JP3388510B2 - 耐食、耐摩耗鋼及びその製造方法 - Google Patents

耐食、耐摩耗鋼及びその製造方法

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JP3388510B2 JP35335395A JP35335395A JP3388510B2 JP 3388510 B2 JP3388510 B2 JP 3388510B2 JP 35335395 A JP35335395 A JP 35335395A JP 35335395 A JP35335395 A JP 35335395A JP 3388510 B2 JP3388510 B2 JP 3388510B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、耐食性及び耐摩
耗性、疲労強度などの機械的性質に優れた鋼(ステンレ
スを除く、鋼、鋳鉄)及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】耐食、耐摩耗性が要求される各種機器の
鋼部品の処理法として多く硬質クロ−ムメッキ処理が採
用されているが、近時は環境問題から該硬質クロ−ムメ
ッキ処理が規制される傾向にある。
【0003】そこで、鋼の耐食性、耐摩耗性等を向上さ
せる技術として蒸気酸化処理(特公昭57−14408
号公報)あるいは苛性ソ−ダ(NaOH)系の酸化塩浴
中に鋼処理品を浸漬する酸化処理が見直されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記後者の
苛性ソ−ダ(NaOH)系の酸化塩浴中に鋼処理品を浸
漬する酸化処理に関連するもので、Fe23(赤錆)成
分の存在しない緻密なFe34からなる酸化層を得るこ
とを目的とし、さらに黒色外観に優れ、しかも耐食性を
飛躍的に向上させた耐食、耐摩耗性鋼を提供すること及
びその製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、方法の発明において、前記酸化層の形成に
先立って鋼処理品にガス軟窒化処理により窒化層が形成
される。ここで、窒化層の形成をガス軟窒化処理により
行うことはその後の酸化処理を手数を要せず、且つ有効
に行うためである。
【0006】すなわち、前記軟窒化処理を、例えば塩浴
で行った場合には、窒化化合物層がポ−ラスなため酸化
処理を行っても200時間を越える耐食性を安定して得
ることが難しい。
【0007】また、鋼処理品に付着している塩浴が酸化
塩浴中に混合するため、酸化塩浴の劣化が起こるなど品
質管理に問題が残される。
【0008】さらに、鋼処理品に付着している塩浴も酸
化を受けるため、均一な黒色外観を一回の酸化処理で得
ることができず、通常二回の酸化処理が必要である、等
々の問題が残されるものであった。
【0009】さらに、本発明による酸化処理は、硝酸塩
ベ−スの塩浴中で行われる。すなわち、酸化作用の強い
苛性ソ−ダの使用量を少なくして過酸化によるFe23
(赤錆)の形成を防止するとともに、融点の低い苛性ソ
−ダのベ−パ−化を少なくして作業環境を良好に保つた
めである。
【0010】さらにまた、本発明では、前記酸化塩浴中
に少量のNiが含有させられる。このことにより優れた
黒色外観の鋼処理品を提供することができる。
【0011】前記のごとくして、本発明では、前記ガス
軟窒化処理により形成した窒化層の表面にNiを含有す
Feのみからなる酸化層を形成した耐食、耐摩
耗鋼及びその製造方法を提供するものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に実施の一形態を具体的に説
明する。
【0013】実施例1.鋼処理品として自動車用サスペ
ンションロッド(S35C)を選択し、処理温度:57
0℃、ガス組成:吸熱型変成ガス+アンモニアガス(炉
内残留アンモニア量:50vol%)で、3.5時間処
理し、その後炉内で徐冷して厚さ24〜30μmの窒素
化合物層を得た。
【0014】つぎに硝酸塩を主成分とし、これに20
t%の苛性ソーダを含む酸化塩浴中で、450℃、30
分浸漬処理し、取り出し、水冷し、つぎに水洗後乾燥し
た(以下「処理5」と言う。)。
【0015】前記処理後のロッド表面には1〜2μm
Fe被膜が形成され、黒色外観を示した。
【0016】実施例2.前記実施例1と同じ条件でガス
軟窒化処理を行った後、その表面を研磨し、その後に前
記実施例1と同じ処理条件で酸化処理を行った。
【0017】研磨はセンタレス研磨機にて、表面粗さR
z1.5μm以下になるように行い、その際の研磨代の
平均値は直径で4〜6μmであった(以下「処理6」と
言う。)。
【0018】前記処理後のロッド表面には1〜2μm
Fe被膜が形成され、光沢のある黒色外観を示
し、表面粗さはRz2.0μm以下であった。
【0019】前記「処理5」及び「処理6」によって得
られた処理鋼を他の各種処理鋼と比較した塩水噴霧試験
(JIS Z 2371)の結果が図1に示されてい
る。
【0020】同図中、「処理1」は、硬質クロームメッ
キ処理(20μm)のみの場合である。
【0021】「処理2」はガス軟窒化処理(処理条件は
前記「処理5」と同じ)のみの場合である。
【0022】「処理3」はガス軟窒化処理(処理条件は
前記「処理5」と同じ)に続いて研磨(処理条件は前記
「処理6」と同じ)を行った場合である。
【0023】「処理4」は塩浴軟窒化(塩浴組成:CN
30〜40wt%,CO −230〜40wt%
570℃X2.0時間)に続いて塩浴酸化(酸化塩浴組
成:NaNO10〜30wt%,NaOH70〜90
wt%,400℃X10分)を行い、さらに研磨(処理
条件は前記「処理6」と同じ)を行った後、再び塩浴酸
化(処理条件は1回目の塩浴酸化と同じ)を行った場合
である。
【0024】図1によれば、前記「処理5」で得た処理
品が350〜500時間の耐食性を示し、前記「処理
6」で得た処理品に至っては400〜900時間以上の
耐食性を示しており、従来の硬質クロムメッキを越えて
飛躍的な耐食性を有することが確認されたものである。
【0025】図2には、本発明実施例及びその研磨工程
に関する試験結果が示されている。すなわち、Niイオ
ンを含有する酸化塩浴を使用し、前記「処理6」のごと
く、ガス軟窒化→研磨→塩浴酸化の場合と、ガス軟窒化
→塩浴酸化→研磨(以下「処理7」と言う。)の場合に
おいて耐食性に相違が生じるか,否かの実験結果であ
る。
【0026】処理鋼として、直径13mm、長さ180
mmのS35C炭素鋼の丸棒を使用し、研削後570℃
X3.5時間のガス軟窒化処理を行い、26〜33μm
の窒素化合物層を得てその後炉内で徐冷した。その後、
研磨条件及び塩浴酸化条件を同じにして「研磨工程」の
順序だけを変えて処理を行った。
【0027】研磨条件は、エメリー研磨:#1600→
#4000、表面粗さ:Ra・・0.1μm以下、Rm
ax・・2.0μm以下、Rz・・2.0μm以下、平
均研磨量:2〜3μmである。
【0028】また、塩浴酸化条件は、塩浴組成:硝酸塩
80wt%、苛性ソーダ 20wt%、Niイオン1
000〜5000ppm、処理温度450℃、処理時間
40分である。
【0029】前記処理で得られた処理品、すなわち、ガ
ス軟窒化→研磨→塩浴酸化(処理6)と、ガス軟窒化→
塩浴酸化→研磨(「処理7」)のそれぞれの工程で得ら
れたいずれの処理品も、前記塩水噴霧試験において、4
00時間以上の耐食性を示したものである。
【0030】また、前記いくつかの処理における耐摩耗
性について述べると、図3の通りであり、硬質クロムメ
ッキに比べてガス軟窒化処理→酸化処理が極めて耐摩耗
性に優れていることが確認された。
【0031】なお、この耐摩耗性試験においては、ガス
軟窒化処理→酸化処理の場合と塩浴軟窒化処理→酸化処
理の場合において差は認められなかった。
【0032】図4には、前記「処理6」により処理した
処理品の表面組成の定性分析結果が示されている。分析
は理学電機(株)のGeiger flexを使用し、
20mA,30kV,Target/Filter C
o/Fe X線回折を行ったが、εFe2−3N,Fe
のピークのみでFeは確認できなかった。
【0033】なお、本発明においては、酸化層を形成す
るための酸化塩浴が硝酸塩ベースとされる。この点従来
は、苛性ソーダが50wt%以上とされていたものであ
るが、本発明では苛性ソーダが30〜10wt%とさ
れ、硝酸塩が70〜90wt%、好ましくは80wt%
とされる。
【0034】その結果、処理過程において過酸化による
Fe23の形成を防止し、緻密なFe34層を得ること
ができる。
【0035】なお、硝酸塩が90%を越えると、酸化力
が劣り、また、70%以下の場合にはNaOH濃度が高
いことにより、Fe23が生成され易くなるとともに、
塩浴のベ−パ−が多くなり作業環境が悪化する。したが
って、硝酸塩は70%〜90%とされる。
【0036】なお、ガス軟窒化条件は、処理温度570
〜580℃、炉内残留アンモニア量50%以上で処理を
行い、本発明により得られた窒化化合物層の厚さは5〜
35μmであり、好ましくは20μmである。窒化層が
μm以下であると、塩水噴霧試験において200時間
を越える耐食性が得られず、また、35μm以上である
と、化合物層が脆くなり、耐摩耗性が低下する。したが
って、窒化層は5〜35μmとされる。
【0037】つぎに酸化層は好ましくは1〜2μmとさ
れる。酸化層が1μm以下であると、目的とする美しい
黒色被膜を得ることが難しく、また、酸化層が2μm
上であると、摺動時に剥離が起こり易くなるとともに、
過度の酸化は黒色外観の光沢を失わせるものである。
【0038】本発明の方法、一回の酸化処理で目的と
する耐食性、耐摩耗性及び黒色外観を得ることができる
ため塩浴窒化処理を採用した場合に比べて、処理コスト
を半減できる。
【0039】
【発明の効果】本発明によれば、赤錆成分のFe23
存在しない緻密で黒色外観に優れたFe34からなる酸
化層を安価な処理コストで得ることができ、しかも得ら
れた処理鋼の耐食、耐摩耗性が飛躍的に向上させられる
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】各種の方法を実施して得られた処理鋼の塩水噴
霧試験結果を示す図である。
【図2】本発明実施例及び研磨工程に関する処理鋼の塩
水噴霧試験結果を示す図である。
【図3】硬質クロムメッキとガス軟窒化処理→酸化処理
の耐摩耗性試験結果を示す図である。
【図4】ガス軟窒化処理による窒化層及び硝酸塩ベース
の酸化塩浴中で酸化層を形成した耐食、耐摩耗鋼の定性
分析結果を示す分析図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−341442(JP,A) 特開 平6−184728(JP,A) 特開 平3−285058(JP,A) 特開 昭62−161949(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 8/00 - 8/80 C21D 1/06

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化層の表面にNiを含有するFe
    からなる酸化層が形成されてなることを特徴とする耐
    食、耐摩耗鋼。
  2. 【請求項2】 窒化層が5〜35μmの厚みを有するこ
    とを特徴とする請求項1記載の耐食、耐摩耗鋼。
  3. 【請求項3】 5〜35μmの窒化層の表面にNiを含
    有するFeからなる酸化層が形成されてなること
    を特徴とする耐食、耐摩耗鋼。
  4. 【請求項4】 ガス軟窒化処理により5〜35μmの窒
    化層を形成した後、Niを含有する硝酸塩ベースの酸化
    塩浴中で1〜2μmの酸化層を形成することを特徴とす
    る耐食、耐摩耗鋼の製造方法。
  5. 【請求項5】 窒化層を形成した後研磨を行うことを特
    徴とする請求項に記載の耐食、耐摩耗鋼の製造方法。
  6. 【請求項6】 酸化層を形成した後研磨を行うことを特
    徴とする請求項に記載の耐食、耐摩耗鋼の製造方法。
  7. 【請求項7】 酸化塩浴中の硝酸塩が70〜90wt%
    である請求項、5又は6に記載の耐食、耐摩耗鋼の製
    造方法。
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