JP2007231974A - Rolling member, rolling bearing and method for manufacturing them - Google Patents

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信之 毛利
Hirokazu Nakajima
碩一 中島
Masaki Egami
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rolling member, a rolling bearing and a method for manufacturing them, which sufficiently suppress hydrogen embrittlement separation while preventing an increase in production cost. <P>SOLUTION: At least one of an outer ring 11, an inner ring 12 and a ball 13 as a rolling member is formed of steel containing, by mass, 0.25 to 0.65% C, 0.15 to 0.35% Si, 0.6 to 0.9% Mn, and the balance consisting of Fe and inevitable impurities. The content of chromium of the steel is controlled to 0.3% or less by mass. A nitrogen-enriched layer is formed on the surface portion. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は転動部材、転がり軸受およびその製造方法に関し、より特定的には、水素脆性剥離寿命の長寿命化が要求される用途に用いられる転動部材、転がり軸受およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a rolling member, a rolling bearing, and a method for manufacturing the same, and more specifically to a rolling member, a rolling bearing, and a method for manufacturing the same that are used in applications that require a long life of hydrogen brittle exfoliation life. is there.

近年、転がり軸受が用いられる製品の高性能化や小型化、たとえば自動車の高速化、高出力化、コンパクト化が進んでいる。これに伴い、たとえば自動車のオルタネータ、ファンクラッチ、カーエアコン電磁クラッチなどの電装補機に用いられる転がり軸受（電装補機用転がり軸受）においては、高速回転、高負荷荷重、高振動といった苛酷な条件下で用いられる場合が多くなっている。このような状況の下、特にオルタネータや電装補機用プーリに用いられるオルタネータ用軸受やプーリ用軸受などにおいては、使用中に転走面に早期に剥離が発生し、当該剥離の起点付近に白層と呼ばれる組織が観察される場合がある。   In recent years, products using rolling bearings have been improved in performance and size, for example, higher speed, higher output, and compactness of automobiles. As a result, in rolling bearings (rolling bearings for electrical accessories) used in electrical accessories such as automotive alternators, fan clutches, and car air conditioner electromagnetic clutches, severe conditions such as high-speed rotation, high load load, and high vibration are required. More often used below. Under such circumstances, particularly in the case of alternator bearings and pulley bearings used for alternators and pulleys for electrical equipment, peeling occurs early on the rolling surface during use, and there is a white area near the separation starting point. A tissue called a layer may be observed.

図１３は、オルタネータ用軸受の使用条件を再現した転動疲労寿命試験において、従来の電装補機用転がり軸受の剥離起点付近に発生した白層の光学顕微鏡写真である。図１３においては、転走面に対して垂直な軌道輪の断面が示されている。図１３を参照して、電装補機用転がり軸受に発生する白層について説明する。   FIG. 13 is an optical micrograph of a white layer generated in the vicinity of the separation starting point of a conventional rolling bearing for electrical equipment in a rolling fatigue life test reproducing the use conditions of the alternator bearing. FIG. 13 shows a cross section of the raceway ring perpendicular to the rolling surface. With reference to FIG. 13, the white layer which generate | occur | produces in the rolling bearing for electrical equipment auxiliary machines is demonstrated.

図１３を参照して、試験対象となった電装補機用軸受は、オルタネータ用軸受の使用条件を再現した転動疲労寿命試験において、軌道輪１００に剥離が発生し、試験が中止された。そして、剥離が発生した軌道輪１００の剥離起点付近を転走面１０１に垂直な断面で切断し、研磨後に断面を硝酸アルコール溶液（ナイタル）にて腐食した後、光学顕微鏡で観察した。図１３に示すように、剥離起点付近の亀裂１０３の周辺に白層１０２が観察される。ここで、白層１０２は、一般的な転動疲労によって生じるＷＥＣ（Ｗｈｉｔｅ Ｅｔｃｈｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ）や、一般的な転動疲労によって非金属介在物の周辺に生じるバタフライとは異なり、転動体の転走方向１０４に対して方向性を持たないことが特徴である。   Referring to FIG. 13, in the rolling fatigue life test that reproduced the use conditions of the alternator bearing, the bearing for the electrical accessory machine that was the subject of the test was peeled off on the race 100 and the test was stopped. Then, the vicinity of the peeling start point of the raceway ring 100 where peeling occurred was cut along a cross section perpendicular to the rolling contact surface 101, and after polishing, the cross section was corroded with a nitric alcohol solution (nitral) and then observed with an optical microscope. As shown in FIG. 13, the white layer 102 is observed around the crack 103 in the vicinity of the separation starting point. Here, the white layer 102 is different from WEC (White Etching Constituent) generated by general rolling fatigue and butterfly generated around non-metallic inclusions by general rolling fatigue, and the rolling direction of the rolling element It is characterized by having no directionality with respect to 104.

このような白層が発生した軸受を構成する転動部材としての軌道輪や転動体においては、当該転動部材を構成する鋼中の水素含有量が明確に増加している。また、白層内に存在する亀裂は、鋼の結晶粒界に沿って転動部材の内部深くまで進展している。このことから、上述の白層の発生を伴った剥離による軸受の損傷には、水素が関与していることは確実であると考えられる。本明細書、要約書、特許請求の範囲においては、上述の白層を伴った特異な剥離を水素脆性剥離と呼ぶ。   In a bearing ring or a rolling element as a rolling member constituting a bearing in which such a white layer is generated, the hydrogen content in steel constituting the rolling member is clearly increased. Moreover, the crack which exists in a white layer has extended to the deep inside of a rolling member along the grain boundary of steel. From this, it is considered that hydrogen is surely involved in the damage of the bearing due to the peeling accompanied by the generation of the white layer. In the present specification, abstract, and claims, the above-mentioned unique peeling accompanied by the white layer is referred to as hydrogen embrittlement peeling.

水素脆性剥離は、転がり軸受の運転中に転動部材の転走面に生じる化学的に活性な金属新生面の触媒作用により潤滑材が分解され、これにより発生した水素が転動部材を構成する鋼中に侵入することにより発生すると考えられる。   Hydrogen brittle exfoliation is a steel in which the lubricant is decomposed by the catalytic action of the newly active metal surface generated on the rolling surface of the rolling member during the operation of the rolling bearing, and the hydrogen generated thereby forms the rolling member. It is thought to be generated by intruding inside.

これに対し、転がり軸受内に所定の化合物を添加したグリースを封入したオルタネータ用グリース封入転がり軸受（たとえば特許文献１参照）、軌道輪の転走面に酸化皮膜を形成したグリース封入軸受（たとえば特許文献２参照）、表層部に窒素富化層を有するとともに表層部の球状化炭化物の面積率を所定値以上とした転がり軸受（たとえば特許文献３参照）などが提案されている。これにより、転がり軸受の運転中における水素の発生や転動部材への侵入が抑制される。
特開平５−２６３０９１号公報 特開平２−１９０６１５号公報 特開２００４−２７８７８１号公報 In contrast, a grease-enclosed rolling bearing for an alternator in which grease containing a predetermined compound added is encapsulated in a rolling bearing (see, for example, Patent Document 1), and a grease-enclosed bearing in which an oxide film is formed on the rolling surface of a bearing ring (for example, a patent) In addition, a rolling bearing (see, for example, Patent Document 3), which has a nitrogen-enriched layer in the surface layer portion and has an area ratio of spheroidized carbide in the surface layer portion equal to or greater than a predetermined value, has been proposed. Thereby, generation | occurrence | production of hydrogen and the penetration | invasion to a rolling member during the driving | operation of a rolling bearing are suppressed.
JP-A-5-263091 JP-A-2-190615 JP 2004-278781 A

しかしながら、上述のような、近年の転がり軸受の使用環境の苛酷化を考慮すると、特許文献１に開示された潤滑材の改良による水素脆性剥離への対策は、必ずしも十分であるとはいえない。また、特許文献２および３に開示された転動部材の表面処理や転動部材の材質を強化する対策は、転がり軸受の製造コストの上昇を招来し、製品の価格競争力の観点から必ずしも有効な対策とはいえない。   However, in consideration of the severe use environment of rolling bearings as described above, the countermeasures against hydrogen embrittlement peeling by improving the lubricant disclosed in Patent Document 1 are not necessarily sufficient. Further, the countermeasures disclosed in Patent Documents 2 and 3 for strengthening the surface treatment of rolling members and the material of the rolling members cause an increase in the manufacturing cost of rolling bearings and are not necessarily effective from the viewpoint of price competitiveness of products. It is not a safe measure.

そこで、本発明の目的は、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な転動部材、転がり軸受およびその製造方法を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a rolling member, a rolling bearing, and a method for manufacturing the same that can sufficiently suppress hydrogen brittle separation while suppressing an increase in manufacturing cost.

本発明に従った転動部材は、０．２５質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼から構成されている。そして、表層部に窒素富化層が形成されている。   The rolling member according to the present invention has carbon of 0.25 to 0.65% by mass, silicon of 0.15 to 0.35% by mass, and 0.6 to 0.3% by mass of silicon. It is made of steel containing 9% by mass or less of manganese, the balance being iron and inevitable impurities, and the chromium content being suppressed to 0.3% by mass or less. And the nitrogen enriched layer is formed in the surface layer part.

一般に、転がり軸受を構成する鋼としては、高炭素クロム軸受鋼であるＪＩＳ ＳＵＪ２が広く用いられている。ＳＵＪ２は、炭素含有量およびクロム含有量が高いため、焼入が容易で、かつ焼入後の硬度が比較的高い。しかし、水素脆性剥離が問題となるような環境下で使用される転がり軸受においては、上述のように転動部材における金属新生面の出現を抑制する必要がある。近年の転がり軸受の使用環境の苛酷化により、単に素材としてＳＵＪ２を使用するだけでは水素脆性剥離への対策としては不十分となっている。   Generally, JIS SUJ2, which is a high carbon chrome bearing steel, is widely used as the steel constituting the rolling bearing. Since SUJ2 has a high carbon content and chromium content, it is easy to quench and has a relatively high hardness after quenching. However, in a rolling bearing used in an environment where hydrogen embrittlement peeling becomes a problem, it is necessary to suppress the appearance of a new metal surface in the rolling member as described above. Due to the severe use environment of rolling bearings in recent years, simply using SUJ2 as a material is insufficient as a countermeasure against hydrogen embrittlement delamination.

これに対し、ＳＵＪ２製の転動部材の表層部に窒素富化層を形成して、さらに耐摩耗性を向上させる対策が有効であるとも考えられる。しかし、クロム含有量が高く、比較的高価な鋼種であるＳＵＪ２に、さらに窒素富化層を形成するために、たとえば浸炭窒化処理を実施すると、転動部材および転がり軸受の製造コストが上昇する。さらに、硬度および耐摩耗性の上昇による加工の容易性（加工性）の低下により、製造コストが一層上昇し、一般的な許容範囲を超えるおそれがある。   On the other hand, it is considered that a countermeasure for further improving the wear resistance by forming a nitrogen-enriched layer on the surface layer portion of the rolling member made of SUJ2 is effective. However, for example, when carbonitriding is performed on SUJ2, which is a relatively expensive steel type with a high chromium content, in order to form a nitrogen-enriched layer, the manufacturing costs of rolling members and rolling bearings increase. Furthermore, due to a decrease in ease of processing (workability) due to an increase in hardness and wear resistance, the manufacturing cost further increases, and there is a possibility that it exceeds the general allowable range.

本発明者は、転動部材を構成する鋼の組成について詳細に検討するとともに、表面処理との組み合わせにより、製造コストの上昇を抑制しつつ、十分な耐摩耗性を有し、水素脆性剥離を抑制することが可能な転動部材について鋭意検討した。その結果、以下のような知見を得た。すなわち、通常、転がり軸受を構成する転動部材の転走面は、熱処理後の仕上げ工程において、表層部の０．１〜０．２ｍｍの領域が研磨や研削により除去されて形成される。したがって、仕上げ工程において除去される領域よりも深い領域の耐摩耗性を向上させることが、水素脆性剥離の抑制に有効である。転動部材を構成する鋼の炭素量およびクロム量を所定値以下に低減することにより、浸炭窒化処理において、転動部材への窒素の侵入が容易となり、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層を形成することが可能となる。その結果、仕上げ工程における研磨や研削を考慮しても、転動部材の転走面に十分な耐摩耗性を付与しつつ、製造コストを抑制することができる。さらに、比較的高価な合金元素であるクロムの含有量を低減することにより、素材のコストを抑制することも可能となる。   The inventor examines in detail the composition of the steel constituting the rolling member, and has sufficient wear resistance while suppressing an increase in manufacturing cost by combining with the surface treatment, and hydrogen brittle peeling. The rolling member which can be suppressed was earnestly examined. As a result, the following findings were obtained. That is, usually, the rolling surface of the rolling member constituting the rolling bearing is formed by removing a 0.1 to 0.2 mm region of the surface layer portion by polishing or grinding in the finishing step after the heat treatment. Therefore, improving the wear resistance in a region deeper than the region removed in the finishing process is effective in suppressing hydrogen embrittlement peeling. By reducing the amount of carbon and chromium in the steel constituting the rolling member to a predetermined value or less, in the carbonitriding process, nitrogen can easily enter the rolling member, and the processing time of the carbonitriding process can be extended. Therefore, a nitrogen-enriched layer having a sufficient nitrogen concentration and thickness can be formed. As a result, even when polishing and grinding in the finishing process are taken into consideration, the manufacturing cost can be suppressed while providing sufficient wear resistance to the rolling surface of the rolling member. Furthermore, by reducing the content of chromium, which is a relatively expensive alloy element, the cost of the material can be suppressed.

つまり、転動部材において、上述の組成を有する鋼から構成されることにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層を形成することが可能になるとともに、素材のコストを低減することができる。なお、鋼の成分範囲を上述の範囲に限定した理由の詳細については、後述する。さらに、表層部に窒素富化層が形成されていることにより、十分な耐摩耗性を有している。その結果、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な転動部材を提供することができる。   That is, in the rolling member, it is possible to form a nitrogen-enriched layer having a sufficient nitrogen concentration and thickness without extending the carbonitriding process time by being composed of steel having the above-described composition. It becomes possible and the cost of the material can be reduced. In addition, the detail of the reason which limited the component range of steel to the above-mentioned range is mentioned later. Furthermore, since the nitrogen-enriched layer is formed on the surface layer portion, it has sufficient wear resistance. As a result, it is possible to provide a rolling member capable of sufficiently suppressing hydrogen embrittlement separation while suppressing an increase in manufacturing cost.

ここで、表層部とは、転動部材において、表面からの距離が０．２ｍｍ以下である領域をいう。また、窒素富化層とは、転動部材の表層部に形成された転動部材の芯部に比べて窒素含有量が高い層であって、たとえば浸炭窒化、窒化、浸窒などの処理によって形成することができる。   Here, the surface layer portion refers to a region in the rolling member whose distance from the surface is 0.2 mm or less. Further, the nitrogen-enriched layer is a layer having a higher nitrogen content than the core part of the rolling member formed on the surface layer part of the rolling member. Can be formed.

次に、本発明の転動部材を構成する鋼の成分範囲を上述の範囲に限定した理由の詳細について説明する。   Next, the detail of the reason which limited the component range of steel which comprises the rolling member of this invention to the above-mentioned range is demonstrated.

炭素：０．２５質量％以上０．６５質量％以下
炭素含有量が高くなると、転動部材を構成する鋼において、粗大な炭化物（セメンタイト；Ｆｅ３Ｃ）が形成される。この粗大な炭化物は、浸炭窒化処理が実施される時点においても、鋼の素地に固溶せず、転動部材への窒素の侵入を阻害する。炭素量が０．６５質量％を超えると上述の影響が大きくなる。 Carbon: 0.25 mass% or more and 0.65 mass% or less When the carbon content is increased, coarse carbides (cementite; Fe 3 C) are formed in the steel constituting the rolling member. Even when the carbonitriding process is performed, the coarse carbide does not dissolve in the steel base and inhibits nitrogen from entering the rolling member. When the amount of carbon exceeds 0.65% by mass, the above-described influence increases.

一方、炭素量は、鋼の焼入後の硬度に大きな影響を及ぼす。炭素含有量が低い場合、転動部材として機能するために、転動部材の表層部、特に転走面近傍においては炭素濃度を少なくとも０．５質量％以上、十分な硬度を確保するためには浸炭処理により０．８質量％以上に上昇させる必要がある。炭素量が０．２５質量％未満では、炭素濃度を上昇させるために要する時間が長くなり、製造コストの上昇を招来する。そのため、炭素量は、０．２５質量％以上０．６５質量％以下である。なお、製造コストを一層低減するためには、炭素量は０．５質量％以上であることが好ましい。   On the other hand, the amount of carbon greatly affects the hardness of steel after quenching. In order to function as a rolling member when the carbon content is low, in order to ensure a sufficient hardness at a carbon concentration of at least 0.5% by mass in the surface layer portion of the rolling member, particularly in the vicinity of the rolling surface. It is necessary to raise it to 0.8 mass% or more by carburizing treatment. If the amount of carbon is less than 0.25% by mass, the time required to increase the carbon concentration becomes long, leading to an increase in manufacturing cost. Therefore, the carbon content is 0.25 mass% or more and 0.65 mass% or less. In order to further reduce the manufacturing cost, the carbon content is preferably 0.5% by mass or more.

珪素：０．１５質量％以上０．３質量％以下
転動部材の使用環境によっては、使用中に温度が上昇し、転動部材の硬度が低下するという問題が生じる場合がある。転動部材を構成する鋼が珪素を含有することにより、これを防止する効果（焼戻軟化抵抗）が向上する。転動部材を構成する鋼の珪素含有量が０．１５質量％未満の場合、転動部材の焼戻軟化抵抗が不十分となる場合がある。また、珪素は鋼の製造工程において、鋼の特性に対して有害な酸素の含有量を低下させるために添加される元素であり、０．１５質量％未満に低減することは製造コスト上昇の原因となる。一方、転動部材を構成する鋼の珪素含有量が０．３質量％を超える場合、素材の硬度が上昇し、冷間加工性が低下する。以上の理由により、珪素量は０．１５質量％以上０．３質量％以下である。 Silicon: 0.15 mass% or more and 0.3 mass% or less Depending on the usage environment of the rolling member, there may be a problem that the temperature rises during use and the hardness of the rolling member decreases. When steel which comprises a rolling member contains silicon, the effect (temper softening resistance) which prevents this improves. When the silicon content of the steel constituting the rolling member is less than 0.15% by mass, the temper softening resistance of the rolling member may be insufficient. In addition, silicon is an element added to reduce the content of oxygen harmful to steel characteristics in the steel manufacturing process, and reducing it to less than 0.15% by mass causes an increase in manufacturing cost. It becomes. On the other hand, when the silicon content of the steel constituting the rolling member exceeds 0.3% by mass, the hardness of the material increases and the cold workability decreases. For the above reasons, the silicon content is 0.15 mass% or more and 0.3 mass% or less.

マンガン：０．６質量％以上０．９質量％以下
マンガンは、転動部材を構成する鋼に含有されることにより、転動部材の焼入の容易性を向上させる効果を有している。また、マンガンは、転動部材を構成する鋼に不可避に含有される硫黄と化合して硫化マンガンを形成し、ミクロ組織における硫黄の結晶粒界への偏析を抑制して、転動部材の特性の低下を回避する効果を有している。マンガンの含有量が０．６質量％未満の場合、上述の効果を十分に果たすことができない。一方、転動部材を構成する鋼のマンガン含有量が０．９質量％を超える場合、素材の硬度が上昇し、冷間加工性が低下するため、加工コストが上昇する。そのため、マンガン量は０．６質量％以上０．９質量％以下である。 Manganese: 0.6 mass% or more and 0.9 mass% or less Manganese has an effect of improving the ease of quenching of the rolling member by being contained in the steel constituting the rolling member. In addition, manganese combines with sulfur inevitably contained in the steel constituting the rolling member to form manganese sulfide, and suppresses segregation of sulfur to the crystal grain boundaries in the microstructure, thereby reducing the characteristics of the rolling member. This has the effect of avoiding a decrease in When the manganese content is less than 0.6% by mass, the above effects cannot be sufficiently achieved. On the other hand, when the manganese content of the steel constituting the rolling member exceeds 0.9% by mass, the hardness of the material increases and the cold workability decreases, so that the processing cost increases. Therefore, the amount of manganese is 0.6 mass% or more and 0.9 mass% or less.

クロム：０．３質量％以下
クロムは、浸炭窒化が実施される際、鋼の素地への炭化物の固溶を阻害する。そして、浸炭窒化時に残存する炭化物は、転動部材の内部への窒素の侵入を阻害する。クロム量が０．３質量％を超えると、上記の影響が大きくなるため、クロム量は０．３質量％以下である。なお、浸炭窒化における窒素の侵入を容易にし、より短時間で十分な窒素富化層を形成可能とするためには、クロム量は０．２質量％以下であることが好ましい。 Chromium: 0.3 mass% or less Chromium inhibits solid solution of carbide in the steel base when carbonitriding is performed. And the carbide | carbonized_material remaining at the time of carbonitriding inhibits the penetration | invasion of nitrogen to the inside of a rolling member. When the amount of chromium exceeds 0.3% by mass, the above effect becomes large, so the amount of chromium is 0.3% by mass or less. In order to facilitate nitrogen intrusion during carbonitriding and to form a sufficient nitrogen-enriched layer in a shorter time, the chromium content is preferably 0.2% by mass or less.

なお、本発明の転動部材を構成する鋼は、ＪＩＳ Ｇ４０５１に規定される機械構造用炭素鋼のうち上述の組成の条件を満たすものであることが好ましい。具体的には、ＪＩＳ Ｓ２８Ｃ、Ｓ３０Ｃ、Ｓ３３Ｃ、Ｓ３５Ｃ、Ｓ３８Ｃ、Ｓ４０Ｃ、Ｓ４５Ｃ、Ｓ４８Ｃ、Ｓ５０Ｃ、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５Ｃ、Ｓ５８Ｃが上述の組成の条件を満たす。規格鋼を採用することにより、素材の入手が容易になり、かつ素材のコストを低減することができる。また、炭素濃度を上昇させるために要する時間が長くなることによる製造コストの上昇を回避するためには、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５ＣまたはＳ５８Ｃを採用することが、より好ましい。   In addition, it is preferable that the steel which comprises the rolling member of this invention satisfy | fills the conditions of the above-mentioned composition among the carbon steel for machine structures prescribed | regulated to JISG4051. Specifically, JIS S28C, S30C, S33C, S35C, S38C, S40C, S45C, S48C, S50C, S53C, S55C, and S58C satisfy the above-described composition conditions. By adopting standard steel, it becomes easy to obtain the raw material and the cost of the raw material can be reduced. In order to avoid an increase in manufacturing cost due to an increase in the time required to increase the carbon concentration, it is more preferable to employ S53C, S55C or S58C.

上記転動部材において好ましくは、転走面から深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度は、０．１４質量％以上である。   In the rolling member, preferably, the nitrogen concentration in a region within a depth of 0.05 mm from the rolling surface is 0.14% by mass or more.

転がり軸受の運転時における金属新生面の出現を抑制する観点から、転動部材においては、転走面（最表層）だけでなく、転走面から所定の深さ、具体的には０．０５ｍｍ以内の領域が十分な耐摩耗性を有していることが好ましい。転走面から深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度を０．１４質量％以上とすることにより、０．０５ｍｍ以内の領域に十分な耐摩耗性を付与することができる。   From the viewpoint of suppressing the appearance of a new metal surface during the operation of the rolling bearing, not only the rolling surface (outermost layer) but also a predetermined depth from the rolling surface, specifically within 0.05 mm, in the rolling member It is preferable that this region has sufficient wear resistance. By setting the nitrogen concentration in the region within a depth of 0.05 mm from the rolling surface to 0.14% by mass or more, sufficient wear resistance can be imparted to the region within 0.05 mm.

ここで、転走面とは、転動部材において、当該転動部材が他の転動部材と接触する表面であり、たとえば転動部材が転がり軸受の軌道輪である場合、転動体と接触する表面をいう。また、たとえば転動部材が玉軸受の玉である場合、玉の表面全体であり、ころ軸受のころである場合、軌道輪の転走面と接触する外周面をいう。   Here, the rolling surface is a surface of the rolling member in which the rolling member comes into contact with another rolling member. For example, when the rolling member is a raceway ring of a rolling bearing, it comes into contact with the rolling element. The surface. For example, when the rolling member is a ball of a ball bearing, it is the entire surface of the ball, and when the rolling member is a roller of a roller bearing, it means the outer peripheral surface that comes into contact with the rolling surface of the race.

上記転動部材において好ましくは、転走面の硬度は、６０ＨＲＣ以上である。これにより、水素脆性剥離が問題となる環境下で使用される転動部材の転走面に十分な耐摩耗性を付与することができる。なお、水素脆性剥離を一層抑制するためには、転走面の硬度は６１ＨＲＣ以上であることが好ましい。なお、転走面の硬度は、たとえばロックウェル硬度計を使用し、転走面の硬度を５点測定し、その平均値として算出することができる。   In the rolling member, preferably, the hardness of the rolling surface is 60 HRC or more. Thereby, sufficient abrasion resistance can be provided to the rolling surface of the rolling member used in an environment where hydrogen brittle peeling becomes a problem. In order to further suppress hydrogen embrittlement separation, the hardness of the rolling surface is preferably 61 HRC or more. The hardness of the rolling surface can be calculated as an average value of, for example, using a Rockwell hardness meter, measuring the hardness of the rolling surface at five points.

本発明に従った転がり軸受は、軌道部材と、軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体とを備えている。そして、軌道部材および転動体の少なくともいずれか一方は、上述の転動部材である。   The rolling bearing according to the present invention includes a race member and a plurality of rolling elements that are in contact with the race member and disposed on an annular raceway. And at least any one of a track member and a rolling element is the above-mentioned rolling member.

本発明の転がり軸受によれば、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が十分に抑制された上述の転動部材を備えているため、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が十分に抑制された転がり軸受を提供することができる。なお、一層製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が抑制された転がり軸受を提供するためには、軌道部材および転動体の両方が上述の転動部材であることが好ましい。   According to the rolling bearing of the present invention, since the above-described rolling member in which an increase in manufacturing cost is suppressed and hydrogen embrittlement separation is sufficiently suppressed is provided, an increase in manufacturing cost is suppressed and hydrogen embrittlement separation is suppressed. It is possible to provide a rolling bearing in which is sufficiently suppressed. In order to provide a rolling bearing in which an increase in manufacturing cost is further suppressed and hydrogen brittle separation is suppressed, it is preferable that both the race member and the rolling element are the above-described rolling members.

本発明に従った転動部材の製造方法は、鋼材準備工程と、成形工程と、熱処理工程とを備えている。鋼材準備工程では、０．２５質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼から構成される鋼材が準備される。成形工程では、当該鋼材が成形されることにより、転動部材の概略形状に成型された鋼製部材が作製される。熱処理工程では、当該鋼製部材が熱処理される。そして、熱処理工程は、鋼製部材をＡ１点以上の温度で浸炭窒化する浸炭窒化工程と、浸炭窒化工程において浸炭窒化された鋼製部材を、Ａ１点以上の温度からＭｓ点以下の温度に冷却する冷却工程とを含んでいる。 The manufacturing method of the rolling member according to the present invention includes a steel material preparation step, a forming step, and a heat treatment step. In the steel material preparation step, 0.25 mass% to 0.65 mass% carbon, 0.15 mass% to 0.35 mass% silicon, and 0.6 mass% to 0.9 mass%. A steel material made of steel containing manganese, the balance iron and inevitable impurities, and the chromium content being suppressed to 0.3 mass% or less is prepared. In the forming step, the steel member is formed into a general shape of the rolling member. In the heat treatment step, the steel member is heat treated. Then, heat treatment step, the steel member and the carbonitriding step of carbonitriding at a temperature not lower than A 1 point, carburizing a steel member carbonitrided in nitriding process, the temperature not lower than A 1 point below M s point And a cooling step for cooling to a temperature.

本発明の転動部材の製造方法によれば、上述の成分範囲の鋼が鋼材準備工程において準備される鋼材として採用され、熱処理工程において浸炭窒化焼入される。これにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層を形成し、十分な耐摩耗性を転動部材に付与することが可能になるとともに、素材のコストを低減することができる。その結果、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な転動部材を製造することができる。   According to the method for manufacturing a rolling member of the present invention, steel having the above-described composition range is adopted as a steel material prepared in the steel material preparation step, and is carbonitrided and quenched in the heat treatment step. This makes it possible to form a nitrogen-enriched layer having a sufficient nitrogen concentration and thickness without extending the carbonitriding treatment time, and to impart sufficient wear resistance to the rolling member. , Material costs can be reduced. As a result, it is possible to manufacture a rolling member that can sufficiently suppress hydrogen embrittlement separation while suppressing an increase in manufacturing cost.

本発明に従った転がり軸受の製造方法は、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程と、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、転動体製造工程において製造された転動体とを組み合わせることにより、転がり軸受を組立てる組立工程とを備えている。そして、軌道部材製造工程および転動体製造工程の少なくともいずれか一方は、上述の転動部材の製造方法により実施される。   A rolling bearing manufacturing method according to the present invention includes a race member manufacturing process for manufacturing a race member, a rolling element manufacturing process for manufacturing a rolling element, a race member manufactured in the race member manufacturing process, and a rolling element manufacturing process. And an assembling process for assembling the rolling bearing by combining with the rolling elements manufactured in the above. And at least any one of a track member manufacturing process and a rolling element manufacturing process is implemented by the manufacturing method of the above-mentioned rolling member.

本発明の転がり軸受の製造方法によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な転動部材の製造方法により軌道部材製造工程および転動体製造工程の少なくともいずれか一方が実施されるため、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な転がり軸受を製造することができる。なお、一層製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を抑制することが可能な転がり軸受を製造するためには、軌道部材製造工程および転動体製造工程の両方が上述の転動部材の製造方法により実施されることが好ましい。   According to the rolling bearing manufacturing method of the present invention, the raceway member manufacturing process and the rolling element manufacturing process can be performed by a rolling member manufacturing method capable of sufficiently suppressing hydrogen embrittlement separation while suppressing an increase in manufacturing cost. Since at least one of them is performed, it is possible to manufacture a rolling bearing capable of sufficiently suppressing hydrogen embrittlement separation while suppressing an increase in manufacturing cost. In order to manufacture a rolling bearing capable of suppressing hydrogen embrittlement separation while further suppressing an increase in manufacturing cost, both the race member manufacturing process and the rolling element manufacturing process are the same as the manufacturing of the rolling member described above. It is preferably carried out by the method.

以上の説明から明らかなように、本発明の転動部材および転がり軸受によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な転動部材および転がり軸受を提供することができる。また、本発明の転動部材および転がり軸受の製造方法によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な転動部材および転がり軸受を製造することができる。   As is apparent from the above description, according to the rolling member and the rolling bearing of the present invention, the rolling member and the rolling bearing capable of sufficiently suppressing hydrogen embrittlement separation while suppressing an increase in manufacturing cost are provided. Can be provided. Further, according to the rolling member and rolling bearing manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a rolling member and a rolling bearing capable of sufficiently suppressing hydrogen embrittlement separation while suppressing an increase in manufacturing cost. it can.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

図１は、本発明の一実施の形態における転動部材を備えた転がり軸受としての深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。また、図２は、図１の要部を拡大して示した概略部分断面図である。図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態における転がり軸受としての深溝玉軸受について説明する。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a deep groove ball bearing as a rolling bearing provided with a rolling member in an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the deep groove ball bearing as a rolling bearing in one embodiment of this invention is demonstrated.

図１および図２を参照して、深溝玉軸受１は、軌道部材としての環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された軌道部材としての環状の内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置され、円環状の保持器１４に保持された転動体としての複数の玉１３とを備えている。外輪１１の内周面には外輪転走面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には内輪転走面１２Ａが形成されている。そして、外輪転走面１１Ａと内輪転走面１２Ａとが互いに対向するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。さらに、複数の玉１３は、外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａに、玉転走面１３Ａ（玉１３の表面）において接触し、かつ保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、深溝玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。   1 and 2, a deep groove ball bearing 1 includes an annular outer ring 11 as a race member, an annular inner ring 12 as a race member disposed inside the outer ring 11, an outer ring 11 and an inner ring 12. And a plurality of balls 13 as rolling elements held by an annular retainer 14. An outer ring rolling surface 11 </ b> A is formed on the inner circumferential surface of the outer ring 11, and an inner ring rolling surface 12 </ b> A is formed on the outer circumferential surface of the inner ring 12. And the outer ring | wheel 11 and the inner ring | wheel 12 are arrange | positioned so that 11A of outer ring | wheel rolling surfaces and 12A of inner ring | wheels may mutually oppose. Further, the plurality of balls 13 are in contact with the outer ring rolling surface 11A and the inner ring rolling surface 12A at the ball rolling surface 13A (the surface of the ball 13), and are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction by the cage 14. Thus, it is held on an annular track so as to be freely rollable. With the above configuration, the outer ring 11 and the inner ring 12 of the deep groove ball bearing 1 are rotatable relative to each other.

ここで、図２を参照して、本実施の形態の転動部材である軌道部材としての外輪１１、内輪１２、および転動体としての玉１３は、０．２５質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼から構成され、表層部に窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂが形成されている。   Here, referring to FIG. 2, the outer ring 11 as the raceway member, which is the rolling member of the present embodiment, the inner ring 12, and the ball 13 as the rolling element are 0.25 mass% or more and 0.65 mass%. Containing the following carbon, 0.15 mass% or more and 0.35 mass% or less silicon, and 0.6 mass% or more and 0.9 mass% or less manganese, the balance being iron and unavoidable impurities, chromium It is comprised from the steel by which content was suppressed to 0.3 mass% or less, and nitrogen enriched layer 11B, 12B, 13B is formed in the surface layer part.

本実施の形態の転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３においては、上述の組成を有する鋼から構成されていることにより、具体的には炭素量が０．６５質量％以下、クロム量が０．３質量％以下に抑制されていることにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂを形成することが可能になっており、かつ素材のコストが低減されている。さらに、表層部に窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂが形成されていることにより、十分な耐摩耗性を有している。その結果、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離を十分に抑制されている。   In the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 as rolling members of the present embodiment, the carbon content is specifically 0.65% by mass or less by being made of steel having the above-described composition. Forming nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B having sufficient nitrogen concentration and thickness without extending the time for carbonitriding by suppressing the amount to 0.3% by mass or less. Is possible, and the cost of the material is reduced. Furthermore, since the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B are formed on the surface layer portion, sufficient wear resistance is provided. As a result, hydrogen embrittlement delamination is sufficiently suppressed while an increase in manufacturing cost is suppressed.

さらに、図２を参照して、本実施の形態の転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３は、外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａ、玉転走面１３Ａから深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度が、０．１４質量％以上となっている。そのため、転走面１１Ａ、１２Ａ、１３Ａだけでなく、転走面１１Ａ、１２Ａ、１３Ａから０．０５ｍｍ以内の領域が十分な耐摩耗性を有している。その結果、水素脆性剥離が一層抑制されている。   Further, referring to FIG. 2, outer ring 11, inner ring 12 and ball 13 as rolling members of the present embodiment have a depth of 0 from outer ring rolling surface 11 </ b> A, inner ring rolling surface 12 </ b> A, and ball rolling surface 13 </ b> A. The nitrogen concentration in a region within 0.05 mm is 0.14% by mass or more. Therefore, not only the rolling surfaces 11A, 12A, and 13A but also the areas within 0.05 mm from the rolling surfaces 11A, 12A, and 13A have sufficient wear resistance. As a result, hydrogen brittle exfoliation is further suppressed.

さらに、図２を参照して、本実施の形態の転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３においては、転走面１１Ａ、１２Ａ、１３Ａの硬度は、６０ＨＲＣ以上となっている。そのため、深溝玉軸受１の運転中における金属新生面の出現を回避するために最も重要な転走面１１Ａ、１２Ａ、１３Ａの耐摩耗性が向上し、水素脆性剥離が一層抑制されている。   Further, referring to FIG. 2, in outer ring 11, inner ring 12 and ball 13 as rolling members of the present embodiment, the hardness of rolling surfaces 11A, 12A and 13A is 60 HRC or more. Therefore, the wear resistance of the rolling surfaces 11A, 12A, and 13A, which is the most important for avoiding the appearance of a new metal surface during operation of the deep groove ball bearing 1, is improved, and hydrogen brittle separation is further suppressed.

以上のように、本実施の形態の転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３は、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が十分に抑制されている。そして、当該外輪１１、内輪１２および玉１３を備えた深溝玉軸受１は、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が十分に抑制されている。   As described above, the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 as the rolling members of the present embodiment are sufficiently suppressed from hydrogen brittle separation while suppressing an increase in manufacturing cost. And the deep groove ball bearing 1 provided with the said outer ring | wheel 11, the inner ring | wheel 12, and the ball | bowl 13 has fully suppressed hydrogen embrittlement peeling, while the raise of manufacturing cost is suppressed.

図３は、本発明の他の実施の形態における転動部材を備えた転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。また、図４は、図３の要部を拡大して示した概略部分断面図である。図３および図４を参照して、本発明の他の実施の形態における転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受について説明する。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a thrust needle roller bearing as a rolling bearing provided with a rolling member according to another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. With reference to FIG. 3 and FIG. 4, the thrust needle roller bearing as a rolling bearing in other embodiment of this invention is demonstrated.

図３および図４を参照して、スラストニードルころ軸受２は、基本的には図１および図２に基づいて説明した深溝玉軸受１と同様の構成を有している。しかし、スラストニードルころ軸受２は、軌道部材および転動体の構成において、深溝玉軸受１とは異なっている。すなわち、スラストニードルころ軸受２は、円盤状の形状を有し、互いに一方の主面が対向するように配置された軌道部材としての一対の軌道輪２１と、転動体としての複数のニードルころ２３と、円環状の保持器２４とを備えている。複数のニードルころ２３は、一対の軌道輪２１の互いに対向する主面に形成された軌道輪転走面２１Ａに、ころ転走面２３Ａ（外周面）において接触し、かつ保持器２４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、スラストニードルころ軸受２の一対の軌道輪２１は、互いに相対的に回転可能となっている。   3 and 4, the thrust needle roller bearing 2 basically has the same configuration as the deep groove ball bearing 1 described based on FIGS. 1 and 2. However, the thrust needle roller bearing 2 is different from the deep groove ball bearing 1 in the configuration of the raceway member and the rolling element. That is, the thrust needle roller bearing 2 has a disk-like shape, and a pair of race rings 21 as race members disposed so that one main surfaces thereof face each other, and a plurality of needle rollers 23 as rolling elements. And an annular retainer 24. The plurality of needle rollers 23 are in contact with the raceway rolling surface 21A formed on the main surfaces facing each other of the pair of raceways 21 on the roller raceway surface 23A (outer circumferential surface) and are circumferentially moved by the cage 24. By being arranged at a predetermined pitch, it is held so as to roll on an annular track. With the above configuration, the pair of race rings 21 of the thrust needle roller bearing 2 can rotate relative to each other.

ここで、本発明の他の実施の形態における転動部材である軌道部材としての軌道輪２１および転動体としてのニードルころ２３は、それぞれ上述の外輪１１、内輪１２および玉１３に該当し、同様の構成を有している。   Here, the raceway member 21 as a raceway member and the needle roller 23 as a rolling element, which are rolling members in other embodiments of the present invention, correspond to the outer race 11, the inner race 12 and the ball 13, respectively. It has the composition of.

そのため、本発明の他の実施の形態における転動部材としての軌道輪２１およびニードルころ２３は、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が十分に抑制されている。   For this reason, in the raceway ring 21 and the needle roller 23 as the rolling members in another embodiment of the present invention, an increase in manufacturing cost is suppressed and hydrogen brittle separation is sufficiently suppressed.

さらに、本発明の他の実施の形態であるスラストニードルころ軸受２は、当該軌道輪２１およびニードルころ２３を備えているため、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が十分に抑制されたスラストニードルころ軸受となっている。   Furthermore, since the thrust needle roller bearing 2 which is another embodiment of the present invention includes the raceway ring 21 and the needle roller 23, an increase in manufacturing cost is suppressed and hydrogen brittle separation is sufficiently suppressed. Thrust needle roller bearing.

次に、本発明の一実施の形態における転動部材および転がり軸受の製造方法について説明する。図５は、本発明の一実施の形態における転がり軸受の製造方法の概略を示す図である。また、図６は、本発明の一実施の形態における転がり軸受の製造方法に含まれる転動部材の製造方法の概略を示す図である。   Next, a method for manufacturing a rolling member and a rolling bearing according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram showing an outline of a method for manufacturing a rolling bearing in one embodiment of the present invention. Moreover, FIG. 6 is a figure which shows the outline of the manufacturing method of the rolling member contained in the manufacturing method of the rolling bearing in one embodiment of this invention.

図５を参照して、本発明の一実施の形態における転がり軸受の製造方法においては、まず、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程とが実施される。具体的には、軌道部材製造工程では、転動部材としての外輪１１、内輪１２、軌道輪２１などが製造される。一方、転動体製造工程では、玉１３、ニードルころ２３などが製造される。   Referring to FIG. 5, in the method for manufacturing a rolling bearing in one embodiment of the present invention, first, a race member manufacturing process for manufacturing a race member and a rolling element manufacturing process for manufacturing a rolling element are performed. . Specifically, in the track member manufacturing process, the outer ring 11, the inner ring 12, the track ring 21, and the like as rolling members are manufactured. On the other hand, in the rolling element manufacturing process, balls 13 and needle rollers 23 are manufactured.

そして、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、転動体製造工程において製造された転動体とを組み合わせることにより、転がり軸受を組立てる組立工程が実施される。具体的には、たとえば外輪１１および内輪１２と、玉１３とを組み合わせることにより、深溝玉軸受１が組立てられる。そして、この軌道部材製造工程および転動体製造工程は、たとえば以下の転動部材の製造方法により実施される。   And the assembly process which assembles a rolling bearing is implemented by combining the track member manufactured in the track member manufacturing process, and the rolling element manufactured in the rolling element manufacturing process. Specifically, for example, the deep groove ball bearing 1 is assembled by combining the outer ring 11 and the inner ring 12 and the ball 13. And this track member manufacturing process and rolling element manufacturing process are implemented with the manufacturing method of the following rolling members, for example.

図６を参照して、本発明の一実施の形態における転動部材の製造方法においては、まず、０．２５質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼から構成される鋼材を準備する鋼材準備工程が実施される。具体的には、たとえば上記成分を有する棒鋼や鋼線などが準備される。   Referring to FIG. 6, in the method for manufacturing a rolling member according to an embodiment of the present invention, first, carbon of 0.25% by mass to 0.65% by mass and 0.15% by mass to 0.005%. Containing 35% by mass or less of silicon and 0.6% by mass or more and 0.9% by mass or less of manganese, the balance being iron and inevitable impurities, and the chromium content being suppressed to 0.3% by mass or less. A steel material preparation step for preparing a steel material made of steel is performed. Specifically, for example, steel bars or steel wires having the above components are prepared.

次に、図６を参照して、上記鋼材を成形することにより、転動部材の概略形状に成型された鋼製部材を作製する成形工程が実施される。具体的には、たとえば上記棒鋼や鋼線などに対して鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、外輪１１、内輪１２、玉１３などの概略形状に成型された鋼製部材が作製される。   Next, with reference to FIG. 6, the shaping | molding process which produces the steel member shape | molded by the rough shape of the rolling member by shape | molding the said steel material is implemented. Specifically, for example, steel members molded into a schematic shape such as the outer ring 11, the inner ring 12, and the ball 13 are manufactured by performing processing such as forging and turning on the above steel bars and steel wires. The

次に、上記鋼製部材を熱処理する熱処理工程が実施される。熱処理工程は、浸炭窒化工程と、冷却工程と、焼戻工程とを含んでいる。この熱処理工程の詳細については後述する。   Next, a heat treatment step of heat treating the steel member is performed. The heat treatment process includes a carbonitriding process, a cooling process, and a tempering process. Details of this heat treatment step will be described later.

次に、図６を参照して、仕上げ工程が実施される。具体的には、熱処理工程が実施された鋼製部材に対して研削加工などの仕上げ加工が実施されることにより、外輪１１、内輪１２、玉１３などが仕上げられる。これにより、本実施の形態における転動部材としての外輪１１、内輪１２、玉１３、軌道輪２１およびニードルころ２３などが完成する。   Next, referring to FIG. 6, a finishing process is performed. Specifically, the outer ring 11, the inner ring 12, the ball 13 and the like are finished by performing a finishing process such as a grinding process on the steel member that has been subjected to the heat treatment process. Thereby, the outer ring 11, the inner ring 12, the ball 13, the race ring 21, the needle roller 23, and the like as the rolling members in the present embodiment are completed.

次に、熱処理工程の詳細について説明する。図７は、転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。図７において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図７において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図７を参照して、本実施の形態における転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細について説明する。   Next, details of the heat treatment step will be described. FIG. 7 is a diagram for explaining the details of the heat treatment step included in the method of manufacturing the rolling member. In FIG. 7, the horizontal direction indicates time, and the time elapses toward the right. In FIG. 7, the vertical direction indicates the temperature, and the higher the temperature, the higher the temperature. With reference to FIG. 7, the detail of the heat processing process included in the manufacturing method of the rolling member in this Embodiment is demonstrated.

図７を参照して、まず、鋼製部材をＡ１点以上の温度で浸炭窒化する浸炭窒化工程が実施される。具体的には、成形工程において転動部材の概略形状に成形された鋼製部材はＡ１点以上の温度である８００℃以上１０００℃以下の温度、たとえば８５０℃に加熱され、６０分間以上３００分間以下の時間、たとえば１５０分間保持される。このとき、ＲＸガスにアンモニア（ＮＨ３）を添加した雰囲気において加熱されることにより、鋼製部材の表層部の炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度に調整される。 Referring to FIG. 7, first, a carbonitriding process is performed in which a steel member is carbonitrided at a temperature of A 1 point or higher. Specifically, the steel member formed into the schematic shape of the rolling member in the forming step is heated to a temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, which is a temperature of one point or higher, for example, 850 ° C. Hold for less than a minute, for example 150 minutes. At this time, by heating in an atmosphere in which ammonia (NH 3 ) is added to RX gas, the carbon concentration and the nitrogen concentration in the surface layer portion of the steel member are adjusted to desired concentrations.

次に、浸炭窒化工程において浸炭窒化された鋼製部材を、Ａ１点以上の温度からＭｓ点以下の温度に冷却する冷却工程が実施される。具体的には、鋼製部材が、たとえば油中に浸漬されることにより（油冷）、Ａ１点以上の温度からＭｓ点以下の温度に冷却される。これにより、鋼製部材は焼入硬化される。 Next, a cooling step is performed to cool the carbon steel member carbonitrided in the carbonitriding step from a temperature of A 1 point or higher to a temperature of M s point or lower. Specifically, the steel member is cooled, for example, by being immersed in oil (oil cooling) from a temperature of A 1 point or higher to a temperature of M s point or lower. Thereby, the steel member is hardened by hardening.

さらに、図７を参照して、焼入硬化された鋼製部材がＡ１点以下の温度に加熱されることにより焼戻される焼戻工程が実施される。具体的には、焼入硬化された鋼製部材がＡ１点以下の温度である１５０℃以上３５０℃以下の温度、たとえば１８０℃に加熱され、３０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される（空冷）。以上の手順により、本実施の形態における転動部材および転がり軸受の製造方法に含まれる転動部材の熱処理工程は完了する。 Further, referring to FIG. 7, a tempering step is performed in which the quench-hardened steel member is tempered by being heated to a temperature of A 1 point or less. Specifically, the hardened and hardened steel member is heated to a temperature of 150 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, which is a temperature of A 1 or less, for example, 180 ° C., and a time of 30 minutes or longer and 240 minutes or shorter, for example, 120 minutes. Held and then cooled in air at room temperature (air cooling). With the above procedure, the heat treatment process of the rolling member included in the method for manufacturing the rolling member and the rolling bearing in the present embodiment is completed.

本実施の形態の転動部材の製造方法によれば、炭素量が０．６５質量％以下、クロムが０．３質量％以下に抑制された鋼が鋼材準備工程において準備される鋼材として採用され、熱処理工程において浸炭窒化焼入される。これにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層を形成し、十分な耐摩耗性を転動部材に付与することが可能になるとともに、素材のコストを低減することができる。その結果、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な転動部材を製造することができる。そして、本実施の形態の転動部材の製造方法により、転動部材の表層部に窒素富化層を形成して、転走面からの深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度を０．１４質量％以上とし、かつ転走面の硬度を６０ＨＲＣ以上とすることができる。   According to the manufacturing method of the rolling member of the present embodiment, the steel whose carbon content is suppressed to 0.65 mass% or less and chromium is suppressed to 0.3 mass% or less is adopted as the steel material prepared in the steel material preparation step. Carbonitriding and quenching are performed in the heat treatment process. This makes it possible to form a nitrogen-enriched layer having a sufficient nitrogen concentration and thickness without extending the carbonitriding treatment time, and to impart sufficient wear resistance to the rolling member. , Material costs can be reduced. As a result, it is possible to manufacture a rolling member that can sufficiently suppress hydrogen embrittlement separation while suppressing an increase in manufacturing cost. And by the manufacturing method of the rolling member of this Embodiment, a nitrogen enriched layer is formed in the surface layer part of a rolling member, and the nitrogen concentration in the area | region within 0.05 mm from a rolling surface is 0. The hardness of the rolling surface can be 60 HRC or more.

また、本実施の形態の転がり軸受の製造方法によれば、上述の転動部材の製造方法により転動部材が製造されるため、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な転がり軸受を製造することができる。   Further, according to the rolling bearing manufacturing method of the present embodiment, since the rolling member is manufactured by the above-described rolling member manufacturing method, hydrogen brittle separation is sufficiently suppressed while suppressing an increase in manufacturing cost. It is possible to manufacture a rolling bearing that can be used.

ここで、Ａ１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、Ｍｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。 Here, the point A 1 in the case of heating the steel refers to a point that the structure of the steel corresponds to the temperature to start the transformation from ferrite to austenite. Further, the M s point means a point corresponding to a temperature at which martensite formation starts when the austenitized steel is cooled.

なお、上記実施の形態においては、本発明の転がり軸受および転動部材の一例として深溝玉軸受、スラストニードルころ軸受およびこれらが備える転動部材について説明したが、本発明の転がり軸受および転動部材はこれらに限られない。たとえば、転動部材である軌道部材は、転動体が表面を転走するように使用される軸や板などであってもよい。すなわち、本発明の転動部材である軌道部材は、転動体が転走するための転走面が形成された部材であればよい。また、本発明の転がり軸受は、スラスト玉軸受であってもよいし、ラジアルころ軸受であってもよい。   In the above-described embodiment, the deep groove ball bearing, the thrust needle roller bearing and the rolling member provided therein are described as examples of the rolling bearing and the rolling member of the present invention. However, the rolling bearing and the rolling member of the present invention are described. Is not limited to these. For example, the track member which is a rolling member may be a shaft or a plate used so that the rolling element rolls on the surface. That is, the track member that is the rolling member of the present invention may be a member on which a rolling surface for rolling of the rolling element is formed. Further, the rolling bearing of the present invention may be a thrust ball bearing or a radial roller bearing.

また、上記実施の形態においては、焼戻工程は、たとえば１８０℃の温度に１２０分間保持することにより実施されているが、素材の焼戻軟化抵抗性に応じて焼戻の温度および時間は変更することができる。すなわち、焼戻軟化抵抗性の小さい素材、たとえば珪素の含有量が０．２質量％以下の鋼が素材として採用された場合、焼戻工程はたとえば１５０℃以上１７０℃以下の温度で３０分以上９０分以下の時間保持することにより実施してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the tempering process is implemented by hold | maintaining for 120 minutes at the temperature of 180 degreeC, for example, the temperature and time of tempering change according to the temper softening resistance of a raw material. can do. That is, when a material having a low resistance to temper softening, for example, a steel having a silicon content of 0.2% by mass or less is employed as the material, the tempering step is performed at a temperature of 150 ° C. or higher and 170 ° C. or lower for 30 minutes or longer. You may implement by hold | maintaining the time for 90 minutes or less.

以下、本発明の実施例１について説明する。本発明の転動部材の表面硬度を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。   Embodiment 1 of the present invention will be described below. The test which investigates the surface hardness of the rolling member of this invention was done. The test procedure is as follows.

まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。本発明の実施例である転動部材を構成する鋼としてＪＩＳ Ｓ５３Ｃ、比較例の転動部材を構成する鋼としてＪＩＳ ＳＵＪ２を採用した。そして、上記鋼材を転動部材である６３０３型番（ＪＩＳ Ｂ１５１３）の軸受内輪の概略形状に加工した。   First, a method for producing a test piece to be tested will be described. JIS S53C was adopted as the steel constituting the rolling member according to the example of the present invention, and JIS SUJ2 was adopted as the steel constituting the rolling member of the comparative example. And the said steel material was processed into the schematic shape of the bearing inner ring | wheel of 6303 model number (JIS B1513) which is a rolling member.

その後、上記軸受内輪に対して、図７に基づいて説明した上記実施の形態における熱処理工程（浸炭窒化を８５０℃で１５０分間、焼戻を１８０℃で１２０分間）により、同一条件で浸炭窒化、焼入および焼戻を実施した。そして、仕上げ加工を実施することにより、軸受内輪を完成させた。また、浸炭窒化を実施しない場合の硬度を測定するため、図７と同様の熱処理工程において、浸炭窒化工程でＲＸガスおよびアンモニアガスを添加しないことにより、浸炭窒化を実施しない通常の焼入（ずぶ焼入）を実施した軸受内輪も作製した。なお、この場合、冷却工程の前の加熱時間は６０分間とした。   Thereafter, the bearing inner ring is carbonitrided under the same conditions by the heat treatment step (carbonitriding at 850 ° C. for 150 minutes and tempering at 180 ° C. for 120 minutes) in the embodiment described with reference to FIG. Quenching and tempering were performed. And the bearing inner ring was completed by carrying out finishing. In addition, in order to measure the hardness when carbonitriding is not performed, in the heat treatment process similar to FIG. 7, by not adding RX gas and ammonia gas in the carbonitriding process, normal quenching without carbonitriding is performed. A bearing inner ring subjected to quenching was also produced. In this case, the heating time before the cooling step was 60 minutes.

表１は、各軸受内輪における転走面の硬度の測定結果を示す表である。表１を参照して、ＳＵＪ２から構成されている軸受内輪の硬度は、浸炭窒化の有無に関わらず、内輪の転動疲労寿命および耐摩耗性の観点から十分な硬度である６０ＨＲＣ以上となっている。   Table 1 is a table | surface which shows the measurement result of the hardness of the rolling surface in each bearing inner ring | wheel. Referring to Table 1, the hardness of the bearing inner ring composed of SUJ2 is 60 HRC or more, which is sufficient from the viewpoint of the rolling fatigue life and wear resistance of the inner ring, regardless of the presence or absence of carbonitriding. Yes.

一方、Ｓ５３Ｃから構成されている軸受内輪の硬度は、浸炭窒化を実施しない場合、６０ＨＲＣ未満となっており、内輪の転動疲労寿命および耐摩耗性の観点から十分な硬度を確保できているとはいえない。これに対し、浸炭窒化を実施した実施例の内輪では、６１．２ＨＲＣの硬度となっており、内輪の転動疲労寿命および耐摩耗性の観点から十分な硬度である６０ＨＲＣ以上となっている。このことから、ずぶ焼入のみでは硬度が不足するＳ５３Ｃであっても、これを素材として採用し、浸炭窒化を施した転動部材は、転動疲労寿命および耐摩耗性の観点から十分な硬度を確保可能であることが分かる。   On the other hand, the hardness of the bearing inner ring composed of S53C is less than 60 HRC when carbonitriding is not performed, and sufficient hardness can be secured from the viewpoint of the rolling fatigue life and wear resistance of the inner ring. I can't say that. In contrast, the inner ring of the example in which carbonitriding was performed has a hardness of 61.2 HRC, which is 60 HRC or more, which is sufficient from the viewpoint of the rolling fatigue life and wear resistance of the inner ring. From this, even if it is S53C, which is insufficient in hardness by only quenching, the rolling member adopting this as a material and subjected to carbonitriding has sufficient hardness from the viewpoint of rolling fatigue life and wear resistance. It can be seen that it can be secured.

以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の転動部材の窒素濃度分布を、一般的な軸受用鋼であるＳＵＪ２を素材とし、浸炭窒化が実施された転動部材の窒素濃度分布と比較する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。   Embodiment 2 of the present invention will be described below. A test was performed in which the nitrogen concentration distribution of the rolling member of the present invention was compared with the nitrogen concentration distribution of a rolling member subjected to carbonitriding using SUJ2 which is a general bearing steel. The test procedure is as follows.

実施例１において作製した軸受内輪のうち、浸炭窒化を実施した内輪を転走面に対して垂直な断面で切断し、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により、転走面から内部に向けて、転走面に垂直な方向における窒素濃度および炭素濃度の推移を測定した。なお、当該測定は、転走面の仕上げ加工前に、すなわち浸炭窒化後に加工を実施することなく実施した。   Of the bearing inner rings produced in Example 1, the carbonitrided inner ring was cut in a cross section perpendicular to the rolling surface, and EPMA (Electron Probe Micro Analysis) was used to roll the inner ring from the rolling surface to the inside. Changes in nitrogen concentration and carbon concentration in the direction perpendicular to the running surface were measured. In addition, the said measurement was implemented without implementing a process before the finishing process of a rolling surface, ie, after carbonitriding.

図８は、軸受内輪における転走面からの深さと窒素濃度との関係を示す図である。また、図９は、軸受内輪における転走面からの深さと炭素濃度との関係を示す図である。図８および図９において、横軸は表面からの深さであり、縦軸はそれぞれ窒素濃度および炭素濃度である。図８および図９を参照して、浸炭窒化を実施した軸受内輪の窒素濃度分布について説明する。   FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the depth from the rolling surface in the bearing inner ring and the nitrogen concentration. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the depth from the rolling surface in the bearing inner ring and the carbon concentration. 8 and 9, the horizontal axis represents the depth from the surface, and the vertical axis represents the nitrogen concentration and the carbon concentration, respectively. With reference to FIGS. 8 and 9, the nitrogen concentration distribution of the bearing inner ring subjected to carbonitriding will be described.

図８を参照して、本発明の実施例であるＳ５３Ｃ製の軸受内輪および比較例であるＳＵＪ２製の軸受内輪における窒素濃度は、表面から内部に向かうに従って低下している。そして、最表層部においては、比較例であるＳＵＪ２製内輪の窒素濃度が実施例であるＳ５３Ｃ製内輪の窒素濃度を上回っている。しかし、ＳＵＪ２製内輪の窒素濃度は、内輪の内部では急激に低下し、表面からの深さが０．１ｍｍを超える領域においては、Ｓ５３Ｃ製内輪の窒素濃度がＳＵＪ２製内輪の窒素濃度を上回っている。これは、以下のような理由によるものであると考えられる。   Referring to FIG. 8, the nitrogen concentration in the bearing inner ring made of S53C, which is an example of the present invention, and in the bearing inner ring made of SUJ2, which is a comparative example, decreases from the surface toward the inside. And in the outermost layer part, the nitrogen concentration of the inner ring made of SUJ2 which is a comparative example exceeds the nitrogen concentration of the inner ring made of S53C which is an example. However, the nitrogen concentration of the inner ring made of SUJ2 falls sharply inside the inner ring, and in the region where the depth from the surface exceeds 0.1 mm, the nitrogen concentration of the inner ring made of S53C exceeds the nitrogen concentration of the inner ring made of SUJ2. Yes. This is considered to be due to the following reasons.

図９を参照して、実施例であるＳ５３Ｃ製内輪の炭素濃度は、内部に向けてほぼ直線的に低下していくのに対し、比較例であるＳＵＪ２製内輪の炭素濃度は最表層部に最も大きなピークを有しており、内部に向けても多くのピークを有している。これは、過共析鋼であるＳＵＪ２はミクロ組織中に炭化物（セメンタイト；Ｆｅ３Ｃ）が存在していることと、ＳＵＪ２は多量のクロム（Ｃｒ）を含有しているため、浸炭窒化処理により表層部にＣｒ炭窒化物が析出していることとに起因している。そして、これらの炭化物および炭窒化物が浸炭窒化処理における窒素の内部への侵入を阻害し、上述のような窒素濃度の急激な低下の原因となったものと考えられる。 Referring to FIG. 9, the carbon concentration of the inner ring made of S53C, which is an example, decreases almost linearly toward the inside, whereas the carbon concentration of the inner ring made of SUJ2, which is a comparative example, is at the outermost layer. It has the largest peak and has many peaks toward the inside. This is because SUJ2, which is a hypereutectoid steel, contains carbide (cementite; Fe 3 C) in the microstructure, and SUJ2 contains a large amount of chromium (Cr). This is caused by the fact that Cr carbonitride is deposited on the surface layer portion. And these carbide | carbonized_material and carbonitride inhibit the penetration | invasion of the inside of nitrogen in a carbonitriding process, and it is thought that it was the cause of the above-mentioned rapid fall of nitrogen concentration.

ここで、通常、転がり軸受を構成する転動部材の転走面は、熱処理後の仕上げ工程において、表層部の０．１〜０．２ｍｍの領域が研削により除去される。したがって、転がり軸受の運転中における金属新生面の出現を抑制するために耐摩耗性が要求される転走面およびその近傍では、本発明の実施例であるＳ５３Ｃ製の内輪の窒素濃度が、比較例であるＳＵＪ２製の内輪の窒素濃度よりも高くなっていることとなる。たとえば、熱処理後の仕上げ工程において、表層部の０．２ｍｍの領域が研削により除去された場合でも、Ｓ５３Ｃ製の内輪では、転走面からの深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度を０．１４質量％以上とすることが可能である。また、ＳＵＪ２製の内輪の転走面における窒素濃度を上昇させるためには、浸炭窒化時間を長くする対策が考えられるが、その場合、製造コストが上昇するという問題がある。   Here, usually, the rolling surface of the rolling member constituting the rolling bearing is removed by grinding in a 0.1 to 0.2 mm region of the surface layer portion in the finishing step after the heat treatment. Therefore, the nitrogen concentration of the inner ring made of S53C, which is an embodiment of the present invention, is a comparative example on the rolling surface where wear resistance is required to suppress the appearance of a new metal surface during operation of the rolling bearing and in the vicinity thereof. This is higher than the nitrogen concentration of the inner ring made of SUJ2. For example, in the finishing step after heat treatment, even when the 0.2 mm region of the surface layer portion is removed by grinding, the S53C inner ring has a nitrogen concentration of 0 mm or less in the region within a depth of 0.05 mm from the rolling surface. .14% by mass or more. Further, in order to increase the nitrogen concentration on the rolling surface of the inner ring made of SUJ2, a measure to increase the carbonitriding time can be considered, but in that case, there is a problem that the manufacturing cost increases.

以上より、Ｓ５３Ｃを素材として浸炭窒化を実施した本発明の実施例である転動部材は、ＳＵＪ２を素材として浸炭窒化を実施した比較例の転動部材に比べて、製造コストの上昇を抑制しつつ、転走面近傍の窒素濃度を上昇させることが可能であることが分かる。そして、これにより、本発明の転動部材によれば、転走面の耐摩耗性を向上させ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能である。   From the above, the rolling member which is an embodiment of the present invention that has been carbonitrided using S53C as a material suppresses an increase in manufacturing cost compared to the rolling member of a comparative example that has been carbonitrided using SUJ2 as a material. It can be seen that the nitrogen concentration in the vicinity of the rolling surface can be increased. And thereby, according to the rolling member of this invention, it is possible to improve the abrasion resistance of a rolling surface and to fully suppress hydrogen embrittlement peeling.

以下、本発明の実施例３について説明する。本発明の転動部材と同様の構成を有する実施例の試験片と、本発明の範囲外の構成を有する比較例の試験片とを作製し、超音波疲労試験により水素脆性剥離に耐する抵抗性（水素脆性疲労強度）を評価した。試験の手順は以下のとおりである。   Embodiment 3 of the present invention will be described below. Resistance to resist hydrogen embrittlement peeling by ultrasonic fatigue test by producing test specimens of examples having the same configuration as the rolling member of the present invention and comparative test specimens having a configuration outside the scope of the present invention. (Hydrogen brittle fatigue strength) was evaluated. The test procedure is as follows.

図１０は、超音波疲労試験の試験片の構成を示す概略図である。図１０を参照して、超音波疲労試験の試験片の作製方法について説明する。   FIG. 10 is a schematic view showing a configuration of a test piece of an ultrasonic fatigue test. With reference to FIG. 10, the preparation method of the test piece of an ultrasonic fatigue test is demonstrated.

まず、Ｓ５３Ｃからなる鋼材とＳＵＪ２からなる鋼材を試験片の概略形状に加工した。その後、Ｓ５３Ｃからなる試験片のうち一部については、図７に基づいて説明した上述の実施の形態と同様の方法（浸炭窒化を８５０℃で１５０分間、焼戻を１８０℃で１２０分間）で浸炭窒化、焼入、および焼戻を実施した後、仕上げ加工を実施することにより、試験片を完成させた（本発明の実施例）。   First, a steel material made of S53C and a steel material made of SUJ2 were processed into a schematic shape of a test piece. Thereafter, a part of the test pieces made of S53C was subjected to the same method as the above-described embodiment described with reference to FIG. 7 (carbonitriding at 850 ° C. for 150 minutes and tempering at 180 ° C. for 120 minutes). After performing carbonitriding, quenching, and tempering, finish processing was performed to complete a test piece (Example of the present invention).

一方、Ｓ５３Ｃからなる試験片の残部およびＳＵＪ２からなる試験片については、図７と同様の熱処理工程において、浸炭窒化工程でＲＸガスおよびアンモニアガスを添加しないことにより、ずぶ焼入を実施した後、焼戻を行ない、さらに仕上げ加工を実施することにより、試験片を完成させた。なお、冷却工程の前の加熱時間は６０分間とした。   On the other hand, for the rest of the test piece made of S53C and the test piece made of SUJ2, in the heat treatment step similar to FIG. 7, after carrying out quenching by not adding RX gas and ammonia gas in the carbonitriding step, The test piece was completed by tempering and further finishing. The heating time before the cooling step was 60 minutes.

図１０を参照して、試験片７は、直径φ１２ｍｍ、長さ６８．７４ｍｍの円柱状であり、試験片７の軸方向における中央部２０ｍｍの範囲には直径の細くなった部分である節部７１が形成されている。節部７１の外周面は、軸方向での断面において、半径１４．５ｍｍの円弧が軸に対称に向い合う形状となっており、中央部が最も細くなっている。そして、中央部の最も直径の小さい部分の直径は４ｍｍとなっている。さらに、試験片７の一方の端部には、試験片７を試験機に固定するための長さ１０ｍｍのねじ部７２が形成されており、当該ねじ部７２を含めた試験片の全長は７８．７４ｍｍとなっている。   Referring to FIG. 10, the test piece 7 has a cylindrical shape with a diameter of 12 mm and a length of 68.74 mm, and a nodal portion which is a portion with a reduced diameter in the range of the central portion 20 mm in the axial direction of the test piece 7. 71 is formed. In the cross section in the axial direction, the outer peripheral surface of the node portion 71 has a shape in which an arc having a radius of 14.5 mm faces the axis symmetrically, and the center portion is thinnest. And the diameter of the part with the smallest diameter of the center part is 4 mm. Furthermore, a screw portion 72 having a length of 10 mm for fixing the test piece 7 to the testing machine is formed at one end of the test piece 7. The total length of the test piece including the screw portion 72 is 78. .74 mm.

図１１は、超音波疲労試験を実施するために使用した超音波疲労試験機の構成を示す概略図である。図１１を参照して、超音波疲労試験の試験方法について説明する。   FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of an ultrasonic fatigue tester used for carrying out the ultrasonic fatigue test. With reference to FIG. 11, the test method of the ultrasonic fatigue test will be described.

図１１を参照して、超音波疲労試験機５は、試験片７のねじ部７２がねじ込まれることにより、試験片７が固定される試験片保持部５１と、試験片保持部５１に連結されたホーン部５２と、ホーン部５２に接続されたＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）振動子５３と、ＰＺＴ振動子５３に接続された増幅器５４と、増幅器５４に接続されたパーソナルコンピュータなどの制御装置５５とを備えている。さらに、超音波疲労試験機５は、試験片７がセットされた状態において、試験片７のねじ部７２が形成された側とは反対側の端部に対向するように隙間ゲージ５６が配置され、隙間ゲージ５６はオシロスコープ５７に接続されている。   Referring to FIG. 11, the ultrasonic fatigue testing machine 5 is connected to the test piece holding part 51 to which the test piece 7 is fixed and the test piece holding part 51 by screwing the screw part 72 of the test piece 7. The horn unit 52, the PZT (lead zirconate titanate) vibrator 53 connected to the horn part 52, the amplifier 54 connected to the PZT vibrator 53, and a control device such as a personal computer connected to the amplifier 54 55. Further, in the ultrasonic fatigue testing machine 5, the gap gauge 56 is arranged so as to face the end of the test piece 7 opposite to the side on which the screw portion 72 is formed in the state where the test piece 7 is set. The gap gauge 56 is connected to an oscilloscope 57.

以下、超音波疲労試験の具体的手順を説明する。上述の作製方法により作製された試験片に対して、まず陰極水素チャージにより２質量ｐｐｍの水素を導入した。そして、試験片７の節部７１において最も直径が細くなった部分の表面に、ビッカース硬度計を用いて圧痕を形成した。この圧痕は、破断の起点を試験片７の表面とし、試験片の表層部の水素脆性疲労強度を評価するために形成したものである。   Hereinafter, a specific procedure of the ultrasonic fatigue test will be described. First, 2 mass ppm of hydrogen was introduced into the test piece produced by the above production method by cathodic hydrogen charging. And the impression was formed in the surface of the part where the diameter became the thinnest in the node part 71 of the test piece 7 using the Vickers hardness meter. This indentation is formed in order to evaluate the hydrogen embrittlement fatigue strength of the surface layer portion of the test piece with the starting point of the break as the surface of the test piece 7.

その後、試験片７のねじ部７２を試験片保持部５１にねじ込むことにより、試験片７を超音波疲労試験機５にセットした。さらに、制御装置５５により出力を制御しつつ、増幅器５４を介してＰＺＴ振動子５３に電力を入力することにより、超音波振動を発生させた。そして、当該超音波振動をホーン部５２および試験片保持部５１を介して試験片７に伝達することにより試験片７を共振させた。このとき、試験片７の節部７１の直径が最も細い部分において、軸方向の引張圧縮の応力振幅が最大となる。一方、オシロスコープ５７に接続された隙間ゲージ５６により、試験片７の振動の状態を管理した。   Then, the test piece 7 was set in the ultrasonic fatigue testing machine 5 by screwing the screw part 72 of the test piece 7 into the test piece holding part 51. Furthermore, ultrasonic vibration was generated by inputting power to the PZT vibrator 53 via the amplifier 54 while controlling the output by the control device 55. And the test piece 7 was made to resonate by transmitting the said ultrasonic vibration to the test piece 7 via the horn part 52 and the test piece holding | maintenance part 51. FIG. At this time, in the portion where the diameter of the node portion 71 of the test piece 7 is the thinnest, the stress amplitude of the tensile compression in the axial direction becomes the maximum. On the other hand, the vibration state of the test piece 7 was managed by the gap gauge 56 connected to the oscilloscope 57.

以上のように試験機を運転し、試験片７が剥離または破断するまでの応力の繰り返し数を調査した。さらに、当該調査を種々の応力について実施し、その結果が正規分布に従うとの仮定の下、当該結果を統計的に解析して１０％の試験片が応力の繰り返し数１０７回で破断すると予測される応力（１０％疲労強度）を算出した。 The test machine was operated as described above, and the number of repeated stresses until the test piece 7 peeled or fractured was investigated. Furthermore, predicted to the survey conducted for various stresses, the result is broken in normal under the assumption that follows the distribution, the results statistically analyzed to 10% of the test piece stress repeated several 10 7 times Stress (10% fatigue strength) was calculated.

図１２は、超音波疲労試験の結果を示す図である。図１２において、縦軸は１０％疲労強度を示している。そして、比較例であるずぶ焼入が実施されたＳＵＪ２製の試験片およびＳ５３Ｃ製の試験片と、本発明の転動部材と同様の構成を有する浸炭窒化が実施されたＳ５３Ｃの試験片（図中において「Ｓ５３Ｃ（浸炭窒化）」と表示）との１０％疲労強度が並べて示されている。図１２を参照して、超音波疲労試験の結果について説明する。   FIG. 12 is a diagram showing the results of an ultrasonic fatigue test. In FIG. 12, the vertical axis represents 10% fatigue strength. Then, a SUJ2 test piece and a S53C test piece subjected to submerged quenching as a comparative example, and a S53C test piece having a structure similar to that of the rolling member of the present invention (see FIG. The 10% fatigue strength of “S53C (carbonitriding)” is shown side by side. The result of the ultrasonic fatigue test will be described with reference to FIG.

図１２を参照して、本発明の転動部材と同様の構成を有する「Ｓ５３Ｃ（浸炭窒化）」の試験片は、ずぶ焼入が実施された試験片の１０％疲労強度（耐水素疲労強度）を大幅に上回っている。たとえば、「Ｓ５３Ｃ（浸炭窒化）」の試験片の１０％疲労強度は、転がり軸受の構成として最も一般的な、ずぶ焼入が実施されたＳＵＪ２製の試験片の１０％疲労強度を３５％程度上回っている。   Referring to FIG. 12, the test piece of “S53C (carbonitriding)” having the same configuration as the rolling member of the present invention is 10% fatigue strength (hydrogen fatigue resistance strength) of the test piece subjected to continuous quenching. ) Greatly exceeded. For example, the 10% fatigue strength of the “S53C (carbonitriding)” test piece is about 35% of the 10% fatigue strength of the SUJ2 test piece, which is the most common structure of rolling bearings, and which has been subjected to continuous quenching. It has exceeded.

以上の結果より、本発明の転動部材によれば、機械構造用炭素鋼などの廉価な素材を採用し、効率よく窒素富化層を表層部に形成することにより、従来の転動部材に比べて、水素脆性疲労強度が大幅に優れた転動部材を提供可能であることが分かった。   From the above results, according to the rolling member of the present invention, by adopting an inexpensive material such as carbon steel for machine structure and efficiently forming a nitrogen-enriched layer on the surface layer portion, the conventional rolling member can be obtained. In comparison, it was found that a rolling member with significantly improved hydrogen embrittlement fatigue strength can be provided.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の転動部材、転がり軸受およびその製造方法は、水素脆性剥離の発生する環境下で使用される転動部材、転がり軸受およびその製造方法に特に有利に適用され得る。   The rolling member, the rolling bearing, and the manufacturing method thereof according to the present invention can be particularly advantageously applied to the rolling member, the rolling bearing, and the manufacturing method thereof that are used in an environment where hydrogen embrittlement peeling occurs.

本発明の一実施の形態における転動部材を備えた転がり軸受としての深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the deep groove ball bearing as a rolling bearing provided with the rolling member in one embodiment of this invention. 図１の要部を拡大して示した概略部分断面図である。It is the schematic fragmentary sectional view which expanded and showed the principal part of FIG. 本発明の他の実施の形態における転動部材を備えた転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the thrust needle roller bearing as a rolling bearing provided with the rolling member in other embodiment of this invention. 図３の要部を拡大して示した概略部分断面図である。FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. 3. 本発明の一実施の形態における転がり軸受の製造方法の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the manufacturing method of the rolling bearing in one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態における転がり軸受の製造方法に含まれる転動部材の製造方法の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the manufacturing method of the rolling member contained in the manufacturing method of the rolling bearing in one embodiment of this invention. 転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detail of the heat processing process included in the manufacturing method of a rolling member. 軸受内輪における転走面からの深さと窒素濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the depth from the rolling surface in a bearing inner ring | wheel, and nitrogen concentration. 軸受内輪における転走面からの深さと炭素濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the depth from the rolling surface in a bearing inner ring | wheel, and carbon concentration. 超音波疲労試験の試験片の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the test piece of an ultrasonic fatigue test. 超音波疲労試験を実施するために使用した超音波疲労試験機の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the ultrasonic fatigue testing machine used in order to implement an ultrasonic fatigue test. 超音波疲労試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of an ultrasonic fatigue test. オルタネータ用軸受の使用条件を再現した転動疲労寿命試験において、従来の電装補機用転がり軸受の剥離起点付近に発生した白層の光学顕微鏡写真である。It is the optical microscope photograph of the white layer which generate | occur | produced in the vicinity of the peeling start point of the conventional rolling bearing for electrical equipment in the rolling fatigue life test which reproduced the use conditions of the bearing for alternators.

符号の説明Explanation of symbols

１ 深溝玉軸受、２ スラストニードルころ軸受、５ 超音波疲労試験機、７ 試験片、１１ 外輪、１１Ａ 外輪転走面、１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ 窒素富化層、１２ 内輪、１２Ａ 内輪転走面、１３ 玉、１３Ａ 玉転走面、１４，２４ 保持器、２１ 軌道輪、２１Ａ 軌道輪転走面、２３ ニードルころ、２３Ａ ころ転走面、５１ 試験片保持部、５２ ホーン部、５３ ＰＺＴ振動子、５４ 増幅器、５５ 制御装置、５６ 隙間ゲージ、５７ オシロスコープ、７１ 節部、７２ ねじ部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Deep groove ball bearing, 2 Thrust needle roller bearing, 5 Ultrasonic fatigue test machine, 7 Test piece, 11 Outer ring, 11A Outer ring rolling surface, 11B, 12B, 13B Nitrogen rich layer, 12 Inner ring, 12A Inner ring rolling surface, 13 balls, 13A ball rolling surface, 14, 24 cage, 21 bearing ring, 21A bearing ring rolling surface, 23 needle roller, 23A roller rolling surface, 51 test piece holding portion, 52 horn portion, 53 PZT vibrator, 54 amplifiers, 55 control devices, 56 clearance gauges, 57 oscilloscopes, 71 joints, 72 threaded parts.

Claims (6)

０．２５質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼から構成され、
表層部に窒素富化層が形成されている、転動部材。 0.25% by mass to 0.65% by mass of carbon, 0.15% by mass to 0.35% by mass of silicon, and 0.6% by mass to 0.9% by mass of manganese. , Composed of steel with the balance iron and inevitable impurities, the chromium content being suppressed to 0.3 mass% or less,
A rolling member in which a nitrogen-enriched layer is formed on a surface layer portion. 転走面から深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度は、０．１４質量％以上である、請求項１に記載の転動部材。   The rolling member according to claim 1, wherein a nitrogen concentration in a region within a depth of 0.05 mm from the rolling surface is 0.14% by mass or more. 前記転走面の硬度は、６０ＨＲＣ以上である、請求項１または２に記載の転動部材。   The rolling member according to claim 1 or 2, wherein the rolling surface has a hardness of 60 HRC or more. 軌道部材と、
前記軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体とを備え、
前記軌道部材および前記転動体の少なくともいずれか一方は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の転動部材である、転がり軸受。 A track member;
A plurality of rolling elements that are in contact with the raceway member and disposed on an annular raceway,
At least any one of the said track member and the said rolling element is a rolling bearing which is a rolling member of any one of Claims 1-3. ０．２５質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼から構成される鋼材を準備する鋼材準備工程と、
前記鋼材を成形することにより、転動部材の概略形状に成型された鋼製部材を作製する成形工程と、
前記鋼製部材を熱処理する熱処理工程とを備え、
前記熱処理工程は、
前記鋼製部材をＡ１点以上の温度で浸炭窒化する浸炭窒化工程と、
前記浸炭窒化工程において浸炭窒化された前記鋼製部材を、Ａ１点以上の温度からＭｓ点以下の温度に冷却する冷却工程とを含む、転動部材の製造方法。 0.25% by mass to 0.65% by mass of carbon, 0.15% by mass to 0.35% by mass of silicon, and 0.6% by mass to 0.9% by mass of manganese. A steel material preparation step for preparing a steel material composed of steel composed of the remaining iron and unavoidable impurities and having a chromium content suppressed to 0.3 mass% or less;
By forming the steel material, a forming step for producing a steel member formed into a schematic shape of the rolling member;
A heat treatment step of heat treating the steel member,
The heat treatment step includes
A carbonitriding step of carbonitriding the steel member at a temperature of A 1 point or higher;
The steel member that is carbonitrided in the carbonitriding process, and a cooling step of cooling the A 1 point or more temperature M s point below the temperature, process for manufacturing a rolling contact member. 軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、
転動体を製造する転動体製造工程と、
前記軌道部材製造工程において製造された前記軌道部材と、前記転動体製造工程において製造された前記転動体とを組み合わせることにより、転がり軸受を組立てる組立工程とを備え、
前記軌道部材製造工程および前記転動体製造工程の少なくともいずれか一方は、請求項５に記載の転動部材の製造方法により実施される、転がり軸受の製造方法。 A track member manufacturing process for manufacturing the track member;
A rolling element manufacturing process for manufacturing the rolling element;
An assembly step of assembling a rolling bearing by combining the raceway member manufactured in the raceway member manufacturing step and the rolling element manufactured in the rolling element manufacturing step;
The rolling bearing manufacturing method, wherein at least one of the race member manufacturing process and the rolling element manufacturing process is performed by the rolling member manufacturing method according to claim 5.
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