JP2003266106A - ステンレス鋼製無段変速機用ベルトの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工誘起マルテンサイト生成量の変動要因と
なる加工発熱を抑え、加工誘起マルテンサイトの増量で
高強度化した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、圧延工程を複数のステップに区分し、第一ステップ
の圧延荷重を低く設定し、各パスの加工発熱が均等化さ
れるように、第２ステップ以降の圧延荷重を第一ステッ
プの圧延荷重より高く設定する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、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化した無段
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。無段変速機用金属ベルトの素材には、従来の１８Ｎ
ｉマルエージ鋼に代えて、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）。準安定オーステナイト系ステンレス鋼は、冷間加
工による加工硬化や歪み時効の生じる鋼種であり、１８
Ｎｉマルエージ鋼に比較して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加工硬化によって強度が
著しく上昇する。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】加工誘起マルテンサイ
トの生成や残留オーステナイトの加工硬化はリング圧延
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が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２００１−１１７６
９９号）。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。すなわち、より直接的な圧延条件を
制御することにより、加工誘起マルテンサイトの生成量
及び残留オーステナイトの硬化度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。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明は、このような要
求に応えるべく案出されたものであり、リング圧延によ
って無段変速機用ベルトを製造する際、各パスで加工発
熱が均等化されるようにパススケジュールを設定するこ
とにより、加工誘起マルテンサイト生成量を適正管理
し、強度が高く且つ品質安定性に優れた無段変速機用ベ
ルトをリング圧延で製造することを目的とする。 【０００５】本発明の製造方法は、その目的を達成する
ため、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、
圧延工程を複数のステップに区分し、第一ステップの圧
延荷重を低く設定し、各パスの加工発熱が均等化される
ように、第２ステップ以降の圧延荷重を第一ステップの
圧延荷重より高く設定することを特徴とする。 【０００６】圧延中のリング状帯板は加工発熱によって
材料温度が高くなるが、予め把握されている圧下率，材
料温度と加工誘起マルテンサイト生成量との関係から、
必要な加工誘起マルテンサイト生成量が確保される温度
域にリング状帯板が維持されるように、各パススケジュ
ールの圧延荷重を設定する。また、圧延機のワークロー
ルを出た直後でリング状帯板の表面温度を測定し、測定
値が表面温度の閾値を超えるときワークロールの圧下量
を軽減すると、加工発熱の増加が抑えられ、加工誘起マ
ルテンサイト生成に好適な温度域にリング状帯板が保持
される。 【０００７】 【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下率及び
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下率，材料温度に
依存することは、同じ圧下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、複数パスで準安定オーステナイト
系ステンレス鋼板を圧下し、且つ各パスで加工発熱が均
等化されるように各パスの圧延条件を設定している。 【０００８】すなわち、圧延初期の準安定オーステナイ
ト系ステンレス鋼板は、加工硬化が進展していないので
変形抵抗が小さい。当該圧延抵抗より若干大きな荷重を
加えることによりリング圧延を開始する。リング圧延の
進行に伴う加工硬化に起因して変形抵抗が高くなるの
で、荷重一定の条件下ではリング状帯板の周長（板厚）
が変化しなくなる。そこで、初期設定した圧延荷重より
高い荷重をリング状帯板に加え、加工発熱が均等化され
る条件下でリング圧延を継続する。このように変形抵抗
の増大に応じて圧延荷重を増加させるパススケジュール
で準安定オーステナイト系ステンレス鋼板をリング圧延
するとき、加工誘起マルテンサイトの生成量や残留オー
ステナイトの硬化度が適正に管理され、強度が一層高く
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。 【０００９】 【実施の形態】リング圧延には、たとえば上下１組のワ
ークロール１ｕ，１ｄそれぞれにバックアップロール２
ｕ，２ｄを対向配置した圧延機が使用される（図３）。
上バックアップロール２ｕは、圧下装置３で上ワークロ
ール１ｕに押し付けられ、被圧延材であるリング状帯板
Ｍに加工圧力を加える。下バックアップロール２ｄとし
ては、下ワークロール１ｄ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Ｍ通
過用の溝となるロールが使用される。ワークロール１
ｕ，１ｄは、図３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Ｍのパスラ
インに沿って配置することも可能である。 【００１０】リング状帯板Ｍ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−１６Ｍ
ｎ−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。 【００１１】リング状帯板Ｍは、下ワークロール１ｄと
テンションロール４に巻きかけられ、テンションロール
４をサーボモータ５で引張ることによって張力が付与さ
れる。リング状帯板Ｍに加えられる張力は、ロードセル
６で検出される。サーボモータ５からの動力でテンショ
ンロール４を引っ張り、バックアップロール２ｕ，２ｄ
を駆動すると、リング状帯板Ｍがワークロール１ｕ，１
ｄのロールバイトに送り込まれ、リング状帯板Ｍが圧延
される。圧下に応じてリング状帯板Ｍ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４をワークロ
ール１ｕ，１ｄから離れる方向に移動させる。リング状
帯板Ｍの周長は、下ワークロール１ｄとテンションロー
ル４との軸心間距離を距離計７で測定し、軸心間距離の
測定値及び下ワークロール１ｄ，テンションロール４の
径から算出される。 【００１２】ロードセル６で検出される張力及び距離計
７で算出されるリング状帯板Ｍの周長は、それぞれ張力
信号ｓ₁，周長信号ｓ₂として演算装置８に入力される。
演算装置８には、更に圧下装置３からの圧延荷重信号ｓ
₃が入力される。また、上ワークロール１ｕ／下ワーク
ロール１ｄのロールバイトを出た直後のリング状帯板Ｍ
の材料温度を温度計９で測定し、温度計９から演算装置
８に材料温度信号ｓ₄を出力する。たとえば、圧下率，
材料温度と加工誘起マルテンサイトの生成量との関係を
表した鋼種ごとに予めインプットされているマップ（図
１）から加工誘起マルテンサイトの生成量を演算装置８
で推定し、推定値を取り込んで圧延条件を自動制御する
こともできる。入力されたリング状帯板Ｍの周長から求
めた圧下率及び温度計９から入力された材料温度を当該
マップに参照させることにより、リング圧延で生成した
加工誘起マルテンサイトの生成量が推定できる。 【００１３】加工誘起マルテンサイト生成量の推定値が
適正範囲にない場合、目標加工誘起マルテンサイト生成
量からのズレを演算装置８で演算し、演算結果をライン
スピード制御指令ｃ₁，圧延荷重制御指令ｃ₂としてサー
ボモータ５，圧下装置３それぞれに出力し、ラインスピ
ード，圧延荷重を増減する。ラインスピード，圧延荷重
の増減に伴って圧下率，材料温度が変わり、目標加工誘
起マルテンサイト生成量に対応する範囲に収まる。或い
は、ワークロール１ｕ，１ｄから送り出された直後のリ
ング状帯板Ｍの表面温度を温度計９で測定し、測定値が
表面温度の閾値を超えるとき、圧延荷重制御指令ｃ₂を
圧下装置３に発して圧延荷重を低下させる。 【００１４】リング圧延に伴った加工発熱は、圧延中の
リング状帯板Ｍを積極的に冷却することによっても抑制
できる。リング状帯板Ｍの冷却手段としては、テンショ
ンロール４から下ワークロール１ｄに向けて走行するリ
ング状帯板Ｍのパスラインに配置した冷却ボックスや、
ワークロール１ｕ，１ｄのロールバイトに冷媒を吹き付
ける冷却ノズル等がある。ミスト状のドライアイスや液
体窒素を冷媒に使用すると、加工発熱が冷媒で除去され
るばかりでなく、リング状帯板Ｍも加工誘起マルテンサ
イトの生成に適した低温に維持される。そのため、加工
誘起マルテンサイト生成量が多くなり、高強度化された
無段変速機用ベルトが製造される。 【００１５】 【実施例】Ｃ：０.０８６質量％，Ｓｉ：２.６３質量
％，Ｍｎ：０.３１質量％，Ｎ：０.０６４質量％，Ｃ
ｒ：１３.７３質量％，Ｎｉ：８.２５質量％，Ｍｏ：
２.２４質量％，Ｃｕ：０.１７質量％を含み、Ｍｄ
（Ｎ）：７４.０３の準安定オーステナイト系ステンレ
ス鋼をリング状帯板Ｍの素材に使用した。板厚０.３５
ｍｍの準安定オーステナイト系ステンレス鋼板を１５ｍ
ｍの板幅に裁断し、前端と後端とをレーザ溶接すること
によって周長３９５ｍｍのリング状帯板Ｍを複数本用意
した。各リング状帯板Ｍを表１に示すパススケジュール
でリング圧延した。表１中、条件１，２は、１ステップ
目に大きな圧下率でリング状帯板Ｍを圧延し、２ステッ
プ目で形状矯正を兼ねて目標板厚に仕上げる従来法であ
る。条件３〜６は、本発明に従って加工発熱の均一化を
狙って圧延荷重を各ステップごとに調整したときのパス
スケジュールを示す。たとえば、条件６では、次のパス
スケジュールによって加工発熱を均一化した。先ず、リ
ング状帯板Ｍの初期周長３９５ｍｍが４６５ｍｍになる
までの第一ステップでは張力を一定値２００ｋｇｆに維
持する。圧延荷重は、圧延初期で０.５トンに設定され
るが、リング状帯板Ｍの周長が４６５ｍｍに達するまで
ロールギャップが一定に保たれるようにリング状帯板Ｍ
の周長（板厚）に応じて制御される。リング状帯板Ｍの
周長を４６５ｍｍから５３９ｍｍに伸ばす第２ステップ
では、加工硬化に起因する変形抵抗の増加に対応して第
一ステップより高い１.０トンに圧延荷重の初期値を設
定し、張力１５０ｋｇｆを加えたリング状帯板Ｍをリン
グ圧延する。第３ステップでは、圧延荷重を第２ステッ
プより高い２.０トンに設定する。第４ステップでは、
リング状帯板Ｍの形状矯正を狙って圧延荷重を低下させ
る。各パススケジュールにおけるリング状帯板Ｍの周長
と圧延荷重との関係を図４で模式的に示す。各パススケ
ジュールごとのパス回数は、条件１では５回，条件２で
は６回，条件３では２０回，条件４では１３回，条件５
では１５回，条件６では１７回に設定した。 【００１６】 【００１７】各パススケジュールに従ったリング状帯板
Ｍの圧延中に、ワークロール１ｕ，１ｄの出側近傍に配
置されている温度計９でリング状帯板Ｍの表面温度を測
定した。表面温度の測定値をリング状帯板Ｍの周長で整
理したところ、図５に示すように周長５１０ｍｍまでは
条件１〜６による実質的な違いは見られなかったが、周
長が５５０ｍｍ以上になると条件１では表面温度が比例
的に上昇したのに対し、条件３〜６では発熱量の上昇率
が低下する傾向が確認された。 【００１８】リング状帯板Ｍの表面温度が過度に上昇し
ないため、圧延歪に起因する加工誘起マルテンサイトが
多量に生成し、６５体積％以上の加工誘起マルテンサイ
ト生成量が得られた（図６）。他方、５パスで目標板厚
まで圧延する条件１や７パスで目標板厚まで圧延する条
件２では、加工誘起マルテンサイト生成量が６０体積％
に達しなかった。少ない加工誘起マルテンサイト生成量
は、１ステップ目から大きな圧延荷重をリング状帯板Ｍ
に加えたため、加工誘起マルテンサイトが生成しにくい
温度域にリング状帯板Ｍの材料温度が上昇したことが原
因である。 【００１９】異なる加工誘起マルテンサイト生成量は、
製造された無段変速機用ベルトの断面硬度の差となって
現れる（表２）。条件１，２で製造された無段変速機用
ベルトは、リング圧延中に大きな加工発熱があるため加
工誘起マルテンサイトの生成量が少なく、加工発熱を抑
えた条件３〜６で製造された無段変速機用ベルトは、５
５０ＨＶを超える高い断面硬度をもっていた。なお、表
２中の断面硬度は、製造された無段変速機用ベルトの長
手方向に沿った等間隔の７箇所についての測定値であ
る。 【００２０】 【００２１】断面硬度の測定値をパス回数で整理したと
ころ、パス回数が少ないほど断面硬度が低く、パス回数
の増加に伴って断面硬度が高くなっていた（図７）。図
７に示したパス回数／断面硬度の関係は、図６のパス回
数／加工誘起マルテンサイト生成量の関係に一致してい
ることが判る。この整合性から、パス回数を多くして加
工発熱を少なくすると、加工歪みで生起される加工誘起
マルテンサイトの生成量に及ぼす加工発熱の影響が抑え
られ、強度向上に有効な加工誘起マルテンサイトが６５
体積％以上の高い割合でしかも安定条件下で生成するこ
とが確認された。 【００２２】 【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、リング状帯板を目標板厚に圧延して無段変速機用ベ
ルトを製造する際、圧延工程を複数のステップに区分
し、各ステップでリング状帯板に加える圧延荷重を必要
最小限に低く設定することにより、加工発熱の影響を抑
制して加工誘起マルテンサイトの生成量を増加させてい
る。圧延されたリング状帯板は、加工誘起マルテンサイ
ト生成量が多いことから高強度化され、しかも品質安定
性に優れているため、信頼性の高いステンレス鋼製無段
変速機用ベルトとして使用される。

【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】 本発明で使用するリング圧延機の概略説明図 【図４】 実施例で採用した各パススケジュールごとの
周長／圧延荷重の関係を表した模式図 【図５】 リング状帯板Ｍの周長と表面温度との関係に
及ぼす圧延条件の影響を表したグラフ 【図６】 加工誘起マルテンサイト量に及ぼすパス回数
の影響を表したグラフ 【図７】 断面硬度に及ぼすパス回数の影響を表したグ
ラフ 【符号の説明】 １ｕ，１ｄ：ワークロール ２ｕ，２ｄ：バックアッ
プロール ３：圧下装置 ４：テンションロール
５：サーボモータ ６：ロードセル ７：距離計
８：演算装置 ９：温度計 Ｍ：リング状帯板 ｓ₁：張力信号 ｓ₂：周長信号 ｓ₃：圧延荷重信
号 ｓ₄：材料温度信号 ｃ₁：ラインスピード制御指令 ｃ₂：圧延荷重制御指
令

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 健治 兵庫県尼崎市鶴町１番地 日新製鋼株式会 社技術研究所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 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、圧延工程を複数のステップに区分し、第一ステ
   ップの圧延荷重を低く設定し、各パスの加工発熱が均等
   化されるように、第２ステップ以降の圧延荷重を第一ス
   テップの圧延荷重より高く設定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。