JP5522982B2

JP5522982B2 - Ａｔセパレートプレート用鋼板

Info

Publication number: JP5522982B2
Application number: JP2009145836A
Authority: JP
Inventors: 聡田頭; 幸男片桐; 一城仲井; 恒年洲▲崎▼
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2029-06-18
Also published as: JP2011001604A

Description

本発明は、自動車のオートマチックトランスミッションの湿式多板クラッチを構成する部材であるＡＴセパレートプレートに用いる鋼板に関する。

オートマチックトランスミッションの湿式多板クラッチは、摩擦材（例えば特殊な紙）を表面に貼り付けた複数の「フリクションプレート」と、その接触相手である「セパレートプレート」が交互に配置され、フリクションプレートとセパレートプレートの解放／締結を切り替える動作によって動力の伝達を制御する機構である。フリクションプレートとセパレートプレートは、いずれもリング状の鋼板部材である。湿式多板クラッチを構成するこれらのプレートは一般に「ＡＴプレート」と呼ばれる。本明細書でいう「ＡＴセパレートプレート」は、フリクションプレートの摩擦相手である上記「セパレートプレート」を意味する。

ＡＴセパレートプレートは、フリクションプレートと接触するとともに、周囲のドラム（構造によっては内側のハブ）やケースに刻まれた溝と噛み合うようになっている。そのために、セパレートプレートのリング外周部（あるいは内周部）には溝と噛み合う「歯」が設けられている。歯の部分は耐摩耗性に優れることが要求される

特許文献１、２にはＡＴセパレートプレートに好適な比較的低コストの鋼材が開示されている。

自動車の運転中には、フリクションプレートとセパレートプレートの解放／締結状態を切り替える動作が頻繁に行われ、そのたびにセパレートプレートの表面はフリクションプレートの摩擦材と摩擦し、高温に曝される。過度な高温に曝されると、セパレートプレートの表面には「ヒートスポット」と呼ばれる変質層が局部的に形成されることがある。ヒートスポットは本来の表面に対し相対的に凸部となっており、摩擦材の摩耗を早めるなど、不具合の原因となる。

ヒートスポットを抑制する技術として、特許文献３には低炭素鋼でフェライト→オーステナイト変態点を高温側へ移行させ、変態時の変形を軽減する手法が開示されている。特許文献４には熱伝導率の高い鋼を使用して熱拡散を促進させることにより変形を抑制する手法が開示されている。特許文献５にはオーステナイト単相鋼（ＳＵＳ）を使用することにより変態に伴う変形を回避する手法が開示されている。

特開２００３−２７７８８３号公報特開２００７−２１１２６０号公報特開２００５−２４９０５０号公報特開２００５−２４９０５１号公報特開２００５−２４９１０６号公報

特許文献１、２に記載の技術は、比較的低コストで耐摩耗性および平坦性の高い部品の製造を可能にするものであり、ＡＴセパレートプレートを製造するうえで有用である。しかし、ヒートスポットの問題については特に考慮されていない。
特許文献３、４に記載の技術は、ヒートスポットの軽減を狙ったものである。しかし、歯の部分における耐摩耗性に関しては更なる向上が望まれる場合がある。
特許文献５に開示の鋼材はオーステナイト鋼であるので、コストが高い。

本発明は、ヒートスポットの発生に対する抵抗力（耐ヒートスポット性）、および歯の部分の耐摩耗性を同時に改善することができる比較的安価なＡＴセパレートプレート用鋼板を提供しようというものである。

上記目的は、質量％で、Ｃ：０.０５〜０.３０％、Ｓｉ：３.０％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０.０３％以下、Ｓ：０.０３％以下、Ｃｒ：０〜０.３％、Ｍｏ：０〜０.０５％、Ｎｉ：０〜０.０５％、Ｂ：０〜０.０００３％、Ａｌ：０.００５〜５.０％であり、さらにＴｉ：０.１％以下、Ｎｂ：０.３％以下、Ｖ：０.３％以下の１種以上を合計０.０６％以上含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、冷間圧延により硬さが２００〜３２０ＨＶに調整されているＡＴセパレートプレート用鋼板によって達成される。

ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｂの下限０％は、鋼の品質管理における通常の分析手法において検出限界以下である場合を意味する。

また本発明では、特に優れた耐ヒートスポット性を有する鋼板として、上記の鋼板においてＳｉ含有量を０.７〜３.０％としたもの、あるいはさらにＡｌ含有量を０.１〜５.０％としたものが提供される。

本発明によれば、従来両立が困難であった「優れた耐ヒートスポット性」と「優れた耐摩耗性」を同時に実現することのできる低コストの鋼板が提供可能となる。したがって本発明は、ＡＴセパレートプレートの品質向上、ひいては湿式多板クラッチの性能向上に寄与するものである。

実施例の鋼板製造工程を示した図。ヒートスポット再現試験方法の概要を模式的に示した図。

発明者らの詳細な検討によれば、ＡＴセパレートプレートにおいて問題となるヒートスポットは、マルテンサイト相を含む変質層であることが明らかとなった。セパレートプレートの表層部がフリクションプレートの摩擦材との摩擦によってオーステナイト生成領域（Ａｃ₁点以上の温度域）に昇温したのち、摩擦が終了した時点で急冷されることによって、セパレートプレートの表層部が局部的にマルテンサイト相を含む変質層となり、ヒートスポットができる。ヒートスポットの部分はマルテンサイト相生成による体積増大によって、突起状となっている。

〔化学組成〕
発明者らは研究の結果、以下の成分設計を採用することが、本発明の課題を実現する上で極めて有効であることを見出した。
（１）低Ｃ化することによりマルテンサイト変態に伴う体積膨張率を低減する。
（２）焼入れ性向上元素Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｂを低減して焼入れ性を低下させ、マルテンサイトの生成を抑制する。
（３）Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂの１種以上を積極添加して高温でのオーステナイト粒径を微細化することにより焼入れ性を低下させ、マルテンサイトの生成を抑制する。
（４）必要に応じてＳｉ、Ａｌを積極添加してＡ₁、Ａ₃変態点を上昇させ、マルテンサイトの生成を抑制する。
（５）Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂの１種以上を積極添加して硬質炭化物を微細分散させ、耐摩耗性を向上させる。

各成分元素について簡単に説明する。以下、成分元素における「％」は特に断らない限り「質量％」を意味する。
Ｃは、耐摩耗性を担う硬質炭化物粒子を形成させるために０.０５％以上の含有量を確保する必要がある。ただし、Ｃ含有量が多くなるとマルテンサイトが生成した場合の体積膨張が増大し、ヒートスポットの突起高さが過大となりやすい。種々検討の結果、Ｃ含有量は０.３０％以下に制限される。

Ｓｉは、通常の脱酸目的として添加する場合は０.７％未満で十分であり、０.３％以下に管理しても構わない。一方、上記（４）の目的で積極添加する場合は、０.７％以上のＳｉ含有量とすることが有効である。ただし、過剰なＳｉ含有は鋼の脆化を招くので、Ｓｉ含有量の上限は３.０％に制限される。２.０％以下の範囲で添加することがより好ましい。

Ｍｎは、上記（２）の理由により１.０％以下の含有量に制限される。０.６％以下とすることがより好ましい。
Ｃｒは、上記（２）の理由により０.３％以下の含有量に制限される。０.１５％以下とすることがより好ましい。０％であっても構わない。
Ｍｏは、上記（２）の理由により０.０５％以下の含有量に制限される。０％であっても構わない。
Ｂは、上記（２）の理由により０.０００３％以下の含有量に厳しく制限される。０％であっても構わない。

Ｐ、Ｓは、焼入れ性の上昇、靱性の低下を招くので、それぞれ０.０３％以下に制限される。

Ａｌは、脱酸のために０.００５％以上の含有量を確保するが、上記（４）の目的で積極添加する場合を除き０.１％未満の含有量で十分である。０.０４％以下の範囲に管理しても構わない。一方、上記（４）の目的で添加する場合は、０.１％以上のＡｌ含有量とすることが有効である。１.０％以上とすることがより効果的であり、２.５％以上とすることがより一層効果的である。ただし、過剰のＡｌ含有は鋼の脆化を招くので、Ａｌ含有量の上限は５.０％に制限される。

Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖは、上記（３）、（５）の理由により、本発明では積極的に添加する。具体的には、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖの１種以上を添加し、その合計含有量を０.０６％以上とすることが必要であり、１.０％以上とすることがより効果的である。これらの元素の含有量が少ないと硬質炭化物の析出量が不十分となり、上記（３）、（５）の作用が十分に発揮されない。Ｔｉを添加する場合はその含有量を０.０１％以上とすることがより効果的であり、Ｎｂを添加する場合はその含有量を０.０１％以上とすることがより効果的であり、Ｖを添加する場合はその含有量を０.０５％以上とすることがより効果的である。ただし、これらの元素の含有量が過剰であると粗大な炭化物の生成を招き、靱性、疲労特性を劣化させる要因となる。種々検討の結果、Ｔｉは０.１％以下、Ｎｂは０.３％以下、Ｖは０.３％以下の含有量範囲にそれぞれ制限する必要がある。

〔硬さ〕
ＡＴセパレートプレートに適用するためには、歯の部分での耐摩耗性を確保するうえで、鋼板の硬さは２００ＨＶ以上に調整されている必要がある。ただし、硬すぎると、歯と噛み合う相手部材のスプラインの摩耗を早めるので好ましくない。種々検討の結果、３２０ＨＶ以下の範囲で硬さを調製する必要がある。なお、単に硬さを増大させるだけで十分な耐摩耗性が付与できるわけではなく、そのためには前述のようにＴｉ、Ｎｂ、Ｖの１種以上を添加して上記（５）の作用を発揮させることが重要である。

〔製造方法〕
本発明の対象鋼はＣ含有量が比較的低いので、軟鋼（ＳＰＣＣ）の鋼板と類似の製造工程を採用することができる。ただし、ＡＴセパレートプレートには上述の硬さ、および平坦性が要求されるので、最終的には冷間圧延仕上げにて板厚および硬さを調整する必要がある。最終的な冷間圧延率（冷間圧延工程中に中間焼鈍を入れる場合は、最後の中間焼鈍後の冷間圧延率）は概ね１０〜６０％程度の範囲で調整される。

〔金属組織〕
本発明の鋼板は、マトリクスが「フェライト＋パーライト」または「フェライト＋セメンタイト」であり、マトリクス中に硬質炭化物が微細分散している金属組織を有する。冷間圧延仕上げであるから、結晶粒は圧延方向に伸びている。

表１に示す鋼を溶製し、図１に示す工程により板厚２.０ｍｍの冷延鋼板を製造し、これを供試材とした。図１中のパターン（Ａ）〜（Ｃ）の何れを採用したかについては表２中の工程欄に示してある。各供試材から試験片を採取し、下記の要領にてヒートスポット再現試験および摩耗試験を行った。

〔ヒートスポット再現試験〕
発明者らは、耐ヒートスポット性を評価する手法について種々検討を行った結果、強力なレーザー光を試料表面に短時間照射することにより表層部を局部的に加熱する方法が極めて有効であることを見出した。レーザー光の出力と照射時間を適切に設定したとき、レーザー照射を停止すると鋼板の自己冷却作用により加熱部が急冷され、ヒートスポットに特徴的な変質層（マルテンサイトを含む組織変化層）を作り出すことができる。ヒートスポットの部分には突起が生じるので、その突起高さを測定することにより耐ヒートスポット性が評価できる。なお、この試験はヒートスポットが生じやすい厳しい条件で耐ヒートスポット性を評価するものであり、実際の使用においてこの試験と同程度の顕著なヒートスポットが生じるわけではない。
具体的には以下のようにして試験を行った。

図２にヒートスポット再現試験方法の概要を示す。供試材から２.０ｍｍ厚×２５ｍｍ×２５ｍｍの試験片を採取し、その試験片をボルトによって鋼製ブロック（２０ｍｍ厚×６０ｍｍ×６０ｍｍ）の表面中央部に拘束した。試験片表面の中央部にレーザービームを照射した。照射条件は、ＣＯ₂レーザー、実効出力１０８０Ｗ、ビーム形状６ｍｍφ、照射時間０.７５秒とした。
レーザー照射後の試験片を鋼製ブロックに固定したままの状態として、試験片表面の形状を三次元形状計測器により計測した。照射部の最高地点と非照射部測定位置の高さの差を「突起高さ」と定義し、非照射部測定位置としてｘ軸方向およびｙ軸方向の位置を採用し、それぞれの位置で測定した突起高さの平均を「平均突起高さ」とした。平均突起高さが低いほど、耐ヒートスポット性は良好であると判断される。鋼Ｎｏ.１３の現行品を対照材とし、平均突起高さで判断した耐ヒートスポット性が対照材より十分に優れていると評価されるものを○（耐ヒートスポット性；良好）、対照材と同等以下であると評価されるものを×（耐ヒートスポット性；不十分）と判定し、○評価を合格とした。結果を表２に示す。

〔摩耗試験〕
供試材から２.０ｍｍ厚×２５ｍｍ×５０ｍｍの平坦な鋼板試料を採取し、表面を＃８００エメリー紙で研磨仕上げしたものを摩耗試験片として使用した。
大越式迅速摩耗試験機を用いて、ミッションオイルを滴下しながら以下の条件で摩耗試験を行った。回転子として、低炭素熱延鋼板の表面にガス軟窒化処理を施した、直径３０ｍｍ、厚さ３ｍｍのものを使用した。試験条件は、最終荷重６.３ｋｇｆ、摩耗速度０.６１ｍ／ｓｅｃ、摩耗距離６００ｍとした。
鋼Ｎｏ.１３の現行品を対照材とし、この試験による比摩耗量が対照材より少ないものを○（耐摩耗性；良好）、それ以外を×（耐摩耗性；不十分）と判定し、○評価を合格とした。結果を表２に示す。

表２からわかるように、本発明例のものは耐ヒートスポット性、耐摩耗性とも良好であった。
比較例Ｎｏ.３ｂは硬さを過剰に高く調整しすぎたものであり、耐摩耗性は極めて良好である反面、歯と噛み合う相手部材のスプラインの摩耗を早めることが懸念される。Ｎｏ.４ｂは硬さを低く調整しすぎたものであり、耐摩耗性に劣った。Ｎｏ.１４、１８はＣ含有量が過大であるためヒートスポットの平均突起高さが高くなった。Ｎｏ.１５〜１７は焼入れ性向上元素の含有量が過剰であるためヒートスポットの平均突起高さが高くなった。このうちＮｏ.１５はＴｉ、Ｎｂ、Ｖ無添加であるため耐摩耗性にも劣った。Ｎｏ.１９はＴｉ、Ｎｂ、Ｖの合計含有量が不足したため耐摩耗性に劣った。Ｎｏ.２０はＣ含有量が過小であるため耐摩耗性に劣った。

Claims

質量％で、Ｃ：０.０５〜０.３０％、Ｓｉ：３.０％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０.０３％以下、Ｓ：０.０３％以下、Ｃｒ：０〜０.３％、Ｍｏ：０〜０.０５％、Ｎｉ：０〜０.０５％、Ｂ：０〜０.０００３％、Ａｌ：０.００５〜５.０％であり、さらにＴｉ：０.１％以下、Ｎｂ：０.３％以下、Ｖ：０.３％以下の１種以上を合計０.０６％以上含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、冷間圧延により硬さが２００〜３２０ＨＶに調整されているＡＴセパレートプレート用鋼板。
Ｓｉ含有量が０.７〜３.０％である請求項１に記載のＡＴセパレートプレート用鋼板。
Ａｌ含有量が０.１〜５.０％である請求項１または２に記載のＡＴセパレートプレート用鋼板。