(57)【要約】【課題】  ＣやＣｒ等成分の最適化により、焼なまし状態もしくは球状化焼なまし状態での組織において、被削性に優れる軸受用鋼を提供することである。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．６０〜０．９０％、Ｓｉ：０．１０〜０．３５％、Ｍｎ：０．８０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．７０〜１．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼で、焼なまし後の組織がパーライト組織またはフェライト組織に球状化炭化物が分散する球状化組織、あるいはそのパーライト組織と球状化組織であり、鋼中の炭化物の面積率が３０％以下、パーライト組織の場合はパーライトのラメラ間隔が０．４０μｍ以上、球状化組織の場合は炭化物間隔が０．３０μｍ以上、これらの混相の場合は両方を満たし、焼なまし後においては被削性に優れている鋼である。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．６０〜０．９０％、Ｓｉ：０．１０〜０．３５％、Ｍｎ：０．８０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．７０〜１．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼で、ミクロ組織がパーライト組織、フェライト組織に球状化炭化物が分散する球状化組織のいずれか１の組織または２の組織の混相から成り、鋼中の炭化物の面積率が３０％以下、パーライト組織におけるパーライトのラメラ間隔が０．４０μｍ以上、球状化組織における炭化物間隔が０．３０μｍ以上であること特徴とする被削性に優れる軸受用鋼。
【請求項２】
請求項１の化学成分に加えて、質量％で、Ｎｉ：０．１０〜２．００％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％のうち１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼で、ミクロ組織がパーライト組織、フェライト組織に球状化炭化物が分散する球状化組織のいずれか１の組織、または２の組織の混相から成り、鋼中の炭化物の面積率が３０％以下、パーライト組織におけるパーライトのラメラ間隔が０．４０μｍ以上、球状化組織における炭化物間隔が０．３０μｍ以上であること特徴とする被削性に優れる軸受用鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、焼なまし状態での被削性に優れる軸受用鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの多くの産業機械の機械部品は、製造効率の点から切削工程により製造されて要求精度が満たされている。特に、軸受部品の加工においては、軸受用鋼の代表的なものとして、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５のＳＵＪ２が挙げられる。ＳＵＪ２を軸受部品、例えば軸受軌道輪に加工する場合、素材の鋼材を熱間鍛造または温間鍛造から製造を始める工程と、直接切削から始める工程とが一般的である。
【０００３】
ところで、この直接切削から始める工程では、製鋼メーカーから加工メーカーに納入した素材のミクロ組織や硬さが被削性に大きな影響を与える。例えば、ＳＵＪ２は過共析鋼であるため、熱間圧延後の組織はセメンタイト＋ラメラーパーライト組織となって硬さが非常に硬く、旋盤での切削やドリル加工を行う場合は切削工具の寿命が短く、量産での製造性に問題がある。
【０００４】
そこで、鋼材の被削性を向上させる方法としては、Ｐｂ、Ｓ等の快削元素の添加が挙げられる。Ｐｂは低融点の金属介在物として存在し、溶融金属脆化作用により切屑を分断し易くし、さらに、切屑と工具表面との界面で潤滑作用を示すため、切削抵抗を低減して工具寿命を延長させる（例えば、特許文献１参照）。さらに、ＭｎＳは応力集中源となって切り欠き効果を示し、やはり切屑処理性や工具寿命を向上させる（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、特許文献１の方法や特許文献２の方法では、軸受用鋼のように高強度域で使用され、転動疲労寿命が要求される部品中に、これらの快削性物質のＰｂやＳ等が存在すると、その部分が欠陥として作用し、部品としての寿命が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−２５５８１０号公報
【特許文献２】特開２００９−１２０９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に軸受用鋼は機械構造用鋼と比較して、高炭素であるため、焼なまし後でも硬く、被削性が問題となることが多い。そこで、本発明が解決しようとする課題は、ＣやＣｒ等成分の最適化により、焼なまし状態もしくは球状化焼なまし状態での組織において、被削性に優れる軸受鋼を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、Ｐｂ、Ｓ等の快削元素を添加せず、鋼材の化学成分の適正化と炭化物の分散状態を制御することにより被削性に優れた軸受鋼を提供することである。
【０００８】
上記の課題を解決するための第１の手段は、質量％で、Ｃ：０．６０〜０．９０％、Ｓｉ：０．１０〜０．３５％、Ｍｎ：０．８０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．７０〜１．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼で、焼なまし後の組織がパーライト組織またはフェライト組織に球状化炭化物が分散する球状化組織、あるいはそのパーライト組織と球状化組織であり、パーライト組織の場合はパーライトのラメラ間隔が０．４０μｍ以上、球状化組織の場合は炭化物間隔が０．３０μｍ以上、これらの混相の場合は両方を満たし、焼なまし後において被削性に優れた鋼である。
【０００９】
第２の手段は、第１の手段に加え、質量％で、Ｎｉ：０．１０〜２．００％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％のうち１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼で、焼なまし後の組織がパーライト組織またはフェライト組織に球状化炭化物が分散する球状化組織、あるいはそのパーライト組織と球状化組織であり、パーライト組織の場合はパーライトのラメラ間隔が０．４０μｍ以上、球状化組織の場合は炭化物間隔が０．３０μｍ以上、これらの混相の場合は両方を満たし、焼なまし後において被削性に優れた鋼である。
【発明の効果】
【００１０】
焼なまし状態での被削性に優れる軸受用鋼であり、パーライト組織の場合はパーライトのラメラ間隔Ｄrが０．４０μｍ以上、球状化組織の場合は炭化物の平均粒子間距離Ｄθが０．３０μｍ以上、これらの混相の場合は両方を満たしており、焼なまし後において被削性に優れている軸受用鋼である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本願の発明を実施するための形態の記載に先立って、先ず、本願発明の化学成分、組織などの構成要素について説明する。なお、化学成分における％は質量％である。
【００１２】
Ｃ：０．６０〜０．９０％
Ｃは、焼入れ・焼戻し後における、硬度、耐摩耗性および疲労寿命を向上させる元素である。しかし、Ｃが０．５５％以下では十分な硬度が得られず、Ｃは０．６０％以上が必要である。ところでＣが多くなると、素材硬さが増加し、また、組織中の炭化物量が必要以上に増え、炭化物の面積率が増加するため、被削性および鍛造性などの加工性を阻害する。そこで、Ｃは０．９０％以下にする必要がある。以上から、Ｃは０．６０〜０．９０％とし、望ましくはＣは０．６０〜０．８０％とする。
【００１３】
Ｓｉ：０．１０〜０．３５％
Ｓｉは、鋼の脱酸に有効な元素であり、鋼に必要な焼入性を付与し、強度を高める元素である。これらの効果を得るには、Ｓｉは０．１０％以上が必要である。望ましくは、Ｓｉは０．２０％以上が好ましい。一方、Ｓｉが増加すると、素材硬さが増加し、被削性および鍛造性などの加工性を阻害する。そのため、Ｓｉは０．３５％以下とする必要がある。望ましくは、Ｓｉは０．３０％以下が良い。そこで、Ｓｉは０．１０〜０．３５％、望ましくはＳｉは０．２０〜０．３０％とする。
【００１４】
Ｍｎ：０．８０〜２．００％
Ｍｎは、鋼の脱酸に有効な元素である。さらに、鋼に必要な焼入れ性を付与し、強度を高めるために添加する。このために、Ｍｎは０．８０％以上必要であり、望ましくは０．９０％以上必要である。一方、Ｍｎが増加すると、素材硬さが増加し、被削性および鍛造性などの加工性を阻害する。そこで、Ｍｎは２．００％以下にする必要があり、望ましくは１．６０％以下がよい。そこで、Ｍｎは０．８０〜２．００％、望ましくは、０．９０〜１．６０％とする。
【００１５】
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、鋼中に不可避に含有される不純物元素で、粒界に偏析して靱性を劣化させる、そこでＰは０．０３０％以下とし、望ましくは、０．０１５％以下とするのが良い。
【００１６】
Ｓ：０．０３０％以下
Ｓは、Ｍｎと結びついてＭｎＳを形成し、被削性を向上させる元素である。ただし、Ｓの過剰添加は粗大はＭｎＳを形成し、転動疲労寿命を低下させる。そこでＳは０．０３０％以下とし、望ましくは、０．０１０％以下とする。
【００１７】
Ｃｒ：０．７０〜１．２０％
Ｃｒは、焼入性を向上させる元素である。また、球状化焼なましによる炭化物の球状化を容易にする元素である。上記の効果を得るためには、Ｃｒは０．７０％以上が必要であり、望ましくは０．８０％以上が必要である。しかし、Ｃｒは過剰に添加すると、炭化物量が増え、被削性を低下させる。そのため、Ｃｒは１．２０％以下にする必要があり、望ましくは、１．１０％以下が良い。そこで、Ｃｒは０．７０〜１．２０％とし、望ましくは０．８０〜１．１０％とする。
【００１８】
Ｎｉ：０．１０〜２．００％
Ｎｉは、焼入性および靱性の向上に有効な元素である。上記の効果を得るには、Ｎｉは０．１０％以上は必要である。しかし、Ｎｉが多くなると、素材硬さが増加し、被削性および鍛造性などの加工性を阻害する。さらに、Ｎｉはコストを上昇させる元素である。そこで、Ｎｉは２．００％以下とする。そこで、Ｎｉは０．１０〜２．００％とする。
【００１９】
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％
Ｍｏは、焼入性および靱性の向上に有効な元素である。上記の効果を得るには、Ｍｏは０．０５％以上は必要である。しかし、Ｍｏが多くなると、素材硬さが増加し、被削性および鍛造性などの加工性を阻害する。さらに、Ｍｏはコストを上昇させる元素である。そこで、Ｍｏは０．５０％以下とする。そこで、Ｍｏは０．０５〜０．５０％とする。
【００２０】
鋼中の炭化物の面積率Ｓθ：３０％以下
鋼中の炭化物量が増加するに伴い、素材硬さは上がり、被削性を減少させる。そのため、鋼中の炭化物の面積率Ｓθは３０％以下とした。
【００２１】
ラメラ間隔Ｄr（パーライト組織の場合）：０．４０μｍ以上
パーライトのラメラ間隔は圧援護の冷却速度、もしくは焼ならしの冷却速度と相関関係があり、冷却速度が遅いほどパーライトのラメラ間隔が大きくなる傾向にある。また、ラメラ間隔が大きいほど被削性は向上する。そのため、ラメラ間隔は十分な被削性が得られる０．４０μｍとした。
【００２２】
鋼中の炭化物の平均粒子間距離Ｄθ（球状化組織の場合）：０．３０μｍ以上
球状化焼なまし処理を行ない、セメンタイトを球状化させて、組織をフェライト＋球状化セメンタイトとし、硬さを下げることにより被削性を向上させることができる。ただし、球状化炭化物を微細にすることで分散させ過ぎてしまい、球状化炭化物の平均粒子間隔が小さくなると、かえって被削性は悪下してしまう。そのため、炭化物の平均粒子間距離Ｄθは、十分な被削性の得られる０．４０μｍ以上とした。
【００２３】
パーライト組織と球状化組織の混相の場合：ラメラ間隔Ｄr０．４０μｍ以上と炭化物の平均粒子間距離Ｄθ０．３０μｍ以上
直上の二つの組織の理由と同様であり、ラメラ間隔Ｄrは、十分な被削性の得られる、０．４０μｍ以上とし、炭化物の平均粒子間距離Ｄθは十分な被削性の得られる０．３０μｍ以上とした。
【実施例】
【００２４】
【表１】
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表１に示す実施例鋼１〜１０と比較例鋼１１〜１８の化学組成の鋼を電気炉にて溶製し、連続鋳造後、分解圧延、続いて熱間圧延を行い、圧延材からドリル穿孔試験用の試験片を採取した。その後、焼ならしもしくは球状化焼ならしを行った後、硬さ試験、光学顕微鏡観察、ならびにドリル穿孔試験を行った。なお、焼ならしは、加熱保持温度を８００〜８６０℃とし、かつ６００℃までの徐冷速度を３７℃／Ｈｒで冷却とした。球状化焼きなましは、加熱保持温度を７２０〜７８０℃とし、かつ６００℃までの徐冷速度を２３℃／Ｈｒ以下で冷却とした。焼なまし後は、全鋼種において全面パーライト組織になっていることを確認した。また、球状化焼なまし後は、全鋼種において球状化炭化物がフェライト中に分散する球状化組織であることを確認した。ドリル穿孔試験の条件は以下の表２に示す。
【００２５】
【表２】
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焼なましを行ったものを焼なまし材、球状化焼なましを行ったものを球状化焼なまし材と定義して、以上の硬さ試験、光学顕微鏡観察、ドリル穿孔試験の結果として、硬さ、炭化物の面積率Ｓθ、パーライトのラメラ間隔Ｄr、炭化物の平均粒子間距離Ｄθ、異常音発生までの穴数について、以下の表３の焼なまし材および表４の球状化焼なまし材に記載する。
【００２６】
【表３】
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表３の焼なまし材において、比較例鋼のＮｏ．１１〜１８の網掛けをしている部分は、本願の請求項から外れているものである。本願の請求項を満たす実施例鋼では、いずれもドリル穿孔試験における工具寿命を示す穴数は焼なまし材では２５個以上であり、比較例鋼に対して良好な被削性を示した。
【００２７】
【表４】
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表４の球状化焼なまし材いて、比較例鋼のＮｏ．１１〜１８の網掛けをしている部分は、本願の請求項から外れているものである。本願の請求項を満たす実施例鋼では、いずれもドリル穿孔試験における工具寿命を示す穴数は球状化焼なまし材では３０個以上であり、比較例鋼に対して良好な被削性を示した。