JP5429651B2 - マルエージング鋼帯 - Google Patents

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Description

本発明は、優れた疲労強度を有するマルエージング鋼帯であって、特に自動車用無段変速機等に使用される金属ベルト用マルエージング鋼帯の窒化処理により形成される窒化組織の組織制御に関するものである。
マルエージング鋼は、一般に2000MPa前後の非常に高い引張強さをもつため、高強度が要求される部材、例えば、ロケット用部品、遠心分離機部品、航空機部品、自動車エンジンの無段変速機用部品、金型等種々の用途に使用されている。その代表的な組成には、18%Ni−8%Co−5%Mo−0.4%Ti−0.1%Al−bal.Feが挙げられる。
そして、マルエージング鋼は、強化元素として、Co、Mo、Tiを適量含んでおり、時効処理を行うことによって、NiMo、NiTi、FeMo等の金属間化合物を析出させて高強度を得ることのできる鋼である。また、特に自動車エンジンの無段変速機用部品に使用される鋼帯においては、特に高サイクル域での疲労強度が重要な要求特性であるため、高強度を有するマルエージング鋼の内部に存在するTiN等の非金属介在物をできるだけ微細化することが必要とされる。また、表面に窒化処理を施して窒化層を形成させて疲労強度を向上させて使用されている。
自動車エンジンの無段変速機用金属ベルトでは、非金属介在物を起点とする疲労強度低下を解決することを目的とした改良合金として、例えば、特表2004−514056号公報(特許文献1)、特開2001−240943号公報(特許文献2)及び特開2002−167652号公報(特許文献3)に提案されている。
また、本願出願人もTiN等の介在物を実質的になくすように、Tiを0.1質量%以下に低減し、非金属介在物を起点とする疲労強度低下を解決することを目的とした改良合金として、特開2008−088540号公報(特許文献4)、特開2007−186780号公報(特許文献5)、WO2009−008071号公報(特許文献6)として提案している。
また、前記の特許文献4乃至6のマルエージング鋼に対し、フッ素化合物を含むガス雰囲気下に加熱、保持することによってその表面に形成している酸化皮膜を除去した後、400〜500℃の温度で、NH/Hガス組成比率の値が1〜3となるよう調整した窒化ガス中で窒化処理を行なう高疲労強度を有するマルエージング鋼帯の製造方法として特開2008−185183号公報(特許文献7)を提案している。
特表2004−514056号公報 特開2001−240943号公報 特開2002−167652号公報 特開2008−088540号公報 特開2007−186780号公報 WO2009/008071号公報 特開2008−185183号公報
上述した特許文献1に開示される合金は、非金属介在物を形成するTiを0.1%以下に低減している。そのため、疲労破壊の起点となるTiNの微細化の点では有利であるものの、単純に非金属介在物を形成する元素の添加を抑制している合金のため窒化処理がし難いという問題があった。
また、特許文献2に開示される合金もTiを低減しているため、疲労破壊の起点となるTiNの微細化の点では有利である。しかしながら、強化元素の一つであるCoを低く抑えているため、高い引張強度を確保し難い。また、引張強度を確保するためにSi、Mnを添加しているが、このために靭性が低下する可能性があった。
また、特許文献3に開示される合金もTiを低減しているため、疲労破壊の起点となるTiNの微細化の点では有利である。しかしながら、Cを積極添加して高強度化を図っているため、Cr、Mo等の炭化物が析出し、これが疲労破壊の起点となって疲労強度が低下したり、また、積極添加したCによって無断変速機部品に必要とされる溶接性が低下する可能性がある。
また、本願出願人の提案による特許文献4乃至6のマルエージング鋼は、前述の特許文献1乃至3で提案されたマルエージング鋼の問題点を解決するためになされた合金の発明である。
そして、特許文献7では、特許文献4乃至6で提案したマルエージング鋼を用いて、特別な窒化処理を行なうことにより、更に疲労強度を向上させることができたものである。しかしながら、特許文献7においては、窒化処理時の温度やガス組成比率の検討に留まっている。
ところで、特許文献4乃至6で提案したマルエージング鋼の合金元素には、窒化処理時に析出物が変化し、窒化特性に影響を及ぼして疲労強度を左右するCrやAlを含有する。このような、CrやAlを含有するマルエージング鋼において、本発明者等は窒化処理により析出する析出物に代表される窒化組織と疲労強度の影響について詳細に検討した。その結果、窒化処理時に析出する析出物が大きく疲労強度に影響することを知見した。
本発明の目的は、高サイクル域での疲労破壊の起点となるTiNを低減することができる組成とすると共に、窒化処理後の窒化組織を適正化し、曲げ疲労強度を向上させたマルエージング鋼帯を提供することである。
本発明者は、特許文献4乃至6で提案したマルエージング鋼を基に、窒化処理により析出する析出物に代表される窒化組織と疲労強度の関係を鋭意検討した結果、窒化処理により形成されるCr窒化物の組織を調整することによって疲労強度を向上させることが可能であることを見出し、本発明に至ったものである。
即ち本発明は、質量%でC:0.01%以下、Si:0.1%以下、Mn:0.1%以下、P:0.01%以下、S:0.005%以下、Ni:8.0〜22.0%、Cr:0.1〜8.0%、Mo:2.0〜10.0%、Co:2.0%〜20.0%以下、Ti:0.1%以下、Al:2.5%以下、N:0.03%以下、O:0.005%以下、残部はFe及び不可避的不純物からなるマルエージング鋼に窒化処理を施したマルエージング鋼帯において、窒化層中に析出するCr窒化物が母相のマルテンサイトとの間に方位差10°以内でBaker‐Nuttingの結晶方位関係を有するマルエージング鋼帯である。
また、本発明においては、上記の基本組成に加えて、更に、質量%でCa:0.01%以下、Mg:0.005%以下、B:0.01%以下の1種以上を含有することができる。
また、本発明は、さらにAl:0.1%未満であり、且つ、Al+Tiが0.1%以下に規制したマルエージング鋼帯に特に有効である。
本発明のマルエージング鋼は、疲労破壊の起点となるTiNを低減でき、尚且つ窒化処理後には優れた疲労特性を得ることができることから、自動車用無段変速機に使用される動力伝達用金属ベルトのように高疲労強度が要求される部材に使用されると、長い疲労寿命を有することができる等、工業上顕著な効果をもつことが期待される。
窒化処理後の金属ベルト用マルエージング鋼帯の硬さ分布測定結果である。 本発明のNo.1処理Aの透過型電子顕微鏡観察から得られた窒化組織の明視野像である。 本発明No.1処理Aの析出物ならびに母相から得られた電子線回折図形である。 図3の電子線回折図形の模式図である。 図3の電子線回折図から算出したステレオ解析図である。 比較例のNo.1処理Bの透過型電子顕微鏡観察から得られた窒化組織の明視野像である。 比較例のNo.1処理Bの析出物ならびに母相から得られた電子線回折図形である。 図7の電子線回折図形の模式図である。 図7の電子線回折図から算出したステレオ解析図である。 本発明のNo.2処理Cの透過型電子顕微鏡観察から得られた窒化組織の明視野像である。 本発明のNo.2処理Cの析出物ならびに母相から得られた電子線回折図形である。 図11の電子線回折図形の模式図である。 図11の電子線回折図から算出したステレオ解析図である。 本発明のNo.3処理Cの透過型電子顕微鏡観察から得られた窒化組織の明視野像である。 本発明のNo.3処理Cの析出物ならびに母相から得られた電子線回折図形である。 図15の電子線回折図形の模式図である。 図15の電子線回折図から算出したステレオ解析図である。 本発明のNo.4処理Cの透過型電子顕微鏡観察から得られた窒化組織の明視野像である。 本発明のNo.4処理Cの析出物ならびに母相から得られた電子線回折図形である。 図19の電子線回折図形の模式図である。 図19の電子線回折図から算出したステレオ解析図である。
本発明は、上述の新規な知見に基づいてなされたものであり、以下に本発明における各元素の作用について述べる。
本発明のマルエージング鋼において、以下の範囲で各化学組成を規定した理由は以下の通りである。なお、特に記載のない限り質量%として記す。
Cは、Moと炭化物を形成して、析出すべき金属間化合物を減少させて強度を低下させるため、低く抑える必要がある。また、Cを積極添加すると、例えば無断変速機部品に必要とされる溶接性が低下する危険性が高くなる。このような理由からCは0.01%以下とした。好ましくは、0.008%以下である。
Siは、時効処理時に析出する金属間化合物を微細化したり、Niと共に金属間化合物を形成したりすることでTi低下による強度低下分を補うことができる元素である。しかし、靭性を低下させる惧れがあることから、靭性、延性を確保するために、本発明においては低く抑える必要がある。0.1%を超えて添加すると靭性、延性が低下することから、Siは0.1%以下とした。靭性、延性の確保をより確実に行うための好ましい範囲は0.05%以下である。
Mnは、時効処理時にNiと共に金属間化合物を形成し、時効硬化に寄与する元素であることから、Ti低下による強度低下分を補うためことができる元素である。しかし、靭性を低下させる惧れがあることから、靭性、延性を確保するために、本発明においては低く抑える必要がある。0.1%を超えて添加すると靭性、延性が低下することから、Mnは0.1%以下とした。靭性、延性の確保をより確実に行うための好ましい範囲は0.05%以下である。
P、Sは、旧オーステナイト粒界に偏析したり、介在物を形成したりすることで、マルエージング鋼を脆化させ、疲労強度を低下させる有害な元素である。そのため、Pは0.01%以下、Sは0.005%以下とした。好ましくは、Pについては0.005%以下、Sについては0.004%以下の範囲である。
Crは、窒化を行う場合にNとの親和力が強く、窒化深さを浅くし、窒化硬さを高めたり、窒化表面の圧縮残留応力を増加させたりする元素であるため、必須で添加する。しかし、0.1%より少ないと効果がなく、一方、8.0%を越えて添加してもより一層の向上効果がみられず、また、時効後の強度が大きく低下することから、Crは0.1〜8.0%とした。好ましいCrの範囲は0.2%を超え4.0%以下である。
Niは、マルエージング鋼の基地組織である低Cマルテンサイト組織を安定して形成させるため、少なくとも8.0%は必要である。しかし、22.0%を超えるとオーステナイト組織が安定化し、マルテンサイト変態を起こし難くなることから、Niは8.0〜22.0%とした。Niの好ましい範囲は17.0%を超え22.0%以下である。
Moは、時効処理時にNiMo、FeMo等の微細な金属間化合物を形成し、析出強化に寄与する重要な元素である。また、Moは窒化による表面の硬さ及び圧縮残留応力を大きくするために有効な元素である。このためのMoは、2.0%より少ないと引張強度が不十分であり、一方、10.0%より多いとFe、Moを主要元素とする粗大な金属間化合物を形成しやすくなるため、Moは2.0〜10.0%とした。Moの好ましい範囲は、3.0%を超え7.0%以下である。
Coは、マトリックスのマルテンサイト組織の安定性に大きく影響することなく、固溶化処理温度でMo、Al等の時効析出物形成元素の固溶度を増加させ、時効析出温度域でのMo、Alの固溶度を低下させることによってMo、Alを含む微細な金属間化合物の析出を促進し、時効析出強化に寄与する重要な元素である。そのため、Coは強度面、靭性面から多く添加することが必要である。Coが2.0%未満ではSi、Mn、Tiを低減したマルエージング鋼では十分な強度が得られ難く、一方20.0%を超えて添加するとオーステナイトが安定化してマルテンサイト組織が得られ難くなることから、2.0%を超え20.0%以下とした。好ましいCoの範囲は4.0%を超え20.0%以下である。
また、Alを制限する場合は、強化に寄与するAlが減少することになるため、Coをやや高めにするのが良い。そのため、Coの範囲をCo:10.0%を超え20.0%以下とする。
Tiは、本来、マルエージング鋼における重要な強化元素の一つであるが、同時に介在物であるTiNまたはTi(C、N)を形成して、特に超高サイクル域での疲労強度を低下させる有害元素である。そのため、Tiは疲労強度を重視する場合には、不純物として低く抑える必要がある。
また、Tiは表面に薄くて安定な酸化膜を形成し易く、この酸化膜が形成されると窒化反応を阻害するため、十分な窒化表面の圧縮残留応力が得られ難くなる。窒化を容易に行うために、また窒化後の表面の圧縮残留応力を大きくするために、Tiは有害な不純物元素であり、低く抑える必要がある。
Tiは、0.1%より多いとTiNまたはTi(C、N)の低減に十分な効果が得られず、また安定な酸化膜を表面に形成し易くなることから、Tiは0.1%以下とした。望ましくは0.05%以下が良く、さらに望ましくは0.01%以下が良い。
Alは、本発明の場合、積極添加する場合と、制限する場合の2通りある。
Alを積極添加すると、マルエージング鋼の強度を向上させることができる。そのため、強度を重視する場合にはAlを添加することが好ましい。
Alは、通常、脱酸のために少量添加されるが、本来、時効処理時にNiと共に金属間化合物を形成して強化に寄与する元素である。Si、Mn、Tiを低減した本発明の金属ベルト用マルエージング鋼ではAlの添加によって強度を補うことができる。また、Tiを低減したマルエージング鋼において窒化処理を容易にして良好な窒化層を得るという効果も期待できる。
一方2.5%より多いとAlN、Al介在物を多く形成して疲労強度を低下させたり、表面に薄くて安定な酸化膜を形成して窒化反応を阻害したりするため、好ましくない。なお、Alを積極添加すると、マルエージング鋼表面粗さが若干粗くなる場合がある。そのため、Alを積極添加する場合の好ましい上限は1.5%である。
一方、Alの含有量を制限すると、マルエージング鋼中の非金属介在物を低減させることができる。また、Alによるマルエージング鋼表面の粗さを平坦に保ち易くなる。そのため、疲労強度重視する場合には、Alは制限した方が良い。本発明者の検討によれば、特定の窒化組織とすることで、低Alとすることで改善される疲労強度を更に向上させる効果がある。このような疲労強度を高める目的のためには、Alは0.1%未満に規制するのが好ましく、0.05%以下がより好ましい。
また、Al、Tiは共に非金属介在物を形成する元素であることから、Al+Tiの総量を低く抑えることが疲労強度向上に有効であるので、Al+Tiを0.1%以下とするのが望ましい。Al+Tiの好ましい範囲は0.07%以下である。
Nは、Tiと結合してTiNまたはTi(C,N)の介在物を形成して、特に超高サイクル域での疲労強度を低下させる不純物元素である。Tiを含むマルエージング鋼では、粗大なTiNまたはTi(C,N)の形成を防ぐため、Nを大幅に低く抑える必要がある。しかし、Tiを殆ど含まないマルエージング鋼では、通常の真空溶解で混入するN量でも悪影響が少ないことから、0.03%以下とした。望ましくは、0.01%以下が良い。更に望ましくは、0.005%以下が良い。
Oは、酸化物系介在物を形成して靭性、疲労強度を低下させる不純物元素であるので、0.005%以下に制限した。望ましくは、0.003%以下が良い。
本発明においては、Ca:0.01%以下、Mg:0.005%以下、B:0.01%以下の1種以上を含有することができる。
本発明のマルエージング鋼は、真空誘導溶解または、真空誘導溶解の後、さらに真空アーク再溶解あるいはエレクトロスラグ再溶解を行なう等の真空雰囲気中での溶解によってインゴットを製造することができる。しかし、これら真空雰囲気中での溶解を行なっても、完全に非金属介在物を無くすことは技術的に困難である。
本発明の場合、強度向上を目的としてAlを添加する場合があるため、例えば25μmを超えるような粗大で硬質なAl介在物が形成する危険性や、Alがクラスター化したりする危険性がある。Al介在物は硬質・高融点であり、例えば熱間塑性加工中でも殆ど変形することがない。そのため、例えば冷間圧延時のロールに疵を発生させて金属ベルト用マルエージング鋼の表面欠陥を生じる可能性が有るため、Al介在物を他の酸化物との複合介在物として、硬さを低下させたり、融点を下げたりするのが良い。また、それと同時にクラスター化を防止できる元素を添加して、介在物欠陥を防止するのが好ましい。
Al介在物を複合介在物とするのに有効な元素としては、Si、Mn、Ca、Mgが挙げられるが、本発明ではSi,Mnは靭性と延性を低下させる元素として、添加量を規制する。そのためSi,Mn以外のCa、Mgの1種以上を添加することで、Al介在物を複合介在物とするのが良い。また、Ca、MgにはAl介在物のクラスター化を防止する効果もある。そのため、本発明においては、Ca:0.01%以下、或いは更に、Mg:0.005%以下を含有するとした。
なお、このCaとMgの効果を確実に得るには、Caは0.001%、Mgは0.0001%を下限とすると良い。
Bは、冷間加工後に固溶化処理を行った時の旧オーステナイト結晶粒を微細化して強化に寄与するとともに表面肌荒れを抑制する効果をもつ元素であり、適宜添加しても良い。Bが0.01%より多いと靭性が低下することから、Bは0.01%以下とした。望ましくは、0.005%以下が良い。旧オーステナイト結晶粒をより確実に微細化できる好ましいBの下限は0.0002%である。
以上、説明する元素以外は、Fe及び不可避的不純物とする。
なお、以下の元素は、下記の範囲であれば、脱酸、脱硫等の目的で添加しても良い。
Zr≦0.01%
上述した通り、本発明のマルエージング鋼帯は、窒化処後にCr窒化物が母相のマルテンサイトとの間に実質的なBaker‐Nuttingの結晶方位関係を有するという、従来にない窒化組織に調整したことに重要な特徴がある。そして、この特定の窒化組織により疲労特性の一段の向上を達成したものである。
ここで言うBaker‐Nuttingの結晶方位関係とは、本発明の窒化物と母相との関係において、(001)CrN // (001)α’、[110]CrN // [110]α’の関係を満たすものである。以下、詳しく説明する。
本発明者は、Cr含有のマルエージング鋼帯に対する窒化処理条件のわずかな変更が、著しい疲労強度の向上をもたらすことを知見し、その原因を追及した。その結果、窒化処理においてCr含有のマルエージング鋼帯表面に析出する窒化クロム(CrN)と母相とにおいてBaker‐Nuttingの結晶方位関係を成立させることができ、析出強化効果の発現により疲労強度を著しく改善できることを見いだした。なお、この関係は、窒化条件の変動により極めて崩れやすく、鋼種に合わせた慎重な条件設定が必要である。
本発明においては、Cr窒化物が母相のマルテンサイトとの間に実質的なBaker‐Nuttingの結晶方位関係を有することを具体的に表すために、Cr窒化物と母相のマルテンサイトとの間に方位差10°以内でBaker−Nuttingの結晶方位関係を有していると規定している。この結晶方位関係の方位差が10°より大きいと、析出強化効果が期待できなくなる。
本発明のマルエージング鋼は、窒化を阻害する可能性のある安定な酸化膜を表面に形成するTiを殆ど含まないため、通常のガス窒化、ガス軟窒化、浸硫窒化、イオン窒化、塩浴窒化、等の種々の窒化処理が容易にできる。
本発明において、上記の窒化組織とするには、上述したマルエージング鋼帯の組成、窒化条件に加えて、固溶化処理温度を適切に行なうことも重要である。本発明では、合金中のCrの固溶度を高めるために、固溶化処理温度を高め、850〜950℃とする。これは、固溶化処理温度が850℃未満であると、Crの固溶度が不十分となり易く、本発明で規定する窒化組織が得にくくなる。一方、固溶化処理温度が950℃を超えると結晶粒が粗大化する。そのため、固溶化処理温度を850〜950℃とする。
窒化処理温度は、例えばガス軟窒化処理の場合、450〜500℃の範囲とすれば良い。そして、特に重要なのが処理時間であり、窒化組織は処理時間に敏感に影響を受ける。なお、窒化処理は、上記の通り種々の窒化処理を適用可能なため、特に窒化処理温度が変化する。そのため、量産時において本発明の窒化組織とするには、高温固溶化処理後、処理時間を変化させて窒化組織を確認するのが良い。
上述した本発明のマルエージング鋼帯を適用した金属ベルト用マルエージング鋼では、低下し易い窒化層の圧縮残留応力の絶対値についても、窒化硬さや窒化層の圧縮残留応力の絶対値を高める効果のあるCr、Alによって窒化層の圧縮残留応力の絶対値を高めることができる。
本発明の金属ベルト用マルエージング鋼帯は、高引張強度、高疲労強度を有し、窒化処理により優れた疲労特性を有することから自動車エンジンの無段変速機用金属ベルトに好適である。
以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
(実施例1)
本発明で規定する組成範囲のマルエージング鋼を真空誘導溶解炉で溶解し、10kgのインゴットを作製し、均質化焼鈍を実施後、熱間鍛造した。さらに熱間圧延、冷間圧延によって約0.2mm厚さの鋼帯を作製し、金属ベルト用のマルエージング鋼とした。化学組成を表1に示す。
その後、900℃で固溶化処理を行ない、更に490℃で時効処理を行なった。窒化処理は、窒化組織の変化をより明確に表せるよう、処理Aとして460℃×35min、処理Bとして460℃×50minの条件でガス軟窒化を行った。なお、固溶化処理は水素雰囲気で実施した。
Figure 0005429651
図1に処理A及びBの硬さ分布測定結果を示す。
硬さ分布は窒化処理後の金属ベルト用マルエージング鋼帯の縦断面を熱硬化性樹脂に埋め込み、鏡面研磨した後、マイクロビッカース硬度計により荷重50gで測定した。なお、表面硬さは金属ベルト用マルエージング鋼帯の表面からマイクロビッカース硬度計により荷重100gで測定した。これよりNo.1、2の窒化深さはそれぞれ、25μm、50μmである。
窒化組織観察は、窒化深さ約15〜20μmの位置をFocus Ion Beam装置を用いて薄膜を作製し、透過型電子顕微鏡観察に供した。観察には加速電子200kVで実施し、析出物の同定および結晶方位関係の算出には析出物および母相の電子線回折図形とステレオ解析法を用いた。
疲労試験は、回転曲げ、引張圧縮、捻りといった種々の応力負荷様式があるが、本発明のマルエージング鋼帯を帯材としていることから曲げ応力を負荷する評価方法が適している。そのため、繰返し曲げ疲労試験において、従来のマルエージング鋼が破断するような高い応力を付与した時に破断しなければ高疲労強度を有していることが明らかである。そのため、平均応力が617MPa、最大応力が1176MPaで繰返し曲げ応力を付与した時に、破断繰返し数が10回まで実施した。
図2より処理Aの明視野像には針状の析出物が複数個観察され、同じ方位を示すことがわかる。また、この針状の析出物は図3、4の電子線回折図の解析からCrNであり、図5のステレオ解析からCrNと母相のマルテンサイトとの間には方位差4°で(-100)CrN // (-100)α’、[010]CrN // [0-1-1]α’が平行であるBaker‐Nuttingの結晶方位関係があり、格子整合性が良いことが分かる。
一方、図6より処理Bの明視野像にも針状の析出物が複数個観察されるが、処理Aで観察された析出物よりも粗大化しているのが分かる。また、この針状析出物は図7、8の電子線回折図の解析からCrNであり、図9のステレオ解析結果からCrNと母相のマルテンサイトとの間には方位差14°とBaker‐Nuttingの結晶方位からずれているのが確認でき、格子整合性が低いことが分かる。
表2に繰返し曲げ試験結果を示す。これより窒化組織中に整合性の良いCrNが析出したNo.1の金属ベルト用マルエージング鋼は、最大応力1176MPaの繰返し曲げ試験において未破断のまま10回に到達しているが、No.2の金属ベルト用マルエージング鋼は、何れも10回で破断している。これより格子整合性の良いCrNが析出したNo.1処理Aは析出強化硬化により優れた疲労特性を有している。
このように、本発明のマルエージング鋼帯は、窒化組織の適正化により高い疲労強度とすることができる。
Figure 0005429651
(実施例2)
実施例2では組成の影響を調査した。
No.2〜No.4の本発明の組成範囲のマルエージング鋼及び従来の組成を有するNo.5の比較材のマルエージング鋼を真空誘導溶解炉で溶解し、10kgのインゴットを作製し、均質化焼鈍を実施後、熱間鍛造した。さらに熱間圧延、冷間圧延によって約0.2mm厚さの鋼帯を作製し、金属ベルト用のマルエージング鋼とした。化学組成を表3に示す。
Figure 0005429651
上述の金属ベルト用のマルエージング鋼に対し、No.1〜4は900℃で、No.5は850℃で固溶化処理を行ない、更に490℃で時効処理を行なった後に、処理Cとして460℃×40minの条件でガス軟窒化を行った。なお、固溶化処理は水素雰囲気で実施した。
窒化組織観察は、窒化深さ約15〜20μmの位置をFocus Ion Beam装置を用いて薄膜を作製し、透過型電子顕微鏡観察に供した。観察には加速電子200kVで実施し、析出物の同定および結晶方位関係の算出には析出物および母相の電子線回折図形とステレオ解析法を用いた。なお、析出物の同定および結晶方位関係については、本発明No.2、3及び4について行なった。
No.2の明視野像を図10として示す。No.2処理Cの明視野像には針状の析出物が複数個観察され、同じ方位を示すことがわかる。また、この針状の析出物は図11の電子線回折図の解析から何れもCrNであった。
次に、図13のステレオ解析からBaker‐Nuttingの結晶方位関係を調査したところ、CrNと母相のマルテンサイトとの間には方位差6°で(100)CrN // (-101)α’、[010]CrN // [0-10]α’が平行であるBaker‐Nuttingの結晶方位関係があり、格子整合性が良いことが分かる。
No.3の明視野像を図14として示す。No.3処理Cの明視野像には針状の析出物が複数個観察され、同じ方位を示すことがわかる。また、この針状の析出物は図15及び16の電子線回折図の解析から何れもCrNであった。
次に、図17のステレオ解析からBaker‐Nuttingの結晶方位関係を調査したところ、CrNと母相のマルテンサイトとの間には方位差2°で(100)CrN // (-1-1)α’、[0-10]CrN // [0-11]α’が平行であるBaker‐Nuttingの結晶方位関係があり、格子整合性が良いことが分かる。
No.4の明視野像を図18に示す。No.4処理Cの明視野像には針状の析出物が複数個観察され、同じ方位を示すことがわかる。また、この針状の析出物は図19及び20の電子線回折図の解析から何れもCrNであった。
次に、図21のステレオ解析からBaker‐Nuttingの結晶方位関係を調査したところ、CrNと母相のマルテンサイトとの間には方位差5°で(100)CrN // (-1-10)α’、[0-10]CrN // [1-10]α’が平行であるBaker‐Nuttingの結晶方位関係があり、格子整合性が良いことが分かる。
疲労試験は、実施例1と同様、繰り返曲げ試験により評価を行なった。但し、マルエージング鋼帯が未破断とならないように更に高応力である平均応力が729MPa、最大応力が1399MPaで実施した。なお、このとき、前記実施例1のNo.1処理Aの本発明のマルエージング鋼帯も繰り返曲げ試験に供した。表4に繰返し曲げ試験結果を示す。
表4の結果から、窒化組織中に整合性の良いCrNが析出した本発明のNo.1、2、3及び4の金属ベルト用マルエージング鋼は、CrNが析出しない比較鋼No.5よりも析出強化硬化により優れた疲労特性を有していることを確認した。
中でも、低Alのマルエージング鋼帯は、高応力条件の繰り返曲げ試験にも関わらず、高い疲労強度が得られているのが分かる。
Figure 0005429651
表4に示すNo.1〜4の疲労試験後のマルエージング鋼帯の破面を観察したところ、破断の起点はTiNやTi(C,N)等の介在物ではなく、試験中に生じた表面欠陥によるものであった。
以上の結果から、本発明のマルエージング鋼帯は、窒化処理後の窒化組織を適正化することで曲げ疲労強度を向上させることができることが分かる。
本発明のマルエージング鋼帯は、過酷な条件で使用される金属ベルトに用いることが可能であるため、自動車用無段変速機等に使用される動力伝達金属ベルトのような高引張強度、高疲労強度が要求される部材に適用できる。

Claims (3)

  1. 質量%でC:0.01%以下、Si:0.1%以下、Mn:0.1%以下、P:0.01%以下、S:0.005%以下、Ni:8.0〜22.0%、Cr:0.1〜8.0%、Mo:2.0〜10.0%、Co:2.0%〜20.0%以下、Ti:0.1%以下、Al:2.5%以下、N:0.03%以下、O:0.005%以下、残部はFe及び不可避的不純物からなるマルエージング鋼に窒化処理を施したマルエージング鋼帯において、窒化層中に析出するCr窒化物が母相のマルテンサイトとの間に方位差10°以内でBaker‐Nuttingの結晶方位関係を有することを特徴とするマルエージング鋼帯。
  2. 質量%でCa:0.01%以下、Mg:0.005%以下、B:0.01%以下の1種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載のマルエージング鋼帯。
  3. 請求項1または2に記載のマルエージング鋼帯は、Al:0.1%未満であり、且つ、Al+Tiが0.1%以下であることを特徴とする請求項1に記載のマルエージング鋼帯。
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