JP2019521242A - 高耐摩耗性自動車チェーンリンクプレート用のニオビウムおよびクロミウム低合金炭素鋼 - Google Patents

高耐摩耗性自動車チェーンリンクプレート用のニオビウムおよびクロミウム低合金炭素鋼 Download PDF

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Abstract

自動車チェーンリンクプレート用ニオビウムクロム低合金炭素鋼は、改善された耐摩耗性を有する。好ましい一実施形態において、鋼組成物はニオビウム、クロム、炭素、鉄および任意の不純物を含む。これらの成分を含む１つの好ましい組成物は、重量パーセントで、約０．２５％〜０．７５％の炭素、約０．２０％〜２．０％のクロム、約０．２６％〜１．５％のニオビウムを含み、組成物の残部が鉄である。微量の不純物がまた存在し得る。別の実施形態において、鋼組成物は、重量パーセントで、約０．２５％〜０．７５％の炭素、約０．２％〜１．０％のマンガン、約０．０５％〜０．６０％のケイ素、約０．２６％〜１．５％のニオビウム、約０．２０％〜２．０％のクロム、最高約０．３０％のアルミニウム、最高約０．０３％のリン、最高約０．０３％の硫黄を含み、組成物の残部が鉄および任意の他の不純物である。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼組成物の分野に関する。より詳細には、本発明は、自動車チェーンリンクプレート用鋼組成物に関する。
耐摩耗性チェーンの開発に多くの努力が傾けられてきた。１つの要望は、ガソリン直噴（ＤＩ）エンジンおよびディーゼルエンジンに使用される次世代エンジンタイミングチェーンに対する摩耗および摩擦損失を減少させることである。このような類型のエンジンにおいて現在の生産チェーンは、摩耗またはチェーン伸張と摩擦損失が大きいため、劣悪なエンジン燃費および高い排出量を招くか、細長されたチェーンの誤作動によってエンジン故障があっても歯飛び（ｔｏｏｔｈ ｊｕｍｐ）が発生して車両安全性の懸念を招くことがあり得る。先行技術は、バナジウム炭化物（ＶＣ）ピンまたはＶＣコーティングピンおよびステンレス鋼窒化（ＳＳＮ）ピン技術のようなチェーンピン開発を主に発見した。当業界においては、ガソリン直噴およびディーゼルエンジンに対するより耐性のあるタイミングチェーンが必要とされる。
自動車チェーンリンクプレート用の最適な鋼組成物は、改善された耐摩耗性を有する。上記の組成物は、好ましくはニオビウムおよびクロムを有する低合金炭素鋼である。
一実施形態において、鋼組成物は、重量パーセントで、約０．２５〜０．７５％の炭素、約０．２０〜２．０％のクロム、約０．２６〜１．５％のニオビウムを含み、上記の組成物の残部は、鉄および任意の不純物である。この組成物はまた、以下の成分中、１つ以上を選択的に含むことができる：約０．２〜１．０％のマンガン、約０．０５〜０．６０％のケイ素、最高約０．３０％のアルミニウム、最高約０．０３％のリンまたは最高約０．０３％の硫黄。
別の実施形態において、鋼組成物は、重量パーセントで、約０．２５〜０．７５％の炭素、約０．２〜１．０％のマンガン、約０．０５〜０．６０％のケイ素、約０．２６〜１．５％のニオビウム、約０．２０〜２．０％のクロム、最高約０．３０％のアルミニウム、最高約０．０３％のリン、最高約０．０３％の硫黄を含み、上記の組成物の残部は、鉄および任意の他の不純物である。
本明細書で記載される組成物は、自動車チェーンリンクプレート用に好ましく使用される。チェーンリンクは、好ましくは、油焼入れおよび焼戻し（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）、または塩浴オーステンパリング（ａｕｓｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）および／またはマルテンパリング（ｍａｒｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）、好ましくは、塩浴オーステンパリングおよび／またはマルテンパリングによってＨＲｃ５０〜６０範囲の硬度で熱処理する。
本明細書に記載された組成物を使用して製造され得るチェーンリンク／チェーンリンクプレートの一例を示す。 本明細書に記載された組成物を使用して製造され得るチェーンリンクを含むサイレントチェーンの一例を示す。 本明細書に記載された組成物を使用して製造され得るローラーチェーンの一例の上面図を示す。 図３Ａのローラーチェーンの側面図を示す。 図３Ａの線３Ｃ−３Ｃに沿ったローラーチェーンの断面を示す。 本明細書に記載された組成物を使用して製造され得るブッシングチェーンの一例の上面図を示す。 図４Ａのブッシングチェーンの側面図を示す。 図４Ａの線４Ｃ−４Ｃに沿ったブッシングチェーンの断面を示す。
自動車チェーンリンクプレート用の最適な鋼組成物は、改善された耐摩耗性を有する。組成物は、好ましくは、ＮｂＣｒ低合金炭素鋼である。上記の組成物で製造されたチェーンリンクプレートは、好ましくは、サイレントチェーン、ローラーチェーンまたはブッシングチェーンで使用される。
好ましい一実施形態において、鋼組成物は、ニオビウム、クロム、炭素、鉄、および任意の不純物を含む。これらの成分を含む１つの好ましい組成物は、重量パーセントで、約０．２５％〜０．７５％の炭素、約０．２０％〜２．０％のクロム、約０．２６％〜１．５％のニオビウムを含み、上記の組成物の残部が鉄である。上記の組成物中、鉄の量は、上記の組成物中の他の成分で製造されていない組成物の重量パーセントの残部である。微量の不純物がまた存在し得る。
上記の組成物はまた、以下の追加成分中、１つ以上（重量パーセント基準）を含むことができる：約０．２％〜２．０％のマンガン、約０．０５％〜０．６０％のケイ素、最高約０．３０％のアルミニウム、最高約０．０３％のリンおよび最高約０．０３％の硫黄。組成物中の鉄の量は、組成物中の他の成分で製造されていない組成物の重量パーセントの残部である。
このような鋼組成物を使用して製造されたチェーンリンクプレートは、好ましくは、ＨＲｃ５０〜６０範囲の硬度で熱処理される。いくつかの実施形態において、熱処理は、油焼入れおよび焼戻し、または塩浴オーステンパリングおよび／またはマルテンパリング、好ましくは、塩浴オーステンパリングおよび／またはマルテンパリングによって行われる。いくつかの実施形態において、硬度はＨＲｃ５２〜５８の範囲である。
好ましい一実施形態において、組成物は、下記の百分率（重量％）の材料を含む：
アルミニウム、リンおよび硫黄の百分率は、これらの材料それぞれの最大量が好ましい。リンおよび硫黄は、鋼の不純物であり、ゼロまたはできれば、ゼロに近いことが好ましい。アルミニウムもまた不純物であり、特別な用途を除いて出来る限り低く維持されるべきである。鋼組成物の残部は、鉄および任意の他の不純物からなる。
鋼組成物は、常に硫化物（ＭｎＳ）、アルミナおよびケイ酸塩を含むが、これらに限定されない不純物および介在物を有する。介在物を評価する業界標準がある。最も一般的なもの中１つはＡＳＴＭ Ｅ４５である。この標準または他の業界標準は、不純物の量を許容可能なレベルに調節することに使用される。
組成物中の鉄の量は、組成物中の他の成分で製造されていない組成物の重量％の残部である。このような鋼組成物のチェーンリンクプレートはＨＲｃ５０〜６０の硬度で熱処理される。いくつかの好ましい実施形態において、熱処理は、油焼入れおよび焼戻し、または塩浴オーステンパリングおよび／または塩浴マルテンパリングを使用する。いくつかの実施形態において、硬度はＨＲｃ５２〜５８の範囲である。
本明細書に記載されたチェーンリンク用鋼組成物は、チェーンの耐摩耗性をさらに向上させるため、上記のギャップを埋める。上記の組成物は、炭素、ニオビウム、クロムおよび鉄を含む。上記の組成物の鋼は、０．２５〜０．７５重量％範囲の炭素を有することが好ましく、熱処理後に鋼鉄を焼入れできるようにする。いくつかの好ましい実施形態において、炭素重量パーセントは０．５〜０．６％の範囲である。
上記の組成物はまた、０．２〜２．０重量％範囲のクロムを含むことが好ましく、これは鋼材の焼入れ性（ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ）を向上させて鋼材を焼入れオプションとして油焼入れおよび焼戻し、またはオーステンパリングおよびマルテンパリングに適合するようにする。いくつかの好ましい実施形態において、クロム重量パーセントは０．４％〜０．６％の範囲である。
上記の組成物はまた、好ましくは、重量パーセントで、０．２６％〜１．５％範囲のニオビウムを含む。いくつかの好ましい実施形態において、ニオビウム含量は、重量パーセントで、約０．２６％〜０．８％である。他の実施形態において、組成物中のニオビウム重量パーセントは、０．５％〜１．５％である。他の実施形態において、ニオビウム含量は、重量パーセントで、０．５％〜０．８％である。
鋼組成物中のニオビウム含量は、鋼の粒子成長を抑制し、微粒状の高強度鋼鉄を生成するのみならず、ニオビウムは、熱処理後にナノスケールの炭化ニオビウム粒子を形成する。ニオビウム含量を増加させると、適切な熱処理をしてより多くのニオビウム炭化物が析出される。これら粒子は、オーステンパリングまたはマルテンパリング工程を熱処理に使用される場合に特に一般的であるが、これは鋼中のニオビウムの溶解度が制限的であり（オーステリル系鉄で最大１．５％)、熱処理中に温度減少による溶解度が減少するからである。炭化物がサブミクロンおよびナノメートルスケールの粒子で鋼マトリックス中に均一に分布する場合、サイレントチェーンリンクに極めて必要な疲労特性に悪影響を及ぼすことなく、鋼の耐摩耗性が大きく増加する。その結果、リンクプレートの耐摩耗性が著しく向上される。
上記の組成物はまた、以下の追加成分中１つ以上（重量パーセント基準）を含むことができる：マンガン約０．２％〜２．０％、ケイ素約０．０５％〜０．６０％、アルミニウム最高約０．３０％、リン最高約０．０３％および硫黄最高約０．０３％。組成物中の鉄の量は、組成物中の他の成分で製造されていない組成物の重量パーセントの残部である。
好ましい一実施形態において、組成物は、下記の百分率（重量％）の材料を含む：
これらの実施形態の一部において、炭素重量パーセントは０．５％〜０．６％の範囲であり、クロム重量パーセントは、０．４％〜０．６％の範囲であり、および／またはニオビウム含量は、重量パーセント基準に、０．２６％〜０．８％である。他の実施形態において、ニオビウム含量は、重量パーセント基準に、０．５％超過である。他の実施形態において、ニオビウム含量は、重量パーセントで、０．５％〜０．８％である。組成物中の鉄の量は、組成物中の他の成分で製造されていない組成物の重量パーセントの残部である。
図１は、本明細書に記載された組成物を使用して製造され得るチェーンリンクプレート１の一例を示す。図２は、本明細書に記載された組成物を使用して製造されたチェーンリンク１を含むサイレントチェーン１０の一例を示す。上記のチェーンは、ガイドまたは外部リンクＡおよび内部リンクＢとピン２を含む。サイレントチェーン１０の任意の構成要素は、本明細書に記載された組成物で製造され得る。
図３Ａ〜図３Ｃは、本明細書に記載された組成物を使用して製造され得るブッシング３５を有するローラーチェーン２０の一例を示す。ローラーチェーン２０は、ガイドリンク３０、ブッシングリンク３１、ローラー３２、ピン３３、３４およびブッシング３５を含む。ローラーチェーン２０の任意の構成要素は、本明細書に記載された組成物で製造され得る。
図４Ａ〜図４Ｃは、本明細書に記載された組成物を使用して製造され得るブッシング４５を有するブッシングチェーン２５の一例を示す。ブッシングチェーン２５は、ガイドリンク４０、ブッシングリンク４１、ピン４３およびブッシング４５を含む。ブッシングチェーン２５の任意の構成要素は、本明細書に記載された組成物で製造され得る。
好ましい実施形態において、本明細書に記載された組成物は、ピン２と連結されて摩耗に関連された問題を有するリンクＢ内側のサイレントチェーンを製造するのに使用される。本明細書に記載された鋼組成物をガイドリンクＡに使用する必要はないが、上記の組成物は、ガイドリンクＡにも使用され得る。
他の実施形態において、本明細書に記載された組成物は、ローラーチェーン２０またはブッシングチェーン２５でブッシング３５、４５を製造するのに使用される。上記の組成物はまた、リンク３０、３１、４０、４１、ローラー３２および／またはこのような類型のチェーンの他の構成要素を製造するのに使用され得るか、または代案的に使用され得る。
本明細書に記載された鋼組成物を使用して製造されたチェーンリンクプレートは、好ましくは、ＨＲｃ５０〜６０範囲の硬度で熱処理される。いくつかの実施形態において、上記の組成物は、油焼入れおよび焼戻し、または塩浴オーステンパリングおよび／またはマルテンパリング、好ましくは塩浴オーステンパリングおよび／またはマルテンパリングによって熱処理される。いくつかの実施形態において、チェーンリンクプレートの硬度は、ＨＲｃ５２〜５８の範囲である。
いくつかの実施形態において、本明細書に記載された組成物で製造されたチェーンリンクプレートは、ＶＣピンまたはＳＳＮピンを含むが、これに限定されない、先端ピン技術と組み合わせて使用される。
いくつかの実施形態において、上記の組成物は、タングステン（Ｗ）を含まない。いくつかの実施形態において、上記の組成物は、任意のモリブデン（Ｍｏ）を含まない。
いくつかの実施形態において、上記の組成物は、チタニウム（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）および／またはホウ素（Ｂ）を含まない。
本明細書に記載されたチェーンリンクプレートの組成物は、さらに耐摩耗性のチェーンを生産する。本明細書に記載された鋼組成物の改善された耐摩耗性によって、組成物で製造されたチェーンリンクプレートをコーティングする必要がない。これは高価のコーティング工程に伴うコストと時間の両方を排除する。
したがって、本明細書に記載された本発明の実施形態は、単に本発明の原理の適用を例示するものであることを理解すべきである。本明細書に例示された実施形態の詳細事項に対する言及は、特許請求の範囲を限定することを意図せず、それ自体が本発明に必須的なものと見なされる特徴を暗示する。

Claims (44)

  1. 重量パーセントで、約０．２５％〜０．７５％の炭素、約０．２６％〜１．５％のニオビウム、約０．２０％〜２．０％のクロム、鉄および任意の不純物を含む鋼組成物。
  2. 前記の組成物中の炭素の重量パーセントが約０．５％〜０．６％の範囲である、請求項１に記載の組成物。
  3. 前記の組成物中のクロムの重量パーセントが約０．４％〜０．６％の範囲である、請求項１に記載の組成物。
  4. 前記の組成物中のニオビウムの重量パーセントが０．５％超過である、請求項１に記載の組成物。
  5. 前記の組成物中のニオビウムの重量パーセントが約０．２６％〜０．８％の範囲である、請求項１に記載の組成物。
  6. 前記の組成物が、重量パーセントで、約０．２％〜１．０％のマンガンをさらに含む、請求項１に記載の組成物。
  7. 前記の組成物が、重量パーセントで、約０．０５％〜０．６０％のケイ素をさらに含む、請求項１に記載の組成物。
  8. 前記の組成物は、下記の成分からなる群より選択された少なくとも１つの不純物（重量パーセント基準）をさらに含む、請求項１に記載の組成物：
    ａ）最高約０．３％のアルミニウム；
    ｂ）最高約０．０３％のリン；
    ｃ）最高約０．０３％の硫黄；および
    ｄ）最高約０．３％のアルミニウム、最高約０．０３％のリンおよび最高約０．０３％の硫黄の任意の組み合わせ。
  9. 約０．２％〜１．０％のマンガンおよび約０．０５％〜０．６０％のケイ素をさらに含む、請求項１に記載の組成物。
  10. 前記の組成物は、油焼入れおよび焼戻し、塩浴オーステンパリングおよび塩浴マルテンパリングからなる群より選択された方法を使用して硬化される、請求項１に記載の組成物。
  11. 重量パーセントで、約０．２５％〜０．７５％の炭素、約０．２６％〜１．５％のニオビウム、約０．２０％〜２．０％のクロム、鉄および任意の不純物を含む鋼組成物、を含むチェーンリンク。
  12. 前記のチェーンリンクがＨＲｃ５０〜６０の硬度を有する、請求項１１に記載のチェーンリンク。
  13. 前記のチェーンリンクがＨＲｃ５２〜５８の硬度を有する、請求項１２に記載のチェーンリンク。
  14. 前記の組成物中の炭素の重量パーセントが約０．５％〜０．６％の範囲である、請求項１１に記載のチェーンリンク。
  15. 前記の組成物中のクロムの重量パーセントが約０．４％〜０．６％の範囲である、請求項１１に記載のチェーンリンク。
  16. 前記の組成物中のニオビウムの重量パーセントが０．５％超過である、請求項１１に記載のチェーンリンク。
  17. 前記の組成物中のニオビウムの重量パーセントが約０．２６％〜０．８％である、請求項１１に記載のチェーンリンク。
  18. 前記の組成物が、重量パーセントで、約０．２％〜１．０％のマンガンをさらに含む、請求項１１に記載のチェーンリンク。
  19. 前記の組成物が、重量パーセントで、約０．０５％〜０．６０％のケイ素をさらに含む、請求項１１に記載のチェーンリンク。
  20. 前記の組成物が下記の成分からなる群より選択された少なくとも１つの不純物（重量パーセント基準）をさらに含む、請求項１１に記載のチェーンリンク。
    ａ）最高約０．３％のアルミニウム；
    ｂ）最高約０．０３％のリン；
    ｃ）最高約０．０３％の硫黄；および
    ｄ）最高約０．３％のアルミニウム、最高約０．０３％のリンおよび最高約０．０３％の硫黄の任意の組み合わせ。
  21. 前記の組成物が約０．２％〜１．０％のマンガンおよび約０．０５％〜０．６０％のケイ素をさらに含む、請求項１１に記載のチェーンリンク。
  22. 複数のリンクを含むチェーンであって、前記のリンクが、重量パーセントで、約０．２５％〜０．７５％の炭素、約０．２６％〜１．５％のニオビウム、約０．２０％〜２．０％のクロム、鉄および任意の不純物を含む鋼組成物、を含むチェーン。
  23. 前記のリンクがＨＲｃ５０〜６０の硬度を有する、請求項２２に記載のチェーン。
  24. 前記のリンクがＨＲｃ５２〜５８の硬度を有する、請求項２３に記載のチェーン。
  25. 前記の組成物中の炭素の重量パーセントが約０．５％〜０．６％の範囲である、請求項２３に記載のチェーン。
  26. 前記の組成物中のクロムの重量パーセントが約０．４％〜０．６％の範囲である、請求項２３に記載のチェーン。
  27. 前記の組成物中のニオビウムの重量パーセントが０．５％超過である、請求項２３に記載のチェーン。
  28. 前記の組成物中のニオビウムの重量パーセントが約０．２６％〜０．８％である、請求項２３に記載のチェーン。
  29. 前記の組成物が、重量パーセントで、約０．２％〜１．０％のマンガンをさらに含む、請求項２３に記載のチェーン。
  30. 前記の組成物が、重量パーセントで、約０．０５％〜０．６０％のケイ素をさらに含む、請求項２３に記載のチェーン。
  31. 前記の組成物が下記の成分からなる群より選択された少なくとも１つの不純物（重量パーセント基準）をさらに含む、請求項２３に記載のチェーン。
    ａ）最高約０．３％のアルミニウム；
    ｂ）最高約０．０３％のリン；
    ｃ）最高約０．０３％の硫黄；および
    ｄ）最高約０．３％のアルミニウム、最高約０．０３％のリンおよび最高約０．０３％の硫黄の任意の組み合わせ。
  32. 約０．２％〜１．０％のマンガンおよび約０．０５％〜０．６０％のケイ素をさらに含む、請求項２３に記載のチェーン。
  33. 重量パーセントで、約０．２５％〜０．７５％の炭素、約０．２％〜１．０％のマンガン、約０．０５％〜０．６０％のケイ素、約０．２６％〜１．５％のニオビウム、約０．２０％〜２．０％のクロム、最高約０．３０％のアルミニウム、最高約０．０３％のリン、最高約０．０３％の硫黄を含み、組成物の残部が鉄および任意の他の不純物である組成物。
  34. 前記の組成物中の炭素の重量パーセントが約０．５％〜０．６％の範囲である、請求項３３に記載の組成物。
  35. 前記の組成物中のクロームの重量パーセントは約０．４％〜０．６％の範囲である、請求項３３に記載の組成物。
  36. 前記の組成物中のニオビウムの重量パーセントは約０．２６％〜０．８％の範囲である、請求項３３に記載の組成物。
  37. 重量パーセントで、約０．２５％〜０．７５％の炭素、約０．２％〜１．０％のマンガン、約０．０５％〜０．６０％のケイ素、約０．２６％〜１．５％のニオビウム、約０．２０％〜２．０％のクロム、最高約０．３０％のアルミニウム、最高約０．０３％のリン、最高約０．０３％の硫黄を含み、組成物の残部が鉄および任意の他の不純物である組成物。
  38. 前記のチェーンリンクがＨＲｃ５０〜６０の硬度を有する、請求項３７に記載のチェーンリンク。
  39. 前記のチェーンリンクがＨＲｃ５２〜５８の硬度を有する、請求項３８に記載のチェーンリンク。
  40. 複数のリンクを含み、それぞれのリンクが、重量パーセントで、約０．２５％〜０．７５％の炭素、約０．２％〜１．０％のマンガン、約０．０５％〜０．６０％のケイ素、約０．２６％〜１．５％のニオビウム、約０．２０％〜２．０％のクロム、最高約０．３０％のアルミニウム、最高約０．０３％のリン、最高約０．０３％の硫黄を含み、組成物の残部が鉄および任意の他の不純物である組成物を含むチェーン。
  41. 前記のリンクがＨＲｃ５０〜６０の硬度を有する、請求項４０に記載のチェーン。
  42. 前記のリンクがＨＲｃ５２〜５８の硬度を有する、請求項４１に記載のチェーン。
  43. 重量パーセントで、約０．２５％〜０．７５％の炭素、約０．２％〜１．０％のマンガン、約０．０５％〜０．６０％のケイ素、約０．２６％〜１．５％のニオビウム、約０．２０％〜２．０％のクロム、最高約０．３０％のアルミニウム、最高約０．０３％のリン、最高約０．０３％の硫黄を含み、組成物の残部が鉄および任意の他の不純物である鋼組成物をＨＲｃ５０〜６０の硬度で熱処理する段階を含むチェーンリンクの製造方法。
  44. 前記の熱処理段階が油焼入れおよび焼戻し、塩浴オーステンパリングおよび塩浴マルテンパリングからなる群より選択された方法を用いる、請求項４３に記載の方法。
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