JP2020164994A - 鋼部材の窒化処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の鋼部材の窒化処理方法における1段目窒化処理工程では、鋼部材を、ε相又はε相及びγ’相の窒化化合物層が生成される窒化ポテンシャルの、550〜610℃の窒化ガス雰囲気中で窒化処理する。鋼部材はFe(鉄)を主成分とし、通常炭素を0.02〜0.8質量%含有しており、ε相の生成にはこの炭素の存在が必要である。前記「主成分」とは、鋼部材中のFeの含有量が90質量%以上であることを意味し、好ましくは94質量%以上であることを意味し、より好ましくは96質量%以上であることを意味する。また、鋼部材は他に各種の目的に応じて、又は不可避不純物として、Si(ケイ素),Mn(マンガン),P(リン),S(硫黄),Ni(ニッケル),Cr(クロム),Cu(銅),Mo(モリブデン)等の元素を含有していてもよい。これら各々の鋼部材中の含有量は、Si,Mn及びMoについてはおおむね0.05〜2質量%、Ni,Cu及びCrはおおむね1質量%以下、P及びSについてはおおむね0.05質量%以下とされる。
KN=P(NH3)/P(H2)3/2 ・・・(1)
1段目窒化処理工程に続けて、窒化化合物層表面のγ’相分率を高めるための2段目窒化処理工程を行う。2段目窒化処理工程では、窒化ガス雰囲気中で、1段目窒化処理工程で窒化処理された鋼部材について、当該部材の温度を480〜520℃に10〜60分間保持する。このような特定の温度に鋼部材を保持することで、1段目窒化処理工程で形成された窒化化合物層中のγ’相分率を短時間で大きく高めることができる。
2段目窒化処理工程が終了すると、冷却工程が行われる。冷却工程では、2段目窒化処理を受けた鋼部材を室温まで冷却する。この工程では500℃程度となった高温の鋼部材を冷却するので、当該工程は専用の冷却室(閉鎖空間)にて実施することが好ましい。また冷却工程は、酸化防止のため窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で実施すること(空冷)が好ましい。
「鋼部材を、ε相又はε相及びγ’相の窒化化合物層が生成される窒化ポテンシャルの、550〜610℃の窒化ガス雰囲気中で窒化処理する1段目窒化処理工程と、前記1段目窒化処理工程に続いて、窒化処理された鋼部材を、前記窒化化合物層のγ’相分率を60分以内に30%以上(好ましくは35〜70%)高める条件で窒化処理する2段目窒化処理工程とを有する、鋼部材の窒化処理方法。」
ととらえることもできる。
鋼部材(鋼種Aとする)である板状試験片(30mm×40mm、厚み5mm)をワーク(被処理体)として、窒化処理を行った。1段目窒化処理工程では、窒化ポテンシャルKNが0.4atm−0.5である、600℃の窒化ガス雰囲気中で2時間保持して窒化処理した。
比較例1で用いたのと同様のワークを比較例1と同様な条件で1段目窒化処理工程に付した。
続けて、ワークを、窒化ポテンシャルKNが0.4atm−0.5である、550℃の窒化ガス雰囲気中に5分置き、ワーク温度を550℃に降温した。
次に、そのワークを冷却チャンバーにて室温まで急冷した。
比較例1で用いたのと同様のワークを比較例1と同様な条件で1段目窒化処理工程に付し、続けて急冷(2段目窒化処理工程無し)又は後記表3に示す様々な温度履歴で2段目窒化処理工程および冷却工程を実施した。1段目窒化処理工程の窒化ガス雰囲気の温度、窒化ポテンシャルKN、1段目窒化処理工程の時間(保持時間)、2段目窒化処理工程の鋼部材の保持温度T、鋼部材の温度が保持温度Tまで降温するのに要する時間、保持温度Tでの保持時間、窒化ポテンシャルKN、鋼部材が480〜520℃の温度範囲にある時間及び冷却方法を後記表3に示す。
実施例1〜4及び比較例1〜11で得られた窒化処理済みワークのγ’相分率を、EBSP解析により求めた。解析には、FE-SEM(型式:JSM7001F JEOL製)に実装されたEBSP(Electron Back Scatter diffraction Pattern)装置を用いた。EBSP法はSEM試料室内で70°前後と大きく傾斜した試料に電子線を照射した際に電子線後方散乱回折により発生する菊池パターンを蛍光スクリーンに投影しTVカメラ等で取込み、さらにそのパターンの指数づけを行いその照射点の結晶方位の測定を行う方法である。ダイヤモンド(粒径1μm)バフで鏡面研磨した板状試験片を、さらにコロイダルシリカ砥粒(粒径0.05μm)で研磨仕上げしたものを分析に使用した。解析ソフトウェア(OIM Analysis)を使用して事前に考慮した結晶構造と得られたパターンを基に相を分離したPhase MAPを作成し(比較例1のものを図4に、実施例1のものを図6に示す)、窒化化合物層中のεとγ’の各相の分率を解析した。
各種のワークを下記表4に示す条件で1段目窒化処理工程に付し、続けて急冷(2段目窒化処理工程無し)又は下記表4に示す様々な温度履歴で2段目窒化処理工程および冷却工程を実施した。なお、1段目窒化処理工程については、全体(2時間)のうち最初の1時間の窒化ポテンシャルKNを2.0atm−0.5とし、後半の1時間の窒化ポテンシャルKNを0.4atm−0.5とした。各実施例及び比較例で使用した鋼種、1段目窒化処理工程の窒化ガス雰囲気の温度、窒化ポテンシャルKN、1段目窒化処理工程の時間(保持時間)、2段目窒化処理工程の鋼部材の保持温度T、鋼部材の温度が保持温度Tまで降温するのに要する時間、保持温度Tでの保持時間、窒化ポテンシャルKN、鋼部材が480〜520℃の温度範囲にある時間及び冷却方法を下記表4に示す。
10 搬入部
11 加熱室
12 加熱室
13 冷却室
14 搬出コンベア
20 ケース
21 扉
22 入口フード
25 ヒータ
26 ファン
27 扉
28 ヒータ
29 ファン
Claims (7)
- 鋼部材を、ε相又はε相及びγ’相の窒化化合物層が生成される窒化ポテンシャルの、550〜610℃の窒化ガス雰囲気中で窒化処理する1段目窒化処理工程と、
前記1段目窒化処理工程に続いて、窒化ガス雰囲気中で、窒化処理された鋼部材を480〜520℃で10〜60分間保持することにより窒化処理する2段目窒化処理工程とを有する、鋼部材の窒化処理方法。 - 前記2段目窒化処理工程を、窒化ポテンシャルが0.2〜2.0atm−0.5の窒化ガス雰囲気中で実施する、請求項1に記載の鋼部材の窒化処理方法。
- 前記1段目窒化処理工程における窒化ポテンシャルが、0.2〜2.0atm−0.5である、請求項1又は2に記載の鋼部材の窒化処理方法。
- 前記2段目窒化処理工程を実施した後、前記鋼部材を室温まで冷却する冷却工程を更に有する、請求項1〜3のいずれかに記載の鋼部材の窒化処理方法。
- 前記2段目窒化処理工程で、前記窒化処理された鋼部材を480〜520℃で10〜45分間保持する、請求項1〜4のいずれかに記載の鋼部材の窒化処理方法。
- 前記2段目窒化処理工程で、前記窒化処理された鋼部材を490〜510℃で10〜45分間保持する、請求項1〜4のいずれかに記載の鋼部材の窒化処理方法。
- 鋼部材を、ε相又はε相及びγ’相の窒化化合物層が生成される窒化ポテンシャルの、550〜610℃の窒化ガス雰囲気中で窒化処理する1段目窒化処理工程と、
前記1段目窒化処理工程に続いて、窒化処理された鋼部材を、前記窒化化合物層のγ’相分率を60分以内に30%以上高める条件で窒化処理する2段目窒化処理工程を有する、鋼部材の窒化処理方法。
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