JP5209921B2

JP5209921B2 - 熱処理方法及び熱処理設備

Info

Publication number: JP5209921B2
Application number: JP2007237586A
Authority: JP
Inventors: 崇櫻井; 拓宏野田; 将和岩本
Original assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Current assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2027-09-13
Also published as: JP2009068070A

Description

本発明は、例えば鋼材等の被処理体を熱処理する熱処理方法及び熱処理設備に関する。

従来、鋼材等の被処理体を熱処理する熱処理設備の一種として、連続ガス浸炭設備が知られている。かかる連続ガス浸炭設備としては、例えば、予熱処理を行う予熱室、浸炭処理を行う浸炭室、拡散処理を行う拡散室、降温処理を行う降温室（冷却室）、焼入処理を行う焼入室等の処理室を、被処理体の搬送方向においてこの順に並べて設けたものが知られている（特許文献１参照）。また、このような設備においては、各処理室の雰囲気制御（カーボンポテンシャル（ＣＰ）、組成、温度等の調節）を行いやすくするため、例えば拡散室と降温室の間、及び、降温室と焼入室の間などに、仕切り扉が設けられており、各処理室を仕切り扉によって仕切ることができるように構成されている（特許文献１参照）。

上記のような複数の処理室を有する設備は、多数の被処理体を効率的に処理することが可能で、生産性が高い利点があるが、設備の規模が比較的大きいため、設備の設置スペースを広く取れない場合には、適用が難しいことがある。そのため、上記の設備よりも小型の連続ガス浸炭設備も開発されている。そのような小型の設備としては、拡散室を省略した３つの処理室、すなわち、予熱室、浸炭室（浸炭拡散室）、降温室、焼入室をこの順に並べて設け、予熱室と浸炭室の間、浸炭室と降温室の間、降温室と焼入室の間に、それぞれ仕切り扉を設けたものが提案されている（特許文献２参照）。

このような小型の連続ガス浸炭設備を用いた処理方法としては、例えば図４に示すように、浸炭処理を比較的低いＣＰで長時間（例えば約９時間程度）行うことにより、浸炭処理の後に拡散処理を行わず、浸炭処理のみで表面炭素濃度を調節する方法（第一の従来方法）がある。なお、この方法では、浸炭処理時の浸炭室のＣＰを高くしすぎると、浸炭が過剰に進み、表面炭素濃度を調節することが難しくなるため、浸炭処理における浸炭室のＣＰは、標準的な連続ガス浸炭設備における浸炭処理のＣＰよりも低い値、例えば約０．９％程度に調節される。また、特許文献２には、浸炭室のＣＰを浸炭反応域（約１．２％程度）と拡散反応域（約０．４％程度）との間で、正弦波状に時間変化させながら処理する方法（第二の従来方法）も提案されている。

特開平１１−１７５９号公報特開平１１−１８１５１６号公報

しかしながら、従来の熱処理方法にあっては、小型の連続ガス浸炭設備などにおいて、被処理体の熱処理を簡単な制御で効率的に行うことが難しい問題があった。例えば上記の第一の従来方法を用いた場合では、浸炭処理に長時間を要し、生産性を向上させることができない問題があった。また、第二の従来方法を用いた場合では、被処理体の拡散処理の際に浸炭室のＣＰが時間変化するため、被処理体の表面炭素濃度が調整されず、熱処理後の品質を適切なものにすることが難しい懸念があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、被処理体の熱処理を簡単な制御で効率的に行うことができる熱処理方法及び熱処理設備を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、被処理体を熱処理する熱処理方法であって、被処理体を浸炭室において浸炭処理する浸炭処理工程と、前記浸炭処理が行われた被処理体を前記浸炭室において拡散処理する拡散処理工程と、を有し、前記浸炭処理工程において、前記浸炭室の雰囲気のカーボンポテンシャルを第一のカーボンポテンシャルである０．９５％〜１．２％にした状態で、前記浸炭処理を行い、前記拡散処理工程において、前記浸炭室の雰囲気のカーボンポテンシャルを前記第一のカーボンポテンシャルよりも低い第二のカーボンポテンシャルである０．７％〜０．９％に低下させ、当該第二のカーボンポテンシャルを所定の時間保持した状態で、前記拡散処理を行い、前記浸炭処理工程と前記拡散処理工程におけるカーボンポテンシャルは、前記浸炭室内に炭化水素系のガス、変成ガス、空気、不活性ガスの供給量を調整することにより行われ、前記浸炭処理工程と前記拡散処理工程を１サイクルとし、前記浸炭室内の被処理体に対して、前記浸炭処理工程と前記拡散処理工程を複数サイクル行ない、前記浸炭室と当該浸炭室に隣接する降温室との間に仕切り扉が設けられ、前記仕切り扉を開閉して、前記浸炭室において前記拡散処理が行われた被処理体を、前記降温室に移動させ、当該降温室において被処理体を降温処理し、前記浸炭室と当該浸炭室に隣接する予熱室との間に仕切り扉が設けられ、前記浸炭室において被処理体を前記浸炭処理する前に、前記予熱室において被処理体を予熱処理し、前記仕切り扉を開閉して、前記予熱室から前記浸炭室に被処理体を移動させることを特徴している。なお、第一のカーボンポテンシャルは１．０％〜１．１５％であるのが好ましく、第二のカーボンポテンシャルは０．７５％〜０．８５％であるのが好ましい。

本発明によれば、浸炭室において、被処理体に浸炭処理を高い第一のカーボンポテンシャルを有する雰囲気で行っているので、浸炭処理を効率的に行い、浸炭処理時間を短縮することができる。また、浸炭処理と拡散処理を同一の処理室（浸炭室）で行っているので、被処理体を浸炭室から拡散室に搬送する動作を行うことなく、浸炭処理開始から拡散処理終了までの処理時間を短縮することができる。すなわち、熱処理の生産性を高めることができる。さらに、浸炭処理後に拡散処理を行う際、浸炭室の雰囲気を第一のカーボンポテンシャルよりも低い第二のカーボンポテンシャルで所定の時間保持しているので、被処理体の表面炭素濃度を好適に調整することができる。すなわち、被処理体の表面炭素濃度が過剰になることを防止し、熱処理後の被処理体の品質を適切にすることができる。したがって、このように浸炭室の雰囲気のカーボンポテンシャルの簡単な制御を利用することで、熱処理効率の向上を図ることができる。

前記拡散処理が行われた被処理体を、前記第二のカーボンポテンシャルの雰囲気に維持された降温室に移動させてもよい。
また、前記炭化水素系のガスは例えばエンリッチガスであり、前記変成ガスは例えばＲＸガスであり、前記不活性ガスは例えば窒素ガスである。

前記予熱室において、被処理体を前記予熱処理した後、当該被処理体を浸炭処理してもよい。

別な観点による本発明においては、被処理体を熱処理する熱処理設備であって、被処理体の浸炭処理、及び、前記浸炭処理が行われた被処理体の拡散処理を行う浸炭室と、前記浸炭室の雰囲気のカーボンポテンシャルを調節するカーボンポテンシャル調節機構と、前記浸炭室に隣接し、前記拡散処理が行われた被処理体の降温処理を行う降温室と、前記浸炭室に隣接し、前記浸炭処理を行う前に被処理体の予熱処理を行う予熱室と、を備え、前記浸炭室には、前記浸炭室内に炭化水素系のガスを供給する炭化水素系ガス供給路と、前記浸炭室内に変成ガスを供給する変成ガス供給路と、前記浸炭室内に空気を供給する空気供給路と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給路とが接続されており、前記カーボンポテンシャル調節機構は、前記浸炭処理を行う際の前記浸炭室の雰囲気のカーボンポテンシャルを第一のカーボンポテンシャルである０．９５％〜１．２％に調節し、前記拡散処理を行う際の前記浸炭室の雰囲気のカーボンポテンシャルを前記第一のカーボンポテンシャルよりも低い第二のカーボンポテンシャルである０．７％〜０．９％に低下させ、当該第二のカーボンポテンシャルを所定の時間保持することが可能な構成であり、前記浸炭室と前記降温室との間には仕切り扉が設けられ、前記予熱室と前記浸炭室との間には仕切り扉が設けられていることを特徴としている。なお、第一のカーボンポテンシャルは１．０％〜１．１５％であるのが好ましく、第二のカーボンポテンシャルは０．７５％〜０．８５％であるのが好ましい。また、前記炭化水素系ガス供給路は例えばエンリッチガスを供給するエンリッチガス供給路であり、前記変成ガス供給路は例えばＲＸガスを供給するＲＸガス供給路であり、前記不活性ガス供給路は例えば窒素ガスを供給する窒素ガス供給路である。

本発明によれば、浸炭室のカーボンポテンシャルの簡単な制御を利用することで、熱処理の生産性を高めつつ、熱処理後の被処理体の品質を適切にすることができ、熱処理効率の向上を図ることができる。

以下、本発明にかかる実施形態を、熱処理設備としての連続ガス浸炭設備１に基づいて、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、連続ガス浸炭設備１は、鋼材品である被処理体２をＸ方向（略水平方向）に沿った搬送方向Ｄに搬送しながら被処理体２を高温の状態で処理する（予熱処理、浸炭処理、拡散処理、降温処理からなるガス浸炭を行う）熱処理炉３と、被処理体２の油冷（油焼入れ処理）を行う油冷部４と、連続ガス浸炭設備１の各部を制御する制御部５（制御コンピュータ）を備えている。

熱処理炉３の炉体１０内には、複数の処理室として、被処理体２の予熱処理（昇温処理）を行う予熱室１１、浸炭処理及び拡散処理を行う浸炭室１２（浸炭拡散室）、拡散処理後の降温処理を行う降温室１３が、入口側から出口側に向かう搬送方向Ｄにおいてこの順に並べて設けられている。炉体１０の入口側には、被処理体２を連続ガス浸炭設備１の外部から炉体１０内（予熱室１１）に搬入するための搬入口２１、及び、搬入口２１を開閉する搬入口扉２２が設けられている。炉体１０の出口側には、被処理体２を炉体１０内（降温室１３）から搬出して油冷部４（後述する油槽室１０２）に搬入するための搬入出口２５、及び、搬入出口２５を開閉する搬入出口扉２６が設けられている。

炉体１０の内部において、予熱室１１と浸炭室１２の間、浸炭室１２と降温室１３の間には、壁体３１、３２（仕切壁）がそれぞれ備えられている。すなわち、炉体１０の内部は２つの壁体３１、３２によって３つの処理室に仕切られている。各壁体３１、３２には、被処理体２をＸ方向に通過させる通過口４１、４２がそれぞれ開口されている。各通過口４１、４２は、開閉可能な仕切り扉５１、５２によってそれぞれ開閉される。すなわち、予熱室１１と浸炭室１２の間は仕切り扉５１によって開閉され、浸炭室１２と降温室１３の間は仕切り扉５２によって開閉されるようになっている。このような仕切り扉５１、５２を設け、仕切り扉５１、５２によって各処理室の雰囲気を仕切ることが可能な構成にすると、仕切り扉５１、５２を設けない場合と比較して、各処理室の雰囲気制御を行い易くなる。

搬入出口２５は、降温室１３と油冷部４（後述する油槽室１０２）との間に設けられている。搬入出口扉２６には、降温室１３側と油冷部４側（後述する油槽室１０２）とを連通させる連通孔２６ａが設けられている。

因みに、本実施形態においては、予熱室１１は１個の被処理体２を収納できる大きさに形成されている。浸炭室１２は３個の被処理体２をＸ方向において一列に並べて収納できる大きさに形成されている。すなわち、搬送方向Ｄにおいて浸炭室１２の上流側、浸炭室１２の中央部、浸炭室１２の下流側に、被処理体２をそれぞれ１つずつ配置できるように構成されている。降温室１３は１個の被処理体２を収納できる大きさに形成されている。予熱処理及び降温処理に比べて、浸炭処理及び拡散処理は長い時間を要することが多いため、上述のように浸炭室１２は複数の被処理体２を収納できることが好ましい。なお、被処理体２の１個とは、被処理体２であるワークが１個という意味の他に、ワークを複数入れたトレイの１個であるなど、かたまりの１単位としての被処理体２を示す。

また、熱処理炉３には、被処理体２を搬送する搬送機構としてのローラコンベア５５、炉体１０内の雰囲気を攪拌する攪拌機構５６（ファン）、炉体１０内の雰囲気を加熱するヒータ５７（図２参照）、炉体１０内のＣＰ（カーボンポテンシャル）を検出するためのＣＰ検出用センサ６１（図２参照）が設けられている。

図１に示すように、ローラコンベア５５は、複数のローラ５５ａを備えている。ローラ５５ａは、炉体１０の下部においてＸ方向に並べて設けられており、各ローラ５５ａの上面に被処理体２を載せて搬送するように構成されている。攪拌機構５６は、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３の天井部にそれぞれ設けられている。

ヒータ５７（図２参照）は、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３にそれぞれ設けられている。各ヒータ５７は、例えばラジアントチューブヒータ等であってもよい。また、各ヒータ５７（発熱体部分）は、炉体１０の内側面（すなわち、ローラコンベア５５による被処理体２の搬送経路の両側）に沿って、Ｘ方向において複数本並べて設けられている。さらに、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３には、熱電対等の温度測定センサがそれぞれ設けられており（図示せず）、各ヒータ５７は、温度測定センサの測定値に基いた制御部５の制御命令に従って出力（発熱量）が調節されるように構成されている。また、各ヒータ５７の出力、すなわち、予熱室１１の温度、浸炭室１２の温度、降温室１３の温度は、それぞれ個別に調節できるようになっている。

ＣＰ検出用センサ６１は、例えば酸素センサ６１であり、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３にそれぞれ設けられている。各ＣＰ検出用センサ６１の検出信号は、制御部５に送信され、これにより、制御部５が予熱室１１の処理雰囲気のＣＰ、浸炭室１２の処理雰囲気のＣＰ、降温室１３の処理雰囲気のＣＰをそれぞれ演算できるように構成されている。なお、ＣＰとは、処理雰囲気の平衡炭素濃度である。また、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３にそれぞれ設けられた温度測定センサ（図示せず）の測定値は、各室のＣＰの算出及び制御のためも使用される。なお、ＣＰ検出用センサ６１としては、ＣＯ_２濃度やＣＯ濃度を測定し、それからＣＰを演算するものであっても良い。

さらに、図１に示すように、熱処理炉３には、炉体５内に各種ガスを供給するガス供給路として、例えば都市ガスなどの炭化水素系のガス（Ｃ_ｍＨ_ｎ）をエンリッチガスとして供給するエンリッチガス供給路７１、変成ガスとしてのＲＸガス（例えばＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２、Ｎ_２等を含有するガス）を供給するＲＸガス供給路７２、空気を供給する空気供給路７３、窒素ガス（Ｎ_２）を供給する窒素ガス供給路７４が接続されている。また、予熱室１１には、炉体１０内の排気を行うエキセス８１（入口側排気機構）が設けられている。

エンリッチガス供給路７１は、例えば浸炭室１２、降温室１３にエンリッチガスを供給するように配設されている。ＲＸガス供給路７２は、例えば予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３にＲＸガスを供給するように配設されている。空気供給路７３は、例えば予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３に空気を供給するように配設されている。窒素ガス供給路７４は、例えば予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３に窒素ガスを供給するように配設されている。また、これらのガス供給路には、各処理室に供給される各ガスの供給流量を調節するための流量調節弁７５がそれぞれ介設されている。各流量調節弁７５の開度（すなわち、各処理室にそれぞれ供給されるエンリッチガス、ＲＸガス、空気、窒素ガス等の流量）は、制御部５の制御信号によって調節されるようになっている。

エキセス８１は、例えば予熱室１１の天井部に設けられており、予熱室１１内のガスを連続ガス浸炭設備１の外部に排出するようになっている。なお、このエキセス８１は、例えば予熱室１１が外部の圧力に対して陰圧になった場合等には、予熱室１１に対する外気（連続ガス浸炭設備１の外部の雰囲気）の取り入れを行う外気取り入れ路として機能することも可能である。エキセス８１の開度、すなわち、予熱室１１の排ガスの排気量又は外気の流入量は、調節可能にしてもよい。

油冷部４は、油冷部筐体１０１の内部に油槽室１０２が形成された構成になっており、油槽室１０２の下部には、オイル（冷却液）を貯留する油槽１０３が設けられている。また、油冷部４には、被処理体２を油槽室１０２内で搬送方向Ｄに搬送、及び、油槽１０３の上方と油槽１０３との間でＺ方向に昇降移動させる搬送昇降機１０５（エレベータ）が設けられている。油冷部筐体１０１の出口側には、被処理体２を油槽室１０２から連続ガス浸炭設備１の外部に搬出させる油槽室搬出口１１１と、油槽室搬出口１１１を開閉する油槽室搬出口扉１１２が設けられている。

また、油冷部４には、前述したＲＸガス供給路７２と、窒素ガス供給路７４が接続されており、ＲＸガス供給路７２、窒素ガス供給路７４からＲＸガス、窒素ガスがそれぞれ供給されるようになっている。ＲＸガス供給路７２、窒素ガス供給路７４には、油槽室１０２に供給される各ガスの供給流量を調節するための油槽室用流量調節弁１１５がそれぞれ介設されている。各油槽室用流量調節弁１１５の開度（すなわち、油槽室１０２に供給されるＲＸガス、窒素ガス等の流量）は、制御部５の制御信号によって調節されるようになっている。

さらに、油冷部４には、油槽室１０２の排気を行う排気機構としてのエキセス１２０（出口側排気機構）が設けられている。エキセス１２０は、例えば油槽室１０２の天井部に設けられており、油槽室１０２内のガスを連続ガス浸炭設備１の外部に排出するようになっている。なお、このエキセス１２０は、例えば油槽室１０２が外部の圧力に対して陰圧になった場合等には、油槽室１０２に対する外気の取り入れを行う外気取り入れ路として機能することも可能である。エキセス１２０の開度、すなわち、油槽室１０２の排ガスの排気量又は外気の流入量は、調節可能にしてもよい。

上述した連続ガス浸炭設備１の各部の機能要素（例えば仕切り扉５１、５２の移動機構、ローラコンベア５５、ヒータ５７、流量調節弁７５、油槽室用流量調節弁１１５等）は、制御部５の命令によって制御される。制御部５は、例えば汎用コンピュータ、シーケンサ等を備えており、所定の処理レシピに従って被処理体２を自動的に処理する制御を行うように構成されている。すなわち、制御部５の制御により、後に詳細に説明する予熱処理工程、浸炭処理工程、拡散処理工程、降温処理工程、油焼入処理工程からなる一連の被処理体処理工程（図３参照）を実施できるようになっている。

また、制御部５は、図３に示すように、予熱処理工程を１サイクル（単位所要時間）の間に行い、浸炭処理工程及び拡散処理工程を１サイクルとし、これらの浸炭処理工程及び拡散処理工程を１個の被処理体２について３サイクル行うように設定されている。ここで、１サイクルとは、例えば予熱室１１と浸炭室１２の間の扉５１、及び／又は、浸炭室１２と降温室１３の間の扉５２を開閉するサイクルとするのが好ましい。

さらに、本実施形態においては、予熱室１１の雰囲気温度、浸炭室１２の雰囲気温度、及び、降温室１３の雰囲気温度を調節する温度調節機構１３１が構成されている。温度調節機構１３１は、制御部５、予熱室１１に備えられたヒータ５７、浸炭室１２に備えられたヒータ５７、降温室１３に備えられたヒータ５７、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３にそれぞれ備えられた温度測定用センサ（図示せず）を有している（図２参照）。

温度調節機構１３１は、例えば予熱室１１の雰囲気温度を、所定の目標値、すなわち、予熱処理温度に昇温させる機能を有している。また、予熱室１１の雰囲気温度を昇温させることで、予熱室１１に収納されている被処理体２の温度を予熱処理温度に昇温させることができる。予熱処理温度は、後述する浸炭処理温度と同程度（例えば約９００℃〜９５０℃、好ましくは約９２０℃〜９４０℃程度）であっても良く、本実施形態においては約９３０℃に設定されている（図３参照）。

また、温度調節機構１３１は、浸炭室１２の雰囲気温度を、被処理体２の浸炭処理を行うことが可能な所定の目標値、すなわち、浸炭処理温度に調節する機能を有する。さらに、浸炭室１２の雰囲気温度を調節することで、浸炭室１２に収納されている被処理体２の温度を浸炭処理温度にすることができる。浸炭処理温度は、例えば約９００℃〜９５０℃程度、好ましくは９２０℃〜９４０℃程度であっても良く、本実施形態においては約９３０℃に設定されている（図３参照）。

さらに、温度調節機構１３１は、降温室１３の雰囲気温度を、被処理体２の降温処理を行うことが可能な所定の目標値、すなわち、降温処理温度に調節することができる。そして、降温室１３の雰囲気温度を調節することで、降温室１３に収納されている被処理体２の温度を降温処理温度にすることができる。降温処理温度は、８２０℃〜８７０℃程度が好ましく、本実施形態においては約８５０℃に設定されている（図３参照）。

また、本実施形態においては、予熱室１１のＣＰ、浸炭室１２のＣＰ、及び、降温室１３のＣＰを調節するＣＰ調節機構１３２（カーボンポテンシャル調節機構、図１、図２参照）が構成されている。ＣＰ調節機構１３２は、例えば制御部５、予熱室１１に設けられているＣＰ検出用センサ６１、浸炭室１２に設けられているＣＰ検出用センサ６１、降温室１３に設けられているＣＰ検出用センサ６１、エンリッチガス供給路７１に設けられている流量調節弁７５、ＲＸガス供給路７２に設けられている流量調節弁７５、空気供給路７３に設けられている流量調節弁７５、窒素ガス供給路７４に設けられている流量調節弁７５、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３にそれぞれ備えられた温度測定用センサ（図示せず）を備える構成になっている。

ＣＰ調節機構１３２において、制御部５は、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３にそれぞれ設けられているＣＰ検出用センサ６１、温度測定用センサ（図示せず）等の検出信号に基づいて、流量調節弁７５を操作し、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３に供給される各ガスの流量を調節し、これにより、予熱室１１のＣＰ、浸炭室１２のＣＰ、降温室１３のＣＰをそれぞれ所定の値に制御（フィードバック制御）するように構成されている。

また、ＣＰ調節機構１３２は、予熱室１１のＣＰを、後述する浸炭室１２のＣＰ（第一のＣＰ値）と同程度、あるいはそれ以下のＣＰ値に調節するようになっており、０．７％〜１．２％が好ましく、さらに好ましくは０．８％〜１．１％である（図３参照）。予熱室１１のＣＰは、本実施形態においては約０．９％に調節されるように設定されている。

また、ＣＰ調節機構１３２は、浸炭室１２のＣＰを、２段階の所定の目標値、すなわち、被処理体２の浸炭処理を行うことが可能な第一のＣＰ値（第一のカーボンポテンシャル値）と、第一のＣＰ値よりも低く被処理体２の拡散処理を行うことが可能な第二のＣＰ値（第二のカーボンポテンシャル値）に調整することが可能である（図３参照）。第一のＣＰ値は、例えば０．９５％〜１．２％、さらには１．０％〜１．１５％であることが好ましく、本実施の形態においては約１．１％に調節されるように設定されている。また、第二のＣＰ値は、例えば０．９％以下、さらには０．７％〜０．９％、あるいはさらに０．７５％〜０．８５％であることが好ましく、本実施の形態においては約０．８％に調節されるように設定されている。

また、ＣＰ調節機構１３２は、１サイクル内で浸炭室１２のＣＰを第一のＣＰ値と第二のＣＰ値に、所定の周期で交互に昇降させるようになっている（図３参照）。より具体的には、浸炭室１２に被処理体２が搬入される際は、浸炭室１２のＣＰを第一のＣＰ値に調節し、浸炭処理工程の間は、浸炭室１２のＣＰを第一のＣＰ値に所定の時間（例えば１サイクルが約１５０分の場合の約９０分）保持するように設定されている。浸炭処理工程の後、浸炭室１２の雰囲気のＣＰを第二のＣＰ値に低下させ、拡散処理工程の間は、浸炭室１２の雰囲気のＣＰを第二のＣＰ値に所定の時間（例えば１サイクルが約１５０分の場合の約６０分）保持するように設定されている。そして、浸炭室１２内で被処理体２に対して、この浸炭処理工程と拡散処理工程のサイクルが３サイクル行われるように設定されている。なお、浸炭室１２においては被処理体２に浸炭処理工程と拡散処理工程のサイクルが複数サイクル行われるのが好ましい。前記のように連続ガス浸炭設備１において被処理体２が３個ある場合、３個を同時に浸炭処理（約２７０分）と拡散処理（約１８０分）を行うと、この浸炭処理と拡散処理に要する時間は前記３サイクル（約４５０分）と同じである。さらに、降温室１３では被処理体２に対して１個ずつ降温処理を行うので、１個の被処理体２に対する降温処理に約１５０分かかるとすると、３個で約４５０分かかる。すなわち、３個の被処理体２の浸炭処理、拡散処理、降温処理のために約９００分かかることになる。さらに後続の３個の被処理体２の浸炭処理、拡散処理、降温処理をすると約９００分かかり、６個合計で１８００分かかることになる。これに対して前述のように、順次被処理体２を３サイクル（１サイクル約１５０分）に分けて被処理体２を１サイクルごとに連続して投入すると、３個では９００分であるが、６個で１３５０分となり、大幅に時間の短縮が可能となる。したがって、浸炭室１２には被処理体２が複数個あり、かつ浸炭処理工程と拡散処理工程のサイクルは複数回行うことが好ましい。

さらに、ＣＰ調節機構１３２は、降温室１３のＣＰを、浸炭室１２における拡散処理工程の際の第二のＣＰ値と同程度に調節するようになっている（図３参照）。降温室１３のＣＰは０．７％〜０．９％、さらには０．７５％〜０．８５％が好ましく、本実施形態においては約０．８％に調節されるように設定されている。

次に、以上のように構成された連続ガス浸炭設備１を用いた被処理体２の熱処理方法について説明する。

先ず、被処理体２が搬入される前の連続ガス浸炭設備１においては、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３、油槽室１０２内の雰囲気（雰囲気温度、圧力、組成、ＣＰ等）が、制御部５の制御により、それぞれ所定の処理条件に調節される。例えば、予熱室１１の温度は約９３０℃程度（予熱処理温度）、浸炭室１２の温度は約９３０℃程度（浸炭処理温度）、降温室１３の温度は約８５０℃程度（降温処理温度）に調節される。また、予熱室１１のＣＰ値は約０．９％程度、浸炭室１２のＣＰ値は約１．１％程度（第一のＣＰ値）、降温室１３のＣＰ値は約０．８％程度に調節される。すなわち、炉体１０内の温度は、Ｘ方向においてほぼ均一な温度に調節される。

予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３、油槽室１０２の雰囲気の調節は、制御部５の制御により、ヒータ５７の発熱量、エンリッチガス供給路７１によるエンリッチガスの供給流量、ＲＸガス供給路７２によるＲＸガスの供給流量、空気供給路７３による空気の供給流量、窒素ガス供給路７４による窒素ガスの供給流量、熱処理炉３のエキセス８１による排気量、油冷部４のエキセス１２０による排気量等がそれぞれ調整されることにより行われる。具体的には、例えば予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３の雰囲気温度は、温度調節機構１３１の機能によって調節される。また、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３のＣＰは、ＣＰ調節機構１３２の機能によって調節される。

また、熱処理炉３の搬入口２１、通過口４１、４２、搬入出口２５、油冷部４の油槽室搬出口１１１は、搬入口扉２２、仕切り扉５１、５２、搬入出口扉２６、油槽室搬出口扉１１２によってそれぞれ閉じられている。このように予熱室１１と浸炭室１２の間に仕切り扉５１を備えることで、予熱室１１と浸炭室１２の間においてガスが過剰に移動することを抑制でき、予熱室１１のＣＰと浸炭室１２のＣＰを互いに異なる値に調節し易くなる。浸炭室１２と降温室１３の間に仕切り扉５２を備えることで、浸炭室１２と降温室１３の間においてガスが過剰に移動することを抑制でき、浸炭室１２のＣＰと降温室１３のＣＰを互いに異なる値に調節し易くなる。

なお、通過口４１、４２は、完全には密閉されておらず、例えば仕切り扉５１、５２の上方等には、炉体５内のガスが通過可能な隙間が形成される。また、降温室１３と油槽室１０２は、連通孔２６ａを通じて互いに連通している。従って、浸炭室１２や降温室１３内のガスは、予熱室１１、エキセス８１を通じて外部に排気することができ、また、連通孔２６ａ、油槽室１０２、エキセス１２０を通じて外部に排気することができる。このように適度に排気を行うことが可能な状態にしながら、各ガスを供給することで、予熱室１１の処理雰囲気、浸炭室１２の処理雰囲気、降温室１３の処理雰囲気を、それぞれ適切に調節できる。

以上のように、連続ガス浸炭設備１内の雰囲気が所定の処理条件に調節された状態において、熱処理炉３の搬入口２１が開かれ、被処理体２が搬入口２１を通じて予熱室１１に搬入され、搬入口２１が閉じられる。

こうして被処理体２が熱処理炉３に搬入されると、先ず、予熱処理工程が開始される。すなわち、浸炭室１２から仕切り扉５１によって遮断された状態の予熱室１１において、被処理体２が予熱処理される。かかる予熱処理により、被処理体２の温度は、予熱室１１に搬入される前の常温から、予熱室１１の雰囲気温度、すなわち、約９３０℃程度まで昇温される（図３参照）。なお、予熱室１１のＣＰは、予熱処理工程の間も約０．９％程度に保持される。この予熱処理工程に要する時間は約１時間程度であり、昇温後は予熱室１１内においても浸炭処理してもよい。このとき、被処理体２の昇温後、予熱室１１のＣＰを例えば約１．１％に上げてもよい。また、このように予熱室１１内での浸炭処理は必須の処理ではなく、１サイクルを長くすれば予熱室１１内で浸炭処理する必要はない。しかしながら、予熱室１１内で浸炭処理することにより、１サイクルの時間を短くでき、より効率的に処理できる場合がある。

予熱室１１内の被処理体２の予熱処理が終了すると、通過口４１が開かれ、予熱処理が終了した被処理体２は、通過口４１を通じて予熱室１１から搬出され、浸炭室１２に搬入される。被処理体２が浸炭室１２に搬入されると、通過口４１が閉じられ、予熱室１１と浸炭室１２が仕切り扉５１によって遮断された状態になる。そして、浸炭処理工程が開始される。すなわち、被処理体２が浸炭室１２において浸炭処理される。

なお、被処理体２が予熱室１１から浸炭室１２に移動させられた後は、次の未処理の被処理体２を搬入口２１から予熱室１１に搬入し、続けて予熱処理することができる。すなわち、熱処理炉３では、複数の被処理体２を並行して連続的に処理することができる。

浸炭室１２内では、搬入された被処理体２は、浸炭室１２において周期的に移動させられながら浸炭処理及び拡散処理される。

浸炭室１２内の被処理体２は、１サイクルごとに被処理体１つ分だけ、搬送方向Ｄに移動させられる。従って、浸炭室１２に被処理体２が搬入されてから単位所要時間が経過すると、先に搬入された被処理体２（浸炭室１２の上流側に配置されていた被処理体２）は、搬送方向Ｄに被処理体１つ分だけ移動させられ、浸炭室１２の中央部に配置される。そして、次の被処理体２（予熱処理が行われた被処理体２）を、予熱室１１から浸炭室１２に搬入し、先に浸炭室１２に搬入されている被処理体２に対して並ぶ位置（浸炭室１２上流側）に配置することができる。その後、さらに単位所要時間（１サイクル）が経過すると、先に搬入された被処理体２（浸炭室１２の中央部に配置されていた被処理体２）は、搬送方向Ｄに被処理体１つ分だけ移動させられ、浸炭室１２の下流側に配置され、次に搬入された被処理体２（浸炭室１２の上流側に配置されていた被処理体２）は、搬送方向Ｄに被処理体１つ分だけ移動させられ、浸炭室１２の中央部に配置される。そして、その次の被処理体２（予熱処理が行われた被処理体２）を、予熱室１１から浸炭室１２に搬入し、先に浸炭室１２に搬入されている被処理体２に対して並ぶ位置（浸炭室１２の上流側）に配置することができる。こうして、本実施の形態においては２つ以上（３つ以下）の被処理体２を浸炭室１２内に並べ、並行して浸炭処理することができる。

なお、浸炭室１２内の被処理体２に対して、１サイクル内で浸炭処理工程と拡散処理工程が行われる（図３参照）。すなわち、被処理体２には３サイクルの浸炭処理工程と拡散処理工程が交互に行われる。そして、浸炭処理工程においては、浸炭室１２の雰囲気温度は、約９３０℃程度に維持され、浸炭室１２のＣＰは、約１．１％程度（第一のＣＰ値）に所定の時間（例えば１サイクルが約１５０分の場合の約９０分）保持される。このような高温、高ＣＰの処理雰囲気により、浸炭を速く好適に進行させることができる。すなわち、被処理体２の浸炭処理を効率的に行うことができる。また、浸炭処理工程後に行われる拡散処理工程においては、浸炭室１２の雰囲気温度は、約９３０℃に維持され、浸炭室１２のＣＰは、約０．８％程度（第二のＣＰ値）に所定の時間（例えば１サイクルが約１５０分の場合の約６０分）保持される。このような高温、低ＣＰの処理雰囲気により、拡散を好適に行うことができる。また、このようなサイクルとすることにより、所定の浸炭の目標値に対して、より正確にバラツキの少ない処理を実施することができる。

浸炭室１２内の被処理体２（浸炭室１２の下流側に配置されている被処理体２）の浸炭処理と拡散処理が終了すると、通過口４２が開かれ、浸炭処理と拡散処理が終了した（すなわち、本実施の形態の場合、３サイクルの浸炭処理、拡散処理が施された）被処理体２は、通過口４２を通じて浸炭室１２の下流側から搬出され、降温室１３に搬入される。被処理体２が降温室１３に搬入されると、通過口４２が閉じられ、浸炭室１２と降温室１３が仕切り扉５２によって遮断された状態になる。そして、降温処理工程が開始される。すなわち、浸炭室１２から仕切り扉５２によって遮断され、かつ、油槽室１０２から搬入出口扉２６によって遮断された状態の降温室１３において、被処理体２が降温処理される。このように被処理体２の拡散処理が終了した時点において、すなわち浸炭室１２のＣＰが第二のＣＰ値の状態で、降温室１３に被処理体２を移動させることが好ましい。これによって、降温室１３と浸炭室１２のＣＰ値の差が小さい（本実施の形態においてはＣＰ値は同じ）ので、各室内の雰囲気の乱れが少なく、より正確にＣＰ値を制御できる。

降温処理工程においては、被処理体２の温度は、予熱室１１に搬入される前の約９３０℃から、予熱室１１の雰囲気温度、すなわち、約８５０℃程度まで降温される（図３参照）。そして、なお、予熱室１１のＣＰは、予熱処理工程の間も約０．８％程度に保持される。

なお、被処理体２に降温処理工程が行われる間も、浸炭室１２と降温室１３の間は、仕切り扉５２によって仕切られた状態になっている。このようにすると、浸炭室１２と降温室１３を仕切り扉５２によって熱的に良好に遮断できる。従って、仕切り扉５２を設けない場合と比較して、浸炭室１２の雰囲気温度と降温室１３の雰囲気温度を、それぞれ個別に制御し易くなる。すなわち、浸炭室１２の雰囲気温度と降温室１３の雰囲気温度に温度差があっても、浸炭室１２の熱が降温室１３に逃げること等を防止できる。そのため、浸炭室１２の雰囲気温度を好適に維持でき、また、浸炭室１２の加熱効率が低下することを防止できる。さらに、降温室１３の降温効率を向上させることができる。すなわち、降温処理工程を効率的に行い、被処理体２の温度を効率的に低下させることができる。

降温処理工程が終了すると、搬入出口２５が開口され、油槽室１０２が降温室１３に対して連通させられる。そして、降温処理された被処理体２が、搬入出口２５を通じて降温室１３から油槽室１０２に移動させられ、搬送昇降機１０５上に受け渡される。以上のようにして、熱処理炉３に搬入された被処理体２は、ローラコンベア５５によって、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３に順次搬送され、予熱室１１における予熱処理、浸炭室１２における浸炭処理、浸炭室１２における拡散処理、降温室１３における降温処理がこの順に施される。

被処理体２が降温室１３から油槽室１０２に搬入されると、搬入出口扉２６によって搬入出口２５が閉じられ、油焼入処理工程が開始される。すなわち、被処理体２が油冷部４において油焼き入れされる。

油冷部４における油焼入処理工程においては、被処理体２は搬送昇降機１０５の作動によって下降させられ、油槽１０３に貯留されているオイルに浸漬させられ、油冷される。すなわち、降温室１３において約８５０℃程度（オーステナイト化温度以上）の高温の状態で処理された被処理体２が、オイルによってオーステナイト化温度以下（例えば約１３０℃〜１６０℃程度）に冷却されることにより、被処理体２に焼入れが施される。

その後、搬送昇降機１０５の作動により、被処理体２が引き上げられ、油槽１０３から取り出される。そして、油槽室搬出口１１１が開口され、油槽室搬出口１１１を通じて油槽室１０２から搬出される。こうして、油焼入処理工程が終了し、連続ガス浸炭設備１における被処理体２に対する一連の熱処理が終了する。

なお、油焼き入れ処理工程は、１サイクルの間に行うようにしてもよい。すなわち、降温室１３において次の被処理体２に対する降温処理工程が終了する前に、並行して実施されるようにするとよい。そうすれば、被処理体２が油槽室１０２から搬出された後、次の被処理体２（降温処理が終了した被処理体２）を降温室１３から油槽室１０２に搬入し、続けて油焼入れ処理することができ、効率的である。被処理体２の降温処理、油焼入処理を連続的に行うことで、各被処理体２を適切な処理時間で効率的に処理することができる。

以上の実施の形態によれば、浸炭室１２において、被処理体２に浸炭処理を高い第一のＣＰ値を有する雰囲気で行っているので、浸炭処理を速やかに効率的に行い、浸炭処理時間を短縮することができる。また、浸炭処理と拡散処理を同一の処理室（浸炭室１２）で行っているので、従来のように被処理体２を浸炭室から拡散室に搬送したり、浸炭室と拡散室の間に設けた仕切り扉を開閉させたりといった動作を行うことなく、浸炭処理開始から拡散処理終了までの処理時間を短縮することができる。すなわち、熱処理の生産性を高めることができる。さらに、浸炭処理後に拡散処理を行う際、浸炭室１２の雰囲気を第一のＣＰ値よりも低い第二のＣＰ値で所定の時間保持することにより、被処理体２の表面炭素濃度を所定の濃度にバラツキを少なく好適に調整することができる。すなわち、被処理体２の表面炭素濃度が過剰になることを防止し、熱処理後の被処理体２の品質を適切にすることができる。したがって、このように浸炭室１２の雰囲気のＣＰの簡単な制御を利用することで、熱処理効率の向上を図ることができる。また、被処理体２に対する浸炭処理、拡散処理は、複数のサイクルに分けて実施しても、浸炭深さ等の品質に何ら問題がないことが判明した。

また、浸炭処理と拡散処理を組み合わせることで、浸炭処理開始から降温処理開始までの処理時間を、拡散処理を行わない場合（浸炭処理を低いＣＰで長時間行うことにより拡散処理を行わずに被処理体２の表面炭素濃度を調節する場合、図４参照）における浸炭処理開始から降温処理開始までの処理時間よりも短縮することができる。また、１サイクルの時間を、拡散処理を行わない場合における１サイクルの時間よりも短縮することができる。ひいては、連続ガス浸炭設備１に被処理体２を搬入してから搬出するまで（予熱処理開始から油焼き入れ処理終了まで）の、連続ガス浸炭設備１における全体の処理時間を短縮できる。従って、連続ガス浸炭設備１の処理効率、生産性を高めることができる。１サイクル中の浸炭時間及び拡散時間は特に制限されることはないが、炉体１０内の雰囲気の安定を考えると１０分以上、好ましくは１５分以上が適当である。

また、予熱処理終了から降温処理開始までの処理効率を向上させることで、ＲＸガス、エンリッチガス等のガスの供給量を抑制できる。すなわち、少ない消費量で効率的に処理できるようになる。従って、ＲＸガス、エンリッチガス等のガスに要するコストの削減を図ることができる。

さらに、仕切り扉５１、５２を設けることで、各処理室の雰囲気制御を確実かつ効率的に行うことができる。すなわち、ＲＸガス、エンリッチガス等のガスの供給量をより効果的に抑制できるとともに、例えばヒータ５７の発熱量を有効に利用して、各処理室の雰囲気温度を効率的に制御できる。従って、例えばヒータ５７の稼動コスト（電気代等）等の削減も図ることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば以上の実施形態では、熱処理設備は被処理体２の連続浸炭処理を行う連続ガス浸炭設備であるとし、被処理体は鋼材であるとしたが、これらはかかるものに限定されない。例えば、被処理体は鉄系合金以外の他の合金、金属材料からなるものであってもよい。

また、予熱室１１に収容可能な被処理体２の個数、浸炭室１２に収容可能な被処理体２の個数、降温室１３に収容可能な被処理体２の個数も、以上の実施形態に示したものには限定されない。例えば予熱室１１や降温室１３に、２以上の被処理体２を並べて収容できる構成にしてもよい。浸炭室１２には２以下あるいは４以上の被処理体２を収容するように構成してもよい。ただし、通常、浸炭時間は予熱や降温時間より長いため、浸炭室１２には２以上の被処理体２を収容することが好ましい。なお、浸炭室１２に収容できる被処理体２が５個以上になると、本発明の特徴である小型で効率の良い炉でなくなるおそれがあるので、浸炭室１２に収容できる被処理体２は４個以下であることが好ましい。

温度調節機構１３１やＣＰ調節機構１３２の構成も、以上の実施形態に示したものに限定されない。例えばヒータ５７の種類やＣＰ検出用センサ６１の種類は、以上の実施形態に示したものに限定されない。また、温度調節機構１３１は、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３にそれぞれ設けられているヒータ５７の発熱量を調節することで、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３の雰囲気温度を調節する構成としたが、かかる構成には限定されず、例えば、予熱室１１の雰囲気を冷却する冷却路、浸炭室１２の雰囲気を冷却する冷却路、あるいは、降温室１３の雰囲気を冷却する冷却路を備える構成にしてもよい。即ち、冷却路を炉体１０の壁部（予熱室１１を構成する部分、浸炭室１２を構成する部分、降温室１３を構成する部分）にそれぞれ内蔵し、各冷却路に冷媒（冷却水）をそれぞれ通過させることで、予熱室１１、浸炭室１２、降温室１３をそれぞれ個別に冷却できるようにしてもよい。

また、各処理室に対するガス供給路の配設の態様、各処理室に供給されるガスの種類等も、以上の実施形態には限定されない。例えば窒素ガスに代えて、他の不活性ガス、例えばアルゴンガス（Ａｒ）等を含むガスを使用してもよい。

以下、本発明の熱処理方法を用いて、浸炭室で被処理体に浸炭処理と拡散処理を行い、浸炭時間と拡散時間を変化させた場合のそれぞれの被処理体の表面炭素濃度について、従来のように拡散処理を行わずに浸炭処理のみを行った場合の被処理体の表面炭素濃度を比較して説明する。なお、被処理体の表面炭素濃度の測定結果として、被処理体の表面から炭素濃度が約０．４％である位置までの浸炭深さ（ＥＣＤ）を測定する。

本実施例を行うに際し、熱処理を行う設備としては、先に図１に示した連続ガス浸炭設備１を用いた。従来例としては、浸炭室１２のＣＰを０．８％として１５０分間浸炭処理した場合の被処理体２のＥＣＤを計測した（従来例１）。本発明の実施例としては、浸炭処理の際の浸炭室１２のＣＰを１．１％、拡散処理の際の浸炭室１２のＣＰを０．８％として、９０分間浸炭処理し、その後６０分間拡散処理した場合（実施例１）と、８０分間浸炭処理し、その後５５分間拡散処理した場合（実施例２）と、７５分間浸炭処理し、その後４５分間拡散処理した場合（実施例３）の被処理体２のＥＣＤを計測した。

かかる場合、表１を参照すると、従来例１における被処理体２のＥＣＤは１．０７ｍｍであったのに対し、実施例１における被処理体２のＥＣＤは１．１９ｍｍであった。したがって、本発明によれば、１サイクルの時間が従来例１の浸炭処理時間と同一（１５０分）の場合、被処理体２のＥＣＤは従来よりも格段に向上することが分かった。また、実施例２における被処理体２のＥＣＤは１．１２、実施例３における被処理体２のＥＣＤは１．０４であった。したがって、本発明によれば、１サイクルの時間が従来１の浸炭処理時間よりも短い場合（１３５分あるいは１２０分）でも、被処理体２のＥＣＤは従来と同等であることが分かった。換言すれば、従来と同等のＥＣＤを得るために、１サイクルの時間を従来の浸炭処理時間よりも約５％〜２０％短縮できることが分かった。

次に、従来例として、前記の第二の従来方法を用い、浸炭室１２のＣＰを浸炭反応域（約１．２％程度）と拡散反応域（約０．４％程度）との間で、５０分を１周期としてＣＰを正弦波状に時間変化させながら、浸炭処理と拡散処理を３周期繰り返し行った。本発明の実施例としては、以下に示す３つの条件下（実施例４〜６）で浸炭処理と拡散処理を行った場合の被処理体２のＥＣＤを測定した。実施例４では、浸炭処理の際の浸炭室１２のＣＰを１．１％、拡散処理の際の浸炭室１２のＣＰを０．８％とし、４５分間浸炭処理し、その後３０分間拡散処理を行うのを１サイクルとして、これを２サイクル繰り返し行った。かかる実施例４においては、浸炭室１２内に被処理体２が２個収容されている。実施例５では、実施例４と同様のＣＰ値で、４０分間浸炭処理し、その後２７．５分間拡散処理を行うのを１サイクルとし、これを２サイクル繰り返し行った。かかる実施例５においても、浸炭室１２内に被処理体２が２個収容されている。実施例６では、３０分間浸炭処理し、その後２０分間拡散処理を行うのを１サイクルとし、これを３サイクル行った。かかる実施例６では、浸炭室１２内に被処理体２が３個収容されている。

かかる場合、表２を参照すると、従来例２における被処理体２のＥＣＤは１．００ｍｍ程度であり、各周期において、ＥＣＤのバラツキが大きく（バラツキの範囲は０．５ｍｍ程度）、被処理体２のＥＣＤを均一に制御することが困難であった。

これに対し、実施例４〜６の被処理体２のＥＣＤは、それぞれ１．１８ｍｍ、１．１１ｍｍ、１．１５ｍｍであり、本発明のように浸炭処理と拡散処理を複数のサイクルに分けて行うと、従来よりも被処理体２のＥＣＤ（浸炭能力）が格段に向上することが分かった。また、実施例４と実施例６を比較すると、浸炭処理と拡散処理の合計処理時間が同じであれば、被処理体２のＥＣＤにほとんど差がないことが分かった。さらに、実施例４によれば、７５分間隔、実施例５によれば６７．５分間隔、実施例６によれば５０分間隔に１サイクルの時間を短縮することができ、生産効率を向上されることができた。また、ＥＣＤのバラツキは、いずれの実施例４〜６も各サイクルごとに取り出したサンプルにおいて（１サイクル３個で３サイクル分、すなわち合計９個での評価）、０．１ｍｍ以内であった。

本発明は、本発明は、例えば鋼材等の被処理体を熱処理する熱処理方法及び熱処理設備に有用である。

本実施形態にかかる連続ガス浸炭設備の概略縦断面図である。本実施形態にかかる連続ガス浸炭設備の概略縦断面図である。連続ガス浸炭設備において被処理体に対して行われる処理工程、被処理体の温度変化、被処理体を処理する処理雰囲気のＣＰの関係を示すグラフである。従来の小型の連続ガス浸炭設備において被処理体に対して行われる処理工程、被処理体の温度変化、被処理体を処理する処理雰囲気のＣＰの関係を示すグラフである。

符号の説明

１連続ガス浸炭処理設備
２被処理体
３熱処理炉
５制御部
１１予熱室
１２浸炭室
１３降温室
５７ヒータ
６１ＣＰ検出用センサ
１３１温度調節機構
１３２ＣＰ調節機構（カーボンポテンシャル調節機構）

Claims

被処理体を熱処理する熱処理方法であって、
被処理体を浸炭室において浸炭処理する浸炭処理工程と、
前記浸炭処理が行われた被処理体を前記浸炭室において拡散処理する拡散処理工程と、を有し、
前記浸炭処理工程において、前記浸炭室の雰囲気のカーボンポテンシャルを第一のカーボンポテンシャルである０．９５％〜１．２％にした状態で、前記浸炭処理を行い、
前記拡散処理工程において、前記浸炭室の雰囲気のカーボンポテンシャルを前記第一のカーボンポテンシャルよりも低い第二のカーボンポテンシャルである０．７％〜０．９％に低下させ、当該第二のカーボンポテンシャルを所定の時間保持した状態で、前記拡散処理を行い、
前記浸炭処理工程と前記拡散処理工程におけるカーボンポテンシャルは、前記浸炭室内に炭化水素系のガス、変成ガス、空気、不活性ガスの供給量を調整することにより行われ、
前記浸炭処理工程と前記拡散処理工程を１サイクルとし、
前記浸炭室内の被処理体に対して、前記浸炭処理工程と前記拡散処理工程を複数サイクル行ない、
前記浸炭室と当該浸炭室に隣接する降温室との間に仕切り扉が設けられ、
前記仕切り扉を開閉して、前記浸炭室において前記拡散処理が行われた被処理体を、前記降温室に移動させ、
当該降温室において被処理体を降温処理し、
前記浸炭室と当該浸炭室に隣接する予熱室との間に仕切り扉が設けられ、
前記浸炭室において被処理体を前記浸炭処理する前に、前記予熱室において被処理体を予熱処理し、
前記仕切り扉を開閉して、前記予熱室から前記浸炭室に被処理体を移動させることを特徴とする、熱処理方法。
前記予熱室において、被処理体を前記予熱処理した後、当該被処理体を浸炭処理することを特徴とする、請求項１に記載の熱処理方法。
前記拡散処理が行われた被処理体を、前記第二のカーボンポテンシャルの雰囲気に維持された前記降温室に移動させることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱処理方法。
前記炭化水素系のガスはエンリッチガスであり、
前記変成ガスはＲＸガスであり、
前記不活性ガスは窒素ガスであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理方法。
被処理体を熱処理する熱処理設備であって、
被処理体の浸炭処理、及び、前記浸炭処理が行われた被処理体の拡散処理を行う浸炭室と、
前記浸炭室の雰囲気のカーボンポテンシャルを調節するカーボンポテンシャル調節機構と、
前記浸炭室に隣接し、前記拡散処理が行われた被処理体の降温処理を行う降温室と、
前記浸炭室に隣接し、前記浸炭処理を行う前に被処理体の予熱処理を行う予熱室と、を備え、
前記浸炭室には、前記浸炭室内に炭化水素系のガスを供給する炭化水素系ガス供給路と、前記浸炭室内に変成ガスを供給する変成ガス供給路と、前記浸炭室内に空気を供給する空気供給路と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給路とが接続されており、
前記カーボンポテンシャル調節機構は、
前記浸炭処理を行う際の前記浸炭室の雰囲気のカーボンポテンシャルを第一のカーボンポテンシャルである０．９５％〜１．２％に調節し、
前記拡散処理を行う際の前記浸炭室の雰囲気のカーボンポテンシャルを前記第一のカーボンポテンシャルよりも低い第二のカーボンポテンシャルである０．７％〜０．９％に低下させ、当該第二のカーボンポテンシャルを所定の時間保持することが可能な構成であり、
前記浸炭室と前記降温室との間には仕切り扉が設けられ、
前記予熱室と前記浸炭室との間には仕切り扉が設けられていることを特徴とする、熱処理設備。
前記炭化水素系ガス供給路はエンリッチガスを供給するエンリッチガス供給路であり、
前記変成ガス供給路はＲＸガスを供給するＲＸガス供給路であり、
前記不活性ガス供給路は窒素ガスを供給する窒素ガス供給路であることを特徴とする、請求項５に記載の熱処理設備。