(57)【要約】【課題】本発明は、軸受鋼の合金成分およびその含量の調節と工程条件の制御によって軸受鋼内に効果的に球状化した複合金属炭化物を微細に形成することにより、軸受鋼の強度および耐久寿命が向上した軸受鋼およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の軸受鋼は、全体重量に対し、炭素（Ｃ）１．０〜１．３重量％、珪素（Ｓｉ）０．９〜１．６重量％、マンガン（Ｍｎ）０．５〜１．０重量％、ニッケル（Ｎｉ）１．５〜２．５重量％、クロム（Ｃｒ）１．５〜２．５重量％、モリブデン（Ｍｏ）０．２〜０．５重量％、アルミニウム（Ａｌ）０．０１〜０．０６重量％、および銅（Ｃｕ）０．０１〜０．１重量％を含み、バナジウム（Ｖ）０超過０．３８重量％以下およびニオブ（Ｎｂ）０超過０．０２重量％以下からなる群より選択される１つ以上をさらに含み、残部に鉄（Ｆｅ）および不可避な不純物をさらに含むことを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体重量に対し、炭素（Ｃ）１．０〜１．３重量％、珪素（Ｓｉ）０．９〜１．６重量％、マンガン（Ｍｎ）０．５〜１．０重量％、ニッケル（Ｎｉ）１．５〜２．５重量％、クロム（Ｃｒ）１．５〜２．５重量％、モリブデン（Ｍｏ）０．２〜０．５重量％、アルミニウム（Ａｌ）０．０１〜０．０６重量％、および銅（Ｃｕ）０．０１〜０．１重量％を含み、
バナジウム（Ｖ）０．００〜０．３８重量％およびニオブ（Ｎｂ）０．００〜０．０２重量％からなる群より選択される１つ以上をさらに含み、
残部に鉄（Ｆｅ）および不可避な不純物をさらに含むことを特徴とする軸受鋼。
【請求項２】
前記不可避な不純物は、窒素（Ｎ）０．００６重量％以下、酸素（Ｏ）０．００１重量％以下、リン（Ｐ）０．０３重量％以下、および硫黄（Ｓ）０．０１重量％以下を含むことを特徴とする請求項１に記載の軸受鋼。
【請求項３】
複合金属炭化物の原料として、全体重量に対し、炭素（Ｃ）１．０〜１．３重量％、珪素（Ｓｉ）０．９〜１．６重量％、マンガン（Ｍｎ）０．５〜１．０重量％、ニッケル（Ｎｉ）１．５〜２．５重量％、クロム（Ｃｒ）１．５〜２．５重量％、モリブデン（Ｍｏ）０．２〜０．５重量％、アルミニウム（Ａｌ）０．０１〜０．０６重量％、および銅（Ｃｕ）０．０１〜０．１重量％を含み、
バナジウム（Ｖ）０．００〜０．３８重量％およびニオブ（Ｎｂ）０．００〜０．０２重量％からなる群より選択される１つ以上をさらに含み、
残部に鉄（Ｆｅ）および不可避な不純物をさらに含んでなる合金の線材（ｗｉｒｅ  ｒｏｄ）を７２０〜８５０℃の温度で４〜８時間に渡って熱処理し前記複合金属炭化物を球状化するために１次球状化熱処理する第１段階、
前記１次球状化熱処理した線材を引き抜き加工によって伸線（ｗｉｒｅ  ｄｒａｗｉｎｇ）する第２段階、
前記伸線した線材を７２０〜８５０℃の温度で４〜８時間に渡って熱処理し前記複合金属炭化物をさらに球状化するために２次球状化熱処理する第３段階、
前記２次球状化熱処理した線材を鍛造して軸受鋼を形成する第４段階、および
前記形成された軸受鋼をクエンチング（Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）後に急冷かつテンパリング（Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）する第５段階
を含むことを特徴とする軸受鋼の製造方法。
【請求項４】
前記第５段階のクエンチングは、８４０〜８６０℃の温度で０．５〜２時間に渡って実施し、
前記テンパリングは、１５０〜１９０℃の温度で０．５〜２時間に渡って実施することを特徴とする請求項３に記載の軸受鋼の製造方法。
【請求項５】
前記複合金属炭化物は、Ｍｅ３Ｃ、Ｍｅ７Ｃ３、Ｍｅ２３Ｃ６、およびＭｅＣ炭化物を１つ以上含むことを特徴とする請求項３に記載の軸受鋼の製造方法。
【請求項６】
前記Ｍｅ３Ｃ、Ｍｅ７Ｃ３、Ｍｅ２３Ｃ６炭化物のＭｅは、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、およびマンガン（Ｍｎ）からなる群より選択される１つ以上であることを特徴とする請求項５に記載の軸受鋼の製造方法。
【請求項７】
前記ＭｅＣ炭化物のＭｅは、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、およびモリブデン（Ｍｏ）からなる群より選択される１つ以上であることを特徴とする請求項５に記載の軸受鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、疲労耐久性が向上した軸受鋼およびその製造方法に係り、より詳しくは、球状化した複合金属炭化物を形成させることにより、優れた硬度および強度を有する上に疲労耐久性が向上した軸受鋼およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車業界は、ヨーロッパの規制基準、すなわち、２０２１年までの二酸化炭素の排出量を現在の２７％水準である９５ｇ／ｋｍに低減することを目標に多様な環境にやさしい車を開発している。また、２０２５年、アメリカの企業平均燃費（ＣＡＦＥ：Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ  Ａｖｅｒａｇｅ  Ｆｕｅｌ  Ｅｃｏｎｏｍｙ）５４．５ｍｐｇ（２３．２ｋｍ／Ｌ）を満たすために、自動車会社はダウンサイジングや燃費向上技術の開発に専心している。
特に、自動車の燃費を極大化するためのエンジンおよび変速機を高性能および高効率化させる技術を開発中であるが、このような技術は、多段化、新概念の発振装置および２−ポンプシステムの高効率化、融合ハイブリッド技術、自動／手動融合の変速機およびハイブリッド変速機技術などを含む。
このような変速機及びその関連技術に欠かせない特殊鋼は、変速機のキャリア、ギア、内歯歯車、シャフト類、およびシンクロハブなどに使用され、この特殊鋼の使用割合は、全体鋼重量に対して約５８〜６２重量％にもなっている。特に、変速機のピニオンシャフト、ニードルベアリング、およびエンジンバルブトレーン系のローラスイングアームなどは、軽量化およびダウンサイジングの要求に加え、高強度化および高耐久化素材の開発が継続して求められており、現在までは１．５重量％のクロム（Ｃｒ）が含まれたＳＵＪ２鋼が使用されている。
【０００３】
しかし、軸受などの部品ではダウンサイジングおよびサイズ縮小などの要求により、さらに部品への苛酷度が増大し、素材の耐久力などの問題から表面に損傷が発生し、無潤滑時には表面温度の上昇、および高温／高回転環境における硬度低下などが発生するという問題があった。
特に、回転軸を一定の位置に固定し、軸の重量と軸に加えられる荷重を支持した上、軸を回転させる役割をする軸受は、回転数に比例して反復荷重が加えられることから、このような反復荷重に耐えるために疲労抵抗性と耐磨耗性などが求められる。
一般的に、軸受鋼は、電炉または電気炉で製鋼された後、レードル内で鋼還元性雰囲気を保持しながら精錬して非金属介在物の量を低減させ、真空脱ガス工程を経て酸素含量を１２ｐｐｍ以下まで低減させた状態で精錬し、この後の鋳造工程によって鋳片や鋼塊に凝固した後、素材中心部に存在する偏析と巨大炭化物を取り除くために亀裂拡散処理を実施した後に圧延される。
【０００４】
その後、圧延工程で素材を軟化させるために極徐冷操業を実施して軸受鋼線材または棒材を生産し、生産された線材は、球状化熱処理、鍛造、クエンチング、テンパリング、および研磨工程などを経てベアリング製品として生産される。
このような製造工程のうち球状化熱処理工程は、主に高い温度で拡散によって行われ、形成された球形粒子はオストワルド熟成原理（Ｏｓｔｗａｌｄ  ｒｉｐｅｎｉｎｇ）と似た過程を経て成長し、球状化組職を形成する。
しかし、球状化工程は、球形粒子の成長が必要な工程であるため、球状化のために長い時間が必要となり、製造費用が上昇するという問題がある上に、ダウンサイジングおよびサイズ縮小などによるベアリングの苛酷度の増大に伴い十分な強度および耐久寿命の確保が課題になっていた。
本発明者は、球状化した複合金属炭化物の生成により、強度および耐久寿命などの物性が向上した軸受鋼およびその製造方法を開発を目的に研究を進めた結果、本発明に至ったものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２００７−００７４６６４号公報
【特許文献２】日本国公開特許特開平５−１１７８０４号公報
【特許文献３】韓国公開特許第１０−２０１３−００３７２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、軸受鋼の合金成分およびその含量の調節と工程条件の制御によって、疲労耐久性が向上した軸受鋼およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明の軸受鋼は、全体重量に対し、炭素（Ｃ）１．０〜１．３重量％、珪素（Ｓｉ）０．９〜１．６重量％、マンガン（Ｍｎ）０．５〜１．０重量％、ニッケル（Ｎｉ）１．５〜２．５重量％、クロム（Ｃｒ）１．５〜２．５重量％、モリブデン（Ｍｏ）０．２〜０．５重量％、アルミニウム（Ａｌ）０．０１〜０．０６重量％、および銅（Ｃｕ）０．０１〜０．１重量％を含み、バナジウム（Ｖ）０．００〜０．３８重量％およびニオブ（Ｎｂ）０．００〜０．０２重量％からなる群より選択される１つ以上をさらに含み、残部に鉄（Ｆｅ）および不可避な不純物をさらに含むことを特徴とする。
ここで、不可避な不純物は、窒素（Ｎ）０．００６重量％以下、酸素（Ｏ）０．００１重量％以下、リン（Ｐ）０．０３重量％以下、および硫黄（Ｓ）０．０１重量％以下を含むことが好ましい。
【０００８】
一方、本発明に係る軸受鋼の製造方法は、複合金属炭化物の原料として全体重量に対し、炭素（Ｃ）１．０〜１．３重量％、珪素（Ｓｉ）０．９〜１．６重量％、マンガン（Ｍｎ）０．５〜１．０重量％、ニッケル（Ｎｉ）１．５〜２．５重量％、クロム（Ｃｒ）１．５〜２．５重量％、モリブデン（Ｍｏ）０．２〜０．５重量％、アルミニウム（Ａｌ）０．０１〜０．０６重量％、および銅（Ｃｕ）０．０１〜０．１重量％を含み、バナジウム（Ｖ）０．００〜０．３８重量％およびニオブ（Ｎｂ）０．００〜０．０２重量％からなる群より選択される１つ以上をさらに含み、残部に鉄（Ｆｅ）および不可避な不純物をさらに含んでなる合金の線材を約７２０〜８５０℃の温度で約４〜８時間に渡って熱処理し複合金属炭化物を球状化するために１次球状化熱処理する第１段階、１次球状化熱処理された線材を引き抜き加工によって伸線（ｗｉｒｅ  ｄｒａｗｉｎｇ）する第２段階、伸線した線材を約７２０〜８５０℃の温度で約４〜８時間に渡って熱処理し複合金属炭化物をさらに球状化するために２次球状化熱処理する第３段階、２次球状化熱処理した線材を鍛造して軸受鋼を形成する第４段階、および形成された軸受鋼をクエンチング（Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）後に急冷かつテンパリング（Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）する第５段階を含むことを特徴とする。
【０００９】
ここで、第５段階のクエンチングは、８４０〜８６０℃の温度で０．５〜２時間に渡って実施し、テンパリングは、１５０〜１９０℃の温度で０．５〜２時間に渡って実施することが好ましい。
また、複合金属炭化物は、Ｍｅ３Ｃ、Ｍｅ７Ｃ３、Ｍｅ２３Ｃ６、およびＭｅＣ炭化物を含むことが好ましい。
【００１０】
なお、Ｍｅ３Ｃ、Ｍｅ７Ｃ３、Ｍｅ２３Ｃ６炭化物のＭｅは、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、およびマンガン（Ｍｎ）などからなる群より選択される１つ以上であることが好ましい。
また、ＭｅＣ炭化物のＭｅは、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、およびモリブデン（Ｍｏ）からなる群より選択される１つ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、本発明の軸受鋼は、複合金属炭化物を軸受鋼内に微細に形成することにより軸受鋼の強度、硬度、および疲労寿命などを向上させることができることから、軸受鋼の高強度化を可能にすることができ、これを使用した自動車の薄肉化、軽量化、および設計自由度などを容易にし、原価節減に貢献することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について詳しく説明する。本発明は、自動車などのエンジンおよび変速機などに適用することができる、疲労強度および疲労寿命などの疲労耐久性が向上した軸受鋼およびその製造方法に関する。
【００１３】
本発明に係る軸受鋼は、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、および銅（Ｃｕ）を含み、バナジウム（Ｖ）およびニオブ（Ｎｂ）からなる群より選択される１つ以上をさらに含み、残部に鉄（Ｆｅ）および不可避な不純物をさらに含むことを特徴とする。ここで、不可避な不純物は、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、リン（Ｐ）、および硫黄（Ｓ）からなる群より選択される１つ以上を含む。
ここで不可避な不純物とは、意図的に加えられた不純物でないことを意味し、原料由来の構成成分を意味する。
より具体的には、軸受鋼の全体重量に対し、炭素（Ｃ）は１．０〜１．３重量％、珪素（Ｓｉ）は０．９〜１．６重量％、マンガン（Ｍｎ）は０．５〜１重量％、ニッケル（Ｎｉ）は１．５〜２．５重量％、クロム（Ｃｒ）は１．５〜２．５重量％、モリブデン（Ｍｏ）は０．２〜０．５重量％、アルミニウム（Ａｌ）は０．０１〜０．０６重量％、銅（Ｃｕ）は０．０１〜０．１重量％、バナジウム（Ｖ）は０．００〜０．３８重量％、ニオブ（Ｎｂ）は０．００〜０．０２重量％であり、不純物中の窒素（Ｎ）は０．００６重量％以下、酸素（Ｏ）は０．００１重量％以下、リン（Ｐ）は０．０３重量％以下、および硫黄（Ｓ）は０．０１重量％以下であることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る軸受鋼は、球状化した複合金属炭化物を含むことを特徴とし、バナジウム（Ｖ）とニオブ（Ｎｂ）などの元素は、球状化した複合金属炭化物の形成に極めて重要な元素である。
より詳細には、複合金属炭化物は、析出物であるＭｅ３Ｃ、Ｍｅ７Ｃ３、およびＭｅ２３Ｃ６炭化物、そしてＭｅＣ炭化物などを含むことを特徴とする。このような炭化物を含む複合金属炭化物は、軸受鋼の強度などを向上させ、耐久寿命などを延長させる役割をする。
特に、Ｍｅ３Ｃ、Ｍｅ７Ｃ３、およびＭｅ２３Ｃ６炭化物のＭｅは、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、およびマンガン（Ｍｎ）などからなる群より選択される１つ以上であることが好ましく、ＭｅＣ炭化物のＭｅは、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、およびモリブデン（Ｍｏ）などからなる群より選択される１つ以上であることが好ましい。
【００１５】
より詳細には、各成分の数値限定の理由は以下のとおりである。
（１）炭素（Ｃ）：１．０重量％以上、１．３重量％以下
炭素（Ｃ）は、鋼の強度を確保し、残留するオーステナイトを安定化させる役割などをする元素である。ここで、炭素（Ｃ）の含量が１．０重量％未満である場合には、鋼の強度を十分に得ることができず、疲労強度の低下などを招く恐れがある。一方、炭素（Ｃ）の含量が１．３重量％を超過する場合には、溶解しなかった巨大炭化物が残存し、疲労強度および耐久寿命などを低下させ、クエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）前の加工性などが低下する恐れがある。このため、炭素（Ｃ）の含量は１．０〜１．３重量％に限定することが好ましい。
（２）珪素（Ｓｉ）：０．９重量％以上、１．６重量％以下
珪素（Ｓｉ）は、脱酸剤の役割をし、固溶強化効果によって鋼の強度を高め、炭素（Ｃ）の活動度を向上させる役割などをする元素である。ここで、珪素（Ｓｉ）の含量が０．９重量％未満である場合には、十分に除去できなかった酸素による酸化物が鋼に残存して鋼の強度を低下させ、十分な固溶強化効果が現れ難いという問題がある。一方、珪素（Ｓｉ）の含量が１．６重量％を超過する場合には、過度な珪素（Ｓｉ）の含量によって炭素（Ｃ）と位置競争反応のような組職内の相互間の浸透反応によってタルタンが発生する恐れがあり、クエンチング（Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）前の硬度上昇によって加工性が急激に低下するという問題がある。このため、珪素（Ｓｉ）の含量は０．９〜１．６重量％に限定することが好ましい。
【００１６】
（３）マンガン（Ｍｎ）：０．５重量％以上、１．０重量％以下
マンガン（Ｍｎ）は、クエンチング性を向上させ、鋼の耐性を向上させ、耐転がりの疲労寿命特性などを向上させる役割などをする元素である。ここで、マンガン（Ｍｎ）の含量が０．５重量％未満である場合には、十分なクエンチングソングを確保し難く、加工性が低下する恐れがある。一方、マンガン（Ｍｎ）の含量が１．０重量％を超過する場合には、クエンチング前の加工性が低下し、中心偏析や疲労寿命を低下させるＭｎＳが析出するという問題がある。このため、マンガン（Ｍｎ）の含量は０．５〜１．０重量％に限定することが好ましい。
（４）ニッケル（Ｎｉ）：１．５重量％以上、２．５重量％以下
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼の結晶粒を微細化し、固溶強化、マトリクス強化、低温衝撃耐性、および鋼化能などを向上させ、Ａ１変態点の温度を低め、オーステナイト組職の拡張をサポートし、炭素の活動度などを向上させる役割などをする元素である。ここで、ニッケル（Ｎｉ）の含量が１．５重量％未満である場合には、結晶粒の微細化効果を十分に得がたく、固溶強化およびマトリクス強化などの十分な向上効果を得がたいという問題がある。一方、ニッケル（Ｎｉ）の含量が２．５重量％を超過する場合には、鋼に赤熱脆性などを誘発する恐れがある。このため、ニッケル（Ｎｉ）の含量は１．５〜２．５重量％に限定することが好ましい。
【００１７】
５）クロム（Ｃｒ）：１．５重量％以上、２．５重量％以下
クロム（Ｃｒ）は、鋼の燒入性を改善し、硬化能を付与すると同時に鋼の組職を微細化して球状化する役割などをする元素である。ここで、クロム（Ｃｒ）の含量が１．５重量％未満である場合には、燒入性と硬化能が制限されることがあり、組職の十分な微細化および球状化を得ることができないという問題がある。一方、クロム（Ｃｒ）の含量が２．５重量％を超過する場合には、含量増加に対する効果が少なくて製造原価の上昇を招くという問題がある。このため、クロム（Ｃｒ）の含量は１．５〜２．５重量％に限定することが好ましい。
（６）モリブデン（Ｍｏ）：０．２重量％以上、０．５重量％以下
モリブデン（Ｍｏ）は、クエンチング性やテンパリング後の鋼強度を高めることにより、鋼の疲労寿命を向上させる役割などをする元素である。ここで、モリブデン（Ｍｏ）の含量が０．２重量％未満である場合には、鋼の疲労寿命を十分に向上させることができないという問題がある。一方、モリブデン（Ｍｏ）の含量が０．５重量％を超過する場合には、鋼の加工性および生産性などが低下するという問題がある。このため、モリブデン（Ｍｏ）の含量は０．２〜０．５重量％に限定することが好ましい。
【００１８】
（７）アルミニウム（Ａｌ）：０．０１重量％以上、０．０６重量％以下
アルミニウム（Ａｌ）は、強力な脱酸剤の役割をし、鋼の清浄度を改善することはもちろん、鋼内の窒素（Ｎ）と反応して窒化物を形成することにより、結晶粒を微細化させる役割をする元素である。ここで、アルミニウム（Ａｌ）の含量が０．０１重量％未満である場合には、脱酸剤、清浄度、および結晶粒の微細化と関連した十分な効果が得がたいという問題がある。一方、アルミニウム（Ａｌ）の含量が０．０６重量％を超過する場合には、粗大酸化介在物などが形成されて鋼の疲労寿命などを低下させる恐れがある。このため、アルミニウム（Ａｌ）の含量は０．０１〜０．０６重量％に限定することが好ましい。
（８）銅（Ｃｕ）：０．０１重量％以上、０．１重量％以下
銅（Ｃｕ）は、鋼の硬化能などを向上させる役割をする元素である。ここで、銅（Ｃｕ）の含量が０．０１重量％未満の場合には、十分な硬化能向上の効果を得ることができないという問題がある。一方、銅（Ｃｕ）の含量が０．１重量％を超過する場合には、固溶限度が超過し、鋼の強度向上の効果が飽和され、製造費用の増加はもちろん、赤熱脆性が誘発される恐れがある。このため、銅（Ｃｕ）の含量は０．０１〜０．１重量％に限定することが好ましい。
【００１９】
（９）バナジウム（Ｖ）：０．００重量％以上、０．３８重量％以下
バナジウム（Ｖ）は、炭化物のような析出物などを形成し、析出強化の効果によってマトリクス組職の強化、引張強度、圧縮強度および耐磨耗性などの向上、結晶粒を微細化させる役割をし、ＳＵＪ２に比べ、相対的に同じ冷却速度で高強度化を可能にする元素である。ここで、バナジウム（Ｖ）の含量が０．３８重量％を超過する場合には、鋼の耐性と硬度がむしろ低下する恐れがある。このため、バナジウム（Ｖ）の含量は０．００〜０．３８重量％に限定することが好ましい。
（１０）ニオブ（Ｎｂ）：０．００重量％以上、０．０２重量％以下
ニオブ（Ｎｂ）は、高温で炭素および窒素と結合してそれぞれ炭化物および窒化物を形成し、鋼の強度および低温耐性を向上させる役割をする元素である。ここで、ニオブ（Ｎｂ）の含量が０．０２重量％を超過する場合には、増加する含量に比べて鋼の強度および低温耐性の向上度合が低く、得られる効果に比べて製造費用が増大し、また、ニオブ（Ｎｂ）がフェライト内に固溶した状態で存在し、衝撃耐性が低下するという問題がある。このため、ニオブ（Ｎｂ）の含量は０．００〜０．０２重量％に限定することが好ましい。
【００２０】
（１１）窒素（Ｎ）：０．００６重量％以下
窒素（Ｎ）は、アルミニウム（Ａｌ）と反応して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成させ、鋼の耐久寿命などを低下させる原因物質となるため、窒素（Ｎ）の含量は０．００６重量％以下に限定することが好ましい。
（１２）酸素（Ｏ）：０．００１重量％以下
酸素（Ｏ）は、錆（金属酸化物）を生成して鋼の清浄度を低下させるだけでなく、接触疲労によって鋼を劣化させる原因物質となるため、酸素（Ｏ）の含量は０．００１重量％以下に限定することが好ましい。
（１３）リン（Ｐ）：０．０３重量％以下
リン（Ｐ）は、結晶粒界の偏析を誘導して鋼の耐性を低下させる不純物であるため、リン（Ｐ）の含量は０．０３重量％以下に限定することが好ましい。
【００２１】
（１４）硫黄（Ｓ）：０．０１重量％以下
硫黄（Ｓ）は、鋼の被削性を増大させて加工を容易にするが、粒界偏析によって鋼の耐性を低下させ、さらに、マンガン（Ｍｎ）と反応して硫化マンガン（ＭｎＳ）を形成することにより、鋼の疲労寿命を低下させるため、硫黄（Ｓ）の含量は０．０１重量％以下に限定することが好ましい。
以上のとおり、本発明に係る軸受鋼を形成する各成分の構成を限定することにより疲労耐久性が向上した軸受鋼は、自動車などに適用されることが好ましく、自動車のエンジンおよび変速機などに適用されることがより好ましい。
【００２２】
以下、疲労耐久性が向上した軸受鋼の製造方法について詳しく説明する。
本発明に係る疲労耐久性が向上した軸受鋼の製造方法は、複合金属炭化物の原料として、全体重量に対し、炭素（Ｃ）１．０〜１．３重量％、珪素（Ｓｉ）０．９〜１．６重量％、マンガン（Ｍｎ）０．５〜１．０重量％、ニッケル（Ｎｉ）１．５〜２．５重量％、クロム（Ｃｒ）１．５〜２．５重量％、モリブデン（Ｍｏ）０．２〜０．５重量％、アルミニウム（Ａｌ）０．０１〜０．０６重量％、および銅（Ｃｕ）０．０１〜０．１重量％を含み、バナジウム（Ｖ）０．００〜０．３８重量％およびニオブ（Ｎｂ）０．００〜０．０２重量％からなる群より選択される１つ以上をさらに含み、残部に鉄（Ｆｅ）および不可避な不純物をさらに含んでなる合金の線材（ｗｉｒｅ  ｒｏｄ）を約７２０〜８５０℃の温度で約４〜８時間に渡って熱処理して複合金属炭化物を球状化するために１次球状化熱処理する第１段階、１次球状化熱処理した線材を引き抜き加工によって伸線（ｗｉｒｅ  ｄｒａｗｉｎｇ）する第２段階、伸線した線材を約７２０〜８５０℃の温度で約４〜８時間に渡って熱処理して複合金属炭化物をさらに球状化するために２次球状化熱処理する第３段階、２次球状化熱処理した線材を鍛造して軸受鋼を形成する第４段階、および形成した軸受鋼をクエンチング（Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）後に急冷かつテンパリング（Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）する第５段階を含むことを特徴とする。
【００２３】
上記の軸受鋼の製造方法は、複合金属炭化物が形成されて球状化されることを特徴とし、複合金属炭化物は、析出物であるＭｅ３Ｃ、Ｍｅ７Ｃ３、およびＭｅ２３Ｃ６炭化物、そしてＭｅＣ炭化物などを含むことを特徴とする。このような炭化物を含む複合金属炭化物は、軸受鋼の強度などを向上させ、耐久寿命などを延長させる役割をする。
ここで、Ｍｅ３Ｃ、Ｍｅ７Ｃ３炭化物、およびＭｅ２３Ｃ６炭化物のＭｅは、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、およびマンガン（Ｍｎ）からなる群より選択される１つ以上であることが好ましく、ＭｅＣ炭化物のＭｅは、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、およびモリブデン（Ｍｏ）からなる群より選択される１つ以上であることが好ましい。
【００２４】
製造方法の第５段階のクエンチングは、約８４０〜８６０℃の温度で約０．５〜２時間に渡って実施することが好ましく、テンパリングは、約１５０〜１９０℃の温度で約０．５〜２時間に渡って実施することが好ましい。
クエンチングの温度が約８４０℃未満であったりクエンチングの時間が約０．５時間未満である場合には、急冷された組職が不均一になり素材の偏差が発生する恐れがある。一方、クエンチングの温度が約８６０℃を超過したりクエンチングの時間が約２時間を超過する場合には、１次および２次球状化熱処理によって形成された球状化複合金属炭化物が溶解し、球状を維持できなくなる恐れがある。
また、テンパリングの温度が約１５０℃未満であったりテンパリング時間が約０．５時間未満である場合には、軸受鋼の耐性などの物性確保が困難となる問題がある。一方、テンパリングの温度が約１９０℃を超過したりテンパリング時間が約２時間を超過する場合には、軸受鋼の硬度などが急激に低下し、耐久寿命の向上が困難になる恐れがある。
【００２５】
第１段階の１次球状化熱処理および第３段階の２次球状化熱処理の温度がそれぞれ約７２０℃未満であったり球状化熱処理時間が約４時間未満である場合には、素材が均一にならず偏差が発生する虞がある。また、複合金属炭化物の球状化には熱処理する時間が多く必要となり、製造費用が急増する恐れがある。
一方、１次および２次球状化熱処理の温度が約８５０℃を超過する場合には、形成された複合金属炭化物が溶解し、冷却工程時に球形の複合金属炭化物の代わりにラメラ形態の複合金属炭化物が形成される可能性が格段に増加するという問題がある。
また、１次および２次球状化熱処理の時間が約８時間を超過する場合には、複合金属炭化物の球状化速度が鈍化し、製造費用が急増する恐れがある。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例を基に、本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明によって製造された軸受鋼の硬度と耐久寿命などの物性を調べるために、下記の表１に記載した成分を有する比較例１〜４および実施例１〜３を製造した。
比較例１は、珪素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、の含量が本発明が特定する構成比を逸脱しており、また、バナジウム（Ｖ）もニオブ（Ｎｂ）も含まない点でも本発明特定の構成比を逸脱していた。比較例２は炭素（Ｃ）の含量とバナジウム（Ｖ）もニオブ（Ｎｂ）も含まない点で本発明特定の構成比を逸脱していた。比較例３、４はそれぞれバナジウム（Ｖ）とニオブ（Ｎｂ）の含量が本発明特定の構成比を逸脱していた。
これに対し、実施例１〜３は、バナジウム（Ｖ）とニオブ（Ｎｂ）のうち１つ以上を含み、それ以外の構成成分も、その含量範囲が本発明が特定する構成比を満たしていた。
【表１】
2016098436.tif 000002
【００２７】
表１の比較例１〜４そして実施例１〜３は、製造工程のうち、１次球状化熱処理の温度を約８００℃に設定し、２次球状化熱処理の温度を約７２０℃に設定し、クエンチングの温度および時間はそれぞれ約８５０℃および約１時間に設定し、テンパリングの温度および時間はそれぞれ約１５０℃および約１時間に設定して製造した。
【００２８】
上記のとおり、それぞれ異なる成分および含量を有する比較例１〜４と実施例１〜３の物性を比較するために、常温（２５℃）および３００℃における硬度、および回転曲げ疲労度を測定した。
硬度は、マイクロビッカース硬度計を使用したＫＳ  Ｂ  ０８１１測定法で測定した。
回転曲げ疲労試験は、回転曲げ疲労試験機が使用されるＫＳ  Ｂ  ＩＳＯ  １１４３測定法で測定した。回転曲げ疲労試験は、１５０℃で６．２ＧＰａの面圧で直径４ｍｍの標準線径で試片の１０％が損傷するまでの総回転数（Ｌ１０寿命）を計測した。Ｌ１０寿命は試片の正格疲労寿命である。
その結果を、下記の表２に示した。
【表２】
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表２は、比較例１〜４および実施例１〜３の常温での硬度、３００℃での硬度、そして１５０℃で６．２ＧＰａの面圧条件で、Ｌ１０寿命までの回転曲げ疲労試試験機の回転数とこれを考慮した耐久寿命を比較した表である。
【００２９】
表２に示したとおり、２５℃の常温での硬度は実施例１〜３で８２０〜８４０ＨＶであったのに対し、比較例１〜４では７２０〜７８０ＨＶであり、実施例１〜３が比較例１〜４よりも約１０％高いという結果であった。３００℃に加熱された状態での硬度も実施例１〜３で８０３〜８２３ＨＶであったのに対し、比較例１〜４では６９８〜７５８ＨＶであり、実施例１〜３が比較例１〜４よりも約１０％高いという結果であった。
また、１５０℃で６．２ＧＰａの面圧条件でＬ１０寿命に対する回転曲げ疲労試験機の回転数は、実施例１〜３の平均値が１７，５３６，６６７回であり、比較例１〜４の平均値である８，７５０，０００回よりも約２倍高いという結果が得られた。
【００３０】
また、回転曲げ疲労試験機の回転数に基づいて比較例１〜４および実施例１〜３の耐久寿命を比較するために、比較例１の回転曲げ疲労試験機の回転数である８，４００，０００回を１００％の耐久寿命とする基準を定め、基準となる比較例１の回転曲げ疲労試験機の回転数に対して比較例２〜４と実施例１〜３の回転曲げ疲労試験機の回転数がどの程度増減したか、その差を百分率で示した。
すなわち、比較例１〜４および実施例１〜３の耐久寿命を比較するための百分率は、比較例１を基準として残りの比較例２〜４と実施例１〜３の回転曲げ疲労試験機の回転数を相対的な増減程度で示した値である。
ここで、比較例および実施例の耐久寿命の比較により、実施例１〜３の耐久寿命はいずれも２００％を超えており、実施例１〜３の耐久寿命が比較例１の耐久寿命よりも約２倍高いという結果が得られた。
【００３１】
以上の結果より、本発明に係る成分および含量範囲を満たし、本発明に係る熱処理工程を経て製造された実施例１〜３は、多様な複合金属炭化物を含むことにより、比較例１〜４よりも強度および耐久寿命が優れるということを実験的に確認することができた。
【００３２】
以上、本発明の具体的な実施形態と関連付けて本発明を説明したが、これは例示に過ぎず、本発明はこれに制限されるものではない。本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、本発明の範囲を逸脱せずに説明された実施形態を変更または変形することができ、本発明の技術思想と添付する特許請求の範囲の均等な範囲内で多様な修正および変形が可能である。