JP3842193B2

JP3842193B2 - 窒化処理方法

Info

Publication number: JP3842193B2
Application number: JP2002277898A
Authority: JP
Inventors: 貞次鈴木; 将臣猿山; 雅志 ▲高▼垣; 直樹成田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: JP2004115836A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無段変速機用ベルト等に用いられるマルエージング鋼の窒化処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等の無段変速機（ＣＶＴ）の動力伝達のために、複数の金属リングを積層して積層リングを形成し、該積層リングを所定形状のエレメントに組み付けて保持したＣＶＴ用ベルトが知られている。
【０００３】
前記積層リングを形成する金属リングは、マルエージング鋼等のＮｉ、Ｍｏを含む低炭素鋼の薄板を長方形に切断し、該薄板を長辺に沿って丸め、短辺側の端部同士を溶接して円筒状のドラムを形成した後、該ドラムを所定幅に裁断することにより製造されている。前記マルエージング鋼は、適温に加熱することによりマルテンサイト状態において時効硬化を生じ、高強度、高靱性を兼ね備える超強力鋼であるので、前記金属リングに賞用される。
【０００４】
しかし、前記金属リングを積層した積層リングを前記ＣＶＴの動力伝達のために用いる場合には、さらに耐摩耗性、耐疲労強度を備えることが望まれる。そこで、前記時効硬化後のマルエージング鋼に表面硬化処理を施すが行われている。
【０００５】
前記表面硬化処理は、一般に、前記金属リングに窒化処理を施して、該金属リング表面に窒化層を形成することにより行われる。前記窒化処理としては、例えば、ガス窒化処理またはガス軟窒化処理がある。
【０００６】
前記ガス窒化処理は、前記金属リングを加熱炉内で、例えば５００〜５５０℃に加熱した後、アンモニアガス雰囲気下、前記範囲の温度に所定時間保持することにより行われる。また、前記ガス軟窒化処理は、前記ガス窒化処理におけるアンモニアガス雰囲気に代えて、アンモニアガスとＲＸガスとの混合ガス雰囲気を用いる以外は、前記ガス窒化と全く同一にして行われる。
【０００７】
前記ガス窒化処理またはガス軟窒化処理によれば、アンモニアの分解により生じる窒素がマルエージング鋼の金属組織中に浸透する。この結果、前記金属リングの表面に窒化層を形成して硬化させ、該金属リングの耐摩耗性、耐疲労強度を向上させることができる。
【０００８】
ところが、窒素が前記マルエージング鋼の金属組織中に浸透するためには、前記金属リングの表面が活性化されていることが必要であり、該金属リング表面に酸化被膜が存在すると、前記窒化層が均一に形成されないとの問題がある。前記問題を解決するために、前記ガス窒化処理またはガス軟窒化処理に先だって、前記金属リングをフッ素化合物またはフッ素を含む雰囲気中で加熱することにより、前記酸化被膜をフッ化物被膜で置換する技術が提案されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００９】
前記技術によれば、前記フッ化物被膜が形成された金属リングに前記ガス窒化処理またはガス軟窒化処理を施すと、該フッ化物被膜が分解消失する代わりに前記金属リング表面が活性化され、活性化された金属表面に窒素が浸透して、均一な窒化層が形成されるとされている。
【００１０】
しかしながら、前記ガス窒化処理またはガス軟窒化処理ではアンモニアが水素と窒素に分解し、該水素が前記フッ化物被膜の分解により発生するフッ素と化合して強酸化性を備えるフッ化水素を形成するので、前記金属リングの表面が該フッ化水素に侵され、欠陥を生じるという不都合がある。前記金属リングの表面に前記欠陥があると、該金属リングを積層してＣＶＴ用ベルトとして用いたときに、亀裂等の原因となる虞がある。
【００１１】
【特許文献１】
特公平８−９７６６号公報（第２頁）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、マルエージング鋼表面の酸化被膜を除去して金属表面を活性化することができ、しかも該金属表面に欠陥を生じることのない窒化処理方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の窒化処理方法は、マルエージング鋼をハロゲン化合物ガスの存在下に加熱して、該マルエージング鋼表面の酸化被膜を除去し、ハロゲン化物被膜を形成する工程と、該ハロゲン化物被膜が形成されたマルエージング鋼を、真空または減圧雰囲気下に加熱することにより該ハロゲン化物被膜を除去する工程と、該ハロゲン化物被膜が除去されたマルエージング鋼をアンモニアガスの存在下に加熱して窒化処理を行う工程とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の窒化処理方法は、まず、マルエージング鋼をハロゲン化合物ガスの存在下に加熱する。このようにすると、前記マルエージング鋼表面の酸化被膜が前記ハロゲン化合物と反応して除去され、代わりに該マルエージング鋼表面にハロゲン化物の被膜が形成される。前記ハロゲン化合物ガスとしては、フッ素化合物、塩素化合物、臭素化合物等のガスを用いることができる。
【００１５】
次に、前記ハロゲン化物の被膜が形成されたマルエージング鋼を、真空または減圧雰囲気下に加熱する。このようにすると、前記ハロゲン化物の被膜が分解除去されるが、本発明の窒化処理方法ではこのときアンモニアが存在せず、該被膜の分解により生じたハロゲンは、酸を生成することなくハロゲンガスとして除去される。この結果、前記マルエージング鋼の表面は、前記酸化被膜もハロゲン化被膜も無く、極めて清浄で活性化された状態となる。
【００１６】
そこで、次に、前記ハロゲン化物被膜が除去されたマルエージング鋼をアンモニアガスの存在下に加熱して窒化処理を行うことにより、前記マルエージング鋼の表面に欠陥を生じることなく、均一な窒化層を形成することができる。前記アンモニアガスの存在下に行う窒化処理は、ガス窒化処理であってもよく、ガス軟窒化処理であってもよい。
【００１７】
本発明の窒化処理方法において、前記ハロゲン化物被膜が形成されたマルエージング鋼は、真空または減圧雰囲気下に、４５０〜４９０℃の範囲の温度で、５〜１０分間加熱することにより該ハロゲン化物被膜を除去することが好ましい。
【００１８】
前記温度が４５０℃未満では、前記ハロゲン化物被膜の除去に続いて窒化処理を行うことが困難になることがあり、４９０℃を超えると残留応力が過大になることがある。また、前記加熱時間が５分未満では生成したハロゲンガスを排出することが難しく、１０分を超えると残留応力が低下して、十分な強度を得ることが難しくなる。
【００１９】
【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ＣＶＴ用ベルトとして用いられる金属リングの製造工程を模式的に示す工程説明図である。
【００２０】
前記金属リングを製造する際には、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を含む所謂１８％Ｎｉ鋼である。このとき、前記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する。
【００２１】
そこで、次に、ドラム２を真空炉３に収容して８２０〜８３０℃の温度に２０〜６０分間保持することにより第１の溶体化処理を行い、硬度ムラを除去する。前記第１の溶体化処理が終了したならば、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Ｗを形成する。
【００２２】
前記のようにして形成された金属リングＷは、次に圧下率４０〜５０％で圧延される。圧延された金属リングＷには、表面から３０μｍ程度の厚さで圧延組織が形成されている。そこで、圧延された金属リングＷを、加熱炉４に収容して第２の溶体化を行うことにより、前記圧延組織を消滅させると共に、均一な金属結晶粒を形成させる。
【００２３】
溶体化された金属リングＷは、次に周長補正した後、加熱炉５に収容し、４４５〜４７５℃の範囲の温度に３０〜１５０分間保持して時効処理を行う。そして、前記時効処理が終了したならば、金属リングＷを加熱炉５内で冷却し、窒化装置に移送して、窒化処理を行う。
【００２４】
本実施形態の窒化処理では、まず、前記時効処理が行われた金属リングＷを、加熱炉６に収容し、塩化メチレン等の塩化物ガスの存在下に、４４０〜４９０℃の範囲の温度で１〜１０分間加熱する。金属リングＷの表面には、酸化被膜が形成されていることが多いが、前記塩化物ガスの存在下で加熱すると、前記酸化被膜が塩化物と反応して除去され、代わりに金属リングＷの表面に塩化物被膜が形成される。
【００２５】
前記塩化物ガスの存在下での加熱が終了したならば、次に、前記塩化物ガスを排出し、さらに加熱炉６内を減圧することにより、真空または１０^−３Ｐａ未満の減圧雰囲気とする。そして、前記塩化物被膜が形成された金属リングＷを、前記真空または減圧雰囲気下、４５０〜４９０℃の範囲の温度で５〜１０分間加熱する。尚、加熱炉６は、前記真空または減圧雰囲気下に保持するために、常時排気されている。
【００２６】
このようにすると、前記塩化物被膜が分解されて塩素ガスが発生し、該塩素ガスが排気される。一方、金属リングＷの表面は、前記塩化物被膜が分解、除去されることにより、清浄で活性化された状態となる。
【００２７】
前記真空または減圧雰囲気下での加熱が終了したならば、次に、加熱炉６内に少なくともアンモニアガスを含む雰囲気を導入し、該雰囲気下、４４０〜４９０℃の範囲の温度で３０〜１２０分間加熱することにより、金属リングＷの窒化処理を行う。加熱炉６に導入される雰囲気は、純アンモニアガスであってもよく、純アンモニアガスの他に不活性ガス等を含むアンモニアガス雰囲気、または純アンモニアガスとＲＸガスとの混合ガス雰囲気であってもよい。
【００２８】
本実施形態では、前記アンモニアガスを含む雰囲気下に加熱する際に、金属リングＷの表面に塩化物被膜が存在せず、該表面が前述のように清浄で活性化された状態となっている。従って、アンモニアが分解して発生する水素が前記塩化物被膜と反応して塩化水素を生成することがなく、金属リングＷの表面が該塩化水素に侵されて欠陥を生じることを未然に防止することができる。また、金属リングＷの表面が清浄且つ活性化されていることにより、均一な窒化層を形成することができる。
【００２９】
尚、本実施形態では、金属リングＷ表面の酸化被膜の除去を塩化物ガスにより行う場合について説明しているが、塩化物ガスに代えて、フッ化物ガス、臭化物ガス等の他のハロゲン化物ガスを用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属リングの製造工程を模式的に示す工程説明図。
【符号の説明】
１…マルエージング鋼の薄板、Ｗ…マルエージング鋼の金属リング。

Claims

マルエージング鋼をハロゲン化合物ガスの存在下に加熱して、該マルエージング鋼表面の酸化被膜を除去し、ハロゲン化物被膜を形成する工程と、
該ハロゲン化物被膜が形成されたマルエージング鋼を、真空または減圧雰囲気下に加熱することにより該ハロゲン化物被膜を除去する工程と、
該ハロゲン化物被膜が除去されたマルエージング鋼をアンモニアガスの存在下に加熱して窒化処理を行う工程とを備えることを特徴とする窒化処理方法。
前記ハロゲン化物被膜が形成されたマルエージング鋼は、真空または減圧雰囲気下に、４５０〜４９０℃の範囲の温度で、５〜１０分間加熱することにより該ハロゲン化物被膜を除去することを特徴とする請求項１記載の窒化処理方法。