JPH0146586B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は耐腐食鋼部品の製造方法に関する。 ２つの連続する溶融塩処理によつて熱処理する
ことによつて鋼成分の耐腐食性を改良することは
周知である。第１の溶融塩熱処理は青酸カリ／シ
アン酸カリウム浴中で580℃で２時間行なわれる。
第２熱処理は水酸化カリウム、水酸化ナトリウ
ム、及び硝酸カリウムを含む第２の塩浴中で400
℃約10分間焼入れが行なわれる。この後に該成分
の水焼入れが行なわれる。もし、製品の酸化表面
を仕上面に戻すことが重要であるならば水焼入れ
を次に行なう、酸化浴中で20分間約400℃での再
処理をするこの段階でのラツピング仕上げを行な
うことが必要であろう。 上記工程は下記の如く多くの不具合を受ける。 (1) 有毒な化学薬品が用いられ環境汚染となる。 (2) 比較的無害の炭酸塩を製造するために初期硬
化処理からもたらされた有毒なシアン化物塩を
酸化するために２重の酸化が必要である。 (3) 酸化処理後の水焼入れは該処理によつてもた
らされた塩を除去するのに必須である。これは
次に汚水処理問題を発生させる。 少なくとも上記不具合のいくつかを解消するか
又は緩和することが本発明の目的である。 本発明の目的は非合金鋼部品を窒化ガス雰囲気
中で熱処理して該部品にε鉄窒化物表層を作り、
この部品を酸化性雰囲気中で熱処理して主に
Fe₃O₄からなる酸化物富化表面層を形成し、この
表面層が１ミクロンを超えない厚さであり、そし
て該部品を550℃以上から油／水エマルジヨン中
に焼入れすることによつて窒素を固溶状態で基地
に保持することを特徴とする耐腐食鋼部品の製造
方法によつて達成される。 更に本発明の目的は非合金鋼部品を窒化ガス雰
囲気中で熱処理して該部品にε鉄窒化物表層を作
り、この部品を酸化性雰囲気中で熱処理して主に
Fe₃O₄からなる酸化物富化表面層を形成し、この
表面層が１ミクロンを超えない厚さであり、そし
て該部品を550℃以上から油／水エマルジヨン中
に焼入れすることによつて窒素を固溶状態で基地
に保持し脱脂した後、ワツクス被覆を該部品に適
用することを特徴とする耐腐食鋼部品の製造方法
によつて達成される。 ε鉄窒化物表面層を形成するために窒化ガス雰
囲気中で該部品を熱処理する工程に関して、該工
程はアンモニア、アンモニア及び吸熱ガス、アン
モニア及び発熱ガス又はアンモニア及び窒素であ
つて二酸化炭素、一酸化炭素、空気、水蒸気及び
メタンのうちの少なくとも１つを随意に含有する
雰囲気中で550ないし720℃の範囲の温度で４時間
以内行なわれる。用語“吸熱ガス”及び“発熱ガ
ス”は当業界でよく理解されている。二酸化炭
素、一酸化炭素、空気、水蒸気及び発熱ガスは酸
化性ガスである。二酸化炭素、メタン及び吸熱ガ
スは炭化性ガスである。ε鉄窒化物表面層が約25
ミクロン（μm）の厚さを有するように熱処理操
作を行なうことが好ましい。約25ミクロンより大
きな厚さによつて該表面層の剥離又は割れが生ず
る。約25ミクロンの層の厚みは660℃45分間の熱
処理で典型的に得ることが出来る。そのような層
の厚さはまた570℃３時間又は610℃90分間の熱処
理でも得られる。しかしながら、熱処理温度及び
時間は25ミクロン未満、例えば15ミクロンの層厚
さを作るように用いられる。例えば２時間、570
℃の熱処理は16ないし20ミクロンの層厚さを作る
ために用いることが出来る。 良好な工業特性が要求される場合、例えばワイ
パーリンク、ホーン本体、ホースクリツプ、同期
発電機冷却フアン、自動車プロペラシヤフト及び
例えばタツピンねじのフアスナーにおいては、温
度が550℃以下になる前に酸化工程を実施し、そ
して次に鋼のフエライト地の固溶体中に窒素を保
持しそれによつて疲れ及び降伏強度特性を維持す
るように焼入れ（急冷）するのが好ましい。該酸
化工程は該部品を焼入れ前に空気又は他の酸化雰
囲気に暴すことによつて典型的に少なくとも２秒
間行なわれる。部品への酸化物浸透深さが１ミク
ロンを超えないように酸化を制限するのが好まし
い。より深く迄の酸化浸透により酸化物剥離が生
ずることになる。しかしながら、該部品内への酸
素の浸透が少なくとも0.2ミクロンの深さに、す
なわち酸化物層の厚さが少なくとも0.2ミクロン
であるようにするのが好ましい。該酸化物層0.2
ないし0.7ミクロンであるのがより好ましく、0.5
ミクロンであるのが最も好ましい。酸素浸透深さ
の１つの制御方法は該部品を酸化性雰囲気に暴す
時間を制限することがある。酸化が空気中に暴す
ことによつて行なわれる場合には暴露時間は120
秒を超えない。120秒以上の暴露時間は１ミクロ
ンを超える厚みの酸化物層を作り、表面層の剥離
の危険を増大させる。該部品の空気への暴露時間
は２ないし20秒であるのが好ましい。もしも部品
を暴する酸化性雰囲気が熱処理炉周囲の温度（す
なわち約30℃）であるならば製品は比較的短かい
時間で550℃以下の温度に冷却する。これは良好
な工業特性が部品に要求されることを考慮しなけ
ればならない要素である。というのは温度が550
℃以下になる前に焼入れによつて窒素が鋼のミク
ロ組織のフエライト地に保持せしめることが重要
だからである。 焼入れは油／水エマルジヨン内で行なわれるの
が好ましい。酸化され次に油／水エマルジヨン内
に焼入れされた部品の場合、美学的に好ましい黒
色仕上げが得られる。中間酸化工程を入れずに、
油／水エマルジヨン内へ直接焼入れすることは黒
色仕上げを与えず、酸化物層が0.1ミクロンのみ
の厚さの灰色仕上げを得る。しかしながら、油／
水エマルジヨン内にすでに酸化された部品を焼入
れすることはある程度酸化の度合を増加し、それ
によつて色を黒ずませる。 油／水エマルジヨン内での焼入れの間蒸気がエ
マルジヨン内で部品の周りで小さなポケツトとし
て作られ冷却速度を与える。これは歪みのない最
大の特性（例えば1.5ミリメートル未満の厚さの
部品は800Mpa以下の降伏強度を有することが出
来る）を有する部品を与える。 酸化後油／水エマルジヨン内の焼入れはかなり
良好な耐腐食性のある黒色表面、そして必要なら
ば残留油膜によつてベアリング特性を改良した黒
色表面を作り出す。240時間以上の塩噴霧耐腐食
性を有する油のない又は乾燥表面は、焼入れまま
の部品を蒸気脱脂し、次に硬膜溶媒析出防食材料
でそれを処理することよつて得ることが出来る。
この浸漬又は噴霧による処理は室温行なわれ、そ
して必要なら改良されたベアリング特性を与える
ことも可能である。特定の実施態様では、50％ア
ンモニアと50％吸熱ガスの混合物雰囲気で570℃、
約２時間の熱処理によつて形成されたε鉄窒化物
表層を得た後、鋼部品は２秒間外気に暴され表面
酸化を受け、水中油エマルジヨン浴に浸漬され
る。この実施態様では該エマルジヨンは商標
EVCOQUENCH GWで販売される可溶油と水と
を油：水の体積比を１：６に混合して作られる。
焼入れされている部品は550℃より高い温度でさ
れているので得られる部品は、腐食に対してかな
り良好な抵抗、及びその表面内への油の吸収から
みて良好なベアリング特性を有する美的に好まし
い表面に加えて、良好な疲労強度と降伏強度を有
する。油のない、乾燥表面仕上げは焼入れ部品を
蒸気脱脂し、次にそれを硬い（すなわち無粘膜）
溶媒析出防食ワツクス（例えばCASTROL
V425）で処理することによつて得ることが出来
る。そのようなワツクス成分は脂肪族又は枝分れ
鎖状炭化水素及び第2a族金属石鹸、好ましくは
カルシウム及び／又はバリウム石鹸を含む。該部
品に対するワツクス被覆量は製品表面１m²当たり
7g以下が好しい。7g／m²より大きな被覆量では、
粘り気のない仕上げが、加工処理を容易にする上
で有利であるが、粘くなる傾向がある。良好な耐
腐食性のためにワツクス被覆量は最少2g／m²で
あるのが好ましい。 良好な工業特性が第１の要件でない部品でない
場合、例えば小さなモーターヨークでは酸化工程
を空気又は他の酸化性雰囲気で該部品を急冷する
ことによつて行なうことが可能である。そのよう
な場合、酸化物層厚さは１ミクロンを超えてもよ
い。しかしながら、酸及び冷却工程は、良好な工
業特性が要求される部品に基づいて上記と酸化物
層厚さが同じになるようになされるのが好まし
い。該部品を空気又は他の酸化性雰囲気で急冷す
る結果として、固溶体から窒素が出る傾向があ
り、その結果疲労及び降伏強度が不利に影響され
よう。しかしながら、良好な工業特性が要求され
ない部品の場合では通常問題とならないだろう。
一方、油／水エマルジヨン中への焼入れを行なわ
なければ、製品を油と非共存塗料又はワツクスで
被覆する前に脱脂を要しない利点がある。ワツク
ス被覆に関してみれば、良好な工業特性を有する
ように要求される部品に基づいて上記の同じワツ
クス成分タイプ及び被覆量を使用するのが好まし
い。しかしながら、冷却され、酸化された部品を
油中に浸漬させ、そして塩噴霧耐食性を改良し、
摩擦係数を低下し及び／又は該部品の美的外観を
改良するためにその表面内に油を吸収させること
は本発明の範囲内である。本発明に係る上記２つ
の方法では酸化工程は、窒化ガス雰囲気中で部品
を熱処理した後すなわち冷却する前すぐに行なわ
れる。しかしながら、酸化工程を後の段階で行な
うことは本発明の範囲内である。従つて該部品が
窒化ガス雰囲気中で熱処理された後、非酸化性雰
囲気中で所望の方法で冷却され、続いて所望の酸
化物層を得るように適当な時間350ないし550℃に
再加熱される。処理時間は温度に依存し、温度が
低けれ低い程、処理時間長くなる。350ないし550
℃の範囲の処理温度では典型的な時間範囲は２な
いし30分であろう。空気又は他の酸化性雰囲気で
の再加熱に続いて、部品は２つの前記方法に基づ
いて上記のように焼入れ又は急冷される。これに
続いて、必要ならば脱脂後、部品は上記の方法で
ワツクス被覆がなされる。 良好な耐腐食性を与えるためにワツクス保護を
必要とせずに部品が上質の表面仕上げを要する場
合、しばしば硬質クロムメツキされる例えばダン
パーロツド又ピストンロツドの場合、窒化ガス雰
囲気中で処理された後、部品は所望の溶媒中で冷
却され、次に例えば0.2ミクロンRa未満の表面粗
さにラツピング又は他の機械的表面仕上法が行な
われる。このラツピング又は研摩法は冷却に使用
される溶媒に依存して製品表面に形成される酸化
膜を取り除く。ラツピング又は研摩工程の後に部
品は300ないし600℃の温度で酸化せしめられる。
実際の温度は鋼部品に要求される外観に、特にそ
の特性に依存する。もしも該部品がダンパーロツ
ドのように非常に高度の疲労強度を要しない部品
ならば、スリツピングされなかつた発熱ガスの温
度に依存して酸化熱処理は350ないし450℃約５な
いし15分間行なわれるのが好ましい。しかしなが
ら、良好な疲労強のために、部品は500ないし600
℃、より好ましくは550ないし600℃で熱処理され
るのが好ましく、続いて該鋼のミクロ組織のフエ
ライト地の固溶体中に窒素を保持するために焼入
れを行なう。ストリツピングされなかつた発熱ガ
スの代わりに、蒸気、空気又は酸素と窒素の他の
混合物、二酸化炭素及び窒素の混合物又は二酸化
炭素のみ又はこれらの混合物のような酸化性ガス
を用いてもよい。ラツピング又は研摩を含まない
方法で空気に代わるものとしてこれらの酸化性ガ
スを用いることが可能である。 更に、窒化雰囲気に暴した後に冷却され、研摩
された本発明によつて製造される部品は、汚水処
理問題を越す不具合を生ずる硬質クロムメツキよ
りも製造上経済的である。更に、そのガス処理は
上記塩浴処理より安い。というのは特に後者は二
重の酸化工程を要するからである。 本発明に従つて製造された非合金鋼部品は硬質
の耐摩耗層と、かなり良好な耐湿及び耐塩噴霧腐
食性を有する表面を有する。そのような部品はま
た研摩硬質クロムメツキと同じ低い摩擦係数を有
し、それによつて該製品は摺動用材に用いること
が可能である。更に、そのような部品は耐湿性及
び耐塩噴霧に大きなプラスになるかなり低い粘性
を与える高表面張力を有し、また好ましい美的外
観（酸化処理で用いられる温度よる光沢のある
青／黒）を有する。更に固溶体中に窒素を維持す
る550℃からの焼入れが行なわれた鋼部品は良好
な疲労強度、降伏強度をも有する。 本発明の方法は、全てガス特性により塩浴熱処
理工程に関連する汚水問題が回避される利点を有
する。 本発明の方法はメツキ又は塩浴装置の他の資本
投資を要さずに現状のガス雰囲気熱処理プラント
を用いて加工業者によつて実施される。 本発明による、ガス状態での酸化への酸素誘導
機構は酸素吸収によつてのみでなく窒素の置換に
よるものであることがわかつた。 従つて、本発明によれば、ε鉄窒化物（窒化
鉄）層を有する耐腐食鋼部品を提供するものであ
り、ε鉄窒化物層の表面層部少くとも窒素原子の
いくつは酸素原子によつて置換される。 窒化ガス雰囲気中での該部品の熱処理中に用い
られ得る雰囲気に関する前の議論から、いくつか
の実施態様において、鋼部品に形成される層はε
鉄窒化物層よりむしろε鉄炭化窒素であろうと理
解されよう。従つて用語“ε鉄窒化物層”はこの
記載及び添付請求内で解釈される必要がある。 酸化に対して酸素誘導機構が酸素の吸収によつ
てのみより窒素の置換によることは周知の塩浴熱
処理されそして酸化された製品面と外観上同じで
ある表面仕上げを製品が有しているので驚くべき
ことである。そのような塩浴熱処理されそして酸
化された製品はI.V.Etohellsによる“塩浴炭化窒
素化への新しい手引き”（金属の熱処理1981年４
月85−88ページ）内に製品の表面から2.5ミクロ
ンの深さに酸素と窒素を共に高含有させるものと
して開示されている。これ以下酸素含有量は急速
に低下し、一方窒素含有量は比較的ゆつくり低下
する。従つて、本発明の方法によつて同じ組織が
得られることを結論づけることは正しい。しかし
ながらこれらは上で注目されるような場合でな
い。 本発明の好ましい実施例では表面層部は実質的
に窒素原子がない。 酸素原子によつて実質的にすべての窒素原子が
置換される表面層部分は少なくとも0.2より好ま
しくは少なくとも0.3ミクロンの深さになるのが
好ましい。 腐食に対する酸化表面の抵抗は主にFe₃O₄の形
態で少なくとも0.1ミクロンの深さにそして時に
１ミクロンより深く迄の鉄酸化物の支配、によつ
て説明される。しかしながら、酸化物剥離を避け
るために鉄酸化物が１ミクロンを超えない深さに
あることが好ましい。 １つの実施態様において、表面層部はその表面
すぐ下の表面部ではFe₃O₄の成分に近い成分を有
し、一方深さを増すと該成分はFeO含有量を増加
する。そのような表面層は水／油エマルジヨン中
に焼入れする前に、ε鉄窒化物を有する製品を空
気に暴することによつて製造される。 他の実施態様では、表面直下の表面層部は
Fe₂O₃の成分に近い成分を有し、深さを増すと、
その成分はFe₃O₄の成分に徐々に近くなる。その
ような成分はε鉄窒化物層を有する部品を完全に
空気中で冷却せしめることによつて得られる。C.
Dawes、D.F.Tranter、及びC.G.Smithによる
“非合金鋼自動車部品の設計及び製造へ応用され
た場合の炭化窒素化及び窒化の再評価”と題した
論文中での開示に注意が払われている。該論文は
バーミンガムで1979年５月22日から24日迄に金属
学会及びアメリカ金属学会で組織された“熱処理
‘79'”と題されたシンポジウム中で公開された
ものである。この論文でε表面相を作るためにガ
ス相工程で処理される非合金鋼の開示がある。ガ
ス熱処理に続く材料の“空冷”はその論文で言及
されている。しかしながら、これは空気中すなわ
ち酸化性雰囲気中の冷却を意味するものでない。
用語“空冷”は徐冷を意味し、急冷工程である油
焼入れと冷却方法を区別する技術用語として用い
られた。実際“空冷”はより正確には“ガス冷
却”と記載されている。というのはε層を作るた
めに熱処理工程中に用いられる同じガス状の窒化
性雰囲気で冷却が行なわれた。全ての実験が小さ
な密閉焼入れ炉で行なわれたと本論文が述べてい
ることが注目される。密閉焼入れ炉では、炉画室
を接続し、且つ該炉画室として同じ包囲壁内に含
まれそれで２つの画室内への空気の流入を防ぐよ
うになつている一つの画室で焼入れが行なわれ
る。論文中で“空冷”と称されている冷却の場
合、試験片は焼入れ油中に焼入れせずに自然に冷
却するように炉内に止められた。空気中での冷却
が生じなかつたことは窒素含有量がε鉄窒化物と
一致するレベルにあるという論文中の第２図から
推定もされる。更に前記論文中で用いられている
“空冷”の正しい意味は、用語“空冷”が冷却を
行なう空気の利用よりはむしろ油なしの保護を意
味することが明確にされる見出し“耐腐食性”で
示される。 本発明によつて得られた効果を説明するため
に、４つの軟鋼試験パネル（低炭素（0.10％）鋼
−英国規格BS970045 M10）約25mm²及び0.55mm厚
は570℃で２時間、50％アンモニアと50％吸熱ガ
ス混合物（一酸化炭素、二酸化炭素、窒素及び水
素）の雰囲気中で熱処理された。熱処理後、４つ
の試験パネルを種々の方法で冷却した。 試験片１を熱処理域から直接取り出して、同じ
熱処理雰囲気中で水のない焼入れ油中ですぐに焼
入れした。該油はQUENDILLA WA22の名で英
国石油によつて販売されている。この操作を密閉
焼入れ炉中で行なつた。 試験片２を炉から取り除き、20℃５秒間空気中
に暴し、次に商標EVOCQUENCH GWで売られ
ている可溶油と水を油：水の体積比を１：5.5に
混合することによつて作られた水−油エマルジヨ
ン内に焼入れした。 試験片３を熱処理炉から取り出すことによつて
冷却し、20℃、１秒間空気中に暴し、商標
ILOTEMP4で売られている可溶性油を油：水体
積比を１：10に混合することによつて作られた水
−油エマルジヨン内に焼入れた。 試験片４を炉から取り除き単に完全に空気中で
20℃で冷却させた。 冷却後、種々の試験片を下記の如く分析し、得
た結果を第１表ないし第６表に示す。 油焼入された試験片をまず脱脂し、次に１×
10^-8トールの圧力以下に排気されたAuger電子分
光計内に導入し、試験片中の表面に吸収されたガ
スを取り除くために１晩中この減圧下に置く。 ４つの全ての試験片を、水素及びヘリウムを除
く全ての元素で分析し第１層ほぼ0.1原子％迄測
定した。Auger電子分光計で真空圧は１×10^-8ト
ール、電子ビームエネルギは１−3keV、ビーム
電気は１マイクロアンペア及びエネルギ範囲は20
−1700eVであつた。層間分析は、次に行なわれ
る層を除くためのイオンビームスパツタリングと
接続するAuger電子分光計を用いて行なつた。イ
オンビームスパツタリング技術ではアルゴンイオ
ンを3keVのエネルギで且つ、５×10^-5トールの
ガス圧下で75と150マイクロアンペア・cm²の電流
密度で行なつた。この分析の結果は以下第１ない
し第４表で与えられる。更に、イオンスパツター
損傷から離れた面積の試験片１と３を次に30mmの
鋼球と１ミクロンのダイヤモンドペーストを研摩
剤として用いてボールクレータを施した。該
Auger電子分光計を用いてクレータ直径にわたる
走査線を作り、そしてこれらの線の元素成分を２
×10^-6メートルと22×10^-6メートル間の多くの深
さで測定した。 元素成分は初め原子パーセントで読まれ次に重
量％で計算され下記表に示された。 0.1％より多量の検出し得る全ての元素の重量
％を記録した。

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 更に各層の種々の元素成分のより詳細な測定を
試験片３の新しい面積の最初の2.3ミクロンのと
ころで行なつた。得られた結果を以下第７表に示
す。

【表】 上の各表を考慮すれば、各試験片に行なつた熱
処理工程はε鉄窒化物層を20ミクロンを十分に超
える深に迄作る工程であることが理解される。ε
鉄炭化窒化層は、孔質及び非多孔質域からなり、
該多孔質域は試験片の表面から約10ミクロンの深
さ下方に伸び、そして非多孔質はこれを下にす
る。20ミクロンの深さでε鉄炭化窒素層は典型的
に92重量％の鉄、7.4重量％の窒素、0.4重量％の
炭素及び0.2重量％の酸素の成分を有する。 試験片１の場合、全ての層の元素成分は
Naumann及びLangesheip（Eisen hetter−weser
1965年第36677号）で定義される鉄−炭素−窒素
の３元のε鉄炭化窒素域と一致する。 試験片１の層もLight foot及びJackによつて
“自層形成有無による窒化の運動”（鉄と鋼協会の
熱処理と合同委員会によつて組織された1973年熱
処理会義の会報）で報告されたε相に対してＸが
０ないし１である理想的な鉄窒化物式Fe₂N_1-xと
も一致する。窒素含有量は7.5と1.1重量％の間に
ある。 情報をより明確に示すために試験片１ないし４
それぞれの層中の鉄と窒素、鉄と酸素、又は鉄、
酸素と窒素含有量をプロツトしたグラフである添
付第１ないし第４図で説明する。選択された層域
は表面から16×10^-9メートルないし約400×10^-9
メートルに伸びる層である。グラフにプロツトし
た最初の測定値は16×10^-9メートルの場合であ
り、試験片は外面から他の汚物を除去すべく初め
のイオンスパツタリングを受けた。 上記の表及び図面から理解されるように、空気
中での単独又は初め空気中でそして油／水エマル
ジヨンでの焼入れが続く熱処理後試験片の酸化は
酸素で窒素を置換することになる。窒素の置換は
最も外側の表面層部分（すなわち0.1ミクロンと
１ミクロン間で変化する深さ）ではすべてであ
り、焼入れ前に試験片が暖い間空気中に暴露され
る時間と、焼入れでの冷却速度にも依存する。部
分的な窒素の置換はある場合は１ミクロンを越え
る深さに続く。 試験片２と３は主にFe₃O₄の形で、少なくとも
0.1ミクロンの深さにそして時には１ミクロン以
上の深さに鉄酸化粉のために耐腐食性があつた。 試験片４では極端な表面の鉄と酸素の比は
Fe₂O₃の成分に近い成分をし、深さが層内で増す
につれて成分はFe₃O₄の成分に徐々に近くなる。 試験片２と３では、鉄と酸素の比は外側表層部
でFe₃O₄に近い組織を示す内側になるにつれて
FeOが増加する。 第２及び第３表、そして第２及び第３図から焼
入前温度での空気中の時間制御と焼入溶媒での冷
却速度制御は外側表面層部からの窒素の置換につ
いてかなり限界であることが理解されよう。 最後に、各表と図の調査から酸素は格子からあ
る場合は全体的に他の場合は約0.15ミクロンの深
さに約90％残存する少ない範囲で窒素を置換する
のが明らかであろう。これは酸素が窒化物格子内
に容易に吸収されると報告されている、塩浴窒化
に続けて行なう塩浴酸化によつて得られる報告さ
れた効果とは全く対照的である。 第５図によれば図中に示されたブロツクは以下
に示す通りである。 ブロツク1a、1b、1c及び1d 特定のワツクス被覆量を得るために
ワツクス成分中に未処理軟鋼部品を
浸漬することによつて得られた結
果。 ブロツク２軟鋼部品を窒化浸炭
（mitrocarburizing）し、空気中に
暴露する酸化をせずに焼入れし、脱
脂（灰色仕上げ）することによつて
得られた結果。 ブロツク３軟鋼部品を窒化浸炭し、空気中に酸
化し、次に油／水エマルジヨンで焼
入れし次に脱脂（黒色仕上げ）する
ことによつて得られた結果。 ブロツク4a、4b4c、及び4d上記ブロツク３の
黒色部品を脱脂し、次に特定のワツ
クス被覆量を得るために浸漬するこ
とによつて得られた結果。 上気空気中での酸化は10秒間行なつた。 使用されたワツクス被覆成分はろうのような脂
肪族及び枝分れ炭化水素、酸化ワセリンのカルシ
ウム石鹸及び室温で必要な硬さのワツクスを得る
ためのカルシウムレジネートとの混合物からな
る。該ワツクスは、白色スピリツト及びC₉，C₁₀
の芳香族脂肪酸からなる液体石油炭化水素の混合
物中に含めた。 以下特定のワツクス成分を用いた。 ブロツク1aと4aに対して− 75重量％ワツクス含有Castrol V409 ブロツク1bと4bに対して− 10重量％ワツクス含有Castol V407 ワツクス1cと4cに対して− 15重量％ワツクス含有Castol V425 ワツクス1dと4dに対して− 30重量％ワツクス含有Castol V428 第６図に関してみれば、初めの４つのブロツク
は炭化水素化せしめた部品を特定の時間550゜以上
で空気中に暴露し、次に水／油エマルジヨン中で
焼入れしたものに関する。最後のブロツクは空気
中に暴露しないで直接油中に、炭化水素化した部
品の焼入れに関する。 第５図では４ｂ，４ｃ，４ｄの耐塩−噴霧時間
が不定期に示されているのが注目されよう。これ
らのブロツクに対する試験は塩噴霧抵抗が劣化し
ないとわかつた時250時間後に止めた。 本発明に係る鋼部品はε鉄窒化物表面層を作る
ために処理され、油焼入され、脱脂され（又は保
護雰囲気下で徐冷され）次に脱水油中に浸漬され
それによつて脱水油がε鉄窒化物表面層の吸収外
部内に吸収される部品表面よりも秀れた耐腐食性
を有する。 下の第８表は種々のタイプの鋼部品の耐腐食性
を比較したものである。 第 ８ 表 試験片No. 塩噴霧抵抗（時間） １ 0 ２ 17 ３ 96 ４ 150＋ ５ 250＋ 塩噴霧抵抗はASTM規格B117−64、すなわち
部品を95＋２−３〓に維持された塩噴霧室で塩噴
霧に暴され、該塩噴霧は蒸留水95に対して塩の重
量５＋１−１だけ溶解しそして95〓で霧状にされ
その集合溶液が6.5ないし7.2の範囲のPHを有する
ように調節されることによつて調整される。塩噴
試験から除去した後、部品を流水中で洗浄し、乾
燥し、そして赤錆の発生を調査する。どんな赤錆
を示す部品も不具合があつたように思われる。 上記第８表で、各試験片は以下の通りである。 試験片１＝そのままの、すなわち未処理鋼部
品。 試験片２＝本発明の方法で最初のガス熱処理、
続いて油焼入れ、そして脱脂（又は保護雰囲気下
での徐冷）によつて作られたε鉄窒化物を有する
鋼部品。 試験片３＝次に脱水油中に浸漬させた試験片２
鋼部品。 試験片４＝表面を0.2ミクロンのラツピング仕
上の後、製造した本発明に係るε鉄窒化物と酸化
物富化表面を有する鋼部品。 試験片５＝本発明に係るε鉄窒化物と酸素富化
層を有し、次に15％ワツクスを含むワツクス
V425に浸漬したもの。 試験片４の場合、実際の塩噴霧抵抗は表面仕上
に依存する。特定の実施例では、処理された鋼部
品は最終表面仕上げが0.15ミクロンRaを有する
シヨツクアプソーバである。そのような部品は
250時間の塩噴霧抵抗を有するのがわかつた。 疲労特性における改善が第９表の試験から明ら
かになる。

【表】 疲労特性を標準0.30″（7.6mm）径のNPL試験片
でNPLタイプの２点負荷回転ビーム機械を用い
て評価した。 上記第９表において、 試験片６は処理していない鋼部品であり、 試験片７は、50％アンモニアおよび50％吸熱性
ガス混合物の雰囲気中で570℃にて約２時間熱処
理し、続いて油焼入れしたε鉄窒化物表面層が形
成されている鋼部品であり、 試験片８は、上記試験片７のように作つたε鉄
窒化物層のある鋼部品をその後に塩混合物の供給
者によつて推奨されるようなナトリウム／水酸化
カリウム／硝酸ナトリウム塩浴混合物
（「Degussa ABI salt」として市販されている）
中で400℃の温度にて酸化した鋼部品であり、 試験片９は、試験片７でのように熱処理によつ
て形成したε鉄窒化物表面層のある鋼部品を蒸気
中にて540℃にて30分間酸化し、続いて油焼入れ
した鋼部品である。 上述の試験片８による塩浴処理を用いる酸化は
疲労特性を試験片６のレベルにほぼ戻るまで低下
させるらしい。このことは固溶体から析出してく
る窒素によつて引き起こされる。試験片９による
気相酸化技術は非常に広い温度範囲にわたつて適
用できる。したがつて、油焼入れが後続する550
℃での制御された酸化プロセスを用いることによ
つて試験片７による熱処理で得た改善された疲労
特性が維持される。 このことは高温において窒素の多くが固溶体中
に残りかつその後の油焼入れによつても固溶体中
に維持されるので起きる。 本発明の特定実施例を記述する。 長さ230mm、直径12.5mmおよび初期表面粗さ
（Ra）0.13ないし0.15μmの緩衝器ピストン棒を、
低炭素鋼（BS970−045M10）棒材を機械加工す
ることによつて作り、50％アンモニアおよび50％
吸熱性ガス混合物（一酸化炭素、二酸化炭素、窒
素および水素）の雰囲気中で570℃にて２時間熱
処理した。次に、この棒を上記熱処理にて使用し
たのと同じ雰囲気の保護下においてゆつくりと冷
却した。得られた棒はその表面に厚さ20μmのε
鉄窒化物層を有しており、かつ表面粗さ（Ra）
は0.64μmであつた。 ピストン棒は高表面仕上げを必要とするので、
この段階で棒を表面粗さ（Ra）0.13μmまでラツ
プした。 これに続いて棒を燃焼の水分を含有する発熱性
ガス混合物中で400℃にて10分間酸化して厚さ
0.5μmの酸化物富化表面層を形成した。そして、
ピストン棒を水焼入れによつて冷却した。 ピストン棒は上述した塩水噴霧試験によると
250時間の塩水噴霧抵抗を有することがわかつた。 上述の特定実施例の変更態様として、棒を発熱
性ガス混合物中で400℃にて15分間酸化したが、
この15分間サイクルの少なくとも５分間は亜硫酸
ガスを炉雰囲気中0.25体積％の濃度となるような
量で炉内へ導入した。この技術が棒表面上の酸化
鉄（Fe₂O₃）の約１％を硫化鉄に変換し、このこ
とが棒に審美的に好ましい光沢のある黒色表面を
与えた。 硫化の技術は緩衝棒の形の部品に限定されずに
黒色の耐摩耗性表面を有することが望ましいあら
ゆる部分について使用される。表面粗さ（Ra）
が0.25μmより大きな表面仕上げでは、所望の耐
腐食性を与えるためにワツクス被覆が必要であ
る。硫化を行なためには酸化炉内のSO₂含有量は
１体積％以下でかつ温度は300℃ないし600℃の範
囲内であろう。すでに形成された酸化鉄の一部を
硫化鉄に転換するためには酸化熱処理がスタート
した後の段階でSO₂が炉内へ通常は加えられる。 本発明は、低炭素含有量、例えば、0.5％炭素
以下の非合金鋼に特に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は鋼部品の表面からの深さ
又は距離に対する該部品の試験片の層領域の鉄と
窒素、鉄と酸素又は鉄、酸素と窒素含有量をプロ
ツトするグラフであり、第５図は塩浴噴霧抵抗、
及び未処理及び処理軟鋼の塩噴霧抵抗に対するワ
ツクス被覆量の影響を示す図であり、第６図は酸
化物被覆の深さに対する空気中での酸化時間の影
響を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非合金鋼部品を窒化ガス雰囲気中で熱処理し
   て該部品にε鉄窒化物表層を作り、この部品を酸
   化性雰囲気中で熱処理して主にFe₃O₄からなる酸
   化物富化表面層を形成し、この表面層が１ミクロ
   ンを超えない厚さであり、そして該部品を550℃
   以上から油／水エマルジヨン中に焼入れすること
   によつて窒素を固溶状態で基地に保持することを
   特徴とする耐腐食鋼部品の製造方法。 ２ 前記酸化熱処理を少なくとも２秒間暴すこと
   によつて行なうことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ３ 前記暴露が２ないし120秒間であることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 前記暴露が２ないし20秒であることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の方法。 ５ 前記酸化熱処理を厚みが少なくとも0.2ミク
   ロンである酸化物層を形成するように行なうこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６ 前記酸化熱処理を厚みが0.2ないし0.7ミクロ
   ンである酸化物層を形成するように行なうことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７ 前記部品を酸化後に焼入れることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれ
   か１つに記載の方法。 ８ 前記部品を焼入れ後に脱脂することを特徴と
   する特許請求の範囲第７項に記載の方法。 ９ 前記酸化熱処理を、窒化雰囲気中で熱処理
   後、空気中又は他の酸化雰囲気中で冷却すること
   によつて行なうことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項、第５項、又は第６項のいづれか１つに記
   載の方法。 １０ 非合金鋼部品を窒化ガス雰囲気中で熱処理
   して該部品にε鉄窒化物表層を作り、この部品を
   酸化性雰囲気中で熱処理して主にFe₃O₄からなる
   酸化物富化表面層を形成し、この表面層が１ミク
   ロンを超えない厚さであり、そして該部品を550
   ℃以上から油／水エマルジヨン中に焼入れするこ
   とによつて窒素を固溶状態で基地に保持し脱脂し
   た後、ワツクス被覆を該部品に適用することを特
   徴とする耐腐食鋼部品の製造方法。 １１ 前記ワツクス被覆を、該部品の表面１平方
   メートル当たりワツクス成分が7g以下の被覆量
   で適用することを特徴とする特許請求の範囲第１
   ０項記載の方法。 １２ 前記ワツクス被覆を該部品の表面１平方メ
   ートル当たりワツクス成分が２ないし７ｇの被覆
   量で適用することを特徴とする特許請求の範囲第
   １１項記載の方法。