KR20010034008A - 고온용 회전 베어링 부품 - Google Patents

Abstract

고온용 회전 베어링 부품의 합금 원소 함유량이 질량%로, C를 최소한 0.6% 이상 1.3% 이하, Si을 최소한 0.3% 이상 3.0% 이하, Mn을 최소한 0.2% 이상 1.5%이하, P를 0.03% 이하, S를 0.03% 이하, Cr을 최소한 0.3% 이상 5.0% 이하, Ni을 최소한 0.1% 이상 3.0% 이하, Al을 0.050% 이하, Ti을 0.003% 이하, 0를 0.0015% 이하, N을 0.015% 이하 포함하고, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강재(鋼材)로 이루어지며, 또한 담금질 처리 후 또는 침탄 질화 처리 후에 템퍼링(tempering) 처리된 구성을 가지며, 또한 담금질 경도가 HRC58 이상이고, 또한 최대 탄화물 치수가 8μm 이하이다. 이로써, 이물 혼입 환경 하 및 고온 환경 하에 있어서도 뛰어난 전동 피로 수명을 가지고, 저렴한 고온용 회전 베어링 부품이 얻어진다.

Description

고온용 회전 베어링 부품{High-temperature rolling bearing part}

자동차, 항공기, 선박, 산업 기계 등의 동력 전달부나 엔진부에 사용되는 회전 베어링은 가혹한 환경 하에서 사용되게 되지만, 이러한 환경 하에서도 뛰어난 전동 피로 수명과 신뢰성이 요구된다. 특히, 상기 사용되는 회전 베어링에서는, 분진, 먼지, 철분 등의 이물이 혼입될 경우가 있어, 이들 환경 하에서는 청정한 환경에서의 사용에 비해 전동 피로 수명이 대폭 저하하는 것이 알려져 있다. 이 대책으로서, 최근에는, SUJ2 등의 고탄소 크롬 베어링강이나 SCM420, SNCM420, SNCM815 등의 표피 경화강에 침탄 질화 처리를 실시하고, 전동면 바로 아래에 적당량의 잔류 오스테나이트를 생성시키는 공법이 적용되고 있으며, 이물 혼입 하에서의 수명 개선이 도모되고 있다.

그러나, 일반적인 침탄 질화 처리는 SUJ2강 등에 적용되고 있는 담금질 및 템퍼링 처리(quench and temper)에 비해 장시간의 처리이다. 이 때문에, 이들 침탄 질화 처리된 회전 베어링에서는, 통상의 담금질 및 템퍼링 공정에서 제조되는 회전 베어링에 비해 제조 비용이 대폭 증가하는 등의 문제가 있다.

또, 자동차나 항공기 등에 사용되는 회전 베어링은 고온 환경 하에서 사용되기 때문에, 이물 혼입 환경에서 또한 고온 환경이라는 극히 가혹한 사용 환경 하에서 뛰어난 전동 피로 수명 특성을 요구받고 있다. 일반적으로, 고온 하에서 사용되는 회전 베어링에는 SUJ2 등의 고탄소 크롬 베어링에 담금질 처리를 실시한 후, 또는 SCM420, SNCM815 등의 표피 경화강에 침탄 담금질 처리를 실시한 후에, 치수 안정성을 얻기 위해 300℃ 이상의 고온에서 템퍼링 처리가 실시되고 있다.

그러나, 이들 재료를 고온에서 템퍼링 처리하면 경도가 대폭 저하하기 때문에, 회전 베어링에 요구되는 소정의 경도를 얻을 수 없으며, 전동 피로 수명 및 내마모성이 저하한다. 이 때문에, 고온역에서 사용되는 베어링강에는 M50과 같은 석출 경화형 강재가 사용되고 있지만, 이러한 강재로는 제조 비용 및 재료 비용이 높아, 사용 범위가 한정되어 있기 때문에 상기와 같은 요구에 대응할 수 없었다.

또, 침탄 질화 처리를 실시한 회전 베어링에서는, 열 처리 후에 전동부 바로 아래에 잔류 오스테나이트가 생성됨과 동시에 강철 중에 질소가 침입한다. 이 잔류 오스테나이트 작용으로 이물 혼입에 의한 응력 집중이 완화됨으로써, 나아가서는 강철 중에 침입한 질소 작용으로 템퍼링 연화 저항이 개선되어 전동 피로 과정에서 발생하는 조직 변화가 억제됨으로써, 전동 피로 수명의 향상이 도모되고 있다.

그러나, 고온용 회전 베어링에 적용함에 있어서는, 상술한 바와 같이 치수의 안정성을 확보하기 위해 고온 템퍼링을 행할 필요가 있다. 이 고온 템퍼링을 실시한 경우에는, 잔류 오스테나이트는 분해하여 그 양이 감소해버리기 때문에, 그 효과를 기대할 수 없고, 또 질소에 의한 템퍼링 연화 방지에도 한계가 있기 때문에, 이물이 혼입하는 고온 환경 하에서는 충분한 성능을 얻을 수 없다.

최근에는, 자동차 등의 분야에서는 엔진의 고출력·소형화가 급속히 진행하고 있지만, 동시에, 회전 베어링의 사용 환경은 더욱 가혹한 조건에서 사용되는 케이스가 증가해 오고 있다. 엔진부에 사용되는 회전 베어링의 사용 온도역은 상용 온도에서 130℃ 정도이지만, 순간적으로는 160℃까지 온도 상승하는 것이 예상되고 있다. 오늘날에는, 엔진의 고출력화에 따라, 회전 베어링의 사용 온도역은 상용 온도에서 160℃ 정도까지 상승하고, 더욱이 순간적으로는 200℃를 넘는 것이 예측되고 있다. 따라서, 금후, 엔진의 고출력화나 경량화가 촉진된 경우에, 이물 혼입 환경 하 및 고온 환경 하에서의 전동 피로 수명 향상이 필요시된다고 예상된다.

그러나, 현 상황의 고탄소 크롬 베어링강이나 침탄 또는 침탄 질화 처리를 실시한 회전 베어링은 충분한 내열성을 갖고 있지 않으며, 예상되는 이물 혼입 환경 하, 고온 환경 하에서는 충분한 전동 피로 수명을 유지할 수 없다. 또, M50과 같은 석출 경화형 베어링강에서는 비용이 높은 등의 문제가 있어, 저렴한, 또한 전동 피로 수명 특성에 뛰어난 회전 베어링을 제공하지 못하는 상황이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 이물 혼입 환경 하 및 고온 환경 하에 있어서도 뛰어난 전동 피로 수명을 가지고, 또한 종래예에 비해 저렴한 고온용 회전 베어링 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 자동차, 항공기, 선박, 산업 기계 등의 동력 전달 장치나 엔진부 등에 사용되는 회전 베어링 부품에 관한 것이며, 보다 특정적으로는 분진, 먼지 등의 이물이 혼입하는 환경 하 및 분위기의 온도가 상온 내지 300℃ 환경 하에 있어서도 뛰어난 전동 피로 수명을 갖는 저렴한 고온용 회전 베어링 부품에 관한 것이다.

본원 발명자들은 주의깊게 검토한 결과, 이물 혼입 환경 하 및 고온 환경 하에 있어서 뛰어난 전동 피로 수명을 갖는 저렴한 고온용 회전 베어링 부품을 얻을 수 있는 조성 원소의 조합 및 그 각 함유량을 찾아냈다.

그 때문에, 본 발명의 고온용 회전 베어링 부품은 내륜, 외륜 및 전동체를 갖는 고온용 회전 베어링 부품으로, 합금 원소의 함유량이 질량%로, C(탄소)를 0.6% 이상 1.3% 이하, Si(실리콘)을 0.3% 이상 3.0% 이하, Mn(망간)을 0.2% 이상 1.5% 이하, P(인)를 0.03% 이하, S(유황)를 0.03% 이하, Cr(크롬)을 0.3% 이상 5.0% 이하, Ni(니켈)을 0.1% 이상 3.0% 이하, Al(알루미늄)을 0.050% 이하, Ti(티타늄)을 0.003% 이하, O(산소)를 0.0015% 이하, N(질소)을 0.015% 이하 포함하며, 나머지는 Fe(철) 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강재로 이루어지며, 또한 담금질 처리 후 또는 침탄 질화 처리 후에 템퍼링 처리된 구성을 가지며, 또한 템퍼링 처리 후의 경도가 HRC58 이상이고, 또한 최대 탄화물 치수가 8μm 이하이다.

본 발명의 고온용 회전 베어링 부품에서는, 상기 조성을 갖고 있기 때문에, 담금질 템퍼링 처리를 실시하면, 침탄 질화 처리를 실시하지 않아도 이물 혼입 환경 하에 있어서 뛰어난 전동 피로 수명이 얻어진다. 이 때문에, 침탄 질화 처리를 생략할 수 있기 때문에, 제조 비용을 낮게 할 수 있다.

상기한 바와 같이 제조 비용 삭감 관점에서는 침탄 질화 처리를 생략하는 것이 바람직하지만, 담금질 처리 대신 침탄 질화 처리를 실시해도 이물 혼입 환경 하에 있어서 뛰어난 전동 피로 수명을 얻을 수 있다.

또, 상기 조성을 갖기 때문에, 고온(예를 들면 350℃)에서 템퍼링 처리를 실시해도 HRC58 이상 높은 경도를 얻을 수 있다. 이렇게 고온에서 템퍼링 처리를 실시함으로써 잔류 오스테나이트량을 적게 할 수 있기 때문에 고온 환경 하에서의 치수 안정성을 얻을 수 있음과 동시에, HRC58 이상 높은 경도를 얻을 수 있다. 이 때문에, 고온 환경 하에서의 전동 피로 수명 및 내마모성을 종래 예보다 향상시킬 수 있다.

또, 상기 조성의 강철은 M50과 같은 석출 경화형 베어링강보다 저렴하다.

이상으로, 이물 혼입 환경 하 및 고온 환경 하에 있어서 뛰어난 전동 피로 수명을 가지고, 또한 저렴한 고온용 회전 베어링 부품을 얻을 수 있다.

또한, 템퍼링 처리 온도는 180℃ 이상 350℃ 이하인 것이 바람직하다. 회전 베어링은 통상 100℃ 정도의 온도에서 사용되기 때문에, 템퍼링 처리 온도는 180℃ 이상일 필요가 있다.

이하, 본 발명의 고온용 회전 베어링 부품의 화학 성분의 한정 이유에 대해서 설명한다.

(1) C 함유량(0.6% 이상 1.3% 이하)에 대해서

C는 회전 베어링으로서 강도를 확보하기 위해 필수적인 원소로, 소정의 열 처리 후의 경도를 유지하기 위해서는 0.6% 이상 함유할 필요가 있기 때문에, C함유량의 하한을 0.6%로 한정했다. 또, 본 발명에 있어서는, 후술하는 바와 같이 탄화물이 전동 피로 수명에 중요한 역할을 주지만, C 함유량이 1.3%를 넘게 함유된 경우, 대형 탄화물이 생성되어, 전동 피로 수명 저하를 초래하는 것이 판명되었기 때문에, C 함유량의 상한을 1.3%로 한정했다.

(2) Si 함유량(0.3% 이상 3.0% 이하)에 대해서

Si는 고온역에서의 연화를 억제하여, 회전 베어링의 내열성을 개선하는 작용이 있기 때문에 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, Si 함유량이 0.3% 미만에서는 그 효과가 얻어지지 않기 때문에, Si 함유량의 하한을 0.3%로 한정했다. 또, Si 함유량의 증가에 따라 내열성은 향상하지만, 3.0%를 넘어 다량에 함유시켜도 그 효과가 포화함과 동시에, 열간 가공성이나 절삭성 저하가 생기기 때문에, Si 함유량의 상한을 3.0%로 한정했다.

(3) Mn 함유량(0.2% 이상 1.5% 이하)에 대해서

Mn은 강철을 제조할 때의 탈산에 사용되는 원소임과 동시에, 담금질성을 개선하는 원소로, 이 효과를 얻기 위해 0.2% 이상 첨가할 필요가 있기 때문에, Mn 함유량의 하한을 0.2%로 한정했다. 그러나, 1.5%를 넘어 다량을 함유하면 절삭성이 대폭 저하하기 때문에, Mn 함유량의 상한을 1.5%로 한정했다.

(4) P 함유량(0.03% 이하)에 대해서

P는 강철의 오스테나이트 입계로 편석하여, 인성이나 전동 피로 수명 저하를 초래하기 때문에, 0.03%를 함유량의 상한으로 했다.

(5) S 함유량(0.03% 이하)에 대해서

S는 강철의 열간 가공성을 저해하여, 강철 중에서 비금속 개재물을 형성하여 인성이나 전동 피로 수명을 저하시키기 때문에, 0.03%를 S 함유량의 상한으로 했다. 또, S는 상기와 같은 유해한 면을 갖는 반면, 절삭 가공성을 향상시키는 효과도 갖고 있기 때문에, 가급적 적게 하는 것이 바람직하지만 0.005%까지의 함유이면 허용된다.

(6) Cr 함유량(0.3% 이상 5.0% 이하)에 대해서

Cr은 본 발명에 있어서 중요한 작용을 하는 원소로, 담금질성의 개선과 탄화물에 의한 경도 확보와 수명 개선을 위해 첨가된다. 소정의 탄화물을 얻기 위해서는 0.3% 이상의 첨가가 필요하기 때문에, Cr 함유량의 하한을 0.3%로 한정했다. 그러나, 5.0%를 넘어 다량을 함유하면, 대형 탄화물이 생성하여 전동 피로 수명 저하가 생기기 때문에, Cr 함유량의 상한을 5.0%로 한정했다.

(7) Al 함유량(0.050% 이하)에 대해서

Al은 강철 제조 시의 탈산제로서 사용되지만, 경질의 산화물계 개재물을 생성하여 전동 피로 수명을 저하시키기 때문에 저감하는 것이 바람직하다. 또, 0.050%를 넘어 Al이 다량으로 함유되면 현저한 전동 피로 수명의 저하가 인정되었기 때문에, Al 함유량의 상한을 0.050%로 한정했다.

또한, Al 함유량을 0.005% 미만으로 하기 위해서는 강철 제조 비용 상승이 생기기 때문에, Al 함유량의 하한을 0.005%로 한정하는 것이 바람직하다.

(8) Ti 함유량(0.003% 이하), O 함유량(0.0015% 이하), N 함유량(0.015% 이하)에 대해서

Ti, O 및 N은 강철 중에 산화물, 질화물을 형성하여 비금속 개재물로서 피로 파괴 기점이 되어 전동 피로 수명을 저하시키기 때문에, Ti:0.003%, O:0.0015%, N:0.015%를 각 원소의 상한으로 했다.

(9) Ni 함유량(0.1% 이상 3.0% 이하)에 대해서

Ni은 본 발명에 있어서 중요한 작용을 하는 원소로, 특히 고온 환경 하에서 사용된 경우의 전동 피로 과정에 있어서의 조직 변화를 억제하고, 또 고온역에서의 경도 저하를 억제하여 전동 피로 수명을 향상하는 효과를 갖는다. 덧붙여, Ni은 인성을 개선하여 이물 환경 하에서의 수명을 개선함과 동시에 내식성 개선에도 효과가 있다. 이 때문에, Ni을 0.1% 이상 함유시킬 필요가 있기 때문에, Ni 함유량의 하한을 0.1%로 한정했다. 그러나, 3.0%를 넘어 다량으로 Ni을 함유하면, 담금질 처리 시에 다량의 잔류 오스테나이트가 생성되어 소정의 경도가 얻어지지 않게 되고, 또 강재 비용이 상승하기 때문에, Ni 함유량의 상한을 3.0%로 한정했다.

다음으로, 본 발명의 고온용 회전 베어링 부품의 템퍼링 경도 및 탄화물에 대해서 언급한다.

(10) 템퍼링 경도(temper hardness)

고온역에서 사용되는 베어링은 사용 환경 하에서의 치수를 안정시키기 위해, 환경 온도 이상의 온도에서 템퍼링 처리를 실시하는 것이 일반적이다. 본원 발명자들은 템퍼링 경도와 온도 환경 200℃에 있어서의 전동 피로 수명에 관한 상세한 조사를 행한 결과, 템퍼링 경도와 전동 피로 수명 사이에 관계가 있음이 인정되어, 템퍼링 경도가 높을수록 전동 피로 수명이 긴 수명을 나타내는 경향이 있음을 확인했다. 특히, 템퍼링 경도가 동일한 경우에는, 템퍼링 처리가 높은 온도에서 실시된 베어링만큼 수명이 길고, 고온에서 템퍼링을 실시해도 템퍼링 경도가 높은 베어링만큼 수명이 긴 것이 발견되었다. 나아가, 템퍼링 처리 후의 경도가 HRC58 미만이 되면, 급격히 수명이 저하하는 경향이 있고, 또 수명 격차가 커지는 것이 판명되었다. 고온에서의 수명을 개선하여, 격차를 저감하기 위해서는, HCR58 이상의 경도를 유지하는 것이 필요하며, 또한 이 때의 템퍼링 온도는 높을수록 바람직하다.

(11) 탄화물

탄화물은 템퍼링 처리 시의 경도를 유지시킴과 동시에, 전동 피로 중의 조직 변화를 억제하여, 전동 피로 수명 개선에 효과를 갖는 것이 판명되었다. 이 때, 베어링 표층으로부터 0.1mm 깊이에 있어서의 탄화물의 최대 치수와 전동 피로 수명을 조사한 결과, 대형 탄화물이 존재하면 수명이 저하하는 경향이 인정되며, 최대 치수가 8μm을 넘는 큰 탄화물이 잔존하면 급격히 수명 저하가 발생하는 것이 분명해졌기 때문에, 탄화물의 최대 치수를 8μm으로 규정했다.

상기 고온용 회전 베어링 부품에 있어서 바람직하게는, 강재는 질량%로 0.05% 이상 0.25% 미만의 Mo 및 0.05% 이상 1.O% 이하의 V 중 적어도 한 종류를 부가로 포함하고 있다.

이로써, 이물 혼입 환경 하 및 고온 환경 하에 있어서의 전동 피로 수명을 더욱 향상시킬 수 있고, 또한 템퍼링 처리 후의 경도를 향상시킬 수 있다.

이하, 상기 화학 성분의 한정 이유에 대해서 설명한다.

(12) Mo 함유량(0.05% 이상 0.25% 미만)에 대해서

Mo는 강철의 담금질성을 개선함과 동시에, 탄화물 중에 고용체화함으로써 템퍼링 처리 시의 연화를 방지하는 효과가 있다. 특히, Mo는 고온역에 있어서의 전동 피로 수명을 개선하는 작용이 발견되었기 때문에 첨가되어 있다. 그러나, 0.25% 이상으로 다량으로 Mo를 함유시키면 강재 비용이 상승함과 동시에, 절삭 가공을 용이하게 하기 위한 연화 처리 시에 경도가 저하하지 않고 절삭성이 대폭 열화해버리기 때문에, Mo 함유량을 0.25% 미만으로 한정했다. 또, Mo 함유량이 0.05% 미만에서는 탄화물 형성에 효과가 없기 때문에, Mo 함유량의 하한을 0.05%로 한정했다.

(13) V 함유량(0.05% 이상 1.0% 이하)에 대해서

V는 탄소와 결합하여 미세한 탄화물을 석출하고, 결정립의 미세화를 촉진하여 강도·인성을 개선하는 효과를 가짐과 동시에, V 함유에 의해 강재의 내열성을 개선하고, 고온 템퍼링 후의 연화를 억제하며, 전동 피로 수명을 개선하며, 수명의 격차를 감소시키는 작용을 나타낸다. 이 효과가 얻어지는 V 함유량이 0.05% 이상이기 때문에, V함유량의 하한을 0.05%로 한정했다. 그러나, 1.0%을 넘어 다량으로 V를 함유하면, 절삭성, 열간 가공성이 저하하기 때문에, V함유량의 상한을 1.0%로 한정했다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

표 1에 도시한 화학 조성을 갖는 강재를 진공 유도로에 의해 용해하고, 중량 150kg의 강괴(ingot)로 주조한 후, 1200℃ 온도에서 3시간 가열 보존하여 열간 단조를 실시하여, 직경 50mm의 둥근 막대를 제조했다. 둥근 막대 소재에 노멀라이징 처리로서 850℃에서 1시간 보존한 후, 공냉하는 처리를 실시하고, 더욱이 절삭 가공을 용이하게 하기 위한 연화 처리로서 790℃에서 6시간 보존한 후 650℃까지를 10℃/시간의 냉각 속도로 냉각하여, 상온까지를 대기중에서 공냉(大氣放冷)하는 연화 처리를 실시하여, 각종 조사의 소재로 했다.

＜경도 조사＞

담금질 후의 템퍼링 경도 및 침탄 질화 처리 후의 템퍼링 경도를 측정하기 위해, 직경 50mm의 소재로부터 직경 20mm, 길이 100mm의 원주(圓柱) 형상의 시험편을 기계 가공에 의해 제작했다.

담금질 처리는 염욕로(salt furnace)에 의한 가열을 행하여, 850℃에 30분 소킹(soaking)한 후, 80℃의 기름 속에 담금질함으로써 행했다. 이 다음에, 템퍼링 처리로서 동일하게 염욕로에서 가열을 행하여, 350℃에서 2시간 보존한 후에 공냉하는 템퍼링 처리를 행했다.

또, 침탄 질화 처리는 통상의 생산 공정에서 사용되고 있는 가스 분위기로를 사용하여, RX 가스 분위기 속에서 탄소 포텐셜을 1.0 내지 1.2%, NH₃의 첨가량을 5 내지 10%로서 850℃에 60분 보존한 후, 기름 중에 담금질했다. 그 후, 350℃에서 120분의 템퍼링을 행했다.

이 담금질 템퍼링 처리를 실시한 시험편 또는 침탄 질화 처리 후에 템퍼링 처리를 실시한 시험편의 중앙부로부터 두께 10mm의 원반형 시험편을 절단하여, 양면을 습식 연마 가공에 의해 연마하여, 경도 측정용 시험편을 제작했다.

경도는 록 웰 경도계를 사용하여, 시험편 단면에 있어서 표면으로부터 2mm 깊이 위치의 경도 측정을 행하여, 7점의 평균치를 템퍼링 경도로서 구했다.

＜전동 피로 수명 시험＞

베어링 부품으로서 성능을 확인하기 위해, 스러스트형 전동 피로 수명 시험기(thrust rolling contact fatigue life tester)에 의해 피로 시험을 행하여, 각 재료의 수명 평가를 실시했다.

수명 평가에 사용한 시험편은 직경 50mm의 둥근 막대 소재로부터 기계 가공에 의해 외경 47mm, 내경 29mm 및 두께 7mm의 링 형상의 스러스트형 전동 피로 수명 시험편을 대강 가공했다.

대강, 가공을 완료한 시험편의 열 처리로서, 담금질 템퍼링 처리 및 침탄 질화 처리를 실시했다. 처리는 통상의 생산 공정에서 사용되고 있는 실험로(experimental furnace)를 사용했다.

담금질 템퍼링 처리에 대해서는, 가스 분위기로를 사용하여, RX 가스 분위기 속에서 각 강철의 탄소량을 베이스로 하여 탈탄(脫炭)이나 침탄(浸炭)이 일어나지 않도록 탄소 포텐셜을 제어하면서 850℃로 30분 보존한 후, 기름 속에 담금질했다. 그 후, 350℃에서 120분의 템퍼링을 행했다.

침탄 질화 처리는 상기의 경도 시험편과 동일 조건에서 열 처리를 행했다.

열 처리 완료 후에, 시험편의 양면을 연마 가공하여 경면(鏡面) 상태로 마무리했다. 또한, 침탄 질화 처리한 시험편에서는, 연마 가공 시의 가공 값을 양면 모두 O.1mm로 했다.

전동 피로 수명 시험은 스러스트형 전동 피로 수명 시험기에 의해 실시했다. 또한, 표 2에 그 시험의 모든 조건을 나타낸다. 시험은 상온 환경 하 및 200℃ 환경 하에서 실시하고, 더욱이 이물의 혼입 환경을 재현한 환경 하에서도 시험을 행했다.

전동 피로 수명 시험 조건

시험기	스러스트형 전동 피로 수명 시험기
접촉면압	5.0GPa
회전 속도	2000rpm
시험 온도	상온, 200℃
윤활	터보 오일
이물량	0.4g/1000cc

피로 시험은 동일 조건에서 15회의 반복 시험을 행하며, 와이블(Weibull) 확률에 있어서의 누적 손상 확률이 10%가 되는 수명을 각 재료의 수명으로서 판정했다. 또한, 표 2에 있어서의 비교예 No. 13은 범용 SUJ2이며, 이 담금질 템퍼링 처리재의 수명을 1.0으로 한 경우의 비율로 각 재료의 수명치를 기술했다.

＜탄화물＞

강철 중에 존재하는 탄화물 측정에는, 스러스트형 전동 피로 수명 시험편을 사용했다. 각종 열 처리를 실시하여 스러스트형 전동 피로 수명 시험편에 가공된 시험편에 있어서, 링 횡단면을 절단하여, 조직 관찰용 마이크로 시험편을 제조했다. 이 시험편을 경면으로 마무리하고, 더욱이 탄화물 관찰을 행하기 위해, 피크럴(picral) 부식액에 의해 부식했다. 이 마이크로 시료에 있어서, 전동면 표층으로부터 0.1mm 깊이에 있어서의 탄화물 관찰을 광학 현미경으로 실시하여, 시야 면적 50mm²에 있어서의 최대 탄화물을 측정했다.

상기 350℃ 템퍼링 경도, 상온 및 200℃에서의 전동 피로 수명, 이물 혼입 조건 하에서의 전동 피로 수명 및 최대 탄화물 치수의 결과를 본 발명의 예에 대해서는 표 3에, 비교예에 대해서는 표 4에 도시한다.

상기 표 3 및 표 4의 결과로부터 본 발명의 조성 범위를 갖는 본 발명의 예에서는, 350℃의 템퍼링 처리를 실시해도, 경도가 HRC58 이상이 되는 것이 판명되었다. 또, 본 발명의 예에서는, 단순한 담금질 템퍼링 처리(HT)를 실시한 경우라도, 비교예에 비해 상온 및 200℃에서의 전동 피로 수명 및 이물 조건 하에 있어서의 전동 피로 수명이 높아지는 것이 판명되었다. 또, 담금질 처리 대신 침탄 질화 처리를 실시한 경우라도, 뛰어난 전동 피로 수명이 얻어지는 것도 판명되었다. 또, 본 발명의 예에서는, 전동면 표층으로부터 0.1mm 깊이에 있어서의 탄화물의 최대 치수가 8.0μm 이하가 되는 것이 판명되었다.

이번에 개시된 실시예는 모든 관점에서 예시적인 것으로서, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허 청구 범위에 의해 나타나며, 특허 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

이상으로 설명한 바와 같이 본원 발명자들이 적합한 조성 원소 및 그 함유량을 발견함으로써, 담금질 템퍼링 처리를 함으로써, 침탄 질화 처리를 실시하지 않아도 이물 혼입 조건 하에서 뛰어난 전동 피로 수명이 얻어짐과 동시에, 고온(예를 들면 350℃)에서 템퍼링 처리를 실시해도 높은 경도를 얻을 수 있는 저렴한 고온용 회전 베어링 부품을 얻을 수 있었다.

본 발명은 이물 혼입 환경 하 및 고온 환경 하에서 사용되는 고온용 회전 베어링 부품에 유리하게 적용될 수 있다.

Claims (2)

1. 내륜, 외륜 및 전동체를 갖는 고온용 회전 베어링 부품에 있어서,

   합금 원소의 함유량이 질량%로, C를 0.6% 내지 1.3%, Si을 0.5% 내지 3.0%, Mn을 0.2% 내지 1.5%, P를 0.03% 이하, S를 0.03% 이하, Cr을 0.3% 내지 5,0%, Ni을 0.1% 내지 3.0%, Al을 0.050% 이하, Ti을 0.003% 이하, O를 0.0015% 이하, N를 0.015% 이하로 각 원소를 적어도 포함하며, 나머지 부분이 Fe로 이루어지는 강재로 이루어지고, 또한 담금질 처리 후 또는 침탄 질화 처리 후에 템퍼링 처리된 구성을 가지며, 또한 상기 템퍼링 처리 후의 경도가 HRC58 이상이며, 또한 최대 탄화물 치수가 8μm 이하인 것을 특징으로 하는 고온용 회전 베어링 부품.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 강재는 질량%로, 0.05% 이상 0.25% 미만의 Mo 및 0.05% 이상 1.0% 이하의 V 중 적어도 한 종류를 부가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 고온용 회전 베어링 부품.