JP2002256411A

JP2002256411A - 浸炭方法

Info

Publication number: JP2002256411A
Application number: JP2001055725A
Authority: JP
Inventors: Keizo Hori; 惠造堀
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】大きな浸炭硬化層深さを要求される場合でも
浸炭処理に長時間を要することがなく、浸炭の効率が高
く低コストで、且つ環境に対しても悪影響を及ぼすおそ
れが小さい浸炭方法を提供する。【解決手段】希土類元素を含有する浸炭性ガス中で浸
炭処理を行った。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の浸炭方法に係
り、特に、製鋼ローラの支持軸受のような比較的大きな
浸炭硬化層深さを要求される大形軸受等を製造する際に
好適に用いられる浸炭方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の浸炭方法は、浸炭性ガス（ＣＯ，
ＣＨ₄等を含有するガス）中で鋼を加熱するというもの
であった。そして、軸受を製造する場合には、浸炭性ガ
ス中で軌道輪を加熱してその表面に浸炭硬化層を設けて
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、製鋼ロ
ーラの支持軸受のような比較的大きな浸炭硬化層深さを
要求される大形軸受等の場合は、十分な深さの浸炭硬化
層を設けるためには、数十時間という長時間にわたって
浸炭処理を施す必要があった。このような長時間にわた
る浸炭処理は、多くのエネルギーを必要とし且つ生産効
率が低くなるので、コストの上昇を招くという問題があ
った。また、多量の排ガス（二酸化炭素など）を排出す
るので、環境に対しても悪影響を及ぼすおそれがあっ
た。

【０００４】そこで本発明は、上記のような従来の浸炭
方法の有する問題点を解決し、大きな浸炭硬化層深さを
要求される場合でも浸炭処理に長時間を要することがな
く、浸炭の効率が高く低コストで、且つ環境に対しても
悪影響を及ぼすおそれが小さい浸炭方法を提供すること
を課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発
明の浸炭方法は、希土類元素の存在下において浸炭を行
うことを特徴とする。希土類元素は浸炭に対して触媒と
して作用するので、浸炭が進行する速度を速める作用を
有している。したがって、希土類元素の存在下において
浸炭を行えば（例えば、希土類元素を含有する雰囲気中
で浸炭処理を行なう等）、大きな浸炭硬化層深さを要求
される場合でも、浸炭処理に長時間を要することがな
い。

【０００６】希土類元素の種類は特に限定されるもので
はないが、代表例としてはＳｃ，Ｙ，Ｃｅ等があげられ
る。希土類元素は、単体を使用してもよいが、通常は酸
化物のような化合物を使用する。例えば、Ｓｃ₂Ｏ₃，
Ｙ₂Ｏ₃，Ｃｅ（ＮＯ₃）₃等があげられる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に係る浸炭方法の実施の形
態を、図１の概略図を参照しながら詳細に説明する。本
実施形態においては、転がり軸受の軌道輪に浸炭処理を
施す方法について説明する。まず、ＪＩＳ規格のＳＮＣ
Ｍ４２０Ｈ鋼材（組成は、Ｃ：０．２０％，Ｓｉ：０．
２５％，Ｍｎ：０．５６％，Ｎｉ：１．８％，Ｃｒ：
０．４５％，Ｍｏ：０．２３％である）を機械加工し
て、単列円すいころ軸受（呼び番号ＨＲ３２０５６）の
軌道輪１（内輪及び外輪）を製造した。

【０００８】これらの軌道輪１に１２２３Ｋ（９５０
℃）で浸炭処理を施し、さらに、１１１３Ｋ（８４０
℃）で３０分間保持した後に３３３Ｋ（６０℃) に油冷
することによって油焼入れを施した。そして、これらの
軌道輪１を組み立てて単列円すいころ軸受を完成した。
次に、上記の浸炭処理について詳細に説明する。浸炭処
理には、図１のようなバッチ型浸炭炉（オールケース
炉）を用いた。

【０００９】まず、このバッチ型浸炭炉の構成を説明す
る。浸炭炉は、処理品１を加熱して浸炭を行う加熱室６
と、加熱室６で加熱された処理品１を冷却する冷却室７
と、処理品１を油焼き入れする油槽８と、を備えてい
る。加熱室６及び冷却室７はバルブ１０ａを介して真空
ポンプ１０と連通していて、真空ポンプ１０により真空
状態にできるようになっている。また、両室６，７は窒
素ガス供給部４と連通していて、窒素ガスが供給可能と
されている。さらに、加熱室６はメタノール溶液供給部
３及びプロパンガス供給部５と連通していて、後述する
メタノール溶液及びプロパンガスが供給可能とされてい
る。

【００１０】また、冷却室７に備えられた導入扉７ｂ
は、冷却室７内の圧力が大気圧以上である場合に開ける
ことができる。冷却室７の圧力を大気圧とするには、バ
ルブ７ａを開いて大気に開放するか、又はバルブ４ａと
バルブ４ｂとを開いて窒素ガス供給部４より窒素ガスを
導入すればよい。さらに、加熱室６と冷却室７とは開閉
可能な中間扉１１により仕切られていて、中間扉１１が
開状態となった場合には両室６，７が連通するような構
造となっている。この中間扉１１は、両室６，７内の圧
力がほぼ等しいときに開閉させることができる。加熱室
６内の圧力が冷却室７内の圧力よりも小さい場合には、
中間扉１１が加熱室６側に押しつけられた状態となるの
で、熱処理時には両室６，７間は遮断されて、両室６，
７内の雰囲気が混合することはないし、真空度に影響が
出ることもない。なお、両室６，７内を同圧とするに
は、バルブ４ａ，バルブ４ｂ，及びバルブ４ｃを同時に
開いて、窒素ガス供給部４より窒素ガスを導入すればよ
い。

【００１１】さらに、冷却室７の下方には油槽８が連続
して設けられていて、冷却室７で冷却された処理品１が
上下方向に移動可能な搬送コンベア１２に載せられて降
下され、油槽８内の油中に浸漬されるようになってい
る。そして、油焼入れが終了した後には、処理品１は搬
送コンベア１２によって冷却室７内に戻すことができる
ようになっている。

【００１２】なお、メタノール溶液，窒素ガス，及びプ
ロパンガスは、図示しない流量計によって所望の量が加
熱室６又は冷却室７に導入されるようになっている。そ
して、加熱室６又は冷却室７内で気化した状態で混合さ
れる。この混合ガスは可燃性であるので、逆止弁を備え
た排出管１３から外部へ排出される際に燃焼させるよう
になっている。

【００１３】次に、上記のような浸炭炉を使用した浸炭
焼入れ方法について説明する。まず、バルブ１０ａ，４
ｃを開として、真空ポンプ１０により加熱室６内を真空
状態とし、浸炭処理温度にまで昇温する。次に、処理品
１（軌道輪）を導入扉７ｂから冷却室７内に入れ、図示
しない熱処理治具（バスケット）上に載置する。そし
て、導入扉７ｂを閉じてバルブ４ｂを開とし、真空ポン
プ１０により冷却室７内も真空状態とする。

【００１４】両室６，７内が１３３Ｐａ以下で同圧とな
ったら、中間扉１１を開けて前記バスケットを冷却室７
から加熱室６へ移動させ、中間扉１１を閉める。次に、
冷却室７を大気圧にまで復圧した後、バルブ３ａ，４
ａ，及び４ｃを開として、加熱室６に窒素ガスとメタノ
ール溶液とを導入する。このメタノール溶液は、メタノ
ールに硝酸セリウム（Ｃｅ（ＮＯ₃）₃）を溶解させた
ものであり、上記とは別の窒素ガスを導入することによ
りメタノール溶液供給部３から加熱室６に圧送される。
なお、硝酸セリウムの代わりに、酸化セリウム（Ｃｅ₂
Ｏ₃，ＣｅＯ₂），炭酸セリウム（Ｃｅ₂（Ｃ
Ｏ₃）₃），水酸化セリウム等の他の希土類元素化合物
を使用してもよい。

【００１５】加熱室６内の雰囲気が安定したらバルブ５
ａを開とし、加熱室６内の炭素ポテンシャルが所望の量
となるようにプロパンガス供給部５からプロパンガスを
導入する。なお、炭素ポテンシャルは、酸素センサーに
よって感知し制御することが好ましい。そして、このよ
うな状態で処理品１を所望の時間保持することにより、
浸炭処理を行った。その後、加熱室６内を真空状態又は
窒素ガス雰囲気とし、加熱室６内の温度を焼入れ温度ま
で調整した後、一定時間保持する。そして、中間扉１１
を開けて処理品１を冷却室７に移動させ、中間扉１１を
閉める。さらに、処理品１を油槽８に浸漬することによ
って焼入れを行う。

【００１６】このようにして浸炭処理を施した軌道輪１
の有効硬化層深さを表１に示す。有効硬化層深さは、マ
イクロビッカース硬度計を用いて硬さ勾配（分布）を求
めることによって測定した。実施例１，２は上記のよう
にＣｅ（ＮＯ₃）₃の存在下で浸炭を行ったもので、実
施例１と実施例２とでは浸炭時間が異なる。また、比較
例はＣｅ（ＮＯ₃）₃を使用しない従来の浸炭方法で浸
炭を行ったものである。すなわち、比較例の浸炭方法
は、上記の方法において混合物３の代わりにメタノール
のみを使用したものである。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１中のＹ₀比とは、比較例の有効硬化層
深さを１．０としたときの、各々の有効硬化層深さの相
対値である。なお、各軌道輪の表面硬さは、いずれもＨ
ＲＣ６０〜６３であった。実施例１と比較例は浸炭時間
が同じであるにもかかわらず、実施例１の方が有効硬化
層深さが大きい。このことから、浸炭をＣｅ（ＮＯ₃）
₃存在下で行うことによって、浸炭が進行する速度が速
まり浸炭の効率が向上していることが分かる。よって、
実施例２のようにより短い時間でも、従来の浸炭方法
（比較例）と同じ有効硬化層深さが得られた。

【００１９】次に、このようにして得られた各軌道輪を
組み立てて製造した単列円すいころ軸受について、寿命
試験を行った結果について説明する。寿命試験は、一般
に用いられる寿命試験機により行い、寿命Ｌ₁₀を測定し
た。その結果を表１に示す。なお、表１における軸受寿
命比とは、比較例の寿命Ｌ₁₀を１．０としたときの相対
値である。

【００２０】表１に示すように、実施例２と比較例の寿
命Ｌ₁₀は同等の値であり、有効硬化層深さも同等である
ことから、Ｃｅ（ＮＯ₃）₃を使用したことによる軸受
寿命への悪影響は認められなかった。以上説明したよう
に、Ｃｅ（ＮＯ₃）₃の存在下で浸炭を行うと浸炭作用
が促進されるので、従来の浸炭方法よりも短時間で同等
の浸炭処理を施すことができる。よって、浸炭処理に要
する時間やエネルギーを削減することができ、また、浸
炭処理を低コストとすることができる。さらに、二酸化
炭素などの排ガスの排出量も低減されるので、環境に対
して悪影響を及ぼすおそれが小さい。

【００２１】なお、本実施形態は本発明の一例を示した
ものであって、本発明は本実施形態に限定されるもので
はない。例えば、本本実施形態においては、希土類元素
を含有する雰囲気中で浸炭処理を行なったが、希土類元
素の存在下において浸炭を行うことができれば、雰囲気
中に希土類元素を含有していなくてもよい。また、本実
施形態においては、転がり軸受の軌道輪に浸炭処理を施
す方法について説明したが、本発明の浸炭方法は、鋼で
構成された部材であればどのような部材に対しても適用
することができる。例えば、リニアガイド装置，ボール
ねじナット，直動ベアリング等の転動装置を構成する部
材である。

【００２２】転がり軸受を含むこのような転動装置は、
内方部材と、外方部材と、前記内方部材と前記外方部材
との間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備え
ており、前記内方部材，前記外方部材，及び前記転動体
のうちの少なくとも１つに浸炭を施してその表面に硬化
層を設ければ、前記転動装置を長寿命化できる。なお、
前記内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には内
輪あるいは軸体を意味し、同じくリニアガイド装置の場
合には案内レール、同じくボールねじの場合にはねじ
軸、同じく直動ベアリングの場合には軸をそれぞれ意味
する。また、前記外方部材とは、転動装置が転がり軸受
の場合には外輪を意味し、同じくリニアガイド装置の場
合にはスライダ、同じくボールねじの場合にはナット、
同じく直動ベアリングの場合には外筒をそれぞれ意味す
る。

【００２３】さらに、本発明の方法は、浸炭窒化にも同
様に適用可能であり、同様の効果を奏することができ
る。すなわち、希土類元素の存在下において浸炭窒化を
行えば、浸炭窒化作用が促進されるので、従来の浸炭窒
化方法よりも短時間で同等の浸炭窒化処理を施すことが
できる。よって、浸炭窒化処理に要する時間やエネルギ
ーを削減することができ、また、浸炭窒化処理を低コス
トとすることができる。さらに、二酸化炭素などの排ガ
スの排出量も低減されるので、環境に対して悪影響を及
ぼすおそれが小さい。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明の浸炭方法は、希
土類元素の存在下において浸炭を行うため浸炭が進行す
る速度が速いので、大きな浸炭硬化層深さを要求される
場合でも浸炭処理に長時間を要することがない。よっ
て、浸炭の効率が高く低コストで、且つ環境に対しても
悪影響を及ぼすおそれが小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の浸炭方法を説明する概略図であ
る。

【符号の説明】

１軌道輪３メタノール溶液供給部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希土類元素の存在下において浸炭を行う
ことを特徴とする浸炭方法。