[发明专利]滚动接触疲劳寿命特性优异的轴承钢、轴承用铸锭件以及它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适合作为汽车、风力发电（wind power）、输送机械、电气机械以及精密机械以及其他一般工业机械等中使用的轴承的素材的、具有优异的滚动接触疲劳寿命（rolling contact fatigue life）特性的轴承钢（bearing steel）及其制造方法。

背景技术

作为这种轴承钢大多利用高碳铬钢（high carbon chromium steel：JIS G4805规格SUJ2）。通常，对于轴承钢而言，滚动接触疲劳寿命特性优异是重要的性质之一，而该滚动接触疲劳寿命因钢中的非金属夹杂物或共晶碳化物（eutectic carbide）而下降。

在最近的研究中认为钢中的非金属夹杂物最影响滚动接触疲劳寿命的下降，进而一直在采取通过减少钢中氧含量来控制非金属夹杂物的量和大小，由此提高轴承寿命的对策。

例如，有专利文献1和2等的提案，它们是控制钢中的氧化物系非金属夹杂物的组成、形状或分布状态的技术，但为了制造非金属夹杂物少的轴承钢，需要高价的熔炼设备或者需要对现有设备进行大幅改造，存在经济负担大这样的问题。

另外，专利文献3是通过控制碳的中心偏析率、钢中的氧含量以及硫含量来提高滚动接触疲劳寿命特性的技术，但是，如上所述，为了使氧含量进一步减少而制造非金属夹杂物更少的轴承钢，需要高价的熔炼设备或者需要对现有设备进行大幅度改造，存在经济负担大的问题。

因此，不仅是减少钢中的非金属夹杂物，对减少钢中的共晶碳化物也开始受到关注。例如，高碳铬钢含有0.95质量%以上的C，非常硬质，钢的耐磨损性良好，但是铸片中心部产生的偏析（以下，简称为中心偏析）的程度高，而且铸片中会生成巨大的共晶碳化物，所以存在使滚动接触疲劳寿命下降的问题。因此，在铸片中央部冲孔作成废料，或者实施长时间的扩散处理（diffusion treatment：以下，简称为均热处理(soaking)），使它们充分消散后再使用。

关于这样的偏析的问题，专利文献4中公开了如下方法：使其具有C：0.6～1.2质量%等特定成分组成，并且将在线状或棒状轧钢中的通过轴心的纵断面的中心线上的包括该纵断面的轴心且从该轴心线向一侧分别为D/8（D：该纵断面的宽度）以内的中心区域上出现的厚度2μm以上的碳化物的总断面积，相对于上述纵断面积控制为0.3%以下的方法。并且，该文献中定量地明确了巨大碳化物量对滚动接触疲劳寿命特性的影响，表明钢中残留有使滚动接触疲劳寿命下降的巨大共晶碳化物。

专利文献5中公开了具有C：0.50～1.50质量%和Sb：0.0010～0.0150质量%等特定的成分组成，且脱碳层的形成少、热处理生产率优异的轴承钢。该文献中以通过添加Sb来减少钢的脱碳层的形成，省略热处理后的切削或磨削工序，从而提高热处理生产率为目的，但Sb存在对人体有强毒性的嫌疑，所以其应用要求慎重。另外，如果添加Sb则Sb在中心偏析部浓化，使中心偏析恶化。在Sb浓化的部分发生局部的固化，所以与母材产生硬度差，有可能成为滚动接触疲劳破坏的起点，导致滚动接触疲劳寿命的下降。

在此，为了消散高碳铬轴承钢的铸造时产生的中心偏析和该中心偏析部产生的巨大共晶碳化物，例如，专利文献6中公开了暂时对铸造件进行压延制成钢坯，对该钢坯进行均热处理的方法。

然而，也存在如下问题点，即，均热处理时的钢中温度不均匀，所以当均热处理温度部分地达到超过固相线的温度时，局部地再次开始溶解，引起共晶反应，会生成更巨大的共晶碳化物。

因此，根据轴承的用途，有时不使用上述高碳铬钢，而是使用低碳合金钢。例如，淬硬钢仅次于高碳铬钢广泛被使用。但是，淬硬钢中，为了使C量成为0.23质量%以下以便得到所需的淬硬性和机械强度，将添加适量的Mn、Cr、Mo以及Ni等，并从提高疲劳强度的观点出发，利用渗碳或渗碳氮化处理来使表面硬化。

例如，专利文献7中公开了一种淬硬钢，所述淬硬钢具有C：0.10～0.35%等特定的化学组成，且通过使由Q=34140－605［%Si］+183［%Mn］+136［%Cr］+122［%Mo］所定义的钢中的碳扩散的活化能控制为34000kcal以下，使得在短时间内能够进行渗碳。

同样地，专利文献8中公开了关于滚动接触疲劳特性优异的渗碳件的技术，所述渗碳件具有C：0.1～0.45%等特定的化学组成，渗碳层的奥氏体晶粒度为7级以上，表面的碳含量为0.9～1.5%，表面的残余奥氏体量为25～40%。