KR100871241B1

KR100871241B1 - 침탄 처리 방법

Info

Publication number: KR100871241B1
Application number: KR1020020031353A
Authority: KR
Inventors: 에비하라히사시; 다카하시쥰; 아브카와후미타카; 요코세게이지; 쥬료자와히데토시
Original assignee: 도와 홀딩스 가부시키가이샤
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2008-11-28
Also published as: EP1264914B1; EP2233601B1; EP2233601A1; JP5428032B2; KR20020092837A; JP2002363727A; EP1264914A2; EP1264914A3; DE60237059D1

Abstract

본 발명은 노 내부 분위기를 탄소 고용(固溶) 한계 바로 아래의 고탄소 퍼텐셜(potential)로 유지하여 침탄을 행하는 침탄 처리 방법이다. 바람직하게는, 상기 노 내부의 압력을 0.1∼101kPa로 하고, C₃H₈, C₃H₆, C ₄H₁₀, C₂H₂, C₂H₄, C₂H ₆, CH₄가스 중 1종 또는 2종이상을 상기 탄화 수소계 가스로서 사용하며, 공기, O₂가스 또는 CO₂가스를 상기 산화성 가스로서 사용한다.

탄화 수소계 가스, 산화성 가스, 고탄소 퍼텐셜, 침탄 처리

Description

침탄 처리 방법{A carburization treatment method}

도 1은 본 발명의 방법을 실시하기에 적합한 침탄로(浸炭爐)의 설명도이다.

도 2는 본 발명의 방법을 실시하기에 적합한 침탄 담금질 장치의 평면 배치도이다.

도 3은 실시예 1의 처리가 완료된 강철 재료의 평균 탄소 농도 분포도이다.

도 4는 실시예 1의 처리가 완료된 강철 재료의 조직 사진이다.

도 5는 실시예 2의 처리가 완료된 강철 재료의 평균 탄소 농도 분포도이다.

도 6은 실시예 2의 처리가 완료된 강철 재료의 조직 사진이다.

도 7은 실시예 2의 처리가 완료된 강철 재료의 결정 입자 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

5 : 열전대 6 : 압력계

8 : 노 내부 분위기 분석계

10 : (탄화 수소계 가스의 공급량 제어용) 매스 플로우 컨트롤러

10a : 탄화 수소계 가스 공급부

11 : (산화성 가스의 공급량 제어용) 매스 플로우 컨트롤러

11a : 산화성 가스 공급부 12 : 진공 펌프

13 : 카본 퍼텐셜(carbon potential) 연산 장치

14 : 조절계 17 : 침탄실

본 발명은 강철 재료의 침탄 처리 방법에 관한 것이다.

강철 재료의 침탄 처리 방법으로서, 가스 침탄법, 진공 침탄법, 플라즈마 침탄법 등이 알려져 있다. 이들 침탄법에는 장점도 있지만 단점도 있다.

상기 가스 침탄법에는 CO₂가스의 대량 발생 및 폭발의 위험성 외에, 강철 재료 표면의 입계 산화 등의 문제가 있으며, 또한, 흡열형 가스(endothermic gas)를 사용한 가스 침탄법에는 변성로(變成爐)를 필요로 하여 설비 비용이 많이 드는 등의 문제가 있다.

상기 진공 침탄법은 강철 재료 표면의 탄소 농도가 고용(固溶) 한계까지 증가하면 그을음이 많이 발생하기 때문에, 노 내부 메인터넌스에 시간과 비용이 많이 드는 것 외에, 범용성이 결여되며, 또한 상기 가스 침탄법에 비하여 노 내부 분위기의 카본 퍼텐셜(carbon potential) 제어가 곤란하다는 등의 문제가 있다. 또한, 플라즈마 침탄법은 생산성이 나쁘다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 종래의 침탄 처리법을 대신하는 신규이면서 경제적인 침탄 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 침탄 처리 방법은 노 내부 분위기를 탄소 고용 한계 바로 아래의 고탄소 퍼텐셜로 유지하여 침탄을 행하는 것이다. 이 방법에 따르면, 침탄 리드 타임(lead time)을 단축할 수 있는 것 외에, 토탈 에너지를 삭감할 수 있다.

상기 방법에 있어서, 상기 노 내부를 감압하여 침탄을 행할 수도 있다. 이 방법에 따르면, 상기 노 내부의 감압에 의해, 고탄소 퍼텐셜 분위기를 안정되게 얻을 수 있다. 또한, 그을음의 발생을 방지할 수 있기 때문에, 메인터넌스가 용이해진다.

바람직한 실시의 한 형태로서, 상기 방법에 있어서, 상기 노 내부 압력은 0.1∼101kPa로 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 노 내부 압력을 0.1kPa미만으로 한 경우에는 침탄 능력이 손실된다는 결점이 있고, 상기 노 내부 압력을 101kPa보다 크게 한 경우에는 대기압에 가깝기 때문에 종래의 가스 침탄법과 동일한 문제를 발생시키게 되기 때문이다.

바람직한 실시의 한 형태로서, 탄소 고용 한계 바로 아래의 고탄소 퍼텐셜 분위기의 유지를, 탄화 수소계 가스 및/또는 산화성 가스를 상기 노 내부에 직접 공급함으로써 행하도록 할 수도 있다. 이 방법에 따르면, 상기 종래의 진공 침탄법과는 달리, 상기 탄화 수소계 가스와 상기 산화성 가스 중 적어도 하나가 상기 노 내부에 공급되기 때문에, 노 내부 분위기의 제어가 가능하며, 노 내부 분위기를 탄소 고용 한계 바로 아래의 고탄소 퍼텐셜로 유지하는 것이 용이해진다. 또한, 상기 종래의 가스 침탄법인 경우에 필요했던 배기가스의 연소 처리 공정이 필요없게 되기 때문에, CO₂가스의 발생도 없고, 폭발의 위험도 없다. 또한, 변성로도 필요없으며, 필요 가스량도 적어 경제적이다.

상기 방법에 있어서, 상기 탄화 수소계 가스로서는 C₃H₈, C₃H₆, C₄H₁₀, C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆, CH₄가스 중 1종 또는 2종이상을 사용할 수 있으며, 상기 산화성 가스로서는 공기, O₂ 또는 CO₂가스를 사용할 수 있다.

또한, 상기 방법에 있어서, 탄소 고용 한계 바로 아래의 고탄소 퍼텐셜 분위기의 유지를 위한 상기 노 내부로의 상기 탄화 수소계 가스 및/또는 상기 산화성 가스의 공급량의 제어는 상기 노 내부의 CO가스 분압의 측정, CO가스 농도의 측정, CO₂가스 분압의 측정, CO₂가스 농도의 측정, O₂가스 분압의 측정, O ₂가스 농도의 측정, H₂가스 분압의 측정, H₂가스 농도의 측정, CH₄가스 분압의 측정, CH ₄가스 농도의 측정, H₂O 분압의 측정, H₂O 농도의 측정, 이슬점(dew point)의 측정 중 적어도 하나에 의해 행할 수 있다.

<발명의 실시형태>

도 1에 있어서, 참조부호 1은 노의 외부 몸체, 참조부호 2는 단열재, 참조부호 3은 분위기 교반용 팬, 참조부호 4는 가열 히터, 참조부호 5는 노 내부 온도 제어를 위한 열전대, 참조부호 6은 노 내부 감압 제어용의 압력계, 참조부호 7은 노 내부 분위기 샘플링 장치, 참조부호 8은 노 내부 분위기 분석 장치, 예를 들면, CO 가스 분압계 또는 CO가스 농도계, 참조부호 9는 노 내부 분위기 분석 장치, 예를 들면, CO₂가스 분압계 또는 CO₂가스 농도계, 참조부호 30은 노 내부 분위기 분석 장치, 예를 들면, O₂가스 분압계 또는 O₂가스 농도계, 참조부호 10은 탄화 수소계 가스 공급부(10a)에 형성되며, 탄화 수소계 가스의 노 내부 공급량을 제어하는 탄화 수소계 가스용 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller), 참조부호 11은 산화성 가스 공급부(11a)에 형성되며, 산화성 가스의 노 내부 공급량을 제어하는 산화성 가스용 매스 플로우 컨트롤러, 참조부호 12는 노 내부 감압용의 진공 펌프, 참조부호 13은 카본 퍼텐셜 연산 장치, 참조부호 14는 상기 연산 장치(13)로부터의 연산값에 기초하여 상기 2개의 매스 플로우 컨트롤러(10, 11) 각각에 조절 신호를 보내는 조절계이다. 상기 단열재(2)로서는 방산 열량이 적고 또한 축열량이 적은 세라믹 파이버(fiber) 등으로 이루어지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 구성의 침탄로에 있어서, 노 내부의 감압 조정은 상기 압력계(6) 및 상기 진공 펌프(12)에 의한 노 내부 분위기의 배기 제어에 의해 행해진다. 또한, 노 내부 분위기의 카본 퍼텐셜은 다음과 같이 하여 제어되며, 탄소 고용 한계 바로 아래의 고탄소 퍼텐셜로 유지된다. 상기 노 내부 분위기 분석 장치(8, 9, 30)에 의한 분석값이 상기 카본 퍼텐셜 연산 장치(13)에 도입된다. 이에 따라 얻어진 연산값에 기초하여 상기 조절계(14)가 상기 탄화 수소계 가스용 매스 플로우 컨트롤러(10) 및 상기 산화성 가스용 매스 플로우 컨트롤러(11)에 조절 신호를 보낸다. 이에 따라, 상기 탄화 수소계 가스 및 상기 산화성 가스 중 적어도 어느 한쪽의 노 내부 공급량이 조정되어, 노 내부 분위기의 카본 퍼텐셜이 제어된다.

상기 노 내부에 공급하는 상기 탄화 수소계 가스 및/또는 상기 산화성 가스의 공급량의 제어는 상기 노 내부의 분위기를 형성하는 각종의 가스 중 적어도 1종의 가스의 분압을 측정함으로써 행해도 되며, 또한, 노 내부 분위기를 형성하는 각종의 가스 중 적어도 1종의 가스의 농도를 측정함으로써 행해도 된다. 예를 들면, 상기 노 내부의 분위기를 형성하는 CO가스, CO₂가스, O₂가스, H₂가스, CH ₄가스 중 적어도 하나의 가스의 분압 또는 농도를, 각각의 가스의 분압계(CO가스 분압계, CO₂가스 분압계, O₂가스 분압계, H₂가스 분압계, CH₄가스 분압계) 또는 농도계(CO가스 농도계, CO₂가스 농도계, O₂가스 농도계, H₂가스 농도계, CH₄가스 농도계)를 사용하여 측정함으로써, 상기 노 내부로의 상기 탄화 수소계 가스 및/또는 상기 산화성 가스의 공급량의 제어를 행할 수 있다.

또한, 상기 노 내부의 H₂O 분압 또는 H₂O 농도를 측정하거나, 또는 노점계를 사용하여 상기 노 내부의 분위기 가스중의 이슬점(Dew Point)을 측정함으로써, 상기 노 내부로의 상기 탄화 수소계 가스 및/또는 상기 산화성 가스의 공급량의 제어를 행할 수도 있다.

상기와 같은 다양한 방법에 의해 상기 노 내부에 공급하는 상기 탄화 수소계 가스 및/또는 상기 산화성 가스의 공급량을 제어하여 상기 노 내부의 분위기를 탄소 고용 한계 바로 아래의 고탄소 퍼텐셜로 유지시킬 수 있다.

도 2에 있어서, 참조부호 15는 장입(裝入)문, 참조부호 16은 반송실, 참조부호 17은 침탄실, 참조부호 18은 가스 냉각실, 참조부호 19는 기름 담금질실, 참조부호 20은 배출문, 참조부호 21a, 21b 및 21c는 모두 칸막이문이다. 상기 침탄실(17)은 도 1에 나타내는 침탄로에 있어서의 침탄실과 동일하다.

상기 침탄 담금질 장치의 초기 상태는 다음과 같다, 상기 장입문(15), 상기 배출문(20), 상기 칸막이문(21a, 21b 및 21c)은 모두 닫혀져 있다. 상기 침탄실(17)은 담금질 온도까지 가열되어 그 온도로 유지되며, 압력은 0.1kPa이하로 제어되어 있다. 상기 담금질실(19)도 0.1kPa이하의 압력으로 제어되며, 상기 담금질실(19) 내의 담금질 기름은 강철 재료의 담금질시의 온도로 가열되어 있다. 또한, 상기 반송실(16)은 대기압으로 되어 있다.

상기 초기 상태로부터 우선, 상기 장입문(15)이 열려 강철 재료가 상기 반송실(16) 내에 장입되고, 상기 장입문(15)을 닫아 상기 반송실(16) 내부가 0.1kPa이하로 감압된다. 그 후, 상기 반송실(16)과 상기 침탄실(17) 사이의 상기 칸막이문(21a)이 열려 상기 강철 재료가 상기 침탄실(17)에 반송되며, 상기 칸막이문(21a)이 닫힌다. 또한, 도시하지는 않지만, 상기 강철 재료의 반송 장치로서, 상기 반송실(16)과 상기 기름 담금질실(19)에 있어서는 모터로 구동되는 체인을 사용하고, 상기 침탄실(17)에 있어서는 롤러 하스(roller hearth)를 사용하고 있다.

상기 칸막이문(21a)을 닫은 후, 상기 침탄실(17)이 N₂가스에 의해 소정 압력, 예를 들면, 100kPa로 압력이 복귀됨과 동시에, 침탄 온도까지 승온된다. 그리 고, 상기 침탄 온도로 30분 유지한 후, 상기 침탄실(17)로부터 상기 N₂가스가 배출되어 상기 침탄실(17) 내부가 0.1kPa이하로 감압된다.

그 후, 탄화 수소계 가스와 산화성 가스를 퍼지 라인(purge line)을 사용해서 상기 침탄실(17) 내에 소정량 공급하여 상기 침탄실(17)의 내부 압력을 침탄 압력까지 복귀시킨다. 압력 복귀 후, CO₂ 분압 또는 CO₂ 농도의 측정 데이터를 기초로 연산한 결과에 의해, 상기 탄화 수소계 가스 및 상기 산화성 가스 중 적어도 어느 한쪽의 공급량이 제어 라인을 사용하여 제어된다. 또한, 이 때의 카본 퍼텐셜은 침탄 온도로 결정되는 탄소 고용 한계를 참고로 하여 그을음이 발생하지 않는 범위에서 설정된다.

소정 시간의 침탄 처리 후, 상기 침탄실(17)에의 상기 탄화 수소계 가스와 상기 산화성 가스의 공급을 멈추고, 또한 상기 침탄실(17) 내부의 배기를 행하며, 상기 강철 재료를 감압 상태로 유지하여 표면 탄소 농도를 조정한다. 그리고, 상기 침탄실(17)의 온도가 담금질 온도까지 내려가고, 상기 칸막이문(21a)이 열려지며, 또한 상기 반송실(16)과 상기 담금질실(19) 사이의 상기 칸막이문(21c)이 열려져서, 감압하, 상기 강철 재료가 상기 반송실(16)을 경유해서 상기 담금질실(19)에 반송되어 기름 담금질이 행해진다. 담금질 종료 후, 상기 강철 재료는 상기 배출문(20)으로부터 배출된다. 또한, 표면 탄소 농도의 조정과 담금질 온도로의 온도 제어는 동시에 행하는 것도 가능하다.

또한, 결정 입자의 조정이 필요해지는 고온 침탄(1050℃)의 경우에는, 침탄 처리후의 표면 탄소 농도 조정후에, 상기 반송실(16) 및 상기 칸막이문(21b)을 경유하여 상기 가스 냉각실(18)에 강철 재료를 반송하고, N₂가스로 소정 압력(예를 들면 100kPa)으로 복귀 후, 냉각하고, 그 후, N₂가스를 배출하여 압력을 1kPa이하로 감압하며, 감압하, 상기 반송실(16)을 경유하여 상기 강철 재료를 상기 침탄실(17)로 되돌려서 재가열 온도로 승온 가열한다. 또한, 상기 침탄실(17)에 있어서, 상기 재가열 온도로 30분간 유지하고, N₂가스를 배출하여 압력을 1kPa이하로 감압하며, 감압하, 상기 반송실(16)을 경유해서 상기 담금질실(19)에 상기 강철 재료를 반송하여 기름 담금질이 행해진다. 그리고, 담금질 종료 후, 상기 배출문(20)으로부터 상기 강철 재료가 배출된다.

본 발명의 발명자들은 본 발명의 방법을 사용하여 실제로 침탄을 행하였다. 그 내용 및 결과는 다음과 같다.

<실시예 1>

강철 재료로서, SCM420, φ20mm, 길이 40mm의 시험편을, 온도 : 950℃, 압력 : 0.1kPa이하로 제어한 상기 침탄실(17) 내의 아홉 지점(노 내부의 코너부 상하 및 노의 중앙부)에 배치하고, 그 후, N₂가스로 침탄실(17) 내부를 100kPa로 압력 복귀시킴과 동시에, 950℃로 승온 가열하였다.

그 상태를 30분 유지한 후, 상기 침탄실(17) 내부의 압력을 배기에 의해 0.1kPa이하로 내리고, 상기 침탄실(17) 내에 C₃H₈가스와 CO₂가스를 각각 3.5L/min 더 공급하여 그 실내 압력을 1.7kPa로 하였다.

다음으로, 상기 침탄실(17)의 실내 압력을 1.7kPa로 유지한 채로, 상기 C₃H₈가스 및/또는 상기 CO₂가스의 공급량을 변화시켜 카본 퍼텐셜을 1.25%로 제어하고, 상기 침탄실(17) 내부를 950℃인 채로 57분간 유지하였다.

그 후, 상기 C₃H₈가스와 상기 CO₂가스의 공급을 멈추고, 배기에 의해 상기 침탄실(17)의 실내 압력을 0.1kPa이하로 내리며, 그 상태에서 37분간 유지하고, 이어지는 30분 동안에 상기 침탄실(17) 내부의 온도를 870℃까지 내렸다. 그리고, 상기 강철 재료를 상기 반송실(16)을 경유해서 상기 담금질실(19)에 반송하여 기름 담금질을 행하였다.

본 실시예에 있어서의 처리가 완료된 강철 재료의 평균 탄소 농도 분포는 도 3에 나타내는 바와 같았다. 이 분포도에 있어서의 탄소 농도는 상기 아홉 지점에 배치된 강철 재료의 표면부의 탄소 농도의 평균값을 나타내고 있다. 그 결과는 유효 침탄 깊이(0.36%C)가 0.7mm로, 적정한 값이었다. 또한, 상기 처리가 완료된 강철 재료의 조직 사진은 도 4에 나타내는 바와 같고, 상기 처리가 완료된 강철 재료의 표면에는 어떠한 이상층의 발생은 보여지지 않았다.

실시예 1에 따른 침탄 처리의 침탄 리드 타임(lead time)과, 종래의 흡열형 가스를 사용한 가스 침탄의 침탄 리드 타임을 비교한 결과, 종래의 흡열형 가스를 사용한 가스 침탄인 경우는 118분인 것에 반하여, 실시예 1인 경우가 94분으로, 약 20%의 시간 단축이 되었다. 이와 같이, 실시예 1의 침탄 처리 방법에 따르면, 종래 의 흡열형 가스를 사용한 가스 침탄에 비하여 단시간에 필요로 하는 깊이의 침탄 처리층을 얻을 수 있었다. 따라서, 토탈 에너지도 삭감할 수 있으며, 경제적이다. 또한, 그을음의 발생도 없고, 강철 재료의 노 내부 배치 위치의 제약을 받는 일도 없다. 또한, 변동이 작은 침탄 처리층을 얻을 수 있었다.

<실시예 2>

실시예 2는 고온 침탄의 실시예이다. 즉, 상기 실시예 1과 동일한 강철 재료를, 온도 : 1050℃, 압력 : 0.1kPa이하로 제어한 상기 침탄실(17) 내의 상기 아홉 지점에 배치하고, 그 후, N₂가스로 실내 압력을 100kPa로 복귀하며, 1050℃로 승온 가열하였다.

그 상태를 30분 유지한 후, 상기 침탄실(17)의 실내 압력을 배기에 의해 0.1kPa이하로 하고, 상기 침탄실(17) 내에 C₃H₈가스와 CO₂가스를 각각 14L/min 더 공급하여 그 실내 압력을 1.7kPa로 하였다.

다음으로, 상기 침탄실(17)의 실내 압력을 1.7kPa로 유지한 채로, CO₂가스의 공급량을 일정량의 10L/min로 하고, C₃H₈가스의 공급량을 변화시켜 카본 퍼텐셜을 1.4%로 제어하며, 상기 침탄실(17) 내부를 1050℃로 16분간 유지하였다.

그 후, C₃H₈가스와 CO₂가스의 공급을 멈추고, 배기에 의해 상기 침탄실(17)의 실내 압력을 0.1kPa이하로 하며, 그 상태에서 16분간 유지하고, 상기 강철 재료의 결정 입자의 조대화(粗大化)를 조정하기 위하여, 상기 강철 재료의 냉각 및 재가열 을 행하였다.

구체적으로는, 상기 침탄실(17)로부터 상기 반송실(16)을 경유하여 상기 가스 냉각실(18)에 상기 강철 재료를 반송하며, N₂가스로 상기 가스 냉각실(18) 내부를 100kPa로 압력 복귀하고, 15분간 냉각하였다. 그 후, N₂가스를 배기하여 상기 가스 냉각실(18)의 내부 압력을 0.1kPa이하로 하고, 상기 강철 재료를 상기 반송실(16)을 경유하여 상기 침탄실(17)에 반송하며, N₂가스, 100kPa하에서 승온 가열하였다. 그 상태를 30분간 유지한 후, 배기에 의해 상기 침탄실(17)의 실내 압력을 0.1kPa이하로 하고, 상기 반송실(16)을 경유하여 상기 강철 재료를 상기 담금질실(19)에 반송하여 기름 담금질을 행하였다.

본 실시예에 있어서의 처리가 완료된 강철 재료의 평균 탄소 농도 분포는 도 5에 나타내는 바와 같다. 이 분포도에 있어서의 탄소 농도는 도 3의 경우와 마찬가지로, 상기 아홉 지점에 배치된 강철 재료의 표면부의 탄소 농도의 평균값을 나타내고 있다. 그 결과는 유효 침탄 깊이(0.36%C)가 0.73mm로 적정한 값이었다. 또한, 상기 처리가 완료된 강철 재료의 조직 사진은 도 6에 나타내는 바와 같으며, 상기 처리가 완료된 강철 재료의 표면에는 어떠한 이상층의 발생은 보여지지 않았다. 또한, 결정 입자 사진의 일례를 도 7에 나타낸다. 결정 입도는 #9로 적정한 값이었다.

실시예 2에 따른 침탄 처리의 침탄 리드 타임은 처리 온도를 고온의 1050℃로 한 것 및 카본 퍼텐셜을 1.4%로 함으로써, 대폭으로 단축되며, 종래의 흡열형 가스를 사용한 가스 침탄과 비교하면, 약 73%의 시간 단축이 되었다. 이와 같이, 실시예 2의 침탄 처리 방법에 따르면, 종래의 흡열형 가스를 사용한 가스 침탄에 비하여 매우 단시간에 필요로 하는 깊이의 침탄 처리층을 얻을 수 있으며, 토탈 에너지도 삭감할 수 있었다. 또한, 그을음의 발생도 없고, 강철 재료의 노 내부 배치 위치의 제약을 받는 일도 없다. 또한, 변동이 작은 침탄 처리 층을 얻을 수 있었다.

<실시예 3>

실시예 3은 상기 실시예 1의 침탄 압력을 변경한 실시예이다. 즉, 상기 실시예 1과 동일한 강철 재료를, 실내 온도 : 950℃, 실내 압력 : 0.1kPa이하로 제어한 상기 침탄실(17) 내의 상기 아홉 지점에 배치하고, 그 후, N₂가스로 100kPa로 압력 복귀하며, 950℃로 승온 가열하였다.

그 상태를 30분 유지한 후, 상기 침탄실(17)의 실내 압력을 배기에 의해 0.1kPa이하로 하고, 상기 침탄실(17) 내에 C₃H₈가스와 CO₂가스를 각각 15L/min 더 공급하여 그 실내 압력을 100kPa로 하였다.

다음으로, 상기 침탄실(17)의 실내 압력을 100kPa로 유지한 채로, C₃H₈가스 및/또는 CO₂가스의 공급량을 변화시켜 카본 퍼텐셜을 1.25%로 제어하며, 상기 침탄실(17) 내부를 950℃로 57분간 유지하였다.

그 후, C₃H₈가스와 CO₂가스의 공급을 멈추고, 배기에 의해 상기 침탄실(17)의 실내 압력을 0.1kPa이하로 하며, 그 상태로 37분간 유지하고, 이어지는 30분 동안에 상기 침탄실(17) 내의 온도를 870℃까지 내렸다. 그리고, 상기 강철 재료를 상기 반송실(16)을 통해서 상기 담금질실(19)에 반송하여 기름 담금질을 행하였다.

본 실시예에 따른 처리가 완료된 강철 재료의 유효 침탄 깊이(0.36%C)는 0.72mm로, 적정한 값이었다. 또한, 그을음의 발생도 없었다.

본 발명에 따르면, 종래의 흡열형 가스를 사용한 가스 침탄에 비하여 침탄 리드 타임을 단축할 수 있고, 토탈 에너지도 삭감할 수 있으며, 경제적이고, 또한 감압하에 있어서의 노 내부 분위기의 카본 퍼텐셜 제어가 가능하며, 따라서 탄화 수소계 가스의 직접 분해에 의한 탄소의 강철 재료에의 침입을 제한할 수 있고, 그을음의 발생도 없으며, 적정한 값의 침탄 처리층을 얻을 수 있다.

Claims

압력 0.1kPa 이하로 제어한 침탄실 내부에 강철 재료를 배치하는 단계;

상기 침탄실 내부에 N2 가스를 공급하여 내부압력을 증가시키고, 상기 침탄실을 가열하여 내부 온도를 증가시키는 단계;

상기 침탄실 내부의 N2 가스를 배기하여 상기 침탄실 내부압력을 0.1kPa 이하로 줄이는 단계;

탄화 수소계 가스 및 산화성 가스를 각각 상기 침탄실에 직접 공급함으로써 침탄실 내부의 압력을 0.1~101kPa로 유지하면서, 상기 침탄실에 직접 공급하는 상기 탄화 수소계 가스 및 상기 산화성 가스 중 적어도 어느 하나의 공급량을 제어하여, 탄소 퍼텐셜을 1.25% 이상이자 탄소 고용 한계 미만으로 하는 단계;

상기 침탄실 내부에 공급되는 탄화 수소계 가스 및 산화성 가스의 공급을 중단하고, 상기 침탄실 내부의 가스를 배기하여 상기 침탄실 내부압력을 줄이는 단계; 및

상기 침탄실의 내부 온도를 담금질 온도까지 낮추고, 상기 강철 재료를 담금질실로 반송하여 기름 담금질을 수행하는 단계를 포함하는 침탄 처리 방법.
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제 1항에 있어서, 상기 탄화 수소계 가스가 C₃H₈, C₃H₆, C₄H₁₀, C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆, CH₄가스 중 1종 또는 2종이상인 것을 특징으로 하는 침탄 처리 방법.
제 1항에 있어서, 상기 산화성 가스가 공기, O₂가스 또는 CO₂가스인 것을 특징으로 하는 침탄 처리 방법.
제 1항에 있어서, 탄소 고용 한계 미만으로 탄소 퍼텐셜의 유지를 위한 상기 침탄실 내부로의 상기 탄화 수소계 가스 및 상기 산화성 가스의 공급량의 제어 중 적어도 어느 하나는, 상기 침탄실 내부의 CO가스 분압의 측정, CO가스 농도의 측정, CO2가스 분압의 측정, CO2가스 농도의 측정, O2가스 분압의 측정, O2가스 농도의 측정, H2가스 분압의 측정, H2가스 농도의 측정, CH4가스 분압의 측정, CH4가스 농도의 측정, H2O 분압의 측정, H2O 농도의 측정, 이슬점(dew point)의 측정 중 적어도 하나에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 침탄 처리 방법.