JPS63171864A

JPS63171864A - 熱処理雰囲気の制御方法

Info

Publication number: JPS63171864A
Application number: JP113187A
Authority: JP
Inventors: Norio Kanetake; 金武　典夫
Original assignee: KINZOKU GIJUTSU KENKYUSHO KK
Current assignee: KINZOKU GIJUTSU KENKYUSHO KK
Priority date: 1987-01-08
Filing date: 1987-01-08
Publication date: 1988-07-15
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JP2543512B2

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】（産業上の利用分野）本発明は金属部材のガス浸炭、ガス浸炭窒化、光輝熱処
理等の雰囲気熱処理において、カーボンポテンシャル又
は浸炭層、浸炭窒化層深さを測定し、これにより熱処理
雰囲気を制御する熱処理雰囲気の制御方法に関するもの
である。

（従来の技術とその問題点）従来、ガス浸炭のような雰囲気熱処理を行なう際、浸炭
用ガスの浸炭能力であるカーボンポテンシャルを測定す
るため種々の方法が試みられている。

その方法の一つに鋼箔法がある。この方法はガス浸炭を
行なっている雰囲気中に鋼箔を配置して浸炭を行ない、
この鋼箔を冷却してから化学分析し、鋼箔中の炭素量か
らカーボンポテンシャルを測定するものである。従うて
、その測定には長時間を要し、測定されたカーボンポテ
ンシャルから直ちに浸炭雰囲気を制御することはできな
い。

また露点法と称するカーボンポテンシャルの測定法では
、雰囲気ガス中の８．０の量を露点において求めた後、
化学平衡式ＣＯ＋　Ｈｚ　２　Ｃ＋　Ｈｔ０において、
ＣＯとＨｔとが一定であることがらＣの量を計算し、間
接的にカーボンポテンシャルを求めている。

この方法は間接的にカーボンポテンシャルの値を類推す
るに過ぎず、鋼に対する浸炭能力を求めることはできな
い。

またＣＯ，分析法では、浸炭雰囲気ガス中のＣＯ２の量
を通常の赤外線分析により求め、この値から２ＣＯ％ｃ
＋ｃｏｔの化学平衡式で間接的に炭素量を求めるもので
ある。この方法も上記露点法と同様、間接的にカーボン
ポテンシャルを求めるに過ぎず、直接鋼に対する浸炭能
力を求めることはできない。

また最近では酸素濃淡電池の原理を利用する酸素センサ
によるカーボンポテンシャルの測定法も使用されている
がこの方法も雰囲気ガス中の酸素量からカーボンポテン
シャルを間接的に類推するに過ぎず、直接浸炭能力を求
めることはできない。

以上の従来の方法はいずれも面倒で時間のかかる操作が
必要であり、しかも間接的な方法によるため、正しいカ
ーボンポテンシャルを求めることが極めて困難である。

直接カーボンポテンシャルを求めることができる方法が
最もよいと考えられるが、その試みとして、鋼線を浸炭
後、これを炉外に出して冷却した後、常温で電気抵抗を
測定し、その電気抵抗値から鋼線に浸炭された炭素量を
求め、カーボンポテンシャルを求める方法が従来から行
なわれている。

しかし、この方法は鋼線を炉外で冷却するため、測定に
時間を要し、測定結果から直ちに熱処理雰囲気を制御す
ることができない欠点がある。

以上、ガス浸炭の場合を述べたが、ガス浸炭窒化の場合
も全く同様である。

以上のようにカーボンポテンシャルを測定して、熱処理
中の熱処理雰囲気を直ちに制御することは従来全く不可
能なことであった。また熱処理中に進行している浸炭層
又は浸炭窒化層の深さを測定して、熱処理雰囲気を制御
することも不可能なことであった。

（問題点を解決するための手段）本発明熱処理雰囲気の制御方法はガス浸炭、ガス浸炭窒
化、光輝熱処理等の雰囲気熱処理において、熱処理雰囲
気に配置した鉄鋼部材の電気抵抗変化を熱処理中に測定
し、測定した電気抵抗変化から前記熱処理雰囲気のカー
ボンポテンシャルを求めて熱処理雰囲気を制御すること
を特徴とする。

また、測定した電気抵抗変化から浸炭層、浸炭窒化層等
の深さを求めて熱処理雰囲気を制御することを特徴とす
る。

（作　用）まず熱処理雰囲気のカーボンポテンシャルを求めて熱処
理雰囲気を制御する場合の作用を説明す、　る。

例えば浸炭を行なう際のカーボンポテンシャル測定セン
サの断面の炭素の濃度曲線の一例を第１図に示す。これ
から明らかなようにまず浸炭（Ｉ）が行なわれ、次に炭
素が拡散（Ｉｔ）により表面の炭素量は減少するが、内
部の炭素量が高くなり、浸炭層深さは深くなっている。

そのプロセスの温度と時間との関係を第２図に示す。Ｔ
、は浸炭温度、ｔ、は浸炭時間、Ｔｔは拡散温度、ｔ！
は拡散時間である。またこのように浸炭から拡散に移る
間の電気抵抗の変化は第３図に示すとおりである。従っ
て熱処理中にカーボンポテンシャル測定センサによって
電気抵抗の変化を測定すれば、浸炭中なのか、拡散中な
のかもわかり、カーボンポテンシャルを正確に測定する
ことができる。

第４図はカーボンポテンシャル測定センサの炭素量と電
気抵抗との関係をＴ、〜Ｔ４の温度について示したもの
である０例えば熱電対で測定したガス雰囲気の温度がＴ
ｓ’Ｃで、カーボンポテンシャル計で測定したカーボン
ポテンシャル測定センサの電気抵抗がＲ１（μΩ）であ
ればその時のカーボンポテンシャル測定センサの炭素量
はＣ８％であり、直接カーボンポテンシャルＣ１％を求
めることができる。また逆に温度Ｔｓ”Ｃにおいてカー
ボンポテンシャルをＣ３％にすることを希望する場合に
は、第４図においてカーボンポテンシャル測定センサの
浸炭前の電気抵抗をＲｏとすればＲｔ　　Ｒｏ＝ΔＲの
ΔＲを求め、第５図から１３℃におけるカーボンポテン
シャルの変化−Ｃｐを求め、制御器により制御弁を制御
して雰囲気ガスを制御することができる。

次に浸炭層、浸炭窒化層等の深さを求めて熱処理雰囲気
を制御する場合の作用を説明する。

第６図に示すようにカーボンポテンシャル測定センサの
直径をＤ１浸炭層の深さをｈとするとＤ〉ｈである。浸
炭温度Ｔ＋＞Ｔｚ＞Ｔｓ”Ｃとｈとの関係は第７図に示
すとおりである。浸炭温度Ｔ２°Ｃで電気抵抗がＲ＋μ
Ωのとき浸炭層の深さはｈ＋閣である。時間をｔとする
と抵抗の変化量ΔＲの時間的割合ΔＲ／ｌから浸炭速度
Δｈ八を求めることができる。また浸炭層の深さｈを電
気抵抗の変化量ΔＲによって制御することができる。ガ
ス浸炭の場合を説明したがガス浸炭窒化の場合も同様で
ある。

以上から明らかなように、本発明では鉄鋼部材、特に極
低炭素鋼の線状、板状又はコイル状のカーボンポテンシ
ャル測定センサを熱処理雰囲気に配置して、カーボンポ
テンシャル測定センサの電気抵抗の変化を熱処理中に測
定することによってカーボンポテンシャル測定センサの
炭素量を求め、直接カーボンポテンシャルを求めること
ができる。

またこのカーボンポテンシャル測定センサの電気抵抗の
変化から浸炭層又は浸炭窒化層の深さを求めることがで
きる。従って熱処理中に測定したカーボンポテンシャル
又は浸炭層又は浸炭窒化層の深さから熱処理雰囲気を制
御することができる。

（実施例）本発明の好適な実施例を説明する。第８図に本発明方法
を実施するガス浸炭炉２とその付属装置を示す。このガ
ス浸炭炉２はファン４の他に例えばキャリヤーガス、エ
ンリッチガス及びアンモニヤをガス浸炭炉に導入するた
めのガス導入管６゜８．１０を具え、それぞれ制御弁１
２．１４．１６を有する雰囲気ガス源１Ｂ、　２０．２
２からガスをガス浸炭炉２に供給する。

本発明方法を実施するための装置はガス浸炭炉２の炉壁
を通じてカーボンポテンシャル測定センサ２４を炉内に
突出するカーボンポテンシャル測定具２６と、電気抵抗
測定器を含むカーボンポテンシャル計２８と、このカー
ボンポテンシャル計２８からの信号に基づいて制御弁１
２．１４．１６を制御する制御器３０とを具える。

第９図にカーボンポテンシャル測定具２６の詳細を断面
図で示す、カーボンポテンシャル測定センサ２４を極低
炭素鋼線で構成する。抵抗測定用導線３２の一部を３３
のように太くし、電気抵抗を小さくし、抵抗測定用導線
３２が熱による影響を受けないようにする。この抵抗測
定用導線３２を保護管３４内に配置する。また温度測定
のための熱電対３６を設けてもよい。このような極低炭
素鋼線をカーボンポテンシャル測定センサとして使用す
る時は、第４図に示すように、例えば熱電対３６で測定
したガス雰囲気の温度がＴｓ”Ｃで、カーボンポテンシ
ャル計２８で測定したカーボンポテンシャル測定センサ
２４の電気抵抗がＲ＋μΩであればその時のカーボンポ
テンシャル測定センサ２４の炭素量はＣ１％であること
は（作用）の項で説明したとおりであり、直接カーボン
ポテンシャルＣ３％を求めることができる。また逆に温
度Ｔ１℃において、カーボンポテンシャルを０１％にす
ることを希望する場合には第４図のΔＲを求め、第５図
から雰囲気温度Ｔ３℃におけるカーボンポテンシャルの
変化ΔＣｐを求め、制御器３０により制御弁１２．１４
．１６のいずれか又は全部を制御して雰囲気ガスを制御
することができる。

１旌■１ガス浸炭炉２でブタンの吸熱型変成ガスを使用し、ブタ
ンのエンリッチガスを使用した。カーボンポテンシャル
測定センサとして炭素量０．０２％の低炭素鋼の直径０
．２閣の鋼線を用いた。

浸炭中、９３０°Ｃで電気抵抗率１１５μΩ・１に対応
する炭素量即ちカーボンポテンシャルは０．８１％Ｃで
あった。

また抵抗変化率ΔＲは４μΩ・１であった。このΔＲか
らカーボンポテンシャルの変化ΔＣｐを求め、雰囲気ガ
スのエンリッチ量を変化させてガス浸炭雰囲気を制御し
た。

実１１亀ブタン吸熱型変成ガス、ブタンエンリッチガス及びアン
モニヤガスを使用し、アンモニヤガスによるガス浸炭窒
化を行なった。実施例１と同様にカーボンポテンシャル
を電気抵抗から求めることができた。

ス［カーボンポテンシャル測定センサとして極低炭素鋼線で
比較的直径の大きいものを使用した。第６図につき（作
用）の項で説明したように、この鋼線の直径をＤ、浸炭
層の深さをｈとするとＤ〉ｈである。

また第７図につき（作用）の項で説明したように浸炭温
度？！’Ｃで電気抵抗がＲ，μΩのとき浸炭層の深さは
ｈ１■であった０時間をｔとすると抵抗の変化量ΔＲの
時間的割合ＪＲ／ｌから浸炭速度Δｈ／ｌを求めること
ができた。また浸炭層の深さｈを電気抵抗の変化量ΔＲ
によって制御することができた。ガス浸炭窒化について
も実施したがガス浸炭の場合と同様有利に制御すること
ができた。

上記の実施例１．２及び３においてカーボンポテンシャ
ル測定センサとして熱処理する部品と同一の鋼種のセン
サを使用すれば、さらにカーボンポテンシャルＣＩ％ま
たは浸炭層の深さｈは精度高く測定することができる。

例えばクロムモリブデン鋼ＳＣＭ　４２０の歯車のガス
浸炭においてＳＣＭ　４２０の鋼線をセンサとして使用
し、好結果を得た。

ス１」ロエ鋼の光輝焼なまし、光輝焼ならし、光輝固溶化処理等の
光輝熱処理を実施した。

第１０図に示すように、炭素量００゛％のカーボンポテ
ンシャル測定センサを使用し、吸熱型変成ガスを使用し
た雰囲気熱処理炉内にこのカーボンポテンシャル測定セ
ンサを入れて加熱した時に、もしカーボンポテンシャル
が低下したとすると、電気抵抗も低下し、電気抵抗はＲ
ｅ’からＲ８′になるから、ＲＩ′に対応する炭素量は
Ｃ＋’　となる。

ＣＩ”　＜Ｃ，’であるから明らかに脱炭現象を呈する
ことになる。そこで常に電気抵抗がＲｅ’になるように
ガス雰囲気を制御したところ、脱炭を防止し、好結果が
得られた。

１施１第９図のカーボンポテンシャル測定具２６はカーボンポ
テンシャル測定センサと、温度計としての熱電対とを組
合せたものである。実施例５では第１１図（ａ）に示す
ようにカーボンポテンシャル測定センサ３８が極低炭素
鋼、又は熱処理すべき部品と同一の鋼種であって浸炭で
きる材料から成る測定センサであり、非浸炭性金属から
成る温度補正線４２を具えたカーボンポテンシャル測定
具４４を使用した。抵抗測定用導線４０の一部を４１の
よにに太くしたことは第９図の場合と同様である。４６
は保護管である。カーボンポテンシャル測定センサ３８
と温度補正線４２とによって第１１図（ｂ）のようにホ
イートストンブリッジ回路を構成した。このような温度
補正回路は既知のものなのでこれ以上の説明は省略する
。カーボンポテンシャル測定センサの電気抵抗を温度補
正しながら測定した。

以上の実施例ではいずれも線状のカーボンポテンシャル
測定センサを使用したが、板状の測定センサでもよい、
板状の測定センサは表面積が広いため抵抗値が大きく変
るから測定精度を高くすることができる。また測定セン
サはコイル状でもよい。この場合は長さが長くなるため
抵抗値の変化が大きいので測定精度を高くすることがで
きる。

（効　果）本発明はガス浸炭、ガス浸炭窒化、光輝熱処理等め熱処
理中に、熱処理雰囲気中に配置したカーボンポテンシャ
ル測定センサによって、刻々その電気抵抗の変化を測定
することにより、熱処理雰囲気のカーボンポテンシャル
を求めることができ、同時に熱処理部品内の浸炭層深さ
、浸炭窒化層深さを測定することができるので、熱処理
操業中に熱処理雰囲気を適正に制御することができる。

測定には、直接カーボンポテンシャルを測定することが
でき、時間を要せず、安価な測定器によって容易に測定
を行なうことができるので、熱処理操業費も安価となり
、適切に熱処理された熱処理部品を安価に生産すること
ができ、生産性の向上と品質の向上とに貢献するところ
極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はカーボンポテンシャル測定センサの浸炭と拡散
とによる炭素量と表面からの距離との関係を示すグラフ
、第２図は浸炭と拡散とのプロセスを時間と温度との関係
で示す線図、第３図は浸炭と拡散とが行なわれる間の電気抵抗の変化
を示すグラフ、第４図はカーボンポテンシャル測定センサの電気抵抗と
炭素量との関係を示すグラス、第５図は電気抵抗変化量
と、カーボンポテンシャルの変化との関係を示すグラフ
、第６図はカーボンポテンシャル測定センサの直径と浸炭
深さとの関係を示す断面図、第７図はカーボンポテンシャル測定センサの浸炭層深さ
と電気抵抗との関係を示すグラフ、第８図は本発明方法
を実施するガス浸炭炉とその付属装置の配置図、第９図は本発明方法の実施に使用するカーボンポテンシ
ャル測定具の断面図、第１０図はカーボンポテンシャル測定センサの炭素量と
電気抵抗との関係を示すグラフ、第１１図（ａ）は温度
補正線を具えた本発明方法に使用するカーボンポテンシ
ャル測定具の断面図及び第１１図（ａ）はホイートスト
ンブリッジ回路を示す図である。２・・・ガス浸炭炉　　　　４・・・ファン６．８．１
０・・・ガス導入管１２、１４．１６・・・制御弁１Ｂ、　２０．２２・・・雰囲気ガス源２４・・・カー
ボンポテンシャル測定センサ２６・・・カーボンポテン
シャル測定具２８・・・カーボンポテンシャル計３０・・・制御器　　　　　　３２・・・抵抗測定用導
線３３・・・導線３２の太い部分　３４・・・保護管３
６・・・熱電対３８・・・カーボンポテンシャル測定センサ４０・・・
抵抗測定用導線　　４０・・・導線４０の太い部分４２
・・・温度補正線４４・・・カーボンポテンシャル測定具４６・・・保護
管第４図ｔ炭素量（％）第５図電気拮抗変化量ΔＲ電気抵抗（ｆｉΩ）　　　　　　　　　エ度（°Ｃ）炭
素量（％）第６図第７図り。涜度層ぼさｈ（慣例）第８図第９図電づ〜ネ氏抗（、ノシΩン手　続　補　正　書（方式）％式％ ■、事件の表示昭和６２年　特許願第１１３１号２、発明の名称熱処理雰囲気の制御方法３、補正をする者事件との関係　　特許出願人金　　　武　　　典　　　夫４、代理人６゜補正の対象１、明細書第１６頁第５行の「第１１図（ａ）」とある
のを「第１１図（ｂ）」に訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】１、ガス浸炭、ガス浸炭窒化、光輝熱処理等の雰囲気熱
処理において、熱処理雰囲気に配置した鉄鋼部材の電気
抵抗変化を熱処理中に測定し、測定した電気抵抗変化か
ら前記熱処理雰囲気のカーボンポテンシャルを求めて熱
処理雰囲気を制御することを特徴とする熱処理雰囲気の
制御方法。２、前記カーボンポテンシャルが所定値になるよう熱処
理雰囲気を制御する特許請求の範囲第１項に記載の制御
方法。３、ガス浸炭、ガス浸炭窒化、光輝熱処理等の雰囲気熱
処理において、熱処理雰囲気に配置した鉄鋼部材の電気
抵抗変化を熱処理中に測定し、測定した電気抵抗変化か
ら浸炭層、浸炭窒化理等の深さを求めて熱処理雰囲気を
制御することを特徴とする熱処理雰囲気の制御方法。４、前記浸炭層、浸炭窒化層等の深さが所定値になるよ
う熱処理雰囲気を制御する特許請求の範囲第３項に記載
の制御方法。