特許 5786764 高炭素クロム軸受鋼の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5786764

(24)【登録日】2015年8月7日

(45)【発行日】2015年9月30日

(54)【発明の名称】高炭素クロム軸受鋼の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 8/22 20060101AFI20150910BHJP

   C21D 1/76 20060101ALI20150910BHJP

   C21D 1/32 20060101ALI20150910BHJP

   C21D 6/00 20060101ALI20150910BHJP

   F16C 33/62 20060101ALI20150910BHJP

   C22C 38/00 20060101ALN20150910BHJP

   C22C 38/44 20060101ALN20150910BHJP

   C21D 9/40 20060101ALN20150910BHJP

   C22C 38/18 20060101ALN20150910BHJP

【ＦＩ】

   C23C8/22

   C21D1/76 R

   C21D1/32

   C21D6/00 K

   F16C33/62

   !C22C38/00 301Z

   !C22C38/44

   !C21D9/40 A

   !C22C38/18

【請求項の数】1

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-49051(P2012-49051)

(22)【出願日】2012年3月6日

(65)【公開番号】特開2013-185167(P2013-185167A)

(43)【公開日】2013年9月19日

【審査請求日】2014年2月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100103481

【弁理士】

【氏名又は名称】森 道雄

(74)【代理人】

【識別番号】100134957

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 英幸

(72)【発明者】

【氏名】大塚 俊一

(72)【発明者】

【氏名】西山 佳孝

【審査官】 祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１９４０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公平０７−０３０４３８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特公平０７−０３７６４５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００７−０７７４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７４４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１１７０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２２２６２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ ８／００−１２／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に脱炭層の存在しない高炭素クロム軸受鋼の製造方法であって、
前工程で表面に脱炭層の生じた高炭素クロム軸受鋼であって７００℃以下の温度域で鋼表面の炭素活量ａ_sが０．７を超える高炭素クロム軸受鋼に対して、Ａ_c1変態点の直上の温度に加熱する工程と徐冷する工程とを含む球状化熱処理を施す際に、前記徐冷する工程において、その鋼がＡ_r1変態点以下の温度域にあるときに、鋼表面の炭素活量ａ_sと雰囲気の炭素活量ａ_gが下記（１）式を満たし、さらに、６８０℃以下の温度域で下記（２）式を満たすように雰囲気制御を行い、かつＡ_r1変態点以下の温度域であって少なくとも６７０℃までの温度域における冷却速度を１０℃／ｈｒ以上８０℃／ｈｒ以下とすることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法。
０≦ａ_g−ａ_s≦０．３ ・・・（１）
ａ_g＝１ ・・・（２）
ただし、ａ_g、ａ_sの最大値は１．０である。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高炭素クロム軸受鋼の製造方法に関し、より詳しくは、熱間圧延後の高炭素クロム軸受鋼に対して球状化熱処理を施す際に、前工程で鋼表面に生じた脱炭層を復炭させることができる高炭素クロム軸受鋼の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

軸受の転動体や軌道輪（内・外輪）は、局部的に大きな面圧を繰り返し受けるために耐磨耗性が求められる。このような軸受用の材料には、一般に、ＪＩＳ Ｇ ４８０５に規定される高炭素クロム軸受鋼が用いられている。これらの鋼は、母材の炭素含有量を高め、炭化物を球状化する熱処理を施すことにより硬い鋼表面と良好な摺動特性、切削性を発揮する。

【0003】

上記の高炭素クロム軸受鋼は、母材の炭素含有量が高いため、高温に加熱すると、炉内雰囲気を制御しない限り、その表面に脱炭層が生じる。例えば、軌道輪を製造する場合、通常、鋳造から分塊圧延を経て熱間製管に至るプロセスにおいて、分塊圧延および熱間製管前のビレット加熱の際、材料が脱炭性雰囲気下で高温に加熱されるため、製管後の素管表面に脱炭層が残存する。続いて、球状化熱処理が施され、その後、切断、切削、焼入れなどの加工が施されるが、切削後も脱炭層が存在すると、脱炭層部分において所定の強度、組織が得られず、摺動性の劣化を招く。したがって、素管表面の脱炭層が深い場合には切断前に切削などの手段で脱炭層を除去することも行われるが、工数の増加、歩留りの低下などにより製造コストが大幅に増加する。

【0004】

その解決方法として、例えば、特許文献１に、ＣＯ、ＣＯ₂を含む雰囲気ガス連続焼鈍炉において、被処理材抽出温度５００℃以上、抽出部の雰囲気ガス流速０．５ｍ／ｓｅｃ以上、かつ抽出部の炉内圧力０．１ｍｍＨ₂Ｏ以上の条件で被処理材をＡ₁点以上に加熱・均熱したのち、Ａ₁点から抽出温度まで２００℃／Ｈｒ以下、（ＣＯ％）²／ＣＯ₂％の値が１００以上３００以下の条件で冷却する鋼材の脱炭防止方法が開示されている。

【0005】

しかし、この特許文献１に記載される方法では、雰囲気中に酸素等の炭素活量を低下させる気体が含まれる場合、雰囲気の炭素活量が鋼表面の炭素活量を下回り、復炭できない。また、逆に酸素等が全く含まれない場合には過浸炭の恐れがある。

【0006】

また、特許文献２には、浸炭雰囲気での熱処理に先立って脱スケール処理により鋼管表面の酸素分を除去して復炭しやすい状態とした後、浸炭雰囲気で焼鈍処理する復炭処理方法が開示されている。この方法では、（ＣＯ％）²／ＣＯ₂％の値を１８０以上とすれば復炭するとしているが、上記特許文献１に記載される方法の場合と同様に、炭素活量を低下させる気体が共存する場合には復炭できない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平５−１４８６１１号公報

【特許文献2】特開２００３−２７１４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、上記従来技術における問題点を解決するためになされたものであって、鋳造から分塊圧延を経て、熱間圧延により管（継目無管）、棒などに加工した後、球状化熱処理を施す際に、前工程（分塊圧延および熱間圧延前の材料加熱）における高温加熱により材料表面に生じた脱炭層を復炭させることができる高炭素クロム軸受鋼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】

【0009】

本発明は、下記の高炭素クロム軸受鋼の製造方法を要旨とするものである。
すなわち、表面に脱炭層の存在しない高炭素クロム軸受鋼の製造方法であって、前工程で表面に脱炭層の生じた高炭素クロム軸受鋼であって７００℃以下の温度域で鋼表面の炭素活量ａ_sが０．７を超える高炭素クロム軸受鋼に対して、Ａ_c1変態点の直上の温度に加熱する工程と徐冷する工程とを含む球状化熱処理を施す際に、前記徐冷する工程において、その鋼がＡ_r1変態点以下の温度域にあるときに、鋼表面の炭素活量ａ_sと雰囲気の炭素活量ａ_gが下記（１）式を満たし、さらに、６８０℃以下の温度域で下記（２）式を満たすように雰囲気制御を行い、かつＡ_r1変態点以下の温度域であって少なくとも６７０℃までの温度域における冷却速度を１０℃／ｈｒ以上８０℃／ｈｒ以下とすることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造方法である。
０≦ａ_g−ａ_s≦０．３ ・・・（１）
ａ_g＝１ ・・・（２）
ただし、ａ_g、ａ_sの最大値は１．０である。

【0011】

本発明の対象となる高炭素クロム軸受鋼とは、例えば、ＪＩＳ Ｇ４８０５ のＳＵＪ１〜５に代表される炭素が０．９５〜１．１０％程度、クロムが０．９０〜１．６０％程度含有される鋼、または、さらにＭｏ、Ｗ、Ｖ等を必要に応じて含有する改良鋼種である。なお、鋼に含まれる各成分の「％」は「質量％」を表す。
前記のＡ_c1変態点とは、低温から加熱していく場合のＡ₁変態点を意味し、Ａ_r1変態点とは、高温から冷却していく場合のＡ₁変態点を意味する。

【0012】

また、炭素活量とは、多成分系の物質（混合物）について、μ_i−μ_i⁰＝ＲＴｌｏｇａ_i（μ_i：成分ｉの化学ポテンシャル、μ_i⁰：標準状態における成分ｉの化学ポテンシャル）で定義される活量ａ_iで表した炭素の活量である。純物質の活量を１と定める。活量は、標準状態（ａ_i＝１、すなわち純物質の状態）におかれている物質ｉに対して、混合物中の成分ｉがどれだけ有効な状態におかれているかを表す、いわば熱力学的な実効濃度である。混合物中の特定成分の活量の最大値は１．０である。なお、本発明においては、高炭素クロム軸受鋼表面の炭素活量ａ_sと雰囲気の炭素活量ａ_gとして後述する方法により求める計算値を用いることとする。

【発明の効果】

【0013】

本発明の高炭素クロム軸受鋼の製造方法によれば、鋳造から分塊圧延を経て熱間圧延した後、球状化熱処理を施して高炭素クロム軸受鋼を製造するに際し、分塊圧延および熱間圧延前の材料の加熱など、高温での処理により材料表面に生じた脱炭層を復炭（浸炭）させることができる。すなわち、球状化熱処理と復炭を同時に効率よく実施して、脱炭層の除去のための工数の増加、歩留りの低下などによる製造コストの大幅な増大を抑制し、また残存する脱炭層部分における摺動性の劣化を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明で行う球状化熱処理のヒートパターンを例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

上記の課題を解決するため、本発明者らは、浸炭（脱炭層の復炭）の可否を判断するパラメータとして雰囲気の炭素活量と鋼の炭素活量を用いることとした。従来は、雰囲気の（ＣＯ％）²／ＣＯ₂％の値を用いることが多かったが、浸炭の可否、すなわち、脱炭層の復炭が進行するか、さらに脱炭が起こるかは、雰囲気のみではなく、雰囲気と鋼表面における炭素活量の差に依存するからである。

【0016】

本発明者らは、球状化熱処理を施した高炭素クロム軸受鋼を製造するに際し、前工程における高温での処理により鋼表面に生じた脱炭層を復炭させるための最適条件を見いだすべく検討を行った。その結果、球状化熱処理のうち徐冷を施す工程で、Ａ_r1変態点以下の温度域において、後述する方法により求める雰囲気の炭素活量ａ_gと鋼表面における炭素活量ａ_sの差（ａ_g−ａ_s）を０．３以下とすることにより、過浸炭を生じさせず、復炭を適度に進行させ得ることを知見した。さらに、Ａ_r1変態点〜約６７０℃の温度域における冷却速度を８０℃／ｈｒ以下とすることが、適度な復炭を達成する上から望ましいことが判明した。
本発明は、このような着想とそれにより得られた知見に基づきなされたものである。

【0017】

本発明では、表面に脱炭層の存在しない高炭素クロム軸受鋼の製造を前提としているが、「存在しない」とは、実質的に存在しないという意味で、鋼の強度、組織や摺動特性に影響を及ぼさない程度のごく僅かの脱炭層もしくは過浸炭層の存在は許容される。

【0018】

本発明の高炭素クロム軸受鋼の製造方法において、球状化熱処理を施すのは、前述のように、炭化物を球状化することにより、軸受鋼として必要な硬い鋼表面と良好な摺動特性、切削性を付与するためである。球状化処理の方法としては、
（ｉ）Ａ₁変態点の直下で長時間保持する方法、
（ii）Ａ₁変態点の直上と直下で繰り返し加熱する方法、
（iii）Ａ₁変態点の直上で加熱したのち徐冷する方法、
などがあるが、本発明では（iii）の方法を採用する。雰囲気ガス投入量の変更が可能な複数のゾーンを備える熱処理炉を使用することにより、長時間を要することなく、球状化処理と復炭を同時に実施することができ、表面に脱炭層の存在しない高炭素クロム軸受鋼を効率よく得ることができるからである。

【0019】

この球状化熱処理の際、Ａ_r1変態点以下の温度域で、後述する方法により求める鋼表面の炭素活量ａ_sと雰囲気の炭素活量ａ_gが前記の（１）式（０≦ａ_g−ａ_s≦０．３、ただし、ａ_g、ａ_sの最大値は１．０）を満たし、さらに、６８０℃以下の温度域で（２）式を満たすように雰囲気制御を行うのは、過浸炭を生じさせず、脱炭層の復炭（浸炭）を適度に進行させるためである。

【0020】

脱炭層を復炭させるための浸炭処理は、ガス浸炭により行うのがよい。雰囲気調整が容易であり、所定の温度および浸炭性雰囲気に保持した炉内に被処理材を連続的に通過させることにより復炭と球状化熱処理を同時に効率よく実施することができる。浸炭性ガスとしては、吸熱型変性ガス（ＲＸガス）に代表されるＣＯリッチガス等、炭素活量の高いＣＯ−Ｈ₂−Ｎ₂系の混合ガスを使用すればよい。また、発熱型変成ガス（ＮＸガス）に代表される不活性ガスを用いることも可能であり、ＲＸガスとＮＸガスの混合比率により雰囲気の炭素活量を調整することができる。

【0021】

本発明において、雰囲気制御を行う温度域を対象鋼のＡ_r1変態点以下の温度域とするのは、炭素の拡散がオーステナイト（γ）相におけるよりもフェライト（α）相において格段に速く、α相で雰囲気の炭素活量を高める方が効率よく復炭させ得るからである。

【0022】

後述する方法により求める鋼表面の炭素活量ａ_sと雰囲気の炭素活量ａ_gが前記の（１）式（０≦ａ_g−ａ_s≦０．３、ただし、ａ_g、ａ_sの最大値は１．０）を満たすこととするのは、ａ_gがａ_sより小さければ復炭（浸炭）は起こりえず、ａ_g−ａ_sが０．３を超えると、ＲＸガスなどの浸炭性ガスの大量投入が必要となるため高コストになり、また、過浸炭が生じる恐れがあるからである。なお、純物質の活量を１と定めるので、ａ_gおよびａ_sの最大値は１．０である。

【0023】

本発明における雰囲気の炭素活量ａ_gは、熱力学データベース「ＭＡＬＴ２」と付属の多元系化学平衡計算ソフト「ｇｅｍ」を利用して求める。
また、本発明における鋼表面の炭素活量ａ_sは、下記（３）のＥｌｌｉｓの式を用いて算出する。
ａ_s＝γ×Ｃ ・・・（３）
ただし、
γ＝ｑ×１．０７ｅｘｐ（４７９８．６／Ｔ）−１／（１−１９．６Ｃ）
ｑ＝１＋［％Ｓｉ］（０．１５＋０．０３３［％Ｓｉ］）
＋０．０３６５［％Ｍｎ］
−［％Ｃｒ］（０．１３−０．００５５［％Ｃｒ］）
＋［％Ｎｉ］（０．０３＋０．００３６５［％Ｎｉ］）
−［％Ｍｏ］（０．０２５＋０．０１［％Ｍｏ］）
−［％Ａｌ］（０．０３＋０．０２［％Ａｌ］）
−［％Ｃｕ］（０．０１６＋０．００１４［％Ｃｕ］）
−［％Ｖ］（０．２２−０．０１［％Ｖ］）
Ｔ：温度（Ｋ）
Ｃ：鋼表面の球状化熱処理前のＣ濃度（％）

【0024】

本発明の高炭素クロム軸受鋼の製造方法においては、７００℃以下の温度域で上記（３）式から求められる鋼表面の炭素活量ａ_sが０．７を超える高炭素クロム軸受鋼を対象としている。上記（３）式から温度Ｔの値が小さいほどａ_sの値は大きくなる。従って、７００℃以下の温度域で上記（３）式から求められる鋼表面の炭素活量ａ_sが０．７を超えるとは、換言すれば７００℃において炭素活量ａ_sが０．７以下でないということである。後述する表４に示すように７００℃以下の温度域で鋼表面の炭素活量ａ_sが０．７以下となる軸受鋼に対しては、上記（１）式を満たしても十分に復炭できない。これは以下の理由によるものと考えられる。

【0025】

球状化熱処理では、Ａ_c1変態点の直上の温度に加熱したのち徐冷する。高炭素クロム軸受鋼のＡ_r1変態点は７００℃を超える温度域にあるので、７００℃以下の温度域では鋼組織はα相であり、炭素の拡散速度は大きいが、温度の低下に伴い小さくなる。一方、鋼表面の炭素活量ａ_sが０．７以下ということは、鋼表面の炭素濃度が小さく（つまり、脱炭が深く進行しており）、多量の炭素を補って復炭させる必要があるということを意味する。すなわち、７００℃以下の温度域で鋼表面の炭素活量ａ_sが０．７以下の場合は、徐冷する間に多量の炭素を補って復炭させるため、鋼表面の炭素活量ａ_sと雰囲気の炭素活量ａ_gの差（ａ_g−ａ_s、言い換えれば、拡散の駆動力）を大きくして復炭を促進させる必要がある。以上の理由より、７００℃以下の温度域で式（３）による鋼表面の炭素活量ａ_sが０．７以下となる軸受鋼に対しては、上記（１）式を満たしても十分に復炭できないと考えられる。このような軸受鋼を十分に復炭させるためには、ａ_g−ａ_sの値をより大きくする必要があると考えられる。

【0026】

さらに、６８０℃以下の温度域で（２）式（ａ_g＝１）を満たすことを条件に加えるのは、６８０℃以下の温度域では、炭素の拡散速度が小さくなるので、雰囲気の炭素活量ａ_gを最大限の１．０とし、復炭を促進させるためである。ａ_gを最大限の１．０とするのは、７００℃以下の温度域で行うことがより望ましい。

【0027】

本発明の高炭素クロム軸受鋼の製造方法においては、球状化熱処理の徐冷工程（加熱終了温度（Ａ_c1変態点直上の温度）〜約６７０℃）において、特にＡ_r1変態点以下の温度域における冷却速度を１０℃／ｈｒ以上８０℃／ｈｒ以下とする。後述する実施例に示すように、冷却速度が１０℃／ｈｒ未満の場合、冷却に長時間を要し、その間復炭が進行するので過浸炭になる恐れがある。一方、冷却速度が８０℃／ｈｒを超える場合は、復炭が不充分になる可能性があり、切削性の良好な組織が得られない。なお、Ａ_r1変態点から約６７０℃の温度域では炭素の拡散速度が速く復炭が進みやすいが、６７０℃を下回ると拡散速度が遅くなり復炭が進みにくくなるから、６７０℃を下回る温度域では徐冷しなくてもよい（６７０℃を下回る温度域も引き続き徐冷することを否定するものではない）。典型的には、６７０℃までは炉内で徐冷を行い、６７０℃を下回ってからは炉外（空気中）で放冷すればよい。

【0028】

以上、本発明の高炭素クロム軸受鋼の製造方法について、熱間圧延後の管、棒などに球状化熱処理を施すことを念頭に置いて説明したが、これに限らず、熱間圧延後の管、棒などに、例えば、軌道輪などの軸受部品の素材とすべく切断、切削等の加工を加えた後、球状化熱処理を施す場合等においても本発明の適用は可能である。

【0029】

本発明によれば、材料表面の脱炭層を効率よく復炭（浸炭）させることができ、脱炭層の除去のための工数の増加、歩留りの低下などによる製造コストの大幅な増大を抑制するとともに、残存する脱炭層部分における摺動性の劣化を抑えることができる。

【実施例】

【0030】

（実施例１）
熱間製管された外径９６ｍｍ、肉厚６．１ｍｍ、長さ５０００ｍｍの圧延のままの素管から試験片を採取し、復炭の試験に供した。素管は、分塊圧延、ビレット加熱、熱間製管のプロセスを経て来ているため、管外表面に０．２５ｍｍの脱炭層が存在していた。表１に試験片の化学組成を示す。

【0031】

【表1】

【0032】

復炭試験には、長手方向に温度調節ならびに雰囲気ガス投入量の変更が可能な複数のゾーンを備える熱処理炉を使用した。試験片は、炉内に装入された後、各ゾーンを通過する間に所定の雰囲気で球状化熱処理を施され、他端から排出される。

【0033】

図１は、試験で用いた球状化熱処理のヒートパターンを例示する図である。雰囲気ガスとしては、ＣＯ−Ｈ₂−Ｎ₂系の浸炭性ガスを使用し、徐冷工程において、炉内温度がＡ_r1変態点（試験に用いた鋼種では、７４０℃）から６８０℃に至るゾーンで通気した。その他のゾーンではＮ₂ガスを流した。なお、徐冷工程での冷却速度は、６０℃／ｈｒとした。また、６７０℃以下では空気中で放冷した。

【0034】

表２に、Ｎｏ．１試験で行った球状化熱処理の徐冷工程での各温度における雰囲気の組成ならびに雰囲気の炭素活量ａ_gと供試材の炭素活量ａ_sを示す。Ｎｏ．１試験は、本発明で規定するＡ_r1変態点（この場合、７４０℃）以下の温度域において（１）式（０≦ａ_g−ａ_s≦０．３、ただし、ａ_g、ａ_sの最大値は１．０）の条件が満たされている本発明例である。また、表３に、Ｎｏ．２試験で行った球状化熱処理の徐冷工程での各温度における雰囲気の組成ならびに雰囲気の炭素活量ａ_gと供試材の炭素活量ａ_sを示す。Ｎｏ．２試験は、７４０℃〜７００℃において、ａ_g−ａ_sが（１）式の条件から外れている比較例である。さらに、表４に、Ｎｏ．３試験で行った球状化熱処理の徐冷工程での各温度における雰囲気の組成ならびに雰囲気の炭素活量ａ_gと供試材の炭素活量ａ_sを示す。Ｎｏ．３試験は、ａ_g−ａ_sは（１）式を満たしているが、７００℃以下の温度域でａ_sが本発明の規定（０．７を超える）から外れるとともに、６８０℃以下の温度域で（２）式の条件が満たされていない比較例である。

【0035】

【表2】

【0036】

【表3】

【0037】

【表4】

【0038】

表２、表３および表４において、供試材の炭素活量ａ_sは、上記（３）式（Ｅｌｌｉｓの式）を用いて算出した。その際、供試材表面の球状化熱処理前のＣ濃度としては、熱間製管後の管外表面に存在している脱炭層の表面炭素濃度を電子線マイクロ分析法を用いた線分析により炭素濃度分布を測定することによって得られた値（Ｎｏ．１試験およびＮｏ．２試験においては０．６％、Ｎｏ．３試験においては０．４％）を用いた。また、雰囲気の炭素活量ａ_gは、表２、表３および表４の組成を前記「ＭＡＬＴ２」の計算ソフト「ｇｅｍ」に入力して計算した。

【0039】

表５に、球状化熱処理後の供試材の表面炭素濃度と、脱炭層深さ、過浸炭層深さを示す。供試材の表面炭素濃度は電子線マイクロ分析法を用いた線分析により炭素濃度分布を測定して求めた。また、脱炭層深さおよび過浸炭層深さも電子線マイクロ分析法を用いた線分析により測定した。なお、表示していないが、処理後の表面層の硬さ試験により、Ｎｏ．１試験〜Ｎｏ．３試験のいずれにおいても十分に球状化されていることを確認した。

【0040】

【表5】

【0041】

表５に示したように、Ｎｏ．１試験（本発明例）の球状化熱処理を行った後は、復炭が進行し、脱炭層は存在しなかった。表面炭素濃度は１．１％で、母材の炭素濃度（１．０１％、表１参照）を若干超えたが、高炭素クロム軸受鋼を代表するＪＩＳ Ｇ４８０５ のＳＵＪ１〜５における炭素濃度０．９５〜１．１０％の範囲内であった。表面炭素濃度が若干高くなり、僅かの過浸炭層が認められたが、問題になる厚さではなかった。

【0042】

これに対し、Ｎｏ．２試験（比較例）の球状化熱処理を行った場合は、脱炭層深さが僅かではあるが球状化熱処理前に比べてさらに増大し、表面炭素濃度は同処理前に比べて若干低下した。これは、炭素の拡散速度の大きい７４０℃〜７００℃の温度域において、雰囲気の炭素活量ａ_gが供試材の炭素活量ａ_sよりも小さく、本発明で規定する前記（１）式の条件が満たされなかったことによるものである。

【0043】

また、Ｎｏ．３試験（比較例）の球状化熱処理を行った場合は、脱炭層深さが球状化熱処理前に比べて減少するとともに、表面炭素濃度が増大しており、僅かながら脱炭層の復炭の傾向が認められた。しかし、表面炭素濃度は０．６％で、ＪＩＳ Ｇ４８０５ のＳＵＪ１〜５における炭素濃度の範囲（０．９５〜１．１０％）には届かず、復炭が十分ではなかった。これは、７００℃以下の温度域での鋼表面の炭素活量ａ_sが本発明の規定（７００℃を超える）より小さく、さらに、雰囲気の炭素活量ａ_gが６８０℃以下の温度域で前記（２）式を満たすという本発明の規定から外れていたことによるものである。

【0044】

なお、表２（Ｎｏ．１試験（本発明例））、表３（Ｎｏ．２試験（比較例））および表４（Ｎｏ．３試験（比較例））の最下段にそれぞれ（ＣＯ％）²／ＣＯ₂％の値を付記した。これらを比較すると、（ＣＯ％）²／ＣＯ₂％の値は、表３（Ｎｏ．２試験（比較例））、表４（Ｎｏ．３試験（比較例））に比べて表２（Ｎｏ．１試験（本発明例）の方が全般的に大きい傾向がみられるが、これのみによって浸炭（脱炭層の復炭）の可否の明確な判断は困難である。

【0045】

（実施例２）
実施例１で用いたものと同じ試験片ならびに雰囲気ガスを使用し、図１に例示したヒートパターン（ただし、徐冷工程における冷却速度を５℃／ｈｒ〜１００℃／ｈｒの間で種々変化させた）で、球状化熱処理を行い、熱処理後の供試材の脱炭層深さを調査した。球状化熱処理前の脱炭層深さは０．２５ｍｍである。

【0046】

表６に調査結果を示す。表６において、脱炭層深さの欄の「−」記号を付した数値は、過浸炭層深さを意味する。脱炭層深さ、過浸炭層深さともに０．２ｍｍ未満であれば問題ないと評価した。

【0047】

【表6】

【0048】

表６から明らかなように、冷却速度が１０〜８０℃／ｈｒの範囲内のときは、球状化熱処理前に存在していた脱炭層（深さ０．２５ｍｍ）はほぼ完全に消失した。一方、冷却速度が８０℃／ｈｒを超えるときは、徐冷工程での処理時間が短かったため、若干の脱炭層の残存が認められた。一方、冷却速度が１０℃／ｈｒに満たないときは、徐冷工程での処理時間が長すぎて僅かながら過浸炭が認められた。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本発明の高炭素クロム軸受鋼の製造方法によれば、材料表面の脱炭層を効率よく復炭（浸炭）させることができ、脱炭層の除去のための工数の増加、歩留りの低下などによる製造コストの大幅な増大、ならびに脱炭層の残存に起因する摺動性の劣化を抑制することができる。したがって、本発明方法は軸受鋼の製造に有効に利用することができる。

【図1】