JP6297804B2 - 転動部品の耐水素脆性評価方法 - Google Patents
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Description
被覆率(%)=(最大径が3μm以上の酸化物系介在物の中でMnSで覆われた酸化物系介在物の個数)/(最大径が3μm以上の酸化物系介在物の全個数)×100
また、被覆率は高い方が好ましく、50%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。ここで、MnSで覆われているとは、MnSが酸化物系介在物を核として析出し、この酸化物系介在物の周りに巻き付いたような状態をいい、酸化物系介在物の周囲が完全に覆われている場合のみならず一部が覆われている場合を含む。また、MnSは圧延方向に引き伸ばされた線形状である。
C(炭素)は、鋼材の強度確保に必要な元素である。また、焼入性への影響も大きく、焼入硬化層の硬さおよび深さを高めて疲労強度の向上にも寄与する。上記範囲では、これらの効果を十分に得られる。
Si(珪素)は、焼入加熱時にオーステナイト粒成長を抑制するため、本来は積極的に添加したいが、Siの添加により鍛造性、被削性が著しく劣化する。これらの観点より、0.35質量%未満とする。
Mn(マンガン)は、強度および焼き入れ性の向上に有効に寄与する元素である。また、Mnが過剰であると、粒界に偏析して粒界割れを引き起こすと考えられるため、0.5質量%未満が適当である。
S(硫黄)は、鋼材中でMnSを形成する元素である。一方でオーステナイトの粒界に偏析し、粒界強度を低下させ、疲労強度を低下させるおそれもある。これらの観点より、0.025質量%未満とする。
Cr(クロム)は、安定した炭化物を形成し、また焼入性を向上させて、強度、耐摩耗性、疲労強度の向上に寄与する元素である。一方、Crが過剰に含有されれば、鍛造性および被削性が低下する。これらの効果を十分に得るためには、上記範囲が適当である。
表1に、実施例および比較例の鋼材について、それぞれの化学成分を示す。比較例1の鋼材は連続鋳造により、実施例1〜3の鋼材はインゴット鋳造により、それぞれ製造したものである。表中の被覆率は、後述の介在物検査結果における、酸化系介在物がMnSによって覆われていた割合(%)である。比較例1(従来鋼)と実施例1〜3(開発鋼)とで化学成分自体に大きな違いはないが、被覆率は異なる。
介在物検査は、鋼材断面の30mm×30mmの面積(被検面積900mm2)を観察して検出された酸化物系介在物(最大径が3μm以上のもの)のうち、それぞれがMnSで覆われているかを判断した。ここで、鋼材断面(表面)を観察して検出された酸化物系介在物とは、該断面(表面)に露出している酸化物系介在物である。比較例1(上図)および実施例1(下図)の代表例の写真を図2に、実施例2(上図)および実施例3(下図)の代表例の写真を図3に、それぞれ示す。各図において、各サンプル略中央の黒点またはこれが引き伸ばされたものが酸化物系介在物であり、その周囲を覆う薄い線状物がMnSである。
超音波軸荷重疲労試験は、超音波振動により試験片を共振状態にして、繰返し応力を発生させ、試験片の疲労強度を短時間で求めることができる疲労試験である。このため、鋼材中に侵入した水素が散逸する前に疲労させることが可能であり、水素の影響を合理的に評価できる。比較例1および実施例1〜3の鋼材を用いて、図4に示す形状の超音波軸荷重疲労試験片を製作した。なお、図4中の数値単位はmmである。熱処理は、いずれについても、850℃のRXガス雰囲気中で50分加熱して、80℃の油中でずぶ焼入を施した後、180℃で120分の焼戻を施した。
水が混入する転がり接触条件下では水が分解して水素が発生し、それが鋼中に侵入して早期剥離が起きる。そこで、水混入油中での転がり疲労試験を行った。比較例1および実施例1の鋼材を用いて、スラスト軸受51106の内外輪を製作した。それぞれ試験片1(比較例1)と試験片2(実施例1)とする。熱処理は、いずれも850℃のRXガス雰囲気中で50分加熱し、80℃の油でずぶ焼入を施した後、180℃で120分の焼戻を施した。また、実施例1の鋼材については、850℃のRXガス雰囲気中にアンモニアガスを添加したものも製作した。これを試験片3(実施例1+窒化処理)とする。
2 内輪
3 外輪
4 転動体
5 保持器
6 シール部材
7 グリース
8a、8b 開口部
Claims (4)
- 鋼材からなる転動要素を有する転動部品の耐水素脆性を評価する方法であって、
前記転動要素の鋼材の成分組成は、C:0.95質量%以上1.1質量%以下、Si:0.35質量%未満、Mn:0.5質量%未満、S:0.025質量%未満、Cr:1.4質量%以上1.6質量%未満、残部が鉄および不純物であり、
前記転動要素の鋼材中に含まれる酸化物系介在物の少なくとも一部がMnSで覆われており、前記転動要素の鋼材中の最大径が3μm以上の前記酸化物系介在物において、その全個数に対するMnSで覆われたものの個数の割合が40%をこえる鋼材である場合が、前記割合が40%以下の鋼材である場合に比べて、該転動部品の水素脆性起因の剥離寿命が長くなると評価することを特徴とする転動部品の耐水素脆性評価方法。 - 前記転動要素は、その表層に窒化処理が施されてなり、表面窒素濃度が0.05〜0.6重量%であることを特徴とする請求項1記載の転動部品の耐水素脆性評価方法。
- 前記転動要素の表面から0.05mm深さの箇所と前記窒素が含まれていない深さの箇所とのビッカース硬度差ΔHVが60以上であることを特徴とする請求項2記載の転動部品の耐水素脆性評価方法。
- 前記転動部品が、内輪、外輪、および転動体を有する転がり軸受であって、
前記内輪、外輪、および転動体から選ばれる少なくとも1つが前記転動要素であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項記載の転動部品の耐水素脆性評価方法。
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