CN110786742B - 烹饪器具的制造方法和烹饪器具 - Google Patents

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Abstract

烹饪器具的制造方法具备：通过铸造形成铸铁制的烹饪器具；以及对于铸铁制的烹饪器具的烹饪面实施氮化处理来形成氮化层。

Description

烹饪器具的制造方法和烹饪器具
技术领域
本发明涉及烹饪器具的制造方法和烹饪器具。详细地说，本发明涉及铸铁制的北京锅等烹饪器具的烹饪面的表面处理。
背景技术
一直以来，在具有烹饪面的北京锅或煎锅等烹饪器具中，为了防止焦糊、容易烹饪，对其表面的处理是很重要的。
对于铁制的煎锅，在使用时进行空烧、炒蔬菜碎等进行所谓的开锅(慣らし)来形成油膜，由此进行舒适的烹饪。但是，即使在烹饪器具的表面形成油膜，油膜也会简单地中断而发生焦糊，因此具有一旦发生焦糊则需要采取反复进行空烧等处理的麻烦。
在实施了公知的氟树脂加工的烹饪器具中，即使在不采取这样的开锅的情况下，也能够在不会发生焦糊的情况下舒适地烹饪。但是，在实施了氟树脂加工的烹饪器具中，尽管不需要空烧等的处理，但表面对油的润湿性低，油不会均匀地扩散。因此，在实施了氟树脂加工的烹饪器具中，在烹饪对象的下面形成积油部，不能带有均匀美观的焦痕，而且具有涂层很快剥落或劣化的问题。
发明内容
[发明所要解决的课题]
关于这一点，日本特开2008-154649号公报所公开的锅具有由软铁形成的锅主体、通过气体软氮化处理而在锅主体的表面形成的氮化物层、以及通过氧化处理而在氮化物层的表面形成的氧化物层。
另外，日本特开2013-70751号公报所公开的铁制的煎锅具有铁制的煎锅主体、通过氮化处理而在煎锅主体上形成的氮化层、以及在氮化层上形成的氧化表面层。详细地说，在氮化层的表面通过喷砂处理而形成有微细的凹凸面。并且通过对该凹凸面实施氧化处理而形成氧化覆膜，由此在氮化层上形成了具有微细的凹凸面的氧化表面层。
通过像这样对表面进行氮化处理，得到了具有油的融合性好、并且不容易受到损伤的坚固表面的烹饪器具。
另外，由于通过氮化处理形成的表面具有容易生锈的问题，因而通过在该表面上形成氧化覆膜，得到了不容易生锈的煎锅。
但是，另一方面，具有工艺复杂的问题。
本发明的目的在于提供一种能够利用简单的工艺对烹饪面进行具有耐久性且不易生锈的表面处理的烹饪器具的制造方法以及通过这样的制造方法制造出的烹饪器具。
[用于解决课题的手段]
为了解决上述课题，一个方式的烹饪器具的制造方法，包括：通过铸造形成铸铁制的烹饪器具；以及对于铸铁制的上述烹饪器具的烹饪面实施氮化处理来形成氮化层。
为了解决上述课题，一个方式的烹饪器具，具备：通过铸造形成的铸铁制的烹饪器具；以及在铸铁制的上述烹饪器具的烹饪面上形成的氮化层。
附图说明
图1是示出一个实施方式的北京锅的制造方法中使用的铸造用的金属模具和通过该金属模具铸造出的作为薄壁铸铁产品的北京锅的立体图。
图2是示出该实施方式的北京锅的烹饪面的表面结构的示意图。
图3是示出闭合状态的金属模具和加热部的正面图。
图4是示出利用该实施方式的金属模具进行的铸造工序的流程图。
图5是该实施方式的氮化处理工序的流程图。
图6是该实施方式的制造装置的俯视图。
图7是该实施方式的熔融炉的截面图。
图8是示出该实施方式的浇注工序的立体图。
图9是该实施方式的金属模具以及合模装置的侧视图。
具体实施方式
本发明人提出了一种利用金属模具通过大气铸造得到的厚度1.0mm左右的超薄壁的球墨铸铁制煎锅(日本特开2010-274327)。需要说明的是，本发明中所说的“薄壁”是指产品的厚度大致为5mm以内。特别是将产品的厚度为2mm以下称为“超薄壁”。厚度为0.3～1.5mm、特别是为1.0～1.4mm在煎锅、中华锅中是理想的，本发明人首先通过该金属模具实现了量产。需要说明的是，若这样的薄壁的部分位于烹饪面的一部分，则在其他部分可以具备厚度比该部分更厚的部分。例如，只要煎锅的锅部主体的厚度为2mm以下，即使柄的厚度为10～50mm，也是此处所说的“超薄壁”。
与截止目前的利用砂模等的铸造相比，利用金属模具的铸造在模具能够再利用方面是极为有效的。
此处，在现有的利用砂模等多孔模得到的超薄壁的煎锅等中，在从多孔模起模后，用喷砂机等对于具有通过模具转印的凹凸的烹饪面进行平滑化。当然要将烹饪面的氧化膜(所谓的“黑皮”)暂时剥离。
因此，以往，在研磨后的产品中，与铁制煎锅同样地实施防锈后上市，用户对其施以高热、炒蔬菜碎等，而生成由使用后的黑锈形成的氧化膜。
但是，在利用金属模具通过大气铸造得到的铸铁中，在本底上转印金属模具的内腔面，能够制成平滑度极高的产品。因此，在利用金属模具通过大气铸造得到的铸铁中，不需要开模后的表面研磨作业。其结果，能够在所谓的黑皮(黑锈·Fe3O4)直接留在烹饪面的状态下制成产品，利用该黑皮，得到了不必进行开锅的合适的烹饪器具。
这样，本发明人发现了，在由铸造形成的铸铁制的烹饪器具的烹饪面仍留有“黑皮”，在利用这一点并对其表面进一步实施氮化处理时，能够进一步发挥出作为烹饪器具的理想的性能，并且能够实现工序的简单化。
另一方面，可以根据目的对表面进行研磨·磨削·切削等，对烹饪面的表面进行加工，使渗碳体层、进一步使铸铁的坯体(素地)露出，对该表面实施氮化处理。通过这样做，还能够通过优化所生成的氮化物的构成、优化氮化层的深度而得到合适的烹饪器具。
此处所说的氮化处理是包括软氮化处理的广义的氮化处理。氮化层包含化合物层和扩散硬化层。
另外，铸造优选利用金属模具的铸造和大气铸造，但不排除利用砂模·多孔性铸模、真空或惰性气体气氛、吸气·压入的铸造。
本发明人以这样的发明人自己的现有技术为基础，进一步提高该黑皮的耐久性、得到不需要维护的烹饪器具而完成了本发明。
下面以球墨铸铁制的厚度1.4mm的超薄壁的带柄中华锅(所谓的“北京锅”)的制造为例对一个实施方式的烹饪器具的制造方法和烹饪器具进行说明。
首先，参照图1对通过本实施方式的制造方法制造的北京锅P进行说明。
(材料·组成)
本实施方式的北京锅P的材料为球墨铸铁。这里对球墨铸铁进行说明。铸铁有白铸铁、灰铸铁、CV铸铁、球墨铸铁等种类，球墨铸铁基本上由“JIS G 5502”规定。该球墨铸铁是在组织中包含球状的石墨的铸铁。与灰铸铁等相比，球墨铸铁的基底连续，因而具有强韧的性质，也被称为韧性铸铁。球墨铸铁是如下制造的：在高水平地包含溶解的C、Si的Fe中接种Mg、Ce，生成原始金属熔液(元湯)，接种硅铁(Fe-Si)，缓慢地冷却，使凝固时析出的石墨球状化，由此制造球磨铸铁。在球墨铸铁中，通过控制基底组织的珍珠岩与铁素体的比例，可将从FCD800到FCD400分开制造。为了增加珍珠岩量，通常采用添加适当量的作为珍珠岩稳定化元素的Cu、Sn、Mg、Cr、Mn等的方法。与之相对，为了制成铁素体基底，要尽可能减少珍珠岩稳定化元素的含量、增多Si等石墨化元素。特别是通过将Mn从0.45％抑制到0.35％以下，使伸长率如FCD400-10和FCD400-15那样变化。
在本实施方式中，作为超薄壁的北京锅的特性，与硬度相比，更重视不容易破裂的粘性，因而北京锅P的基底主要以铁素体为中心。
(铸造用的模具)
球墨铸铁在浇铸时温度迅速降低，球状的石墨未析出而形成渗碳体(Fe3C)，发生白化，变硬但变脆。将这样球状石墨不析出而形成渗碳体并发生凝固的现象称为“激冷化(チル化)”。另外，若保持长时间在高温下溶解，则熔融的Mg由于氧化、蒸发而减少，因而石墨不会呈球状化(称为“衰退”)。
此外，由于球墨铸铁在凝固时，石墨以球状析出，因而具有体积增大这一独特的性质。因此具有模具必须承受本来的热膨胀同时还要承受复杂的体积变化的问题。
由于具有这样的温度管理、体积变化，因而本发明人实现了可通过金属模具铸造的方式来制造出可以说以往利用多孔性铸模无法铸造的球墨铸铁制的烹饪器具。
因此，通过进行铸造，能够制成除了去除毛边以外基本上不需要研磨的、保留黑皮的产品。
(北京锅P的形状)
对北京锅P的形状进行说明。如图1所示，北京锅P为具备主体11、以及与该主体11一体形成的柄12的常见的北京锅。主体11具备大致为平的直径13cm的圆盘状的内底部14、以及从该内底部14立起的球面状的周边部13。柄12从主体11朝向斜上方延伸。主体11的直径大致为29cm。主体11具有均匀的厚度。详细地说，内底部14的厚度和周边部13的厚度作为铸铁制的北京锅均史无前例地薄、为1.4mm。
柄12具有与主体11相连的基部、以及与该基部的相反侧的前端部。柄12在基部与前端部之间具有大致为圆形的截面形状。即，柄12在基部与前端部之间形成圆形的筒状。柄12的前端部呈开口。柄12的前端部具有上部比下部稍突出的形状。在柄12的前端部，在该上部开口有收纳用的钩挂孔16。
(北京锅P的表面结构)
图2是示出北京锅P的表面结构的示意图，其中未精确示出各层的厚度。如图2所示，在由球墨铸铁构成的基部L1上覆盖氧化膜层L2(氧化膜)。该氧化膜层L2是在铸造过程中大气的氧与高温的基部L1结合形成的黑皮(黑锈·四氧化三铁·Fe3O4)。在以往的砂模中，该黑皮利用喷砂机等削掉而进行平滑化。另外，在金属模具铸造的情况下，将该黑皮作为烹饪面使用。
在本实施方式中，在该氧化膜层L2的表面进一步实施了氮化处理。其结果，在氧化膜层L2上形成了氮化层NL。在本实施方式中，氮化层NL具有位于氧化膜层L2上的扩散硬化层L3、以及位于扩散硬化层L3上的化合物层L4。化合物层L4构成北京锅P的最外表面S。化合物层L4含有ε-Fe2-3N、γ’-Fe4N、Si3N4。另外，扩散硬化层L3有Si3N4的微细析出。在铁、钢的情况下，Si的含量少，但在球墨铸铁中，Si的含量高，因而Si3N4通过氮化处理生成。特别是由于在离开表面的扩散硬化层L3中也生成Si3N4，因而北京锅P的耐久性进一步提高。
这些氮化化合物的维氏硬度均较高，起到提高北京锅P的耐久性的作用。
另外，由于其结构呈多孔性，因而作为烹饪面显示出适度的油融合性。
另外，基部L1、氧化膜层L2、扩散硬化层L3以及化合物层L4相互一体化而不会发生剥离。
另外，氧化膜层L2(氧化膜)具有几十微米的厚度，其阻断氧而有效地抑制在基部L1产生红锈(氧化铁(III)·Fe2O3)。需要说明的是，氧化膜的厚度可以为几微米～几毫米。
(制造装置)
接下来对本实施方式的北京锅P的制造装置1进行说明。
(金属模具的构成)
如图1和图6所示，制造装置1具备多个金属模具2。金属模具2构成为用于大气铸造(用于重力铸造)。因此，在金属模具2中基本上不需要压入或吸引金属熔液的设备。各金属模具2具备固定侧金属模具3和可动侧金属模具4。固定侧金属模具3和可动侧金属模具4由沿着铅直方向的分割面33,43进行分割。
如图3所示，在固定侧金属模具3的分割面33与可动侧金属模具4的分割面43相互抵接的状态下，由内腔面32,42的内表面形成北京锅P的形状(参照图1)的内腔25。
另外，如图3和图8所示，在浇铸时，将漏斗状的浇注口38,48安装在与上表面的浇口34,44相匹配的位置，从而容易向浇口34,44中浇注金属熔液M。
从如图6所示可动侧金属模具4与固定侧金属模具3开放的状态将固定侧金属模具3如图8所示移动到规定位置并进行固定。为了进行浇注，使可动侧金属模具4相对于固定侧金属模具3抵接并合模，进行浇铸。如图6和图9所示，制造装置1具备多个金属模具支撑装置60。金属模具支撑装置60按下述方式支撑金属模具2：在起模时使可动侧金属模具4从固定侧金属模具3离开以开放金属模具2、并且使可动侧金属模具4的分割面43向下方反转以使铸造后的北京锅P向下方脱离。详细内容在下文叙述。
(金属模具的加热装置20)
如图3所示，2个加热装置20按照从两侧夹持金属模具2的方式靠近地配置。
加热装置20具备燃气燃烧器。在金属模具2的主体内腔面32a,42a的外表面分别设有固定侧金属模具加热部32e和可动侧金属模具加热部42c。下文中，将固定侧金属模具加热部32e和可动侧金属模具加热部42c一起称为“加热部24”。加热装置20的燃气燃烧器沿图3所示的箭头方向直接用火焰对加热部24的表面进行加热。
燃气燃烧器具备主燃烧器20a和火种燃烧器20b。主燃烧器20a具备多个气体喷嘴，通过以未图示的阀作为控制部的加热控制装置23将其打开和关闭，喷射从气体供给装置22供给的可燃气体。火种燃烧器20b始终朝向金属模具2的加热部24点火，以点燃主燃烧器20a。在主燃烧器20a熄灭的情况下，该火种燃烧器20b可以以温度逐渐降低的程度进行加热，以使得金属模具2的温度不会急剧下降。通过像这样维持一定的高温，能够促进石墨的球状化、抑制激冷化，并且能够生成厚度更厚的黑皮。
(金属模具的温度管理)
在金属模具2的附近设有用于测定金属模具2的外表面的表面温度的辐射温度计21作为温度测定部。辐射温度计21根据从金属模具2发出的红外线远距离地测定金属模具2的加热部24的表面温度。
制造装置1具备加热控制装置23，其基于由辐射温度计21测定的金属模具2的表面温度对加热装置20进行控制。加热控制装置23具备公知的计算机，其按照预先存储的程序在规定的时机将金属模具2在规定的温度预热并保温。
另外，本实施方式的金属模具2具备加热部24。在固定侧金属模具3、可动侧金属模具4的内腔面32,42的厚度方向测定的金属模具的厚度D1是均匀的。详细地说，例如在北京锅P的薄板状的主体11所对应的内腔面32,42的部分形成具有厚度D1的加热部24。厚度D1一概为20mm。其他的框架31,41部分的厚度为30mm左右。因此，若将固定侧金属模具加热部32e和可动侧金属模具加热部42c均匀地加热，则热从金属模具2的表面均匀且快速地传导到金属模具2的内部，热同时到达内腔面32,42的内壁，温度均匀升高。因此，即使没有实际测定内腔25内部的温度，只要对固定侧金属模具加热部32e和可动侧金属模具加热部42c、也即加热部24的表面温度进行测定，即能够容易地进行内腔面32,42的温度管理。
(金属模具的材质)
金属模具2为球墨铸铁制，其热传导良好，若对固定侧金属模具加热部32e和可动侧金属模具加热部42c进行加热，则能够使内腔面32,42内部的温度快速升高。另外，球墨铸铁的热容大，可对内腔25内部的金属熔液M提供稳定的热环境。此外，由于球墨铸铁相对于加热·冷却进行与铸件同等的热膨胀·热收缩，因而铸件在冷却时刻的应力极小。并且，与其他金属铸件(更不用说砂模)相比，球墨铸铁的拉伸强度更大(参照JIS G5502)。因此，即使金属模具2较薄，在热变化大的情况下也不容易破损。另外，由于铸造的为超薄壁的产品，因而由变形所致的尺寸变化的绝对值小，这也使其能够进行金属模具铸造。
(金属模具支撑装置)
如图6所示，多个金属模具支撑装置60分别支撑金属模具2。各金属模具支撑装置60被构成为能够按照该金属模具支撑装置60所支撑的金属模具2的浇注口48可移动至熔融炉50附近的浇注点56的方式在一对轨道61上移动。
如图9所示，金属模具支撑装置60具备机台62。机台62按照能够在轨道61上移动的方式具有在两端具备车轮63的车轴64，被电动机65驱动。
支撑固定侧金属模具3的固定侧金属模具支撑部66配置在机台62的一端。在固定侧金属模具3的背面配置加热装置20。
另外，支撑可动侧金属模具4的可动侧金属模具支撑部67配置在机台62的另一端。在可动侧金属模具4的背面也配置加热装置20。
可动侧金属模具支撑部67藉由移动机构68支撑可动侧金属模具4。可动侧金属模具4以能够与固定侧金属模具3合模·开模的方式移动。另外，可动侧金属模具支撑部67具备转动机构69，该转动机构69具备水平配置的转动轴69a。可动侧金属模具支撑部67可以使可动侧金属模具4旋转90度而使分割面43朝向垂直下方。在分割面43朝向垂直下方的可动侧金属模具4的垂直下方配设有皮带输送机70。皮带输送机70载置起模并掉落的北京锅P，将其传送至下一工序。
(熔融炉)
在本实施方式中，使用图7所示的超小型的熔融炉50将原料熔解。熔融炉50为高频感应炉，其具备高频感应加热线圈51和上浮用线圈52。熔融炉50利用上浮用线圈52使原料浮游，利用高频感应加热线圈51的涡电流进行加热·溶解。在熔融炉50的侧壁50a的内部设有冷却管58。冷却液在冷却管58内循环，将侧壁50a冷却。
如图8所示，该熔融炉50固定在炉台59上。炉台59绕转动轴59a倾动，将在熔融炉50内上浮的金属熔液M浇注到位于浇注点56(图6)的金属模具2的浇注口48中。
另外，如图6所示，在熔融炉50的附近配置有向熔融炉供给电力的电源装置53、使制冷剂在冷却管58(图7)中循环的冷却装置54、以及用于熔融炉50的加热、浇注的进行炉台59的倾动控制等的熔融炉控制装置55。
(利用金属模具进行的铸造方法)
按照图4的流程图对于利用按上述构成的金属模具2进行的作为薄壁铸铁产品的北京锅P的铸造方法进行说明。
(制造方法的概要)
如图4所示，北京锅P的制造方法使用制造装置1如下进行。首先，使用北京锅P的金属模具2的固定侧金属模具3和可动侧金属模具4，进行隔着分割面33,43合模的合模工序(S1)。接着进行金属模具预热工序(S2)，加热控制装置23利用辐射温度计21测定金属模具2的加热部24的表面温度，同时利用加热装置20将金属模具2加热至预先设定的设定温度。然后，在原始金属熔液生成工序(S3)中，预先用熔融炉50(参照图6和图7)将原始金属熔液溶解。进行金属模具浇注工序(S4)，将该溶解后的原始金属熔液浇注到加热后的金属模具2中(参照图8)。接着进行金属模具保温工序(S5)，用于使浇注后的金属模具2不会骤冷。然后进行铸件凝固工序(S6)，一边抑制金属模具2的温度的骤变一边使浇注的原始金属熔液固化。之后在铸件固化后进行金属模具开放工序(S7)，将固定侧金属模具3与可动侧金属模具4在分割面33,43分离。然后进行起模工序(S8)，将铸造后的北京锅P取出(参照图9)。之后进行整形工序(S9)，主要对取出的北京锅P进行铸件毛边去除等。成型后的北京锅P直接进行氮化处理工序(S10)，通过后处理工序(S11)完成产品形式。
下面对各工序进行详细说明。
(合模工序(S1))
如图9所示，预先设置在金属模具支撑装置60上的可动侧金属模具4以相对于固定侧金属模具3可通过移动机构68自由地接触和分离的方式被支撑。图9中，可动侧金属模具4为开放的状态。首先，在该状态下，在金属模具2中，若有必要，则在内腔内再涂布涂模剂，在120～200℃进行干燥。
接着，利用移动机构68使可动侧金属模具4从图9所示的状态朝向图9的左上方向移动，使分割面33,43彼此抵接。进一步利用移动机构68的未图示的油压机构将分割面43压接至分割面33，进行如图3所示的将金属模具2合模的合模工序(S1)。
(金属模具预热工序(S2))
(金属模具的预热)
进一步进行金属模具预热工序(S2)，将合模的金属模具2加热至预先设定的设定温度。在该金属模具预热工序(S2)中，通过如图3所示按照夹持合模的金属模具2的方式与该金属模具2靠近地配置的2个加热装置20，沿图3中箭头所示的方向将金属模具2整体加热。当然，此时还优选对于金属熔液M的温度容易下降的下游侧进行强加温、或者对内腔25内部的狭窄且流动性容易变差的位置进行重点加热，在本实施方式中，为单一的设定温度。
(预热温度的设定)
金属模具2的预热中的第1课题在于防止由于急剧的冷却而使石墨生成未球状化的渗碳体。
第2课题在于改善金属模具内的充型性。即使没有发生激冷化，在为内腔幅宽为0.5～1.5mm这样的超薄壁的球墨铸铁时，流动性的降低也直接成为缺口、缩痕、针孔等的原因。因此，为了在充型的过程中也能够维持高流动性，需要使金属熔液不会从金属模具吸收热。从这个意义上来说，金属模具的预热越高越好。
第3课题在于，通过金属模具2的预热，金属模具本身发生变形，进行温度设定使铸件的尺寸精度不会低于容许范围。
第4课题在于，通过金属模具2的预热，金属模具2本身的组织结构发生变化，可抑制金属模具2的强度和耐久性降低。
并且，第5课题在于，进行温度设定以充分生成本实施方式中重要的黑皮。
鉴于以上方面，进行预热温度的设定。
作为其方法，例如将金属模具2内部的温度维持在A1变态点以上是有效的，该A1变态点为下述温度：即使浇注的金属熔液M与金属模具2接触，也不会生成渗碳体，而成为珍珠岩组织或铁素体组织。该A1变态点根据成分也会发生变化，通常在球墨铸铁中大致为727℃。
但是，难以对金属模具2内部进行精确的温度测定。因此，基于金属模具2的表面温度推测内腔内部的温度。在本实施方式中，由于使用了具备厚度较薄的均匀的加热部24的金属模具2，因而能够从外部进行温度管理。在该方法中，是所谓退火的温度带、石墨发生球状化。因此，由加热所致的金属模具的劣化少。
(原始金属熔液生成工序(S3))
与合模工序S1和金属模具预热工序S2并行，准备用于金属模具浇注工序(S4)的球墨铸铁的原始金属熔液(金属熔液M)。
原始金属熔液本身可以用任何方法生成。在本实施方式中，使用图7所示的熔融炉50生成金属熔液M。
在现有的方法中，从充型性的观点出发，优选将金属熔液M的温度加热至1400℃以上、优选加热至1500～1600℃来提高流动性。在本实施方式中，从防止衰退和激冷化的方面出发，通过将金属模具2加热，使金属熔液M的温度为1280℃来制造超薄壁的北京锅P。
(金属模具浇注工序(S4))
如上所述，在生成了原始金属熔液后(S3)，如图8所示，将已经合模(S1)、预热(S2)的金属模具2向图6所示的浇注点56移动。之后，藉由炉台59使熔融炉50绕转动轴59a倾动。然后直接将原始金属熔液(金属熔液M)从熔融炉50浇注到由浇注口38,48形成的浇口杯中。
(金属模具保温工序(S5)和铸件凝固工序(S6))
接着，利用预先加热的金属模具2，温度缓慢降低的金属熔液M一边析出球状的石墨一边进行冷却。但是，由于浇注的金属模具的厚度较薄，与厚壁的块状的金属模具(更不用说现有的砂模、壳体铸模)相比，放热较好，即使在原状态下，也会在大致1分钟以内凝固。此时，由于预先加热的金属模具2与北京锅P为同样的膨胀率，因而随着温度降低也同样地进行热收缩，金属模具2不容易发生变形。
在浇注后，通过自然冷却，转移至铸件凝固工序(S6)，金属模具2内的金属熔液M的温度降低，金属熔液M凝固。在本实施方式中，除此之外，无论是铸件凝固工序(S6)之前还是之后，在浇注后也均可利用加热装置20的主燃烧器20a和火种燃烧器20b适当地进行金属模具2的加热，进行将金属模具2在预先设定的设定温度进行保温的金属模具保温工序(S5)。
在该金属模具保温工序中，对金属熔液M的温度降低进行控制，抑制因急剧的温度降低所致的激冷化。因此，考虑这样的观点来对设定温度进行设定。
设为与预热不同的温度、例如低于预热的设定温度。这种情况下，设为石墨可良好地进行球状化、可进行金属熔液M的冷却的温度条件。
另外，还优选设为通过使设定温度随着浇注后的时间经过逐渐降低而良好地进行石墨的球状化的温度条件。
该条件也可能不一定是严格的温度管理，例如也可以对加热时间进行调整。
在本实施方式中，设预热温度为900℃，在浇注后保温在500℃。关于保温，在本实施方式中，设达到铸件完全凝固的A1变态点以下的时间为1分钟以上2分钟以内。这里可以终止保温，也可以直接继续保温至下一次浇注。通过像这样继续保温，在铸件表面容易生成黑皮。
(金属模具开放工序(S7))
在铸件为A1变态点时，组织被固定并固化。在固化后进行金属模具开放工序(S7)，利用未图示的合模装置将金属模具2开放。
(起模工序(S8))
接着进行起模工序(S8)，使可动侧金属模具4从固定侧金属模具3离开，并且使分割面43朝向下方转动而将北京锅P起模。也可以根据需要在金属模具中设置定位销来进行起模。
(整形工序(S9))
接着进行整形工序(S9)。在本实施方式中，在铸造后进行去除铸件毛边工序，对于薄壁铸铁产品利用激光从与可动侧金属模具4的可动方向平行的方向(即拔出方向)进行熔断，或者利用锤子、喷砂机等对于在薄壁铸铁产品的周边出现的铸件毛边进行击打、磨削。在本实施方式的北京锅P中，由于铸造时间短，因而黑皮(氧化膜)的生成较薄，北京锅P的作为烹饪面的主体11的内部基本上不进行任何操作而直接保留黑皮。
(氮化处理工序(S10))
在整形工序中，在去除毛边等终止后，转移至氮化处理工序(S10)。详细内容如下文所述。
(后处理工序(S11))
在后处理工序中，若有需要，则进行清洗、涂装、用油脂或蜡进行装饰加工。
(氮化处理S101～S107)
接下来，基于图5对氮化处理工序(S10)进行详细说明。
在本发明中，只要没有特别说明，则“氮化处理”以广义的含义使用。即，在本发明中，“氮化处理”是不仅包括以氮为主体的氮化处理、而且还包括以氮和碳为主体的软氮化处理、以氮和氧为主体的氧氮化处理、以氮和硫为主体的浸硫氮化处理在内的上位概念。
另外，作为其处理方法，包括在熔融盐中加热的处理、在气体气氛下加热的处理、在气体等离子体中加热的处理等。
在本实施方式中，进行在以氮和碳为主体的气体气氛下加热的气体软氮化处理。
在气体软氮化处理中，首先将氮化处理对象物置于炉(未图示)内，此时向炉内吹入NH3·N2·CO2的混合气体(S101)。
接着开始在该气氛中将混合气体加热至530～600℃(本实施方式中为550℃)(S102)，利用由NH3分解出的N成分进行氮化、利用由CO2分解出的C成分进行浸炭，在产品表面生成由厚度5～100μm左右的氮化物形成的氮化层NL(化合物层L4和扩散硬化层L3)。为此进行气体流量调整(S103)。需要说明的是，氮化层的厚度优选为5μm以上、特别优选为40μm以上。在本实施方式中，氮化层NL的厚度为40μm以上。另外，氮化层优选包含Si3N4。
在经过规定时间(本实施方式中为2小时)完成处理后，停止加热(S104)。
在温度达到规定温度(本实施方式中为150℃)以下后，打开炉盖，取出北京锅P(S105)。
对所取出的北京锅P的全部或者一部分进行取样，进行硬度试验(HV硬度试验)(S106)。试验的方法依据“JIS Z 2244-维氏硬度试验试验方法”。在本实施方式中，作为使试验力大致为1kgf(≒9.8N)以下时进行维氏硬度的测定的显微维氏试验，以产品实质上不会受到损伤的非破坏检査为基准进行试验。在本实施方式的试验中，使用Future-TechCorp.制造的自动压痕计测和自动XY平台系统ARS900以负荷0.01kgf(≒0.098N)进行显微维氏试验。
【表1】
深度(μm) 硬度(HV) 是否合格
0 1081 〇
10 701 〇
20 561 〇
40 479 〇
60 639 〇
80 611 〇
100 345 ×
120 345 ×
通过该试验判断氮化处理工序(S101～105)适当与否。在本实施方式中，例如，将深度40μm时400HV0.01以上作为合格，但根据对象产品的不同，该基准可以不同。需要说明的是，氮化层的表面的维氏硬度优选为350HV0.01以上、特别优选为500HV0.01以上。
将试验合格品(S107·YES)转移到研磨工序(S108)，在未得到充分的硬度的情况下，作为不合格(S107·NO)，进一步进行追加的氮化处理(S102～S105)。
需要说明的是，氮化处理的效果被认为与处理时间具有相关性，在本实施方式中，通过将处理时间的2小时延长至8～10小时左右，能够使氮化层形成到更深部。这种情况下，在现有的铁制煎锅中，即使延长处理时间，氮化层也形成不到深部；但在本实施方式中，由于为铸铁制，因而氮化层NL、特别是来自Si3N4的扩散硬化层L3可形成到深部。
另外，在球墨铸铁中，适合软氮化处理，与现有的针对铁的氮化处理相比，能够进行处理时间更短、深度也更深的处理。
在研磨工序(S108)中，为了将北京锅P作为产品完成，可以利用喷砂机进行研磨或磨光除去最外表面层。
(实施方式的作用·效果)
根据上述实施方式的北京锅P，可得到以下的作用·效果。
(1)与未实施氮化处理的铸铁相比，可得到维氏硬度提高的效果。在表1的100～120μm所示的值中，均为345HV0.01左右，但这是本实施方式的球墨铸铁本身的维氏硬度。由本实施方式的处理得到的最外表面(深度0μm)硬度为1081HV0.01，与石墨铸铁本身相比，硬度显著增加。因此成为非常不容易受伤的硬度。因此，不容易被烹饪中使用的锅铲或刀等划伤。
(2)此外，维氏硬度向深部逐渐减小，在40μm为479HV0.01，在60～80μm为639～611HV0.01，显示出高维氏硬度。因此，在本实施方式的超薄壁的球墨铸铁制的北京锅P中，不仅在表面、而且在内部也显示出强韧性，制成了即使超薄壁也不容易变形的北京锅P。另外还提高了耐疲劳性。
(3)耐锈性提高。由于在氮化层NL下面形成了不容易生锈的黑皮(氧化膜)，因而与仅具有氮化层的现有技术(日本特开2008-154649号公报和日本特开2013-70751号公报)相比，能够得到更不容易生锈的效果。因此，不必像现有技术那样在氮化层上进一步设置氧化层，能够简化工序。
(4)油融合性良好。对于球墨铸铁的铸件表面来说，即使是用金属模具，本来也会由于热收缩而形成微细的凹凸。此外，由于本实施方式的化合物层L4为多孔质的，因而在烹饪时油融合性提高。因此，不仅不容易焦糊，而且在烹饪时不会像氟树脂加工的烹饪器具那样排斥或积存油，可得到带有均匀美观的焦痕的效果。
(5)能够维持美感。由于不容易受到损伤，因而可得到不仅可保持美感，而且表面也不容易脏污的效果。
(6)耐热性提高。由于氮化层的耐热性高，因而可得到即使空烧表面也不容易变质的效果。另外可得到下述效果：即使在万一产生焦糊的情况下，也能够通过空烧将附着在表面的焦糊烧掉。
(7)耐腐蚀性提高。通过最外表面的致密的化合物层L4得到了耐腐蚀性也提高的效果。
(8)在本实施方式中，与现有技术(日本特开2008-154649号公报和日本特开2013-70751号公报)相比，能够利用更简单的工序得到合适的烹饪器具。在本实施方式中，由于直接使用在大气铸造的铸铁上形成的氧化膜即黑皮并在其上进行氮化处理，因而与现有技术相比，具有能够简化工序的效果。
(9)由于铸铁本来含有2％以上的Si，因而在化合物层L4中生成Si3N4。因此，在本实施方式中，与现有技术(日本特开2008-154649号公报和日本特开2013-70751号公报)相比，得到了能够适宜地得到更高硬度的表面硬化的效果。
(10)特别是在基于球墨铸铁的本实施方式，进一步还在其深部的扩散硬化层L3中生成了Si3N4。因此，与现有技术(日本特开2008-154649号公报和日本特开2013-70751号公报)相比还提高了强韧性。
(11)由于所有铸铁的C含量高，因而可得到下述效果：即使仅进行氮化处理(N)，也能够预期软氮化处理(N+C)这样的处理。
需要说明的是，上述实施方式也可以如下进行变更。
在本实施方式中，对于开模取出的北京锅P，作为烹饪面的主体11的内部直接在留有黑皮的状态下进行氮化处理。但是，也可以利用铸铁的成分并除去黑皮的一部分或全部以利用渗碳体层或铸铁的坯体来进行氮化处理。即，在氮化处理前可通过例如喷气、利用刷·废棉纱头等进行的清拭、利用水洗·清洗剂·溶剂·酸进行的清洗、喷丸、利用喷砂机·磨石等进行的研磨、磨光来进行除去黑皮的至少一部分的处理。
作为这种情况的目的，可以举出除去附着于北京锅P的异物、除去最表层的部分及其下层的部分、表面的平滑化、尺寸的调整等。
另外，通过像这样对表面进行处理，可以使黑皮下的硬度高的Fe3C(渗碳体)的薄化合层露出并对该面进行氮化处理。
此外，也可以为下述构成：通过推迟铸造时的开模并进行保温，使黑皮(黑锈·化学式Fe3O4)形成得厚，并在其上进行氮化处理。
本发明的“铸铁”并不限于实施方式中示出的球墨铸铁，也可以广泛应用白铸铁、灰铸铁(FC·普通铸件)、球墨铸铁(FCD)、CV铸铁(FCV)、白心可锻铸铁(FCMW)、黑心可锻铸铁(FCMB)、珍珠岩可锻铸铁(FCMP)等大气铸造的铸铁。
本发明的烹饪器具除了实施方式的北京锅P以外，还以下述的以烹饪面的焦糊为课题、需要进行氟涂层的烹饪器具的代替品作为主要对象，所述烹饪器具为煎锅、汤锅、平底锅、玉子烧机、烹饪用铁板、砂锅(鍋)、加热板、章鱼烧机、鲷鱼烧机、今川烧机、烤三明治机、寿喜烧锅、铁瓶、电饭煲等。还能够适用于网格状的烤盘或烤网等。
另外，并不限于实施方式这样的厚度为1.4mm左右的超薄壁的铸件产品，在厚壁的荷兰锅或烹饪用铁板这样的产品中也能够应用。
模具并不限于实施方式这样的金属模具，也可以为利用砂模·壳体模具等进行的铸造。但是，根据目的，若即使稍有凹凸也没有对烹饪面进行喷砂机研磨的必要性且可以在无研磨下进行产品化，则也能够采用利用砂模·壳体模具等进行的铸造。

Claims (9)

1.一种烹饪器具的制造方法，其特征在于，包括：
通过利用金属模具进行的铸造而形成球墨铸铁制的烹饪器具，所述烹饪器具的烹饪面上形成有氧化膜，所述氧化膜由化学式为Fe3O4的黑皮构成；以及
在保持所述黑皮的状态下对于铸铁制的所述烹饪器具的烹饪面实施氮化处理来形成氮化层。
2.如权利要求1所述的烹饪器具的制造方法，其特征在于，所述铸造为大气铸造。
3.如权利要求1所述的烹饪器具的制造方法，其特征在于，所述烹饪器具中的所述烹饪面的厚度为2.0mm以下。
4.如权利要求1所述的烹饪器具的制造方法，其特征在于，在气体气氛下进行所述氮化处理。
5.如权利要求1所述的烹饪器具的制造方法，其特征在于，所述氮化处理为软氮化处理。
6.如权利要求1所述的烹饪器具的制造方法，其特征在于，按照使所述氮化层的厚度为5μm以上的方式来进行所述氮化处理。
7.如权利要求1所述的烹饪器具的制造方法，其特征在于，按照使所述氮化层包含Si3N4的方式来进行所述氮化处理。
8.如权利要求1所述的烹饪器具的制造方法，其特征在于，按照使所述氮化层的表面的维氏硬度为400HV0.01以上的方式来进行所述氮化处理。
9.如权利要求1～8中任一项所述的烹饪器具的制造方法，其特征在于，所述烹饪器具为中华锅、煎锅、玉子烧锅、烹饪用铁板、烤盘、汤锅、平底锅、荷兰锅以及砂锅中的任一种。
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