JP2006299313A

JP2006299313A - 転がり支持装置

Info

Publication number: JP2006299313A
Application number: JP2005119924A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sakaguchi; 尚坂口
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】圧延機用転がり軸受のように、高負荷下及び高面圧下で且つ異物混入下で使用される転がり支持装置の転がり疲れ寿命を長くする。
【解決手段】内輪１、外輪２、及びころ３の少なくとも一つを、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｃｒ：０．３〜２．０質量％、Ｓｉ：０．１〜０．６質量％、Ｍｎ：０．３〜２．０質量％、Ｍｏ：２．０質量％以下、Ｎｉ：５．０質量％以下、Ｏ：１２ｐｐｍ以下、残部：Ｆｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、表面硬化熱処理を含む熱処理を施して作製する。そして、その転がり面１Ａ，２Ａ，３Ａをなす表層部は、γ_Rを２０〜４５体積％とし、その芯部は、１ｍｍ²当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径を３０μｍ以下で且つ６０μｍ以上の旧オーステナイト結晶粒を５個以下とし、硬さをＨｖ３３０以上とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受、ボールねじ、リニアガイド等の転がり支持装置に関するものである。

鉄鋼設備で使用される転がり軸受は、高負荷下及び高面圧下等の苛酷な使用環境下で用いられることが多いため、このような苛酷な使用環境下においても転がり疲れ寿命を長くすることが要求されている。
このため、このような苛酷な使用環境下で用いられる転がり軸受では、Ｎｉ（ニッケル）やＭｏ（モリブデン）が添加されたＳＮＣＭ８１５等の肌焼鋼に対して、剪断応力に耐え得る有効硬化層深さが得られる条件で長時間の浸炭焼入れ及び焼戻しが施された転動部材が用いられている。

また、特許文献１では、高負荷下及び高面圧下で且つ異物混入下で生じる表面損傷を抑制するために、内輪、外輪、及び転動体のうち少なくとも一つを、単位面積当たりに存在する非金属介在物（酸化物系介在物）の数や大きさを規定した鋼で作製するとともに、その表面層の残留オーステナイト量を２０体積％以上４５体積％以下とすることが提案されている。

さらに、特許文献２〜特許文献４では、高負荷下及び高面圧下で且つ清浄環境下で生じる非金属介在物を起点とする内部損傷を抑制するために、軸受鋼中の単位面積や単位体積当たりに存在する非金属介在物（酸化物系介在物やＴｉ系介在物）の数や大きさを規定することが提案されている。
ところで、近年、特に圧延機用転がり軸受では、その使用環境のさらなる高負荷化が進み、特に高い剪断応力が加わることから、上述した異物混入による表面損傷に加えて、上述した内部損傷とは異なる形態の独特の損傷が生じることで、転がり疲れ寿命を長くできないことが問題となっている。
特開平３ー５６６４０号公報特開平６−１４５８８３号公報特開２００４−８４８６９号公報特開平７−１０９５４１号公報

しかしながら、上述した特許文献１〜４に記載の技術では、非金属介在物を起点とする内部損傷や異物混入による表面損傷を抑制することはできるが、上述した独特の損傷を抑制することは難しい。このため、上述した特許文献１〜４に記載の技術には、圧延機用転がり軸受のように、上述した独特の損傷が生じる転がり支持装置の転がり疲れ寿命を長くするという点でさらなる改善の余地がある。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、圧延機用転がり軸受のように、高負荷下、高面圧下、及び異物混入下等の苛酷な使用環境下で用いられる転がり支持装置の転がり疲れ寿命を長くすることを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、圧延機用転がり軸受で生じる独特の損傷は、表面よりも深い位置（芯部）において、粗大化した結晶粒を起点とする亀裂が進展することで生じていることを発見した。また、結晶粒の粗大化に加えて、熱処理時に発生する引っ張り残留応力が芯部の疲労強度を低下させる要因となっていることも発見した。

そこで、本発明者は、芯部において、マルテンサイト組織を構成する旧オーステナイト結晶粒を微細化し、且つ、引っ張り残留応力の発生を抑制することで、上述した独特の損傷を抑制可能であることを見出して、本発明をなすに至った。また、本発明者は、旧オーステナイト結晶粒を微細化する方法として、鋼からなる素材にＮｂ（ニオブ）やＡｌ（アルミニウム）等の粒成長ピン止め効果を有する元素を添加する方法ではなく、鋼の熱処理を工夫する方法を採用することで、素材のコストを上昇させることなく、上述した独特の損傷を抑制可能であることを見出して、本発明を完成させた。

すなわち、本発明に係る請求項１に記載の転がり支持装置は、互いに対向配置される軌道面を有する第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び前記第二部材の間に転動自在に配設され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記第一部材及び前記第二部材のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置において、前記第一部材、前記第二部材、及び前記転動体のうち少なくとも一つは、鋼からなる素材を所定形状に加工した後、熱処理が施されて得られ、その転がり面をなす表層部は、残留オーステナイト量が２０体積％以上４５体積％以下となっているとともに、その芯部は、１ｍｍ²当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が３０μｍ以下で、１ｍｍ²当たりに存在する６０μｍ以上の旧オーステナイト結晶粒が５個以下で、硬さがＨｖ３３０以上となっていることを特徴とするものである。

また、本発明に係る請求項２に記載の転がり支持装置は、互いに対向配置される軌道面を有する第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び前記第二部材の間に転動自在に配設され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記第一部材及び前記第二部材のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置において、前記第一部材、前記第二部材、及び前記転動体の少なくとも一つは、Ｃ含有率が０．１質量％以上０．６質量％以下、Ｃｒ含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下、Ｓｉ含有率が０．１質量％以上０．６質量％以下、Ｍｎ含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下、Ｍｏ含有率が２．０質量％以下、Ｎｉ含有率が５．０質量％以下、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、表面硬化熱処理を含む熱処理が施されて得られ、その転がり面をなす表層部は、残留オーステナイト量が２０体積％以上４５体積％以下となっているとともに、その芯部は、１ｍｍ²当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が３０μｍ以下で、１ｍｍ²当たりに存在する６０μｍ以上の旧オーステナイト結晶粒が５個以下で、硬さがＨｖ３３０以上となっていることを特徴としている。

さらに、本発明に係る請求項３に記載の転がり支持装置は、圧延機の回転部分を支持するために使用される転がり軸受であることを特徴としている。
なお、本発明において「転がり支持装置」とは、例えば、転がり軸受、ボールねじ、リニアガイドを指す。ここで、転がり支持装置が転がり軸受の場合には、第一部材及び第二部材は内輪及び外輪を指す。また、転がり支持装置がボールねじの場合には、第一部材及び第二部材はねじ軸及びナットを指す。さらに、転がり支持装置がリニアガイドの場合には、第一部材及び第二部材は案内レール及びスライダを指す。

また、本発明において「転がり面」とは、他の部材と転がり接触する面を指し、例えば、第一部材及び第二部材の軌道面や、転動体の転動面を指す。
さらに、本発明において「表層部」とは、表面から所定深さ（例えば０．１μｍ）までの部分を指し、「芯部」とは、素材と含有成分に差がない部分を指す。
さらに、本発明において「旧オーステナイト結晶粒」とは、焼入れ前のオーステナイト結晶粒を指し、焼入れ及び焼戻し後にマルテンサイト組織を腐食させることで現出できるものである。
本発明に係る転がり支持装置は、以下に示す特定の鋼からなる素材を所定形状に加工した後、以下に示す表面硬化熱処理を含む熱処理を施して、転動部材（第一部材、第二部材、転動体）における芯部の構成と表層部の構成とを特定することで完成させることができる。

以下、本発明における各数値限定の理由について詳細に説明する。
＜Ｃ含有率：０．１質量％以上０．６質量％以下＞
Ｃ（炭素）は、基地をマルテンサイト化することにより、鋼に必要な強度と寿命を付与する作用を有する。ここで、表層部のＣ含有率は、表面硬化熱処理として浸炭処理や浸炭窒化処理を行う場合に添加することができるため、素材をなす鋼のＣ含有率は、完成状態の転動部材の芯部に必要な強度を付与できる量とする必要がある。よって、素材をなす鋼のＣ含有率は０．１質量％以上とする。
一方、素材をなす鋼のＣ含有率が多過ぎると、製鋼時に粗大な炭化物が生成して疲労特性を低下させるおそれがある。よって、素材をなす鋼のＣ含有率は０．６質量％以下とする。

＜Ｃｒ含有率：０．３質量％以上２．０質量％以下＞
Ｃｒ（クロム）は、焼入れ性及び焼戻し軟化特性を向上させることで、基地を強化して転がり疲れ寿命を向上させる作用を有する。また、Ｃｒは、高硬度で微細な炭化物や炭窒化物を生成して、耐摩耗性を向上させる作用も有する、さらに、Ｃｒは、表面硬化熱処理として浸炭処理や浸炭窒化処理を行う場合に表層部のＣ含有率が増加させて、浸炭特性や浸炭窒化特性を向上させる作用も有する。これらの作用を得るために、Ｃｒ含有率は０．３質量％以上とする。
一方、Ｃｒ含有率が多過ぎると、上述した効果が飽和するだけでなく、表層部に不動態膜が形成されて浸炭特性や浸炭窒化特性を阻害するおそれがある。よって、Ｃｒ含有率は２．０質量％以下とする。

＜Ｓｉ含有率：０．１質量％以上０．６質量％以下＞
Ｓｉ（ケイ素）は、製鋼時に脱酸剤及び脱硫剤としての作用を有する。この作用を得るために、Ｓｉ含有率は０．１質量％以上とする。
一方、Ｓｉ含有率が多過ぎると、素材の鍛造性及び被削性等の機械加工性が低下する。よって、Ｓｉ含有率は０．６質量％以下とする。

＜Ｍｎ含有率：０．３質量％以上２．０質量％以下＞
Ｍｎ（マンガン）は、Ｓｉと同様に、製鋼時に脱酸剤及び脱硫剤としての作用を有する他、焼入れ性を向上させる作用を有する。これらの作用を得るために、Ｍｎ含有率は０．３質量％以上、好ましくは０．５質量％以上とする。
一方、Ｍｎ含有率が多過ぎると、非金属介在物が多く生成されて転がり寿命特性が低下するおそれがあるとともに、素材の鍛造性及び被削性等の機械加工性が低下する。よって、Ｍｎ含有率は２．０質量％以下とする。

＜Ｍｏ含有率：２．０質量％以下，Ｎｉ含有率：５．０質量％以下＞
Ｍｏ（モリブデン）やＮｉ（ニッケル）は、焼入れ性を向上させることにより、基地を強化して転がり疲れ寿命を向上させる作用を有する。特に、圧延機用転がり軸受のように、軌道輪の肉厚が大きい場合には、Ｍｏ及びＮｉの少なくとも一つの元素を添加する必要がある。
一方、Ｍｏ含有率やＮｉ含有率が多過ぎると、熱間加工性の劣化や製造コストの上昇を招く。よって、Ｍｏ含有率は２．０質量％以下とし、Ｎｉ含有率は５．０質量％以下とする。

＜Ｏ含有率：１２ｐｐｍ以下＞
Ｏ（酸素）は、硬質な酸化物系介在物を形成して、転がり疲れ寿命を低下させる。このため、Ｏ含有率は出来る限り少なくする必要がある。よって、Ｏ含有率は１２ｐｐｍ以下、好ましくは９ｐｐｍ以下とする。

＜表層部の構成について＞
異物混入下で生じる表面損傷を抑制するために、転動部材の転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量は、２０体積％以上、好ましくは２５体積％以上とする。
一方、転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量が４５体積％を超えると、塑性変形を起こし易くなる。よって、転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量は４５体積％以下とする。
また、表層部に転動部材として必要な硬さを付与するために、熱処理後の表層部のＣ含有率は０．５質量％以上とすることが好ましく、０．９質量％以上とすることがより好ましい。
一方、表層部のＣ含有率が多過ぎると、巨大炭化物の生成や異常組織が発生するため、熱処理後の表層部のＣ含有率は１．８質量％以下とすることが好ましく、１．２質量％以下とすることがより好ましい。

＜芯部の構成について＞
上述した結晶粒を起点とする損傷を抑制するために、芯部の１ｍｍ²当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は３０μｍ以下とし、１ｍｍ²当たりに存在する６０μｍ以上の旧オーステナイト結晶粒は５個以下とする。
ここで、芯部の旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が３０μｍを超えると、上述した粗大な結晶粒を起点とする損傷が生じ易くなる。また、芯部の１ｍｍ²当たりに存在する６０μｍ以上の旧オーステナイト結晶粒が５個を超えると、上述した粗大な結晶粒を起点とする損傷が生じ易くなる。

なお、芯部の１ｍｍ²当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径と、１ｍｍ²当たりに存在する６０μｍ以上の旧オーステナイト結晶粒の下限値は、いずれも熱処理時に著しいコストの上昇を招かない範囲で出来る限り少なくすることが好ましい。
また、芯部の硬さは、熱処理時に発生する引っ張り残留応力に耐えうる疲労強度を付与するために、Ｈｖ３３０以上とする必要がある。一方、芯部の硬さが硬過ぎると、芯部で割れが生じ易くなる。よって、芯部の硬さは、Ｈｖ５９５以下とすることが好ましい。

＜熱処理について＞
上述した特定の鋼を用いて、上述した構成の転動部材を得るための熱処理としては、特に限定されないが、例えば、下記に示す三つの方法が挙げられる。
第一の方法としては、浸炭処理又は浸炭窒化処理を行った後、焼入れ又は空冷を行い、さらに、オーステナイト変態点以上の温度への加熱を二回以上繰り返し行った後、焼戻しを行う方法が挙げられる。
具体的には、まず、８５０〜１０５０℃程度で浸炭処理又は浸炭窒化処理を行った後、焼鈍を行うか、オーステナイト温度域直上から焼入れを行う（工程１）。これにより、表層部に転動部材として必要な硬さが付与される。

次に、オーステナイト変態点以上の温度へ加熱を行った後、焼入れ又は空冷を行う処理を、二回以上繰り返し行う（工程２）。このとき、工程１で焼入れを行った場合の工程２の加熱温度は、工程１の焼入れ前の温度よりも低く、且つ、オーステナイト変態点以上とする必要がある。また、工程２の最後の処理は、表層部に転動部材として必要な硬さを得るために、オーステナイト変態点以上の温度へ加熱を行った後、空冷ではなく焼入れとする必要がある。

これにより、転動部材の芯部及び表層部において、旧オーステナイト結晶粒の核発生が促進されて、工程１で粗大化した旧オーステナイト結晶粒が微細化する。なお、工程２の処理回数を４回以上とすると、旧オーステナイト結晶粒の微細化効果が飽和するとともに、熱処理コストが上昇するため、３回以下とすることが好ましい。

次に、１５０〜２２０℃程度で２時間程度の焼戻しを行う（工程３）。これにより、表層部に転動部材として必要な硬さを付与するとともに、異物混入下での表面損傷を抑制する効果を有する残留オーステナイト量を本発明の範囲内にすることができる。
第二の方法としては、浸炭処理又は浸炭窒化処理を行った後、オーステナイト変態点以下まで過冷してオースフォーミングを行い、さらにオーステナイト変態点以上に加熱して焼入れ及び焼戻し処理を行う方法が挙げられる。

具体的には、まず、８５０〜１０５０℃程度で浸炭処理又は浸炭窒化処理を行った後、オーステナイト変態点以下まで過冷してオースフォーミングを行う。これにより、オースフォーミング後の組織が微細化するとともに、多量の格子歪みが発生するため、転動部材の芯部及び表層部において、旧オーステナイト結晶粒の核発生が促進されて、旧オーステナイト結晶粒が微細化する。

次に、オーステナイト変態点以上に加熱して、焼入れ及び焼戻しを行う。これにより、表層部に転動部材として必要な硬さを付与するとともに、異物混入下での表面損傷を抑制する効果を有する残留オーステナイト量を本発明の範囲内にすることができる。
第三の方法としては、浸炭処理又は浸炭窒化処理を行った後に、数段階のステップを経て、温度を低下させた後、焼入れ処理及び焼戻し処理を行う方法が挙げられる。

具体的には、まず、８５０〜１０５０℃程度で浸炭処理又は浸炭窒化処理を行った後、ステップを経て温度を低下させる。これにより、転動部材の芯部及び表層部において、旧オーステナイト結晶粒の核発生が促進されて、旧オーステナイト結晶粒が微細化する。
次に、オーステナイト変態点以上に加熱して、焼入れ及び焼戻しを行う。これにより、表層部に転動部材として必要な硬さを付与するとともに、異物混入下での表面損傷を抑制する効果を有する残留オーステナイト量を本発明の範囲内にすることができる。

本発明に係る転がり支持装置によれば、転動部材（第一部材、第二部材、転動体）の少なくとも一つにおいて、その転がり面をなす表層部の残留オーステナイトと、その芯部の１ｍｍ²当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径及び所定粒径の個数とを特定したことにより、異物混入による表面損傷が抑制されるとともに、芯部における粗大な結晶粒を起点とする損傷が抑制される。

よって、本発明に係る転がり支持装置は、圧延機用転がり軸受のように、高負荷下、高面圧下、及び異物混入下等の苛酷な使用環境下で用いられた場合であっても、転がり疲れ寿命を長くできる。
また、本発明に係る転がり支持装置の転動部材の少なくとも一つを、特定の鋼からなる素材を所定形状に加工した後、表面硬化熱処理を含む熱処理を施すことで作製し、その転がり面をなす表層部及び芯部を特定の構成とすることにより、素材のコストを上昇させることなく、転がり疲れ寿命を長くできる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態では、図１に示す構成の円筒ころ軸受（呼び番号ＮＵ２２８：内径１４０ｍｍ，外径２５０ｍｍ，幅４２ｍｍ）を、以下に示す方法で作製した。この円筒ころ軸受（転がり支持装置）１０は、図１に示すように、内輪（第一部材）１と、外輪（第二部材）２と、円筒状の複数のころ（転動体）３と、保持器４と、からなる。
内輪１、外輪２、及びころ３は、以下の手順で作製した。
まず、表１に示す各含有率のＣ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｎｉが添加され、且つ、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下の鋼からなる素材を、鍛造や旋削等により所定形状に加工した。

次に、これらに表２に示す各条件の熱処理を施した後、研削等の仕上げ加工を施すことで完成させた。なお、表２中に（１）で示す熱処理方法は、図２に示す熱処理を指す。同様に、表２中に（２）で示す熱処理方法は図３に示す熱処理方法を、表２中に（３）で示す熱処理方法は図４に示す熱処理方法を、表２中に（４）で示す熱処理方法は図５に示す熱処理方法をそれぞれ指す。

ここで、本実施形態で作製した円筒ころ軸受１０は、通常の圧延機用転がり軸受（例えば、呼び番号８５０ＲＶ１１３３：内径８５０ｍｍ，外径１１８０ｍｍ，幅６５０ｍｍ，ころ直径８０ｍｍ）と比較して極めて小さい。よって、本実施形態では、円筒ころ軸受１０を構成する転動部材（内輪１、外輪２、ころ３）において、上述した呼び番号８５０ＲＶ１１３３用の転動部材に１００時間浸炭処理を施した場合と同様の有効硬化層深さと結晶粒度が得られるように工程１を行った。具体的には、ＲＸガス（空気とプロパンガスの混合ガス）の雰囲気中において所定時間加熱保持した後、プロパンガスをさらに導入して所定時間加熱保持することにより、浸炭処理を行った。

次に、得られた内輪１、外輪２、及びころ３のうち破壊試験用のサンプルに対して、転がり面（軌道面１Ａ，２Ａと転動面３Ａ）をなす表層部（表面から０．１μｍの深さまでの部分）の残留オーステナイト量（γ_R）と、芯部（浸炭層が形成されていない部分）の単位面積（１ｍｍ²）当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径、最大粒径、及び粒径が６０μｍ以上の結晶粒の個数と、をそれぞれ測定した。
これらの結果は、表２に併せて示した。また、得られた内輪１、外輪２、及びころ３の転がり面をなす表層部のＣ含有率は、いずれも０．５質量％以上１．８質量％以下であった。
なお、前記表層部の残留オーステナイト量（体積比）は、表面から０．１μｍの深さまでの部分でＸ線回折装置により測定した。

また、前記芯部に存在する旧オーステナイトの結晶粒径は、以下のように測定した。まず、内輪１、外輪２、及びころ３をそれぞれ切断し、これらの切断面をピクリン酸溶液（ピクラール：ラウリルベンゼンスルフォン酸＝１：１）を用いて腐食させることで、芯部の組織を現出させた。そして、この組織を走査型電子顕微鏡で観察し、結晶粒界をトレースして画像処理することにより、１ｍｍ²当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒径の平均粒径と、最大粒径と、粒径が６０μｍ以上の結晶粒の個数と、をそれぞれ算出した。
さらに、前記芯部の硬さは、浸炭層が形成されていない部分でビッカース硬さ試験法を用いて算出した。

次に、得られた内輪１、外輪２、及びころ３のうち寿命試験用のサンプルと、鋼製の保持器４と、を用いて、円筒ころ軸受１０を組み立てた。そして、この円筒ころ軸受１０について、高負荷下及び高面圧下で使用することを想定した以下に示す条件で寿命試験を行った。
この寿命試験は、内輪１、外輪２、及びころ３の少なくとも一つに損傷が生じるまで内輪１を回転させることで行い、損傷が生じるまでの回転時間を寿命とした。また、この寿命試験は、各サンプルについてそれぞれ２０回の寿命試験を行って、ワイブル分布関数に基づくＬ₁₀寿命を計算し、Ｎｏ．１１のＬ₁₀寿命を１とした時の比を、表２に併せて示した。
＜寿命試験条件＞
ラジアル荷重：Ｐ／Ｃ＝０．６
回転速度：１０００ｍｉｎ^-1
潤滑油：Ｒｏ６８

表２に示すように、内輪１、外輪２、及びころ３を本発明の構成（転がり面をなす表層部の構成、芯部の構成）とした実施例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９では、本発明の構成外の比較例Ｎｏ．１０〜１３と比較して、長寿命であり、Ｎｏ．１１の６．８倍以上の寿命が得られた。
このうち、同一鋼種を用いて異なる熱処理を施したＮｏ．２とＮｏ．３では、工程２におけるオーステナイト変態点以上の温度までの加熱回数が多いＮｏ．３のほうが、長寿命が得られていた。

続いて、内輪１、外輪２、及びころ３を、以下の手順で作製した。
まず、表１に示す鋼種Ａからなる素材を、鍛造や旋削等により所定形状に加工した。次に、これらに表２に（１）で示す熱処理を焼戻し温度を種々変更して施した後、研削等の仕上げ加工を施すことで完成させた。
次に、得られた内輪１、外輪２、及びころ３のうち破壊試験用のサンプルに対して、上述と同様の方法で、転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量（γ_R）と、芯部の１ｍｍ²当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径、最大粒径、及び粒径が６０μｍ以上の結晶粒の個数と、をそれぞれ測定した。これらの結果は、表３に示した。

次に、得られた内輪１、外輪２、及びころ３のうち寿命試験用のサンプルと、鋼製の保持器４と、を用いて、上述と同様の円筒ころ軸受１０を組み立てた。そして、この円筒ころ軸受１０について、高負荷下及び高面圧下で且つ異物混入下で使用することを想定した以下に示す条件で寿命試験を行った。
この寿命試験は、上述と同様の条件に加えて、潤滑油中にＦｅＣ₃系の鉄粉を８００ｐｐｍ混入させた条件で行った。そして、上述と同様に、この寿命試験も、各サンプルについてそれぞれ２０回の寿命試験を行って、ワイブル分布関数に基づくＬ₁₀寿命を計算し、Ｎｏ．２１のＬ₁₀寿命を１とした時の比を、表３に併せて示した。

表３に示すように、内輪１、外輪２、及びころ３を本発明の構成（転がり面をなす表層部の構成、芯部の構成）とした実施例Ｎｏ．２１〜Ｎｏ．２３では、転がり面の表層部の構成が本発明の構成外の比較例Ｎｏ．２４〜２６と比較して、長寿命であった。
以上の結果から、内輪１、外輪２、及びころ３を本発明の構成 (転がり面をなす表層部の構成、芯部の構成）とすることにより、高負荷下及び高面圧下で且つ異物混入下で使用される円筒ころ軸受１０の転がり疲れ寿命を長くできることが分かった。すなわち、本実施形態の結果から、高負荷下、高面圧下、及び異物混入下等の苛酷な使用環境下で用いられる圧延機用転がり軸受においても、転がり疲れ寿命を長くできることが確認できた。

本発明に係る転がり支持装置の一例である円筒ころ軸受を示す断面図である。本発明に係る熱処理方法の一例を示す模式図である。本発明に係る熱処理方法の他の例を示す模式図である。本発明に係る熱処理方法の一例を示す模式図である。従来の熱処理方法の一例を示す模式図である。

符号の説明

１内輪（第一部材）
１Ａ軌道面（転がり面）
２外輪（第二部材）
２Ａ軌道面（転がり面）
３ころ（転動体）
３Ａ転動面 (転がり面）
４保持器
１０円筒ころ軸受（転がり支持装置）

Claims

互いに対向配置される軌道面を有する第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び前記第二部材の間に転動自在に配設され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記第一部材及び前記第二部材のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置において、
前記第一部材、前記第二部材、及び前記転動体のうち少なくとも一つは、
鋼からなる素材を所定形状に加工した後、熱処理が施されて得られ、
その転がり面をなす表層部は、残留オーステナイト量が２０体積％以上４５体積％以下となっているとともに、
その芯部は、１ｍｍ²当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が３０μｍ以下で、１ｍｍ²当たりに存在する６０μｍ以上の旧オーステナイト結晶粒が５個以下で、硬さがＨｖ３３０以上となっていることを特徴とする転がり支持装置。
互いに対向配置される軌道面を有する第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び前記第二部材の間に転動自在に配設され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記第一部材及び前記第二部材のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置において、
前記第一部材、前記第二部材、及び前記転動体のうち少なくとも一つは、
Ｃ含有率が０．１質量％以上０．６質量％以下、Ｃｒ含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下、Ｓｉ含有率が０．１質量％以上０．６質量％以下、Ｍｎ含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下、Ｍｏ含有率が２．０質量％以下、Ｎｉ含有率が５．０質量％以下、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、表面硬化熱処理を含む熱処理が施されて得られ、
その転がり面をなす表層部は、残留オーステナイト量が２０体積％以上４５体積％以下となっているとともに、
その芯部は、１ｍｍ²当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が３０μｍ以下で、１ｍｍ²当たりに存在する６０μｍ以上の旧オーステナイト結晶粒が５個以下で、硬さがＨｖ３３０以上となっていることを特徴とする転がり支持装置。
圧延機の回転部分を支持するために使用される転がり軸受であることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり支持装置。