JP2001316726A - 無端状金属ベルトの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】マルエージング鋼の薄板１の端部同士を溶
接して円筒状のドラム２を形成する。溶接後のドラム２
に対する第１の溶体化を行う。溶体化されたドラム２を
所定幅に裁断してリング４を形成し、該リング４を圧延
する。圧延されたリング４に対する第２の溶体化を行
う。溶体化されたリング４を所定の周長に補正したのち
時効及び窒化処理する。時効及び窒化処理された複数の
リング４を相互に積層して無端状金属ベルトを形成す
る。前記溶接後のドラム２に対する第１の溶体化と、前
記圧延後のリング４に対する第２の溶体化とを、１〜３
０％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。

Description

【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、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℃以下の窒素雰囲気下、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３
０％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Ｔ
ｉ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−３
０℃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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、８５
   ０℃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。