[发明专利]轴承钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及轴承钢及其制造方法，该轴承钢通过对REM（Rare Earth Metal，稀土金属）复合氧硫化物的生成进行控制，具有抑制了铝氧化物、氮化钛、硫化锰等有害夹杂物的影响的优异的疲劳特性。

本申请基于2011年10月20日在日本提出的专利申请2011-230832号要求优先权，将其内容援引于本申请中。

背景技术

轴承钢被用于各种产业机械、汽车等所使用的「球轴承」、「滚子轴承」等滚动轴承。另外，近年来，也作为例如作为磁记录介质的硬盘设备所使用的磁盘驱动用等的轴承被使用。此外，也作为电子设备、家用电器、仪器仪表、医疗设备等的轴承被使用。

这些轴承所使用的轴承钢，要求滚动疲劳特性优异。如果轴承钢中所含有的夹杂物粗大且多量则对疲劳寿命带来恶劣影响。据此，从疲劳特性提升的目的来看，期望夹杂物尽可能细微且少量。

作为轴承钢所含有的有害夹杂物，已知氧化铝（Al₂O₃）等氧化物、硫化锰（MnS）等硫化物、氮化钛（TiN）等氮化物等。

在采用转炉和/或真空处理容器进行精炼了的钢液中，含有大量溶存氧。氧化铝夹杂物通过该溶存氧和与氧亲和力强的Al进行化合而生成。

另外，炼钢工序中使用的浇包等大多采用氧化铝系耐火物进行构建。据此，即使在不采用Al而采用Si和/或Mn对钢液进行了脱氧的情况下，通过钢液与上述耐火物的反应，Al也会在钢液中溶出，通过该Al被再氧化，钢液中生成氧化铝。氧化铝夹杂物为硬质，同时进行凝集、合并成为粗大的氧化铝团簇，因此成为使疲劳特性劣化的原因。

关于氧化铝夹杂物的降低和除去，主要通过RH（Ruhrstahl-Hausen）真空脱气装置、粉体吹入装置等二次精炼装置的适用进行脱氧生成物的降低。此外，通过断气、钢渣改性等进行再氧化的防止，通过切渣进行混入氧化物的降低，并通过该组合进行夹杂物的降低。

例如，已知下述制造方法，制造含有0.005质量%以上的Al的Al镇静钢时，通过向钢液中投入包含选自Ca、Mg和REM（Rare Earth Metal，稀土金属）中的两种以上与Al的合金，从而将生成的夹杂物中的氧化铝调整为30～85质量%的范围内。

专利文献1中公开了为防止氧化铝团簇生成，通过添加选自REM、Mg、Ca中的两种以上，从而使生成的夹杂物成为低熔点的复合夹杂物的技术。但是，该技术对防止长条（sliver）缺陷也许有效，但不能使有害夹杂物的尺寸细微达到轴承钢所要求的水平。这是因为如果使夹杂物成为低熔点夹杂物，则这些夹杂物进行凝集、合并从而更加粗大化。

添加REM的情况下，REM使夹杂物球状化，具有疲劳特性提升的作用效果。像这样为了对夹杂物的形态进行控制，根据需要可以添加REM，但添加超过0.010质量%会使夹杂物增加，反而使疲劳寿命降低。例如，专利文献2中公开了将REM添加量控制在0.010质量%以下的必要性。但是，专利文献2中没有关于该机制、夹杂物的组成及存在状态的公开。

另外，MnS等硫化物由于通过锻造等塑性加工其形状发生延伸，重复应力被负荷时，成为疲劳蓄积源并成为断裂起点，并且，使疲劳特性劣化。据此，为了改善疲劳特性，需要对这样的硫化物进行控制。

作为防止硫化物生成的方法，已知通过添加Ca进行脱硫的方法。但是，存在由Ca的添加而形成的Al-Ca-O复合氧化物通过塑性加工其形状容易发生延伸，重复应力被负荷时，容易成为疲劳蓄积源并成为断裂起点的问题。此外，Ca的添加对于TiN没有效果。

另外，TiN等氮化物非常硬质且以尖的形状析出，因此成为疲劳蓄积源并成为断裂起点，并且，使疲劳特性劣化。例如，专利文献3中公开了如果添加Ti超过0.001质量%则疲劳特性恶化。

为了抑制TiN的生成，将Ti含量调整为0.001质量%以下变得重要。但是，由于Ti也被包含于铁水、熔渣中，难以稳定地降低含量。因此，需要在钢液阶段对Ti、N进行高效除去，但炼钢成本变高从而不优选。

如上所述，为了使作为轴承钢所要求的疲劳特性提升而变得必要的对Al₂O₃、Al-Ca-O复合氧化物、MnS和TiN等有害夹杂物进行控制的技术，目前还没有发现。

在先技术文献

专利文献1：日本国特开平09-263820号公报

专利文献2：日本国特开平11-279695号公报