JP2730745B2 - 耐食転動部品用鋼および転動部品 - Google Patents

耐食転動部品用鋼および転動部品

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JP2730745B2 JP63311357A JP31135788A JP2730745B2 JP 2730745 B2 JP2730745 B2 JP 2730745B2 JP 63311357 A JP63311357 A JP 63311357A JP 31135788 A JP31135788 A JP 31135788A JP 2730745 B2 JP2730745 B2 JP 2730745B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、主としてNC旋盤、半導体製造装置およびOA
機器等の油、グリースによる環境汚染を極度に嫌う産業
機械部品の直線運動軸受、ボールねじおよびころがり軸
受用等に使用する優れた耐食性と高い焼入焼戻硬さおよ
び良好な加工性を有する転動部品用鋼および転動部品に
関する。
［従来技術及び発明が解決しようとする課題］ NC旋盤、半導体製造装置およびOA機器等に使用される
直線運動軸受およびボールねじないし医療機器および精
密計器等で使用されるころがり軸受においては耐食性に
優れた高硬度材料が要求され、従来からSUS440Cまたは
これに近い特性のマルテンサイト系ステンレス鋼が使用
されている。しかしこれらの鋼では粗大な炭化物が多数
発生し、転動疲労寿命および機械加工性に劣るという欠
点があった。
これに対し、高Ｃ低Cr軸受鋼（SUJ2系）では良好な転
動疲労寿命特性および機械加工性を示すものの、耐食性
が悪く、上記用途には用いることができなかった。
それ故、耐食性、転動疲労寿命および機械加工性の全
てを満足する材料の開発が強く望まれていた。
［課題を解決するための手段］ 本発明は前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたものであって、優れた耐食性と高い焼入焼戻硬さ
を保持しつつ、粗大な炭化物の発生を抑えて転動疲労寿
命および機械加工性を向上させた、耐食転動部品用鋼を
提供することを目的とするものである。かかる目的の達
成のため、本発明者らは焼入焼戻しした高Ｃマルテンサ
イト系ステンレス鋼（SUS440C系）および高Ｃ低Cr軸受
鋼（SUJ2系）について多くの改良研究を重ねた。その結
果、特にＣを0.5％以上0.7％以下、Crを3.0％超6.0％未
満と両者の中間値とし、これに必要に応じて2.0％以下
のMoおよび0.8％以下のCuを添加することにより、優れ
た耐食性と焼入焼戻硬さを保持しつつ、粗大な炭化物の
発生のない耐食転動部品用鋼を製造することができるこ
とを見出し、本発明をなしたものである。
すなわち本発明における第１の発明鋼は重量％でC:0.
5％以上0.7％以下、Si:0.1％以上1.5％以下、Mn:0.1％
以上2.0％以下、Cr:3.0％超6.0％未満、P:0.05％以下、
S:0.03％以下、O:0.0015％以下、残部Feおよび必然的に
含まれる不純物からなる耐食転動部品用鋼であり、本発
明における第２の発明鋼は重量％でC:0.5％以上0.7％以
下、Si:0.1％以上1.5％以下、Mn:0.1％以上2.0％以下、
Cr:3.0％超6.0％未満、P:0.05％以下、S:0.03％以下、
O:0.0015％以下、さらにMo:2.0％以下、Cu:0.8％以下の
内１種または２種を含有し、残部Feおよび必然的に含ま
れる不純物からなる耐食転動部品用鋼である。
次に本発明の成分範囲を前述の如く限定した理由を以
下に述べる。なお、特に断わりがない限り、本明細書に
おいて（％）は重量％である。
Ｃ（炭素） 転動部品用鋼では転動疲労寿命の確保が必要であり、
そのためにはHRC60程度の焼入焼戻硬さが得られること
が好ましい。本発明ではこのためＣを含有させる。そし
て本発明鋼においてHRC60以上の焼入焼戻硬さを得るに
必量なＣ量は0.5％以上であるためＣ量の下限を0.5％と
した。
一方、Ｃ量は多い程高い硬さが得られるが、第１図に
示すようにＣ量が多くなり過ぎると粗大炭化物が生成
し、耐食性、寿命および加工性が低下する。Cr含有量が
6.0未満でかつMo含有量が2.0％以下の本発明鋼では、こ
の粗大炭化物が生成しない上限が0.7％なので、Ｃ量の
上限を0.7％とした。
Si（珪素） 鋼中のSiは固溶硬化および焼戻し軟化抵抗の向上に有
利であるが、本発明鋼においては0.1％以下ではその効
果は小さく、また、1.5％を越えると熱処理による脱炭
が著しくなるため、下限を0.1％、上限を1.5％とした。
Mn（マンガン） 鋼中のMnは焼入性の調整に大きな役割を有し、本発明
鋼における添加効果は0.1％以上で顕著となり、また、
2.0％を越えると加工性が悪くなるので下限を0.1％と
し、上限を2.0％とした。
Cr（クロム） Crは耐食性の向上には欠かせない元素であるが、表２
および第２図に示すように本発明鋼においては3.0％以
下の場合、その効果が不十分である。よって下限を3.0
％超とし、好ましくは4.0％以上である。
Crは多ければ多い程耐食性は向上するが、本発明鋼に
おいては6.0％以上になると第３図に示すように転動疲
労寿命が低下する。よって上限を6.0％とした。
Ｐ（隣） 鋼中のＰが0.05％を越えると本発明鋼においては転動
疲労寿命を劣化するので、上限を0.05％とした。
Ｓ（硫黄） Ｓは一般に、また本発明鋼においても鋼中では主とし
て硫化物の形で存在する。本発明においては硫化物の鋼
の被削性を向上させるミニチュアベアリングのような小
型部品では音響不良を生じやすく、また耐食性を著しく
損なうため上限0.03％としたが、好ましくは0.01％以下
である。
Ｏ（酸素） 本発明鋼においては酸素が0.0015％を越えると酸化物
の量が著しく増大し、転動疲労寿命を著しく低下させ
る。それゆえ上限を0.0015％とした。
Mo（モリブデン）,Cu（銅） 本願請求項２または４記載の発明においては、請求項
１または３記載の発明の元素に加えMoおよびCuの内１種
または２種を含有せしめるものである。
Moは本発明において耐食性および焼入性をさらに向上
させる効果がある。しかし2.0％を越えると第１図に示
すように炭化物を粗大化させるので、上限を2.0％とし
た。好ましくは0.05％以上1.0％以下である。
Cuは本発明において炭化物を粗大化させることなく耐
食性を改善させる効果がある。しかし0.8％超添加する
と鋼の熱間加工性が著しく低下するので、上限を0.8％
とした。好ましくは0.2％以上0.8％以下である。
［実施例および作用］ 次に実施例と比較例によって本発明をさらに説明す
る。
試験した比較鋼と従来鋼（No.A1〜A18）および本発明
鋼（B1〜B6）、合計24ヒートの化学成分を表１に示す。
全ヒートとも100kg真空溶解炉で溶製したもので、得
られた鋼塊をソーキングした後、φ65およびφ32に鍛伸
した。各試験片を焼入焼戻する前に予め焼入焼戻特性を
調査し、160℃×90分の焼戻で最高硬さが得られる焼入
温度を求めた。各試験片の焼入巻戻はその調査結果にも
とづいて行った。
表２に焼入焼戻後の硬さを示す。この値は試料の表面
より5mm内部側で測定した値であり、Si、Mnの低い焼入
性の悪いヒート（A2、A3）は内部まで硬化していないこ
とが分かる。
耐食性試験は、相対温度を70％一定とし、温度を20℃
×1.5時間と50℃×4.5時間のサイクルを繰り返す湿潤試
験により行った。繰り返し回数は10回とし、実験後の試
料を画像解析装置を用いて被検面積に対する発銹部分の
面積の割合を測定した。この時わずかな変色は認められ
ても点食が発生していないものは発銹していないものと
した。その結果を表２および第２図に示す。Crが３％未
満のヒート（A10,A11,A12,A16）およびＳが高いヒート
（A5）の耐食性が著しく悪い。また、Crが3.0％以上に
なれば発銹しない。
更に、本発明鋼だけについては、相対湿度を90％と、
より厳しい条件で同様湿潤試験を行った。結果は表２お
よび第２図に見るとおり、Mo,Cuを添加した本願請求項
２または４の発明の実施例の鋼（B4,B5,B6）は発銹が起
こらなかった。
粗大な炭化物は転動疲労寿命、耐食性および機械加工
性に悪影響を及ぼすので、炭化物を疑似楕円形とみた
て、その長径と短径の平均をもって直径として炭化物を
観察した。その結果、特に前記直径が５μｍ以上のもの
が多いと、前述したような悪影響が大きくなってくるこ
とが分かったので５μｍ以上の直径を有する炭化物に着
目し、その個数を測定した。測定総面積は1.125×106μ
m2（50視野）とした。その結果を表２および第１図に示
す。Crが3.0％以上、6.0％未満の範囲ではＣが0.7％を
越えるヒート、およびまたはMoが2.0％を越えるヒート
に粗大炭化物が認められた。
転動疲労寿命試験はスラスト型転がり寿命試験機を用
い、ヘルツ最大接触応力Pmax＝500kgf/mm2、応力繰り返
し数1800cpm、＃68タービン油浴下の条件で実施した。
フレーキング発生までの応力繰り返し数を各ヒート20個
の試片について測定し、得られた10％寿命を比較した。
その結果を表２および第３図に示す。ＰまたはＯの高い
ヒートおよびCr含有量が6.0％以上のヒートの寿命が著
しく低くなっていることが分る。これに対し、本発明鋼
は高い硬さを得ており、且つ粗大な炭化物もなく良好な
寿命を示している。
研削表面粗度試験は、転動疲労寿命試験に用いる焼入
焼戻された試験片（外径φ60、厚さ7mm最終仕上転動表
面粗さ0.06Ramax）を製作する際、その前加工として立
型両頭平面研削盤により、酸化アルミ砥石（粒度＃60、
φ300）を用いて、砥石主軸回転数1700rpm、水溶性研削
液100〜150/minの条件で研削した。その後試験片転動
面の表面粗さを測定し、その結果を表２に示した。表２
において５μｍ以上の粗大炭化物数の多い比較鋼、従来
鋼のA6〜A19およびA15は、従来鋼の代表であるA16（SUJ
2）よりも表面粗さが悪くなっているが、本発明鋼のB1
〜B6のいずれもA16より良好な表面粗さが得られ、良好
な機械加工性を示すことが分った。なお、比較鋼、従来
鋼のA1〜A3の表面粗さが悪いのは試験片の焼入焼戻後の
硬さが低いためと思われる。これによりCrが3.0％以
上、6.0％未満の範囲ではＣ、Moの含有量の影響を受け
る５μｍ以上の粗大炭化物が多い程、研削後の表面粗さ
が悪くなり、機械加工性を低下させることを見出した。
［発明の効果］ 本発明による転動部品は、NC旋盤、半導体製造装置お
よびOA機器等の油、グリースによる環境汚染を極度に嫌
う場、即ち保存のための防錆油も用いることができない
場でも発銹することなく長期の保管に耐えることができ
る。
以上に述べたように、本発明鋼は一定条件の耐食性を
確保しつつ、粗大な炭化物を減少させ、焼入焼戻硬さも
充分で、転動疲労寿命、機械加工性ともに従来鋼以上で
あり、直線運動軸受、ボールねじおよびころがり軸受用
材として適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は粗大炭化物の発生に及ぼすCrが3.0％以上、6.0
％未満の範囲でのＣとMoの影響を示すグラフ図、第２図
はCrは含有量と発銹面積率を示すグラフ図、第３図はＯ
が0.0015％以下、Ｐが0.05％以下の供試材についてのCr
含有量と転動疲労寿命の関係を示すグラフ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村岡 智機 神奈川県藤沢市本藤沢６―７―10 (56)参考文献 特開 平２−92444（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】重量％で C:0.5％以上0.7％以下 Si:0.1％以上1.5％以下 Mn:0.1％以上2.0％以下 Cr:3.0％超6.0％未満 P:0.05％以下 S:0.03％以下 O:0.0015％以下 残部は鉄および不可避不純物からなる耐食転動部品用
    鋼。
  2. 【請求項２】重量％で C:0.5％以上0.7％以下 Si:0.1％以上1.5％以下 Mn:0.1％以上2.0％以下 Cr:3.0％超6.0％未満 P:0.05％以下 S:0.03％以下 O:0.0015％以下 さらに Mo:2.0％以下 Cu:0.8％以下 の内１種または２種を含有し、残部は鉄および不可避不
    純物からなる耐食転動部品用鋼。
  3. 【請求項３】請求項１記載の鋼からなる転動部品。
  4. 【請求項４】請求項２記載の鋼からなる転動部品。
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