JP2000319723A - 鋼材の熱処理方法 - Google Patents
鋼材の熱処理方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鋼材のスケールを除去することなく行う熱処
理における、鋼材での脱炭を有利に回避し得る方途につ
いて提案する。 【解決手段】 鋼材に熱処理を施すに当たり、最終加熱
に先立って、雰囲気のCO濃度を上昇させてからCO濃度を
一旦下降させ、次いで加熱および雰囲気制御を行う。
理における、鋼材での脱炭を有利に回避し得る方途につ
いて提案する。 【解決手段】 鋼材に熱処理を施すに当たり、最終加熱
に先立って、雰囲気のCO濃度を上昇させてからCO濃度を
一旦下降させ、次いで加熱および雰囲気制御を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、鋼材、特に軸受
鋼などの高炭素鋼を対象とする、熱処理方法に関する。
鋼などの高炭素鋼を対象とする、熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、脱炭の抑制が必要とされる鋼材
の熱処理では、その前処理として鋼材表面のスケールを
除去するために、酸洗やブラスト等が実施されている。
なぜなら、スケールを除去しないと、熱処理を行った場
合に鋼材中の炭素とスケール中の酸素とが反応し、鋼材
に脱炭現象が生じるからである。
の熱処理では、その前処理として鋼材表面のスケールを
除去するために、酸洗やブラスト等が実施されている。
なぜなら、スケールを除去しないと、熱処理を行った場
合に鋼材中の炭素とスケール中の酸素とが反応し、鋼材
に脱炭現象が生じるからである。
【０００３】ところが、酸洗やブラスト等の前処理は作
業が煩雑であり、また熱間圧延後に連続して熱処理を行
えないために、熱処理の効率化を阻害する要因となって
いた。
業が煩雑であり、また熱間圧延後に連続して熱処理を行
えないために、熱処理の効率化を阻害する要因となって
いた。
【０００４】一方、この熱処理に先立つ前処理を省略す
ること、すなわちスケールを除去することなく熱処理を
行う手法について、特公昭52−156707号や同57−3730号
各公報には、雰囲気の制御によって熱処理中の鋼材に対
する脱炭を防止する、低炭素鋼を対象とした技術が、記
載されている。
ること、すなわちスケールを除去することなく熱処理を
行う手法について、特公昭52−156707号や同57−3730号
各公報には、雰囲気の制御によって熱処理中の鋼材に対
する脱炭を防止する、低炭素鋼を対象とした技術が、記
載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
Ｃを1.0wt ％前後で含有する軸受鋼（JIS Ｇ4805に規定
される SUJ２）のような、高炭素鋼では、高温域での雰
囲気制御を行っても、スケール中の酸素が雰囲気ガスの
COと反応する前に鋼中のＣと反応してしまう結果、鋼中
の脱炭が生じる。かような場合に脱炭を回避するには、
熱処理前にスケールを除去する必要が依然としてあり、
スケール除去を省略することが困難であった。
Ｃを1.0wt ％前後で含有する軸受鋼（JIS Ｇ4805に規定
される SUJ２）のような、高炭素鋼では、高温域での雰
囲気制御を行っても、スケール中の酸素が雰囲気ガスの
COと反応する前に鋼中のＣと反応してしまう結果、鋼中
の脱炭が生じる。かような場合に脱炭を回避するには、
熱処理前にスケールを除去する必要が依然としてあり、
スケール除去を省略することが困難であった。
【０００６】そこで、この発明は、鋼材のスケールを除
去することなく行う熱処理における、鋼材での脱炭を有
利に回避し得る方途について、提案することを目的とす
る。
去することなく行う熱処理における、鋼材での脱炭を有
利に回避し得る方途について、提案することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、この発明の要
旨構成は、次のとおりである。 (1) 鋼材に熱処理を施すに当たり、最終加熱に先立っ
て、雰囲気のCO濃度を上昇させてからCO濃度を一旦下降
させ、次いで加熱および雰囲気制御を行うことを特徴と
する鋼材の熱処理方法。
旨構成は、次のとおりである。 (1) 鋼材に熱処理を施すに当たり、最終加熱に先立っ
て、雰囲気のCO濃度を上昇させてからCO濃度を一旦下降
させ、次いで加熱および雰囲気制御を行うことを特徴と
する鋼材の熱処理方法。
【０００８】(2) 上記(1) において、最終加熱に先立つ
640 〜720 ℃の温度域で雰囲気の(CO)2 ／CO2 を20〜20
0 の範囲に上昇させることを特徴とする鋼材の熱処理方
法。
640 〜720 ℃の温度域で雰囲気の(CO)2 ／CO2 を20〜20
0 の範囲に上昇させることを特徴とする鋼材の熱処理方
法。
【０００９】(3) 上記(2) において、雰囲気の(CO)2 ／
CO2 を上昇させたのち、(CO)2 ／CO 2 を一旦20未満に下
降させることを特徴とする鋼材の熱処理方法。
CO2 を上昇させたのち、(CO)2 ／CO 2 を一旦20未満に下
降させることを特徴とする鋼材の熱処理方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】さて、図１に示すように、鋼材１
の表面には、FeO, Fe3O4またはFe2O3 からなるスケール
２およびγ−FeOOH 等の錆３が生成しているのが一般的
である。このスケール２や錆３（以下、スケール２と総
称する）を除去することなしに、鋼材１に熱処理を施す
と、スケール２中の酸素は、雰囲気のCOと反応するほ
か、鋼材中のＣとも反応して鋼材表面に脱炭現象が生じ
る、不利をまねくのである。
の表面には、FeO, Fe3O4またはFe2O3 からなるスケール
２およびγ−FeOOH 等の錆３が生成しているのが一般的
である。このスケール２や錆３（以下、スケール２と総
称する）を除去することなしに、鋼材１に熱処理を施す
と、スケール２中の酸素は、雰囲気のCOと反応するほ
か、鋼材中のＣとも反応して鋼材表面に脱炭現象が生じ
る、不利をまねくのである。
【００１１】例えば、軸受鋼の場合は、スケール除去の
前工程を行った後、図２に示すようなパターンで熱処理
されるのが、一般的である。すなわち、次式(1) で示さ
れる平衡状態は、温度によって反応の向きが変わるた
め、炉内雰囲気の脱炭および浸炭の指標となる、炉内雰
囲気における(CO)2 ／CO2 比（以下、ＣＰ値と示す）を
温度とともに変化させ、脱炭および浸炭が発生しない値
に炉内雰囲気を制御している。 Ｃ＋CO2 ⇔２CO ---(1)
前工程を行った後、図２に示すようなパターンで熱処理
されるのが、一般的である。すなわち、次式(1) で示さ
れる平衡状態は、温度によって反応の向きが変わるた
め、炉内雰囲気の脱炭および浸炭の指標となる、炉内雰
囲気における(CO)2 ／CO2 比（以下、ＣＰ値と示す）を
温度とともに変化させ、脱炭および浸炭が発生しない値
に炉内雰囲気を制御している。 Ｃ＋CO2 ⇔２CO ---(1)
【００１２】ところが、鋼材表面にスケールが残ってい
ると、これらと雰囲気ガスとの間で反応 ２CO＋O2→２CO2 ---(2) がおこり、上式(1) の反応がそのまま式(2) に進むた
め、図３に示すように、スケール２のO2が雰囲気のCOと
反応してスケール２の脱炭が進行するとともに、スケー
ル２のO2が鋼材１中のＣと直接、反応 Ｃ＋O2→CO2 ---(3) をおこし、その結果鋼材１においても脱炭が生じる。
ると、これらと雰囲気ガスとの間で反応 ２CO＋O2→２CO2 ---(2) がおこり、上式(1) の反応がそのまま式(2) に進むた
め、図３に示すように、スケール２のO2が雰囲気のCOと
反応してスケール２の脱炭が進行するとともに、スケー
ル２のO2が鋼材１中のＣと直接、反応 Ｃ＋O2→CO2 ---(3) をおこし、その結果鋼材１においても脱炭が生じる。
【００１３】これに対して、この発明に従う熱処理パタ
ーンは、図４に示すように、最終加熱に先立つ比較的低
温域において、雰囲気ガスのCO濃度を高くし、つまり浸
炭雰囲気とすることによって、上式(1) が左項に進む反
応より前に、図５に示すように、雰囲気ガスとスケール
２等との間で上式(2) で示す反応を生じさせ、スケール
２中の酸素分を予め除去する。すると、その後の最終加
熱から均熱過程に至る高温域では、O2が炉内のどこにも
ない状態とすることができ、上式(3) の反応が生じるこ
とはないため、スケールを除去することなしに、脱炭を
回避した熱処理を実現できるのである。
ーンは、図４に示すように、最終加熱に先立つ比較的低
温域において、雰囲気ガスのCO濃度を高くし、つまり浸
炭雰囲気とすることによって、上式(1) が左項に進む反
応より前に、図５に示すように、雰囲気ガスとスケール
２等との間で上式(2) で示す反応を生じさせ、スケール
２中の酸素分を予め除去する。すると、その後の最終加
熱から均熱過程に至る高温域では、O2が炉内のどこにも
ない状態とすることができ、上式(3) の反応が生じるこ
とはないため、スケールを除去することなしに、脱炭を
回避した熱処理を実現できるのである。
【００１４】ここで、最終加熱に先立つ雰囲気制御は、
640 〜720 ℃の温度域でＣＰ値を20〜200 の範囲で上昇
させることが好ましい。なぜなら、ＣＰ値を上昇させる
温度が640 ℃未満では、例えば雰囲気ガスに吸熱形変成
ガスであるＲＸガスを使用した場合に、該ガス中に含ま
れるＨ2 等による爆発を誘発する危険があり、一方720
℃をこえるとＣＰ値の制御が難しくなるとともに、ＣＰ
値の制御を行っても鋼材中のＣとスケール中のＯとが結
びつき易くなるからである。また、ＣＰ値が20未満で
は、上記式(2) で示した反応が活発化しないためにスケ
ール中の酸素分の除去が不十分になり、一方200 をこえ
ると、ＲＸガスを用いた場合に低温域で煤が発生してCO
濃度を高くすることが難しい。
640 〜720 ℃の温度域でＣＰ値を20〜200 の範囲で上昇
させることが好ましい。なぜなら、ＣＰ値を上昇させる
温度が640 ℃未満では、例えば雰囲気ガスに吸熱形変成
ガスであるＲＸガスを使用した場合に、該ガス中に含ま
れるＨ2 等による爆発を誘発する危険があり、一方720
℃をこえるとＣＰ値の制御が難しくなるとともに、ＣＰ
値の制御を行っても鋼材中のＣとスケール中のＯとが結
びつき易くなるからである。また、ＣＰ値が20未満で
は、上記式(2) で示した反応が活発化しないためにスケ
ール中の酸素分の除去が不十分になり、一方200 をこえ
ると、ＲＸガスを用いた場合に低温域で煤が発生してCO
濃度を高くすることが難しい。
【００１５】さらに、最終加熱前の低温時に雰囲気のCO
濃度を高くしてから、一旦CO濃度を低減、好ましくはＣ
Ｐ値を20未満、より好ましくはゼロまで低減し、その後
最終加熱を行うことが、肝要である。すなわち、最終加
熱段階での雰囲気制御、つまりＣＰ値の制御は、最終加
熱後の均熱工程における設定ＣＰ値に基づいて、温度に
比例して行うことが一般的であるため、加熱開始時点の
ＣＰ値が高いと、加熱段階でのＣＰ値が高くなって、雰
囲気が浸炭側に移行し、鋼材に浸炭が生じることにな
る。
濃度を高くしてから、一旦CO濃度を低減、好ましくはＣ
Ｐ値を20未満、より好ましくはゼロまで低減し、その後
最終加熱を行うことが、肝要である。すなわち、最終加
熱段階での雰囲気制御、つまりＣＰ値の制御は、最終加
熱後の均熱工程における設定ＣＰ値に基づいて、温度に
比例して行うことが一般的であるため、加熱開始時点の
ＣＰ値が高いと、加熱段階でのＣＰ値が高くなって、雰
囲気が浸炭側に移行し、鋼材に浸炭が生じることにな
る。
【００１６】例えば、660 ℃から795 ℃までの加熱を行
って、加熱終了時のＣＰ値を240 に制御する場合、加熱
開始時点のＣＰ値が０のときは、途中の750 ℃でのＣＰ
値は160 であるが、加熱開始時点のＣＰ値が100 のとき
は、途中の750 ℃でのＣＰ値は193 となり、雰囲気が浸
炭側に移行してしまうのである。
って、加熱終了時のＣＰ値を240 に制御する場合、加熱
開始時点のＣＰ値が０のときは、途中の750 ℃でのＣＰ
値は160 であるが、加熱開始時点のＣＰ値が100 のとき
は、途中の750 ℃でのＣＰ値は193 となり、雰囲気が浸
炭側に移行してしまうのである。
【００１７】そこで、この浸炭を回避するために、雰囲
気のCO濃度を高くしてから一旦CO濃度を好ましくは20未
満に低減し、その後最終加熱を行う必要がある。とりわ
け、ＣＰ値を一旦ゼロまで低減すること、つまり炉内に
例えばＮ2 ガスの供給にて炉内雰囲気を入れ換えること
は、炉内に生成されたCO2 ガスを残らず排除することに
なる。従って、その後に再度ＲＸガスを導入して炉内の
ＣＰ値を制御する際に、ＲＸガスとＮ2 ガスとの投入比
によってＣＰ値の制御が可能になるため、ＲＸガスの投
入量が従来対比で少なくて済む、利点がある。
気のCO濃度を高くしてから一旦CO濃度を好ましくは20未
満に低減し、その後最終加熱を行う必要がある。とりわ
け、ＣＰ値を一旦ゼロまで低減すること、つまり炉内に
例えばＮ2 ガスの供給にて炉内雰囲気を入れ換えること
は、炉内に生成されたCO2 ガスを残らず排除することに
なる。従って、その後に再度ＲＸガスを導入して炉内の
ＣＰ値を制御する際に、ＲＸガスとＮ2 ガスとの投入比
によってＣＰ値の制御が可能になるため、ＲＸガスの投
入量が従来対比で少なくて済む、利点がある。
【００１８】また、ＣＯ濃度またはＣＰ値を一旦低くす
るためには、一般的にＮ2 パージを行うが、この時、炉
内に残留するCO2 を除去することができ、その後の昇温
に伴うさらなるO2の発生を、CO＋O2→２CO2 の方向にバ
ランスした反応により鋼中のＣをうばうことなくO2を除
去できるというメリットがある。
るためには、一般的にＮ2 パージを行うが、この時、炉
内に残留するCO2 を除去することができ、その後の昇温
に伴うさらなるO2の発生を、CO＋O2→２CO2 の方向にバ
ランスした反応により鋼中のＣをうばうことなくO2を除
去できるというメリットがある。
【００１９】なお、雰囲気のＣＰ値を増加したのち一旦
ＣＰ値を低減するには、炉内に、例えばＮ2 ガス等の不
活性ガスを注入すればよい。その後は、再びＲＸガス等
を炉内に供給し、雰囲気制御を行う。
ＣＰ値を低減するには、炉内に、例えばＮ2 ガス等の不
活性ガスを注入すればよい。その後は、再びＲＸガス等
を炉内に供給し、雰囲気制御を行う。
【００２０】
【実施例】図４に示したように、軸受鋼の熱処理におい
て、その最終加熱に先立ち炉内にCO濃度の高い雰囲気ガ
ス、すなわちCO：30±10 Vol％、CO2 ：0.4 ±0.3Vol
％、H2：30±20 Vol％およびCH4 等の炭化水素：１ Vol
％以下を含み、残部がN2から構成されるＲＸガスを投入
し、660 ℃の温度において炉内のＣＰ値を100 に調整し
て、この状態を１時間保持したのち、炉内にＮ2 ガスを
注入して一旦ＣＰ値を０まで低減した。その後、図４に
示すところに従って、加熱および均熱処理を所定の雰囲
気下で施した。
て、その最終加熱に先立ち炉内にCO濃度の高い雰囲気ガ
ス、すなわちCO：30±10 Vol％、CO2 ：0.4 ±0.3Vol
％、H2：30±20 Vol％およびCH4 等の炭化水素：１ Vol
％以下を含み、残部がN2から構成されるＲＸガスを投入
し、660 ℃の温度において炉内のＣＰ値を100 に調整し
て、この状態を１時間保持したのち、炉内にＮ2 ガスを
注入して一旦ＣＰ値を０まで低減した。その後、図４に
示すところに従って、加熱および均熱処理を所定の雰囲
気下で施した。
【００２１】かくして熱処理を終了した軸受鋼につい
て、全脱炭を調査した結果、１／ 100mm〜３／100mm 程
度であり、熱処理前に酸洗したものと、ほぼ同一の品質
を得ることができた。また、軸受鋼の軸と直交する断面
において、その径方向のＣ含有量の調査を行ったとこ
ろ、鋼材表層と軸芯部分とでＣ含有量に差異はなかっ
た。
て、全脱炭を調査した結果、１／ 100mm〜３／100mm 程
度であり、熱処理前に酸洗したものと、ほぼ同一の品質
を得ることができた。また、軸受鋼の軸と直交する断面
において、その径方向のＣ含有量の調査を行ったとこ
ろ、鋼材表層と軸芯部分とでＣ含有量に差異はなかっ
た。
【００２２】ここで、上記実施例では、660 ℃の温度に
おいてＣＰ値を100 に１時間保持しているが、640 〜72
0 ℃の温度域でＣＰ値を20〜200 とし、その保持時間を
0.1〜6.0 時間としても、同様の効果が得られることを
確認した。
おいてＣＰ値を100 に１時間保持しているが、640 〜72
0 ℃の温度域でＣＰ値を20〜200 とし、その保持時間を
0.1〜6.0 時間としても、同様の効果が得られることを
確認した。
【００２３】また、ＣＰ値を上昇して一旦低減した後の
熱処理パターンについても、図４の例に限定されないこ
とは勿論であり、この熱処理パターンはどのような形態
のものであっても、この発明の効果が得られる。従っ
て、この発明は脱炭を抑制する必要のある、あらゆる熱
処理に適用することが可能である。
熱処理パターンについても、図４の例に限定されないこ
とは勿論であり、この熱処理パターンはどのような形態
のものであっても、この発明の効果が得られる。従っ
て、この発明は脱炭を抑制する必要のある、あらゆる熱
処理に適用することが可能である。
【００２４】
【発明の効果】この発明では、熱処理の最終加熱に先立
って炉内雰囲気のCO濃度を高くして、鋼材表面のスケー
ルや錆中の酸素分を除去するようにしたから、その後の
加熱過程で高温域になっても、スケールや錆中の酸素と
鋼材中の炭素とが結びつくことがないため、脱炭を生じ
ることのない熱処理が浸炭等の異常やＲＸガスの使用量
増加などの不利をまねくことなしに実現できる。
って炉内雰囲気のCO濃度を高くして、鋼材表面のスケー
ルや錆中の酸素分を除去するようにしたから、その後の
加熱過程で高温域になっても、スケールや錆中の酸素と
鋼材中の炭素とが結びつくことがないため、脱炭を生じ
ることのない熱処理が浸炭等の異常やＲＸガスの使用量
増加などの不利をまねくことなしに実現できる。
【図１】 鋼材表面の模式図である。
【図２】 通常の熱処理パターンを示す図である。
【図３】 図２の領域Ａでの反応を示す模式図である。
【図４】 この発明に従う熱処理パターンを示すであ
る。
る。
【図５】 図４の領域Ｂでの反応を示す模式図である。
１ 鋼材 ２ スケール ３ 錆
Claims (3)
- 【請求項１】 鋼材に熱処理を施すに当たり、最終加熱
に先立って、雰囲気のCO濃度を上昇させてからCO濃度を
一旦下降させ、次いで加熱を行うことを特徴とする鋼材
の熱処理方法。 - 【請求項２】 請求項１において、最終加熱に先立つ64
0 〜720 ℃の温度域で雰囲気の(CO)2 ／CO2 を20〜200
の範囲に上昇させることを特徴とする鋼材の熱処理方
法。 - 【請求項３】 請求項２において、雰囲気の(CO)2 ／CO
2 を上昇させたのち、(CO)2 ／CO2 を一旦20未満に下降
させることを特徴とする鋼材の熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11123371A JP2000319723A (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 鋼材の熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11123371A JP2000319723A (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 鋼材の熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000319723A true JP2000319723A (ja) | 2000-11-21 |
Family
ID=14858938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11123371A Pending JP2000319723A (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 鋼材の熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000319723A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012081229A1 (ja) | 2010-12-13 | 2012-06-21 | 住友金属工業株式会社 | 高炭素クロム軸受鋼およびその製造方法 |
| JP2019189942A (ja) * | 2018-04-24 | 2019-10-31 | エア・ウォーター株式会社 | 金属の焼鈍方法 |
-
1999
- 1999-04-30 JP JP11123371A patent/JP2000319723A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012081229A1 (ja) | 2010-12-13 | 2012-06-21 | 住友金属工業株式会社 | 高炭素クロム軸受鋼およびその製造方法 |
| US8808470B2 (en) | 2010-12-13 | 2014-08-19 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | High-carbon chromium bearing steel and production method of the same |
| JP2019189942A (ja) * | 2018-04-24 | 2019-10-31 | エア・ウォーター株式会社 | 金属の焼鈍方法 |
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