JP4292280B2

JP4292280B2 - 浸炭処理方法

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Publication number: JP4292280B2
Application number: JP2003419705A
Authority: JP
Inventors: 匠吾成田; 寿海老原
Original assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Current assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: JP2005179714A

Description

本発明は，鋼材料の浸炭処理方法に関する。

鋼材料の浸炭処理方法としては，炭化水素系ガスと空気との混合ガスを原料として吸熱型変成ガス発生炉を用いて変成することで得られる変成ガス（エンドサーミックガス）をキャリアガスとし，このキャリアガスと共に所定のカーボンポテンシャルを得るためのエンリッチガスとして炭化水素系ガスを浸炭室内に供給して浸炭処理する方法（キャリアガスを用いたガス浸炭処理方法）が広く普及している。このガス浸炭処理方法では，浸炭室内雰囲気を構成するガス成分の濃度もしくは分圧を測定することにより，間接的に炭素ポテンシャルを算出し，その結果を元にエンリッチガスの供給量を調節することにより浸炭の制御が可能である。

通常，このようなキャリアガスを用いたガス浸炭処理方法では，目標とする表面炭素濃度よりも高い雰囲気炭素ポテンシャルに設定することで，単位時間当たりの炭素侵入量を高めて処理時間の短縮を図っている。そして，続く拡散工程で炭素の拡散を行い，表面炭素濃度と浸炭深さの調整を行う。しかし，浸炭中の炭素ポテンシャルを高くするためにエンリッチガス（炭化水素系ガス）を浸炭室内に供給し過ぎるとスーティング発生（煤の発生）の危険性を生じるので，処理時間の短縮には限界がある。現在では，キャリアガスを用いたガス浸炭処理方法は，数ある浸炭方法の中で比較的確立された技術であるといえるが，エネルギーや地球環境の観点からはまだ十分であるとは言い難く，更なる改善が望まれている。その取り組みの一つとして，処理時間短縮が挙げられる。そして，処理時間短縮は，使用ガス量やエネルギーの低減にもつながる。

一方，最近では，真空浸炭処理方法（もしくは減圧浸炭処理方法）と呼ばれる浸炭処理方法が普及しつつある。通常，真空浸炭処理方法では，キャリアガスを使用することなく，減圧下の浸炭室内に直接メタンガスやプロパンガスなどの炭化水素系ガスを添加する。こうして添加された炭化水素系ガスが，高温の鋼材品の表面上で分解することで生じた活性な炭素が鋼材品料に侵入するものと考えられている。かような真空浸炭処理方法は，前述のキャリアガスを用いたガス浸炭処理方法と比べて鋼材品への炭素流入速度が速く，短時間で所望の浸炭深さを得ることが可能である。

従来，この真空浸炭処理方法としては，飽和炭化水素系ガスを直接炉内に供給し，１０〜７０ｋＰａの圧力で処理する方法の他，特開平８−３２５７０１号に開示されているように，アセチレンガスを用いて，１ｋＰａ以下の圧力で処理する方法，特開２０００−１７６５号に開示されているように，エチレンガスまたはエチレンガスとアセチレンガスとの混合ガスを用いて，１〜１０ｋＰａの圧力で処理する方法が知られている。

特開平８−３２５７０１号公報特開２０００−１７６５号公報

しかしながら，真空浸炭処理方法には，浸炭室内雰囲気の炭素ポテンシャル制御が困難であると言う問題が残されている。前述のキャリアガスを用いたガス浸炭処理方法と異なり，真空浸炭処理方法では，浸炭深さと表面炭素濃度の調整は，浸炭と拡散の時間制御によって行われるのが一般的であり，その操業条件は，経験（ノウハウ）によるところが大きい。

従って，本発明の目的は，処理時間を短くでき，かつ，炭素ポテンシャルの制御も可能な浸炭処理方法を提供することにある。

この目標を達成するために，本発明によれば，鋼材品を浸炭室内に収納して浸炭処理する方法であって，炭化水素系ガスとしてＣ _２Ｈ _２ガスを浸炭室内に供給し，浸炭室内圧力を０．１ｋＰａ〜１０ｋＰａとして鋼材品を浸炭する前期浸炭工程と，キャリアガスと炭化水素系ガスであるエンリッチガスを浸炭室内に供給し，前期浸炭工程よりも高い大気圧下で鋼材品を浸炭する後期浸炭工程とを有することを特徴とする，浸炭処理方法が提供される。この浸炭処理方法によれば，前期浸炭工程でより短時間で鋼材品の表面に高炭素濃度層を形成させ，後期浸炭工程では，浸炭ポテンシャルを制御しながら，鋼材品表面の高炭素濃度層を拡散させる。これにより，従来のキャリアガスを用いた浸炭処理方法よりも短時間で所望の浸炭特性を得ることができる。後期浸炭工程で浸炭室内に供給される前記エンリッチガスは，例えばＣ_３Ｈ_８ガス，Ｃ_３Ｈ_６ガス，Ｃ_４Ｈ_１０ガス，Ｃ_２Ｈ_２ガス，Ｃ_２Ｈ_４ガス，Ｃ_２Ｈ_６ガス，ＣＨ_４ガスの１種又は２種以上である。また，前期浸炭工程は，例えば５〜３０分間である。また，後期浸炭工程において，空気，Ｏ_２ガス，ＣＯ_２ガスの１種又は２種以上からなる酸化性ガスを浸炭室内に供給しても良い。更に，後期浸炭工程後，拡散工程を行っても良い。

本発明によれば，従来のキャリアガスを用いたガス浸炭処理方法に比べて処理時間を短くすることができ，しかも，炭素ポテンシャルの制御も可能な浸炭処理方法を提供することができる。本発明によれば，セメンタイトの析出も無く良好な浸炭を施すことができるようになる。また，炭素ポテンシャル制御によって安定した炉内雰囲気が得られ，これにより二次的効果として，製造ロット間の浸炭ばらつきを少なくすることも期待できる。

以下，本発明の好ましい実施の形態を図面を参照にして説明する。図１は，浸炭焼処理装置１の概略的な配置図である。図２は，浸炭室１１の説明図である。

図１に示すように，浸炭焼処理装置１にあっては，搬送室１０の左右に，浸炭室１１と油焼入れ室１２が設けてあり，搬送室１０の背部にガス冷却室１３が設けてある。浸炭室１１は，鋼材品Ｗの表面に浸炭処理を施す熱処理設備である。搬送室１０の前面には，開閉自在な挿入扉１５が設けてある。搬送室１０と浸炭室１１との間，搬送室１０と油焼入れ室１２との間，及び，搬送室１０とガス冷却室１３との間には，それぞれ開閉自在な仕切り扉１６，１７，１８が設けてある。また，油焼入れ室１２において，仕切り扉１７と対向する側面には，開閉自在な取出し扉２０が設けてある。

図２に示すように，浸炭室１１のケーシングとなる炉殻２５の内部には，低放散熱量かつ低蓄熱量のセラミックファイバ等からなる断熱材２６で囲まれた加熱ヒータ２７が配置されている。このヒータ２７の内方には，浸炭処理の対象となる鋼材品Ｗが挿入される。こうして，ヒータ２７の内方に挿入された鋼材品Ｗの上方には，浸炭室１１の内部雰囲気を攪拌するためのファン２８が装置してある。

炉殻２５の内部には，炭化水素系ガス供給部３０から送られた炭化水素系ガスが，マスフローコントローラ３１で供給量を制御されながら，管路３２を介して供給される。また同様に，炉殻２５の内部には，エンリッチガス供給部３３から送られたエンリッチガスとしての炭化水素系ガスが，マスフローコントローラ３４で供給量を制御されながら，管路３５を介して供給される。炭化水素系ガス（エンリッチガスとしての使用されるものも含む）としては，例えば，Ｃ_３Ｈ_８ガス，Ｃ_３Ｈ_６ガス，Ｃ_４Ｈ_１０ガス，Ｃ_２Ｈ_２ガス，Ｃ_２Ｈ_４ガス，Ｃ_２Ｈ_６ガス，ＣＨ_４ガスのうちの１又は２種以上が用いられる。また同様に，炉殻２５の内部には，酸化性ガス供給部３６から送られた酸化性ガスが，マスフローコントローラ３７で供給量を制御されながら，管路３８を介して供給される。酸化性ガスとしては，例えば，空気，Ｏ_２，ＣＯ_２のうちの１又は２種以上が用いられる。また同様に，炉殻２５の内部には，キャリアガス供給部３９から送られたキャリアガスが，流量調節バルブ４０で供給量を制御されながら，管路４１を介して供給される。キャリアガスとしては，例えば，炭化水素系ガスと空気との混合ガスを原料として吸熱型変成ガス発生炉を用いて変成することで得られる変成ガス（エンドサーミックガス）が用いられる。その他，図示はしないが，搬送室１０，浸炭室１１，油焼入れ室１２及びガス冷却室１３には，適当なＮ_２供給部から送られたＮ_２ガスが，供給量を制御されながら供給されるようになっている。

炉殻２５（浸炭室１１）の内部は，管路４５を通じて，真空ポンプ４６によって，所望の圧力に減圧される。浸炭室１１の内部雰囲気の圧力は，圧力計５０で検出され，コントローラ５１に入力される。また，浸炭室１１の内部雰囲気の温度は，熱電対５２で検出され，コントローラ５１に入力される。

浸炭室１１の内部雰囲気は，管路５３を通じてサンプリング装置５４にサンプリングされる。サンプリング装置５４でサンプリングされた浸炭室１１の内部雰囲気は，２つの雰囲気分析装置５５，５６でそれぞれ分析される。一方の雰囲気分析装置５５は，ＣＯガス分圧計あるいはＣＯガス濃度計であり，この雰囲気分析装置５５で検出されたＣＯガス分圧あるいはＣＯガス濃度が，コントローラ５１に入力される。他方の雰囲気分析装置５６は，ＣＯ_２ガス分圧計あるいはＣＯ_２ガス濃度計であり，同様に，この雰囲気分析装置５６で検出されたＣＯ_２ガス分圧あるいはＣＯ_２ガス濃度も，コントローラ５１に入力される。また，浸炭室１１の内部雰囲気は，管路６０を通じて雰囲気分析装置６１にサンプリングされる。雰囲気分析装置６１は，Ｏ_２ガス分圧計あるいはＯ_２ガス濃度計であり，同様に，この雰囲気分析装置６１で検出されたＯ_２ガス分圧あるいはＯ_２ガス濃度も，コントローラ５１に入力される。

コントローラ５１は，このように，入力された温度，圧力（各分圧），各濃度によって，浸炭室１１の内部雰囲気の炭素ポテンシャルを演算する。そして，その演算値に基づいて，調節計６２を介して各マスフローコントローラ３１，３４，３７，４０を制御すると共に，ヒータ２７及び真空ポンプ４６を制御し，浸炭室１１の内部雰囲気の炭素ポテンシャルを所望の値にする。

以上のように構成された浸炭焼処理装置１においては，最初は，挿入扉１５，各仕切り扉１６，１７，１８及び取出し扉２０が，いずれも閉じられている。そして，前期状態として，浸炭室１１の内部雰囲気の温度を，ヒータ２７により，所定の温度（好ましくは８５０℃〜１０５０℃）に加熱保持しておき，浸炭室１１の内部雰囲気の圧力を，真空ポンプ４６により，０．１ｋＰａ以下に減圧しておく。また，焼入室１２のの内部雰囲気の圧力も，図示しない真空ポンプにより，０．１ｋＰａ以下に減圧しておく。また，焼入れ室１２に配置される焼入れ油の温度は，後述する鋼材品Ｗの焼入れ時に所定の温度になる温度まで加熱しておく。一方，搬送室１０の内部雰囲気の圧力は，大気圧としておく。

そして先ず，搬送室１０前面の挿入扉１５を開き，鋼材品Ｗを搬送室１０内に挿入する。そして，挿入扉１５を閉じ，搬送室１０内を図示しない真空ポンプによって０．１ｋＰａ以下にまで減圧する。その後，搬送室１０と浸炭室１１の間の仕切り扉１６を開き，鋼材品Ｗを浸炭炉１１に搬入し，仕切り扉１６を閉じる。なお，このような搬送室１０と浸炭室１１の間における鋼材品Ｗの移動，及び，後述する搬送室１０と焼入れ室１２の間における鋼材品Ｗの移動は，図示しないが，モーター駆動のチェーン搬送装置，ローラーハースなどの搬送装置によって行われる。

仕切り扉１６を閉じて浸炭室１１を密封した後，浸炭室１１内において，ヒータ２７により，所定の時間（例えば１５分間），減圧下で鋼材品Ｗを加熱する。その後，浸炭室１１内にＮ_２ガスを供給し，内部雰囲気を所定圧力（例えば１００ｋＰａ）に復圧する。こうして，Ｎ_２雰囲気下で処理材Ｗの昇温・均熱工程が行われる。そして，処理材Ｗが浸炭温度まで十分に昇温・均熱された後，真空ポンプ４６により，浸炭室１１の内部雰囲気の圧力を，０．１ｋＰａ以下に再び減圧する。

次に，マスフローコントローラ３１を開き，例えばＣ_３Ｈ_８ガス，Ｃ_３Ｈ_６ガス，Ｃ_４Ｈ_１０ガス，Ｃ_２Ｈ_２ガス，Ｃ_２Ｈ_４ガス，Ｃ_２Ｈ_６ガス，ＣＨ_４ガスの１種又は２種以上などからなる炭化水素系ガスからなる浸炭ガスを浸炭室１１内に供給し，浸炭室１１内の内部雰囲気を所定の圧力（例えば，０．１〜１０ｋＰａ）まで復圧させる。なお，浸炭室１１内の内部雰囲気を０．１ｋＰａ未満に減圧した場合には浸炭能力が失われ，一方，浸炭室１１内の内部雰囲気を１０ｋＰａより大きくすると，スーティング発生の問題が生じる。なお，炭化水素系ガスとしてＣ_２Ｈ_２ガスを用いる場合，浸炭室１１内の内部雰囲気を０．１〜０．７ｋＰａの範囲に復圧させるのが好ましい。こうして，浸炭室１１内の内部雰囲気を所定の圧力に保持しつつ，浸炭室１１内に炭化水素系ガスからなる浸炭ガスを所定の流量（例えば，Ｃ_２Ｈ_２ガスを２リットル／ｍｉｎ)で供給しながら，減圧下で鋼材品を浸炭する前期浸炭工程（真空浸炭処理工程）を所定時間施す。

ここで，前期浸炭工程に要する時間は，被処理品である鋼材品Ｗの表面炭素濃度を十分に上昇させる時間（好ましくは５分以上）とし，また，セメンタイトの析出および粗大化が起こらない時間（好ましくは３０分以内）とすることが好ましい。

こうして前期浸炭工程を終了した後，流量調節バルブ４０を開き，例えば変成ガス（エンドサーミックガス）からなるキャリアガスを浸炭室１１内に供給し，浸炭室１１内の内部雰囲気を，前述の前期浸炭工程よりも高い圧力（例えば，大気圧）まで復圧させる。そして，浸炭室１１の復圧が完了後，その圧力を維持しつつキャリアガスを，例えば５０リットル／ｍｉｎで浸炭室１１に供給すると共に，マスフローコントローラ３４を開いて，例えばＣ_３Ｈ_８ガス，Ｃ_３Ｈ_６ガス，Ｃ_４Ｈ_１０ガス，Ｃ_２Ｈ_２ガス，Ｃ_２Ｈ_４ガス，Ｃ_２Ｈ_６ガス，ＣＨ_４ガスの１種又は２種以上などといったエンリッチガスとしての炭化水素系ガスからなる浸炭ガスを浸炭室１１内に供給することにより，後期浸炭工程（ガス浸炭処理工程）を行う。

また一方で，この後期浸炭工程においては，マスフローコントローラ３７を開き，例えば空気，Ｏ_２ガス，ＣＯ_２ガスの１種又は２種以上からなる酸化性ガスを浸炭室１１内に供給する。

そして，この後期浸炭工程では，マスフローコントローラ３１，３４，３７，ヒータ２７が制御され，所定の浸炭圧力（例えば大気圧）を維持しつつ浸炭室１１の内部雰囲気の炭素ポテンシャルを所望の値で制御することが可能である。即ち，後期浸炭工程では，浸炭室１１の内部雰囲気の圧力が圧力計５０で検出され，コントローラ５１に入力される。また，浸炭室１１の内部雰囲気の温度は，熱電対５２で検出され，コントローラ５１に入力される。また，浸炭室１１の内部雰囲気が，管路５３を通じてサンプリング装置５４にサンプリングされる。そして，サンプリング装置５４でサンプリングされた浸炭室１１の内部雰囲気は，２つの雰囲気分析装置５５，５６でそれぞれ分析され，雰囲気分析装置５５で検出されたＣＯガス分圧あるいはＣＯガス濃度と，雰囲気分析装置５６で検出されたＣＯ_２ガス分圧あるいはＣＯ_２ガス濃度が，コントローラ５１にそれぞれ入力される。また，浸炭室１１の内部雰囲気は，管路６０を通じて雰囲気分析装置６１にサンプリングされる。そして，雰囲気分析装置６１で検出されたＯ_２ガス分圧あるいはＯ_２ガス濃度が，コントローラ５１に入力される。コントローラ５１は，このように，入力された温度，圧力（各分圧），各ガス濃度によって，浸炭室１１の内部雰囲気の炭素ポテンシャルを演算する。そして，その演算値に基づいて，調節計６２を介して各マスフローコントローラ３１，３４，３７を制御して，浸炭室１１内への各ガスの供給量を調整する。また，必要があれば，更にヒータ２７，真空ポンプ４６も制御する。こうして，浸炭室１１の内部雰囲気の炭素ポテンシャルを所望の値にする。

そして，後期浸炭工程を終了した後，浸炭後の拡散工程を行う。この場合，各マスフローコントローラ３１，３４，３７を制御することにより，浸炭室１１への炭化水素系ガス，酸化性ガスの供給量を調節し，浸炭室１１の内部雰囲気を所望の炭素ポテンシャルに制御することで，鋼材品Ｗの表面炭素濃度を調節することができる。また，浸炭室１１への各ガスの供給を止め，浸炭室１１内を真空ポンプ３７により再び真空排気し，鋼材品Ｗを減圧下に保持して表面炭素濃度を調整しても良い。

そして，所定時間の拡散工程を完了させた後，浸炭室１１の内部雰囲気の温度を所定の温度に下げる。その後，搬送室１０と浸炭室１１の間の仕切り扉１６を開き，更に，搬送室１０と焼入れ室１２の仕切り扉１７も開き，減圧下において，鋼材品Ｗを，浸炭室１１から搬送室１０を経由して焼入れ室に１２に搬送し，油焼き入れを行う。

そして，焼入れ終了後，取出し扉２０が開かれ，焼入れ室１２から鋼材品Ｗが取り出される。なお，表面炭素濃度の調整と焼入れ温度への温度制御は同時に行うことも可能である。

かくして，従来のキャリアガスを用いたガス浸炭処理方法に比べて処理時間を短くすることができ，しかも，炭素ポテンシャルの制御も可能な浸炭処理を行うことが可能となる。こうして浸炭処理された鋼材品Ｗは，セメンタイトの析出も無く良好な浸炭を施されたものとなる。

なお，後期浸炭工程において，浸炭室１１内の炭素ポテンシャルの制御は，各雰囲気分析装置５５，５６，６１で検出されるＣＯガス分圧あるいはＣＯガス濃度，ＣＯ_２ガス分圧あるいはＣＯ_２ガス濃度，Ｏ_２ガス分圧あるいはＯ_２ガス濃度に基いて行う他，浸炭室１１の内部雰囲気のＨ_２ガス分圧あるいはＨ_２ガス濃度，浸炭室１１の内部雰囲気のＨ_２Ｏ分圧あるいは露点，浸炭室１１の内部雰囲気のＣＨ_４ガス分圧あるいはＣＨ_４ガス濃度等に基いて行っても良い。その際の炭素ポテンシャルは，浸炭温度で決まる炭素固溶限を参考に煤の析出の発生しない範囲で設定すれば良い。

（実施例１）
浸炭室内での浸炭結果を見るために，鋼材品として，材質ＳＣＲ４２０Ｈ，直径φ１８ｍｍ，長さ４０ｍｍの棒状試片を，浸炭室内において図３に示す１〜５の位置にそれぞれ設置した。即ち，グロスが浸炭室の最大積載量である直方体形状からなる鋼材品を浸炭室内に挿入した場合における，該鋼材品のコーナー部及び中央部に相当する位置に，各棒状試片をそれぞれ設置した。この鋼材品（各棒状試片）を，圧力０．１ｋＰａ以下，温度９５０℃に保持された浸炭室にて，浸炭温度９５０℃まで昇温加熱した。

図４は，実施例１にかかる処理工程（昇温・均熱工程，浸炭工程（前期浸炭工程及び後期浸炭工程），拡散工程）を経過時間に従って示した説明図である。最初の１５分間，浸炭室内を真空排気しながら加熱を行った後，Ｎ_２ガスを供給して浸炭室内を１００ｋＰａに復圧し，９５０℃で鋼材品の昇温・均熱を行った。鋼材品を浸炭室内に搬入してから９０分後，浸炭室内を再び排気し，浸炭室内の圧力を０．１ｋＰａ以下とした。その後，Ｃ_２Ｈ_２ガスを浸炭室内に供給し，前期浸炭工程（真空浸炭処理）を鋼材品に１０分間施した。前期浸炭工程中，Ｃ_２Ｈ_２を２リットル／ｍｉｎで浸炭室内に供給し，真空ポンプの排気速度を制御することで浸炭室内圧力を０．６７ｋＰａに保持した。

こうして１０分間の前期浸炭工程を施した後，Ｃ_２Ｈ_２の供給を停止した。続いて，キャリアガス（エンドサーミックガス）を５０リットル／ｍｉｎで供給することで浸炭室内を大気圧まで復圧し，後期浸炭工程（ガス浸炭）を開始した。後期浸炭工程中は，キャリアガスを５０リットル／ｍｉｎで浸炭室内に流し続け，浸炭室内圧力を大気圧に保った。また，浸炭室へのＣ_３Ｈ_８とＣＯ_２の供給量を調節することで，浸炭室内雰囲気の炭素ポテンシャルを１．２％に制御した。

１５０分間の後期浸炭工程を施した後，拡散工程を開始した。この拡散工程では炭素ポテンシャルを０．９％に制御した。５０分間の拡散工程を施した後，再び浸炭室内を真空排気し，搬送室を経由して焼入室にて鋼材品に油焼入を施した。

こうして浸炭焼入処理を完了した実施例１における，前述の浸炭室内５箇所に設置された鋼材品の平均炭素濃度分布を図５に示す。その結果，有効浸炭深さ（０．３６％Ｃ）は０．９４ｍｍであり，表面炭素濃度はほぼ０．８ｗｔ％Ｃとなった。この実施例１と，従来のキャリアガス（エンドサーミックガス）を用いたガス浸炭処理方法（浸炭工程炭素ポテンシャル１．２％制御）とで，浸炭工程に要した時間を比較したところ，実施例１の浸炭工程時間が１６０分であるのに対し，従来のガス浸炭処理方法の場合は１９０分となり，３０分の時間短縮となった。つまり約１６％の浸炭工程時間短縮が達成できた。

このように，実施例１によれば，従来のキャリアガス（エンドサーミックガス）を用いたガス浸炭処理方法に比べて，短時間で必要とする深さの浸炭処理層を得ることができた。更に，従来のガス浸炭処理方法と同様に炭素ポテンシャルの制御が容易であり，また，煤の発生，セメンタンイトの析出も無く良好な浸炭処理を施すことができた。

（実施例２）
実施例１と同様に，浸炭室内での浸炭結果を見るために，鋼材品として，材質ＳＣＲ４２０Ｈ，直径φ１８ｍｍ，長さ４０ｍｍの棒状試片を，浸炭室内において図３に示す１〜５の位置にそれぞれ設置した。即ち，グロスが浸炭室の最大積載量である直方体形状からなる鋼材品を浸炭室内に挿入した場合における，該鋼材品のコーナー部及び中央部に相当する位置に，各棒状試片をそれぞれ設置した。この鋼材品（各棒状試片）を，圧力０．１ｋＰａ以下，温度９５０℃に保持された浸炭室にて，浸炭温度９５０℃まで昇温加熱した。

図６は，実施例２にかかる処理工程（昇温・均熱工程，浸炭工程（前期浸炭工程及び後期浸炭工程），拡散工程）を経過時間に従って示した説明図である。最初の１５分間，浸炭室内を真空排気しながら加熱を行った後，Ｎ_２ガスを供給して浸炭室内を１００ｋＰａに復圧し，９５０℃で鋼材品の昇温・均熱を行った。鋼材品を浸炭室内に搬入してから９０分後，浸炭室内を再び排気し，浸炭室内の圧力を０．１ｋＰａ以下とした。その後，Ｃ_２Ｈ_２ガスを浸炭室内に供給し，前期浸炭工程（真空浸炭処理）を鋼材品に３０分間施した。前期浸炭工程中，Ｃ_２Ｈ_２を２リットル／ｍｉｎで浸炭室内に供給し，真空ポンプの排気速度を制御することで浸炭室内圧力を０．６７ｋＰａに保持した。

こうして３０分間の前期浸炭工程を施した後，Ｃ_２Ｈ_２の供給を停止した。続いて，キャリアガス（エンドサーミックガス）を５０リットル／ｍｉｎで供給することで浸炭室内を大気圧まで復圧し，後期浸炭工程（ガス浸炭）を開始した。後期浸炭工程中は，キャリアガスを５０リットル／ｍｉｎで浸炭室内に流し続け，浸炭室内圧力を大気圧に保った。また，浸炭室へのＣ_３Ｈ_８とＣＯ_２の供給量を調節することで，浸炭室内雰囲気の炭素ポテンシャルを１．２％に制御した。

８０分間の後期浸炭工程を施した後，拡散工程を開始した。この拡散工程では炭素ポテンシャルを０．９％に制御した。５０分間の拡散工程を施した後，再び浸炭室内を真空排気し，搬送室を経由して焼入室にて鋼材品に油焼入を施した。

こうして浸炭焼入処理を完了した実施例２における，前述の浸炭室内５箇所に設置された鋼材品の平均炭素濃度分布を図７に示す。その結果，有効浸炭深さ（０．３６％Ｃ）は０．８９ｍｍであり，表面炭素濃度はほぼ０．８ｗｔ％Ｃとなった。この実施例２と，従来のキャリアガス（エンドサーミックガス）を用いたガス浸炭処理方法（浸炭工程炭素ポテンシャル１．２％制御）とで，浸炭工程（前記浸炭工程及び後期浸炭工程）に要した時間を比較したところ，実施例２の浸炭工程時間が１１０分であり，従来のガス浸炭処理方法の場合の１９０分と比べて８０分の時間短縮となった。つまり約５８％の浸炭工程時間短縮が達成できた。このように，実施例１と同様に，従来のキャリアガス（エンドサーミックガス）を用いたガス浸炭処理方法に比べて，短時間で必要とする深さの浸炭処理層を得ることができた。更に，従来のガス浸炭処理方法と同様に炭素ポテンシャルの制御が容易であり，また，煤の発生，セメンタンイトの析出も無く良好な浸炭処理を施すことができた。

本発明は，各種部品などの鋼材品の浸炭処理に適用できる。

浸炭焼処理装置の概略的な配置図である。浸炭室の説明図である。実施例１及び２における，浸炭室内での鋼材品の配置を示す説明図である。実施例１にかかる処理工程の説明図である。実施例１の鋼材品の平均炭素濃度分布図である。実施例２にかかる処理工程の説明図である。実施例２の鋼材品の平均炭素濃度分布図である。

符号の説明

Ｗ鋼材品
１浸炭焼処理装置
１０搬送室
１１浸炭室
１２油焼入れ室
１３ガス冷却室
２５炉殻
２６断熱材
２７加熱ヒータ
２８ファン
３０炭化水素系ガス供給部
３１，３４，３７マスフローコントローラ
３３エンリッチガス供給部
３６酸化性ガス供給部
３９キャリアガス供給部
４６真空ポンプ
５０圧力計
５１コントローラ
５２熱電対
５４サンプリング装置
５５，５６，６１雰囲気分析装置
６２調節計

Claims

鋼材品を浸炭室内に収納して浸炭処理する方法であって，
炭化水素系ガスとしてＣ _２Ｈ _２ガスを浸炭室内に供給し，浸炭室内圧力を０．１ｋＰａ〜１０ｋＰａとして鋼材品を浸炭する前期浸炭工程と，
キャリアガスと炭化水素系ガスであるエンリッチガスを浸炭室内に供給し，前期浸炭工程よりも高い大気圧下で鋼材品を浸炭する後期浸炭工程とを有することを特徴とする，浸炭処理方法。
後期浸炭工程で浸炭室内に供給される前記エンリッチガスが，Ｃ_３Ｈ_８ガス，Ｃ_３Ｈ_６ガス，Ｃ_４Ｈ_１０ガス，Ｃ_２Ｈ_２ガス，Ｃ_２Ｈ_４ガス，Ｃ_２Ｈ_６ガス，ＣＨ_４ガスの１種又は２種以上であることを特徴とする，請求項１に記載の浸炭処理方法。
前期浸炭工程が５〜３０分間であることを特徴とする，請求項１または２に記載の浸炭処理方法。
後期浸炭工程において，空気，Ｏ _２ガス，ＣＯ _２ガスの１種又は２種以上からなる酸化性ガスを浸炭室内に供給することを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の浸炭処理方法。
後期浸炭工程後，拡散工程を行うことを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の浸炭処理方法。