JP2003013179A - 熱間加工性に優れた軸受要素部品用丸鋼材 - Google Patents

熱間加工性に優れた軸受要素部品用丸鋼材

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JP2003013179A JP2001193583A JP2001193583A JP2003013179A JP 2003013179 A JP2003013179 A JP 2003013179A JP 2001193583 A JP2001193583 A JP 2001193583A JP 2001193583 A JP2001193583 A JP 2001193583A JP 2003013179 A JP2003013179 A JP 2003013179A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】軸受要素部品の用途に好適な熱間加工性に優れ
た丸鋼材の提供。 【解決手段】C:0.8〜1.2%、Si:0.2〜2.0%、Mn:0.2
〜1.5%、Cr:0.5〜2.0%、P:0.005〜0.025%、S:0.0
03〜0.015%でP(%)+2S(%):0.020〜0.040%、A
l:0.01〜0.05%、N:0.005〜0.012%、Cu≦1.0%、Ni
≦2.0%を含有し、残部はFeと不純物からなり、不純物
中のTi≦0.002%、O(酸素)≦0.0015%の丸鋼材であっ
て、その半径をRとしたとき、横断面の中心から(R/
10)までの領域に存在する偏析帯において、丸鋼材での
Cr含有量の1.3倍を超えるCr含有量となる領域の幅が、
その丸鋼材の直径の 0.0003〜0.003倍である熱間加工性
に優れた軸受要素部品用の丸鋼材。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、熱間加工性に優れ
た軸受要素部品用丸鋼材に関する。より詳しくは、ボー
ル、コロ、ニードル、シャフト、レースなどの軸受要素
部品の用途に好適な熱間加工性に優れた丸鋼材に関す
る。 【0002】 【従来の技術】ボール、コロ、ニードル、シャフト、レ
ースなどの軸受要素部品の素材鋼として、一般に、JIS
G 4805で規格化されたSUJ2鋼などの高炭素クロム軸
受鋼が多用されている。 【0003】上記の所謂「軸受用鋼」は、熱間圧延など
の手段で棒鋼や線材といった丸鋼材に加工された後、下
記(a)又は(b)の手法で前記各種の要素部品に仕上
げられることが多い。 【0004】(a)熱間での切断、鍛造などの加工によ
って要素部品に近い形状に成形され、その後、軟化を目
的とした球状化焼鈍を受け、次いで切削加工を施され、
更に、焼入れと低温での焼戻しによる熱処理を受けて所
望の機械的性質を付与される。 【0005】(b)軟化を目的とした球状化焼鈍を受
け、次いで冷間鍛造、冷間抽伸や切削などの加工によっ
て要素部品に成形され、更に、焼入れと低温での焼戻し
による熱処理を受けて所望の機械的性質を付与される。 【0006】このうち(a)の手法は、熱間加工で要素
部品に近い形状に成形するものであるため、冷間鍛造に
較べて複雑な形状の要素部品にも適用可能であり、又、
コストが嵩む切削加工での切削量を減らすことができ
る。したがって、近年では上記(a)の手法で軸受要素
部品が製造されることが多くなり、熱間鍛造用金型や熱
間切断用の刃の寿命を向上することが可能な熱間加工性
の優れた軸受鋼に対する要求が極めて大きくなってい
る。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑みなされたもので、その目的は特別な元素を添加する
ことなく、熱間鍛造用金型や熱間切断用の刃などの工具
寿命を延長することができる、ボール、コロ、ニード
ル、シャフト、レースなどの軸受要素部品の用途に好適
な熱間加工性に優れた丸鋼材を提供することである。 【0008】ここで、「熱間加工性」は、「熱間加工用
の工具の寿命が長い場合に良好」とし、後述の実施例に
おける熱間捩り試験、すなわち、平行部の長さと直径が
それぞれ50mmと10mmの試験片を1050℃、1
100℃及び1150℃の各温度で15分保持した後、
速度300rpmで熱間捩り試験した際、上記3温度に
おける破断までの捻回数の平均値が84回以下であるこ
とを目標とする。又、各種の産業機械や自動車などに使
用される軸受には高い面圧が繰り返し作用するので、軸
受要素部品用丸鋼材は、後述の実施例における転動疲労
試験で、1.0×10 以上の転動疲労寿命を有する
ことを目標とする。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
熱間加工性に優れた軸受要素部品用丸鋼材にある。 【0010】すなわち、「質量%で、C:0.8〜1.
2%、Si:0.2〜2.0%、Mn:0.2〜1.5
%、Cr:0.5〜2.0%、P:0.005〜0.0
25%、S:0.003〜0.015%でP(%)+2
S(%):0.020〜0.040%、Al:0.01
〜0.05%、N:0.005〜0.012%、Cu:
1.0%以下、Ni:2.0%以下を含有し、残部はF
e及び不純物からなり、不純物中のTiは0.002%
以下、O(酸素)は0.0015%以下の丸鋼材であっ
て、その半径をRとしたとき、横断面の中心から(R/
10)までの領域に存在する偏析帯において、丸鋼材で
のCr含有量の1.3倍を超えるCr含有量となる領域
の幅が、その丸鋼材の直径の0.0003〜0.003
倍である熱間加工性に優れた軸受要素部品用の丸鋼
材。」である。 【0011】なお、本発明でいう「丸鋼材」とは、熱間
で加工された断面形状が円形の線材、棒鋼やビレットな
どを指し、その「横断面」とは、圧延方向や鍛造軸に垂
直に切断した面をいう。 【0012】又、「丸鋼材でのCr含有量」とは、丸鋼
材の横断面の中心から(R/2)の部位で試験片を採取
し、通常の方法によって分析した値をいう。更に、「熱
間加工性」を、「熱間加工用の工具の寿命が長い場合に
良好」とすることは既に述べたとおりである。 【0013】本発明者らは、丸鋼材の中心偏析と偏析し
た合金元素が熱間加工での工具寿命に及ぼす影響につい
て調査・研究を重ね、その結果、下記の知見を得た。 【0014】(a)一般に、熱間で引張試験した際の絞
り値が高い場合に熱間加工で割れやクラックが発生しな
いので、熱間加工性がよいとされているが、本発明に係
る軸受要素部品の素材鋼の場合、通常の熱間加工温度で
ある1000〜1250℃での引張試験の絞り値はほぼ
100%であり、熱間鍛造や熱間圧延など一般的な熱間
加工で割れやクラックが発生する可能性は極めて小さ
い。 【0015】(b)熱間での捩り試験において試験片が
破断するまでの捻回数は、本発明に係る軸受要素部品の
素材鋼でも、大きな差が生じる場合が多い。そして、こ
の捻回数は熱間加工用の工具の寿命との相関が大きく、
この捻回数を低下させた方が熱間加工用の工具の寿命が
長くなる。 【0016】(c)上記(b)における熱間捩り試験で
の破断までの捻回数を低下させるためには、P及びSの
含有量の増加、並びにCr、Cなどの中心偏析量、それ
も丸鋼材の場合には横断面の中心から(R/10)まで
の領域に存在する偏析帯におけるCr、C量を増加させ
ることが有効である。 【0017】(d)一方、軸受要素部品に大きな転動疲
労寿命を確保させるためには、P及びSの含有量の低
減、並びにCr、Cなどの中心偏析量を低減することが
有効である。 【0018】(e)上記(b)及び(c)から、熱間加
工用の工具の寿命を長くし、しかも軸受要素部品に良好
な転動疲労寿命を確保させるためには、S、Pの含有
量、及びCr、Cなどの中心偏析量をある特定の範囲に
制御することが重要である。 【0019】(f)C、Mn及びCrは中心偏析しやす
い元素であるが、このうち熱間捩り試験での破断までの
捻回数に大きく影響するのは、CとCrである。しか
し、Cは軽元素で偏析を精度よく定量することが難しい
ので、Crの偏析を定量的に評価する手法が有効であ
る。 【0020】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものである。 【0021】 【発明の実施の形態】以下、本発明について詳しく説明
する。なお、化学成分の含有量の「%」は「質量%」を
意味する。 (A)丸鋼材の化学組成 C:0.8〜1.2% 焼入れと低温での焼戻しによる熱処理を行って軸受用鋼
材(軸受要素部品)に所望の機械的性質を付与させる
が、Cの含有量が0.8%未満では前記焼入れ・焼戻し
後の硬度が低く、所望の転動疲労寿命(後述の実施例に
おける転動疲労試験で、1.0×10 以上の転動疲
労寿命)が得られない。一方、Cの含有量が1.2%を
超えると、鋼の凝固時に巨大な炭化物が生成しやすくな
り、目標とする転動疲労寿命を確保させるためには高温
で長時間の均質化熱処理を行う必要が生じるのでコスト
が嵩んでしまう。したがって、Cの含有量を0.8〜
1.2%とした。なお、Cの含有量は0.8〜1.0%
とすることが好ましく、0.8〜0.9%とすれば一層
好ましい。 【0022】Si:0.2〜2.0% Siは、転動疲労寿命を高めるのに有効な元素であるほ
か、脱酸剤として必要な元素でもある。又、Siは鋼の
焼入れ性を高める元素でもある。しかし、その含有量が
0.2%未満では前記の効果が得難い。一方、Siの含
有量が2.0%を超えると、熱間圧延後や球状化焼鈍後
に、脱スケールするために長時間を要するので生産性の
大幅な低下を招く。したがって、Siの含有量を0.2
〜2.0%とした。なお、Siの含有量は0.2〜1.
0%とすることが好ましく、0.2〜0.6%とすれば
一層好ましい。 【0023】Mn:0.2〜1.5% Mnは、鋼の焼入れ性を向上させると同時に、Sによる
熱間脆性の防止に必要な元素である。これらの効果を発
揮させるためにはMnを0.2%以上含有させる必要が
ある。一方、Mnの含有量が1.5%を超えると、Mn
の中心偏析が顕著になり、Crの中心偏析を後述する範
囲に制御しても転動疲労寿命の低下が著しくなり、所望
の転動疲労寿命(後述の実施例における転動疲労試験
で、1.0×10 以上の転動疲労寿命)が得られな
くなる。したがって、Mnの含有量を0.2〜1.5%
とした。なお、Mn含有量の望ましい範囲は0.2〜
1.0%であり、0.2〜0.8%であれば一層望まし
い。 【0024】Cr:0.5〜2.0% Crは、鋼の焼入れ性を向上させると同時に、熱間加工
用の工具の寿命を大きくするのに有効な元素である。し
かし、その含有量が0.5%未満の場合には、たとえC
rの中心偏析を後述する範囲に制御しても前記した熱間
捩り試験で、所望の84回以下の捻回数にはなり難く、
したがって熱間加工用の工具の長寿命化がなし難い。一
方、2.0%を超えるとCr及びCの中心偏析が顕著に
なって転動疲労寿命の低下が著しくなり、所望の転動疲
労寿命(後述の実施例における転動疲労試験で、1.0
×10 以上の転動疲労寿命)が得られなくなる。し
たがって、Crの含有量を0.5〜2.0%とした。な
お、Crの含有量は0.7〜1.5%とすることが好ま
しく、0.7〜1.2%とすれば一層好ましい。 【0025】P:0.005〜0.025% Pは、Sと複合して熱間加工用の工具の寿命を高めるの
に有効な元素である。しかし、その含有量が0.005
%未満では、前記した熱間捩り試験で、所望の84回以
下の捻回数にはなり難く、したがって熱間加工用の工具
の長寿命化がなし難い。一方、Pは粒界に偏析して粒界
を脆化させやすい元素であり、その含有量が0.025
%を超えると、転動疲労寿命の低下が著しくなって所望
の転動疲労寿命(後述の実施例における転動疲労試験
で、1.0×10 以上の転動疲労寿命)が得られな
くなる。したがって、Pの含有量を0.005〜0.0
25%とした。なお、Pの含有量は、P(%)+2S
(%)で0.020〜0.040%を満足する必要があ
る。 【0026】S:0.003〜0.015% Sは、Pと複合して熱間加工用の工具の寿命を高めるの
に有効な元素である。しかし、その含有量が0.003
%未満では、前記した熱間捩り試験で、所望の84回以
下の捻回数にはなり難く、したがって熱間加工用の工具
の長寿命化がなし難い。一方、SはMnと結合してMn
Sを形成し、転動疲労寿命を低下させてしまう元素であ
り、特に、その含有量が0.015%を超えると、粗大
なMnSを形成しやすくなるので転動疲労寿命の低下が
著しくなって所望の転動疲労寿命(後述の実施例におけ
る転動疲労試験で、1.0×10 以上の転動疲労寿
命)が得られない。したがって、Sの含有量を0.00
3〜0.015%とした。なお、Sの含有量は、P
(%)+2S(%)で0.020〜0.040%を満足
する必要がある。 【0027】P(%)+2S(%):0.020〜0.
040% 前述のようにPとSとは複合して熱間加工用の工具の寿
命を向上させる。しかし、P(%)+2S(%)の値が
0.020%未満の場合には、前記した熱間捩り試験
で、所望の84回以下の捻回数にはなり難く、したがっ
て熱間加工用の工具の長寿命化がなし難い。一方、P
(%)+2S(%)の値が0.040%を超えると、た
とえP及びSの含有量がそれぞれ前記した0.010〜
0.025%、0.003〜0.015%であっても、
転動疲労寿命の低下が著しくなって所望の転動疲労寿命
(後述の実施例における転動疲労試験で、1×10
以上の転動疲労寿命)が得られない。したがって、P
(%)+2S(%)の値を0.020〜0.040%と
した。 【0028】Al:0.01〜0.05% Alは、脱酸作用を有する。更に、AlはNと結合して
AlNを形成し、結晶粒が粗大化するのを防止する作用
を有する。しかし、Alの含有量が0.01%未満では
こうした効果が得難い。一方、Alは非金属系介在物を
形成して転動疲労寿命の低下を招く元素であり、特に、
その含有量が0.05%を超えると、粗大な非金属系介
在物を形成しやすくなるので転動疲労寿命の低下が著し
くなって所望の転動疲労寿命(後述の実施例における転
動疲労試験で、1.0×10以上の転動疲労寿命)が
得られなくなる。したがって、Alの含有量を0.01
〜0.05%とした。なお、Alの含有量は0.01〜
0.04%とすることが好ましく、0.01〜0.03
%とすれば一層好ましい。 【0029】N:0.005〜0.012% Nは、Alと結合してAlNを形成し、結晶粒が粗大化
するのを防止する作用を有する。しかし、Nの含有量が
0.005%未満ではこの効果は得難い。一方、Nの含
有量が多くなると粗大なAlNが生じやすくなり、又、
不純物元素としてのTiの含有量を後述する範囲に抑え
ても粗大なTiNが生じやすくなって、転動疲労寿命が
低下してしまう。特に、その含有量が0.012%を超
えると、転動疲労寿命の低下が著しくなって所望の転動
疲労寿命(後述の実施例における転動疲労試験で、1.
0×10 以上の転動疲労寿命)が得られない。した
がって、Nの含有量を0.005〜0.0012%とし
た。 【0030】本発明の熱間加工性に優れた軸受要素部品
用の丸鋼材には、必要に応じて、Cu及びNiのいずれ
か一方又は双方を選択的に含有させることができる。す
なわち、Cu、Niの各元素を任意添加元素として添加
し、含有させてもよい。以下、任意添加元素としてのC
uとNiに関して説明する。 【0031】Cu:1.0%以下 Cuは、添加すれば、耐食性を高める作用がある。この
効果は不純物レベルの含有量であっても得られるが、よ
り顕著にその効果を得るには、Cuは0.05%以上の
含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が
1.0%を超えると結晶粒界に偏析して分塊圧延、熱間
圧延、熱間鍛造など熱間加工時における割れや疵の発生
が顕著になる。したがって、Cuの含有量を1.0%以
下とした。なお、添加する場合のCu含有量の好ましい
範囲は0.05〜1.0%である。 【0032】Ni:2.0%以下 Niは、添加すれば、焼入れ後のマルテンサイト中に固
溶して靱性を高める作用を有する。この効果は不純物レ
ベルの含有量であっても得られるが、より顕著にその効
果を得るには、Niは0.2%以上の含有量とすること
が好ましい。しかし、2.0%を超えて含有させても、
前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。した
がって、Niの含有量を2.0%以下とした。なお、添
加する場合のNi含有量の好ましい範囲は0.2〜2.
0%である。本発明においては、不純物元素としてのT
i及びO(酸素)の含有量を下記のとおりに制限する。 【0033】Ti:0.002%以下 Tiは、Nと結合してTiNを形成し、転動疲労寿命を
低下させてしまう。特にその含有量が0.002%を超
えると、転動疲労寿命の低下が著しくなり、所望の転動
疲労寿命(後述の実施例における転動疲労試験で、1.
0×10 以上の転動疲労寿命)が得られない。した
がって、Tiの含有量を0.002%以下とした。な
お、不純物元素としてのTiの含有量はできるだけ少な
くすることが望ましい。 【0034】O(酸素):0.0015%以下 Oは、酸化物系介在物を形成し、転動疲労寿命を低下さ
せてしまう。特にその含有量が0.0015%を超える
と転動疲労寿命の低下が著しくなり、所望の転動疲労寿
命(後述の実施例における転動疲労試験で、1.0×1
以上の転動疲労寿命)が得られない。したがっ
て、Oの含有量を0.0015%以下とした。なお、不
純物元素としてのOの含有量はできる限り少なくするこ
とが望ましい。 【0035】(B)丸鋼材の横断面におけるCrの偏析
帯の幅 本発明においては、丸鋼材の横断面の中心から(R/1
0)までの領域に存在する偏析帯において、丸鋼材での
Cr含有量の1.3倍を超えるCr含有量となる領域の
幅を、その丸鋼材の直径の0.0003〜0.003倍
に規定する。なお、「丸鋼材でのCr含有量」が、丸鋼
材の横断面の中心から(R/2)の部位で試験片を採取
し、通常の方法によって分析した値を指すことは既に述
べたとおりである。 【0036】ここで、丸鋼材の横断面の中心から(R/
10)までの領域に存在する偏析帯を対象とするのは、
この領域の偏析帯に着目しておけば、熱間加工用の工具
の寿命と軸受要素部品の転動疲労寿命とが評価できるた
めである。 【0037】前記した丸鋼材の横断面の中心から(R/
10)までの領域に存在する偏析帯において、丸鋼材で
のCr含有量の1.3倍を超えるCr含有量となる領域
の幅が、その丸鋼材の直径の0.0003倍未満の場合
には熱間捩り試験で所望の捻回数(後述の実施例におけ
る捩り試験での84回以下の捻回数)にはならず、した
がって熱間加工用の工具の長寿命化がなされない。一
方、丸鋼材の横断面の中心から(R/10)までの領域
に存在する偏析帯において、丸鋼材でのCr含有量の
1.3倍を超えるCr含有量となる領域の幅が、その丸
鋼材の直径の0.0030倍を超える場合には、転動疲
労寿命の低下が著しくなり、所望の転動疲労寿命(後述
の実施例における転動疲労試験で、1.0×10
上の転動疲労寿命)が得られない。 【0038】ここで、「丸鋼材でのCr含有量の1.3
倍を超えるCr含有量となる領域の幅」は、例えば、丸
鋼材の横断面を鏡面研磨した後、走査型電子顕微鏡(以
下、SEMという)に付属したエネルギー分散形X線分
析装置(以下、EDXという)によって決定すればよ
い。具体的には、例えば、EDXのプローブ径を1μm
とし、丸鋼材の横断面の中心部を測定開始点として「R
/10」の部位までをCrについて線分析を実施し、そ
の測定チャートを用いて、Crの分析値が丸鋼材でのC
r含有量の1.3倍以上であった箇所のうち、最も幅の
広い箇所の幅を前記「丸鋼材でのCr含有量の1.3倍
を超えるCr含有量となる領域の幅」とすればよい。 【0039】なお、「丸鋼材の横断面の中心から(R/
10)までの領域に存在する偏析帯において、丸鋼材で
のCr含有量の1.3倍を超えるCr含有量となる領域
の幅を、その丸鋼材の直径の0.0003〜0.003
倍にする」には、例えば、均質化熱処理する前の鋼塊を
丸い形状として、横断面の中心から(R/10)までの
領域に存在する偏析帯において、鋼塊でのCr含有量の
2.0倍を超えるCr含有量となる領域の幅が上記丸い
形状の鋼塊の直径の0.0002〜0.002倍であっ
た場合には、1200〜1240℃の温度域で6〜12
時間の均質化熱処理を行えばよい。ここで、「丸鋼材で
のCr含有量」と同様に、「鋼塊でのCr含有量」と
は、丸い形状の鋼塊の横断面の中心から(R/2)の部
位で試験片を採取し、通常の方法によって分析した値を
指す。 【0040】前記(A)項に記載の化学組成と本(B)
項に記載の横断面におけるCrの偏析帯の幅を有する丸
鋼材は、通常の方法で熱間鍛造や熱間切断などの加工を
施され、必要に応じて冷間加工を施された後、更に、焼
入れと低温での焼戻しによる熱処理を受けて所望の機械
的性質を有する軸受要素部品に仕上げられてから、精密
機械部品である最終製品としての軸受に組み立てられ
る。 【0041】以下、実施例により本発明を更に詳しく説
明する。 【0042】 【実施例】(実施例1)表1に示す化学組成を有するJ
IS規格のSUJ2相当鋼イを通常の方法で3トン電気
炉溶製し、均質化処理なしと、1240℃で4〜24時
間の4種類の均質化処理を行った場合の、計5種類に偏
析レベルを変化させた鋼塊を作製した。なお、上記表1
における鋼イは化学組成が本発明で規定する条件を満足
する鋼である。 【0043】 【表1】 【0044】次いで、上記各鋼塊を通常の方法で熱間鍛
造して鋼片とし、更に、熱間圧延して直径が40mmの
棒鋼とした。このようにして得た直径が40mmの棒鋼
の横断面を鏡面研磨した後、SEMに付属したEDXに
よって「直径が40mmの棒鋼でのCr含有量の1.3
倍を超えるCr含有量となる領域の幅」を下記のように
して調査した。すなわち、EDXのプローブ径を1μm
とし、前記棒鋼の横断面の中心部を測定開始点として
「R/10」の部位まで(つまり、中心から2mmの位
置まで)をCrについて線分析を3回実施し、その測定
チャートを用いて、Crの分析値が棒鋼でのCr含有量
の1.3倍以上であった箇所のうち、最も幅の広い箇所
の幅を前記「直径が40mmの棒鋼でのCr含有量の
1.3倍を超えるCr含有量となる領域の幅」として決
定した。 【0045】又、前記直径が40mmの棒鋼を、118
0℃に加熱した後、P10種の超硬刃でシャー切断した
ときの切断刃の寿命を調査した。更に、直径が40mm
の棒鋼の中心部から圧延方向に平行に、機械加工により
平行部の長さと直径がそれぞれ50mmと10mmの捩
り試験用の試験片を採取し、1050℃、1100℃及
び1150℃の各温度で15分保持した後、速度300
rpmで熱間捩り試験し、上記3温度における破断まで
の捻回数の平均値を求めた。 【0046】又、前記直径40mmの棒鋼の中心部から
圧延方向に平行に、機械加工により直径12mm、長さ
22mmの試験片を切り出し、この試験片を焼入れ、焼
戻し処理(820℃で30分保持してから油焼入れし、
160℃で1時間焼戻し)して転動疲労試験に供した。
すなわち、円筒型の転動疲労試験機を用いて、潤滑油に
#68タービン油を使用して、ヘルツ最大接触応力が5
900MPa、試験片負荷回数が46000回/分の条
件で転動疲労試験を行った。各鋼について試験片は10
個ずつとし、10個の試験片の中で最初に表面剥離をお
こしたときの回転数を「転動疲労寿命」とした。転動疲
労寿命が1.0×10 以上の場合に転動疲労特性に
優れていると評価した。 【0047】表2に、「直径が40mmの棒鋼でのCr
含有量の1.3倍を超えるCr含有量となる領域の幅」
(表中では、「Cr偏析帯の幅/直径」と記載)、切断
刃の寿命すなわち破断荷重が1個目の1.3倍となった
時点での切断個数、上記3温度における破断までの捻回
数の平均値(表中では単に「破断までの捻回数」と記
載)及び転動疲労寿命の各調査結果をまとめて示す。 【0048】 【表2】 【0049】表2から、明らかなように、化学組成及び
横断面におけるCrの偏析帯の幅が本発明で規定する条
件を満たす場合には、所望の84回以下の捻回数と1.
0×10 以上の転動疲労寿命がともに得られてい
る。 【0050】これに対して、横断面におけるCrの偏析
帯の幅が本発明で規定する条件から外れる場合には、所
望の84回以下の捻回数と1.0×10 以上の転動
疲労寿命のいずれかが所望の値に達していない。 (実施例2)表3に示す化学組成を有する鋼A〜Mを3
00kg真空炉で溶解した後、50kgの鋳型に5分湯
して、同一化学成分を有する鋼塊(インゴット)を各5
個ずつ作製した。表3における鋼B〜D、G〜H及びM
は化学組成が本発明で規定する条件を満足する鋼であ
り、一方、鋼A、E、F及びI〜Lは成分のいずれかが
本発明で規定する含有量の範囲から外れた比較例の鋼で
ある。 【0051】 【表3】【0052】上記鋼A〜Mの各5個の鋼塊のうち4個に
ついて、それぞれ電気炉を用いて均質化熱処理を行っ
た。均質化熱処理の処理条件(ヒートパターン)は下記
の4条件である。 【0053】条件W:1240℃に加熱して4時間保持
した後、炉外で放冷、 条件X:1240℃に加熱して8時間保持した後、炉外
で放冷、 条件Y:1240℃に加熱して12時間保持した後、炉
外で放冷、 条件Z:1240℃に加熱して24時間保持した後、炉
外で放冷。 【0054】次いで、各鋼についての5個の鋼塊、すな
わち上記の均質化熱処理を行った4個の鋼塊と鋳込みま
まの均質化処理なしの鋼塊の計5個の鋼塊を、1200
℃に加熱して仕上げ温度950℃で熱間鍛造し、その後
大気中で放冷して直径40mmの丸棒を得た。このよう
にして得た直径が40mmの丸棒について、Crの偏析
帯の幅を測定した。すなわち、直径が40mmの各丸棒
の横断面を鏡面研磨した後、SEMに付属したEDXに
よって「直径が40mmの丸棒でのCr含有量の1.3
倍を超えるCr含有量となる領域の幅」を下記のように
して調査した。すなわち、EDXのプローブ径を1μm
とし、前記丸棒の横断面の中心部を測定開始点として2
mmの位置までをCrについて線分析を3回実施し、そ
の測定チャートを用いて、Crの分析値が丸棒でのCr
含有量の1.3倍以上であった箇所のうち、最も幅の広
い箇所の幅を前記「直径が40mmの丸棒でのCr含有
量の1.3倍を超えるCr含有量となる領域の幅」とし
て決定した。 【0055】更に、直径が40mmの丸棒の中心部から
鍛造軸に平行に、機械加工により平行部の長さと直径が
それぞれ50mmと10mmの捩り試験用の試験片を採
取し、1050℃、1100℃及び1150℃の各温度
で15分保持した後、速度300rpmで熱間捩り試験
し、上記3温度における破断までの捻回数の平均値を求
めた。 【0056】又、前記直径40mmの丸棒の中心部から
鍛造軸に平行に、機械加工により直径12mm、長さ2
2mmの試験片を切り出し、この試験片を焼入れ、焼戻
し処理(820℃で30分保持してから油焼入れし、1
60℃で1時間焼戻し)して転動疲労試験に供した。す
なわち、円筒型の転動疲労試験機を用いて、潤滑油に#
68タービン油を使用して、ヘルツ最大接触応力が59
00MPa、試験片負荷回数が46000回/分の条件
で転動疲労試験を行った。各鋼について試験片は10個
ずつとし、10個の試験片の中で最初に表面剥離をおこ
したときの回転数を「転動疲労寿命」とした。転動疲労
寿命が1.0×10 以上の場合に転動疲労特性に優
れていると評価した。 【0057】表4〜6に、「直径が40mmの丸棒での
Cr含有量の1.3倍を超えるCr含有量となる領域の
幅」(各表中では、「Cr偏析帯の幅/直径」と記
載)、上記3温度における破断までの捻回数の平均値
(各表中では単に「破断までの捻回数」と記載)及び転
動疲労寿命の各調査結果をまとめて示す。 【0058】 【表4】【0059】 【表5】【0060】 【表6】 【0061】表4〜6から明らかなように、比較例の鋼
A及び鋼I〜Lを用いた試験番号の場合、つまり、C含
有量が0.8%を下回る鋼Aを用いた試験番号1〜5、
P含有量が0.025%を上回り、且つ「P(%)+2
S(%)」の値が0.040%を上回る鋼Iを用いた試
験番号41〜45、S含有量が0.015%を上回り、
且つ「P(%)+2S(%)」が0.040%を上回る
鋼Jを用いた試験番号46〜50、Ti含有量が0.0
02%を上回る鋼Kを用いた試験番号51〜55、及び
O(酸素)含有量が0.0015%を上回る鋼Lを用い
た試験番号56〜60は、転動疲労寿命が1.0×10
回に達しなていない。 【0062】上記のうち試験番号41、42、46、4
7、51及び56は、「Cr偏析帯の幅/直径」が0.
0030を超えているので転動疲労寿命が特に短い。 【0063】又、上記のうち試験番号4、5、53、5
4、59及び60は、「Cr偏析帯の幅/直径」が0.
0003を下回るため、捻り試験での破断までの捻回数
も目標の値に達していない。 【0064】比較例の鋼E及びFを用いた試験番号21
〜30の場合は、「Cr偏析帯の幅/直径」は本発明範
囲内であるものの、「P(%)+2S(%)」の値が
0.020%を下回るため、捻り試験での破断までの捻
回数が84回より多い。 【0065】上記のうち試験番号24、25、29及び
30は、「Cr偏析帯の幅/直径」が0.0003を下
回っているので、捻回数が特に大きい。 【0066】化学組成が本発明で規定する含有量の範囲
内にある鋼であっても、試験番号6、11、16、3
1、32、36及び37は、「Cr偏析帯の幅/直径」
が0.0030を上回るため、転動疲労寿命が1.0×
10 回に達しなていない。又、試験番号9、10、
14、15、20、40、64及び65は、「Cr偏析
帯の幅/直径」が0.0003を下回っているため、捩
り試験での破断までの捻回数が84回より多い。 【0067】上記の比較例に対し、本発明で規定する条
件を満たす本発明例である試験番号7、8、12、1
3、17〜19、33〜35、38、39、61、62
及び63の場合には、所望の84回以下の捻回数と1.
0×10 以上の転動疲労寿命がともに得られてい
る。 【0068】 【発明の効果】本発明の丸鋼材は、「熱間加工性」に優
れ(すなわち、「熱間加工用の工具の寿命が長い」)更
に、転動疲労寿命も長いので、ボール、コロ、ニード
ル、シャフト、レースなど軸受要素部品の素材として利
用することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F16C 33/62 F16C 33/62

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】質量%で、C:0.8〜1.2%、Si:
    0.2〜2.0%、Mn:0.2〜1.5%、Cr:
    0.5〜2.0%、P:0.005〜0.025%、
    S:0.003〜0.015%でP(%)+2S
    (%):0.020〜0.040%、Al:0.01〜
    0.05%、N:0.005〜0.012%、Cu:
    1.0%以下、Ni:2.0%以下を含有し、残部はF
    e及び不純物からなり、不純物中のTiは0.002%
    以下、O(酸素)は0.0015%以下の丸鋼材であっ
    て、その半径をRとしたとき、横断面の中心から(R/
    10)までの領域に存在する偏析帯において、丸鋼材で
    のCr含有量の1.3倍を超えるCr含有量となる領域
    の幅が、その丸鋼材の直径の0.0003〜0.003
    倍であることを特徴とする熱間加工性に優れた軸受要素
    部品用の丸鋼材。
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