JP2003033803A - 準安定オーステナイト系ステンレス鋼製無段変速機用ベルトの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 準安定オーステナイト系ステンレス鋼を素材
とし、１８Ｎｉマルエージ鋼と同等以上の疲労特性を有
する無段変速機用金属ベルトを製造する方法を提供す
る。 【構成】 準安定オーステナイト系ステンレス鋼帯をリ
ング状に溶接した帯状素材をテンションロールおよびリ
ターンロールに巻きかけ、前記テンションロールと前記
リターンロールとの間に配置したワークロールのロール
ギャップ間に前記帯状素材を送り込み、材料温度Ｔ
（℃）、下記（１）式で定義される相当ひずみε、およ
び下記（２）式で定義されるＭｄ（Ｎ）値の間で下記
（３）式を満足する条件下で帯状素材を圧延する。 準安定オーステナイト系ステンレス鋼板としては、Ｍｄ
（Ｎ）値が２０〜１００の範囲にある鋼種を使用するこ
とが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、準安定オーステナイト
系ステンレス鋼製の帯状素材をリング圧延して無段変速
機用ベルトを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】無段変速機用金属ベルトの素材には、強
度レベルの高い材料として従来から１８Ｎｉマルエージ
鋼が使用されており、準安定オーステナイト系ステンレ
ス鋼も使用されている（特開２０００−６３９９８号公
報）。無段変速機用金属ベルトは、通常、プラズマ溶接
またはレーザー溶接で帯状素材をベルト状にする溶接工
程，帯状素材の母材部と溶接部との硬度差を解消する後
熱処理工程，ベルト端面を平滑化するバレル研磨工程，
目標板厚に調整するリング圧延工程，ベルト周長を微調
整するストレッチ工程，表層の硬度を高めるための時効
処理を兼ねた窒化処理工程を経て製造されている。これ
らの工程を経た金属ベルトは、回転−引張り疲労試験等
により疲労特性が評価される。加工硬化および時効処理
（歪み時効）で耐力，引張り強さ等の機械的特性が向上
する１８Ｎｉマルエージ鋼やステンレス鋼では、窒化処
理によるベルト表層の硬度の上昇効果と冷間加工による
機械的特性の向上が相俟って疲労特性が改善される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、１８Ｎｉマル
エージ鋼は、変形抵抗が大きく加工硬化が小さいため、
リング圧延時の圧下率を大きく設定しても加工硬化によ
る大きな強度上昇は見込めない。大きな圧下率は、延性
不足に起因して圧延中の素材が破断する原因ともなる。
また、準安定オーステナイト系ステンレス鋼も、冷間加
工によって加工硬化や歪み時効が生じる鋼種である。準
安定オーステナイト系ステンレス鋼は、１８Ｎｉマルエ
ージ鋼に比較して加工誘起マルテンサイトの生成および
残留オーステナイトの加工硬化によって強度が著しく上
昇するが、リング圧延時の材料温度に応じて強度上昇の
程度が異なる。

【０００４】このようなことから、無段変速機用ベルト
に要求される材料強度をリング圧延で安定して得ること
は、準安定オーステナイト系ステンレス鋼素材の機械的
性質の面からも限界があった。そこで、本発明はこのよ
うな問題を解消すべく案出されたものであり、準安定オ
ーステナイト系ステンレス鋼素材をリング圧延して無段
変速機用金属ベルトを製造する際、圧延条件を適正に管
理することにより、１８Ｎｉマルエージ鋼と同等以上の
疲労特性を安定して得ることができる無段変速機用金属
ベルトの製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の準安定オーステ
ナイト系ステンレス鋼製無段変速機用ベルトの製造方法
は、その目的を達成するため、準安定オーステナイト系
ステンレス鋼帯をリング状に溶接した帯状素材をテンシ
ョンロールおよびリターンロールに巻きかけ、前記テン
ションロールと前記リターンロールとの間に配置したワ
ークロールのロールギャップ間に前記帯状素材を送り込
み、材料温度Ｔ（℃）、下記（１）式で定義される相当
ひずみε、および下記（２）式で定義されるＭｄ（Ｎ）
値の間で下記（３）式を満足する条件下で帯状素材を圧
延することを特徴とする。 準安定オーステナイト系ステンレス鋼板としては、Ｍｄ
（Ｎ）値が２０〜１００の範囲にある鋼種を使用するこ
とが好ましい。リング圧延時の材料温度Ｔ（℃）を、圧
延雰囲気の温度としても良いし、ワークロール直前の帯
状素材の表面温度としても良い。

【０００６】

【作用】準安定オーステナイト系ステンレス鋼板を冷間
加工すると、加工誘起マルテンサイトが生成するととも
に残留オーステナイトの加工硬化によって強度が上昇す
る。また、一般に準安定オーステナイト系ステンレス鋼
では、加工誘起マルテンサイトの生成量は、冷間加工時
の加工温度Ｔ、Ｍｄ（Ｎ）値、圧下率Ｒによって変化す
る。例えば、Ｍｄ（Ｎ）値や圧下率Ｒが一定の条件下で
は、加工温度Ｔの低下に従って加工誘起マルテンサイト
量が増加し、材料強度が上昇する。

【０００７】このように材料強度は加工誘起マルテンサ
イト量に依存しているので、材料強度の加工誘起マルテ
ンサイト量に対する依存性は、目標疲労特性を付与する
際の指標として利用できる。例えば、一定の疲労強度に
必要な加工誘起マルテンサイト量がわかっている場合、
リング圧延で生成する加工誘起マルテンサイト量が予め
把握できると、当該加工誘起マルテンサイト量を得る材
料温度Ｔ，相当歪みε，圧下率Ｒ等の圧延条件の設定が
可能である。本発明は、このような前提にたって１８Ｎ
ｉマルエージ鋼と同等以上の疲労特性となる加工誘起マ
ルテンサイトが得られる組成，加工温度，歪み量につい
て調査検討し、時効処理を省略または軽減しても、無段
変速機用ベルトに必要な特性をリング圧延で付与できる
圧延条件を見出した。すなわち、材料温度Ｔ（℃），相
当ひずみε，およびＭｄ（Ｎ）値の間で、次の（３）式
の関係が成り立つ条件下でリング圧延すると、目標疲労
強度に必要な発生量で加工誘起マルテンサイトが生成す
る。 （３） ‐0.3913T+0.5650Md(N)+60.46ε≧65.87

【０００８】本発明で使用する準安定オーステナイト系
ステンレス鋼としては、Ｍｄ（Ｎ）値が２０〜１００に
ある鋼種が好ましい。Ｍｄ（Ｎ）値が２０未満の鋼組成
では、ベルト製造段階において、リング圧延等の冷間加
工を工業的に非常に困難な低温で実施しない限り、強度
向上に寄与するに十分な量の加工誘起マルテンサイトが
生成しない。また、無段変速機用ベルトとして使用する
際に、疲労特性向上に有効なオーステナイト→マルテン
サイトの変態が十分に進行しない。さらに、オーステナ
イトが安定であるために、鋼板表面部のマルテンサイト
量が８０体積%以上にならず、６０体積%以上の安定値も
得られ難い。その結果、時効窒化処理時に表面窒化が十
分に進まず、耐摩耗性や疲労強度の飛躍的な向上が望め
ない。他方、Ｍｄ（Ｎ）値が１００を超える鋼組成で
は、無段変速機用金属ベルトとして使用する際の「変
形」によって、マルテンサイトが早く生成され過ぎ、却
って疲労特性が低下する虞がある。

【０００９】

【実施の態様】リング圧延には、図１に示すように、例
えば上下１組のワークロール２ａ，２ｂ、張力を付与す
るためのテンションロール３，リターンロール４を備え
た圧延機が使用される。上下一対のワークロール，バッ
クアップロールを備えた４Ｈｉ圧延機も使用できる。リ
ング圧延に際しては、圧延荷重，張力，ワークロール周
速等の圧延条件が設定される。リング状に成形された帯
状素材１は、テンションロール３で一定張力が付与され
た状態でワークロール２ａ，２ｂのロールギャップに送
り込まれ、無限軌道を走行しながら減厚される。減厚に
伴って帯状素材の周長が長くなるので、一定張力が維持
されるようにロール３，４の中心間距離を調整する。ワ
ークロール２ａ，２ｂやテンションロール３に作用する
荷重はロードセル５で制御され、帯状素材１の周長は、
距離計６を用いテンションロール３，リターンロール４
の径およびロール３，４の中心間距離から算出される。

【００１０】材料温度Ｔは、例えば図２に示すような温
度制御機構によって所定範囲に維持される。当該温度制
御機構では、ワークロール２ａ，２ｂのロールギャップ
に送り込まれる直前の帯状素材１の温度を非接触放射温
度計９で測定し、温度測定値をデジタル指示調節計７に
出力し、熱風発生器８から加熱ボックス１０に送り込ま
れる熱風および加熱ボックス１０から熱風発生器８に送
り返される熱風の風量をデジタル指示調整計７からの制
御信号で制御する。これによって、圧延中の帯状素材１
が所定温度範囲に保たれる。なお、図２の温度調整機構
に代えて、圧延雰囲気自体を一定の温度域に保持して材
料温度を所定範囲に維持してもよい。

【００１１】また、図３に見られるように、Ｍｄ（Ｎ）
値や圧下率Ｒを一定にして帯状素材を圧延すると、製造
された金属ベルトの組織に占める加工誘起マルテンサイ
トの割合は、圧延中の材料温度Ｔが低下するほど増加す
る。加工誘起マルテンサイト量α′の増加に伴って、金
属ベルトの断面硬度も高くなる。材料温度Ｔが一定で、
圧下率ＲやＭｄ（Ｎ）値を大きくした場合でも、加工誘
起マルテンサイト量α′が増加する傾向にある。

【００１２】すなわち、リング圧延中の材料温度Ｔ，Ｍ
ｄ（Ｎ）値および圧下率Ｒの３条件が相互に関係して金
属ベルトの加工誘起マルテンサイト量α′が定まる。材
料温度Ｔ，Ｍｄ（Ｎ）値および圧下率Ｒが加工誘起マル
テンサイト量α′に及ぼす影響を示した図３の関係を重
回帰式により整理することにより、加工誘起マルテンサ
イト量α′，材料温度Ｔ，Ｍｄ（Ｎ）値および相当歪み
εの間に次の（４）式の関係が成立していることを見出
した。 （４） α′=‐0.3913T+0.5650Md(N)+60.46ε‐10.8
7 なお、相当ひずみεは、圧下率Ｒを因子として次の
（１）式で定義される。

【００１３】ところで、Ｍｄ（Ｎ）値および圧下率Ｒを
一定に維持し、材料温度Ｔを０℃，２５℃，５０℃と変
化させたリング圧延で得られた金属ベルトでは、加工誘
起マルテンサイト量α′は、図４に示されるように材料
温度Ｔに応じて異なっている。そして、加工誘起マルテ
ンサイト量α′の変動は、金属ベルトの疲労強度にも影
響を及ぼす。具体的には、スナップピン１１で試験片１
２を補助ベルト１３にベルト状に連結し、直径７０ｍｍ
の駆動プーリ１４と直径Ｄ（ｍｍ）の試験プーリ１５に
掛け渡した曲げ−引張り疲労試験機（図５）を用い、試
験片１２に一定張力Ｆ（３９．２Ｎ／ｍｍ²）を加えた
状態で駆動プーリ１４を駆動して試験片１２を５００ｒ
ｐｍで回転させる疲労試験を行った。ヤング率Ｅ，板厚
ｔ（ｍｍ），曲げ半径ρ〔＝（Ｄ＋ｔ）／２〕から、σ
_max＝Ｆ＋Ｅ・ｔ／２ρとして算出される最大応力σ_max
を求めた。その結果を示した図６および図４から、常温
２５℃以下の材料温度Ｔで、現行の１８Ｎｉマルエージ
鋼に匹敵する疲労強度は、５５体積％以上の加工誘起マ
ルテンサイト量α′で得られることがわかる。したがっ
て、α′≧５５体積％を上記（４）式に代入すると、次
の（３）式の関係が得られる。 （３） ‐0.3913T+0.5650Md(N)+60.46ε≧65.87

【００１４】

【実施例】リング圧延には、直径７５ｍｍのテンション
ロール３，リターンロール４を備え、二段に組んだ直径
７０ｍｍのワークロール２ａ，２ｂをロール３，４の間
に配置した圧延機を使用した。帯状素材１として、板厚
０．３５ｍｍ，板幅１５ｍｍの準安定オーステナイト系
ステンレス鋼帯を使用した。この準安定オーステナイト
鋼は、Ｃ：０．０８６質量％，Ｓｉ：２．６３質量％，
Ｍｎ：０．３１質量％，Ｎｉ：８．２５質量％，Ｃｒ：
１３．７３質量％，Ｃｕ：０．１７５質量％，Ｍｏ：
２．２４質量％，Ｎ：０．０６４質量％を含み、Ｍｄ
（Ｎ）値が７４．０３で、時効処理後に加工誘起マルテ
ンサイト＋オーステナイトの複相組織をもつ鋼種であ
る。

【００１５】この準安定オーステナイト系ステンレス鋼
帯をレーザー溶接してリング状とし、周長６１１ｍｍの
帯状素材１を用意した。帯状素材１をテンションロール
３，リターンロール４にかけ、５ｋｇｆ程度の張力を付
与した状態で帯状素材１をワークロール２ａ，２ｂのロ
ールギャップに送り込んでリング圧延した。最大圧延荷
重を３トン，ワークロール２ａ，２ｂの周速を２ｍ／
分、テンションロール３の張力を２００ｋｇｆに設定
し、圧延中に圧延荷重、張力を制御しながら、帯状素材
１を周長１０７０ｍｍ，板厚０．２０ｍｍの金属ベルト
に圧延した。このときの圧下率Ｒは４２．９％、相当ひ
ずみεは０．６４７であった。０℃、２５℃、５０℃の
３条件を材料温度Ｔの設定値にとった。ワークロール２
ａ，２ｂの入側直前の位置で帯状素材１の表面温度を非
接触放射温度計９で測定し、温度測定値に基づいて熱風
発生器８から加熱ボックス１０に送り込まれる熱風の風
量を調節することにより、リング圧延されている素材帯
材１の材料温度Ｔをフィードバック制御した。以上の圧
延条件を整理して表１に示す。

【００１６】

【００１７】リング圧延で製造された金属ベルトの加工
誘起マルテンサイト量α′を測定した結果を図７に示
す。図７の測定結果は、先に（４）式として示した下記
式から得られた加工誘起マルテンサイト量α′の計算値
が実測値に高度に一致していることを示している。 （４） α′=‐0.3913T+0.5650Md(N)+60.46ε‐10.8
7 実際、Ｘ値を６５．８７以上（加工誘起マルテンサイト
量α′の換算値５５体積％以上）にする圧延条件、
では５５体積％以上の加工誘起マルテンサイトが生成し
たが、Ｘ値が低すぎる圧延条件では加工誘起マルテン
サイト量α′が不足していた。図７は、材料温度Ｔを下
げるほど加工誘起マルテンサイト量α′が増加すること
も示している。加工誘起マルテンサイト量α′に応じ
て、断面硬度も上昇することから、材料温度Ｔを低下す
ることによって金属ベルトの強度上昇も図られたことが
わかる（図８参照）。なお、図８中、横軸に付した数値
は、溶接部Ｗを含むベルト周方向に沿った部分に０．２
５ｍｍピッチで設定した測定点（図９）の数値を示して
いる。

【００１８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、準安定オーステナイト系ステンレス鋼帯のリング圧
延時に、使用鋼帯のＭｄ（Ｎ）値，圧延時の材料温度，
および相当歪みから、所定の関係式で生成する加工誘起
マルテンサイト量が推測できるため、使用鋼帯のＭｄ
（Ｎ）値，圧延時の材料温度および相当歪みを、所定関
係式を満足するように制御することにより、加工誘起マ
ルテンサイト生成量を５５体積％以上にすることがで
き、従来の１８Ｎｉマルエージ鋼を使用した無段変速機
用金属ベルトと同等以上の疲労特性を付与することがで
きる。また、リング圧延時に、材料温度を極力低くし、
かつ圧下率を小さくすることで、圧延負荷も軽減でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 リング圧延装置の概略図

【図２】 温度制御機構のブロック図

【図３】 加工誘起マルテンサイトの生成量に及ぼすＭ
ｄ（Ｎ）値および圧延温度の関係を表わしたグラフ

【図４】 加工誘起マルテンサイトの生成量に及ぼす材
料温度の影響を表わすグラフ

【図５】 疲労特性の測定に使用した曲げ−引張り疲労
試験機の要部

【図６】 リング圧延で強度を付与した無段変速用ベル
トの疲労強度を、１８Ｎｉマルエージ鋼製無段変速機用
ベルトと比較したグラフ

【図７】 材料温度に応じた加工誘起マルテンサイト生
成量の測定結果を示すグラフ

【図８】 溶接部近傍の断面硬度分布を表わしたグラフ

【図９】 溶接部近傍の断面硬度を測定する際の測定点

【符号の説明】

１：リング状に成形した帯状素材 ２ａ：上ワーク
ロール ２ｂ：下上ワークロール ３：テンションロール
４：リターンロール ５：ロードセル ６：距離計 ７：デジタル指
示調節計 ８：熱風発生器 ９：非接触放射温度計 １
０：加熱ボックス １１：スナップピン １２：疲労試験片 １
３：補助ベルト １４：駆動プーリ １５：試験プーリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０２ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０２Ｚ 38/44 38/44 (72)発明者 馬越 義幸 兵庫県尼崎市鶴町１番地 日新製鋼株式会 社技術研究所内 (72)発明者 原 健治 兵庫県尼崎市鶴町１番地 日新製鋼株式会 社技術研究所内 (72)発明者 冨村 宏紀 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社ステンレス事業本部内 Ｆターム(参考） 4K032 AA04 AA13 AA14 AA16 AA20 AA21 AA24 AA32 BA01 CG01 CH03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 準安定オーステナイト系ステンレス鋼帯
   をリング状に溶接した帯状素材をテンションロールおよ
   びリターンロールに巻きかけ、前記テンションロールと
   前記リターンロールとの間に配置したワークロールのロ
   ールギャップ間に前記帯状素材を送り込み、材料温度Ｔ
   （℃）、下記（１）式で定義される相当ひずみε、およ
   び下記（２）式で定義されるＭｄ（Ｎ）値の間で下記
   （３）式を満足する条件下で帯状素材を圧延することを
   特徴とする準安定オーステナイト系ステンレス鋼製無段
   変速機用ベルトの製造方法。
2. 【請求項２】 準安定オーステナイト系ステンレス鋼素
   材として、Ｍｄ（Ｎ）値が２０〜１００の鋼種を使用す
   る請求項１に記載の準安定オーステナイト系ステンレス
   鋼製無段変速機用ベルトの製造方法。
3. 【請求項３】 材料温度Ｔ（℃）が雰囲気温度である請
   求項１または２に記載の準安定オーステナイト系ステン
   レス鋼製無段変速機用ベルトの製造方法。
4. 【請求項４】 材料温度Ｔ（℃）がワークロール直前の
   帯状素材の表面温度である請求項１または２に記載の準
   安定オーステナイト系ステンレス鋼製無段変速機用ベル
   トの製造方法。