JPH0987025A - 高温高圧下の水中で使用される転がり軸受 - Google Patents
高温高圧下の水中で使用される転がり軸受Info
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
された内外両輪1、2と、炭化ケイ素を主体とするセラ
ミックスで形成された玉4とよりなる高温高圧下の水中
で使用する玉軸受である。内外両輪1、2の表面部と玉
4の表面部とを異種材料で形成する。玉4の表面部の硬
度を内外両輪1、2の表面部の硬度よりも高くする。
Description
原子炉に搭載される原子炉容器内装型制御棒駆動機構に
おいて高温高圧下の水中で使用される転がり軸受に関す
る。
装型制御棒駆動機構に用いられる転がり軸受は、高温高
圧下、たとえば320〜350℃、12〜15MPaの
水中という過酷な条件で使用されることになる。
受としては、内輪、外輪および転動体のうちの少なくと
も1つが炭化ケイ素を主体としたセラミックスで形成さ
れ、残りのものが窒化ケイ素を主体としたセラミックス
で形成されたものが知られている(特開昭62−566
20号参照)。
転がり軸受を高温高圧下の水中で使用した場合、窒化ケ
イ素からなる部品が短時間で腐食し、その結果転がり軸
受の寿命が短くなるという問題がある。
温高圧下の水中で使用した場合にも寿命が長い転がり軸
受を提供することにある。
下の水中で使用される転がり軸受は、少なくとも表面部
が、サーメット、ステライトおよび析出硬化系ステンレ
ス鋼からなる群から選ばれたいずれか1種の材料で形成
された軌道輪と、少なくとも表面部が、サーメット、ス
テライトおよび炭化ケイ素を主体とするセラミックスか
らなる群から選ばれたいずれか1種の材料で形成された
転動体とよりなり、軌道輪の表面部と転動体の表面部と
が異種材料で形成され、転動体の表面部の硬度が軌道輪
の表面部の硬度よりも高くなっているものである。
くとも表面部が、サーメット、ステライトおよび析出硬
化系ステンレス鋼からなる群から選ばれたいずれか1種
の材料で形成され、転動体が、少なくとも表面部が、サ
ーメット、ステライトおよび炭化ケイ素を主体とするセ
ラミックスからなる群から選ばれたいずれか1種の材料
で形成されているので、高温高圧下の水中で使用したと
しても、腐食のおそれが少なく、しかも軌道輪や転動体
の摩耗の度合いが少なくなって寿命が長くなる。
が異種材料で形成されているので、軌道輪および転動体
のいずれにも金属粉が付着したうろこ状摩耗、すなわち
凝着摩耗が生じるのを防止することができ、軸受の寿命
が長くなる。さらに、転動体の表面部の硬度が軌道輪の
表面部の硬度よりも高くなっているので、軌道輪に比べ
て摩耗し易い転動体の耐摩耗性が向上して、軸受全体の
寿命が長くなる。
ンレス鋼製本体および本体の表面を覆うステライト製被
覆層よりなり、転動体が、炭化ケイ素を主体とするセラ
ミックスよりなることがある。ステライト製被覆層は、
たとえば溶射による硬化肉盛で形成される。
析出硬化系ステンレス鋼よりなり、転動体が炭化ケイ素
を主体とするセラミックスよりなることがある。
がサーメットよりなり、転動体が炭化ケイ素を主体とす
るセラミックスよりなることがある。
の表面を覆うステライト製被覆層よりなるもの、析出硬
化系ステンレス鋼よりなるもの、ならびにサーメットよ
りなるものである場合、それぞれ比較的加工性に優れて
いるので、軌道輪の製造が容易になる。さらに、これら
の軌道輪の場合、それぞれその熱膨張係数が、セラミッ
クスに比較してステンレス鋼等の金属の熱膨張係数に近
くなるので、高温での使用時にステンレス鋼等からなる
金属製回転軸およびハウジングと軌道輪との間に隙間が
発生して軸受の内部諸元が変化するのを防止できる。
とえばCo40〜55wt%、Cr15〜35wt%、W1
0〜20wt%、C2〜4wt%、Fe5wt%以下の組成を
有するものを用いるのがよい。
0wt%、TiN5〜10wt%、TaC5〜10wt%、M
o2 C5〜10wt%、Ni10〜15wt%の組成を有す
るものを用いるのがよい。
を参照して説明する。この実施の形態は、この発明を玉
軸受に適用したものである。
あって、内輪(1) と、外輪(2) と、保持器(3) と、保持
器(3) に保持された複数の玉(4) とよりなる。
面部が、サーメット、ステライトおよび析出硬化系ステ
ンレス鋼からなる群から選ばれたいずれか1種の材料で
形成されている。具体的にいえば、内輪(1) および外輪
(2) は、たとえばSUS304等の耐食性に優れたオー
ステナイト系ステンレス鋼製本体と、本体の表面を覆う
ステライト製被覆層とよりなる場合がある。この場合、
ステライトとしては、Co40〜55wt%、Cr15〜
35wt%、W10〜20wt%、C2〜4wt%、Fe5wt
%以下の組成を有するものが用いられる。また、内輪
(1) および外輪(2) は、SUS630等の析出硬化系ス
テンレス鋼よりなる場合がある。さらに、内輪(1) およ
び外輪(2) は、サーメットよりなる場合がある。この場
合、サーメットとしては、TiC45〜70wt%、Ti
N5〜10wt%、TaC5〜10wt%、Mo2 C5〜1
0wt%、Ni10〜15wt%という組成を有するものが
用いられる。なお、内輪(1) および外輪(2) は、同種の
材料であってもよいし、あるいは異種の材料であっても
よい。
US316等の耐食性に優れたオーステナイト系ステン
レス鋼からなる。
ト、ステライトおよび炭化ケイ素を主体とするセラミッ
クスからなる群から選ばれたいずれか1種の材料で形成
されている。具体的にいえば、玉(4) は、全体が炭化ケ
イ素を主体とするセラミックスよりなる場合がある。ま
た、玉(4) は、全体がサーメットよりなる場合がある。
この場合、サーメットとしては、TiC45〜70wt
%、TiN5〜10wt%、TaC5〜10wt%、Mo2
C5〜10wt%、Ni10〜15wt%という組成を有す
るものが用いられる。さらに、玉(4) は、全体がステラ
イトよりなる場合がある。この場合、ステライトとして
は、Co40〜55wt%、Cr15〜35wt%、W10
〜20wt%、C2〜4wt%、Fe5wt%以下の組成を有
するものが用いられる。
総玉軸受であってもよい。
が異種材料で形成され、しかも玉(4) の表面部の硬度が
内外両輪(1)(2)の表面部の硬度よりも高くなっている。
したがって、内外両輪(1)(2)と玉(4) との組み合わせ
は、たとえば次のようなものが選ばれる。
製本体と、本体の表面を覆うステライト製被覆層とより
なり、玉(4) 全体が炭化ケイ素を主体とするセラミック
スよりなるもの。
よりなり、玉(4) 全体が炭化ケイ素を主体とするセラミ
ックスよりなるもの。
りなり、玉(4) 全体が炭化ケイ素を主体とするセラミッ
クスよりなるもの。
に使用される場合、材料中のCoは半減期の長い放射性
腐食生成物60Coの発生源となることがあり、作業従事
者の被爆低減の観点からは、〜の中では、Coを含
まないおよびであることが好ましい。
軸受にも適用可能である。
ロイC−22」) C:ステライト(三菱マテリアル社製、商品名「三菱ス
テライトNo.6B」) D:サーメット(TiC45〜70wt%、TiN5〜1
0wt%、TaC5〜10wt%、Mo2 C5〜10wt%、
Ni10〜15wt%) E:Si3 N4 F:SiC 上記6種の材料からそれぞれ外径65mm、内径25m
m、厚さ5mmのリング状試験片を製作した。
のオートクレーブ内に、互いに接触せず、かつオートク
レーブ壁に接触しないように治具を用いて挿入するとと
もに、材料D〜Gからなる試験片を別の1つのオートク
レーブ内に、互いに接触せず、かつオートクレーブ壁に
接触しないように治具を用いて挿入した。各試験片、治
具およびオートクレーブ内面には、予め不純物を除去す
るための純水洗浄を施しておいた。
水(125℃以下で0.5μs/cm)を、試験片が試
験中常時浸漬されるように注入した。
0〜120℃にて、オートクレーブ内部および純水中の
酸素を除去するための煮沸脱気を行い、溶存酸素濃度が
0.01ppm以下に保持されるようにした。
℃まで昇温し、圧力はその飽和蒸気圧(約16.5MP
a)として500時間および3000時間保持した。
び3000時間保持した後の試験片の外観を観察した。
その結果、材料A〜Cからなる試験片では、500時間
保持後でいずれの試験片もわずかに表面が黒色または茶
褐色に変色していた。また、3000時間保持後ではい
ずれの試験片の表面も全体が黒色に変色していたが、剥
離等の異常は認められなかった。材料Dからなる試験片
では、500時間保持後で表面状態が変化し、3000
時間保持後では表面に付着物が生成していた。材料Eか
らなる試験片では、500時間保持後で表面が脱色し、
3000時間保持後では表面が極度に腐食され、表層の
剥離が認められた。材料Fからなる試験片では、300
0時間保持後も表面状態には変化は認められず、ほぼ試
験前と同様な光沢を示していた。
めに、単位面積および単位時間当りの重量変化を調べ
た。その結果、材料Aからなる試験片で−0.10mg
/dm2 ・day、材料Bからなる試験片で−0.05
mg/dm2 ・day、材料Cからなる試験片で−0.
10mg/dm2 ・day、材料Dからなる試験片で+
0.30mg/dm2 ・day、材料Eからなる試験片
で−8.69mg/dm2 ・day、材料Fからなる試
験片で−0.02mg/dm2 ・dayであった。
らなる試験片の表面に付着物が生成し、重量が増加して
いる原因を調べるために、試験片の表面を電子線マイク
ロアナライザを用いて面分析した結果、Al、Si等が
検出された。これらは、主にSi3 N4 の構成成分であ
り、材料Eからなる試験片の重量減少が顕著であったこ
とから、この試験片から溶出したAl、Siが材料Dか
らなる試験片の表面に付着したものだと考えられる。
持した後の試験片を用いて転がり寿命試験を行った。こ
の試験は、図2に示すように、軸受材料の評価用として
一般に使用されているスラスト型(森式)転がり寿命試
験装置を用いて行った。図2において、この試験装置
は、調心性のあるホルダ(10)内に試験片(11)が固定さ
れ、その上にSUS304製保持器(12)に保持された6
個のSi3 N4 製玉(13)(直径3/8インチ)がセット
され、回転駆動軸(14)の下端に固定されたSi3 N4 製
リング(15)を玉(13)に押付けつつ回転駆動軸(14)を回転
させるものである。そして、ホルダ(10)内に試験片(1
1)、玉(13)およびリング(15)が浸漬されるように蒸留水
を注入しつつスラスト荷重45Kgf、回転速度120
0rpmで回転駆動軸(14)を回転させ、寿命を調べた。
寿命の判断は、試験装置に取付けられた振動計の指示値
が一定値を越えた時点とした。なお、高温高圧の水中で
3000時間保持しただけで、表面に剥離を生じていた
材料Eからなる試験片については、転がり寿命試験は行
わなかった。その結果を図3に示す。図3から、材料B
以外の材料からなる試験片では、十分な寿命を有するこ
とがわかる。
なった。すなわち、材料E以外の材料では、高温高圧水
中での耐食性に優れているが、この中で材料Bでは、水
中での転がり寿命が十分ではなく、さらに過酷な条件で
ある高温高圧下の水中では使用に耐えないと考えられ
る。したがって、SUS630、三菱ステライトNo.
6B、サーメットおよびSiCが高温高圧下の水中で転
がり軸受として使用するのに適した材料であることがわ
かる。
験片と直径3/8インチの試験玉とよりなる組合せ試験
対称物を6種類用意した。
内径25mm、厚さ3mmのリングの一端面に、酸素ア
セチレンガス法による硬化肉盛によってステライト(三
菱マテリアル社製、商品名「三菱ステライトNo.
1」)からなる厚さ2mmの被覆層を形成し、被覆層表
面を十点平均粗さRzが0.1μm以下となるように仕
上げた試験片(被覆層の表面硬さ:ロックウェルC硬さ
HRC =54〜56)と、ステライト(三菱マテリアル社
製、商品名「三菱ステライトNo.12」)からなりか
つ真円度0.5μm以下、表面粗さを十点平均粗さRz
で0.1〜0.4μmになるように仕上げた試験玉(表
面硬さ:ロックウェルC硬さHRC =42〜45)との組
合せ試験対称物。
内径25mm、厚さ3mmのリングの一端面に、酸素ア
セチレンガス法による硬化肉盛によってステライト(三
菱マテリアル社製、商品名「三菱ステライトNo.
1」)からなる厚さ2mmの被覆層を形成し、被覆層表
面を十点平均粗さRzが0.1μm以下となるように仕
上げた試験片(被覆層の表面硬さ:ロックウェルC硬さ
HRC =54〜56)と、SiCからなりかつ真円度0.
5μm以下、表面粗さを十点平均粗さRzで0.1〜
0.4μmになるように仕上げた試験玉(表面硬さ:ビ
ッカース硬さHv=2000〜2500)との組合せ試験
対称物。
内径25mm、厚さ3mmのリングの一端面に、酸素ア
セチレンガス法による硬化肉盛によってステライト(三
菱マテリアル社製、商品名「三菱ステライトNo.1
2」)からなる厚さ2mmの被覆層を形成し、被覆層表
面を十点平均粗さRzが0.1μm以下となるように仕
上げた試験片(被覆層の表面硬さ:ロックウェルC硬さ
HRC =49〜52)と、ステライト(三菱マテリアル社
製、商品名「三菱ステライトNo.3」)からなりかつ
真円度0.5μm以下、表面粗さを十点平均粗さRzで
0.1〜0.4μmになるように仕上げた試験玉(表面
硬さ:ロックウェルC硬さHRC =50〜52)との組合
せ試験対称物。
内径25mm、厚さ5mmのリングの一端面を十点平均
粗さRzが0.1μm以下となるように仕上げた試験片
(被覆層の表面硬さ:ロックウェルC硬さHRC =40〜
45)と、SiCからなりかつ真円度0.5μm以下、
表面粗さを十点平均粗さRzで0.1〜0.4μmにな
るように仕上げた試験玉(表面硬さ:ビッカース硬さHv
=2000〜2500)との組合せ試験対称物。
内径25mm、厚さ3mmのリングの一端面に、酸素ア
セチレンガス法による硬化肉盛によってFe基合金(三
菱マテリアル社製、商品名「MA−CS」)からなる厚
さ2mmの被覆層を形成し、被覆層表面を十点平均粗さ
Rzが0.1μm以下となるように仕上げた試験片(被
覆層の表面硬さ:ロックウェルC硬さHRC =36〜3
8)と、Ni基合金(三菱マテリアル社製、商品名「M
Aプラストハード」)からなりかつ真円度0.5μm以
下、表面粗さを十点平均粗さRzで0.1〜0.4μm
になるように仕上げた試験玉(表面硬さ:ロックウェル
C硬さHRC =41〜45)との組合せ試験対称物。
TiN5〜10wt%、TaC5〜10wt%、Mo2 C5
〜10wt%、Ni10〜15wt%)からなる外径65m
m、内径25mm、厚さ5mmのリングの一端面を十点
平均粗さRzが0.1μm以下となるように仕上げた試
験片(表面硬さ:ビッカース硬さHv=1400〜160
0)と、SiCからなりかつ真円度0.5μm以下、表
面粗さを十点平均粗さRzで0.1〜0.4μmになる
ように仕上げた試験玉(表面硬さ:ビッカース硬さHv=
2000〜2500)との組合せ試験対称物。
中転がり摩耗試験を行った。すなわち、試験装置のホル
ダ(10)内に各組合せ試験対称物の試験片(11)および試験
玉(13)をセットし、室温においてホルダ(10)内に蒸留水
を注入しつつスラスト荷重45Kgf、回転速度120
0rpmで回転駆動軸(14)を100時間回転させ、試験
装置に取付けられた振動計の指示値が、初期値の15倍
になった時点で回転駆動軸を停止させた。その結果を図
4に示す。組合せ試験対称物VおよびZでは100時間
経過した後も振動計の指示値が、初期値の15倍に達し
なかった。
片および試験玉の外観を観察した。その結果、組合せ試
験対称物U、WおよびYにおいては、試験片および試験
玉のいずれもが金属光沢を失っており、摩耗主体の損傷
形態を示していた。また、SEM観察を行った結果、こ
れらの組合せ試験対称物の試験片の損傷部および試験玉
表面が、金属粉が付着したようなうろこ状摩耗を呈して
おり、試験片と試験玉との間で凝着摩耗を起こしてい
た。また、組合せ試験対称物VおよびXおいては、試験
片の損傷部分は金属光沢を失ってはいるものの、試験玉
は試験前と同等の金属光沢を有していた。さらに、組合
せ試験対称物Zおいては、試験片に転走痕が見られ、転
走部分の表面および試験玉の表面に摩耗等の異常は見ら
れず、試験玉は試験前と同等の金属光沢を有していた。
び試験玉の摩耗の度合いを調べるために、減少した重量
と試験時間に基いて、単位時間当りの体積変化を調べ
た。その結果を図5および図6に示す。なお、図5が試
験片の体積変化であり、図6が試験玉の体積変化であ
る。図5および図6から、組合せ試験対称物V、Xおよ
びZの試験片および試験玉のいずれもの摩耗度合いが、
組合せ試験対称物U、WおよびYに比べて極めて小さい
ことがわかる。
た。すなわち、水中で使用される転がり軸受としては、
上記組合せ試験対称物V、XおよびZのように、軌道輪
と転動体が異種材料で形成されているのがよい。この中
でも、軌道輪と転動体との組合せが、上記組合せ試験対
称物Vと同じであることが好ましく、特に上記組合せ試
験対称物Zと同じであることが望ましいことがわかる。
ば、上述のように、高温高圧下の水中で使用したとして
も、腐食のおそれがなく、しかも軌道輪や転動体の摩耗
の度合いが少なくなり、その結果軸受の寿命が長くな
る。
る。
験に用いた試験装置の概略を示す垂直断面図である。
果を示すグラフである。
果を示すグラフである。
片の摩耗度合いを示すグラフである。
玉の摩耗度合いを示すグラフである。
Claims (6)
- 【請求項1】 少なくとも表面部が、サーメット、ステ
ライトおよび析出硬化系ステンレス鋼からなる群から選
ばれたいずれか1種の材料で形成された軌道輪と、 少なくとも表面部が、サーメット、ステライトおよび炭
化ケイ素を主体とするセラミックスからなる群から選ば
れたいずれか1種の材料で形成された転動体とよりな
り、 軌道輪の表面部と転動体の表面部とが異種材料で形成さ
れ、転動体の表面部の硬度が軌道輪の表面部の硬度より
も高くなっている高温高圧下の水中で使用される転がり
軸受。 - 【請求項2】 軌道輪が、ステンレス鋼製本体および本
体の表面を覆うステライト製被覆層よりなり、転動体
が、炭化ケイ素を主体とするセラミックスよりなる請求
項1記載の高温高圧下の水中で使用される転がり軸受。 - 【請求項3】 ステライトが、Co40〜55wt%、C
r15〜35wt%、W10〜20wt%、C2〜4wt%、
Fe5wt%以下の組成を有する請求項1または2記載の
高温高圧下の水中で使用される転がり軸受。 - 【請求項4】 軌道輪が析出硬化系ステンレス鋼よりな
り、転動体が炭化ケイ素を主体とするセラミックスより
なる請求項1記載の高温高圧下の水中で使用される転が
り軸受。 - 【請求項5】 軌道輪がサーメットよりなり、転動体が
炭化ケイ素を主体とするセラミックスよりなる請求項1
記載の高温高圧下の水中で使用される転がり軸受。 - 【請求項6】 サーメットが、TiC45〜70wt%、
TiN5〜10wt%、TaC5〜10wt%、Mo2 C5
〜10wt%、Ni10〜15wt%の組成を有する請求項
1または5記載の高温高圧下の水中で使用される転がり
軸受。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7249116A JPH0987025A (ja) | 1995-09-27 | 1995-09-27 | 高温高圧下の水中で使用される転がり軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7249116A JPH0987025A (ja) | 1995-09-27 | 1995-09-27 | 高温高圧下の水中で使用される転がり軸受 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0987025A true JPH0987025A (ja) | 1997-03-31 |
Family
ID=17188193
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7249116A Pending JPH0987025A (ja) | 1995-09-27 | 1995-09-27 | 高温高圧下の水中で使用される転がり軸受 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0987025A (ja) |
Cited By (6)
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---|---|---|---|---|
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- 1995-09-27 JP JP7249116A patent/JPH0987025A/ja active Pending
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