(57)【要約】【課題】優れた耐久性を確保しつつ材料に含まれるレアメタル元素を低減することが可能な軸受部品および転がり軸受を提供する。【解決手段】軸受部品である外輪１１、内輪１２、玉１３は、０．４０質量％以上０．６０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００１０質量％以上０．０１００質量％以下のボロンとを含有し、残部鉄および不純物からなる焼入硬化処理された鋼からなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．４０質量％以上０．６０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００１０質量％以上０．０１００質量％以下のボロンとを含有し、残部鉄および不純物からなる焼入硬化処理された鋼からなる、軸受部品。
【請求項２】
０．４０質量％以上０．６０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００１０質量％以上０．０１００質量％以下のボロンと、０．５０質量％以上１．００質量％以下のクロムを含有し、残部鉄および不純物からなる焼入硬化処理された鋼からなる、軸受部品。
【請求項３】
０．４０質量％以上０．６０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００１０質量％以上０．０１００質量％以下のボロンと、０．０１５質量％以上０．０５０質量％以下のチタンとを含有し、残部鉄および不純物からなる焼入硬化処理された鋼からなる、軸受部品。
【請求項４】
０．４０質量％以上０．６０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００１０質量％以上０．０１００質量％以下のボロンと、０．５０質量％以上１．００質量％以下のクロムと、０．０１５質量％以上０．０５０質量％以下のチタンとを含有し、残部鉄および不純物からなる焼入硬化処理された鋼からなる、軸受部品。
【請求項５】
前記鋼中には、チタンの炭化物、窒化物および炭窒化物からなる群から選択される少なくともいずれか１種からなるチタン析出物が分散しており、
前記チタン析出物の平均径は０．１μｍ以上５μｍ以下である、請求項３または４に記載の軸受部品。
【請求項６】
前記鋼中には、ボロンの窒化物からなるボロン析出物が分散しており、
前記チタン析出物および前記ボロン析出物を含む析出物の平均径は０．１μｍ以上１０μｍ以下である、請求項５に記載の軸受部品。
【請求項７】
前記軸受部品の断面における前記鋼の旧オーステナイト結晶粒は８０００個／ｍｍ２以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の軸受部品。
【請求項８】
前記鋼の酸素含有量は１５ｐｐｍ以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の軸受部品。
【請求項９】
他の軸受部品と接触すべき表面である接触面を含む領域に、内部に比べて炭素濃度が高く、０．８質量％以上１．１質量％以下の炭素濃度を有する炭素富化層が形成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の軸受部品。。
【請求項１０】
他の軸受部品と接触すべき表面である接触面を含む領域に、内部に比べて窒素濃度が高く、０．０１質量％以上０．５質量％以下の窒素濃度を有する窒素富化層が形成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の軸受部品。
【請求項１１】
他の軸受部品と接触すべき表面である接触面を含む領域に、高周波焼入による硬化処理層が形成されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の軸受部品。
【請求項１２】
前記接触面の硬度は６０ＨＲＣ以上となっている、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の軸受部品。
【請求項１３】
軌道部材と、
前記軌道部材の転走面に接触して配置される複数の転動体とを備え、
前記軌道部材および前記転動体の少なくともいずれか一方は、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の軸受部品である、転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸受部品および転がり軸受に関し、より特定的には、優れた耐久性を確保しつつ材料に含まれるレアメタル元素を低減することが可能な軸受部品および転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軌道部材、転動体を含む軸受部品を構成する軸受用鋼として、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｖ（バナジウム）などのレアメタル元素が添加された高合金鋼が開発され、使用されている。これらのレアメタル元素は、主に焼入性の向上や、高い高温硬さ、炭化物の形成による析出強化、などを目的として添加されている。一方、これらのレアメタル元素に関しては、資源の枯渇や政治的な輸出規制等に起因して、近年は価格の高騰や入手性の悪化といった問題が生じている。そのため、軸受部品に対しても、素材の高合金化による材料強度の向上を図るのではなく、素材のレアメタル元素を低減し、熱処理や表面改質技術などによって要求される強度などの特性を達成する技術が求められている。
【０００３】
これに対し、現在広く使用されている高炭素クロム軸受鋼（たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２）のような１質量％を超えるＣｒを含有する軸受用鋼に代えて、機械構造用炭素鋼（ＪＩＳ規格ＳＣ鋼）を、軸受用鋼として採用する対策が考えられる。たとえば、レアメタル元素を含まないＪＩＳ規格Ｓ４５ＣおよびＳ５５Ｃは自動車用部品にも広く使用されているため、世界各地で容易に入手可能であるだけでなく、安価であるという利点を有している。また、ＪＩＳ規格Ｓ５３Ｃは、自動車用ハブベアリングの材料として転がり軸受にも適用されている。
【０００４】
しかし、機械構造用炭素鋼は、高炭素クロム軸受鋼に比べて焼入性が低い。そのため、機械構造用炭素鋼を適用可能な軸受のサイズが限定されるという問題がある。また、機械構造用炭素鋼からなる軸受部品は、高炭素クロム軸受鋼からなる軸受部品に比べて、転走面に高面圧が付加される条件下における転動疲労寿命が短いという問題がある。そのため、機械構造用炭素鋼からなる軸受部品は、面圧の高い用途への適用が難しいという問題もある。
【０００５】
一方、結晶粒の微細化が図られた炭素含有量が０．３５質量％以下の低炭素の鋼において、結晶粒の微細化によって低下した焼入性を補うとともに衝撃特性を高める目的でボロンを添加した肌焼き用鋼が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、炭素含有量が０．６５質量％以上の高炭素の鋼からなり、平均粒径５０ｎｍ以下のチタン炭化物および／または炭窒化物を分散させた軸受の軌道輪において、当該軌道輪を構成する鋼にボロンを添加する技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３０７２７１号公報
【特許文献２】特開平１１−５１０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、軸受部品の材料として単にレアメタル元素を低減あるいは添加しない材料、たとえば機械構造用炭素鋼を採用した場合、許容される軸受のサイズや面圧が小さくなり、この許容範囲外では耐久性が低下するという問題がある。
【０００８】
本発明は上述のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、優れた耐久性を確保しつつ材料に含まれるレアメタル元素を低減することが可能な軸受部品および転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の局面に従った軸受部品は、０．４０質量％以上０．６０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００１０質量％以上０．０１００質量％以下のボロンとを含有し、残部鉄および不純物からなる焼入硬化処理された鋼からなっている。
【００１０】
また、本発明の第２の局面に従った軸受部品は、０．４０質量％以上０．６０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００１０質量％以上０．０１００質量％以下のボロンと、０．５０質量％以上１．００質量％以下のクロムを含有し、残部鉄および不純物からなる焼入硬化処理された鋼からなっている。
【００１１】
また、本発明の第３の局面に従った軸受部品は、０．４０質量％以上０．６０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００１０質量％以上０．０１００質量％以下のボロンと、０．０１５質量％以上０．０５０質量％以下のチタンとを含有し、残部鉄および不純物からなる焼入硬化処理された鋼からなっている。
【００１２】
また、本発明の第４の局面に従った軸受部品は、０．４０質量％以上０．６０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００１０質量％以上０．０１００質量％以下のボロンと、０．５０質量％以上１．００質量％以下のクロムと、０．０１５質量％以上０．０５０質量％以下のチタンとを含有し、残部鉄および不純物からなる焼入硬化処理された鋼からなっている。
【００１３】
本発明の第１の局面および第３の局面に従った軸受部品は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖなどのレアメタル元素が添加されない鋼からなっている。また、本発明の第２の局面および第４の局面に従った軸受部品は、レアメタル元素としてＣｒのみが添加され、その添加量はＪＩＳ規格ＳＵＪ２に比べて少なく設定されている。そして、上記鋼には、ボロンが添加されることにより、炭素含有量が０．４０〜０．６０質量％という中炭素鋼であって珪素含有量も低く設定された鋼に対して十分な焼入性が付与され、当該鋼からなる軸受部品の優れた耐久性が確保されている。
【００１４】
また、上記第２の局面および第４の局面における軸受部品を構成する鋼にはクロムが添加される。これにより、軸受部品の適用サイズの拡大を図ることができる。
【００１５】
また、上記第３の局面および第４の局面における軸受部品を構成する鋼にはチタンが添加される。鋼中にボロンが添加された場合、当該ボロンは鋼中の窒素と結合し窒化物を形成する。このように窒化物となったボロンは焼入性の向上に寄与しない。これに対し、ボロンに比べて窒素との反応性が高いチタンを添加することにより鋼中の窒素を窒化チタンとして固定し、ボロンによる焼入性の向上効果を確実に得ることができる。
【００１６】
このように、本発明の軸受部品によれば、優れた耐久性を確保しつつ材料に含まれるレアメタル元素を低減することが可能な軸受部品を提供することができる。
【００１７】
なお、上記軸受部品を構成する鋼の成分組成を上記範囲に限定した理由は以下の通りである。
【００１８】
炭素：０．４０質量％以上０．６０質量％以下
鋼の焼入れ硬度は主に炭素含有量と相関があり、他の成分に関わらず、母材中に固溶する炭素量が０．５質量％以上であれば、焼入れ硬度はほぼ一定となる。十分な転動疲労寿命を得るために必要な６０ＨＲＣ以上の焼入れ硬度を軸受部品に付与するためには、炭素量は０．４質量％以上必要である。一方、炭素含有量が多くなると粗大な炭化物やパーライト組織が形成され、切削性や塑性加工性が低下する。そして、これに対応するためには、炭化物を細かく分散させるための球状化焼鈍が必要となる。製造コスト低減のためには、この球状化焼鈍を省略することが好ましい。球状化焼鈍を省略するためには、炭素含有量は０．６質量％以下とすることが好ましい。また、炭化物や窒化物を表層に析出させて耐表面損傷性（耐ピーリング性）や耐摩耗性を向上させるため、軸受部品表面の炭素濃度を０．８〜１．１質量％にまで増加させる浸炭処理や、さらに窒素濃度を０．５質量％程度にまで増加させる浸炭窒化処理を軸受部品に施すことも考えられる。材料である鋼の炭素含有量が０．４質量％以上であれば、一般的な浸炭鋼に比べて浸炭処理、あるいは浸炭窒化処理に要する時間を短縮することができる。以上の観点から、炭素含有量は０．４０質量％以上０．６０質量％以下とした。
【００１９】
珪素：０．１５質量％以上０．３５質量％以下
珪素は、鋼の焼戻軟化抵抗性の向上に寄与する。珪素含有量が０．１５質量％未満の場合、当該機能を十分に発揮することができない。一方、珪素含有量が０．３５質量％を超えて添加されると、鍛造性が低下するという問題が生じ得る。そのため、珪素含有量は０．１５質量％以上０．３５質量％以下とした。
【００２０】
マンガン：０．１０質量％以上１．１０質量％以下
マンガンは、鋼の焼入性向上に寄与する。当該機能を有効に利用するためには、０．３０質量％以上の添加が望ましいが、ボロンの添加によりマンガンの含有量を０．１０％まで減じることができる。一方、マンガンの含有量が１．１０質量％を超えると、非金属介在物である硫化マンガン（ＭｎＳ）が鋼中に多く形成され、軸受部品の特性に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、マンガン含有量は０．１０質量％以上１．１０質量％以下とした。
【００２１】
ボロン：０．００１０質量％以上０．０１００質量％以下
ボロンは、少量の添加により鋼の焼入性を向上させる機能を有する。軸受部品を構成する鋼として広く用いられているＪＩＳ規格ＳＵＪ２と同等の焼入性を確保するためには、０．００１０質量％以上の添加が必要である。一方、母材のフェライト相中におけるボロン固溶限は０．００５質量％程度である。したがって、ボロンは、０．０１００質量％を超えて添加されると、窒化物、炭化物、炭窒化物等の析出物として結晶粒界に連なって析出し、粗大化する可能性が高くなる。軸受部品の接触面（軌道部材において転動体と接触する面、および転動体において軌道部材と接触する面）下に硬くて粗大な析出物が存在すると、応力集中が発生し、内部き裂が発生する原因となって転動疲労寿命が短くなるおそれがある。そのため、ボロン含有量は０．００１０質量％以上０．０１００質量％以下（１０ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下）とした。
【００２２】
チタン：０．０１５質量％以上０．０５０質量％以下
上述のように、鋼に添加されたボロンは高温で窒素と反応してＢＮ（窒化ボロン）を形成する。そうすると、母材中のボロンの固溶量が減少し、ボロン添加による焼入性の向上効果が低下することとなる。これに対し、窒素との反応性がボロンよりも高いチタンを添加することにより鋼中の窒素を消費し、母材中のボロンの固溶量を増加させることができる。チタンの添加量が０．０１５質量％未満の場合、上記効果が十分に発揮されない。一方、チタンの添加量が０．０５０質量％を超えると、窒化物（ＴｉＮ）が連なって析出して粗大化し、軸受部品の接触面下において応力集中源となって、転動疲労寿命に悪影響を与えるおそれがある。そのため、チタンを添加する場合、その添加量は０．０１５質量％以上０．０５０質量％以下とすることが望ましい。また、チタンの添加量を０．０１０質量％以上とすることにより、高温でも母材中に固溶しないＴｉＮ（窒化チタン）によるピン止め効果によって、結晶粒の微細化効果も期待できる。結晶粒の微細化は、ホールペッチの関係から明らかなように、材料強度を向上させ、転動疲労寿命の向上にも寄与し得る。一方、チタン添加によりボロン添加による焼入性の向上効果を確実に得るとともに、チタン添加によるコスト上昇を最小限に抑える観点から、チタン添加量は０．０１０質量％未満とすることができる。
【００２３】
クロム：０．５０質量％以上１．００質量％以下
クロムは、鋼の焼入性を向上させるとともに軸受部品の転動疲労寿命を向上させる。添加量が０．５０質量％未満では、この機能が十分に発揮されない。一方、１．００質量％を超えて添加すると、レアメタル元素の低減という本発明の最も重要な目的の１つが十分に達成されない。そのため、クロムを添加する場合、その添加量は０．５０質量％以上１．００質量％以下とすることが望ましい。
【００２４】
上記軸受部品においては、上記鋼中には、チタンの炭化物、窒化物および炭窒化物からなる群から選択される少なくともいずれか１種からなるチタン析出物が分散しており、当該チタン析出物の平均径は０．１μｍ以上５μｍ以下であってもよい。
【００２５】
このように適切な大きさのチタン析出物を鋼中に分散させることにより、転動疲労寿命への悪影響を抑制しつつ、結晶粒の微細化効果を確実に得ることができる。なお、上記チタン析出物の平均径は、軸受部品を切断し、その断面を適切なエッチング液によりエッチングした上で、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により析出物を観察し、その平均値を算出することにより決定することができる。
【００２６】
上記軸受部品においては、上記鋼中には、ボロンの窒化物からなるボロン析出物が分散しており、上記チタン析出物およびボロン析出物を含む析出物の平均径は０．１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。このようにすることにより、大型の析出物による転動疲労寿命への悪影響を抑制しつつ、ボロンおよびチタンの添加効果を得ることができる。
【００２７】
上記軸受部品においては、軸受部品の断面における鋼の旧オーステナイト結晶粒は８０００個／ｍｍ２以上であってもよい。このようにすることにより、軸受部品を構成する鋼のミクロ組織が微細化し、軸受部品の特性が向上する。
【００２８】
上記軸受部品においては、上記鋼の酸素含有量は１５ｐｐｍ以下であってもよい。軸受部品の転動疲労寿命に悪影響を与える酸素の含有量をこのレベルにまで低減することにより、より確実に長寿命な軸受部品を得ることができる。
【００２９】
上記軸受部品においては、他の軸受部品と接触すべき表面である接触面を含む領域に、内部に比べて炭素濃度が高く、０．８質量％以上１．１質量％以下の炭素濃度を有する炭素富化層が形成されていてもよい。
【００３０】
接触面の炭素濃度を上昇させることにより、接触面に炭化物（たとえばセメンタイト）を形成することができる。炭化物は、接触面の耐久性を向上させ、軸受部品の転動疲労寿命を長寿命化する。炭化物によるこのような効果を得るためには、０．８質量％以上の炭素富化層を形成することが好ましい。一方、炭素濃度を、１．１質量％を超えて上昇させるためには、一般的な浸炭処理よりも高濃度の処理が必要になり、製造コスト上昇の原因となる。
【００３１】
上記軸受部品においては、他の軸受部品と接触すべき表面である接触面を含む領域に、内部に比べて窒素濃度が高く、０．０５質量％以上０．５質量％以下の窒素濃度を有する窒素富化層が形成されていてもよい。
【００３２】
接触面に窒素富化層を形成することにより、軸受部品の転動疲労寿命を長くすることができる。窒素富化層の窒素濃度が０．０５質量％未満の場合、当該効果が十分に得られない。一方、窒素濃度０．５質量％を超える窒素富化層では母材中に空孔が散見されるようになり、強度低下の原因となる。
【００３３】
上記軸受部品においては、他の軸受部品と接触すべき表面である接触面を含む領域に、高周波焼入による硬化処理層が形成されていてもよい。これにより、接触面に十分な耐久性を付与しつつ、高い靭性を有する軸受部品を得ることができる。
【００３４】
上記軸受部品においては、接触面の硬度は６０ＨＲＣ以上となっていてもよい。これにより、接触面の高い耐久性をより確実に得ることができる。
【００３５】
本発明に従った転がり軸受は、軌道部材と、軌道部材の転走面に接触して配置される複数の転動体とを備えている。そして、軌道部材および転動体の少なくともいずれか一方は、上記本発明の軸受部品である。上記本発明の軸受部品を軌道部材または転動体として備えていることにより、本発明の転がり軸受によれば、優れた耐久性を確保しつつ材料に含まれるレアメタル元素を低減することが可能な転がり軸受を提供することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上の説明から明らかなように、本発明の軸受部品および転がり軸受によれば、優れた耐久性を確保しつつ材料に含まれるレアメタル元素を低減することが可能な軸受部品および転がり軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。
【図２】図１の要部を拡大して示した概略部分断面図である。
【図３】転がり軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図４】深溝玉軸受の構成の他の一例を示す概略部分断面図である。
【図５】転がり軸受の製造方法の他の一例を示すフローチャートである。
【図６】ＳＵＪ２のＣＣＴ線図である。
【図７】Ｓ５３ＣのＣＣＴ線図である。
【図８】Ｓ５３Ｃ−Ｂ−２のＣＣＴ線図である。
【図９】Ｓ５３Ｃ−Ｂ−ＣｒのＣＣＴ線図である。
【図１０】Ｓ５３Ｃの旧オーステナイト結晶粒界を示す光学顕微鏡写真である。
【図１１】Ｓ５３Ｃ−Ｂ−２の旧オーステナイト結晶粒界を示す光学顕微鏡写真である。
【図１２】点接触転動寿命試験機の主要部の構成を示す概略正面図である。
【図１３】点接触転動寿命試験機の主要部の構成を示す概略側面図である。
【図１４】転動疲労寿命試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００３９】
（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。図１および図２を参照して、実施の形態１における転がり軸受である深溝玉軸受１は、軸受部品である第１軌道部材としての外輪１１と、軸受部品である第２軌道部材としての内輪１２と、軸受部品である複数の転動体としての玉１３と、保持器１４とを備えている。外輪１１には、円環状の第１転走面としての外輪転走面１１Ａが形成されている。内輪１２には、外輪転走面１１Ａに対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面１２Ａが形成されている。また、複数の玉１３には、転動体転走面としての玉転動面１３Ａ（玉１３の表面）が形成されている。外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａは、これらの軸受部品の接触面である。そして、当該玉１３は、外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａの各々に玉転動面１３Ａにおいて接触し、円環状の保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、深溝玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００４０】
図２を参照して、軸受部品である外輪１１、内輪１２および玉１３は、０．４０質量％以上０．６０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００１０質量％以上０．０１００質量％以下のボロンとを含有し、残部鉄および不純物からなる焼入硬化処理された鋼からなっている。
【００４１】
本実施の形態における軸受部品である外輪１１、内輪１２および玉１３は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖなどのレアメタル元素が添加されない鋼からなっている。そして、上記鋼には、ボロンが添加されることにより、炭素含有量が０．４０〜０．６０質量％という中炭素鋼であって珪素含有量も低く設定された鋼に対して十分な焼入性が付与され、当該鋼からなる軸受部品の優れた耐久性が確保されている。このように、本実施の形態における軸受部品である外輪１１、内輪１２および玉１３、ならびに深溝玉軸受１は、優れた耐久性を確保しつつ材料に含まれるレアメタル元素を低減することが可能な軸受部品ならびに転がり軸受となっている。
【００４２】
ここで、上記鋼には、０．５０質量％以上１．００質量％以下のクロムが添加されていてもよい。これにより、レアメタル元素の添加を極力抑制しつつ、十分な焼入性および転動疲労寿命を確保することが容易となる。
また、上記鋼には、０．０１５質量％以上０．０５０質量％以下のチタンがさらに添加されてもよい。これにより、鋼中の窒素を窒化チタンとして固定し、ボロンによる焼入性の向上効果をより確実に得ることができる。
【００４３】
さらに、本実施の形態における外輪１１、内輪１２および玉１３は、それぞれ外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａを含む領域に、内部１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃに比べて炭素濃度が高く、０．８質量％以上１．１質量％以下の炭素濃度を有する炭素富化層である強化処理層１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂを有している。この強化処理層１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂの形成は本発明において必須ではないが、これを形成しておくことにより、外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａの耐久性を向上させ、外輪１１、内輪１２および玉１３の転動疲労寿命をさらに長寿命化することができる。
【００４４】
また、この強化処理層１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂは、内部に比べて窒素濃度が高く、０．０５質量％以上０．５質量％以下の窒素濃度を有する窒素富化層であってもよい。これにより、外輪１１、内輪１２および玉１３の耐久性を一層向上させることができる。なお、強化処理層１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂは、内部１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃに比べて炭素濃度および窒素濃度の一方のみが高い層であってもよいし、炭素濃度および窒素濃度の両方が高い層であってもよい。
【００４５】
さらに、本実施の形態における外輪１１、内輪１２および玉１３においては、上記鋼中には、チタンの炭化物、窒化物および炭窒化物からなる群から選択される少なくともいずれか１種からなるチタン析出物が分散しており、当該チタン析出物の平均径は０．１μｍ以上５μｍ以下であってもよい。このように適切な大きさのチタン析出物を鋼中に分散させることにより、転動疲労寿命への悪影響を抑制しつつ、結晶粒の微細化効果を確実に得ることができる。
【００４６】
また、本実施の形態における外輪１１、内輪１２および玉１３においては、これらを構成する鋼中にボロンの窒化物からなるボロン析出物が分散しており、上記チタン析出物およびボロン析出物を含む析出物の平均径は０．１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。このようにすることにより、大型の析出物による転動疲労寿命への悪影響を抑制しつつ、ボロンおよびチタンの添加効果を得ることができる。
【００４７】
さらに、本実施の形態における外輪１１、内輪１２および玉１３においては、外輪１１、内輪１２および玉１３の断面における鋼の旧オーステナイト結晶粒は８０００個／ｍｍ２以上であることが好ましい。これにより、外輪１１、内輪１２および玉１３を構成する鋼のミクロ組織が微細化し、外輪１１、内輪１２および玉１３の特性が向上する。
【００４８】
また、本実施の形態における外輪１１、内輪１２および玉１３においては、外輪１１、内輪１２および玉１３を構成する鋼の酸素含有量が１５ｐｐｍ以下とされていることが好ましい。これにより、一層確実に外輪１１、内輪１２および玉１３の転動疲労寿命を長くすることができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態における外輪１１、内輪１２および玉１３においては、外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａの硬度は６０ＨＲＣ以上となっていることが好ましい。これにより、外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａの高い耐久性をより確実に得ることができる。
【００５０】
次に、本実施の形態における軸受部品および転がり軸受の製造方法について説明する。図３を参照して、まず、工程（Ｓ１０）として鋼材準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、０．４０質量％以上０．６０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００１０質量％以上０．０１００質量％以下のボロンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼材が準備される。具体的には、たとえば上記成分組成を有する棒鋼、鋼管、鋼板などが準備される。また、上記鋼材には、０．５０質量％以上１．００質量％以下のクロムが添加されていてもよい。また、上記鋼材には、０．０１５質量％以上０．０５０質量％以下のチタンが添加されていてもよい。
【００５１】
次に、工程（Ｓ２０）として成形工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、たとえば工程（Ｓ１０）において準備された鋼材に対して鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、図１〜図２に示される外輪１１、内輪１２および玉１３の形状に成形された成形体が作製される。
【００５２】
次に、工程（Ｓ３０）として強化処理層形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）において作製された成形体に対して、浸炭処理、あるいは浸炭窒化処理が実施される。この工程は、軸受部品に炭素富化層および窒素富化層が形成されない場合、省略することができる。
【００５３】
次に、工程（Ｓ４０）として焼入硬化工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、所定の焼入温度（Ａ１点以上の温度）に加熱された成形体が、たとえば冷却液（焼入油など）中に浸漬されることにより焼入硬化される。焼入温度は、たとえば８２０℃以上８５０℃以下とすることができる。
【００５４】
次に、工程（Ｓ５０）として焼戻工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ４０）において焼入処理された成形体が焼戻処理される。具体的には、たとえば１６０℃以上２００℃以下の温度域に加熱された雰囲気中において成形体が２時間以上４時間以下の時間保持されることにより、焼戻処理が実施される。
【００５５】
次に、工程（Ｓ６０）として仕上げ加工工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ５０）において焼戻処理されて熱処理が完了した成形体に対して加工が実施される。具体的には、熱処理が完了した成形体に対して、たとえば軸受部品の接触面に対応する領域の研磨が実施されることにより、軸受部品が完成する。
【００５６】
さらに、工程（Ｓ７０）として組立工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ６０）において作製された外輪１１、内輪１２および玉１３などの軸受部品と、別途準備された保持器１４などとが組合わされて、上記実施の形態における深溝玉軸受１が組立てられる。これにより、本実施の形態における転がり軸受の製造方法が完了する。
【００５７】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。実施の形態２における軸受部品および転がり軸受は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様の効果を奏するとともに同様に製造することができる。しかし、図４および図１を参照して、実施の形態２における軸受部品および転がり軸受は、強化処理層の形成方法において実施の形態１の場合とは異なっている。
【００５８】
図１および図４を参照して、図１に示す実施の形態１における外輪１１および内輪１２には、それぞれその表面全体を覆うように強化処理層１１Ｂおよび強化処理層１２Ｂが形成されているのに対し、図４に示す実施の形態２における外輪１１および内輪１２には、それぞれ外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａおよびその近傍に限定して強化処理層１１Ｂおよび強化処理層１２Ｂが形成されている。つまり、実施の形態２における外輪１１の外周面および端面には、強化処理層１１Ｂが形成されていない。また、実施の形態２における内輪１２の内周面および端面には、強化処理層１２Ｂが形成されていない。実施の形態２における強化処理層１１Ｂ，１２Ｂは、高周波誘導焼入により形成された高周波焼入層である。
【００５９】
次に、実施の形態２における軸受部品および転がり軸受の製造方法について説明する。図５を参照して、まず、上記実施の形態１の場合と同様に工程（Ｓ１０）が実施された後、工程（Ｓ１０）において準備された鋼材を成形して、外輪１１および内輪１２の形状に成形された成形体が作製される。
【００６０】
次に、工程（Ｓ３１）として高周波焼入工程が実施される。この工程（Ｓ３１）では、工程（Ｓ２０）において作製された成形体に対して、高周波焼入処理が実施される。具体的には、工程（Ｓ２０）において作製された成形体の外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａに対応する領域およびその近傍領域が、誘導加熱により局所的にＡ１変態点以上の温度域に加熱される。その後、加熱された領域がＭＳ点以下の温度に冷却（急冷）されることにより高周波焼入層である強化処理層１１Ｂ，１２Ｂが形成される。
【００６１】
そして、工程（Ｓ４０）および（Ｓ５０）が実施の形態１の場合と同様に実施されることにより、実施の形態２における外輪１１および内輪１２が完成する。さらに、工程（Ｓ７０）では、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ６０）において作製された外輪１１および内輪１２と、別途準備された玉１３、保持器１４などとが組合わされて、上記実施の形態における深溝玉軸受１が組立てられる。これにより、本実施の形態における転がり軸受の製造方法が完了する。
【００６２】
本実施の形態における外輪１１および内輪１２においては、強化処理層１１Ｂ，１２Ｂが高周波焼入により形成される。そのため、本実施の形態における軸受部品によれば、短時間かつ高いエネルギー効率で、強化処理層１１Ｂ，１２Ｂを有する軸受部品である外輪１１および内輪１２を作製することができる。
【実施例１】
【００６３】
鋼材へのボロン添加による焼入性の向上効果を確認するため、フォーマスター試験を行なった。実験の手順は以下の通りである。まず、表１に示す５種類の成分組成を有する鋼種からなる棒鋼を準備した。表１において、数値の単位は質量％であり、残部は鉄および不純物である。また、表１において「−」は意図的には対応する元素が添加されていないことを示している。また、Ｏ（酸素）は不純物である。
【００６４】
【表１】
2013163833.tif 000003
【００６５】
次に、準備された棒鋼のうちＳ５３Ｃ−Ｂ−１を除く４種の棒鋼から、直径１０ｍｍ、長さ８０ｍｍの円柱状の試験片を、試験片の長さ方向が棒鋼の長さ方向に一致するように切り出して作製した。この試験片をフォーマスター試験機を用いて焼入温度を想定した８５０℃に加熱し、その後種々の冷却速度で冷却し、その冷却過程での試験片の寸法の変化を、赤外線を用いて連続的に測定した。そして、当該寸法の変化から、オーステナイト状態の試験片がパーライト、ベイナイト、マルテンサイトなどに変態する温度および時間を確認した。そして、得られた結果からＣＣＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）線図を作成した。作成されたＣＣＴ線図を図６〜図９に示す。
【００６６】
図６、図７、図８および図９は、それぞれ表１のＳＵＪ２、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５３Ｃ−Ｂ−２およびＳ５３Ｃ−Ｂ−ＣｒのＣＣＴ線図に対応する。また、図６〜図９において、Ｐ、ＢおよびＭの曲線は、それぞれパーライト変態、ベイナイト変態およびマルテンサイト変態に対応する曲線である。図６〜図９において、試験片がパーライト変態を起こすことなくマルテンサイト変態する冷却速度のうち最も遅い冷却速度（臨界冷却速度）が遅いほど、当該試験片を構成する鋼材の焼入性が優れている。より具体的には、焼入性は、パーライト変態のノーズまでの時間を目安にして比較することができる。
【００６７】
図７と図８との比較から、０．００１７質量％（１７ｐｐｍ）という僅かな量のボロンの添加により、図７のＳ５３Ｃに比べて図８のＳ５３Ｃ−Ｂ−２の焼入性は大きく改善している。そして、Ｓ５３Ｃ−Ｂ−２の焼入性は、図６のＳＵＪ２とほぼ同等の焼入性となっている。さらに、図９に示すように、Ｃｒを添加することにより、焼入性はさらに向上し、たとえばＳＵＪ３が標準材として使用されるような、よりサイズの大きい軸受への適用が可能となるものといえる。Ｃｒは、ＮｉやＭｏに比べて入手性に優れている。そのため、軸受のサイズが、ＳＵＪ２が使用されるようなサイズを超える場合、Ｃｒ添加も有力な方策である。
【００６８】
以上の実験結果より、レアメタルを添加しない成分組成においてボロン添加量を０．００２０質量％以上とした鋼材からなる軸受部品によれば、素材としてＳＵＪ２が採用される軸受部品と同等のサイズに適用可能な軸受部品が得られ、さらにＣｒを添加することにより、素材としてＳＵＪ３が採用される軸受部品と同等のサイズに適用可能な軸受部品が得られることが確認される。
【実施例２】
【００６９】
ボロン添加鋼にＴｉを添加した場合の析出物によるピンニング効果（結晶粒の微細化効果）を確認する実験を行なった。具体的には、上記表１の棒鋼から直径φ１２ｍｍ、長さ２０ｍｍの円筒形状の試験片を作製し、８５０℃に６０分間保持した後９０℃に保持された焼入油中に浸漬することにより焼入処理した。そして、処理後の試験片を切断し、研磨、腐食を行なった後、ミクロ組織を観察することにより、旧オーステナイト結晶粒の大きさを調査した。調査結果を表２に示す。また、図１０および図１１は、それぞれＳ５３ＣおよびＳ５３Ｃ−Ｂ−２のミクロ組織の写真である。
【００７０】
【表２】
2013163833.tif 000004
【００７１】
表２、図１０および図１１を参照して、Ｔｉを添加されたボロン添加鋼の結晶粒径はＳ５３Ｃよりも格段に微細化されている。そして、Ｔｉが０．０１５質量％添加されることにより、ＳＵＪ２とほぼ同等の結晶粒径が得られている。さらに、Ｔｉが０．０４８質量％添加されたものは、結晶粒がＳＵＪ２よりも微細になっている。結晶粒の微細化は軸受寿命の向上に効果があることが知られている。そのため、Ｔｉを０．１５質量％以上添加した鋼からなる軸受部品によれば、ＳＵＪ２からなる軸受部品よりも優れた軸受寿命を期待できる。
【実施例３】
【００７２】
上記表１の各鋼種からなる試験片を作製し、点接触寿命試験機を用いて転動疲労寿命を評価した。具体的には、上記表１の各鋼種の鋼材を用いて直径φ１２ｍｍ×長さＬ２２ｍｍの試験片を作製した。そして、当該試験片に、ズブ焼入、浸炭処理および焼入、または高周波焼入を施した。そして、得られた試験片を点接触寿命試験機により寿命を評価した。
【００７３】
図１２および図１３を参照して、点接触転動寿命試験機２は、駆動ローラ２２と、案内ローラ２３と、鋼球２４とを備えている。そして、試験片２１は、駆動ローラ２２によって駆動され、鋼球２４と接触して回転する。鋼球２４は、案内ローラ２３にガイドされて、試験片２１との間で高い面圧を及ぼし合いながら転動する。以上のように点接触転動寿命試験機２を運転し、試験片２１に剥離が発生するまでの荷重の負荷回数（寿命）を調査した。相手鋼球は３／４”鋼球２個、接触応力Ｐｍａｘは４．４ＧＰａ、負荷速度は４６２４０ｃｐｍ、潤滑油はタービン油ＶＧ６８とした。試験結果を図１４に示す。なお、転動疲労寿命は、各８個の試験片の試験結果から得られたＬ１０寿命により評価した。
【００７４】
図１２を参照して、Ｓ５３Ｃの高周波焼入れ品やズブ焼入れ品はＳＵＪ２のズブ焼入れ品（ＳＵＪ２標準）より短寿命であった。一方、ボロン添加鋼であるＳ５３Ｃ−Ｂ−１およびＳ５３Ｃ−Ｂ−２の焼入れ品は、ＳＵＪ２と同等以上の転動疲労寿命であった。また、Ｔｉの添加量により転動疲労寿命が向上する傾向が見られることから、結晶粒の微細化が転動疲労寿命の長寿命化に寄与しているものと考えられる。
【００７５】
なお、上記実施の形態においては、本発明の軸受部品を含む転がり軸受の一例として深溝玉軸受について説明したが、本発明の転がり軸受はこれに限られず、ニードルころ軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、アンギュラ玉軸受など、種々の形式の転がり軸受に本発明の軸受部品および転がり軸受を適用可能である。
【００７６】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の軸受部品および転がり軸受は、優れた耐久性を確保しつつ材料に含まれるレアメタル元素を低減することが求められる軸受部品および転がり軸受に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００７８】
１  深溝玉軸受、２  点接触転動寿命試験機、１１  外輪、１１Ａ  外輪転走面、１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ  強化処理層、１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ  内部、１２  内輪、１２Ａ  内輪転走面、１３  玉、１３Ａ  玉転動面、１４  保持器、２１  試験片、２２  駆動ローラ、２３  案内ローラ、２４  鋼球。
【図１】
2013163833.tif 000005
【図２】
2013163833.tif 000006
【図３】
2013163833.tif 000007
【図４】
2013163833.tif 000008
【図５】
2013163833.tif 000009
【図６】
2013163833.tif 000010
【図７】
2013163833.tif 000011
【図８】
2013163833.tif 000012
【図９】
2013163833.tif 000013
【図１２】
2013163833.tif 000014
【図１３】
2013163833.tif 000015
【図１４】
2013163833.tif 000016
【図１０】
2013163833.tif 000017
【図１１】
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