JP6670441B2 - 金属ベルト用鋼帯の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、無段変速機用部品の動力伝達用の金属ベルトに用いる金属ベルト用鋼帯の製造方法に関するものである。
無段変速機用部品の動力伝達用の金属ベルトに用いる金属ベルト用鋼帯として、マルエージング鋼や、マルテンサイト系の鋼があり、高い疲労強度が求められている。
高い疲労強度を劣化させる要因の一つに仕上げ冷間圧延後に鋼帯表面に残存する線状のキズや、面状のキズ等の表面欠陥が挙げられる。これら表面欠陥が残存した鋼帯を用いて製造された部材は、表面欠陥を起点として部材の破断が発生する。
このＦｅ基合金でなる金属ベルト用鋼帯の表面欠陥を防止する提案としては、例えば特開２００５−２４６４１５号（特許文献１参照）として、金属ベルト用鋼帯の製造方法の発明がある。
高い疲労強度を劣化させる要因の一つに仕上げ冷間圧延後に鋼帯表面に残存する線状のキズや、面状のキズ等の表面欠陥が挙げられる。これら表面欠陥が残存した鋼帯を用いて製造された部材は、表面欠陥を起点として部材の破断が発生する。
このＦｅ基合金でなる金属ベルト用鋼帯の表面欠陥を防止する提案としては、例えば特開２００５−２４６４１５号（特許文献１参照）として、金属ベルト用鋼帯の製造方法の発明がある。
上述した特許文献１に開示される技術は、表面欠陥を低減できる金属ベルト用の鋼帯の製造方法として、グラインダー研削後に酸洗処理を行うものである。この特許文献１の発明によれば、グラインダ研削後に酸洗処理を行わなかった場合では、金属ベルト用鋼帯表面に砥粒が残留することがその比較例に報告されている。
しかしながら、グラインダー研削のみで砥粒の残留がなくなれば酸洗工程を省略でき、生産性が向上する。
本発明の目的は、表面研削工程後の酸洗工程を省略しても表面欠陥を防止することが可能な金属ベルト用の鋼帯の製造方法を提供することである。
しかしながら、グラインダー研削のみで砥粒の残留がなくなれば酸洗工程を省略でき、生産性が向上する。
本発明の目的は、表面研削工程後の酸洗工程を省略しても表面欠陥を防止することが可能な金属ベルト用の鋼帯の製造方法を提供することである。
本発明は上述した課題を解決するためになされたものである。
即ち本発明は、自動車エンジンの無段変速機用部品の動力伝達用の金属ベルト用鋼帯の製造方法において、熱間圧延後のマルエージング鋼またはマルテンサイト系合金鋼でなるＦｅ基合金鋼帯を素材とし、該素材の酸化被膜を除去する酸洗工程を行って冷間圧延用素材とし、前記冷間圧延用素材を冷間圧延する冷間圧延工程中に表面研削工程を含み、前記表面研削工程で研削された表面の表面粗さを、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５０μｍ以下、最大粗さ（Ｒｙ）が５．０μｍ以下、十点平均粗さ（Ｒｚ）が２．５μｍ以下とし、前記表面研削工程後に冷間圧延を少なくとも１回以上行う金属ベルト用鋼帯の製造方法である。
また本発明は、前記表面研削工程後には酸洗工程は行わない金属ベルト用鋼帯の製造方法である。
即ち本発明は、自動車エンジンの無段変速機用部品の動力伝達用の金属ベルト用鋼帯の製造方法において、熱間圧延後のマルエージング鋼またはマルテンサイト系合金鋼でなるＦｅ基合金鋼帯を素材とし、該素材の酸化被膜を除去する酸洗工程を行って冷間圧延用素材とし、前記冷間圧延用素材を冷間圧延する冷間圧延工程中に表面研削工程を含み、前記表面研削工程で研削された表面の表面粗さを、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５０μｍ以下、最大粗さ（Ｒｙ）が５．０μｍ以下、十点平均粗さ（Ｒｚ）が２．５μｍ以下とし、前記表面研削工程後に冷間圧延を少なくとも１回以上行う金属ベルト用鋼帯の製造方法である。
また本発明は、前記表面研削工程後には酸洗工程は行わない金属ベルト用鋼帯の製造方法である。
本発明の金属ベルト用鋼帯の製造方法を適用すれば、表面研削工程後の酸洗工程を省略しても表面欠陥を低減でき、自動車エンジンの無段変速機用部品の動力伝達用の金属ベルトとして最適とすることができる。
先ず、本発明では、熱間圧延後のＦｅ基合金鋼帯を素材とし、該素材の酸化被膜を除去する酸洗工程を行って冷間圧延用素材とする。
自動車エンジンの無段変速機用部品の動力伝達用の金属ベルトにおいては、１０７回以上の高サイクル領域において鋼中の介在物に代表される異物を起点として疲労破壊が生じるため、疲労破壊の起点となる異物（砥粒）の混入を防ぐことが必要となる。また、低サイクル領域においては表面欠陥を起点とした疲労破壊を生じるため、表面への異物の噛み込みやキズなどの表面欠陥を防止することも必要となる。
本発明では、熱間圧延後の素材に対して、酸化被膜を除去する酸洗工程を行って冷間圧延用素材とする。この酸化被膜の除去に、例えばグラインダー等を用いると砥粒が粗く、大きなものとなる。この粗く大きな砥粒がＦｅ基合金鋼帯表面に残留してしまうと疲労破壊の原因となるおそれがある。そのため、本発明では熱間圧延後のＦｅ基合金鋼帯を素材の酸化被膜の除去は、酸洗によって行い冷間圧延用素材とし、砥粒の残留を防止する。
自動車エンジンの無段変速機用部品の動力伝達用の金属ベルトにおいては、１０７回以上の高サイクル領域において鋼中の介在物に代表される異物を起点として疲労破壊が生じるため、疲労破壊の起点となる異物（砥粒）の混入を防ぐことが必要となる。また、低サイクル領域においては表面欠陥を起点とした疲労破壊を生じるため、表面への異物の噛み込みやキズなどの表面欠陥を防止することも必要となる。
本発明では、熱間圧延後の素材に対して、酸化被膜を除去する酸洗工程を行って冷間圧延用素材とする。この酸化被膜の除去に、例えばグラインダー等を用いると砥粒が粗く、大きなものとなる。この粗く大きな砥粒がＦｅ基合金鋼帯表面に残留してしまうと疲労破壊の原因となるおそれがある。そのため、本発明では熱間圧延後のＦｅ基合金鋼帯を素材の酸化被膜の除去は、酸洗によって行い冷間圧延用素材とし、砥粒の残留を防止する。
前述の冷間圧延用素材を用いて、冷間圧延を行う。本発明で言う「冷間圧延工程」とは、最初の冷間圧延から最終板厚とするまでの工程を言う。
本発明では、冷間圧延工程中に表面研削工程を行うが、表面研削工程前に圧下率で５０％以上の冷間圧延を行った後に、溶体化熱処理をしたものに行うことが好ましい。これは、例えば、グラインダー等による表面研削を行う場合、材料が過度に硬質であると削れ難くなり、熱間圧延時の酸化層や溶体化熱処理時の酸化膜が残留するおそれがあるためである。なお、本発明で行う表面研削工程は、冷間圧延材の表面形状を平坦とし、例えば、デスケール後に残存した酸化層や、軟化焼鈍によって形成された薄い酸化被膜を除去することを目的とする。特に例えばＴｉやＡｌを必須で含有するマルエージング鋼では軟化焼鈍後の冷間圧延材表面には酸化被膜が形成されるため、軟化焼鈍の後に行うとよい。
本発明では、冷間圧延工程中に表面研削工程を行うが、表面研削工程前に圧下率で５０％以上の冷間圧延を行った後に、溶体化熱処理をしたものに行うことが好ましい。これは、例えば、グラインダー等による表面研削を行う場合、材料が過度に硬質であると削れ難くなり、熱間圧延時の酸化層や溶体化熱処理時の酸化膜が残留するおそれがあるためである。なお、本発明で行う表面研削工程は、冷間圧延材の表面形状を平坦とし、例えば、デスケール後に残存した酸化層や、軟化焼鈍によって形成された薄い酸化被膜を除去することを目的とする。特に例えばＴｉやＡｌを必須で含有するマルエージング鋼では軟化焼鈍後の冷間圧延材表面には酸化被膜が形成されるため、軟化焼鈍の後に行うとよい。
本発明では、冷間圧延工程中の表面研削工程で研削された表面の表面粗さを、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１５〜０．５０μｍ、最大粗さ（Ｒｙ）が２．０〜５．０μｍ、十点平均粗さ（Ｒｚ）が２．５μｍ以下とする。これは、表面研削後の粗さが過度に粗いと、表面研削工程の粗さの山の頂点が、冷間圧延を経る度に潰されていくことによって、次第にキズが冷間圧延材表面に閉じた状態となっていき、最終的に製品では発見困難なかぶりきず欠陥になるためである。その結果、表面欠陥に起因した金属ベルトの破断となるおそれがある。そのため、算術平均粗さ（Ｒａ）、最大粗さ（Ｒｙ）、十点平均粗さ（Ｒｚ）の全てを上記の範囲内とする。なお、下限については特に限定しないが、研削を行っているため少なからず表面は粗くなる。現実な下限としては算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ、最大粗さ（Ｒｙ）が２．０μｍ、十点平均粗さ（Ｒｚ）が１．０μｍ程度である。
なお、この表面研削は、グラインダ研削によって冷間圧延材を移動させながら連続で処理すると生産性の点から好ましい。また、ある程度の硬さとした冷間圧延材に対して表面研削を実施するため、砥粒の残留のおそれも軽減されていることから、表面研削工程後の酸洗工程は必ずしも必要ではない。
なお、この表面研削は、グラインダ研削によって冷間圧延材を移動させながら連続で処理すると生産性の点から好ましい。また、ある程度の硬さとした冷間圧延材に対して表面研削を実施するため、砥粒の残留のおそれも軽減されていることから、表面研削工程後の酸洗工程は必ずしも必要ではない。
本発明では、表面研削工程の後に冷間圧延を少なくとも１回以上行って鋼帯の厚さを０．７ｍｍ以下とし、鋼帯組織の微細化と鋼帯の平坦度（寸法精度）を得る。そして、鋼帯の厚みを０．７ｍｍ以下とするのは、鋼帯を適当な長さに切断し、両端を接合してリングとして、自動車エンジンの無段変速機用部品の動力伝達用の金属ベルトにするための素材として好適となるからである。よって、本発明の仕上げ圧延後の厚さは０．７ｍｍ以下とすることが好ましいが、下限はおおよそ０．２ｍｍ程度とすることが好ましい。
ところで、本発明で用いるＦｅ基合金にはマルエージング鋼またはマルテンサイト系合金鋼であることが好ましい。これらの合金は熱処理や加工によって強度を約１３００ＭＰａ以上とすることができるためである。
なお、本発明で言うマルエージング鋼とは、マルテンサイト組織にエージング（時効硬化処理）を施すことで１３００Ｍｐａ以上（好ましくは２０００ＭＰａ前後）の非常に高い強度と優れた延性が得られる合金であり、Ｎｉを８〜２５％含む時効硬化型の超強力鋼を言う。代表的な組成としては、質量％で、Ｔｉ：０．２〜３．０％、Ｃ：０．０１％以下、Ｎｉ：８．０〜２２．０％、Ｃｏ：２．０〜２０．０％、Ｍｏ：２．０〜９．０％、Ａｌ：１．７％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｏ：３０ｐｐｍ以下、Ｎ：３０ｐｐｍ以下、残部は実質的にＦｅである。これにＭｇ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｂ等を１〜１００ｐｐｍ含有させてもよい。
マルテンサイト系合金鋼とは、加工誘起型や熱処理によって金属組織がマルテンサイト相を体積％で５０％以上となるものを言い、好ましい化学組成は質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：３．０％以下、Ｍｎ：５．０％を越え１０．０％以下、Ｎｉ：１．０〜１２．０％、Ｃｒ：４〜１８％、ＭｏまたはＷの１種または２種が、Ｍｏ+１／２Ｗで０．１〜４．０％、Ｃｕ：５．０％以下（０％を含む）、Ｎ：０．１５％以下（０％を含む）、Ａｌ：０．１０％以下、Ｏ：０．００５％以下、残部が実質的にＦｅの合金である。
なお、本発明で言うマルエージング鋼とは、マルテンサイト組織にエージング（時効硬化処理）を施すことで１３００Ｍｐａ以上（好ましくは２０００ＭＰａ前後）の非常に高い強度と優れた延性が得られる合金であり、Ｎｉを８〜２５％含む時効硬化型の超強力鋼を言う。代表的な組成としては、質量％で、Ｔｉ：０．２〜３．０％、Ｃ：０．０１％以下、Ｎｉ：８．０〜２２．０％、Ｃｏ：２．０〜２０．０％、Ｍｏ：２．０〜９．０％、Ａｌ：１．７％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｏ：３０ｐｐｍ以下、Ｎ：３０ｐｐｍ以下、残部は実質的にＦｅである。これにＭｇ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｂ等を１〜１００ｐｐｍ含有させてもよい。
マルテンサイト系合金鋼とは、加工誘起型や熱処理によって金属組織がマルテンサイト相を体積％で５０％以上となるものを言い、好ましい化学組成は質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：３．０％以下、Ｍｎ：５．０％を越え１０．０％以下、Ｎｉ：１．０〜１２．０％、Ｃｒ：４〜１８％、ＭｏまたはＷの１種または２種が、Ｍｏ+１／２Ｗで０．１〜４．０％、Ｃｕ：５．０％以下（０％を含む）、Ｎ：０．１５％以下（０％を含む）、Ａｌ：０．１０％以下、Ｏ：０．００５％以下、残部が実質的にＦｅの合金である。
以下、実施例として更に詳しく本発明を説明する。
真空誘導溶解で電極を製造し、真空アーク再溶解を行い鋼塊を得た。鋼塊を１２５０℃でソーキングを行なった後、熱間鍛造を行なって熱間鍛造品とし、熱間鍛造品を熱間圧延し、熱間圧延後の帯状のＦｅ基合金鋼帯に形成された酸化スケールは酸洗処理にて除去し、厚み３ｍｍの冷間圧延用素材とした。今回のＦｅ基合金鋼帯の素材は２０００ＭＰａ前後の引張強度を得ることができるマルエージング鋼とした。化学組成を表１に示す。
真空誘導溶解で電極を製造し、真空アーク再溶解を行い鋼塊を得た。鋼塊を１２５０℃でソーキングを行なった後、熱間鍛造を行なって熱間鍛造品とし、熱間鍛造品を熱間圧延し、熱間圧延後の帯状のＦｅ基合金鋼帯に形成された酸化スケールは酸洗処理にて除去し、厚み３ｍｍの冷間圧延用素材とした。今回のＦｅ基合金鋼帯の素材は２０００ＭＰａ前後の引張強度を得ることができるマルエージング鋼とした。化学組成を表１に示す。
次に、上記冷間圧延用素材に冷間圧延を行って厚さを１．１ｍｍ（圧下率６３％）とし、その後溶体化熱処理を行った後、グラインダーを用いて表面研削を行った。表面研削は粗さを３種類変化させた。その後、冷間圧延と焼鈍とを行って厚さが０．５ｍｍの金属ベルト用鋼帯に仕上げた。なお、表面研削工程後には酸洗工程は行わなかった。表面研削工程後の表面粗さを表２に示す。表面研削後の表面光学顕微鏡写真を図１に示し、本発明Ｎｏ．Ａの粗さのプロファイルを図２に示す。
表２に示すＮｏ．Ａは、図１及び図２から非常になめからな表面状態となっていることがわかる。また、Ｎｏ．Ａを冷間圧延した０．５ｍｍの金属ベルト用鋼帯にはかぶりきずは確認されなかった。一方、Ｎｏ．Ｂ，Ｃは表面研削工程後の表面粗さが粗く、その後圧延して０．５ｍｍの金属ベルト用鋼帯としたとき、かぶりきずが生じていた。
以上、説明する通り、本発明の製造方法を適用すれば、無段変速機用部品の動力伝達用の金属ベルトに用いる金属ベルト用鋼帯として最適となる。
以上、説明する通り、本発明の製造方法を適用すれば、無段変速機用部品の動力伝達用の金属ベルトに用いる金属ベルト用鋼帯として最適となる。
Claims (2)
- 自動車エンジンの無段変速機用部品の動力伝達用の金属ベルト用鋼帯の製造方法において、
熱間圧延後のマルエージング鋼またはマルテンサイト系合金鋼でなるＦｅ基合金鋼帯を素材とし、該素材の酸化被膜を除去する酸洗工程を行って冷間圧延用素材とし、前記冷間圧延用素材を冷間圧延する冷間圧延工程中に表面研削工程を含み、前記表面研削工程で研削された表面の表面粗さを、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５０μｍ以下、最大粗さ（Ｒｙ）が５．０μｍ以下、十点平均粗さ（Ｒｚ）が２．５μｍ以下とし、前記表面研削工程後に冷間圧延を少なくとも１回以上行うことを特徴とする金属ベルト用鋼帯の製造方法。 - 前記表面研削工程後には酸洗工程は行わないことを特徴とする請求項１に記載の金属ベルト用鋼帯の製造方法。
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| JP2016047560A JP6670441B2 (ja) | 2016-03-10 | 2016-03-10 | 金属ベルト用鋼帯の製造方法 |
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| JP2017159337A JP2017159337A (ja) | 2017-09-14 |
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