TWI809714B - 鋼構件之氮化處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種氮化處理方法，其係於500℃～590℃之溫度範圍實施之氮化處理中，可使氮化化合物層良好地析出γ'相，進而可實現較高之耐點蝕性與彎曲疲勞強度。 本發明之氮化處理方法係至少包括2個階段之氮化處理步驟之鋼構件之氮化處理方法，且包括：第1氮化處理步驟，其係於第1氮勢之氮化氣體環境中對鋼構件進行氮化處理；及第2氮化處理步驟，其係於第1氮化處理步驟後，於較第1氮勢低之第2氮勢之氮化氣體環境中進一步對上述鋼構件進行氮化處理。第1氮化處理步驟及第2氮化處理步驟係於500℃～590℃之溫度下實施，第1氮勢係0.300～10.000之範圍內之值，第2氮勢係0.253～0.600之範圍內之值。

Description

鋼構件之氮化處理方法
本發明係關於一種至少包括2個階段之氮化處理步驟之鋼構件之氮化處理方法。
對於用於汽車用變速機之齒輪等鋼構件，要求較高之耐點蝕性與彎曲疲勞強度。為了應對此種要求，已知有滲碳處理或氮化處理作為使齒輪等鋼構件強化之方法。
例如，專利文獻1中，揭示有為了提高鋼構件之耐點蝕性或彎曲疲勞強度，有效的是藉由氮化處理而使鋼構件之表面產生以γ'相為主成分之鐵氮化合物層。
又，專利文獻2中，揭示有一種氮化處理方法，其係為了抑制大量生產時之不均，而進行於γ'相或ε相之氮化化合物層產生之氮勢之氮化氣體環境中對上述鋼構件進行氮化處理之第1氮化處理步驟，其後，進行於較上述第1氮化處理步驟低之氮勢之氮化氣體環境中對上述鋼構件進行氮化處理之第2氮化處理步驟，藉此使上述氮化化合物層析出γ'相。具體而言，將使用NH 3氣體與H 2氣體這2種氣體於600℃之溫度下實施之氣體氮化處理作為實施例記載。更具體而言，於600℃之溫度下，關於第1氮化處理步驟中之氮勢，採用0.6～1.51之範圍，關於第2氮化處理步驟中之氮勢，採用0.16～0.25之範圍。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特願2012-095035號公報 [專利文獻2]日本專利第6378189號公報
[發明所欲解決之問題]
本案發明人於對專利文獻2所揭示之氮化處理方法進一步反覆進行研究過程中發現，於500℃～590℃之溫度範圍內，使第2氮化處理步驟中之氮勢高於0.25時，使氮化化合物層析出γ'相之效果較高。
根據本案發明人，於氮化化合物層析出γ'相之作用(反應)受到氮勢與爐內溫度兩者之影響，於500℃～590℃之溫度範圍內，若使第2氮化處理步驟中之氮勢為0.25以下，則亦析出硬度較γ'相低之α相，從而耐點蝕性或彎曲疲勞強度變得不充分。
本發明係基於以上見解而創立。本發明之目的在於提供一種氮化處理方法，其係於500℃～590℃之溫度範圍實施之氮化處理中，可使氮化化合物層良好地析出γ'相，進而可實現較高之耐點蝕性與彎曲疲勞強度。 [解決問題之技術手段]
本發明係一種氮化處理方法，其特徵在於： 其係至少包括2個階段之氮化處理步驟之鋼構件之氮化處理方法，且包括： 第1氮化處理步驟，其係於第1氮勢之氮化氣體環境中鋼構件進行氮化處理；及 第2氮化處理步驟，其係於上述第1氮化處理步驟後，於較上述第1氮勢低之第2氮勢之氮化氣體環境中進一步對上述鋼構件進行氮化處理；且 上述第1氮化處理步驟係於500℃～590℃之溫度下實施， 上述第2氮化處理步驟亦於500℃～590℃之溫度下實施， 上述第1氮勢係0.300～10.000之範圍內之值， 上述第2氮勢係0.253～0.600之範圍內之值， 於上述第1氮化處理步驟中，產生γ'相、ε相、或γ'相與ε相混合存在之氮化化合物層， 於上述第2氮化處理步驟中，在上述氮化化合物層析出γ'相。
根據本發明，於500℃～590℃之溫度下實施之第2氮化處理步驟中，藉由使第2氮勢為0.253～0.600之範圍內之值，可抑制硬度較γ'相低之α相之析出，從而可使氮化化合物層良好地析出γ'相，可實現較高之耐點蝕性與彎曲疲勞強度。
本發明中，上述第1氮化處理步驟及上述第2氮化處理步驟例如係於同一批次型熱處理爐內依序實施，上述第1氮化處理步驟中，使用NH 3氣體、AX氣體及N 2氣體這3種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變NH 3氣體及AX氣體各自之導入量，藉此將該第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第1氮勢，上述第2氮化處理步驟中，使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將該第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第2氮勢。
於此種控制形態中，具有以下特徵之本發明之有效性得以證實，即，第1氮化處理步驟於500℃～590℃之溫度下實施，第2氮化處理步驟亦於500℃～590℃之溫度下實施，第1氮勢係0.300～10.000之範圍內之值，第2氮勢係低於第1氮勢之0.253～0.600之範圍內之值。
或者，於本發明中，上述第1氮化處理步驟及上述第2氮化處理步驟例如係於相同之1室型熱處理爐內依序實施，上述第1氮化處理步驟中，使用NH 3氣體、AX氣體及N 2氣體這3種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變NH 3氣體及AX氣體各自之導入量，藉此將該第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第1氮勢，上述第2氮化處理步驟中，使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將該第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第2氮勢。
於此種控制形態中，具有以下特徵之本發明之有效性亦得以證實，即，第1氮化處理步驟於500℃～590℃之溫度下實施，第2氮化處理步驟亦於500℃～590℃之溫度下實施，第1氮勢係0.300～10.000之範圍內之值，第2氮勢係低於第1氮勢之0.253～0.600之範圍內之值。
或者，於本發明中，上述第1氮化處理步驟及上述第2氮化處理步驟例如係於同一批次型熱處理爐內依序實施，上述第1氮化處理步驟中，使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將該第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第1氮勢，上述第2氮化處理步驟中，亦使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將該第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第2氮勢。
於此種控制形態中，具有以下特徵之本發明之有效性亦得以證實，即，第1氮化處理步驟於500℃～590℃之溫度下實施，第2氮化處理步驟亦於500℃～590℃之溫度下實施，第1氮勢係0.300～10.000之範圍內之值，第2氮勢係低於第1氮勢之0.253～0.600之範圍內之值。
或者，於本發明中，上述第1氮化處理步驟及上述第2氮化處理步驟例如係於相同之1室型熱處理爐內依序實施，上述第1氮化處理步驟中，使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將該第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第1氮勢，上述第2氮化處理步驟中，亦使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將該第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第2氮勢。
於此種控制形態中，具有以下特徵之本發明之有效性亦得以證實，即，第1氮化處理步驟於500℃～590℃之溫度下實施，第2氮化處理步驟亦於500℃～590℃之溫度下實施，第1氮勢係0.300～10.000之範圍內之值，第2氮勢係低於第1氮勢之0.253～0.600之範圍內之值。
或者，於本發明中，關於上述第1氮化處理步驟及上述第2氮化處理步驟，例如上述第1氮化處理步驟及上述第2氮化處理步驟係於相同之1室型熱處理爐內依序實施，上述第1氮化處理步驟中，使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之一者之導入量固定一面改變另一者之導入量，藉此將該第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第1氮勢，上述第2氮化處理步驟中，亦使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之一者之導入量固定一面改變另一者之導入量，藉此將該第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第2氮勢。
於此種控制形態中，具有以下特徵之本發明之有效性亦得以證實，即，第1氮化處理步驟於500℃～590℃之溫度下實施，第2氮化處理步驟亦於500℃～590℃之溫度下實施，第1氮勢係0.300～10.000之範圍內之值，第2氮勢係低於第1氮勢之0.253～0.600之範圍內之值。
或者，於本發明中，關於上述第1氮化處理步驟及上述第2氮化處理步驟，例如上述第1氮化處理步驟及上述第2氮化處理步驟係於相同之1室型熱處理爐內依序實施，上述第1氮化處理步驟中，使用NH 3氣體、AX氣體及N 2氣體這3種氣體，一面使NH 3氣體及AX氣體之一者之導入量固定一面改變另一者之導入量，藉此將該第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第1氮勢，上述第2氮化處理步驟中，亦使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使NH 3氣體及AX氣體之一者之導入量固定一面改變另一者之導入量，藉此將該第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第2氮勢。
於此種控制形態中，具有以下特徵之本發明之有效性亦得以證實，即，第1氮化處理步驟於500℃～590℃之溫度下實施，第2氮化處理步驟亦於500℃～590℃之溫度下實施，第1氮勢係0.300～10.000之範圍內之值，第2氮勢係低於第1氮勢之0.253～0.600之範圍內之值。
再者，所謂1室型熱處理爐係指並非如批次型之熱處理爐(參照圖1)般另外具有不同於加熱室之冷卻室，而是僅於1室中進行加熱與冷卻之熱處理爐，通常為地坑爐(參照圖3)或橫置式爐(參照圖5)。
又，以上各發明中，較佳為上述第1氮化處理步驟之時間較上述第2氮化處理步驟之時間長。根據本案發明人之見解，藉由較第2氮化處理步驟更長時間地實施第1氮化處理步驟，可將氮化處理後之化合物層厚度調整為任意厚度。 [發明之效果]
根據本發明，於500℃～590℃之溫度下實施之第2氮化處理步驟中，藉由使第2氮勢為0.253～0.600之範圍內之值，可抑制硬度較γ'相低之α相之析出，從而可使氮化化合物層良好地析出γ'相，可實現較高之耐點蝕性與彎曲疲勞強度。
[被處理體(工件)之例] 被處理體(工件)為鋼構件。具體而言，其係用於自動變速機之齒輪等包含機械構造用碳鋼鋼材或機械構造用合金鋼鋼材之鋼構件。例如於將圓筒狀之環形齒輪、或有底圓筒狀之環形齒輪搭載於複數段治具且平置於箱體(下述)內之狀態下進行氮化處理。
較佳為於氮化處理之前對鋼構件實施用以去除污垢或油漬之預清洗。預清洗較佳為例如藉由利用烴系清洗液將油漬等溶解置換使其蒸發而進行脫脂乾燥之真空清洗、利用鹼系清洗液進行脫脂處理之鹼清洗等。
[批次型熱處理爐之構成例] 圖1係本發明之氮化處理方法中使用之批次型熱處理爐1之構成概略圖。
如圖1所示，批次型熱處理爐1具備搬入部10、加熱室11、搬送室12、及搬出輸送器13。於搬入部10設置有箱體20，於該箱體20內，收納有作為被處理體(工件)之鋼構件。處理重量最大為總共700 kg。
於加熱室11之入口側(圖1中左側)，安裝有具有開閉自如之門21之入口集氣罩22。加熱室11成為釜構造，藉由利用加熱器(未圖示)對釜外周部進行加熱，而將爐內溫度控制為特定溫度。而且，將用於氮化處理之複數種氣體一面如下所述進行控制一面導入至加熱室11內。
又，於加熱室11之頂壁，安裝有對導入至加熱室11內之氣體進行攪拌而使鋼構件之加熱溫度均勻化之風扇26。而且，於加熱室11之出口側(圖1中右側)，安裝有開閉自如之中間門27。
於搬送室12，設置有使收納有鋼構件之箱體20升降之升降機30。於搬送室12之下部，設置有儲存冷卻用油31之冷卻室(油槽)32。而且，於搬送室12之出口側(圖1中右側)，安裝有具有開閉自如之門35之出口集氣罩36。
再者，亦可採用如下構成，即，將加熱室11與搬送室12設為同一空間之處理室，藉由氣體將熱處理後之鋼構件進行空氣冷卻。又，亦可將加熱室11分成2個，將下述2個階段之氮化處理步驟於各自之加熱室中進行。
[批次型熱處理爐之動作例] 於如上構成之熱處理爐1中，將收納有鋼構件之箱體20藉由推進器等自搬入部10搬入至加熱室11內。繼而，將(收納有)鋼構件(之箱體20)搬入至加熱室11內之後，將處理氣體導入至加熱室11內，利用加熱器將該處理氣體加熱至特定溫度，進而一面利用風扇26(例如以1500 rpm旋轉)進行攪拌，一面進行搬入至加熱室11內之鋼構件之氮化處理。
圖2係使用圖1之熱處理爐1之本發明之氮化處理方法之一實施方式的步驟圖。
圖2之例中，於裝入鋼構件(工件)之前，將加熱室11內預先加熱至550℃。又，於該加熱步驟時，以70(L/min)之固定流量導入N 2氣體，且以90(L/min)之固定流量導入NH 3氣體。總流量為70＋90＝160(L/min)。
其次，將鋼構件(工件)裝入加熱室11內。此時，將門21打開，藉此如圖2所示，加熱室11內之溫度暫時降低。其後，將門21關閉，將加熱室11內之溫度再次加熱至550℃。
於此種鋼構件裝入過程中，於圖2之例中，亦以70(L/min)之固定流量導入N 2氣體，且以90(L/min)之固定流量導入NH 3氣體，總流量為70＋90＝160(L/min)。
其後，實施2個階段之氮化處理步驟。具體而言，首先，例如採用1.500(0.300～10.000)之值作為第1氮勢，於550℃之溫度下實施第1氮化處理步驟。
可知，氮勢K N係利用NH 3氣體之分壓P(NH 3)與H 2氣體之分壓P(H 2)而以下式表示。 K N＝P(NH 3)/P(H 2) 3/2
於第1氮化處理步驟中，測定加熱室11內之NH 3氣體之分壓P(NH 3)或H 2氣體之分壓P(H 2)，且以自該測定值運算之氮勢之值成為作為目標之第1氮勢之附近範圍內之方式，對處理氣體之導入量進行反饋控制。
圖2之例中，藉由熱傳導度式H 2感測器(未圖示)來測定加熱室11內之H 2氣體之分壓P(H 2)，一面線上分析該測定值(一面自該測定值運算氮勢)，一面對處理氣體之導入量進行反饋控制。具體而言，以70(L/min)之固定流量導入N 2氣體，另一方面，使NH 3氣體及AX氣體於合計流量90(L/min)之條件下分別增減。總流量維持於70＋90＝160(L/min)。
圖2之例中，此種第1氮化處理步驟係實施240分鐘。藉此，於鋼構件產生γ'相、ε相、或γ'相與ε相混合存在之氮化化合物層。
繼而，例如採用0.300(0.253～0.600)之值作為第2氮勢，於550℃之溫度下實施第2氮化處理步驟。
第2氮化處理步驟中，亦測定加熱室11內之NH 3氣體之分壓P(NH 3)或H 2氣體之分壓P(H 2)，且以自該測定值運算之氮勢之值成為作為目標之第2氮勢之附近範圍內之方式，對處理氣體之導入量進行反饋控制。
圖2之例中，藉由熱傳導度式H 2感測器(未圖示)來測定加熱室11內之H 2氣體之分壓P(H 2)，一面線上分析該測定值(一面自該測定值運算氮勢)，一面對處理氣體之導入量進行反饋控制。具體而言，使NH 3氣體及AX氣體於合計流量160(L/min)之條件下分別增減。
圖2之例中，此種第2氮化處理步驟係實施60分鐘。藉此，於氮化化合物層析出γ'相。
第2氮化處理步驟結束後，進行冷卻步驟。圖2之例中，冷卻步驟係進行15分鐘(為附帶攪拌機之油槽，於油中(100℃)保持15分鐘)。冷卻步驟結束後，將收納有鋼構件之箱體20搬出至搬出輸送器13。
[地坑型熱處理爐之構成例] 圖3係本發明之氮化處理方法中使用之地坑型熱處理爐201之構成概略圖。
如圖3所示，地坑型熱處理爐201具備有底筒狀之爐壁211、及爐蓋212。
於爐蓋212之下側(內側)設置有風扇213，該風扇213之旋轉軸貫通爐蓋212，與設置於爐蓋212之上側(外側)之風扇馬達214連接。
於爐壁211之內側，設置有釜221，於該釜221之更內側設置有氣體引導筒222。藉由利用加熱器(未圖示)對釜221之外周部進行加熱而將爐內(釜221內)之溫度控制為特定溫度。而且，將箱體20置於氣體引導筒222內，且於該箱體20內收納作為被處理體(工件)之鋼構件。處理重量最大為總共700 kg。
又，將用於氮化處理之複數種氣體一面以下述方式控制一面導入至釜221內。進而，釜221之外周部亦具有藉由鼓風機(未圖示)進行冷卻之功能，冷卻時藉由使釜221本身之溫度降低而將爐內之工件冷卻(爐冷)。
[地坑型熱處理爐之動作例] 於如上構成之熱處理爐201中，打開爐蓋212，將收納有鋼構件之箱體20搬入至氣體引導筒222內。繼而，將(收納有)鋼構件(之箱體20)搬入至氣體引導筒222內之後，將處理氣體導入至氣體引導筒222內，利用加熱器將該處理氣體加熱至特定溫度，進而一面利用風扇213(例如以1500 rpm旋轉)進行攪拌，一面進行搬入至氣體引導筒222內之鋼構件之氮化處理。
圖4係使用圖3之熱處理爐201之本發明之氮化處理方法之一實施方式的步驟圖。
圖4之例中，將鋼構件(工件)裝入氣體引導筒222內之後，將釜221內加熱至550℃。於該加熱步驟之前半段，以40(L/min)之固定流量導入N 2氣體，於該加熱步驟之後半段，以40(L/min)之固定流量導入NH 3氣體。
其後，實施2個階段之氮化處理步驟。具體而言，首先，例如採用1.500(0.300～10.000)之值作為第1氮勢，於550℃之溫度下實施第1氮化處理步驟。
如上所述，已知氮勢K N係利用NH 3氣體之分壓P(NH 3)與H 2氣體之分壓P(H 2)而以下式表示。 K N＝P(NH 3)/P(H 2) 3/2
於第1氮化處理步驟中，測定氣體引導筒222內之NH 3氣體之分壓P(NH 3)或H 2氣體之分壓P(H 2)(亦可測定排氣內之NH 3氣體之分壓P(NH 3)或H 2氣體之分壓P(H 2))，且以自該測定值運算之氮勢之值成為作為目標之第1氮勢之附近範圍內之方式，對處理氣體之導入量進行反饋控制。
圖4之例中，藉由熱傳導度式H 2感測器(未圖示)來測定氣體引導筒222內之H 2氣體之分壓P(H 2)，一面線上分析該測定值(一面自該測定值運算氮勢)，一面對處理氣體之導入量進行反饋控制。具體而言，以20(L/min)之固定流量導入AX氣體，另一方面，使NH 3氣體增減。總流量亦發生變動。
圖4之例中，此種第1氮化處理步驟係實施240分鐘。藉此，於鋼構件產生γ'相、ε相、或γ'相與ε相混合存在之氮化化合物層。
繼而，例如採用0.300(0.253～0.600)之值作為第2氮勢，於550℃之溫度下實施第2氮化處理步驟。
第2氮化處理步驟中，亦測定氣體引導筒222內之NH 3氣體之分壓P(NH 3)或H 2氣體之分壓P(H 2)，且以自該測定值運算之氮勢之值成為作為目標之第2氮勢之附近範圍內之方式，對處理氣體之導入量進行反饋控制。
圖4之例中，藉由熱傳導度式H 2感測器(未圖示)來測定氣體引導筒222內之H 2氣體之分壓P(H 2)，一面線上分析該測定值(一面自該測定值運算氮勢)，一面對處理氣體之導入量進行反饋控制。具體而言，以30(L/min)之固定流量導入AX氣體，另一方面，使NH 3氣體增減。總流量亦發生變動。
圖4之例中，此種第2氮化處理步驟係實施60分鐘。藉此，於氮化化合物層析出γ'相。
第2氮化處理步驟結束後，進行冷卻步驟。於圖4之例中，於冷卻步驟之前半段(400℃左右之前)，進行與第2氮化處理步驟相同之處理氣體導入量控制。即，以30(L/min)之固定流量導入AX氣體，另一方面，使NH 3氣體增減。於冷卻步驟之後半段(400℃～100℃左右)，以20(L/min)之固定流量導入N 2氣體。冷卻步驟結束後，打開爐蓋212，將收納有鋼構件之箱體20自氣體引導筒222中搬出。
[橫置式熱處理爐之構成例] 圖5係本發明之氮化處理方法中使用之橫置式熱處理爐之構成概略圖。
基本而言，橫置式熱處理爐係將地坑型熱處理爐朝向一側之爐，但如圖5所示，亦可採用將風扇213及風扇馬達214設置於與爐蓋212對向之爐壁211之壁面而非爐蓋212之構成。
橫置式熱處理爐之其他構成與使用圖3說明之地坑型熱處理爐之構成大致相同。
[橫置式熱處理爐之動作例] 橫置式熱處理爐中，亦打開爐蓋212，將收納有鋼構件之箱體20搬入至氣體引導筒222內。繼而，將(收納有)鋼構件(之箱體20)搬入至氣體引導筒222內之後，將處理氣體導入至釜211內，利用加熱器將該處理氣體加熱至特定溫度，進而一面利用風扇213(例如以1500 rpm旋轉)進行攪拌，一面進行搬入至氣體引導筒222內之鋼構件之氮化處理。
圖4之步驟圖於使用橫置式熱處理爐之情形時亦有效。具體而言，可進行加熱步驟(前半段與後半段中氣體導入之形態不同)、第1氮化處理步驟、第2氮化處理步驟、及冷卻步驟。冷卻步驟結束後，打開爐蓋212，將收納有鋼構件之箱體20自氣體引導筒222中搬出。
[效果總結] 根據如上本發明之實施方式，不論使用批次型熱處理爐，還是使用1室型熱處理爐，均可獲得於表面具有以γ'相為主成分之鐵氮化化合物層之氮化鋼構件。
藉由各實施方式獲得之鋼構件於內部形成氮擴散層及氮化物而得以強化，並且於表面形成富γ'相之鐵氮化化合物層，故可實現充分之耐點蝕性與彎曲疲勞強度。
又，與滲碳或滲碳氮化處理相比較，本發明之氮化處理為沃斯田鐵變態溫度以下之處理，故應變量較小。又，可省略於滲碳或滲碳氮化處理中作為必須步驟之淬火步驟，故應變不均量亦較小。其結果可獲得高強度且低應變之氮化鋼構件。
[對本發明之溫度範圍之補充] 本發明中，各氮化處理步驟之溫度設為500℃～590℃。氮化處理可謂溫度較高時生產性較佳。然而，根據本發明人之驗證，若溫度高於590℃則硬化量減少，且於表面形成沃斯田鐵層，故宜將590℃設為上限。另一方面，根據本發明人之驗證，若氮化處理溫度低於500℃，則氮化化合物層之形成速度變慢，於成本方面不佳，故宜將500℃設為下限。
又，第1氮化處理步驟之溫度與第2氮化處理步驟之溫度之差較小時可減小鋼構件(工件)之溫度不均，可抑制鋼構件(工件)之氮化品質之不均。具體而言，較佳為將兩氮化處理步驟之溫度差控制為50℃以內，更佳為控制為30℃以內。
[實施例1-1～1-9、比較例1-1～1-4] 對複數個圓筒狀之環形齒輪(鋼種可不同)，使用批次型熱處理爐1，按照圖6所示之表1之條件，實施2個階段之氮化處理。
實施例1-1～1-9、比較例1-1～1-4中，第1氮化處理步驟及第2氮化處理步驟係於同一批次型熱處理爐1內依序實施。
又，實施例1-1～1-9、比較例1-1～1-4之第1氮化處理步驟中，使用NH 3氣體、AX氣體及N 2氣體這3種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變NH 3氣體及AX氣體各自之導入量，藉此將第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為目標之第1氮勢(K N)。
又，實施例1-1～1-9、比較例1-1～1-4之第2氮化處理步驟中，使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為目標之第2氮勢(K N)。
實施例1-1～1-9、比較例1-1～1-4中，於第1氮化處理步驟及第2氮化處理步驟之前後，實施使用圖2所說明之各步驟。
表1中，相之鑑定方法係基於自鋼材表面利用2θ-θ掃描法進行X射線繞射測定(Rigaku製造之MiniFlex600，Cu管，40 kV-15 mA)所獲得之X射線繞射圖案而進行。
又，表1中，化合物層厚度係將經氮化處理之鋼材沿深度方向切斷，根據剖面之組織觀察結果來測定表面化合物層之厚度。富γ'相之化合物層厚度較佳為4～16 μm。若未達4 μm，則因過薄而導致疲勞強度之提高不充分，另一方面，若超過16 μm，則成為疲勞裂紋之起點之化合物層之多孔層變厚而導致疲勞強度降低。
根據表1所示之結果可知，藉由實施例1-1～1-9，使具有以下特徵之本發明之有效性得以證實，即，於批次爐中使用上述3種氣體之控制形態中，第1氮化處理步驟於500℃～590℃之溫度下實施，第2氮化處理步驟亦於500℃～590℃之溫度下實施，第1氮勢係0.300～10.000之範圍內之值，第2氮勢係低於第1氮勢之0.253～0.600之範圍內之值。
另一方面，藉由比較例1-1～1-4，證實了以下內容，即，於500℃～590℃之溫度範圍內，若將第2氮化處理步驟中之氮勢設為0.25以下，則亦析出硬度較γ'相低之α相，從而耐點蝕性或彎曲疲勞強度不充分。
[實施例2-1～2-9、比較例2-1～2-4] 對複數個圓筒狀之環形齒輪(鋼種可不同)，使用地坑型熱處理爐201，按照圖7所示之表2之條件，實施2個階段之氮化處理。
實施例2-1～2-9、比較例2-1～2-4中，第1氮化處理步驟及第2氮化處理步驟係於同一地坑型熱處理爐201內依序實施。
又，於實施例2-1～2-9、比較例2-1～2-4之第1氮化處理步驟中，使用NH 3氣體、AX氣體及N 2氣體這3種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變NH 3氣體及AX氣體各自之導入量，藉此將第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為目標之第1氮勢(K N)。
又，實施例2-1～2-9、比較例2-1～2-4之第2氮化處理步驟中，使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為目標之第2氮勢(K N)。
實施例2-1～2-9、比較例2-1～2-4中，於第1氮化處理步驟及第2氮化處理步驟之前後，實施使用圖4所說明之各步驟。
與表1中之相之鑑定方法及化合物層厚度同樣地判定表2中之相之鑑定方法及化合物層厚度。
根據表2所示之結果可知，藉由實施例2-1～2-9，使具有以下特徵之本發明之有效性得以證實，即，於地坑爐中使用上述3種氣體之控制形態中，第1氮化處理步驟於500℃～590℃之溫度下實施，第2氮化處理步驟亦於500℃～590℃之溫度下實施，第1氮勢係0.300～10.000之範圍內之值，第2氮勢係低於第1氮勢之0.253～0.600之範圍內之值。
另一方面，藉由比較例2-1～2-4，證實了以下內容，即，於500℃～590℃之溫度範圍內，若將第2氮化處理步驟中之氮勢設為0.25以下，則亦析出硬度較γ'相低之α相，從而耐點蝕性或彎曲疲勞強度不充分。
[實施例3-1～3-9、比較例3-1～3-4] 對複數個圓筒狀之環形齒輪(鋼種可不同)，使用批次型熱處理爐1，按照圖8所示之表3之條件，實施2個階段之氮化處理。
實施例3-1～3-9、比較例3-1～3-4中，第1氮化處理步驟及第2氮化處理步驟係於同一批次型熱處理爐1內依序實施。
又，實施例3-1～3-9、比較例3-1～3-4之第1氮化處理步驟中，使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為目標之第1氮勢(K N)。
又，實施例3-1～3-9、比較例3-1～3-4之第2氮化處理步驟中，亦使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為目標之第2氮勢(K N)。
實施例3-1～3-9、比較例3-1～3-4中，於第1氮化處理步驟及第2氮化處理步驟之前後，實施使用圖2所說明之各步驟。
與表1及表2中之相之鑑定方法及化合物層厚度同樣地判定表3中之相之鑑定方法及化合物層厚度。
根據表3所示之結果可知，藉由實施例3-1～3-9，使具有以下特徵之本發明之有效性得以證實，即，於批次爐中使用上述2種氣體之控制形態中，第1氮化處理步驟於500℃～590℃之溫度下實施，第2氮化處理步驟亦於500℃～590℃之溫度下實施，第1氮勢係0.300～10.000之範圍內之值，第2氮勢係低於第1氮勢之0.253～0.600之範圍內之值。
另一方面，藉由比較例3-1～3-4，證實了以下內容，即，於500℃～590℃之溫度範圍內，若將第2氮化處理步驟中之氮勢設為0.25以下，則亦析出硬度較γ'相低之α相，從而耐點蝕性或彎曲疲勞強度不充分。
[實施例4-1～4-9、比較例4-1～4-4] 對複數個圓筒狀之環形齒輪(鋼種可不同)，使用地坑型熱處理爐201，按照圖9所示之表4之條件，實施2個階段之氮化處理。
實施例4-1～4-9、比較例4-1～4-4中，第1氮化處理步驟及第2氮化處理步驟係於同一地坑型熱處理爐201內依序實施。
又，實施例4-1～4-9、比較例4-1～4-4之第1氮化處理步驟中，使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為目標之第1氮勢(K N)。
又，實施例4-1～4-9、比較例4-1～4-4之第2氮化處理步驟中，亦使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為目標之第2氮勢(K N)。
實施例4-1～4-9、比較例4-1～4-4中，於第1氮化處理步驟及第2氮化處理步驟之前後，實施使用圖4所說明之各步驟。
與表1至表3中之相之鑑定方法及化合物層厚度同樣地判定表4中之相之鑑定方法及化合物層厚度。
根據表4所示之結果可知，藉由實施例4-1～4-9，使具有以下特徵之本發明之有效性得以證實，即，於地坑爐中使用上述2種氣體之控制形態中，第1氮化處理步驟於500℃～590℃之溫度下實施，第2氮化處理步驟亦於500℃～590℃之溫度下實施，第1氮勢係0.300～10.000之範圍內之值，第2氮勢係低於第1氮勢之0.253～0.600之範圍內之值。
另一方面，藉由比較例4-1～4-4，證實了以下內容，即，於500℃～590℃之溫度範圍內，若將第2氮化處理步驟中之氮勢設為0.25以下，則亦析出硬度較γ'相低之α相，從而耐點蝕性或彎曲疲勞強度不充分。
[實施例5-1～5-9、比較例5-1～5-4] 對複數個圓筒狀之環形齒輪(鋼種可不同)，使用地坑型熱處理爐201，按照圖10所示之表5之條件，實施2個階段之氮化處理。
實施例5-1～5-9、比較例5-1～5-4中，第1氮化處理步驟及第2氮化處理步驟係於同一地坑型熱處理爐201內依序實施。
又，實施例5-1～5-9、比較例5-1～5-4之第1氮化處理步驟中，使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之一者之導入量固定一面改變另一者之導入量，藉此將第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為目標之第1氮勢(K N)。
又，實施例5-1～5-9、比較例5-1～5-4之第2氮化處理步驟中，亦使用NH 3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之一者之導入量固定一面改變另一者之導入量，藉此將第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為目標之第2氮勢(K N)。
實施例5-1～5-9、比較例5-1～5-4中，於第1氮化處理步驟及第2氮化處理步驟之前後，實施使用圖4所說明之各步驟。
表5中之相之鑑定方法及化合物層厚度，係與表1至表4中所示者同樣地判定。
根據表5所示之結果可知，藉由實施例5-1～5-9，使具有以下特徵之本發明之有效性得以證實，即，於地坑爐中使用上述2種氣體之控制形態中，第1氮化處理步驟於500℃～590℃之溫度下實施，第2氮化處理步驟亦於500℃～590℃之溫度下實施，第1氮勢係0.300～10.000之範圍內之值，第2氮勢係低於第1氮勢之0.253～0.600之範圍內之值。
另一方面，藉由比較例5-1～5-4，證實了以下內容，即，於500℃～590℃之溫度範圍內，若使第2氮化處理步驟中之氮勢為0.25以下，則亦析出硬度較γ'相低之α相，從而耐點蝕性或彎曲疲勞強度不充分。
[實施例6-1～6-9、比較例6-1～6-4] 對複數個圓筒狀之環形齒輪(鋼種可不同)，使用地坑型熱處理爐201，按照圖11所示之表6之條件，實施2個階段之氮化處理。
實施例6-1～6-9、比較例6-1～6-4中，第1氮化處理步驟及第2氮化處理步驟係於同一地坑型熱處理爐201內依序實施。
又，實施例6-1～6-9、比較例6-1～6-4之第1氮化處理步驟中，使用NH 3氣體、AX氣體及N 2氣體這3種氣體，一面使NH 3氣體及AX氣體之一者之導入量固定一面改變另一者之導入量，藉此將第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為目標之第1氮勢(K N)。
又，實施例6-1～6-9、比較例6-1～6-4之第2氮化處理步驟中，亦使用NH 3氣體、AX氣體及N 2氣體這3種氣體，一面使NH 3氣體及AX氣體之一者之導入量固定一面改變另一者之導入量，藉此將第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為目標之第2氮勢(K N)。
實施例6-1～6-9、比較例6-1～6-4中，於第1氮化處理步驟及第2氮化處理步驟之前後，實施使用圖4所說明之各步驟。
與表1至表5中之相之鑑定方法及化合物層厚度同樣地判定表6中之相之鑑定方法及化合物層厚度。
根據表6所示之結果可知，藉由實施例6-1～6-9，使具有以下特徵之本發明之有效性得以證實，即，於地坑爐中使用上述3種氣體之控制形態中，第1氮化處理步驟於500℃～590℃之溫度下實施，第2氮化處理步驟亦於500℃～590℃之溫度下實施，第1氮勢係0.300～10.000之範圍內之值，第2氮勢係低於第1氮勢之0.253～0.600之範圍內之值。
另一方面，藉由比較例6-1～6-4，證實了以下內容，即，於500℃～590℃之溫度範圍內，若使第2氮化處理步驟中之氮勢為0.25以下，則亦析出硬度較γ'相低之α相，從而耐點蝕性或彎曲疲勞強度不充分。
1:熱處理爐 10:搬入部 11:加熱室 12:搬送室 13:搬出輸送器 20:箱體 21:門 22:入口集氣罩 26:風扇 27:中間門 30:升降機 31:冷卻室(油槽) 32:冷卻室 35:門 36:出口集氣罩 201:熱處理爐 211:爐壁 212:爐蓋 213:風扇 214:風扇馬達 221:釜 222:氣體引導筒
圖1係本發明之氮化處理方法中使用之批次型熱處理爐之構成概略圖。 圖2係使用圖1之熱處理爐之本發明之氮化處理方法之一實施方式的步驟圖。 圖3係本發明之氮化處理方法中使用之地坑型(1室型)熱處理爐之構成概略圖。 圖4係使用圖3之熱處理爐之本發明之氮化處理方法之一實施方式的步驟圖。 圖5係本發明之氮化處理方法中使用之橫置式(1室型)熱處理爐之構成概略圖。 圖6係表示本發明之實施例及比較例之氮化條件及處理結果之表。 圖7係表示本發明之實施例及比較例之氮化條件及處理結果之表。 圖8係表示本發明之實施例及比較例之氮化條件及處理結果之表。 圖9係表示本發明之實施例及比較例之氮化條件及處理結果之表。 圖10係表示本發明之實施例及比較例之氮化條件及處理結果之表。 圖11係表示本發明之實施例及比較例之氮化條件及處理結果之表。

Claims (7)

  1. 一種氮化處理方法，其特徵在於：其係至少包括2個階段之氮化處理步驟之鋼構件之氮化處理方法，且包括：第1氮化處理步驟，其係於第1氮勢之氮化氣體環境中對鋼構件進行氮化處理；及第2氮化處理步驟，其係於上述第1氮化處理步驟後，於較上述第1氮勢低之第2氮勢之氮化氣體環境中進一步對上述鋼構件進行氮化處理；且上述第1氮化處理步驟係於500℃~590℃之溫度下實施，上述第2氮化處理步驟亦於500℃~590℃之溫度下實施，上述第1氮勢係0.300~10.000之範圍內之值，上述第2氮勢係0.253~0.600之範圍內之值，於上述第1氮化處理步驟中，產生γ'相、ε相、或γ'相與ε相混合存在之氮化化合物層，於上述第2氮化處理步驟中，在上述氮化化合物層析出γ'相；上述第1氮化處理步驟及上述第2氮化處理步驟係於同一批次型熱處理爐內依序實施，上述第1氮化處理步驟中，使用NH3氣體、AX氣體及N2氣體這3種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變NH3氣體及AX氣體各自之導入量，藉此將該第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第1氮勢，上述第2氮化處理步驟中，使用NH3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將該第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第2氮勢。
  2. 一種氮化處理方法，其特徵在於：其係至少包括2個階段之氮化處理步驟之鋼構件之氮化處理方法，且包括：第1氮化處理步驟，其係於第1氮勢之氮化氣體環境中對鋼構件進行氮化處理；及第2氮化處理步驟，其係於上述第1氮化處理步驟後，於較上述第1氮勢低之第2氮勢之氮化氣體環境中進一步對上述鋼構件進行氮化處理；且上述第1氮化處理步驟係於500℃~590℃之溫度下實施，上述第2氮化處理步驟亦於500℃~590℃之溫度下實施，上述第1氮勢係0.300~10.000之範圍內之值，上述第2氮勢係0.253~0.600之範圍內之值，於上述第1氮化處理步驟中，產生γ'相、ε相、或γ'相與ε相混合存在之氮化化合物層，於上述第2氮化處理步驟中，在上述氮化化合物層析出γ'相；上述第1氮化處理步驟及上述第2氮化處理步驟係於相同之1室型熱處理爐內依序實施，上述第1氮化處理步驟中，使用NH3氣體、AX氣體及N2氣體這3種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變NH3氣體及AX氣體各自之導入量，藉此將該第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第1氮勢，上述第2氮化處理步驟中，使用NH3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將該第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第2氮勢。
  3. 一種氮化處理方法，其特徵在於：其係至少包括2個階段之氮化處理步驟之鋼構件之氮化處理方法，且包括：第1氮化處理步驟，其係於第1氮勢之氮化氣體環境中對鋼構件進行氮化處理；及第2氮化處理步驟，其係於上述第1氮化處理步驟後，於較上述第1氮勢低之第2氮勢之氮化氣體環境中進一步對上述鋼構件進行氮化處理；且上述第1氮化處理步驟係於500℃~590℃之溫度下實施，上述第2氮化處理步驟亦於500℃~590℃之溫度下實施，上述第1氮勢係0.300~10.000之範圍內之值，上述第2氮勢係0.253~0.600之範圍內之值，於上述第1氮化處理步驟中，產生γ'相、ε相、或γ'相與ε相混合存在之氮化化合物層，於上述第2氮化處理步驟中，在上述氮化化合物層析出γ'相；上述第1氮化處理步驟及上述第2氮化處理步驟係於同一批次型熱處理爐內依序實施，上述第1氮化處理步驟中，使用NH3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將該第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第1氮勢，上述第2氮化處理步驟中，亦使用NH3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將該第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第2氮勢。
  4. 一種氮化處理方法，其特徵在於：其係至少包括2個階段之氮化處理 步驟之鋼構件之氮化處理方法，且包括：第1氮化處理步驟，其係於第1氮勢之氮化氣體環境中對鋼構件進行氮化處理；及第2氮化處理步驟，其係於上述第1氮化處理步驟後，於較上述第1氮勢低之第2氮勢之氮化氣體環境中進一步對上述鋼構件進行氮化處理；且上述第1氮化處理步驟係於500℃~590℃之溫度下實施，上述第2氮化處理步驟亦於500℃~590℃之溫度下實施，上述第1氮勢係0.300~10.000之範圍內之值，上述第2氮勢係0.253~0.600之範圍內之值，於上述第1氮化處理步驟中，產生γ'相、ε相、或γ'相與ε相混合存在之氮化化合物層，於上述第2氮化處理步驟中，在上述氮化化合物層析出γ'相；上述第1氮化處理步驟及上述第2氮化處理步驟係於相同之1室型熱處理爐內依序實施，上述第1氮化處理步驟中，使用NH3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將該第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第1氮勢，上述第2氮化處理步驟中，亦使用NH3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之總流量固定一面改變其等各自之導入量，藉此將該第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第2氮勢。
  5. 一種氮化處理方法，其特徵在於：其係至少包括2個階段之氮化處理步驟之鋼構件之氮化處理方法，且包括： 第1氮化處理步驟，其係於第1氮勢之氮化氣體環境中對鋼構件進行氮化處理；及第2氮化處理步驟，其係於上述第1氮化處理步驟後，於較上述第1氮勢低之第2氮勢之氮化氣體環境中進一步對上述鋼構件進行氮化處理；且上述第1氮化處理步驟係於500℃~590℃之溫度下實施，上述第2氮化處理步驟亦於500℃~590℃之溫度下實施，上述第1氮勢係0.300~10.000之範圍內之值，上述第2氮勢係0.253~0.600之範圍內之值，於上述第1氮化處理步驟中，產生γ'相、ε相、或γ'相與ε相混合存在之氮化化合物層，於上述第2氮化處理步驟中，在上述氮化化合物層析出γ'相；上述第1氮化處理步驟及上述第2氮化處理步驟係於相同之1室型熱處理爐內依序實施，上述第1氮化處理步驟中，使用NH3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之一者之導入量固定一面改變另一者之導入量，藉此將該第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第1氮勢，上述第2氮化處理步驟中，亦使用NH3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使其等之一者之導入量固定一面改變另一者之導入量，藉此將該第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第2氮勢。
  6. 一種氮化處理方法，其特徵在於：其係至少包括2個階段之氮化處理步驟之鋼構件之氮化處理方法，且包括：第1氮化處理步驟，其係於第1氮勢之氮化氣體環境中對鋼構件進行 氮化處理；及第2氮化處理步驟，其係於上述第1氮化處理步驟後，於較上述第1氮勢低之第2氮勢之氮化氣體環境中進一步對上述鋼構件進行氮化處理；且上述第1氮化處理步驟係於500℃~590℃之溫度下實施，上述第2氮化處理步驟亦於500℃~590℃之溫度下實施，上述第1氮勢係0.300~10.000之範圍內之值，上述第2氮勢係0.253~0.600之範圍內之值，於上述第1氮化處理步驟中，產生γ'相、ε相、或γ'相與ε相混合存在之氮化化合物層，於上述第2氮化處理步驟中，在上述氮化化合物層析出γ'相；上述第1氮化處理步驟及上述第2氮化處理步驟係於相同之1室型熱處理爐內依序實施，上述第1氮化處理步驟中，使用NH3氣體、AX氣體及N2氣體這3種氣體，一面使NH3氣體及AX氣體之一者之導入量固定一面改變另一者之導入量，藉此將該第1氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第1氮勢，上述第2氮化處理步驟中，亦使用NH3氣體與AX氣體這2種氣體，一面使NH3氣體及AX氣體之一者之導入量固定一面改變另一者之導入量，藉此將該第2氮化處理步驟中之氮勢控制成為上述第2氮勢。
  7. 如請求項1至6中任一項之氮化處理方法，其中上述第1氮化處理步驟之時間較上述第2氮化處理步驟之時間長。
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