JP2021042399A - 高合金鋼製部品の熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ダイス鋼等の高合金鋼製部品に対して、減圧雰囲気下での真空浸炭処理を行う場合に部品の内部に炭化物を形成し、部品の内部硬さを上昇させる高合金鋼製部品の熱処理方法を提供する。【解決手段】高合金鋼製部品をオーステナイト化温度以上に加熱する第１工程、第１工程後に冷却ガスを用いて高合金鋼製部品を冷却する第２工程、第２工程後に減圧雰囲気下で高合金鋼製部品を浸炭処理する第３工程、の順序で構成される熱処理方法とする。【選択図】なし
Description
本発明は、ダイス鋼等の高合金鋼製部品の熱処理方法に関する。
軸受鋼（ＳＵＪ２等）に代表されるような鋼中の合金元素の含有量が３質量％程度である、いわゆる低合金鋼の機械的強度を向上するために焼入れおよび焼戻し等の一般的な熱処理に加えて、浸炭処理や窒化処理などの表面硬化処理を施す場合が多い。
特に、浸炭処理では鋼材表面から所定の深さまで基地組織中に炭化物を分散析出させることで表面硬さの向上を図る。低合金鋼に対する浸炭処理については、例えば特許文献１および２に開示される熱処理を施すことで鋼材の表面付近に微細な炭化物を析出させることで機械的強度の向上を図る。
加えて、特許文献３および４に開示されている浸炭処理前に鋼材をオーステナイト化温度以上に一旦加熱して、その後に冷却することで基地組織中の結晶粒を微細化する方法も一連の熱処理工程で行なうことで機械的強度を一層向上できる。
しかし、クロム（Ｃｒ）等の炭化物を生成しやすい元素を比較的に多く含有する高合金鋼に対して浸炭処理を施すと、軸受鋼等の低合金鋼の場合に比べて当該合金組織中の炭化物が鋼材の表面近傍にのみ発生し、鋼材の内部には炭化物が形成し難いという問題があった。
通常の浸炭では鋼材中に０．６７質量％程度の炭素しか固溶できない（固溶限は０．６７％Ｃ）が、減圧雰囲気下で行う真空浸炭では約１．３％程度の炭素まで固溶できる。そのため、高合金鋼に対して真空浸炭処理を行うと、鋼材の表面近傍のみに炭化物が形成される傾向が一層顕著であった。
そこで、本発明はこのような問題を解決するためにされたものである。すなわち、ダイス鋼（ＳＫＤ）や高速度工具鋼（ＳＫＨ）等に代表される鋼材中にクロム（Ｃｒ）やモリブデン（Ｍｏ）等の合金元素が１０質量％以上を含有する、いわゆる高合金鋼製部品に対して、減圧雰囲気下での浸炭処理（真空浸炭処理）を行う場合に鋼材の内部に炭化物を形成し、部品の内部硬さを上昇させる高合金鋼製部品の熱処理方法を提供することを課題とする。
本発明である高合金鋼製部品の熱処理方法は、まず高合金鋼製部品をオーステナイト化温度以上に加熱する（第１工程）。次に、冷却ガスを用いて高合金鋼製部品を冷却する（第２工程）。最後に、減圧雰囲気下で高合金鋼製部品を浸炭処理する（第３工程）。すなわち、これらの第１ないし第３工程を含む熱処理方法とした。高合金鋼については、ダイス鋼，高速度工具鋼，冷間工具鋼，熱間工具鋼の鋼種から任意に選択できる。
本発明の高合金鋼製部品に関する熱処理方法により、ダイス鋼や高速度工具鋼等の高合金鋼の基地組織に対して結晶粒内に炭化物を形成（分散析出）できるので、高合金鋼製部品の強度向上を実現できる。
本発明の熱処理方法を実施するための形態について説明する。本実施形態の熱処理工程では、まず第１工程として被処理物（高合金鋼製部品）をオーステナイト化温度以上に加熱する。「オーステナイト化温度」については、合金鋼の化学成分により変動するが、８００℃以上９００℃以下の温度範囲とすることが好ましい。例えば、高合金鋼製部品を８５０℃の雰囲気下で１時間程度加熱する。
次に、第２工程として、オーステナイト化温度以上に加熱した被処理物（高合金鋼製部品）を冷却ガスを用いて冷却する。この際に用いる冷却ガスは、窒素ガスやアルゴン等の不活性ガスとすることが望ましい。
次に、第３工程として、被処理物を減圧雰囲気下の処理室内で再度加熱する。被処理物が十分に加熱されたことが確認されると、減圧雰囲気下の処理室内にアセチレンやエチレン等の炭化水素系ガスである浸炭ガスを圧送し、浸炭処理を行う。このときの加熱温度は、１０００℃以上とすることが好ましい。
第３工程である浸炭処理が完了すると、被処理物を一旦冷却する。第３工程の終了後は必要に応じて、２度目の浸炭処理（追加工程１）を行ったり、さらにその後にアンモニアガス等を用いて窒化処理（追加工程２）を行うこともできる。なお、第１工程ないし第３工程における加熱時の保持時間は、被処理物の材質や大きさ等の諸条件によって任意に決定する。
Claims (5)
- 高合金鋼製部品をオーステナイト化温度以上に加熱する第１工程と、前記第１工程後に冷却ガスを用いて前記高合金鋼製部品を冷却する第２工程と、前記第２工程後に減圧雰囲気下で前記高合金鋼製部品を浸炭処理する第３工程と、を有することを特徴とする高合金鋼製部品の熱処理方法。
- 前記第１工程は、８００℃以上９００℃以下の温度範囲に加熱することを特徴とする請求項１に記載の高合金鋼製部品の熱処理方法。
- 前記第３工程は、１０００℃以上の減圧雰囲気下で浸炭処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の高合金鋼製部品の熱処理方法。
- 前記冷却ガスは、窒素ガスまたは不活性ガスであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高合金鋼製部品の熱処理方法。
- 前記高合金鋼は、ダイス鋼，高速度工具鋼，冷間工具鋼，熱間工具鋼のうちのいずれかの合金鋼であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高合金鋼製部品の熱処理方法。
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