JPH03193864A - 窒化炉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、鋼材の表面に窒化層を形成するために用い
られる窒化炉装置に関するものである。

〔従来の技術〕

鋼材の表面に窒化層を形成する技術は、鋼材表面の硬質
化を実現して耐摩耗性等の特性を向上させる観点から広
く行われている。このような、窒化処理は、鋼材の表面
の、酸化皮膜等からなる不働態膜を前処理により除去し
て清浄な表面を露呈させ、その状態でアンモニア等の窒
素源成分ガスをその表面に接触させて内部へ浸透・拡散
させることにより行われている。そして、鋼材の表面に
対する上記前処理は、一般にフッ硝酸洗浄によって鋼材
の表面を洗浄することにより行われている。しかし、特
にステンレス類、なかでもオーステナイト系ステンレス
の表面の不働態膜は、フッ硝酸洗浄でも除去されにくい
。そのため、従来の窒化処理では、残存する不働態膜に
起因し、鋼材表面に対して充分な厚みの窒化層を均一な
状態で形成することが実質的に不可能であり、その改善
が強く望まれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者らは、窒化処理に先立つ前処理が窒化の状態を
大きく左右するということを認識し、前処理を中心に研
究を重ねた。その結果、ＮＦ、。

ＢＦ３　、ＣＦ４　、ＨＦ、ＳＦｂ　、Ｆｚから選ばれ
た少なくとも一つのフッ素源成分をＮ２等の不活性ガス
中に含有させたフッ素系ガスを用い、このフッ素系ガス
雰囲気中において鋼材を加熱状態で保持することが極め
て有効であることを見いだした。すなわち、鋼材を上記
雰囲気中に加熱状態で保持すると、鋼材の表面の不働態
膜が上記フッ素系ガスの活性Ｆ原子の作用により、フッ
化膜に変わり、これが窒化処理時に、Ｎ２ないしは微量
の水分によって破壊され鋼材表面が素地の状態で現われ
る。この素地の状態の金属表面は、浄化、活性化されて
いることから、窒化処理時においてＮ原子がその表面か
ら内部へ浸透・拡散しやすくなる。本発明者らは、この
ような知見に関しこれを綱の窒化方法として出願してい
る（特願平１−１７７６６０号）。この場合の窒化方法
は、第３図に示すような内部が１室からなる熱処理炉を
用いて行われる。すなわち、上記類１内に、金属製のコ
ンテナ２に入れた鋼材（図示せず）を装填し加熱ヒータ
ー３に通電して鋼材を３００〜４００℃程度の温度に加
熱昇温させる。そして、その状態でＮＦ、をＮ２ガス中
に含有させたフッ素系ガスをガス流入管４から類１内に
導入して鋼材を前処理する。ついで前処理を終えた後、
上記フッ素系ガスを排気ガス管５から取り出して外部へ
放出し、続いて加熱ヒーター３に通電して鋼材を４００
〜６００℃の温度に昇温させ、その状態で混合ガス（Ｎ
Ｈ，５０％、ＣＯ□１０％、ＣＯ微量＋Ｈ２微量、残部
Ｎ、）を上記管４から類１内に導入して窒化を行う。こ
の場合、上記混合ガス中のＨ２ガス分によって鋼材表面
に形成されたフッ化膜が破壊されて金属表面が露呈し、
その露呈した活性化した金属表面に対してＮ　Ｈ３に由
来するＮ原子が作用し、鋼材の表面に窒化層が深くかつ
均一に形成される。しかしながら、この構造の熱処理炉
１では、上記前処理および窒化処理を一つの炉内で行う
ため、つぎのような問題が生じている。すなわち、上記
前処理に際しては、フッ素系ガスが上記類１内に導入さ
れるのであるが、このフッ素系ガス中の有効成分である
ＮＦ３は鋼材の表面に対して作用するだけではな（、熱
処理炉１の内壁面に対しても作用しそこにフッ化膜を形
成する。

このフッ化膜は、鋼材表面のフッ化膜と同様、後続の窒
化処理の際に破壊され除去されてしまうのであり、した
がって熱処理炉１の内壁面の被覆に用いられるＮＦ、は
無駄となり不経済である。また、このようにして炉１の
内壁面から分解除去されるフッ化膜は、窒化処理に用い
られるアンモニアと反応して最終的にＮＨ，Ｆの状態と
なり外部に排出されるのであるが、鋼材の表面のフッ化
膜のみならず炉１の内壁を被覆するフッ化膜もＮＨ４Ｆ
となって排出されるためＮＨ，Ｆの生成量が多（、その
ため熱処理炉１の排気ガス管５が詰まりやすいという問
題がある。さらに、上記窒化処理の後に、窒化処理のな
された鋼材を類１内で冷却する必要があるが、炉全体が
窒化処理時の熱で加熱された状態となっているため、上
記鋼材の温度がなかなか下がらず、その冷却に４時間以
上の長時間を要するという問題も生じている。なお、第
３図において、６は断熱壁、７は開閉扉、８はファン、
９は載置台、１０はその支柱、１１は炉体の支柱、１２
は真空ポンプ、工３は排気ガス処理装置である。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、前
処理に用いるフッ素系ガスの使用量を低減しうると同時
に、炉内壁のフッ化膜の破壊によって生じたＮＨ，Ｆ等
により排気ガス管の詰まりを生じず、しかも窒化処理を
終えた鋼材の冷却を迅速に行うことができる窒化炉装置
の提供をその目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、この発明の窒化炉装置は、
炉本体内が開閉隔壁で左右の２室に分割され、一方の室
が前処理室に、他方の室が窒化処理室に形成され、上記
前処理室および窒化処理室の床面に、それぞれ被処理品
を上記両室間を移動自在な状態で支受する支持台が設け
られ、上記両室に、それぞれ処理ガスの供給パイプおよ
び排気パイプならびにガス撹拌装置が設けられ、窒化処
理室に室内加熱装置が設けられているという構成をとる
。

〔作用〕

すなわち、この窒化炉装置では、炉本体内が、前処理室
と窒化処理室に２分割されており、前処理室で鋼材に対
する上記前処理が行われる。したがって、前処理室内に
導入されるフッ素系ガスの有効成分であるＮＦ３は、鋼
材表面だけでなく前処理室の壁面にも付着する。しかし
、この前処理室では、フッ化膜の破壊除去が行われない
ため、第１回目の前処理で壁面に付着したフッ化膜はそ
のままの状態で残る。したがって、次回に前処理する際
には、前処理室の壁面に新たにフッ化膜が殆ど形成され
ず、被処理対象物である鋼材表面にのみにＮＦ３が作用
しその表面の不働態膜をフッ化膜に変える。その結果、
実際に消費されるＮ　Ｆ　Ｓは、鋼材の表面に作用する
ものだけとなり、フッ素系ガスの使用量が大幅に低減す
るようになる。

そのうえ、上記前処理室の壁面に第１回目の前処理で形
成されたフッ化膜は、先に述べたように除去されない。

したがって、上記壁面のフッ化膜に由来するＮＨ，の生
成により排気ガス管が詰るという現象も生じない。そし
て、前処理室で前処理のなされた鋼材は、続いて隔壁を
開けて窒化処理室に導入され、隔壁を閉じて窒化処理さ
れる。この窒化処理の間中、前記前処理室には熱が加え
られないため放冷状態になっている。つぎに、窒化処理
を終えた鋼材は、再び開閉隔壁を開閉して前処理室に戻
され、前処理室内で冷却される。この場合、前処理室は
放冷状態にあり、窒化処理室よりもかなり温度が低いた
め、冷却時間の短縮化を実現できるようになる。

つぎに、実施例について説明する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示している。図において
、２１は断熱壁をもつ炉本体であり、その内部が開閉隔
壁２２で左右の２室２３．２４に分割されている。上記
開閉隔壁２２は、左右の２室２３．２４を気密状態に、
かつ断熱状態に区切るものであり、図示の上下にスライ
ドして開閉するようになっている。２３は前処理室、２
４は窒化処理室である。前処理室２３および窒化処理室
２４には、それぞれ鋼材が入った全網製のかご２を受け
る架台２５が形成されている。この架台２５は左右１組
のレールからなり、全網製のかご２はこのレールの上を
すべって前処理室２３および窒化処理室２４に導入され
るようになっている。

２６は前処理室内２３にフッ素系ガスを導入するガス流
入管、２７は温度測定センサーである。そして前処理室
２３の前部開口は、横開き式の開閉蓋７で開閉自在に蓋
されている。２８は窒化処理室２４内に窒化ガスを導入
する窒化ガス流入管である。それ以外の部分は第３図と
同じであり、同一部分に同一符号を付している。

この構成において、窒化処理はつぎのようにして行われ
る。すなわち、まず、窒化処理室２４内を４００〜６０
０°Ｃに昇温させ、その状態で窒化処理室２４内に全網
製かご２に入った鋼材を導入して開閉隔壁２２を閉じ、
鋼材が３００〜４００°Ｃになるまで保持する。つぎに
、開閉隔壁２２を開けて鋼材を全網製かご２ごと前処理
室２３に移し、その状態で前処理室２３内にフッ素系ガ
スを導入して前処理を１５〜２０分間行う。前処理が終
わった段階で、前処理室２３内のガスを排出し、ついで
開閉隔壁２２を開けて鋼材を全網製かご２ごと４００〜
６００°Ｃの温度の窒化処理室２４内に移して開閉隔壁
２２を閉じる。その状態で窒化処理室２４内にＨｚガス
を導入して１時間保持する。これによって鋼材表面を被
覆していたフッ化膜が破壊されて鋼材表面の素地が露呈
する。つぎに、ＮＨ３、Ｎｚ　、Ｈｚ　、Ｃｏ、Ｃｏｔ
の混合ガスからなる窒化ガスを窒化処理室２４内に導入
し４〜５時間窒化処理を行う。そして、その後３５０〜
４５０°Ｃに内部温度を下げ、その状態でＮ２、Ｎ２の
混合ガス、またはＮ、、Ｈ，、Ｃｏ２の混合ガスを１時
間流してクリーニングを行う。ついで、窒化処理室２４
内の排気ガスを外部に排出した後、開閉隔壁２２を開は
鋼材を全網製かご２ごと前処理室２３内に入れて隔壁２
２を閉め、その状態で冷却する。この場合、ガス流入管
２６から窒素ガスを前処理室２３内に流して冷却するこ
とが行われる。このようにして処理された鋼材は、その
表面に窒化層が深くかつ均一な状態で形成されている。

〔実施例２〕 第２図はこの発明の他の実施例を示している。

この実施例は、前処理室２３内にも加熱ヒーター３が設
けられているとともに、窒化処理室２４の後部蓋６′が
前処理室２３のそれと同様、横開き状態で開くようにな
っている。それ以外は、前記実施例と実質的に同様であ
り、同一または相当部分に同一符号を付している。

このように構成した結果、鋼材の加熱を前処理室２３内
において行うことができ、前処理室２３内で鋼材を加熱
して前処理を行うことができるようになる。そして、前
処理後、窒化処理室２４内に入れられて窒化処理を終え
たものは窒化処理室２４の横開き後部蓋６′から外部に
導出される。

したがって、前処理室２３内における前処理と窒化処理
室２４内における窒化処理とを同時に行うことができ、
かつ連続操業を実現できるようになる。

なお、上記実施例において、窒化処理室２３の底部に開
閉扉を設けるとともに、その下側に油冷槽を設け、窒化
処理後、直ちに油冷槽で冷却するようにしてもよい。

〔発明の効果〕 以上のように、この発明の窒化炉装置は、炉本体内が前
処理室と窒化処理室に区切られ、前処理室内でフッ素系
ガスによる前処理が行われ窒化処理は窒化処理室で行わ
れる。したがって、第１回目の処理で、前処理室内の壁
面に付着したフッ化膜は、破壊除去されることなくその
ままの状態を保つため、次回の前処理では、フッ素系ガ
スは壁面に付着せず鋼材の表面に作用するのみとなる。

その結果、フッ素系ガスの消費量の大幅な節約を実現で
きるようになる。また、フッ化膜の破壊によって生ずる
ＮＨ，Ｆのような排気ガスは、鋼材の表面を被覆したフ
ッ化膜に由来するものだけとなるため、多量のＮＨ，Ｆ
の生成によって排気ガス管が詰るというような現象が生
じない。しかも、窒化処理室で窒化を終えた鋼材は、開
閉隔壁で区切られ窒化処理室よりも低い温度の前処理室
内に導入して冷却することが可能となるため冷却時間の
節約を実現でき、それによって窒化処理の所要時間を短
縮することもできるようになる。また、窒化処理室より
直接鋼材を取出せる構造とした場合には、油冷など急速
冷却の必要な鋼材に対応できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成図、第２図はその変
形例の構成図、第３図はこの発明の基礎となる処理炉の
構成図である。 ３・・・加熱ヒータ　５−・・排気ガス管　７・・・開
閉扉２１・・・炉本体　２２・・・開閉隔壁　２３・・
・前処理室２４・・・窒化処理室　２５・・・架台　２
６．２８・・・ガス流入管 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉本体内が開閉隔壁で左右の２室に分割され、一
   方の室が前処理室に、他方の室が窒化処理室に形成され
   、上記前処理室および窒化処理室の床面に、それぞれ被
   処理品を上記両室間を移動自在な状態で支受する支持台
   が設けられ、上記両室に、それぞれ処理ガスの供給パイ
   プおよび排気パイプならびにガス撹拌装置が設けられ、
   窒化処理室に室内加熱装置が設けられていることを特徴
   とする窒化炉装置。
2. （２）室内加熱装置が窒化処理室と前処理室の双方に設
   けられている請求項（１）記載の窒化炉装置。