KR100881822B1

KR100881822B1 - 침탄 처리 장치

Info

Publication number: KR100881822B1
Application number: KR1020020031352A
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: 2009-02-03
Also published as: DE60229325D1; KR20020092836A; US20080073002A1; US20020179186A1; EP1264915A3; US7575643B2; JP5428031B2; EP1264915A2; EP1264915B1; JP2002363726A

Abstract

본 발명은 감압 상태로 유지된 노(爐) 내부에, 탄화 수소계 가스와 산화성 가스를 공급하면서 침탄을 행하는 침탄 처리 방법이다. 바람직하게는 상기 노 내부의 압력을 0.1∼101kPa로 하고, C₃H₈, C₃H₆, C₄H₁₀, 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, 침탄 처리

Description

침탄 처리 장치{A carburization treatment apparatus}

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 방법 및 그 방법을 실시하는데 사용하기에 적합한 침탄 처리 장치에 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 내부의 메인터넌스에 시간과 비용이 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 방법 및 그 방법을 실시하는데 사용하기에 적합한 침탄 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 침탄 처리 방법은 감압하에 유지된 노 내부에, 탄화 수소계 가스와 산화성 가스를 공급하면서 침탄을 행하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 종래의 가스 침탄법인 경우에 필요로 했던 배기 가스의 연소 처리 공정이 필요없게 되기 때문에, CO₂가스의 발생량도 적으며, 폭발의 위험성도 없다. 또한, 변성로도 필요없으며, 필요 가스량도 적어서 경제적이다.

또한, 상기 진공 침탄법과 달리, 탄화 수소계 가스 외에 산화성 가스를 공급하는 것, 또한, 노 내부의 분위기의 카본 퍼텐셜 제어가 가능해지므로, 그을음의 발생을 방지할 수 있기 때문에, 메인터넌스가 용이해진다.

바람직한 실시의 한 형태로서, 상기 탄화 수소계 가스 및 상기 산화성 가스에 더하여, 상기 노 내부에 불활성 가스를 공급하면서 침탄을 행할 수도 있다. 이 방법에 따르면, 노 내부의 가스량을 증가시켜 승온 및 침탄 처리의 균일화를 도모할 수 있다는 이점이 있다.

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

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, 노 내부 분위기의 카본 퍼텐셜의 제어는 상기 탄화 수소계 가스 및/또는 상기 산화성 가스의 공급량의 제어에 의해 행할 수 있으며, 그 경우의 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, O₂가스 농도의 측정, H ₂가스 분압의 측정, H₂가스 농도의 측정, CH₄가스 분압의 측정, CH₄가스 농도의 측정, H ₂O 분압의 측정, H₂O 농도의 측정, 이슬점의 측정 중 적어도 하나에 의해 행할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 침탄 처리 장치는 노 내부에 탄화 수소계 가스를 공급하기 위한 탄화 수소계 가스 공급부와, 상기 노 내부에 산화성 가스를 공급하기 위한 산화성 가스 공급부와, 상기 노 내부 감압용의 진공 펌프를 포함한 것이다. 이 침탄 처리 장치에 의하면, 상기 방법의 발명을 효율적으로 실시할 수 있다. 또한, 종래의 가스 침탄로(浸炭爐)에는 진공 펌프는 사용되는 일이 없으며, 또한, 종래의 진공 침탄로에는 산화성 가스 공급부는 불필요하기 때문에 존재하지 않는다.

상기 침탄 처리 장치에 있어서, 상기 노 내부의 분위기를 분석하는 노 내부 분위기 분석 장치와, 상기 노 내부의 압력을 제어하기 위한 압력계를 더 포함한 것으로 할 수도 있다. 이 장치에 의하면, 노 내부 분위기 제어 및 노 내부 감압 제어를 정확하게 행할 수 있으며, 상기 방법의 발명을 효과적으로 실시할 수 있다.

또한, 상기 노 내부 분위기 분석 장치의 분석값에 기초하여 카본 퍼텐셜을 연산하는 연산 장치와, 상기 연산 장치의 연산값에 기초하여 상기 탄화 수소계 가스 및/또는 상기 산화성 가스의 공급량을 조절하는 조절계와, 상기 노 내부의 온도 제어를 위한 열전대를 포함한 것으로 할 수도 있다. 이렇게 하면, 상기 탄화 수소계 가스 및/또는 상기 산화성 가스의 상기 노 내부로의 자동 공급이 가능하며, 또한, 노 내부 온도 제어가 가능하다.

상기 침탄 처리 장치에 있어서, 상기 노 내부 분위기 분석 장치로서는 CO가스 분압계, CO가스 농도계, CO₂가스 분압계, CO₂가스 농도계, O₂가스 분압계, O₂가스 농도계, H₂가스 분압계, H₂가스 농도계, CH₄가스 분압계, CH₄가스 농도계 또는 노점계 중 적어도 하나를 사용할 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, CO가스 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 탄 소 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 압 력, 예를 들면, 100kPa로 압력이 복귀됨과 동시에, 침탄 온도까지 승온된다. 그리고, 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, 종래의 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 재가열을 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 있으며, 경제적이고, 또한 감압하에 있어서의 노 내부 분위기의 카본 퍼텐셜 제어가 가능하며, 따라서 탄화 수소계 가스의 직접 분해에 의한 탄소의 강철 재료에의 침입을 제어할 수 있고, 그을음의 발생도 없으며, 적정한 값의 침탄 처리층을 얻을 수 있다.

Claims

침탄실을 포함하는 침탄 처리 장치로서,

상기 침탄실은,

상기 침탄실 내부에 탄화 수소계 가스를 공급하기 위한 탄화 수소계 가스 공급부;

상기 침탄실 내부에 산화성 가스를 공급하기 위한 산화성 가스 공급부;

상기 침탄실의 내부 압력을 감소시키는 진공 펌프;

상기 침탄실의 내부 분위기를 분석하는 노 내부 분위기 분석 장치;

상기 침탄실의 내부 압력을 제어하는 압력계;

상기 침탄실의 내부 온도를 제어하는 열전대;

상기 노 내부 분위기 분석 장치, 상기 압력계, 및 상기 열전대로부터 제공되는 분석값에 기초하여 카본 퍼텐셜을 연산하는 연산 장치; 및

상기 연산 장치로부터 제공되는 연산값에 기초하여 상기 탄화 수소계 가스 및 상기 산화성 가스 중 적어도 하나의 공급량을 조절하는 조절계를 포함하는 것을 특징으로 하는 침탄 처리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 침탄실에 인접하여 배치된 반송실; 상기 반송실에 인접하여 배치된 담금질실; 및 상기 반송실에 인접하여 배치된 가스 냉각실을 더 포함하고,

강철 재료가 상기 침탄실, 상기 담금질실, 및 상기 가스 냉각실 중 하나에서 상기 침탄실, 상기 담금질실, 및 상기 가스 냉각실 중 다른 하나로 이동함에 있어서, 상기 강철 재료는 상기 반송실을 반드시 통과하고,

상기 침탄실, 상기 가스 냉각실 및 상기 반송실 중 적어도 하나의 내부 압력은 0.1kPa 이하로 제어되는 것을 특징으로 하는 침탄 처리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 노 내부 분위기 분석 장치가 CO가스 분압계, CO가스 농도계, CO₂가스 분압계, CO₂가스 농도계, O₂가스 분압계, O₂가스 농도계, H₂가스 분압계, H₂가스 농도계, CH₄가스 분압계, CH₄가스 농도계 및 노점계로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 침탄 처리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 침탄실에 N₂ 가스를 공급하기 위한 N₂ 가스 주입구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침탄 처리 장치.
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