KR20040064589A - Nitrification method of metal material - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: To provide a method for performing nitriding at high nitriding efficiency so that a high N material is manufactured, wherein the nitriding is advantageous in terms of productivity in separately manufacturing steel materials and in manufacturing high functional steel. CONSTITUTION: The method comprises a process of nitriding a metallic material having temperature that is 20 deg.C or more than that of the nitriding atmosphere as maintaining 600 deg.C or more of temperature at a nitriding atmosphere comprising gases in which one of the constituting elements of a gas molecule is N (except N2 gas) and having a temperature range from a room temperature to 800 deg.C or less, wherein the gases in which one of the constituting elements of a gas molecule is N are 0.5 to 100 % (volume ratio) of the nitriding atmosphere, wherein at least one gas out of the gases in which one of the constituting elements of a gas molecule is N is ammonia gas, wherein the nitriding atmosphere contains 1.0 vol.% or more of hydrogen gas, wherein the nitriding atmosphere is a mixed gas comprising ammonia gas and nitrogen gas, the nitrogen gas is 10 vol.% or more of the nitriding atmosphere, and amount of nitrogen gas/(amount of nitrogen gas+amount of hydrogen gas) is 0.60 or more, and the atmospheric gas has a dew point of -10 deg.C or more.

Description

금속 재료의 질화 방법 {NITRIFICATION METHOD OF METAL MATERIAL}Nitriding method of metal materials {NITRIFICATION METHOD OF METAL MATERIAL}

본 발명은 용기, 자동차, 가전, 건재 분야 등에서 이용되는 강판 및 강재의 제조 공정에 있어서, 강도, 피로 특성, 내마모 특성, 인성 등에 관하여 바람직한 특성을 부여할 목적으로 재료를, 질화 가스를 포함하는 질화 분위기를 유지하는 질화로 속에서 질화하는 방법에 관한 것으로, 특히 질화 분위기의 취급에 기인한 질화로의 변질을 억제하면서 효율적으로 재료를 질화하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides a material containing nitriding gas for the purpose of imparting desirable properties with respect to strength, fatigue properties, abrasion resistance, toughness, and the like in the manufacturing process of steel sheets and steel materials used in containers, automobiles, home appliances, building materials, and the like. The present invention relates to a method of nitriding in a nitriding furnace that maintains a nitriding atmosphere, and more particularly, to a method of efficiently nitriding a material while suppressing deterioration to nitriding due to handling of the nitriding atmosphere.

다양한 방면에서 이용되는 강제품에 있어서는 각종 특성(예를 들어, 구조 부재로서의 강도나 부재를 형성하기 위한 가공성, 다른 부재와의 접합시 및 접합부의 강도로서의 용접성, 사용중인 인성, 장기간 사용 중에 다른 부재와 접촉하는 부위에서의 내마모성, 각종 환경에 있어서의 내식성, 전기 기기 부재로서의 자기 특성 또는 내식성이나 의장성)을 부여하는 것이 요구된다.In steel products used in various aspects, various characteristics (for example, strength as a structural member or workability for forming a member, welding property with other members and weldability as strength of a joint, toughness in use, and other members during long-term use) Wear resistance at the site of contact with the body, corrosion resistance in various environments, magnetic properties as an electric device member, or corrosion resistance or designability).

본 발명자는, 종래에서는 생각할 수 없을 만큼 다량의 N을 함유한 고N강에 대해 강도, 가공성이나 인성, 내마모성, 자기 특성이나 내식성 등의 향상을 고려한 재질 제어를 행하여 종래의 C 대신에 N을 농축시킴으로써 조직 제어한 강이나, 강 속의 질화물 형태를 제어한 전자 강판 등을 개발하였다. 이들은 예를 들어 일본 특허 공개 2002-020834호 공보, 일본 특허 공개 2002-012948호 공보 등에 개시되어 있다. 이들 강의 큰 특징은 Cr, Ni의 다량의 함유를 필수로 하지 않고, 종래의 용강에 있어서 성분 조정이 이루어지는 제조법으로는 도달할 수 없을 정도의 다량의 N(질소)을 함유시키는 것이다. 이를 위해서는 고체 상태의 강에 대해 성분 조정하는 방법이 필요해지고, 그로 인한 독점법으로서 가스 분위기 속에서 재료를 질화하는 방법을 채용하는 것이 유효하다고 생각된다. 그러나, N 함유량이 0.1 %를 초과할 정도의 다량의 N을 함유시키기 위해서는, 종래의 수법으로는 생산 효율이 낮아 실용화의 장해가 되므로, 본 발명자는 매우 효율적인 가스 질화 방법을 일본 특허 출원 2002-90647호에서 제안하고 있다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM This inventor controls material | concentration which considers the improvement of strength, workability, toughness, abrasion resistance, magnetic property, corrosion resistance, etc. with respect to high N steel containing a large amount of N so that it cannot think conventionally, and concentrates N instead of conventional C. In this way, steels with structure control, and electronic steel sheets with controlled nitride forms in steels were developed. These are disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-020834, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-012948, and the like. The great feature of these steels is that they do not necessarily contain a large amount of Cr and Ni, and contain a large amount of N (nitrogen) that cannot be reached by a manufacturing method in which component adjustment is made in conventional molten steel. For this purpose, the method of component adjustment with respect to the steel of a solid state is needed, and it is thought that it is effective to employ | adopt the method of nitriding a material in gas atmosphere as a monopoly method. However, in order to contain a large amount of N whose N content exceeds 0.1%, since the production efficiency is low by the conventional method and it becomes the obstacle of practical use, the present inventor has proposed a very efficient gas nitriding method in Japanese Patent Application 2002-90647. Proposed in the issue.

또한, 0.1 %까지 다량이 아니라도 0.01 % 정도의 질화에 의해 제조 공정의 아래의 공정에서 성분을 변화시킬 수 있으면 동일한 재료를 이용하여 다양한 재질을 갖는 재료를 구분 제조할 수 있고, 반제품의 재고 삭감 등, 철강 제조 프로세스의 대폭적인 효율화도 기대된다. 이와 같은 경우에도 효율적인 질화가 가능하면 질화 시간의 단축, 질화 설비의 간략화가 가능해져 질화 프로세스의 실용화가 촉진되는 것이라 생각된다.In addition, if the components can be changed in the following steps of the manufacturing process by nitriding about 0.01% even if not a large amount up to 0.1%, materials having various materials can be separated and manufactured using the same material, thereby reducing the inventory of semi-finished products. In addition, we expect significant improvements in the steel manufacturing process. Even in such a case, if efficient nitriding is possible, the nitriding time can be shortened and the nitriding facility can be simplified, and the practical use of the nitriding process is promoted.

그러나, 본 발명자가 출원한 일본 특허 출원 2002-90647호에 기재된 기술에 있어서도, 다른 질화 효율의 향상도 요구되고 있다.However, also in the technique described in Japanese Patent Application No. 2002-90647 filed by the present inventor, another improvement in nitriding efficiency is also required.

강재를 질화하기 위해서는 강재를 고온의 질화 분위기 속에서 유지할 필요가 있지만, 그 때에 질화 분위기를 유지하는 질화로 자체도 질화되어 변질되어 버릴 가능성이 있다. 특히 질화 효율이 높은 고온, 고농도 암모니아 분위기에서의 장시간 사용에 있어서, 강재를 노 속을 통과시키기 위해 설치되어 있는 가이드 롤이나 노 부재 또는 버너 등이 질화되어 물러져 파손되어 버릴 가능성이 있다. 질화는 고온의 금속 표면에서 일어나므로, 이들 부재를 금속 이외의 소재로 씌우거나, 또는 금속 이외의 소재로 제작하거나, 또는 통수된 튜브 등으로 노 부재를 냉각하는 것이 해결책이 되지만, 노의 제조 비용을 생각하면 실용적이라고는 할 수 없다.In order to nitride the steel, it is necessary to maintain the steel in a high temperature nitriding atmosphere, but there is a possibility that the nitriding itself, which maintains the nitriding atmosphere, may also be nitrided and deteriorated. In particular, for a long time in a high temperature and high concentration ammonia atmosphere having high nitriding efficiency, a guide roll, a furnace member, a burner, etc., which are provided for passing steel materials through the furnace, may be nitrided and fall off. Since nitriding occurs on hot metal surfaces, it is a solution to cover these members with a material other than metal, or with a material other than metal, or to cool the furnace members with a water-transmitted tube or the like. Considering this is not practical.

또한, 노 자체가 질화되어 있다는 것은 질화로 인해 노 내로 도입한 가스 성분이 강재의 질화에 효율적으로 소비되고 있지 않은 것을 의미하고 있다.In addition, the nitriding of the furnace itself means that the gas component introduced into the furnace due to nitriding is not efficiently consumed for nitriding steel materials.

또한, 질화 효율을 상승시키기 위해 질화로 내의 질화 분위기의 온도를, 재료를 질화하는 데 필요해지는 온도보다 고온으로 하면, 노 부재의 질화도 촉진되어 버릴뿐만 아니라, 가스 그 자체가 질화 대상 재료의 존재없이 분해되어 버려 질화 능력이 떨어져 버리므로 질화 효율이 기대한 바와 같이 향상되지 않는다.In addition, when the temperature of the nitriding atmosphere in the nitriding furnace is set to be higher than the temperature required for nitriding the material in order to increase the nitriding efficiency, not only the nitriding of the furnace member is promoted, but also the gas itself does not exist in the nitriding material. Since it decomposes and the nitriding capacity falls, the nitriding efficiency does not improve as expected.

이상과 같이, 종래 기술에 있어서는 고N재의 효율적인 생산에 적합하게 질화 방법의 개선이 강하게 요구되고 있었다.As described above, in the prior art, there has been a strong demand for improvement of the nitriding method for the efficient production of high N materials.

[특허 문헌 1][Patent Document 1]

일본 특허 공개 2002-020834호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2002-020834

[특허 문헌 2][Patent Document 2]

일본 특허 공개 2002-012948호 공보Japanese Patent Publication No. 2002-012948

본 발명은, 전술한 바와 같은 종래 기술의 과제를 해결하여 강의 재질을 구분 제조나 고기능 강재의 제조에 관하여 생산성의 관점으로부터 유리한 질화법을 적용할 때에, 고질화 효율로 질화를 행하는 방법을 제공하는 것이고, 이에 의해 효율적인 고N재의 제조를 가능하게 하는 것을 과제로 한다.The present invention solves the problems of the prior art as described above, and provides a method of nitriding with high nitriding efficiency when applying a nitriding method that is advantageous from the viewpoint of productivity in terms of the production of the steel material and the production of the high-performance steel. An object of this invention is to enable the production of an efficient high N material.

도1은 본 발명의 질화법 A를 나타내는 도면.1 shows a nitriding method A of the present invention.

도2는 본 발명의 질화법 B를 나타내는 도면.2 shows a nitriding method B of the present invention.

도3은 본 발명의 질화법 C를 나타내는 도면.3 is a view showing a nitriding method C of the present invention.

도4는 본 발명의 질화법 D를 나타내는 도면.4 shows a nitriding method D of the present invention;

도5는 본 발명의 질화법 E를 나타내는 도면.Fig. 5 shows the nitriding method E of the present invention.

본 발명자들은 전술한 과제를 해결하기 위해, 질화 분위기 속에 있어서의 재료의 질화 조건 및 질화를 행하는 설비의 구조에 대해 예의 검토를 행하여 이하의 지견을 얻었다. 즉, 질화 분위기 자체는 비교적 저온이라도 질화 분위기에 둘 수 있는 금속 재료 자체의 온도를 질화 분위기의 온도 이상으로 유지함으로써, 금속 재료를 질화할 수 있는 것이다. 이 방법에 따르면 분위기를 유지하는 노 및 노 부재의 온도를, 재료를 질화하는 데 필요해지는 온도 이하로 억제할 수 있으므로, 노 자체의 질화를 억제하는 것이 가능해져 보다 고농도의 질화 분위기의 사용이 가능해진다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve the subject mentioned above, the present inventors earnestly examined the nitriding conditions of the material in a nitriding atmosphere, and the structure of the equipment which perform nitriding, and acquired the following knowledge. In other words, the nitriding atmosphere itself is capable of nitriding the metal material by maintaining the temperature of the metal material itself, which can be placed in the nitriding atmosphere even at a relatively low temperature, above the temperature of the nitriding atmosphere. According to this method, since the temperature of the furnace and the furnace member which maintains an atmosphere can be suppressed below the temperature required for nitriding material, it becomes possible to suppress nitriding of the furnace itself, and it is possible to use a higher concentration of nitriding atmosphere. Become.

또한, 질화 분위기 자체를 비교적 저온으로 유지함으로써 질화 가스 그 자체가 분해되어 버리는 것을 억제할 수 있으므로, 금속 재료 온도를 종래 이상으로 높게 설정하여 높은 질화 효율을 실현하는 것이 가능해진다.In addition, since the nitriding gas itself can be suppressed from being decomposed by keeping the nitriding atmosphere itself at a relatively low temperature, the nitriding efficiency can be realized by setting the metal material temperature higher than conventionally.

이에 의해, 금속 재료 표면에서의 질화 가스의 분해가 촉진되어 질화 효율이 상승할 뿐만 아니라, 금속 재료 표면으로부터 침입한 N 원자의 금속 재료의 중심을 향한 확산 속도도 상승하므로, 용도에 따라서는 필요해지는 성분적으로 균질한 강재를 얻는 것이 용이해지는 동시에, 저온에서의 질화에 의해 문제가 되는 경우가 있는 금속 재료 표면에서의 Fe 질화물 막의 형성도 억제할 수 있다. 또한, 금속 재료 온도를 종래 이상으로 높게 설정할 수 있으므로, 금속 재료 표면에서 분해되는 질화 가스로서 암모니아 가스 이외의 열적으로 보다 안정된 다양한 종류의 가스의 사용이 가능해진다. 본 발명은 이상의 지견을 기초로 기존에 있어서의 통상의 금속 재료 제조 공정 및 설비 능력을 염두로, 가장 적절한 질화 조건과 질화 설비를 검토하여 이루어진 것이고, 그 요지로 하는 바는 하기와 같다. ① 금속 재료의 가열 방법으로서, 질화 분위기로부터의 열전도 이외의 방법을 열전도와 맞추거나, 혹은 열전도에 의한 가열없이 채용한다. ② 질화 분위기의 온도를 금속 재료의 온도보다 낮게 설정한다. ③ 상기와 같은 상태에서 최고의 질화 효율을 얻을 수 있도록 질화 분위기를 제어한다.As a result, the decomposition of the nitriding gas on the surface of the metal material is promoted to increase the nitriding efficiency, and also to increase the diffusion rate toward the center of the metal material of the N atoms intruding from the surface of the metal material. It is easy to obtain a component homogeneously steel material, and can also suppress formation of the Fe nitride film on the surface of the metal material which may be a problem by nitriding at low temperature. In addition, since the metal material temperature can be set higher than conventionally, it is possible to use various kinds of thermally more stable gases other than ammonia gas as the nitride gas decomposed on the surface of the metal material. The present invention has been made in consideration of the most suitable nitriding conditions and nitriding equipments in view of the conventional metal material manufacturing process and facility capability in the past based on the above findings, and the gist thereof is as follows. (1) As a heating method of the metal material, a method other than the heat conduction from the nitriding atmosphere is matched with the heat conduction or is employed without heating by the heat conduction. ② Set the temperature of the nitriding atmosphere lower than the temperature of the metal material. ③ The nitriding atmosphere is controlled to obtain the best nitriding efficiency in the above state.

구체적으로는, 본 발명의 요지는 특허 청구의 범위에 기재한 바와 같이 하기 내용이다.Specifically, the gist of the present invention is as described below in the claims.

(1) 가스 분자의 구성 원소 중 하나가 N인 가스(N2 가스를 제외함)를 포함한 실온 이상 800 ℃ 이하의 질화 분위기 속에서 600 ℃ 이상 또한 질화 분위기의 온도보다도 20 ℃ 이상 높은 금속 재료를 질화하는 공정을 포함하는 금속 재료의 질화 방법.(1) Nitriding a metallic material at least 600 ° C and at least 20 ° C higher than the temperature of the nitriding atmosphere in a nitriding atmosphere at or above 800 ° C, including a gas whose N constituent element is N (excluding N2 gas). Nitriding method of a metal material including the process of making.

(2) 가스 분자의 구성 원소 중 하나가 N인 가스가 분위기의 0.5 내지 100 %(체적율)인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 금속 재료의 질화 방법.(2) The nitriding method of the metal material as described in (1) characterized by the gas whose one of the constituent elements of a gas molecule is N is 0.5-100% (volume rate) of an atmosphere.

(3) 가스 분자의 구성 원소 중 하나가 N인 가스 중 적어도 1종류가 암모니아 가스인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 금속 재료의 질화 방법.(3) The method of nitriding metal materials according to (1) or (2), wherein at least one kind of gas in which one of the constituent elements of the gas molecules is N is ammonia gas.

(4) 질화 분위기가 체적율 1.0 % 이상인 수소 가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 금속 재료의 질화 방법.(4) The nitriding method of any one of (1) to (3), wherein the nitriding atmosphere contains hydrogen gas having a volume ratio of 1.0% or more.

(5) 질화 분위기가 암모니아와 질소를 포함하는 혼합 가스이고, 질소 가스가 질화 분위기의 10 % 이상(체적율)이고, 또한 질소 가스량/(질소 가스량 + 수소 가스량)이 0.60 이상인 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 금속 재료의 질화 방법.(5) The nitriding atmosphere is a mixed gas containing ammonia and nitrogen, the nitrogen gas is 10% or more (volume ratio) of the nitriding atmosphere, and the nitrogen gas amount / (nitrogen gas amount + hydrogen gas amount) is 0.60 or more ( The nitriding method of the metal material in any one of 1)-(3).

(6) 질화 분위기 가스의 이슬점이 -10 ℃ 이상인 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 금속 재료의 질화 방법.(6) The nitriding method of the metal material in any one of (1)-(5) characterized by the dew point of a nitriding atmosphere gas being -10 degreeC or more.

(7) 금속 재료를 질화 분위기로부터의 열전도 이외의 방법에 의해 가열하고, 계속해서 상기 금속 재료를 질화 분위기 속에 장입하여 금속 재료를 그 온도가 장입시의 온도보다 50 ℃ 이상 낮아질 때까지의 동안 질화 분위기 속에서 유지하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 금속 재료의 질화 방법.(7) The metal material is heated by a method other than thermal conduction from the nitriding atmosphere, and subsequently, the metal material is charged into the nitriding atmosphere, and the metal material is nitrided until the temperature of the metal material becomes 50 ° C or more lower than the temperature at charging. The nitriding method of the metal material in any one of (1)-(6) characterized by holding in atmosphere.

(8) 질화 분위기 속에서 금속 재료를 질화 분위기로부터의 열전도와는 다른 수단으로 가열하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 금속 재료의 질화 방법.(8) The method of nitriding a metal material according to any one of (1) to (7), wherein the metal material is heated in a nitriding atmosphere by a means different from the heat conduction from the nitriding atmosphere.

(9) 금속 재료를 통전 가열 또는 유도 가열을 이용하여 가열하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 금속 재료의 질화 방법.(9) The nitriding method of the metal material as described in any one of (1)-(8) characterized by heating a metal material using an electricity supply heating or an induction heating.

(10) 금속 재료를 질화하는 공정에 의해, N 함유량을 질량 %로 0.0002 % 이상 증가시키는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 금속 재료의 질화 방법.(10) The method of nitriding a metal material according to any one of (1) to (9), wherein the N content is increased by 0.0002% or more by mass% by the step of nitriding the metal material.

(11) 금속 재료가 강재인 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 금속 재료의 질화 방법.(11) The method for nitriding a metal material according to any one of (1) to (10), wherein the metal material is a steel material.

이하에 본 발명을 상세하게 설명한다.The present invention will be described in detail below.

본 발명은 모든 성분을 갖는 금속 재료에의 적용이 가능하지만, 이하 주로 강재에의 적용을 염두로 설명을 행한다.Although the present invention can be applied to a metal material having all components, the following mainly explains the application to steel materials.

우선, 본 발명에 있어서의 분위기 성분의 한정 이유를 이하에 상세하게 설명한다. 분위기 속에 가스 분자의 구성 원소 중 하나가 N인 가스가 존재하는 것이 본 발명의 필수적인 조건이다. 이 가스는, 예를 들어 암모니아 가스, 이산화질소 가스 등을 들 수 있다. 이하, 본 명세서 중에서는 이들 가스를「질화 가스」라 기술한다. 본 발명에 있어서의 질화는 고온의 금속 표면에서의 질화 가스의 분해에 수반하여 생성되는 원자형 N이 강에 침입하는 것이 주된 기구이고, 본 발명은 질화 가스의 분해 및 강 표면과의 반응을 제어하는 것이다. 단, 본 발명에 있어서 질소는 질화 가스에는 포함되지 않는 것으로 한다. 이는, 질소는 비교적 안정적으로 분해되기 어렵기 때문에 질화 효율을 높이게 되는 본 발명의 취지에 적합하지 않기 때문이다.First, the reason for limitation of the atmosphere component in this invention is demonstrated in detail below. It is an essential condition of the present invention that a gas having N as one of the constituent elements of the gas molecules in the atmosphere is present. Examples of the gas include ammonia gas and nitrogen dioxide gas. Hereinafter, in this specification, these gases are described as "nitriding gas." Nitriding in the present invention is a main mechanism in which the atomic N generated by the decomposition of the nitriding gas on the hot metal surface penetrates the steel, and the present invention controls the decomposition of the nitriding gas and the reaction with the steel surface. It is. In the present invention, however, nitrogen is not included in the nitriding gas. This is because nitrogen is difficult to decompose relatively stably and therefore is not suitable for the purpose of the present invention, which increases the nitriding efficiency.

질화 가스로서는 질화 효율, 즉 고온 금속 표면에서의 분해 반응 속도나 작업 환경에 있어서의 사용의 간편함 등으로부터 암모니아 가스로 하는 것이 바람직하다. 물론 여러 종류의 질화 가스를 혼합하여 사용해도 본 발명의 효과를 손상시키는 것은 아니다. 질화가 행해지는, 질화 가스를 포함하는 분위기를 이하, 본 명세서 중에서는「질화 분위기」라 기술한다. 질화 분위기 속의 질화 가스의 농도는 질화 효율에 큰 영향을 미치게 한다. 질화 가스가 조금이라도 존재하면 적지 않게 강재의 질화가 일어날 가능성이 있지만, 공업적으로 효율적인 질화를 일으키기 위한 농도를 체적율 0.5 % 이상으로 한다. 이 농도의 상한은 필요하지 않고, 완전한 질화 가스 분위기, 100 %로 하는 것도 가능하다.The nitriding gas is preferably ammonia gas because of the nitriding efficiency, that is, the decomposition reaction rate on the surface of the hot metal, the ease of use in the working environment, and the like. Of course, mixing and using various types of nitriding gases does not impair the effects of the present invention. The atmosphere containing nitriding gas to which nitriding is performed is described below as "nitriding atmosphere" in the present specification. The concentration of nitriding gas in the nitriding atmosphere has a great influence on the nitriding efficiency. If any nitriding gas is present, there is a small possibility that nitriding of steel materials may occur, but the concentration for causing industrially efficient nitriding is made 0.5% or more by volume ratio. The upper limit of this concentration is not necessary, and it is also possible to set it as 100% in complete nitrogen gas atmosphere.

질화 분위기 속에 있어서의 질화 가스 이외의 가스 성분에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니다. 아르곤 등의 불활성 가스, 통상의 강재의 열처리에서 사용되는 수소나 질소를 포함하는 것이 가능하다.It does not specifically limit about gas components other than nitriding gas in nitriding atmosphere. It is possible to include inert gas such as argon and hydrogen or nitrogen used in heat treatment of ordinary steel materials.

질화 효율을 높이기 위해서는, 이들 질화 가스 이외의 가스 성분의 농도나 불가피적으로 포함되는 수분의 양, 즉 분위기 이슬점의 제어도 유효한 경우도 있다. 특히, 수소를 1 % 이상, 또는 이슬점을 -10 ℃ 이상으로 함으로써 높은 질화 효율을 얻게 되는 경우가 있다. 그 이유는 명확하지는 않지만, 강판 표면에서의 수증기의 분해나 산소의 상태가 강재 표면에서의 질화 가스의 분해 및 그 분해에 의해 생긴 N의 강에의 침입에 영향을 미칠 가능성이 있다. 또한, 수증기의 분해에 의해 수소가 공급되는 것도 어떠한 원인이 되고 있을 가능성이 있지만, 수소의 공급원은 이외에도 외부로부터의 수소 가스의 도입, 암모니아 가스 등의 질화 가스의 분해 등이 중첩되어 있어, 현상은 매우 복잡하다고 생각된다.In order to improve nitriding efficiency, the control of the concentration of gas components other than these nitriding gases and the amount of water inevitably contained, that is, the atmospheric dew point may also be effective. In particular, high nitriding efficiency may be obtained by setting hydrogen to 1% or more or the dew point to -10 ° C or more. Although the reason is not clear, there is a possibility that the decomposition of water vapor or the state of oxygen on the surface of the steel sheet affects the penetration of N into the steel caused by the decomposition of the nitride gas on the steel surface and its decomposition. In addition, there is a possibility that hydrogen supply is caused by decomposition of steam, which may cause any problem, but in addition to the hydrogen supply source, introduction of hydrogen gas from the outside, decomposition of nitriding gas such as ammonia gas, etc. are overlapped. I think it's very complicated.

질화 분위기가 암모니아 가스와 질소와 수소를 포함하는 경우의 이들 농도에 대해 이하에 나타낸다. 이 경우, 강재의 질화는 주로 암모니아 가스의 분해에 의해 일어나지만, 이에 수반하여 원자형 질소 및 원자형 수소를 생성하기 위해 질화 분위기 속의 질소 가스와 수소 가스의 존재비도 적지 않게 변화한다. 이 경우는 체적율 질소 가스 10 % 이상, 수소 가스 1 % 이상, 또한 질소 가스량/(질소 가스량 + 수소 가스량)을 0.60 이상으로 하면 매우 고효율의 질화가 가능해진다. 질화 분위기의 농도는 거시적으로는 질화로 속의 장소나, 미시적인 의미에서는 확실히 질화 반응이 일어나고 있는 강재의 표면 근방이나 노 부재의 표면 근방 등, 또는 가스의 분해나 합성이 일어나는 경우나 연속적으로 질화가 진행하고 있는 경우 등, 실조업에 있어서는 공간적 및 시간적으로 모두 일정하다는 것은 있을 수 없지만, 강재의 질화 효율을 제어하는 지침으로서 타당하다고 생각되는 질화 분위기의 평균적인 농도의 결정이 곤란한 경우는 질화로에의 도입 가스의 유량을 기준으로 결정하는 것도 가능하다.It shows below about these density | concentrations when nitriding atmosphere contains ammonia gas, nitrogen, and hydrogen. In this case, nitriding of the steel is mainly caused by decomposition of the ammonia gas, but with this, the abundance ratio of nitrogen gas and hydrogen gas in the nitriding atmosphere also changes to produce atomic nitrogen and atomic hydrogen. In this case, when the volume ratio nitrogen gas is 10% or more, the hydrogen gas 1% or more, and the nitrogen gas amount / (nitrogen gas amount + hydrogen gas amount) is 0.60 or more, very high efficiency nitriding becomes possible. The nitriding atmosphere concentration is macroscopically in a nitriding furnace, in the microscopic sense, in the vicinity of the surface of the steel where the nitriding reaction is reliably occurring, in the vicinity of the surface of the furnace member, or in the case of gas decomposition or synthesis, or in which the nitriding proceeds continuously. Although it is not always possible to be constant both spatially and temporally in the actual industry, for example, if it is difficult to determine the average concentration of the nitriding atmosphere, which is considered to be valid as a guideline for controlling the nitriding efficiency of steel materials, it is introduced into the nitriding furnace. It is also possible to determine based on the flow rate of the gas.

질화시의 온도 조건은 본 발명의 가장 중요한 요인이다. 본 발명의 특징은 강재의 온도를 질화 분위기의 온도보다 높게 하는 것이다. 종래의 질화법에서는 질화 분위기를, 재료를 질화하는 데 필요한 온도까지 가열해 두고, 그 속에서 강재를 유지함으로써 강재의 가열, 보온과 동시에 질화하는 것이었다. 이로 인해, 질화로 자체의 질화나, 금속 재료 표면 이외에 있어서의 질화 가스 그 자체의 분해에 의한 금속 재료 질화 효율의 저하가 장해가 되어, 질화 분위기의 온도의 상한, 재료를 질화시키는 온도의 상한은 겨우 800 ℃였다.Temperature conditions during nitriding are the most important factor of the present invention. A feature of the present invention is that the temperature of the steel is made higher than the temperature of the nitriding atmosphere. In the conventional nitriding method, the nitriding atmosphere is heated to a temperature necessary for nitriding a material, and the nitriding is carried out at the same time as heating and maintaining the steel by keeping the steel therein. For this reason, the reduction of the metal material nitriding efficiency by nitriding itself by nitriding and the decomposition of the nitriding gas itself other than the metal material surface becomes an obstacle, and the upper limit of the temperature of nitriding atmosphere and the upper limit of the temperature which nitrides a material are barely. It was 800 degreeC.

본 발명에서는 강재를 질화 분위기로부터의 열전도에 따르지 않는 방법에 의해 가열하고, 질화 분위기 그 자체는 가열된 강재에 비해 낮은 온도로 하므로, 질화로 자체의 질화나 금속 재료 표면 이외에 있어서의 질화 가스 그 자체의 분해에 의한 금속 재료 질화 효율의 저하 등의 문제를 회피할 수 있다. 강재를 효율적으로 질화하기 위해서는, 강재의 온도를 600 ℃ 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 700 ℃ 이상, 더욱 바람직하게는 800 ℃ 이상, 900 ℃ 이상이면 매우 신속한 질화가 가능해진다. 동시에, 강재 표면으로부터 강 속에 침입한 N의 강 속에서의 확산도 빠르게 일어나므로, 강 속 N 농도의 균일화나 표면에 생성되어 특성을 저해하는 경우가 있는 Fe 질화물의 형성을 억제하는 것이 가능해진다. 단, 예를 들어 냉연 공정에서 강재의 집합 조직 등을 제어한 재료에서는 매우 고온이 되면 변태에 의해 제어된 집합 조직을 잃게 되는 경우도 있고, 또한 강재의 두께 방향에 의식적으로 농도차를 형성함으로써 어떠한 특성을 향상시킬 목적으로는 특성 향상 효과가 작아지는 경우가 있으므로 주의가 필요하다. 특히 질화 효율만을 생각하면 1000 ℃ 이상으로의 가열도 가능하다.In the present invention, the steel is heated by a method that does not conform to the heat conduction from the nitriding atmosphere, and the nitriding atmosphere itself is at a lower temperature than the heated steel, so that the nitriding furnace itself or the nitriding gas other than the surface of the metal material itself is used. Problems such as deterioration of the metal material nitriding efficiency due to decomposition can be avoided. In order to nitrate steel materials efficiently, it is necessary to make the temperature of steel materials 600 degreeC or more. Preferably it is 700 degreeC or more, More preferably, it is 800 degreeC or more, 900 degreeC or more, and very quick nitriding becomes possible. At the same time, the diffusion of N in the steel into the steel from the steel surface also occurs quickly, so that it becomes possible to suppress the uniformity of the N concentration in the steel and the formation of Fe nitride which may be generated on the surface and impair the characteristics. However, for example, in a material that controls the texture of the steel aggregates in the cold rolling process, when the temperature becomes very high, the texture of the aggregates controlled by the transformation may be lost. Also, by forming a concentration difference consciously in the thickness direction of the steel, In order to improve a characteristic, since the effect of a characteristic improvement may become small, it needs attention. In particular, considering only nitriding efficiency, heating to 1000 degreeC or more is also possible.

한편, 질화 분위기의 온도는 800 ℃를 상한으로 하는 것이 바람직하다. 이는, 전술한 바와 같이 고온의 질화 분위기를 열처리로 속에 유지하면 노 자체를 질화함으로써 질화 효율 저하를 초래할 뿐만 아니라, 고온이 된 질화 가스가 불안정해져 질화 대상물이 존재하지 않은 상태에서 분해해 버려, 역시 질화 효율 저하를 초래하기 때문이다. 질화 분위기의 온도는, 바람직하게는 750 ℃ 이하, 더욱 바람직하게는 650 ℃ 이하이고, 550 ℃ 이하로 하면 노 자체의 질화는 거의 일어나지않게 된다. 물론 아무런 가열을 하지 않고 실온 정도로 해도 본 발명의 효과를 손상시키는 것은 아니다.On the other hand, the temperature of the nitriding atmosphere is preferably 800 ° C. As described above, if the high temperature nitriding atmosphere is maintained in the heat treatment furnace, the nitriding efficiency is lowered by nitriding the furnace itself, and the high temperature nitriding gas becomes unstable and decomposes in the absence of a nitriding object. This is because the lowering of the nitriding efficiency. The temperature of the nitriding atmosphere is preferably 750 ° C. or less, more preferably 650 ° C. or less, and when it is 550 ° C. or less, nitriding of the furnace itself hardly occurs. Of course, even at room temperature without any heating does not impair the effects of the present invention.

질화시 중 적어도 일시기에 강재의 온도를 질화 분위기의 온도보다 20 ℃ 이상 높게 하는 것이 본 발명의 중요한 특징이다. 20 ℃ 이상의 차가 없으면, 노의 질화나 질화 가스 그 자체의 분해를 억제하면서 금속 재료의 질화 효율을 향상시킨다는 본원 발명의 효과를 달성할 수 없다. 단, 이 온도차는 질화 공정의 전체에 걸쳐서 있을 필요는 없다. 즉, 예를 들어 질화 분위기 속에 이 분위기보다 20 ℃ 이상 온도가 높은 강재를 삽입하여 질화를 진행시키면, 후술하는 바와 같은 질화 분위기 속에서의 강재의 가열 수단을 강구하지 않는 경우에는 질화와 함께 강재의 온도는 저하되고, 곧 분위기 온도에 가까워진다. 이와 같은 경우도 질화 전단계에서의 고효율인 질화의 장점을 얻을 수 있으므로 본 발명에 포함되는 것으로 한다.It is an important feature of the present invention to raise the temperature of the steel at least 20 ° C or higher than the temperature of the nitriding atmosphere at least during the nitriding period. Without a difference of 20 ° C. or more, it is impossible to achieve the effect of the present invention of improving the nitriding efficiency of the metal material while suppressing the nitriding of the furnace or decomposition of the nitriding gas itself. However, this temperature difference does not need to exist throughout the nitriding process. That is, for example, when a steel material having a temperature higher than 20 ° C. or higher is inserted into the nitriding atmosphere, and the nitriding is carried out, when the heating means of the steel in the nitriding atmosphere is not described, The temperature decreases and soon approaches the ambient temperature. Even in such a case, since the advantages of nitriding with high efficiency in the previous stage of nitriding can be obtained, the present invention shall be included.

상기, 일시기는, 바람직하게는 1초 이상, 더욱 바람직하게는 3초 이상이다. 이 경우는 온도차가 너무 작으면 본 발명의 장점도 작아지므로, 온도차, 즉 질화에 수반하는 강재의 온도 저하를 50 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, 질화 분위기가 550 ℃ 이하로 낮은 경우에는 질화 효율은 매우 작아져 한없이 0에 가까워져 버리고, 본 발명의 효과를 보다 많이 얻기 위해서는 가능한 한 장시간, 또한 가능한 한 온도차를 유지한 상태에서 강재의 온도를 질화 분위기보다도 높은 온도로 유지하는 것이 바람직한 것은 물론이다. 이를 위해서는 질화 분위기 속에서 강재를 가열할 수 있는 설비를 적용하는 것이 바람직하다. 강재의 가열 수단으로서 분위기로부터의 열전도를 이용하는 것은 본 발명의 취지를 손상시키므로, 이 수단으로서는 통전 가열이나 유도 가열 등의 수단을 이용하는 것이 바람직하다.The temporary period is preferably 1 second or more, more preferably 3 seconds or more. In this case, if the temperature difference is too small, the advantages of the present invention are also reduced. Therefore, it is preferable to set the temperature difference, that is, the temperature drop of the steel material accompanying nitriding, to 50 ° C or more. However, when the nitriding atmosphere is lower than 550 ° C., the nitriding efficiency becomes very small and approaches zero. In order to obtain the effect of the present invention, the temperature of the steel is maintained as long as possible and the temperature difference is maintained as much as possible. It is a matter of course that it is preferable to maintain the temperature higher than the nitriding atmosphere. To this end, it is preferable to apply a facility that can heat the steel in the nitriding atmosphere. Since the use of heat conduction from the atmosphere as a heating means of steel impairs the spirit of the present invention, it is preferable to use means such as energization heating or induction heating as this means.

이와 같은 수단을 이용함으로써 질화 분위기 및 노 부재 등, 온도 상승이 불필요한 것의 온도 상승을 회피한 상태에서 강재만의 승온이 가능해진다. 이에 의해, 예를 들어 실온 정도의 질화 분위기 속에서 900 ℃ 이상의 강재를 장시간 유지하는 것도 가능해진다. 이 경우에는, 가열된 강재에 의해 질화 분위기의 온도가 상승하거나 노 부재의 온도가 상승하거나 하여 바람직하지 않은 장소에서의 질화 또는 질화 가스 그 자체의 분해가 일어나는 것도 생각할 수 있으므로, 불필요한 질화 분위기 온도 상승을 회피하기 위해 강재에 접촉하는 질화 분위기의 유량 등을 고려하는 것이 바람직하다. 즉, 고속의 가스를 가열하고 있는 강재의 표면에 다량으로 송풍함으로써 효율적인 질화를 일으키게 하는 동시에, 열량을 노로부터 제거하는 제어가 바람직하다. 또한, 강재의 가열 방법으로서는, 레이저 조사나 적외선 조사 등도 생각할 수 있지만, 이들 고에너지선은 강재에 도달하기 전에 질화 분위기 속의 질화 가스 분자와 충돌하여 가스 분자를 분해시켜 버리는 경우도 있으므로, 이에 의한 질화 효율의 저하를 고려할 필요가 있다.By using such a means, the temperature rising only of steel materials becomes possible in the state which avoided the temperature rise of the thing in which temperature rise is unnecessary, such as a nitriding atmosphere and a furnace member. Thereby, it becomes possible to hold | maintain 900 degreeC or more steel materials for a long time in the nitriding atmosphere about room temperature, for example. In this case, since the temperature of the nitriding atmosphere or the temperature of the furnace member is increased by the heated steel, it may be considered that nitriding or decomposition of the nitriding gas itself occurs at an undesired place. In order to avoid this, it is preferable to consider the flow rate of the nitriding atmosphere or the like in contact with the steel. In other words, it is desirable to control the nitriding by blowing a large amount of gas to the surface of the steel material that is heating the high-speed gas, and to remove the heat from the furnace. In addition, laser irradiation, infrared irradiation, etc. can also be considered as a heating method of steel materials, but these high-energy rays collide with nitride gas molecules in a nitriding atmosphere before they reach the steel materials, and thus decompose gas molecules. It is necessary to consider the fall of efficiency.

다양한 분야에 있어서, 재료 중, 특히 표층에 N을 고농도로 함유시켜 표면 경화 등에 의해 고기능화되는 기술이 적용되어 있다. 질화량이 매우 작은 경우는 발명의 효과도 작아지므로, 질화에 의한 N 함유량의 상승이 질량 %로 0.0002 % 이상인 경우에 적용되는 것이 바람직하다. 특히, 표면만의 질화에 적용한 경우는, 질화 부위에서의 질소 함유량의 상승은 상당히 커져 있는 경우도 고려되어 있고, 상기 0.0002 %는 질화된 재료의 평균 값이다.In various fields, a technique is employed in which a high concentration of N is contained in the material, particularly in the surface layer, thereby making it highly functional by surface hardening or the like. When the amount of nitriding is very small, the effect of the invention is also small. Therefore, it is preferable to apply when the increase in N content by nitriding is 0.0002% or more in mass%. In particular, when applied to nitriding only the surface, the case where the increase of nitrogen content in nitriding site | part is considerably large is considered, and said 0.0002% is the average value of the nitrided material.

본 발명은 특히 다량의 N 첨가가 필요한 경우에 유효하고, 질화에 의한 N 함유량의 상승량은, 바람직하게는 0.01 % 이상, 더욱 바람직하게는 0.1 % 이상, 더욱 바람직하게는 0.3 % 이상이다. 강재의 경우는 Cr, Ni 등을 다량으로 함유한 이른바 스테인레스강도 아닌 한, 통상의 제법인 용강에 의한 성분 조정으로 얻을 수 있는 N의 상한은 겨우 0.03 % 정도이다. 특히, 본 발명자가 출원한 일본 특허 공개 2002-020834호 공보, 일본 특허 공개 2002-012948호 공보에 개시된 기술에 적용하면 공업적인 효과는 절대적이다.This invention is effective especially when a large amount of N addition is required, and the amount of increase of N content by nitriding becomes like this. Preferably it is 0.01% or more, More preferably, it is 0.1% or more, More preferably, it is 0.3% or more. In the case of steel, unless the so-called stainless steel containing a large amount of Cr, Ni and the like is used, the upper limit of N that can be obtained by component adjustment by molten steel, which is a conventional manufacturing method, is only about 0.03%. In particular, when applied to the techniques disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-020834 and Japanese Patent Laid-Open No. 2002-012948 filed by the inventor, the industrial effect is absolute.

또한 질화에 있어서의 질화 분위기 속에서의 유지 시간은 목적으로 하는 특성, N량과의 균형으로 결정되어, 특별히 한정되는 것은 아니다. 약간 수초의 유지로 목적이 달성되는 경우도 있고, 판 두께가 두꺼운 강판이나 큰 강재의 중심부까지 고농도의 N을 함유시킬 필요가 있는 경우에는 장시간의 유지가 필요해진다. 연속 어닐링의 경우에는 겨우 30분이 한도이지만, 상자 어닐링 등을 이용함으로써 수시간 이상, 수일의 처리도 가능해진다. 조업성이나 생산성을 고려하면 2초 내지 20일이 실용적인 범위이다. 질화의 타이밍은 주편(鑄片) 내지 제품의 어느 때나 가능하지만, 질화에서는 표면으로부터 강재 내부로의 N의 확산을 이용하고 있으므로 재료의 두께, 크기는 얇고 작을수록 고농도의 질화가 용이해진다. 통상은, 최종 제품에 가까운 형상으로 가공된 후에 질화하는 것이 유리해진다.In addition, the holding time in nitriding atmosphere in nitriding is decided by the balance with the target characteristic and N amount, and is not specifically limited. In some cases, the object can be achieved by holding a few seconds, and when it is necessary to contain a high concentration of N up to the center of the steel plate or the large steel plate with a thick plate thickness, a long time maintenance is required. In the case of continuous annealing, the limit is only 30 minutes. However, by using box annealing or the like, treatment of several hours or more can be performed. Considering operability and productivity, 2 seconds to 20 days are practical ranges. Although the timing of nitriding can be performed at any time between the cast and the product, the nitriding utilizes the diffusion of N from the surface into the steel, and the thinner and smaller the thickness and size of the material, the easier the nitriding of high concentration. In general, nitriding is advantageous after being processed into a shape close to the final product.

일반적인 공정에서 제조되는 강판의 경우는 열간 마무리 압연 이후의 공정에서 행하는 것이 바람직하고, 통상의 냉연 강판의 제조에 있어서는 재결정 어닐링 후의 냉각 과정의 일부로서 본 발명에 따라서 질화를 행하는 것이 생산 면에서 상태가 좋다.In the case of the steel sheet manufactured in a general process, it is preferable to perform it in the process after hot finishing rolling, and in manufacture of a normal cold rolled steel sheet, nitriding according to this invention as a part of the cooling process after recrystallization annealing is in a state of production. good.

본 발명은 강재의 제조 공정의 전반에 채용하여 강재에 고농도의 N을 함유시키고, 그 후의 고온 처리 또는 적당한 온도에서의 보정에 의해 재질 제어나 조직 제어를 행하는 공정을 부가하는 것이나, 또는 질화층의 확산에 상태가 좋은 열이력을 부여하는 공정을 부가하는 것도 가능하고, 어닐링 공정의 최고 온도에의 도달에 의해 재결정 및 적당한 특성을 부여한 후에 본 발명에 의한 질화 공정을 채용하는 것도 가능하다.The present invention is employed in the first half of the steel manufacturing process to contain a high concentration of N in the steel, and then adds a step of performing material control or structure control by high temperature treatment or correction at a suitable temperature, or by adding a nitride layer. It is also possible to add a step of imparting good thermal history to diffusion, or to adopt the nitriding step according to the present invention after imparting recrystallization and appropriate properties by reaching the maximum temperature of the annealing step.

본 발명의 용도는 그 형상 등에 의해 조금도 한정되는 것은 아니고, 소재로서의 금속 재료, 강재에의 적용뿐만 아니라, 자동차, 용기, 건축물 등에 사용되고 있는 가공 후의 부재에도 적용 가능하다.The use of the present invention is not limited to the shape or the like, but can be applied not only to application to metal materials and steel materials as materials but also to processed members used in automobiles, containers, buildings and the like.

(실시예)(Example)

도1 내지 도5에 모식도를 도시하는 실험 설비를 이용하여 질화 효율의 평가를 행하였다. 이용한 소재는 시중에서 입수가 가능한 통상의 강판 및 레일강이다. 도1은 냉연 강판의 코일의 통판 속에 있어서 유도 가열로 강판을 가열한 후, 즉시 질화로 속에서 질화 가스를 포함하는 가스를 송풍하여 질화를 행하였다. 도2는 롤을 전극으로 하여 전극 롤 사이의 강판을 통전 가열하고, 동시에 통전롤 사이는 질화 분위기가 충만한 질화로 속을 통판하도록 하였다. 도3은 레일강을 배치식 질화로 속에 두고, 통전 가열로 레일을 가열하였다. 도4는 통상의 배치식 가열로이다. 도5는 통상의 강판의 연속 어닐링 라인에 있어서 노 내 분위기와 분위기 온도를 제어하였다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 질화가 행해지지 않는 위치에서의 강판의표면 산화 등을 방지하여 통상의 철강 제조에서 얻을 수 있는 재료와 동등한 표면성형으로 하므로, 통상의 제법과 마찬가지로 질화로 이외의 부분도 적당한 분위기로 제어된 것으로 하는 것은 매우 바람직하다.Evaluation of nitriding efficiency was performed using the experimental equipment shown in FIG. 1 thru | or FIG. The used material is a commercially available steel sheet and rail steel. Fig. 1 heats a steel sheet in an induction heating furnace in a plate of a coil of a cold rolled steel sheet, and then immediately blows a gas containing nitriding gas into the nitriding furnace to perform nitriding. 2, the roll was used as an electrode, and the steel plate between electrode rolls was energized and heated, and at the same time, between the rolls, the inside of the nitriding furnace filled with nitriding atmosphere was filled. 3, the rail steel was placed in a batch nitriding furnace, and the rail was heated by an energization heating furnace. 4 is a conventional batch heating furnace. Fig. 5 controls the atmosphere and the atmosphere temperature in the furnace in the continuous annealing line of the ordinary steel sheet. In addition, although not shown, since surface oxidation of the steel sheet at the position where nitriding is not performed is prevented and the surface forming is equivalent to that obtained in the production of ordinary steel, parts other than the nitriding furnace are also suitable as in the conventional manufacturing method. It is very desirable to be controlled by the atmosphere.

표 1에 질화로의 조건 및 질화 효율의 평가 결과를 나타낸다. 질화 분위기는 암모니아 가스, 질소 가스, 수소 가스의 혼합 가스로 하고, 조성 체적 %로 표 1에 나타낸다. 또한, 질화법 D에 있어서의 가열로의 분위기는 질소 80 %, 수소 가스 20 %의 혼합 가스이다.Table 1 shows the evaluation results of the conditions of nitriding furnace and nitriding efficiency. Nitriding atmosphere is made into the mixed gas of ammonia gas, nitrogen gas, and hydrogen gas, and is shown in Table 1 by composition volume%. In addition, the atmosphere of the heating furnace in nitriding method D is 80% of nitrogen and 20% of hydrogen gas.

질화 효율은 질화 전후의 강재의 화학 분석에 의한 N 함유량으로 평가하였다. 본 발명의 조건에 합치하는 발명예에서는 동일 질화 분위기 또한 동일 또는 단시간의 질화 시간이라도 강 속 N 증가량이 높은 값을 나타내 본 발명의 질화 효율이 높은 것을 나타내고 있고, 노재 질화는「없음」또는「미량」으로 비교재보다 작아져 있다.Nitriding efficiency was evaluated by N content by the chemical analysis of the steel materials before and after nitriding. In the invention example that satisfies the conditions of the present invention, even in the same nitriding atmosphere and the same or short nitriding time, the N increase in the steel is high, indicating that the nitriding efficiency of the present invention is high. Is smaller than the comparative material.

한편, 본 발명의 조건을 만족하고 있지 않은 비교예에서는 동일한 질화 분위기 또한 동일 또는 단시간의 질화 시간이라도 강 속 N 증가량이 낮은 값을 나타내어 질화 효율이 낮은 것을 나타내고 있고, 또한 질화량을 증대시키기 위해서는 강재 온도를 분위기 온도보다 20 ℃ 이상 높게 하는 본 발명의 조건으로부터 벗어난 고온 질화 분위기를 적용할 필요가 있으므로 노재 질화가「많음」으로 되어 있다.On the other hand, in the comparative example which does not satisfy the conditions of the present invention, even though the same nitriding atmosphere and the same or short nitriding time, the N increase in the steel value was low, indicating that the nitriding efficiency was low. Since it is necessary to apply the high temperature nitriding atmosphere deviating from the conditions of this invention which make temperature higher 20 degreeC or more than atmospheric temperature, furnace material nitriding becomes "a lot".

이상과 같이 본 발명에 따르면, 강판 혹은 강재를 포함하는 금속 재료의 제조 공정에 있어서 강도, 피로 특성, 내마모 특성, 인성 등에 관하여 바람직한 특성을 부여할 목적으로 금속 재료를 질화할 수 있고, 즉 금속 재료의 재질의 구분 제조에 있어서 생산성의 관점으로부터 유리한 질화법을 적용하여 높은 질화 효율로 질화를 행할 수 있고, 보다 생산성이 높은 재질의 구분 제조가 가능해져 산업상 유용하고 현저한 효과를 발휘한다.As described above, according to the present invention, the metal material can be nitrided for the purpose of imparting desirable properties with respect to strength, fatigue properties, abrasion resistance, toughness, and the like in the manufacturing process of the metal material including the steel sheet or the steel. In the production of material classification of materials, nitriding can be carried out with high nitriding efficiency by applying a nitriding method that is advantageous from the viewpoint of productivity, and it is possible to produce a high-productivity material separation and exhibit industrially useful and remarkable effects.

Claims (11)

가스 분자의 구성 원소 중 하나가 N인 가스(N2 가스를 제외함)를 포함한 실온 이상 800 ℃ 이하의 질화 분위기 속에서 600 ℃ 이상이면서 질화 분위기의 온도보다도 20 ℃ 이상 높은 금속 재료를 질화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 질화 방법.A process of nitriding a metal material that is at least 600 ° C. and at least 20 ° C. higher than the temperature of the nitriding atmosphere in a nitriding atmosphere at or above 800 ° C. including a gas having one of the constituent elements of the gas molecule (excluding N 2 gas). Nitriding method of a metal material comprising the. 제1항에 있어서, 가스 분자의 구성 원소 중 하나가 N인 가스가 질화 분위기의 0.5 내지 100 %(체적율)인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 질화 방법.The method for nitriding a metal material according to claim 1, wherein a gas in which one of the constituent elements of the gas molecules is N is 0.5 to 100% (volume ratio) of the nitriding atmosphere. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가스 분자의 구성 원소 중 하나가 N인 가스 중 적어도 1종류가 암모니아 가스인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 질화 방법.The method for nitriding a metal material according to claim 1 or 2, wherein at least one kind of gas in which one of the constituent elements of the gas molecule is N is ammonia gas. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 질화 분위기가 체적율 1.0 % 이상의 수소 가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 질화 방법.The nitriding method according to any one of claims 1 to 3, wherein the nitriding atmosphere contains hydrogen gas having a volume ratio of 1.0% or more. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 질화 분위기가 암모니아와 질소를 포함하는 혼합 가스이고, 질소 가스가 분위기의 10 % 이상(체적율)이고, 또한 질소 가스량/(질소 가스량 + 수소 가스량)이 0.60 이상인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 질화 방법.The nitriding atmosphere is a mixed gas containing ammonia and nitrogen, the nitrogen gas is 10% or more (volume ratio) of the atmosphere, and the amount of nitrogen gas / (nitrogen gas amount + hydrogen). The amount of gas) is 0.60 or more. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 분위기 가스의 이슬점이 -10 ℃ 이상인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 질화 방법.The method for nitriding a metal material according to any one of claims 1 to 5, wherein the dew point of the atmospheric gas is -10 ° C or higher. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 재료를 질화 분위기로부터의 열전도 이외의 방법에 의해 가열하고, 계속해서 상기 금속 재료를 질화 분위기 속에 장입하여 금속 재료를 그 온도가 장입시의 온도보다 50 ℃ 이상 낮아질 때까지의 동안 질화 분위기 속에서 유지하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 질화 방법.The metal material according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal material is heated by a method other than heat conduction from the nitriding atmosphere, the metal material is subsequently charged into the nitriding atmosphere, and the temperature of the metal material is charged. A method of nitriding a metal material, characterized in that it is held in a nitriding atmosphere until it is 50 ° C. or more lower than the temperature. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 질화 분위기 속에서 금속 재료를 질화 분위기로부터의 열전도와는 다른 수단으로 가열하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 질화 방법.The method of nitriding a metal material according to any one of claims 1 to 7, wherein the metal material is heated in a nitriding atmosphere by a means different from heat conduction from the nitriding atmosphere. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 재료를 통전 가열 또는 유도 가열을 이용하여 가열하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 질화 방법.The method of nitriding a metal material according to any one of claims 1 to 8, wherein the metal material is heated using energized heating or induction heating. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 재료를 질화하는 공정에 의해 N 함유량을 질량 %로 0.0002 % 이상 증가시키는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 질화 방법.The method for nitriding a metal material according to any one of claims 1 to 9, wherein the N content is increased by 0.0002% or more by mass% by the step of nitriding the metal material. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 재료가 강재인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 질화 방법.The method for nitriding a metal material according to any one of claims 1 to 10, wherein the metal material is a steel material.
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