JP2019127624A - Production method of steel member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は鋼部材の製造方法に関し、浸炭した後、再加熱して焼入れする鋼部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a steel member, and more particularly to a method of manufacturing a steel member which is carburized and then reheated and hardened.
例えば歯車や軸受けなどの鋼部材では、耐摩耗性や疲労強度が要求されるため、鋼部材の表層部に硬化層が形成されている。例えば、製品形状に加工した鋼部材を、浸炭した後、再加熱して焼入れすることにより、鋼部材の表層部に硬化層を形成する。
特許文献１には、浸炭後にオーステナイト変態開始温度Ａ１よりも低温まで降温して保持し、その後、再加熱して焼入れる鋼部材の製造方法が開示されている。
For example, in the case of steel members such as gears and bearings, since wear resistance and fatigue strength are required, a hardened layer is formed on the surface portion of the steel member. For example, after carburizing the steel member processed into the product shape, the hardened layer is formed in the surface layer portion of the steel member by reheating and quenching.
Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a steel member which is cooled to a temperature lower than the austenite transformation start temperature A1 after carburizing and held, and then reheated and quenched.
浸炭時にオーステナイト化された鋼部材を、オーステナイト変態開始温度Ａ１よりも低温まで降温して保持すると、鋼部材のミクロ組織がオーステナイトからパーライトに変化する。そして、焼入れのための再加熱によって、ミクロ組織がパーライトからオーステナイトに変化し、焼入れによって、ミクロ組織がオーステナイトからマルテンサイトに変化する。ここで、パーライトは、フェライトからなる層（以下、フェライト層）とセメンタイトからなる層（以下、セメンタイト層）とが交互に積層されたラメラ構造を有する。 When the austenitized steel member during carburization is cooled to a temperature lower than the austenite transformation start temperature A1 and held, the microstructure of the steel member changes from austenite to pearlite. And by reheating for quenching, the microstructure changes from pearlite to austenite, and by quenching, the microstructure changes from austenite to martensite. Here, pearlite has a lamellar structure in which layers made of ferrite (hereinafter referred to as ferrite layers) and layers made of cementite (hereinafter referred to as cementite layers) are alternately laminated.
発明者らは、浸炭した後、再加熱して焼入れる鋼部材の製造方法に関し、以下の問題点を見出した。
ここで、図４は、８８５℃でオーステナイト化された共析鋼（０．７７質量％Ｃ）の恒温変態曲線を示すＴＴＴ（Time Temperature Transformation）図である。横軸は時間（秒）を対数で示し、縦軸は温度（℃）を示している。特許文献１に開示された浸炭後にオーステナイト変態開始温度Ａ１よりも低温まで降温して保持する工程についても、図４を参照して説明することができる。
Inventors discovered the following problems regarding the manufacturing method of the steel member which re-heats and quenches after carburizing.
Here, FIG. 4 is a TTT (Time Temperature Transformation) diagram showing a isothermal transformation curve of an austenitized eutectoid steel (0.77 mass% C) at 885 ° C. The horizontal axis indicates time (seconds) in logarithm, and the vertical axis indicates temperature (° C.). The process of lowering the temperature to a temperature lower than the austenite transformation start temperature A1 and holding it after carburization disclosed in Patent Document 1 can also be described with reference to FIG.
図４に示すように、浸炭後にパーライト変態させるために保持する温度（以下、「パーライト化温度」）は、オーステナイト変態開始温度Ａ１よりも低温であり、恒温変態曲線のノーズ温度Ｔｎよりも高温である。そして、パーライト化温度における保持時間が、パーライト変態開始曲線Ｐｓを超えるとパーライト変態が開始する。また、パーライト化温度における保持時間が、パーライト変態終了曲線Ｐｆを超えるとパーライト変態が終了する。 As shown in FIG. 4, the temperature (hereinafter, “pearlite temperature”) held to cause pearlite transformation after carburizing is lower than the austenite transformation start temperature A1 and higher than the nose temperature Tn of the isothermal transformation curve. is there. When the holding time at the pearlite temperature exceeds the pearlite transformation start curve Ps, the pearlite transformation starts. Further, when the holding time at the pearlite temperature exceeds the pearlite transformation end curve Pf, the pearlite transformation is finished.
図４に示すように、パーライト化温度がノーズ温度Ｔｎに近付いて低くなると、パーライトのラメラ間隔が小さくなり、細かいパーライトが形成される。他方、パーライト化温度がオーステナイト変態開始温度Ａ１に近付いて高くなると、パーライトのラメラ間隔が大きくなり、粗いパーライトが形成される。 As shown in FIG. 4, when the pearlization temperature approaches the nose temperature Tn and decreases, the lamella spacing of the pearlite decreases and fine pearlite is formed. On the other hand, when the pearlite temperature approaches and rises to the austenite transformation start temperature A1, the pearlite lamella spacing increases and coarse pearlite is formed.
特許文献１に開示されたパーライト化温度は６８０℃以下であるため、パーライトのラメラ間隔が小さく、再加熱によって、パーライトを構成するセメンタイト層が消失し、焼入れ処理した後に充分な疲労強度が得られないという問題があった。
ここで、単純にパーライト化温度を高くすると、図４に示すように、パーライト変態が終了するまでの時間が急激に長くなり、生産性が低下するという問題があった。
Since the pearlite temperature disclosed in Patent Document 1 is 680 ° C. or less, the pearlite lamellar spacing is small, and the re-heating causes the cementite layer constituting the pearlite to disappear and sufficient fatigue strength is obtained after quenching. There was a problem of not being.
Here, when the pearlitization temperature is simply increased, as shown in FIG. 4, the time until the pearlite transformation ends is rapidly increased, and there is a problem that the productivity is lowered.
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、疲労強度と生産性とを両立可能な鋼部材の製造方法を提供するものである。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: The manufacturing method of the steel member which can make fatigue strength and productivity compatible is provided.
本発明の一態様に係る鋼部材の製造方法は、
オーステナイト変態完了温度Ａ３よりも高温に鋼部材を加熱してオーステナイト化しつつ、炭素濃度が共析組成よりも高くなるまで浸炭する浸炭工程と、
オーステナイト変態開始温度Ａ１よりも低くかつ恒温変態曲線のノーズ温度よりも高い温度まで前記鋼部材を降温し、前記浸炭工程において形成されたオーステナイトをパーライト化するパーライト化工程と、
前記パーライト化工程の後、前記オーステナイト変態完了温度Ａ３よりも高温に前記鋼部材を再加熱して急冷する焼入れ工程と、を備えた鋼部材の製造方法であって、
前記パーライト化工程は、
前記オーステナイト変態開始温度Ａ１よりも低くかつ６８０℃よりも高い温度まで前記鋼部材を降温して保持し、前記浸炭工程において形成されたオーステナイトの一部をパーライト化する第１パーライト析出工程と、
６８０℃以下かつ前記ノーズ温度よりも高い温度まで前記鋼部材をさらに降温して保持し、前記第１パーライト析出工程において残留したオーステナイトをパーライト化する第２パーライト析出工程と、を備え、
前記焼入れ工程における再加熱の際に、前記鋼部材を浸窒するものである。
A method for producing a steel member according to one aspect of the present invention includes:
Carburizing step of carburizing the steel member to a temperature higher than the austenite transformation completion temperature A3 while heating the steel member to austenite, until the carbon concentration becomes higher than the eutectoid composition,
A pearlite step of lowering the steel member to a temperature lower than the austenite transformation start temperature A1 and higher than the nose temperature of the isothermal transformation curve, and pearlizing the austenite formed in the carburizing step;
And a quenching step of reheating and quenching the steel member to a temperature higher than the austenite transformation completion temperature A3 after the pearlitizing step.
The pearlitization process is
A first pearlite precipitation step of lowering and holding the steel member to a temperature lower than the austenite transformation start temperature A1 and higher than 680 ° C., and pearlizing a part of the austenite formed in the carburization step;
A second pearlite precipitation step of further lowering and holding the steel member to a temperature not higher than 680 ° C. and higher than the nose temperature, and pearlizing the austenite remaining in the first pearlite precipitation step,
The steel member is nitrogenated during reheating in the quenching step.
本発明の一態様に係る鋼部材の製造方法では、パーライト化工程が、オーステナイト変態開始温度Ａ１よりも低くかつ６８０℃よりも高い温度まで鋼部材を降温して保持し、浸炭工程において形成されたオーステナイトの一部をパーライト化する第１パーライト析出工程を備える。６８０℃以下かつノーズ温度よりも高い温度まで鋼部材をさらに降温して保持し、第１パーライト析出工程において残留したオーステナイトをパーライト化する第２パーライト析出工程と、を備え、焼入れ工程における再加熱の際に鋼部材を浸窒する。
第１パーライト析出工程では、析出するパーライトのラメラ間隔が大きくなり、焼入れ工程の再加熱によって、パーライトを構成するセメンタイト層が分断され微細粒となって残留する。その結果、焼入れ後の鋼部材の疲労強度が向上する。また、第２パーライト析出工程によって、パーライト変態が終了するまでの時間が長くなることを抑制することができる。
すなわち、鋼部材の疲労強度と生産性とを両立させることができる。
また、焼入れ工程の再加熱の際に鋼部材を浸窒することによって、鋼部材の疲労強度をさらに向上させることができる。
In the method for producing a steel member according to one aspect of the present invention, the pearlite process is formed in the carburization process by lowering and holding the steel member to a temperature lower than the austenite transformation start temperature A1 and higher than 680 ° C. A first pearlite precipitation step of converting a part of austenite to pearlite is provided. A second pearlite precipitation step of pearlitizing austenite remaining in the first pearlite precipitation step by further lowering and holding the steel member to a temperature not higher than 680 ° C. and higher than the nose temperature, and reheating in the quenching step Nitrite the steel member at the time.
In the first pearlite precipitation step, the lamellar spacing of the precipitated pearlite increases, and the cementite layer constituting the pearlite is divided and remains as fine particles by reheating in the quenching step. As a result, the fatigue strength of the steel member after quenching is improved. Moreover, it can suppress that time until a pearlite transformation is complete | finished by a 2nd pearlite precipitation process becomes long.
That is, the fatigue strength and productivity of the steel member can be made compatible.
Moreover, the fatigue strength of the steel member can be further improved by nitriding the steel member during reheating in the quenching step.
本発明により、疲労強度と生産性とを両立可能な鋼部材の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION By this invention, the manufacturing method of the steel member which can make fatigue strength and productivity compatible can be provided.
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.
（第１の実施形態）
＜鋼部材の製造方法＞
まず、図１を参照して、第１の実施形態に係る鋼部材の製造方法について説明する。第１の実施形態に係る鋼部材の製造方法は、耐摩耗性や疲労強度が要求される歯車や軸受けなどの鋼部材の製造方法として好適である。鋼部材の材質は、特に限定されないが、例えば炭素濃度が０．２５質量％以下の低炭素鋼や合金鋼を用いることができる。一例として、ＪＩＳ規格の機械構造用クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４２０を挙げることができる。
First Embodiment
<Method of manufacturing steel member>
First, with reference to FIG. 1, the manufacturing method of the steel member which concerns on 1st Embodiment is demonstrated. The method of manufacturing a steel member according to the first embodiment is suitable as a method of manufacturing a steel member such as a gear or a bearing which is required to have wear resistance and fatigue strength. Although the material of a steel member is not specifically limited, For example, the low carbon steel and alloy steel whose carbon concentration is 0.25 mass% or less can be used. As an example, chrome-molybdenum steel SCM420 for machine structure of JIS standard can be mentioned.
図１は、第１の実施形態に係る鋼部材の製造方法を示す温度チャートである。図１の横軸は時間（ｓ）、縦軸は温度（℃）である。図１に示すように、第１の実施形態に係る鋼部材の製造方法は、浸炭工程、パーライト化工程、焼入れ工程を備えている。第１の実施形態に係る鋼部材の製造方法では、浸炭工程の後、パーライト化工程を行い、その後、焼入れ工程を行う。ここで、パーライト化工程は、粗大パーライト析出工程（第１パーライト析出工程）と微細パーライト析出工程（第２パーライト析出工程）とを含む。 FIG. 1 is a temperature chart showing a method for manufacturing a steel member according to the first embodiment. In FIG. 1, the horizontal axis represents time (s) and the vertical axis represents temperature (° C.). As shown in FIG. 1, the method of manufacturing a steel member according to the first embodiment includes a carburizing step, a pearlizing step, and a quenching step. In the method of manufacturing a steel member according to the first embodiment, after the carburizing step, the pearlizing step is performed, and then the quenching step is performed. Here, the pearlization process includes a coarse pearlite precipitation process (first pearlite precipitation process) and a fine pearlite precipitation process (second pearlite precipitation process).
まず、浸炭工程では、オーステナイト変態完了温度Ａ３よりも高温の温度Ｔ１に鋼部材を加熱して保持する。ここで、鋼部材の表面の炭素濃度が共析組成（０．７７質量％）以上になるまで浸炭工程を行う。温度Ｔ１は、例えば９５０〜１１５０℃である。浸炭工程において、鋼部材は、オーステナイト化され、オーステナイト単相となる。 First, in the carburizing step, the steel member is heated and held at a temperature T1 higher than the austenite transformation completion temperature A3. Here, the carburizing step is performed until the carbon concentration on the surface of the steel member becomes the eutectoid composition (0.77 mass%) or more. Temperature T1 is 950-1150 ° C, for example. In the carburizing process, the steel member is austenitized and becomes an austenite single phase.
浸炭方法としては、真空浸炭を用いることができる。具体的には、炉内の雰囲気を例えば２ｋＰａ以下に減圧しつつ、浸炭ガスを炉内に導入する。浸炭ガスとしては、例えばアセチレン、メタン、プロパン、エチレン等の炭化水素ガスを用いることができる。鋼部材の表面において浸炭ガスが分解し、生成された炭素が鋼の表面から内部に向かって拡散することによって、鋼部材の表層部に浸炭層が形成される。 As a carburizing method, vacuum carburizing can be used. Specifically, a carburizing gas is introduced into the furnace while reducing the pressure in the furnace to, for example, 2 kPa or less. As the carburizing gas, for example, a hydrocarbon gas such as acetylene, methane, propane, or ethylene can be used. The carburized gas is decomposed on the surface of the steel member, and the generated carbon diffuses inward from the surface of the steel to form a carburized layer on the surface layer portion of the steel member.
次に、粗大パーライト析出工程では、浸炭工程における温度Ｔ１からオーステナイト変態開始温度Ａ１よりも低温かつ６８０℃より高温の温度Ｔ２まで降温して保持する。ここで、図４に示した恒温変態曲線を参照して説明する。粗大パーライト析出工程では、温度Ｔ２に保持する時間を、パーライト変態開始曲線Ｐｓよりも長く、パーライト変態終了曲線Ｐｆよりも短くする。温度Ｔ２は、例えば７１０℃以下である。７１０℃以下とすることによって、処理時間を短縮することができる。一例として、温度Ｔ２を７００℃とした場合、保持時間は１０分程度とする。 Next, in the coarse pearlite precipitation step, the temperature is lowered from temperature T1 in the carburizing step to temperature T2 which is lower than the austenite transformation start temperature A1 and higher than 680 ° C. Here, description will be made with reference to the constant temperature transformation curve shown in FIG. In the coarse pearlite precipitation step, the time for maintaining the temperature T2 is longer than the pearlite transformation start curve Ps and shorter than the pearlite transformation end curve Pf. The temperature T2 is, for example, 710 ° C. or less. By setting the temperature to 710 ° C. or less, the processing time can be shortened. As an example, when the temperature T2 is 700 ° C., the holding time is approximately 10 minutes.
すなわち、粗大パーライト析出工程では、オーステナイトの一部をパーライト変態させる。そのため、粗大パーライト析出工程が終了した時点において、鋼部材のミクロ組織はオーステナイトとパーライトとが混在した組織となる。より詳細には、炭素濃度が共析組成を超えている鋼部材の表層部では、オーステナイトと初析セメンタイトとパーライトとが混在した組織となる。炭素濃度が共析組成未満である鋼部材の内部（すなわちバルク）では、オーステナイトと初析フェライトとパーライトとが混在した組織となる。 That is, in the coarse pearlite precipitation step, a part of austenite is pearlite transformed. Therefore, at the time when the coarse pearlite precipitation step is completed, the microstructure of the steel member is a structure in which austenite and pearlite are mixed. More specifically, in the surface layer portion of the steel member whose carbon concentration exceeds the eutectoid composition, a structure in which austenite, proeutectoid cementite, and pearlite are mixed is formed. Inside the steel member having a carbon concentration less than the eutectoid composition (ie, bulk), a structure in which austenite, proeutectoid ferrite and pearlite are mixed is formed.
粗大パーライト析出工程における温度Ｔ２は６８０℃より高温であって、次の微細パーライト析出工程における温度Ｔ３よりも高温である。そのため、粗大パーライト析出工程において形成されるパーライトのラメラ間隔は、微細パーライト析出工程において形成されるパーライトよりもラメラ間隔が大きくなる。 The temperature T2 in the coarse pearlite precipitation step is higher than 680 ° C. and higher than the temperature T3 in the next fine pearlite precipitation step. Therefore, the lamella interval of the pearlite formed in the coarse pearlite precipitation step is larger than that of the pearlite formed in the fine pearlite precipitation step.
次に、微細パーライト析出工程では、粗大パーライト析出工程における温度Ｔ２から温度Ｔ３まで降温して保持する。温度Ｔ３は、図４に示した恒温変態曲線におけるノーズ温度Ｔｎより高温かつ６８０℃より低温である。微細パーライト析出工程では、粗大パーライト析出工程において残留したオーステナイトを全てパーライト変態させる。温度Ｔ３は、例えば６００〜６５０℃である。６５０℃以下とすることによって、処理時間を短縮することができる。一例として、温度Ｔ３を６５０℃とした場合、保持時間は３０分程度とする。他方、６００℃以上とすることによって、再加熱において消費するエネルギーを抑制することができる。 Next, in the fine pearlite precipitation step, the temperature is lowered from temperature T2 to temperature T3 in the coarse pearlite precipitation step and held. The temperature T3 is higher than the nose temperature Tn and lower than 680 ° C. in the constant temperature transformation curve shown in FIG. In the fine pearlite precipitation step, all austenite remaining in the coarse pearlite precipitation step is subjected to pearlite transformation. Temperature T3 is 600-650 ° C, for example. By setting the temperature to 650 ° C. or less, the processing time can be shortened. As one example, when the temperature T3 is 650 ° C., the holding time is about 30 minutes. On the other hand, the energy consumed in reheating can be suppressed by setting the temperature to 600 ° C. or higher.
微細パーライト析出工程が終了した時点において、鋼部材のミクロ組織は、全体がパーライトとなる。但し、粗大パーライト析出工程において形成されたラメラ間隔の大きい粗大パーライトと、微細パーライト析出工程において形成されたラメラ間隔の小さい微細パーライトとが混在している。ここで、上述の通り、パーライトは、フェライト層とセメンタイト層とが交互に積層されたラメラ構造を有する。 At the time when the fine pearlite precipitation step is completed, the entire microstructure of the steel member becomes pearlite. However, coarse pearlite having a large lamella interval formed in the coarse pearlite precipitation step and fine pearlite having a small lamella interval formed in the fine pearlite precipitation step are mixed. Here, as described above, pearlite has a lamellar structure in which ferrite layers and cementite layers are alternately stacked.
最後に、焼入れ工程では、微細パーライト析出工程における温度Ｔ３からオーステナイト変態完了温度Ａ３よりも高温の温度Ｔ４に鋼部材を加熱して保持した後、急冷する。ここで、温度Ｔ３から温度Ｔ４に鋼部材を加熱して保持する際に、アンモニア等の浸窒ガスを炉内に導入する。鋼部材の表面においてアンモニアガスが分解し、生成された窒素が鋼の表面から内部に向かって拡散することによって、鋼部材の表層部に形成された浸炭層に窒素が侵入し浸炭浸窒層に変化する。焼入れ工程のための温度Ｔ４での加熱によって、ミクロ組織がパーライトからオーステナイトに変化し、急冷によって、ミクロ組織がオーステナイトからマルテンサイトに変化する。焼入れ工程によって、鋼部材の表層部に形成された浸炭浸窒層が硬化する。また、浸窒によって、浸炭のみの場合に比べ、表面層がさらに硬化する。 Finally, in the quenching step, the steel member is heated from the temperature T3 in the fine pearlite precipitation step to a temperature T4 higher than the austenite transformation completion temperature A3 and then rapidly cooled. Here, when heating and holding the steel member from the temperature T3 to the temperature T4, a carbonitriding gas such as ammonia is introduced into the furnace. Ammonia gas decomposes on the surface of the steel member, and the generated nitrogen diffuses from the surface of the steel toward the inside, so that nitrogen enters the carburized layer formed on the surface layer of the steel member and becomes a carburized and carbonitrided layer. Change. The heating at temperature T4 for the quenching step changes the microstructure from pearlite to austenite, and the quenching changes the microstructure from austenite to martensite. The carbonitriding layer formed on the surface layer of the steel member is hardened by the quenching process. Further, the surface layer is further hardened by nitriding as compared with the case of carburizing alone.
以上に説明した通り、第１の実施形態に係る鋼部材の製造方法では、浸炭工程の後、微細パーライト析出工程の前に、粗大パーライト析出工程を行う。すなわち、オーステナイトの一部を６８０℃よりも高温においてパーライト変態させる。そのため、粗大パーライト析出工程では、析出するパーライトのラメラ間隔が大きくなり、焼入れ工程の再加熱によって、パーライトを構成するセメンタイト層が分断され微細粒となって残留する。その結果、焼入れ後の鋼部材の疲労強度が向上する。 As explained above, in the method of manufacturing a steel member according to the first embodiment, the coarse pearlite precipitation step is performed after the carburizing step and before the fine pearlite precipitation step. That is, a part of austenite is pearlite transformed at a temperature higher than 680 ° C. Therefore, in the coarse pearlite precipitation process, the lamellar spacing of the precipitated pearlite increases, and the cementite layer constituting the pearlite is divided and remains as fine particles by reheating in the quenching process. As a result, the fatigue strength of the steel member after quenching is improved.
また、粗大パーライト析出工程の後、温度Ｔ２から温度Ｔ３まで降温し、微細パーライト析出工程においてパーライト変態を終了させる。そのため、パーライト変態が終了するまでの時間が長くなることを抑制することができる。すなわち、生産性の低下も抑制することができる。
このように、第１の実施形態に係る鋼部材の製造方法によって、鋼部材の疲労強度と生産性とを両立させることができる。
また、焼入れ工程の再加熱の際に、鋼部材を浸窒することによって、鋼部材の疲労強度をさらに向上させることができる。
Further, after the coarse pearlite precipitation step, the temperature is lowered from the temperature T2 to the temperature T3, and the pearlite transformation is terminated in the fine pearlite precipitation step. Therefore, it can suppress that time until pearlite transformation is complete | finished becomes long. That is, a decrease in productivity can be suppressed.
Thus, the fatigue strength and productivity of a steel member can be made compatible by the manufacturing method of the steel member which concerns on 1st Embodiment.
Moreover, the fatigue strength of the steel member can be further improved by nitriding the steel member during the reheating in the quenching step.
＜鋼部材の製造装置＞
次に、図２を参照して、第１の実施形態に係る鋼部材の製造方法に用いる製造装置について説明する。図２は、第１の実施形態に係る鋼部材の製造方法に用いる製造装置の模式図である。図２に示すように、この製造装置は、熱処理装置１０及び冷却装置２０を備えている。図２に示した製造装置では、熱処理装置１０において、図１に示した浸炭工程、粗大パーライト析出工程、微細パーライト析出工程、焼入れ工程の加熱を連続して行う。その後、鋼部材３０を冷却装置２０に搬送し、図１に示した焼入れ工程の冷却を行う。
<Production equipment for steel members>
Next, with reference to FIG. 2, the manufacturing apparatus used for the manufacturing method of the steel member which concerns on 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 2 is a schematic diagram of a manufacturing apparatus used in the method for manufacturing a steel member according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the manufacturing apparatus includes a heat treatment apparatus 10 and a cooling apparatus 20. In the manufacturing apparatus shown in FIG. 2, in the heat treatment apparatus 10, heating in the carburizing step, coarse pearlite precipitation step, fine pearlite precipitation step, and quenching step shown in FIG. 1 is continuously performed. Then, the
図２に示すように、熱処理装置１０は、熱処理室１１、ヒータ１２、真空ポンプＰを備えている。密閉可能な箱状の熱処理室１１の内部に鋼部材３０が収容される。図２の例では、鋼部材３０は歯車である。熱処理室１１の外壁の外側には、鋼部材３０を加熱するためのヒータ１２が設置されている。ヒータ１２としては、例えば赤外線ヒータを用いることができる。その場合、ヒータ１２が設置された熱処理室１１の外壁は、赤外線を透過する石英等の材料から構成される。
As shown in FIG. 2, the heat treatment apparatus 10 includes a heat treatment chamber 11, a heater 12, and a vacuum pump P. The
図２に示すように、熱処理室１１の外壁の外側に設置されたヒータ１２（赤外線ヒータ）によって加熱することにより、熱処理室１１の内部の雰囲気を加熱せずに鋼部材３０のみを加熱することができる。そのため、ヒータ１２を切った際に、急速に鋼部材３０を冷却することができる。さらに、熱処理室１１の外壁を二重構造とし、鋼部材３０を冷却する際に、その間に冷却水、冷却ガス、液体窒素などの冷媒を流してもよい。冷却時間をさらに短縮し、生産性を向上させることができる。また、熱処理室１１の内壁やヒータ１２でのアンモニアの分解が抑制され、高温でも効率よく短時間で鋼部材３０を浸窒することができる。
As shown in FIG. 2, only the
さらに、ヒータ１２として赤外線ヒータを用いると、鋼部材３０の形状等が変化しても均一に加熱することができ、段替えが不要となる。また、図２に示すように、複数の鋼部材３０を同時に加熱することができる。
なお、ヒータ１２として例えば誘導加熱ヒータを用いてもよいが、鋼部材３０の形状等に応じて段替えが必要になる。
Furthermore, when an infrared heater is used as the heater 12, even if the shape of the
Note that, for example, an induction heater may be used as the heater 12, but a step change is required depending on the shape of the
図２に示すように、熱処理室１１の内部は真空ポンプＰによって減圧することができる。また、熱処理室１１の内部にアセチレン（Ｃ２Ｈ２）などの浸炭ガスを導入することができる。さらに、熱処理室１１の内部にアンモニア（ＮＨ３）などの浸窒ガスを導入することができる。浸炭工程では、浸炭工程が終了する際、浸炭ガスの導入を停止し、熱処理室１１の内部を真空ポンプＰによって減圧しながら、粗大パーライト析出工程、微細パーライト析出工程を連続して行う。そして、焼入れ工程における加熱では、熱処理室１１の内部を真空ポンプＰによって減圧しながら、アンモニア（ＮＨ３）などの浸窒ガスを導入する。 As shown in FIG. 2, the inside of the heat treatment chamber 11 can be depressurized by a vacuum pump P. Further, a carburizing gas such as acetylene (C 2 H 2 ) can be introduced into the heat treatment chamber 11. Furthermore, a nitriding gas such as ammonia (NH 3 ) can be introduced into the heat treatment chamber 11. In the carburizing process, when the carburizing process ends, the introduction of the carburizing gas is stopped, and the coarse pearlite precipitation process and the fine pearlite precipitation process are continuously performed while the inside of the heat treatment chamber 11 is decompressed by the vacuum pump P. In the heating in the quenching step, a nitriding gas such as ammonia (NH 3 ) is introduced while the inside of the heat treatment chamber 11 is depressurized by the vacuum pump P.
冷却装置２０は、焼入れ室２１、冷媒噴射部２２を備えている。密閉可能な箱状の焼入れ室２１の内部に、熱処理装置１０において焼入れのために加熱された鋼部材３０が搬送される。焼入れ室２１の天井部には冷媒噴射部２２が設けられており、冷媒噴射部２２から鋼部材３０に向かって冷媒２３が吹き付けられる。冷媒としては、水、油、不活性ガス等を用いることができる。
The cooling device 20 includes a quenching
図２に示した製造装置では、浸炭工程、パーライト化工程（粗大パーライト析出工程及び微細パーライト析出工程）、焼入れ工程の加熱を１つの熱処理装置１０で行うため、製造装置をコンパクトにすることができる。
なお、例えば浸炭工程の前に鋼部材３０を予め加熱しておく予備加熱室（不図示）を別途設けてもよい。熱処理装置１０において鋼部材３０を処理している間に、予備加熱室において他の鋼部材３０を予め加熱しておくことができるため、生産性が向上する。
In the manufacturing apparatus shown in FIG. 2, since the heating in the carburizing process, the pearlite process (the coarse pearlite precipitation process and the fine pearlite precipitation process), and the quenching process is performed by one heat treatment apparatus 10, the manufacturing apparatus can be made compact. .
For example, a preheating chamber (not shown) in which the
＜鋼部材の他の製造装置＞
次に、図３を参照して、第１の実施形態に係る鋼部材の製造方法に用いる他の製造装置について説明する。図３は、第１の実施形態に係る鋼部材の製造方法に用いる他の製造装置の模式図である。図３に示すように、この製造装置は、浸炭処理装置１０ａ、パーライト化処理装置１０ｂ、焼入れ加熱装置１０ｃ及び冷却装置２０を備えている。
<Other manufacturing equipment for steel members>
Next, with reference to FIG. 3, another manufacturing apparatus used in the method for manufacturing a steel member according to the first embodiment will be described. FIG. 3 is a schematic diagram of another manufacturing apparatus used in the method for manufacturing a steel member according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the manufacturing apparatus includes a
図３に示した製造装置では、まず、浸炭処理装置１０ａにおいて、図１に示した浸炭工程を行う。次に、鋼部材３０をパーライト化処理装置１０ｂに搬送し、図１に示した粗大パーライト析出工程及び微細パーライト析出工程を行う。次に、鋼部材３０を焼入れ加熱装置１０ｃに搬送し、図１に示した焼入れ工程の加熱を行う。最後に、鋼部材３０を冷却装置２０に搬送し、図１に示した焼入れ工程の冷却を行う。
In the manufacturing apparatus shown in FIG. 3, first, the carburizing process shown in FIG. 1 is performed in the
図３に示すように、浸炭処理装置１０ａは、熱処理室１１ａ、ヒータ１２ａを備えている。図２に示した熱処理装置１０と同様に、浸炭処理装置１０ａも真空ポンプＰを備えていると共に浸炭ガスを導入することができるが、図３では省略されている。浸炭処理装置１０ａは、例えば汎用の真空加熱炉であって、熱処理室１１ａの内壁に、鋼部材３０を加熱するためのヒータ１２ａが設置されている。
As shown in FIG. 3, the
図３に示すように、パーライト化処理装置１０ｂは、熱処理室１１ｂ、ヒータ１２ｂを備えている。図２に示した熱処理装置１０と同様に、パーライト化処理装置１０ｂも真空ポンプＰを備えているが、図３では省略されている。浸炭処理装置１０ａと同様に、パーライト化処理装置１０ｂも、例えば汎用の真空加熱炉であって、熱処理室１１ｂの内壁に、鋼部材３０を加熱するためのヒータ１２ｂが設置されている。
As shown in FIG. 3, the
図３に示すように、焼入れ加熱装置１０ｃは、熱処理室１１ｃ、ヒータ１２ｃを備えている。図２に示した熱処理装置１０と同様に、焼入れ加熱装置１０ｃも真空ポンプＰを備えていると共に浸窒ガスを導入することができるが、図３では省略されている。浸炭処理装置１０ａと同様に、焼入れ加熱装置１０ｃも、例えば汎用の真空加熱炉であって、熱処理室１１ｃの内壁に、鋼部材３０を加熱するためのヒータ１２ｃが設置されている。
なお、冷却装置２０は、図２に示した製造装置の冷却装置２０と同様であるため、説明を省略する。
As shown in FIG. 3, the quenching
The cooling device 20 is the same as the cooling device 20 of the manufacturing apparatus shown in FIG.
図２に示した製造装置では、浸炭工程、パーライト化工程（粗大パーライト析出工程及び微細パーライト析出工程）、焼入れ工程の加熱を１つの熱処理装置１０で行う。これに対し、図３に示した製造装置では、浸炭工程、パーライト化工程（粗大パーライト析出工程及び微細パーライト析出工程）、焼入れ工程の加熱を別々の装置で行う。そのため、それぞれの装置で異なる鋼部材３０を平行して処理することができ、生産性に優れている。
In the manufacturing apparatus shown in FIG. 2, heating in the carburizing process, the pearlizing process (the coarse pearlite precipitation process and the fine pearlite precipitation process), and the quenching process is performed by one heat treatment apparatus 10. On the other hand, in the manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the carburizing step, the pearlite step (the coarse pearlite precipitation step and the fine pearlite precipitation step), and the quenching step are heated by separate devices. Therefore,
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It is possible to change suitably in the range which does not deviate from the meaning.
１０ 熱処理装置
１０ａ 浸炭処理装置
１０ｂ パーライト化処理装置
１０ｃ 加熱装置
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 熱処理室
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ ヒータ
２０ 冷却装置
２１ 焼入れ室
２２ 冷媒噴射部
２３ 冷媒
３０ 鋼部材
Ｐ 真空ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (1)
オーステナイト変態開始温度Ａ１よりも低くかつ恒温変態曲線のノーズ温度よりも高い温度まで前記鋼部材を降温し、前記浸炭工程において形成されたオーステナイトをパーライト化するパーライト化工程と、
前記パーライト化工程の後、前記オーステナイト変態完了温度Ａ３よりも高温に前記鋼部材を再加熱して急冷する焼入れ工程と、を備えた鋼部材の製造方法であって、
前記パーライト化工程は、
前記オーステナイト変態開始温度Ａ１よりも低くかつ６８０℃よりも高い温度まで前記鋼部材を降温して保持し、前記浸炭工程において形成されたオーステナイトの一部をパーライト化する第１パーライト析出工程と、
６８０℃以下かつ前記ノーズ温度よりも高い温度まで前記鋼部材をさらに降温して保持し、前記第１パーライト析出工程において残留したオーステナイトをパーライト化する第２パーライト析出工程と、を備え、
前記焼入れ工程における再加熱の際に、前記鋼部材を浸窒する、
鋼部材の製造方法。 Carburizing step of carburizing the steel member to a temperature higher than the austenite transformation completion temperature A3 while heating the steel member to austenite, until the carbon concentration becomes higher than the eutectoid composition,
A pearlite step of lowering the steel member to a temperature lower than the austenite transformation start temperature A1 and higher than the nose temperature of the isothermal transformation curve, and pearlizing the austenite formed in the carburizing step;
And a quenching step of reheating and quenching the steel member to a temperature higher than the austenite transformation completion temperature A3 after the pearlitizing step.
The pearlitization process is
A first pearlite precipitation step of lowering and holding the steel member to a temperature lower than the austenite transformation start temperature A1 and higher than 680 ° C., and pearlizing a part of the austenite formed in the carburization step;
And d) a second pearlite precipitation step of pearlitizing austenite remaining in the first pearlite precipitation step by further lowering and holding the steel member to a temperature not higher than 680 ° C. and higher than the nose temperature;
Nitrogen the steel member during reheating in the quenching step,
Method of manufacturing a steel member
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