CN1249005A - 连续退火炉、滚动轴承、退火方法及深槽球轴承内外圈的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明连续退火炉是对高碳轴承钢连续地进行球化退火的炉子,该连续退火炉的特征在于,它具有以下几部分:2个以上的处理室,这些处理室具有相互不同的渗碳性气氛气体,而且处理室之间相互连续连接;中间室,该中间室通过开闭门将这些处理室相互隔开;搬送机构,该机构用于在上述处理室和中间室内搬送被处理物。本发明滚动轴承的特征在于,用按上述方法处理的高碳轴承钢制造的滚动轴承的成品轨道面上的最大渗碳率为0.1－20%,而且渗碳深度为0.1－0.5mm。本发明滚动轴承内外圈的制造方法,是热处理后再进行磨削加工的深槽球轴承内外圈的制造方法,该制造方法的特征在于,它包括下述几道工序:制造毛坯圈的热锻造工序,该工序对圆棒坯料进行热锻造,将其加工成内圈和外圈;软化退火工序,该工序进行使碳化物球化的软化退火,以便于进行冷加工和车削加工;冷滚压加工工序,该工序是在冷状态下用心轴和辊夹住上述毛坯圈的内周面和外周面而进行轧制成形,从而对毛坯圈进行扩径,将其加工成内圈和外圈的形状;精车削加工工序,该工序通过车削加工,将圈精加工成深槽球轴承所要求的形状;淬火、回火工序,该工序进行淬火回火,获得轴承必要的硬度;磨削加工工序,该工序对与轨道面相配合的面进行磨削加工,所述制造方法使用滚动轴承的内外圈制造工艺的软化退火炉。

Description

连续退火炉、滚动轴承、退火 方法及深槽球轴承 内外圈的制造方法

本发明涉及连续退火炉、滚动轴承、退火方法及深槽球轴承内外圈的制造方法，特别是涉及以双轮车、汽车、农业机械、建设机械等所有的部位使用的滚动轴承为主的机械零件制造所使用的技术。

(1)

关于热处理之后进行磨削加工的深槽球轴承内外圈的制造方法，图1所示为考虑了制造成本的、以往所普遍采用的制造方法。

首先，圆棒坯料一般是使用轧制状态的圆棒钢材(S1)。一般使用多段型模进行热锻造，制造用于加工内外圈的毛坯圈(S2)。经热锻造之后，为了后步工序而进行软化退火，使硬度降低，并改善显微组织(S3)。接着，进行冷滚压加工(下称CRF加工)(S4)。此外，图5所示为CRF加工的示意图，被成形轧辊21和心轴22夹住的毛坯圈23，由负荷W的作用而被轧制，断面变薄、圈的直径扩大。

图3所示为不使用CRF加工时的锻造工序。为了制造锻造圈1、2，圈3和零件4作为废料而被废弃。另外，在采用CRF加工的情况下，用热锻造方法制造图4(D)所示的小锻造圈5、6，通过CRF加工，可以将小锻造圈扩径成图4(E)所示的CRF圈7、8，故不需要图3(D)中的圈3，也可使零件4像图4(D)的零件12那样小。又，用CRF扩径时，轨道面上带有槽7a、8a等，也可少许减少车削的加工余量，材料利用率非常高。

接着，进行图1的定径(S5)。然后，为了去除CRF圈在锻造、退火时产生的氧化、脱碳层，或在热处理、磨削之后，为了将CRF圈做成深槽球轴承所需要的形状，而对整个的圈进行车削加工(Sb)。另外，根据情况，在车削加工前，也有用磨削加工方法去除热锻造时产生的飞边等的。然后再进行淬火、回火，以得到轴承所要求的硬度(S7)。接着，对与轨道面相配合的面进行磨削加工，而制成内外圈(S8)。

其次，在特公平6-83872中公开了下述工艺，即在进行CRF加工前要进行全面车削加工，使其形状和重量一定，然后再用精密的CRF加工方法将坯料完全精加工成深槽球轴承所要求的轨道面槽和密封槽等的形状，因此，可以省掉其后的车削加工，可进一步降低成本。

可是，CRF加工就象上述那样，是将(锻造圈或车削圈等的)毛坯圈扩径而制成CRF圈。因此，虽然厚度和扩径量可以调整，但不能控制横向尺寸，故在宽度方向上边缘可以鼓出。

在进行精密的CRF加工的特公平6-83872中，横向上会产生边缘鼓出现象，或由于冷加工，而在成形复杂形状的密封槽或滚珠座圈槽的边缘产生微小裂纹。因此，在CRF加工前要进行全面车削，以调整尺寸并使体积保持一定，而且最终在CRF加工后，为去除裂纹等，也需要进行精车削。此外，在对复杂的形状精密地进行CRF加工时，存在着下述倾向，即需要花费很长的加工时间，使CRF加工费用增加。

另一方面，如图1所示，在CRF加工前不进行车削加工的方法中，用CRF加工进行扩径时，在轨道面上设槽形形状(图4中的符号7a、8a)等，以减少其后的车削加工余量。但若车削加工余量减少过多，则热锻造或软化退火时产生的脱碳，有时在车削后会残留下来，成为降低轴承功能的原因。因此，CRF加工后要进行全面车削加工，通过省略工序来降低成本仍留有余地。

(2)

此外，由于上述轴承是由转动体和轨道面之间的小接触面承受交变载荷，故使用能够耐这种交变载荷(应力)的、具有均匀组织及耐磨损性的硬钢。作为这种钢，有代表性地使用JISG 4805中规定的高碳铬轴承钢(SUJ2)。该轴承钢的特征是，为了得到高硬度，坯料的碳含量高、约为1％。

因此，存在着下述问题，即在制造过程中、在大气等气氛中加热至高温时，材料表面会脱碳，在这种脱碳状态下是得不到所要求的硬度的。这意味着，轴承在被制造出来后，在转动面上残留有该脱碳层时，轴承的寿命、耐磨损性等功能都会降低。

一般，在制造轴承圈时，有下述方法，即在对车削圈进行精加工之前，用热锻造方法将轧制状态的棒钢加工成矩形圈，然后再用车削方法进行精加工的方法；和采用管材，用车削加工方法进行精加工的方法等。其他，还有将坯料加工成圈形的各种加工方法，无论在使用哪种方法的情况下，为了确保容易加工，在车削加工之前都要进行球化退火。

在这些工序中，轴承钢产生脱碳现象，首先是在坯料阶段。轴承用的坯料，首先是通过初轧制成小方坯，然后通过热轧加工成棒、管、线材而作为轴承用坯料供应。这种用初轧方法得到小方坯的加热、或用热轧方法加工棒及管的加热，在超过1150℃、直到1200℃附近的高温下，由于是在大气中加热，有时也会产生数微米～数百微米深的脱碳层，脱碳问题是不可避免的问题。另外，在使用这些坯料、用热锻造方法制成圈的情况下，由于再一次在大气中加热至高温(1150℃左右)，加上上述坯料阶段的脱碳，故脱碳层进一步加深，而且表面层的碳浓度也变得更低。

此外，在车削或磨削精加工之前进行的球化退火中，有时也产生脱碳现象。关于轴承钢的球化退火，为了确保容易加工，以往早就开始在车削加工前进行球化退火，例如，在热处理18卷1号22P中所述的代表性球化退火方法。其一般性方法有，加热到A1相变点以上(780～810℃)，然后再缓冷至A1相变点附近(730～750℃左右)的方法。这种热处理，与热锻造温度或渗碳等温度相比，虽然处理温度低，但要进行12小时以上的长时间加热，处理是在大气等氧化性气氛中进行，故脱碳量会进一步增加。

因此，作为解决这些问题的方法，一般是采用下述方法，即用车削或磨削等手段去除坯料脱碳层的方法。即使是经过精加工的、车削完毕的圈，在球化退火处理后，为了完全去除脱碳层、并形成轨道面等精密形状，也需要进行车削或磨削加工等，以去除脱炭层。但，这些方法因工时增加、材料利用率降低等，故大大增加了制造成本。

又，近年来，在这些精车削、磨削工序中，为了提高工序生产能力、降低成本，希望减少加工余量。另外，退火后，所供给的圈有时可用冷滚压方法等精密地形成轴承圈，可省略车削、磨削工序。因此，为了削减(减少工时)车削或磨削工序，就要求在球化退火后不存在脱碳层。

因此，作为减少脱碳层的方法，对轧制后的坯料(棒、管、线材)进行渗碳处理，消除脱碳层的方法，迄今有几个方案已经提出并实施了。例如，线材用盘圆坯料，在球化退火时使用气氛下退火法。但，在使用线材时，用气氛气退火而产生渗碳的情况下，拔丝时表面层硬化，有可能产生加工缺陷。

因此，必须精密控制脱碳层深度，但用以往的方法难以进行控制。此外，球化退火法，一般是在加热至A1相变点以上的温度(800℃左右)之后，再缓慢地降至相变点以下的低温(700℃左右)的方法。因此，渗碳性气氛气体在低温下会出现析出碳黑的污点，当碳黑附着在工件上时，后道工序需要有去除碳黑的工序，而且炉子的维修费用增加。

在高碳轴承钢的情况下，减少球化退火工序脱碳的方法，众所周知有增碳法，即对制造坯料阶段经过轧制工序而产生的脱碳进行增碳(例如，特开平7-37645、特公平7-30438、特开平2-54717、特开平5-148611)。在特开平5-148611和特公平7-30438中，为了防止或减少脱碳，在渗碳性气氛中进行脱碳层部的增碳。但，两者为了进行球化退火，虽一度升温至A1相变点以上，但进行渗碳(增碳)的温度区域都在A1相变点以下(A₁点以下，例如710℃以下)为好，着眼于这一点，主要是在低温区域进行渗碳控制。

但，即使是在A1相变点附近以下的低温下进行处理的方法，为了进行增碳，气氛气也必须选择浸碳性气体，而且需要边进行渗碳性控制、边缓冷。采用这种方法时，同上述线材的气氛气退火的情况一样，由于是在低温区的渗碳性气氛下，有可能析出碳黑而产生污点，故必须进行精密控制。

另外，在特开平5-148611中，像上述那样，虽然主要是在A₁点以下的温度下进行渗碳(增碳)，但，即使是在A₁点以上的均热带(渗碳带)，也从渗碳性的气氛中通过。因此，即使进行了A₁点以下的(渗碳性)气氛控制，均热带的气氛设定程度(高低)对退火后的工件的表面碳浓度影响仍很大，在均热带及A₁点以下的气氛控制方面，还有改进余地。

又，在特开平7-37645中，渗碳之后为了去除该渗碳层，需采用下述工序，即再一次用氧化性的直焰式退火炉进行再加热、调整表面含碳量的工序，使制造成本增加。此外，在特开平2-54717中，虽然是连续地进行处理，但要把渗碳处理和球化退火处理连接起来，仅这一点就要延长处理时间至所需时间以上。

也就是说，在对上述坯料的增碳处理中，由于考虑了素材对所有后步工序的影响，故虽要减少脱碳，但表面产生过渗碳而对后步工序带来不良影响也不行。因此，增碳后，其他工序进行脱碳处理的工艺很复杂，或在渗碳后要接着进行退火处理，这需要花费很长的处理时间。

这样，为了在球化退火工序以低成本进行完全的增碳处理，需要下述处理方法和处理炉，即需要进行低温渗碳气氛控制，而且还要根据低温下的温度变化、相应地控制渗碳气氛，此外，还需要在大量地散装、有接触部的情况下，也能充分进行增碳的处理方法和处理炉。

本发明考虑了这些情况，目的在于提供一种连续退火炉及退火方法，这种退火炉和退火方法用2个以上的处理室和中间室等进行连续退火，从而可以稳定地而且低费用地对热锻造产生的脱碳进行增碳，上述处理室具有相互不同的渗碳性气氛气体、而且处理室之间相互连续地连接着，上述中间室通过开闭门可与这些处理室相互隔开。

本发明的另一目的是提供一种滚动轴承，这种轴承的寿命长而且加工性能非常好。

本发明还有一个目的是提供一种深槽球轴承内外圈的制造方法，通过组合最佳的加工工序，可将制造成本控制在最小限度，且轴承功能优良。

(1)本发明提供一种连续退火炉，这种连续退火炉可对高碳轴承钢连续地进行球化退火，其特征在于，该连续退火炉具有以下几部分：2个以上的处理室，这些处理室具有相互不同的渗碳性气氛气体，而且室之间相互连续连接；中间室，该中间室通过开闭门与这些处理室相互隔开；搬送机构，它在上述处理室和中间室内搬送被处理物。

(2)本发明提供一种滚动轴承，其特征在于，用经过上述第(1)项处理的高碳轴承钢做成的滚动轴承的成品轨道面的最大渗碳率为0.1％以上(最好为5％以上)～30％以下，渗碳深度为0.1mm～0.5mm。

(3)本发明提供一种滚动轴承之内外圈的制造方法，这种在热处理之后再进行磨削加工的深槽球轴承之内外圈的制造方法的特征在于，它包括下述几道工序：制造毛坯圈的热锻造工序，在该工序中对圆棒坯料进行热锻造，将其加工成内圈和外圈；软化退火工序，该工序是为了冷加工和车削加工，而进行使碳化物球化的软化退火；冷滚压加工工序，该工序是在冷状态下用心轴和辊子夹住上述毛坯圈的内周面和外周面进行滚压成形，从而对毛坯圈进行扩径，将其加工成内圈和外圈的形状；精车削加工工序，该工序通过车削加工，将其加工成深槽球轴承所要求的形状；淬火、回火工序，该工序进行淬火、回火，获得轴承所需要的硬度；磨削加工工序，该工序对与轨道面相配合的面进行磨削加工；该方法使用具有上述各道工序的滚动轴承的内外圈制造工艺的软化退火炉。

(4)本发明提供一种退火方法，对高碳轴承钢连续地进行球化退火，该退火方法的特征在于，它配置有2个以上的处理室，这些处理室具有相互不同的渗碳性气体气氛，而且各室间相互连续连接，还配置有中间室，该中间室通过开闭门与这些处理室相互隔开，在上述处理室及中间室内搬送被处理物，进行退火。

附图的简要说明如下：

图1是按工序的先后次序表示以往的深槽球轴承的内外圈的制造方法的说明图；

图2是按工序的先后次序表示本发明的深槽球轴承的内外圈的制造方法的说明图；

图3是按工序的先后次序表示与图1相对应的以往的热锻造后的工序的说明图；

图4是按工序的先后次序表示与图1相对应的本发明的热锻造后的工序的说明图；

图5为冷滚压加工(CRF加工)的说明图；

图6是表示以往的热锻造后脱碳量特性的特性图；

图7是表示本发明的退火后脱碳量特性的说明图；

图8是表示本发明的渗碳率与L₁₀寿命的关系的特性图；

图9是表示本发明的CRF后脱碳量特性的特性图；

图10是表示本发明的车削后脱碳量特性的特性图；

图11是表示本发明的淬火后脱碳量特性的特性图；

图12是表示在退火温度下氧传感器的值与炉内氧分压的关系的特性图；

图13是表示在各种退火条件下的氧传感器的值与表面脱碳率的关系的特性图；

图14是表示本发明的无氧化退火后的脱碳量特性的特性图；

图15是表示本发明的无氧化退火后+淬火后的脱碳量特性的特性图；

图16是本发明的定径加工的示意图；

图17是表示本发明的退火工序的特性图；

图18A、B是本发明的成品外圈的断面图；

图19A、B是进行以往方法的接近最终形状(ニヤネツト)的CRF加工情况下的锻造工序断面图；

图20是表示在本发明的热锻造工序中，在氮气内添加碳氢化合物系气体等的情况下，离表面的距离与碳浓度的关系的特性图；

图21是表示在A条件下进行增碳退火时的时间与温度的关系的特性图；

图22是表示在B、C条件下进行增碳退火时的时间与温度的关系的特性图；

图23是表示在D条件下进行增碳退火时的时间与温度的关系的特性图；

图24A、B是本发明退火炉的说明图；

图25是轴承钢(SUJ2)的球化退火工序的一般性加热制度；

图26是表示本发明退火方法的置换率与标准偏差的关系的特性图；

图27是表示本发明退火方法的分压比之差与标准偏差的关系的特性图；

图28是表示本发明退火方法的渗碳率与寿命比的关系的特性图；

图29是表示本发明退火方法的渗碳深度与寿命比的关系的特性图；

图30A～C是6206轴承之外圈用的锻造圈的测定位置的说明图；

图31是表示本发明退火方法缓冷期的(CO)²/CO₂之分压比与渗碳期的(CO)²/CO₂的分压比的关系的特性图。

下面对本发明进行详细说明。

1.深槽球轴承之内外圈的制造方法

本发明者，对在热处理后进行磨削加工的钢制深槽球轴承的内外圈的制造成本，用各种制造方法，从坯料到各制造工序进行了详细调查，取得了下述结果。

1-1、深槽球轴承基本上是一般被称作普通直径的、外圈外径为20mm左右～200mm左右的轴承，大批量、低成本地进行生产。因此，与同时可处理许多轴承的热处理或喷丸等处理相比，减少1个1个地处理轴承的磨削加工或车削加工的工时，降低成本的效果大。

1-2、由于大批量生产，故材料的利用率对降低成本的效果也是很重要的，利用CRF加工，锻造坯料可做得小一些，而且轨道面上带有槽形等，可减少加工余量，这些都是很有效的。

1-3、可完全地对轨道面的槽和密封槽形状进行精加工的精密CRF加工，考虑到在进行CRF加工前对毛坯状态的坯料进行全面车削而发生的费用、裂纹问题、加工时间延长而使费用增加等因素，认为在CRF加工后进行车削加工，成本较低。

即，发现了下述最佳方案：从制造成本考虑，采用CRF加工，在CRF加工之前不进行车削加工，尽量减少CRF加工后的车削工时。因此，下面确认了在CRF加工前不进行车削加工、在CRF加工后进行车削的方法，可降低制造成本，而且可保证轴承的功能。

但，考虑到轴承的质量和功能，不能单纯地减少车削加工余量和减少车削工时。而且，单纯减少车削加工余量是不能取得良好的降低成本的效果的。

在深槽球轴承的内外圈制造工序中，如果进行热锻造，则材料的组织虽与冷却速度和坯料的合金成分有关，但几乎在所有情况下都显示出珠光体组织，对以后的车削等加工工序带来不良影响。因此，要通过退火降低硬度，同时还必须改善显微组织。以往在轴承上使用最多的、坯料含碳量为1％的轴承钢(SUJ2)，一般进行球化退火。

即，通过加热至1100～1200℃、进行镦锻成形的热锻造，或加热至750～800℃、进行10～20小时处理的退火，在毛坯圈的表面上产生氧化层或脱碳层。当氧化层或脱碳层残留在轴承成品表面时，轴承的寿命、耐磨性等功能便会降低。也就是说，如果不减少车削前的CRF圈表面的氧化层或脱碳层，就不能减小车削加工余量，也不能削减车削工序。

然后，在由CRF加工扩径的、车削前的CRF圈表面上，氧化层和脱碳层也基本原样残留下来，当氧化层和脱碳层残留于轴承成品表面时，轴承的寿命和耐磨性等功能便会降低。因此，要对CRF圈进行全面车削，以去除脱碳层。

因此，本发明者用图1所示的一般性深槽球轴承的进行CRF加工的制造方法，对从坯料到各制造工序的脱碳量进行了详细调查。坯料采用以往在轴承上使用得最多的轴承钢(SUJ2)。脱碳量的调查方法是这样进行的，即测定碳的特性X射线，该特性X射线是通过对断面进行X射线解析而获得的。测定使用了岛津制作所制造的X射线测定仪(商品名：EPMA-1600)。

坯料，一般是使用费用较便宜的轧制状态的圆棒钢材。因此，从炼钢到轧钢工序已产生了一定程度的脱碳。下面，将热锻造后的最大脱碳量的测定结果示于图6。在图6中，横轴表示离表面的距离(mm)，纵轴表示碳浓度(重量％)(后述的图7也一样)。热锻造时，约加热至1100～1200℃，在进行镦锻成形的期间，脱碳量增加。

这里，对热锻造后的毛坯圈(铸造圈)各部分的脱碳量进行了测定，根据测定位置不同脱碳量有所波动，外圈外径和内圈外径的端面部[图4(D)的编号9、编号10]脱碳量多，其原因之一可能是从坯料开始的脱碳量积累。图4表示采用CRF加工情况下的热锻造工序。图4(A)所示的圆棒坯料11的外径部11a上有脱碳现象，经过热锻造，图4(D)的锻造圈5、6显示了下述倾向，即，从坯料开始脱碳量逐步积累，故脱碳量多，特别是在相当于外圈的外径部的端面部9的中央，残留有较多的脱碳量。

另外，本发明者还对坯料圆周的各个位置上的脱碳量进行了调查，确认了即使在最大脱碳部的端面部9的中央位置上，圆周上的脱碳量也有波动。

因此，为了在轴承的质量没问题的情况下减少加工余量和减少工序，必须控制、并减少最大脱碳量。因此，在以后的工序中，测定值也是表示最大脱碳量。

下面，用一般被称作普通直径的轴承进行测定，氮保护气退火工序之后的脱碳量测定结果示于图7。退火工序，加热温度固然低至750～800℃，可是在整个退火过程中处理了10～20个小时，故最大脱碳量大幅度增加。即，可以明确普通直径滚珠轴承脱碳的主要原因在退火工序。但，退火工序的脱碳量，主要取决于退火条件，其中主要是退火气氛气。

另外，在轴承的制造方法中，也有不使用气氛气而在大气中进行退火的。这种情况下，表面剧烈氧化、脱碳而成为粗糙状态，通过喷丸硬化处理或抛丸除锈处理去除表面氧化层后，还需要进行包括脱碳层在内的大加工余量的车削加工。因此，大批量生产的普通直径滚珠轴承，由于考虑总生产成本、减少车削加工余量，故通常多半是用氮保护气进行退火。

但，即使是采用氮保护气退火，如图7所示，也不能充分抑制表面脱碳，与大气退火相比，只是少许减少了车削加工余量，结果，退火后还必须全面进行车削，以去除脱碳层。

这里，测定退火后的锻造圈的脱碳量结果表示出下述倾向，即同锻造后的情况一样，由于测定位置不同脱碳量有所波动，外圈的外径上脱碳量多，从坯料的脱碳量逐步积累，波动进一步增大。

也就是说，即使用氮保护气退火，与大气退火相比，可以省略去除表面氧化层的工序，脱碳层也有一定程度的减少，但不能大幅度减少车削工序的工时。另外，脱碳量也有所波动，最大如图7所示脱碳深度为0.5mm左右。

下面，将CRF工序后的脱碳量测定结果示于图9。通过CRF加工，脱碳层经过轧制之后有所减少，但变化不大。

全面车削加工后的脱碳量测定结果示于图10。车削加工余量虽会根据轴承大小而变化，但在脱碳量大的外圈的外径部，脱碳层约为0.5～1.0mm，脱碳层基本被去除。

淬火、回火工序之后的脱碳量测定结果示于图11。淬火条件为：在830℃～860℃温度下加热0.5～1.0小时后进行油淬火，在150℃～200℃温度下进行90～120分钟回火。淬火，一般是为了防止脱碳而在渗碳性气体(RX气体)气氛中进行，因此，表面被渗碳。但，由于处理时间短，故渗碳深度为0.1～0.2mm左右。

磨削加工余量根据轴承的大小而变化，但外圈外径部大体为0.1～0.2mm左右(从图11的表面开始去除0.1～0.2mm)，由于淬火而产生的渗碳层(增碳层)基本可以去除。

对深槽球轴承的从坯料开始在各制造工序的氧化、脱碳状况的详细调查结果，从不同的工序来看，可以看出即使用氮保护气进行退火，脱碳的主要原因仍在退火工序，由于经过车削加工去除脱碳层后，再进行淬火，磨削去除增碳层，故通过后步工序工件表面不存在脱碳等不良现象。

下面，为了将脱碳的主要原因即退火工序的脱碳量控制在最低限，着眼于促进氧化和脱碳的炉内残存氧量进行了各种实验。退火条件是：在760～800℃温度下、在氮保护气氛中处理12～15小时，为了将炉内的残存氧量调整到低水平，添加了微量的丙烷气。测定氧量使用了NGK制造的***式氧传感器(CP-D)。

氧传感器是用氧化锆电介质将大气与炉内气氛隔开，一旦暴露在高温下，便因氧分压之差而产生电动势(“USC型碳传感器控制***”铸锻造，1978.7、P77)。该电动势E(mV)，当大气的氧分压＝0.21(atm)、炉内的氧分压＝PO₂(atm)时，可根据氧的反应式列出下式。

E＝0.0496×T×Log(0.21/PO₂)(mV)……(1)(“用炉气传感器控制光亮热处理炉的气氛”金属临时增刊号，1979.4.P112)

各种退火条件下的氧传感器值(mmV)与表面脱碳率D(％)的关系示于图13。表面脱碳率就是在退火工序前后的表面含碳量的变化率，用下式表示。

D＝{退火前的表面含碳量(％)-退火后的表面含碳量(％)}÷退火前的表面含碳量(％)×100(％)……(2)

氧传感器值达到900mmV(2.6×10^-18atm)以上时，脱碳量减少，超过1000mmV(3.4×10^-20atm)时，退火工序的脱碳量为零。另外，用上式(1)表示的、假定退火温度为800℃的氧传感器值与炉内氧分压(atm)的关系示于图12。因此，为了减少脱碳量、或不脱碳，氧传感器值必须在900mV以上，即炉内残留氧量最好小于3×10^-18atm。

另外，图13中的氧传感器值超过1000mmV时，表面脱碳率变成负值。这是因为残留氧降低、不产生脱碳的缘故。从该图可以看出产生下述现象，即由于表面的碳不向外扩散、而内部碳向碳浓度较低的表面扩散，故在热锻造时脱掉的表面碳得到了某种程度的缓和。在氧传感器值为1050mmV(3.9×10^-21atm)条件下退火后的脱碳量测定结果，示于图14。与图6所示的热锻造后的测定结果相比，由于碳扩散，表面含碳量增加。因此，为了使脱碳的缓和量很充分，氧传感器值最好为1000mmV以上、炉内氧分压最好为3×10^-20atm以下。

又，直接淬火、回火处理后的脱碳量测定结果，示于图15。从该图可知，在淬火工序，渗碳深度为0.1～0.2mm左右，故即使在脱碳最多的外圈外径部上，也基本不产生脱碳现象。但，在离表面0.3mm的深度处附近(从增碳部进入芯部侧的位置)，残留有图15所示的表面脱碳痕迹，碳浓度降低，几乎在所有情况下都出现这种现象。

以上，是对从深槽球轴承的坯料到各制造工序的脱碳状况进行了详细调查的结果，从各工序来看，即使以往用氮保护气进行退火，脱碳的主要原因仍然在退火工序，如果不消除脱碳现象，就不能大幅度地削减工序。

因此，在本发明中，在氮保护气内添加丙烷等碳氢化合物系气体等，使炉内残留氧减少到最低限，这样，不仅可以防止退火时大量增加的脱碳，而且还具有下述效果，即直到热锻造时所脱掉的碳得到一定程度缓和的效果，由于残留氧量使表面进行增碳的能力，加上其后在淬火工序的增碳，这样，即使在脱碳最多的外圈外径部，也可获得轴承应具备的足够的质量。这里，所谓“直到热锻造时所脱的碳得到一定程度的缓和”，是指由于防止脱碳，材料内部的碳扩散，自然地使脱碳得到缓和的效果。图20中，用实线表示锻造后的最大脱碳量的测定结果，用虚线表示其后进行真空退火的结果，真空退火时材料表面不产生脱碳和增碳。从该图可知，在材料表面不脱碳、不增碳的情况下，退火时材料内部的碳扩散，使表面脱碳得到缓和。

即，由于在退火工序使炉内残留氧减到最低限，故在淬火、回火后可使内外圈表面基本不脱碳，因此，在CRF加工后，内圈内径及外圈外径等的车削加工可以省掉。

在本发明中，将退火炉内气氛气体的氧分压设定为3×10^-18atm以下，其理由如下，如上所述，不仅为了防止退火时脱碳，而且还为了使直到热锻造时脱掉的碳得到一定程度的缓和，炉内残留氧的分压必须保持在3×10^{- 18}atm以下，为了使热锻造工序的脱碳量得到充分缓和，氧的分压最好为3×10^-20atm以下。

因此，采用本发明可取得以下(1)～(4)项的效果。

(1)在CRF加工前，可不进行车削加工。

对轨道面槽和密封槽完全进行精加工的精密CRF，为了对加工前的尺寸、特别是重量进行管理，必须进行全面车削，尽管车削形状简单，但其车削费用也与CRF加工后的精车削费用差不多。另外，即使是采用了图1所示的CRF加工的制造方法，对CRF加工后的边缘鼓出现象，有时也要进行端面车削，但在本发明方法中，为了尽量减少1个1个地处理的轴承的车削加工工时，在CRF加工前可不进行车削加工。

(2)CRF加工，可以采用对外径附近部位进行管理、使坯料形成大致形状的接近最终形状的加工方式。

本发明的CRT加工后的形状示于图4(E)中。本发明方法因退火后基本不脱碳，故CRF后的车削加工余量可减少到最低限。因此，特别是成为内外圈轨道面的图4(E)的轨道槽7a、8a，与以往的通过CRF加工而成的槽相比，可以做成尽可能接近成品的形状。但，要想对形状过于精密地进行精加工，就会延长CRF加工时间。在本发明方法中，其后采用最佳地进行精车削、形成大致形状的接近最终形状的方式。

(3)外径面可用定径方法对尺寸和形状进行精加工。

CRF圈是用轧制方法扩径的，故不能完全成为正圆。因此，通过定径加工对CRF圈的正圆度和尺寸进行精加工。定径加工的示意图示于图16。模具fl的一侧是锥形的，用液压缸f2从锥形侧将CRF圈a4推入，由于将a4压入模具fl的直线(straight)部，故可得到良好的正圆度，而且外形尺寸也很精确。

以往，用定径加工办法对外形尺寸进行精加工，即使正圆度很好，但为了去除脱碳层而进行车削加工，车削时用卡盘夹住工件，故有时变形反而增大。

但，本发明方法由于退火后基本不脱碳，所以被直接定径的外圈外径当然不需要车削。另外，由于内圈是以将模具***内径部的形式压入的，故可获得与外圈同样良好的正圆度，又因内径尺寸定得很精确，如果不脱碳便可省略内圈内径的车削加工。

(4)仅对用CRF加工方法不能完全进行精加工部分的形状进行修整，其他如内圈内径和外圈外径等可不进行车削加工。

可使退火产生的脱碳量减少到极限，在按近最终形状CRF加工后进行定径，故外圈外径及内圈内径的车削工序可以省略，而且轨道面和密封槽的车削加工也可大幅度减少加工余量。

一般，在对CRF圈进行全面车削的情况下，内外圈合计需要8～10道工序，此外，加工需要用卡盘将圈卡住后进行车削，但在全面车削情况下，不可能对外形和内径同时全面车削，必须多次检查、修正而进行车削。

在本发明中，因省去了外圈外形及内圈内径的车削工序，故可减少更换卡盘的次数，而且可大大减少加工余量，这样，也可缩短需要车削的轨道面的加工时间。也就是说，可减少1个1个地处理轴承的车削加工工序，因此，可大幅度地降低生产成本，而且还可提高材料利用率。

此外，本发明者还做了下述调查，即关于坯料和热锻造时脱碳量大的情况下的制造方法；或不仅减少炉内的氧、而且还适量向炉内导入RX气体之类的渗碳性气体，在渗碳性气氛中进行退火情况下的制造方法，就渗碳层的渗碳量和渗碳深度对轴承功能的影响、以及对包括加工性在内的生产率的影响做了调查，并取得了以下结果。

(1)调查结果显示了这样一种倾向，即当残留在轴承成品轨道面上的渗碳层增加时，淬火后的残留奥氏体也增加，而且还产生残留压缩应力，故轴承寿命有延长倾向。特别是模拟了市场上使用状况不良的、产生表面起点型破坏的轴承寿命，表明有长寿倾向。

(2)锻造圈表面的渗碳层增加到需要量以上时，退火后硬度也很高，加工性能显著降低。特别是作为冷状态下进行强加工的CRF加工，不仅心轴磨损，而且有时还会产生早期破损。

(3)退火时，在渗碳性的气体气氛中，当碳浓度升高至需要量以上时，炉内大量产生碳黑，使退火时的渗碳能力降低，因此，需要定期进行炉内维修(歇火)，使生产率下降。

另外，就退火时的渗碳条件对轴承功能的影响、以及对包括加工性在内的生产率的影响进行了调查，调查结果发现存在既可充分发挥使坯料软化的本来的退火效果、又不降低加工性的最佳条件。

因此，还发现了下述情况，即为了将车削和磨削工艺的加工余量减少至极限，通过在退火时不仅减少炉内的氧量、而且还在渗碳气氛下进行增碳，渗碳层残留量达到不降低包括加工性在内的生产率的程度，可延长寿命。也就是说，通过进行最佳的增碳退火处理，可同时取得因减少加工余量而降低成本的效果和长寿效果。

在本发明中，退火工序更理想的是在渗碳气氛中进行，其理由如下。即，为了在CRF加工后的精车削加工时省略工序或大大减少工序、以及在后面将要说明的为了获得通过增碳而延长寿命的效果，最好在渗碳气体气氛中进行退火，使炉内的氧量降低，这不仅可防止退火时脱碳，而且还可对热锻造时的脱碳表面进行增碳，并残留渗碳层。

但，当渗碳层增至需要量以上时，锻造圈表面会大量产生先共析现象，尽管是在退火之后，锻造圈表面的硬度也会升高，加工性显著降低。另外，退火时在防止脱碳的程度方面，有时部分地残留脱碳现象，或者渗碳不充分，渗碳层不够厚时便得不到长寿效果。因此，退火时需要在最合适的渗碳气氛中进行适量的增碳。

在本发明中，在冷滚压加工后的精车削加工工序中，内圈内径及外圈外径不进行车削，轨道面的槽和密封槽等车削加工最好减少到极限，其理由如下。即，由于经过增碳处理的锻造圈表面残留有适量的渗碳层，即使在CRF加工后也存在着适量的渗碳层。因此，原来在CRF加工处理后所进行的去除脱碳层的车削加工，就完全不需要了。

但，如上所述，在对包括密封槽在内的复杂形状精密地进行CRF加工的情况下，需要很长的加工时间，CRF加工费用会激剧上升。因此，在本发明中，可通过迅速的CRF加工而充分成形的内圈内径及外圈外径不用车削，形成复杂形状的轨道面的槽及密封槽等，作为对这些复杂形状进行成形的接近最终产品形状的加工方式，虽要对槽进行精车削，但最好不考虑脱碳残留问题等，使车削加工减少到极限。又，根据情况，槽部[图4(E)中的符号7a、8a]也可省略车削加工，只在淬火、回火后的磨削工序进行精加工。

在本发明中，轴承成品轨道面的最大渗碳率为5％～30％，而且最好有0.1mm～0.5mm的渗碳层。其理由如下，即轴承内圈的内径面和外圈的外径面必须具备的功能有，与轴类、罩类配合的耐表面剥落特性及耐磨损性等。在本发明的情况下，当轴承成品的最大渗碳率为5％以上、30％以下时，内圈内径和外圈外径可省略车削加工，故可预料比轨道面的渗碳率高。因此，与通常制造的情况相比，内圈内径和外圈外径的表面硬度高，可获得残留压缩应力，当然耐表面剥落特性和耐磨损特性好。

在本发明中，表面渗碳率(E)相对于材料的含碳量来说，它是成品表面的最大变化率，用下式表示。

E＝{成品表面的表面含碳量(％)-坯料的含碳量(％)}÷坯料的含碳量(％)×100(％)

下面，关于轨道面，对一般在市场上使用的普通直径球轴承的损坏状况进行了调查。调查结果表明，几乎都是表面损伤型(例如，由于粗糙、润滑不良而产生磨损、或由于剥落而损伤的情况)的疲劳状况。即，一般考虑了用洁净的润滑油润滑的滚珠轴承，实际上也由于润滑不良、或有异物进入而使轨道面的最表面疲劳，特别是在重视轴承寿命的比较严格的条件下，大多可以看到从表面开始损伤(到产生剥离之前的损伤)的情况。

因此，进行了下述试验，即改变轨道面的表面渗碳率，对成为表面起点型(例如，由于润滑不良、异物等产生的)损伤的、混入异物润滑的试验，结果示于图8。从图8可知，渗碳率超过5％可取得长寿效果。但，即使渗碳率达5％以上，但渗碳深度小于0.1mm的产品也不能得到充分的残留压缩应力，长寿效果降低。

另外，还对增碳处理后的加工性进行了调查，结果表明：渗碳率超过30％时，加工性明显下降；即使渗碳率小于30％、当渗碳深度超过0.5mm时，特别是由于表面的塑性变形而使CRF加工性能变差。

因此，如上所述，轴承成品表面的最大渗碳率最好为5％以上、30％以下，而且具有0.1mm以上、0.5mm以下的渗碳层。但，为了得到长寿效果，渗碳率最好为10％～30％。

这里，对退火时增碳的热处理条件进行了各种探讨，结果确认，在一般进行的、加热至A₁相变点以上经保温后再缓冷的球化退火工序中，仅把原来的气氛变成较低的渗碳性气氛的方法最合适。

一般，渗碳处理是在900～950℃的高温下，使钢的组织成为奥氏体状态，使碳固溶并扩散。此外，决定渗碳浓度的碳势(下称CP值)也稳定，可控制在较高水平。当处理温度降低时，碳的扩散变慢，渗碳深度变浅。又因碳化物容易析出，故出现在表面产生大量先共析碳化物、使工件的加工性和寿命降低的情况。因此，通常是在较高温度下渗碳。

但，在本发明情况下，在进行渗碳(增碳)处理的同时，必须进行球化软化退火。因此，在高温下渗碳后加热至A₁相变点以上、并保温，然后缓冷进行增碳退火的情况下，虽然可以完全进行增碳，但为使其软化而需要很长的退火时间，或因碳化物球化不充分而使工件的加工性能降低，在高温区的处理中，由于碳大量固溶，故表面渗碳率容易超过需要。又因退火是在以往的连续退火炉内进行，因此，中途温度激烈变化对炉子的结构不利，有时使气氛的控制、产品质量的稳定性降低，很不希望出现这种情况。

接着，本发明者还进行了下述实验，即在一般进行的、加热到A₁相变点以上并保温，然后缓冷的退火条件下，不改变温度和处理时间，只调整气氛的实验。

渗碳温度，是在极低的750～800℃的SUJ2的退火温度下，当CP值太高时，表面会产生大量的先共析碳化物。而且，炉内产生大量的碳黑，气氛的控制和工件质量的稳定性都下降。

另外，将CP值设定得比较低时，因低温渗碳，且渗碳浓度降低，所以认为这次难以得到充分的渗碳深度，但结果是良好的，在适度的表面渗碳率条件下，稳定地获得了0.1～0.4mm的渗碳深度，炉内碳黑也产生得很少，气氛控制也稳定。又如已叙述的那样，虽热锻造后的脱碳量产生了波动，但增碳后的渗碳量和渗碳深度没有波动。

这里，关于钢中碳的移动扩散，一般在表面和晶粒边界上扩散速度极快。此外，也有这样的结果，即铁素体与奥氏体相比，铁素体在结晶结构上碳扩散快(《金属数据手册》日本金属学会，丸善(株)昭和49年20发行)，即使在低温下也可充分渗碳、扩散。表面部分脱碳后的锻造圈的表面，由于在退火温度下组织变成了奥氏体和铁素体两相状态，故表面扩散和两相间的晶粒边界扩散及铁素体内的扩散速度加快，这样，即使在低温下也可获得足够的渗碳深度。

因此，在炉子的设备设定及气氛的稳定控制和炉子的维修等生产方面的严格管理的基础上，最好采用下述可获得因质量稳定而使加工性能好、轴承寿命长的方法，即在加热至相变点A₁以上、保温，然后缓冷的退火条件下，采用只将原来的气氛改变成比较低的渗碳性气氛(碳势为0.7～0.9％)的方法。

本发明使用SUJ2作坯料进行了基础实验，但只要通过淬火、回火处理可获得轴承必须具备的质量即可，并不局限于此。轴承的成分如下所述。

碳是使轴承具有必要的渗碳深度和碳化物的重要元素，为获得轴承长寿需要的足够高的硬度和碳化物的面积率，最低含碳量必须在0.8％以上。但，含碳量超过1.2％时，炼钢时会产生和偏析巨大的碳化物，一般在SUJ2材料进行的均热(Soaking)处理中，会出现下述情况，即不能充分调整巨大碳化物的产生和偏析，因此，在其后的热轧中碳化物的细化就不够充分。由于上述原因，坯料的碳含量最好在0.8重量％以上、1.2重量％以下的范围内。

Si是作为坯料在炼钢时的脱氧剂，可提高材料的淬透性，同时还可强化基体马氏体，因此，它是延长轴承寿命的有效元素，为了发挥其效果，Si含量最低不能低于0.1重量％。但，Si含量太高时，会使包括材料的切削性和可锻性在内的加工性能降低，故Si含量上限不得超过0.5重量％。由于以上原因，坯料中的Si量最好在0.1重量％以上、0.5重量％以下的范围内。

Mn是提高淬透性的元素，为了发挥其效果，Mn含量最低不能低于0.2重量％。但，Mn也是强化坯料中铁素体的元素，特别是当坯料含碳量大于0.8重量％时，如果Mn含量超过1.1％，则会显著降低坯料的冷加工性，故Mn含量上限最好为1.1重量％。

Cr是提高淬透性、提高回火软化阻力、强化基体的元素，为了发挥其效果，Cr含量最低不得低于0.1重量％。但，超过1.8重量％时，炼钢时会大量产生巨大碳化物并发生偏析现象。通常在SUJ2材料进行的均热处理中，会出现下述情况，即不能充分调整巨大碳化物的产生和偏析，故在其后的热轧中碳化物的细化不够充分。由于上述原因，Cr含量最好在0.1重量％～1.8重量％范围内。

2.滚动轴承

本发明的滚动轴承，其特征在于，用经过上述处理的高碳轴承钢制成的滚动轴承成品轨道面的最大渗碳率为0.1％～30％，而且渗碳深度为0.1mm～0.5mm。但，最大渗碳率最好为5％～30％。

3.连续退火炉及退火方法

为了降低轴承的制造成本，本发明者对如何减少轴承的前工序的加工工时进行了探讨，结果表明，在前工序中减少作为精加工工序的冷加工工序是很有效的。但，在减少工序(例如，减少车削加工余量)的情况下，热锻造和球化工序产生的脱碳现象会残留下来，最终会出现轴承质量降低现象，上述所谓轴承的前工序，系指对坯料进行热锻造，通过球化退化使其软化，然后进行冷加工(例如，车削加工和冷滚压加工)，将坯料加工成轴承形状的工序。

因此，本发明者按照不同工序(坯料的脱碳量、热锻造产生的脱碳量、退火产生的脱碳量)来调查前工序脱碳的重要原因，调查结果表明，在球化退火工序脱碳量最大。因此，为了通过减少轴承前工序中精加工工时数来降低制造成本，就需要有使球化退火工序的脱碳量减少到极限的方法。

为此，本发明者就减少退火工序脱碳量的课题进行了各种实验，并获得了下述结果。

(1)在只导入氮气的氮气气氛中退火时，由于向炉内供氮气，故表面不产生氧化，但不能停止脱碳反应的进行。

(2)实验确认了，在氮气气氛中添加微量的丙烷等碳氢化合物系的气体，可减少炉内氧量，对脱碳现象可进行一定程度的抑制。但，不能使经过坯料脱碳以及因热锻造而脱碳的锻造品完全进行增碳。

(3)实验确认了，在RX气等渗碳性气体气氛中再添加微量丙烷等碳氢化合物系气体的渗碳气氛中退火时，可以完全进行增碳。但还确认了渗碳过多、或在炉内产生碳黑的“污点”(Staying)现象时，不能控制炉内气氛，而且难以进行维修。

也就是说，通过实验搞清了：为了使脱碳量减少到极限，削减前工序的精加工，需要在RX气体等渗碳性气氛中进行退火，但这种控制是非常困难的。为了容易控制渗碳，采用一度将处理温度升高、然后再进行球化退火的方法(特开平2-54717)；或在一定的渗碳气氛的炉内经过二次渗碳后，再在脱碳气氛中进行退火的方法(特公平7-37645)，实际上成本是不会降低的。

图25所示为轴承钢(SUJ2)的球化退火工艺之一般性加热制度。本发明者对不改变球化退火的加热制度(加热温度、加热时间及升温速度等)，只用渗碳性气体对退火气氛进行气氛控制、便可稳定地进行完全的增碳处理的方法进行了各种研究，弄清了下述解决问题的对策是必要的。

1)锻造品的表面脱碳反应激烈，脱碳量也有波动，而且表面有坚固的氧化铁皮，所以增碳必须在充分的渗碳气氛中进行。

2)在一般的渗碳处理中，要将处理品1个1个不重叠地排列起来，而在退火处理中则是大量散装、或重叠起来、或捆成捆进行处理。因此，即使用渗碳气体作处理气氛，气体也不能到达接触部，会出现难以均匀地进行增碳的情况。

3)退火温度比一般性渗碳处理温度低，因此，当渗碳气氛过高时易产生碳黑，不仅难以控制渗碳，而且维修也很困难。

4)在退火工序中有高温过程(图25的b工艺)，在降温过程中组织发生相变，对退火后的硬度和加工性带来较大的影响，因此，在退火工序中降温速度也成为重要因素。但，降温过程中渗碳气氛的控制是极困难的，在连续炉内，在温度缓慢变化中，对渗碳气氛进行完全控制事实上是不可能的。

本申请第3项发明是提供一种连续退火炉，这种连续退火炉考虑了上述各点，对高碳轴承钢大量连续地进行球化退火，可以稳定地以低成本对热锻造成的脱碳进行增碳。另外，本申请第4项发明是提供一种退火方法，这种退火方法用该连续退火炉可以取得上述效果。

下面，对其限制理由进行详细说明。

[在RX气等渗碳气氛中进行退火]

为了去掉或大幅度削减前工序的精加工，要用渗碳性的气体气氛作退火气氛进行退火，不仅要防止退火时的脱碳，而且还要对坯料的脱碳和热锻造时产生的脱碳进行增碳。

本发明者根据上述实验结果查明了进行下述炉内控制的必要性，即由于退火炉内的气氛中的氧与碳反应而脱碳，为了停止脱碳，首先必须将退火炉内气氛中的残余氧量控制在3×10^-18(atm)以下。因此，炉内需要用氧传感器(NGK制的***式氧传感器：商品名CP-D)进行炉内控制。另外，为了充分进行增碳，要对渗碳时需要的炉内CO量进行控制，实验结果表明炉内CO分压应在10％以上。但，为了顺利地进行增碳，最好为16％以上，如果CO量过多，则会成为产生碳黑的重要原因，故最好为30％以下。

另外，从铁的氧化还原现象来看，对增碳量和碳黑产生量进行控制的渗碳浓度，必须要控制CO和CO₂之分压比率(K)。根据上述实验结果，在一般退火温度(750℃～820℃)下，最好控制在8≤K≤7的范围内。分压比率K用下式计算。

K＝炉内(CO分压)²/炉内CO₂分压

[在连续退火炉内，连续工序分成2个室以上]

根据上述实验结果，退火工序的渗碳气氛是很难控制的。特别是在退火的前半期，需要有足够的增碳能力，而在后半期则需要有温度效果，同时还要控制碳黑的产生。因此，本发明者将连续炉内分隔开，按各自的处理条件控制为必要的气氛，于是成功地对退火工序的气氛进行了稳定控制。气氛的分隔越多，越能精确控制，但考虑到连续炉的设备，最好分隔为2～3个室。

[分隔的处理室的气氛与其他的处理室的气氛完全不同]

如上所述，通过将连续炉内分隔开，改变各室的气氛，便可控制退火工序的渗碳气氛。即使是在高温下进行处理的渗碳炉，也往往是同样的连续炉构造。但，在这种情况下相邻的处理室的气氛比较接近，处理室之间基本上是用一扇普通门隔开。因此，由于门的开闭而与邻室的气氛相互混合但没有什么大影响。

另外，本发明的连续退火炉，由于要对退火温度进行精确控制，当分隔成的2个室以上的处理室的气氛混合时，便难以进行精确控制。因此，本发明的退火炉如图24(A)所示那样，处理室之间用2扇门隔开，邻室的气氛不混合，是一种可进行精确控制的退火炉。

下面，对使用上述连续退火炉的退火方法的限制理由进行详细说明。

[置换率为2次/小时以上]

根据上述实验结果，锻造品表面脱碳严重，还产生波动，并且表面上有坚固的氧化铁皮。在进行一般的渗碳处理时将处理品1个1个不堆积地排列，而退火处理时大量地散装、或堆积、或打捆进行处理。因此，即使用渗碳气体作炉子气氛，气体也达不到接触部，难以均匀地进行增碳。

在这里，本发明者判断，炉内气氛控制不能只上下调整增碳浓度即渗碳浓度，对渗碳气体流量引起了重现。图27表示置换率和增碳的波动情况。即使精确地控制气氛，当置换率小于2次时，产品内就会产生波动。另外，提高置换率时，炉内的压力也升高，因外来因素引起的气氛变化减少，可以精确地、容易地控制气氛。因此，炉内压力最好为1mm/H₂O以上。但是，如果无限地增加的气氛气体流量，则退火炉的运行成本就会大大提高，故从渗碳处理的实际效果考虑，置换率最好为5次以下。

[处理气氛从渗碳气氛转换为脱碳气氛]

如上所述，热锻造品的表面脱碳严重，还产生波动，并且表面上有坚固的氧化铁皮。另外，退火处理与渗碳处理不同，是大量地散装、或堆积、或打捆进行处理的，会产生渗碳气体不能到达接触部的情况。因此，在增碳时，要确保足够置换率的高[碳势高]渗碳气氛进行增碳，除此以外，由于产生因外来因素而导致渗碳气氛下降的问题，故在确保足够的置换率的同时，还必须确保渗碳性更高的气氛。

但是，连续炉中断时，气氛也稳定，反之，若渗碳气氛浓度过高，则易产生碳黑，则必须调整气氛。另外，处于降温部时，易产生碳黑，故必须将气氛浓度降得极低(降低碳势)。另外，在前半段被渗碳的最表面部呈过度渗碳倾向，故为使高含量碳扩散，必须降低气氛浓度(降低碳势)。

即，如果前半段提高渗碳性气氛，后半段降低渗碳性气氛，可以使增碳的波动减小。图27表示前半段与后半段的渗碳浓度之差和增碳的波动。通过使分压比K在0.8≤K≤7的范围内、使前半段与后半段的渗碳浓度之差为2以上，可以减小波动。因此，将前半段与后半段的渗碳浓度之差用上述分压比K的差来表示(750～820℃)的话，控制在0.8≤K≤7范围内，最好进一步控制为(前半段处理室的分压比K₁-后半段处理室的分压比K₂)≥2的范围内。

对在连续退火时进行增碳处理的轴承如下说明其限制理由。

[轴承成品轨道面的渗碳率为0.1％以上、30％以下，并且存在0.01mm以上、0.5mm以下的渗碳层]

调查一般在市场上使用的轴承的损伤状况，结果表明，基本上为表面损伤型疲劳状况。也就是说，一般认为在清洁的润滑条件下使用的轴承，实际上也侵入尘埃等异物、或润滑不充分，而使轨道面的最表面产生疲劳。特别是在重视轴承寿命的较严格条件下，大多可以看到表面受损伤的情况。

本发明者针对轴承的表面疲劳问题作了报告，表明有残余奥氏体和硬度较高的轴承，有长寿倾向。这次对经过上工序增碳退火的轴承成品进行了寿命试验，发现残留有增碳处理层的轴承有长寿倾向。在形成表面起点型损伤的、混入异物润滑条件下进行试验的结果示于图28和图29。

由图28可知，当渗碳率为0.1％以上时，与以往的寿命相等或高于以往寿命，并且最好渗碳率为5％以上，这样的渗碳率长寿效果明显。但是，当渗碳率大于30％时，则在上工序的精加工性能降低，故最好使渗碳率为5％以上、30％以下。另外，根据图29，当渗碳深度为0.01mm以上时，与以往的寿命相等或高于以往寿命，最好渗碳深度为0.1mm以上，这样的渗碳深度长寿效果明显。但，当渗碳深度大于0.5mm时，则上工序的精加工性能降低，故最好使渗碳深度为0.1mm以上、0.5mm以下。

另外，在本发明中用SUJ2坯料进行基础试验，但只要是通过淬火、回火处理得到轴承所需要的质量的高碳轴承钢就能用，并不限于此。其成分(C，Si，Mn，Cr)的配合比例与第1项发明的说明相同。

3.关于连续退火炉及退火方法

本发明者为了达到上述目的，进行了各种试验，结果发现，进行球化退火时，将退火气氛分开为2种，在进行渗碳(增碳)的高温期，选择渗碳性气体气氛，在进行球化退火的缓冷期(低温期)，选择无氧化气氛和脱碳气氛，将以上2种气氛完全分离开，可以去除脱碳层、避免生成氧化铁皮。

另外，各种气氛条件是这样的，即在780～810℃温度下进行处理的渗碳气氛带，使气氛中的CO和CO₂按P(CO)²/PCO₂所求出的值为4.5～7.0，在740～700℃以下的球化气氛带(无脱碳的气氛)，按照以0.8～2.3所表示的气氛条件进行控制。又，最好两者的气氛控制值[P(CO)²/PCO₂的值]的关系式按下面(3)式表示的值进行控制。

B值＝(8/A值)±0.5……(3)

A值表示(第1处理室中)渗碳期的P(CO)²/PCO₂之值，B值表示(第2处理室中)球化退火期的P(CO)²/PCO₂之值。

以下，对连续退火炉的炉型、气氛气体成分、气氛气体分离方法、气氛气体控制方法的限制理由作详细说明。

[炉型采用连续退火炉的理由]

炉型采用分批式退火炉的情况下，为了将渗碳期、球化退火期2个工艺的气氛分离开，必须将被处理物向炉外取出一次，然后再进行加热，故生产率受到很大限制。但是，根据本发明，由于是连续炉型式，故可以大批量进行处理，不会降低生产率。

另外，在分隔开气氛时，通过将中间室设在渗碳期完毕的位置，在处理室的前后用门隔开，这样，可以分别置换、开闭渗碳性气体气氛和球化退火气氛，可将气氛完全分隔开。由于完全分隔开气氛，与以往利用RX气体等吸热型渗碳性气体进行气氛退火的方法相比，可以解决因析出碳黑而造成的污点问题，析出碳黑多发生在球化退火期的缓冷期。

即，采用以往的方法时，在均热完毕后的缓冷过程中，渗碳性气体成份中的CO气体分离成C和CO₂，C变成碳黑析出，而易产生污点。本发明则与以往方法不同，本发明由于使易产生碳黑的缓冷带气氛中的CO气体成份减少，CO是产生碳黑的主要因素，将NX等脱碳性变性气体混入RX等渗碳性气体内使用，并且根据混合气体成分中的CO和CO₂，对按P(CO)²/PCO₂求出的值进行控制，这样，可以使处理前产生了脱碳现象的轴承圈的表面层作成适合于制造工艺及轴承功能的任意碳浓度。

[在780℃～810℃温度下进行处理的渗碳气氛带，将气氛气体中的CO和CO₂控制为按P(CO)²/PCO₂求出的值在4.5～7.0范围内的理由]。

普通钢的渗碳在温度为850℃～1000℃的γ区域进行。一般，渗碳是通过碳化物的生成及固溶的碳在γ区域的扩散而进行的，因此，处理温度越高越能进行扩散，故渗碳深度也越深。所以，产生了脱碳的钢材等历来采取以下方法，即在高温区域进行一次渗碳，然后再加热而进行球化退火。

但是，在进行球化退火的合适的均热温度780～810℃下进行渗碳的情况下，大家知道，如果将气氛气体中的CO和CO₂控制为按P(CO)²/PCO₂求出的值在4.5～7.0范围内，则也可以抑制在低温下渗碳时易在晶粒边界产生的块状碳化物的生成。

CO和CO₂按P(CO)²/PCO₂求出的值小于4.5时，对经过脱碳的圈进行增碳的效果差，会残留下脱碳层。另外，当上述值大于7.0时，表面的碳浓度提高，过剩地析出块状碳化物，对后步工序的加工性能有影响。这种情况下，析出对反应不利的过剩的C，会在炉内产生污点。

在[740℃～700℃温度下进行缓冷处理的球化气氛带，将气氛气体中的CO和CO₂控制为按P(CO)²/PCO₂求出的值在0.8～2.3范围内的理由]

在上述温度带进行球化退火的情况下，若只使用以往的渗碳性气氛(RX气体)，则RX气体成分中的CO高达20％以上，并且，温度越低，该CO越容易分解成C和CO₂，C以碳黑的形式析出，产生不良现象。因此，本发明通过在以往的RX气体中混入NX气体等脱碳性气体，解决了该问题。另外，上述气氛气体中的CO及CO₂按P(CO)²/PCO₂求出的值小于0.8时，产生下述不良现象，即脱碳性加强，在渗碳期经过渗碳的表面层的碳再一次进行脱碳，在此之前的热过程中所产生的脱碳不能充分地恢复(增碳)。又，当上述值大于2.3时，渗碳性加强，产生与上述渗碳期同样的不良现象。

{两者的气氛控制[P(CO)²/PCO₂之值]之值的关系最好按照用下述(4)式表示的值进行控制的理由}

B值＝(8/A值)±0.5……(4)

A值表示渗碳期的P(CO)²/PCO₂之值，B值表示球化退火期的P(CO)²/PCO₂之值。

另外，研究结果发现，通过使渗碳期的气氛控制值和缓冷期的气氛控制值保持上述(4)式的关系，退火完毕时的工件表面层的碳浓度均匀地达到±0.05％Co(Co：基体的平均C％)。

通过研究还发现，用A值的值进行渗碳期气氛控制的情况下，在接着的球化退火期用按(4)式导出的B值的控制范围进行控制，这样，由于下述原因可以更均匀地消除与基体的碳浓度差。

对渗碳期和球化退火期的气氛关系进行深入研究的结果搞清了以下关系。在渗碳期，在碳浓度高的控制气氛{P(CO)²/PCO₂[A值]为高值}中进行，在这种状态下，接着如果在控制球化退火期的气氛时也控制成渗碳倾向{P(CO)²/PCO₂[A值]为高值}，则在退火完毕时表面层的碳浓度为高值。

反之，渗碳期是在碳浓度低的气氛中进行，在此状态下，接着将球化退火期的气氛也控制成呈脱碳倾向的气氛，则在退火完毕时表面层的碳浓度呈低的倾向。因此，本发明者为了这样进行处理，也就是说为了使退火完毕时工件表面层的碳浓度均匀地达到±0.05％的Co值、即达到合适的碳浓度，搞清了下述情况，即两者的气氛控制{P(CO)²/PCO₂之值}值的关系最好按上述(4)式表示的值进行控制。

另外，渗碳期的气氛控制，根据CO和CO₂的分析，对用P(CO)²/PCO₂求出的值进行控制，另外，也可用氧传感器进行控制，该氧传感器可测定炉内气氛中的残余氧量，对渗碳性气氛进行控制。这时的控制值，可以把用上述限定范围的P(CO)²/PCO₂表示值时的氧传感器值作为限制范围(根据图12，为1085～1110mV)。

(实施例1～3)

以下，对本发明实施例1～3进行说明。图2表示用本发明方法热处理后进行磨削加工的钢制深槽球轴承的内外圈的制造方法。本发明是提供一种轴承制造方法，该方法与以往采用图1的CRF加工的制造方法相比，在退火工序(S3)、CRF加工工序(S4)及磨削工序(S8)上有特点，通过将最佳的加工工序组合起来，可使制造成本降低到最低限度。

首先，对本发明的各工序作一简单说明。圆棒坯料，一般使用轧制状态的圆棒钢材(S1)。然后，一般使用多级型模进行热锻，制造出用于加工成内圈和外圈的毛坯圈(S2)。接着，热锻后为进行冷加工和车削加工，在无氧化的条件下进行使碳化物球化的软化退火(S3)。再接着，以接近最终形状的方式进行CRF加工(S4)后，进行定径加工(S5)。然后，进行精磨削加工(S6)后，再进行淬火回火，得到作为轴承所必需的硬度(S7)。接着，对与轨道面进行配合的面进行磨削加工，便制成内外圈(S8)。

本发明实施例1～3中，材料为SUJ2，制造的轴承为深槽球轴承6304。下面，对上述各工序详细地进行说明。

本发明的退火工序示于图17。在氮气氛中微量加入丙烷气，控制炉内残余氧量。为测定炉内残余氧量，使用NGK制的***式氧传感器(CP-D)。各种退火条件下的氧传感器值(mmV)与表面脱碳率D(％)的关系示于图13。

当氧传感器值为900mmV以上时，脱碳量减少，超过1000mmV时，在退火工序中不产生脱碳。另外，上述(1)式所示的退火温度下的氧传感器值与炉内氧分压的关系示于图12。因此，必须使炉内残余氧量为3×10^-18atm以下。为了充分保证使脱碳得到缓和，最好炉内残余氧量为3×10^-20atm以下。

在实施例1～3中，设定氧传感器值，对添加的丙烷气的量进行了控制。

退火条件A1：在氮气氛中加入1～2％的丙烷气，将氧传感器值控制在900～990mmV范围内。

退火条件A2：在氮气氛中加入1～2％的丙烷气，将氧传感器值控制在1000～1050mmV范围内。

退火条件A3：在氮气氛中加入0.5～1.5％的丙烷气，将氧传感器值控制在1060～1100mmV范围内。

退火条件A4：在仅有氮的气氛中进行退火。

本发明的退火条件为A1、A2和A3。

下面，表示CRF加工条件。加工机械使用共荣精工制造的商品名CRF 70的设备，在加工负荷5～7t情况下，润滑剂使用三工化学制造的压力机homer(商品名：PZ13)，通过CRF加工的扩径率，外圈为1.4～2.0倍，内圈为1.1～1.4倍。

本发明方法由于在退火后几乎不产生脱碳，故CRF加工后的车削加工余量可减小至极限，可以尽量制成接近于最终产品的形状。但是，若要对形状过于精密地进行精加工，便使CRF加工时间延长，故其后采用最佳地进行精车削的接近最终形状的方式。

实施例1～3改变加工方法而进行。

CRF条件B1：采用接近最终形状的加工方式，加工速度为650～750个/小时。

CRF条件B2：只采用轧制加工方式，加工速度为650～750个/小时。

CRF条件B3：用精密加工方式，加工速度为300～400个/小时。在此，所谓“精密加工”，是进行密封槽、滚珠座圈槽、倒棱(但，宽度自由)加工及完全接近于最终产品形状的CRF加工。这种情况下，CRF时间比CRF条件B1长4倍左右。另外，为在CRF条件B3之前正确地设定CRF量而进行尺寸调整(加工)，故也可去除脱碳层。因此，脱碳的面良好，但成本增高。

本发明的CRF条件是B1。

车削条件如下：使用的加工机械为高速车床，工具为P10，在进刀速度200～250m/分、送进量0.2～0.3mm/转的条件下进行车削。一般，对CRF圈进行全面车削的情况下，内外圈合计需8～10个工序，并且为了进行加工，用卡盘夹住圈进行车削，但在进行全面车削的情况下，外形和内径不能全部同时进行车削，必须用卡盘夹住几次进行车削。

在本发明中，省略车削外圈外径及内圈内径的工序，故可减少卡盘更换次数，并且因大幅度减少加工余量，可缩短车削轨道面的加工时间。

实施例1～3改变加工方法而进行。

车削条件C1：省略外圈外径和内圈内径的车削工序，从而减少卡盘更换次数。

车削条件C2：对包括外圈外径和内圈内径在内的全部面进行车削。

本发明的车削条件是C1。

将加工方法进行各种组合，加工轴承后的结果示于下表1。用SUJ2材料，通过各工序制造2000个深槽球轴承6304，对进行淬火回火和磨削加工后的成品轴承的质量和制造成本进行调查并作出评价。

质量评定情况如下：对成品轴承表面的碳含量进行测定，当相对于SUJ2坯料的含碳量为1％，轨道面的含碳量为1％以上，并且不受滚动疲劳的外圈外径及内圈内径的含碳量为0.95％以上时，则判定为“良”，另外，若外圈外径和内圈内径的含碳量都为1％以上的情况下，也就是说如果脱碳量最多的外圈外径也完全不脱碳，则判定为“优良”。

另外，与采用图1的CRF加工方法的生产成本相比，在降低的情况下评定为“低”，在成本相当或成本提高的情况下，评定为“高”，该CRF加工方法是减少车削加工余量、提高材料利用率的现行方法中成本最低的方法。另外，成本相等或稍有改善，但在降低成本方面有改进余地的，评定为“普通”。

[表1]

		软化退火	CRF加工	车削加工	残余脱碳	制造成本
							实施例	1	A1	B1	C1	良	低
2	A2	B1	C1	优良	低
						3		A3	B1	C1	优良	低
比较例	1	A4	B1	C1	不可								低
						2	A1	B2	C1	良	普通
	3	A1	B3	C1	良							高
						4	A1	B1	C2	良	高

实施例1～3是可在退火条件下防止脱碳的最低条件，故在轴承功能方面完全没有问题，但脱碳量最大的外圈外径出现了含碳量稍低于1％的情况。另外，在退火条件下残余氧量多的比较例1中，在成品上残留有脱碳情况。进行只经过轧制加工的CRF加工的比较例2，即使减少车削时的卡盘更换次数，但加工余量增加，材料利用率和车削速度有些降低，从控制退火气氛和设备投资等综合起来看，成本相同或有些改善，但在降低成本方面尚有改进的余地。进行精密CRF加工的比较例3中，由于CRF成本提高，故综合成本同等或为同等以下。进行全面车削的比较例4，当然综合成本为同等以下。

因此，本发明涉及热处理后进行磨削加工的钢制深槽球轴承的内外圈的制造方法，该方法使退火时的脱碳减少至极限，通过在接近成品形状的CRF后进行定径加工，可以省略车削外圈外径及内圈内径的工序，并且对轨道面和密封槽进行车削加工时也可大幅度减少加工余量。

在此，显示使用本发明制造方法情况下的检验方法。将成品外圈的断面示于图18(A)、(B)。图18(A)表示成品外圈的主要部分，图18(B)表示图18(A)的局部放大图。在用本发明方法进行制造的情况下，凸缘41虽然脱碳量较大，但这部分退火后的车削加工余量几乎没有，并且热处理后的磨削加工余量也几乎没有或完全不进行磨削。因此，成品的凸缘部41的脱碳量测定结果与图15相同或有时表面碳浓度更高。也就是说，残留一些在热锻时产生的脱碳痕迹，也残留有淬火而产生的增碳痕迹。另外，由于用以往方法时退火后进行全面车削，故脱碳层一下子被去除掉，因此成为与图11相同的结果。另外，进行接近最终形状的CRF加工的情况下，如图19(A)所示，轨道面部42和凸缘43的锻造流与形状一致，而一般的CRF加工与此不同，如图19(B)所示，在轨道面部42及凸缘43上存在着因车削而产生锻造流被切断的地方。

以上，对深槽球轴承的制造方法作了说明，但本发明不局限于此，同样也可适用于制造圆锥轴承、圆柱轴承等的内外圈制造。

(实施例4～15)

下面对不仅降低炉内氧量以防止脱碳、而且直到增碳的本发明的实施例4～15进行说明。

图2表示用本发明热处理后再进行磨削加工的钢制深槽球轴承内外圈的制造方法。该方法与图1的CRF加工后进行全面车削的以往制造方法相比，其特征是，为了将车削和磨削工序的加工余量削减到极限，退火时在渗碳气氛中进行增碳，在包括加工性在内的生产率不降低的情况下残留下渗碳层，可延长使用寿命。也就是说，通过进行最佳的增碳退火处理，发现可以同时取得因减少加工余量而降低成本的效果和延长使用寿命的效果。发现除了对滚动寿命有直接影响的轨道面以外，适量地残留脱碳层，不会损害轴承功能，并且加工性良好，制造成本降低。

另外，在本发明的实施例中，用SUJ2材料制造的、并对制造功能进行评价的轴承为深槽球轴承6206。

[与成品轨道面的渗碳率和渗碳深度相对应的加工性能和寿命]

本发明者们对一般市场上所使用的普通直径滚珠轴承的损伤状况进行了调查研究，其结果是，几乎都表现出表面损伤型的疲劳状况。也就是说，一般认为在清洁的润滑条件下使用的滚珠轴承，实际上也有尘埃等异物进入，使轨道面的最表面产生疲劳，特别是在重视轴承寿命的比较严格的条件下，大多可以看到表面损伤的情况。因此，为得到长寿的轴承，必须对表面起点型的损伤仍然是长寿的。于是，变化轨道面的渗碳率和渗碳深度而制成试验轴承，进行包括对CRF加工性的评价、进行混入异物的润滑试验，有异物混入的润滑会引起表面起点型损伤。

(a)CRF加工工具寿命的评价

在进行CRF加工时，图5的心轴22易产生摩擦损伤，作为消耗部件很大程度地反映在加工成本上。对CRF工具寿命进行评价的条件如下。

加工机械：共荣精工制造的商品名称CRF 70的设备

加工负荷：5～7t

润滑剂；三工化学制造的商品名称为压力机homer PZ13

扩径率：外圈＝1.4～2.0倍，内圈＝1.1～1.4倍

加工速度：550～750个/小时

对寿命的评价是这样进行的，即心轴的磨损达0.2mm以上、对外圈进行加工，把图4(E)的CRF圈7所示的槽(滚珠座圈槽)形状因磨损而破坏时作为寿命终点。下述表2表示其结果。由于比较例No.9是用以往的制造方法在CRF加工后再进行全面车削，故它是一种在成品的轨道面上无脱碳或渗碳的状态的试验轴承。根据表2，本发明的实施例4～8进行了渗碳(增碳)处理，与以往成品的比较例No.9相比，可得到同等的加工性能。但是，渗碳率超过30％的比较例No.6的加工性能降低。另外，可以确认，即使渗碳率为30％以下，渗碳深度超过0.5mm的比较例No.8，其CRF的加工性能也降低。

(b)在混入异物润滑条件下的寿命试验(6206试验)评价

使用SUJ2滚珠作为转动体，调查到产生表面剥落时刻为止的寿命时间，作成威布尔曲线，根据各威布尔分布的结果，求出各自的L₁₀寿命。该评价条件如下。

试验面压：最大260Mpa

转速：3000rpm

润滑油：68号透平油

混入异物：组成…不锈钢系粉末，硬度…HRc52，粒径…74～147μm，

          混入量…在润滑油中混入500ppm

[表2]

	序号	成品轨道面		CRF工具寿命(个×103)	混入异物润滑条件下L10寿命时间
						渗碳率(％)	渗碳深度(mm)
		实施例	4					6	0.12	18.1	23.2Hr
5	9			0.14	18.0	24.3Hr
			6				12	0.15	17.6	25.1Hr
7	21			0.18	17.3	25.3Hr
			8				28	0.24	17.2	25.1Hr
比较例	5			3	0.05	18.3					16.9Hr
		6	35				0.32	8.5	19.8Hr
	7			6	0.07	18.2				19.5Hr
		8	28				0.53	7.5	25.4Hr
	9			0	0	18.3				16.5Hr

将结果示于图8和上述表2。渗碳率为5％以上的本发明实施例与以往产品的比较例No.9相比，寿命较长。但是，渗碳率小于5％的比较例No.5，由于渗碳不足，不能得到长寿效果。另外，即使比较例No.7的渗碳率为5％以上，由于渗碳深度小于0.1mm，故也不能得到足够的残余压缩应力，使长寿效果降低。

另外，6206试验轴承的热处理条件是，在810℃以上、850℃以下保温0.5～1小时后进行淬火，接着在160～200℃温度下进行2小时回火。

[退火时增碳的热处理条件]

在本发明的制造方法中，退火后的增碳状况最为重要。因此，在各种条件下进行增碳退火，其结果是，在所有的渗碳条件下都可增碳，并确认了满足生产率、成本及质量稳定的最佳条件。在本发明中，最好按下述条件A进行增碳处理。

条件A：增碳处理采用在与退火温度相同的780～820℃温度下保温5～7小时，炉内气氛为RX气和氮气混合的气体，调整CP值，然后缓冷至500～600℃(参照图21)。

条件B：在900～950℃温度下进行2～3小时的渗碳处理，炉内气氛为RX气和氮气混合的气体，然后按原样将温度降至780～820℃，并保温2～3小时，对组织进行调整，再缓冷至500～600℃(参照图22)。

条件C：在830～880℃温度下，炉内气氛为RX气和氮气混合的气体，进行2～3小时的渗碳处理，然后按原样将温度降至780～820℃，并保温2～3小时，对组织进行调整，再缓冷至500～600℃(参照图22)。

条件D：在740～770℃温度下进行2～3小时的渗碳处理，炉内气氛为RX气和氮气混合的气体，然后按原样升温至780～820℃，保温2～3小时，对组织进行调整，再缓冷至500～600℃(参照图23)。

另外，改变渗碳(增碳)气氛，进行退火，比较加工性能和寿命。但，加工性能降低的试件，不作寿命评价。将结果示于下表3。

[表3]

	序号	增碳退火处理条件		CRF工具寿命(个×103)	混入异物润滑的条件下L10寿命时间(Hr)
						条件	Cp值
		实施例	9					A	0.7～0.9	17.1	24.8
10	A			0.9～1.1	16.4	25.1
			11				B	0.7～0.9	14.8	25.3
12	C			0.7～0.9	16.5	24.3
			13				C	0.9～1.0	15.1	25.2
14	D			0.8～0.9	16.6	24.3
			15				D	0.9～1.0	15.3	24.7
比较例	10			A	＞1.1％	7.5					-
		11	B				＞0.9％	8.5	-
	12			C	＞1.0％	7.8				-
		13	D				＜0.8％	16.9	16.8
	14			D	＞1.0％	7.2				-

本发明实施例9～15的加工性能和寿命都十分理想，实施例9～15中的No.11～No.13是在高温下进行增碳处理，充分地进行了增碳，但退火后的组织不十分理想，加工性能有些降低。另外，No.14和No.15在低温下进行增碳处理，增碳未达到过剩程度，但碳化物的球化不够充分，加工性能稍有降低。另外，这些实施例中的No.11～No.15，从炉子的设备和生产率考虑，不是最佳的。

另一方面，比较例No.10～No.12和比较例No.14的渗碳量超过了需要量，加工性能极端降低。另外，比较例No.13在低温下，并且在更低浓度的气氛中进行增碳，故渗碳不足，寿命不延长。

因此，确认下述条件是最佳的，即一般进行的、在A₁相变点以上加热保温后再缓冷的球化退火工序中，仅把原来的气氛改变成渗碳性较低的条件A，该条件A的CP值为0.7～0.9％是最佳的。

如上详述，本发明是关于热处理后再进行磨削加工的深槽球轴承之内外圈的制造方法，本发明方法与CRF加工后进行全面车削的以往制造方法相比，为将车削和磨削工艺的加工余量减少至极限，退火时在渗碳气氛中进行增碳，由于在包括加工性能在内的生产率不降低的前提下残留渗碳层，因此提高了寿命。即，通过进行最佳的增碳退火处理，可以同时获得因减少加工余量而降低成本的效果和提高寿命的效果。

(实施例16)

图24(A)、(B)表示本发明实施例16的连续退火炉。在此，图24(A)表示连续退火炉的整体图，图24(B)表示图24(A)的主要部分之放大图。

图24的连续退火炉是对高碳轴承钢的热锻组织进行球化退火、同时对表层脱碳层进行增碳处理的设备。将RX气等气氛气体导入炉内，可添加提高渗碳浓度的丙烷等碳化氢化合物系气体及降低渗碳浓度的氮气。另外，为控制炉内气氛，利用由氧传感器测定残余氧量，从而测定渗碳浓度的方法以及由CO、CO₂测定器计算出(CO)²/CO₂，来控制炉内的渗碳浓度，上述CO、CO₂测定器应用了红外线的波长特性。

退火炉具有第1处理室31、夹着中间室32而连接的第2处理室33、与上述第1处理室31相邻配置的预备室34、与上述第2处理室33相邻配置的冷却室35。在上述第1处理室31与中间室32之间、中间室32与上述第2处理室33之间，分别用开闭门36a、36b隔开。由于设置这些开闭门，使处理室31、33的气氛完全不会混合，可进行精确的控制。

在上述预备室34的入口、预备室34与第1处理室31之间、第2处理室33与冷却室35之间也分别设有开闭门36c、36d和36e。上述第1处理室31、中间室32、第2处理室33的底部分别配置有辊子38，该辊子用于使装有处理工件的筐37移动，在各室的顶部装有风扇39，该风扇39用于使各室内的渗碳气氛均匀。

图25表示轴承钢(SUJ2)的球化退火工序的一般性加热制度。以5～10小时时间升温至750～820℃并进行保温，然后以6～12小时时间缓冷到500～600℃。

对在这种退火条件下进行增碳退火情况下的增碳量波动进行了调查。调查方法是测定增碳后成品表面的含碳量，将其波动值与标准偏差作比较。

(1)产品：6206轴承的锻造外圈

(2)材料：SUJ2

(3)调查部位：外圈断面，对各断面的外径表面的4个位置进行测定

图30是表示锻造外圈的测定位置之说明图，图30(A)是上述锻造外圈的轴测图，图30(B)是在图30(A)的虚线位置沿横向切断的剖面图，图30(C)是图30(B)的局部放大图，用EPMA对外径的最表面进行在线分析。

(4)表面C％分析：用岛津制作所制造的X射线测定器(商品名：EPMA-1600)，将20μm表面层的平均含碳量作为表面含碳量。

(5)测定数：10个(各测定4点×10个＝总测定数40点的标准偏差值)

其结果，表面含碳量的标准偏差(σ_n-1)在1扇门(以往)时为0.077，在2扇门(本发明)时为0.028。即，在以往的1扇门的情况下，由于气氛混合，故气氛控制不稳定，结果造成产品表面的含碳量波动大。而本发明使用具有2扇门的退火炉，没有气氛混合问题，故可以得到稳定的质量。

另外，在本发明退火方法中，对从增碳气氛最后转换为脱碳气氛的方法，进行了增碳的波动的调查。退火条件及产品、调查方法与上述相同，仅使渗碳浓度之差变化，调查增碳的波动。渗碳浓度用(CO)²/CO₂的分压比之差表示。其结果示于图27。由图27可知，当(CO)²/CO₂的分压比之差小于2时，产品内的含碳量波动大。

下面，关于用本发明退火方法所得到的轴承的性能，进行寿命评价。本发明者们调查了一般市场上所使用的轴承的损坏状况，基本上都表现出表面损伤型的疲劳状况，根据这种情况，通过成为表面起点型损伤的、混入异物润滑条件下的试验，对轴承进行评价。进行评价的轴承采用深槽球轴承6206，对被评价轴承的内外圈进行本发明的退火，转动体采用普通的SUJ2滚珠，调查产生表面剥落时刻为止的寿命时间，作成威布尔曲线，根据各威布尔分布结果，分别求出L₁₀寿命。用以往方法制造的轴承，其表面呈既不渗碳、也不脱碳状态，假设其L₁₀寿命为1，将各种表面状态不同的轴承与L₁₀寿命作比较来进行评价。

渗碳率和渗碳深度如下述那样进行测定。

(1)产品、调查部位：6206轴承成品的内圈槽部

(2)材料：SUJ2

(3)表面C％分析：使用岛津制作所制造的X射线测定器(商品名：EPMA-1600)，将10μm表面层的平均含碳量作为表面含碳量，将与含碳量相一致的深度作为渗碳深度。

(4)测定数：10个(各测定1点×10个＝将总测定数10点的平均值作为含碳量)

寿命试验条件表示如下：

试验面压：最大260MPa

转速：3000rpm

润滑油：68号透平油

混入异物：

组成：不锈钢系粉末

硬度：HRC52

粒径：74～147μm

混入量：在润滑油中混入500ppm

将渗碳率的评价结果示于图28，将渗碳深度的评价结果示于图29。渗碳率为负值的情况，也就是在成品表面残留脱碳的情况下，寿命极低。但是，当渗碳率为本发明范围内的0.1％以上时，与以往的寿命同等甚至超过以往的寿命，可以以低成本获得稳定的寿命，并且，当渗碳率为0.5％以上时，表现出延长寿命的效果。

所谓渗碳深度为负值的情况，也就是在成品表面上残留脱碳，表示直到含碳量与坯料相等的脱碳深度。渗碳深度为负值的情况下，寿命极低。渗碳深度为本发明范围内的0.01mm以上时，与以往的寿命相等甚至超过以往的寿命，可以以低成本获得稳定的寿命。并且，渗碳深度为0.1mm以上情况下，表现出延长寿命的效果。

如上所述，本发明者发明了这样一种退火方法及连续退火炉，即在进行球化退火的较低温度下控制渗碳气氛和进一步在降温过程中随着温度变化相应地控制渗碳气氛，即使在大量散装、并且有接触部的情况下，也可以进行充分的增碳。因此，本发明涉及轴承等进行热锻，然后进行精加工的机械部件，是一种为了可减少精加工时的加工余量，不仅减少球化退火时的脱碳量，而且对坯料和热锻时产生的脱碳可以以低的成本进行增碳的方法。并且，通过增碳条件的变化，还可以同时获得降低成本的效果和延长寿命的效果。

(实施例17～25)

本发明实施例17～25也使用已述的图24的连续退火炉。本实施例的特征是，在第1处理室31中、在渗碳性气体气氛下进行渗碳，在第2处理室33中、在无氧化气氛和脱碳气氛下进行球化退火。另外，向第1处理室31中导入RX气体等气氛气体，并且为了提高渗碳浓度，还往该RX气体等气氛气体中加入丙烷等碳化氢化合物系气体来控制渗碳性。另一方面，在第2处理室33中，混合导入作为气氛气体的RX气体及具有脱碳性的发热形变性气体NX气体。另外，为了控制炉内的气氛，要对气氛气体用红外线分析仪分析CO及CO₂浓度，根据该分析值计算出(CO)²/CO₂，并根据该值对炉内的碳浓度进行控制。

试样使用由轧制状态的棒钢通过热锻而成形的6206外圈的圈，将该圈供给上述连续退火炉进行实验。另外，增碳退火实验后的渗碳性和渗碳深度像下述那样进行测定。

图25表示轴承钢(SUJ 2)的球化退火工艺的一般加热制度。以5～10小时升温至750～820℃并进行保温，然后以6～12小时时间缓冷至680～700℃，再以1小时左右时间冷却至500～600℃。

(1)材料：SUJ2

(2)分析表面C％：用岛津制作所制造的X射线测定器(商品名：EPMA-1600)，对退火后的外形断面试样进行在线分析，将10μm表层的平均含碳量作为表面含碳量，将该含碳量与坯料含碳量相一致的深度作为增碳深度。关于测定的概要情况同上面已述的图30的情况一样。

测定数：10个(90°方向，2点/个测定×10个＝总测定数20点，将该20点测定值的平均值作为含碳量)

对每1条件，将包括上述测定用圈在内的锻造用圈约500个、用图24的连续退火炉、按图25所示的加热制度进行处理。图25表示轴承钢(SUJ2)的球化退火工艺的一般加热制度。以5～10小时时间升温至750～820℃、并进行保温，然后以6～12小时时间缓冷至680～700℃，然后以1小时左右时间冷却至500～600℃。

实验是使作为增碳期的第1处理室31及作为缓冷期的第2处理室33的气氛条件作各种变化，第1处理室31的气氛，根据需要在RX气体中加入丙烷气，分析CO和CO₂，根据该分析值求出P(CO)²/PCO₂，按下表4所示的B值的条件进行控制。

(表4)

	No.	A值	B值	增碳性(％)	外观
						比较例	15	7.5	0.8	1.35	污点大
16	4	0.8	0.68	氧化铁皮大
					17		7	2.4	1.33	污点大
18	4	2.3	0.76	有氧化铁皮
					19		6	0.6	0.70	氧化铁皮大
实施例	17	4.5	0.8	0.85							良好
					18	7	1.8	1.08	良好
	19	6	2	0.85						良好
					20	7	2.3	1.15	良好
	21	7	0.8	1.00						良好
					22	6.2	0.7	0.97	良好
	23	4.5	1.3	1.00						良好
					24	7	1.6	1.05	良好
	25	4.5	2.26	1.05						良好

另外，在表4中，所谓A值是前段处理室的渗碳浓度，所谓B值是后段处理室的渗碳浓度，关于A值和B值，以下关系成立。

B值＝(8/A值)±0.5

表4表示了改变A值和B值情况下的实施例的渗碳性及外观状况。A值的值偏离4.5～7.0、且B值的值偏离0.8～2.3的比较例16、18、19，渗碳性在0.7以下和锻造完毕时的脱碳末被增碳，增碳不充分。而且，退火后的圈外观表面生成氧化铁皮，与此相反，比较例15、17，渗碳性为1.33以上，呈渗碳倾向，外观状态是在表面上产生很多污点。

A值的值满足4.5～7.0、且B值的值满足0.8～2.3的实施例17、18、19、20，锻造完毕时的脱碳被增碳，渗碳性为0.85以上或1.15以下。轴承钢的情况下，为满足滚动疲劳寿命和耐磨性等功能，实施例中只要具有0.85以上的渗碳性就足够了，而且只要渗碳生为1.15以下，外观表面上也不产生污点，外观良好。

另外，实施例21、22、23、24、25是在A值和B值两者的气氛控制[P(CO)²/PCO₂的值]值的关系中按B值＝(8/A)±0.5进行控制的，由表4可知，这些实施例的渗碳性基本接近于SUJ2坯料的C％，为0.97～1.05的良好值。这种情况下的外观状态当然全部良好。

图31表示比较例15～19及实施例17～25的各自的缓冷期，渗碳期的[P(CO)²/PCO₂值]的关系。在图31中，A值：0.8～2.3，并且B值：4.5～7.0的范围比较理想，在该范围内斜线部分的区域更理想。

Claims (19)

1.一种连续退火炉，这种连续退火炉可对高碳轴承钢连续地进行球化退火，其特征在于，它具有以下几部分：2个以上处理室，这些处理室具有相互不同的渗碳性气体气氛，而且处理室之间相互连续连接；中间室，该中间室通过开闭门与这些处理室相互隔开；搬送机构，该机构用于在上述处理室和中间室内搬送被处理物。

2.如权利要求1所述的连续退火炉，其特征在于，渗碳性气体的置换率为2次/小时以上，被隔开的处理室的气氛由渗碳气氛最后转换为脱碳气氛，

但，假设置换率为T、退火炉的空间容积为V(m³)、气氛气体流量(m³/Hr)为R时，T、V及R的关系满足下式：

T＝V/R。

3.如权利要求1或2的任一项所述的连续退火炉，其特征在于，具有上述不同的渗碳性气体气氛的至少2个以上处理室的进行渗碳的前段处理室的渗碳浓度与承担缓冷期的后段处理室的渗碳浓度之分压比K在0.8～7范围内，假设前段处理室的分压比为K₁，后段处理室的分压比为K₂时，K₁-K₂≥2。

上述分压比K表示炉内气氛中，K＝炉内的(CO分压)²/炉内的CO₂之比。

4.如权利要求1所述的连续退火炉，其特征在于，具有上述不同的渗碳性气体气氛的至少2个以上的处理室之中，进行渗碳的前段处理室的渗碳浓度为4.5～7.0，承担缓冷期的后段处理室的渗碳浓度为0.8～2.3。

5.如权利要求4所述的连续退火炉，其特征在于，假设上述前段处理室的渗碳浓度为A值、上述后段处理室的渗碳浓度为B值时，则满足以下关系：B值＝(8/A)±0.5。

6.一种滚动轴承，其特征在于，按上述权利要求1处理的高碳轴承钢所构成的滚动轴承的成品轨道面之最大渗碳率为0.1％～30％、并且渗碳深度为0.1mm～0.5mm。

7.如权利要求6所述的滚动轴承，其特征在于，上述高碳轴承钢由C：0.8～1.2％、Si：0.1～0.5％、Mn：0.2～1.1％、Cr：0.1～1.8％组成。

8.如权利要求3所述的连续退火炉，其特征在于，炉内气氛气体的流量为1mm/H₂O以上。

9.如权利要求1所述的连续退火炉，其特征在于，将退火炉内气氛的氧分压控制在3×10^-18atm以下。

10.一种滚动轴承的内外圈的制造方法，这是热处理后进行磨削加工的深槽球轴承内外圈的制造方法，其特征在于，它包括下述几道工序：制造毛坯圈的热锻造工序，该工序对圆棒坯料进行热锻造，将其加工成内圈和外圈；软化退火工序，该工序是为了后面进行冷加工和车削加工，而进行使碳化物球化的软化退火；冷滚压加工工序，该工序是在冷状态下用心轴和辊夹住上述毛坯圈的内周面和外周面而进行轧制成形，从而对毛坯圈进行扩径，将其加工成内圈和外圈的形状；精车削加工工序，该工序通过车削加工，将圈加工成深槽球轴承所要求的形状；淬火、回火工序，该工序进行淬火回火，获得轴承必要的硬度；磨削加工工序，该工序对与轨道面相配合的面进行磨削加工，所述制造方法使用滚动轴承的内外圈制造工艺的软化退火炉。

11.一种退火方法，是对高碳钢轴承连续地进行球化退火的退火方法，该退火方法的特征在于，它配置有2个以上的处理室，这些处理室具有不同的渗碳性气体气氛，而且各室相互连续连接，还配置有中间室，该中间室通过开闭门与这些处理室相互隔开，在上述处理室和中间室内搬送被处理物进行退火。

12.一种退火方法，其特征在于，渗碳性气体的置换率为2次/小时以上，将分隔开的处理室的气氛从渗碳气氛到最后转换成脱碳气氛，但，假设置换率为T、退火炉的空间容积为V(m³)，保护气体流量(m³/Hr)为R时，T、V和R的关系满足下式：

T＝V/R。

13.如权利要求11～12任一项所述的退火方法，其特征在于，具有上述不同的渗碳性气体气氛的至少2个以上处理室的进行渗碳的前段处理室的渗碳浓度与承担缓冷期(退火)的后段处理室的渗碳浓度之分压比在0.8～7范围内，(前段处理室的分压比K₁-后段处理室的分压比K₂)≥2，但，假设上述分压比为K时，在炉内气氛中K＝炉内的(CO分压)²/炉内的CO₂之比。

14.如权利要求11所述的退火方法，具有上述不同的渗碳性气体气氛的至少2个以上处理室的、进行渗碳的前段处理室的渗碳浓度为4.5～7.0，承担缓冷期任务的后段处理室的渗碳浓度为0.8～2.3。

15.如权利要求14所述的退火方法，其特征在于，假设上述前段处理室的渗碳浓度为A、上述后段处理室的渗碳浓度为B时，满足下述关系：B值＝(8/A)±0.5。

16.一种滚动轴承的制造方法，其特征在于，由按上述权利要求11处理的高碳轴承钢制成的滚动轴承之成品轨道面上的最大渗碳率为0.1％～30％，并且渗碳深度为0.1mm～0.5mm。

17.如权利要求16所述的滚动轴承的制造方法，其特征在于，上述高碳轴承钢由C：0.8～1.2％、Si：0.1～0.5％、Mn：0.2～1.1％、Cr：0.1～1.8％组成。

18.如权利要求13所述的退火方法，其特征在于，炉内气氛气体的流量为1mm/H₂O以上。

19.如权利要求11所述的退火方法，其特征在于，将退火炉内气氛的氧分压控制在3×10^-18atm以下。

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