連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受
【課題】高い耐食性を有するとともに十分な硬度、特に高温における十分な硬度を有することにより転動疲労寿命を向上させた連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受を提供する。
【解決手段】連続鋳造される鋳造物をガイドするための連続鋳造ロール１１をスタンド１３に対して軸支するために使用される自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０に用いられる外輪、内輪、ころ、円筒ころは、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成され、５５ＨＲＣ以上の硬度を有している。
【解決手段】連続鋳造される鋳造物をガイドするための連続鋳造ロール１１をスタンド１３に対して軸支するために使用される自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０に用いられる外輪、内輪、ころ、円筒ころは、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成され、５５ＨＲＣ以上の硬度を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受に関し、より特定的には、連続鋳造される鋳造物をガイドするための連続鋳造ロールをスタンドに対して軸支するために使用される連続鋳造ロール支持用転がり軸受に用いられる連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼などの金属の連続鋳造設備において、連続鋳造される鋳造物と接触して当該鋳造物をガイドするためのガイドロールやピンチロールなどの連続鋳造ロールを、当該連続鋳造ロールを支持するためのスタンドに対して軸支する連続鋳造ロール支持用転がり軸受は、高温環境下で使用されるだけでなく、連続鋳造ロール支持用転動部材としての軌道部材と、連続鋳造ロール支持用転動部材としての転動体との間の接触面圧の高い高接触面圧環境において使用される。また、連続鋳造ロール支持用転がり軸受は、鋳造物の表面に生成した酸化皮膜などの硬質の異物（スラッジ）が潤滑油に混入する異物混入環境において使用される。さらに、連続鋳造設備はその性質上、運転と停止とを繰返す間欠運転が実施される場合も多い。また、冷却水などが軸受内部に侵入する可能性もある。そのため、連続鋳造ロール支持用転がり軸受においては、転動体と軌道部材との間に十分な油膜が形成されないおそれがある。さらに、軸受内部に侵入した水に起因して、置き錆（運転の停止中に軸受内部に発生する接触錆）が発生するという問題点もある。
【０００３】
このような苛酷な環境下において使用されるため、連続鋳造ロール支持用転がり軸受の転動疲労寿命を向上させるためには、連続鋳造ロール支持用転がり軸受を構成する連続鋳造ロール支持用転動部材は、耐食性に優れているだけでなく、硬度、特に連続鋳造ロール支持用転がり軸受の使用環境である高温環境下における硬度が高いことが求められる。
【０００４】
これに対し、連続鋳造ロール支持用転がり軸受の転動疲労寿命を向上させる方策に関して多くの検討が行なわれている。そして、浸炭処理または浸炭窒化処理と材料組成の適切な選択とを組み合わせるもの（たとえば特許文献１参照）、中心偏析を抑制した素材を採用したもの（たとえば特許文献２参照）、密封手段の軸方向占有幅を縮小することで軸方向の寸法の大きい軸受を採用可能とするもの（たとえば特許文献３参照）など種々の対策が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−６２９４６号公報
【特許文献２】特開平７−１２７６４３号公報
【特許文献３】特開２０００−３４３１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
連続鋳造ロール支持用転がり軸受が使用される連続鋳造ラインにおいては、連続鋳造ロール支持用転がり軸受の交換等に起因したラインの運転停止時間を抑制し、生産効率を向上させることが望まれている。そのため、連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受に対しては、一層の長寿命化の要求がある。さらに、近年、連続鋳造設備のコンパクト化やメンテナンス頻度の低減が進められており、連続鋳造ロール支持用転がり軸受の使用環境の高温化や水浸入への対策は、今後ますます重要になると考えられる。そして、上述の特許文献１〜３に記載された転がり軸受の構成では、転動部材の硬度、特に高温での硬度と耐食性とが必ずしも十分なレベルで両立しないという問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、高い耐食性を有するとともに、十分な硬度、特に高温における十分な硬度を有することにより転動疲労寿命を向上させた連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従った連続鋳造ロール支持用転動部材は、連続鋳造される鋳造物をガイドするための連続鋳造ロールをスタンドに対して軸支するために使用される連続鋳造ロール支持用転がり軸受に用いられる連続鋳造ロール支持用転動部材である。そして、当該連続鋳造ロール支持用転動部材は、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されており、５５ＨＲＣ以上の硬度を有している。
【０００８】
本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材によれば、上記成分範囲の鋼からなることにより、高い耐食性、具体的には一般的な耐食軸受用鋼であるＳＵＳ４４０Ｃを超える耐食性を有するとともに、軸受を構成する転動部材として十分な硬度、具体的には５５ＨＲＣ以上が確保されている。
【０００９】
ここで、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼の成分範囲を上述の範囲に限定した理由の詳細について説明する。
【００１０】
炭素：０．００５質量％以上０．１質量％以下
炭素含有量が高くなると耐食性が低下するため、炭素量は少ないことが好ましい。特に、炭素量が０．１質量％を超えると、耐食性が明確に低下する。一方、炭素は、鋼の製造工程において鋼中に不可避に含有される。そのため、炭素量を０．００５質量％未満にまで低下させることは、鋼の製造コストを上昇させ、転動部材の製造コスト上昇を招来する。そのため、炭素量は、０．００５質量％以上０．１質量％以下である。
【００１１】
珪素：２．０質量％以上５．０質量％以下
珪素は、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼中において、微細な金属間化合物として鋼中に析出することにより、析出硬化による硬度向上、特に高温での硬度向上に寄与する重要な元素である。含有量が２．０質量％未満では、析出する金属間化合物の量が不十分であるため、上述の硬度向上の効果が十分発揮されない。一方、含有量が５．０質量％を超えると、鋼材から転動部材への加工の容易性が低下し、連続鋳造ロール支持用転動部材の製造コストが上昇する。そのため、珪素量は２．０質量％以上５．０質量％以下である。なお、特に高い硬度が要求される用途に連続鋳造ロール支持用転動部材が使用される場合、珪素量は３．５質量％以上であることが好ましい。
【００１２】
マンガン：０．５質量％以上２．０質量％以下
マンガンは鋼に含有されることによって、当該鋼からなる連続鋳造ロール支持用転動部材の転動疲労寿命を向上させる。マンガン量が０．５質量％未満では、転動疲労寿命向上の効果は小さい。一方、連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼のマンガン含有量が２．０質量％を超える場合、素材の硬度が上昇し、冷間加工性が低下するため、加工コストが上昇する。そのため、マンガン量は０．５質量％以上２．０質量％以下である。
【００１３】
クロム：８．０質量％以上１３．０質量％以下
クロムは、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材において耐食性の向上を担う重要な元素である。クロム含有量が８．０質量％未満では、緻密なクロム酸化物の皮膜が連続鋳造ロール支持用転動部材の表面に十分に形成されず、耐食性を十分に向上させることができない。一方、クロムは比較的高価な合金元素であるため、クロム含有量が１３．０質量％を超えると、素材のコストが一般的な連続鋳造ロール支持用転動部材の許容範囲を超えて上昇する。そのため、クロム含有量は、８．０質量％以上１３．０質量％以下である。なお、耐食性を一層向上させるためには、クロム含有量は１０．０質量％以上であることが好ましい。
【００１４】
ニッケル：４．０質量％以上１０．０質量％以下
ニッケルは、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼に含有されることにより、当該鋼の耐食性の向上に寄与する。含有量が４．０質量％未満では、耐食性向上の効果が小さい。一方、１０．０質量％を超えると、鋼材から転動部材への加工の容易性が低下し、連続鋳造ロール支持用転動部材の製造コストが上昇する。したがって、ニッケル含有量は、４．０質量％以上１０．０質量％以下である。
【００１５】
銅：１．０質量％以上５．０質量％以下
銅は、珪素と同様に、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼において、析出硬化による硬度向上、特に高温での硬度向上に寄与する重要な元素である。含有量が１．０質量％未満では、上述の硬度向上の効果が十分発揮されない。一方、含有量が５．０質量％を超えると、鋼材の熱間加工性が低下する。そのため、銅量は１．０質量％以上５．０質量％以下である。なお、特に高い硬度が要求される用途に連続鋳造ロール支持用転動部材が使用される場合、銅量は３．０質量％以上であることが好ましい。また、熱間加工性と硬度とのバランスの観点から、銅量は３．５質量％以上４．５質量％以下とすることが、より好ましい。
【００１６】
本発明に従った連続鋳造ロール支持用転がり軸受は、軌道部材と、軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体とを備えている。そして、軌道部材および転動体の少なくともいずれか一方は、上述の連続鋳造ロール支持用転動部材である。
【００１７】
本発明の連続鋳造ロール支持用転がり軸受によれば、高い耐食性および十分な硬度、特に高温での十分な硬度を有する上述の転動部材を備えているため、耐食性および転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転がり軸受を提供することができる。
【００１８】
上記本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法は、鋼材準備工程と、成形工程と、熱処理工程とを備えている。鋼材準備工程では、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される鋼材が準備される。成形工程では、鋼材が成形されることにより、連続鋳造ロール支持用転動部材の概略形状に成型された鋼製部材が作製される。熱処理工程では、当該鋼製部材が熱処理される。
【００１９】
そして、熱処理工程は、鋼製部材を１０００℃以上１１００℃以下の温度からＭＳ点以下の温度に冷却する固溶化工程と、固溶化工程においてＭＳ点以下の温度に冷却された鋼製部材を４００℃以上５００℃以下の温度に加熱することにより析出硬化させる析出硬化工程とを含んでいる。
【００２０】
上記連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法によれば、上述の成分範囲の鋼が鋼材準備工程において準備される鋼材として採用されることにより、上述のように、連続鋳造ロール支持用転動部材に高い耐食性と硬度とを付与することが可能となる。そして、当該鋼材が成形工程において成形された後、熱処理工程で適切な熱処理を施されることにより、高い耐食性を有するとともに転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転動部材を製造することができる。
【００２１】
すなわち、成形工程において作製された鋼製部材を構成する鋼の組織中には、圧延、鍛造等の際に受けた加熱および冷却の履歴に応じた種々の大きさの珪素を含む金属間化合物や銅を多く含む相（銅リッチ層）が析出している。熱処理工程に含まれる固溶化工程において、鋼製部材がＡ１点以上の温度である１０００℃以上１１００℃以下の温度に加熱されることにより、珪素や銅は、オーステナイト化した鋼の素地中に固溶する。そして、当該温度域からＭＳ点以下急冷された後、析出硬化工程において４００℃以上５００℃以下の温度に加熱されることにより、マルテンサイト化した鋼の素地中に珪素を含む金属間化合物や銅リッチ相が微細に析出する。
【００２２】
そのため、鋼が析出硬化されて、連続鋳造ロール支持用転動部材として必要な硬度である５５ＨＲＣ以上の硬度を確保することができる。その結果、連続鋳造ロール支持用転動部材に対して高い転動疲労強度を付与することができる。
【００２３】
ここで、固溶化工程における鋼製部材の加熱温度が１０００℃未満では、鋼製部材を構成する鋼が含有する珪素および銅が十分に固溶せず、これらの含有元素を十分に活用できない。そのため、当該加熱温度は１０００℃以上とする必要がある。一方、１１００℃を超えてさらに当該加熱温度を上昇させても、珪素および銅の固溶量はほとんど増加しないため、当該加熱を実施する加熱炉の耐久性や加熱を実施するためのコストを考慮すると、当該加熱温度が１１００℃を超えることは好ましいとはいえない。
【００２４】
また、析出硬化工程における加熱温度が４００℃未満では、固溶化工程において鋼の素地中に固溶した珪素および銅がほとんど析出せず、析出硬化による硬度上昇の効果が十分に得られない。一方、析出硬化工程における加熱温度が上昇すると、析出した珪素を含む金属間化合物や銅リッチ相のサイズが大きくなるとともに、その数が減少する。その結果、析出した珪素を含む金属間化合物や銅リッチ相による析出硬化の効果が小さくなる。加熱温度が５００℃を超えるとこのような現象が顕著となり、５５ＨＲＣ以上の硬度を確保することが困難となる。そのため、析出硬化工程における加熱温度は５００℃以下であることが好ましい。さらに、析出した珪素を含む金属間化合物や銅リッチ相は、その直径が小さく、かつ数が多いほうが上記効果が大きいため、当該加熱温度は４００℃以上４５０℃以下であることが、より好ましい。
【００２５】
なお、上述の金属間化合物や銅リッチ相の直径は、たとえば連続鋳造ロール支持用転動部材から、薄膜試料を作成し、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＴＥＭ）を用いて観察される当該金属間化合物や銅リッチ相の幅の最も大きい部分と最も小さい部分との平均値を直径として算出することができる。また、上述のように、金属間化合物や銅リッチ相は、数が多い（数密度が高い）ことが好ましい。具体的には、ＴＥＭ観察において１００万倍（視野面積１００００ｎｍ２）の条件でたとえば１０視野観察し、直径１０ｎｍ以下の金属間化合物および銅リッチ相が合計で平均５０個以上（０．００５個／ｎｍ２以上）確認されることが、析出硬化による硬度の向上の観点から好ましい。
【００２６】
さらに、連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼においては、８．０質量％以上のクロムと、４．０質量％以上のニッケルとが含有されており、かつ炭素の含有量が０．１質量％以下に抑制されている。そのため、炭素による耐食性の低下が回避されるとともに、十分な量のクロムが含有されているため、連続鋳造ロール支持用転動部材の表面に緻密なクロム酸化物の皮膜が十分に形成されて耐食性が向上し、かつニッケルを含有することにより耐食性がさらに向上している。
【００２７】
また、上記製造方法においては、表面硬化処理などの製造コストを上昇させる工程が含まれていないため、連続鋳造ロール支持用転動部材の製造コストが抑制される。
【００２８】
以上のように、上記連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法によれば、高い耐食性を有するとともに転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転動部材を製造することができる。
【００２９】
上記本発明の連続鋳造ロール支持用転がり軸受の製造方法は、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程と、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、転動体製造工程において製造された転動体とを組み合わせることにより、転がり軸受を組立てる組立工程とを備えている。そして、軌道部材製造工程および転動体製造工程の少なくともいずれか一方は、上述の連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法により実施される。
【００３０】
上記本発明の連続鋳造ロール支持用転がり軸受の製造方法によれば、上述の高い耐食性を有するとともに転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転動部材を製造可能な連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法により軌道部材製造工程および転動体製造工程の少なくともいずれか一方が実施されるため、耐食性および転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転がり軸受を製造することができる。なお、一層耐食性および転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転がり軸受を製造するためには、軌道部材製造工程および転動体製造工程の両方が上述の連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法により実施されることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
以上の説明から明らかなように、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受によれば、高い耐食性を有するとともに、転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００３３】
図１は、本発明の一実施の形態における連続鋳造ロール支持用転動部材を備えた連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心ころ軸受（スフェリカル軸受）および自動調心輪付き円筒ころ軸受が配置された連続鋳造ロールの支持構造を示す概略断面図である。図１を参照して、本実施の形態に係る連続鋳造ロールの支持構造を説明する。
【００３４】
図１を参照して、連続鋳造ロール１１は、中央部に、連続鋳造される鋳造物に接触し、当該鋳造物をガイドするための円柱状のロール部１１１を有している。また、連続鋳造ロール１１の一方の端部には、ロール部１１１よりも直径の小さい円柱状の固定端ロールネック１１２Ａが形成されている。さらに、連続鋳造ロール１１の他方の端部には、連続鋳造ロール１１の熱膨張による軸方向への伸びが吸収される側のロールネックである、ロール部１１１よりも直径の小さい円柱状の自由端ロールネック１１２Ｂが形成されている。
【００３５】
また、連続鋳造ロール１１を保持するためのスタンド１３は、円筒状の貫通穴であるロール保持部１３Ａを有している。そして、固定端ロールネック１１２Ａおよび自由端ロールネック１１２Ｂがロール保持部１３Ａを貫通するように、連続鋳造ロール１１およびスタンド１３は配置されている。さらに、固定端ロールネック１１２Ａの外周面とロール保持部１３Ａの内周面との間には、自動調心ころ軸受２０が配置されている。また、自由端ロールネック１１２Ｂの外周面とロール保持部１３Ａの内周面との間には、自動調心輪付き円筒ころ軸受３０が配置されている。これにより、連続鋳造ロール１１は、スタンド１３に対して軸まわりに回転自在に保持されており、連続鋳造される鋳造物をガイドすることができる。
【００３６】
次に、自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０について説明する。図２は、本発明の一実施の形態における連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心ころ軸受の構成を示す概略断面図である。また、図３は、本発明の他の実施の形態における連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心輪付き円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【００３７】
図２を参照して、本発明の一実施の形態における連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心ころ軸受２０は、連続鋳造ロール支持用転動部材としての環状の２つの外輪２１と、外輪２１の内側に配置された環状の内輪２２と、外輪２１と内輪２２との間に配置され、円環状の保持器２４に保持された連続鋳造ロール支持用転動部材としての樽状の形状を有する複数のころ２３とを備えている。
【００３８】
外輪２１の内周面には外輪転走面２１Ａが形成されており、内輪２２の外周面には内輪転走面２２Ａが形成されている。そして、内輪転走面２２Ａが、２つの外輪転走面２１Ａに対向するように、２つの外輪２１と１つの内輪２２とは配置されている。さらに、複数のころ２３は、外輪転走面２１Ａのそれぞれに沿って、外輪転走面２１Ａと内輪転走面２２Ａとに接触し、かつ保持器２４に保持されて周方向に所定のピッチで配置されることにより２列の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、自動調心ころ軸受２０の外輪２１および内輪２２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００３９】
また、外輪転走面２１Ａは、軸受中心Ｃ２を中心とする球面となっている。そのため、外輪２１および内輪２２は、ころ２３の転走方向に垂直な断面において、軸受中心Ｃ２を中心として角度をなすことができる。その結果、図１を参照して、連続鋳造ロール１１が鋳造物をガイドすることにより撓んだ場合であっても、スタンド１３は、自動調心ころ軸受２０を介して連続鋳造ロール１１を安定して回転自在に保持することができる。
【００４０】
一方、図３を参照して、本発明の他の実施の形態における連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心輪付き円筒ころ軸受３０は、連続鋳造ロール支持用転動部材としての環状の外輪３１と、外輪３１の内側に配置された環状の内輪３２と、外輪３１と内輪３２との間に配置された連続鋳造ロール支持用転動部材としての円筒状の形状を有する複数の円筒ころ３３と、外輪３１の外周面３１Ｂに内周面３５Ａにおいて接触する環状の自動調心輪３５とを備えている。
【００４１】
外輪３１の内周面には外輪転走面３１Ａが形成されており、内輪３２の外周面には内輪転走面３２Ａが形成されている。そして、内輪転走面３２Ａと外輪転走面３１Ａとが対向するように、外輪３１と内輪３２とは配置されている。さらに、複数の円筒ころ３３は、外輪転走面３１Ａと内輪転走面３２Ａとに接触し、周方向に並べて配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、自動調心輪付き円筒ころ軸受３０の外輪３１および内輪３２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００４２】
また、外輪３１の外周面３１Ｂと、自動調心輪３５の内周面３５Ａとは、軸受中心Ｃ３を中心とする球面となっており、互いに摺動可能に構成されている。そのため、外輪３１および自動調心輪３５は、円筒ころ３３の転走方向に垂直な断面において、軸受中心Ｃ３を中心として角度をなすことができる。その結果、図１を参照して、連続鋳造ロール１１が鋳造物をガイドすることにより撓んだ場合であっても、スタンド１３は、自動調心輪付き円筒ころ軸受３０を介して連続鋳造ロール１１を安定して回転自在に保持することができる。
【００４３】
ここで、本実施の形態の連続鋳造ロール支持用転動部材である軌道部材としての外輪２１，３１、内輪２２，３２および転動体としてのころ２３および円筒ころ３３は、連続鋳造される鋳造物をガイドするための連続鋳造ロール１１をスタンド１３に対して軸支するために使用される連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０に用いられる連続鋳造ロール支持用転動部材である。そして、当該連続鋳造ロール支持用転動部材は、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成され、５５ＨＲＣ以上の硬度を有している。
【００４４】
本実施の形態の連続鋳造ロール支持用転動部材としての外輪２１，３１、内輪２２，３２、ころ２３および円筒ころ３３においては、８．０質量％以上のクロムと、４．０質量％以上のニッケルとが含有されており、かつ炭素の含有量が０．１質量％以下に抑制された鋼からなっている。そのため、炭素による耐食性の低下が回避されるとともに、十分な量のクロムが含有されているため、転動部材の表面に緻密なクロム酸化物の皮膜が十分に形成されて耐食性が向上し、かつニッケルを含有することにより耐食性がさらに向上している。
【００４５】
さらに、本実施の形態の連続鋳造ロール支持用転動部材としての外輪２１，３１、内輪２２，３２、ころ２３および円筒ころ３３は、２．０質量％以上の珪素と、１．０質量％以上の銅とを含有し、５５ＨＲＣ以上の硬度を有している。そのため、自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０を構成する連続鋳造ロール支持用転動部材として必要な硬度が確保され、転動疲労寿命が向上している。
【００４６】
以上のように、本実施の形態の連続鋳造ロール支持用転動部材としての外輪２１，３１、内輪２２，３２、ころ２３および円筒ころ３３は、高い耐食性を有するとともに、転動疲労寿命に優れている。
【００４７】
なお、所定の転動疲労寿命を確保するためには、上述の５５ＨＲＣ以上の硬度は、連続鋳造ロール支持用転動部材としての外輪２１，３１、内輪２２，３２、ころ２３および円筒ころ３３の転走面（他の転動部材と接触する表面）において達成されていればよい。しかし、連続鋳造ロール支持用転動部材に負荷される荷重が大きい用途においては、転走面だけでなく連続鋳造ロール支持用転動部材全体（表層部および芯部）において達成されていることが好ましい。
【００４８】
さらに、本実施の形態の自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０は、高い耐食性を有するとともに、転動疲労寿命に優れた上述の外輪２１、内輪２２、ころ２３および外輪３１、内輪３２、円筒ころ３３をそれぞれ備えているため、耐食性および転動疲労寿命に優れた自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０となっている。
【００４９】
次に、本発明の一実施の形態における連続鋳造ロール支持用転動部材、自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０の製造方法について説明する。図４は、本発明の一実施の形態における自動調心ころ軸受および自動調心輪付き円筒ころ軸受の製造方法の概略を示す図である。また、図５は、本発明の一実施の形態における自動調心ころ軸受および自動調心輪付き円筒ころ軸受の製造方法に含まれる連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法の概略を示す図である。
【００５０】
図４を参照して、本発明の一実施の形態における自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０の製造方法においては、まず、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程とが実施される。具体的には、軌道部材製造工程では、転動部材としての外輪２１，３１、内輪２２，３２などが製造される。一方、転動体製造工程では、ころ２３、円筒ころ３３などが製造される。
【００５１】
そして、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、転動体製造工程において製造された転動体とを組み合わせることにより、自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０を組立てる組立工程が実施される。具体的には、たとえば外輪２１および内輪２２と、ころ２３と、別途準備された保持器２４とを組み合わせることにより、自動調心ころ軸受２０が組立てられる。そして、この軌道部材製造工程および転動体製造工程は、たとえば以下の連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法により実施される。
【００５２】
図５を参照して、本発明の一実施の形態における連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法においては、まず、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される鋼材を準備する鋼材準備工程が実施される。具体的には、たとえば上記成分を有する棒鋼や鋼線などが準備される。
【００５３】
次に、図５を参照して、上記鋼材を成形することにより、連続鋳造ロール支持用転動部材の概略形状に成型された鋼製部材を作製する成形工程が実施される。具体的には、たとえば上記棒鋼や鋼線などに対して鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、外輪２１，３１、内輪２２，３２、ころ２３、円筒ころ３３などの概略形状に成型された鋼製部材が作製される。
【００５４】
次に、上記鋼製部材を熱処理する熱処理工程が実施される。熱処理工程は、鋼製部材を１０００℃以上１１００℃以下の温度からＭＳ点以下の温度に冷却する固溶化工程と、固溶化工程において固溶化された鋼製部材を４００℃以上５００℃以下の温度に加熱することにより析出硬化させる析出硬化工程とを含んでいる。この熱処理工程の詳細については後述する。
【００５５】
次に、図５を参照して、仕上げ工程が実施される。具体的には、熱処理工程が実施された鋼製部材に対して研削加工などの仕上げ加工が実施されることにより、外輪２１，３１、内輪２２，３２、ころ２３、円筒ころ３３などが仕上げられる。これにより、本実施の形態における連続鋳造ロール支持用転動部材としての外輪２１，３１、内輪２２，３２、ころ２３、円筒ころ３３などが完成する。
【００５６】
次に、熱処理工程の詳細について説明する。図６は、連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。図６において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図６において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図６を参照して、本実施の形態における連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細について説明する。
【００５７】
図６を参照して、まず、鋼製部材を１０００℃以上１１００℃以下の温度からＭＳ点以下の温度に冷却することにより、鋼製部材を固溶化する固溶化工程が実施される。具体的には、成形工程において作製された鋼製部材がＡ１点以上の温度である１０００℃以上１１００℃以下の温度、たとえば１０５０℃に加熱されて、５分間以上３０分間以下の時間、たとえば１０分間保持される。これにより、鋼製部材を構成する鋼が含有する珪素および銅がオーステナイト化した当該鋼の素地中に固溶する。その後、鋼製部材は、水中に浸漬されることにより、１０００℃以上１１００℃以下の温度、たとえば１０５０℃からＭＳ点以下の温度に冷却される（水冷）。これにより、熱処理工程に含まれる固溶化工程が完了する。
【００５８】
このとき、鋼製部材が１０００℃以上１１００℃以下の温度に加熱された後、急冷（水冷）されることにより、鋼の素地中に固溶した珪素および銅は、金属間化合物および銅リッチ相として析出することなく、マルテンサイト化した当該鋼の素地中に固溶した状態を保っている。
【００５９】
なお、鋼の素地中に固溶した珪素および銅を金属間化合物および銅リッチ相として析出させることなく、上記冷却後においても当該鋼の素地中に固溶した状態を保つためには、鋼製部材が固溶化工程においてＭＳ点以下の温度に冷却される際に、当該金属間化合物および銅リッチ相が析出する４５０℃以上の温度域で急冷されている必要がある。そのため、鋼製部材が固溶化工程においてＭＳ点以下の温度に冷却される際の冷却速度は、４５０℃、好ましくは４００℃以下になるまでの期間において、５００℃／秒以上であることが好ましい。
【００６０】
ここで、Ａ１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、Ｍｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。
【００６１】
次に、図６を参照して、固溶化工程において固溶化された鋼製部材を４００℃以上５００℃以下の温度に加熱することにより析出硬化させる析出硬化工程が実施される。具体的には、固溶化工程において固溶化された鋼製部材がＡ１点以下の温度である４００℃以上５００℃以下の温度、たとえば４５０℃に加熱されて、３０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持された後、空気中で放冷される（空冷）。これにより、鋼製部材を構成する鋼の素地中に固溶している珪素および銅が、それぞれ金属間化合物および銅リッチ相としてマルテンサイト化した当該素地中に微細に析出する。
【００６２】
このとき、鋼製部材が４００℃以上５００℃以下の温度に加熱されることにより析出した金属間化合物および銅リッチ相は、たとえば直径が１０ｎｍ以下である。そのため、当該鋼は析出硬化され、鋼製部材は軸受として機能するために必要な硬度である５５ＨＲＣ以上の硬度に硬化されている。その結果、本実施の形態の連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法により製造された連続鋳造ロール支持用転動部材は転動疲労寿命に優れている。以上のようにして、熱処理工程に含まれる析出硬化工程が完了する。
【００６３】
以上のように、本実施の形態における連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法によれば、８．０質量％以上のクロムと、４．０質量％以上のニッケルとが含有されており、かつ炭素の含有量が０．１質量％以下に抑制された鋼が鋼材準備工程において準備される鋼材として採用されることにより、炭素による耐食性の低下が回避されるとともに、十分な量のクロムが含有されているため、連続鋳造ロール支持用転動部材の表面に緻密なクロム酸化物の皮膜が十分に形成されて耐食性が向上し、かつニッケルを含有することにより耐食性がさらに向上している。そのため、連続鋳造ロール支持用転動部材に高い耐食性を付与することが可能となっている。
【００６４】
さらに、当該鋼材が成形工程において成形された後、熱処理工程で適切な熱処理を施されることにより、大きさが１０ｎｍ以下の珪素を含む金属間化合物および銅リッチ相が当該鋼の素地中に析出するため、５５ＨＲＣ以上の硬度を連続鋳造ロール支持用転動部材に付与することが可能となり、転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転動部材を製造することができる。
【００６５】
なお、上記実施の形態においては、本発明の連続鋳造ロール支持用転がり軸受および連続鋳造ロール支持用転動部材の一例として自動調心ころ軸受、自動調心輪付き円筒ころ軸受およびこれらが備える転動部材について説明したが、本発明の連続鋳造ロール支持用転がり軸受および連続鋳造ロール支持用転動部材はこれらに限られず、任意の形式の連続鋳造ロール支持用転がり軸受および連続鋳造ロール支持用転動部材に適用することができる。たとえば、連続鋳造ロール支持用転動部材である転動体は、円すいころであって、連続鋳造ロール支持用転がり軸受は円すいころ軸受であってもよい。
【実施例１】
【００６６】
以下、本発明の実施例１について説明する。本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼の耐食性を従来の鋼と比較する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【００６７】
まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。はじめに、表１に示す化学成分を有する鋼材を準備した。表１において、主要化学成分については、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）およびクロム（Ｃｒ）の含有量が質量％で示されており、記載された成分の残部は鉄および不可避的不純物である。
【００６８】
【表１】
【００６９】
そして、上記鋼材を試験片の概略形状に加工した。その後、表１に示すように、各材料に応じた熱処理を行なうことにより、試験片を硬化させた後、仕上げ加工を実施することにより、試験片を完成させた。完成した試験片の表面硬度が表１に示されている。なお、比較例のＳＵＳ３０４に関しては、通常の焼入処理では軸受用鋼として使用できる程度に硬化できないため、１１００℃に加熱した後、油冷したもの以外に、５５０℃でタフトライド（Ｒ）処理した後８５０℃で浸炭窒化処理し、油冷することにより焼入硬化させた試験片も作製した。
【００７０】
次に、試験条件について説明する。実施例１では耐食性試験として、湿潤試験と塩水噴霧試験とを実施した。湿潤試験では、ＪＩＳ Ｋ２２４６の５．３４に記載の試験条件に合致するように、試験装置の扉を閉めた状態で温度４９℃±１℃、湿度９５％の雰囲気中で２０時間、試験片を保持した後、試験装置の扉を開けた状態で４時間、試験片を保持する操作を繰り返し、錆が発生するまでの時間を調査した。また、塩水噴霧試験では、ＪＩＳ Ｚ２３７１に記載の試験条件に合致するように、雰囲気温度３５℃、塩水（塩化ナトリウム水溶液）濃度５％、湿度９６％の条件で１時間保持した後、錆の発生の有無を確認するサイクルを繰り返し、錆の発生までのサイクル数を調査した。
【００７１】
表２に、湿潤試験の結果を示す。表２においては、錆の発生までの時間（錆発生時間）の他、ＳＵＳ４４０Ｃの錆発生時間に対する各試験片の錆発生時間の比が、各試験片の硬度とあわせて示されている。なお、ＳＵＳ３０４については、９６０時間経過時においても錆が発生していなかった。
【００７２】
【表２】
【００７３】
表２を参照して、実施例Ａおよび実施例Ｂは、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０に次いで耐食性が優れていることがわかる。ここで、ＳＵＳ３０４およびＳＵＳ６３０は、転動部材を構成する鋼として必要な硬度５５ＨＲＣを確保できていない。また、硬度を確保するために硬化処理を実施したＳＵＳ３０４は、耐食性が大幅に低下し、実施例Ａおよび実施例Ｂを大きく下回る耐食性となった。このことから、本発明の転動部材を構成する鋼である実施例Ａおよび実施例Ｂは、転動部材を構成する鋼として必要な硬度を確保可能な鋼としては、極めて優秀な耐食性を有していることがわかる。
【００７４】
また、表３に、塩水噴霧試験の結果を示す。表３においては、錆の発生までのサイクル数が、各試験片の硬度とあわせて示されている。
【００７５】
【表３】
【００７６】
表３を参照して、試験条件が湿潤試験に比べて苛酷となっており、いずれの試験片も湿潤試験に比べて短時間で錆の発生が確認されている。そして、湿潤試験の場合と同様に、軸受を構成する鋼として必要な硬度５５ＨＲＣを確保している試験片では、本発明の実施例Ａおよび実施例Ｂが最も耐食性が優れている。
【００７７】
以上より、本発明の実施例Ａおよび実施例Ｂは、転動部材に必要な硬度５５ＨＲＣを確保可能でありながら、優れた耐食性を有していることが確認された。
【実施例２】
【００７８】
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材と同様の構成を有する転動部材の転動疲労寿命を従来の鋼からなる転動部材と比較する試験を行なった。試験の条件は以下のとおりである。
【００７９】
実施例１と同様の材料に同様の熱処理を施した試験片を転動疲労試験に供した。試験片の形状は直径φ１２ｍｍ、長さＬ１２ｍｍの円筒状、試験数は１０個、相手試験片はＳＵＪ２製で直径φ２０ｍｍ、長さＬ２０ｍｍの円筒状、接触面圧Ｐｍａｘは３．５ＧＰａ、応力の負荷速度は２０４００回／分、潤滑はタービン油ＶＧ６８の循環給油とした。
【００８０】
図７は、転動疲労寿命を評価するための試験に用いられた転動疲労寿命試験機の概略を説明するための概略側面図である。また、図８は、図７の転動疲労寿命試験機の概略正面図である。図８においては、内部構造の一部が断面図として示されている。図７および図８を参照して、実施例２において実施された転動疲労寿命試験について説明する。
【００８１】
図７および図８を参照して、転動疲労寿命試験機５は、円筒状の上部ロール５１と、外周面が上部ロール５１の外周面に対向するように配置された下部ロール５２と、上部ロール５１と下部ロール５２との間に配置された円筒状の駆動ロール５３および支持ロール５４とを備えている。円筒状の相手試験片５５、５５は上部ロール５１および駆動ロール５３の外周面に接触する位置と、下部ロール５２および駆動ロール５３の外周面に接触する位置とのそれぞれに配置される。そして、円筒状の試験片５９は、相手試験片５５、５５の外周面のそれぞれと、支持ロール５４の外周面とに外周面が接触するようにセットされる。
【００８２】
そして、試験片５９と相手試験片５５、５５との間に、設定された所望の接触面圧（Ｐｍａｘ：３．５ＧＰａ）が作用するように、上部ロール５１と下部ロール５２との間に所定の負荷がかけられる。その後、駆動ロール５３が円周方向に回転すると、駆動ロール５３に接触している相手試験片５５、５５がこれにより駆動されて回転する。その結果、相手試験片５５、５５と支持ロール５４とで保持されている試験片５９が相手試験片５５、５５と線接触しつつ、回転する。このとき、上部ロール５１と駆動ロール５３との間から試験片５９に向けて潤滑油が供給される。そして、試験片５９の外周面に剥離が発生して振動が生じると、図示しない振動センサによりこれを感知して駆動ロールを停止させる。そして、駆動ロールが停止するまでに相手試験片５５、５５から受けた応力の繰り返し回数をその試験片５９の転動疲労寿命とした。さらに、上述のような試験を１０回ずつ行ない、転動疲労寿命を統計的に解析して、１０％の試験片が破損するまでの寿命（Ｌ１０寿命）を算出した。
【００８３】
表４に、転動疲労寿命試験の結果を示す。表４においては、ＳＵＪ２の試験片に対する各試験片のＬ１０寿命の比が各試験片の硬度とあわせて示されている。なお、ＳＵＳ３０４からなる試験片は、上述の浸炭窒化処理等を実施しない場合、硬度が低く、転動疲労寿命試験に供することが困難であるため、試験の対象から除外した。
【００８４】
【表４】
【００８５】
表４を参照して、実施例Ａおよび実施例Ｂは、ＳＵＪ２に次いで転動疲労寿命に優れていることがわかる。ここで、ＳＵＪ２は、上述の実施例１の試験結果から、耐食性が低く、連続鋳造ロール支持用転動部材の材料としては適していないと考えられる。また、実施例Ａおよび実施例Ｂは、ＳＵＪ２を除く他の試験片の転動疲労寿命を大幅に上回っている。このことから、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材と同様の構成を有する実施例Ａおよび実施例Ｂは、耐食性および転動疲労寿命を両立する極めて優れた特性を有していることがわかる。
【実施例３】
【００８６】
以下、本発明の実施例３について説明する。本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材と同様の構成を有する転動部材の耐ピーリング性を従来の鋼からなる転動部材と比較する試験を行なった。試験の条件は以下のとおりである。なお、ピーリングとは、転がり軸受の運転時において、潤滑油の粘度が低下し、油膜切れが生じた場合や、潤滑油が不足した場合に、転動部材同士が金属接触し、転動部材の表面に小さな剥離や亀裂が発生する現象であって、進行すれば摩耗や大きな剥離に至る。また、耐ピーリング性とは、このピーリングの発生に対する抵抗性である。
【００８７】
実施例１と同様の材料に同様の熱処理を施した試験片を耐ピーリング試験に供した。試験片の形状は外径φ４０ｍｍ、外周面の表面粗さＲｔ０．２μｍで、軸方向の断面において外周面が平行な直線形状を有する円筒状、相手試験片は前述の試験片と同種の鋼から構成されており、外径φ４０ｍｍ、外周面の表面粗さＲｔ３μｍで、軸方向の断面において外周面が曲率半径Ｒ６０ｍｍの凸形状を有する円環状とした。また、試験片と相手試験片との接触面圧Ｐｍａｘは２．１ＧＰａ、負荷速度は２０００回／分、潤滑はタービン油ＶＧ４６の循環給油、総負荷回数は４．８×１０５回とした。
【００８８】
図９は、耐ピーリング性を評価するための試験に用いられた耐ピーリング試験機の概略を説明するための概略図である。図９を参照して、実施例３において実施された耐ピーリング試験について説明する。
【００８９】
図９を参照して、耐ピーリング試験機６は、軸まわりに回転可能な駆動軸６１と、軸まわりに回転可能な従動軸６２とを備えている。駆動軸６１と従動軸６２とは、双方の軸が平行になるように配置されている。駆動軸６１の一方の端部には、円環状の相手試験片６８を保持するための駆動軸保持部６１Ａが形成されている。また、従動軸６２の一方の端部には、円環状の試験片６９を保持するための従動軸保持部６２Ａが形成されている。
【００９０】
そして、駆動軸保持部６１Ａに、相手試験片６８が駆動軸６１の軸にその軸が一致するようにセットされる。また、従動軸保持部６２Ａに、試験片６９が従動軸６２の軸にその軸が一致するようにセットされる。これにより、相手試験片６８の外周面と試験片６９の外周面とが接触する。さらに、試験片６９および相手試験片６８に接触するようにフェルト６３が配置される。
【００９１】
以上のように試験の準備が完了すると、試験片６９に潤滑油が滴下されつつ、駆動軸６１が軸まわりに回転する。これにより、相手試験片６８が回転するとともに、相手試験片６８に駆動されて試験片６９が相手試験片６８と接触しつつ回転する。このとき、矢印Ｗの向きに所定の荷重が負荷される。そして、所定の回転数である４．８×１０５回の回転が終了したところで駆動軸６１の回転が停止される。
【００９２】
上述のように試験が実施された後、試験片６９が取り外され、外周面に発生したピーリングの面積が調査され、当該面積の外周面の面積に対する割合（ピーリング面積率）が算出された。
【００９３】
表５に、耐ピーリング試験の結果を示す。表５においては、ＳＵＪ２の試験片に対する各試験片のピーリング面積率の逆数比が各試験片の硬度とあわせて示されている。なお、ＳＵＳ３０４からなる試験片は、上述の浸炭窒化処理等を実施しない場合、硬度が低く、耐ピーリング試験に供することが困難であるため、試験の対象から除外した。
【００９４】
【表５】
【００９５】
表５を参照して、ピーリング面積率の逆数比が大きいほど、耐ピーリング性に優れていることを示している。耐ピーリング性は、硬度の高い順に優れていることがわかる。ここで、ＳＵＪ２は、上述の実施例１の試験結果から、耐食性が低く、連続鋳造ロール支持用転動部材の材料としては適していないと考えられる。また、ＳＵＳ４４０Ｃは、上述の実施例１の試験結果から、実施例Ａおよび実施例Ｂに比べて耐食性において劣っている。一方、実施例Ａおよび実施例Ｂは、ＳＵＪ２およびＳＵＳ４４０Ｃを除く他の試験片の耐ピーリング性を上回っている。このことから、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材と同様の構成を有する実施例Ａおよび実施例Ｂは、耐食性と耐ピーリング性のバランスに優れていることがわかる。
【実施例４】
【００９６】
以下、本発明の実施例４について説明する。本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼の高温硬度と従来の鋼の高温硬度とを比較する試験を行なった。試験の条件は以下のとおりである。
【００９７】
実施例１と同様の材料に同様の熱処理を施した試験片を作製し、３００℃におけるビッカース硬度を測定した。表６に、高温硬度の測定結果を示す。表６においては、３００℃におけるビッカース硬度が、硬度の順位とともに示されている。なお、他の試験片に比べて著しく硬度の低いＳＵＳ３０４およびＳＵＳ６３０に関しては、試験の対象から除外した。
【００９８】
【表６】
【００９９】
表６を参照して、高温硬度は、本発明の実施例Ｂが最も高く、次いで実施例Ａが高くなっており、室温において実施例Ａおよび実施例Ｂよりも硬度の高いＳＵＪ２およびＳＵＳ４４０Ｃを逆転している。そして、本発明の実施例Ａおよび実施例Ｂの３００℃における硬度は５８０ＨＶ〜６００ＨＶ（５４ＨＲＣ〜５５ＨＲＣ）であり、３００℃においても連続鋳造ロール支持用転動部材として使用可能な硬度を保持している。このことから、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼は、高温環境で使用される軸受用鋼として適していることがわかる。
【０１００】
以上の実施例１〜４の結果より、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼は、耐食性および硬度を高いレベルで両立することにより、耐食性および転動疲労寿命に優れた軸受用鋼であるだけでなく、高温硬度も高く、高温環境において使用される軸受用鋼としても有望であることが確認された。その結果、当該軸受用鋼からなる本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材は、高い耐食性および高い硬度、特に高温における高い硬度を有しており、苛酷な環境下において使用される連続鋳造ロール支持用転動部材として好適であることがわかった。
【０１０１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受は、高温かつ耐食性が求められる環境で使用される連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の一実施の形態における連続鋳造ロール支持用転動部材を備えた自動調心ころ軸受および自動調心輪付き円筒ころ軸受が配置された連続鋳造ロールの支持構造を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態における連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心ころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態における連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心輪付き円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態における自動調心ころ軸受および自動調心輪付き円筒ころ軸受の製造方法の概略を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態における自動調心ころ軸受および自動調心輪付き円筒ころ軸受の製造方法に含まれる連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法の概略を示す図である。
【図６】連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。
【図７】転動疲労寿命を評価するための試験に用いられた転動疲労寿命試験機の概略を説明するための概略側面図である。
【図８】図７の転動疲労寿命試験機の概略正面図である。
【図９】耐ピーリング性を評価するための試験に用いられた耐ピーリング試験機の概略を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【０１０４】
５ 転動疲労寿命試験機、６ 耐ピーリング試験機、１１ 連続鋳造ロール、１３ スタンド、１３Ａ ロール保持部、２０ 自動調心ころ軸受、２１，３１ 外輪、２１Ａ 外輪転走面、２２，３２ 内輪、２２Ａ 内輪転走面、２３ ころ、２４ 保持器、３０ 自動調心輪付き円筒ころ軸受、３１Ａ 外輪転走面、３１Ｂ 外周面、３２Ａ 内輪転走面、３３ 円筒ころ、３５ 自動調心輪、３５Ａ 内周面、５１ 上部ロール、５２ 下部ロール、５３ 駆動ロール、５４ 支持ロール、５５ 相手試験片、５９ 試験片、６１ 駆動軸、６１Ａ 駆動軸保持部、６２ 従動軸、６２Ａ 従動軸保持部、６３ フェルト、６８ 相手試験片、６９ 試験片、１１１ ロール部、１１２Ａ 固定端ロールネック、１１２Ｂ 自由端ロールネック、Ｃ２,Ｃ３ 軸受中心。
【技術分野】
【０００１】
本発明は連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受に関し、より特定的には、連続鋳造される鋳造物をガイドするための連続鋳造ロールをスタンドに対して軸支するために使用される連続鋳造ロール支持用転がり軸受に用いられる連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼などの金属の連続鋳造設備において、連続鋳造される鋳造物と接触して当該鋳造物をガイドするためのガイドロールやピンチロールなどの連続鋳造ロールを、当該連続鋳造ロールを支持するためのスタンドに対して軸支する連続鋳造ロール支持用転がり軸受は、高温環境下で使用されるだけでなく、連続鋳造ロール支持用転動部材としての軌道部材と、連続鋳造ロール支持用転動部材としての転動体との間の接触面圧の高い高接触面圧環境において使用される。また、連続鋳造ロール支持用転がり軸受は、鋳造物の表面に生成した酸化皮膜などの硬質の異物（スラッジ）が潤滑油に混入する異物混入環境において使用される。さらに、連続鋳造設備はその性質上、運転と停止とを繰返す間欠運転が実施される場合も多い。また、冷却水などが軸受内部に侵入する可能性もある。そのため、連続鋳造ロール支持用転がり軸受においては、転動体と軌道部材との間に十分な油膜が形成されないおそれがある。さらに、軸受内部に侵入した水に起因して、置き錆（運転の停止中に軸受内部に発生する接触錆）が発生するという問題点もある。
【０００３】
このような苛酷な環境下において使用されるため、連続鋳造ロール支持用転がり軸受の転動疲労寿命を向上させるためには、連続鋳造ロール支持用転がり軸受を構成する連続鋳造ロール支持用転動部材は、耐食性に優れているだけでなく、硬度、特に連続鋳造ロール支持用転がり軸受の使用環境である高温環境下における硬度が高いことが求められる。
【０００４】
これに対し、連続鋳造ロール支持用転がり軸受の転動疲労寿命を向上させる方策に関して多くの検討が行なわれている。そして、浸炭処理または浸炭窒化処理と材料組成の適切な選択とを組み合わせるもの（たとえば特許文献１参照）、中心偏析を抑制した素材を採用したもの（たとえば特許文献２参照）、密封手段の軸方向占有幅を縮小することで軸方向の寸法の大きい軸受を採用可能とするもの（たとえば特許文献３参照）など種々の対策が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−６２９４６号公報
【特許文献２】特開平７−１２７６４３号公報
【特許文献３】特開２０００−３４３１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
連続鋳造ロール支持用転がり軸受が使用される連続鋳造ラインにおいては、連続鋳造ロール支持用転がり軸受の交換等に起因したラインの運転停止時間を抑制し、生産効率を向上させることが望まれている。そのため、連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受に対しては、一層の長寿命化の要求がある。さらに、近年、連続鋳造設備のコンパクト化やメンテナンス頻度の低減が進められており、連続鋳造ロール支持用転がり軸受の使用環境の高温化や水浸入への対策は、今後ますます重要になると考えられる。そして、上述の特許文献１〜３に記載された転がり軸受の構成では、転動部材の硬度、特に高温での硬度と耐食性とが必ずしも十分なレベルで両立しないという問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、高い耐食性を有するとともに、十分な硬度、特に高温における十分な硬度を有することにより転動疲労寿命を向上させた連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従った連続鋳造ロール支持用転動部材は、連続鋳造される鋳造物をガイドするための連続鋳造ロールをスタンドに対して軸支するために使用される連続鋳造ロール支持用転がり軸受に用いられる連続鋳造ロール支持用転動部材である。そして、当該連続鋳造ロール支持用転動部材は、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されており、５５ＨＲＣ以上の硬度を有している。
【０００８】
本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材によれば、上記成分範囲の鋼からなることにより、高い耐食性、具体的には一般的な耐食軸受用鋼であるＳＵＳ４４０Ｃを超える耐食性を有するとともに、軸受を構成する転動部材として十分な硬度、具体的には５５ＨＲＣ以上が確保されている。
【０００９】
ここで、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼の成分範囲を上述の範囲に限定した理由の詳細について説明する。
【００１０】
炭素：０．００５質量％以上０．１質量％以下
炭素含有量が高くなると耐食性が低下するため、炭素量は少ないことが好ましい。特に、炭素量が０．１質量％を超えると、耐食性が明確に低下する。一方、炭素は、鋼の製造工程において鋼中に不可避に含有される。そのため、炭素量を０．００５質量％未満にまで低下させることは、鋼の製造コストを上昇させ、転動部材の製造コスト上昇を招来する。そのため、炭素量は、０．００５質量％以上０．１質量％以下である。
【００１１】
珪素：２．０質量％以上５．０質量％以下
珪素は、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼中において、微細な金属間化合物として鋼中に析出することにより、析出硬化による硬度向上、特に高温での硬度向上に寄与する重要な元素である。含有量が２．０質量％未満では、析出する金属間化合物の量が不十分であるため、上述の硬度向上の効果が十分発揮されない。一方、含有量が５．０質量％を超えると、鋼材から転動部材への加工の容易性が低下し、連続鋳造ロール支持用転動部材の製造コストが上昇する。そのため、珪素量は２．０質量％以上５．０質量％以下である。なお、特に高い硬度が要求される用途に連続鋳造ロール支持用転動部材が使用される場合、珪素量は３．５質量％以上であることが好ましい。
【００１２】
マンガン：０．５質量％以上２．０質量％以下
マンガンは鋼に含有されることによって、当該鋼からなる連続鋳造ロール支持用転動部材の転動疲労寿命を向上させる。マンガン量が０．５質量％未満では、転動疲労寿命向上の効果は小さい。一方、連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼のマンガン含有量が２．０質量％を超える場合、素材の硬度が上昇し、冷間加工性が低下するため、加工コストが上昇する。そのため、マンガン量は０．５質量％以上２．０質量％以下である。
【００１３】
クロム：８．０質量％以上１３．０質量％以下
クロムは、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材において耐食性の向上を担う重要な元素である。クロム含有量が８．０質量％未満では、緻密なクロム酸化物の皮膜が連続鋳造ロール支持用転動部材の表面に十分に形成されず、耐食性を十分に向上させることができない。一方、クロムは比較的高価な合金元素であるため、クロム含有量が１３．０質量％を超えると、素材のコストが一般的な連続鋳造ロール支持用転動部材の許容範囲を超えて上昇する。そのため、クロム含有量は、８．０質量％以上１３．０質量％以下である。なお、耐食性を一層向上させるためには、クロム含有量は１０．０質量％以上であることが好ましい。
【００１４】
ニッケル：４．０質量％以上１０．０質量％以下
ニッケルは、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼に含有されることにより、当該鋼の耐食性の向上に寄与する。含有量が４．０質量％未満では、耐食性向上の効果が小さい。一方、１０．０質量％を超えると、鋼材から転動部材への加工の容易性が低下し、連続鋳造ロール支持用転動部材の製造コストが上昇する。したがって、ニッケル含有量は、４．０質量％以上１０．０質量％以下である。
【００１５】
銅：１．０質量％以上５．０質量％以下
銅は、珪素と同様に、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼において、析出硬化による硬度向上、特に高温での硬度向上に寄与する重要な元素である。含有量が１．０質量％未満では、上述の硬度向上の効果が十分発揮されない。一方、含有量が５．０質量％を超えると、鋼材の熱間加工性が低下する。そのため、銅量は１．０質量％以上５．０質量％以下である。なお、特に高い硬度が要求される用途に連続鋳造ロール支持用転動部材が使用される場合、銅量は３．０質量％以上であることが好ましい。また、熱間加工性と硬度とのバランスの観点から、銅量は３．５質量％以上４．５質量％以下とすることが、より好ましい。
【００１６】
本発明に従った連続鋳造ロール支持用転がり軸受は、軌道部材と、軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体とを備えている。そして、軌道部材および転動体の少なくともいずれか一方は、上述の連続鋳造ロール支持用転動部材である。
【００１７】
本発明の連続鋳造ロール支持用転がり軸受によれば、高い耐食性および十分な硬度、特に高温での十分な硬度を有する上述の転動部材を備えているため、耐食性および転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転がり軸受を提供することができる。
【００１８】
上記本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法は、鋼材準備工程と、成形工程と、熱処理工程とを備えている。鋼材準備工程では、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される鋼材が準備される。成形工程では、鋼材が成形されることにより、連続鋳造ロール支持用転動部材の概略形状に成型された鋼製部材が作製される。熱処理工程では、当該鋼製部材が熱処理される。
【００１９】
そして、熱処理工程は、鋼製部材を１０００℃以上１１００℃以下の温度からＭＳ点以下の温度に冷却する固溶化工程と、固溶化工程においてＭＳ点以下の温度に冷却された鋼製部材を４００℃以上５００℃以下の温度に加熱することにより析出硬化させる析出硬化工程とを含んでいる。
【００２０】
上記連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法によれば、上述の成分範囲の鋼が鋼材準備工程において準備される鋼材として採用されることにより、上述のように、連続鋳造ロール支持用転動部材に高い耐食性と硬度とを付与することが可能となる。そして、当該鋼材が成形工程において成形された後、熱処理工程で適切な熱処理を施されることにより、高い耐食性を有するとともに転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転動部材を製造することができる。
【００２１】
すなわち、成形工程において作製された鋼製部材を構成する鋼の組織中には、圧延、鍛造等の際に受けた加熱および冷却の履歴に応じた種々の大きさの珪素を含む金属間化合物や銅を多く含む相（銅リッチ層）が析出している。熱処理工程に含まれる固溶化工程において、鋼製部材がＡ１点以上の温度である１０００℃以上１１００℃以下の温度に加熱されることにより、珪素や銅は、オーステナイト化した鋼の素地中に固溶する。そして、当該温度域からＭＳ点以下急冷された後、析出硬化工程において４００℃以上５００℃以下の温度に加熱されることにより、マルテンサイト化した鋼の素地中に珪素を含む金属間化合物や銅リッチ相が微細に析出する。
【００２２】
そのため、鋼が析出硬化されて、連続鋳造ロール支持用転動部材として必要な硬度である５５ＨＲＣ以上の硬度を確保することができる。その結果、連続鋳造ロール支持用転動部材に対して高い転動疲労強度を付与することができる。
【００２３】
ここで、固溶化工程における鋼製部材の加熱温度が１０００℃未満では、鋼製部材を構成する鋼が含有する珪素および銅が十分に固溶せず、これらの含有元素を十分に活用できない。そのため、当該加熱温度は１０００℃以上とする必要がある。一方、１１００℃を超えてさらに当該加熱温度を上昇させても、珪素および銅の固溶量はほとんど増加しないため、当該加熱を実施する加熱炉の耐久性や加熱を実施するためのコストを考慮すると、当該加熱温度が１１００℃を超えることは好ましいとはいえない。
【００２４】
また、析出硬化工程における加熱温度が４００℃未満では、固溶化工程において鋼の素地中に固溶した珪素および銅がほとんど析出せず、析出硬化による硬度上昇の効果が十分に得られない。一方、析出硬化工程における加熱温度が上昇すると、析出した珪素を含む金属間化合物や銅リッチ相のサイズが大きくなるとともに、その数が減少する。その結果、析出した珪素を含む金属間化合物や銅リッチ相による析出硬化の効果が小さくなる。加熱温度が５００℃を超えるとこのような現象が顕著となり、５５ＨＲＣ以上の硬度を確保することが困難となる。そのため、析出硬化工程における加熱温度は５００℃以下であることが好ましい。さらに、析出した珪素を含む金属間化合物や銅リッチ相は、その直径が小さく、かつ数が多いほうが上記効果が大きいため、当該加熱温度は４００℃以上４５０℃以下であることが、より好ましい。
【００２５】
なお、上述の金属間化合物や銅リッチ相の直径は、たとえば連続鋳造ロール支持用転動部材から、薄膜試料を作成し、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＴＥＭ）を用いて観察される当該金属間化合物や銅リッチ相の幅の最も大きい部分と最も小さい部分との平均値を直径として算出することができる。また、上述のように、金属間化合物や銅リッチ相は、数が多い（数密度が高い）ことが好ましい。具体的には、ＴＥＭ観察において１００万倍（視野面積１００００ｎｍ２）の条件でたとえば１０視野観察し、直径１０ｎｍ以下の金属間化合物および銅リッチ相が合計で平均５０個以上（０．００５個／ｎｍ２以上）確認されることが、析出硬化による硬度の向上の観点から好ましい。
【００２６】
さらに、連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼においては、８．０質量％以上のクロムと、４．０質量％以上のニッケルとが含有されており、かつ炭素の含有量が０．１質量％以下に抑制されている。そのため、炭素による耐食性の低下が回避されるとともに、十分な量のクロムが含有されているため、連続鋳造ロール支持用転動部材の表面に緻密なクロム酸化物の皮膜が十分に形成されて耐食性が向上し、かつニッケルを含有することにより耐食性がさらに向上している。
【００２７】
また、上記製造方法においては、表面硬化処理などの製造コストを上昇させる工程が含まれていないため、連続鋳造ロール支持用転動部材の製造コストが抑制される。
【００２８】
以上のように、上記連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法によれば、高い耐食性を有するとともに転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転動部材を製造することができる。
【００２９】
上記本発明の連続鋳造ロール支持用転がり軸受の製造方法は、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程と、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、転動体製造工程において製造された転動体とを組み合わせることにより、転がり軸受を組立てる組立工程とを備えている。そして、軌道部材製造工程および転動体製造工程の少なくともいずれか一方は、上述の連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法により実施される。
【００３０】
上記本発明の連続鋳造ロール支持用転がり軸受の製造方法によれば、上述の高い耐食性を有するとともに転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転動部材を製造可能な連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法により軌道部材製造工程および転動体製造工程の少なくともいずれか一方が実施されるため、耐食性および転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転がり軸受を製造することができる。なお、一層耐食性および転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転がり軸受を製造するためには、軌道部材製造工程および転動体製造工程の両方が上述の連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法により実施されることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
以上の説明から明らかなように、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受によれば、高い耐食性を有するとともに、転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００３３】
図１は、本発明の一実施の形態における連続鋳造ロール支持用転動部材を備えた連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心ころ軸受（スフェリカル軸受）および自動調心輪付き円筒ころ軸受が配置された連続鋳造ロールの支持構造を示す概略断面図である。図１を参照して、本実施の形態に係る連続鋳造ロールの支持構造を説明する。
【００３４】
図１を参照して、連続鋳造ロール１１は、中央部に、連続鋳造される鋳造物に接触し、当該鋳造物をガイドするための円柱状のロール部１１１を有している。また、連続鋳造ロール１１の一方の端部には、ロール部１１１よりも直径の小さい円柱状の固定端ロールネック１１２Ａが形成されている。さらに、連続鋳造ロール１１の他方の端部には、連続鋳造ロール１１の熱膨張による軸方向への伸びが吸収される側のロールネックである、ロール部１１１よりも直径の小さい円柱状の自由端ロールネック１１２Ｂが形成されている。
【００３５】
また、連続鋳造ロール１１を保持するためのスタンド１３は、円筒状の貫通穴であるロール保持部１３Ａを有している。そして、固定端ロールネック１１２Ａおよび自由端ロールネック１１２Ｂがロール保持部１３Ａを貫通するように、連続鋳造ロール１１およびスタンド１３は配置されている。さらに、固定端ロールネック１１２Ａの外周面とロール保持部１３Ａの内周面との間には、自動調心ころ軸受２０が配置されている。また、自由端ロールネック１１２Ｂの外周面とロール保持部１３Ａの内周面との間には、自動調心輪付き円筒ころ軸受３０が配置されている。これにより、連続鋳造ロール１１は、スタンド１３に対して軸まわりに回転自在に保持されており、連続鋳造される鋳造物をガイドすることができる。
【００３６】
次に、自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０について説明する。図２は、本発明の一実施の形態における連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心ころ軸受の構成を示す概略断面図である。また、図３は、本発明の他の実施の形態における連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心輪付き円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【００３７】
図２を参照して、本発明の一実施の形態における連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心ころ軸受２０は、連続鋳造ロール支持用転動部材としての環状の２つの外輪２１と、外輪２１の内側に配置された環状の内輪２２と、外輪２１と内輪２２との間に配置され、円環状の保持器２４に保持された連続鋳造ロール支持用転動部材としての樽状の形状を有する複数のころ２３とを備えている。
【００３８】
外輪２１の内周面には外輪転走面２１Ａが形成されており、内輪２２の外周面には内輪転走面２２Ａが形成されている。そして、内輪転走面２２Ａが、２つの外輪転走面２１Ａに対向するように、２つの外輪２１と１つの内輪２２とは配置されている。さらに、複数のころ２３は、外輪転走面２１Ａのそれぞれに沿って、外輪転走面２１Ａと内輪転走面２２Ａとに接触し、かつ保持器２４に保持されて周方向に所定のピッチで配置されることにより２列の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、自動調心ころ軸受２０の外輪２１および内輪２２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００３９】
また、外輪転走面２１Ａは、軸受中心Ｃ２を中心とする球面となっている。そのため、外輪２１および内輪２２は、ころ２３の転走方向に垂直な断面において、軸受中心Ｃ２を中心として角度をなすことができる。その結果、図１を参照して、連続鋳造ロール１１が鋳造物をガイドすることにより撓んだ場合であっても、スタンド１３は、自動調心ころ軸受２０を介して連続鋳造ロール１１を安定して回転自在に保持することができる。
【００４０】
一方、図３を参照して、本発明の他の実施の形態における連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心輪付き円筒ころ軸受３０は、連続鋳造ロール支持用転動部材としての環状の外輪３１と、外輪３１の内側に配置された環状の内輪３２と、外輪３１と内輪３２との間に配置された連続鋳造ロール支持用転動部材としての円筒状の形状を有する複数の円筒ころ３３と、外輪３１の外周面３１Ｂに内周面３５Ａにおいて接触する環状の自動調心輪３５とを備えている。
【００４１】
外輪３１の内周面には外輪転走面３１Ａが形成されており、内輪３２の外周面には内輪転走面３２Ａが形成されている。そして、内輪転走面３２Ａと外輪転走面３１Ａとが対向するように、外輪３１と内輪３２とは配置されている。さらに、複数の円筒ころ３３は、外輪転走面３１Ａと内輪転走面３２Ａとに接触し、周方向に並べて配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、自動調心輪付き円筒ころ軸受３０の外輪３１および内輪３２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００４２】
また、外輪３１の外周面３１Ｂと、自動調心輪３５の内周面３５Ａとは、軸受中心Ｃ３を中心とする球面となっており、互いに摺動可能に構成されている。そのため、外輪３１および自動調心輪３５は、円筒ころ３３の転走方向に垂直な断面において、軸受中心Ｃ３を中心として角度をなすことができる。その結果、図１を参照して、連続鋳造ロール１１が鋳造物をガイドすることにより撓んだ場合であっても、スタンド１３は、自動調心輪付き円筒ころ軸受３０を介して連続鋳造ロール１１を安定して回転自在に保持することができる。
【００４３】
ここで、本実施の形態の連続鋳造ロール支持用転動部材である軌道部材としての外輪２１，３１、内輪２２，３２および転動体としてのころ２３および円筒ころ３３は、連続鋳造される鋳造物をガイドするための連続鋳造ロール１１をスタンド１３に対して軸支するために使用される連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０に用いられる連続鋳造ロール支持用転動部材である。そして、当該連続鋳造ロール支持用転動部材は、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成され、５５ＨＲＣ以上の硬度を有している。
【００４４】
本実施の形態の連続鋳造ロール支持用転動部材としての外輪２１，３１、内輪２２，３２、ころ２３および円筒ころ３３においては、８．０質量％以上のクロムと、４．０質量％以上のニッケルとが含有されており、かつ炭素の含有量が０．１質量％以下に抑制された鋼からなっている。そのため、炭素による耐食性の低下が回避されるとともに、十分な量のクロムが含有されているため、転動部材の表面に緻密なクロム酸化物の皮膜が十分に形成されて耐食性が向上し、かつニッケルを含有することにより耐食性がさらに向上している。
【００４５】
さらに、本実施の形態の連続鋳造ロール支持用転動部材としての外輪２１，３１、内輪２２，３２、ころ２３および円筒ころ３３は、２．０質量％以上の珪素と、１．０質量％以上の銅とを含有し、５５ＨＲＣ以上の硬度を有している。そのため、自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０を構成する連続鋳造ロール支持用転動部材として必要な硬度が確保され、転動疲労寿命が向上している。
【００４６】
以上のように、本実施の形態の連続鋳造ロール支持用転動部材としての外輪２１，３１、内輪２２，３２、ころ２３および円筒ころ３３は、高い耐食性を有するとともに、転動疲労寿命に優れている。
【００４７】
なお、所定の転動疲労寿命を確保するためには、上述の５５ＨＲＣ以上の硬度は、連続鋳造ロール支持用転動部材としての外輪２１，３１、内輪２２，３２、ころ２３および円筒ころ３３の転走面（他の転動部材と接触する表面）において達成されていればよい。しかし、連続鋳造ロール支持用転動部材に負荷される荷重が大きい用途においては、転走面だけでなく連続鋳造ロール支持用転動部材全体（表層部および芯部）において達成されていることが好ましい。
【００４８】
さらに、本実施の形態の自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０は、高い耐食性を有するとともに、転動疲労寿命に優れた上述の外輪２１、内輪２２、ころ２３および外輪３１、内輪３２、円筒ころ３３をそれぞれ備えているため、耐食性および転動疲労寿命に優れた自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０となっている。
【００４９】
次に、本発明の一実施の形態における連続鋳造ロール支持用転動部材、自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０の製造方法について説明する。図４は、本発明の一実施の形態における自動調心ころ軸受および自動調心輪付き円筒ころ軸受の製造方法の概略を示す図である。また、図５は、本発明の一実施の形態における自動調心ころ軸受および自動調心輪付き円筒ころ軸受の製造方法に含まれる連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法の概略を示す図である。
【００５０】
図４を参照して、本発明の一実施の形態における自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０の製造方法においては、まず、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程とが実施される。具体的には、軌道部材製造工程では、転動部材としての外輪２１，３１、内輪２２，３２などが製造される。一方、転動体製造工程では、ころ２３、円筒ころ３３などが製造される。
【００５１】
そして、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、転動体製造工程において製造された転動体とを組み合わせることにより、自動調心ころ軸受２０および自動調心輪付き円筒ころ軸受３０を組立てる組立工程が実施される。具体的には、たとえば外輪２１および内輪２２と、ころ２３と、別途準備された保持器２４とを組み合わせることにより、自動調心ころ軸受２０が組立てられる。そして、この軌道部材製造工程および転動体製造工程は、たとえば以下の連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法により実施される。
【００５２】
図５を参照して、本発明の一実施の形態における連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法においては、まず、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される鋼材を準備する鋼材準備工程が実施される。具体的には、たとえば上記成分を有する棒鋼や鋼線などが準備される。
【００５３】
次に、図５を参照して、上記鋼材を成形することにより、連続鋳造ロール支持用転動部材の概略形状に成型された鋼製部材を作製する成形工程が実施される。具体的には、たとえば上記棒鋼や鋼線などに対して鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、外輪２１，３１、内輪２２，３２、ころ２３、円筒ころ３３などの概略形状に成型された鋼製部材が作製される。
【００５４】
次に、上記鋼製部材を熱処理する熱処理工程が実施される。熱処理工程は、鋼製部材を１０００℃以上１１００℃以下の温度からＭＳ点以下の温度に冷却する固溶化工程と、固溶化工程において固溶化された鋼製部材を４００℃以上５００℃以下の温度に加熱することにより析出硬化させる析出硬化工程とを含んでいる。この熱処理工程の詳細については後述する。
【００５５】
次に、図５を参照して、仕上げ工程が実施される。具体的には、熱処理工程が実施された鋼製部材に対して研削加工などの仕上げ加工が実施されることにより、外輪２１，３１、内輪２２，３２、ころ２３、円筒ころ３３などが仕上げられる。これにより、本実施の形態における連続鋳造ロール支持用転動部材としての外輪２１，３１、内輪２２，３２、ころ２３、円筒ころ３３などが完成する。
【００５６】
次に、熱処理工程の詳細について説明する。図６は、連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。図６において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図６において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図６を参照して、本実施の形態における連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細について説明する。
【００５７】
図６を参照して、まず、鋼製部材を１０００℃以上１１００℃以下の温度からＭＳ点以下の温度に冷却することにより、鋼製部材を固溶化する固溶化工程が実施される。具体的には、成形工程において作製された鋼製部材がＡ１点以上の温度である１０００℃以上１１００℃以下の温度、たとえば１０５０℃に加熱されて、５分間以上３０分間以下の時間、たとえば１０分間保持される。これにより、鋼製部材を構成する鋼が含有する珪素および銅がオーステナイト化した当該鋼の素地中に固溶する。その後、鋼製部材は、水中に浸漬されることにより、１０００℃以上１１００℃以下の温度、たとえば１０５０℃からＭＳ点以下の温度に冷却される（水冷）。これにより、熱処理工程に含まれる固溶化工程が完了する。
【００５８】
このとき、鋼製部材が１０００℃以上１１００℃以下の温度に加熱された後、急冷（水冷）されることにより、鋼の素地中に固溶した珪素および銅は、金属間化合物および銅リッチ相として析出することなく、マルテンサイト化した当該鋼の素地中に固溶した状態を保っている。
【００５９】
なお、鋼の素地中に固溶した珪素および銅を金属間化合物および銅リッチ相として析出させることなく、上記冷却後においても当該鋼の素地中に固溶した状態を保つためには、鋼製部材が固溶化工程においてＭＳ点以下の温度に冷却される際に、当該金属間化合物および銅リッチ相が析出する４５０℃以上の温度域で急冷されている必要がある。そのため、鋼製部材が固溶化工程においてＭＳ点以下の温度に冷却される際の冷却速度は、４５０℃、好ましくは４００℃以下になるまでの期間において、５００℃／秒以上であることが好ましい。
【００６０】
ここで、Ａ１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、Ｍｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。
【００６１】
次に、図６を参照して、固溶化工程において固溶化された鋼製部材を４００℃以上５００℃以下の温度に加熱することにより析出硬化させる析出硬化工程が実施される。具体的には、固溶化工程において固溶化された鋼製部材がＡ１点以下の温度である４００℃以上５００℃以下の温度、たとえば４５０℃に加熱されて、３０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持された後、空気中で放冷される（空冷）。これにより、鋼製部材を構成する鋼の素地中に固溶している珪素および銅が、それぞれ金属間化合物および銅リッチ相としてマルテンサイト化した当該素地中に微細に析出する。
【００６２】
このとき、鋼製部材が４００℃以上５００℃以下の温度に加熱されることにより析出した金属間化合物および銅リッチ相は、たとえば直径が１０ｎｍ以下である。そのため、当該鋼は析出硬化され、鋼製部材は軸受として機能するために必要な硬度である５５ＨＲＣ以上の硬度に硬化されている。その結果、本実施の形態の連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法により製造された連続鋳造ロール支持用転動部材は転動疲労寿命に優れている。以上のようにして、熱処理工程に含まれる析出硬化工程が完了する。
【００６３】
以上のように、本実施の形態における連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法によれば、８．０質量％以上のクロムと、４．０質量％以上のニッケルとが含有されており、かつ炭素の含有量が０．１質量％以下に抑制された鋼が鋼材準備工程において準備される鋼材として採用されることにより、炭素による耐食性の低下が回避されるとともに、十分な量のクロムが含有されているため、連続鋳造ロール支持用転動部材の表面に緻密なクロム酸化物の皮膜が十分に形成されて耐食性が向上し、かつニッケルを含有することにより耐食性がさらに向上している。そのため、連続鋳造ロール支持用転動部材に高い耐食性を付与することが可能となっている。
【００６４】
さらに、当該鋼材が成形工程において成形された後、熱処理工程で適切な熱処理を施されることにより、大きさが１０ｎｍ以下の珪素を含む金属間化合物および銅リッチ相が当該鋼の素地中に析出するため、５５ＨＲＣ以上の硬度を連続鋳造ロール支持用転動部材に付与することが可能となり、転動疲労寿命に優れた連続鋳造ロール支持用転動部材を製造することができる。
【００６５】
なお、上記実施の形態においては、本発明の連続鋳造ロール支持用転がり軸受および連続鋳造ロール支持用転動部材の一例として自動調心ころ軸受、自動調心輪付き円筒ころ軸受およびこれらが備える転動部材について説明したが、本発明の連続鋳造ロール支持用転がり軸受および連続鋳造ロール支持用転動部材はこれらに限られず、任意の形式の連続鋳造ロール支持用転がり軸受および連続鋳造ロール支持用転動部材に適用することができる。たとえば、連続鋳造ロール支持用転動部材である転動体は、円すいころであって、連続鋳造ロール支持用転がり軸受は円すいころ軸受であってもよい。
【実施例１】
【００６６】
以下、本発明の実施例１について説明する。本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼の耐食性を従来の鋼と比較する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【００６７】
まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。はじめに、表１に示す化学成分を有する鋼材を準備した。表１において、主要化学成分については、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）およびクロム（Ｃｒ）の含有量が質量％で示されており、記載された成分の残部は鉄および不可避的不純物である。
【００６８】
【表１】
【００６９】
そして、上記鋼材を試験片の概略形状に加工した。その後、表１に示すように、各材料に応じた熱処理を行なうことにより、試験片を硬化させた後、仕上げ加工を実施することにより、試験片を完成させた。完成した試験片の表面硬度が表１に示されている。なお、比較例のＳＵＳ３０４に関しては、通常の焼入処理では軸受用鋼として使用できる程度に硬化できないため、１１００℃に加熱した後、油冷したもの以外に、５５０℃でタフトライド（Ｒ）処理した後８５０℃で浸炭窒化処理し、油冷することにより焼入硬化させた試験片も作製した。
【００７０】
次に、試験条件について説明する。実施例１では耐食性試験として、湿潤試験と塩水噴霧試験とを実施した。湿潤試験では、ＪＩＳ Ｋ２２４６の５．３４に記載の試験条件に合致するように、試験装置の扉を閉めた状態で温度４９℃±１℃、湿度９５％の雰囲気中で２０時間、試験片を保持した後、試験装置の扉を開けた状態で４時間、試験片を保持する操作を繰り返し、錆が発生するまでの時間を調査した。また、塩水噴霧試験では、ＪＩＳ Ｚ２３７１に記載の試験条件に合致するように、雰囲気温度３５℃、塩水（塩化ナトリウム水溶液）濃度５％、湿度９６％の条件で１時間保持した後、錆の発生の有無を確認するサイクルを繰り返し、錆の発生までのサイクル数を調査した。
【００７１】
表２に、湿潤試験の結果を示す。表２においては、錆の発生までの時間（錆発生時間）の他、ＳＵＳ４４０Ｃの錆発生時間に対する各試験片の錆発生時間の比が、各試験片の硬度とあわせて示されている。なお、ＳＵＳ３０４については、９６０時間経過時においても錆が発生していなかった。
【００７２】
【表２】
【００７３】
表２を参照して、実施例Ａおよび実施例Ｂは、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０に次いで耐食性が優れていることがわかる。ここで、ＳＵＳ３０４およびＳＵＳ６３０は、転動部材を構成する鋼として必要な硬度５５ＨＲＣを確保できていない。また、硬度を確保するために硬化処理を実施したＳＵＳ３０４は、耐食性が大幅に低下し、実施例Ａおよび実施例Ｂを大きく下回る耐食性となった。このことから、本発明の転動部材を構成する鋼である実施例Ａおよび実施例Ｂは、転動部材を構成する鋼として必要な硬度を確保可能な鋼としては、極めて優秀な耐食性を有していることがわかる。
【００７４】
また、表３に、塩水噴霧試験の結果を示す。表３においては、錆の発生までのサイクル数が、各試験片の硬度とあわせて示されている。
【００７５】
【表３】
【００７６】
表３を参照して、試験条件が湿潤試験に比べて苛酷となっており、いずれの試験片も湿潤試験に比べて短時間で錆の発生が確認されている。そして、湿潤試験の場合と同様に、軸受を構成する鋼として必要な硬度５５ＨＲＣを確保している試験片では、本発明の実施例Ａおよび実施例Ｂが最も耐食性が優れている。
【００７７】
以上より、本発明の実施例Ａおよび実施例Ｂは、転動部材に必要な硬度５５ＨＲＣを確保可能でありながら、優れた耐食性を有していることが確認された。
【実施例２】
【００７８】
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材と同様の構成を有する転動部材の転動疲労寿命を従来の鋼からなる転動部材と比較する試験を行なった。試験の条件は以下のとおりである。
【００７９】
実施例１と同様の材料に同様の熱処理を施した試験片を転動疲労試験に供した。試験片の形状は直径φ１２ｍｍ、長さＬ１２ｍｍの円筒状、試験数は１０個、相手試験片はＳＵＪ２製で直径φ２０ｍｍ、長さＬ２０ｍｍの円筒状、接触面圧Ｐｍａｘは３．５ＧＰａ、応力の負荷速度は２０４００回／分、潤滑はタービン油ＶＧ６８の循環給油とした。
【００８０】
図７は、転動疲労寿命を評価するための試験に用いられた転動疲労寿命試験機の概略を説明するための概略側面図である。また、図８は、図７の転動疲労寿命試験機の概略正面図である。図８においては、内部構造の一部が断面図として示されている。図７および図８を参照して、実施例２において実施された転動疲労寿命試験について説明する。
【００８１】
図７および図８を参照して、転動疲労寿命試験機５は、円筒状の上部ロール５１と、外周面が上部ロール５１の外周面に対向するように配置された下部ロール５２と、上部ロール５１と下部ロール５２との間に配置された円筒状の駆動ロール５３および支持ロール５４とを備えている。円筒状の相手試験片５５、５５は上部ロール５１および駆動ロール５３の外周面に接触する位置と、下部ロール５２および駆動ロール５３の外周面に接触する位置とのそれぞれに配置される。そして、円筒状の試験片５９は、相手試験片５５、５５の外周面のそれぞれと、支持ロール５４の外周面とに外周面が接触するようにセットされる。
【００８２】
そして、試験片５９と相手試験片５５、５５との間に、設定された所望の接触面圧（Ｐｍａｘ：３．５ＧＰａ）が作用するように、上部ロール５１と下部ロール５２との間に所定の負荷がかけられる。その後、駆動ロール５３が円周方向に回転すると、駆動ロール５３に接触している相手試験片５５、５５がこれにより駆動されて回転する。その結果、相手試験片５５、５５と支持ロール５４とで保持されている試験片５９が相手試験片５５、５５と線接触しつつ、回転する。このとき、上部ロール５１と駆動ロール５３との間から試験片５９に向けて潤滑油が供給される。そして、試験片５９の外周面に剥離が発生して振動が生じると、図示しない振動センサによりこれを感知して駆動ロールを停止させる。そして、駆動ロールが停止するまでに相手試験片５５、５５から受けた応力の繰り返し回数をその試験片５９の転動疲労寿命とした。さらに、上述のような試験を１０回ずつ行ない、転動疲労寿命を統計的に解析して、１０％の試験片が破損するまでの寿命（Ｌ１０寿命）を算出した。
【００８３】
表４に、転動疲労寿命試験の結果を示す。表４においては、ＳＵＪ２の試験片に対する各試験片のＬ１０寿命の比が各試験片の硬度とあわせて示されている。なお、ＳＵＳ３０４からなる試験片は、上述の浸炭窒化処理等を実施しない場合、硬度が低く、転動疲労寿命試験に供することが困難であるため、試験の対象から除外した。
【００８４】
【表４】
【００８５】
表４を参照して、実施例Ａおよび実施例Ｂは、ＳＵＪ２に次いで転動疲労寿命に優れていることがわかる。ここで、ＳＵＪ２は、上述の実施例１の試験結果から、耐食性が低く、連続鋳造ロール支持用転動部材の材料としては適していないと考えられる。また、実施例Ａおよび実施例Ｂは、ＳＵＪ２を除く他の試験片の転動疲労寿命を大幅に上回っている。このことから、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材と同様の構成を有する実施例Ａおよび実施例Ｂは、耐食性および転動疲労寿命を両立する極めて優れた特性を有していることがわかる。
【実施例３】
【００８６】
以下、本発明の実施例３について説明する。本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材と同様の構成を有する転動部材の耐ピーリング性を従来の鋼からなる転動部材と比較する試験を行なった。試験の条件は以下のとおりである。なお、ピーリングとは、転がり軸受の運転時において、潤滑油の粘度が低下し、油膜切れが生じた場合や、潤滑油が不足した場合に、転動部材同士が金属接触し、転動部材の表面に小さな剥離や亀裂が発生する現象であって、進行すれば摩耗や大きな剥離に至る。また、耐ピーリング性とは、このピーリングの発生に対する抵抗性である。
【００８７】
実施例１と同様の材料に同様の熱処理を施した試験片を耐ピーリング試験に供した。試験片の形状は外径φ４０ｍｍ、外周面の表面粗さＲｔ０．２μｍで、軸方向の断面において外周面が平行な直線形状を有する円筒状、相手試験片は前述の試験片と同種の鋼から構成されており、外径φ４０ｍｍ、外周面の表面粗さＲｔ３μｍで、軸方向の断面において外周面が曲率半径Ｒ６０ｍｍの凸形状を有する円環状とした。また、試験片と相手試験片との接触面圧Ｐｍａｘは２．１ＧＰａ、負荷速度は２０００回／分、潤滑はタービン油ＶＧ４６の循環給油、総負荷回数は４．８×１０５回とした。
【００８８】
図９は、耐ピーリング性を評価するための試験に用いられた耐ピーリング試験機の概略を説明するための概略図である。図９を参照して、実施例３において実施された耐ピーリング試験について説明する。
【００８９】
図９を参照して、耐ピーリング試験機６は、軸まわりに回転可能な駆動軸６１と、軸まわりに回転可能な従動軸６２とを備えている。駆動軸６１と従動軸６２とは、双方の軸が平行になるように配置されている。駆動軸６１の一方の端部には、円環状の相手試験片６８を保持するための駆動軸保持部６１Ａが形成されている。また、従動軸６２の一方の端部には、円環状の試験片６９を保持するための従動軸保持部６２Ａが形成されている。
【００９０】
そして、駆動軸保持部６１Ａに、相手試験片６８が駆動軸６１の軸にその軸が一致するようにセットされる。また、従動軸保持部６２Ａに、試験片６９が従動軸６２の軸にその軸が一致するようにセットされる。これにより、相手試験片６８の外周面と試験片６９の外周面とが接触する。さらに、試験片６９および相手試験片６８に接触するようにフェルト６３が配置される。
【００９１】
以上のように試験の準備が完了すると、試験片６９に潤滑油が滴下されつつ、駆動軸６１が軸まわりに回転する。これにより、相手試験片６８が回転するとともに、相手試験片６８に駆動されて試験片６９が相手試験片６８と接触しつつ回転する。このとき、矢印Ｗの向きに所定の荷重が負荷される。そして、所定の回転数である４．８×１０５回の回転が終了したところで駆動軸６１の回転が停止される。
【００９２】
上述のように試験が実施された後、試験片６９が取り外され、外周面に発生したピーリングの面積が調査され、当該面積の外周面の面積に対する割合（ピーリング面積率）が算出された。
【００９３】
表５に、耐ピーリング試験の結果を示す。表５においては、ＳＵＪ２の試験片に対する各試験片のピーリング面積率の逆数比が各試験片の硬度とあわせて示されている。なお、ＳＵＳ３０４からなる試験片は、上述の浸炭窒化処理等を実施しない場合、硬度が低く、耐ピーリング試験に供することが困難であるため、試験の対象から除外した。
【００９４】
【表５】
【００９５】
表５を参照して、ピーリング面積率の逆数比が大きいほど、耐ピーリング性に優れていることを示している。耐ピーリング性は、硬度の高い順に優れていることがわかる。ここで、ＳＵＪ２は、上述の実施例１の試験結果から、耐食性が低く、連続鋳造ロール支持用転動部材の材料としては適していないと考えられる。また、ＳＵＳ４４０Ｃは、上述の実施例１の試験結果から、実施例Ａおよび実施例Ｂに比べて耐食性において劣っている。一方、実施例Ａおよび実施例Ｂは、ＳＵＪ２およびＳＵＳ４４０Ｃを除く他の試験片の耐ピーリング性を上回っている。このことから、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材と同様の構成を有する実施例Ａおよび実施例Ｂは、耐食性と耐ピーリング性のバランスに優れていることがわかる。
【実施例４】
【００９６】
以下、本発明の実施例４について説明する。本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼の高温硬度と従来の鋼の高温硬度とを比較する試験を行なった。試験の条件は以下のとおりである。
【００９７】
実施例１と同様の材料に同様の熱処理を施した試験片を作製し、３００℃におけるビッカース硬度を測定した。表６に、高温硬度の測定結果を示す。表６においては、３００℃におけるビッカース硬度が、硬度の順位とともに示されている。なお、他の試験片に比べて著しく硬度の低いＳＵＳ３０４およびＳＵＳ６３０に関しては、試験の対象から除外した。
【００９８】
【表６】
【００９９】
表６を参照して、高温硬度は、本発明の実施例Ｂが最も高く、次いで実施例Ａが高くなっており、室温において実施例Ａおよび実施例Ｂよりも硬度の高いＳＵＪ２およびＳＵＳ４４０Ｃを逆転している。そして、本発明の実施例Ａおよび実施例Ｂの３００℃における硬度は５８０ＨＶ〜６００ＨＶ（５４ＨＲＣ〜５５ＨＲＣ）であり、３００℃においても連続鋳造ロール支持用転動部材として使用可能な硬度を保持している。このことから、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼は、高温環境で使用される軸受用鋼として適していることがわかる。
【０１００】
以上の実施例１〜４の結果より、本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材を構成する鋼は、耐食性および硬度を高いレベルで両立することにより、耐食性および転動疲労寿命に優れた軸受用鋼であるだけでなく、高温硬度も高く、高温環境において使用される軸受用鋼としても有望であることが確認された。その結果、当該軸受用鋼からなる本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材は、高い耐食性および高い硬度、特に高温における高い硬度を有しており、苛酷な環境下において使用される連続鋳造ロール支持用転動部材として好適であることがわかった。
【０１０１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明の連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受は、高温かつ耐食性が求められる環境で使用される連続鋳造ロール支持用転動部材および連続鋳造ロール支持用転がり軸受に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の一実施の形態における連続鋳造ロール支持用転動部材を備えた自動調心ころ軸受および自動調心輪付き円筒ころ軸受が配置された連続鋳造ロールの支持構造を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態における連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心ころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態における連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心輪付き円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態における自動調心ころ軸受および自動調心輪付き円筒ころ軸受の製造方法の概略を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態における自動調心ころ軸受および自動調心輪付き円筒ころ軸受の製造方法に含まれる連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法の概略を示す図である。
【図６】連続鋳造ロール支持用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。
【図７】転動疲労寿命を評価するための試験に用いられた転動疲労寿命試験機の概略を説明するための概略側面図である。
【図８】図７の転動疲労寿命試験機の概略正面図である。
【図９】耐ピーリング性を評価するための試験に用いられた耐ピーリング試験機の概略を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【０１０４】
５ 転動疲労寿命試験機、６ 耐ピーリング試験機、１１ 連続鋳造ロール、１３ スタンド、１３Ａ ロール保持部、２０ 自動調心ころ軸受、２１，３１ 外輪、２１Ａ 外輪転走面、２２，３２ 内輪、２２Ａ 内輪転走面、２３ ころ、２４ 保持器、３０ 自動調心輪付き円筒ころ軸受、３１Ａ 外輪転走面、３１Ｂ 外周面、３２Ａ 内輪転走面、３３ 円筒ころ、３５ 自動調心輪、３５Ａ 内周面、５１ 上部ロール、５２ 下部ロール、５３ 駆動ロール、５４ 支持ロール、５５ 相手試験片、５９ 試験片、６１ 駆動軸、６１Ａ 駆動軸保持部、６２ 従動軸、６２Ａ 従動軸保持部、６３ フェルト、６８ 相手試験片、６９ 試験片、１１１ ロール部、１１２Ａ 固定端ロールネック、１１２Ｂ 自由端ロールネック、Ｃ２,Ｃ３ 軸受中心。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造される鋳造物をガイドするための連続鋳造ロールをスタンドに対して軸支するために使用される連続鋳造ロール支持用転がり軸受に用いられる連続鋳造ロール支持用転動部材であって、
０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成され、
５５ＨＲＣ以上の硬度を有する、連続鋳造ロール支持用転動部材。
【請求項２】
軌道部材と、
前記軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体とを備え、
前記軌道部材および前記転動体の少なくともいずれか一方は、請求項１に記載の連続鋳造ロール支持用転動部材である、連続鋳造ロール支持用転がり軸受。
【請求項１】
連続鋳造される鋳造物をガイドするための連続鋳造ロールをスタンドに対して軸支するために使用される連続鋳造ロール支持用転がり軸受に用いられる連続鋳造ロール支持用転動部材であって、
０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成され、
５５ＨＲＣ以上の硬度を有する、連続鋳造ロール支持用転動部材。
【請求項２】
軌道部材と、
前記軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体とを備え、
前記軌道部材および前記転動体の少なくともいずれか一方は、請求項１に記載の連続鋳造ロール支持用転動部材である、連続鋳造ロール支持用転がり軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２４５１９５（Ｐ２００７−２４５１９５Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７２３８３（Ｐ２００６−７２３８３）
【出願日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]