JP6647792B2 - 鋼部材の窒化処理方法 - Google Patents
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Description
その後、前記鋼部材を425℃〜550℃の、窒素を含む、鉄窒化化合物層が成長しない雰囲気中に5分以上かけて通過させる通過工程を行って、前記鉄窒化化合物層の最表層をγ’相とし、且つ前記鉄窒化化合物層にγ’相を40%以上析出させることを特徴とする、鋼部材の窒化処理方法が提供される。
また本発明によれば、鋼部材の窒化処理方法であって、前記鋼部材の表面にγ’相またはε相の鉄窒化化合物層が生成される窒化ポテンシャルの、550℃〜610℃の窒化ガス雰囲気中で前記鋼部材を窒化処理する窒化処理工程を行い、その後、前記鋼部材を425℃〜550℃の、窒素を含み、且つArおよびH2のいずれか一つ以上を含む雰囲気中に5分以上かけて通過させる通過工程を行って、前記鉄窒化化合物層の最表層をγ’相とし、且つ前記鉄窒化化合物層にγ’相を40%以上析出させることを特徴とする、鋼部材の窒化処理方法が提供される。
さらにまた本発明によれば、鋼部材の窒化処理方法であって、前記鋼部材の表面にγ’相またはε相の鉄窒化化合物層が生成される窒化ポテンシャルの、550℃〜610℃の窒化ガス雰囲気中で前記鋼部材を窒化処理する窒化処理工程を行い、その後、前記鋼部材を425℃〜550℃の、窒素を含む、γ’相またはε相の鉄窒化化合物層が生成されない窒化ポテンシャルの窒化性ガス雰囲気中に5分以上かけて通過させる通過工程を行って、前記鉄窒化化合物層の最表層をγ’相とし、且つ前記鉄窒化化合物層にγ’相を40%以上析出させることを特徴とする、鋼部材の窒化処理方法が提供される。
窒化処理工程は、例えば以下に説明する昇温、窒化、冷却によって行われる。
加熱室12内に鋼部材が装入されると、まず加熱室12内には、例えば図2に示すように、N2ガス25リットル/min、NH3ガス25リットル/min、空気1.8リットル/minが導入され、ヒータ25で加熱されて、600℃の窒化処理温度まで鋼部材が昇温させられる。この昇温では加熱中に鋼部材の極端な酸化を防止できれば精密な雰囲気の制御の必要はなく、例えば不活性ガスであるN2やAr雰囲気中で加熱を行っても良い。また上記のようにNH3ガス等を適量混合して還元性の雰囲気としても良い。
そして鋼部材が所定の窒化処理温度(例えば600℃)まで昇温させられると、所定の窒化処理ガス組成になるように加熱室12内には引き続きN2ガス25リットル/min、NH3ガス25リットル/min、空気1.8リットル/minが導入され、ヒータ25で加熱されて、例えば45分間、600℃に均熱され、鋼部材の窒化が行われる。この窒化が行われる間は、加熱室12内のNH3ガスの分圧、H2ガスの分圧が所定の範囲に制御され、鋼部材の表面にγ’相またはε相の鉄窒化化合物層が生成される窒化ポテンシャルKNに保たれる。
そして、窒化が終了すると、鋼部材が収納されたケース20が冷却室11に搬送される。そして、冷却室11内にN2ガス84リットル/minが導入され、鋼部材の冷却が例えば20分間行われる。冷却が行われる間は、冷却室11内のファン27などにより、ガスが撹拌され、冷却効率が高められる。
次に通過工程は、例えば以下に説明する昇温、通過、冷却によって行われる。
前述の窒化処理工程における冷却(冷却室11)で一旦冷却された鋼部材が再び加熱室12内に装入されると、加熱室12内には、例えば図2に示すように、N2ガス50リットル/minが導入され、ヒータ25で加熱されて、所定の通過温度T℃まで鋼部材が昇温させられる。この昇温では加熱中に鋼部材の極端な酸化を防止できれば厳密な雰囲気の制御の必要はなく、例えば不活性ガスであるAr雰囲気中で加熱を行っても良い。
そして鋼部材が所定の温度T℃まで昇温させられると、加熱室12内には引き続きN2ガス50リットル/minが導入され、ヒータ25で加熱されて、所定の通過時間tの間、T℃に均熱され、鋼部材の温度通過が行われる。この温度通過が行われる間に、鋼部材表面に存在していた炭窒化物が脱炭され、さらに鉄窒化化合物中において低温安定相であるγ’相の割合が増加し、窒化化合物層の最表層をγ’相とし、鉄窒化化合物層にγ’相を40%以上析出させることが可能となる。この温度通過は鋼部材の極端な酸化を防止できれば厳密な雰囲気の制御の必要はなく、例えば、窒素の他に不活性ガスであるAr、還元性のH2、窒化性ガスであるNH3ガスなどを適量混合していても構わない。
そして、温度通過が終了すると、鋼部材が収納されたケース20が冷却室11に再び搬送される。そして、冷却室11内にN2ガス84リットル/minが導入され、鋼部材の冷却が例えば20分間行われる。冷却が行われる間は、冷却室11内のファン27などにより、ガスが撹拌され、冷却効率が高められる。
表1に示すサンプル(鋼種HSRG2)を準備した。このサンプル(鋼種HSRG2)を、表2に示す条件で窒化処理工程、通過工程を行うことにより、各窒化鋼部材を得た。
1.鉄窒化化合物層の厚さ測定
円板状の試験片を切断機で切断し、エメリー紙で断面を研磨し、バフで研磨面を鏡面仕上げした。3%硝酸アルコールで腐食した後、金属(光学)顕微鏡を用いて倍率400倍で前記断面を観察し、鉄窒化化合物層の厚さ測定した。鉄窒化化合物層は白層とも称され、母材との組織が異なるとともに白く見えるので視覚的に判別できる。
γ‘分率の測定は、EBSP解析による。γ‘分率は、FE-SEM(型式:JSM7001F JEOL製)に実装されたEBSP(Electron Back Scatter diffraction Pattern)装置を用いた。EBSP法はSEM試料室内で70°前後と大きく傾斜した試料に電子線を照射した際に電子線後方散乱回折により発生する菊池パターンを蛍光スクリーンに投影しTVカメラ等で取込み、さらにそのパターンの指数づけを行いその照射点の結晶方位の測定を行う方法である。ダイヤモンド(粒径1μm)バフで鏡面研磨した円板状試験片を、さらにコロイダルシリカ砥粒(粒径0.05μm)で研磨仕上げしたものを分析に使用した。解析ソフトウェア(OIM Analysis)を使用して事前に考慮した結晶構造と得られたパターンを基に相を分離したPhase MAPを作成し、化合物層中のεとγ‘の各相の分率を解析した。
表3に示すサンプル(鋼種S35C、S45C、SCM415、SCM420、SACM645)を準備した。このサンプル(鋼種S35C、S45C、SCM415、SCM420、SACM645)を、表4に示す条件で窒化処理工程、通過工程を行うことにより、各窒化鋼部材を得た。
表5に示すサンプル(鋼種S35C、S45C、SCM415、SCM420、SCM435)を準備した。このサンプル(鋼種S35C、S45C、SCM415、SCM420、SCM435)を、表6に示す条件で窒化処理工程、通過工程を行うことにより、各窒化鋼部材を得た。
表7に示すサンプル(鋼種HSRG2)を準備した。このサンプル(鋼種HSRG2)を、表8に示す条件で窒化処理工程、通過工程を行うことにより、各窒化鋼部材を得た。
10 搬入部
11 冷却室
12 加熱室
15 コンベア
20 ケース
21 扉
22 フード
25 ヒータ
26、27 ファン
Claims (5)
- 鋼部材の窒化処理方法であって、
前記鋼部材の表面にγ’相またはε相の鉄窒化化合物層が生成される窒化ポテンシャルの、550℃〜610℃の窒化ガス雰囲気中で前記鋼部材を窒化処理する窒化処理工程を行い、
その後、前記鋼部材を425℃〜550℃の、窒素を含む、鉄窒化化合物層が成長しない雰囲気中に5分以上かけて通過させる通過工程を行って、
前記鉄窒化化合物層の最表層をγ’相とし、且つ前記鉄窒化化合物層にγ’相を40%以上析出させることを特徴とする、鋼部材の窒化処理方法。 - 鋼部材の窒化処理方法であって、
前記鋼部材の表面にγ’相またはε相の鉄窒化化合物層が生成される窒化ポテンシャルの、550℃〜610℃の窒化ガス雰囲気中で前記鋼部材を窒化処理する窒化処理工程を行い、
その後、前記鋼部材を425℃〜550℃の、窒素を含み、且つArおよびH2のいずれか一つ以上を含む雰囲気中に5分以上かけて通過させる通過工程を行って、
前記鉄窒化化合物層の最表層をγ’相とし、且つ前記鉄窒化化合物層にγ’相を40%以上析出させることを特徴とする、鋼部材の窒化処理方法。 - 鋼部材の窒化処理方法であって、
前記鋼部材の表面にγ’相またはε相の鉄窒化化合物層が生成される窒化ポテンシャルの、550℃〜610℃の窒化ガス雰囲気中で前記鋼部材を窒化処理する窒化処理工程を行い、
その後、前記鋼部材を425℃〜550℃の、窒素を含む、γ’相またはε相の鉄窒化化合物層が生成されない窒化ポテンシャルの窒化性ガス雰囲気中に5分以上かけて通過させる通過工程を行って、
前記鉄窒化化合物層の最表層をγ’相とし、且つ前記鉄窒化化合物層にγ’相を40%以上析出させることを特徴とする、鋼部材の窒化処理方法。 - 前記窒化処理工程は、窒化ポテンシャルが0.25以上の窒化ガス雰囲気中で行われることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の鋼部材の窒化処理方法。
- 前記通過工程において、前記鋼部材を450℃〜550℃の窒素を含む雰囲気中に5分以上かけて通過させることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の鋼部材の窒化処理方法。
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