輪の冷間鍛造工程図であり、第１〜３の３つの工程で構成されており、円筒形状（直径（Ｂ０）×高さ（Ｈ０））の素材鋼から加工が進められ、第３工程の被加工品の外周部がベアリンの外輪部を形成し、第３工程の後に中心部を打ち抜き内輪面側を切削加工して外輪の基本形状が完成される。
【００２３】
表２に記載の「割れ」とは、上記３つの工程の連続冷間鍛造工程中における素材の割れの有無を表している。「耐食性」とは、上記鋼片素材から製作した試験片を６％ＮａＣｌ＋０．５％Ｈ２Ｏ２の腐食液に６時間浸漬して、腐食によって生じる重量の減少量である。
【００２４】
また、「転動疲労寿命」とは、１０５０℃で３０分保持した後油冷し、続けて１６０℃×６０分で焼戻した試験片を、潤滑油としてスピンドル油（＃６０）を使用し、面圧５４００ＭＰａ、３０ｃｐｓで試験したときの１０％破損寿命（Ｂ１０寿命）を従来鋼と比較して評価したものである。
【００２５】
表１、表２、図３を参照しながら実施例と比較例を見ていくと、実施例１はＣが０．３８％で応力―歪み曲線の傾きが小さく、変形抵抗定数ｋ：１０３６ＭＰａ、加工硬化指数ｎ：０．１６であるため、冷間鍛造時の加工硬化の度合いが緩やかで鍛造時の割れの発生がなく（○）、Ｃｒ：９．８％含有し、Ｎ、Ｃ＋Ｎを適度に含有しているので耐食性は特に良好（◎）であり転動疲労寿命も良好（○）である。
【００２６】
一方、比較例１、２はＣが１．００％と０．９５％の高炭素鋼であり、応力―歪み曲線の傾きが大きく、変形抵抗定数ｋ：１０９４ＭＰａ、１１８７ＭＰａ、加工硬化指数ｎ：０．２１、０．１９であるため、冷間鍛造時の加工硬化の度合いが大きく割れが発生（×）した。またＣｒ：１．４２％、１．５０％と少ないため耐食性の評価は低かった（×）が、Ｃの含有量が多く転動疲労寿命は良好（○）であった。
【００２７】
比較例３は周知のＳＵＳ４４０Ｃ相当材を使用したものであり、Ｃ、Ｃｒとも含有比率が高く、加工硬化指数ｎは０．１２と高くはないが、変形抵抗定数ｋ：１２３７ＭＰａと大きいため鍛造時の割れが生じている。一方Ｃｒ：１７．１％と高いので耐食性は良い（○）が、一次結晶炭化物の存在により転動疲労寿命がやや劣る（△）。
【００２８】
図３の斜線領域は複数の実施例より求めた課題達成領域を示している。
【００２９】
図４は実施例に係るベアリングの冷間鍛造工程におけるＣＡＥ解析による歪みと応力分布図であり、図２の第３工程における歪みと応力分布を実施例１と比較例３について対比して示したものである。左側は歪みの分布図であるが両者の間に顕著な差異は見られない。右側は静水応力の分布を示し比較例３において、実機で割れの発生した個所に相当する部位の静水応力が最高値となっている。
【００３０】
【表１】組成の比較
2005029811.tif 000003
【００３１】
【表２】特性の比較
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○：良好（または割れ無し）  ×：不良（または割れ有り）
△：やや劣る  ◎：特に良好
【００３２】
【発明の効果】´
本願発明は、素材鋼の組成がｍａｓｓ％で、Ｃ：０．３５〜０．６５％、Ｃｒ：７．０〜１０．０％、Ｎ：０．０５０〜０．２０％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃ＋Ｎ≦０．７０％であり、かつ変形抵抗式における変形抵抗定数ｋ：１０００〜１０６０ＭＰａ、加工硬化指数ｎ：０．１２〜０．１８であることを特徴とする冷間鍛造用高耐食鋼であるから、連続冷間鍛造加工が可能となり、ベアリングに要求される転動疲労特性、耐摩耗性、耐食性、音響特性等の諸特性を満足させることがでる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る連続冷間鍛造に係る素材鋼の歪み−応力特性の説明図。
【図２】本実施の実施例に係るベアリングの外輪の冷間鍛造工程図である。
【図３】本発明の実施例に係る素材鋼と比較例に係る素材鋼の歪み−応力曲線である。
【図４】本発明の実施例に係るベアリングの冷間鍛造工程におけるＣＡＥ解析による歪みと応力分布図である。
【符号の説明】
１０・・・素材鋼（鋼片）
２０・・・外輪部
３０・・・中心凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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