JPS6147902B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6147902B2
JPS6147902B2 JP59226568A JP22656884A JPS6147902B2 JP S6147902 B2 JPS6147902 B2 JP S6147902B2 JP 59226568 A JP59226568 A JP 59226568A JP 22656884 A JP22656884 A JP 22656884A JP S6147902 B2 JPS6147902 B2 JP S6147902B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carburizing
gas
grain boundary
quenching
treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP59226568A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS61104066A (ja
Inventor
Takashi Sakano
Fumihiko Hatsutori
Yoshikazu Shimozato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chugai Ro Co Ltd
Original Assignee
Chugai Ro Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chugai Ro Co Ltd filed Critical Chugai Ro Co Ltd
Priority to JP22656884A priority Critical patent/JPS61104066A/ja
Publication of JPS61104066A publication Critical patent/JPS61104066A/ja
Publication of JPS6147902B2 publication Critical patent/JPS6147902B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • C23C8/80After-treatment
    • 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
    • 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
    • C23C8/08Solid 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
    • C23C8/20Carburising
    • C23C8/22Carburising of ferrous surfaces

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明はMn、Cr等を含有する鋼材部品のガス
浸炭焼入方法に関するものである。
<従来技術> 肌焼き鋼等のMn、Cr等を含有する鋼材をガス
浸炭する方法は、ガス浸炭時に用いる浸炭ガスに
よつて、下記の2種類に大別される。すなわち、
プロパン、メタンなどの炭化水素系ガスを変成し
て、この変成ガスを使用する変成ガス方式、ある
いは低級アルコール、低級脂肪酸エステルなどの
液状の有機剤を熱分解させ、この変成ガスを使用
する滴注式方式などの浸炭性ガスを使用する方法
と、プロパン、メタン等の炭化水素系ガス単体あ
るいはN2ガスと炭化水素系ガスの混合ガスを炉
内に供給し、この炭化水素系ガスの熱分解を利用
する方法とである。
<発明が解決しようとする問題点> しかしながら、浸炭性ガスを使用する方法での
ガス浸炭は、主として、 2CO→(C)+CO2 ……(1) からなる鋼表面での熱分解反応により起こるが、
この際、鋼材部品に含まれるCr、Mn、Siなどの
合金元素〔M〕は酸素と親和性が強いため、 CO+〔M〕→〔M〕O+C ……(2) CO2+〔M〕→〔M〕O+CO ……(3) の反応のうち、いづれかで選択酸化される。この
選択酸化は鋼材表面および結晶粒界に沿つて起こ
り、その結果、鋼材表面および内部粒界にCr、
Mn等の合金元素が濃縮するとともに、マトリツ
クスでの濃度の低下が起きる。そのため、浸炭処
理した後に、焼入処理を施すと、不完全焼入組織
(トルースタイト)をもつ異常浸炭層が発生し、
表面硬さ、疲労強度、衝撃値を低下させるという
問題がある。
一方、真空浸炭などの炭化水素系ガスの熱分解
を利用する方法では、浸炭ガスにCO、CO2など
が含まれないため、前記異常浸炭層あるいは選択
酸化(粒界酸化物)の問題はほとんどないが、表
面炭素量は過剰浸炭を行つて、そのあと拡散によ
り調整する。
したがつて、処理材表面形状により浸炭層の拡
散の状況が異なり、凸部の表面炭素量は高く、凹
部のそれは低くなる傾向を有し、浸炭層の均一性
に問題があるだかりか、生産性が低く設備費が高
いという問題がある。
<問題点を解決するための手段> 本発明は、吸熱型変成ガス等の浸炭性ガスを使
用するガス浸炭法における前記選択酸化物(粒界
酸化層)が、前記(2)式および(3)式の反応により形
成され、また前記(2)式、(3)式を分解すると、 CO=(C)+1/2O2 ……(4) CO2=CO+1/2O2 ……(5) 〔M〕+1/2O2=〔M〕O ……(6) となることにより、前記選択酸化物が浸炭雰囲気
中の微量酸素に起因することに着目し、Mn、Cr
等を含有する鋼材部品を雰囲気中でガス浸炭処理
したのち、前記処理時に生じる粒界酸化物に対し
て還元領域の高温雰囲気下で所定時間保持して、
前記粒界酸化物を還元処理し、その後、焼入処理
を行うようにした。
<実施例> つぎに、本発明を図面にしたがつて説明する。
本発明は、鋼材部品を浸炭性ガス中で浸炭処理
する際に必然的に形成される粒界酸化物を、焼入
処理以前に、O2分圧等により管理される前記酸
化物に対して還元領域の高温雰囲気中で所定時間
保持することにより、浸炭性ガス中での浸炭処理
にもかかわらず、粒界酸化物の少ない浸炭焼入鋼
材部品を得ようとするものである。
まず、本発明の基礎となす考え方について、第
1図を参照して説明する。第1図は、鋼の主要合
金成分の平衡O2分圧を純金属として計算して図
示したもので、例えば、温度が850℃、O2分圧が
10-25atmのとき、Cr、Mn、Siは酸化領域にあ
り、Mo、Feは還元領域にあることを示す。な
お、図中の実線Aは浸炭期の炭素ポテンシヤル値
を0.9としたときの炉内O2分圧を示すものであ
る。
第1図に示すように、炭素ポテンシヤル値を
0.9として浸炭処理すると、合金元素であるCr、
Mn、Siは、酸化領域にさらされることになり、
それぞれCr2O3、MnO、SiO2などの酸化物とし
て、鋼材表面および結晶粒界部に形成される。
したがつて、前記酸化物による粒界酸化層を軽
減するには、浸炭後の焼入性に影響する合金元素
がCr、Mnであることにより、焼入処理前に、前
記粒界酸化物を還元処理すればよく、しかもMn
の還元領域はCrの還元領域であることによりMn
酸化物を還元処理すれば、Cr酸化物も還元処理
されることがわかる。
そこで、鋼中のMnについて考察すると、Mn
は、炉内酸素と 2Mn+O2=2MnO ……(7) からなる反応により酸化されるものである。換言
すれば、Mn酸化物は、第1図に示すようにO2
量により還元されることになる。この還元領域を
呈するO2量は、前記(7)式の平衡O2分圧の関係を
示す下記(8)式により、理論的に求めることができ
る。
Po2=e〓FT/1.987T ……(8) ただし、ΔFT:(7)式に関する自由エネルギ(c
al/mol) T:絶対温度(゜K) すなわち、浸炭性ガス中で処理した鋼材部品に
形成される粒界酸化物は、浸炭処理後、前記粒界
酸化物に対して還元領域の雰囲気中に所定時間保
持すれば、前記粒界酸化物は還元され、その結
果、粒界酸化層は軽減されることになる。
また、前記(8)式により求められた値に基づき、
Mn酸化物に対して実質的に還元領域となるO2
圧値は、炉内を真空排気装置により排気する方法
あるいは、高純度のN2ガスあるいはArガス等の
不活性ガスを連続的に炉内に供給する方法などに
より容易に得ることができる。
第2図は、本発明のガス浸炭焼入方法の代表的
な熱処理サイクル図で、鋼材部品を浸炭温度まで
加熱昇温し、要望される浸炭層に対応する炭素ポ
テンシヤル値に管理された状態でガス浸炭処理
し、引続き、粒界酸化物に対して還元領域に維持
される雰囲気中で保持し、その後焼入処理するこ
とからなるものである。
つぎに、還元領域の雰囲気を形成する手段とし
て、炉内を真空排気する方法における本発明の具
体的な実施例を説明する。
第1図中の破線は、炉内の真空度と炉内O2
圧との関係を(1)式と(3)式により計算して図示した
もので、例えば、炉内の真空度を5×10-2Torr
とし、炉内温度を860℃とすれば、炉内雰囲気は
合金元素であるCr、Mnに対して還元領域となる
ことを示す。
なお、必要とする炉内O2分圧値を計算するに
際し、(3)式を使用する理由は、(2)式の反応による
酸化力より(3)式の反応による酸化力が強いことに
よる。
実施例 1 処理材:SCr415丸棒、SCr420歯車 浸炭処理:浸炭温度:930℃ 浸炭期:c.p値=1.2、時間=105分 拡散期:c.p値=0.9、時間=45分 還元処理:拡散後、10-2Torrの真空下で30分保
持 焼入処理:浸炭温度(930℃)から直接油焼入 (結果)SCr415丸棒、SCr420歯車とも粒界酸化
層は5〜10μであつた。
比較例 1 実施例1と同一条件で還元処理をしない場合、
粒界酸化層はSCr415丸棒:15〜20μ、SCr420歯
車:15〜20μであつた。
実施例 2 処理材、浸炭処理条件は実施例1と同一とし、
還元処理を焼入温度(850℃)までの降温期に同
一条件(10-2Torr×30分)で行い、その後、油
焼入を行つた。その結果、SCr715丸棒、SCr420
歯車とも粒界酸化層は7〜12μであつた。
比較例 2 実施例2と同一条件で還元処理をしない場合、
粒界酸化層はSCr415丸棒:15〜20μ、SCr420歯
車:15〜25μであつた。
実施例 3 処理材:SCM420H丸棒 浸炭処理:浸炭温度:930℃ 浸炭期:c.p値=1.1、時間=120分 還元処理:浸炭期後、5×10-2Torrの真空下で
30分保持し(拡散期)、その後焼入温度(850
℃)まで20分で降温 焼入温度:降温後、油焼入 (結果)粒界酸化層は5μ以下であつた。
比較例 3 処理材:SCM420丸棒 浸炭処理:浸炭温度:930℃ 浸炭期:c.p値=1.1、時間=105分 拡散期:c.p値=0.9、時間=45分 焼入処理:拡散後、焼入温度(850℃)に降温
し、油焼入 (結果)粒界酸化層は15〜20μであつた。
前記実施例で示すように、焼入処理前に、浸炭
材を該浸炭材の粒界酸化物に対して還元領域であ
る雰囲気中に所定時間保持すれば、粒界酸化層が
減少していることが確認できた。
また、炉内の真空度は、理論値により求めた
O2分圧よりやや低くしてテストした結果におい
ても同様の効果を得ることができた。これは、鋼
中に1%程度含有するMnに関しては、理論値よ
りも高い酸素分圧で平衡するものと考えられる。
そして、還元処理条件の保持を、850℃×1時
間、850℃×2時間、930℃×1時間、930℃×2
時間と変更して実施したところ、ほぼ前記実施例
と同一の傾向が認められたが、同一真空度であれ
ば、温度の高い方がより粒界酸化層が軽減されて
いた。
さらに、粒界酸化物の還元処理は、拡散期工程
の後半あるいは、降温保持後に行つても同様の効
果が得ることが判明した。
すなわち、浸炭処理後、焼入温度まで降温させ
る場合は、降温保持工程時に、また、浸炭処理
後、直ちに焼入処理する場合は拡散期の後半にお
いて、還元処理を行うものである。また、焼入処
理は、油焼入処理に限らず、ガス焼入処理であつ
てもよい。さらに、還元領域の雰囲気を形成させ
る手段としては、高純度のN2ガスあるいはArガ
ス等のO2を含まない雰囲気ガスを供給してもよ
いが、真空排気方式を採用すれば、炉内のO2
圧と真空度の関係に基づき、容易に炉内雰囲気を
管理することができる。
<発明の効果> 以上説明で明らかなように、本発明によれば、
吸熱型ガスの浸炭性ガスによる浸炭処理工程の後
に、粒界酸化物に対して還元領域となる高温雰囲
気中で、浸炭処理を所定時間保持して、焼入処理
するので、浸炭処理時に形成された粒界酸化層が
軽減でき、それだけ疲労強度を向上させることが
でき、また、粒界酸化層の軽減により後工程であ
るシヨツト処理を省略することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、浸炭時の合金元素の酸化、還元特性
を示す図で、第2図は本発明のガス浸炭焼入方法
の熱処理サイクル図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 Mn、Cr等を含有する鋼材部品を浸炭性ガス
    雰囲気中で浸炭処理したのち、浸炭時に形成する
    粒界酸化物に対して還元領域の高温雰囲気中で所
    定時間保持して前記粒界酸化物を還元し、その
    後、焼入処理を行うことを特徴とするMn、Cr等
    を含有する鋼材部品のガス浸炭焼入方法。
JP22656884A 1984-10-27 1984-10-27 鋼材部品のガス浸炭焼入方法 Granted JPS61104066A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22656884A JPS61104066A (ja) 1984-10-27 1984-10-27 鋼材部品のガス浸炭焼入方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22656884A JPS61104066A (ja) 1984-10-27 1984-10-27 鋼材部品のガス浸炭焼入方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61104066A JPS61104066A (ja) 1986-05-22
JPS6147902B2 true JPS6147902B2 (ja) 1986-10-21

Family

ID=16847197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22656884A Granted JPS61104066A (ja) 1984-10-27 1984-10-27 鋼材部品のガス浸炭焼入方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS61104066A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5837282B2 (ja) * 2010-03-15 2015-12-24 オリエンタルエンヂニアリング株式会社 表面改質方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5129703A (ja) * 1974-09-06 1976-03-13 Seiko Instr & Electronics Ryutaitoshutsusochi

Also Published As

Publication number Publication date
JPS61104066A (ja) 1986-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3894635B2 (ja) 浸炭部材とその製造方法並びに浸炭処理システム
US8696830B2 (en) Stainless steel carburization process
JPH11117059A5 (ja)
US20140283955A1 (en) Method for manufacturing ferritic stainless steel product
US5498299A (en) Process for avoiding surface oxidation in the carburization of steels
JP4861703B2 (ja) 金属部材表面の活性化方法
JP3428936B2 (ja) 金属表面のガス硬化処理方法
JPS6147902B2 (ja)
US4359351A (en) Protective atmosphere process for annealing and or spheroidizing ferrous metals
JPH059703A (ja) チタン材の表面硬化処理方法
JP2002180235A (ja) Cr及び/又はMn含有鋼材部品の真空浸炭方法
JP2971456B1 (ja) 鋼材の表面硬化処理方法
JPH0138870B2 (ja)
CA1133809A (en) Method of nitriding steel
JP2009299122A (ja) 浸窒焼入れ方法、浸窒焼入れ用ヒーター、および浸窒焼入れ装置
JPS6237692B2 (ja)
JP3509405B2 (ja) 鋼帯の連続熱処理炉における炉内雰囲気改善方法
KR100474414B1 (ko) 고온에서 불활성의 중성가스 분위기에 의한 광휘열처리법
US5194096A (en) Carburizing treatment of a steel with reduction of the hydrogen content in the carburized layer
JP2803108B2 (ja) 鋼の熱処理方法
US20040231753A1 (en) Method for carburizing and carbonitriding steel by carbon oxide
CN117821890A (zh) 一种缩短工件化学热处理时间的催化组合物
JP2881821B2 (ja) クロム系ステンレス鋼および耐熱鋼の熱間加工後の熱処理方法
GB2055404A (en) Gas nitriding steel
SU1006539A1 (ru) Способ газовой цементации стальных изделий

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees