JP2022070602A - 鋼製品の製造方法および鋼製品の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】靭性部の靭性を確保したまま、硬質部の硬度が低下することを防ぐことができる鋼製品の製造方法及び鋼製品の製造装置の提供。
【解決手段】硬質部と、靭性部とを備えた鋼製品の製造方法であって、焼入れ処理された鋼部材の前記靭性部となる部分を、焼戻し温度まで加熱した直後に、冷却する焼戻し処理を行う鋼製品の製造方法。硬質部と、靭性部とを備えた鋼製品の製造装置であって、鋼部材を加熱する加熱処理部と、前記鋼部材を冷却する冷却処理部と、前記鋼部材を各処理部へと移動可能な移動機構とを備え、前記移動機構は、前記鋼部材に対する焼戻し処理において、前記加熱処理部で前記鋼部材の靭性部となる部分が焼戻し温度まで加熱された直後に、前記鋼部材を前記冷却処理部へと移動させる鋼製品の製造装置。
【選択図】図３
【解決手段】硬質部と、靭性部とを備えた鋼製品の製造方法であって、焼入れ処理された鋼部材の前記靭性部となる部分を、焼戻し温度まで加熱した直後に、冷却する焼戻し処理を行う鋼製品の製造方法。硬質部と、靭性部とを備えた鋼製品の製造装置であって、鋼部材を加熱する加熱処理部と、前記鋼部材を冷却する冷却処理部と、前記鋼部材を各処理部へと移動可能な移動機構とを備え、前記移動機構は、前記鋼部材に対する焼戻し処理において、前記加熱処理部で前記鋼部材の靭性部となる部分が焼戻し温度まで加熱された直後に、前記鋼部材を前記冷却処理部へと移動させる鋼製品の製造装置。
【選択図】図３
Description
本発明は、鋼製品の製造方法および鋼製品の製造装置に関する。
鋼製品の強度を高めるために、浸炭された鋼部材を焼入れ及び焼戻しする方法が広く用いられている。ここで、高い硬度を有する硬質部と、高い靭性を有する靭性部とを備える鋼製品では、これらの性質を付与するために、各部分に対して異なった処理が必要となる。
特許文献１には、硬度を必要とする部分と、靭性を必要とする部分とを備えた鋼製品に対する焼き入れ方法が開示されている。
特許文献１のように硬質部と靭性部とを備えた鋼製品を製造する際の焼入れ及び焼戻しでは、通常、以下のような手順を取る。すなわち、まず、浸炭された鋼部材全体に焼入れ処理を施し、鋼部材の表面全体を硬化させ、浸炭焼入れ部品を得る。その後、靭性部となる部分（例えば、ネジ部分）に対してのみ、例えば、コイルによる高周波加熱（誘導加熱）を行い、部分焼戻し処理を行う。
しかしながら、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示す靭性部２としてネジ部を有する鋼製品１では、高い硬度を求められる硬質部３と、高い靭性を求められる靭性部２とが非常に近い位置、例えば、両者の間の距離Ｄが数ｍｍ（より具体的には７ｍｍ）の位置に配置されている。このため、焼戻し処理の際に、靭性部２となる部分へ与えられた熱が、伝導により硬質部３となる部分へと伝わってしまい、硬質部３となる部分が間接的に焼戻し処理されてしまい、硬質部３の硬度が低下してしまう可能性がある。さらに、硬質部３の硬度低下を抑制するために、焼戻し処理の際に、靭性部２となる部分への入熱を少なくすると、靭性部２となる部分が所定の硬さまで十分に軟化せず（焼戻しできず）に、靭性部２に高い靭性を付与できない可能性がある。一方、靭性部２となる部分への入熱が多すぎると、再焼組織となり硬化してしまう可能性がある。
従って、硬質部と靭性部とを備えた鋼製品を製造する際の焼戻し処理において、靭性部となる部分に適切な量の熱量を与えつつ、硬質部となる部分への伝熱を抑制できる方法の開発が求められていた。
本発明は、このような状況を鑑みて成されたものであり、靭性部の靭性を確保したまま、硬質部の硬度が低下することを防ぐことができる鋼製品の製造方法及び鋼製品の製造装置を提供することを目的とする。
本発明に係る鋼製品の製造方法は、硬質部と、靭性部とを備えた鋼製品の製造方法であって、焼入れ処理された鋼部材の前記靭性部となる部分を、焼戻し温度まで加熱した直後に、冷却する焼戻し処理を行うことを特徴とする。
本発明に係る鋼製品の製造方法では、焼戻し処理において、焼入れ処理された鋼部材の靭性部となる部分を焼戻し温度まで加熱した後、直ちに冷却し、均熱保持しないため、靭性部となる部分以外への入熱を抑制できる。従って、靭性部に求められる焼戻し硬さ（例えば、４４０ＨＶ以下）を得やすくなり、さらに、再焼きのリスクを減らすことができる。このように、本発明では、従来と比較して、焼戻し処理において、靭性部となる部分に対して適切な量の熱量を容易に与えることができ、靭性部のロバスト性を向上させるとともに、硬質部となる部分への伝熱を抑制でき、硬質部において高い硬度を確保できる。
ここで、前記焼戻し処理において、前記靭性部となる部分に対して、焼戻し温度まで加熱した直後に冷却する操作を複数回連続して行うことが好ましい。
また、前記焼戻し温度は、６９０℃以上、７２５℃以下であることが好ましい。
さらに、前記靭性部となる部分を、焼戻し温度まで加熱した直後に、冷却する温度は、１００℃以下であることが好ましい。
また、前記靭性部となる部分に対して、焼戻し温度まで加熱した直後に冷却する１回の操作は、３０秒以内で行われることが好ましい。
本発明に係る鋼製品の製造装置は、硬質部と、靭性部とを備えた鋼製品の製造装置であって、鋼部材を加熱する加熱処理部と、前記鋼部材を冷却する冷却処理部と、前記鋼部材を各処理部へと移動可能な移動機構とを備え、前記移動機構は、前記鋼部材に対する焼戻し処理において、前記加熱処理部で前記鋼部材の靭性部となる部分が焼戻し温度まで加熱された直後に、前記鋼部材を前記冷却処理部へと移動させることを特徴とする。
本発明に係る鋼製品の製造装置では、焼戻し処理において、移動機構により加熱処理部で靭性部となる部分が焼戻し温度まで加熱された直後に、鋼部材を冷却処理部へと移動させることができる。このため、焼入れ処理された鋼部材の靭性部となる部分を焼戻し温度まで加熱した後、直ちに冷却し、均熱保持しないため、靭性部となる部分以外への入熱を抑制できる。従って、靭性部に求められる焼戻し硬さを得やすくなり、さらに、再焼きのリスクを減らすとともに、硬質部において高い硬度を確保できる。
ここで、前記移動機構は、各鋼部材に対する焼戻し処理において、前記加熱処理部から前記冷却処理部への移動を複数回行うことが好ましい。
本発明によれば、靭性部の靭性を確保したまま、硬質部の硬度が低下することを防ぐことができる鋼製品の製造方法及び鋼製品の製造装置を提供できる。
高い硬度が求められる部分（硬質部）と、高い靭性が求められる部分（靭性部）とを備える鋼製品として、例えば、図１に示す靭性部２としてネジ部を有する鋼製品（ネジ部付き浸炭部品）を挙げることができる。なお、図１は、本発明より得られる硬質部と靭性部とを備えた鋼製品の一例を説明するための概略図であり、（ａ）はその概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の点線部分を拡大した概略部分断面図である。
ここで、靭性部２を備える鋼製品１は、浸炭された鋼部材を焼入れ処理した後、そのまま（例えば、ネジ部を締結して）使用すると、遅れ破壊等により破損する恐れがある。これを防止するために、通常、靭性部となる部分（以降、プレ靭性部と称することがある）に対して、誘導加熱による部分焼戻し処理を行い、所望の硬さ（例えば、４４０ＨＶ以下）に軟化させ、硬度の調節を行うことで、高い靭性を確保している。
なお、従来の焼戻し処理では、図２に示すように、まず、鋼部材のプレ靭性部（ネジ部）を、高周波コイル等で焼戻し温度まで、加熱時間Ｈの間（例えば、数秒間）、加熱（誘導加熱）する。続いて、プレ靭性部は、高温（例えば、７００℃前後）の状態で、均熱時間Ｕの間（例えば、約１０秒間）、保持（均熱：連続加熱）される。その後、プレ靭性部は、冷却時間Ｃの間（例えば、数秒間）、冷却（例えば、水冷）される。
この際、従来の焼戻し処理では、図４（ａ）に示すように、第１段階において、すなわち、加熱時間Ｈの間に、鋼部材中にε－炭化物８が析出する。ついで、図４（ｂ）に示すように、第２段階において、すなわち、均熱時間Ｕの間に、鋼部材中に発生したε－炭化物８が成長する。その結果、焼戻し処理を施されたプレ靭性部が、所望の硬度まで軟化する。
なお、図２は、従来の焼戻し処理における靭性部となる部分の温度推移（ヒートパターン、温度プロファイル）の一例を示すグラフである。図４（ａ）は、従来の一例の焼戻し処理における、加熱時の鋼部材中のε－炭化物の析出を説明するための概略図であり、図４（ｂ）は、均熱時の発生したε－炭化物の成長を説明するための概略図である。
この際、従来の焼戻し処理では、図４（ａ）に示すように、第１段階において、すなわち、加熱時間Ｈの間に、鋼部材中にε－炭化物８が析出する。ついで、図４（ｂ）に示すように、第２段階において、すなわち、均熱時間Ｕの間に、鋼部材中に発生したε－炭化物８が成長する。その結果、焼戻し処理を施されたプレ靭性部が、所望の硬度まで軟化する。
なお、図２は、従来の焼戻し処理における靭性部となる部分の温度推移（ヒートパターン、温度プロファイル）の一例を示すグラフである。図４（ａ）は、従来の一例の焼戻し処理における、加熱時の鋼部材中のε－炭化物の析出を説明するための概略図であり、図４（ｂ）は、均熱時の発生したε－炭化物の成長を説明するための概略図である。
このように、従来の焼戻し処理では、加熱時間Ｈ及び均熱時間Ｕの間、プレ靭性部へ入熱するため、その近傍に位置する硬化部となる部分（以降、プレ硬化部と称することがある）へこの熱量が伝熱してしまい、プレ硬化部が焼戻し処理され軟化してしまうことがあった。このため、従来の焼戻し処理では、プレ硬化部への伝熱を抑えるために、プレ靭性部への入熱が制限され、所望の硬度（例えば、４４０ＨＶ以下）まで、プレ靭性部の焼戻し処理がきちんと行われない場合があった。従って、従来の焼戻し処理では、靭性部に求められる焼戻し硬度を得ることが難しい場合があった。
ここで、下記表１に、従来の一例の焼戻し処理における焼戻し温度（最高到達温度）（℃）と、得られた靭性部の硬度（ＨＶ）とを示し、図６に、表１における両者の関係を表すグラフを示す。
これらに示すように、従来の焼戻し処理において、再焼きを防ぎかつ所望の硬度を付与するための焼戻し範囲は狭い範囲となる（図６では、７０５～７２５℃）。例えば、焼戻し温度を７００℃とし、プレ靭性部への入熱を少なくすると、プレ靭性部が十分に軟化しない可能性がある。また、例えば、焼戻し温度を７４０℃とし、プレ靭性部への入熱を多くすると、再焼組織となり硬化してしまう可能性がある。
一方、本発明に係る鋼製品の製造方法（以下、本製造方法と称する場合がある）では、焼戻し処理において、焼入れ処理された鋼部材のプレ靭性部を、焼戻し温度まで加熱した直後に、冷却する焼戻し操作を行う。具体的には、図３に示すように、プレ靭性部を焼戻し温度まで、高周波コイル等で、加熱時間Ｈの間（例えば、数秒間）加熱（誘導加熱）した後、直ちに冷却時間Ｃの間、冷却水等により冷却を行う１回（１サイクル）の焼戻し操作を行う。続いて、必要に応じて、連続してこの焼戻し操作を、例えば、合計で２回または３回繰り返し、プレ靭性部を断続加熱する。図３は、本製造方法の一実施形態において、この焼戻し操作を３回繰り返した場合のプレ靭性部の温度推移（ヒートパターン、温度プロファイル）の一例を示すグラフである。
ここで、図５は、本製造方法の一実施形態において、焼戻し処理で３回焼戻し操作を連続して繰り返した際のε－炭化物の析出を説明するための概略図である。この図に示すように、上記焼戻し操作の回数が１回目のε－炭化物８の状態を示す図５（ａ）と比べて、２回目（図５（ｂ））、３回目（図５（ｃ））と、当該焼戻し操作を繰り返すたび、より具体的には、加熱が再開されるたびに、鋼部材中に新たなε－炭化物８が生成する。このため、鋼部材中に析出するε－炭化物８の合計量が、焼戻し操作を繰り返すたび、すなわち、断続加熱を行うたびに増え、より軟化していく。本発明では、このように、短時間加熱を断続的に行う焼戻し処理により、プレ靭性部以外の高い硬度を必要とするプレ硬質部の温度上昇を抑制し、軟化させることなく、所望の部分、すなわち、プレ靭性部のみを確実に所望の硬度まで容易に軟化できる。さらに、このような焼戻し処理を行うことで、再焼きのリスクを減らすことができるとともに、本発明における焼戻し処理を用いて製造された鋼製品の靭性部は優れたロバスト性を有することができる。また、本発明において、焼戻し操作の回数を少なく（例えば、１回や２回に）することで、焼戻し処理時間をより短縮でき、より多くの鋼製品を短時間で製造することもできる。
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されることはなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更できる。また、説明を明確にするため、これらの記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化されている。
＜鋼製品の製造方法＞
本製造方法は、硬質部と、靭性部とを備えた鋼製品の製造方法である。ここで、硬質部とは、高い表面硬さを有することが求められる部分であり、図１に示す鋼製品１では、符号３に示す部分が相当する。また、靭性部とは、高い靭性を有することが求められる部分であり、図１に示す鋼製品１では、符号２に示す部分（ネジ部）が相当する。なお、硬質部と靭性部とは混在していてもよいが、両者の性質を容易に付与する観点から、異なる位置にそれぞれ配置されていることが好ましい。
なお、図１に示す鋼製品１では、上述したように、靭性部２と硬質部３との間の距離Ｄが非常に近く、数ｍｍ、間をあけて配置されている。このため、靭性部となる部分に対して行う焼戻し処理における入熱が、近傍に配置された硬質部となる部分へ容易に伝熱し、望まない部分にまで焼戻し処理が施されやすい。
本製造方法は、硬質部と、靭性部とを備えた鋼製品の製造方法である。ここで、硬質部とは、高い表面硬さを有することが求められる部分であり、図１に示す鋼製品１では、符号３に示す部分が相当する。また、靭性部とは、高い靭性を有することが求められる部分であり、図１に示す鋼製品１では、符号２に示す部分（ネジ部）が相当する。なお、硬質部と靭性部とは混在していてもよいが、両者の性質を容易に付与する観点から、異なる位置にそれぞれ配置されていることが好ましい。
なお、図１に示す鋼製品１では、上述したように、靭性部２と硬質部３との間の距離Ｄが非常に近く、数ｍｍ、間をあけて配置されている。このため、靭性部となる部分に対して行う焼戻し処理における入熱が、近傍に配置された硬質部となる部分へ容易に伝熱し、望まない部分にまで焼戻し処理が施されやすい。
ここで、靭性部の硬度（ビッカース硬さ：ＨＶ）は、再焼きを防止する観点から、２６０ＨＶ以上が好ましく、３００ＨＶ以上がより好ましく、３５０ＨＶ以上がさらに好ましい。また、靭性部の硬度は、高い靭性を付与する観点から、４４０ＨＶ以下が好ましく、４３０ＨＶ以下がより好ましく、４２０ＨＶ以下がさらに好ましく、４１０ＨＶ以下が特に好ましい。
硬質部の硬度は、高い硬度を有する観点から、５００ＨＶ以上であることが好ましく、５２０ＨＶ以上であることがより好ましい。硬質部の硬度の上限値は、作製する鋼製品に求められる性質に応じて適宜設定でき、特に限定されない。
鋼製品の各部分の硬度は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９に規定されるビッカース硬さ（ＨＶ）試験方法（試験力：５ｋｇｆ）に基づき、測定できる。
ここで、本製造方法では、上述したように、焼入れ処理された鋼部材の靭性部となる部分（プレ靭性部）を、焼戻し温度まで加熱した直後に、冷却する焼戻し処理を行う。このように、従来の焼戻し処理と異なり、均熱保持しないため、ε－炭化物の成長を抑制し、靭性の制御が容易となる。また、短時間加熱した後にすぐに冷却を行うため、硬質部となる部分（プレ硬質部）への伝熱を抑制できる。
なお、本製造方法では、焼戻し処理において、プレ靭性部に対して、焼戻し温度まで加熱した直後に冷却する操作を複数回連続して行うことが好ましい。加熱と冷却とで構成される焼戻し操作を複数回繰り返すことにより、断続的に加熱されるたびに、ε－炭化物を生成するため、従来の方法と比較して軟化しやすくなる。
なお、前記焼戻し温度とは、焼戻し処理において、プレ靭性部を加熱した際の最高到達温度を意味するものであり、作製する鋼製品に応じて、適宜設定できる。焼戻し温度は、靭性部に高い靭性を付与する観点から、６９０℃以上であることが好ましく、６９５℃以上であることがより好ましく、７００℃以上であることがさらに好ましい。また、焼戻し温度は、プレ靭性部の再焼きを防ぐ観点から、７２５℃以下であることが好ましく、７２０℃以下であることがより好ましい。
また、プレ靭性部を、焼戻し温度まで加熱した直後に、冷却する際の冷却温度は、適宜設定できるが、硬質部への伝熱を防ぐ観点から、１００℃以下とすることが好ましく、５０℃以下とすることがより好ましく、室温（例えば、２５℃）とすることがさらに好ましい。
本製造方法において、生産効率の観点から、鋼製品１個当たりの焼戻し処理時間は６０～１００秒であることが好ましい。このため、プレ靭性部に対して、焼戻し温度まで加熱した直後に冷却する１回の焼戻し操作は、３０秒以内で行われることが好ましく、２０秒以内で行われることがより好ましく、１５秒以内で行われることがさらに好ましい。
上記焼戻し処理における、プレ靭性部の加熱速度及び冷却速度は、所望の焼戻し処理時間に応じて、適宜変更でき、特に限定されない。
本製造方法は、例えば、以下の工程を含むことができる。
・靭性部となる部分および硬質部となる部分を有する鋼部材（プレ鋼製品）を用意する工程（用意工程）。
・前記鋼部材に対して、浸炭処理を施す工程（浸炭処理工程）。
・浸炭処理された前記鋼部材に対して、焼入れ処理を施す工程（焼入れ処理工程）。
・焼入れ処理された鋼部材の靭性部となる部分を、焼戻し温度まで加熱した直後に、冷却して、焼戻し処理を施す工程（焼戻し処理工程）。
・靭性部となる部分および硬質部となる部分を有する鋼部材（プレ鋼製品）を用意する工程（用意工程）。
・前記鋼部材に対して、浸炭処理を施す工程（浸炭処理工程）。
・浸炭処理された前記鋼部材に対して、焼入れ処理を施す工程（焼入れ処理工程）。
・焼入れ処理された鋼部材の靭性部となる部分を、焼戻し温度まで加熱した直後に、冷却して、焼戻し処理を施す工程（焼戻し処理工程）。
また、本製造方法は、以下の工程をさらに含むこともできる。
・前記焼戻し処理の際に、硬質部となる部分を冷却する工程（プレ硬質部冷却工程）。
・前記浸炭処理の前又は浸炭処理中に、防炭手段を用いて、靭性部となる部分の炭素侵入量を低下させる工程（防炭工程）。
・前記焼戻し処理の際に、硬質部となる部分を冷却する工程（プレ硬質部冷却工程）。
・前記浸炭処理の前又は浸炭処理中に、防炭手段を用いて、靭性部となる部分の炭素侵入量を低下させる工程（防炭工程）。
これらの各工程は順次行われてもよいし、複数の工程（例えば、浸炭処理工程と防炭工程、焼戻し処理工程とプレ硬質部冷却工程）が並行して行われてもよい。
鋼部材は、プレ靭性部とプレ硬質部とを有するものであれば、特にその形状などは限定されない。しかしながら、上述したように、適切な焼戻し処理を行い、各部分に適切な性質を付与する観点から、プレ靭性部とプレ硬質部とは離れた位置（両部分が少なくとも接触しない位置）に配置された鋼部材を用いることが望ましい。
鋼部材に対する浸炭処理は、従来公知のものを適宜用いることができ、鋼部材（特に硬質部）の表面に炭素を添加できるものであれば特に限定されない。浸炭処理としては、例えば、木炭を炭素源とする固体浸炭、二酸化炭素、水素、メタンなどを主成分とするガスを用いるガス浸炭、真空引きした後にガス浸炭を行う真空ガス浸炭、さらに、ガスをプラズマ化して行うプラズマ浸炭などを用いることができる。これらの中でも、安全性や作業性の観点から、ガス浸炭、真空ガス浸炭、プラズマ浸炭を用いることが好ましい。
浸炭処理された鋼部材（プレ硬質部及びプレ靭性部を含む）の焼入れ処理は、従来公知のものを適宜用いることができ、特に限定されない。焼入れ処理において、鋼部材は、例えば、高周波コイルによる誘導加熱等により、オーステナイト組織になるまで加熱された後、急冷され、マルテンサイト組織に変態する。
続いて、上述した本製造方法の焼戻し処理により、焼入れ処理された鋼部材のプレ靭性部を、焼戻し温度まで加熱した直後に冷却する焼戻し操作を１回以上（好ましくは複数回）行う。これにより、高い硬度を有する硬質部と、高い靭性を有する靭性部とを備えた鋼製品を得ることができる。
なお、本製造方法では、焼戻し処理において、プレ靭性部を焼戻し温度まで加熱する際に、並行して、プレ硬質部を冷却してもよい。これにより、焼戻し処理時のプレ靭性部への入熱がプレ硬質部へと伝熱し軟化することをより容易に防止できる。
また、本製造方法では、鋼部材を浸炭処理する際に、防炭手段を用いて（例えば、銅製の防炭キャップをプレ靭性部にはめることにより）、プレ靭性部への炭素侵入量を低下させ、焼入れ処理時のプレ靭性部の硬度上昇を防ぐこともできる。
さらに、鋼部材への浸炭処理の前に、プレ靭性部に、防炭手段となる防炭剤を塗布してもよい。これにより、浸炭処理時のプレ靭性部への炭素侵入量を低下させ、プレ靭性部の焼入れ処理時の硬度上昇をより抑制できる。
＜鋼製品の製造装置＞
本発明に係る鋼製品の製造装置（以降、本製造装置と称することがある）は、硬質部と、靭性部とを備えた鋼製品の製造装置である。本製造装置は、鋼部材を加熱するための加熱処理部と、前記鋼部材を冷却するための冷却処理部と、前記鋼部材を各処理部へと移動可能な移動機構とを備える。図８には、本製造装置の一実施形態として、加熱処理手段４として加熱コイルが備えられた加熱処理部４ａ、冷却処理手段５として冷却ジャケットが備えられた冷却処理部５ａ及び移動機構６として、紙面の上下方向に移動可能な移動手段を備えた（高周波）焼戻し装置が記載されている。
ここで、移動機構６は、鋼部材７（処理部品）に対する焼戻し処理において、加熱処理部４ａで鋼部材７のプレ靭性部７ａ（ネジ部）が焼戻し温度まで加熱された直後に、鋼部材７（特にプレ靭性部７ａ）を冷却処理部５ａへと移動させる。ここで、冷却処理部５ａは、例えば水冷した際の水切り用にエアジャケット（不図示）を備えることもできる。また、本製造装置は、不図示の固定手段を備えることもでき、この固定手段により鋼製品を固定した状態で加熱処理や冷却処理、移動機構による移動を行うことができる。
本発明に係る鋼製品の製造装置（以降、本製造装置と称することがある）は、硬質部と、靭性部とを備えた鋼製品の製造装置である。本製造装置は、鋼部材を加熱するための加熱処理部と、前記鋼部材を冷却するための冷却処理部と、前記鋼部材を各処理部へと移動可能な移動機構とを備える。図８には、本製造装置の一実施形態として、加熱処理手段４として加熱コイルが備えられた加熱処理部４ａ、冷却処理手段５として冷却ジャケットが備えられた冷却処理部５ａ及び移動機構６として、紙面の上下方向に移動可能な移動手段を備えた（高周波）焼戻し装置が記載されている。
ここで、移動機構６は、鋼部材７（処理部品）に対する焼戻し処理において、加熱処理部４ａで鋼部材７のプレ靭性部７ａ（ネジ部）が焼戻し温度まで加熱された直後に、鋼部材７（特にプレ靭性部７ａ）を冷却処理部５ａへと移動させる。ここで、冷却処理部５ａは、例えば水冷した際の水切り用にエアジャケット（不図示）を備えることもできる。また、本製造装置は、不図示の固定手段を備えることもでき、この固定手段により鋼製品を固定した状態で加熱処理や冷却処理、移動機構による移動を行うことができる。
なお、移動機構は、各鋼部材に対する焼戻し処理において、上述した加熱と冷却とで構成される焼戻し操作を複数回行うために、前記加熱処理部から前記冷却処理部への移動を複数回行うことが好ましい。なお、上記焼戻し操作を複数回行う場合には、再度、プレ靭性部を加熱処理するために、移動機構により、冷却処理部から加熱処理部への移動が１回以上行われることになる。
本製造装置が有する加熱処理手段４は、鋼部材（特にプレ靭性部）を焼戻し温度まで加熱できるものであれば特に限定されず、公知のものを適宜使用できる。図８では、加熱処理手段４として、誘導加熱を行う高周波（加熱）コイルを用いている。
なお、加熱処理部４ａは、本製造装置において、加熱処理手段４により鋼部材７の加熱処理を行う領域を意味する。好ましい焼戻し温度（最高到達温度）などの加熱処理条件に関しては、上述したため、説明を省略する。
なお、加熱処理部４ａは、本製造装置において、加熱処理手段４により鋼部材７の加熱処理を行う領域を意味する。好ましい焼戻し温度（最高到達温度）などの加熱処理条件に関しては、上述したため、説明を省略する。
本製造装置が有する冷却処理手段は５、鋼部材（特にプレ靭性部７ａ）を焼戻し温度まで加熱した後、直ちに冷却できるものであれば特に限定されず、公知のものを適宜使用できる。図８では、冷却処理手段５として、冷却ジャケット（より具体的には冷却水）を用いており、この水切り用にエアジャケットも併設してある。
なお、冷却処理部５ａは、本製造装置において、冷却処理手段５により鋼部材７の冷却処理を行う領域を意味する。好ましい冷却温度などの冷却処理条件に関しては、上述したため、説明を省略する。
なお、冷却処理部５ａは、本製造装置において、冷却処理手段５により鋼部材７の冷却処理を行う領域を意味する。好ましい冷却温度などの冷却処理条件に関しては、上述したため、説明を省略する。
本製造装置が有する移動機構６は、焼戻し処理において、鋼部材７を加熱処理部４ａと冷却処理部５ａの両部分へと移動可能なものであれば、特に限定されず、公知のものを適宜使用できる。図８では、移動機構６として、紙面の上下方向に移動可能な移動装置が用いられている。
さらに、本製造装置は、プレ靭性部７ａへの加熱処理手段による加熱処理の際に、並行して、冷却処理手段５により、プレ硬質部７ｂの冷却処理を行ってもよい。これにより、プレ靭性部７ａへの熱量がプレ硬質部７ｂへと伝熱し軟化するのをより防ぎやすくなる。その際、加熱処理手段４と冷却処理手段５の配置は、鋼部材７のプレ靭性部７ａとプレ硬質部７ｂとの配置並びに移動機構６による移動距離を加味した配置とすることが好ましい。このように、両手段の配置を調整することで、誘導加熱方向及び冷却水の放出方向等の調整がしやすく、より確実にプレ靭性部７ａの加熱と、プレ硬質部７ｂの冷却とを行うことができる。
また、本製造装置は、防炭手段（不図示）を備えることもでき、この防炭手段により、浸炭処理の前又は浸炭処理中に、プレ靭性部７ａへの炭素の侵入を抑制し、焼入れ処理時のプレ靭性部の硬さ上昇を適度に抑制できる。防炭手段としては、例えば、防炭キャップや防炭剤を用いることができる。具体的には、浸炭処理の前に、プレ靭性部に銅製などの防炭キャップをはめて浸炭処理を行うことで、プレ靭性部への炭素侵入を防ぐことができる。また、浸炭処理の前にプレ靭性部に防炭剤を塗布することで、プレ靭性部への炭素の侵入を抑制し、焼入時の硬さ上昇をより抑制できる。
以下、実施例を用いて本発明をより詳しく説明するが、これらの例により本発明は限定されない。
［実施例１］
図８に示す、加熱処理手段４として加熱コイル、冷却処理手段５として冷却ジャケット、水切り用にエアジャケット、及び紙面の上下方向に移動可能な移動機構６を備えた高周波焼戻し装置を用いて、浸炭焼入れ処理を施された鋼部材７の焼き戻し処理を行った。図８に示すように、鋼部材７は、プレ靭性部７ａとしてネジ部、プレ硬質部７ｂとして軸部を有するものである。
そして、この鋼部材７を不図示の固定手段により、加熱処理部４ａにセットした。次いで、鋼部材７のネジ部を加熱コイルで、焼戻し温度（最高到達温度）：７００℃とする加熱処理を行った。そして、ネジ部に対する焼戻し温度までの加熱が完了する（加熱時間：３秒間）と同時に、当該ネジ部を、移動機構６により、冷却処理部５ａへと移動させた。そして、当該ネジ部を、冷却ジャケット（冷却水）により、室温（２５℃）まで冷却した。
この冷却処理の後、冷却ジャケットに併設された不図示のエアジャケットで、鋼部材７の水切りを行った。実施例１では、焼戻し処理における、上記加熱処理及び上記冷却処理をそれぞれ１回ずつのみ行った。
図８に示す、加熱処理手段４として加熱コイル、冷却処理手段５として冷却ジャケット、水切り用にエアジャケット、及び紙面の上下方向に移動可能な移動機構６を備えた高周波焼戻し装置を用いて、浸炭焼入れ処理を施された鋼部材７の焼き戻し処理を行った。図８に示すように、鋼部材７は、プレ靭性部７ａとしてネジ部、プレ硬質部７ｂとして軸部を有するものである。
そして、この鋼部材７を不図示の固定手段により、加熱処理部４ａにセットした。次いで、鋼部材７のネジ部を加熱コイルで、焼戻し温度（最高到達温度）：７００℃とする加熱処理を行った。そして、ネジ部に対する焼戻し温度までの加熱が完了する（加熱時間：３秒間）と同時に、当該ネジ部を、移動機構６により、冷却処理部５ａへと移動させた。そして、当該ネジ部を、冷却ジャケット（冷却水）により、室温（２５℃）まで冷却した。
この冷却処理の後、冷却ジャケットに併設された不図示のエアジャケットで、鋼部材７の水切りを行った。実施例１では、焼戻し処理における、上記加熱処理及び上記冷却処理をそれぞれ１回ずつのみ行った。
以上より、靭性部と硬質部とを備えた鋼製品を作製した。この手順に従い、３つの鋼製品をそれぞれ作製した。得られた鋼製品の靭性部のビッカース硬さを上述した方法に従い測定したところ、４３６ＨＶ、４３４ＨＶ及び４３２ＨＶであり、所望の硬度（４４０ＨＶ以下）が得られていることが分かった。なお、得られた鋼製品の硬質部のビッカース硬さはいずれも５００ＨＶ以上であった。
［実施例２］
焼戻し処理における、焼戻し操作（加熱処理及び冷却処理）の回数を２回に変更した以外は実施例１と同様にして、靭性部と硬質部とを備えた鋼製品を作製した。具体的には、加熱処理されたネジ部を冷却処理部で冷却処理した後、再び移動機構により、ネジ部を加熱処理部に移動させ、加熱コイルにより加熱処理し、焼戻し温度まで到達すると同時に、冷却処理部へと移動させ、室温となるまで冷却した。この手順に従い、３つの鋼製品をそれぞれ作製した。得られた鋼製品の靭性部のビッカース硬さを上述した方法に従い測定したところ、４１４ＨＶ、４０９ＨＶ及び４０６ＨＶであり、所望の硬度が得られていることが分かった。なお、得られた鋼製品の硬質部のビッカース硬さはいずれも５００ＨＶ以上であった。
焼戻し処理における、焼戻し操作（加熱処理及び冷却処理）の回数を２回に変更した以外は実施例１と同様にして、靭性部と硬質部とを備えた鋼製品を作製した。具体的には、加熱処理されたネジ部を冷却処理部で冷却処理した後、再び移動機構により、ネジ部を加熱処理部に移動させ、加熱コイルにより加熱処理し、焼戻し温度まで到達すると同時に、冷却処理部へと移動させ、室温となるまで冷却した。この手順に従い、３つの鋼製品をそれぞれ作製した。得られた鋼製品の靭性部のビッカース硬さを上述した方法に従い測定したところ、４１４ＨＶ、４０９ＨＶ及び４０６ＨＶであり、所望の硬度が得られていることが分かった。なお、得られた鋼製品の硬質部のビッカース硬さはいずれも５００ＨＶ以上であった。
［実施例３］
焼戻し処理における、焼戻し操作（加熱処理及び冷却処理）の回数を３回に変更した以外は実施例１と同様にして、靭性部と硬質部とを備えた鋼製品を作製した。この手順に従い、３つの鋼製品をそれぞれ作製した。得られた鋼製品の靭性部のビッカース硬さを上述した方法に従い測定したところ、４００ＨＶ、４０４ＨＶ及び４０８ＨＶであり、所望の硬度が得られていることが分かった。なお、得られた鋼製品の硬質部のビッカース硬さはいずれも５００ＨＶ以上であった。
焼戻し処理における、焼戻し操作（加熱処理及び冷却処理）の回数を３回に変更した以外は実施例１と同様にして、靭性部と硬質部とを備えた鋼製品を作製した。この手順に従い、３つの鋼製品をそれぞれ作製した。得られた鋼製品の靭性部のビッカース硬さを上述した方法に従い測定したところ、４００ＨＶ、４０４ＨＶ及び４０８ＨＶであり、所望の硬度が得られていることが分かった。なお、得られた鋼製品の硬質部のビッカース硬さはいずれも５００ＨＶ以上であった。
［比較例１］
焼戻し処理において、ネジ部を加熱処理後、７００℃前後で１０秒間保持（均熱）した後、室温まで冷却処理した以外は実施例１と同様にして、靭性部と硬質部とを備えた鋼製品を作製した。この手順に従い、３つの鋼製品をそれぞれ作製した。得られた鋼製品の靭性部のビッカース硬さを上述した方法に従い測定したところ、４３８ＨＶ、４３３ＨＶ及び４３４ＨＶであり、所望の硬度が得られていることが分かった。しかしながら、得られた鋼製品の硬質部のビッカース硬さはいずれも５００ＨＶを下回り、上記焼戻し処理において、硬質部が軟化していることが分かった。
焼戻し処理において、ネジ部を加熱処理後、７００℃前後で１０秒間保持（均熱）した後、室温まで冷却処理した以外は実施例１と同様にして、靭性部と硬質部とを備えた鋼製品を作製した。この手順に従い、３つの鋼製品をそれぞれ作製した。得られた鋼製品の靭性部のビッカース硬さを上述した方法に従い測定したところ、４３８ＨＶ、４３３ＨＶ及び４３４ＨＶであり、所望の硬度が得られていることが分かった。しかしながら、得られた鋼製品の硬質部のビッカース硬さはいずれも５００ＨＶを下回り、上記焼戻し処理において、硬質部が軟化していることが分かった。
これらの各例で得られた鋼製品における靭性部の硬度分布を、図７に示す。
以上より、本発明によれば、硬質部と靭性部とを備えた鋼製品を製造する際の焼戻し処理において、靭性部となる部分に対して適切な量の熱量を与えることができ、硬質部となる部分への伝熱を抑制できることが分かった。その結果、靭性部と硬質部とを有する鋼製品において、靭性部の靭性を確保したまま、硬質部の硬度が低下することを防ぐことができた。
なお、本製造方法及び本製造装置は、自動車などの車両や建築物等の様々な用途に用いられる鋼製品に対して適用できる。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、本実施形態における構成要素を他の周知の構成要素に適宜置き換えることができる。
１ 鋼製品
２ 靭性部
３ 硬質部
４ 加熱処理手段
４ａ 加熱処理部
５ 冷却処理手段
５ａ 冷却処理部
６ 移動機構
７ 鋼部材
７ａ プレ靭性部
７ｂ プレ硬質部
８ ε－炭化物
Ｄ 靭性部と硬質部との間の距離
Ｈ 加熱時間
Ｕ 均熱時間
Ｃ 冷却時間
２ 靭性部
３ 硬質部
４ 加熱処理手段
４ａ 加熱処理部
５ 冷却処理手段
５ａ 冷却処理部
６ 移動機構
７ 鋼部材
７ａ プレ靭性部
７ｂ プレ硬質部
８ ε－炭化物
Ｄ 靭性部と硬質部との間の距離
Ｈ 加熱時間
Ｕ 均熱時間
Ｃ 冷却時間
Claims (7)
- 硬質部と、靭性部とを備えた鋼製品の製造方法であって、
焼入れ処理された鋼部材の前記靭性部となる部分を、焼戻し温度まで加熱した直後に、冷却する焼戻し処理を行うことを特徴とする鋼製品の製造方法。 - 前記焼戻し処理において、前記靭性部となる部分に対して、焼戻し温度まで加熱した直後に冷却する操作を複数回連続して行う、請求項１に記載の鋼製品の製造方法。
- 前記焼戻し温度が、６９０℃以上、７２５℃以下である、請求項１または２に記載の鋼製品の製造方法。
- 前記靭性部となる部分を、焼戻し温度まで加熱した直後に、冷却する温度が、１００℃以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の鋼製品の製造方法。
- 前記靭性部となる部分に対して、焼戻し温度まで加熱した直後に冷却する１回の操作が、３０秒以内で行われる、請求項１～４のいずれか一項に記載の鋼製品の製造方法。
- 硬質部と、靭性部とを備えた鋼製品の製造装置であって、
鋼部材を加熱する加熱処理部と、
前記鋼部材を冷却する冷却処理部と、
前記鋼部材を各処理部へと移動可能な移動機構と
を備え、
前記移動機構は、前記鋼部材に対する焼戻し処理において、前記加熱処理部で前記鋼部材の靭性部となる部分が焼戻し温度まで加熱された直後に、前記鋼部材を前記冷却処理部へと移動させることを特徴とする鋼製品の製造装置。 - 前記移動機構が、各鋼部材に対する焼戻し処理において、前記加熱処理部から前記冷却処理部への移動を複数回行う、請求項６に記載の鋼製品の製造装置。
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