JPS62274052A - 軸受用肌焼鋼 - 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】 ３、発明の詳細な説明 し発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、高荷重下での寿命が長く、信頚性の高い軸受
の素材として利用される軸受用肌焼鋼に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来、軸受用鋼としては、浸炭用として使用される機械
構造用炭素鋼（Ｓ−ＣＫ）、機械構造用合金鋼（ＳＮＣ
、ＳＮＣＭ、ＳＣｒ　。

ＳＣＭ、ＳＭｎ）あるいは高炭素高クロム軸受鋼（ＳＵ
Ｊ）等の鋼材が使用されている。

しかしながら、近年においては、自動車や産業機械等の
高速化などによって、軸受に対する負荷がざらに大きく
なってきているため、耐衝撃特性および転勤疲労特性に
より一層優れた軸受およびその素材である軸受用鋼の要
求が高まっている。

（発明が解決しようとする問題点） そこで、このような軸受用鋼において、特に衝撃荷重を
受ける軸受の素材として好適に用いられている肌焼鋼を
素材とする軸受の耐衝撃特性および転勤疲労特性をさら
に向上させてその寿命を延長させるようにするために、
鋼中に不可避的に含有される代表的な非金属介在物であ
るＡ１２０３　．５ｉ０２　、ＭｎＳ、ＴＥＮ等の量を
抑制することが提案されている（例えば、特開昭５１−
９０９１８号等）がそれでもいまだ要求特性に対して不
十分であるという問題点があった。

一方、軸受用鋼を溶製するに際しては、ＶＩＭ法、ＷＡ
Ｒ法、ＥＳＲ法、ＰＡＭ法ナトノイｈｌ）る特殊溶解精
錬法（例えば、「鉄鋼便覧」第３版■　製銑・製鋼　第
７２８頁〜第７６４頁に記載）を単独であるいはこれら
の組合わせで採用することも提案されているが、素材コ
ストが大幅に上昇するため軸受価格が高いものになると
共に、大量生産向きでないという問題点を有している。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、とくに軸受の耐衝塁特性および転勤疲労特性を大
幅に改善してその寿命を延長さｉることが可能であり、
しかも素材コストの上昇をできるだけ抑制することが可
能である軸受用肌焼鋼を提供することを目的としている
ものである。

Ｅ発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明による耐衝撃特性および転勤疲労特性に潰れた軸
受用肌焼鋼は、重量％で、Ｃ：０．１〜０．３％、Ｓｉ
：１．０％以下、Ｍｎ：０．４〜１．５％、Ｃｒ：０．
３〜１１．５％、Ｓｏｎ＠ＡｆＬ：０．０１５〜０．０
６０％、Ｎ：０．０１０−０．０３５％および必要に応
じてＭＯ：０．０５〜１．０％を含み、残部Ｆｅおよび
不純物からなり、不純物中においてＰ：０．００６％以
下、Ｓ：０．００５％以下、Ｏ：０．０００７％以下、
Ｔｉ　：　０．００２０％以下に規制したことを特徴と
しており、より望ましくは、不純物中において、Ｃｕ：
０．１０％以下および／またはＮｉ：０．１０％以下に
規制するようにしたことを特徴としている。

次に、本発明による軸受用肌焼鋼の化学成分範囲（重量
％）の限定理由について説明する。

Ｃ：０．Ｉ　ＮＯ，３％ Ｃは構造部品すなわち軸受として必要な芯部強度を得る
とともに、浸炭等の肌焼処理後に十分な表面硬さを確保
するのに有効な元素であるが、０．１％よりも少ないと
上記した芯部強度および表面硬さを得ることができず、
また、０．３％を超えると靭性が低下するので、０．１
〜０．３％の範囲とした。

Ｓｉ：１．０％以下 Ｓｉは鋼の溶製時において脱酸剤として作用する元素で
あるが、多すぎると被削性を低下させるので１．０％以
下とした。

Ｍｎ：０．４〜１．５％ Ｍｎは鋼の溶製時において脱酸および脱硫剤として作用
すると共に、鋼の焼入性を向上して基地の強靭性を高め
るのに有効な元素であるので、このような効果を得るた
めに０．４％以上とした。

しかし、Ｍｎ含有量が多すぎると加工性ならびに被削性
を低下させるので、１，５％以下とした。

Ｃｒ：０．３〜１．５％ Ｃｒは鋼の焼入性および焼入れ焼もどし後の強度ならび
に靭性を向上させるのに有効な元素であるので、このよ
うな効果を得るために０．３％以上含有させるが、多す
ぎると基地中に固溶しがたくなるとともに複炭化物が形
成されて、焼入性および被削性を害するので、１．５％
以下とする必要がある。

Ｍｏ：０．０５〜１．０％ ＭＯは鋼の焼入性および焼入れ焼もどし後の強度ならび
に靭性を向上させるのに有効な元素であるので、このよ
うな効果を得るために軸受の大きさ等を考慮して必要に
応じて０．０５％以上含有させるのも良いが、多量に含
宥すると複炭化物が形成され、焼入性向上の効果が飽和
すると同時に高価なものとなるので、添加するとしても
１．０％以下とするのが良い。

５０文−ＡｆＬ：０．０１５〜０．０６０％ＳＯ文・Ａ
見は０含有量０．０００７％以下を達成しかつ軸受の浸
炭時における結晶粒の粗大化を防止するためには０．０
１５〜０　、０６０％にコントロールする必要がある。

すなわち、０．０１５％よりも少ないと結晶粒粗大化防
止効果がなく、０．０６０％よりも多くなると良好な結
晶粒は得られるもののＡｌｌが空気酸化されたり取鍋耐
大物と反応したりして逆に酸聾ヒックアップを生じる。

したがってＳｏｕ・Ａｌｌ量は０．０１５〜０．０６０
％の範囲に限定した。

Ｎ：０．０１０〜０．０３５％ Ｎは上記Ａｎと結合して窒化物Ａ見Ｎを生成し、浸炭等
の肌焼処理時において結晶粒の粗大化を防止する作用が
あるので、このような効果を得るために０．０１０％以
上含有させた。しかし、０．０３５％を超えると鋼塊あ
るいは連鋳片にブローホールを生じやすくなるので０．
０３５％以下とした。なお、このＮがＴｉと結合して窒
化物ＴｉＮを生成することもありうると考えられるが、
この発明による軸受用肌焼鋼ではＴｉ含有量を０．００
２０％以下に規制しているため有害となるほどのＴｉＮ
は生成しないことを確認している。

Ｐ：０．００６％以下 Ｐは結晶粒界に析出して、軸受の転勤寿命を低下させる
ので、その上限を０．００６％以下とし、なるべく少な
くすることが望ましい、この場合、Ｐ含有量の低減は、
溶解炉において十分な酸化精錬を行うこと、また、溶解
炉から別容器へ除滓して出湯しあるいは別容器へ出湯し
た後除滓し、溶湯中にＣａＯもしくはＮａ２ＣＯ３を生
成分とするフラックスを酸素含有ガスの流れにのせて吹
き込む酸化精錬を行うことにより達せられる。

Ｓ　：　０．００５％以下 ＳはＭｎと結合してＭ　ｎ　Ｓを形成し、鋼中にストリ
ンガ−状に展伸した状態で存在することとなるため、機
械的異方性を助長し、軸受の転勤寿命を低下させるので
、その上限を０．００５％以下とし、なるべく少なくす
ることが望ましい。この場合、Ｓ含有量の低減は、取鍋
精？Ｊ（ＬＦ）による還元精錬の強化などで達せられる
。

０：Ｏ，０．０００７％以下 ０が多量に含まれているとＡＪ１２０３．ＳｉＱ、Ｔｉ
Ｏ２等の酸化物系介在物を生成し、軸受の転勤寿命を低
下させるので、その上限を０．０００７％以下とし、な
るべく少なくすることが望ましい、この場合、ＡＩ含有
量の厳密なコントロールに加えて、ＬＦ（取鍋精錬）お
よびＤＨ，ＲＨ（真空脱ガス）の強化によって０含有量
を低減することがで５る。

Ｔｉ：０．００２０以下 ＴｉはＮと結合して塊状の窒化物ＴｉＮを生成し、当該
窒化物のエツジ部が転勤疲労破壊の起点となって軸受の
転勤寿命を低下させるので、その上限を０．００２０％
以下とし、なるべく少なくすることが望ましい、この場
合、原材料の厳選。

および溶解炉とは別容器での酸化精錬の強化（０２供給
）などによってＴｉ含有量を低減することができる。

Ｃｕ：０．１０％以下 Ｃｕは軸受用肌焼鋼の基地強度を低下させ、転勤疲労特
性に悪影響を及ぼすので、軸受の転勤寿命を増大させる
ためにその上限を０．１０％とする必要があり、できる
だけ少なくすることが望ましい、そして、Ｃｕｉの低減
は通常の精錬による除去が困難であるため、原材料の選
択により実現させることとなる。

Ｎｉ：０．ｌ’Ｏ％以下 Ｎｉは焼入性の向上に寄与する元素ではあるが、この発
明による軸受用肌焼鋼では焼入性を厳密にコントロール
する観点から０．１０％以下に限定した。そして、Ｎｉ
量の規制は通常の精錬によっては除去しがたい場合があ
るので、あらかじめ原材料の分析を行い、焼入性に影響
を及ぼさない程度までＮｉ量の値が十分低い材料を選定
することが望ましい。

（実施例） まず、原材料を電気アーク炉内で溶製したが、この際、
原材料を厳選することによってＴＩ。

Ｃｕ、Ｎｉ量が所望値以下となるようにすると共に、０
２を用いた十分な酸化精錬によって脱Ｐ。

脱Ｔｉを行うようにした１次いで、除滓を行ったのち取
鍋内に移した。そして、この取鍋内への出鋼が完了した
のち、上方に設置したランスから０２の流れにのせ４て
Ｎａ０２　ＣＯ３粉末を２ｋｇ／　ｔ　ｏ　ｎの割合で
供給し、これと同時に底部からＡｒガスを送給して攪拌
した。そして、除滓を行ったが、このとき復Ｐを防止す
るため十分な除滓を行った。続いて、電極を設置して取
鍋精錬を実施し、底部からのＡｒガスの吹込みによる撹
拌と、上部ランスからのガス攪拌とを併用することによ
って、脱［Ｓ］　、脱［０１を促進させた。

次に、溶鋼を真空脱ガス（ＲＨ）装置に移し、温度の均
一化ならびに脱［Ｎ］の促進を行って、成分調整したの
ち、タンディツシュ内に移し変えて巡続鋳造を行った。

次いで、得られた鋳片に対して分塊圧延および線材圧延
（１５ｍｍφ）を行った。このようにして得た軸受用肌
焼鋼の化学成分を第１表に示す。

次に、前記の圧延材から転勤寿命試験用の試験片形状に
加工したのち、９５０℃Ｘ５Ｈｒの条件で浸炭・焼入れ
を行い、次いで１５０℃に加熱保持したあと空冷する焼
もどしを行い、その後研磨して転勤寿命試験用の試験片
を作成した。

次に、前記の各試験片を用いて、ヘルツ応力が５００ｋ
ｇｆ／ｍｍ２のスラスト式転勤寿命試験を行って各試験
片の転勤寿命（累積破損確率１０％）を測定し、比較鋼
Ｎ００６を基準として転勤寿命の評価を行った。この結
果を同じく第１表に示す。

第１表に示すように、本発明による軸受用肌焼ｗ４（Ｎ
ｏ、　　Ｌ　〜４　）は比較の軸受用鋼（Ｎｏ、５〜７
）に比べて転勤寿命に著しく優れていることが明らかで
ある。そして基準とした比較鋼Ｎｏ、　　６は浸炭焼入
れ時に結晶粒が粗大化しているものであった。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明による軸受用肌焼鋼は
、重量％で、Ｃ：０．１〜０．３％、Ｓｉ：１．０％以
下、Ｍｎ：０．４〜１．５％・Ｃｒ：０．３　〜１．５
　　％、　Ｓ　ＯＩＬ　ＩＩ　Ａ　文　：０．０１５　
Ｎｏ　　、ｏｓｏ％、　　Ｎ：０．０１０〜０．０３５
％、必要に応じてＭｏ：０．０５〜１．０％を含み、残
部Ｆｅおよび不純物からなり、不純物中においてＰ：０
．００６％以下。

Ｓ：０．００５％以下、Ｏ：０．０．０００７％以下、
Ｔｉ：０．００２０％以下に規制し、必要に応じて、不
純物中において、Ｃｕ：Ｏ，１０％以下および／または
Ｎｉ：０．１０％以下に規制したものであるから、この
軸受用肌焼鋼を素材とした軸受の耐衝撃特性および転勤
疲労特性を著しく改善することができ、当該軸受の高衝
撃荷重に対する抵抗性および転勤寿命を大幅に改善する
ことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされ
る。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、 Ｃ：０．１〜０．３％、 Ｓｉ：１．０％以下、 Ｍｎ：０．４〜１．５％、 Ｃｒ：０．３〜１．５％ Ｓｏｌ・Ａｌ：０．０１５〜０．０６０％、Ｎ：０．０
   １０〜０．０３５％を含み、残部Ｆｅおよび不純物から
   なり、不純物中において Ｐ：０．００６％以下、 Ｓ：０．００５％以下、 Ｏ：０．０００７％以下、 Ｔｉ：０．００２０％以下に規制したことを特徴とする
   軸受用肌焼鋼。
2. （２）不純物中において、Ｃｕ：０．１０％以下に規制
   したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   軸受用肌焼鋼。
3. （３）不純物中において、Ｎｉ：０．１０％以下に規制
   したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項または
   第（２）項記載の軸受用肌焼鋼。
4. （４）重量％で、 Ｃ：０．１〜０．３％、 Ｓｉ：１．０％以下、 Ｍｎ：０．４〜１．５％、 Ｃｒ：０．３〜１．５％、 Ｍｏ：０．０５〜１．０％、 Ｓｏｌ・Ａｌ：０．０１５〜０．０６０％、Ｎ：０．０
   １０〜０．０３５％を含み、残部Ｆｅおよび不純物から
   なり、不純物中において Ｐ：０．００６％以下、 Ｓ：０．００５％以下、 Ｏ：０．０００７％以下、 Ｔｉ：０．００２０％以下に規制したことを特徴とする
   軸受用肌焼鋼。
5. （５）不純物中において、Ｃｕ：０．１０％以下に規制
   したことを特徴とする特許請求の範囲第（４）項記載の
   軸受用肌焼鋼。
6. （６）不純物中において、Ｎｉ：０．１０％以下に規制
   したことを特徴とする特許請求の範囲第（４）項または
   第（５）項記載の軸受用肌焼鋼。