JP6225510B2 - 減圧浸炭浸窒処理方法 - Google Patents
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Description
上記減圧浸炭処理は、900〜1050℃の処理温度にて行い、
上記減圧浸窒処理は、処理温度T(℃)及び雰囲気圧力P(pa)が以下の式(1)及び式(2)を満足する条件で行うことを特徴とする鋼材の減圧浸炭浸窒処理方法にある。
式(1):T≧900(℃)
式(2):a1×T+b1≦P≦70000
(ただし、a1=−334×[Cr]+1117、b1=300150×[Cr]−980316、[Cr]は鋼材におけるCr含有率(質量%))
式(1)は、T≧900(℃)であり、減圧浸窒処理時の処理温度Tの下限値を示すものである。浸炭処理温度との温度差を小さくして浸炭処理後の降温に必要な時間を短縮し、かつより高い温度で減圧浸窒処理を行って処理時間短縮を確実に行うために、減圧浸窒処理温度の下限値を従来の850℃程度に比べて高く定めたものである。
Si(ケイ素):0.10〜1.00質量%、
Mn(マンガン):0.30〜1.50質量%、
P(リン):0.035質量%以下、
S(硫黄):0.035質量%以下、
Mo(モリブデン):0〜0.80質量%以下(任意添加元素)、
Al(アルミニウム):0.020〜0.060質量%、
N(窒素):0.0080〜0.0250質量%
まず、表1に示すごとく、Cr含有率が異なる5グループ(G1〜G5)の15種類の鋼材を試料として準備した。G1グループの試料11〜13は、Cr含有率が約0.25%の試料である。G2グループの試料21〜23は、Cr含有率が約0.65%の試料である。G3グループの試料31〜33は、Cr含有率が約1.10%の試料である。G4グループの試料41〜43は、Cr含有率が約1.50%の試料である。G5グループの試料51〜53は、Cr含有率が約1.90%の試料である。なお、各グループ毎に3種類の鋼材を準備したが、Cr以外の成分の含有率の組み合わせは、全てのグループにおいてほぼ同じとなるよう成分調整した。
上記各試料を処理炉に装入し、各試料の温度を減圧浸炭処理温度まで昇温する。本例では、表2に示すごとく、減圧浸炭処理温度(表2中の「処理温度」)として、900℃、930℃、950℃及び970℃の4種類の温度を用いた。そして、浸炭ガスとしてアセチレンを処理炉内にパルス状に導入し、導入時の最大雰囲気圧力を150paに設定して、900秒保持し、減圧浸炭処理を行う。
減圧浸窒処理が効果的になされたか否かについては、上記の減圧浸炭浸窒処理後の各試料表面の窒素濃度を測定することにより評価した。その結果は表2に示した。測定した窒素濃度の結果から、処理後の窒素濃度は、ほぼCr含有率で決定され、同じグループに属する材料間に大きな値の相違がなかったため、表2中の窒素濃度(質量%)の値は、それぞれ、同じグループに属する3種類の試料について測定した3つの値の平均値を示した。窒素濃度の測定は、EPMAを用いて行った。表面窒素濃度が0.30質量%以上の場合には、減圧浸窒処理が十分効果的に行われたと判断することができる。なお、表2中に数値が記載されていない部分は、浸窒反応が正常に進まず、窒素濃度の上昇が確認できなかったことを意味している。
表2から知られるように、減圧浸窒処理温度が式(1)を満たす900℃以上の高温の場合であっても、上述した式(2)を満たすように処理温度T及び雰囲気圧力Pを選択すれば、十分な表面窒素濃度が得られている。一方、雰囲気圧力Pが式(2)を満たさず低い場合には、900℃を超える処理温度では十分な減圧浸窒処理ができないことがわかる。
すなわち、本発明の実施例も含め多種類の肌焼鋼と呼ばれるCr鋼、Cr−Mo鋼について実験及び調査をした結果、浸炭処理後に0.30%以上の表面窒素濃度を確保できる条件は、ほぼCr含有率によって決定されることを確認し、その条件(表2の値が0.30%以上となる条件の範囲)を多種類の試験結果から導出した結果が式(2)である。
減圧浸窒処理の処理温度を従来の一般的な温度である850℃程度に設定した場合と、本発明のように900℃以上の温度に設定した場合とを比較すると、本発明の方が、浸炭処理温度と浸窒処理温度との差を最低でも50℃、浸窒処理温度を高めに設定した場合は100℃以上小さくすることが可能である。その結果、浸炭処理後浸窒処理開始までの間に鋼材の温度を降温する時間が大幅に短縮される。さらに、浸窒処理が高い温度で行われるのでNの侵入拡散が早く進み、浸窒処理自体の時間短縮が可能である。ただし、処理温度が高いほどアンモニアガスの分解が進むため、得られる表面窒素濃度は下がる傾向となるが、前述した式(2)を満足する条件で処理することにより、鋼表面の窒素濃度を0.30質量%以上確保することが可能である。したがって、本発明の減圧浸炭浸窒処理方法は、処理時間短縮に非常に有効であることがわかる。
Claims (1)
- 0.20〜2.00質量%(0.90〜1.20質量%を除く)のCrを含有する鋼材に対して、減圧浸炭処理と減圧浸窒処理とを連続して行う減圧浸炭浸窒処理方法であって、
上記減圧浸炭処理は、900〜1050℃の処理温度にて行い、
上記減圧浸窒処理は、処理温度T(℃)及び雰囲気圧力P(pa)が以下の式(1)及び式(2)を満足する条件で行うことを特徴とする鋼材の減圧浸炭浸窒処理方法。
式(1):T≧900(℃)
式(2):a1×T+b1≦P≦70000(pa)
(ただし、a1=−334×[Cr]+1117、b1=300150×[Cr]−980316、[Cr]は鋼材におけるCr含有率(質量%))
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