(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０.９５〜１.１０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：１.６０超え〜３.５０ｍａｓｓ％、Ｏ：０.００１５ｍａｓｓ％以下およびＳｂ：０.００１０ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなり、酸化物系非金属介在物個数が１００〜２００個／３２０ｍｍ２であることを特徴とする転動疲労寿命に優れる軸受用鋼。
【請求項２】
Ｃ：０.９５〜１.１０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：１.６０超え〜３.５０ｍａｓｓ％、Ｏ：０.００１５ｍａｓｓ％以下およびＳｂ：０.００１０ｍａｓｓ％以下を含み、さらにＳｉ：２.５ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２.５ｍａｓｓ％以下、Ｍｏ：２.５ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：３.０ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：１.５ｍａｓｓ％以下、Ｖ：１.５ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：２.０ｍａｓｓ％以下およびＡｌ：０.０８ｍａｓｓ％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物よりなり、酸化物系非金属介在物個数が１００〜２００個／３２０ｍｍ２であることを特徴とする転動疲労寿命に優れる軸受用鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ころ軸受あるいは玉軸受といった転がり軸受の要素部材として用いられる軸受用鋼に関し、とくに転動疲労寿命に優れた軸受用部材を提供するためのものである。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受などに用いられる軸受用鋼には、転動疲労寿命の永いものであることが求められる。一般に、軸受の転動疲労寿命は、鋼中に存在する硬質の酸化物系非金属介在物が悪影響をおよぼすことはよく知られている。
そこで、かかる非金属介在物量の低減により、転動疲労寿命の向上を図るために、従来、主として鋼中酸素量を低減する努力がなされてきた。その結果、製鋼技術の進歩とも相俟って、現在では鋼中酸素量を重量比にして10ppm 以下にまで低減することができるようになってきた。しかし、こうした低酸素化による転動疲労寿命の向上は、既に限界に達しているのが実情である。
【０００３】
ところが最近では、転動疲労寿命のより一層の向上を目指す動きがある。例えば、特開平３−126839号公報では、単位面積あるいは単位体積中の酸化物系非金属介在物の個数の調整により、また特開平５−25587 号公報では、極値統計によって推定される酸化物系非金属介在物の予測最大径の調整により、それぞれ長寿命を実現する軸受用鋼が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記既知技術に従い、単位面積あたりの酸化物系非金属介在物の個数や最大径をより低減させるためには、さらなる製鋼設備の改善あるいは製造プロセスの改造が必要となる。したがって、これらを実現するためには、巨額の投資が必要となり、製造コストの上昇を招くことが避けられなくなる。そのうえ、転動疲労寿命を補償するためには、非金属介在物についての詳細な評価が必要となるので生産性の低下も不可避となる。
【０００５】
そこで本発明の主たる目的は、成分組成の調整のみで製造可能で生産性の面で有利な、優れた転動疲労寿命を有する軸受用鋼を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上掲の目的に鑑みその実現のためになされたものであって、図１に示す関係から得られた知見に基づくものである。すなわち、発明者らの転動疲労寿命と成分組成についての研究から、不純物元素として鋼中に混入するＳｂの存在が転動疲労寿命に悪影響を及ぼすことを見いだしたのである。図１は、鋼中の酸素量が８〜１２ｐｐｍ、酸化物系非金属介在物個数が１００〜２００個／３２０ｍｍ２、その最大径が被検面積３２０ｍｍ２のときに８〜１２μｍである試料を用いて、鋼中Ｓｂ量と転動疲労寿命との関係を調べたものである。図１に示すように、鋼中Ｓｂ量を１５ｐｐｍ（０．００１５ｍａｓｓ％）以下まで低減すると転動疲労寿命が向上し、０．００１０ｍａｓｓ％程度になるとこの改善効果が飽和することがわかる。このような現象が現れる理由は必ずしも明らかではないが、鋼中Ｓｂ量が一定限度を超えると、過剰なＳｂが結晶粒界に偏析して、疲労亀裂の進展を助長し、破壊の発生を早めるからであると考えられる。
【０００７】
上記知見のもとに開発した本発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）Ｃ：０.９５〜１.１０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：１.６０超え〜３.５０ｍａｓｓ％、Ｏ：０.００１５ｍａｓｓ％以下およびＳｂ：０.００１０ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなり、酸化物系非金属介在物個数が１００〜２００個／３２０ｍｍ２であることを特徴とする転動疲労寿命に優れる軸受用鋼。
【０００８】
（２）Ｃ：０.９５〜１.１０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：１.６０超え〜３.５０ｍａｓｓ％、Ｏ：０.００１５ｍａｓｓ％以下およびＳｂ：０.００１０ｍａｓｓ％以下を含み、さらにＳｉ：２.５ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２.５ｍａｓｓ％以下、Ｍｏ：２.５ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：３.０ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ：１.５ｍａｓｓ％以下、Ｖ：１.５ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：２.０ｍａｓｓ％以下およびＡｌ：０.０８ｍａｓｓ％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物よりなり、酸化物系非金属介在物個数が１００〜２００個／３２０ｍｍ２であることを特徴とする転動疲労寿命に優れる軸受用鋼。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる軸受用鋼の成分組成を限定した理由について以下に詳述する。
Ｃ：0.95〜1.10mass％
Ｃは、基地に固溶してマルテンサイトの強化に有効に作用する元素であり、焼入れ焼もどし後の強度確保とそれによる転動疲労寿命を向上させるために含有させる。その含有量が0.95mass％未満ではこうした効果が得られない。一方、Ｃ量が1.10mass％を超えると鋳造時に巨大炭化物が生成し、加工性ならびに転動疲労寿命を低下させるので、0.95〜1.10mass％の範囲とする。
【００１０】
Cr：1.60超え〜3.50mass％
Crは、炭化物を安定化させ、焼き入れ後に炭化物を残留させることにより耐磨耗性を向上させるために有用な元素である。Cr添加量が1.60mass％以下ではこうした効果が得られず、一方、3.50mass％を超えて添加すると、焼入れにより残留する炭化物量が増し、基地に固溶するＣ量が低下して、強度ひいては転動疲労寿命を低下させる。よって、Cr添加量は1.60超え〜3.50mass％、好ましくは1.60超え〜2.50mass％とする。
【００１１】
Ｏ：0.0015mass％以下
Ｏは、硬質な酸化物系非金属介在物を形成して転動疲労寿命を低下させることから低いことが望ましいが、0.0015mass％までは許容される。よって、Ｏ含有量は0.0015mass％以下、好ましくは0.0010mass％以下とする。
【００１２】
Sb：0.0010mass％以下
Sbは、本発明において特に重要な元素であり、脱炭層の生成を抑制して熱処理生産性を向上させる作用を有する反面、熱間加工性や靱性を低下させるほか、転動疲労寿命を著しく低下させるという不利を招く。このため、Sb量は0.0010mass％以下に制限する必要がある。
【００１３】
Si：2.5 mass％以下
Siは、焼もどし軟化抵抗を増大させ、焼入れ焼もどし後の強度を高めて、転動疲労寿命の向上に有効に作用する元素である。また、溶製時の脱酸剤として鋼の低酸素化にも寄与する元素でもある。しかし、2.5 mass％を超えて添加すると加工性および靱性が低下する。このため、Siは2.5 mass％以下、好ましくは0.15〜2.0 mass％の範囲で添加する。
【００１４】
Mn：2.5 mass％以下
Mnは、鋼の焼入れ性を向上させることにより、基地マルテンサイトの靱性および強度を向上させ、転動疲労寿命の向上に有効に作用する。しかし、2.5 mass％を超えて添加すると、被削性および靱性が低下する。よって、Mnは2.5 mass％以下、好ましくは0.10〜2.0 mass％の範囲で添加する。
【００１５】
Mo：2.5 mass％以下
Moは、焼入れ性の向上を通じて、強度の向上、ひいては転動疲労寿命の向上に寄与する元素である。しかし、2.5 mass％を超えて添加すると、炭化物が安定化して、強度ひいては転動疲労寿命を低下させる。また、Moは高価な元素でもあるので、これらのことを考慮して、2.5 mass％以下、好ましくは0.10〜1.5 mass％の範囲で添加する。
【００１６】
Ni：3.0 mass％以下
Niは、焼入れ性の向上を通じて、強度の向上、ひいては転動疲労寿命の向上に寄与する元素である。しかし、3.0 mass％を超えて添加しても効果が飽和するだけでなく、高価な元素でもある。したがって、Niは、得られる効果とコストとの兼ね合いから、3.0 mass％以下、好ましくは0.10〜2.0 mass％の範囲で添加する。
【００１７】
Nb：1.5 mass％以下
Nbは、焼入れ性の増加を通じて、強度の向上、ひいては転動疲労寿命の向上に寄与する元素である。しかし、1.5 mass％を超えて添加すると、炭化物が安定化して、強度ひいては転動疲労寿命を低下させる。また、Nbは高価な元素でもあるので、これらのことを考慮して、1.5 mass％以下、好ましくは0.05〜1.0 mass％の範囲で添加する。
【００１８】
Ｖ：1.5 mass％以下、
Ｖは、焼入れ性の向上を通じて、強度の向上、ひいては転動疲労寿命の向上に寄与する元素である。しかし、1.5 mass％を超えて添加すると、炭化物が安定化して、強度ひいては転動疲労寿命を低下させる。またＶは高価な元素でもあるので、これらのことを考慮して、1.5 mass％以下、好ましくは0.05〜1.0 mass％の範囲で添加する。
【００１９】
Cu：2.0 mass％以下
Cuは、焼入れ性の向上を通じて、強度の向上、ひいては転動疲労寿命の向上に寄与する元素である。しかし、2.0 mass％を超えて添加すると、鍛造性を低下させるのでCuは2.0 mass％以下、好ましくは0.10〜1.5 mass％の範囲で添加する。
【００２０】
Al：0.08mass％以下
Alは、焼もどし軟化抵抗を増大させ、焼入れ焼もどし後の強度を高めて、転動疲労寿命の向上に寄与する元素である。また、溶製時の脱酸剤として鋼の低酸素化にも寄与する元素でもある。一方、0.08mass％を超えて添加すると、加工性および靱性を低下させる。よって、Alは0.08mass％以下、好ましくは0.005 〜0.05mass％の範囲で添加する。
【００２１】
上記各元素により本発明は構成されるが、より好ましい実施の形態として、不純物元素としてのＰ、Ｓ、TiおよびＮは下記範囲に抑制することが望ましい。
Ｐ：0.025 mass％以下
Ｐは、鋼の靱性ならびに転動疲労寿命を低下させることから可能なかぎり低いことが望ましく、その許容上限は0.025 mass％、好ましくは0.015 mass％である。
【００２２】
Ｓ：0.025 mass％以下
Ｓは、Mnと結合してMnＳを形成し、被削性を向上させる。しかし、多量に含有させると転動疲労寿命が低下することから、0.025 mass％、好ましくは0.010 mass％を上限とする。
【００２３】
Ti：0.010 mass％以下
Tiは、硬質な窒化物を形成して転動疲労寿命を低下させることから、可能なかぎり低いことが望ましく、その許容上限は0.010 mass％、好ましくは0.005 mass％である。
【００２４】
Ｎ：0.015 mass％以下
Ｎは、硬質な窒化物を形成して転動疲労寿命を低下させることから、可能なかぎり低いことが望ましく、その許容上限は0.015 mass％、好ましくは0.008 mass％である。
【００２５】
【実施例】
実施例１
表１および表２に示す化学組成を有する鋼を転炉にて溶製し、その後連続鋳造により400 ×560 mmのブルームとし、1200℃で30時間の拡散焼なましの後に、さらに熱間圧延により65mmφの棒鋼とした。次いで、860 ℃の焼ならし、760 〜800 ℃の球状化焼なましを行い、830 ℃で30min 保持後油焼入れし、180 ℃で２h の焼もどしを行い、ラッピング仕上げにより60mmφ×５mmの円盤型転動疲労寿命試験片を各鋼につき12枚づつ得た。
【００２６】
転動疲労試験は、森式スラスト型転動疲労試験機を用いて、ヘルツ最大接触応力：5260MPa 、繰り返し応力数：30Hz、ならびに潤滑油：＃68タービン油の条件で行った。その試験の結果を、ワイブル分布にしたがうものとして確率紙上にまとめ、Ｂ10寿命 (累積破損確率：10％における、剥離発生までの総負荷回数) を求め、従来鋼No. １（ＪＩＳ  ＳＵＪ２）のそれを１としたときの相対比で評価した。
【００２７】
上記の評価結果を、表１および表２にあわせて示す。これらの表に示すところから明らかなように、鋼No. ２およびNo. ６〜25の発明鋼は、Ｂ10寿命比が従来鋼（鋼No. １）の1.7 〜5.6 倍という優れた特性を有している。
これに対し、比較鋼No. ４はＣが、No. ５はＯがそれぞれ本発明範囲を外れており、Ｂ10寿命比は従来鋼より劣っている。また、比較鋼No. ３は化学組成がSbを除き発明鋼No. ２と大差ないにもかかわらず、Ｂ10寿命比が 1.1であり、鋼No. ２の 3.2に比較して劣っており、Sb量低減の効果がうかがえる。
【００２８】
【表１】
0003779078.tif 000002
【００２９】
【表２】
0003779078.tif 000003
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、とくに鋼中Sb量を0.0010mass％以下に抑制するなどの成分調整により、転動疲労寿命が格段に優れた軸受用鋼を提供することができる。このSb量の制限は、スクラップの管理により容易に実現することが可能であり、生産性の面からも好ましく、工業的に寄与するところ大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｂ10寿命に及ぼすSb量の影響を示すグラフである。
【図１】
0003779078.tif 000004