JP2010249215A

JP2010249215A - Roll bearing for hydrogen atmosphere

Info

Publication number: JP2010249215A
Application number: JP2009098864A
Authority: JP
Inventors: Masako Shiokawa; 雅子塩川; Hideyuki Uyama; 英幸宇山; Koki Yamada; 紘樹山田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2010-11-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a roll bearing which is hardly worn or damaged and whose service life is long in addition to a structure change to a white structure hardly occurs even when used in a hydrogen atmosphere. <P>SOLUTION: An inner ring 1 and an outer ring 2 of a deep groove ball bearing is made up of alloy steel containing carbon of 0.5 mass% to 0.9 mass%, silicon of 0.6 mass% to 1 mass%, manganese of 0.6 mass% to 1.2 mass%, chromium of 6.5 mass% to 9.5 mass%, and molybdenum of 1 mass% or lower and whose remaining part is iron and unavoidable impurity. A resistance value of the structure change is 10 or more. Furthermore, hardening and tempering are performed. The residual austenite amounts of track surfaces 1a and 2a are 10 vol.% to 20 vol.% and hardness is Hv674 to 772. The old austenite grain size is 7 to 10 in the grain size number. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素雰囲気中で好適に使用される転がり軸受に関する。 The present invention relates to a rolling bearing preferably used in a hydrogen atmosphere.

通常、ガスコンプレッサに組み込まれた転がり軸受は、空気，窒素等の雰囲気中で使用される。よって、この転がり軸受の長寿命化の手法としては、高温環境下での寸法安定性や高速回転時の耐焼付き性の改善などが主なものであった。例えば、特許文献１には、高温焼戻しを施して鋼材の残留オーステナイト量を５質量％以下とした、寸法安定性に優れる転がり軸受が開示されている。 Usually, a rolling bearing incorporated in a gas compressor is used in an atmosphere such as air or nitrogen. Therefore, as a method for extending the life of the rolling bearing, mainly the dimensional stability under a high temperature environment and the improvement of the seizure resistance at the time of high speed rotation. For example, Patent Document 1 discloses a rolling bearing excellent in dimensional stability in which high-temperature tempering is performed and the amount of retained austenite of a steel material is 5% by mass or less.

また、腐食性のガス中で使用される転がり軸受は、優れた耐食性が必要とされる。例えば、特許文献２には、軌道輪がマルテンサイト系ステンレス鋼で構成され、転動体がセラミックスで構成された、耐食性及び耐焼付き性に優れる転がり軸受が開示されている。
一方、水素に対する転がり軸受の長寿命化の手法としては、軌道輪を構成する鋼のクロム含有量を多くする方法が従来から知られている（例えば特許文献３〜５を参照）。この手法は、潤滑油の分解によって水素が発生することを考慮したものである。 Further, rolling bearings used in corrosive gas are required to have excellent corrosion resistance. For example, Patent Document 2 discloses a rolling bearing that is excellent in corrosion resistance and seizure resistance, in which a bearing ring is made of martensitic stainless steel and a rolling element is made of ceramics.
On the other hand, as a technique for extending the life of a rolling bearing against hydrogen, a method of increasing the chromium content of steel constituting the race is conventionally known (see, for example, Patent Documents 3 to 5). This method takes into consideration that hydrogen is generated by the decomposition of the lubricating oil.

特開２００６−２７５１３１号公報JP 2006-275131 A 特開２００４−１１８９６号公報JP 2004-11896 A 特開２００３−３４３５７７号公報JP 2003-343577 A 特開２００５−２６４２１６号公報JP 2005-264216 A 特開２００１−２２１２３８号公報JP 2001-221238 A

近年、環境問題の観点から、水素を利用する技術（例えば燃料電池）の開発が進んでおり、水素ガスを圧縮するためのコンプレッサ（以降は水素ガスコンプレッサと記す）が必要とされている。水素ガスコンプレッサに組み込まれる転がり軸受は、水素雰囲気中で使用される場合があり、転がり軸受を構成する鋼中に水素が侵入しやすい。鋼中に水素が侵入すると、転がり接触によって鋼の内部に作用する剪断応力と水素との相互作用により、鋼のマルテンサイト組織に白色組織と呼ばれる組織への変化が生じ、転がり軸受の寿命が著しく低下するおそれがある。 In recent years, from the viewpoint of environmental problems, development of technology using hydrogen (for example, a fuel cell) has progressed, and a compressor (hereinafter referred to as a hydrogen gas compressor) for compressing hydrogen gas is required. A rolling bearing incorporated in a hydrogen gas compressor may be used in a hydrogen atmosphere, and hydrogen is likely to enter the steel constituting the rolling bearing. When hydrogen intrudes into steel, the shear stress acting on the inside of the steel due to rolling contact with hydrogen causes a change in the martensitic structure of the steel into a structure called a white structure, which significantly increases the life of the rolling bearing. May decrease.

また、水素ガスコンプレッサには、自動調心ころ軸受や比較的大型の玉軸受が使用される場合が多いが、これらのタイプの転がり軸受は、転動体と軌道輪との間に発生する滑りの量が多く、摩耗損傷が発生しやすい。通常は金属表面には酸化膜が形成されており、酸化膜によって摩耗損傷が生じにくくなっているが、水素雰囲気中では酸素がなく金属表面に酸化膜が形成しにくいため、摩耗損傷が発生しやすい。さらに、一旦摩耗が生じると、摩耗面は化学的に活性であるので、鋼中への水素の侵入が起こりやすく、上記の組織変化が加速する。 Spherical roller bearings and relatively large ball bearings are often used for hydrogen gas compressors, but these types of rolling bearings are free from slippage between the rolling elements and the race. The amount is large and wear damage is likely to occur. Normally, an oxide film is formed on the metal surface, and the oxide film makes it difficult for wear damage to occur.However, since there is no oxygen in a hydrogen atmosphere and it is difficult to form an oxide film on the metal surface, wear damage occurs. Cheap. In addition, once wear occurs, the wear surface is chemically active, so hydrogen tends to enter the steel, and the above structural change is accelerated.

これらのことから、水素ガスコンプレッサに組み込まれる転がり軸受は、鋼中に侵入する水素による前記組織変化に対する対策と、水素雰囲気中での摩耗損傷に対する対策との両方を兼ね備える必要がある。
しかしながら、特許文献１に開示された転がり軸受は、鋼中に侵入する水素による前記組織変化に対する対策も、水素雰囲気中での摩耗損傷に対する対策もなされていなかった。また、特許文献２に開示された転がり軸受は、軌道輪がステンレス鋼で構成されているため、鋼中に侵入する水素による前記組織変化に対する対策はなされており、前記組織変化に対する抵抗力が高く、前記組織変化が生じにくくなっているものの、水素雰囲気中での摩耗損傷に対する対策はなされていなかった。 For these reasons, a rolling bearing incorporated in a hydrogen gas compressor needs to have both a countermeasure against the structural change due to hydrogen entering the steel and a countermeasure against wear damage in a hydrogen atmosphere.
However, the rolling bearing disclosed in Patent Document 1 has neither a countermeasure against the structural change caused by hydrogen penetrating into steel nor a countermeasure against wear damage in a hydrogen atmosphere. In addition, since the rolling bearing disclosed in Patent Document 2 has a raceway made of stainless steel, measures against the structural change due to hydrogen entering the steel are taken, and the resistance to the structural change is high. Although the structure change is less likely to occur, no countermeasure has been taken against wear damage in a hydrogen atmosphere.

さらに、特許文献３，４に開示された転がり軸受は、潤滑油の分解によって発生する微量の水素が鋼中に侵入することを想定しているため、水素雰囲気中で転がり軸受が使用されるというような過酷な環境下では、前記組織変化に対する抵抗力が不十分であった。また、水素雰囲気中での摩耗損傷に対する対策も十分ではなかった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、水素雰囲気中で使用されても白色組織への組織変化が生じにくいことに加えて摩耗損傷が生じにくく長寿命な転がり軸受を提供することを課題とする。 Furthermore, the rolling bearings disclosed in Patent Documents 3 and 4 assume that a small amount of hydrogen generated by the decomposition of the lubricating oil enters the steel, so that the rolling bearing is used in a hydrogen atmosphere. Under such a harsh environment, the resistance to the tissue change was insufficient. In addition, measures against wear damage in a hydrogen atmosphere were not sufficient.
Accordingly, the present invention solves the above-described problems of the prior art, and in addition to being difficult to cause a change in structure to a white structure even when used in a hydrogen atmosphere, the rolling bearing has a long life and is less susceptible to wear damage. It is an issue to provide.

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る水素雰囲気用転がり軸受は、軌道面を有する内輪と、前記内輪の軌道面に対向する軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、水素雰囲気中で使用される転がり軸受において、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方が下記の４つの条件を満足することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the rolling bearing for a hydrogen atmosphere according to the present invention includes an inner ring having a raceway surface, an outer ring having a raceway surface facing the raceway surface of the inner ring, and a plurality of rolling rings arranged between the raceway surfaces. A rolling bearing comprising a rolling element and used in a hydrogen atmosphere, wherein at least one of the inner ring and the outer ring satisfies the following four conditions.

条件１：炭素の含有量が０．５質量％以上０．９質量％以下、ケイ素の含有量が０．６質量％以上１質量％以下、マンガンの含有量が０．６質量％以上１．２質量％以下、クロムの含有量が６．５質量％以上９．５質量％以下、モリブデンの含有量が１質量％以下で、且つ、残部が鉄及び不可避的不純物である合金鋼で構成されている。
条件２：前記ケイ素の含有量をＳｉ％、前記マンガンの含有量をＭｎ％、前記クロムの含有量をＣｒ％、前記モリブデンの含有量をＭｏ％とし、２．５×Ｓｉ％＋１．５×Ｍｎ％＋Ｃｒ％＋３×Ｍｏ％なる式で算出される組織変化抵抗値が１０以上である。 Condition 1: The carbon content is 0.5 mass% or more and 0.9 mass% or less, the silicon content is 0.6 mass% or more and 1 mass% or less, and the manganese content is 0.6 mass% or more. 2 mass% or less, chromium content is 6.5 mass% or more and 9.5 mass% or less, molybdenum content is 1 mass% or less, and the balance is iron and inevitable impurities. ing.
Condition 2: The content of silicon is Si%, the content of manganese is Mn%, the content of chromium is Cr%, the content of molybdenum is Mo%, 2.5 × Si% + 1.5 × The structure change resistance value calculated by the formula of Mn% + Cr% + 3 × Mo% is 10 or more.

条件３：焼入れ及び焼戻しが施されており、前記軌道面の残留オーステナイト量が１０体積％以上２０体積％以下であるとともに、硬さがＨｖ６７４以上７７２以下である。
条件４：日本工業規格ＪＩＳＧ０５５１に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で７以上１０以下である。
本発明の水素雰囲気用転がり軸受は、内輪及び外輪の少なくとも一方が、鋼中での水素の拡散を抑制する元素であるケイ素，マンガン，クロム，及びモリブデンを含有する合金鋼で構成されているため、水素雰囲気中で使用されても白色組織への組織変化が生じにくい。よって、本発明の水素雰囲気用転がり軸受は、水素雰囲気中で使用されても長寿命である。 Condition 3: Quenching and tempering are performed, the amount of retained austenite on the raceway surface is 10% by volume or more and 20% by volume or less, and the hardness is Hv674 or more and 772 or less.
Condition 4: The prior austenite grain size measured by the method defined in Japanese Industrial Standard JIS G0551 is 7 or more and 10 or less in grain size number.
In the rolling bearing for hydrogen atmosphere of the present invention, at least one of the inner ring and the outer ring is made of alloy steel containing silicon, manganese, chromium, and molybdenum, which are elements that suppress the diffusion of hydrogen in steel. Even if it is used in a hydrogen atmosphere, it does not easily change to a white structure. Therefore, the rolling bearing for hydrogen atmosphere of the present invention has a long life even when used in a hydrogen atmosphere.

本発明の水素雰囲気用転がり軸受においては、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方が、前記４つの条件とともにさらに下記の条件５を満足することが好ましい。
条件５：前記軌道面の軸方向の粗さ曲線の最大山高さＲｐが０．２μｍ以下である。
軌道面の軸方向に沿う粗さ曲線の最大山高さＲｐが０．２μｍ以下であるため、金属接触による摩耗が生じにくく、化学的に活性な新生面が生成しにくい。そのため、摩耗損傷が生じにくいことに加えて、鋼中への水素の侵入も抑制される。 In the rolling bearing for hydrogen atmosphere of the present invention, it is preferable that at least one of the inner ring and the outer ring further satisfies the following condition 5 together with the four conditions.
Condition 5: The maximum peak height Rp of the roughness curve in the axial direction of the raceway surface is 0.2 μm or less.
Since the maximum peak height Rp of the roughness curve along the axial direction of the raceway surface is 0.2 μm or less, wear due to metal contact hardly occurs, and a chemically active new surface is hardly generated. Therefore, in addition to being hard to cause wear damage, the penetration of hydrogen into the steel is also suppressed.

また、前記転動体が、クロムの含有量が５質量％以上１８質量％以下の鋼で構成されていることが好ましい。さらに、前記転動体がセラミックスで構成されていることが好ましい。
以下に、本発明における内輪，外輪，転動体，合金鋼等に関する前記各数値（合金鋼に含有される各合金成分の含有量等）の臨界的意義について説明する。 Moreover, it is preferable that the said rolling element is comprised with steel whose chromium content is 5 mass% or more and 18 mass% or less. Furthermore, it is preferable that the rolling element is made of ceramics.
Below, the critical significance of each numerical value (content of each alloy component contained in the alloy steel, etc.) relating to the inner ring, outer ring, rolling element, alloy steel, etc. in the present invention will be described.

〔炭素の含有量について〕
炭素（Ｃ）は、焼入れによって基地に固溶し、転がり軸受として要求される硬さを得るための元素である。また、他の合金元素と結合して合金鋼中に硬い炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる作用も有する。炭素の含有量が０．５質量％未満であると、転がり寿命と耐摩耗性が不十分となるおそれがある。一方、炭素の含有量が０．９質量％を超えると、合金鋼中に共晶炭化物が生成されやすくなって、転がり寿命が低下するおそれがある。また、冷間加工性及び被削性も低下するおそれがある。合金鋼の品質の安定性を考慮すると、炭素の含有量は０．６質量％以上０．８質量％以下であることが好ましい。 [Carbon content]
Carbon (C) is an element for obtaining a hardness required as a rolling bearing by solid solution in the base by quenching. Moreover, it has the effect | action which combines with another alloy element and forms hard carbide | carbonized_material in alloy steel, and improves abrasion resistance. If the carbon content is less than 0.5% by mass, the rolling life and wear resistance may be insufficient. On the other hand, if the carbon content exceeds 0.9% by mass, eutectic carbides are likely to be generated in the alloy steel, which may reduce the rolling life. Also, cold workability and machinability may be reduced. Considering the stability of the quality of the alloy steel, the carbon content is preferably 0.6% by mass or more and 0.8% by mass or less.

〔ケイ素の含有量について〕
ケイ素（Ｓｉ）は、基地に固溶して、焼入れ性を向上させるとともに焼戻し軟化抵抗性を向上させる元素である。また、基地組織を強化し、転がり寿命と耐摩耗性を向上させる作用も有する。ケイ素の含有量が０．６質量％未満であると、これらの作用が十分に得られない。一方、ケイ素の含有量が１質量％を超えると、冷間加工性及び被削性が不十分となるおそれがある。 [About silicon content]
Silicon (Si) is an element that dissolves in the matrix to improve hardenability and improve temper softening resistance. It also has the effect of strengthening the base structure and improving the rolling life and wear resistance. If the silicon content is less than 0.6% by mass, these effects cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the silicon content exceeds 1% by mass, cold workability and machinability may be insufficient.

〔マンガンの含有量について〕
マンガン（Ｍｎ）は、基地に固溶して、焼入れ性を向上させる元素である。また、本発明において重要な表面の残留オーステナイトの形成を助ける作用も有する。マンガンの含有量が０．６質量％未満であると、上記の作用が不十分となるおそれがある。一方、マンガンの含有量が１．２質量％を超えると、焼入後の残留オーステナイト量が多くなり過ぎて、寸法安定性が不十分となるおそれがある。 [About manganese content]
Manganese (Mn) is an element that dissolves in the matrix and improves hardenability. It also has an effect of assisting formation of retained austenite on the surface, which is important in the present invention. There exists a possibility that said effect | action may become inadequate that content of manganese is less than 0.6 mass%. On the other hand, if the manganese content exceeds 1.2% by mass, the amount of retained austenite after quenching increases so that the dimensional stability may be insufficient.

〔クロムの含有量について〕
クロム（Ｃｒ）は、基地に固溶して、焼入れ性，耐食性等を向上させるとともに、炭素と結合して合金鋼中に硬い炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる元素である。また、本発明において重要な白色組織への組織変化に対する抵抗力を向上させる作用も有する。すなわち、クロムは、水素が合金鋼中に侵入する速度を低下させる作用を有する。さらに、水素が侵入しても基地組織を安定化させることによって、水素による転がり寿命の低下を抑制する作用を有する。クロムの含有量が６．５質量％未満であると、上記の作用が不十分となるおそれがある。一方、クロムの含有量が９．５質量％を超えると、冷間加工性及び被削性が不十分となるとともに、合金鋼中に共晶炭化物が生成されやすくなって転がり寿命が低下するおそれがある。 [Chromium content]
Chromium (Cr) is an element that dissolves in the base and improves hardenability, corrosion resistance, etc., and combines with carbon to form hard carbides in the alloy steel, thereby improving wear resistance. Moreover, it also has the effect | action which improves the resistance with respect to the tissue change to the white structure | tissue important in this invention. That is, chromium has a function of reducing the rate at which hydrogen enters the alloy steel. Furthermore, even if hydrogen invades, it stabilizes the base tissue, thereby suppressing the rolling life due to hydrogen. There exists a possibility that said effect | action may become inadequate that content of chromium is less than 6.5 mass%. On the other hand, if the chromium content exceeds 9.5% by mass, cold workability and machinability become insufficient, and eutectic carbides are likely to be generated in the alloy steel, which may reduce the rolling life. There is.

〔モリブデンの含有量について〕
モリブデン（Ｍｏ）は、基地に固溶して、焼入れ性及び焼戻し軟化抵抗性を向上させる作用を有する。また、合金鋼中に硬い炭化物を形成して、耐摩耗性及び転がり寿命を向上させる作用を有する。さらに、クロムと同様に、水素が合金鋼中に侵入する速度を低下させる作用を有する。さらに、水素が侵入しても基地組織を安定化させることによって、水素による転がり寿命の低下を抑制する作用を有する。モリブデンの含有量が１質量％を超えると、冷間加工性及び被削性が不十分となるおそれがある。なお、合金鋼の品質の安定性を考慮すると、モリブデンの含有量は０．５質量％以上１質量％以下であることが好ましい。 [Molybdenum content]
Molybdenum (Mo) has the effect | action which dissolves in a base | substrate and improves hardenability and temper softening resistance. Moreover, it has the effect | action which forms a hard carbide | carbonized_material in alloy steel and improves abrasion resistance and a rolling life. Furthermore, like chromium, it has the effect of reducing the rate at which hydrogen enters the alloy steel. Furthermore, even if hydrogen invades, it stabilizes the base tissue, thereby suppressing the rolling life due to hydrogen. If the molybdenum content exceeds 1% by mass, cold workability and machinability may be insufficient. In consideration of the stability of the quality of the alloy steel, the molybdenum content is preferably 0.5% by mass or more and 1% by mass or less.

〔組織変化抵抗値について〕
ケイ素，マンガン，クロム，及びモリブデンは、置換型元素として金属組織の基地に固溶して金属組織を強化することによって、水素による前記組織変化を抑制する作用を有している。また、上記４つの元素の一部は合金鋼中の炭素と炭化物を形成するが、これらの炭化物は水素を強くトラップするので、合金鋼中の水素が応力集中部に集積することが抑制されて、水素の侵入による白色組織への組織変化が抑制される。 [About tissue change resistance]
Silicon, manganese, chromium, and molybdenum have a function of suppressing the change in structure caused by hydrogen by strengthening the metal structure by forming a solid solution in the base of the metal structure as a substitutional element. In addition, some of the above four elements form carbon and carbides in the alloy steel, but these carbides strongly trap hydrogen, which prevents the hydrogen in the alloy steel from accumulating in the stress concentration part. The tissue change to the white tissue due to the penetration of hydrogen is suppressed.

これらの作用の強さは各合金元素によって異なり、合金鋼の前記組織変化に対する抵抗力は、２．５×Ｓｉ％＋１．５×Ｍｎ％＋Ｃｒ％＋３×Ｍｏ％なる式で算出される組織変化抵抗値で規定することができる。この組織変化抵抗値が１０以上であれば、水素雰囲気中で転がり軸受が使用されても前記組織変化が抑制されるため、転がり軸受の転がり寿命の低下が抑制される。 The strength of these actions varies depending on each alloy element, and the resistance of the alloy steel to the structural change is a structural change calculated by the formula 2.5 × Si% + 1.5 × Mn% + Cr% + 3 × Mo%. It can be defined by a resistance value. If this structure change resistance value is 10 or more, even if a rolling bearing is used in a hydrogen atmosphere, the structure change is suppressed, so that a reduction in the rolling life of the rolling bearing is suppressed.

組織変化抵抗値を１０以上とすれば転がり軸受の転がり寿命は水素雰囲気中でも長寿命であるが、組織変化抵抗値を１３以上とすれば、水素圧が常圧以上の厳しい水素雰囲気中においても前記組織変化が抑制されるため、転がり軸受の転がり寿命の低下が抑制される。なお、各合金元素の臨界値に関する前述の理由により、組織変化抵抗値は１６．８以下であることが好ましい。 If the structure change resistance value is 10 or more, the rolling life of the rolling bearing is long in a hydrogen atmosphere. However, if the structure change resistance value is 13 or more, the rolling bearing is used even in a severe hydrogen atmosphere where the hydrogen pressure is normal pressure or higher. Since the structural change is suppressed, a decrease in the rolling life of the rolling bearing is suppressed. In addition, it is preferable that a structure change resistance value is 16.8 or less for the above-mentioned reason regarding the critical value of each alloy element.

〔軌道面の残留オーステナイト量について〕
残留オーステナイトは、合金鋼の金属組織中に分散して形成され、合金鋼中に侵入した水素を強くトラップして、水素の拡散速度を著しく低下させる作用を有している。したがって、水素が応力集中部に集積することが抑制され、前記組織変化が抑制される。残留オーステナイト量は、合金成分及び熱処理条件によって制御することができる。軌道面の残留オーステナイト量が１０体積％未満であると、上記の作用が不十分となるおそれがある。一方、２０体積％超過であると、寸法安定性が不十分となるおそれがある。 [Amount of retained austenite on raceway surface]
Residual austenite is formed by being dispersed in the metal structure of the alloy steel, and has a function of strongly trapping hydrogen that has penetrated into the alloy steel and significantly reducing the hydrogen diffusion rate. Accordingly, accumulation of hydrogen in the stress concentration portion is suppressed, and the change in structure is suppressed. The amount of retained austenite can be controlled by the alloy components and heat treatment conditions. If the amount of retained austenite on the raceway surface is less than 10% by volume, the above action may be insufficient. On the other hand, if it exceeds 20% by volume, the dimensional stability may be insufficient.

〔軌道面のビッカース硬さＨｖについて〕
軌道面の表面硬さは、転がり軸受の転がり寿命に影響を及ぼす因子であり、Ｈｖ６７４（ＨＲＣ５９）未満であると、転がり軸受の転がり寿命が不十分となるおそれがある。一方、軌道面の表面硬さがＨｖ７７２（ＨＲＣ６３）超過であると、靱性が不十分となるおそれがある。 [Vickers hardness Hv of raceway]
The surface hardness of the raceway surface is a factor that affects the rolling life of the rolling bearing, and if it is less than Hv674 (HRC59), the rolling life of the rolling bearing may be insufficient. On the other hand, if the surface hardness of the raceway surface exceeds Hv772 (HRC63), the toughness may be insufficient.

〔旧オーステナイト結晶粒度について〕
合金鋼中の旧オーステナイト結晶粒の粒径は、水素の侵入による転がり疲労強度及び破壊靱性の低下の度合いに対して影響を及ぼす因子である。旧オーステナイト結晶粒の粒径は、日本工業規格ＪＩＳＧ０５５１に規定の方法により、旧オーステナイト結晶粒度として測定することができる。 [Old austenite grain size]
The grain size of prior austenite grains in the alloy steel is a factor that affects the degree of reduction in rolling fatigue strength and fracture toughness due to hydrogen penetration. The grain size of the prior austenite crystal grains can be measured as the prior austenite grain size by the method specified in Japanese Industrial Standard JIS G0551.

旧オーステナイト結晶粒度が粒度番号で７未満であると、水素の侵入により合金鋼の靱性が低下して、不十分な靱性となるおそれがある。一方、旧オーステナイト結晶粒度が粒度番号で１０超過であると、水素の侵入により前記組織変化が生じやすくなり、転がり疲労強度が不十分となるおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、旧オーステナイト結晶粒度は粒度番号で８以上９以下とすることが好ましい。 If the prior austenite grain size is less than 7 in grain size number, the penetration of hydrogen may lower the toughness of the alloy steel, resulting in insufficient toughness. On the other hand, if the prior austenite grain size is more than 10 in the grain size number, the structure change is likely to occur due to the penetration of hydrogen, and the rolling fatigue strength may be insufficient. In order to make such inconvenience less likely to occur, the prior austenite grain size is preferably 8 to 9 in terms of grain size number.

〔軌道面の軸方向の粗さ曲線の最大山高さＲｐについて〕
軌道面に突起がある場合には、軌道面と転動体の転動面との間で金属接触が生じやすくなる。水素雰囲気中で金属接触が起こると、酸化膜が形成されにくいため、金属接触が生じた部分は化学的に活性な新生面となり、凝着摩耗が生じやすくなる。また、新生面からは合金鋼中に水素が侵入しやすいため、前記組織変化の発生も加速される。通常、表面粗さの管理には算術平均粗さＲａが用いられるが、水素雰囲気中での摩耗損傷の生じやすさと算術平均粗さＲａとは高い相関性が得られない。 [About the maximum peak height Rp of the axial roughness curve of the raceway surface]
When there are protrusions on the raceway surface, metal contact is likely to occur between the raceway surface and the rolling surface of the rolling element. When metal contact occurs in a hydrogen atmosphere, an oxide film is difficult to be formed. Therefore, the portion where the metal contact occurs becomes a chemically active new surface, and adhesion wear tends to occur. Further, since hydrogen easily enters the alloy steel from the new surface, the occurrence of the structural change is accelerated. In general, the arithmetic average roughness Ra is used for the management of the surface roughness, but high correlation between the likelihood of wear damage in the hydrogen atmosphere and the arithmetic average roughness Ra cannot be obtained.

本発明者らは、鋭意検討の結果、軌道面の突起の高さを表す粗さ曲線の最大山高さＲｐを制御することが、水素雰囲気中での摩耗損傷を抑制することに有効であることを見出した。そして、軌道面の軸方向に沿う粗さ曲線の最大山高さＲｐが０．２μｍ超過であると、突起部で金属接触が発生し、軌道面の凝着摩耗及び合金鋼中への水素の侵入が生じやすいことを見出した。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that controlling the maximum peak height Rp of the roughness curve representing the height of the protrusion on the raceway surface is effective in suppressing wear damage in a hydrogen atmosphere. I found. If the maximum peak height Rp of the roughness curve along the axial direction of the raceway surface is more than 0.2 μm, metal contact occurs at the protrusions, adhesion wear of the raceway surface, and hydrogen penetration into the alloy steel. We found that is easy to occur.

本発明において用いられる合金鋼は、組織変化抵抗値が高いため、ケイ素，マンガン，クロム，及びモリブデンが硬い炭化物を形成する。これらの硬い炭化物は、研削性を阻害するので、通常の軸受鋼よりも粗さ曲線の最大山高さＲｐが大きくなりやすい。したがって、粗さ曲線の最大山高さＲｐを０．２μｍ以下とするためには、研削加工の際に用いる砥石の種類，切り込み速度，及び周速を好適に選択する必要がある。なお、軌道輪の生産性やコストの面を考慮すると、粗さ曲線の最大山高さＲｐは０．１μｍ以上０．２μｍ以下とすることがより好ましい。 Since the alloy steel used in the present invention has a high structure change resistance value, silicon, manganese, chromium, and molybdenum form hard carbides. Since these hard carbides impair grindability, the maximum peak height Rp of the roughness curve tends to be larger than that of ordinary bearing steel. Therefore, in order to set the maximum peak height Rp of the roughness curve to 0.2 μm or less, it is necessary to suitably select the type of grindstone, the cutting speed, and the peripheral speed used in the grinding process. In consideration of the productivity and cost of the bearing rings, the maximum peak height Rp of the roughness curve is more preferably 0.1 μm or more and 0.2 μm or less.

〔転動体を構成する素材について〕
転動体は軌道輪と比べて損傷を受けにくいので、一般的な転がり軸受の転動体を構成する素材である軸受鋼や、浸炭処理又は浸炭窒化処理を施した肌焼鋼を、本発明における転動体を構成する素材として問題なく採用することができる。
ただし、水素圧が常圧以上の厳しい水素雰囲気中で使用される場合、軌道輪と転動体との間の滑りが大きい場合、転がり軸受の回転速度が高速である場合、又は、転がり軸受の受ける荷重が高い場合など、転がり軸受の使用環境が厳しい場合には、転動体を構成する素材として、クロムの含有量が５質量％以上１８質量％以下の鋼を用いることが好ましい。クロムは、水素が鋼中に侵入する速度を低下させる作用を有している。また、水素が侵入したとしても基地組織を安定化させることによって、水素の侵入による転がり寿命の低下を抑制する作用を有している。 [Materials that make up rolling elements]
Since the rolling elements are less susceptible to damage than the races, bearing steel, which is a material constituting the rolling elements of general rolling bearings, and case-hardened steel that has been subjected to carburizing or carbonitriding are used in the present invention. It can be adopted without any problem as a material constituting the moving body.
However, when used in a harsh hydrogen atmosphere where the hydrogen pressure is higher than normal pressure, when the slip between the bearing ring and the rolling element is large, when the rotational speed of the rolling bearing is high, or when the rolling bearing receives When the usage environment of a rolling bearing is severe, such as when the load is high, it is preferable to use steel having a chromium content of 5 mass% or more and 18 mass% or less as a material constituting the rolling element. Chromium has the effect of reducing the rate at which hydrogen enters the steel. Moreover, even if hydrogen invades, it stabilizes the base structure, thereby suppressing the rolling life from being reduced due to hydrogen intrusion.

クロムの含有量が５質量％未満であると、上記の作用が不十分となるおそれがある。一方、１８質量％超過であると、粗大な共晶炭化物が形成され、転がり寿命が不十分となるおそれがある。鋼の品質の安定性を考慮すると、クロムの含有量は１２質量％以上１８質量％以下とすることがより好ましい。
また、転動体を構成する素材としてセラミックスを用いることができる。セラミックスは水素による物性低下がなく、耐摩耗性にも優れているので、好適である。 There exists a possibility that said effect | action may become inadequate that content of chromium is less than 5 mass%. On the other hand, if it exceeds 18% by mass, coarse eutectic carbides are formed, and the rolling life may be insufficient. Considering the stability of the quality of the steel, the chromium content is more preferably 12% by mass or more and 18% by mass or less.
Further, ceramics can be used as a material constituting the rolling elements. Ceramics are preferred because they do not deteriorate in physical properties due to hydrogen and are excellent in wear resistance.

本発明の水素雰囲気用転がり軸受は、水素雰囲気中で使用されても白色組織への組織変化が生じにくいことに加えて摩耗損傷が生じにくく長寿命である。 The rolling bearing for a hydrogen atmosphere of the present invention has a long life, in addition to being less susceptible to wear damage, in addition to being less likely to change to a white structure even when used in a hydrogen atmosphere.

本発明に係る水素雰囲気用転がり軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。It is a fragmentary longitudinal cross-section which shows the structure of the deep groove ball bearing which is one Embodiment of the rolling bearing for hydrogen atmosphere which concerns on this invention.

本発明に係る水素雰囲気用転がり軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る水素雰囲気用転がり軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
図１の深溝玉軸受は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、内輪１の軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の転動体３と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動体３を保持する保持器４と、ゴムシール等の密封装置５，５と、を備えている。なお、保持器４及び密封装置５は、備えていなくてもよい。 An embodiment of a rolling bearing for a hydrogen atmosphere according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view showing a structure of a deep groove ball bearing which is an embodiment of a rolling bearing for a hydrogen atmosphere according to the present invention.
The deep groove ball bearing of FIG. 1 includes an inner ring 1 having a raceway surface 1a on an outer peripheral surface, an outer ring 2 having a raceway surface 2a facing the raceway surface 1a of the inner ring 1 on an inner peripheral surface, and both raceway surfaces 1a and 2a. There are provided a plurality of rolling elements 3 arranged so as to be capable of rolling, a cage 4 for holding the rolling elements 3 between both raceway surfaces 1a, 2a, and sealing devices 5, 5 such as rubber seals. The cage 4 and the sealing device 5 may not be provided.

また、内輪１及び外輪２は、炭素の含有量が０．５質量％以上０．９質量％以下、ケイ素の含有量が０．６質量％以上１質量％以下、マンガンの含有量が０．６質量％以上１．２質量％以下、クロムの含有量が６．５質量％以上９．５質量％以下、モリブデンの含有量が１質量％以下で、且つ、残部が鉄及び不可避的不純物である合金鋼で構成されている（条件１）。 The inner ring 1 and the outer ring 2 have a carbon content of 0.5% by mass to 0.9% by mass, a silicon content of 0.6% by mass to 1% by mass, and a manganese content of 0.8%. 6 mass% or more and 1.2 mass% or less, chromium content is 6.5 mass% or more and 9.5 mass% or less, molybdenum content is 1 mass% or less, and the balance is iron and inevitable impurities It is made of a certain alloy steel (Condition 1).

そして、この合金鋼においては、ケイ素の含有量をＳｉ％、マンガンの含有量をＭｎ％、クロムの含有量をＣｒ％、モリブデンの含有量をＭｏ％とすると、２．５×Ｓｉ％＋１．５×Ｍｎ％＋Ｃｒ％＋３×Ｍｏ％なる式で算出される組織変化抵抗値が、１０以上である（条件２）。
さらに、内輪１及び外輪２は、焼入れ及び焼戻しが施されて製造されたものであり、軌道面１ａ，２ａの残留オーステナイト量は１０体積％以上２０体積％以下である。さらに、軌道面１ａ，２ａの表面硬さはＨｖ６７４以上７７２以下（ＨＲＣ５９以上６３以下）である（条件３）。 In this alloy steel, assuming that the silicon content is Si%, the manganese content is Mn%, the chromium content is Cr%, and the molybdenum content is Mo%, 2.5 × Si% + 1. The tissue change resistance value calculated by the formula 5 × Mn% + Cr% + 3 × Mo% is 10 or more (Condition 2).
Furthermore, the inner ring 1 and the outer ring 2 are manufactured by quenching and tempering, and the amount of retained austenite of the raceway surfaces 1a and 2a is 10% by volume or more and 20% by volume or less. Furthermore, the surface hardness of the raceway surfaces 1a and 2a is Hv674 to 772 (HRC 59 to 63) (Condition 3).

さらに、内輪１及び外輪２が有する旧オーステナイト結晶粒は、日本工業規格ＪＩＳＧ０５５１に規定の方法で測定された結晶粒度が、粒度番号で７以上１０以下である（条件４）。
さらに、軌道面１ａ，２ａの軸方向の粗さ曲線の最大山高さＲｐは、０．２μｍ以下であることが好ましい（条件５）。 Furthermore, the prior austenite crystal grains possessed by the inner ring 1 and the outer ring 2 have a grain size number of 7 or more and 10 or less in terms of grain size number (condition 4) as measured by the method defined in Japanese Industrial Standard JIS G0551.
Furthermore, it is preferable that the maximum peak height Rp of the roughness curve in the axial direction of the raceway surfaces 1a and 2a is 0.2 μm or less (Condition 5).

このような深溝玉軸受は、上記条件１〜５を満たしているので、水素雰囲気中で使用されても白色組織への組織変化が生じにくいことに加えて摩耗損傷が生じにくく長寿命である。よって、水素ガスを圧縮するコンプレッサに組み込まれる転がり軸受のように、水素雰囲気中で使用される転がり軸受として好適である。これらの条件１〜５は、内輪１及び外輪２のうち一方のみが満たしていればよいが、内輪１及び外輪２の両方が満たしていることが好ましい。 Since such a deep groove ball bearing satisfies the above conditions 1 to 5, in addition to being hard to cause a change in structure to a white structure even when used in a hydrogen atmosphere, it has a long life and hardly suffers from wear damage. Therefore, it is suitable as a rolling bearing used in a hydrogen atmosphere like a rolling bearing incorporated in a compressor that compresses hydrogen gas. Although these conditions 1-5 should just satisfy | fill only one among the inner ring | wheel 1 and the outer ring | wheel 2, it is preferable that both the inner ring | wheel 1 and the outer ring | wheel 2 are satisfy | filling.

さらに、転動体３は、クロムの含有量が５質量％以上１８質量％以下の鋼又はセラミックスで構成されていることが好ましい。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、水素雰囲気用転がり軸受の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、本発明は深溝玉軸受以外の他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。 Furthermore, it is preferable that the rolling element 3 is comprised with the steel or ceramics whose chromium content is 5 mass% or more and 18 mass% or less.
In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. For example, in the present embodiment, a deep groove ball bearing has been described as an example of a hydrogen atmosphere rolling bearing, but the present invention can be applied to various types of rolling bearings other than deep groove ball bearings. . For example, radial rolling bearings such as angular contact ball bearings, self-aligning ball bearings, cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, needle roller bearings, and self-aligning roller bearings, and thrust types such as thrust ball bearings and thrust roller bearings This is a rolling bearing.

〔実施例〕
以下に述べるような方法により、転がり軸受を製造した。所定の組成の合金鋼を、鍛造及び切削加工又は切削加工のみによって軌道輪の形状に成形加工する。次に、残留オーステナイトを含有するように焼入れ及び焼戻しを施した後に、研磨加工を行って仕上げ、軌道輪を完成した。焼入れは、９５０〜１０５０℃に保持した後に油冷又はガス冷することによって行った。また、焼戻しは、１６０〜２４０℃に保持した後に炉冷又は空冷することによって行った。そして、この軌道輪に、転動体，保持器，シールを組み合わせて転がり軸受とした。〔Example〕
Rolling bearings were manufactured by the method described below. An alloy steel having a predetermined composition is formed into a shape of a raceway by forging and cutting or only by cutting. Next, after quenching and tempering so as to contain residual austenite, polishing was performed to complete the race. Quenching was performed by oil cooling or gas cooling after holding at 950-1050 ° C. In addition, tempering was performed by holding the furnace at 160 to 240 ° C. and then cooling the furnace or air. And this rolling ring was combined with a rolling element, a cage, and a seal to form a rolling bearing.

以下に、深溝玉軸受を製造した例を示す。表１の鋼種Ｂの合金鋼を素材として、上記と同様の方法により、呼び番号６３１６の深溝玉軸受用の内輪及び外輪を製造した。転動体としては、表１の鋼種Ｏで構成されたボールを用いた。これらの内輪，外輪，及び転動体を組み立てて、呼び番号６３１６の深溝玉軸受を得た。 Below, the example which manufactured the deep groove ball bearing is shown. An inner ring and an outer ring for a deep groove ball bearing having a nominal number 6316 were manufactured by the same method as described above using alloy steel of steel type B in Table 1 as a raw material. As a rolling element, a ball composed of steel type O shown in Table 1 was used. These inner rings, outer rings, and rolling elements were assembled to obtain a deep groove ball bearing having a nominal number 6316.

この深溝玉軸受の内輪及び外輪の残留オーステナイト量を、Ｘ線回折装置で測定したところ、それぞれ１０体積％及び１５体積％であった。また、軌道面の表面硬さは、それぞれＨｖ７２２及びＨｖ７１７であった。さらに、旧オーステナイト結晶粒度は、いずれも粒度番号で８であった。さらに、軌道面の軸方向の粗さ曲線の最大山高さＲｐは、それぞれ０．１９μｍ及び０．２０μｍであった。 The amount of retained austenite of the inner ring and the outer ring of this deep groove ball bearing was measured with an X-ray diffractometer and found to be 10% by volume and 15% by volume, respectively. Moreover, the surface hardness of the raceway surface was Hv722 and Hv717, respectively. Further, the prior austenite grain size was 8 in grain size number. Furthermore, the maximum peak heights Rp of the roughness curve in the axial direction of the raceway surface were 0.19 μm and 0.20 μm, respectively.

次に、自動調心ころ軸受を製造した例を示す。表１の鋼種Ｂの合金鋼を素材として、上記と同様の方法により、呼び番号２２２１８の自動調心ころ軸受用の内輪及び外輪を製造した。転動体としては、表１の鋼種Ｎで構成されたころを用いた。これらの内輪，外輪，及び転動体を組み立てて、呼び番号２２２１８の自動調心ころ軸受を得た。
この自動調心ころ軸受の内輪及び外輪の残留オーステナイト量を、Ｘ線回折装置で測定したところ、それぞれ１３体積％及び２０体積％であった。また、軌道面の表面硬さは、それぞれＨｖ７１２及びＨｖ７２０であった。さらに、旧オーステナイト結晶粒度は、いずれも粒度番号で８であった。さらに、軌道面の軸方向の粗さ曲線の最大山高さＲｐは、それぞれ０．１８μｍ及び０．１９μｍであった。 Next, the example which manufactured the self-aligning roller bearing is shown. An inner ring and an outer ring for a self-aligning roller bearing having a nominal number 22218 were manufactured by using the alloy steel of steel type B shown in Table 1 as a raw material in the same manner as described above. As the rolling elements, rollers composed of steel type N shown in Table 1 were used. These inner rings, outer rings, and rolling elements were assembled to obtain a self-aligning roller bearing having a nominal number 22218.
When the amount of retained austenite of the inner ring and outer ring of this self-aligning roller bearing was measured with an X-ray diffractometer, it was 13% by volume and 20% by volume, respectively. Moreover, the surface hardness of the raceway surface was Hv712 and Hv720, respectively. Further, the prior austenite grain size was 8 in grain size number. Furthermore, the maximum peak heights Rp of the axial roughness curve of the raceway surface were 0.18 μm and 0.19 μm, respectively.

次に、スラスト玉軸受を製造した例を示す。表１の鋼種Ａ〜Ｋの合金鋼を素材として、上記と同様の方法により、呼び番号５１３０５のスラスト玉軸受用の内輪及び外輪を製造した。転動体としては、表１の鋼種Ｇ，Ｍ，Ｎ，Ｏ又はセラミックスＰ，Ｑで構成されたボールを用いた。これらの内輪，外輪，及び転動体を組み立てて、呼び番号５１３０５のスラスト玉軸受を得た。ただし、試験条件の面圧の調整のため、ボールの個数は３個とした。 Next, the example which manufactured the thrust ball bearing is shown. Using the alloy steels of steel types A to K shown in Table 1 as raw materials, an inner ring and an outer ring for a thrust ball bearing having a nominal number 51305 were manufactured by the same method as described above. As the rolling elements, balls composed of steel types G, M, N, O or ceramics P, Q shown in Table 1 were used. These inner rings, outer rings, and rolling elements were assembled to obtain a thrust ball bearing having a nominal number 51305. However, the number of balls was set to three in order to adjust the surface pressure under the test conditions.

これらのスラスト玉軸受について、水素雰囲気下において下記の３つの試験条件で転がり疲労試験を行い、累積破損確率が５０％となる寿命（Ｌ₅₀）を求めた。
・試験条件Ａ
水素圧：０．１２ＭＰａ
面圧：３．１ＧＰａ
回転速度：１０００ｍｉｎ^-1
潤滑油：ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯＶＧ６８である潤滑油
・試験条件Ｂ
水素圧：０．１２ＭＰａ
面圧：３．８ＧＰａ
回転速度：１０００ｍｉｎ^-1
潤滑油：ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯＶＧ３２である潤滑油
・試験条件Ｃ
水素圧：０．４ＭＰａ
面圧：３．１ＧＰａ
回転速度：１０００ｍｉｎ^-1
潤滑油：ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯＶＧ６８である潤滑油
試験条件Ａでの試験結果を表２に示す。また、合金鋼の組織変化抵抗値及び旧オーステナイト結晶粒度と、軌道面の残留オーステナイト量，表面硬さ，算術平均粗さＲａ，粗さ曲線の最大山高さＲｐとを、表２に併せて示す。なお、表２における寿命は、比較例１の寿命を１とした場合の相対値で示してある。比較例１で用いた合金鋼Ｇは、転がり軸受の素材として一般的に用いられるＳＵＪ２に相当する鋼である。 These thrust ball bearings were subjected to a rolling fatigue test under the following three test conditions in a hydrogen atmosphere to determine the life (L ₅₀ ) at which the cumulative failure probability was 50%.
・ Test condition A
Hydrogen pressure: 0.12 MPa
Surface pressure: 3.1 GPa
Rotational speed: 1000min ^-1
Lubricating oil: Lubricating oil whose ISO viscosity grade is ISO VG68 ・ Test condition B
Hydrogen pressure: 0.12 MPa
Surface pressure: 3.8 GPa
Rotational speed: 1000min ^-1
Lubricating oil: Lubricating oil whose ISO viscosity grade is ISO VG32-Test condition C
Hydrogen pressure: 0.4 MPa
Surface pressure: 3.1 GPa
Rotational speed: 1000min ^-1
Lubricating oil: Lubricating oil whose ISO viscosity grade is ISO VG68 Table 2 shows the test results under test condition A. Table 2 also shows the structure change resistance value and prior austenite grain size of the alloy steel, the retained austenite amount of the raceway surface, the surface hardness, the arithmetic mean roughness Ra, and the maximum peak height Rp of the roughness curve. . The life in Table 2 is shown as a relative value when the life of Comparative Example 1 is 1. The alloy steel G used in Comparative Example 1 is a steel corresponding to SUJ2 that is generally used as a material for rolling bearings.

表２から分かるように、実施例１〜６は、軌道輪を構成する合金鋼の合金組成、組織変化抵抗値、旧オーステナイト結晶粒度、軌道面の残留オーステナイト量、及び表面硬さが本発明の範囲内であるため、水素雰囲気中で使用されても寿命低下が少なく、摩耗損傷も生じにくかった。そのため、転がり寿命が長寿命であった。特に、実施例１〜３は、合金組成及び旧オーステナイト結晶粒度がより好ましい範囲内にあるため、より長寿命であった。 As can be seen from Table 2, in Examples 1 to 6, the alloy composition, the structure change resistance value, the prior austenite grain size, the amount of retained austenite on the raceway surface, and the surface hardness of the alloy steel constituting the raceway are of the present invention. Since it is within the range, even if it is used in a hydrogen atmosphere, the service life is hardly reduced and wear damage is hardly caused. Therefore, the rolling life was long. In particular, Examples 1 to 3 had a longer life because the alloy composition and the prior austenite grain size were in a more preferable range.

これに対して、比較例１〜４は、軌道輪を構成する合金鋼の合金組成が本発明の範囲外であるため、短寿命であった。また、比較例５は、合金組成は本発明の範囲内であるが、組織変化抵抗値が１０未満であるため短寿命であった。さらに、比較例６，７は、合金組成は本発明の範囲内であるが、熱処理条件が好適ではない等の理由により軌道面の残留オーステナイト量が本発明の範囲外であるため、短寿命であった。 On the other hand, Comparative Examples 1 to 4 had a short life because the alloy composition of the alloy steel constituting the race was outside the scope of the present invention. In Comparative Example 5, the alloy composition was within the range of the present invention, but the structure change resistance value was less than 10, so the life was short. Further, in Comparative Examples 6 and 7, the alloy composition is within the range of the present invention, but the amount of retained austenite on the raceway surface is out of the range of the present invention because the heat treatment conditions are not suitable. there were.

さらに、比較例８，９は、合金組成は本発明の範囲内であるが、熱処理条件が好適ではない等の理由により旧オーステナイト結晶粒度が本発明の範囲外であるため、短寿命であった。さらに、比較例１０，１１は、合金組成は本発明の範囲内であるが、熱処理条件が好適ではない等の理由により軌道面の表面硬さが本発明の範囲外であるため、短寿命であった。 Further, Comparative Examples 8 and 9 had a short life because the alloy composition was within the range of the present invention, but the prior austenite grain size was out of the range of the present invention because the heat treatment conditions were not suitable. . Furthermore, in Comparative Examples 10 and 11, the alloy composition is within the range of the present invention, but the surface hardness of the raceway surface is out of the range of the present invention because the heat treatment conditions are not suitable. there were.

次に、試験条件Ｂでの試験結果を表３に示す。また、合金鋼の組織変化抵抗値及び旧オーステナイト結晶粒度と、軌道面の残留オーステナイト量，表面硬さ，算術平均粗さＲａ，粗さ曲線の最大山高さＲｐとを、表３に併せて示す。試験条件Ｂの場合は、油膜厚さが薄くなるため、軌道輪と転動体との金属接触が生じやすい。そこで、金属接触を抑制するために、軌道面の表面粗さを制御する必要がある。よって、試験条件Ｂの場合は、表３から分かるように、試験条件Ａとは軌道面の表面粗さが異なる軌道輪を用いている。なお、表３における寿命は、比較例２１の寿命を１とした場合の相対値で示してある。 Next, Table 3 shows the test results under test condition B. Table 3 also shows the structure change resistance value and the prior austenite grain size of the alloy steel, the amount of retained austenite on the raceway surface, the surface hardness, the arithmetic mean roughness Ra, and the maximum peak height Rp of the roughness curve. . In the case of test condition B, since the oil film thickness becomes thin, metal contact between the race and the rolling element is likely to occur. Therefore, in order to suppress metal contact, it is necessary to control the surface roughness of the raceway surface. Therefore, in the case of the test condition B, as can be seen from Table 3, a track ring having a surface roughness different from that of the test condition A is used. The life in Table 3 is shown as a relative value when the life of Comparative Example 21 is 1.

表３から分かるように、実施例２１〜２６は、軌道輪を構成する合金鋼の合金組成、組織変化抵抗値、旧オーステナイト結晶粒度、軌道面の残留オーステナイト量、表面硬さ、及び粗さ曲線の最大山高さＲｐが本発明の範囲内であるため、水素雰囲気中で使用されても寿命低下が少なく、摩耗損傷も生じにくかった。そのため、転がり寿命が長寿命であった。特に、実施例２１〜２３は、合金組成及び旧オーステナイト結晶粒度がより好ましい範囲内にあるため、より長寿命であった。 As can be seen from Table 3, in Examples 21 to 26, the alloy composition, the structure change resistance value, the prior austenite grain size, the amount of retained austenite on the raceway surface, the surface hardness, and the roughness curve of the alloy steel constituting the raceway ring. Since the maximum peak height Rp is within the range of the present invention, even when used in a hydrogen atmosphere, the life is hardly reduced and wear damage is hardly caused. Therefore, the rolling life was long. In particular, Examples 21 to 23 had a longer life because the alloy composition and the prior austenite grain size were in a more preferable range.

また、実施例２７〜２９は、合金組成は本発明の範囲内であるとともに、軌道面の算術平均粗さＲａは実施例２４〜２６よりも小さいが、軌道面の粗さ曲線の最大山高さＲｐが本発明の好ましい範囲から外れているため、比較例よりは長寿命であるものの実施例２４〜２６よりも若干短寿命であった。
これに対して、比較例２１〜２４は、軌道輪を構成する合金鋼の合金組成が本発明の範囲外であるため、短寿命であった。また、比較例２５は、合金組成は本発明の範囲内であるが、組織変化抵抗値が１０未満であるため短寿命であった。さらに、比較例２６，２７は、合金組成は本発明の範囲内であるが、熱処理条件が好適ではない等の理由により軌道面の残留オーステナイト量が本発明の範囲外であるため、短寿命であった。 In Examples 27 to 29, the alloy composition is within the range of the present invention, and the arithmetic average roughness Ra of the raceway surface is smaller than those of Examples 24 to 26, but the maximum peak height of the raceway surface roughness curve. Since Rp deviated from the preferred range of the present invention, the lifetime was slightly shorter than that of Examples 24-26, although the lifetime was longer than that of the comparative example.
On the other hand, Comparative Examples 21 to 24 had a short life because the alloy composition of the alloy steel constituting the race was outside the scope of the present invention. In Comparative Example 25, the alloy composition was within the range of the present invention, but the structure change resistance value was less than 10, so the life was short. Further, Comparative Examples 26 and 27 have a short life because the alloy composition is within the range of the present invention, but the amount of retained austenite on the raceway surface is out of the range of the present invention because the heat treatment conditions are not suitable. there were.

さらに、比較例２８，２９は、合金組成は本発明の範囲内であるが、熱処理条件が好適ではない等の理由により旧オーステナイト結晶粒度が本発明の範囲外であるため、短寿命であった。さらに、比較例３０，３１は、合金組成は本発明の範囲内であるが、熱処理条件が好適ではない等の理由により軌道面の表面硬さが本発明の範囲外であるため、短寿命であった。 Furthermore, Comparative Examples 28 and 29 had a short life because the alloy composition was within the scope of the present invention, but the prior austenite grain size was outside the scope of the present invention because the heat treatment conditions were not suitable. . Furthermore, Comparative Examples 30 and 31 have a short life because the surface hardness of the raceway surface is outside the range of the present invention because the alloy composition is within the range of the present invention but the heat treatment conditions are not suitable. there were.

次に、試験条件Ｃでの試験結果を表４に示す。また、合金鋼の組織変化抵抗値及び旧オーステナイト結晶粒度と、軌道面の残留オーステナイト量，表面硬さ，算術平均粗さＲａ，粗さ曲線の最大山高さＲｐとを、表４に併せて示す。試験条件Ｃの場合は、水素圧が高いため、転動体についても水素対策が必要である。そこで、転動体を構成する素材として、鋼種Ｇ，Ｍ，Ｎ，Ｏ又はセラミックスＰ，Ｑを用いた。なお、表４における寿命は、比較例４１の寿命を１とした場合の相対値で示してある。 Next, Table 4 shows the test results under test condition C. Table 4 also shows the structure change resistance value and the prior austenite grain size of the alloy steel, the amount of retained austenite on the raceway surface, the surface hardness, the arithmetic mean roughness Ra, and the maximum peak height Rp of the roughness curve. . In the case of the test condition C, since the hydrogen pressure is high, measures against hydrogen are also required for the rolling elements. Therefore, steel types G, M, N, O or ceramics P, Q were used as materials constituting the rolling elements. The life in Table 4 is shown as a relative value when the life of Comparative Example 41 is 1.

表４から分かるように、実施例４１〜４７は、軌道輪を構成する合金鋼の合金組成、組織変化抵抗値、旧オーステナイト結晶粒度、軌道面の残留オーステナイト量、及び表面硬さが本発明の範囲内であるため、水素雰囲気中で使用されても寿命低下が少なく、摩耗損傷も生じにくかった。そのため、転がり寿命が長寿命であった。特に、実施例４１〜４４は、合金組成及び旧オーステナイト結晶粒度がより好ましい範囲内にあるため、より長寿命であった。また、転動体も好ましい素材で構成されているため、転動体に損傷が生じることもなく長寿命であった。 As can be seen from Table 4, in Examples 41 to 47, the alloy composition, the structure change resistance value, the prior austenite crystal grain size, the retained austenite amount on the raceway surface, and the surface hardness of the alloy steel constituting the raceway are of the present invention. Since it is within the range, even if it is used in a hydrogen atmosphere, the service life is hardly reduced and wear damage is hardly caused. Therefore, the rolling life was long. In particular, Examples 41 to 44 had a longer life because the alloy composition and the prior austenite grain size were in a more preferable range. Moreover, since the rolling element is also made of a preferable material, the rolling element has a long life without being damaged.

これに対して、比較例４１〜４４は、軌道輪を構成する合金鋼の合金組成が本発明の範囲外であるため、短寿命であった。また、比較例４５は、合金組成は本発明の範囲内であるが、組織変化抵抗値が１０未満であるため短寿命であった。さらに、比較例４６，４７は、合金組成は本発明の範囲内であるが、熱処理条件が好適ではない等の理由により軌道面の残留オーステナイト量が本発明の範囲外であるため、短寿命であった。 On the other hand, Comparative Examples 41 to 44 had a short life because the alloy composition of the alloy steel constituting the race was outside the scope of the present invention. In Comparative Example 45, the alloy composition was within the range of the present invention, but the structure change resistance value was less than 10, so the life was short. Further, in Comparative Examples 46 and 47, although the alloy composition is within the range of the present invention, the amount of retained austenite on the raceway surface is out of the range of the present invention because the heat treatment conditions are not suitable. there were.

さらに、比較例４８，４９は、合金組成は本発明の範囲内であるが、熱処理条件が好適ではない等の理由により旧オーステナイト結晶粒度が本発明の範囲外であるため、短寿命であった。さらに、比較例５０，５１は、合金組成は本発明の範囲内であるが、熱処理条件が好適ではない等の理由により軌道面の表面硬さが本発明の範囲外であるため、短寿命であった。 Furthermore, Comparative Examples 48 and 49 had a short life because the alloy composition was within the scope of the present invention, but the prior austenite grain size was outside the scope of the present invention because the heat treatment conditions were not suitable. . Further, in Comparative Examples 50 and 51, although the alloy composition is within the range of the present invention, the surface hardness of the raceway surface is out of the range of the present invention because the heat treatment conditions are not suitable. there were.

１内輪
１ａ軌道面
２外輪
２ａ軌道面
３転動体 1 inner ring 1a raceway surface 2 outer ring 2a raceway surface 3 rolling element

Claims

軌道面を有する内輪と、前記内輪の軌道面に対向する軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、水素雰囲気中で使用される転がり軸受において、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方が下記の４つの条件を満足することを特徴とする水素雰囲気用転がり軸受。
条件１：炭素の含有量が０．５質量％以上０．９質量％以下、ケイ素の含有量が０．６質量％以上１質量％以下、マンガンの含有量が０．６質量％以上１．２質量％以下、クロムの含有量が６．５質量％以上９．５質量％以下、モリブデンの含有量が１質量％以下で、且つ、残部が鉄及び不可避的不純物である合金鋼で構成されている。
条件２：前記ケイ素の含有量をＳｉ％、前記マンガンの含有量をＭｎ％、前記クロムの含有量をＣｒ％、前記モリブデンの含有量をＭｏ％とし、２．５×Ｓｉ％＋１．５×Ｍｎ％＋Ｃｒ％＋３×Ｍｏ％なる式で算出される組織変化抵抗値が１０以上である。
条件３：焼入れ及び焼戻しが施されており、前記軌道面の残留オーステナイト量が１０体積％以上２０体積％以下であるとともに、硬さがＨｖ６７４以上７７２以下である。
条件４：日本工業規格ＪＩＳＧ０５５１に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で７以上１０以下である。 An inner ring having a raceway surface, an outer ring having a raceway surface opposite to the raceway surface of the inner ring, and a plurality of rolling elements arranged to roll between the raceway surfaces, and used in a hydrogen atmosphere. A rolling bearing for a hydrogen atmosphere in which at least one of the inner ring and the outer ring satisfies the following four conditions.
Condition 1: The carbon content is 0.5 mass% or more and 0.9 mass% or less, the silicon content is 0.6 mass% or more and 1 mass% or less, and the manganese content is 0.6 mass% or more. 2 mass% or less, chromium content is 6.5 mass% or more and 9.5 mass% or less, molybdenum content is 1 mass% or less, and the balance is iron and inevitable impurities. ing.
Condition 2: The content of silicon is Si%, the content of manganese is Mn%, the content of chromium is Cr%, the content of molybdenum is Mo%, 2.5 × Si% + 1.5 × The structure change resistance value calculated by the formula of Mn% + Cr% + 3 × Mo% is 10 or more.
Condition 3: Quenching and tempering are performed, the amount of retained austenite on the raceway surface is 10% by volume or more and 20% by volume or less, and the hardness is Hv674 or more and 772 or less.
Condition 4: The prior austenite grain size measured by the method defined in Japanese Industrial Standard JIS G0551 is 7 or more and 10 or less in grain size number.

前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方が前記４つの条件とともにさらに下記の条件５を満足することを特徴とする請求項１に記載の水素雰囲気用転がり軸受。
条件５：前記軌道面の軸方向の粗さ曲線の最大山高さＲｐが０．２μｍ以下である。 The rolling bearing for a hydrogen atmosphere according to claim 1, wherein at least one of the inner ring and the outer ring further satisfies the following condition 5 together with the four conditions.
Condition 5: The maximum peak height Rp of the roughness curve in the axial direction of the raceway surface is 0.2 μm or less.

前記転動体が、クロムの含有量が５質量％以上１８質量％以下の鋼で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水素雰囲気用転がり軸受。 The rolling element for a hydrogen atmosphere according to claim 1 or 2, wherein the rolling element is made of steel having a chromium content of 5 mass% or more and 18 mass% or less.

前記転動体がセラミックスで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水素雰囲気用転がり軸受。 The rolling bearing for a hydrogen atmosphere according to claim 1 or 2, wherein the rolling element is made of ceramics.