[发明专利]轴承用铸锭材料及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适合作为用于汽车、风力发电、运输机械、电动机械及精密机械或者其它一般产业机械等的轴承的原材料且具有优异的滚动疲劳寿命特性的轴承用铸锭材料及其制造方法。

背景技术

作为这种供给轴承的钢，大多利用高碳铬钢（JIS G4805规格SUJ2）。通常认为，就轴承钢而言，滚动疲劳寿命特性优异是重要的性质之一，但该滚动疲劳寿命会由于钢中的非金属夹杂物或共晶碳化物而降低。

在最近的研究中，作为对滚动疲劳寿命的降低带来的影响，认为钢中的非金属夹杂物的影响最大，从而采用通过降低钢中氧量控制非金属夹杂物的量及大小而提高轴承寿命的策略。

例如，在专利文献1和2等中提出了方案，这些方案是对钢中的氧化物系非金属夹杂物的组成、形状或分布状态进行控制的技术，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以往设备的大幅度改造，有经济负担大这种问题。

此外，专利文献3中公开了一种通过对碳的中心偏析率以及钢中的氧量和硫含量进行控制来提高滚动疲劳寿命特性的技术，但是，如上所述，为了进一步减少氧含量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以往设备的大幅度改造，有经济负担大这种问题。

因此，不仅钢中的非金属夹杂物的降低受到关注，而且钢中的共晶碳化物的降低也受到关注。例如，高碳铬钢含有0.95质量%以上的C而非常坚硬，钢的耐磨损性良好，但是在铸片中心部发生的偏析（以下，简称为中心偏析）的程度增加，进而在铸片中生成巨大的共晶碳化物，因此存在使滚动疲劳寿命降低的问题。为此，对铸片中央部进行冲裁而制成废料，或者实施长时间的扩散处理（以下，简称为徐热（soaking））而使这些巨大的共晶碳化物充分消散后使用。

关于这样的偏析的问题，专利文献4中公开了如下方法：在具有C：0.6～1.2质量%等特定的成分组成并穿过线状或棒状轧制材料的轴心的纵截面的中心线，使在包括该纵截面的轴心并在单侧距该轴心线各自为D/8（D：该纵截面的宽度）以内的中心区域出现的厚度为2μm以上的碳化物的总截面积相对于上述纵截面积为0.3%以下。此外，在该文献中，可定量地查明巨大碳化物量对滚动疲劳寿命特性带来的影响，并显示出使滚动疲劳寿命降低的巨大共晶碳化物残留在钢中。

专利文献5中公开了具有C：0.50～1.50质量%以及Sb：0.0010～0.0150质量%等特定的成分组成、脱炭层的形成少并且热处理生产率优异的轴承钢。对于该文献所记载的技术而言，通过添加Sb，使钢的脱炭层的形成少，目的在于通过省略热处理后的切削或磨削工序而提高热处理生产率，但由于怀疑Sb对人体具有强毒性，因此在应用上要求慎重。另外，若添加Sb，则Sb在中心偏析部富集，使中心偏析恶化。在Sb富集的部分，发生局部硬化，因此与母材产生硬度差，成为滚动疲劳破坏的起点，可能使滚动疲劳寿命降低。

这里，为了消除高碳铬轴承钢铸造时发生的中心偏析以及在该中心偏析部产生的巨大共晶碳化物，例如，专利文献6中公开了一种对铸造材料进行顶端轧制而制成坯段并对该坯段进行徐热的方法。

然而，由于徐热过程中的钢中温度不均匀，因此还存在如下问题：在徐热温度局部地达到超过固相线的温度时，再次开始局部熔解，引起共晶反应，从而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使用低碳合金钢。例如，仅次于高碳铬钢地大量利用表面渗碳钢。但是，对于表面渗碳钢，为了使C量为0.23质量%以下而得到所需的淬透性和机械强度，添加适量的Mn、Cr、Mo以及Ni等，从提高疲劳强度的观点出发，通过渗碳或渗碳氮化处理而使表面硬化。

例如，专利文献7中公开了通过具有C：0.10～0.35%等特定的化学组成且使由Q＝34140-605［%Si］＋183［%Mn］＋136［%Cr］＋122［%Mo］定义的钢中的碳扩散的活化能为34000kcal以下，从而能够以短时间进行渗碳的表面渗碳钢。

同样地，专利文献8中公开了一种涉及滚动疲劳特性优异的渗碳材料的技术，其中，所述渗碳材料具有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号以上，表面的碳含量为0.9～1.5%，表面的残留奥氏体量为25～40%。

然而，虽然通过进行上述的渗碳或渗碳氮化，能够提高滚动疲劳寿命特性，但会导致制造成本的上升，或者使变形、尺寸变化增加而降低成品率，因此有导致制品成本上升的问题。

另外，根据轴承钢的用途而需要进行大截面化，因此需要大幅度改造进行渗碳或渗碳氮化的设备而经济负担大也成为问题。

专利文献