JPS58123821A - 熱処理方法 - 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】 含有雰囲気のもとにおいて工具鋼を焼鈍する方法に関す
る。

例えば歪解放などの目的に対する鉄族材料の焼鈍におい
て、材料の表面冶金における露化を避けることは重要で
ある。従って、表面浸炭及び脱炭は焼鈍中避けられるべ
きである。多くの工具鋼はνりえ比較的低温度でも焼鈍
中に強く脱炭する傾向を有することが発見された。加う
るに、焼鈍炉の加熱帯においては、吸熱性、発熱性又は
その他の如衣保護雰囲気を利用するのが通常の手段であ
った。

しかしながら、これらの雰囲気は炭化水素供給源例えば
天然ガス（即ちメタン）より誘導されるので、これらの
雰囲気を製造するコストは近年目覚捷しく増加した。さ
らに、高価な発生炉装置がこれらの雰囲気を製造するの
に必要であり、又これらの装置は可成りの保守を必！′
シするが、なお、広い範囲の流動速度で広い範囲の雰囲
気を製造するのに有効でない点で比較的流動的でない。

典型的には、前述の慣用の生成雰囲気は天然ガスを富有
するので、適当なレベルの炭化水素は炉に漏洩する酸化
剤との反応に利用でき、それによって焼鈍される鉄族材
料の脱炭又は酸化を回避する。

炉加熱帯における特殊の温度で鉄族材料の浸炭及び脱炭
を回避するためには、ＣＯ，とＣＯとの間の平衡状態を
保つ必要がある。即ち所定の温度で予定の比を保つ必要
がある。同様に、Ｈ，０と８２との間の所定の比は特殊
の温度において鉄族材料の酸化を回避するように保たれ
なければならない。

これらの比の議論はＷｌ　ｒｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
　、　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ／Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　、　／９
７ｑ＋　ｔ）５／−５７　　に掲載され、それには窒素
基雰囲気に炭化水素を添加することによって、ＣＯのレ
ベルが次の反応によって増加し：　　ＣＨ，＋００２＋
１！，２ＣＯ＋，２Ｈ２　　そして斯るＣＯの増加が一
定の温度においてＣｏ，／Ｃｏの比を減１それによって
雰囲一．，の脱炭傾向を減することを示している。斯く
して、メタン添加は炉雰囲気の傾向を脱炭するように調
節又は制限するのに有効であるが、低温度、即ち約／Ｉ
Ｉ！；Ｏ？＜７ｇ７．ｇ℃）以下で焼鈍すると舞、メタ
ンは比較的不活発であり、脱炭を充分に避けるように正
に反応しそこなう。メタンの連続添加はこの問題を矯正
しそこなう。

窒素及びプロパンより成る窒素基雰囲気を炉加熱帯に導
入する技術はＩｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｅｎｇｌ
ｎｅｅｒ。

Ｎｏｖｅｍｖｅｒ，／　９　ｇ　Ｏ　＋　ｐ５　／　〜
！；　７に記載されている。この記事は５２頁に、プロ
パンは正確に添加するのが比較的困難であり　又不充分
なプロパ／は脱炭を生じ、一方過剰のプロパンは遊離炭
素形成，とな９、ともに非常に望ましくない結果である
と記している。この記事は、好ましい焼鈍雰囲気は炉加
熱帯に導入される窒素とメタノール（　Ｃ）−１，０）
−１　）との混合物より発展させ得ることを示唆してい
る。メタノールはＣＯと８２に分解され、Ｃｏ，／Ｃｏ
及びＨ２０／）−１２比を脱炭への傾向が減少するよう
に変える。当業者はメタノールの使用は別個の貯蔵容器
、ポンプ設備及びパイピングなどが貯蔵し、かつメタノ
ールを熱処理炉に輸送するのに必要である点において高
価であると認めるで一一一一一■■めろう。従って、メ
タノールの使用は熱処理炉における保護雰囲気を生成す
るのに高価な、寧ろ複雑な解決手段である。

従って、許容できる覧均熱′時間で、窒素基雰囲気下で
、脱炭と遊離炭素形成とが避られるが甚だしく高価でな
く、而も炉雰囲気に必ずし２もメタノールの添加を必要
としないような鉄族材料例えば工具鋼を焼鈍する方法に
対する明確なる必要性が存在する。

鉄族材料を熱処理する改良方法を提供するのが本発明の
目的である。

工具鋼を焼鈍する改良方法を提供するのが本発明の追加
目的である。

窒素基雰囲気下で鉄族材料を焼鈍する改良方法を提供す
るのが本発明のもう一つの目的である。

影響のある浸炭又は脱炭なしで許容できる時間、鉄族材
料を焼鈍する改良方法を提供するのが本発明のなお他の
目的である。

窒素基雰囲気下で比較的低温度において鉄族材料を焼鈍
する改良方法を提供するのが本発明のさらに別の目的で
ある。

本発明の他の目的は次の詳細な説明によ抄明らかとする
。

本発明によれば、周囲の酸化剤の漏洩が起る炉において
鉄族材料を焼鈍する方法は次の工程よシ成る：加熱帯を
約／２左θ〜７６タθア（６７６，７〜ｇｆｔ、ｑ℃）
又はそれ以上の温度に加熱し、窒素、メタ／及びプロパ
ンを前記加熱帯に導入し、こ＼において前記グロパ／は
前記酸化剤の一部と反応して、前記導入され九メタ／と
共に前記酸化る。

本発明によれば、管、バー、ロッド、ストリップなどの
如六鉄族材料は実質的にそれから酸素を排除するために
その前室に供給された窒素でバッチ又は連続炉において
焼鈍される。連続炉の場合は多数の加熱及び冷却部分、
前室を□備え、而も必要なとき、異なる雰囲気がこのよ
うな異なる部分に導入される。

メタン−窒素混合物に対するプロパン添加の利用によっ
て、鉄族材料は約７２！ｒθ〜／ｌＩθθ下（４７４，
７〜７１．０℃）の低温度で、慣用の時間において許容
できる標準に焼鈍される。加うるに窒素−プロパ／混合
物が利用されるとき、予め調節することの困難な工程条
件はプロパンが窒素−メタ／混合物に添加されるとき、
容易に調節可能となる。浸炭及び脱炭条件の間の１ギヤ
ツプ（ｇａｐ）’は焼鈍方法を順次、よシ安定なものと
なしかつ高価にして非常に複雑な雰囲気調節設備の必要
性を避けるところのＮ、−ＣＨ，−Ｃ，Ｈ，添加を利用
するとき有効に広げられる。さらに、メタノールの使用
及びそれに伴うコストは本発明方法を実施する場合に避
けられる。

以下、図面に基いて本発明を説明する。

第１図において、熱処理雰囲気の成分と窒素基雰囲気下
において鉄族材料の炭素及び酸素含有量′ｌ： を変える斯る成分の傾向との間の関係を表わす一組のカ
ーブを例示する。所定の温度において浸炭又は脱炭を避
けるためには、Ｃｏ、／Ｃｏ　　の予定の比を保つこと
が必要である。同様に、所定の温度において、酸化又は
還元を避けようとするならば、１−１２０　／　Ｈ，の
比は予定の値にしなければならない。

斯くて、第７図に示した平衡曲線は材料における炭素酸
素レベルを所定の温度での焼鈍雰囲気における同様のレ
ベルと平衡に保つために、保持しなけれはならない成分
の前述の比を規定している。

窒素基雰囲気、即ち少くとも７０％窒素の下で焼鈍する
とき、窒素が稀釈剤として作用するにつれて、炭化水素
添加と内部へ漏洩する酸化剤との間の反応速度を低減す
る傾向がある。加うるに、浸炭／脱炭平衡曲線は一定温
度においてＣｏ、／Ｃ０の比を減少する方向に向って移
動する傾向を有する。窒素基雰囲気のＣＯ２含有量は通
常吸熱ガスの如き慣用の生成雰囲気におけるより少ない
ので、少いｃｏはさらに脱炭を避ける少ないＣｏ２／Ｃ
ｏ比を提供する。従って、窒素基雰囲気は本質的には不
活性であるけれども、例えば浸炭／脱炭平衡曲線におけ
る前述の強い影響のために全体的には不活性ではない。

代表的焼鈍炉には、連続する大気酸化剤の内部漏洩があ
る。斯くて、炉への空気漏洩は、代表的焼鈍温度におい
て鉄族材料の表面を脱炭及び酸化する少量のＣｏ２及び
Ｈ，Ｏを、それと共に運ぶ。これらの結果は、焼鈍中鋼
中の炭素含有量の変化が実質的に避けられるべきである
とき非常に望ましくないものである。本発明によれば、
脱炭及び酸化を避けるため、プロパンとメタンの両者が
デ加熱帯において窒素基雰囲気に下記の反応が起る二う
に添加される： ｃ、＋、　＋　Ｃｏｔ　ｇ　２Ｃｏ　＋　２　ＣＨａ　
　　・・・・・・Ｖ）ＣＨ４＋　ＣＯｓ　ｎ　Ｊ　Ｃｏ
　＋　−２１”ｔ　　　　・・’　＝・（２）Ｈ，＋Ｃ
０，４：！　　ＣＯ＋ＨｔＯ、、・、・（、？）ＣＨ４
＋　ＨｔＯ＃　　Ｃｏ　＋　Ｊ　Ｈｔ　　　　−−（＋
）ＣＨ，の添加は反応■及び（ロ）を促進するが、約／
１００〜／１Ｉ３０’Ｆ＜！；ｑ３．３〜７ｇ７．ｇ℃
）の低焼鈍温度における窒素基雰囲気下では、ＣＨ４は
比較的不活発であ・す、これらの反応は全く徐々に進行
する。゛従って、平衡状態に達するには過剰の時間が必
要である。斯るＣＨ，添加は、理論上は、脱炭を避ける
のに充分な平衡炭素濃度を与えるが、こ五′らの低い温
度で急速に進めるには反応＠及び（４’）の欠乏の結果
として、検出設備は適当な平衡炭素濃度が炉雰囲気に存
在することを示すけれども、実際の存在する炭素はＣＨ
，がこのような低温度では徐々に反応するという事実の
ため脱炭を避けるのに完全に有効でないので、ＣＨ，添
加の流動速度を調節するのが困難である。本発明によれ
ば、窒素及びメタンと共に供給される焼鈍炉の加熱帯へ
のＣ１Ｈ８の添加は全部の反応（ハル傍）を急速に促進
するのに有効である。プロパ／が／１００下＜３９３．
３℃）以上の温度で急速にＣＯ２と反応するとき、反応
（１）の運動法則は適当であり、かつ反応（ハによって
生成されるメタンは上述の低温度でさえ炉雰囲気に正常
に添加されるメタンより可成り反応性がある。従って、
反応（１）において生成される１反応性〃メタンはＣ８
Ｈ，より得られる１反、、・：・ 応性＃　ＣＨ４とこのように炉雰囲気に添加されたＣＨ
，とを混合することにより反応＠及び（ｑ）において増
加せる反応速度を起す。反応（ハにおいて生成される１
反応性“メタンは普通は不活発な添加せるＣＨ，を可成
りより活性ならしめ、斯くして反応（至）及び（ロ）の
運動法則を促進する点において共働効果を有するものと
思われる。さらに、上記のようにＣ−桟と共に少量のへ
１の＃ｊｙａｋｌＣ，）−＋　８単味の添加より発生す
る前述の不安定の脱炭／遊離炭素形成条件を生ぜず、斯
くして本発明方法はより容易に調節される。即ち、空気
漏洩における変化による炉加゛熱帯のＣＯｌ又はＨ，Ｏ
レベルにおける変化は脱炭又は遊離炭素形成を起すこと
なしに慣用の調節設備によるＣ３Ｈ，及びＣＨ，の流量
における変化によって打消すことができる。

第２図において、熱処理炉１０を適当なガス供給手段と
ともに例示する。ローラ床設計の連続炉である炉１０は
夫々装入室１３．１４を備えている。炉１０の加熱帯１
２は前室１３及び１４の間に多数の帯域■〜→より成る
ものと考えられる。

導管１６の適当なるセットが加熱帯１２０種々の帯域と
同様に装入室及び排出室１３及び１４に窒素を供給する
ことがで去るように設けられる。代表的には、窒素は連
続ローラ床炉１０の加熱帯１２の帯域■〜■に導入され
る。−組の導管１８が炉１０のある帯域、例えば帯域■
及び■にプロパンを供給で勇るように設けられ、一方間
様の一組の導管が帯域■〜■の如き帯域にメタンを供給
することができるように設けられる。鉄族材料は装入前
室１３に導入され、加熱帯１２の帯域Ｉ〜■を通過し、
第２図に示す矢印で前室１４を通って排出される。

たらされ、一方後続の帯域は低温度であるが、／１００
下（！；９３．３℃）又は夫以上のレベルに保持される
。窒素はそれから酸素を排除し、かつ・暴発の可能性を
避ける目的で前室１３及び１４に供給される。鉄族材料
の炭素含有量を変えることなしに、焼鈍を行うため、窒
素、プロパ／及びメごタンが加熱帯１２の帯域■及び■
に供給される。

前述のように、このように導入されたＣ３Ｈ８は加熱帯
１２に漏洩するＨ、Ｏ又はＣＯ２の如き酸化剤の一部と
反応して、順次斯る酸化剤の他の部分と反応して上述の
反応（１）〜（ロ）によってＣＯ及びＨ７を生成すると
ころの非常に活性の型式のメタンを形成する。この手段
で、炉１０を通過する鉄族材料は影響のある浸炭又は脱
炭或は酸化なしで焼鈍される。窒素及びメタンが加熱帯
１２の他の帯域■において炭化水素の適当なレベルを保
証するために、存在するｃｏ、又はＨ，Ｏが脱炭及び（
又は）酸化を避けるために反応されるように導管２０を
通って供給される。冷却帯Ｖ〜■は炭素の付着又は遊離
炭素形成を防止するために低いｃｏ含有量を必要とし、
必要な窒素のみが（導管１６を通って）これらの帯域に
添加される。

種々の等級の鋼が種々の形例えば管、ノ（−、ロンド又
はストリップ彦どで、本発明による方法で焼鈍される。

温度及び処理時間は変るがＮｔ　＊　ＣｓＫ及びＣＨ４
の流量は加熱帯１２の異なる帯域Ｉ〜■において所望の
雰囲気を制定するために容易に調節される。例えば、直
径コインチ（！；０１ｇｍ）のＡｌ５ＩＳ”７エ具鋼の
バーが連続１０−ラ床炉で、供給状態のま＼の冷間引抜
又は熱間加工材料から追加の影響のある脱炭なしで、又
遊離炭素形成を起こすことなしで、上首尾に焼鈍されて
いる。約６％の天然ガス（９ざ％メタン）、０．２５％
のプロパ／、残部窒素より成る混合物が／！ｆ；００下
（ｇ　／　、３−、乙℃）である最高温度の帯域に供給
され、生成する焼鈍されたパーは０．００θコイ／チ（
０，００！；Ｏｇｍ）以下の全影響深さく遊離フェライ
トプラス部分的脱炭）を示した。

本発明による方法は連続炉と同様にバッチ炉でも実施で
きる。焼鈍される特殊の材料及び利用される炉により、
０〜ｌＯ％のＣＨ４、Ｏ〜３．０％のＣ５Ｈ８、残部窒
素の混合物が焼鈍を保証するために／’ｌ！；０下（７
ｇ７．ｇ’Ｃ＞以下の温度における均熱温度で材料表面
の炭素又は酸素レベルを特に変更することなしで炉の加
熱帯に供給することができる。

窒素、プロパン及びパータンは導７１６，１ａ。

２０を通って夫々供給されるように示されているけれど
も、適当な弁及び流量計が各導管に設けられ、かつ斯る
弁は人手により又は自動的に調節されるものと理解すべ
きである。前述の成分は加熱帯１２に別々に又は第２図
に示したように混合物として導入することができる。

本発明に対する他の変更は本発明の精神より逸脱するこ
となしでなされ、本発明の範囲は次の特許請求の範囲に
よって決定されるべきであることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

添付図面において、第１図は焼鈍方法において存在する
Ｃｏ２／ＣＯ及びＨ，Ｏ／　Ｈ２の比の図表であり、第
２図は本発明による熱処理炉及びそれに炉雰囲気成分を
供給する設備の図解図である。 １ 手続補正書（方式） 特許庁長官　　殿 １、事件の表示　昭和５７　　年　特許　願第ｔ６０７
１１．２　号２、発明の名称　　　　　熱処理方法 ３゜　補正をする者 事件との関係　出願人 名称　　　　エアコ　インコーポレーテソド４、代理人 ５、補正命令の日付　　　昭和ｊど年り月、２ｊ日６、
補正の対象　　全図面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／、　炉の加熱帯を／２！ｆ；０下（６７６，７℃）以
   上の温度に加熱し、 窒素、メタン及びプロパンを前記加熱帯に導入し、そこ
   で前記プロパンは酸化剤の一部と反応して、導入するメ
   タンと共に前記酸化剤との反応によって材料の脱炭を有
   効に防止する比較的活性のメタンを形成する工程より成
   る周囲の酸化剤の内部への漏洩が起る炉において鉄族材
   料を焼鈍する方法。 ２、前記酸化剤はＣ０２より成り、又前記プロパン、・
   まＣＯ２と反応して比較的活性のメタンを形成する狩許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ３、　窒素、プロパン及びメタンを導入する前記工程は
   ０〜７０％のメタン、０〜７％のプロパ／、浅部窒素よ
   り成る混合物を導入することにより成る特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 弘　前記炉は装入室及び排出室を有する連続炉より成り
   、又加熱帯は多数の帯域より成り、さらに窒素、プロパ
   ン及びメタンを導入する前記工程はその混合物を前記加
   熱帯の少くとも２つの帯域に導入することにより成る特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 夕、実質的に窒素及びプロパンより成る混合物を前記加
   熱帯のそれ以上の帯域に導入し、又実質的に窒素のみを
   前記加熱帯のさらにそれ以上の帯域に導入する工程より
   さらになる特許請求の範囲第９項記載の方法。 乙、不活性ガスを装入室及び排出室に導入する工程よ抄
   なる特許請求の範囲第グ項記載の方法。 ７、窒素、プロパン及びメタンを導入する工程は６％の
   メタ７．０．２３％のプロパン、残部窒素の混合物を導
   入することより成る特許請求の範囲第１項記載の方法。