JP5725909B2 - 耐摩耗性に優れたクラッチプレート用鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の自動変速機の湿式多板クラッチ機構におけるクラッチプレートに関する。

自動変速機の湿式多板クラッチは、摩擦材(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開放/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総称して、クラッチプレートと呼ばれる。本明細書でいう「フリクションプレート」は、セパレートプレートの摩擦相手である「フリクションプレート」を意味する。

フリクションプレートは、セパレートプレートと接触するとともに、内側のハブに刻まれた溝と噛み合う構造になっている。そのために、フリクションプレートのリング内周部には溝と噛み合う「歯」が設けられている。歯の部分には、耐摩耗性に優れることが要求される。

フリクションプレートにおける歯先の耐摩耗性向上する技術として、特許文献１には、ＴｉＣやセメンタイト等の硬質析出物により耐摩耗性を向上する手法が開示されている。特許文献２には、フェライト粒径５〜１５μｍのフェライト組織を有する熱延鋼板を圧下率５０％以上の冷間圧延することで耐摩耗性を向上する手法が開示されている。特許文献３には、ＣｒおよびＴｉとＢの複合添加による鋼組織制御により、耐摩耗性を向上する手法が開示されている。特許文献４には、パーライトとセメンタイト分率およびフェライト粒径の鋼組織制御により、耐摩耗性を向上する手法が開示されている。

特開２００１−７３０７３号 特開２００３−２７７８８３号 特開２００７−２１１２６０号 特開２００４−１６２１５３号

自動車の自動変速機の湿式多板クラッチ機構におけるクラッチプレートの耐摩耗性の改善手段については、非常に硬質なＴｉＣを微細分散させることで耐摩耗性が向上することは知られており、先行技術でも、ＴｉＣによる耐摩耗性改善は一部利用されている。しかし、ＴｉＣによる耐摩耗性向上の効果を更に高めるべくTi添加量を増やすと、靭性を阻害する結果になることを理由に、Ｔｉ添加量は低く抑えられているのが現状である
本発明は、粗大なＴｉ系析出物を生成させない方法により、フリクションプレートの歯先の耐摩耗性が優れ、同時に打抜き性等を阻害しないクラッチプレート用鋼板を提供することを目的とする。

上記目的は、次の手段によって達成される。
本発明の耐摩耗性に優れた湿式多板クラッチのクラッチプレート用鋼板は、まず、その成
分組成を次のとおりとする。質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：０〜１．０％、Ｍ
ｎ：０．２〜２．０％、Ｐ，Ｓ：０．０３％以下、Ｔｉ：０．１１〜０．３％、Ｎ：０．０
０５％以下を含み、残部Ｆｅならびに不可避不純物からなる化学成分を有する。

さらに、Ｃｒ：０．１０〜２.０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｂ：０．０００２〜０．００２％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｖ：０．０１〜０．２％の一種または複数種を含有してもよい。

また、請求項１または２に記載の化学成分を有する鋼スラブを１２００℃以上に加熱して熱間圧延し、５５０℃以上で巻取った熱延コイルを素材とし、これに直接冷間圧延を施すか、または焼鈍を行った上で冷間圧延を施し、断面硬さ２００〜３００ＨＶの鋼板とすることを特徴とする、耐摩耗性に優れた湿式多板クラッチのクラッチプレート用鋼板の製造方法である。

本発明の鋼板は、Ｎ量を制限し、ＴｉＮ生成量を抑えることにより、靭性を確保できることを特徴とする。Ｎ量を制限した鋼では、熱間圧延において、加熱温度を１２００℃以上としてＴｉを十分に固溶させ、熱間圧延後の巻取りは５００℃以上で行い、ＴｉＣを微細に分散させて耐摩耗性向上に寄与するものである。

本発明によれば、従来両立が困難であった「優れた耐摩耗性」と「優れた打抜き性」を同時に実現することのできる鋼板が提供可能となる。したがって本発明は、セパレートプレートの品質向上および湿式多板クラッチの性能向上に寄与するものである。

実施例に用いた供試材の製造方法 発明例である記号Ｎｏ．１１ｂの組織写真

〔化学組成〕
各成分元素について説明する。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：０．１〜０．６％
Ｃ含有量が低すぎると、耐摩耗性を担う硬質炭化物粒子を形成させることが困難となる。
そのため、硬質炭化物粒子を形成させるために０．１％以上の含有量を確保する必要がある。鋼板の硬度、耐摩耗性の向上という点からは、Ｃ含有量が多いほど効果的である。０．６％を超えると、打抜き性の改善効果を得ることが困難となる。このためＣ量は０．１〜０．６％以下の範囲で添加することが好ましい。

Ｓｉ：０〜１．０％
Ｓｉは、通常の脱酸目的として添加する場合は１．０％未満で十分である。ただし、過剰なＳｉ含有の鋼は脆化を招くので、Ｓｉ含有量は１．０％以下の範囲で添加することが好ましい。

Ｍｎ：０．２〜２．０％
Ｍｎは、打抜き断面の耐摩耗性の確保のために必要な元素である。Ｍｎ添加量が０．２％以下になると打抜き断面の耐摩耗性が不十分となる。２．０％以上のＭｎを添加すると、打抜き面にクラックが発生するため、上限を２．０％に特定した。好ましいＭｎ含有量の範囲は同様の理由から０．８〜１．５％である。

Ｐ：０．０３％以下
Ｓ：０．０３％以下
Ｐ，Ｓは、０．０３％以上添加すると、打抜き性および靭性の低下を招くので、それぞれ０．０３％以下に制限される。

Ｔｉ：０．１〜０．３％
Ｔｉは、鋼中のＣと結合し、硬質炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に効果的な元素である。添加量が過剰であると粗大な炭化物の生成を招き、靭性、疲労特性を劣化させる要因となる。このため、０．１〜０．３％に特定したが、０．１〜０．２５％の範囲で添加することが好ましい。

Ｎ：０．００５％以下
Ｎは不可避的に混入する元素である。添加量が０．００５％以上添加すると、窒化物（ＴｉＮ）の生成量が増加し、耐摩耗性、靭性を劣化させる要因となる。このため、上限を０．００５％以下の範囲で添加することが好ましい。

Ｃｒ：０．１０〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｂ：０．０００２〜０．００２％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｖ：０．０１〜０．２％
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ、Ｎｂ、Ｖの一種または複数種を含有することで、耐摩耗性の向上に効果的である。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る。ただし、これらの元素含有量が過剰であると粗大な炭化物の生成を招き、靭性、疲労特性を劣化させる要因となる。このため、Ｃｒ：０．１０〜２.０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｂ：０．０００２〜０．００２％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｖ：０．０１〜０．２％の含有範囲にそれぞれ制限する必要がある。

〔硬さ〕
フリクション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ハブのスプラインの摩耗を早めるので好ましくない。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なく、そのためには前述のようにＣｒ、Ｍｏ、Ｂ、Ｎｂ、Ｖの一種または複数種を含有させることで耐摩耗性の向上に効果的である。

〔製造方法〕
請求項１または２に記載の化学成分を有する鋼スラブを１２００℃以上に加熱して熱間圧延し、５００℃以上で巻取った熱延コイルを素材とする。フリクションプレートには上述の硬さ、および平坦性が要求されるため、最終的な冷間圧延率は概ね２０〜４５％程度の範囲で調整される。冷間圧延工程中に中間焼鈍を入れる場合は、最後の中間焼鈍の後に行った冷間圧延率を指す。

〔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、板厚が１．４〜４．０ｍｍの熱延板を製造し、冷間圧延により最終的に板厚１．２ｍｍの冷延鋼板を製造して、これを供試材とした。図１中のパターン（Ａ）または（Ｂ）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いる。各供試材から試験片を採取し、下記の要領にて打抜き試験および摩耗試験を行った。

〔打抜き試験〕
供試材から１．２ｍｍ厚の平坦な鋼板試料を採取し、３００ｋＮ万能試験機を用いて、以下の条件で打抜き試験を行った。打抜き形状として、１．２ｍｍ厚×１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形の形状に打抜き試験を実施した。打抜き金型として、ポンチ、ダイスともに６０ＨＲＣに調質されたＪＩＳ規格のＳＫＤ１１を使用した。
試験条件は、打抜き加工速度１．７ｍｍ／ｓｅｃ、クリアランス１０％、打抜きショット数２０００ショットとした。
鋼Ｎｏ．１０を評価の基準材とし、打抜きせん断面が基準材より多いものを○（打抜き性：良好）、それ以外を×（打抜き性：不十分）と判定とし、○評価を合格とした。結果を表３に示す。

〔ピンオンディスク摩擦摩耗試験〕
ピンオンディスク摩擦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。
ピンは、打抜き試験のために採取した１．２ｍｍ厚×１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形の打抜きサンプルを１．２ｍｍ厚×１０ｍｍ×２ｍｍの長方形に切断し、ディスクとの接触面が１．２ｍｍ厚×２ｍｍになるよう試料ホルダーに固定した。すなわち、ディスクと接触するのは、打抜き面である。また、ディスクには、ＳＫ８５の焼入れ焼戻しによって４００ＨＶに調質したものを用いた。
試験条件は、試験荷重７００Ｎで押し付けながら、摩擦速度１．０ｍ／ｓｅｃ、摩擦距離３６００ｍの条件で摩耗試験を行った。試験前後のピン試験片から摩耗により消失した摩耗高さを測定し、これを摩耗減少量とした。
鋼Ｎｏ．１０を評価の基準材とし、摩耗減少量がこの基準材の摩耗減少量である３０μｍ未満のものを○、それ以上を×と判定とし、○評価を合格とした。結果を表３に示す。

総合評価は、打抜き面性状評価と耐摩耗性評価の両方が合格であったものを、○（合格）とした。表３からわかるように、本発明例材料は打抜き性、耐摩耗性とも良好であった。
比較例Ｎｏ．１１ａおよびＮｏ．１３ａは、硬さを低く調整しすぎたものであり、打抜き性が極めて良好である反面、耐摩耗性に劣った。Ｎｏ．１１ｃおよびＮｏ．１３ｃは、硬さを過剰に高く調整しすぎたものであり、打抜き性に劣った。Ｎｏ．１、２およびＮｏ．４、５は、耐摩耗性向上元素の含有量が低すぎたため、耐摩耗性に劣った。Ｎｏ．８は、Ｃ含有量が過大であるため、打抜き性に劣った。Ｎｏ．９は、Ｎ含有量が過大であるため、打抜き性、耐摩耗性ともに劣った。

図２に、表２中の記号１１ｂの材料における電子顕微鏡写真を示す。白く粒状に観察されるものが、マトリックス中に分散している微細な硬質析出物である。

Claims (4)

1. 質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：０〜１．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｐ：
   ０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｔｉ：０．１１〜０．３％、Ｎ：０．００５％以下
   を含み、残部Ｆｅならびに不可避不純物からなる化学成分を有することを特徴とする、耐
   摩耗性に優れた湿式多板クラッチのクラッチプレート用鋼板。
2. さらに、Ｃｒ：０．１０〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｂ：０．０００２〜０
   ．００２％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｖ：０．０１〜０．２％の一種または複数種を
   含有することを特徴とする請求項１に記載のクラッチプレート用鋼板。
3. 質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：０〜１．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｐ，
   Ｓ：０．０３％以下、Ｔｉ：０．１１〜０．３％、Ｎ：０．００５％以下を含み、残部Ｆｅ
   ならびに不可避不純物からなる鋼スラブを１２００℃以上に加熱して熱間圧延し、５００
   ℃以上で巻取った熱延コイルを素材とし、これに直接冷間圧延を施すか、または焼鈍を行
   った上で冷間圧延を施して、断面硬さ２００〜３００ＨＶの鋼板とすることを特徴とする
   、耐摩耗性に優れた湿式多板クラッチのクラッチプレート用鋼板の製造方法。
4. 鋼スラブが、さらに、Ｃｒ：０．１０〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｂ：０．
   ０００２〜０．００２％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｖ：０．０１〜０．２％の一種ま
   たは複数種を含有する請求項３に記載のクラッチプレート用鋼板の製造方法。

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