JPH1180897A

JPH1180897A - 転がり軸受

Info

Publication number: JPH1180897A
Application number: JP23964297A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Takemura; 浩道武村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1997-09-04
Publication date: 1999-03-26
Anticipated expiration: 2017-09-04
Also published as: JP3591236B2

Abstract

(57)【要約】【目的】軌道面に圧痕を生じにくく、耐摩耗性を向上
させ、また転動疲労中の組織変化を抑制し、焼入れ時の
結晶粒の粗大化を抑制することができ、異物混入潤滑下
から更に清浄潤滑下におかれた場合であっても長寿命で
高信頼性であり、さらに水侵入による腐食ピッチング発
生下の条件においても腐食ピッチング（水素誘起割れ含
む）を起こしにくい長寿命の転がり軸受を提供する。【構成】固定輪、回転輪、転動体のうちの少なくとも
一つが、重量比でＣ＝０．６５〜１．２０％，Ｓｉ＝
０．０５〜０．７０％，Ｍｎ＝０．２〜１．５％，Ｃｒ
＝０．１５〜２．０％，Ｎ≦０．０１％並びに不可避的
不純物元素を含有するとともに、Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｌのう
ち少なくとも１種を０．０５〜０．４０％含み、かつ、
平均粒径が５０ｎｍ〜３００ｎｍのＴｉ炭化物、Ｔｉ炭
窒化物、Ｎｂ炭化物、Ｎｂ炭窒化物、Ａｌ窒化物のうち
の少なくとも１つが少なくとも表面近傍に分散析出され
た鋼からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受に係わ
り、特に、自動車、農業機械、建設機械および鉄鋼機械
等のトランスミッション、エンジン補機用、ハブホイー
ル等に使用される転がり軸受の寿命向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、転がり軸受用の材料としてはＪＩ
Ｓに規定された高炭素クロム軸受鋼、とくにＳＵＪ２が
一般的に用いられ、焼入れ・焼戻し処理を行い、表面硬
さを約ＨＲＣ６０〜６３、残留オーステナイト量を約５
〜１５％として使用されている。

【０００３】しかしながら、従来、転がり軸受は軸受潤
滑油中に異物混入すると、転がり寿命がクリーン潤滑下
と比較して著しく低下する。この潤滑油中にはギアなど
の金属の切粉、削り屑、バリおよび磨耗粉などが混入し
ており、このような異物が混入している転がり軸受の使
用環境下では、この異物が転がり軸受の軌道輪および転
動体の軌道面に圧痕（損傷）を生じ、これを起点として
フレーキングが発生し、転がり軸受の寿命低下を著しく
低下させている。

【０００４】これらの実験的研究としては「異物混入条
件と転がり疲れ寿命」（ＮＳＫテクニカルジャーナルＮ
ｏ．６５５，ｐ１７〜２４，１９９３年）に示されてい
るように、異物の量、異物の硬さ、異物の大きさによ
り、クリーン潤滑下と比較して約１／８まで低下すると
いうことが挙げられる。これは、自動車の変速機用歯車
などに観られるピッチングのように、軸受の軌道面が異
物の侵入および転がり疲れの影響により、軌道面に数十
から数百μｍ以上の微小圧痕を生じ、この圧痕を起点と
してフレーキングへ進展し、転がり疲れを低下させてい
る現象を再現している。

【０００５】従来の技術として特公平７−１１０９８８
号公報は、内輪、外輪及び転動体の少なくとも一つの表
面層部に適量の微細炭化物を形成して表面硬さを向上す
ると共に、表面層部に適量の残留オーステナイトを存在
させて異物が混入した潤滑下でのマイクロクラックの発
生を防止することを開示している。

【０００６】また、特開平５−２５５８０９号公報は、
重量比でＣ：０．６５〜０．９０％、Ｓｉ：０．１５〜
０．５０％、Ｍｎ：０．１５〜１．００％、Ｃｒ：２．
０〜５．０％、Ｎ：０．００９０〜０．０２００％をそ
れぞれ含有し、また、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０
％，Ｎｂ：０．００５〜０．５０％のうちの１種又は２
種を含有することにより、Ｃ含有量を低下させ、更に、
主にＣｒによる炭素原子の拡散抑制効果により有害な白
層の生成を防止して転動寿命を上げ、Ａｌ，Ｎｂ及びＮ
によりオーステナイト結晶粒の粗大化を防止した軸受鋼
を開示している。

【０００７】さらに、特開平９−５３１６９号公報は、
Ｃを０．１〜０．２５％、Ｓｉを０．２〜０．４％、Ｍ
ｎを０．３〜０．９％、Ｃｒを０．５〜０．９％含有
し、更にＮｉを０．３〜４．０％、Ｔｉを０．０１〜
０．３％、Ｎｂを０．０１〜０．３％、Ｖを０．０１〜
０．３％、Ｚｒを０．０１〜０．３％のうち少なくとも
１種以上を含み、かつ、表面硬度をＨｖ６５０〜８００
とした肌焼用鋼管を開示している。

【０００８】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、上述し
た１件めの特公平７−１１０９８８号公報に開示された
軸受では、Ｃ：０．３〜０．６重量％、Ｃｒ：３〜１４
重量％を少なくとも含む合金鋼からなり、かつ、浸炭又
は浸炭窒化そして硬化熱処理が施されてなるため、熱処
理に多額の費用を要してコスト高となり、また、微細炭
化物の平均粒径が０．５〜１．０μｍと大きいため、さ
らに結晶粒の微細化を期待することができない。

【０００９】また、上述した２件めの特開平５−２５５
８０９号公報に開示された軸受では、Ｃ含有量を低下さ
せ、更に、主にＣｒによる炭素原子の拡散抑制効果によ
り有害な白層の生成を防止して転動寿命を上げ、Ａｌ，
Ｎｂ及びＮによりオーステナイト結晶粒の粗大化を防止
するとあるが、単にＡｌとＮｂを添加するだけでは結晶
粒微細化の程度は粒度番号が１０番程度しか期待できな
いため、長寿命は期待できない。

【００１０】さらに、上述した３件めの特開平９−５３
１５０号公報に開示された肌焼鋼管では、単純にＴｉや
Ｖなどの合金元素を添加しているため、材料自体の耐衝
撃性や高靭性を有するが、上記添加の組み合わせでは微
細な炭化物の生成が期待できず、また異物が軌道面に侵
入した場合は圧痕が軌道面に生じやすくなり、早期はく
りを十分に防止することができない。

【００１１】また、軸受に高接触応力が作用した場合で
は、Ｈ．Ｓｗａｈｎからの「Ｍｅｔａｌｌｕｇｉｃａｌ
ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＡｖｏｌｕｍｅ７
Ａ，Ａｕｇｕｓｔ（１９７６）１０９９−１１１０，Ｍ
ａｒｔｅｎｓｉｔｅＤｅｃａｙＤｕｒｉｎｇＣｏ
ｎｔａｃｔＦａｔｉｇｕｅｉｎＢａｌｌＢｅａ
ｒｉｎｇ」の報告にみられるように、軸受軌道面下の約
１００〜３００μｍに組織変化と呼ばれる腐食液にて腐
食されにくい層が発生し、この組織変化を起因として、
フレーキングに至るという問題がある。

【００１２】さらに、転がり軸受に水が混入した場合の
寿命低下の事例として，Ｊ．Ａ．Ｃｉｒｕｒａらの「Ｗ
ｅａｒ，２４（１９７３）１０７−１１８，ＴｈｅＥ
ｆｆｅｃｔｏｆＨｙｄｒｏｇｅｎｏｎｔｈｅ
ＲｏｌｌｉｎｇＣｏｎｔａｃｔＦａｔｉｇｕｅＬ
ｉｆｅｏｆＡＩＳＩ５２１００ａｎｄ４４０
ＣＳｔｅｅｌＢａｌｌｓ」によると、４球転がり試
験において、潤滑油に水を混入させた試験では混入前と
比較して寿命が約１／１０に低下した試験や、また水素
チャージを行った鋼球での転がり疲労試験では、ステン
レス鋼鋼球が軸受鋼２種鋼球より長寿命である。しかし
ながら、長寿命化対策としてステンレス鋼鋼球を用いる
ことは、軸受鋼２種鋼球使用と比較して高価であるため
実用化するには困難である。

【００１３】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、異物混入下においても軸受軌道表面に圧
痕を生じにくく、また、異物混入条件下ばかりではなく
クリーンな潤滑下でも従来品よりも長寿命で高信頼性で
あり、さらに、水侵入による腐食ピッチング発生下の条
件においても腐食ピッチング（水素誘起割れ含む）を起
こしにくい高耐久性の転がり軸受を提供することを目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る転がり軸受
は、固定輪と回転輪との間に複数の転動体を配置して用
いられる転がり軸受において、前記固定輪、回転輪、転
動体のうちの少なくとも一つが、重量比でＣ＝０．６５
〜１．２０％，Ｓｉ＝０．０５〜０．７０％，Ｍｎ＝
０．２〜１．５％，Ｃｒ＝０．１５〜２．０％，Ｎ≦
０．０１％並びに不可避的不純物元素を含有するととも
に、Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｌのうち少なくとも１種を０．０５
〜０．４０％含み、かつ、平均粒径が５０ｎｍ〜３００
ｎｍのＴｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物、Ｎｂ炭化物、Ｎｂ炭
窒化物、Ａｌ窒化物のうちの少なくとも１つが少なくと
も表面近傍に分散析出された鋼からなることを特徴とす
る。

【００１５】本発明においては、Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｌのう
ち少なくとも１種を０．０５〜０．４０％添加し、鋼中
に平均粒径５０ｎｍ〜３００ｎｍのＴｉ炭化物・炭窒化
物、Ｎｂ炭化物・炭窒化物、Ａｌ窒化物を微細に分散さ
せているので、マトリックスが分散されてオーステナイ
ト結晶粒が細かくなり、硬度の向上と耐摩耗性も向上さ
せ、異物混入下においても軌道面に圧痕を生じにくくな
る。

【００１６】また、万一、き裂が発生した場合であって
も、靭性が高いためき裂の伝ぱを遅くすることができ
る。さらに、マトリックス疲労による組織変化を抑制
し、遅延させて、転がり寿命が向上する。

【００１７】とくにＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＮｂＣ，ＮｂＣ
Ｎ，ＡｌＮなどの第二相粒子は、結晶粒界の面積を減
じ、全粒界エネルギーを低下させるなど、結晶粒界を固
着し、その移動を妨げ結晶粒を微細にする効果を有す
る。従って、第二相粒子の粒径が超微小な場合、例えば
５０ｎｍ未満の場合には、ピンニング効果として結晶粒
の粗大化を防止できず、従って結晶粒は超微細化しな
い。なお、第１相粒子はＣｒ炭化物やＣｒ炭窒化物など
である。また、焼入れ後の結晶粒（旧オーステナイト粒
粒度）は粒度番号１１以上である。

【００１８】また、水侵入による腐食ピッチング発生下
の条件においても、微細化されたオーステナイト結晶粒
粒界面に水素をトラップし、また微細に分散析出させた
ＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＮｂＣ，ＮｂＣＮ，ＡｌＮなどが水
素トラップサイトとなり、微細炭化物・窒化物の界面で
水素を分散吸着して欠陥をつくりにくくし、更に他のき
裂先端近傍への水素集積の遅延をもたらすため、き裂先
端の塑性変形域の水素濃度を低下させるため、腐食ピッ
チング（水素誘起割れ含む）を起こしにくくなる。

【００１９】以下、本発明の内輪、外輪の軸受鋼の各成
分の限定理由についてそれぞれ述べる。１）Ｃ；０．６５〜１．２０％Ｃは転がり軸受として要求される硬さを付与する元素で
ある。Ｃ含有量が０．６５％を下回ると、転がり軸受と
して要求される硬さＨＲＣ５９以上を確保できない場合
がある。一方、Ｃ含有量が１．２０％を上回ると、巨大
炭化物が生成しやすくなり、疲労寿命及び衝撃荷重が低
下する場合がある。２）Ｓｉ；０．０５〜０．７０％Ｓｉは組織変化の遅延、及び焼入れ性を向上させる元素
である。Ｓｉ含有量が０．０５％を下回ると鋼の脱酸処
理が不十分になり、一方、これが０．７０％を上回ると
加工性が著しく低下する。３）Ｍｎ；０．２〜１．５％Ｍｎは鋼の焼入れ性に効果のある元素である。Ｍｎ含有
量が０．２％を下回ると焼入れ性が不足し、一方、これ
が１．５％を上回ると加工性が低下する。４）Ｃｒ；０．１５〜２．０％Ｃｒは焼入れを向上させ且つ炭化物球状化を促進させる
元素である。Ｃｒは少なくとも０．１５％以上を含有さ
せる必要があるが、２．０％を超えて含有させると、析
出炭化物が粗大化して平均結晶粒が大きくなりすぎ、ま
た被削性を劣化させる場合がある。５）Ｔｉ；０．０５〜０．４０％Ｔｉは鋼中にＴｉ炭化物およびＴｉ炭窒化物の形態で微
細に分散析出し、軸受の転がり寿命を向上させる重要な
添加元素である。また、Ｔｉは焼入れ時の結晶粒の粗大
化を抑制する効果があり、さらに水素トラップサイトと
しての効果もある。Ｔｉ含有量が０．０５％を下回る
と、その多くは１μｍ以上のＴｉ窒化物及び又はＴｉ炭
窒化物の形態で析出してしまうので、Ｔｉ炭化物やＴｉ
炭窒化物の形態での分散析出効果が不十分になる。一
方、Ｔｉ含有量が０．４０％を上回ると、加工性が低下
するとともに、転がり寿命を低下させる５μｍ以上の介
在物（ＴｉＮ），（ＴｉＳ）の個数が増加し、軸受の転
がり寿命を低下させる。６）Ａｌ；０．０５〜０．４０％Ａｌは窒化物ＡｌＮとして鋼中に微細に分布し、焼入加
熱時の結晶粒の粗大化を防止する元素であり、微細なＡ
ｌＮを生成するためには最低０．０５％以上の含有が必
要である。しかし、０．４０％を超えて含有させると非
金属介在物であるアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）が多く生成さ
れるようになり、転がり寿命を低下させる。７）Ｎｂ；０．０５〜０．４０％ＮｂはＡｌと同様に鋼中において微細な炭化物・窒化物
を形成し、これが鋼中で微細に分散することにより焼入
加熱時の結晶粒の成長を防止する元素であり、微細なＮ
ｂＣ，ＮｂＣＮを生成させるためには０．０５％以上の
量を含有させることが必要である。しかし、０．４０％
を超えて含有させたとしてもその効果が飽和してしま
い、また加工性の低下を招くとともに材料費の無駄な上
昇を招く結果となるので、Ｎｂ含有量は０．０５〜０．
４０％とした。８）Ｎ；０．０１％以下Ｎは転がり寿命向上に効果があり、Ｔｉ炭窒化物、Ｎｂ
炭窒化物、Ａｌ窒化物の微細分散による分散強化効果が
大きいが、Ｎ量が０．０１％を上回ると１μｍ以上のＴ
ｉ炭窒化物、Ｔｉ窒化物が増加し、５０ｎｍ〜３００ｎ
ｍのＴｉ炭化物が減少してしまう。９）その他の不可避的不純物元素Ｐ≦０．０２％不可避的不純物元素のうちＰは、軸受の転がり寿命及び
靭性を低下させる元素であるため、その上限値を０．０
２％とした。

【００２０】Ｓ≦０．０２％不可避的不純物元素のうちＳは、被削性を向上させる元
素であるが、Ｍｎ及びＴｉと結合して軸受の転がり寿命
を低下させる硫化物系介在物を生成するため、その上限
値を０．０２％とした。

【００２１】Ｏ≦０．００１６％不可避的不純物元素のうち酸素は、鋼中において酸化物
系の介在物を生成し、軸受の転がり寿命を低下させる元
素であるので、その上限値を０．００１６％とした。１０）析出物の平均粒径；５０ｎｍ〜３００ｎｍ内輪、外輪の軸受鋼は、上記組成の鋼中に平均粒径５０
ｎｍ〜３００ｎｍのＴｉ炭化物・炭窒化物、Ｎｂ炭化物
・炭窒化物、Ａｌ窒化物が分散析出していることが必要
である。これらの析出物の平均粒径が５０ｎｍ未満の場
合には、ピンニング効果として小さすぎるため結晶粒の
粗大化を防止できず、結晶粒は超微細化しない。一方、
析出物の平均粒径が３００ｎｍを超える場合は、ピンニ
ング効果にはならず、結晶粒の粗大化が進み、必要な強
度が得られなくなる。図２に示すように、上記の鋼中析
出物の平均粒径が５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲から外れ
ると、軸受のＬ10寿命が大幅に低下することが判明して
いる。

【００２２】さらに、平均粒径５０ｎｍ〜３００ｎｍの
Ｔｉ炭化物・炭窒化物、Ｎｂ炭化物・炭窒化物、Ａｌ窒
化物は、３０μｍ² （３μｍ² ×１０視野）あたりに５
０個以上が存在することが望ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面及び表を参照し
ながら本発明の種々の好ましい実施の形態について説明
する。表１に実施例１〜２０及び比較例１〜１５として
用いた供試材の化学成分（重量％）および析出物の平均
粒径（ｎｍ）をそれぞれ示す。実施例１〜２０の供試材
は本発明の範囲をいずれも満たしているが、比較例１〜
１５の供試材は成分中Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｎのいずれか
が本発明の範囲の組成から外れているか又は析出物の平
均粒径が本発明の範囲の組成から外れている。

【００２４】実施例及び比較例の寿命試験に際し、軸受
の内輪と外輪を表１に示す供試材を用いて製作した。こ
の供試材料において、ＴｉあるいはＮｂ，Ａｌをマトリ
ックスに溶け込ませるため、１１５０〜１３５０℃の温
度域に加熱して容体化処理を施した。その後、８５０〜
９５０℃の温度域で焼ならしをおこない球状化焼鈍を経
て、ＴｉＣ，ＴｉＣＮあるいはＮｂＣ，ＮｂＣＮ，Ａｌ
Ｎを微細に分散析出させた。

【００２５】その後、実施例の供試材のみ９５０〜１１
５０℃の温度域にて数分間だけ加熱し、平均粒径５０〜
３００ｎｍのＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＮｂＣ，ＮｂＣＮ，Ａ
ｌＮに成長させ、分散析出させた。この内輪と外輪を冷
間加工し、通常熱処理（８４０℃で焼入れ加熱、油冷却
後、１７０℃にて焼戻し）を行い軸受を製作した。

【００２６】比較例１の鋼は軸受鋼２種（通常ＳＵＪ
２）であり、比較例２，３の鋼は特開平５−２５５８０
９号公報に記載の材料を通常熱処理した軸受であり、比
較例４，５は特開平９−５３１５０号公報に記載の材料
を浸炭熱処理した軸受である。

【００２７】ＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＮｂＣ，ＮｂＣＮ，Ａ
ｌＮの分散析出の確認としては、熱処理後の軸受を切断
し、この断面をバフ研磨し、ナイタール腐食を行った
後、その面にカーボン蒸着を行い、微細炭化物を抽出し
てレプリカ観察をおこなった。この際、ＴｉＣ，ＴｉＣ
Ｎ，ＮｂＣ，ＮｂＣＮ，ＡｌＮの確認は、ＴＥＭ（透過
型電子顕微鏡）を用い電子線回析による格子間定数から
結晶構造と、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）に
てその成分を特定し、平均粒径ならびに個数を求めるた
めに５万倍の倍率にてその視野の観察を行った。なお、
１視野を３μｍ²とし、任意の１０視野につき観察し
（合計３０μｍ² ）、その平均粒径及び個数を求めた。
その結果、実施例１〜２０では平均粒径５０ｎｍ〜３０
０ｎｍのＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＮｂＣ，ＮｂＣＮ，ＡｌＮ
は合計視野３０μｍ² 当りに５０個以上が存在すること
が確認された。

【００２８】次に、実施例の軸受と比較例の軸受とにつ
き下記条件の実験１〜３を通して寿命試験した結果につ
きそれぞれ説明する。実験１〜３では図１に示す片もち
型寿命試験機１をそれぞれ用いた。この片もち型寿命試
験機１においては、被験体となる軸受１０はハウジング
３内に収納され、外輪１１はハウジング３に固定され、
内輪１２は回転シャフト４に嵌め込まれている。回転シ
ャフト４を図示しないモータで回転させると、内輪１２
が回転するとともに、ボール１３が転動するようになっ
ている。ハウジング３には負荷シャフト６が連結され、
さらに負荷シャフト６には負荷レバー５が連結されてい
る。負荷レバー５を水平支軸５ａまわりに揺動させる
と、負荷シャフト６を介してハウジング３に固定された
外輪１１に所定の荷重が負荷されるようになっている。

【００２９】ハウジング３内には潤滑油供給回路２１に
連通する油吐出部２５が導入され、潤滑油８が軸受１０
に向けて吐出供給されるようになっている。油吐出部２
５の供給回路２１は油槽２０に連通し、油槽２０は潤滑
油８としてタービン油ＶＧ６８を収容している。油槽２
０には補給回路２７を介して潤滑油８が毎時５ｃｃの割
合で補給されるようになっている。

【００３０】なお、この補給回路２７を介して鉄粉や水
などの異物を油槽２０内の潤滑油８のなかに故意に添加
混入し、攪拌するようにしてもよい。供給回路２１には
下流側から順に流量計２２、ポンプ２３、フィルタ２４
ａ，２４ｂが設けられている。また、ハウジング３及び
油吐出部２５はチャンバ２によって取り囲まれ、チャン
バ２内に落下した余剰の潤滑油８が回収回路２６を介し
て油槽２０に回収されるようになっている。

【００３１】このような片もち型寿命試験機は、「異物
混入条件と転がり疲れ寿命」（ＮＳＫテクニカルジャー
ナルＮｏ．６５５，ｐ１７〜２４、１９９３年）に記載
されたものと実質的に同じ構成をなすものである。な
お、試験軸受としては深溝玉軸受（６２０６タイプ）
を、試験荷重としてはＦｒ＝９００ｋｇｆを、試験回転
数は３９００ｒｐｍを、潤滑油としてはタービン油ＶＧ
６８を使用した。（実験１）実験１では、まず異物の種類としてＨｖ７３
０の１％スチールビーズ（大きさ４４〜７４μｍ）を
０．００５ｇを潤滑油１リットル中に混入させ、軸受軌
道面に初期圧痕をつけた。その後、軸受を洗浄し、外輪
および転動体のみを新品の軸受鋼２種に交換し、圧痕の
付いた内輪と新品の外輪・転動体とを組込んで、最後に
異物混入無しのクリーン潤滑条件で耐久試験を行った。
また試験は各々１０個ずつ行った。更に試験の終了の判
定は、初期振動値の５倍となった時点にて試験を中断
し、フレーキングを確認した。この時の軸受の計算寿命
は４５時間であり、従って試験打ち切り時間を計算寿命
の約５倍の２００時間とした。

【００３２】なお，実験１においては内輪のみを評価し
た。内輪の表面硬さはロックウェルＣスケール（ＨＲ
Ｃ）で６０〜６６、残留オーステナイト量は５〜２０
％、軌道表面粗さは０．０１〜０．０３μｍＲａとし
た。さらに、本実施例および比較例ともに外輪と転動体
は同じ軸受鋼２種として熱処理を施し、外輪・転動体の
表面硬さをＨＲＣ５９〜６３、外輪表面粗さは表面粗さ
を０．０１〜０．０３μｍＲａ、転動体の表面粗さを
０．００３〜０．０１０μｍＲａとした。

【００３３】表２及び図２に実験１の結果を示す。表２
には析出物ＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＮｂＣ，ＮｂＣＮ，Ａｌ
Ｎの平均粒径（ｎｍ）、結晶粒度番号、Ｌ10寿命（時
間）並びに、はくりの形態をそれぞれ示した。図２は、
横軸に析出物ＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＮｂＣ，ＮｂＣＮ，Ａ
ｌＮの平均粒径（ｎｍ）をとり、縦軸にＬ10寿命（時
間）をとって、実施例１〜２０及び比較例１〜１５につ
き両者の相関を調べた結果をプロットで示すグラフ図で
ある。

【００３４】これらから実施例１〜２０は鋼中のＴｉ炭
化物，Ｔｉ炭窒化物の平均粒径が５０ｎｍから３００ｎ
ｍであり、また、軸受寿命Ｌ10はすべて計算寿命の３倍
の１５０時間以上となっており、比較例１〜１５と比べ
長寿命となった。特に、実施例４，７，１２，１３，１
４は結晶粒度番号が１４番以上となり、表面硬さもＨＲ
Ｃ６４以上となり、軸受寿命Ｌ10すべて２００時間以上
を超えてもはくりを生じないので試験を打ち切った。

【００３５】また、比較例１〜１５において軸受寿命Ｌ
10が計算寿命程度あるいは計算寿命以下となっており、
はくり部位はすべて異物による圧痕起点であった。特に
比較例１２〜１５では５０ｎｍ未満のＴｉＣ，ＴｉＣ
Ｎ，ＮｂＣ，ＮｂＣＮ，ＡｌＮが分散していたが、結晶
粒の超微細化（９番程度）ができなかったため、硬さの
向上も認められず、シビアな圧痕が軌道面に生じやすく
なる。また、亀裂の伝ぱも早く、長寿命とはならなかっ
た。これはＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＮｂＣ，ＮｂＣＮ，Ａｌ
Ｎなどの第二相粒子は結晶粒界の面積を減じ、全粒界エ
ネルギーを低下させるなど、結晶粒界を固着し、その移
動を妨げ結晶粒を微細にする効果を有するからである。
よって、第二相粒子の粒径が５０〜３００ｎｍと超微小
な場合は、例えば５０ｎｍ未満の場合には、ピンニング
効果として結晶粒の粗大化を防止できず、結晶粒は超微
細化（１１．９番以上）しなかった結果として、長寿命
とならなかったと考えられる。

【００３６】また、その他の比較例１〜１１はＴｉ，Ｎ
ｂ，Ａｌの量が適当でなく、その平均粒径が４８０ｎｍ
以上となっていたため、結晶粒の超微細化とはならず、
長寿命とはならなかった。

【００３７】なお、図２から明らかなように、鋼中析出
物の平均粒径が５０〜３００ｎｍの範囲外（比較例１〜
１５）では軸受のＬ10寿命が１３〜６８時間と短いが、
鋼中析出物の平均粒径が５０〜３００ｎｍの範囲内（実
施例１〜２０）では軸受のＬ10寿命が１５０〜２００時
間となって大幅に延長されることが確認された。（実験２）実験２は、異物を混入しない油潤滑（ＶＧ６
８）のみのクリーン潤滑下にて行った。試験機と試験軸
受型番及び試験荷重・回転数は実験１と同一である。な
お、実験２においては、軸受として、表１の実施例１，
１３，１７と比較例１，７，１４の化学成分の軸受内輪
と外輪を用い、転動体のみ通常の軸受鋼２種（通常ＳＵ
Ｊ２）を用いた。試験は各々１０個ずつ行った。さらに
試験の終了の判定は、初期振動値の５倍となった時点に
て試験を中断し、フレーキングを確認した。試験打ち切
り時間は１０００時間とした。

【００３８】表３に実験２の結果を示す。これから明ら
かなように、実施例１ではＬ10寿命が９９１時間（うち
２／１０内輪はくり）となり、実施例１３ではＬ10寿命
が１０００時間（うち１／１０内輪はくり）超えた。更
に、実施例１７に関しては１５００時間に達してもはく
りを生じなかった。

【００３９】これに対して比較例１ではＬ10寿命が３８
２時間（うち５／１０内輪はくり）であり、比較例７で
はＬ10寿命が４１５時間（うち５／１０内輪はくり）で
あり、更に比較例１４ではＬ10寿命が６１１時間（うち
３／１０内輪はくり）であった。また、実施例１，１
３，１７及び比較例１，７，１４とも４００時間にて試
験を中断し、軸受軌道輪中心を円周方向に切断し、腐食
後ミクロ組織の観察を行った結果、実施例には組織変化
は発生していなかったのに対して、比較例ではすべて組
織変化が観察された。（実験３）実験３は、図１に示す試験機において軸受１
０への潤滑油８の供給を停止させ、これにＥグリースを
封入して供試材とし、さらにＥグリース中に水１％を混
入させてゴムシールにてグリース漏れを防ぎ、実験を行
った。ここで「Ｅグリース」とは、合成炭化水素油（動
粘度が４７．３ｃＳｔ（４０℃），７．９ｃＳｔ（１０
０℃））に増ちょう剤としてウレアを配合し、混和ちょ
う度（２５℃，６０Ｗ）を２５０に、混和安定度（２５
℃，１０⁵ Ｗ）を３６４に、酸化安定度（９９℃，１０
０時間）を０．０２５ＭＰａに、離油度（９９℃，２４
時間）を０．３％に、蒸発量を（９９℃，２２時間）を
０．３４％に、滴点を２６０℃以上に、水洗耐水度（７
９℃，１時間）を２％に調整され、銅板腐食（１００
℃，２４時間）に合格したものをいう。

【００４０】この際、試験温度の急激な上昇が予想され
たため、冷却装置を用いハウジングを冷却コントロール
し、軸受温度を７０〜８０℃にて行った。試験機と試験
軸受型番及び試験荷重・回転数は実験１と同一である。
なお、実験３においては、軸受として、表１の実施例
１，１３，１７と比較例１，７，１４の化学成分の軸受
内輪と外輪を用い、転動体のみ通常の軸受鋼２種（通常
ＳＵＪ２）を用いた。試験はそれぞれ１０個ずつ行っ
た。更に試験の終了の判定は、初期振動値の５倍となっ
た時点にて試験を中断し、フレーキングを確認した。試
験の打ち切り時間は５００時間とした。

【００４１】表４に実験３の結果を示す。これから明ら
かなように、実施例１ではＬ10寿命が５３８時間（うち
４個内輪，４個外輪，計８／１０はくり）となり、実施
例１３ではＬ10寿命が５６９時間（うち３個内輪、３個
外輪、計６／１０はくり）となり、さらに実施例１７で
はＬ10寿命が６２４時間（うち３個内輪、３個外輪、計
６／１０はくり）となった。

【００４２】これに対して比較例１ではＬ10寿命が１８
６時間（うち５個内輪、５個外輪、計１０／１０内輪は
くり）であり、比較例７ではＬ10寿命が１９３時間（う
ち５個内輪、５個外輪、計１０／１０内輪はくり）であ
り、更に比較例１４ではＬ10寿命が２０５時間（うち５
個内輪、５個外輪、計１０／１０内輪はくり）であっ
た。

【００４３】実施例１，１３，１７において結晶粒度が
それぞれ１１．９番、１５．１番、１２．８番であった
のに対して、比較例１，７，１４ではＴｉＣ，ＴｉＣ
Ｎ，ＮｂＣ，ＮｂＣＮ，ＡｌＮが生成しておらず、従っ
て結晶粒度がそれぞれ８．７番、８．６番、９．５番で
あった。これは，結晶粒径が実施例と比較して大きかっ
たため、結晶粒界にて水素を分散吸着できず、従って、
長寿命とならなかった。

【００４４】このように、これらの実施例では鋼中に平
均粒径５０〜３００ｎｍのＴｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物あ
るいはＮｂ炭化物・炭窒化物、Ａｌ窒化物を微細に分散
させることにより、オーステナイト結晶粒を超微細化し
軸受硬度を向上させ、耐摩耗性も向上し、軌道面に圧痕
が生じにくくなり、また圧痕が生じき裂が発生した場合
でもき裂の伝ぱが遅くなり、更にマトリックス疲労によ
る組織変化を抑制し遅延させるため、異物潤滑下更にク
リーン潤滑下において、従来に比べて大幅に転がり寿命
を延長することができる。

【００４５】また、水侵入下においても、超微細化した
結晶粒界面に水素をトラップしたり、またＴｉＣ，Ｔｉ
ＣＮあるいはＮｂＣ，ＮｂＣＮ，ＡｌＮが水素トラップ
サイトとして微細炭化物・窒化物界面で水素を分散吸着
し、欠陥をつくりにくくし、更にき裂の塑性変形域の水
素濃度を低下させるため、腐食ピッチング（水素誘起割
れ含む）を遅延させることができる。

【００４６】なお、表５に結晶粒度番号（Ｎ）と平均結
晶粒の大きさ（μｍ）との対応関係を示した。なお、上
記実施例に用いた材料は、軸受鋼の通常熱処理を行い、
軸受の残留オーステナイト量を５〜２０％としたが、さ
らに軸受の残留オーステナイト量を５％未満とした寸法
安定処理を施した軸受に関しても同様な効果を有する。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】

【００４９】

【表３】

【００５０】

【表４】

【００５１】

【表５】

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｌのう
ち少なくとも１種を０．０５〜０．４０％添加すること
により、軌道輪表面ならびに鋼中に平均粒径５０ｎｍ〜
３００ｎｍのＴｉ炭化物・端窒化物、Ｎｂ炭化物・端窒
化物、Ａｌ窒化物を１視野を３μｍ² とし、任意の１０
視野（３０μｍ² ）あたり５０個以上を微細に分散析出
させることができ、結晶粒度番号で１１．９番以上と細
かくなり、硬さが向上し、耐摩耗性も向上し、異物が侵
入したときであっても軌道面に圧痕を生じにくくなる。

【００５３】また、万一、軌道輪にき裂を生じた場合で
あっても、靭性を高めているので、き裂の伝ぱを遅くす
る効果があり、さらにマトリックス疲労による組織変化
を抑制し、遅延させることにより、軸受の寿命低下を防
ぐことができ、従来品と比較して長寿命なる転がり軸受
となる。

【００５４】また、水侵入下においても、微細な結晶粒
界界面にトラップさせたり、またＴｉＣ，ＴｉＣＮある
いはＮｂＣ，ＮｂＣＮ，ＡｌＮが水素トラップサイトと
して炭化物・窒化物界面で水素を分散吸着し、欠陥をつ
くりにくくし、また、き裂の塑性変形域の水素濃度を低
下させるため、腐食ピッチング（水素誘起割れ含む）を
遅延させる効果を有する。さらに、結晶粒を結晶粒度番
号で１４番以上にすることにより更なる寿命延長が期待
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】片もち型寿命試験機を示す概略図。

【図２】析出物の平均粒径とＬ10寿命との関係を示す特
性相関図。

【符号の説明】

１…片もち型寿命試験機、２…チャンバ、３…ハウジン
グ、４…回転シャフト、５…負荷レバー、６…負荷シャ
フト、８…潤滑油、１０…軸受、１１…外輪、１２…内
輪、１３…転動体（ボール）、２０…油槽、２１…潤滑
油供給回路、２２…流量計、２３…ポンプ、２４ａ，２
４ｂ…フィルタ、２５…油吐出部、２６…回収回路、２
７…補給回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定輪と回転輪との間に複数の転動体を
配置して用いられる転がり軸受において、前記固定輪、
回転輪、転動体のうちの少なくとも一つが、重量比でＣ
＝０．６５〜１．２０％，Ｓｉ＝０．０５〜０．７０
％，Ｍｎ＝０．２〜１．５％，Ｃｒ＝０．１５〜２．０
％，Ｎ≦０．０１％並びに不可避的不純物元素を含有す
るとともに、Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｌのうち少なくとも１種を
０．０５〜０．４０％含み、かつ、平均粒径が５０ｎｍ
〜３００ｎｍのＴｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物、Ｎｂ炭化
物、Ｎｂ炭窒化物、Ａｌ窒化物のうちの少なくとも１つ
が少なくとも表面近傍に分散析出された鋼からなること
を特徴とする転がり軸受。