JP2007107659A - ステンレスベルト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶接部分の強度が非溶接部分と同等かそれ以上であり、均等な厚さを有するスチールベルトとその製造方法を提供する、また、製造に大容量の熱処理炉が不要であり、熱処理による熱歪みによる寸法変化量が小さく、ベルトの形状維持が容易であり、切削その他の仕上げ加工も容易で、製造コストも低廉なスチールベルトとその製造方法を提供する。
【解決手段】 固溶化処理を施したマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼を適宜長さに切断し、これを３５０〜６００゜ｃに加熱、冷却した後に溶接してエンドレスベルトを形成する。エンドレスベルトの溶接部分を３５０〜６００゜ｃに加熱、冷却する。又は、適宜長さに切断したマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼を溶接してエンドレスベルトを形成した後、部分的な３５０〜６００゜ｃに加熱を反復してエンドレスベルト全体を熱処理する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、析出硬化型ステンレス鋼を用いたエンドレスステンレスベルト及びその製造方法に関する。

従来、高度の硬度、耐力を得るため、エンドレスベルトの原材料として、例えばＳＵＳ６３１のようなセミオーステナイト系析出硬化型ステンレス鋼を採用することが知られている。

セミオーステナイト系析出硬化型ステンレス鋼でエンドレスベルトを製造するには、固溶化熱処理、所定長さ幅への切断、溶接によるエンドレスベルト化の後、ベルトを熱処理炉に入れて９５０゜Ｃ前後に加熱してＭｓ点調整をした後、−７３゜Ｃ前後に冷却する、いわゆるサブゼロ処理を行うか、或いは、ベルトに６０％程度の冷間圧延を行い、最後に４８０゜Ｃ前後〜５１０゜Ｃ前後で１時間前後の熱処理を行うというものである。

しかし、Ｍｓ点調整、サブゼロ処理を行うためには大容量の熱処理炉と冷却装置を必要とするばかりでなく、Ｍｓ点調整によって生じるベルトの寸法変形が＋０．４〜０．６％程度と大きすぎて、到底、実用とはならない。また、エンドレスベルトに６０％程度の冷間圧延を行うことは困難である。

さりとて、素材のステンレス鋼に固溶化熱処理、Ｍｓ点調整とサブゼロ処理、或いは、６０％程度の冷間圧延を施し、４８０゜Ｃ前後〜５１０゜Ｃ前後で１時間前後の熱処理を行った後、所定長さ幅への切断、溶接によるエンドレスベルト化を行った場合、溶接の入熱により溶接部において４８０゜Ｃ前後〜５１０゜Ｃ前後で１時間前後の熱処理で生じた析出物が再固溶化し、溶接部分の硬度、耐力が低下するため、エンドレスベルトの溶接部分の強度が非溶接部分と比較して著しく低くなるという欠点があった。

かかる不都合を解消するため、例えば、特開平９−１３３１８４号公報に記載されているように、固溶化処理、薄板への冷間圧延、所定幅への幅断ちの切断加工、所定長さへの切断加工、４００〜６００゜Ｃでの熱処理、補強板を使用しての溶接というエンドレスベルトの製造工程が提案されている。しかし、特開平９−１３３１８４号公報に記載の方法は、補強板により溶接部にも所定の硬度、耐力を得ることができるが、補強板を使用すると、ベルトの厚さが不均等となるので、ベルトの用途が極めて限られてしまい、実用的とはいえなかった。

このため、従来、セミオーステナイト系析出硬化型ステンレス鋼によるエンドレスベルトの製造においては、Ｍｓ点調整とサブゼロ処理を行うための大容量の熱処理炉と冷却装置の採用は当然とされ、Ｍｓ点調整によって生じるベルトの寸法変形もやむを得ないものとされ、さらに、溶接時の入熱による溶接部分の硬度、耐力の著しい低下もやむを得ないものとされていた。
特開平９−１３３１８４号公報（段落０００４）

そこで、本発明は、溶接部分の強度が非溶接部分と同等かそれ以上であり、均等な厚さを有するステンレスベルトとその製造方法を提供することを目的とするものである。

また、本発明は、製造に大容量の熱処理炉も冷却装置も不要であり、熱処理による熱歪みによる寸法変化量が小さく、ベルトの形状維持が容易であり、切削研磨その他の仕上げ加工も容易で、製造コストも低廉なステンレスベルトとその製造方法を提供することも目的とするものである。

固溶化処理を施したマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼を適宜長さ適宜幅に切断し、この切断したステンレス鋼を３５０〜６００゜ｃで熱処理して所定の硬度、耐力を得た後、この熱処理したステンレス鋼を溶接してエンドレスベルトを形成すると、エンドレスベルトの溶接部分は溶接の入熱により溶接部分の析出物が再固溶し、溶接部分の硬度、耐力が低下してしまう。硬度、耐力が低下しているのは溶接部分だけで非溶接部分は溶接の入熱の影響を受けないため、所定の硬度、耐力を保持している。本発明は、ベルトの溶接部分を３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間熱処理し、溶接部分に所定の硬度、耐力を回復させるようにしたものである。

即ち、上記の目的を達成するために、本発明は、固溶化処理と３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間熱処理を施したマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼を溶接してエンドレス化し、溶接部分を３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間熱処理することにより溶接部分及び非溶接部分がほぼ均質な硬度、耐力を有するステンレスベルトを得るようにしたものである。

また、上記の目的を達成するために、本発明は、固溶化処理を施したマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼を適宜長さに切断し、この切断したステンレス鋼を３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間熱処理し、この熱処理したステンレス鋼を溶接してエンドレスベルトを形成し、このエンドレスベルトの溶接部分を再度３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間熱処理してステンレスベルトを製造するようにしたものである。

さらに、上記の目的を達成するために、本発明は、固溶化処理を施したマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼を適宜長さに切断し、この切断したステンレス鋼を溶接してエンドレスベルトを形成し、このエンドレスベルトを所定速度で回転駆動して熱処理炉内を通過させ、３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間熱処理することにより、３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間の熱処理を１度ですませてステンレスベルトを製造することもできる。

そして、本発明の実施に際しては、３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間の熱処理を大気又は不活性ガスの雰囲気中で行うことができる。

また、本発明の実施に際しては、エンドレスベルトの溶接部分を３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間熱処理するにつき、加熱室がエンドレスベルトを挟むことができるように２分割され、かつ、エンドレスベルトに対して離隔、密封可能に配置されている熱処理炉を用いることができる。

尚、マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の規格としては、ＳＵＳ６３０、ＡＳＴＭＸＭ−９、ＡＳＴＭＸＭ−１２、ＡＳＴＭＸＭ−１３、ＡＳＴＭＸＭ−１６、ＡＳＴＭＸＭ−２５などが知られているが、そのいずれに属する鋼種のものでも本発明の実施は可能である。ただし、鋼種に応じて熱処理の温度条件が３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間の範囲内で適宜選択されることはいうまでもない。

本発明の構成は上記の通りであるから、本発明のステンレスベルトは、溶接部分の強度が非溶接部分と同等かそれ以上であり、しかも、厚さが均等で、鏡面加工も容易である等の効果がある。

また、本発明の製造方法は、ステンレスベルトの製造に大容量の熱処理炉が不要であり、熱処理による熱歪みによる寸法変化量が小さく、その形状維持が容易であり、切削その他の仕上げ加工も容易であり、ステンレスベルトを低廉な製造コストで製造することができる等の効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

本発明の製造方法の実施の一形態のフローチャートである図１を参照して本発明の製造方法を説明すると、まず、ＳＵＳ６３０のマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼のコイルを用意する。このコイルは、製鋼所において既に固溶化処理が施されているものを使用する。鋼種によって固溶化処理の条件は異なることはいうまでもないが、ＳＵＳ６３０の場合の固溶化処理条件は、１０３８±１５゜ｃ×１時間である。必要があれば、このコイルを引き出してテンションレベラーやテンションアニール等で矯正する。次いで、このコイルを引き出して適宜長さ、及び、適宜幅に切断する。切断長さと切断幅は、熱処理炉の寸法にあわせることができる。こうして切断されたステンレス鋼は、適宜の熱処理炉において、大気又は不活性ガスの雰囲気中で、３５０〜６００゜ｃに昇温後、ステンレス鋼の板厚や形状、熱処理炉の構造や効率等を考慮して２０分〜１０時間、望ましくは、１〜４時間保持される。そして、ステンレス鋼は冷却され、所定の硬度、耐力を獲得する。こうして熱処理が終わったステンレス鋼は、所定長さのエンドレスベルトとなるように、適数個両端部において溶接される。このエンドレス溶接による入熱により溶接部分の析出物が再固溶し、エンドレスベルトの溶接部分は硬度、耐力が低下する。しかし、非溶接部分は、溶接部分の幅が極めて狭いため、溶接の入熱の影響を受けず、所定の硬度、耐力を保持している。このエンドレスベルトは、その溶接部分が図３乃至図５に示した再熱処理装置の加熱室に納められ、大気又は不活性ガスの雰囲気中で、３５０〜６００゜ｃに昇温後、ベルトの厚さや形状、熱処理室の構造等を考慮して２０分〜１０時間、望ましくは１時間〜４時間、保持された後、冷却される。この再熱処理により、このエンドレスベルトの溶接部分は所定の硬度、耐力を回復する。最後に、エンドレスベルトは研磨されて鏡面化され、検査されて製品となる。

図３乃至図５に示した再熱処理装置を説明すると、図示の装置は幅広のベルト用再熱処理装置であって、断熱材１で形成され、横方向にエンドレスベルト２の幅以上の長さと、縦方向にエンドレスベルト２の溶接部分の幅以上の長さを有する加熱室３が、エンドレスベルト２の溶接部分を挟むことができるように、上半部３ａと下半部３ｂとに２分割され、かつ、図示しない駆動装置によって、上半部３ａと下半部３ｂとがエンドレスベルト２に対して離隔、接近可能に配置されている。加熱室３の上半部３ａと下半部３ｂとには、それぞれエンドレスベルト２の溶接線を挟んで対向するようにヒータ４が適数対挿入設置されている。この対のヒータ４はエンドレスベルト２の幅方向に対して適宜角度を有するように設置されており、また、所定のラップ代で左右位置にあるヒータ４の始部４ａと終部４ｂが重複するように配置されている。加熱室３の上半部３ａの下端面、及び、加熱室３の下半部３ｂの上端面には断熱材であるシール材５が固定されており、エンドレスベルト３が再熱処理される部分を密閉するようになっている。そして、加熱室３の上半部３ａには、セラミック筒６が配置されており、セラミック筒６内には再熱処理温度を制御するための熱電対７が上半部３ａ外がら挿入配置されており、該熱電対７はエンドレスベルト２の溶接線の直上位置まで垂下している。加熱室３には、必要に応じて、脱気手段と、アルゴンガスなどの不活性ガス供給手段が設けられる。

上記の通り、上記の再熱処理装置により、エンドレスベルト２は大気又は不活性ガスの雰囲気中で、３５０〜６００゜ｃに昇温後、左の温度が２０分〜１０時間、望ましくは１時間〜４時間、保持され、加熱室３より取り出され、自然冷却又は強制冷却され、再熱処理され、エンドレスベルト２の溶接部分は所定の硬度、耐力を回復する。

続いて、図２を参照して本発明の製造方法の別の実施形態を説明する。

この実施形態は、上記の実施形態が溶接してエンドレスベルトを形成する前後に３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間熱処理するのと異なり、３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間の熱処理をエンドレスベルト形成後に一度で行うようにしたものである。

即ち、この実施形態は、固溶化処理を施したマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼のコイルを適宜長さに切断し、この切断したステンレス鋼を溶接してエンドレスベルトを形成し、このエンドレスベルトを所定速度で回転駆動して熱処理炉の加熱室３内を連続的又は断続的に通過させ、加熱室３内で３５０〜６００゜ｃまでに昇温後、左の温度を２０分〜１０時間、望ましくは１時間〜４時間、保持し、冷却するというものである。

この実施形態は、エンドレスベルトを回転するためにやや大型の駆動装置を必要とするが、一度の３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間の熱処理で、エンドレスベルト全体の硬度、耐力を所定の価とすることができる利点がある。

最後に、比較試験の結果を表１として示す。表１において、縦軸はビッカース硬さ、横軸は測定距離（単位ｍｍ）、測定距離には６ｍｍの溶接部分を含んでいる。ａは本発明の上記実施例、ｂはエンドレス溶接しただけのマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼製エンドレスベルト、ｃは従来のセミオーステナイト系析出硬化型ステンレス鋼製エンドレスベルトで溶接によるエンドレス化後に４００〜６００゜Ｃで熱処理したものである。

表１に示した如く、ｂ及びｃにおいては溶接部分に大きな硬度低下が認められるが、本発明の上記実施例においては溶接部分に硬度低下は認められない。

本発明の製造方法実施の一形態のフローチャート。 本発明の製造方法実施の別の形態のフローチャート。 本発明の製造方法実施に適する再熱処理装置の正面説明図。 図３の再熱処理装置の縦断面図。 図３の再熱処理装置のヒーター配置等を示す平面図。

符号の説明

１ 断熱材
２ エンドレスベルト
３ 加熱室
３ａ 加熱室の上半部
３ｂ 加熱室の下半部
４ ヒータ
４ａ ヒータの始部
４ｂ ヒータの終部
５ シール材
６ セラミック筒
７ 熱電対

Claims (6)

1. 固溶化処理と時効処理を施したマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼を溶接して形成されたエンドレスベルトであって、溶接部分の溶接後の熱処理によりこのエンドレスベルトの溶接部分及び非溶接部分がほぼ均質な硬度、耐力を有するステンレスベルト。
2. エンドレスベルトの溶接部分を、溶接後３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間熱処理した請求項１に記載のステンレスベルト。
3. 固溶化処理を施したマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼を適宜長さに切断し、この切断したステンレス鋼を３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間熱処理し、この熱処理したステンレス鋼を溶接してエンドレスベルトを形成し、このエンドレスベルトの溶接部分を再度３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間熱処理するステンレスベルトの製造方法。
4. 固溶化処理を施したマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼を適宜長さに切断し、この切断したステンレス鋼を溶接してエンドレスベルトを形成し、このエンドレスベルトを所定速度で回転駆動して熱処理炉内を通過させ、３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間熱処理するステンレスベルトの製造方法。
5. ３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間の熱処理が大気又は不活性ガスの雰囲気中で行われる請求項３又は請求項４に記載のステンレスベルトの製造方法。
6. エンドレスベルトを挟むことができるように、２分割され、かつ、エンドレスベルトに対して離隔、密封可能に配置されている熱処理炉の加熱室にて３５０〜６００゜ｃで２０分〜１０時間熱処理する請求項３から請求項５のいずれかに記載のステンレスベルトの製造方法。