JP4092215B2 - Heat treatment furnace atmosphere control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理炉の雰囲気制御方法及び装置特に、ガス浸炭、ガス浸炭窒化、光輝雰囲気熱処理等を行なう熱処理炉の雰囲気制御方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ガス浸炭等の熱処理方法としては炭化水素系ガスと空気とを混合させ吸熱型変成ガス発生炉を用いて変成したガス(以下、エンドサーミックガスという。)を炉内に供給し、所定のカーボンポテンシャルを得るために炭化水素系ガス(以下、エンリッチガスという。)を添加する方法が多く採用されてきた。しかしながら近年、省エネルギーの観点から、特開昭61−159567号公報ならびに特開平4−63260号公報等に示されているごとく、炉内に炭化水素系ガスと酸化性ガスとを直接導入することにより変成ガス発生炉を必要とせずに、浸炭を行なう直接浸炭法が除々に採用される傾向にある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭61−159567号公報による方法においては炉内に添加する酸化性ガスは酸素であり、CO分圧は炭化水素系ガスにCH4 を用いた場合29%程度、C4 H10の場合38%程度、特開平4−63260号公報ではCO2 を用い炭化水素系ガスとしてブタンを用いた場合雰囲気のCO分圧を40%前後と従来法に比較して高くしているので、浸炭時間を従来法に比較して大きく短縮することはできるが、CO分圧が従来法に比較して高いことにより、処理物の粒界酸化が増大する。
【0004】
また、一般に処理物の装入装出の際に炉内に多量の空気が混入することにより炉内雰囲気のCO分圧は変動する。特開平4−63260号公報の方法ではそれにもかかわらず、雰囲気のカーボンポテンシャルの値が一定となるように炭化水素系ガスの供給量の調節を行なっているが実際の作業においては荷姿(処理重量や表面積)の変化により、雰囲気の変動が大きく、カーボンポテンシャルの変動も大きくなり、鋼の表面炭素濃度のバラツキが大きくなる。
【0005】
また、直接浸炭法での浸炭速度は、浸炭期と拡散期の影響を強く受ける。前者は、炭化水素系ガス等(原料ガス)の直接分解が浸炭への主効果であり、後者はBoudouard反応が主体となる。従って、前者の炭化水素系ガス等の炉内への直接導入では、添加量と雰囲気の温度とによって(勿論装入された処理物の荷姿によっても)、その分解程度が異なる。その結果、炭化水素系ガス等が浸炭に必要とする以上に添加されススとなって炉内に推積したり、処理物がスーティングするという不具合があった。
【0006】
また、上述したスーティング範囲に入っていることを知らずに操業した場合には、酸素センサーの寿命を短くするという不具合もあった。
【0007】
本発明の目的は上記従来の欠点を除くようにしたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱処理炉の雰囲気制御装置は、炉殻と、炉内加熱用ヒーターと、炉内のCO分圧測定手段と、炉内のカーボンポテンシャル演算手段と、炉内にブタンガス及び酸化性ガスを導入する手段と、これらブタンガス及び酸化性ガスの炉内に対する導入量を制御する手段とより成り、上記酸化性ガスの制御する手段が、炉内のCO分圧が30%、または28.5〜31.5%の範囲の設定値に達したとき上記酸化性ガスの供給を停止する手段であることを特徴とする。
【0009】
また、本発明の熱処理炉の雰囲気制御装置において、上記酸化性ガスの制御する手段が、上記酸化性ガスの供給を停止した後に、炉内のカーボンポテンシャルが設定値に達するように、上記ブタンガスの供給量を制御する手段であることを特徴とする。
【0010】
また、本発明の熱処理炉の雰囲気制御装置においては、更に、炉内の酸素分圧及び、CH 4 分圧測定手段を有することを特徴とする。
【0013】
上記酸化性ガスは、空気或いはCO2 ガスである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
【0015】
図1は本発明の熱処理炉の雰囲気制御装置の説明図を示す。
【0016】
図1において、1は炉殻、2はこの炉殻1を形成する耐熱レンガ、3は雰囲気攪拌用ファン、4は加熱用ヒーター、5は炉内温度制御のための熱電対、6は例えば炉内直接挿入型ジルコニア式固体電解質酸素分圧測定用センサー、7はCO2 分圧測定用管、8はCH4 分圧測定用管、9はCO分圧分析装置、10はCH4 分圧分析装置、11は炉内に導入される炭化水素系ガスの供給パイプ、12はその調節バルブ、13は炉内に導入酸化性ガスの供給パイプ、14はその調節バルブ、15はカーボンポテンシャル演算装置、16は上記調節バルブ12、14に調節信号を送る調節計である。
【0017】
図2はカーボンポテンシャルの相違による浸炭時間と浸炭深さとの関係を示したもので、浸炭中のカーボンポテンシャルが高いと、低い場合に比較して、短い時間で浸炭を終了させることができることは既に知られているが、Fe−C系平衡状態図においては、図2中に斜線で示したようにスーティング域に入ると実操業に適さないことも知られている。
【0018】
カーボンポテンシャルを高くするためには、エンリッチガス(炭化水素系ガス)を多量に添加するとよい。エンリッチガス添加後の時間経過を見ると、図3に示す様に装入重量を150Kg一定として、C4 H10ガス使用の場合、A(流量2.5リットル/min)、B(1.4リットル/min)、C(1.0リットル/min)の何れも浸炭時間tの経過につれて残留CH4 量は減少の後増加に転じ、処理物はスーティングを発生する。一方、D(0.5リットル/min)の場合ほぼ一定の残留CH4 量になり、スーティングは発生しない。この相違は、A(2.5リットル/min)、B(1.4リットル/min)、C(1.0リットル/min)の場合は添加量が多いことにより、鋼が炭素を吸収し切れずに、未分解のCH4 が増加するためであり、一方、D(0.5リットル/min)は鋼が炭素を吸収することができるためである。従って残留CH4 量を分析し、その値を制御することは即ちスーティングを防止することになる。
【0019】
また、Fe−C系平衡状態図において、温度が決まれば最大炭素固溶量は一定であるためその値に相当する酸素分圧を測定することによってスーティングを防止することができる。
【0020】
図4に示されるように浸炭速度は炭素移行係数βに応じて変化し、浸炭炉気中のCO分圧が50%の場合に炭素移行係数βは最大となる。一方CO分圧の増大は、炉中のO2 分圧を増大させることにもなる。また表面よりの粒界酸化層深さとCO分圧(CO分圧はO2 分圧に比例する)との関係は図5に示す通りとなる。
【0021】
材料強度に及ぼす粒界酸化層の深さの影響は、一般に13.5μmが限界であることが知られている。したがって、粒界酸化層13.5μmとCO分圧との交点より最適CO分圧が決定される。その値は炭化水素系ガスがブタンの場合約30%COであり、本発明においては炉内のCO分圧が約30%に達したときこれをCO分析装置9の分析結果より判断し上記酸化性ガスの調節バルブ14を閉じるようにする。
【0022】
なお図6の実験結果より明らかなようにCH4 およびCO2 は化学量論的に1:1で反応するため、バルブ14の開度は、炭化水素系ガスがブタンの場合約30%COを中心に変化出来るように調節するが、実際は処理物が持ち込むO2 量あるいは炉体の機密性からくる漏洩空気量もあり、必ずしもCO2 /CH4 の比が1:1とはならない。従って各バルブ12および14はCO分圧測定結果により開閉制御せしめる。また、酸化性ガスの流量を一定にし、炭化水素系ガスの流量を制御しても同様の効果が得られる。
【0023】
上記のようにCOを約30%一定に制御した場合カーボンポテンシャル方程式は、〈C〉+O2 /2→COより平衡恒数をKp、カーボンポテンシャル(活量)をac 、酸素分圧をPO2 とすれば、式(1)
【0024】
ac =CO/Kp・PO2 1/2 −−−(1)
【0025】
と示され、温度一定、CO一定であればKpも一定であり、カーボンポテンシャルac は酸素分圧をPO2 とすればPO2 1/2 の関数で表される。目標のカーボンポテンシャルを得るためには、酸素起電力の値が目標の値未満の場合は炭化水素系ガスのバルブ12を開くようにする。また、目標の値を越える場合はバルブ12を閉じるようにする。
【0026】
上記式(1)にCO分析結果を代入してCOおよびO2 を演算すればカーボンポテンシャルを知ることもできる。
【0027】
温度が変動した場合は、温度調節であるKp(例えば、logKp=5840.6/T+4.583により計算される)の変化を自動的に計算して、式(1)に代入して演算を行なう。
【0028】
(実施例1)
【0029】
バッチ型炉を用い、150Kgの処理物を装入し、炭化水素系ガスとしてC4 H10ガスを、酸化性ガスとしてCO2 ガスを用いて930℃で4時間の浸炭作業を行なった。操業中のCO分圧、処理物の表面炭素量ならびに浸炭深さについて、従来の特開昭61−159567号公報ならびに特開平4−63260号公報等の方法と本発明との相違を調査した。その結果は図7に示す通りである。即ち、従来方法では炭化水素系ガスがブタンの場合CO%に対応するCO変動は23〜40%であるのに対して本発明によれば炭化水素系ガスがブタンの場合30%の目標に対して28.5〜31.5%(30%±1.5%)に制御することができる。また、従来方法では表面炭素量の変動は目標設定の表面炭素量1.20%に対し0.7〜1.70%であるのに対して本発明によれば1.10から1.30%の範囲に制御することができ、そのバラツキが少なくなる。
【0030】
同じく、浸炭深さの目標値0.7mmに対する深さの変動を0.55〜0.85mmから0.6〜0.8mmに改良するこができる。
【0031】
上記結果を得るに至った、添加ガスの時間経過による変化とCO分圧の時間経過とを示すと図8の通りとなる。なおバルブ12および14を通過するC4 H10ガスとCO2 ガスの最大流量はそれぞれ2.5リットル/minとした。昇温近辺においてはC4 H10およびCO2 は、この場合に設置された最大量を流すことになるが、COの分析結果によりただちにバルブ12および14を閉じる方向に作動し、その結果、COも30%±1.50%の精度で制御されたことが理解できる。
【0032】
なお、図3に示した様に、1.0リットル/min以上の炭化水素系ガスとしてのブタンの添加の場合は時間の経過につれて、CH4 量が増大し、これは、残留CH4 が未分解として炉内に蓄積されることであり、スーティングが増大することになる。
【0033】
従って、図8から明らかなように930℃に達した時、炭化水素系ガスとしてのブタンの場合の添加量が2.5リットル/minの場合にはスーティングが生じてしまう量であるが、本発明方法によれば次第に添加量が減少しスーティングが防止される。
【0034】
本発明においては装入重量を(150Kg÷2)〜(150Kg×2)まで変動させ、かつ、重量一定とし、表面積を1/2に減少させた場合、および6倍に増加させた場合についてテストしたが、炭化水素系ガスとしてブタンの場合で雰囲気のCO変動は図8に示す様に30±1.50%COに制御することができた。
【0035】
(実施例2)
【0036】
図9は、炭化水素系ガスとしてブタンの場合で従来一般的に行なわれているエンドサーミックガス(CO:約23%)を用いた浸炭と本発明による(CO:約30%)浸炭の断面における顕微鏡組織を示し、写真左側はエンドサーミックガスによるものであり、右は本発明によるものである。いずれの写真においても左側は表面を示し、粒界酸化のあることを示している。しかし、二者の比較において、いずれも粒界酸化10μm程度であり、両者に大差はない。即ち、COが約30%に制御されたことにより、粒界酸化はあまり増大しない。
【0037】
(実施例3)
【0038】
図10は、150Kgの処理物を930℃にて浸炭した場合の浸炭深さに及ぼす従来方法と本発明方法との相違を示す。これより、エンドサーミックガスの場合に比較して、本発明のものは一定時間の浸炭において約19%深く浸炭されることがわかる。従って一定深さの浸炭の場合は、浸炭時間を従来方法と比較して短縮することができる。
【0039】
(実施例4)
【0040】
図11はC4 H10ガスとCO2 ガスとを使用した本発明によるものと、エンドサーミックガスの原料ガスとエンリッチガスとしてC4 H10ガスを使用した従来のエンドサーミック法により、処理温度930℃、カーボンポテンシャルを1.0%一定として、有効硬化層深さ(0.4%Cに相当)1mmの浸炭処理を行なった場合の使用ガス量の比較を示す。この結果、本発明による方法にて浸炭処理を行なった場合従来のエンドサーミックガス法にて浸炭処理を行なった場合に比較して、有効硬化層深さ1mmを得るために使用するC4 H10ガス量は69%削減できた。
【0041】
上記炭化水素系ガスとしては、炭素原子を含む液体、例えばアルコールや、気体、例えばアセチレン、メタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素を主成分とするガス好ましくは、メタン、プロパン或いはブタンガスを用いる。
【0042】
また、酸化性ガスとしては、空気或いはCO2 ガスを用いる。
【0043】
なお、本発明においては更にCH4 分析装置10の分析結果より、CH4 の値が下降から上昇に転じたとき調節バルブ12を閉じ、炭化水素系ガスCX HY の流入を止め、残留CH4 量が増加しない様に制御することによってスーティングを防止することができる。
【0044】
また、本発明においては、酸素分圧測定用センサー6の起電力を測定することによって酸素分圧を測定し、酸素分圧が設定値に達したとき調節バルブ12を閉じることによってもスーティングを防止できる。
【0045】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、ガス浸炭、ガス浸炭窒化、光輝熱処理等の雰囲気熱処理において、雰囲気のCO分圧を一定にするための炭化水素系ガス等と酸化性ガスとの添加量を制御することによって、処理物の荷姿(重量・表面積)の変化や空炉保持時間変化の影響をなくし、カーボンポテンシャルを一定として処理物の品質の安定化を計ることができる。
【0046】
また、雰囲気のCH4 分圧および酸素分圧に対応して炭化水素系ガス等の添加量を制御することにより、スーティングを未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明熱処理炉の雰囲気制御装置の説明図である。
【図2】 カーボンポテンシャルの相違による浸炭深さに及ぼす浸炭時間の影響を示す線図である。
【図3】 エンリッチガス添加量の相違による残留CH4 量と浸炭時間との関係を示す線図である。
【図4】 炭素移行係数に及ぼすCO+H2 ガス成分の影響を示す線図である。
【図5】 粒界酸化層深さに及ぼすCO%の影響を示す線図である。
【図6】 CO%とCO2 /CH4 との関係を示す線図である。
【図7】 CO%の変動、表面炭素量の変動、浸炭深さの変動について、従来法と本発明との比較を示す線図である。
【図8】 930℃における浸炭経過によるCO%、残留CH4 量、添加されたC4 H10、CO2 流量の変化を示す線図である。
【図9】 粒界酸化を示す顕微鏡組織写真の比較図である。
【図10】 有効浸炭深さと浸炭時間との関係の従来法と本発明との相違を示す線図である。
【図11】 従来法と本発明とのガス消費量の比較説明図である。
【符号の説明】
1 炉殻
2 耐熱レンガ
3 雰囲気攪拌用ファン
4 加熱用ヒーター
5 熱電対
6 酸素分圧測定用センサー
7 CO2 分圧測定用管
8 CH4 分圧測定用管
9 CO分圧分析装置
10 CH4 分圧分析装置
11 炭化水素系ガス供給パイプ
12 調節バルブ
13 酸化性ガスの供給パイプ
14 調節バルブ
15 カーボンポテンシャル演算装置
16 調節計[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an atmosphere control method and apparatus for a heat treatment furnace, and more particularly to an atmosphere control method and apparatus for a heat treatment furnace that performs gas carburization, gas carbonitriding, bright atmosphere heat treatment, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a heat treatment method such as gas carburizing, a gas (hereinafter referred to as an endothermic gas), which is a mixture of a hydrocarbon-based gas and air and is transformed using an endothermic modified gas generator, is supplied into the furnace, In order to obtain a carbon potential, a method of adding a hydrocarbon-based gas (hereinafter referred to as an enriched gas) has been widely employed. However, in recent years, from the viewpoint of energy saving, by introducing a hydrocarbon-based gas and an oxidizing gas directly into a furnace as shown in Japanese Patent Laid-Open Nos. 61-159567 and 4-63260, etc. There is a tendency that a direct carburizing method in which carburizing is performed without the need for a shift gas generating furnace is gradually adopted.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-159567, the oxidizing gas added to the furnace is oxygen, and the CO partial pressure is about 29% when CH 4 is used as the hydrocarbon gas, C 4 H 10 In the case of Japanese Patent Laid-Open No. 4-63260, the CO partial pressure of the atmosphere is increased to around 40% when compared with the conventional method when CO 2 is used and butane is used as the hydrocarbon gas. Although the carburizing time can be greatly shortened compared to the conventional method, the grain boundary oxidation of the treated product increases due to the high CO partial pressure compared to the conventional method.
[0004]
In general, the CO partial pressure in the furnace atmosphere fluctuates when a large amount of air is mixed in the furnace when charging and unloading the processed material. Nevertheless, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-63260, the supply amount of hydrocarbon gas is adjusted so that the value of the carbon potential of the atmosphere is constant. Due to the change in weight and surface area, the fluctuation of the atmosphere is large, the fluctuation of the carbon potential is also large, and the variation in the surface carbon concentration of the steel becomes large.
[0005]
In addition, the carburization rate in the direct carburizing method is strongly influenced by the carburizing period and the diffusion period. In the former, direct decomposition of hydrocarbon gas or the like (raw gas) is the main effect on carburization, and in the latter, the Boudouard reaction is the main. Therefore, in the case of direct introduction of the hydrocarbon gas or the like into the furnace, the degree of decomposition differs depending on the amount of addition and the temperature of the atmosphere (of course, depending on the loaded state of the charged product). As a result, there has been a problem that hydrocarbon-based gas or the like is added more than necessary for carburizing and becomes soot and accumulates in the furnace, or the processed material is sooted.
[0006]
In addition, when operating without knowing that it is within the sooting range described above, there has been a problem of shortening the life of the oxygen sensor.
[0007]
The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned conventional drawbacks.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The atmosphere control device for a heat treatment furnace of the present invention includes a furnace shell, a heater for heating in the furnace, a CO partial pressure measuring means in the furnace, a carbon potential calculating means in the furnace, and butane gas and oxidizing gas in the furnace. And means for controlling the amount of butane gas and oxidizing gas introduced into the furnace. The means for controlling the oxidizing gas has a CO partial pressure in the furnace of 30%, or 28.5. It is a means for stopping the supply of the oxidizing gas when a set value in the range of 31.5% is reached.
[0009]
In the atmosphere control apparatus for a heat treatment furnace according to the present invention, the means for controlling the oxidizing gas may stop the butane so that the carbon potential in the furnace reaches a set value after the supply of the oxidizing gas is stopped. It is a means for controlling the amount of gas supply.
[0010]
Further, in the atmosphere control device for the heat treatment furnace of the present invention , the oxygen partial pressure in the furnace and CH 4 The Rukoto to have a partial pressure measuring means, characterized.
[0013]
The oxidizing gas is air or CO 2 gas.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is an explanatory view of an atmosphere control apparatus for a heat treatment furnace according to the present invention.
[0016]
In FIG. 1, 1 is a furnace shell, 2 is a heat-resistant brick forming the
[0017]
FIG. 2 shows the relationship between the carburizing time and the carburizing depth due to the difference in carbon potential. When the carbon potential during carburizing is high, it is already possible to finish carburizing in a shorter time than when it is low. It is known that in the Fe-C system equilibrium diagram, it is not suitable for actual operation when entering the sooting zone as shown by the oblique lines in FIG.
[0018]
In order to increase the carbon potential, a large amount of enriched gas (hydrocarbon-based gas) is preferably added. Looking at the passage of time after the addition of the enriched gas, as shown in FIG. 3, when the charging weight is constant at 150 kg and C 4 H 10 gas is used, A (flow rate 2.5 liter / min), B (1.4 In both cases (liter / min) and C (1.0 liter / min), as the carburizing time t elapses, the amount of residual CH 4 starts to decrease and then increases, and the treated product generates sooting. On the other hand, in the case of D (0.5 liter / min), the amount of residual CH 4 becomes almost constant and sooting does not occur. The difference is that in the case of A (2.5 liters / min), B (1.4 liters / min), and C (1.0 liters / min), the steel has absorbed carbon due to the large amount of addition. The reason is that undecomposed CH 4 increases, whereas D (0.5 liter / min) is because the steel can absorb carbon. Therefore, analyzing the amount of residual CH 4 and controlling its value will prevent sooting.
[0019]
In the Fe-C equilibrium diagram, the maximum carbon solid solution amount is constant when the temperature is determined, and sooting can be prevented by measuring the oxygen partial pressure corresponding to that value.
[0020]
As shown in FIG. 4, the carburization rate changes according to the carbon transfer coefficient β, and the carbon transfer coefficient β becomes maximum when the CO partial pressure in the carburizing furnace is 50%. On the other hand, the increase in the CO partial pressure also increases the O 2 partial pressure in the furnace. The relationship between the grain boundary oxide layer depth from the surface and the CO partial pressure (CO partial pressure is proportional to the O 2 partial pressure) is as shown in FIG.
[0021]
It is known that the influence of the depth of the grain boundary oxide layer on the material strength is generally limited to 13.5 μm. Therefore, the optimum CO partial pressure is determined from the intersection of the grain boundary oxide layer 13.5 μm and the CO partial pressure. The value is about 30% CO when the hydrocarbon gas is butane. In the present invention, when the CO partial pressure in the furnace reaches about 30%, this is judged from the analysis result of the
[0022]
As is clear from the experimental results in FIG. 6, CH 4 and CO 2 react stoichiometrically 1: 1, so that the opening of the
[0023]
Carbon potential equation case of controlling the CO to about 30% constant as described above, <C> + O 2/ 2 → Kp number equilibrium constant than CO, carbon potential (the activity) a c, the oxygen partial pressure PO If it is 2 , formula (1)
[0024]
a c = CO / Kp · PO 2 1/2 −−− (1)
[0025]
When the temperature is constant and CO is constant, Kp is also constant, and the carbon potential ac is expressed as a function of PO 2 1/2 when the oxygen partial pressure is PO 2 . In order to obtain the target carbon potential, when the value of the oxygen electromotive force is less than the target value, the
[0026]
The carbon potential can be obtained by substituting the CO analysis result into the above formula (1) and calculating CO and O 2 .
[0027]
When the temperature fluctuates, a change in Kp (for example, calculated by logKp = 58840.6 / T + 4.583), which is temperature adjustment, is automatically calculated, and is substituted into equation (1) for calculation. .
[0028]
Example 1
[0029]
Using a batch furnace, 150 kg of treated material was charged, and carburizing operation was performed at 930 ° C. for 4 hours using C 4 H 10 gas as a hydrocarbon gas and CO 2 gas as an oxidizing gas. Regarding the CO partial pressure during operation, the surface carbon content of the treated material, and the carburization depth, the difference between the conventional method of Japanese Patent Laid-Open Nos. 61-159567 and 4-63260 and the present invention was investigated. The result is as shown in FIG. That is, in the conventional method, the CO fluctuation corresponding to CO% is 23 to 40% when the hydrocarbon gas is butane, whereas according to the present invention, the target is 30% when the hydrocarbon gas is butane. 28.5 to 31.5% (30% ± 1.5%). Further, in the conventional method, the variation of the surface carbon amount is 0.7 to 1.70% with respect to the target set surface carbon amount of 1.20%, whereas according to the present invention, it is 1.10 to 1.30%. Can be controlled within the range, and variations thereof are reduced.
[0030]
Similarly, the variation of the depth with respect to the target value of 0.7 mm for the carburization depth can be improved from 0.55 to 0.85 mm to 0.6 to 0.8 mm.
[0031]
FIG. 8 shows the change over time of the additive gas and the time course of the CO partial pressure that led to the above results. The maximum flow rates of C 4 H 10 gas and CO 2 gas passing through the
[0032]
Incidentally, as shown in FIG. 3, in the case of addition of butane 1.0 L / min or more hydrocarbon gas over time, CH 4 amount is increased, this residual CH 4 is not selected It is accumulated in the furnace as decomposition, and sooting increases.
[0033]
Therefore, as apparent from FIG. 8, when the temperature reaches 930 ° C., but is added in the case of butane as the hydrocarbon-based gas, the amount of sooting occurs when the addition amount is 2.5 liters / min. According to the method of the present invention, the addition amount is gradually reduced and sooting is prevented.
[0034]
In the present invention, the case where the charging weight was varied from (150 kg / 2) to (150 kg × 2), the weight was constant, the surface area was reduced to ½, and the test was increased by 6 times. However, in the case of butane as the hydrocarbon-based gas, the CO fluctuation in the atmosphere could be controlled to 30 ± 1.50% CO as shown in FIG.
[0035]
(Example 2)
[0036]
FIG. 9 is a cross-sectional view of carburization using an endothermic gas (CO: about 23%) that is conventionally performed in the case of butane as a hydrocarbon gas and carburization according to the present invention (CO: about 30%). The microstructure is shown, the left side of the photo is from the endothermic gas, and the right side is from the present invention. In any picture, the left side shows the surface, indicating that there is grain boundary oxidation. However, in the comparison between the two, both are about 10 μm of grain boundary oxidation, and there is no big difference between them. That is, the grain boundary oxidation does not increase so much because the CO is controlled to about 30%.
[0037]
(Example 3)
[0038]
FIG. 10 shows the difference between the conventional method and the method of the present invention on the carburization depth when 150 kg of treated material is carburized at 930 ° C. From this, it is understood that the present invention is carburized deeply by about 19% in the carburizing for a certain time as compared with the case of the endothermic gas. Therefore, in the case of carburizing at a certain depth, the carburizing time can be shortened as compared with the conventional method.
[0039]
Example 4
[0040]
Figure 11 is a C 4 H 10 gas and CO 2 by the present invention using a gas and a conventional endothermic method using C 4 H 10 gas as a source gas and enriched gas of endothermic gas, treatment temperature 930 A comparison of the amount of gas used in the case of carburizing treatment with an effective hardened layer depth (corresponding to 0.4% C) of 1 mm with the carbon potential kept constant at 1.0 ° C. is shown. As a result, when the carburizing treatment is performed by the method according to the present invention, C 4 H 10 used for obtaining an effective hardened layer depth of 1 mm as compared with the case where the carburizing treatment is performed by the conventional endothermic gas method. The amount of gas was reduced by 69%.
[0041]
As the hydrocarbon-based gas, a liquid containing carbon atoms, for example, an alcohol or a gas, for example, a gas mainly containing a hydrocarbon such as acetylene, methane, propane or butane, preferably methane, propane or butane gas is used.
[0042]
As the oxidizing gas, air or CO 2 gas is used.
[0043]
In the present invention, from the analysis result of the CH 4 analyzer 10, the
[0044]
In the present invention, the oxygen partial pressure is measured by measuring the electromotive force of the oxygen partial
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the atmospheric heat treatment such as gas carburizing, gas carbonitriding, and bright heat treatment, the addition amount of the hydrocarbon gas and the oxidizing gas for making the CO partial pressure of the atmosphere constant is increased. By controlling, it is possible to eliminate the effects of changes in the package (weight / surface area) of the processed material and changes in the holding time of the furnace, and to stabilize the quality of the processed material while keeping the carbon potential constant.
[0046]
In addition, sooting can be prevented beforehand by controlling the amount of addition of hydrocarbon gas or the like corresponding to the CH 4 partial pressure and oxygen partial pressure of the atmosphere.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an atmosphere control apparatus for a heat treatment furnace according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the influence of carburizing time on the carburizing depth due to the difference in carbon potential.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of residual CH 4 and the carburizing time due to the difference in the enriched gas addition amount.
FIG. 4 is a diagram showing the influence of a CO + H 2 gas component on the carbon transfer coefficient.
FIG. 5 is a diagram showing the influence of CO% on the grain boundary oxide layer depth.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between CO% and CO 2 / CH 4 .
FIG. 7 is a diagram showing a comparison between a conventional method and the present invention with respect to CO% variation, surface carbon content variation, and carburization depth variation.
FIG. 8 is a diagram showing changes in CO%, residual CH 4 content, added C 4 H 10 , and CO 2 flow rates as a result of carburizing at 930 ° C.
FIG. 9 is a comparative view of micrographs showing grain boundary oxidation.
FIG. 10 is a diagram showing the difference between the conventional method and the present invention in the relationship between the effective carburizing depth and the carburizing time.
FIG. 11 is a comparative explanatory view of gas consumption between the conventional method and the present invention.
[Explanation of symbols]
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