JPS62174364A

JPS62174364A - 高純度鉄−炭素合金の製法

Info

Publication number: JPS62174364A
Application number: JP1634886A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Tanaka; 良治田中; Masayuki Takamura; 昌幸高村
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Priority date: 1986-01-28
Filing date: 1986-01-28
Publication date: 1987-07-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、特定量の炭素を純鉄に含有さ仕た高純度鉄
−炭素合金の製法に関するもので、真空浸炭後に炭素の
拡散処理を行うことにより、優れた強度と耐食性と冷間
加工性と磁気特性を有する鉄−炭素合金を製造するもの
である。

「従来の技術、およびその問題点」高純度鉄は、一般市販の鉄や鋼に比較して優れた耐食性
と冷間加工性、更には、軟質磁気特性を備えていること
が知られているが、反面、強度に劣る欠点がある。この
欠点を解消するために、高純度鉄に冷間加工を施して強
度向上を図ると、前記耐食性と冷間加工性、更には、軟
質磁性特性までが損なわれる問題がある。従って従来、
優れた耐食性と冷間加工性と磁気特性に加え、高い強度
を備えた鉄鋼材料が望まれている。

ところで、鉄鋼材料においては、炭素等の添加元素の含
有ｍの大小によって機械特性や磁気特性等の改善を図り
うろことが知られており、従来、添加元素を鉄鋼材料に
含有させる方法として、るつぼ等に溶融状態で保持した
鉄原料に添加元素を混入し、その後に凝固させて材料を
得る溶解鋳造法が知られている。ところがこの溶解鋳造
法を実施して鉄鋼材料を製造する場合、るつぼの内壁を
＋１が成する元素の一部がるつぼの溶湯内に移動して溶
湯をｔＴ５染し、得られる鉄鋼材料に不純物を混入させ
る問題があった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、優れた耐
食性と冷間加工性と軟質磁気特性に加えて高い強度を有
する鉄−炭素合金を製造できる方法を堤供することを目
的とする。

「問題点を解決するための手段」本発明は、前記問題点を解決するために、純度９９．９
％以上の純鉄に真空浸炭処理を施して炭素を含浸させ、
引き続き真空雰囲気中で加熱して拡散処理を行うことに
より炭素の均一分布化を行うものであり、前記浸炭工程
においては、浸炭後の断面平均炭素含有量が０．２〜０
．８％になるように浸炭処理を施し、また、炭素以外の
成分を純度９９．９％以上の鉄にするものである。

以下に本願発明製法を更に詳細に説明する。

本願発明製法の実施にあたっては、まず、原料として純
度９９．９％以上の純度の純鉄を用意する。ここで、原
料として純度９９．９％以上の純鉄を用いるのは、最終
的に製造される鉄−炭素合金において、炭素を除く成分
を純度９９，９％以上の純鉄にするためである。また、
実際に使用する原料の形状は特に問わないが、後の工程
において浸炭工程を経て原料の表面から炭素を含浸させ
拡散させろ関係から、拡散に時間のかかるような大きな
形状の原れトは好ましくなく、従って原料の形状は棒体
や線状体、あるいは薄板状等が好ましい。そしてこの際
、棒体や線状体であれば、その直径を３ｍｍ以下に、板
状体や条体であれば、厚さを１ｍｍ以下にすることか望
ましい。

次に、前記原料を真空チャンバーに収納し、チャンバー
内部を真空にした後に、チャンバー内の原料を所定温度
に加熱し、その後に炭化水素ガス等の浸炭ガスを大気圧
以下の圧力でチャンバー内部に導入して浸炭処理を行い
、原料の表面部に炭素を含浸させる。前記浸炭工程にお
いては、浸炭後の断面平均炭素含有量が０．２〜０．８
％で炭素以外の成分を純度９９．９％以上の純鉄になる
ように浸炭する。この工程において真空浸炭を採用する
のは、炭素以外の不純物元素の混入を防止するためであ
る。従って前述の如く真空浸炭を行うならば、従来の溶
解鋳造法では避けられなかった不純物元素の混入を防止
できる効果がある。なお、この真空浸炭工程において、
真空浸炭における設定温度と浸炭時間、およびガス圧や
炭素ポテンシャル（浸炭後の純鉄表面部に含有させた炭
素蛍を％で示すもの）あるいは、それらのサイクルの組
み合わせ等の諸条件は特に限定するものではないが、次
の工程で行う拡散処理の条件との組み合わせにおいて、
原料の形状と得られる製品の所要炭素濃度との兼合いで
適宜選択して各条件を設定するものとする。

次いで、浸炭ガスを前記チャンバーから除去した後に、
前記浸炭処理を施した原料をチャンバー内の真空中で加
熱して原料表面部に含浸させた炭素を原料内部に拡散さ
せ、原料内部の炭素分布を均一化する。この拡散工程に
おいては、真空中で拡散処理を行うことにより、原料の
純度を保持できるとともに、原料表面を光輝面にするこ
とができる。また、炭素を拡散させる際に、原料を真空
中に保持することによって、旧工程の浸炭処理中に原料
内に混入した水素を追い出すことができる。

なお、拡散処理の温度や時間は前記した真空浸炭におけ
る諸条件の設定理由と同様な理由により適宜設定して良
い。

続いて所定時間の真空拡散処理が終了したならば、原料
を冷却して製品を得る。この冷却方法については、真空
中での炉冷、放冷または不活性ガスを導入した冷却操作
等のいずれを行っても良いが、前記浸炭工程や真空拡散
工程において粗大化したオーステナイト結晶粒を微細化
するために、７００℃以下に一度冷却した後に再度８０
０〜９００℃に加熱して冷却する熱処理を施すことが望
ましい。

以上の如き手順によって製造された鉄−炭素合金は、炭
素含有量０．２〜０８％で、炭素を除く成分が９９．９
％以上の純鉄であり、炭素が内部で均一に分散した鉄−
炭素合金である。この鉄−炭素合金は、純鉄なみの優れ
た耐食性と冷間加工性と軟質磁気特性に加えて高い強度
ら有している。

この合金の製造法において、炭素含有量を０．２〜０．
８％となるように限定したのは、炭素含有ｍが０．２％
未満では、強度不足になり、炭素含有量が０．８％を越
える値では靭性と延性が不足するためである。また、炭
素を除く成分を純度９９．９％以上の純鉄になるように
限定したのは、純度９９．９％未満の鉄では、純鉄なみ
の耐食性や冷間加工性、軟質磁気特性を得ることができ
ないためである。

前述の如く製造された鉄−炭素合金は、そのまま使用し
ても良いし、更に、焼鈍処理と冷間加工を施して極細線
や箔に加工して使用しても良い。

なお、前記の鉄−炭素合金は、主として耐食生を重視す
る用途であるならば、カッティングブレードや振動板、
ボンディングワイヤー、各種複合材料用の線や薄板等に
好適であり、主として磁気特性を重視する用途であるな
らば、着磁板やシールド材、磁芯等に好適である。

「作用　」真空中で浸炭処理を施し次いで炭素を拡散させるために
、不純物の混入を防止しつつ炭素を均一化でき、炭素を
除いた成分を９９．９％以上の純鉄としているために、
純鉄が本来有する優れた耐食生と冷間加工性と軟質磁気
特性を有し、更に炭素を０．２〜０．８％の範囲で含有
させているために純鉄を越える強度を有する。

「実施例１」試料として、純度９９．９５％の純鉄製冷間圧延材から
なり、厚さ０　、３　ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ３００
ｍｍの薄板を複数枚用意し、これらの薄板試料に以下に
示すａ−ｄの各処理を施して各薄板製品Ａ−Ｄを作製し
、各薄板製品Ａ−Ｄについて、引張り強さくＭＰａ）と
伸び（％）と腐食減量（ｍｇ／ａｍ”・月）と最大透磁
率（μｍ）を測定し、その測定結果を第１表に示した。

処理ａ；冷間圧延材のまま（製品Ａ）処理ｂ：焼鈍処理を施す（８５０℃に１時間加熱した後
に炉冷する処理）（製品Ｂ）処理Ｃ：真空浸炭と拡散処理と冷却処理を施す本願発明
製法を行う（真空浸炭は９００℃に加熱して３０分間、プロパンガス雰囲気に保持することによって行い、薄板の表面部の
炭素含有量を０．８％（Ｃポテンシャル０．８％）とす
る処理とした。また、拡散処理は真空中で９００ °Ｃに加熱して１時間保持することによって行い、冷却
処理は９００℃から６５０°Ｃまで炉冷した後に再加熱して８５０°Ｃに１時間
保持した後に炉冷する処理とした。）（製品Ｃ）処理ｄ：ガス浸炭と拡散処理と冷却処理を施す（ガス浸
炭は９００℃に加熱して３０分間、ＲＸ変成ガス雰囲気に保持することによって行い、Ｃポテンシャル０８％にする処理とした。また、拡散処理はＲＸ変成ガス雰囲気でＣポテンシャル０．５％にす
る処理とし、冷却処理は前記処理Ｃにおける冷却処理と同等の処理とした。）（製品Ｄ）第１表比較例：　製品Ａ、Ｂ、Ｄなお、第１表において、化学成分のＦｅの欄は、各試料
におけるＣ（炭素）を除いた残分中のＦｅ（鉄）の含有
量を示し、化学成分のＣの欄は、試料中の炭素含有量を
示している。また、腐食減量とは、３％ＮａＣ１水溶液
に浸漬した場合の月ごとの減量を示している。

第１表より、本願発明製法によって製造された薄板製品
Ｃは、製品Ａ（純鉄）に匹敵する引張り強さを有し、製
品Ｂ（純鉄の焼鈍Ｈ＞に匹敵する伸びを有し、製品Ａ（
純鉄）より優秀な耐食生を示し、製品Ａ（純鉄）より格
段に優れた軟質磁気特性を示すことが明らかである。ま
た、製品Ａ−Ｃの各個に示されるＦｅの含有量を比較す
ると、本願発明製法によって製造された製品Ｃは、ガス
浸炭を行って製造された製品りに比較して、鉄の含有ｍ
において製品Ａ、Ｂの含有量に極めて近い値となってい
るために、真空浸炭工程と真空拡散処理工程中に炭素以
外の不純物元素の混入がほとんど生じなかったことを示
している。

「実施例２」試料として、純度９９゜９９％の純鉄と純度９９．４５
％の鉄からなり、前記第１実施例の各薄板と同一寸法で
冷間圧延材からなる２種類の薄板を用意するとともに、
純度９９．９７％の純鉄からなり、直径１．０１長さ３
００ｍｍの冷間圧延材からなる線材を用意し、各試料に
ついて実施例１の製品Ｃに施した処理と同等の処理を施
して製品Ｅ　、Ｆ　、Ｇを製造し、各製品について引張
り強さと伸びと腐食減量と最大透磁率を測定し、その結
果を第２表に示した。

第２表比較例：　　　製品Ｆ第２表より、炭素を除いた部分の鉄含有量を９９．４６
％とした製品Ｆにあっては、本願発明製法で製造された
製品Ｅ、Ｇに比較して伸び特性と耐食性に劣り、最大透
磁率も低下して（１ろこと力（明らかである。

「実施例３」試料として、純度９９．９５％の鉄からなり、前記第１
実施例の各薄板と同一寸法の冷間圧延材からなる薄板を
複数枚用意するとともに、真空浸炭のＣボテンシャルを
４通りに変えて前記第１実施例と同様の処理を施し、各
製品Ｈ，Ｉ、Ｊ、Ｋを製造し、各製品Ｈ，Ｉ、Ｊ、Ｋに
ついて、引張り強さと伸びと腐食減量と最大透磁率を測
定し、その結果を第３表に示した。なお、製品Ｈの試料
（こルよＣポテンシャルで０．４％の浸炭処理を施し、
製品ｌの試料には０．７％の浸炭処理を施し、製品Ｊの
試料には０．９％の浸炭処理を施し、製品にの試料には
１．２％の浸炭処理を施しである。

第３表比較例：　　　製品Ｉ（、Ｋ第３表より明らかなように、本願発明製法によって得ら
れる炭素含有量の下限である０　２％に比較して更に低
い炭素含有ｆｆ１（０，１％）を有する製品■（にあっ
ては、引張り強さに劣り、本願発明製法によって得られ
る炭素含有量の上限である０゜８％に比較して更に高い
炭素含有［（０，９％）を有する製品Ｋにおいては伸び
と最大透磁率が低くなっている。

「製造例４」実施例１で製造した製品Ｃに冷間加工を施してその厚さ
を０．０５ｍｍにするとともに、その後に８００℃に１
時間加熱し、炉冷することにより焼鈍して薄板製品りを
製造した。この薄板製品しについて引張り強さと伸びと
腐食減量と最大透磁率を測定し、その結果を第４表に示
した。

第４表第４表から明らかなように、薄板製品りは、引張り強さ
と伸びと最大透磁率においていずれも優秀な値を示して
いる。従って、本願発明製法によって製造された薄板製
品Ｃに、冷間圧延加工を施し、焼鈍処理を施した場合に
も、優れた引張り強さと伸びと最大透磁率を有する製品
を製造できろことが明らかになった。

「発明の効果」以上説明したように本発明は、真空浸炭法によハ乞七恍
小ホ石１−リ１十委ん（Ｉｂ沁１　　貞窃ｈ’ｒ−，散
々几理にょうて炭素を拡散させて均一化するために、不
純物を純鉄内に混入させることなく、鉄−炭素合金を製
造できる効果がある。また、炭素を０．２〜０８％含有
させ、その池の成分を純度９９．９％以上の純鉄にして
いるために、純鉄が示す優れた耐食性と冷間加工性と軟
質磁気特性を備え、その上、高い強度を有する鉄−炭素
合金を製造することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

純度９９．９％（重量％、以下同じ）以上の純鉄に真空
浸炭法によって炭素を含有させ、引き続き真空中で拡散
処理を行うことにより炭素の均一分布化を行い、炭素含
有量０．２〜０．８％で炭素以外の成分を純度９９．９
％以上の純鉄とした高純度鉄−炭素合金の製法。