JP2016044340A - Endless metal belt production method - Google Patents
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Description
本発明は、動力伝達ベルトなどに用いられることが可能な無端金属ベルトの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing an endless metal belt that can be used for a power transmission belt or the like.
無端金属ベルトは、無段変速機などに備えられ、動力伝達ベルトとして機能することができる。無端金属ベルトは、通常、マルエージング鋼のような十分な靭性および疲労強度を持つ高張力鋼から作製される。その製造方法は、たとえば次の通りである。まず、鋼板ロールから1枚の鋼板を切り出し、鋼板の両端部同士を溶接してリング状に形成する。その後、溶体化処理が実施される。裁断および圧延が行われた後、再び溶体化処理が施される。その後、窒化処理が施される。 The endless metal belt is provided in a continuously variable transmission or the like and can function as a power transmission belt. Endless metal belts are typically made from high strength steels with sufficient toughness and fatigue strength, such as maraging steels. The manufacturing method is as follows, for example. First, one steel plate is cut out from a steel plate roll, and both ends of the steel plate are welded to form a ring shape. Thereafter, a solution treatment is performed. After cutting and rolling, solution treatment is performed again. Thereafter, nitriding is performed.
マルエージング鋼のような高張力鋼は、窒素に対して強い親和性を有する元素(Ti,Alなど)を含んでいる。窒化処理の際には、これらの元素が窒素と結合する。ベース元素中に窒素化合物(TiN,AlNなど)が超微細に析出することにより格子歪が形成され、被処理物(無端金属ベルト)の強度が向上する。 High-strength steel such as maraging steel contains elements (Ti, Al, etc.) having a strong affinity for nitrogen. During the nitriding treatment, these elements are combined with nitrogen. Nitrogen compounds (TiN, AlN, etc.) are precipitated very finely in the base element, thereby forming lattice strain and improving the strength of the object to be processed (endless metal belt).
ここで、溶体化処理が行われる際、被処理物の表面に存在するTiやAlなどの一部は酸化する。TiやAlの多くが酸化している状態で、窒化処理が行われたとする。この場合には、窒化処理の際に(窒素が被処理物の表面から内部へ向かって拡散する際に)窒素と結合できる元素が少なくなり、窒素はベース金属中に固溶しにくくなる。窒素が拡散する際に、窒素とベース元素とからなる窒化物も被処理物の表面に形成されやすくなる。この窒化物は、被処理物の強度を低下させる原因となり得る。 Here, when the solution treatment is performed, a part of Ti, Al, etc. present on the surface of the object to be processed is oxidized. It is assumed that nitriding is performed in a state where most of Ti and Al are oxidized. In this case, during nitriding (when nitrogen diffuses inward from the surface of the object to be processed), the number of elements that can be combined with nitrogen is reduced, and nitrogen is less likely to be dissolved in the base metal. When nitrogen diffuses, nitrides composed of nitrogen and base elements are also easily formed on the surface of the object to be processed. This nitride can cause a reduction in the strength of the workpiece.
特開2006−124757号公報(特許文献1)に開示された無端金属ベルトの製造方法は、溶体化処理の際に形成された元素濃化層および酸化物層を除去するという工程を備えている。同公報は、除去工程を経ることによって元素濃化層および酸化物層を完全に除去することが可能であり、結果として、窒化後に被処理物の表面に窒化物が生成されるのを阻止することができ、高い強度を持つ無端金属ベルトを得ることができると述べている。 The manufacturing method of an endless metal belt disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-124757 (Patent Document 1) includes a step of removing the element concentrated layer and the oxide layer formed during the solution treatment. . According to the publication, it is possible to completely remove the element concentrated layer and the oxide layer through the removal step, and as a result, the formation of nitride on the surface of the object to be processed is prevented after nitriding. It states that an endless metal belt with high strength can be obtained.
上述の通り、溶体化処理の際、被処理物の表面に存在するTiやAlなどの一部は酸化する。溶体化処理を経ることによって、被処理物の表面には、Ti濃化層(元素濃化層)および酸化物層が形成される。この際、Tiが濃化した分だけ、Ti欠乏層も形成される。Ti欠乏層とは、溶体化処理が施される前に被処理物が有しているTi濃度よりも低いTi濃度を有する層である。Ti欠乏層は、Ti濃化層よりも深い位置に形成される。 As described above, during the solution treatment, a part of Ti, Al, etc. present on the surface of the object to be processed is oxidized. Through the solution treatment, a Ti concentrated layer (element concentrated layer) and an oxide layer are formed on the surface of the object to be processed. At this time, a Ti-deficient layer is also formed as much as Ti is concentrated. The Ti-deficient layer is a layer having a Ti concentration lower than the Ti concentration of the object to be processed before the solution treatment is performed. The Ti deficient layer is formed at a deeper position than the Ti concentrated layer.
特開2006−124757号公報(特許文献1)に開示された無端金属ベルトの製造方法は、溶体化処理の際に形成された元素濃化層および酸化物層を完全に除去すると述べている。同公報は、Ti欠乏層については特に言及していない。仮に、溶体化処理の際に生成するTi欠乏層が小さすぎたり、除去工程にてTi欠乏層の全部を除去し、その後に窒化処理を行った場合には、窒素とTiとが多く結合してしまい、必要以上に硬い窒化層が生成されることがある。硬い窒化層が生成された場合には、無端金属ベルトの表面が硬くなり過ぎてしまい、結果として無端金属ベルトがかえって脆くなるおそれがある。また、表面に必要以上の圧縮残留応力を付与することになり、内部の残留応力が引張側に大きくなり、内部から疲労破壊しやすくなる。 The manufacturing method of an endless metal belt disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-124757 (Patent Document 1) states that the element concentrated layer and the oxide layer formed during the solution treatment are completely removed. The publication does not specifically mention the Ti-deficient layer. If the Ti-deficient layer generated during the solution treatment is too small, or if the entire Ti-deficient layer is removed in the removal process and then nitriding is performed, a large amount of nitrogen and Ti are bonded. As a result, a nitride layer that is harder than necessary may be generated. When a hard nitrided layer is formed, the surface of the endless metal belt becomes too hard, and as a result, the endless metal belt may become brittle. In addition, an excessive compressive residual stress is applied to the surface, and the internal residual stress becomes larger on the tension side, and fatigue failure is likely to occur from the inside.
本発明は、表面が硬くなり過ぎることを抑制し、内部の残留応力が引張側に大きくなりすぎることを抑制可能な無端金属ベルトの製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the endless metal belt which can suppress that the surface becomes hard too much and can suppress that an internal residual stress becomes large too much to a tension | pulling side.
無端金属ベルトの製造方法は、円筒状に曲げた鋼板の端部同士を溶接してリング状部材を形成する溶接工程と、上記溶接工程により得られた上記リング状部材に溶体化処理を施す溶体化処理工程と、上記溶体化処理が施された上記リング状部材の表面を研磨または研削することにより、上記溶体化処理の際に形成された元素濃化層および酸化物層を除去する除去工程と、上記除去工程を経た上記リング状部材に窒化処理を施す窒化処理工程と、を備え、上記溶体化処理工程においては、上記溶体化処理が施される前の上記リング状部材が有しているTi濃度よりも低いTi濃度を有するTi欠乏層が形成され、上記除去工程を経た上記リング状部材の表面には、上記元素濃化層および上記酸化物層が除去されることにより上記Ti欠乏層が露出している。 The manufacturing method of the endless metal belt includes a welding process in which ends of steel plates bent into a cylindrical shape are welded together to form a ring-shaped member, and a solution for subjecting the ring-shaped member obtained by the welding process to a solution treatment And a removal step of removing the element concentrated layer and the oxide layer formed during the solution treatment by polishing or grinding the surface of the ring-shaped member subjected to the solution treatment. And a nitriding treatment step for nitriding the ring-shaped member that has undergone the removing step, and in the solution treatment step, the ring-shaped member before the solution treatment is provided has A Ti-deficient layer having a Ti concentration lower than the Ti concentration is formed, and the Ti-deficient layer is removed by removing the element-enriched layer and the oxide layer on the surface of the ring-shaped member after the removal step. Layer is dew It is.
上記の構成によれば、溶体化処理の際に形成されたTi欠乏層が、除去工程を経ることによってリング状部材の表面に露出する。Ti欠乏層の存在によって、窒化処理の際に窒素とTiとが多く結合してしまうことを抑制できるため、無端金属ベルトの表面が必要以上に硬くなり過ぎることもほとんどないため、無端金属ベルトが脆くなるおそれも少なく、表面が必要以上に窒化されないため、内部に発生する引張残留応力を小さくできる。 According to said structure, Ti deficient layer formed in the case of solution treatment is exposed to the surface of a ring-shaped member through a removal process. Since the presence of the Ti-deficient layer can suppress a large amount of binding of nitrogen and Ti during nitriding treatment, the surface of the endless metal belt is hardly hardened more than necessary. There is little possibility of becoming brittle, and the surface is not nitrided more than necessary, so that the tensile residual stress generated inside can be reduced.
実施の形態における無端金属ベルトの製造方法について、以下、図1〜図8を参照しながら説明する。以下の説明において、同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。図1〜図8は、無端金属ベルトの製造方法の主要な工程を示している。 Hereinafter, a method for manufacturing an endless metal belt in the embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, the same parts and corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may not be repeated. FIGS. 1-8 has shown the main processes of the manufacturing method of an endless metal belt.
図1を参照して、まず、マルエージング鋼板からなるロール10が準備される。ロール10の素材はマルエージング鋼であり、その組成はたとえば、Ni:17〜19%、Co:7〜13%、Mo:4〜5%、Ti:0.3〜1%、Al:0.05〜0.15%、C:0.03%以下、残り:Feである。ロール10から、鋼板11が切断される。図2を参照して、次に、鋼板11を円筒状に曲げる(図中矢印参照)。円筒状に曲げた鋼板11の端部同士を溶接し、リング状部材12を形成する(溶接工程)。
With reference to FIG. 1, first, a
図3および図4を参照して、上記の溶接工程により得られたリング状部材12をトレイ20の上に並べて、反応室21(図4)の中に配置する。反応室21の中で、リング状部材12に1次溶体化処理を施す(溶体化処理工程)。処理温度は、820℃〜900℃程度に設定する。処理雰囲気は、減圧(真空)に設定してもよいし、窒素等の不活性ガスを主成分とする雰囲気に設定してもよい。
Referring to FIGS. 3 and 4, ring-
反応室21の中では、Ti、Al、Crなどの窒素(酸素)と親和性の強い元素がリング状部材12の表面に濃化する(酸化により元素濃化層が形成される)。酸素分圧が高すぎると酸素が金属内部へ拡散してしまい、Ti、Al、Crは表面に濃化しにくくなるため、反応室21内の処理雰囲気は、Ti、Al、Crがリング状部材12の表層に濃化するような適切な酸素分圧に設定される。後に実施される除去工程で元素濃化層(Ti,Al,Cr等の酸化物層)を除去するため、この溶体化処理工程で形成される元素濃化層は、2μm程度以下の厚さを有していることが望ましい。
In the
図4および図5を参照して、溶体化処理工程における反応室21内の処理温度および処理雰囲気に関する一例について説明する。反応室21内の雰囲気は、窒素100%でも構わないが、その場合には、品質を一定に管理するために微量な酸素を導入するとよい。一方で、微量(3%以下)の水素を入れ、さらに、湿らせた窒素(たとえば、液体窒素を気化させた露点−40℃以下のもの)を導入することにより露点を制御すれば、容易に品質を一定に管理できる。
With reference to FIG. 4 and FIG. 5, an example regarding the process temperature and process atmosphere in the
反応室21内の処理温度を880℃に設定し、処理時間を60分に設定し、処理雰囲気を窒素98%、水素2%に設定し、露点を−20℃に設定した場合には、たとえば図5に示すようなTi濃度分布が形成される。図5中の線CAは、溶体化処理が施される前に被処理物が有しているTi濃度を示している。
When the processing temperature in the
図5に示すように、溶体化処理を経たリング状部材12については、表面および裏面の双方における表層付近でTiが濃化しており、それより少し深い部分ではTi濃度が急峻に減少している(図5は表面側のTi濃度分布のみを示し、裏面側については記載していない)。深さ約2.5μmの付近(線DAに示す深さ)でTi欠乏層が形成され、Ti欠乏層のTi濃度は、深さDAから深さ約5μmまでの間は減少しており、深さ約5μmから10μmまでの間は略一定であり、深さ約10μmから20μmまでの間では徐々に上昇している。詳細は後述するが、図5に示すようなTi濃度分布を有するリング状部材12が得られた場合には、深さ0から深さDAまでの間の部分が、のちの除去工程において除去される。
As shown in FIG. 5, in the ring-shaped
図6を参照して、溶体化処理を経たリング状部材12は、裁断により、複数のリング状部材13に分けられる。ここで、裁断により得られたリング状部材13の表層部分に対して研磨または研削を行い、溶体化処理の際に形成された元素濃化層および酸化物層を除去する(除去工程)。この際、好適にはバレル研磨が実施される。バレル研磨に代えて棒状の砥石等を用いて、表面を研削するような方法を採用することもできる。
Referring to FIG. 6, the ring-shaped
元素濃化層および酸化物層の除去の程度については、除去工程が完了した時点でリング状部材13の表面(表層部分)にTi欠乏層が露出するような程度にまで元素濃化層(Ti濃化層)および酸化物層が除去される。すなわち、除去工程を経たリング状部材13の表面(表層)には、元素濃化層および酸化物層が除去されることによりTi欠乏層が露出する。上述の通り、図5に示すようなTi濃度分布を有するリング状部材12が得られた場合には、深さ0から深さDAまでの間の部分が除去工程において除去される。たとえば、10μm〜15μmの深さを有するTi欠乏層が形成された場合には、表面から3μm程度を研磨することによって、表層のTi濃化層を除去し、7μm〜12μmの深さを有するTi欠乏層を残すことが可能となる。本実施の形態では、裁断により得られたリング状部材13に対して除去工程を実施しているが、除去工程は、裁断前のリング状部材12(溶体化処理が完了した後のもの)について実施されてもよい。
The degree of removal of the element enriched layer and the oxide layer is such that the Ti enriched layer (Ti is exposed to the surface (surface layer portion) of the ring-shaped
図7を参照して、Ti欠乏層が露出するように表層を除去したリング状部材13に対して、必要な場合には、圧延処理を施す。圧延処理を経ることによって、リング状部材13Aが得られる。圧延などによる加工応力を除去するために、2次溶体化処理が行われる(溶体化処理工程)。2次溶体化処理においても、必要な場合には、研磨または研削による除去工程を行うようにする。
Referring to FIG. 7, if necessary, the ring-shaped
図8を参照して、その後、ローラー22などを用いた周長調整の処理が行われ、リング状部材13Aに対して時効および窒化処理を施す。これにより、無端金属ベルト13Bが完成する。本実施の形態においては、溶体化処理の際に形成されたTi欠乏層が、除去工程を経ることによってリング状部材の表面に露出する。Ti欠乏層が表面に存在しない場合には、窒化工程で窒素がTiに多く結合した結果、硬い窒化層を生成し、窒化層が脆くなる場合がある。
With reference to FIG. 8, thereafter, circumferential length adjustment processing using a
本実施の形態においては、Ti欠乏層の存在によって、窒化処理の際に窒素とTiとが多く結合してしまうことを抑制できるため、無端金属ベルト13Bの表面が必要以上に硬くなり過ぎることもほとんどなく、無端金属ベルト13Bが脆くなるおそれも少ない。したがって、高い強度を持つ無端金属ベルト13Bを得ることができる。
In the present embodiment, the presence of the Ti-deficient layer can suppress a large amount of nitrogen and Ti from being bonded during the nitriding process, so that the surface of the
[実施例および比較例]
図9および図10を参照して、窒化処理後の窒素濃度分布(図9)と残留応力分布(図10)との関係について説明する。図9,図10中において「実施例」として示すグラフは、上述の実施の形態に基づく無端金属ベルトの製造方法により得られたものである。「比較例」として示すグラフは、公知の無端金属ベルトの製造方法により得られたものである。図9中に示す窒素濃度は、グロー放電発光分析装置で分析した値である。図10中に示す残留応力は、X線残留応力測定装置で測定した値である。
[Examples and Comparative Examples]
With reference to FIGS. 9 and 10, the relationship between the nitrogen concentration distribution after nitriding (FIG. 9) and the residual stress distribution (FIG. 10) will be described. The graph shown as “Example” in FIGS. 9 and 10 is obtained by the endless metal belt manufacturing method based on the above-described embodiment. The graph shown as “Comparative Example” is obtained by a known method for producing an endless metal belt. The nitrogen concentration shown in FIG. 9 is a value analyzed by a glow discharge emission spectrometer. The residual stress shown in FIG. 10 is a value measured with an X-ray residual stress measuring apparatus.
図9に示すように、実施例の場合には、表面(深さ=0μm)から10μm程度までの範囲における窒素濃度が、比較例の場合に比べて低くなっている。図10に示すように、実施例の場合には、無端金属ベルトの表面付近に残留している内部応力(残留応力)も、比較例の場合に比べて絶対値で小さくなっていることがわかる。したがって、上述の実施の形態の構成によれば、最弱部位の残留応力を小さくでき、内部に発生する引張残留応力を小さくすることができるため、最弱部位の残留応力を圧縮方向へシフトさせることが可能となる(すなわち、引張を小さく、圧縮を大きくすることが可能となる)。無端金属ベルト13Bの表面が必要以上に硬くなり過ぎることもなく、無端金属ベルト13Bが脆くなるおそれも少ない。したがって、高い強度を持つ無端金属ベルト13Bを得ることができると言える。
As shown in FIG. 9, in the case of the example, the nitrogen concentration in the range from the surface (depth = 0 μm) to about 10 μm is lower than in the case of the comparative example. As shown in FIG. 10, in the case of the example, it can be seen that the internal stress (residual stress) remaining near the surface of the endless metal belt is also smaller in absolute value than in the case of the comparative example. . Therefore, according to the configuration of the above-described embodiment, the residual stress at the weakest part can be reduced, and the tensile residual stress generated inside can be reduced, so that the residual stress at the weakest part is shifted in the compression direction. (Ie, it is possible to reduce tension and increase compression). The surface of the
以上、実施の形態および実施例について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments and examples have been described above, the above disclosure is illustrative in all respects and not restrictive. The technical scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 ロール、11 鋼板、12,13,13A リング状部材、13B 無端金属ベルト、20 トレイ、21 反応室、22 ローラー。 10 rolls, 11 steel plates, 12, 13, 13A ring-shaped members, 13B endless metal belts, 20 trays, 21 reaction chambers, 22 rollers.
Claims (1)
前記溶接工程により得られた前記リング状部材に溶体化処理を施す溶体化処理工程と、
前記溶体化処理が施された前記リング状部材の表面を研磨または研削することにより、前記溶体化処理の際に形成された元素濃化層および酸化物層を除去する除去工程と、
前記除去工程を経た前記リング状部材に窒化処理を施す窒化処理工程と、を備え、
前記溶体化処理工程においては、前記溶体化処理が施される前の前記リング状部材が有しているTi濃度よりも低いTi濃度を有するTi欠乏層が形成され、
前記除去工程を経た前記リング状部材の表面には、前記元素濃化層および前記酸化物層が除去されることにより前記Ti欠乏層が露出している、
無端金属ベルトの製造方法。 A welding process in which ends of steel plates bent into a cylindrical shape are welded together to form a ring-shaped member;
A solution treatment step for subjecting the ring-shaped member obtained by the welding step to a solution treatment;
Removing the element-concentrated layer and the oxide layer formed during the solution treatment by polishing or grinding the surface of the ring-shaped member subjected to the solution treatment;
A nitriding treatment step of nitriding the ring-shaped member that has undergone the removing step,
In the solution treatment step, a Ti-deficient layer having a Ti concentration lower than the Ti concentration of the ring-shaped member before the solution treatment is performed is formed,
The Ti-deficient layer is exposed by removing the element concentrated layer and the oxide layer on the surface of the ring-shaped member that has undergone the removing step,
A method for producing an endless metal belt.
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