JPH0978223A - オーステナイト系ステンレス鋼表面の窒化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オーステナイト系ステンレス鋼表面を窒化処
理するに当たり，従来技術のように，窒化処理前に酸洗
処理を行うことなく，窒化処理炉に有害な塩素系のガス
を導入することなく，窒化処理に先立ってフッ素系のガ
ス雰囲気で加熱処理することなく，また高い温度で窒化
処理することなしに，従って特別の処理施設も必要とせ
ずに，あらゆる鋼種のオーステナイト系ステンレス鋼表
面を窒化処理する方法を提供する。 【解決手段】 オーステナイト系ステンレス鋼の表面
に，鏡面加工を施し，次いでＮＨ₃ガスを基本とする雰
囲気中において，４００〜６５０℃で加熱する。又は，
オーステナイト系ステンレス鋼の表面に，鏡面加工を施
し，次いで，例えば酸化雰囲気中で加熱することによっ
て酸化皮膜を形成し，その後ＮＨ₃ガスを基本とする雰
囲気中において，４００〜６５０℃で加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は産業機械、装置等に
使用されるオーステナイト系ステンレス鋼の耐磨耗性や
耐久性を改善するためのオーステナイト系ステンレス鋼
表面の窒化処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼は、鉄を主成分とし、これ
にクロムやニッケルを含有させた合金鋼であり、昨今そ
の生産量は増大の一途をたどっている。ステンレス鋼
は、クロム系ステンレスとクロム・ニッケル系ステンレ
スに大別されるが、とりわけクロム・ニッケル系ステン
レスであるオーステナイト系ステンレス鋼は、クロム系
ステンレスよりも耐食性、機械的性質、溶接性に優れる
ため多くの用途に用いられ、ステンレス鋼の中では最も
大量に使用されているものである。オーステナイト系ス
テンレス鋼の表面を硬化する目的で各種硬化処理法が採
用されているが、該ステンレス鋼は表面に不働態皮膜を
形成しているために化学的に非常に安定な表面状態を呈
しており、ＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気中における窒
化処理による表面硬化は困難である。

【０００３】従来の窒化処理方法としては、（１）オー
ステナイト系ステンレス鋼を、窒化処理前に酸洗いによ
り表面の不働態皮膜を除去した後、ＮＨ_３ガスを基本と
する雰囲気中で窒化する窒化処理方法、（２）オーステ
ナイト系ステンレス鋼を、窒化処理炉の中に塩素系のガ
スを導入しながらＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気中で窒
化する窒化処理方法、（３）オーステナイト系ステンレ
ス鋼を表面脱脂処理した後、窒化処理に先だってフッ素
系ガスの雰囲気炉中で加熱処理し、続いてＮＨ _３ガスを
基本とする雰囲気で窒化する窒化処理方法、および
（４）オーステナイト系ステンレス鋼を表面脱脂した
後、通常の窒化処理温度（４５０〜６００℃）とそれよ
り高い温度（６５０〜８００℃）でＮＨ_３ガスを基本と
する雰囲気中で窒化する窒化処理方法が存在する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（１）の窒化処理前に酸洗いを行ってＮＨ_３ガスを基本
とする雰囲気中で窒化する窒化処理方法では、酸洗いの
ための設備が必要であること、廃酸の処理施設が必要で
あること、被処理物に付着した残留酸による炉材の損傷
が大きいこと、作業環境が良くないことなどの問題点が
ある。（２）の窒化処理炉の中に塩素系のガスを導入し
ながらＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気中で窒化する窒化
処理方法では、塩素系のガスは有害であるため排ガスの
処理施設が必要であること、腐食性が強いため炉材の損
傷が大きいこと、作業環境が良くないことなどの問題点
がある。

【０００５】また、（３）の窒化処理に先だってフッ素
系ガスの雰囲気炉の中で加熱処理し、ＮＨ_３ガスを基本
とする雰囲気中で窒化する窒化処理方法では、フッ素雰
囲気加熱炉が必要であること、フッ素系のガスは有害で
あるため排ガスの処理施設が必要であること、腐食性が
強いため炉材の損傷が大きいこと、作業環境が良くない
ことなどの問題点がある。

【０００６】そして、（４）の通常の窒化処理温度（４
５０〜６００℃）とそれより高い温度（６５０〜８００
℃）でＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気で窒化する窒化方
法では、処理温度が高いためエネルギーコストが高くな
ること、窒化層のビッカース硬さが最高でもＨＶ７６０
と通常の窒化温度で窒化処理した窒化層のビッカース硬
さＨＶ９００〜１２００より低いこと、オーステナイト
系ステンレス鋼の窒化処理では（例えばＳＵＳ３０４
材）、高温度（例えば７５０℃）で２０時間、低温（例
えば５３０℃）で１００時間での２段階の窒化処理を必
要としているため総窒化処理時間が長くなること、処理
工程が増えることなどの問題点がある。

【０００７】本発明の目的は、前記従来技術（１）〜
（４）のように窒化処理前に酸洗処理を行うことなく、
窒化処理炉に有害な塩素系のガスを導入することなく、
窒化処理に先だってフッ素系のガス雰囲気炉で加熱処理
することなく、また高い温度で窒化処理することなく、
従って特別の処理施設も必要としない安全なオーステナ
イト系ステンレス鋼表面の窒化処理方法を提供すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は以下の本発明
方法によって解決される。 （１）オーステナイト系ステンレス鋼の表面に、鏡面加
工を施し、次いでＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気中にお
いて、４００〜６５０℃で加熱することを特徴とするオ
ーステナイト系ステンレス鋼表面の窒化処理方法。 （２）合金組成が、Ｃｒ１６．００〜２３．００％、Ｎ
ｉ１０．００〜２８．００％、Ｃ０．０８％以下、Ｍｏ
１．２０〜７．００％、Ｆｅ残部からなるオーステナイ
ト系ステンレス鋼の表面に、鏡面加工を施し、次いでＮ
Ｈ_３ガスを基本とする雰囲気中において、４００〜６５
０℃で加熱することを特徴とするオーステナイト系ステ
ンレス鋼表面の窒化処理方法。 （３）オーステナイト系ステンレス鋼の表面に、鏡面加
工を施し、次いで同表面に酸化皮膜を形成し、その後Ｎ
Ｈ_３ガスを基本とする雰囲気中において、４００〜６５
０℃で加熱することを特徴とするオーステナイト系ステ
ンレス鋼表面の窒化処理方法。 （４）オーステナイト系ステンレス鋼の表面に、鏡面加
工を施し、次いで酸化雰囲気中で加熱することによって
酸化皮膜を形成し、その後ＮＨ_３ガスを基本とする雰囲
気中において、４００〜６５０℃で加熱することを特徴
とするオーステナイト系ステンレス鋼表面の窒化処理方
法。

【０００９】（５）オーステナイト系ステンレス鋼の表
面に、鏡面加工を施し、次いで酸化雰囲気中で２００〜
８００℃で加熱することによって酸化皮膜を形成し、そ
の後ＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気中において、４００
〜６５０℃で加熱することを特徴とするオーステナイト
系ステンレス鋼表面の窒化処理方法。 （６）合金組織が、Ｃｒ１６．００〜２６．００％、Ｎ
ｉ３．５〜２２．００％、Ｃ０．１５％以下、Ｆｅ残部
からなるオーステナイト系ステンレス鋼の表面に、鏡面
加工を施し、次いで酸化雰囲気中で２００〜８００℃で
加熱することによって酸化皮膜を形成し、その後ＮＨ_３
ガスを基本とする雰囲気中において、４００〜６５０℃
で加熱することを特徴とするオーステナイト系ステンレ
ス鋼表面の窒化処理方法。 （７）オーステナイト系ステンレス鋼の表面に、鏡面加
工を施し、次いで酸化雰囲気中で３００〜８００℃で加
熱することによって酸化皮膜を形成し、その後ＮＨ_３ガ
スを基本とする雰囲気中において、４００〜６５０℃で
加熱することを特徴とする前記（４）項ないし（６）項
のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼表面
の窒化処理方法。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
オーステナイト系ステンレス鋼表面の鏡面加工は、例え
ばラッピング、ポリシング、研削、切削、メカノケミカ
ルの精密加工によって行うことができ、それをＮＨ_３ガ
スを基本とする雰囲気中において、４００〜６５０℃で
任意の時間加熱処理することで表面窒化ができる。ただ
し、オーステナイト系ステンレス鋼の中でもＣｒ含有量
の少ない鋼、Ｍｏを含まないオーステナイト系ステンレ
ス鋼（例えばＳＵＳ３０４（１８Ｃｒ−８Ｎｉ））は、
前記方法（鏡面加工を施し、ＮＨ_３ガスを基本とする雰
囲気中において、４００〜６５０℃で任意時間加熱処理
する方法）のみでは十分な窒化ができない。それらのオ
ーステナイト系ステンレス鋼に対しては、前記鏡面加工
を施した後、酸化処理（例えば化成処理、酸化雰囲気中
での加熱酸化等）により酸化皮膜を形成した後、ＮＨ_３
ガスを基本とする雰囲気中において４００〜６５０℃で
任意の時間加熱処理することにより十分な窒化ができ
る。特に、酸化雰囲気（例えば大気中）中で２００〜８
００℃に昇温してから３０分間以上加熱して表面に酸化
皮膜を形成し、その後ＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気中
において４００〜６５０℃で任意の時間加熱処理するこ
とにより十分な窒化ができる。以上のごとく、加熱温度
と加熱時間を調整することで、Ｃｒ含有量の少ないオー
ステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）、Ｃ
ｒ含有量の多いオーステナイト系ステンレス鋼（例えば
ＳＵＳ３１０Ｓ（２５Ｃｒ−２０Ｎｉ））、Ｍｏを含む
オーステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３１６
（１８Ｃｒ−２０Ｎｉ−２．５Ｍｏ））のどの鋼種でも
窒化処理による硬化ができるとともに、窒化反応を促進
し、同じ窒化処理条件において得られる窒化層の厚さを
厚くできる。

【００１１】本発明方法の窒化処理は、（ａ）鏡面加工
を施したオーステナイト系ステンレス鋼材、又は（ｂ）
鏡面加工を施した後に酸化雰囲気で２００〜８００℃に
昇温してから３０分間以上加熱して表面に酸化皮膜を形
成したオーステナイト系ステンレス鋼を、ＮＨ_３ガスを
基本とする窒化雰囲気中で加熱・保持することにより行
われる。なお、上記本発明におけるオーステナイト系ス
テンレス鋼表面の鏡面加工は、通常、常温下、例えば０
〜４０℃において行われる。上記窒化処理の場合、窒化
雰囲気を形成するためのガスとしては、ＮＨ_３ガス単
体、ＮＨ_３ガスと炭素源を有するガス（例えば滴中式雰
囲気炉におけるアルコール類、ＲＸガス）との混合ガス
（例えばＮＨ_３ガスとＣＯとＣＯ_２との混合ガス）が用
いられる。

【００１２】以上の条件で窒化処理することで、従来技
術のごとく、窒化処理前の酸洗処理、塩素系ガス、フッ
素系ガスの利用、又は高温度での窒化処理をすることな
く、オーステナイト系ステンレス鋼表面の窒化処理が容
易にできる。本発明方法によれば、例えば窒化処理前の
ビッカース硬さが約ＨＶ２００であったオーステナイト
系ステンレス鋼の表面ビッカース硬さは、窒化処理後は
ＨＶ８００〜１２００の範囲に増大し、窒化処理前の４
〜６倍の高いビッカース硬さが得られる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１４】実施例１：ＪＩＳ Ｇ ４３０３規格のＳ
ＵＳ３１０Ｓ（２５Ｃｒ−２０Ｎｉ）相当材をオーステ
ナイト系ステンレス鋼の基材Ａとして選択した。この基
材Ａに対して、．１μｍのダイヤモンド粒子を用いて
バフ研磨によって鏡面加工を施したもの（以下、「製材
Ａ１」という）と、．１μｍのダイヤモンド粒子を用
いてバフ研磨によって鏡面加工を施した後、さらに酸化
（大気）雰囲気炉において２００℃、３００℃、４００
℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃の各温度
で１時間加熱して表面に酸化皮膜を形成したもの（以
下、各々「製材Ａ２（２００）、製材Ａ２（３００）、
製材Ａ２（４００）、製材Ａ２（５００）、製材Ａ２
（６００）、製材Ａ２（７００）、製材Ａ２（８０
０）」という）を、図１及び表１に示す性能仕様の雰囲
気熱処理炉（（株）不二越製型式 ＮＡＣＨ ＥＱ−
３）に入れ、ＮＨ_３ガス雰囲気中において５７０℃で２
０時間加熱して窒化処理を施した。

【００１５】

【表１】

【００１６】図２に製材Ａ１、製材Ａ２（５００）の表
面のＸ線回折結果を示す。図２から明らかなように、製
材Ａ１、製材Ａ２（５００）は、共に窒化処理後の表面
にＦｅ_４Ｎ、ＣｒＮの窒化物が認められ窒化されたこと
が解る。製材Ａ２（５００）の窒化物Ｆｅ_４Ｎ、ＣｒＮ
のＸ線強度のピークは、製材Ａ１の窒化後のピークより
高くなっている。また、製材Ａ２（５００）のＦｅ_４Ｎ
の最強Ｘ線ピークは、基地組織のγ（ガンマ）のピーク
より高くなっている。このことは、製材Ａ１に比べ製材
Ａ２（５００）の方が、窒化の進行が促進されたことを
示す。

【００１７】図３に製材Ａ１及び製材Ａ２（５００）の
窒化処理後の断面表面近傍組織の顕微鏡写真を示す。図
３から明らかなように、製材Ａ１、製材Ａ２（５００）
は、共に実用的に十分な厚さの窒化層が認められる。窒
化層の厚さは、製材Ａ２（５００）を窒化処理したもの
の方が厚くなっている。

【００１８】図４に製材Ａ１、製材Ａ２（５００）の窒
化処理後の断面表面から内部へのビッカース硬さ（Ｈ
Ｖ）分布を示す。図４から、製材Ａ１の窒化処理物の窒
化層のビッカース硬さは最高ＨＶ９７０に達しており、
窒化前ビッカース硬さ（約ＨＶ２００）の約４．８倍の
高い硬さが得られている。一方、製材Ａ２（５００）の
窒化処理物の窒化層のビッカース硬さは最高ＨＶ１０５
０に達しており、窒化前ビッカース硬さ（約ＨＶ２０
０）の約５．３倍の高い硬さが得られている。製材Ａ１
と製材Ａ２（５００）の窒化処理物の窒化層の厚さを比
較すると、鏡面加工を施しただけの製材Ａ１の場合の窒
化層の厚みは約４５μｍであるのに比べ、鏡面加工を施
した後酸化（大気）雰囲気炉において５００℃で１時間
加熱して窒化処理した製材Ａ２（５００）の場合の窒化
層の厚みは約８０μｍであって、製材Ａ１の場合よりも
約３５μｍ厚くなっている。

【００１９】図５に製材Ａ１、製材Ａ２（２００）、製
材Ａ２（３００）、製材Ａ２（４００）、製材Ａ２（５
００）、製材Ａ２（６００）、製材Ａ２（７００）、及
び製材Ａ２（８００）の窒化処理前の酸化（大気）雰囲
気炉における加熱温度と窒化層の厚さの関係を示す。図
５から明らかなように、製材Ａ１と製材Ａ２（２００）
の窒化処理後の窒化層の厚さは、共に約４０μｍであ
る。酸化（大気）雰囲気炉における加熱温度が３００
℃、４００℃、５００℃と高くなると窒化層は、製材Ａ
２（３００）で約７５μｍ、製材Ａ２（４００）と製材
Ａ２（５００）で約８０μｍと厚くなり、製材Ａ２（４
００）と製材Ａ２（５００）で最大厚さを示す。酸化
（大気）雰囲気炉における加熱温度が６００℃以上（製
材Ａ２（６００）、製材Ａ２（７００））での加熱材で
は、窒化層の厚さは約６０μｍとなり無加熱材（製材Ａ
１）及び２００℃加熱材（製材Ａ２（２００））の窒化
層の厚さよりは約２０μｍ厚いものとなっている。

【００２０】以上のことから、ＳＵＳ３１０Ｓ材（基材
Ａ）は鏡面加工を施し窒化処理することで十分窒化が進
行し、実用上十分な硬さと厚みを有する窒化層を得るこ
とができることが解る。さらに、基材Ａは鏡面加工を施
し、酸化（大気）雰囲気中で加熱（最高５００℃）する
ことによって酸化皮膜を形成し、その後に窒化処理する
ことで窒化層の厚さを厚くできることが解る。

【００２１】本発明にしたがい基材Ａに鏡面加工を施す
ことによって、従来技術におけるごとく窒化処理前に酸
洗処理したり、塩素系のガスを窒化処理炉へ導入した
り、窒化処理前にフッ素ガス雰囲気炉で加熱処理するこ
とを行うことなしに、通常の処理温度（４００〜６５０
℃）でＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気中で窒化処理がで
きる。また、本発明にしたがい基材Ａに鏡面加工を施し
酸化（大気）雰囲気炉において２００〜５００℃の範囲
に加熱し酸化皮膜を形成した後に窒化処理することによ
って、同じ窒化処理時間において窒化の進行を促進さ
せ、窒化層の厚さを厚くすることができる。窒化層の厚
さは、酸化（大気）雰囲気炉中での加熱温度が４００〜
５００℃の時に約８０μｍとなり最大厚さとなる。得ら
れた窒化層のビッカース硬さはＨＶ８００〜１０５０の
範囲におよび窒化前のビッカース硬さ（ＨＶ２００）の
約４〜５．３倍になる。

【００２２】実施例２：ＪＩＳ Ｇ ４３０３規格のＳ
ＵＳ３０４（１８Ｃｒ−８Ｎｉ）相当材を基材Ｂとして
選択した。この基材Ｂに、．１μｍのダイヤモンド粒
子を用いてバフ研磨によって鏡面加工を施したもの（以
下、「製材Ｂ１」という）と、．１μｍのダイヤモン
ド粒子を用いてバフ研磨によって鏡面加工を施したのち
酸化（大気）雰囲気炉において２００℃、３００℃、４
００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃の各
温度で１時間加熱し表面に酸化皮膜を形成したもの（以
下、各々「製材Ｂ２（２００）、製材Ｂ２（３００）、
製材Ｂ２（４００）、製材Ｂ２（５００）、製材Ｂ２
（６００）、製材Ｂ２（７００）、製材Ｂ２（８０
０）」という）を、図１及び表１に示す性能仕様の雰囲
気熱処理炉（（株）不二越製 型式 ＮＡＣＨ ＥＱ−
３）に入れ、ＮＨ_３ガス雰囲気中において５７０℃で２
０時間加熱して窒化処理を施した。

【００２３】図６に製材Ｂ１、製材Ｂ２（４００）、製
材Ｂ２（６００）の窒化処理後の表面のＸ線回折結果を
示す。図６から明らかなように、製材Ｂ１の窒化処理後
の窒化物としてはＣｒＮが認められるが、Ｘ線強度のピ
ークは低い。基地の組織のγ（ガンマ）のＸ線強度のピ
ークが最も高く、次いでα（アルファ）となっている。
このことから、十分に窒化が進行しなかったといえる。
一方、製材Ｂ２（４００）の窒化処理後の窒化物として
ＣｒＮ、Ｆｅ_４Ｎが明瞭に認められ、Ｆｅ_４ＮのＸ線強
度のピークが最も高く、基地の組織のγ（ガンマ）、α
（アルファ）よりも高い。このことは、十分に窒化され
たことを示す。製材Ｂ２（６００）の窒化処理後の窒化
物として、ＣｒＮ、Ｆｅ_４Ｎが明瞭に認められるが、基
地組織であるγ（ガンマ）は全く認められない。また、
これらの窒化物のＸ線強度のピークは、製材Ｂ２（４０
０）の窒化処理後のピークより高くなっている。このこ
とは、４００℃加熱の製材Ｂ２（４００）に比べ、製材
Ｂ２（６００）では、窒化の進行が促進されたことを示
す。また、Ｆｅ_３Ｏ_４の酸化物が認められた。

【００２４】図７に製材Ｂ１、製材Ｂ２（４００）、製
材Ｂ２（６００）の窒化処理後の断面の表面近傍組織の
顕微鏡写真を示す。図７から明らかなごとく、製材Ｂ１
には窒化層がほとんど認められない。製材Ｂ２（４０
０）、製材Ｂ２（６００）の窒化処理物には共に明瞭な
窒化層が認められ、鏡面加工して酸化（大気）雰囲気炉
における加熱温度が高い製材Ｂ２（６００）の方が厚く
なっている。また、製材Ｂ２（４００）、製材Ｂ２（６
００）の窒化処理物の窒化層は、両方とも実用的に十分
な厚さである。

【００２５】図８に製材Ｂ１、製材Ｂ２（４００）、製
材Ｂ２（６００）の窒化処理後の断面表面から内部への
ビッカース硬さ（ＨＶ）分布を示す。製材Ｂ１の窒化処
理物のビッカース硬さは最表面が約ＨＶ３８０で、窒化
前の硬さ（ＨＶ２００）より硬いが窒化層として十分な
硬さではなく、ほとんど窒化されていない。製材Ｂ２
（４００）、製材Ｂ２（６００）の窒化処理物の窒化層
のビッカース硬さは最表面でＨＶ９４０が得られる。こ
の硬さは、実用的に十分な硬さである。鏡面加工を施し
ただけで窒化処理したＳＵＳ３０４材（製材Ｂ１窒化処
理物）の窒化層はほとんどないに等しい。これに対し
て、窒化前に酸化（大気）雰囲気炉において４００℃、
６００℃で加熱したＳＵＳ３０４（製材Ｂ２（４００）
窒化処理物、製材Ｂ２（６００）窒化処理物）の窒化層
の厚さは、４００℃加熱で約１２０μｍ、６００℃加熱
で約１３０μｍである。酸化（大気）雰囲気炉における
加熱温度が高くなると窒化層が厚くなることが解る。

【００２６】図９に鏡面加工を施した製材Ｂ１、製材Ｂ
２（２００）、製材Ｂ２（３００）、製材Ｂ２（４０
０）、製材Ｂ２（５００）、製材Ｂ２（６００）、製材
Ｂ２（７００）及び製材Ｂ２（８００）に窒化処理前の
酸化（大気）雰囲気加熱温度と窒化層の厚さの関係を示
す。図９から明らかに、製材Ｂ１、製材Ｂ２（２００）
窒化処理物には窒化層はほとんど認められない。酸化
（大気）雰囲気炉における加熱温度が３００℃（製材Ｂ
２（３００））になると、窒化層の厚さが約７５μｍと
厚くなり、加熱温度が４００℃（製材Ｂ２（４００））
で窒化層の厚さは約１２０μｍ、５００℃（製材Ｂ２
（５００））で約１２５μｍ、６００℃（製材Ｂ２（６
００））で約１３０μｍ、７００℃（製材Ｂ２（７０
０））で約１５５μｍとなり最大となる。しかし、酸化
（大気）雰囲気炉における加熱温度が８００℃（製材Ｂ
２（８００））になると窒化層の厚さは減少し、４００
℃加熱（製材Ｂ２（４００））とほぼ同じ厚さになる。

【００２７】ＳＵＳ３０４材（基材Ｂ）に鏡面加工を施
したのみの製材Ｂ１では、窒化は十分進行しない。基材
Ｂは、鏡面加工を施した後、酸化（大気）雰囲気炉にお
いて加熱し表面に酸化皮膜を形成し、その後ＮＨ_３ガス
を基本とする雰囲気で窒化処理することによって窒化を
十分に進行させることができ、実用的に十分な硬さと厚
さを持つ窒化層を得ることができることが解る。基材Ｂ
に鏡面加工を施し酸化（大気）雰囲気炉における加熱温
度の選択によって窒化層の厚さを厚くできる。窒化層の
厚さは、酸化（大気）雰囲気炉での加熱温度が７００℃
の製材Ｂ２（７００）の窒化処理物で約１５５μｍとな
り最大となる。また，得られた窒化層のビッカース硬さ
はＨＶ９４０におよび窒化処理前の硬さ（ＨＶ２００）
の約４．７倍になる。

【００２８】実施例３：ＪＩＳ Ｇ ４３０３規格のＳ
ＵＳ３１６（１８Ｃｒ−２０Ｎｉ−２．５Ｍｏ）相当材
を、基材Ｃとして選択した。この基材Ｃに、．１μｍ
のダイヤモンド粒子を用いてバフ研磨によって鏡面加工
を施したもの（以下、「製材Ｃ」という）と、．１μ
ｍのダイヤモンド粒子を用いてバフ研磨によって鏡面加
工を施した後酸化（大気）雰囲気炉において２００℃、
３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、
８００℃の各温度で１時間加熱し表面に酸化皮膜を形成
したもの（以下、各々「製材Ｃ２（２００）、製材Ｃ２
（３００）、製材Ｃ２（４００）、製材Ｃ２（５０
０）、製材Ｃ２（６００）、製材Ｃ２（７００）、製材
Ｃ２（８００）」という）を、図１及び表１に示す性能
仕様の雰囲気熱処理炉（（株）不二越製 型式 ＮＡ
ＣＨＥＱ−３）に入れ、ＮＨ_３ガス雰囲気中において５
７０℃で２０時間加熱して窒化処理を施した。

【００２９】図１０に製材Ｃ１、及び製材Ｃ２（５０
０）の窒化処理後の表面のＸ線回折結果を示す。図１０
から明らかなように、製材Ｃ１、及び製材Ｃ２（５０
０）は共に窒化処理後の表面にＦｅ_４Ｎ、ＣｒＮの窒化
物が認められ窒化されたことが解る。製材Ｃ１の窒化処
理後の表面ではＦｅ_４ＮのＸ線強度ピークが最も高くな
り、次いで基地組織であるγ（ガンマ）、ＣｒＮの順と
なっている。また、α（アルファ）のピークも認められ
る。製材Ｃ２（５００）の窒化処理後の表面では、Ｆｅ
_４ＮのＸ線強度ピークが最も高く製材Ｃ１のＦｅ_４Ｎの
Ｘ線強度ピークより高くなり，次いでＣｒＮとなってい
る。そして、基地組織のγ（ガンマ）のピークは認めら
れなくなっている。このことは、製材Ｃ１より製材Ｃ２
（５００）の方が、窒化の進行が促進されたことを示
す。

【００３０】図１１に製材Ｃ１、製材Ｃ２（５００）の
窒化処理後の断面の表面近傍組織の顕微鏡写真を示す。
図１１に明らかなように、製材Ｃ１、製材Ｃ２（５０
０）は共に窒化処理後の断面表層に明瞭な窒化層が認め
られる。これらの窒化層の厚さは、実用的に十分な厚さ
である。鏡面加工を施したＳＵＳ３１６材の製材Ｃ１の
窒化処理物の窒化層は、厚さとしては十分であるが、基
地組織と窒化層の境界が波状になっている。これに比べ
鏡面加工を施し酸化（大気）雰囲気炉において５００℃
で１時間加熱し酸化皮膜を形成した製材Ｃ２（５００）
の窒化処理物の窒化層は基地組織と窒化層の境界は直線
的であり、厚さが厚くなっている。以上のことから、製
材Ｃ１より製材Ｃ２（５００）の方が、窒化の進行が促
進されたことが解る。

【００３１】図１２に製材Ｃ１、及び製材Ｃ２（５０
０）の窒化処理後の断面表面から内部へのビッカース硬
さ（ＨＶ）分布を示す。図１２に明らかなように、製材
Ｃ１の窒化処理後物の表面近傍のビッカース硬さはＨＶ
１２００で窒化前のビッカース硬さ（ＨＶ２００）の６
倍、製材Ｃ２（５００）の窒化処理物の表面近傍のビッ
カース硬さはＨＶ１０５０で窒化前のビッカース硬さ
（ＨＶ２００）の５．２倍の高い硬さとなっている。得
られた窒化層の厚みを比較すると、製材Ｃ１の窒化処理
物の窒化層の厚みは約１１０μｍであるのに比べ、製材
Ｃ２（５００）の窒化処理物の窒化層の厚みは約１５０
μｍで、約４０μｍも厚くなっている。以上のことか
ら、鏡面を施しただけのＳＵＳ３１６材（製材Ｃ１）よ
り酸化（大気）雰囲気炉において加熱し酸化皮膜を形成
したＳＵＳ３１６材（製材Ｃ２）の方が窒化の進行が促
進されたことが解る。

【００３２】図１３に製材Ｃ１、製材Ｃ２（２００）、
製材Ｃ２（３００）、製材Ｃ２（４００）、製材Ｃ２
（５００）、製材Ｃ２（６００）製材Ｃ２（７００）、
製材Ｃ２（８００）の窒化処理後の酸化（大気）雰囲気
炉における加熱温度と窒化層の厚さの関係を示す。図１
３から明らかなように、製材Ｃ１窒化処理物の窒化層の
厚さが１１０μｍ、製材Ｃ２（２００）で約１２０μ
ｍ、製材Ｃ２（３００）で約１４０μｍ、製材Ｃ２（４
００）で約１３０μｍ、製材Ｃ２（５００）で約１５０
μｍ、製材Ｃ２（６００）と製材Ｃ２（７００）で約１
４５μｍ、製材Ｃ２（８００）で約６０μｍとなってい
る。酸化（大気）雰囲気炉での加熱温度が５００℃まで
（製材Ｃ２（２００）〜製材Ｃ２（５００））は、温度
が高くなるほど窒化層の厚さが厚くなり、製材Ｃ２（５
００）で最大厚になる。６００℃（製材Ｃ２（６０
０））以上で窒化層の厚さは薄くなり始め、８００℃
（製材Ｃ２（８００））になると大幅に薄くなる。以上
のことから、基材Ｃは鏡面加工を施し窒化処理すること
で十分窒化が進行し、実用的にに十分な硬さと厚みを有
する窒化層を得ることができるが、さらに、基材Ｃは鏡
面加工を施し酸化（大気）雰囲気炉における加熱によっ
て酸化皮膜を形成し窒化処理することで窒化層の厚さを
厚くできることが解る。

【００３３】本発明にしたがい基材Ｃ（ＳＵＳ３１６）
に鏡面加工を施すことによって、従来技術のように窒化
処理前に酸洗処理をしたり、塩素系のガスを窒化処理炉
へ導入したり、窒化処理前にフッ素ガス雰囲気炉で加熱
処理したりすることを行うことなく、通常の処理温度
（４００〜６００℃）でＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気
中で窒化処理ができる。

【００３４】基材Ｃに鏡面加工を施し酸化（大気）雰囲
気炉において２００〜５００℃の範囲に加熱し酸化皮膜
を形成した後に窒化処理することによって、窒化の進行
を促進させ、窒化層の厚さを厚くすることができる。窒
化層の厚さは、酸化（大気）雰囲気中での加熱温度が４
００〜５００℃の時に約１５０μｍとなり最大厚さとな
る。

【００３５】得られた窒化層のビッカース硬さはＨＶ８
００〜１２００に及び窒化前のビッカース硬さ（ＨＶ２
００）の４〜６倍になる。すなわち、窒化処理前におけ
る酸化（大気）雰囲気での加工条件（例えば加熱温度）
を変化させて選択して酸化皮膜を調整することにより、
同じ窒化条件において基材Ｃ表面の窒化層の厚さを調整
できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の窒化処理方法を適用すること
で、下記の効果が得られる。 １．窒化処理前にオーステナイト系ステンレス鋼に鏡面
加工を施すことにより、ＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気
中で容易に窒化することができる。 ２．オーステナイト系ステンレス鋼に鏡面加工を施し、
酸化雰囲気で加熱し表面に酸化皮膜を形成しＮＨ_３ガス
を基本とする雰囲気で窒化処理することによって、Ｃｒ
含有量の少ないオーステナイト系ステンレス鋼やＭｏを
含有しないオーステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵ
Ｓ３０４）を含むすべてのオーステナイト系ステンレス
鋼の表面の窒化ができる。 ３．オーステナイト系ステンレス鋼に鏡面加工を施し、
酸化雰囲気で加熱し表面に酸化皮膜を形成することでＮ
Ｈ_３ガスを基本とする雰囲気での窒化速度を速くでき
る。 ４．従来技術におけるごとく塩素系のガスを処理炉中に
導入せずに、フッ素系のガス雰囲気炉で加熱処理するこ
となく、ＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気中でオーステナ
イト系ステンレス鋼の窒化処理が容易にできる。 ５．従来技術のごとく窒化処理炉を構成している炉材が
塩素ガスやフッ素ガス等による損傷を受けることなく、
耐久性が向上する。 ６．従来技術のごとく塩素系やフッ素系ガスを使用しな
いため、特別な設備や排ガス処理施設が不要となる。 ７．以上のことから公害の発生要因が少なくなる。 ８．作業環境が改善される。

【００３７】以上のごとく、本発明日よれば、特別な設
備を有することなく、ＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気の
中で簡単にオーステナイト系ステンレス鋼表面の窒化処
理ができ、十分な厚さと硬さを有する窒化層を形成する
ことができる。よって、一般産業機械、装置等に汎用さ
れるオーステナイト系ステンレス鋼の耐磨耗性や耐久性
の改善に大いに貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例で用いられる、オーステナイト系
ステンレス鋼の表面の窒化処理のための雰囲気熱処理炉
の概説図。

【図２】製材Ａ１、製材Ａ２（５００）の表面のＸ線回
折図。

【図３】製材Ａ１、製材Ａ２（５００）の窒化処理後の
断面の表面近傍金属組織の顕微鏡写真。

【図４】製材Ａ１、製材Ａ２（５００）の窒化処理後の
断面表面から内部へのビッカース硬さ（ＨＶ）分布図。

【図５】製材Ａ１、製材Ａ２（２００）、製材Ａ２（３
００）、製材Ａ２（４００）、製材Ａ２（５００）、製
材Ａ２（６００）、製材Ａ２（７００）、製材Ａ２（８
００）の窒化処理前の酸化雰囲気炉中における加熱温度
と窒化層の厚さの関係図。

【図６】製材Ｂ１、製材Ｂ２（４００）、製材Ｂ２（６
００）の窒化処理後の表面のＸ線回折結果図。

【図７】製材Ｂ１、製材Ｂ２（４００）、製材Ｂ２（６
００）の断面の表面近傍金属組織の顕微鏡写真。

【図８】製材Ｂ１、製材Ｂ２（４００）、製材Ｂ２（６
００）の断面の表面から内部へのビッカース硬さ（Ｈ
Ｖ）分布を示す図。

【図９】製材Ｂ１、製材Ｂ２（２００）、製材Ｂ２（３
００）、製材Ｂ２（４００）、製材Ｂ２（５００）、製
材Ｂ２（６００）、製材Ｂ２（７００）、製材Ｂ２（８
００）の窒化処理前の酸化雰囲気炉中における加熱温度
と窒化層の厚さの関係図。

【図１０】製材Ｃ１、製材Ｃ２（５００）の窒化処理後
の表面のＸ線回折図。

【図１１】製材Ｃ１、製材Ｃ２（５００）の窒化処理後
の断面の表面近傍金属組織の顕微鏡写真。

【図１２】製材Ｃ１、製材Ｃ２（５００）の窒化処理後
の断面表面から内部へのビッカース硬さ分布図。

【図１３】製材Ｃ１、製材Ｃ２（２００）、製材Ｃ２
（３００）、製材Ｃ２（４００）、製材Ｃ２（５０
０）、製材Ｃ２（６００）、製材Ｃ２（７００）、製材
Ｃ２（８００）の窒化処理前の酸化雰囲気炉中における
加熱温度と窒化層の厚さの関係図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 祐三 鹿児島県鹿児島市荒田２丁目３番13号 松 山マンション203号

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】オーステナイト系ステンレス鋼の表面に、
   鏡面加工を施し、次いでＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気
   中において、４００〜６５０℃で加熱することを特徴と
   するオーステナイト系ステンレス鋼表面の窒化処理方
   法。
2. 【請求項２】合金組成が、Ｃｒ １６．００〜２３．０
   ０％、Ｎｉ １０．００〜２８．００％、Ｃ ０．０８
   ％以下、Ｍｏ １．２０〜７．００％、Ｆｅ残部からな
   るオーステナイト系ステンレス鋼表面に、鏡面加工を施
   し、次いでＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気中において、
   ４００〜６５０℃で加熱することを特徴とするオーステ
   ナイト系ステンレス鋼表面の窒化処理方法。
3. 【請求項３】オーステナイト系ステンレス鋼の表面に、
   鏡面加工を施し、次いで同表面に酸化皮膜を形成し、そ
   の後ＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気中において、４００
   〜６５０℃で加熱することを特徴とするオーステナイト
   系ステンレス鋼表面の窒化処理方法。
4. 【請求項４】オーステナイト系ステンレス鋼の表面に、
   鏡面加工を施し、次いで酸化雰囲気中で加熱することに
   よって酸化皮膜を形成し、その後ＮＨ_３ガスを基本とす
   る雰囲気中において、４００〜６５０℃で加熱すること
   を特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼表面の窒化
   処理方法。
5. 【請求項５】オーステナイト系ステンレス鋼の表面に、
   鏡面加工を施し、次いで酸化雰囲気中で２００〜８００
   ℃で加熱することによって酸化皮膜を形成し、その後Ｎ
   Ｈ_３ガスを基本とする雰囲気中において、４００〜６５
   ０℃で加熱することを特徴とするオーステナイト系ステ
   ンレス鋼表面の窒化処理方法。
6. 【請求項６】合金組成が、Ｃｒ １６．００〜２６．０
   ０％、Ｎｉ ３．５０〜２２．００％、Ｃ ０．１５％
   以下、Ｆｅ残部からなるオーステナイト系ステンレス鋼
   の表面に、鏡面加工を施し、次いで酸化雰囲気中で２０
   ０〜８００℃で加熱することによって酸化皮膜を形成
   し、その後ＮＨ_３ガスを基本とする雰囲気中において、
   ４００〜６５０℃で加熱することを特徴とするオーステ
   ナイト系ステンレス鋼表面の窒化処理方法。
7. 【請求項７】オーステナイト系ステンレス鋼の表面に、
   鏡面加工を施し、次いで酸化雰囲気中で３００〜８００
   ℃で加熱することによって酸化皮膜を形成し、その後Ｎ
   Ｈ_３ガスを基本とする雰囲気中において、４００〜６５
   ０℃で加熱することを特徴とする請求項４ないし６のい
   ずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼表面の窒
   化処理方法。