軸受材料及び軸受材料の製造方法
【課題】転動疲労寿命の長い軸受材料を提供すると共に、該軸受材料の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】被検面積が３０００ｍｍ２である場合に、（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、前記介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下で、且つ、前記介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の全体の９０％以上が、酸化マグネシウム濃度が５質量％以下である軸受材料は、転動疲労寿命が優れている。
【解決手段】被検面積が３０００ｍｍ２である場合に、（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、前記介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下で、且つ、前記介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の全体の９０％以上が、酸化マグネシウム濃度が５質量％以下である軸受材料は、転動疲労寿命が優れている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受材料及び軸受材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受などに用いられる軸受材料には、転動疲労寿命の向上が求められている。軸受の転動疲労寿命は、材料中に存在する硬質の酸化物系非金属介在物に影響されることが広く知られている。そこで、従来、主として材料中の酸素量を低減することによって、酸化物系非金属介在物量の低減を図り、もって転動疲労寿命の向上を図る努力がなされてきた。その結果、精錬技術の進歩とも相まって、現在では材料中の酸素量を質量比にして１０ｐｐｍ以下にまで低減することができるようになってきた。しかし、こうした低酸素化による転動疲労寿命の向上方法はすでに限界に達しているのが実情である。
【０００３】
こうした実情に鑑み最近では、転動疲労寿命のより一層の向上を目指す提案がなされている。例えば、特許文献１には、単位面積あるいは単位体積中の酸化物系非金属介在物の個数により、また、特許文献２には、極値統計によって推定される酸化物系非金属介在物の予測最大径により、それぞれ長寿命を実現する軸受材料が開示されている。しかし、１０ｐｐｍ以下という極低値まで酸素量を下げた超清浄鋼においては、酸化物系非金属介在物のサイズと個数の関係が必ずしも明瞭ではなかった。
【０００４】
さらに、特許文献３には、鋼中の硫化物系非金属介在物の厚さ及び個数、並びに、酸化物系非金属介在物の予測最大径に着目し、被検面積が３２０ｍｍ２である場合に厚さ１μｍ以上の硫化物系非金属介在物の個数を１２００個以下、且つ／又は、被検面積が３２０ｍｍ２である場合に酸化物系非金属介在物の予測最大径を１０μｍ以下に制御することにより、長寿命を実現する軸受用鋼が開示されている。しかし、酸化物系非金属介在物の予測最大径を規定しても、酸化物系非金属介在物の組成が異なり硬度が変わると、寿命への影響も異なってくる。特に、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物は硬質なため、介在物の周囲に応力集中が発生しやすく、ＭｇＯ濃度の高いＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物は疲労寿命に対して有害である。
【０００５】
また、特許文献４には、転炉から取鍋に出鋼されたＡｌギルド鋼に、除滓した後にフラックスを添加し、スラグ中のＭｇＯ濃度を３．５質量％以下にすることにより、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物の低減を行う方法が開示されている。しかし、軸受鋼などのようにＬＦ（Ｌａｄｌｅ Ｆｕｒｎａｃｅ）等のアーク加熱処理によるスラグ精錬を行う場合には、Ａｌ脱酸をしてしまうとスラグ中のＭｇＯ濃度を３．５質量％以下に下げただけでは必ずしもＭｇＯのＡｌ２Ｏ３系介在物の発生を防止できるとは限らなかった。
【０００６】
一方、Ａｌ２Ｏ３及びＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物を低減するために、特許文献５には、高塩基度スラグを精錬段階で使用し、Ａｌを使用せずに真空脱ガス法にて酸素を０．０００６質量％以下とする方法が開示されている。しかし、この方法では、酸素濃度は低減できても、粗大なＣａＯＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３系介在物が存在する恐れがあった。
また、特許文献６では、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３系介在物の比率の低減を目的に、Ａｌ濃度を０．００５質量％以下とし、取鍋精錬におけるスラグの塩基度を０．８以上３．０未満にすることにより、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物の比率を低減する方法が開示されている。しかし、この方法では、存在比率の高いＣａＯＡｌ２Ｏ３ＳｉＯ２系酸化物は、Ａｌ２Ｏ３系やＣａＯＡｌ２Ｏ３系に比べ粗大になりやすく、また、イオウ濃度が０．００３質量％以上である場合には、ＣａＯＡｌ２Ｏ３ＳｉＯ２系介在物の周囲に硫化物を生成し易くなり、さらに介在物径は粗大になる傾向があった。
【０００７】
さらに、Ａｌ２Ｏ３系及びＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物を低減するために、特許文献７、特許文献８等では、真空脱ガス処理前に窒素濃度を高め、真空脱ガス処理の際に生じる窒素気泡の上昇に伴って気泡にトラップされた介在物の浮上を促進する技術が提案されている。しかし、本技術においても、介在物が全て除去されるわけではなく、硬質なＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物が残存した場合に、疲労寿命が低下する問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−１２６８４９号公報
【特許文献２】特開平５−２５５８７号公報
【特許文献３】特開平９−２９１３４０号公報
【特許文献４】特許第３１７５４２２号公報
【特許文献５】特公平４−５７４２号公報
【特許文献６】特開２００６−２０００２７号公報
【特許文献７】特開２００４−１６９１４７号公報
【特許文献８】特開２００６−２８３０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のような従来の技術は、酸化物の個数又は最大径を極低値まで低減することを基幹技術として実現されうるものである。しかしながら、さらなる長寿命化の向上が望まれるなか、酸化物の減少、最大径の減少はもちろんのこと、硬質なＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物の減少が重要になってきており、その制御が必要となっている。
本発明は、転動疲労寿命の長い軸受材料を提供すると共に、該軸受材料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するため、本発明の一態様に係る軸受材料は、濃度０．８０質量％以上１．２０質量％以下の炭素、濃度０．１５質量％以上０．７０質量％以下のケイ素、濃度０．８０質量％以下のマンガン、濃度０．５０質量％以上２．００質量％以下のクロム、濃度０．０２０質量％以下のリン、濃度０．００２０質量％以下のイオウ、濃度０．００５質量％以上０．０２５質量％以下のアルミニウム、濃度０．０００７質量％以下の酸素、及び濃度０．００４０質量％以下の窒素を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であるとともに、被検面積が３０００ｍｍ２である場合に、（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、前記介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下で、且つ、前記介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の全体の９０％以上が、酸化マグネシウム濃度が５質量％以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、上記軸受材料は、濃度０．１０質量％以下のモリブデン、濃度０．５質量％以下のニッケル、濃度０．５質量％以下の銅、濃度０．２０質量％以下のバナジウム、及び濃度０．２０質量％以下のニオブのうち少なくとも１つをさらに含有することが好ましい。
さらに、以上の課題を解決するため、本発明の一態様に係る軸受材料を製造する方法は、上記の軸受材料を製造する方法であって、高炉で得られた溶銑に対して、酸化カルシウム含有フラックスを用いる脱硫処理と、酸化カルシウム含有フラックス及び酸化鉄を用いる脱リン処理又は酸素ガスを用いる脱リン処理と、を施して、溶銑のイオウ濃度を０．００２０質量％以下、リン濃度を０．０２０質量％以下とする溶銑予備処理工程と、前記溶銑予備処理工程で得られた溶銑に、転炉にて酸素ガスを吹錬して脱炭処理を施し、得られる溶鋼の炭素濃度を０．５０質量％以上１．２０質量％以下とするとともに、前記吹錬中に前記溶銑に窒素ガスを吹き込んで、前記溶鋼中の窒素濃度を１００ｐｐｍ以上とする一次精錬工程と、前記転炉からの出鋼時に、前記溶鋼に所定の合金を添加して前記溶鋼上のスラグを除滓する出鋼工程と、前記出鋼工程でスラグを除滓された溶鋼に対して、底吹き撹拌ガス及び／又は上吹きランスによる吹き込みガスを吹き込むことによるガス撹拌とアーク加熱とを用いる加熱撹拌処理を行う加熱撹拌処理工程と、前記加熱撹拌処理を施した溶鋼を脱ガスする真空脱ガス処理工程と、を備えるとともに、下記の５つの条件を満足することを特徴とする。
【００１２】
条件Ａ：前記出鋼工程でスラグを除滓された溶鋼に対して、酸化アルミニウム，二酸化ケイ素，フッ化カルシウム，酸化ジルコニウムのうち少なくとも１つと酸化カルシウムとを含有するフラックスを添加して、前記加熱撹拌処理中及び前記加熱撹拌処理後のスラグの組成を、３．０≦［酸化カルシウムの濃度］／［二酸化ケイ素の濃度］≦５．０、１．０≦［酸化カルシウムの濃度］／［酸化アルミニウムの濃度］≦２．０、［酸化マグネシウムの濃度］≦３．０質量％、［酸化第一鉄の濃度］＋［酸化第一マンガンの濃度］≦１．５質量％とする。
【００１３】
条件Ｂ：前記加熱撹拌処理中の溶鋼のケイ素濃度を０．１５質量％以上とする。
条件Ｃ：前記加熱撹拌処理中に、溶鋼にアルミニウムを添加しないか、又は、添加する場合は溶鋼のアルミニウム濃度を０．００３質量％以下とする。
条件Ｄ：前記加熱撹拌処理後の溶鋼のイオウ濃度を２０ｐｐｍ以下、酸素濃度を３０ｐｐｍ以下とする。
条件Ｅ：前記底吹き撹拌ガスと前記吹き込みガスとを合わせた全ガスの全部又は一部を窒素ガスとし、前記溶鋼１ｔｏｎ当たり窒素ガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で２０分間以上吹き込んで、前記加熱撹拌処理工程後で且つ前記真空脱ガス処理工程前の溶鋼の窒素濃度を１５０ｐｐｍ以上とする。
【００１４】
また、上記軸受材料を製造する方法においては、前記転炉からの出鋼時及び／又は前記加熱撹拌処理時に、前記溶鋼に窒化マンガン及び窒化クロムの少なくとも一方を添加することにより、前記加熱撹拌処理工程後で且つ前記真空脱ガス処理工程前の溶鋼の窒素濃度を１５０ｐｐｍ以上とすることが好ましい。
さらに、上記軸受材料を製造する方法においては、前記真空脱ガス処理工程ではＲＨ真空脱ガス装置を用いて脱ガスを行い、脱ガス開始後５分間以内にアルミニウムを添加して、溶鋼のアルミニウム濃度を０．００５質量％以上とした後に、前記ＲＨ真空脱ガス装置の浸漬管からの吹き込みガスをアルゴンガスとし、溶鋼１ｔｏｎ当たりアルゴンガスを５Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で２０分間以上吹き込んで脱ガス撹拌処理を行い、該脱ガス撹拌処理後の溶鋼の窒素濃度を４０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
【００１５】
さらに、上記軸受材料を製造する方法においては、前記ＲＨ真空脱ガス装置の浸漬管からの吹き込みガスの全部又は一部をアルゴンガスに代えて窒素ガスとし、溶鋼１ｔｏｎ当たり窒素ガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で前記脱ガス撹拌処理開始から５分間以上吹き込んで前記脱ガス撹拌処理を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の軸受材料は、被検面積が３０００ｍｍ２である場合に、（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、前記介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下で、且つ、前記介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の全体の９０％以上が、酸化マグネシウム濃度が５質量％以下であるため、転動疲労寿命が優れている。
【００１７】
また、本発明の軸受材料を製造する方法は、上述した構成を採用することによって、被検面積が３０００ｍｍ２である場合に、（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、前記介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下で、且つ、前記介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の全体の９０％以上が、酸化マグネシウム濃度が５質量％以下である、転動疲労寿命の優れた軸受材料を製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の軸受材料及びその製造方法の一実施形態について、以下に詳細に説明する。本実施形態の軸受材料は、下記の成分組成を有する。
［炭素濃度について］
炭素（Ｃ）は、基地に固溶してマルテンサイトの強化に有効に作用する元素であり、焼入れ焼もどし後の強度確保と、それによる転動疲労寿命の向上のために必要な元素である。その含有量が０．８０質量％未満では上記の効果が得られず、一方、１．２０質量％超過では鋳造時に巨大炭化物が生成し、加工性ならびに転動疲労寿命が低下するので、０．８０質量％以上１．２０質量％以下の範囲に限定した。
【００１９】
［ケイ素濃度について］
ケイ素（Ｓｉ）は、鋼中に固溶して焼もどし軟化抵抗の増大により焼入れ、焼もどし後の強度を高めて転動疲労寿命を向上させる元素として有効である。こうした目的の下に添加されるＳｉの含有量は０．１５質量％以上０．７０質量％以下の範囲とする。その含有量が０．１５質量％未満では、上記の効果が得られず、一方０．７０質量％超過では過剰であり、脱スケール性が悪化するためである。
【００２０】
［マンガン濃度について］
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の焼入れ性を向上させることにより基地マルテンサイトの靭性、硬度を向上させ、転動疲労寿命を向上させる元素として有効である。こうした目的のためには０．８０質量％以下の添加であれば十分である。
［クロム濃度について］
クロム（Ｃｒ）は、焼入れ性の向上と安定した炭化物の形成を通じて、強度の向上ならびに耐摩耗性を向上させ、ひいては転動疲労寿命を向上させる成分である。こうした効果を得るためには、０．５０質量％以上２．００質量％以下の添加が必要である。その含有量が０．５０質量％未満では上記の効果が得られず、一方２．００質量％超過では、その添加効果は向上せず、鋼材硬さを低下させ転動疲労寿命に悪影響を与える。
【００２１】
［リン濃度について］
リン（Ｐ）は、鋼の靱性ならびに転動疲労寿命を低下させることから可能な限り低いことが望ましく、その許容上限は０．０２０質量％としなければならない。望ましくは０．０１５質量％以下である。
【００２２】
［イオウ濃度について］
イオウ（Ｓ）は、凝固時、熱処理時にＭｎと結合してＭｎＳを形成し、また、ＣａＯＡｌ２Ｏ３系介在物のＣａＯと反応しＣａＳを形成する。特に、ＣａＯＡｌ２Ｏ３系介在物の周囲にはＭｎＳやＣａＳを形成しやすく、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の径が増大する。また、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の周囲のＭｎＳは主にビレット圧延時の冷却過程において酸化物を核として生成するが、その際に酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の周囲のＭｎ欠乏層が生成するため、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の周囲は脆弱になる。その結果、鋼球の圧砕時において強度が低下する。したがって、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の周囲へのＭｎＳの析出は極力抑制することが重要である。Ｓ濃度が高いと疲労寿命や圧砕強度が低下することから、０．００２０質量％を上限とする。望ましくは０．００１０質量％以下である。
【００２３】
［酸素濃度について］
酸素（Ｏ）は、硬質の酸化物系非金属介在物を生成して、転動疲労寿命を低下させることから、低いほど望ましいが、その含有量は０．０００７質量％までは許容される。よって、その上限の含有量を０．０００７質量％とする。
［窒素濃度について］
窒素（Ｎ）は、硬質なＴｉＮ、ＡｌＮを形成して転動疲労寿命を低下させることから低いことが望ましいが、その含有量は０．００４０質量％までは許容される。よって、その上限の含有量を０．００４０質量％とする。
【００２４】
［Ａｌ濃度について］
アルミニウム（Ａｌ）は、脱酸元素であり、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物を低減するためには重要な元素である。こうした目的を達成するためには、Ａｌの含有量は０．００５質量％以上とする必要があり、０．０１０質量％以上とすることが好ましい。Ａｌの含有量を０．０１０質量％以上とすることで、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物をより低減することができる。ただし、０．０１５質量％を超えて添加しても酸素濃度は大きく低減せず、むしろ、ＡｌＮの生成が転動疲労寿命を低下させることから、その上限の含有量は０．０２５質量％とする。
【００２５】
［モリブデン濃度について］
モリブデン（Ｍｏ）は、必要に応じて添加する。ただし、高価な元素であるため、焼入れ性のより一層の向上が必要な場合にのみ添加する。こうした目的の下に添加されるＭｏの含有量は、０．１０質量％以下の範囲での添加で十分である。
［ニッケル濃度について］
ニッケル（Ｎｉ）は、焼入れ性を向上させるのに有効な元素であり、母材の靭性を向上させる。こうした目的のもとに添加されるＮｉの上限の含有量は０．５質量％とする。０．５質量％超過ではその効果は飽和し、また、高価な元素であるからである。
【００２６】
［銅濃度について］
銅（Ｃｕ）は、焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。こうした目的のもとに添加されるＣｕの上限の量は０．５質量％とする。０．５質量％超過では鋼材の表面に割れが発生するおそれがあるので、上限は０．５質量％とすることが好ましい。より好ましくは０．２質量％以下、さらに好ましくは０．１質量％以下である。
【００２７】
［バナジウム濃度について］
バナジウム（Ｖ）は、鋼中でＣ、Ｎと結合し析出強化元素として作用する。また、焼もどし軟化抵抗性を向上させる元素でもあり、これらの効果により疲労強度を向上させる。しかしながら、０．２０質量％を超えて含有させてもその効果は飽和し、また、高価な元素でもあるため、添加量の上限は０．２０質量％とする。
【００２８】
［ニオブ濃度について］
ニオブ（Ｎｂ）は、焼入れ性の向上効果があるだけでなく、鋼中でＣ、Ｎと結合し析出強化元素として作用する。また、焼もどし軟化抵抗性を向上させる元素でもあり、これらの効果によって疲労強度を向上させる。しかしながら、０．２０質量％を超えて含有させてもその効果は飽和し、また、高価な元素でもあるため、０．２０質量％を上限とする。
【００２９】
次に、この軸受材料の転動疲労寿命や圧砕強度のより一層の向上のためには、さらに鋼中に不可避に生成する酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の存在形態及び組成について、以下の条件を採用することが有効であることがわかった。
即ち、鋼中の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の形態に関しては、熱間圧延後の製品丸棒の圧延方向縦断面を顕微鏡観察したとき、以下のような介在物形態、組成を有することが転動疲労寿命、圧砕強度の向上に有効である。
【００３０】
まず、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の最大径については、直径６０ｍｍの丸棒の１／４厚部で圧延方向に平行な断面から検鏡サンプルを作製し、被検面積を３０００ｍｍ２とした場合に、（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、前記介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下である必要がある。それ以上の個数が存在すると疲労寿命は低下する（後述する表１を参照）。
【００３１】
加えて、上記の介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の全体の９０％以上（無作為に２０個以上の介在物を測定する）が、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）濃度が５質量％以下である必要がある。ＭｇＯ濃度が５質量％超過では、硬質なスピネル系介在物となり、１０質量％超過となると疲労寿命が低下するからである（後述する表１を参照）。
【００３２】
なお、転動疲労寿命の試験方法は、以下の通りである。直径６０ｍｍの製品丸棒を輪切りにし、それに通常の焼入れ及び低温焼戻しの熱処理を施した後に、表面を機械加工して円盤状試験片とする。そして、この円盤状試験片をスラスト型転動疲労試験機に装着して、剥離が発生するまでの負荷回数を測定し、試験片数の１０％が疲労破壊し、剥離する寿命をワイブル確率紙により求めた。
【００３３】
以上説明したように、鋼組成と、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の形態、個数、並びに組成とを制御すると、優れた転動疲労寿命を有する軸受材料を得ることができる。特に、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物の生成抑止と、酸化物系非金属介在物の周囲への硫化物の生成抑止が重要である。このような軸受材料は、玉軸受等の転がり軸受の材料として好適であり、本実施形態の軸受材料を用いれば、優れた転動疲労寿命を有する転がり軸受を製造することができる。
【００３４】
次に、上記軸受材料の製造方法について以下に示す。
上記軸受材料の製造方法は、高炉で得られた溶銑に対して、酸化カルシウム含有フラックスを用いる脱硫処理と、酸化カルシウム含有フラックス及び酸化鉄を用いる脱リン処理又は酸素ガスを用いる脱リン処理を行う溶銑予備処理工程と、溶銑予備処理工程で得られた溶銑に転炉にて酸素ガスを吹錬して脱炭処理を行うとともに吹錬中に窒素ガスを吹き込む一次精錬工程と、転炉から出鋼する際に脱炭処理した溶鋼に成分調整のために所定の合金（例えばＣ，Ｓｉ合金，Ｍｎ合金，Ｃｒ合金）を添加した後、転炉から流出したスラグを除滓し、所望の酸化カルシウム（ＣａＯ）含有フラックスを添加する出鋼工程と、その後、溶鋼に対して、底吹き撹拌ガス及び／又は上吹きランスによる吹き込みガスを吹き込むことによるガス撹拌とアーク加熱とを用いる精錬装置にて、加熱撹拌処理を行う加熱撹拌処理工程と、加熱撹拌処理工程後にＲＨ真空脱ガス装置にて撹拌処理を行い、加熱撹拌処理を施した溶鋼を脱ガスする真空脱ガス処理工程と、を備える。これらの工程によって、鋼の清浄化（脱酸、脱硫）及び最終成分調整が行われた溶鋼を連続鋳造して鋳片とした後に、熱間圧延にて製品丸棒とする。なお、上記の加熱撹拌処理工程と真空脱ガス処理工程により二次精錬工程が構成される。
【００３５】
加熱撹拌処理中にＡｌ脱酸した溶鋼とスラグとの反応において、スラグ中の［ＣａＯの濃度］／［二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の濃度］が高く、且つ、ＭｇＯ濃度が高い場合には、スラグ中のＭｇＯが溶鋼中のＡｌと反応して溶鋼中にＭｇが還元され、そのＭｇがＡｌ脱酸時に溶鋼中に生成したＡｌ２Ｏ３と反応してＭｇＯＡｌ２Ｏ３となり、ＭｇＯ濃度が５質量％以上の硬質で有害なＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物が生成し、製品においても残存する。また、生成したＭｇＯＡｌ２Ｏ３は、加熱精錬中に巻き込まれたＣａＯ含有スラグと凝集しＣａＯＡｌ２Ｏ３ＭｇＯ介在物となるが、このＣａＯＡｌ２Ｏ３ＭｇＯ介在物は熱間圧延時に伸延する。一方、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３は変形せずそのまま残存し、硬質な介在物として残存する。
したがって、ＭｇＯ濃度が５質量％以上の硬質なＭｇＯＡｌ２Ｏ３介在物の生成を抑制するには、加熱撹拌処理中において、スラグ中のＭｇＯと溶鋼中のＡｌとの反応を抑制し、溶鋼中のＭｇ濃度を増加させないことが重要である。
【００３６】
上記知見を基に、スラグ中のＭｇＯと溶鋼中のＡｌとの反応を抑制し、且つ、軸受材料中のＳ濃度を０．００２０質量％以下、酸素濃度を０．０００７質量％以下とすることにより、製品丸棒中の（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、前記介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下となる軸受材料を製造することができる。
【００３７】
まず、スラグ中のＭｇＯと溶鋼中のＡｌとの反応を抑制する方法としては、加熱撹拌処理中においては、溶鋼をＡｌで脱酸しない、若しくは、Ａｌで脱酸しても溶鋼のアルミニウム濃度を０．００３質量％以下とするか、又は、スラグ中のＭｇＯ濃度を３質量％以下にしておくことが重要である。Ａｌ濃度が０．００３質量％超過となると、スラグ中のＭｇＯ濃度が３質量％超過となる場合には、ＭｇＯがＡｌで還元される。また、スラグ中の［ＣａＯの濃度］／［ＳｉＯ２の濃度］が５．０超過、又は、［ＣａＯの濃度］／［酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の濃度］が２．０超過の場合に、ＭｇＯはＡｌで還元されやすくなり、Ａｌ濃度が０．００３質量％超過となるとＭｇＯがＡｌで還元される。
【００３８】
しかし、上述のように、Ａｌで脱酸しない、又は、Ａｌで脱酸しても溶鋼のアルミニウム濃度を０．００３質量％以下とした場合には、脱酸が弱く、溶存酸素濃度が高くなり、その後の鋳造までに行われるＡｌ添加によるＡｌ脱酸時においてＡｌ２Ｏ３が生成し、製品において介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が増加する問題がある。また、溶存酸素濃度が高くなると、スラグ中のＣａＯによる溶鋼の脱硫能力が低下するため、軸受材料中のＳ濃度が０．００２０質量％以下の低イオウ鋼が得られない問題がある。
【００３９】
本発明においては、上記問題に鑑み、加熱撹拌処理中において溶存酸素濃度を低下させるために、加熱撹拌処理中の溶鋼のケイ素濃度を０．１５質量％以上、且つ、加熱撹拌処理中及び加熱撹拌処理後の溶鋼のスラグの組成を、３．０≦［ＣａＯの濃度］／［ＳｉＯ２の濃度］、［酸化第一鉄（ＦｅＯ）の濃度］＋［酸化第一マンガン（ＭｎＯ）の濃度］≦１．５質量％とする必要があり、加熱撹拌処理後の溶鋼の全酸素濃度を３０ｐｐｍ以下にする必要がある。なお、スラグの組成を、３．０≦［ＣａＯの濃度］／［ＳｉＯの濃度］、［ＦｅＯの濃度］＋［ＭｎＯの濃度］≦１．５質量％とすることにより、その後の鋳造までのＡｌ脱酸後において、スラグ中のＳｉＯ２、ＦｅＯ及びＭｎＯによるＡｌの再酸化も防止することができる。その結果、介在物平均径が３μｍ以上の介在物の製品中の個数を低下させることが可能となる。また、スラグ中のＣａＯによる溶鋼の脱硫能を確保し、軸受材料中のＳ濃度が０．００２０質量％以下の低イオウ鋼を得るためには、加熱撹拌処理中及び加熱撹拌処理後の溶鋼のスラグの組成を、３．０≦［ＣａＯの濃度］／［ＳｉＯ２の濃度］、且つ、［ＣａＯの濃度］／［酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の濃度］≧１．０になるようＣａＯの濃度を高め、加熱撹拌処理後のＳ濃度を２０ｐｐｍ以下にする必要がある。
【００４０】
なお、上記加熱撹拌処理中のスラグ組成に抑制するために、出鋼工程において、溶鋼上のスラグを除滓した後、ＣａＯに加えて、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、ＺｒＯ２の１種以上を含有したフラックスを添加する。
また、加熱撹拌処理において、目標のスラグ組成にするためには、加熱撹拌処理前の出鋼工程における除滓に加えて、転炉における脱炭処理において高炭素濃度で吹錬を終了することが有効である。高炭素濃度で終了することにより、転炉で発生するスラグ中のＦｅＯは低下し、スラグの流動性が低下するために、出鋼時に取鍋に流出するスラグ量及びＦｅＯ量が低下するという効果がある。また、溶鋼中の溶存酸素濃度が低くなることにより、出鋼中に添加される合金（Ｓｉ、Ｍｎ等）の歩留まりが向上し、鍋内でのＳｉＯ２やＭｎＯの生成量が低減するという効果がある。上記効果を発揮するためには、転炉での脱炭処理を炭素濃度０．５０質量％以上で終了する必要がある。なお、炭素濃度１．２０質量％以上にすると、その後の二次精錬において脱炭処理が困難であることから、製品成分範囲を超える。
【００４１】
また、上述したように、加熱撹拌処理工程においてＡｌ濃度が低いため、通常のＡｌ脱酸に比べ加熱撹拌処理中の脱硫能力は低くなる。そのため、加熱処理後のＳ濃度を確実に２０ｐｐｍ以下にするには、転炉における脱炭処理前の溶銑予備処理工程においてＳ濃度を０．００２０質量％以下にすることが有効である。Ｓ濃度を０．００２０質量％以下にするには、機械撹拌式溶銑脱硫装置により石灰含有フラックスを用いて、回転速度１００ｒｐｍ以上で強撹拌して脱硫することが有効である。
【００４２】
また、転炉での脱炭処理を高炭素濃度で終了するため、転炉での一次精錬工程での脱リン能力は、脱炭処理を低炭素濃度で終了した場合と比べて低下する。製品でのリン濃度を０．００２０質量以下にするには、脱炭処理前の溶銑予備処理工程においてリン濃度を０．００２０質量以下とすることが有効である。軸受材料のリン濃度を０．００２０質量以下とするためには、ＣａＯ含有フラックスと酸化鉄、若しくは、酸素ガスを用いて、溶銑輸送、保持装置や転炉などにおいて脱リンすることが有効である。
【００４３】
加熱撹拌処理工程において、Ａｌ濃度を０．００３質量％以下にすることが、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物の生成防止に有効である。そのため、続いて行われる真空脱ガス処理工程において、製品成分の制御を行うとともに、溶鋼の脱酸を目的にＡｌを添加しＡｌ脱酸を行う必要があり、Ａｌ脱酸時に生成したＡｌ２Ｏ３を除去し、介在物平均径が３μｍ以上及び１０μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の製品における個数を減少させる必要がある。
【００４４】
本実施形態においては、ＲＨ真空脱ガス装置を用いた真空脱ガス処理工程において、Ａｌ脱酸時に生成したＡｌ２Ｏ３を早急に減少させるため、また、製品における酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の個数を減少させるために、真空脱ガス処理工程前の溶鋼中のＮ濃度を１５０ｐｐｍ以上、望ましくは２００ｐｐｍ以上とすることが重要である。これにより、真空脱ガス処理中に溶鋼中から生成する微細な窒素気泡にＡｌ２Ｏ３が捕捉され、凝集、浮上分離が促進される。
【００４５】
上記のように、真空脱ガス処理工程前の溶鋼中のＮ濃度を１５０ｐｐｍ以上、望ましくは２００ｐｐｍ以上とする方法として、一次精錬工程での脱炭処理において、底吹きガスの全部又は一部を窒素ガスとして溶銑に吹き込み、脱炭処理終了時の窒素濃度を１００ｐｐｍ以上、望ましくは１５０ｐｐｍ以上、さらに望ましくは２００ｐｐｍ以上にすることが有効である。なお、転炉での底吹きガスの窒素ガス流量は、溶銑１ｔｏｎ当たり５０Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上であることが望ましい。
【００４６】
また、溶鋼中の窒素濃度が１５０ｐｐｍ未満（望ましくは２００ｐｐｍ未満）である場合には、上記一次精錬工程での加窒処理に加えて、引き続き行われる加熱撹拌処理工程において底吹き撹拌ガスと上吹きランスによる吹き込みガスとを合わせた全ガスの全部又は一部を窒素ガスとして溶鋼に吹き込み、真空脱ガス処理工程前の溶鋼中の窒素濃度を１５０ｐｐｍ以上、望ましくは２００ｐｐｍ以上に増加させることも有効である。その場合には、溶鋼１ｔｏｎ当たり窒素ガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上で２０分以上吹き込むことが望ましい。加熱撹拌処理時のＡｌ濃度を０．００３質量％以下にしているため、溶鋼１ｔｏｎ当たり窒素ガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上吹き込むことにより強い撹拌を行っても、スラグ中のＭｇＯはＡｌで還元されにくい。そのため、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３を生成させることなく、加熱撹拌処理工程において加窒することが可能となる。
【００４７】
さらに、本実施形態においては、真空脱ガス処理工程前の溶鋼中の窒素濃度を１５０ｐｐｍ以上、望ましくは２００ｐｐｍ以上とするために、上記窒素ガスによる加窒に加えて、又は、上記窒素ガスによる加窒なしに、転炉からの出鋼時及び／又は加熱撹拌処理時に、溶鋼に窒化マンガン及び窒化クロムの少なくとも一方を添加することにより、加熱撹拌処理工程後で且つ前記真空脱ガス処理工程前の溶鋼の窒素濃度を増加させ、１５０ｐｐｍ以上とすることができる。これにより、窒素ガスによる加窒に比べて、合金添加量に応じて短時間で窒素濃度を増加させることができる。
【００４８】
また、本実施形態においては加熱撹拌処理を２０分以上行うことが望ましく、これにより、加熱撹拌処理後の溶鋼の全酸素濃度を３０ｐｐｍ以下にすることが可能となる。但し、加熱撹拌処理を６０分以上行っても酸素低減効果は頭打ちとなり、処理コストの増加を招く。
さらに、本実施形態においては、加熱撹拌処理工程後に引き続き行われる真空脱ガス処理工程において、Ａｌ脱酸時に生成したＡｌ２Ｏ３系介在物の個数を早急に減少させるために、真空脱ガス処理工程前の溶鋼中の窒素濃度を１５０ｐｐｍ以上、望ましくは２００ｐｐｍ以上とし、真空脱ガス処理中に溶鋼中から生成する微細な窒素気泡にＡｌ２Ｏ３を捕捉し、凝集、浮上分離を促進することが重要である。そのためには、溶鋼中の窒素濃度が高く、窒素気泡の生成量が多い真空脱ガス処理開始５分以内にＡｌを添加し、Ａｌ濃度を０．００５質量％以上としてＡｌ脱酸を行うことが重要である。
【００４９】
また、本実施形態においては、ＲＨ真空脱ガス装置の浸漬管からの吹き込みガスの全部又は一部を窒素ガスとし、溶鋼１ｔｏｎ当たり窒素ガスを５Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で脱ガス撹拌処理開始から５分間以上吹き込んで脱ガス撹拌処理を行うことにより、Ａｌ脱酸時に生成したＡｌ２Ｏ３のさらに早期における凝集、浮上分離を促進することが可能となる。
【００５０】
なお、製品中の窒素濃度を０．００４０質量％以下にするために、真空脱ガス処理工程前に高めた窒素濃度を脱窒により低下させることが重要であり、そのためには、ＲＨ真空脱ガス装置の浸漬管からの吹き込みガスをアルゴン（Ａｒ）ガスとし、溶鋼１ｔｏｎ当たりＡｒガスを５Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で２０分間以上吹き込んで脱ガス撹拌処理を行い、該脱ガス撹拌処理後の溶鋼の窒素濃度を０．００４０質量％以下とすることが重要である。
【実施例】
【００５１】
以下に、本実施形態の実施条件と得られた効果について具体的に示す。本実施形態の軸受材料の製造方法を用いて高炭素クロム含有軸受鋼を製造した。本実施例においては、高炉出銑工程、溶銑予備処理工程、転炉における一次精錬工程、加熱撹拌精錬処理（ＬＦ）工程、ＲＨ真空脱ガス処理工程、連続鋳造処理工程という順序で高炭素クロム含有軸受鋼を製造する。
【００５２】
表１，２に示す鋼組成（Ｆｅ以外の主要組成のみ示す）からなる軸受材料を上記の順序により溶製し、連続鋳造によりブルーム鋳片（３００×４００ｍｍ断面）を製造した。このブルーム鋳片に対して所定の加熱、均熱拡散処理を施した後に、直径２１５ｍｍのビレットに圧延した。このビレットをさらに熱間圧延により直径６０ｍｍの棒鋼とし、次に炭化物を球状化するために焼鈍し処理を行い、製品丸棒とした。なお、表１に記載された実施例に係る軸受材料は本実施形態の軸受材料の製造方法の条件を満たす製造方法で作製し、また、表２に記載された比較例に係る軸受材料は本実施形態の軸受材料の製造方法の条件を満たさない製造方法で作製した。
【００５３】
この製品丸棒の１／４厚部における圧延方向の縦断面を、検鏡法により観察した。被検面積は３０００ｍｍ２である。そして、（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上及び１０μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数を測定した。また、上記の介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物をランダムに２０個以上抽出し、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）及びＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）により組成を定量した。そして、酸化物及び硫化物に換算して、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物中のＭｇＯ濃度を測定し、ＭｇＯ濃度が５質量％超過の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の割合を測定した。
【００５４】
また、転動疲労寿命の試験は、上記製品丸棒を輪切りにして円盤に粗加工し、通常の焼入れ及び低温焼戻しの熱処理を施した後に、表面を機械仕上げ加工して試験片を製作した。この試験片を用いて転動疲労寿命試験を行った。この転動疲労寿命試験には森式スラスト型転動疲労試験機を用い、ヘルツ最大接触応力：５２６０ＭＰａ、繰り返し応力数：３０Ｈｚ、潤滑油：♯６８タービン油の条件で行った。試験は、試験片が剥離するまでの負荷回数を測定し、その試験結果がワイブル分布に従うものとして、試験片数の１０％が疲労破壊する寿命（Ｂ１０寿命）をワイブル確率紙により求めた。
【００５５】
表１及び表２に、本実施例及び比較例の高炭素クロム含有軸受鋼の鋼材成分、高炭素クロム含有軸受鋼に含まれる酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数、高炭素クロム含有軸受鋼に含まれる介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物のうち酸化マグネシウム濃度が５質量％超過であるものの割合、並びにＢ１０寿命を示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
本実施例の高炭素クロム軸受鋼は、介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下で、且つ、介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の全体の９０％以上が、酸化マグネシウム濃度が５質量％以下であり、上記条件を満たしていない比較例に比べてＢ１０寿命が優れている。また、実施例１〜１２及び１４は、アルミニウム濃度がより好適な範囲内であるため、アルミニウム濃度が若干低い実施例１３に比べてＢ１０寿命がより優れている。
【００５９】
また、表３〜６に、本実施例と比較例の高炭素クロム軸受鋼の製造方法の比較、及びＢ１０寿命を示す。本実施例の製造方法により高炭素クロム軸受鋼を製造することにより、比較例の製造方法により製造された高炭素クロム軸受に比べてＢ１０寿命が優れている。
なお、表１〜３，５において「Ｔ．Ｏ」とは、鋼中の全酸素濃度を示している。また、表１，２，４，６において「酸化物及び硫化物含有酸化物」とは、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物を示している。さらに、表４及び６のＢ１０寿命の欄においては、◎印はＢ１０寿命が６．０×１０７以上であること、○印はＢ１０寿命が５．０×１０７以上６．０×１０７未満であること、△印はＢ１０寿命が３．０×１０７以上５．０×１０７未満であること、×印はＢ１０寿命が３．０×１０７未満であることを示している。
【００６０】
【表３】
【００６１】
【表４】
【００６２】
【表５】
【００６３】
【表６】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受材料及び軸受材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受などに用いられる軸受材料には、転動疲労寿命の向上が求められている。軸受の転動疲労寿命は、材料中に存在する硬質の酸化物系非金属介在物に影響されることが広く知られている。そこで、従来、主として材料中の酸素量を低減することによって、酸化物系非金属介在物量の低減を図り、もって転動疲労寿命の向上を図る努力がなされてきた。その結果、精錬技術の進歩とも相まって、現在では材料中の酸素量を質量比にして１０ｐｐｍ以下にまで低減することができるようになってきた。しかし、こうした低酸素化による転動疲労寿命の向上方法はすでに限界に達しているのが実情である。
【０００３】
こうした実情に鑑み最近では、転動疲労寿命のより一層の向上を目指す提案がなされている。例えば、特許文献１には、単位面積あるいは単位体積中の酸化物系非金属介在物の個数により、また、特許文献２には、極値統計によって推定される酸化物系非金属介在物の予測最大径により、それぞれ長寿命を実現する軸受材料が開示されている。しかし、１０ｐｐｍ以下という極低値まで酸素量を下げた超清浄鋼においては、酸化物系非金属介在物のサイズと個数の関係が必ずしも明瞭ではなかった。
【０００４】
さらに、特許文献３には、鋼中の硫化物系非金属介在物の厚さ及び個数、並びに、酸化物系非金属介在物の予測最大径に着目し、被検面積が３２０ｍｍ２である場合に厚さ１μｍ以上の硫化物系非金属介在物の個数を１２００個以下、且つ／又は、被検面積が３２０ｍｍ２である場合に酸化物系非金属介在物の予測最大径を１０μｍ以下に制御することにより、長寿命を実現する軸受用鋼が開示されている。しかし、酸化物系非金属介在物の予測最大径を規定しても、酸化物系非金属介在物の組成が異なり硬度が変わると、寿命への影響も異なってくる。特に、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物は硬質なため、介在物の周囲に応力集中が発生しやすく、ＭｇＯ濃度の高いＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物は疲労寿命に対して有害である。
【０００５】
また、特許文献４には、転炉から取鍋に出鋼されたＡｌギルド鋼に、除滓した後にフラックスを添加し、スラグ中のＭｇＯ濃度を３．５質量％以下にすることにより、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物の低減を行う方法が開示されている。しかし、軸受鋼などのようにＬＦ（Ｌａｄｌｅ Ｆｕｒｎａｃｅ）等のアーク加熱処理によるスラグ精錬を行う場合には、Ａｌ脱酸をしてしまうとスラグ中のＭｇＯ濃度を３．５質量％以下に下げただけでは必ずしもＭｇＯのＡｌ２Ｏ３系介在物の発生を防止できるとは限らなかった。
【０００６】
一方、Ａｌ２Ｏ３及びＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物を低減するために、特許文献５には、高塩基度スラグを精錬段階で使用し、Ａｌを使用せずに真空脱ガス法にて酸素を０．０００６質量％以下とする方法が開示されている。しかし、この方法では、酸素濃度は低減できても、粗大なＣａＯＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３系介在物が存在する恐れがあった。
また、特許文献６では、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３系介在物の比率の低減を目的に、Ａｌ濃度を０．００５質量％以下とし、取鍋精錬におけるスラグの塩基度を０．８以上３．０未満にすることにより、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物の比率を低減する方法が開示されている。しかし、この方法では、存在比率の高いＣａＯＡｌ２Ｏ３ＳｉＯ２系酸化物は、Ａｌ２Ｏ３系やＣａＯＡｌ２Ｏ３系に比べ粗大になりやすく、また、イオウ濃度が０．００３質量％以上である場合には、ＣａＯＡｌ２Ｏ３ＳｉＯ２系介在物の周囲に硫化物を生成し易くなり、さらに介在物径は粗大になる傾向があった。
【０００７】
さらに、Ａｌ２Ｏ３系及びＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物を低減するために、特許文献７、特許文献８等では、真空脱ガス処理前に窒素濃度を高め、真空脱ガス処理の際に生じる窒素気泡の上昇に伴って気泡にトラップされた介在物の浮上を促進する技術が提案されている。しかし、本技術においても、介在物が全て除去されるわけではなく、硬質なＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物が残存した場合に、疲労寿命が低下する問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−１２６８４９号公報
【特許文献２】特開平５−２５５８７号公報
【特許文献３】特開平９−２９１３４０号公報
【特許文献４】特許第３１７５４２２号公報
【特許文献５】特公平４−５７４２号公報
【特許文献６】特開２００６−２０００２７号公報
【特許文献７】特開２００４−１６９１４７号公報
【特許文献８】特開２００６−２８３０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のような従来の技術は、酸化物の個数又は最大径を極低値まで低減することを基幹技術として実現されうるものである。しかしながら、さらなる長寿命化の向上が望まれるなか、酸化物の減少、最大径の減少はもちろんのこと、硬質なＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物の減少が重要になってきており、その制御が必要となっている。
本発明は、転動疲労寿命の長い軸受材料を提供すると共に、該軸受材料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するため、本発明の一態様に係る軸受材料は、濃度０．８０質量％以上１．２０質量％以下の炭素、濃度０．１５質量％以上０．７０質量％以下のケイ素、濃度０．８０質量％以下のマンガン、濃度０．５０質量％以上２．００質量％以下のクロム、濃度０．０２０質量％以下のリン、濃度０．００２０質量％以下のイオウ、濃度０．００５質量％以上０．０２５質量％以下のアルミニウム、濃度０．０００７質量％以下の酸素、及び濃度０．００４０質量％以下の窒素を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であるとともに、被検面積が３０００ｍｍ２である場合に、（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、前記介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下で、且つ、前記介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の全体の９０％以上が、酸化マグネシウム濃度が５質量％以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、上記軸受材料は、濃度０．１０質量％以下のモリブデン、濃度０．５質量％以下のニッケル、濃度０．５質量％以下の銅、濃度０．２０質量％以下のバナジウム、及び濃度０．２０質量％以下のニオブのうち少なくとも１つをさらに含有することが好ましい。
さらに、以上の課題を解決するため、本発明の一態様に係る軸受材料を製造する方法は、上記の軸受材料を製造する方法であって、高炉で得られた溶銑に対して、酸化カルシウム含有フラックスを用いる脱硫処理と、酸化カルシウム含有フラックス及び酸化鉄を用いる脱リン処理又は酸素ガスを用いる脱リン処理と、を施して、溶銑のイオウ濃度を０．００２０質量％以下、リン濃度を０．０２０質量％以下とする溶銑予備処理工程と、前記溶銑予備処理工程で得られた溶銑に、転炉にて酸素ガスを吹錬して脱炭処理を施し、得られる溶鋼の炭素濃度を０．５０質量％以上１．２０質量％以下とするとともに、前記吹錬中に前記溶銑に窒素ガスを吹き込んで、前記溶鋼中の窒素濃度を１００ｐｐｍ以上とする一次精錬工程と、前記転炉からの出鋼時に、前記溶鋼に所定の合金を添加して前記溶鋼上のスラグを除滓する出鋼工程と、前記出鋼工程でスラグを除滓された溶鋼に対して、底吹き撹拌ガス及び／又は上吹きランスによる吹き込みガスを吹き込むことによるガス撹拌とアーク加熱とを用いる加熱撹拌処理を行う加熱撹拌処理工程と、前記加熱撹拌処理を施した溶鋼を脱ガスする真空脱ガス処理工程と、を備えるとともに、下記の５つの条件を満足することを特徴とする。
【００１２】
条件Ａ：前記出鋼工程でスラグを除滓された溶鋼に対して、酸化アルミニウム，二酸化ケイ素，フッ化カルシウム，酸化ジルコニウムのうち少なくとも１つと酸化カルシウムとを含有するフラックスを添加して、前記加熱撹拌処理中及び前記加熱撹拌処理後のスラグの組成を、３．０≦［酸化カルシウムの濃度］／［二酸化ケイ素の濃度］≦５．０、１．０≦［酸化カルシウムの濃度］／［酸化アルミニウムの濃度］≦２．０、［酸化マグネシウムの濃度］≦３．０質量％、［酸化第一鉄の濃度］＋［酸化第一マンガンの濃度］≦１．５質量％とする。
【００１３】
条件Ｂ：前記加熱撹拌処理中の溶鋼のケイ素濃度を０．１５質量％以上とする。
条件Ｃ：前記加熱撹拌処理中に、溶鋼にアルミニウムを添加しないか、又は、添加する場合は溶鋼のアルミニウム濃度を０．００３質量％以下とする。
条件Ｄ：前記加熱撹拌処理後の溶鋼のイオウ濃度を２０ｐｐｍ以下、酸素濃度を３０ｐｐｍ以下とする。
条件Ｅ：前記底吹き撹拌ガスと前記吹き込みガスとを合わせた全ガスの全部又は一部を窒素ガスとし、前記溶鋼１ｔｏｎ当たり窒素ガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で２０分間以上吹き込んで、前記加熱撹拌処理工程後で且つ前記真空脱ガス処理工程前の溶鋼の窒素濃度を１５０ｐｐｍ以上とする。
【００１４】
また、上記軸受材料を製造する方法においては、前記転炉からの出鋼時及び／又は前記加熱撹拌処理時に、前記溶鋼に窒化マンガン及び窒化クロムの少なくとも一方を添加することにより、前記加熱撹拌処理工程後で且つ前記真空脱ガス処理工程前の溶鋼の窒素濃度を１５０ｐｐｍ以上とすることが好ましい。
さらに、上記軸受材料を製造する方法においては、前記真空脱ガス処理工程ではＲＨ真空脱ガス装置を用いて脱ガスを行い、脱ガス開始後５分間以内にアルミニウムを添加して、溶鋼のアルミニウム濃度を０．００５質量％以上とした後に、前記ＲＨ真空脱ガス装置の浸漬管からの吹き込みガスをアルゴンガスとし、溶鋼１ｔｏｎ当たりアルゴンガスを５Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で２０分間以上吹き込んで脱ガス撹拌処理を行い、該脱ガス撹拌処理後の溶鋼の窒素濃度を４０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
【００１５】
さらに、上記軸受材料を製造する方法においては、前記ＲＨ真空脱ガス装置の浸漬管からの吹き込みガスの全部又は一部をアルゴンガスに代えて窒素ガスとし、溶鋼１ｔｏｎ当たり窒素ガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で前記脱ガス撹拌処理開始から５分間以上吹き込んで前記脱ガス撹拌処理を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の軸受材料は、被検面積が３０００ｍｍ２である場合に、（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、前記介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下で、且つ、前記介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の全体の９０％以上が、酸化マグネシウム濃度が５質量％以下であるため、転動疲労寿命が優れている。
【００１７】
また、本発明の軸受材料を製造する方法は、上述した構成を採用することによって、被検面積が３０００ｍｍ２である場合に、（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、前記介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下で、且つ、前記介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の全体の９０％以上が、酸化マグネシウム濃度が５質量％以下である、転動疲労寿命の優れた軸受材料を製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の軸受材料及びその製造方法の一実施形態について、以下に詳細に説明する。本実施形態の軸受材料は、下記の成分組成を有する。
［炭素濃度について］
炭素（Ｃ）は、基地に固溶してマルテンサイトの強化に有効に作用する元素であり、焼入れ焼もどし後の強度確保と、それによる転動疲労寿命の向上のために必要な元素である。その含有量が０．８０質量％未満では上記の効果が得られず、一方、１．２０質量％超過では鋳造時に巨大炭化物が生成し、加工性ならびに転動疲労寿命が低下するので、０．８０質量％以上１．２０質量％以下の範囲に限定した。
【００１９】
［ケイ素濃度について］
ケイ素（Ｓｉ）は、鋼中に固溶して焼もどし軟化抵抗の増大により焼入れ、焼もどし後の強度を高めて転動疲労寿命を向上させる元素として有効である。こうした目的の下に添加されるＳｉの含有量は０．１５質量％以上０．７０質量％以下の範囲とする。その含有量が０．１５質量％未満では、上記の効果が得られず、一方０．７０質量％超過では過剰であり、脱スケール性が悪化するためである。
【００２０】
［マンガン濃度について］
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の焼入れ性を向上させることにより基地マルテンサイトの靭性、硬度を向上させ、転動疲労寿命を向上させる元素として有効である。こうした目的のためには０．８０質量％以下の添加であれば十分である。
［クロム濃度について］
クロム（Ｃｒ）は、焼入れ性の向上と安定した炭化物の形成を通じて、強度の向上ならびに耐摩耗性を向上させ、ひいては転動疲労寿命を向上させる成分である。こうした効果を得るためには、０．５０質量％以上２．００質量％以下の添加が必要である。その含有量が０．５０質量％未満では上記の効果が得られず、一方２．００質量％超過では、その添加効果は向上せず、鋼材硬さを低下させ転動疲労寿命に悪影響を与える。
【００２１】
［リン濃度について］
リン（Ｐ）は、鋼の靱性ならびに転動疲労寿命を低下させることから可能な限り低いことが望ましく、その許容上限は０．０２０質量％としなければならない。望ましくは０．０１５質量％以下である。
【００２２】
［イオウ濃度について］
イオウ（Ｓ）は、凝固時、熱処理時にＭｎと結合してＭｎＳを形成し、また、ＣａＯＡｌ２Ｏ３系介在物のＣａＯと反応しＣａＳを形成する。特に、ＣａＯＡｌ２Ｏ３系介在物の周囲にはＭｎＳやＣａＳを形成しやすく、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の径が増大する。また、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の周囲のＭｎＳは主にビレット圧延時の冷却過程において酸化物を核として生成するが、その際に酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の周囲のＭｎ欠乏層が生成するため、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の周囲は脆弱になる。その結果、鋼球の圧砕時において強度が低下する。したがって、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の周囲へのＭｎＳの析出は極力抑制することが重要である。Ｓ濃度が高いと疲労寿命や圧砕強度が低下することから、０．００２０質量％を上限とする。望ましくは０．００１０質量％以下である。
【００２３】
［酸素濃度について］
酸素（Ｏ）は、硬質の酸化物系非金属介在物を生成して、転動疲労寿命を低下させることから、低いほど望ましいが、その含有量は０．０００７質量％までは許容される。よって、その上限の含有量を０．０００７質量％とする。
［窒素濃度について］
窒素（Ｎ）は、硬質なＴｉＮ、ＡｌＮを形成して転動疲労寿命を低下させることから低いことが望ましいが、その含有量は０．００４０質量％までは許容される。よって、その上限の含有量を０．００４０質量％とする。
【００２４】
［Ａｌ濃度について］
アルミニウム（Ａｌ）は、脱酸元素であり、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物を低減するためには重要な元素である。こうした目的を達成するためには、Ａｌの含有量は０．００５質量％以上とする必要があり、０．０１０質量％以上とすることが好ましい。Ａｌの含有量を０．０１０質量％以上とすることで、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物をより低減することができる。ただし、０．０１５質量％を超えて添加しても酸素濃度は大きく低減せず、むしろ、ＡｌＮの生成が転動疲労寿命を低下させることから、その上限の含有量は０．０２５質量％とする。
【００２５】
［モリブデン濃度について］
モリブデン（Ｍｏ）は、必要に応じて添加する。ただし、高価な元素であるため、焼入れ性のより一層の向上が必要な場合にのみ添加する。こうした目的の下に添加されるＭｏの含有量は、０．１０質量％以下の範囲での添加で十分である。
［ニッケル濃度について］
ニッケル（Ｎｉ）は、焼入れ性を向上させるのに有効な元素であり、母材の靭性を向上させる。こうした目的のもとに添加されるＮｉの上限の含有量は０．５質量％とする。０．５質量％超過ではその効果は飽和し、また、高価な元素であるからである。
【００２６】
［銅濃度について］
銅（Ｃｕ）は、焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。こうした目的のもとに添加されるＣｕの上限の量は０．５質量％とする。０．５質量％超過では鋼材の表面に割れが発生するおそれがあるので、上限は０．５質量％とすることが好ましい。より好ましくは０．２質量％以下、さらに好ましくは０．１質量％以下である。
【００２７】
［バナジウム濃度について］
バナジウム（Ｖ）は、鋼中でＣ、Ｎと結合し析出強化元素として作用する。また、焼もどし軟化抵抗性を向上させる元素でもあり、これらの効果により疲労強度を向上させる。しかしながら、０．２０質量％を超えて含有させてもその効果は飽和し、また、高価な元素でもあるため、添加量の上限は０．２０質量％とする。
【００２８】
［ニオブ濃度について］
ニオブ（Ｎｂ）は、焼入れ性の向上効果があるだけでなく、鋼中でＣ、Ｎと結合し析出強化元素として作用する。また、焼もどし軟化抵抗性を向上させる元素でもあり、これらの効果によって疲労強度を向上させる。しかしながら、０．２０質量％を超えて含有させてもその効果は飽和し、また、高価な元素でもあるため、０．２０質量％を上限とする。
【００２９】
次に、この軸受材料の転動疲労寿命や圧砕強度のより一層の向上のためには、さらに鋼中に不可避に生成する酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の存在形態及び組成について、以下の条件を採用することが有効であることがわかった。
即ち、鋼中の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の形態に関しては、熱間圧延後の製品丸棒の圧延方向縦断面を顕微鏡観察したとき、以下のような介在物形態、組成を有することが転動疲労寿命、圧砕強度の向上に有効である。
【００３０】
まず、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の最大径については、直径６０ｍｍの丸棒の１／４厚部で圧延方向に平行な断面から検鏡サンプルを作製し、被検面積を３０００ｍｍ２とした場合に、（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、前記介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下である必要がある。それ以上の個数が存在すると疲労寿命は低下する（後述する表１を参照）。
【００３１】
加えて、上記の介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の全体の９０％以上（無作為に２０個以上の介在物を測定する）が、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）濃度が５質量％以下である必要がある。ＭｇＯ濃度が５質量％超過では、硬質なスピネル系介在物となり、１０質量％超過となると疲労寿命が低下するからである（後述する表１を参照）。
【００３２】
なお、転動疲労寿命の試験方法は、以下の通りである。直径６０ｍｍの製品丸棒を輪切りにし、それに通常の焼入れ及び低温焼戻しの熱処理を施した後に、表面を機械加工して円盤状試験片とする。そして、この円盤状試験片をスラスト型転動疲労試験機に装着して、剥離が発生するまでの負荷回数を測定し、試験片数の１０％が疲労破壊し、剥離する寿命をワイブル確率紙により求めた。
【００３３】
以上説明したように、鋼組成と、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の形態、個数、並びに組成とを制御すると、優れた転動疲労寿命を有する軸受材料を得ることができる。特に、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物の生成抑止と、酸化物系非金属介在物の周囲への硫化物の生成抑止が重要である。このような軸受材料は、玉軸受等の転がり軸受の材料として好適であり、本実施形態の軸受材料を用いれば、優れた転動疲労寿命を有する転がり軸受を製造することができる。
【００３４】
次に、上記軸受材料の製造方法について以下に示す。
上記軸受材料の製造方法は、高炉で得られた溶銑に対して、酸化カルシウム含有フラックスを用いる脱硫処理と、酸化カルシウム含有フラックス及び酸化鉄を用いる脱リン処理又は酸素ガスを用いる脱リン処理を行う溶銑予備処理工程と、溶銑予備処理工程で得られた溶銑に転炉にて酸素ガスを吹錬して脱炭処理を行うとともに吹錬中に窒素ガスを吹き込む一次精錬工程と、転炉から出鋼する際に脱炭処理した溶鋼に成分調整のために所定の合金（例えばＣ，Ｓｉ合金，Ｍｎ合金，Ｃｒ合金）を添加した後、転炉から流出したスラグを除滓し、所望の酸化カルシウム（ＣａＯ）含有フラックスを添加する出鋼工程と、その後、溶鋼に対して、底吹き撹拌ガス及び／又は上吹きランスによる吹き込みガスを吹き込むことによるガス撹拌とアーク加熱とを用いる精錬装置にて、加熱撹拌処理を行う加熱撹拌処理工程と、加熱撹拌処理工程後にＲＨ真空脱ガス装置にて撹拌処理を行い、加熱撹拌処理を施した溶鋼を脱ガスする真空脱ガス処理工程と、を備える。これらの工程によって、鋼の清浄化（脱酸、脱硫）及び最終成分調整が行われた溶鋼を連続鋳造して鋳片とした後に、熱間圧延にて製品丸棒とする。なお、上記の加熱撹拌処理工程と真空脱ガス処理工程により二次精錬工程が構成される。
【００３５】
加熱撹拌処理中にＡｌ脱酸した溶鋼とスラグとの反応において、スラグ中の［ＣａＯの濃度］／［二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の濃度］が高く、且つ、ＭｇＯ濃度が高い場合には、スラグ中のＭｇＯが溶鋼中のＡｌと反応して溶鋼中にＭｇが還元され、そのＭｇがＡｌ脱酸時に溶鋼中に生成したＡｌ２Ｏ３と反応してＭｇＯＡｌ２Ｏ３となり、ＭｇＯ濃度が５質量％以上の硬質で有害なＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物が生成し、製品においても残存する。また、生成したＭｇＯＡｌ２Ｏ３は、加熱精錬中に巻き込まれたＣａＯ含有スラグと凝集しＣａＯＡｌ２Ｏ３ＭｇＯ介在物となるが、このＣａＯＡｌ２Ｏ３ＭｇＯ介在物は熱間圧延時に伸延する。一方、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３は変形せずそのまま残存し、硬質な介在物として残存する。
したがって、ＭｇＯ濃度が５質量％以上の硬質なＭｇＯＡｌ２Ｏ３介在物の生成を抑制するには、加熱撹拌処理中において、スラグ中のＭｇＯと溶鋼中のＡｌとの反応を抑制し、溶鋼中のＭｇ濃度を増加させないことが重要である。
【００３６】
上記知見を基に、スラグ中のＭｇＯと溶鋼中のＡｌとの反応を抑制し、且つ、軸受材料中のＳ濃度を０．００２０質量％以下、酸素濃度を０．０００７質量％以下とすることにより、製品丸棒中の（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、前記介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下となる軸受材料を製造することができる。
【００３７】
まず、スラグ中のＭｇＯと溶鋼中のＡｌとの反応を抑制する方法としては、加熱撹拌処理中においては、溶鋼をＡｌで脱酸しない、若しくは、Ａｌで脱酸しても溶鋼のアルミニウム濃度を０．００３質量％以下とするか、又は、スラグ中のＭｇＯ濃度を３質量％以下にしておくことが重要である。Ａｌ濃度が０．００３質量％超過となると、スラグ中のＭｇＯ濃度が３質量％超過となる場合には、ＭｇＯがＡｌで還元される。また、スラグ中の［ＣａＯの濃度］／［ＳｉＯ２の濃度］が５．０超過、又は、［ＣａＯの濃度］／［酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の濃度］が２．０超過の場合に、ＭｇＯはＡｌで還元されやすくなり、Ａｌ濃度が０．００３質量％超過となるとＭｇＯがＡｌで還元される。
【００３８】
しかし、上述のように、Ａｌで脱酸しない、又は、Ａｌで脱酸しても溶鋼のアルミニウム濃度を０．００３質量％以下とした場合には、脱酸が弱く、溶存酸素濃度が高くなり、その後の鋳造までに行われるＡｌ添加によるＡｌ脱酸時においてＡｌ２Ｏ３が生成し、製品において介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が増加する問題がある。また、溶存酸素濃度が高くなると、スラグ中のＣａＯによる溶鋼の脱硫能力が低下するため、軸受材料中のＳ濃度が０．００２０質量％以下の低イオウ鋼が得られない問題がある。
【００３９】
本発明においては、上記問題に鑑み、加熱撹拌処理中において溶存酸素濃度を低下させるために、加熱撹拌処理中の溶鋼のケイ素濃度を０．１５質量％以上、且つ、加熱撹拌処理中及び加熱撹拌処理後の溶鋼のスラグの組成を、３．０≦［ＣａＯの濃度］／［ＳｉＯ２の濃度］、［酸化第一鉄（ＦｅＯ）の濃度］＋［酸化第一マンガン（ＭｎＯ）の濃度］≦１．５質量％とする必要があり、加熱撹拌処理後の溶鋼の全酸素濃度を３０ｐｐｍ以下にする必要がある。なお、スラグの組成を、３．０≦［ＣａＯの濃度］／［ＳｉＯの濃度］、［ＦｅＯの濃度］＋［ＭｎＯの濃度］≦１．５質量％とすることにより、その後の鋳造までのＡｌ脱酸後において、スラグ中のＳｉＯ２、ＦｅＯ及びＭｎＯによるＡｌの再酸化も防止することができる。その結果、介在物平均径が３μｍ以上の介在物の製品中の個数を低下させることが可能となる。また、スラグ中のＣａＯによる溶鋼の脱硫能を確保し、軸受材料中のＳ濃度が０．００２０質量％以下の低イオウ鋼を得るためには、加熱撹拌処理中及び加熱撹拌処理後の溶鋼のスラグの組成を、３．０≦［ＣａＯの濃度］／［ＳｉＯ２の濃度］、且つ、［ＣａＯの濃度］／［酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の濃度］≧１．０になるようＣａＯの濃度を高め、加熱撹拌処理後のＳ濃度を２０ｐｐｍ以下にする必要がある。
【００４０】
なお、上記加熱撹拌処理中のスラグ組成に抑制するために、出鋼工程において、溶鋼上のスラグを除滓した後、ＣａＯに加えて、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、ＺｒＯ２の１種以上を含有したフラックスを添加する。
また、加熱撹拌処理において、目標のスラグ組成にするためには、加熱撹拌処理前の出鋼工程における除滓に加えて、転炉における脱炭処理において高炭素濃度で吹錬を終了することが有効である。高炭素濃度で終了することにより、転炉で発生するスラグ中のＦｅＯは低下し、スラグの流動性が低下するために、出鋼時に取鍋に流出するスラグ量及びＦｅＯ量が低下するという効果がある。また、溶鋼中の溶存酸素濃度が低くなることにより、出鋼中に添加される合金（Ｓｉ、Ｍｎ等）の歩留まりが向上し、鍋内でのＳｉＯ２やＭｎＯの生成量が低減するという効果がある。上記効果を発揮するためには、転炉での脱炭処理を炭素濃度０．５０質量％以上で終了する必要がある。なお、炭素濃度１．２０質量％以上にすると、その後の二次精錬において脱炭処理が困難であることから、製品成分範囲を超える。
【００４１】
また、上述したように、加熱撹拌処理工程においてＡｌ濃度が低いため、通常のＡｌ脱酸に比べ加熱撹拌処理中の脱硫能力は低くなる。そのため、加熱処理後のＳ濃度を確実に２０ｐｐｍ以下にするには、転炉における脱炭処理前の溶銑予備処理工程においてＳ濃度を０．００２０質量％以下にすることが有効である。Ｓ濃度を０．００２０質量％以下にするには、機械撹拌式溶銑脱硫装置により石灰含有フラックスを用いて、回転速度１００ｒｐｍ以上で強撹拌して脱硫することが有効である。
【００４２】
また、転炉での脱炭処理を高炭素濃度で終了するため、転炉での一次精錬工程での脱リン能力は、脱炭処理を低炭素濃度で終了した場合と比べて低下する。製品でのリン濃度を０．００２０質量以下にするには、脱炭処理前の溶銑予備処理工程においてリン濃度を０．００２０質量以下とすることが有効である。軸受材料のリン濃度を０．００２０質量以下とするためには、ＣａＯ含有フラックスと酸化鉄、若しくは、酸素ガスを用いて、溶銑輸送、保持装置や転炉などにおいて脱リンすることが有効である。
【００４３】
加熱撹拌処理工程において、Ａｌ濃度を０．００３質量％以下にすることが、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３系介在物の生成防止に有効である。そのため、続いて行われる真空脱ガス処理工程において、製品成分の制御を行うとともに、溶鋼の脱酸を目的にＡｌを添加しＡｌ脱酸を行う必要があり、Ａｌ脱酸時に生成したＡｌ２Ｏ３を除去し、介在物平均径が３μｍ以上及び１０μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の製品における個数を減少させる必要がある。
【００４４】
本実施形態においては、ＲＨ真空脱ガス装置を用いた真空脱ガス処理工程において、Ａｌ脱酸時に生成したＡｌ２Ｏ３を早急に減少させるため、また、製品における酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の個数を減少させるために、真空脱ガス処理工程前の溶鋼中のＮ濃度を１５０ｐｐｍ以上、望ましくは２００ｐｐｍ以上とすることが重要である。これにより、真空脱ガス処理中に溶鋼中から生成する微細な窒素気泡にＡｌ２Ｏ３が捕捉され、凝集、浮上分離が促進される。
【００４５】
上記のように、真空脱ガス処理工程前の溶鋼中のＮ濃度を１５０ｐｐｍ以上、望ましくは２００ｐｐｍ以上とする方法として、一次精錬工程での脱炭処理において、底吹きガスの全部又は一部を窒素ガスとして溶銑に吹き込み、脱炭処理終了時の窒素濃度を１００ｐｐｍ以上、望ましくは１５０ｐｐｍ以上、さらに望ましくは２００ｐｐｍ以上にすることが有効である。なお、転炉での底吹きガスの窒素ガス流量は、溶銑１ｔｏｎ当たり５０Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上であることが望ましい。
【００４６】
また、溶鋼中の窒素濃度が１５０ｐｐｍ未満（望ましくは２００ｐｐｍ未満）である場合には、上記一次精錬工程での加窒処理に加えて、引き続き行われる加熱撹拌処理工程において底吹き撹拌ガスと上吹きランスによる吹き込みガスとを合わせた全ガスの全部又は一部を窒素ガスとして溶鋼に吹き込み、真空脱ガス処理工程前の溶鋼中の窒素濃度を１５０ｐｐｍ以上、望ましくは２００ｐｐｍ以上に増加させることも有効である。その場合には、溶鋼１ｔｏｎ当たり窒素ガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上で２０分以上吹き込むことが望ましい。加熱撹拌処理時のＡｌ濃度を０．００３質量％以下にしているため、溶鋼１ｔｏｎ当たり窒素ガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上吹き込むことにより強い撹拌を行っても、スラグ中のＭｇＯはＡｌで還元されにくい。そのため、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３を生成させることなく、加熱撹拌処理工程において加窒することが可能となる。
【００４７】
さらに、本実施形態においては、真空脱ガス処理工程前の溶鋼中の窒素濃度を１５０ｐｐｍ以上、望ましくは２００ｐｐｍ以上とするために、上記窒素ガスによる加窒に加えて、又は、上記窒素ガスによる加窒なしに、転炉からの出鋼時及び／又は加熱撹拌処理時に、溶鋼に窒化マンガン及び窒化クロムの少なくとも一方を添加することにより、加熱撹拌処理工程後で且つ前記真空脱ガス処理工程前の溶鋼の窒素濃度を増加させ、１５０ｐｐｍ以上とすることができる。これにより、窒素ガスによる加窒に比べて、合金添加量に応じて短時間で窒素濃度を増加させることができる。
【００４８】
また、本実施形態においては加熱撹拌処理を２０分以上行うことが望ましく、これにより、加熱撹拌処理後の溶鋼の全酸素濃度を３０ｐｐｍ以下にすることが可能となる。但し、加熱撹拌処理を６０分以上行っても酸素低減効果は頭打ちとなり、処理コストの増加を招く。
さらに、本実施形態においては、加熱撹拌処理工程後に引き続き行われる真空脱ガス処理工程において、Ａｌ脱酸時に生成したＡｌ２Ｏ３系介在物の個数を早急に減少させるために、真空脱ガス処理工程前の溶鋼中の窒素濃度を１５０ｐｐｍ以上、望ましくは２００ｐｐｍ以上とし、真空脱ガス処理中に溶鋼中から生成する微細な窒素気泡にＡｌ２Ｏ３を捕捉し、凝集、浮上分離を促進することが重要である。そのためには、溶鋼中の窒素濃度が高く、窒素気泡の生成量が多い真空脱ガス処理開始５分以内にＡｌを添加し、Ａｌ濃度を０．００５質量％以上としてＡｌ脱酸を行うことが重要である。
【００４９】
また、本実施形態においては、ＲＨ真空脱ガス装置の浸漬管からの吹き込みガスの全部又は一部を窒素ガスとし、溶鋼１ｔｏｎ当たり窒素ガスを５Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で脱ガス撹拌処理開始から５分間以上吹き込んで脱ガス撹拌処理を行うことにより、Ａｌ脱酸時に生成したＡｌ２Ｏ３のさらに早期における凝集、浮上分離を促進することが可能となる。
【００５０】
なお、製品中の窒素濃度を０．００４０質量％以下にするために、真空脱ガス処理工程前に高めた窒素濃度を脱窒により低下させることが重要であり、そのためには、ＲＨ真空脱ガス装置の浸漬管からの吹き込みガスをアルゴン（Ａｒ）ガスとし、溶鋼１ｔｏｎ当たりＡｒガスを５Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で２０分間以上吹き込んで脱ガス撹拌処理を行い、該脱ガス撹拌処理後の溶鋼の窒素濃度を０．００４０質量％以下とすることが重要である。
【実施例】
【００５１】
以下に、本実施形態の実施条件と得られた効果について具体的に示す。本実施形態の軸受材料の製造方法を用いて高炭素クロム含有軸受鋼を製造した。本実施例においては、高炉出銑工程、溶銑予備処理工程、転炉における一次精錬工程、加熱撹拌精錬処理（ＬＦ）工程、ＲＨ真空脱ガス処理工程、連続鋳造処理工程という順序で高炭素クロム含有軸受鋼を製造する。
【００５２】
表１，２に示す鋼組成（Ｆｅ以外の主要組成のみ示す）からなる軸受材料を上記の順序により溶製し、連続鋳造によりブルーム鋳片（３００×４００ｍｍ断面）を製造した。このブルーム鋳片に対して所定の加熱、均熱拡散処理を施した後に、直径２１５ｍｍのビレットに圧延した。このビレットをさらに熱間圧延により直径６０ｍｍの棒鋼とし、次に炭化物を球状化するために焼鈍し処理を行い、製品丸棒とした。なお、表１に記載された実施例に係る軸受材料は本実施形態の軸受材料の製造方法の条件を満たす製造方法で作製し、また、表２に記載された比較例に係る軸受材料は本実施形態の軸受材料の製造方法の条件を満たさない製造方法で作製した。
【００５３】
この製品丸棒の１／４厚部における圧延方向の縦断面を、検鏡法により観察した。被検面積は３０００ｍｍ２である。そして、（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上及び１０μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数を測定した。また、上記の介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物をランダムに２０個以上抽出し、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）及びＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）により組成を定量した。そして、酸化物及び硫化物に換算して、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物中のＭｇＯ濃度を測定し、ＭｇＯ濃度が５質量％超過の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の割合を測定した。
【００５４】
また、転動疲労寿命の試験は、上記製品丸棒を輪切りにして円盤に粗加工し、通常の焼入れ及び低温焼戻しの熱処理を施した後に、表面を機械仕上げ加工して試験片を製作した。この試験片を用いて転動疲労寿命試験を行った。この転動疲労寿命試験には森式スラスト型転動疲労試験機を用い、ヘルツ最大接触応力：５２６０ＭＰａ、繰り返し応力数：３０Ｈｚ、潤滑油：♯６８タービン油の条件で行った。試験は、試験片が剥離するまでの負荷回数を測定し、その試験結果がワイブル分布に従うものとして、試験片数の１０％が疲労破壊する寿命（Ｂ１０寿命）をワイブル確率紙により求めた。
【００５５】
表１及び表２に、本実施例及び比較例の高炭素クロム含有軸受鋼の鋼材成分、高炭素クロム含有軸受鋼に含まれる酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数、高炭素クロム含有軸受鋼に含まれる介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物のうち酸化マグネシウム濃度が５質量％超過であるものの割合、並びにＢ１０寿命を示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
本実施例の高炭素クロム軸受鋼は、介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下で、且つ、介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の全体の９０％以上が、酸化マグネシウム濃度が５質量％以下であり、上記条件を満たしていない比較例に比べてＢ１０寿命が優れている。また、実施例１〜１２及び１４は、アルミニウム濃度がより好適な範囲内であるため、アルミニウム濃度が若干低い実施例１３に比べてＢ１０寿命がより優れている。
【００５９】
また、表３〜６に、本実施例と比較例の高炭素クロム軸受鋼の製造方法の比較、及びＢ１０寿命を示す。本実施例の製造方法により高炭素クロム軸受鋼を製造することにより、比較例の製造方法により製造された高炭素クロム軸受に比べてＢ１０寿命が優れている。
なお、表１〜３，５において「Ｔ．Ｏ」とは、鋼中の全酸素濃度を示している。また、表１，２，４，６において「酸化物及び硫化物含有酸化物」とは、酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物を示している。さらに、表４及び６のＢ１０寿命の欄においては、◎印はＢ１０寿命が６．０×１０７以上であること、○印はＢ１０寿命が５．０×１０７以上６．０×１０７未満であること、△印はＢ１０寿命が３．０×１０７以上５．０×１０７未満であること、×印はＢ１０寿命が３．０×１０７未満であることを示している。
【００６０】
【表３】
【００６１】
【表４】
【００６２】
【表５】
【００６３】
【表６】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濃度０．８０質量％以上１．２０質量％以下の炭素、濃度０．１５質量％以上０．７０質量％以下のケイ素、濃度０．８０質量％以下のマンガン、濃度０．５０質量％以上２．００質量％以下のクロム、濃度０．０２０質量％以下のリン、濃度０．００２０質量％以下のイオウ、濃度０．００５質量％以上０．０２５質量％以下のアルミニウム、濃度０．０００７質量％以下の酸素、及び濃度０．００４０質量％以下の窒素を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であるとともに、被検面積が３０００ｍｍ２である場合に、（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、前記介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下で、且つ、前記介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の全体の９０％以上が、酸化マグネシウム濃度が５質量％以下であることを特徴とする軸受材料。
【請求項２】
濃度０．１０質量％以下のモリブデン、濃度０．５質量％以下のニッケル、濃度０．５質量％以下の銅、濃度０．２０質量％以下のバナジウム、及び濃度０．２０質量％以下のニオブのうち少なくとも１つをさらに含有することを特徴とする請求項１に記載の軸受材料。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の軸受材料を製造する方法であって、
高炉で得られた溶銑に対して、酸化カルシウム含有フラックスを用いる脱硫処理と、酸化カルシウム含有フラックス及び酸化鉄を用いる脱リン処理又は酸素ガスを用いる脱リン処理と、を施して、溶銑のイオウ濃度を０．００２０質量％以下、リン濃度を０．０２０質量％以下とする溶銑予備処理工程と、
前記溶銑予備処理工程で得られた溶銑に、転炉にて酸素ガスを吹錬して脱炭処理を施し、得られる溶鋼の炭素濃度を０．５０質量％以上１．２０質量％以下とするとともに、前記吹錬中に前記溶銑に窒素ガスを吹き込んで、前記溶鋼中の窒素濃度を１００ｐｐｍ以上とする一次精錬工程と、
前記転炉からの出鋼時に、前記溶鋼に所定の合金を添加して前記溶鋼上のスラグを除滓する出鋼工程と、
前記出鋼工程でスラグを除滓された溶鋼に対して、底吹き撹拌ガス及び／又は上吹きランスによる吹き込みガスを吹き込むことによるガス撹拌とアーク加熱とを用いる加熱撹拌処理を行う加熱撹拌処理工程と、
前記加熱撹拌処理を施した溶鋼を脱ガスする真空脱ガス処理工程と、を備えるとともに、下記の５つの条件を満足することを特徴とする軸受材料の製造方法。
条件Ａ：前記出鋼工程でスラグを除滓された溶鋼に対して、酸化アルミニウム，二酸化ケイ素，フッ化カルシウム，酸化ジルコニウムのうち少なくとも１つと酸化カルシウムとを含有するフラックスを添加して、前記加熱撹拌処理中及び前記加熱撹拌処理後のスラグの組成を、３．０≦［酸化カルシウムの濃度］／［二酸化ケイ素の濃度］≦５．０、１．０≦［酸化カルシウムの濃度］／［酸化アルミニウムの濃度］≦２．０、［酸化マグネシウムの濃度］≦３．０質量％、［酸化第一鉄の濃度］＋［酸化第一マンガンの濃度］≦１．５質量％とする。
条件Ｂ：前記加熱撹拌処理中の溶鋼のケイ素濃度を０．１５質量％以上とする。
条件Ｃ：前記加熱撹拌処理中に、溶鋼にアルミニウムを添加しないか、又は、添加する場合は溶鋼のアルミニウム濃度を０．００３質量％以下とする。
条件Ｄ：前記加熱撹拌処理後の溶鋼のイオウ濃度を２０ｐｐｍ以下、酸素濃度を３０ｐｐｍ以下とする。
条件Ｅ：前記底吹き撹拌ガスと前記吹き込みガスとを合わせた全ガスの全部又は一部を窒素ガスとし、前記溶鋼１ｔｏｎ当たり窒素ガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で２０分間以上吹き込んで、前記加熱撹拌処理工程後で且つ前記真空脱ガス処理工程前の溶鋼の窒素濃度を１５０ｐｐｍ以上とする。
【請求項４】
前記転炉からの出鋼時及び／又は前記加熱撹拌処理時に、前記溶鋼に窒化マンガン及び窒化クロムの少なくとも一方を添加することにより、前記加熱撹拌処理工程後で且つ前記真空脱ガス処理工程前の溶鋼の窒素濃度を１５０ｐｐｍ以上とすることを特徴とする請求項３に記載の軸受材料の製造方法。
【請求項５】
前記真空脱ガス処理工程ではＲＨ真空脱ガス装置を用いて脱ガスを行い、脱ガス開始後５分間以内にアルミニウムを添加して、溶鋼のアルミニウム濃度を０．００５質量％以上とした後に、前記ＲＨ真空脱ガス装置の浸漬管からの吹き込みガスをアルゴンガスとし、溶鋼１ｔｏｎ当たりアルゴンガスを５Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で２０分間以上吹き込んで脱ガス撹拌処理を行い、該脱ガス撹拌処理後の溶鋼の窒素濃度を４０ｐｐｍ以下とすることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の軸受材料の製造方法。
【請求項６】
前記ＲＨ真空脱ガス装置の浸漬管からの吹き込みガスの全部又は一部をアルゴンガスに代えて窒素ガスとし、溶鋼１ｔｏｎ当たり窒素ガスを５Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で前記脱ガス撹拌処理開始から５分間以上吹き込んで前記脱ガス撹拌処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の軸受材料の製造方法。
【請求項１】
濃度０．８０質量％以上１．２０質量％以下の炭素、濃度０．１５質量％以上０．７０質量％以下のケイ素、濃度０．８０質量％以下のマンガン、濃度０．５０質量％以上２．００質量％以下のクロム、濃度０．０２０質量％以下のリン、濃度０．００２０質量％以下のイオウ、濃度０．００５質量％以上０．０２５質量％以下のアルミニウム、濃度０．０００７質量％以下の酸素、及び濃度０．００４０質量％以下の窒素を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であるとともに、被検面積が３０００ｍｍ２である場合に、（長さ×幅）１／２で算出される介在物平均径が３μｍ以上である酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり１００個以下、前記介在物平均径が１０μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の合計の個数が、１０００ｍｍ２あたり２個以下で、且つ、前記介在物平均径が３μｍ以上の酸化物系非金属介在物及び硫化物含有酸化物系非金属介在物の全体の９０％以上が、酸化マグネシウム濃度が５質量％以下であることを特徴とする軸受材料。
【請求項２】
濃度０．１０質量％以下のモリブデン、濃度０．５質量％以下のニッケル、濃度０．５質量％以下の銅、濃度０．２０質量％以下のバナジウム、及び濃度０．２０質量％以下のニオブのうち少なくとも１つをさらに含有することを特徴とする請求項１に記載の軸受材料。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の軸受材料を製造する方法であって、
高炉で得られた溶銑に対して、酸化カルシウム含有フラックスを用いる脱硫処理と、酸化カルシウム含有フラックス及び酸化鉄を用いる脱リン処理又は酸素ガスを用いる脱リン処理と、を施して、溶銑のイオウ濃度を０．００２０質量％以下、リン濃度を０．０２０質量％以下とする溶銑予備処理工程と、
前記溶銑予備処理工程で得られた溶銑に、転炉にて酸素ガスを吹錬して脱炭処理を施し、得られる溶鋼の炭素濃度を０．５０質量％以上１．２０質量％以下とするとともに、前記吹錬中に前記溶銑に窒素ガスを吹き込んで、前記溶鋼中の窒素濃度を１００ｐｐｍ以上とする一次精錬工程と、
前記転炉からの出鋼時に、前記溶鋼に所定の合金を添加して前記溶鋼上のスラグを除滓する出鋼工程と、
前記出鋼工程でスラグを除滓された溶鋼に対して、底吹き撹拌ガス及び／又は上吹きランスによる吹き込みガスを吹き込むことによるガス撹拌とアーク加熱とを用いる加熱撹拌処理を行う加熱撹拌処理工程と、
前記加熱撹拌処理を施した溶鋼を脱ガスする真空脱ガス処理工程と、を備えるとともに、下記の５つの条件を満足することを特徴とする軸受材料の製造方法。
条件Ａ：前記出鋼工程でスラグを除滓された溶鋼に対して、酸化アルミニウム，二酸化ケイ素，フッ化カルシウム，酸化ジルコニウムのうち少なくとも１つと酸化カルシウムとを含有するフラックスを添加して、前記加熱撹拌処理中及び前記加熱撹拌処理後のスラグの組成を、３．０≦［酸化カルシウムの濃度］／［二酸化ケイ素の濃度］≦５．０、１．０≦［酸化カルシウムの濃度］／［酸化アルミニウムの濃度］≦２．０、［酸化マグネシウムの濃度］≦３．０質量％、［酸化第一鉄の濃度］＋［酸化第一マンガンの濃度］≦１．５質量％とする。
条件Ｂ：前記加熱撹拌処理中の溶鋼のケイ素濃度を０．１５質量％以上とする。
条件Ｃ：前記加熱撹拌処理中に、溶鋼にアルミニウムを添加しないか、又は、添加する場合は溶鋼のアルミニウム濃度を０．００３質量％以下とする。
条件Ｄ：前記加熱撹拌処理後の溶鋼のイオウ濃度を２０ｐｐｍ以下、酸素濃度を３０ｐｐｍ以下とする。
条件Ｅ：前記底吹き撹拌ガスと前記吹き込みガスとを合わせた全ガスの全部又は一部を窒素ガスとし、前記溶鋼１ｔｏｎ当たり窒素ガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で２０分間以上吹き込んで、前記加熱撹拌処理工程後で且つ前記真空脱ガス処理工程前の溶鋼の窒素濃度を１５０ｐｐｍ以上とする。
【請求項４】
前記転炉からの出鋼時及び／又は前記加熱撹拌処理時に、前記溶鋼に窒化マンガン及び窒化クロムの少なくとも一方を添加することにより、前記加熱撹拌処理工程後で且つ前記真空脱ガス処理工程前の溶鋼の窒素濃度を１５０ｐｐｍ以上とすることを特徴とする請求項３に記載の軸受材料の製造方法。
【請求項５】
前記真空脱ガス処理工程ではＲＨ真空脱ガス装置を用いて脱ガスを行い、脱ガス開始後５分間以内にアルミニウムを添加して、溶鋼のアルミニウム濃度を０．００５質量％以上とした後に、前記ＲＨ真空脱ガス装置の浸漬管からの吹き込みガスをアルゴンガスとし、溶鋼１ｔｏｎ当たりアルゴンガスを５Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で２０分間以上吹き込んで脱ガス撹拌処理を行い、該脱ガス撹拌処理後の溶鋼の窒素濃度を４０ｐｐｍ以下とすることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の軸受材料の製造方法。
【請求項６】
前記ＲＨ真空脱ガス装置の浸漬管からの吹き込みガスの全部又は一部をアルゴンガスに代えて窒素ガスとし、溶鋼１ｔｏｎ当たり窒素ガスを５Ｎｌ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上のガス流量で前記脱ガス撹拌処理開始から５分間以上吹き込んで前記脱ガス撹拌処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の軸受材料の製造方法。
【公開番号】特開２０１２−１３２０９４（Ｐ２０１２−１３２０９４Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１７９７０（Ｐ２０１１−２１７９７０）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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