JP2929068B2 - 鋼の熱処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素鋼や炭素合金鋼等
の鉄鋼を熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、鋼の熱処理は、ワークを収容した熱
処理炉を窒素ガスでパージしながら昇温し、熱処理炉内
の温度が所定温度に達すると、パージ用窒素ガスの供給
を止めるとともに、変成炉ガスを熱処理炉内に供給して
熱処理炉内を変成炉ガス雰囲気に維持し、この変成炉ガ
ス雰囲気中でワークを所定温度に加熱し、ワークを所定
温度で一定時間保持し、所定の冷却速度で熱処理をして
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の熱処
理方式では、熱処理炉内に充満させるガスを変成炉発生
ガスで形成していたことから、変成炉の維持管理が面倒
である。また、球状化焼鈍のようなＡ１変態点域では処
理中に熱処理炉に撹拌モータ軸部分及びシール部分など
から外気が侵入すると、爆発する危険性があり、熱処理
炉などの気密性の確保が面倒であるとともに、エンリッ
チ方式で酸素計、二酸化炭素計によるカーボンコントロ
ール制御が困難であった。本発明はこのような点に着目
して窒素ガスベースで熱処理する方法を提供するもので
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明は、熱処理炉内を窒素ガスでパージしながら
昇温し、炉内温度が所定温度に達すると、熱処理炉内に
供給する窒素ガスの流量を減少させるとともに、プロピ
レンガスを窒素ガスに添加して熱処理炉内に供給し、こ
のプロピレンガスの添加量を熱処理炉から排出される排
ガス中のメタン濃度に基づき１〜２％となるように制御
することを特徴としている。

【０００５】

【作用】本発明では、熱処理炉内を窒素ガスでパージし
ながら昇温し、炉内温度が所定温度に達すると、熱処理
炉内に供給する窒素ガスの流量を減少させるとともに、
プロピレンガスを窒素ガスに添加して熱処理炉内に供給
し、このプロピレンガスの添加量を熱処理炉から排出さ
れる排ガス中のメタン濃度に基づき１〜２％となるよう
に制御するように構成しているので、ワーク中の炭素量
のコントロールは低温度で分解するプロピレンガスを用
い、外乱として炉壁や炉壁の間隙から侵入した酸素や水
分とプロピレンガスとを反応させて一酸化炭素を生成す
ることにより行う。

【０００６】

【実施例】図１はベル型炉を使用して焼鈍する装置の概
略図であり、符号(１)はベル型炉で形成した熱処理炉で
あり、この熱処理炉(１)の底部に撹拌ファン(２)が配置
してあり、この撹拌ファン(２)のファン軸(３)は熱処理
炉(１)の底壁(４)を貫通して炉外に突出している。

【０００７】また、熱処理炉(１)の底壁(４)には、雰囲
気ガス導入口(５)と雰囲気ガス導出口(６)とが形成して
あり、雰囲気ガス導入口(５)には窒素ガス供給路(７)と
添加用炭化水素ガス供給路(８)を合流させて接続させて
ある。窒素ガス供給路(７)は流量調節可能な開閉弁(９)
と流量計(10)を介して窒素ガスボンベ等の窒素ガス源(1
1)に接続してあり、添加用炭化水素系ガス供給路(８)は
流量調節弁(12)と流量計(13)を介して添加用炭化水素系
ガス容器(14)に接続してある。なお、添加用炭素水素系
ガスとしては、プロピレンが使用されている。

【０００８】一方、雰囲気ガス導出口(６)からの排気ガ
ス路(15)には、オリフィス(16)が配置してあり、このオ
リフィス(16)よりも上流側部分から分岐導出させた分析
用ガス導出管(17)が分析計(18)に接続している。そし
て、この分析計(18)で分析検出したメタンガス濃度に基
づき、添加用炭化水素系ガス供給路(８)に配置した流量
調節弁(12)の開閉度を調節するようにしてある。

【０００９】このような構成による熱処理炉での焼鈍操
作の手順を以下に説明する。処理するワーク(Ｗ)を熱処
理炉(１)内にセットする。このワークのセット時に炉室
内は大気雰囲気になり、また炉壁内には大気や水蒸気が
侵入している。そしてこのまま昇温すると、この大気中
の酸素の影響でワーク表面が酸化することになるから、
熱処理炉(１)内を昇温しながら、窒素ガス供給路(７)か
ら窒素ガスを供給して、炉室内の大気を窒素ガスで置換
する。

【００１０】炉室内が残留酸素濃度１００ppm 程度の窒
素雰囲気となり、炉室内の温度がプロピレンの分解温度
である５５０℃程度になると、窒素ガス供給路(７)の開
閉弁(９)を絞ってその流量を半減させるとともに、添加
用炭化水素系ガス供給路(８)の流量調整弁(12)を調節開
弁して、プロピレンガスを窒素ガスに１％程度添加した
状態で熱処理炉(１)内に供給する。

【００１１】図２に示す熱処理パターンに基づき、この
プロピレンガスを１％添加した窒素ガスの供給を継続し
た状態でワークをＡ１変態温度よりも２０℃程度高い温
度に１０時間程度維持し、その後ゆっくりと冷却して、
ワークを焼鈍する。

【００１２】この高温維持期間に、撹拌ファン軸(３)の
挿通部分等からわずかに外気が侵入するが、このとき、
酸素や水分等の酸化性ガスが炉内に存在すると、プロピ
レンは次のように反応して一酸化炭素ガスと水素ガスを
生成し、ワークの脱炭を防止する。

【化１】

【００１３】一方、高温維持期間中に、炉内の酸化性ガ
ス量がなくなると、プロピレンは次のように分解してメ
タンガスを生成する。

【化２】 そしてこのカーボン量が多くなると、ワーク表面から浸
炭することになる。

【００１４】このため、排気ガス中のメタンガス量を分
析検出し、そのメタンガス量に基づき、添加用炭化水素
ガス供給路(８)での流量調整弁(12)の開弁量調節して、
窒素ガスへのプロピレンガス添加量を調整する。そし
て、炉の気密度にもよるが、プロピレンガスの添加量が
２％をこえると、上記式の分解がおこり、ワークの表
面に浸炭が見られ、炉壁にも遊離炭素の付着が見られ
た。また、プロピレンの添加量が１％を切ると、ワーク
の表面に脱炭が見られた。この結果、焼鈍作業でプロピ
レンの添加量を１〜２％に制御することが望ましい。な
お、プロピレンの添加量を調整することにより、浸炭処
理や脱炭処理を行うこともできる。

【００１５】

【発明の効果】本発明では、熱処理炉内を窒素ガスでパ
ージしながら昇温し、炉内温度が所定温度に達すると、
熱処理炉内に供給する窒素ガスの流量を減少させるとと
もに、プロピレンガスを窒素ガスに添加して熱処理炉内
に供給し、このプロピレンガスの添加量を熱処理炉から
排出される排ガス中のメタン濃度に基づき１〜２％とな
るように制御しているので、炉内に残存している酸素や
水分とプロピレンガスとを反応させて一酸化炭素を生成
してワーク中の炭素量のコントロールすることができ、
脱炭又は浸炭することなしに熱処理できる。しかも、そ
の場合、窒素ガスにプロピレンガスを微量添加するだけ
であることから、従来の変成炉ガスを使用するものに比
べて安全面で優れているうえ、変成炉を必要としない分
だけ構造が簡素化され、変成炉の維持管理も必要ないの
で、ランニングコストも低下させることかできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】焼鈍装置の一例を示す概略図である。

【図２】熱処理パターンを示す時間−温度関係グラフで
ある。

【符号の説明】

Ｗ…ワーク、１…熱処理炉。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−162722（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−56715（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−72821（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−110909（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21D 1/74 C21D 1/76

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低炭素鋼や低炭素合金鋼からなるワーク
   (Ｗ)を収容した熱処理炉(１)の内部に非酸化性ガスを注
   入し、非酸化性ガス雰囲気中で加熱処理する鋼の熱処理
   方法において、 熱処理炉(１)を窒素ガスでパージしながら昇温し、炉内
   温度が所定温度に達すると、熱処理炉(１)に供給する窒
   素ガスの流量を減少させるとともに、プロピレンガスを
   窒素ガスに添加して熱処理炉(１)内に供給し、このプロ
   ピレンガスの添加量を熱処理炉(１)から排出される排ガ
   ス中のメタン濃度に基づき１〜２％となるように制御す
   ることを特徴とする鋼の熱処理方法。