JP2004339562A

JP2004339562A - Method for surface-reforming austenitic metal, refractory metal product and turbo-component obtained thereby

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Publication number: JP2004339562A
Application number: JP2003136922A
Authority: JP
Inventors: Kanji Aoki; 寛治青木; Yukio Takahashi; 幸雄高橋; Shinjiro Oishi; 新二朗大石; Takanao Yamazaki; 孝尚山崎; Rihei Yoshikawa; 利平吉川; Seiji Ike; 清司池
Original assignee: AKITA FINE BLANKING KK; Nihon Karoraizu Kogyo KK; IHI Corp; Air Water Inc
Current assignee: AKITA FINE BLANKING KK; Nihon Karoraizu Kogyo KK; IHI Corp; Air Water Inc
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: JP4063709B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of surface-reforming an austenitic metal, which provides a metal product superior in heat resistance and abrasion resistance. <P>SOLUTION: The surface-reforming method comprises heating and holding the austenitic metal in a fluorine-based gas atmosphere to fluorinate it; at the same time and/or after the fluorination, carburizing the austenitic metal to form a carbon-dissolved layer in which chromium carbide particles do not substantially exist, in the surface layer of the austenitic metal; further diffusion-coating the austenitic metal with chromium by further heating and holding it in a chromium-containing atmosphere; and consequently forming the chromium carbide layer on the surface layer of the austenitic metal. Thus, the method can form the chromium carbide layer through chromizing treatment of the austenitic metal, and provide the refractory metal product which has superior hot strength, fatigue resistance and abrasion resistance and can be used for a turbo-component and the like. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐熱性や耐摩耗性に優れた金属製品を得ることができるオーステナイト系金属の表面改質方法およびそれによって得られた耐熱金属製品ならびにターボ部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ターボチャージャー用の駆動リング等の耐熱耐摩耗性が要求される金属部品には、従来から、鋼にクロム拡散処理（クロマイズ処理）を施して耐摩耗性や耐酸化性を確保することが行なわれている。例えば、母材金属としてマルテンサイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４２０Ｊ２等を使用し、粉末パック法によりクロマイズ処理を施し、表面に硬質のクロム炭化物層を形成することが行なわれている。このような技術分野に属する先行技術文献として出願人が把握しているものとして、下記の特許文献１および２を提示する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−１９１３５７号公報
【特許文献２】
特開平８−１５８０３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のようなマルテンサイト系ステンレス鋼を母材とするものでは、高温領域での強度・耐摩耗性・耐疲労性等において十分な性能を発揮できない。このため、高温領域で使用される耐熱製品やターボ部品については、高温領域での硬度・耐摩耗性・耐疲労性等の機械的特性や高温耐酸化性等に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を母材として用いることが望ましい。
【０００５】
ところが、マルテンサイト系ステンレス鋼であれば母材中に炭素を相当量固溶するため、クロマイズ処理により、拡散浸透したクロムと母材中の炭素が結合してクロム炭化物層を形成することができるが、オーステナイト系ステンレス鋼は、低炭素材であり、母材中の炭素固溶量が少ないため、そのままクロマイズ処理しても表層部にクロム炭化物層をほとんど形成させることができない。
【０００６】
また、オーステナイト系鋳造金属は、相当量の炭素を含有しているものの、上記マルテンサイト系ステンレスと違い、炭素の固溶限が小さいため、ほとんどが鉄との化合物を生成してしまい、やはり炭素固溶量は少なくなるため、同様である。
【０００７】
そこで、オーステナイト系ステンレス鋼にあらかじめ浸炭処理を行なって表層部の固溶炭素濃度を高くしておき、その後クロマイズ処理することにより、オーステナイト系ステンレス鋼を母材として表層部にクロム炭化物層が形成された耐熱製品やターボ部品が得られると考えられた。
【０００８】
しかしながら、オーステナイト系ステンレス鋼は、マルテンサイト系ステンレス鋼とは異なりニッケルを含有しているため、表面がより強固な不動態保護被膜に覆われ、一般に浸炭用の治具材料として用いられていることからもわかるとおり難浸炭材で、ガス浸炭のような実用的な浸炭が不可能であった。上記特許文献１においても、被処理物の母材はマルテンサイト系ステンレス鋼であり、オーステナイト系ステンレス鋼を母材とするものについての処理が報告されているわけではない。
【０００９】
このように、現在までのところ、オーステナイト系ステンレス鋼を母材としてクロマイズ処理を行ってクロム炭化物層を形成することは、工業製品としての量産性や経済性を考慮すると事実上不可能だったのであり、そのような耐熱金属製品も現在までのところ得られていなかったのが実情である。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、耐熱性や高温耐久性に優れた金属製品を得ることができるオーステナイト系金属の表面改質方法およびそれによって得られた耐熱金属製品ならびにターボ部品の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１記載のオーステナイト系金属の表面改質方法は、オーステナイト系金属をフッ素系ガス雰囲気下で加熱保持してフッ化処理を行い、上記フッ化処理と同時期および／またはその後に、上記オーステナイト系金属に対して浸炭処理を行って、オーステナイト系金属の表層部に炭素固溶層を形成し、さらに、クロムを含む雰囲気中で加熱保持して上記オーステナイト系金属にクロム拡散浸透処理を行うことにより、オーステナイト系金属の表層部にクロム炭化物層を形成するという構成をとる。
【００１２】
このように、オーステナイト系金属をフッ素系ガス雰囲気下で加熱保持してフッ化処理を行い、上記フッ化処理と同時期および／またはその後に、上記オーステナイト系金属に対して浸炭処理を行う。このとき、上記フッ化処理により、オーステナイト系金属の表面が活性化されて表面にフッ化膜が形成され、炭素が侵入しやすい状態となる。そして、フッ化処理後に浸炭処理を行なうことにより、オーステナイト系金属の表面から炭素が侵入固溶する。侵入固溶した炭素は、炭化物粒子をつくらずに母材表層部に拡散し、オーステナイト系金属の表層部に炭素固溶層を形成する。
【００１３】
そして、クロムを含む雰囲気中で加熱保持して上記オーステナイト系金属にクロム拡散浸透処理を行う。このとき、上記炭素固溶層に存在する炭素が拡散浸透されたクロムと結合して、オーステナイト系金属の表層部にクロム炭化物層を形成する。上記炭素固溶層の炭素は、クロム炭化物粒子や鉄炭化物粒子を実質的に形成せず、侵入固溶しているため、クロマイズ処理によって拡散浸透したクロムとの結合が速やかに行なわれ、比較的短時間で十分な厚みのクロム炭化物層が形成される。
【００１４】
このように、本発明では、工業的に従来不可能とされていた、オーステナイト系金属に対してクロマイズ処理でクロム炭化物層を形成することが可能となったのであり、工業的・経済的な量産が可能となったのである。このようにして得られたオーステナイト系金属製品は、高温領域での強度、耐疲労性・耐摩耗性等の機械的特性に優れ、耐熱金属製品としてターボ部品ほか各種の用途に利用できる。
【００１５】
本発明の請求項２記載のオーステナイト系金属の表面改質方法は、上記各構成に加えてさらに、上記オーステナイト系金属は、ニッケルおよびクロムを含む低炭素のオーステナイト系ステンレス鋼であるという構成をとる。この場合には、オーステナイト系ステンレス鋼の表面にはＣｒ_２Ｏ_３を含む強固な不動態保護被膜が存在するため、浸炭不可能とされてきたが、フッ化処理を行なうことにより、上記不動態保護被膜がフッ化膜に変化し、容易に炭素が侵入しうる状態になる。そして、高温強度や高温耐疲労性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の表面にクロム炭化物層を形成し、耐熱金属製品を得ることができる。
【００１６】
本発明の請求項３記載のオーステナイト系金属の表面改質方法は、上記各構成に加えてさらに、上記浸炭処理によって形成される炭素固溶層の深さは、１０μｍ以上であるという構成をとる。この場合には、炭素固溶層に、その後のクロマイズ処理によって十分なクロム炭化物層を形成しうるだけの濃度の炭素が侵入固溶するため、十分な厚みのクロム炭化物層を形成できる。また、浸炭処理あがりの中間製品を抜き取り検査することにより、クロマイズ処理後の製品特性をある程度予測できる。このため、中間製品の品質特性の基準をつくり、それに満たないものについては再度フッ化処理と浸炭処理を行なうことができ、最終製品の不良率を減少して歩留まりを向上させることができる。
【００１７】
本発明の請求項４記載のオーステナイト系金属の表面改質方法は、上記各構成に加えてさらに、上記浸炭処理によって形成される炭素固溶層の硬度は、Ｈｖ６００以上である。また、本発明の請求項５記載のオーステナイト系金属の表面改質方法は、上記各構成に加えてさらに、上記浸炭処理によって形成される炭素固溶層の表面炭素濃度、１．４重量％以上であるという構成をとる。この場合には、炭素固溶層に、その後のクロマイズ処理によって十分なクロム炭化物層を形成しうるだけの濃度の炭素が侵入固溶しているため、十分な厚みのクロム炭化物層を形成できる。また、浸炭処理あがりの中間製品を抜き取り検査することにより、クロマイズ処理後の製品特性をある程度予測できる。このため、中間製品の品質特性の基準をつくり、それに満たないものについては再度フッ化処理と浸炭処理を行なうことができ、最終製品の不良率を減少して歩留まりを向上させることができる。特に、上記炭素固溶層の硬度として、母材の表面から測定したマイクロビッカース硬度やヌープ硬度を基準とすることにより、非破壊で中間製品の検査ができて歩留まり低下を減少できる。
【００１８】
本発明の請求項６記載のオーステナイト系金属の表面改質方法は、上記各構成に加えてさらに、上記浸炭処理の処理温度が６８０℃以下であるという構成をとる。この場合には、オーステナイト系金属の母材自体の軟化が生じにくくなり、浸炭された炭素原子が母材に固溶したクロムと結合してクロム炭化物を生じることによって母材自体に含まれるクロム量を減少させて表層部の耐蝕性の低下を防ぎ、浸炭層に侵入固溶した状態で存在する炭素量を確保して後に実施するクロマイジング処理によるクロム炭化物層の形成を促進する。また、浸炭処理による被処理物の寸法や形状の歪みも大幅に低減し、精度のよい表面改質を実現できる。
【００１９】
本発明の請求項７記載のオーステナイト系金属の表面改質方法は、上記各構成に加えてさらに、上記フッ化処理の前に、オーステナイト系金属に対して歪取り熱処理を行なうという構成をとる。この場合には、歪取り熱処理によって歪み応力が解放され、浸炭処理が安定して炭素固溶層が均一化し、その後のクロマイズ処理も安定化してクロム炭化物層も均一化する。特に、母材として鋳造あがりや圧延，切削，打ち抜き，バレル加工上がりのように欠陥や内部歪みが存在するものを用いる際に有効である。
【００２０】
また、本発明の請求項８記載の耐熱金属製品は、母材であるオーステナイト系金属の表層部に、表面部の第１層としてクロム炭化物層が存在し、上記クロム炭化物層直下の第２層として母材にクロムが拡散したクロム拡散層が形成されているという構成をとる。
【００２１】
このため、母材がオーステナイト系金属であることから、オーステナイト系金属の高温領域における強度・耐疲労性・耐摩耗性等の優れた機械的特性や、耐酸化性，高温腐食性等の優れた化学的特性を備える。具体的には、硬質の表面クロム炭化物層の形成硬化に関しては、例えば、摺動摩耗のような機械的摩耗や、融着摩耗のような熱的摩耗、あるいは腐食摩耗のような化学的摩耗等に対する耐性に優れている。したがって、耐熱金属製品としてターボ部品ほか各種の用途に利用できる。また、上記クロム炭化物層直下の第２層としてクロム拡散層が形成されていることから、第２層はクロム濃度が高くなって格子歪みが増大し、強度が向上することから、硬質のクロム炭化物層を高強度のクロム拡散層で支えることになることから、金属製品の表面に荷重がかかったときにクロム炭化物層の変形が少なくなり、クラックや剥離が効果的に防止される。したがって、摺動，転動，振動等の外力が加わる箇所に使用しても、優れた高温耐摩耗特性を長期間にわたって維持できる。
【００２２】
本発明の請求項９記載の耐熱金属製品は、上記各構成に加えてさらに、上記母材は圧延焼鈍材または鍛造材であるという構成をとる。この場合には、圧延焼鈍によって得られた組織の表層部に第１層であるクロム炭化物層と第２層であるクロム拡散層が形成され、所定の耐熱性や機械的強度を得られる。
【００２３】
本発明の請求項１０記載の耐熱金属製品は、母材であるオーステナイト系金属の表層部に、表面部の第１層としてクロム炭化物層が存在し、上記母材はデンドライト組織であるという構成をとる。
【００２４】
このため、母材がオーステナイト系金属であることから、オーステナイト系金属の高温領域における強度・耐疲労性・耐摩耗性等の優れた機械的特性を備える。これとともに、表面には硬質のクロム炭化物層が形成されていることにより、例えば、摺動摩耗のような機械的摩耗や、融着摩耗のような熱的摩耗、あるいは腐食摩耗のような化学的摩耗等に対する耐性に優れている。したがって、耐熱金属製品としてターボ部品ほか各種の用途に利用できる。また、鋳造によって得られたデンドライト組織の表層部に第１層であるクロム炭化物層が形成されることから、組織内に生じやすい欠陥がクロム炭化物層でカバーされ、鋳造欠陥等が生じやすい鋳造あがり品の耐熱耐摩耗強度が向上されたものである。したがって、鋳造あがりの欠陥が存在するものを用いた際にも所定の耐熱性や機械的強度が得られる。このような耐熱性や機械的強度が高く、比較的複雑形状の製品が安価に得られる。
【００２５】
本発明請求項１１記載の耐熱金属製品は、上記各構成に加えてさらに、上記オーステナイト系金属は、ニッケルおよびクロムを含む低炭素のオーステナイト系ステンレス鋼であるという構成をとる。この場合には、本来オーステナイト系ステンレス鋼が備えている、高温領域における強度・耐疲労性・耐酸化性等の優れた特性に加え、表面に硬質のクロム炭化物層が形成されることにより、例えば、摺動摩耗のような機械的摩耗や、融着摩耗のような熱的摩耗、あるいは腐食摩耗のような化学的摩耗等に対する耐性が向上する。したがって、高温耐久性に優れた耐熱金属製品としてターボ部品ほか各種の用途に利用できる。
【００２６】
また、本発明の請求項１２記載のターボ部品は、母材であるオーステナイト系金属の表層部に、表面部の第１層としてクロム炭化物層が存在し、上記クロム炭化物層直下の第２層として母材にクロムが拡散したクロム拡散層が形成されているという構成をとる。
【００２７】
このため、母材がオーステナイト系金属であることから、オーステナイト系金属の高温領域における強度・耐疲労性・耐摩耗性等の優れた機械的特性や耐高温酸化・耐高温腐食性等の優れた化学的性質を備える。これとともに、表面には硬質のクロム炭化物層が形成されていることにより、例えば、摺動摩耗のような機械的摩耗や、融着摩耗のような熱的摩耗、あるいは腐食摩耗のような化学的摩耗等に対する耐性に優れている。したがって、耐熱金属製品として各種のターボ部品に利用でき、特に、７００℃程度以上の環境で用いられる高温対応型のターボ部品に適したものとなる。また、上記クロム炭化物層直下の第２層としてクロム拡散層が形成されていることから、第２層はクロム濃度が高くなって格子歪みが増大し、強度が向上することから、硬質のクロム炭化物層を高強度のクロム拡散層で支えることになることから、金属製品の表面に荷重がかかったときにクロム炭化物層の変形が少なくなり、クラックや剥離が効果的に防止される。したがって、摺動，転動，振動等の外力が加わる箇所に使用しても、優れた耐熱耐摩耗特性を長期間にわたって維持できる。
【００２８】
また、本発明の請求項１３記載のターボ部品は、母材であるオーステナイト系金属の表層部に、表面部の第１層としてクロム炭化物層が存在し、上記母材はデンドライト組織であるという構成をとる。
【００２９】
このため、母材がオーステナイト系金属であることから、オーステナイト系金属の高温領域における強度・耐疲労性・耐摩耗性等の優れた機械的特性を備える。これとともに、表面には硬質のクロム炭化物層が形成されていることにより、例えば、摺動摩耗のような機械的摩耗や、融着摩耗のような熱的摩耗、あるいは腐食摩耗のような化学的摩耗等に対する耐性に優れている。したがって、耐熱金属製品としてターボ部品ほか各種の用途に利用できる。また、鋳造によって得られたデンドライト組織の表層部に第１層であるクロム炭化物層が形成されることから、組織内に生じやすい欠陥がクロム炭化物層でカバーされ、鋳造欠陥等が生じやすい鋳造あがり品の耐熱耐摩耗強度が向上されたものである。したがって、鋳造あがりの欠陥が存在するものを用いた際にも所定の耐熱性や機械的強度を得られる。このような耐熱性や機械的強度が高く、比較的複雑形状のターボ部品が安価に得られる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００３１】
本発明のオーステナイト系金属の表面改質方法は、主としてつぎの工程を実施することにより行なう。
（１）まず、オーステナイト系金属の歪取り熱処理を行なう。
（２）ついで、オーステナイト系金属をフッ素系ガス雰囲気下で加熱保持してフッ化処理を行う。
（３）このフッ化処理と同時期またはその後に、上記オーステナイト系金属に対して浸炭処理を行い、オーステナイト系金属の表層部にクロム炭化物粒子が実質的に存在しない炭素固溶層を形成する。
（４）さらに、クロムを含む雰囲気中で加熱保持して上記オーステナイト系金属にクロム拡散浸透処理を行い、オーステナイト系金属の表層部にクロム炭化物層を形成する。
【００３２】
まず、本発明の表面改質方法が適用される母材であるオーステナイト系金属について説明する。
【００３３】
上記オーステナイト系金属としては、オーステナイト系ステンレス鋼、例えば鉄分を５０重量％以上含有し、クロム分を１２重量％以上含有するとともにニッケルを含有するオーステナイト系ステンレス鋼等があげられる。具体的には、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の１８−８系ステンレス鋼材や、クロムを２５重量％、ニッケルを２０重量％含有するオーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０９やＳＵＳ３１０Ｓ、さらに、クロム含有量が２３重量％、モリブデンを２重量％含むオーステナイト−フェライト２相系ステンレス鋼材等があげられる。また、ニッケルを１９〜２２重量％、クロムを２０〜２７重量％、炭素を０．２５〜０．４５重量％含むＳＣＨ２１やＳＣＨ２２等の耐熱鋼鋳鋼も本発明のオーステナイト系金属として好適に用いられる。さらに、クロムを２０〜２２重量％、ニッケルを３．２５〜４．５重量％、マンガンを８〜１０重量％、炭素を０．４８〜０．５８重量％含むＳＵＨ３５や、クロムを１３．５〜１６重量％、ニッケルを２４〜２７重量％、モリブデンを１〜１．５重量％含むＳＵＨ６６０等の耐熱鋼も本発明のオーステナイト系金属として好適に用いることができる。
【００３４】
上記オーステナイト系金属として、ニッケルおよびクロムを含む低炭素のオーステナイト系ステンレス鋼を使用することにより、オーステナイト系ステンレス鋼は、高温領域における強度・耐疲労性・耐酸化性等の優れた特性を備えるとともに、表面には硬質のクロム炭化物層が形成されているため、例えば、摺動摩耗のような機械的摩耗や、融着摩耗のような熱的摩耗、あるいは腐食摩耗のような化学的摩耗等に対する耐性に優れている。したがって、耐熱金属製品としてターボ部品ほか各種の用途に利用できる。
【００３５】
さらに、上記オーステナイト系金属には、耐熱鋼であるインコロイ（Ｎｉ３０〜４５重量％，Ｃｒ１０重量％以上，残Ｆｅ等）や、ニッケル分４５重量％以上、クロム２０重量％、鉄３０重量％、その他モリブデン等を含むニッケル基合金も含まれる。このように、本発明においてオーステナイト系金属とは、常温で実質的（実質的とは、６０重量％以上がオーステナイト相を有することをいう）に、オーステナイト相を呈するあらゆる金属を含む趣旨であり、ニッケルをオーステナイト安定化元素であるマンガンで置換したような、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ系金属も含まれる。
【００３６】
上記オーステナイト系金属としては、所定の製品形状に加工したものを用いることができる。例えば、オーステナイト系金属を鋳造によってニアネットシェープ製品に形成し、その後必要に応じて所定形状に切削加工等を施したものを用いることができる。このように、鋳造品を母材とし、歪取り熱処理，フッ化処理，低温浸炭処理，クロマイズ処理を含む本発明の表面改質を実施することにより、製品の母材（表面改質されない芯に近い部分）はデンドライト組織（樹枝状組織、鋳造組織）を基にした組織になり、鋳造時に形成された樹枝状晶が観察される。
【００３７】
そして、母材をデンドライト組織とすることにより、鋳造によって得られたデンドライト組織の表層部に第１層であるクロム炭化物層が形成されることから、鋳造欠陥等の欠陥が生じやすい鋳造あがり品の耐熱強度が向上されたものである。したがって、鋳造あがりの欠陥の存在する確率が高いものを用いても所定の耐熱性や耐摩耗性等の機械的強度が得られる。このような耐熱性や機械的強度の高い製品について、比較的複雑形状のものが安価に得られる。
【００３８】
また、オーステナイト系金属を圧延により所定厚みの板状やブロック状に形成してから切削加工やプレス加工等によって所定の製品形状に形成したものを用いることができる。このように、圧延焼鈍材を母材とし、歪取り熱処理，フッ化処理，浸炭処理，クロマイズ処理等を含む本発明の表面改質を実施することにより、製品の母材（表面改質されない芯に近い部分）は圧延焼鈍組織を基にした組織になり、圧延による圧延方向繊維状組織の痕跡のほか、いわゆる焼鈍組織、非金属介在物等が観察される。
【００３９】
また、上記オーステナイト系金属の圧延焼鈍材をさらに熱間もしくは冷間で鍛造した鍛造品を母材として用いることもできる。この場合、鍛造品を母材とし、歪取り熱処理，フッ化処理，浸炭処理，クロマイズ処理等を含む本発明の表面改質を実施することにより、製品の母材（表面改質されない芯に近い部分）は鍛造組織を基にした組織になり、鍛造によるファイバーフローが観察される場合がある。
【００４０】
（１）本発明では、まず、上記オーステナイト系金属をフッ化処理の前に歪取り熱処理を行なう。
【００４１】
この歪取り熱処理によって改質処理前の母材に存在する加工歪・加工応力が解放されるので、浸炭時に導入される炭素と歪との相互作用による炭化物の生成析出が回避されて炭素が固溶状態で浸炭層を形成することとなる。
【００４２】
すなわち、上記歪取り熱処理により、改質処理前の母材の内部歪みが除去されることから、その後の浸炭処理やクロマイズ処理における処理性が格段に改善される。また、熱変形等が軽減され、製品の寸法変化が少なく、表面粗度の悪化も少なくなる。さらに、母材として圧延焼鈍材や鍛造材を使用して歪取り熱処理を行なうと、表層部の結晶の格子欠陥が正常化され、浸炭処理やクロマイズ処理がより安定化するのである。
【００４３】
また、上記歪取り熱処理により、母材中に析出している炭化物が固溶され、固溶炭素量が増大する。そして、微細炭化物はほとんど存在しなくなり、比較的大きな炭化物も微粒化されて母材の組織が正常化する。これにより、浸炭処理が安定して炭素固溶層が均一化するうえ、その後のクロマイズ処理でも、固溶炭素とクロムの反応が促進されてクロム炭化物層の形成が安定化し、クロム炭化物層の厚みや特性も均一化する。
【００４４】
したがって、改質処理前の母材に微細炭化物粒子が存在するものは、上記歪取り熱処理により微細炭化物はほとんど存在しなくなり、比較的大きな炭化物粒子が存在する材料も、炭化物が微粒化されて母材の組織が正常化し、その後のクロマイズ処理によるクロム炭化物層の形成が安定化する。また、特に、母材として上述したような鋳造品のように欠陥や内部歪みの存在する確率が高く、炭化物が多く存在するものを用いた場合にも、炭化物の溶け込みが生じてその後のクロマイズ処理によるクロム炭化物層の形成が安定化するため、有効である。
【００４５】
上記歪取り熱処理の条件としては、母材とするオーステナイト系金属の種類によって適当な条件を用いることができるが、８００℃以上の温度で、圧延材の場合で１５分から１時間程度、鋳造材の場合で１時間程度行なわれる。
【００４６】
（２）ついで、上記オーステナイト系金属をフッ素系ガス雰囲気下で加熱保持してフッ化処理を行う。
【００４７】
上記フッ化処理に用いられるフッ素系ガスとしては、ＮＦ_３，ＢＦ_３，ＣＦ_４，ＨＦ，ＳＦ_６，Ｃ_２Ｆ_６，ＷＦ_６，ＣＨＦ_３，ＳｉＦ_４，ＣｌＦ_３等からなるフッ素化合物ガスがあげられる。これらは、単独でもしくは２種以上併せて使用される。
【００４８】
また、これらのガス以外にも、分子内にフッ素（Ｆ）を含むフッ素系ガスも本発明のフッ素系ガスとして用いることができる。また、このようなフッ素化合物ガスを熱分解装置で熱分解させて生成させたＦ_２ガスや、あらかじめ作られたＦ_２ガスも上記フッ素系ガスとして用いることができる。このようなフッ素化合物ガスとＦ_２ガスとは、場合によって混合使用することができる。
【００４９】
これらのなかでも、本発明で使用するフッ素系ガスとして最も実用性を備えているのはＮＦ_３である。上記ＮＦ_３は、常温においてガス状を呈し、化学的安定性が高く、取扱いが容易だからである。このようなＮＦ_３ガスは、通常、後述するように、Ｎ_２ガスと組み合わせて、所定の濃度範囲内で希釈して用いられる。
【００５０】
上記に例示された各種のフッ素系ガスは、それのみで用いることもできるが、通常はＮ_２ガス等の不活性ガスで希釈されて使用される。このような希釈されたガスにおけるフッ素系ガス自身の濃度は、例えば、容量基準で１００００〜１０００００ｐｐｍであり、好ましくは２００００〜７００００ｐｐｍ、より好ましくは、３００００〜５００００ｐｐｍである。
【００５１】
上記フッ素系ガスを雰囲気ガスとして用いたフッ化処理は、後述するようなマッフル炉等の雰囲気加熱炉を使用し、炉内に未処理のオーステナイト系金属を装入し、上記濃度のフッ素系ガス雰囲気下において加熱状態で保持することにより行なわれる。
【００５２】
このときの、加熱保持は、オーステナイト系金属自体を、例えば、２５０〜６００℃、好適には、２８０〜４５０℃の温度に保持することによって行われる。上記フッ素系ガス雰囲気中での上記オーステナイト系金属の保持時間は、通常は、１０数分〜数十分に設定される。オーステナイト系金属をこのようなフッ素系ガス雰囲気下で加熱処理することにより、オーステナイト系金属の表面に形成された、Ｃｒ_２Ｏ_３を含む不働態皮膜がフッ化膜に変化する。このフッ化膜は、不働態皮膜に比べ、浸炭に用いる炭素原子の浸透を容易にし、オーステナイト系金属の表面は、上記フッ化処理によって炭素原子の浸透の容易な表面状態になるものと考えられる。
【００５３】
（３）つぎに、上記フッ化処理と同時期またはその後に、上記オーステナイト系金属に対して浸炭処理を行う。
【００５４】
浸炭処理は上記オーステナイト系金属自体を６８０℃以下の浸炭処理温度に加熱し、ＣＯ＋Ｈ_２からなる浸炭用ガス、または、ＲＸガス〔ＣＯ２３容量％，ＣＯ_２１容量％，Ｈ_２３１容量％，Ｈ_２Ｏ１容量％，残部Ｎ_２〕＋ＣＯ_２からなる浸炭用ガス等を用い、炉内を浸炭用ガス雰囲気にして行われる。この浸炭用ガス雰囲気に、必要に応じてプロパンガス等の炭素源ガスをエンリッチすることもできる。
【００５５】
このように、本発明では、浸炭処理を従来公知の浸炭処理に比べて極めて低い温度領域で行うのである。この場合、上記ＣＯ＋Ｈ_２の比率は、ＣＯ２〜１０容量％、Ｈ_２３０〜４０容量％が好ましく、ＲＸ＋ＣＯ_２は、ＲＸが８０〜９０容量％、ＣＯ_２が３〜７容量％の割合が好ましい。また、浸炭に用いるガスは、ＣＯ＋ＣＯ_２＋Ｈ_２も用いられる。この場合、それぞれの比率は、ＣＯ３２〜４３容量％、ＣＯ_２２〜３容量％、Ｈ_２５５〜６５容量％の割合が好適である。
【００５６】
上記浸炭処理の際の加熱温度すなわち浸炭処理温度としては、６８０℃以下すなわち４００〜６８０℃の温度が好適である。浸炭処理温度が６８０℃を超えると、オーステナイト系金属の母材自体の軟化が生じやすくなるうえ、浸炭された炭素原子が母材に固溶したクロムと結合してクロム炭化物を生じ、母材自体に含まれるクロム量を減少させて表層部の耐蝕性が大幅に低下するうえ、浸炭層に侵入固溶した状態で存在する炭素量が減少し、後に実施するクロマイジング処理によるクロム炭化物層の形成が促進されなくなるからである。
【００５７】
同様の理由により、上記浸炭処理温度としてより好適なのは４００〜６００℃の温度範囲であり、さらに好適なのは４００〜５５０℃、もっと好適なのは４００〜５００℃の温度範囲である。本発明においては、上記フッ化処理を行なうことにより、このような極めて低温における浸炭処理が可能となり、浸炭処理中にクロム炭化物粒子をほとんど生成させずに母材中に炭素を侵入固溶させ、クロマイズ処理によるクロム炭化物層の生成を容易にするのである。また、浸炭処理による被処理物の寸法や形状の歪みも大幅に低減し、精度のよい表面改質を実現できる。
【００５８】
このように処理することにより、オーステナイト系金属の表層部に炭素が拡散浸透した炭素固溶層が深く均一に形成される。この炭素固溶層は、基相であるオーステナイト相中に、多量のＣ原子が侵入固溶して格子歪を起こした状態となっており、母材に比べて著しく硬度の向上を実現している。しかも、上記炭素原子は、母材中のクロムとＣｒ_７Ｃ_２やＣｒ_２３Ｃ_６等の炭化物をほとんど形成することなく結晶格子中に侵入固溶していることから、上記炭素固溶層中にはクロム炭化物粒子が実質的に存在せず、母材に固溶するクロム量を減少させることもないことから、母材と同程度の耐蝕性を維持できる。
【００５９】
また、上記のようにして浸炭処理を行なったオーステナイト系金属は、表面粗度もほとんど悪化せず、膨れによる寸法変化や磁性も生じない。したがって、後に実施されるクロマイズ処理後の面粗度低下や寸法変化も少なく、比較的精度よく表面改質をすることができる。また、本発明者らによる研究の結果、オーステナイト系金属の中でも、ニッケルを多量に含む安定型オーステナイト系ステンレス鋼や、モリブデンを含有する安定型オーステナイト系ステンレス鋼では、炭素固溶層の高温耐蝕性がより良好であることが明らかとなった。
【００６０】
上記のようなフッ化処理および浸炭処理は、例えば、図１に示すような金属製のマッフル炉１で行うことができる。すなわち、このマッフル炉１内において、まずフッ化処理をし、このフッ化処理と同時期もしくはその後に浸炭処理を行う。フッ化処理と同時期もしくはその後に浸炭処理を行うというのは、例えば、フッ化処理の開始と同時に浸炭処理を開始してもよいし、まずフッ化処理だけを開始してフッ化処理の終了を待たずに浸炭処理を開始してもよいし、あるいは、フッ化処理を終了してから浸炭処理を開始してもよい趣旨である。
【００６１】
図１において、１はマッフル炉であり、外殻２と、内部が処理室に形成された内容器４と、上記内容器４と外殻２の間に設けられたヒータ３とを備えている。上記内容器４内には、ガス導入管５および排気管６が連通している。上記ガス導入管５には、浸炭ガスであるＨ_２，ＣＯが充填されたボンベ１５、およびフッ化処理ガスであるＮ_２＋ＮＦ_３，ＣＯ_２が充填されたボンベ１６が連通している。１７は流量計、１８はバルブである。
【００６２】
また、上記排気管６には、排ガス処理装置１４および真空ポンプ１３が接続されている。これにより、内容器４内の処理室内に処理ガスを導入して排出するようになっている。上記処理室内には処理ガスを攪拌するモーター７付きのファン８が設けられている。１１はワークであるオーステナイト系金属製品１０が装入されるかごである。
【００６３】
このマッフル炉１内に、例えばオーステナイト系ステンレス鋼製品１０を入れ、ボンベ１６を流路に接続しＮＦ_３等のフッ素系ガスをマッフル炉１内に導入して加熱しながらフッ化処理をし、ついで排気管６からそのガスを真空ポンプ１３の作用で引き出し、排ガス処理装置１４内で無毒化して外部に放出する。ついで、ボンベ１５を流路に接続しマッフル炉１内に先に述べた浸炭用ガスを導入して浸炭処理を行い、その後、排気管６、排ガス処理装置１４を経由してガスを外部に排出する。この一連の作業によりフッ化処理と浸炭処理が行なわれる。
【００６４】
このようにしてフッ化処理と浸炭処理を行なうことにより、オーステナイト系金属の表層部に、炭素固溶層が形成される。
【００６５】
上記フッ化処理および浸炭処理によって形成される炭素固溶層の深さは、１５μｍ以上に設定するのが好適である。このようにすることにより、炭素固溶層に、その後のクロマイズ処理によって十分なクロム炭化物層を形成しうるだけの濃度の炭素が侵入固溶するため、十分な厚みのクロム炭化物層を形成できる。また、浸炭処理あがりの中間製品を抜き取り検査することにより、クロマイズ処理後の製品特性をある程度予測できる。このため、中間製品の品質特性の基準をつくり、それに満たないものについては再度フッ化処理と浸炭処理を行なうことができ、最終製品の不良率を減少して歩留まりを向上させることができる。
【００６６】
上記フッ化処理および浸炭処理によって形成される炭素固溶層の硬度は、Ｈｖ６００以上とするのが好適である。また、上記フッ化処理および浸炭処理によって形成される炭素固溶層の表面炭素濃度、１．４重量％以上とするのが好適である。このようにすることにより、炭素固溶層に、その後のクロマイズ処理によって十分なクロム炭化物層を形成しうるだけの濃度の炭素が侵入固溶しているため、十分な厚みのクロム炭化物層を形成できる。また、浸炭処理あがりの中間製品を抜き取り検査することにより、クロマイズ処理後の製品特性をある程度予測できる。このため、中間製品の品質特性の基準をつくり、それに満たないものについては再度フッ化処理と浸炭処理を行なうことができ、最終製品の不良率を減少して歩留まりを向上させることができる。特に、上記炭素固溶層の硬度として、母材の表面から測定したマイクロビッカース硬度やヌープ硬度を基準とすることにより、非破壊で中間製品の検査ができて歩留まり低下を減少できる。
【００６７】
上記浸炭処理において、浸炭処理の温度が高くなり、特に４５０℃を越えると、たとえわずかでもＣｒ_２３Ｃ_６等の炭化物が硬化層の表面に析出するという現象が生じる。しかし、このような場合でも、その浸炭処理品をＨＦ−ＨＮＯ_３，ＨＣｌ−ＨＮＯ_３等の強酸に浸漬して酸洗処理を行なうことにより、表面の析出物が除去され、母材なみの耐蝕性と、ビッカース硬度Ｈｖ８５０以上の高い表面硬度とを保持することができる。このように、本発明は、浸炭後の酸洗処理等によって表面のわずかの析出物を除去してからクロマイズ処理を行なう場合を含む趣旨である。また、表面の析出物を除去しうる処理であれば、ショットブラストや乾式・湿式の各種バレル研磨等の機械的な除去法を採用することもできる。
【００６８】
上記のようなショットブラスト等の機械式研磨は、表面に析出した炭化物を除去する目的だけではなく、浸炭処理でスーチングが生じた際の表面のすすの除去等の目的でも行なわれる。
【００６９】
（４）さらに、クロムを含む雰囲気中で加熱保持して上記オーステナイト系金属にクロム拡散浸透処理すなわちクロマイズ処理を行う。
【００７０】
上記クロマイズ処理は、浸炭処理後（酸洗処理や機械研磨を行なった場合はそれらの後処理後）のオーステナイト系金属を、例えば、クロム源である金属クロム粉末またはフェロクロム粉末と焼結防止剤としてのアルミナ粉末との混合粉末とともに容器中に入れ、真空もしくは不活性ガス中で９００〜１４００℃、好ましくは９００〜１２００℃の温度域で３〜１０時間加熱することにより行なうことができる（粉末パック法）。金属クロムまたはフェロクロムとアルミナ粉末との混合比は金属クロム粉末（またはフェロクロム粉末）が５５重量％に対し、アルミナ粉末が４５重量％程度が好ましく用いられ、助剤を１重量％以上含むものが用いられる。
【００７１】
また、クロマイズ処理は、上記粉末パック法に限定するものではなく、金属クロム等と焼結防止剤を含む処理剤をスラリー状にしてオーステナイト系金属の表面に部分的に塗布して加熱することにより行なうこともできる。また、オーステナイト系金属を水素雰囲気中で、クロムまたはフェロクロムを含む混合粉末中に包み、焼結防止剤としてアルミナ，カオリンを、促進剤として塩化アンモニウムを加え、これを１０００〜１１００℃に加熱して塩化水素ガスを送ることによりクロムを浸透させる気体法によって行なうこともできる。この場合、フッ化クロムを用いることもできる。さらに、アルゴン気流中で塩化バリウム，塩化ナトリウム，クロム薄片を含む溶融塩浴中にオーステナイト系金属を浸漬処理する塩浴法によって行なうこともできる。
【００７２】
上記クロマイズ処理により、オーステナイト系金属の表層部にクロム炭化物層を形成する。このとき、母材であるオーステナイト系金属の表層部には、表面部の第１層としてクロム炭化物層が形成され、上記クロム炭化物層直下の第２層として母材にクロムが拡散したクロム拡散層が形成され、このようなオーステナイト系金属製品ができる。
【００７３】
以上のように、上記オーステナイト系金属の表面改質方法によれば、オーステナイト系金属をフッ素系ガス雰囲気下で加熱保持してフッ化処理を行い、上記フッ化処理と同時期および／またはその後に、上記オーステナイト系金属に対して浸炭処理を行う。このとき、上記フッ化処理により、オーステナイト系金属の表面が活性化されて表面にフッ化膜が形成され、炭素が侵入しやすい状態となる。そして、フッ化処理後に浸炭処理を行なうことにより、オーステナイト系金属の表面から炭素が侵入固溶する。侵入固溶した炭素は、炭化物粒子をつくらずに母材表層部に拡散し、オーステナイト系金属の表層部に炭素固溶層を形成する。
【００７４】
そして、クロムを含む雰囲気中で加熱保持して上記オーステナイト系金属にクロム拡散浸透処理を行う。このとき、上記炭素固溶層に固溶した炭素が拡散浸透されたクロムと結合して、オーステナイト系金属の表層部にクロム炭化物層を形成する。上記炭素固溶層の炭素は、クロム炭化物粒子を実質的に形成せず、侵入固溶しているため、クロマイズ処理によって拡散浸透したクロムとの結合が速やかに行なわれ、比較的短時間で十分な厚みのクロム炭化物層が形成される。
【００７５】
このように、本発明では、従来不可能とされていた、オーステナイト系金属に対してクロマイズ処理でクロム炭化物層を形成することが可能となったのである。このようにして得られたオーステナイト系金属製品は、高温領域での強度、耐疲労性・耐摩耗性等の機械的特性に優れ、耐熱金属製品としてターボ部品ほか各種の用途に利用できる。
【００７６】
上記のようにして得られたオーステナイト系金属製品において、第１層であるクロム炭化物層の厚みとしては、５〜３０μｍ程度に設定するのが好ましく、１０〜３０μｍであればなお好ましく、より好ましいのは１５μｍ〜３０μｍである。上記クロム炭化物層の厚みが５未満では、十分な耐摩耗性や耐疲労性を得ることができず、３０μｍを超えると、処理時間が長くなって生産性が低下するうえ、得られるオーステナイト系金属製品の表面粗度が悪くなって仕上げ処理にコストがかかるようになるからである。
【００７７】
また、上記オーステナイト系金属製品において、第２層であるクロム拡散層の厚みとしては、０〜５０μｍ程度に設定するのが好ましく、１０〜５０μｍであればなお好ましく、より好ましいのは２０μｍ〜５０μｍである。５０μｍを超えると、処理時間が長くなって生産性が低下するうえ、第１層であるクロム炭化物層の十分な厚みが得られなくなるからである。
【００７８】
上記のようにして得られたオーステナイト系金属製品は耐熱金属製品として好適に用いられる。このような耐熱金属製品は、母材がオーステナイト系金属であることから、オーステナイト系金属の高温領域における強度・耐疲労性・耐酸化性・耐摩耗性等の優れた機械的特性を備える。これとともに、表面には硬質のクロム炭化物層が形成されていることにより、例えば、摺動摩耗のような機械的摩耗や、融着摩耗のような熱的摩耗、あるいは腐食摩耗のような化学的摩耗等に対する耐性に優れている。したがって、耐熱金属製品として可変翼型等のターボ部品ほか各種の用途に利用できる。
【００７９】
また、上記クロム炭化物層直下の第２層としてクロム拡散層を形成させた場合には、第２層はクロム濃度が高くなって格子歪みが増大し、強度が向上することから、硬質のクロム炭化物層を高強度のクロム拡散層で支えることになることから、金属製品の表面に荷重がかかったときにクロム炭化物層の変形が少なくなり、クラックや剥離が効果的に防止される。したがって、摺動，転動，振動等の外力が加わる箇所に使用しても、優れた耐熱耐摩耗特性を長期間にわたって維持でき、主として、特に、８００℃程度以上の環境で用いられる高温対応型のターボ部品ほか各種の用途に利用できる。
【００８０】
本発明が適用される耐熱金属製品としては、例えば、自動車・船舶・飛行機等の内燃機関用部品、タービン用部品，コンプレッサ用部品，ボイラ用部品，ジェットエンジンやロケット用部品，ディーゼル機関用部品，化学プラント用部品，原子炉用部品，工業炉用部品等をあげることができる。また、常温域の耐摩耗・耐食用途の金属製品として、耐海水腐食性や耐応力腐食割れ性が要求される船舶用部品等に用いることができる。なお、本発明が適用される金属製品としては、これらに限定する趣旨ではない。
【００８１】
また、本発明が適用されるターボ部品としては、例えば、可変翼型ターボチャージャ用コントロールユニット等に代表されるターボ用の部品として、可変翼，接合ピン，リンクプレート，ノズルベーン，ノズル，ノズル支持体，リング等をあげることができるが、これらに限定する趣旨ではない。
【００８２】
つぎに、実施例について説明する。
【００８３】
【実施例１】
本発明を可変フラップ付ターボの構成部品に適用し、下記の処理条件で表面改質を実施した。なお、ターボ構成部品として、ノズルリンク板，駆動リングピン，ノズルスライド，ノズルリンクピン，駆動リンクピン，駆動スライド，駆動リング，ノズル等の各部品に適用した。その結果を図２に示す。
【００８４】
図２に示したサンプル中、サンプルＮｏ．２の表層部組織写真を図３に示す。
【００８５】

【００８６】
上記図２および図３からわかるように、本発明によれば、第１層として、平均厚さで６〜１４μｍのクロム炭化物層が形成され、その直下に第２層としてクロム拡散層が形成されていることがわかる。なお、上記図２では、第１層と第２層を合わせたものを「合金層」と称している。
【００８７】
【実施例２】
【００８８】
図２に示したサンプル中、サンプルＮｏ．６の表層部組織写真を図４に示す。
【００８９】
図４からわかるとおり、鋳造材を母材とした場合、第２層であるクロム拡散層は形成されず、クロム炭化物層だけが形成された。その厚みは約１４μｍであった。
【００９０】
【実施例３】
下記の処理条件で本発明の表面改質を行なったときの、浸炭層の特性とクロム炭化物層およびクロム拡散層の関係を図５に示す。図５からわかるように、浸炭層の深さが深くなり、浸炭品の表面硬度が高くなるほど、クロム炭化物層やクロム拡散層の厚みが厚くなる。
【００９１】

【００９２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１記載のオーステナイト系金属の表面改質方法によれば、オーステナイト系金属をフッ素系ガス雰囲気下で加熱保持してフッ化処理を行い、上記フッ化処理と同時期および／またはその後に、上記オーステナイト系金属に対して浸炭処理を行う。このとき、上記フッ化処理により、オーステナイト系金属の表面が活性化されて表面にフッ化膜が形成され、炭素が侵入しやすい状態となる。そして、フッ化処理後に浸炭処理を行なうことにより、オーステナイト系金属の表面から炭素が侵入固溶する。侵入固溶した炭素は、炭化物粒子をつくらずに母材表層部に拡散し、オーステナイト系金属の表層部にクロム炭化物粒子が実質的に存在しない炭素固溶層を形成する。
【００９３】
そして、クロムを含む雰囲気中で加熱保持して上記オーステナイト系金属にクロム拡散浸透処理を行う。このとき、上記炭素固溶層に存在する炭素が拡散浸透されたクロムと結合して、オーステナイト系金属の表層部にクロム炭化物層を形成する。上記炭素固溶層の炭素は、クロム炭化物粒子を実質的に形成せず、侵入固溶しているため、クロマイズ処理によって拡散浸透したクロムとの結合が速やかに行なわれ、比較的短時間で十分な厚みのクロム炭化物層が形成される。
【００９４】
このように、本発明では、工業的には従来不可能とされていた、オーステナイト系金属に対してクロマイズ処理でクロム炭化物層を形成することが可能となったのである。このようにして得られたオーステナイト系金属製品は、高温領域での強度、耐疲労性・耐摩耗性等の機械的特性に優れ、耐熱金属製品としてターボ部品ほか各種の用途に利用できる。
【００９５】
また、本発明の請求項７記載の耐熱金属製品は、母材がオーステナイト系金属であることから、オーステナイト系金属の高温領域における強度・耐疲労性・耐摩耗性等の優れた機械的特性を備える。特に耐摩耗性については、表面には硬質のクロム炭化物層が形成されていることにより、例えば、摺動摩耗のような機械的摩耗や、融着摩耗のような熱的摩耗、あるいは腐食摩耗のような化学的摩耗等に対する耐性に優れている。したがって、耐熱金属製品としてターボ部品ほか各種の用途に利用できる。また、上記クロム炭化物層直下の第２層としてクロム拡散層が形成されていることから、第２層はクロム濃度が高くなって格子歪みが増大し、強度が向上することから、硬質のクロム炭化物層を高強度のクロム拡散層で支えることになることから、金属製品の表面に荷重がかかったときにクロム炭化物層の変形が少なくなり、クラックや剥離が効果的に防止される。したがって、摺動，転動，振動等の外力が加わる箇所に使用しても、優れた耐熱耐摩耗特性を長期間にわたって維持できる。
【００９６】
また、本発明の請求項１０記載の耐熱金属製品は、母材がオーステナイト系金属であることから、オーステナイト系金属の高温領域における強度・耐疲労性・耐摩耗性等の優れた機械的特性を備える。これとともに、表面には硬質のクロム炭化物層が形成されていることにより、例えば、摺動摩耗のような機械的摩耗や、融着摩耗のような熱的摩耗、あるいは腐食摩耗のような化学的摩耗等に対する耐性に優れている。したがって、耐熱金属製品としてターボ部品ほか各種の用途に利用できる。また、鋳造によって得られたデンドライト組織の表層部に第１層であるクロム炭化物層が形成されることから、組織内に生じやすい欠陥がクロム炭化物層でカバーされ、鋳造欠陥等が生じやすい鋳造あがり品の耐熱耐摩耗強度が向上されたものである。したがって、鋳造あがりの欠陥の存在する確率が高いものを用いても所定の耐熱性や機械的強度を得られる。このような耐熱性や機械的強度の高い製品が、比較的複雑形状のものが安価に得られる。
【００９７】
また、本発明の請求項１２記載のターボ部品は、母材がオーステナイト系金属であることから、オーステナイト系金属の高温領域における強度・耐疲労性・耐摩耗性等の優れた機械的特性を備える。これとともに、表面には硬質のクロム炭化物層が形成されていることにより、例えば、摺動摩耗のような機械的摩耗や、融着摩耗のような熱的摩耗、あるいは腐食摩耗のような化学的摩耗等に対する耐性に優れている。したがって、耐熱金属製品として各種のターボ部品に利用でき、特に、７００℃程度以上の環境で用いられる高温対応型のターボ部品に適したものとなる。また、上記クロム炭化物層直下の第２層としてクロム拡散層が形成されていることから、第２層はクロム濃度が高くなって格子歪みが増大し、強度が向上することから、硬質のクロム炭化物層を高強度のクロム拡散層で支えることになることから、金属製品の表面に荷重がかかったときにクロム炭化物層の変形が少なくなり、クラックや剥離が効果的に防止される。したがって、摺動，転動，振動等の外力が加わる箇所に使用しても、優れた耐熱耐摩耗特性を長期間にわたって維持できる。
【００９８】
また、本発明の請求項１３記載のターボ部品は、母材がオーステナイト系金属であることから、オーステナイト系金属の高温領域における強度・耐疲労性・耐摩耗性等の優れた機械的特性を備える。これとともに、表面には硬質のクロム炭化物層が形成されていることにより、例えば、摺動摩耗のような機械的摩耗や、融着摩耗のような熱的摩耗、あるいは腐食摩耗のような化学的摩耗等に対する耐性に優れている。したがって、耐熱金属製品としてターボ部品ほか各種の用途に利用できる。また、鋳造によって得られたデンドライト組織の表層部に第１層であるクロム炭化物層が形成されることから、組織内に生じやすい欠陥がクロム炭化物層でカバーされ、鋳造欠陥等が生じやすい鋳造あがり品の耐熱耐摩耗強度が向上されたものである。したがって、鋳造あがりの欠陥の存在する確率が高いものを用いても所定の耐熱性や機械的強度を得られる。このような耐熱性や機械的強度の高い製品が、比較的複雑形状のターボ部品が安価に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオーステナイト系金属の表面改質方法に用いる装置を示す構成図である。
【図２】実施例１の測定結果を示す表である。
【図３】実施例１の表層部組織写真である。
【図４】実施例２の表層部組織写真である。
【図５】実施例３における浸炭層の特性とクロム炭化物層およびクロム拡散層の関係を示す図である。
【符号の説明】
１マッフル炉
２外殻
３ヒータ
４内容器
５ガス導入管
６排気管
７モーター
８ファン
１０オーステナイト系金属製品
１１かご
１３真空ポンプ
１４排ガス処理装置
１５ボンベ
１６ボンベ
１７流量計
１８バルブ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an austenitic metal surface modification method capable of obtaining a metal product having excellent heat resistance and abrasion resistance, and a heat-resistant metal product and a turbo component obtained by the method.
[0002]
[Prior art]
Metal parts that require heat and wear resistance, such as drive rings for turbochargers, have conventionally been subjected to chromium diffusion treatment (chromizing treatment) on steel to ensure wear resistance and oxidation resistance. ing. For example, martensitic stainless steel such as SUS420J2 is used as a base metal and subjected to chromizing treatment by a powder packing method to form a hard chromium carbide layer on the surface. Patent Literatures 1 and 2 below are presented as prior art documents belonging to such a technical field, which the applicant has grasped.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-4-191357
[Patent Document 2]
JP-A-8-158035
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, those using a martensitic stainless steel as a base material as described above cannot exhibit sufficient performance in strength, wear resistance, fatigue resistance, and the like in a high temperature region. For this reason, heat-resistant products and turbo parts used in high-temperature areas are made of austenitic stainless steel with excellent mechanical properties such as hardness, wear resistance, and fatigue resistance in high-temperature areas, and high-temperature oxidation resistance. It is desirable to use as a material.
[0005]
However, in the case of martensitic stainless steel, a considerable amount of carbon forms a solid solution in the base material, so that the chromium treatment allows the chromium diffused and infiltrated to bond with the carbon in the base material to form a chromium carbide layer. However, austenitic stainless steel is a low-carbon material and has a small amount of carbon solid solution in the base material. Therefore, even if it is subjected to chromizing treatment, a chromium carbide layer can hardly be formed on the surface layer.
[0006]
Although austenitic cast metal contains a considerable amount of carbon, unlike the above-mentioned martensitic stainless steel, since the solid solubility limit of carbon is small, most of the austenitic cast metal forms a compound with iron, so that carbon The same applies because the amount of solid solution is reduced.
[0007]
Therefore, the austenitic stainless steel is preliminarily carburized to increase the concentration of solute carbon in the surface layer, and then subjected to chromizing treatment to form a chromium carbide layer in the surface layer using the austenitic stainless steel as a base material. It was thought that heat-resistant products and turbo parts could be obtained.
[0008]
However, austenitic stainless steel differs from martensitic stainless steel in that it contains nickel, so its surface is covered with a harder passivation protective coating and is generally used as a jig material for carburizing. As can be seen from the graph, it was difficult to carry out practical carburizing such as gas carburizing with hard carburizing material. Also in Patent Document 1, the base material of the object to be processed is martensitic stainless steel, and no treatment is reported for a base material of austenitic stainless steel.
[0009]
Thus, to date, it has been virtually impossible to form a chromium carbide layer by performing chromizing treatment using austenitic stainless steel as a base material, considering the mass productivity and economic efficiency of industrial products. In fact, such heat-resistant metal products have not been obtained so far.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a surface modification method of an austenitic metal capable of obtaining a metal product having excellent heat resistance and high-temperature durability, a heat-resistant metal product obtained by the method, and a turbocharger. The purpose is to provide parts.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for modifying the surface of an austenitic metal according to claim 1 of the present invention performs a fluorination treatment by heating and holding the austenitic metal in a fluorine-based gas atmosphere. At the same time and / or thereafter, the austenitic metal is carburized to form a carbon solid solution layer on the surface of the austenitic metal, and is further heated and held in an atmosphere containing chromium to form the austenitic metal. A configuration is adopted in which a chromium carbide layer is formed on the surface of the austenitic metal by performing a chromium diffusion and infiltration treatment on the system metal.
[0012]
As described above, the austenitic metal is heated and held in a fluorine-based gas atmosphere to perform the fluorination treatment, and at the same time as and / or after the fluoridation treatment, the austenitic metal is carburized. At this time, the surface of the austenitic metal is activated by the fluorination treatment, a fluoride film is formed on the surface, and carbon is likely to enter. Then, by performing carburization after the fluorination, carbon penetrates and forms a solid solution from the surface of the austenitic metal. The infiltrated solid solution carbon diffuses into the base material surface layer without forming carbide particles, and forms a carbon solid solution layer on the austenitic metal surface layer.
[0013]
The austenitic metal is subjected to chromium diffusion and penetration treatment by heating and holding in an atmosphere containing chromium. At this time, the carbon present in the carbon solid solution layer is combined with the chromium diffused and infiltrated to form a chromium carbide layer on the surface of the austenitic metal. Since the carbon in the carbon solid solution layer does not substantially form chromium carbide particles or iron carbide particles and is infiltrated and solid-dissolved, bonding with chromium diffused and infiltrated by chromizing treatment is rapidly performed, and relatively A sufficiently thick chromium carbide layer is formed in a short time.
[0014]
As described above, in the present invention, it has become possible to form a chromium carbide layer by a chromizing treatment on an austenitic metal, which has been industrially impossible so far. It became possible. The austenitic metal product thus obtained is excellent in mechanical properties such as strength in a high temperature range, fatigue resistance and wear resistance, and can be used as a heat-resistant metal product for turbo parts and various other uses.
[0015]
The method for modifying the surface of an austenitic metal according to claim 2 of the present invention has a configuration in which the austenitic metal is a low-carbon austenitic stainless steel containing nickel and chromium, in addition to the above-described configurations. . In this case, the surface of the austenitic stainless steel is Cr ₂ O ₃ However, it has been considered impossible to carburize due to the presence of a strong passivation protective film containing, however, by performing fluorination treatment, the passivation protective film changes into a fluoride film, and carbon can easily enter. State. Then, a chromium carbide layer is formed on the surface of austenitic stainless steel excellent in high-temperature strength and high-temperature fatigue resistance, and a heat-resistant metal product can be obtained.
[0016]
The method for modifying the surface of an austenitic metal according to claim 3 of the present invention has a configuration in which the depth of a carbon solid solution layer formed by the carburizing treatment is 10 μm or more, in addition to the above-described configurations. . In this case, a sufficient concentration of carbon can penetrate into the carbon solid solution layer to form a sufficient chromium carbide layer by a subsequent chromizing treatment, so that a chromium carbide layer having a sufficient thickness can be formed. Further, by extracting and inspecting the intermediate product after the carburizing treatment, the product characteristics after the chromizing treatment can be predicted to some extent. For this reason, a standard for the quality characteristics of the intermediate product can be created, and if it is less than the standard, the fluorination treatment and the carburization treatment can be performed again, so that the rejection rate of the final product can be reduced and the yield can be improved.
[0017]
In the method for modifying a surface of an austenitic metal according to a fourth aspect of the present invention, in addition to the above-described configurations, the hardness of the carbon solid solution layer formed by the carburizing treatment is Hv600 or more. Further, in the method for modifying the surface of an austenitic metal according to claim 5 of the present invention, in addition to the above components, the surface carbon concentration of the carbon solid solution layer formed by the carburizing treatment is 1.4% by weight or more. Is adopted. In this case, a sufficient concentration of carbon can penetrate into the carbon solid solution layer to form a sufficient chromium carbide layer by a subsequent chromizing treatment, so that a chromium carbide layer having a sufficient thickness can be formed. Further, by extracting and inspecting the intermediate product after the carburizing treatment, the product characteristics after the chromizing treatment can be predicted to some extent. For this reason, a standard for the quality characteristics of the intermediate product can be created, and if it is less than the standard, the fluorination treatment and the carburization treatment can be performed again, so that the rejection rate of the final product can be reduced and the yield can be improved. In particular, when the hardness of the carbon solid solution layer is based on the micro Vickers hardness or Knoop hardness measured from the surface of the base material, non-destructive inspection of intermediate products can be performed, and reduction in yield can be reduced.
[0018]
The method for modifying the surface of an austenitic metal according to claim 6 of the present invention has a configuration in which the treatment temperature of the carburizing treatment is 680 ° C. or lower, in addition to the above-mentioned constitutions. In this case, the austenitic metal base material itself is unlikely to soften, and the carbon atoms carburized combine with the chromium dissolved in the base material to form chromium carbide, thereby reducing the amount of chromium contained in the base material itself. To prevent the deterioration of the corrosion resistance of the surface layer portion, secure the amount of carbon existing in the carburized layer in a solid solution state, and promote the formation of a chromium carbide layer by a chromizing treatment performed later. In addition, distortion of the size and shape of the object to be treated due to the carburizing treatment is significantly reduced, and accurate surface modification can be realized.
[0019]
The method for modifying the surface of an austenitic metal according to claim 7 of the present invention has a configuration in which, in addition to the above-described respective configurations, a strain relief heat treatment is performed on the austenitic metal before the fluorination treatment. In this case, the strain stress is released by the strain relief heat treatment, the carburizing treatment is stabilized and the carbon solid solution layer is made uniform, and the subsequent chromizing treatment is also stabilized to make the chromium carbide layer uniform. In particular, the present invention is effective when a base material having a defect or internal distortion, such as cast-up, rolling, cutting, punching, or after barrel processing, is used.
[0020]
Further, in the heat-resistant metal product according to claim 8 of the present invention, a chromium carbide layer is present as a first layer on a surface portion of a surface layer of an austenitic metal as a base material, and a second layer immediately below the chromium carbide layer is provided. In this case, a chromium diffusion layer in which chromium is diffused is formed in the base material.
[0021]
For this reason, since the base material is an austenitic metal, the austenitic metal has excellent mechanical properties such as strength, fatigue resistance, and wear resistance in a high temperature region, and excellent oxidation resistance and high temperature corrosion resistance. With chemical properties. Specifically, regarding the formation and hardening of the hard surface chromium carbide layer, for example, mechanical wear such as sliding wear, thermal wear such as fusion wear, or chemical wear such as corrosion wear. Excellent resistance to Therefore, it can be used as a heat-resistant metal product for turbo parts and various other uses. Further, since the chromium diffusion layer is formed as the second layer immediately below the chromium carbide layer, the second layer has a high chromium concentration, increases lattice distortion, and improves strength. Since the layer is supported by the high-strength chromium diffusion layer, deformation of the chromium carbide layer when a load is applied to the surface of the metal product is reduced, and cracks and peeling are effectively prevented. Therefore, even when used in places where external forces such as sliding, rolling, and vibration are applied, excellent high-temperature wear resistance can be maintained for a long period of time.
[0022]
The heat-resistant metal product according to the ninth aspect of the present invention has a configuration in which the base material is a rolled annealed material or a forged material in addition to the above components. In this case, a chromium carbide layer as the first layer and a chromium diffusion layer as the second layer are formed on the surface layer portion of the structure obtained by the rolling annealing, so that predetermined heat resistance and mechanical strength can be obtained.
[0023]
The heat-resistant metal product according to claim 10 of the present invention has a configuration in which a chromium carbide layer is present as a first layer on the surface of an austenitic metal serving as a base material, and the base material has a dendrite structure. Take.
[0024]
For this reason, since the base metal is an austenitic metal, the austenitic metal has excellent mechanical properties such as strength, fatigue resistance, and wear resistance in a high temperature region. At the same time, a hard chromium carbide layer is formed on the surface, for example, mechanical wear such as sliding wear, thermal wear such as fusion wear, or chemical wear such as corrosive wear. Excellent resistance to abrasion and the like. Therefore, it can be used as a heat-resistant metal product for turbo parts and various other uses. In addition, since the chromium carbide layer, which is the first layer, is formed on the surface layer of the dendrite structure obtained by casting, defects that easily occur in the structure are covered by the chromium carbide layer, and casting defects that easily cause casting defects and the like. The product has improved heat and abrasion resistance. Therefore, a predetermined heat resistance and mechanical strength can be obtained even when a casting defect is used. A product having such high heat resistance and mechanical strength and having a relatively complicated shape can be obtained at low cost.
[0025]
The heat-resistant metal product according to the eleventh aspect of the present invention has a configuration in which the austenitic metal is a low-carbon austenitic stainless steel containing nickel and chromium in addition to the above-described configurations. In this case, in addition to the excellent properties of austenitic stainless steel, such as strength, fatigue resistance, and oxidation resistance in a high-temperature region, a hard chromium carbide layer is formed on the surface. In addition, resistance to mechanical wear such as sliding wear, thermal wear such as fusion welding, or chemical wear such as corrosion wear is improved. Therefore, it can be used as a heat-resistant metal product excellent in high-temperature durability for turbo parts and various other uses.
[0026]
Further, the turbo component according to claim 12 of the present invention has a chromium carbide layer as a first layer on a surface portion of a surface layer of an austenitic metal as a base material, and a second layer immediately below the chromium carbide layer. The chromium diffusion layer in which chromium is diffused is formed in the base material.
[0027]
For this reason, since the base metal is an austenitic metal, the austenitic metal has excellent mechanical properties such as strength, fatigue resistance, and wear resistance in a high-temperature region, and excellent resistance to high-temperature oxidation and high-temperature corrosion. Has chemical properties. At the same time, a hard chromium carbide layer is formed on the surface, for example, mechanical wear such as sliding wear, thermal wear such as fusion wear, or chemical wear such as corrosive wear. Excellent resistance to abrasion and the like. Therefore, it can be used for various turbo parts as a heat-resistant metal product, and is particularly suitable for a high-temperature compatible turbo part used in an environment of about 700 ° C. or more. Further, since the chromium diffusion layer is formed as the second layer immediately below the chromium carbide layer, the second layer has a high chromium concentration, increases lattice distortion, and improves strength. Since the layer is supported by the high-strength chromium diffusion layer, deformation of the chromium carbide layer when a load is applied to the surface of the metal product is reduced, and cracks and peeling are effectively prevented. Therefore, even when used in locations where external forces such as sliding, rolling, and vibration are applied, excellent heat and wear resistance can be maintained over a long period of time.
[0028]
A turbo component according to a thirteenth aspect of the present invention is configured such that a chromium carbide layer is present as a first layer on a surface portion of an austenitic metal as a base material, and the base material has a dendrite structure. Take.
[0029]
For this reason, since the base metal is an austenitic metal, the austenitic metal has excellent mechanical properties such as strength, fatigue resistance, and wear resistance in a high temperature region. At the same time, a hard chromium carbide layer is formed on the surface, for example, mechanical wear such as sliding wear, thermal wear such as fusion wear, or chemical wear such as corrosive wear. Excellent resistance to abrasion and the like. Therefore, it can be used as a heat-resistant metal product for turbo parts and various other uses. In addition, since the chromium carbide layer, which is the first layer, is formed on the surface layer of the dendrite structure obtained by casting, defects that easily occur in the structure are covered by the chromium carbide layer, and casting defects that easily cause casting defects and the like. The product has improved heat and abrasion resistance. Therefore, a predetermined heat resistance and a predetermined mechanical strength can be obtained even when a casting defect is used. Turbo parts having such high heat resistance and mechanical strength and having a relatively complicated shape can be obtained at low cost.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0031]
The method for modifying the surface of an austenitic metal according to the present invention is mainly performed by performing the following steps.
(1) First, a heat treatment for removing strain of an austenitic metal is performed.
(2) Then, the austenitic metal is heated and held in a fluorine-based gas atmosphere to perform a fluorination treatment.
(3) Carbide treatment is performed on the austenitic metal at the same time as or after the fluorination treatment to form a carbon solid solution layer substantially free of chromium carbide particles on the surface of the austenitic metal.
(4) Further, the austenitic metal is subjected to chromium diffusion and infiltration treatment by heating and holding in an atmosphere containing chromium to form a chromium carbide layer on the surface layer of the austenitic metal.
[0032]
First, an austenitic metal as a base material to which the surface modification method of the present invention is applied will be described.
[0033]
Examples of the austenitic metal include an austenitic stainless steel, for example, an austenitic stainless steel containing 50% by weight or more of iron, 12% by weight or more of chromium, and nickel. More specifically, SUS309 and SUS310S, which are 18-8 stainless steel materials such as SUS304 and SUS316, and austenitic stainless steel containing 25% by weight of chromium and 20% by weight of nickel, and further have a chromium content of 23% by weight. And an austenitic-ferrite duplex stainless steel material containing 2% by weight of molybdenum. Heat-resistant steel cast steels such as SCH21 and SCH22 containing 19 to 22% by weight of nickel, 20 to 27% by weight of chromium, and 0.25 to 0.45% by weight of carbon are also preferably used as the austenitic metal of the present invention. . Furthermore, SUH35 containing 20 to 22% by weight of chromium, 3.25 to 4.5% by weight of nickel, 8 to 10% by weight of manganese, and 0.48 to 0.58% by weight of carbon, and 13.5% of chromium. Heat-resistant steel such as SUH660 containing １６16% by weight, 24-27% by weight of nickel and 1-1.5% by weight of molybdenum can also be suitably used as the austenitic metal of the present invention.
[0034]
By using a low-carbon austenitic stainless steel containing nickel and chromium as the austenitic metal, the austenitic stainless steel has excellent properties such as strength, fatigue resistance, and oxidation resistance in a high temperature region. Since a hard chromium carbide layer is formed on the surface, for example, mechanical wear such as sliding wear, thermal wear such as fusion wear, or chemical wear such as corrosion wear, etc. Excellent resistance. Therefore, it can be used as a heat-resistant metal product for turbo parts and various other uses.
[0035]
Further, the austenitic metals include heat-resistant steel such as incoloy (Ni 30 to 45% by weight, Cr 10% by weight or more, residual Fe, etc.), nickel content 45% by weight or more, chromium 20% by weight, iron 30% by weight, and others. A nickel-based alloy containing molybdenum or the like is also included. As described above, the austenitic metal in the present invention is intended to include any metal that substantially exhibits an austenite phase at room temperature (substantially means that 60% by weight or more has an austenite phase), Fe-Cr-Mn-based metals, such as nickel substituted with manganese, which is an austenite stabilizing element, are also included.
[0036]
As the austenitic metal, a metal processed into a predetermined product shape can be used. For example, a product obtained by forming an austenitic metal into a near net shape product by casting, and thereafter performing a cutting process or the like to a predetermined shape as necessary can be used. As described above, by performing the surface modification of the present invention including the strain relief heat treatment, the fluoridation treatment, the low-temperature carburizing treatment, and the chromizing treatment, using the casting as a base material, the base material of the product (the core that is not surface-modified) The close part) has a structure based on a dendrite structure (dendritic structure, cast structure), and dendrites formed during casting are observed.
[0037]
Then, since the base material has a dendrite structure, a chromium carbide layer, which is the first layer, is formed on the surface of the dendrite structure obtained by casting. The heat resistance is improved. Therefore, even if a material having a high probability of existence of a defect after casting is used, predetermined mechanical strength such as heat resistance and wear resistance can be obtained. With respect to such a product having high heat resistance and high mechanical strength, a product having a relatively complicated shape can be obtained at low cost.
[0038]
Further, an austenitic metal formed into a plate or block having a predetermined thickness by rolling and then formed into a predetermined product shape by cutting or pressing may be used. As described above, by performing the surface modification of the present invention including the strain relief heat treatment, the fluoridation treatment, the carburizing treatment, the chromizing treatment, and the like using the rolled and annealed material as the base material, the base material of the product (the core whose surface is not modified) is obtained. ) Becomes a structure based on the rolled annealed structure, and in addition to traces of the fibrous structure in the rolling direction due to rolling, so-called annealed structure, nonmetallic inclusions, and the like are observed.
[0039]
Further, a forged product obtained by further forging the rolled and annealed austenitic metal hot or cold may be used as a base material. In this case, by using the forged product as a base material and performing the surface modification of the present invention including a strain relief heat treatment, a fluoridation treatment, a carburizing treatment, a chromizing treatment, and the like, the base material of the product (close to a core whose surface is not modified). Part) has a structure based on the forged structure, and fiber flow due to forging may be observed.
[0040]
(1) In the present invention, first, the austenitic metal is subjected to a strain relief heat treatment before the fluorination treatment.
[0041]
This strain-relieving heat treatment releases the working strain and working stress existing in the base material before the reforming treatment, thereby avoiding the formation and precipitation of carbides due to the interaction between the carbon introduced during carburization and the strain, and solidifying the carbon. A carburized layer is formed in a molten state.
[0042]
That is, the strain-relieving heat treatment removes the internal strain of the base material before the reforming treatment, so that the processability in the subsequent carburizing treatment and chromizing treatment is remarkably improved. In addition, thermal deformation and the like are reduced, the dimensional change of the product is small, and the deterioration of the surface roughness is also small. Further, when a strain relief heat treatment is performed using a rolled annealed material or a forged material as a base material, lattice defects of crystals in the surface layer are normalized, and carburizing and chromizing are more stabilized.
[0043]
Further, by the above-mentioned strain relief heat treatment, carbides precipitated in the base material are dissolved, and the amount of solute carbon is increased. Then, the fine carbides hardly exist, and the relatively large carbides are also atomized to normalize the structure of the base material. This stabilizes the carburizing treatment and makes the carbon solid solution layer uniform, and also promotes the reaction between the solid solution carbon and chromium in the subsequent chromizing treatment, stabilizing the formation of the chromium carbide layer and increasing the thickness of the chromium carbide layer. And characteristics are also made uniform.
[0044]
Therefore, in the case where fine carbide particles are present in the base material before the reforming treatment, the fine carbides hardly exist due to the above-mentioned strain relief heat treatment, and even in the case of materials having relatively large carbide particles, the carbides are atomized to form a base material. The structure of the material is normalized, and the formation of the chromium carbide layer by the subsequent chromizing treatment is stabilized. In particular, even when a material having a high probability of existence of defects and internal strains such as the above-described cast product as a base material and having a large amount of carbide is used, the penetration of carbide occurs and the subsequent chromizing treatment is performed. This is effective because the formation of a chromium carbide layer by the stabilization is stabilized.
[0045]
As the conditions for the strain relief heat treatment, appropriate conditions can be used depending on the type of austenitic metal used as a base material. It is performed for about one hour in some cases.
[0046]
(2) Next, the austenitic metal is heated and held in a fluorine gas atmosphere to perform a fluorination treatment.
[0047]
As the fluorine-based gas used for the fluorination treatment, NF is used. ₃ , BF ₃ , CF ₄ , HF, SF ₆ , C ₂ F ₆ , WF ₆ , CHF ₃ , SiF ₄ , ClF ₃ And the like. These may be used alone or in combination of two or more.
[0048]
In addition to these gases, a fluorine-based gas containing fluorine (F) in the molecule can also be used as the fluorine-based gas of the present invention. Further, F is produced by thermally decomposing such a fluorine compound gas by a thermal decomposition apparatus. ₂ Gas or pre-made F ₂ Gas can also be used as the fluorine-based gas. Such a fluorine compound gas and F ₂ The gas may be mixed and used in some cases.
[0049]
Among these, NF is the most practical as a fluorine-based gas used in the present invention. ₃ It is. The above NF ₃ Is because it exhibits a gaseous state at normal temperature, has high chemical stability, and is easy to handle. Such NF ₃ The gas is usually N 2, as described below. ₂ Used in combination with a gas, diluted within a predetermined concentration range.
[0050]
Although the various fluorine-based gases exemplified above can be used alone, they are usually ₂ It is used after being diluted with an inert gas such as a gas. The concentration of the fluorine-based gas itself in such a diluted gas is, for example, 10,000 to 100,000 ppm, preferably 20,000 to 70,000 ppm, and more preferably 30,000 to 50,000 ppm on a volume basis.
[0051]
The fluoridation treatment using the above-mentioned fluorine-based gas as an atmosphere gas is performed by using an atmosphere heating furnace such as a muffle furnace described later, charging an unprocessed austenitic metal into the furnace, and adding the fluorine-based gas having the above concentration. It is carried out by holding in a heated state in an atmosphere.
[0052]
At this time, the heating and holding are performed by holding the austenitic metal itself at a temperature of, for example, 250 to 600C, preferably 280 to 450C. The holding time of the austenitic metal in the fluorine-based gas atmosphere is usually set to ten minutes to several tens of minutes. By subjecting the austenitic metal to heat treatment in such a fluorine-based gas atmosphere, Cr formed on the surface of the austenitic metal is ₂ O ₃ Is converted into a fluoride film. This fluoride film facilitates the penetration of carbon atoms used for carburization as compared with the passive film, and the surface of the austenitic metal is considered to be in a surface state where the carbon atoms can easily penetrate by the fluorination treatment. .
[0053]
(3) Next, at the same time as or after the fluorination treatment, the austenitic metal is subjected to a carburizing treatment.
[0054]
In the carburizing treatment, the austenitic metal itself is heated to a carburizing treatment temperature of 680 ° C. or less, and CO + H ₂ Gas for carburization or RX gas [CO 23% by volume, CO ₂ 1% by volume, H ₂ 31% by volume, H ₂ O1% by volume, balance N ₂ ] + CO ₂ This is carried out by using a carburizing gas or the like and setting the inside of the furnace to a carburizing gas atmosphere. If necessary, a carbon source gas such as propane gas may be enriched in the carburizing gas atmosphere.
[0055]
As described above, in the present invention, the carburizing treatment is performed in an extremely low temperature range as compared with the conventionally known carburizing treatment. In this case, the above CO + H ₂ Is from 2 to 10% by volume of CO, H ₂ 30 to 40% by volume is preferable, and RX + CO ₂ Is 80 to 90% by volume of RX and CO ₂ Is preferably 3 to 7% by volume. The gas used for carburizing is CO + CO ₂ + H ₂ Is also used. In this case, the respective ratios are 32 to 43% by volume of CO, ₂ 2-3% by volume, H ₂ A proportion of 55 to 65% by volume is preferred.
[0056]
As the heating temperature during the carburizing treatment, that is, the carburizing treatment temperature, a temperature of 680 ° C. or less, that is, a temperature of 400 to 680 ° C. is preferable. If the carburizing temperature exceeds 680 ° C., the austenitic metal base material itself tends to be softened, and the carburized carbon atoms combine with chromium dissolved in the base material to form chromium carbide, and the base material itself The amount of chromium contained in the surface layer significantly reduces the corrosion resistance of the surface layer, and the amount of carbon present in the carburized layer in the form of a solid solution is reduced, forming a chromium carbide layer by the chromizing treatment performed later Is not promoted.
[0057]
For the same reason, the carburizing temperature is more preferably in the temperature range of 400 to 600 ° C, more preferably in the range of 400 to 550 ° C, and more preferably in the temperature range of 400 to 500 ° C. In the present invention, by performing the fluorination treatment, carburization treatment at such an extremely low temperature becomes possible, and carbon penetrates and forms a solid solution in the base material without substantially generating chromium carbide particles during the carburization treatment, This facilitates the formation of a chromium carbide layer by chromizing. In addition, distortion of the size and shape of the object to be treated due to the carburizing treatment is significantly reduced, and accurate surface modification can be realized.
[0058]
By performing such treatment, a carbon solid solution layer in which carbon diffuses and permeates into the surface portion of the austenitic metal is formed deeply and uniformly. This carbon solid solution layer is in a state in which a large amount of C atoms penetrate into the austenite phase as a base phase to form a solid solution and cause lattice distortion, and the hardness is significantly improved as compared with the base material. I have. In addition, the carbon atoms are chromium and Cr in the base material. ₇ C ₂ And Cr ₂₃ C ₆ Chromium carbide particles are substantially absent in the carbon solid solution layer because the solid solution penetrates into the crystal lattice without forming carbides such as hardly. Since it does not decrease, the same corrosion resistance as the base material can be maintained.
[0059]
In addition, the austenitic metal subjected to the carburizing treatment as described above hardly deteriorates in surface roughness, and does not cause dimensional change or magnetism due to swelling. Therefore, the surface modification and the dimensional change after the chromizing treatment performed later are small, and the surface modification can be performed relatively accurately. In addition, as a result of the study by the present inventors, among the austenitic metals, the stable austenitic stainless steel containing a large amount of nickel and the stable austenitic stainless steel containing molybdenum showed high-temperature corrosion resistance of the carbon solid solution layer. Was found to be better.
[0060]
The fluorination treatment and the carburization treatment as described above can be performed, for example, in a metal muffle furnace 1 as shown in FIG. That is, in the muffle furnace 1, a fluoridation treatment is first performed, and a carburizing treatment is performed at the same time as or after the fluoridation treatment. Performing the carburizing treatment at the same time as or after the fluoridation treatment means, for example, that the carburizing treatment may be started at the same time as the start of the fluoridation treatment, or that only the fluoridation treatment is first started and the fluoridation treatment is terminated. The carburizing process may be started without waiting for the process, or the carburizing process may be started after the fluorination process is completed.
[0061]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a muffle furnace, which includes an outer shell 2, an inner container 4 having an inside formed in a processing chamber, and a heater 3 provided between the inner container 4 and the outer shell 2. . A gas introduction pipe 5 and an exhaust pipe 6 communicate with the inner container 4. The gas introduction pipe 5 is provided with H as a carburizing gas. ₂ , CO-filled cylinder 15 and fluorinated gas N ₂ + NF ₃ , CO ₂ The cylinder 16 filled with is communicated. 17 is a flow meter, 18 is a valve.
[0062]
An exhaust gas treatment device 14 and a vacuum pump 13 are connected to the exhaust pipe 6. Thereby, the processing gas is introduced into the processing chamber in the inner container 4 and discharged. A fan 8 with a motor 7 for stirring the processing gas is provided in the processing chamber. Reference numeral 11 denotes a car into which the austenitic metal product 10 as a work is loaded.
[0063]
For example, an austenitic stainless steel product 10 is put into this muffle furnace 1, a cylinder 16 is connected to a flow path, and NF ₃ Fluorinated gas such as is introduced into the muffle furnace 1 and fluorinated while heating, then the gas is drawn out from the exhaust pipe 6 by the action of the vacuum pump 13, detoxified in the exhaust gas treatment device 14, and discharge. Next, the cylinder 15 is connected to the flow path, the above-mentioned carburizing gas is introduced into the muffle furnace 1 to carry out carburizing treatment, and then the gas is discharged to the outside via the exhaust pipe 6 and the exhaust gas treatment device 14. I do. By this series of operations, a fluorination treatment and a carburization treatment are performed.
[0064]
By performing the fluorination treatment and the carburization treatment in this manner, a carbon solid solution layer is formed on the surface layer of the austenitic metal.
[0065]
The depth of the carbon solid solution layer formed by the fluorination treatment and the carburization treatment is preferably set to 15 μm or more. By doing so, the carbon in a concentration sufficient to form a sufficient chromium carbide layer by the subsequent chromizing treatment will penetrate into the carbon solid solution layer and form a solid solution, so that a chromium carbide layer having a sufficient thickness can be formed. Further, by extracting and inspecting the intermediate product after the carburizing treatment, the product characteristics after the chromizing treatment can be predicted to some extent. For this reason, a standard for the quality characteristics of the intermediate product can be created, and if it is less than the standard, the fluorination treatment and the carburization treatment can be performed again, so that the rejection rate of the final product can be reduced and the yield can be improved.
[0066]
The hardness of the carbon solid solution layer formed by the fluorination treatment and the carburization treatment is preferably Hv600 or more. Further, it is preferable that the surface carbon concentration of the carbon solid solution layer formed by the fluorination treatment and the carburization treatment is 1.4% by weight or more. In this way, the carbon solid solution layer has a sufficient concentration of carbon that can form a sufficient chromium carbide layer by the subsequent chromizing treatment, and the solid solution forms a sufficiently thick chromium carbide layer. it can. Further, by extracting and inspecting the intermediate product after the carburizing treatment, the product characteristics after the chromizing treatment can be predicted to some extent. For this reason, a standard for the quality characteristics of the intermediate product can be created, and if it is less than the standard, the fluorination treatment and the carburization treatment can be performed again, so that the rejection rate of the final product can be reduced and the yield can be improved. In particular, when the hardness of the carbon solid solution layer is based on the micro Vickers hardness or Knoop hardness measured from the surface of the base material, non-destructive inspection of intermediate products can be performed, and reduction in yield can be reduced.
[0067]
In the above carburizing treatment, if the temperature of the carburizing treatment becomes high, especially if it exceeds 450 ° C., even if it is slight, ₂₃ C ₆ Occurs on the surface of the hardened layer. However, even in such a case, the carburized product is HF-HNO ₃ , HCl-HNO ₃ By performing the pickling treatment by immersion in a strong acid such as that described above, the precipitates on the surface are removed, and the corrosion resistance as a base material and the high surface hardness of Vickers hardness Hv850 or more can be maintained. As described above, the present invention is intended to include a case in which a slight precipitate on the surface is removed by pickling treatment after carburizing and then chromizing treatment is performed. In addition, a mechanical removal method such as shot blasting or various types of dry / wet barrel polishing can be employed as long as the treatment can remove the precipitates on the surface.
[0068]
Mechanical polishing such as shot blasting as described above is performed not only for the purpose of removing carbides precipitated on the surface, but also for the purpose of removing soot on the surface when sooting occurs during carburizing.
[0069]
(4) Further, the austenitic metal is subjected to chromium diffusion and infiltration treatment, that is, chromizing treatment, by heating and holding in an atmosphere containing chromium.
[0070]
In the above chromizing treatment, the austenitic metal after carburizing treatment (after the post-treatment when pickling treatment or mechanical polishing is performed), for example, is used as a chromium source metal chromium powder or ferrochrome powder and a sintering inhibitor. (Powder pack) by heating in a container together with the mixed powder of the above and alumina powder in a vacuum or an inert gas at a temperature range of 900 to 1400 ° C., preferably 900 to 1200 ° C. for 3 to 10 hours. Law). The mixing ratio of the metal chromium or ferrochrome to the alumina powder is preferably about 45% by weight of the alumina powder with respect to 55% by weight of the metal chromium powder (or ferrochrome powder), and a mixture containing 1% by weight or more of the auxiliary agent is used. Can be
[0071]
In addition, the chromizing treatment is not limited to the above-mentioned powder packing method, and a treatment agent containing chromium metal or the like and a sintering inhibitor is formed into a slurry and partially applied to the surface of the austenitic metal and heated. You can do it. Further, the austenitic metal is wrapped in a mixed powder containing chromium or ferrochrome in a hydrogen atmosphere, alumina and kaolin are added as sintering inhibitors, and ammonium chloride is added as an accelerator, and the mixture is heated to 1000 to 1100 ° C. It can also be performed by a gas method in which chromium is permeated by sending hydrogen chloride gas. In this case, chromium fluoride can be used. Further, it can be carried out by a salt bath method in which an austenitic metal is immersed in a molten salt bath containing barium chloride, sodium chloride and chromium flakes in an argon stream.
[0072]
By the chromizing treatment, a chromium carbide layer is formed on the surface of the austenitic metal. At this time, a chromium carbide layer is formed as a first layer on the surface of the austenitic metal as a base material, and a chromium diffusion layer in which chromium diffuses into the base material as a second layer immediately below the chromium carbide layer. Is formed, and such an austenitic metal product is obtained.
[0073]
As described above, according to the austenitic metal surface modification method, the austenitic metal is heated and held under a fluorine-based gas atmosphere to perform fluorination treatment, and at the same time as and / or after the fluorination treatment. Carburizing is performed on the austenitic metal. At this time, the surface of the austenitic metal is activated by the fluorination treatment, a fluoride film is formed on the surface, and carbon is likely to enter. Then, by performing carburization after the fluorination, carbon penetrates and forms a solid solution from the surface of the austenitic metal. The infiltrated solid solution carbon diffuses into the base material surface layer without forming carbide particles, and forms a carbon solid solution layer on the austenitic metal surface layer.
[0074]
The austenitic metal is subjected to chromium diffusion and penetration treatment by heating and holding in an atmosphere containing chromium. At this time, the carbon dissolved in the carbon solid solution layer combines with the chromium diffused and infiltrated to form a chromium carbide layer on the surface of the austenitic metal. Since carbon in the carbon solid solution layer does not substantially form chromium carbide particles and is infiltrated and solid-dissolved, bonding with chromium diffused and infiltrated by the chromizing treatment is quickly performed, and is sufficiently performed in a relatively short time. A chromium carbide layer having a large thickness is formed.
[0075]
As described above, according to the present invention, it has become possible to form a chromium carbide layer by chromizing austenitic metal, which has been conventionally impossible. The austenitic metal product thus obtained is excellent in mechanical properties such as strength in a high temperature range, fatigue resistance and wear resistance, and can be used as a heat-resistant metal product for turbo parts and various other uses.
[0076]
In the austenitic metal product obtained as described above, the thickness of the chromium carbide layer as the first layer is preferably set to about 5 to 30 μm, more preferably 10 to 30 μm, and more preferably Is 15 μm to 30 μm. If the thickness of the chromium carbide layer is less than 5, sufficient abrasion resistance and fatigue resistance cannot be obtained. If the thickness exceeds 30 μm, the processing time becomes longer, the productivity is reduced, and the obtained austenitic metal is obtained. This is because the surface roughness of the product deteriorates and the finishing process becomes expensive.
[0077]
In the austenitic metal product, the thickness of the chromium diffusion layer as the second layer is preferably set to about 0 to 50 μm, more preferably 10 to 50 μm, and more preferably 20 to 50 μm. is there. If the thickness exceeds 50 μm, the processing time will be long and the productivity will be reduced, and the chromium carbide layer as the first layer will not have a sufficient thickness.
[0078]
The austenitic metal product obtained as described above is suitably used as a heat-resistant metal product. Such a heat-resistant metal product has excellent mechanical properties such as strength, fatigue resistance, oxidation resistance, and wear resistance in a high-temperature region of the austenitic metal because the base material is an austenitic metal. At the same time, a hard chromium carbide layer is formed on the surface, for example, mechanical wear such as sliding wear, thermal wear such as fusion wear, or chemical wear such as corrosive wear. Excellent resistance to abrasion and the like. Therefore, it can be used as a heat-resistant metal product for various parts such as turbo parts such as a variable wing type.
[0079]
When a chromium diffusion layer is formed as the second layer immediately below the chromium carbide layer, the second layer has a high chromium concentration, increases lattice distortion, and improves strength. Since the layer is supported by the high-strength chromium diffusion layer, deformation of the chromium carbide layer when a load is applied to the surface of the metal product is reduced, and cracks and peeling are effectively prevented. Therefore, even when used in a place where external force such as sliding, rolling, vibration, etc. is applied, excellent heat and wear resistance can be maintained for a long period of time. It can be used for various parts such as turbo parts.
[0080]
Examples of the refractory metal products to which the present invention is applied include parts for internal combustion engines such as automobiles, ships, and airplanes, parts for turbines, parts for compressors, parts for boilers, parts for jet engines and rockets, parts for diesel engines, Examples include parts for chemical plants, parts for nuclear reactors, parts for industrial furnaces, and the like. Further, as a metal product for wear and corrosion resistance in a normal temperature range, it can be used for marine parts and the like that require seawater corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance. The metal products to which the present invention is applied are not intended to be limited to these.
[0081]
The turbo parts to which the present invention is applied include, for example, variable blades, joining pins, link plates, nozzle vanes, nozzles, and nozzle supports as turbo parts represented by a control unit for a variable blade type turbocharger. , Rings, etc., but are not intended to be limited to these.
[0082]
Next, examples will be described.
[0083]
Embodiment 1
The present invention was applied to components of a turbo with a variable flap, and surface modification was performed under the following processing conditions. In addition, it applied to each component, such as a nozzle link board, a drive ring pin, a nozzle slide, a nozzle link pin, a drive link pin, a drive slide, a drive ring, and a nozzle, as turbo components. The result is shown in FIG.
[0084]
In the samples shown in FIG. FIG. 3 shows a photograph of the surface layer structure of No. 2.
[0085]

[0086]
As can be seen from FIGS. 2 and 3, according to the present invention, a chromium carbide layer having an average thickness of 6 to 14 μm is formed as a first layer, and a chromium diffusion layer is formed as a second layer immediately below the chromium carbide layer. You can see that it is. In FIG. 2, the combination of the first layer and the second layer is referred to as an “alloy layer”.
[0087]
Embodiment 2
[0088]
In the samples shown in FIG. FIG. 4 shows a photograph of the surface structure of No. 6.
[0089]
As can be seen from FIG. 4, when the casting material was used as the base material, the chromium diffusion layer as the second layer was not formed, and only the chromium carbide layer was formed. Its thickness was about 14 μm.
[0090]
Embodiment 3
FIG. 5 shows the relationship between the characteristics of the carburized layer and the chromium carbide layer and chromium diffusion layer when the surface modification of the present invention was performed under the following processing conditions. As can be seen from FIG. 5, the thickness of the chromium carbide layer and the chromium diffusion layer increases as the depth of the carburized layer increases and the surface hardness of the carburized product increases.
[0091]

[0092]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for modifying the surface of an austenitic metal according to claim 1 of the present invention, the fluorinating treatment is performed by heating and holding the austenitic metal in a fluorine-based gas atmosphere. At the same time and / or thereafter, the austenitic metal is carburized. At this time, the surface of the austenitic metal is activated by the fluorination treatment, a fluoride film is formed on the surface, and carbon is likely to enter. Then, by performing carburization after the fluorination, carbon penetrates and forms a solid solution from the surface of the austenitic metal. The infiltrated solid solution carbon diffuses into the base material surface layer without forming carbide particles, and forms a carbon solid solution layer substantially free of chromium carbide particles in the austenitic metal surface layer.
[0093]
The austenitic metal is subjected to chromium diffusion and penetration treatment by heating and holding in an atmosphere containing chromium. At this time, the carbon present in the carbon solid solution layer is combined with the chromium diffused and infiltrated to form a chromium carbide layer on the surface of the austenitic metal. Since carbon in the carbon solid solution layer does not substantially form chromium carbide particles and is infiltrated and solid-dissolved, bonding with chromium diffused and infiltrated by the chromizing treatment is quickly performed, and is sufficiently performed in a relatively short time. A chromium carbide layer having a large thickness is formed.
[0094]
As described above, according to the present invention, it has become possible to form a chromium carbide layer by a chromizing treatment on an austenitic metal, which has been industrially impossible in the past. The austenitic metal product thus obtained is excellent in mechanical properties such as strength in a high temperature range, fatigue resistance and wear resistance, and can be used as a heat-resistant metal product for turbo parts and various other uses.
[0095]
Moreover, since the base metal is an austenitic metal, the heat-resistant metal product according to claim 7 of the present invention has excellent mechanical properties such as strength, fatigue resistance, and wear resistance in a high-temperature region of the austenitic metal. Prepare. In particular, with regard to abrasion resistance, since a hard chromium carbide layer is formed on the surface, for example, mechanical abrasion such as sliding abrasion, thermal abrasion such as fusion abrasion, or corrosion abrasion. Excellent resistance to such chemical abrasion. Therefore, it can be used as a heat-resistant metal product for turbo parts and various other uses. Further, since the chromium diffusion layer is formed as the second layer immediately below the chromium carbide layer, the second layer has a high chromium concentration, increases lattice distortion, and improves strength. Since the layer is supported by the high-strength chromium diffusion layer, deformation of the chromium carbide layer when a load is applied to the surface of the metal product is reduced, and cracks and peeling are effectively prevented. Therefore, even when used in locations where external forces such as sliding, rolling, and vibration are applied, excellent heat and wear resistance can be maintained over a long period of time.
[0096]
Further, since the base metal is an austenitic metal, the heat-resistant metal product according to claim 10 of the present invention has excellent mechanical properties such as strength, fatigue resistance, and wear resistance in a high temperature region of the austenitic metal. Prepare. At the same time, a hard chromium carbide layer is formed on the surface, for example, mechanical wear such as sliding wear, thermal wear such as fusion wear, or chemical wear such as corrosive wear. Excellent resistance to abrasion and the like. Therefore, it can be used as a heat-resistant metal product for turbo parts and various other uses. In addition, since the chromium carbide layer, which is the first layer, is formed on the surface layer of the dendrite structure obtained by casting, defects that easily occur in the structure are covered by the chromium carbide layer, and casting defects that easily cause casting defects and the like. The product has improved heat and abrasion resistance. Therefore, a predetermined heat resistance and mechanical strength can be obtained even if a material having a high probability of existence of a defect after casting is used. Such a product having high heat resistance and high mechanical strength can be obtained at a relatively low cost with a relatively complicated shape.
[0097]
Further, the turbo component according to the twelfth aspect of the present invention has excellent mechanical properties such as strength, fatigue resistance, and wear resistance in a high temperature region of the austenitic metal because the base material is an austenitic metal. . At the same time, a hard chromium carbide layer is formed on the surface, for example, mechanical wear such as sliding wear, thermal wear such as fusion wear, or chemical wear such as corrosive wear. Excellent resistance to abrasion and the like. Therefore, it can be used for various turbo parts as a heat-resistant metal product, and is particularly suitable for a high-temperature compatible turbo part used in an environment of about 700 ° C. or more. Further, since the chromium diffusion layer is formed as the second layer immediately below the chromium carbide layer, the second layer has a high chromium concentration, increases lattice distortion, and improves strength. Since the layer is supported by the high-strength chromium diffusion layer, deformation of the chromium carbide layer when a load is applied to the surface of the metal product is reduced, and cracks and peeling are effectively prevented. Therefore, even when used in locations where external forces such as sliding, rolling, and vibration are applied, excellent heat and wear resistance can be maintained over a long period of time.
[0098]
Further, the turbo component according to the thirteenth aspect of the present invention has excellent mechanical properties such as strength, fatigue resistance and wear resistance in a high temperature region of the austenitic metal since the base material is an austenitic metal. . At the same time, a hard chromium carbide layer is formed on the surface, for example, mechanical wear such as sliding wear, thermal wear such as fusion wear, or chemical wear such as corrosive wear. Excellent resistance to abrasion and the like. Therefore, it can be used as a heat-resistant metal product for turbo parts and various other uses. In addition, since the chromium carbide layer, which is the first layer, is formed on the surface layer of the dendrite structure obtained by casting, defects that easily occur in the structure are covered by the chromium carbide layer, and casting defects that easily cause casting defects and the like. The product has improved heat and abrasion resistance. Therefore, a predetermined heat resistance and mechanical strength can be obtained even if a material having a high probability of existence of a defect after casting is used. Such a product having high heat resistance and high mechanical strength can be used to obtain a turbo component having a relatively complicated shape at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an apparatus used in a method for modifying a surface of an austenitic metal of the present invention.
FIG. 2 is a table showing measurement results of Example 1.
FIG. 3 is a photograph of the surface layer structure of Example 1.
FIG. 4 is a photograph of the structure of the surface part of Example 2.
FIG. 5 is a view showing the relationship between the characteristics of a carburized layer and a chromium carbide layer and a chromium diffusion layer in Example 3.
[Explanation of symbols]
1 Muffle furnace
2 outer shell
3 heater
4 inner containers
5 Gas inlet pipe
6 Exhaust pipe
7 Motor
8 fans
10 Austenitic metal products
11 baskets
13 Vacuum pump
14 Exhaust gas treatment equipment
15 cylinders
16 cylinders
17 Flow meter
18 valve

Claims

The austenitic metal is heated and held in a fluorine-based gas atmosphere to perform a fluoridation treatment, and at the same time as and / or after the fluoridation treatment, the austenitic metal is subjected to a carburizing treatment to form an austenitic metal Forming a carbon solid solution layer on the surface layer portion, and further performing chromium diffusion and infiltration treatment on the austenitic metal by heating and holding in an atmosphere containing chromium, thereby forming a chromium carbide layer on the surface layer portion of the austenitic metal. A method for modifying the surface of an austenitic metal, comprising:

2. The method of claim 1, wherein the austenitic metal is a low-carbon austenitic stainless steel containing nickel and chromium.

3. The method for modifying the surface of an austenitic metal according to claim 1, wherein the depth of the carbon solid solution layer formed by the carburizing treatment is 10 μm or more.

The method for modifying a surface of an austenitic metal according to any one of claims 1 to 3, wherein a hardness of the carbon solid solution layer formed by the carburizing treatment is Hv600 or more.

The method for modifying the surface of an austenitic metal according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface carbon concentration of the carbon solid solution layer formed by the carburizing treatment is 1.4% by weight or more.

The method for modifying a surface of an austenitic metal according to any one of claims 1 to 5, wherein a treatment temperature of the carburizing treatment is 680 ° C or less.

The method for modifying the surface of an austenitic metal according to any one of claims 1 to 6, wherein a strain removing heat treatment is performed on the austenitic metal before the fluorination treatment.

A chromium carbide layer exists as a first layer on the surface of the austenitic metal as a base material, and a chromium diffusion layer in which chromium diffuses into the base material is formed as a second layer immediately below the chromium carbide layer. A heat-resistant metal product characterized by the following.

The heat-resistant metal product according to claim 8, wherein the base material is a rolled annealed material or a forged material.

A heat-resistant metal product, wherein a chromium carbide layer is present as a first layer on a surface portion of an austenitic metal serving as a base material, and the base material has a dendrite structure.

The heat-resistant metal product according to any one of claims 8 to 10, wherein the austenitic metal is a low-carbon austenitic stainless steel containing nickel and chromium.

A chromium carbide layer exists as a first layer on the surface of the austenitic metal as a base material, and a chromium diffusion layer in which chromium diffuses into the base material is formed as a second layer immediately below the chromium carbide layer. A turbo component.

A turbo component, wherein a chromium carbide layer is present as a first layer on a surface portion of a surface layer of an austenitic metal as a base material, and the base material has a dendrite structure.