JPH10121130A

JPH10121130A - 無端金属リングの製造方法

Info

Publication number: JPH10121130A
Application number: JP26896696A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Nakajima; 克幸中島; Hitoshi Imai; 仁司今井; Hiroaki Yamagishi; 弘昭山岸; Yoshifumi Nibe; ▲良▼史仁部; Masahiko Kaneshi; 真彦金志; Minoru Wada; 実和田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 1998-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】処理時間が短く、良好な摩耗性や耐久性が得
られる製造技術を提供する。【解決手段】溶体化及び冷間加工を施したマルエージ
ング鋼を、５２０〜５３０℃の塩浴で１０〜２５分加熱
保持することにより、表面に所望の窒化層深さを得るこ
とができる。【効果】塩浴窒化処理工程時間が１０〜２５分である
ため、従来のガス軟窒化法による窒化処理時間４〜６時
間に比較して、１／１０〜１／２０の所要時間となり、
生産性を大いに高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマルエージング鋼製
無端金属リングの製造方法、詳しくは無段変速機の動力
伝達ベルトに好適な無端金属リングの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】マルエージング鋼は、１８％程度のＮｉ
を含む低炭素鋼であり、溶体化後適温に加熱することに
よって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。このマルエ
ージング鋼は、極めて苛酷な条件で使用される無段変速
機の動力伝達ベルトに好んで採用されており、マルエー
ジング鋼の機械的及び熱処理がその特性を決める上で重
要である。このための機械的処理及び熱処理には、例え
ば特公平５−３３２８４号公報「無端金属ベルトの製
造方法」や特公平５−８２４５２号公報「耐摩耗性お
よび疲労強度に優れたマルエージング鋼製部材の製造方
法」が提案されている。

【０００３】上記は、ベルトを溶体化し、次にベルト
に０．２〜１．９％の塑性変形を加え、最後に時効処理
を施すことを特徴とする。上記は、部材を溶体化し、
次に部材に５〜６０ｋｇ／ｍｍ²の圧縮残留応力を付与
し、最後に窒化雰囲気中で部品を処理することで表面に
窒化処理、内部に時効処理を施すものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記は、時効処理の
みを施すので、表面の耐久性の向上は望めない。上記
は、表面を窒化処理するため、表面の耐久性向上が期待
できる。しかし、同公報の第３ページ右欄第１０行以降
に記載されるとおりに、保持時間が６時間であり、処理
時間が極めて長くなり生産性を高める上で障害となって
いる。そこで、本発明の目的は、処理時間が短く、良好
な摩耗性や耐久性が得られる製造技術を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべく
本発明者等は、従来の処理方法を見直す中で、特にガス
軟窒化工程の工程短縮の研究を進めた。ところが、処理
時間を短くすべく処理温度を例えば５２０℃に高める
と、今度はオーバーエージングすなわち過時効となり、
かえって硬度や切欠き靱性が低下して摩耗性や耐久性に
悪影響を及ぼす結果となった。そこで、ガス軟窒化法に
代る技術として塩浴窒化法に注目した。しかし、塩浴窒
化法は、極端に処理速度が大きいため、窒化深さのコン
トロールが難しい。そのため今までマルエージング鋼に
塩浴窒化法を採用せず、処理の穏やかなガス軟窒化法が
採用されてきたわけである。

【０００６】そこで、本発明者等は、数々の実験を継続
しつつ鋭意研究を進め、マルエージング鋼製無端金属リ
ングに適用可能な塩浴窒化法を見出すことに成功した。
具体的には、請求項１の無端金属リングの製造方法は、
マルエージング鋼の板の端部同士を溶接してリングにす
る工程と、得られた無端金属リングを８２０〜８３０℃
に１時間を超えない時間保持することで溶体化処理する
工程と、この無端金属リングを圧下率４０〜５０％の条
件で冷間圧延する工程と、圧延後の無端金属リングを５
２０〜５３０℃の塩浴に１０〜２５分だけ浸漬する塩浴
窒化処理工程とからなる。その理由は次の通りである。

【０００７】図１（ａ）〜（ｄ）は溶接部の硬度を示す
グラフである。（ａ）は、溶体化処理前、すなわち、マ
ルエージング鋼の板の端部同士を溶接した後の溶接金属
と熱影響部のマイクロビッカース硬さ（ＨMV100）を示
し、熱影響部に３８０〜４５０ＨMVの硬い領域が存在す
る。（ｂ）は、無端金属リングを、８２０〜８３０℃に
２０分保持することで溶体化処理を実施したものであ
り、溶接金属、熱影響部及び母材に亘って３１０〜３２
０ＨMVの平均した硬さが得られた。データは省略する
が、無端金属リングを均一に加熱し、十分に溶体化する
ために、余裕を見込んで２０分の処理時間を確保するこ
とにした。

【０００８】（ｃ）は、無端金属リングを、８２０〜８
３０℃に４０分保持することで溶体化処理を実施したも
のであり、（ｂ）と同程度の平均した硬さが得られた。
（ｄ）は、無端金属リングを、８２０〜８３０℃に６０
分保持することで溶体化処理を実施したものであり、
（ｂ）と同程度の平均した硬さが得られた。処理時間を
長くすると、生産能率が落ち、エネルギーコストが嵩む
ので、６０分を超えないようにする。従って、溶体化処
理は、８２０〜８３０℃で２０〜６０分、すなわち、６
０分を超えない時間で実施する。

【０００９】図２（ａ）〜（ｃ）はマルエージング鋼の
引張強さ、絞り及び切欠引張強さを示すグラフであり、
横軸は冷間加工度（％）、縦軸はそれぞれ「冷間加工と
時効硬化とを施したマルエージング鋼」の引張強さ（ｋ
ｇ／ｍｍ²）、絞り（％）及び切欠引張強さ（ｋｇ／ｍ
ｍ²）である。（ａ）に示す通り、冷間加工度を高める
ほど引張強さは高まる。（ｂ）に示す通り、冷間加工度
が５０％を超えると急激に絞り性が低下する。（ｃ）に
示す通り、切欠引張強さは４０〜５０％の冷間加工度で
ピークとなる。従って、本発明における冷間圧延は冷間
加工度、すなわち圧下率を４０〜５０％の範囲とした。

【００１０】図３はマルエージング鋼の窒化層深さと温
度と時間の関係を調べたグラフであり、横軸は処理時間
（分）、縦軸は窒化層の深さ（μｍ）である。溶体化及
び冷間加工を施したマルエージング鋼に本発明に係る塩
浴窒化を施したものであり、その処理温度を５１０℃、
５２０℃、５３０℃、５５０℃、５７０℃として窒化層
の深さを調べた。グラフの右端に示した右上り直線カー
ブは、ガス軟窒化法（４８０℃）による窒化層の深さを
示す。

【００１１】４８０℃ガス軟窒化での窒化層の深さは、
１２０分（２時間）で１２μｍ、１８０分（３時間）で
１８μｍであり、グラフには示さないが６時間では２５
μｍ程度となる。これら１２μｍ〜２５μｍを窒化層の
管理深さとする。グラフにで示した横線が１２μｍ、
で示した横線が２５μｍである。

【００１２】横軸と各曲線とが交わる点を、図示する
ごとくＰ１，Ｐ３，Ｐ５，Ｐ７とし、横軸と各曲線と
が交わる点を、図示するごとくＰ２，Ｐ４，Ｐ６，Ｐ８
とする。５７０℃におけるＰ１は横軸の読みが３分、Ｐ
２は８分であるから、管理深さを維持するために許容さ
れる時間は、５分である。同様に５５０℃ではＰ３が６
分、Ｐ４が１６分で、許容時間は１０分である。すなわ
ち、５７０℃及び５５０℃の曲線は、カーブが立ってお
り変化が急であるため、操業が難しい。

【００１３】この点、５３０℃はＰ５が７分、Ｐ６が２
２分で、許容時間は１５分であり、５２０℃はＰ７が１
０分、Ｐ８が２５分で、許容時間は１５分であって、何
れもカーブが寝ており変化が緩やかであるため、操業は
容易である。しかし、５１０℃ではカーブが寝過ぎて時
間が長くなり過ぎ、生産性を損う虞れがある。

【００１４】図４はマルエージング鋼の時効硬さと時間
の関係を調べたグラフであり、横軸は保持時間（分）、
縦軸は時効硬さ（ＨMV100：重り１００ｇのマイクロビ
ッカース硬さ）である。５２０℃の塩浴で窒化しつつ加
熱保持したところ、保持時間が１０分未満では、時間と
ともに時効硬さは高まったが、１０分以上ではほぼ一定
となった。図３と図４とから、溶体化及び冷間加工を施
したマルエージング鋼を、５２０〜５３０℃の塩浴で１
０〜２５分加熱保持することにより、表面に所望の窒化
層深さを得ることができ、内部に所望の時効硬さを得る
ことができる。

【００１５】請求項２は、塩浴窒化処理工程において、
平面視で輪が見えるように水平に保って無端金属リング
を塩浴に浸漬する。水平（横向き）にしたことによっ
て、溶融塩の切れが良く、冶金的品質を安定させること
ができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見る
ものとする。図５（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る無端金
属リングのバレル面取りまで製造工程図である。（ａ）：マルエージング鋼の薄板を準備する。なお、マ
ルエージング鋼の化学組成は次の通りである。

【００１７】

【表１】

【００１８】すなわち、Ｃが０．０３％以下の低炭素鋼
であり、Ｎｉが１８〜１９％、Ｍｏが４．７〜５．２
％、Ｃｏが８．５〜９．５％である１８％Ｎｉ鋼材であ
る。（ｂ）：ベンディングしてループ化した後、端部同士を
溶接する。（ｃ）：これを真空炉中で、８２０〜８３０℃に２０〜
６０分保持して溶体化処理する。溶体化処理を施すこと
で結晶の最配列化を促し、溶接歪を除去することができ
る。（ｄ）：必要な幅に輪切りする。（ｅ）：切断したことで、エッジが鋭くなるので、端部
をバレルで面取りする。

【００１９】図６は本発明の冷間圧延工程の原理図であ
り、前記輪切り後の無端金属リング１を一対のテンショ
ンロール２，３で水平に引張りながら、下部ワークロー
ル４とコンタクトロール５とで圧下率４０〜５０％の条
件で圧延する。なお、６，６は下部バックアップロー
ル、７は上部溝付きロール、８，８は上部バックアップ
ロールであり、上部溝付きロール７の溝を無端金属リン
グ１の戻り部分がスルーし、溝のない部分でコンタクト
ロール５を下方へ押す。上部バックアップロール８，８
は上部溝付きロール７の上昇を抑え、下部バックアップ
ロール６，６は下部ワークロール４の下降を抑える。従
って、下部ワークロール４とコンタクトロール５とで無
端金属リング１を十分に冷間圧延することができる。

【００２０】図７は本発明の塩浴窒化処理工程の原理図
であり、塩浴１０はソルトバスとも呼ばれる、溶融塩１
１を溜めた容器である。溶融塩１１を５２０℃〜５３０
℃に維持するために温度計、ヒータを備え、劣化に備え
て新たな溶融塩を補充する管路などを備えているが、こ
れらの附属品は省略した。１３はワーク浸漬治具であ
り、複数の棚１４・・・（・・・は複数を示す。以下同様）に
無端金属リング１を一個ずつ、水平にセットする。そし
て、ワーク浸漬治具１３ごと溶融塩１１に浸漬する。無
端金属リング１・・・は、数秒でほぼ５２０℃〜５３０℃
に達し、それから１０〜２５分保持することにより、図
２に示す深さの窒化層が表面に形成でき、図３に示すと
おり時効により硬度が高まる。

【００２１】なお、前記溶融塩１１の溶融直後の塩の組
成は、例えばＣＮＯ^-が３１〜３５％、ＣＮ^-が１〜２％
のものである。

【００２２】図８（ａ），（ｂ）は無端金属リングの塩
浴への浸漬方法の対比図である。（ａ）は従来実施され
ている比較例であり、無端金属リング１００をハンガ１
０１に吊るして溶融塩１０２へ浸漬するものであるが、
引き上げたときに輪の下部上面に溶融塩１０３が残り、
不具合の要因となる。（ｂ）は本発明の無端金属リング
１であり、水平（横向き）としたので、溶融塩１１の切
れが良く、前記（ａ）の欠点を解消することができる。

【００２３】また、上記（ａ）では、無端金属リング１
００が縦長であるため、リング１００の下部１００ａが
溶融塩１０２に接してから上部１００ｂが溶融塩１０２
に達するまでに時間差が発生し、下部１００ａと上部１
００ｂとで熱処理の度合に僅かであるが差が発生する。
これに対して上記（ｂ）では、無端金属リング１の下縁
１ａと上縁１ａとの距離が極く小さいため、溶融塩１１
に到達するまでの時間差が殆どなく、全体として均一な
熱処理がなされる。従って、水平（横向き）にしたこと
によって、溶融塩の切れが良く、冶金的品質を安定させ
ることができる。

【００２４】図９（ａ），（ｂ）は無端金属リングの製
造方法による対比グラフである。グラフ中、「実施例」
は窒化処理を塩浴法とした本発明方法によるもの、「比
較例」は窒化処理をガス軟窒化法とした従来の方法によ
るものである。（ａ）は表面圧縮残留応力の比較グラフ
であり、縦軸の−（マイナス）は圧縮を意味し、実施例
では−１１０ｋｇ／ｍｍ²、比較例では−１０７ｋｇ／
ｍｍ²でほぼ同じであった。

【００２５】（ｂ）はいわゆるＳ−Ｎ曲線であり、横軸
は回転数、具体的には２個のプーリに無端金属リング１
を掛け渡し、これらのプーリを廻すことで、無端金属リ
ング１を周回させたときの周回数である。縦軸は、プー
リを互いに離間させることで無端金属リング１に作用さ
せた応力である。応力が１３０ｋｇ／ｍｍ²で、実施例
は１０⁸回以上廻すことができ、応力が１２０ｋｇ／ｍ
ｍ²で、比較例は１０⁸回以上廻すことができることを示
す。従って、耐久性の点では、比較例より実施例が優れ
ていることが確認できた。

【００２６】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１の無端金属リングの製造方法は、マルエ
ージング鋼の板の端部同士を溶接してリングにする工程
と、得られた無端金属リングを８２０〜８３０℃に１時
間を超えない時間保持することで溶体化処理する工程
と、この無端金属リングを圧下率４０〜５０％の条件で
冷間圧延する工程と、圧延後の無端金属リングを５２０
〜５３０℃の塩浴に１０〜２５分だけ浸漬する塩浴窒化
処理工程とからなる。その理由は次の通りである。塩浴
窒化法を採用し、塩浴窒化処理工程時間が１０〜２５分
であるため、従来のガス軟窒化法による窒化処理時間４
〜６時間に比較して、１／１０〜１／２０の所要時間と
なり、生産性を大いに高めることができた。

【００２７】請求項２は、塩浴窒化処理工程において、
平面視で輪が見えるように水平に保って無端金属リング
を塩浴に浸漬する。水平（横向き）にしたことによっ
て、溶融塩の切れが良く、冶金的品質を安定させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マルエージング鋼の引張強さ、絞り及び切欠引
張強さを示すグラフ

【図２】マルエージング鋼の引張強さ、絞り及び切欠引
張強さを示すグラフ

【図３】マルエージング鋼の窒化層深さと温度と時間の
関係を調べたグラフ

【図４】マルエージング鋼の時効硬さと時間の関係を調
べたグラフ

【図５】本発明に係る無端金属リングのバレル面取りま
で製造工程図

【図６】本発明の冷間圧延工程の原理図

【図７】本発明の塩浴窒化処理工程の原理図

【図８】無端金属リングの塩浴への浸漬方法の対比図

【図９】無端金属リングの製造方法による対比グラフ

【符号の説明】

１…無端金属リング、１０…塩浴、１３…ワーク浸漬治
具、１４…棚。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ１６Ｇ 5/16 Ｆ１６Ｇ 5/16 ＢＺ (72)発明者仁部 ▲良▼史埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ホンダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者金志真彦埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ホンダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者和田実埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ホンダエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マルエージング鋼の板の端部同士を溶接
してリングにする工程と、得られた無端金属リングを８
２０〜８３０℃に１時間を超えない時間保持することで
溶体化処理する工程と、この無端金属リングを圧下率４
０〜５０％の条件で冷間圧延する工程と、圧延後の無端
金属リングを５２０〜５３０℃の塩浴に１０〜２５分だ
け浸漬する塩浴窒化処理工程とからなる無端金属リング
の製造方法。
【請求項２】前記塩浴窒化処理工程では、平面視で輪
が見えるように水平に保って無端金属リングを塩浴に浸
漬することを特徴とした請求項１記載の無端金属リング
の製造方法。