專利名稱：耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼、軸承部件及精密設(shè)備部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為在比較平穩(wěn)的腐蝕環(huán)境及/或限制使用防銹劑、潤滑劑的環(huán)境下使用的軸承部件或精密設(shè)備部件的材料使用的耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼。本發(fā)明的耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼可用于直動式運(yùn)動導(dǎo)向系統(tǒng)用的軌道和滑架、滾珠螺桿、XY工作臺、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的滾動軸承、滑動軸承、鋼球等全部軸承部件及具備軸承功能的全部精密設(shè)備部件。
背景技術(shù)：
在軸承部件中，滾動部分雖然能以暴露在比較平穩(wěn)的腐蝕環(huán)境的狀態(tài)使用，但根據(jù)使用目的的要求有時不能使用防銹劑、潤滑劑?，F(xiàn)在，這樣的軸承部件一直使用馬氏體系不銹鋼這樣的高合金鋼。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)中規(guī)定的馬氏體系不銹鋼是含有11.5質(zhì)量％以上Cr的鋼。特別是，軸承用的SUS440含有0.6質(zhì)量％以上的C、16質(zhì)量％以上的Cr。這樣的含有大量Cr的鋼，不僅價格高，而且淬透性非常好，因此在從鑄造到棒鋼或線材的制造工序中，為了防止自生裂紋，確保剪切性等，需要在加熱-加工后進(jìn)行緩冷。此外，含有大量Cr的鋼因熱軋性低或淬火溫度高，所以部件制造性差，其結(jié)果是，最終部件的價格非常高。為了解決如此的以往鋼的問題，開發(fā)了比SUS440低的低合金鋼、且冷加工性優(yōu)良、并具備必要的耐腐蝕性和滾動疲勞`強(qiáng)度(也稱為滾動接觸疲勞強(qiáng)度)的鋼。例如，專利文獻(xiàn)I中公開了含有0.75 0.85質(zhì)量％的C、8.0 10.5質(zhì)量％的Cr，平均碳化物間的距離為0.45 1.00 μ m的耐腐蝕性軸承鋼。此外，專利文獻(xiàn)2中公開了含有0.25 0.50質(zhì)量％的C、10 16質(zhì)量％的Cr、
1.0質(zhì)量％以上的Si，C/Cr大的切削性優(yōu)良的高耐腐蝕高強(qiáng)度馬氏體系不銹鋼。另一方面，關(guān)于鐵素體系不銹鋼，例如，專利文獻(xiàn)3中公開了除了添加13 22質(zhì)量％的Cr以外，還添加0.001 I質(zhì)量％的Sn的耐腐蝕性和加工性優(yōu)良的鐵素體系不銹鋼。專利文獻(xiàn)3的鋼具備與含Cr和Ni的SUS304同等以上的耐腐蝕性和優(yōu)良的加工性。專利文獻(xiàn)4中公開了含有10 25質(zhì)量％的Cr，同時含有0.05 2質(zhì)量％的Sn的高溫強(qiáng)度優(yōu)良的鐵素體系不銹鋼。在專利文獻(xiàn)4的鋼中，Sn還擔(dān)負(fù)著高溫強(qiáng)度的提高。另外，作為解決耐腐蝕性優(yōu)良的、且具備充分的滾動疲勞特性的馬氏體系不銹鋼存在的課題，即作為解決(a)因Cr量高所以合金成本高，及(b)因淬透性非常好所以需要在鋼錠、鋼坯及棒鋼或線材的制造工序中通過緩冷進(jìn)行軟質(zhì)化，防止剪切性下降或延遲斷裂的課題的方法，專利文獻(xiàn)5中公開了降低Cr量的方案。在專利文獻(xiàn)5的軸承鋼中，與以往的不銹鋼相比大幅度降低Cr，同時通過限制形成作為缺陷發(fā)揮作用的第二相的合金成分，特別是通過限制S、Al、Ti及N來提高耐點(diǎn)腐蝕性，而且通過降低Mo及添加S1、V及Nb來降低淬透性，從而提高材料的制造性?？墒?，在專利文獻(xiàn)5的軸承鋼中，非淬火部位的耐腐蝕性的下降是不可避免的。Cr量少的耐腐蝕鋼是在平穩(wěn)的腐蝕環(huán)境下使用的耐腐蝕鋼，但從確保使用壽命的觀點(diǎn)出發(fā)，強(qiáng)烈要求提高非淬火部位的耐腐蝕性。專利文獻(xiàn)6中公開了在表面溫度1150 1250°C下對含有Cu:0.2 0.5質(zhì)量％、且Sn:0.03 0.30質(zhì)量％、用途之一為軸承的鋼材進(jìn)行熱軋，以防止發(fā)生表面裂紋?？墒?，專利文獻(xiàn)6中沒有記載使用上述鋼材作為軸承鋼時的特性。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開平09-195008號公報專利文獻(xiàn)2:日本特開平11-217653號公報專利文獻(xiàn)3:日本特開2009-174036號公報專利文獻(xiàn)4:日本特開2000-169943號公報專利文獻(xiàn)5:日本再表W02004/057049號公報專利文獻(xiàn)6:日本特開2008-229652號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題本發(fā)明的課題是，在降低Cr量的耐腐蝕性軸承鋼中，將耐腐蝕性提高到含有10%的Cr的以往耐腐蝕鋼的耐腐蝕性以上，且確保工業(yè)上需要的熱加工性，本發(fā)明的目的是，提供一種可解決該課題的耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼。用于解決課題的手段對于軸承部件要求滾動面的硬度高。所以，作為軸承部件的材料，通常為提高淬火硬度而含有0.3質(zhì)量％C的軸承鋼?？墒?，含有0 .3質(zhì)量％以上C的軸承鋼的非淬火部的組織為鐵素體、珠光體及貝氏體混存的組織，在珠光體及貝氏體中，與回火馬氏體不同，析出粗大的碳化物，因而上述軸承鋼的非淬火部的耐腐蝕性下降。因而，在軸承部件的非淬火部容易生銹，而且，生成的銹侵入到經(jīng)淬火的滾動面，滾動面有可能會發(fā)生損傷。在本發(fā)明中，為了提高以往的Cr量少的耐腐蝕性軸承部件(以下有時稱為“低Cr耐腐蝕性軸承部件”。)的耐腐蝕性，特別是提高非淬火部的耐腐蝕性，在軸承鋼中添加Sn，但此時，熱加工性的下降成為課題。本發(fā)明者們對使伴隨著Sn添加的熱加工性下降處于最低限的成分組成進(jìn)行了銳意的研究。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)了能夠確保所要求的熱加工性、且提高耐腐蝕性的成分組成。本發(fā)明是基于上述見識而完成的，其主旨如下所述。(I) 一種耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼，其特征在于:所述軸承鋼以質(zhì)量％計含有C:0.3 0.6%、Si:0.25 1.50%、Mn:0.2 0.7%、Cr:3.0 7.0%、Sn:0.05 1.00%、Ni:0.01 2.00%、S:0.002 0.020% 及 Al:0.005 0.040%、Cu:0.0005 0.10%、N:0.02%以下以及O:0.0015%以下，剩余部分由鐵及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，而且，％Sn、%Cu及％Ni滿足下式:— 0.194 ( 0.12X%Sn + %Cu — 0.1 X %Ni ( 0.150。
(2)根據(jù)上述(I)所述的耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼，其特征在于:所述軸承鋼以質(zhì)量％計進(jìn)一步含有Nb:0.01 0.10%、V:0.01 0.10%中的I種或2種。(3)根據(jù)上述(I)或(2)所述的耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼，其特征在于:所述軸承鋼以質(zhì)量％計進(jìn)一步含有Mo:0.01 0.50%ο(4) 一種軸承部件，其特征在于:將上述(I) (3)中任一項(xiàng)所述的耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼加工成部件形狀，并對滾動面實(shí)施高頻淬火。(5) 一種精密設(shè)備部件，其特征在于:將上述(I) (3)中任一項(xiàng)所述的耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼加工成部件形狀，并對滑動面實(shí)施高頻淬火。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種軸承鋼，其不僅淬火部的耐腐蝕性優(yōu)良，而且非淬火部的耐腐蝕性也優(yōu)良，且具備適合工業(yè)生產(chǎn)的熱加工性，適用于在比較平穩(wěn)的腐蝕環(huán)境及/或限制使用防銹劑、潤滑劑的環(huán)境下使用的低Cr耐腐蝕性軸承部件的材料。


圖1是表示Ci值(=0.12X%Sn + %Cu — 0.lX%Ni)與開裂 裂紋(日語原文為:割Λ.疵)的發(fā)生狀況的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式以下，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明者們?yōu)榱颂岣咭酝牡虲r耐腐蝕性軸承部件的耐腐蝕性,特別是提高非淬火部的耐腐蝕性，從成分組成的觀點(diǎn)，對如果在作為材料的軸承鋼中添加Sn則熱加工性下降的問題的解決方法進(jìn)行了銳意研究`。其結(jié)果是，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)了可以使熱加工性下降處于最低限的成分組成。首先，對本發(fā)明的耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼(以下有時稱為“本發(fā)明鋼”。)的成分組成的限定理由進(jìn)行說明。以下，有關(guān)成分組成的％指的是質(zhì)量％。C:為了通過淬火、回火得到表面硬度HRC52以上，提高滾動疲勞強(qiáng)度而添加0.3%以上的C。優(yōu)選為0.4%以上。另一方面，如果超過0.6%，則材料硬度過度提高，機(jī)械加工困難，因此規(guī)定為0.6%以下。優(yōu)選為0.5%以下。Si =Si促進(jìn)鐵素體相變，在制造材料即棒鋼或線材時，使棒鋼或線材軟質(zhì)化，因而添加0.25%以上。優(yōu)選為0.40%以上。另一方面，如果超過1.50%，則冷變形及熱變形的阻力增大，加工性下降，因此規(guī)定為1.50%以下。優(yōu)選為1.00%以下。Mn =Mn通過與S結(jié)合而使可提高切削性的MnS析出。為了使MnS充分析出而添加
0.2%以上。優(yōu)選為0.4%以上。此外，Mn是提高淬透性的元素，如果大量添加，則在棒鋼或線材的軋制后的組織中產(chǎn)生貝氏體，硬度提高到所需以上，軋制后，在冷床發(fā)生彎曲，或不能剪切。因此，為了使軋制組織為鐵素體及珠光體，避免彎曲或避免不能剪切，將Mn規(guī)定為0.7%以下。優(yōu)選為0.6%以下。Cr:Cr為了在大氣環(huán)境或平穩(wěn)的腐蝕環(huán)境下得到最低限的耐腐蝕性而添加3.0%以上。優(yōu)選為4.0%以上。
Cr越多耐點(diǎn)腐蝕性越提高，但如果過剩地添加則合金成本上升，因此規(guī)定為7.0%以下。優(yōu)選為6.0%以下。Sn =Sn與Cr同樣，是通過在鋼材表面形成氧化物而提高耐腐蝕性的元素。在本發(fā)明鋼中，為了謀求通過添加Sn來提高耐腐蝕性而添加0.05%以上。優(yōu)選為0.10%以上。另一方面，Sn是使熱加工性下降，在鋼材的高溫加工時成為發(fā)生開裂或裂紋的原因的元素。特別是，如果Sn和Cu共存，則鋼材的高溫延展性顯著下降，在高溫加工時發(fā)生開裂或裂紋。通過添加Sn可提高耐腐蝕性，但為了確保所要求的熱加工性和制造性，規(guī)定為
1.00%以下。優(yōu)選為0.70%以下。Ni =Ni在熱加工時抑制開裂或裂紋的發(fā)生，因此添加0.01%以上。優(yōu)選為0.05%以上。此外，Ni與Cr同樣提高耐腐蝕性，但如果超過2.00%，則退火后的硬度上升，加工性下降，因此規(guī)定為2.00%以下。為了可靠地降低軋制后的硬度，Ni優(yōu)選為1.00%以下。S:S因形成硫化物而使熱加工性下降，此外，硫化物成為優(yōu)先發(fā)生點(diǎn)腐蝕的起點(diǎn)，因而規(guī)定為0.020%以下。優(yōu)選為0.010%以下。另一方面，S也是提 高機(jī)械加工性的元素，因此為了確保所要求的機(jī)械加工性而添加0.002%以上。優(yōu)選為0.005%以上。Al:A1作為煉鋼時的脫氧劑是必需的元素。為了使鋼充分脫氧，提高軸承部件的滾動疲勞特性，添加0.005%以上。優(yōu)選為0.008%以上?？墒?，在鋼中，作為脫氧產(chǎn)物殘存的氧化物成為發(fā)生點(diǎn)腐蝕的起點(diǎn)，因此將Al規(guī)定為0.040%以下。優(yōu)選為0.030%以下。Cu =Cu是降低熱加工性的元素。特別是，在添加Sn的本發(fā)明鋼中，因需要盡量降低而將上限規(guī)定為0.10%O優(yōu)選為0.06%以下。由于不可避免地從鋼原料中混入0.0005%左右，所以將下限規(guī)定為0.0005%。再有，容許含有0.001%以上。N:N是不可避免地存在的、形成氮化物的元素。粗大的氮化物成為發(fā)生點(diǎn)腐蝕的起點(diǎn)，因此規(guī)定為0.02%以下。優(yōu)選為0.01%以下。下限包含0%，但將N降低到0.001%以下會導(dǎo)致制造成本的劇增，因此0.001%為實(shí)質(zhì)的下限。O:0是不可避免地存在的、形成氧化物的元素。氧化物與氮化物同樣，成為發(fā)生點(diǎn)腐蝕的起點(diǎn)，此外，在軸承部件的滾動負(fù)載時成為破壞起點(diǎn)，使?jié)L動疲勞壽命下降。因此將O規(guī)定為0.0015%以下。特別是，在軸承部件需要高壽命時，規(guī)定為0.0010%以下。優(yōu)選為0.0006%以下。下限包含0%，但將O降低到0.0001%以下會導(dǎo)致制造成本的劇增，因此0.0001%為實(shí)質(zhì)的下限。本發(fā)明鋼除上述成分以外，也可以含有Nb及V中的I種或2種及/或Mo。Nb及V:Nb及V作為碳氮化物析出，在棒鋼或線材的軋制時，使奧氏體微細(xì)化。通過奧氏體的微細(xì)化，促進(jìn)軋制后的鐵素體及珠光體相變，防止向硬質(zhì)的貝氏體或馬氏體相變。其結(jié)果是，通過防止軋制鋼材的彎曲，并使其軟質(zhì)化，剪切性提高。為使奧氏體微細(xì)化，Nb、V都添加0.01%以上。優(yōu)選都為0.03%以上。另一方面，如果超過0.10%，則因析出強(qiáng)化作用使軋制材的硬度上升，所以都規(guī)定為0.10%以下。優(yōu)選都為0.07%以下。Mo =Mo是提高耐點(diǎn)腐蝕性的元素。為提高耐點(diǎn)腐蝕性而添加0.01%以上。優(yōu)選為
0.04%以上。Mo也是大大提高鋼的淬透性的元素，如果大量添加，則在軋制后的鋼組織中生成貝氏體或馬氏體，產(chǎn)生在冷床的彎曲或不能剪切，所以規(guī)定為0.50%以下。為可靠地阻止貝氏體、馬氏體的生成，優(yōu)選為0.30%以下。更優(yōu)選為0.10%以下。對于本發(fā)明鋼，除上述成分以外，也可以在不損害本發(fā)明鋼的特性的范圍內(nèi)，含有P、Ca、Mg、Te、Hf、Zr及Ce中的I種或2種以上。P作為不可避免的雜質(zhì)存在于鋼中，但只要在0.05%以下，就不特別影響熱加工性及耐腐蝕性。Ca、Mg、Te、Hf、Zr及Ce也可以根據(jù)硫化物的微細(xì)化等目的添加IOppm左右的微量。這些元素形成成為開裂或裂紋的發(fā)生原因的氧化物，因此希望避免大量添加?！?0.194 ( 0.12X%Sn + %Cu — 0.1 X %Ni ( 0.150:提高耐腐蝕性的Sn在另一方面是使熱加工性下降的元素。所以，雖提高耐腐蝕性，對于使熱加工性下降的Sn、使`熱加工性下降的Cu及提高熱加工性的Ni之間的量平衡，其在謀求耐腐蝕性和熱加工性的兼顧上，是非常重要的。本發(fā)明者們?yōu)榱耸筍n、Cu及Ni的量平衡維持在適當(dāng)?shù)姆秶?，并謀求耐腐蝕性和熱加工性的兼顧，導(dǎo)入了由下式定義的指標(biāo)Ci。Ci = 0.12X%Sn + %Cu — 0.1 X%Ni上述指標(biāo)是基于大量試驗(yàn)結(jié)果用系數(shù)表示Sn及Cu有助于降低熱加工性的程度及Ni有助于提高熱加工性的程度，是從使含有Sn、Cu及Ni的本發(fā)明鋼的耐腐蝕性和熱加工性兼顧的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合評價Sn、Cu及Ni的添加效果的指標(biāo)。如果Ci超過0.150，則不能確保適合工業(yè)生產(chǎn)的熱加工性，因此將上限規(guī)定為
0.150。優(yōu)選為0.120以下，更優(yōu)選為0.080以下。另一方面，如果Ci低于一 0.194，即使能夠確保適合工業(yè)生產(chǎn)的熱加工性，也不能確保所要求的耐腐蝕性，所以將下限規(guī)定為一 0.194。優(yōu)選為一 0.100以上，更優(yōu)選為一
0.050以上。也就是說,在Sn、Cu及Ni的含量(質(zhì)量％)滿足上式時，本發(fā)明鋼具備所要求的耐腐蝕性，同時具備適合工業(yè)生產(chǎn)的熱加工性。其結(jié)果是，本發(fā)明鋼在熱軋時及熱成形為部件時，能夠防止開裂或裂紋的發(fā)生。在實(shí)際的鋼材制造工序中，有開坯軋制鑄坯的工序，開坯軋制中的加工性、即開坯軋制中的開裂及裂紋的發(fā)生成為問題。鑄坯的熱加工性一般比鋼坯的熱加工性差，因此在本發(fā)明鋼中，在模擬了開坯軋制的條件下，通過改變Ci來評價熱加工性,決定可防止軋制作為材料的棒鋼或線材時的開裂及軋制后的裂紋的Sn、Cu及Ni的含量(質(zhì)量％)。
真空熔煉以0.5%C-0.2%S1-0.5%Μη_0.02%Ρ_0.005%S-7%Cr-0.02%Α1_0.012%Ν-剩余為Fe及不可避免的雜質(zhì)為基本組成、通過多種組合含有2.0%以下的Sn、1.0%以下的Cu及2.0%以下的Ni的試驗(yàn)鋼，鑄造成15kg的鑄錠，評價熱加工性。切削鑄錠，制作截面80mm見方的試驗(yàn)材，在中心部安裝熱電偶。將80mm見方的試驗(yàn)材裝入1050°C的電爐，在試驗(yàn)材的中心部達(dá)到1045°C后，30分鐘后取出，在表面溫度達(dá)到1000°C的時刻開始軋制。 軋制通過3道次連續(xù)進(jìn)行,依次將厚度80_減薄到64mm、51mm、4Imm,然后,進(jìn)行空冷?？绽浜螅邢略囼?yàn)材的截面，觀察表面裂紋。關(guān)于裂紋，將深度低于60 μ m判定為“無裂紋”，將深度為60 100 μ m判定為“裂紋輕微”，將深度超過100 μ m判定為“有裂紋”。再有，在軋制途中試驗(yàn)材開裂時，在開裂的時刻中斷軋制。圖1中示出以上的試驗(yàn)結(jié)果。得知:Ci超過0.150的軸承鋼不能確保適合工業(yè)生產(chǎn)的熱加工性，發(fā)生深度超過100 μ m的裂紋。另一方面，得知:在Ci為0.150以下的本發(fā)明鋼中，沒有發(fā)生裂紋，只要Ci在
0.120以下，就根本不發(fā)生裂紋。在將沒有發(fā)生裂紋的本發(fā)明鋼用于軸承部件或精密設(shè)備部件時，在加工成部件形狀后，對滾動面或滑動面實(shí)施高頻淬火。其結(jié)果是，能夠得到疲勞特性優(yōu)良、長壽命的軸承部件及精密設(shè)備部件。實(shí)施例接著，對本發(fā)明的實(shí)施`例進(jìn)行說明，但實(shí)施例中的條件是為確認(rèn)本發(fā)明的可實(shí)施性及效果而采用的一個條件例，本發(fā)明并不限定于該一個條件例。本發(fā)明可在不脫離本發(fā)明的主旨、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的范圍內(nèi)，采用多種條件。(實(shí)施例)最初，對鑄坯的熱加工性進(jìn)行評價。真空熔煉16kg的具有表I所示的成分組成的鋼，然后將鑄造而成的鑄錠切削，制造用于熱加工性試驗(yàn)的截面80_見方的四方柱形狀的試驗(yàn)材。
權(quán)利要求
1.一種耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼，其特征在于:所述軸承鋼以質(zhì)量％計含有C:0.3 .0.6%、S1:0.25 1.50%、Mn:0.2 0.7%、Cr:3.0 7.0%、Sn:0.05 1.00%、N1:0.01 .2.00%,S:0.002 0.020% 及 Al:0.005 0.040%,Cu:0.0005 0.10%、N:0.02% 以下以及.O:0.0015%以下，剩余部分由鐵及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，而且，％Sn、％Cu&%Ni滿足下式:—0.194 ≤0.12X%Sn + %Cu — 0.lX%Ni ≤ 0.150。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼，其特征在于:所述軸承鋼以質(zhì)量％計進(jìn)一步含有Nb:0.01 0.10%、V:0.01 0.10%中的I種或2種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼，其特征在于:所述軸承鋼以質(zhì)量％計進(jìn)一步含有Mo:0.01 0.50%ο
4.一種軸承部件,其特征在于:將權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼加工成部件形狀，并對滾動面實(shí)施高頻淬火。
5.一種精密設(shè)備部件，其特征在于:將權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼加工成部件形狀，并對滑動面實(shí)施高頻淬火。
全文摘要
本發(fā)明提供一種耐腐蝕性優(yōu)良的軸承鋼，其特征在于所述軸承鋼以質(zhì)量%計含有C0.3～0.6%、Si0.25～1.50%、Mn0.2～0.7%、Cr3.0～7.0%、Sn0.05～1.00%、Ni0.01～2.00%、S0.002～0.020%及Al0.005～0.040%、Cu0.0005～0.10%、N0.02%以下以及O0.0015%以下，剩余部分由鐵及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，而且，%Sn、%Cu及%Ni滿足下式－0.194≤0.12×%Sn＋%Cu－0.1×%Ni≤0.150。
文檔編號C22C38/00GK103108969SQ20118004314
公開日2013年5月15日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者高田啟督, 寺本真也 申請人:新日鐵住金株式會社