JP3466328B2 - 高寿命高周波焼入れ軸受用鋼材 - Google Patents
高寿命高周波焼入れ軸受用鋼材Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高寿命高周波焼入れ軸受
用鋼材にかかわり、さらに詳しくは、高周波焼入れ工程
で製造され、高負荷下で使用される外輪、内輪、ころ等
の軸受部品用として好適な鋼材に関するものである。
用鋼材にかかわり、さらに詳しくは、高周波焼入れ工程
で製造され、高負荷下で使用される外輪、内輪、ころ等
の軸受部品用として好適な鋼材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年の自動車エンジンの高出力化および
環境規制対応にともない、軸受部品においても転動疲労
寿命向上の指向が強い。これに対して、これまで鋼の高
清浄化による高寿命化が図られてきた。これは、軸受部
品の転動疲労破壊は非金属介在物が起点となると考えら
れているためである。例えば、日本金属学会報第３２巻
第６号４４１頁から４４３頁には偏心炉底出鋼、ＲＨ真
空脱ガス等の組み合わせにより、酸化物系介在物が低減
し転動疲労寿命が向上することが示されている。しかし
ながら、上記材の高寿命化では必ずしも十分ではなく、
特に高負荷下で使用される場合等において、より一層の
高寿命鋼の開発が強く望まれている。
環境規制対応にともない、軸受部品においても転動疲労
寿命向上の指向が強い。これに対して、これまで鋼の高
清浄化による高寿命化が図られてきた。これは、軸受部
品の転動疲労破壊は非金属介在物が起点となると考えら
れているためである。例えば、日本金属学会報第３２巻
第６号４４１頁から４４３頁には偏心炉底出鋼、ＲＨ真
空脱ガス等の組み合わせにより、酸化物系介在物が低減
し転動疲労寿命が向上することが示されている。しかし
ながら、上記材の高寿命化では必ずしも十分ではなく、
特に高負荷下で使用される場合等において、より一層の
高寿命鋼の開発が強く望まれている。
【０００３】また、特開平６−２６４１８８にはＣ：
０．５〜１．５％、Ｍｏ：０．５超〜２．０％、Ｏ：
０．００２％以下を含有した繰り返し応力負荷によるミ
クロ組織変化遅延特性に優れた軸受鋼が示されている。
しかしながら、本材は経済性の点で好ましくなく、必ず
しも普及していないのが現状である。さらに、軸受部品
は、通常、過共析鋼を球状化焼鈍−焼入れ焼戻しの工程
により製造されているが、低コスト化の指向が強い。
０．５〜１．５％、Ｍｏ：０．５超〜２．０％、Ｏ：
０．００２％以下を含有した繰り返し応力負荷によるミ
クロ組織変化遅延特性に優れた軸受鋼が示されている。
しかしながら、本材は経済性の点で好ましくなく、必ず
しも普及していないのが現状である。さらに、軸受部品
は、通常、過共析鋼を球状化焼鈍−焼入れ焼戻しの工程
により製造されているが、低コスト化の指向が強い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、軸受
部品が低コストで製造可能であり、かつ軸受部品におい
て優れた転動疲労特性を得ることができる高周波焼入れ
軸受用鋼材を提供しようとするものである。
部品が低コストで製造可能であり、かつ軸受部品におい
て優れた転動疲労特性を得ることができる高周波焼入れ
軸受用鋼材を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、軸受部品
を低コストで製造するために、従来の過共析鋼の球状化
焼鈍−焼入れ焼戻しに代わる工程として高周波焼入れに
着目した。高周波焼入れ材は、表層に大きな圧縮残留応
力が生成するために高寿命化にも有効である。さらに高
負荷下でも優れた転動疲労特性を得ることができる高周
波焼入れ軸受用鋼材を実現するために、鋭意検討を行い
次の知見を得た。
を低コストで製造するために、従来の過共析鋼の球状化
焼鈍−焼入れ焼戻しに代わる工程として高周波焼入れに
着目した。高周波焼入れ材は、表層に大きな圧縮残留応
力が生成するために高寿命化にも有効である。さらに高
負荷下でも優れた転動疲労特性を得ることができる高周
波焼入れ軸受用鋼材を実現するために、鋭意検討を行い
次の知見を得た。
【０００６】（１）高周波焼入れ材を高負荷下で転動疲
労試験を行った場合、転動疲労過程において、白色組織
・炭化物組織の生成、硬さの低下を伴う材質劣化が起こ
り、こうした局所的な材質劣化部を起点として破壊が起
きる。 （２）転動疲労過程での局所的な材質劣化部生成の主原
因は、硬化層の硬さムラである。特に、高周波加熱前の
組織のフェライト分率が２５％を超え、フェライト結晶
粒径が２０μｍを超えると硬化層で顕著な硬さのムラを
生じ、転動疲労破壊を起こしやすくなる。
労試験を行った場合、転動疲労過程において、白色組織
・炭化物組織の生成、硬さの低下を伴う材質劣化が起こ
り、こうした局所的な材質劣化部を起点として破壊が起
きる。 （２）転動疲労過程での局所的な材質劣化部生成の主原
因は、硬化層の硬さムラである。特に、高周波加熱前の
組織のフェライト分率が２５％を超え、フェライト結晶
粒径が２０μｍを超えると硬化層で顕著な硬さのムラを
生じ、転動疲労破壊を起こしやすくなる。
【０００７】（３）また、これらの転動疲労過程での材
質劣化を抑制するには、下記の方法が有効である。 高Ｍｎにより、焼入れ性を確保する。Ｃｒを多量添加
しない。 Ｓｉを増量する。 （４）さらに、局所的な材質劣化部生成を抑制して高寿
命化を図るためには、Ｍｏ添加、非金属介在物の低減、
微細化が有効である。 （５）上記に加えて、さらにＣｒ，Ｎｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｂ
を添加することにより、材質劣化抑制、硬さ低下防止の
硬化はさらに大きくなる。
質劣化を抑制するには、下記の方法が有効である。 高Ｍｎにより、焼入れ性を確保する。Ｃｒを多量添加
しない。 Ｓｉを増量する。 （４）さらに、局所的な材質劣化部生成を抑制して高寿
命化を図るためには、Ｍｏ添加、非金属介在物の低減、
微細化が有効である。 （５）上記に加えて、さらにＣｒ，Ｎｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｂ
を添加することにより、材質劣化抑制、硬さ低下防止の
硬化はさらに大きくなる。
【０００８】本発明は以上の新規なる知見に基づいてな
されたものであって、その要旨とするところは以下の通
りである。本発明の請求項１〜４の発明は重量比とし
て、Ｃ：０．４５〜０．７０％、Ｓｉ：０．３５〜２．
０％、Ｍｎ：０．９０〜２．０％、Ｓ：０．００１〜
０．０３％、Ａｌ：０．０１０〜０．０７％、Ｎ：０．
００３〜０．０１５％を含有し、さらにまたは、Ｍｏ：
０．０５〜１．２０％を含有し、さらにまたは、Ｃｒ：
０．０３〜０．５０％、Ｎｉ：０．１０〜３．００％、
Ｖ：０．０３〜０．７％、Ｎｂ：０．００５〜０．３
％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％の１種または２種
以上を含有し、Ｐ：０．０２５％以下、Ｔｉ：０．００
４０％以下、Ｔ．Ｏ：０．００２０％以下に制限し、残
部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ高周波加熱
前のフェライトの組織分率が２５％以下で、フェライト
結晶粒径が２０μｍ以下であることを特徴とする高寿命
高周波焼入れ軸受用鋼材である。
されたものであって、その要旨とするところは以下の通
りである。本発明の請求項１〜４の発明は重量比とし
て、Ｃ：０．４５〜０．７０％、Ｓｉ：０．３５〜２．
０％、Ｍｎ：０．９０〜２．０％、Ｓ：０．００１〜
０．０３％、Ａｌ：０．０１０〜０．０７％、Ｎ：０．
００３〜０．０１５％を含有し、さらにまたは、Ｍｏ：
０．０５〜１．２０％を含有し、さらにまたは、Ｃｒ：
０．０３〜０．５０％、Ｎｉ：０．１０〜３．００％、
Ｖ：０．０３〜０．７％、Ｎｂ：０．００５〜０．３
％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％の１種または２種
以上を含有し、Ｐ：０．０２５％以下、Ｔｉ：０．００
４０％以下、Ｔ．Ｏ：０．００２０％以下に制限し、残
部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ高周波加熱
前のフェライトの組織分率が２５％以下で、フェライト
結晶粒径が２０μｍ以下であることを特徴とする高寿命
高周波焼入れ軸受用鋼材である。
【０００９】
【作用】以下に、本発明を詳細に説明する。本発明の鋼
材の成分含有範囲を上記の如く限定した理由について説
明する。 Ｃ：０．４５〜０．７０％ Ｃは最終製品の軸受部品として必要な転動疲労強度と耐
摩耗性を得るために有効な元素であるが、高周波焼入れ
材の場合、０．４５％未満ではその効果が不十分であ
り、また０．７０％を超えると靱性が劣化しかえって強
度の劣化を招くので、含有量を０．４５〜０．７０％と
した。
材の成分含有範囲を上記の如く限定した理由について説
明する。 Ｃ：０．４５〜０．７０％ Ｃは最終製品の軸受部品として必要な転動疲労強度と耐
摩耗性を得るために有効な元素であるが、高周波焼入れ
材の場合、０．４５％未満ではその効果が不十分であ
り、また０．７０％を超えると靱性が劣化しかえって強
度の劣化を招くので、含有量を０．４５〜０．７０％と
した。
【００１０】Ｓｉ：０．３５〜２．０％
Ｓｉは脱酸元素としておよび転動疲労過程での白色組織
・炭化物組織生成抑制、材質劣化抑制により最終製品の
寿命を増加させることを目的として添加するが、０．３
５％未満ではその効果は不十分であり、一方、２．０％
を超えるとこれらの効果は飽和しむしろ最終製品の靱性
の劣化を招くので、その含有量を０．３５〜２．０％と
した。
・炭化物組織生成抑制、材質劣化抑制により最終製品の
寿命を増加させることを目的として添加するが、０．３
５％未満ではその効果は不十分であり、一方、２．０％
を超えるとこれらの効果は飽和しむしろ最終製品の靱性
の劣化を招くので、その含有量を０．３５〜２．０％と
した。
【００１１】Ｍｎ：０．９０〜２．０％
Ｍｎは転動疲労過程での材質劣化の抑制、焼入れ性
の向上、および鋼中でＭｎＳを形成することによる高
周波焼入れ加熱時のオーステナイト粒の微細化と被削
性の向上を目的として添加する。しかしながら、０．９
０％未満ではこの効果は不十分であり、一方、２．０％
を超えるとこの効果は飽和しむしろ最終製品の靱性の劣
化を招くので、その含有量を０．９０〜２．０％とし
た。
の向上、および鋼中でＭｎＳを形成することによる高
周波焼入れ加熱時のオーステナイト粒の微細化と被削
性の向上を目的として添加する。しかしながら、０．９
０％未満ではこの効果は不十分であり、一方、２．０％
を超えるとこの効果は飽和しむしろ最終製品の靱性の劣
化を招くので、その含有量を０．９０〜２．０％とし
た。
【００１２】Ｓ：０．００１〜０．０３％
Ｓは鋼中でＭｎＳとして存在し、被削性の向上および組
織の微細化に寄与するが、０．００１％未満ではその効
果は不十分である。一方、０．０３％を超えるとその効
果は飽和し、むしろ転動疲労特性の劣化を招く。以上の
理由から、Ｓの含有量を０．００１〜０．０３％とし
た。
織の微細化に寄与するが、０．００１％未満ではその効
果は不十分である。一方、０．０３％を超えるとその効
果は飽和し、むしろ転動疲労特性の劣化を招く。以上の
理由から、Ｓの含有量を０．００１〜０．０３％とし
た。
【００１３】Ａｌ：０．０１０〜０．０７％
Ａｌは脱酸元素および結晶粒微細化元素として添加する
が、０．０１０％未満ではその効果は不十分であり、一
方、０．０７％を超えるとその効果は飽和し、むしろ靱
性を劣化させるので、その含有量を０．０１０〜０．０
７％とした。
が、０．０１０％未満ではその効果は不十分であり、一
方、０．０７％を超えるとその効果は飽和し、むしろ靱
性を劣化させるので、その含有量を０．０１０〜０．０
７％とした。
【００１４】Ｎ：０．００３〜０．０１５％
ＮはＡｌＮの析出挙動を通じて、オーステナイト粒の微
細化に寄与するが、０．００３％未満ではその効果は不
十分であり、一方、０．０１５％超では、その効果は飽
和しむしろ靱性の劣化を招くので、その含有量をＮ：
０．００３〜０．０１５％とした。
細化に寄与するが、０．００３％未満ではその効果は不
十分であり、一方、０．０１５％超では、その効果は飽
和しむしろ靱性の劣化を招くので、その含有量をＮ：
０．００３〜０．０１５％とした。
【００１５】Ｐ：０．０２５％以下
Ｐは鋼中で粒界偏析や中心偏析を起こし、最終製品の強
度劣化の原因となる。特にＰが０．０２５％を超えると
強度の劣化が顕著となるため、０．０２５％を上限とし
た。
度劣化の原因となる。特にＰが０．０２５％を超えると
強度の劣化が顕著となるため、０．０２５％を上限とし
た。
【００１６】Ｔｉ：０．００４０％以下
Ｔｉは硬質析出物ＴｉＮを生成し、これが白色組織・炭
化物組織組成、材質劣化の引き金となり、つまり転動疲
労破壊の起点となり、最終製品の転動寿命劣化の原因と
なる。特にＴｉが０．００４０％を超えると寿命の劣化
が顕著となるため、０．００４０％を上限とした。
化物組織組成、材質劣化の引き金となり、つまり転動疲
労破壊の起点となり、最終製品の転動寿命劣化の原因と
なる。特にＴｉが０．００４０％を超えると寿命の劣化
が顕著となるため、０．００４０％を上限とした。
【００１７】Ｔ．Ｏ：０．００２０％以下
本発明においてＴ．Ｏ含有量とは、鋼中の溶存酸素含有
量と酸化物（主にアルミナ）を形成している酸素含有量
の和であるが、Ｔ．Ｏ含有量は酸化物を形成している酸
素含有量にほぼ一致する。従って、Ｔ．Ｏ含有量が高い
ほど酸化物系介在物が多いことになる。酸化物系介在物
は転動疲労過程で、白色組織・炭化物組織生成、材質劣
化の引き金となり、転動疲労寿命劣化の原因となる。特
にＯが０．００２％を超えるとこの現象が顕著になるた
め、０．００２％を上限とした。なお、非金属介在物を
微細化して、より一層高寿命化を図るためには、本出願
人が先に特願平５−２０２４１６にて提案しているＭｇ
の適正量添加が有効である。
量と酸化物（主にアルミナ）を形成している酸素含有量
の和であるが、Ｔ．Ｏ含有量は酸化物を形成している酸
素含有量にほぼ一致する。従って、Ｔ．Ｏ含有量が高い
ほど酸化物系介在物が多いことになる。酸化物系介在物
は転動疲労過程で、白色組織・炭化物組織生成、材質劣
化の引き金となり、転動疲労寿命劣化の原因となる。特
にＯが０．００２％を超えるとこの現象が顕著になるた
め、０．００２％を上限とした。なお、非金属介在物を
微細化して、より一層高寿命化を図るためには、本出願
人が先に特願平５−２０２４１６にて提案しているＭｇ
の適正量添加が有効である。
【００１８】本発明では、請求項１〜４について、さら
にＴ．Ｍｇ：０．０００５〜０．０３００％を含有し、
鋼中に含有される酸化物が、個数比として次式を満足す
る鋼材としてもよい。 （ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 個数＋ＭｇＯ個数）／全酸化物系
介在物個数≧０．８０
にＴ．Ｍｇ：０．０００５〜０．０３００％を含有し、
鋼中に含有される酸化物が、個数比として次式を満足す
る鋼材としてもよい。 （ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 個数＋ＭｇＯ個数）／全酸化物系
介在物個数≧０．８０
【００１９】次に、本発明では、「高周波加熱前のフェ
ライトの組織分率が２５％以下で、フェライト結晶粒径
が２０μｍ以下」とする。高周波焼入れは急速加熱であ
るため、高周波加熱前の組織のフェライト分率が大きく
またそれが粗大であると、フェライトの部分は、オース
テナイト化後、炭素の拡散が不十分で炭素濃度が添加炭
素濃度よりも低くなり、焼入れ後、その位置での硬さが
小さくなる。そのため、この位置で局所的な材質劣化を
起こし、転動疲労き裂の発生起点となりやすい。以上の
現象は、フェライトの組織分率が２５％を超えるか、ま
たはフェライト結晶粒径が２０μｍを超えると特に顕著
になる。以上の理由でフェライトの組織分率を２５％以
下で、フェライト結晶粒径を２０μｍ以下とした。
ライトの組織分率が２５％以下で、フェライト結晶粒径
が２０μｍ以下」とする。高周波焼入れは急速加熱であ
るため、高周波加熱前の組織のフェライト分率が大きく
またそれが粗大であると、フェライトの部分は、オース
テナイト化後、炭素の拡散が不十分で炭素濃度が添加炭
素濃度よりも低くなり、焼入れ後、その位置での硬さが
小さくなる。そのため、この位置で局所的な材質劣化を
起こし、転動疲労き裂の発生起点となりやすい。以上の
現象は、フェライトの組織分率が２５％を超えるか、ま
たはフェライト結晶粒径が２０μｍを超えると特に顕著
になる。以上の理由でフェライトの組織分率を２５％以
下で、フェライト結晶粒径を２０μｍ以下とした。
【００２０】なお、より高寿命化を図るためには、フェ
ライトの組織分率を１５％以下とするか、またはさらに
フェライト結晶粒径を１５μｍ以下とするのが望まし
い。また、本発明の高周波焼入れ軸受用鋼材では、フェ
ライト以外の残りの組織を特に限定するものではなく、
その種類がパーライト、上部ベイナイト、下部ベイナイ
ト、中間段階組織、マルテンサイト、あるいはこれらの
混合組織のいずれでもよい。
ライトの組織分率を１５％以下とするか、またはさらに
フェライト結晶粒径を１５μｍ以下とするのが望まし
い。また、本発明の高周波焼入れ軸受用鋼材では、フェ
ライト以外の残りの組織を特に限定するものではなく、
その種類がパーライト、上部ベイナイト、下部ベイナイ
ト、中間段階組織、マルテンサイト、あるいはこれらの
混合組織のいずれでもよい。
【００２１】次に、請求項２の発明の鋼材では、転動疲
労過程での硬さ低下防止、白色組織・炭化物組織生成抑
制を目的としてＭｏを含有させることができる。 Ｍｏ：０．０５〜１．２０％ Ｍｏは高周波焼入れ性の向上および転動疲労過程での白
色組織・炭化物組織生成抑制、材質劣化抑制による最終
製品の寿命を増加させることを目的として添加するが、
Ｍｏ：０．０５％未満ではこの効果は不十分であり、一
方、Ｍｏ：１．２％を超えるとこの効果は飽和しむしろ
最終製品の靱性の劣化を招くので、その含有量をＭｏ：
０．０５〜１．２０％とした。
労過程での硬さ低下防止、白色組織・炭化物組織生成抑
制を目的としてＭｏを含有させることができる。 Ｍｏ：０．０５〜１．２０％ Ｍｏは高周波焼入れ性の向上および転動疲労過程での白
色組織・炭化物組織生成抑制、材質劣化抑制による最終
製品の寿命を増加させることを目的として添加するが、
Ｍｏ：０．０５％未満ではこの効果は不十分であり、一
方、Ｍｏ：１．２％を超えるとこの効果は飽和しむしろ
最終製品の靱性の劣化を招くので、その含有量をＭｏ：
０．０５〜１．２０％とした。
【００２２】次に、請求項３，４の発明の鋼材では、高
周波焼入れ性の向上および転動疲労過程での材質劣化抑
制、白色組織・炭化物組織生成抑制を目的としてＣｒ，
Ｎｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｂの１種または２種以上を含有させる
ことができる。 Ｃｒ：０．０３〜０．５０％ Ｎｉ：０．１０〜３．００％ Ｖ ：０．０３〜０．７％ Ｎｂ：０．００５〜０．３％ Ｂ ：０．０００５〜０．００５％
周波焼入れ性の向上および転動疲労過程での材質劣化抑
制、白色組織・炭化物組織生成抑制を目的としてＣｒ，
Ｎｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｂの１種または２種以上を含有させる
ことができる。 Ｃｒ：０．０３〜０．５０％ Ｎｉ：０．１０〜３．００％ Ｖ ：０．０３〜０．７％ Ｎｂ：０．００５〜０．３％ Ｂ ：０．０００５〜０．００５％
【００２３】これらの元素はいずれも焼入れ性を向上
し、転動過程での転位密度の低下を抑制することによ
り、または繰り返し過程でセメンタイトの生成を抑制す
ることにより、繰り返し軟化防止に有効である。この効
果はＣｒ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．１０％未満、
Ｖ：０．０３％未満、Ｎｂ：０．００５％未満、Ｂ：
０．０００５％未満では不十分であり、一方、Ｃｒ：
０．５０％、Ｎｉ：３．００％、Ｖ：０．７％、Ｎｂ：
０．３％、Ｂ：０．００５％を超えるとこの効果は飽和
し、むしろ高周波焼入れ時の炭化物の溶解不良、最終製
品の靱性の劣化等の弊害を招くので、その含有量を上記
の範囲に限定した。
し、転動過程での転位密度の低下を抑制することによ
り、または繰り返し過程でセメンタイトの生成を抑制す
ることにより、繰り返し軟化防止に有効である。この効
果はＣｒ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．１０％未満、
Ｖ：０．０３％未満、Ｎｂ：０．００５％未満、Ｂ：
０．０００５％未満では不十分であり、一方、Ｃｒ：
０．５０％、Ｎｉ：３．００％、Ｖ：０．７％、Ｎｂ：
０．３％、Ｂ：０．００５％を超えるとこの効果は飽和
し、むしろ高周波焼入れ時の炭化物の溶解不良、最終製
品の靱性の劣化等の弊害を招くので、その含有量を上記
の範囲に限定した。
【００２４】ここで、本発明の高周波焼入れ軸受用鋼材
において、「高周波加熱前のフェライトの組織分率が２
５％以下で、フェライト結晶粒径が２０μｍ以下」とす
るには、本発明規定の化学成分範囲において、熱間圧延
における仕上げ圧延温度を通常より低くし、仕上げ圧延
後の冷却速度を通常より速くする必要がある。具体的に
は鋼の化学成分組成、熱間圧延鋼材寸法によって異なる
が、例えば、鋼材素材の熱間圧延による製造を仕上げ温
度：７５０〜９００℃、仕上げ圧延後７００〜５００℃
の温度範囲の平均冷却速度：０．１〜１．７℃／秒の条
件とするのが好ましい。また、本発明では、本発明の要
件を満足すれば、熱間圧延後、高周波焼入れの前に焼
準、焼鈍、熱間鍛造等の加工熱処理を必要に応じて行う
ことができる。また、本発明では高周波焼入れ工程によ
り製造される軸受け部品用の鋼材を対象としているが、
高周波焼入れ条件、焼戻しの有無、焼戻しを行う場合は
その条件は、特に限定するものではない。
において、「高周波加熱前のフェライトの組織分率が２
５％以下で、フェライト結晶粒径が２０μｍ以下」とす
るには、本発明規定の化学成分範囲において、熱間圧延
における仕上げ圧延温度を通常より低くし、仕上げ圧延
後の冷却速度を通常より速くする必要がある。具体的に
は鋼の化学成分組成、熱間圧延鋼材寸法によって異なる
が、例えば、鋼材素材の熱間圧延による製造を仕上げ温
度：７５０〜９００℃、仕上げ圧延後７００〜５００℃
の温度範囲の平均冷却速度：０．１〜１．７℃／秒の条
件とするのが好ましい。また、本発明では、本発明の要
件を満足すれば、熱間圧延後、高周波焼入れの前に焼
準、焼鈍、熱間鍛造等の加工熱処理を必要に応じて行う
ことができる。また、本発明では高周波焼入れ工程によ
り製造される軸受け部品用の鋼材を対象としているが、
高周波焼入れ条件、焼戻しの有無、焼戻しを行う場合は
その条件は、特に限定するものではない。
【００２５】
【実施例】以下に、本発明の効果を実施例により、さら
に具体的に示す。表１，２の組成を有する鋼材を直径６
５ｍｍφの棒鋼に圧延した。その後熱間鍛造のシミュレ
ーションとして９５０℃加熱−放冷した。この棒鋼か
ら、光学顕微鏡観察試験片を採取し、５％ナイタール液
で腐食して２００倍、４００倍で観察しフェライト分率
およびフェライト結晶粒径を求めた。表１，２にフェラ
イト分率、フェライト結晶粒径を併せて示す。
に具体的に示す。表１，２の組成を有する鋼材を直径６
５ｍｍφの棒鋼に圧延した。その後熱間鍛造のシミュレ
ーションとして９５０℃加熱−放冷した。この棒鋼か
ら、光学顕微鏡観察試験片を採取し、５％ナイタール液
で腐食して２００倍、４００倍で観察しフェライト分率
およびフェライト結晶粒径を求めた。表１，２にフェラ
イト分率、フェライト結晶粒径を併せて示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】これらの材料から、転動疲労試験片を採取
・作成し、周波数１００ｋＨｚ、硬化層深さ２〜３ｍｍ
の条件で高周波焼入れを行い、１６０℃で焼戻し処理を
行った。転動疲労寿命の評価は、円筒型転動疲労試験片
による点接触型転動疲労試験機（ヘルツ最大接触応力６
００ｋｇｆ／ｍｍ2 ）を用いた。疲労寿命の尺度とし
て、通常、「試験結果をワイブル確率紙にプロットして
得られる累積破損確率１０％における疲労破壊までの応
力繰り返し数」がＬ10寿命として用いられる。
・作成し、周波数１００ｋＨｚ、硬化層深さ２〜３ｍｍ
の条件で高周波焼入れを行い、１６０℃で焼戻し処理を
行った。転動疲労寿命の評価は、円筒型転動疲労試験片
による点接触型転動疲労試験機（ヘルツ最大接触応力６
００ｋｇｆ／ｍｍ2 ）を用いた。疲労寿命の尺度とし
て、通常、「試験結果をワイブル確率紙にプロットして
得られる累積破損確率１０％における疲労破壊までの応
力繰り返し数」がＬ10寿命として用いられる。
【００２９】表３，４に比較鋼材２５のＬ10寿命を１と
した時の各鋼材のＬ10寿命の相対値を示した。また、１
０8 回転動疲労後の試験片について、白色帯組織および
炭化物組織の有無を調べ、その結果を表３，４に併せて
示した。さらに、転動疲労過程での材質劣化挙動を評価
するために、１０8 回転動疲労後の試験片の転動面から
深さ０．２ｍｍの位置で、フェライト（２１１）面のＸ
線回折ピークの半価幅の減少量を評価した。Ｘ線発生源
としては、Ｃｒ管球を使用した。また、同位置での転動
疲労試験に伴う硬さの低下量も評価した。
した時の各鋼材のＬ10寿命の相対値を示した。また、１
０8 回転動疲労後の試験片について、白色帯組織および
炭化物組織の有無を調べ、その結果を表３，４に併せて
示した。さらに、転動疲労過程での材質劣化挙動を評価
するために、１０8 回転動疲労後の試験片の転動面から
深さ０．２ｍｍの位置で、フェライト（２１１）面のＸ
線回折ピークの半価幅の減少量を評価した。Ｘ線発生源
としては、Ｃｒ管球を使用した。また、同位置での転動
疲労試験に伴う硬さの低下量も評価した。
【００３０】
【表３】
【００３１】
【表４】
【００３２】表３，４に示した通り、本発明鋼材ではい
ずれも白色帯組織・炭化物組織の生成が抑制され、また
転動疲労過程での半価幅の減少量、硬さの低下量も小さ
い。これにより、本発明鋼材は、従来鋼材の比較鋼材２
５に比べて約２〜６倍と極めて良好な疲労特性が得られ
た。
ずれも白色帯組織・炭化物組織の生成が抑制され、また
転動疲労過程での半価幅の減少量、硬さの低下量も小さ
い。これにより、本発明鋼材は、従来鋼材の比較鋼材２
５に比べて約２〜６倍と極めて良好な疲労特性が得られ
た。
【００３３】一方、比較鋼材２６はＣの含有量が本発明
の範囲を下回った場合であり、比較鋼材２７はＳｉの含
有量が本発明の範囲を下回った場合であり、また比較鋼
材２８〜３２は高周波加熱前のフェライト分率またはフ
ェライト結晶粒径のいずれかまたは両者が本発明の範囲
を上回った場合であり、いずれも転動疲労特性は、比較
鋼材２５に比べて１．６倍以下であり、本発明鋼に比較
して転動疲労特性は顕著に劣っている。比較鋼材の「転
動疲労後の半価幅の減少量」、「転動疲労後の硬さ低下
量」は、本発明鋼材に比較して、相対的に大きい。つま
り、本発明鋼材では、転動疲労過程での材質劣化が抑制
されたことにより、優れた転動疲労寿命が得られている
ことが明らかである。
の範囲を下回った場合であり、比較鋼材２７はＳｉの含
有量が本発明の範囲を下回った場合であり、また比較鋼
材２８〜３２は高周波加熱前のフェライト分率またはフ
ェライト結晶粒径のいずれかまたは両者が本発明の範囲
を上回った場合であり、いずれも転動疲労特性は、比較
鋼材２５に比べて１．６倍以下であり、本発明鋼に比較
して転動疲労特性は顕著に劣っている。比較鋼材の「転
動疲労後の半価幅の減少量」、「転動疲労後の硬さ低下
量」は、本発明鋼材に比較して、相対的に大きい。つま
り、本発明鋼材では、転動疲労過程での材質劣化が抑制
されたことにより、優れた転動疲労寿命が得られている
ことが明らかである。
【００３４】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の高周波焼入
れ軸受用鋼材を用いることにより、軸受部品の転動疲労
過程での白色組織・炭化物組織生成の抑制、材質劣化の
防止が実現でき、軸受部品が低コストで製造可能であ
り、かつ軸受部品として高負荷下での転動疲労寿命が飛
躍的に向上し得る軸受用鋼材の提供が可能となり、産業
上の効果は極めて顕著なるものがある。
れ軸受用鋼材を用いることにより、軸受部品の転動疲労
過程での白色組織・炭化物組織生成の抑制、材質劣化の
防止が実現でき、軸受部品が低コストで製造可能であ
り、かつ軸受部品として高負荷下での転動疲労寿命が飛
躍的に向上し得る軸受用鋼材の提供が可能となり、産業
上の効果は極めて顕著なるものがある。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭60−169544（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−254547（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−118732（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−100157（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 38/00 - 38/60
Claims (4)
- 【請求項１】 重量比として、 Ｃ ：０．４５〜０．７０％ Ｓｉ：０．３５〜２．０％ Ｍｎ：０．９０〜２．０％ Ｓ ：０．００１〜０．０３％ Ａｌ：０．０１０〜０．０７％ Ｎ ：０．００３〜０．０１５％ を含有し、 Ｐ：０．０２５％以下、Ｔｉ：０．００４０％以下、
Ｔ．Ｏ：０．００２０％以下に制限し、残部が鉄および
不可避的不純物からなり、かつ高周波加熱前のフェライ
トの組織分率が２５％以下で、フェライト結晶粒径が２
０μｍ以下であることを特徴とする高寿命高周波焼入れ
軸受用鋼材。 - 【請求項２】 重量比として、 Ｃ ：０．４５〜０．７０％ Ｓｉ：０．３５〜２．０％ Ｍｎ：０．９０〜２．０％ Ｍｏ：０．０５〜１．２０％ Ｓ ：０．００１〜０．０３％ Ａｌ：０．０１０〜０．０７％ Ｎ ：０．００３〜０．０１５％ を含有し、 Ｐ：０．０２５％以下、Ｔｉ：０．００４０％以下、
Ｔ．Ｏ：０．００２０％以下に制限し、残部が鉄および
不可避的不純物からなり、かつ高周波加熱前のフェライ
トの組織分率が２５％以下で、フェライト結晶粒径が２
０μｍ以下であることを特徴とする高寿命高周波焼入れ
軸受用鋼材。 - 【請求項３】 重量比として、 Ｃ ：０．４５〜０．７０％ Ｓｉ：０．３５〜２．０％ Ｍｎ：０．９０〜２．０％ Ｓ ：０．００１〜０．０３％ Ａｌ：０．０１０〜０．０７％ Ｎ ：０．００３〜０．０１５％ を含有し、 さらに、 Ｃｒ：０．０３〜０．５０％ Ｎｉ：０．１０〜３．００％ Ｖ ：０．０３〜０．７％ Ｎｂ：０．００５〜０．３％ Ｂ ：０．０００５〜０．００５％ の１種または２種以上を含有し、 Ｐ：０．０２５％以下、Ｔｉ：０．００４０％以下、
Ｔ．Ｏ：０．００２０％以下に制限し、残部が鉄および
不可避的不純物からなり、かつ高周波加熱前のフェライ
トの組織分率が２５％以下で、フェライト結晶粒径が２
０μｍ以下であることを特徴とする高寿命高周波焼入れ
軸受用鋼材。 - 【請求項４】 重量比として、 Ｃ ：０．４５〜０．７０％ Ｓｉ：０．３５〜２．０％ Ｍｎ：０．９０〜２．０％ Ｍｏ：０．０５〜１．２０％ Ｓ ：０．００１〜０．０３％ Ａｌ：０．０１０〜０．０７％ Ｎ ：０．００３〜０．０１５％ を含有し、 さらに、 Ｃｒ：０．０３〜０．５０％ Ｎｉ：０．１０〜３．００％ Ｖ ：０．０３〜０．７％ Ｎｂ：０．００５〜０．３％ Ｂ ：０．０００５〜０．００５％ の１種または２種以上を含有し、 Ｐ：０．０２５％以下、Ｔｉ：０．００４０％以下、
Ｔ．Ｏ：０．００２０％以下に制限し、残部が鉄および
不可避的不純物からなり、かつ高周波加熱前のフェライ
トの組織分率が２５％以下で、フェライト結晶粒径が２
０μｍ以下であることを特徴とする高寿命高周波焼入れ
軸受用鋼材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14245495A JP3466328B2 (ja) | 1995-05-18 | 1995-05-18 | 高寿命高周波焼入れ軸受用鋼材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14245495A JP3466328B2 (ja) | 1995-05-18 | 1995-05-18 | 高寿命高周波焼入れ軸受用鋼材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08311615A JPH08311615A (ja) | 1996-11-26 |
| JP3466328B2 true JP3466328B2 (ja) | 2003-11-10 |
Family
ID=15315696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14245495A Expired - Fee Related JP3466328B2 (ja) | 1995-05-18 | 1995-05-18 | 高寿命高周波焼入れ軸受用鋼材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3466328B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1069198A4 (en) | 1999-01-28 | 2002-02-06 | Sumitomo Metal Ind | STEEL PRODUCT FOR STRUCTURAL PARTS OF MACHINERY |
| JP2002115030A (ja) * | 2000-10-06 | 2002-04-19 | Ntn Corp | 工作機械主軸用転がり軸受 |
| JP3815354B2 (ja) * | 2002-03-25 | 2006-08-30 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 高周波熱処理部の転動疲労特性および加工性に優れた軸受部材 |
| KR100706005B1 (ko) * | 2003-01-17 | 2007-04-12 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 피로 강도가 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법 |
| JP4507731B2 (ja) * | 2003-09-29 | 2010-07-21 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 被削性および疲労特性に優れた鋼材並びに鋼製品とそれらの製造方法 |
| JP3974115B2 (ja) | 2004-03-10 | 2007-09-12 | Ｎｔｎ株式会社 | 車輪用軸受装置 |
| EP2647733B1 (en) * | 2010-11-29 | 2015-09-23 | JFE Steel Corporation | Bearing steel exhibiting excellent machinability after spheroidizing annealing and excellent resistance to hydrogen fatigue after quenching/tempering |
-
1995
- 1995-05-18 JP JP14245495A patent/JP3466328B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08311615A (ja) | 1996-11-26 |
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