KR100707220B1

KR100707220B1 - 개량된 저온 표면 경화 공정

Info

Publication number: KR100707220B1
Application number: KR1020027009704A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄스피터씨; 마르크스스티븐브이
Original assignee: 스와겔로크 컴패니
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2007-04-20
Also published as: EP2497842A1; CA2398675A1; EP2497842B1; WO2001055470B1; AU3118801A; MXPA02007348A; KR20020089333A; CA2398675C; EP1259657B1; JP4977437B2; CN1205350C; EP1259657A2; WO2001055470A2; HK1050223A1; AU2001231188B2; JP2003525348A; JP2011252230A; DK2497842T3; CN1423709A; JP5378462B2

Abstract

철을 함유하는 가공물을 저온 침탄에 의해 표면 경화시키며, 그 저온 침탄 중에는 침탄 온도를 조정하는 단계와, 침탄용 가스 중의 침탄종의 농도를 조정하는 단계와, 침탄될 표면을 재활성화시키는 단계를 포함한 하나 이상의 공정 단계를 행하여, 검댕 발생을 최소화하면서 전체 침탄 속도와 균일성을 향상시켜, 침탄을 종래에 가능했던 것보다 더 신속하게 완료할 수 있다.

Description

개량된 저온 표면 경화 공정{MODIFIED LOW TEMPERATURE CASE HARDENING PROCESSES}

본 발명은 실질적으로 탄화물을 형성하지 않고 철계 제품을 표면 경화(case hardening)하는 것에 관한 것이다.

표면 경화는 금속 제품의 표면 경도를 향상시키기 위한 산업적인 공정으로 널리 사용되고 있다. 통상의 상업적인 공정에 있어서, 가공물은 고온에서 침탄용 가스와 접촉하며, 그에 따라 탄소 원자가 제품의 표면으로 확산된다. 경화는, 통상 "탄화물(carbide)"이라고 약칭되는 석출 탄화물의 형성을 통해 일어난다. 가스 침탄은 통상 1700℉(950℃) 이상에서 이루어지는데, 그 이유는 대부분의 강은 이들의 상 구조를 오스테나이트로 전환하는 상기 온도로 가열되어야 하기 때문이며, 이는 탄소 확산에 반드시 필요한 것이다. 일반적으로, 스티클즈(Stickels.)가 저술한 "가스 침탄(Gas Carburizing)"이라는 제목의 에이에스엠 인터내셔널사 1991년판 ASM 핸드북 제4권 312-324면을 참조하기 바란다.

석출 탄화물은 표면 경도를 향상시킬 뿐만 아니라 부식을 촉진시킨다. 이러한 이유로 인해, 종래의 가스 침탄에 의해 스테인레스강의 표면 경화를 행하는 경우가 드물었는데, 왜냐하면 스테인레스강의 "녹슬지 않는(stainless)" 성질이 손상되기 때문이다.

본 출원인의 1998년 8월 12일자의 선행 출원 SN 제9/133,040호에는, 가공물이 1000℉ 미만에서 가스 침탄(즉, 저온 가스 침탄)되는 스테인레스강의 표면 경화를 위한 기술이 개시되어 있다. 이 온도에서, 침탄이 너무 길게 지속되지 않을 경우, 가공물은 석출 탄화물의 형성이 거의 없거나 전혀 없는 상태로 침탄될 것이다. 그 결과, 가공물의 표면이 경화될 뿐만 아니라 스테인레스강 본질적인 내식성도 유지된다.

또한, 미국 특허 제5,792,282호, EPO 0787817, 일본 특허 제9-14019호(공개번호 제9-268364호)를 참조하기 바란다.

비록 저온 가스 침탄 공정으로 내식성이 우수한 경화된 스테인레스강 제품을 얻을 수 있지만, 더 신속하고, 더 경제적인 작업을 위해 그러한 공정을 개선할 것이 항상 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 과거에 비해 더 신속한 침탄이 가능하여 전체 제조 비용을 줄일 수 있는 스테인레스강 및 기타 철계 재료의 표면 경화를 위한 개량된 저온 가스 침탄 공정을 제공하는 것이다.

상기 목적 및 다른 목적은, 저온 침탄 공정에서의 가공물 침탄 속도가, 석출 탄화물의 형성을 촉진하는 소정 한계에 접근하지만 이것을 넘지 않도록, 침탄의 온도 및/또는 침탄용 가스 중의 침탄종(carburization species)의 농도를 조절함으로써 증가될 수 있다는 발견에 기초하고 있는 본 발명에 의해 달성된다.

따라서, 본 발명은 철, 니켈 또는 양자를 함유하는 가공물의 저온 가스 침탄을 위한 신규의 공정을 제공하는데, 이 공정은 제품의 표면으로의 탄소의 확산을 촉진시키기에는 충분하지만 제품 표면에서 석출 탄화물의 실질적인 형성을 촉진시키기에는 불충분한 높은 침탄 온도에서 상기 가공물을 침탄용 가스와 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 침탄 온도를, 최종 침탄 온도에서만 실행되는 침탄에서 가능한 것보다 더 신속한 침탄을 행하기 위해 초기 침탄 온도로부터 최종 침탄 온도로 낮추는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 철, 니켈 또는 양자를 함유하는 가공물의 저온 가스 침탄을 위한 신규의 공정을 제공하는데, 이 공정은 제품의 표면으로의 탄소의 확산을 촉진시키기에 충분하지만 제품 표면에서 석출 탄화물의 실질적인 형성을 촉진시키기에는 불충분한 높은 침탄 온도에서 상기 가공물을 침탄용 가스와 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 침탄용 가스 중의 침탄종의 농도를, 최종 농도에서만 실행되는 침탄에서 가능한 것보다 더 경도가 높은 케이스를 얻고 또 초기 농도에서만 실행되는 침탄에서 가능한 것보다 검댕(soot)의 발생을 더 감소시키기 위해 침탄 중에 초기 농도로부터 최종 농도로 낮추는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 스테인레스강 가공물의 저온 가스 침탄을 위한 신규의 공정을 제공하는데, 이 공정은, 침탄될 가공물의 표면이 탄소 원자에 대해 투과성을 갖도록 침탄 이전에 그 표면을 활성화시킨 다음, 제품의 표면으로의 탄소의 확산을 촉진시키기에는 충분하지만 제품 표면에서 석출 탄화물의 실질적인 형성을 촉진시키기에는 불충분한 높은 침탄 온도에서 상기 가공물을 침탄용 가스와 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 가공물 표면에 흡수된 탄소의 양으로 측정하여 침탄이 적어도 10% 완료된 후로부터 80% 완료되기 전에, 상기 침탄을 중단하고 가공물 표면으로의 탄소 원자의 확산을 향상시키도록 상기 가공물을 재활성화시키는 것을 특징으로 한다.

또 다른 측면에 있어서, 본 발명은 가스 침탄에 의해 가공물의 표면 경화를 위한 신규의 공정을 제공하며, 이 공정에서, 상기 가공물의 표면으로 탄소의 확산을 일으켜 미리 정하여진 두께의 경화된 케이스를 형성하기 위한 높은 침탄 온도에서 철이 전기 도금된 가공물이 침탄용 가스와 접촉되며, 침탄이 시작된 후로부터 침탄이 완료되기 전에 침탄을 중단하고 상기 가공물을 600℉ 미만의 퍼징 온도에서 필수적으로 불활성 가스로 구성되는 퍼징 가스와 접촉시켜 침탄의 말기에 형성된 케이스가 퍼징 가스와의 접촉 없이 형성된 케이스보다 경도가 더 높게 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다음의 도면을 참조 하여 보다 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 AISI 316 스테인레스강이 석출 탄화물을 형성하는 시간 및 온도 조건을 나타내는 상태도로서, 종래의 저온 침탄 처리가 어떻게 실행되는지도 보여주고 있다.

도 2는 본 발명의 일 측면에 따라 저온 침탄 처리를 어떻게 수행하는지를 나타내는 도 1과 유사한 상태도이다.

도 3은 본 발명에 따라 저온 침탄 처리를 실행하기 위한 다른 기술을 나타내는 도 2와 유사한 상태도이다.

본 발명에 따르면, 철 함유 가공물은 저온 침탄 처리에 의해 표면 경화되는데, 상기 침탄 처리 중에는, 침탄 온도의 조정, 침탄용 가스 중의 침탄종의 농도의 조정, 침탄될 표면의 재활성화 및 침탄될 표면의 청정화 등을 포함하는 하나 이상의 처리 단계가 수행되어, 전체 침탄 속도를 증대시킴으로써 종래에 가능했던 것보다 빠르게 침탄 공정이 완료된다.

가공물

본 발명은 탄소 원자가 석출물의 형성 없이 재료의 표면으로 확산하여 경화된 표면 또는 "케이스"를 형성할 수 있는 철 또는 니켈 함유 재료를 표면 경화시키는 데에 적용할 수 있다. 이러한 재료는 잘 알려져 있고, 예컨대 1998년 8월 12일에 출원된 출원 번호 09/133,040, 미국 특허 제5,792,282호, EPO 0787817, 일본 특허 제9-14019호(공개번호 제9-268364호)에 설명되어 있으며, 이들 개시 내용은 본 명세서에 참고로서 합체된다.

본 발명은 표면 경화강, 특히 Ni를 5 중량% ~ 50 중량%, 바람직하게는 10 중량% ~ 40 중량%를 함유하는 강에서 특히 응용가능성이 발견되었다. 바람직한 합금은 Ni 10 중량% ~ 40 중량% 및 Cr 10 중량% ~ 35 중량%를 함유한다. 보다 바람직한 것은 스테인레스강, 특히 AISI 300 및 400 시리즈 강이다. 그 중 흥미 있는 것은, 몇 가지 예를 들자면, AISI 316, 316L, 317, 317L 및 304 스테인레스강, 합금 600, 합금 C-276, 합금 20 Cb를 몇 가지 예로 들 수 있다.

또한, 본 발명은 어떠한 형상의 제품에도 적용 가능하다. 예컨대, 펌프 구성 부품, 기어, 밸브, 스프레이 노즐, 믹서, 외과용 기구, 의료용 임플란트, 시계 케이스, 베어링, 커넥터, 파스너, 전자 필터, 전자 장치용 샤프트, 스플라인, 페룰(ferrule) 등이 있다.

또한, 본 발명은 가공물의 표면 전체, 또는 원하는 바에 따라, 그 표면의 일부만을 표면 경화하는 데에 이용될 수 있다.

활성화

스테인레스강, 특히 오스테나이트계 스테인레스강은 본질적으로 노출되는 즉시 산화크롬(Cr₂O₃)의 응집성 보호층(coherent protective layer)을 형성한다. 상기 산화크롬층은 탄소 원자를 침투시키지 않는다. 따라서, 본 발명에 따라 침탄될 가공물이 탄소 원자의 확산에 대해 불침투성의 표면층이 있는 스테인레스강 또는 그밖의 재료인 경우에는, 표면 경화될 가공물의 표면은 침탄하기 전에 활성화 또는 탈부동태화 하여야 한다.

탄소 원자의 확산을 촉진하기 위해 스테인레스강 및 다른 금속 제품을 활성화는 많은 기술이 공지되어 있다. 예컨대, 가공물을 고온(예컨대, 500℉ 내지 600℉)에서의 HCl 또는 HF와 같은 할로겐화 수소 가스와에의 접촉, 강염기와의 접촉, 철의 전기 도금, 액체 나트륨과의 접촉, 시안화나트륨을 포함하는 용융염 욕(浴) 등이 있다. 이들 기술은, 예컨대 1998년 8월 12일자 09/133,040, 미국 특허 제5,792,282호, EPO 0787817, 일본 특허 제9-14019호(공개번호 제9-268364호)에 설명되어 있다. 또한, 미국 특허 번호 제4,975,147호 및 제5,372,655호, WO 00/09773호(대리인 서류 번호 22188/05640)뿐만 아니라, 스티클즈(Stickles) 등의 "열처리(pp 312, 314, 제4권, ASM Handbook, copyright 1991, ASM International)을 참조하기 바란다. 이러한 개시는 참고 문헌으로서 여기에 합체된다.

침탄될 가공물이 탄소 원자가 확산하지 않게 하는 보호 부동태층을 형성하는지 아닌지에 관계없이, 침탄하기 전에(그리고 활성화가 필요하다면 활성화 전에) 비눗물이나, 아세톤과 또는 미네랄 스피리츠(mineral spirits)와 같은 유기 용제와의 접촉에 의하여 침탄될 표면을 청정화하는 것이 유리하다.

저온 침탄 처리

상기 가공물이 침탄될 준비가 되면, 탄소 원자가 가공물의 표면 내로 확산할 수 있기에 충분한 시간 동안 고온에서 가공물을 침탄용 가스와 접촉시킨다.

저온 침탄 처리시, 상기 침탄용 가스는, 탄소 원자가 제품의 표면 내로 확산해 들어가는 것을 촉진시키기에는 충분히 높지만, 석출 탄화물이 상당한 정도로 형성되기에는 높지 않은 고온의 침탄 온도로 유지된다.

이것은 도 1을 참조하여 보다 쉽게 이해할 수 있는데, 도 1은 특정의 침탄용 가스를 사용하여 AISI 316 스테인레스강을 침탄될 때에 석출 탄화물이 형성되는 시간 및 온도의 조건을 나타내는 AISI 316 스테인레스강의 상태도이다. 특히, 도 1은, 예컨대 상기 가공물이 곡선 A로 정의되는 포락선 내에서 가열된 경우, M₂₃C₆의 금속 탄화물이 형성됨을 보여주고 있다. 따라서, 상기 가공물이 곡선 A의 하반부 상의 어딘가에 있는 시간 및 온도의 조건 하에서 가열되면, 석출 탄화물이 가공물의 표면에 형성된다는 것이 인정되는 것이다. 따라서, 석출 탄화물이 형성되지 않도록 상기 곡선 A 아래에서 저온 침탄 처리가 수행된다.

도 1로부터, 주어진 침탄용 가스에 대하여, 석출 탄화물의 형성을 조장하는 침탄 온도는 침탄 시간의 함수로서 변한다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 도 1은 1350℉의 침탄 온도에서는, 단지 6분 후에 석출 탄화물이 형성되기 시작함을 보여주고 있다. 한편, 약 975℉의 침탄 온도에서는, 석출 탄화물은 침탄이 100시간 정도 진행되고 나서야 형성되기 시작한다. 이러한 현상 때문에, 저온 침탄은 침탄 끝의 석출 탄화물 형성 온도보다 낮게 유지되는 일정한 침탄 온도에서 수행되는 것이 보통이다. 예를 들면, 도 1의 합금 및 침탄용 가스를 이용하여 100시간 지속될 것이라 예상되는 저온 침탄 과정에 대하여, 침탄은 통상, 925℉ 또는 그 아래의 일정한 온도에서 수행되는데, 왜냐하면 이러한 처리는 가공물을, 석출 탄화물이 침탄 종료점에서의 석출 탄화물 형성 온도(즉, 975℉) 아래에서 안전하게 유지하기 때문이다. 또는, 도 1에 도시된 바와 같이, 침탄은 보통 M 선을 따라 수행되는데, 왜냐하면 이는 가공물을 점 Q 아래에서 안전하게 유지하여, 석출 탄화물이 형성되지 않도록 하기 때문이다.

전형적인 저온 침탄 과정은 소정의 침탄량을 이루기 위하여 50시간, 100시간, 1000시간 또는 그 이상이 걸릴 수 있다. 따라서, 점 Q 미만의 일정한 온도에서 안전하게 침탄을 수행하는 경우, 초기의 침탄 조건 동안의, 임의의 순간 시간(t)에서의 침탄 온도는 곡선 A보다 상당히 아래에 있을 것이라는 것이 인정될 것이다. 이것 역시 도 1에 도시되어 있는데, 선분 S는 곡선 A의 온도와, 침탄의 종료점에서의 침탄 온도(925℉) 사이의 차이를 나타내고, 선분 T는 침탄이 시작된 후 1시간 시점에서의 상기 차이를 나타낸다. 선분 S와 T를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 침탄 온도가 침탄의 종료시에서 점 Q 아래로 적어도 50℉가 되도록 925℉의 일정한 온도로 유지되면, 침탄이 시작된 후 1시간 시점에서 실제 침탄 온도와 곡선 A 사이에는 150℉(1175℉-925℉)의 차이가 있게 된다. 침탄 속도는 온도에 좌우되기 때문에, 초기의 침탄 조건 동안, 비교적 저온의 925℉ 침탄 온도는 상기의 방식으로 수행되는 전체 침탄 공정을 느리게 한다는 것을 알 수 있다.

침탄 온도 조정

본 발명의 한 가지 측면에 따르면, 이러한 구속은, 과거에 전형적으로 이용된 온도보다 높은 침탄 온도로 침탄 과정을 시작한 다음에, 침탄 과정이 진행됨에 따라 그 온도를 낮추어 침탄 과정의 종료점에서 통상의 침탄 온도에 도달하도록 함으로써 크게 제거된다.

이러한 접근법은 도 2에서 곡선 X로 도시되어 있는데, 곡선 X가 침탄 과정에 걸쳐 초기의 높은 값으로부터 최종의 낮은 값까지 침탄 온도를 내리는 것을 나타내고 있다는 점을 제외하고는 도 1의 곡선 M과 유사하다. 특히, 곡선 X는 석출 탄화물이 침탄 과정으로 들어간지 0.5시간 시점에서 형성되기 시작하여 침탄 과정으로 들어가는 온도보다 약 50℉ 낮은 1125℉(도 2의 점 W)의 초기 침탄 온도에서 침탄이 시작되는 것과, 이어서 침탄이 진행됨에 따라 침탄 온도를 낮추어 침탄의 종료점에서 도 1에 도시한 것과 같은 종래의 공정에서 사용된 종료점 온도와 동일한 925℉의 최종 침탄 온도에 도달하게 되는 것을 보여주고 있다.

상기 특정 실시 형태에 있어서, 침탄 과정 중의 임의의 시간(t)에서의 침탄 온도는 그 시간에서 탄화물이 막 형성되기 시작하는 온도로 부터 소정 크기(예컨대, 50℉, 75℉, 100℉, 150℉ 또는 200℉) 범위 내에서 유지된다. 즉, 침탄 온도는 침탄 과정 전체에 걸쳐 소정 크기 만큼 곡선 A 아래의 온도에서 유지된다. 이는, 침탄 온도는 종래의 실시에서보다는 상당히 높지만 석출 탄화물이 형성되기 시작하는 온도보다는 낮게 유지된다는 것을 의미한다. 이러한 접근법의 순 효과(net effect)는 전체 침탄 속도를 높인다는 것인데, 왜냐하면 침탄 과정의 대부분을 통하여, 침탄 온도는 다른 방법에 의한 것보다 높기 때문이다. 침탄 중에 임의의 시간(t)에서, 침탄의 순간 속도는 온도에 의존하고, 본 발명은 상기 접근법에 있어서 순간적인 침탄 온도를 높임으로써 침탄의 순간 속도를 증대시킨다. 그 순 효과는 전체 침탄 속도를 더욱 높이는 것이고, 이로 인해 침탄 과정을 완료하는 데에 소요되는 총 시간의 단축을 가져온다.

물론, 전술한 바와 같이 보다 높은 침탄 온도에서 작업하는 경우, 침탄 처리 중에, 석출 탄화물이 상당 정도로 형성되지 않도록 하는 것이 필요하다. 따라서, 전술한 바와 같이, 침탄 온도는 임의의 시간(t)에서 소정 최소치 아래로 떨어지지 않도록 설정해야 할 뿐만 아니라, 또한 곡선 A에 상당히 가까운 최대치를 초과하지 않도록 설정해야 한다. 즉, 침탄 온도는 석출 탄화물이 형성되지 않도록 하기 위하여, 임의의 시간(t)에서 곡선 A 아래로 충분한 양(예컨대, 25℉ 또는 50℉)을 두고 유지되어야 한다. 실제의 실시에 있어서, 이것은 최대값이 곡선 A 아래로 충분한 거리(예컨대, 25℉ 또는 50℉)에 있고 최소값이 전술한 소정 크기(즉, 예컨대 50℉, 75℉, 100℉, 150℉ 또는 200℉)만큼 곡선 A의 더 아래에 있는 곡선 A 아래의 소정의 범위 내에 침탄 온도가 설정된다는 것을 의미한다. 따라서 침탄 온도는 전형적으로는, 곡선 A 아래의 적당한 범위(예컨대, 25℉ 내지 200℉ 또는 50℉ 내지 100℉) 내에 있도록 설정된다.

본 발명의 이러한 측면의 다른 실시 형태가 도 3에서 곡선 Y로 도시되어 있다. 이 실시 형태는 침탄 온도가 연속적이 아니라 단계적으로 낮춰진다는 것을 제외하고는 전술한 것과 동일한 방식으로 수행된다. 많은 경우, 특히 설비의 관점에서, 단계적 감소가 더 간단할 수 있다. 침탄 과정은 수 시간 내지 그 이상의 시간이 소요될 수 있기 때문에, 체감 회수는 3 내지 5와 같이 단지 몇 개로부터 10, 15, 20, 25 이상과 같이 많을 수도 있다.

본 발명의 이점은 초기의 침탄 온도가 침탄의 아주 초기 단계에서 곡선 A가 근처에 가깝게 유지되지 않더라도 실현될 수 있다는 것을 또한 이해하여야 한다. 도 1 내지 도 3은 침탄의 매우 초기의 단계, 예컨대 첫 1시간 동안은 석출 탄화물이 형성되기 시작하는 온도는 급격히 떨어지면서 곡선 A의 기울기가 비교적 가파른것을 보여준다. 따라서 가장 빠른 침탄은 순간 침탄 온도를 침탄 과정 전체에 걸쳐 곡선 A에 가깝게 유지함으로써 달성되지만, 설비의 제한을 비롯한 실질적 고찰에 의하여, 곡선 A의 초기 부분은, 침탄의 초기 작업 상태 중에 초기의 침탄 온도를 설정할 때 무시될 수 있다는 것을 나타낼 수도 있다. 이것은 또한 도 2 및 도 3에 도시되어 있는데, X, Y 곡선의 초기 침탄 온도는 0.5시간의 표시 지점에서 시작하여 곡선 A 아래로 적어도 50℉로 설정되어 있음을 알 수 있는데, 이는 곡선 A 아래에서 첫번째 0.5시간의 운전은 무시되었음을 의미한다. 동일한 방식으로, 초기 작업의 첫번째 1시간, 2시간, 3시간, 5시간 또는 10시간, 15시간, 20시간은 본 발명의 상기 측면에 따르면 초기의 침탄 온도를 설정할 때 무시할 수 있다. 어느 경우에도, 본 발명에 따라, 과거에 이용되었던 것보다 더 높은 침탄 온도에서 시작하여 보다 높은 침탄 순간 속도를 달성하고, 이어서 침탄 과정 전체에 걸쳐 석출 탄화물을 계속 피하기 위하여 상기 침탄 온도를 침탄 과정에 걸쳐 낮춤으로써, 보다 빠른 전체 침탄 속도를 얻을 수 있다는 것이 인정될 것이다.

본 발명의 상기 측면과 관련한 다른 특징에 따르면, 상기 순간 침탄 온도는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나는 일이 없이, 침탄 중의 일부 시간 동안 전술한 온도 범위 아래로 떨어질 수도 있다. 예를 들면, 순간 침탄 온도가 침탄이 일어나는 시간의 5%, 10% 또는 심지어 20% 동안 상기 범위 아래로 떨어진다 하더라도, 본 발명의 이점은 얻어진다. 물론, 침탄이 이들 보다 낮은 온도에서 수행된다면 전체 침탄 속도는 감소한다. 그럼에도 불구하고, 침탄이 일어나는 시간의 상당 부분 동안 침탄 온도가 전술한 방식으로 종료점 침탄 온도보다 높게 유지되기만 한다면, 보다 빠른 전체 침탄 속도의 이점은 여전히 달성된다.

침탄용 가스

종래의 가스 침탄시 침탄될 가공물에 탄소를 공급하기 위하여 각종의 상이한 탄소 화합물(즉, 침탄종)을 사용할 수 있다. 예컨대, 메탄, 에탄 및 프로판과 같은 탄화수소 가스, 일산화탄소 및 이산화탄소와 같은 산소 함유 화합물 및 합성 가스와 같은 이들 가스의 혼합물 등이 있다. 전술한 스티클즈의 논문을 참조하기 바란다.

종래의 가스 침탄에 있어, 침탄용 가스 혼합물 내에 희석 가스를 포함시키는 것 역시 잘 알려져 있다. 희석 가스는 침탄용 가스 중의 탄소 함유 종의 농도를 감소시켜, 원소 탄소가 가공물 표면에 과도하게 침적되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 희석 가스의 예로는 질소, 수소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스가 있다.

본 발명에 따르면, 종래의 가스 침탄시 침탄용 가스를 조제하는 데에 사용되는 상기 화합물 및 희석제는 본 발명에 사용되는 침탄용 가스를 준비하는 데에도 사용할 수 있다. 본 발명에서 특별한 용도가 있는 가스 혼합물은 이산화탄소 함량이 0.5% 내지 60%, 보다 통상적으로는 1% 내지 50% 또는 10% 내지 40%에서 변하는 일산화탄소와 질소의 혼합물로 구성된다. 본 발명에서 특히 유용한 다른 가스 혼합물은 0.5 체적% ~ 60 체적%의 일산화탄소, 10 체적% 내지 50 체적%의 수소 및 잔부는 질소로 구성된다. 이들 가스는 통상, 약 1 기압에서 사용되지만, 원하는 경우 그보다 높거나 낮은 압력이 이용될 수 있다.

침탄용 가스 조정

본 발명의 다른 측면에 따르면, 저온 침탄 과정의 전체 침탄 속도는 또한 침탄용 가스 중의 탄소 함유 종의 농도를 조정함으로써 증대될 수 있다. 온도처럼, 종래의 저온 가스 침탄시 탄소의 농도는, 침탄의 후속 단계에서 과잉의 탄소 및 검댕이 생기는 것을 피하기 위하여, 보통 일정하게 유지된다. 따라서, 본 발명의 상기 측면에 따르면, 침탄용 가스 중의 탄소 함유 화합물 또는 종의 농도는 침탄 중에 초기의 높은 값으로부터 최종의 낮은 값까지 조정된다.

저온 가스 침탄 과정에서 침탄의 순간 속도는 포화 한계까지, 침탄용 가스 중의 탄소 종의 농도에 의존한다. 따라서, 본 발명의 상기 측면은 침탄의 시작시에 보다 높은 탄소 농도를 채용하고, 뒤이은 침탄 과정에서는 그 탄소의 농도를 침탄 과정 중에 감소시킨다. 이것은, 보다 빠른 침탄은 충분한 가스 종이 있는 침탄의 초기 단계에서 이루어져, 그 시점에서 탄소에 대한 더 큰 요구의 약화를 피한다는 것을 의미한다. 다음에, 침탄 과정의 후속 단계에서는, 침탄은 감소된 농도의 탄소 종으로 이루어져, 과잉의 탄소 및 검댕이 형성되는 것을 피한다. 그 전체적인 결과는, 침탄 과정 전체에 걸쳐서 탄소 농도를 그 초기치에 유지한 경우보다 더 적은 검댕이 형성되고, 또한 침탄 과정 전체를 통하여 탄소 농도를 그 최종치에 유지한 경우보다 경질이고 보다 균일한 표면이 얻어진다는 것이다.

따라서, 본 발명은 최종 농도에서만 수행되는 침탄에 대해 가능한 것보다 더 빠른 침탄을 달성하기 위하여 침탄용 가스 중의 침탄종의 농도가 침탄 중에 초기의 농도로부터 최종 농도로 낮춰지는 저온 침탄 공정도 고려한다.

본 발명의 이러한 측면을 실행할 때 침탄용 가스 중의 침탄종의 농도가 감소되어야 하는 양은 크게 변할 수 있고, 기본적으로 무의미한 값 보다 큰 어떠한 감소도 본 발명의 이점을 달성한다. 전형적으로, 침탄종의 농도는 그 초기 값의 약 75% 미만으로 감소된다. 초기 값의 약 50% 미만, 보다 통상적으로 25% 미만, 또는 10% 미만의 최종 농도값이 실질적인 값이다.

침탄용 가스 중의 탄소 함유 종의 농도를 감소시키는 방식 역시 크게 변할 수 있다. 온도 감소의 경우처럼, 탄소 농도의 감소는 침탄 처리의 바로 그 시작 시점에서 시작하여 또는 초기 작업 시간(예컨대, 0.5시간, 1시간, 5시간 또는 10시간)이 경과한 후에 시작하여, 침탄 과정에 걸쳐 연속적으로 일어날 수 있다. 보다 전형적으로는, 탄소 농도의 감소는 단계적으로 일어나는데, 침탄종의 농도는 초기 농도와 최종 농도 사이에서 적어도 2회, 5회 또는 10회 이상의 단계로 감소된다. 이러한 경우에서도, 탄소 농도의 감소는 침탄이 시작된 직후 또는 예컨대, 0.5시간, 1시간, 5시간 또는 10시간의 적절한 지연시간이 경과한 후에 일어날 수 있다.

온도 감소의 경우, 탄소 농도 감소와 함께 행해지는 저온 침탄은, 탄소 농도가 더 높은 최초의 조작과, 탄소 농도가 더 낮은 수준에 있는 침탄의 후속 단계 사이의 중간 단계에서 중단될 수도 있다는 것도 이해해야 한다. 특히, 침탄 공정 전체에 걸쳐 침탄용 가스 중의 탄소의 농도를 특정 수준보다 높게 유지하는 것이 본 발명의 이점들을 달성하는 데에 필수적이지 않으며, 침탄의 시작부터 종료까지의 상당 기간에 걸쳐 탄소의 농도가 전술한 방식대로 감소하는 것으로 충분하다. 그러나, 온도 감소의 경우에서와 같이, 침탄 공정 중에 어떠한 상당 기간 동안이라도 탄소의 농도가 크게 낮아지면 전체적인 침탄 속도가 감소하게 된다.

온도 감소의 경우에서와 같이, 침탄용 가스의 탄소 농도를 최초의 보다 높은 값으로부터 침탄 종료시의 보다 낮은 값으로 낮추는 것은 전체적인 침탄 공정을 향상시킨다. 침탄 온도를 낮추는 경우, 그러한 향상은 보다 신속한 침탄 시간에 반영된다. 침탄용 가스 중의 탄소 농도를 낮추는 경우, 전술한 향상은 경도가 더 높은 케이스 및/또는 최종 제품에서의 보다 적은 검댕에 반영된다. 양자의 경우에, 개선된 결과는 침탄 조건의 적절한 제어에 의해 달성된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 두 가지 측면, 즉 온도 감소 및 탄소 농도 감소는 동일 공정에서 동일 시간에 행해질 수 있다는 것도 이해해야 한다. 침탄의 초기 단계에서 높은 침탄 속도의 조장에 의해 석출 탄화물 형성의 위험을 최소화하면서, 침탄의 후기 단계에서 석출물의 형성을 촉진하는 상태를 피한다. 따라서, 종래의 저온 침탄의 속도를 증가시키는 특히 효율적인 수단을 제공하기 위해 양 기술은 함께 사용될 수 있다.

재활성화

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 침탄이 완료되기 전에 가공물에 추가적인 활성화 단계를 실시함으로써 스테인레스강 제품의 저온 침탄의 속도를 더욱 향상할 수 있다는 것이 발견되었다. 전술한 바와 같이, 스테인레스강 및 산화크롬의 응집성 피막을 형성하는 기타 합금은, 산화물 피막이 그 산화물 피막을 통한 탄소 원자의 확산에 대한 투과성을 갖도록 침탄 전에 활성화시키는 것이 필요하다. 종래의 저온 가스 침탄 공정을 비롯한 종래의 가스 침탄 공정에서는, 가공물이 침탄로 내에 위치한 후 활성화가 한번만 행해지며, 이 때 가공물은 활성화 후에 침탄로 내에 남아 있는데, 왜냐하면 만약 가공물이 침탄로로부터 제거된다면 응집성 산화물 피막이 재형성될 것이기 때문이다.

그러나, 본 발명의 이 측면에 따르면, 초기 활성화 후에 대기와 접촉하지 않은 가공물에 대해 실시되었을 때의 저온 침탄 공정의 전체 침탄 속도는, 침탄이 완료되기 전에 가공물에 또 다른 활성화 절차를 실시함으로써 추가로 향상시킬 수 있다는 것이 추가 발견되었다. 이 재활성화는 최초의 활성화보다 더 완전해야 할 것으로 보이는데, 그것은 일정량의 탄소가 가공물의 표면 내로 이미 확산하였다는 사실 때문일 수 있다. 어떠한 경우라도, 재활성화는 재활성화 없이 얻은 경우보다 더 균일하고 경도가 더 높은 경화된 표면 또는 케이스의 형성을 가져온다.

본 발명의 이 측면에 따라 가공물을 재활성화하는 것은 전술한 임의의 활성화 기술을 이용하여 행할 수 있다. 할로겐화 수소 가스, 특히 HCl을 이용하여 활성화하는 것이 특히 효과적인 것으로 판명되었다. 또한, 활성화 가스 혼합물 중에서 반응하지 않는 질소, 아르곤, 수소, 아르곤 또는 기타 가스와 같은 희석 가스를 HCl 또는 기타 활성화 가스의 농도가 대략 5 내지 50%, 보다 전형적으로는 10 내지 35%, 특히 대략 15 내지 30%가 되는 양만큼 포함시키는 것이 바람직하다. 또한, 가공물의 온도를 침탄이 상당 정도로 일어나지 않는 온도, 예컨대 200°내지 700℉, 보다 전형적으로는 300°내지 650℉, 특히 500°내지 600℉로 낮춤으로써 재활성화를 가장 용이하게 행할 수 있다. 또한, 폐기물을 피하기 위해서 재활성화 중 가공물로의 탄소 함유 종의 흐름을 일시 정지시키는 것도 바람직하다. 그러나 원하는 경우, 다른 활성화 조건도 사용될 수 있다.

중간 퍼징

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 철로 전기 도금함으로써 활성화된 가공물을 가스 침탄함으로써 제조된 케이스의 품질은, 침탄 공정의 중간 단계 동안 600℉ 이하에서 가공물을 불활성 가스와 접촉시킴으로써 개선할 수 있다는 것도 발견되었다.

부분적으로 형성된 경화 케이스를 포함한 가공물에 대해 불활성인 임의의 가스를 이 목적을 위해 사용할 수 있다. 그 예로는 질소, 아르곤, 수소, 아르곤 또는 기타 불활성 가스가 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 공정을 포함한 대부분의 가스 침탄 공정은, 대기 중의 공기가 침탄로로 들어가는 것이 방지되도록 침탄용 가스가 침탄로로 계속 공급되는 상태에서 본질적으로 대기압에서 편리하게 행하여진다. 여기서 고려되는 중간 퍼징은, 침탄종의 흐름을 종결시키면서 침탄용 가스 중에서 희석제의 흐름이 계속되도록 함으로써 가장 쉽게 행해진다. 대안으로서, 침탄로가 불활성 가스로 채워진 후에 모든 가스 흐름을 종결시킬 수 있다. 어떠한 경우라도, 본 발명의 이 측면에 따른 향상된 케이스를 얻기 위해서는, 침탄 공정의 중간 단계 동안 가공물의 온도를 600℉ 이하로 낮추고, 가공물과 접촉하는 대기를 불활성으로 변화시켜야 하는데, 다시 말하면 침탄을 위해 사용되는 탄소 종을 포함한, 가공물의 표면과 접촉할 수 있는 성분들을 제거해야 한다. 이러한 방식으로 진행함으로써, 침탄 공정에 의해 제조된 경화된 표면 또는 케이스가 경도가 높고 더 균일하게 된다.

전술한 재활성화 절차와 같이, 이 퍼징 절차는 침탄 절차 중 어느 때라도 행할 수 있지만, 가공물의 표면에 흡수된 탄소의 양으로 측정했을 때, 침탄이 적어도 10% 완료된 후, 그러나 80% 완료되기 전에 행하는 것이 보통이다. 침탄이 35 내지 65% 완료되었을 때 퍼징하는 것이 보다 전형적이다. 또한, 퍼징은 보통 300°내지 600℉에서, 보다 전형적으로는 400°내지 500℉에서 10분 내지 한 시간 동안, 보다 전형적으로는 20 내지 40분 동안 행한다.

실시예

본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 다음과 같은 실시예들을 제공한다.

실시예 1

AISI 316 스테인레스강 가공물을, 유기 잔류물 제거를 위해 세척한 뒤 철의 박층(博層)으로 전기 도금함으로써 활성화시켰다.

그 활성화된 가공물을 건조시킨 후, CO와 N₂의 연속적으로 흐르는 혼합물로 이루어진 침탄용 가스와 980°와 880℉ 사이의 온도에서 접촉시킴으로써 침탄시켰다. 이 침탄 공정은 대략 168시간 동안 지속되었다. 그 시간이 지난 후, 이하의 표 1에 기재된 일정에 따라 CO의 농도를 50%로부터 1.0%로 감소시키면서 침탄 온도를 980°및 880℉로부터 감소시켰다.

실행 시간 (시)	1/2	1	2	4	7	12	18	42	66	114	168
건류 온도 (℉)	980.0	980.0	963.3	946.7	934.1	924.9	917.3	902.5	895.6	887.1	880.0
CO%	50.0	34.1	19.4	11.5	7.7	5.5	4.2	2.4	1.8	1.3	1.0

그렇게 침탄된 가공물을 실온으로 냉각한 후 세척하여 대략 0.003 인치 두께의 경화된 표면(즉, 케이스)을 갖는 제품을 제조하였으며, 그 케이스에는 본질적으로 석출 탄화물이 없었다.

실시예 2

석출 탄화물이 없고 두께가 대략 0.003 인치인 경화된 케이스가 생길 때까지 침탄 온도를 880℉에서 일정하게 유지한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 또한, 168 내지 240시간 동안 침탄용 가스 중의 CO의 농도를 1.0%로 유지하였다. 이러한 상태 하에서, 전술한 두께의 케이스를 얻기 위해서는 240시간의 작업이 필요했다.

실시예 3

AISI 316 스테인레스강 가공물을, 유기 잔류물 제거를 위해 세척한 후, 60분 동안 N₂ 중에서 20% HCL과 접촉시킴으로써 활성화시켰다.

그렇게 활성화된 가공물을 건조한 후, CO, H₂ 및 N₂의 혼합물로 이루어진 계속 흐르는 침탄용 가스와 접촉시킴으로써 880℉로 가열하였다. 침탄은 대략 24시간 지속되었으며, 이 시간 동안 침탄용 가스 중의 CO의 농도는, 이하의 표 2에 기재된 일정에 따라 H₂의 농도가 일정한 상태에서 50%로부터 1.0%로 감소하였다.

실행 시간 (시)	1/2	1	2	4	7	12	18	24
CO%	50.0	35.4	25.0	17.7	13.4	10.2	8.3	7.2

그렇게 침탄된 가공물을 실온으로 냉각한 후 세척하여, 두께가 대략 0.00095 인치인 경화된 표면(즉 케이스)을 갖는 제품을 제조하였으며, 케이스에는 본질적으로 석출 탄화물이 없었고 검댕의 생성도 최소화되었다.

실시예 4

두 시간의 침탄 후에 CO의 흐름을 종결시키고 N₂의 연속적인 흐름에 의해 가공물을 300℉로 냉각시킴으로써 침탄 공정을 중단한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하였다. 그 후, 가공물의 표면을 재활성화시키기 위해, 흐르는 가스에 20% HCl을 첨가하고, 가공물 온도를 550℉까지 상승시켰다. 이 상태로 60분이 경과한 후 침탄을 재개하였다. 동일한 시간에서 두께가 대략 0.00105 인치인 케이스를 얻었고, 또한 형성된 그 케이스는 실시예 3에서 형성된 케이스보다 두께가 더 균일하다는 것을 발견하였다.

비록 본 발명의 몇 가지 실시 형태들에 대해 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정이 가능하다는 것을 이해해야 한다. 그러한 모든 수정은 이하의 청구범위로만 한정되는 본 발명의 범위 내에 포함되는 것이다.

Claims

가스 침탄에 의한 가공물의 표면 경화를 위한 공정으로서, 상기 가공물의 표면으로 탄소의 확산을 일으켜 석출 탄화물의 형성 없이 미리 정하여진 두께의 경화된 케이스를 형성하기 위한 침탄 온도에서 상기 가공물을 침탄용 가스와 접촉시키며, 침탄의 후속 단계에서 석출 탄화물의 형성을 피하면서도 침탄의 조기 단계 동안 빠른 침탄을 촉진시키기 위하여, 순간 침탄 속도를 침탄 처리 동안 감소시키는 것인 공정.
철, 니켈 또는 양자를 함유하는 가공물의 저온(1000℉ 미만) 가스 침탄을 위한 공정으로서, 제품의 표면으로 탄소의 확산을 촉진시키기에는 높지만 제품 표면에서 석출 탄화물의 형성을 촉진시키기에는 높지 않은, 침탄 온도에서 상기 가공물을 침탄용 가스와 접촉시키는 단계를 포함하며,

최종 침탄 온도에서만 실행되는 침탄에서 가능한 것보다 더 빠른 침탄을 행하기 위해, 상기 침탄 온도를 초기 침탄 온도로부터 최종 침탄 온도로 낮추는 것인 공정.
청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제2항에 있어서, 상기 침탄 온도를 그것의 초기치와 최종치 사이에서 적어도 2회 단계적으로 낮추는 것인 공정.
청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제3항에 있어서, 상기 침탄 온도를 그것의 초기 침탄 온도와 최종 침탄 온도 사이에서 적어도 5회 단계적으로 낮추는 것인 공정.
청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제2항에 있어서, 침탄 시작 후 1시간부터 시작하여 침탄이 완료되었을 때 종결되는 시간의 적어도 80% 동안, 순간 침탄 온도를 석출 탄화물의 형성이 시작되는 온도의 200℉ 안에 유지하는 것인 공정.
청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제5항에 있어서, 침탄의 시작 후 1시간부터 시작하여 침탄이 완료되었을 때 종결되는 시간의 적어도 80% 동안, 순간 침탄 온도를 석출 탄화물의 형성이 시작되는 온도의 100℉ 안으로 유지하는 것인 공정.
청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제2항에 있어서, 침탄의 시작 후 1시간부터 시작하여 침탄이 완료되었을 때 종결되는 시간의 적어도 95% 동안, 순간 침탄 온도를 석출 탄화물의 형성이 시작되는 온도의 200℉ 안으로 유지하는 것인 공정.
청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제7항에 있어서, 침탄의 시작 후 1시간부터 시작하여 침탄이 완료되었을 때 종결되는 시간의 적어도 95% 동안, 순간 침탄 온도를 석출 탄화물의 형성이 시작되는 온도의 100℉ 안으로 유지하는 것인 공정.
제2항에 있어서, 상기 가공물은 스테인레스강으로 제조되며, 경화될 가공물의 표면을 탄소 원자에 대해 투과성을 갖도록 침탄 이전에 활성화시키는 것인 공정.
청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제2항에 있어서, 가공물 표면에 흡수된 탄소의 양으로 측정하여, 침탄이 적어도 5% 완료된 후, 그러나 80% 완료되기 전에 침탄을 중단하고, 가공물 표면으로의 탄소 원자의 확산을 향상시키도록 상기 가공물을 처리하는 것인 공정.
청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제10항에 있어서, 침탄의 시작 후 1시간부터 시작하여 침탄이 완료되었을 때 종결되는 시간 동안, 석출 탄화물의 형성이 시작되는 온도 아래로 100℉를 초과하여 침탄 온도가 떨어지는 유일한 시간은 가공물 표면으로의 탄소 원자의 확산을 향상시키기 위해 가공물을 처리하는 동안인 것인 공정.
철, 니켈 또는 양자를 함유하는 가공물의 저온(1000℉ 미만) 가스 침탄을 위한 공정으로서, 제품의 표면으로 탄소의 확산을 촉진시키기에는 높지만 제품 표면에서 석출 탄화물의 형성을 촉진시키기에는 높지 않은, 침탄 온도에서 상기 가공물을 침탄용 가스와 접촉시키는 단계를 포함하며,

상기 침탄용 가스 중의 침탄종의 농도를, 최종 농도에서만 실행되는 침탄에서 가능한 것보다 더 경도가 높은 케이스를 얻고 또 초기 농도에서만 실행되는 침탄에서 가능한 것보다 검댕 발생을 더 감소시키기 위해 침탄 중에 초기 농도로부터 최종 농도로 낮추는 것인 공정.
청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제12항에 있어서, 상기 침탄종의 농도를 초기 농도와 최종 농도 사이에서 적어도 2회 단계적으로 낮추는 것인 공정.
청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제13항에 있어서, 상기 침탄종의 농도를 초기 농도와 최종 농도 사이에서 적어도 5회 단계적으로 낮추는 것인 공정.
청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제12항에 있어서, 상기 침탄종의 최종 농도는 침탄종의 초기 농도의 50% 미만인 것인 공정.
청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제15항에 있어서, 상기 침탄종의 최종 농도는 침탄종의 초기 농도의 25% 미만인 것인 공정.
청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제16항에 있어서, 상기 침탄종의 최종 농도는 침탄종의 초기 농도의 10% 미만인 것인 공정.
제12항에 있어서, 상기 가공물은 스테인레스강으로 제조되며, 경화될 가공물의 표면을 탄소 원자에 대해 투과성을 갖도록 침탄 이전에 활성화시키는 것인 공정.
청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제12항에 있어서, 가공물 표면에 흡수된 탄소의 양으로 측정하여, 침탄이 적어도 10% 완료된 후, 그러나 80% 완료되기 전에 침탄을 중단하고, 가공물 표면으로의 탄소 원자의 확산을 향상시키도록 가공물을 처리하는 것인 공정.
청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제19항에 있어서, 침탄이 시작된 후 1시간 후부터 시작하여 침탄이 완료되었을 때 종결되는 시간 동안, 석출 탄화물의 형성이 시작되는 온도 아래로 100℉를 초과하여 침탄 온도가 떨어지는 유일한 시간은 가공물 표면으로의 탄소 원자의 확산을 향상시키기 위해 가공물을 처리하는 동안인 것인 공정.
가스 침탄에 의한 가공물의 표면 경화를 위한 공정으로서, 상기 가공물의 표면으로 탄소의 확산을 일으켜 석출 탄화물의 형성 없이 미리 정하여진 두께의 경화된 케이스를 형성하기 위한 침탄 온도에서 상기 가공물을 침탄용 가스와 접촉시키며, 침탄이 개시한 후로부터 침탄이 완료되기 전에 침탄을 중단하고 상기 가공물의 표면으로의 탄소의 확산을 향상시키도록 상기 가공물을 처리하는 것인 공정.
스테인레스강 가공물의 저온(1000℉ 미만) 가스 침탄을 위한 공정으로서, 경화될 가공물 표면이 탄소 원자에 대해 투과성을 갖도록 그 표면을 활성화시킨 다음, 제품의 표면으로의 탄소의 확산을 촉진시키기에는 높지만 제품 표면에서 석출 탄화물의 형성을 촉진시키기에는 높지 않은, 침탄 온도에서 상기 가공물을 침탄용 가스와 접촉시키는 단계를 포함하며,

상기 가공물 표면에 흡수된 탄소의 양으로 측정하여 침탄이 적어도 10% 완료된 후, 그러나 80% 완료되기 전에 상기 침탄을 중단하고 가공물 표면으로의 탄소 원자의 확산을 향상시키도록 상기 가공물을 재활성화시키는 것인 공정.
청구항 23은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제22항에 있어서, 침탄이 적어도 35% 완료된 후, 그러나 65% 완료되기 전에 침탄을 중단하고 가공물 표면으로의 탄소 원자의 확산을 향상시키도록 상기 가공물을 재활성화시키는 것인 공정.
청구항 24은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제22항에 있어서, 침탄이 시작한 후 1시간 후부터 시작하여 침탄이 완료되었을 때 종결되는 시간 동안, 석출 탄화물의 형성이 시작되는 온도 아래로 100℉를 초과하여 침탄 온도가 떨어지는 유일한 시간은 가공물의 재활성화 동안인 것인 공정.
가스 침탄에 의한 가공물의 표면 경화를 위한 공정으로서, 상기 가공물의 표면으로 탄소의 확산을 일으켜 미리 정하여진 두께의 경화된 케이스를 형성하기 위한 침탄 온도에서 철로 전기 도금된 가공물을 침탄용 가스와 접촉시키며, 침탄이 시작된 후, 그러나 침탄이 완료되기 전에 침탄을 중단하고, 상기 가공물을 600℉ 미만의 퍼징 온도에서 필수적으로 불활성 가스로 구성되는 퍼징 가스와 접촉시켜 침탄의 말기에 형성된 케이스가 퍼징 가스와의 접촉 없이 형성된 케이스보다 경도가 더 높게 되도록 하는 것인 공정.
제1항에 있어서, 상기 가공물은 철, 니켈 또는 양자를 포함하며, 최종 침탄 온도에서만 실행되는 침탄에서 가능한 것보다 더 빠른 침탄을 행하기 위해, 상기 침탄 온도를 초기 침탄 온도로부터 최종 침탄 온도로 낮추는 것인 공정.
제1항에 있어서, 상기 가공물은 철, 니켈 또는 양자를 포함하며, 상기 침탄용 가스 중의 침탄종의 농도는, 최종 농도에서만 실행되는 침탄에서 가능한 것보다 더 경도가 높은 케이스를 얻고 또 초기 농도에서만 실행되는 침탄에서 가능한 것보다 검댕 발생을 더 감소시키기 위해 침탄 중에 초기 농도로부터 최종 농도로 낮추는 것인 공정.
제21항에 있어서, 침탄될 가공물은 스테인레스강으로 제조되며,

침탄될 가공물의 표면을 탄소 원자에 대해 투과성을 갖도록 활성화시키고,

상기 가공물 표면에 흡수된 탄소의 양으로 측정하여, 침탄이 적어도 10% 완료된 후로부터 80% 완료되기 전에 침탄을 중단하고 가공물 표면으로의 탄소 원자의 확산을 향상시키도록 상기 가공물을 재활성화시키는 것인 공정.
제21항에 있어서, 침탄될 가공물은 스테인레스강으로 제조되며,

침탄될 가공물의 표면을 탄소 원자에 대해 투과성을 갖도록 철과 접촉시킴으로써 활성화시키고,

상기 침탄이 개시된 후, 그러나 침탄이 완료되기 전에 침탄을 중단하고, 상기 가공물을 600℉ 미만의 퍼징 온도에서 필수적으로 불활성 가스로 구성되는 퍼징 가스와 접촉시켜 침탄의 말기에 형성된 케이스가 퍼징 가스와의 접촉 없이 형성된 케이스보다 경도가 더 높게 되도록 하는 것인 공정.