JP6344495B1 - 鋼材の減圧浸炭浸窒処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】0.18〜2.00質量%のCrを含有する鋼材に対して、減圧浸炭処理と浸窒処理とを連続して行い、少なくとも浸窒処理を行う熱処理炉として量産炉を用いる。浸窒処理は、900℃〜970℃の処理温度T(℃)の範囲内であって、雰囲気圧力P(Pa)が、PH1とPH2のうち低い値からなる上限PH(Pa)と、PL1とPL2のうちの低い値からなる下限PL(Pa)の範囲内の条件で行う。PH1=100000、PH2=−40500×[Cr]+205×T−30000、PL1=72000、PL2=(−65.1×T+51000)×[Cr]+T×464−356150
【選択図】図1
Description
上記浸窒処理は、900℃〜970℃の処理温度T(℃)の範囲内であって、雰囲気圧力P(Pa)が、下記のPH1とPH2のうち低い値からなる上限PH(Pa)と、下記のPL1とPL2のうちの低い値からなる下限PL(Pa)の範囲内の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。
PH1=100000(Pa)
PH2=−40500×[Cr]+205×T−30000(Pa)
PL1=72000(Pa)
PL2=(−65.1×T+51000)×[Cr]+T×464−356150(Pa)
(ただし、[Cr]は鋼材におけるCr含有率(質量%))
PH1=100000(Pa)、
PH2=−40500×[Cr]+205×T−30000(Pa)、
すなわち、PH2の算出値が100000未満の場合には、その値が上限PHとなり、PH2の算出値が100000以上の場合には、PH=100000となる。
PL1=72000(Pa)、
PL2=(−65.1×T+51000)×[Cr]+T×464−356150(Pa)、
すなわち、PL2の算出値が72000未満の場合には、その値が下限PLとなり、PL2の算出値が72000以上の場合には、PL=72000となる。
Si(ケイ素):0.10〜1.50質量%、
Mn(マンガン):0.50〜2.00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%(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%、
Nb(ニオブ):0〜0.12質量%(任意添加元素)
まず、表1に示すごとく、Cr含有率が異なる6グループ(G1〜G6)の18種類の鋼材を試料として準備した。G1グループの試料1〜3は、Cr含有率が約0.20%の試料である。G2グループの試料4〜6は、Cr含有率が約0.50%の試料である。G3グループの試料7〜9は、Cr含有率が約0.80%の試料である。G4グループの試料10〜12は、Cr含有率が約1.10〜1.20%の試料である。G5グループの試料13〜15は、Cr含有率が約1.60%の試料である。G6グループの試料16〜18は、Cr含有率が約2.00%の試料である。
上記各試料を量産用の大型バッチ炉(炉内の内寸法:1200mm×1300mm×800mm、処理能力:200kg)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。
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。なお、測定した窒素濃度の結果から、処理後の窒素濃度の傾向は、表2〜5の結果に示すように、ほぼCr含有率で決定されることがわかった。測定は、同じ条件について3本ずつ試験片を準備し、3本の試験片それぞれの表面窒素濃度を測定し、その平均値を用いて評価した。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%以上の場合を、窒素濃度の点からは浸窒処理が適切に行われていると判断した。
<ローラピッチング試験>
本発明により処理した部品を歯車部品とすることを想定して、減圧浸炭浸窒処理を950℃にて実施し、かつ、浸窒処理の雰囲気圧力Pを100000Paとした試料No.6、10、14に対してローラピッチング試験を実施した。評価基準材として、ガス浸炭を950℃にて実施して、浸窒処理を行わなかった試料No.10に対しても同じローラピッチング試験を実施した。
なお、CrNの生成により面疲労強度低下の生じた原因を確認するため、試料No.14について、浸窒処理を950℃で雰囲気圧が90000Paと100000Paの条件で行った試験片の表面硬度を確認したところ、CrNの析出が認められなかった前者の試験片が813HVであったのに対し、CrNの析出が認められた後者の試験片は757HVと、CrNの析出により、大きな硬度低下が起きることを確認できた。従って、この硬度低下の影響により面疲労強度が低下したものと推定される。
Claims (2)
- 0.18〜2.00質量%のCrを含有する鋼材に対して、減圧浸炭処理と浸窒処理とを連続して行い、かつ、少なくとも浸窒処理を行う熱処理炉として量産炉を用いる減圧浸炭浸窒処理方法であって、
上記浸窒処理は、900℃〜970℃の処理温度T(℃)の範囲内であって、雰囲気圧力P(Pa)が、下記のPH1とPH2のうち低い値からなる上限PH(Pa)と、下記のPL1とPL2のうちの低い値からなる下限PL(Pa)の範囲内の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。
PH1=100000(Pa)
PH2=−40500×[Cr]+205×T−30000(Pa)
PL1=72000(Pa)
PL2=(−65.1×T+51000)×[Cr]+T×464−356150(Pa)
(ただし、[Cr]は鋼材におけるCr含有率(質量%)) - 上記浸窒処理は、雰囲気圧力Pが70000(Pa)を超える条件で行うことを特徴とする請求項1記載の鋼材の減圧浸炭浸窒処理方法。
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