JPS6053744B2 - 窒素と有機液剤と炭化水素とによるガス浸炭方法 - Google Patents

窒素と有機液剤と炭化水素とによるガス浸炭方法

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JPS6053744B2
JPS6053744B2 JP55089010A JP8901080A JPS6053744B2 JP S6053744 B2 JPS6053744 B2 JP S6053744B2 JP 55089010 A JP55089010 A JP 55089010A JP 8901080 A JP8901080 A JP 8901080A JP S6053744 B2 JPS6053744 B2 JP S6053744B2
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gas
furnace
carburizing
nitrogen
concentration
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三郎 山方
一喜 河田
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Oriental Engineering Co Ltd
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Oriental Engineering Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/20Carburising
    • C23C8/22Carburising of ferrous surfaces

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、窒素と有機液剤と炭化水素とによるガス浸
炭方法に関し、特に、キャリアガス生成のための変成炉
を用いないで、浸炭炉内に直接窒素と有機液剤を導入し
てキャリアガスを生成させ、炉内雰囲気ガス中のCO。
量を測定し、雰囲気制御用としての炭化水素系エンリツ
チガスを添加するものであり、ガス、原料の消費を大幅
に抑制でき経済的で、しかも、浸炭効果の安定した、雰
囲気制御の容易な浸炭方法を得る。従来のガス浸炭方法
の一般的にものとして、変成炉式ガス浸炭方法と商法式
ガス浸炭方法とがある。
変成炉式ガス浸炭方法においては、キャリアガスは、プ
ロパン、メタン等の炭化水素系ガスに空44^^^^゛
−1− ゛−i−゜曾マ↓4=に導入し、変成炉内の
ニッケル触媒に接触させて製造される。
つまりメタン(CH0)を原料とする場合には、2CI
1lf02+3.76N2■2C0+4H2+3.76
N2CH、+202+7.52N。■C02+2H20
+7.52N2の反応を起し、プロパン(C。H8)を
原料とする場合には、2CaH8+302+ 3×3.
76N”■6CO+8H2+11.2&N2 CaH8+502+5×3.7側2 ■3CO+4H2O+18.8N2 の反応を起す。
このようにして製造されたガスはCoが24.5%、ル
が31.2%、CO。
が0.26%、H。Oが0.4%残りがN2という組成
となる。この吸熱型変成ガスは、キャリアガスとして浸
炭炉に導入されるが、これだけでは浸炭に必要なりーボ
ンポテンシヤルは得られない。
よつて、炉内のカーボンポテンシャルを増すためにこの
キャリアガスにプロパン等の炭化水素ガスをエンリツチ
ガスとして添加する。このときの浸炭炉内のガス反応は
、次のようになる。C3H8+C02=2C0+2CH
、 CH、+C02=2C0+コι このようにしてC02が減少し、Coが増加するので、
浸炭の基礎反応であるブードア反応により鋼製品を浸炭
することができる。
以上のように、変成炉式ガス浸炭方法では、変成炉が不
可欠であり、この変成炉は高温に耐え且つ大形のものが
要求され、さらに変成炉の運転を常時管理しなけらばな
らないという問題があり、さらに、浸炭には、吸熱型変
成ガスの原料およびエンリツチガスとしての高価な炭化
水素を多量に用いなければならない不利があつた。
また、キャリアガスを毎時炉内容積の8〜1皓流さなけ
ればならないので、ガス消費量が大であるという欠点も
あつた。他方滴注式ガス浸炭方法は、原料にC,H,O
の成分を含む有機液剤を直接浸炭炉内に注入し、この有
機液剤の熱分解によつてCOガスを生成させ、同様にブ
ードア反応によつて浸炭する。
滴注式ガス浸炭に使用される有機液剤としては、メチル
アセテート(CH3COOCH3)、イソプ 一
“3\口パノール(.,..4,CH゜0H)!メタノ
ール(CH3OH)等があり、これらは、浸炭炉内で次
のように分解反応する。
このうち(1),(2)式の〔C〕は浸炭に働くが、(
3)式は浸炭能が弱くキャリアガスとして利用され4る
ここでメタノールをキャリアガスとして用いた場合、炉
内のCO2ガスを赤外線分析計により測定し、イソプロ
パノール等の浸炭性の強い有機液剤あるいはプロパン等
の炭化水素ガスをエンリツチガスとして添加したり、浸
炭期と拡散期に一定!のカーボンポテンシャルになる有
機液剤をそれぞれ添加したりしてカーボンポテンシャル
を制御する。以上のような、滴注式ガス浸炭方法は、変
成炉が必要なく、雰囲気制御も容易で、炉の断続操業く
にも適しているが、高価な有機液剤を気体に換算して、
毎時炉内容積の約2〜3倍流さなければならないので、
燃料消費量が多いという点において不利がある。
また、変成炉式ガス浸炭方法、滴注式ガス浸炭方法とも
、その雰囲気ガスにおいて、CO量、H2量が多いため
爆発の危険性が強く、そしてCO量が多いため粒界酸化
等の表面異常層が問題になつている。
このような、従来のガス浸炭方法では、今日のような省
資源、省エネルギー時代においては、不利であるという
ことで、変成炉を使用せる。
浸炭に必要なガスを直接、炉内で発生させるというN2
ベース浸炭方法が注目を集めてきている。ところが、現
在、発表されているN2ベース浸炭法としては、窒素ガ
スにメタンとCO2の混合気を用いたり、高純度窒素と
高純度メタノールを用いたりしているが、これでは、浸
炭炉内において容易;に浸炭ガスを生成させかつ雰囲気
制御をすることは困難てある。この発明は、従来のガス
浸炭方法のかかる欠点を除去するためになされたもので
あり、その目的は、N2ベースの雰囲気ガスにおける浸
炭においlてそのカーボンポテンシャルの制御を正確且
つ容易にすることにあり、またこの発明の目的は、実施
装置が簡単な浸炭方法を提供することにあり、さらにこ
の発明の目的は、省資源、省エネルギーの要求に合致し
た経済的な浸炭方法を提供することにあり、またさらに
この発明の目的は、良好な浸炭効果が得られる方法を提
供するにあり、またさらにこの発明の目的は、危険の少
ないガス浸炭方法を提供するにある。
キャリアガスとして、窒素と有機液剤を浸炭炉内に導入
し、且つ該キャリアガスのCO濃度を10〜20%とな
し、その後、炉内雰囲気ガス中のCO2量を測定し、そ
の測定値と雰囲気ガスの平衡炭素濃度に相当するCO2
量の設定値を比較し、その偏差に応じて炭化水素系ガス
を添加して炉内の平衡炭素濃度を調整しながら浸炭を行
なうことを特徴とするガス浸炭方法に係る。
この発明では、変成炉を必要とせず、安価な窒素と少量
のメタノール等の有機溶剤とで、従来のガス浸炭方法よ
りCO濃度の低いキャリアガスを炉内において直接、生
成させ、炉内雰囲気ガス中のCO2量を測定し、雰囲気
制御としてのプロパン等の炭化水素系ガスでエンリツチ
して浸炭する。
而して、CO濃度を従来のガス浸炭方法より低く(CO
:10〜20%)するため、高価な有機液剤あるいはエ
ンリツチガスとしての炭化水素系ガスの消費量を著しく
少なくすることができる。また、窒素とメタノール等の
有機液剤を使つて容易にキャリアガスを炉内で生成させ
、プロパン等の炭化水素系ガスでエンリツチするので、
容易に雰囲気制御することができる。ここで浸炭炉内の
ガス反応について説明すると以下のようになる。
すなわち、炉内にたとえばメタノールを添加すると、前
記(3)式の如く反応してCOとH2が体積比で1:2
の割合で生じる。
この場合、炉内には窒素も同時に導入されているので、
窒素とメタノールの流量比を一定にして炉内に導入すれ
は、炉内では、その時の炉内状況、処理品の状態により
CO濃度が変動するが、ほぼ一定の組成のキャリアガス
が生成される。
この生成されたキャリアガスのみでは浸炭に必要なりー
ボンポテンシヤルは得られないので、浸炭炉内の雰囲気
のカーボンポテンシャルを増すために、プロパン等の炭
化水素系ガスをエンリツチガスとして添加する。この時
の炉内のガス反応は以下のようになる。 一ー ,,一
このようなプロ)ぐン等によるエンリツチでカーボンポ
テンシャルを制御するというのは、従来の浸炭方法に利
用されてきたブードア反応が基礎になつている。
すなわち、 ここにC:活量又は飽和度 K:平衡定数 PCO,PCO2:それぞれCO,CO2の分圧そこ
で(4)式の変形により次式を得る。
ただし、k=CpSat/Kで温度によつて定まる定数
ここで、窒素と、メタノール等の有機液剤でキャリアガ
スを生成させ、CO濃度が一定となる最低の流量でキャ
リアガスを導入する。このようにCO濃度が、ほぼ一定
になるので(5)式において、炉内のCO2濃度を測定
しCO濃度と炉内温度および目標とする鉄鋼表面の炭素
濃度設定値とから雰囲気ガスの平衡炭素濃度に相当する
CO2濃度を算出して、この値を設定値とし、これと先
に測定された炉内のCO2濃度測定値とを比較し、この
時の偏差に基づき、炉内に供給されるエンリツチガス量
を制御することにより安定したポテンシャルの雰囲気が
得られる。実施例 第1図はこの発明の実施装置であり、図中1は浸炭炉で
あり、この中にヒータHが設けられている。
また、炉内上部には、攪拌羽根Fが架設され、これは、
炉頂外部に設けたモータMによつて回転し、炉内雰囲気
を攪拌するようになつていIる。6は赤外線CO2分析
計であり、サンプリング管5が炉内に臨んでいる。
赤外線CO2分析計6は、CO2濃度調節計9の調節部
10に接続している。CO2濃度調節計9は、CO2設
定部8を有し、調節1部10と直列に接続している。C
O2調節部10は、ガス供給管3のエンリツチガスバル
ブ4に接続され、これを制御するようになつている。こ
のエンリツチガスバルブ4は、この実施例では電磁弁を
用いている。図中2は有機液剤と窒素ガスとフを供給す
るための供給管であり、ガス供給管3の合流接続してい
る。また図中Wは炉内に設けた処理品である。第2図の
ように、CO2濃度調節計9は、設定部8と調節部10
とよりなり、赤外線CO2分析計65がこのCO2濃度
調節計9に接続している。
そして調節部10からエンリツチガスバルブ4に接続す
る。第3図のタイムチャートによると、まず、炉内に処
理品を挿入すると、炉内温度が下がるので、O浸炭温度
に昇温するまでの間に、窒素ガスのみを流し、炉内を十
分がパージしてやる。
次に昇温し、窒素とメタノールを一定の割合で流し、製
品が均熱するまで持ち、均熱が完了し、浸炭、降温、焼
入保持の期間においてプロパンを添加して雰囲気制御を
行う。第4図の温度チャートのように浸炭処理を実施し
た。
そのときのN2は1Tre/h1メタノールは250c
c/h1設定炭素濃度は0.8%、エンリツチガス量は
C3H8を2e/Minである。その結果、処理品にお
ける有効浸炭深さが0.5wnで表面炭素濃度0.8%
Cを検微鏡で確認できた。そのときの雰囲気ガス成分を
測定したら、CO2が0.035%、COが9.5%で
あつた。このようにCO量が9.5%程度のものについ
ても、従来の浸炭方法と同程度の浸炭速度で浸炭し、カ
ーボンポテンシャルも設定値とよく一致している。この
発明によれば、変成炉を必要としないのでその管理の必
要もない。
また、CO濃度を従来のガス浸炭方法より低くし、かつ
、キャリアガスの流量を減少させるので、高価な有機液
剤あるいは、エンリツチガスとして炭化水素系ガスの消
費量を著るしく少なくすることができる。そして、窒素
と有機液剤を使うために容易にキャリアガスを生成させ
ることができ、かつ、炭化水素ガスで添加するので、容
易に雰囲気制御することができる。さらに可燃性成分が
少ないため、爆発の危険が少ないし、CO量が少ないの
で粒界酸化等の表面異常層が生成されにくい。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の方法を実施するための装置の系統的
説明図、第2図は制御系統を示すブロックダイヤグラム
、第3図は制御タイムチャート、第4図は温度チャート
である。 なお図中1は浸炭炉である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 キャリアガスとして、窒素と有機液剤を浸炭炉内に
    導入し、且つ該キャリアガスのCO濃度を10〜20%
    となし、その後、炉内雰囲気ガス中のCO_2量を測定
    し、その測定値と雰囲気ガスの平衡炭素濃度に相当する
    CO_2量の設定値を比較し、その偏差に応じて炭化水
    素系ガスを添加して炉内の平衡炭素濃度を調整しながら
    浸炭を行なうことを特徴とするガス浸炭方法。
JP55089010A 1980-06-30 1980-06-30 窒素と有機液剤と炭化水素とによるガス浸炭方法 Expired JPS6053744B2 (ja)

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JPS5716163A JPS5716163A (en) 1982-01-27
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KR100633522B1 (ko) * 2005-05-27 2006-10-13 주식회사 성도 대형 선박용 캠의 열처리 방법
JP5317709B2 (ja) * 2009-01-07 2013-10-16 光洋サーモシステム株式会社 焼入れ方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5176135A (ja) * 1974-12-27 1976-07-01 Komatsu Mfg Co Ltd Shintanfunikinojidoseigyohoho

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