(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面硬さを５８ＨＲＣ以上とする機械部品に用いる鋼であって、母材である鋳塊に対する鋼材の鍛錬成形比が２２．０以上であり、鋼中の酸素含有量が質量割合で６ｐｐｍ以下、硫黄含有量が０．００３質量％以下であり、探触子周波数２５ＭＨｚを超え、１２５ＭＨｚ以下の超音波探傷法により鋼材の体積１０００ｍｍ3当たりに検出される介在物径が２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である、非金属介在物対の個数が２．０個以下であり、かつ、探触子周波数２５ＭＨｚを超え、１２５ＭＨｚ以下の超音波探傷法により鋼材総体積３０００ｍｍ3以上で検出される非金属介在物の最大径が１００μｍ以下であることを特徴とする転がり疲労寿命に優れた鋼。
【請求項２】
介在物径が２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である非金属介在物対の個数が２．０個以下、ならびに非金属介在物の最大径が１００μｍ以下は、超音波探傷法により総体積３０００ｍｍ3以上かつ３０００００ｍｍ3以下を探傷することにより評価されたものであることを特徴とする請求項１に記載の転がり疲労寿命に優れた鋼。
【請求項３】
転がり疲労寿命に優れた鋼は、ＪＩＳ規格において規定される高炭素クロム軸受鋼鋼材、ならびにＳＡＥ規格またはＡＳＴＭ規格Ａ２９５において規定される５２１００、ならびにＤＩＮ規格において規定される１００Ｃｒ６、ならびにＪＩＳ規格において規定される機械構造用炭素鋼鋼材、ならびにＪＩＳ規格において規定される機械構造用合金鋼鋼材のうちのクロム鋼およびクロムモリブデン鋼およびニッケルクロムモリブデン鋼から選択したいずれか１種の鋼であることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり疲労寿命に優れた鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受、ギア、ハブユニット、トロイダル型ＣＶＴ装置、等速ジョイント、クランクピンなどの優れた転がり疲労寿命が要求される、表面硬さを５８ＨＲＣ以上に硬化させて使用される機械部品や装置として適用される鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種機械装置の高性能化によって、転がり疲労寿命が求められる機械部品や装置の使用環境は過酷化している。それに伴い、これらの部品や装置の寿命向上ならびに信頼性向上に対する要求が高まっている。このような要求に対し、鋼材面の対策としては、鋼成分の適正化や転がり疲労寿命に有害な不純物元素の低減が行われており、寿命の向上ならびに信頼性の向上が図られている。
【０００３】
鋼組成に含有の不純物元素のうち、例えば、酸素はアルミナなどの破損の起点となりうる酸化物系介在物を構成する元素である。したがって、特に有害性が高い酸素に関しては、ｐｐｍオーダーへの低減が行われている。さらに高い品質が求められる場合には、ＶＡＲ、ＥＳＲなどの特殊溶解によって、さらなる酸素量の低減が行われる場合もある。また、他の不純物元素に関しても、その含有量を０．０１質量％オーダーまで低減することによって、それらの悪影響を防止する対策がとられている。
【０００４】
鋼中の酸素量が少ない高清浄度鋼については、種々提案されている。これらの提案の中で、鋼中酸素含有量が１０ｐｐｍ未満であり、かつ、電子ビーム溶融法により浮上させ、凝集させた酸化物系介在物の表面露出面積が１グラム当たり２０μｍ2以下であることを特徴とする高清浄度軸受用鋼が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。さらに、精錬のプロセス制約を受けず、製造コストの増加を招くことなく、汎用の長寿命の鋼が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。さらに、疲労強度が要求される部品設計のために必要となる、所定体積中に存在が予測される最大介在物の大きさを保証した鋼が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。また、最大介在物径が略１００μｍ以下の介在物については極値統計法を適用し、最大介在物径が略１００μｍ以上の介在物については探傷周波数を５〜２５ＭＨｚとした超音波探傷法を適用するなどの両手法を併用する評価方法の提案がある（例えば、特許文献４参照。）。また、さらに径が１００μｍ未満の介在物について探傷周波数を２０〜１２５ＭＨｚとした超音波探傷法により評価することにより、転がり疲労寿命に優れた鋼としての介在物の個数と大きさを規定した鋼が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１９２７９０号公報
【特許文献２】特開２００２−２２０６３８号公報
【特許文献３】特開平１１−１９４１２１号公報
【特許文献４】特開２００６−３１７１９２号公報
【特許文献５】特開２００８−１２１０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者らは、優れた転がり疲労寿命が求められる機械部品における計算寿命に対して極めて早期の破損を抑えるために、その信頼性の目安としてＬ1寿命（同一ロットの試験片を同じ条件で試験した場合に、そのうちの９９％の試験片がはく離することなく回転するｃｙｃｌｅ数）に注目し、その向上を目指して超音波探傷法による鋼中非金属介在物の評価結果を客観的な指標として鋭意研究を行った。先ず、超音波探傷法による鋼中の非金属介在物の検出に関し、非金属介在物のうち、酸化物は冷間から熱間のいずれの加工温度域においても、母相の鋼より著しく硬質な介在物であり、圧延や鍛造時に母相に追従して変形しにくいために、加工後に母相と密着していない部分を有する場合があり、そのため、超音波探傷法にて比較的容易に検出することが可能である。ところで、転がり疲労寿命に対する酸化物系介在物の悪影響を軽減するためには、少なくとも鋼中の酸素含有量を６ｐｐｍ以下とする必要があることが分かった。
【０００７】
一方で、発明者らは、非金属介在物のうちで、硫化物は、熱間や冷間での圧延や鍛造時において、比較的母相の鋼に良く追従して変形しやすい軟質の介在物であり、この母相との密着性が良好な特徴により、硫化物は酸化物に比べて超音波探傷法では検出しにくい介在物であることを見出した。そして、実際には鋼中に存在しているものの超音波探傷法により検出できない一部の硫化物系介在物の存在が、転がり疲労寿命低下の一因となる場合があることが分かった。そこで、鋼中の硫黄含有量について検討した結果、鋼中の硫黄含有量は少なくとも０．００３質量％以下に規制する必要があることを見出した。
【０００８】
さらに発明者らの鋭意研究によれば、転がり疲労寿命（Ｌ1寿命）の優れた鋼とするためには、上記したように鋼中の酸素含有量を６ｐｐｍ以下とし、かつ鋼中の硫黄含有量を０．００３質量％以下に規制するのに加えて、探触子周波数２５ＭＨｚを超え、１２５ＭＨｚ以下での超音波探傷により、３０００ｍｍ3以上の鋼材体積を探傷した場合において、介在物径が２０μｍ以上で、かつその介在物径が２０μｍ以上の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である非金属介在物対の個数を鋼材体積１０００ｍｍ3当たりに２．０個以下であるように規制すれば良いことが分かった。介在物径が２０μｍ程度の介在物は、それ単独では極めて短寿命でのはく離をもたらす大きさのものではないが、たとえ２０μｍ程度の介在物であっても、そのような大きさを持つ非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である場合には、あたかも大型の介在物であるように振る舞い、極めて短寿命でのはく離をもたらすので、そのような非金属介在物対の鋼中の存在頻度を１０００ｍｍ3当たりに２．０個以下であるようにすれば、実用的に転がり疲労寿命（Ｌ1寿命）の優れた鋼を得ることが可能となることを見出した。
【０００９】
また、介在物径が１００μｍを超えるような非金属介在物は、それ単独であっても極めて短寿命でのはく離をもたらす原因となるので、探触子周波数２５ＭＨｚを超え、１２５ＭＨｚ以下での超音波探傷法によって、３０００ｍｍ3以上の鋼材体積を探傷した場合に検出される非金属介在物の最大径が１００μｍ以下である必要がある。また、超音波探傷法によって検出することが比較的困難な硫化物系介在物に対して、転がり疲労寿命に対して有害な近接した介在物分散状態を回避するために、鋼材の鍛錬成形比（＝母材鋳塊の断面積／鋼材の断面積）は少なくとも２２．０以上確保する必要がある。
【００１０】
上記した、引用文献１〜３に記載の鋼では、発生頻度は稀であるものの実用上有害な極めて短寿命でのはく離を抑制した、転がり疲労寿命に優れる鋼を安定して提供する際に、転がり疲れが要求される部品における計算寿命に対して、極めて早期のアクシデンタルなはく離を引き起こす原因となる、介在物径が２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の径の介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満であるような非金属介在物対は、極めて低い確率で鋼中に存在しているため、それらの有無を検出することは非常に困難である。また、２次元観察を主体とする従来技術によっては、被検面積が小さいために、鋼材の大体積を検査しようとすると多大な時間を要し、鋼材の良否を判断することができない。また、引用文献１に記載の鋼では、介在物の融解および凝集が起こるため、正確な介在物径や介在物どうしの間隔を評価することはできない。
【００１１】
また、引用文献４に記載の方法では、最大介在物径が１００μｍ未満である非金属介在物については極値統計法を適用し、介在物径が１００μｍ以上である非金属介在物については探傷周波数を５〜２５ＭＨｚとした超音波探傷法を適用するなどの併用による評価方法を提案している。しかしながら、極値統計法は２次元観察による評価方法であるため、上述と同様に被検面積が小さく、鋼中の存在頻度が低い介在物径が２０μｍ以上の非金属介在物について見た場合の鋼材の良否を十分に判断できるとは言い難い。一方、探傷周波数を５〜２５ＭＨｚとした超音波探傷法では、検出可能な介在物径は１００μｍ以上の程度のものであるため、介在物径が２０μｍ以上で、かつその介在物径が２０μｍ以上の非金属介在物どうしの間隔が４０μｍ未満であるような非金属介在物対の個数については、上記の探傷周波数の帯域の超音波ビームでは評価困難であることから、Ｌ1寿命に優れた鋼を安定して提供できる評価方法とは言い難い。
【００１２】
また、引用文献５に記載の方法では、硫黄含有量が０．００８質量％以下で、かつ、超音波探傷法により鋼材体積３００ｍｍ3当たりに検出される介在物径が２０μｍ以上である非金属介在物の個数を３００ｍｍ3当たりに１２個以下であるように規定した、転がり疲労寿命に優れた鋼（スラスト型転がり疲労試験にて、最大ヘルツ応力Ｐmax＝５．３ＧＰａでＬ10寿命＞１．０×１０7ｃｙｃｌｅが得られる鋼）およびその評価方法を提案している。ただし、硫黄含有量の規制が十分では無く、また、使用中の軸受が計算寿命より極めて早期にアクシデンタルに破損することに対する信頼性の指標となる介在物径が２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の径の介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満であるような非金属介在物対の個数を評価していないため、Ｌ1寿命に優れた鋼を安定して提供できる鋼とは言い難い。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、本発明が解決しようとする課題は、鋼材の鍛錬成形比を一定値以上に確保し、かつ鋼中の酸素含有量と硫黄含有量を規制するとともに超音波探傷法により鋼中の非金属介在物を大体積で検出し、かつ一定大きさ以上の介在物径を有する非金属介在物どうしの最近接距離が一定距離以下となるような非金属介在物対の個数を制限し、かつ超音波探傷法による鋼中非金属介在物の最大大きさを制限することにより、転がり疲労寿命に優れた機械用部品に使用される鋼を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するための本発明の手段は、第１の手段では、表面硬さを５８ＨＲＣ以上とする機械部品に用いる鋼であって、母材鋳塊に対する鋼材の鍛錬成形比が２２．０以上であり、鋼中の酸素含有量が質量割合で６ｐｐｍ以下、硫黄含有量が０．００３質量％以下であり、探触子周波数２５ＭＨｚを超え、１２５ＭＨｚ以下である超音波探傷法により、鋼材の体積１０００ｍｍ3当たりに検出される介在物径が２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の径の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である非金属介在物対の個数が２．０個以下であり、かつ、探触子周波数２５ＭＨｚを超え、１２５ＭＨｚ以下の超音波探傷法により鋼材総体積３０００ｍｍ3以上で検出される非金属介在物の最大径が１００μｍ以下である、転がり疲労寿命に優れた鋼である。
【００１５】
第２の手段では、表面硬さを５８ＨＲＣ以上とする機械部品に用いる鋼であって、母材鋳塊に対する鋼材の鍛錬成形比が２２．０以上であり、鋼中の酸素含有量が質量割合で６ｐｐｍ以下、硫黄含有量が０．００３質量％以下であり、探触子周波数２５ＭＨｚを超え、１２５ＭＨｚ以下の超音波探傷法により、鋼材の体積１０００ｍｍ3当たりに検出される介在物径が２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の径の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である非金属介在物対の個数が２．０個以下であり、かつ、探触子周波数２５ＭＨｚを超え、１２５ＭＨｚ以下の超音波探傷法により鋼材総体積３０００ｍｍ3以上で検出される非金属介在物の最大径が１００μｍ以下であり、前記の介在物径が２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の径の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である非金属介在物対の個数は、超音波探傷法により総体積３０００ｍｍ3以上で、かつ３０００００ｍｍ3以下である鋼材を探傷することにより評価されたものであり、かつ、前記の非金属介在物の最大径が１００μｍ以下であることを評価するための超音波探傷においては総体積３０００００ｍｍ3以下の鋼材を探傷することにより評価されたものである、転がり疲労寿命に優れた鋼である。
【００１６】
第３の手段では、前述した転がり疲労寿命に優れた鋼としては、ＪＩＳ規格において規定される高炭素クロム軸受鋼鋼材（ＳＵＪ）、ならびにＳＡＥ規格またはＡＳＴＭ規格Ａ２９５において規定される５２１００、ならびにＤＩＮ規格において規定される１００Ｃｒ６、ならびにＪＩＳ規格において規定される機械構造用炭素鋼鋼材（ＳＣ）、ならびに機械構造用合金鋼鋼材のうちのクロム鋼（ＳＣｒ）およびクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）およびニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ）から選択したいずれか１種の鋼が挙げられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の転がり疲労寿命に優れた鋼では、このような従来の問題を解決するためになされたもので、鋼材の鍛錬成形比を規制し、かつ鋼中の酸素含有量と硫黄含有量を規制するとともに超音波探傷法により鋼中の非金属介在物を大体積で検出して、一定大きさ以上の介在物径を有する非金属介在物どうしの最近接距離が一定距離以下であるような非金属介在物対の個数を制限し、かつ超音波探傷法による鋼中非金属介在物の最大大きさを制限することにより、転がり疲労寿命に優れた機械用部品に使用される鋼を提供することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態である転がり疲労寿命に優れた鋼について、以下に表を参照して詳細に説明をする。
【００１９】
本発明の実施の形態である転がり疲労寿命に優れた鋼は、表面硬さを５８ＨＲＣ以上とする機械部品に用いる鋼であって、母材である鋳塊に対する鋼材の鍛錬成形比が２２．０以上であり、鋼中の酸素含有量が質量割合で６ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が０．００３質量％以下である。さらに、探触子周波数２５ＭＨｚを超え、１２５ＭＨｚ以下の超音波探傷法により、鋼材の体積１０００ｍｍ3当たりに検出される介在物径が２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の径の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である、非金属介在物対の個数が２．０個以下であり、かつ、探触子周波数２５ＭＨｚを超え、１２５ＭＨｚ以下の超音波探傷法により、鋼材総体積３０００ｍｍ3以上で検出される非金属介在物の最大径が１００μｍ以下である鋼である。
【００２０】
転がり疲労を受ける部品においては、鋼からある大きさ以上の非金属介在物を少なくすることが特性向上に対して重要である。軸受の転走面下に有害な大きさの非金属介在物が存在すれば、はく離を発生させることから、軸受の転走面下の危険部位に出現する非金属介在物の大きさを小さくすることが軸受の寿命向上に対して極めて重要である。計算寿命に達することなく、極めて早期にはく離を引き起こす介在物径としては、介在物径が２０μｍ級の非金属介在物はそれ単独では有害性は低い。ただし、２０μｍ級の非金属介在物であっても、それと同等以上の大きさを有する別の非金属介在物との３次元的な最近接距離が４０μｍ未満である場合には、早期はく離を引き起こす有害介在物として振舞う。また、１００μｍを超えるような非金属介在物はそれ単独でも早期はく離の原因となる。したがって、介在物径が２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である非金属介在物対の個数と、介在物径が１００μｍを超える非金属介在物の存在頻度を極めて少なく、かつそれが評価保証されている鋼を用いることにより、部品の転送面下の危険部位（すなわち、転がり疲労を強く受ける部分）に介在物が存在する確率を極めて低くすることが可能となり、早期はく離を抑制することができる。
【００２１】
そこで、本発明の第１の手段の実施の形態の転がり疲労寿命に優れた鋼では、その特性を保証する評価方法として、超音波探傷法が適用される。この超音波探傷法では、探触子周波数２５ＭＨｚを超え、１２５ＭＨｚ以下の超音波探傷法により、鋼材の体積１０００ｍｍ3当たりに検出される非金属介在物の介在物径が２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である、非金属介在物対の個数が２．０個以下であり、かつ探触子周波数２５ＭＨｚを超え、１２５ＭＨｚ以下の超音波探傷法により、鋼材総体積３０００ｍｍ3以上で検出される非金属介在物の最大径が１００μｍ以下に規制されている。
【００２２】
さらに、第２の手段の実施の形態の転がり疲労寿命に優れた鋼では、その特性を保証する方法として適用した超音波探傷法における、非金属介在物の介在物径が２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である非金属介在物対の個数、ならびに本実施の形態の非金属介在物における、最大径が１００μｍ以下である点は、超音波探傷法により総体積３０００ｍｍ3以上で、かつ３０００００ｍｍ3以下を探傷することにより評価されたものである。
【００２３】
又さらに、第３の手段の実施の形態の転がり疲労寿命に優れた鋼としては、軸受をはじめとする転がり疲労寿命が要求される用途に用いられる鋼種であることが望ましい。具体的には、ＪＩＳ規格において規定される高炭素クロム軸受鋼鋼材（ＳＵＪ）、ならびにＳＡＥ規格またはＡＳＴＭ規格Ａ２９５において規定される５２１００、ならびにＤＩＮ規格において規定される１００Ｃｒ６、ならびにＪＩＳ規格において規定される機械構造用炭素鋼鋼材（ＳＣ）、ならびに機械構造用合金鋼鋼材のうちのクロム鋼（ＳＣｒ）およびクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）およびニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ）から選択したものである鋼が挙げられる。また、例えば、ＳＡＥ規格の４３２０、５１２０、４１４０、１０５３、１０５５などのようにＪＩＳ規格に対応した外国規格鋼について本発明の適用が可能である。
【００２４】
なお、超音波探傷法においては、既に様々な種類の超音波探傷装置や探触子が実用化されており、本発明ではこれらのものを利用することができる。好ましい探触子としては、焦点型高周波探触子などが挙げられる。フラット型探触子の検出能は１／２波長といわれているが、焦点型探触子では１／４波長であり、したがって、精度の良い評価に対しては焦点型探触子が好適である。なお、本実施の形態における探触子周波数は２５ＭＨｚを超え、１２５ＭＨｚ以下のものが良く、特に好ましくは３０〜１００ＭＨｚ程度である。
【００２５】
本実施の形態の転がり疲労寿命に優れた鋼においては、非金属介在物の介在物径が２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である非金属介在物対の個数、ならびに非金属介在物の最大径が１００μｍ以下であることは、既に上記したように、超音波探傷法により総体積３０００ｍｍ3以上で、３０００００ｍｍ3以下を探傷し、非金属介在物を検出することが好ましい。
【００２６】
超音波探傷において、介在物径が２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である非金属介在物対の個数、ならびに非金属介在物最大径が１００μｍ以下であることを確認するための探傷総体積を３０００ｍｍ3以上で、かつ３０００００ｍｍ3以下とした理由は、Ｌ1寿命を性能指標とする極めて短寿命でのはく離を抑制可能な転がり疲労寿命に優れる鋼を提供する上で、評価精度の点から満足できる評価結果を得るために必要なためである。なおかつ、本実施の形態の超音波探傷法における評価体積は、従来の顕微鏡観察を主体とする評価方法では、処理時間が膨大となるので、現実的には評価不可能なものである。さらに汎用的な手段として、超音波探傷法以外の方法では、大体積の鋼材中に存在する介在物どうしの最近接距離を３次元的に評価することは不可能である。超音波探傷を行なうに当たっては、試験片の表面から探触子の周波数に応じた深さまでの不感帯領域を評価体積から除外し、必要に応じて熱処理等による組織異常や超音波探傷における測定ノイズの影響を受けやすい試験片の端部を焦点位置での超音波ビームの探傷範囲から除外した上で、探触子の周波数、性能に応じた水中焦点距離範囲に基づいて、超音波探傷における評価体積を３０００ｍｍ3以上で、かつ３０００００ｍｍ3以下を確保する必要がある。また、４０μｍをしきい値とする介在物どうしの間隔を識別できるように適切な探傷ピッチを設定する必要がある。
【００２７】
以上、説明したように、本実施の形態の転がり疲労寿命に優れた鋼によれば、鋼材の鍛錬成形比を規制し、かつ鋼中の酸素含有量と硫黄含有量を規制すると共に、超音波探傷法により鋼中の非金属介在物を大体積で検出し、一定大きさ以上の介在物径を有する非金属介在物どうしの最近接距離が一定距離以下であるような非金属介在物対の個数を制限し、かつ超音波探傷法による鋼中非金属介在物の最大大きさを制限することにより、転がり疲労寿命に優れた機械用部品に使用される鋼を提供することが可能となる。
【実施例】
【００２８】
次に、実施例として供試材１〜２５および比較例として供試材２６〜３６を表１および表２に挙げて、本発明の転がり疲労寿命に優れた鋼について、より具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２９】
表１に実施例と比較例の各供試材の成分組成を示す。表１の供試材１〜７および供試材２６〜３３については高炭素クロム軸受鋼であるＪＩＳのＳＵＪ２鋼を、供試材８および３４についてはＪＩＳのＳＣｒ４２０鋼を、供試材９についてはＪＩＳのＳＮＣＭ４２０鋼を、供試材１０についてはＪＩＳのＳ５３Ｃ鋼を、供試材１１、供試材３５および供試材３６についてはＪＩＳのＳＣＭ４２０鋼を、供試材１２および供試材１３についてはＳＡＥの５２１００を、供試材１４および供試材１５についてはＡＳＴＭの５２１００を、供試材１６および供試材１７についてはＤＩＮの１００Ｃｒ６を、供試材１８はＪＩＳのＳＵＪ３鋼を、供試材１９はＪＩＳのＳＵＪ５鋼を、供試材２０はＳＡＥの４３２０鋼を、供試材２１はＳＡＥの５１２０鋼を、供試材２２はＪＩＳのＳＣＭ４３５鋼を、供試材２３はＳＡＥの４１４０鋼を、供試材２４はＪＩＳのＳ５５Ｃ鋼を、供試材２５はＳＡＥの１０５３鋼を用いた。供試材１〜５、供試材８〜９、供試材１２、供試材１４、供試材１６、供試材１８、供試材２０〜３０、供試材３６については、アーク溶解炉で溶製し、続いて取鍋精錬し、さらに真空脱ガス装置で脱ガスを行い連続鋳造により鋳塊を製造したものである。
【００３０】
供試材６、供試材７、供試材１０、供試材１１、供試材１３、供試材１５、供試材１７、供試材１９、供試材３１〜３５については、アーク溶解炉で溶製し、続いて取鍋精錬し、さらに真空脱ガス装置で脱ガスを行いインゴットにより鋳塊を製造したものである。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
上記で得られた鋳塊に、熱間加工を施して鋼材の鍛錬成形比２２．０以上を確保した直径６５ｍｍの鋼材とした。
【００３３】
（スラスト型転がり疲労試験）
供試材１〜７と供試材１２〜１９と供試材２６〜３３の鋼材は、８００℃にて球状化焼鈍を施し、鋼材の長手方向に対し垂直に、外径が６０ｍｍ、内径が２０ｍｍ、厚さが５．８ｍｍである円盤からなる試験片を作製した。この試験片を８３５℃で２０分保持した後、油冷により焼入れし、次いで１７０℃で９０分の焼戻し処理を行い、所望の５８ＨＲＣ以上の硬さを得て、その後に、表面研磨を行ってスラスト型転がり疲労試験を行った。供試材８、供試材９、供試材１１、供試材２０、供試材２１、供試材３４〜３６の鋼材は、９２５℃にて焼ならしを施した後、また、供試材２２、２３の鋼材は、８７０℃で焼ならしを施した後、鋼材の長手方向に対し垂直に外径が６０ｍｍ、内径が２０ｍｍ、厚さが８．３ｍｍである円盤からなる試験片を作製した。この試験片を９３０℃で浸炭処理した後、油冷により焼入れし、次いで１８０℃で９０分の焼戻し処理を行い、所望の５８ＨＲＣ以上の硬さを得て、その後に、表面研磨を行ってスラスト型転がり疲労試験を行った。供試材１０、供試材２４、供試材２５の鋼材は８７０℃で焼ならしを施し、鋼材長手方向に対し垂直に外径が６０ｍｍ、内径が２０ｍｍ、厚さが８．３ｍｍの円盤からなる試験片を作製した。この試験片を高周波焼入れした後、次いで１８０℃で９０分の焼戻し処理を行い、所望の５８ＨＲＣ以上の硬さを得て、その後に、表面研磨を行ってスラスト型転がり疲労試験を行った。スラスト型転がり疲労試験は最大ヘルツ応力Ｐmax：５．３ＧＰａで行った。なお、Ｌ1寿命を求めるうえで１．５×１０7ｃｙｃｌｅ程度での打ち切り試験とし、試験評価時間の短縮を図った。
【００３４】
（超音波試験）
非金属介在物の介在物径が２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である非金属介在物対の個数、ならびに非金属介在物の最大径が１００μｍ以下であることを評価するに当たり、供試材１〜７と供試材１２〜１９と供試材２６〜３３の鋼材については８００℃にて球状化焼鈍を施し、Ｌ断面試験片を切り出し、焼入焼戻し処理を行った後、供試材８、供試材９、供試材１１、供試材２０、供試材２１、供試材３４〜３６の鋼材については９２５℃にて焼ならしを施し、Ｌ断面試験片を切り出し、焼入焼戻し処理を行った後、供試材１０、供試材２２〜２５の鋼材は８７０℃で焼ならしを施し、Ｌ断面試験片を切り出し、焼入れ焼戻し処理を行った後、いずれに対しても、超音波の伝達損失を軽減する目的で、平面研磨を行った。平面研磨により、いずれの試験片も厚さ１０ｍｍに仕上げて、超音波探傷試験を行った。超音波探傷には、焦点型高周波探触子（５０ＭＨｚ）を備えた超音波探傷装置を用いた。また、超音波探傷の体積は４０００ｍｍ3とした。得られた介在物による反射波のデータから、鋼材の体積１０００ｍｍ3当たりの非金属介在物の２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である非金属介在物対の検出個数、ならびに最大径が１００μｍを超える非金属介在物の検出有無を求めた。
【００３５】
これらの供試材の各試験片について、表面硬さ、５０ＭＨｚの焦点型高周波探触子で評価した超音波探傷による鋼材の体積１０００ｍｍ3当たりの非金属介在物対の検出個数、１００μｍを超える介在物の検出有無、およびスラスト型転がり疲労試験によるＬ1寿命を表２に示す。
【００３６】
【表２】
0005224424.tif 000003
【００３７】
表２において、比較例の供試材２６〜３６は鋼材体積１０００ｍｍ3当たりに検出される２０μｍ以上で、かつその２０μｍ以上の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である非金属介在物対の個数が２．０個を超え、かつ最大径が１００μｍを超える非金属介在物の検出が見られるもので、本発明の範囲外のものである。しかもこれらの比較例の供試材２６〜３６のＬ1寿命は、比較例の供試材３３のＬ1寿命を１としたときの３倍以下である。これら比較例の供試材２６〜３６に対し、本発明における実施例の供試材１〜２５は超音波探傷法により鋼材体積１０００ｍｍ3当たりに検出される介在物径が２０μｍ以上、かつその２０μｍ以上の非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満である非金属介在物対の個数が２．０個以下であり、かつ最大径が１００μｍを超える非金属介在物の検出が無く、本発明の第１の手段すなわち請求項１に係る発明および第２の手段のすなわち請求項２に係る発明および第３の手段のすなわち請求項３に係る発明を満足するものであり、いずれも比較例の供試材３３のＬ1寿命の４倍以上であり、Ｌ1寿命に優れている。
【要約】
【課題】  軸受、ギア、ハブユニット、トロイダル型ＣＶＴ装置、等速ジョイント、クランクピン等の転がり疲労寿命に優れ、表面硬さが５８ＨＲＣ以上で機械部品や装置に使用される転がり疲労寿命に優れた鋼を提供する。
【解決手段】  表面硬さ５８ＨＲＣ以上の機械部品用鋼であり、母材の鋳塊に対する鋼材の鍛錬成形比が２２．０以上、鋼中の酸素含有量が質量割合で６ｐｐｍ以下、硫黄含有量が０．００３質量％以下であり、探触子周波数が２５ＭＨｚ超〜１２５ＭＨｚの超音波探傷法により、鋼材の体積１０００ｍｍ3当たりに検出の介在物径が２０μｍ以上かつその介在物径２０μｍ以上で、非金属介在物どうしの最近接距離が４０μｍ未満で、非金属介在物対の個数が２．０個以下で、かつ探触子周波数が２５ＭＨｚ超〜１２５ＭＨｚの超音波探傷法により鋼材総体積３０００ｍｍ3以上で検出される非金属介在物の最大径が１００μｍ以下である、転がり疲労寿命に優れた鋼。
【選択図】      なし