JPS63171865A - 高Ｍｎ非磁性鋼材の表面硬化方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高Ｍｎ非磁性鋼の特性（特に耐誘性や非磁性等
）を損わずにプラズマ浸炭処理または浸炭窒化処理する
方法に関し、特に高硬度で耐摩耗性に優れかつ安定した
表面硬化層を得ることのできる高Ｍｎ非磁性鋼材の表面
硬化方法に関するものである。

［従来の技術］ 高Ｍｎ非磁性鋼は高強度で非磁性を有するものの硬度が
低く、耐摩耗性が十分でないため比較的使用寿命が短い
、そこで浸炭処理や窒化処理による表面硬化処理が試み
られている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが従来の表面硬化処理、たとえば窒化処理におい
ては十分な表面硬度が得られないばかりでなく耐食性の
低下や透磁率の変化を招くことが多く、非磁性材料とし
ての使用が困難になるということもあった。またせっか
く形成した窒化層が簡単に剥離することもあり、安定し
た表面硬化層が得られなかった。また浸炭処理や浸炭窒
化処理においても同様であり、耐誘性や非磁性を損わず
に高硬度および高耐摩耗性の両方を満足する表面硬化層
を得ることは難しく実用上大きな問題であった。

本発明はこの様な状況を憂慮してなされたものであって
、耐錆性や非磁性を損わずに高硬度および耐摩耗性を満
足する表面硬化層を得ることのできる表面硬化方法、特
に浸炭方法と浸炭窒化方法の提供を目的とするものであ
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決することのできた本発明のうち浸炭方
法は、 Ｍｎ：１０〜２８％ Ｃｒ：１０〜１８％ Ｎ　　：０．０２〜０．４％ を含有する高Ｍｎ非磁性鋼材を ■雰囲気ガス：希ガス＋Ｈ２＋処理条件においてガス状
態を呈する炭化水素（以下ガス状炭化水素と記す） ■０．５〜１５ＴＯｒｒ なるガス雰囲気中、８５０〜１２５０℃でプラズマ浸炭
処理を施すことを構成要旨とするものであり、また浸炭
窒化方法は前述の条件においてガス雰囲気中Ｎ、を添加
し、処理温度も７５０〜１２５０℃に変えたことを構成
要旨とするものである。

［作用］ 本発明においては後述する成分を含有する高Ｍｎ非磁性
鋼を後述の条件下でプラズマ浸炭または浸炭窒化処理を
施すものであるが、このときプラズマ状になった炭素や
窒素が鋼材表面から拡散浸透し鋼材を形成している合金
成分と結合して炭化物Ｆｅ、Ｃ，（Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ）
、Ｃ。

ＭｎｚｓＣｓ　、（Ｆ　＠−Ｍｎ　”　ＣｒＬｓ　Ｃｍ
　。

Ｍｎ、　Ｃｓ、　（Ｆ　６”　Ｍｎ　”　Ｃｒ）ｙｃｓ
、ｃＶｚｓｃｓ。

Ｃｒｔ　Ｃｓ、Ｃｒｓ　Ｃｍ、（Ｆ　ｅｓ−Ｍｎ　＠　
Ｃｒ）ｓｅ２等や窒化物Ｍ１４Ｎ、Ｍｎ２Ｎ５　、Ｃｒ
Ｎ。

Ｃｒ、Ｎ等およびこれらの複合化合物を形成し硬くて安
定した層状組織を形成するのである。

次に高Ｍｎ非磁性鋼に含有される成分および成分限定理
由について述べる。

Ｍｎ：１０〜２８％ Ｍｎはオーステナイト形成元素であり、かつプラズマ浸
炭または浸炭窒化により炭化物や窒化物を形成し高硬度
を得るために必要な元素である。

しかし１０％未満では十分な高硬度が得られず２８％を
超えて含有すると大型電気炉での溶製が困難となりまた
熱間加工性が著しく悪くなる。

Ｃｒ：１０〜１８％ Ｃｒは非磁性を安定させかつ耐錆性を付与する顕著な効
果があると共にプラズマ浸炭または浸炭窒化深さを制限
し表面硬さを高める元素でもある。しかし１０％未満で
はその効果は少なく１８％を超えるとフェライト相の生
成により非磁性が不安定となる。

Ｎ　：　０．０２〜０．４％ Ｎはオーステナイト形成元素であり、かつ鋼の強度を向
上させる元素である。同時に窒化処理促進にも有効な元
素であるが、０．０２％未満ではプラズマ浸炭または浸
炭窒化処理をしても表面硬さは向上せず、また０、４％
を超えると表面効果相中の窒素成分が１．５％以上とな
り非常にもろい層となる。

本発明の高Ｍｎ非磁性鋼は上記元素を必須成分とするも
のであるが、Ｃ，Ｎｉ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓを含有させると非
磁性鋼材としての特性をさらに向上させることができる
。以下にその成分と成分限全理由について述べる。

Ｃ：　０．０５〜０．６％ Ｃは極めて優れたオーステナイト形成元素であり、かつ
強度を付与する元素であるが、０．０５％未満では所望
の非磁性および強度が得られず、０．６％を超えると耐
錆性が低下する。

Ｎ　ｉ　：　０．０５〜６％ ＮｉはＣ，Ｍｎおよび後述するＮと同様にオーステナイ
ト形成元素であり、０．０５％未満ではその効果は無く
６％を超えて含有させても価格が高くなり不経済である
。

Ｓ　Ｌ　：　０．２〜１％ Ｓｌは脱酸剤として必要であるが、０．２％末溝では脱
酸効果が不足し、１％を超えるとＢ系介在物として析出
し耐錆性を低下させる。

またＰに関しては０．０４％以下Ｓに関しては０．０２
％以下に抑える。

上記成分を含有する高Ｍｎ非磁性鋼に対しプラズマ浸炭
または浸炭窒化処理を行うのであるが次に各処理条件に
ついて述べる。

プラズマ浸炭処理： プラズマ浸炭処理は０．５　Ｎｉ　５Ｔｏｒｒ　、　８
５０〜１２５０℃範囲内にコントロールされた後述する
混合ガス雰囲気中で行う、混合ガスは■希ガス、■Ｈ２
および■処理条件下でガス状態を呈する炭化水素（以下
ガス状炭化水素という、代表的なものとしてはＣＨ，や
Ｃ，Ｈ，等が挙げられる）からなるものであり、かつ該
混合ガスの容積比が となるように設定したものである。

プラズマ浸炭窒化処理： プラズマ浸炭窒化処理は前述のプラズマ浸炭処理に類似
した条件で行なわれるが、異なる点は■温度条件範囲が
７５０℃に下って７５０〜１２５０℃の温度範囲内で行
なう点■混合ガスの成分として更にＮ、が加えられる点
、従って更に■該混合ガスの容積比が となるように設定されるという点であり、その他の条件
範囲は実買上変らない。

前記プラズマ浸炭又は浸炭窒化処理において、（１）ガ
ス雰囲気： 混合ガス中のＨ２は材料表面の酸化皮膜を除去し表面活
性化を図る役割を果たす。また混合ガス容積比が０．０
５未満ではイオン化炭素量およびイオン化窒素量が少な
くなるので浸炭または浸炭窒化効果も不十分となる。一
方、容積比が４を超えるとイオン化炭素量およびイオン
化窒素量が多くなってスーティング状態となり浸炭また
は浸炭窒化むらをおこす、尚希ガスはマトリックス成分
であり、例えばＡｒやＨｅが使用される。

（２）雰囲気圧カニ 雰囲気圧力は０．５　Ｔｏｒｒ未満でも、また１５Ｔ　
ｏｒｒを超えても炭素イオンや窒素イオンの存在量が不
十分となり所望のプラズマ浸炭または浸炭窒化を行なう
ことができなくなるので雰囲気圧力は０．５　Ｔｏｒｒ
　〜１５　Ｔｏｒｒとする。

（３）処理温度： 処理温度は浸阜処理の場合は８５０〜１２５０℃、浸炭
窒化処理の場合は７５０〜１２５０℃の温度範囲とする
。浸炭処理の場合８５０℃未横では炭素イオンの浸入が
十分に行われず硬化むらを生じ、一方１２５０℃を超え
ると処理温度による結晶粒が粗大化し材料自身が劣化す
る。浸炭窒化処理の場合７５０℃〜８５０℃の範囲では
窒化が優先して行なわれ８５０〜１０５０℃では窒化お
よび炭化が平行的に行われ、１０５０〜１２５０℃では
炭化が優先して行なわれる。また７５０℃末溝では窒化
が可能ではあるが材料自体のぜい化が進み靭性低下の原
因となる。１２５０℃を超えた場合には処理温度によっ
て結晶粒が粗大化し材料自身が劣化する。

［実施例］ 第１表に示す成分を含有する鋼材Ａ（本発明で規制した
成分を含有するもの）および鋼材Ｂ（発明の規制外）に
て試験片を作成し第２表に示す条件でプラズマ浸炭また
はプラズマ浸炭窒化処理を施し、表面硬度（ビッカース
硬さ）、透磁率、耐誘性、耐摩耗性および剥離性につい
て調べた。結果を第２表に示す。

ｉｔ表 （！量％） 残部はＦｅ及び不可避不純物 ［発明の効果］ 以上のように本発明方法によれば高Ｍｎ非磁性鋼材の耐
誘性や非磁性を損うことなく高硬度で耐摩耗性に優れ、
かつ安定した表面硬化層を得ることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｎ：１０〜２８％ Ｃｒ：１０〜１８％ Ｎ：０．０２〜０．４％ を含有する高Ｍｎ非磁性鋼材を ［１］雰囲気ガス：希ガス＋Ｈ＿２＋処理条件において
   ガス状態を呈する炭化水素（以下ガス状炭化水素と記す
   ） ［２］（ガス状炭化水素）／（希ガス＋Ｈ＿２）：０．
   ０５〜４（容積比）［３］０．５〜１５Ｔｏｒｒ なるガス雰囲気中、８５０〜１２５０℃でプラズマ浸炭
   処理を施すことを特徴とする高Ｍｎ非磁性鋼材の表面硬
   化方法。
2. （２）Ｍｎ：１０〜２８％ Ｃｒ：１０〜１８％ Ｎ：０．０２〜０．４％ を含有する高Ｍｎ非磁性鋼材を ［１］雰囲気ガス：希ガス＋Ｈ＿２＋処理条件において
   ガス状態を呈する炭化水素（以下ガス状炭化水素と記す
   ）＋Ｎ＿２ ［２］（ガス状炭化水素）／（希ガス＋Ｈ＿２＋Ｎ＿２
   ）：０．０５〜４（容積比）［３］０．５〜１５Ｔｏｒ
   ｒ なるガス雰囲気中、７５０〜１２５０℃でプラズマ浸炭
   窒化処理を施すことを特徴とする高Ｍｎ非磁性鋼材の表
   面硬化方法。