JP3591236B2

JP3591236B2 - 転がり軸受

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Publication number: JP3591236B2
Application number: JP23964297A
Authority: JP
Inventors: 浩道武村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1997-09-04
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2017-09-04
Also published as: JPH1180897A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受に係わり、特に、自動車、農業機械、建設機械および鉄鋼機械等のトランスミッション、エンジン補機用、ハブホイール等に使用される転がり軸受の寿命向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、転がり軸受用の材料としてはＪＩＳに規定された高炭素クロム軸受鋼、とくにＳＵＪ２が一般的に用いられ、焼入れ・焼戻し処理を行い、表面硬さを約ＨＲＣ６０〜６３、残留オーステナイト量を約５〜１５％として使用されている。
【０００３】
しかしながら、従来、転がり軸受は軸受潤滑油中に異物混入すると、転がり寿命がクリーン潤滑下と比較して著しく低下する。この潤滑油中にはギアなどの金属の切粉、削り屑、バリおよび磨耗粉などが混入しており、このような異物が混入している転がり軸受の使用環境下では、この異物が転がり軸受の軌道輪および転動体の軌道面に圧痕（損傷）を生じ、これを起点としてフレーキングが発生し、転がり軸受の寿命低下を著しく低下させている。
【０００４】
これらの実験的研究としては「異物混入条件と転がり疲れ寿命」（ＮＳＫテクニカルジャーナルＮｏ．６５５，ｐ１７〜２４，１９９３年）に示されているように、異物の量、異物の硬さ、異物の大きさにより、クリーン潤滑下と比較して約１／８まで低下するということが挙げられる。これは、自動車の変速機用歯車などに観られるピッチングのように、軸受の軌道面が異物の侵入および転がり疲れの影響により、軌道面に数十から数百μｍ以上の微小圧痕を生じ、この圧痕を起点としてフレーキングへ進展し、転がり疲れを低下させている現象を再現している。
【０００５】
従来の技術として特公平７−１１０９８８号公報は、内輪、外輪及び転動体の少なくとも一つの表面層部に適量の微細炭化物を形成して表面硬さを向上すると共に、表面層部に適量の残留オーステナイトを存在させて異物が混入した潤滑下でのマイクロクラックの発生を防止することを開示している。
【０００６】
また、特開平５−２５５８０９号公報は、重量比でＣ：０．６５〜０．９０％、Ｓｉ：０．１５〜０．５０％、Ｍｎ：０．１５〜１．００％、Ｃｒ：２．０〜５．０％、Ｎ：０．００９０〜０．０２００％をそれぞれ含有し、また、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％，Ｎｂ：０．００５〜０．５０％のうちの１種又は２種を含有することにより、Ｃ含有量を低下させ、更に、主にＣｒによる炭素原子の拡散抑制効果により有害な白層の生成を防止して転動寿命を上げ、Ａｌ，Ｎｂ及びＮによりオーステナイト結晶粒の粗大化を防止した軸受鋼を開示している。
【０００７】
さらに、特開平９−５３１６９号公報は、Ｃを０．１〜０．２５％、Ｓｉを０．２〜０．４％、Ｍｎを０．３〜０．９％、Ｃｒを０．５〜０．９％含有し、更にＮｉを０．３〜４．０％、Ｔｉを０．０１〜０．３％、Ｎｂを０．０１〜０．３％、Ｖを０．０１〜０．３％、Ｚｒを０．０１〜０．３％のうち少なくとも１種以上を含み、かつ、表面硬度をＨｖ６５０〜８００とした肌焼用鋼管を開示している。
【０００８】
【発明が解決しょうとする課題】
しかしながら、上述した１件めの特公平７−１１０９８８号公報に開示された軸受では、Ｃ：０．３〜０．６重量％、Ｃｒ：３〜１４重量％を少なくとも含む合金鋼からなり、かつ、浸炭又は浸炭窒化そして硬化熱処理が施されてなるため、熱処理に多額の費用を要してコスト高となり、また、微細炭化物の平均粒径が０．５〜１．０μｍと大きいため、さらに結晶粒の微細化を期待することができない。
【０００９】
また、上述した２件めの特開平５−２５５８０９号公報に開示された軸受では、Ｃ含有量を低下させ、更に、主にＣｒによる炭素原子の拡散抑制効果により有害な白層の生成を防止して転動寿命を上げ、Ａｌ，Ｎｂ及びＮによりオーステナイト結晶粒の粗大化を防止するとあるが、単にＡｌとＮｂを添加するだけでは結晶粒微細化の程度は粒度番号が１０番程度しか期待できないため、長寿命は期待できない。
【００１０】
さらに、上述した３件めの特開平９−５３１５０号公報に開示された肌焼鋼管では、単純にＴｉやＶなどの合金元素を添加しているため、材料自体の耐衝撃性や高靭性を有するが、上記添加の組み合わせでは微細な炭化物の生成が期待できず、また異物が軌道面に侵入した場合は圧痕が軌道面に生じやすくなり、早期はくりを十分に防止することができない。
【００１１】
また、軸受に高接触応力が作用した場合では、Ｈ．Ｓｗａｈｎからの「ＭｅｔａｌｌｕｇｉｃａｌＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＡｖｏｌｕｍｅ７Ａ，Ａｕｇｕｓｔ（１９７６）１０９９−１１１０，ＭａｒｔｅｎｓｉｔｅＤｅｃａｙＤｕｒｉｎｇＣｏｎｔａｃｔＦａｔｉｇｕｅｉｎＢａｌｌＢｅａｒｉｎｇ」の報告にみられるように、軸受軌道面下の約１００〜３００μｍに組織変化と呼ばれる腐食液にて腐食されにくい層が発生し、この組織変化を起因として、フレーキングに至るという問題がある。
【００１２】
さらに、転がり軸受に水が混入した場合の寿命低下の事例として，Ｊ．Ａ．Ｃｉｒｕｒａらの「Ｗｅａｒ，２４（１９７３）１０７−１１８，ＴｈｅＥｆｆｅｃｔｏｆＨｙｄｒｏｇｅｎｏｎｔｈｅＲｏｌｌｉｎｇＣｏｎｔａｃｔＦａｔｉｇｕｅＬｉｆｅｏｆＡＩＳＩ５２１００ａｎｄ４４０ＣＳｔｅｅｌＢａｌｌｓ」によると、４球転がり試験において、潤滑油に水を混入させた試験では混入前と比較して寿命が約１／１０に低下した試験や、また水素チャージを行った鋼球での転がり疲労試験では、ステンレス鋼鋼球が軸受鋼２種鋼球より長寿命である。しかしながら、長寿命化対策としてステンレス鋼鋼球を用いることは、軸受鋼２種鋼球使用と比較して高価であるため実用化するには困難である。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、異物混入下においても軸受軌道表面に圧痕を生じにくく、また、異物混入条件下ばかりではなくクリーンな潤滑下でも従来品よりも長寿命で高信頼性であり、さらに、水侵入による腐食ピッチング発生下の条件においても腐食ピッチング（水素誘起割れ含む）を起こしにくい高耐久性の転がり軸受を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る転がり軸受は、固定輪と回転輪との間に複数の転動体を配置して用いられる転がり軸受において、前記固定輪、回転輪、転動体のうちの少なくとも一つが、重量比でＣ＝０．６５〜１．２０％，Ｓｉ＝０．０５〜０．７０％，Ｍｎ＝０．２〜１．５％，Ｃｒ＝０．１５〜２．０％，Ｎ≦０．０１％を含有するとともに、Ｔｉ：０．２６〜０．４０％、Ａｌ：０．１１〜０．４０％のうち少なくとも１種を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつ、平均粒径が５０ｎｍ〜３００ｎｍのＴｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物、Ａｌ窒化物のうちの少なくとも１つが分散析出された鋼からなることを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、Ｔｉ：０．２６〜０．４０％、Ａｌ：０．１１〜０．４０％のうち少なくとも１種を添加し、鋼中に平均粒径５０ｎｍ〜３００ｎｍのＴｉ炭化物・炭窒化物、Ａｌ窒化物を微細に分散させているので、マトリックスが分散されてオーステナイト結晶粒が細かくなり、硬度の向上と耐摩耗性も向上させ、異物混入の条件下においても軌道面に圧痕を生じにくくなる。
【００１６】
また、万一、き裂が発生した場合であっても、靭性が高いためき裂の伝ぱを遅くすることができる。さらに、マトリックス疲労による組織変化を抑制し、遅延させて、転がり寿命が向上する。
【００１７】
とくにＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＡｌＮなどの第二相粒子は、結晶粒界の面積を減じ、全粒界エネルギーを低下させるなど、結晶粒界を固着し、その移動を妨げ結晶粒を微細にする効果を有する。従って、第二相粒子の粒径が超微小な場合、例えば５０ｎｍ未満の場合には、ピンニング効果として結晶粒の粗大化を防止できず、従って結晶粒は超微細化しない。なお、第１相粒子はＣｒ炭化物やＣｒ炭窒化物などである。また、焼入れ後の結晶粒（旧オーステナイト粒粒度）は粒度番号１１以上である。
【００１８】
また、水侵入による腐食ピッチング発生下の条件においても、微細化されたオーステナイト結晶粒粒界面に水素をトラップし、また微細に分散析出させたＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＮｂＣ，ＮｂＣＮ，ＡｌＮなどが水素トラップサイトとなり、微細炭化物・窒化物の界面で水素を分散吸着して欠陥をつくりにくくし、更に他のき裂先端近傍への水素集積の遅延をもたらすため、き裂先端の塑性変形域の水素濃度を低下させるため、腐食ピッチング（水素誘起割れ含む）を起こしにくくなる。
【００１９】
以下、本発明の内輪、外輪の軸受鋼の各成分の限定理由についてそれぞれ述べる。
１）Ｃ；０．６５〜１．２０％
Ｃは転がり軸受として要求される硬さを付与する元素である。Ｃ含有量が０．６５％を下回ると、転がり軸受として要求される硬さＨＲＣ５９以上を確保できない場合がある。一方、Ｃ含有量が１．２０％を上回ると、巨大炭化物が生成しやすくなり、疲労寿命及び衝撃荷重が低下する場合がある。
２）Ｓｉ；０．０５〜０．７０％
Ｓｉは組織変化の遅延、及び焼入れ性を向上させる元素である。Ｓｉ含有量が０．０５％を下回ると鋼の脱酸処理が不十分になり、一方、これが０．７０％を上回ると加工性が著しく低下する。
３）Ｍｎ；０．２〜１．５％
Ｍｎは鋼の焼入れ性に効果のある元素である。Ｍｎ含有量が０．２％を下回ると焼入れ性が不足し、一方、これが１．５％を上回ると加工性が低下する。
４）Ｃｒ；０．１５〜２．０％
Ｃｒは焼入れを向上させ且つ炭化物球状化を促進させる元素である。Ｃｒは少なくとも０．１５％以上を含有させる必要があるが、２．０％を超えて含有させると、析出炭化物が粗大化して平均結晶粒が大きくなりすぎ、また被削性を劣化させる場合がある。
５）Ｔｉ；０．２６〜０．４０％
Ｔｉは鋼中にＴｉ炭化物およびＴｉ炭窒化物の形態で微細に分散析出し、軸受の転がり寿命を向上させる重要な添加元素である。また、Ｔｉは焼入れ時の結晶粒の粗大化を抑制する効果があり、さらに水素トラップサイトとしての効果もある。Ｔｉ含有量が０．２６％を下回ると、その多くは１μｍ以上のＴｉ窒化物及び又はＴｉ炭窒化物の形態で析出してしまうので、Ｔｉ炭化物やＴｉ炭窒化物の形態での分散析出効果が不十分になる。一方、Ｔｉ含有量が０．４０％を上回ると、加工性が低下するとともに、転がり寿命を低下させる５μｍ以上の介在物（ＴｉＮ），（ＴｉＳ）の個数が増加し、軸受の転がり寿命を低下させる。
６）Ａｌ；０．１１〜０．４０％
Ａｌは窒化物ＡｌＮとして鋼中に微細に分布し、焼入加熱時の結晶粒の粗大化を防止する元素であり、微細なＡｌＮを十分に生成させるためには０．１１％以上の含有が必要である。しかし、０．４０％を超えて含有させると非金属介在物であるアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）が多く生成されるようになり、転がり寿命を低下させる。
７）Ｎｂ；０．０５〜０．４０％
ＮｂはＡｌと同様に鋼中において微細な炭化物・窒化物を形成し、これが鋼中で微細に分散することにより焼入加熱時の結晶粒の成長を防止する元素であり、微細なＮｂＣ，ＮｂＣＮを生成させるためには０．０５％以上の量を含有させることが必要である。しかし、０．４０％を超えて含有させたとしてもその効果が飽和してしまい、また加工性の低下を招くとともに材料費の無駄な上昇を招く結果となるので、Ｎｂ含有量は０．０５〜０．４０％とした。
８）Ｎ；０．０１％以下
Ｎは転がり寿命向上に効果があり、Ｔｉ炭窒化物、Ｎｂ炭窒化物、Ａｌ窒化物の微細分散による分散強化効果が大きいが、Ｎ量が０．０１％を上回ると１μｍ以上のＴｉ炭窒化物、Ｔｉ窒化物が増加し、５０ｎｍ〜３００ｎｍのＴｉ炭化物が減少してしまう。
９）その他の不可避的不純物元素
Ｐ≦０．０２％
不可避的不純物元素のうちＰは、軸受の転がり寿命及び靭性を低下させる元素であるため、その上限値を０．０２％とした。
【００２０】
Ｓ≦０．０２％
不可避的不純物元素のうちＳは、被削性を向上させる元素であるが、Ｍｎ及びＴｉと結合して軸受の転がり寿命を低下させる硫化物系介在物を生成するため、その上限値を０．０２％とした。
【００２１】
Ｏ≦０．００１６％
不可避的不純物元素のうち酸素は、鋼中において酸化物系の介在物を生成し、軸受の転がり寿命を低下させる元素であるので、その上限値を０．００１６％とした。
１０）析出物の平均粒径；５０〜３００ｎｍ
内輪、外輪の軸受鋼は、上記組成の鋼中に平均粒径５０〜３００ｎｍのＴｉ炭化物・炭窒化物、Ａｌ窒化物が分散析出していることが必要である。これらの析出物の平均粒径が５０ｎｍ未満の場合には、ピンニング効果として小さすぎるため結晶粒の粗大化を防止できず、結晶粒は超微細化しない。一方、析出物の平均粒径が３００ｎｍを超える場合は、ピンニング効果にはならず、結晶粒の粗大化が進み、必要な強度が得られなくなる。図２に示すように、上記の鋼中析出物の平均粒径が５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲から外れると、軸受のＬ10寿命が大幅に低下することが判明している。
【００２２】
さらに、平均粒径５０ｎｍ〜３００ｎｍのＴｉ炭化物・炭窒化物、Ｎｂ炭化物・炭窒化物、Ａｌ窒化物は、３０μｍ^２（３μｍ^２ ×１０視野）あたりに５０個以上が存在することが望ましい。また、軸受の残留オーステナイト量は２０％以下、好ましくは５〜２０％とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面及び表を参照しながら本発明の種々の好ましい実施の形態について説明する。表１に実施例２，４，１０〜１２，１７，１８、比較例１〜１５及び参考例１，３，５〜９，１３〜１６，１９，２０として用いた供試材の化学成分（重量％）および析出物の平均粒径（ｎｍ）をそれぞれ示す。実施例２，４，１０〜１２，１７，１８の供試材は本発明の範囲をいずれも満たしているが、比較例１〜１５及び参考例１，３，５〜９，１３〜１６，１９，２０の供試材は成分中Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｎのいずれかが本発明の範囲の組成から外れているか又は析出物の平均粒径が本発明の範囲の組成から外れている。
【００２４】
実施例、比較例及び参考例の寿命試験に際し、軸受の内輪と外輪を表１に示す供試材を用いて製作した。この供試材料において、ＴｉあるいはＡｌをマトリックスに溶け込ませるため、１１５０〜１３５０℃の温度域に加熱して溶体化処理を施した。その後、８５０〜９５０℃の温度域で焼ならしをおこない球状化焼鈍を経て、ＴｉＣ，ＴｉＣＮあるいはＡｌＮを微細に分散析出させた。
【００２５】
その後、実施例及び参考例の供試材のみ９５０〜１１５０℃の温度域にて数分間だけ加熱し、平均粒径５０〜３００ｎｍのＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＡｌＮに成長させ、分散析出させた。この内輪と外輪を冷間加工し、通常熱処理（８４０℃で焼入れ加熱、油冷却後、１７０℃にて焼戻し）を行い軸受を製作した。
【００２６】
比較例１の鋼は軸受鋼２種（通常ＳＵＪ２）であり、比較例２，３の鋼は特開平５−２５５８０９号公報に記載の材料を通常熱処理した軸受であり、比較例４，５は特開平９−５３１５０号公報に記載の材料を浸炭熱処理した軸受である。
【００２７】
ＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＡｌＮの分散析出の確認としては、熱処理後の軸受を切断し、この断面をバフ研磨し、ナイタール腐食を行った後、その面にカーボン蒸着を行い、微細炭化物を抽出してレプリカ観察をおこなった。この際、ＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＡｌＮの確認は、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用い電子線回析による格子間定数から結晶構造と、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）にてその成分を特定し、平均粒径ならびに個数を求めるために５万倍の倍率にてその視野の観察を行った。なお、１視野を３μｍ²とし、任意の１０視野につき観察し（合計３０μｍ² ）、その平均粒径及び個数を求めた。その結果、実施例２，４，１０〜１２，１７，１８及び参考例１，３，５〜９，１３〜１６，１９，２０では平均粒径５０ｎｍ〜３００ｎｍのＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＡｌＮは合計視野３０μｍ² 当りに５０個以上が存在することが確認された。
【００２８】
次に、実施例の軸受と比較例の軸受とにつき下記条件の実験１〜３を通して寿命試験した結果につきそれぞれ説明する。
実験１〜３では図１に示す片もち型寿命試験機１をそれぞれ用いた。この片もち型寿命試験機１においては、被験体となる軸受１０はハウジング３内に収納され、外輪１１はハウジング３に固定され、内輪１２は回転シャフト４に嵌め込まれている。回転シャフト４を図示しないモータで回転させると、内輪１２が回転するとともに、ボール１３が転動するようになっている。ハウジング３には負荷シャフト６が連結され、さらに負荷シャフト６には負荷レバー５が連結されている。負荷レバー５を水平支軸５ａまわりに揺動させると、負荷シャフト６を介してハウジング３に固定された外輪１１に所定の荷重が負荷されるようになっている。
【００２９】
ハウジング３内には潤滑油供給回路２１に連通する油吐出部２５が導入され、潤滑油８が軸受１０に向けて吐出供給されるようになっている。油吐出部２５の供給回路２１は油槽２０に連通し、油槽２０は潤滑油８としてタービン油ＶＧ６８を収容している。油槽２０には補給回路２７を介して潤滑油８が毎時５ｃｃの割合で補給されるようになっている。
【００３０】
なお、この補給回路２７を介して鉄粉や水などの異物を油槽２０内の潤滑油８のなかに故意に添加混入し、攪拌するようにしてもよい。供給回路２１には下流側から順に流量計２２、ポンプ２３、フィルタ２４ａ，２４ｂが設けられている。また、ハウジング３及び油吐出部２５はチャンバ２によって取り囲まれ、チャンバ２内に落下した余剰の潤滑油８が回収回路２６を介して油槽２０に回収されるようになっている。
【００３１】
このような片もち型寿命試験機は、「異物混入条件と転がり疲れ寿命」（ＮＳＫテクニカルジャーナルＮｏ．６５５，ｐ１７〜２４、１９９３年）に記載されたものと実質的に同じ構成をなすものである。なお、試験軸受としては深溝玉軸受（６２０６タイプ）を、試験荷重としてはＦｒ＝９００ｋｇｆを、試験回転数は３９００ｒｐｍを、潤滑油としてはタービン油ＶＧ６８を使用した。
（実験１）
実験１では、まず異物の種類としてＨｖ７３０の１％スチールビーズ（大きさ４４〜７４μｍ）を０．００５ｇを潤滑油１リットル中に混入させ、軸受軌道面に初期圧痕をつけた。その後、軸受を洗浄し、外輪および転動体のみを新品の軸受鋼２種に交換し、圧痕の付いた内輪と新品の外輪・転動体とを組込んで、最後に異物混入無しのクリーン潤滑条件で耐久試験を行った。また試験は各々１０個ずつ行った。更に試験の終了の判定は、初期振動値の５倍となった時点にて試験を中断し、フレーキングを確認した。この時の軸受の計算寿命は４５時間であり、従って試験打ち切り時間を計算寿命の約５倍の２００時間とした。
【００３２】
なお，実験１においては内輪のみを評価した。内輪の表面硬さはロックウェルＣスケール（ＨＲＣ）で６０〜６６、残留オーステナイト量は５〜２０％、軌道表面粗さは０．０１〜０．０３μｍＲａとした。さらに、本実施例、参考例および比較例ともに外輪と転動体は同じ軸受鋼２種として熱処理を施し、外輪・転動体の表面硬さをＨＲＣ５９〜６３、外輪表面粗さは表面粗さを０．０１〜０．０３μｍＲａ、転動体の表面粗さを０．００３〜０．０１０μｍＲａとした。
【００３３】
表２及び図２に実験１の結果を示す。表２には析出物ＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＡｌＮの平均粒径（ｎｍ）、結晶粒度番号、Ｌ10寿命（時間）並びに、はくりの形態をそれぞれ示した。図２は、横軸に析出物ＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＡｌＮの平均粒径（ｎｍ）をとり、縦軸にＬ10寿命（時間）をとって、実施例２，４，１０〜１２，１７，１８、参考例１，３，５〜９，１３〜１６，１９，２０及び比較例１〜１５につき両者の相関を調べた結果をプロットで示すグラフ図である。
【００３４】
これらから実施例２，４，１０〜１２，１７，１８及び参考例１，３，５〜９，１３〜１６，１９，２０は鋼中のＴｉ炭化物，Ｔｉ炭窒化物の平均粒径が５０ｎｍから３００ｎｍであり、また、軸受寿命Ｌ10はすべて計算寿命の３倍の１５０時間以上となっており、比較例１〜１５と比べ長寿命となった。特に、実施例４，１２及び参考例７，１３，１４は結晶粒度番号が１４番以上となり、表面硬さもＨＲＣ６４以上となり、軸受寿命Ｌ10すべて２００時間以上を超えてもはくりを生じないので試験を打ち切った。
【００３５】
また、比較例１〜１５において軸受寿命Ｌ10が計算寿命程度あるいは計算寿命以下となっており、はくり部位はすべて異物によりう圧痕起点であった。特に比較例１２〜１５では５０ｎｍ未満のＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＡｌＮが分散していたが、結晶粒の超微細化（９番程度）ができなかったため、硬さの向上も認められず、シビアな圧痕が軌道面に生じやすくなる。また、き裂の伝ぱも早く、長寿命とはならなかった。これはＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＡｌＮなどの第二相粒子は結晶粒界の面積を減じ、全粒界エネルギーを低下させるなど、結晶粒界を固着し、その移動を妨げ結晶粒を微細にする効果を有するからである。よって、第二相粒子の粒径が５０〜３００ｎｍと超微小な場合は、例えば５０ｎｍ未満の場合には、ピンニング効果として結晶粒の粗大化を防止できず、結晶粒は超微細化（１１．９番以上）しなかった結果として、長寿命とならなかったと考えられる。
【００３６】
また、その他の比較例１〜１１はＴｉ，Ａｌの量が適当でなく、その平均粒径が４８０ｎｍ以上となっていたため、結晶粒の超微細化とはならず、長寿命とはならなかった。
【００３７】
なお、図２から明らかなように、鋼中析出物の平均粒径が５０〜３００ｎｍの範囲外（比較例１〜１５）では軸受のＬ10寿命が１３〜６８時間と短いが、鋼中析出物の平均粒径が５０〜３００ｎｍの範囲内（実施例２，４，１０〜１２，１７，１８及び参考例１，３，５〜９，１３〜１６，１９，２０）では軸受のＬ10寿命が１５０〜２００時間となって大幅に延長されることが確認された。
（実験２）
実験２は、異物を混入しない油潤滑（ＶＧ６８）のみのクリーン潤滑下にて行った。試験機と試験軸受型番及び試験荷重・回転数は実験１と同一である。なお、実験２においては、軸受として、表１の実施例１，１７及び参考例１３と比較例１，７，１４の化学成分の軸受内輪と外輪を用い、転動体のみ通常の軸受鋼２種（通常ＳＵＪ２）を用いた。試験は各々１０個ずつ行った。さらに試験の終了の判定は、初期振動値の５倍となった時点にて試験を中断し、フレーキングを確認した。試験打ち切り時間は１０００時間とした。
【００３８】
表３に実験２の結果を示す。これから明らかなように、実施例１ではＬ10寿命が９９１時間（うち２／１０内輪はくり）となり、参考例１３ではＬ10寿命が１０００時間（うち１／１０内輪はくり）超えた。更に、実施例１７に関しては１５００時間に達してもはくりを生じなかった。
【００３９】
これに対して比較例１ではＬ10寿命が３８２時間（うち５／１０内輪はくり）であり、比較例７ではＬ10寿命が４１５時間（うち５／１０内輪はくり）であり、更に比較例１４ではＬ10寿命が６１１時間（うち３／１０内輪はくり）であった。また、実施例１，１７、比較例１３及び比較例１，７，１４とも４００時間にて試験を中断し、軸受軌道輪中心を円周方向に切断し、腐食後ミクロ組織の観察を行った結果、実施例には組織変化は発生していなかったのに対して、比較例ではすべて組織変化が観察された。
（実験３）
実験３は、図１に示す試験機において軸受１０への潤滑油８の供給を停止させ、これにＥグリースを封入して供試材とし、さらにＥグリース中に水１％を混入させてゴムシールにてグリース漏れを防ぎ、実験を行った。ここで「Ｅグリース」とは、合成炭化水素油（動粘度が４７．３ｃＳｔ（４０℃），７．９ｃＳｔ（１００℃））に増ちょう剤としてウレアを配合し、混和ちょう度（２５℃，６０Ｗ）を２５０に、混和安定度（２５℃，１０⁵ Ｗ）を３６４に、酸化安定度（９９℃，１００時間）を０．０２５ＭＰａに、離油度（９９℃，２４時間）を０．３％に、蒸発量を（９９℃，２２時間）を０．３４％に、滴点を２６０℃以上に、水洗耐水度（７９℃，１時間）を２％に調整され、銅板腐食（１００℃，２４時間）に合格したものをいう。
【００４０】
この際、試験温度の急激な上昇が予想されたため、冷却装置を用いハウジングを冷却コントロールし、軸受温度を７０〜８０℃にて行った。試験機と試験軸受型番及び試験荷重・回転数は実験１と同一である。なお、実験３においては、軸受として、表１の実施例１，１３，１７と比較例１，７，１４の化学成分の軸受内輪と外輪を用い、転動体のみ通常の軸受鋼２種（通常ＳＵＪ２）を用いた。試験はそれぞれ１０個ずつ行った。更に試験の終了の判定は、初期振動値の５倍となった時点にて試験を中断し、フレーキングを確認した。試験の打ち切り時間は５００時間とした。
【００４１】
表４に実験３の結果を示す。これから明らかなように、実施例１ではＬ10寿命が５３８時間（うち４個内輪，４個外輪，計８／１０はくり）となり、参考例１３ではＬ10寿命が５６９時間（うち３個内輪、３個外輪、計６／１０はくり）となり、さらに実施例１７ではＬ10寿命が６２４時間（うち３個内輪、３個外輪、計６／１０はくり）となった。
【００４２】
これに対して比較例１ではＬ１０寿命が１８６時間（うち５個内輪、５個外輪、計１０／１０内輪はくり）であり、比較例７ではＬ１０寿命が１９３時間（うち５個内輪、５個外輪、計１０／１０内輪はくり）であり、更に比較例１４ではＬ１０寿命が２０５時間（うち５個内輪、５個外輪、計１０／１０内輪はくり）であった。
【００４３】
実施例１，１７及び参考例１３において結晶粒度がそれぞれ１１．９番、１５．１番、１２．８番であったのに対して、比較例１，７，１４ではＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＡｌＮが生成しておらず、従って結晶粒度がそれぞれ８．７番、８．６番、９．５番であった。これは，結晶粒径が実施例と比較して大きかったため、結晶粒界にて水素を分散吸着できず、従って、長寿命とならなかった。
【００４４】
このように、これらの実施例では鋼中に平均粒径５０〜３００ｎｍのＴｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物あるいはＡｌ窒化物を微細に分散させることにより、オーステナイト結晶粒を超微細化し軸受硬度を向上させ、耐摩耗性も向上し、軌道面に圧痕が生じにくくなり、また圧痕が生じき裂が発生した場合でもき裂の伝ぱが遅くなり、更にマトリックス疲労による組織変化を抑制し遅延させるため、異物潤滑下更にクリーン潤滑下において、従来に比べて大幅に転がり寿命を延長することができる。
【００４５】
また、水侵入下においても、超微細化した結晶粒界面に水素をトラップしたり、またＴｉＣ，ＴｉＣＮあるいはＡｌＮが水素トラップサイトとして微細炭化物・窒化物界面で水素を分散吸着し、欠陥をつくりにくくし、更にき裂の塑性変形域の水素濃度を低下させるため、腐食ピッチング（水素誘起割れを含む）を遅延させることができる。
【００４６】
なお、表５に結晶粒度番号（Ｎ）と平均結晶粒の大きさ（μｍ）との対応関係を示した。
なお、上記実施例に用いた材料は、軸受鋼の通常熱処理を行い、軸受の残留オーステナイト量を５〜２０％としたが、さらに軸受の残留オーステナイト量を５％未満とした寸法安定処理を施した軸受に関しても同様な効果を有する。
【００４７】
【表１】

【００４８】
【表２】

【００４９】
【表３】

【００５０】
【表４】

【００５１】
【表５】

【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｔｉ：０．２６〜０．４０％、Ａｌ：０．１１〜０．４０％のうち少なくとも１種を添加することにより、軌道表面ならびに鋼中に平均粒径５０ｎｍ〜３００ｎｍのＴｉ炭化物・炭窒化物、Ａｌ窒化物を１視野を３μｍ²とし、任意の１０視野（３０μｍ²）あたり５０個以上を微細に分散析出させることができ、結晶粒度番号で１１．９番以上と細かくなり、硬さが向上し、耐摩耗性も向上し、異物が侵入したときであっても軌道面に圧痕を生じにくくなる。
【００５３】
また、万一、軌道輪にき裂を生じた場合であっても、靭性を高めているので、き裂の伝ぱを遅くする効果があり、さらにマトリックス疲労による組織変化を抑制し、遅延させることにより、軸受の寿命低下を防ぐことができ、従来品と比較して長寿命なる転がり軸受となる。
【００５４】
また、水侵入下においても、微細な結晶粒界界面にトラップさせたり、またＴｉＣ，ＴｉＣＮあるいはＮｂＣ，ＮｂＣＮ，ＡｌＮが水素トラップサイトとして炭化物・窒化物界面で水素を分散吸着し、欠陥をつくりにくくし、また、き裂の塑性変形域の水素濃度を低下させるため、腐食ピッチング（水素誘起割れ含む）を遅延させる効果を有する。
さらに、結晶粒を結晶粒度番号で１４番以上にすることにより更なる寿命延長が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】片もち型寿命試験機を示す概略図。
【図２】析出物の平均粒径とＬ１０寿命との関係を示す特性相関図。
【符号の説明】
１…片もち型寿命試験機、
２…チャンバ、
３…ハウジング、
４…回転シャフト、
５…負荷レバー、６…負荷シャフト、
８…潤滑油、
１０…軸受、１１…外輪、１２…内輪、１３…転動体（ボール）、
２０…油槽、２１…潤滑油供給回路、２２…流量計、２３…ポンプ、
２４ａ，２４ｂ…フィルタ、２５…油吐出部、２６…回収回路、
２７…補給回路。

Claims

固定輪と回転輪との間に複数の転動体を配置して用いられる転がり軸受において、前記固定輪、回転輪、転動体のうちの少なくとも一つが、重量比でＣ＝０．６５〜１．２０％，Ｓｉ＝０．０５〜０．７０％，Ｍｎ＝０．２〜１．５％，Ｃｒ＝０．１５〜２．０％，Ｎ≦０．０１％を含有するとともに、Ｔｉ：０．２６〜０．４０％、Ａｌ：０．１１〜０．４０％のうち少なくとも１種を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつ、平均粒径が５０ｎｍ〜３００ｎｍのＴｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物、Ａｌ窒化物のうちの少なくとも１つが分散析出された鋼からなることを特徴とする転がり軸受。
前記Ｔｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物、Ａｌ窒化物のうちの少なくとも１つが３０μｍ²あたりに５０個以上存在することを特徴とする請求項１の転がり軸受。
前記軸受の残留オーステナイト量を２０％以下としたことを特徴とする請求項１または２のいずれか一方に記載の転がり軸受。
前記軸受の結晶粒度番号が１１．９番以上である請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の転がり軸受。