JP2017106054A - 浸炭システム及び表面硬化鋼材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
浸炭炉と、
前記浸炭炉に接続されており、一酸化炭素を含む浸炭用ガスと不活性ガスとを前記浸炭炉に導入する1以上の導入路と、
前記浸炭用ガス及び前記不活性ガスの流量を制御する制御部と
を備える浸炭システムであって、
前記制御部は、
前記昇温処理、前記拡散処理、前記降温処理及び前記焼入処理を行う間は、前記浸炭用ガスと前記不活性ガスとを前記浸炭炉に導入し、
前記浸炭処理を行う間は前記浸炭用ガスを前記浸炭炉に導入し、かつ前記不活性ガスの前記浸炭炉への導入を停止するように前記浸炭用ガス及び前記不活性ガスの流量を制御する浸炭システムに関する。
前記一酸化炭素の体積及び前記水素の体積の合計に占める前記一酸化炭素の体積比率が40〜60体積%であることが好ましい。
前記混合ガスから水素の一部を分離除去して前記浸炭用ガスを生成する分離部と
を有する浸炭用ガス生成装置をさらに備えることが好ましい。
浸炭炉に投入した鋼材を浸炭温度まで加熱する昇温工程、
前記鋼材の表面に炭素を侵入させる浸炭工程、
前記鋼材の表面に侵入させた炭素を前記鋼材の内部に拡散させる拡散工程、
前記鋼材の温度を焼入温度まで低下させる降温工程、及び
前記鋼材を焼入温度で保持する焼入工程
を含み、
前記昇温工程、前記拡散工程、前記降温工程及び前記焼入工程の間は、一酸化炭素を含む浸炭用ガスと不活性ガスとを前記浸炭炉に導入し、
前記浸炭工程の間は前記浸炭用ガスを前記浸炭炉に導入し、前記不活性ガスの前記浸炭炉への導入を停止する表面硬化鋼材の製造方法に関する。
前記浸炭用ガスはさらに水素を含み、
前記一酸化炭素の体積及び前記水素の体積の合計に占める前記一酸化炭素の体積比率が40〜60体積%であることが好ましい。
前記浸炭用ガスは、
500℃以下の温度でメタノールを分解して一酸化炭素と水素とを含む混合ガスを生成する混合ガス生成工程と、
前記混合ガスから水素の一部を分離除去して前記浸炭用ガスを生成する分離工程と
を経て得られることが好ましい。
図1に示すように、浸炭システム10は、浸炭炉8、浸炭炉8に浸炭用ガスを導入する導入路L1、浸炭炉8に不活性ガスを導入する導入路L2、並びに浸炭用ガス及び不活性ガスの流量を制御する制御部9を備えている。浸炭炉8は、浸炭処理を行う加熱室8a及び焼入処理を行う焼入室8bを有している。加熱室8aと焼入室8bとの間は開閉可能な扉により仕切られている。浸炭炉8では、昇温処理、浸炭処理、拡散処理、降温処理及び焼入処理により被処理体の表面硬化処理を行う。浸炭炉8は、炉内の浸炭雰囲気及び温度の均一化のために攪拌ファン(図示せず)を備えていてもよい。
CH3OH→CO+2H2
次に、図1及び2を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る表面硬化鋼材の製造方法について説明する。本実施形態では、表面硬化鋼材の製造に浸炭システム10を好適に用いることができる。
昇温工程では、浸炭炉8の加熱室8aに投入した鋼材を浸炭温度まで加熱する。予め浸炭温度まで加熱しておいた加熱室8aに鋼材を投入すると炉内温度は低下するので、浸炭に適した浸炭温度まで加熱して再昇温させる。
浸炭工程では、浸炭温度を保持して鋼材の表面に炭素を侵入させる。浸炭温度は特に限定されないものの、850〜950℃が好ましく、925〜935℃がより好ましい。図2中では、930℃に設定されている。炭素の鋼材表面への進入速度は浸炭温度に依存するので、このような高温での浸炭処理を行うことで浸炭効率を高めることができる。
拡散工程では、鋼材の表面に侵入させた炭素を鋼材の内部に拡散させる。拡散工程での温度は浸炭温度と同じ温度を維持すればよい。炭素の鋼材内部への拡散速度は工程温度に依存するので、浸炭温度と同様の高温とすることで拡散効率を高めることができる。
降温工程では、鋼材の温度を焼入温度まで低下させる。冷却の態様として、炉壁からの放熱による自然冷却だけでなく、冷却管方式や冷空気導入方式等による強制冷却を行うことが、降温工程の短時間化を図る上で好ましい。
焼入工程では、鋼材を焼入温度で保持し焼入れ硬化処理を行う。焼入温度としては特に限定されず、後のオイルクエンチにて組織転換を誘起し得る一般的な焼入温度を適宜採用し得る。なお、図2中では830℃である。
500℃以下の温度でメタノールを分解して一酸化炭素と水素とを含む混合ガスを生成する混合ガス生成工程と、
前記混合ガスから水素の一部を分離除去して前記浸炭用ガスを生成する分離工程と
を経て得られることが好ましい。
浸炭プロセスにおける煤の発生量について、加熱室のガス組成として、CO(50%)及びH2(50%)の浸炭用ガスを全工程を通じて導入したケース1と、図2に示すガス組成プロファイルに従って浸炭用ガス及び不活性ガス(窒素:N2)を導入したケース2とを比較する。
2 分解筒
3 冷却器
4 分離部
5 バッファタンク
6 不活性ガス供給部
7 流量計
8 浸炭炉
8a 加熱室
8b 焼入室
9 制御部
10 浸炭システム
11 浸炭用ガス生成装置
12 流量計
L1 (浸炭用ガスの)導入路
L2 (不活性ガスの)導入路
Claims (10)
- 昇温処理、浸炭処理、拡散処理、降温処理及び焼入処理により被処理体の表面硬化処理を行う浸炭システムであって、
浸炭炉と、
前記浸炭炉に接続されており、一酸化炭素を含む浸炭用ガスと不活性ガスとを前記浸炭炉に導入する1以上の導入路と、
前記浸炭用ガス及び前記不活性ガスの流量を制御する制御部と
を備える浸炭システムであって、
前記制御部は、
前記昇温処理、前記拡散処理、前記降温処理及び前記焼入処理を行う間は、前記浸炭用ガスと前記不活性ガスとを前記浸炭炉に導入し、
前記浸炭処理を行う間は前記浸炭用ガスを前記浸炭炉に導入し、かつ前記不活性ガスの前記浸炭炉への導入を停止するように前記浸炭用ガス及び前記不活性ガスの流量を制御する浸炭システム。 - 前記不活性ガスは窒素ガスである請求項1に記載の浸炭システム。
- 前記浸炭用ガスはさらに水素を含み、
前記一酸化炭素の体積及び前記水素の体積の合計に占める前記一酸化炭素の体積比率が40〜60体積%である請求項1又は2に記載の浸炭システム。 - 前記不活性ガスの体積及び前記浸炭用ガスの体積の合計に占める前記不活性ガスの体積比率が40〜70体積%である請求項1〜3のいずれか1項に記載の浸炭システム。
- 500℃以下の温度でメタノールを分解して一酸化炭素と水素とを含む混合ガスを生成する分解筒と、
前記混合ガスから水素の一部を分離除去して前記浸炭用ガスを生成する分離部と
を有する浸炭用ガス生成装置をさらに備える請求項3に記載の浸炭システム。 - 表面硬化鋼材の製造方法であって、
浸炭炉に投入した鋼材を浸炭温度まで加熱する昇温工程、
前記鋼材の表面に炭素を侵入させる浸炭工程、
前記鋼材の表面に侵入させた炭素を前記鋼材の内部に拡散させる拡散工程、
前記鋼材の温度を焼入温度まで低下させる降温工程、及び
前記鋼材を焼入温度で保持する焼入工程
を含み、
前記昇温工程、前記拡散工程、前記降温工程及び前記焼入工程の間は、一酸化炭素を含む浸炭用ガスと不活性ガスとを前記浸炭炉に導入し、
前記浸炭工程の間は前記浸炭用ガスを前記浸炭炉に導入し、前記不活性ガスの前記浸炭炉への導入を停止する表面硬化鋼材の製造方法。 - 前記不活性ガスは窒素ガスである請求項6に記載の表面硬化鋼材の製造方法。
- 前記浸炭用ガスはさらに水素を含み、
前記一酸化炭素の体積及び前記水素の体積の合計に占める前記一酸化炭素の体積比率が40〜60体積%である請求項6又は7に記載の表面硬化鋼材の製造方法。 - 前記不活性ガスの体積及び前記浸炭用ガスの体積の合計に占める前記不活性ガスの体積比率が40〜70体積%である請求項6〜8のいずれか1項に記載の表面硬化鋼材の製造方法。
- 前記浸炭用ガスは、
500℃以下の温度でメタノールを分解して一酸化炭素と水素とを含む混合ガスを生成する混合ガス生成工程と、
前記混合ガスから水素の一部を分離除去して前記浸炭用ガスを生成する分離工程と
を経て得られる請求項8に記載の表面硬化鋼材の製造方法。
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JP2019119892A (ja) * | 2017-12-28 | 2019-07-22 | エア・ウォーター株式会社 | ガス浸炭方法 |
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