JP2000087214A - マルエージング鋼の窒化方法およびそれによって得られたマルエージング鋼製品 - Google Patents
マルエージング鋼の窒化方法およびそれによって得られたマルエージング鋼製品Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高い疲労強度と耐摩耗性とを有するようになる
マルエージング鋼の窒化方法およびそれによって得られ
たマルエージング鋼製品を提供する。 【解決手段】マルエージング鋼を予めフッ素を含む反応
ガス雰囲気中に加熱保持して表面にフッ化物膜を生成し
たのち、ＮＨ3 濃度が全体の５容量％以上３０容量％以
下の範囲の窒化雰囲気中で４００℃以上５００℃以下の
温度で処理して窒化硬化層を形成する。
マルエージング鋼の窒化方法およびそれによって得られ
たマルエージング鋼製品を提供する。 【解決手段】マルエージング鋼を予めフッ素を含む反応
ガス雰囲気中に加熱保持して表面にフッ化物膜を生成し
たのち、ＮＨ3 濃度が全体の５容量％以上３０容量％以
下の範囲の窒化雰囲気中で４００℃以上５００℃以下の
温度で処理して窒化硬化層を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、疲労強度等を向上
させるマルエージング鋼の窒化方法およびそれによって
得られたマルエージング鋼製品に関するものである。
させるマルエージング鋼の窒化方法およびそれによって
得られたマルエージング鋼製品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、自動車等の変速機構には、歯
車が用いられている。この変速機構は、有段変速であ
り、例えば５段変速等がある。しかしながら、最近、ス
チールベルトを用いて動力を伝達する無段変速の変速機
構が採用されるようになってきている。このスチールベ
ルトの原材料としては、マルエージング鋼が用いられて
いる。このマルエージング鋼とは、Ｃを殆ど含まず、多
量のＮｉを合金した鋼にＣｏ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ａｌ等を加
えた鋼を熱処理によりマルテンサイト組織にして、時効
処理したものである。
車が用いられている。この変速機構は、有段変速であ
り、例えば５段変速等がある。しかしながら、最近、ス
チールベルトを用いて動力を伝達する無段変速の変速機
構が採用されるようになってきている。このスチールベ
ルトの原材料としては、マルエージング鋼が用いられて
いる。このマルエージング鋼とは、Ｃを殆ど含まず、多
量のＮｉを合金した鋼にＣｏ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ａｌ等を加
えた鋼を熱処理によりマルテンサイト組織にして、時効
処理したものである。
【０００３】また、上記スチールベルトには、その用途
から、高い疲労強度と耐摩耗性とが要求される。ところ
が、マルエージング鋼は、引っ張り強度は大きいが、そ
の割には疲労強度が小さい材料である。そこで、上記高
い疲労強度と耐摩耗性とをスチールベルトに付与する方
法として、スチールベルト製造の最終工程で、スチール
ベルトの表面を窒化処理する方法が採用されている。
から、高い疲労強度と耐摩耗性とが要求される。ところ
が、マルエージング鋼は、引っ張り強度は大きいが、そ
の割には疲労強度が小さい材料である。そこで、上記高
い疲労強度と耐摩耗性とをスチールベルトに付与する方
法として、スチールベルト製造の最終工程で、スチール
ベルトの表面を窒化処理する方法が採用されている。
【０００４】スチールベルトの表面を窒化処理すると、
その表面に窒化硬化層が形成される。この窒化硬化層
は、窒化物層とその下層の拡散層とで構成されている。
窒化物層は、Ｆｅ2 Ｎ，Ｆｅ4 Ｎ，ＴｉＮ等の窒化物の
みからなる層であり、拡散層は、主マトリクス中に微細
な上記窒化物が析出して拡散した層である。
その表面に窒化硬化層が形成される。この窒化硬化層
は、窒化物層とその下層の拡散層とで構成されている。
窒化物層は、Ｆｅ2 Ｎ，Ｆｅ4 Ｎ，ＴｉＮ等の窒化物の
みからなる層であり、拡散層は、主マトリクス中に微細
な上記窒化物が析出して拡散した層である。
【０００５】そして、上記スチールベルト製造には、薄
肉圧延，溶体化処理，塑性加工変形，時効硬化等の工程
が必要である。また、上記スチールベルトの表面を窒化
処理する方法には、液体窒化法である塩浴窒化方法やＮ
Ｈ3 ガスを窒化源とするガス窒化方法等がある。さら
に、スチールベルトが動力を伝達するベルトとして充分
に満足できる水準の疲労強度を得るためには、スチール
ベルトの表面に大きな圧縮残留応力を発生させる必要が
ある。
肉圧延，溶体化処理，塑性加工変形，時効硬化等の工程
が必要である。また、上記スチールベルトの表面を窒化
処理する方法には、液体窒化法である塩浴窒化方法やＮ
Ｈ3 ガスを窒化源とするガス窒化方法等がある。さら
に、スチールベルトが動力を伝達するベルトとして充分
に満足できる水準の疲労強度を得るためには、スチール
ベルトの表面に大きな圧縮残留応力を発生させる必要が
ある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれの窒化方法によりそれぞれの条件下でマルエージン
グ鋼製のスチールベルトの表面を窒化処理しても、充分
に満足できる水準の疲労強度が得られていないのが実状
である。
ずれの窒化方法によりそれぞれの条件下でマルエージン
グ鋼製のスチールベルトの表面を窒化処理しても、充分
に満足できる水準の疲労強度が得られていないのが実状
である。
【０００７】この理由は、上記スチールベルトの製造工
程とスチールベルト表面の窒化処理とが圧縮残留応力の
発生機構に複雑に絡み合っているためであると考えられ
る。すなわち、上記塩浴窒化方法では、溶液の制御上、
処理温度を５５０℃以上にするため、しばしば過時効と
なり表面硬度を下げ圧縮残留応力を低下させる。一方、
上記ガス窒化方法では、処理温度を時効に適切な５００
℃以下に下げることができるが、低温でスチールベルト
表面の活性度が下がるため、窒化物層の形成がしばしば
不均一，不充分となる。これらの不具合は、窒化処理す
る前の製造工程におけるスチールベルトの表面性状の不
均一により拡大される性質がある。これらのことから、
マルエージング鋼製のスチールベルトの表面を上記従来
の窒化方法の条件下で充分に満足できる水準の疲労強度
が得られるように窒化処理することは、困難とされる。
程とスチールベルト表面の窒化処理とが圧縮残留応力の
発生機構に複雑に絡み合っているためであると考えられ
る。すなわち、上記塩浴窒化方法では、溶液の制御上、
処理温度を５５０℃以上にするため、しばしば過時効と
なり表面硬度を下げ圧縮残留応力を低下させる。一方、
上記ガス窒化方法では、処理温度を時効に適切な５００
℃以下に下げることができるが、低温でスチールベルト
表面の活性度が下がるため、窒化物層の形成がしばしば
不均一，不充分となる。これらの不具合は、窒化処理す
る前の製造工程におけるスチールベルトの表面性状の不
均一により拡大される性質がある。これらのことから、
マルエージング鋼製のスチールベルトの表面を上記従来
の窒化方法の条件下で充分に満足できる水準の疲労強度
が得られるように窒化処理することは、困難とされる。
【０００８】また、上記窒化物層は、脆く、疲労破壊試
験において、高応力低サイクル側での破壊を起こし易
い。このような特性は、高い疲労強度と耐摩耗性とが要
求される上記スチールベルトにとって問題である。
験において、高応力低サイクル側での破壊を起こし易
い。このような特性は、高い疲労強度と耐摩耗性とが要
求される上記スチールベルトにとって問題である。
【０００９】さらに、マルエージング鋼は、Ｆｅ，Ｎ
ｉ，Ｃｏ，Ｍｏ等の主要金属元素にＯとの親和力が大き
いＴｉ，Ａｌ等の成分を含有する時効硬化型材料である
ため、表面に酸化物を形成し易い。そして、この酸化物
は、Ｎがマルエージング鋼内に侵入、拡散してゆくこと
を阻害する。
ｉ，Ｃｏ，Ｍｏ等の主要金属元素にＯとの親和力が大き
いＴｉ，Ａｌ等の成分を含有する時効硬化型材料である
ため、表面に酸化物を形成し易い。そして、この酸化物
は、Ｎがマルエージング鋼内に侵入、拡散してゆくこと
を阻害する。
【００１０】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、高い疲労強度と耐摩耗性とを有するようになる
マルエージング鋼の窒化方法およびそれによって得られ
たマルエージング鋼製品の提供をその目的とする。
もので、高い疲労強度と耐摩耗性とを有するようになる
マルエージング鋼の窒化方法およびそれによって得られ
たマルエージング鋼製品の提供をその目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、マルエージング鋼の表面に窒素を反応さ
せて窒化物層と拡散層とで構成されている硬質の窒化硬
化層を形成するマルエージング鋼の窒化方法であって、
マルエージング鋼を予めフッ素を含む反応ガス雰囲気中
に加熱保持して表面にフッ化物膜を生成したのち、ＮＨ
3 濃度が全体の５容量％以上３０容量％以下の範囲の窒
化雰囲気中で４００℃以上５００℃以下の温度で処理し
て窒化硬化層を形成するマルエージング鋼の窒化方法を
第１の要旨とし、厚みが１μｍ以下の均一な窒化物層が
形成されているマルエージング鋼製品を第２の要旨とす
る。
め、本発明は、マルエージング鋼の表面に窒素を反応さ
せて窒化物層と拡散層とで構成されている硬質の窒化硬
化層を形成するマルエージング鋼の窒化方法であって、
マルエージング鋼を予めフッ素を含む反応ガス雰囲気中
に加熱保持して表面にフッ化物膜を生成したのち、ＮＨ
3 濃度が全体の５容量％以上３０容量％以下の範囲の窒
化雰囲気中で４００℃以上５００℃以下の温度で処理し
て窒化硬化層を形成するマルエージング鋼の窒化方法を
第１の要旨とし、厚みが１μｍ以下の均一な窒化物層が
形成されているマルエージング鋼製品を第２の要旨とす
る。
【００１２】すなわち、本発明者らは、高い疲労強度と
耐摩耗性とを有するようになるマルエージング鋼の窒化
方法について、一連の研究を重ねた。マルエージング鋼
が高い疲労強度と耐摩耗性とを有するためには、脆い窒
化物層の厚みをできるだけ小さくするとともに、表面硬
度と窒化硬化層の深みとをできるだけ大きくする必要が
ある。このために、上記研究の過程で、窒化雰囲気中の
温度やＮＨ3 濃度等の窒化条件の検討が行われた。その
結果、マルエージング鋼を予めフッ素を含む反応ガス雰
囲気中に加熱保持して表面にフッ化物膜を生成したの
ち、ＮＨ3 濃度が５容量％以上３０容量％以下の範囲の
窒化雰囲気中で４００℃以上５００℃以下の温度で処理
することにより、厚みが１μｍ以下の均一な窒化物層を
形成すれば、所期の目的を達成できることを見いだし、
本発明に到達した。
耐摩耗性とを有するようになるマルエージング鋼の窒化
方法について、一連の研究を重ねた。マルエージング鋼
が高い疲労強度と耐摩耗性とを有するためには、脆い窒
化物層の厚みをできるだけ小さくするとともに、表面硬
度と窒化硬化層の深みとをできるだけ大きくする必要が
ある。このために、上記研究の過程で、窒化雰囲気中の
温度やＮＨ3 濃度等の窒化条件の検討が行われた。その
結果、マルエージング鋼を予めフッ素を含む反応ガス雰
囲気中に加熱保持して表面にフッ化物膜を生成したの
ち、ＮＨ3 濃度が５容量％以上３０容量％以下の範囲の
窒化雰囲気中で４００℃以上５００℃以下の温度で処理
することにより、厚みが１μｍ以下の均一な窒化物層を
形成すれば、所期の目的を達成できることを見いだし、
本発明に到達した。
【００１３】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を詳
しく説明する。
しく説明する。
【００１４】この実施の形態では、マルエージング鋼製
のスチールベルトの表面を窒化処理する。このスチール
ベルトは、自動車等の無段変速の変速機構において動力
を伝達するもので、厚みが薄く、リング状をしている。
のスチールベルトの表面を窒化処理する。このスチール
ベルトは、自動車等の無段変速の変速機構において動力
を伝達するもので、厚みが薄く、リング状をしている。
【００１５】上記スチールベルト製造は、まず、薄肉円
筒部材をリング状に圧延し、そののち、溶体化処理，塑
性加工変形，時効硬化等を経て、最終工程で、窒化処理
する。この実施の形態では、窒化処理に先立ち、上記ス
チールベルトを予めフッ素を含む反応ガス雰囲気下で２
００〜５００℃の温度に加熱保持して表面にフッ化物膜
を生成しておく。
筒部材をリング状に圧延し、そののち、溶体化処理，塑
性加工変形，時効硬化等を経て、最終工程で、窒化処理
する。この実施の形態では、窒化処理に先立ち、上記ス
チールベルトを予めフッ素を含む反応ガス雰囲気下で２
００〜５００℃の温度に加熱保持して表面にフッ化物膜
を生成しておく。
【００１６】本発明で使用されるフッ素を含む反応ガス
としては、例えばＮＦ3 ，ＢＦ3 ，ＣＦ4 ，ＨＦ，Ｆ2
等のフッ素化合物もしくはフッ素を含むハロゲンガスが
ある。これらフッ素化合物のうち、反応性、取扱い性等
の面でＮＦ3 が最も優れており、実用的である。このＮ
Ｆ3 を用いる場合は、ＮＦ3 を１〜１０容量％含む反応
ガス雰囲気下で上記スチールベルトを３００〜４００℃
の温度に５〜３０分間加熱保持すると、上記スチールベ
ルトの表面にフッ化物膜を生成することができる。この
ようなフッ化物膜を生成するための上記温度や加熱時間
等の条件は、反応ガスの種類，その濃度，スチールベル
トの形状寸法等により適宜設定される。
としては、例えばＮＦ3 ，ＢＦ3 ，ＣＦ4 ，ＨＦ，Ｆ2
等のフッ素化合物もしくはフッ素を含むハロゲンガスが
ある。これらフッ素化合物のうち、反応性、取扱い性等
の面でＮＦ3 が最も優れており、実用的である。このＮ
Ｆ3 を用いる場合は、ＮＦ3 を１〜１０容量％含む反応
ガス雰囲気下で上記スチールベルトを３００〜４００℃
の温度に５〜３０分間加熱保持すると、上記スチールベ
ルトの表面にフッ化物膜を生成することができる。この
ようなフッ化物膜を生成するための上記温度や加熱時間
等の条件は、反応ガスの種類，その濃度，スチールベル
トの形状寸法等により適宜設定される。
【００１７】上記フッ化物膜を生成する方法をより具体
的に説明すると、マルエージング鋼製のスチールベルト
を例えば脱脂洗浄し、図１に示すような熱処理炉１に挿
入する。この熱処理炉１は外殻２内に設けたヒータ３の
内側にステンレス製内容器４を入れたピット炉で、ガス
導入管５と排気管６が挿入されている。ガス導入管５に
はボンベから流量計１７，バルブ１８等を経由してガス
が供給される。内部の雰囲気はモータ７で回転するファ
ン８によって攪拌される。スチールベルト１０は金鋼製
のコンテナ１１に入れて炉内に挿入される。図中、１３
は真空ポンプ、１４は除害装置である。この炉中にフッ
素を含む反応ガス、例えばＮＦ3 とＮ2の混合ガスを導
入し、所定の反応温度に加熱する。ＮＦ3 は２５０〜４
００℃の温度で活性基のＦ分を発生するため、上記温度
範囲３００〜４００℃でも活性基のＦ分を発生し、この
Ｆが表面に残存している有機無機の異物を除去すると共
に、鋼表面のＦｅ，Ｃｒ素地あるいはＦｅＯ，Ｆｅ3 Ｏ
4 ，Ｃｒ2 Ｏ3 等の酸化物と迅速に反応して、例えば下
記の式に示すごとく、表面にＦｅＦ2 ，ＦｅＦ3 ，Ｃｒ
Ｆ2 ，ＣｒＦ4 等の化合物を金属組織中に含有するごく
薄いフッ化物膜が形成される。
的に説明すると、マルエージング鋼製のスチールベルト
を例えば脱脂洗浄し、図１に示すような熱処理炉１に挿
入する。この熱処理炉１は外殻２内に設けたヒータ３の
内側にステンレス製内容器４を入れたピット炉で、ガス
導入管５と排気管６が挿入されている。ガス導入管５に
はボンベから流量計１７，バルブ１８等を経由してガス
が供給される。内部の雰囲気はモータ７で回転するファ
ン８によって攪拌される。スチールベルト１０は金鋼製
のコンテナ１１に入れて炉内に挿入される。図中、１３
は真空ポンプ、１４は除害装置である。この炉中にフッ
素を含む反応ガス、例えばＮＦ3 とＮ2の混合ガスを導
入し、所定の反応温度に加熱する。ＮＦ3 は２５０〜４
００℃の温度で活性基のＦ分を発生するため、上記温度
範囲３００〜４００℃でも活性基のＦ分を発生し、この
Ｆが表面に残存している有機無機の異物を除去すると共
に、鋼表面のＦｅ，Ｃｒ素地あるいはＦｅＯ，Ｆｅ3 Ｏ
4 ，Ｃｒ2 Ｏ3 等の酸化物と迅速に反応して、例えば下
記の式に示すごとく、表面にＦｅＦ2 ，ＦｅＦ3 ，Ｃｒ
Ｆ2 ，ＣｒＦ4 等の化合物を金属組織中に含有するごく
薄いフッ化物膜が形成される。
【００１８】
【化１】ＦｅＯ＋２Ｆ → ＦｅＦ2 ＋１／２Ｏ2
【００１９】
【化２】 Ｃｒ2 Ｏ3 ＋４Ｆ → ２ＣｒＦ2 ＋３／２Ｏ2
【００２０】この反応により、スチールベルト表面の酸
化皮膜はフッ化物膜に変換され、表面に吸着されついた
Ｏ2 も除去される。そして、このようなフッ化物膜は、
Ｏ2，Ｈ2 ，Ｈ2 Ｏが存在しない場合６００℃以下の温
度で安定であるため、上記温度範囲３００〜４００℃で
も安定であり、後続の窒化処理温度までの間における金
属素地への酸化皮膜の形成やＯ2 の吸着を防止すると考
えられる。
化皮膜はフッ化物膜に変換され、表面に吸着されついた
Ｏ2 も除去される。そして、このようなフッ化物膜は、
Ｏ2，Ｈ2 ，Ｈ2 Ｏが存在しない場合６００℃以下の温
度で安定であるため、上記温度範囲３００〜４００℃で
も安定であり、後続の窒化処理温度までの間における金
属素地への酸化皮膜の形成やＯ2 の吸着を防止すると考
えられる。
【００２１】また、スチールベルト最表面のマトリクス
は、Ｆと結合しているため、Ｏや油脂類等と結合してい
る場合よりも表面の活性度が大きく、Ｎの吸着，侵入，
拡散等に好都合な状態となっている。
は、Ｆと結合しているため、Ｏや油脂類等と結合してい
る場合よりも表面の活性度が大きく、Ｎの吸着，侵入，
拡散等に好都合な状態となっている。
【００２２】そして、このような状態のスチールベルト
は、ＮＨ3 濃度が５〜３０容量％の窒化雰囲気中で４０
０〜５００℃で、より好ましくは４５０〜４８０℃で、
１５分〜５時間処理される。このとき、ＮＨ3 は、下記
の式のように反応が進行し、活性基のＮを発生する。
は、ＮＨ3 濃度が５〜３０容量％の窒化雰囲気中で４０
０〜５００℃で、より好ましくは４５０〜４８０℃で、
１５分〜５時間処理される。このとき、ＮＨ3 は、下記
の式のように反応が進行し、活性基のＮを発生する。
【００２３】
【化３】ＮＨ3 → Ｎ＋３／２Ｈ2
【００２４】上記処理が行われると、活性なスチールベ
ルト最表面に活性基のＮが吸着されてマルエージング鋼
内に侵入、拡散してゆき、窒化硬化層が形成される。そ
の結果、表面にＦｅ2 Ｎ，Ｆｅ4 Ｎ，ＴｉＮ等の窒化物
のみからなる窒化物層が均一に１μｍ以下の厚みで形成
され、その下層に拡散層が形成される。このとき、フッ
化物膜中のＦ分は、Ｈ2 と反応してＨＦとなり、廃ガス
として運ばれる。このＨＦは微量で、除害装置１４に集
められ、最終的に無害化される。
ルト最表面に活性基のＮが吸着されてマルエージング鋼
内に侵入、拡散してゆき、窒化硬化層が形成される。そ
の結果、表面にＦｅ2 Ｎ，Ｆｅ4 Ｎ，ＴｉＮ等の窒化物
のみからなる窒化物層が均一に１μｍ以下の厚みで形成
され、その下層に拡散層が形成される。このとき、フッ
化物膜中のＦ分は、Ｈ2 と反応してＨＦとなり、廃ガス
として運ばれる。このＨＦは微量で、除害装置１４に集
められ、最終的に無害化される。
【００２５】このようにして表面に上記窒化物層が形成
されたマルエージング鋼製のスチールベルトは、自動車
等の無段変速の変速機構において動力を伝達するものと
して、充分に満足できる高い疲労強度と耐摩耗性とを有
している。
されたマルエージング鋼製のスチールベルトは、自動車
等の無段変速の変速機構において動力を伝達するものと
して、充分に満足できる高い疲労強度と耐摩耗性とを有
している。
【００２６】
【実施例１】マルエージング鋼製のスチールベルトをフ
ロン洗浄したのち、図１に示すような熱処理炉１に入
れ、ＮＦ3 濃度が５容量％であるＮ2 ガス雰囲気中に３
５０℃で保持して表面にフッ化物膜を生成した。その後
４８０℃に加熱し、ＮＨ3 濃度が２０容量％である窒化
ガスを熱処理炉１内に導入して２０分間，３５分間，７
０分間それぞれ窒化処理を行い、しかるのち空冷して取
り出した。
ロン洗浄したのち、図１に示すような熱処理炉１に入
れ、ＮＦ3 濃度が５容量％であるＮ2 ガス雰囲気中に３
５０℃で保持して表面にフッ化物膜を生成した。その後
４８０℃に加熱し、ＮＨ3 濃度が２０容量％である窒化
ガスを熱処理炉１内に導入して２０分間，３５分間，７
０分間それぞれ窒化処理を行い、しかるのち空冷して取
り出した。
【００２７】
【比較例１】マルエージング鋼製のスチールベルトをフ
ロン洗浄したのち、図１に示すような熱処理炉１に入
れ、表面にフッ化物膜を生成させることなく、４８０℃
に加熱し、ＮＨ3 濃度が２０容量％である窒化ガスを熱
処理炉１内に導入して７０分間窒化処理を行い、しかる
のち空冷して取り出した。この比較例１の場合、表面に
フッ化物膜を生成させていないため、窒化処理時間が２
０分間および３５分間では、窒化硬化層の深みが規定の
大きさに達しないため、窒化処理時間を７０分間とし
た。
ロン洗浄したのち、図１に示すような熱処理炉１に入
れ、表面にフッ化物膜を生成させることなく、４８０℃
に加熱し、ＮＨ3 濃度が２０容量％である窒化ガスを熱
処理炉１内に導入して７０分間窒化処理を行い、しかる
のち空冷して取り出した。この比較例１の場合、表面に
フッ化物膜を生成させていないため、窒化処理時間が２
０分間および３５分間では、窒化硬化層の深みが規定の
大きさに達しないため、窒化処理時間を７０分間とし
た。
【００２８】上記実施例１と比較例１について、窒化時
間による圧縮残留応力の変化および表面硬度を測定し、
その結果を図２に示す。なお、この測定は、Ｘ線応力並
傾法によるものである。また、上記実施例１について、
窒化処理する前の時効時間による硬度の変化を測定し、
その結果を図３に示す。
間による圧縮残留応力の変化および表面硬度を測定し、
その結果を図２に示す。なお、この測定は、Ｘ線応力並
傾法によるものである。また、上記実施例１について、
窒化処理する前の時効時間による硬度の変化を測定し、
その結果を図３に示す。
【００２９】上記図２の結果から、窒化処理する前に、
表面にフッ化物膜を生成させた方が圧縮残留応力が大き
く表面硬度も大きいことがわかる。また、比較例１品の
圧縮残留応力は、実施例１品の３５分間窒化処理したも
のおよび７０分間窒化処理したものよりも著しく小さい
ことがわかる。これは、表面硬度の大きさを反映したも
のと思われる。
表面にフッ化物膜を生成させた方が圧縮残留応力が大き
く表面硬度も大きいことがわかる。また、比較例１品の
圧縮残留応力は、実施例１品の３５分間窒化処理したも
のおよび７０分間窒化処理したものよりも著しく小さい
ことがわかる。これは、表面硬度の大きさを反映したも
のと思われる。
【００３０】さらに、上記図２の結果からは、窒化処理
時間を長くすることが必ずしも圧縮残留応力を増加する
ことにならないこともわかる。これは、図３の結果から
わかるように、窒化とともに時効が進行し、表面硬度お
よび表面と芯部界面との硬度差が減少してゆくことに関
係している。
時間を長くすることが必ずしも圧縮残留応力を増加する
ことにならないこともわかる。これは、図３の結果から
わかるように、窒化とともに時効が進行し、表面硬度お
よび表面と芯部界面との硬度差が減少してゆくことに関
係している。
【００３１】なお、従来の窒化方法では、常温より窒化
温度まで昇温する間に形成される酸化皮膜や、このとき
吸着されるＯ2 分によって表面の活性度が低下している
ため、Ｎの表面吸着の度合いが低く、不均一である。ま
た、このような不均一性は、ＮＨ3 の分解の度合いを炉
内で均一に保つことが実際上困難であることによっても
拡大されるのである。しかしながら、この実施の形態で
は、スチールベルト表面におけるＮの吸着が均一かつ迅
速に行われるため、上記のような問題は生じない。ま
た、フッ化物膜は、６００℃以下で安定な不働態膜であ
るため、金属製の炉材の損傷はきわめて少ない。
温度まで昇温する間に形成される酸化皮膜や、このとき
吸着されるＯ2 分によって表面の活性度が低下している
ため、Ｎの表面吸着の度合いが低く、不均一である。ま
た、このような不均一性は、ＮＨ3 の分解の度合いを炉
内で均一に保つことが実際上困難であることによっても
拡大されるのである。しかしながら、この実施の形態で
は、スチールベルト表面におけるＮの吸着が均一かつ迅
速に行われるため、上記のような問題は生じない。ま
た、フッ化物膜は、６００℃以下で安定な不働態膜であ
るため、金属製の炉材の損傷はきわめて少ない。
【００３２】また、上記窒化処理温度（４００〜５００
℃に、より好ましくは４５０〜４８０℃）は、時効温度
と同一もしくは近接させることができるため、時効の最
終工程と窒化処理とが重なることが自然であるが、別の
工程とすることもできる。
℃に、より好ましくは４５０〜４８０℃）は、時効温度
と同一もしくは近接させることができるため、時効の最
終工程と窒化処理とが重なることが自然であるが、別の
工程とすることもできる。
【００３３】また、上記実施の形態では、窒化雰囲気中
のＮＨ3 濃度を５〜３０容量％の範囲としたが、これ
は、窒化ポテンシャルを低くするためで、この窒化ポテ
ンシャルＰN は、下記の式のパラメーターで示される。
のＮＨ3 濃度を５〜３０容量％の範囲としたが、これ
は、窒化ポテンシャルを低くするためで、この窒化ポテ
ンシャルＰN は、下記の式のパラメーターで示される。
【００３４】
【数１】
【００３５】上記窒化ポテンシャルは、ＮＨ3 濃度とＨ
2 濃度とにより決まる。ＮＨ3 濃度が５容量％未満であ
ると、窒化硬化層の深みおよび表面硬度の著しい減少を
招き、満足すべき硬化特性に至らない。一方、ＮＨ3 濃
度が３０容量％を超えると、窒化処理温度の高い範囲
（略４５０〜５００℃）では、窒化物層の厚みを１μｍ
以下に抑えることが不可能となり、窒化処理温度の低い
範囲（略４００〜４５０℃）でも、窒化硬化層の深みお
よび窒化物層の厚みの双方を満足することが困難となる
とともに、処理時間が長くなり不経済となる。
2 濃度とにより決まる。ＮＨ3 濃度が５容量％未満であ
ると、窒化硬化層の深みおよび表面硬度の著しい減少を
招き、満足すべき硬化特性に至らない。一方、ＮＨ3 濃
度が３０容量％を超えると、窒化処理温度の高い範囲
（略４５０〜５００℃）では、窒化物層の厚みを１μｍ
以下に抑えることが不可能となり、窒化処理温度の低い
範囲（略４００〜４５０℃）でも、窒化硬化層の深みお
よび窒化物層の厚みの双方を満足することが困難となる
とともに、処理時間が長くなり不経済となる。
【００３６】また、上記実施の形態では、窒化処理温度
を４００〜５００℃の範囲としたが、窒化処理温度が４
００℃未満であると、窒化硬化層の形成速度が極端に遅
くなり、工業的に無意味となる。一方、窒化処理温度が
５００℃を超えると、窒化物層の厚みを１μｍ以下に抑
えることが困難となり、さらに、過時効気味となり表面
硬度を下げる。
を４００〜５００℃の範囲としたが、窒化処理温度が４
００℃未満であると、窒化硬化層の形成速度が極端に遅
くなり、工業的に無意味となる。一方、窒化処理温度が
５００℃を超えると、窒化物層の厚みを１μｍ以下に抑
えることが困難となり、さらに、過時効気味となり表面
硬度を下げる。
【００３７】また、上記実施の形態では、窒化処理する
時間を１５分〜５時間の範囲としたが、窒化処理する時
間が１５分未満であると、処理時間が短過ぎて窒化硬化
層の深みが不均一となり易く、適切ではない。窒化処理
する時間が５時間を超えると、過時効となり圧縮残留応
力を低下させる。
時間を１５分〜５時間の範囲としたが、窒化処理する時
間が１５分未満であると、処理時間が短過ぎて窒化硬化
層の深みが不均一となり易く、適切ではない。窒化処理
する時間が５時間を超えると、過時効となり圧縮残留応
力を低下させる。
【００３８】また、上記実施の形態では、窒化物層の厚
みを１μｍ以下としたが、窒化物層の厚みが１μｍを超
えると、高応力低サイクル側での破壊を起こし易く、安
定した疲労強度が得られない。
みを１μｍ以下としたが、窒化物層の厚みが１μｍを超
えると、高応力低サイクル側での破壊を起こし易く、安
定した疲労強度が得られない。
【００３９】
【発明の効果】以上のように、本発明のマルエージング
鋼の窒化方法は、マルエージング鋼を予めフッ素を含む
反応ガス雰囲気中に加熱保持して表面にフッ化物膜を生
成したのち、ＮＨ3 濃度が５容量％以上３０容量％以下
の範囲の窒化雰囲気中で４００℃以上５００℃以下の温
度で処理する。この処理により、深みが均一な窒化硬化
層が形成され、この窒化硬化層中の窒化物層の厚みも１
μｍ以下の均一な層となる。このため、マルエージング
鋼は、高い疲労強度と耐摩耗性とを有するようになる。
鋼の窒化方法は、マルエージング鋼を予めフッ素を含む
反応ガス雰囲気中に加熱保持して表面にフッ化物膜を生
成したのち、ＮＨ3 濃度が５容量％以上３０容量％以下
の範囲の窒化雰囲気中で４００℃以上５００℃以下の温
度で処理する。この処理により、深みが均一な窒化硬化
層が形成され、この窒化硬化層中の窒化物層の厚みも１
μｍ以下の均一な層となる。このため、マルエージング
鋼は、高い疲労強度と耐摩耗性とを有するようになる。
【００４０】また、マルエージング鋼製品が自動車等の
無段変速機構に用いられ動力を伝達するリング状のベル
トである場合は、このベルトは、動力を伝達するものと
して、充分に満足できる高い疲労強度と耐摩耗性とを有
している。
無段変速機構に用いられ動力を伝達するリング状のベル
トである場合は、このベルトは、動力を伝達するものと
して、充分に満足できる高い疲労強度と耐摩耗性とを有
している。
【図１】本発明の一実施の形態に用いる処理炉を示す説
明図である。
明図である。
【図２】窒化時間による圧縮残留応力の変化および表面
硬度を示すグラフ図である。
硬度を示すグラフ図である。
【図３】窒化処理する前の時効時間による表面硬度の変
化を示すグラフ図である。
化を示すグラフ図である。
フロントページの続き (72)発明者 渡辺 崇則 兵庫県尼崎市中浜町１番８号 大同ほくさ ん株式会社尼崎工場内 Ｆターム(参考） 4K028 AA02 AB01 AB06 AC08
Claims (4)
- 【請求項１】 マルエージング鋼の表面に窒素を反応さ
せて窒化物層と拡散層とで構成されている硬質の窒化硬
化層を形成するマルエージング鋼の窒化方法であって、
マルエージング鋼を予めフッ素を含む反応ガス雰囲気中
に加熱保持して表面にフッ化物膜を生成したのち、ＮＨ
3 濃度が全体の５容量％以上３０容量％以下の範囲の窒
化雰囲気中で４００℃以上５００℃以下の温度で処理し
て窒化硬化層を形成することを特徴とするマルエージン
グ鋼の窒化方法。 - 【請求項２】 窒化硬化層を形成する時間が１５分以上
５時間以下の範囲である請求項１記載のマルエージング
鋼の窒化方法。 - 【請求項３】 厚みが１μｍ以下の均一な窒化物層が形
成されていることを特徴とするマルエージング鋼製品。 - 【請求項４】 マルエージング鋼製品が自動車等の無段
変速機構に用いられ動力を伝達するリング状のベルトで
ある請求項３記載のマルエージング鋼製品。
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| US7673502B2 (en) | 2004-03-01 | 2010-03-09 | Jatco Ltd | Inspection of a continuously variable transmission belt member |
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| JP2013194287A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Daihatsu Motor Co Ltd | マルエージング鋼のガス窒化処理方法 |
| JP2014520957A (ja) * | 2011-06-30 | 2014-08-25 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 駆動ベルトのリング部品のための製造方法 |
| JP2016503865A (ja) * | 2012-12-27 | 2016-02-08 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ | 窒化物層を備えた鋼リングによるリングセットが設けられた駆動ベルト及びこのような窒化物層の厚さを決定する方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN106884134B (zh) * | 2015-12-16 | 2020-07-03 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种镍基合金的表面钝化处理方法 |
-
1998
- 1998-09-10 JP JP25647798A patent/JP3439132B2/ja not_active Expired - Fee Related
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