JPS6221866B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各種鋼の浸炭焼入方法に関するもの
で、焼入歪の低減を図り、さらに電力消費量を節
約することができ経済的であり、作業工程時間の
短縮を図ることができ作業能率を向上させること
ができることを特徴とするものである。

従来、提供されている鋼の浸炭方法は浸炭性ガ
ス雰囲気中で例えば鋼を950℃で所定時間加熱
し、降温して焼入適温とし、降温後ワーク温度を
均一にするため焼入温度に20〜30分間保持したの
ち、焼入れを行うものであつた。

本発明は上記温度保持工程を経ることなく降温
終了時の最もワーク温度分布のよい時点でそのま
ま焼入れを行うことを特徴とするものである。

同一雰囲気中における雰囲気ガスの浸炭炭素濃
度（CP）は温度により変化することが知られて
いる。その関係は10℃＝0.07％Ｃであり、ワーク
表面の炭素濃度が異ると、焼入れにおけるマルテ
ンサイト変態時に、変態開始温度並びに格子定数
の軸比が変化し、焼入歪の原因となる。

変態開始温度（Ms点）はその鋼のオーステナ
イト中に溶け込んでいる諸元素の量によつて決ま
り、次式で算出できる。

Ms（℃）＝538−317（％Ｃ）−33（％Mn） −28（％Cr）−17（％Ni）−11（％Si） −11（％Mo）−11（％Ｗ） ……(1) 上式及び第１図に見るように、炭素量が多いほ
ど変態開始温度は低くなる。

また、格子定数と軸比について述べれば、第２
図示のごとく、マルテンサイトは炭素量が増すに
つれてａ軸は短縮し、ｃ軸は著しく伸びる。換言
すれば格子の胴まわりは細く、たけは高くなり、
したがつて歪の度合、すなわち軸比ｃ／ａは増大
する。そこで0.1％の差を算出すると １．０６−１．０２／（１．５−０．５）１．０２
×１０×100≒04％……(2) 温度10℃については0.07×0.4＝0.028％の軸比
のバラツキとなる。

上記理由により、焼入歪のバラツキを低減する
にはトレー間にあつては雰囲気の適切な管理、ト
レー内にあつてはその温度分布が重要であること
が判明する。そこで温度分布について考えてみる
と、本発明者は従来の降温から焼入の工程に問題
があることに注目した。

すなわち、上記従来の方法にあつては降温後、
ワーク温度を均一にするため焼入温度に20〜30分
間保持しているが、その間の状態をまず、バツチ
炉についてみると、標準的な大きさのバツチ炉の
浸炭時の蓄熱量は２〜2.5×10⁵Kcalであり、焼入
温度保持時のヒーター負荷率は30％程度である。
その時のヒーターのON−OFF時の温度分布を炉
内各所でみると、第３図示のごとくであり、ON
−OFFの巾≒10℃の間でもON直前、すなわち降
温終了時が最もバラツキが少いことが判明した。
それはヒーターON時はヒーターからの受熱量が
大であり、時間的には短くヒーターOFF時は炉
壁からの放熱量は小さく時間的には長くかかるた
めと思われる。

つぎに連続炉についてみると、一般に連続炉は
浸炭（拡散）ゾーン、降温ゾーン、焼入ゾーンが
一体構造とされ、各ゾーン間に壁はなく浸炭（拡
散）から焼入れへと温度勾配を有しているので、
トレイ内で前後の温度差はさけられない、しかも
降温ゾーンは２〜３トレイあるのでサイクルタイ
ムの2.3倍の時間炭素量のバラツキを発生させ
る。

したがつて、本発明の方法の実施にあつては浸
炭（拡散）ゾーンと焼入れゾーン間に扉を設け、
焼入温度に保持した別室中で単独に降温し、焼入
温度に達すると同時に焼入れする炉構造とされ
る。その場合には焼入温度に早く降温でき、高温
浸炭にも十分に対応できるものである。

その具体的炉構造が第６図に示されている。図
中１０は装入ベステイブル、１１は浸炭（拡散）
ゾーン、１２は焼入れ降温ゾーン、１３は油槽で
あり、１４，１５，１６，１７，１８はそれぞれ
開閉扉であり、１９，２０，２１，２２はプツシ
ヤーである。

上記構造の炉にあつてはまず、開閉扉１４が開
かれ、プツシヤー１９でワークが装入ベステイブ
ル１０に装入される。

つぎにプツシヤー１９の復帰とともに開閉扉１
４が閉められ、つぎにプツシヤー２０が進出し、
それとタイミングを合せて開閉扉１５が開かれ、
ワークが浸炭（拡散ゾーン１１に移動させられ
る。

つぎに開閉扉１５が閉められ、浸炭（拡散）が
行われ、その完了とともにプツシヤー２１が進出
し、同時に開閉扉１６が開かれ焼入れ降温ゾーン
１２にワークが移動させられる。つぎに開閉扉１
６が閉められ、焼入れ降温ゾーン１２内で降温が
行われ、降温と同時にプツシヤー２２が進出し、
それとタイミングを合せて開閉扉１７が開かれ、
油槽１３にワークが移動させられ、つぎに開閉扉
１７が閉じられ焼入れが行われる。つぎに開閉扉
１８が開かれ、ワークは炉外へ排出させられ、さ
らに開閉扉１８が閉じられるよう構成されてい
る。

第４図には従来の連続炉の焼入ゾーン各所の温
度分布及び炭素量（CP）が示されている。

上記結果からも明らかなように降温終了近くに
雰囲気の炭素量のバラツキ巾は0.10〜0.05％Ｃへ
と改善されるのでワークの表面より0.1〜0.2μの
深さの炭素量も修正される。その時点で焼入れす
れば、温度分布で±７℃→±3.5℃ 炭素量ｘ（平均値）0.85→0.82％Ｃ γ（バラツキ巾）0.09→0.05％Ｃ σ（標準偏差）0.033→0.015 と炭素量のバラツキは約1/2減少するものであ
る。

本発明は850〜980℃にて浸炭処理完了後、降温
工程に入り、780〜850℃の所定焼入温度に降温
し、降温終了の時点でそのまま焼入れを行い、従
来のごとく焼入温度を20〜30分間保持することを
行わないものである。従来工程と同時に第５図に
ついて本発明を説明すると、同図示中（Ｙ）曲線
が従来の浸炭（拡散）、冷却及び焼入れに至る工
程である。

すなわち、浸炭（拡散）工程Ａからそれと連な
る降温工程Ｄに入り、さらに焼入れ温度保持工程
Ｅ経てＦ点で焼入れを行うものであつた。

これに対し、本発明では（Ｘ）曲線のごとく浸
炭（拡散）工程Ａから別室とした焼入れ降温ゾー
ン１２において降温工程Ｂに入り降温完了ととも
に例えばＣ点で焼入れを行うものであり、従来の
ごとく、焼入れ温度保持工程Ｅがないため、その
差すなわち（Ｚ）間のヒーター使用による電力消
費を節約することができ極めて経済的であり、さ
らに被処理材の量、種類等により降温時間は異る
が、別室における降温のため従来より短時間に降
温でき作業工程の短縮が図られ、したがつて、作
業能率の向上を図ることができる効果を得ること
ができるものである。

さらに本発明では上記のごとく実際操業で明ら
かにされた降温終了時の、最も温度及び炭素量の
バラツキが少い時点で焼入れが行われるため、焼
入歪を最少限とすることができるものである。

その一例が第７図に示されている。

同図はバツチ炉においてワーク（プレス加工円
板）を本発明の方法で処理した場合と従来の方法
で処理した場合の歪を計測集計し、比較した場合
を示すもので、白地棒が本発明の方法で処理した
もの、斜線入り棒が従来の方法で処理した場合を
示すものである。

同図を検討すると、本発明の方法で処理した場
合には歪の少い側のワーク量が90％近くを占めて
いるのに対して、従来の方法で処理した場合は55
％程度であり、さらに最大値の0.145〜0.175mmの
歪をもつワークにあつては本発明の方法にあつて
は０であるのに対して、従来の方法で処理した場
合は２％も存することが判明したものであり、そ
の平均値においては0.0418対0.07545mmの相違が
あつたものである。

上記計測集計比較はバツチ炉におけるものであ
るが、連続炉においても近似した結果が得られた
ものである。

上記のごとく、本発明によれば、焼入れ歪の低
減を図り、さらに電力消費量を節約することがで
き経済的であり、作業工程時間の短縮を図り、作
業能率を向上させることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は変態開始温度を示す図、第２図はマル
テンサイトの格子定数及び軸比を示す図、第３図
はバツチ炉の焼入温度保持状態を示す炉内各所の
温度分布図、第４図は連続炉の焼入温度保持状態
を示す炉内各所の温度分布図、第５図は本発明と
従来の工程の相違を示す連続炉の工程図、第６図
は本発明を実施する炉構造の平面図、第７図はワ
ークの歪計測結果を示す棒グラフである。 Ａ……浸炭（拡散）工程、Ｂ，Ｄ……降温工
程、Ｅ……焼入れ温度保持工程、Ｃ，Ｆ……焼入
れ点、１１……浸炭（拡散）ゾーン、１２……焼
入れ降温ゾーン、１３……油槽、１４，１５，１
６，１７，１８……開閉扉、１９，２０，２１，
２２……プツシヤー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 850〜980℃にて浸炭処理完了後、別室で780
   〜850℃の所定焼入温度に降温し、該温度に保持
   することなく降温終了と同時に焼入れを行うこと
   を特徴とする浸炭焼入方法。