軸承鋼及其制造方法
【專利摘要】一種軸承鋼，金屬組織中作為夾雜物含有含稀土金屬、Ca、O、S和Al的復(fù)合氧硫化物、TiN、MnS、Al2O3、以及含Al和Ca的復(fù)合氧化物，相對(duì)于上述夾雜物的合計(jì)個(gè)數(shù)，上述復(fù)合氧硫化物的個(gè)數(shù)為50%以上且低于100%，并且，長徑為5μm以上的上述復(fù)合氧硫化物的個(gè)數(shù)為每1mm2觀察面0.001個(gè)以上2個(gè)以下，與上述復(fù)合氧硫化物獨(dú)立地存在的長徑為5μm以上的上述TiN的個(gè)數(shù)為每1mm2觀察面0.001個(gè)以上且低于1.0個(gè)。
【專利說明】軸承鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軸承鋼及其制造方法，該軸承鋼通過對(duì)REM (Rare Earth Metal，稀土金屬)復(fù)合氧硫化物的生成進(jìn)行控制，具有抑制了鋁氧化物、氮化鈦、硫化錳等有害夾雜物的影響的優(yōu)異的疲勞特性。
[0002]本申請(qǐng)基于2011年10月20日在日本提出的專利申請(qǐng)2011-230832號(hào)要求優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援引于本申請(qǐng)中。
【背景技術(shù)】
[0003]軸承鋼被用于各種產(chǎn)業(yè)機(jī)械、汽車等所使用的「球軸承」、「滾子軸承」等滾動(dòng)軸承。另外，近年來，也作為例如作為磁記錄介質(zhì)的硬盤設(shè)備所使用的磁盤驅(qū)動(dòng)用等的軸承被使用。此外，也作為電子設(shè)備、家用電器、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備等的軸承被使用。
[0004]這些軸承所使用的軸承鋼，要求滾動(dòng)疲勞特性優(yōu)異。如果軸承鋼中所含有的夾雜物粗大且多量則對(duì)疲勞壽命帶來惡劣影響。據(jù)此，從疲勞特性提升的目的來看，期望夾雜物盡可能細(xì)微且少量。
[0005]作為軸承鋼所含有的有害夾雜物，已知氧化鋁(Al2O3)等氧化物、硫化錳(MnS)等硫化物、氮化鈦(TiN)等氮化物等。
[0006]在采用轉(zhuǎn)爐和/或真空處理容器進(jìn)行精煉了的鋼液中，含有大量溶存氧。氧化鋁夾雜物通過該溶存氧和與氧親和力強(qiáng)的Al進(jìn)行化合而生成。
[0007]另外，煉鋼工序中使用的澆包等大多采用氧化鋁系耐火物進(jìn)行構(gòu)建。據(jù)此，即使在不采用Al而采用Si和/或Mn對(duì)鋼液進(jìn)行了脫氧的情況下，通過鋼液與上述耐火物的反應(yīng)，Al也會(huì)在鋼液中溶出，通過該Al被再氧化，鋼液中生成氧化鋁。氧化鋁夾雜物為硬質(zhì)，同時(shí)進(jìn)行凝集、合并成為粗大的氧化鋁團(tuán)簇，因此成為使疲勞特性劣化的原因。
[0008]關(guān)于氧化鋁夾雜物的降低和除去，主要通過RH (Ruhrstahl-Hausen)真空脫氣裝置、粉體吹入裝置等二次精煉裝置的適用進(jìn)行脫氧生成物的降低。此外，通過斷氣、鋼渣改性等進(jìn)行再氧化的防止，通過切渣進(jìn)行混入氧化物的降低，并通過該組合進(jìn)行夾雜物的降低。
[0009]例如，已知下述制造方法，制造含有0.005質(zhì)量％以上的Al的Al鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，通過向鋼液中投入包含選自Ca、Mg和REM (Rare Earth Metal，稀土金屬)中的兩種以上與Al的合金，從而將生成的夾雜物中的氧化 鋁調(diào)整為30~85質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
[0010]專利文獻(xiàn)I中公開了為防止氧化鋁團(tuán)簇生成，通過添加選自REM、Mg、Ca中的兩種以上，從而使生成的夾雜物成為低熔點(diǎn)的復(fù)合夾雜物的技術(shù)。但是，該技術(shù)對(duì)防止長條(sliver)缺陷也許有效，但不能使有害夾雜物的尺寸細(xì)微達(dá)到軸承鋼所要求的水平。這是因?yàn)槿绻箠A雜物成為低熔點(diǎn)夾雜物，則這些夾雜物進(jìn)行凝集、合并從而更加粗大化。
[0011]添加REM的情況下，REM使夾雜物球狀化，具有疲勞特性提升的作用效果。像這樣為了對(duì)夾雜物的形態(tài)進(jìn)行控制，根據(jù)需要可以添加REM，但添加超過0.010質(zhì)量％會(huì)使夾雜物增加，反而使疲勞壽命降低。例如，專利文獻(xiàn)2中公開了將REM添加量控制在0.010質(zhì)量％以下的必要性。但是，專利文獻(xiàn)2中沒有關(guān)于該機(jī)制、夾雜物的組成及存在狀態(tài)的公開。
[0012]另外，MnS等硫化物由于通過鍛造等塑性加工其形狀發(fā)生延伸，重復(fù)應(yīng)力被負(fù)荷時(shí)，成為疲勞蓄積源并成為斷裂起點(diǎn)，并且，使疲勞特性劣化。據(jù)此，為了改善疲勞特性，需要對(duì)這樣的硫化物進(jìn)行控制。
[0013]作為防止硫化物生成的方法，已知通過添加Ca進(jìn)行脫硫的方法。但是，存在由Ca的添加而形成的Al-Ca-O復(fù)合氧化物通過塑性加工其形狀容易發(fā)生延伸，重復(fù)應(yīng)力被負(fù)荷時(shí)，容易成為疲勞蓄積源并成為斷裂起點(diǎn)的問題。此外，Ca的添加對(duì)于TiN沒有效果。
[0014]另外，TiN等氮化物非常硬質(zhì)且以尖的形狀析出，因此成為疲勞蓄積源并成為斷裂起點(diǎn)，并且，使疲勞特性劣化。例如，專利文獻(xiàn)3中公開了如果添加Ti超過0.001質(zhì)量％則疲勞特性惡化。
[0015]為了抑制TiN的生成，將Ti含量調(diào)整為0.001質(zhì)量％以下變得重要。但是，由于Ti也被包含于鐵水、熔渣中，難以穩(wěn)定地降低含量。因此，需要在鋼液階段對(duì)T1、N進(jìn)行高效除去，但煉鋼成本變高從而不優(yōu)選。
[0016]如上所述，為了使作為軸承鋼所要求的疲勞特性提升而變得必要的對(duì)A1203、Al-Ca-O復(fù)合氧化物、MnS和TiN等有害夾雜物進(jìn)行控制的技術(shù)，目前還沒有發(fā)現(xiàn)。
[0017]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0018]專利文獻(xiàn)1:日本國特開平09-263820號(hào)公報(bào)
[0019]專利文獻(xiàn)2:日本國特開平11-279695號(hào)公報(bào)
[0020]專利文獻(xiàn)3:日本國特開2004-277777號(hào)公報(bào)`
【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明的一實(shí)施方式，其課題是解決上述那樣的現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供疲勞特性優(yōu)異的軸承鋼及其制造方法。
[0022]本
【發(fā)明者】們?yōu)榻鉀Q上述現(xiàn)有技術(shù)的問題反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研討的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了為控制上述有害夾雜物的生成及其析出形態(tài)，通過在調(diào)整REM、Al和Ca等化學(xué)成分的含量的同時(shí)，對(duì)脫氧方法和軸承鋼制造方法進(jìn)行控制，從而使軸承鋼的金屬組織中形成含REM、Ca、0、S和Al的復(fù)合夾雜物(以下稱為REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物)。
[0023]通過Al2O3和Al-Ca-O復(fù)合氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)樵揜EM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物，粗大的氧化鋁團(tuán)簇的形成被抑制，并且，上述復(fù)合氧化物通過塑性加工發(fā)生延伸變得粗大會(huì)被抑制。并且，通過該REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物將鋼中的S固定化，粗大的MnS的生成被抑制。此外，通過在該REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的表面復(fù)合析出TiN，單獨(dú)存在的TiN的個(gè)數(shù)減少。
[0024]本發(fā)明的主旨如下。
[0025](I)本發(fā)明的一實(shí)施方式涉及的軸承鋼，化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)含有:C:0.9%~1.5%、Si:0.1% ~0.8%、Mn:0.1% ~1.5%、Cr:0.5% ~2.0%、Al:0.01% ~0.05%、Ca:0.00001% ~0.0050%、稀土金屬:0.0001% ~0.050%,O:0.0001% ~0.0030%,并限制為:Ti:低于0.005%、N:0.015%以下、P:0.03%以下、S:0.05%以下，其余量包含鐵和不可避免的
雜質(zhì)，金屬組織中，作為夾雜物含有含稀土金屬、Ca、O、S和Al的復(fù)合氧硫化物、TiN、MnS、A1203、以及含Al和Ca的復(fù)合氧化物，相對(duì)于上述夾雜物的合計(jì)個(gè)數(shù)，上述復(fù)合氧硫化物的個(gè)數(shù)為50%以上且低于100%,并且,長徑為5 μ m以上的上述復(fù)合氧硫化物的個(gè)數(shù)為每Imm2觀察面0.001個(gè)以上2個(gè)以下，與上述復(fù)合氧硫化物獨(dú)立地存在的長徑為5 μ m以上的上述TiN的個(gè)數(shù)為每Imm2觀察面0.001個(gè)以上且低于1.0個(gè)。
[0026](2)根據(jù)上述(I)所述的軸承鋼，上述化學(xué)成分的上述S含量為S:超過0.01%且0.05%以下時(shí)，可以將上述Ca含量設(shè)為Ca:0.00050%~0.0050%。
[0027](3)根據(jù)上述(I)或(2)所述的軸承鋼，上述化學(xué)成分可以以質(zhì)量％計(jì)還含有V:0.05% ~0.70%、Mo:0.05% ~1.00%、W:0.05% ~1.00%、N1:0.10% ~3.50%、Cu:0.10% ~0.50%、Nb:0.005% 以上且低于 0.050%、B:0.0005% ~0.0050% 中的至少 I 種。
[0028](4)根據(jù)上述(I)~(3)的任一項(xiàng)所述的軸承鋼，上述復(fù)合氧硫化物的Al含量以Al2O3換算可以為20質(zhì)量％以下。
[0029](5)根據(jù)上述(I)~(4)的任一項(xiàng)所述的軸承鋼，長徑為10 μ m以上的上述MnS的個(gè)數(shù)和與上述復(fù)合氧硫化物獨(dú)立地存在的長徑為5μπι以上的上述TiN的個(gè)數(shù)可以為每Imm2觀察面合計(jì)5個(gè)以下。
[0030](6)根據(jù)上述(I)~(5)的任一項(xiàng)所述的軸承鋼，上述Cu和上述Ni的以質(zhì)量％表示的含量可以滿足Cu < Ni。
[0031](7)本發(fā)明的一實(shí)施方式涉及的軸承鋼的制造方法，具有:A1脫氧工序，該工序使用Al對(duì)鋼液進(jìn)行脫氧；REM脫氧工序，該工序使用稀土金屬對(duì)上述Al脫氧工序后的上述鋼液進(jìn)行5分鐘以上10分鐘以下的脫氧；鑄造`工序，該工序?qū)ι鲜鯮EM脫氧工序后的上述鋼液進(jìn)行鑄造，得到鑄片，上述鑄片是化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.9%~1.5%、S1:0.1%~0.8%、Mn:0.1% ~1.5%,Cr:0.5% ~2.0%、A1:0.01% ~0.05%,Ca:0.00001% ~0.0050%、稀土金屬:0.0001% ~0.050%、O:0.0001% ~0.0030%,并限制為:T1:低于 0.005%,N:0.015% 以下、P:0.03%以下、S:0.05%以下，其余量`包含鐵和不可避免的雜質(zhì)的鑄片；加熱保持工序，該工序?qū)⑸鲜鲨T片加熱至1270°C~1300°C的溫度范圍，上述加熱后，在1200°C~1250°C的溫度范圍保持60秒以上；和熱加工工序，該工序?qū)ι鲜黾訜岜３止ば蚝蟮纳鲜鲨T片進(jìn)行熱塑性加工得到熱加工鋼材。
[0032](8)根據(jù)上述(7)所述的軸承鋼的制造方法，還可以具有真空脫氣工序，該工序在上述鋼液的化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)含有S:超過0.01%且0.05以下時(shí)，向上述REM脫氧工序后、上述鑄造工序前的上述鋼液添加Ca進(jìn)行真空脫氣處理。
[0033](9)根據(jù)上述(7)或(8)所述的軸承鋼的制造方法，上述鑄片的上述化學(xué)成分可以以質(zhì)量 ％ 計(jì)還含有 V:0.05% ~0.70%、Mo:0.05% ~1.00%、W:0.05% ~1.00%、Ni:0.10% ~
3.50%、Cu:0.10% ~0.50%、Nb:0.005% 以上且低于 0.050%、B:0.0005% ~0.0050% 中的至少I種。
[0034](10)根據(jù)上述(7)~(9)的任一項(xiàng)所述的軸承鋼的制造方法，上述鑄造工序中，可以使上述鋼液在鑄模內(nèi)沿水平方向以0.1m/分鐘以上0.5m/分鐘以下旋轉(zhuǎn)進(jìn)行鑄造。
[0035](11)根據(jù)上述(7)~(10)的任一項(xiàng)所述的軸承鋼的制造方法，還可以具有軟質(zhì)化熱處理工序，該工序通過將上述熱加工工序后的上述熱加工鋼材加熱至700°C~750°C的溫度范圍，并保持30小時(shí)以上50小時(shí)以下來得到軟質(zhì)化鋼材。
[0036](12)根據(jù)上述(7)~(11)的任一項(xiàng)所述的軸承鋼的制造方法，可以具有助熔劑處理工序，該工序向上述REM脫氧工序后、上述真空脫氣工序前的上述鋼液進(jìn)一步添加CaO-CaF2進(jìn)行脫硫。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的上述方式涉及的軸承鋼及其制造方法，通過Al2O3和Al-Ca-O復(fù)合氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)镽EM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物，粗大的氧化鋁團(tuán)簇的形成和上述復(fù)合氧化物發(fā)生延伸變得粗大被抑制，通過REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物將S固定化，粗大的MnS的生成被抑制，并且，通過REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物將TiN復(fù)合，單獨(dú)存在的TiN的個(gè)數(shù)減少。其結(jié)果，變得能夠解決上述課題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式涉及的軸承鋼的金屬組織照片。
[0039]圖2是現(xiàn)有技術(shù)涉及的軸承鋼的金屬組織照片。
[0040]圖3是長徑為10 μ m以上的MnS以及與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的長徑為5 μ m以上的TiN的合計(jì)個(gè)數(shù)、和軸承鋼的疲勞特性的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】 [0041]以下，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0042]首先，關(guān)于本發(fā)明的一實(shí)施方式涉及的軸承鋼的基本成分，對(duì)數(shù)值限定范圍及其限定理由進(jìn)行說明。在此，記載的％為質(zhì)量％。
[0043]Al:0.01% ~0.05%
[0044]Al (招)是脫氧兀素，并且是REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的形成所需要的兀素。為了得到這些效果，需要Al含量為0.01%以上。但是，如果Al含量超過0.05%,則Al2O3和Al-Ca-O復(fù)合氧化物不向REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物進(jìn)行轉(zhuǎn)變。這是因?yàn)樵贏l含量超過0.05%的情況下，與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物相比，Al2O3和Al-Ca-O復(fù)合氧化物成為穩(wěn)定狀態(tài)。
[0045]Al2O3是硬質(zhì)氧化物，不僅成為疲勞特性下降的要因，還使鑄造時(shí)的耐火物的耐久性大大降低。連鑄時(shí)，該硬質(zhì)氧化物附著于噴嘴，助長噴嘴堵塞。Al-Ca-O復(fù)合氧化物不如Al2O3硬，但通常與Al2O3相比尺寸大，成為使疲勞特性劣化的原因。據(jù)此，將Al含量的上限設(shè)為0.05%。
[0046]REM:0.0001% ~0.050%
[0047]REM (Rare Earth Metal)是強(qiáng)力的脫硫、脫氧元素，是為使本發(fā)明的一方式的效果充分發(fā)揮的極其重要的元素。在此，REM是從原子序數(shù)為57的鑭到71的镥的15種元素，加上原子序數(shù)為21的鈧和原子序數(shù)為39的釔的合計(jì)17種元素的總稱。
[0048]REM含量低于0.0001%的情況下，沒有向REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物轉(zhuǎn)變的Al2O3和Al-Ca-O復(fù)合氧化物增加。因此，沒有與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物進(jìn)行化合的S導(dǎo)致粗大的MnS生成，并且，沒有在REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的表面析出而單獨(dú)存在的TiN增加。
[0049]如果REM含量超過0.050%，則不僅成本變高，還由于生成的含REM的夾雜物而容易發(fā)生鑄造時(shí)的噴嘴堵塞，使制造性惡化。據(jù)此，將REM含量設(shè)為0.0001%~0.050%。更優(yōu)選將REM含量設(shè)為0.0003%~0.050%,進(jìn)一步優(yōu)選將REM含量設(shè)為超過0.001%且0.050%以下，最優(yōu)選將REM含量設(shè)為超過0.003%且0.050%以下。[0050]C:0.9% ~1.5%
[0051]C (碳)是確保淬火時(shí)的硬度使疲勞壽命提升的元素，并且是通過球狀碳化物的分散和基質(zhì)的馬氏體轉(zhuǎn)變使強(qiáng)度提升的元素。為了得到這些效果，需要C含量為0.9%以上。但是，如果C含量超過1.5%，則盡管耐磨損性提升，但母材的硬度變得過高而使切削時(shí)的工具壽命下降，并且成為淬裂的原因。因此，將C含量設(shè)為0.9%~1.5%。更優(yōu)選將C含量的下限值設(shè)為1.0%，上限值設(shè)為1.2%。
[0052]Si:0.1% ~0.8%
[0053]Si (硅)是提高淬火性、使疲勞壽命提升的元素。為了得到這些效果，Si含量必須為0.1%以上。但是，如果Si含量超過0.8%，則上述效果飽和，此外，母材的硬度變高切削時(shí)的工具壽命下降，并且成為淬裂的原因。因此，將Si含量設(shè)為0.1%~0.8%。更優(yōu)選將Si含量的下限值設(shè)為0.15%，上限值設(shè)為0.7%。
[0054]Mn:0.1% ~1.5%
[0055]Mn (錳)是提高淬火性提高強(qiáng)度、使疲勞壽命上升的元素。為了得到這些效果，Mn含量必須為0.1%以上。但是，如果Mn含量超過1.5%，則上述淬火性提升效果飽和。并且，母材的硬度變高帶來切削時(shí)的工具壽命的降低，并且，也成為淬裂的原因。因此，將Mn含量設(shè)為0.1%~1.5%。更優(yōu)選將Mn含量的下限值設(shè)為0.2%，上限值設(shè)為1.15%。最優(yōu)選將Mn含量的下限值設(shè)為超過0.5%，上限值設(shè)為1.15%。
[0056]Cr:0.5% ~2.0%
[0057]Cr (鉻)是提高淬火性使疲勞壽命提升的元素。為了得到這些效果，Cr含量必須為0.5%以上。但是，如果Cr含量超過2.0%，則上述效果飽和。并且，母材的硬度變高帶來切削時(shí)的工具壽命的降低，并且，也成為淬裂的原因。因此，將Cr含量設(shè)為0.5%~2.0%。更優(yōu)選將Cr含量的下限值設(shè)為0.9%，上限值設(shè)為1.6%。最優(yōu)選將Cr含量的下限值設(shè)為超過1.0%，上限值設(shè)為低于1.6%。
[0058]Ca:0.00001% ~0.0050%
[0059]Ca (鈣)是脫氧元素和脫硫元素。Ca也具有將氧化物軟化的作用。已知如果向快削鋼中添加Ca，則切削中稱為覆蓋膜(Belag)的氧化物被膜通過切削熱而生成，對(duì)工具表面進(jìn)行被覆、保護(hù)從而延長切削工具壽命。
[0060]并且，Ca是REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的形成所需要的兀素。通過該REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物將S固定化從而抑制粗大的MnS的生成。但是，Ca含量低于0.00001%的情況下，不形成REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物，而形成不含Ca的REM-Al-O-S復(fù)合氧硫化物。
[0061]該不含Ca的REM-Al-O-S復(fù)合氧硫化物將S固定化的效果小。為了提高將S固定化的效果，需要使含Ca和REM的REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物形成。因此，需要將Ca含量設(shè)為0.00001%以上。優(yōu)選將Ca含量的下限值設(shè)為0.00010%。進(jìn)一步優(yōu)選將Ca含量的下限值設(shè)為0.00050%。再者，對(duì)0.00001%水平的鋼中的Ca含量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，采用感應(yīng)率禹合等離子體發(fā)射光譜分析法(ICP-AES:1nductively Coupled Plasma-Atomic EmissionSpectrometry)或根據(jù)需要采用感應(yīng)稱合等離子體質(zhì)譜分析法(ICP-MS JnductivelyCoupled Plasma-Mass S pectrometry)等高靈敏度兀素分析法即可。
[0062]通常，鋼即使沒有特意添加Ca，也不可避免地含有0.0001%左右的Ca。該不可避免地被含有的Ca也具有形成REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的效果。據(jù)此，在不可避免地被含有的Ca為0.00001%以上的情況下，也可以不特意添加Ca。由不可避免地被含有的Ca形成的REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物發(fā)揮將S固定化的效果。
[0063]基本上作為潔凈鋼的軸承鋼中在研磨面所確認(rèn)的夾雜物數(shù)量也少，因此對(duì)夾雜物(REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物、A1203、Al-Ca-O復(fù)合氧化物、MnS和TiN等)的組成可以利用具備EPMA (電子束顯微分析、Electron Probe Micro Analysis)或EDX (能量色散X射線分析、Energy Dispersive X-Ray Analysis)的 SEM (掃描型電子顯微鏡、Scanning ElectronMicroscope)等直接進(jìn)行分析。即由充當(dāng)電子束的情況下的X射線信號(hào)，對(duì)每個(gè)夾雜物分析夾雜物中的Al、Ca、S的有無等，因此可以確認(rèn)REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的形成。并且可以由其信號(hào)強(qiáng)度半定量地算出組成比率。另外，根據(jù)需要，也可以利用具備EDX的TEM(透射型電子顯微鏡、Transmission Electron Microscope)等直接分析。本
【發(fā)明者】們，使用包含Ca含量低于0.00001%的高純度原料的各種原料(鑄片)，采用上述分析方法調(diào)查了用于形成REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的Ca的下限值。其結(jié)果，如上所述，發(fā)現(xiàn)了鋼中(鑄片)的Ca含量為0.00001%以上時(shí)，作為夾雜物，不是不含Ca的REM-A1-0-S復(fù)合氧硫化物，而是形成REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物。
[0064]想要進(jìn)一步提高REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的將S固定化的效果的情況下，優(yōu)選特意添加Ca。例如，S為高的含量，想要進(jìn)一步提高REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的將S固定化的效果的情況下，優(yōu)選特意添加Ca。具體地，S含量為超過0.01%且0.05%以下時(shí)，優(yōu)選特意添加Ca以使得Ca含量變?yōu)?.00050%~0.0050%。其結(jié)果，即使S含量為超過0.01%且0.05%以下那樣的高含量，REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物將S固定化的效果也會(huì)充分提高，并且，MnS的析出被充分抑制。
[0065]另外，如果Ca含量超過0.0050%，則作為粗大的氧化物的Al_Ca_0復(fù)合氧化物和CaO大量形成，疲勞壽命受損。特別是對(duì)Al2O3復(fù)合了 Ca的Al-Ca-O復(fù)合氧化物通常與Al2O3相比尺寸大，使疲勞特性劣化。因此，Ca含量的上限值設(shè)為0.0050%以下。再者，Ca固溶于REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物中，CaS并不單獨(dú)存在。
[0066]O:0.0001% ~0.0030%
[0067]O (氧)盡管是應(yīng)該通過脫氧從鋼中被除去的元素，但也是為使REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物析出所需要的元素。為了得到該效果，需要O含量為0.0001%以上。但是,如果O含量超過0.0030%,則氧化物大量殘存，導(dǎo)致疲勞壽命的降低。因此，將O含量的上限值設(shè)為0.0030%以下。再者，上述O含量意味著將固溶于鋼中的氧和REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物、Al2O3所含有的氧等進(jìn)行合計(jì)了的總氧量(T.0:Total Oxygen)。
[0068]除了上述基本成分以外，本實(shí)施方式涉及的軸承鋼含有不可避免的雜質(zhì)。在此，不可避免的雜質(zhì)意味著廢料等副原料和/或從制造工序不可避免地混入的T1、N、P、S、Mg、Pb、Sb、Sn、Cd等元素。其中，T1、N、P和S，為了使本發(fā)明的一方式的效果充分發(fā)揮，需要如以下那樣進(jìn)行限制。在此，記載的％為質(zhì)量％。另外，雜質(zhì)含量的限制范圍中包含0%，但在工業(yè)上穩(wěn)定地設(shè)為0%是困難的。
[0069]T1:低于 0.005%
[0070]Ti (鈦)是雜質(zhì)，是生成TiC、TiN和TiS等細(xì)微夾雜物使疲勞特性劣化的元素。特別是TiN析出為方形形狀，因此重復(fù)應(yīng)力被負(fù)荷時(shí)應(yīng)力集中，容易成為斷裂起點(diǎn)。據(jù)此，抑制該析出為方形形狀的TiN非常重要。
[0071 ] 金屬組織中存在REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的情況下，TiN將REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物作為優(yōu)先的成核位點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合析出。并且，REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物成為如圖1所示的大致球形狀的REM-Ca-Al-O-S-TiN復(fù)合氧硫化物。其結(jié)果,可抑制如圖2中的作為B所示那樣尖的方形形狀且硬質(zhì)的TiN單獨(dú)析出。再者，關(guān)于上述金屬組織，將在后面詳細(xì)說明。
[0072]為了使TiN在REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物中復(fù)合析出，降低單獨(dú)存在的TiN的析出量，需要將Ti含量限制為低于0.005%。再者，以往，為了抑制TiN導(dǎo)致的疲勞特性的劣化，需要將Ti含量設(shè)為0.001%以下。但是，本發(fā)明的一方式中，如果Ti含量低于0.005%,則通過REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的效果，即使含有比以往認(rèn)識(shí)的水平多的Ti疲勞特性也變得良好。像這樣將Ti含量限制為低于0.005%,則可以穩(wěn)定制造疲勞特性良好的軸承鋼。
[0073]為了降低TiN析出量，Ti含量越少越好，因此上述限制范圍中包含0%。但是，將Ti含量設(shè)為0%，在技術(shù)上不容易，另外，即使穩(wěn)定地設(shè)為0.0002%以下，煉鋼成本也會(huì)變高。據(jù)此，Ti含量的限制范圍優(yōu)選為超過0.0002%且低于0.005%。從煉鋼成本的觀點(diǎn)來看，進(jìn)一步優(yōu)選將Ti含量的限制范圍設(shè)為超過0.001%且低于0.005%。再者，通常的操作條件下，不可避免地含有0.003%左右的Ti。
[0074]N:0.015% 以下
[0075]N (氮)是雜質(zhì)，形成氮化物使疲勞特性劣化，并且是通過應(yīng)變時(shí)效對(duì)延展性和韌性帶來惡劣影響的元素。如果N含量超過0.015%則上述弊端變得顯著。因此，將N含量限制為0.015%以下。
[0076]為了降低氮化物量，N含量越少越好，因此上述限制范圍中包含0%。但是，將N含量設(shè)為0%，在技術(shù)上不容易，另外，即使穩(wěn)定地設(shè)為低于0.0008%，煉鋼成本也會(huì)變高。據(jù)此，N含量的限制范圍優(yōu)選為0.0008%~0.015%。進(jìn)一步優(yōu)選將N含量的限制范圍設(shè)為0.0008% ~0.010%O
[0077]P:0.03% 以下
[0078]P (磷)是雜質(zhì)，是在晶界偏析損害疲勞壽命的元素。如果P含量超過0.03%，則疲勞壽命的降低變得顯著。因此，將P含量限制為0.03%以下。
[0079]為了抑制疲勞壽命的降低，P含量越少越好，因此上述限制范圍中包含0%。但是，將P含量設(shè)為0%，在技術(shù)上不容易，另外，即使穩(wěn)定地設(shè)為低于0.0005%，煉鋼成本也會(huì)變高。據(jù)此，P含量的限制范圍優(yōu)選為0.0005%~0.03%。進(jìn)一步優(yōu)選將P含量的限制范圍設(shè)為 0.0005% ~0.02%。
[0080]S:0.05% 以下
[0081]S (硫)是雜質(zhì)，是形成硫化物的元素。如果S含量超過0.05%,則REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物所含有的REM和Ca的將S固定化的效果變得不充分，形成如圖2中的作為D所示的粗大的MnS，損害疲勞壽命。因此，需要將S含量限制為0.05%以下。
[0082]為了抑制MnS析出，S含量越少越好，因此上述限制范圍中包含0%。但是，將S含量設(shè)為0%，在技術(shù)上不容易，另外，即使穩(wěn)定地設(shè)為0.0003%以下，煉鋼成本也會(huì)變高。據(jù)此，S含量的限制范 圍優(yōu)選為超過0.0003%且0.05%以下。另外，S具有提高被切削性的作用，在S含量為0.005%以上的情況下被切削性提升。因此在重視被切削性的情況下，可以將S含量的限制范圍設(shè)為0.005%~0.05%。
[0083]如果S含量為0.05%以下且不可避免地含有0.00001%以上的Ca，則通過REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的將S固定化的效果，MnS的析出量被抑制在允許范圍內(nèi)。該情況下，可以不特意添加Ca。但是，想要進(jìn)一步提高將S固定化的效果的情況下，優(yōu)選特意添加Ca。S含量在上述限制范圍內(nèi)為高含量時(shí)，具體地，S含量為超過0.01%且0.05%以下時(shí),添加Ca，優(yōu)選將Ca含量設(shè)為0.00050%~0.0050%。其結(jié)果，REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物將S固定化的效果充分提高，并且，MnS的析出被充分抑制。
[0084]再者，REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物將S固定化的效果通過REM和Ca來得到，但是REM存在鑄造時(shí)的噴嘴堵塞等問題，因此不能添加至上述上限值以上。據(jù)此，將S固定化的效果優(yōu)選通過Ca含量進(jìn)行控制。
[0085]以上是本實(shí)施方式中的鋼的基本成分(基本元素)。上述基本元素被含有或限制，其余量包含鐵和不可避免的雜質(zhì)。但是，除了該基本成分，也可以代替余量的鐵的一部分，在本實(shí)施方式中根據(jù)需要使鋼中含有以下選擇元素。再者，這些選擇元素在鋼中即使不可避免地，例如僅混入低于各選擇元素的下限的量，也不會(huì)損害本實(shí)施方式的效果。
[0086]即，本實(shí)施方式涉及的軸承鋼，作為選擇成分，還可以含有V、Mo、W、N1、Cu、Nb、B中的至少一種。以下，對(duì)選擇成分的數(shù)值限定`范圍及其限定理由進(jìn)行說明。在此，記載的％為質(zhì)量％。
[0087]V:0.05% ~0.70%
[0088]V是生成碳化物、氮化物、碳氮化物的元素。通過V的添加，生成當(dāng)量圓直徑低于0.2μπι的細(xì)微的V的碳化物、氮化物、碳氮化物，具有抗回火軟化性的提升、屈服點(diǎn)的上升和原始奧氏體的細(xì)微化等效果。通過將V含量增多、延長回火時(shí)間，可以使上述析出物充分析出，使硬度和抗拉強(qiáng)度上升。
[0089]為了得到這些效果，優(yōu)選將V含量設(shè)為0.05%~0.70%。如果V含量低于0.05%,則不能得到上述效果。更優(yōu)選將V含量的下限值設(shè)為0.10%。再者，即使在鋼中含有低于下限的量的V，也不會(huì)損害本實(shí)施方式的效果。另外，為了降低合金成本，不需要特意向鋼中添加該選擇元素，因此可以將下限值設(shè)為0%。
[0090]如果V含量超過0.70%,則即使利用淬火前的加熱也不能充分溶解，粗大的球狀碳化物即所謂的未溶解碳化物殘留，有可能損害加工性和/或疲勞特性。另外，通過添加V，容易產(chǎn)生成為加工前的裂紋和/或拉絲時(shí)斷線的原因的過冷組織。據(jù)此，V含量的上限值優(yōu)選為0.70%。在抑制軸承制造時(shí)的品質(zhì)的偏差、重視制造穩(wěn)定性的情況下，V含量的上限值優(yōu)選為0.50%，或者進(jìn)一步優(yōu)選為0.30%以下。
[0091]Mo:0.05% ~1.00%
[0092]Mo是提高淬火性的元素，并且是使抗回火軟化性提升的元素。Mo也是在鋼中生成含Mo的碳化物的元素。為了得到這些效果，優(yōu)選將Mo含量設(shè)為0.05%~1.00%。
[0093]含Mo的碳化物析出的溫度，與含V的碳化物等相比低。對(duì)于在低溫下進(jìn)行回火的軸承鋼，含Mo的碳化物在提高上述特性方面是有效的。據(jù)此，Mo含量的下限值優(yōu)選設(shè)為0.05%。更優(yōu)選將Mo含量的下限值設(shè)為0.10%。再者，即使在鋼中含有低于下限的量的Mo，也不會(huì)損害本實(shí)施方式的效果。另外，為了降低合金成本，不需要特意向鋼中添加該選擇元素，因此可以將下限值設(shè)為0%。
[0094]如果Mo含量超過1.00%，則在熱軋和/或加工前的熱處理后的冷卻時(shí)，容易產(chǎn)生過冷組織。過冷組織成為延遲裂紋(delayed failure)和/或加工時(shí)的裂紋的原因。因此，優(yōu)選將Mo含量的上限值設(shè)為1.00%。更優(yōu)選將Mo含量的上限值設(shè)為0.50%。
[0095]為了抑制軸承制造時(shí)的品質(zhì)偏差、確保制造穩(wěn)定性，優(yōu)選將Mo含量的上限值設(shè)為0.20%。進(jìn)而，為了對(duì)起因于冷卻時(shí)的溫度偏差的相變應(yīng)變進(jìn)行精密地控制、使形狀精度穩(wěn)定，優(yōu)選將Mo含量的上限值設(shè)為0.15%。
[0096]W:0.05% ~1.00%
[0097]W與Mo同樣地，是提高淬火性、使抗回火軟化性提升的元素，并且，是在鋼中作為碳化物析出的元素。為了得到這些效果，優(yōu)選將W含量設(shè)為0.05%~1.00%。更優(yōu)選將W含量的下限值設(shè)為0.10%。再者，即使在鋼中含有低于下限的量的W，也不會(huì)損害本實(shí)施方式的效果。另外，為了降低合金成本，不需要特意向鋼中添加該選擇元素，因此可以將下限值設(shè)為0%。
[0098]另一方面，如果W含量超過1.00%,則與Mo同樣地，在熱軋和/或加工前的熱處理的冷卻時(shí)，容易產(chǎn)生過冷組織。據(jù)此，優(yōu)選將W含量的上限值設(shè)為1.00%。更優(yōu)選將W含量的上限值設(shè)為0.50%。
[0099]為了抑制軸承制造時(shí)的品質(zhì)偏差、確保制造穩(wěn)定性，優(yōu)選將W含量的上限值設(shè)為0.20%。進(jìn)而，為了對(duì)起因于冷卻時(shí)的溫度偏差的相變應(yīng)變進(jìn)行精密地控制、使形狀精度穩(wěn)定，優(yōu)選將W含量的上限值設(shè)為0.15%。
[0100]N1:0.10% ~3.50%
[0101]Ni是提高鋼的強(qiáng)度的元素。為了得到該效果，優(yōu)選將Ni含量設(shè)為0.10%~3.50%。如果Ni含量低于0.10%，則不能得到上述效果。據(jù)此，優(yōu)選將Ni含量的下限值設(shè)為0.10%。更優(yōu)選將Ni含量的下限值設(shè)為0.20%。再者，即使在鋼中含有低于下限的量的Ni，也不會(huì)損害本實(shí)施方式的效果。另外，為了降低合金成本，不需要特意向鋼中添加該選擇元素，因此可以將下限值設(shè)為0%。
[0102]另一方面，如果Ni含量超過3.50%，則殘余奧氏體量增多，其結(jié)果，即使進(jìn)行淬火硬度也不上升，有可能不能滿足作為軸承鋼所要求的硬度。另外較多地含有殘余奧氏體的軸承，隨著其使用，有可能產(chǎn)生作為膨脹相變的馬氏體相變，使軸承制品的形狀精度下降。據(jù)此，優(yōu)選將Ni含量的上限值設(shè)為3.50%。
[0103]Ni是高價(jià)的元素，因此為了降低制造成本，優(yōu)選將Ni含量的上限值設(shè)為2.50%。更優(yōu)選將Ni含量的上限值設(shè)為1.00%。
[0104]Ni在與Cu共存的情況下，也是抑制Cu的弊端的元素。Cu使鋼的熱延性降低，常在熱軋和/或熱鍛中成為裂紋和/或缺陷的原因。但是，如果與Cu同時(shí)添加Ni，則Cu與Ni形成合金相，抑制熱延性的降低。因此，在鋼中存在Cu的情況下，優(yōu)選添加Ni。優(yōu)選Ni含量在上述范圍內(nèi)，并且，Cu和Ni的以質(zhì)量％表示的含量滿足Cu < Ni。
[0105]Cu:0.10% ~0.50%
[0106]Cu是提高耐蝕性并且抑制脫碳的元素。為了得到這些效果，優(yōu)選將Cu含量設(shè)為0.10%~0.50%。如果Cu含量低于0.10%，則不能得到上述效果。據(jù)此，優(yōu)選將Cu含量的下限值設(shè)為0.10%。更優(yōu)選將Cu含量的下限值設(shè)為0.20%。再者，即使在鋼中含有低于下限的量的Cu，也不會(huì)損害本實(shí)施方式的效果。另外，為了降低合金成本，不需要特意向鋼中添加該選擇元素，因此可以將下限值設(shè)為0%。
[0107]另一方面，如果Cu含量超過0.50%,則熱延性下降，有可能成為鑄造、軋制、鍛造等制造工序中的裂紋和/或缺陷的發(fā)生原因。據(jù)此，優(yōu)選將Cu含量的上限值設(shè)為0.50%。更優(yōu)選將Cu含量的上限值設(shè)為0.40%。另外，如上所述，優(yōu)選Cu含量在上述范圍內(nèi)，并且，Cu和Ni的以質(zhì)量％表示的含量滿足CuS Ni。其結(jié)果，可以抑制熱延性的降低，良好地維持軸承鋼的品質(zhì)。
[0108]Nb:0.005% 以上且低于 0.050%
[0109]Nb是與鋼中的C、N結(jié)合生成碳化物、氮化物、碳氮化物的元素。即使微量的添加，與不添加的情況相比，也具有防止晶粒的粗大化的效果。并且，將Nb與V等生成碳化物、氮化物、碳氮化物的元素復(fù)合添加的情況下，Nb與V相比更容易生成氮化物，其結(jié)果，V沒有生成氮化物，也具有容易生成對(duì)奧氏體粒徑的細(xì)微化有效的含V的碳化物的效果。這樣，即使添加微量的Nb，也可以更有效地進(jìn)行奧氏體粒徑控制和/或抗回火軟化性的賦予。[0110]為了得到上述效果，優(yōu)選將Nb含量設(shè)為0.005%以上且低于0.050%。如果Nb含量低于0.005%,則不能得到上述效果。據(jù)此，優(yōu)選將Nb含量的下限值設(shè)為0.005%。更優(yōu)選將Nb含量的下限值設(shè)為0.010%。再者，即使在鋼中含有低于下限的量的Nb，也不會(huì)損害本實(shí)施方式的效果。另外，為了降低合金成本，不需要特意向鋼中添加該選擇元素，因此可以將下限值設(shè)為0%。
[0111]另一方面，Nb也是使熱延性降低的元素。如果Nb含量變?yōu)?.050%以上，則有可能成為鑄造、軋制、鍛造等制造工序中的裂紋的發(fā)生原因，大大損害制造性。據(jù)此，優(yōu)選將Nb含量的上限值設(shè)為低于0.050%。在重視冷加工性和/或切削性的情況下，優(yōu)選將Nb含量的上限值設(shè)為0.030%。更優(yōu)選將Nb含量的上限值設(shè)為0.020%。在與V等的提高淬火性、使抗回火軟化性提升的元素復(fù)合添加的情況下，可以將Nb含量的上限值設(shè)為0.010%。
[0112]B:0.0005% ~0.0050%
[0113]B是以微量的添加提高鋼的淬火性的元素。另外，B是在母材為高碳鋼的情況下，在熱軋后的冷卻過程中生成含有B和Fe的碳化物，使鐵素體的生長速度增加，使鋼材的加工性提升的元素。并且，B也是通過向奧氏體晶界偏析，來抑制P的晶界偏析使晶界強(qiáng)度提升，并且使疲勞強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度提升的元素。
[0114]為了得到上述效果，優(yōu)選將B含量設(shè)為0.0005%~0.0050%。如果B含量低于0.0005%,則不能得到上述結(jié)果。據(jù)此，優(yōu)選將B含量的下限值設(shè)為0.0005%。更優(yōu)選將B含量的下限值設(shè)為0.0010%。再者，即使在鋼中含有低于下限的量的B，也不會(huì)損害本實(shí)施方式的效果。另外，為了降低合金成本，不需要特意向鋼中添加該選擇元素，因此可以將下限值設(shè)為0%。
[0115]另一方面，如果B含量超過0.0050%,則上述效果飽和，另外，在鑄造、軋制、鍛造等制造時(shí)，容易生成馬氏體和/或貝氏體等過冷組織，有可能使制品的制造性和/或沖擊強(qiáng)度劣化。據(jù)此，優(yōu)選將B含量的上限值設(shè)為0.0050%。更優(yōu)選將B含量的上限值設(shè)為0.0030%。
[0116]下面，對(duì)本實(shí)施方式涉及的軸承鋼的金屬組織進(jìn)行說明。
[0117]如上所述，本實(shí)施方式涉及的軸承鋼的金屬組織，包括含有稀土金屬、Ca、O、S和Al的復(fù)合氧硫化物(REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物)、Al2O3、含有Al和Ca的復(fù)合氧化物(Al-Ca-Ο復(fù)合氧化物)、MnS、TiN及其他夾雜物。另外，在該REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物中，TiN優(yōu)先析出，形成REM-Ca-Al-O-S-TiN復(fù)合氧硫化物。在此，該REM-Ca-Al-O-S-TiN復(fù)合氧硫化物的TiN表示在REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的表面TiN析出并被復(fù)合化。
[0118]鋼中所添加的REM首先與鋼中的Al2O3和Al-Ca-O復(fù)合氧化物進(jìn)行反應(yīng)，生成將這些氧化物的O奪走的REM氧化物。該REM氧化物接著與鋼中不可避免地含有的Ca、或根據(jù)需要被添加的Ca進(jìn)行反應(yīng)，形成REM復(fù)合氧化物。該REM復(fù)合氧化物將作為鋼中所含有的雜質(zhì)的S吸收，形成含有REM、Ca、O、S和Al的REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物。在該REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的表面，TiN優(yōu)先析出。
[0119]該REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物具有以下效果。抑制Al2O3和Al-Ca-O復(fù)合氧化物等氧化物在金屬組織中殘存，抑制作為粗大的硫化物的MnS生成，以及抑制作為氮化物的TiN單獨(dú)存在。其結(jié)果，軸承鋼的疲勞特性提升。
[0120]該REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物，如圖1所示，為大致球形，沒有通過鍛造等塑性加工被延伸或破碎。據(jù)此，重復(fù)應(yīng)力被負(fù)荷時(shí)，難以成為斷裂起點(diǎn)。在此，大致球形狀意味著如圖1所示的夾雜物表面的最大凹凸為0.5μπι以下，或夾雜物的長徑除以短徑的值為3以下。
[0121]為了得到上述效果，需要金屬組織中的REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的個(gè)數(shù)相對(duì)于Al203、Al-Ca-0復(fù)合氧化物、MnS和TiN等夾雜物的合計(jì)個(gè)數(shù)為50%以上且低于100%。如果REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的個(gè)數(shù)低于50%，則不能得到使軸承鋼的疲勞特性提升的效果。另外，將REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的個(gè)數(shù)設(shè)為100%實(shí)質(zhì)上是困難的。更優(yōu)選將REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的個(gè)數(shù)設(shè)為60%以上且低于100%。再者，求算該個(gè)數(shù)比例時(shí)，例如，主要考慮Iym以上的夾雜物即可。
[0122]另外，為了得到上述效果，需要長徑為5 μ m以上的REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的個(gè)數(shù)在每Imm2觀察面為0.001個(gè)以上2個(gè)以下。在此，長徑低于5 μ m的REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物在規(guī)定內(nèi)的氧含量、硫含量下即使存在也無害，因此排除考慮。
[0123]如果長徑為5 μ m以上的REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的個(gè)數(shù)低于0.001個(gè)，則對(duì)A1203、Al-Ca-O復(fù)合氧化物、MnS和TiN等有害夾雜物進(jìn)行抑制的效果不充分。另外，如果長徑為5 μ m以上的REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的個(gè)數(shù)超過2個(gè)，則該效果飽和，并且，析出量過多，使疲勞特性劣化。更優(yōu)選將長徑為5 μ m以上的REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的個(gè)數(shù)設(shè)為每Imm2觀察面0.001個(gè)以上1.5個(gè)以下。
[0124]另外，為了使軸承鋼的疲勞特性切實(shí)提升，需要將重復(fù)應(yīng)力被負(fù)荷時(shí)成為斷裂起點(diǎn)的、與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的TiN的個(gè)數(shù)減少。具體地，需要與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的長徑為5 μ m以上的TiN的個(gè)數(shù)為每Imm2觀察面0.001個(gè)以上且低于1.0個(gè)。
[0125]如果與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的TiN的個(gè)數(shù)為每Imm2觀察面1.0個(gè)以上則使軸承鋼的疲勞特性提升的效果不充分。另一方面，為了使軸承鋼的疲勞特性提升到最佳，與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫 化物獨(dú)立存在的TiN的個(gè)數(shù)越少越好。但是，實(shí)質(zhì)上設(shè)為低于0.001個(gè)是困難的。據(jù)此，將與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的TiN的個(gè)數(shù)設(shè)為每Imm2觀察面0.001個(gè)以上且低于1.0個(gè)。優(yōu)選與復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的TiN的個(gè)數(shù)為每Imm2觀察面0.001個(gè)以上0.7個(gè)以下，更優(yōu)選為0.001個(gè)以上0.5個(gè)以下。[0126]REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物、Al203、Al_Ca_0復(fù)合氧化物、MnS和TiN等夾雜物的個(gè)數(shù)可以利用具備EPMA (電子束顯微分析、Electron Probe Micro Analysis)或EDX (能量色散型X射線分析、Energy Dispersive X-Ray Analysis)的SEM (掃描型電子顯微鏡、Scanning Electron Microscope)以及 TEM (投射型電子顯微鏡、Transmission ElectronMicroscope)等進(jìn)行計(jì)量。
[0127]將與軸承鋼的延伸方向正交的切割面作為觀察面，用上述顯微鏡進(jìn)行觀察對(duì)夾雜物的存在進(jìn)行識(shí)別，并且，利用EPMA或EDX進(jìn)行組成分析，鑒定這些夾雜物的種類即可。觀察位置例如在圓棒形狀的情況下，將在上述觀察面(垂直于長度方向的截面)觀察時(shí)的半徑以mm為單位設(shè)為r時(shí)，對(duì)從軸承鋼(熱加工鋼材)的表面到l/2r深度的區(qū)域進(jìn)行平均觀察即可。觀察倍率設(shè)為能夠識(shí)別長徑為Iym以上的夾雜物的倍率以上，另外，觀察視場(chǎng)以最低成為合計(jì)1000mm2那樣地進(jìn)行多個(gè)視場(chǎng)觀察。并且，對(duì)各夾雜物的存在比例和每Imm2觀察面的存在個(gè)數(shù)進(jìn)行求算即可。
[0128]然后，REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的Al含量以Al2O3換算優(yōu)選為20質(zhì)量％以下。換句話說，REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的Al含量以Al原子換算優(yōu)選為10.6質(zhì)量％以下。該理由是因?yàn)镽EM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的熔點(diǎn)比鋼液的熔點(diǎn)高，成為硬質(zhì)的夾雜物。一般地，熔點(diǎn)比鋼液高的夾雜物硬度高。
[0129]為了更切實(shí)地使上述夾雜物的熔點(diǎn)比鋼液的熔點(diǎn)高而成為硬質(zhì)的夾雜物，REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的Al含量以Al2O3換算優(yōu)選為10質(zhì)量％以下。最優(yōu)選REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的Al含量以Al2O3換算設(shè)為5質(zhì)量％以下。再者，為了在REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物上使TiN優(yōu)先析出，上述夾雜物中以Al2O3換算優(yōu)選含有I質(zhì)量％以上的Al。
[0130]如上所述，TiN將REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的表面作為優(yōu)先的成核位點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合析出。并且，形成REM-Ca-Al-O-S-TiN復(fù)合氧硫化物。其結(jié)果，硬質(zhì)且尖的方形形狀的TiN的單獨(dú)析出被抑制。
[0131]該REM-Ca-Al-O-S-TiN復(fù)合氧硫化物也如圖1所不，其形狀為大致球形狀，是難以成為斷裂起點(diǎn)的無害夾雜物。再者，推斷TiN將REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物作為優(yōu)先的成核位點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合析出的理由，是因?yàn)镽EM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的晶格結(jié)構(gòu)與TiN的晶格結(jié)構(gòu)類似。
[0132]上述REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物中，Ti不作為氧化物被含有?？紤]到這是因?yàn)镃含量高達(dá)0.9%~1.5%，因此脫氧時(shí)的氧水平低，Ti氧化物的生成極少。另外，推斷上述REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物中Ti不作為氧化物被含有是REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的晶格結(jié)構(gòu)與TiN的晶格結(jié)構(gòu)類似的理由之一。
[0133]通常，鋼中同時(shí)含有Al和Ca時(shí)，在鋼的金屬組織中形成Al-Ca-O復(fù)合氧化物。但是，該Al-Ca-O復(fù)合氧化物也通過REM的添加，轉(zhuǎn)變?yōu)镽EM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物，進(jìn)行高熔點(diǎn)化。因此，可以防止Al-Ca-O復(fù)合氧化物通過塑性加工發(fā)生延伸而變得粗大。另外，作為制造方法將在后面詳細(xì)說明，向鋼液中添加REM后，根據(jù)需要添加Ca，因此作為Ca系的硫化物的CaS和Ca-Mn-S等難以形成。
[0134]如上所述，通過REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物將S固定化，粗大的MnS的生成被抑制。并且，通過REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物將TiN進(jìn)行復(fù)合，在金屬組織中單獨(dú)析出的TiN的個(gè)數(shù)減少。其結(jié)果，疲勞特性提升。但是，本實(shí)施方式涉及的軸承鋼的金屬組織中所含有的MnS的析出量和與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的TiN的析出量少當(dāng)然是理想的，但不需要降低至零。
[0135]為了使作為軸承鋼所要求的疲勞特性切實(shí)地滿足，與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的金屬組織中的MnS和TiN的析出量優(yōu)選滿足以下條件。長徑為10 μ m以上的MnS的個(gè)數(shù)和與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的長徑為5 μ m以上的TiN的個(gè)數(shù)優(yōu)選為每Imm2觀察面合計(jì)5個(gè)以下。
[0136]長徑被延伸至10 μ m以上的MnS在重復(fù)應(yīng)力被負(fù)荷時(shí)成為斷裂的起點(diǎn)，因此對(duì)疲勞壽命帶來惡劣影響。長徑被延伸至IOym以上的MnS全都對(duì)疲勞壽命帶來惡劣影響，因此該長徑?jīng)]有上限值。同樣地，與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的長徑為5 μ m以上的TiN，其棱角分明的形狀成為斷裂起點(diǎn)，因此對(duì)疲勞壽命帶來惡劣影響。長徑為5 μ m以上的TiN全都對(duì)疲勞壽命帶來惡劣影響，因此該長徑?jīng)]有上限值。
[0137]圖3中，表示長徑為10 μ m以上的MnS和與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的長徑為5 μ m以上的TiN的合計(jì)個(gè)數(shù)(MnS和單獨(dú)存在的TiN的合計(jì)個(gè)數(shù))和軸承鋼的疲勞特性(L10疲勞壽命)的關(guān)系。
[0138]如圖3所示,如果上述MnS的個(gè)數(shù)和上述TiN的個(gè)數(shù)為每Imm2觀察面合計(jì)超過5個(gè)，則軸承鋼的疲勞特性劣化。據(jù)此，上述MnS和上述TiN的合計(jì)個(gè)數(shù)優(yōu)選被控制在上述范圍。更優(yōu)選將上述合計(jì)個(gè)數(shù)設(shè)為每Imm2觀察面4個(gè)以下。最優(yōu)選將上述合計(jì)個(gè)數(shù)設(shè)為每Imm2觀察面3個(gè)以下。另外，上述MnS和上述TiN的上述合計(jì)個(gè)數(shù)的下限值為超過0.001個(gè)。
[0139]以上，如已說明那樣地，作為對(duì)軸承鋼的疲勞特性帶來惡劣影響的有害夾雜物的Al2O3^Al-Ca-O復(fù)合氧化物主要通過REM的添加效果，向REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物進(jìn)行轉(zhuǎn)變，因此其存在量降低。另外，作為有害夾雜物的MnS通過REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物所含有的REM和Ca的脫硫效果，特別是Ca的脫硫效果，其析出量被抑制。并且，作為有害夾雜物的TiN在REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的表面優(yōu)先析出，因此單獨(dú)析出量降低。這些結(jié)果，可以得到疲勞特性優(yōu)異的軸承鋼。
[0140]然后，對(duì)本發(fā)明方式涉及的軸承鋼的制造方法進(jìn)行說明。
[0141]本實(shí)施方式涉及的軸承鋼的制造方法中，對(duì)鋼液進(jìn)行精煉時(shí)的脫氧劑的投入順序是重要的。
[0142]作為Al脫氧工序，向調(diào)整了成分組成的鋼液中添加Al進(jìn)行脫氧。向Al脫氧工序后的鋼液中，作為REM脫氧工序，添加REM進(jìn)行5分鐘以上10分鐘以下的脫氧。根據(jù)需要，也可以向REM脫氧工序后的鋼液中，作為真空脫氣工序，添加Ca進(jìn)行真空脫氣處理。通過以該順序添加脫氧劑對(duì)鋼液進(jìn)行鋼包精煉，能夠生成REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物，對(duì)有害的A1203、Al-Ca-O復(fù)合氧化物、MnS和TiN的生成進(jìn)行抑制。
[0143]REM的添加使用混合稀土合金等即可，將塊狀的混合稀土合金在精煉的末期向鋼液中添加即可。另外，根據(jù)需要，也可以在REM脫氧工序后向真空脫氣工序前的鋼液中，作為助熔劑處理(flux)工序， 添加CaO-CaF2等助熔劑適當(dāng)進(jìn)行脫硫和夾雜物的改性。
[0144]在最初進(jìn)行Al脫氧工序的理由，是因?yàn)槿绻褂肁l以外的元素進(jìn)行脫氧則成本增高。在Al脫氧工序后進(jìn)行REM脫氧工序的理由，是為了使在Al脫氧工序中生成的A1203、和通過與鋼液中不可避免地含有的Ca進(jìn)行反應(yīng)而生成的Al-Ca-O復(fù)合氧化物與REM進(jìn)行反應(yīng)，降低殘存于金屬組織中的量。
[0145]另外，REM脫氧工序中進(jìn)行5分鐘以上10分鐘以下的脫氧的理由，是因?yàn)槿绻陀?分鐘則Al-Ca-O復(fù)合氧化物殘存，不能對(duì)此進(jìn)行防止。另一方面，REM脫氧工序中的脫氧時(shí)間的上限值沒有特別限定，但如果超過10分鐘則其效果飽和。
[0146]在REM脫氧工序后，根據(jù)需要添加Ca進(jìn)行真空脫氣工序的理由，是因?yàn)槿绻cREM相比先添加Ca，也就是說，如果在REM脫氧工序前進(jìn)行真空脫氣工序，則有可能生成許多低熔點(diǎn)，并且易發(fā)生延伸的Al-Ca-O復(fù)合氧化物。在不可避免地含有的Ca量下難以形成上述Al-Ca-O復(fù)合氧化物。但是，在特意添加的Ca量(例如0.00050%以上)下有可能生成許多上述Al-Ca-O復(fù)合氧化物。如果該Al-Ca-O復(fù)合氧化物生成，則即使在添加Ca后添加RHM，使該夾雜物充分轉(zhuǎn)變也很困難。另外，設(shè)為上述工序順序的理由，也是因?yàn)榭梢砸种谱鳛楹蠧a的硫化物的CaS和Ca-Mn-S等的形成。
[0147]該添加Ca的真空脫氣工序優(yōu)選在鋼液的化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)含有超過0.01%且0.05%以下的S時(shí)進(jìn)行。如上所述，S含量為超過0.01%且0.05%以下的情況下，優(yōu)選添加Ca使得Ca含量變?yōu)?.00050%~0.0050%。其結(jié)果，REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物將S固定化的效果進(jìn)一步提高。并且，MnS的析出被充分抑制。
[0148]另外，根據(jù)需要，在REM脫氧工序后真空脫氣工序前進(jìn)行助熔劑處理工序的理由，是因?yàn)槿绻cREM相比先添加助熔劑，也就是說，如果在REM脫氧工序前進(jìn)行助熔劑處理工序，則REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的Al含量以Al2O3換算超過20質(zhì)量％，其結(jié)果，該復(fù)合氧硫化物的熔點(diǎn)下降變得容易破碎。該破碎了的復(fù)合氧硫化物，與延伸了的夾雜物同樣地對(duì)疲勞特性帶來惡劣影響，因此通過REM添加帶來的夾雜物的改性效果變得不充分。
[0149]接著，作為鑄造工序，對(duì)上述REM脫氧工序后或真空脫氣工序后的鋼液進(jìn)行鑄造得到鑄片。該鑄造工序中，優(yōu)選使鋼液在鑄模內(nèi)沿水平方向以0.1m/分鐘以上0.5m/分鐘以下旋轉(zhuǎn)進(jìn)行鑄造凝固。
[0150]通過上述的Al脫氧、REM脫氧等鋼包精煉來形成的REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物，其比重為6左右，接近鋼的比重7。因此，REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物在鋼液中難以進(jìn)行上浮分離，向鑄模內(nèi)注入鋼液時(shí)通過下降流深深地侵入到鑄片未凝固層，在鑄片的中心部容易偏析。如果REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物在鑄片的中心部發(fā)生偏析，則在鑄片的表層部復(fù)合氧硫化物的量相對(duì)減少。并且，將REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物作為析出的優(yōu)先成核位點(diǎn)的TiN的無害化效果在鑄片的表層部受損。
[0151]據(jù)此，為了防止REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的偏析，根據(jù)需要，優(yōu)選將鑄模內(nèi)的鋼液沿水平方向進(jìn)行攪拌使其旋轉(zhuǎn)，使夾雜物均勻分散。通過使鋼液在鑄模內(nèi)沿水平方向以0.1m/分鐘以上0.5m/分鐘以下旋轉(zhuǎn)，可以謀求REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的均勻分散。如果鑄模內(nèi)旋轉(zhuǎn)的速度低于0.1m/分鐘，則使REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物均勻分散的效果小。另外，在通常的條件下所設(shè)想的上述旋轉(zhuǎn)速度的范圍的上限為0.5m/分鐘。作為用于對(duì)鋼液進(jìn)行攪拌的方法，例如適用電磁力等即可。
[0152]然后，作為加熱保持工序，將上述鑄造工序后的鑄片加熱至1270°C~1300°C的溫度范圍，該加熱后，在1200°C~1250°C的溫度范圍內(nèi)保持60秒以上。該加熱保持工序中，在上述鑄造工序后，可以對(duì)冷卻至室溫的鑄片進(jìn)行再加熱并保持，或者也可以對(duì)未冷卻至室溫的鑄片進(jìn)行再加熱并保持。工業(yè)上為了材質(zhì)的均質(zhì)化，也有時(shí)會(huì)在1200°C~1250°C的溫度范圍的爐內(nèi)進(jìn)行72小時(shí)左右程度的長時(shí)間加熱，在復(fù)合氧硫化物的控制上沒有問題。據(jù)此，在1200°C~1250°C的溫度范圍下的保持時(shí)間的上限值沒有特別限定，但考慮到通常的操作條件，將該上限值設(shè)為100小時(shí)即可。
[0153]加熱至1270°C~1300°C的溫度范圍的理由，是因?yàn)槿绻陀?270°C，則作為固溶處理溫度不充分，不能將在鑄造工序后的冷卻中析出的、與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物獨(dú)立的TiN溶解并使其固溶。如果超過1300°C，則為了加熱需要高價(jià)的設(shè)備，加熱成本也上升。[0154]上述加熱后，在1200°C~1250°C的溫度范圍進(jìn)行保持的理由，是為了使通過上述加熱溶解了的TiN在REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的表面優(yōu)先復(fù)合析出。為了將REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物的表面作為優(yōu)先成核位點(diǎn)使TiN析出，使其充分成長，需要60秒以上的保持。另外，工業(yè)上為了材質(zhì)的均質(zhì)化，也有時(shí)會(huì)進(jìn)行72小時(shí)左右程度的長時(shí)間加熱。即使在該情況下，在復(fù)合氧硫化物的控制上也沒有問題。
[0155]再者，一般的鋼，例如低碳鋼中，加熱至1270°C~1300°C的溫度范圍后，即使在1200°C~1250°C的溫度范圍進(jìn)行保持，TiN也是固溶了的狀態(tài)，不進(jìn)行析出。但是，本實(shí)施方式涉及的鋼，考慮到是C含量為0.9%~1.5%的高碳鋼，因此由于鋼的N溶解度低，如果在上述溫度范圍保持，則TiN向REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物上優(yōu)先析出并生長。
[0156]接著，作為熱加工工序，對(duì)上述加熱保持工序后的鑄片實(shí)施熱鍛和/或熱軋等塑性加工得到熱加工鋼材(軸承鋼)。該熱加工優(yōu)選在A? (在過共析鋼中，冷卻時(shí)，從奧氏體開始生成滲碳體的溫度)以上1200°C以下的溫度范圍進(jìn)行。這是因?yàn)槿绻诘陀贏nn的溫度下進(jìn)行熱加工，則滲碳體分?jǐn)?shù)上升塑性加工性下降，另外，如果在超過1200°C下進(jìn)行，則過量使用用于加熱的能量導(dǎo)致成本增加。再者，將加熱保持工序后的鑄片不進(jìn)行冷卻而提供給該熱加工工序，從成本的觀點(diǎn)來看優(yōu)選。另外，也可以在該熱加工工序中對(duì)熱加工鋼材賦予形狀形成具有最終形狀的制品(軸承鋼或軸承)。
[0157]本實(shí)施方式涉及的軸承鋼是以質(zhì)量％計(jì)含有0.9%~1.5%的C的過共析鋼，因此上述熱加工鋼材通常呈現(xiàn)主要具有板狀的初析滲碳體和珠光體的金屬組織。并且，其硬度以維氏硬度計(jì)為250Hv~400Hv左右的硬質(zhì)。
[0158]熱加工工序后的熱加工鋼材為硬質(zhì)，因此優(yōu)選進(jìn)行對(duì)熱加工鋼材實(shí)施球化退火等熱處理的軟質(zhì)化熱處理工序。該軟質(zhì)化熱處理工序中優(yōu)選將熱加工鋼材在700°C~750°C的溫度范圍保持30小時(shí)以上50小時(shí)以下。如果保持時(shí)間低于30小時(shí)，則軟化不充分，如果保持時(shí)間超過50小時(shí)，則其效果飽和。通過該軟質(zhì)化熱處理工序，可以進(jìn)行碳化物的球化，使熱加工鋼材成為軟質(zhì)化鋼材。
[0159]通過將該軟質(zhì)化鋼材根據(jù)需要向冷加工工序和切削工序的至少任一方提供，向接近最終部件形狀的形狀成形即可。接著，為了提高硬度，優(yōu)選作為淬火工序，將上述冷加工工序或上述切削工序后的形狀接近最終部件形狀的鋼材，從830°C以上900°C以下的溫度范圍進(jìn)行淬火。通過該淬火工序，可以使上述鋼材的硬度以維氏硬度達(dá)到SOOHv以上。另外，根據(jù)需要，作為最終精加工工序，對(duì)淬火工序后的鋼材，采用研削等可進(jìn)行高硬度且高精度的加工的方法，進(jìn)行要求精密尺寸的軸承滑動(dòng)部等的最終精加工，形成最終部件形狀的軸承即可。[0160]實(shí)施例1
[0161]以下，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一方式的效果更具體地說明，實(shí)施例中的條件是為了確認(rèn)本發(fā)明的實(shí)施可能性和效果而采用的一個(gè)條件例，本發(fā)明并不限定于這一個(gè)條件例。只要不脫離本發(fā)明的主旨而達(dá)成本發(fā)明的目的，本發(fā)明可采用各種條件。
[0162]對(duì)調(diào)整了成分組成的鋼液，作為鋼包精煉，以表1~3中表示的順序，實(shí)施了 Al脫氧工序、REM脫氧工序、并且根據(jù)需要實(shí)施了助熔劑處理工序或添加Ca的真空脫氣工序。表中以下劃線表示的數(shù)值表示在本發(fā)明的范圍外。Al脫氧工序中使用了金屬A1，REM脫氧工序中使用了混合稀土合金，真空脫氣工序中使用了 Ca-Si合金，助熔劑處理工序中使用了Ca0:CaF2=50:50 (質(zhì)量比)的助熔劑。
[0163]將該鋼包精煉后的鋼液，作為鑄造工序，通過連鑄裝置鑄造成300mm見方的鑄片。表4~9中表示鑄片的成分組成。該成分組成的余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。表中以下劃線表示的數(shù)值表示在本發(fā)明的范圍外，空欄表示無添加。另外，上述鑄造工序中，以表1~3中所示的條件通過電磁攪拌進(jìn)行了鑄模內(nèi)旋轉(zhuǎn)。對(duì)鑄造工序后的鑄片，作為加熱保持工序，進(jìn)行了表1~3中所示的加熱保持條件的熱處理。
[0164]將加熱保持工序后的鑄片，作為熱加工工序，在1190°C的溫度下進(jìn)行熱鍛，形成了20mm的圓棒狀的熱加工鋼材(軸承鋼)。對(duì)該熱加工鋼材,根據(jù)需要，作為軟質(zhì)化熱處理工序，在720°C的溫度下實(shí)施40小時(shí)的熱處理，形成了軟質(zhì)化鋼材(軸承鋼)。并且，作為切削工序，進(jìn)行了研削加工使其成為IOmm的圓棒狀。對(duì)切削工序后的鋼材，作為淬火工序，從850 V的溫度進(jìn)行淬火處理，形成了作為制品的軸承鋼。
[0165]金屬組織的觀察，使與上述軸承鋼的延伸方向正交的切斷面成為觀察面那樣地，采用選擇性恒電位電解侵蝕法(SPEED法)進(jìn)行處理后，通過掃描型電子顯微鏡對(duì)鋼中的夾雜物進(jìn)行了觀察。并且，通過采用EDX的組成分析鑒定了夾雜物的種類。上述觀察，將在上述觀察面(垂直于長度方向的截面)觀察時(shí)的半徑以mm為單位設(shè)為r時(shí)，對(duì)從表面到l/2r深度的區(qū)域平均地，使觀察視場(chǎng)合計(jì)為1000mm2以上那樣地以多個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行，測(cè)定了各夾雜物的個(gè)數(shù)。表10~12中表示了復(fù)合氧硫化物相對(duì)于夾雜物的合計(jì)個(gè)數(shù)的個(gè)數(shù)分?jǐn)?shù)、長徑為5 μ m以上的復(fù)合氧硫化物的每Imm2觀察面的存在個(gè)數(shù)、與復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的長徑為5μπι以上的TiN的每Imm2觀察面的存在個(gè)數(shù)、長徑為IOym以上的MnS的個(gè)數(shù)和與述復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的長徑為5 μ m以上的TiN的每Imm2觀察面的合計(jì)個(gè)數(shù)、以及復(fù)合氧硫化物的以Al2O3換算的Al含量。
[0166]另外，疲勞特性是對(duì)上述軸承鋼通過超聲波疲勞試驗(yàn)以1000MPa的載荷條件進(jìn)行測(cè)定，采用威布爾統(tǒng)計(jì)作為LlO疲勞特性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。疲勞特性將LlO疲勞特性為IOX IO6次以上的情況作為合格。另外，作為機(jī)械特性的評(píng)價(jià)，將上述軸承鋼以180°C進(jìn)行回火后，測(cè)定了維氏硬度Hv。機(jī)械特性將180°C回火硬度為600Hv以上的情況作為合格。
[0167]將測(cè)定結(jié)果和評(píng)價(jià)結(jié)果在表10~12中表示。表中以下劃線表示的數(shù)值表示在本發(fā)明的范圍外。表中，N0.1~N0.61為發(fā)明例，N0.62~N0.98為比較例。如表10~12所示，發(fā)明例中，在REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物上TiN復(fù)合析出的例子(表中表示為REM-Ca-Al-O-S- (TiN))多，Al2O3和Al-Ca-O復(fù)合氧化物幾乎沒有被觀察到。
[0168]另外，發(fā)明例的N0. 1~N0.61, REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物、TiN、MnS等的個(gè)數(shù)和/或分?jǐn)?shù)相關(guān)的數(shù)值全都達(dá)成目標(biāo)。其結(jié)果，LlO疲勞特性全都達(dá)到IOX IO6次以上而合格。另外，同樣地，180°C回火維氏硬度Hv全都達(dá)到600Hv以上而合格。
[0169]與此相對(duì)，比較例的N0.62~N0.98，化學(xué)組成、金屬組織或制造方法沒有達(dá)成目標(biāo)。其結(jié)果，LlO疲勞特性和/或180°C回火維氏硬度不充分。
[0170]比較例N0.62~65，Ca添加量低于本發(fā)明范圍，其結(jié)果，氧硫化物的生成率低，而且發(fā)生了延伸的硫化物個(gè)數(shù)多，LlO疲勞特性不充分。
[0171]比較例N0.66，加熱溫度和保持時(shí)間低于本發(fā)明范圍，其結(jié)果，與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的TiN的個(gè)數(shù)多，LlO疲勞特性不充分。
[0172]比較例N0.67、68、73~75、78~98，添加成分脫離本申請(qǐng)規(guī)定范圍，其結(jié)果，LlO疲勞特性不足或產(chǎn)生淬裂、加工導(dǎo)致的裂紋，不滿足作為軸承的性能。
[0173]比較例N0.69，REM添加量高于本發(fā)明范圍，其結(jié)果，向耐火物的附著多，判定為不倉泛制造。
[0174]比較例N0.70,72,由于鋼包精煉時(shí)的處理順序與本發(fā)明不同，其結(jié)果，氧硫化物或氧化物的形態(tài)發(fā)生變化，夾雜物變大，LlO疲勞特性不充分。
[0175]比較例N0.71，REM脫氧時(shí)間低于本發(fā)明范圍，其結(jié)果，氧硫化物的生成率低，而且發(fā)生了延伸的硫化物個(gè)數(shù)增多，LlO疲勞特定不充分。
[0176]比較例N0.76，保持溫度低于本發(fā)明范圍，其結(jié)果，與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在的TiN的個(gè)數(shù)多，LlO疲勞特性不充分。
[0177]比較例N0.77，保持溫度高于本發(fā)明范圍(因此，之后的冷卻時(shí)在1200°C~1250°C的溫度范圍內(nèi)的保持時(shí)間為60秒以下)，其結(jié)果，與REM-Ca-Al-O-S復(fù)合氧硫化物獨(dú)立存在TiN的個(gè)數(shù)多，LlO疲 勞特性不充分。
[0178][表1]
【權(quán)利要求】
1.一種軸承鋼，其特征在于， 化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)含有:
C:0.9% ~1.5%、
Si:0.1% ~0.8%、
Mn:0.1% ~1.5%、
Cr:0.5% ~2.0%、
Al:0.01% ~0.05%、
Ca:0.00001% ~0.0050%、 稀土金屬:0.0001% ~0.050%、 O:0.0001% ~0.0030%,并限制為:
T1:低于 0.005%、
N:0.015% 以下、
P:0.03% 以下、
S:0.05% 以下， 其余量包含鐵和不可避免的雜質(zhì)， 金屬組織中，作為夾雜物含有含稀土金屬、Ca、O、S和Al的復(fù)合氧硫化物、TiN, MnS,A1203、以及含Al和Ca的復(fù)合氧化物， 相對(duì)于所述夾雜物的合計(jì)個(gè)數(shù)，所述復(fù)合氧硫化物的個(gè)數(shù)為50%以上且低于100%，并且，長徑為5 μ m以上的所述復(fù)合氧硫化物的個(gè)數(shù)為每Imm2觀察面0.001個(gè)以上2個(gè)以下，與所述復(fù)合氧硫化物獨(dú)立地存在的長徑為5 μ m以上的所述TiN的個(gè)數(shù)為每Imm2觀察面0.001個(gè)以上且低于1.0個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承鋼，其特征在于， 所述化學(xué)成分的所述S含量為 S:超過0.01%且0.05%以下 時(shí)，將所述Ca含量設(shè)為 Ca:0.00050% ~0.0050%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸承鋼，其特征在于， 所述化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)還含有:
V:0.05% ~0.70%、
Mo:0.05% ~1.00%、
W:0.05% ~1.00%、
N1:0.10% ~3.50%、
Cu:0.10% ~0.50%、
Nb:0.005% 以上且低于 0.050%、
B:0.0005% ~0.0050% 中的至少I種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸承鋼，其特征在于， 所述復(fù)合氧硫化物的Al含量以Al2O3換算為20質(zhì)量％以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸承鋼，其特征在于，長徑為10 μ m以上的所述MnS的個(gè)數(shù)和與所述復(fù)合氧硫化物獨(dú)立地存在的長徑為5 μ m以上的所述TiN的個(gè)數(shù)為每Imm2觀察面合計(jì)5個(gè)以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軸承鋼，其特征在于， 所述Cu和所述Ni的以質(zhì)量％表示的含量滿足Cu < Ni。
7.一種軸承鋼的制造方法，其特征在于，具有: Al脫氧工序，該工序使用Al對(duì)鋼液進(jìn)行脫氧； REM脫氧工序，該工序使用稀土金屬對(duì)所述Al脫氧工序后的所述鋼液進(jìn)行5分鐘以上10分鐘以下的脫氧； 鑄造工序，該工序?qū)λ鯮EM脫氧工序后的所述鋼液進(jìn)行鑄造，得到鑄片，所述鑄片是化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)含有:
C:0.9% ~1.5%、
Si:0.1% ~0.8%、
Mn:0.1% ~1.5%、
Cr:0.5% ~2.0%、
Al:0.01% ~0.05%、
Ca:0.00001% ~0.0050%、 稀土金屬:0.0001% ~0.050%、 O:0.0001% ~0.0030%,并限制為:
T1:低于 0.005%、
N:0.015% 以下、
P:0.03% 以下、
S:0.05% 以下， 其余量包含鐵和不可避免的雜質(zhì)的鑄片； 加熱保持工序，該工序?qū)⑺鲨T片加熱至1270°C~1300°C的溫度范圍，所述加熱后，在1200°C~1250°C的溫度范圍保持60秒以上；和 熱加工工序，該工序?qū)λ黾訜岜３止ば蚝蟮乃鲨T片進(jìn)行熱塑性加工得到熱加工鋼材。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軸承鋼的制造方法，其特征在于， 還具有真空脫氣工序，該工序在所述鋼液的化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)含有 S:超過0.01%且0.05以下時(shí)， 向所述REM脫氧工序后、所述鑄造工序前的所述鋼液添加Ca進(jìn)行真空脫氣處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的軸承鋼的制造方法，其特征在于， 所述鑄片的所述化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)還含有:
V:0.05% ~0.70%、
Mo:0.05% ~1.00%、
W:0.05% ~1.00%、
N1:0.10% ~3.50%、
Cu:0.10% ~0.50%、 Nb:0.005% 以上且低于 0.050%、B:0.0005% ~0.0050% 中的至少I種。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的軸承鋼的制造方法，其特征在于， 所述鑄造工序中，使所述鋼液在鑄模內(nèi)沿水平方向以0.1m/分鐘以上0.5m/分鐘以下旋轉(zhuǎn)進(jìn)行鑄造。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的軸承鋼的制造方法，其特征在于， 還具有軟質(zhì)化熱處理工序，該工序通過將所述熱加工工序后的所述熱加工鋼材加熱至700°C~750°C的溫度范圍，并保持30小時(shí)以上50小時(shí)以下來得到軟質(zhì)化鋼材。
12.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的軸承鋼的制造方法，其特征在于， 具有助熔劑處理工序，該工序向所述REM脫氧工序后、所述真空脫氣工序前的所述鋼液進(jìn)一步添加CaO-CaF2進(jìn)行脫硫。`
【文檔編號(hào)】F16C33/30GK103890209SQ201280051082
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年10月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月20日
【發(fā)明者】橋村雅之, 宮嵜雅文, 山村英明, 鈴木崇久, 藤田崇史 申請(qǐng)人:新日鐵住金株式會(huì)社