TW202302886A - 表面硬化處理裝置及表面硬化處理方法 - Google Patents

表面硬化處理裝置及表面硬化處理方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種於向處理爐內導入包含氨氣、氨分解氣體及氮氣之複數種爐內導入氣體之氣體氮化處理中，能夠實現有實用價值之氮勢控制的表面硬化處理裝置及表面硬化處理方法。 本發明之表面硬化處理裝置具備：爐內氛圍氣體濃度檢測裝置，其檢測處理爐內之氫濃度或氨濃度；爐內氮勢運算裝置，其基於由爐內氛圍氣體濃度檢測裝置檢測出之氫濃度或氨濃度來運算處理爐內之氮勢；及氣體導入量控制裝置，其根據運算得出之處理爐內之氮勢與目標氮勢，一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變複數種爐內導入氣體中除氨分解氣體以外之各爐內導入氣體之導入量，藉此使處理爐內之氮勢接近上述目標氮勢。

Description

表面硬化處理裝置及表面硬化處理方法
本發明係關於一種例如進行氮化、軟氮化、滲氮淬火等針對金屬製被處理品之表面硬化處理的表面硬化處理裝置及表面硬化處理方法。
於鋼等金屬製被處理品之表面硬化處理中，低應變處理即氮化處理之需求較多。作為氮化處理之方法，有氣體法、鹽浴法、電漿法等。
該等方法中，於考慮品質、環境性、量產性等之情形時，綜合而言氣體法較為優異。藉由使用基於氣體法之氮化處理(氣體氮化處理)，可改善對於機械零件進行之伴有淬火之滲碳、碳氮共滲處理或高頻淬火所致之應變。基於伴有滲碳之氣體法之軟氮化處理(氣體軟氮化處理)亦作為與氣體氮化處理同種之處理而被眾所周知。
氣體氮化處理係針對被處理品僅使氮滲透擴散，而使表面硬化之工藝。氣體氮化處理中，向處理爐內單獨導入氨氣或導入氨氣與氮氣之混合氣體、氨氣與氨分解氣體(包含75%之氫與25%之氮，亦被稱為AX氣體)、或氨氣、氨分解氣體及氮氣之混合氣體，來進行表面硬化處理。
氣體氮化處理中之氛圍控制根本上在於控制爐內之氮勢(K N)。藉由控制氮勢(K N)，而控制鋼材表面上生成之化合物層中之γ'相(Fe 4N)與ε相(Fe 2-3N)之體積分率，或實現不生成該化合物層之處理等，能夠獲得範圍廣泛之氮化品質。例如，根據日本專利特開2016-211069(專利文獻1)，藉由γ'相之選擇及其厚膜化而改善彎曲疲勞強度或耐磨性，從而實現機械零件之進一步高功能化。
於如上之氣體氮化處理中，為了管理內部配置有被處理品之處理爐內之氛圍，而設置用以測定爐內氫濃度或爐內氨濃度之爐內氛圍氣體濃度測定感測器。而且，根據該爐內氛圍氣體濃度測定感測器之測定值運算爐內氮勢，並與目標(設定)氮勢進行比較，從而進行各導入氣體之流量控制(非專利文獻2)。關於各導入氣體之控制方法，眾所周知的是一面保持爐內導入氣體之流量比率固定一面控制合計導入量之方法(非專利文獻3)。
專利文獻2揭示有一種裝置，其係將一面保持爐內導入氣體之流量比率固定一面控制合計導入量之控制態樣作為第一控制，將以爐內導入氣體之流量比率發生變化之方式個別地控制爐內導入氣體之導入量之控制態樣作為第二控制，能夠執行兩者(同時僅選擇性地執行一者)(專利文獻2)。然而，專利文獻2中僅揭示出第一控制有效之氮化處理之1個具體例(專利文獻2之段落0096及0099之記載：「藉由在保持NH 3(氨氣)：N 2(氮氣)＝80：20之狀態下控制氨氣及氮氣向處理爐內之合計導入量」而精度良好地將氮勢控制為3.3)，關於在何種氮化處理之情形時採用第二控制較為有效則未作任何揭示，又，亦未揭示任何第二控制之有效具體例。
又，一面包含爐內導入氣體之流量比率固定一面控制合計導入量之方法具有可期待氣體之總使用量得到抑制之優點，另一方面，亦可知氮勢之控制範圍較小。作為應該問題之對策，本發明人開發出一種用以於低氮勢側實現較大之氮勢控制範圍(例如，於580℃下約0.05～1.3)之控制方法，取得了日本專利第6345320號(專利文獻3)。日本專利第6345320號(專利文獻3)之控制方法中，藉由一面保持複數種爐內導入氣體之合計導入量固定一面改變該複數種爐內導入氣體之流量比率，而個別地控制該複數種爐內導入氣體之導入量，以使處理爐內之氮勢接近目標氮勢。
(氣體氮化處理之基本事項) 若以化學方式說明氣體氮化處理之基本事項，則氣體氮化處理中，於配置有被處理品之處理爐(氣體氮化爐)內發生以下之式(1)所示之氮化反應。 NH 3→[N]+3/2H 2・・・(1)
此時，氮勢K N由以下之式(2)定義。 K N=P NH3/P H2 3/2・・・(2) 此處，P NH3係爐內氨分壓，P H2係爐內氫分壓。氮勢K N作為表示氣體氮化爐內之氛圍所具有之氮化能力之指標而眾所周知。
另一方面，於氣體氮化處理中之爐內，向該爐內導入之一部分氨氣按照式(3)之反應而熱分解為氫氣與氮氣。 NH 3→1/2N 2+3/2H 2・・・(3)
於爐內，主要發生式(3)之反應，式(1)之氮化反應就量而言幾乎可忽略不計。因此，若已知式(3)之反應中消耗之爐內氨濃度或式(3)之反應中產生之氫氣濃度，則可運算氮勢。即，所產生之氫及氮係由1莫耳氨分別生成1.5莫耳與0.5莫耳，因此，若測定爐內氨濃度則亦可獲知爐內氫濃度，從而可運算氮勢。或者，若測定爐內氫濃度，則可獲知爐內氨濃度，仍然能夠運算氮勢。
再者，流至氣體氮化爐內之氨氣於爐內循環後向爐外排出。即，於氣體氮化處理中，對於爐內之既有氣體，不斷地使新鮮(新)的氨氣流入爐內，藉此將該既有氣體持續向爐外排出(以供給壓力擠出)。
此處，若向爐內導入之氨氣之流量較少，則爐內之氣體滯留時間變長，因此，被分解之氨氣之量增加，藉由該分解反應而產生之氮氣＋氫氣之量增加。另一方面，若向爐內導入之氨氣之流量較多，則未被分解便向爐外排出之氨氣之量增加，爐內所產生之氮氣＋氫氣之量減少。
(流量控制之基本事項) 其次，關於流量控制之基本事項，首先對將爐內導入氣體僅設為氨氣之情形進行說明。於將導入至爐內之氨氣之分解度設為s(0＜s＜1)之情形時，爐內之氣體反應由以下之式(4)表示。 NH 3→(1-s)/(1+s)NH 3+0.5s/(1+s)N 2+1.5s/(1+s)H 2・・・(4) 此處，左邊係爐內導入氣體(僅氨氣)，右邊係爐內氣體組成，存在未分解之氨氣、因氨氣分解而以1：3之比率產生之氮及氫。因此，於利用氫感測器測定爐內氫濃度之情形時，右邊之1.5s/(1+s)對應於氫感測器之測定值，可根據該測定值來運算導入至爐內之氨氣之分解度s。藉此，亦能夠運算相當於右邊之(1-s)/(1+s)之爐內氨濃度。亦即，僅根據氫感測器之測定值便可獲知爐內氫濃度與爐內氨濃度。因此，可運算氮勢。
於使用複數種爐內導入氣體之情形時，亦能夠控制氮勢K N。例如，將氨與氮這2種氣體設為爐內導入氣體，將其導入比率設為x：y(設為x、y已知且x＋y＝1，例如，x＝0.5，y＝1-0.5＝0.5(NH 3：N 2＝1：1))之情形時之爐內之氣體反應由以下之式(5)表示。 xNH 3+(1-x)N 2→x(1-s)/(1+sx)NH 3+(0.5sx+1-x)/(1+sx)N 2+1.5sx/(1+sx)H 2・・・(5)
此處，右邊之爐內氣體組成為未分解之氨氣、因氨氣分解而以1：3之比率產生之氮及氫、以及導入後未發生變化之左邊之氮氣(於爐內未分解)。此時，由於x已知(例如x＝0.5)，故右邊之爐內氫濃度、亦即1.5sx/(1+sx)中，未知數僅為氨之分解度s。因此，與式(4)之情形同樣，可根據氫感測器之測定值來運算向爐內導入之氨氣之分解度s，藉此亦能夠運算爐內氨濃度。因此，可運算氮勢。
於爐內導入氣體之流量比率不固定之情形時，爐內氫濃度與爐內氨濃度包含導入至爐內之氨氣之分解度s與氨氣之導入比率x這2個變數。一般而言，使用質量流量控制器(MFC)作為控制氣體流量之設備，基於其流量值，可將氨氣之導入比率x以數位信號之形式連續讀取。因此，藉由基於式(5)將該導入比率x與氫感測器之測定值加以組合，可運算氮勢。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2016-211069 [專利文獻2]日本專利第5629436號 [專利文獻3]日本專利第6345320號 [非專利文獻]
[非專利文獻1]「鐵之氮化與軟氮化」，第2版(2013)，81～86頁(Dieter Liedtke等人，AGNE Gijutsu Center) [非專利文獻2]「熱處理」，55卷，1號，7～11頁(平岡泰、渡邊陽一) [非專利文獻3]「鐵之氮化與軟氮化」，第2版(2013)，158～163頁(Dieter Liedtke等人，AGNE Gijutsu Center) [非專利文獻4]「Effect of Compound Layer Thickness Composed of γ'-Fe4N on Rotated-Bending Fatigue Strength in Gas-Nitrided JIS-SCM435 Steel」，Materials Transactions，Vol.58，No.7(2017)，993～999頁(Y.Hiraoka and A.Ishida) [非專利文獻5]「特殊鋼」，61卷，3號，17～19頁(椛澤均)
[發明所欲解決之問題]
本發明人對向處理爐內導入包含氨氣、氨分解氣體及氮氣之複數種爐內導入氣體之氣體氮化處理之情形反覆進行銳意研究，發現於進行使處理爐內之氮勢接近目標氮勢之控制時，藉由一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變上述複數種爐內導入氣體中除上述氨分解氣體以外之各爐內導入氣體之導入量，可實現有實用價值之氮勢控制。
又，本發明人對向處理爐內導入包含氨氣、氨分解氣體及氮氣之複數種爐內導入氣體之氣體氮化處理之情形反覆進行銳意研究，發現於進行使處理爐內之氮勢接近目標氮勢之控制時，藉由一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變氨氣及氮氣之導入量，可實現有實用價值之氮勢控制。
本發明係基於以上見解而創作者。本發明之目的在於提供一種於向處理爐內導入包含氨氣、氨分解氣體及氮氣之複數種爐內導入氣體之氣體氮化處理中，能夠實現有實用價值之氮勢控制的表面硬化處理裝置及表面硬化處理方法。 [解決問題之技術手段]
本發明係一種表面硬化處理裝置，其特徵在於：其係向處理爐內導入包含氨氣、氨分解氣體及氮氣之複數種爐內導入氣體，進行氣體氮化處理作為配置於上述處理爐內之被處理品之表面硬化處理者；該表面硬化處理裝置具備：爐內氛圍氣體濃度檢測裝置，其檢測上述處理爐內之氫濃度或氨濃度；爐內氮勢運算裝置，其基於由上述爐內氛圍氣體濃度檢測裝置檢測出之氫濃度或氨濃度來運算上述處理爐內之氮勢；及氣體導入量控制裝置，其根據由上述爐內氮勢運算裝置運算出之上述處理爐內之氮勢與目標氮勢，一面保持上述氨分解氣體之導入量固定一面改變上述複數種爐內導入氣體中除上述氨分解氣體以外之各爐內導入氣體之導入量，藉此使上述處理爐內之氮勢接近上述目標氮勢。
根據本發明，可確認，藉由一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變複數種爐內導入氣體中除氨分解氣體以外之各爐內導入氣體之導入量，可實現範圍相對較廣泛之氮勢控制(尤其是相對較低之氮勢控制)。
理想的是於操作前進行預實驗而事先決定維持固定之氨分解氣體之導入量。其原因在於，實際上氨氣之熱分解度亦會受到所使用之爐之爐內環境等影響。
又，上述氣體導入量控制裝置較佳為於將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數時，關於上述複數種爐內導入氣體中除氨氣及氨分解氣體以外之各爐內導入氣體之導入量C1、・・・、CN(N為1以上之整數)，使用該各爐內導入氣體分配到之比例係數c1、・・・、cN，以成為 C1＝c1×(A＋x×B)、・・・、CN＝cN×(A＋x×B) 之方式進行控制。
藉由本發明人實際進行之實驗可確認，於採用此種控制條件之情形時，可實現範圍相對較廣泛之氮勢之控制(尤其是相對較低之氮勢之控制)。
x之值例如為0.5。可按該值為如下係數來進行說明，即，1莫耳氨氣熱分解後於爐內產生之氫之量為1.5莫耳，相對於此，1莫耳氨分解氣體供給至爐內所得之氫之量為0.75莫耳(3/4莫耳)，因此使用1.5：0.75＝1：0.5之比，關於氫之量將氨分解氣體之爐內導入量B換算為氨氣之爐內導入量A之係數。
但x之值嚴格而言亦可並非0.5，只要大致為0.4～0.6之範圍內，則可實現有實用價值之氮勢控制。
又，本發明亦可被認為係一種表面硬化處理方法。即，本發明係一種表面硬化處理方法，其特徵在於：其係向處理爐內導入包含氨氣、氨分解氣體及氮氣之複數種爐內導入氣體，進行氣體氮化處理作為配置於上述處理爐內之被處理品之表面硬化處理者；該表面硬化處理方法具備：爐內氛圍氣體濃度檢測步驟，其係檢測上述處理爐內之氫濃度或氨濃度；爐內氮勢運算步驟，其係基於藉由上述爐內氛圍氣體濃度檢測步驟所檢測出之氫濃度或氨濃度來運算上述處理爐內之氮勢；及氣體導入量控制步驟，其係根據藉由上述爐內氮勢運算步驟所運算之上述處理爐內之氮勢與目標氮勢，一面保持上述氨分解氣體之導入量固定一面改變上述複數種爐內導入氣體中除上述氨分解氣體以外之各爐內導入氣體之導入量，藉此使上述處理爐內之氮勢接近上述目標氮勢。
又，本發明係一種表面硬化處理裝置，其特徵在於：其係向處理爐內導入包含氨氣、氨分解氣體及氮氣之複數種爐內導入氣體，進行氣體氮化處理作為配置於上述處理爐內之被處理品之表面硬化處理者；該表面硬化處理裝置具備：爐內氛圍氣體濃度檢測裝置，其檢測上述處理爐內之氫濃度或氨濃度；爐內氮勢運算裝置，其基於由上述爐內氛圍氣體濃度檢測裝置檢測出之氫濃度或氨濃度來運算上述處理爐內之氮勢；及氣體導入量控制裝置，其根據由上述爐內氮勢運算裝置運算出之上述處理爐內之氮勢與目標氮勢，一面保持上述氨分解氣體之導入量固定一面改變上述氨氣及上述氮氣之導入量，藉此使上述處理爐內之氮勢接近上述目標氮勢。
此僅以一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變氨氣及氮氣之導入量作為特徵，而不管其他氣體之導入量控制。據此，可於申請專利範圍內明確包含將實質上不參與反應之程度之微量氣體(以流量比計為1%程度以下)導入固定量之態樣。例如，本發明中即便為將微量地導入之其他氬氣導入固定量之態樣，亦能夠實現範圍相對較廣泛之氮勢控制(尤其是相對較低之氮勢控制)。進而，即便為將稱不上軟氮化處理之程度上微量地導入之滲碳性氣體(CO或CO 2等)導入固定量之態樣，亦能夠實現範圍相對較廣泛之氮勢控制(尤其是相對較低之氮勢控制)。
於該情形時，上述氣體導入量控制裝置較佳為於將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數時，關於上述氮氣之導入量C1，使用該氮氣分配到之比例係數c1，以成為 C1＝c1×(A＋x×B) 之方式進行控制。
又，本發明亦可被認為係一種表面硬化處理方法。即，本發明係一種表面硬化處理方法，其特徵在於：其係向處理爐內導入包含氨氣、氨分解氣體及氮氣之複數種爐內導入氣體，進行氣體氮化處理作為配置於上述處理爐內之被處理品之表面硬化處理者；該表面硬化處理方法具備：爐內氛圍氣體濃度檢測步驟，其係檢測上述處理爐內之氫濃度或氨濃度；爐內氮勢運算步驟，其係基於由上述爐內氛圍氣體濃度檢測裝置檢測出之氫濃度或氨濃度來運算上述處理爐內之氮勢；及氣體導入量控制步驟，其係根據由上述爐內氮勢運算裝置運算出之上述處理爐內之氮勢與目標氮勢，一面保持上述氨分解氣體之導入量固定一面改變上述氨氣及上述氮氣之導入量，藉此使上述處理爐內之氮勢接近上述目標氮勢。 [發明之效果]
根據本發明之一態樣可確認，藉由一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變複數種爐內導入氣體中除氨分解氣體以外之各爐內導入氣體之導入量，可實現範圍相對較廣泛之氮勢控制(尤其是相對較低之氮勢控制)。
或者，根據本發明之另一態樣可確認，藉由一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變氨氣及氮氣之導入量，可實現範圍相對較廣泛之氮勢控制(尤其是相對較低之氮勢控制)。
以下，對本發明之較佳實施方式進行說明，但本發明並不限定於以下實施方式。
(構成) 圖1係表示本發明之一實施方式之表面硬化處理裝置之概略圖。如圖1所示，本實施方式之表面硬化處理裝置1係向處理爐2內導入氨氣、氨分解氣體及氮氣，進行氣體氮化處理作為配置於處理爐2內之被處理品S之表面硬化處理的表面硬化處理裝置。
所謂氨分解氣體係亦被稱為AX氣體之氣體，且係以1：3之比率包含氮及氫之混合氣體。被處理品S為金屬製，例如可假定鋼零件或模具等。
如圖1所示，本實施方式之表面硬化處理裝置1之處理爐2中設置有攪拌風扇8、攪拌風扇驅動馬達9、爐內溫度測量裝置10、爐體加熱裝置11、氛圍氣體濃度檢測裝置3、氮勢調節計4、溫度調節計5、可程式化邏輯控制器31、記錄器6、及爐內導入氣體供給部20。
攪拌風扇8配置於處理爐2內，於處理爐2內旋轉，從而攪拌處理爐2內之氛圍。攪拌風扇驅動馬達9與攪拌風扇8連結，使攪拌風扇8以任意之旋轉速度進行旋轉。
爐內溫度測量裝置10構成為具備熱電偶，測量處理爐2內存在之爐內氣體之溫度。又，爐內溫度測量裝置10於測量出爐內氣體之溫度後，將包含該測量溫度之資訊信號(爐內溫度信號)向溫度調節計5及記錄器6輸出。
氛圍氣體濃度檢測裝置3由能夠檢測處理爐2內之氫濃度或氨濃度作為爐內氛圍氣體濃度之感測器構成。該感測器之檢測本體部經由氛圍氣體配管12而與處理爐2之內部連通。於本實施方式中，氛圍氣體配管12由使氛圍氣體濃度檢測裝置3之感測器本體部與處理爐2直接連通之單軌路徑形成。於氛圍氣體配管12之中途設置有開關閥17，該開關閥由開關閥控制裝置16控制。
又，氛圍氣體濃度檢測裝置3於檢測出爐內氛圍氣體濃度後，將包含該檢測濃度之資訊信號向氮勢調節計4及記錄器6輸出。
記錄器6包含CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)或記憶體等記憶媒體，基於來自爐內溫度測量裝置10或氛圍氣體濃度檢測裝置3之輸出信號，例如與進行表面硬化處理之日期時間對應地記憶處理爐2內之溫度或爐內氛圍氣體濃度。
氮勢調節計4具有爐內氮勢運算裝置13及氣體流量輸出調整裝置30。又，可程式化邏輯控制器31具有氣體導入控制裝置14及參數設定裝置15。
爐內氮勢運算裝置13基於由爐內氛圍氣體濃度檢測裝置3檢測出之氫濃度或氨濃度來運算處理爐2內之氮勢。具體而言，根據實際之爐內導入氣體組入基於與式(5)同樣之思考方法而編程之氮勢之運算式，根據爐內氛圍氣體濃度之值來運算氮勢。
本實施方式中，於將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數時，關於除氨氣及氨分解氣體以外之爐內導入氣體即氮氣之導入量C1，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c1，以成為 C1＝c1×(A＋x×B) 之方式進行控制。
而且，參數設定裝置15例如包含觸控面板，可對同一被處理品設定並輸入目標氮勢、處理溫度、處理時間、氨分解氣體之導入量、特定常數x、比例係數c1等。又，亦能夠針對目標氮勢之每個不同值設定並輸入PID(Proportional Integral Differential，比例積分微分)控制之設定參數值。具體而言，可針對目標氮勢之每個不同值設定並輸入PID控制之「比例增益」、「積分增益或積分時間」及「微分增益或微分時間」。設定並輸入之各設定參數值被傳送至氣體流量輸出調整機構30。
然後，氣體流量輸出調整機構30實施PID控制，該PID控制係將由爐內氮勢運算裝置13運算出之氮勢作為輸出值，將目標氮勢(所設定之氮勢)作為目標值，將3種爐內導入氣體中氨氣及氮氣各自之導入量作為輸入值。更具體而言，於該PID控制中，一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變氨氣及氮氣之導入量，藉此使處理爐2內之氮勢接近目標氮勢。又，於該PID控制中，使用自參數設定裝置15傳送之各設定參數值。
較佳為實施試驗處理而預先獲得用於針對參數設定裝置15之設定輸入作業的PID控制之設定參數值之候補。本實施方式中，即便(1)處理爐之狀態(爐壁或治具之狀態)、(2)處理爐之溫度條件及(3)被處理品之狀態(類型及個數)相同，亦能夠針對(4)目標氮勢之每個不同值，利用氮勢調節計4本身之自動調整功能而取得設定參數值之候補。為了構成具有自動調整功能之氮勢調節計4，可利用橫河電氣股份有限公司製造之UT75A(高功能型數位指示調整計，http://www.yokogawa.co.jp/ns/cis/utup/utadvanced/ns-ut75a-01-ja.htm)等。
作為候補而取得之設定參數值(「比例增益」、「積分增益或積分時間」及「微分增益或微分時間」之組)能以某些形態被記錄，並根據目標處理內容被手動輸入至參數設定裝置15。但是，亦可將作為候補而取得之設定參數值以附帶於目標氮勢之態樣記憶於某些記憶裝置中，並由參數設定裝置15基於設定並輸入之目標氮勢之值自動地讀出。
氣體流量輸出調整機構30於PID控制之前，先基於目標氮勢之值決定維持為固定之氨分解氣體之導入量與變動之氨氣及氮氣之導入量之初始值。該等值之候補係較佳為實施試驗處理而預先獲得，並由參數設定裝置15自記憶裝置等中自動讀出，或自參數設定裝置15手動輸入。其後，按照PID控制，以使處理爐2內之氮勢接近目標氮勢之方式，且以維持上述C1＝c1×(A＋x×B)之關係之方式，決定氨氣及氮氣之導入量(變動)(氨分解氣體之導入量維持固定)。氣體流量輸出調整機構30之輸出值被傳輸至氣體導入量控制機構14。
氣體導入量控制機構14對氨氣用之第1供給量控制裝置22發送控制信號。
本實施方式之爐內導入氣體供給部20具有氨氣用之第1爐內導入氣體供給部21、第1供給量控制裝置22、第1供給閥23、及第1流量計24。又，本實施方式之爐內導入氣體供給部20具有氨分解氣體(AX氣體)用之第2爐內導入氣體供給部25、第2供給量控制裝置26、第2供給閥27、及第2流量計28。進而，本實施方式之爐內導入氣體供給部20具有氮氣用之第3爐內導入氣體供給部71、第3供給量控制裝置72、第3供給閥73、及第3流量計74。
本實施方式中，氨氣、氨分解氣體及氮氣係於進入處理爐2內之前之爐內導入氣體導入配管29內混合。
第1爐內導入氣體供給部21例如由填充有第1爐內導入氣體(本例中為氨氣)之貯槽形成。
第1供給量控制裝置22由質量流量控制器(可於短時間內一點點地變更流量)形成，介裝於第1爐內導入氣體供給部21與第1供給閥23之間。第1供給量控制裝置22之開度根據自氣體導入量控制機構14輸出之控制信號而變化。又，第1供給量控制裝置22檢測自第1爐內導入氣體供給部21向第1供給閥23之供給量，並將包含該檢測出之供給量之資訊信號向氣體導入控制機構14與調節計6輸出。該控制信號可用於氣體導入量控制機構14進行之控制之修正等。
第1供給閥23係由根據氣體導入量控制機構14輸出之控制信號來切換開閉狀態之電磁閥形成，介裝於第1供給量控制裝置22與第1流量計24之間。
第1流量計24例如由流動式流量計等機械流量計形成，介裝於第1供給閥23與爐內導入氣體導入配管29之間。又，第1流量計24檢測自第1供給閥23向爐內導入氣體導入配管29之供給量。第1流量計24檢測出之供給量可用於作業人員藉由目視進行之確認作業。
第2爐內導入氣體供給部25例如由填充有第2爐內導入氣體(本例中為氨分解氣體)之貯槽形成。
第2供給量控制裝置26係由質量流量控制器(可於短時間內一點點地變更流量)形成，介裝於第2爐內導入氣體供給部25與第2供給閥27之間。第2供給量控制裝置26之開度根據自氣體導入量控制機構14輸出之控制信號而變化。又，第2供給量控制裝置26檢測自第2爐內導入氣體供給部25向第2供給閥27之供給量，並將包含該檢測出之供給量之資訊信號向氣體導入控制機構14與調節計6輸出。該控制信號可用於氣體導入量控制機構14進行之控制之修正等。
第2供給閥27係由根據氣體導入量控制機構14輸出之控制信號來切換開閉狀態之電磁閥形成，介裝於第2供給量控制裝置26與第2流量計28之間。
第2流量計28例如由流動式流量計等機械流量計形成，介裝於第2供給閥27與爐內導入氣體導入配管29之間。又，第2流量計28檢測自第2供給閥27向爐內導入氣體導入配管29之供給量。第2流量計28檢測出之供給量可用於作業人員藉由目視進行之確認作業。
但是，於本發明中，由於氨分解氣體之導入量不會一點點地變動，故亦可省略第2供給量控制裝置26，以對應於自氣體導入量控制機構14輸出之控制信號之方式手動調整第2流量計28之流量(開度)。
第3爐內導入氣體供給部71例如由填充有第3爐內導入氣體(本例中為氮氣)之貯槽形成。
第3供給量控制裝置72係由質量流量控制器(可於短時間內一點點地變更流量)形成，介裝於第3爐內導入氣體供給部71與第3供給閥73之間。第3供給量控制裝置72之開度根據自氣體導入量控制機構14輸出之控制信號而變化。又，第3供給量控制裝置72檢測自第3爐內導入氣體供給部71向第3供給閥73之供給量，並將包含該檢測出之供給量之資訊信號向氣體導入控制機構14與調節計6輸出。該控制信號可用於氣體導入量控制機構14進行之控制之修正等。
第3供給閥73係由根據氣體導入量控制機構14輸出之控制信號來切換開閉狀態之電磁閥形成，介裝於第3供給量控制裝置72與第3流量計74之間。
第3流量計74例如由流動式流量計等機械流量計形成，介裝於第3供給閥73與爐內導入氣體導入配管29之間。又，第3流量計74檢測自第3供給閥73向爐內導入氣體導入配管29之供給量。第3流量計74檢測出之供給量可用於作業人員藉由目視進行之確認作業。
(作用：實施例1-2(將於下文中敍述實施例1-1)) 其次，參照圖2及圖3對本實施方式之表面硬化處理裝置1之作用進行說明。首先，將被處理品S投入處理爐2內，並開始對處理爐2進行加熱。於圖2及圖3所示之例中，使用尺寸為ϕ700×1000之坑式爐作為處理爐2，加熱溫度設為570℃，使用具有8 m 2之表面積之鋼材作為被處理品S。
於處理爐2之加熱過程中，自爐內導入氣體供給部20將氨氣、氨分解氣體及氮氣以設定初始流量導入處理爐2內。此處，如圖2所示，氨氣之設定初始流量設為9.75[l/min]，氨分解氣體之設定初始流量設為25[l/min]，氮氣之設定初始流量設為14.8[l/min]，且設為x＝0.5，c1＝0.67。該等設定初始流量可於參數設定裝置15中設定並輸入。又，驅動攪拌風扇驅動馬達9使攪拌風扇8旋轉，從而對處理爐2內之氛圍進行攪拌。
初始狀態下，開關閥控制裝置16使開關閥17為關閉狀態。一般而言，有時進行使鋼材表面活化而使得氮容易進入之處理，作為氣體氮化處理之預處理。於該情形時，爐內產生氯化氫氣體或氰化氫氣體等。該等氣體可能會使爐內氛圍氣體濃度檢測裝置(感測器)3劣化，故有效的是預先使開關閥17為關閉狀態。
又，爐內溫度測量裝置10測量爐內氣體之溫度，並將包含該測量溫度之資訊信號輸出至氮勢調節計4及記錄器6。氮勢調節計4判定處理爐2內之狀態是升溫中途還是已完成升溫之狀態(穩定狀態)。
又，氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13運算爐內之氮勢(最初為極高之值(因爐內不存在氫)，但隨著氨氣之分解(產生氫)進行而逐漸降低)，判定其是否低於目標氮勢(本例中為0.6：參照圖3)與基準偏差值之和。該基準偏差值亦能夠於參數設定裝置15中設定並輸入，例如為0.1。
若判定處理爐2內之狀態為已完成升溫之狀態，且判定為爐內氮勢之運算值低於目標氮勢與基準偏差值之和(本例中為0.7)，則氮勢調節計4經由氣體導入量控制機構14開始進行爐內導入氣體之導入量控制。與此對應地，開閉控制裝置16將開關閥17切換為打開狀態。
開關閥17切換為打開狀態後，處理爐2與氛圍氣體濃度檢測裝置3連通，爐內氛圍氣體濃度檢測裝置3檢測爐內氫濃度或爐內氨濃度。檢測出之氫濃度信號或氨濃度信號向氮勢調節計4及記錄器6輸出。
氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13基於輸入之氫濃度信號或氨濃度信號來運算爐內氮勢。而且，氣體流量輸出調整機構30實施PID控制，該PID控制係將由爐內氮勢運算裝置13運算出之氮勢作為輸出值，將目標氮勢(所設定之氮勢)作為目標值，將3種爐內導入氣體中氨氣及氮氣各自之導入量作為輸入值。具體而言，於該PID控制中，實施如下控制，即，一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變氨氣及氮氣之導入量，藉此使處理爐2內之氮勢接近目標氮勢，且維持上述C1＝c1×(A＋x×B)之關係。於該PID控制中，使用藉由參數設定裝置15設定並輸入之各設定參數值。該設定參數值亦可根據目標氮勢之值而不同。
然後，作為PID控制之結果，氣體導入量控制機構14控制氨氣之導入量及氮氣之導入量。氣體導入量控制機構14為了實現已決定之各氣體之導入量，而向氨氣用之第1供給量控制裝置22、氨分解氣體用之第2供給量控制裝置26(固定供給量)、及氮氣用之第3供給量控制裝置72發送控制信號。
藉由如上所述之控制，如圖3所示，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。作為具體例，根據圖3所示之例可知，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約5分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。(圖2及圖3所示之例中，於處理開始後約100分鐘之時點，停止各氣體流量及氮勢之記錄)
(作用：實施例1-1) 其次，對使用本實施方式之表面硬化處理裝置1將目標氮勢設為1.0之情形(實施例1-1)進行說明。於該實施例1-1中，亦使用尺寸為ϕ700×1000之坑式爐作為處理爐2，加熱溫度亦設為570℃，且亦使用具有8 m 2之表面積之鋼材作為被處理品S。
於處理爐2之加熱過程中，自爐內導入氣體供給部20將氨氣、氨分解氣體及氮氣以設定初始流量導入處理爐2內。此處，氨氣之設定初始流量設為9[l/min]，氨分解氣體之設定初始流量設為20[l/min]，氮氣之設定初始流量設為12.7[l/min]，且設為x＝0.5，c1＝0.67。該等設定初始流量可於參數設定裝置15中設定並輸入。又，驅動攪拌風扇驅動馬達9使攪拌風扇8旋轉，從而對處理爐2內之氛圍進行攪拌。
初始狀態下，開關閥控制裝置16使開關閥17為關閉狀態。
又，爐內溫度測量裝置10測量爐內氣體之溫度，並將包含該測量溫度之資訊信號輸出至氮勢調節計4及記錄器6。氮勢調節計4判定處理爐2內之狀態是升溫中途還是已完成升溫之狀態(穩定狀態)。
又，氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13運算爐內之氮勢(最初為極高之值(因爐內不存在氫)，但隨著氨氣之分解(產生氫)進行而逐漸降低)，判定其是否低於目標氮勢(本例中為1.0)與基準偏差值之和。該基準偏差值亦能夠於參數設定裝置15中設定並輸入，例如為0.1。
若判定處理爐2內之狀態為已完成升溫之狀態，且判定為爐內氮勢之運算值低於目標氮勢與基準偏差值之和(本例中為1.1)，則氮勢調節計4經由氣體導入量控制機構14開始進行爐內導入氣體之導入量控制。與此對應地，開閉控制裝置16將開關閥17切換為打開狀態。
開關閥17切換為打開狀態後，處理爐2與氛圍氣體濃度檢測裝置3連通，爐內氛圍氣體濃度檢測裝置3檢測爐內氫濃度或爐內氨濃度。檢測出之氫濃度信號或氨濃度信號向氮勢調節計4及記錄器6輸出。
氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13基於輸入之氫濃度信號或氨濃度信號來運算爐內氮勢。而且，氣體流量輸出調整機構30實施PID控制，該PID控制係將由爐內氮勢運算裝置13運算出之氮勢作為輸出值，將目標氮勢(所設定之氮勢)作為目標值，將3種爐內導入氣體中氨氣、氮氣各自之導入量作為輸入值。具體而言，於該PID控制中，實施如下控制，即，一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變氨氣、氮氣之導入量，藉此使處理爐2內之氮勢接近目標氮勢，且維持上述C1＝c1×(A＋x×B)之關係。於該PID控制中，使用藉由參數設定裝置15設定並輸入之各設定參數值。該設定參數值亦可根據目標氮勢之值而不同。
然後，作為PID控制之結果，氣體導入量控制機構14控制氨氣之導入量及氮氣之導入量。氣體導入量控制機構14為了實現已決定之各氣體之導入量，而向氨氣用之第1供給量控制裝置22、氨分解氣體用之第2供給量控制裝置26(固定供給量)、氮氣用之第3供給量控制裝置72發送控制信號。
藉由如上所述之控制，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約5分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)(省略曲線圖之圖示)。
(作用：實施例1-3) 其次，對使用本實施方式之表面硬化處理裝置1將目標氮勢設為0.2之情形(實施例1-3)進行說明。於該實施例1-3中，亦使用尺寸為ϕ700×1000之之坑式爐作為處理爐2，加熱溫度亦設為570℃，且亦使用具有8 m 2之表面積之鋼材作為被處理品S。
於處理爐2之加熱過程中，自爐內導入氣體供給部20將氨氣、氨分解氣體及氮氣以設定初始流量導入處理爐2內。此處，氨氣之設定初始流量設為2[l/min]，氨分解氣體之設定初始流量設為30[l/min]，氮氣之設定初始流量設為11.3[l/min]，且設為x＝0.5，c1＝0.67。該等設定初始流量可於參數設定裝置15中設定並輸入。又，驅動攪拌風扇驅動馬達9使攪拌風扇8旋轉，從而對處理爐2內之氛圍進行攪拌。
初始狀態下，開關閥控制裝置16使開關閥17為關閉狀態。
又，爐內溫度測量裝置10測量爐內氣體之溫度，並將包含該測量溫度之資訊信號輸出至氮勢調節計4及記錄器6。氮勢調節計4判定處理爐2內之狀態是升溫中途還是已完成升溫之狀態(穩定狀態)。
又，氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13運算爐內之氮勢(最初為極高之值(因爐內不存在氫)，但隨著氨氣之分解(產生氫)進行而逐漸降低)，判定其是否低於目標氮勢(本例中為0.2)與基準偏差值之和。該基準偏差值亦能夠於參數設定裝置15中設定並輸入，例如為0.1。
若判定處理爐2內之狀態為已完成升溫之狀態，且判定為爐內氮勢之運算值低於目標氮勢與基準偏差值之和(本例中為0.3)，則氮勢調節計4經由氣體導入量控制機構14開始進行爐內導入氣體之導入量控制。與此對應地，開閉控制裝置16將開關閥17切換為打開狀態。
開關閥17切換為打開狀態後，處理爐2與氛圍氣體濃度檢測裝置3連通，爐內氛圍氣體濃度檢測裝置3檢測爐內氫濃度或爐內氨濃度。檢測出之氫濃度信號或氨濃度信號向氮勢調節計4及記錄器6輸出。
氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13基於輸入之氫濃度信號或氨濃度信號來運算爐內氮勢。而且，氣體流量輸出調整機構30實施PID控制，該PID控制係將由爐內氮勢運算裝置13運算出之氮勢作為輸出值，將目標氮勢(所設定之氮勢)作為目標值，將3種爐內導入氣體中氨氣、氮氣各自之導入量作為輸入值。具體而言，於該PID控制中，實施如下控制，即，一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變氨氣、氮氣之導入量，藉此使處理爐2內之氮勢接近目標氮勢，且維持上述C1＝c1×(A＋x×B)之關係。於該PID控制中，使用藉由參數設定裝置15設定並輸入之各設定參數值。該設定參數值亦可根據目標氮勢之值而不同。
然後，作為PID控制之結果，氣體導入量控制機構14控制氨氣之導入量及氮氣之導入量。氣體導入量控制機構14為了實現已決定之各氣體之導入量，而向氨氣用之第1供給量控制裝置22、氨分解氣體用之第2供給量控制裝置26(固定供給量)、及氮氣用之第3供給量控制裝置72發送控制信號。
藉由如上所述之控制，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約15分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)(省略曲線圖之圖示)。
(比較例之說明) 為了進行比較，而進行以下態樣之氮勢控制，即，不導入氨分解氣體，將氨氣與氮氣之流量比始終維持為60：40並使其等之合計流量變動。
具體而言，氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13基於輸入之氫濃度信號或氨濃度信號來運算爐內氮勢。而且，氣體流量輸出調整機構30實施PID控制，該PID控制係將由爐內氮勢運算裝置13運算出之氮勢作為輸出值，將目標氮勢(所設定之氮勢)作為目標值，將氨氣及氮氣各自之導入量作為輸入值。更具體而言，於該PID控制中，實施如下控制，即，一面保持氨氣與氮氣之流量比固定一面改變氨氣與氮氣之合計導入量，藉此使處理爐2內之氮勢接近目標氮勢。
然而，於如上所述之比較例之控制中，無法穩定地控制氮勢。
(實施例1-1～實施例1-3與比較例之比較) 將彙總有以上結果之表作為表1示出。 [表1]
   設定值 測定值
設定氮勢 溫度 其他 氮勢 氣體流量(l/min)
NH 3氣體 AX氣體 氮氣 總氣體
實施例 1-1 1 570℃ AX氣體流量=20(l/min) 參數之設定值：x=0.5，c1=0.67(N 2) 1 變動 20 變動 約62
比較例 NH 3：N 2=60：40 無法控制 變動 - 變動 ＜10※中止
實施例 1-2 0.6 570℃ AX氣體流量=25(l/min) 參數之設定值：x=0.5，c1=0.67(N 2) 0.6 變動 25 變動 約60
比較例 NH 3：N 2=60：40 無法控制 變動 - 變動 ＜10※中止
實施例 1-3 0.2 570℃ AX氣體流量=30(l/min) 參數之設定值：x=0.5，c1=0.67(N 2) 0.2 變動 30 變動 約58
比較例 NH 3：N 2=60：40 無法控制 變動 - 變動 ＜10※中止
(實施例1-2之進一步之變化例) 於實施例1-2中，亦可追加導入微量之(0.1%左右之)氬氣。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於氬氣之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例1-2同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約15分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。
進而，於實施例1-2中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)氬氣之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例1-2同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約15分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。
或者，於實施例1-2中，亦可追加導入稱不上軟氮化處理之程度之微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體(CO或CO 2等)。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於滲碳性氣體之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例1-2同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約15分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。
進而，於實施例1-2中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例1-2同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約15分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。
(實施例1-1之進一步之變化例) 於實施例1-1中，亦可追加導入微量之(0.1%左右之)氬氣。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於氬氣之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例1-1同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約15分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)。
進而，於實施例1-1中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)氬氣之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例1-1同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約15分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)。
或者，於實施例1-1中，亦可追加導入稱不上軟氮化處理之程度之微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體(CO或CO 2等)。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於滲碳性氣體之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例1-1同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約15分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)。
進而，於實施例1-1中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例1-1同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約15分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)。
(實施例1-3之進一步之變化例) 於實施例1-3中，亦可追加導入微量之(0.1%左右之)氬氣。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於氬氣之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例1-3同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約15分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)。
進而，於實施例1-3中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)氬氣之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例1-3同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約15分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)。
或者，於實施例1-3中，亦可追加導入稱不上軟氮化處理之程度之微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體(CO或CO 2等)。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於滲碳性氣體之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例1-3同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約15分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)。
進而，於實施例1-3中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例1-3同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約15分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)。
(作用：實施例2-2(將於下文中敍述實施例2-1)) 其次，參照圖4及圖5對相較於實施例1-1～1-3減少了氮氣之導入量之情形時之本實施方式之表面硬化處理裝置1之作用進行說明。於該情形時，亦將被處理品S投入處理爐2內，開始對處理爐2進行加熱。於圖4及圖5所示之例中，亦使用尺寸為ϕ700×1000之坑式爐作為處理爐2，加熱溫度亦設為570℃，且亦使用具有8 m 2之表面積之鋼材作為被處理品S。
於處理爐2之加熱過程中，自爐內導入氣體供給部20將氨氣、氨分解氣體及氮氣以設定初始流量導入處理爐2內。此處，如圖4所示，氨氣之設定初始流量設為10.3[l/min]，氨分解氣體之設定初始流量設為32.5[l/min]，氮氣之設定初始流量設為6.6[l/min]，且設為x＝0.5，c1＝0.25。該等設定初始流量可於參數設定裝置15中設定並輸入。又，驅動攪拌風扇驅動馬達9使攪拌風扇8旋轉，從而對處理爐2內之氛圍進行攪拌。
初始狀態下，開關閥控制裝置16使開關閥17為關閉狀態。
又，爐內溫度測量裝置10測量爐內氣體之溫度，並將包含該測量溫度之資訊信號輸出至氮勢調節計4及記錄器6。氮勢調節計4判定處理爐2內之狀態是升溫中途還是已完成升溫之狀態(穩定狀態)。
又，氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13運算爐內之氮勢(最初為極高之值(因爐內不存在氫)，但隨著氨氣之分解(產生氫)進行而逐漸降低)，判定其是否低於目標氮勢(本例中為0.6：參照圖5)與基準偏差值之和。該基準偏差值亦能夠於參數設定裝置15中設定並輸入，例如為0.1。
若判定處理爐2內之狀態為已完成升溫之狀態，且判定為爐內氮勢之運算值低於目標氮勢與基準偏差值之和(本例中為0.7)，則氮勢調節計4經由氣體導入量控制機構14開始進行爐內導入氣體之導入量控制。與此對應地，開閉控制裝置16將開關閥17切換為打開狀態。
開關閥17切換為打開狀態後，處理爐2與氛圍氣體濃度檢測裝置3連通，爐內氛圍氣體濃度檢測裝置3檢測爐內氫濃度或爐內氨濃度。檢測出之氫濃度信號或氨濃度信號向氮勢調節計4及記錄器6輸出。
氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13基於輸入之氫濃度信號或氨濃度信號來運算爐內氮勢。而且，氣體流量輸出調整機構30實施PID控制，該PID控制係將由爐內氮勢運算裝置13運算出之氮勢作為輸出值，將目標氮勢(所設定之氮勢)作為目標值，將3種爐內導入氣體中氨氣及氮氣各自之導入量作為輸入值。具體而言，於該PID控制中，實施如下控制，即，一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變氨氣及氮氣之導入量，藉此使處理爐2內之氮勢接近目標氮勢，且維持上述C1＝c1×(A＋x×B)之關係。於該PID控制中，使用藉由參數設定裝置15設定並輸入之各設定參數值。該設定參數值亦可根據目標氮勢之值而不同。
然後，作為PID控制之結果，氣體導入量控制機構14控制氨氣之導入量及氮氣之導入量。氣體導入量控制機構14為了實現已決定之各氣體之導入量，而向氨氣用之第1供給量控制裝置22、氨分解氣體用之第2供給量控制裝置26(固定供給量)、及氮氣用之第3供給量控制裝置72發送控制信號。
藉由如上所述之控制，如圖5所示，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。作為具體例，根據圖5所示之例可知，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。(圖4及圖5所示之例中，於處理開始後約100分鐘之時點，停止各氣體流量及氮勢之記錄)
(作用：實施例2-1) 其次，對使用本實施方式之表面硬化處理裝置1將目標氮勢設為1.0之情形(實施例2-1)進行說明。於該實施例2-1中，亦使用尺寸為ϕ700×1000之坑式爐作為處理爐2，加熱溫度亦設為570℃，且亦使用具有8 m 2之表面積之鋼材作為被處理品S。
於處理爐2之加熱過程中，自爐內導入氣體供給部20將氨氣、氨分解氣體及氮氣以設定初始流量導入處理爐2內。此處，氨氣之設定初始流量設為12.0[l/min]，氨分解氣體之設定初始流量設為24.0[l/min]，氮氣之設定初始流量設為6.0[l/min]，且設為x＝0.5，c1＝0.25。該等設定初始流量可於參數設定裝置15中設定並輸入。又，驅動攪拌風扇驅動馬達9使攪拌風扇8旋轉，從而對處理爐2內之氛圍進行攪拌。
初始狀態下，開關閥控制裝置16使開關閥17為關閉狀態。
又，爐內溫度測量裝置10測量爐內氣體之溫度，並將包含該測量溫度之資訊信號輸出至氮勢調節計4及記錄器6。氮勢調節計4判定處理爐2內之狀態是升溫中途還是已完成升溫之狀態(穩定狀態)。
又，氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13運算爐內之氮勢(最初為極高之值(因爐內不存在氫)，但隨著氨氣之分解(產生氫)進行而逐漸降低)，判定其是否低於目標氮勢(本例中為1.0)與基準偏差值之和。該基準偏差值亦能夠於參數設定裝置15中設定並輸入，例如為0.1。
若判定處理爐2內之狀態為已完成升溫之狀態，且判定為爐內氮勢之運算值低於目標氮勢與基準偏差值之和(本例中為1.1)，則氮勢調節計4經由氣體導入量控制機構14開始進行爐內導入氣體之導入量控制。與此對應地，開閉控制裝置16將開關閥17切換為打開狀態。
開關閥17切換為打開狀態後，處理爐2與氛圍氣體濃度檢測裝置3連通，爐內氛圍氣體濃度檢測裝置3檢測爐內氫濃度或爐內氨濃度。檢測出之氫濃度信號或氨濃度信號向氮勢調節計4及記錄器6輸出。
氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13基於輸入之氫濃度信號或氨濃度信號來運算爐內氮勢。而且，氣體流量輸出調整機構30實施PID控制，該PID控制係將由爐內氮勢運算裝置13運算出之氮勢作為輸出值，將目標氮勢(所設定之氮勢)作為目標值，將3種爐內導入氣體中氨氣、氮氣各自之導入量作為輸入值。具體而言，於該PID控制中，實施如下控制，即，一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變氨氣、氮氣之導入量，藉此使處理爐2內之氮勢接近目標氮勢，且維持上述C1＝c1×(A＋x×B)之關係。於該PID控制中，使用藉由參數設定裝置15設定並輸入之各設定參數值。該設定參數值亦可根據目標氮勢之值而不同。
然後，作為PID控制之結果，氣體導入量控制機構14控制氨氣之導入量及氮氣之導入量。氣體導入量控制機構14為了實現已決定之各氣體之導入量，而向氨氣用之第1供給量控制裝置22、氨分解氣體用之第2供給量控制裝置26(固定供給量)、氮氣用之第3供給量控制裝置72發送控制信號。
藉由如上所述之控制，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)(省略曲線圖之圖示)。
(作用：實施例2-3) 其次，對使用本實施方式之表面硬化處理裝置1將目標氮勢設為0.2之情形(實施例2-3)進行說明。於該實施例2-3中，亦使用尺寸為ϕ700×1000之坑式爐作為處理爐2，加熱溫度亦設為570℃，且亦使用具有8 m 2之表面積之鋼材作為被處理品S。
於處理爐2之加熱過程中，自爐內導入氣體供給部20將氨氣、氨分解氣體及氮氣以設定初始流量導入處理爐2內。此處，氨氣之設定初始流量設為3.0[l/min]，氨分解氣體之設定初始流量設為40.0[l/min]，氮氣之設定初始流量設為5.7[l/min]，且設為x＝0.5，c1＝0.25。該等設定初始流量可於參數設定裝置15中設定並輸入。又，驅動攪拌風扇驅動馬達9使攪拌風扇8旋轉，從而對處理爐2內之氛圍進行攪拌。
初始狀態下，開關閥控制裝置16使開關閥17為關閉狀態。
又，爐內溫度測量裝置10測量爐內氣體之溫度，並將包含該測量溫度之資訊信號輸出至氮勢調節計4及記錄器6。氮勢調節計4判定處理爐2內之狀態是升溫中途還是已完成升溫之狀態(穩定狀態)。
又，氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13運算爐內之氮勢(最初為極高之值(因爐內不存在氫)，但隨著氨氣之分解(產生氫)進行而逐漸降低)，判定其是否低於目標氮勢(本例中為0.2)與基準偏差值之和。該基準偏差值亦能夠於參數設定裝置15中設定並輸入，例如為0.1。
若判定處理爐2內之狀態為已完成升溫之狀態，且判定為爐內氮勢之運算值低於目標氮勢與基準偏差值之和(本例中為0.3)，則氮勢調節計4經由氣體導入量控制機構14開始進行爐內導入氣體之導入量控制。與此對應地，開閉控制裝置16將開關閥17切換為打開狀態。
開關閥17切換為打開狀態後，處理爐2與氛圍氣體濃度檢測裝置3連通，爐內氛圍氣體濃度檢測裝置3檢測爐內氫濃度或爐內氨濃度。檢測出之氫濃度信號或氨濃度信號向氮勢調節計4及記錄器6輸出。
氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13基於輸入之氫濃度信號或氨濃度信號來運算爐內氮勢。而且，氣體流量輸出調整機構30實施PID控制，該PID控制係將由爐內氮勢運算裝置13運算出之氮勢作為輸出值，將目標氮勢(所設定之氮勢)作為目標值，將3種爐內導入氣體中氨氣、氮氣各自之導入量作為輸入值。具體而言，於該PID控制中，實施如下控制，即，一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變氨氣、氮氣之導入量，藉此使處理爐2內之氮勢接近目標氮勢，且維持上述C1＝c1×(A＋x×B)之關係。於該PID控制中，使用藉由參數設定裝置15設定並輸入之各設定參數值。該設定參數值亦可根據目標氮勢之值而不同。
然後，作為PID控制之結果，氣體導入量控制機構14控制氨氣之導入量及氮氣之導入量。氣體導入量控制機構14為了實現已決定之各氣體之導入量，而向氨氣用之第1供給量控制裝置22、氨分解氣體用之第2供給量控制裝置26(固定供給量)、及氮氣用之第3供給量控制裝置72發送控制信號。
藉由如上所述之控制，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)(省略曲線圖之圖示)。
(比較例之說明) 為了進行比較，而進行以下態樣之氮勢控制，即，不導入氨分解氣體，將氨氣與氮氣之流量比始終維持為80：20並使其等之合計流量變動。
具體而言，氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13基於輸入之氫濃度信號或氨濃度信號來運算爐內氮勢。而且，氣體流量輸出調整機構30實施PID控制，該PID控制係將由爐內氮勢運算裝置13運算出之氮勢作為輸出值，將目標氮勢(所設定之氮勢)作為目標值，將氨氣及氮氣各自之導入量作為輸入值。更具體而言，於該PID控制中，實施如下控制，即，一面保持氨氣與氮氣之流量比固定一面改變氨氣與氮氣之合計導入量，藉此使處理爐2內之氮勢接近目標氮勢。
然而，於如上所述之比較例之控制中，無法穩定地控制氮勢。
(實施例2-1～實施例2-3與比較例之比較) 將彙總有以上結果之表作為表2示出。 [表2]
   設定值 測定值
設定氮勢 溫度 其他 氮勢 氣體流量(l/min)
NH 3氣體 AX氣體 氮氣 總氣體
實施例 2-1 1 570℃ AX氣體流量=24(l/min) 參數之設定值：x=0.5，c1=0.25(N 2) 1 變動 24 變動 約62
比較例 NH 3：N 2=80：20 無法控制 變動 - 變動 ＜10※中止
實施例 2-2 0.6 570℃ AX氣體流量=32.5(l/min) 參數之設定值：x=0.5，c1=0.25(N 2) 0.6 變動 32.5 變動 約60
比較例 NH 3：N 2=80：20 無法控制 變動 - 變動 ＜10※中止
實施例 2-3 0.2 570℃ AX氣體流量=40(l/min) 參數之設定值：x=0.5，c1=0.25(N 2) 0.2 變動 40 變動 約61
比較例 NH 3：N 2=80：20 無法控制 變動 - 變動 ＜10※中止
(實施例2-2之進一步之變化例) 於實施例2-2中，亦可追加導入微量之(0.1%左右之)氬氣。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於氬氣之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例2-2同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。
進而，於實施例2-2中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)氬氣之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例2-2同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。
或者，於實施例2-2中，亦可追加導入稱不上軟氮化處理之程度之微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體(CO或CO 2等)。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於滲碳性氣體之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例2-2同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。
進而，於實施例2-2中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例2-2同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。
(實施例2-1之進一步之變化例) 於實施例2-1中，亦可追加導入微量之(0.1%左右之)氬氣。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於氬氣之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例2-1同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)。
進而，於實施例2-1中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)氬氣之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例2-1同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)。
或者，於實施例2-1中，亦可追加導入稱不上軟氮化處理之程度之微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體(CO或CO 2等)。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於滲碳性氣體之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例2-1同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)。
進而，於實施例2-1中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例2-1同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)。
(實施例2-3之進一步之變化例) 於實施例2-3中，亦可追加導入微量之(0.1%左右之)氬氣。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於氬氣之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例2-3同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)。
進而，於實施例2-3中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)氬氣之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例2-3同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)。
或者，於實施例2-3中，亦可追加導入稱不上軟氮化處理之程度之微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體(CO或CO 2等)。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於滲碳性氣體之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例2-3同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)。
進而，於實施例2-3中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例2-3同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)。
(作用：實施例3-2(將於下文中敍述實施例3-1)) 其次，參照圖6及圖7對相較於實施例1-1～1-3使氮氣之導入量增大之情形時之本實施方式之表面硬化處理裝置1之作用進行說明。於該情形時，亦將被處理品S投入處理爐2內，開始對處理爐2進行加熱。於圖6及圖7所示之例中，亦使用尺寸為ϕ700×1000之坑式爐作為處理爐2，加熱溫度亦設為570℃，且亦使用具有8 m 2之表面積之鋼材作為被處理品S。
於處理爐2之加熱過程中，自爐內導入氣體供給部20將氨氣、氨分解氣體及氮氣以設定初始流量導入處理爐2內。此處，如圖6所示，氨氣之設定初始流量設為4.0[l/min]，氨分解氣體之設定初始流量設為20.0[l/min]，氮氣之設定初始流量設為21.0[l/min]，且設為x＝0.5，c1＝1.5。該等設定初始流量可於參數設定裝置15中設定並輸入。又，驅動攪拌風扇驅動馬達9使攪拌風扇8旋轉，從而對處理爐2內之氛圍進行攪拌。
初始狀態下，開關閥控制裝置16使開關閥17為關閉狀態。
又，爐內溫度測量裝置10測量爐內氣體之溫度，並將包含該測量溫度之資訊信號輸出至氮勢調節計4及記錄器6。氮勢調節計4判定處理爐2內之狀態是升溫中途還是已完成升溫之狀態(穩定狀態)。
又，氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13運算爐內之氮勢(最初為極高之值(因爐內不存在氫)，但隨著氨氣之分解(產生氫)進行而逐漸降低)，判定其是否低於目標氮勢(本例中為0.6：參照圖7)與基準偏差值之和。該基準偏差值亦能夠於參數設定裝置15中設定並輸入，例如為0.1。
若判定處理爐2內之狀態為已完成升溫之狀態，且判定為爐內氮勢之運算值低於目標氮勢與基準偏差值之和(本例中為0.7)，則氮勢調節計4經由氣體導入量控制機構14開始進行爐內導入氣體之導入量控制。與此對應地，開閉控制裝置16將開關閥17切換為打開狀態。
開關閥17切換為打開狀態後，處理爐2與氛圍氣體濃度檢測裝置3連通，爐內氛圍氣體濃度檢測裝置3檢測爐內氫濃度或爐內氨濃度。檢測出之氫濃度信號或氨濃度信號向氮勢調節計4及記錄器6輸出。
氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13基於輸入之氫濃度信號或氨濃度信號來運算爐內氮勢。而且，氣體流量輸出調整機構30實施PID控制，該PID控制係將由爐內氮勢運算裝置13運算出之氮勢作為輸出值，將目標氮勢(所設定之氮勢)作為目標值，將3種爐內導入氣體中氨氣及氮氣各自之導入量作為輸入值。具體而言，於該PID控制中，實施如下控制，即，一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變氨氣及氮氣之導入量，藉此使處理爐2內之氮勢接近目標氮勢，且維持上述C1＝c1×(A＋x×B)之關係。於該PID控制中，使用藉由參數設定裝置15設定並輸入之各設定參數值。該設定參數值亦可根據目標氮勢之值而不同。
然後，作為PID控制之結果，氣體導入量控制機構14控制氨氣之導入量及氮氣之導入量。氣體導入量控制機構14為了實現已決定之各氣體之導入量，而向氨氣用之第1供給量控制裝置22、氨分解氣體用之第2供給量控制裝置26(固定供給量)、及氮氣用之第3供給量控制裝置72發送控制信號。
藉由如上所述之控制，如圖7所示，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。作為具體例，根據圖7所示之例可知，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。(圖6及圖7所示之例中，於處理開始後約100分鐘之時點，停止各氣體流量及氮勢之記錄)
(作用：實施例3-1) 其次，對使用本實施方式之表面硬化處理裝置1將目標氮勢設為1.0之情形(實施例3-1)進行說明。於該實施例3-1中，亦使用尺寸為ϕ700×1000之坑式爐作為處理爐2，加熱溫度亦設為570℃，且亦使用具有8 m 2之表面積之鋼材作為被處理品S。
於處理爐2之加熱過程中，自爐內導入氣體供給部20將氨氣、氨分解氣體及氮氣以設定初始流量導入處理爐2內。此處，氨氣之設定初始流量設為6.0[l/min]，氨分解氣體之設定初始流量設為17.0[l/min]，氮氣之設定初始流量設為21.8[l/min]，且設為x＝0.5，c1＝1.5。該等設定初始流量可於參數設定裝置15中設定並輸入。又，驅動攪拌風扇驅動馬達9使攪拌風扇8旋轉，從而對處理爐2內之氛圍進行攪拌。
初始狀態下，開關閥控制裝置16使開關閥17為關閉狀態。
又，爐內溫度測量裝置10測量爐內氣體之溫度，並將包含該測量溫度之資訊信號輸出至氮勢調節計4及記錄器6。氮勢調節計4判定處理爐2內之狀態是升溫中途還是已完成升溫之狀態(穩定狀態)。
又，氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13運算爐內之氮勢(最初為極高之值(因爐內不存在氫)，但隨著氨氣之分解(產生氫)進行而逐漸降低)，判定其是否低於目標氮勢(本例中為1.0)與基準偏差值之和。該基準偏差值亦能夠於參數設定裝置15中設定並輸入，例如為0.1。
若判定處理爐2內之狀態為已完成升溫之狀態，且判定為爐內氮勢之運算值低於目標氮勢與基準偏差值之和(本例中為1.1)，則氮勢調節計4經由氣體導入量控制機構14開始進行爐內導入氣體之導入量控制。與此對應地，開閉控制裝置16將開關閥17切換為打開狀態。
開關閥17切換為打開狀態後，處理爐2與氛圍氣體濃度檢測裝置3連通，爐內氛圍氣體濃度檢測裝置3檢測爐內氫濃度或爐內氨濃度。檢測出之氫濃度信號或氨濃度信號向氮勢調節計4及記錄器6輸出。
氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13基於輸入之氫濃度信號或氨濃度信號來運算爐內氮勢。而且，氣體流量輸出調整機構30實施PID控制，該PID控制係將由爐內氮勢運算裝置13運算出之氮勢作為輸出值，將目標氮勢(所設定之氮勢)作為目標值，將3種爐內導入氣體中氨氣、氮氣各自之導入量作為輸入值。具體而言，於該PID控制中，實施如下控制，即，一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變氨氣、氮氣之導入量，藉此使處理爐2內之氮勢接近目標氮勢，且維持上述C1＝c1×(A＋x×B)之關係。於該PID控制中，使用藉由參數設定裝置15設定並輸入之各設定參數值。該設定參數值亦可根據目標氮勢之值而不同。
然後，作為PID控制之結果，氣體導入量控制機構14控制氨氣之導入量及氮氣之導入量。氣體導入量控制機構14為了實現已決定之各氣體之導入量，而向氨氣用之第1供給量控制裝置22、氨分解氣體用之第2供給量控制裝置26(固定供給量)、氮氣用之第3供給量控制裝置72發送控制信號。
藉由如上所述之控制，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)(省略曲線圖之圖示)。
(作用：實施例3-3) 其次，對使用本實施方式之表面硬化處理裝置1將目標氮勢設為0.2之情形(實施例3-3)進行說明。於該實施例3-3中，亦使用尺寸為ϕ700×1000之坑式爐作為處理爐2，加熱溫度亦設為570℃，且亦使用具有8 m 2之表面積之鋼材作為被處理品S。
於處理爐2之加熱過程中，自爐內導入氣體供給部20將氨氣、氨分解氣體及氮氣以設定初始流量導入處理爐2內。此處，氨氣之設定初始流量設為1.0[l/min]，氨分解氣體之設定初始流量設為25.0[l/min]，氮氣之設定初始流量設為20.0[l/min]，且設為x＝0.5，c1＝1.5。該等設定初始流量可於參數設定裝置15中設定並輸入。又，驅動攪拌風扇驅動馬達9使攪拌風扇8旋轉，從而對處理爐2內之氛圍進行攪拌。
初始狀態下，開關閥控制裝置16使開關閥17為關閉狀態。
又，爐內溫度測量裝置10測量爐內氣體之溫度，並將包含該測量溫度之資訊信號輸出至氮勢調節計4及記錄器6。氮勢調節計4判定處理爐2內之狀態是升溫中途還是已完成升溫之狀態(穩定狀態)。
又，氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13運算爐內之氮勢(最初為極高之值(因爐內不存在氫)，但隨著氨氣之分解(產生氫)進行而逐漸降低)，判定其是否低於目標氮勢(本例中為0.2)與基準偏差值之和。該基準偏差值亦能夠於參數設定裝置15中設定並輸入，例如為0.1。
若判定處理爐2內之狀態為已完成升溫之狀態，且判定為爐內氮勢之運算值低於目標氮勢與基準偏差值之和(本例中為0.3)，則氮勢調節計4經由氣體導入量控制機構14開始進行爐內導入氣體之導入量控制。與此對應地，開閉控制裝置16將開關閥17切換為打開狀態。
開關閥17切換為打開狀態後，處理爐2與氛圍氣體濃度檢測裝置3連通，爐內氛圍氣體濃度檢測裝置3檢測爐內氫濃度或爐內氨濃度。檢測出之氫濃度信號或氨濃度信號向氮勢調節計4及記錄器6輸出。
氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13基於輸入之氫濃度信號或氨濃度信號來運算爐內氮勢。而且，氣體流量輸出調整機構30實施PID控制，該PID控制係將由爐內氮勢運算裝置13運算出之氮勢作為輸出值，將目標氮勢(所設定之氮勢)作為目標值，將3種爐內導入氣體中氨氣、氮氣各自之導入量作為輸入值。具體而言，於該PID控制中，實施如下控制，即，一面保持氨分解氣體之導入量固定一面改變氨氣、氮氣之導入量，藉此使處理爐2內之氮勢接近目標氮勢，且維持上述C1＝c1×(A＋x×B)之關係。於該PID控制中，使用藉由參數設定裝置15設定並輸入之各設定參數值。該設定參數值亦可根據目標氮勢之值而不同。
然後，作為PID控制之結果，氣體導入量控制機構14控制氨氣之導入量及氮氣之導入量。氣體導入量控制機構14為了實現已決定之各氣體之導入量，而向氨氣用之第1供給量控制裝置22、氨分解氣體用之第2供給量控制裝置26(固定供給量)、及氮氣用之第3供給量控制裝置72發送控制信號。
藉由如上所述之控制，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)(省略曲線圖之圖示)。
(比較例之說明) 為了進行比較，而進行以下態樣之氮勢控制，即，不導入氨分解氣體，將氨氣與氮氣之流量比始終維持為40：60並使其等之合計流量變動。
具體而言，氮勢調節計4之爐內氮勢運算裝置13基於輸入之氫濃度信號或氨濃度信號來運算爐內氮勢。而且，氣體流量輸出調整機構30實施PID控制，該PID控制係將由爐內氮勢運算裝置13運算出之氮勢作為輸出值，將目標氮勢(所設定之氮勢)作為目標值，將氨氣及氮氣各自之導入量作為輸入值。更具體而言，於該PID控制中，實施如下控制，即，一面保持氨氣與氮氣之流量比固定一面改變氨氣與氮氣之合計導入量，藉此使處理爐2內之氮勢接近目標氮勢。
然而，於如上所述之比較例之控制中，無法穩定地控制氮勢。
(實施例3-1～實施例3-3與比較例之比較) 將彙總有以上結果之表作為表3示出。 [表3]
   設定值 測定值
設定氮勢 溫度 其他 氮勢 氣體流量(l/min)
NH 3氣體 AX氣體 氮氣 總氣體
實施例 3-1 1 570℃ AX氣體流量=17(l/min) 參數之設定值：x=0.5，c1=1.5(N 2) 1 變動 17 變動 約69
比較例 NH 3：N 2=40：60 無法控制 變動 - 變動 ＜10※中止
實施例 3-2 0.6 570℃ AX氣體流量=20(l/min) 參數之設定值：x=0.5，c1=1.5(N 2) 0.6 變動 20 變動 約65
比較例 NH 3：N 2=40：60 無法控制 變動 - 變動 ＜10※中止
實施例 3-3 0.2 570℃ AX氣體流暈=25(l/min) 參數之設定值：x=0.5，c1=1.5(N 2) 0.2 變動 25 變動 約60
比較例 NH 3：N 2=40：60 無法控制 變動 - 變動 ＜10※中止
(實施例3-2之進一步之變化例) 於實施例3-2中，亦可追加導入微量之(0.1%左右之)氬氣。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於氬氣之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例3-2同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。
進而，於實施例3-2中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)氬氣之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例3-2同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。
或者，於實施例3-2中，亦可追加導入稱不上軟氮化處理之程度之微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體(CO或CO 2等)。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於滲碳性氣體之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例3-2同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。
進而，於實施例3-2中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例3-2同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.6)。
(實施例3-1之進一步之變化例) 於實施例3-1中，亦可追加導入微量之(0.1%左右之)氬氣。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於氬氣之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例3-1同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)。
進而，於實施例3-1中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)氬氣之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例3-1同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)。
或者，於實施例3-1中，亦可追加導入稱不上軟氮化處理之程度之微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體(CO或CO 2等)。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於滲碳性氣體之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例3-1同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)。
進而，於實施例3-1中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例3-1同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(1.0)。
(實施例3-3之進一步之變化例) 於實施例3-3中，亦可追加導入微量之(0.1%左右之)氬氣。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於氬氣之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例3-3同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)。
進而，於實施例3-3中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)氬氣之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例3-3同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)。
或者，於實施例3-3中，亦可追加導入稱不上軟氮化處理之程度之微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體(CO或CO 2等)。具體而言，亦可為，將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數(本例中為x＝0.5)，關於滲碳性氣體之導入量C2，使用該爐內導入氣體分配到之比例係數c2(例如c2＝0.002)，以成為 C2＝c2×(A＋x×B) 之方式進行控制。
於該情形時，亦與實施例3-3同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)。
進而，於實施例3-3中，亦可一面保持微量之(0.1%左右之)滲碳性氣體之追加導入量固定一面進行導入。
於該情形時，亦與實施例3-3同樣，可將爐內氮勢穩定地控制在目標氮勢附近。藉此，能以極高品質進行被處理品S之表面硬化處理。具體而言，藉由取樣時間為數百毫秒程度之反饋控制，氨氣之導入量於3.0 l/min(±1.5 l/min)左右之變動幅度內增減，自處理開始後約10分鐘之時點起可將氮勢以極高精度控制在目標氮勢(0.2)。
1:表面硬化處理裝置 2:處理爐 3:氛圍氣體濃度檢測裝置 4:氮勢調節計 5:溫度調節計 6:記錄器 8:攪拌風扇 9:攪拌風扇驅動馬達 10:爐內溫度測量裝置 11:爐內加熱裝置 12:氛圍氣體配管 13:氮勢運算裝置 14:氣體導入量控制裝置 15:參數設定裝置(觸控面板) 16:開關閥控制裝置 17:開關閥 20:爐內氣體供給部 21:第1爐內導入氣體供給部 22:第1爐內氣體供給控制裝置 23:第1供給閥 24:第1流量計 25:第2爐內導入氣體供給部 26:第2爐內氣體供給控制裝置 27:第2供給閥 28:第2流量計 29:爐內導入氣體導入配管 30:氣體流量輸出調整裝置 31:可程式化邏輯控制器 40:爐內氣體廢棄配管 41:排氣燃燒分解裝置 71:第3爐內導入氣體供給部 72:第3爐內氣體供給控制裝置 73:第3供給閥 74:第3流量計 S:被處理品
圖1係表示本發明之一實施方式之表面硬化處理裝置之概略圖。 圖2係表示實施例1-2之爐內導入氣體控制之曲線圖。 圖3係表示實施例1-2之氮勢控制之曲線圖。 圖4係表示實施例2-2之爐內導入氣體控制之曲線圖。 圖5係表示實施例2-2之氮勢控制之曲線圖。 圖6係表示實施例3-2之爐內導入氣體控制之曲線圖。 圖7係表示實施例3-2之氮勢控制之曲線圖。
1:表面硬化處理裝置
2:處理爐
3:氛圍氣體濃度檢測裝置
4:氮勢調節計
5:溫度調節計
6:記錄器
8:攪拌風扇
9:攪拌風扇驅動馬達
10:爐內溫度測量裝置
11:爐內加熱裝置
12:氛圍氣體配管
13:氮勢運算裝置
14:氣體導入量控制裝置
15:參數設定裝置(觸控面板)
16:開關閥控制裝置
17:開關閥
20:爐內氣體供給部
21:第1爐內導入氣體供給部
22:第1爐內氣體供給控制裝置
23:第1供給閥
24:第1流量計
25:第2爐內導入氣體供給部
26:第2爐內氣體供給控制裝置
27:第2供給閥
28:第2流量計
29:爐內導入氣體導入配管
30:氣體流量輸出調整裝置
31:可程式化邏輯控制器
40:爐內氣體廢棄配管
41:排氣燃燒分解裝置
71:第3爐內導入氣體供給部
72:第3爐內氣體供給控制裝置
73:第3供給閥
74:第3流量計
S:被處理品

Claims (8)

  1. 一種表面硬化處理裝置，其特徵在於：其係向處理爐內導入包含氨氣、氨分解氣體及氮氣之複數種爐內導入氣體，進行氣體氮化處理作為配置於上述處理爐內之被處理品之表面硬化處理者；該表面硬化處理裝置具備： 爐內氛圍氣體濃度檢測裝置，其檢測上述處理爐內之氫濃度或氨濃度； 爐內氮勢運算裝置，其基於由上述爐內氛圍氣體濃度檢測裝置檢測出之氫濃度或氨濃度來運算上述處理爐內之氮勢；及 氣體導入量控制裝置，其根據由上述爐內氮勢運算裝置運算出之上述處理爐內之氮勢與目標氮勢，一面保持上述氨分解氣體之導入量固定一面改變上述複數種爐內導入氣體中除上述氨分解氣體以外之各爐內導入氣體之導入量，藉此使上述處理爐內之氮勢接近上述目標氮勢。
  2. 如請求項1之表面硬化處理裝置，其中上述氣體導入量控制裝置於將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數時，關於上述複數種爐內導入氣體中除氨氣及氨分解氣體以外之各爐內導入氣體之導入量C1、・・・、CN(N為1以上之整數)，使用該各爐內導入氣體分配到之比例係數c1、・・・、cN，以成為 C1＝c1×(A＋x×B)、・・・、CN＝cN×(A＋x×B) 之方式進行控制。
  3. 如請求項2之表面硬化裝置，其中 上述特定常數x為0.4～0.6。
  4. 如請求項3之表面硬化裝置，其中 上述特定常數x為0.5。
  5. 一種表面硬化處理方法，其特徵在於：其係向處理爐內導入包含氨氣、氨分解氣體及氮氣之複數種爐內導入氣體，進行氣體氮化處理作為配置於上述處理爐內之被處理品之表面硬化處理者；該表面硬化處理方法具備： 爐內氛圍氣體濃度檢測步驟，其係檢測上述處理爐內之氫濃度或氨濃度； 爐內氮勢運算步驟，其係基於由上述爐內氛圍氣體濃度檢測裝置檢測出之氫濃度或氨濃度來運算上述處理爐內之氮勢；及 氣體導入量控制步驟，其係根據由上述爐內氮勢運算裝置運算出之上述處理爐內之氮勢與目標氮勢，一面保持上述氨分解氣體之導入量固定一面改變上述複數種爐內導入氣體中除上述氨分解氣體以外之各爐內導入氣體之導入量，藉此使上述處理爐內之氮勢接近上述目標氮勢。
  6. 一種表面硬化處理裝置，其特徵在於：其係向處理爐內導入包含氨氣、氨分解氣體及氮氣之複數種爐內導入氣體，進行氣體氮化處理作為配置於上述處理爐內之被處理品之表面硬化處理者；該表面硬化處理裝置具備： 爐內氛圍氣體濃度檢測裝置，其檢測上述處理爐內之氫濃度或氨濃度； 爐內氮勢運算裝置，其基於由上述爐內氛圍氣體濃度檢測裝置檢測出之氫濃度或氨濃度來運算上述處理爐內之氮勢；及 氣體導入量控制裝置，其根據由上述爐內氮勢運算裝置運算出之上述處理爐內之氮勢與目標氮勢，一面保持上述氨分解氣體之導入量固定一面改變上述氨氣及上述氮氣之導入量，藉此使上述處理爐內之氮勢接近上述目標氮勢。
  7. 如請求項6之表面硬化處理裝置，其中上述氣體導入量控制裝置於將氨氣之爐內導入量設為A，將氨分解氣體之爐內導入量設為B，將x設為特定常數時，關於上述氮氣之導入量C1，使用該滲碳性氣體分配到之比例係數c1，以成為 C1＝c1×(A＋x×B) 之方式進行控制。
  8. 一種表面硬化處理方法，其特徵在於：其係向處理爐內導入包含氨氣、氨分解氣體及氮氣之複數種爐內導入氣體，進行氣體氮化處理作為配置於上述處理爐內之被處理品之表面硬化處理者；該表面硬化處理方法具備： 爐內氛圍氣體濃度檢測步驟，其係檢測上述處理爐內之氫濃度或氨濃度； 爐內氮勢運算步驟，其係基於由上述爐內氛圍氣體濃度檢測裝置檢測出之氫濃度或氨濃度來運算上述處理爐內之氮勢；及 氣體導入量控制步驟，其係根據由上述爐內氮勢運算裝置運算出之上述處理爐內之氮勢與目標氮勢，一面保持上述氨分解氣體之導入量固定一面改變上述氨氣及上述氮氣之導入量，藉此使上述處理爐內之氮勢接近上述目標氮勢。
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