JP3374006B2

JP3374006B2 - 軸受用鋼

Info

Publication number: JP3374006B2
Application number: JP11890196A
Authority: JP
Inventors: 卓彌厚見; 聡安本; 俊幸星野; 虔一天野
Original assignee: NTN Corp; JFE Steel Corp
Current assignee: NTN Corp; JFE Steel Corp
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 2003-02-04
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: JPH09302443A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ころ軸受、玉軸受
のような転がり軸受の要素部材に用いて好適な軸受用鋼
に関し、とくに冷間加工性のほか、転動疲労寿命特性に
優れる安価な軸受用鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】産業機械および自動車部品等に用いられ
る軸受部品は、ＪＩＳＧ４８０５に規定されているＳＵ
Ｊ２に代表されるＣ：0.95〜1.10wt％とCr：1.30〜1.60
wt％を含む高炭素クロム軸受鋼が最も一般的に用いられ
ている。この高炭素クロム軸受鋼は、溶製後、1250℃程
度で約30時間の高温でかつ長時間の拡散焼なましをへ
て、所定の寸法の棒鋼に圧延される。さらに軸受部品に
仕上げるため、球状化焼なましを施した後、切削加工
や、冷間加工あるいは温間加工等の成形加工を行い、そ
の後、焼入れ、焼もどしが実施される。ここに、拡散焼
なましの目的は、溶製時に発生して転動疲労寿命に悪影
響を及ぼす炭素とクロム等が結合した巨大炭化物の消散
のためである。また、球状化焼なましの目的は、高い炭
素濃度に起因する、圧延ままでの非常に高い硬さを低下
させ、引き続く各種の加工を容易にするためである。さ
らに、焼入れおよび焼もどしは、転がり軸受に必要な硬
さと靱性を確保するために実施するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、切削
加工によって成形加工されていた軸受部品は、鋼材の歩
留り向上を狙って冷間鍛造等のさらに厳しい加工が行わ
れてきている。これら冷間での過酷な成形加工は、歩留
り向上のメリット以外に特にエネルギ−原単位削減、作
業環境向上および寸法精度向上等の点から増加の傾向に
ある。この冷間鍛造等の厳しい加工を行う場合に、従来
の高炭素クロム軸受鋼を使用すると、冷間鍛造時に割れ
が発生するために冷間加工に制限が生ずるなど加工性に
問題があった。また、成分に起因する巨大炭化物の消散
のため、高温でかつ長時間の拡散焼なましが不可欠であ
り大幅なコストアップ要因となっている。

【０００４】これらの問題を解決する方法として、たと
えば特開平２−５４７３９号公報の技術が開示されてい
る。この方法は、素材の炭素量を低減させたことにより
切削抵抗あるいは変形抵抗を低くしているので、高炭素
クロム鋼と比較して概して冷間加工性はある程度向上し
たものの、成分範囲によっては、依然として従来の高炭
素クロム鋼の冷間鍛造可能範囲であっても割れが発生し
ている。さらに、高温でかつ長時間の拡散焼なましの省
略についてはまったく考慮されていない。また、特開平
１−１２７６５１号公報に開示の方法では、上記の問題
点である拡散焼なまし省略は可能であるものの、加工性
の問題は依然として残されたままである。そこで、本発
明の目的は、転動疲労寿命などの機械特性を損ねること
なく、冷間加工性に優れ、拡散焼なましを必要としな
い、安価な軸受用鋼を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題を解決するために鋭意検討を行った結果、冷間鍛造等
の厳しい加工における加工性の向上には、球状化焼なま
し組織が大きく影響を及ぼしていることを見出し、球状
化焼なまし組織を向上させることにより冷間鍛造等の加
工性を向上できることがわかった。さらに研究を重ねた
ところ成分を特定の範囲にすることにより、冷間鍛造等
の加工性が向上し、かつ高温で長時間の拡散焼なましが
省略でき、また転動疲労寿命が従来の高炭素クロム軸受
鋼と比較して同程度以上の冷間加工性に優れた安価な軸
受用鋼を開発したのである。すなわち本発明の要旨構成
は以下のとおりである。

【０００６】（１）炭化物の球状化焼きなましを施した
後、冷間加工に供される軸受用鋼であって、Ｃ：0.71wt
％以上、0.80wt％未満、Si：0.50wt％以上、1.0wt％以
下、Mn：0.10wt％以上、2.0wt％以下、Cr：0.43wt％以
上、0.95wt％以下、Al：0.050wt％以下、Ｏ：0.0030wt
％以下を含有し、残部はFe及び不可避的不純物からな
り、冷間鍛造圧縮率60％以下で割れが発生しない特性を
有することを特徴とする冷間加工性に優れる軸受用鋼。

【０００７】（２）炭化物の球状化焼きなましを施した
後、冷間加工に供される軸受用鋼であって、Ｃ：0.71wt
％以上、0.80wt％未満、Si：0.50wt％以上、1.0wt％以
下、Mn：0.10wt％以上、2.0wt％以下、Cr：0.43wt％以
上、0.95wt％以下、Al：0.050wt％以下、Ｏ：0.0030wt
％以下を含み、かつNi：0.10wt％以上、1.00wt％以下、
Cu：0.05wt％以上、0.50wt％以下、Mo：0.10wt％以上、
1.00wt％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を
含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなり、冷間鍛
造圧縮率60％以下で割れが発生しない特性を有すること
を特徴とする冷間加工性に優れる軸受用鋼。

【０００８】（３）炭化物の球状化焼きなましを施した
後、冷間加工に供される軸受用鋼であって、Ｃ：0.71wt
％以上、0.80wt％未満、Si：0.50wt％以上、1.0wt％以
下、Mn：0.10wt％以上、2.0wt％以下、Cr：0.43wt％以
上、0.95wt％以下、Al：0.050wt％以下、Ｏ：0.0030wt
％以下を含み、かつNb：0.05wt％以上、0.50wt％以下、
Ｖ：0.05wt％以上、0.50wt％以下、Ｗ：0.05wt％以上、
0.50wt％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を
含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなり、冷間鍛
造圧縮率60％以下で割れが発生しない特性を有すること
を特徴とする冷間加工性に優れる軸受用鋼。

【０００９】（４）炭化物の球状化焼きなましを施した
後、冷間加工に供される軸受用鋼であって、Ｃ：0.71wt
％以上、0.80wt％未満、Si：0.50wt％以上、1.0wt％以
下、Mn：0.10wt％以上、2.0wt％以下、Cr：0.43wt％以
上、0.95wt％以下、Al：0.050wt％以下、Ｏ：0.0030wt
％以下を含み、かつNi：0.10wt％以上、1.00wt％以下、
Cu：0.05wt％以上、0.50wt％以下、Mo：0.10wt％以上、
1.00wt％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を
含有し、さらにNb：0.05wt％以上、0.50wt％以下、Ｖ：
0.05wt％以上、0.50wt％以下、Ｗ：0.05wt％以上、0.50
wt％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有
し、残部はFe及び不可避的不純物からなり、冷間鍛造圧
縮率60％以下で割れが発生しない特性を有することを特
徴とする冷間加工性に優れる軸受用鋼。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明にかかる軸受用鋼につい
て、以下に、詳細に説明する。発明者らは、軸受用鋼の
冷間鍛造等の加工性の改善を目指して、冷間鍛造性に及
ぼす球状化焼なまし組織の影響を調べた。図１は、上記
実験から、冷間鍛造時の限界圧縮率と炭化物の球状化率
との関係を示したものである。図１より、球状化率が向
上するほど冷間鍛造性が向上することがわかった。ここ
に、球状化率は、単位面積中に存在する炭化物の中で縦
と横の比（アスペクト比）が２以下の炭化物の個数の全
個数に占める割合（％）で定義している。従って球状化
率を向上させることにより、冷間加工性に優れた軸受鋼
が得られることを知見した。

【００１１】このように、球状化率向上のためには、球
状化焼なまし条件を適切に制御する必要がある。図２
に、一般的な球状化焼なましのヒ−トパタ−ンの模式図
を示す。発明者は、球状化焼なまし条件に関しても鋭意
調査研究を重ね、球状化率向上には球状化焼なましの最
高加熱温度保持前の炭化物中に含まれるクロム量が球状
化に大きく影響していることを見出した。すなわち、炭
化物中に含まれるクロム量が多いほど、その後の冷却中
に成長する炭化物の核が多く残留し、球状化程度は向上
することが明らかとなった。この理由は、最高加熱温度
において炭化物中に含まれるクロム量が多いほど炭化物
が溶解しにくく、特に小さな炭化物の核が残留しやす
く、これらの核がその後の冷却中に成長して球状化する
ためであると思われる。以上の検討結果から炭化物の球
状化率向上には球状化焼なまし条件に関して、構成主元
素である炭素とクロムを特定範囲に規定する必要がある
ことがわかったのである。これらの成分を含め、各成分
の限定理由について以下に説明する。

【００１２】Ｃ：0.71wt％以上、0.80wt％未満Ｃは、本発明における重要な元素であり、冷間加工性向
上、球状化率の向上に有効な元素であるクロム量との割
合から、また基地に固溶してマルテンサイトを強化し、
強度、耐磨耗性および転動疲労寿命を向上させるうえか
ら、少なくとも0.71wt％以上添加する必要がある。一
方、0.80wt％以上添加すると冷間加工性、温間加工性、
被削性および靭性が低下し、かつ他元素との関係から拡
散焼なまし省略が不可能となる。よって、Ｃ量は0.71〜
0.80wt％未満の範囲とする。

【００１３】Si：0.50wt％以上、1.0 wt％以下 Siは、脱酸の他に、基地に固溶して転動疲労寿命を向上
させる元素として必要な元素である。含有量が0.50wt％
未満ではこの効果が小さく、一方、1.0 wt％超えて添加
すると、特に球状化後の硬さが上昇するため、被削性お
よび加工性が著しく低下する。よって、Si量は0.50〜1.
0 wt％の範囲に限定する。

【００１４】Mn：0.10wt％以上、2.0 wt％以下 Mnは、鋼の焼入性を向上させることによって基地マルテ
ンサイトの靱性を高め、また転動疲労寿命の向上に有効
に寄与する。しかし、0.10wt％に満たないとこの添加効
果に乏しく、一方2.0 wt％を超えて添加すると被削性、
靱性および加工性が著しく低下するので、Mn量は0.10〜
2.0 wt％の範囲に限定する。なお、好ましくは0.50〜1.
20wt％の範囲とするのがよい。

【００１５】Cr：0.43wt％以上、0.95wt％以下 Crは、本発明において特に重要な元素である。鋼の焼入
性を高め、基地の強度および靭性を向上させるだけでな
く、冷間加工性向上に密接に関係がある球状化率向上に
有効な元素である。含有量が0.43wt％未満ではこれらの
効果が小さく、一方0.95wt％を超えると他元素との関係
より拡散焼なまし省略が不可能となる。なお、Crのこの
ような効果は、0.80wt％でほぼ飽和し、0.80wt％以上で
は他元素とくにＣ量およびSi量との関係により、溶製時
に巨大炭化物が生成しやすくなる。したがって、Cr添加
量は、0.43〜0.95wt％の範囲、好ましくは0.43〜0.80wt
％の範囲とする。

【００１６】Al：0.050 wt％以下 Alは、脱酸剤として添加するが、Ｏと結合し硬質な酸化
物系介在物を形成するため、転動疲労寿命を低下させ
る。したがって、できる限り低い方が望ましく、0.050
wt％を上限とする。

【００１７】Ｏ：0.0030wt％以下Ｏは、Alと結合し、硬質な酸化物系非金属介在物を形成
するため、転動疲労寿命を低下させる。したがって、で
きるかぎり少ない方が望ましく、0.0030wt％を上限とす
る。

【００１８】以上、基本成分について説明したが、本発
明ではさらにMo、Ni、Cuのうちから選んだ１種または２
種以上、および／またはNb、Ｖ、Ｗのうちから選んだ１
種または２種以上を添加することができる。上記各元素
の好適添加量範囲と限定理由は次のとおりである。Ni：
0.10wt％以上、1.00wt％以下、Cu：0.05wt％以上、0.50
wt％以下、Mo：0.10wt％以上、1.00wt％以下 Mo、NiおよびCuは、いずれも、焼入性を高め、鋼の転動
疲労寿命を向上させる有用元素である。しかし、Mo、Cu
が多すぎる場合には、鋼の被削性を低下させ、またNiが
多すぎる場合には残留オ−ステナイトが多量に生成して
鋼材硬さを低下させ転動疲労寿命を低下させるだけでな
く、鋼の被削性をも低下させる。そこで、これらの元素
もかかるおそれのない上記の各範囲で添加するものとし
た。

【００１９】Nb：0.05wt％以上、0.50wt％以下、Ｖ：0.
05wt％以上、0.50wt％以下、Ｗ：0.05wt％以上、0.50wt
％以下 Nb、ＶおよびＷは、いずれも、鋼中のＣと結合し、耐磨
耗性を向上させるとともに結晶粒の微細化により転動疲
労寿命および靱性の向上に有効に寄与する。しかし、い
ずれの元素も、多すぎる場合には、炭化物が高温で安定
化し、鋼材硬さを低下させ、転動疲労寿命を低下させる
だけでなく、鋼の被削性をも低下させる。そこで、これ
らの元素もかかるおそれのない上記の各範囲で添加する
ものとした。

【００２０】次に、本発明鋼の製造方法について説明す
る。本発明鋼は、転炉、電気炉等いずれの方法で溶製し
てもよく、またスラブの製造は連鋳、造塊いずれの工程
によってもよい。さらに熱間圧延条件および球状化焼な
まし条件も特に限定されることなく、常法に従って行え
ばよい。

【００２１】

【実施例】以下本発明を実施例にもとづいて説明する。
表１に示す鋼材を転炉により溶製し、連続鋳造法で鋼片
としたのち、65mmφの棒鋼に圧延した。なお、鋼材No.2
1 については、同様に連続鋳造法で鋼片としたのち、さ
らに1250℃で30時間の拡散焼なましを行い、巨大炭化物
の消失後、65mmφの棒鋼に圧延した。次いで、これらの
棒鋼の直径／４の部分より、18mmφの試験片を切り出
し、大気雰囲気で以下の球状化焼なましを行い、冷間鍛
造性を評価した。さらに球状化焼なまし後に焼入れ、焼
もどしを行い、転動疲労寿命を評価するためのサンプル
を採取した。

【００２２】球状化焼なましおよび焼入れ、焼もどしの
それぞれの熱処理条件は次のとおりである。・球状化焼なまし：750 ℃×２時間→650 ℃まで炉冷、
その後、空冷・焼入れ、焼もどし：850 ℃×１時間／水冷、180 ℃×
１時間／空冷また、冷間鍛造性および転動疲労寿命の試験方法は次の
とおりである。・冷間鍛造試験：球状化焼なまし後のサンプルより15mm
φ×20mmの試験片を切り出し、完全拘束の状態で圧縮率
50〜70％における割れ発生率を測定・転動疲労寿命：円筒型転動疲労寿命試験機により、ヘ
ルツ最大接触応力：600kgf/mm²、繰り返し応力数：約46
500cpmの条件で試験を行い、試験結果をワイブル分布に
従うものとして確率紙上にまとめ、鋼材No.21 のB₁₀寿
命（累積破損確率：10％における剥離発生までの総負荷
回数）を１として相対評価これらの冷間鍛造性および転動疲労寿命の測定結果を表
２に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】表２より明らかなように、Ｃ含有量が本発
明範囲より低い鋼材No.22,23は冷間加工性の点ではやや
改善されているものの、転動疲労寿命はNo.21 従来材の
0.7倍と0.8 倍に過ぎなかった。Cr含有量が本発明範囲
より低い鋼材No.24,25は、球状化焼なまし後の球状化率
が低く比較的低い圧縮率で割れが発生しており冷間加工
性が低いことがわかる。Si含有量が本発明範囲より低い
鋼材No.26,27は冷間加工性の点では改善されているもの
の、転動疲労寿命はともにNo.21 従来材の0.8倍と0.9
倍にすぎなかった。Ｃ含有量が本発明範囲より高い鋼材
No.28,29およびCr含有量が本発明範囲より高い鋼材No.3
0 は、転動疲労寿命がNo.21 従来材のそれぞれ0.7 倍、
0.6 倍および0.5 倍にすぎなかった。これらは転動疲労
寿命試験片のミクロ組織観察結果より溶製時に生成した
巨大炭化物のために寿命が低いものと推察された。

【００２６】これらの比較例に対し、鋼材No.1〜No.20
の発明例はいずれも、圧縮率60％まで割れが発生せず、
従来材に比較して格段に優れている。さらに、転動疲労
寿命も従来材の1.3 〜3.1 倍に改善している。また、上
記実施例に示したように、（Ni、Cu、Mo）および／また
は（Nb、Ｖ、Ｗ）の１種または２種以上の添加は、冷間
加工性を損なうことなく転動疲労寿命を向上させている
ことから、その使用目的に応じて、自由な組合わせ添加
が可能なことがわかる。

【００２７】

【発明の効果】以上示したように、本発明によれば、転
動疲労寿命を阻害することなしに冷間加工性を効果的に
向上することができるので、従来、冷間鍛造時に割れが
発生していた範囲まで加工が可能になる。このため、本
発明によれば、切削加工の省略または簡略化が可能とな
り、材料の歩留り向上および生産性向上を図ることがで
きる。また、本発明によれば、Ｃ、Crの低減により、合
金コストが低減されるだけでなく、従来、鋳造時に生成
する巨大炭化物の消散のために施されていた拡散焼なま
しを省略することが可能となったので、軸受用素材のコ
ストを大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭化物の球状化率と限界圧縮率との関係を示す
図である。

【図２】球状化焼きなまし熱処理の温度パターンを示す
模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者星野俊幸岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者天野虔一岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (56)参考文献特開平３−254341（ＪＰ，Ａ) 特開平３−254340（ＪＰ，Ａ) 特開平２−274837（ＪＰ，Ａ) 特開平２−54739（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化物の球状化焼きなましを施した後、冷
間加工に供される軸受用鋼であって、Ｃ：0.71wt％以上、0.80wt％未満、 Si：0.50wt％以上、1.0wt％以下、 Mn：0.10wt％以上、2.0wt％以下、 Cr：0.43wt％以上、0.95wt％以下、 Al：0.050wt％以下、Ｏ：0.0030wt％以下を含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなり、冷間
鍛造圧縮率60％以下で割れが発生しない特性を有するこ
とを特徴とする冷間加工性に優れる軸受用鋼。
【請求項２】炭化物の球状化焼きなましを施した後、冷
間加工に供される軸受用鋼であって、Ｃ：0.71wt％以上、0.80wt％未満、 Si：0.50wt％以上、1.0wt％以下、 Mn：0.10wt％以上、2.0wt％以下、 Cr：0.43wt％以上、0.95wt％以下、 Al：0.050wt％以下、Ｏ：0.0030wt％以下を含み、かつ Ni：0.10wt％以上、1.00wt％以下、 Cu：0.05wt％以上、0.50wt％以下、 Mo：0.10wt％以上、1.00wt％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、残部
はFe及び不可避的不純物からなり、冷間鍛造圧縮率60％
以下で割れが発生しない特性を有することを特徴とする
冷間加工性に優れる軸受用鋼。
【請求項３】炭化物の球状化焼きなましを施した後、冷
間加工に供される軸受用鋼であって、Ｃ：0.71wt％以上、0.80wt％未満、 Si：0.50wt％以上、1.0wt％以下、 Mn：0.10wt％以上、2.0wt％以下、 Cr：0.43wt％以上、0.95wt％以下、 Al：0.050wt％以下、Ｏ：0.0030wt％以下を含み、かつ Nb：0.05wt％以上、0.50wt％以下、Ｖ：0.05wt％以上、0.50wt％以下、Ｗ：0.05wt％以上、0.50wt％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、残部
はFe及び不可避的不純物からなり、冷間鍛造圧縮率60％
以下で割れが発生しない特性を有することを特徴とする
冷間加工性に優れる軸受用鋼。
【請求項４】炭化物の球状化焼きなましを施した後、冷
間加工に供される軸受用鋼であって、Ｃ：0.71wt％以上、0.80wt％未満、 Si：0.50wt％以上、1.0wt％以下、 Mn：0.10wt％以上、2.0wt％以下、 Cr：0.43wt％以上、0.95wt％以下、 Al：0.050wt％以下、Ｏ：0.0030wt％以下を含み、かつ Ni：0.10wt％以上、1.00wt％以下、 Cu：0.05wt％以上、0.50wt％以下、 Mo：0.10wt％以上、1.00wt％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、さら
に Nb：0.05wt％以上、0.50wt％以下、Ｖ：0.05wt％以上、0.50wt％以下、Ｗ：0.05wt％以上、0.50wt％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含有し、残部
はFe及び不可避的不純物からなり、冷間鍛造圧縮率60％
以下で割れが発生しない特性を有することを特徴とする
冷間加工性に優れる軸受用鋼。