JPS62161948A - 耐食性合金鋼部材の製造方法 - 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】 本発明は耐食性合金鋼部材の製造方法に関するものであ
り、かつ本発明者の欧州公開公ｆＱＥＰ−Ａ−００７７
６２７号（特開昭５８−１２６９７７号公報に対応）に
て記述した技術に関連した改良に関するものである。

上述のＥＰ　−Ａ　−００７７６２７号公報においては
、非合金鋼部材に耐食性を与えるためにこの部材を処理
する技術が記述されている。本発明者はこのような技術
が合金鋼、特に低合金鋼に適用できることを見出した。

本発明者によって開発された耐食性合金鋼部材製造方法
は、（ａ）合金鋼部材をガス雰囲気中で熱処理してイプ
シロン（ε）鉄窒化物又は炭窒化物表面層を部材に形成
し、（ｂ）この鋼部材を酸化性雰囲気中で熱処理して主
にＦｅ、Ｏ，からなる酸化物富化表面層を形成し、この
酸化物富化表面層が完成部材で１マイクロメートルを越
えない厚さであり、そして、（ｃ）この鋼部材を冷却す
る工程を含んでなる。

イプシロン鉄窒化物又は炭窒化物表面層を形成するため
に鋼部材をガス雰囲気中で熱処理する工程について、こ
の工程は典型的には５５０ないし８００℃の範囲で４時
間以内窒化浸炭（ｎｉｔｒｏｃａｒｂｕｒｉ−ｓｉｎｇ
）雰囲気、例えば、アンモニア、アンモニアと吸熱性ガ
ス、アンモニアと発熱性ガスあるいはアンモニアと窒素
、それと二酸化炭素、−酸化炭素、空気、水蒸気および
メタンの少なくとも一種の任意含有物からなる雰囲気中
にて行なわれる。

用語「発熱性ガス」および「吸熱性ガス」は当業界では
良く理解されている。二酸化炭素、−酸化炭素、空気、
水蒸気および発熱性ガスは窒化浸炭用アンモニアに添加
される触媒ガスである。これらガスは窒化浸炭中に酸化
物を形成しない。−酸化炭素、メタンおよび吸熱性ガス
は浸炭ガスである。イプシロン鉄窒化物又は炭窒化物表
面層が約２５マイクロメートルの厚さを有するように熱
処理を行なうことは好ましい。しかしながら、約７５マ
イクロメートル以下の１７さが用いられてもよいかもし
れないが、処理時間不利益（約４時間以内又はそれ以上
）が伴う。典型的には、約２５マイクロメートルの層厚
さが６６０℃で４５分の熱処理によって得られる。この
ような層１７さは５７０℃で３時間又は６１０℃で９０
分の熱処理によっても形成されるであろう。しかしなが
ら、これら熱処理温度および時間が２５マイクロメート
ル以下、例えば１５マイクロメートル以下の層厚さを形
成するために採用されるであろう。例えば、５７０℃で
２時間の熱処理を採用することで１６ないし２０マイク
ロメートルの層厚さを形成することができる。低炭素合
金鋼および中炭素合金鋼のための熱処理温度は典型的に
は５５０℃ないし７２０℃、好ましくは、６１０℃ない
し６６０℃である。

良好な工学的特性を要求される綱部材の場合には、合金
に応じて温度が５５０℃以下に下がる前に酸化工程を行
ない、次に窒素を鋼の基地中に固溶体で保つように急冷
することが疲労および耐力の特性を保持するのに必要で
あろう。

高い中心部（コア）特性が７０　ｔｏｎｆ／　ｉｎ２（
１０８０ＭＰａ）以上に要求される場合には、これら特
性が中炭素出発材（典型的には０．３〜０．５％Ｃ）、
例えば、Ｂ５９７０　８１７Ｍ４０　（以前はＥｎ２４
）低合金鋼を使用して達成される。ガス熱処理は、次に
、特定鋼のパーライトからオーステナイトへの変態温度
より高い温度にて行なわれる。ある鋼にとっては、この
変態部が７００℃と低いかもしれないのにかかわらず、
この温度は、通常、約７２０℃である。

８００°Ｃ以下の温度が望ましい。そして、酸化および
急冷の手順が履行されるであろう。

典型的には、酸化工程が急冷前に酸化停止まで少なくと
も２秒間鋼部材を空気又は他の酸化性雰囲気にさらすこ
とによって行なわれる。本発明のこの面において、酸化
は鋼部材中への酸化物浸透深さが１マイクロメートルを
越えないように制限される。これ以上の深さの酸化浸透
は使用中に酸化物剥離を招く。しかしながら、鋼部材中
への酸素浸透が少なくとも０．２マイクロメートルの深
さであること、すなわち、酸化物層の厚さが少なくとも
０．２マイクロメートルであって好ましくは１マイクロ
メートルを越えないことを確実にするのが望ましい。酸
化物層は、より好ましくは、０．２ないし０．７マイク
ロメードルの厚さであり、最も好ましくは０．５マイク
ロメートルの厚さである。

酸素浸透深さを制御するひとつの方法は鋼部材の酸化性
雰囲気にさらす時間を制限することである。

酸化を空気にさらすことによって行なう場合には、さら
す時間は典型的には６０秒を越えない。好ましくは、鋼
部材のさらす時間は２ないし２０秒である。鋼部材がさ
らされる酸化性雰囲気が熱処理炉の周囲温度（すなわち
、約３０℃）であるならば、鋼部材は比較的短時間で５
５０℃以下の温度に冷えるであろう。このことは鋼部材
に要求される良好な工学的特性についての考慮しなけれ
ばならない要因であり、なぜならば、多くの合金にとっ
て５５０°Ｃ以下の温度になる前に窒素を急冷によって
銅ミクロ組織の生地中に保持するのを確実にすることは
重要であるからである。しかしながら、ある合金鋼はこ
のような急冷技術なしで良好な工学的特性を保つ。

冷却は、好ましくは、油／水乳７ｒ：Ｊ液（エマルショ
ン）内への急冷によって行なわれる。鋼部材が酸化され
そして油／水乳濁液内で急冷される場合には、審美的に
良好な黒色仕上げが得られる。中間酸化工程なしに部材
を油／水乳濁液内へ直接に急冷することは黒色仕上げに
はならないが、わずか０．１マイクロメートル厚さの酸
化物層のある灰色仕上げとなる。しかしながら、すでに
酸化された鋼部材を油／水乳濁液内で急冷することは酸
化の程度を少し高めることになり、このことによって色
が黒っぽくなる。

油／水乳濁液内での急冷中に、乳濁液中で蒸気雰囲気が
鋼部材のまわりに小さなポケットとして形成されて制御
された冷却速度を与える。このことは最大特性を有して
変形のない鋼部材を与えるであろう。酸化後の油／水乳
濁液内への急冷はきわめて良好な耐食性（９０時間以内
）を有し、かつ残留油性膜によって改善された軸受特性
（もし、これら特性が必要とされるならば）を有する黒
色表面を形成する。２４０時間以内の塩水噴霧耐食性を
有する油なし又はドライ表面仕上げが、急冷したままの
鋼部材を蒸気脱脂し次にそれに溶剤塗布の腐食防止剤、
例えば、硬いワックス組成物、の硬質膜で処理すること
によって得られる。この被膜処理は室温にて浸漬又はス
プレーのいずれかで行なうことができ、かつ改善された
軸受特性が必要ならばこれら特性を与えることができる
。ひとつの実施態様例において、５０％アンモニアと５
０％吸熱性ガスの混合雰囲気中で５７０℃にて約２時間
の熱処理によって形成されたイプシロン鉄窒化物又は炭
窒化物表面層を有するようにした鋼部材を周囲空気に２
秒間さらして表面酸化を行ない、直ちに水中油乳濁液の
浴に沈める。この場合での乳濁液は、商品名ＣＡＳＴＲ
ＯＬ　Ｖ５５３として市販されている可溶性油を水と混
合（体積比で油：水は１：１０）して作られる。得られ
た。製品は、製品表面内への油の吸収のためにきわめて
良好な耐食性および良好な軸受特性を有するに加えて良
好な疲労強度および耐力を有する。油のない又はドライ
の表面仕上げが急冷された部材を蒸気脱脂することによ
って得られ、次に、それを硬い（すなわら、不粘着性の
）溶剤塗布腐食防止ワックス組成物（例えば、ＣＡＳＴ
ＲＯＬ　Ｖ　４２５）で被膜処理する。

このようなワックス組成物はワックスの脂肪族炭化水素
および枝分れ鎖炭化水素とＩｌａｌ金族石けん（好まし
くは、カルシウムおよび／又はバリウムの石けん）とを
含有している。部材上のワ・ノクス被膜の量は鋼部材表
面で７ｇ／ｍ以下であるのが好ましい。被膜重さが７ｇ
／ｎ？より大きいと、被覆された鋼部材は粘着性を有す
るようになり、一方、不粘着性仕上げは加工および取扱
いの容易のために有利である。良好な耐食性のために、
ワックス被膜重さは好ましくは最小で２　ｇ／ｍである
。

酸化工程は、普通、鋼部材のガス雰囲気中での熱処理直
後に、すなわち、冷却されてしまう前に、行なわれる。

しかしながら、酸化工程を後工程にて行なうこともでき
る。したがって、鋼部材をガス雰囲気中で熱処理した後
で、それを非酸化性雰囲気中で所望の方法によって冷却
し、次に、非酸化性雰囲気中で再加熱しそして必要な酸
化物層を設けるために空気又は他の酸化性雰囲気に３０
０ないし６００℃で適切な時間さらす。処理時間は温度
に依存しており、温度が低いほど処理時間も長い。

３００ないし６００℃の範囲の処理温度で、典型的な処
理時間の範囲は３０分ないし２分であろう。再加熱に続
いて、鋼部材が急冷されるか又は空気中での速冷される
。これに続いて、部材は上述したやり方でワックス組成
物で被覆されるであろうし、もし必要ならば脱脂後に行
なわれる。

良好な耐食性を与えるのにワックス保護方式を用いる必
要性なく鋼部材にきれいな表面仕上げを持たせる場合に
は、本発明によると、鋼部材は、ガス雰囲気中での熱処
理後に、所望媒体中で冷却され、次に、ラッピング又は
他の機械的表面仕上げ処理が表面粗さＲａが、例えば、
０．２マイクロメートル以下となるまで施こされる。こ
のラッピング又は研摩処理が、冷却に使用された媒体に
依存して部材上に形成された酸化物膜を除去するであろ
う。ラッピング又は研摩処理後に、部材が３００ないし
６００℃で酸化される。実際の温度は、鋼部材の要求さ
れる様子およびより重要なことである鋼部材の特性に依
存している。もし鋼部材が非常に高い疲労特性を持つこ
とが要求されていないもの（例えば、ダンパーロッド）
であるならば、酸化熱処理は、ストリッピングされてい
ない発熱性ガス中温度に依存して、３５０ないし４５０
°Ｃで約１５ないし５分間行なわれる。しかしながら、
良好な疲労特性のためには、鋼部材は、望ましくは、５
００ないし６００℃、より好ましくは５５０ないし６０
０℃にて熱処理され、続いて急冷される。ストリッピン
グされていない発熱性ガスを使用する代りに、他のタイ
プの酸化性雰囲気が、水蒸気、空気、酸素と窒素の混合
物、二酸化炭素と窒素の混合物、二酸化炭素単独、又は
これらガスの混合物のように使用されるであろう。これ
ら酸化性雰囲気を、空気に代るものとして、ラッピング
又は研摩を併なわない前述したプロセスに使用すること
が可能である。

本発明にしたがって製造された合金鋼部材は硬質耐摩耗
性層と、湿気および塩水噴霧腐食に対するきわめて良好
な耐食性を有する表面とを有する。

このような鋼部材はまた摩擦係数が（研摩された硬質ク
ロムメッキと同様に）低いので、部材が摺動用途に使用
されうる。さらに、鋼部材はきわめて低い湿潤性を与え
る高表面張力を有しており、かつ美しい審美的外観（酸
化処理での温度に応じたブルー／ブラック光沢）を有す
る。低い湿潤性は湿気および塩水噴霧腐食作用を受けな
いのに大きく役立つ。加えて、５５０℃以上から急冷さ
れて窒素が固溶されている鋼部材は良好な疲労および耐
力の特性をも有する。

本発明の方法は、メッキあるいは塩浴装置にさらに資本
投資の必要なく近ごろのガス雰囲気熱処理設備で加工業
者によって行なわれる。

本発明者らがオージェ分光分析によって見出したことは
、本発明にしたがってガス状態での酸化についての酸素
導入メカニズムは単に酸素の吸収によるのでなく窒素の
置換による。

酸化での酸素導入メカニズムが単に酸素の吸収によるよ
りも窒素の置換によるとの事実は驚くべきことであり、
なぜならば結果としての鋼部材の有する表面仕上げがあ
らかじめ言及した公知の塩浴熱処理されかつ酸化された
鋼部材の表面仕上げに視覚的に似ているからである。こ
のような塩浴熱処理されかつ酸化された鋼部材は、１．
Ｖ、Ｅｔｃｈｅｌ　Ｉｓ著　：　　”　Ａ　　Ｎｅｗ　
　Ａｐｐｒｏｃｈ　　ｔｏ　　５ａｌｔ　　Ｂａｔｈ　
　Ｎｉｔｒｏｃａｒｂｕｒｉ−ｓｉｎｇ”　、　（Ｉｌ
ｅａｔ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｓ　＋
　１９８１年４月、第８５−８８頁）に開示されており
、鋼部材の表面から２．５マイクロメートルの深さまで
酸素と窒素との両方の含Ｔｈ−ｆｆｔが高い。これより
下では、酸素含有量は急激に低下し、一方、窒素含有量
だけは比較的ゆっくりと低下する。したがって、同様な
Ｍｌ織が本発明の方法によって得られると断定したこと
は道理にかなっている。しかしながら、これは上に示し
たようなケースではない。

本発明の好ましい実施態様では、表面層部分は実質的に
窒素原子がない。

好ましくは、窒素原子の実質的主部が酸素原子によって
置換された表面層部分は少なくとも０．２マイクロメー
トル、より望ましくは少なくとも０．３マイクロメート
ルの深さにわたっている。

酸化された表面の耐食性は、主にＦｅＪｎの形態の鉄酸
化物の少なくとも０．１マイクロメートルの深さまで、
時には１マイクロメートル以上の深さまでの優勢によっ
て説明される。しかしながら、酸化物の剥離を回避する
ために、鉄酸化物が１マイクロメートルを越えない深さ
まで存在することは好ましい。

窒素の置換は、サンプルが急冷前に熱い間に空気にさら
される時間および急冷での冷却速度に伏在して、最外側
の表面層部分（すなわち、０．１マイクロメートルと１
マイクロメートルとの間で変動するであろう深さまで）
にて全てである。窒素の部分的置換が、ある場合には、
１マイクロメートルを越えてマイクロ多孔性イプシロン
層の深さまで続いている。

このことは、酸素が窒化物格子内に節単に吸収されると
している塩浴窒化に続く塩浴酸化によって得られた報告
された効果とはかなり違っている。

本発明は、欧州公開公報第００７７６２７号の教示に従
って非合金鋼について得られた特性改善と同様な特性改
善を有するように要求されている合金鋼に適用できる。

しかしながら、合金鋼は窒素拡散領域内で軟鋼（非合金
鋼）よりも高い硬度を示し、そして良好な硬度プロフィ
ルを維持するために速冷されることは必ずにも必要では
ない。したがって、酸化されたイプシロン鉄窒化物又は
炭窒化物層のためのすぐれた支持が合金鋼によって与え
られる。

本発明の目的で、合金鋼が大きく２つのカテゴリーに分
けられる： （１）クロム、モリブデン、ボロンおよびアルミニウム
のような窒化物形成元素を含有している合金鋼；および （２）普通に焼入れされかつ次に５５０ないし６５０℃
にて焼もどしされる合金鋼であって、窒化浸炭処理後に
そのコア（中心部）特性が維持されている合金鋼。

これらカテゴリーは互いに相いれないものではない。カ
テゴリー（１）の鋼にとって、酸化されたイプシロン鉄
窒化物又は炭窒化物層が、第１図から明らかなように、
非常に硬い窒素富化拡散領域からすぐれたサポートを受
ける。第１図のグラフにおいて、硬度（ＨＶ　１　）が
イプシロン層より下の硬化層ケース（外層部）の深さに
対してプロットされている。第１図中の曲線（Ａ）は、
Ｂ５９７０７０９Ｍ４０　（以前はＩＥｎ１９）による
合金鋼棒のサンプルを６１０℃で５０体積％アンモニア
と５０体積％吸熱性ガスとの混合物中で１．５時間窒化
浸炭し、続いて水中油乳濁液内へ急冷して得られた。

上記サンプルの合金鋼はカテゴリー（２）でなくカテゴ
リー（１）に入る。

カテゴリー（１）に入らないカテゴリー（２）の合金鋼
は典型的には第１図中の曲線（Ｂ）によって示されたタ
イプの硬度プロフィルを示す。

曲線（Ｂ）は、Ｂ５９７０　６０５Ｍ３６　（以前はＥ
ｎ１６）による合金鋼棒のサンプルを曲線（Ａ）でのサ
ンプルと同じように窒化浸炭して得られた。

比較例として、曲線（Ｃ）は、曲線（Ａ）でのサンプル
について上述したように窒化浸炭されそして急冷された
軟鋼（非合金鋼）棒のサンプルから得られた。

高いコア硬度（ｉｉ　）と結合させた非常に実際的なサ
ポートの硬度プロフィル口）を付加的に必要とする合金
鋼では、本発明者の開発によると、鋼部材に高められた
耐食性を与えるために用いられる酸化手順に先立つ２重
熱処理段階に存在する。

上述した高いコア硬度（すなわち、１０８０ＭＰａ以上
に）を達成するには、中炭素非合金鋼および／又は中炭
素低合金鋼（すなわら、０．３〜０．５％炭素）を使用
しなければならない。次に、このプロセスは表面に深い
炭素富化領域を与えるためのガス雰囲気を用いる７５０
〜１１００℃での浸炭又は浸炭窒化（ｃａｒｂｏｎｉＬ
ｒｉｄｉｎｇ）を伴い、続いてガス雰囲気中で７００〜
８００℃範囲の温度（すなわち、関係した個々の鋼での
パーライトからオーステナイトへの変態温度（Ａ　ｃ　
ｌ）より高い温度）にて窒化浸炭して、イプシロン鉄炭
窒化層を炭素富化領域の頂部に形成する。この温度から
の急冷が、すぐれた機械的特性を有するフェライトおよ
びマルテンサイトの混在コア組織を形成し、かつイプシ
ロン鉄炭窒化化合物層の下に硬化マルテンサイトケース
（外層部）を形成する。

２重熱処理の第１段階にて、使用されるガス雰囲気は、
発熱性ガス、吸熱性ガス又は合成炭化雰囲気であろうし
、雰囲気には適切な炭素ポテンシャル（例えば、０．８
％Ｃ）まで炭化水素が加えられる。

別の２重熱処理では、第１回目熱処理工程が浸炭又は浸
炭窒化工程と同じ温度条件であるが中性雰囲気（すなわ
ち、鋼の炭素含有量に影響を及ぼさない雰囲気）下で行
なわれる。このことは、雰囲気の炭素含有量を炭素含有
量とつり合わせることによって最も都合よ（行なわれる
。２重熱処理のこの形態は主に中炭素鋼および高炭素鋼
に適用できる。第２回目熱処理工程はイプシロン鉄窒化
物又はイプシロン鉄炭化物層言形成するように行なわれ
る。

第２回目熱処理工程は、普通、第１回目熱処理工程より
低い温度にて行なわれる。第１回目と第２回目の熱処理
工程の間の鋼部材冷却が下記やり方のいずれかで行なわ
れるであろう。

（ｉ）苛酷な酸化条件にさらすことなく周囲温度まで冷
却し、そして窒化浸炭温度まで再加熱する。

冷却は（ａ）脱脂が続く油２．冷によって、（ｂ）洗浄
と乾燥が続く合成急冷によって、又は（ｃ）保護雰囲気
下での徐冷によって、行なわれる。

（ｉｉ　）鋼部材を第１段階熱処理温度のひとつの炉頭
域から窒化浸炭温度の他の炉頭域へ直接にあるいはひと
つ以上の中間領域を通して移動させる。

（ｉｉｉ　）第１段階熱処理に使用された炉頭域内で部
材を窒化浸炭温度に達するまで冷却する。

窒化浸炭工程は温度およびイプシロン鉄窒化物又は炭窒
化物層の必要深さに依存して４時間以内で行なわれるで
あろう。使用される雰囲気はアンモニア、アンモニア＋
吸熱性ガス、アンモニア十発熱性ガス、又はアンモニア
＋窒素＋ＣＯｚ／Ｃｌ１４／空気であろう。

上述した２重熱処理のいずれかの後で、鋼部材は、その
後の処理ルートに依存して、急冷の前に酸化工程を施こ
してもあるいは施こさなくてもよい。

発明のこの面で、コアおよびケースの必要特性を達成す
るためには急冷は必要である。

綱部材を急冷の前に酸化する工学的適用において、酸化
は弱い発熱性ガス、水蒸気、窒素と水蒸気、二酸化炭素
、窒素と二酸化炭素、窒素／酸素の混合物、又は空気中
で本明細書中で検討したような必要な酸素富化層を形成
するように行なわれる。酸化工程後の急冷が油／水乳濁
液の使用によって行なわれるのは望ましい。

鋼部材が後の酸化（ｐｏｓｔ−ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ）処
理前にさらに加工、例えば、研摩されることになってい
るために、酸化はこの段階では必要ないならば、部材を
窒化浸炭雰囲気又は他の保護雰囲気（窒素、吸熱性ガス
又は弾発熱性ガスなど）の保護下で急冷却することによ
って酸化は防止されるであろう。

保護雰囲気下の急冷は、広範に使用されている油でない
適切な不変媒体を使用して達成されるであろう。

急冷後に、鋼部材は、必要に応じて、洗浄・乾燥又は脱
脂される。

急冷そしてクリニーフグ後に、部材はワックス膜で浸漬
又はスプレー被覆して最終製品を製造してもよく、ある
いはもし必要ならば、きれいな表面仕上げまで研摩し、
続いて後の酸化処理される。

この後酸化処理は３００ないし６００℃で２ないし３０
分間、ストリッピングされていない発熱性ガス、発熱性
ガス＋１体積％以下のＳＯ□、水蒸気、窒素土水蒸気、
二酸化炭素、窒素十二酸化炭素、窒素＋酸素混合物、又
は空気のような適切な酸化雰囲気で行なわれる。

後酸化の後で、鋼部材は油／水乳濁液、油、水、又は合
成急冷却液内での急冷によって速く冷却され、必要に応
じて洗浄・乾燥又は脱脂される。次に、冷却された鋼部
材はさらに処置されることなく用いられてもよく、ある
いはワックスで浸漬又はスプレー被覆されてもよい。

第２図を参照して、図中に示されたブロックは次のこと
を指す。

ブロックｌａ、ｌｂ、ｌｃおよびｌｄ・・・・・・規定
ワックス被膜重さを与えるために処理されていない低合
金鋼部材を浸漬することによって得られた結果； ブロック２・・・・・・低合金鋼部材を窒化浸炭し、空
気にさらすことによる酸化なしに油中急冷し、続いて脱
脂して（灰色仕上げ）得られた結果；ブロック３・・・
・・・低合金鋼を窒化浸炭し、空気中で酸化し、油／水
乳濁液中急冷し、次に脱脂して（黒色仕上げ）得られた
結果； ブロック４ａ、４ｂ、４ｃおよび４ｄ・・・・・・上記
ブロック３の黒色部材を脱脂し、次に規定ワックス被膜
重さを与える浸漬をして得られた結果。

上記において、空気中酸化は１０秒間行なわれた。

使用されたワックス被膜の組成は、ワックス性脂肪族お
よび枝分れ鎖炭化水素、酸化されたペトロラタム（ワセ
リン）およびカルシウムレジネート（樹脂酸塩）のカル
シウム石けんの混合物からなり、室温にて必要な硬さの
ワックスを形成する。

ワックス材料はホワイトスピリットおよびＣ１およびＣ
９゜芳香族炭化水素からなる液状石油炭化水素の混合物
中に含有されている。

下記特定ワックス組成物が使用された。

ブロック１ａおよび４ａ・・・・・・７．５ｗｔ％ワッ
クス含存のＣａ５ｔｒｏｌ　　Ｖ２Ｏ３。

ブロック１ｂおよび４ｂ・・・・・・１０ｗｔ％ワック
ス含有のＣａ５Ｌｒｏｒ　Ｖ２Ｏ３。

ブロックＬｃおよび４ｃ・・・・・・１５ｗＬ％ワック
ス含有のＣａ５Ｌｒｏｌ　Ｖ４２５　。

ブロックｌｄおよび４ｄ・・・・・・３０ｗｔ％ワック
ス含有のＣａ５ｔｒｏｌ　Ｖ４２８ 第３図に関して最初から４つのブロックは、５５０℃以
上で窒化浸炭した部材が規定時間空気にされ、次に油／
水乳濁液内で急冷されたものについてである。最後のブ
ロックは窒化浸炭した部材が空気にさらすことなく、池
内で急冷されたものについてである。

第２図においてブロック４ｂ、４ｃおよび４ｄについて
の塩水噴霧抵抗時間が限界のない期間として表わされて
いることは注目されるであろう。

実際に、これらブロックについて試験は、塩水噴霧抵抗
の低下が見い出されなかったときには、２５０時間後に
停止した。

本発明方法を含む発明者の開発した方法にしたかって製
造された綱部材の耐食性は、次のような表面処理されて
いる鋼部材よりも優れている。この表面処理とは、イプ
シロン鉄窒化物表面層を形成し、油焼入れし、脱脂しく
又は、保護雰囲気下で徐冷し）、次に脱水油中に浸漬し
てイプシロン鉄窒化物表面層の吸収性外側部内に脱水油
を吸収させることである。下記第１表にて各種タイプの
鋼部材の耐食性を比較する。

第　　１　　表 サンプル １　　　　　　　　　　　４（以下） ５　　　　　２５０＋ 塩水噴霧抵抗はＡＳＴＭ規格Ｂ１１７−７３にしたがっ
た塩水噴霧試験で評価された。この規格において部材は
９　５　６Ｆ　（２３．８８°Ｃ）プラス２度、マイナ
ス３度Ｆに維持された塩水噴霧室内で、９５重量部の蒸
留水中に５±１重世部の塩水を溶解しかつ溶液のｐＨを
９５下で噴霧して集めた溶液が６．５ないし７、２の範
囲のｐＨとなるように調製して用意した塩水噴霧にさら
す。塩水噴霧試験から取り出した後で、鋼部材が流水で
洗われ、乾燥され、そして赤さびの発止率を評価する。

赤さびを示した部材は不良と見なす。

上記第１表におけるサンプルは次のようなものである。

サンプルト・・・・・普通の、すなわち、処理されてい
ない似合鋼部材ＣＢＳ９７０　　７０９Ｍ４０材（以前
はＥｎ１９）の直径１２．５■−棒〕　； サンプル２・・・・・・本発明者の開発した方法での第
１回目ガス熱処理によって形成されたイプシロン鉄窒化
物表面層を有し、続いて油焼入れおよび脱脂された（又
は、保護雰囲気下で徐冷された）同様な低合金鋼； サンプル３・・・・・・サンプル２の鋼部材に脱水油中
浸漬処理したもの； サンプル４・・・・・・イプシロン鉄窒化物層と、表面
を０．２マイクロメートルの仕上げまでラッピングした
後に形成した酸化物富化表面層とを有する本発明に係る
低合金鋼部材； サンプル５・・・・・・本発明者の開発した方法による
イプシロン鉄窒化物層および酸化物富化層を有しかつ１
５％ワックス含有のワックス表示■４２５中に浸漬され
た低合金鋼部材。

サンプル４の場合には実際の塩水噴霧抵抗形態は表面仕
上げに依存していることは注目されるべきである。ひと
つの例では、処理された鋼部材は最終表面仕上げ粗さＲ
ａが０．１３ないし０．１５マイクロメートルの緩衝装
置のピストンロッドである。

このような鋼部材は２５０時間の塩水噴霧抵抗を有する
ことがわかった。

後酸化行為の変更態様において、棒サンプルは発熱性ガ
ス混合物中で４００℃にて１５分間酸化され、特に、１
５分のサイクルの最後の５分間に二酸化黄硫が炉雰囲気
中に０．２５体積％の濃度となるような量で炉内へ導入
された。このような技術が棒表面の鉄酸化物（Ｆｅ：＋
０４）の約１％を鉄硫化物に転換し、このことが棒に審
美的に美しい光沢ある黒色表面を与える。

浸硫の技術はダンパーロッドの形の鋼部材に限定される
ことな（、黒色硬質摩耗表面を有することが望しいあら
ゆる綱部材についても使用できる。

表面仕上げ粗さＲａが０．２５マイクロメートルより大
きいと、所望の耐食性を作るためにワックス被覆が必要
になろう。浸硫を果たすために、酸化炉内のＳＯ，含有
量は０．１体積％以下であり、温度は３００ないし６０
０℃の範囲であろう。すでに形成した鉄酸物のいくらか
を鉄硫化物に転換するために、ＳＯ，は、通常、酸化熱
処理が開始された後のある段階で炉内へ添加される。

ダンパーロッドタイプの用途のための１２化処理ルート
の別の変更態様は、予熱された研磨済ロッドを比較的短
時間、比較的低温で使われる攪拌された水性のアルカリ
性塩浴中に浸漬を伴う。

浴に使用される溶液がひとつ以上の強アルカリだけ（例
えば、水酸化ナトリウム）かあるいは強アルカリと１０
００　ｇ／　１以下の濃度での調和する亜硝酸塩、硝酸
塩および炭酸塩との組合せのいずれかを用いて作られる
。溶液は１００〜１５０℃の範囲で通常に操業される。

この温度は固溶体からの注目に値する窒素析出を招かな
い。このことによって焼入れし放し疲れ、および強度疲
れおよび強度特性の改善を保つ。

浸漬時間は６０分以下であろう。このルートによって処
理されたロッドはすぐれた光沢のある黒色外観を有しか
つ脱脂された状態で２５０時間以内の塩水噴霧寿命が与
えられる。このルートは、従来の融解したＡＢＩ塩浴塩
浴ルート上びガス酸化ルートの両方以上の注目に値する
利点を有し、それは焼入れし放し疲れおよび強度特性が
持続されることで、一方、他方２つの処理の高温が窒化
浸炭段階からの急冷によって達成されたこれら特性を低
下させる。

加えて、水性の塩浴ルートは融解ＡＢ、ｌ塩浴ルートと
比べて汚水トラブルをできるだけ小さくくいとめる。

下記実施例および比較例によって本発明および発明者の
開発した方法をより詳しく説明する。

ス１ ＢＳ９７０　８１７Ｍ４０材（以前はＥｎ２４）から作
られたダンパーロッドを５０体積％アンモニアと５０体
積％吸熱性ガスとの混合物中で６１０℃にて１．５時間
窒化浸炭した。ロッドを空気中に３０秒間さらされた後
でＣａ５ｔｒｏｌ　Ｖ５５３　　：水（＝１：１０）の
混合物中で乳濁液急冷した。

次に、ロッドを４〜５マイクロインチ（０，１０〜０．
１２マイクロメートル）の粗さＲａまで研摩し、１２０
℃に予熱し、そして１２５℃の温度に制御された撹拌さ
れたアルカリ性溶液中で６分間浸漬した。

この溶液は５０ｗｔ％水酸化ナトリウム、２５ｗｔ％炭
酸ナトリウムおよび２５ｗｔ％硝酸ナトリウムからなる
塩の混合物を６００　ｇ　／リソ１−ル含有していた。

浴から取り出してロッドを洗浄水中で洗いそして乾燥し
た。表面の油又は脂肪汚染の可能性をなくすために脱脂
した後で、ロッドにＡＳＴＭ　Ｂ−１１７−６４にした
がった塩水噴霧試験を施こして、２００時間さびの発生
はなかった。

１止桝ｌ ５ＡＥ　　８６４０（中炭素低合金鋼）棒材を機械加工
してショックアブソーバ−（緩衝器）のピストンロッド
を製作した。このピストンロッドは長さが２３０ｍ５で
、直径が１２　、５　ｎ＋で、表面粗さＲａが０．１３
〜０．１５マイクロメートルであった。このピストンロ
ッドを５０％アンモニアおよび５０％吸熱性ガス（−酸
化炭素、二酸化炭素、窒素および水素）の混合物中で６
１０℃にて２時間窒化浸炭熱処理をした。次に、このピ
ストンロッドをこの熱処理で使用したのと同じ混合物雰
囲気中の保護の下でゆっくりと冷却した。得られたピス
トンロッドはイプシロン鉄窒化物層厚さが２０マイクロ
メートルで、かつ表面粗さＲａが０．６４マイクロメー
トルであった。

ピストンロッドを高表面仕上げするために、ラッピング
して表面粗さＲａを０．１３マイクロメートルにした。

次に、ピストンロッドを空気中で３５０℃にて６０分間
酸化して、０．５マイクロメートルの酸化物富化表面層
を形成した。そして、ピストンロッドを水中急冷した。

得られたピストン口・ソドは八ＳＴＭ　　８１１７にし
たがった塩水噴霧試験にて２５０時間の耐食性があった
。

止校医−上 合金鋼部材に適用されるところの本発明の特定例におい
て、市販車輌のブレーキ系統に使用されかツＢｓ９７０
　７０９Ｍ４０材（以前はＥｎ１９１’）又はＢ５９７
０６０５　Ｍ３６材（以前はＥｎ１６Ｔ　）から作られ
たタペットねじを、５０体積％アンモニアおよび５０体
積％吸熱性ガスの混合物中で６１０℃にて１．５時間窒
化浸炭し、空気中で２０秒間制御酸化し、次に水中油乳
濁液中で急冷した。この実施例での乳濁液は登録コード
Ｖ５５３でＣａ５ｔｒｏｌ　Ｌｔｄによって市販されて
いる可溶性油を水と１：１０の割合で混合して作った。

第１図の硬度プロフィル曲線（Ａ）および（Ｂ）参照。

次に、焼入れした（急冷した）部材を蒸気脱脂して油の
ない乾燥表面として、溶剤塗布の腐食防止不粘着性ワッ
クス（例えば、Ｃａ５Ｌｒｏｌ　Ｖ４２５）を適用し、
２４０時間の中性塩水噴霧寿命の耐食性表面を得た。

北較五−叢 ２重処理ルートの用途はＢ　５９７０　８１７Ｍ４０　
（以前はＥｎ２４）から作られた始動歯車であり、これ
を８５０°Ｃにて０．８％炭素ポテンシャル（０，２５
％ＣＯ□に相当）までメタンが富化された吸熱性ガス中
で１、５時間浸炭した。この処理サイクルの終りで部材
を炉の熱い領域内で同じ雰囲気下で７３０℃まで冷却し
た。そして、この温度にて雰囲気を５０体積％アンモニ
アおよび５０体積％吸熱性ガスの混合物に調整した。部
材を１部のＣａ５ｔｒｏｌ　Ｖ５５３と１０部の水から
なる油／水乳濁液中で急冷する前に、上述の状態を１５
分間維持した。５秒間空気酸化を乳濁液焼入れ（急冷）
の前に行なった。この処理は、３００℃の焼もどし後の
１０〜２０μｍ厚さ化合物層の下での第４図に示した硬
度プロフィルと同様な硬度プロフィルを形成した。

３５０１１ｖのコア硬度は約７０　Ｌｏｎｆ　／　ｉｎ
２（１１６０ＭＰａ）コア強度に相当する。

土較五−主 例外的に化合物層のうしろに良好な支持が適切な材料選
定によって実施例２でのように炭化する必要なしで達成
できる。

例えば、Ｂ５９７０　７０９Ｍ４０材（以前はＥｎ１９
）から作られた単純なシャフトを中性吸熱性ガス雰囲気
中で８６０℃で３０分間オーステナイト化した。このと
きの終りに加工片を炉の熱い領域内で７２０”ｃに冷却
し、このときに雰囲気を５０体積％アンモニアと５０体
積％吸熱性ガスとの混合物に調整した。この状態を１５
分間維持し、次に、５秒間の空気中酸化を行ない、そし
てシャフトを１部のＣａ５ｔｒｏｌ　Ｖ５５３と１０部
の水とからなる油／水乳濁液内で急冷した。

この処理によって２゛５マイクロメートル厚さの化合物
層の下に第５図に示した硬度プロフィルが得られた。

蒸気脱脂後に、溶剤塗布の腐食防止不粘着ワックス（例
えば、Ｃａ５ｔｒｑｌ　Ｖ４２５）を塗布して、ＡＳＴ
ＭＢ１１７−７３にしたがった中性塩水噴霧試験で２４
０時間そのままである耐食性表面が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋼部材でのイプシロン化合物層の下の深さと
硬度との関係を表わす図であり、第２図は、鋼部材のワ
ックス被膜重さと塩水噴霧抵抗との関係を表わす図であ
り、 第３図は、鋼部材の酸化停止までの時間と酸素の深さと
の関係を表わす図であり、 第４図および第５図は、鋼部材でのイプシロン化合物層
の下の深さと硬度との関係を表わす図で６４°　　　　
　　　　　　　　　　以下余白ＦＩＧ、ｌ。 ＦＩＧ、２゜ ｉｔｔごノ＋ｆ　／ＥＥｃｏｕｐ；ノ ＦＩＧ、４゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ｉ）合金鋼部材をガス雰囲気中で熱処理してイプ
   シロン鉄窒化物又は炭窒化物表面層をこの鋼部材に形成
   し、（ｉｉ）この鋼部材を冷却し、（ｉｉｉ）この鋼部
   材を機械的に表面仕上げし、そして（ｉｖ）この表面仕
   上げした鋼部材を酸化して酸化物富化層を設ける工程を
   含んでなる耐食性合金鋼部材の製造方法。 ２、前記機械的表面仕上げは前記鋼部材の表面粗さＲａ
   が０．２マイクロメートルを越えないように行なわれる
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、前記酸化物富化層は主にＦｅ＿３Ｏ＿４からなりか
   つ０．５マイクロメートル厚さである特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載の方法。 ４、前記表面仕上げ工程は前記酸化工程後の前記鋼部材
   が０．１５マイクロメートル以下の最終表面仕上げ粗さ
   Ｒａであるように行なわれる特許請求の範囲第１項から
   第４項までのいずれかに記載の方法。 ５、前記酸化工程が酸化性雰囲気中での２ないし３０分
   の再加熱によって行なわれる特許請求の範囲第１項から
   第４項までのいずれかに記載の方法。 ６、前記鋼部材が、酸化性雰囲気中での再加熱後に、急
   冷されるか速冷される特許請求の範囲第１項から第４項
   までのいずれかに記載の方法。 ７、前記酸化が前記表面仕上げされた鋼部材をガス雰囲
   気中で３００ないし６００℃にて熱処理することによっ
   て行なわれる特許請求の範囲第１項から第６項までのい
   ずれかに記載の方法。 ８、前記酸化が前記鋼部材を発熱性ガスおよびその燃焼
   による水分中で行なわれ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。