JP2023080746A - Machine component - Google Patents

Abstract

To provide a machine component capable of suppressing aging of a dimension thereof, and capable of improving rolling motion fatigue life of an impression origin type on a surface thereof, the machine component being used for a hydrogen utilization appliance.SOLUTION: A machine component is formed of a steel and has a surface. The steel has been subjected to hardening and tempering. The machine component has a nitriding layer on a surface thereof, and a core part which is separated from the surface by a distance larger than that by which the nitriding layer is separated from the surface. The machine component is used for a hydrogen utilization appliance. Nitrogen concentration in the steel on the surface is equal to or greater than 0.3 mass%. Hardness of the steel on the surface is 850 Hv or greater. A residual austenite amount in the steel in the core part is 9 volume% or less. Dislocation concentration of the residual austenite in the steel in the core part, is equal to or greater than 4.0×1014 m-2, and the steel is a bearing steel.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、機械部品に関する。より特定的には、本発明は、焼入れ及び焼戻しの行われた鋼製であり、水素利用機器用の機械部品に関する。 The present invention relates to mechanical parts. More particularly, the present invention relates to hardened and tempered steel mechanical components for hydrogen utilization equipment.

例えば水素ステーション向けの水素利用機器には、軸受が用いられる。水素ステーションの稼働率の増加又は軸受の小型化が進展すると、使用時における転がり軸受の温度が上昇する。 For example, bearings are used in hydrogen utilization equipment for hydrogen stations. As the operation rate of hydrogen stations increases or bearings become smaller, the temperature of rolling bearings increases during use.

焼入れ及び焼戻しが行われた転がり軸受では、使用温度が上昇すると、残留オーステナイトが分解される。その結果、残留オーステナイトの分解に伴う体積膨張により、転がり軸受の構成部品の寸法変化が生じる。なお、転がり軸受の軌道輪の寸法変化率が大きくなると、クリープの発生、軌道面と転動体との間の隙間が減少することに伴う接触面圧の上昇及びそれに起因した早期損傷並びに寸法精度の低下に伴う異音や振動の増大といった問題が生じることがある。 In a quenched and tempered rolling bearing, the residual austenite is decomposed when the operating temperature rises. As a result, due to the volumetric expansion associated with the decomposition of retained austenite, dimensional changes occur in the constituent parts of the rolling bearing. When the dimensional change rate of the bearing ring of the rolling bearing increases, creep occurs, the contact surface pressure increases due to the decrease in the clearance between the raceway surface and the rolling element, and the resulting early damage and dimensional accuracy decrease. Problems such as noise and increased vibration associated with the decrease may occur.

特開２００１－９９１６３号公報（特許文献１）には、転がり軸受の軌道輪が記載されている。特許文献１に記載の軌道輪は、焼入れ及び焼戻しが行われた鋼製である。特許文献１に記載の軌道輪では、鋼中の残留オーステナイト量が実質的に０になっている。特許文献１に記載の軌道輪によると、使用に伴う寸法の経時変化が抑制されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2001-99163 (Patent Document 1) describes a bearing ring of a rolling bearing. The bearing ring described in Patent Document 1 is made of steel that has been quenched and tempered. In the bearing ring disclosed in Patent Document 1, the amount of retained austenite in the steel is substantially zero. According to the bearing ring described in Patent Document 1, changes in dimensions with time due to use are suppressed.

特開２００１－９９１６３号公報JP-A-2001-99163

しかしながら、特許文献１に記載の軌道輪では、表面における鋼の硬さが７５２Ｈｖ未満になっている。軌道輪の表面における鋼の硬さが低くなると、圧痕起点型の転動疲労寿命が低下する。そのため、特許文献１に記載の軌道輪では、圧痕起点型の転動疲労寿命に改善の余地がある。 However, in the bearing ring described in Patent Document 1, the surface hardness of the steel is less than 752 Hv. When the hardness of the steel on the surface of the bearing ring decreases, the indentation-initiated rolling contact fatigue life decreases. Therefore, in the bearing ring described in Patent Document 1, there is room for improvement in the indentation-initiated rolling contact fatigue life.

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、寸法の経時変化を抑制可能であるとともに、表面における圧痕起点型の転動疲労寿命を改善可能である水素利用機器用の機械部品を提供するものである。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above. More specifically, the present invention provides a mechanical component for hydrogen-utilizing equipment that is capable of suppressing dimensional changes over time and improving the life of indentation-initiated rolling contact fatigue on the surface.

本発明の一態様に係る機械部品は、鋼製であり、表面を有する。機械部品は、水素利用機器用である。鋼は、焼入れ及び焼戻しが行われている。機械部品は、表面にある浸窒層と、表面からの距離が浸窒層よりも離れている芯部とを備える。表面における鋼中の窒素濃度は、０．３質量パーセント以上である。表面における鋼の硬さは、８５０Ｈｖ以上である。芯部における鋼中の残留オーステナイト量は、９体積パーセント以下である。芯部における鋼中の残留オーステナイトの転位密度は、４．０×１０^１４ｍ^－２以上である。鋼は、軸受鋼である。 A mechanical component according to one aspect of the present invention is made of steel and has a surface. Mechanical parts are for hydrogen utilization equipment. The steel has been hardened and tempered. The mechanical part comprises a nitrided layer on the surface and a core part which is a greater distance from the surface than the nitrided layer. The nitrogen concentration in the steel at the surface is 0.3 mass percent or more. The hardness of the steel at the surface is 850Hv or higher. The amount of retained austenite in the steel in the core is 9 volume percent or less. The dislocation density of retained austenite in steel in the core is 4.0×10 ¹⁴ m ⁻² or more. The steel is bearing steel.

上記機械部品では、表面における鋼中の窒素濃度をＸ（単位：質量パーセント）とし、表面における鋼中のマルテンサイトの転位密度をＹ（単位：ｍ^－２）とした場合に、９３４８９３．４８＋３７９．９６×Ｘ－３３０．９６×Ｙ^２－５．４１×１０^４×ｌоｇＹ＋７８３．８３×ｌоｇＸ^２≧０との関係が満たされていてもよい。 In the above machine part, when the nitrogen concentration in the steel on the surface is X (unit: mass percent) and the dislocation density of martensite in the steel on the surface is Y (unit: m ⁻² ), 934893.48+379. The relationship 96×X−330.96×Y ² −5.41×10 ⁴ ×log Y+783.83×log X ² ≧0 may be satisfied.

上記機械部品では、１６０℃で２５００時間の保持を行った後の表面における鋼の硬さが、８５０Ｈｖ以上であってもよい。 In the above mechanical component, the hardness of the steel on the surface after holding at 160° C. for 2500 hours may be 850 Hv or more.

上記機械部品では、鋼が、０．９５質量パーセント以上１．１０質量パーセントの炭素と、１．４０質量パーセント以上１．６０質量パーセント以下のクロムと、０．３０質量パーセント未満のシリコンと、０．５０質量パーセント未満のマンガンと、０．００８０質量パーセント未満の硫黄とを含有していてもよい。 In the above mechanical component, the steel comprises 0.95 mass percent or more and 1.10 mass percent carbon, 1.40 mass percent or more and 1.60 mass percent or less chromium, less than 0.30 mass percent silicon, and 0 It may contain less than 0.50 weight percent manganese and less than 0.0080 weight percent sulfur.

本発明の機械部品によると、寸法の経時変化を抑制可能であるとともに、表面における圧痕起点型の転動疲労寿命を改善可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the mechanical component of this invention, while being able to suppress the time-dependent change of a dimension, it is possible to improve the rolling contact fatigue life of the indentation origin type|mold on the surface.

内輪１０の断面図である。3 is a cross-sectional view of an inner ring 10; FIG. ボール弁２００の拡大断面図である。4 is an enlarged cross-sectional view of the ball valve 200; FIG. 水素循環ポンプ３００の断面図である。3 is a cross-sectional view of the hydrogen circulation pump 300; FIG. 内輪１０の製造方法を示す工程図である。4A to 4C are process diagrams showing a method of manufacturing the inner ring 10. FIG. 加工対象部材２０の断面図である。2 is a cross-sectional view of a member to be processed 20. FIG. 圧痕が形成された軌道輪の表面における形状を示す模式的なグラフである。4 is a schematic graph showing the shape of the bearing ring surface on which indentations are formed. 内輪１０の表面における鋼の硬さと圧痕の周囲における盛り上がりとの関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the hardness of steel on the surface of the inner ring 10 and the swelling around the indentation.

本発明の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面では、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。 Details of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings below, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description will not be repeated.

（実施形態に係る機械部品の構成）
以下に、実施形態に係る機械部品の構成を説明する。 (Configuration of mechanical parts according to the embodiment)
The configuration of the mechanical component according to the embodiment will be described below.

実施形態に係る機械部品は、水素利用機器用である。水素利用機器は、例えば水素ステーション向けのボール弁又は圧縮機である。なお、圧縮機の方式は特に限定されない。例えば、圧縮機は、往復式（レシプロ）、回転式（スクリュ）、遠心式又は軸流式のいずれであってもよい。水素利用機器は、燃料電池車向けの高圧水素減圧弁又は水素循環ポンプであってもよい。実施形態に係る機械部品は、水素に曝される用途に用いられるものであればよい。 A mechanical component according to an embodiment is for a hydrogen utilization device. Hydrogen utilization equipment is, for example, a ball valve or a compressor for a hydrogen station. In addition, the system of the compressor is not particularly limited. For example, the compressor may be reciprocating (reciprocating), rotary (screw), centrifugal or axial. The hydrogen utilization device may be a high-pressure hydrogen pressure reducing valve or a hydrogen circulation pump for fuel cell vehicles. The mechanical component according to the embodiment may be used for applications exposed to hydrogen.

実施形態に係る機械部品は、例えば、転がり軸受の軌道輪である。実施形態に係る機械部品は、転がり軸受の転動体であってもよい。この転がり軸受は、例えば、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受又は自動調心ころ軸受である。実施形態に係る機械部品は、シャフト、ボールねじ、滑り軸受等の摺動部材であってもよく、ハウジング等の構造部材であってもよい。ここでは、転がり軸受の内輪１０を、実施形態に係る機械部品の例として説明する。 A mechanical component according to the embodiment is, for example, a bearing ring of a rolling bearing. A mechanical component according to the embodiment may be a rolling element of a rolling bearing. This rolling bearing is, for example, a deep groove ball bearing, an angular contact ball bearing, a cylindrical roller bearing, a conical roller bearing or a self-aligning roller bearing. The mechanical component according to the embodiment may be a sliding member such as a shaft, a ball screw, or a sliding bearing, or a structural member such as a housing. Here, the inner ring 10 of the rolling bearing will be described as an example of the mechanical component according to the embodiment.

以下に、内輪１０の構成を説明する。
図１は、内輪１０の断面図である。図１に示されるように、内輪１０は、第１端面１０ａと、第２端面１０ｂと、内周面１０ｃと、外周面１０ｄとを有している。なお、第１端面１０ａ、第２端面１０ｂ、内周面１０ｃ及び外周面１０ｄは、内輪１０の表面を構成している。内輪１０は、リング状である。 The configuration of the inner ring 10 will be described below.
FIG. 1 is a cross-sectional view of the inner ring 10. FIG. As shown in FIG. 1, the inner ring 10 has a first end face 10a, a second end face 10b, an inner peripheral face 10c, and an outer peripheral face 10d. The first end surface 10a, the second end surface 10b, the inner peripheral surface 10c, and the outer peripheral surface 10d form the surface of the inner ring 10. As shown in FIG. The inner ring 10 is ring-shaped.

内輪１０の中心軸を、中心軸Ａとする。中心軸Ａに沿う方向を、軸方向とする。中心軸Ａに直交し、かつ中心軸Ａを通る方向を、径方向とする。中心軸Ａを中心とする円周に沿う方向を、周方向とする。 Let the central axis of the inner ring 10 be central axis A. As shown in FIG. A direction along the central axis A is defined as an axial direction. A direction orthogonal to the central axis A and passing through the central axis A is defined as a radial direction. A direction along the circumference centered on the central axis A is defined as a circumferential direction.

第１端面１０ａ及び第２端面１０ｂは、軸方向における内輪１０の端面である。第２端面１０ｂは、軸方向における第１端面１０ａの反対面である。 The first end face 10a and the second end face 10b are end faces of the inner ring 10 in the axial direction. The second end surface 10b is the opposite surface of the first end surface 10a in the axial direction.

内周面１０ｃは、周方向に沿って延在している。内周面１０ｃは、中心軸Ａ側を向いている。内周面１０ｃの軸方向における一方端及び他方端は、それぞれ、第１端面１０ａ及び第２端面１０ｂに連なっている。図示されていないが、内輪１０は、内周面１０ｃにおいて軸に嵌め合わされる。 The inner peripheral surface 10c extends along the circumferential direction. The inner peripheral surface 10c faces the central axis A side. One end and the other end in the axial direction of the inner peripheral surface 10c are connected to the first end surface 10a and the second end surface 10b, respectively. Although not shown, the inner ring 10 is fitted to the shaft at the inner peripheral surface 10c.

外周面１０ｄは、周方向に沿って延在している。外周面１０ｄは、中心軸Ａとは反対側を向いている。つまり、外周面１０ｄは、径方向における内周面１０ｃの反対面である。外周面１０ｄの軸方向における一方端及び他方端は、それぞれ、第１端面１０ａ及び第２端面１０ｂに連なっている。外周面１０ｄは、軌道面１０ｄａを有している。軌道面１０ｄａは、転動体（図示せず）に接触する外周面１０ｄの部分である。軌道面１０ｄａは、例えば、外周面１０ｄの軸方向における中央に位置している。軌道面１０ｄａは、周方向に延在している。断面視において、軌道面１０ｄａは、部分円弧状である。 The outer peripheral surface 10d extends along the circumferential direction. 10 d of outer peripheral surfaces face the side opposite to the central axis A. As shown in FIG. That is, the outer peripheral surface 10d is the opposite surface of the inner peripheral surface 10c in the radial direction. One end and the other end in the axial direction of the outer peripheral surface 10d are connected to the first end surface 10a and the second end surface 10b, respectively. The outer peripheral surface 10d has a raceway surface 10da. The raceway surface 10da is a portion of the outer peripheral surface 10d that contacts rolling elements (not shown). The raceway surface 10da is located, for example, in the center of the outer peripheral surface 10d in the axial direction. The raceway surface 10da extends in the circumferential direction. In a cross-sectional view, the raceway surface 10da has a partial arc shape.

内輪１０は、鋼製である。内輪１０を構成している鋼には、焼入れ及び焼戻しが行われている。内輪１０を構成している鋼は、軸受鋼であってもよい。軸受鋼とは、炭素濃度が０．９０質量パーセント以上１．１質量パーセント以下、クロム濃度が０．３質量パーセント以上２．１質量パーセント以下の高炭素クロム鋼をいう。 The inner ring 10 is made of steel. The steel forming the inner ring 10 is quenched and tempered. The steel forming the inner ring 10 may be bearing steel. Bearing steel refers to high carbon chromium steel having a carbon concentration of 0.90 mass percent or more and 1.1 mass percent or less and a chromium concentration of 0.3 mass percent or more and 2.1 mass percent or less.

軸受鋼の具体例としては、ＪＩＳ規格に規定されているＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＵＪ４及びＳＵＪ５、ＡＳＴＭ規格に規定されている５０１００、５１１００、５２１００及びＡ４８５ Ｇｒａｄｅ １並びにＩＳＯ規格に規定されている１００Ｃｒ６、１００ＣｒＭｎＳｉ４－４、１００ＣｒＭｎＳｉ６－４、１００ＣｒＭｏ７、１００ＣｒＭｏ７－３、１００ＣｒＭｎＭｏＳｉ８－４－６等が挙げられる。 Specific examples of bearing steel include SUJ2, SUJ3, SUJ4 and SUJ5 specified in JIS standards, 50100, 51100, 52100 and A485 Grade 1 specified in ASTM standards, and 100Cr6 and 100CrMnSi4 specified in ISO standards. -4, 100CrMnSi6-4, 100CrMo7, 100CrMo7-3, 100CrMnMoSi8-4-6 and the like.

内輪１０を構成している鋼中の炭素濃度は、例えば０．９５質量パーセント以上１．１０質量パーセント以下であってもよい。内輪１０を構成している鋼は、１．４０質量パーセント以上１．６０質量パーセント以下のクロムと、０．３０質量パーセント未満のシリコンと、０．５０質量パーセント未満のマンガンと、０．００８０質量パーセント未満の硫黄とを含有していてもよい。この場合、内輪１０を構成している鋼は、シリコン、マンガン及び硫黄を含有していなくてもよい。 The carbon concentration in the steel forming the inner ring 10 may be, for example, 0.95% by mass or more and 1.10% by mass or less. The steel constituting the inner ring 10 contains 1.40% by mass or more and 1.60% by mass or less of chromium, less than 0.30% by mass of silicon, less than 0.50% by mass of manganese, and 0.0080% by mass. may contain less than percent sulfur. In this case, the steel forming the inner ring 10 may be free of silicon, manganese and sulfur.

内輪１０の表面には、浸窒又は浸炭浸窒処理が行われている。すなわち、内輪１０は、表面に浸窒層１１を有している（内輪１０の表面は、浸窒層１１になっている）。浸窒層１１では、鋼中に窒素が固溶している。浸窒層１１よりも表面から離れている内輪１０の部分を、芯部１２とする。このことを別の観点から言えば、芯部１２は、浸窒層１１以外の内輪１０の内部箇所である。芯部１２では、鋼中に窒素が固溶していない。内輪１０の表面における鋼中の窒素濃度は、０．３質量パーセント以上である。内輪１０の表面における鋼中の窒素濃度は、０．４質量パーセント以上であることが好ましい。内輪１０の表面における窒素濃度は、例えば、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）を用いて測定される。 The surface of the inner ring 10 is subjected to nitriding or carbonitriding treatment. That is, the inner ring 10 has a nitrided layer 11 on the surface (the surface of the inner ring 10 is the nitrided layer 11). In the nitriding layer 11, nitrogen is dissolved in the steel. A portion of the inner ring 10 that is farther from the surface than the nitriding layer 11 is defined as a core portion 12 . From another point of view, the core portion 12 is the internal portion of the inner ring 10 other than the nitriding layer 11 . In the core portion 12, nitrogen is not dissolved in the steel. The nitrogen concentration in the steel on the surface of the inner ring 10 is 0.3% by mass or more. The nitrogen concentration in the steel on the surface of the inner ring 10 is preferably 0.4% by mass or more. The nitrogen concentration on the surface of the inner ring 10 is measured using, for example, an EPMA (Electron Probe Micro Analyzer).

内輪１０の表面における鋼の硬さは、８５０Ｈｖ以上である。１６０℃で２５００時間の保持を行った後の内輪１０の表面における鋼の硬さは、８５０Ｈｖ以上であることが好ましい。内輪１０の表面における鋼の硬さは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９）に規定されているビッカース硬さ試験法により行われる。なお、内輪１０の表面における鋼の硬さを測定する際の荷重は、３００ｇとされる。内輪１０の表面における鋼の硬さは、少なくとも３箇所以上において測定し、得られた測定値を平均化することにより得られる。 The hardness of the steel on the surface of the inner ring 10 is 850Hv or higher. The hardness of the steel on the surface of the inner ring 10 after holding at 160° C. for 2500 hours is preferably 850 Hv or more. The hardness of the steel on the surface of the inner ring 10 is measured by the Vickers hardness test method specified in the JIS standard (JIS Z 2244:2009). The load for measuring the hardness of steel on the surface of the inner ring 10 is 300 g. The hardness of the steel on the surface of the inner ring 10 is obtained by measuring at least three points and averaging the obtained measured values.

芯部１２における鋼中の残留オーステナイト量は、９体積パーセント以下である。芯部１２における鋼中の残留オーステナイト量は、例えば０．１体積パーセント以上である。 The amount of retained austenite in the steel in the core portion 12 is 9 volume percent or less. The amount of retained austenite in the steel in the core portion 12 is, for example, 0.1 volume percent or more.

芯部１２における鋼中の残留オーステナイト量は、Ｘ線回折法を用いて測定される。芯部１２における鋼中の残留オーステナイト量をＸ線回折法で測定する際、Ｘ線の管球は、クロム管球であることが好ましい。芯部１２における鋼中の残留オーステナイト量を測定する際、内輪１０は、残留オーステナイトが加工誘起変態しないように、電解研磨されることが好ましい。 The amount of retained austenite in the steel in the core 12 is measured using an X-ray diffraction method. When measuring the amount of retained austenite in the steel in the core portion 12 by the X-ray diffraction method, the X-ray tube is preferably a chromium tube. When measuring the amount of retained austenite in the steel in the core portion 12, the inner ring 10 is preferably electropolished so that the retained austenite does not undergo deformation-induced transformation.

芯部１２における鋼中の残留オーステナイトの転位密度は、４．０×１０^１４ｍ^－２以上である。芯部１２における鋼中の残留オーステナイトの転位密度は、好ましくは、６．０×１０^１４ｍ^－２以上である。 The dislocation density of retained austenite in the steel in the core portion 12 is 4.0×10 ¹⁴ m ⁻² or more. The dislocation density of retained austenite in the steel in the core portion 12 is preferably 6.0×10 ¹⁴ m ⁻² or more.

内輪１０の表面における鋼中の窒素濃度をＸ（単位：質量パーセント）とし、内輪１０の表面における鋼中のマルテンサイトの転位密度をＹ（単位：ｍ^－２）とし、内輪１０の表面における鋼の硬さをＺ（単位：Ｈｖ）とする。この場合、Ｚは、９３５７４３．４８＋３７９．９６×Ｘ－３３０．９６×Ｙ^２－５．４１×１０^４×ｌоｇＹ＋７８３．８３×ｌоｇＸ^２（式１）により算出することができる。式１は、実験によりＸ及びＹを変化させた際のＺの値を求めた上で重回帰分析を行うことにより得られる。式１から、内輪１０の表面における鋼の硬さを８５０Ｈｖ以上とするためには、９３４８９３．４８＋３７９．９６×Ｘ－３３０．９６×Ｙ^２－５．４１×１０^４×ｌоｇＹ＋７８３．８３×ｌоｇＸ^２≧０（式２）との関係が満たされればよい。 Let X be the nitrogen concentration in the steel on the surface of the inner ring 10 (unit: mass percent), let Y be the dislocation density of martensite in the steel on the surface of the inner ring 10 (unit: m ⁻² ), and let the steel on the surface of the inner ring 10 is the hardness of Z (unit: Hv). In this case, Z can be calculated from 935743.48+379.96×X−330.96×Y ² −5.41×10 ⁴ ×logY+783.83×logX ² (Formula 1). Equation 1 is obtained by performing multiple regression analysis after determining the value of Z when changing X and Y through experiments. From Equation 1, in ^order to set the hardness of the steel on the surface ^of the inner ring 10 to 850 Hv or ^more , ≧0 (Equation 2) is satisfied.

芯部１２における鋼中の残留オーステナイトの転位密度及び内輪１０の表面における鋼中のマルテンサイトの転位密度は、Ｘ線回折法により測定される。より具体的には、第１に、コバルト管球型のＸ線回折装置を用いてＸ線回折が行われることにより、Ｘ線プロファイルが得られる。第２に、Ｘ線プロファイルから得られた半値幅を結晶子サイズとひずみとに分離してＷｉｌｌｉａｍｓｏｎ－Ｈａｌｌの式を適用することにより、芯部１２における鋼中の残留オーステナイトの転位密度及び内輪１０の表面における鋼中のマルテンサイトの転位密度が算出される。なお、マルテンサイトの転位密度は（１１０）面、（２００）面、（２１１）面及び（２２０）面に対応するＸ線プロファイルのピークをＲｉｅｔｖｅｌｄ解析して得られたひずみを用いて算出され、残留オーステナイトの転位密度は（１１１）面、（２００）面、（２２０）面、（３１１）面及び（２２２）面に対応するＸ線プロファイルのピークをＲｉｅｔｖｅｌｄ解析して得られたひずみを用いて算出される。なお、Ｒｉｅｔｖｅｌｄ解析を用いることで転位密度の測定精度が高まり、Ｒｉｅｔｖｅｌｄ解析が行われる際に装置定数が考慮されている。 The dislocation density of retained austenite in the steel in the core portion 12 and the dislocation density of martensite in the steel on the surface of the inner ring 10 are measured by an X-ray diffraction method. More specifically, first, an X-ray profile is obtained by performing X-ray diffraction using a cobalt tube type X-ray diffractometer. Second, by separating the half-value width obtained from the X-ray profile into crystallite size and strain and applying the Williamson-Hall equation, the dislocation density of retained austenite in the steel in the core 12 and the inner ring 10 The dislocation density of martensite in the steel at the surface of is calculated. Note that the dislocation density of martensite is calculated using the strain obtained by Rietveld analysis of the X-ray profile peaks corresponding to the (110) plane, (200) plane, (211) plane and (220) plane, The dislocation density of retained austenite is obtained by Rietveld analysis of the X-ray profile peaks corresponding to the (111) plane, (200) plane, (220) plane, (311) plane and (222) plane. Calculated. Note that the use of the Rietveld analysis improves the measurement accuracy of the dislocation density, and the device constant is taken into account when the Rietveld analysis is performed.

１６０℃で２５００時間の保持を行った後における内輪１０の寸法変化率は、４０×１０^－５以下である。好ましくは、１６０℃で２５００時間の保持を行った後における内輪１０の寸法変化率は、１５×１０^－５以下である。内輪１０の寸法変化率は、上記の保持後の内輪１０の寸法から上記の保持前の内輪１０の寸法を減じた値を上記の保持前の内輪１０の寸法で除することにより算出される。 The dimensional change rate of the inner ring 10 after holding at 160° C. for 2500 hours is 40×10 ⁻⁵ or less. Preferably, the dimensional change rate of the inner ring 10 after holding at 160° C. for 2500 hours is 15×10 ⁻⁵ or less. The dimensional change rate of the inner ring 10 is calculated by subtracting the size of the inner ring 10 before holding from the size of the inner ring 10 after holding and dividing the value obtained by subtracting the size of the inner ring 10 before holding by the size of the inner ring 10 before holding.

＜実施形態に係る転動部材の適用例＞
実施形態に係る機械部品は、ボール弁２００に用いられる。図２は、ボール弁２００の拡大断面図である。図２に示されるように、ボール弁２００は、ボディ２１０と、シートリテーナ２２０と、ボール２３０と、ステム２３１及びステム２３２と、滑り軸受２４０とを有している。 <Application Example of Rolling Member According to Embodiment>
A mechanical component according to the embodiment is used for the ball valve 200 . FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the ball valve 200. As shown in FIG. As shown in FIG. 2 , the ball valve 200 has a body 210 , a seat retainer 220 , a ball 230 , stems 231 and 232 and a slide bearing 240 .

シートリテーナ２２０は、ボディ２１０の内部に配置されている。シートリテーナ２２０には、内部空間２２０ａと、流路２２０ｂ及び流路２２０ｃとが形成されている。流路２２０ｂ及び流路２２０ｃは、内部空間２２０ａに接続されている。ボール２３０は、内部空間２２０ａに配置されている。内部空間２２０ａの壁面は、シール部２２０ａａにおいてボール２３０の表面に接触している。 Seat retainer 220 is arranged inside body 210 . The seat retainer 220 is formed with an internal space 220a and flow paths 220b and 220c. The channel 220b and the channel 220c are connected to the internal space 220a. The ball 230 is arranged in the internal space 220a. The wall surface of the internal space 220a is in contact with the surface of the ball 230 at the sealing portion 220aa.

ステム２３１及びステム２３２は、それぞれ、ボール２３０の上端及び下端に接続されている。ステム２３１及びステム２３２が中心軸回りに回転することにより、ボール２３０に形成されている貫通穴（図示せず）を介して、流路２２０ｂ及び流路２２０ｃが接続される。ステム２３１及びステム２３２は、ボディ２１０及びシートリテーナ２２０に形成されている貫通穴に通されている。なお、流路２２０ｂ、流路２２０ｃ及びボール２３０に形成されている貫通穴には、水素が流れる。 Stems 231 and 232 are connected to the upper and lower ends of ball 230, respectively. By rotating the stems 231 and 232 around the central axis, the flow paths 220 b and 220 c are connected via a through hole (not shown) formed in the ball 230 . The stems 231 and 232 are passed through through holes formed in the body 210 and seat retainer 220 . Hydrogen flows through the through holes formed in the flow paths 220 b , 220 c and the balls 230 .

滑り軸受２４０は、筒状になっており、外周面においてボディ２１０に取り付けられている。滑り軸受２４０は、ステム２３１（ステム２３２）を回転可能に軸支している。滑り軸受２４０は、実施形態に係る機械部品である。すなわち、滑り軸受２４０は、表面に浸窒層を有しているとともに、当該浸窒層よりも当該表面から離れている芯部を有している。滑り軸受２４０における浸窒層及び芯部は、それぞれ、浸窒層１１及び芯部１２と同様の構成になっている。 The sliding bearing 240 has a cylindrical shape and is attached to the body 210 on the outer peripheral surface. The slide bearing 240 rotatably supports the stem 231 (stem 232). The slide bearing 240 is a mechanical component according to the embodiment. In other words, the slide bearing 240 has a nitriding layer on the surface and a core part that is further away from the surface than the nitriding layer. The nitrided layer and the core portion of the plain bearing 240 have the same structures as the nitrided layer 11 and the core portion 12, respectively.

＜実施形態に係る転がり軸受の適用例＞
図３は、水素循環ポンプ３００の断面図である。水素循環ポンプ３００は、モータハウジング３１０と、ポンプハウジング３２０と、回転軸３３１及び回転軸３３２と、モータステータ３４１及びモータロータ３４２と、ギア３５１及びギア３５２と、ロータ３６１及びロータ３６２と、転がり軸受３７１、転がり軸受３７２、転がり軸受３７３、転がり軸受３７４、転がり軸受３７５及び転がり軸受３７６とを有している。 <Application Example of Rolling Bearing According to Embodiment>
FIG. 3 is a cross-sectional view of the hydrogen circulation pump 300. As shown in FIG. The hydrogen circulation pump 300 includes a motor housing 310, a pump housing 320, a rotating shaft 331 and a rotating shaft 332, a motor stator 341 and a motor rotor 342, a gear 351 and a gear 352, a rotor 361 and a rotor 362, and a rolling bearing 371. , a rolling bearing 372 , a rolling bearing 373 , a rolling bearing 374 , a rolling bearing 375 and a rolling bearing 376 .

モータハウジング３１０は、ポンプハウジング３２０に取り付けられている。回転軸３３１の一方端側はモータハウジング３１０内に配置されており、回転軸３３１の他方端側はポンプハウジング３２０内に配置されている。回転軸３３１の一方端及び他方端は、それぞれ、モータハウジング３１０内に配置されている転がり軸受３７１及びポンプハウジング３２０内に配置されている転がり軸受３７２により回転可能に軸支されている。回転軸３３１は、一方端と他方端との間において、ポンプハウジング３２０内に配置されている転がり軸受３７３及び転がり軸受３７４により回転可能に軸支されている。 Motor housing 310 is attached to pump housing 320 . One end of the rotating shaft 331 is arranged inside the motor housing 310 , and the other end of the rotating shaft 331 is arranged inside the pump housing 320 . One end and the other end of the rotary shaft 331 are rotatably supported by a rolling bearing 371 arranged in the motor housing 310 and a rolling bearing 372 arranged in the pump housing 320, respectively. Rotating shaft 331 is rotatably supported between one end and the other end by rolling bearings 373 and 374 arranged in pump housing 320 .

回転軸３３２は、ポンプハウジング３２０内に配置されている。回転軸３３２の一方端は、ポンプハウジング３２０内に配置されている転がり軸受３７５により回転可能に軸支されている。回転軸３３２は、一方端から離れた位置において、ポンプハウジング３２０内に配置されている転がり軸受３７６により回転可能に軸支されている。 The rotating shaft 332 is arranged within the pump housing 320 . One end of the rotating shaft 332 is rotatably supported by a rolling bearing 375 arranged inside the pump housing 320 . Rotating shaft 332 is rotatably supported by rolling bearing 376 arranged in pump housing 320 at a position away from one end.

モータステータ３４１は、モータハウジング３１０内に配置されている。モータロータ３４２は、モータステータ３４１と対向するように回転軸３３１に取り付けられている。モータステータ３４１及びモータロータ３４２により、回転軸３３１は回転される。回転軸３３１及び回転軸３３２には、それぞれ、ギア３５１及びギア３５２が取り付けられている。ギア３５１及びギア３５２により、回転軸３３１の回転が、回転軸３３２に伝達される。なお、ギア３５１は転がり軸受３７３と転がり軸受３７４との間にあり、ギア３５２は転がり軸受３７５と転がり軸受３７６との間にある。 Motor stator 341 is disposed within motor housing 310 . The motor rotor 342 is attached to the rotating shaft 331 so as to face the motor stator 341 . The rotating shaft 331 is rotated by the motor stator 341 and the motor rotor 342 . Gears 351 and 352 are attached to the rotating shafts 331 and 332, respectively. Rotation of the rotating shaft 331 is transmitted to the rotating shaft 332 by the gears 351 and 352 . Gear 351 is between rolling bearing 373 and rolling bearing 374 , and gear 352 is between rolling bearing 375 and rolling bearing 376 .

ポンプハウジング３２０内には、ポンプ室３２０ａが形成されている。ポンプ室３２０ａ内には、ロータ３６１及びロータ３６２が配置されている。ロータ３６１及びロータ３６２は、それぞれ、回転軸３３１及び回転軸３３２に取り付けられている。回転軸３３１の回転に伴ってロータ３６１が回転するとともに、回転軸３３２の回転に伴ってロータ３６２が回転することにより、ポンプ室３２０ａ内に水素が吸入され、ポンプ室３２０ａ内から水素が吐出される。 A pump chamber 320 a is formed in the pump housing 320 . A rotor 361 and a rotor 362 are arranged in the pump chamber 320a. The rotors 361 and 362 are attached to the rotating shafts 331 and 332, respectively. The rotor 361 rotates with the rotation of the rotary shaft 331, and the rotor 362 rotates with the rotation of the rotary shaft 332, whereby hydrogen is sucked into the pump chamber 320a and discharged from the pump chamber 320a. be.

転がり軸受３７１、転がり軸受３７２、転がり軸受３７３及び転がり軸受３７５は、深溝玉軸受である。転がり軸受３７４及び転がり軸受３７５は、複列アンギュラ玉軸受である。転がり軸受３７１、転がり軸受３７２、転がり軸受３７３、転がり軸受３７４、転がり軸受３７５及び転がり軸受３７６の構成部品（軌道輪、転動体）は、実施形態に係る機械部品である。すなわち、転がり軸受３７１、転がり軸受３７２、転がり軸受３７３、転がり軸受３７４、転がり軸受３７５及び転がり軸受３７６では、軌道輪及び転動体が表面に浸窒層を有しているとともに、当該浸窒層よりも当該表面から離れている芯部を有している。上記の軌道輪及び転動体における浸窒層及び芯部は、それぞれ、浸窒層１１及び芯部１２と同様の構成になっている。 Rolling bearing 371, rolling bearing 372, rolling bearing 373 and rolling bearing 375 are deep groove ball bearings. Rolling bearing 374 and rolling bearing 375 are double row angular contact ball bearings. Components (bearing rings, rolling elements) of the rolling bearing 371, the rolling bearing 372, the rolling bearing 373, the rolling bearing 374, the rolling bearing 375, and the rolling bearing 376 are mechanical parts according to the embodiment. That is, in the rolling bearing 371, the rolling bearing 372, the rolling bearing 373, the rolling bearing 374, the rolling bearing 375, and the rolling bearing 376, the bearing ring and the rolling element have a nitriding layer on the surface, and the nitriding layer also has a core that is remote from the surface. The nitrided layer and the core portion of the bearing rings and rolling elements have the same structures as the nitrided layer 11 and the core portion 12, respectively.

（実施形態に係る機械部品の製造方法）
以下に、内輪１０の製造方法を説明する。 (Manufacturing method of machine part according to embodiment)
A method of manufacturing the inner ring 10 will be described below.

図４は、内輪１０の製造方法を示す工程図である。図４に示されるように、内輪１０の製造方法は、準備工程Ｓ１と、浸窒工程Ｓ２と、焼入れ工程Ｓ３と、冷却工程Ｓ４と、焼戻し工程Ｓ５と、後処理工程Ｓ６とを有している。 FIG. 4 is a process diagram showing a method of manufacturing the inner ring 10. As shown in FIG. As shown in FIG. 4, the method for manufacturing the inner ring 10 includes a preparation step S1, a nitriding step S2, a quenching step S3, a cooling step S4, a tempering step S5, and a post-treatment step S6. there is

準備工程Ｓ１では、加工対象部材２０が準備される。図５は、加工対象部材２０の断面図である。図５に示されるように、加工対象部材２０は、リング状であり、第１端面２０ａと、第２端面２０ｂと、内周面２０ｃと、外周面２０ｄとを有している。第１端面２０ａ、第２端面２０ｂ、内周面２０ｃ及び外周面２０ｄは、後処理工程Ｓ６の終了後に、それぞれ、第１端面１０ａ、第２端面１０ｂ、内周面１０ｃ及び外周面１０ｄとなる面である。加工対象部材２０は、内輪１０と同一の鋼により形成されている。 In the preparation step S1, the workpiece 20 is prepared. FIG. 5 is a cross-sectional view of the member 20 to be processed. As shown in FIG. 5, the workpiece 20 is ring-shaped and has a first end surface 20a, a second end surface 20b, an inner peripheral surface 20c, and an outer peripheral surface 20d. The first end surface 20a, the second end surface 20b, the inner peripheral surface 20c, and the outer peripheral surface 20d become the first end surface 10a, the second end surface 10b, the inner peripheral surface 10c, and the outer peripheral surface 10d, respectively, after the post-treatment step S6 is completed. It is the surface. The member 20 to be processed is made of the same steel as the inner ring 10 .

浸窒工程Ｓ２では、加工対象部材２０に対する浸窒処理が行われる。加工対象部材２０に対する浸窒処理は、窒素源を含む雰囲気ガス中において加工対象部材２０を加熱保持することにより行われる。浸窒工程Ｓ２における加熱温度及び雰囲気ガス中の窒素濃度は、加工対象部材２０の表面に化合物層が形成されないように設定される。浸窒工程Ｓ２が行われることにより、加工対象部材２０の表面から内部に窒素が侵入し、窒素が加工対象部材２０中に固溶される。なお、浸窒工程Ｓ２は、後処理工程Ｓ６が行われた後に内輪１０の表面となる位置よりも内部に窒素が達するように行われる。 In the nitriding step S2, the member 20 to be processed is subjected to a nitriding treatment. The nitriding treatment for the member 20 to be processed is performed by heating and holding the member 20 to be processed in an atmospheric gas containing a nitrogen source. The heating temperature and the nitrogen concentration in the atmospheric gas in the nitriding step S2 are set so that a compound layer is not formed on the surface of the member 20 to be processed. By performing the nitriding step S<b>2 , nitrogen penetrates from the surface of the member 20 to be processed into the inside of the member 20 to be processed, and the nitrogen is solid-dissolved in the member 20 to be processed. The nitriding step S2 is performed so that nitrogen reaches the inside of the surface of the inner ring 10 after the post-treatment step S6 is performed.

加工対象部材２０に対しては、浸窒工程Ｓ２に代えて浸炭浸窒工程が行われてもよい。加工対象部材２０に対する浸炭浸窒処理は、加工対象部材を窒素源及び炭素源を雰囲気ガス中において加熱保持することにより行われる。浸炭浸窒工程における加熱温度並びに雰囲気ガス中の炭素濃度及び窒素濃度は、加工対象部材２０の表面に化合物層が形成されないように設定される。浸炭浸窒工程が行われることにより、加工対象部材２０の表面から内部に炭素及び窒素が侵入し、炭素及び窒素が加工対象部材２０中に固溶される。なお、浸炭浸窒工程は、後処理工程Ｓ６が行われた後に内輪１０の表面となる位置よりも内部に窒素及び炭素が達するように行われる。 The carbonitriding process may be performed on the member 20 to be processed instead of the carbonitriding process S2. The carbo-nitriding treatment for the member 20 to be processed is performed by heating and holding the member to be processed with a nitrogen source and a carbon source in an atmospheric gas. The heating temperature and the carbon concentration and nitrogen concentration in the atmosphere gas in the carbonitriding step are set so that a compound layer is not formed on the surface of the member 20 to be processed. By performing the carbonitriding process, carbon and nitrogen enter the inside of the member 20 to be processed from the surface thereof, and the carbon and nitrogen are solid-dissolved in the member 20 to be processed. The carbo-nitriding step is performed so that nitrogen and carbon reach inside of the surface of the inner ring 10 after the post-treatment step S6 is performed.

焼入れ工程Ｓ３では、加工対象部材２０に対する焼入れが行われる。加工対象部材２０に対する焼入れは、加工対象部材２０を、加工対象部材２０を構成している鋼のＡ_１変態点以上の温度に加熱して保持し、その後に加工対象部材２０を構成している鋼のＭｓ変態点以下の温度に冷却することにより行われる。焼入れ工程Ｓ３が行われることにより、加工対象部材２０を構成している鋼中にマルテンサイトと残留オーステナイトとが生成される。 In the quenching step S3, the member 20 to be processed is quenched. The quenching of the member to be processed 20 is performed by heating the member to be processed 20 to a temperature equal to or higher than the _A1 transformation point of the steel forming the member to be processed 20, and then forming the member to be processed 20. It is performed by cooling to a temperature below the Ms transformation point of steel. By performing the quenching step S<b>3 , martensite and retained austenite are generated in the steel forming the workpiece 20 .

冷却工程Ｓ４では、加工対象部材２０に対するサブゼロ処理が行われる。冷却工程Ｓ４では、加工対象部材２０に対するクライオ処理（超サブゼロ処理）が行われてもよい。サブゼロ処理では、加工対象部材２０が－１００℃超室温以下の温度に冷却される。クライオ処理では、加工対象部材２０が、－１００℃以下の温度に冷却される。冷却工程Ｓ４が行われることにより、加工対象部材２０を構成している鋼中の残留オーステナイトの一部が、マルテンサイトに変態する。 In the cooling step S4, sub-zero processing is performed on the member 20 to be processed. In the cooling step S<b>4 , cryo treatment (ultra-sub-zero treatment) may be performed on the member 20 to be processed. In sub-zero processing, the workpiece 20 is cooled to a temperature above -100°C and below room temperature. In the cryo treatment, the member 20 to be processed is cooled to a temperature of -100°C or lower. By performing the cooling step S4, part of the retained austenite in the steel forming the member 20 to be processed is transformed into martensite.

焼戻し工程Ｓ５では、加工対象部材２０に対する焼戻しが行われる。加工対象部材２０に対する焼戻しは、加工対象部材２０を、加工対象部材２０を構成している鋼のＡ_１変態点未満の温度に加熱することにより行われる。より具体的には、加工対象部材２０に対する焼戻しは、加工対象部材２０を１８０℃程度の温度に加熱することにより行われる。後処理工程Ｓ６では、加工対象部材２０の表面に対して、研削、研磨等の機械加工が行われる。以上により、図１に示される構造の内輪１０が製造される。 In the tempering step S5, the member 20 to be processed is tempered. Tempering of the workpiece 20 is performed by heating the workpiece 20 to a temperature below the _A1 transformation point of the steel that constitutes the workpiece 20 . More specifically, the tempering of the member 20 to be processed is performed by heating the member 20 to be processed to a temperature of about 180°C. In the post-processing step S6, machining such as grinding and polishing is performed on the surface of the member 20 to be processed. As described above, the inner ring 10 having the structure shown in FIG. 1 is manufactured.

（実施形態に係る機械部品の効果）
水素利用機器に用いられる転がり軸受の軌道輪では、使用時の温度上昇に伴う鋼中のマルテンサイトの分解による寸法変化によりクリープが生じることがある。焼入れ及び焼戻しが行われた鋼製の軌道輪における寸法の経時変化を抑制するための方策として、高温での焼戻しを行うことにより残留オーステナイト量の低減を図ることが考えられる。しかしながら、高温での焼戻しを行うと、残留オーステナイト量の減少に伴って寸法の経時変化を抑制することが可能になるものの、軌道輪の表面における鋼の硬さが減少してしまう。 (Effects of mechanical parts according to the embodiment)
Bearing rings of rolling bearings used in hydrogen-utilizing equipment may undergo creep due to dimensional changes due to decomposition of martensite in steel due to temperature rise during use. As a measure for suppressing the dimensional change over time in steel bearing rings that have been quenched and tempered, it is conceivable to reduce the amount of retained austenite by performing tempering at a high temperature. However, if tempering at a high temperature is performed, the amount of retained austenite can be reduced and the dimensional change over time can be suppressed, but the hardness of the steel on the surface of the bearing ring is reduced.

軌道輪の表面と転動体との間に異物が噛み込まれると、軌道輪の表面に圧痕が形成される。図６は、圧痕が形成された軌道輪の表面における形状を示す模式的なグラフである。図６に示されるように、軌道輪の表面は、圧痕の周囲において盛り上がる。図７は、内輪１０の表面における鋼の硬さと圧痕の周囲における盛り上がりとの関係を示すグラフである。図７中において、横軸は硬さ（単位：Ｈｖ）であり、縦軸は圧痕の周囲における盛り上がり量である。なお、図７中の縦軸は、冷却工程Ｓ４が行われない場合における盛り上がり量との比率により示されている。図７に示されるように、内輪１０の表面における鋼の硬さが小さくなるに伴って、圧痕の周囲における盛り上がり量が大きくなる。 When a foreign object is caught between the surface of the bearing ring and the rolling elements, an indentation is formed on the surface of the bearing ring. FIG. 6 is a schematic graph showing the shape of the bearing ring surface on which indentations are formed. As shown in FIG. 6, the race surface is raised around the indentation. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the hardness of the steel on the surface of the inner ring 10 and the swelling around the indentation. In FIG. 7, the horizontal axis is the hardness (unit: Hv), and the vertical axis is the amount of swelling around the indentation. Note that the vertical axis in FIG. 7 indicates the ratio of the swelling amount when the cooling step S4 is not performed. As shown in FIG. 7, as the hardness of the steel on the surface of the inner ring 10 decreases, the amount of swelling around the indentation increases.

圧痕の周囲における盛り上がり量が大きくなると、圧痕の周囲における盛り上がりへの応力集中が生じ、圧痕を起点とする疲労破壊が生じやすくなる。そのため、高温で焼戻しを行って寸法の経時変化を抑制する場合、軌道輪の転動疲労寿命が不十分となるおそれがある。 When the amount of swelling around the indentation increases, stress concentration on the swelling around the indentation occurs, and fatigue fracture starting from the indentation tends to occur. Therefore, when tempering is performed at a high temperature to suppress the dimensional change over time, there is a possibility that the rolling contact fatigue life of the bearing ring may become insufficient.

鋼中の残留オーステナイト量が低く、その残留オーステナイトの周囲を転位密度の高い（すなわち、変形能が乏しい）マルテンサイトが取り囲んでいる状態では、残留オーステナイトがマルテンサイトから拘束又は応力を受けて格子面間隔（格子定数）が小さくなる結果、鋼中の残留オーステナイトの転位密度が高くなる。このような残留オーステナイトは、分解に伴う体積膨張の際も周囲の転位密度が高いマルテンサイトにより拘束されるため、使用に伴って残留オーステナイトが分解されたとしても、当該分解に伴う寸法変化が小さくなる。 In a state where the amount of retained austenite in the steel is low and the retained austenite is surrounded by martensite with a high dislocation density (that is, with poor deformability), the retained austenite is restrained or stressed by the martensite and the lattice plane As a result of the smaller spacing (lattice constant), the dislocation density of retained austenite in the steel increases. Such retained austenite is constrained by the surrounding martensite with a high dislocation density even when the volume expands due to decomposition, so even if the retained austenite decomposes with use, the dimensional change due to the decomposition is small. Become.

内輪１０は、サブゼロ処理又はクライオ処理が行われることにより、芯部１２における鋼中の残留オーステナイト量が減少している。より具体的には、内輪１０では、芯部１２における鋼中の残留オーステナイト量が９体積パーセント以下になっている。 The inner ring 10 has a reduced amount of retained austenite in the steel in the core portion 12 by performing subzero treatment or cryo treatment. More specifically, in the inner ring 10, the amount of retained austenite in the steel in the core portion 12 is 9 volume percent or less.

また、内輪１０では、サブゼロ処理又はクライオ処理が行われているため、芯部１２における鋼中のマルテンサイトの転位密度が高くなり、その結果、芯部１２における鋼中の残留オーステナイトの転位密度も高くなっている。より具体的には、内輪１０では、鋼中の残留オーステナイトの転位密度が４．０×１０^１４ｍ^－２以上になっている。 In addition, since subzero treatment or cryo treatment is performed on the inner ring 10, the dislocation density of martensite in the steel in the core portion 12 increases, and as a result, the dislocation density of retained austenite in the steel in the core portion 12 also increases. getting higher. More specifically, in the inner ring 10, the dislocation density of retained austenite in the steel is 4.0×10 ¹⁴ m ⁻² or more.

以上から、芯部１２における鋼中では、残留オーステナイトが転位密度の高いマルテンサイトにより取り囲まれている状態が生じているため、内輪１０の使用に伴う温度上昇により芯部１２における鋼中の残留オーステナイトの分解が生じても、当該分解に伴う体積膨張が周囲の転位密度の高いマルテンサイトにより拘束されるため、寸法変化が生じにくい。このように、内輪１０では、使用に伴う寸法の経時変化が抑制されている。 From the above, in the steel in the core portion 12, the retained austenite is surrounded by martensite with a high dislocation density. Even if the decomposition occurs, the volume expansion due to the decomposition is restrained by the surrounding martensite with a high dislocation density, so the dimensional change is unlikely to occur. In this way, the inner ring 10 is restrained from dimensional changes over time due to use.

また、内輪１０に対しては高温での焼戻しが行われていないため、内輪１０の表面におけるマルテンサイトの分解の進行は軽微である。また、内輪１０の表面における鋼中の窒素濃度が０．３質量パーセント以上になっており、内輪１０の表面における鋼は、固溶強化されている。その結果、内輪１０の表面における鋼の硬さは、８５０Ｈｖ以上となっている。図７に示されるように、内輪１０の表面における鋼の硬さが大きくなるに伴って、圧痕の周囲における盛り上がり量が小さくなる。そのため、内輪１０によると、圧痕起点の転動疲労寿命も改善されている。 Further, since the inner ring 10 is not tempered at a high temperature, the progress of decomposition of martensite on the surface of the inner ring 10 is slight. Further, the nitrogen concentration in the steel on the surface of the inner ring 10 is 0.3% by mass or more, and the steel on the surface of the inner ring 10 is solid-solution strengthened. As a result, the hardness of the steel on the surface of the inner ring 10 is 850Hv or higher. As shown in FIG. 7, as the hardness of the steel on the surface of the inner ring 10 increases, the amount of swelling around the indentation decreases. Therefore, according to the inner ring 10, the rolling contact fatigue life at the indentation starting point is also improved.

（硬さの評価試験）
焼入れ及び焼戻しが行われた鋼製の機械部品の表面における硬さ、マルテンサイトの転位密度及び窒素濃度の関係を評価するため、サンプル１からサンプル１７が準備された。サンプル１からサンプル１７は、内径が５４ｍｍ、外径が６０ｍｍ、幅が１５ｍｍのリング状である。サンプル１からサンプル１７では、表１に示されるように、鋼種、サンプルの表面における鋼中の窒素濃度及びサンプルの表面における鋼のマルテンサイトの転位密度が変化された。表１の「式２の充足」の欄に記載されている「ＯＫ」及び「ＮＧ」は、それぞれ、上記の式２が充足されている及び上記の式２が充足されていないことを意味する。 (Hardness evaluation test)
Samples 1 to 17 were prepared to evaluate the relationship between hardness, martensite dislocation density and nitrogen concentration on the surface of hardened and tempered steel machine parts. Samples 1 to 17 are ring-shaped with an inner diameter of 54 mm, an outer diameter of 60 mm, and a width of 15 mm. For samples 1 to 17, as shown in Table 1, the steel type, the nitrogen concentration in the steel at the surface of the sample, and the dislocation density of martensite in the steel at the surface of the sample were varied. "OK" and "NG" described in the "Satisfaction of Formula 2" column of Table 1 mean that Formula 2 above is satisfied and Formula 2 above is not satisfied, respectively. .

なお、各サンプルの表面における鋼中の窒素濃度は、浸窒処理又は浸炭浸窒処理における加熱温度及び保持時間を変化させることにより調整された。各サンプルの表面における鋼中のマルテンサイトの転位密度は、サブゼロ処理又はクライオ処理における冷却温度及び保持時間を変化させることにより調整された。 The nitrogen concentration in the steel on the surface of each sample was adjusted by changing the heating temperature and holding time in the nitriding treatment or carbonitriding treatment. The dislocation density of martensite in steel at the surface of each sample was adjusted by varying the cooling temperature and holding time in subzero or cryo treatment.

サンプル１からサンプル５、サンプル７及びサンプル９からサンプル１２では、上記の式２が充足されていた。他方で、サンプル６、サンプル８及びサンプル１３からサンプル１７では、上記の式２が充足されていなかった。 Samples 1 through 5, 7, and 9 through 12 satisfy Equation 2 above. On the other hand, Samples 6, 8 and 13-17 did not satisfy Equation 2 above.

サンプル１からサンプル５、サンプル７及びサンプル９からサンプル１２では、サンプルの表面における鋼の硬さが、８５０Ｈｖ以上になっていた。他方で、サンプル６、サンプル８及びサンプル１３からサンプル１７では、サンプルの表面における鋼の硬さが、８５０Ｈｖ未満であった。 In samples 1 to 5, samples 7, and samples 9 to 12, the hardness of the steel on the surface of the samples was 850 Hv or more. On the other hand, in samples 6, 8 and 13 to 17, the hardness of the steel on the surface of the samples was less than 850 Hv.

この比較から、上記の式２が充足されることにより、機械部品の表面における鋼の硬さが８５０Ｈｖ以上となり、転動疲労寿命が改善されることが明らかになった。このことを別の観点から言えば、機械部品の表面における鋼中の窒素濃度及び機械部品の表面における鋼中のマルテンサイトの転位密度の双方が高められることにより、機械部品の表面における鋼の硬さ、ひいては機械部品の転動疲労寿命が改善されることが明らかになった。 From this comparison, it has been clarified that the hardness of the steel on the surface of the mechanical component becomes 850 Hv or more and the rolling contact fatigue life is improved by satisfying Equation 2 above. From another point of view, both the nitrogen concentration in the steel on the surface of the machine part and the dislocation density of martensite in the steel on the surface of the machine part are increased, thereby increasing the hardness of the steel on the surface of the machine part. It was also found that the rolling contact fatigue life of mechanical parts was improved.

（寸法の経時変化の評価試験）
寸法の経時変化を評価するため、上記のサンプル３、サンプル７及びサンプル１０が用いられた。表２には、サンプル３、サンプル７及びサンプル１０の芯部１２における鋼中の残留オーステナイト量及びサンプル３、サンプル７及びサンプル１０の芯部１２における鋼中の転位密度が示されている。 (Evaluation test for changes in dimensions over time)
Samples 3, 7 and 10 above were used to evaluate dimensional changes over time. Table 2 shows the amount of retained austenite in the steel in the core 12 of samples 3, 7 and 10 and the dislocation density in the steel in the core 12 of samples 3, 7 and 10.

なお、各サンプルの芯部１２における鋼中のマルテンサイトの転位密度及び各サンプルの芯部１２における鋼中のマルテンサイトの残留オーステナイト量は、サブゼロ処理又はクライオ処理における冷却温度及び保持時間を変化させることにより調整された。 Note that the dislocation density of martensite in the steel in the core 12 of each sample and the amount of retained austenite in the martensite in the steel in the core 12 of each sample change the cooling temperature and holding time in the subzero treatment or cryo treatment. adjusted by

サンプルの芯部１２における鋼中のマルテンサイトの転位密度が４．０×１０^１４ｍ^－２以上であることを、条件Ａとする。サンプルの芯部１２における鋼中の残留オーステナイト量が９体積パーセント以下であることを、条件Ｂとする。 Condition A is that the dislocation density of martensite in the steel in the core portion 12 of the sample is 4.0×10 ¹⁴ m ⁻² or more. Condition B is that the amount of retained austenite in the steel in the core portion 12 of the sample is 9% by volume or less.

サンプル３及びサンプル７では、条件Ａ及び条件Ｂのが満たされていた。他方で、サンプル１０では、条件Ａ及び条件Ｂが満たされていなかった。サンプル３及びサンプル７では、１６０℃で２５００時間の保持を行った後の寸法変化率が、４０×１０^－５以下になっていた。他方で、サンプル１０では、１６０℃で２５００時間の保持を行った後の寸法変化率が、５０×１０^－５を超えていた。この比較から、条件Ａ及び条件Ｂが満たされることにより機械部品の寸法の経時変化が抑制されることが、明らかになった。 In samples 3 and 7, conditions A and B were satisfied. On the other hand, in sample 10, condition A and condition B were not satisfied. Samples 3 and 7 had a dimensional change rate of 40×10 ⁻⁵ or less after holding at 160° C. for 2500 hours. On the other hand, in sample 10, the dimensional change rate after holding at 160° C. for 2500 hours exceeded 50×10 ⁻⁵ . From this comparison, it became clear that changes in the dimensions of the mechanical component over time were suppressed when conditions A and B were satisfied.

サンプルの芯部１２における鋼中のマルテンサイトの転位密度が６．０×１０^１４ｍ^－２以上であることを、条件Ｃとする。サンプル３では、条件Ｃを満たしており、１６０℃で２５００時間の保持を行った後の寸法変化率が１５×１０^－５以下であった。他方で、サンプル７では、条件Ｃが満たされておらず、１６０℃で２５００時間の保持を行った後の寸法変化率が１５×１０^－５を超えていた。この比較から、条件Ｃが満たされることにより機械部品の寸法の経時変化がさらに抑制されることが、明らかになった。 Condition C is that the dislocation density of martensite in the steel in the core portion 12 of the sample is 6.0×10 ¹⁴ m ⁻² or more. Sample 3 satisfied condition C, and had a dimensional change rate of 15×10 ⁻⁵ or less after being held at 160° C. for 2500 hours. On the other hand, in sample 7, condition C was not satisfied, and the dimensional change rate after holding at 160° C. for 2500 hours exceeded 15×10 ⁻⁵ . From this comparison, it became clear that the dimensional change over time of the mechanical component is further suppressed by satisfying condition C.

サンプルの表面における窒素濃度が０．４質量パーセント以上であることを、条件Ｄとする。サンプル３では、条件Ｄを満たしており、１６０℃で２５００時間の保持を行った後の表面における硬さが８５０Ｈｖ以上であった。他方で、サンプル７では、条件Ｃが満たされておらず、１６０℃で２５００時間の保持を行った後の表面における硬さが８５０Ｈｖ未満であった。この比較から、条件Ｄが満たされることにより、高温環境下で使用された後でも機械部品の表面における硬さが維持されることが、明らかになった。 Condition D is that the nitrogen concentration on the surface of the sample is 0.4% by mass or more. Sample 3 satisfied condition D, and had a surface hardness of 850 Hv or more after being held at 160° C. for 2500 hours. On the other hand, in sample 7, condition C was not satisfied, and the surface hardness was less than 850 Hv after holding at 160° C. for 2500 hours. From this comparison, it became clear that the surface hardness of the mechanical part was maintained even after being used in a high-temperature environment by satisfying the condition D.

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上記の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。 Although the embodiment of the present invention has been described as above, it is also possible to modify the above embodiment in various ways. Moreover, the scope of the present invention is not limited to the above embodiments. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and is intended to include all changes within the meaning and scope of equivalence to the scope of claims.

Ａ 中心軸、Ｓ１ 準備工程、Ｓ２ 浸窒工程、Ｓ３ 焼入れ工程、Ｓ４ 冷却工程、Ｓ５ 焼戻し工程、Ｓ６ 後処理工程、１０ 内輪、１０ａ 第１端面、１０ｂ 第２端面、１０ｃ 内周面、１０ｄ 外周面、１０ｄａ 軌道面、１１ 浸窒層、１２ 芯部、２０ 加工対象部材、２０ａ 第１端面、２０ｂ 第２端面、２０ｃ 内周面、２０ｄ 外周面、２００ ボール弁、２１０ ボディ、２２０ シートリテーナ、２２０ａ 内部空間、２２０ａａ シール部、２２０ｂ，２２０ｃ 流路、２３０ ボール、２３１ ステム、２３２ ステム、２４０ 滑り軸受、３００ 水素循環ポンプ、３１０ モータハウジング、３２０ ポンプハウジング、３２０ａ ポンプ室、３３１ 回転軸、３３２ 回転軸、３４１ モータステータ、３４２ モータロータ、３５１，３５２ ギア、３６１，３６２ ロータ、３７１，３７２，３７３，３７４，３７５，３７６ 転がり軸受。 A central shaft S1 preparation step S2 nitriding step S3 quenching step S4 cooling step S5 tempering step S6 post-treatment step 10 inner ring 10a first end surface 10b second end surface 10c inner peripheral surface 10d outer periphery surface 10da raceway surface 11 nitriding layer 12 core portion 20 workpiece member 20a first end surface 20b second end surface 20c inner peripheral surface 20d outer peripheral surface 200 ball valve 210 body 220 seat retainer; 220a internal space, 220aa seal portion, 220b, 220c flow path, 230 ball, 231 stem, 232 stem, 240 sliding bearing, 300 hydrogen circulation pump, 310 motor housing, 320 pump housing, 320a pump chamber, 331 rotating shaft, 332 rotation shaft, 341 motor stator, 342 motor rotor, 351,352 gear, 361,362 rotor, 371,372,373,374,375,376 rolling bearing.

Claims (4)

焼入れ及び焼戻しが行われた鋼製であり、表面を有する機械部品であって、
前記表面にあり、窒素が固溶している浸窒層と、前記浸窒層よりも前記表面から離れた位置にある芯部とを備え、
前記機械部品は、水素利用機器用であり、
前記表面における前記鋼中の窒素濃度は、０．３質量パーセント以上であり、
前記表面における前記鋼の硬さは、８５０Ｈｖ以上であり、
前記芯部における前記鋼中の残留オーステナイト量は、９体積パーセント以下であり、
前記芯部における前記鋼中の残留オーステナイトの転位密度は、４．０×１０^１４ｍ^－２以上であり、
前記鋼は、軸受鋼である、機械部品。 A machine part made of hardened and tempered steel and having a surface,
A nitriding layer on the surface, in which nitrogen is solid-dissolved, and a core part located farther from the surface than the nitriding layer,
The mechanical component is for hydrogen utilization equipment,
The nitrogen concentration in the steel at the surface is 0.3% by mass or more,
The hardness of the steel on the surface is 850 Hv or more,
The amount of retained austenite in the steel in the core is 9 volume percent or less,
The dislocation density of retained austenite in the steel in the core is 4.0×10 ¹⁴ m ⁻² or more,
A machine part, wherein the steel is a bearing steel. 前記表面における前記鋼中の窒素濃度をＸ（単位：質量パーセント）とし、前記表面における前記鋼中のマルテンサイトの転位密度をＹ（単位：ｍ^－２）とした場合に、９３４８９３．４８＋３７９．９６×Ｘ－３３０．９６×Ｙ^２－５．４１×１０^４×ｌоｇＹ＋７８３．８３×ｌоｇＸ^２≧０との関係が満たされる、請求項１に記載の機械部品。 934893.48+379.96 where X is the nitrogen concentration in the steel at the surface and Y is the dislocation density of martensite in the steel at the surface (unit: m ⁻² ) 2. The machine component according to claim 1, wherein the relationship xX-330.96 x ^Y2-5.41 x ¹⁰⁴ x log Y + 783.83 x log ^X2 ≥ 0 is satisfied. １６０℃で２５００時間の保持を行った後の前記表面における前記鋼の硬さは、８５０Ｈｖ以上である、請求項１又は請求項２に記載の機械部品。 The machine part according to claim 1 or 2, wherein the hardness of the steel on the surface after holding at 160°C for 2500 hours is 850Hv or more. 前記鋼は、０．９５質量パーセント以上１．１０質量パーセントの炭素と、１．４０質量パーセント以上１．６０質量パーセント以下のクロムと、０．３０質量パーセント未満のシリコンと、０．５０質量パーセント未満のマンガンと、０．００８０質量パーセント未満の硫黄とを含有している、請求項２に記載の機械部品。 The steel comprises 0.95 to 1.10 weight percent carbon, 1.40 to 1.60 weight percent chromium, less than 0.30 weight percent silicon, and 0.50 weight percent 3. The mechanical component of claim 2, containing less than 0.0080 mass percent of manganese and less than 0.0080 mass percent of sulfur.

Images