JPH06271982A - 繰り返し応力負荷によるミクロ組織変化の遅延特性に優れた軸受鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過酷な使用条件下での繰り返し応力負荷によ
るミクロ組織変化が少ない軸受鋼を提供する。 【構成】 繰り返し応力負荷によるミクロ組織変化遅延
を促進するために、Ｂ₅₀高負荷転動疲労寿命改善成分と
して、とくにAl：0.07超〜1.0 wt％およびSi：0.5 超〜
2.5 wt％, Mn：2.0 超〜5.0 wt％,Cr：2.5 超〜8.0 w
t％, Mo：0.5 超〜2.0 wt％,Ni：1.0 超〜3.0 wt％,
Cu：1.0 超〜2.5 wt％,Ｎ：0.012 超〜0.050 wt％,
Ｖ：0.05〜1.0 wt％,Nb：0.05〜1.0 wt％, Ｗ：
0.05〜1.0 wt％,Zr：0.02〜0.5 wt％, Ta：0.02〜
0.5 wt％,Hf：0.02〜0.5 wt％およびCo：0.05〜1.5 wt
％のうちから選ばれるいずれか１種または２種以上を含
み、かつ酸化物系非金属介在物の最大粒径が８μm 以下
である軸受鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ころ軸受あるいは玉軸
受といった転がり軸受の要素部材として用いられる軸受
鋼に関し、とくに繰り返し応力負荷によって転動接触面
下に発生するミクロ組織変化（劣化）に対する遅延特性
に優れた軸受鋼について提案する。

【０００２】

【従来の技術】自動車ならびに産業機械等で用いられる
ころがり軸受としては、従来、高炭素クロム軸受鋼(JI
S：SUJ 2)が最も多く使用されている。一般に軸受鋼と
いうのは、転動疲労寿命の長いことが重要な性質の１つ
であるが、この転動疲労寿命に与える要因としては、鋼
中の硬質な非金属介在物の影響が大きいと考えられてい
た。そのため、最近の研究の主流は、鋼中酸素量の低減
を通じて非金属介在物の量, 大きさを制御することによ
って軸受寿命を向上させる方策がとられてきた。

【０００３】例えば、軸受の転動疲労寿命の一層の向上
を目指して開発されたものとしては、特開平１−306542
号公報や特開平３−126839号公報などの提案があり、こ
れらは、鋼中の酸化物系非金属介在物の組成, 形状ある
いは分布状態をコントロールする技術である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、非金属
介在物の少ない軸受鋼を製造するには、鋼中酸素量の低
減が不可欠であるところ、これも既に限界に達してお
り、高価な溶製設備の設置あるいは従来設備の大幅な改
良が必要であり、経済的な負担が大きいという問題があ
った。また、本発明者らが行った最近の研究によれば、
転動寿命を決めている要因としては、従来から一般に論
じられてきた現象；すなわち、熱処理時に生じる“脱炭
層”（低Ｃ濃度領域）や上述した“非金属介在物”の存
在以外の要因もあるということが判った。というのは、
従来技術の下で単に脱炭層や非金属介在物を減少させて
も、軸受の転動疲労寿命、特に、高負荷あるいは高温と
いった過酷な条件下での軸受寿命の向上には大きな効果
が得られないことを多く経験したからである。このこと
から、特有の軸受寿命を律する他の要因の存在を確信し
たのである。

【０００５】そこで、本発明者らは、転がり軸受の剥離
の発生原因について調査を行った。その結果、軸受の内
・外輪と転動体と転動体との回転接触時に発生する繰り
返し剪断応力により、転動接触面の下層部分（表層部）
に、図１(a) に示すような、帯状の白色生成物と棒状の
析出物からなるミクロ組織変化層が発生し、これが転動
回数を増すにつれて次第に成長し、終いにはこのミクロ
組織変化部から疲労剥離( 図1(b)) が生じて軸受寿命に
つながるということが判った。さらに、軸受使用環境の
過酷化すなわち, 高面圧化（小型化）, 使用温度の上昇
は、これらミクロ組織変化が発生するまでの転動回数を
短縮し、従来の軸受鋼SUJ2では著しい軸受寿命の低下と
なるということをつきとめた。すなわち、軸受寿命とい
うのは、従来技術のような、脱炭層や非金属介在物だけ
の制御では不十分であり、例えば、単に非金属介在物の
量や大きさを低減させただけでは、上述した転動接触面
下で発生するミクロ組織変化が発生するまでの時間を遅
延させることはできない。その結果として、軸受寿命の
今まで以上の向上は図り得ないということを知見したの
である。

【０００６】そこで、本発明の目的は、過酷な使用条件
の下での転動疲労寿命特性を向上させるために、高負荷
下における軸受使用中に発生するミクロ組織変化を遅延
させることができると共に、非金属介在物の最大粒径を
小さく抑制することにより、軸受寿命の著しい向上をも
たらすことのできる軸受鋼を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】さて、本発明者らは、上
述した知見に基づき軸受寿命を律する要因として、新た
に“ミクロ組織変化遅延特性”というものに着目た。そ
して、この特性の向上を図るには、当然そのための新た
な合金設計（成分組成）が必要であり、このことの実現
なくして軸受のより一層の寿命向上は図れないという認
識に立って、さらに種々の実験と検討とを行った。その
結果、多量のAlを適正量含有させれば、繰り返し応力負
荷による転動接触面下に生成する上述したミクロ組織変
化を著しく遅延できることを見い出し、本発明軸受鋼に
想到した。

【０００８】すなわち、本発明軸受鋼は、以下の如き要
旨構成を有するものである。 (1) Ｃ： 0.5〜1.5 wt％, Al：0.07超〜1.0 wt％を含
み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ酸化
物系非金属介在物の最大粒径が８μｍ以下である, 繰り
返し応力負荷によるミクロ組織変化の遅延特性に優れた
軸受鋼（第１発明）。 (2) Ｃ： 0.5〜1.5 wt％, Al：0.07超〜1.0 wt％を含
有し、さらに、Si：0.05〜0.5 wt％, Mn：0.05〜2.0
wt％,Cr：0.05〜2.5 wt％, Mo：0.05〜0.5 wt％,Ni：
0.05〜1.0 wt％, Cu：0.05〜1.0 wt％,Ｂ：0.0005〜
0.01wt％, Sb：0.0001〜0.015 wt％及びＮ：0.0005〜0.
012 wt％のうちから選ばれるいずれか１種または２種以
上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、か
つ酸化物系非金属介在物の最大粒径が８μｍ以下であ
る, 繰り返し応力負荷によるミクロ組織変化の遅延特性
に優れた軸受鋼（第２発明）。 (3) Ｃ： 0.5〜1.5 wt％, Al：0.07超〜1.0 wt％を含
有し、さらにSi：0.5 超〜2.5 wt％, Mn：2.0 超〜5.0
wt％,Cr：2.5 超〜8.0 wt％, Mo：0.5 超〜2.0 wt％,N
i：1.0 超〜3.0 wt％, Cu：1.0 超〜2.5 wt％,Ｎ：0.01
2 超〜0.050 wt％, Ｖ：0.05〜1.0 wt％,Nb：0.05〜1.0
wt％, Ｗ：0.05〜1.0 wt％,Zr：0.02〜0.5 wt％,
Ta：0.02〜0.5 wt％,Hf：0.02〜0.5 wt％, 及びCo：0.0
5〜1.5 wt％のうちから選ばれるいずれか１種または２
種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からな
り、かつ酸化物系非金属介在物の最大粒径が８μｍ以下
である, 繰り返し応力負荷によるミクロ組織変化の遅延
特性に優れた軸受鋼（第３発明）。 (4) Ｃ： 0.5〜1.5 wt％, Al：0.07超〜1.0 wt％を含
有し、さらにSi：0.05〜0.5 wt％, Mn：0.05〜2.0 wt
％,Cr：0.05〜2.5 wt％, Mo：0.05〜0.5 wt％,Ni：0.
05〜1.0 wt％, Cu：0.05〜1.0 wt％,Ｂ：0.0005〜0.0
1wt％, Sb：0.0001〜0.015 wt％及びＮ：0.0005〜0.012
wt％のうちから選ばれるいずれか１種または２種以上
を含み、さらにまた、Si：0.5 超〜2.5 wt％, Mn：2.0
超〜5.0 wt％,Cr：2.5 超〜8.0 wt％, Mo：0.5 超〜2.0
wt％,Ni：1.0 超〜3.0 wt％, Cu：1.0 超〜2.5 wt％,
Ｎ：0.012 超〜0.050 wt％, Ｖ：0.05〜1.0 wt％,Nb：
0.05〜1.0 wt％, Ｗ：0.05〜1.0 wt％,Zr：0.02〜0.5
wt％, Ta：0.02〜0.5 wt％,Hf：0.02〜0.5 wt％及び
Co：0.05〜1.5 wt％のうちから選ばれるいずれか１種ま
たは２種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物か
らなり、かつ酸化物系非金属介在物の最大粒径が８μｍ
以下である, 繰り返し応力負荷によるミクロ組織変化の
遅延特性に優れた軸受鋼（第４発明）。

【０００９】

【作用】以下に、上記合金設計になる本発明軸受鋼に想
到した背景につき、本発明者らが行った実験結果に基づ
いて説明する。まず、実験に当たり、 SUJ 2 ( Ｃ：1.02wt％, Si：0.25wt％, Mn：0.45wt
％, Cr：1.35wt％, Ni：0.0040wt％, Ｏ：0.0012wt％)
と、 SUJ 2 ( Ｃ：1.01wt％, Si：0.24wt％, Mn：0.46wt
％, Cr：1.32wt％, Ni：0.0042wt％, Ｏ：0.0015wt％)
と、 多量のAlを添加した２種の材料 (Ｃ：1.00wt％, , Si：0.23wt％, Mn：0.46wt％,
Cr：1.33wt％, Ｏ：0.0009wt％, Al：0.080 wt％, Ｎ：
0.0042wt％) (Ｃ：1.00wt％, , Si：0.25wt％, Mn：0.45wt％,
Cr：1.33wt％, Ｏ：0.0038wt％, Al：0.078 wt％, Ｎ：
0.0040wt％) (Ｃ：1.00wt％, , Si：0.20wt％, Mn：0.43wt％,
Cr：1.30wt％, Ｏ：0.0008wt％, Al： 0.215wt％, Ｎ：
0.0032wt％) (Ｃ：0.98wt％, , Si：0.22wt％, Mn：0.45wt％,
Cr：1.33wt％, Ｏ：0.0008wt％, Al： 0.212wt％, Ｎ：
0.0038wt％) についての供試鋼材を作製した。ついで、これらの供試
材を焼ならし、球状化焼ならし、焼入れ焼もどしの各処
理を施したのち、それぞれの供試材から12mmφ×22mmの
円筒型の試験片を作製した。

【００１０】次に、これらの試験片をラジアルタイプ型
の転動疲労寿命試験機を用い、ヘルツ最大接触応力：60
0kgf/mm² ,繰り返し応力数 46500 cpmの負荷条件の下で
転動疲労寿命の試験を行った。試験結果は、ワイブル分
布確立紙上にプロットし、非金属介在物の制御によって
影響される材料強度の上昇による転動疲労寿命の向上を
示す数値と見られるＢ₁₀（10％累積破損確率) と、高負
荷転動時の繰り返し応力負荷によるミクロ組織変化発生
を遅延させることによる転動疲労寿命の向上を示す数値
と見られるＢ₅₀（50％累積破損確率）とを求めた。

【００１１】その結果、表１に示すように、介在物制御
をすることなく、単にAlを多量に添加しただけのものに
ついては、前記Ｂ₁₀値についての改善は小さいものの、
Ｂ₅₀値についてはかなり高い数値を示して改善されてい
ることが判る。即ち、軸受平均寿命はSUJ 2 に比べてＢ
₁₀値で約３倍、Ｂ₅₀値で約30倍もの改善を示していた。
これに対し、Alの多量添加とともに非金属介在物の最大
粒径を制御したものでは、高負荷転動中に生成するミク
ロ組織変化の遅延特性に対して顕著な改善効果を示すと
共に、さらにＢ₁₀値に表れているように非金属介在物を
原因とする剥離に対する改善効果が認められた。なかで
もは、鋼中酸素量が高いにもかかわらず介在物制御に
よってＢ₁₀値は約14倍も優れており、ミクロ組織変化の
遅延と介在物の微細化が悪いＢ₁₀値寿命の向上に作用し
ていることが明らかである。

【００１２】

【表１】

【００１３】図２は、上記実験結果をまとめたものであ
って、非金属介在物の粒径に起因する軸受寿命とミクロ
組織変化に起因する寿命の変化との関係を示す模式図で
ある。この図に明らかなように、従来のように累積破損
確率10％のＢ₁₀値で示される軸受寿命（以下、これを
「Ｂ₁₀転動疲労寿命」という）は、Alを多量に添加する
ことだけでは大きな効果は期待し得ないが、非金属介在
物制御をも併せて行ったものの方が顕著な改善効果を示
している。一方、累積破損確率50％のＢ₅₀値で示される
軸受寿命 (以下、これを「Ｂ₅₀高負荷転動疲労寿命」と
いう）でみると、非金属介在物制御とは関係なくAl多量
添加の効果が極めて顕著なものとなり、ミクロ組織変化
生成環境の下での軸受寿命を著しく向上させることが判
る。

【００１４】そこで、本発明においては、繰り返し応力
負荷によるミクロ組織変化遅延特性の改善を図るという
観点から、以下に説明するような成分組成の範囲を決定
した。

【００１５】Ｃ： 0.5〜1.5 wt％ Ｃは、基地に固溶してマルテンサイトの強化に有効に作
用する元素であり、焼入れ焼もどし後の強度確保とそれ
による転動疲労寿命を向上させるために含有させる。そ
の含有量が0.5 wt％未満ではこうした効果が得られな
い。一方、 1.5wt％超では被削性, 鍛造性が低下するの
で、 0.5〜1.5 wt％の範囲に限定した。

【００１６】 Si：0.05〜0.5 wt％, 0.5 超〜2.5 wt％以下 Siは、鋼の溶製時の脱酸剤として用いられる他、基地に
固溶して焼もどし軟化抵抗の増大により焼入れ, 焼もど
し後の強度を高めて転動疲労寿命を向上させる元素とし
て有効である。こうした目的の下に添加されるSiの含有
量は、0.05〜0.5 wt％の範囲とする。さらに、このSi
は、0.5 ％wt％超を添加すると、繰り返し応力負荷の下
でのミクロ組織変化の遅延をもたらして転動疲労寿命を
向上させる効果がある。しかし、その含有量が 2.5wt％
を超えると、その効果が飽和する一方で加工性や靱性を
低下させるので、ミクロ組織変化遅延特性のより一層の
向上のためには、 0.5超〜2.5 wt％を添加することが有
効である。

【００１７】Mn：0.05〜2.0 wt％, 2.0 超〜5.0 wt％ Mnは、鋼の溶製時に脱酸剤として作用し、鋼の低酸素化
に有効な元素である。また、鋼の焼入れ性を向上させる
ことにより基地マルテンサイトの靱性, 硬度を向上さ
せ、転動疲労寿命の向上に有効に作用する。こうした目
的のためには、0.05〜2.0 wt％の添加があれば十分であ
る。しかし、このMnを、 2.0wt％を超えて添加すること
により、Alと同様に転動時の繰返し応力の負荷によるミ
クロ組織変化を著しく遅延させる効果を有し、転動疲労
寿命を改善する。しかし、5.0 wt％を超える添加では、
多量の残留γが発生して強度ならびに寸法安定性が低下
するため、この目的のためには、 2.0超〜5.0 wt％の範
囲で添加する。

【００１８】Cr：0.05〜2.5 wt％, 2.5 超〜8.0 wt％ Crは、焼入れ性の向上と安定な炭化物の形成を通じて、
強度の向上ならびに耐摩耗性を向上させ、ひいては転動
疲労寿命を向上させる成分である。この効果を得るため
には、0.05〜2.5 wt％の添加で十分である。さらに、こ
のCrは、 2.5wt％を超えて多量に添加した場合には、繰
返し応力負荷によるミクロ組織変化を遅延せしめて、こ
の面での転動疲労寿命を向上させるのに有効である。そ
して、この目的のためのCr添加の効果は、 8.0wt％を超
えると飽和するのみならず、却って焼入れ時の固溶Ｃ量
の低下を招いて強度が低下する。従って、この目的のた
めに添加するときは、 2.5超〜8.0 wt％としなければな
らない。

【００１９】Ni：0.05〜1.0 wt％, 1.0 超〜3.0 wt％ Niは、焼入れ性の増大により焼入れ焼もどし後の強度を
高め靱性を向上させるとともに、転動疲労寿命を向上さ
せるので、この目的のためには0.05〜1.0 wt％の範囲内
で添加する。さらに、このNiは、 1.0wt％を超えて添加
した場合には、転動時のミクロ組織変化を遅らせ、それ
により転動疲労寿命を向上させる。しかし、この場合で
も３wt％を超えて添加すると、多量の残留γを析出して
強度の低下ならびに寸法安定性を害することになる他、
コストアップになるため、この作用効果を期待する場合
には、1.0 超〜3.0 wt％の範囲内で添加することが必要
である。

【００２０】Mo：0.05〜0.5 wt％, 0.5 超〜2.0 wt％ Moは、残留炭化物の安定化により耐摩耗性を向上させる
元素である。とくに0.05〜0.5 wt％を添加すると、焼入
れ性を増大して焼入れ焼もどし後の強度向上に寄与する
と共に、安定炭化物の析出により、耐摩耗性と転動疲労
寿命とを向上させる。さらにこのMnは、0.5 wt％超とい
う多量を添加すると、転動時のミクロ組織変化を遅らせ
る効果が著しくなり、この面での転動疲労寿命を向上さ
せる。しかし、その量が 1.5wt％を超えると、切削性,
鍛造性を低下させ、コストアップの因ともなるため、こ
の目的のためには 0.5超〜2.0 wt％の範囲内で添加する
ことが必要である。

【００２１】Cu：0.05〜1.0 wt％, 1.0超〜2.5 wt％ Cuは、焼入れの増大により焼入れ焼もどし後の強度を高
め、転動疲労寿命を向上させるために添加する。この目
的のために添加するときは、0.05〜1.0 wt％の範囲で十
分である。一方、このCuはまた、上記の目的とは別に
1.0％を超えて多量に添加した場合には、繰り返し応力
負荷によるミクロ組織変化を遅らすことによって、転動
転動疲労寿命を著しく向上させることになる。ただし、
その量が 2.5wt％を超えるとこの添加効果が飽和すると
ともに、却って鍛造性の低下を招くことになるため、こ
の目的のためには 1.0超〜2.5 wt％の範囲で添加するこ
とが必要である。

【００２２】Ｂ：0.0005〜0.01wt％ Ｂは、焼入れ性の増大により焼入れ焼もどし後の強度を
高め、転動疲労寿命を向上させるので、0.0005wt％以上
を添加する。しかしながら、0.01wt％を超えて添加する
と加工性を劣化させるので、0.0005〜0.01wt％の範囲に
限定する。

【００２３】Sb：0.001 〜0.015 wt％ このSbは、焼入れ性の増大により焼入れ焼もどし後の強
度を高めて、転動疲労寿命を向上させる他、鋼材表層部
のＣと雰囲気ガスとの反応を抑制して脱炭層の発生を阻
止することによって、熱処理生産性向上にも寄与する。
このような作用, 効果のためには 0.001wt％以上の添加
を必要とし、一方、0.015 wt％を超えて添加してもその
効果は飽和することに加え、却って熱間加工性および靱
性の劣化を招くようになる。従って、Sbは 0.001〜0.01
5 wt％の範囲で含有させることとした。

【００２４】Al：0.07超〜1.0 wt％ Alは、本発明において最も重要な役割を担っている元素
であり、とりわけ過酷な繰り返し応力負荷の下での、上
述したミクロ組織変化の遅延を促してこの面における転
動疲労寿命のより一層の向上を図る場合に、欠かせない
成分である。この作用は、Alの単独多量添加でも十分に
効果がある。すなわち、このAlによる上記ミクロ組織変
化の遅延を実現するためには、少なくとも0.07wt％を超
えて含有させることが必要であるが、 1.0wt％を超える
とその効果が飽和する一方で靱性, 加工性を低下させる
ので、このAlは0.07超〜1.0 wt％の範囲に限定した。な
お、このAlは、鋼の溶製時の脱酸剤としても作用し、さ
らにＮと結合して結晶粒を微細化し、鋼の靱性向上にも
寄与する。

【００２５】 Ｎ：0.0005〜0.012 wt％, 0.012 超〜0.05wt％ Ｎは、窒化物形成元素と結合して結晶粒を微細化すると
共に、基地に固溶して焼入れ焼もどし後の強度を高め、
転動疲労寿命を向上させる。この目的のためには0.0005
〜0.012 wt％の範囲内で添加する。また、このＮは、0.
012 wt％を超えて添加した場合には、繰り返し応力によ
るミクロ組織変化を遅らせることにより転動疲労寿命を
向上させる。ただし、その量が0.05wt％を超えると、加
工性が低下するため、この目的のためには0.012 超〜0.
05wt％を添加する。

【００２６】Ｐ≦0.025 wt％ Ｐは、鋼の靱性ならびに転動疲労寿命を低下させること
から可能なかぎり低いことが望ましく、その許容上限は
0.025 wt％である。

【００２７】Ｓ≦0.025 wt％ Ｓは、Mnと結合してMnＳを形成し、被削性を向上させ
る。しかし、多量に含有させると転動疲労寿命を低下さ
せることから、0.025 wt％を上限としなければならな
い。

【００２８】以上、繰り返し応力負荷によるミクロ組織
変化を遅延させることによる転動疲労寿命を改善すると
共に、強度の上昇を通じて転動疲労寿命を改善するため
の主要成分（AlおよびSi, Mn, Cr, Mo, Ni, Cu, Sb,
Ｂ, Ｎ）およびＣ，Ｐ，Ｓの限定理由について説明した
が、本発明ではさらに、Ｖ, Nb, Ｗ, Zr, Ta, Hfおよび
Coのうちから選ばれるいずれか１種または２種以上を添
加することにより、高負荷時の転動疲労寿命を改善させ
るようにしてもよい。

【００２９】上記各元素の好適添加範囲と添加の目的、
上限値、下限値限定の理由につき、表２にまとめて示
す。

【表２】

【００３０】なお、本発明においては、被削性を改善す
るために、Ｓ，Se, Te, REM, Pb,Bi, Ca, Ti, Mg, Ｐ，
Sn, As等を添加しても、上述した本発明の目的である繰
り返し応力負荷によるミクロ組織変化による遅延特性を
阻害することはなく、容易に被削性を改善することがで
きるので、必要に応じて添加してもよい。

【００３１】次に、本発明においては、上記成分組成の
限定に加え、鋼中の酸化物系非金属介在物の形態（大き
さ）制御を行うことよって、主として上述したＢ₁₀転動
疲労寿命の一層の向上を図ることにした。

【００３２】そこでまず、発明者らは、酸化物系非金属
介在物量ならびに成分組成が異なる２種の材料：即ち、
高炭素クロム軸受鋼（JIS-SUJ2)(Ａ）と、上記適合範囲
内組成の軸受鋼（Ｂ）とを用いて、鋼中の酸化物系非金
属介在物最大径とＢ₁₀転動疲労寿命との関係を調査し
た。その結果、図３に示すように、鋼中の酸化物系非金
属介在物量あるいは組成に関係なく、該非金属介在物の
最大径が８μｍを越えると、Ｂ₁₀転動疲労寿命は目立っ
て低下することが判り、このことから、本発明軸受鋼と
しては、最大粒径が８μｍ以下になるようにすることが
必要である。

【００３３】

【実施例】表３, 表４, 表５に示す成分組成の鋼を常法
にて溶製し、得られた鋼材につき1240℃で30h の拡散焼
鈍の後に65mmφの棒鋼に圧延した。次いで、焼ならし−
球状化焼なまし−焼入れ−焼もどしの順で熱処理を行
い、ラッピング仕上げにより12mmφ×22mmの円筒型転動
疲労寿命試験片を作製した。非金属介在物の試験は、 4
00倍で 800視野の酸化物系非金属介在物を測定し、各視
野での介在物最大径をGumbel確率紙上にまとめ、50000
mm² 相当の極値を算出し、鋼中に存在する酸化物系非金
属介在物最大粒径とした。また、転動疲労寿命試験は、
ラジアルタイプの転動疲労寿命試験機を用いて、ヘルツ
最大接触応力：600 kgf/mm² , 繰り返し応力数約46500
cpm の条件で行った。試験結果は、ワイブル分布に従う
ものとして確率紙上にまとめ、鋼材No.1 (従来鋼である
JIS- SuJ２) の平均寿命 (累積破損確率：10％および50
％における、剥離発生までの総負荷回数) を１として、
その他の鋼種のものを対比して評価したものである。そ
の評価結果を、表３、表４、表５にそれぞれ併せて示し
た。

【００３４】

【表３】

【００３５】

【表４】

【００３６】

【表５】

【００３７】表３, ４, ５に示す結果から明らかなよう
に、鋼中Ｃ量が本発明範囲外である鋼材No.6, 鋼中Al量
が本発明範囲外である鋼材No.2, 7 のＢ₅₀軸受平均寿命
は、いずれも従来鋼（鋼材No.1）に比べて悪い。また、
介在物最大径が８μm を超えるNo.2, 3 では、いずれも
Ｂ₁₀軸受寿命が悪いという結果となった。これに対し、
本発明鋼( 第１発明）である鋼材No.3および4 のＢ₁₀,
Ｂ₅₀値の平均寿命は、いずれも従来鋼（鋼材No.1) に比
較して14〜16倍も優れている。すなわち、軸受鋼へのAl
の添加がミクロ組織変化を著しく遅延し、介在物最大径
の制御によって、軸受のあらゆる転動疲労寿命の向上に
対して有効に作用したことが窺える。

【００３８】なかでも、Si, Mn, Cr, Moの単独添加およ
びそれらの複合添加例（第３発明鋼）No. 22〜25, 36の
場合には、上記平均寿命（Ｂ₅₀転動疲労寿命）は、より
一層向上することが確かめられた。

【００３９】また、介在物粒径制御にあわせ強度上昇に
よる寿命改善成分を単独または複合して添加してなる第
２, 第４本発明例（No.8〜21, 37, 61) は、Ｂ₁₀軸受寿
命の方も極めて高い改善の程度を示した。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
基本的には0.07％超の高Al含有軸受鋼とすることによ
り、繰り返し応力負荷に伴うミクロ組織変化の遅延をも
たらすことによる転動疲労寿命の向上を達成して、この
面において高寿命の軸受用の鋼を提供することができ
る。しかも、非金属介在物の粒径制御を通じて材料強度
を高めることによって、この面における転動疲労寿命の
向上をも実現できる。なお、本発明にかかる軸受鋼の開
発によって、転がり軸受の小型化ならびに軸受使用温度
のより以上の上昇が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は、繰り返し応力負荷の下に、
発生するミクロ組織変化のようすを示す金属組織の顕微
鏡写真。

【図２】介在物に起因する軸受寿命とミクロ組織変化に
起因する軸受寿命とに及ぼすMoの影響を示す説明図。

【図３】非金属介在物最大径と軸受転動疲労寿命との関
係を示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松崎 明博 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 天野 虔一 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ： 0.5〜1.5 wt％, Al：0.07超〜1.0 wt
   ％を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、か
   つ酸化物系非金属介在物の最大粒径が８μｍ以下であ
   る, 繰り返し応力負荷によるミクロ組織変化の遅延特性
   に優れた軸受鋼。
2. 【請求項２】Ｃ： 0.5〜1.5 wt％, Al：0.07超〜1.0
   wt％を含有し、さらに、Si：0.05〜0.5 wt％, Mn：0.
   05〜2.0 wt％,Cr：0.05〜2.5 wt％, Mo：0.05〜0.5 w
   t％,Ni：0.05〜1.0 wt％, Cu：0.05〜1.0 wt％,Ｂ：
   0.0005〜0.01wt％, Sb：0.0001〜0.015 wt％及びＮ：0.
   0005〜0.012 wt％のうちから選ばれるいずれか１種また
   は２種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物から
   なり、かつ酸化物系非金属介在物の最大粒径が８μｍ以
   下である, 繰り返し応力負荷によるミクロ組織変化の遅
   延特性に優れた軸受鋼。
3. 【請求項３】Ｃ： 0.5〜1.5 wt％, Al：0.07超〜1.0
   wt％を含有し、さらにSi：0.5 超〜2.5 wt％, Mn：2.0
   超〜5.0 wt％,Cr：2.5 超〜8.0 wt％, Mo：0.5 超〜2.0
   wt％,Ni：1.0 超〜3.0 wt％, Cu：1.0 超〜2.5 wt％,
   Ｎ：0.012 超〜0.050 wt％, Ｖ：0.05〜1.0 wt％,Nb：
   0.05〜1.0 wt％, Ｗ：0.05〜1.0 wt％,Zr：0.02〜0.5
   wt％, Ta：0.02〜0.5 wt％,Hf：0.02〜0.5 wt％, 及
   びCo：0.05〜1.5 wt％のうちから選ばれるいずれか１種
   または２種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物
   からなり、かつ酸化物系非金属介在物の最大粒径が８μ
   ｍ以下である, 繰り返し応力負荷によるミクロ組織変化
   の遅延特性に優れた軸受鋼。
4. 【請求項４】Ｃ： 0.5〜1.5 wt％, Al：0.07超〜1.0
   wt％を含有し、さらにSi：0.05〜0.5 wt％, Mn：0.05
   〜2.0 wt％,Cr：0.05〜2.5 wt％, Mo：0.05〜0.5 wt
   ％,Ni：0.05〜1.0 wt％, Cu：0.05〜1.0 wt％,Ｂ：0.
   0005〜0.01wt％, Sb：0.0001〜0.015 wt％及びＮ：0.00
   05〜0.012 wt％のうちから選ばれるいずれか１種または
   ２種以上を含み、さらにまた、Si：0.5 超〜2.5 wt％,
   Mn：2.0 超〜5.0 wt％,Cr：2.5 超〜8.0 wt％, Mo：0.5
   超〜2.0 wt％,Ni：1.0 超〜3.0 wt％, Cu：1.0 超〜2.
   5 wt％,Ｎ：0.012 超〜0.050 wt％, Ｖ：0.05〜1.0 wt
   ％,Nb：0.05〜1.0 wt％, Ｗ：0.05〜1.0 wt％,Zr：0.
   02〜0.5 wt％, Ta：0.02〜0.5 wt％,Hf：0.02〜0.5 w
   t％及びCo：0.05〜1.5 wt％のうちから選ばれるいずれ
   か１種または２種以上を含み、残部がFeおよび不可避的
   不純物からなり、かつ酸化物系非金属介在物の最大粒径
   が８μｍ以下である, 繰り返し応力負荷によるミクロ組
   織変化の遅延特性に優れた軸受鋼。