(57)【要約】【課題】窒化層の強度を向上させることができるＣＶＴリングの製造方法を提供すること。【解決手段】化学成分が、質量％で、Ｃ：０．３０〜０．７０［％］、Ｓｉ：２．５０［％］以下、Ｍｎ：１．００以下、Ｎｉ：４．００［％］以下、Ｃｒ：１．００〜４．００［％］、Ｍｏ：０．５０〜３．００［％］、Ｖ：０．１０〜１．００［％］を含有する鋼材を用いたＣＶＴリングの製造方法であって、溶接後、第１焼鈍工程では、１００［％］オーステナイトとなる温度で保持時間が１０時間でのラーソンミラーパラメータに対し、９０［％］以上となる温度及び時間で加熱した後、９０［％］以上マルテンサイトになる冷却速度で冷却し、第２焼鈍工程では、オーステナイト変態点以下の温度で、圧延でリング端部に割れが発生しない限界温度で処理し、焼入れ工程は、トンネル型の炉でラーソンミラーパラメータが、１００［％］オーステナイトとなる温度で保持時間が１０時間での値に対し、８５〜８９［％］となる温度及び時間で処理を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分が、質量％で、Ｃ：０．３０〜０．７０［％］、Ｓｉ：２．５０［％］以下、Ｍｎ：１．００以下、Ｎｉ：４．００［％］以下、Ｃｒ：１．００〜４．００［％］、Ｍｏ：０．５０〜３．００［％］、Ｖ：０．１０〜１．００［％］を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる材料を用いたＣＶＴリングの製造方法であって、
溶接後の焼鈍工程が第１焼鈍工程と第２焼鈍工程との２工程あり、
前記第１焼鈍工程では、状態図において１００［％］オーステナイトとなる温度で保持時間を１０時間としたときのラーソンミラーパラメータに対し、９０［％］以上となる温度及び時間で加熱した後、９０［％］以上マルテンサイトになる冷却速度で冷却し、
前記第２焼鈍工程では、オーステナイト変態点以下の温度において、後工程の圧延でリング端部に割れが発生しない限界温度で処理し、
焼入れ工程は、トンネル型の炉で前記ラーソンミラーパラメータが、前記状態図において１００［％］オーステナイトとなる温度で保持時間を１０時間としたときの値に対し、８５〜８９［％］となる温度及び時間で処理を行うことを特徴とするＣＶＴリングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＶＴリングの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、マルエージング鋼に代わる安価で製造性の良いＣＶＴベルトのリング用材料が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９５８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されたリング用材料は、マルエージング鋼以上の強度を出せる材料成分であるが、炭化物のサイズや分散状態については記載されておらず、炭化物が多いと窒化層の強度が低下するといった問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、窒化層の強度を向上させることができるＣＶＴリングの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るＣＶＴリングの製造方法は、化学成分が、質量％で、Ｃ：０．３０〜０．７０［％］、Ｓｉ：２．５０［％］以下、Ｍｎ：１．００以下、Ｎｉ：４．００［％］以下、Ｃｒ：１．００〜４．００［％］、Ｍｏ：０．５０〜３．００［％］、Ｖ：０．１０〜１．００［％］を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる材料を用いたＣＶＴリングの製造方法であって、溶接後の焼鈍工程が第１焼鈍工程と第２焼鈍工程との２工程あり、前記第１焼鈍工程では、状態図において１００［％］オーステナイトとなる温度で保持時間を１０時間としたときのラーソンミラーパラメータに対し、９０［％］以上となる温度及び時間で加熱した後、９０［％］以上マルテンサイトになる冷却速度で冷却し、前記第２焼鈍工程では、オーステナイト変態点以下の温度において、後工程の圧延でリング端部に割れが発生しない限界温度で処理し、焼入れ工程は、トンネル型の炉で前記ラーソンミラーパラメータが、前記状態図において１００［％］オーステナイトとなる温度で保持時間を１０時間としたときの値に対し、８５〜８９［％］となる温度及び時間で処理を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るＣＶＴリングの製造方法は、第１焼鈍工程で炭化物が微細となり、第２焼鈍工程で低い温度の処理を行うことによって、炭化物の成長を抑制し、焼入れ工程で温度を上げすぎることなく炭化物の微細化を実現できることにより、炭化物微細化と結晶粒成長抑制とを両立することができるため、窒化層の強度を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、ＣＶＴリングの製造工程を示した図である。
【図２】図２は、本発明の代表材料の状態図である。
【図３】図３は、窒化層に存在する炭化物のＴＥＭ＋ＥＤＸ分析の結果を示した図である。
【図４】図４は、炭化物の周りに引張り場が発生した状態を示した模式図である。
【図５】図５は、単位面積あたりの炭化物の個数と、未窒化品からの強度変化量との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明に係るＣＶＴリングの製造方法の一実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
図１は、ＣＶＴリングの製造工程を示した図である。実施形態に係るＣＶＴリングの製造方法においては、化学成分が、質量％で、Ｃ：０．３０〜０．７０［％］、Ｓｉ：２．５０［％］以下、Ｍｎ：１．００以下、Ｎｉ：４．００［％］以下、Ｃｒ：１．００〜４．００［％］、Ｍｏ：０．５０〜３．００［％］、Ｖ：０．１０〜１．００［％］を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる材料である鋼材としての粗材Ｓを用いて、図１に示したＣＶＴリングの製造工程によりＣＶＴリングを製造する。ＣＶＴリングの製造工程は、帯板切断工程Ｐ１、ロール曲げ工程Ｐ２、溶接工程Ｐ３、第１焼鈍工程Ｐ４、第２焼鈍工程Ｐ５、リング切断工程Ｐ６、バリ取り端部Ｒ付工程Ｐ７、圧延工程Ｐ８、焼入れ工程Ｐ９、周長調整工程Ｐ１０、及び、窒化工程Ｐ１１を含んでいる。
【００１１】
ＣＶＴリングの製造工程においては、溶接工程Ｐ３の後の焼鈍工程を第１焼鈍工程Ｐ４と第２焼鈍工程Ｐ５との２工程に分けている。
【００１２】
第１焼鈍工程Ｐ４では、図２に示した状態図において１００［％］オーステナイトとなる温度で保持時間ｔ＝１０時間としたときの下記数式（１）で表されるラーソンミラーパラメータＰに対し、９０［％］以上となる温度及び時間で加熱した後、９０［％］以上マルテンサイトになる冷却速度で冷却する。
【００１３】
Ｐ＝Ｔ（２０＋ｌｏｇ（ｔ））  ・・・・（１）
（Ｐ：ラーソンミラーパラメータ、Ｔ：絶対温度［℃］、ｔ：保持時間［ｈ］）
【００１４】
なお、図２に示した状態図上では、１００［％］オーステナイトとなる温度よりも高い温度でＶの炭化物は消失する。また、この状態図は、無限時間その温度を保持したときの状態を示したものであり、実際の工業的処理では、その温度と時間の関数でＶの炭化物の消失する温度は上昇する。そのため、前記状態図に示されるＶの炭化物の消失温度（１００［％］オーステナイトとなる温度）で均熱して１０時間保持すれば、Ｖの炭化物はほぼ完全に消失することから、本実施形態では、第１焼鈍工程Ｐ４で保持時間ｔ＝１０時間のときのＰ値（ラーソンミラーパラメータ）を基準としている。
【００１５】
第２焼鈍工程Ｐ５では、図２に示した粗材Ｓの状態図においてオーステナイト変態点以下の温度で、後工程の圧延工程Ｐ８でリング端部に割れが発生しないできるだけ低い限界温度で処理する。
【００１６】
また、焼入れ工程Ｐ９では、トンネル型の炉（メッシュベルト炉やローラーハース炉）で、図２に示した粗材Ｓの状態図において１００［％］オーステナイトとなる温度で保持時間ｔ＝１０時間としたときの値に対し、８５〜８９［％］となる温度及び時間で処理を行う。
【００１７】
ここで、焼鈍工程では、溶接部の硬さを一般部を均一にし、且つ、圧延可能な硬さにする必要がある。オーステナイト変態点以下でできる限り高い温度で加熱すれば柔らかくなり圧延できるが、溶接部の成分偏析を解消できず、製品としての溶接部の強度が低くなる。また、溶接部とそれ以外の部分の硬さの差を解消できないため、溶接部で板厚や板幅が不均一になる。一方、オーステナイト変態点以上に加熱すると、ゆっくり冷却しないと焼入れ硬化して硬くなり圧延ができなくなる。ゆっくり冷却するには１０時間以上の時間が必要となり、生産性が大きく低下する。そのため、実施形態に係るＣＶＴリングの製造方法では、生産性と品質を両立させるために、上述したように焼鈍工程を２工程に分けて、第１焼鈍工程Ｐ４で溶接部の均質化を図り、第２焼鈍工程Ｐ５で圧延できる硬さにするようにしている。
【００１８】
なお、第１焼鈍工程Ｐ４での加熱で、Ｃｒの炭化物はすべて固溶しきることが必須である。また、Ｖの炭化物も固溶しきるほうが望ましいが、この状態ではＶの炭化物はすでに微細になっており、残存していても後への影響は小さい。このときに大きな炭化物が残存していると、第２焼鈍工程Ｐ５でそれが成長して第２焼鈍工程Ｐ５の後に粗大な炭化物を残すことになる。そうなると、焼入れ工程Ｐ９で、処理温度を上げる、または、処理時間を長くしなければ、組織中に炭素が固溶できないため、硬さが低下して強度が低くなる。焼入れ工程Ｐ９で処理温度を上げたり処理時間を長くしたりすることは、結晶粒の粗大化につながり、疲労強度の低下につながる。また、第１焼鈍工程Ｐ４で、冷却速度が遅い場合、パーライトやベイナイト組織を生成することで組織ムラとなり、後の焼入れの硬さが低くなり強度が低下する。
【００１９】
第２焼鈍工程Ｐ５では、圧延工程Ｐ８でリング端部が割れないようにするために必要である。第２焼鈍工程Ｐ５での処理温度を上げるほど柔らかく圧延しやすくなるが、処理温度が上げすぎると炭化物が成長してしまう。そうすると、先の例と同じく、後の焼入れ工程Ｐ９で処理温度を上げたり処理時間を長くしたりしなければならず、焼入れ工程Ｐ９で結晶粒が粗大化してしまう。そこで、第２焼鈍工程Ｐ５では、圧延できる限界まで処理温度を低くすることが望ましく、本実施形態の上述した組成を有する粗材Ｓでは最大７２０［℃］となる。
【００２０】
焼入れ工程Ｐ９は、生産性を考えるとトンネル型の炉で短時間に処理することが望ましい。なお、結晶粒成長を抑制するために処理温度を低くする必要があるが、炭化物を前述の第２焼鈍工程Ｐ５の後の状態にしておけば、本実施形態の上述した組成を有する粗材Ｓにおいて結晶粒を粗大化させることなく、炭化物を２８００［μｍ２］あたりの個数を１０００個以下、望ましくは５００個以下とすることができる。なお、炭化物の個数の測定方法としては、例えば、試料を樹脂埋めして研磨し、ピクリン酸などの腐食液で腐食してＳＥＭで観察を行い、１視野（２８００［μｍ２］）あたりの炭化物の個数を測定する。その際、０．１［μｍ］以下の炭化物はカウントしない。
【００２１】
ここで、窒化工程Ｐ１１によって炭化物の周りに生成された窒化層は硬く、切欠き感受性が高いため、炭化物の周辺から破壊する。また、窒化層には本来、圧縮残留応力がついているが、炭化物の周りは圧縮残留応力が小さくなるか、引張り残留応力が発生していることも考えられる。その根拠としては、窒化層に存在する炭化物をＴＥＭで分析すると、図３に示すように、炭化物の周囲は窒化物に変化していた。したがって、窒化によって炭化物が大きくなり、その周囲に図４に示すような引張り場を形成しているのではないかと考えられる。炭化物の寄与は、大きさや炭化物間距離が影響しているものと考えられるが、様々な熱処理水準で実験したところ、図５に示すように単位面積あたりの炭化物の個数で整理できることがわかった。なお、図５は、後述する実施例の実験結果を示している。
【実施例】
【００２２】
次に、ＣＶＴリングの製造方法の実施例について説明する。
本実施例では、材料Ａ（Ｃ：０．３５［％］、Ｓｉ：０．３０［％］、Ｍｎ：０．６０［％］、Ｃｒ：３．１０［％］、Ｍｏ：１．００［％］、Ｖ：０．３０［％］）と、材料Ｂ（Ｃ：０．５０［％］、Ｓｉ：０．３０［％］、Ｍｎ：０．６０［％］、Ｃｒ：３．１０［％］、Ｍｏ：１．００［％］、Ｖ：０．３０［％］）との２つの材料を用い、板厚０．４［ｍｍ］の薄板を成形し、それを管状に成形して溶接した後、下記の条件で焼鈍を実施し、切断して、肉厚０．４［ｍｍ］×直径１００［ｍｍ］×幅９［ｍｍ］のリング材をつくった。なお、本実施例では、図１に示したＣＶＴリングの製造工程を用いており、材料Ａ及び材料Ｂの状態図は、図２に示すようになる。
【００２３】
第１焼鈍工程Ｐ４の焼鈍条件（焼鈍温度）：８６０［℃］、８８０［℃］、９００［℃］、９２０［℃］、９４０［℃］
【００２４】
第２焼鈍工程Ｐ５の焼鈍条件（焼鈍温度）：７００［℃］、７２０［℃］、７４０［℃］、７６０［℃］
【００２５】
その後、冷間圧延し、メッシュベルト式熱処理炉で下記の条件で２分均熱したのち空冷されるようにして焼入れを行った後、４２０［℃］で焼戻しを行い、エキスパンド加工を施して板厚０．１８５［ｍｍ］のリングを成形した。
【００２６】
焼入れ工程Ｐ９の焼入れ条件（焼入れ温度）：８５０［℃］、８７５［℃］、９００［℃］、９２５［℃］、９５０［℃］、９７５［℃］、１０００［℃］、１０２５［℃］
【００２７】
この状態で、各水準のリングの半分の引張り試験を実施した。残り半分のリングは窒化工程Ｐ１１ｄｅ窒化処理を行い（窒化処理では表面硬さがＨＶ９００程度になるように調整した）、窒化したリングの引張り試験を実施した。
【００２８】
引張り試験をしたリングで炭化物を調査し、炭化物と強度（引張り強さ）との関係をみると、材料Ａ及び材料Ｂでは、焼入れ後、焼戻し後の硬さが異なる（材料ＡよりもＣの含有量が多い材料Ｂのほうが硬い）ため、強度（引張り強さ）も異なる（材料Ｂのほうが強度（引張り強さ）が高い）が、窒化処理前後の強度（引張り強さ）の差で整理すると、図５に示すように、ほぼ同じように整理できることがわかる。
【００２９】
図５から、単位面積（２８００［μｍ２］）あたりの炭化物の個数が１０００個を超えると、急激に強度が低下していることが確認された。なお、図５中の白抜き三角形（材料Ａ）及び白抜き丸形（材料Ｂ）は、第１焼鈍工程Ｐ４、第２焼鈍工程Ｐ５及び焼入れ工程Ｐ９を、上述したような本発明の範囲内で実施したものであり、すべて窒化後に窒化前よりも強度が向上している。
【００３０】
一方、図５中の黒塗り三角形（材料Ａ）及び黒塗り丸形（材料Ｂ）は、第１焼鈍工程Ｐ４及び第２焼鈍工程Ｐ５を、本発明の範囲外で実施し、焼入れ工程Ｐ９のみを本発明の範囲内で実施したもので、すべて窒化後に窒化前よりも強度が低下している。
【００３１】
また、図５中の黒塗り菱形（材料Ａ）及び黒塗り四角形（材料Ｂ）は、第１焼鈍工程Ｐ４及び第２焼鈍工程Ｐ５を本発明の範囲外で実施したものであるが、焼入れ工程Ｐ９での焼入れ温度を高温にすることで、窒化後の引張り強度は低下しなかった。しかし、これらの条件でつくったリングは、結晶粒が粗大化しており、疲労試験では強度が低下していた。
【００３２】
以上のように、実施形態に係るＣＶＴリングの製造方法は、化学成分が、質量％で、Ｃ：０．３０〜０．７０［％］、Ｓｉ：２．５０［％］以下、Ｍｎ：１．００以下、Ｎｉ：４．００［％］以下、Ｃｒ：１．００〜４．００［％］、Ｍｏ：０．５０〜３．００［％］、Ｖ：０．１０〜１．００［％］を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるＣＶＴリングの製造方法であって、溶接後の焼鈍工程が２工程あり、第１焼鈍工程Ｐ４では、状態図において１００［％］オーステナイトとなる温度で保持時間ｔを１０時間としたときのラーソンミラーパラメータＰに対し、９０［％］以上となる温度及び時間で加熱した後、９０［％］以上マルテンサイトになる冷却速度で冷却し、第２焼鈍工程Ｐ５では、オーステナイト変態点以下の温度において、後工程の圧延でリング端部に割れが発生しない限界温度で処理し、焼入れ工程Ｐ９は、トンネル型の炉でラーソンミラーパラメータＰが、状態図において１００［％］オーステナイトとなる温度で保持時間ｔを１０時間としたときの値に対し、８５〜８９［％］となる温度及び時間で処理を行う。
【００３３】
これにより、第１焼鈍工程Ｐ４で炭化物が微細となり、第２焼鈍工程Ｐ５で低い温度の処理を行うことによって、炭化物の成長を抑制し、焼入れ工程で温度を上げすぎることなく炭化物の微細化を実現できることにより、炭化物微細化と結晶粒成長抑制とを両立することができるため、窒化層の強度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３４】
Ｓ  粗材
Ｐ１  帯板切断工程
Ｐ２  ロール曲げ工程
Ｐ３  溶接工程
Ｐ４  第１焼鈍工程
Ｐ５  第２焼鈍工程
Ｐ６  リング切断工程
Ｐ７  バリ取り端部Ｒ付工程
Ｐ８  圧延工程
Ｐ９  焼入れ工程
Ｐ１０  周長調整工程
Ｐ１１  窒化工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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