JP2011256416A

JP2011256416A - 金属リングの製造方法

Info

Publication number: JP2011256416A
Application number: JP2010130356A
Authority: JP
Inventors: Masaomi Saruyama; 将臣猿山; Hiroyuki Tsuyusaki; 博幸露崎; Masashi Takagaki; 雅志高垣; Hiroaki Mase; 裕昭間瀬; Kensuke Shioda; 健介塩田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-12-22

Abstract

【課題】金属リングの溶体化を行う炉内の温度分布を均一化し、金属リングの変形を低減させる金属リングの製造方法を提供する。
【解決手段】金属リングの製造方法は、圧延された金属リングに対する溶体化を行うために、大気圧と同圧の窒素雰囲気下で所定温度に加熱した後、５×１０^−３Ｐａの真空下で該所定温度に所定時間保持し、その後、３〜１５５℃／分の冷却速度でマルテンサイト変態開始温度からマルテンサイト変態完了温度まで冷却する工程を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、金属リングの製造方法に関する。

従来から、無段変速機等の無端状金属ベルトに用いられる金属リングは、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の溶体化を行う。次に、溶体化されたドラムを所定幅に裁断して金属リングを形成し、該金属リングを圧延した後、圧延された金属リングに対して第２の溶体化を行う。そして、溶体化された金属リングを所定の周長に補正し、時効及び窒化処理して硬度を向上させた金属リングを形成する。

圧延された金属リングは、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。そのため、圧延後の金属リングに対して、変形された金属結晶の粒子形状を復元し、窒化処理を容易にするために、第２の溶体化が行われる。

第２の溶体化は、一般にマルエージング鋼の再結晶温度以上の温度に加熱することにより行われる。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、マルエージング鋼の時効析出強化元素が酸化されないように、炉内において、圧延後の金属リングを真空下で所定温度にまで加熱した後、真空下で所定温度に所定時間保持する第２の溶体化を行う金属リングの製造方法が知られている（特許文献１参照）。

特許第３９７０６２２号公報

しかしながら、特許文献１記載の製造方法では、真空炉内における温度分布の不均一により、金属リングが変形することがあり、改善が望まれる。

本発明は、かかる事情に鑑み、金属リングの変形を低減することができる金属リングの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等の検討によれば、特許文献１記載の製造方法において金属リングの変形が生じることがある理由として、真空炉内では伝熱が輻射と伝導とにより行われるために、真空炉内の温度分布が不均一になることが考えられる。

そこで、本発明の金属リングの製造方法は、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、第１の溶体化が行われたドラムを所定幅に裁断して金属リングを形成し、形成された金属リングを圧延する工程と、圧延された金属リングを保持部材上に平置きして第２の溶体化を行う工程と、第２の溶体化が行われた金属リングを所定の周長に補正した後、時効処理及び窒化処理する工程とを備える金属リングの製造方法において、該圧延された金属リングに対する第２の溶体化を行う工程は、炉内を大気圧と同圧の窒素雰囲気下で所定温度に加熱した後、５×１０^−３Ｐａの真空下で該所定温度に所定時間保持し、その後、３〜１５５℃／分の冷却速度でマルテンサイト変態開始温度からマルテンサイト変態完了温度まで冷却することを特徴とする。

本発明の金属リングの製造方法の第２の溶体化では、まず、圧延された金属リングを保持部材上に平置きして、炉内を大気圧と同圧の窒素雰囲気下で所定温度に加熱した後、５×１０^−３Ｐａの真空下で該所定温度に所定時間保持することにより行う。

前記第２の溶体化において、炉内を所定温度まで加熱する処理は、大気圧と同圧の窒素雰囲気下で行うことにより、輻射と伝導とに加え、対流による伝熱が行われる。該対流により、炉内各部の温度分布の不均一が低減される。

次に、炉内各部の温度分布の不均一が低減された状態で、炉内を５×１０^−３Ｐａの真空下で所定温度に所定時間保持した後、３〜１５５℃／分の冷却速度でマルテンサイト変態開始温度からマルテンサイト変態完了温度まで冷却する。

この結果、第２の溶体化による金属リングの変形を低減することができる。

冷却速度が３℃／分より小さい場合、冷却のために長時間を必要とする。一方、冷却速度が１５５℃／分より大きい場合、金属リングの変形が増大する。

また、本発明の金属リングの製造方法では、第２の溶体化が窒素雰囲気下及び真空下で行われるので、金属リングの時効析出強化元素が酸化されることがない。従って、後続の時効処理によって所定の硬度を得ることができる。

さらに、第２の溶体化において、炉内を所定温度まで加熱する処理は、対流により低温領域から所定温度まで短時間で加熱することができる。

本発明の金属リングの製造方法において、前記マルエージング鋼として、例えば、質量比で、Ｃが０．０１％以下、Ｓｉが０．１％以下、Ｍｎが０．１％以下、Ｐが０．０１％以下、Ｓが０．００４％以下の組成を備える低炭素鋼であり、さらに８〜２０％のＮｉ、２〜９％のＭｏ、０．０１〜０．２０％のＡｌ、０．１〜２％のＴｉ、７〜２０％のＣｏを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるマルエージング鋼を用いることができる。

金属リングの製造工程の要部を模式的に示す工程図。本実施形態の保持部材に金属リングを載置した状態を示す説明的断面図。本実施形態に用いられる熱処理装置を示す説明図。本実施形態の第２の溶体化における温度及び圧力の経時変化を示すグラフ。本実施形態の第２の溶体化における金属リングの加熱状態を示す図。真空加熱と窒素雰囲気での対流加熱とにおける炉内温度分布を示す図。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。

図１に示すように、本実施形態の金属リングの製造方法では、まず、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、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。

本実施形態で用いられるマルエージング鋼は、質量比で、Ｃが０．０１％以下、Ｓｉが０．１％以下、Ｍｎが０．１％以下、Ｐが０．０１％以下、Ｓが０．００４％以下の組成を備える低炭素鋼であり、好適にはＳｉが０．０５％以下、Ｍｎが０．０５％以下、Ｐが０．００８％以下の組成を備える低炭素鋼であり、さらに８〜２０％のＮｉ、２〜９％のＭｏ、０．０１〜０．２０％のＡｌ、０．１〜２％のＴｉ、７〜２０％のＣｏを含み、好適には１５〜１６％のＮｉ、３．０〜５．５％のＭｏ、０．０５〜０．１５％のＡｌ、０．６〜１．５％のＴｉ、１０〜１５％のＣｏを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。

このとき、マルエージング鋼は溶接の熱により時効硬化を示すので、ドラム２の溶接部分の両側に硬度の高い部分が出現し、これにより溶接歪が発生する。

そこで、次に、ドラム２を真空炉３に収容して所定温度に所定時間保持することにより第１の溶体化を行い、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。第１の溶体化が終了したならば、ドラム２を真空炉３から搬出し、所定幅に裁断して金属リング４を形成する。

前記のようにして形成された金属リング４は、次に圧下率４０〜５０％で圧延されることにより少しずつ異なる周長とされたのち、熱処理装置５に収容して所定温度に所定時間保持し、その後冷却する第２の溶体化が行われる。

第２の溶体化において、熱処理装置５内を所定温度に所定時間保持して、金属リングに対する溶体化が行われることにより、圧延結晶が再結晶され、圧延により変形された金属組織の形状が復元される。

溶体化が行われた金属リング４を熱処理装置５内で冷却することにより第２の溶体化が終了したならば、金属リング４を熱処理装置５から搬出し、周長補正を行う。そして、周長補正が施された金属リング４は、時効処理と窒化処理とが施される。

本実施形態の第２の溶体化は、圧延された金属リング４を熱処理装置５に収容し、大気圧と同圧の窒素雰囲気下で所定温度に加熱した後、５×１０^−３Ｐａの真空下で該所定温度に０．５〜４時間保持する。その後、３〜１５５℃／分の冷却速度でマルテンサイト変態開始温度からマルテンサイト変態完了温度まで冷却することにより行われる。

ここで、第２の溶体化は、図２に示す保持部材１１を用いて行われる。保持部材１１は、中央部に立設された円筒状部１２と、円筒状部１２の下部から外周方向に水平に延設された鍔状部１３とを備えている。円筒状部１２は、金属リング４より小径であり、上端部に他の保持部材１１の円筒状部１２の底部と係合して嵌合自在な係合部１４を備えている。

図２に示すように、第２の溶体化を行うにあたり、保持部材１１の鍔状部１３に、圧延されて互いに周長の異なる４本の金属リング４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを平置きにする。

金属リング４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、最も周長の長い金属リング４ａが最も外周側に、最も周長の短い金属リング４ｄが最も内周側になるように、保持部材１１の円筒状部１２に対して同心円状に、互いに間隔を存して配置される。

保持部材１１は、図２に示すように、円筒状部１２に設けられた係合部１４を介して、他の保持部材１１の円筒状部１２の底部に嵌合され、複数段、例えば８段に積層される。

そして、図３に示すように、このように積層された積層体１５は、金属リング４に対する第２の溶体化を行うために、熱処理装置５に収容される。

熱処理装置５は、金属リング４を熱処理する炉等が連続した装置として構成され、雰囲気置換室１６と、真空炉１７と、冷却室１８とを備える。

また、熱処理装置５は、雰囲気置換室１６と真空炉１７との間及び真空炉１７と冷却室１８との間に設けられた開閉自在な開閉扉１９、２０を介して連通するように構成されている。雰囲気置換室１６は真空炉１７と反対側に開閉自在の搬入扉２１を、冷却室１８は真空炉１７と反対側に開閉自在の搬出扉２２を備えている。

第２の溶体化では、まず、図３に示すように、搬入扉２１を開いて、積層体１５を雰囲気置換室１６に収容する。搬入扉２１が閉じられると、雰囲気置換室１６内を窒素雰囲気に置換する。

第２の溶体化では、次に、図３に示すように、開閉扉１９が開かれ、積層体１５を予め窒素雰囲気に置換された真空炉１７に収容する。開閉扉１９が閉じられると、図４に示すように、大気圧と同圧の窒素雰囲気下で、所定温度にまで加熱される。ここで、大気圧と同圧とは、９５〜１０５ｋＰａ程度の圧力範囲を許容する意味である。また、所定温度とは、７５０〜８２０℃の範囲の温度、例えば７８０℃である。

そして、図４に示すように、大気圧と同圧の窒素雰囲気下で前記所定温度に加熱した後、真空炉１７内は図示しない減圧手段により減圧され、５×１０^−３Ｐａの真空下、前記所定温度で０．５〜４時間保持される。ここで、５×１０^−３Ｐａとは、４．５×１０^−３〜５．５×１０^−３Ｐａ程度の温度範囲を許容する意味である。

そして、第２の溶体化では、真空炉１７内が５×１０^−３Ｐａの真空下、前記所定温度で０．５〜４時間保持された後、図３に示すように、開閉扉２０が開かれ、金属リング４を保持部材１１上に平置きした積層体１５をそのまま冷却室１８に収容する。

開閉扉２０が閉じられると、図４に示すように、冷却室１８では、窒素等の冷却用気体を導入することにより２００ｋＰａに加圧される。その後、マルエージング鋼のマルテンサイト変態開始温度である２００℃から、マルテンサイト変態完了温度である１００℃までの冷却速度が３〜１５５℃／分の範囲、好適には３〜８０℃／分の範囲となるように冷却が行われる。

真空炉１７内では、輻射と伝導とに加え、対流による伝熱が行われる。真空炉１７内の対流の一例として、図５に示すように、金属リング４を含む積層体１５を、大気圧と同圧の窒素雰囲気下で所定温度に加熱することにより、加熱された窒素の気流が積層された保持部材１１の円筒状部１２内を上昇するために生じる対流がある。

真空加熱では輻射と伝導とによる伝熱が行われるため、図６（ａ）に示すように、炉壁１７ａや開閉扉２０からの位置によって、領域２３ａで示す所定温度領域とそれ以外の領域が生じ、炉内において位置的な温度分布の不均一が生じる。

これに対して、窒素雰囲気下での加熱では、輻射と伝導とに加え、前記対流による伝熱が行われるため、図６（ｂ）に示すように、真空炉１７内全体が領域２３ｂで示す所定温度領域となり、真空炉１７内での位置的な温度分布の不均一が低減される。

そして、第２の溶体化が終了した後、搬出扉２２が開かれ、積層体１５が熱処理装置５から搬出され、冷却された金属リング４を所定の周長に補正した後、時効及び窒化処理する。

１…マルエージング鋼の薄板、２…ドラム、４…金属リング、５…熱処理装置、１１…保持部材、１２…円筒状部、１３…鍔状部、１６…雰囲気置換室、１７…真空炉、１８…冷却室。

Claims

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、第１の溶体化が行われたドラムを所定幅に裁断して金属リングを形成し、形成された金属リングを圧延する工程と、圧延された金属リングを保持部材上に平置きして第２の溶体化を行う工程と、第２の溶体化が行われた金属リングを所定の周長に補正した後、時効処理及び窒化処理する工程とを備える金属リングの製造方法において、
該圧延された金属リングに対する第２の溶体化を行う工程は、炉内を大気圧と同圧の窒素雰囲気下で所定温度に加熱した後、５×１０^−３Ｐａの真空下で該所定温度に所定時間保持し、その後、３〜１５５℃／分の冷却速度でマルテンサイト変態開始温度からマルテンサイト変態完了温度まで冷却することを特徴とする金属リングの製造方法。
請求項１記載の金属リングにおいて、
前記マルエージング鋼は、質量比で、Ｃが０．０１％以下、Ｓｉが０．１％以下、Ｍｎが０．１％以下、Ｐが０．０１％以下、Ｓが０．００４％以下の組成を備える低炭素鋼であり、さらに８〜２０％のＮｉ、２〜９％のＭｏ、０．０１〜０．２０％のＡｌ、０．１〜２％のＴｉ、７〜２０％のＣｏを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする金属リングの製造方法。