(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｉを含むマルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して円筒状のドラムを形成する工程と、溶接後のドラムに対する第１の溶体化を行う工程と、溶体化されたドラムを所定幅に裁断してリングを形成し、該リングを圧延する工程と、圧延されたリングに対する第２の溶体化を行う工程と、溶体化されたリングを所定の周長に補正したのち時効及び窒化処理する工程と、時効及び窒化処理された複数のリングを相互に積層して無端状金属ベルトを形成する工程とを備える無端状金属ベルトの製造方法において、
前記溶接後のドラムに対する第１の溶体化と、前記圧延後のリングに対する第２の溶体化とを、１〜３０％の水素を含み、雰囲気露点−４０〜−７０℃の範囲の窒素雰囲気下、前記マルエージング鋼の再結晶温度以上、８５０℃以下の範囲の温度にて行うことを特徴とする無端状金属ベルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無段変速機等に用いられる無端状金属ベルトの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無段変速機等に用いられる無端状金属ベルトは次のような製造方法により製造されている。まず、超強力鋼であるマルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して円筒状のドラムを形成し、該ドラムに対して第１の溶体化処理を行う。次に、溶体化されたドラムを所定幅に裁断してリングを形成し、該リングを圧延した後、圧延されたリングに対して第２の溶体化処理を行う。そして、溶体化されたリングを所定の周長に補正したのち時効及び窒化処理して硬度を向上させた後、複数のリングを相互に積層して無端状金属ベルトを形成する。
【０００３】
前記製造方法において、前記溶接後のドラムに対する第１の溶体化は、前記溶接時の熱により部分的に硬くなった硬度を均質化するために行うものであり、該溶体化を行うことにより、前記ドラムを所定幅に裁断する処理をしてリングに形成した後の圧延を容易に行うことができる。前記溶体化は、一般に前記マルエージング鋼の再結晶温度以上の温度にて加熱することにより行われるが、このとき前記マルエージング鋼は、時効析出強化元素としてＴｉ，Ａｌ，Ｍｏ等を含んでおり、これらの元素、特にＴｉが酸化されると、後続の時効処理によって所定の硬度が得られないことがある。そこで、前記溶体化処理は、前記時効析出強化元素の酸化を避けるために、真空炉内で行われる。
【０００４】
一方、前記圧延されたリングは、前記圧延により金属結晶が潰された圧延組織が形成されており、そのままでは後続の窒化処理において窒素が浸透しにくく、窒化が均一に行われないことがある。そこで、前記圧延後のリングに対して、変形された金属結晶粒形状を復元し、窒化処理を容易にするために、第２の溶体化を行う。
【０００５】
前記第２の溶体化も、一般に前記マルエージング鋼の再結晶温度以上の温度にて加熱することにより行われ、前記時効析出強化元素が酸化されないことが望ましい。しかし、真空炉は高価であるので、前記第２の溶体化は炉内を還元雰囲気とした加熱炉を用いて行われる。前記還元雰囲気としては、例えば１〜１０％の水素を含む窒素雰囲気が用いられる。前記窒素雰囲気中には、僅かながら酸素が含まれているが、前記水素を酸素と反応させることにより、該酸素の濃度が低くなり、前記時効析出強化元素の酸化を抑制することができる。前記従来の製造方法によれば、前記２つの溶体化のうち第２の溶体化を加熱炉を用い還元雰囲気下で行うことにより真空炉の数を低減して、製造コストの低減を図ることができる。
【０００６】
ここで、さらに製造コストを低減するためには、両方の溶体化を加熱炉を用いて同一の条件で行うことが望まれる。本発明者らは前記事情に鑑み鋭意検討を重ねた結果、前記第２の溶体化における条件をさらに厳しくすることにより、前記第２の溶体化の還元雰囲気中で前記第１の溶体化を行うことができることを見出し、この技術は本出願人により既に特許出願されている（特願平１１−３００７４８号）。
【０００７】
前記出願に係る技術は、前記第１及び第２の両方の溶体化を、１〜１０％の水素を含み、雰囲気露点−７〜０℃の窒素雰囲気下、前記マルエージング鋼の再結晶温度以上、８５０℃以下の範囲の温度にて行うというものである。前記溶体化処理は、水素を含む窒素雰囲気という還元雰囲気下に、前記マルエージング鋼の再結晶温度以上、８５０℃以下の範囲の温度で行う点では従来の第２の溶体化と同一であるが、雰囲気露点を−７〜０℃の範囲とした点で従来の第２の溶体化よりも厳しい条件となっている。
【０００８】
前記条件の還元雰囲気によれば、微量含まれる酸素が前記水素と化合したときに、前記雰囲気露点が前記範囲となっていることで系外に排出され、前記酸素の濃度をさらに低くすることができる。従って、前記条件の還元雰囲気下で前記第１の溶体化を行っても、前記マルエージング鋼に含まれる時効析出強化元素であるＴｉ，Ａｌ，Ｍｏ等、特にＴｉが酸化されることがなく、前記第１及び第２の両方の溶体化を加熱炉を用いて行うことができる。尚、前記還元雰囲気は、前記雰囲気露点の条件を厳しくした以外は、従来の第２の溶体化に用いられていた還元雰囲気と同一であるので、第２の溶体化に用いるには何ら問題がない。
【０００９】
しかしながら、前記雰囲気に関する条件は、雰囲気露点の温度範囲が狭く、工程管理が難しくなることがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、溶接後のドラムの溶体化と、圧延後のリングの溶体化とを同一条件で行うことができ、工程管理が容易な無端状金属ベルトの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らの検討によれば、前記還元雰囲気の雰囲気露点を、前記先願の技術における雰囲気露点の範囲の下限である−７℃より低くして、該雰囲気中の酸素の濃度をさらに低くすると、この領域ではＦｅ，Ｍｏが還元される一方前記時効析出強化元素であるＴｉが優先的に酸化されるようになることが判明した。しかし、本発明者らはさらに検討を重ねた結果、前記雰囲気露点をさらに低く、−４０℃以下として、該雰囲気中の酸素の濃度を非常に低くすると、再びＴｉの酸化が抑制される領域となることを見出した。
【００１２】
そこで本発明は、Ｔｉを含むマルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して円筒状のドラムを形成する工程と、溶接後のドラムに対する第１の溶体化を行う工程と、溶体化されたドラムを所定幅に裁断してリングを形成し、該リングを圧延する工程と、圧延されたリングに対する第２の溶体化を行う工程と、溶体化されたリングを所定の周長に補正したのち時効及び窒化処理する工程と、時効及び窒化処理された複数のリングを相互に積層して無端状金属ベルトを形成する工程とを備える無端状金属ベルトの製造方法において、前記溶接後のドラムに対する第１の溶体化と、前記圧延後のリングに対する第２の溶体化とを、１〜３０％の水素を含み、雰囲気露点−４０〜−７０℃の範囲の窒素雰囲気下、前記マルエージング鋼の再結晶温度以上、８５０℃以下の範囲の温度にて行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の製造方法によれば、前記還元雰囲気に微量含まれる酸素が前記水素と化合したときに、前記雰囲気露点は前記先願の範囲よりさらに低温であるので、確実に系外に排出され、前記酸素の濃度が非常に低くなる。このような還元雰囲気下ではＴｉの酸化抑制領域になるので、該雰囲気下で前記第１の溶体化を行うことにより前記マルエージング鋼に含まれる時効析出強化元素であるＴｉ，Ａｌ，Ｍｏ等の酸化が抑制される。尚、前記還元雰囲気も、前記先願の技術と同様に、前記雰囲気露点の条件をさらに厳しくした以外は、従来の第２の溶体化に用いられていた還元雰囲気と同一であるので、第２の溶体化に用いるには何ら問題がない。従って、本発明の製造方法によれば、前記第１及び第２の両方の溶体化を、同一の条件で、共に加熱炉を用いて行うことができる。
【００１４】
本発明の製造方法において、水素の含有量が雰囲気全体の１％未満であると、前記微量の酸素を排出する効果が十分に得られない。また、水素は窒素に比較して高価であるので、水素の含有量が雰囲気全体の３０％を超えると、製造コストが増大する。
【００１５】
前記雰囲気露点は−４０℃より高くなるとＴｉが選択的に酸化されるので好ましくない。また、前記窒素雰囲気は通常は液体窒素を気化させることにより製造されるが、液体窒素を気化させた直後の窒素雰囲気は雰囲気露点が−７０℃である。このため、雰囲気露点を−７０℃よりも低くすることは現実的ではない。
【００１６】
また、溶体化の温度は前記マルエージング鋼の再結晶温度未満では溶体化自体が難しく、８５０℃を超えると再結晶された金属結晶粒が粗大化するため、無端状金属ベルトを形成した後の切欠靭性が低下する。
【００１７】
本発明の製造方法によれば、前記雰囲気露点が−４０〜−７０℃の範囲になるように制御すればよく、適用可能な範囲が広いので、工程管理を容易に行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本発明の製造方法の要部を示す模式図である。
【００１９】
本実施形態の製造方法は、まず、図１示のようにマルエージング鋼の薄板１をベンディングしてループ化したのち、端部同士を溶接して円筒状のドラム２を形成する。前記マルエージング鋼は、Ｃが０．０３％以下、Ｓｉが０．１０％以下、Ｍｎが０．１０％以下、Ｐが０．０１％以下、Ｓが０．０１％以下の低炭素鋼であり、１８〜１９％のＮｉ、４．７〜５．２％のＭｏ、０．０５〜０．１５％のＡｌ、０．５０〜０．７０％のＴｉ、８．５〜９．５％のＣｏを含む１８Ｎｉ鋼である。前記マルエージング鋼の組成のうち、Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｏの３元素は時効析出強化元素である。
【００２０】
前記マルエージング鋼は前記溶接の熱により時効硬化を示し、ドラム２の溶接の中心２ａから両側に１ｍｍ前後の部分に硬度の高い部分が出現する。そこで、次にドラム２を還元性雰囲気の加熱炉３に収容して、前記マルエージング鋼の再結晶温度以上、８５０℃以下の温度で、第１の溶体化処理を行う。前記還元性雰囲気は、１〜３０％の水素を含む窒素雰囲気であり、雰囲気露点が−４０〜−７０℃の範囲、例えば−４０〜−５０℃の範囲とされている。
【００２１】
加熱炉３において、前記窒素雰囲気は微量の酸素を含み、該酸素は前記水素と化合して系外に排出され、前記雰囲気中の酸素の濃度が非常に低くなる。従って、本実施形態では、ドラム２を加熱炉３内に収容し前記条件で第１の溶体化を行うことにより、前記時効析出強化元素であるＴｉ，Ａｌ，Ｍｏの酸化を抑制することができると共に、前述のように溶接の中心２ａの両側に現れた硬度の高い部分が無くなり、全体の硬度を均質化することができる。
【００２２】
前記第１の溶体化が終了したならば、ドラム２を加熱炉３から搬出し、所定幅に裁断して、リング４を形成する。ドラム２は、前記第１の溶体化処理の結果、全体の硬度が均質化されているので、前記裁断を容易に行うことができ、圧延も容易となる。リング４は、次いで圧下率４０〜５０％で圧延される。
【００２３】
前記圧延の結果、リング４には金属結晶が潰された圧延組織が形成されていて、このままでは後続の窒化処理において金属組織に窒素が浸透しにくい。そこで、次に、図１示のようにリング４を再び還元性雰囲気の加熱炉３に収容して、前記第１の溶体化処理と同一条件下に第２の溶体化処理を行う。この結果、前記圧延組織の金属結晶粒形状を圧延前の状態に復元することができる。
【００２４】
前記第２の溶体化が終了したならば、リング４を加熱炉３から搬出し、所定の周長に補正する。前記周長の補正は、例えば前記リング４を図示しない駆動ローラ及び従動ローラに掛け回し、回転駆動させながら、前記リング４の走行方向と直交する方向に荷重を掛けることにより行う。
【００２５】
次に、前記周長が補正されたリング４に時効処理及び窒化処理を施す。前記時効処理は、例えば前記リング４を図示しない加熱炉内で４５０〜５３０℃の範囲の温度に９０〜２４０分保持することにより行う。また、前記窒化処理は、ガス窒化、ガス軟窒化、塩浴窒化等の方法により行う。
【００２６】
本実施形態の製造方法によれば、前記第１及び第２の溶体化で時効析出強化元素の酸化が抑制されているので、前記周長補正されたリング４の時効処理を容易に行うことができる。また、第２の溶体化で前記圧延組織の金属結晶粒形状が圧延前の状態に復元されているので、窒素が金属組織に浸透しやすく、前記窒化処理を容易に行うことができる。
【００２７】
そして、前記時効・窒化処理により所定の硬度とされた複数のリング４を相互に積層することにより、無段変速機の動力伝達ベルトとして好適な無端状金属ベルト（図示せず）を形成する。
【００２８】
次に、前記還元雰囲気の加熱炉３を用いて第１の溶体化を行った後のドラム２について、Ｔｉの酸化状態を調べた結果について説明する。
【００２９】
前記Ｔｉ，Ａｌ等はＰ型元素であるので、金属組織中で外方に向かって拡散していく性質があり、金属の表面で酸化されやすい。そこで、前記第１の溶体化処理後のドラム２の表面をＸ線微小分析（ＥＰＭＡ）により解析した。ＥＰＭＡによれば、Ｔｉ濃度の高い部分は赤くなり、Ｔｉ濃度の低い部分は黄色く、さらにＴｉの存在しない部分は青くなる。
【００３０】
この結果、本実施形態のドラム２では表層にＴｉの濃化しない黄色部分が形成され、Ｔｉの酸化を抑制する効果は、１０-3Ｐａの真空炉で処理されたドラム２と同等であることが確認された。
【００３１】
また、前記還元雰囲気は、前記雰囲気露点の条件をさらに厳しくした以外は、従来の第２の溶体化に用いられていた還元雰囲気と同一であり、該還元雰囲気によれば何ら問題無く第２の溶体化を行うことができる。
【００３２】
従って、本発明の製造方法によれば、前記第１の溶体化と第２の溶体化を、同一の加熱炉３で同一条件で行うことができることが明らかである。
【００３３】
一方、雰囲気露点を本発明の範囲外の−３０℃とした場合は本実施形態と同一条件で処理されたドラム２では、表層近くにＴｉ濃度の高い赤色部分が形成されていることが確認され、Ｔｉの酸化が推定された。
【００３４】
従って、雰囲気露点が本発明の範囲の上限である−４０℃を超えると、前記第１の溶体化で前記マルエージング鋼に含まれるＴｉが酸化されてしまい、前記第１の溶体化を第２の溶体化と同一の加熱炉３で行うことが困難であることが明らかである。
【００３５】
尚、本実施形態では、前記第１の溶体化と第２の溶体化とを同一の加熱炉３で行っているが、前記第１の溶体化と第２の溶体化とは、同一条件であれば、それぞれ独立の加熱炉を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法の要部を示す模式図。
【符号の説明】
１…マルエージング鋼、  ２…ドラム、  ３…加熱炉、  ４…リング。
【図１】
0003776286.tif 000002