TWI448567B

TWI448567B - 軸承用鋼

Info

Publication number: TWI448567B
Application number: TW100128527A
Authority: TW
Inventors: Masaki Kaizuka; Mutsuhisa Nagahama
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2014-08-11
Also published as: CN103097565B; US20130183191A1; KR101408548B1; TW201211279A; US9598752B2; EP2617848A4; JP2012062515A; EP2617848A1; KR20130037227A; CN103097565A; BR112013005533A2; JP5425736B2; WO2012035884A1

Description

軸承用鋼

本發明係關於：適用在汽車和各種產業機械等所使用的軸承零件、機械構造用零件的軸承用鋼，尤其是在利用冷間加工來製造軸承零件、機械構造用零件時，可發揮良好的冷間加工性，並且加工後的零件係可發揮優異的耐磨損性與滾動疲勞特性之軸承用鋼。

軸承零件、機械構造用零件係將線材或條鋼藉由進行切斷、鍛造、切削等的加工而被加工成最終形狀。尤其是關於冷間加工(冷間輥軋或冷間鍛造)，如果是輥軋材原狀而未經過處理的話，則因為材質太硬而難以進行冷間加工的緣故，一般的做法都是基於提昇冷間加工性之目的，在進行冷間加工之前，先實施球狀化退火處理。

基於謀求生產性的提昇、節省能源、降低成本和削減CO₂ 排出量的觀點，確保良好的冷間加工性的做法是很重要的。為了確保良好的冷間加工性，低變形阻力、以及不會產生因加工所導致的龜裂之類的特性乃是必要的特性。

又，軸承或曲軸桿之類的零件，是支撐機械類的旋轉部、滑動部之重要的零件，接觸面的壓力相當高，而且也會有外力產生變動的情況存在，其被使用的環境大多是很嚴酷的情況，對於它的素材也就是鋼材係被要求具有優異的耐久性。

近年來，這種要求係隨著機械類的高性能化和輕量化的進展，一年一年地更加趨於嚴格要求。想要提昇軸零件的耐久性，雖然改善潤滑性的技術也很重要，但是鋼材具有優異的耐磨損性和滾動疲勞特性乃是特別重要的要件。

作為軸承所採用的鋼材，以往係有日本工業規格之JIS G 4805(1999)所規定的SUJ2等的軸承用高碳鉻鋼被使用在汽車和各種產業機械等的各種領域中。但是這種鋼材因為碳(0.95～1.1質量%)與Cr(1.3～1.6質量%)的含量很高，很容易產生對於滾動疲勞特性帶來不良影響的粗大的共晶碳化物(例如：10μm以上的晶析物)。為了要防止這種粗大的共晶碳化物的生成，必須在分塊輥軋之後，以高溫(1250℃的程度)而且是長時間(17小時的程度)實施擴散退火之後，才進行輥軋，製造成本很高。此外，以這種鋼材所製造的軸承零件，滾動疲勞特性不夠充分，這種問題也是已知的。

在這種狀況下，以往已經有人提出各種有關於軸承用鋼的技術方案。

例如：專利文獻1所揭示的技術方案，係降低C(0.6～未達0.95質量%)和Cr(未達1.3質量%)的含量，將B的含量界定在(0.0002～0.01質量%)，即可藉由因省略了均質化熱處理以及縮短球狀化退火時間而得以抑制製造成本，並且確保優異的滾動疲勞特性以及耐磨損性。然而，這種技術並未考慮到冷間鍛造性，因此在進行冷間鍛造時，會有發生裂縫等的問題。

另外，專利文獻2所揭示的技術方案，係降低C(0.70～0.95質量%)的含量，藉由一方面謀求縮短擴散退火時間，一方面將Sb的含量界定在(未達0.0010質量%)的做法，以資謀求提昇滾動疲勞特性。然而，這種技術也是並未考慮到冷間鍛造性，因此在進行冷間鍛造時，也會有發生裂縫等的問題。

又，專利文獻3所揭示的專利技術，係界定出在進行球狀化退火處理後、以及冷間抽線處理後的肥粒鐵的平均粒徑、雪明碳鐵的平均粒徑，以資提昇冷間加工性的技術。然而，因C與Cr的含量很多，有時候會生成共晶碳化物，所以必須實施擴散退火，甚至於又實施球狀化退火之後，才以20～40%的比率實施冷間抽線，因此鋼材的良率變差，製造成本變高。

[先前技術文獻]

[專利文獻1]日本特開2000-96185號公報

[專利文獻2]日本特開平10-158790號公報

[專利文獻3]日本特開2001-294972號公報

本發明係著眼於上述的情事而開發完成的，其目的係在於提供：即使在球狀化退火後所實施的冷間加工時，亦可發揮良好的冷間加工性，而且又可確保作為軸承構件等使用時之良好的耐磨損性和滾動疲勞特性之軸承用鋼。此外，本發明的另一目的係在於提供：即使省略了擴散退火處理還是可以用來生產兼具這些優異的特性之軸承用鋼的鋼材。

能夠達成上述目的之本發明的軸承用鋼係含有C：0.9～1.10%(質量%之意，以下皆同)、Si：0.05～0.49%、Mn：0.1～1.0%、P：0.05%以下(不含0%)、S：0.05%以下(不含0%)、Cr：0.03～0.40%、Al：0.05%以下(不含0%)、N：0.002～0.025%、Ti：0.0030%以下(不含0%)、以及O：0.0025%以下(不含0%)，其餘部分係由鐵以及不可避免的雜質所組成，雪明碳鐵的平均長寬比係2.00以下、雪明碳鐵之相當於圓的直徑之平均值為0.35～0.6μm，並且相當於圓的直徑為0.13μm以上的雪明碳鐵的個數密度係0.45個/μm² 以上。

在本發明中，作為其他的元素係亦可含有從Cu：0.25%以下(不含0%)、Ni：0.25%以下(不含0%)、以及Mo：0.25%以下(不含0%)之中所選出的1種以上為宜，此外，作為更進一步的其他元素，亦可含有Nb：0.5%以下(不含0%)、及/或V：0.5%以下(不含0%)為佳。

根據本發明，係藉由適切地調整化學成分組成，並且將適度的大小(長寬比、相當於圓的直徑)的雪明碳鐵適切的(個數密度)分散在鋼材內，而可達成具有良好的冷間加工性，並且可確保優異的耐磨損性和滾動疲勞特性(以下，有時候係將滾動疲勞特性與耐磨損性一併稱為「耐久性」)之軸承用鋼。因此，將本發明的軸承用鋼適用於軸承零件時，即使被使用在嚴酷的環境下，還是可發揮優異的耐久性。此外，降低了Cr含量之本發明的軸承用鋼，可以省略掉以往的SUJ2鋼材所必須實施的長時間的擴散退火，而且球狀化退火處理亦可用很短的時間來進行，因此可謀求提昇生產性和節省能源，就降低成本和削減CO₂ 排出量的觀點而言，也是很有效果的。

本發明人等為了要達成可發揮優異的冷間加工性與耐久性之軸承用鋼，乃從各種的角度加以檢討。然後獲得了一種創見就是，想要讓鋼材具有良好的冷間加工性，且提昇其耐久性的話，適切地控制鋼材的化學成分組成，並且控制雪明碳鐵的做法，尤其是使其符合下列的(A)、(B)的要件之做法很有效。

(A)想要提昇冷間加工性與滾動疲勞特性的話，必須將雪明碳鐵的大小(相當於圓的直徑之平均值與平均長寬比)控制在預定的範圍。

(B)想要提昇耐磨損性的話，必須將雪明碳鐵的個數密度控制在預定的範圍。

本發明人等係根據上述的創見，針對於如何地提昇鋼材的冷間加工性、耐磨損性以及滾動疲勞特性，不斷地努力研究。其結果，終於找到了：藉由控制鋼材中的化學成分組成，並且控制其製造條件，將球狀化退火之後的雪明碳鐵控制成：雪明碳鐵的平均長寬比為2.00以下、雪明碳鐵的相當於圓的直徑之平均值為0.35～0.6μm、相當於圓的直徑為0.13μm以上的雪明碳鐵的個數密度為0.45個/μm² 以上的話，即可使鋼材的上述特性趨於良好的事實，進而完成了本發明。

又，在本發明中，雖然是藉由降低Cr含量來抑制粗大的共析碳化物的生成，但是如果降低Cr含量的話，就很難獲得可符合上述規定條件的雪明碳鐵的鋼。因此乃針對於製造條件不斷地努力研究的結果，終於找到了：即使降低Cr含量，只要藉由嚴密地控制製造條件，亦可製造出既可符合上述規定條件的雪明碳鐵，又可省略掉以往的鋼材(SUJ2)所必須的長時間的擴散退火，進而即使縮短球狀化退火處理時間，還是具有上述優異的特性之本發明的軸承用鋼的事實。

首先，說明本發明所界定的雪明碳鐵。

在本發明中，雪明碳鐵的平均長寬比為2.00以下是必要條件。這個平均長寬比如果大於2.00的話，在冷間加工時，應力很容易集中在雪明碳鐵，會在界面發生龜裂而容易產生裂縫，並且滾動疲勞特性也會變差。因此，平均長寬比是在1.90以下為宜，更好是在1.70以下。上述的長寬比是雪明碳鐵的長徑與短徑的比值，是依據容後敘述的實施例中所記載的測定方法來測定而得的。此外，本發明的平均長寬比，是採取顯微鏡觀察時的十二個視野的平均值。

又，在本發明中，雪明碳鐵的平均大小也會影響到冷間加工性和滾動疲勞特性，所以將相當於圓的直徑之平均值選定在0.35～0.6μm的做法也是必要的。雪明碳鐵的相當於圓的直徑之平均值如果未達0.35μm的話，會因為分散強化而使得變形阻力增大，冷間加工性變差。此外，如果未達0.35μm的話，經過淬火和回火處理將使得雪明碳鐵完全消失而無法獲得所期望的耐久性。適宜的相當於圓的直徑之平均值係0.40μm以上，更好是0.45μm以上。另一方面，雪明碳鐵的相當於圓的直徑之平均值如果超過0.6μm的話，經過淬火和回火之後的雪明碳鐵周圍的脆弱部將會變大，很容易產生裂縫而且裂縫也很容易發展下去，滾動疲勞特性會變差。適宜的相當於圓的直徑之平均值係0.55μm以下，更好的是0.5μm以下。

上述之「相當於圓的直徑」，係指：著眼於雪明碳鐵的大小，計算出與該雪明碳鐵的面積相等面積的圓的直徑而言，將會在後述的實施例中加以說明，係針對以掃描型電子顯微鏡(SEM)進行觀察時，從觀察面上所確認的雪明碳鐵的面積來換算而得的，本發明之相當於圓的直徑之平均值係指：十二個觀察視野的平均值。

再者，在本發明中，在觀察上述雪明碳鐵時，被確認出來的相當於圓的直徑為0.13μm以上的雪明碳鐵的個數密度，如果未達0.45個/μm² 的話，就無法有效地發揮因硬質的雪明碳鐵的分散所帶來的耐磨損性提昇效果。因此，相當於圓的直徑為0.13μm以上的雪明碳鐵的個數密度係以0.48個/μm² 以上為宜，更好的是0.51個/μm² 以上。至於個數密度的上限，雖然並沒有特別的限定，但是如果過多的話，則會因為分散強化而使得變形阻力增大，冷間加工性變差。雪明碳鐵的個數密度係以1.0個/μm² 以下為宜，更好的是0.75個/μm² 以下。本發明的個數密度，將會在後述的實施例中詳細地說明，係從觀察了十二個視野所獲得的值。

此外，在觀察上述雪明碳鐵時，係將觀察視野中的粗大晶析物予以剔除掉。粗大晶析物係指例如：長徑為10μm以上者。

上述雪明碳鐵的各數值係依據實施例所述的方法測定而得的。在實施例中亦有記載，本發明係採用：觀察鋼材的D/4位置(D係直徑)的值。這是因為如果在D/4位置的測定結果可以符合上述本發明的規定的話，則不僅是冷間加工性，對於加工後的零件的耐磨損性以及滾動疲勞特性都可發揮優異的特性之緣故。

本發明的鋼材係除了要降低Cr的含量之外，也必須適切地調整其化學成分組成(C、Si、Mn、P、S、Cr、Al、N、Ti、O等)，對於這些成分的範圍加以限定的理由，係如下列所述。

[C：0.9～1.10%]

C係用來增大淬火硬度，維持在室溫、高溫下的強度，令雪明碳鐵分散而賦予耐磨損性、滾動疲勞特性，並且提昇冷間加工性所必須的元素。想要使其發揮這種效果的話，C必須含有0.9%以上，係以含有0.95%以上為宜，更好的是含有0.97%以上。然而，C含量過多的話，很容易在芯部生成巨大碳化物，反而會對於滾動疲勞特性帶來不良影響，所以C含量必須控制在1.10%以下，係以1.07%以下為宜，更好的是1.03%以下。

[Si：0.05～0.49%]

Si係對於基質的固熔強化以及提昇淬火性很有用的元素。想要使其發揮這種效果的話，Si必須含有0.05%以上，係以含有0.1%以上為宜，更好的是含有0.2%以上。然而，Si的含量過多的話，冷間加工性會明顯地降低，所以Si的含量必須控制在0.49%以下，係以0.35%以下為宜，更好的是0.30%以下。

[Mn：0.1～1.0%]

Mn係對於基質的固熔強化以及提昇淬火性很有用的元素。想要使其發揮這種效果的話，Mn必須含有0.1%以上，係以含有0.15%以上為宜，更好的是含有0.2%以上。然而，Mn的含量過多的話，冷間加工性會明顯地降低，所以Mn的含量必須控制在1.0%以下，係以0.85%以下為宜，更好的是0.8%以下。

[P：0.05%以下(不含0%)]

P雖然是被當作不可避的雜質來含有的元素，因為會偏析在粒界而導致冷間加工性降低，所以最好是儘量地予以降低，但是極端地予以降低的作法，將會導致製鋼成本的增大。基於這種理由，乃將P的含量選定在0.05%以下。係以0.04%以下為宜，更好的是降低到0.03%以下。

[S：0.05%以下(不含0%)]

S雖然是被當作不可避的雜質來含有的元素，係以FeS的狀態析出在粒界，而會導致冷間加工性降低的元素。此外，也會以MnS的狀態析出，因而降低滾動疲勞特性，所以最好是儘量地予以降低，但是極端地予以降低的作法，將會導致製鋼成本的增大。基於這種理由，乃將S的含量選定在0.05%以下。係以0.04%以下為宜，更好的是降低到0.03%以下。

[Cr：0.03～0.40%]

Cr係會與C結合而形成碳化物，係可用來提昇耐磨損性以及冷間加工性的元素。想要獲得這種效果的話，Cr的含量必須是0.03%以上。係以0.1%以上為宜，更好的是0.2%以上。但是，Cr是很容易偏析的元素，所以Cr含量過剩的話，將會生成粗大的碳化物，反而使得滾動疲勞特性降低。因此，乃將Cr的含量選定為0.40%以下。係以0.35%以下為宜，更好的是0.3%以下。

[Al：0.05%以下(不含0%)]

Al是很有效的脫氧元素，具有降低鋼中的含氧量而可提昇滾動疲勞特性的作用，並且會與N結合而形成AlN，而可提昇滾動疲勞特性的元素。想要獲得這種效果的話，必須含有Al為0.015%以上，但是這個Al的含量過剩的話，氧化鋁系的夾雜物將會變得粗大化而使得滾動疲勞特性降低。因此，Al的含量係選定在0.05%以下，係以0.04%以下為宜，更好的是0.03%以下。

[N：0.002～0.025%]

N係與上述Al相結合，而可發揮因Al系氮化合物的微細分散所導致的提昇滾動疲勞特性的效果之元素。想要發揮這種效果，N的含量必須是0.002%，係以0.004%以上為宜，更好的是0.005%以上。但是，N的含量過剩的話，將會形成粗大的TiN，滾動疲勞特性會降低。因此，N含量係0.025%以下，以0.020%以下為宜，更好的是0.010%以下。

[Ti：0.0030%以下(不含0%)]

Ti係會與鋼中的N結合而生成TiN，不只會對於滾動疲勞特性帶來不良影響，也是會妨礙冷間加工性和熱間加工性的有害元素，最好是極力地予以降低，但是極端地降低的作法將會導致製鋼成本的增大。基於這個理由，Ti的含量必須是0.0030%以下。此外，Ti的含量的上限係以0.0015%以下為宜，更好的是0.0010%以下。

[O：0.0025%以下(不含0%)]

O係對於鋼中的雜質的形態帶來很大的影響，會形成對於滾動疲勞特性造成不良影響的Al₂ O₃ 、SiO₂ 等的夾雜物，因此，最好是予以極力地降低，但是極端地降低的話，將會導致製鋼成本的增大。基於這種理由，O的含量必須是0.0025%以下。此外，O的含量的上限係以0.002%以下為宜，更好的是0.0015%以下。

本發明所規定的含有元素係如上所述，其餘部分係鐵以及不可避免的雜質，該不可避免的雜質，係因為原料、資材、製造設備等的狀況之不同，而允許被夾帶混入的元素。此外，為了提升滾動疲勞特性起見，也可以在規定的範圍內積極地含有下列的元素。

[含有從Cu：0.25%以下(不含0%)、Ni：0.25%以下(不含0%)、及Mo：0.25%以下(不含0%)所組成的群組中所選擇的一種以上]

Cu、Ni以及Mo都是具有提昇母相的淬火性的作用之元素，可提高硬度而對於提昇滾動疲勞特性有所幫助的元素，可以含有任何的一種以上。想要發揮這些效果，任何一種元素的含量都是要0.03%以上、更好的是0.05%以上。然而，任何一種元素的含量若超過0.25%的話，加工性會變差。係以0.23%以下為宜，更好的是0.20%以下。

[Nb：0.5%以下(不含0%)、及/或V：0.5%以下(不含0%)]

Nb及V都是可與N結合而形成氮化合物，使得結晶粒整粒化，對於提昇滾動疲勞特性有效的元素，可以單獨或併用。想要有效地發揮這些效果，都是需要含有0.001%以上為宜，更好的是0.003%以上。然而，任何一種的含量若超過0.5%的話，結晶粒將會細微化，很容易生成不完全淬火相。較好的含量是分別為0.3%以下，更好的是0.1%以下。

在本發明中，Cr的含量雖然是規定在上述的範圍，但如果將Cr的含量降低到0.40%以下的話，就很難將上述特定的大小的雪明碳鐵予以穩定地分散。因此，在本發明的鋼材中，為了要確保球狀化退火之後的特定的大小的雪明碳鐵，必須適切地控制其製造條件(尤其是輥軋後所進行的球狀化退火的條件)。在本發明中，係將熱間輥軋所獲得的鋼材以40～100℃/hr的平均昇溫速度進行加熱到達均熱溫度(A1點+10℃～A1點+40℃)為止，以該均熱溫度保持4～8個小時之後，從該均熱溫度起至(A1點-60℃)為止，將一次冷卻速度(平均冷卻速度)設定在5～15℃/hr的範圍進行冷卻，然後進行二次冷卻，放冷到達室溫(25℃)為止，即可使得上述特定的大小的雪明碳鐵穩定地分散。

如果上述平均昇溫速度未達40℃/hr的話，雪明碳鐵將會變得粗大化，無法獲得上述所期望的相當於圓的直徑之平均值的雪明碳鐵，並且無法獲得雪明碳鐵的特定的分散狀態(亦即，特定的個數密度)。如果超過100℃/hr的話，無法將波來鐵予以斷開，雪明碳鐵的長寬比將會超過上述的特定值。此外，若超過100℃/hr的話，雪明碳鐵變得太小，無法獲得具有上述特定的相當於圓的直徑之平均值之雪明碳鐵。因此，平均昇溫速度係以50℃/hr以上為宜，更好的是60℃/hr以上，係以90℃/hr以下為宜，更好的是80℃/hr以下。

上述的均熱溫度若未達A1點+10℃的話，無法將波來鐵予以斷開，雪明碳鐵的長寬比將會超過上述特定值。又，均熱溫度若超過A1點+40℃的話，波來鐵中的雪明碳鐵將會過剩地固熔，而會晶析出再生波來鐵，因此長寬比會超過上述特定值。

上述均熱溫度為(A1點+10℃～A1點+40℃)的保持時間若未達4小時的話，雪明碳鐵徑變得太小，無法獲得上述特定的大小。又，保持時間若超過8小時的話，雪明碳鐵的粗大化會更加進展，雪明碳鐵徑變得太大，無法獲得上述特定的大小，並且將會變成無法獲得雪明碳鐵的分散狀態。

若是以上述的一次冷卻速度未達5℃/hr的條件來進行冷卻的話，雪明碳鐵將會變得粗大化，無法獲得所期望的大小。又，如果是超過15℃/hr的話，雪明碳鐵徑將會變得太小，無法獲得上述特定的大小。

此外，將一次冷卻設定為從均熱溫度起至(A1點-60℃)為止的範圍之理由，是為了要確實地獲得上述特定的雪明碳鐵而設定的溫度。因此，只要能夠獲得上述特定的雪明碳鐵的話，一時冷卻的結束溫度設定得高一些亦無妨(例如：A1點-50℃等)。此外，超過A1點-60℃的溫度範圍也是以上述的一次冷卻速度來進行冷卻的話，生產性會變差。

又，上述二次冷卻速度雖然沒有特別的限定，但是基於提昇生產性的觀點，最好是採用放冷(在大氣下進行放冷)為宜。

本發明的鋼材，在進行過上述的這種球狀化退火之後，被加工成預定的零件形狀，接下來，進行淬火和回火處理而被製造成軸承零件等，但是在鋼材段階的形狀，也包含了能夠適用在這些製造上的線狀和棒狀的形狀，其尺寸大小亦可配合最終製品來適宜地制定。

此外，上述之本發明的軸承用鋼，雖然是界定出進行過球狀化退火之後的組織，但是在進行過球狀化退火之後，符合上述特定組織的軸承用鋼，在被加工成特定的零件形狀，接下來又被進行淬火和回火而被製造成軸承零件來使用的情況下，經由實驗已經確認其可發揮優異的耐磨損性和滾動疲勞特性(請參考後述的實施例)。

【實施方式】 [實施例]

以下，將佐以實施例來更具體地說明本發明，但是本發明並不受到下列的實施例的限制，在合乎前述和後述的發明要旨的範圍內，當然都可適當地加以變更來實施，這些也都被包含在本發明的技術範圍之內。

將具有下列的表1所示的各種化學成分組成的鋼材利用加熱爐，予以加熱到1100～1300℃之後，在900～1200℃的溫度範圍實施了分塊輥軋。然後，在800～1100℃的溫度範圍進行熱間輥軋(也包含模擬輥軋的鍛造)，製作成直徑為65mm的圓型條材。

將所製得的圓型條材，依據表2所示的球狀化熱處理條件(昇溫速度、均熱溫度、均熱時間、下降至A1點-60℃為止的一次冷卻速度)來實施球狀化退火而獲得試驗材。此時，從A1點-60℃起至室溫(25℃)為止係進行大氣下放冷(二次冷卻)。

此外，只針對No.1的鋼材實施分塊輥軋之後，利用均熱處理爐以1230℃實施了17個小時的均熱處理(擴散退火)之後，才進行熱間輥軋(將No.1的鋼材當成比較對象的基準鋼)。

[巨大碳化物的有無]

針對於各試驗材之D/2位置(D是直徑)，以光學顯微鏡(倍率：100倍)來觀察斷面的巨觀組織(觀察數是一個視野)，進行確認了有無巨大的碳化物。能夠確認出如第1圖的照片所示的這種10μm以上的巨大碳化物的話，就判斷為「有」巨大碳化物。

[雪明碳鐵之個數密度、相當於圓的直徑之平均值、平均長寬比]

將試驗材相對於長軸方向(輥軋方向)垂直地切斷，在這個縱斷面(對輥軋方向呈垂直的方向)的D/4位置(D是直徑)處，又將試驗材朝長軸方向呈水平地切斷，將這個水平切斷面進行鏡面研磨，以5%的苦酸浸蝕液加以腐蝕而使得金屬組織顯現出來之後，將這個水平切斷面上的前述D/4位置線上的任意的12個地方(每一個視野為2688μm² )，利用掃描型電子顯微鏡(倍率：2000倍)來進行觀察和攝影，從圖像的反差中，將白色部分判定為雪明碳鐵粒子而加以標記下來。使用粒子解析軟體([粒子解析III for windows. Version 3.00 SUMITOMO METAL TECHNOLOGY製])，從前述標記下來的各雪明碳鐵粒子的面積來計算出相當於圓的直徑(μm)，並且求出十二個視野的平均值(相當於圓的直徑之平均值)。

此外，求出存在於每單位面積內的相當於圓的直徑為0.13μm以上的雪明碳鐵粒子的個數(個/μm² )也就是(個數密度)。

並且求出雪明碳鐵的長寬比，十二個視野的平均值(平均長寬比)。

此外，在上述雪明碳鐵的測定中，未達0.13μm者係視為測定對象外。

[冷間加工性(裂縫及變形阻力)]

使用上述試驗材，從試驗材的中心部切取出直徑：14mm、高度：21mm的圓柱試驗片，將其作為用來評價冷間加工性的試驗片。

試驗片係使用衝壓試驗機，以加工率(壓縮率)為60%來進行冷間加工之後，將試驗片的側面利用光學顯微鏡進行觀察(倍率：20倍)，來確認是否有裂縫發生。此外，也測定了將試驗片以加工率(壓縮率)為40%來進行冷間加工時的變形阻力(MPa)，並且依據與鋼種No.1的試驗片的變形阻力之對比來計算出變形阻力降低率，來進行評價。此外，上述的加工率是以[{(1-L/L₀ )}×100(%)]來表示。(L是加工前的試驗片的長度、L₀ 是加工後的試驗片的長度)。

評價基準：係將試驗片中沒有裂縫，並且變形阻力降低率相對於No.1的試驗片為5%以上者，判斷為冷間加工性優異(○)。另一方面，將變形阻力較No.1更高者或者變形阻力雖然有降低但是變形阻力降低率未達5%者判斷為冷間加工性不佳(×)。

[滾動疲勞特性]

從試驗材製作出推力試驗片(形狀：圓盤形；尺寸：Φ60mm×2mm厚度)，使用推力型滾動疲勞試驗機(「FJ-5T」株式會社富士試驗機製作所製造)，以反覆速度：1800rpm、面壓：5.3GPa、中止次數：2×10⁸ 次的條件，針對各試驗片，各實施十六次滾動疲勞試驗，來對於疲勞壽命L₁₀ (標示於韋氏分布確率紙而獲得之到達累積破損確率變成10%時的疲勞破壞為止的應力反覆數)加以評價。

將No.1的試驗片的疲勞壽命L₁₀ (L10壽命)定為1.0，將具有1.0以上的L10壽命之試驗片判斷為滾動疲勞特性優異。

[耐磨損性]

對於上述推力試驗片，使用推力型滾動疲勞試驗機，將以反覆速度：1800 rpm、面壓：5.3 GPa、中止次數：1×10⁸ 次的條件來進行旋轉時的磨損深度當作磨損量。此時的各鋼材的試驗次數分別都是三次(n=3)。將No.1的試驗片的磨損量定為1，將具有1.00以下的磨損量的試驗片判斷為耐磨損性優異。

[表1]

[表2]

[表3]

從這些結果可以做下列的考察。亦即，No.3～6、8、9、12、13、16、17、20、21、23、24、27～29係符合本發明所規定的要件(化學成分組成、雪明碳鐵之相當於圓的直徑、長寬比、個數密度)，任何一個都未發生裂縫，與以往的鋼(No.1：SUJ2)進行比較，變形阻力較低而冷間加工性優異，而且加工後的試驗片的滾動疲勞特性和耐磨損性也較優異。

No.2係因為Cr含量較多，所以在鋼片內產生了巨大的碳化物，冷間加工性、滾動疲勞特性、以及耐磨損性較差，並且在試驗片身上發生了裂縫。

No.7、10、11、14、15、18、19、以及22係不符合本發明所規定的球狀化熱處理條件的範圍之例。

No.7係因為昇溫速度較慢，所以雪明碳鐵之相當於圓的直徑之平均值與個數密度係不符合本發明所規定的範圍，滾動疲勞特性與耐磨損性都變差。

No.10係因為昇溫速度很快，所以雪明碳鐵之相當於圓的直徑之平均值與平均長寬比不符合本發明所規定的範圍，冷間加工性、滾動疲勞特性、以及耐磨損性都變差，並且在試驗片身上產生了裂縫。

No.11係因為均熱溫度很低，所以雪明碳鐵之平均長寬比大於本發明所規定的範圍，冷間加工性、滾動疲勞特性、以及耐磨損性都變差，並且在試驗片身上產生了裂縫。

No.14係因為均熱溫度很高，所以雪明碳鐵之平均長寬比大於本發明所規定的範圍，滾動疲勞特性、以及耐磨損性都變差，並且在試驗片身上產生了裂縫。

No.15係因為均熱時間很短，所以雪明碳鐵之相當於圓的直徑之平均值低於本發明所規定的範圍，冷間加工性變差。

No.18係因為均熱時間很長，所以雪明碳鐵之相當於圓的直徑之平均值與個數密度不符合本發明所規定的範圍，滾動疲勞特性與耐磨損性都變差。

No.19係因為一次冷卻速度(至A1點-60℃為止的冷卻速度)很慢，所以雪明碳鐵之相當於圓的直徑之平均值高於本發明所規定的範圍，滾動疲勞特性變差。

No.22係因為一次冷卻速度很快，所以雪明碳鐵之相當於圓的直徑之平均值低於本發明所規定的範圍，冷間加工性變差。

No.25、26、30～31係化學成分範圍不符合本發明所規定的化學成分的範圍之例。

No.25係因為C的含量很少，所以雪明碳鐵的個數密度不夠充分，耐磨損性變差。

No.26係因為Si、Mn、P、S、Al、Ti、O不符合本發明所規定的範圍，所以雪明碳鐵的個數密度不夠充分，冷間加工性與滾動疲勞特性變差。

No.30係因為Cr、O的含量太多，所以雪明碳鐵之相當於圓的直徑之平均值低於本發明的規定範圍，並且在鋼片內產生了巨大的碳化物，所以滾動疲勞特性變差。

No.31係因為Si、Mn、N、P、S的含量不符合本發明所規定的範圍，所以滾動疲勞特性變差。

No.32係因為Cr和N不符合本發明所規定的範圍，所以冷間加工性與滾動疲勞特性變差。

依據這些數據資料，將雪明碳鐵之相當於圓的直徑之平均值、變形阻力之降低率(冷間加工性)與L10壽命比(滾動疲勞特性)之關係標示於第2圖(只將符合本發明所規定的化學成分組成，且平均長寬比為2.00以下的例子標示進去)，可以看出來藉由適切地控制雪明碳鐵的大小，對於提昇冷間加工性與滾動疲勞特性是有效的。

同樣地將雪明碳鐵的個數密度與磨損比(耐磨損性)的關係標示於第3圖(只將符合本發明所規定的化學成分組成，且長寬比為2.00以下的例子標示進去)，可以看出來藉由控制雪明碳鐵的個數密度，對於提昇耐磨損性是很有效的。

第1圖係實施例No.2的鋼片中被確認的粗大的碳化物的照片。

第2圖係顯示雪明碳鐵的相當於圓的直徑之平均值、與變形阻力降低率、與L10壽命比的關係之圖表。

第3圖係顯示雪明碳鐵的個數密度與磨損比的關係之圖表。

Claims

一種軸承用鋼，其特徵為：含有C：0.9~1.10%(質量%之意，以下亦同)、Si：0.05~0.49%、Mn：0.1~1.0%、P：0.05%以下(不含0%)、S：0.05%以下(不含0%)、Cr：0.03~0.40%、Al：0.05%以下(不含0%)、N：0.002~0.025%、Ti：0.0030%以下(不含0%)、以及O：0.0025%以下(不含0%)，其餘部分係由鐵以及不可避免的雜質所組成，雪明碳鐵的平均長寬比是2.00以下、雪明碳鐵的相當於圓的直徑之平均值是0.35~0.6μm，並且相當於圓的直徑為0.13μm以上的雪明碳鐵的個數密度是0.45個/μm² 以上。
如申請專利範圍第1項所述之軸承用鋼，其中，又含有其他的元素係從Cu：0.25%以下(不含0%)、Ni：0.25%以下(不含0%)、以及Mo：0.25%以下(不含0%)所組成的群組之中所選出的一種以上。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之軸承用鋼，其中，又含有其他的元素係Nb：0.5%以下(不含 0%)、及/或V：0.5%以下(不含0%)。
一種軸承用鋼的製造方法，其特徵為：對申請專利範圍第1項或第2項所述之軸承用鋼實施冷間加工。
一種軸承用鋼的製造方法，其特徵為：對申請專利範圍第3項所述之軸承用鋼實施冷間加工。
一種機械構造用零件的製造方法，其特徵為：對申請專利範圍第1項或第2項所述之軸承用鋼實施冷間加工。
一種機械構造用零件的製造方法，其特徵為：對申請專利範圍第3項所述之軸承用鋼實施冷間加工。