JPS62260013A - 熱処理雰囲気制御方法 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、鉄系や非鉄系の金属材料から製作した被処
理材を雰囲気熱処理するにあたり、熱処理時に要求され
る雰囲気ガス成分濃度に炉内雰囲気を制御するのに利用
される熱処理雰囲気制御方法に関するものである。

（従来の技術） 鉄系や非鉄系の金属材料から製作した部品（素材を含む
、）−は、熱処理を施すことによってその特性が著しく
向上するものが多く、例えば＃遼耗性や耐疲労性等を向
上させるために浸炭焼入れを施したりする。

従来、各種の部品に対して熱処理を行う場合、ガス雰囲
気としたり、液体雰囲気としたりするが、液体雰囲気は
取扱いや公害等の問題から、近年ではガス雰囲気とする
ことが多い。この場合。

熱処理炉内の雰囲気ガス成分濃度を所定の値に保つだめ
に、熱処理炉内にキャリヤガスとエンリッチガスとを送
給して均一な混合雰囲気を形成し、前記キャリヤガスと
エンリッチガスの送給量を調整して炉内の雰囲気ガス成
分濃度を所定の値にすることが行われる。

従来、このような雰囲気ガス成分濃度を生成させる場合
には、大別して変成炉方式と滴注方式とがある。これら
のうち、変成炉方式では、キャリヤガス（通常はＲＸガ
ス）を生成させる変成炉の操作が面倒であり、かなりの
経験と熟練が要求されると共に、ガス組成を安定に保つ
ことが難かしく、操作開始から安定したキャリヤガスの
送給までにかなりの時間を要するため、経済的な方式で
あるとはいえない。

一方、滴注方式の中には大別して二つの方式があり、そ
の一つは、キャリヤガスに相当する有機液体とエンリッ
チガスに相当する有機液体とをあらかじめ混合し、また
はそれぞれ単独で熱処理炉内に送給する方式であり、他
の一つは、キャリヤガスに相当するガスの生成は有機液
体の熱処理炉内への送給で行い、炉内の炭素濃度を上げ
るのに必要なエンリッチガス成分は、ガス体で直接炉内
へ送給する方式である。

上記した滴注方式において採用された二つの方式におい
てはいずれが有利であるかははっきりとしており、当初
は前者の方式が採用されていたが、雰囲気制御が容易で
あってしかも正確に行える後者の方式が主流となってき
ている。

ところで１滴注力式における後者の方式は、あらかじめ
炭素濃度が決定された有機液体（主にエタノール単体も
しくはこれに水を添加したもの）を熱処理炉内に送給し
、上記有機液体を熱分解させてキャリヤガスとし、この
キャリヤガスにエンリッチ用の有機気体を添加して炭素
濃度を制御するようにしている。

しかしながら、このような従来の熱処理雰囲気制御方法
では、炭素濃度の下限は有機液体により定まってしまう
ため、炭素濃度の下限が異なる要求熱処理雰囲気ごとに
対応して、炭素濃度の異なる有機液体を用意しておかね
ばならないという問題点があった。また、この方式では
、熱処理炉内が著しくスーティング（Ｓｏｏｔｉｎｇ）
していたり、被処理材に油脂性が付着していたりすると
いう外的条件によって、雰囲気の炭素濃度が予想以上に
上昇してしまう場合には、上記炭素濃度を所定値までに
下げるのにかなりの時間を必要とし、雰囲気制御が困難
になるという問題点があった。

（発明の目的） この発明は、上記したような従来の問題点に着目してな
されたもので、被処理材を雰囲気熱処理するにあたり、
必要とされる熱処理炉内雰囲気を容易にかつ正確にしか
も短時間のうちに制御することが可能である熱処理雰囲
気制御方法を提供することを目的としている。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は、鉄系や非鉄系の全屈材料から製作された部
品および素材すなわち被処理材を雰囲気熱処理するにあ
たり、熱処理炉内にキャリヤガスとエンリッチガスまた
はレデュースガスを送給して均一な混合雰囲気を形成し
、熱処理時に要求される雰囲気ガス成分濃度に炉内雰囲
気を制御する方法であへて、前記キャリヤガスを生成す
る有機液体および／または有機気体の送給と同時にもし
くは単独に、熱処理時に要求される所定の雰囲気ガス成
分濃度が得られるように適宜、前記エンリッチガスとし
てメタン、プロパン、ブタン等の単体もしくは混合ガス
からなる炭化水素系ガスを送給し、前記レデュースガス
としてＣＯ２および／または空気を主体とする希釈ガス
を送給して、当該熱処理時に要求される雰囲気ガス成分
濃度に相当するガス濃度を測定することにより前記被処
理材に要求される雰囲気ガス成分濃度に炉内雰囲気を制
御するようにしたことを特徴としている。

この発明において、キャリヤガスを生成するだめの有機
液体としては、熱処理炉内に送給された際に分解しやす
いもの、例えばメタノール（ＣＨ３０Ｈ）が使用される
。この場合、有機液体をそのまま熱処理炉内に送給した
り、熱処理炉内に送給する前の段階で熱分解させて有機
気体の状態で熱処理炉内に送給したりできるが、有機液
体のまま送給して熱処理炉内の熱により分解させる方が
簡便であって種々の利点が得られる。

そして、前記キャリヤガスを生成する有機液体および／
または有機気体の送給と同時にもしくは単独に、熱処理
時に要求される所定の雰囲気ガス成分濃度が得られるよ
うに適宜必要に応じて、エンリッチガスまたはレデュー
スガスを送給するごとにより、炉内雰囲気を所定の雰囲
気ガス成分濃度に制御する０例えば、前記キャリヤガス
を生成する有機液体および／または有機気体を常時一定
流量流し、炉内雰囲気の炭素濃度を高めたいときには前
記エンリッチガスを前記キャリヤガスと同時にもしくは
単独に送給し、逆に炭素濃度を下げたいときには前記レ
デュースガスを前記キャリヤガスと同時にもしくは単独
に送給することにより、炉内雰囲気の炭素濃度を幅広く
制御する。

ところで、上記したエンリッチガス用の有機気体として
は、パラフィン系の炭化水素ガスが望ましく、これらの
うちでも熱分解が容易であって比較的廉価なメタンガス
、プロパンガス、ブタンガスなどが適している。

また、レデュースガスとしては、Ｃ０２ガスが最も適し
ているが、多少の誤差を覚悟しかつ安全を確保すること
ができれば空気を使用することもできる。

そして、前記キャリヤガスを生成する有機液体および／
または有機気体の送給と同時にもしくは単独に、雰囲気
調整用のエンリッチガスまたはレデュースガスを送給し
て、当該熱処理時に要求される雰囲気ガス成分濃度に相
当するガス濃度（Ｃ０２、０２＊　Ｈ２ｏ等）を測定す
ル、ニー　トニ、ｌ：す、前記被処理材に要求される雰
囲気ガス成分濃度に炉内雰囲気を制御する。

このような熱処理雰囲気制御では、前記キャリヤガスを
生成する有機液体はさほど厳しく管理されたものでなく
ともよく、また従来のように炭素濃度の下限値に応じて
いくつかの種類の有機液体を容易しておく必要もなく、
一種類だけ用意すれば十分であり、したがって有機液体
の管理範囲が広くなったことにより安価な工業用アルコ
ールや再生アルコールを使用することができ、コストダ
ウンが可能となる。そして、制御用気体の送給量を調整
することによって、炉内雰囲気ガス成分濃度を自由に制
御することが可能である。

また、有機液体や有機気体はＣ０２や空気の送給によっ
て燃焼させることも可能であるため、当該有機液体や有
機気体を送給する部分のスーティング（Ｓｏｏｔｉｎｇ
）発生を抑えることができ、このようなスーティングの
抑制によってガスの欠乏を防ぐことが可能となり、それ
ぞれガス欠乏時に外気を吸い込むことによる爆発の危険
性をなくすことができるようになる。

（実施例） この実施例においては、被処理材として、ニッケルクロ
ム≦１（ＳＮＣ４１５）を素材としたものを選択し、熱
処理の操業を開始した。この操業においては、添付図面
に示すように、熱処理路内に、キャリヤガスを生成する
有機液体として工業用メタノールを２ＣＯ０ｍ文／　ｈ
　ｒの流量で送給した。そして、熱処理炉内温度を９２
０°Ｃに保持し、保持後３０分経過したところで、エン
リッチガスとしてプロパンガス（１ＣＯ％）　を３１／
ｍｊｎの流量で熱処理炉内に送給すると同時に。

スーパーエンリッチガスとして同じくプロパンガス（１
ＣＯ％）を５１／ｍｉｎの流量で熱処理炉内に送給した
。そこで、送給後約１５分経過したところで雰囲気ガス
成分濃度が所定値に到達しくカーボンセンサーで測定）
たりで、スーパーエンリッチガスの送給を停止するとと
もに、エンリッチガスの送給量を次第に減らすことによ
って、雰囲気ガス成分濃度が所定値に維持されるように
した。これによって、従来よりもかなり短時間のうちに
炉内雰囲気を所定のガス成分濃度に設定することができ
ると共に、当該ガス成分濃度を安定して維持することが
できた。次いで、プロパンガス送給開始後９０分経過し
たところで前記プロパンガスの送給を停止すると共に、
雰囲気調整のためにレデュースガスとしてＣ０２ガスを
３１７　ｍ　ｉ　ｎの流量で熱処理炉内に送給すると同
時にスーパーレデュースガスとして同じ＜ＣＯ２ガスを
３Ｊｌ／ｍｉｎの流量で熱処理炉内に送給し、送給後約
３０分経過したところでスーパーレデュースガスの送給
を停止するとともに、レデュースガスの送給量を次第に
減らすことによって、雰囲気ガス成分濃度が所定値とな
るようにし、このＣＯ２ガス送給量の制御の間に熱処理
炉内温度を８３０℃まで降下させたのち恒温保持し、保
持６０分経過直前で前記Ｃ０２ガスの送給を停止して、
８３０″Ｃの温度から油槽内に被処理材を装入して焼入
れを行った。

その後、得られた被処理材の硬度および組織を調べたと
ころ１表面における硬度分布は著しく良好であると共に
、表面は十分良好なマルテンサイト組織となっており、
所望の表面焼入れ組織を得ることができた。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明は、鉄系や非鉄系の
金属材料から製作された部品および素材すなわち被処理
材を雰囲気熱処理するにあたり。

熱処理炉内にキャリヤガスとエンリッチガスまたはレデ
ュースガスを送給して均一な混合雰囲気を形成し、熱処
理時に要求される雰囲気ガス成分濃度に炉内雰囲気を制
御する方法であって、前記キャリヤガスを生成する有機
液体および／または有機気体の送給と同時にもしくは単
独に、熱処理時に要求される所定の雰囲気ガス成分濃度
が得られるように適宜、前記エンリッチガスとしてメタ
ン、プロパン、ブタン等の単体もしくは混合ガスからな
る炭化水素系ガスを送給し、前記レデュースガスとして
Ｃｏ２および／または空気を主体とする希釈ガスを送給
して、当該熱処理時に要求される雰囲気ガス成分濃度に
相当するガス濃度を測定することにより前記被処理材に
要求される雰囲気ガス成分濃度に炉内雰囲気を制御する
ようにしたから、熱処理に際して必要とされる熱処理炉
内雰囲気を容易にかつ正確にしかも短時間のうちに制御
することが可能である。そのため、制御系に持ち込まれ
るあらゆる外的要因の変動、例えばキャリヤガスの炭素
濃度の変動、ばらつきや、被処理材の表面積の多少や、
被処理材表面の酸化および脱炭の有無ならびに油脂分の
有無や、炉内のシーズニング状態の変動なども制御でき
るようになるという著しく侵れた効果が得られる。

さらに、キャリヤガスを生成する有機液体はさほど厳し
い管理が要求されないため、有機液体として比較的安価
なものを使用することが可能であると同時に、従来のよ
うに炭素濃度の下限に応じていくつかの種類のものを準
備しておく必要がないため、管理コストの低減をはかる
ことができ、エンリッチガス（および必要に応じてスー
パーエンリッチガス）とレデュースガス（および必要に
応じてスーパーレデュースガス）とから選ばれる雰囲気
調整用ガスの送給量を調整することによって、熱処理炉
内雰囲気を自由にかつ著しく容易にしかも迅速に制御す
ることが可能であるという非常に侵れた効果がもたらさ
れる。

【図面の簡単な説明】

添付図面はこの発明の実施例における浸炭焼入れ時の炉
内温度変化、キャリヤガス生成用有機液体、エンリッチ
ガス生成用炭化水素ガス、レデュースガス用炭酸ガスの
それぞれの送給量変化、および炭素濃度変化を示す説明
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理材を雰囲気熱処理するにあたり、熱処理炉
   内にキャリヤガスとエンリッチガスまたはレデュースガ
   スを送給して均一な混合雰囲気を形成し、熱処理時に要
   求される雰囲気ガス成分濃度に炉内雰囲気を制御する方
   法であって、前記キャリヤガスを生成する有機液体およ
   び／または有機気体の送給と同時にもしくは単独に、熱
   処理時に要求される所定の雰囲気ガス成分濃度が得られ
   るように適宜、前記エンリッチガスとしてメタン、プロ
   パン、ブタン等の単体もしくは混合ガスからなる炭化水
   素系ガスを送給し、前記レデュースガスとしてＣＯ＿２
   および／または空気を主体とするガスを送給して、当該
   熱処理時に要求される雰囲気ガス成分濃度に相当するガ
   ス濃度を測定することにより前記被処理材に要求される
   雰囲気ガス成分濃度に炉内雰囲気を制御することを特徴
   とする熱処理雰囲気制御方法。