KR950000008B1

KR950000008B1 - 질화로 장치

Info

Publication number: KR950000008B1
Application number: KR1019900011838A
Authority: KR
Inventors: 마사아끼 다하라; 하루오 센보꾸야; 겐조 기다노; 데루오 미나도
Original assignee: 다이또오 산소 가부시끼가이샤; 아오끼 히로시
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1995-01-07
Also published as: CN1060685A; CN1026801C; US5114500A; JPH0791628B2; CN1052704A; DE69016390D1; JPH03193864A; EP0434183A3; KR910012329A; EP0434183B1; CN1024144C; EP0434183A2; DE69016390T2

Abstract

내용 없음.

Description

질화로 장치

제 1 도는 본 발명의 한 실시예의 구성도,

제 2 도는 그 변형예의 구성도,

제 3 도는 본 발명의 기초로 되는 처리로의 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 열처리로 2 : 단열벽

5 : 배기가스관 7 : 개폐도어

8 : 팬 9 : 적재판

10 : 지주 12 : 진공펌프

13 : 배기가스 처리장치

본 발명은 강재의 표면에 질화층을 형성하기 위해서 이용되는 질화로 장치에 관한 것이다.

강재의 표면에 질화층을 형성하는 기술은 강재표면의 경질화를 실현시켜 내마모성등의 특성을 향상시키는 관점에서 널리 행해지고 있다. 이와 같은 질화처리는 강재표면의 산화피막등으로 되는 부동태막(不動態膜)을 전처리에 의해 제거해서 청정한 표면을 노출시켜 그 상태에서 암모니아등의 질소원성분 가스를 그 표면에 접촉시켜 내부로 침투, 확산시킴으로써 행하고 있다. 그래서 강재 특히 다량의 Cr을 포함하는 강재의 표면에 대한 전술한 전처리는 보통 불소산 세정으로 강재의 표면을 세정함으로써 행해지고 있다.

그러나 특히 스테인레스류 중에서도 오스테나이트계 스테인레스 표면의 강고한 부동태막은 불소산 세정으로도 제거하기 어렵고 가령 제거되었다고 해도 질화온도로 가열되기까지의 사이에 재생되는 가능성이 높다. 따라서 종래의 질화처리에는 잔존하는 부동태막 때문에 강재표면에 대해 충분한 두께의 질화층을 균일한 상태로 형성하는 것이 실질적으로 불가능하여 그 개선이 강력히 요망되고 있다.

본 발명자들은 질화처리에 앞서 전처리가 질화의 상태를 크게 좌우한다는 것을 인식하여 전처리를 중심으로 연구를 거듭했다. 그 결과 NF₃,BF₃,CF₄,HF₆,F₂에서 선택된 적어도 하나의 불소원 성분을 N₂등의 불활성가스중에 함유시킨 불소계 가스를 이용하여 이 불소계 가스분위기 중에서 강재를 가열 상태로 유지하는 것이 매우 유리하다는 것을 알았다. 즉 강재를 전술한 분위기 중에서 가열상태로 유지하면 강재의 표면의 부동태막이 전술한 불소계 가스의 활성 F원자의 작용에 의해 불화막으로 변하여 이것이 질화처리시에 H₂나 NH₃또는 미량의 수분에 의해 파괴되어 강재표면이 원재질의 상태로 나타난다. 원재질상태의 금속표면은 정화, 활성화되어 있어서 질화처리시에 있어서 N원자가 그 표면에서 내부로 침투, 확산하기 쉽게 된다.

본 발명자들은 이와 같은 것에 근거하여 이것을 강의 질화방법으로서 출원하고 있다(일본 특원평 1-177660호). 이 경우의 질화방법은 제 3 도에 나타낸 것 같은 내부가 하나의 방으로된 열처리로를 이용해서 행해진다. 즉 전술한 로(1)내에 금속제의 콘테이너(2)에 넣은 강재(도시되지 않음)를 채워서 가열히터(3)에 통전해서 강재를 300-400℃정도의 온도로 가열, 온도를 높인다. 그래서 그 상태에서 NF₃를 N₂가스중에 함유시킨 불소계 가스를 가스유입관(4)에서 로(1)내로 도입해서 강재를 전처리 한다. 이어서 전처리를 마친 후 전술한 불소계 가스를 배기가스관(5)에서 도출해서 외부로 방출하고 이어서 가열히터(3)로 통전해서 강재를 400-600℃로 온도를 높여서 그 상태에서 혼합가스(예를들면 NH₃50%, CO₂10%, CO 미량, H₂미량, 나머지는 N₂)를 전술한 관(4)에서 로(1)내로 도입해서 질화를 행한다. 이 경우 전술한 혼합 가스중의 H₂, NH₃등에 의해 강재표면에 형성된 불화막이 파괴되어 금속표면이 노출되고, 노출되어 활성화된 금속표면에 대해 NH₃에서 유래하는 N원자가 작용하여 강재의 표면에 질화층이 깊고 균일하게 형성된다.

그러나 이 구조의 열처리로(1)에서는 전술한 전처리 및 질화처리를 하나의 로내에서 행하기 때문에 다음과 같은 문제가 생긴다.

즉 전술한 전처리에 있어서는 불소계 가스가 전술로 로(1)내로 도입되나 이 불소계 가스중의 유효성분인 NF₃는 강재의 표면에 대해 작용할 뿐아니라 열처리로(1)의 내벽면에 대해서도 작용하여 거기에 불화막을 형성한다. 이 불화막은 강재표면의 불화막과 같이 후속의 질화처리시에 파괴되어 제거되어 버리고, 따라서 열처리로(1)의 내벽면이 피복에 이용되는 NF₃는 낭비가 되어 비경제적이다.

또 이와 같이해서 로(1)의 내벽면에서 분해제거되는 불화막은 질화처리에 이용되는 암모니아와 반응해서 최종적으로 NH₄F의 상태로 되어 외부로 배출되나, 강재의 표면의 불화막 뿐아니라 로(1)의 내벽을 피복하는 불화막도 NH₄F로 되어 배출되기 때문에 NH₄F의 생성량이 많고, 따라서 열처리로(1)의 배기가스관(5)이 막히기 쉽다는 문제가 있다.

또 전술한 질화처리 후에 질화처리된 강재를 로(1)내에서 냉각할 필요가 있으나 로 전체가 질화처리시의 열로 가열된 상태로 되어 있기 때문에 전술한 강재의 온도가 좀처럼 내려가지 않아서 그 냉각에 4시간 이상의 장시간을 요한다는 문제도 생기고 있다.

또 제 3 도에 있어서 "6"은 단열벽, "7"은 개폐도어, "8"은 팬, "9"는 적재판, "10"은 그 지주, "11"은 로본체의 지주, "12"는 진공펌프, "13"은 배기가스 처리장치이다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안해서 된 것으로 전처리에 이용하는 불소계 가스의 사용량을 줄일 수 있음과 동시에 로 내벽의 불화막의 파괴로 생긴 NH₄F등에 의해 배기가스관의 막힘이 생기지 않고, 특히 질화처리를 마친 강재의 냉각을 신속히 행할 수 있는 질화로 장치의 제공을 그 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 질화로 장치는 로 본체 내가 개폐격벽으로 좌우 2개로 분할되어 한쪽의 방이 전처리실로, 다른쪽의 방이 질화 처리실로 형성되어 전술한 전처리실 및 질화처리실의 바닥면에 각각 피처리품을 전술한 각 실 사이를 이동이 자유로운 상태에서 지지하는 지지대가 설치되어 전술한 양실에 각각 처리가스의 공급파이프 및 배기파이프 및 가스교반 장치가 설치되어 질화처리실에 실내 가열장치가 설치되어 있는 구성을 취한다. 즉 질화로 장치에서는 로 본체내가 전처리실과 질화처리실로 2분 되어 있고, 전처리실에서 강재에 대한 전술한 전처리가 행해진다. 따라서 전처리실내로 도입되는 불소계 가스의 유효성분인 NF₃는 강재표면 분 아니라 전처리실의 벽면에도 작용한다. 그러나 전처리실에는 불화막의 파괴제거가 행해지지 않기 때문에 제 1 회째의 전처리에서 벽면에 부착한 불화막은 그 상태대로 남는다. 따라서 다음에 전처리할 때에는 전처리실의 벽면에 새로운 불화막이 거의 형성되지 않고 피처리 대상물인 강재표면에만 NF₃가 작용하여 그 표면의 부동태막을 불화막으로 바꾼다. 그 결과 실제로 소비되는 NF₃는 강재의 표면에만 작용하게 되어 불소계가스의 사용량이 대폭 감소하게 된다.

또 전술한 전처리실의 벽면에 제 1 회째의 전처리에서 형성된 불화막은 앞에서 서술한 것처럼 제거되지 않는다. 따라서 전술한 벽면의 불화막에서 유래하는 NH₄F의 생성에 의해 배기가스관이 막히는 현상도 생기지 않는다. 그래서 전처리실에서 전처리된 강재는 이어서 격벽이 열려서 질화처리실로 도입되고, 격벽이 닫힌 후 질화처리 된다. 질화처리 중 전술한 전처리실에는 열이 가해지지 않기 때문에 냉각상태로 되어 있다. 다음에 질화처리를 마친 강재는 다시 개폐격벽을 열고 닫아 전처리실로 돌려져 전처리실내에서 냉각된다. 이 경우 전처리실은 방냉(放冷) 상태이고, 질화처리실 보다는 상당히 온도가 낮기 때문에 냉각시간의 단축화를 실현할 수 있게 된다.

다음에 실시에에 대해 설명한다.

제 1 도는 본 발명의 한 실시예를 나타내고 있다. 도면에 있어서 "21"은 단열벽을 갖는 로 본체이고, 그의 내부는 개폐격벽(22)으로 좌우의 2실(23)로 나뉘어져 있다. 전술한 개폐격벽(22)은 좌우의 2실(23)(24)을 기밀상태, 단열상태로 나누고 있고, 상하로 미끄러져서 개폐하도록 되어 있다. "23"은 전처리실, "24"는 질화처리실이다. 전처리실(23) 및 질화처리실(24)에는 각각 강재가 들어간 금속망으로 만든 바구니(2)를 받치는 지지대(25)가 형성되어 있다. 이 지지대(25)는 좌우한쌍의 레일로 이루어지고 금속망제의 바구니(2)는 이 레일 위를 미끄러져서 전처리실(23) 및 질화처리실(24)로 도입되도록 되어 있다. "26"은 전처리실내(23)에 불소계 가스를 도입하는 가스유입관, "27"은 온도측정센서이다. 그래서 전처리실(23)의 전방 개구는 옆으로 열게 된 개폐뚜껑(7)으로 개폐가 자유롭게 되고 있다. "28"은 질화처리실(24)내에 질화가스를 도입하는 질화가스유입관이다. 그 이외의 부분은 제 3 도와 동일하고 동일부분에 동일부호를 붙였다.

이 구성에 있어서 질화처리는 다음과 같이 행해진다. 즉 질화처리실(24)내를 400-600℃로 온도를 높이고 그 상태에서 질화처리실(24)내로 금속망으로 만든 바구니(2)에 든 강재를 도입해서 개폐격벽(22)을 닫고, 강재가 300-400℃로 되도록 유지한다. 다음에 개폐격벽(22)을 열어 강재를 금속망으로 만든 바구니(2)와 함께 전처리실(23)로 옮기고 그 상태에서 전처리실(23)내로 불소계 가스를 도입해서 전처리를 15-20분간 행한다. 이 경우 진공펌프에서는 불화 전에 전처리실내의 O₂나 H₂O성분을 충분히 배기함과 동시에 불화시 전처리실내의 적절한 압력유지를 행한다. 전처리가 끝난 시점에서 전처리실(23)내의 가스를 배출하고 이어서 개폐격벽(22)을 열어서 강재를 금속망으로 만든 바구니(2)와 함께 400-600℃의 온도의 질화처리실(24)내로 옮겨서 개폐 격벽(22)을 담는다. 다음에 NH₃,N₂,H₂,CO,CO₂의 혼합가스로 되는 질화 가스를 질화처리실(24)내로 도입하여 4-5시간 질화처리를 행한다. 그래서 그 후 350-450℃로 내부온도를 내리고 그 상태에서 N₂,H₂의 혼합가스 또는 N₂,H₂,CO₂의 혼합가스를 1시간 흘려서 세정한다. 이어서 질화처리실(24)내의 배기가스를 외부로 배출한 후 개폐격벽(22)을 열어 강재를 금속망으로 만든 바구니(2)와 함께 전처리실(23)내에 넣어서 격벽을 닫고 그 상태에서 냉각 한다. 이 경우 가스유입관(26)에서 질소가스를 전처리실(23)내로 흘려서 냉각시킨다. 이와 같이해서 처리된 강재는 그 표면에 질화층이 깊고 균일한 상태로 형성되어 있다.

제 2 도는 본 발명의 다른 실시예를 나타내고 있다. 본 실시예는 전처리실(23)내에도 가열히터(3)가 설치되어 있음과 동시에 질화처리실(24)의 후방부덮개(6')의 그것과 마찬가지로 옆으로 여는 상태로 되어 있다. 그것 이외는 전술한 실시예와 실질적으로 같고, 동일 또는 상당부분에 동일부호를 붙였다. 이와같이 구성한 결과 강재의 가열을 전처리실(23)내에서 행할 수 있고, 전처리실(23)내에서 강재를 가열해서 전처리를 행할 수 있게 된다. 그래서 전처리후 질화처리실(24)내에 넣어져서 질화처리를 마친 것은 질화처리실(24)의 옆으로 여는 후방부덮개(6')에서 외부로 도출된다.

따라서 전처리실(23)내에 있어서 전처리와, 질화처리실(24)내에 있어서 질화처리를 동시에 행할 수 있고 연속조업을 실현할 수 있도록 한다. 또 전술한 실시예에 있어서 질화처리실(23)의 바닥부에 개폐되어를 설치함과 동시에 그 하측에 유류냉각조를 설치하여 질화처리 후 즉시 유통냉각조에서 냉각 하도록해도 좋다.

이상과 같이 본 발명의 질화로 장치는 로 본체내가 전처리실과 질화처리실로 나누어져 전처리실 내에서 불소계 가스에 의한 전처리가 행해지고 질화처리는 질화처리실에서 행해진다. 따라서 제 1 회째 처리에서 전처리실 내의 벽면에 부착한 불화막은 파괴제거되지 않고 그대로의 상태를 유지하기 때문에 다음회의 전처리에서는 불소계 가스는 벽면에 부착하지 않고 강재의 표면에만 작용하게 된다. 그 결과, 불소계 가스소비량의 대폭적인 절약을 실현할 수 있게 된다.

또 불화막의 파괴에 따라 생기는 NH₄F와 같은 배기가스는 강재의 표면을 피복한 불화막에 따른 것으로만 되기 때문에 다량의 NH₄F의 생성에 따라 배기가스관이 막히는 현상이 생기지 않는다. 특히 질화처리에서 질화를 마친 강재는 개폐격벽으로 구분되어 질화처리실 보다도 낮은 온도의 전처리실내로 도입해서 냉각할 수 있게 되기 때문에 냉각시간을 절약할 수 있고 따라서 질화처리의 소요시간을 단축할 수 있도록 된다.

또 질화처리실에서 직접 강재를 도출하는 구조인 경우에는 연속조업도 가능하게 되는 이에 유류냉각등 급속냉각이 필요한 강재에 대응할 수 있도록 한다.

Claims

로 본체와 로 본체 내부에 설치된 가열장치와 처리가스의 공급파이프와 그 배기파이프를 갖춘 질화로 장치에 있어서, 로 본체내를 질화처리실과 전 처리실로 2분하는 개폐 격벽과 피 처리품을 지지하여 전술한 양 실간을 이동하는 지지대가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 질화로 장치.
제 1 항에 있어서, 실내 가열장치가 질화 처리실과 전 처리실의 쌍방에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 질화로 장치.