JP4858071B2 - Steel surface treatment method and surface-treated steel material - Google Patents
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本発明は、鋼材の表面処理方法及び表面処理された鋼材に係り、特に、鋼材を浸炭性ガスで所定時間浸炭し、鋼材に炭素を固溶する浸炭工程と、炭素を固溶した鋼材を加熱して、炭素を鋼材に拡散する拡散工程と、を有する鋼材の表面処理方法及び表面処理された鋼材に関する。 The present invention relates to a steel surface treatment method and a surface-treated steel material, and in particular, carburizing a steel material with a carburizing gas for a predetermined time, and solid-dissolving carbon in the steel material, and heating the steel material in which carbon is solid-dissolved. And a diffusion step of diffusing carbon into the steel material, and a surface treatment method for the steel material and a surface-treated steel material.
自動車部品等の車両用部品には、一般的に、鋼や鋳鉄等の鉄鋼材料が用いられている。鋼材には、耐摩耗性等を向上させるために浸炭処理等の表面処理が行われる。鋼材の浸炭方法には、固体浸炭法、液体浸炭法、ガス浸炭法及び真空浸炭法等がある。特許文献１には、減圧無酸化雰囲気の加熱室にメタンやプロパン等の鎖状炭化水素ガスを供給して、減圧下において鋼部品を高周波加熱手段により加熱して浸炭処理を行い、その後、鎖状炭化水素ガスの供給を停止及び排出して減圧無酸化雰囲気下で拡散処理を行うことが記載されている。
Generally, steel materials such as steel and cast iron are used for vehicle parts such as automobile parts. Steel materials are subjected to surface treatment such as carburizing treatment in order to improve wear resistance and the like. Steel carburizing methods include solid carburizing, liquid carburizing, gas carburizing, and vacuum carburizing. In
ところで、上述したような浸炭処理と拡散処理とを繰返し行う鋼材の表面処理方法では、浸炭処理に浸炭性ガスを使用するため、浸炭処理時間が長くなると浸炭性ガスの使用量が多くなる場合がある。炭化水素系ガス等の浸炭性ガスは、一般的に、高価であるため、浸炭処理時間が長くなり浸炭性ガスの使用量が多くなると、鋼材の表面処理コストが高くなる可能性がある。また、浸炭処理時間が長くなることにより、鋼材の表面処理時間が長くなり、表面処理された鋼材の生産性が低下する可能性がある。 By the way, in the steel surface treatment method that repeatedly performs the carburizing treatment and the diffusion treatment as described above, since the carburizing gas is used for the carburizing treatment, the amount of the carburizing gas used may increase as the carburizing treatment time increases. is there. Since carburizing gas such as hydrocarbon gas is generally expensive, if the carburizing time is increased and the amount of carburizing gas used is increased, the surface treatment cost of the steel material may increase. Moreover, when the carburizing time is increased, the surface treatment time of the steel material is increased, and the productivity of the surface-treated steel material may be reduced.
そこで、本発明の目的は、鋼材の表面処理コストを、更に低減する鋼材の表面処理方法及び表面処理された鋼材を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a surface treatment method for steel and a surface-treated steel that further reduce the surface treatment cost of the steel.
本発明に係る鋼材の表面処理方法は、鋼材を浸炭性ガスで所定時間浸炭し、鋼材に炭素を固溶する浸炭工程と、炭素を固溶した鋼材を加熱して、炭素を鋼材に拡散する拡散工程と、を有する鋼材の表面処理方法であって、浸炭工程は、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率を測定し、重量増加率が変わるときに浸炭を止めることを特徴とする。 The surface treatment method for a steel material according to the present invention includes carburizing a steel material with a carburizing gas for a predetermined time, a carburizing step in which carbon is solid-dissolved in the steel material, and heating the steel material in which carbon is solid-dissolved to diffuse the carbon into the steel material. A surface treatment method for a steel material having a diffusion step, wherein the carburization step measures a weight increase rate of the steel material with respect to the carburizing time and stops carburization when the weight increase rate changes .
本発明に係る鋼材の表面処理方法において、浸炭工程と拡散工程とは、複数回行われることを特徴とする。 In the steel material surface treatment method according to the present invention, the carburization step and the diffusion step are performed a plurality of times .
本発明に係る表面処理された鋼材は、鋼材を浸炭性ガスで所定時間浸炭し、鋼材に炭素を固溶する浸炭工程と、炭素を固溶した鋼材を加熱して、炭素を鋼材に拡散する拡散工程と、を有する鋼材の表面処理方法で表面処理された鋼材であって、浸炭工程は、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率を測定し、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率が変わるときに浸炭を止めることを特徴とする。 The surface-treated steel material according to the present invention includes carburizing a steel material for a predetermined time with a carburizing gas, carburizing a solid solution of carbon in the steel material, and heating the steel material in which the carbon is dissolved, thereby diffusing the carbon into the steel material. A steel material that has been surface-treated by a surface treatment method for a steel material having a diffusion step, wherein the carburizing step measures a weight increase rate of the steel material with respect to the carburizing time , and carburizes when the weight increase rate of the steel material with respect to the carburizing time changes. It is characterized by stopping.
本発明に係る表面処理された鋼材において、浸炭工程と拡散工程とは、複数回行われることを特徴とする。 In the surface-treated steel material according to the present invention, the carburizing step and the diffusion step are performed a plurality of times.
上記のように本発明に係る鋼材の表面処理方法及び表面処理された鋼材によれば、浸炭時間を短縮することにより、鋼材の表面処理コストを、更に低減することができる。 As described above, according to the steel surface treatment method and the surface-treated steel material according to the present invention, the surface treatment cost of the steel material can be further reduced by shortening the carburizing time.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、鋼材の表面処理方法を示すフローチャートである。鋼材の表面処理方法は、浸炭工程（Ｓ１０）と、拡散工程（Ｓ１２）と、焼入れ工程（Ｓ１４）とを含んで構成される。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart showing a steel surface treatment method. The steel material surface treatment method includes a carburizing step (S10), a diffusion step (S12), and a quenching step (S14).
浸炭工程（Ｓ１０）は、鋼材を浸炭性ガスで所定時間浸炭し、鋼材に炭素を固溶する工程である。 The carburizing step (S10) is a step of carburizing a steel material with a carburizing gas for a predetermined time and solid-dissolving carbon in the steel material.
鋼材には、炭素鋼、クロム鋼（Ｃｒ鋼）、クロムーモリブデン鋼（Ｃｒ−Ｍｏ鋼）、ニッケルークロム鋼（Ｎｉ−Ｃｒ鋼）、ニッケルークロムーモリブデン鋼（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼）等を用いることができる。勿論、鋼材は、上記金属材料に限定されることはない。 Steel materials include carbon steel, chromium steel (Cr steel), chromium-molybdenum steel (Cr-Mo steel), nickel-chromium steel (Ni-Cr steel), nickel-chromium-molybdenum steel (Ni-Cr-Mo steel), etc. Can be used. Of course, the steel material is not limited to the metal material.
鋼材を浸炭する浸炭性ガスには、メタン、プロパン、エチレン、アセチレン等の炭化水素系ガスを用いることができる。炭化水素系ガスを高温で加熱して分解させることにより、分解して生成した炭素を鋼材に固溶させて浸炭することができるからである。また、浸炭性ガスには、炭化水素系ガスに窒素ガス等を混合した混合ガスを用いることができる。勿論、他の条件次第では、浸炭性ガスは、上記炭化水素系ガスに限定されることはない。 A hydrocarbon-based gas such as methane, propane, ethylene, and acetylene can be used as the carburizing gas for carburizing the steel material. This is because by heating and decomposing hydrocarbon gas at a high temperature, the carbon produced by decomposition can be dissolved in the steel material and carburized. As the carburizing gas, a mixed gas obtained by mixing a hydrocarbon gas with nitrogen gas or the like can be used. Of course, depending on other conditions, the carburizing gas is not limited to the hydrocarbon-based gas.
鋼材の浸炭処理に用いられる浸炭装置には、一般的に、金属材料の浸炭処理に用いられる浸炭炉を使用することができる。浸炭炉内に浸炭処理前のワーク材である鋼材を置いて、アセチレン等の浸炭性ガスを炉内に導入して加熱することにより、炭素を鋼材に固溶させて浸炭することができる。 Generally, a carburizing furnace used for carburizing a metal material can be used as a carburizing apparatus used for carburizing steel. By placing a steel material, which is a workpiece material before carburizing treatment, in a carburizing furnace and introducing a carburizing gas such as acetylene into the furnace and heating it, carbon can be dissolved in the steel material and carburized.
鋼材を加熱して浸炭するときの浸炭温度は、例えば、８５０℃以上１０００℃以下とすることができる。また、鋼材の浸炭温度は、９００℃以上９５０℃以下とすることが好ましい。勿論、他の条件次第では、鋼材の浸炭温度は、上記温度範囲に限定されることはない。 The carburizing temperature when the steel material is heated and carburized can be, for example, 850 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. Moreover, it is preferable that the carburizing temperature of steel materials shall be 900 degreeC or more and 950 degrees C or less. Of course, depending on other conditions, the carburizing temperature of the steel material is not limited to the above temperature range.
拡散工程（Ｓ１２）は、炭素を固溶した鋼材を加熱して、炭素を鋼材に拡散する工程である。浸炭工程（Ｓ１０）で鋼材の表面に、例えば、セメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）を形成させるように炭素を固溶させて浸炭処理した後に、鋼材の表面に固溶した高濃度の炭素を鋼材の内部に拡散させることにより、鋼材表面の炭素濃度を調整することができる。 The diffusion step (S12) is a step of heating the steel material in which carbon is dissolved to diffuse the carbon into the steel material. In the carburizing step (S10), for example, carbon is solid-solved so as to form cementite (Fe 3 C) on the surface of the steel material, followed by carburizing treatment. The carbon concentration on the surface of the steel material can be adjusted by diffusing it.
炭素を固溶した鋼材の拡散処理は、炭素を固溶した鋼材を、浸炭性ガスの導入を止めて加熱することにより行うことができる。拡散処理に用いられる拡散処理装置には、浸炭工程（Ｓ１０）で用いた浸炭炉を使用することが好ましい。浸炭工程（Ｓ１０）と拡散工程（Ｓ１２）とを同じ装置で処理することにより、浸炭工程（Ｓ１０）後における鋼材の搬入及び搬出を省略することができ、鋼材をより短時間で表面処理することができるからである。勿論、他の条件次第では、拡散処理装置は、浸炭装置と同じ装置に限定されることはない。 The diffusion treatment of the steel material in which the carbon is dissolved can be performed by heating the steel material in which the carbon is dissolved while stopping the introduction of the carburizing gas. It is preferable to use the carburizing furnace used in the carburizing step (S10) for the diffusion processing apparatus used for the diffusion processing. By carrying out the carburizing step (S10) and the diffusion step (S12) with the same apparatus, it is possible to omit the loading and unloading of the steel material after the carburizing step (S10), and to surface-treat the steel material in a shorter time. Because you can. Of course, depending on other conditions, the diffusion treatment apparatus is not limited to the same apparatus as the carburizing apparatus.
炭素を固溶した鋼材を拡散処理するときの拡散温度は、例えば、８５０℃以上１０００℃以下とすることができる。また、炭素を固溶した鋼材の拡散温度は、９００℃以上９５０℃以下とすることが好ましい。勿論、他の条件次第では、炭素を固溶した鋼材の拡散温度は、上記温度範囲に限定されることはない。 The diffusion temperature when the diffusion treatment is performed on the steel material in which carbon is dissolved can be set to 850 ° C. or more and 1000 ° C. or less, for example. Moreover, it is preferable that the diffusion temperature of the steel material in which carbon is dissolved is 900 ° C. or higher and 950 ° C. or lower. Of course, depending on other conditions, the diffusion temperature of the steel material in which carbon is dissolved is not limited to the above temperature range.
浸炭工程（Ｓ１０）と拡散工程（Ｓ１２）とは、複数回行われることが好ましい。浸炭工程（Ｓ１０）で鋼材表面に固溶した高濃度の炭素を、拡散工程（Ｓ１２）で鋼材内部に拡散させて鋼材表面の炭素濃度を下げた後に、更に、浸炭工程（Ｓ１０）で鋼材表面の炭素濃度が低下した鋼材を浸炭することで、炭素を効率よく鋼材に固溶させることができるからである。このように、浸炭工程（Ｓ１０）と拡散工程（Ｓ１２）とを複数回繰り返すことにより、鋼材により多くの炭素を含有させることができる。 The carburizing step (S10) and the diffusion step (S12) are preferably performed a plurality of times. After the high concentration carbon dissolved in the steel surface in the carburizing step (S10) is diffused in the steel material in the diffusion step (S12) to lower the carbon concentration on the steel surface, the surface of the steel material is further reduced in the carburizing step (S10). This is because carbon can be efficiently dissolved in the steel material by carburizing the steel material having a reduced carbon concentration. Thus, a carbon material can be made to contain more carbon by repeating a carburizing process (S10) and a spreading | diffusion process (S12) in multiple times.
浸炭工程（Ｓ１０）は、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率を測定し、重量増加率に基づいて浸炭を止めることが好ましい。浸炭時間の経過とともに鋼材に炭素が固溶して鋼材の重量が増加するため、浸炭時間に対する鋼材重量変化の割合である鋼材の重量増加率を測定し、重量増加率に基づいて浸炭を止めることにより、鋼材の重量増加率の大きい領域で浸炭することができるからである。そして、鋼材の重量増加率の大きい領域で浸炭することにより浸炭時間を短縮することができ、アセチレン等の浸炭性ガスの使用量を抑制することができる。 In the carburizing step (S10), it is preferable to measure the weight increase rate of the steel material with respect to the carburizing time and stop carburization based on the weight increase rate. As the carburizing time progresses, carbon dissolves in the steel and the weight of the steel increases, so measure the rate of steel weight increase relative to the carburizing time, and stop carburizing based on the rate of weight increase. This is because it is possible to carburize in a region where the weight increase rate of the steel material is large. And carburizing time can be shortened by carburizing in the area | region where the weight increase rate of steel materials is large, and the usage-amount of carburizing gas, such as acetylene, can be suppressed.
図２は、浸炭中における鋼材の重量変化を表した代表的なグラフである。図２では、グラフの横軸に浸炭時間（ｍｉｎ）を取り、グラフの縦軸に鋼材の重量変化（ｇ）を取り、浸炭時間に対する鋼材の重量変化量を黒丸で示した。 FIG. 2 is a representative graph showing the weight change of the steel material during carburizing. In FIG. 2, the horizontal axis of the graph represents the carburizing time (min), the vertical axis of the graph represents the weight change (g) of the steel material, and the weight change amount of the steel material with respect to the carburizing time is indicated by a black circle.
浸炭開始後の初期段階では、鋼材表面の炭素濃度が低いために、鋼材へ炭素が固溶する速度が速くなる。そのため、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率は大きくなる。そして、鋼材に炭素が固溶されるに従って、鋼材表面には、セメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）が形成され、鋼材表面の炭素濃度が高くなる。更に、浸炭時間が経過して鋼材に炭素が固溶されると、鋼材表面がセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）で被覆される。鋼材表面がセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）で被覆されると、鋼材表面の炭素濃度が高濃度となるため、鋼材へ炭素が固溶する速度が遅くなり、浸炭開始後の初期段階と比較して浸炭時間に対する鋼材の重量増加率は小さくなる。したがって、図２に示すように、鋼材にセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）が被覆される前と、セメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）が被覆された後とにおいて、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率が変わり、グラフに変曲点が形成される。
In the initial stage after the start of carburizing, the carbon concentration on the steel material surface is low, so that the rate at which carbon dissolves in the steel material increases. Therefore, the weight increase rate of the steel material with respect to the carburizing time is increased. And as carbon is dissolved in the steel material, cementite (Fe 3 C) is formed on the steel material surface, and the carbon concentration on the steel material surface increases. Further, when carbon is dissolved in the steel material after the carburizing time has elapsed, the steel material surface is coated with cementite (Fe 3 C). If the steel material surface is coated with cementite (Fe 3 C), the carbon concentration on the steel material surface becomes high, so the rate at which carbon dissolves in the steel material becomes slow, and carburizing compared to the initial stage after the start of carburizing. The weight increase rate of the steel material with respect to time becomes small. Accordingly, as shown in FIG. 2, before and steel in cementite (
図３は、浸炭された鋼材の代表的な断面組織を示す写真であり、図３（Ａ）は、浸炭開始後の初期段階である変曲点前に浸炭を止めた鋼材の断面組織を示す写真であり、図３（Ｂ）は、変曲点後に浸炭を止めた鋼材の断面組織を示す写真である。変曲点前に浸炭を止めた鋼材では、図３（Ａ）に示すように、鋼材表面の一部にセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）が形成される。そして、変曲点前に浸炭を止めた鋼材の表面は、まだ、セメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）で被覆されてはいない。しかし、変曲点後に浸炭を止めた鋼材では、図３（Ｂ）に示すように、鋼材表面はセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）で被覆される。
FIG. 3 is a photograph showing a typical cross-sectional structure of the carburized steel material, and FIG. 3 (A) shows a cross-sectional structure of the steel material that has been carburized before the inflection point, which is the initial stage after the start of carburizing. FIG. 3B is a photograph showing a cross-sectional structure of a steel material that has been carburized after the inflection point. In the steel material in which carburization is stopped before the inflection point, as shown in FIG. 3 (A), cementite (Fe 3 C) is formed on a part of the steel material surface. Then, the surface of the steel was stopped carburized inflection temae is still not covered by cementite (
このように、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率を測定することにより、鋼材表面がセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）で被覆される前に浸炭を止めることで、鋼材の重量増加率の大きい領域で浸炭することができ、浸炭時間を短縮することができる。 Thus, by measuring the weight increase rate of the steel material with respect to the carburizing time, the carburization is stopped before the steel material surface is coated with cementite (Fe 3 C), thereby carburizing in a region where the steel material weight increase rate is large. And carburizing time can be shortened.
浸炭工程（Ｓ１０）は、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率が変わるときに浸炭を止めることが好ましい。浸炭時間に対する鋼材の重量増加率が変わるとき、例えば、鋼材表面がセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）で被覆される直前で浸炭を止めることにより、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率が大きい領域で効率的に浸炭することができ、浸炭時間を、更に短縮することができるからである。 In the carburizing step (S10), it is preferable to stop the carburizing when the rate of weight increase of the steel material with respect to the carburizing time changes. When the rate of weight increase of the steel material with respect to the carburizing time changes, for example, by stopping the carburizing immediately before the surface of the steel material is coated with cementite (Fe 3 C), the steel material is efficiently increased in a region where the rate of weight increase of the steel material with respect to the carburizing time is large. This is because carburizing can be performed, and the carburizing time can be further shortened.
また、浸炭工程（Ｓ１０）と拡散工程（Ｓ１２）とを複数回行うことにより鋼材を表面処理する場合においても、浸炭工程（Ｓ１０）では、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率が変わるときに浸炭を止めることが好ましい。鋼材表面がセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）で被覆される直前で浸炭を止めることにより、重量増加率の高い領域で鋼材を複数回効率的に浸炭することができ、鋼材の表面処理時間を更に短縮することができるからである。そして、鋼材の浸炭時間を短縮することにより、高価な浸炭性ガスの使用量を抑えることができる。 Further, even when the steel material is surface-treated by performing the carburizing step (S10) and the diffusion step (S12) multiple times, the carburizing step (S10) involves carburizing when the weight increase rate of the steel material changes with respect to the carburizing time. It is preferable to stop. By stopping carburization immediately before the steel surface is coated with cementite (Fe 3 C), the steel material can be efficiently carburized multiple times in a region with a high weight increase rate, further reducing the surface treatment time of the steel material. Because it can. And the usage-amount of expensive carburizing gas can be restrained by shortening the carburizing time of steel materials.
焼入れ工程（Ｓ１４）は、拡散工程（Ｓ１２）後に、炭素を拡散した鋼材を熱処理して、鋼材表面の硬度を高くする工程である。炭素を拡散した鋼材の熱処理には、油焼入れやガス焼入れ等を用いることができる。炭素を拡散した鋼材の焼入れには、一般的に、炭素鋼等の熱処理で使用される熱処理炉等を用いることができる。 The quenching step (S14) is a step of increasing the hardness of the steel material surface by heat-treating the steel material in which carbon is diffused after the diffusion step (S12). Oil quenching, gas quenching, or the like can be used for heat treatment of the steel material in which carbon is diffused. In general, a heat treatment furnace used for heat treatment of carbon steel or the like can be used for quenching the steel material in which carbon is diffused.
なお、上記における鋼材の表面処理方法は、トランスミッションギア等の自動車用金属部品等についても適用することができる。また、上記における鋼材の表面処理方法は、他の条件次第では、鉄（Ｆｅ）合金だけでなく、他の金属材料についても適用することができる。 The steel surface treatment method described above can also be applied to automobile metal parts such as transmission gears. Further, the steel surface treatment method described above can be applied not only to iron (Fe) alloys but also to other metal materials depending on other conditions.
以上、上記構成によれば、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率を測定し、重量増加率に基づいて浸炭を止めることにより、鋼材表面にセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）が被覆される前に浸炭を止めることができるので、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率が高い領域で浸炭することができる。そして、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率が高い領域で浸炭することにより、鋼材の浸炭時間を短縮することができ、浸炭性ガスの使用量を抑制し、鋼材の表面処理コストを低減することができる。 As mentioned above, according to the said structure, the weight increase rate of the steel materials with respect to the carburizing time is measured, and the carburization is stopped before the cementite (Fe 3 C) is coated on the steel material surface by stopping the carburization based on the weight increase rate. Therefore, it can carburize in the area | region where the weight increase rate of the steel materials with respect to the carburizing time is high. And by carburizing in a region where the weight increase rate of the steel material with respect to the carburizing time is high, the carburizing time of the steel material can be shortened, the amount of carburizing gas used can be suppressed, and the surface treatment cost of the steel material can be reduced. it can.
上記構成によれば、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率を測定し、重量増加率に基づいて浸炭を止めることにより、鋼材の浸炭時間を短縮して鋼材の表面処理時間をより短縮し、表面処理された鋼材の生産性を、更に向上させることができる。 According to the above configuration, the rate of weight increase of the steel material relative to the carburizing time is measured, and the carburizing time is stopped based on the weight increasing rate, thereby shortening the carburizing time of the steel material and further shortening the surface treatment time of the steel material. The productivity of the obtained steel material can be further improved.
上記構成によれば、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率が変わるときに浸炭を止めることにより、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率が大きい領域で効率的に浸炭することができ、浸炭時間を、更に短縮することができる。 According to the above configuration, by stopping the carburizing when the rate of increase in the weight of the steel material relative to the carburizing time is changed, the carburizing time can be efficiently carburized in a region where the rate of weight increase of the steel material relative to the carburizing time is large. It can be shortened.
鋼材に、２種類の表面処理条件で表面処理を行なった。図４は、実施例１及び比較例１における表面処理条件を示す図である。まず、実施例１における表面処理条件について説明する。 The steel material was subjected to surface treatment under two types of surface treatment conditions. FIG. 4 is a diagram showing surface treatment conditions in Example 1 and Comparative Example 1. First, the surface treatment conditions in Example 1 will be described.
鋼材には、クロム鋼であるＳＣＲ４２０Ｈを使用した。図５は、表面処理に用いた鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの形状を示す図である。鋼材ＳＣＲ４２０Ｈには、直径１８ｍｍ、高さ５０ｍｍである円柱状鋼材を使用した。 SCR420H which is chromium steel was used for the steel material. FIG. 5 is a view showing the shape of a steel material SCR420H used for the surface treatment. A cylindrical steel material having a diameter of 18 mm and a height of 50 mm was used for the steel material SCR420H.
浸炭処理は、図４に示すように、鋼材ＳＣＲ４２０Ｈを浸炭温度９５０℃で加熱して行った。浸炭性ガスには、１質量％のアセチレンと、９９質量％の窒素とを混合した混合ガスを使用した。そして、浸炭性ガスのガス流量は５Ｌ／ｍｉｎとした。 As shown in FIG. 4, the carburizing process was performed by heating the steel SCR420H at a carburizing temperature of 950 ° C. As the carburizing gas, a mixed gas in which 1% by mass of acetylene and 99% by mass of nitrogen were mixed was used. The gas flow rate of the carburizing gas was 5 L / min.
実施例１における表面処理条件では、浸炭処理と拡散処理とを合わせて１ステップとして、ステップ１からステップ１１まで浸炭処理と拡散処理を繰返して実施した。浸炭処理は、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率を測定し、鋼材表面がセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）で被覆される前に浸炭を止めて処理した。実施例１における浸炭時間は、ステップ１からステップ１１の各々ステップで１分間とした。したがって、実施例１における表面処理条件では、浸炭時間の合計は１１分間である。
In the surface treatment conditions in Example 1, the carburization treatment and the diffusion treatment were combined as one step, and the carburization treatment and the diffusion treatment were repeated from
拡散処理は、各々ステップの浸炭処理後に、上記浸炭性ガスの導入を止めて、炭素を固溶した鋼材ＳＣＲ４２０Ｈを９５０℃で加熱することにより炭素を拡散させて処理した。拡散時間は、ステップ１では４分間、ステップ２では５分間、ステップ３では６分間、ステップ４〜５では７分間、ステップ６〜８では８分間、ステップ９〜１０では１０分間、ステップ１１では１５分間とした。したがって、実施例１における表面処理条件では、拡散時間の合計は８８分間である。なお、浸炭時間と拡散時間を合わせた合計は９９分間である。
The diffusion treatment was performed by diffusing carbon by heating the steel material SCR420H in which carbon was dissolved at 950 ° C. after stopping the introduction of the carburizing gas after the carburizing treatment in each step. The diffusion time is 4 minutes for
次に、比較例１における表面処理条件について説明する。鋼材には、実施例１と同じクロム鋼ＳＣＲ４２０Ｈを使用した。 Next, the surface treatment conditions in Comparative Example 1 will be described. The same chromium steel SCR420H as in Example 1 was used as the steel material.
浸炭処理は、図４に示すように、鋼材ＳＣＲ４２０Ｈを浸炭温度９５０℃で加熱して行った。浸炭性ガスには、実施例１と同様に、１質量％のアセチレンと、９９質量％の窒素とを混合した混合ガスを使用し、浸炭性ガスのガス流量を５Ｌ／ｍｉｎとした。 As shown in FIG. 4, the carburizing process was performed by heating the steel SCR420H at a carburizing temperature of 950 ° C. As in the case of Example 1, a mixed gas in which 1% by mass of acetylene and 99% by mass of nitrogen were mixed was used as the carburizing gas, and the gas flow rate of the carburizing gas was set to 5 L / min.
比較例１における表面処理条件では、図４に示すように、浸炭処理と拡散処理とを各々１回ずつ行った。比較例１における表面処理条件では、浸炭時間を３３分間とした。 Under the surface treatment conditions in Comparative Example 1, as shown in FIG. 4, carburization treatment and diffusion treatment were each performed once. Under the surface treatment conditions in Comparative Example 1, the carburization time was 33 minutes.
拡散は、鋼材ＳＣＲ４２０Ｈを３３分間浸炭処理した後に、上記浸炭性ガスの導入を止めて、炭素を固溶した鋼材ＳＣＲ４２０Ｈを９５０℃で加熱することにより炭素を拡散させて処理した。比較例１における表面処理条件では、拡散時間を６６分間とした。なお、浸炭時間と拡散時間を合わせた合計時間は９９分間である。 Diffusion was performed by diffusing carbon by heating the steel material SCR420H in which carbon steel was dissolved at 950 ° C. after stopping the introduction of the carburizing gas after carburizing the steel material SCR420H for 33 minutes. Under the surface treatment conditions in Comparative Example 1, the diffusion time was 66 minutes. Note that the total time of the carburizing time and the diffusion time is 99 minutes.
そして、実施例１及び比較例１における表面処理において、浸炭処理と拡散処理とを合わせた時間に対する鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量を測定し、鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量変化量を求めた。また、単位時間（ｍｉｎ）あたりの重量変化量（ｇ）である重量増加率（ｇ／ｍｉｎ）を求め浸炭速度（ｇ／ｍｉｎ）として表した。 And in the surface treatment in Example 1 and Comparative Example 1, the weight of the steel material SCR420H with respect to the combined time of the carburizing treatment and the diffusion treatment was measured, and the weight change amount of the steel material SCR420H was obtained. Moreover, the weight increase rate (g / min) which is a weight change amount (g) per unit time (min) was calculated | required, and it represented as carburizing speed | rate (g / min).
まず、実施例１と比較例１とにおける表面処理条件で表面処理された鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量変化量測定結果について説明する。図６は、実施例１と比較例１とにおける表面処理条件で表面処理された鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量変化量測定結果を示すグラフであり、図６（Ａ）は、実施例１における表面処理条件で表面処理された鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量変化量を測定したグラフであり、図６（Ｂ）は、比較例１における表面処理条件で表面処理された鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量変化量を測定したグラフである。図６（Ａ）と図６（Ｂ）では、横軸に浸炭処理と拡散処理とを合わせた処理時間を取り、縦軸に鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量変化量を取って、処理時間に対する重量変化量の関係を示した。 First, the weight change measurement result of the steel material SCR420H surface-treated under the surface treatment conditions in Example 1 and Comparative Example 1 will be described. 6 is a graph showing the results of measuring the amount of change in the weight of the steel SCR420H surface-treated under the surface treatment conditions in Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 6 (A) shows the surface treatment conditions in Example 1. FIG. 6B is a graph obtained by measuring the weight change amount of the surface-treated steel material SCR420H, and FIG. 6B is a graph obtained by measuring the weight change amount of the steel material SCR420H surface-treated under the surface treatment conditions in Comparative Example 1. FIG. In FIG. 6 (A) and FIG. 6 (B), the horizontal axis represents the processing time combining the carburizing process and the diffusion process, and the vertical axis represents the weight change amount of the steel SCR420H. The relationship was shown.
実施例１における表面処理条件では、図６（Ａ）に示すように、各々ステップにおいて、浸炭処理では炭素が鋼材ＳＣＲ４２０Ｈに固溶するため、鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量が増加し、浸炭後の拡散処理では、鋼材ＳＣＲ４２０Ｈに固溶した炭素を拡散させるため、鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量はほとんど増加せず略一定となった。そして、ステップ１からステップ１１まで浸炭処理と拡散処理とを繰り返した後における鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量増加は、約０．１１５ｇであった。
In the surface treatment conditions in Example 1, as shown in FIG. 6 (A), in each step, carbon is solid-solved in the steel material SCR420H in the carburizing treatment, so that the weight of the steel material SCR420H increases, and in the diffusion treatment after carburizing. In order to diffuse carbon dissolved in the steel material SCR420H, the weight of the steel material SCR420H hardly increased and became substantially constant. And the weight increase of steel SCR420H after repeating the carburizing process and the diffusion process from
比較例１における表面処理条件では、図６（Ｂ）に示すように、浸炭処理では、炭素が鋼材ＳＣＲ４２０Ｈに固溶するため鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量が増加し、浸炭時間３３分間後の拡散処理では、鋼材ＳＣＲ４２０Ｈに固溶した炭素を拡散させるため、鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量はほとんど増加せず略一定となった。そして、浸炭処理と拡散処理とを終了した後における鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量増加は、約０．１１５ｇであった。 In the surface treatment conditions in Comparative Example 1, as shown in FIG. 6 (B), in the carburizing treatment, carbon is dissolved in the steel material SCR420H, so the weight of the steel material SCR420H increases, and in the diffusion treatment after 33 minutes of the carburizing time, Since carbon dissolved in the steel material SCR420H is diffused, the weight of the steel material SCR420H hardly increases and becomes substantially constant. And the weight increase of steel SCR420H after finishing a carburizing process and a diffusion process was about 0.115g.
実施例１と比較例１とにおける表面処理条件について、鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量変化を比較すると、鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの重量増加量は略同じであった。実施例１における表面処理条件では浸炭時間が合計で１１分間であるのに対して、比較例１における表面処理条件では浸炭時間が合計で３３分間であるので、実施例１の表面処理条件では、比較例１の表面処理条件に対して、略３分の１の浸炭時間で略同量の炭素を鋼材ＳＣＲ４２０Ｈに固溶させることができた。 Regarding the surface treatment conditions in Example 1 and Comparative Example 1, when the weight change of the steel SCR420H was compared, the amount of weight increase of the steel SCR420H was substantially the same. In the surface treatment conditions in Example 1, the total carburizing time is 11 minutes, whereas in the surface treatment conditions in Comparative Example 1, the carburizing time is 33 minutes in total. Therefore, in the surface treatment conditions in Example 1, With respect to the surface treatment conditions of Comparative Example 1, substantially the same amount of carbon could be dissolved in the steel SCR420H in approximately one third of the carburizing time.
次に、実施例１と比較例１とにおける表面処理条件で表面処理された鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの浸炭速度測定結果について説明する。図７は、実施例１と比較例１とにおける表面処理条件で表面処理された鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの浸炭速度測定結果を示すグラフであり、図７（Ａ）は、実施例１における表面処理条件で表面処理された鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの浸炭速度を測定したグラフであり、図７（Ｂ）は、比較例１における表面処理条件で表面処理された鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの浸炭速度を測定したグラフである。図７（Ａ）と図７（Ｂ）とは、横軸に浸炭処理と拡散処理とを合わせた処理時間を取り、縦軸に鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの浸炭速度を取って、処理時間に対する浸炭速度の関係を示した。 Next, the carburization rate measurement result of the steel SCR420H surface-treated under the surface treatment conditions in Example 1 and Comparative Example 1 will be described. 7 is a graph showing the carburization rate measurement results of steel SCR420H surface-treated under the surface treatment conditions in Example 1 and Comparative Example 1, and FIG. 7 (A) shows the surface under the surface treatment conditions in Example 1. 7B is a graph obtained by measuring the carburizing rate of the treated steel SCR420H, and FIG. 7B is a graph obtained by measuring the carburizing rate of the steel SCR420H surface-treated under the surface treatment conditions in Comparative Example 1. FIG. FIG. 7A and FIG. 7B show the relationship between the carburizing speed with respect to the processing time, with the horizontal axis representing the processing time in which the carburizing treatment and the diffusion processing are combined, and the vertical axis representing the carburizing rate of the steel SCR420H. showed that.
実施例１における表面処理条件では、浸炭速度は、図７（Ａ）に示すように、０．００５ｇ／ｍｉｎ〜０．０１４ｇ／ｍｉｎであった。浸炭開始直後の浸炭速度が０．０１４ｇ／ｍｉｎと高く、ステップ回数が増えるに従って浸炭速度は小さくなり、例えば、ステップ後半であるステップ９からステップ１１では、略０．００５ｇ／ｍｉｎとなった。
Under the surface treatment conditions in Example 1, the carburization rate was 0.005 g / min to 0.014 g / min as shown in FIG. The carburizing rate immediately after the start of carburizing is as high as 0.014 g / min, and the carburizing rate decreases as the number of steps increases. For example, in
比較例１における表面処理条件では、浸炭速度は、図７（Ｂ）に示すように、０．００１５ｇ／ｍｉｎ〜０．０１４ｇ／ｍｉｎであった。浸炭開始直後の浸炭速度が０．０１４ｇ／ｍｉｎと高く、浸炭時間が長くなるに従って浸炭速度は小さくなり、浸炭終了時には０．００１５ｇ／ｍｉｎと低下した。 Under the surface treatment conditions in Comparative Example 1, the carburization rate was 0.0015 g / min to 0.014 g / min as shown in FIG. The carburizing rate immediately after the start of carburizing was as high as 0.014 g / min, and the carburizing rate was reduced as the carburizing time was increased, and decreased to 0.0015 g / min at the end of carburizing.
実施例１と比較例１とにおける表面処理条件での浸炭速度を比較すると、まず、浸炭開始直後では、浸炭速度は０．０１４ｇ／ｍｉｎであり同じであった。しかし、実施例１における表面処理条件では、ステップ１１における浸炭処理の浸炭速度が０．００５ｇ／ｍｉｎ以上を維持しているのに対して、比較例１における表面処理条件では、浸炭開始略４分間経過後から浸炭速度が０．００５ｇ／ｍｉｎ以下となり、浸炭処理終了前には０．００１５ｇ／ｍｉｎとなった。したがって、実施例１の表面処理条件では、比較例１の表面処理条件よりも大きい浸炭速度で鋼材ＳＣＲ４２０Ｈに浸炭させることができた。
Comparing the carburizing rate under the surface treatment conditions in Example 1 and Comparative Example 1, first, immediately after the start of carburizing, the carburizing rate was 0.014 g / min, which was the same. However, in the surface treatment conditions in Example 1, the carburization rate of the carburization process in
実施例１及び比較例１の表面処理条件で処理した鋼材ＳＣＲ４２０Ｈについて断面観察を行い、浸炭深さを測定した。図８は、表面処理した鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの断面観察結果を示す写真であり、図８（Ａ）は、実施例１の表面処理条件で処理した鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの断面観察結果を示す写真であり、図８（Ｂ）は、比較例１の表面処理条件で処理した鋼材ＳＣＲ４２０Ｈの断面観察結果を示す写真である。実施例１及び比較例１の表面処理条件で処理した鋼材ＳＣＲ４２０Ｈでは、約０．６８ｍｍの略同じ浸炭深さが得られた。 A cross section of the steel SCR420H treated under the surface treatment conditions of Example 1 and Comparative Example 1 was observed, and the carburization depth was measured. FIG. 8 is a photograph showing a cross-sectional observation result of the surface-treated steel SCR420H, and FIG. 8A is a photograph showing a cross-sectional observation result of the steel SCR420H treated under the surface treatment conditions of Example 1. FIG. (B) is a photograph showing a cross-sectional observation result of steel SCR420H processed under the surface treatment conditions of Comparative Example 1. In the steel material SCR420H treated under the surface treatment conditions of Example 1 and Comparative Example 1, substantially the same carburizing depth of about 0.68 mm was obtained.
以上、実施例１における表面処理条件では、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率を測定し、鋼材表面がセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）で被覆される前に浸炭を止めることにより、実施例１における浸炭合計時間が比較例１の浸炭合計時間より短くても、比較例１の表面処理条件と同等の浸炭深さが得られた。実施例１における表面処理条件では、比較例１における表面処理条件よりも、浸炭合計時間が短いので、アセチレンを含む浸炭性ガスの使用量を抑えることができた。 As described above, under the surface treatment conditions in Example 1, the weight increase rate of the steel material with respect to the carburizing time is measured, and the carburization is stopped before the steel material surface is coated with cementite (Fe 3 C). Even when the time was shorter than the total carburization time of Comparative Example 1, a carburization depth equivalent to the surface treatment conditions of Comparative Example 1 was obtained. In the surface treatment conditions in Example 1, since the total carburization time was shorter than the surface treatment conditions in Comparative Example 1, the amount of carburizing gas containing acetylene could be suppressed.
Ｓ１０ 浸炭工程、Ｓ１２ 拡散工程、Ｓ１４ 焼入れ工程。 S10 carburizing step, S12 diffusion step, S14 quenching step.
Claims (4)
炭素を固溶した鋼材を加熱して、炭素を鋼材に拡散する拡散工程と、
を有する鋼材の表面処理方法であって、
浸炭工程は、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率を測定し、重量増加率が変わるときに浸炭を止めることを特徴とする鋼材の表面処理方法。 Carburizing a steel material with a carburizing gas for a predetermined time and solid-dissolving carbon in the steel material;
A diffusion step of heating the steel material in which carbon is dissolved to diffuse carbon into the steel material;
A surface treatment method for a steel material having:
The carburizing step measures the weight increase rate of the steel material with respect to the carburizing time, and stops the carburization when the weight increase rate changes .
浸炭工程と拡散工程とは、複数回行われることを特徴とする鋼材の表面処理方法。 It is a surface treatment method of the steel materials according to claim 1,
The carburizing step and the diffusion step are performed a plurality of times .
炭素を固溶した鋼材を加熱して、炭素を鋼材に拡散する拡散工程と、A diffusion step of heating the steel material in which carbon is dissolved to diffuse carbon into the steel material;
を有する鋼材の表面処理方法で表面処理された鋼材であって、A steel material that has been surface-treated by a surface treatment method for a steel material having:
浸炭工程は、浸炭時間に対する鋼材の重量増加率を測定し、重量増加率が変わるときに浸炭を止めることを特徴とする表面処理された鋼材。The carburizing step measures the weight increase rate of the steel material with respect to the carburizing time and stops the carburization when the weight increase rate changes.
浸炭工程と拡散工程とは、複数回行われることを特徴とする表面処理された鋼材。 A surface-treated steel material according to claim 3,
The surface-treated steel material characterized in that the carburizing step and the diffusion step are performed a plurality of times .
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