JPS58126977A - 耐腐食鋼部品とその製造方法 - 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】 本発明は耐腐食鋼部品及びその製造方法に関する。

２つの連続する溶融塩処理によマて熱処理することによ
って鋼成分の耐腐食性を改良することは周知である。第
１の溶融塩熱処理は胃酸カリ／シアン酸カリウム浴中で
５８０℃２時間行なわれる。

第２の熱処理は水酸化カリウム、水酸化す）　ＩＪウム
、及び硝酸カリウムを含む第２の塩浴中で柳℃約１０分
間焼入れが行なわれる。この後に核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う、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き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ってもたらされ
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。

少々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１つの面によれば、耐腐食性非合金鋼部品を提
供するものであって、該成分はｆス加熱処理によって該
部品の表面にε鉄窒化物層を形成し、続いて、ガス処理
によって該表面を酸化して酸化物富化表面層を設けるこ
とＫよって製造されている。

本発明によれば窒化ガス雰囲気中で非合金鋼部品を熱処
理しε鉄、窒化物表面層を作り、そして続いて酸化雰囲
気中で該成分を熱処理し酸化物富化層を設ける工程を含
む耐腐食性非合金鋼部品の製造方法が提供される。

Ｃ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って二酸化炭素、−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１吸熱ガス″及び１
発熱ガス”は当業界でよく理解されている。二酸化炭素
、−酸化酸素、空気、水蒸気及び発熱がスは酸化性ガス
である。二酸化炭素、メタン及び吸熱ガス社炭化性ガス
である。ε鉄窒化物表面層が約２５マイクロメーターの
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マイクロメータよシ大きな厚さによって該表面
層の剥離又は割れが生ずる。約２５マイクロメータの層
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マイクロメ一タ未満、例
えば１５マイクロメータ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−ｖイクロメータの
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／ぐ一リ
ンク、ホーン本体、ホースクリ、ｆ、同期発電機冷却フ
ァン、自動車プロイラシャフト及び例えばタッピンねじ
のファスナーにおいては、温度が５５０℃以下になる前
に酸化工程を実施し、そして次に鋼のフェライト地の固
溶体中に窒Ｘを保持しそれによって疲れ及び降伏強度特
性を維持するように焼入れするのが好ましい。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
ことによって典型的に少なくとも２秒間行なわれる。成
分への酸化物浸透深さが１マイクロメータを超えないよ
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
、紋部品内への酸素の浸透が少なくとも０．２マイクロ
メータの深さに、すなわち酸化物層の厚さが少なくとも
０．２マイクロメータであるようにするのが好ましい。

核酸化物層が０．２ないし０．７マイクロメータである
のがよル好ましく、Ｏ，Ｓマイクロメータであるのが最
も好ましい、酸累浸透深さの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である。酸化が
空気中に暴すことによっ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マイクロメータを超える厚
みの酸化物層を作り、表面層の剥離の危険を増大させる
。＃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。もしも部品を暴露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って窒素が鋼のミクロ組織
のフェ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／水エマルジ嘗ン内で行なわれるのが好まし
い０Ｍ化され次に油／水エマルジ璽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／水エマルジ冒ン内へ直接
焼入れすることは黒色仕上げを与えず、酸化物層が０．
１マイクロメータのみの厚さの灰色仕上げを得る。しか
しながら、油／水エマルジ曹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
れによって色を黒ずませる。

油／水エマルジ１ン内での焼入れの間蒸気がエマルジ曹
ン内で部品の周りで小さなＩケ、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８００ＭｐｓＬ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／水エマルジ曹ン内への焼入れはかなシ良好な
耐腐食性のある黒色表面、そして必要ならば残留油膜に
よっ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によって得るこ
とが出来る。この浸漬又は噴霧による処理は室温で行な
われ、そして必要なら改良され九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時間の熱処理によって形成されたｅ鉄窒化物表面層を
得た後、鋼部品は２秒間外気に暴され表面酸化を受け、
水中油工マルジ曹ン浴に浸漬される。この実施態様では
該エマルジ璽ンは商標ＥＶＣＯＱＵｉｅＮＣＨＧＷで販
売される町溶油と水とを油：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
かなカ良好な抵抗、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）溶媒析出防食ワックス（例え
ばＣＡＳＴＲＯＬＶ４２５）で処理することによって得
ることが出来る。そのようなワックス成分は脂肪族又は
枝分れ鎖状炭化水素及び第２１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
するワックス被覆量は製品表面１ｍ’当たり７ｆ以下が
好ましい。７　？／ｎ？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、粘く彦る傾向がある。良好な耐腐食性のためにワッ
クス被覆量は最少２　ｔ／ｒｒ？であるのが好ましい。

　　　　　　　　　　　　　　　１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っ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マイクロメータを超え
てもよい。しかしながら、酸化及び冷却工程は、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シ、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１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ックスで被覆す
る前に脱脂を要しない利点がある。ワックス被覆に関し
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ッ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的圧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
。従っ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尚な時間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
ければ低い寝、処理時間は長くなる。

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ックス被
覆がなされる。

良好な耐縞食性を与えるためにワッ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
質クロムメッキされる例えばダン・Ｉ−口、ド又はピス
トンロッドの場合、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マイ
クロメ一タＲａ未滴の表面粗さにう、ピング又は他の機
械的表面仕上法が行なわれる。このう、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
れる酸化膜を取シ除く。ラッ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／ｌ−口、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、
ピングされなかっ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表いし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
鋼の建クロ組織のフェ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。

ストリッピングされなかっ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
うな酸化性がスを用いてもよい。

う、−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が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
発明によっ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ッキよシ屯製造上経済的であ
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。

本発明に従っ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
中と同じ低い摩擦係数を有し、それによって該製品は摺
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
いねれ性を与える高表面張力を有し、また好ましい美的
外ＩＩ（酸化処理で用いられる温度による光沢のあるｆ
／黒）を有する。更に固溶体中に窒素を維持する５５０
℃からの焼入れが行表われた鋼部品は良好な疲労強度、
降伏強度をも有する。

以下余白 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。

本発明の方法はメッ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
者によって実施される・本発明による、ｆス状態での酸
化への酸素誘導機構は酸素吸収によってのみでなく窒素
の置換によるものであることがわかっ九。

従って、本発明によれば、Ｃ鉄窒化物層を有する耐腐食
鋼部品を提供するものであシ、Ｃ鉄窒化物層の表面層部
に少なくとも窒素原子のいくつかは酸素原子によって置
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Ｃ鉄窒化物層よルむしろ
１鉄炭化窒素であろうと理解されよう。従って用語′″
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ってのみよ
シ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けを製品
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１．Ｖ、　ｇｔｅｈ
＠ｌ１ｍによる１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８５−８８−４’−ジ）内
に製品の表面から２．５マイクロメータの深さに酸素と
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
ゆっく夛低下する。従って、本発明の方法によって同じ
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。

酸素原子によっ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マイクロメータ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マイクロメータの深さにそして時に１
マイクロメータよシ深く迄の鉄酸化物の支配、によって
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マイクロメータを越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／油エマルノ、ン中に焼入れする前に、Ｃ
鉄窒化物を有する製品を空気に暴することによって製造
される。

他の実施態様では、表面直下の表面層部はＦ・２０５の
成分に近い成分を有し、深さを増すと、その成分はＦｅ
３Ｏ４の成分に徐々に近くなる。そのような成分はＣ層
：窒化物層を有する部品を完全に空気中で冷却せしめる
ことによって得られる。Ｃ３Ｄａｔｅｓ　＋　ＤＩ−Ｆ
、　Ｔｒａｎｔｅｒ　＃及びＣ−Ｇ−Ｓｍ１ｔｈによ吟 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１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１
９７９年５月２２日から２４日迄に金属学会及びアメリ
カの金属学会で組織された１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８
表面層を作るためにがス相工穆で処理される非合金鋼の
開示がある。が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”はよシ正確には“ガス冷却″と記載されている。と
いうのはＣ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
込ことか注目される。密閉焼入れ炉では、炉画室と接続
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っている一つ
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
冷却が生じなからたことは窒素含有量が８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１耐腐食性″で示される＠ 本発明によっ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（０，１０１）鋼−英国規格Ｂ
５９７００４５　ＭＩＯ）約２５■２及び０．５５■厚
は５７０℃で２時間、５（ｌアンモニアと５０チ吸熱ガ
ス混合物（−酸化炭素、二酸炭素、窒素及び水素）の雰
囲気中で熱処理された。

熱処理後、４つの試験ノ９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燐入れした。該油
はＱＩＮＤＩＬＬＡ　ＷＡ２２の名で英国石油によって
販売されている。この操作を密閉焼入れ炉中で行なった
。

試験片２を炉から取シ除き、２０℃５秒間空気中に暴し
、次に商標ＥＶＯＣＱＵｇＮＣＨＧＷで売られている可
溶油と水を油：水の体積比を１：５．５に混することに
よって作られた水−油エマルジヨン内に焼入れした。

試験片３を熱処理炉から取シ出すことによって冷却し、
２０℃、１秒間空気中に暴し、商標ＩＬＯＴＥＭＰ　４
で売られている可溶性油を油：水体積比をｌ：１０に混
合することによって作られた水−油エマルジヨン内に焼
入れた・ 試験片４を炉から取シ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刈θ″トール
の圧力以下に排気され’７ｊＡｕｇ・ｒ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９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層のほぼ０．１原子脣迄測定した。Ａ
ｕｇｅｒ電子分光計で真空圧はｌＸ１０−８トール、電
子ビームエネルギは１−３　ｋｓＶ、ビーム電気は１マ
イクロアン（ア及びエネルギ範囲は２０−１７００・Ｖ
であった。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・母ツタリングと接続するＡｕｇｅｒ電
子分光針を用いて行なりた。イオンビームスパッタリン
グ技術ではアルジンイオンを３　ｋ＠Ｖのエネルギで且
つ、５×ｌθ″トールのガス圧下で７５と１５０マイク
ロアンペア・ｉの電流密度で行なった。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
パッター損傷から離れた面積の試験片１と３を次に３０
ｍの鋼球と１マイクロメータのダイヤモンドペーストを
研摩剤として用いてメールクレータを施した。該Ａｕｇ
＠ｒ電子分光計を用いてクレータ　　　　　　　！直径
にわたる走査線を作シ、そしてこれらの線の元素成分を
２×１０　メートルと２２Ｘ１０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ツヤ−セントで読まれ次に重量％で
計算され下記表に示された。

０．１１よシ多量の検出し得る全ての元素の重量修を記
鎌した 第１表 試験片１　　　　成　分　（重量％） 元素　Ｆ＠　　ＣＮ　　Ｏ８ＣＩＣａ ０　　４２．３　２９．３　５．２　１３．９　３．６
　４．７　１．１１６　　８５．７　１．５　１０．１
　１．０　１．０　０．２　０．５１４０　　８９．４
　０．８　９．１　０．４　０．２　０　０３００　　
９０．０　０．９　８．４　０．５　０．２　０　０３
５０　　９１．０　０．８　７．６　０．４　０．２　
０　０第２表 試験片２　　　　成　分　（重量％） 元素Ｆ＠ＣＮ　　ＯＳＣＩＫＮｍ ｏ　　３８．６　２３．９　１．０　２１．１　５．４
　０．９　２．０　７．０１６　７２．６　１．０　０
　２５．３　０．５　０　０．６　０１４０　７５．０
　０．５　０　２４．５　０　０　０　０３００　７６
．２　０．３　０　２３．４　０　０　０　０第３表 試験片３　　　　成　分　（重量Ｓ） 元素　Ｆ＠　　ＣＮ　　Ｏ８Ｃ１ ０５７，０８，９０３１，６０，７１，８１６７２，７
０，３０２７，０００ １４０７４，８０，２０，７２４，３００３００８２，
７０，３５，１１２，０００４３０８３，８０，３６，
２９，８００６２０８５，６０，３７，４６，６００第
４表 試験片４　　　　成　分　（重量％） ０　　４６．７　５．０　１．１　３２．９　０．８　
８．７　３．６　１．１１６　　７０．５　０．３　０
　２８．８　０　０　０．４　０１４０　　７３．０　
０．１　０　２６．８　０　０　０　０３００　　７３
．１　０　０　２６．９　０　０　０　０第５表 試験片１（ゴールクレータ）　　　成　分　（重量％）
元素　　Ｆｅ　　ＣＮ　　０ ３．９　　　　　　　９０．２　　０．６　　　８．９
　　　０．３７．４　　　　　　　９１．２　　０．５
　　　８．１　　　０．１９１０．７　　　　　　　９
１．４　　０．３　　　８．１　　　０．３１５．０　
　　　　　　９１．９　　０．４　　　７．６　　　０
．１６２１．７　　　　　　　９２．０　　０．５　　
　７．４　　　０．１６第６表 試験片３（ゴールクレータ）　　　　　成　分　（重量
％）元素　　Ｆｅ　　　ＣＮ　　０ ２．３　　　　　　８６．８　　　０．４　　　７．４
　　　５．５４．２　　　　　９１．０　　　０．３　
　　８．４　　　０．４６．２　　　　　９１．１　　
　０．４　　　８．２　　　０．３９．５　　　　　　
９１．６　　　０．４　　　７．９　　　０．２１１．
２　　　　　９１．５　　　０．５　　　７．９　　　
０．２更に各層の種々の元素成分のよシ詳細な測定を試
験片３の新しい面積の最初の２．３ミクロンのところで
行なう九、得られた結果を以下第７表に示す・ 以下余白 吟 第７表 試験３　　　　　成　分　（重量係） ０．３　　８３．０　　０．４　　　５．０　　１１．
４　　０．２０．４　　８４．１　　０．５　　　５．
２　　１０．３　　　００．６　　８５．０　　０．３
　　　５．７　　　９．０　　　００．９　　８６．４
　　０．３　　　６．３　　　７．０　　　０１．３　
　８５．９　　０．３　　　６．９　　　６．９　　　
０１．６　　８６．３　　０．１４　　６．６　　　６
．９　　　０２．３　　８７．３　　０．２　　　５．
８　　　６．６　　　０２．９　　８８．９　　０．２
　　　６．０　　　４．９　　　０３．９　　９０．６
　　０．４　　　６．１　　　２．９　　　０４．９　
　９２．１　　　０　　　６．６　　　１．３　　　０
上の各層を考慮すれば、各試験片に行なった熱処理工程
はｇ鉄窒化物層を２０マイクロメータを十分に超える深
さに迄作る工程であることが理解される。Ｃ鉄炭化窒素
層は、多孔質及び非多孔質域からなシ、該多孔質域は試
験片の表面から約１０マイクロメータの深さ下方に伸び
、そして非多孔質はこれを下にする。２０マイクロメー
タの深さでＣ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Ｌａｎｇ＠１ｈｓｌｄ　（Ｅｉａｅｎ　ｈ＠ｔｔ＠
ｒ−ｖｅｓ＠ｒ　１９６５年第３６６７７号）で定義さ
れる鉄−炭素−窒素の３元の６鉄炭化窒素域と一致する
。

試験片１の層もＬｉｇｈｔ　ｆｏｏｔ及びＪａｅｋによ
って１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って組織された１９７３年熱処
理会議の会報）で報告されたＣ相に対して、ＸがＯない
し１である理想的な鉄窒化物層Ｆ＊２Ｎ１−１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工ないし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
をグロットしたグラフである添付第１ないし第４図で説
明する。選択された層成は表面から１６　Ｘ　１０−９
メートルないし約４００Ｘ１０″メートルに伸びる層で
ある。グラフにグロットした最初の測定値Ｆｉ、１６Ｘ
１０−９メートルの場合であシ、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・母ツタリングを受け
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／水工ｉルノヨンでの焼入
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マイクロメータと１マイクロメ一タ間で変化
する深さ）ではすべてであシ、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マイクロ
メータを越える深さに続く。

試験片２と３は主にＦ＠５０４の形で、少なくとも０．
１マイクロメータの深さにそして時には１マイクロメ一
タ以上の深さに鉄酸化物の丸めに耐腐食性があった。

試験片４では極端な表面の鉄と酸素の比はＦ’ｓ　２０
５の成分に近い成分を示し、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Ｆｅ３
Ｏ４に近い組織を示し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シ限界である
ことが理解されよう。

最後に、６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マイクロメータの深さに
約９０％残存する少ない範囲で嗜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
化によって得られる報告された効果とは全く対照的であ
る。

以下余白 第５図によれば図中に示されたグＣ１ｙりは以下に示す
通りである。

ブロック１ｍ１ｌｂ＋　　　特定のワックス被覆量１・
、及び１ｄ　を得る九めにワックス成分中に未処理軟鋼
部品を 浸漬することによって得 られた結果。

ブロック２　　　　　　　軟鋼部品を炭化窒素化し、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 とによって得られた結果。

プロ、り３　　　　　　　軟鋼部品を炭化窒素化し、空
気中で酸化し、次 に油／水エマルジ、ン中 で焼入れし次に脱脂（ｉＩ＆ 色仕上げ）することによ って得られた結果。

ブロック４ａｅ４ｂ　　　　上記ブロック３の黒色４ｅ
ｅ及び４ｄ　部品を脱脂し、次に特定のワックス被覆量
を得る ために浸漬することによ って得られた結果。

上記空気中での酸化は１０秒間行なった。

使用されたワッ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ッ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。

該ワックスは、白色スピリット及びｃ９１　ＣＩＯ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。

以下特定のワックス成分を用いた。

プロ、り１＆と４１に対して− ７，５重量−ワックス含有Ｃｍ５ｔｒｏＡ　Ｖ４０９ブ
ロック１ｂと４ｂに対して− １０重量−ワックス含有Ｃａｍｔｒｏ１．　Ｖ４０７ブ
ロツク１ｃと４ｃに対して １５重ｉｔ％ワックス含有ＣｍａｔｒｏｔＶ４２５ブロ
ック１ｄと４ｄに対して ３０Ｊ！［１％ワックス含有ＣａｓｔｒｏｔＶ４２８第
６図に関してみれば、初めの４つのブロックは炭化水素
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／油エマルジ百ン中で焼入れし九ものに関
する。最後のブロッ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＋４ｃｏ４ｄ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。これらのブロックに
対する試験は塩噴霧抵抗が劣化しないとわかった時２５
０時間後に止めた。

本発明に係る鋼部品は、Ｃ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って脱水波
がＩ鉄窒化物表面層の吸収外部内に吸収される部品表面
よシ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。

以下余白 第　　　　８　　　　表 試験片ム　　　　　塩ｓｍ抵抗（時間）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ｔ９５＋２−３７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だけ溶解しセして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−を有するように調節され
ることによって調整される。

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′ｊｋｉＩｌｌ査する。どんな
赤錆を示す部品も不具合があったように思われる。

上記第８表で、各試験片は以下の通シである。

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Ｓ雰囲気下での徐冷）によ
って作られた８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の鋼部品
。

試験片４−表面を０．２マイクロメータのラッピング仕
上の後、製造した本発明に係る８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ｇ鉄窒化物と酸素富化層を有し
、次に１５％ワックスを含むワックス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
る争特定の実施例では、処理された鋼部品は最終弐面仕
上げが０．１５−ｆイクロメータＲ，を有するシ１．ク
アブソーパである。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ったＯ 疲労特性における改善が第９表の試験から明らか（（な
る。

以下余白 ＷＪ　　　　９　　　　弐 疲労特性ｔ−標準０．３０″（７，６ｍ　）径のＮＰＬ
試験片でＮＦＬタイグの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おり、試験片７は、
５０％アンモニアおよび５０％吸熱性ガス混合物の′１
１．囲気中で５７０℃にて約２時間熱処理し、続いて油
焼入れした６鉄窒化物ｆｉ！面層が形成ちれている鋼部
品でおり、 試験８は、上記試験片７のように作った一鉄輩化物層の
める鋼部品をその後に塩混合物の供給看によって推奨さ
れ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（ｒＤｅｇｕｓａａＡＢＩ　５ａｌｔ
　ｊとして市販されている）甲で４００℃の温度にて酸
化した鋼部品でめり、 試験片９は、試験片７でのように熱処理によって形成し
たｅ鉄車化表面層のある鋼部品を蒸気中にて５４０℃に
て３０分間酸化し、続いて油焼入れし友剣部品である。

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って引き起
こされる。試験片９による気相酸化技術は非常に広い温
度範囲にわたって適用できる。したがって、油焼入れが
後続する５５０℃での制御された酸化グロセスを用いる
ことによって試験片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っ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２３０ｍ、直径１２．５ｍおよび初期餞面粗さくＲ
，）０．１３ないし０．１５μｍの緩　器ピスト７棹を
、低炭素鋼（Ｂ５９７０−０４５Ｍ１０　）棒材を機械
加工することによって作ｐ、ｓｏｓアンモニアおよび５
０チ吸熱性ガス混合物（−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便用したのと同じ雰
囲気の保護下においてゆっくりと冷却した。得ら棒はそ
の表面に厚さ２０μｍの６鉄窒化物層を有しており、か
つ表面粗さくＲａ）は０．６４μｍであった。

ピストン棒は高表面仕上げを必要とするので、この段階
で棒を表面粗さくＲａ）０．１３μｍまでラッグした。

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
焼入れによって冷却した。

ピストン棒は上述し九塩水噴霧試験によると２５０時間
の塩浴噴霧抵抗を有することがわかった。

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（Ｆ・２０ｓ）の約Ｉ
Ｌｓ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Ｉｍ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
摩耗性表面含有することが望ましいめらゆる部分につい
て使用される。表面粗さくＲａ）が０．２５μｍよシ大
きな表面仕上げでは、所望の耐腐食性を与えるためにワ
ックス植種が必要でるる。

硫化を行なう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。すでに形成場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８０
２を炉内へ通常は加えるろろう。

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グロットするグラフでめシ
、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ッ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。 以下金白 ＦＩＧ　！　　　　　　　　ＦＩｏ　２゜ＦｌＧ、３．
　　　　　　　ＦＩＣ，＝ｉＦＩＧ、５゜ ｖＬＫレベキζ（片） 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５７年　特許願　　第１８００６５号２、発明の名
称 耐腐食鋼部品とその製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 ６、補正の対象 明細書 ７、補正の内容 明細書の浄書（内容に変更なし） ８、添附書類の目録 浄書明細書　　　　　　】通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非合金鋼部品を窒化ｆス雰囲気中で熱処理して該部
   品に６鉄窒化物表層を作り、そして続いて酸化物富化表
   層を設けるべく酸化性雰囲気内に皺部品を熱処理工程を
   含むことを特徴とする耐腐食性非合金鋼部品の製造方法
   。 ２　前記酸化熱処理を少なくとも２秒間暴すことによっ
   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、剪配暴露が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味がｌマイクロメータを越さな
   い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少なくとも０．２マイクロ
   メータ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５項記載の方法。 ７、前記酸化熱処理を厚みが０．２ないし０．７マイク
   ロメータ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。 ８、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７項までのいずれかに記載の方
   法。 ９、前記部品を油／水エマルジ菅ン内に焼入れることを
   特徴とする特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０、前記部品に対して前記鋼のミクロ組織のフェライ
   ト地中に窒素が保持されるような温度で焼入れを行なう
   ことを特徴とする特許請求の範囲第８項又は第９項に記
   載の方法。 １１、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８項から第１０項までのいずれかに記
   載の方法。 １２、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Ｋよって行な
   うことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第５項、第
   ６項又は第７項のいづれかに記載の方法。 １３、ワックス被覆を酸化された部品に適用することを
   特徴とする特許請求の範囲第１１項又は第１２項のいづ
   れかに記載の方法。 １４、前記ワックス被覆が無粘ワ、クス成分であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の方法。 １５、前記ワックス被覆を、該部品の表面１平方メート
   ル当たシワックス成分が７？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１４項記載の方法。 １６、前記ワックス被覆を該部品の表面１平方メートル
   当九シワックス成分が２ないし７ｉＰ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１５項記載の方法
   。 １７、前記部品を、前記窒化雰囲気中で熱処理した後、
   非酸化性雰囲気で冷却し、次に前記酸化熱処理を空気中
   又は他の酸化性雰囲気中で３５０℃ないし５５０′ｃＫ
   再加熱する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項のいづれかに記載の方法。 １８、前記部品を再加熱後冷却し次にワックス被覆をす
   ることを特徴とする特許請求の範囲＠１７項記載の方法
   。 １９、前記部品を、窒化雰囲気中で熱処理後、冷却し、
   そして次に前記酸化熱処理前に機械的に表面仕上げする
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のの方法。 ２０、硫黄含有部品を前記酸化雰囲気中に導入し鉄の硫
   化物を作シ、それによりて前記部品の表面が鉄酸化物と
   鉄硫化物を含有することを特徴とする特許請求の範囲第
   １９項記載の方法。 ２１、ガス熱処理によって表面にε鉄窒化物を形成し、
   続いて酸化物富化表面層を設けるべくガスネ 処理によって該表面を酸化することによって製造される
   ことを特徴とする耐腐食性、非合金鋼部品。 ２２、前記ｅ鉄窒化物層の表層において少なくともいく
   つかの窒素原子が酸素によって置換されることを特徴と
   する特許請求の範囲第２１項記載の部品。 ２３、前記表層部に実質的に窒嵩厚子が無いことを特徴
   とする特許請求の範囲第２１項記載の部品。 ２４、前記表層部が少なくとも０．３マイクロメータの
   深さに伸びることを特徴とする特許請求の範囲第２３項
   記載の部品。 ２５、前記表層部が１￥イクロメータを越えない深さに
   伸びることを特徴とする特許請求の範囲第２４項記載の
   部品。