JP2015514874A5 - - Google Patents

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不動態合金の冷間変形された加工物の固溶硬化のための方法、およびこの方法によって固溶硬化された部材Method for solution hardening of cold-deformed workpieces of passive alloys, and members solution-hardened by this method

本発明は、不動態合金の冷間変形された加工物の固溶硬化のための方法に関する。この方法は、実質的に炭化物および/または窒化物が形成されない硬化された合金を提供する。また、この方法は、冷間変形により得られた材料のコア強度を保持したまま耐腐蝕性表面を提供する。本発明はさらに、方法によって固溶硬化された部材に関する。このような部材は特に、医療、食品、自動車、化学、石油化学、製薬、船舶、パッケージ、腕時計、刃物類/食器類、医用、エネルギー、パルプと紙、鉱業または廃水技術の分野に関連している。 The present invention relates to a method for solution hardening of a cold-deformed workpiece of a passive alloy. This method provides a hardened alloy that is substantially free of carbides and / or nitrides. This method also provides a corrosion resistant surface while maintaining the core strength of the material obtained by cold deformation. The present invention further relates to a member that has been solid solution hardened by the method. Such components are particularly relevant in the fields of medical, food, automotive, chemical, petrochemical, pharmaceutical, marine, package, watch, cutlery / tableware, medical, energy, pulp and paper, mining or wastewater technology. Yes.

ステンレス鋼およびその他の不動態合金は典型的に、良い耐蝕性を有するが比較的好ましくない摩擦学的特性、例えば凝着摩耗特性を有する材料である。この問題を解決するためにステンレス鋼および同等の合金を窒素および/または炭素の固溶によって低温(450〜550℃未満)において表面硬化させることができ、それによっていわゆる膨張オーステナイトまたは代わりに膨張マルテンサイトの領域が得られる。この領域は、オーステナイトまたはマルテンサイト中の炭素および/または窒素の過飽和固溶体であり炭化物/窒化物の形成に対して準安定である。このような低温プロセスは、ガス、プラズマまたは溶融塩をベースとすることもあり、ガスプロセスは、特殊な活性化技術の使用を必要としているが、プラズマおよび塩浴については活性化は直ちに達成され、特殊な処理は必要でない。それによって多量の窒素および/または炭素を含有する表面領域が材料に得られる。これは、比較的低いプロセス温度のためである。それによって材料は表面硬化され、その耐蝕性を保持する。しかしながら、大抵の不動態合金、例えばステンレス鋼は、これらの不動態合金が、不動態層とも呼ばれる不浸透性酸化物層(それは良い腐蝕特性の原因であるが、例えば窒素および炭素の固溶を妨げる)を有するので、窒素および/または炭素によってすぐに固溶硬化され得ない。したがって、この不動態層の除去のための特殊な技術が必要とされる。これらの技術は当業者に公知である。 Stainless steel and other passive alloys are typically materials that have good corrosion resistance but relatively unfavorable tribological properties, such as adhesive wear properties. To solve this problem, stainless steel and equivalent alloys can be surface hardened at low temperatures (below 450-550 ° C.) with nitrogen and / or carbon solubilization , so that so-called expanded austenite or alternatively expanded martensite Area is obtained. This region is a supersaturated solid solution of carbon and / or nitrogen in austenite or martensite and is metastable to carbide / nitride formation. Such low temperature processes may be based on gas, plasma or molten salt, and gas processes require the use of special activation techniques, but activation is achieved immediately for plasma and salt baths. No special processing is required. Thereby, a surface region containing a large amount of nitrogen and / or carbon is obtained in the material. This is due to the relatively low process temperature. The material is thereby surface hardened and retains its corrosion resistance. However, most passive alloys, such as stainless steel, have impermeable oxide layers, which are also referred to as passive layers (which are responsible for good corrosion properties, such as nitrogen and carbon solid solutions) . Cannot be immediately solid solution hardened by nitrogen and / or carbon. Therefore, special techniques for removing this passive layer are required. These techniques are known to those skilled in the art.

大抵の使用される技術構成材は機械加工された状態で使用され、それは、材料が不均質に冷間変形される(塑性変形される)ことを意味する。多くの適用においてこのような冷間変形は、構成材−強度の問題から望ましい。構成材は、冷間変形によって誘起された加工硬化による強度の増加がない場合、機能しないであろう。これは、このような冷間機械加工された構成材が低温プロセスにおいて表面硬化され、その結果、窒素および/または炭素の取込みにより表面が膨張オーステナイトまたはマルテンサイトに変化される場合、大きな問題を生じる。材料の塑性変形(微細構造の欠陥部)の存在は、窒素および炭素とステンレス鋼中の合金元素である例えばクロム(Cr)との反応によって窒化物および炭化物がより容易に生じることを意味する。したがってCrの量が固溶体から除去され、窒化クロム/炭化クロムとして結合される。これは、不動態層の維持のために利用可能なクロムが少なくなるため、腐蝕特性が損なわれることを意味する。局所的にこのようなCrの消耗が顕著になりその場所の表面の防蝕ができなくなる。窒化物/炭化物の析出は鋭敏化(sensitisation)と呼ばれる。窒化クロムは炭化クロムよりも安定しており、より低い温度において形成され得るので、特に窒素の固溶時にこの現象は非常に顕著である。これは、低温プロセスにおいての温度を(さらに)低下させて鋭敏化(それによってプロセスがよりゆっくりと進むので望ましくない)を避けなければならないことを意味する。ステンレス鋼の極端な度合の変形のために、鋭敏化には下限もない。 Most of the technical components used are used in the machined state, which means that the material is heterogeneously cold deformed (plastically deformed). In many applications, such cold deformation is desirable due to component-strength issues. The component will not function if there is no increase in strength due to work hardening induced by cold deformation. This creates a major problem when such cold machined components are surface hardened in a low temperature process, and as a result the surface is changed to expanded austenite or martensite by nitrogen and / or carbon uptake. . The presence of plastic deformation of the material (defects in the microstructure) means that nitrides and carbides are more easily generated by the reaction of nitrogen and carbon with alloy elements such as chromium (Cr) in stainless steel. Thus, the amount of Cr is removed from the solid solution and combined as chromium nitride / chromium carbide. This means that the corrosion properties are impaired because less chromium is available to maintain the passive layer. Such consumption of Cr becomes remarkable locally and the surface of the place cannot be corroded. Nitride / carbide precipitation is called sensitization. Chromium nitride is more stable than chromium carbide and can be formed at lower temperatures, so this phenomenon is very pronounced especially when nitrogen is in solid solution . This means that the temperature in the low temperature process must be (further) lowered to avoid sensitization (which is undesirable because the process proceeds more slowly). There is no lower limit to sensitization due to the extreme degree of deformation of stainless steel.

冷間変形されたステンレス鋼加工物の低温硬化において鋭敏化は窒素および/または炭素の低温硬化(550℃未満の温度において行なわれる)と共に生じる。表面を低温硬化した時の冷間変形された材料の鋭敏化に伴う問題を解決するために、構成材の完全アニーリングは、−可能な場合−真空または水素雰囲気中でいわゆるオーステナイト化によって行なわれてもよい。完全アニーリングは、1020℃超、典型的に1020〜1120℃の範囲の温度において実施されるプロセスである。それによって材料の冷間変形が妨げられ、鋭敏化のリスクなしに低温固溶を実施することができる。しかしながら、このプロセスは、冷間加工された金属の強度が低下するという問題を生じる−これは、材料のいわゆるエッグシェル効果と称される、すなわち加工物が次いで低温硬化される時に材料が軟質になり、硬く薄い表面がある。オーステナイト化を実施することによって、材料のコア強度がアニールされた材料のコア強度まで低下し、そしてこのプロセスは、処理された構成材のコア強度が、比較的重要でない設計パラメーターであることを必要とする。 Sensitization occurs at low temperature hardening of cold deformed stainless steel workpieces with low temperature hardening of nitrogen and / or carbon (performed at temperatures below 550 ° C.). In order to solve the problems associated with the sensitization of cold deformed materials when the surface is cold-cured, complete annealing of the components is carried out, if possible, by so-called austenitization in a vacuum or hydrogen atmosphere. Also good. Complete annealing is a process performed at temperatures above 1020 ° C, typically in the range of 1020-1120 ° C. This prevents cold deformation of the material and allows low temperature solid solutions to be carried out without the risk of sensitization. However, this process raises the problem that the strength of the cold-worked metal is reduced-this is called the so-called egg shell effect of the material, i.e. the material becomes soft when the workpiece is subsequently cold-cured. Has a hard and thin surface. By performing austenitization, the core strength of the material is reduced to that of the annealed material, and this process requires that the core strength of the treated component is a relatively unimportant design parameter. And

別の可能性は、炭素だけが低温において材料に固溶される浸炭プロセスを使用すること、すなわち炭素膨張オーステナイトの形成である。鋭敏化は、窒素の固溶(窒化および軟窒化(nitrocarburising))の場合ほど炭素の固溶の場合は重要でなく、したがって、耐蝕性にそれほど影響を与えない。しかしながら、強度の冷間変形を受ける構成材についてはこれでさえ、支障となると考えられる。炭素の固溶だけを使用する別の不便な点は、窒素の固溶の場合よりも低い表面硬度が得られること、および組成プロファイル(硬度)を同じ方法で調節することができないこと(例えば欧州特許第1095170B1号明細書および国際公開第2006/136166A1号パンフレットを参照)である。 Another possibility is to use a carburizing process in which only carbon is dissolved in the material at low temperatures, ie the formation of carbon expanded austenite. Sensitization is a solid solution of nitrogen (nitriding and nitrocarburizing (nitrocarburising)) not critical if enough solid solution carbon case, therefore, it does not affect significantly the corrosion resistance. However, even this is considered to be a hindrance for components that undergo severe cold deformation. Another inconvenience of using only carbon solid solution is that lower surface hardness is obtained than in the case of nitrogen solid solution and that the composition profile (hardness) cannot be adjusted in the same way (eg European Patent No. 1095170B1 and International Publication No. 2006 / 136166A1 pamphlet).

例えばGeorgiev et al,Journal of Materials Science and Technology,Vol.4,1996,No.4,pp.28およびBashchenko et al,Izvestiya Akademii Nauk SSSR.Metally,no 4,1985,pp.173−178において、平衡状態下で高温(約1050℃超)においてステンレス鋼に窒素および/または炭素を固溶させることができることが示されている。高温を使用することによってステンレス鋼の不動態層の浸透に関する問題は、これがこれらの高温において不安定になるため、回避できることが示されている。また、炭化クロムおよび窒化クロムの溶解温度がこの温度より低くなることも説明されている。したがって、炭化物および/または窒化物はこれらの高温において形成されない。しかしながら、窒素/炭素の固溶度は比較的限定されており、オーステナイト系ステンレス鋼については実際の表面硬化は生じない。これは、特に炭素について当てはまる。冷却の間の炭化物/窒化物の析出を避けるために、迅速な冷却速度が必要とされる。マルテンサイト系ステンレス鋼のタイプについては表面の著しい硬化が迅速な冷却によって生じ得る。しかしながら、硬化の効果は、膨張オーステナイトの形成のためのプロセスによって得られるよりもかなり低いレベルにある。 See, for example, Georgeev et al, Journal of Materials Science and Technology, Vol. 4, 1996, no. 4, pp. 28 and Bashchenko et al, Izvestiya Akademii Nauk SSSR. Metally, no 4, 1985, pp. In 173-178, it has shown that under equilibrium conditions can Rukoto is dissolved nitrogen and / or carbon into a stainless steel at high temperatures (about 1050 ° C. greater). It has been shown that by using high temperatures problems with the penetration of the passive layer of stainless steel can be avoided because it becomes unstable at these high temperatures. It is also described that the melting temperature of chromium carbide and chromium nitride is lower than this temperature. Accordingly, carbides and / or nitrides are not formed at these high temperatures. However, the solid solubility of nitrogen / carbon is relatively limited, and actual surface hardening does not occur for austenitic stainless steel. This is especially true for carbon. A rapid cooling rate is required to avoid carbide / nitride precipitation during cooling. For martensitic stainless steel types, significant surface hardening can occur due to rapid cooling. However, the effect of curing is at a much lower level than obtained by the process for the formation of expanded austenite.

国際公開第2008/124239号パンフレットには、中間に急速な急冷がある浸炭のハイブリッドプロセスが提案されており、それにより、金属加工物を高温浸炭と低温浸炭との両方に供することによって炭化物析出物を形成せずに金属加工物の炭素硬化された表面を形成することができ、そこで高温浸炭の直後に、加工物は炭化物析出物が形成される温度まで急速に急冷される。急速な急冷は、加工物を水、油または他の冷却剤、例えばガスまたは溶融塩に例えば浸漬して達成されてもよい。国際公開第2008/124239号パンフレットは、冷間変形および後続の低温硬化の間の炭化物および/または窒化物の形成の問題を認識することができない。   WO 2008/124239 proposes a carburizing hybrid process with rapid quenching in between, thereby providing carbide precipitates by subjecting the metal workpiece to both high and low temperature carburizing. The carbon-cured surface of the metal workpiece can be formed without forming a carbon, where, immediately after high temperature carburization, the workpiece is rapidly quenched to a temperature at which carbide precipitates are formed. Rapid quenching may be achieved by, for example, immersing the workpiece in water, oil or other coolant, such as gas or molten salt. WO 2008/124239 cannot recognize the problem of carbide and / or nitride formation during cold deformation and subsequent low temperature curing.

ステンレス鋼などの不動態合金の硬化のための窒素および/または炭素の低温固溶を可能にする方法が必要とされており、そこで鋭敏化および/または組成プロファイルの調節に関する問題が解決される。 There is a need for a method that allows low temperature solid solution of nitrogen and / or carbon for the hardening of passive alloys such as stainless steel, where problems associated with sensitization and / or adjustment of the composition profile are solved.

冷間変形された加工物の低温窒化および/または浸炭に伴う鋭敏化に関する問題を克服するために、先行技術は、最初に材料をアニールし、部分的または完全な再結晶化が得られるようにすることを提案する。あるいは材料の回収だけを提案する。それによって材料の冷間変形、そして冷間変形から得られる強化がなくなるが、他方、鋭敏化に関する問題を生じずに低温固溶を実施することができる。しかしながら、この解決は、高いコア強度を有する構成材を提供することができない。 In order to overcome the problems associated with low temperature nitridation and / or sensitization associated with carburizing of cold deformed workpieces, the prior art first anneals the material so that partial or complete recrystallization is obtained. Suggest to do. Or we propose only material recovery. This eliminates the cold deformation of the material and the strengthening obtained from the cold deformation, while the low temperature solid solution can be carried out without causing problems with sensitization. However, this solution cannot provide a component with high core strength.

デンマーク特許出願第PA201170208号明細書には、不動態金属または不動態合金の冷間変形された加工物の固溶硬化のための方法が開示されている。この方法は、炭化物および/または窒化物形成物の溶解温度よりも高く加工物の融点よりも低い温度において窒素および/または炭素が加工物に固溶される第1のステップと、炭化物および/または窒化物の形成が実質的に起こらない温度において窒素および/または炭素が固溶される後続の第2のステップとを含む。また、この方法は、第1の温度から第2の温度への急速な冷却を含んでもよい。特許出願第PA201170208号明細書に従う金属の処理は先行技術の他のプロセスと比較してすぐれた特性を提供するが、金属の特性のさらなる改良が達成されてもよいと思われる。 Danish Patent Application No. PA201170208 discloses a method for solution hardening of cold-deformed workpieces of passive metals or alloys. The method includes a first step in which nitrogen and / or carbon is dissolved in the workpiece at a temperature above the melting temperature of the carbide and / or nitride former and below the melting point of the workpiece, and the carbide and / or And a subsequent second step in which nitrogen and / or carbon is dissolved at a temperature at which nitride formation does not substantially occur. The method may also include rapid cooling from the first temperature to the second temperature. Although the treatment of metals according to patent application PA201170208 provides superior properties compared to other processes of the prior art, it is believed that further improvements in the properties of the metals may be achieved.

本発明の目的は、加工物に鋭敏化を生じさせずに不動態合金、特にステンレス鋼から冷間変形によって造形され、作製された製品の固溶硬化を可能にする方法を提供すること、およびそれによってより良い耐蝕性を提供することである。さらなる目的は、得られる強化の効果が、冷間変形によって得られる強化の効果と同等かまたはさらに大きい可能性があることである。 It is an object of the present invention to provide a method that enables solution hardening of a product made and produced by cold deformation from a passive alloy, particularly stainless steel, without causing sensitization of the workpiece, and Thereby providing better corrosion resistance. A further objective is that the strengthening effect obtained may be equal to or greater than the strengthening effect obtained by cold deformation.

本発明は、少なくとも10%のクロムを含有する不動態合金の冷間変形された加工物の固溶硬化のための方法に関し、この方法は、
− 炭化物および/または窒化物の溶解温度より高く不動態合金の融点より低い温度T1において少なくとも窒素を加工物に固溶させるステップであって、温度T1において窒素の固溶を実施して50μm〜5mmの範囲の拡散の深さを得るステップと、
− 加工物を、温度T1における固溶ステップの後に不動態合金中に炭化物および/または窒化物が形成される温度よりも低い温度に冷却するステップであって、冷却ステップが、窒素を含有しない不活性ガス中で行なわれるステップと
を含む。
The present invention relates to a method for solution hardening of a cold deformed workpiece of a passive alloy containing at least 10% chromium, which method comprises:
- a step of Ru a solid solution at least nitrogen in the workpiece at a lower temperature T1 than the melting point of the higher passivating alloy than the dissolution temperature of the carbides and / or nitrides, to implement a solid solution of nitrogen at a temperature T1 50 m to Obtaining a diffusion depth in the range of 5 mm;
-Cooling the workpiece to a temperature below the temperature at which carbides and / or nitrides are formed in the passive alloy after the solid solution step at temperature T1, wherein the cooling step does not contain nitrogen. Performed in an active gas.

また、本発明の方法は、不動態合金の冷間変形された加工物の固溶硬化のための方法として捉えられてもよく、この方法は、
オーステナイト化温度よりも高く不動態合金の融点より低い、温度T1において少なくとも窒素を加工物に固溶させるステップと、
加工物を固溶ステップの後に不動態合金中に炭化物および/または窒化物が形成される温度よりも低い温度に冷却するステップであって、冷却ステップが、窒素を含有しない不活性ガス中で行なわれるステップと
を含む。
The method of the present invention may also be viewed as a method for solid solution hardening of a cold deformed workpiece of a passive alloy,
Lower than the melting point of the higher passivation alloy than the austenitizing temperature, the steps of Ru a solid solution at least nitrogen in the workpiece at a temperature T1,
Cooling the workpiece to a temperature below the temperature at which carbides and / or nitrides are formed in the passive alloy after the solid solution step, the cooling step being performed in an inert gas containing no nitrogen Steps.

好ましい実施例において第1の固溶ステップは、Nを含有するガス、例えば、不可避的な不純物以外のガスを有さない実質的に高純度Nなどのガス中で実施され、冷却ステップもまた、窒素を含有しない不活性ガス(窒素フリーの不活性ガス)であるガス中で実施され、アルゴンが特に好ましい。本発明の文脈において「不活性ガス」は、合金の元素と相互作用する実質的な量の分子を一切含有しないガスであり、窒素を含有しない任意の不活性ガス、またはガスの混合物が本発明において考えられる。不活性ガスが冷却ステップにおいて使用されるとき、本発明の方法おいて処理された加工物は、他の冷却ガスを使用するか、または冷却ステップが他の方法を使用して実施される時に得られた耐蝕性よりもさらにすぐれている耐蝕性を有することが驚くべきことに見出された。特に、窒素を含有するガスは、不活性ガス中での冷却と比較して窒素を含有するガス中で冷却が実施される時に窒化物の形成を促進すると考えられ、そのため、不活性ガスを使用する冷却ステップを有するより強固で柔軟性のある方法が提供される。温度T1における処理時の窒素の分圧が窒素の固溶度を決定し、そのため、温度T1における処理時の窒素の分圧が高くなると、窒素を含有しない不活性ガス中での冷却の効果がより顕著になる。また、窒素フリーの不活性ガス中での冷却は、冷却時間が60秒よりも長くなる場合があるが、好ましくは冷却は、30秒未満、例えば10秒未満で窒素フリーの不活性ガス中で実施される。 In a preferred embodiment, the first solid solution step is performed in a gas containing N 2 , for example, a gas such as substantially high purity N 2 that has no gas other than unavoidable impurities, and also a cooling step. Moreover, it implements in the gas which is an inert gas (nitrogen-free inert gas) which does not contain nitrogen, and argon is especially preferable. In the context of the present invention, an “inert gas” is a gas that does not contain any substantial amount of molecules that interact with the elements of the alloy, and any inert gas or mixture of gases that does not contain nitrogen. Is considered. When inert gas is used in the cooling step, the workpiece that is Oite processed in the method of the present invention, when either using other cooling gas or cooling step, are performed using other methods It has been surprisingly found that it has a corrosion resistance that is even better than that obtained. In particular, nitrogen-containing gases are believed to promote the formation of nitrides when cooling is performed in a nitrogen-containing gas compared to cooling in an inert gas, and therefore use an inert gas. A more robust and flexible method with a cooling step is provided. The partial pressure of nitrogen during treatment at temperature T1 determines the solid solubility of nitrogen. Therefore, when the partial pressure of nitrogen during treatment at temperature T1 increases, the effect of cooling in an inert gas containing no nitrogen is obtained. Become more prominent. In addition, cooling in a nitrogen-free inert gas may have a cooling time longer than 60 seconds, but preferably the cooling is performed in a nitrogen-free inert gas in less than 30 seconds, for example, less than 10 seconds. To be implemented.

特定の実施形態において方法はさらに、不動態合金の冷間変形された加工物内の膨張オーステナイトおよび/または膨張マルテンサイトの形成をもたらす。このように、方法は、不動態合金中に炭化物および/または窒化物が形成される温度よりも低い、少なくとも300℃の温度T2において窒素および/または炭素を加工物に固溶させる後続の第2のステップをさらに含んでもよい。 In certain embodiments, the method further results in the formation of expanded austenite and / or expanded martensite within the cold deformed workpiece of the passive alloy. Thus, the method is lower than the temperature at which carbides and / or nitrides are formed in the passivation alloy, subsequent to Ru a solid solution of nitrogen and / or carbon into the workpiece at a temperature T2 of at least 300 ° C. The Two steps may be further included.

窒化物の溶解温度よりも高い温度において窒素を加工物に固溶させる第1のステップは、低温硬化の前に材料の再結晶化アニーリングだけを行なう場合と比較してステンレス鋼などの不動態合金のコア強度をかなり改良する。窒素の高温固溶は、合金のオーステナイト化温度を超える温度、例えば少なくとも1050℃またはそれを超える温度且つ合金の融点よりも低い温度で行なわれる。この高温窒化の強化効果は、驚くべきことに、加工物が窒化中に高温に維持される間、冷間変形がなくなることによって生じた強度の損失を補償するために十分である。さらに、高温窒化によって、窒化物および/または炭化物の形成に伴う問題を生じずに通常よりも高い温度において低温硬化を実施することができ、また、後続の表面低温硬化プロセスにおいて材料上の不動態表面を活性化することがより容易になる。したがって、硬化領域の形成が促進される。さらに、窒素が固溶体に存在するので、より良い腐蝕特性が得られる。 First step of Ru is dissolved nitrogen to the workpiece at a temperature higher than the melting temperature of the nitride passivation, such as when compared to stainless steel which performs only recrystallization annealing of the material in front of the low temperature cure It significantly improves the core strength of the alloy. The high temperature solid solution of nitrogen is performed at a temperature above the austenitizing temperature of the alloy, such as at least 1050 ° C. or above and below the melting point of the alloy. This strengthening effect of high temperature nitriding is surprisingly sufficient to compensate for the loss of strength caused by the absence of cold deformation while the workpiece is maintained at a high temperature during nitriding. In addition, high temperature nitridation allows low temperature curing to be performed at temperatures higher than normal without the problems associated with nitride and / or carbide formation, and the passivity on the material in subsequent surface low temperature curing processes. It becomes easier to activate the surface. Therefore, formation of a hardened region is promoted. Furthermore, better corrosion properties are obtained because nitrogen is present in the solid solution.

窒素の高温固溶の後に、低温窒化、浸炭または軟窒化を実施することによって不動態合金の硬化の著しい改良を得ることができる。膨張オーステナイトまたは膨張マルテンサイトが形成される場合がある任意の不動態合金が本発明に妥当であり、ステンレス鋼、特に冷間変形されたオーステナイト系ステンレス鋼が好ましい。 A significant improvement in the hardening of the passive alloy can be obtained by performing low temperature nitriding, carburizing or soft nitriding after high temperature solid solution of nitrogen. Any passive alloy that may form expanded austenite or expanded martensite is suitable for the present invention, and stainless steel, particularly cold deformed austenitic stainless steel, is preferred.

窒素および/または炭素の任意選択の後続の低温固溶は、不動態合金中に炭化物および/または窒化物が形成される温度よりも低い温度、例えばプロセスに応じて450〜550℃未満で行なわれ、後続のステップにおいて、塑性変形を含まないが塑性変形された加工物と同レベルの強度を有する材料上で実施されてもよい。これは、鋭敏化のリスクがかなり低減されることを意味する。ステンレス鋼の固溶体に窒素および任意選択により炭素が存在することによって、炭素/窒素含有量の増加と共に窒素および炭素の拡散係数が増加するので、先行技術の方法を使用して得ることができるよりも速い低温プロセスがもたらされることがさらに見出された。したがって、特定の実施例において不動態合金は、窒素および/または炭素を含有するステンレス鋼である。 The optional subsequent low temperature solid solution of nitrogen and / or carbon is performed at a temperature lower than the temperature at which carbides and / or nitrides are formed in the passive alloy, for example, below 450-550 ° C., depending on the process. Subsequent steps may be performed on a material that does not include plastic deformation but has the same level of strength as the plastically deformed workpiece. This means that the risk of sensitization is considerably reduced. The presence of nitrogen and optionally carbon in the solid solution of stainless steel increases the diffusion coefficient of nitrogen and carbon with increasing carbon / nitrogen content, so that it can be obtained using prior art methods. It has further been found that a fast low temperature process results. Thus, in certain embodiments, the passive alloy is stainless steel containing nitrogen and / or carbon.

本発明によって不動態材料、そして特にステンレス鋼、さらに強く冷間変形された構成材の低温硬化を、材料の鋭敏化を生じずに且つ強度の低下を伴わずに実施することができる。本発明の方法によって処理された冷間変形された材料は、処理されない材料よりもかなり良い耐蝕性を得ることができる。行なわれた実験は、窒素および任意選択により炭素をステンレス鋼に高温において、典型的に1050℃超において固溶させることによって得られる強度が、(コア)強度または基材支承能力をもたらす場合があり、それは、窒化中に高温に加熱して維持する間、冷間変形が再結晶化によって除かれる時に生じる強度の低下を補償するために十分であることを示す。すなわち、冷間変形から得られた強度は低下するが、この低下は、窒素および任意選択により炭素によって固溶硬化することにより得られた強度によって補償される。比較的少量の窒素でさえも、強度の著しい増加を生じて支承能力をもたらし、それは耐摩耗性膨張オーステナイトのために必要である。 According to the invention, low temperature hardening of passive materials, and in particular stainless steel, and more strongly cold deformed components, can be carried out without causing material sensitization and without loss of strength. Cold deformed materials treated by the method of the present invention can obtain significantly better corrosion resistance than untreated materials. The experiments carried out, the carbon by nitrogen and optionally at elevated temperature in a stainless steel, the strength obtained by Rukoto typically a solid solution at 1050 ° C. than is may result in (core) strength or substrate bearing capacity It shows that while heating and maintaining at high temperatures during nitridation, cold deformation is sufficient to compensate for the strength reduction that occurs when recrystallization is removed. That is, the strength obtained from cold deformation is reduced, but this reduction is compensated by the strength obtained by solid solution hardening with nitrogen and optionally carbon. Even relatively small amounts of nitrogen cause a significant increase in strength and provide bearing capacity, which is necessary for wear resistant expanded austenite.

本発明の方法は、冷間変形された部材と少なくとも同じ強度を有すると共に同時により良い耐蝕性を有する製造部材を提供し、さらに、実施するためにより少ない時間で済むという利点を提供する。   The method of the present invention provides a manufacturing member that has at least the same strength as a cold deformed member and at the same time has better corrosion resistance, and further provides the advantage of less time to implement.

温度T1においておよび任意選択の温度T2における固溶は、任意の適切な技術を使用して実施されてもよい。例えば温度T1においておよび温度T2における固溶は、ガスプロセスにおいて、例えば窒素を含有するガス、例えばアンモニア、好ましくはNを使用して実施されてもよい。また、固溶は、イオン注入、塩浴またはプラズマを使用して実施されてもよい。温度T1および温度T2における固溶はガスを使用して実施されるのが好ましいが、その理由は、これが安価で効率的な解決策だからであり、また、あらゆるタイプの幾何学形状を一様に処理することができ、そして良い温度均一性があるからである。さらに、ガスプロセスの使用は、熱力学の法則の枠組み内にあることを意味し、それは、非常によく制御された加工条件があることを意味する。さらに、驚くべきことだが本発明の高温プロセスは、低温プロセスにおいてガスを使用して表面を活性化するのをより容易にすることが見出されたので、ガスを使用することは利点である。したがって、高温固溶の後に不動態材料上に見出される、不浸透性酸化物層(不動態層)を除去するのがいっそう容易である。これは、高温において固溶される窒素および任意選択による炭素の存在によると思われる。 The solid solution at temperature T1 and at optional temperature T2 may be performed using any suitable technique. For example a solid solution in and the temperature T2 at the temperature T1, in a gas process, a gas containing, for example, nitrogen, such as ammonia, preferably may be carried out using N 2. Solid solution may also be performed using ion implantation, salt bath or plasma. The solid solution at temperatures T1 and T2 is preferably carried out using a gas because it is an inexpensive and efficient solution, and all types of geometries are uniformly distributed. It can be processed and has good temperature uniformity. Furthermore, the use of a gas process means that it is within the framework of the laws of thermodynamics, which means that there are very well controlled processing conditions. Furthermore, surprisingly, the use of gas is an advantage since the high temperature process of the present invention has been found to make it easier to activate the surface using gas in the low temperature process. It is therefore easier to remove the impermeable oxide layer (passive layer) found on the passive material after high temperature solid solution . This is believed to be due to the presence of nitrogen and optionally carbon that is dissolved at high temperatures.

任意選択の低温プロセスが高温プロセスの直後に実施されてもよいが、これは必須ではない。また、時間および場所にずれがある2つのプロセスを実施することが可能である。これらのプロセス同士が、冷却ステップを第1および第2の固溶ステップの間に有してすぐ後に実施される場合、表面の不動態化が生じるのを避けることができ、したがって、低温プロセスの前の活性化は不必要である。したがって、本発明はまた、高温プロセスと低温プロセスとの実施の間に表面の不動態化/活性化がなく温度T2における固溶が、温度T1からの冷却の直後に行なわれる実施例に関する。これは同じ炉内で行なわれてもよい。ガスを使用するとき、低温プロセスにおいて使用するための窒素および/または炭素を含有する関連ガスは、材料が温度T2に冷却されるとすぐに供給されてもよい。しかしながら、冷却は有利には、冷却中に窒素が一切存在せずアルゴンを使用して行なわれる。ガス加工を使用する利点は、低温プロセスで温度T2において表面を活性化しないガスを使用できることである。この実施例の他の利点は、それによって硬化プロセスがより安価で迅速に行なえることである。 An optional low temperature process may be performed immediately after the high temperature process, but this is not required. It is also possible to implement two processes with time and location shifts. If these processes are carried out immediately after having a cooling step between the first and second solid solution steps, surface passivation can be avoided and thus low temperature process Prior activation is unnecessary. Therefore, the present invention also relates to an embodiment in which there is no surface passivation / activation between the implementation of the high temperature process and the low temperature process and the solid solution at temperature T2 takes place immediately after cooling from temperature T1. This may be done in the same furnace. When using a gas, the relevant gas containing nitrogen and / or carbon for use in a low temperature process may be supplied as soon as the material is cooled to temperature T2. However, the cooling is advantageously performed using argon with no nitrogen present during cooling. The advantage of using gas processing is that a gas that does not activate the surface at temperature T2 in a low temperature process can be used. Another advantage of this embodiment is that it makes the curing process cheaper and faster.

本発明の方法の利点は、窒素が固溶体に存在するので、より良い腐蝕特性が得られることである。炭素の固溶は腐蝕特性を変化させない。構成材が窒素で完全に飽和される場合、材料は窒素含有合金であると考えられてもよい。これはしばしば、薄肉加工物について、例えば4mmまでの材料厚さ、例えば2〜4mmの厚さを有する加工物についての場合であり、それは本発明の方法によって処理される。したがって、本発明の方法によって処理されるステンレス鋼加工物は、低温プロセスによって処理されるにすぎない加工物と比較して、はるかに良い耐蝕性を有する(実施例を参照)。本発明の態様は、本発明の方法によって処理された冷間変形された金属または合金の薄肉構成材、または加工物に関する。 An advantage of the method of the present invention is that better corrosion properties are obtained because nitrogen is present in the solid solution. The solid solution of carbon does not change the corrosion characteristics. If the component is fully saturated with nitrogen, the material may be considered a nitrogen-containing alloy. This is often the case for thin-walled workpieces, for example for workpieces having a material thickness of up to 4 mm, for example 2-4 mm, which are treated by the method of the invention. Thus, stainless steel workpieces processed by the method of the present invention have much better corrosion resistance compared to workpieces that are only processed by a low temperature process (see Examples). Aspects of the invention relate to cold-deformed metal or alloy thin-walled components or workpieces processed by the method of the invention.

薄肉構成材のために、材料は高温プロセスによって窒素で完全に飽和されてもよい。厚い材料において数ミリメートルまでの表面領域、例えば約5mmまでの表面領域は、窒素が固溶体にある場所に得られる場合がある。両方の場合において材料の支承能力は増加され、冷間変形によって得られる場合がある支承能力に匹敵する。本発明の実施例において、それは、約10mmまでの厚さを有する加工物が窒素で完全に飽和されることを可能にし、特に強い加工物が得られるようにする。一般的には、この方法は、少なくとも5μmの膨張オーステナイトまたは膨張マルテンサイトの厚さが加工物において得られるようにし、膨張オーステナイト領域または膨張マルテンサイト領域の硬度は少なくとも1000 HV、例えば1050 HV超である。   For thin-walled components, the material may be fully saturated with nitrogen by a high temperature process. In thick materials, surface areas up to several millimeters, for example up to about 5 mm, may be obtained where nitrogen is in solid solution. In both cases, the bearing capacity of the material is increased and is comparable to the bearing capacity that may be obtained by cold deformation. In embodiments of the invention, it allows a workpiece having a thickness of up to about 10 mm to be fully saturated with nitrogen, so that a particularly strong workpiece is obtained. Generally, this method allows an expanded austenite or expanded martensite thickness of at least 5 μm to be obtained in the workpiece, wherein the expanded austenite or expanded martensite region has a hardness of at least 1000 HV, for example greater than 1050 HV. is there.

この方法は、温度T2における固溶が、温度T1における固溶から冷却直後に表面の不動態化の発生を伴わずに行なわれるステップをさらに含んでもよい。特定の実施例において、関連合金について、窒化物および/または炭化物など、析出物の鋭敏化および形成の傾向が最も大きい温度間隔において、温度T1における第1の固溶プロセスの後に冷却が特に急速に、例えば60秒以下の時間で行なわれる。ステンレス鋼についてはこれは特に、材料が急速に冷却されなければならない場合、900℃〜700℃の間隔で行なわれることが見出された。一実施形態において加工物は、60秒未満で900℃から700℃に冷却される。好ましい実施形態において加工物は、30秒未満で900℃から700℃に冷却される。それによって炭化物および/または窒化物の形成は実質的に避けられこれらはクロムなどのステンレス鋼中の合金元素と反応し得るので、これは利点である。固溶体からの合金元素の消耗および窒化物および/または炭化物としてのこれらの結合は抑制され、耐蝕性は維持される。 The method may further include a step in which the solid solution at the temperature T2 is performed without generating surface passivation immediately after cooling from the solid solution at the temperature T1. In a particular embodiment, the cooling is particularly rapid after the first solid solution process at temperature T1 in the temperature intervals where the related alloys are most prone to sensitization and formation of precipitates, such as nitrides and / or carbides. For example, the time is 60 seconds or less. For stainless steel, this has been found to occur at intervals between 900 ° C. and 700 ° C., particularly when the material must be cooled rapidly. In one embodiment, the workpiece is cooled from 900 ° C. to 700 ° C. in less than 60 seconds. In a preferred embodiment, the workpiece is cooled from 900 ° C. to 700 ° C. in less than 30 seconds. This is an advantage because carbide and / or nitride formation is thereby substantially avoided and these can react with alloying elements in stainless steel such as chromium. The consumption of alloying elements from the solid solution and their bonding as nitrides and / or carbides are suppressed and the corrosion resistance is maintained.

一般的には、本発明の方法の特徴は自由に組合せられてもよく、全てのこのような組合せが本発明において予想される。例えば、方法が温度T2における第2の固溶ステップを含む時にも、温度T1における第1の固溶ステップについて考察された全ての特徴および変型は妥当である。同様に、不動態合金中に炭化物および/または窒化物が形成される温度よりも低い、温度T2において加工物に窒素および/または炭素を固溶させる後続のステップについて考察された全ての特徴は、温度T1における第1の固溶ステップおよび不活性ガス中での冷却についての特徴の任意の組合せについて妥当である。 In general, the features of the method of the invention may be freely combined and all such combinations are contemplated in the present invention. For example, all features and variations discussed for the first solid solution step at temperature T1 are valid even when the method includes a second solid solution step at temperature T2. Similarly, lower than the temperature at which carbides and / or nitrides are formed in the passivation alloy, all of the features discussed for the subsequent step of Ru is dissolved nitrogen and / or carbon into the workpiece at temperature T2 It is reasonable for any combination of features for the first solid solution step at temperature T1 and cooling in an inert gas.

別の態様において本発明は、本発明の方法によって固溶硬化された部材に関する。任意の加工物がこの方法おいて処理されてもよいが、これによって、得られた部材は窒素で完全に飽和されるので、加工物が約10mmまでの厚さを有するのが好ましい。本発明の方法によって固溶硬化された部材を任意の技術分野において使用してもよい。特定の関連分野は、医療、食品、自動車、化学、石油化学、製薬、船舶、パッケージ、腕時計、刃物類/食器類、医用、エネルギー、パルプと紙、鉱業または廃水技術の技術領域において使用するための部材を含む。特定の目的の部材は、弁(蝶型弁、玉弁、制御弁)、ステアリングボルト、ナット、ワッシャー、ファスナー、ノズル、ポンプ、機械部品、半導体ASML、フェルール部品、玉軸受およびベアリングゲージ、空圧部品、膜等を含む。 In another aspect, the invention relates to a member that has been solid solution hardened by the method of the invention. Any workpiece may be Oite processed in this way, but this, since the resultant member is fully saturated with nitrogen, the workpiece preferably has a thickness of up to about 10 mm. The member that has been solid solution hardened by the method of the present invention may be used in any technical field. Specific relevant fields are for use in the technical areas of medicine, food, automobile, chemical, petrochemical, pharmaceutical, marine, package, watch, cutlery / tableware, medical, energy, pulp and paper, mining or wastewater technology Including the member. Specific purpose components include valves (butterfly valves, ball valves, control valves), steering bolts, nuts, washers, fasteners, nozzles, pumps, mechanical parts, semiconductor ASML, ferrule parts, ball bearings and bearing gauges, pneumatic pressure Includes parts, membranes, etc.

さらなる態様において本発明は、本発明による方法によって固溶硬化された部材に関し、そこで部材は、弁部品または弁において使用される部品である。 In a further aspect, the present invention relates to a member solid solution hardened by the method according to the present invention, wherein the member is a valve component or a component used in a valve.

さらなる態様において本発明は、本発明による方法によって固溶硬化された部材に関し、そこで部材は、紙またはメモ用紙を保持するためのクリップ、標識板、ホルダー、箱の蓋、刃物類、腕時計、またはハンドルと一緒に取り付けられたプレートもしくはランプの一部を形成するプレートなどの設計目標の外表面積を形成する。 In a further aspect, the present invention relates to a member which has been solid solution hardened by the method according to the present invention, wherein the member is a clip, sign board, holder, box lid, cutlery, watch or handle for holding paper or note paper. To form a design target outer surface area, such as a plate attached together with, or a plate that forms part of a lamp.

さらなる態様において本発明は、本発明による方法によって固溶硬化された部材に関し、そこで部材は軸受の一部、例えば玉軸受の部品、ころ軸受の部品、または軸受保持器である。 In a further aspect, the invention relates to a member that has been solid solution hardened by the method according to the invention, wherein the member is a part of a bearing, for example a part of a ball bearing, a part of a roller bearing or a bearing cage.

さらなる態様において本発明は、本発明による方法によって固溶硬化された部材に関し、そこで部材は、医療機器、もしくは医療器具、もしくは歯科用機器、もしくは歯科用器具の一部であるか、または医療器具もしくは歯科用器具である。 In a further aspect, the present invention relates to a member solid solution hardened by the method according to the invention, wherein the member is a medical device, or a medical device, or a dental device, or a part of a dental device, or a medical device. Or a dental instrument.

さらなる態様において本発明は、本発明による方法によって固溶硬化された部材に関し、そこで部材は、プレート、ノズル、シム、管、またはグリッドなどの製剤装置の一部である。 In a further aspect, the present invention relates to a member solid solution hardened by the method according to the present invention, wherein the member is part of a formulation device such as a plate, nozzle, shim, tube or grid.

さらなる態様において本発明は、本発明による方法によって固溶硬化された部材に関し、そこで部材は車の一部、例えばプレート、排気装置の部品、フィルター部品、エンジン部品、装備品、ハンドル、または装飾表面を有する部品である。 In a further aspect, the present invention relates to a member that has been solid solution hardened by the method according to the invention, wherein the member is a part of a vehicle, such as a plate, an exhaust part, a filter part, an engine part, an equipment, a handle, or a decorative surface. It is a part having.

図1は、窒素含有オーステナイト系ステンレス鋼の恒温変態図(TTT図)を示す。FIG. 1 shows a constant temperature transformation diagram (TTT diagram) of nitrogen-containing austenitic stainless steel. 図2aは、一組のロックワッシャーを示す。FIG. 2a shows a set of lock washers. 図2bは、ボルトおよびナットを有する一組のロックワッシャーを示す。FIG. 2b shows a set of lock washers with bolts and nuts. 図3は、2つの先行技術の方法において処理されたロックワッシャーの顕微鏡写真を示す。FIG. 3 shows photomicrographs of lock washers processed in two prior art methods. 図4は、2つの先行技術の方法において処理されたロックワッシャーの顕微鏡写真を示す。FIG. 4 shows micrographs of lock washers processed in two prior art methods. 図5は、2つの先行技術の方法において処理されたAISI 316の試料の顕微鏡写真を示す。FIG. 5 shows micrographs of samples of AISI 316 processed in two prior art methods. 図6は、2つの先行技術の方法において処理されたAISI 304の試料の顕微鏡写真を示す。FIG. 6 shows micrographs of samples of AISI 304 processed in two prior art methods. 図7は、先行技術の方法においておよび本発明の方法によって処理されたステンレス鋼の硬度プロファイルを示す。FIG. 7 shows the hardness profile of stainless steel treated in the prior art method and by the method of the present invention. 図8は、本発明の方法においておよび先行技術の方法において処理されたロックワッシャーを示す。FIG. 8 shows a lock washer treated in the method of the present invention and in the prior art method. 図9は、先行技術の方法(右)においておよび本発明の方法(左)によって処理されたAISI 316の試料の顕微鏡写真を示す。FIG. 9 shows micrographs of samples of AISI 316 processed in the prior art method (right) and by the method of the present invention (left).

定義
本発明の文脈において用語「膨張オーステナイト」および「膨張マルテンサイト」は、それぞれオーステナイトまたはマルテンサイトを記述し、それは、(窒化物または炭化物の形成に対して)窒素または炭素、または窒素および炭素で過飽和されている。膨張オーステナイトおよび膨張マルテンサイトは、窒素膨張したまたは炭素膨張したと規定されてもよく、または膨張は、窒素膨張および炭素膨張したと規定されてもよい。しかしながら、本発明の文脈において「膨張オーステナイト」および「膨張マルテンサイト」は一般に、それぞれ、窒素、炭素または窒素および炭素の任意の組合せで膨張したオーステナイトまたはマルテンサイトを大まかに指す。膨張オーステナイトの概要は、T.L.Christiansen and M.A.J.Somers(2009,Int.J.Mat.Res.,100:1361−1377)によって提供され、その内容を参照によって本明細書に含める。「膨張オーステナイト」または「膨張マルテンサイト」が形成される場合がある任意の合金が本発明の方法のために考えられる。合金が窒素または炭素、または窒素および炭素の固溶に供せられる時に膨張オーステナイトまたは膨張マルテンサイトが合金の表面に形成される場合があり、また、膨張オーステナイトまたは膨張マルテンサイトは、膨張オーステナイトまたは膨張マルテンサイトの「領域」と称されてもよい。本発明の文脈において用語「領域」は、処理される材料の厚さに関連して理解されるべきであり、「領域」は膨張オーステナイトまたは膨張マルテンサイトの厚さに匹敵する。本発明の方法は、少なくとも5μmの膨張オーステナイトまたは膨張マルテンサイトの厚さが加工物において得られるようにする。すなわち、膨張オーステナイトまたは膨張マルテンサイトの厚さは、最大約50μm以上であってもよい。
Definitions In the context of the present invention, the terms “expanded austenite” and “expanded martensite” describe austenite or martensite, respectively, which is nitrogen (for nitride or carbide formation) or nitrogen and carbon. Supersaturated. Expanded austenite and expanded martensite may be defined as nitrogen expanded or carbon expanded, or expansion may be defined as nitrogen expanded and carbon expanded. However, in the context of the present invention, “expanded austenite” and “expanded martensite” generally refer generally to austenite or martensite expanded with nitrogen, carbon or any combination of nitrogen and carbon, respectively. An overview of expanded austenite can be found in T.W. L. Christiansen and M.M. A. J. et al. Provided by Somers (2009, Int. J. Mat. Res., 100: 1361-1377), the contents of which are incorporated herein by reference. Any alloy in which “expanded austenite” or “expanded martensite” may be formed is contemplated for the method of the present invention. Expanded austenite or expanded martensite may form on the surface of the alloy when the alloy is subjected to solid solution of nitrogen or carbon, or nitrogen and carbon, and expanded austenite or expanded martensite may be expanded austenite or expanded. It may also be referred to as a “region” of martensite. The term “region” in the context of the present invention is to be understood in relation to the thickness of the material being processed, and “region” is comparable to the thickness of expanded austenite or expanded martensite. The method of the present invention ensures that a thickness of expanded austenite or expanded martensite of at least 5 μm is obtained in the workpiece. That is, the thickness of expanded austenite or expanded martensite may be up to about 50 μm or more.

本発明の観点から「合金元素」は、合金中の金属構成材または元素、または合金の分析においての任意の構成成分を指す場合がある。特に、本発明の方法に関連している合金は、存在している窒素および炭素それぞれと窒化物および/または炭化物を形成する場合がある元素を含む。本発明の方法は有利には、合金元素の窒化物および炭化物を含有しない表面を提供する。しかしながら、合金は窒化物および/または炭化物を形成し得る単一金属元素だけを含んでもよいことも、本発明において考えられる。また、合金は、例えば半金属元素、金属間元素、または非金属元素などの他の元素を含んでもよい。窒化物および/または炭化物を形成し得る合金元素は典型的に、合金元素との不動態酸化物層の形成のために合金に耐蝕性を提供する金属元素であってもよい。本発明の文脈において使用されるとき用語「窒化物」および「炭化物」は、合金元素と窒素および炭素それぞれとの間に形成された窒化物および炭化物を指す。典型的な窒化物は窒化クロム、CrNまたはCrNであるが、用語「窒化物」および「炭化物」は、クロムの窒化物および炭化物に限定されない。 From the perspective of the present invention, “alloy element” may refer to a metal component or element in an alloy or any component in the analysis of the alloy. In particular, the alloys associated with the method of the present invention include elements that may form nitrides and / or carbides with each of the nitrogen and carbon present. The method of the present invention advantageously provides a surface free of nitrides and carbides of alloying elements. However, it is also contemplated in the present invention that the alloy may include only single metal elements that can form nitrides and / or carbides. The alloy may also contain other elements such as metalloid elements, intermetallic elements, or non-metallic elements. The alloying elements that can form nitrides and / or carbides may typically be metallic elements that provide corrosion resistance to the alloy for the formation of a passive oxide layer with the alloying elements. The terms “nitride” and “carbide” when used in the context of the present invention refer to nitrides and carbides formed between an alloying element and nitrogen and carbon, respectively. Typical nitrides are chromium nitride, CrN or Cr 2 N, but the terms “nitride” and “carbide” are not limited to chromium nitrides and carbides.

合金または金属と関連した用語「不動態(passive)」によって、表面上に酸化物層を有する合金を理解しなければならない。合金は、自己不動態化されるかまたは合金が供されるプロセスの結果として不動態化されるか、どちらでもあり得る。自己不動態化合金の群に属するのは、酸素に対して強い親和力を有する(例えばCr、Ti、V)、このような合金元素を含有する合金などを含めた合金(例えば、本質的に、少なくとも10.5%のCrを含有するFe系合金であるステンレス鋼)である。   By the term “passive” associated with an alloy or metal, an alloy having an oxide layer on the surface must be understood. The alloy can either be self-passivated or passivated as a result of the process in which the alloy is subjected. Belonging to the group of self-passivating alloys are alloys that have a strong affinity for oxygen (eg Cr, Ti, V), including alloys containing such alloy elements (eg, essentially, Stainless steel which is an Fe-based alloy containing at least 10.5% Cr).

用語「冷間変形」(「冷間加工」とも呼ばれる)によって、材料の再結晶化温度より低い温度において外力によって材料に誘起される塑性変形を理解しなければならない。冷間変形は、例えば鍛造、押出、造形、延伸、加圧、または圧延などの実際の可塑的な形状変化によって提供されてもよく、そしてまた、例えば旋削、ミリング、打抜き、研削または磨き等の機械加工によって、またはこれらのプロセスの組合せによって生じさせられてもよい。   By the term “cold deformation” (also referred to as “cold working”), plastic deformation induced in the material by external forces at temperatures below the recrystallization temperature of the material must be understood. Cold deformation may be provided by actual plastic shape changes such as forging, extrusion, shaping, stretching, pressing, or rolling, and also for example turning, milling, stamping, grinding or polishing etc. It may be caused by machining or a combination of these processes.

用語「鋭敏化」によって、窒素または炭素が、例えばステンレス鋼中のクロムのように、表面上に酸化保護膜を形成するために他の場合なら利用される1つまたは複数の合金元素との反応によってそれぞれ、窒化物および炭化物を形成していることが理解されなければならない。鋭敏化が生じるとき、固溶体中のクロムなどの合金元素の自由含有量は、完全な酸化保護膜を維持するためにもはや十分でないレベルに低下され、それは、腐蝕特性が損なわれることを意味する。   By the term “sensitization”, nitrogen or carbon reacts with one or more alloying elements that are otherwise utilized to form an oxidation protection film on the surface, such as chromium in stainless steel, for example. Should be understood to form nitrides and carbides, respectively. When sensitization occurs, the free content of alloying elements such as chromium in the solid solution is reduced to a level that is no longer sufficient to maintain a complete oxidation protection film, which means that the corrosion properties are impaired.

用語「炭化物および/または窒化物の溶解温度」によって、窒化物/炭化物が安定しておらず、すでに形成された窒化物/炭化物が溶解される温度が理解されなければならない。一般的には、窒化物および/または炭化物を形成し得る金属合金元素を含む合金は、窒素および炭素がそれぞれ存在している時に窒化物および/または炭化物が形成される場合がある温度間隔を有する。したがって、この温度間隔を超えると、窒化物および炭化物は形成されず、すでに形成された窒化物/炭化物が溶解される。窒化物または炭化物が存在するとき、すなわち鋭敏化が生じたとき、これらの炭化物は一般に、鋭敏化された金属をオーステナイト化温度を超える温度に暴露することによって除去され得るにすぎない。さらに、このような合金は、窒化物および炭化物が形成されない、この温度間隔より低い温度があるが、合金中にすでに形成された窒化物または炭化物を低温において除去することはできない。   By the term “carbide and / or nitride dissolution temperature”, the temperature at which the nitride / carbide is not stable and the nitride / carbide already formed must be understood is understood. In general, alloys containing metal alloy elements that can form nitrides and / or carbides have a temperature interval in which nitrides and / or carbides may form when nitrogen and carbon are present, respectively. . Therefore, when this temperature interval is exceeded, nitrides and carbides are not formed, and nitrides / carbides already formed are dissolved. When nitrides or carbides are present, ie when sensitization occurs, these carbides can generally only be removed by exposing the sensitized metal to temperatures above the austenitizing temperature. Furthermore, such alloys have temperatures below this temperature interval at which nitrides and carbides are not formed, but nitrides or carbides already formed in the alloys cannot be removed at low temperatures.

「オーステナイト化温度」は典型的に、炭化物を溶解するために合金を熱処理する時に使用される温度であり、したがって「オーステナイト化温度」は、「炭化物の溶解温度」に相当する場合がある。オーステナイト化温度において、合金は、オーステナイト系相にある。合金鋼がフェライトからオーステナイトに相を変化させる温度は典型的に、オーステナイト化温度よりあるていど低い温度である。   “Austenitizing temperature” is typically the temperature used when heat treating an alloy to dissolve carbides, and thus “austenitizing temperature” may correspond to “carbide melting temperature”. At the austenitizing temperature, the alloy is in the austenitic phase. The temperature at which the alloy steel changes phase from ferrite to austenite is typically at or below the austenitizing temperature.

オーステナイト化温度ならびに炭化物および/または窒化物が不動態合金中に形成される温度は一般に当業者に公知である。同様に、それ未満で窒化物または炭化物が形成されない温度は一般に当業者に公知である。さらに合金の融解温度は一般に当業者に公知である。温度は不動態合金の組成に依存する場合があり、さらに、任意の与えられた組成物についてこれらの温度は、当業者によって実験的に容易に決定される。   The austenitizing temperature and the temperature at which carbides and / or nitrides are formed in the passive alloy are generally known to those skilled in the art. Similarly, temperatures below which no nitrides or carbides are formed are generally known to those skilled in the art. Furthermore, the melting temperature of the alloy is generally known to those skilled in the art. The temperature may depend on the composition of the passive alloy, and furthermore, for any given composition, these temperatures are readily determined experimentally by those skilled in the art.

上記の合金含有量は、重量パーセントで表わされる。合金の組成物またはガスの組成物に対して不可避的な不純物もまた、これに具体的に言及しない場合でも、当然存在している場合がある。   The alloy content is expressed in weight percent. Inevitable impurities to the alloy composition or gas composition may also be present, even if not specifically mentioned.

本発明のさらなる説明
図1は、窒素含有オーステナイト系ステンレス鋼の恒温変態図(TTT図)の例を示す。ステンレス鋼は、組成Fe−19Cr−5Mn−5Ni−3Mo−0.024C−0.69Nを有する(J.W.Simmons,PhD thesis,Oregon Graduate Institute of Science and Technology 1993から)。図1において窒化物が形成され始める場合がある温度間隔は、「CrN」によって示される。本発明の方法において、不動態合金に窒素を固溶させるステップは、オーステナイト化温度を超える温度T1においてこのように実施され、加工物は、窒素を含有しない不活性ガス中の不動態合金中に炭化物および/または窒化物が形成される温度よりも低い温度に冷却される。方法は、窒化物および/または炭化物が形成され得る温度間隔よりも低い温度T2において実施される、窒素および/または炭素を固溶させる第2のステップを含んでもよい。したがって、温度T1は温度T2よりも高い。加工物は、例えば温度T1における第1の固溶ステップの後、例えば60秒の時間範囲内に、不動態合金中に炭化物および/または窒化物が形成される温度よりも低い温度に冷却される。したがって、加工物の不動態合金は、窒化物および/または炭化物の形成に対して安定化され、次に、任意選択の第2の固溶ステップが所望により実施されてもよい。また、オーステナイト化温度は、本発明の文脈において「高い」温度と称されてもよい。同様に、炭化物および/または窒化物が形成される温度よりも低い温度も、「低い」温度と称される。
Further Description of the Invention FIG. 1 shows an example of a constant temperature transformation diagram (TTT diagram) of a nitrogen-containing austenitic stainless steel. Stainless steel has the composition Fe-19Cr-5Mn-5Ni-3Mo-0.024C-0.69N (from JW Simmons, PhD thesis, Oregon Graduate Institute of Science and Technology 1993). The temperature interval at which nitride may begin to form in FIG. 1 is indicated by “Cr 2 N”. In the method of the present invention, the step of Ru nitrogen is a solid solution passivation alloy is thus carried out at a temperature T1 greater than the austenitizing temperature, the workpiece, passivating alloy in an inert gas containing no nitrogen At a temperature lower than the temperature at which carbides and / or nitrides are formed. The method may include the second step of Ru is dissolved is carried out at a lower temperature T2 than the temperature interval nitrides and / or carbides may be formed, nitrogen and / or carbon. Therefore, the temperature T1 is higher than the temperature T2. The workpiece is cooled to a temperature lower than the temperature at which carbides and / or nitrides are formed in the passive alloy, for example within a time range of 60 seconds after the first solid solution step at temperature T1, for example. . Thus, the passive alloy of the workpiece is stabilized against nitride and / or carbide formation, and then an optional second solid solution step may be performed if desired. An austenitizing temperature may also be referred to as a “high” temperature in the context of the present invention. Similarly, temperatures below the temperature at which carbides and / or nitrides are formed are also referred to as “low” temperatures.

本発明の方法は、不動態合金に窒素および/または炭素を固溶させるステップを含む。また、窒素を固溶させるステップは「窒素の固溶」または「窒化」と称せられてもよく、炭素を固溶させる同様なステップは、「炭素の固溶」または「浸炭」と称せられてもよい。窒素および炭素の両方が同じプロセスにおいて固溶されるとき、ステップは「軟窒化」と称せられてもよい。 The method of the present invention comprise Ru a solid solution of nitrogen and / or carbon passivation alloy. Further, the step of Ru is dissolved nitrogen may be called a "solid solution of nitrogen" or "nitride", similar steps Ru is solid-dissolved carbon is called a "solid solution of carbon" or "carburizing" May be. When both nitrogen and carbon are dissolved in the same process, the step may be referred to as “soft nitriding”.

特定の態様において本発明は、本発明の方法によって固溶硬化された部材に関する。本発明の文脈において、「処理された」は、広く理解されるべきである。特に、用語「処理された」は、本発明の方法が部材の製造において使用されたことを意味する。したがって、本発明はまた、本発明の方法を使用して製造された部材に関し、用語「おいて処理された」および「を使用して製造された」は、交換可能に使用されてもよい。本発明の方法は、部材の製造において最後のステップであってもよく、もしくはこの方法によって処理された部材はまた、さらなる加工ステップに供せられて、最終部材を提供してもよい。 In a particular embodiment, the present invention relates to a member that has been solid solution hardened by the method of the present invention. In the context of the present invention, “processed” should be broadly understood. In particular, the term “treated” means that the method of the invention has been used in the manufacture of parts. Thus, the present invention also relates to components manufactured using the method of the present invention, and the terms “processed in” and “manufactured using” may be used interchangeably. The method of the present invention may be the last step in the manufacture of the member, or the member processed by this method may also be subjected to further processing steps to provide the final member.

本発明の文脈において「薄肉構成材」は、本発明の方法において構成材が窒素および/または炭素で完全に飽和されることを可能にする大きさの構成材である。したがって、「薄肉構成材」は、例えばその最小寸法において、約10mm(を含める)までの材料厚さ、例えば約2mm〜約4mmの厚さまたは0.2mm〜8mmの範囲の厚さ、または0.4mm〜6mmの範囲の厚さ、または0.5mm〜5mmの範囲の厚さ、または1.5mm〜4.5mmの範囲の厚さを有してもよい。本方法は、任意の薄肉構成材と共に使用されてもよい。   A “thin component” in the context of the present invention is a component of a size that allows the component to be fully saturated with nitrogen and / or carbon in the process of the present invention. Thus, a “thin component” is, for example, in its smallest dimension, a material thickness of up to about 10 mm (including), for example a thickness of about 2 mm to about 4 mm or a thickness in the range of 0.2 mm to 8 mm, or 0 It may have a thickness in the range of 4 mm to 6 mm, or a thickness in the range of 0.5 mm to 5 mm, or a thickness in the range of 1.5 mm to 4.5 mm. The method may be used with any thin component.

上記の目的の1つまたは複数が得られる新規なおよび独自の方法は、少なくとも10%のクロムを含有する不動態合金の冷間変形された加工物を固溶硬化するための方法を提供することによって得られ、この方法は、
− 炭化物および/または窒化物の溶解温度より高く不動態合金の融点より低い温度T1において少なくとも窒素を加工物に固溶させるステップであって、温度T1において窒素の固溶を実施して50μm〜5mmの範囲の拡散の深さを得るステップと、
− 加工物を、温度T1における固溶ステップの後に不動態合金中に炭化物および/または窒化物が形成される温度よりも低い温度に冷却するステップであって、冷却ステップが、窒素を含有しない不活性ガス中で行なわれるステップと
を含む。本方法は、不動態合金中に炭化物および/または窒化物が形成される温度よりも低い、少なくとも300℃の温度T2において窒素および/または炭素を加工物に固溶させる後続の第2のステップをさらに含んでもよい。
A novel and unique method that provides one or more of the above objectives provides a method for solution hardening a cold deformed workpiece of a passive alloy containing at least 10% chromium This method obtained by
- a step of Ru a solid solution at least nitrogen in the workpiece at a lower temperature T1 than the melting point of the higher passivating alloy than the dissolution temperature of the carbides and / or nitrides, to implement a solid solution of nitrogen at a temperature T1 50 m to Obtaining a diffusion depth in the range of 5 mm;
-Cooling the workpiece to a temperature below the temperature at which carbides and / or nitrides are formed in the passive alloy after the solid solution step at temperature T1, wherein the cooling step does not contain nitrogen. Performed in an active gas. This method is lower than the temperature at which carbides and / or nitrides are formed in the passivation alloy, subsequent second step of Ru is dissolved nitrogen and / or carbon into the workpiece at a temperature T2 of at least 300 ° C. May further be included.

本発明はステンレス鋼および同等の合金に特に適しており、そこで膨張オーステナイトまたはマルテンサイトを低温固溶プロセスにおいて得ることができる。一般的には、クロムを含む鉄、ニッケルおよび/またはコバルト系合金は、この方法に関連している。クロム含有量は変化してもよく、例として約10%までであってもよい。他の実施例においてクロム含有量は約10%または少なくとも10%であってもよい。したがって、本発明は一実施例において、ステンレス鋼の冷間変形された加工物の固溶硬化のための方法に関する。窒素および任意選択により炭素も、ステンレス鋼のオーステナイト化温度よりも高い温度において、例えば、クロムなどの当該合金元素の炭化物および/または窒化物の溶解温度よりも高い温度においてステンレス鋼に固溶され得る。比較的少量の窒素でも、強度の著しい増加をもたらして耐荷力を生じるが、それは耐摩耗性膨張オーステナイトのために必要である。本発明の実施例において膨張オーステナイト領域または膨張マルテンサイト領域の硬度は少なくとも1000 HVである。 The present invention is particularly suitable for stainless steel and equivalent alloys, where expanded austenite or martensite can be obtained in a low temperature solid solution process. In general, chromium-containing iron, nickel and / or cobalt-based alloys are associated with this method. The chromium content may vary, for example up to about 10%. In other examples, the chromium content may be about 10% or at least 10%. Accordingly, the present invention, in one embodiment, relates to a method for solid solution hardening of a stainless steel cold deformed workpiece. Carbon by nitrogen and optionally also at temperatures higher than the austenitizing temperature of the stainless steel, for example, it may be dissolved in a stainless steel at a temperature higher than the melting temperature of the carbides and / or nitrides of the alloying elements such as chromium . Even a relatively small amount of nitrogen results in a significant increase in strength resulting in load bearing capacity, which is necessary for wear resistant expanded austenite. In an embodiment of the present invention, the hardness of the expanded austenite region or the expanded martensite region is at least 1000 HV.

本発明の実施例においてステンレス鋼はオーステナイト系鋼である。この材料は、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼と比べて比較的軟質である。したがって窒素および任意選択により炭素が高温プロセスにおいて固溶されることはこの材料にとって特に有利である。それによって、オーステナイト系鋼は、冷間変形が妨げられる時に生じる、強度の損失を補償するために十分なコア強度をとること、次いで、窒化物および/または炭化物などの析出による問題を生じずに低温において窒素および/または炭素を固溶させることが可能となる。本発明のさらなる実施例において不動態合金は、ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライトステンレス鋼、析出硬化性(PH)ステンレス鋼またはフェライト−オーステナイト系ステンレス鋼を含む群から選択され、フェライト−オーステナイト系ステンレス鋼はまた、二相ステンレス鋼と称されてもよい。 In the embodiment of the present invention, the stainless steel is an austenitic steel. This material is relatively soft compared to, for example, martensitic stainless steel. Therefore, it is particularly advantageous for this material that nitrogen and optionally carbon are dissolved in the high temperature process. Thereby, the austenitic steel has sufficient core strength to compensate for the strength loss that occurs when cold deformation is prevented, and then without problems due to precipitation of nitrides and / or carbides, etc. it is possible to Rukoto is dissolved nitrogen and / or carbon at low temperature. In a further embodiment of the invention, the passive alloy is selected from the group comprising stainless steel, austenitic stainless steel, martensitic stainless steel, ferritic stainless steel, precipitation hardenable (PH) stainless steel or ferrite-austenite stainless steel. Ferritic-austenitic stainless steel may also be referred to as duplex stainless steel.

高温プロセスにおいてステンレス鋼に固溶される窒素および任意選択により炭素の含有量は典型的に1重量%未満であるが、必要ならば、もっと高くてもよい。これは、ガスプロセスにおいて例えばNのより高い分圧の形態で、より高い窒素および任意選択により炭素活性を適用することによって得られてもよい。低温固溶においてステンレス鋼中に得られる窒素および/または炭素の含有量は、それぞれ14重量%および6重量%もある場合がある。 The content of nitrogen and optionally carbon dissolved in stainless steel in high temperature processes is typically less than 1% by weight, but can be higher if necessary. This is in the form of a higher partial pressure of for example N 2 in gas process, it may be obtained by applying a higher nitrogen and optionally by a carbon activity. The nitrogen and / or carbon content obtained in stainless steel in low temperature solid solution may be as much as 14% by weight and 6% by weight, respectively.

好ましい実施例において窒素および/または炭素の上記の固溶は、窒素および任意選択により炭素を含有するガスを使用して温度T1において行なわれるが、それはまた、イオン注入、プラズマ補助または塩浴によって行なわれてもよい。好ましい実施例においてNなどの窒素含有ガスが使用される。ガスの圧力は数バールまでであってもよいが、また、1バール未満、例えば0.1バールであってもよい。あらゆるタイプの幾何学形状を一律に処理してもよく十分な温度均一性があるので、ガスを使用するのが有利である。 In a preferred embodiment, the above solid solution of nitrogen and / or carbon is performed at temperature T1 using a gas containing nitrogen and optionally carbon, but it is also performed by ion implantation, plasma assistance or a salt bath. May be. In a preferred embodiment, a nitrogen containing gas such as N 2 is used. The pressure of the gas may be up to several bars but may also be less than 1 bar, for example 0.1 bar. It is advantageous to use gas because all types of geometric shapes may be treated uniformly and there is sufficient temperature uniformity.

本発明の実施例において固溶は、ガスを使用して温度T1および温度T2において実施される。ガスは、窒素および/または炭素を含有し、冷却ステップにおいて使用されるガスは、窒素を含有しない不活性ガスである。特定の実施例において温度T2における固溶は、ガス系方法、イオン注入、塩浴またはプラズマを含む群から選択される方法において実施される。 In the embodiment of the present invention, the solid solution is performed at the temperature T1 and the temperature T2 using a gas. The gas contains nitrogen and / or carbon, and the gas used in the cooling step is an inert gas that does not contain nitrogen. In certain embodiments, the solid solution at temperature T2 is performed in a method selected from the group comprising gas-based methods, ion implantation, salt baths or plasmas.

本発明の実施例において50μm〜5mmの拡散の深さが、温度T1において窒素および任意選択により炭素の固溶によって得られる。これは、材料の硬い表面とコアの強化との両方をもたらす。それによって、固溶の深さと同等かまたはその約2倍までの材料厚さを有する薄肉構成材の完全な硬化が得られる場合があり、それは、固溶が通常は加工物の両面から生じるからである。より厚い構成材については、窒素および任意選択により炭素が固溶体にある比較的厚い表面領域が得られる。これは、後続の低温プロセスにおいて表面に形成される、膨張オーステナイト系層の支持体となる。薄肉加工物のために、加工物の完全な窒化/浸炭/軟窒化がこのように得られる場合がある。これが十分に得られない場合でも、耐蝕性、および支承能力に対する厳しい要件が妥当である場合、これらは本発明の方法において大幅に改良されるので、この固溶は、特に薄肉加工物については著しい利点である。 In an embodiment of the invention, a diffusion depth of 50 μm to 5 mm is obtained by solid solution of nitrogen and optionally carbon at temperature T1. This results in both a hard surface of the material and a reinforcement of the core. This may result in complete hardening of the thin-walled component having a material thickness that is equal to or about twice that of the solid solution depth, since the solid solution usually occurs from both sides of the workpiece. It is. For thicker components, a relatively thick surface area is obtained with nitrogen and optionally carbon in solid solution. This provides a support for the expanded austenitic layer that is formed on the surface in a subsequent low temperature process. For thin workpieces, complete nitriding / carburizing / soft nitriding of the workpiece may thus be obtained. Even if this is not fully achieved, this solid solution is significant especially for thin-walled workpieces, since these are greatly improved in the method of the present invention if the stringent requirements for corrosion resistance and bearing capacity are reasonable. Is an advantage.

本発明の実施例において温度T1は1000℃超、例えば少なくとも1050℃であるか、またはそれは、少なくとも1100℃、例えば1120℃または1160℃、少なくとも1200℃、または少なくとも1250℃であってもよい。温度の上限は、処理される材料の融点より低い。ステンレス鋼については融点は約1600℃である。本発明の実施例において温度T1は1600℃未満、例えば1500℃未満、または1400℃未満、例えば1350℃未満である。本発明の実施例において温度T1は、1050〜1300℃の範囲、例えば約1150℃である。温度は、場合によっては材料中に形成される可能性がある、関連炭化物および/または窒化物の溶解温度よりも高いが、しかしながら、処理される材料の融点よりも低いことが重要である。ガスが温度T1における固溶に使用されるとき、使用される温度は、ガス混合物および加えられたガス圧力を考慮して選択されてもよい。 In embodiments of the present invention, the temperature T1 is greater than 1000 ° C., such as at least 1050 ° C., or it may be at least 1100 ° C., such as 1120 ° C. or 1160 ° C., at least 1200 ° C., or at least 1250 ° C. The upper temperature limit is lower than the melting point of the material being processed. For stainless steel, the melting point is about 1600 ° C. In embodiments of the present invention, the temperature T1 is less than 1600 ° C, such as less than 1500 ° C, or less than 1400 ° C, such as less than 1350 ° C. In an embodiment of the present invention, the temperature T1 is in the range of 1050 to 1300 ° C., for example about 1150 ° C. It is important that the temperature is higher than the melting temperature of the relevant carbides and / or nitrides that may possibly form in the material, but lower than the melting point of the material being processed. When gas is used for solid solution at temperature T1, the temperature used may be selected taking into account the gas mixture and the applied gas pressure.

本発明の別の実施例において炭素が温度T2において固溶され、温度T2は浸炭の間550℃未満、好ましくは300〜530℃の範囲である。 In another embodiment of the present invention, carbon is dissolved at temperature T2, which is less than 550 ° C, preferably in the range of 300-530 ° C during carburization.

本発明のさらに別の実施例において窒素は温度T2において固溶され、温度T2は、窒化の間500℃未満、例えば470℃未満、好ましくは300〜470℃の範囲である。 In yet another embodiment of the invention, nitrogen is dissolved at temperature T2, which is less than 500 ° C. during nitridation, such as less than 470 ° C., preferably in the range of 300-470 ° C.

本発明のさらに別の実施例において窒素および炭素は温度T2において固溶され、温度T2は軟窒化の間500℃未満、例えば470℃未満、好ましくは300〜470℃の間の範囲である。 In yet another embodiment of the invention, nitrogen and carbon are dissolved at temperature T2, which is less than 500 ° C. during soft nitriding, for example less than 470 ° C., preferably between 300 and 470 ° C.

本発明の実施例において高温固溶は、温度T1において少なくとも20分間、例えば少なくとも30分間、または少なくとも1時間、または少なくとも1.5時間、または少なくとも2時間または少なくとも3時間、または少なくとも4時間、または少なくとも5時間、または少なくとも10時間または少なくとも15時間実施される。窒化物または炭化物は温度T1において形成されないので、基本的には時間の上限はない。さらに加える処理において材料は、その厚さに応じて、窒素および任意選択により炭素で飽和されてもよく、すなわち完全に窒化または軟窒化されてもよい。 In embodiments of the invention, the high temperature solid solution is at temperature T1 for at least 20 minutes, such as at least 30 minutes, or at least 1 hour, or at least 1.5 hours, or at least 2 hours or at least 3 hours, or at least 4 hours, or Performed for at least 5 hours, or at least 10 hours or at least 15 hours. Since nitride or carbide is not formed at temperature T1, there is basically no upper limit on time. Depending on the thickness of the further processing, the material may be saturated with nitrogen and optionally carbon, ie completely nitrided or soft nitrided.

本発明の実施例において方法は、材料を温度T1における固溶後に周囲温度に冷却するステップを含む。温度T2における第2の固溶ステップが冷却ステップの直後に実施されることが特に好ましい。これは、加工物の不動態化、すなわち酸化物層の形成を避ける。本発明の実施例において冷却は高圧下で、例えば6〜10バールの範囲、例えば7バールにおいてまたは8バールにおいて、または9バールにおいて行なわれる。冷却は、窒素を含有しない不活性ガス中で、例えば貴ガス、例えばヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、またはラドン(Rn)、またはこれらの任意の混合物中で行なわれるが、アルゴンが特に好ましい。別の実施例において冷却は、高圧の、例えば4〜20バールの範囲、例えば6〜10バールの範囲、例えば7バールまたは8バールにおいて、または9バールのアルゴン中で行なわれる。 In an embodiment of the invention, the method includes cooling the material to ambient temperature after solid solution at temperature T1. It is particularly preferable that the second solid solution step at the temperature T2 is performed immediately after the cooling step. This avoids the passivation of the workpiece, i.e. the formation of an oxide layer. In an embodiment of the invention, the cooling is carried out under high pressure, for example in the range of 6 to 10 bar, for example at 7 bar or at 8 bar or at 9 bar. Cooling can be performed in an inert gas that does not contain nitrogen, for example, a noble gas such as helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), or radon (Rn), or Argon is particularly preferred although it is carried out in any of these mixtures. In another embodiment, the cooling is carried out at high pressure, for example in the range 4-20 bar, for example in the range 6-10 bar, for example 7 or 8 bar, or in 9 bar argon.

本発明はさらに、本発明の方法を使用して固溶硬化される、ボルトおよびナットを固定するためのステンレス鋼のロックワッシャー(図2aおよび2bを参照)に関する。ロックワッシャーは比較的薄肉であり、そのため、本発明の方法を使用してロックワッシャーを硬化することによって、ロックワッシャーの強度および耐蝕性の両方の顕著かつ必要な改良が達成される。本発明の実施形態においてロックワッシャーは、ラジアル歯を有する第1の面および反対側の他方の面、カムを有するカム面を有する。ロックワッシャーは、カム同士を互いに接して対にして取り付けて使用され、キーロック効果を得る。それらは、極限振動または動的負荷および例えば塩水などの腐蝕性環境に晒されるボルト組立体を有効に締め付けるために特に適している。したがって、これらのワッシャーの強度および耐蝕性に対して強い要件がある。 The present invention further relates to a stainless steel lock washer (see FIGS. 2a and 2b) for securing bolts and nuts that is solid solution hardened using the method of the present invention. The lock washer is relatively thin, so that significant and necessary improvements in both the strength and corrosion resistance of the lock washer are achieved by curing the lock washer using the method of the present invention. In the embodiment of the present invention, the lock washer has a first surface having radial teeth, the other surface on the opposite side, and a cam surface having a cam. The lock washer is used by attaching the cams in contact with each other to obtain a key lock effect. They are particularly suitable for effectively tightening bolt assemblies that are exposed to extreme vibrations or dynamic loads and corrosive environments such as salt water. Therefore, there are strong requirements for the strength and corrosion resistance of these washers.

本発明は、ステンレス鋼および同等の合金に特に適しており、膨張オーステナイトまたはマルテンサイトを低温固溶プロセスにおいて得ることができる。しかしながら、本発明は事実上、包括的であり、窒素および任意選択により炭素を不動態合金、例えば鉄系合金、コバルト系合金、ニッケル系合金またはクロム系合金に有する高温固溶プロセスであり、それは強度を提供し、また、腐蝕、加工速度および強度に対して改良された低温固溶プロセスを提供する。 The present invention is particularly suitable for stainless steel and equivalent alloys, where expanded austenite or martensite can be obtained in a low temperature solid solution process. However, the invention is inclusive in nature and is a high temperature solid solution process having nitrogen and optionally carbon in a passive alloy, such as an iron-based alloy, cobalt-based alloy, nickel-based alloy or chromium-based alloy, It provides strength and also provides an improved low temperature solid solution process for corrosion, processing speed and strength.

以下の実施例および先行技術の実施例は添付の図面と共に本発明をさらに詳細に説明する。   The following examples and prior art examples illustrate the invention in more detail in conjunction with the accompanying drawings.

先行技術の実施例1
先行技術の2つの方法による冷間変形されたオーステナイト系ステンレス鋼、AISI 316のキーロックワッシャーの硬化
冷間変形されたオーステナイト系ステンレス鋼AISI 316Lの2つの同じキーロックワッシャーを硬化した。図2は、前記キーロックワッシャー2のキーロックワッシャーセット1を示し、これらの使用を図示する。各ワッシャー2は、ラジアル歯4を有する第1の面3と、およびカム6を有する反対側の他方のカム面5とを有する。キーロックワッシャーセット1を使用する間、ワッシャー2は、カム面5が互いに対面して示されるように配置される。2つのキーロックワッシャーは、440℃の温度において窒素および炭素を使用して固溶硬化された。一方のワッシャーは、特許出願第PA201170208号明細書に開示された方法によって、すなわち高温プロセスにおいてそしてその後に低温プロセスにおいて硬化され、他方のワッシャーは、同じ低温プロセス、すなわち先行技術の低温プロセスによって直接に表面硬化された。ワッシャーは光学顕微鏡によって分析された。図3および図4の左側の囲み欄は、大気圧において16時間にわたって440℃の温度の窒素および炭素含有ガスを使用して行なわれた軟窒化プロセスによって表面硬化されただけのワッシャーを示す。窒素含有領域の外面は、部分的に鋭敏化されているようにみえる(窒化クロムの析出)。変形された基材は強く変形されたようにみえ、使用されたエッチング液に明らかに影響されて、微小構造物を生じる。図4は、図3を拡大したものを示す。
Prior art example 1
Hardening of cold deformed austenitic stainless steel, AISI 316 key lock washer by two prior art methods Two identical key lock washers of cold deformed austenitic stainless steel AISI 316L were hardened. FIG. 2 shows a key lock washer set 1 of the key lock washer 2 and illustrates their use. Each washer 2 has a first surface 3 having radial teeth 4 and an opposite cam surface 5 having a cam 6. While using the key lock washer set 1, the washer 2 is positioned such that the cam surfaces 5 are shown facing each other. The two key lock washers were solid solution hardened using nitrogen and carbon at a temperature of 440 ° C. One washer is cured by the method disclosed in patent application PA201170208, i.e. in a high temperature process and subsequently in a low temperature process, while the other washer is directly applied by the same low temperature process, i.e. a prior art low temperature process. Surface cured. The washer was analyzed by light microscopy. The box on the left side of FIGS. 3 and 4 shows a washer that has only been surface hardened by a soft nitriding process performed using nitrogen and carbon containing gases at a temperature of 440 ° C. for 16 hours at atmospheric pressure. The outer surface of the nitrogen-containing region appears to be partially sensitized (chromium nitride precipitation). The deformed substrate appears to be strongly deformed and is clearly affected by the etchant used, resulting in a microstructure. FIG. 4 shows an enlargement of FIG.

図3および図4の右の囲み欄は、特許出願第PA201170208号明細書に開示された方法によって処理されたワッシャーを示す。ワッシャーを1050℃を超える温度の窒素含有雰囲気(Nガス)に暴露し、その後、同じガス中で急速に冷却した。それによって材料は完全にオーステナイト化され、材料は窒素で完全に飽和された。次に、大気圧において16時間にわたって440℃の温度の窒素および炭素含有ガスを使用して行なわれる軟窒化プロセスによってワッシャーが表面硬化され、それによって膨張オーステナイトが少なくとも5μmの厚さを有する領域の表面に形成された。軟窒化された窒素含有領域は鋭敏化されず、基材は明らかに冷間変形を受けなかった。しかしながら、2つのワッシャーの基材硬度(260−300 HV0.5)および表面硬度(1200−1400 HV0.005)は、ほとんど同じである。特許出願第PA201170208号明細書に開示された方法を使用した、ワッシャーの耐蝕性(塩水噴霧室内の暴露時間(ISO9227))は、表面硬化されただけのワッシャーの耐蝕性よりも何倍も良かった(腐蝕が観察されるまでの室内の時間)。特許出願第PA201170208号明細書に開示された方法によって処理されたワッシャーは、400時間後に腐蝕を示さなかったが、他方、直接に低温硬化されたワッシャーは、20時間後にすでに、明らかに目にみえる腐蝕を示した。ワッシャーを1050℃を超える温度の窒素含有雰囲気(Nガス)に暴露し、その後、窒素含有雰囲気中で冷却するのでなく、窒素を含有しない不活性雰囲気、例えばアルゴン中で急速に冷却することによって他の有利な特性を保持したまま耐蝕性のさらなる改良を得ることができる。 The right box in FIG. 3 and FIG. 4 shows the washer processed by the method disclosed in the patent application PA201170208. The washer was exposed to a nitrogen-containing atmosphere (N 2 gas) at a temperature above 1050 ° C. and then rapidly cooled in the same gas. Thereby the material was fully austenitic and the material was completely saturated with nitrogen. The washer is then surface hardened by a soft nitriding process performed using nitrogen and carbon containing gas at a temperature of 440 ° C. for 16 hours at atmospheric pressure, whereby the surface of the region where the expanded austenite has a thickness of at least 5 μm Formed. The soft nitrided nitrogen-containing region was not sensitized and the substrate was clearly not cold deformed. However, the base washes (260-300 HV0.5) and surface hardness (1200-1400 HV0.005) of the two washers are almost the same. The washer corrosion resistance (exposure time in salt spray chamber (ISO 9227)) using the method disclosed in the patent application PA201170208 was many times better than the corrosion resistance of the washer that was only surface cured. (Time in the room until corrosion is observed). The washer treated by the method disclosed in patent application PA201170208 showed no corrosion after 400 hours, whereas the directly cold-cured washer is clearly visible already after 20 hours. Showed corrosion. Rather than exposing the washer to a nitrogen-containing atmosphere (N 2 gas) at a temperature above 1050 ° C. and then cooling in a nitrogen-containing atmosphere, by rapidly cooling in an inert atmosphere that does not contain nitrogen, for example argon. Further improvements in corrosion resistance can be obtained while retaining other advantageous properties.

先行技術の実施例2
先行技術の方法および特許出願第PA201170208号明細書に開示された方法による冷間変形されたオーステナイト系ステンレス鋼、AISI 316の硬化
冷間変形されたオーステナイト系ステンレス鋼AISI 316の2つの同じ構成材(後部フェルール)は、440℃の温度において窒素および炭素を使用して固溶硬化された。一方の構成材は、特許出願第PA201170208号明細書に開示された方法によって、すなわち高温プロセスにおいてそしてその後に低温プロセスにおいて硬化され、他方の構成材は直接に、同じ低温プロセスによって表面硬化された。図5の左側の囲み欄は、12時間にわたって温度440℃の窒素および炭素含有ガスを使用して行なわれた軟窒化プロセスによって表面硬化されただけの構成材の、光学顕微鏡法によって分析された微細構造を示す。窒素含有領域の外面は、最も外側の表面においてCrNの明らかな析出によって部分的に鋭敏化されているようにみえる。図5の右の囲み欄は、特許出願第PA201170208号明細書に開示された方法によって処理された構成材を示す。この構成材を1050℃を超える温度の窒素含有雰囲気(Nガス)に暴露し、その後同じガス内で急速に冷却した。次に、12時間にわたって440℃の温度の窒素および炭素含有ガスを使用して行なわれた低温プロセスにおいて軟窒化プロセスによって構成材の表面を硬化した。軟窒化された窒素含有領域は鋭敏化されなかった。しかしながら、2つの構成材の基材硬度(260−300 HV0.5)および表面硬度(1200−1400 HV0.005)は、ほとんど同じである。膨張オーステナイト領域の全層厚さは、両方の場合において約20μmである。最も外側の層は窒素膨張オーステナイトであり、最内側層は炭素膨張オーステナイトである。両方の構成材の耐蝕性を14重量%の次亜塩素酸ナトリウム溶液中で試験した。特許出願第PA201170208号明細書に開示された方法によって処理された構成材は24時間後に腐蝕を示さなかったが、直接に低温硬化された構成材は、たった10分後に明らかな腐蝕を示した。したがって、特許出願第PA201170208号明細書に開示された方法が使用された構成材は、直接に軟窒化された加工物よりもかなり良い耐蝕性を示すという点で異なる。フェルールを1050℃を超える温度の窒素含有雰囲気(Nガス)に暴露して、その後に窒素含有雰囲気中で冷却するのでなく、窒素を含有しない不活性雰囲気、例えばアルゴン中で急速に冷却することによって、他の有利な特性を保持したまま耐蝕性のさらなる改良を得ることができる。
Prior art example 2
Hardening of cold deformed austenitic stainless steel, AISI 316 by the prior art method and the method disclosed in patent application PA201170208. Two identical components of cold deformed austenitic stainless steel AISI 316 ( The rear ferrule) was solid solution hardened using nitrogen and carbon at a temperature of 440 ° C. One component was cured by the method disclosed in patent application PA201170208, ie in a high temperature process and subsequently in a low temperature process, and the other component was directly surface cured by the same low temperature process. The box on the left side of FIG. 5 shows the fines analyzed by optical microscopy of components that were only surface hardened by a soft nitriding process performed using nitrogen and carbon containing gases at a temperature of 440 ° C. for 12 hours. The structure is shown. The outer surface of the nitrogen-containing region appears to be partially sensitized by the obvious precipitation of CrN on the outermost surface. The right box in FIG. 5 shows a component that has been processed by the method disclosed in the patent application PA201170208. This component was exposed to a nitrogen-containing atmosphere (N 2 gas) at a temperature above 1050 ° C. and then rapidly cooled in the same gas. The surface of the component was then cured by a soft nitriding process in a low temperature process performed using nitrogen and carbon containing gas at a temperature of 440 ° C. for 12 hours. The soft nitrided nitrogen-containing region was not sensitized. However, the substrate hardness (260-300 HV0.5) and surface hardness (1200-1400 HV0.005) of the two components are almost the same. The total layer thickness of the expanded austenite region is about 20 μm in both cases. The outermost layer is nitrogen expanded austenite and the innermost layer is carbon expanded austenite. The corrosion resistance of both components was tested in a 14% by weight sodium hypochlorite solution. The component treated by the method disclosed in patent application PA201170208 showed no corrosion after 24 hours, while the directly cold-cured component showed obvious corrosion after only 10 minutes. Therefore, the components used in the method disclosed in the patent application PA201170208 differ in that they exhibit significantly better corrosion resistance than directly soft-nitrided workpieces. Rather than exposing the ferrule to a nitrogen-containing atmosphere (N 2 gas) at a temperature in excess of 1050 ° C. and then cooling in a nitrogen-containing atmosphere, rapidly cooling in a nitrogen-free inert atmosphere, such as argon. Thus, further improvements in corrosion resistance can be obtained while retaining other advantageous properties.

先行技術の実施例3
先行技術の方法および特許出願第PA201170208号明細書に開示された方法による冷間変形されたオーステナイト系ステンレス鋼AISI 304プレートの硬化
冷間圧延された(変形された)オーステナイト系ステンレス鋼プレート、AISI 304の2つの同じ構成材は、440℃の温度において窒素および炭素を使用して固溶硬化された。一方の構成材は、特許出願第PA201170208号明細書に開示された方法によって、すなわち高温プロセスにおいてそしてその後に低温プロセスにおいて硬化され、他方の構成材は直接に、同じ低温プロセスによって表面硬化された。図6の左側の囲み欄は、20時間にわたって440℃の温度の窒素および炭素含有ガスを使用して行なわれた軟窒化プロセスによって表面硬化されただけの構成材を示すが、その後、70分間にわたって14重量%の次亜塩素酸ナトリウム溶液に暴露することによって腐蝕試験された。図6の右の囲み欄は、特許出願第PA201170208号明細書に開示された方法によって硬化された構成材を示す。構成材を30分間にわたって1150℃の温度の窒素含有雰囲気(Nガス)に暴露し、その後、同じガス中で急速に冷却した。次に、20時間にわたって440℃の温度の窒素および炭素含有ガスを使用して行なわれた軟窒化プロセスによって構成材を表面硬化した。最後に構成材を14重量%の次亜塩素酸ナトリウム溶液に暴露することによって腐蝕試験にかけた。表面は、16時間の暴露後でも腐蝕試験によって影響されていないようにみえた。直接に低温硬化された構成材において短時間の暴露/腐蝕試験(70分)後に明らかな腐蝕攻撃が見られる。したがって、特許出願第PA201170208号明細書に開示された方法が使用された構成材は、ずっと良い耐蝕性を有するという点で異なる。構成材を1050℃を超える温度の窒素含有雰囲気(Nガス)に暴露して、その後に、窒素含有雰囲気中で冷却するのでなく、窒素を含有しない不活性雰囲気、例えばアルゴン中で急速に冷却することによって、他の有利な特性を保持したまま耐蝕性のさらなる改良を得ることができる。
Prior art example 3
Hardening of Cold Deformed Austenitic Stainless Steel AISI 304 Plate by Prior Art Methods and Methods Disclosed in Patent Application No. PA201170208 Cold Rolled (Deformed) Austenitic Stainless Steel Plate, AISI 304 The two identical components were solid solution hardened using nitrogen and carbon at a temperature of 440 ° C. One component was cured by the method disclosed in patent application PA201170208, ie in a high temperature process and subsequently in a low temperature process, and the other component was directly surface cured by the same low temperature process. The box on the left side of FIG. 6 shows a component that has only been surface hardened by a soft nitridation process performed using nitrogen and carbon containing gas at a temperature of 440 ° C. for 20 hours, but then for 70 minutes. Corrosion testing was performed by exposure to a 14 wt% sodium hypochlorite solution. The right box in FIG. 6 shows a component cured by the method disclosed in Patent Application No. PA201170208. The components were exposed to a nitrogen-containing atmosphere (N 2 gas) at a temperature of 1150 ° C. for 30 minutes and then rapidly cooled in the same gas. The components were then surface hardened by a soft nitridation process performed using nitrogen and carbon containing gases at a temperature of 440 ° C. for 20 hours. Finally, the component was subjected to a corrosion test by exposing it to a 14% by weight sodium hypochlorite solution. The surface appeared to be unaffected by the corrosion test even after 16 hours of exposure. There is a clear attack of corrosion after a short exposure / corrosion test (70 minutes) in the directly cured component. Therefore, the components used in the method disclosed in the patent application PA201170208 are different in that they have much better corrosion resistance. Rather than exposing the components to a nitrogen-containing atmosphere (N 2 gas) at temperatures above 1050 ° C. and then cooling in a nitrogen-containing atmosphere, rapidly cooling in an inert atmosphere that does not contain nitrogen, such as argon By doing so, further improvement in corrosion resistance can be obtained while maintaining other advantageous properties.

実施例1
先行技術の方法および本発明の方法によって処理された冷間変形されたステンレス鋼の硬度プロファイル
冷間変形されたオーステナイト系ステンレス鋼の2つの同じ構成材を先行技術の方法においておよび本発明の方法によって処理した。試料を1050℃を超える温度において窒素含有雰囲気(Nガス)にまたは水素(H)の雰囲気に暴露し、その後、アルゴン(N処理された試料の場合)またはHガス中で急速に冷却した。次に、構成材表面を、12時間にわたって440℃の温度の窒素および炭素含有ガスを使用して行なわれた低温プロセスにおいて軟窒化によって硬化した。軟窒化された領域は鋭敏化されなかった。試料の硬度プロファイルを分析し、結果を図7に示す。窒素含有雰囲気中で高温で処理された試料(「EXPANITE ON HTSN」)は材料のコア強度を保持したが、水素中での高温アニール(「EXPANITE ON ANNEALED」)においてコア強度は失われたことが図7から明らかである。
Example 1
Hardness profile of cold deformed stainless steel treated by the prior art method and the method of the present invention Two identical components of cold deformed austenitic stainless steel are used in the prior art method and by the method of the present invention. Processed. Samples are exposed to a nitrogen-containing atmosphere (N 2 gas) or to an atmosphere of hydrogen (H 2 ) at temperatures above 1050 ° C. and then rapidly in argon (for N 2 treated samples) or H 2 gas Cooled down. The component surface was then cured by soft nitridation in a low temperature process performed using nitrogen and carbon containing gas at a temperature of 440 ° C. for 12 hours. The soft nitrided region was not sensitized. The hardness profile of the sample was analyzed and the results are shown in FIG. Samples treated at high temperature in a nitrogen-containing atmosphere (“EXPANITE ON HTSN”) retained the core strength of the material, but the core strength was lost during high temperature annealing in hydrogen (“EXPANITE ON ANNEALED”). It is clear from FIG.

実施例2
窒素を使用する高温固溶硬化の後のアルゴン冷却
先行技術の実施例1に記載され図2において図示された冷間変形されたオーステナイト系ステンレス鋼、AISI 316Lのロックワッシャーを1050℃を超える温度の窒素含有雰囲気(Nガス)に暴露してから、同じ雰囲気またはアルゴンの雰囲気中のどちらかで周囲温度に急速に冷却した。試料をさらなる表面硬化にかけなかった。構成材の耐蝕性を14重量%の次亜塩素酸ナトリウム溶液中で試験した。図8は、アルゴン中で冷却された3つの典型的なロックワッシャー(左側)および窒素中で冷却された3つのロックワッシャー(右側)を示す。アルゴンで冷却されたロックワッシャーは、腐蝕の明らかな形跡を示した、窒素中で冷却されたロックワッシャーよりもはるかにすぐれた耐蝕性を有した。
Example 2
Argon cooling after high temperature solution hardening using nitrogen A cold deformed austenitic stainless steel, AISI 316L lock washer described in Example 1 of the prior art and illustrated in FIG. Exposure to a nitrogen-containing atmosphere (N 2 gas) followed by rapid cooling to ambient temperature in either the same atmosphere or an argon atmosphere. The sample was not subjected to further surface hardening. The corrosion resistance of the components was tested in a 14% by weight sodium hypochlorite solution. FIG. 8 shows three typical lock washers (left side) cooled in argon and three lock washers (right side) cooled in nitrogen. The lock washer cooled with argon had much better corrosion resistance than the lock washer cooled in nitrogen, showing clear evidence of corrosion.

実施例3
先行技術の方法および本発明の方法による冷間変形されたオーステナイト系ステンレス鋼、AISI 316構成材の硬化
本発明に従って処理された冷間変形されたオーステナイト系ステンレス鋼AISI 316の耐蝕性は、先行技術の方法によって処理された同様な構成材と比較された。腐蝕試験は、2つの表面硬化された構成材を14重量%の次亜塩素酸ナトリウム溶液中に18時間にわたって浸すことによって実施された。
Example 3
Hardening of Cold Deformed Austenitic Stainless Steel, AISI 316 Component According to Prior Art Methods and Methods of the Invention The corrosion resistance of cold deformed austenitic stainless steel AISI 316 treated according to the present invention is And compared to similar components processed by the method. The corrosion test was performed by immersing the two surface hardened components in a 14 wt% sodium hypochlorite solution for 18 hours.

図9の左側の囲み欄は、本発明に従って処理された、すなわち高温プロセスにおいて処理されて、その後、低温プロセスにおいてアルゴン中で冷却した後の構成材を示し、右の囲み欄の他の構成材は、低温プロセスだけによって直接に表面硬化された。   The box on the left side of FIG. 9 shows the components that have been processed according to the present invention, i.e., processed in a high temperature process and then cooled in argon in a low temperature process, and other components in the right box. Was directly surface hardened only by a low temperature process.

本発明に従って処理された構成材の表面は、18時間の暴露後でも腐蝕試験によって影響されていないようにみえる。先行技術に従って処理された構成材において、腐蝕攻撃は、短時間の暴露(7分)後に観察された。したがって、本発明の方法が使用された構成材は、ずっと良い耐蝕性を有するという点で異なる。   The surface of the component treated according to the present invention does not appear to be affected by the corrosion test even after 18 hours of exposure. In the components treated according to the prior art, corrosion attack was observed after a short exposure (7 minutes). Therefore, the components in which the method of the present invention is used differ in that they have much better corrosion resistance.

Claims (20)

少なくとも10%のクロムを含有する鉄基、ニッケル基及び/又はコバルト基合金の冷間変形された加工物の固溶化処理のための方法において、
約1020℃より高く合金の融点より低い温度T1において少なくとも窒素を加工物に固溶させるステップであって、温度T1において窒素の固溶を実施して50μm〜5mmの範囲の拡散の深さを得るステップと、
− 前記加工物を、温度T1における固溶ステップの後に550℃よりも低い温度に冷却するステップであって、温度900℃から700℃への冷却が、60秒未満の時間で実施され、当該冷却ステップが、窒素を含有しない不活性ガス中で行なわれるステップと
を含むことを特徴とする、方法。
In a method for the solution treatment of cold deformed workpieces of iron-based, nickel-based and / or cobalt-based alloys containing at least 10% chromium,
-At least nitrogen is dissolved in the workpiece at a temperature T1 higher than about 1020 ° C and lower than the melting point of the alloy , the solid solution of nitrogen being performed at the temperature T1 to achieve a diffusion depth in the range of 50 µm to 5 mm. Obtaining step;
The step of cooling the workpiece to a temperature below 550 ° C. after the solid solution step at temperature T1 , the cooling from 900 ° C. to 700 ° C. being carried out in less than 60 seconds, Performing the step in an inert gas containing no nitrogen.
請求項1に記載の方法において、少なくとも300℃且つ550未満の温度T2において窒素および/または炭素を前記加工物に固溶させる後続の第2のステップをさらに含むことを特徴とする、方法。 The method of claim 1, further comprising a subsequent second step of solid solution of nitrogen and / or carbon into the workpiece at a temperature T2 of at least 300 ° C and less than 550 . 請求項1または2に記載の方法において、前記不活性ガスが、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、またはラドン(Rn)、またはこれらの任意の混合物から選択されることを特徴とする、方法。   3. The method according to claim 1, wherein the inert gas is helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), or radon (Rn), or these. A method characterized in that it is selected from any mixture of 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法において、不可避的な不純物以外は前記不活性ガスがアルゴンであることを特徴とする、方法。   4. A method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the inert gas is argon except for inevitable impurities. 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法において、窒素および炭素が温度T1において固溶されることを特徴とする、方法。 5. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that nitrogen and carbon are dissolved at temperature T1. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法において、前記合金が、ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライトステンレス鋼、析出硬化型(PH)ステンレス鋼またはフェライト−オーステナイト系ステンレス鋼を含む群から選択されることを特徴とする、方法。 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the alloy is stainless steel, austenitic stainless steel, martensitic stainless steel, ferritic stainless steel, precipitation hardened (PH) stainless steel or ferrite-austenite. A method characterized in that it is selected from the group comprising stainless steel. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法において、温度T1における固溶が、窒素を含有するガスを使用して実施されることを特徴とする、方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the solid solution at the temperature T1 is performed using a gas containing nitrogen. 請求項2乃至7のいずれか一項に記載の方法において、温度T2における固溶が、ガス系方法、イオン注入、塩浴またはプラズマを含む群から選択される方法において実施されることを特徴とする、方法。 The method according to any one of claims 2 to 7, wherein the solid solution at the temperature T2 is carried out in a method selected from the group comprising a gas system method, an ion implantation, a salt bath or plasma. how to. 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の方法において、温度T1および温度T2における固溶がガスを使用して実施されることを特徴とする、方法。 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the solid solution at temperature T1 and temperature T2 is carried out using a gas. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の方法において、温度T1が1050℃〜1300℃の範囲であることを特徴とする、方法。 10. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature T1 is in the range from 1050C to 1300C . 請求項2乃至10のいずれか一項に記載の方法において、炭素が温度T2において固溶され、温度T2が300〜530℃の範囲であることを特徴とする、方法。11. A method according to any one of claims 2 to 10, characterized in that the carbon is solid-solved at a temperature T2 and the temperature T2 is in the range of 300 to 530 [deg.] C. 請求項2乃至10のいずれか一項に記載の方法において、窒素が温度T2において固溶され、温度T2が300〜470℃の範囲であることを特徴とする、方法。The method according to any one of claims 2 to 10, wherein nitrogen is solid-solved at a temperature T2, and the temperature T2 is in the range of 300 to 470 ° C. 請求項2乃至10のいずれか一項に記載の方法において、窒素および炭素が温度T2において固溶され、温度T2が300〜470℃の範囲であることを特徴とする、方法。The method according to any one of claims 2 to 10, wherein nitrogen and carbon are solid-solved at a temperature T2, and the temperature T2 is in the range of 300 to 470 ° C. 請求項2乃至13のいずれか一項に記載の方法において、少なくとも5μmの膨張オーステナイトまたは膨張マルテンサイトの厚さが前記加工物において得られることを特徴とする、方法。14. A method according to any one of claims 2 to 13, characterized in that expanded austenite or expanded martensite thickness of at least 5 [mu] m is obtained in the workpiece. 請求項2乃至14のいずれか一項に記載の方法において、前記膨張オーステナイト領域または前記膨張マルテンサイト領域の硬度が少なくとも1000 HVであることを特徴とする、方法。15. The method according to any one of claims 2 to 14, wherein the hardness of the expanded austenite region or the expanded martensite region is at least 1000 HV. 請求項2乃至15のいずれか一項に記載の方法において、温度T2における固溶が、温度T1における固溶から冷却直後に表面の不動態化の発生を伴わずに行なわれることを特徴とする、方法。16. The method according to any one of claims 2 to 15, wherein the solid solution at the temperature T2 is performed without generation of surface passivation immediately after cooling from the solid solution at the temperature T1. ,Method. 少なくとも10%のクロムを含有する鉄基、ニッケル基及び/又はコバルト基合金の耐腐蝕性材料を製造するための方法において、当該材料が、10mmまでの厚さを有し、当該方法が、In a method for producing a corrosion-resistant material of an iron-base, nickel-base and / or cobalt-base alloy containing at least 10% chromium, the material has a thickness of up to 10 mm, the method comprising:
− 少なくとも10%のクロムを含有する鉄基、ニッケル基及び/又はコバルト基合金の冷間変形された加工物であって、10mmまでの厚さを有する加工物を提供するステップと、Providing a cold deformed workpiece of iron-base, nickel-base and / or cobalt-base alloy containing at least 10% chromium, the workpiece having a thickness of up to 10 mm;
− 約1020℃より高く合金の融点より低い温度T1において前記加工物に少なくとも窒素を固溶させるステップであって、温度T1において窒素の固溶を実施して50μm〜5mmの範囲の拡散の深さを得るステップと、A solid solution of at least nitrogen in the workpiece at a temperature T1 higher than about 1020 ° C. and lower than the melting point of the alloy, the nitrogen being dissolved at the temperature T1 and a diffusion depth in the range of 50 μm to 5 mm. And getting the steps
− 前記加工物を、温度T1における固溶ステップの後に550℃よりも低い温度に冷却するステップであって、温度900℃から700℃への冷却が、60秒未満の時間で実施され、当該冷却ステップが、窒素を含有しない不活性ガス中で行なわれるステップと、The step of cooling the workpiece to a temperature below 550 ° C. after the solid solution step at temperature T1, the cooling from 900 ° C. to 700 ° C. being carried out in less than 60 seconds, The step is performed in an inert gas containing no nitrogen;
を含むことを特徴とする、方法。A method comprising the steps of:
請求項1乃至17のいずれか一項に記載の方法において、18. A method according to any one of claims 1 to 17,
前記加工物又は前記耐腐蝕性材料が、固定部品を固定するためのステンレス鋼のロックワッシャーであることを特徴とする、方法。Method, characterized in that the workpiece or the corrosion-resistant material is a stainless steel lock washer for fixing a fixed part.
請求項18に記載の方法において、The method of claim 18, wherein
前記ロックワッシャーは、ラジアル歯を有する第1の面と、カムを有する反対側の他方の面とを有することを特徴とする、方法。The method, wherein the lock washer has a first surface having radial teeth and the other surface on the opposite side having a cam.
請求項1乃至17のいずれか一項に記載の方法において、18. A method according to any one of claims 1 to 17,
前記加工物又は前記耐腐蝕性材料が、弁、設計目標の外表面積、ベアリングのパーツ、医療機器のパーツ、歯科用機器のパーツ、医療機器、歯科用機器、製薬設備のパーツ、又は自動車のパーツで使用されるパーツであることを特徴とする、方法。The workpiece or the corrosion-resistant material is a valve, a design target outer surface area, a bearing part, a medical equipment part, a dental equipment part, a medical equipment, a dental equipment, a pharmaceutical equipment part, or an automobile part. A method, characterized in that it is a part used in
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