特許 7594169 鋼材

(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】

(24)【登録日】2024-11-26

(45)【発行日】2024-12-04

(54)【発明の名称】鋼材

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20241127BHJP

   C22C 38/24 20060101ALI20241127BHJP

   C22C 38/54 20060101ALI20241127BHJP

   C21D 8/06 20060101ALN20241127BHJP

   C21D 9/40 20060101ALN20241127BHJP

【ＦＩ】

C22C38/00 301M

C22C38/24

C22C38/54

C21D8/06 A

C21D9/40 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020147896

(22)【出願日】2020-09-02

(65)【公開番号】P2022042439

(43)【公開日】2022-03-14

【審査請求日】2023-05-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】堀本 雅之

(72)【発明者】

【氏名】祐谷 将人

【審査官】宮脇 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１００８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－００２９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１８８８４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｃ ３８／００ － ３８／６０

Ｃ２１Ｄ ８／０６

Ｃ２１Ｄ ９／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．５０～０．８０％、
Ｓｉ：０．３０～１．５０％、
Ｍｎ：０．２０～０．４０％、
Ｃｒ：０．３０～１．２５％、
Ｍｏ：０．１０～０．３０％、
Ｖ：０．２０～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｃａ：０．０００２～０．００１０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｎ：０．０３００％以下、
Ｏ：０．００１５％以下、及び、
残部はＦｅ及び不純物からなり、かつ、式（１）～式（３）を満たす、
鋼材。
１．２０＜０．４Ｃｒ＋０．４Ｍｏ＋４．５Ｖ＜２．４０ （１）
７５Ｃ＋３５Ｓｉ＋１５０Ｍｎ＋３０Ｎｉ＋６０Ｃｒ＋１１５Ｍｏ＋５０（Ｖ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）≦２５５ （２）
３０Ｃ＋１８Ｓｉ＋２０Ｃｒ＋３５Ｍｎ＋１５Ｎｉ≦８５ （３）
ここで、式（１）～式（３）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。

【請求項2】

請求項１に記載の鋼材であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｎｉ：２．００％以下、
Ｂ：０．０１００％以下、
Ｎｂ：０．１０００％以下、及び、
Ｔｉ：０．１０００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
鋼材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、鋼材に関し、さらに詳しくは、軸受部品の素材となる鋼材に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等では、小型の軸受部品が用いられるのに対して、鉱山機械及び建設機械では、中型及び大型の軸受部品が用いられる。このような中型及び大型の軸受部品の素材となる鋼材として、ＪＩＳ Ｇ ４８０５（２０１９）に規定されたＳＵＪ３及びＳＵＪ５に代表される軸受鋼や、ＪＩＳ Ｇ ４０５３（２０１６）に規定されたＳＮＣＭ８１５に代表される肌焼き鋼が利用される。これらの鋼材は、次の方法により軸受部品に製造される。鋼材に対して熱間加工（熱間鍛造）を実施し、熱間加工後の鋼材に対して球状化焼鈍を実施する。球状化焼鈍後の鋼材に対して切削加工等を実施して、所望の形状の中間品を製造する。中間品に対して熱処理を実施して、鋼材の硬さ及び鋼材のミクロ組織を調整する。熱処理は例えば、焼入れ焼戻し、浸炭焼入れ焼戻し、浸炭浸窒焼入れ焼戻し、又は、浸窒焼入れ焼戻し等である。以上の工程により、上述の鋼材を素材として、所望の軸受性能（表面起点剥離寿命等）を有する軸受部品が製造される。上述のとおり、軸受部品の製造工程では、熱間加工及び球状化焼鈍を実施した後、切削加工が実施される。したがって、鋼材には優れた被削性が求められる。

【0003】

さらに、鋼材を素材として製造される軸受部品の製造工程において、特に表面起点剥離寿命等の軸受性能を得ることを目的として、上述の熱処理（焼入れ焼戻し、浸炭焼入れ焼戻し、浸炭浸窒焼入れ焼戻し、又は、浸窒焼入れ焼戻し等）が実施される。熱処理では、鋼材の表層に焼入れ層、浸炭層、浸炭浸窒層又は浸窒層等の硬化層が形成される。この硬化層により、表面起点剥離寿命の向上等の軸受性能が向上する。

【0004】

軸受性能の向上に関する技術が、特開平８－４９０５７号公報（特許文献１）、及び、特開２００８－２８０５８３号公報（特許文献２）に開示されている。

【0005】

特許文献１に開示された転がり軸受は、軌道輪及び転動体からなる。軌道輪及び転動体の少なくとも一つが、Ｃ：０．１～０．７重量％、Ｃｒ：０．５～３．０重量％、Ｍｎ：０．３～１．２重量％、Ｓｉ：０．３～１．５重量％、Ｍｏ：３重量％以下の中低炭素低合金鋼にＶ：０．８～２．０重量％を含有させた鋼を素材とし、その素材を用いて形成した製品の熱処理時に浸炭又は浸炭窒化処理を施し、製品表面の炭素濃度が０．８～１．５重量％で且つ表面のＶ／Ｃ濃度比が１～２．５の関係を満たす。これにより、特許文献１の転がり軸受では、製品表面にＶＣ炭化物が析出する。そのため、特許文献１の転がり軸受は、軸受性能の１つである耐摩耗性を高める、と特許文献１には記載されている。

【0006】

特許文献２に開示された肌焼鋼は、質量％でＣ：０．１～０．４％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：０．３～２．５％、Ｍｏ：０．１～２．０％、Ｖ：０．１～２．０％、Ａｌ：０．０５０％以下、Ｏ：０．００１５％以下、Ｎ：０．０２５％以下、Ｖ＋Ｍｏ：０．４～３．０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する。この肌焼鋼では、焼戻し処理後の表層Ｃ濃度が０．６～１．２％で、表面硬さがＨＲＣ５８以上６４未満であり、且つ表層に分散析出するＶ系炭化物のうち粒径１００ｎｍ未満の微細なＶ系炭化物の個数割合が８０％以上である。軸受部品等の部品にＶ系炭化物を微細分散させて水素のトラップサイトとすることにより、耐水素脆性を高め、軸受性能の１つである面疲労寿命を高める、と特許文献２には記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開平８－４９０５７号公報

【文献】特開２００８－２８０５８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、鉱山機械用途や建設機械用途に適用される中型及び大型の軸受部品は特に、土砂又は岩石を含む環境で使用される。そのため、軸受部品の使用中において、土砂又は岩石の一部等が異物として軸受内に侵入する場合がある。このような異物が混入した状態においても、優れた表面起点剥離寿命が求められている。特許文献１及び特許文献２には、上述のような異物混入による表面起点剥離寿命を高める技術については、何ら開示されていない。

【0009】

さらに、鉱山機械用途及び建設機械用途の中型及び大型の軸受部品では、自動車用途の小型の軸受部品と比較して、使用中において、顕著に高い面圧が繰り返し付与される。最近ではさらに、燃費向上を目的として、潤滑油の粘度を低下して摩擦抵抗及び伝達抵抗を低減したり、循環させる潤滑油の使用量を低減したりしている。潤滑油の粘度低下及び潤滑油の使用量低減により、軸受部品同士の接触面における潤滑油の膜厚が減少する。この場合、潤滑油の粘度が高い場合及び潤滑油の使用量が多い場合と比較して、軸受部品の単位面積当たりに加わる圧力（以下、面圧ともいう）がさらに高くなる。このような高い面圧が繰り返し付与されていると、面圧により軸受部品が変形してしまう場合がある。例えば、軸受の転動面の変形量が大きくなれば、転動体（玉、ころ）と内輪及び外輪との隙間が大きくなる。この場合、軸受が、回転する部材（シャフト等）を正確な位置で回転可能に支持することができない。その結果、軸受及び軸受に支持されている部材に振動が発生し、この振動が騒音の原因となる。したがって、これらの用途の軸受部品では特に、使用中に高い面圧が繰り返し付与されても、変形しにくく、形状変化しにくい特性（以下、形状安定性という）が求められる。

【0010】

本開示の目的は、被削性に優れ、軸受部品としたときに、表面起点剥離寿命、及び、形状安定性に優れる、鋼材を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本開示による鋼材は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．５０～０．８０％、
Ｓｉ：０．３０～１．５０％、
Ｍｎ：０．２０～０．４０％、
Ｃｒ：０．３０～１．２５％、
Ｍｏ：０．１０～０．３０％、
Ｖ：０．２０～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｃａ：０．０００２～０．００１０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｎ：０．０３００％以下、
Ｏ：０．００１５％以下、及び、
残部はＦｅ及び不純物からなり、かつ、式（１）～式（３）を満たす。
１．２０＜０．４Ｃｒ＋０．４Ｍｏ＋４．５Ｖ＜２．４０ （１）
７５Ｃ＋３５Ｓｉ＋１５０Ｍｎ＋３０Ｎｉ＋６０Ｃｒ＋１１５Ｍｏ＋５０（Ｖ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）≦２５５ （２）
３０Ｃ＋１８Ｓｉ＋２０Ｃｒ＋３５Ｍｎ＋１５Ｎｉ≦８５ （３）
ここで、式（１）～式（３）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。

【発明の効果】

【0012】

本開示による鋼材は、被削性に優れ、軸受部品としたときに、表面起点剥離寿命、及び、形状安定性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、スラスト型の転動疲労試験機の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明者らは、軸受部品の素材である鋼材の被削性と、鋼材を加工して軸受部品としたときの軸受部品の表面起点剥離寿命と、軸受部品の使用時における軸受部品の形状安定性とについて、調査及び検討を行った。

【0015】

初めに、本発明者らは、化学組成の観点から、被削性、軸受部品としたときの表面起点剥離寿命、及び、形状安定性に優れる鋼材を検討した。その結果、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．５０～０．８０％、Ｓｉ：０．３０～１．５０％、Ｍｎ：０．２０～０．４０％、Ｃｒ：０．３０～１．２５％、Ｍｏ：０．１０～０．３０％、Ｖ：０．２０～０．４０％、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｃａ：０．０００２～０．００１０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎ：０．０３００％以下、Ｏ：０．００１５％以下、Ｎｉ：０～２．００％、Ｂ：０～０．０１００％、Ｎｂ：０～０．１０００％、及び、Ｔｉ：０～０．１０００％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる鋼材であれば、被削性に優れ、軸受部品としたときに、表面起点剥離寿命、及び、形状安定性に優れる可能性があると本発明者らは考えた。

【0016】

しかしながら、化学組成中の各元素が上述の範囲内となる鋼材であっても、必ずしも上記特性（被削性、軸受部品とした場合の表面起点剥離寿命、及び、形状安定性）が十分に得られない場合があることが判明した。そこで、本発明者らはさらに検討を行った。その結果、次の知見を得た。

【0017】

［式（１）について］
上述のとおり、鋼材を素材として軸受部品を製造する場合、熱間加工及び切削加工を実施した鋼材（中間品）に対して、焼入れ焼戻し、浸炭焼入れ焼戻し、浸炭浸窒焼入れ焼戻し、又は、浸窒焼入れ焼戻しを実施する。以降の説明では、焼入れ焼戻し、浸炭焼入れ焼戻し、浸炭浸窒焼入れ焼戻し、及び、浸窒焼入れ焼戻しを総称して「熱処理」という。鋼材に熱処理を実施して得られる軸受部品の表面起点剥離寿命を高めるには、軸受部品の表層において、微細な析出物を分散させることが有効である。

【0018】

Ｖは、炭化物や炭窒化物といった析出物を形成する。以下、Ｖを含有する析出物を「Ｖ析出物」という。Ｖ析出物は、Ｖ炭化物、Ｖ炭窒化物等である。Ｖ析出物が熱処理時に生成すれば、Ｖ析出物は微細である。微細なＶ析出物が軸受部品の表層に生成すれば、析出強化により軸受部品の表層が硬くなる。その結果、軸受部品の表面起点剥離寿命が高まる。しかしながら、熱間加工の加熱時において粗大なＶ析出物（Ｖ炭化物）が生成する場合がある。この場合、軸受部品にも粗大なＶ析出物が残存する。粗大なＶ析出物は、軸受部品の使用中において、疲労破壊の起点となりやすく、軸受部品の表面起点剥離寿命をかえって低下させる。さらに、粗大なＶ析出物は硬質であるため、熱間加工後の鋼材（中間品）を切削加工する場合、鋼材の被削性が低下する。

【0019】

そこで、本発明者らは、微細なＶ析出物を生成でき、かつ、粗大なＶ析出物の生成を抑制する手段を検討した。その結果、本発明者らは、次の知見を得た。

【0020】

微細なＶ析出物を生成するには、析出核生成サイトを増加させることが有効である。Ｃｒ及びＭｏは、熱処理時において、微細なＶ析出物を生成するための析出核生成サイトを増加する。その結果、熱処理時において、Ｃｒ及びＭｏは、微細なＶ析出物の分散生成を促進する。しかしながら、軸受部品の素材である鋼材において既にＶ析出物は存在する。そのため、軸受部品の製造工程のうち、熱処理工程よりも前段の熱間加工工程での加熱時において、鋼材中のＶ析出物が十分に固溶しない場合、加熱により鋼材中のＶ析出物が粗大化する。この場合、熱処理工程を実施しても、軸受部品に粗大なＶ析出物が残存してしまう。Ｖ含有量、Ｃｒ含有量、及び、Ｍｏ含有量が高すぎれば、軸受部品の素材である鋼材において既にＶ析出物が多く存在するため、軸受部品とした場合に、粗大なＶ析出物が残存しやすい。したがって、軸受部品において微細なＶ析出物を分散させつつ、軸受部品において粗大なＶ析出物の残存を抑制するためには、素材である鋼材の化学組成において、Ｖ含有量、Ｃｒ含有量、及び、Ｍｏ含有量を適切に調整することが有効である。

【0021】

以上の知見に基づいて、本発明者らは、Ｖ含有量、Ｃｒ含有量及びＭｏ含有量と、表面起点剥離寿命との関係を調査した。その結果、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内である鋼材において、さらに、Ｖ含有量、Ｃｒ含有量及びＭｏ含有量が次の式（１）を満たせば、後述の式（２）及び式（３）を満たすことを前提として、軸受部品としたときに十分な表面起点剥離寿命が得られることを見出した。
１．２０＜０．４Ｃｒ＋０．４Ｍｏ＋４．５Ｖ＜２．４０ （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。

【0022】

［式（２）について］
軸受部品の製造工程では、上述のとおり、熱間加工及び球状化焼鈍後の鋼材に対して切削加工を実施して、中間品を製造する。そこで、本発明者らは、鋼材の被削性についてさらなる検討を行った。鋼材の強度は被削性に影響する。具体的には、鋼材の強度が高ければ、被削性は低下する。したがって、鋼材の被削性を高めるためには、鋼材の強度が過剰に高くならないようにすることが有効である。上述の化学組成中の元素のうち、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、及び、Ｎｂは特に、鋼材の強度を高める元素である。そこで、本発明者らはこれらの元素に注目して、鋼材の被削性の向上について検討した。その結果、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であって、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、及び、Ｎｂが次の式（２）を満たせば、式（１）及び後述の式（３）を満たすことを前提として、鋼材の被削性がさらに高まることを見出した。
７５Ｃ＋３５Ｓｉ＋１５０Ｍｎ＋３０Ｎｉ＋６０Ｃｒ＋１１５Ｍｏ＋５０（Ｖ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）≦２５５ （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。

【0023】

［式（３）について］
上述のとおり、鉱山機械用途及び建設機械用途の中型及び大型の軸受部品では、使用中において、顕著に高い面圧が繰り返し付与される。その結果、面圧により軸受部品が変形してしまう場合がある。したがって、軸受部品には、使用中における優れた形状安定性が求められる。

【0024】

そこで、本発明者らは、鋼材を素材として製造された軸受部品において、形状安定性に影響する因子を調査した。その結果、熱処理後の軸受部品の芯部において、残留オーステナイトが残存している場合、高い面圧を繰り返し付与されることにより軸受部品が変形する場合があることが判明した。

【0025】

以上の知見に基づいて、本発明者らは、上述の化学組成を有する鋼材を素材として軸受部品を製造したときに、芯部での残留オーステナイトの生成に特に影響する元素を調査した。その結果、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内である場合、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉが特に、鋼材を素材として熱間加工、切削加工、及び、熱処理を実施して得られる軸受部品の芯部の残留オーステナイトの生成量に影響を与えることが判明した。そこで、本発明者らは、Ｃ含有量、Ｓｉ含有量、Ｃｒ含有量、Ｍｎ含有量及びＮｉ含有量と、軸受部品とした場合の軸受部品の形状安定性との関係をさらに調査した。その結果、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であって、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉが次の式（３）を満たせば、式（１）及び式（２）を満たすことを前提として、鋼材が被削性に優れ、軸受部品としたときに軸受部品が表面起点剥離寿命に優れるだけでなく、軸受部品が形状安定性にも優れることを見出した。
３０Ｃ＋１８Ｓｉ＋２０Ｃｒ＋３５Ｍｎ＋１５Ｎｉ≦８５ （３）
ここで、式（３）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。

【0026】

本実施形態の鋼材は、以上の技術思想に基づいて完成したものである。具体的には、本実施形態の鋼材は、軸受部品の素材に用いることが可能な鋼材であって、次の構成を有する。

【0027】

［１］
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．５０～０．８０％、
Ｓｉ：０．３０～１．５０％、
Ｍｎ：０．２０～０．４０％、
Ｃｒ：０．３０～１．２５％、
Ｍｏ：０．１０～０．３０％、
Ｖ：０．２０～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｃａ：０．０００２～０．００１０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｎ：０．０３００％以下、
Ｏ：０．００１５％以下、及び、
残部はＦｅ及び不純物からなり、かつ、式（１）～式（３）を満たす、
鋼材。
１．２０＜０．４Ｃｒ＋０．４Ｍｏ＋４．５Ｖ＜２．４０ （１）
７５Ｃ＋３５Ｓｉ＋１５０Ｍｎ＋３０Ｎｉ＋６０Ｃｒ＋１１５Ｍｏ＋５０（Ｖ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）≦２５５ （２）
３０Ｃ＋１８Ｓｉ＋２０Ｃｒ＋３５Ｍｎ＋１５Ｎｉ≦８５ （３）
ここで、式（１）～式（３）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。

【0028】

［２］
［１］に記載の鋼材であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｎｉ：２．００％以下、
Ｂ：０．０１００％以下、
Ｎｂ：０．１０００％以下、及び、
Ｔｉ：０．１０００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
鋼材。

【0029】

以下、本実施形態の鋼材について詳述する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。

【0030】

［鋼材の化学組成］
本実施形態の鋼材は、熱処理を実施して製造される軸受部品の素材に適する。ここでいう熱処理は、焼入れ焼戻し、浸炭焼入れ焼戻し、浸炭浸窒焼入れ焼戻し、及び、浸窒焼入れ焼戻し等である。本実施形態の鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。

【0031】

Ｃ：０．５０～０．８０％
炭素（Ｃ）は、鋼材の強度を高める。Ｃはさらに、鋼材を軸受部品としたときに、微細なＶ析出物を形成し、軸受部品の表面起点剥離寿命を高める。Ｃ含有量が０．５０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃ含有量が０．８０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が過剰に高くなり、鋼材の被削性が低下する。Ｃ含有量が０．８０％を超えればさらに、鋼材を軸受部品としたときに、軸受部品に粗大なＶ析出物が残存する。この場合、軸受部品の表面起点剥離寿命がかえって低下する。したがって、Ｃ含有量は０．５０～０．８０％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．５５％であり、さらに好ましくは０．６０％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．７７％であり、さらに好ましくは０．７５％である。

【0032】

Ｓｉ：０．３０～１．５０％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼材の強度を高め、鋼材を軸受部品としたときの軸受部品の表面起点剥離寿命を高める。Ｓｉ含有量が０．３０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｓｉ含有量が１．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が過剰に高くなり、鋼材の被削性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．３０～１．５０％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．３５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は１．３５％であり、さらに好ましくは１．００％であり、さらに好ましくは０．９０％である。

【0033】

Ｍｎ：０．２０～０．４０％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の焼入れ性を高め、鋼材を軸受部品としたときの軸受部品の表面起点剥離寿命を高める。Ｍｎ含有量が０．２０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｎ含有量が０．４０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が過剰に高くなり、鋼材の被削性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．２０～０．４０％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．２２％であり、さらに好ましくは０．２５％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．３８％であり、さらに好ましくは０．３５％である。

【0034】

Ｃｒ：０．３０～１．２５％
クロム（Ｃｒ）は、鋼の焼入れ性を高める。Ｃｒはさらに、鋼材を軸受部品としたときに、熱処理において微細なＶ析出物の生成を促進する。そのため、軸受部品の表面起点剥離寿命が高まる。Ｃｒ含有量が０．３０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量が１．２５％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が過剰に高くなる。この場合、鋼材の被削性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は０．３０～１．２５％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．４０％であり、さらに好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．８０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は１．２０％であり、さらに好ましくは１．１５％である。

【0035】

Ｍｏ：０．１０～０．３０％
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼の焼入れ性を高める。Ｍｏはさらに、鋼材を軸受部品としたときに、熱処理において微細なＶ析出物の生成を促進する。そのため、軸受部品の表面起点剥離寿命が高まる。Ｍｏ含有量が０．１０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が０．３０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が過剰に高くなる。この場合、鋼材の被削性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０．１０～０．３０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．１３％であり、さらに好ましくは０．１５％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は０．２８％であり、さらに好ましくは０．２７％であり、さらに好ましくは０．２５％である。

【0036】

Ｖ：０．２０～０．４０％
バナジウム（Ｖ）は、鋼の焼入れ性を高める。Ｖはさらに、鋼材を軸受部品としたときに、軸受部品中に微細なＶ析出物を形成する。そのため、軸受部品の表面起点剥離寿命が高まる。Ｖ含有量が０．２０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｖ含有量が０．４０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の被削性及び軸受部品の表面起点剥離寿命が低下する。具体的には、Ｖ含有量が０．４０％を超えれば、鋼材を用いた軸受部品の製造工程中の熱間加工工程前の加熱時において、粗大なＶ析出物が形成される。粗大なＶ析出物は、熱間加工後の鋼材を切削加工するときに、鋼材の被削性を低下する。粗大なＶ析出物はさらに、熱処理工程後の軸受部品に残存する。粗大なＶ析出物は、疲労の起点となる。そのため、軸受部品の表面起点剥離寿命を低下する。したがって、Ｖ含有量は０．２０～０．４０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．２２％であり、さらに好ましくは０．２５％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．３８％であり、さらに好ましくは０．３５％である。

【0037】

Ａｌ：０．００５～０．１００％
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌはさらに、ＡｌＮを形成して、軸受部品の製造工程中の焼入れ時の加熱において、鋼材中のオーステナイト結晶粒が粗大化するのを抑制する。その結果、軸受部品の表面起点剥離寿命が高まる。Ａｌ含有量が０．００５％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ａｌ含有量が０．１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なアルミナ系酸化物が生成する。粗大なアルミナ系酸化物は、疲労の起点となる。そのため、軸受部品の表面起点剥離寿命が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．００５～０．１００％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０２５％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０５０％であり、さらに好ましくは０．０４５％である。本実施形態において、Ａｌ含有量とは、全Ａｌ含有量（Ｔｏｔａｌ Ａｌ）を意味する。

【0038】

Ｃａ：０．０００２～０．００１０％
カルシウム（Ｃａ）は、鋼材中の硫化物系介在物中に固溶して、硫化物系介在物を球状化する。Ｃａはさらに、高温における硫化物系介在物の変形抵抗を高め、熱間加工後においても、硫化物系介在物の球状化を維持する。Ｃａはさらに、アルミナ系酸化物に固溶して、溶鋼中においてアルミナ系酸化物の凝集を抑制する。つまり、粗大なアルミナ系酸化物の生成を抑制する。その結果、鋼材を軸受部品としたときに、軸受部品の表面起点剥離寿命が高まる。Ｃａ含有量が０．０００２％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃａ含有量が０．００１０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が生成する。この場合、鋼材を軸受部品としたときに、軸受部品の表面起点剥離寿命が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０．０００２～０．００１０％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００４％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．０００９％であり、さらに好ましくは０．０００８％である。

【0039】

Ｐ：０．０２０％以下
りん（Ｐ）は、不可避に含有される不純物である。つまり、Ｐ含有量は０％超である。Ｐは粒界に偏析する。その結果、粒界強度が低下する。Ｐ含有量が０．０２０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｐが粒界に過剰に偏析して粒界強度が顕著に低下する。その結果、鋼材を軸受部品としたときに、軸受部品の表面起点剥離寿命が低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０２０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０１５％であり、さらに好ましい上限は０．０１２％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｐ含有量の過剰な低減は製造コストを引き上げる。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００４％である。

【0040】

Ｓ：０．００５％以下
硫黄（Ｓ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｓ含有量は０％超である。Ｓは、硫化物系介在物を生成する。粗大な硫化物系介在物は、軸受部品の疲労の起点となる。Ｓ含有量が０．００５％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材を軸受部品としたときに、軸受部品中に粗大な硫化物系介在物が残存する。その結果、軸受部品の表面起点剥離寿命が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．００５％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００４％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｓ含有量の過剰な低減は製造コストを引き上げる。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、Ｓ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。

【0041】

Ｎ：０．０３００％以下
窒素（Ｎ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｎ含有量は０％超である。Ｎは鋼材中に固溶して、鋼材の熱間加工性を低下する。Ｎ含有量が０．０３００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が顕著に低下する。したがって、Ｎ含有量は０．０３００％以下である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．０２５０％であり、さらに好ましくは０．０２００％である。Ｎ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｎ含有量の過剰な低減は、製造コストを引き上げる。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、Ｎ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００５０％である。

【0042】

Ｏ（酸素）：０．００１５％以下
酸素（Ｏ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｏ含有量は０％超である。Ｏは鋼中の他の元素と結合して粗大な酸化物を生成する。粗大な酸化物は、軸受部品の疲労の起点となる。Ｏ含有量が０．００１５％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材を軸受部品としたときに、軸受部品中に粗大な酸化物が残存する。その結果、軸受部品の表面起点剥離寿命が低下する。したがって、Ｏ含有量は０．００１５％以下である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００１３％であり、さらに好ましくは０．００１１％である。Ｏ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｏ含有量の過剰な低減は、製造コストを引き上げる。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、Ｏ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。

【0043】

本実施形態による鋼材の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は、製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。

【0044】

［任意元素（ｏｐｔｉｏｎａｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）について］
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｉ：２．００％以下、Ｂ：０．０１００％以下、Ｎｂ：０．１０００％以下、及び、Ｔｉ：０．１０００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材を軸受部品としたときに、軸受部品の表面起点剥離寿命を高める。

【0045】

Ｎｉ：２．００％以下
ニッケル（Ｎｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｉは鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。その結果、鋼材を軸受部品としたときに、軸受部品の表面起点剥離寿命が高まる。Ｎｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｉ含有量が２．００％を超えれば、鋼材の強度が過剰に高くなる。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の被削性が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は０～２．００％であり、含有される場合、Ｎｉ含有量は２．００％以下である。つまり、含有される場合、Ｎｉ含有量は０超～２．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．３０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は１．８０％であり、さらに好ましくは１．５０％である。

【0046】

Ｂ：０．０１００％以下
ボロン（Ｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｂは鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ｂはさらに、焼入れ時のオーステナイト粒界におけるＰ及びＳの偏析を抑制する。その結果、鋼材を軸受部品としたときに、軸受部品の表面起点剥離寿命が高まる。Ｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｂ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｂ窒化物（ＢＮ）が生成する。この場合、鋼材を軸受部品としたときに、軸受部品の表面起点剥離寿命が低下する。したがって、Ｂ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、Ｂ含有量は０．０１００％以下である。つまり、含有される場合、Ｂ含有量は０超～０．０１００％である。上記効果を有効に得るためのＢ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５０％である。

【0047】

Ｎｂ：０．１０００％以下
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｂは鋼中のＣ及びＮと結合して、Ｎｂ析出物（炭化物又は炭窒化物）を生成する。これらの析出物は、結晶粒の粗大化を抑制し、軸受部品の強度を高める。その結果、軸受部品の表面起点剥離寿命が高まる。Ｎｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｂ含有量が０．１０００％を超えれば、粗大なＮｂ析出物が生成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、軸受部品の表面起点剥離寿命が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．１０００％であり、含有される場合、Ｎｂ含有量は０．１０００％以下である。つまり、含有される場合、Ｎｂ含有量は０超～０．１０００％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００５０％であり、さらに好ましくは０．０１００％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０８００％であり、さらに好ましくは０．０７００％である。

【0048】

Ｔｉ：０．１０００％以下
チタン（Ｔｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｔｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔｉは鋼中のＣ及びＮと結合して、Ｔｉ析出物（炭化物、炭窒化物、又は、窒化物）を生成する。これらの析出物は、結晶粒の粗大化を抑制し、軸受部品の強度を高める。その結果、軸受部品の表面起点剥離寿命が高まる。Ｔｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔｉ含有量が０．１０００％を超えれば、粗大なＴｉ析出物が生成する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、軸受部品の表面起点剥離寿命が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０～０．１０００％であり、含有される場合、Ｔｉ含有量は０．１０００％以下である。つまり、含有される場合、Ｔｉ含有量は０超～０．１０００％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．０１００％であり、さらに好ましくは０．０３００％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０８００％であり、さらに好ましくは０．０７５０％である。

【0049】

［式（１）～式（３）について］
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、各元素含有量が上述の範囲内であって、かつ、次の式（１）～式（３）を満たす。
１．２０＜０．４Ｃｒ＋０．４Ｍｏ＋４．５Ｖ＜２．４０ （１）
７５Ｃ＋３５Ｓｉ＋１５０Ｍｎ＋３０Ｎｉ＋６０Ｃｒ＋１１５Ｍｏ＋５０（Ｖ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）≦２５５ （２）
３０Ｃ＋１８Ｓｉ＋２０Ｃｒ＋３５Ｍｎ＋１５Ｎｉ≦８５ （３）
ここで、式（１）～式（３）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。

【0050】

［式（１）について］
Ｆ１＝０．４Ｃｒ＋０．４Ｍｏ＋４．５Ｖと定義する。Ｆ１は、鋼材を素材として軸受部品を製造する場合における、熱処理工程での微細なＶ析出物の析出核生成サイトの指標である。上述のとおり、Ｃｒ及びＭｏは、Ｖ析出物の析出核生成サイトの形成を促進する。具体的には、ＣｒはＶ析出物が生成する温度域よりも低い温度域において、セメンタイト等のＦｅ系炭化物又はＣｒ炭化物を生成する。Ｍｏは、Ｖ析出物が生成する温度域よりも低い温度域において、Ｍｏ炭化物（Ｍｏ_２Ｃ）を生成する。温度の上昇に伴い、Ｆｅ系炭化物、Ｃｒ炭化物、及び、Ｍｏ炭化物が固溶してＶ析出物の析出核生成サイトとなる。

【0051】

Ｆ１が１．２０以下であれば、各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、式（２）及び式（３）を満たしても、Ｖ、Ｃｒ及びＭｏのいずれかが不足している。この場合、Ｖ析出物の析出核生成サイトが不足する。又は、Ｖ析出物の生成に必要なＶ含有量自体が、Ｃｒ含有量及びＭｏ含有量に対して不足する。そのため、熱処理工程時において微細なＶ析出物が十分に生成しない。その結果、軸受部品において、十分な表面起点剥離寿命が得られない。一方、Ｆ１が２．４０以上であれば、各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、式（２）及び式（３）を満たしても、析出核生成サイトが過剰に生成する。この場合、鋼材中に過剰にＶ析出物が生成する。その結果、鋼材を素材として軸受部品を製造したときに、熱間加工の加熱時において、Ｖ析出物が固溶せずに粗大化する。粗大なＶ析出物は、熱処理工程後の軸受部品中に残存する。その結果、軸受部品の表面起点剥離寿命が低下する。

【0052】

Ｆ１が１．２０よりも高く、２．４０未満であれば、各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、式（２）及び式（３）を満たすことを前提として、鋼材及び軸受部品において、粗大Ｖ析出物の生成が抑制される。さらに、軸受部品の表層には、微細なＶ析出物が十分に生成する。その結果、軸受部品の表面起点剥離寿命が高まる。

【0053】

Ｆ１の好ましい下限は１．３０であり、さらに好ましくは１．３５であり、さらに好ましくは１．４０である。Ｆ１の好ましい上限は２．３８であり、さらに好ましくは２．３６であり、さらに好ましくは２．３４であり、さらに好ましくは２．３０であり、さらに好ましくは２．２５であり、さらに好ましくは２．２０である。Ｆ１の数値は、小数第３位を四捨五入して得られた値とする。

【0054】

［式（２）について］
Ｆ２＝７５Ｃ＋３５Ｓｉ＋１５０Ｍｎ＋３０Ｎｉ＋６０Ｃｒ＋１１５Ｍｏ＋５０（Ｖ＋Ｔｉ＋Ｎｂ）と定義する。Ｆ２内の各元素（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ及びＮｂ）は、上述の化学組成中の元素のうち、鋼の焼入れ性を高める主たる元素である。Ｆ２は、鋼材の被削性の指標である。

【0055】

Ｆ２が２５５よりも高ければ、各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、式（１）及び式（３）を満たしても、鋼材の強度が高くなりすぎる。この場合、鋼材の被削性が十分に得られない。

【0056】

Ｆ２が２５５以下であれば、各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、式（１）及び式（３）を満たすことを前提として、鋼材において十分な被削性が得られる。

【0057】

Ｆ２の好ましい上限は２５０であり、さらに好ましくは２４５であり、さらに好ましくは２４０である。Ｆ２の下限は特に限定されない。しかしながら、本実施形態の化学組成の各元素含有量の下限を考慮すれば、Ｆ２の好ましい下限は１１８であり、さらに好ましくは１２０であり、さらに好ましくは１５０であり、さらに好ましくは１８０である。Ｆ２の数値は、小数第１位を四捨五入して得られた値とする。

【0058】

［式（３）について］
Ｆ３＝３０Ｃ＋１８Ｓｉ＋２０Ｃｒ＋３５Ｍｎ＋１５Ｎｉと定義する。Ｆ３は、鋼材を軸受部品としたときの、軸受部品の使用中における形状安定性の指標である。上述の化学組成中の元素のうち、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉが特に、鋼材を素材として熱間加工、切削加工、及び、熱処理を実施して得られる軸受部品の残留オーステナイトの生成量に影響を与える。

【0059】

Ｆ３が８５よりも大きければ、各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、式（１）及び式（２）を満たしても、熱処理後の軸受部品において、残留オーステナイトが多く残存する。そのため、軸受部品の使用中における形状安定性が低下する。Ｆ３が８５以下であれば、各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、式（１）及び式（２）を満たすことを前提として、軸受部品の使用中における形状安定性が十分に高まる。

【0060】

Ｆ３の好ましい上限は８３であり、さらに好ましくは８０であり、さらに好ましくは７８である。Ｆ３の下限は特に限定されない。しかしながら、本実施形態の化学組成の各元素含有量の下限を考慮すれば、Ｆ３の好ましい下限は３５であり、さらに好ましくは４０である。Ｆ３の数値は、小数第１位を四捨五入して得られた値とする。

【0061】

［ミクロ組織について］
本実施形態の鋼材のミクロ組織は特に限定されない。本実施形態において、鋼材の被削性とは、鋼材を軸受部品とする場合において、熱間加工工程が実施された後に球状化焼鈍された鋼材に対して求められる特性である。鋼材は熱間加工時にＡ_ｃ３点以上に加熱される。そのため、鋼材のミクロ組織は特に限定されない。

【0062】

以上の構成を有する本実施形態の鋼材は、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、Ｆ１～Ｆ３が式（１）～式（３）を満たす。そのため、本実施形態の鋼材は、被削性に優れる。さらに、本実施形態の鋼材を軸受部品としたときに、軸受部品は、表面起点剥離寿命、及び、形状安定性に優れる。

【0063】

［鋼材の用途］
本実施形態の鋼材は、上述のとおり、軸受部品の素材に適する。本実施形態の鋼材は特に、鉱山機械用途及び建設機械用途の中型及び大型の軸受部品に適する。中型及び大型の軸受部品は、自動車用途の小型の軸受部品と比較して、使用中において、顕著に高い面圧が繰り返し付与される。その結果、面圧により軸受部品が変形してしまう場合がある。本実施形態の鋼材は、軸受部品としたときに、軸受部品の形状安定性に優れる。そのため、本実施形態の鋼材は、中型及び大型の軸受部品の素材として好適である。なお、本実施形態の鋼材を自動車用途の小型の軸受部品に用いることも、当然に可能である。

【0064】

［鋼材の製造方法］
本実施形態の鋼材の製造方法の一例を説明する。以降に説明する鋼材の製造方法は、本実施形態の鋼材を製造するための一例である。したがって、上述の構成を有する鋼材は、以降に説明する製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、以降に説明する製造方法は、本実施形態の鋼材の製造方法の好ましい一例である。

【0065】

本実施形態の鋼材の製造方法の一例は、素材を準備する素材準備工程と、素材を熱間加工して鋼材を製造する熱間加工工程とを備える。以下、各工程について説明する。

【0066】

［素材準備工程］
素材準備工程では、本実施形態の鋼材の素材を準備する。具体的には、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、Ｆ１～Ｆ３が式（１）～式（３）を満たす溶鋼を製造する。精錬方法は特に限定されず、周知の方法を用いればよい。たとえば、周知の方法で製造された溶銑に対して転炉での精錬（一次精錬）を実施する。転炉から出鋼した溶鋼に対して、周知の二次精錬を実施する。二次精錬において、合金元素を溶鋼に添加して成分を調整し、各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、Ｆ１～Ｆ３が式（１）～式（３）を満たす化学組成を有する溶鋼を製造する。

【0067】

上述の精錬方法により製造された溶鋼を用いて、周知の鋳造法により素材を製造する。たとえば、溶鋼を用いて造塊法によりインゴットを製造する。また、溶鋼を用いて連続鋳造法によりブルーム又はビレットを製造してもよい。以上の方法により、素材（インゴット、ブルーム又はビレット）を製造する。

【0068】

［熱間加工工程］
熱間加工工程では、素材準備工程で準備された素材（インゴット、ブルーム又はビレット）に対して、熱間加工を実施して、本実施形態の鋼材を製造する。鋼材は、棒鋼又は線材である。熱間加工工程は、分塊圧延工程と、仕上げ圧延工程とを含む。以下、各工程について説明する。

【0069】

［分塊圧延工程］
分塊圧延工程では、素材を熱間圧延してビレットを製造する。具体的には、分塊圧延工程では、分塊圧延機により素材に対して熱間圧延（分塊圧延）を実施して、ビレットを製造する。分塊圧延機の下流に連続圧延機が配置されている場合、分塊圧延後のビレットに対してさらに、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、さらにサイズの小さいビレットを製造してもよい。連続圧延機では、一対の水平ロールを有する水平スタンドと、一対の垂直ロールを有する垂直スタンドとが交互に一列に配列される。以上のとおり、分塊圧延工程では、分塊圧延機を用いて、又は、分塊圧延機と連続圧延機とを用いて、素材をビレットに製造する。

【0070】

分塊圧延工程での加熱炉での加熱温度は特に限定されない。加熱温度はたとえば、１１５０～１３００℃で加熱する。加熱炉の炉温が１１５０～１３００℃での保持時間は限定されない。たとえば、加熱炉の炉温が１１５０～１３００℃での保持時間は、２～３０時間であってもよい。

【0071】

［仕上げ圧延工程］
仕上げ圧延工程では、初めに、加熱炉を用いてビレットを加熱する。加熱後のビレットに対して、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、鋼材である棒鋼又は線材を製造する。

【0072】

仕上げ圧延工程での加熱炉での加熱温度は特に限定されない。加熱温度はたとえば、１０００～１３００℃で加熱する。加熱炉での炉温が１０００～１３００℃での保持時間は限定されない。たとえば、加熱炉での炉温が１０００～１３００℃での保持時間は、１～１０時間であってもよい。

【0073】

仕上げ圧延工程後の鋼材に対して、放冷以下の冷却速度で冷却を行い、本実施形態の鋼材を製造する。

【0074】

以上の製造工程により、上述の構成を有する本実施形態の鋼材を製造できる。なお、熱間加工工程後の鋼材に対して、周知の焼準処理、又は、周知の球状化焼鈍処理を実施してもよい。

【0075】

［軸受部品について］
軸受部品とは、転がり軸受の部品を意味する。軸受部品はたとえば、軌道輪、軌道盤、
転動体等である。軌道輪は内輪であっても外輪であってもよいし、軌道盤は軸軌道盤やハ
ウジング軌道盤、中央軌道盤、調心ハウジング軌道盤であってもよい。軌道輪及び軌道盤
は、軌道面を有する部材であれば、特に限定されない。転動体は玉でもころでもよい。こ
ろは例えば、円筒ころ、棒状ころ、針状ころ、円すいころ、凸面ころ等である。

【0076】

本実施形態の鋼材は、軸受部品の素材として好適である。本実施形態の鋼材を用いた軸受部品は、周知の製造方法で製造される。例えば、次の製造方法により、本実施形態の鋼材を素材とした軸受部品が製造される。

【0077】

軸受部品の製造方法は、例えば、熱間加工工程、球状化焼鈍工程、切削加工工程、及び、熱処理工程を含む。熱間加工工程では、本実施形態の鋼材に対して熱間加工を実施する。熱間加工は例えば、周知の熱間鍛造である。熱間加工工程では、鋼材をＡ_ｃ３点以上に加熱した後、鋼材を加工する。したがって、鋼材のミクロ組織は、熱間加工工程の加熱時にリセットされる。加熱温度は周知の温度であり、たとえば、１０００～１３００℃である。熱間加工後の鋼材は空冷される。

【0078】

熱間加工工程後の鋼材に対して、周知の球状化焼鈍工程を実施する。そして、球状化焼鈍工程後の鋼材に対して、切削加工工程を実施して、所定形状の中間品を製造する。この切削加工工程時において、鋼材の高い被削性が求められる。切削加工工程では、周知の切削加工を実施する。以上の工程により、中間品が製造される。

【0079】

切削加工工程後の中間品に対して、熱処理工程を実施する。本実施形態において、「熱処理」とは、上述のとおり、焼入れ焼戻し、浸炭焼入れ焼戻し、浸炭浸窒焼入れ焼戻し、又は、浸窒焼入れ焼戻しを意味する。いずれの熱処理も、周知の条件で実施すればよい。焼入れ条件、浸炭焼入れ条件、浸炭浸窒焼入れ条件、浸窒焼入れ条件、及び、焼戻し条件を適宜調整して、軸受部品の表面硬さ及び芯部硬さ、軸受部品の表面炭素濃度、及び、軸受部品の表面窒素濃度を適宜調整できることは、当業者に周知の技術事項である。中間品に対して上述の周知の熱処理を実施して、軸受部品を製造する。

【0080】

本実施形態の鋼材を素材とする軸受部品は、表面起点剥離寿命に優れる。本実施形態の鋼材を素材とする軸受部品はさらに、使用中の形状安定性に優れる。

【0081】

なお、軸受部品の製造工程において、熱処理工程後の中間品に対して、仕上げ加工（切削加工、研磨加工等）を実施してもよい。仕上げ加工することにより、表面硬化処理後の中間品の表面粗さを調整することができる。仕上げ加工方法は、周知の方法で実施すればよい。

【実施例】

【0082】

表１に示す化学組成を有する２ｔｏｎの溶鋼を、真空溶製により製造した。

【0083】

【表1】

【0084】

表１中の空白部分は、対応する元素の含有量が検出限界未満であったことを意味する。

【0085】

表１の溶鋼を連続鋳造して、素材となる鋳片（ブルーム）を製造した。素材であるブルームに対して、熱間加工工程を実施した。具体的には、ブルームを１２５０℃で加熱し、１０時間保持した。その後、分塊圧延機を用いてブルームを分塊圧延して、ビレットを製造した。ビレットの長手方向に垂直な断面は１６０ｍｍ×１６０ｍｍの矩形であった。製造されたビレットを常温まで放冷した。

【0086】

ビレットに対して、仕上げ圧延工程を実施して、直径が８０ｍｍの丸棒を製造した。具体的には、ビレットを１２００℃に加熱し、３時間保持した。加熱後のビレットに対して、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、直径８０ｍｍの丸棒を製造した。熱間圧延後の丸棒を常温まで放冷した。以上の製造工程により、各試験番号の鋼材（丸棒）を製造した。なお、試験番号４９は比較基準鋼材として、従来鋼材であるＪＩＳ Ｇ ４８０５（２０１９）に規定されたＳＵＪ２に相当する化学組成を有する鋼材とした。

【0087】

［評価試験］
以上の製造工程で製造された鋼材に対して、被削性評価試験、表面起点剥離寿命評価試験、及び、形状安定性評価試験を実施した。

【0088】

［被削性評価試験］
各試験番号の鋼材（直径８０ｍｍの丸棒）に対して、熱間加工を模擬した加熱処理を実施した。加熱処理では、鋼材を１０００℃で１時間保持し、その後、常温まで放冷（空冷）した。放冷後の鋼材に対して、周知の球状化焼鈍を実施した。具体的には、球状化焼鈍では、鋼材を７６０℃で６時間保持した。その後、６００℃まで冷却速度１０～１５℃／時間で徐冷した。その後、鋼材を常温まで放冷（空冷）した。以上の工程により、軸受部品の熱間加工及び球状化焼鈍を模擬した鋼材試験片を作製した。

【0089】

作製された鋼材試験片に対して、外周旋削加工を実施して、鋼材の被削性を評価した。具体的には、各試験番号の鋼材試験片に対して、次の条件で外周旋削加工を実施した。使用した切削工具は、ＪＩＳ Ｂ ４０５３（２０１３）に規定のＰ２０に相当する無コーティングの超硬合金とした。切削速度を２００ｍ／分、送り速度を０．３０ｍｍ／ｒｅｖとし、切込み量を１．０ｍｍとした。旋削時には、水溶性切削油を使用した。

【0090】

上述の切削条件にて鋼材試験片に対して１０分間外周旋削加工を実施した。そして、外周旋削加工後の切削工具の逃げ面摩耗量（ｍｍ）を測定した。試験番号４９の比較基準鋼材の逃げ面摩耗量を基準とし、各試験番号の鋼材を用いた場合の逃げ面摩耗量比（％）を次の式で求めた。
逃げ面摩耗量比（％）＝各試験番号の鋼材を用いた場合の逃げ面摩耗量（ｍｍ）／比較基準鋼材での逃げ面摩耗量（ｍｍ）×１００

【0091】

得られた逃げ面摩耗量比（％）を表２の「摩耗量比（％）」欄に示す。得られた逃げ面摩耗量比が８０％以下であれば、被削性に優れると判断した（表２中の「被削性評価」欄で「Ｅ」で表記）。一方、逃げ面摩耗量比が８０％を超えれば、被削性が低いと判断した（表２中の「被削性評価」欄で「ＮＡ」で表記）。

【0092】

【表2】

【0093】

［表面起点剥離寿命評価試験］
各試験番号の鋼材（直径８０ｍｍの丸棒）に対して、熱間加工を模擬した加熱処理を実施した。加熱処理では、鋼材を１０００℃で１時間保持し、その後、常温まで放冷（空冷）した。放冷後の鋼材に対して、周知の球状化焼鈍を実施した。具体的には、球状化焼鈍では、鋼材を７６０℃で６時間保持した。その後、６００℃まで冷却速度１０～１５℃／時間で徐冷した。その後、鋼材を常温まで放冷（空冷）した。球状化焼鈍後の直径８０ｍｍの鋼材（丸棒）に対して、切削加工（外周旋削加工）及びスライス加工を実施して、直径６０ｍｍ、厚さ６ｍｍの円板状の粗試験片（中間品を模擬した粗試験片）を採取した。各試験番号の鋼材に対し、１０枚ずつ粗試験片を採取した。

【0094】

各試験番号の粗試験片に対して、次の熱処理のいずれか１つを実施して、軸受部品を模擬した試験片を製造した。実施した熱処理の種類については、表２の「熱処理条件」欄に示す。

【0095】

［浸炭焼入れ及び焼戻し（表２中で「浸炭」と表記）］
粗試験片をカーボンポテンシャルＣＰが０．８％の雰囲気中で、８７０℃で４時間保持した。その後、６０℃の油で油冷して焼入れを実施した。油冷後の粗試験片に対して、焼戻し温度１５０℃、保持時間１２０分で焼戻しを実施した。
［浸炭浸窒焼入れ及び焼戻し（表２中で「浸炭窒」と表記）］
粗試験片をカーボンポテンシャルＣＰが０．８％の雰囲気中で、８７０℃で４時間保持した。その後連続して、８３０℃で５時間保持して浸窒処理を実施した。浸窒処理にはアンモニアガスを使用し、粗試験片の表面窒素濃度が０．３％となるように流量を調整した。その後、６０℃の油で油冷して焼入れを実施した。油冷後の粗試験片に対して、焼戻し温度１５０℃、保持時間１２０分で焼戻しを実施した。
［浸窒焼入れ及び焼戻し（表２中で「浸窒」と表記）］
粗試験片を８３０℃で５時間保持して浸窒処理を実施した。浸窒処理にはアンモニアガスを使用し、粗試験片の表面窒素濃度が０．３％となるように流量を調整した。その後、６０℃の油で油冷して焼入れを実施した。油冷後の粗試験片に対して、焼戻し温度１５０℃、保持時間１２０分で焼戻しを実施した。
［焼入れ及び焼戻し（表２中で「焼入」と表記）］
粗試験片を８３０℃で２時間保持した後、６０℃の油で油冷して焼入れを実施した。油冷後の粗試験片に対して、焼戻し温度１５０℃、保持時間１２０分で焼戻しを実施した。

【0096】

熱処理後の各試験片に対して、直径６０ｍｍの円形面を片側３０μｍずつ平面研磨して、模擬軸受部品である試験片を作製した。各試験片に対して、平面研磨した円形面の一方の表面をラッピング加工して、転動疲労試験片とした。

【0097】

スラスト型の転動疲労試験機を用いて、転動疲労試験を実施した。具体的には、図１に示すとおり、転動疲労試験片１００を潤滑油１０２に浸漬した。転動疲労試験片１００のラッピング加工した表面と３つの剛球１０１とが接するように配置した。治具１０３により３つの鋼球１０１を転動疲労試験片１００に押し付けながら、治具１０３を中心軸Ｃ１周りに回転させた。試験時における最大接触面圧を４．０ＧＰａとし、繰り返し速度を２５００ｃｐｍ（ｃｙｃｌｅ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）とした。試験時に使用した潤滑油１０２には、異物として、ビッカース硬さで７５０（ＨＶ）、１００～１８０μｍの粒度に分級した高速度鋼ガスアトマイズ粉を混入した。ガスアトマイズ粉の混入量は潤滑油１０２に対して、０．０２質量％とした。試験時に使用する鋼球１０１は、直径９．５２５ｍｍであり、ＪＩＳ Ｇ ４８０５（２０１９）に規定されたＳＵＪ２の調質材を用いた。

【0098】

転動疲労試験結果をワイブル確率紙上にプロットし、１０％破損確率を示すＬ１０寿命を「表面起点剥離寿命」と定義した。異物混入という過酷な使用環境下（本試験）において、Ｌ１０寿命が１．０×１０^７以上であれば、表面起点剥離寿命に優れると判断した（表２中の「表面起点剥離寿命」欄で「Ｅ」で表記）。一方、Ｌ１０寿命が１．０×１０^７未満であれば、表面起点剥離寿命が短いと判断した（表２中の「表面起点剥離寿命」欄で「ＮＡ」で表記）。

【0099】

［形状安定性評価試験］
転動疲労試験でＬ１０寿命が１．０×１０^７以上であった場合の転動疲労試験後の転動疲労試験片に対して、触針式粗さ計を用いて、試験片の表面の転動部と非転動部とを同時に横切る断面曲線を測定した。そして、非転動部の平均高さと転動部の平均高さの差分ΔＨ（μｍ）を算出した。転動部とは、転動疲労試験において、試験片と鋼球とが接触した部分を意味する。非転動部とは、転動疲労試験において、試験片と鋼球とが接触していない部分を意味する。断面曲線の測定は、各試験片に対し、４箇所実施した。４箇所の差分ΔＨの算術平均値を、転動部の変形量と定義した。転動部の変形量が２５μｍ未満であれば、形状安定性に優れると判断した（表２中の「形状安定性」欄で「Ｅ」で表記）。一方、転動部の変形量が２５μｍ以上であれば、形状安定性が不十分であると判断した（表２中の「形状安定性」欄で「ＮＡ」で表記）。

【0100】

［試験結果］
表２に試験結果を示す。表２を参照して、試験番号１～２０の鋼材では、化学組成中の各元素含有量が適切であった。さらに、Ｆ１～Ｆ３が式（１）～式（３）を満たした。そのため、鋼材の摩耗量比は８０％以下であり、優れた被削性が得られた。さらに、転動疲労試験においてＬ１０寿命が１．０×１０^７以上であり、優れた表面起点剥離寿命が得られた。さらに、転動疲労試験でＬ１０寿命が１．０×１０^７以上であった場合の転動疲労試験後の転動疲労試験片において、転動部の変形量が２５μｍ未満であり、形状安定性に優れた。

【0101】

一方、試験番号２１では、Ｆ１が低すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0102】

試験番号２２は、Ｆ１及びＦ２が高すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短く、被削性が低かった。

【0103】

試験番号２３は、Ｆ１が高すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0104】

試験番号２４は、Ｆ２が高すぎた。そのため、被削性が低かった。

【0105】

試験番号２５は、Ｃ含有量が低すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0106】

試験番号２６は、Ｃ含有量及びＦ２が高すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短く、被削性が低かった。

【0107】

試験番号２７は、Ｓｉ含有量が低すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0108】

試験番号２８は、Ｓｉ含有量及びＦ２が高すぎた。そのため、被削性が低かった。

【0109】

試験番号２９は、Ｍｎ含有量が低すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0110】

試験番号３０は、Ｍｎ含有量及びＦ２が高すぎた。そのため、被削性が低かった。

【0111】

試験番号３１は、Ｃｒ含有量が低すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0112】

試験番号３２は、Ｃｒ含有量及びＦ２が高すぎた。そのため、被削性が低かった。

【0113】

試験番号３３は、Ｍｏ含有量が低すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0114】

試験番号３４は、Ｍｏ含有量及びＦ２が高すぎた。そのため、被削性が低かった。

【0115】

試験番号３５は、Ａｌ含有量が低すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0116】

試験番号３６は、Ａｌ含有量が高すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0117】

試験番号３７は、Ｖ含有量及びＦ１が低すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が低かった。

【0118】

試験番号３８は、Ｖ含有量、Ｆ１及びＦ２が高すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短く、被削性が低かった。

【0119】

試験番号３９は、Ｃａ含有量が低すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0120】

試験番号４０は、Ｃａ含有量が高すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0121】

試験番号４１は、Ｐ含有量が高すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0122】

試験番号４２は、Ｓ含有量が高すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0123】

試験番号４３は、Ｎｉ含有量、Ｆ２及びＦ３が高すぎた。そのため、被削性が低く、形状安定性が不十分であった。

【0124】

試験番号４４は、Ｔｉ含有量が高すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0125】

試験番号４５は、Ｎｂ含有量が高すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0126】

試験番号４６は、Ｂ含有量が高すぎた。そのため、表面起点剥離寿命が短かった。

【0127】

試験番号４７及び４８は、Ｆ３の値が高すぎた。そのため、形状安定性が不十分であった。

【0128】

以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

【図1】