JPH0254739A - 加工性に優れ、かつ球状化焼鈍処理を簡略化または省略可能な軸受用鋼 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は加工性に優れた軸受用鋼に関し、さらに詳しく
は、軸受の素材として広く使用されてきている高炭素ク
ロム軸受鋼と同等の特性を有し、かっ、切削性および冷
間加工性、温間加工性に優れ、さらに、切削加工や冷間
加工、温間加工前に行なわれている球状化焼鈍処理を簡
略化したりまたは省略することが可能な加工性に優れた
軸受用鋼に関するものである。

［従来技術］ 従来、軸受部品はＪＩＳ　Ｇ　４８０５に規定されてい
る５ＵＪ２に代表される高炭素クロム軸受鋼を素材とし
、球状化焼鈍を行なった後、切削加工や冷間加工、温間
加工を行ない軸受部品に成形加工し、その後、焼入れ、
焼戻し処理をして組織を数％の球状炭化物と数％の残留
オーステナイトおよび残りがマルテンサイトになるよう
に調整して、転勤疲労性や耐摩耗性、寸法安定性等軸受
に要求される特性を確保してきている。

しかし、近年になって、切削加工法によって成形加工さ
れていた軸受部品が、鋼材の歩留り向上を狙って、従来
に比してさらに複雑な形状にまで冷間加工、温間加工を
行なって成形加工されるようになってきている。

この場合、従来の高炭素クロム軸受鋼を使用すると加工
性に問題があり、加工時に割れが発生することがあり、
また、切削加工の分野においても工具材質が改善されて
、より高速に切削される傾向にあるが、この時も、従来
の高炭素クロム軸受鋼では工具寿命が低下し、切削性の
面で問題がある。

さらに、軸受部品の成形加工前には球状化焼鈍処理が必
ず行なわれているが、この処理は加工性の改善を図ると
共に、軸受部品として転勤疲労性等の特性を確保するた
めに、焼入れ、焼戻し後に残留する球状化炭化物が微細
、かつ、均一に分散するように制御するために行なうも
のである。

しかし、球状化焼鈍はその処理に長時間を要することか
ら、省エネルギー、部品の製造コストの低減のために、
焼鈍を簡略化または省略したい等の要望がある。

これらの要望に対して、特開昭６０−１９４０４７号公
報に記載されているような、耐久寿命、冷間加工性に優
れた高品質の軸受鋼が提案されているが、球状化焼鈍を
省略または簡略化した場合、切削性、冷間加工性、温間
加工性および転勤疲労性が低下することは否めず、従っ
て、球状化焼鈍を行なった高炭素クロム軸受鋼と同等の
特性を持ち、さらに、球状化焼鈍処理を簡略化したり、
また、省略しても加工性か低下しない軸受鋼が強く望ま
れているのである。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記に説明した従来の高炭素クロム軸受鋼の種
々の問題点に鑑み、本発明者が鋭意研究を行ない、検討
を重ねた結果、従来の高炭素クロム軸受鋼と同等の軸支
持性を有し、転勤疲労性等の軸支持性および切削性、冷
間加工性および温間加工性の改善を図ると共に、球状化
焼鈍を簡略化または省略しても、切削性、冷間加工性、
温間加工性が高炭素クロム軸受鋼と同等とするために、
鋼の含有成分および含有割合を調整して、軸受部品とし
て最ら重要である転勤疲労性が優れた加工性に富む軸受
用鋼を開発したのである。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る加工性に優れた軸受用鋼は、（１）　　Ｃ
０．４５〜０．７０ｗｔ％、Ｓ　ｉ　０．１０〜２．０
ｗｔ％、Ｍｎ　０．２０〜２．０ｗｔ％、Ｐ　０．０１
５ｗｔ％以下、Ｓ　０．０１５ｗｔ％以下、Ｃｒ　２．
０ｗｔ％以下、Ａ　ｌ　０．０１５〜０．０６０ｗｔ％
、Ｎ　０．００３〜０．０２０ｗｔ％、Ｔｉ　０．００
２０ｗｔ％以下、００．００１５ｗｔ％以下 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを
特徴とする加工性に優れた軸受用鋼を第１の発明とし、 （２）　　Ｃ０．４５〜０，７０ｗｔ％、Ｓ　ｉ　０．
１０〜２．０ｗｔ％、Ｍｎ　０．２０〜２．０ｗｔ％、
Ｐ　０．０１５ｗｔ％以下、Ｓ　０．０１５ｗｔ％以下
、Ｃｒ　２．０ｗｔ％以下、Ａ　Ｉ　０．０１５〜０．
０６０ｗｔ％、Ｎ　０．００３〜０．０２０ｗｔ％、Ｔ
ｉ　０．００２０ｗｔ％以下、００．００１５ｗｔ％以
下 を含有し、さらに、 Ｎｉ　２．０ｗｔ％以下、Ｍｏ　１．０ｗｔ％以下、Ｃ
ｕ　１．０ｗｔ％以下、Ｖ　０．０１〜０．３０ｗｔ％
、Ｎｂ　０．０１〜０．３０ｗｔ％ の内から選んだ１種または２種以上 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを
特徴とする加工性に優れた軸受用鋼を第２の発明とする
２つの発明よりなるものである。

本発明に係る加工性に優れた軸受用鋼について、以下詳
細に説明する。

本発明に係る加工性に優れた軸受用鋼においては、転勤
疲労性を改善するため０．Ｔｉの含有量を極力低くして
転勤疲労性に悪影響をおよぼすＡ　Ｉ　ｔ　Ｏ３および
ＴｉＮの含有量を高炭素クロム軸受鋼と同等以下となる
ようにし、かつ、焼入れ、焼戻し後の硬さがＨＲＣ５８
を満足する範囲内で組織をマルテンサイ、トと数％の残
留オーステナイトに調整することによって、高炭素クロ
ム軸受鋼と同等の転勤疲労性が得られることを知見した
。

このことは、焼入れ、焼戻し後、球状化炭化物を残留さ
けなくても、充分な転勤疲労性が得られ、かつ、素材の
Ｃ含有量を低減することを意味し、上記の条件を満足す
る焼入れ、焼戻し材について転勤疲労性以外の耐摩耗性
、寸法安定性等の軸受特性を調査したところ、従来の高
炭素クロム軸受鋼と同等であることが判明した。

このような、鋼材において、球状化焼鈍および焼ならし
処理を行ない、切削性、冷間加工性、温間加工性を調査
したところ、球状化焼鈍（オについては高炭素クロム軸
受鋼に比べて、切削性、冷間加工性および温間加工性が
改筈されており、焼ならし材については球状化焼鈍を行
なった高炭素クロム軸受鋼と同等であり、即ち、切削性
についてはＣ含有量を減少させて切削抵抗を低くし、０
含有量を減少させることによってＡｌｚＯ３による工具
摩耗が抑えることができ、また、冷間加工性および温間
加工性については、Ｃ含有量を減少させて冷間加工時の
変形抵抗を低くし、冷間加工時および温間加工時の変形
能を向上さＵｏ、さらに、０含有量を減少させることに
よって、冷間加工時および温間加工時の割れの起点とな
るＡｌｚｏ３の生成量を抑制することができるのである
。

本発明に係る加工性に優れた軸受用鋼の含有成分および
含有割合について説明する。

Ｃは焼入れ、焼戻し後の硬さがＨＲＣ５８以」二を確保
して、転勤疲労性等の軸受特性を得るのに必須の元素で
あり、含有量が０．４５ｗｔ％未満ではこのような効果
は期待できず、また、０．７０ｗｔ％を越えて含有され
ると切削性、冷間加工性、温間加工性が低下し、焼入れ
、焼戻し後に残留オーステナイト量が増加し、軸受とし
て使用中に残留オーステナイトの分解による寸法の変化
が顕著となる。

よって、Ｃ含有量は０，４５〜Ｑ、７０ｗｔ％とする。

Ｓｉは脱酸の他に焼入れ性および焼戻し軟化抵抗性を向
上させる元素であり、含有量が０，１０ｗｔ５未満では
この効果は少なく、また、２．０ｗｔ％を越えて含有さ
れると切削性、冷間加工性および温間加工性か著しく低
下し、焼入れ時に生成した残留オーステナイトが焼戻し
時に分解し難くし、残留オーステナイトが多里に残るた
め寸法安定性が低下する。よって、Ｓｉ含有量は０，１
０〜２．０ｗｔ％とする。

Ｍｎは脱酸、脱硫元素であり、焼入れ性を向上させる元
素であり、含有量が０　、２０ｗｔ％未満ではこのよう
な効果は期待できず、また、２．０ｗｔ％を越えて含有
されてもそれ以上の効果は少なく、切削性、冷間加工性
が低下する。よって、Ｍｎ含有量は０．２０〜２．０ｗ
ｔ％とする。

Ｐは靭性を低下させる元素であるから、このＰ含有量は
極力低減させる必要があり、従って、Ｐ含有量は０．０
１５ｗｔ％以下とする。

Ｓは殆どが鋼中においてＭｎＳの形で含有されており、
切削性を向上させる元素であり、０含有量が少ない場合
には転勤疲労性を低くし、また、冷間加工性、温間加工
性にも悪影響を及ぼす。よって、これらの点を考慮して
Ｓ含有量は０．０１５ｗｔ％とする。

Ｃｒは焼入れ性を向上させる元素であり、含有量が２．
０ｗｔ％を越えて含有されると切削性、冷間加工性およ
び温間加工性を低下させる。よって、Ｏｒ含有量は２．
０ｗｔ％以下とする。

Ａｌは脱酸と結晶粒の微細化に有効な元素であり、含有
量が０．０１５ｗｔ％未満ではこのような効果は少なく
、また、０．０６Ｑｗｔ％を越えて含有されると結晶粒
の微細化効果は飽和してしまい、さらに多く含有される
と逆に結晶粒が成長し易くなる。

よッテ、ＡＩ含有量は０．０１５〜０．０６０ｗｔ％と
する。

ＮはＡＩおよびＶ等に結合して窒化物を生成し、結晶粒
を微細化して鋼の強靭化を図る元素であり、含有量が０
．００３ｗｔ％未満ではこのような効果は少なく、また
、０．０２０ｗｔ％を越えて含有されると冷間加工性お
よび温間加工性をて低下させる。よって、Ｎ含有量は０
．００３〜０．０２０ｗｔ％とする。

ＴｉはＮと結合して粗大なＴｉＮを生成し、転勤疲労性
、冷間加工性、温間加工性を低下させる元素であり、そ
のためＴｉ含有量は極力低くする必要がある。よって、
Ｔｉ含有量は０．００２０ｗｔ％以下とする。

○はＡＩ、Ｓｉ等と結合して鋼中において酸化物系介在
物を生成する元素であり、鋼中における含有量が多くな
ると転勤疲労性を低下させると共に、切削性、冷間加工
性および温間加工性に悪影響をおよぼすので、０含有量
は極力低減する必要がある。よって、０含有量は０．０
０１５ｗｔ％とする。

Ｎｉ５Ｍｏは共に焼入れ性を増加させる元素であり、質
量の大きな部品における焼入れ、焼戻し処理を容易にす
る元素であり、Ｎｉ含有債が２，０ｗｔ％およびＭｏ含
有量が１．０ｗｔ％をそれぞれ越えると、切削性、冷間
加工性および温間加工性を低下させ、さらに、焼入れ、
焼戻し後に残留オーステナイトが多量に発生し、寸法安
定性が劣化する。

よって、Ｎｉ含有量は２．Ｏｗｔ％以下、Ｍｏ含有量は
１．０ｗｔ％以下とする。

Ｃｕは焼入れ性、耐蝕性を増加させる元素であり、かつ
、時効硬化によって耐摩耗性を向上させる元素であり、
含有量が１，０ｗｔ％を越えて含有されると赤熱脆性を
助長して熱間加工時に割れが発生する。よって、Ｃｕ含
有量は１．０ｗｔ％とする。

Ｖ、Ｎｂは鋼中のＣ，Ｎと結合して炭窒化物を生成し、
結晶粒を微細化して転勤疲労寿命を向上させ、靭性を増
大させる元素であり、そのために、■含有量とＮｂ含有
量は０．０１ｗｔ％未満ではこのような効果は少なく、
０，３０ｗｔ％を越えて含有されると結晶粒の微細化効
果の増大が認められない。よって、■含有量は０．０１
〜０．３０ｗｔ％およびＮｂ　０．０１〜０．３０ｗｔ
％とする。

［実　施　例］ 本発明に係る加工性に優れた軸受用鋼の実施例を説明す
る。

実施例 第１表に示す含有成分および含有割合の本発明に係る加
工性に優れた軸受用Ｍｌ〜４および比較鋼５γ１０に適
用する鋼を、小型真空炉において溶製した。

比較鋼１０はＪＩＳの５ＵＪ２であり、鋳造後１２００
°Ｃ×２０時間の条件でツーキング処理を行ない、巨大
炭化物の拡散消失処理を行なった。

これらの鋼を熱間鍛造によりφ６０ｍｍ、φ８０ｍｍ、
φ２５ｍｍの丸棒に鍛伸し、以下に示す条件により各々
Ａ・球状化焼鈍、Ｓ　：焼なまし、Ｃ：焼ならしを行な
った。

Ａ　：　７６０°Ｃ’Ｃ２時間→６８０°Ｃまで炉冷、
その後、空冷 Ｂ　：　８５０℃×１時間→炉冷 Ｃ：　８５０℃×１時間−炉冷 直径８０ｍｍの丸棒については、以下に示す条件により
、超硬工具による旋削試験を行なって、切削性を評価し
た。

使用工具二Ｐ１０ 切削速度：　１５０ｍ／ｍｉｎ 送り　　　：　　０　、２５　ｍｍ／ｒｅｖ切込み　：
１．５ｍｍ 切削油　、無しく乾式） ％式％ 直径２５開の丸棒については、第１図に示す試験片に機
械加工し、冷間加工性および温間加工性を評価した。第
１図（ａ）は試験片の平面図と側面図で、第１図（ｂ）
は第１図（ａ）のＡ部分の拡大図である。Ｄは２０ｍｍ
、Ｈは３０ｍｍ０ 冷間加工性および温間加工性のうち、変形抵抗のについ
ては、切欠きをつけていない試験片（ＶＯｍｍ）を用い
て、各々２５°Ｃ０７００℃の温度において圧縮率６０
％の条件で拘束圧縮変形させた時の変形抵抗により評価
した。また、冷間加工性および温間加工性のうち変形能
については、切欠きをつけた試験片（Ｖ　＝　０　、３
　ｍｍ）を用いて、各々２５℃、７００℃の温度で圧縮
率２．５％ずつ変化させて、拘束圧縮変形を加え、割れ
の発生が認められる最低の圧縮率（割れ限界圧縮率）に
より評価した。

さらに、各鋼の転勤疲労性を評価するため、横断面より
直径６０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板を切り出し、直径６５
ｍｍの丸棒を８５０℃×１時間／油冷（鋼ｌＯのみ８３
０℃×１時間／油冷）、１５０℃×２時間／空冷の条件
により、焼入れ、焼戻し処理を行なって、ラッピング加
工した後、面圧５００ｋｇｆ／ｍｍ”の条件で転勤疲労
試験を実施した。

これら試験片の転勤疲労性、切削性、冷間加工性、温間
加工性についての試験結果について第２表に示す。なお
、転勤疲労性については、鋼ｌＯのＢ１０（１０％累積
破損率）、Ｂ１１（５０％累積破損率）を１とした時の
指数で示したものである。

この第２表の結果から以下説明することが明らかである
。

即ち、本発明に係る加工性に優れた軸受用鋼Ｎｏ、ｌ〜
Ｎｏ、４は加工前の熱処理法の種類に関係なく、何れの
場合においても転勤疲労性はＮｏ。

１０の５ＵＪ２と同等であり、また、切削性、冷間加工
性、温間加工性は加工前に球状化焼鈍を行なった場合に
５ＵＪ２より優れており、焼きなまし処理、焼きならし
処理を行なった場合には５ＵＪ２と同等である。

また、Ｃ含有量の少ないＮｏ、５は、加工前の熱処理の
種類に拘わらず切削性、冷間加工性、温間加工性ともに
５ＵＪ２と同等以上であるが、軸受部品としての最も重
要である転勤疲労性は５ＵＪ２より劣っている。

そして、Ｃ含有量の多いＮ０１６は加工前の熱処理の種
類に拘わらず転勤疲労性はＳＵＪ　２と路間等であるが
、切削性、冷間加工性、温間加工性とも焼きなまし処理
、焼きならし処理を行なった場合には５ＵＪ２より低く
、球状化焼鈍を行なった場合には５ＵＪ２と同等になる
。

また、Ｓ含有量の多いＮ０１７については、切削性の面
ではＳＵＪ　２より優れているが、転勤疲労性と冷間加
工および温間加工時の変形能の点で５ＵＪ２より劣って
いる。

さらに、Ｔｉ含有虫とＣ含有量の多いＮｏ、８、Ｎｏ、
９は何れも転勤疲労性、切削性、冷間加工性、温間加工
性は共に５ＵＪ２以下である。

［発明の効果Ｊ 以上説明したように、本発明に係る加工性に優れた軸受
用鋼は上記の構成を有しているものであるから、軸受と
して最も重要な特性である転動疲労性に極めて優れてお
り、さらに、切削性、冷間加工性および温間加工性にも
優れているという効果を有しているものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る加工性に優れた軸受用鋼の実施例
における冷間加工性および温間加工性を評価するための
試験片形状を示す図である。 第１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ０．４５〜０．７０ｗｔ％、Ｓｉ０．１０〜２
   ．０ｗｔ％、Ｍｎ０．２０〜２．０ｗｔ％、Ｐ０．０１
   ５ｗｔ％以下、Ｓ０．０１５ｗｔ％以下、Ｃｒ２．０ｗ
   ｔ％以下、Ａｌ０．０１５〜０．０６０ｗｔ％、 Ｎ０．００３〜０．０２０ｗｔ％、Ｔｉ０．００２０ｗ
   ｔ％以下、Ｏ０．００１５ｗｔ％以下 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを
   特徴とする加工性に優れた軸受用鋼。
2. （２）Ｃ０．４５〜０．７０ｗｔ％、Ｓｉ０．１０〜２
   ．０ｗｔ％、Ｍｎ０．２０〜２．０ｗｔ％、Ｐ０．０１
   ５ｗｔ％以下、Ｓ０．０１５ｗｔ％以下、Ｃｒ２．０ｗ
   ｔ％以下、Ａｌ０．０１５〜０．０６０ｗｔ％、 Ｎ０．００３〜０．０２０ｗｔ％、Ｔｉ０．００２０ｗ
   ｔ％以下、Ｏ０．００１５ｗｔ％以下 を含有し、さらに、 Ｎｉ２．０ｗｔ％以下、Ｍｏ１．０ｗｔ％以下、Ｃｕ１
   ．０ｗｔ％以下、Ｖ０．０１〜０．３０ｗｔ％、Ｎｂ０
   ．０１〜０．３０ｗｔ％ の内から選んだ１種または２種以上 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを
   特徴とする加工性に優れた軸受用鋼。