JP2015078416A - 鋼製品の熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
3C2H2 →6(C)+3H2
2C2H2 +2CO→6(C)+2H2O
となって、アセチレンガス量は2/3量となる。一酸化炭素(CO)と「アセチレン(C2H2)」の分解スピードを考慮すると、明らかにアセチレンガス(C2H2)が速く、熱分解により発生した「水素H2 」の鋼中への浸入が迅速に行われるので、一酸化炭素(CO)ガスを先ず添加し、その後にアセチレンガス(C2H2)を添加するのが好ましい。
C3H8→3(C)+8(H)
C3H8+4CO→7(C)+4H2O
となり、従来の方法に比べて、プロパンガス量は3/7になる。炭化水素系ガスの水素を不活性化させるための非水素系炭素含有ガスとしては、一酸化炭素(CO)に代えて、酸素やオゾン、空気なども使用できる。
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図1に示す第1実施形態を説明する。この第1実施形態は真空炉を使用した熱処理(真空浸炭)に具体化したもので、炉1は一端を開口した有底円筒形の本体2を備えており、本体2の開口部には水平回動式の扉2aを取付けている。なお、本体2の両端を開口させて、両端に扉を設けてもよい。また、炉1は箱型であってもよい。
本実施形態では、COガスをボンベ13から定量タンク12に充填し、次いで、このCOガスを、高温(例えば930〜1050℃程度)でかつ減圧された(真空化した)炉1の内部に一気に充填する。鋼製品Wは炉1の内部の雰囲気温度に加熱されている。すると、炉1の内部に充填された高温のCOが加熱された鋼製品Wの表層部と反応して、炭素(C)は鋼製品Wに浸炭層を形成する。
さて、ガスの分解は温度が高いほど進みやすいと推測される。他方、炉内の雰囲気温度を過剰に高くすると鋼製品の粒子が結合して粗粒化現象が発生して、鋼製品の強度を却って低下させてしまう。従って、炉内の雰囲気温度は適度の温度(例えば880〜950℃)に維持しつつ、炭素化合ガスを炉内温度以上にプレヒートしてから炉内に噴出させると、炭素の分離性も向上できると推測される。図2では、この水素非含有炭素化合ガスのプレヒート手段の例を示している。
図4では、触媒14の別例を示している。まず、図4(A)に示す第6実施形態では、ワーク収納籠4を触媒14に兼用して、浅いワーク収納籠4を多段に積み重ねることで、触媒14としてのワーク収納籠4の表面積の総和を大きくとっている。最上段のワーク収納籠4に収納された鋼製品Wは、触媒14としての金網製蓋25を被せている。
図5では第10実施形態を示している。この実施形態では、浸炭方法は従来と同様のパターンで行われるが、浸炭行程においてガスの噴出と排出とを繰り返すパルス浸炭を行っている。そして、この実施形態では、(B)に示すように、ガス導入通路11と排出通路8とをバイパス通路28で接続して、バイパス通路28に、内部にヒータ(図示せず)とカーボン源29とが配置された複成炉30を介挿している。
図6に示す第11実施形態はでは、炉1の周囲の複数箇所(4カ所)にガス導入口10を設けている。また、炉1の中心部に排気口6を開口させており、ワーク収納籠4は排気口6を囲うようにドーナツ状の形態を成している。触媒14は2層配置している。
図8に示す第13実施形態は請求項7を具体化したものである。この実施形態では、原料ガスとしてアセチレンやプロパン等の炭化水素ガスが使用されており、炭化水素ガスの水素を不活性化するためのガスとして酸素が使用されている。従って、炭化水素ガスボンベ34と酸素ガスボンベ35とを有している。
図11に示す実施形態は、物理的作用によって水素を不活性化する方法の具体例である。このうち図11(A)に示す第16実施形態では、ガス導入通路11のうち定量タンク12と炉1との間の部分に前処理室37を配置して、前処理室37の内部に、触媒14とヒータ38とを交互に配置すると共に、前処理室37のうち出口側の部分に水素吸収材36を配置している。
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、請求項7の場合、水素の不活性化させるガスとして乾燥空気を使用し、炭化水素ガスから分離した水素と酸素とを反応させて水に変化させることも可能である。
1 真空浸炭焼入れ炉
2 炉の本体
3 ヒータ
4 ワーク収納籠
6 排気口
7 真空ポンプ
10 ガス導入口
12 定量タンク
13 COガスボンベ
14 触媒
34 炭化水素ガスボンベ
35 酸素ガスボンベ
3C2H2 →6(C)+6(H)
2C2H2 +2CO→6(C)+2H2O
となって、アセチレンガス量は2/3量となる。一酸化炭素(CO)と「アセチレン(C2H2)」の分解スピードを考慮すると、明らかにアセチレンガス(C2H2)が速く、熱分解
により発生した「水素H2 」の鋼中への浸入が迅速に行われるので、一酸化炭素(CO)ガスを先ず添加し、その後にアセチレンガス(C2H2)を添加するのが好ましい。
Claims (8)
- 高温雰囲気の炉内において鋼製品を高温の炭素含有ガスに晒すことにより、前記鋼製品の機械的性質を高める熱処理方法であって、
水素が全く又は殆ど存在しない状態か、若しくは、存在しても前記鋼製品に浸透しないように不活性化された状態の下で処理が行われる、
鋼製品の熱処理方法。 - 前記炉として真空炉が使用されている、
請求項1に記載した鋼製品の熱処理方法。 - 前記炉として大気炉が使用されている、
請求項1に記載した鋼製品の熱処理方法。 - 前記熱処理は、焼入れ及び焼き戻し若しくは調質のうちのいずれか1つ若しくは複数である、
請求項1〜3のうちのいずれかに記載した鋼製品の熱処理方法。 - 前記炭素含有ガスとして水素を含有しない炭素化合ガスが使用されている、
請求項1〜4のうちのいずれかに記載した鋼製品の熱処理方法。 - 前記炭素化合ガスはその全部又は大部分がCOガスである、
請求項に5に記載した鋼製品の熱処理方法。 - 前記炉に水素を含んだガスが導入されており、前記水素は、前記炉に導入される前又は後に、前記鋼製品の内部に浸透しないように不活性化される、
請求項1〜4のうちのいずれかに記載した鋼製品の熱処理方法。 - 前記炉の内部に、炭素含有ガスから炭素が分離することを助長する触媒が配置されている、
請求項1〜7のうちのいずれかに記載した鋼製品の熱処理方法。
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