[发明专利]滚动疲劳特性优异的钢材

说明书

技术领域

本发明涉及在用于汽车、各种产业机械等的轴承部件、机械结构用部件中所应用的钢材，尤其涉及在作为上述各种部件材料使用时能够发挥优异的滚动疲劳特性的钢材。

背景技术

轴承、曲轴(crank shaft)等部件是支撑机械类的旋转部、滑动部的重要部件，由于有时还会使接触面压相当高、并且外力发生变动，因此大多情况下所使用的环境过于严酷。因此，对于作为其原材料的钢材要求优异的耐久性。

近年来，随着机械类的高性能化、轻量化的推进，这样的要求也逐年变得严苛。为了提高軸部件的耐久性，与润湿性有关的技术的改善也较为重要，而尤为重要的要件为钢材的滚动疲劳特性优异。

就在轴承中所使用的钢材而言，一直以来在JIS G4805(1999)中规定的SUJ2等高碳铬轴承钢被用作在汽车、各种产业机械等各种领域中所用的轴承的材料。但是，由于接触面压非常高的滚珠轴承、滚柱轴承等内·外轮和转动体等被使用在过于严酷的环境中，因此轴承存在容易因非常微细的缺陷(夹杂物等)产生疲劳破坏等问题。与该问题相对，为了降低保守的次数，尝试了延长滚动疲劳寿命本身这样的轴承用钢材的改善。

在例如专利文献1中提出了以下方案：在轴承材料中规定Ti和Al的含量并且在球状化退火后进行加热处理，由此控制微细的Ti碳化物、Ti碳氮化物、Al氮化物等的量，由此，通过将旧奥氏体晶粒(旧γ晶粒)微细化，从而提高滚动疲劳特性。

但是，在上述技术中，Ti含量非常高而达到0.26％以上，存在不仅使钢材的成本变高、而且还会使钢材的加工性降低的问题。此外，采用上述技术的钢材有时在铸造时容易产生粗大的TiN，并因该析出物的生成而使疲劳寿命产生偏差。另一方面，采用上述技术的钢材存在以下问题：Al的含量也达到0.11％以上，会因在铸造时和轧制时生成的Al系氮化合物而发生破裂、损伤等，制造性变差。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3591236号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供制造性高、滚动疲劳特性得以提高的钢材。

用于解决问题的手段

能够达成上述目的的本发明的钢材具有以下几个要点：含有C：0.65～1.30％(质量％的含义、下同)、Si：0.05～1.00％、Mn：0.1～2.00％、P：0.050％以下(不包括0％)、S：0.050％以下(不包括0％)、Cr：0.15～2.00％、Al：0.010～0.100％、N：0.025％以下(不包括0％)、Ti：0.015％以下(不包括0％)以及O：0.0025％以下(不包括0％)，剩余部分由铁和不可避免的杂质构成，分散于钢中的Al系氮化合物的平均圆当量直径为25～200nm，圆当量直径为25～200nm的Al系氮化合物的个数密度为1.1个/μm²以上且6.0个/μm²以下。

另外，上述“圆当量直径”是指设想成与其面积相等的圆的直径。在本发明中计算出在透射型电子显微镜(TEM)、扫描型电子显微镜(SEM)的观察面上确认到的Al系氮化合物的圆当量直径。此外，在本发明中，作为对象的Al系氮化合物自然包括AlN，也可以包括部分(总含量至30％左右)含有Mn、Cr、S、Si等元素的Al系氮化合物。

在本发明的钢材中，旧奥氏体的平均结晶粒度号优选为11.5以下，通过满足此种要件，从而得到更优异的滚动疲劳特性。

此外，根据需要，在本发明的钢材中还含有(a)选自Cu：0.25％以下(不包括0％)、Ni：0.25％以下(不包括0％)以及Mo：0.25％以下(不包括0％)中的1种以上元素；(b)选自Nb：0.5％以下(不包括0％)、V：0.5％以下(不包括0％)以及B：0.005％以下(不包括0％)中的1种以上元素；(c)选自Ca：0.05％以下(不包括0％)、REM：0.05％以下(不包括0％)、Mg：0.02％以下(不包括0％)、Li：0.02％以下(不包括0％)以及Zr：0.2％以下(不包括0％)中的1种以上元素；(d)选自Pb：0.5％以下(不包括0％)、Bi：0.5％以下(不包括0％)以及Te：0.1％以下(不包括0％)中的1种以上元素等作为其它元素也是较为有用的。钢材的特性可以根据所含有的成分而得到进一步的改善。

发明效果