JPH09329147A - 耐水性長寿命転がり軸受 - Google Patents
耐水性長寿命転がり軸受Info
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- JPH09329147A JPH09329147A JP8204545A JP20454596A JPH09329147A JP H09329147 A JPH09329147 A JP H09329147A JP 8204545 A JP8204545 A JP 8204545A JP 20454596 A JP20454596 A JP 20454596A JP H09329147 A JPH09329147 A JP H09329147A
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
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- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
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- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】転がり軸受の耐久寿命は、潤滑剤中に１００ｐ
ｐｍ程度の微量水分が混入しても耐久寿命が３２〜４８
％も低下する。従来のシールによる防水対策では完全と
はいえない。 【解決手段】内輪，外輪及び転動体の各構成部品の少な
くとも一つの部品を、Ｃｕ；０．０５〜０．６０重量
％，Ｃ；０．１０〜１．１０重量％を必須成分として含
有し、さらにＮｂ又はＶ；０．２重量％以下を含む合金
鋼により形成した。当該合金鋼は、鋼表面での水素発生
量を減少させ、さらに水素の透過し難い被膜を形成して
鋼中へ侵入する水素量を低減することにより水素脆性フ
レーキングの発生を遅延させる機能を有し、これにより
潤滑剤中に水が混入する環境下で長寿命を有する耐水性
転がり軸受が得られる。
ｐｍ程度の微量水分が混入しても耐久寿命が３２〜４８
％も低下する。従来のシールによる防水対策では完全と
はいえない。 【解決手段】内輪，外輪及び転動体の各構成部品の少な
くとも一つの部品を、Ｃｕ；０．０５〜０．６０重量
％，Ｃ；０．１０〜１．１０重量％を必須成分として含
有し、さらにＮｂ又はＶ；０．２重量％以下を含む合金
鋼により形成した。当該合金鋼は、鋼表面での水素発生
量を減少させ、さらに水素の透過し難い被膜を形成して
鋼中へ侵入する水素量を低減することにより水素脆性フ
レーキングの発生を遅延させる機能を有し、これにより
潤滑剤中に水が混入する環境下で長寿命を有する耐水性
転がり軸受が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐水性長寿命転が
り軸受に係り、特に軸受の潤滑剤中に水が侵入しても優
れた耐久寿命を示し、圧延機用ロールネック軸受や自動
車のエンジン用水ポンプ軸受等として好適な転がり軸受
に関する。
り軸受に係り、特に軸受の潤滑剤中に水が侵入しても優
れた耐久寿命を示し、圧延機用ロールネック軸受や自動
車のエンジン用水ポンプ軸受等として好適な転がり軸受
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、転がり軸受の耐久寿命は、潤滑
剤中に水分が混入すると低下する。例えば、僅か１００
ｐｐｍの水が潤滑剤中に混入すると、３２〜４８％も耐
久寿命が低下する（参考文献；Schatzberg,P.and Felse
n,I.M.:Effects of water andoxygen during rolling c
ontact lubrication,Wear,12(1968),pp.331-342、およ
びSchatzberg,P.and Felsen,I.M.:Influence of water
on fatigue failure lo-cation and surface alteratio
n during rolling contact lubrication,Journalof Lub
rication Technology,ASME Trans.F,91,2(1969),PP.301
-307)。
剤中に水分が混入すると低下する。例えば、僅か１００
ｐｐｍの水が潤滑剤中に混入すると、３２〜４８％も耐
久寿命が低下する（参考文献；Schatzberg,P.and Felse
n,I.M.:Effects of water andoxygen during rolling c
ontact lubrication,Wear,12(1968),pp.331-342、およ
びSchatzberg,P.and Felsen,I.M.:Influence of water
on fatigue failure lo-cation and surface alteratio
n during rolling contact lubrication,Journalof Lub
rication Technology,ASME Trans.F,91,2(1969),PP.301
-307)。
【０００３】したがって、圧延機用ロールネック軸受や
水ポンプ軸受等の水と接触する環境で使用される軸受
は、耐久寿命の低下を防止するために、水が入らないよ
うな密封対策が施される。例えば、圧延機用ロールネッ
ク軸受用の密封対策として、特公昭５５−２２６４８号
に、例えばオイルシールのような接触型シールで軸受の
両端部を封止した構造のものが開示されている。また、
特開昭５９−２２３１０３号には、屈曲した狭い僅かの
すき間を有する非接触型シールにより軸受の両端部を封
止した構造のものが開示されている。
水ポンプ軸受等の水と接触する環境で使用される軸受
は、耐久寿命の低下を防止するために、水が入らないよ
うな密封対策が施される。例えば、圧延機用ロールネッ
ク軸受用の密封対策として、特公昭５５−２２６４８号
に、例えばオイルシールのような接触型シールで軸受の
両端部を封止した構造のものが開示されている。また、
特開昭５９−２２３１０３号には、屈曲した狭い僅かの
すき間を有する非接触型シールにより軸受の両端部を封
止した構造のものが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記公報開示の技術に
おける軸受密封対策は、従来のものに比べれば密封性は
向上しているものの、軸受の耐久寿命という観点からみ
るとまだまだ不十分である。すなわち、接触型シールを
もつ軸受においては、軸受温度が低下する際の軸受内空
気の収縮により外部の水分が吸引されてしまい、シール
があっても水の侵入を完全には防止できない。一方、非
接触型シールをもつ軸受においては、シールのすき間か
ら水が侵入してしまうという問題点が依然として残って
いる。
おける軸受密封対策は、従来のものに比べれば密封性は
向上しているものの、軸受の耐久寿命という観点からみ
るとまだまだ不十分である。すなわち、接触型シールを
もつ軸受においては、軸受温度が低下する際の軸受内空
気の収縮により外部の水分が吸引されてしまい、シール
があっても水の侵入を完全には防止できない。一方、非
接触型シールをもつ軸受においては、シールのすき間か
ら水が侵入してしまうという問題点が依然として残って
いる。
【０００５】先に述べたように、潤滑剤中に混入した僅
か１００ｐｐｍの水が軸受の耐久寿命低下に大きく影響
するのであるから、水の混入を皆無にしない限りシール
の効果は無いと言える。
か１００ｐｐｍの水が軸受の耐久寿命低下に大きく影響
するのであるから、水の混入を皆無にしない限りシール
の効果は無いと言える。
【０００６】しかるに、従来は、なぜ水がこれほど大き
く転がり耐久寿命を低下させるのかという理由はわから
なかった（例えば、文献；Ioannides,E. and Jacobson,
B. :Dirtylubricants-reduced bearing life,Ball Bear
ing Journal,special '89(1989),pp.22-27) ので、材料
学的な観点からの根本的な寿命延長策をとることが出来
ず、もっぱら密封シールの性能向上により水の侵入を防
ごうとする対症療法的な不十分な対策しかとれなかった
のである。
く転がり耐久寿命を低下させるのかという理由はわから
なかった（例えば、文献；Ioannides,E. and Jacobson,
B. :Dirtylubricants-reduced bearing life,Ball Bear
ing Journal,special '89(1989),pp.22-27) ので、材料
学的な観点からの根本的な寿命延長策をとることが出来
ず、もっぱら密封シールの性能向上により水の侵入を防
ごうとする対症療法的な不十分な対策しかとれなかった
のである。
【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
着目してなされたものであり、主に鋼表面での水素発生
量を減少させ、さらに水素の透過し難い被膜を形成して
鋼中へ侵入する水素量を低減せしめ水素脆性フレーキン
グの発生を遅延させる優れた機能を有する材料を用いる
ことにより、潤滑剤中に水が混入する環境下でも寿命の
長い耐水性長寿命転がり軸受を提供することを目的とす
る。
着目してなされたものであり、主に鋼表面での水素発生
量を減少させ、さらに水素の透過し難い被膜を形成して
鋼中へ侵入する水素量を低減せしめ水素脆性フレーキン
グの発生を遅延させる優れた機能を有する材料を用いる
ことにより、潤滑剤中に水が混入する環境下でも寿命の
長い耐水性長寿命転がり軸受を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願発明者らは、先ず転
がり軸受の転がり疲れへの水の影響について研究し、次
のような機構を明らかにした。 （１）腐食反応によって発生する水素が、軸受の軌道面
の旧オーステナイト結晶粒界より原子状態で侵入して粒
界を拡散していき、旧オーステナイト結晶粒界と交差す
る非金属介在物と素地材料間の空隙で水素分子化すなわ
ちガス化する。 （２）水素ガス量が増加するにつれて空隙内の圧力が高
まり、さらに転動体が当該空隙上を通過することにより
一層圧力が高まったときに、軌道面とほぼ平行に空隙を
押し広げるようにクラックが発生して水素ガスの圧力を
下げる。 （３）しばらくすると、再度水素ガス量が増加してくる
ので再度クラックを進展させ、空隙内の圧力を下げる。 （４）この空隙内圧力上昇とクラックの進展による空隙
内圧力の下降とを繰り返しながらクラックは進展してい
き、最終的にフレーキングを発生する。このようなクラ
ック進展を繰り返すため、フレーキングの破面は起点と
なる酸化物系介在物を中心に年輪状の模様となる。多く
の場合、起点となる非金属介在物はフレーキング発生の
際に脱落してしまうので、その検出は困難である。
がり軸受の転がり疲れへの水の影響について研究し、次
のような機構を明らかにした。 （１）腐食反応によって発生する水素が、軸受の軌道面
の旧オーステナイト結晶粒界より原子状態で侵入して粒
界を拡散していき、旧オーステナイト結晶粒界と交差す
る非金属介在物と素地材料間の空隙で水素分子化すなわ
ちガス化する。 （２）水素ガス量が増加するにつれて空隙内の圧力が高
まり、さらに転動体が当該空隙上を通過することにより
一層圧力が高まったときに、軌道面とほぼ平行に空隙を
押し広げるようにクラックが発生して水素ガスの圧力を
下げる。 （３）しばらくすると、再度水素ガス量が増加してくる
ので再度クラックを進展させ、空隙内の圧力を下げる。 （４）この空隙内圧力上昇とクラックの進展による空隙
内圧力の下降とを繰り返しながらクラックは進展してい
き、最終的にフレーキングを発生する。このようなクラ
ック進展を繰り返すため、フレーキングの破面は起点と
なる酸化物系介在物を中心に年輪状の模様となる。多く
の場合、起点となる非金属介在物はフレーキング発生の
際に脱落してしまうので、その検出は困難である。
【０００９】本発明では、軸受のこのようなフレーキン
グを、以下“水素脆性フレーキング”と仮称する。通常
のフレーキングでは、ある一定の大きさ以上の一部の非
金属介在物が早期フレーキングの起点となるのに対し、
水素脆性フレーキングでは全ての無数の非金属介在物が
早期フレーキングの起点となる。いま、無数の非金属介
在物をたとえ半減させたとしても、なお無数の非金属介
在物が存在するのであるから、材料鋼の高清浄度化によ
る軸受の長寿命化は不可能である。
グを、以下“水素脆性フレーキング”と仮称する。通常
のフレーキングでは、ある一定の大きさ以上の一部の非
金属介在物が早期フレーキングの起点となるのに対し、
水素脆性フレーキングでは全ての無数の非金属介在物が
早期フレーキングの起点となる。いま、無数の非金属介
在物をたとえ半減させたとしても、なお無数の非金属介
在物が存在するのであるから、材料鋼の高清浄度化によ
る軸受の長寿命化は不可能である。
【００１０】本願発明者らは以上のように明らかになっ
た機構に基づいて、本願発明をなすに至ったものであ
る。本発明の請求項１に係る転がり軸受は、潤滑剤中に
水が混入する環境下で使用される転がり軸受であって、
内輪，外輪及び転動体の少なくとも一つが、成分組成中
に、０．０５〜０．６０重量％のＣｕ、及び０．１０〜
１．１０重量％のＣを必須的に含み、かつ、０．２重量
％以下のＮｂ及びＶのいずれかを選択的に含む合金鋼に
より形成されることを特徴とする。
た機構に基づいて、本願発明をなすに至ったものであ
る。本発明の請求項１に係る転がり軸受は、潤滑剤中に
水が混入する環境下で使用される転がり軸受であって、
内輪，外輪及び転動体の少なくとも一つが、成分組成中
に、０．０５〜０．６０重量％のＣｕ、及び０．１０〜
１．１０重量％のＣを必須的に含み、かつ、０．２重量
％以下のＮｂ及びＶのいずれかを選択的に含む合金鋼に
より形成されることを特徴とする。
【００１１】前記合金鋼の好ましい成分組成として、更
に、Ｓｉ：０．１５〜０．５０重量％、Ｍｎ：０．３５
〜１．５０重量％、Ｃｒ：０．３５〜３．５重量％を含
むものとすることができる。
に、Ｓｉ：０．１５〜０．５０重量％、Ｍｎ：０．３５
〜１．５０重量％、Ｃｒ：０．３５〜３．５重量％を含
むものとすることができる。
【００１２】また、その他の成分組成として、次の元素
を含むものであってもよい。 Ｍｏ：１．１０重量％以下、Ｎｉ：４．５重量％以下、
Ｓ：０．００８重量％以下、０：０．００１５重量％以
下。
を含むものであってもよい。 Ｍｏ：１．１０重量％以下、Ｎｉ：４．５重量％以下、
Ｓ：０．００８重量％以下、０：０．００１５重量％以
下。
【００１３】また、 前記合金鋼の好ましい成分組成と
して、Ｐ：０．０３０〜０．１５０重量％、Ａｌ：０．
０２０〜０．０６０重量％、Ｎ：０．００５〜０．０１
５重量％をも含むものとすることができる。
して、Ｐ：０．０３０〜０．１５０重量％、Ａｌ：０．
０２０〜０．０６０重量％、Ｎ：０．００５〜０．０１
５重量％をも含むものとすることができる。
【００１４】ここで前記合金鋼として、前記成分組成の
材料を真空アーク再溶解法（ＶＡＲ法）またはエレクト
ロスラグ再溶解法（ＥＳＲ法）のいずれかの方法を用い
て製鋼したものを用いると、偏析の少ない均一な組織の
鋼が得られるので局所電池をなくし腐食が抑制され、従
って鋼表面での水素発生量を減少させることができて水
素脆性フレーキングの発生を遅延させるのに有効であ
る。
材料を真空アーク再溶解法（ＶＡＲ法）またはエレクト
ロスラグ再溶解法（ＥＳＲ法）のいずれかの方法を用い
て製鋼したものを用いると、偏析の少ない均一な組織の
鋼が得られるので局所電池をなくし腐食が抑制され、従
って鋼表面での水素発生量を減少させることができて水
素脆性フレーキングの発生を遅延させるのに有効であ
る。
【００１５】以下に、本発明に係る耐水性長寿命転がり
軸受に用いる合金鋼組成の成分限定理由を説明する。 ［Ｃｕ：０．０５〜０．６０重量％］本発明における合
金鋼の必須元素であるＣｕは、鋼の腐食を抑制して鋼表
面での水素発生量を減少させ、さらに水素の透過しにく
い被膜を形成して鋼中へ侵入する水素量を低減するの
で、水素脆性フレーキングの発生の遅延には極めて有効
である。但し、その含有量が０．０５重量％未満では効
果が無く、一方、０．６０重量％を超えると熱間加工性
を低下させる。
軸受に用いる合金鋼組成の成分限定理由を説明する。 ［Ｃｕ：０．０５〜０．６０重量％］本発明における合
金鋼の必須元素であるＣｕは、鋼の腐食を抑制して鋼表
面での水素発生量を減少させ、さらに水素の透過しにく
い被膜を形成して鋼中へ侵入する水素量を低減するの
で、水素脆性フレーキングの発生の遅延には極めて有効
である。但し、その含有量が０．０５重量％未満では効
果が無く、一方、０．６０重量％を超えると熱間加工性
を低下させる。
【００１６】よって、本発明に用いる合金鋼中のＣｕ量
は、０．０５重量％以上０．６０重量％以下の範囲とす
る。 ［Ｃ：０．１０〜１．１０重量％］本発明における合金
鋼の必須元素であるＣは、その含有量０．１０重量％未
満では浸炭あるいは浸炭窒化処理の時間が長すぎて製造
上の問題を生じる。一方、その含有量が１．１０重量％
を超えると軸受の寸法安定性が低下する。
は、０．０５重量％以上０．６０重量％以下の範囲とす
る。 ［Ｃ：０．１０〜１．１０重量％］本発明における合金
鋼の必須元素であるＣは、その含有量０．１０重量％未
満では浸炭あるいは浸炭窒化処理の時間が長すぎて製造
上の問題を生じる。一方、その含有量が１．１０重量％
を超えると軸受の寸法安定性が低下する。
【００１７】よって、本発明に用いる合金鋼中のＣ量
は、０．１０重量％以上１．１０重量％以下の範囲とす
る。 ［Ｎｂ又はＶ：０．２０重量％以下］本発明における合
金鋼の選択元素であるＮｂやＶは、旧オーステナイト結
晶粒を微細化させることにより、水素原子の通る結晶粒
界を多くつくるので、水素ガスをより多くの介在物に分
散させることになって水素脆性フレーキングの遅延に有
効である。必ずしも含有しなくてもＡｌ，Ｎなど同じ機
能を有する他の元素で同様の効果を得ることが可能であ
るが、Ｎｂ又はＶを含有することで軸受の耐水寿命に関
してより好ましい結果が得られるものである。しかし、
製鋼コストの関係からその上限を０．２重量％とする。
は、０．１０重量％以上１．１０重量％以下の範囲とす
る。 ［Ｎｂ又はＶ：０．２０重量％以下］本発明における合
金鋼の選択元素であるＮｂやＶは、旧オーステナイト結
晶粒を微細化させることにより、水素原子の通る結晶粒
界を多くつくるので、水素ガスをより多くの介在物に分
散させることになって水素脆性フレーキングの遅延に有
効である。必ずしも含有しなくてもＡｌ，Ｎなど同じ機
能を有する他の元素で同様の効果を得ることが可能であ
るが、Ｎｂ又はＶを含有することで軸受の耐水寿命に関
してより好ましい結果が得られるものである。しかし、
製鋼コストの関係からその上限を０．２重量％とする。
【００１８】［Ｐ：０．０３０〜０．１５０重量％］本
発明における合金鋼中のＰは、Ｃｕと同様に鋼の腐食を
抑制して鋼表面での水素発生量を減少させ、さらに水素
の透過しにくい被膜を形成して鋼中へ侵入する水素量を
低減するので、水素脆性フレーキングの発生の遅延には
極めて有効である。但し、その含有量が０．０３０重量
％未満では効果が無く、一方、０．１５０重量％を超え
ると鋼材が脆化してしまうので軸受材料として使用しに
くくなる。
発明における合金鋼中のＰは、Ｃｕと同様に鋼の腐食を
抑制して鋼表面での水素発生量を減少させ、さらに水素
の透過しにくい被膜を形成して鋼中へ侵入する水素量を
低減するので、水素脆性フレーキングの発生の遅延には
極めて有効である。但し、その含有量が０．０３０重量
％未満では効果が無く、一方、０．１５０重量％を超え
ると鋼材が脆化してしまうので軸受材料として使用しに
くくなる。
【００１９】よって、本発明に用いる合金鋼中のＰ量
は、０．０３０重量％以上０．１５０重量％以下の範囲
とする。但し、装置コストの点では上限を０．０２５重
量％以下とする方が好ましい。
は、０．０３０重量％以上０．１５０重量％以下の範囲
とする。但し、装置コストの点では上限を０．０２５重
量％以下とする方が好ましい。
【００２０】［Ａｌ：０．０２０〜０．０６０重量％］
本発明における合金鋼中のＡｌは、ＮｂやＶと同様に、
旧オーステナイト結晶粒を微細化させることにより、水
素原子の通る結晶粒界を多くつくるので、水素ガスをよ
り多くの介在物に分散させることになって水素脆性フレ
ーキングの遅延に有効である。但し、その含有量が０．
０２０重量％未満では結晶粒微細化に効果がなく、一
方、０．０６０重量％を超えると当該効果が飽和するの
で製鋼コストが上昇する。
本発明における合金鋼中のＡｌは、ＮｂやＶと同様に、
旧オーステナイト結晶粒を微細化させることにより、水
素原子の通る結晶粒界を多くつくるので、水素ガスをよ
り多くの介在物に分散させることになって水素脆性フレ
ーキングの遅延に有効である。但し、その含有量が０．
０２０重量％未満では結晶粒微細化に効果がなく、一
方、０．０６０重量％を超えると当該効果が飽和するの
で製鋼コストが上昇する。
【００２１】よって、本発明に用いる合金鋼中のＡｌ量
は、０．２０重量％以上０．６０重量％以下の範囲とす
る。 ［Ｎ：０．００５〜０．０１５重量％］本発明における
合金鋼中のＮは、Ａｌ，ＮｂやＶと同様に、旧オーステ
ナイト結晶粒を微細化させることにより、水素原子の通
る結晶粒界を多くつくるので、水素ガスをより多くの介
在物に分散させることになって水素脆性フレーキングの
遅延に有効である。但し、その含有量が０．００５重量
％未満では結晶粒微細化に効果がなく、一方、０．０１
５重量％を超えると当該効果が飽和するので製鋼コスト
が上昇する。
は、０．２０重量％以上０．６０重量％以下の範囲とす
る。 ［Ｎ：０．００５〜０．０１５重量％］本発明における
合金鋼中のＮは、Ａｌ，ＮｂやＶと同様に、旧オーステ
ナイト結晶粒を微細化させることにより、水素原子の通
る結晶粒界を多くつくるので、水素ガスをより多くの介
在物に分散させることになって水素脆性フレーキングの
遅延に有効である。但し、その含有量が０．００５重量
％未満では結晶粒微細化に効果がなく、一方、０．０１
５重量％を超えると当該効果が飽和するので製鋼コスト
が上昇する。
【００２２】よって、本発明に用いる合金鋼中のＮ量
は、０．００５重量％以上０．０１５重量％以下の範囲
とする。 ［Ｓｉ：０．１５〜１．１０重量％］本発明における合
金鋼中のＳｉは、製鋼上脱酸剤として添加するものであ
るが、その含有量が０．１５重量％未満では脱酸効果が
なく、一方、１．１０重量％を超えると浸炭あるいは浸
炭窒化のむらを生ずるので部分的に十分な硬さが得られ
ない。
は、０．００５重量％以上０．０１５重量％以下の範囲
とする。 ［Ｓｉ：０．１５〜１．１０重量％］本発明における合
金鋼中のＳｉは、製鋼上脱酸剤として添加するものであ
るが、その含有量が０．１５重量％未満では脱酸効果が
なく、一方、１．１０重量％を超えると浸炭あるいは浸
炭窒化のむらを生ずるので部分的に十分な硬さが得られ
ない。
【００２３】よって、本発明に用いる合金鋼中のＳｉ量
は、０．１５重量％以上１．１０重量％以下の範囲とす
る。但し、浸炭あるいは浸炭窒化をする際、これらの熱
処理を均一に行い均一な硬さを得るためには０．５重量
％以下とすることが望ましい。
は、０．１５重量％以上１．１０重量％以下の範囲とす
る。但し、浸炭あるいは浸炭窒化をする際、これらの熱
処理を均一に行い均一な硬さを得るためには０．５重量
％以下とすることが望ましい。
【００２４】本発明における合金鋼中のＭｎ，Ｃｒ，Ｍ
ｏ，Ｎｉの各元素は、いずれも鋼の焼入れ性の確保を目
的とした元素であり、その成分量限定理由は次の通りで
ある。
ｏ，Ｎｉの各元素は、いずれも鋼の焼入れ性の確保を目
的とした元素であり、その成分量限定理由は次の通りで
ある。
【００２５】［Ｍｎ：０．３５〜１．５重量％］Ｍｎに
ついては、０．３５重量％未満では焼入れ性効果が不十
分であり、一方、１．５重量％を超えると偏析による異
常組織が発生して製造中に割れを生じてしまう。
ついては、０．３５重量％未満では焼入れ性効果が不十
分であり、一方、１．５重量％を超えると偏析による異
常組織が発生して製造中に割れを生じてしまう。
【００２６】［Ｃｒ：０．３５〜３．５重量％］Ｃｒに
ついては、０．３５重量％未満では焼入れ性効果が不十
分であり、一方、３．５重量％を超えると浸炭あるいは
浸炭窒化のむらを生ずるので部分的に十分な硬さが得ら
れない。
ついては、０．３５重量％未満では焼入れ性効果が不十
分であり、一方、３．５重量％を超えると浸炭あるいは
浸炭窒化のむらを生ずるので部分的に十分な硬さが得ら
れない。
【００２７】［Ｍｏ］Ｍｏについては、含有しなくても
良い。含有した場合にその量が１．１０重量％を超える
と、偏析による異常組織が発生して製造中に割れを生じ
てしまう。
良い。含有した場合にその量が１．１０重量％を超える
と、偏析による異常組織が発生して製造中に割れを生じ
てしまう。
【００２８】［Ｎｉ］Ｎｉについても、含有しなくて良
い。含有した場合にその量が４．５０重量％を超えると
偏析による異常組織が発生して製造中に割れを生じてし
まう。
い。含有した場合にその量が４．５０重量％を超えると
偏析による異常組織が発生して製造中に割れを生じてし
まう。
【００２９】本発明における合金鋼中のＳ及びＯの各元
素は、いずれも不可避的に含まれる有害元素であり、そ
の成分量限定理由は次の通りである。 ［Ｓ］Ｓは硫化物系介在物を形成して通常の転がり疲れ
に有害な元素であるから、できるだけ少ないほうが好ま
しいが、製鋼コストの関係から上限を０．００８重量％
とする。
素は、いずれも不可避的に含まれる有害元素であり、そ
の成分量限定理由は次の通りである。 ［Ｓ］Ｓは硫化物系介在物を形成して通常の転がり疲れ
に有害な元素であるから、できるだけ少ないほうが好ま
しいが、製鋼コストの関係から上限を０．００８重量％
とする。
【００３０】［Ｏ］Ｏは酸化物系介在物を形成して通常
の転がり疲れに有害な元素であるから、できるだけ少な
いほうが好ましいが、製鋼コストの関係から上限を０．
００１５重量％とする。
の転がり疲れに有害な元素であるから、できるだけ少な
いほうが好ましいが、製鋼コストの関係から上限を０．
００１５重量％とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、種々の成分組成の合金鋼か
ら作製した本発明軸受と比較軸受とについて実施した寿
命試験により、本発明の実施の形態を説明する。
ら作製した本発明軸受と比較軸受とについて実施した寿
命試験により、本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】試験対象の転がり軸受として、円すいころ
軸受を採用した。当該円すいころ軸受の諸元は次の通り
である。 呼び番号 ：ＨＲ３２０１７ＸＪ 軸受内径 ：８５ｍｍ 軸受外径 ：１３０ｍｍ 組立幅 ：２９ｍｍ 基本動定格荷重：１４３０００Ｎ また、各供試軸受の性状は次の通りである。
軸受を採用した。当該円すいころ軸受の諸元は次の通り
である。 呼び番号 ：ＨＲ３２０１７ＸＪ 軸受内径 ：８５ｍｍ 軸受外径 ：１３０ｍｍ 組立幅 ：２９ｍｍ 基本動定格荷重：１４３０００Ｎ また、各供試軸受の性状は次の通りである。
【００３３】 表面硬さ：ＨＲＣ５８〜６４ 表面残留オーステナイト：２０〜４５容量％ 浸炭処理した軸受：表面炭素濃度０．８〜１．１重量％ 浸炭窒化処理した軸受：表面炭素濃度０．８〜１．１重量％ 表面窒素濃度０．０５〜０．３重量％ 寿命試験は、図１に示す寿命試験機を用いて行った。
【００３４】図１においてＷは被試験体の円すいころ軸
受（ワーク）で、１は内輪、２は外輪、３は円すいこ
ろ、４は保持器である。寿命試験機の回転軸６の一端の
軸受座６ａに内輪１を嵌合することによりワークＷを装
着し、軸受外輪２は試験機のハウジン７の内輪嵌合部材
８に嵌合して固定する。内輪嵌合部材８の端面には、給
水路９を有するリング状の蓋体１０が取り付けられてお
り、その給水路９の出口には噴霧装置１１がワークＷの
円すいころ３の大端面３ａに対向させて取り付けてあ
る。回転軸６には、図示しないラジアル荷重負荷手段に
よってラジアル荷重Ｆr を加え、これによりワークＷに
ラジアル荷重を負荷する。また、内輪嵌合部材８には図
外の油圧シリンダによりアキシャル荷重Ｆs を加え、こ
れによりワークＷにアキシャル荷重を負荷する。
受（ワーク）で、１は内輪、２は外輪、３は円すいこ
ろ、４は保持器である。寿命試験機の回転軸６の一端の
軸受座６ａに内輪１を嵌合することによりワークＷを装
着し、軸受外輪２は試験機のハウジン７の内輪嵌合部材
８に嵌合して固定する。内輪嵌合部材８の端面には、給
水路９を有するリング状の蓋体１０が取り付けられてお
り、その給水路９の出口には噴霧装置１１がワークＷの
円すいころ３の大端面３ａに対向させて取り付けてあ
る。回転軸６には、図示しないラジアル荷重負荷手段に
よってラジアル荷重Ｆr を加え、これによりワークＷに
ラジアル荷重を負荷する。また、内輪嵌合部材８には図
外の油圧シリンダによりアキシャル荷重Ｆs を加え、こ
れによりワークＷにアキシャル荷重を負荷する。
【００３５】寿命試験の条件は、第１の実施形態〜第３
の実施形態においては下記の通りである。 ラジアル荷重 ：３５７５０Ｎ アキシャル荷重：１５６８０Ｎ 内輪回転数 ：１５００ｒｐｍ 潤滑 ：純グリース潤滑または水混入グリース潤滑 純グリース潤滑時のグリース量６０ｇ 水混入グリース潤滑時のグリース量６０ｇ、水混入量 ３ｃｃ／時間、但し水は空気と一緒に霧状に軸受に吹 き付ける。
の実施形態においては下記の通りである。 ラジアル荷重 ：３５７５０Ｎ アキシャル荷重：１５６８０Ｎ 内輪回転数 ：１５００ｒｐｍ 潤滑 ：純グリース潤滑または水混入グリース潤滑 純グリース潤滑時のグリース量６０ｇ 水混入グリース潤滑時のグリース量６０ｇ、水混入量 ３ｃｃ／時間、但し水は空気と一緒に霧状に軸受に吹 き付ける。
【００３６】寿命評価は、先ずワークＷの純グリース潤
滑での９０％残存寿命（Ｌ10）を求め、次いで水混入グ
リース潤滑での９０％残存寿命（Ｌ10）を求めて、水が
混入することによる寿命減少率を次式（１）により算出
して行った。得られた寿命減少率の低い方が耐水性のあ
る長寿命軸受であると評価できる。
滑での９０％残存寿命（Ｌ10）を求め、次いで水混入グ
リース潤滑での９０％残存寿命（Ｌ10）を求めて、水が
混入することによる寿命減少率を次式（１）により算出
して行った。得られた寿命減少率の低い方が耐水性のあ
る長寿命軸受であると評価できる。
【００３７】 〔Ａ〕第１の実施形態 この第１の実施形態では、特に、素材成分中のＣｕの含
有比率と軸受の耐水寿命とについて検討した。
有比率と軸受の耐水寿命とについて検討した。
【００３８】各供試軸受の素材成分，製鋼法および熱処
理法を表１に示す。
理法を表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】表１に示すように、素材成分中のＣｕの含
有比率について、比較軸受Ａ〜Ｊは０．０５重量％以下
であるのに対し、本発明軸受Ｍ〜Ｙのそれは０．０５〜
０．６０重量％の範囲とし、両者の間に明確に差をつ
け、Ｃｕ元素が軸受の耐水寿命の減少率に及ぼす影響を
検討した。
有比率について、比較軸受Ａ〜Ｊは０．０５重量％以下
であるのに対し、本発明軸受Ｍ〜Ｙのそれは０．０５〜
０．６０重量％の範囲とし、両者の間に明確に差をつ
け、Ｃｕ元素が軸受の耐水寿命の減少率に及ぼす影響を
検討した。
【００４１】耐水寿命試験の結果を表１に併記した。表
１において、本発明軸受Ｍ〜Ｙの寿命減少率は比較軸受
Ａ〜Ｊのそれに対し特段に減少しており、Ｃｕが水素脆
性フレーキングに対し極めて効果があることがわかる。
水素脆性フレーキングの一例として、比較軸受Ａのフレ
ーキングの形状を図２に示した。年輪状のクラック進展
模様をもつ破面が残存しており、水素脆性フレーキング
が起こっていることがわかる。 〔Ｂ〕第２の実施形態 この第２の実施形態では、素材成分中にＮｂまたはＶを
含有させた鋼で供試軸受を作製して寿命試験を行い、Ｎ
ｂまたはＶ元素が寿命減少率に及ぼす影響を検討した。
具体的には、上記第１の実施形態における本発明軸受Ｑ
の成分組成を基にして、これに特に種々の濃度でＮｂま
たはＶを含有させた素材を用いて本発明軸受Ｑ1 〜Ｑ5
を作製し、試験を実施したものである。
１において、本発明軸受Ｍ〜Ｙの寿命減少率は比較軸受
Ａ〜Ｊのそれに対し特段に減少しており、Ｃｕが水素脆
性フレーキングに対し極めて効果があることがわかる。
水素脆性フレーキングの一例として、比較軸受Ａのフレ
ーキングの形状を図２に示した。年輪状のクラック進展
模様をもつ破面が残存しており、水素脆性フレーキング
が起こっていることがわかる。 〔Ｂ〕第２の実施形態 この第２の実施形態では、素材成分中にＮｂまたはＶを
含有させた鋼で供試軸受を作製して寿命試験を行い、Ｎ
ｂまたはＶ元素が寿命減少率に及ぼす影響を検討した。
具体的には、上記第１の実施形態における本発明軸受Ｑ
の成分組成を基にして、これに特に種々の濃度でＮｂま
たはＶを含有させた素材を用いて本発明軸受Ｑ1 〜Ｑ5
を作製し、試験を実施したものである。
【００４２】各供試軸受の製造方法や完成軸受の表面硬
さ，表面炭素濃度，表面窒素濃度，表面残留オーステナ
イト濃度は第１の実施形態と同じにした。また、各供試
円すいころ軸受の諸元及び寿命試験方法も第１の実施形
態と同じである。
さ，表面炭素濃度，表面窒素濃度，表面残留オーステナ
イト濃度は第１の実施形態と同じにした。また、各供試
円すいころ軸受の諸元及び寿命試験方法も第１の実施形
態と同じである。
【００４３】各供試軸受Ｑ〜Ｑ5 の素材成分，製鋼法，
旧オーステナイト結晶粒度および寿命試験結果を表２に
示す。
旧オーステナイト結晶粒度および寿命試験結果を表２に
示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】ここに、旧オーステナイト結晶粒度とは、
浸炭焼入加熱時のオーステナイト結晶粒径をいい、数値
が大きい程細かいことを意味する。後に焼入（急冷）す
るとマルテンサイトになるが、得られたマルテンサイト
結晶粒は旧オーステナイト結晶粒より大きくなれないの
で、旧オーステナイト結晶粒が小さいほどマルテンサイ
ト結晶粒も小さくなる。
浸炭焼入加熱時のオーステナイト結晶粒径をいい、数値
が大きい程細かいことを意味する。後に焼入（急冷）す
るとマルテンサイトになるが、得られたマルテンサイト
結晶粒は旧オーステナイト結晶粒より大きくなれないの
で、旧オーステナイト結晶粒が小さいほどマルテンサイ
ト結晶粒も小さくなる。
【００４６】表２中の各軸受Ｑ〜Ｑ5 は全て本発明軸受
であるが、ＮｂまたはＶを添加すると水混入時の寿命低
下が少なくなることがわかる。このようにＮｂやＶは、
旧オーステナイト結晶粒を微細化させることにより水素
原子の通る結晶粒界を多く作るので、水素ガスをより多
くの介在物に分散させることになり、水素脆性フレーキ
ングの遅延に効果を発揮する。 〔Ｃ〕第３の実施形態 この第３の実施形態では、素材成分中のＣｕおよびＮｂ
またはＶの含有比率と素材の製鋼法とを種々に変えて作
製した供試体軸受を用いて、製鋼法の違いが軸受の耐水
寿命の減少率に及ぼす総合的な影響を検討した。
であるが、ＮｂまたはＶを添加すると水混入時の寿命低
下が少なくなることがわかる。このようにＮｂやＶは、
旧オーステナイト結晶粒を微細化させることにより水素
原子の通る結晶粒界を多く作るので、水素ガスをより多
くの介在物に分散させることになり、水素脆性フレーキ
ングの遅延に効果を発揮する。 〔Ｃ〕第３の実施形態 この第３の実施形態では、素材成分中のＣｕおよびＮｂ
またはＶの含有比率と素材の製鋼法とを種々に変えて作
製した供試体軸受を用いて、製鋼法の違いが軸受の耐水
寿命の減少率に及ぼす総合的な影響を検討した。
【００４７】比較軸受の成分組成としては、上記第１の
実施形態における比較軸受Ｃ（Ｃｕ含有比率０．０１重
量％）と、これに０．１５重量％のＮｂを含有させた比
較軸受Ｃ1 と、比較軸受Ｃに０．１５重量％のＶを含有
させた比較軸受Ｃ2 と、比較軸受ＣのＣｕ量を０．０４
重量％とし且つ０．１５重量％のＶを含有させた比較軸
受Ｃ3 を設定した。これに対して、本発明軸受Ｃ4 〜Ｃ
8 の成分組成は、特に、Ｃｕの含有比率を０．０５〜
０．２５重量％と比較軸受より多くし、且つＮｂまたは
Ｖの含有比率を０〜０．１５重量％の範囲で異ならせて
設定した。
実施形態における比較軸受Ｃ（Ｃｕ含有比率０．０１重
量％）と、これに０．１５重量％のＮｂを含有させた比
較軸受Ｃ1 と、比較軸受Ｃに０．１５重量％のＶを含有
させた比較軸受Ｃ2 と、比較軸受ＣのＣｕ量を０．０４
重量％とし且つ０．１５重量％のＶを含有させた比較軸
受Ｃ3 を設定した。これに対して、本発明軸受Ｃ4 〜Ｃ
8 の成分組成は、特に、Ｃｕの含有比率を０．０５〜
０．２５重量％と比較軸受より多くし、且つＮｂまたは
Ｖの含有比率を０〜０．１５重量％の範囲で異ならせて
設定した。
【００４８】そして、上記成分組成の比較軸受Ｃ〜Ｃ3
及び本発明軸受Ｃ4 〜Ｃ8 の素材を、ＶＡＲ法またはＥ
ＳＲ法のいずれかの製鋼法で溶製した鋼で各供試体軸受
を作製して寿命試験を行った。
及び本発明軸受Ｃ4 〜Ｃ8 の素材を、ＶＡＲ法またはＥ
ＳＲ法のいずれかの製鋼法で溶製した鋼で各供試体軸受
を作製して寿命試験を行った。
【００４９】各供試軸受の製造方法や完成軸受の表面硬
さ，表面炭素濃度，表面窒素濃度，表面残留オーステナ
イト濃度は第１の実施形態と同じにした。また、各供試
円すいころ軸受の諸元及び寿命試験方法も第１の実施形
態と同じである。
さ，表面炭素濃度，表面窒素濃度，表面残留オーステナ
イト濃度は第１の実施形態と同じにした。また、各供試
円すいころ軸受の諸元及び寿命試験方法も第１の実施形
態と同じである。
【００５０】各供試軸受Ｃ〜Ｃ8 の素材成分，製鋼法お
よび寿命試験結果を表３に示す。
よび寿命試験結果を表３に示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】表３において、本発明軸受Ｃ4 〜Ｃ8 の寿
命減少率は、比較軸受Ｃ〜Ｃ3 のそれより特段に減少し
ており、また上記表１に示された本発明軸受Ｍ〜Ｙ及び
表２に示された本発明軸受Ｑ〜Ｑ5 よりも相当に減少し
ている。このことから、Ｃｕが０．０５重量％以上含ま
れれば、ＶＡＲ法またはＥＳＲ法などの製鋼法は水素脆
性フレーキングに対して極めて効果があることがわか
る。これは、それらの再溶解製鋼法により偏析の少ない
均一な組織の鋼が得られるので腐食が抑制され、従って
鋼表面での水素発生量を減少させることができて水素脆
性フレーキングの発生を遅延させるためである。
命減少率は、比較軸受Ｃ〜Ｃ3 のそれより特段に減少し
ており、また上記表１に示された本発明軸受Ｍ〜Ｙ及び
表２に示された本発明軸受Ｑ〜Ｑ5 よりも相当に減少し
ている。このことから、Ｃｕが０．０５重量％以上含ま
れれば、ＶＡＲ法またはＥＳＲ法などの製鋼法は水素脆
性フレーキングに対して極めて効果があることがわか
る。これは、それらの再溶解製鋼法により偏析の少ない
均一な組織の鋼が得られるので腐食が抑制され、従って
鋼表面での水素発生量を減少させることができて水素脆
性フレーキングの発生を遅延させるためである。
【００５３】図３は、本発明軸受の合金鋼中のＣｕ濃度
に対する寿命減少率をプロットしたものである。このグ
ラフから、Ｃｕ濃度０．０５重量％を境にして寿命減少
率に格段の相違があることが一目瞭然である。
に対する寿命減少率をプロットしたものである。このグ
ラフから、Ｃｕ濃度０．０５重量％を境にして寿命減少
率に格段の相違があることが一目瞭然である。
【００５４】また、Ｎｂ又はＶに関しては、比較軸受Ｃ
〜Ｃ3 の結果から、Ｃｕ量が０．０４重量％以下の場合
は、Ｎｂ又はＶが存在し且つ製鋼法にＶＡＲ法またはＥ
ＳＲ法を採用しても水素脆性フレーキングに対する効果
は認められないといえる。更に、本発明軸受Ｃ6 〜Ｃ8
の結果から、Ｃｕ量に差がない場合（０．２５重量％）
は、ＮｂまたはＶの含有量が多くなるに従い寿命減少率
が少し良くなるといえる。
〜Ｃ3 の結果から、Ｃｕ量が０．０４重量％以下の場合
は、Ｎｂ又はＶが存在し且つ製鋼法にＶＡＲ法またはＥ
ＳＲ法を採用しても水素脆性フレーキングに対する効果
は認められないといえる。更に、本発明軸受Ｃ6 〜Ｃ8
の結果から、Ｃｕ量に差がない場合（０．２５重量％）
は、ＮｂまたはＶの含有量が多くなるに従い寿命減少率
が少し良くなるといえる。
【００５５】なお、比較軸受Ｃ1 は、素材の高清浄度化
すなわち低酸素濃度化，低イオウ濃度化することにより
寿命減少率を低下させることを試みたものであるが、水
の存在下では効果が認められなかった。
すなわち低酸素濃度化，低イオウ濃度化することにより
寿命減少率を低下させることを試みたものであるが、水
の存在下では効果が認められなかった。
【００５６】ここで、上記各表における素材の製鋼法の
概要は以下の通りである。 電気炉または転炉：電気炉はアーク熱を用い、スクラ
ップを溶解精錬する。転炉は吹き付け酸素と溶鉄中の元
素との反応熱を熱源として所定の温度まで昇温し、同時
に精錬する。両炉の精錬機能は同じで、脱炭，脱リン，
脱ケイ素，脱マンガン，脱硫を行う。取鍋の出鋼時に溶
鋼流中へ合金鉄の添加を行い、最終成分に近い合金成分
とする。
概要は以下の通りである。 電気炉または転炉：電気炉はアーク熱を用い、スクラ
ップを溶解精錬する。転炉は吹き付け酸素と溶鉄中の元
素との反応熱を熱源として所定の温度まで昇温し、同時
に精錬する。両炉の精錬機能は同じで、脱炭，脱リン，
脱ケイ素，脱マンガン，脱硫を行う。取鍋の出鋼時に溶
鋼流中へ合金鉄の添加を行い、最終成分に近い合金成分
とする。
【００５７】レードルファーネス（ＬＦ）：脱酸，脱
硫と合金元素の微調整を行う。 ＲＨ脱ガス：脱酸，脱水素と合金元素の微調整を行
う。
硫と合金元素の微調整を行う。 ＲＨ脱ガス：脱酸，脱水素と合金元素の微調整を行
う。
【００５８】但し、とはＡＳＥＡ−ＳＫＦ（真空精
錬装置名）またはＶＡＤ（真空アーク脱ガス装置）に変
更しても、本発明の効果に影響しない。 造塊または連続鋳造：溶鋼をインゴットケースまたは
連続鋳造機で凝固させる。造塊法でも連続鋳造法でも本
発明の効果に差はない。
錬装置名）またはＶＡＤ（真空アーク脱ガス装置）に変
更しても、本発明の効果に影響しない。 造塊または連続鋳造：溶鋼をインゴットケースまたは
連続鋳造機で凝固させる。造塊法でも連続鋳造法でも本
発明の効果に差はない。
【００５９】ここで出来たインゴットを材料として次の
再溶解を行う。 ＶＡＲ（真空アーク再溶解法）又はＥＳＲ（エレクト
ロスラグ再溶解法）：Ｃｕ製ルツボ中に非接触の状態で
インゴット材料を投入し、その材料とルツボ間に電圧を
印加しアークの熱で再溶解する。ルツボ内の溶解物の上
部がスラグ（酸化物）となっているものをＥＳＲ法、ル
ツボ内の溶解物の上部が真空になっているものをＶＡＲ
法という。
再溶解を行う。 ＶＡＲ（真空アーク再溶解法）又はＥＳＲ（エレクト
ロスラグ再溶解法）：Ｃｕ製ルツボ中に非接触の状態で
インゴット材料を投入し、その材料とルツボ間に電圧を
印加しアークの熱で再溶解する。ルツボ内の溶解物の上
部がスラグ（酸化物）となっているものをＥＳＲ法、ル
ツボ内の溶解物の上部が真空になっているものをＶＡＲ
法という。
【００６０】続いて、下記第４〜第７の実施形態におい
て行った軸受の寿命試験について説明する。供試円すい
ころ軸受の諸元及び性状，寿命試験機，ラジアル荷重と
アキシャル荷重以外の試験条件及び寿命評価は、前記第
１〜第３の実施形態の場合と略同じである（素材成分に
ついては、ＴｉをＮに入れ換えている）。ラジアル荷重
とアキシャル荷重は増大させた。
て行った軸受の寿命試験について説明する。供試円すい
ころ軸受の諸元及び性状，寿命試験機，ラジアル荷重と
アキシャル荷重以外の試験条件及び寿命評価は、前記第
１〜第３の実施形態の場合と略同じである（素材成分に
ついては、ＴｉをＮに入れ換えている）。ラジアル荷重
とアキシャル荷重は増大させた。
【００６１】 寿命試験条件： ラジアル荷重 ：４００００Ｎ アキシャル荷重：１７５４４Ｎ 内輪回転数 ：１５００ｒｐｍ 潤滑 ：純グリース潤滑または水混入グリース潤滑 純グリース潤滑時のグリース量６０ｇ 水混入グリース潤滑時のグリース量６０ｇ、水混入量 ３ｃｃ／時間、但し水は空気と一緒に霧状に軸受に吹 き付ける。
【００６２】なお、上記の試験条件で供試軸受の耐水試
験を行うと、外輪の負荷圏の部位が応力腐食条件として
は最も厳しくなり、破損部位は外輪となる。したがっ
て、この耐水寿命試験に供した軸受（ワークＷ）は、比
較軸受，本発明軸受のいずれも「内輪」と転動体である
「ころ」については、素材の化学成分，製鋼法，熱処理
法を同一にした。即ち「内輪」については次に述べる表
４に符号「Ｃ0 」で示す内容、「ころ」については符号
「Ｇ0 」で示す内容にそろえた。 〔Ｄ〕第４の実施形態 この第４の実施形態では、特に、素材成分中のＣｕ並び
にＰの含有比率と軸受の耐水寿命とについて比較検討し
た。
験を行うと、外輪の負荷圏の部位が応力腐食条件として
は最も厳しくなり、破損部位は外輪となる。したがっ
て、この耐水寿命試験に供した軸受（ワークＷ）は、比
較軸受，本発明軸受のいずれも「内輪」と転動体である
「ころ」については、素材の化学成分，製鋼法，熱処理
法を同一にした。即ち「内輪」については次に述べる表
４に符号「Ｃ0 」で示す内容、「ころ」については符号
「Ｇ0 」で示す内容にそろえた。 〔Ｄ〕第４の実施形態 この第４の実施形態では、特に、素材成分中のＣｕ並び
にＰの含有比率と軸受の耐水寿命とについて比較検討し
た。
【００６３】各供試軸受の素材成分，製鋼法および熱処
理法を表４，表５に示す。
理法を表４，表５に示す。
【００６４】
【表４】
【００６５】
【表５】
【００６６】表４，表５に示すように、素材成分中のＣ
ｕ並びにＰの含有比率について、比較軸受Ａ0 〜Ｌ0 は
Ｃｕの含有比率が０．０５重量％以下であるのに対し、
本発明軸受Ｍ1 〜Ｙ1 のそれは０．０５〜０．６０重量
％の範囲とし、一方、Ｐの含有比率は、比較軸受が０．
０１５〜０．０３０重量％の範囲であるのに対し、本発
明軸受が０．０３０〜０．１５０重量％の範囲として両
者の間に明確に差をつけ、Ｃｕ，Ｐの両元素が軸受の耐
水寿命の減少率に及ぼす影響を検討した。
ｕ並びにＰの含有比率について、比較軸受Ａ0 〜Ｌ0 は
Ｃｕの含有比率が０．０５重量％以下であるのに対し、
本発明軸受Ｍ1 〜Ｙ1 のそれは０．０５〜０．６０重量
％の範囲とし、一方、Ｐの含有比率は、比較軸受が０．
０１５〜０．０３０重量％の範囲であるのに対し、本発
明軸受が０．０３０〜０．１５０重量％の範囲として両
者の間に明確に差をつけ、Ｃｕ，Ｐの両元素が軸受の耐
水寿命の減少率に及ぼす影響を検討した。
【００６７】耐水寿命試験の結果を表４，表５に併記し
た。表４，表５において、本発明軸受Ｍ1 〜Ｙ1 の寿命
減少率は比較軸受Ａ0 〜Ｌ0 のそれに対し特段に減少し
ており、Ｃｕ並びにＰが水素脆性フレーキングに対し極
めて効果があることがわかる。
た。表４，表５において、本発明軸受Ｍ1 〜Ｙ1 の寿命
減少率は比較軸受Ａ0 〜Ｌ0 のそれに対し特段に減少し
ており、Ｃｕ並びにＰが水素脆性フレーキングに対し極
めて効果があることがわかる。
【００６８】また、図４に軸受の寿命減少率とＣｕ濃度
との関係を示し、図５に軸受の寿命減少率とＰ濃度との
関係を示した。図４は本発明軸受の合金鋼中のＣｕ濃度
に対する寿命減少率をプロットしたもの、図５は本発明
軸受の合金鋼中のＰ濃度に対する寿命減少率をプロット
したものであり、これらのグラフから、Ｃｕ濃度は０．
０５重量％、Ｐ濃度は０．０３０重量％を境にしていず
れも寿命減少率に格段の相違があることが一目瞭然であ
る。
との関係を示し、図５に軸受の寿命減少率とＰ濃度との
関係を示した。図４は本発明軸受の合金鋼中のＣｕ濃度
に対する寿命減少率をプロットしたもの、図５は本発明
軸受の合金鋼中のＰ濃度に対する寿命減少率をプロット
したものであり、これらのグラフから、Ｃｕ濃度は０．
０５重量％、Ｐ濃度は０．０３０重量％を境にしていず
れも寿命減少率に格段の相違があることが一目瞭然であ
る。
【００６９】上記表４，表５及び図４，図５より、水混
入下における本発明軸受の寿命減少率は比較軸受のそれ
に対し特段に減少しており、このことから素材成分中の
元素Ｃｕ並びにＰが軸受の水素脆性フレーキングに対し
極めて効果があることがわかる。
入下における本発明軸受の寿命減少率は比較軸受のそれ
に対し特段に減少しており、このことから素材成分中の
元素Ｃｕ並びにＰが軸受の水素脆性フレーキングに対し
極めて効果があることがわかる。
【００７０】表６は、上記の寿命試験を７０時間行った
供試軸受の外輪について、応力負荷圏と反負荷圏の水素
濃度を測定した結果を、比較軸受および本発明軸受別に
示したものである。
供試軸受の外輪について、応力負荷圏と反負荷圏の水素
濃度を測定した結果を、比較軸受および本発明軸受別に
示したものである。
【００７１】
【表６】
【００７２】応力負荷圏では水素が外輪内部に拡散・侵
入するため、その水素濃度は反負荷圏の水素濃度より高
くはなっているが、本発明軸受の外輪の負荷圏の水素濃
度は比較軸受の外輪の負荷圏の水素濃度より低い。この
表６の結果から、本発明軸受においては水素が外輪内部
に拡散・侵入しずらいことがわかり、Ｃｕ並びにＰが水
素侵入防止に効果があることがわかる。 〔Ｅ〕第５の実施形態 この第５の実施形態では、素材成分中にＡｌ，Ｎ，Ｎｂ
またはＶを種々の濃度で含有させた鋼で供試軸受を作製
して寿命試験を行い、これらの元素が寿命減少率に及ぼ
す影響を検討した。具体的には、上記第４の実施形態に
おける本発明軸受Ｑ1 の成分組成を基にして、これに種
々の濃度でＡｌ，Ｎ，ＮｂまたはＶを含有させた素材を
用いて本発明軸受Ｑ10〜Ｑ15を作製し、試験を実施して
旧オーステナイト結晶粒度（粒度番号の定義はＪＩＳＧ
０５５１による）と水混入潤滑下での軸受寿命減少率と
の関係を調査した。
入するため、その水素濃度は反負荷圏の水素濃度より高
くはなっているが、本発明軸受の外輪の負荷圏の水素濃
度は比較軸受の外輪の負荷圏の水素濃度より低い。この
表６の結果から、本発明軸受においては水素が外輪内部
に拡散・侵入しずらいことがわかり、Ｃｕ並びにＰが水
素侵入防止に効果があることがわかる。 〔Ｅ〕第５の実施形態 この第５の実施形態では、素材成分中にＡｌ，Ｎ，Ｎｂ
またはＶを種々の濃度で含有させた鋼で供試軸受を作製
して寿命試験を行い、これらの元素が寿命減少率に及ぼ
す影響を検討した。具体的には、上記第４の実施形態に
おける本発明軸受Ｑ1 の成分組成を基にして、これに種
々の濃度でＡｌ，Ｎ，ＮｂまたはＶを含有させた素材を
用いて本発明軸受Ｑ10〜Ｑ15を作製し、試験を実施して
旧オーステナイト結晶粒度（粒度番号の定義はＪＩＳＧ
０５５１による）と水混入潤滑下での軸受寿命減少率と
の関係を調査した。
【００７３】比較軸受Ｚ1 ，Ｚ2 及び本発明軸受Ｑ1,Ｑ
10〜Ｑ15の各供試軸受の素材成分，製鋼法，旧オーステ
ナイト結晶粒度および寿命試験結果を表６に示す。
10〜Ｑ15の各供試軸受の素材成分，製鋼法，旧オーステ
ナイト結晶粒度および寿命試験結果を表６に示す。
【００７４】
【表７】
【００７５】表７の結果から、素材成分にＡｌ０．０２
重量％以上のＡｌ，０．００５重量％以上のＮを含有す
る本発明軸受Ｑ1 ，Ｑ10〜Ｑ15は全て、水混入時の寿命
低下が比較軸受Ｚ1 ，Ｚ2 に比べて大幅に少なくなって
いることがわかる。また、本発明軸受Ｑ1,Ｑ10〜Ｑ15同
志の間でも、ＮｂまたはＶを添加した軸受Ｑ12〜Ｑ15の
方が、添加しない軸受Ｑ1 ，Ｑ10，Ｑ11よりも水混入時
の寿命低下が少なくなることがわかる。このように、Ａ
ｌ，Ｎ，ＮｂまたはＶの各元素は、旧オーステナイト結
晶粒を微細化させることにより水素原子の通る結晶粒界
を多く作るので、Ｃｕ量，Ａｌ量，Ｎ量に殆ど差がなく
ても、ＮｂまたはＶの含有量が多くなるに従い、水素ガ
スをより多くの介在物に分散させることになり、水素脆
性フレーキングの遅延に効果を発揮する。 〔Ｆ〕第６の実施形態 この第６の実施形態では、素材成分中のＣｕおよびＰの
含有比率と素材の製鋼法とを種々に変えて作製した供試
体軸受を用いて、それらが寿命減少率に及ぼす総合的な
影響を検討した。
重量％以上のＡｌ，０．００５重量％以上のＮを含有す
る本発明軸受Ｑ1 ，Ｑ10〜Ｑ15は全て、水混入時の寿命
低下が比較軸受Ｚ1 ，Ｚ2 に比べて大幅に少なくなって
いることがわかる。また、本発明軸受Ｑ1,Ｑ10〜Ｑ15同
志の間でも、ＮｂまたはＶを添加した軸受Ｑ12〜Ｑ15の
方が、添加しない軸受Ｑ1 ，Ｑ10，Ｑ11よりも水混入時
の寿命低下が少なくなることがわかる。このように、Ａ
ｌ，Ｎ，ＮｂまたはＶの各元素は、旧オーステナイト結
晶粒を微細化させることにより水素原子の通る結晶粒界
を多く作るので、Ｃｕ量，Ａｌ量，Ｎ量に殆ど差がなく
ても、ＮｂまたはＶの含有量が多くなるに従い、水素ガ
スをより多くの介在物に分散させることになり、水素脆
性フレーキングの遅延に効果を発揮する。 〔Ｆ〕第６の実施形態 この第６の実施形態では、素材成分中のＣｕおよびＰの
含有比率と素材の製鋼法とを種々に変えて作製した供試
体軸受を用いて、それらが寿命減少率に及ぼす総合的な
影響を検討した。
【００７６】比較軸受の成分組成としては、上記第４の
実施形態における比較軸受Ｃ0 （Ｃｕ含有比率０．３５
重量％，Ｐ含有比率０．０１５重量％）をベースとして
そのＡｌ及びＮの含有比率を若干変えた比較鋼Ｃ10と、
Ｐ含有比率を０．０１０重量％とし且つ０．１５重量％
のＮｂを含有させた比較軸受Ｃ11を設定した。これに対
して、本発明軸受Ｃ12，Ｃ13の成分組成は、特に、Ｃｕ
の含有比率を０．２５及び０．２４重量％、且つＰの含
有比率を０．１００重量％と比較軸受より格別多く設定
した。
実施形態における比較軸受Ｃ0 （Ｃｕ含有比率０．３５
重量％，Ｐ含有比率０．０１５重量％）をベースとして
そのＡｌ及びＮの含有比率を若干変えた比較鋼Ｃ10と、
Ｐ含有比率を０．０１０重量％とし且つ０．１５重量％
のＮｂを含有させた比較軸受Ｃ11を設定した。これに対
して、本発明軸受Ｃ12，Ｃ13の成分組成は、特に、Ｃｕ
の含有比率を０．２５及び０．２４重量％、且つＰの含
有比率を０．１００重量％と比較軸受より格別多く設定
した。
【００７７】そして、上記成分組成の素材を、ＶＡＲ法
またはＥＳＲ法のいずれかの製鋼法で溶製した鋼で各供
試体軸受を作製して寿命試験を行った。各供試軸受
Ｃ10，Ｃ11，Ｃ12，Ｃ13の素材成分，製鋼法，熱処理法
および寿命試験の結果を表８に示す。
またはＥＳＲ法のいずれかの製鋼法で溶製した鋼で各供
試体軸受を作製して寿命試験を行った。各供試軸受
Ｃ10，Ｃ11，Ｃ12，Ｃ13の素材成分，製鋼法，熱処理法
および寿命試験の結果を表８に示す。
【００７８】
【表８】
【００７９】表８において、本発明軸受Ｃ12, Ｃ13の寿
命減少率は、比較軸受Ｃ10，Ｃ11のそれより特段に減少
しており、また上記表５に示された本発明軸受Ｍ1 〜Ｙ
1 及び表７に示された本発明軸受Ｑ1 ，Ｑ10〜Ｑ15より
も相当に減少している。このことから、Ｃｕ及びＰの含
有量が本発明の条件を満足していれば、ＶＡＲ法または
ＥＳＲ法などの製鋼法は水素脆性フレーキングに対して
極めて効果があることがわかる。これは、それらの再溶
解製鋼法により偏析の少ない均一な組織の鋼が得られる
ので腐食が抑制され、従って鋼表面での水素発生量を減
少させることができて水素脆性フレーキングの発生を遅
延させるためである。
命減少率は、比較軸受Ｃ10，Ｃ11のそれより特段に減少
しており、また上記表５に示された本発明軸受Ｍ1 〜Ｙ
1 及び表７に示された本発明軸受Ｑ1 ，Ｑ10〜Ｑ15より
も相当に減少している。このことから、Ｃｕ及びＰの含
有量が本発明の条件を満足していれば、ＶＡＲ法または
ＥＳＲ法などの製鋼法は水素脆性フレーキングに対して
極めて効果があることがわかる。これは、それらの再溶
解製鋼法により偏析の少ない均一な組織の鋼が得られる
ので腐食が抑制され、従って鋼表面での水素発生量を減
少させることができて水素脆性フレーキングの発生を遅
延させるためである。
【００８０】ＮｂまたはＶに関しては、比較軸受Ｃ10，
Ｃ11の結果から、Ｃｕ量が０．０４重量％以下の場合は
Ｎｂ（またはＶ）が存在し且つ製鋼法にＥＳＲ法（また
はＶＡＲ法）を採用しても水素脆性フレーキングに対す
る効果は認められないといえる。
Ｃ11の結果から、Ｃｕ量が０．０４重量％以下の場合は
Ｎｂ（またはＶ）が存在し且つ製鋼法にＥＳＲ法（また
はＶＡＲ法）を採用しても水素脆性フレーキングに対す
る効果は認められないといえる。
【００８１】なお、比較軸受Ｃ11は、素材の高清浄度化
すなわち低酸素濃度化，低イオウ濃度化することにより
寿命減少率を低下させることを試みたものであるが、水
の存在下では効果が認められなかった。
すなわち低酸素濃度化，低イオウ濃度化することにより
寿命減少率を低下させることを試みたものであるが、水
の存在下では効果が認められなかった。
【００８２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の転がり軸
受によれば、内輪，外輪及び転動体の各構成部品の少な
くとも一つの部品の合金鋼素材成分を調整することによ
り、鋼表面での水素発生量を減少させ、さらに水素の透
過し難い被膜を形成して鋼中へ侵入する水素量を低減さ
せて水素脆性フレーキングの発生を遅延させる機能を付
与し、これにより潤滑剤中に水が混入する環境下でも長
寿命を有する耐水性転がり軸受を提供できるという効果
を奏する。
受によれば、内輪，外輪及び転動体の各構成部品の少な
くとも一つの部品の合金鋼素材成分を調整することによ
り、鋼表面での水素発生量を減少させ、さらに水素の透
過し難い被膜を形成して鋼中へ侵入する水素量を低減さ
せて水素脆性フレーキングの発生を遅延させる機能を付
与し、これにより潤滑剤中に水が混入する環境下でも長
寿命を有する耐水性転がり軸受を提供できるという効果
を奏する。
【図１】転がり軸受の寿命試験の概要を説明する試験機
の要部拡大図である。
の要部拡大図である。
【図２】比較軸受のフレーキングの形状を示す模式図で
ある。
ある。
【図３】本発明の効果を表したグラフであり、寿命減少
率と外輪のＣｕ濃度の関係を溶製法別に示した図であ
る。
率と外輪のＣｕ濃度の関係を溶製法別に示した図であ
る。
【図４】本発明の効果を表したグラフであり、外輪にＣ
ｕ，Ｐを含有する軸受の寿命減少率と外輪のＣｕ濃度の
関係を示した図である。
ｕ，Ｐを含有する軸受の寿命減少率と外輪のＣｕ濃度の
関係を示した図である。
【図５】本発明の効果を表したグラフであり、外輪にＣ
ｕ，Ｐを含有する軸受の寿命減少率と外輪のＰ濃度の関
係を示した図である。
ｕ，Ｐを含有する軸受の寿命減少率と外輪のＰ濃度の関
係を示した図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 潤滑剤中に水が混入する環境下で使用さ
れる転がり軸受であって、内輪，外輪及び転動体の少な
くとも一つが、成分組成中に、０．０５〜０．６０重量
％のＣｕ、及び０．１０〜１．１０重量％のＣを必須的
に含み、かつ、０．２重量％以下のＮｂ及びＶのいずれ
かを選択的に含む合金鋼により形成されることを特徴と
する耐水性長寿命転がり軸受。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8204545A JPH09329147A (ja) | 1996-04-10 | 1996-08-02 | 耐水性長寿命転がり軸受 |
| GB9707240A GB2311998B (en) | 1996-04-10 | 1997-04-08 | Rolling bearing |
| US08/835,746 US6165289A (en) | 1996-02-08 | 1997-04-10 | Water-resistant long-life rolling bearing |
| DE19714948A DE19714948B4 (de) | 1996-04-10 | 1997-04-10 | Wasserbeständiges Wälzlager mit langer Lebensdauer |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8859296 | 1996-04-10 | ||
| JP8-88592 | 1996-04-10 | ||
| JP8204545A JPH09329147A (ja) | 1996-04-10 | 1996-08-02 | 耐水性長寿命転がり軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09329147A true JPH09329147A (ja) | 1997-12-22 |
| JPH09329147A5 JPH09329147A5 (ja) | 2004-08-19 |
Family
ID=26429950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8204545A Pending JPH09329147A (ja) | 1996-02-08 | 1996-08-02 | 耐水性長寿命転がり軸受 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6165289A (ja) |
| JP (1) | JPH09329147A (ja) |
| DE (1) | DE19714948B4 (ja) |
| GB (1) | GB2311998B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO2007139197A1 (ja) | 2006-05-31 | 2007-12-06 | Nsk Ltd. | 転動装置 |
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| FR2787529B1 (fr) * | 1998-12-17 | 2002-05-10 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | Paliers a roulement et dispositif de support d'arbre de transmission |
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| JP3870592B2 (ja) | 1999-01-11 | 2007-01-17 | 日本精工株式会社 | ハーフトロイダル型無段変速機 |
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- 1997-04-10 US US08/835,746 patent/US6165289A/en not_active Expired - Lifetime
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