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WO2011077945A1 - マルエージング鋼の窒化処理方法 - Google Patents

マルエージング鋼の窒化処理方法 Download PDF

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WO2011077945A1
WO2011077945A1 PCT/JP2010/071924 JP2010071924W WO2011077945A1 WO 2011077945 A1 WO2011077945 A1 WO 2011077945A1 JP 2010071924 W JP2010071924 W JP 2010071924W WO 2011077945 A1 WO2011077945 A1 WO 2011077945A1
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maraging steel
work
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▲高▼垣　雅志
裕昭 間瀬
成田　直樹
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本田技研工業株式会社
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    • C23C8/80—After-treatment

Definitions

  • the present invention relates to a nitriding treatment method for maraging steel containing titanium, and more particularly to improvement of compression residual stress control technology.
  • Patent Document 1 cannot give sufficient compressive residual stress to the surface of the maraging steel. Further, since the reduction treatment performed as a pretreatment for the nitriding treatment is insufficient, nitriding is performed in a state where oxygen on the surface of the maraging steel is not sufficiently removed, and as a result, there is a limit to the improvement of the compressive residual stress.
  • an object of the present invention is to provide a aging treatment method for maraging steel capable of improving compressive residual stress.
  • Patent Document 1 As a result of intensive studies on the nitriding treatment method of maraging steel containing titanium, the present inventor is different from the technique of Patent Document 1 that suppresses surface concentration of titanium that easily bonds to oxygen in the solution treatment step.
  • the maraging steel nitriding method of the present invention includes a solution treatment step for forming and concentrating titanium oxide on the surface by performing solution treatment on the maraging steel containing titanium, and reducing the titanium oxide. And a reduction process for concentrating titanium on the surface, and a nitriding process for imparting compressive residual stress to the surface by nitriding the maraging steel with titanium concentrated on the surface.
  • titanium oxide (TiO 2 ) is formed on the surface by performing solution treatment on maraging steel containing titanium (Ti) (solution treatment step). .
  • solution treatment step an oxidation reaction between part of titanium dissolved in the work made of maraging steel and oxygen occurs on the work surface, and titanium oxidation occurs on the work surface.
  • the product is actively generated and concentrated. This increases the surface concentration of titanium.
  • the positive formation of the titanium oxide in the solution treatment step is greatly different from the technique of Patent Document 1 in the technical idea.
  • titanium oxide is reduced to concentrate titanium on the surface (reduction process). Specifically, when titanium exists in an oxide state, it does not combine with N in the nitriding treatment. Therefore, by performing a sufficient reduction treatment as a pretreatment of the nitriding treatment, as shown in FIG. Can be removed. This increases the surface concentration of titanium in the active state.
  • a compressive residual stress is applied to the surface by nitriding the maraging steel whose titanium is concentrated on the surface (nitriding step).
  • the titanium that has been dissolved and dissolved by the nitriding treatment becomes titanium nitride (TiN) due to a bond with nitrogen.
  • TiN titanium nitride
  • the surface concentration of titanium in the active state is high, a large amount of nitrogen can enter the workpiece.
  • the compressive residual stress imparted to the workpiece surface by nitriding of titanium is increased, so that a significant improvement in strength can be achieved.
  • the nitriding treatment method for maraging steel of the present invention can be used for the nitriding treatment method for maraging steel of the present invention.
  • the surface concentration of titanium oxide can be controlled by managing the atmosphere.
  • the oxygen removal amount can be controlled by managing the reduction conditions.
  • Arbitrary compressive residual stress can be imparted to the surface of the maraging steel by combining the concentration control and the reduction control.
  • vacuum treatment or atmosphere treatment can be applied to the solution treatment, and a batch furnace, a continuous furnace, a mesh belt furnace, or the like can be used as the solution treatment furnace.
  • NF 3 gas or the like can be used for the reduction step.
  • An example of a component to which the maraging steel nitriding method of the present invention is suitably applied is an endless metal belt used in a continuously variable transmission (CVT), for example.
  • the surface concentration of titanium oxide is promoted by solution treatment, and the surface concentration of titanium can be increased by performing reduction treatment before nitriding treatment. Therefore, nitriding can be promoted. As a result, a high compressive residual stress can be obtained, and the strength can be greatly improved.
  • FIGS. 1 to (C) are conceptual diagrams of the surface portion of the maraging steel in one form of each step according to the nitriding treatment method of the maraging steel of the present invention
  • (A) is a solution treatment step
  • (B) (C) is a conceptual diagram of a nitriding process. It is a schematic block diagram showing the manufacturing process of the endless metal belt which concerns on the Example which applied the nitriding treatment method of the maraging steel of this invention. It is a graph showing the result of the Example which applied the nitriding treatment method of the maraging steel of this invention.
  • the drum 2 is formed by welding both ends of the thin plate 1 so that the thin plate 1 made of maraging steel has a cylindrical shape (welding process). .
  • the hardness of the drum 2 is made uniform by performing the first solution treatment on the drum 2 in the heating furnace 3 (first solution) Process).
  • the drum 2 is cut into a predetermined width to form a plurality of endless belt-like rings 4 (drum cutting step).
  • the ring 4 is rolled to a predetermined thickness (ring rolling process).
  • the metal structure of the ring 4 is deformed by rolling, the metal structure of the ring is recrystallized by performing solution treatment on the ring 4 again (second solution process).
  • the atmosphere is controlled to form and concentrate titanium oxide on the surface.
  • the ring 4 is corrected to a predetermined circumference (ring circumference correction process).
  • the circumferential lengths of the rings 4 are slightly different.
  • the nitriding treatment is performed on the ring 4, thereby improving the hardness and wear resistance of the ring 4 (aging / nitriding step).
  • the surface concentration of titanium in an active state is increased by performing reduction treatment on the ring 4 before nitriding treatment (reduction process).
  • an endless metal belt is manufactured by laminating the rings 4 (ring laminating step).
  • the ring 4 obtained was used as the test pieces 11 to 13 after performing from the welding step to the second solution forming step in the method for producing the endless metal belt.
  • Test pieces 11 to 13 are, by mass%, 0.004% C, 0.02% Si, 0.01% Mn, 0.002% P, less than 0.001% S, 18. 58% Ni, 0.02% Cr, 4.99% Mo, 9.28% Co, 0.01% Cu, 0.12% Al, 0.47% Ti, 0.0004 Maraging steel containing% N, residual iron and inevitable impurities was used.
  • C is 0.01% or less
  • Si is 0.10% or less
  • Mn is 0.10% or less
  • P is 0.005% or less
  • S 0.005% or less
  • Cr is 0.00.
  • Any maraging steel containing 15% A1, 0.40 to 0.50% Ti, residual iron and inevitable impurities may be used.
  • the first solution heat treatment step and the second solution heat treatment step an atmosphere was set for each of the test pieces 11 to 13 using the heating furnace shown in Table 1.
  • the first solution treatment step and the second solution treatment step were performed at a temperature not lower than the recrystallization temperature of maraging steel and not higher than 850 ° C.
  • the surface concentration of titanium was controlled in the range of 4.1 to 31.4 atm% by controlling the oxygen concentration in the range of 0.1 to 14 ppm.
  • the surface concentration of titanium was analyzed from the surface of the test piece using ⁇ ESCA (Quantera SXM manufactured by ULVAC-PHI).
  • the surface concentration of titanium shown in Table 1 is the maximum concentration (at%) of titanium within a range of 50 nm from the surface of the test piece.
  • NF 3 gas is used as a reducing gas, and the amount of NF 3 gas used is set to 12.3 L / m 3 per unit volume, and the unit usage is used as a reference. It was set within the range of 0 to 61.7 L / m 3 .
  • Residual stress was measured for the test pieces 11 to 13 which were the rings obtained as described above.
  • an X-ray stress measuring device PSPC / MSF-3M manufactured by Rigaku Corporation
  • FIG. 3 shows the results after solution treatment shown in Table 2.
  • the graph shows the relationship between the surface concentration of titanium and the compressive residual stress value after nitriding.
  • compression residual stress can be improved by forming titanium oxide on the surface of maraging steel by solution treatment and performing reduction treatment before nitriding treatment.
  • the titanium concentration on the surface of the maraging steel after the solution treatment was preferably set to 13.0 at% or more.
  • it is preferable to set the flow rate of the reducing gas in the reduction treatment to 24.7 L / m 3 or more.

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Abstract

　圧縮残留応力の向上を図ることができるマルエージング鋼の窒化処理方法を提供する。　マルエージング鋼からなるワーク内に固溶しているチタンの一部と酸素との酸化反応をワーク表面で生じさせ、ワーク表面でチタン酸化物（ＴｉＯ２）を積極的に生成して濃化する（溶体化工程）。次いで、チタンは酸化物状態で存在する場合、窒化工程で窒素と結合しないから、窒化工程の前処理として充分な還元処理を行うことにより、酸素を除去することができる。その結果、活性状態にあるチタンの表面濃度が高くなる。続いて、窒化処理を行うことにより、還元されたチタンと固溶したチタンは窒素との結合により窒化チタン（ＴｉＮ）となる。この場合、チタンは活性状態にあるから、容易に窒化され、しかも、この場合、活性状態にあるチタンの表面濃度が高いので、多くの窒素がワーク内に浸入することができる。

Description

マルエージング鋼の窒化処理方法
　本発明は、チタンを含有するマルエージング鋼の窒化処理方法に係り、特に圧縮残留応力の制御技術の改良に関する。
　鋼では、強度向上を目的として、窒化処理によって表面に圧縮残留応力が付与されている。この場合、過剰な圧縮残留応力が付与されると、切り欠き感受性が敏感になったり、靭性が失われることがあるため、適度の残留応力の付与が必要である。
　窒化処理を難窒化鋼に適用した場合、鋼表面に存在する酸化膜が窒化を阻害する。たとえば、マルエージング鋼では、溶体化工程において、酸素と結合しやすいチタン等の原子の表面濃度が高い場合、その原子の酸化膜が形成される。このため、窒化工程において窒化が阻害されるから、十分な圧縮残留応力を付与できない。そこで、酸化を極力防止する雰囲気で溶体化処理を行うことにより、酸素と結合しやすい原子の表面濃化の抑制を図ることが提案されている（たとえば特許文献１）。
特開２００４－１６２１３４号公報
　しかしながら、特許文献１の技術では、マルエージング鋼表面に十分な圧縮残留応力が付与できない。また、窒化処理の前処理として行う還元処理が不十分であるため、マルエージング鋼表面の酸素が十分に除去されない状態で窒化が行われ、その結果、圧縮残留応力の向上に限界があった。
　したがって、本発明は、圧縮残留応力の向上を図ることができるマルエージング鋼の窒化処理方法を提供することを目的とする。
　本発明者は、チタンを含有するマルエージング鋼の窒化処理方法について鋭意検討を重ねた結果、溶体化工程で酸素と容易に結合するチタンの表面濃化を抑制する特許文献１の技術とは異なり、溶体化工程でチタン酸化物の表面濃化を促進するとともに、窒化工程前にチタン酸化物の表面濃度に応じて還元処理を行い、窒化を促進することにより圧縮残留応力の制御を行うことができるとの知見を得、本発明の完成に至った。
　本発明のマルエージング鋼の窒化処理方法は、チタンを含有するマルエージング鋼に溶体化処理を行うことにより、表面にチタン酸化物を形成して濃化させる溶体化工程と、チタン酸化物を還元して表面にチタンを濃化させる還元工程と、表面にチタンが濃化したマルエージング鋼に窒化処理を行うことにより、表面に圧縮残留応力を付与する窒化工程とを含むことを特徴としている。
　本発明のマルエージング鋼の窒化処理方法では、まず、チタン（Ｔｉ）を含有するマルエージング鋼に溶体化処理を行うことにより、表面にチタン酸化物（ＴｉＯ２）を形成する（溶体化工程）。具体的には、図１（Ａ）に示すように、マルエージング鋼からなるワーク内に固溶しているチタンの一部と酸素との酸化反応をワーク表面で生じさせ、ワーク表面でチタン酸化物を積極的に生成して濃化させる。これにより、チタンの表面濃度が高くなる。このように溶体化工程でチタン酸化物を積極的に形成することが、特許文献１の技術とは技術的思想において大きく異なる。
　次いで、チタン酸化物を還元して表面でチタンを濃化させる（還元工程）。具体的には、チタンは酸化物状態で存在すると、窒化処理においてＮと結合しないから、窒化処理の前処理として十分な還元処理を行うことにより、図１（Ｂ）に示すように、酸素を除去することができる。これにより、活性状態にあるチタンの表面濃度が高くなる。
　続いて、表面にチタンが濃化したマルエージング鋼に窒化処理を行うことにより、表面に圧縮残留応力を付与する（窒化工程）。具体的には、図１（Ｃ）に示すように、窒化処理によって、還元されたチタンと固溶したチタンは窒素との結合により窒化チタン（ＴｉＮ）となる。この場合、チタンは活性状態にあるから、容易に窒化され、しかも、この場合、活性状態にあるチタンの表面濃度が高いので、多くの窒素がワーク内に浸入することができる。その結果、チタンの窒化によってワーク表面に付与される圧縮残留応力が高くなるので、大幅な強度向上を図ることができる。
　本発明のマルエージング鋼の窒化処理方法は種々の構成を用いることができる。マルエージング鋼の溶体化工程において、雰囲気を管理することにより、チタン酸化物の表面濃化を制御することができる。また、窒化工程前の還元工程において、還元条件を管理することにより、酸素除去量を制御することができる。これら濃化制御と還元制御の組み合わせによりマルエージング鋼表面への任意の圧縮残留応力の付与が可能となる。この場合、従来と比較して、高い圧縮残留応力を得るためには、たとえば、溶体化工程後のマルエージング鋼の表面におけるチタン濃度を１３．０at%以上に設定することが好適である。還元工程では還元ガスを用い、その還元ガスの流量を２４．７Ｌ／ｍ３以上に設定することが好適である。
　溶体化処理には、たとえば真空処理や雰囲気処理等を適用することができ、溶体化処理用炉としては、バッチ炉や、連続炉、メッシュベルト炉等を使用することができる。還元工程にはＮＦ３ガス等を用いることができる。本発明のマルエージング鋼の窒化処理方法が好適に適用される部品としては、たとえば無段変速機（ＣＶＴ）等に用いられる無端状金属ベルトが挙げられる。
　本発明のマルエージング鋼の窒化処理方法によれば、溶体化処理によってでチタン酸化物の表面濃化を促進するとともに、窒化処理前に還元処理を行うことにより、チタンの表面濃度を高めることができるから、窒化を促進することができる。その結果、高い圧縮残留応力を得ることができるので、強度を大幅に向上させることができる。
（Ａ）～（Ｃ）は、本発明のマルエージング鋼の窒化処理方法に係る各工程の一形態でのマルエージング鋼表面部分の概念図を表し、（Ａ）は溶体化工程、（Ｂ）は還元工程、（Ｃ）は窒化工程の概念図である。 本発明のマルエージング鋼の窒化処理方法を適用した実施例に係る無端状金属ベルトの製造工程を表す概略構成図である。 本発明のマルエージング鋼の窒化処理方法を適用した実施例の結果を表すグラフである。
　１…薄板、２…ドラム、３…加熱炉、４…リング
　以下、具体的な実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。実施例では、本発明のマルエージング鋼の窒化処理方法を無端状金属ベルトの製造方法に適用した。
　無端状金属ベルトの製造では、図２に示すように、まず、マルエージング鋼からなる薄板１が円筒状をなすように薄板１の両端を溶接することにより、ドラム２を形成する（溶接工程）。この場合、溶接の熱によりドラム２の一部２ａが硬質化しているため、加熱炉３内で第１溶体化処理をドラム２に行うことにより、ドラム２の硬度を均質にする（第１溶体化工程）。次いで、ドラム２を所定幅に裁断することにより、無端帯状のリング４を複数形成する（ドラム裁断工程）。続いて、リング４を所定厚さに圧延する（リング圧延工程）。この場合、圧延によりリング４の金属組織が変形しているため、リング４に再度溶体化処理を行うことにより、リングの金属組織の再結晶化を行う（第２溶体化工程）。第２溶体化工程では、雰囲気を管理することにより、表面にチタン酸化物を形成して濃化させる。
　次いで、リング４を所定の周長に補正する（リング周長補正工程）。この場合、互いのリング４の周長が少しずつ異なるようにする。続いて、時効処理をリング４に行った後、窒化処理をリング４に行うことにより、リング４の硬度および耐摩耗性を向上させる（時効・窒化工程）。この場合、窒化処理前に、リング４に還元処理を行うことにより、活性状態にあるチタンの表面濃度を高める（還元工程）。次いで、リング４を積層することにより、無端状金属ベルトが製造される（リング積層工程）。
　実施例では、上記無端状金属ベルトの製造方法における溶接工程～第２溶体化工程まで行い、得られたリング４をテストピース１１～１３として用いた。
　テストピース１１～１３としては、質量％で、０．００４％のＣ、０．０２％のＳｉ、０．０１％のＭｎ、０．００２％のＰ、０．００１％未満のＳ、１８．５８％のＮｉ、０．０２％のＣｒ、４．９９％のＭｏ、９．２８％のＣｏ、０．０１％のＣｕ、０．１２％のＡｌ、０．４７％のＴｉ、０．０００４％のＮ、残余鉄および不可避不純物を含むマルエージング鋼を用いた。なお、実施例では以上の組成を有するマルエージング鋼を用いたが、以下の成分範囲のものであればよい。たとえば、質量％で、Ｃが０．０１％以下、Ｓｉが０．１０％以下、Ｍｎが０．１０％以下、Ｐが０．００５％以下、Ｓが０．００５％以下、Ｃｒが０．０５％以下、Ｃｕが０．０４％以下であって、１７～１９％のＮｉ、４．５～５．５％のＭｏ、９．２～９．５％のＣｏ、０．０５～０．１５％のＡ１、０．４０～０．５０％のＴｉ、残余鉄および不可避不純物を含むマルエージング鋼であればよい。
　第１溶体化工程および第２溶体化工程では、テストピース１１～１３のそれぞれについて、表１に示す加熱炉を用い、雰囲気を設定した。第１溶体化工程および第２溶体化工程は、マルエージング鋼の再結晶温度以上で、かつ８５０℃以下の範囲の温度にて行った。第２溶体化工程では、酸素濃度を０．１～１４ppmの範囲に管理することにより、チタンの表面濃度を４．１～３１．４atm％の範囲に制御した。チタンの表面濃度は、μＥＳＣＡ（アルバック・ファイ社製Quantera SXM）を用いて、テストピース表面から分析を行った。表１に示すチタンの表面濃度は、テストピース表面から５０nm範囲内におけるチタンの最大濃度（at%）である。窒化処理前に行う還元処理では、還元ガスとしてＮＦ３ガスを用い、ＮＦ３ガス使用量については、単位容積あたりの使用量を１２．３Ｌ／ｍ３に設定し、その単位使用量を基準として０～６１．７Ｌ／ｍ３の範囲内に設定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　以上のようにして得られたリングであるテストピース１１～１３について残留応力測定を行った。残留応力測定では、Ｘ線応力測定装置（株式会社リガク製PSPC/MSF-3M）を用い、リング外周面の残留応力をその板幅方向（外周面において周方向と直交する方向）に測定した。その結果を表２および図３に示す。表２は、第２溶体化工程による溶体化処理後のチタンの各表面濃度および各還元ガス使用量における窒化処理後の圧縮残留応力値を示し、図３は、表２に示す溶体化処理後のチタンの表面濃度と、窒化処理後の圧縮残留応力値との関係をグラフとして表したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図３および表２から判るように、溶体化処理によりマルエージング鋼表面にチタン酸化物を形成し、窒化処理前に還元処理を行うことにより、圧縮残留応力を向上させることができることを確認した。特に、高い圧縮残留応力を得るためには、溶体化処理後のマルエージング鋼表面におけるチタン濃度を１３．０at%以上に設定することが好適であることを確認した。また、高い圧縮残留応力を得るためには、還元処理での還元ガスの流量を２４．７Ｌ／ｍ３以上に設定することが好適であることを確認した。

Claims (3)

  1. 　チタンを含有するマルエージング鋼に溶体化処理を行うことにより、表面にチタン酸化物を形成して濃化させる溶体化工程と、
    　前記チタン酸化物を還元して前記表面にチタンを濃化させる還元工程と、
    　前記表面にチタンが濃化したマルエージング鋼に窒化処理を行うことにより、前記表面に圧縮残留応力を付与する窒化工程とを含むことを特徴とするマルエージング鋼の窒化処理方法。
  2. 　前記還元工程後の前記マルエージング鋼の前記表面におけるチタン濃度は、１３．０at%以上に設定することを特徴とする請求項１に記載のマルエージング鋼の窒化処理方法。
  3. 　前記還元工程では還元ガスを用い、前記還元ガスの流量は、２４．７Ｌ／ｍ３以上に設定することを特徴とする請求項１または２に記載のマルエージング鋼の窒化処理方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10634216B2 (en) 2015-04-06 2020-04-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Metal ring and manufacturing method for metal ring

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011135624A1 (ja) * 2010-04-28 2011-11-03 トヨタ自動車株式会社 金属リングおよびその製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07188896A (ja) * 1993-12-27 1995-07-25 Toyota Motor Corp Ｃｒ窒化物皮膜の形成方法
JP2000087214A (ja) * 1998-09-10 2000-03-28 Daido Hoxan Inc マルエージング鋼の窒化方法およびそれによって得られたマルエージング鋼製品
JP2002167652A (ja) * 2000-11-28 2002-06-11 Daido Steel Co Ltd 高強度・高耐疲労特性に優れた薄板材
JP2004162134A (ja) 2002-11-14 2004-06-10 Toyota Motor Corp 無端金属ベルトの製造方法およびその製造装置
JP2006124757A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Toyota Motor Corp 無端金属ベルトの製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5953327B2 (ja) * 1981-09-22 1984-12-24 川崎製鉄株式会社 破壊靭性のすぐれた１８％Ｎｉマルエ−ジング鋼の製造方法
US5221369A (en) * 1991-07-08 1993-06-22 Air Products And Chemicals, Inc. In-situ generation of heat treating atmospheres using non-cryogenically produced nitrogen
US6309474B1 (en) * 1999-03-04 2001-10-30 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Process for producing maraging steel
JP4514319B2 (ja) * 2000-11-30 2010-07-28 電気化学工業株式会社 セメント混和材及びセメント組成物
JP3677460B2 (ja) * 2001-04-06 2005-08-03 本田技研工業株式会社 鋼材の製造方法
DE60333655D1 (de) * 2002-09-24 2010-09-16 Honda Motor Co Ltd Verfahren zum nitrieren von metallringen und vorrichtung dafür
JP4756905B2 (ja) * 2005-05-10 2011-08-24 日新製鋼株式会社 固体酸化物型燃料電池セパレータ材

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07188896A (ja) * 1993-12-27 1995-07-25 Toyota Motor Corp Ｃｒ窒化物皮膜の形成方法
JP2000087214A (ja) * 1998-09-10 2000-03-28 Daido Hoxan Inc マルエージング鋼の窒化方法およびそれによって得られたマルエージング鋼製品
JP2002167652A (ja) * 2000-11-28 2002-06-11 Daido Steel Co Ltd 高強度・高耐疲労特性に優れた薄板材
JP2004162134A (ja) 2002-11-14 2004-06-10 Toyota Motor Corp 無端金属ベルトの製造方法およびその製造装置
JP2006124757A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Toyota Motor Corp 無端金属ベルトの製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10634216B2 (en) 2015-04-06 2020-04-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Metal ring and manufacturing method for metal ring

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