(57)【要約】【目的】加工誘起マルテンサイト生成量を多くすることで高強度化した準安定オーステナイト系ステンレス鋼製無段変速機用ベルトを製造する。【構成】準安定オーステナイト系ステンレス鋼帯の前端，後端を溶接することにより用意したリング状帯板１を、下ワークロール２ｂとテンションロール３に巻きかけ、無限軌道に沿って走行させながら目標板厚まで圧延する際、圧延中のリング状帯板１に冷却ボックス８内で冷媒７を吹き付けて冷却しながら圧延することにより、加工誘起マルテンサイト量が７０体積％以上になったステンレス鋼製無段変速機用ベルトを得る。【選択図】　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織中、加工誘起マルテンサイト量が７０体積％以上を占めることを特徴とするステンレス鋼製無段変速機用ベルト。
【請求項２】
準安定オーステナイト系ステンレス鋼帯の前端，後端を溶接することにより用意したリング状帯板を無限軌道に沿って走行させながら目標板厚まで圧延する際、圧延中のリング状帯板を冷却することを特徴とするステンレス鋼製無段変速機用ベルトの製造方法。
【請求項３】
リング状帯板の冷却が、圧延入り側でのリング状帯板への冷媒吹き付けにより行われる請求項２に記載のステンレス鋼製無段変速機用ベルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ステンレス鋼帯を素材とした高強度化した無段変速機用ベルトと、準安定オーステナイト系ステンレス鋼板のリング圧延により高強度無段変速機用ベルトを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無段変速機用金属ベルトの素材には、強度レベルの高い材料として１８Ｎｉマルエージ鋼が使用されている。また、静的強度，疲労特性に優れている準安定オーステナイト系ステンレス鋼板の使用が一部で検討されている（特開２０００−６３９９８号公報）。無段変速機用金属ベルトは、通常、プラズマ溶接又はレーザー溶接で帯状素材をベルト状にする溶接工程，リング状帯状素材の母材部と溶接部との温度差を解消する熱処理工程，ベルト端面を平滑化するバレル研磨工程，目標板厚に調整するリング圧延工程，ベルト周長を微調整するストレッチ工程，表層の硬度を高めるために時効処理を兼ねた窒化処理工程を経て製造される。これらの工程を経た金属ベルトは、回転−引張り疲労試験等により疲労特性が評価される。
【０００３】
１８Ｎｉマルエージ鋼やステンレス鋼は、リング圧延などの冷間加工により加工硬化や歪み時効によって、素材の耐力や引張り強さといった強度が上昇する性質があるので、この材料強度の上昇と、窒化処理によるベルト表層の硬度上昇の相乗効果によって疲労特性を向上させている。準安定オーステナイト系ステンレス鋼は冷間加工により加工誘起マルテンサイトを生成するが、加工誘起マルテンサイトの生成量は圧延率や材料温度に応じて変化する。そして、加工誘起マルテンサイト生成量が多くなるほど強度が高くなる。
【０００４】
ところで、加工誘起マルテンサイトの生成はリング圧延時の加工発熱や放熱等の影響を受けやすいため、作製された無段変速機用ベルトの強度は、圧延率や圧延温度といった圧延条件に大きな影響を受ける。本発明者等は、圧延条件が無段変速機用ベルトの強度に及ぼす影響を種々調査・検討した結果、圧延中の材料温度を適正に管理することにより加工誘起マルテンサイトの生成及び残留オーステナイトの効果をコントロールするとき、強度が安定した無段変速機用ベルトを製造できることを見出した（特願２００１−１１７６９９）。
【０００５】
材料温度の適正管理は品質安定化に有効であるものの、リング圧延で強度を一層向上させた無段変速機用ベルトを製造しようとすると単に材料温度の管理だけでは限界がある。より直接的な圧延条件である圧延率を制御することにより、加工誘起マルテンサイトの生成量を適正に制御できると、強度が一層向上し且つ品質安定性に優れた無段変速機用ベルトが製造される。
すなわち、準安定オーステナイト系ステンレス鋼を素材として高強度の無段変速機用ベルトを得るには、リング圧延前の素材板厚を厚くして圧延率を大きくし、生成する加工誘起マルテンサイト量を多くすることが効果的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高強度化するために素材板厚を厚くする方法では、圧延率の増加に伴って大きな圧延荷重が必要となり、圧延機への負担が大きくなる。このため、過度の圧延率増加による高強度化は、圧延能力の面から限界があった。また、準安定オーステナイト系ステンレス鋼を加工した際の加工誘起マルテンサイト生成量は加工温度依存性を有し、加工の時期によって加工誘起マルテンサイト量が変動する。例えば、夏季など、雰囲気温度が高い時期に加工すると、圧延率を大きくしても温度の影響により加工誘起マルテンサイト生成量が少なく、所望の強度が得られないことがある。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、準安定オーステナイト系ステンレス鋼を素材として、被圧延素材を積極的に冷却した状態でリング圧延することで、生成する加工誘起マルテンサイト量を多くし、高強度の無段変速機用ベルトを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のステンレス鋼製無段変速機用ベルトは、その目的を達成するため、組織中、加工誘起マルテンサイト量が７０体積％以上を占めることを特徴とする。
準安定オーステナイト系ステンレス鋼帯の前端，後端を溶接することにより用意したリング状帯板を無限軌道に沿って走行させながら目標板厚まで圧延する際、圧延中のリング状帯板を冷却することにより得られる。
冷却は、圧延入り側で、リング状帯板に冷媒を吹き付けることにより行うことが好ましい。
【０００８】
【作用】
準安定オーステナイト系ステンレス鋼板を冷間圧延すると加工誘起マルテンサイトが生成するが、加工誘起マルテンサイトの生成量は冷間圧延時の圧延率及び材料温度に応じて変化し（図１）。加工誘起マルテンサイトの生成量が多くなるほど強度が高くなる（図２）。加工誘起マルテンサイトの生成量が圧延率，材料温度に依存することは、同じ圧延率で準安定オーステナイト系ステンレス鋼板を圧延した場合でも他の圧延条件の影響を受けて材料温度が上昇すると、加工誘起マルテンサイトが生成しがたくなることを意味する。
材料温度の変動要因には圧延時の加工発熱，放熱，素材の加工履歴等があり、単に圧下率の制御だけでは材料温度を適正に管理できない。そこで、本発明においては、準安定オーステナイト系ステンレス鋼板をリング圧延して無段変速機用ベルトを製造する際、圧延素材であるリング状帯板を積極的に冷却している。低温下で圧延することにより、加工誘起マルテンサイト生成量を多くしている。
【０００９】
ところで、現行の無段変速機用の１８Ｎｉマルエージ鋼は２０００ＭＰａ以上の強度を有しており、これと同等以上の機械的性質を有するものを準安定オーステナイト組成のステンレス鋼で得ようとすると、図２からもわかるように、加工誘起マルテンサイト量を６５体積％程度以上にする必要がある。現行の１８Ｎｉマルエージ鋼に代わって準安定オーステナイト組成のステンレス鋼が無段変速機用ベルトに使用されるためには、２０００ＭＰａを超えるような強度が発揮され、しかも１８Ｎｉマルエージ鋼よりも優れた疲労強度を有する準安定オーステナイト系ステンレス鋼が必要となる。
図３に示す各種ステンレス鋼の疲労特性からわかるように、１８Ｎｉマルエージ鋼に対して明らかに優れた疲労特性を発揮させるには、準安定オーステナイト系ステンレス鋼の加工誘起マルテンサイト量を７０体積％以上にすることが必要である。加工誘起マルテンサイト量が６５体積％程度であれば、その疲労特性は１８Ｎｉマルエージ鋼と同等である。１８Ｎｉマルエージ鋼よりも優位性をもたせるためには、準安定オーステナイト系ステンレス鋼の加工誘起マルテンサイト量は７０体積％以上とすべきである。
【００１０】
しかしながら、準安定オーステナイト組成のステンレス鋼を、特に温度制御せずに常温下で、通常の圧延率４０％程度で圧延しても加工誘起マルテンサイト量が７０体積％に届くようなことはない。７０体積％以上の加工誘起マルテンサイト量を得るには、圧延率を特に大きくする必要がある。しかしながら、圧延率の増加は、圧延負荷の著しい増加を必要とするばかりでなく、圧延能率の面でも大幅に悪化する。
そこで、圧延中に被圧延材に、例えば液体窒素を気化させたような冷風を吹付けて、被圧延材を冷却し、積極的に被圧延材のマルテンサイト変態を促して加工誘起マルテンサイト量を増加するものである。
なお、加工誘起マルテンサイト量は、振動型試料磁力計で磁気的性質である飽和磁化を求め、マルテンサイト量と飽和磁化量が比例することを利用して、その比率より算出した。
【００１１】
【実施の態様】
リング圧延には、例えば上下一組のワークロール２ａ，２ｂと、それぞれにバックアップロール４ａ，４ｂを対向配置した４段圧延機が使用される（図４）。上バックアップロール４ａは、圧下装置で上ワークロール２ａに押し付けられ、被圧延材であるリング状帯板１に加工圧力を加える。下バックアップロール４ｂとしては、下ワークロール２ｂに当接するフランジ部が軸方向両端部に設けられ、フランジ部間がリング状帯板１通過用の溝となるロールが使用される。ワークロール２ａ，２ｂは、図４の配置に限らず、テンションロール，リターンロールの間を周回するリング状帯板１のパスラインに沿って配置することも可能である。
【００１２】
リング状帯板１は、所定板幅に裁断された準安定オーステナイト系ステンレス鋼帯板をレーザー溶接，プラズマ溶接等でリング状に溶接することにより用意される。準安定オーステナイト系ステンレス鋼としては、式Ｍｄ（Ｎ）＝５８０−５２０Ｃ−２Ｓｉ−１６Ｍｎ−１６Ｃｒ−２３Ｎｉ−３００Ｎ−１０Ｍｏで定義されるＭｄ（Ｎ）値が２０〜１００の範囲に調整された鋼種が好ましい。具体的には、Ｃ：０．１５質量％以下，Ｓｉ：１．０〜４．０質量％，Ｍｎ：５．０質量％以下，Ｎ：０．１５質量％以下，Ｃｒ：１２．０〜１８．０質量％，Ｎｉ：４．０〜１０．０質量％，Ｍｏ：１．０〜５．０質量％，Ｃｕ：０〜３．５質量％を含み、Ｃ＋Ｎ≧０．１質量％，Ｓｉ＋Ｍｏ≧３．５質量％を満足する準安定オーステナイト系ステンレス鋼板が使用される。
【００１３】
リング状帯板１は、下ワークロール２ｂとテンションロール３に巻きかけられ、テンションロール３を引っ張ることによって張力が付与される。リング状帯板１に加えられる張力は、ロードセル６で検出される。テンションロール３を引っ張り、バックアップロール４ａ，４ｂを駆動すると、リング状帯板１がワークロール２ａ，２ｂのロールバイトに送り込まれ、リング状帯板１が圧延される。ワークロールやテンションロールに作用する圧延荷重はロードセル６により制御できる。圧延条件として、圧延荷重，張力，ワークロール周速を設定し、一定の張力をテンションロールで与えながら、ワークロールでベルトの板厚を円周方向に順次減じていく。
【００１４】
圧下に応じてリング状帯板１の周長が長くなるので、周長増加に応じてテンションロール３をワークロール２ａ，２ｂから離れる方向に移動させる。リング状帯板１の周長は、下ワークロール２ｂとテンションロール３との軸心間距離を距離計５で測定し、軸心間距離の測定値及び下ワークロール２ｂ，テンションロール３の径から算出される。
圧延形式としては、上下を一組とした一対のワークロールと、テンションロールからなる２段等のロール構成でも良い。
【００１５】
リング状帯板１の冷却方法としては、図５に示すように、テンションロール３から下ワークロール２ｂに向けて走行するリング状帯板１のパスラインの圧延ロール入り側に配置した冷却ボックス８、冷却ボックス内に冷媒を吹き付けるノズル９と液体窒素などの冷媒７によりリング圧延中にリング状帯板１に直接冷媒を吹き付けて冷却することが好ましい。
また、圧延そのものを特定の温度に冷却した雰囲気中で行っても良い。
【００１６】
【実施例】
Ｃ：０．０８６質量％，Ｓｉ：２．６３質量％，Ｍｎ：０．３１質量％，Ｃｒ：１３．７３質量％，Ｎｉ：８．２５質量％，Ｍｏ：２．２４質量％，Ｃｕ：０．１７質量％，Ｎ：０．０６４質量％を含み、Ｍｄ（Ｎ）：７４．０３で、加工誘起マルテンサイト＋オーステナイトの時効処理された複相組織を有した準安定オーステナイト系ステンレス鋼を素材に使用した。リング圧延装置は、直径３０ｍｍのテンションロール３および上下ワークロール２ａ，２ｂ、直径５５ｍｍの上下バックアップロール４ａ，４ｂを基本構成とした４段圧延機を使用した。
表１に示したような素材の寸法と圧延条件で、冷却の有無と圧延率の関係を調査した。
【００１７】
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【００１８】
リング状帯板１をテンションロール３および下ワークロール２ｂに掛け、５ｋｇｆ程度の張力を付与した状態でワークロール２ａ，２ｂに挟持させた形でセットし、圧延加工を行った。圧延条件として、圧延荷重を最大３ｔｏｎ，ワークロール間の周速を２ｍ／分，テンションロールの張力を２００ｋｇｆに設定し、圧延中は圧延荷重，張力を制御した。
リング状帯板１のパスラインに沿った穴を有し、かつ直接リング状帯板に冷媒を吹き付けるためのノズル９を設けた冷却ボックス８を、ワークロール２ａ，２ｂの入り側直前の位置に配置し、冷媒として液体窒素をリング圧延中のリング状帯板１に直接吹き付けた。その際、非接触赤外線温度計１０により、圧延の入り側で測定したリング状帯板の表面温度は、約−１９０℃であり、圧延の開始から終了までほぼ一定の温度推移を示していた。
圧延後の、リング状帯板の加工誘起マルテンサイト量と断面硬度を測定した。その結果は表２に示す通りである。なお、加工誘起マルテンサイト量の測定は振動型試料磁力計を用いた磁気的方法により行い、断面硬度の測定はリング状帯板の長手方向に沿った箇所について行ったものである。
【００１９】
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【００２０】
表２に示すように、リング圧延中に冷却しない条件Ｎｏ．１では、加工誘起マルテンサイト量は６５体積％であるのに対して、Ｎｏ．１と同じ圧延率で液体窒素の吹き付けによる冷却を行った条件Ｎｏ．２では、加工誘起マルテンサイト量は８８体積％になっていた。すなわち、冷却することにより、冷却しない場合の１．５倍の量の加工誘起マルテンサイトが生成されることが確認できた。また、冷却するとＮｏ．１より圧延率の小さい条件であるＮｏ．３でも、７５体積％の加工誘起マルテンサイト量が得られ、冷却が有効であることが確認できた。
なお、リング圧延されたリング状帯板に、ベルト作製時に通常実施する窒化処理を施し、機械的特性を調査したところ、表３に示すように、冷却を行うと、冷却を行わない場合と比べて高い強度が得られていた。
【００２１】
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【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明により、準安定オーステナイト系ステンレス鋼を素材としてリング圧延して無段変速機用ベルトを製造する際、リング状帯板を積極的に冷却した状態で圧延することにより、加工誘起マルテンサイト量を７０体積％以上生成することができ、高強度な準安定オーステナイト系ステンレス鋼製金属ベルトを製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】準安定オーステナイト系ステンレス鋼板の圧延によって生成する加工誘起マルテンサイト量に及ぼす圧下率，材料温度の影響を表したグラフ
【図２】加工誘起マルテンサイト量と強度との関係を示すグラフ
【図３】各種ステンレス鋼の疲労特性を示すグラフ
【図４】本発明で使用するリング圧延機の概略を説明する図
【図５】リング状帯板を冷却しながらリング圧延する態様を説明する図
【符号の説明】
１：リング状帯板　　２ａ，２ｂ：ワークロール　　３：テンションロール
４ａ，４ｂ：バックアップロール　　５：距離計　　６：ロードセル
７：冷媒　　８：冷却ボックス　　９：ノズル　　１０：温度計
【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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