JP3655044B2 - 転造加工性に優れたドライブプレート用鋼板 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車のオートマチックトランスミッション（ＡＴ）に組み込まれるドライブプレートに適した鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オートマチックトランスミッションに組み込まれているドライブプレートは、エンジン始動時にセルモータギアと噛み合い、エンジンを始動させる。このドライブプレートは、Ｓ４５Ｃ等のＳＣ材を切削加工し、焼入れ焼戻し処理されたギア部を普通鋼等でできたプレートに溶接することにより製造されてきた。しかし、自動車の軽量化，工程省略によるコスト低減等から、プレート部及びギア部を一体成形することが検討されている。
一体成形手段には、鋼板をプレス加工した後でギア部を転造加工する方法がある。この場合に使用される鋼板には、プレス成形性，ギア転造加工性等の加工性は勿論、ドライブプレートのギア部に高周波焼入れが施されることから優れた焼入れ性が要求される。ところが、焼入れ性の良好なＳＫ５，Ｓ６０Ｃ，ＳＣＭ４３５等の鋼材では、焼入れ硬さは満足できるものの、プレス加工や転造加工時等にネッキングや割れ等の欠陥が発生し易い。他方、Ｓ３０Ｃ，Ｓ１５Ｃ等の低炭素鋼は、プレス成形性や転造加工性は良いが、ギア部を高周波焼入れしても十分な焼入れ硬さが得られ難い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
加工性，焼入れ性を改善するため、特開平８−１２０４０５号公報では黒鉛化度を調整し、特開平８−３６８７号公報では球状化焼鈍後の炭化物の量及び粒径を調整している。しかし、ドライブプレートのギア部を成形するときに必要とされる転造加工性に関しては、何ら開示されていない。
本発明は、一体成形型ドライブプレートに要求される転造加工性及び焼入れ性の双方を満足する鋼種を調査検討する過程で案出されたものであり、鋼成分及びその含有量を総合的且つ適正に調整することにより、一体成形型ドライブプレートに適した鋼板を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のドライブプレート用鋼板は、その目的を達成するため、Ｃ：０．１５〜０．４０重量％，Ｓｉ：０．１０重量％以下，Ｍｎ：０．３０〜１．００重量％，Ｐ：０．０２０重量％以下，Ｓ：０．０１０重量％以下，Ｃｒ：０．２０〜１．００重量％，Ｂ：０．０００５〜０．００５０重量％，Ｔｉ：０．０１〜０．０５重量％，Ｎ：０．０１重量％以下，Ａｌ：０．０２〜０．１重量％，残部Ｆｅ及び不可避的不純物の組成をもち、フェライトとパーライトの混合組織又はフェライトとセメンタイトの混合組織をもっていることを特徴とする。
この成分系において、Ｘ＝１０Ｃ＋Ｍｎ＋１５０Ｓ及びＹ＝３０Ｃ＋５Ｍｎ＋６Ｃｒ＋３００Ｂで定義されるＸ値及びＹ値がＸ＜５及びＹ＞１０の条件を満足させる。なかでも、Ｘ＜５とすることで切欠き引張伸びＥlvが４５％以上を示す鋼板は、転造加工時にネッキングや割れの発生がない材料として好適である。
【０００５】
【作用】
本発明の鋼板は、転造加工性と焼入れ性とを両立すべく成分設計したものである。ここでいう焼入れ性とは、高周波焼入れ，レーザビーム焼入れ，電子ビーム焼入れ等の局部的焼入れやオーステンパー処理等の全体熱処理においても、焼入れ組織が得られると共に、焼入れ硬さも確保できることを意味する。転造加工性の観点からＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｓの上限が規制され、熱処理の観点からＣ，Ｍｎ，Ｃｒの下限が規制される。また、Ｂ及びＴｉは、熱処理性の改善に有効である。本発明は、このような各合金元素の作用・効果を総合的に勘案し、特許請求の範囲に記載したように各合金成分の含有量を特定することにより、一体成形型ドライブプレートに要求される転造加工性及び焼入れ性の双方を満足させたものである。
以下、本発明のドライブプレート用鋼板に含まれる合金成分、その含有量等について説明する。
【０００６】
Ｃ：０．１５〜０．４０重量％
ドライブプレートのギア部に必要な硬さを確保するために重要な合金成分であり、０．１５重量％以上のＣ含有量で所望の硬さが得られる。しかし、０．４０重量％を超える多量のＣが含まれると、焼入れ性及び焼入れ硬さは十分確
保されるが、プレス成形性及びギア部の転造加工性が著しく劣化する。
Ｓｉ：０．１０重量％以下
転造加工性に大きな影響を及ぼす成分であり、過剰量が添加されるとＳｉの固溶強化作用によってフェライトが硬化し、転造加工時に割れが発生する原因となる。また、製造上ではＳｉ含有量の増加に伴って鋼板表面にスケール疵が発生し易くなり、表面品質の低下を招く。そこで、本発明においては、Ｓｉ含
有量の上限を０．１０重量％に設定した。
【０００７】
Ｍｎ：０．３０〜１．００重量％
高周波焼入れ後の冷却過程でフェライト変態を抑制し、比較的遅い冷却速度でもマルテンサイト主体の組織にすることにより、鋼材の焼入れ性を高める。Ｍｎは、強靭化にも有効な合金成分である。しかし、０．３０重量％未満のＭｎ含有量では焼入れ性が大幅に低下し、冷却中にパーライト，上部ベイナイト等の高温生成物が形成され、ドライブプレートのギアに必要な焼入れ硬さが得られなくなる。逆に１．００重量％を超える多量のＭｎが含まれると、フェラ
イトが硬化し、転造加工性が劣化する。
Ｐ：０．０２０重量％以下
延性や靭性を劣化させる元素であり、０．０２０重量％を超えるＰ含有量では高周波焼入れ後のオーステナイト粒界の靭性が劣化し、ギア部の耐久性が低下する。そのため、本発明においては、Ｐ含有量の上限を０．０２０重量％に
設定した。
【０００８】
Ｓ：０．０１０重量％以下
Ｓ含有量は、ドライブプレートの転造加工性を支配する極めて重要な要因である。すなわち、Ｓは、ＭｎＳ系の介在物を生成して特に局部的な延性を劣化させる。ギア部の転造加工では、生成したＭｎＳが破断の起点になり、割れが発生し易くなる。そのため、本発明においては、Ｓ含有量を０．０１０重量％
以下，好ましくは０．００５重量％以下に規制する。
Ｃｒ：０．２０〜１．００重量％
焼入れ性の改善に有効な合金成分であり、０．２０重量％以上の含有量でＣｒの添加効果が顕著になる。これに対し、０．２重量％未満のＣｒ含有量では、硬さが不足するばかりか、焼入れ時の冷却速度依存性が大きくなるため、焼入れ硬さが不安定になり易い。逆に１．００重量％を超える多量のＣｒが含ま
れると、焼入れ前のプレス成形性や転造加工性が著しく劣化する。
【０００９】
Ｂ：０．０００５〜０．００５０重量％
極く微量の添加で鋼材の焼入れ性を大幅に向上させる。また、粒界の歪みエネルギーを低下させることによって粒界を強化する作用を呈する。ドライブプレートのギア部に必要な硬さを安定して得るためにも、必要な合金成分である。このようなＢの添加効果は、０．０００５重量％以上の含有量で顕著になる。しかし、０．００５０重量％を超えるＢを添加しても、その効果が飽和し、
逆に靭性を劣化させる欠点が生じる。
Ｔｉ：０．０１〜０．０５重量％
溶鋼の脱酸調整に添加される成分であるが、脱窒作用を呈する。また、鋼板に固溶しているＮを窒化物として固定するので、焼入れ性を改善する有効Ｂ量を高める。更に、炭窒化物を形成し、高周波焼入れ時にギア部の結晶粒粗大化を防止する作用を呈する。これらの作用を安定して得るためには、０．０１重量％以上のＴｉ含有量が必要である。しかし、０．０５重量％を超える多量のＴｉが含まれると、経済的に不利になるばかりか、転造加工性を劣化させる原
因ともなる。
【００１０】
Ｎ：０．０１重量％以下
Ｔｉと結合してＴｉＮを形成し、焼入れ時の結晶粒微細化に有効な成分である。しかし、Ｎ含有量が０．０１重量％を超えると、延性が低下する。また、過剰なＮはＢと結合し、焼入れ性の改善に有効なＢ量を消費する。そこで、本
発明においては、Ｎ含有量の上限を０．０１重量％に設定した。
Ａｌ：０．０２〜０．１重量％
溶鋼の脱酸剤として使用される成分であり、Ｎを固定する作用も呈する。このような作用は、０．０２重量％以上のＡｌ含有量で顕著になる。しかし、０．１重量％を超える多量のＡｌが含まれると、鋼の清浄度が損なわれ、表面疵
が発生し易くなり、鋼板の表面品質を低下させる原因となる。
【００１１】
Ｘ値（＝１０Ｃ＋Ｍｎ＋１５０Ｓ）＜５
各合金元素が前述の範囲に入っている場合でも、ＭｎＳ系介在物，フェライト硬さ，セメンタイトやパーライト量が複雑に関連して転造加工性に多大な影響を及ぼす。このようなことから多数の実験を重ねた結果、転造加工性の指標としてのＸ値が５未満となる合金設計を採用したとき、切欠き引張伸びが向上し、転造によるドライブプレートの製造の際に要求される転造加工性を満足す
る鋼材となることを見い出した。
Ｙ値（＝３０Ｃ＋５Ｍｎ＋６Ｃｒ＋３００Ｂ）＞１０ Ｙ値は、焼入れ性の指標であり、焼入れ性を向上させるＣ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｂ量を適正化すると共に、必要な焼入れ硬さを得るためのＣ，Ｍｎ量の決定に使用される。本発明者等は、多数の実験を重ねた結果、Ｙ＞１０となる合金設計
を採用したとき、良好な焼入れ硬さが安定して得られることを見い出した。
【００１２】
混合組織
以上のように各合金成分が適正量で配合された鋼を溶製し、スラブに連鋳し、熱間圧延した後、必要に応じて冷間圧延や焼鈍を施す。得られる鋼材は、フェライト＋パーライト又はフェライト＋セメンタイトの混合組織をもっている。この組織にベイナイトやマルテンサイトが存在すると、転造加工時に割れの起点となり、ドライブプレート用に使用できない。また、前述の混合組織をもつ鋼材であっても、より厳しい転造加工に供される場合、焼鈍を施すことによってフェライト＋セメンタイトの混合組織に調整することが好ましい。その結
果、ドライブプレートのギア部に必要な転造加工性をもつ鋼板が得られる。
【００１３】
【実施例】
表１の組成をもつ各鋼を転炉で出鋼し、連続鋳造法でスラブとし、熱間圧延により板厚４．０ｍｍの熱延板を製造した。熱延板を酸洗した後、板厚２．５ｍｍに冷間圧延し、焼鈍した。
【００１４】

【００１５】
焼鈍板から直径３００ｍｍのブランクを打ち抜き、プレス成形で図１に示すドライブプレート形状の皿型試験片を得た。皿型試験片を転造加工し、歯幅８ｍｍ，歯丈６ｍｍのギア部をもつドライブプレートを作製した。
この条件下で転造加工性を種々の観点から調査した。転造加工性は、転造加工時にネッキングや割れがない場合を極めて良好として評点５，転造加工割れがなく板厚減０．１ｍｍ以下の極く僅かなネッキングが発生した場合を評点４，板厚減で０．１ｍｍ以上のネッキングが発生した場合を評点３，転造加工時に割れが発生した場合を評点２，破断した場合を評点１として５段階評価した。なお、転造加工割れは、図２に示すようにギア部の付け根近傍に発生しがちであった。
転造加工性の評価点をＸ値で整理したところ、図３に示すようにＸ＝１０Ｃ＋Ｍｎ＋１５０Ｓで定義されるＸ値が５未満になると、ネッキングや割れが発生しない評点５となり、転造加工性が優れていることが判る。
【００１６】
転造加工性は、切欠き引張伸びＥlvとの間にも密接な相関関係をもつ。切欠き引張伸びＥlvは、ＪＩＳ ５号引張試験片の平行部中央に２ｍｍのＶノッチを入れ、標点間距離を５ｍｍとして試験片の伸び率として求められる。調査結果を示す図４にみられるように、転造加工性は、切欠き引張伸びＥlvが４５％程度以上で良好となった。また、切欠き引張伸びＥlvが５０％を超えると、ネッキングや割れを発生せず、良好な形状のギア部をもつドライブプレートが得られた。
転造加工で成形したギア部を高周波焼入れし、焼入れ硬さを調査した。焼入れは、高周波焼入れ試験機を用い、９００℃に５秒加熱した後、噴水で冷却した。表２の調査結果にみられるように、Ｙ値が１０より大きい本発明鋼Ａ〜Ｅは、何れもビッカース硬さＨＶが４５０以上であり、しかも測定値に依らず安定して高い焼入れ硬さを示していた。
【００１７】
これに対し、Ｃ及びＳｉを過剰に含む鋼Ｆは、転造加工時にギア部に破断が発生したため、高周波焼入れできなかった。Ｙ値が低い鋼Ｇは、転造加工性が良好であるものの、ギア部の焼入れ硬さが４５０ＨＶに満たず焼入れ性が不良であった。Ｃ，Ｓ量が多くＸ値の高い鋼Ｈは、転造加工時に破断が生じた。Ｘ値の高い鋼Ｉは、焼入れ硬さは十分であるが、転造加工時に割れが発生した。また、鋼Ｊは、ギアの内周側と外周側で焼入れ硬さが大きく異なり、内周側の焼入れ硬さが低下し、良好な焼入れ性が得られないばかりか、転造加工時には割れが発生した。Ｘ値が本発明で規定した範囲を外れる鋼Ｋは、焼入れ硬さは良好であるが、転造加工時に割れが発生した。
以上の対比から明らかなように、本発明に従った鋼Ａ〜Ｅは、焼入れ性及び転造加工性の双方に優れており、一体成形型のドライブプレートに適した材料といえる。
【００１８】

【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、合金成分及びその含有量を適正に調整し、Ｘ＝１０Ｃ＋Ｍｎ＋１５０Ｓ＜５及びＹ＝３０Ｃ＋５Ｍｎ＋６Ｃｒ＋３００Ｂ＞１０とすることにより、転造加工性が良好であると共に焼入れ硬さも高く、しかも安定してその硬さが得られ、ドライブプレート用に好適な鋼板となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 焼鈍板を打ち抜き、プレス成形した鋼板
【図２】 転造加工時にギア部に発生する割れ
【図３】 転造加工性に及ぼすＸ値の影響
【図４】 切欠き引張伸びＥlvと転造加工性との関係

Claims (1)

1. Ｃ：０．１５〜０．４０重量％，Ｓｉ：０．１０重量％以下，Ｍｎ：０．３０〜１．００重量％，Ｐ：０．０２０重量％以下，Ｓ：０．０１０重量％以下，Ｃｒ：０．２０〜１．００重量％，Ｂ：０．０００５〜０．００５０重量％，Ｔｉ：０．０１〜０．０５重量％，Ｎ：０．０１重量％以下，Ａｌ：０．０２〜０．１重量％，残部Ｆｅ及び不可避的不純物の組成をもち、Ｘ＝１０Ｃ＋Ｍｎ＋１５０Ｓ及びＹ＝３０Ｃ＋５Ｍｎ＋６Ｃｒ＋３００Ｂで定義されるＸ値及びＹ値がそれぞれＸ＜５及びＹ＞１０の条件を満足し、フェライトとパーライトの混合組織又はフェライトとセメンタイトの混合組織をもっている転造加工性に優れたドライブプレート用鋼板。

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