JPS61194169A - 鋼部品の製造方法 - Google Patents

鋼部品の製造方法

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JPS61194169A
JPS61194169A JP61033690A JP3369086A JPS61194169A JP S61194169 A JPS61194169 A JP S61194169A JP 61033690 A JP61033690 A JP 61033690A JP 3369086 A JP3369086 A JP 3369086A JP S61194169 A JPS61194169 A JP S61194169A
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thickness
nitrogen
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nitriding
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JP61033690A
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シリル ドーズ
ドナルド フレドリツク トランター
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/34Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in more than one step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24Nitriding
    • C23C8/26Nitriding of ferrous surfaces

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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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】 本発明は、所定の性質、特に軽量、耐腐蝕性および摩擦
学的性質を有し、必要に応じて、降伏強さ、黒色その他
の性質を有する鋼部品を製造する方法に関する。本発明
はこの部品そのものも含む。
1983年4月に公にされた本出願人のヨーロッパ特許
公報0077627Aで明らかなように、窒化気体雰囲
気内において高温で処理してエプシロン窒化鉄表面層を
生じさせ、その上に濤厚酸素表面層を形成した非合金鋼
部品は公知である。この部品は自動車産業その他の産業
て使用される種類の工業部品であり得る。部品は非合金
鋼、特に低炭素量の非合金鋼で造られている。また、ウ
ィンドスクリーン・ワイパのための低炭素鋼の超軽量リ
ンク部品を形成し、それにエプシロン窒化鉄表面層を設
けることもヨーロッパ特許公報oo58278で公知で
ある。これら従来の公知文献の全開示を参考資料として
のみここに援用する。 非侵入型鋼の二次成形適性が高
く、部品を作るのに適したものである。このような鋼は
窒化処理を受けたときに脆性となりやすい。本発明はこ
の認識に基づくものであり、成る種の窒化処理の下でこ
のような鋼を処理して脆性を生じさせることなく窒化の
利益を享受できるようにしている。
本発明の成る特徴によれば、非侵入型鋼の非脆性部品で
あって、少なくとも0.5mmの厚さを有する部品を製
造する方法は、窒素供与体を含む気体雰囲気中で部品を
加熱する段階を包含し、窒素供与体の濃度をエプシロン
窒化鉄表面層とその下の微量合金元素の窒化物の層とを
部品に与えるに充分な濃度とし、加熱処理を約500℃
以上の温度て約30分以上の時間にわたって行なうこと
を特徴とする。
本発明の別の特徴によれば、非侵入型鋼の非脆性部品で
あって少なくとも0.5mmの厚さを有する部品を製造
する方法であって、窒素供与体を含む気体雰囲気内で部
品を加熱する段階を包含し、窒素供与体の濃度をエプシ
ロン窒化鉄表面層とその下の微量合金元素(特にチタン
)の窒化物の層とを部品に与えるに充分な濃度とし、先
の熱処理を約500℃から約740 ’Cの温度で約3
0分から約4時間の期間にわたって行なうことを特徴ど
うする方法を得ることができる。
本発明の主要な特徴は、窒化条件を非侵入型鋼において
エプシロン窒化鉄表面層とその下の合金元素の窒化物が
細かく分散した層との生成を行なうように定めたことに
ある。これらの条件は、気体雰囲気内の窒素供与体(代
表的にはアンモニア)の比率および処理の温度1時間に
よって定まる。窒素供与体の比率が処理温度に応じて気
体雰囲気の15%より低い場合、窒素は部品を通して拡
散してしまい、必要なエプシロン窒化鉄表面層は生成さ
れず、必要な摩擦学的性質や耐腐蝕性を得ることはでき
なくなる。アンモニアの濃度が気体雰囲気の少なくとも
20容量%、好ましくは50容量%以上であるとよい、
気体雰囲気がアンモニアと別の気体との混合物である場
合、アンモニアと吸熱ガスあるいはアンモニアと窒素の
雰囲気を使用すると好ましい、随時、二酸化炭素、一酸
化炭素、空気、水蒸気、メタンのうちの少なくとも1つ
を含んでいてもよい。気体雰囲気がアンモニアと一酸化
炭素、二酸化炭素、窒素、水素の吸熱ガス混合物の容量
比か20 : 80あるいは50:50であるともっと
好ましい。
窒化段階は高温で実施される。この温度は少なくとも5
00℃でなければならに。この温度が500℃よりも低
いと、経済的な規模で行なうには長すぎる期間にわたっ
て窒化段階を行なわなければならなくなる。また、この
温度は740℃を超えてはならない。部品の強度が低下
し、ひずみやすくなるからである。
窒化段階は工業的に許容でき、必要な性質の層を生成し
得る時間内で行なう必要がある。この時間は、代表的に
は、約30分(使用する装置に応じてこれより短いこと
もある)から約4時間であり、好ましくは、約1時間で
ある。
本発明に従って処理すべき鋼はいわゆる非侵入型鋼であ
る。この鋼は真空脱ガスしてあり、可溶性炭素や窒素を
ほとんど含まない。代表的には、少量のチタン、アルミ
ニウム、ニオブを含有する。この鋼は2.0の平均塑性
歪を持つ。非侵入7!!鋼の窒化は微量合金元素のフェ
ライト補強と窒化物沈殿を生じさせる。その結果、硬度
深さか大きくなり、処理時間が延び、焼戻し抵抗か高ま
る。このとき、脆性も生じることか予想された。
しかしながら、本発明によれば、驚くへきことに、これ
か起きないのである。代りに、窒化処理の結果として、
鋼にエプシロン窒化鉄表面層か生じ、その厚ぎは約10
ミクロンから約50ミクロンの範囲となる。その下には
、窒化合金元素、特にチタンの層が生じる。部品の最内
方部分は窒化元素を含まず、部品の周縁部にこれらの層
か存在し、中心部にないことにより、部品は脆性とはな
らない。
別の特徴によれば2本発明は、窒化を行なってエプシロ
ン窒化鉄表面層を生成させ、随時、その後に濃厚酸素層
を生成させ、急冷させることによって鋼の部品を製造す
る方法において、部品が非侵入型鋼で造ってあり、これ
をエプシロン窒化鉄表面層およびその下の非侵入型鋼の
合金元素の窒化物の層を生成させるに充分な量の窒素供
与体を含む気体雰囲気中で窒化処理し、部品の最内方部
分にほとんど窒化物を存在させず、それによって、部品
に耐腐蝕性および摩擦学的性質を与え。
脆性を与えないことを特徴とする方法を提供する。
鋼部品の厚さは、部品に必要な性質に応じて、約0.5
mmから約3mmであると好ましい1部品の厚さか大き
くなるにつれて、窒素供与体の濃度を処理温度および処
理時間と共に高める必要がある。
本発明によれば、窒化段階に加えてさらに別の段階を部
品に実施することもできる。たとえば、酸化や急冷を行
なってもよい。
酸化段階は、窒化に続いて、部品を少なくとも2秒間空
気その他の酸化雰囲気にさらすことによって部品を高温
に維持しながら行なう、こうして形成された酸化層の厚
さは約0.2ミクロンから約1ミクロン、好ましくは、
約0.5ミクロンである。
急冷処理は窒化や酸化に続いてオイル/水エマルジョン
中で行なうと好ましい。この急冷により1部品の色が黒
くなり、美的に好ましい黒色仕上げを行なえる。
本発明の別の特徴によれば、少なくとも0.5mmの厚
さを有する非侵入型鋼と、その上のエプシロン窒化鉄表
面層と、この表面層の下の鋼中に存在する合金元素の窒
化物とからなる非脆性鋼部品を得ることができる。
本発明の鋼部品の性質の故に、この部品は広い範囲の産
業で利用できる。たとえば、1.5mmの厚さを有し、
降伏強さが800MPaである部品は自動車のバンバ電
機子として使用できる。低速での衝突における衝撃力に
耐えるからである。
たとえば、2mm壁厚までの自動車シートスライダにお
けるように表面層の強度を要求される場合、表面層強度
、耐腐蝕性等の性質を必要とする。
本発明をより良く理解してもらうべく、以下に実施例を
説明するが1発明をこれに限定するつもりはない。
実施例↓ 1.2mm厚の非侵入型鋼の一連の部品を窒化、酸化、
急冷した。これらの部品の組成はc   o、ois s   0.012 Mn0.21 P   O,01 TiO,12 であった。熱処理炉内の窒化雰囲気、処理時間および処
理温度は第1表に示すように変えた。酸化段階を行なう
のに、窒化した部品な熱処理炉から取り出して15秒間
空気にさらし、次いで、800Cの水ベースのエマルジ
ョン急冷液内に入れて急冷した。この急冷液は1部の急
冷剤と、6部の水とを含むCASTROL  VW55
3”t’あった。
次に、各部品をその降伏強さについて針入荷重テストに
供し、第1表に示す結果を得た。このテストにおいては
、たがね刃ポンチを連続的に部品の表面に押し付け、生
じた変形あるいは針入度を視覚で確認した。深度が小さ
いということは脆性を示す。これらの結果から、所与の
温度においては、処理時間が延びると降伏強だが減じ、
同じ処理時間て処理温度を高めると、降伏強さがかなり
高まることがわかる。
実施例■ 異なった厚さの2種のサンプル部品を実施例rの針入荷
重テストに供した。次に、2種のサンプル部品を添付図
面に示す条件の下に実施例Iの方法で処理した。処理し
た部品に針入荷重テストを行なった。その結果は図に示
す。これらの結果からは、1.2mm厚さの非侵入型鋼
の部品をアンモニア対吸熱体の比率が30 + 70の
雰囲気中で30分間700℃の温度において窒化した場
合、同じ針入度を生じさせるには2倍を超えた荷重を必
要としたことがわかる。アンモニア対吸熱体の比率が3
0 : 70である雰囲気中において1時間700℃で
窒化した1、55mm厚の部品の場合には、同じ改善度
となった。
第            表 ル侵人!II(1,2mm)の1 針入テスト結果i 
  化   条   件       絽      
   雫MIN                  
                   ft  λ 
 11ア〕ノモニアj1鴫一体     処理温度  
  処理1間   で    重  深    さリー
ノプル     達車         (℃)   
   (分)       0+FN)      (
mm)50:50       550      4
5      8.5     73      50
: 50       550     90    
   B、 5     384      2018
0       7oo       ao     
 lls      7.5
【図面の簡単な説明】
添付の図は本発明による鋼部品の性質を示すグラフであ
る。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、窒化を行なってエプシロン窒化鉄表面層を形成
    することによって鋼の部品を処理する方法において、部
    品を非侵入型鋼で形成し、その厚さを少なくとも0.5
    mmとし、この部品を窒素供与体を含有する気体雰囲気
    中で加熱し、この窒素供与体の濃度をエプシロン窒化鉄
    表面層とこの表面層の下の微量合金元素の窒化物の層と
    の両方を部品に与えるに充分な濃度とし、前記の加熱処
    理を約500℃以上の温度で約30分以上にわたって行
    なうことを特徴とする方法。
  2. (2)、特許請求の範囲第1項記載の方法において、加
    熱している部品を包む気体雰囲気の窒素供与体の割合が
    約15容量%から約50容量%であることを特徴とする
    方法。
  3. (3)、特許請求の範囲第1項記載の方法において、前
    記気体雰囲気が窒素供与体としてのアンモニアと、発熱
    ガス、吸熱ガス、窒素およびその混合物からなるグルー
    プから選定した別のガスとらなることを特徴とする方法
  4. (4)、特許請求の範囲第3項記載の方法において、前
    記気体雰囲気がアンモニアと、一酸化炭素、二酸化炭素
    、窒素および水素を含む吸熱ガス混合物とからなること
    を特徴とする方法。
  5. (5)、特許請求の範囲第1項記載の方法において、少
    なくとも約500℃から約740℃の温度で約30分か
    ら約4時間の期間にわたって加熱を行なうことを特徴と
    する方法。
  6. (6)、特許請求の範囲第5項記載の方法において、熱
    処理によって部品に、約10ミクロンから約50ミクロ
    ンの厚さを有するエプシロン窒化物表面層と、窒化合金
    元素の下方層と、窒化元素のほとんどない最内方部分と
    を形成することを特徴とする方法。
  7. (7)、特許請求の範囲第1項記載の方法において、部
    品が可溶性炭素、窒素のない真空脱ガス鋼を含む非侵入
    型鋼で作ってあり、真空脱ガス鋼がチタン、アルミニウ
    ム、ニオブからなるグループから選定した少量の合金元
    素を含んでいることを特徴とする方法。
  8. (8)、エプシロン窒化鉄層を有する部品であって、少
    なくとも0.5mmの厚さを有する非侵入型鋼で作って
    あり、非侵入型鋼の合金元素の窒化物の下方層が存在し
    、部品の最内方部分がほぼ窒化物を含まず、耐腐蝕性、
    摩擦学的性質を有し、脆性を持たないことを特徴とする
    部品。
  9. (9)、特許請求の範囲第8項記載の部品において、厚
    さが約0.5mmから約3mmであることを特徴とする
    部品。
  10. (10)、特許請求の範囲第8項または第9項記載の部
    品において、厚さが1.5mmであり、降伏強さが80
    0MPaであり、自動車のフェンダ電機子として使用で
    きる形状となっていることを特徴とする部品。
JP61033690A 1985-02-20 1986-02-18 鋼部品の製造方法 Pending JPS61194169A (ja)

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