JPH04280941A - 転動部品用鋼および転動部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車や各種機械等に
用いられる転がり軸受の軌道輪及び転動体等の転動部品
に好適に利用できる転動部品用鋼に関し、特に冷間加工
により加工される場合の強度の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】転がり軸受の転動部品は、通常、軸受鋼
鋼材を塑性加工し、旋削し、熱処理し、研削し、表面仕
上加工して形成される。鋼材が例えば汎用軸受用に多用
される高炭素クロム軸受鋼（以下軸受鋼という）であれ
ば、上記熱処理は焼入れ焼きもどしが行われる。また、
鋼材が例えば浸炭軸受用の肌焼軸受鋼（以下浸炭鋼とい
う）であれば上記熱処理は浸炭，焼入れ，焼きもどしが
行われる。

【０００３】一方、例えば軌道輪のような軸受部品を軸
受鋼材あるいは浸炭鋼材から冷間加工で成形することに
より旋削加工を省き、その後熱処理する加工法も行われ
ている。

【０００４】ところで、転がり軸受の転動部品は高面圧
下で繰り返し応力がかかる使われ方をするため、やがて
軌道面や転動面に転がり疲れによる表面剥離（フレーキ
ング）が生じる。この転がり疲れによる材料の損傷が起
こるに至る総回転数、すなわち転がり疲れ寿命（以下、
転がり寿命または寿命ともいう）が低下する原因として
は、次のようなものが知られている。

【０００５】■軸受潤滑油中に混入した切粉，削り屑，
バリ，摩耗粉等の異物により軸受表層部に生じた損傷を
起点として伝播するマイクロラックによりフレーキング
が発生する。

【０００６】■軸受鋼材の基地中に存在し、硬度が高く
塑性変形能が小さいために応力集中源となる非金属介在
物があり、これにより応力集中緩和効果が阻害されて転
がり疲れ寿命が低下する。

【０００７】本出願人は、先に、転がり軸受鋼の長寿命
化と加工率の高い鍛造等の軸受の前加工時割れの抑制に
ついて種々の検討を加え、残留オーステナイト量と寿命
との関係、Ｓ含有量と前加工時の割れ発生率等との関係
について知見を得、その知見に基づいて特開平２−１２
５８４１号の発明を開示した。これによれば、ＳはＭｎ
Ｓなどの硫化物系非金属介在物の生成原因となり、生成
したＭｎＳが鍛造，圧延等の軸受部品の前加工時割れ発
生に起点として作用する。そこでＳ含有量を８０ｐｐｍ
以下とした中炭素マンガン鋼を用い、浸炭又は浸炭窒化
熱処理後の軸受部品の表層部の残留オーステナイト量を
２５〜４５ｖｏｌ％とすることで、異物混入の潤滑下に
も長寿命であり、又鍛造等の前加工時割れが防止できて
加工率も向上させた転がり軸受を提供することが可能に
なった。

【０００８】更に本出願人は、Ｃ含有量が０．３　〜０
．６ｗｔ％，Ｃｒ含有量が３　〜１４ｗｔ％でＳ含有量
が８０ｐｐｍ以下とした合金鋼を用い、浸炭又は浸炭窒
化後熱処理して、表層部における微細炭化物量を２０〜
５０ｖｏｌ％として表面硬さを向上させ、且つ表層部に
おける残留オーステナイト量を１０〜２５ｖｏｌ％とし
て異物混入の潤滑下でのマイクロクラックの発生を防止
することにより、塑性加工率をより高めた場合でも軸受
の寿命を向上することができた（特開平２−２７７７６
４号）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の如くに、転がり
寿命を向上させた転動部品の前加工時割れの防止に鋼材
中のＳ含有量を８０ｐｐｍ以下に抑えることが有効では
あった。しかしながら、従来のように単にＳ含有量を規
制するのみでは、生成されるＭｎＳに起因する前加工時
の割れを皆無にすることはできず、たとえ肉眼又は実体
顕微鏡観察ではクラックが全く発見されなくても、形成
された転動部品に強度低下が認められる。特に、例えば
軌道輪のような軸受の転動部品を、旋削加工を省いて冷
間加工のみで成形する加工法で形成した場合は、旋削加
工品に比べて一段と疲労割れ寿命の低下が促進されると
いう問題があった。

【００１０】そこで、本発明は、Ｓ含有量に応じた鍛練
成形比により硫化物系介在物の長さと個数とを最適範囲
に制御することにより、冷間加工によって成形した軸受
の転動部品の疲労割れ寿命を従来の旋削品以上に向上さ
せ得る転動部品用鋼を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、転動部品用鋼
中の硫化物系介在物の最大長さが１００μｍ以下で、か
つ長さ４０μｍを超えるものの個数が単位面積（１６０
ｍｍ２）　あたり５０個以下にする。

【００１２】

【作用】転動部品用鋼中の硫化物系介在物を上記の範囲
内に規制すると、冷間加工で成形した転動部品の疲労割
れ寿命（以下寿命という）が従来の旋削加工品のそれよ
り延長される。本願発明者らの実験結果によれば、転が
り軸受の転動部品である例えば軌道輪の寿命低下に及ぼ
す硫化物系介在物の有害性は、その介在物の最大長さが
１００μｍを超えると極めて顕著になることが判明した
。したがって、硫化物系介在物の最大長さを１００μｍ
以下にすることにより、前記軌道輪の寿命を延長させる
ことができる。更に、最大長さ１００μｍ以下で４０μ
ｍを超える硫化物系介在物の数が５０個／１６０　ｍｍ
２　以下になると、冷間加工による内径面の粗さが向上
して、その結果強度が大きく向上し旋削加工で形成した
軌道輪より長い寿命が得られることが判明した。

【００１３】一方、最大長さが４０μｍ以下の硫化物系
介在物については、その数の多寡にかかわらず寿命低下
は認められないことが判明した。本発明は、以上の知見
に基づいてなされたものであり、軸受の転動部品用鋼中
の硫化物系介在物の長さと個数とを最適範囲に制御する
ことにより、冷間鍛造によって成形した軸受の転動部品
の寿命を従来の旋削品以上に向上させる効果を奏する。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。試
験片として、軸受鋼　ＳＵＪ２　及び浸炭鋼　ＳＣｒ４
２０　のＳ含有量及び鍛練成形比（圧延後の断面積／圧
延前の断面積）をそれぞれ種々に変えて表１に示す化学
組成の鋼材を製作し、その各鋼材ごとに円筒形のブラン
クを旋削加工により作成し、その後該ブランクから図１
に示すようなラジアル深みぞ玉軸受（軸受系列記号ＢＡ
Ｓ６０８）の転動部品である外輪１を冷間転造により成
形した。また、比較片として、同材料鋼を用い、同上外
輪を旋削加工だけで形成したものを用意した。これらの
試験片と比較片は、８４０℃×２０分の焼入れ、１７０
℃×９０分の焼きもどしの熱処理を施して、　ＳＵＪ２
　の場合はＨＲＣ　硬さ６２〜６２．５、ＳＣｒ４２０
の場合はＨＲＣ　硬さ４６〜４７とした後、軌道みぞ２
と平面３および外径面４に研削加工を施して仕上げた。

【００１５】これらの試験片及び比較片を、図２に示す
ようにリング回転疲労試験機に取り付け、繰り返し曲げ
疲労強度試験を行った。負荷荷重Ｗは、　ＳＵＪ２　の
場合１２０Ｋｇｆ　、ＳＣｒ４２０の場合１００Ｋｇｆ
　とし、試験片及び比較片の回転数はいずれも９６００
ｒｐｍとした。なお、浸炭鋼ＳＣｒ４２０について浸炭
を行わなかった理由は、浸炭焼入れにより生じる圧縮残
留応力による疲労強度の向上効果の影響を排除し、冷間
転造による強度変化を明確に確認できるように配慮した
ためである。

【００１６】また、上記繰り返し曲げ疲労強度試験に先
立って、鋼材の各ブランク採取位置における硫化物系介
在物の最大長さとその１６０ｍｍ２　あたりの個数を画
像解析装置で測定した。

【００１７】表１に、各試験片と比較片の鍛練成形比，
硫化物系介在物の長さと個数の測定結果およびリング回
転疲労試験機による寿命試験結果Ｌ１０を併記した。

【００１８】

【表１】 表１に示された結果から、長さ４０μｍを超え１００μ
ｍ以下の硫化物系介在物の個数と寿命との関係をプロッ
トすると図３のように表される。これから、軸受鋼の場
合も浸炭鋼の場合も、長さが上記範囲にある硫化物系介
在物の数が増加するとともに寿命が低下する傾向が認め
られるが、特に冷間転造品の場合にその傾向が顕著であ
ることがわかる。軸受鋼の冷間転造品についてみると、
長さが上記範囲にある硫化物系介在物の数が５２個／１
６０　ｍｍ２　を超えると、寿命は軸受鋼旋削品を下回
り更に急激に低下する。同硫化物系介在物の数が５０個
／１６０　ｍｍ２以下であれば、冷間転造品の寿命が旋
削品の寿命より確実に長い。浸炭鋼の場合にも、冷間転
造品の寿命が旋削品のそれを上回るのは同硫化物系介在
物の数が５０個／１６０　ｍｍ２　以下のものである。 したがって、旋削品より寿命の長い冷間転造品を得るた
めには、転動部品用鋼中の長さ４０μｍを超える硫化物
系介在物の個数を５０個／１６０　ｍｍ２　以下にする
ことに臨界的な意義があることが明白である。

【００１９】なおまた、図３に●点でプロットしたよう
に、長さ１００μｍを超える硫化物系介在物の存在が、
寿命を一層低下させることも明らかである。おなじ硫化
物系介在物のうちの、長さ４０μｍ以下のものの個数と
寿命との関係をプロットしたものが図４である。図４か
ら、両者の間に相関は認められず、最大長さ４０μｍ迄
の硫化物系介在物は、寿命を低下させないことがわかる
。

【００２０】図５は、軸受鋼を用いた供試品についての
Ｓ成分の含有量（ｗｔ％）と寿命との関係をプロットし
たものである。図５から、Ｓ含有量０．００１，　０．
００２，　０．００４，　０．００６ｗｔ％のそれぞれ
について、長さ１００μｍを超える硫化物系介在物がな
い場合の転造品の寿命は、同一Ｓ含有量の旋削品に比べ
ていずれも寿命がより長いが、長さ１００μｍを超える
硫化物系介在物が存在すると、Ｓ含有量の多寡にかかわ
らず転造品の方が旋削品より短寿命になることがわかる
。また、Ｓ含有量の増大とともに寿命は低下する傾向に
あり、その点からＳ含有量は少ない方が良いといえるが
、特に旋削品より必ず長い寿命を確保するにはＳ含有量
０．００１　ｗｔ％以下とすることが望ましいといえる
。

【００２１】表１から明らかなように、転造品の寿命を
左右する長さ４０μｍを超える硫化物系介在物の数は、
鍛練成形比の数が大きくなるにつれて増大しており、ま
たＳ含有量が多い程多くなっている。すなわち、換言す
れば転造品中の硫化物系介在物の長さと個数とをＳ含有
量と鍛練成形比により制御することが可能であり、これ
により、冷間転造で成形した軸受部品の寿命を従来の旋
削品以上に延長させることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、転
動部品用鋼中の硫化物系介在物の最大長さを１００μｍ
以下、かつ長さ４０μｍを超えるものの個数を単位面積
（１６０ｍｍ２）　あたり５０個以下に規制したため、
冷間加工による内径面の粗さが向上して強度を大きくで
き、その結果、当該鋼材から冷間加工によって成形した
軸受の転動部品の疲労割れ寿命を従来の旋削品以上に向
上させ得るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に使用した軸受の転動部品の縦
断面図である。

【図２】本発明の実施例に使用した軸受の転動部品の寿
命試験機の説明図である。

【図３】長さ４０μｍを超える硫化物系介在物の数と軸
受の転動部品寿命との関係を表すグラフである。

【図４】長さ４０μｍを超える硫化物系介在物の数と軸
受の転動部品寿命との関係を表すグラフである。

【図５】Ｓ含有量と軸受の転動部品寿命との関係を表す
グラフである。

【符号の説明】

１　　　　外輪（軸受の転動部品） ２　　　　転動みぞ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　硫化物系介在物の最大長さが１００μ
   ｍ以下で、かつ長さ４０μｍを超えるものの個数が単位
   面積（１６０ｍｍ２）　あたり５０個以下である転動部
   品用鋼。