JP4551428B2 - Method to improve surface hardness of martensitic stainless steel - Google Patents
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Description
本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼の表面硬度を向上する方法に関し、特に混合気体中の水素によってステンレス鋼の酸化膜が還元され、プロパンによって提供される炭素原子が容易にステンレス鋼基材中に侵入できるようになり、プロパンの流量を0.05〜0.08liter/minに制御することによって、過剰の炭素原子がクロムと炭化物を形成して鋭敏化が発生し、ステンレス鋼の耐食性が影響を受けるのを防止する、浸炭によってマルテンサイト系ステンレス鋼の表面硬度を向上する方法に関する。 The present invention relates to a method for improving the surface hardness of martensitic stainless steel, and in particular, an oxide film of stainless steel is reduced by hydrogen in a mixed gas, and carbon atoms provided by propane are easily contained in a stainless steel substrate. By controlling the flow rate of propane to 0.05 to 0.08 liter / min, sensitization occurs due to excessive carbon atoms forming chromium and carbides, and the corrosion resistance of stainless steel is affected. The present invention relates to a method for improving the surface hardness of martensitic stainless steel by carburizing, which prevents receiving.
従来技術において鋼板上にねじを螺着させる場合、先ずドリルを使用して孔をあけ、次にタッピング装置を使用してねじ山を切り、そこにねじを螺着させるので、非常に不便である。その後、図1に示すようなセルフドリリングねじ5が案出された。セルフドリリングねじ5は端部に設けられたドリル部51によって先ず鋼板に穿孔し、次にねじ山52部分によってドリル部51によって穿孔された孔にねじ山を切ると同時に直接セルフドリリングねじ5が螺着されるので便利であり、建築または木工などで広く使用されている。
In the prior art, when screws are screwed onto a steel plate, drilling is first performed using a drill, and then a tapping device is used to cut a thread and screwing the screws there is very inconvenient. . Thereafter, a self-
セルフドリリングねじ5は一般にアルミニウム合金、合金鋼、ステンレス鋼などから製造され、ステンレス鋼のセルフドリリングねじ5においてよく使用される材料ではオーステナイト系およびマルテンサイト系がある。オーステナイト系は熱処理技術によって金属組織構造を変化させることができないので、熱処理によって硬度を向上することができない。マルテンサイト系は熱処理技術によって金属組織構造を変更できるので、それによってマルテンサイト系ステンレス鋼の硬度を向上することができる。従って、鋼組織に使用する場合、鋼鉄の硬度は高いのでマルテンサイト系ステンレス鋼のセルフドリリングねじ5を選択する必要があり、硬度、靭性および耐食性などの見地から通常AISI410が選択される。その元素成分を下記に示す。
The self-
しかし、マルテンサイト系に熱処理技術におけるオーステナイト化および焼入れを行うとき、空気中の酸素と反応して表面が黒変して光輝が失われるので、水素を添加して保護雰囲気とする必要があり、水素は炉口で酸素と燃焼するので、酸素が炉内に進入するのを防止できる。図2、3は従来技術による熱処理方法を示し、下記の工程を含む。 However, when austenitizing and quenching in the heat treatment technology for the martensite system, it reacts with oxygen in the air and the surface turns black and loses brightness, so it is necessary to add a protective atmosphere by adding hydrogen, Since hydrogen burns with oxygen at the furnace port, oxygen can be prevented from entering the furnace. 2 and 3 show a heat treatment method according to the prior art, which includes the following steps.
材料投入工程11:ステンレス鋼を連続炉2内に投入する。
Material input process 11: Stainless steel is charged into the
加熱工程12:材料投入工程11で投入されたステンレス鋼を連続炉2の加熱炉21によって加熱する。加熱炉21は予熱領域211とオーステナイト化領域212とに区分され、予熱領域211およびオーステナイト化領域212の温度は独立して制御および調整が行われる。
Heating step 12: The stainless steel charged in the material charging step 11 is heated by the
分解気体投入工程13:加熱工程12での加熱炉21内の温度が500℃以上に達したとき、分解気体を連続炉2内に投入する。分解気体は下記の工程によって生成される。アンモニア投入工程16:アンモニア22を変成炉23内に投入する。分解工程17:アンモニア投入工程16で投入されたアンモニア22を変成炉23によって窒素および水素に分解する。乾燥工程18:分解工程17で分解された気体の水分および未分解のアンモニア22を乾燥器24内の分子篩で除去する。
Decomposition gas injection process 13: When the temperature in the
冷却工程14:加熱工程13においてオーステナイト化するまで加熱されたステンレス鋼を連続炉2の冷却炉25で急速冷却する。冷却炉25の後部には下向傾斜領域251が設けられる。
Cooling step 14: The stainless steel heated to austenite in the
窒素添加工程19:液体窒素26を蒸発器27によって気体に蒸発させた後、冷却工程14の冷却炉25および下向傾斜領域251に送る。
Nitrogen addition step 19: After the liquid nitrogen 26 is evaporated into a gas by the
取り出し工程15:冷却工程14後のステンレス鋼を送り出すかまたは焼き戻しなどのその他熱処理を行う。
Extraction step 15: The stainless steel after the
上述の従来技術の光輝熱処理方式は、変成炉23によってアンモニア22を分解して水素および窒素の分解気体を生成し、乾燥器24内に設けられた分子篩によって分解気体の水分および未分解のアンモニアを除去し、水分および未分解のアンモニア22が高温の下でステンレス鋼と接触してステンレス鋼が光輝を失うのを防止する。分解気体は加熱炉21の温度が500℃以上になった後で投入されるので、分解気体中の水素は自己着火し、分解気体が加熱炉23に充満するに従って炎が加熱炉23の材料投入部分の方向に移動し、最後に連続炉2の材料投入口部分にフレームカーテンが生成されて外部の酸素が連続炉2内に進入するのを防止し、光輝効果が達成される。また、冷却炉25および下向傾斜領域28には窒素が注入され、出口部分は下向傾斜しているので、酸素進入を更に阻止することができる。
In the above-described bright heat treatment method of the prior art, ammonia 22 is decomposed by the shift furnace 23 to generate hydrogen and nitrogen decomposition gas, and the decomposition gas moisture and undecomposed ammonia are removed by the molecular sieve provided in the
しかし、熱処理後のマルテンサイト系ステンレス鋼の表面硬度は通常490〜500Hvであり、中心部の硬度は410〜430であるので、マルテンサイト系ステンレス鋼のセルフドリリングねじ5が3mmのAISI304鋼板に対して穿孔するとき、表面硬度が不足するために良好な穿孔を行うことができない。
However, since the surface hardness of the martensitic stainless steel after heat treatment is usually 490 to 500 Hv and the hardness of the center is 410 to 430, the self-
特許文献1の「オーステナイト系ステンレス鋼と低炭素鋼または低炭素合金鋼とからなるセルフドリリングタッピングねじの製造方法」は、母材が低炭素鋼または低炭素合金鋼であり、予め鍛造または切削によって肩部およびねじ山のない柄部またはドリル部を含む円柱が形成され、浸炭および適当な熱処理後、予め頭部が形成されたねじ山のないオーステナイト系ステンレス鋼円柱とロウ接合され、その後ロウ接合部のバリおよび浸炭鋼円柱の肩部が切削された後、適当な幅の無浸炭硬化領域が形成され、最後に転造ねじ加工および完全焼入れ処理が行われ、頭部およびねじ山を有する柄の締結部がオーステナイト系ステンレス鋼材質で、セルフタッピングねじ山部およびドリル部が低炭素鋼または低炭素合金材質のセルフドリリングタッピングねじが製造される。 Patent Document 1 describes a method for producing a self-drilling tapping screw composed of austenitic stainless steel and low carbon steel or low carbon alloy steel. The base material is low carbon steel or low carbon alloy steel, and is previously forged or cut by cutting. A cylinder containing the shoulder and threadless handle or drill is formed, and after carburizing and appropriate heat treatment, it is brazed to a threadless austenitic stainless steel cylinder with a pre-formed head and then brazed. After the burr of the part and the shoulder of the carburized steel cylinder are cut, a non-carburized hardened area of appropriate width is formed, and finally the rolling screw machining and the complete quenching process are performed, and the handle with the head and the thread The self-drilling tack is made of austenitic stainless steel and the self-tapping thread and drill are low-carbon steel or low-carbon alloy. Ring screw is manufactured.
上述の「オーステナイト系ステンレス鋼と低炭素鋼または低炭素合金鋼とからなるセルフドリリングタッピングねじの製造方法」は、ロウ接合によって材質が低炭素鋼または低炭素合金鋼のセルフタッピングねじ山およびドリル部と、材質がオーステナイト系の頭部およびねじ山を有する柄部とが接合され、厚い鋼板に使用することができる。 The above-mentioned “manufacturing method of self-drilling tapping screw made of austenitic stainless steel and low carbon steel or low carbon alloy steel” is a self-tapping screw thread and drill part made of low carbon steel or low carbon alloy steel by brazing. And an austenitic head and a handle having a thread are joined to each other and can be used for a thick steel plate.
しかし、頭部およびねじ山を有する柄の締結部がオーステナイト系ステンレス鋼材質で、セルフタッピングねじ山部およびドリル部が低炭素鋼または低炭素合金材質のセルフドリリングタッピングねじは製造工程が非常に複雑であるので、製造コストが高くなって生産率が低くなる。また、製造工程が複雑であるのでそれに相応して製造ミスが起こりやすくなり、不良品率が高くなる。また、上述のねじの材質は低炭素鋼または低炭素合金鋼の部分がステンレス鋼ではないので、低炭素鋼または低炭素合金鋼部分の耐食性は劣り、ねじの使用寿命が低下する。
本発明の目的は、マルテンサイト系ステンレス鋼の靭性および耐食性に影響を与えずに浸炭量を制御してマルテンサイト系ステンレス鋼の表面硬度を最大限度向上することにある。 An object of the present invention is to control the amount of carburization without affecting the toughness and corrosion resistance of the martensitic stainless steel and to improve the surface hardness of the martensitic stainless steel to the maximum extent.
上述の課題を解決するために、本発明はマルテンサイト系ステンレス鋼表面の硬度を向上する方法を提供するものであり、乾燥工程後に気体混合工程およびプロパン投入工程を加えるものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for improving the hardness of the martensitic stainless steel surface, and adds a gas mixing step and a propane charging step after the drying step.
プロパン投入工程:プロパンを気体混合器内に投入し、プロパンの流量を微小流量計によって0.05〜0.08liter/minに制御する。 Propane charging step: Propane is charged into the gas mixer, and the flow rate of propane is controlled to 0.05 to 0.08 liter / min by a micro flow meter.
気体混合工程:乾燥工程後の気体とプロパンとを気体混合器によって混合した後、一緒に加熱炉内に送る。 Gas mixing step: The gas after the drying step and propane are mixed by a gas mixer and then sent together into a heating furnace.
混合気体中の水素によってステンレス鋼の酸化膜が還元され、プロパンによって提供される炭素原子が容易にステンレス鋼基材中に進入できるようになり、プロパンの流量を0.05〜0.08liter/minに制御することによって過剰の炭素原子がクロムと炭化物を形成して鋭敏化が発生してステンレス鋼の耐食性が影響を受けるのを防止し、浸炭によってマルテンサイト系ステンレス鋼の表面硬度を向上する。 The hydrogen in the gas mixture reduces the oxide film of the stainless steel so that the carbon atoms provided by the propane can easily enter the stainless steel substrate, and the flow rate of propane is 0.05 to 0.08 liter / min. By controlling the amount of carbon steel, it is possible to prevent excessive carbon atoms from forming chrome and carbides to cause sensitization to affect the corrosion resistance of the stainless steel, and to improve the surface hardness of the martensitic stainless steel by carburizing.
本発明の処理方法によってステンレス鋼の表面硬度を大幅に向上することができ、中心部硬度変化は少ないので、靭性を保持できる。また、純水に24時間浸水させても発錆がない。従って本発明による処理を行った後のステンレス鋼は優れた硬度、靭性および耐食性を備えることができ、本発明のセルフドリリングねじは3mmの厚さのAISI304鋼板に3〜4の穿孔を行うことができ、マルテンサイト系ステンレス鋼のセルフドリリングねじの実用性を向上することができる。 The surface hardness of the stainless steel can be greatly improved by the treatment method of the present invention, and the toughness can be maintained because there is little change in the hardness at the center. Moreover, there is no rusting even if it is immersed in pure water for 24 hours. Therefore, the stainless steel after the treatment according to the present invention can be provided with excellent hardness, toughness and corrosion resistance, and the self-drilling screw of the present invention can perform 3-4 drilling in a 3 mm thick AISI 304 steel plate. It is possible to improve the practicality of the self-drilling screw of martensitic stainless steel.
本発明の目的、特徴および効果を示す実施例を図に沿って詳細に説明する。 Examples illustrating the objects, features, and effects of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明は乾燥工程後に気体混合工程およびプロパン投入工程を加えるものであり、図4、5に示すように下記の工程を含む。 The present invention adds a gas mixing step and a propane charging step after the drying step, and includes the following steps as shown in FIGS.
材料投入工程31:ステンレス鋼を連続炉4内に投入する。 Material input process 31: Stainless steel is charged into the continuous furnace 4.
加熱工程32:材料投入工程31で投入されたステンレス鋼を連続炉4の加熱炉41によって加熱する。加熱炉41は予熱領域411とオーステナイト化領域412とに区分されており、予熱領域411およびオーステナイト化領域412の温度は独立して制御および調整が行われる。また、予熱領域411の温度は920℃〜1000℃に設定され、オーステナイト化領域412の温度は1020℃〜1080℃に設定され、ステンレス鋼のオーステナイト化時間は30分である。
Heating step 32: The stainless steel charged in the
混合気体投入工程33:加熱工程32での加熱炉41内の温度が500℃以上に達したとき、混合気体を連続炉4内に投入する。混合気体は下記の工程によって生成される。アンモニア投入工程36:アンモニア42を変成炉43内に投入する。分解工程37:アンモニア投入工程36で投入されるアンモニア42を変成炉43によって窒素および水素に分解する。変成炉43の温度は920℃〜980℃に設定される。乾燥工程38:分解工程37で分解された気体の水分および未分解のアンモニア42を乾燥器44内の分子篩で除去する。乾燥器44によって水分を除去した後の分解気体の露点は−50℃以下であり、乾燥器44の後部には流量計441が設けられ、流量計441によって分解気体の流量を5〜6m3/minに制御する。プロパン投入工程
310:プロパン46を気体混合器47内に投入し、該気体混合器の前には微小流量計461が設けられて微小流量計461がプロパン46の流量を0.05〜0.08liter/minに制御する。気体混合工程39:乾燥工程38後の分解気体とプロパン投入工程310で投入されたプロパン46とを気体混合器47によって混合した後、一緒に連続炉4内に送る。
Mixed gas charging step 33: When the temperature in the heating furnace 41 in the
冷却工程34:加熱工程32においてオーステナイト化するまで加熱されたステンレス鋼を連続炉4の冷却炉45で急速冷却する。冷却炉45の後部には下向傾斜領域451が設けられる。冷却炉45は水タンクに浸漬され、水タンクの水温は室外の冷水塔によって室温に維持される。
Cooling step 34: The stainless steel heated to austenite in the
窒素添加工程311:液体窒素48を蒸発器49によって気化させた後、冷却工程34の冷却炉45および下向傾斜領域451に送る。
Nitrogen addition step 311: After the liquid nitrogen 48 is vaporized by the
取り出し工程35:冷却工程34後のステンレス鋼を送り出すかまたは焼き戻しなどのその他熱処理を行う。
Extraction step 35: The stainless steel after the cooling
本発明は、変成炉43の温度が920℃〜980℃に設定されることによってアンモニア42を分解して水素および窒素の分解気体を生成し、乾燥器44内に設けられた分子篩によって分解気体の水分および未分解のアンモニアを除去し、分解気体の露点を−50℃以下にし、水分および未分解のアンモニア42が高温の下でステンレス鋼と接触してステンレス鋼が光輝しなくなるのを防止する。また、気体混合工程39によって分解気体とプロパン投入工程310において投入されたプロパン46とが気体混合器47で混合され、加熱工程32において加熱炉41の温度が500℃以上になった後で混合気体が炉内に投入されるので、混合気体中の水素は自己着火し、分解気体が加熱炉41に充満するに従って炎が加熱炉41の材料投入部分の方向に移動し、最後に連続炉4の材料投入口部分にフレームカーテンが発生して外部の酸素が連続炉4内に進入するのを防止し、光輝効果が達成される。また、混合気体中の水素によってステンレス鋼の酸化膜が還元され、本発明において投入されたプロパン46によって提供される炭素原子が容易にステンレス鋼基材中に進入できるようになって浸炭時間が短縮され、プロパン46の流量を0.05〜0.08liter/minに制御することによって過剰の炭素原子がクロムと炭化物を形成して鋭敏化が発生し、ステンレス鋼の耐食性が影響を受けるのを防止する。従って本発明は従来技術における光輝性保持機能を備えるだけでなく、上述の方法によって浸炭効果が達成され、マルテンサイト系ステンレス鋼の表面硬度を向上する。
In the present invention, the temperature of the shift furnace 43 is set to 920 ° C. to 980 ° C. to decompose the ammonia 42 to generate hydrogen and nitrogen decomposition gas, and the molecular sieve provided in the dryer 44 generates the decomposition gas. Moisture and undecomposed ammonia are removed, the dew point of the decomposition gas is set to −50 ° C. or less, and moisture and undecomposed ammonia 42 are prevented from coming into contact with the stainless steel at high temperature to prevent the stainless steel from shining. In addition, the
下記の表は本発明の方法によって処理されたセルフドリルねじおよび従来技術によって処理されたセルフドリルねじの3mmのAISI304鋼板に対する穿孔および耐食性テストの結果を示したものである。 The table below shows the results of drilling and corrosion resistance tests on 3 mm AISI 304 steel sheets of self-drilled screws processed by the method of the present invention and self-drilled screws processed by the prior art.
上記図から分かるように、本発明の処理方式によってステンレス鋼の表面硬度を大幅に向上することができ、中心部硬度変化は少ないので、靭性を保持できる。また、純水に24時間浸水させても発錆がない。従って本発明による処理工程を行った後のステンレス鋼は優れた硬度、靭性および耐食性を有する。本発明によるセルフドリリングねじは3mmの厚さのAISI304鋼板に3〜4の穿孔を行うことができ、マルテンサイト系ステンレス鋼のセルフドリリングねじの実用性を向上することができる。 As can be seen from the above figure, the surface hardness of the stainless steel can be greatly improved by the treatment method of the present invention, and the toughness can be maintained because there is little change in the hardness at the center. Moreover, there is no rusting even if it is immersed in pure water for 24 hours. Therefore, the stainless steel after the treatment process according to the present invention has excellent hardness, toughness and corrosion resistance. The self-drilling screw according to the present invention can perform 3-4 drilling in a 3 mm thick AISI 304 steel plate, and can improve the practicality of the self-drilling screw of martensitic stainless steel.
上述のように、本発明は従来技術で解決できなかった課題を解決できる。本発明は未公開の技術であり、進歩性、実用性を有し、特許申請の要件を満たすものである。 As described above, the present invention can solve the problems that cannot be solved by the prior art. The present invention is an unpublished technology, has an inventive step and practicality, and satisfies the requirements for patent application.
4 連続炉
41 加熱炉
411予熱領域
412オーステナイト化領域
42 アンモニア
43 変成炉
44 乾燥器
441流量計
45 冷却炉
451下向傾斜領域
46 プロパン
461微小流量計
47 気体混合器
48 液体窒素
49 蒸発器
4 Continuous furnace 41
Claims (5)
前記材料投入工程で投入された前記ステンレス鋼を予熱領域とオーステナイト化領域とに区分されている連続炉の加熱炉によって加熱する加熱工程と、
アンモニアを変成炉内に投入するアンモニア投入工程と、
前記アンモニア投入工程で投入されたアンモニアを変成炉によって窒素および
水素に分解する分解工程と、
前記分解工程で分解された気体の水分および未分解のアンモニアを乾燥器内の
分子篩で除去する乾燥工程と、
プロパンを上記乾燥工程後の分解気体と混合する気体混合器内に投入するプロ
パン投入工程と、
前記乾燥工程後の分解気体と前記プロパン投入工程で投入されたプロパンとを気体混合器によって混合する気体混合工程と、
前記加熱工程での加熱炉内の温度が500℃以上に達したとき、前記混合気体を連続炉内に投入する混合気体投入工程と、
前記加熱工程においてオーステナイト化するまで加熱されたステンレス鋼材を上記のオーステナイト領域に続き、出口側に下向傾斜領域が設けられた連続炉の冷却炉で急速冷却する冷却工程と、
液体窒素を蒸発器によって気体に蒸発させた後、前記冷却炉および下向傾斜領域に送る窒素添加工程と、
前記冷却工程後のステンレス鋼材を送り出すかまたは焼き戻しの熱処理を行う取り出し工程と、
からなることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼の表面硬度を向上する方法。 A material charging process for charging stainless steel into a continuous furnace;
A heating step of heating the stainless steel charged in the material charging step by a heating furnace of a continuous furnace divided into a preheating region and an austenitizing region;
An ammonia charging process for charging ammonia into the shift furnace;
A decomposition step of decomposing ammonia input in the ammonia input step into nitrogen and hydrogen by a shift furnace;
A drying step of removing gaseous moisture and undecomposed ammonia decomposed in the decomposition step with a molecular sieve in a dryer;
A propane charging step of charging propane into a gas mixer for mixing with the cracked gas after the drying step;
A gas mixing step of mixing the cracked gas after the drying step and the propane charged in the propane charging step with a gas mixer;
When the temperature in the heating furnace in the heating step reaches 500 ° C. or higher, a mixed gas charging step of charging the mixed gas into a continuous furnace;
In the heating step, the stainless steel material heated to austenite is followed by the austenite region, and a cooling step for rapid cooling in a continuous furnace cooling furnace provided with a downwardly inclined region on the outlet side,
A nitrogen addition step of evaporating liquid nitrogen into a gas by an evaporator and then sending it to the cooling furnace and a downwardly inclined region;
Taking out the stainless steel material after the cooling step or performing a tempering heat treatment,
A method for improving the surface hardness of martensitic stainless steel, comprising:
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