JP7052976B1 - Manufacturing method of rod-shaped fastener - Google Patents

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Abstract

【課題】JISで規定するクラス12.9のハイテンボルトを高品質で製造できる技術を開示する。【解決手段】材料としてSCM435又はこれと同等の鋼材を使用する。熱処理には真空浸炭法を使用するが、水素が過剰にならないようにアセチレンの導入量を調節する。通常の無水素浸炭に比べて浸炭時間を短かくして1分程度~数分だけの浸炭時間とする。他方、拡散には浸炭時間の20~40倍の時間をかけている。焼き戻しの温度は430~440℃が好適である。SCM435の特性である靱性を表層まで残しつつ、表層の硬度を必要な硬度に高めることができる。これにより、耐遅れ破壊性に優れて信頼性を向上させたハイテンボルトを提供できる。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To disclose a technique capable of manufacturing a class 12.9 high-tensile bolt specified by JIS with high quality. SOLUTION: SCM435 or an equivalent steel material is used as a material. The vacuum carburizing method is used for the heat treatment, but the amount of acetylene introduced is adjusted so that hydrogen does not become excessive. The carburizing time is shorter than that of normal hydrogen-free carburizing, and the carburizing time is about 1 minute to several minutes. On the other hand, diffusion takes 20 to 40 times longer than the carburizing time. The tempering temperature is preferably 430 to 440 ° C. The hardness of the surface layer can be increased to the required hardness while retaining the toughness characteristic of SCM435 up to the surface layer. This makes it possible to provide a high-tensile bolt having excellent delayed fracture resistance and improved reliability. [Selection diagram] Fig. 2

Description

本願発明は、ボルトや後施工式アンカーのような棒状ファスナの製造方法に関するものである。なお、ボルトには、ビスや小ねじも含まれている。後施工式アンカーとしては、コンクリートに各種部材を取り付けるための拡張式アンカーや、施工部に空けて下穴にねじ込まれるねじ式アンカー、ALCにねじ込まれる自己穿孔式のアンカー、施工部に空けた下穴に拡張作用を利用して固定されるスタッド式アンカー(ブラインドアンカー)などの各種のものが挙げられる。 The present invention relates to a method for manufacturing a rod-shaped fastener such as a bolt or a post-installed anchor. The bolts also include screws and machine screws. Post-construction anchors include expandable anchors for attaching various members to concrete, screw anchors that are drilled in the construction section and screwed into pilot holes, self-drilling anchors that are screwed into the ALC, and bottoms that are drilled in the construction section. Various types such as stud type anchors (blind anchors) that are fixed to the holes by utilizing the expansion action can be mentioned.

ボルトは様々な産業分野で使用されている要素部品であるが、要求される特性は用途によって大きく相違する。そこで、JIS(B1051)では、例えば鋼材製ボルトについては強度を4.6から12.9まで分類している。最高位のクラス12.9は1220N/mm2 以上の引っ張り強度があってハイテンボルトと呼ばれており、特に建築分野においては必需品になっている。 Bolts are elemental components used in various industrial fields, but the required characteristics vary greatly depending on the application. Therefore, in JIS (B1051), for example, the strength of steel bolts is classified from 4.6 to 12.9. The highest class 12.9 has a tensile strength of 1220 N / mm 2 or more and is called a high-tensile bolt, and is a necessity especially in the construction field.

クラス12.9のハイテンボルトには、素材自体に加工性と強靱性が求められると共に、高い焼入れ特性も要求される。そこで、クロムモリブデン鋼のうち、特にSCM435(或いはSCM435H)が材料として多用されている。 Class 12.9 high-tensile bolts are required to have workability and toughness in the material itself, as well as high quenching characteristics. Therefore, among the chromium molybdenum steels, SCM435 (or SCM435H) is often used as a material.

さて、ボルトに限らず鋼製品は硬化のために熱処理されることが多い。熱処理はおおまかには浸炭と浸窒とに大別され、浸炭は、更に、真空炉を使用して行われる真空浸炭と、大気圧下で行われるガス浸炭とに分けられる。いずれにしても、浸炭にはアセチレンガスやプロパンガスのような炭化水素ガスが使用されており、従来は、大量の炭化水素ガスを炉内に充満させてワークへの炭素分子の接触量を確保していたが、浸炭品には、水素脆性の問題(遅れ破壊の問題)が宿命のように現れていた。 By the way, not only bolts but also steel products are often heat-treated for hardening. Heat treatment is roughly divided into carburizing and carburizing, and carburizing is further divided into vacuum carburizing performed using a vacuum furnace and gas carburizing performed under atmospheric pressure. In any case, hydrocarbon gas such as acetylene gas and propane gas is used for carburizing, and conventionally, a large amount of hydrocarbon gas is filled in the furnace to secure the contact amount of carbon molecules with the work. However, the problem of hydrogen brittleness (the problem of delayed fracture) appeared in the carburized products as if it were destined.

水素脆性の原因としては、従来、水素自体が鋼に悪影響を及ぼすという考え方が常識化しており、そこで、焼き戻しに際して水素を除去する等の様々な水素脆性対策が提案されていたが、水素を除去しても従来と同様の破断面を呈した遅れ破壊の現象が発生しているという事実があった。 As a cause of hydrogen embrittlement, the idea that hydrogen itself has an adverse effect on steel has been common knowledge, and various measures against hydrogen embrittlement such as removing hydrogen during tempering have been proposed. There was a fact that even if it was removed, the phenomenon of delayed fracture with the same fracture surface as before occurred.

そこで本願発明者たちは、水素自体が脆性の原因であるという常識に疑問を呈し、水素の侵入に起因して鋼材内に生成した空隙(空孔)が破壊のきっかけになっているのでないかという仮説に立ち、空隙が存在しない状態で浸炭する実験によって仮説の正しさを実証した。そして、この成果を特許文献1,2において開示した。 Therefore, the inventors of the present application question the common wisdom that hydrogen itself is the cause of brittleness, and the voids (vacancy) generated in the steel material due to the intrusion of hydrogen may be the trigger for fracture. Based on the hypothesis, the correctness of the hypothesis was demonstrated by an experiment of carburizing in the absence of voids. Then, this result was disclosed in Patent Documents 1 and 2.

特許第6058846号公報Japanese Patent No. 6058846 WO2018/105693公報WO2018 / 105693 Gazette

特許文献1,2の大きな特徴は、炭素源として従来と同様にアセチレン等の炭化水素ガスを使用して、従来と同じ真空炉をそのまま使用して水素脆性が生じない(或いは抑制された)鋼製品を製造できることであり、従って、現実性に優れていて業界に大きく貢献できる。 A major feature of Patent Documents 1 and 2 is that a hydrocarbon gas such as acetylene is used as a carbon source as in the conventional case, and the same vacuum furnace as the conventional one is used as it is to prevent (or suppress) hydrogen embrittlement. Being able to manufacture products is therefore highly realistic and can make a significant contribution to the industry.

他方、既述のとおり、建築業界を初めとして様々な分野でハイテンボルトが使用されているが、ハイテンボルトの主たる材料であるSCM435は中炭素含有(合金)鋼であって焼き入れのみで硬化できるため、従来はハイテンボルトの製造に当たって積極的に浸炭するという考え方はなく、焼入れ・焼き戻しによって硬度を調整する調質が行われていた。 On the other hand, as mentioned above, high-tensile steel is used in various fields including the construction industry, but SCM435, which is the main material of high-tensile steel, is a medium carbon-containing (alloy) steel and can be cured only by quenching. Therefore, in the past, there was no idea of actively carburizing high-tensile bolts when manufacturing them, and tempering was performed to adjust the hardness by quenching and tempering.

従って、調質鋼より成るハイテンボルトには水素脆性に起因した遅れ破壊の現象は現れない筈であるが、実際には、調質されたハイテンボルトについても、従来の浸炭品と同様に、水素脆性に起因していると推測される遅れ破壊の現象が現れていた。品質の面で具体的にみると、調質処理されたハイテンボルトについても、浸炭品と同様の疲労強度しか得ることができていないという問題があった。 Therefore, the phenomenon of delayed fracture due to hydrogen embrittlement should not appear in high-tensile steel made of tempered steel. The phenomenon of delayed fracture, which is presumed to be caused by brittleness, appeared. In terms of quality, there was a problem that the tempered high-tensile bolts could only obtain the same fatigue strength as carburized products.

この問題は、調質方法に起因していると云える。すなわち、調質のためには加熱炉で加熱しなければならないが、加熱炉として従来は、変性炉のような炭化水素ガスを利用した雰囲気炉が使用されており、加熱によって(酸化によって)ワークから脱炭が生じないように炭化水素ガスを大量に供給しながら加熱しているため、炭化水素ガスから分離した水素がワークの表層に侵入して無数の空隙(空腔)を生成させて、この空隙が疲労強度の向上を阻んでいたと云える。 It can be said that this problem is caused by the tempering method. That is, it is necessary to heat in a heating furnace for tempering, but conventionally, an atmosphere furnace using hydrocarbon gas such as a modification furnace has been used as a heating furnace, and the work is done by heating (by oxidation). Since the heating is performed while supplying a large amount of hydrocarbon gas so that decarburization does not occur, the hydrogen separated from the hydrocarbon gas invades the surface layer of the work and creates innumerable voids (vacancy). It can be said that this void prevented the improvement of the fatigue strength.

従来品の問題点は以上のとおりであるが、特許文献1,2の技術は水素脆性を防止できるから、特許文献1,2をハイテンボルトに適用すると、品質を格段に向上できる筈である。そこで本願発明者たちは、特許文献1,2の方法によってSCM435材を浸炭処理してみた。 The problems of the conventional product are as described above, but since the techniques of Patent Documents 1 and 2 can prevent hydrogen embrittlement, if Patent Documents 1 and 2 are applied to high-tensile bolts, the quality should be significantly improved. Therefore, the inventors of the present application tried carburizing the SCM435 material by the methods of Patent Documents 1 and 2.

その結果、水素脆性に起因した破断現象はみられなかったが、耐衝撃性について問題が見られる場合があった。 As a result, no fracture phenomenon due to hydrogen embrittlement was observed, but there were cases where problems with impact resistance were observed.

本願発明はかかる状況を改善すべく成されたものであり、特許文献1,2を改良して高品質の棒状ファスナを得る技術を開示せんとするものである。 The present invention has been made to improve such a situation, and does not disclose a technique for improving Patent Documents 1 and 2 to obtain a high-quality rod-shaped fastener.

特許文献1,2の方法をボルトに適用すると、ボルトの表層に厚くて空隙がない浸炭層を形成できるが、本願発明者たちは、この厚い浸炭層が却ってボルトの靱性を低下させているのではないかと推測し、研究と実験を繰り返して本願発明に到達するに至った。 When the methods of Patent Documents 1 and 2 are applied to a bolt, a thick carburized layer having no voids can be formed on the surface layer of the bolt, but the inventors of the present application have found that this thick carburized layer rather reduces the toughness of the bolt. I speculated that this might be the case, and repeated research and experiments to reach the present invention.

すなわち、本願発明はボルトやアンカーのような棒状ファスナの製法を対象にしており、これらの典型的な構成を各請求項で特定している。このうち請求項1の発明は、基本構成として、
CM435、SCM440、S35C、S45C、又は炭素を0.30~0.45%含んでいる他の中炭素含有鋼材で加工された棒状の中間品を用意する準備工程と、炭化水素ガスを使用した真空浸炭法によって前記中間品の表層に浸炭処理を施してから焼入れする硬化工程と、前記中間品の硬度を下げる焼き戻し工程と、
を含んでいる。
That is, the present invention is intended for manufacturing methods of rod-shaped fasteners such as bolts and anchors, and these typical configurations are specified in each claim. Of these, the invention of claim 1 has, as a basic configuration,
"Preparation steps to prepare rod-shaped intermediates processed with S CM435 , SCM440, S35C, S45C, or other medium carbon-containing steel containing 0.30 to 0.45% carbon, and use of hydrocarbon gas. A hardening step in which the surface layer of the intermediate product is carburized and then quenched by the vacuum carburizing method, and a tempering step in which the hardness of the intermediate product is lowered . "
Includes.

そして、上記基本構成において、
「前記真空浸炭法による浸炭処理は、前記中間品の表面にまんべんなく炭素を付着させるために必要にして十分な量の炭化水素ガスの量である基準ガス量を基準にして、これと同量又は少ない量の炭化水素ガスを炉内に導入して行われる浸炭工程と、前記浸炭工程の後に前記炭化水素の導入を停止して加熱を継続する拡散工程とを含んで、前記浸炭工程は、前記炭化水素ガスの導入が間欠的に行われる場合における導入停止時間も含めて0.5~4分30秒行われて、前記拡散工程は前記浸炭工程の20~40倍の時間行われており、
かつ、前記焼き戻しは420~450℃の範囲で行われる」
という特徴を備えている。
And in the above basic configuration
"The carburizing treatment by the vacuum carburizing method is the same amount or the same amount as the reference gas amount, which is the amount of the hydrocarbon gas necessary and sufficient for evenly adhering carbon to the surface of the intermediate product. The carburizing step includes a carburizing step of introducing a small amount of hydrocarbon gas into a furnace and a diffusion step of stopping the introduction of the hydrocarbon and continuing heating after the carburizing step . The diffusion step is carried out for 0.5 to 4 minutes and 30 seconds including the introduction stop time when the introduction of the hydrocarbon gas is intermittently carried out, and the diffusion step is carried out for 20 to 40 times as long as the carburizing step.
Moreover, the tempering is performed in the range of 420 to 450 ° C. "
It has the feature.

なお、本願発明では、モリブデンを含む他の合金鋼も使用できる。SCM435に類似した他の鋼種としては、S35C、S45Cなどが挙げられる。中炭素鋼は一般に炭素量が0.25~0.55%の鋼種として分類されるが、本願発明では、炭素量は0.3~0.45%が好ましい。 In the present invention, other alloy steels containing molybdenum can also be used. Other steel grades similar to SCM435 include S35C, S45C and the like. Medium carbon steel is generally classified as a steel type having a carbon content of 0.25 to 0.55%, but in the present invention, the carbon content is preferably 0.3 to 0.45%.

請求項1の発明の具体例として請求項2では、
「前記真空浸炭法による処理において浸炭工程は1分行って前記拡散工程は30分行い、前記焼き戻しは430~440℃の範囲で行われる」
という構成になっている。
As a specific example of the invention of claim 1, claim 2
"In the treatment by the vacuum carburizing method, the carburizing step is carried out for 1 minute , the diffusion step is carried out for 30 minutes , and the tempering is carried out in the range of 430 to 440 ° C."
It is configured as.

請求項3の発明も棒状ファスナの製法に係るもので、
CM435、SCM440、S35C、S45C、又は炭素を0.30~0.45%含んでいる他の中炭素含有鋼材から成る棒状ファスナの製造方法であって
表層に、真空浸炭法によって硬化処理されてから焼入れ及び焼き戻しすることによって硬化部を形成するにおいて、
部側よりも表面側において硬度が高くなるように硬度が変化していると共に表面硬度はHv385~435の範囲に保持されて、前記焼き戻し直後の水素吸蔵量0.05ppm以下に維持されるように設定している
という構成になっている。請求項3の棒状ファスナは、請求項1,2の方法によって容易に実現できる。なお、Hv385~435の硬度は、JISで規定するクラス12.9のハイテンボルトの硬度範囲と同じである。
The invention of claim 3 also relates to a method for producing a rod-shaped fastener.
" A method for producing a rod-shaped fastener made of S CM435 , SCM440, S35C, S45C, or another medium carbon-containing steel material containing 0.30 to 0.45% of carbon.
In forming a hardened portion on the surface layer by hardening treatment by a vacuum carburizing method and then quenching and tempering.
The hardness is changed so that the hardness is higher on the surface side than on the deep side, and the surface hardness is maintained in the range of Hv385 to 435, and the hydrogen storage amount immediately after tempering is maintained at 0.05 ppm or less. Is set to
It is configured as. The rod-shaped fastener of claim 3 can be easily realized by the method of claims 1 and 2. The hardness of Hv385 to 435 is the same as the hardness range of class 12.9 high-tensile bolts specified by JIS.

請求項3では水素吸蔵量を特定しているが、水素吸蔵量の測定は可能ではあるが簡単とは云えない。従って、水素吸蔵量に起因した機械的性質を何らかの簡易な試験方法で代替できると便利であり、技術的範囲の特定方法としても有意義である。 Although the hydrogen storage amount is specified in claim 3, it is possible to measure the hydrogen storage amount, but it cannot be said that it is easy. Therefore, it is convenient if the mechanical properties caused by the hydrogen storage amount can be replaced by some simple test method, and it is also meaningful as a method for specifying the technical range.

この点について、請求項4では、水素吸蔵量の違いは疲労強度の数値に如実に現れることから、水素吸蔵量を検知する代替手段として、疲労強度試験の数値を採用している。すなわち、請求項4の発明では、
「疲労試験に500万回以上繰り返し負荷を掛けても破断しない応力範囲が800MPa以上の疲労強度に設定されている
という構成になっている。SCM435等の中炭素鋼種を材料にした棒状ファスナにおいて、請求項3で特定した硬度と請求項4で特定した疲労強度との組み合わせは本願発明において始めて獲得できる品質であり、ガス調質やガス浸炭では到達できない品質(数値)である。
Regarding this point, in claim 4, since the difference in the hydrogen storage amount clearly appears in the numerical value of the fatigue intensity, the numerical value of the fatigue strength test is adopted as an alternative means for detecting the hydrogen storage amount. That is, in the invention of claim 4,
"The stress range that does not break even if a load is repeatedly applied to the fatigue test 5 million times or more is set to a fatigue strength of 800 MPa or more."
It is configured as. In a rod-shaped fastener made of a medium carbon steel grade such as SCM435, the combination of the hardness specified in claim 3 and the fatigue strength specified in claim 4 is the quality that can be obtained for the first time in the present invention, and is the quality that can be obtained for the first time in the present invention, such as gas tempering and gas carburizing. It is a quality (numerical value) that cannot be reached by.

本願発明では、棒状ファスナの表層への水素の侵入が著しく抑制されているため、空隙に起因した遅れ破壊の現象を大幅に抑制しつつ、硬度をアップして引っ張り強度も向上できる。従って、JISで規定するクラス12.9のハイテンボルトも容易に提供できる。 In the present invention, since the invasion of hydrogen into the surface layer of the rod-shaped fastener is remarkably suppressed, the phenomenon of delayed fracture caused by the voids can be significantly suppressed, and the hardness can be increased and the tensile strength can be improved. Therefore, a class 12.9 high-tensile bolt specified by JIS can be easily provided.

そして、本願発明の特徴は、棒状ファスナの表層には厚い浸炭層は存在しておらずに、炭素が拡散した硬化部が存在していることであり、このように、表層に炭素が適度に拡散していることにより、表層は硬くなり過ぎずに靱性が維持されている。従って、衝撃や曲げに対して高い強度を有しつつ、引っ張り強度も大幅に向上できる棒状ファスナを提供できる。 The feature of the present invention is that the surface layer of the rod-shaped fastener does not have a thick carburized layer but a hardened portion in which carbon is diffused. In this way, carbon is appropriately contained in the surface layer. Due to the diffusion, the surface layer does not become too hard and the toughness is maintained. Therefore, it is possible to provide a rod-shaped fastener that has high strength against impact and bending and can significantly improve tensile strength.

更に述べると、本願発明に好適な材料であるSCM435は構造材やファスナなどに使用されている鋼種(合金鋼)で、高い引っ張り強度を有すると共に焼入れ性に優れているが、本願発明はSCM435の特徴を引き出して、高い強度を確保しつつ靱性も十分に確保できるのであり、従って、従来のハイテンボルトに比べて、同等以上の強度を維持しつつ信頼性(疲労強度や耐衝撃性)を大幅に向上できる。 Further, SCM435, which is a material suitable for the present invention, is a steel type (alloy steel) used for structural materials, fasteners, etc., and has high tensile strength and excellent hardenability. By drawing out the characteristics, it is possible to secure sufficient toughness while ensuring high strength, and therefore, compared to conventional high-tensile bolts, reliability (fatigue strength and impact resistance) is significantly improved while maintaining strength equal to or higher than that of conventional high-tensile bolts. Can be improved.

(A)は真空浸炭設備の概念図、(B)は工程の模式図である。(A) is a conceptual diagram of a vacuum carburizing facility, and (B) is a schematic diagram of a process. (A)は水素吸蔵量を示す表、(B)は硬度と深さとの関係を示すグラフ及び表である。(A) is a table showing the amount of hydrogen storage, and (B) is a graph and a table showing the relationship between hardness and depth. (A)はシャルピー衝撃値を示す表、(B)は引っ張り試験結果を示すグラフである。(A) is a table showing a Charpy impact value, and (B) is a graph showing a tensile test result. 疲労試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the fatigue test result.

次に、本願発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態は特許文献1,2で開示した装置を使用しており、従って、特許文献1,2と説明が重複するところがあるが、念のため説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment uses the apparatus disclosed in Patent Documents 1 and 2. Therefore, although the description may overlap with Patent Documents 1 and 2, it will be described just in case.

(1).設備の概要・基本処理パターン
図1(A)に示すように、真空浸炭設備は、主要要素として、ガス導入口2及びガス排出口3が内部に開口した処理炉(浸炭室)1と、処理炉1に扉4を介して隣り合った冷却室5と、冷却室5の下方に配置した焼入れ室6とを有している。焼入れ室6には、冷却液(水系又はオイル)を溜めた焼入れ槽7が配置されている。図示していないが、処理炉1や冷却室5にはワークWを出し入れするための扉を設けている。
(1). Outline of equipment ・ Basic treatment pattern As shown in Fig. 1 (A), the vacuum carburizing equipment is a processing furnace (carburizing chamber) in which the gas inlet 2 and the gas discharge port 3 are opened inside as the main elements. It has a cooling chamber 5 adjacent to the processing furnace 1 via a door 4, and a quenching chamber 6 arranged below the cooling chamber 5. In the quenching chamber 6, a quenching tank 7 in which a cooling liquid (water system or oil) is stored is arranged. Although not shown, the processing furnace 1 and the cooling chamber 5 are provided with doors for taking in and out the work W.

ガス導入口2には、炭酸水素ガスボンベ8がガス導入管9を介して接続されており、ガス導入管9の中途部には第1バルブ10を配置している。ボンベ8には炭素源となる炭化水素ガスが充填されている。本実施形態では、炭化水素ガスとしてアセチレンを使用している。ガス排出口3は、第1排出管11を介して真空ポンプ12と接続されており、第1排出管11の中途部には第2バルブ13を介在させている。第1排出管11は、第2排出管14を介して冷却室5にも接続されており、第2排出管14の中途部には第3バルブ15を配置している。 A hydrogen carbonate gas cylinder 8 is connected to the gas introduction port 2 via a gas introduction pipe 9, and a first valve 10 is arranged in the middle of the gas introduction pipe 9. The cylinder 8 is filled with a hydrocarbon gas as a carbon source. In this embodiment, acetylene is used as the hydrocarbon gas. The gas discharge port 3 is connected to the vacuum pump 12 via the first discharge pipe 11, and a second valve 13 is interposed in the middle of the first discharge pipe 11. The first discharge pipe 11 is also connected to the cooling chamber 5 via the second discharge pipe 14, and the third valve 15 is arranged in the middle of the second discharge pipe 14.

処理炉1の内部には多数の伝熱式ヒータ16を配置しており、各ヒータ16は電源17に接続されている。また、浸炭設備には、水素濃度を直接的に検知する手段として、水素濃度センサ18を設けている。水素濃度センサ18は処理炉1内のガスの熱伝導率を検知するものであり、第1排出管11に設けたバイパス管19に設けている。処理炉1には、酸素センサ20を臨ませている。 A large number of heat transfer heaters 16 are arranged inside the processing furnace 1, and each heater 16 is connected to a power source 17. Further, the carburizing equipment is provided with a hydrogen concentration sensor 18 as a means for directly detecting the hydrogen concentration. The hydrogen concentration sensor 18 detects the thermal conductivity of the gas in the processing furnace 1, and is provided in the bypass pipe 19 provided in the first discharge pipe 11. An oxygen sensor 20 faces the processing furnace 1.

真空浸炭設備は、制御装置(制御手段)21を有している。制御装置21は、真空浸炭設備とセットになっていてもよいし、パソコンで代替することも可能である。いずれにしても、メモリーやモニター、入力手段などを有している。各バルブ10,13,15、ヒータ電源17,水素濃度センサ18、酸素センサ20は、制御装置21に電気的に接続されている。図示していないが、処理設備には、デジタル式の温度センサや真空計を設けており、これらも制御装置21に接続されている。 The vacuum carburizing equipment has a control device (control means) 21. The control device 21 may be a set with the vacuum carburizing equipment, or may be replaced with a personal computer. In any case, it has a memory, a monitor, an input means, and the like. The valves 10, 13, 15, the heater power supply 17, the hydrogen concentration sensor 18, and the oxygen sensor 20 are electrically connected to the control device 21. Although not shown, the processing equipment is provided with a digital temperature sensor and a vacuum gauge, which are also connected to the control device 21.

次に、真空浸炭処理パターンを図1(B)に基づいて説明する。表面処理作業は、ワークWを処理炉1に入れて炉内温度を上げる昇温工程、設定温度を維持してワークWをむらなく加熱する均熱工程、処理炉1に真空雰囲気下でアセチレンを導入して分解した炭素をワークWに浸入させる浸炭工程、アセチレンの導入を停止してワークWの表面層内で炭素を拡散させる拡散工程、冷却室5に移行させて窒素ガスで冷却するガス冷却、又は、焼入れ液に投入して急冷する焼入れ工程、を有している。
通常浸炭工程では、浸炭(T4-T2)の時間をかけて行われるが、本実施形態の浸炭時間(T3-T2)は通常浸炭時間(T4-T2)よりも短い(例えば数分の1~十分の1の時間)。
Next, the vacuum carburizing treatment pattern will be described with reference to FIG. 1 (B). The surface treatment work includes a heating process in which the work W is placed in the processing furnace 1 to raise the temperature inside the furnace, a soaking process in which the work W is uniformly heated while maintaining the set temperature, and acetylene is applied to the processing furnace 1 in a vacuum atmosphere. A carburizing process that infiltrates the introduced and decomposed carbon into the work W, a diffusion process that stops the introduction of acetylene and diffuses carbon in the surface layer of the work W, and gas cooling that is transferred to the cooling chamber 5 and cooled with nitrogen gas. Or, it has a quenching step of putting it in a quenching liquid and quenching it.
In the normal carburizing step, the carburizing (T4-T2) time is taken, but the carburizing time (T3-T2) of the present embodiment is shorter than the normal carburizing time (T4-T2) (for example, a fraction to a fraction). One tenth of the time).

浸炭温度は従来と同様である。ワークWの材質等によって相違するが、例えば、750~1100℃程度である。処理炉1の真空度も従来と大きく相違するものではなくて、例えば4~10Torr程度に維持されるように、第2バルブ13の開度が自動制御されている。 The carburizing temperature is the same as before. Although it varies depending on the material of the work W and the like, it is, for example, about 750 to 1100 ° C. The degree of vacuum of the processing furnace 1 is not significantly different from that of the conventional one, and the opening degree of the second valve 13 is automatically controlled so as to be maintained at, for example, about 4 to 10 Torr.

本実施形態では、特許文献1に開示されているように、最初にアセチレンを一定量導入する初期工程と、その後にある程度の時間をおいてアセチレンを導入する継続工程とに分けられている。但し、浸炭工程は、初期工程を備えずにアセチレンを一定時間連続導入する方式も採用可能である。 In the present embodiment, as disclosed in Patent Document 1, it is divided into an initial step of first introducing a certain amount of acetylene and a continuous step of introducing acetylene after a certain period of time. However, as the carburizing process, a method of continuously introducing acetylene for a certain period of time without providing an initial process can also be adopted.

初期工程では、一定量のアセチレンが、所定時間(例えば数十秒)だけ処理炉1に連続して導入される。他方、継続工程では、アセチレンの導入量は、基本的には水素濃度を変数として制御され、かつ、酸素分圧によっても補正される。 In the initial step, a certain amount of acetylene is continuously introduced into the processing furnace 1 for a predetermined time (for example, several tens of seconds). On the other hand, in the continuation step, the amount of acetylene introduced is basically controlled with the hydrogen concentration as a variable, and is also corrected by the oxygen partial pressure.

初期工程から継続工程に移行するとき、及び、継続工程においてアセチレンの導入がカットされている状態では、処理炉の内部にはアセチレンの分圧が初期工程よりも低い状態になっており、この状態でも、処理炉1は所定の真空雰囲気に維持されている(アセチレンが導入されている場合よりも真空度は低くなっている。)。 When shifting from the initial process to the continuous process, and when the introduction of acetylene is cut in the continuous process, the partial pressure of acetylene inside the processing furnace is lower than that in the initial process, and this state. However, the processing furnace 1 is maintained in a predetermined vacuum atmosphere (the degree of vacuum is lower than when acetylene is introduced).

(2).制御態様
本実施形態では、初期工程において導入されたアセチレンがワーク表面にて分解反応を生じて生成するH量(現実の水素量)を測定し、これと既知のワーク表面積に対する生成H量(基準水素量)のデータとを比較してワークの総面積を計算し、この計算値に基づいてアセチレンの導入量を設定している。
すなわち、ワークの浸炭に必要にして十分なアセチレンの量を基準値として、継続工程において、基準値の量のアセチレンを1分かけて炉内に連続導入している。但し、要求される品質に応じて、炭化水素を基準値よりも少ない量だけ導入すること、又は、基準値よりも多く導入することも可能である。初期工程と継続工程との総和時間は1~2分とすることができる。
(2). Control mode In this embodiment, the amount of H 2 (actual amount of hydrogen) produced by the decomposition reaction of acetylene introduced in the initial step on the work surface is measured, and this and the known work surface area are measured. The total area of the work is calculated by comparing with the data of the amount of H2 produced ( reference hydrogen amount), and the amount of acetylene introduced is set based on this calculated value.
That is, using a sufficient amount of acetylene required for carburizing the work as a reference value, acetylene in a reference value amount is continuously introduced into the furnace over 1 minute in the continuation process. However, depending on the required quality, it is possible to introduce a hydrocarbon in an amount smaller than the reference value or in a larger amount than the reference value. The total time between the initial process and the continuous process can be 1 to 2 minutes.

初期工程と継続工程とは特許文献1,2に記載したとおりであるが、念のため説明しておく。初期工程では、アセチレンの導入により、水素濃度はゼロから急激に立ち上がって、増加率が急激に低下する。そこで、増加率が著しく低下した範囲を安定化状態として、安定化状態での平均値を、初期工程での基準水素濃度ρ0として設定する。 The initial process and the continuation process are as described in Patent Documents 1 and 2, but will be described just in case. In the initial step, the introduction of acetylene causes the hydrogen concentration to rise sharply from zero and the rate of increase to drop sharply. Therefore, the range in which the rate of increase is significantly reduced is set as the stabilized state, and the average value in the stabilized state is set as the reference hydrogen concentration ρ0 in the initial step.

基準水素濃度ρ0からワークWの表面積(総表面積)を算定するが、このための準備として、予め面積が判っているサンプルを複数種類製造し、各サンプルを炭化水素ガスに晒して水素濃度を検知し、これにより、ワークWの表面積の絶対値と水素濃度との関係を、マップ(対応表)として作成している。 The surface area (total surface area) of the work W is calculated from the reference hydrogen concentration ρ0. As a preparation for this, multiple types of samples whose areas are known in advance are produced, and each sample is exposed to hydrocarbon gas to detect the hydrogen concentration. As a result, the relationship between the absolute value of the surface area of the work W and the hydrogen concentration is created as a map (correspondence table).

概念的に説明すると、例えば、1m のサンプル、2m のサンプル、3mのサンプル、4m のサンプル、5m のサンプルというように多数のサンプルを製造しておき、それぞれについて、初期工程と同じ条件で浸炭した場合に発生する水素濃度(ρ1,ρ2,ρ3・・・)を記録しておき、表面積と水素濃度との関係式(マップ)を作成しておく。 Conceptually speaking, a large number of samples such as 1 m 2 sample, 2 m 2 sample, 3 m 2 sample, 4 m 2 sample, 5 m 2 sample, etc. are manufactured, and each of them is used as an initial step. Record the hydrogen concentration (ρ1, ρ2, ρ3 ...) Generated when carburized under the same conditions, and create a relational expression (map) between the surface area and the hydrogen concentration.

そして、実際のワークWから検知された水素濃度の平均値ρ0と、各サンプルの基準水素濃度ρ1,ρ2,ρ3・・・とを比較して、実際の平均値ρ0が最も近い基準水素濃度ρ1,ρ2,ρ3・・・を選択して、この基準水素濃度が属するサンプルの総表面積をワークWの総表面積に設定し、設定された総表面積を基準として、その総表面積の場合に設定されている飽和水素濃度を、実際のワークWの飽和水素濃度として設定し、これを基準にして目標水素濃度(制御上限値)を設定する。 Then, the average value ρ0 of the hydrogen concentration detected from the actual work W is compared with the reference hydrogen concentration ρ1, ρ2, ρ3 ... Of each sample, and the actual average value ρ0 is the closest reference hydrogen concentration ρ1. , Ρ2, ρ3 ... Is selected, and the total surface area of the sample to which this reference hydrogen concentration belongs is set as the total surface area of the work W, and is set in the case of the total surface area based on the set total surface area. The saturated hydrogen concentration is set as the saturated hydrogen concentration of the actual work W, and the target hydrogen concentration (control upper limit value) is set based on this.

下限値は任意に設定できる。例えば、基準水素濃度ρ1,ρ2,ρ3・・・を基準にして、制御上限値である目標水素濃度ρ3′を基準水素濃度ρ1,ρ2,ρ3・・・の0.9倍、下限値を0.85倍とすることができる。基準水素濃度ρ1,ρ2,ρ3・・・を上限値とすること(基準水素濃度=目標水素濃度とすること)も可能である。目標水素濃度(上限値)や下限値を、ワークWの材質や形状等によって異ならせることも可能である。なお、基準水素濃度は、飽和水素濃度と呼ぶことも可能である。 The lower limit can be set arbitrarily. For example, with reference to the reference hydrogen concentration ρ1, ρ2, ρ3 ..., the target hydrogen concentration ρ3', which is the control upper limit value, is 0.9 times the reference hydrogen concentration ρ1, ρ2, ρ3 ..., And the lower limit value is 0. It can be multiplied by .85. It is also possible to set the reference hydrogen concentration ρ1, ρ2, ρ3 ... As the upper limit value (reference hydrogen concentration = target hydrogen concentration). It is also possible to make the target hydrogen concentration (upper limit value) and lower limit value different depending on the material and shape of the work W. The reference hydrogen concentration can also be referred to as a saturated hydrogen concentration.

初期工程でアセチレンを所定時間に所定量だけ導入すると、アセチレンが分解して水素が発生するが、水素の発生量はワークWの表面積に正比例している。また、処理炉1の内部が真空雰囲気であることから、初期工程としてある程度を保持しておけば、アセチレンはワークWの表面にまんべんなく接触する。従って、初期工程において、ワークWの表面には、分離した炭素がまんべんなく付着する。従って、初期工程では、ワークWの表面積の大きさに関係なく、ワークWの表面全体に炭素をまんべんなく付着させるために必要にして十分なアセチレンの量(基準ガス量)と、基準ガス量に対応した炭化水素ガスとを検出できる。 When a predetermined amount of acetylene is introduced in a predetermined time in the initial step, acetylene is decomposed to generate hydrogen, but the amount of hydrogen generated is directly proportional to the surface area of the work W. Further, since the inside of the processing furnace 1 has a vacuum atmosphere, acetylene comes into contact with the surface of the work W evenly if a certain amount is maintained as an initial process. Therefore, in the initial step, the separated carbon is evenly adhered to the surface of the work W. Therefore, in the initial process, regardless of the size of the surface area of the work W, the amount of acetylene (reference gas amount) necessary and sufficient for evenly adhering carbon to the entire surface of the work W and the reference gas amount are supported. Hydrocarbon gas can be detected.

炉内の水素濃度ρは時々刻々と変化していくが、ρがρ3′とρ3″との間に維持されるように、アセチレンの導入量が制御される。つまり、実際の水素濃度ρが飽和水素濃度(上限値ρ3′)に近づくとアセチレンの導入量を減らし、実際の水素濃度ρが下限値ρ3″に近づくとアセチレンの導入量を増やすことにより、実際の水素濃度ρを所定の範囲(レベル)に維持する。 The hydrogen concentration ρ in the furnace changes from moment to moment, but the amount of acetylene introduced is controlled so that ρ is maintained between ρ3'and ρ3 ″. That is, the actual hydrogen concentration ρ is When the saturated hydrogen concentration (upper limit value ρ3') is approached, the amount of acetylene introduced is reduced, and when the actual hydrogen concentration ρ approaches the lower limit value ρ3 ″, the amount of acetylene introduced is increased to bring the actual hydrogen concentration ρ into a predetermined range. Keep at (level).

これにより、処理炉1内に水素が過剰に発生することを防止して、水素がワークWに浸入することを防止又は著しく抑制することができる。すなわち、水素の害を無くした状態で、アセチレン(炭化水素ガス)を使用して浸炭を行うことができるのである。アセチレンの導入量Qには、飽和水素濃度に対応した上限値Q3′と下限値Q3″とを設定している。製品に要求される品質は様々であるので、要求される品質によっては、アセチレン等の炭化水素ガスを基準ガス量よりも多く導入して効率を優先させることも可能である。 As a result, it is possible to prevent excessive generation of hydrogen in the processing furnace 1 and prevent or significantly suppress the infiltration of hydrogen into the work W. That is, carburizing can be performed using acetylene (hydrocarbon gas) in a state where the harm of hydrogen is eliminated. The upper limit value Q3'and the lower limit value Q3 ″ corresponding to the saturated hydrogen concentration are set for the introduction amount Q of acetylene. Since the quality required for the product varies, acetylene depends on the required quality. It is also possible to prioritize efficiency by introducing more hydrocarbon gas such as, etc. than the standard gas amount.

ワークの総面積が判っている場合は初期工程を省くことも可能である。また、同一処理を繰り返し行う場合も初期工程を省くことが可能である。但し、炉内の環境は変化するので、適宜、初期工程を行って数値の補正を行うのが好ましい。 If the total area of the work is known, it is possible to omit the initial process. Further, when the same process is repeated, the initial process can be omitted. However, since the environment inside the furnace changes, it is preferable to perform an initial process as appropriate to correct the numerical value.

特許文献1,2では、拡散工程の後に、所定温度まで徐々に降温させる工程とその後に所定温度に維持する均熱工程とを設けているが、本実施形態では、降温工程とその後の均熱工程は省いて、拡散工程の後に直ちに急冷(焼入)している。焼入れには油を使用したが、水焼入れも可能である。 In Patent Documents 1 and 2, after the diffusion step, a step of gradually lowering the temperature to a predetermined temperature and then a heat equalizing step of maintaining the predetermined temperature are provided. However, in the present embodiment, the temperature lowering step and the subsequent soaking step are provided. The step is omitted, and the quenching (quenching) is performed immediately after the diffusion step. Oil was used for quenching, but water quenching is also possible.

本実施形態では、浸炭工程(継続工程)は例えば1分程度の短時間で済ませる。従って、硬度の変化は緩やかであり、かつ、心部硬度と表面硬度との相違(最高硬度と最低硬度との差)は小さい。JISの12.9のハイテンボルトを得る場合は、硬度は規定の範囲に入るように設定している。拡散工程は真空雰囲気下で行われるので酸化に起因した脱炭は生じないが、必要なら、拡散工程で炉内に窒素ガスを導入してもよい。 In the present embodiment, the carburizing step (continuation step) can be completed in a short time of, for example, about 1 minute. Therefore, the change in hardness is gradual, and the difference between the core hardness and the surface hardness (difference between the maximum hardness and the minimum hardness) is small. When obtaining JIS 12.9 high-tensile bolts, the hardness is set to be within the specified range. Since the diffusion step is performed in a vacuum atmosphere, decarburization due to oxidation does not occur, but if necessary, nitrogen gas may be introduced into the furnace in the diffusion step.

(3).評価
図2以下で評価を示している。図2(A)では、熱処理の直後にワークの表層に吸蔵されている水素量の数値を示している。各サンプルは、引っ張り試験と同じ棒状のものを使用して部分的に切除して試験片となしており、室温から300℃まで昇温させつつ水素を真空吸引して水素の総量を測定した。
(3). Evaluation Figure 2 and below show the evaluation. FIG. 2A shows the numerical value of the amount of hydrogen occluded in the surface layer of the work immediately after the heat treatment. Each sample was partially excised using the same rod-shaped sample as in the tensile test to form a test piece, and hydrogen was vacuum-sucked while raising the temperature from room temperature to 300 ° C. to measure the total amount of hydrogen.

いずれもサンプルは5個製造し、平均値を検査値とした。比較例のガス浸炭は、大気炉を使用して860℃で55分間浸炭している。比較例の通常真空浸炭品は特許文献1の実施例であり、1分間の初期工程の後に継続工程を30分行ったものである(以下も同様である。)。図2(A)から、本実施例及び特許文献1の実施例は水素の吸蔵量が著しく少ないことを理解できる。 Five samples were produced in each case, and the average value was used as the inspection value. The gas carburizing of the comparative example is carburized at 860 ° C. for 55 minutes using an atmospheric furnace. The normal vacuum carburized product of the comparative example is an example of Patent Document 1, in which an initial step of 1 minute is followed by a continuous step for 30 minutes (the same applies hereinafter). From FIG. 2A, it can be understood that the examples of this embodiment and the embodiment of Patent Document 1 have a significantly small occlusion of hydrogen.

図2(B)では、深さと硬度との関係を示している。サンプルa~cが本願発明の実施例であり、他のサンプル(d~k)は比較例である。比較例のガス調質品は、870℃で油焼入れしたのち、430℃で100分掛けて焼き戻しを行っている。このグラフから、通常浸炭品は表面硬度が高くて硬度の変化もクリアであること、ガス調質品は硬度が高くなくて深さによる硬度の違いは殆ど現れていないこと、本願発明の実施品では表面硬度はガス浸炭品よりは高くて硬度の変化も小さいことを理解できる。 FIG. 2B shows the relationship between depth and hardness. Samples a to c are examples of the present invention, and other samples (d to k) are comparative examples. The gas-treated product of the comparative example is oil-quenched at 870 ° C. and then tempered at 430 ° C. for 100 minutes. From this graph, the carburized product usually has a high surface hardness and the change in hardness is clear, the gas-treated product does not have a high hardness, and there is almost no difference in hardness depending on the depth. Then, it can be understood that the surface hardness is higher than that of the gas carburized product and the change in hardness is small.

また、本願実施例と通常真空浸炭品は、元々、浸炭を目的にしているため、深さが薄くなると硬度が高くなっていると共に、焼き戻し温度と硬度とは逆の関係になっており、焼き戻し温度が高くなると硬度が低下していることを理解できる。そして、本実施例のうち430℃の焼き戻し品は硬度がJISで規定するクラス12.9の範囲内に納まっており、従って、特に430~440℃程度の焼き戻しによってクラス12.9の硬度条件を満たし得ると云える。 Further, since the embodiment of the present application and the normal vacuum carburized product are originally intended for carburizing, the hardness increases as the depth becomes thinner, and the tempering temperature and the hardness have the opposite relationship. It can be understood that the hardness decreases as the tempering temperature increases. The hardness of the tempered product at 430 ° C. in this example is within the range of class 12.9 specified by JIS. Therefore, the hardness of class 12.9 is particularly high by tempering at about 430 to 440 ° C. It can be said that the conditions can be met.

なお、試料dでは深さ0.5mmにおいて硬度が高くなっているが、これは測定誤差と思われる。また、ガス調質品は、元々浸炭を目的にした処理ではないためと推測されるが、深さと硬度との間には明確な相関関係はみられない。 The hardness of sample d is high at a depth of 0.5 mm, which seems to be a measurement error. In addition, it is presumed that the gas-treated product was not originally treated for carburizing, but there is no clear correlation between depth and hardness.

図3(A)では、シャルピー試験の結果を示している。各試料の材質はそれぞれSCM435で、440℃で焼き戻しを行った。試料は、JIS Z2242の規定に準じた試験片を使用した。 FIG. 3A shows the result of the Charpy test. The material of each sample was SCM435, and tempering was performed at 440 ° C. As a sample, a test piece according to JIS Z2242 was used.

拡散時間は、実施例Aは30分、Bは60分、Cは90分であった。JIS B1051の規定では衝撃値は15J以上になっているが、いずれの試料もJISの規定を大幅にクリアしている。本願の実施例について述べると、浸炭量を軽減したことにより、ハイテンボルトの条件を大きくクリアできるに至っている。 The diffusion time was 30 minutes for Example A, 60 minutes for B, and 90 minutes for C. According to the JIS B1051 regulations, the impact value is 15J or more, but all the samples greatly clear the JIS regulations. As for the embodiment of the present application, the condition of high-tensile bolt can be largely cleared by reducing the amount of carburizing.

この図3(A)において、各サンプルとも、傾向として心部側から表面に向けて硬度が高くなっていることを理解できるが、このことは、硬化が深くなるほど浸炭量が増大していることを意味している。硬度は必ずしも一本調子で変化しておらず、凹凸を持ちつつ変化している例もあるが、これは、硬さの測定誤差と基材化学組成のバラツキの影響と推測される。 In FIG. 3A, it can be understood that the hardness of each sample tends to increase from the core side toward the surface, but this means that the deeper the hardening, the larger the carburizing amount. Means. The hardness does not always change in a single tone, and there are cases where it changes while having irregularities, but this is presumed to be due to the effect of hardness measurement errors and variations in the chemical composition of the substrate.

図3(B)では、引っ張り試験の結果を示している。試験では5本の丸棒サンプルを使用し、JISの規定に基づいて計測し、平均値をグラフ化している。この試験結果から、本願実施例がJISのクラス12.9で規定する引っ張り強度を満たしていることを理解できる。また、図3(B)において、本願実施例も比較例も明確な降伏点は現れていないが、最大値の90%である1260MPaは弾性変形領域内であるため、90%の荷重解除で元に戻るというクラス12.9の条件をクリアしていると云える。 FIG. 3B shows the result of the tensile test. In the test, five round bar samples were used, measured according to JIS regulations, and the average value was graphed. From this test result, it can be understood that the examples of the present application satisfy the tensile strength specified in JIS class 12.9. Further, in FIG. 3B, no clear yield point appears in both the examples of the present application and the comparative examples, but since 1260 MPa, which is 90% of the maximum value, is within the elastic deformation region, the original load is released by 90%. It can be said that the condition of class 12.9 to return to is cleared.

図4では、疲労試験(応力範囲と破断繰り返し数との関係)を示している。試験は、JISのZ2273に準拠して行った。この図4において、本願実施例とガス調質品とが少し似た傾向を呈しているが、これは、両者とも材料がSCM435であることに起因しているためと推測される。 FIG. 4 shows a fatigue test (relationship between the stress range and the number of repeated fractures). The test was carried out in accordance with JIS Z2273. In FIG. 4, the embodiment of the present application and the gas-conditioned product show a slightly similar tendency, which is presumed to be due to the fact that the material is SCM435 in both cases.

ここで特筆すべきは、比較例aは500万回以上で破断しない応力範囲は最大で760MPaであるが、本願実施例では840MPaでも500万回以上で破断しない疲労強度を有している点であり、ここから、図2(A)に示す水素吸蔵量に起因して、本願発明の実施品がガス浸炭品に比べて格段に高い疲労強度を有していることを理解できる。 It should be noted here that Comparative Example a has a maximum stress range of 760 MPa that does not break at 5 million times or more, but in the embodiment of the present application, it has fatigue strength that does not break at 5 million times or more even at 840 MPa. From this, it can be understood that the product according to the present invention has much higher fatigue strength than the gas carburized product due to the hydrogen storage amount shown in FIG. 2 (A).

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。材料としては、SCM435の他にもSCM440のような他のクロムモリブデン鋼なども使用できる。なお、敢えて述べるまでもないが、SCM435にはSCM435Hも含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be embodied in various ways. As the material, other chrome molybdenum steel such as SCM440 can be used in addition to SCM435. Needless to say, SCM435 also includes SCM435H.

JISのB1051では、12.9をハイテンボルトの最高位のクラスとして規定しているが、本願発明により、例えば13.9や14.9といった更なる高強度でしかも疲労強度に優れたボルトをクラス化することも可能であると云える。この場合は、硬度の上限値は、現在クラス12.9で規定しているHv435よりも高くなるかもしれない。
なお、本願発明は、JIS(B1501)で規定するクラスのうち12.9よりも低いクラスにも適用できる。この場合も、必要な強度は確保しつつ疲労強度を格段に向上できる。
JIS B1051 defines 12.9 as the highest class of high-tensile bolts, but according to the present invention, bolts with higher strength such as 13.9 and 14.9 and excellent fatigue strength are classified. It can be said that it is also possible to make it. In this case, the upper limit of hardness may be higher than the Hv435 currently defined in class 12.9.
The invention of the present application can also be applied to a class lower than 12.9 among the classes defined by JIS (B1501). In this case as well, the fatigue strength can be significantly improved while ensuring the required strength.

本願発明は、棒状ファスナの熱処理に具体化できる。従って、産業上利用できる。 The present invention can be embodied in the heat treatment of a rod-shaped fastener. Therefore, it can be used industrially.

W ワーク
1 処理炉
2 ガス導入口
3 ガス排出口
5 冷却室
6 焼入れ室
8 炭化水素ガスボンベ(アセチレンボンベ)
12 真空ポンプ(真空源)
18 水素濃度センサ
20 酸素センサ
21 制御装置
W work 1 Processing furnace 2 Gas inlet 3 Gas discharge port 5 Cooling room 6 Quenching room 8 Hydrocarbon gas cylinder (acetylene cylinder)
12 Vacuum pump (vacuum source)
18 Hydrogen concentration sensor 20 Oxygen sensor 21 Control device

Claims (4)

CM435、SCM440、S35C、S45C、又は炭素を0.30~0.45%含んでいる他の中炭素含有鋼材で加工された棒状の中間品を用意する準備工程と、炭化水素ガスを使用した真空浸炭法によって前記中間品の表層に浸炭処理を施してから焼入れする硬化工程と、前記中間品の硬度を下げる焼き戻し工程とを含み、
前記真空浸炭法による浸炭処理は、前記中間品の表面にまんべんなく炭素を付着させるために必要にして十分な量の炭化水素ガスの量である基準ガス量を基準にして、これと同量又は少ない量の炭化水素ガスを炉内に導入して行われる浸炭工程と、前記浸炭工程の後に前記炭化水素の導入を停止して加熱を継続する拡散工程とを含んで、前記浸炭工程は、前記炭化水素ガスの導入が間欠的に行われる場合における導入停止時間も含めて0.5~4分30秒行われて、前記拡散工程は前記浸炭工程の20~40倍の時間行われており、
かつ、前記焼き戻しは420~450℃の範囲で行われる、棒状ファスナの製造方法。
A preparatory step of preparing rod-shaped intermediates processed with S CM435 , SCM440, S35C, S45C, or other medium carbon-containing steel containing 0.30 to 0.45% carbon, and hydrocarbon gas were used. It includes a hardening step of carburizing the surface layer of the intermediate product by a vacuum carburizing method and then quenching, and a tempering step of lowering the hardness of the intermediate product.
The carburizing treatment by the vacuum carburizing method is the same as or smaller than the standard gas amount, which is the amount of the hydrocarbon gas necessary and sufficient for evenly adhering carbon to the surface of the intermediate product. The carburizing step includes a carburizing step of introducing an amount of hydrocarbon gas into a furnace and a diffusion step of stopping the introduction of the hydrocarbon and continuing heating after the carburizing step . The introduction stop time is 0.5 to 4 minutes and 30 seconds including the introduction stop time when the introduction of hydrogen gas is performed intermittently, and the diffusion step is performed 20 to 40 times as long as the carburizing step.
Moreover, the tempering is performed in the range of 420 to 450 ° C., which is a method for producing a rod-shaped fastener.
前記真空浸炭法による処理において浸炭工程は1分行って前記拡散工程は30分行い、前記焼き戻しは430~440℃の範囲で行われる、
請求項1に記載した棒状ファスナの製造方法。
In the treatment by the vacuum carburizing method, the carburizing step is carried out for 1 minute , the diffusion step is carried out for 30 minutes , and the tempering is carried out in the range of 430 to 440 ° C.
The method for producing a rod-shaped fastener according to claim 1.
CM435、SCM440、S35C、S45C、又は炭素を0.30~0.45%含んでいる他の中炭素含有鋼材から成る棒状ファスナの製造方法であって
表層に、真空浸炭法によって硬化処理されてから焼入れ及び焼き戻しすることによって硬化部を形成するにおいて、
部側よりも表面側において硬度が高くなるように硬度が変化していると共に表面硬度はHv385~435の範囲に保持されて、前記焼き戻し直後の水素吸蔵量0.05ppm以下に維持されるように設定している、
棒状ファスナの製造方法
A method for producing a rod-shaped fastener made of S CM435 , SCM440, S35C, S45C, or another medium carbon-containing steel material containing 0.30 to 0.45% of carbon.
In forming a hardened portion on the surface layer by hardening treatment by a vacuum carburizing method and then quenching and tempering.
The hardness is changed so that the hardness is higher on the surface side than on the deep side, and the surface hardness is maintained in the range of Hv385 to 435, and the hydrogen storage amount immediately after tempering is maintained at 0.05 ppm or less. Is set to
Manufacturing method of rod-shaped fasteners.
疲労試験に500万回以上繰り返し負荷を掛けても破断しない応力範囲が800MPa以上の疲労強度に設定されている
請求項3に記載した棒状ファスナの製造方法
The stress range that does not break even if a load is repeatedly applied to the fatigue test 5 million times or more is set to a fatigue strength of 800 MPa or more.
The method for producing a rod-shaped fastener according to claim 3.
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