JP4283856B2

JP4283856B2 - リングギア用平線の製造方法

Info

Publication number: JP4283856B2
Application number: JP2007051758A
Authority: JP
Inventors: 仁串田; 修石上; 則夫大河内; 庄司宮崎
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: JP2008018468A; US20070289350A1; KR20070118544A; KR100912152B1; US8448488B2

Description

この発明は、丸鋼素材から平線を製造する冷間加工工程で、素材表面の硬度上昇を緩和するための熱処理が不要で、製品寸法精度が良好なリングギア用平線の製造方法に関する。

リングギアやうず巻ばねなどの材料として使用される平線の製造方法として、熱間圧延された平線（平鋼）素材から引抜きにより製造する方法、熱間圧延された丸鋼素材から引抜きにより平線を製造する方法、熱間圧延された丸鋼素材から冷間圧延工程のみで平線を製造する方法、前記丸鋼素材から熱間圧延工程のみで平線を製造する方法などが知られている。

前記丸鋼素材から冷間圧延工程または熱間圧延工程のみで平線を製造する場合、引抜き工程により製造する場合に比べて、圧延速度を上昇させることができるため、生産性が向上する反面、圧延加工である故に製品寸法精度は低下する。とくに熱間圧延工程による場合では、冷間圧延工程による場合以上に製品寸法精度が問題となる上に、スケールや脱炭層を除去するための機械加工などの処理が必要となる。また、前記丸鋼素材から引抜き工程により平線を製造する場合、図６（ａ）に示すように、引抜き前の丸鋼素材１の幅は製品平線（引抜きダイス５）の幅寸法よりも大きくなければ、素材が引抜きダイス５内に充満しない。このため、平線の扁平率が高くなると、図６（ｂ）に示すように、極端に大きな丸鋼素材１が必要となり、断面減少率が大きくなり過ぎて断線を引き起こす。

一方、前記丸鋼素材から冷間加工工程により、冷間加工率の大きい幅の広い平線を製造する場合には、平線の側面部で割れが発生しやすいため、例えば、特許文献１では、冷間圧延加工の最初または任意の段階で、平線の側面部に幅方向に１．５〜１５％の減面加工を少なくとも１回行ううず巻きばね用平線の製造方法が開示されている。
特開昭６４−２７７０３号公報

前記特許文献１に記載された平線側面部の幅方向の断面加工率の範囲１．５〜１５％は、本発明者らが実験により検討を行なったところでは、冷間加工により製造されたリングギア用平線の要求硬さスペック（仕様）とは直接には関係しておらず、このリングギア用平線の硬さは冷間加工工程での総断面減少率によって決まることが明らかとなった。また、特許文献１に記載されている冷間圧延加工のみで平線に仕上げた場合、前述のように、製品平線の寸法精度が低下する上に、厚さ方向と幅方向とで硬さにバラツキを生じ、良好な平線製品が製造できないことが明らかになった。

そこで、この発明の課題は、丸鋼を素材として用い、リングギア用平線の要求仕様である製品表面硬さと寸法精度の両方を満足し、かつ、平線の幅方向および厚さ方向のバラツキを低減させ、平線表面の硬度上昇を緩和するための熱処理が不要であるリングギア用平線の製造方法を提供することである。

前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。

即ち、請求項１に係る発明は、炭素含有量が０．３０〜０．６０質量％の丸鋼素材から冷間加工工程によりリングギア用平線を製造する方法であって、前記冷間加工工程が少なくとも１回の、冷間圧延または冷間ローラ引抜きを行なった後、この冷間加工工程の最終段階で、穴ダイスにより平線の全周面の加工する仕上げ引抜きを行う工程を備え、かつ前記冷間圧延または冷間ローラ引抜きと仕上げ引抜きとの間に、平線の上下面および側面を少なくとも１回４方向から圧下し、前記冷間加工工程における総断面減少率を、上記炭素含有量に対応して、炭素含有量が０．３０質量％〜０．４０質量％未満の場合には６５％以下に、０．４０質量％〜０．５０質量％未満の場合には６０％以下に、０．５０質量％〜０．６０質量％の場合には５５％以下としたことを特徴とするリングギア用平線の製造方法である。

また、請求項２に係る発明は、炭素含有量が０．３０〜０．６０質量％の丸鋼素材から冷間加工工程によりリングギア用平線を製造する方法であって、前記冷間加工工程が少なくとも１回の、冷間圧延または冷間ローラ引抜きを行なった素材を、該冷間加工工程の最終段階で、穴ダイスにより平線の全周面の加工する仕上げ引抜きを行う工程を備え、かつ前記冷間圧延または冷間ローラ引抜きを行なった素材を、仕上げ引抜き工程の前に、平線の上下面および側面を少なくとも１回４方向から圧下し、前記冷間加工工程における総断面減少率を、上記炭素含有量に対応して、炭素含有量が０．３０質量％〜０．４０質量％未満の場合には６５％以下に、０．４０質量％〜０．５０質量％未満の場合には６０％以下に、０．５０質量％〜０．６０質量％の場合には５５％以下としたことを特徴とするリングギア用平線の製造方法である。

図１は、図中に表示した炭素含有量Ｃが異なる３種類の丸鋼（直径１５ｍｍ）を素材とし、上記冷間加工工程で、冷間圧延と穴ダイスにより平線の全周面を加工する仕上げ引抜きを行った後の製品平線の表面硬さＳ（ＨＲＢ（ロックウエル硬さＢスケール））とこの冷間加工工程での総断面減少率Ｒｔとの関係を示したものである。ここで、表面硬さＳは、製品平線の広面（上面または下面）と側面の硬さの平均値である。図１から、いずれの炭素含有量の場合でも、製品平線の表面硬さＳは、冷間圧延や引抜きの加工方法によらず、冷間加工工程における総断面減少率Ｒｔで整理できることがわかる。リングギア用平線の場合、製品平鋼をリングに曲げ加工する際の加工性およびクラックの発生回避の観点から、通常、製品硬さ（表面硬さ）は１０５ＨＲＢ（ロックウエル硬さＢスケール）以下とする必要があるため、図１から、丸鋼素材の炭素含有量Ｃが０．３０％〜０．４０％の場合には、冷間加工工程での総断面減少率Ｒｔを６５％以下に、炭素含有量Ｃが０．４０％〜０．５０％の場合には、総断面減少率Ｒｔを６０％以下に、炭素含有量Ｃが０．５０％〜０．６０％の場合には、総断面減少率Ｒｔを５５％以下に、それぞれ調整すればよいことがわかる。すなわち、前記総断面減少率Ｒｔを、前記炭素含有量Ｃに対応して、５５〜６５％以下にする必要がある。また、リングギア用以外の平線の場合でも、加工性と切削性が要求されるため、冷間加工工程での総断面減少率を最大６５％以下にして製品平線の硬さを下げておくことが望ましい。さらに、冷間加工工程の最終段階で、穴ダイスを用いた引抜きにより、平線の全周面を加工して製品に仕上げるため、寸法精度が良好となり、かつ、製品平線の幅方向および厚さ方向のバラツキを低減させることができる。そして、冷間加工工程の最終段階で前記引抜き加工を施すため、冷間圧延での幅広がりを利用して製品平線への加工に要する断面減少率の増加を抑制することができ、かつ、冷間加工工程での総断面減少率の上限値を上記のように５５〜６５％以下に規定したことから、平線表面の硬度上昇が比較的小さく、硬度上昇を緩和するための熱処理を必要とせずに、平線側面の割れ発生を回避することができる。

図２に模式的に示すように、丸鋼素材１から前記冷間圧延または冷間ローラ引抜きを行なうと、平線２（被成形材）は矢印Ｐ方向に圧下されて、その側面（自由表面）２ｂの形状は、凸形状となる。前記冷間加工工程での最終段階における引抜きに用いる穴ダイスの側面形状は平面であるため、側面が凸状の平線を引抜くと、側面の加工率が一様ではなくなり、側面の表面肌がフラット面の上下面に比べてわるくなる。上記のように、平線の側面を幅方向に圧下することにより、側面の凸形状が是正されるため、製品平線の全周面にわたって良好な表面肌を実現することができる。また、平線の製品形状には、片側または両側の側面にＲが形成されたものがあり、この場合には、孔型ロールを用いて平線の側面を幅方向に圧下することができる。

この発明では、丸鋼を素材として冷間加工工程でリングギア用の平線を製造する際に、冷間圧延または冷間ローラ引抜きを行なった後、この冷間加工工程の最終段階で、穴ダイスにより平線の全周面を加工する引抜きを行ない、かつ、この冷間加工工程における総断面減少率を、丸鋼素材の炭素含有量に対応して、５５〜６５％以下となるようにしたので、良好な寸法精度と製品平線の幅方向および厚さ方向の硬さバラツキの低減を実現することができ、中間の熱処理を必要とせずに、平線側面の割れ発生を抑制して所要の硬さを得ることができる。

また、前記冷間圧延または冷間ローラ引抜きと仕上げ引抜きとの間に、平線の上下面および側面を少なくとも１回４方向から圧下するようにしたので、平線の側面の凸形状が是正されて製品平線の全周面にわたって良好な表面肌を実現することができる。

以下に、この発明の実施形態を、実施例を交えて、添付の図３から図５に基づいて説明する。

図３は、実施形態のリングギヤ用平線の冷間加工工程による製造方法の流れを示したもので、素材として炭素含有量が０．３０質量％〜０．６０質量％の丸鋼を用いて、まず、冷間圧延または冷間ローラ引抜きにより、丸鋼を圧下して扁平形状に順次加工していく（Ｓ１０）。この加工工程で、図２に示したように、圧下により凸形状となった平線２（被加工材）の側面２ｂを少なくとも１回幅方向に圧下（２方向圧下）するか、または平線２の上下面２ａおよび側面２ｂを少なくとも１回４方向から圧下（４方向圧下）して、側面の凸形状を是正する（Ｓ１０ａ）。この２方向圧下または４方向圧下は、冷間圧延または冷間ローラ引抜きによる上下面（広幅面）２ａ（図２参照）の圧下と交互に行うことが望ましい。次に、この冷間加工工程の最終段階で、穴ダイスを用いた引抜きにより、平線の全周面を加工する（Ｓ２０）。この引抜きによる断面減少率は１０〜５０％の範囲で決定することができ、一般的には３０％程度が望ましい。そして、上記冷間加工工程（Ｓ１０、Ｓ１０ａ、Ｓ２０）における総断面減少率を、上記丸鋼の炭素含有量に対応して、炭素含有量が０．３０質量％〜０．４０質量％未満の場合には６５％以下に、０．４０質量％〜０．５０質量％未満の場合には６０％以下に、０．５０質量％〜０．６０質量％の場合には５５％以下にして製品平線に仕上げる。

炭素含有量が０．４８％の直径１５ｍｍの丸鋼（線材）を素材として、図４に、丸鋼素材１、各パス出側形状およびその寸法（厚さ×幅）を示すように、矢印Ｐで示した圧下方向を交互に９０°変えて上下面２ａ（広幅面）および側面２ｂを交互に圧下する４パスの冷間圧延を行なった。この４パス冷間圧延の終了後、厚さ１１ｍｍ×幅１４．５ｍｍの平線（被加工材）から、穴ダイスで仕上げの１パスの引抜きを行い、厚さ９ｍｍ×幅１２ｍｍの製品平線に仕上げた。丸鋼素材からの総断面減少率は、約４０％である。表１に、４パス冷間圧延後および仕上げの１パス引抜き後の平線の表面硬さ（ＨＲＢ）を示す。表１で、広面部および狭面部は、平線の上下面２ａおよび側面２ｂを示す。

表１から、４パス冷間圧延終了後には、広面部中心と狭面部中心との硬さの差は７（ＨＲＢ）存在していたが、１パス引抜き後には、広面部中心、狭面中心ともに硬さはいずれも１００（ＨＲＢ）となり、前記硬さの差は解消していることがわかる。また、上記４パス冷間圧延では、１パス置きに、側面（狭面部）が幅方向に圧下されているため、引抜き後の製品平線の表面肌も全周にわたって良好であった。

前記冷間加工工程および総断面減少率を変化させて、厚さ９ｍｍ×幅１２ｍｍの０．４８％炭素鋼の製品平線を、製造した後の硬さおよびそのバラツキ、寸法精度および表面肌をまとめて表２に示す。２方圧延機のロール径はΦ２７０ｍｍであり、総断面減少率は、丸鋼素材の直径を変更することによって変化させた。表２で、最終硬さ（製品硬さ）の○印は１００ＨＲＢ以下の場合を、最終硬さのバラツキの○印は、製品平線の側面における厚さ方向の中心硬さ（３点の平均値）と上面（または下面）における幅方向の中心硬さ（３点の平均値）の差が５（ＨＲＢ）以下の場合を、寸法精度の○印は、製品寸法（厚さ９ｍｍ×幅１２ｍｍ）に対して通常の寸法規格である±０．０５ｍｍ以内の場合を、△印は、±０．１０ｍｍ以内の場合を、製品表面肌の◎印は、目視で表面肌のムラが認められず極めて良好な状態を、○印は目視で表面肌のムラがほとんど認められず良好な状態を、△印は目視で表面肌のムラが部分的に認められる状態をそれぞれ示す。

表２から、冷間加工工程が２方圧延のみの場合（No.1〜No.3）には、硬さ（製品硬さ）のバラツキが許容値に収まらず、寸法精度および表面肌（製品表面肌）も許容レベルを満足していない。これに対し、冷間圧延後にダイス引抜きを実施した場合（No.4〜No.7）には、製品硬さとそのバラツキ、寸法精度および表面肌はいずれも良好であり、とくに、図５に示すように、１パス目の圧延形状に対して、２方ロール３、３による幅方向圧延（No.8〜No.11）、または４方ロール４ａ〜４ｄによる幅方向圧延（No.12〜No.15）を実施し
た場合には、製品表面肌がとくに良好であった。しかし、No.4〜No.7、No.8〜No.11、No.12〜No.15のいずれの冷間加工工程の場合でも、総断面減少率が６０％を超えると、製品
硬さとそのバラツキは許容値に収まらなくなる。なお、前記総断面減少率は、丸鋼素材の炭素含有量によって若干の差はあるものの、４０％程度確保しておくことが望ましい（No.4、No.8、No.12）。これらの結果により、本発明の有効性が確認された。なお、平線の
製品形状を、片側または両側の側面にＲが形成されたものとする必要がある場合には、幅方向の圧延を行なうロール３、３およびロール４ｃ、４ｄのいずれか一方または両方に孔型ロールを用いることができる。

冷間加工工程での総断面減少率と表面硬さとの関係を示す説明図である。冷間加工工程で上下面（広面部）を圧下したときの側面（狭面部）の形状を模式的に示す説明図である。実施形態の冷間加工工程の流れを示す説明図である。実施形態での冷間加工工程の一例を示す説明図である。２方向幅方向圧延または４方向圧延を模式的に示す説明図である。丸鋼から平線への引抜きを模式的に示す説明図である。

符号の説明

１：丸鋼（素材）２：平線２ａ：上下面（広面部）２ｂ：側面（狭面）
３：側方ロール４ａ、４ｂ：上下ロール４ｃ、４ｄ：側方ロール
５：引抜きダイス

Claims

炭素含有量が０．３０〜０．６０質量％の丸鋼素材から冷間加工工程によりリングギア用平線を製造する方法であって、前記冷間加工工程が少なくとも１回の、冷間圧延または冷間ローラ引抜きを行なった後、この冷間加工工程の最終段階で、穴ダイスにより平線の全周面の加工する仕上げ引抜きを行う工程を備え、かつ前記冷間圧延または冷間ローラ引抜きと仕上げ引抜きとの間に、平線の上下面および側面を少なくとも１回４方向から圧下し、前記冷間加工工程における総断面減少率を、上記炭素含有量に対応して、炭素含有量が０．３０質量％〜０．４０質量％未満の場合には６５％以下に、０．４０質量％〜０．５０質量％未満の場合には６０％以下に、０．５０質量％〜０．６０質量％の場合には５５％以下としたことを特徴とするリングギア用平線の製造方法。
炭素含有量が０．３０〜０．６０質量％の丸鋼素材から冷間加工工程によりリングギア用平線を製造する方法であって、前記冷間加工工程が少なくとも１回の、冷間圧延または冷間ローラ引抜きを行なった素材を、該冷間加工工程の最終段階で、穴ダイスにより平線の全周面の加工する仕上げ引抜きを行う工程を備え、かつ前記冷間圧延または冷間ローラ引抜きを行なった素材を、仕上げ引抜き工程の前に、平線の上下面および側面を少なくとも１回４方向から圧下し、前記冷間加工工程における総断面減少率を、上記炭素含有量に対応して、炭素含有量が０．３０質量％〜０．４０質量％未満の場合には６５％以下に、０．４０質量％〜０．５０質量％未満の場合には６０％以下に、０．５０質量％〜０．６０質量％の場合には５５％以下としたことを特徴とするリングギア用平線の製造方法。