JPH03254340A - 転動疲労寿命に優れた軸受用素材の製造方法 - 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） この発明は、自動車、その他産業機械等に用いられる転
がり軸受の素材として好適な、優れた転動疲労寿命特性
を有する軸受用素材の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、軸受用鋼としては、機械構造用炭素鋼、機械構造
用合金鋼および高炭素クロム軸受鋼などが使用されてい
る。

このうち高炭素クロム軸受鋼は、玉軸受、ころ軸受とし
て自動車、産業機械等に最も多く使用されている。この
鋼は、１ｗｔ％（以下単に％で示す）程度の炭素と０．
９〜１．６％程度のクロムが添加されており、連続鋳造
時、特に鋳片軸心部においてマクロ偏析（以下中心偏析
と称す）ならびに共晶炭化物が生威し、切断、打ち抜き
時における割れ発生を増大させると共に転動疲労寿命特
性を劣化させることから、素材中心部を打ち抜いて廃材
とするか、造塊法または長時間の拡散処理の実施により
共晶炭化物の消散を図ってから用いられていた。このた
め生産性や素材歩留りの低下を避けることができなかっ
た。

このような弊害をもたらす中心偏析および共晶炭化物は
、連続鋳造の場合、凝固先端部の凝固収縮のほか、凝固
シェルのバルジングなどによって生じる空隙の真空吸引
力が加わり、凝固先端部にＣ，Ｃｒ等の濃化溶綱威分が
吸い込まれることによって形成されたもので、製品加工
時の熱処理により、大型の共晶炭化物または球状化炭化
物の残留、残留オーステナイト量の増大およびこれらミ
クロ組織の不均一などが生じて、転動疲労寿命を低下さ
せる。

その防止策としては、例えば２次冷却帯域における電磁
撹拌等が試みられたが、セミミクロ偏析を軽減するまで
には至らず、また大型の共晶炭化物の消散には効果が無
い。

その他、凝固末期に一対のロールを用いて大圧下を施す
いわゆるインラインリダクション法（鉄と鋼　第６０年
（１９７４）第７号８７５〜８８４頁）の適用も試みら
れたが、未凝固層の大きい鋳片領域における圧下が不十
分だと、凝固界面に割れが発生し、逆に圧下が十分すぎ
る場合には鋳片の厚み方向中心部に強い負偏析が生じる
などの問題があった。

この点につき、特開昭４９−１２１７３８号公報では、
鋳片の凝固先端部付近でロール対による軽圧下を施し、
該部分の凝固収縮量を圧下により補償する方法が、また
特開昭５２−５４６２５号公報では、鍛造金型を用いて
鋳片の凝固完了点近傍を大圧下する方法が、それぞれ提
案されている。

しかしながらロールによる軽圧下の場合には、複数対の
ロールによる数ｍｍ／ｍの圧下を施したとしても、ロー
ルピッチ間で生じる凝固収縮やバルジングを十分に防止
することができず、また圧下位置が適切でなければかえ
って中心偏析が悪化するといった問題があった。

他方、鍛造金型を用いて鋳片の凝固完了点近傍を大圧下
する場合は、インラインリダクション法の如きロールに
よる大圧下に比べて凝固界面が割れにくく、また負偏析
さらには七稟マクロ偏析をも飛躍的に改善できることが
明らかになってはいるけれども、依然として未凝固層の
大きい鋳片領域での圧下が不十分であると凝固界面に割
れが発生し、逆に圧下が十分すぎると鋳片の中心部に強
い負偏析を生じる不利があり、さらには未凝固厚の小さ
い領域を圧下してもその効果が得られないことから、最
適な圧下条件を模索しているのが現状である゛。

（発明が解決しようとする課題） この発明は、上記技術の問題点を有利に解決するもので
、成分調整に併せ、連鋳条件に工夫を加えることにより
、高温長時間の均質化焼鈍を必要とすることなしに、従
来の高炭素クロム軸受鋼と同等以上の優れた転動疲労寿
命を有しかつ生産性の高い軸受用素材の有利な製造方法
を提案することを目的とする。

（課題を解決するための手段） すなわちこの発明は、 Ｃ：　０．６０〜１．５０％、 Ｓｉ　：　０．１５〜２．００％、 Ｍｎ　：　０．１５〜２．５０％、 Ｃｒ　：　０．０５〜１．００％およびＭｏ　：　０．
５０超〜１．５０％ を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる溶
鋼を、連続鋳造し、鋳片内部が凝固を完了するクレータ
エンド近傍にて圧下率５％以上の鍛圧加工を施し、つい
で熱間圧延を施すことからなる転動疲労寿命に優れた軸
受用素材の製造方法（第１発明）である。

またこの発明は、溶鋼の成分組成が、 Ｃ：０゜６０〜１．５０　％、 Ｓｉ　：　０．１５〜２．００　　％、Ｍｎ　：　０．
１５〜２．５０　　％、Ｃｒ　：　０．０５〜１．００
％およびＭｏ　：　０．５０超〜１．５０％ を含み、さらに Ｖ　：　０．０５〜０．５０％、 Ｎｂ　：　０．０５〜０．５０％、 Ｗ　：　０．０５〜０．５０％、 Ｎｉ　：　０．１０〜２．００％およびＣｕ　：　０．
０５〜１．００％ のうちかり選んだ１種または２種以上を含有し、残部は
Ｆｅおよび不可避′的不純物の組成になる転動疲労寿命
に優れた軸受用素材の製造方法（第２発明）である。

（作　用） まずこの発明において、素材の威分組威を上記の範囲に
限定した理由について説明する。

Ｃ：　０．６０〜１．５０％ Ｃは、基地に固溶することによって、強度、耐摩耗性ひ
いては転動疲労寿命特性を向上させる有用元素である。

しかしながらあまりに多すぎると巨大炭化物が生威し、
かえって転動疲労寿命を劣化させるだけでなく、さらに
その消散のため長時間の拡散焼鈍が必要となり生産性の
低下を招く。

そこで上記の点を勘案してＣ量は０．６０〜１．５０％
の範囲で添加するものとした。

Ｓｔ　：　０．１５〜２．００％ Ｓｉは、鋼の溶製時脱酸剤として作用するほか、基地に
固溶し焼戻しによる硬度低下を抑制して転動疲労寿命を
向上させる有用元素である。しかしながらあまりに多す
ぎると被削性ならびに鍛造性を劣化させるので、Ｓｉは
０．１５〜２．００％の範囲で添加するものとした。

Ｍｎ　：　０．１５〜２．５０％ Ｍｎは、鋼の焼入れ性を向上させることにより、基地靭
性の向上、ひいては鋼材の転動疲労寿命の向上に有効に
寄与する。しかしながら多すぎると被削性ならびに鍛造
性を劣化させるので、Ｍｎは０．１５〜２．５０％の範
囲で添加するものとした。

Ｃｒ　：　０．０５〜１．００％ Ｃｒは、焼入れ性を向上させ基地の強度および靭性を高
めると共に、炭化物の形威を助長し耐摩耗性を向上させ
るのに有効である。かかる効果は、０．０５％以上で顕
著になるのでこの値を下限とする。

しかしながら１．００％を超えると耐衝撃性および切削
性が劣化し、また添加コストが上昇する。さらに鋳造時
共晶炭化物を生威して、転動疲労寿命を低下させるばか
りでなく、この悪影響を解消するために、高温、長時間
の均質化処理が必要となる。

よって、１．００％を上限とした。

Ｍｏ　：　０．５０超〜１．５０％ Ｍｏは、焼入性を高めるだけでなく、強い固溶強化、析
出硬化機能を有することから、強度ならびに転動疲労寿
命の向上に有効に寄与する。しかしながら多すぎると切
削性を劣化させると共に、添加コストの上昇を招く。よ
って門０は０．５０超〜１．５０％き範囲で添加するも
のとした。

この発明では、上記した基本成分の他、必要に応じてＶ
、　Ｎｂ、　Ｗ、　ＮｉおよびＣｏのうちから選んだ１
種または２種以上を、強度向上成分として以下に述べる
範囲で添加することができる。

Ｖ、　Ｎｂ、　Ｗ　：０．０５〜０．５０％Ｖ、Ｎｂお
よびＷはそれぞれ、高温で安定した炭化物を形威し、転
動疲労寿命特性を向上させる。

しかし、多すぎると焼戻後の硬度が低下し、かえって転
動疲労寿命特性を劣化させる。よってＶ。

ＮｂおよびＷはそれぞれ、０．０５〜０．５０％の範囲
で添加するものとした。

Ｎｉ　：　０．１０〜２．００％ Ｎｉは、焼入れ性の向上に寄与するだけでなく、焼戻し
後の硬度低下を抑制させることから、強度および転動疲
労寿命の向上に有用な元素である。

しかしながらあまりに多すぎると、残留γが多量に生威
し焼戻し後の鋼材硬度を低下させる。よってＮｉはｏ、
　ｉｏ〜２．００％の範囲で添加するものとした。

Ｃｕ　：　０．０５〜１．００％ Ｃｕは、Ｎｉと同様、焼入れ性の向上に寄与するだけで
なく、焼戻し後の硬度低下を抑制させることから、強度
および転動疲労寿命の向上に有用な元素である。しかし
ながら含有量が多すぎる場合には鍛造性の劣化を招く。

よってＣｕは０．０５〜１．００％の範囲で添加するも
のとした。

なおその他、酸素量低減および介在物形態制御を目的と
してＡＩ、Ｃａ＋　Ｎａ、　　Ｋ、　ＭｇおよびＺｒの
うちから選んだ１種または２種以上を、また被削性向上
を目的としてＳＩ　Ｃａ、　ｐｂ、　　Ｂ、Ｂｉおよび
ＲＥＭのうちから選んだ１種または２種以上を、さらに
熱間強度向上を目的としてＰおよびＮのうちから選んだ
１種または２種を、またさらに脱炭低減を目的としてｓ
ｂをそれぞれ少量添加することもできる。

さて上述したような好適成分組成に調整した溶鋼を、連
続鋳造して鋳片とするが、この発明では、得られた連続
鋳造鋳片の内部溶鋼が凝固完了するクレータエンド近傍
にて圧下率：５％以上の鍛圧加工を施すことが肝要であ
り、かくして鋳片中心部における偏析の生成を防止する
のである。

ここに、上記の如き鍛圧加工によって、鋳片中心に相当
する位置での偏析が改善される理由は、次のとおりと考
えられる。

すなわち内部溶鋼の凝固末期には、大型の非金属介在物
を含んだ合金元素濃度の高い溶鋼がクレータエンド近傍
に存在するため、このまま凝固すると非金属介在物の残
存ならびに中心偏析が生じるわけであるが、凝固前に鍛
圧加工を施すと、かような非金属介在物を含む濃化溶鋼
は上方に押し出されるため、中心部の非金属介在物量な
らびに合金元素量はさほど上昇することはなく、その結
果、中心部における転動疲労寿命特性は向上する。

そして上記したとおり中心偏析や共晶炭化物が効果的に
抑制される結果、従来均熱炉を用いて行われていた拡散
焼鈍処理時間が大幅に短縮されるのである。

第１図に、Ｃ：　１．０１％、Ｓｉ　：　０．８０％、
Ｍｎ　：　０．４５％、Ｃｒ　：　０．２５％およびＭ
ｏ　：　０．８０％を含有するＭ戒になる溶鋼の連続鋳
造に際し、連続鋳造中に連続的に鍛圧加工を行って得た
鋳片、あるいは鍛圧加工を行わない従来法により得られ
た鋳片をそれぞれ、棒鋼圧延により６５ｍｍφ棒鋼とし
、中心部（棒鋼の中心が試験片の表面にくるように試験
片を採取）における転動疲労寿命特性について調べた結
果を示す。

同図より明らかなように、棒鋼中心部材の転動疲労寿命
特性は、圧下率が５％以上の鍛圧加工を施すことによっ
て、かかる鍛圧加工を施さない従来法の５倍以上に向上
した。

従ってこの発明では、鍛圧加工による圧下率につき、５
％以上の範囲に限定したのである。とはいえ圧下率が６
０％を超えると圧延後の素材精度が低下するという問題
が生じるので、圧下率は６０％以下とするのが好ましい
。

（実施例） 第１表に示す化学成分になる種々の溶鋼を、転炉→連続
鋳造法により、第２表に示す条件下に処理して鋳片とし
た。

ついで均熱炉にて、１２４０℃、２ｈまたは２０ｈの均
質化処理を施したのち、６５ＩＩＩｌφ棒鋼に熱間圧延
後、球状化焼鈍処理を行い、Ｄ／４部および中心部（棒
鋼の中心が試験片の表面にくるように採取）より転動疲
労寿命試験片を採取し、焼入れ、焼戻し後、転動疲労寿
命試験を実施した。

転動疲労寿命試験は、円筒型転動疲労寿命試験機を用い
、ヘルツ最大接触応力６００ｋｇｆ／ｍｎ＋”、繰り返
し応力数４６２４０　ｃｐｍの条件で行い、試験結果は
ワイブル分布に従うものと仮定して確率紙上にまとめ、
綱材漱１の２０ｈ拡散焼鈍処理材のＤ／４部Ｌ１゜（累
積破損確立が１０％のときの、はく離までの応力負荷回
数）を１として、相対的に評価した。

得られた結果を第２表に併記する。

第２表より明らかなように、戒分組威範囲および鍛圧加
工における圧下率がこの発明の適正範囲を満足するもの
はいずれも、転動疲労寿命特性は鋼材ｌ！Ｌｌの２０ｈ
拡散焼鈍処理材（従来材）に比べて格段に向上している
。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、高温長時間の均質化焼鈍を
施す必要なしに、従来の鋼材よりも優れた転動疲労寿命
を有する軸受用素材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鍛圧加工における圧下率と転動疲労寿命特性
との関係を示したグラフである。 圧下キ（％）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．６０〜１．５０ｗｔ％、 Ｓｉ：０．１５〜２．００ｗｔ％、 Ｍｎ：０．１５〜２．５０ｗｔ％、 Ｃｒ：０．０５〜１．００ｗｔ％および Ｍｏ：０．５０超〜１．５０ｗｔ％ を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる溶
   鋼を、連続鋳造し、鋳片内部が凝固を完了するクレータ
   エンド近傍にて圧下率５％以上の鍛圧加工を施し、つい
   で熱間圧延を施すことを特徴とする転動疲労寿命に優れ
   た軸受用素材の製造方法。 ２、溶鋼の成分組成が、 Ｃ：０．６０〜１．５０ｗｔ％、 Ｓｉ：０．１５〜２．００ｗｔ％、 Ｍｎ：０．１５〜２．５０ｗｔ％、 Ｃｒ：０．０５〜１．００ｗｔ％および Ｍｏ：０．５０超〜１．５０ｗｔ％ を含み、さらに Ｖ：０．０５〜０．５０ｗｔ％、 Ｎｂ：０．０５〜０．５０ｗｔ％、 Ｗ：０．０５〜０．５０ｗｔ％、 Ｎｉ：０．１０〜２．００ｗｔ％および Ｃｕ：０．０５〜１．００ｗｔ％ のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、残部は
   Ｆｅおよび不可避的不純物の組成になる請求項１記載の
   軸受用素材の製造方法。