WO2018047934A1 - フェライト系ステンレス鋼製品の製造方法 - Google Patents

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株式会社デンソー
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    • C21D2211/005—Ferrite

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a ferritic stainless steel product in which a nitrided layer is formed after forming a carburized layer on an article made of ferritic stainless steel.
  • Patent Document 1 a nitriding method in which ferritic stainless steel is heated at a nitriding temperature in an inert atmosphere containing nitrogen gas is known (see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 in order to stably form a nitrided layer, the surface of a ferritic stainless steel workpiece to be processed at a temperature lower than 1100 ° C. in a heating furnace whose inner wall is covered with carbon. Discloses a technique for forming a nitride layer.
  • the nitride layer cannot be sufficiently formed on an article to be processed having a low carbon concentration. That is, in order to form a sufficient nitride layer, the products to be processed are limited. If the nitrided layer cannot be sufficiently formed, the martensite phase cannot be sufficiently formed, and the hardness cannot be sufficiently improved by modifying the ferritic stainless steel.
  • This disclosure is intended to provide a method for producing a ferritic stainless steel product that can form a nitride layer regardless of the carbon concentration of the material and can improve the hardness.
  • a method for manufacturing a ferritic stainless steel product includes forming a carburized layer on an article to be processed made of ferritic stainless steel, and forming N 2 gas after forming the carburized layer. Forming a nitride layer on the surface of the article to be treated by heating the article to be treated at a temperature equal to or higher than the transformation point of the ferritic stainless steel in the atmosphere.
  • the nitrided layer is formed after the carburized layer is formed on the article to be processed. Therefore, even if the carbon concentration of the product to be processed is low, the carbon concentration of the product to be processed can be increased by forming the carburized layer. Therefore, the nitride layer can be sufficiently formed by forming the nitride layer. It becomes possible.
  • the passive film existing on the surface of the ferritic stainless steel can be destroyed by forming the carburized layer, nitrogen is easily dissolved in the ferritic stainless steel by forming the nitride layer. Therefore, the nitride layer can be sufficiently formed, and the nitride layer can be formed from the surface of the article to be processed to a sufficiently deep portion.
  • the nitride layer can cause martensitic transformation, for example, by cooling. Thereby, a martensite phase with high hardness can be formed. Therefore, according to one aspect of the present disclosure, it is possible to manufacture a ferritic stainless steel product having high hardness.
  • the nitride layer after forming the carburized layer, heating is performed at a high temperature equal to or higher than the transformation point temperature of the ferritic stainless steel. Therefore, in forming the nitride layer, carbon atoms in the carburized layer can be diffused into the article to be processed. That is, in forming the nitride layer, not only the solid solution of nitrogen in the carburized layer and the formation of the nitride layer, but also the surface carbon concentration of the article to be treated can be lowered by the diffusion of carbon atoms. This reduction in surface carbon concentration makes it possible to improve corrosion resistance. That is, the hardness can be improved without lowering the corrosion resistance. Therefore, it becomes possible to produce a ferritic stainless steel product having excellent hardness and corrosion resistance.
  • a method for producing a ferritic stainless steel product that can sufficiently form a nitrided layer and can improve hardness regardless of the carbon concentration of the article to be processed. Can be provided.
  • FIG. Sectional explanatory drawing of the to-be-processed goods in the carburizing process in Embodiment 1.
  • FIG. Sectional explanatory drawing of the to-be-processed product in the initial stage of the nitriding process in Embodiment 1.
  • FIG. Sectional explanatory drawing of the to-be-processed product in the diffusion stage of the carburized layer of a nitriding process in the first embodiment, and the formation progress stage of a nitride layer.
  • FIG. 1 The diagram which shows the relationship between the time at the time of manufacture of the ferritic stainless steel product in Embodiment 1, a temperature change, and a pressure change.
  • FIG. 1 The photograph which shows the surface of the Example goods after the corrosion-resistance evaluation test in Experimental example 1.
  • FIG. 1 The photograph which shows the surface of the comparative example product after the corrosion-resistance evaluation test in Experimental example 1.
  • FIG. The photograph which shows the cross-sectional structure
  • Explanatory drawing which shows the relationship between the distance from the surface in the Example goods in Experiment example 1, and Vickers hardness.
  • Explanatory drawing which shows the relationship between the distance from the surface in the comparative example goods in Experimental example 1, and Vickers hardness.
  • the diagram which shows the relationship between carbon content C mass% of the ferritic stainless steel raw material in Experiment example 2, and the area ratio Sc% of the discoloration site
  • the diagram which shows the relationship between carbon content C mass% of the martensitic stainless steel raw material in Example 2, and Vickers hardness.
  • the diagram which shows the carbon concentration distribution curve after the carburizing process or the nitriding process in Experimental Example 2.
  • the diagram I which shows the relationship between the thickness of the carburized layer after the carburizing step and the carbon concentration in Experimental Example 2, and the diagram II which shows the relationship between the thickness of the carburized layer after the nitriding step and the carbon concentration.
  • Diagram I showing the relationship between the thickness of the carburized layer after the carburizing step and the carbon concentration in Experimental Example 2, and the carbon when the thickness and the outermost surface carbon concentration of the carburized layer after the nitriding step are 0.3% by mass.
  • Diagram I showing the relationship between the thickness of the carburized layer after the carburizing step and the carbon concentration in Experimental Example 2, and the carbon when the thickness and the outermost surface carbon concentration of the carburized layer after the nitriding step are 0.2% by mass.
  • the carburized layer 21 is formed on the workpiece 2 made of ferritic stainless steel.
  • the article 2 is heated at a temperature equal to or higher than the transformation point of the ferritic stainless steel in an atmosphere containing N 2 gas. Thereby, the nitride layer 3 is formed on the surface of the article to be processed. The details will be described below.
  • the processed product 2 made of ferritic stainless steel is not particularly limited as long as it is ferritic stainless steel, and various compositions can be used.
  • the ferritic stainless material in the article to be processed preferably has a carbon content of 0.3% by mass or less. In this case, the corrosion resistance is further improved. From the viewpoint of further enhancing this effect, the carbon content of the ferritic stainless steel material is more preferably 0.12% by mass or less, and further preferably 0.01% by mass or less.
  • the carburizing step and the nitriding step can be performed in a heating furnace 4 as exemplified in FIG.
  • a heating furnace 4 for example, a batch type or continuous type furnace can be used.
  • Formation of the carburized layer 21 in the carburizing process can be performed by, for example, gas carburizing, vacuum carburizing, or plasma carburizing. In these carburizing processes, carburizing gas can be used.
  • a hydrocarbon gas such as a saturated hydrocarbon gas or an unsaturated hydrocarbon gas can be used.
  • unsaturated hydrocarbon gas such as acetylene is used.
  • the above-described hydrocarbon gas can be used alone, or a mixed gas of a hydrocarbon gas and, for example, an inert gas may be used.
  • the carburized layer 21 is preferably formed by vacuum carburization.
  • the carburizing gas is easily taken into the workpiece 2 made of ferritic stainless steel. Further, since no special device such as a plasma generator is required for the carburizing process, carburizing at a low cost becomes possible.
  • the article to be treated 2 is heated at a temperature equal to or higher than the transformation point of the ferritic stainless steel in an atmosphere containing N 2 gas.
  • the nitride layer 3 is formed on the surface of the article 2 to be processed.
  • the heating temperature in the nitriding step is appropriately referred to as a nitriding temperature.
  • the atmosphere containing N 2 gas only needs to contain at least N 2 , and may further contain an inert gas. Further, the atmosphere in the nitriding step may include carburizing gas remaining in the carburizing step. Less residual carburizing gas is better. Preferably, the atmosphere containing N 2 gas is good N 2 gas.
  • the transformation point is a temperature at which at least a part of the ferrite phase in the ferritic stainless steel material is transformed into the austenite phase.
  • the transformation point varies depending on the composition of the material, but is 700 to 900 ° C., for example.
  • the nitriding temperature is preferably 900 ° C. or higher, which is the decomposition temperature of nitrogen. In this case, the solid solution of nitrogen in the article 2 is more likely to occur. From the viewpoint of facilitating solid solution of nitrogen, the nitriding temperature is more preferably 1000 ° C. or higher, and further preferably 1050 ° C. or higher.
  • the nitriding temperature is preferably 1100 ° C. or lower.
  • the coarsening of the crystal grains in the article to be processed can be suppressed, and the strength can be suppressed from decreasing.
  • the nitriding temperature is more preferably 1050 ° C. or lower.
  • the carburizing step and the nitriding step are performed by the following temperature raising step (I), soaking step (II), carburizing gas introduction step (III), and high temperature nitriding step (IV).
  • the cooling step (V) for quenching the article 2 to be processed can be performed.
  • the horizontal axis indicates time
  • the left vertical axis indicates temperature
  • the right vertical axis indicates pressure
  • the thick line in FIG. 2 shows a temperature change
  • a thin line shows a pressure change.
  • the inside of the heating furnace in which the article to be treated 2 is installed is heated to the carburizing temperature and held.
  • the carburizing temperature can be appropriately determined, and is, for example, 1000 to 1100 ° C.
  • FIG. 2 shows a case where the carburizing temperature and the nitriding temperature are the same, they may be different.
  • the carburizing gas introduction step (III) the carburizing gas is supplied into, for example, a heating furnace in which the article 2 is installed. Thereby, the carburizing process which forms the carburized layer 21 in the to-be-processed goods 2 can be implemented (refer FIG. 1A).
  • the introduction time of the carburizing gas can be determined as appropriate.
  • the carburizing gas introduction time and the carburizing temperature can be appropriately determined so that, for example, the surface carbon concentration X C and the thickness L C of the carburized layer 21 shown in Experimental Example 2 described later have a desired relationship.
  • N 2 gas or a gas containing N 2 gas is supplied into the heating furnace at the nitriding temperature.
  • the nitride layer 3 can be formed on the article 2 to be processed.
  • the nitriding temperature and nitriding time can be appropriately determined according to the hardness required for the article to be processed.
  • the nitriding temperature and nitriding time for example, the surface carbon concentration X C after the carburizing process described later, the thickness L C of the carburized layer 21 after the carburizing process, and the thickness L N of the carburized layer 21 after the nitriding process are desired relationships. It can also be determined as appropriate.
  • the temperature in the heating furnace in which the article to be processed 2 is installed is lowered from the nitriding temperature to a predetermined temperature.
  • the hardened martensite phase can be more reliably and more sufficiently formed in the nitride layer 3 by quenching. Quenching can be performed, for example, by rapidly cooling the product 2 by oil cooling.
  • the cooling step it is preferable to perform a sub-zero treatment for cooling the article to be treated 2 to a low temperature of, for example, 0 ° C. or lower.
  • the sub-zero process is also called a deep cooling process.
  • the retained austenite phase inside the material of the article 2 can be martensite.
  • the nitriding process is performed after the carburizing process as described above.
  • the formation of the carburized layer 21 in the carburizing process can destroy the passive film present on the surface of the ferritic stainless steel of the article 2 to be processed. Therefore, in the nitriding step performed after the carburizing step, nitrogen is easily dissolved in the ferritic stainless steel of the article to be processed 2 as illustrated in FIG. 1B. Therefore, as illustrated in FIG. 1C, the nitride layer 3 can be sufficiently formed, and the nitride layer 3 can be formed from the surface of the workpiece 2 to a sufficiently deep portion.
  • the nitride layer 3 can cause martensitic transformation by cooling, for example, and can form a martensite phase having excellent hardness. Therefore, according to the manufacturing method of the present embodiment, the ferritic stainless steel product 1 having high hardness can be manufactured.
  • the nitriding step as described above, after the carburized layer 21 is formed, it is heated at a high temperature equal to or higher than the transformation point temperature of the ferritic stainless steel. Therefore, in the nitriding step, carbon atoms in the carburized layer 21 can be diffused into the article 2 to be processed. That is, in the nitriding step, not only the solid solution of nitrogen in the carburized layer 21 and the formation of the nitrided layer 3, but also the surface carbon concentration of the article 2 to be treated can be lowered by the diffusion of carbon atoms. This reduction in surface carbon concentration makes it possible to improve corrosion resistance. Therefore, it becomes possible to manufacture the ferritic stainless steel product 1 having excellent corrosion resistance.
  • the ferritic stainless steel product 1 As described above, by performing the nitriding step after the carburizing step, the ferritic stainless steel product 1 having excellent corrosion resistance and high hardness can be obtained.
  • Such a ferritic stainless steel product 1 can be used for various applications that require corrosion resistance and hardness. For example, automobile engine control parts, fuel system parts, and exhaust system parts can be mentioned.
  • Embodiment 2 it is an example which manufactures the disk shaped ferritic stainless steel product 1 by performing a carburizing process and a nitriding process using the heating furnace 4 illustrated in FIG.
  • the same reference numerals as those used in the above-described embodiments represent the same components as those in the above-described embodiments unless otherwise indicated.
  • the heating furnace 4 includes a carbonitriding chamber 5 and a cooling chamber 6.
  • the carbonitriding chamber 5 includes a heater (not shown), and the inside is heated by this heater.
  • the cooling chamber 6 includes an oil bath 61 for cooling and a lifting device (not shown). By this lifting device, the workpiece 2 on which the carburized layer 21 and the nitride layer 3 are formed, that is, ferritic stainless steel. Product 1 is put in and out of oil tank 61.
  • Both the carbonitriding chamber 5 and the cooling chamber 6 are connected to a vacuum pump (P) 41 and a nitrogen gas cylinder 42 that can be pressurized to atmospheric pressure or higher.
  • a carburizing gas cylinder 51 containing at least a carburizing gas such as acetylene gas is connected to the carbonitriding chamber 5 through a mass flow controller 52.
  • the mass flow controller is hereinafter referred to as MFC as appropriate.
  • the heating furnace 4 includes a transfer device capable of moving the ferritic stainless steel product 1 between the carbonitriding chamber 5 and the cooling chamber 6. In FIG. 2, illustration of the transport device is omitted.
  • a disc-shaped workpiece 2 made of ferritic stainless steel and having a diameter ⁇ 15 mm ⁇ thickness 2 mm is disposed in the carbonitriding chamber 5. did.
  • the temperature inside the carbonitriding chamber 5 was started by a heater (not shown). Then, the inside of the carbonitriding chamber 5 was heated to, for example, a carburizing temperature of 1050 ° C. (heating step). Next, while holding at this carburizing temperature for 10 minutes (soaking step), the inside of the carbonitriding chamber 5 was decompressed to a vacuum state by evacuating with the vacuum pump 41.
  • acetylene gas was introduced into the carbonitriding chamber 5 as a carburizing gas from the carburizing gas cylinder 51 at a predetermined flow rate (carburizing gas introduction process).
  • carburizing gas was introduced over 1 minute.
  • the introduction time of the carburizing gas is preferably 5 minutes or less, more preferably 3 minutes or less, and even more preferably 2 minutes or less.
  • the heater was stopped, and the ferritic stainless steel product 1 on which the carburized layer 21 and the nitrided layer 31 were formed was conveyed from the nitriding chamber 5 to the cooling chamber 6 by a conveying device (not shown). Further, in the cooling chamber 6, the ferritic stainless steel product 1 was immersed in the oil tank 61 by an elevating device (not shown), and oil cooling was performed. By this oil cooling, martensitic transformation is caused in the nitrided layer 3 of the ferritic stainless steel and a martensitic phase is formed. After oil cooling, the ferritic stainless steel product 1 was pulled up from the oil tank by the lifting device.
  • the ferritic stainless steel product 1 of the present embodiment was obtained by performing a tempering treatment.
  • the ferritic stainless steel product 1 thus obtained had excellent corrosion resistance and hardness as shown in Experimental Example 1 described later.
  • Example 1 a ferritic stainless steel product manufactured by performing a nitriding process after the carburizing process (that is, an example product) and a ferritic stainless steel product manufactured by performing a nitriding process without performing the carburizing process (that is, Evaluation of corrosion resistance and hardness of comparative product).
  • the example product is a ferritic stainless steel product produced in the same manner as in the second embodiment.
  • the comparative product is a ferritic stainless steel product produced in the same manner as in the second embodiment except that acetylene gas was not introduced.
  • FIG. 7 shows the relationship between the distance L of the example product and the Vickers hardness Hv0.1
  • FIG. 8 shows the relationship between the distance L of the comparative product and the Vickers hardness Hv0.1.
  • Hv0.1 is defined in accordance with JIS Z2244: 2009, and indicates Vickers hardness when the measurement load by the indentation is set to 0.1 kgf, that is, 0.98N.
  • the martensite phase was formed from the surface to a sufficient depth by the martensitic transformation. Therefore, as illustrated in FIG. 7, the example product exhibited high hardness from the surface to a sufficiently deep position.
  • a ferritic stainless steel product having excellent corrosion resistance and hardness can be obtained by performing the nitriding step after the carburizing step.
  • Example 2 In this example, the carbon concentration A mass% of the article to be treated before forming the carburized layer, the surface carbon concentration X C mass% of the carburized layer after the carburizing step and before the nitriding step, and after the carburizing step and before the nitriding step A preferable relationship between the thickness L C mm of the carburized layer and the thickness L N mm of the carburized layer after the nitriding step is examined.
  • FIG. 9 shows the relationship between the carbon concentration C (unit: mass%) of the material and the area ratio Sc of the discolored portion.
  • the carbon concentration is preferably 0.3% by mass or less from the viewpoint of sufficiently securing the corrosion resistance.
  • FIG. 10 shows the relationship between the carbon concentration C (unit: mass%) of the ferritic stainless steel material and the Vickers hardness Hv0.1. Specifically, a plurality of ferritic stainless steel materials having different carbon concentrations were prepared and processed into a disk shape. Next, in the same manner as in Experimental Example 1, a semi-disk shaped test piece was prepared from the disk-shaped test piece, and the Vickers hardness was measured in the same manner as in Experimental Example 1. The result is shown in FIG.
  • the higher the carbon concentration C the higher the Vickers hardness.
  • the carbon concentration is preferably 0.2% by mass or more from the viewpoint that it is required to exceed 500 Hv 0.1 in order to ensure wear resistance.
  • the C concentration distribution of the workpiece is measured by the following measuring apparatus and electron beam microanalyzer (that is, EPMA) having the measurement conditions. It was measured by.
  • EPMA electron beam microanalyzer
  • a semi-disc sample obtained by cutting a disc-like sample in the diameter direction was used.
  • the C concentration distribution was measured by measuring the C concentration in the thickness direction of the semi-disc sample.
  • Measuring device EPMA-1610 manufactured by Shimadzu Corporation ACC.
  • V 15 kV Beam diameter: 3 ⁇ m Beam current: 200 nA
  • Sampling pitch 3 ⁇ m
  • Data points 400
  • Sampling time 1 second
  • the measurement was performed at a portion where the carburized layer was formed to a sufficient depth after each of the carburizing step and the nitriding step.
  • the carbon concentration distribution was measured for the article to be processed obtained after performing the carburizing process in the same manner as in the second embodiment.
  • carbon concentration distribution was measured about the to-be-processed goods obtained by performing a nitriding process after a carburizing process. An example is shown in FIG.
  • the carbon concentration distribution is represented by a distribution curve in which the horizontal axis indicates the distance (ie, depth) from the outermost surface of the article to be processed and the vertical axis indicates the carbon concentration.
  • the vertical axis in FIG. 11 indicates the carbon concentration after the carburizing step or the carbon concentration after the nitriding step.
  • the average value of the carbon concentration from the outermost surface to the position corresponding to the beam diameter of 10 points, that is, the position of 30 ⁇ m from the outermost surface was defined as the surface carbon concentration X C.
  • the tangent line T p and the material carbon concentration A at the reference point P at which the carbon concentration is 1/3 of the outermost surface were defined as the thickness L C of the carburized layer after the carburizing step and before the nitriding step.
  • the tangent line T p at the reference point P at which the carbon concentration is 1/3 of the outermost surface and the material carbon concentration A The distance to the intersection was defined as the thickness L N of the carburized layer after the nitriding step.
  • the material carbon concentration A of the product to be processed is the original carbon concentration of the ferritic stainless steel material of the product to be processed before performing the above-mentioned carburizing process or nitriding process.
  • Diagram I The relationship between the thickness of the carburized layer after the carburizing process (ie, the depth of carburizing) and the carbon concentration is shown in Diagram I, and the relationship between the thickness of the carburized layer diffused inside after the nitriding process and the carbon concentration is shown in FIG.
  • An example of the diagram II is also shown in FIG. Diagrams I and II in FIG. 12 show linear approximation of the carbon concentration distribution curve.
  • the carbon amount taken into the article to be treated after the carburizing process is represented by a hatched area ⁇ in FIG. 12, and the carbon amount in the article to be treated after the nitriding process is represented by a hatched area ⁇ .
  • carbon taken in the carburizing step is diffused inside, so that the outermost surface carbon concentration after the nitriding step is lower than that after the carburizing step, but the amount of carbon in the article to be processed is not changed. That is, the area of the hatched area ⁇ and the area of the hatched area ⁇ in the product to be processed are the same.
  • the amount of carbon existing in the article to be treated in the nitriding step is represented by a hatched region ⁇ 1 in FIG.
  • the surface carbon concentration of the article to be processed after the nitriding step is preferably 0.3% by mass or less, in FIG.
  • the area is preferably equal to or less than ⁇ 1 .
  • the amount of carbon existing in the article to be treated in the nitriding step is represented by a hatched region ⁇ 2 in FIG.
  • the surface carbon concentration of the article to be processed after the nitriding step is preferably 0.2% by mass or more, in FIG.
  • the area is preferably equal to or less than the area of the region ⁇ 1 .
  • the material carbon concentration A mass%, the surface carbon concentration X C mass% of the carburized layer after the carburizing process and before the nitriding process, the thickness L C mm of the carburized layer after the carburizing process and before the nitriding process, and after the nitriding process Various conditions can be adjusted so that the thickness L N mm of the carburized layer satisfies the above-described preferable relationship. That is, the carburizing temperature and carburizing time in the carburizing step, the nitriding temperature and nitriding time in the nitriding step, and the like can be controlled so as to satisfy the desired relationship. Thereby, it becomes possible to obtain a ferritic stainless steel product with more excellent corrosion resistance and hardness.
  • the present disclosure is not limited to the above embodiments and experimental examples, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the disclosure.
  • the present disclosure includes various modifications and modifications within the equivalent range.
  • the shape of the article 2 to be processed is not particularly limited, and various shapes can be adopted depending on the application.

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Abstract

フェライト系ステンレス鋼製品の製造方法は、フェライト系ステンレス鋼製の被処理品（２）に浸炭層（２１）を形成することと、浸炭層を形成することの後に、Ｎ2ガスを含む雰囲気中でフェライト系ステンレス鋼の変態点以上の温度で被処理品を加熱することにより被処理品の表面に窒化層（３）を形成することと、を有する。

Description

フェライト系ステンレス鋼製品の製造方法 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１６年９月１２日に出願された日本出願番号２０１６－１７７５６８号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、フェライト系ステンレス鋼製の被処理品に対して、浸炭層を形成した後、窒化層を形成するフェライト系ステンレス鋼製品の製造方法に関する。
　従来、ステンレス鋼の表面改質方法が検討されてきた。例えば、窒素ガスを含む不活性雰囲気中で、フェライト系ステンレス鋼を窒化温度で加熱する窒化法が知られている（特許文献１参照）。
　具体的には、特許文献１においては、窒化層の安定形成のために、内壁が炭素で覆われた加熱炉内で、１１００℃よりも低い温度でフェライト系ステンレス鋼製の被処理品の表面に窒化層を形成する技術が開示されている。
特開２０１４－１８１３９７号公報
　しかしながら、従来の窒化層の形成方法においては、炭素濃度の低い被処理品に窒化層を十分に形成することができない場合がある。すなわち、十分な窒化層の形成のためには、処理対象となる被処理品が限定されてしまう。そして、窒化層を十分に形成できないと、マルテンサイト相を十分に形成することができず、フェライト系ステンレス鋼を改質させて硬度を十分に向上させることができなくなる。
　本開示は、素材の炭素濃度に関わらず、窒化層を形成させることができ、硬度の向上が可能なフェライト系ステンレス鋼製品の製造方法を提供することを目的とする。
　本開示の一態様によれば、フェライト系ステンレス鋼製品の製造方法は、フェライト系ステンレス鋼製の被処理品に浸炭層を形成することと、浸炭層を形成することの後に、Ｎ2ガスを含む雰囲気中でフェライト系ステンレス鋼の変態点以上の温度で被処理品を加熱することにより被処理品の表面に窒化層を形成することと、を有する。
　本開示の一態様によれば、被処理品に対して浸炭層を形成した後、窒化層を形成している。そのため、被処理品の炭素濃度が低くても、浸炭層を形成することにおいて、被処理品の炭素濃度を高めることができるため、窒化層を形成することにおいて十分に窒化層を形成させることが可能になる。
　また、浸炭層の形成により、フェライト系ステンレス鋼の表面に存在する不動態膜を破壊することができるため、窒化層を形成することにおいて窒素がフェライト系ステンレス鋼中に固溶しやすくなる。そのため、窒化層を十分に形成させることができ、被処理品の表面から十分に深い部位まで窒化層を形成させることができる。
　窒化層は、例えば冷却により、マルテンサイト変態を生じさせることができる。これにより、硬度の高いマルテンサイト相を形成させることができる。したがって、本開示の一態様によれば、硬度の高いフェライト系ステンレス鋼製品の製造が可能になる。
　また、窒化層を形成することにおいては、浸炭層の形成後にフェライト系ステンレス鋼の変態点温度以上という高温で加熱している。そのため、窒化層を形成することにおいては、浸炭層中の炭素原子を被処理品の内部に拡散させることができる。すなわち、窒化層を形成することにおいては、浸炭層中への窒素の固溶及び窒化層の形成だけでなく、炭素原子の拡散により被処理品の表面炭素濃度を低下させることができる。この表面炭素濃度の低下により、耐食性の向上が可能になる。すなわち、耐食性を低下させることなく、硬度を向上させることができる。したがって、硬度及び耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼製品の製造が可能になる。
　以上のように、本開示の一態様によれば、被処理品の炭素濃度に関わらず、窒化層を十分に形成させることができ、硬度の向上が可能なフェライト系ステンレス鋼製品の製造方法を提供することができる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。図面において、
実施形態１における、浸炭工程における被処理品の断面説明図。 実施形態１における、窒化工程の初期段階における被処理品の断面説明図。 実施形態１における、窒化工程の浸炭層の拡散段階及び窒化層の形成進行段階における被処理品の断面説明図。 実施形態１における、フェライト系ステンレス鋼製品の製造時における時間と、温度変化及び圧力変化との関係を示す線図。 実施形態２における加熱炉の模式図。 実験例１における、耐食性評価試験後における実施例品の表面を示す写真。 実験例１における、耐食性評価試験後における比較例品の表面を示す写真。 実験例１における、実施例品の断面組織を示す写真。 実験例１における、比較例品の断面組織を示す写真。 実験例１における、円盤状のフェライト系ステンレス鋼製品の斜視図。 実験例１における、二等分されたフェライト系ステンレス鋼製品の斜視図。 実験例１における、実施例品における表面からの距離と、ビッカース硬さとの関係を示す説明図。 実験例１における、比較例品における表面からの距離と、ビッカース硬さとの関係を示す説明図。 実験例２における、フェライト系ステンレス鋼素材の炭素含有量Ｃ質量％と、耐食性評価試験後における変色部位の面積率Ｓｃ％との関係を示す線図。 実験例２における、マルテンサイト系ステンレス鋼素材の炭素含有量Ｃ質量％と、ビッカース硬さとの関係を示す線図。 実験例２における、浸炭工程後或いは窒化工程後の炭素濃度分布曲線を示す線図。 実験例２における、浸炭工程後の浸炭層の厚みと炭素濃度との関係を示す線図Ｉ、及び窒化工程後の浸炭層の厚みと炭素濃度との関係を示す線図IIを示す図。 実験例２における、浸炭工程後の浸炭層の厚みと炭素濃度との関係を示す線図Ｉ、及び窒化工程後の浸炭層の厚みと最表面炭素濃度が０．３質量％となる場合の炭素濃度との関係を示す線図IIを示す図。 実験例２における、浸炭工程後の浸炭層の厚みと炭素濃度との関係を示す線図Ｉ、及び窒化工程後の浸炭層の厚みと最表面炭素濃度が０．２質量％となる場合の炭素濃度との関係を示す線図IIを示す図。
　（実施形態１）
　フェライト系ステンレス鋼製品の製造方法の実施形態について、図面を参照して説明する。フェライト系ステンレス鋼製品の製造にあたっては、以下の浸炭工程と窒化工程とを行う。
　図１Ａに例示されるように、浸炭工程においては、フェライト系ステンレス鋼からなる被処理品２に浸炭層２１を形成する。また、図１Ｂ及び１Ｃに例示されるように、窒化工程においては、Ｎ2ガスを含む雰囲気中でフェライト系ステンレス鋼の変態点以上の温度で被処理品２を加熱する。これにより被処理品の表面に窒化層３を形成する。以下、詳説する。
　フェライト系ステンレス鋼製の被処理品２としては、フェライト系ステンス鋼であれば特に限定されず、様々な組成のものを用いることができる。被処理品におけるフェライト系ステンレス素材は、炭素含有量が０．３質量％以下であることが好ましい。この場合には、耐食性がより向上する。この効果をより高めるという観点から、フェライト系ステンレス鋼素材の炭素含有量が０．１２質量％以下であることがより好ましく、０．０１質量％以下であることがさらに好ましい。
　浸炭工程及び窒化工程は、例えば後述の実施形態２における図３に例示されるような加熱炉４内において行うことができる。加熱炉４としては、例えばバッチ型、連続型の炉を使用することができる。
　浸炭工程における浸炭層２１の形成は、例えばガス浸炭、真空浸炭、プラズマ浸炭により行うことができる。これらの浸炭処理においては浸炭ガスを用いることができる。
　浸炭ガスとしては、飽和炭化水素ガス、不飽和炭化水素ガスなどの炭化水素ガスを用いることができる。好ましくは、アセチレンなどの不飽和炭化水素ガスがよい。この場合には、フェライト系スレンレス鋼の表面に存在する不動態膜をより破壊し易くなり、被処理品との反応性を向上させることができる。浸炭ガスとしては、上述の炭化水素ガスを単独で用いることもできるし、炭化水素ガスと例えば不活性ガスとの混合ガスを用いてもよい。
　図１Ａに例示されるように、浸炭層２１の形成は、真空浸炭により行うことが好ましい。この場合には、フェライト系ステンレス鋼製の被処理品２に浸炭ガスが取り込まれやすくなる。また、浸炭処理にプラズマ発生装置などの特別な装置を必要としないため、低コストでの浸炭が可能になる。
　図１Ｂ、１Ｃに例示されるように、窒化工程においては、Ｎ2ガスを含む雰囲気中でフェライト系ステンレス鋼の変態点以上の温度で被処理品２を加熱する。これにより被処理品２の表面に窒化層３を形成する。以下、窒化工程における加熱温度を適宜窒化温度という。
　Ｎ2ガスを含む雰囲気は、少なくともＮ2を含んでいればよく、さらに不活性ガスを含有していてもよい。また、窒化工程における雰囲気には、浸炭工程において残留した浸炭ガスが含まれていてもよい。残留浸炭ガスは少ない方がよい。好ましくは、Ｎ2ガスを含む雰囲気はＮ2ガスがよい。
　変態点とは、フェライト系ステンレス鋼素材におけるフェライト相の少なくとも一部がオーステナイト相へ変態を生じる温度である。変態点は、素材の組成によって異なるが、例えば７００～９００℃である。
　また、窒化温度は、窒素の分解温度である９００℃以上であることが好ましい。この場合には、被処理品２への窒素の固溶がより起こり易くなる。窒素の固溶をより容易にするという観点から、窒化温度は１０００℃以上であることがより好ましく、１０５０℃以上であることがさらに好ましい。
　窒化温度は、１１００℃以下であることが好ましい。この場合には、被処理品における結晶粒の粗大化を抑制し、強度の低下を抑制することができる。結晶粒の粗大化をより抑制するという観点から、窒化温度は、１０５０℃以下であることがより好ましい。
　図２に示すごとく、浸炭工程及び窒化工程は、以下の昇温工程（Ｉ）、均熱工程（II）、浸炭ガス導入工程（III）、高温窒化工程（IV）により行い、さらに窒化工程後の被処理品２の焼き入れを行う冷却工程（Ｖ）を行うことができる。図２においては、横軸は時間を示し、左縦軸は温度を示し、右縦軸は圧力を示す。また、図２における太線が温度変化を示し、細線が圧力変化を示す。
　昇温工程（Ｉ）及び均熱工程（II）においては、被処理品２を設置した例えば加熱炉の内部を浸炭温度まで昇温させて保持する。浸炭温度は、適宜決定することができるが、例えば１０００～１１００℃である。図２においては、浸炭温度と窒化温度とが同じである場合を示すが、両者は異なっていてもよい。
　浸炭ガス導入工程（III）においては、被処理品２を設置した例えば加熱炉内に浸炭ガスを供給する。これにより、被処理品２に浸炭層２１を形成する浸炭工程を実施することができる（図１Ａ参照）。浸炭ガスの導入時間は適宜決定することができる。浸炭ガス導入時間、浸炭温度は、例えば後述の実験例２に示す表面炭素濃度ＸC及び浸炭層２１の厚さＬCが所望の関係になるように適宜決定することもできる。
　図１Ｂ、図１Ｃ、図２に例示されるように、高温窒化工程（IV）においては、窒化温度で加熱炉内にＮ2ガスあるいはＮ2ガスを含むガスを供給する。これにより、被処理品２に窒化層３を形成することができる。窒化温度及び窒化時間は、被処理品に要求される硬度に応じて適宜決定することができる。窒化温度及び窒化時間は、例えば後述の浸炭工程後の表面炭素濃度ＸC、浸炭工程後の浸炭層２１の厚さＬC、及び窒化工程後の浸炭層２１の厚さＬNが所望の関係になるように適宜決定することもできる。
　図２に例示されるように、冷却工程（Ｖ）においては、被処理品２を設置した加熱炉内を窒化温度から所定の温度まで降温させる。冷却工程（Ｖ）においては、窒化層３を有する被処理品２の焼き入れを行うことが好ましい。この場合には、焼き入れにより、窒化層３に硬度の高いマルテンサイト相をより確実に、より十分に形成させることができる。焼き入れは、例えば油冷により被処理品２を急冷することにより行うことができる。
　冷却工程後には、被処理品２を例えば０℃以下の低温に冷却するサブゼロ処理を行うことが好ましい。サブゼロ処理は、深冷処理とも呼ばれる。この処理により、被処理品２の素材内部の残留オーステナイト相をマルテンサイト化させることができる。
　サブゼロ処理後には、焼き戻しを行うことが好ましい。この場合には、素材内部の不安定組織を安定化させることができる。
　本実施形態においては、上述のように浸炭工程後に窒化工程を行っている。図１Ａに例示されるように、浸炭工程における浸炭層２１の形成により、被処理品２のフェライト系ステンレス鋼の表面に存在する不動態膜を破壊することができる。そのため、浸炭工程後に行われる窒化工程においては、図１Ｂに例示されるように、窒素が被処理品２のフェライト系ステンレス鋼中に固溶しやすくなる。それ故、図１Ｃに例示されるように、窒化層３を十分に形成させることができ、被処理品２の表面から十分に深い部位まで窒化層３を形成させることができる。
　窒化層３は、例えば冷却によりマルテンサイト変態を生じさせることができ、硬度に優れたマルテンサイト相を形成することができる。したがって、本実施形態の製造方法によれば、硬度の高いフェライト系ステンレス鋼製品１の製造が可能になる。
　また、窒化工程においては、上記のごとく、浸炭層２１の形成後にフェライト系ステンレス鋼の変態点温度以上という高温で加熱している。そのため、窒化工程においては、浸炭層２１中の炭素原子を被処理品２の内部に拡散させることができる。すなわち、窒化工程においては、浸炭層２１中への窒素の固溶及び窒化層３の形成だけでなく、炭素原子の拡散により被処理品２の表面炭素濃度を低下させることができる。この表面炭素濃度の低下により、耐食性の向上が可能になる。したがって、耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼製品１の製造が可能になる。
　以上のように、浸炭工程後に窒化工程を行うことにより、耐食性に優れると共に、硬度の高いフェライト系ステンレス鋼製品１を得ることができる。このようなフェライト系ステンレス鋼製品１は、耐食性や硬度が要求される種々の用途に利用できる。例えば、自動車のエンジン制御部品、燃料系部品、排気系部品が挙げられる。
　（実施形態２）
　本実施形態においては、図３に例示される加熱炉４を用いて浸炭工程及び窒化工程を行うことにより、円盤状のフェライト系ステンレス鋼製品１を製造する例である。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
　図３に例示されるように、加熱炉４は浸炭窒化室５と冷却室６とを備える。浸炭窒化室５は、図示を省略するヒータを備えており、このヒータによって内部が加熱される。冷却室６は、冷却用の油槽６１と、図示を省略する昇降装置とを備えており、この昇降装置により、浸炭層２１及び窒化層３が形成された被処理品２、すなわち、フェライト系ステンレス製品１が油槽６１に出し入れされる。
　浸炭窒化室５及び冷却室６の双方には、真空ポンプ（Ｐ）４１と、大気圧以上に加圧可能な窒素ガスボンベ４２とが接続されている。また、浸炭窒化室５には、例えばアセチレンガスのような浸炭ガスを少なくとも含有する浸炭ガスボンベ５１がマスフローコントローラ５２を通じて接続されている。なお、マスフローコントローラを、以下適宜ＭＦＣという。また、加熱炉４は、浸炭窒化室５と冷却室６との間に、フェライト系ステンレス鋼製品１を移動可能な搬送装置を備えている。図２においては、搬送装置の図示は省略している。
　本実施形態の加熱炉４を用いたフェライト系ステンレス鋼製品１の製造にあたっては、まず、浸炭窒化室５内にフェライト系ステンレス鋼からなる直径φ１５ｍｍ×厚み２ｍｍの円盤状の被処理品２を配置した。
　次いで、図示を省略したヒータにより浸炭窒化室５内の昇温を開始した。そして、浸炭窒化室５内を例えば浸炭温度１０５０℃まで昇温させた（昇温工程）。次いで、この浸炭温度で１０分間保持しながら（均熱工程）、真空ポンプ４１で真空引きをすることにより浸炭窒化室５内を真空状態まで減圧した。
　次に、ＭＦＣ５２を調整しながら、所定の流速で浸炭ガスボンベ５１から浸炭ガスとしてアセチレンガスを浸炭窒化室５内に導入した（浸炭ガス導入工程）。本実施形態においては１分間かけて浸炭ガスを導入した。これにより、被処理品２に浸炭層２１が形成される。浸炭層２１の形成時間を短縮させることによって生産性を向上させるという観点から、浸炭ガスの導入時間は５分以下が好ましく、３分以下がより好ましく、２分以下がさらに好ましい。
　次いで、窒素ガスボンベ４２から浸炭窒化室５内に窒素ガスを導入し、浸炭窒化室５内を上述の温度１０５０℃にてさらに１２０分間保持した（高温窒化工程）。これにより、浸炭層２１が形成された被処理品に窒素を固溶させると共に、窒化層３が形成される。さらに、高温窒化工程においては、浸炭層２１の炭素が被処理品２の表面側から内部側に拡散する。
　次に、ヒータを停止させ、図示を省略する搬送装置により、浸炭層２１及び窒化層３１が形成されたフェライト系ステンレス鋼製品１を窒化室５から冷却室６へ搬送させた。さらに、冷却室６内において、図示を省略する昇降装置により、フェライト系ステンレス鋼製品１を油槽６１内に浸し、油冷を行った。この油冷により、フェライト系スレンレス鋼の窒化層３にマルテンサイト変態を生じさせ、マルテンサイト相が形成される。油冷後、昇降装置によりフェライト鋼ステンレス製品１を油槽から引き上げた。
　次いで、サブゼロ処理を行った後、焼き戻し処理を行うことにより、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼製品１を得た。このようにして得られたフェライト系ステンレス鋼製品１は、後述の実験例１に示すように、優れた耐食性と硬さとを兼ね備えていた。
　（実験例１）
　本例においては、浸炭工程後に窒化工程を行って作製したフェライト系ステンレス鋼製品（すなわち、実施例品）と、浸炭工程を行うことなく、窒化工程を行って作製したフェライト系ステンレス鋼製品（すなわち、比較例品）の耐食性と硬さの評価を行う。実施例品は、上述の実施形態２と同様にして作製したフェライト系ステンレス鋼製品である。比較例品は、アセチレンガスを導入しなかった点を除いては、上述の実施形態２と同様にして作製したフェライト系ステンレス鋼製品である。
　＜耐食性評価＞
　ＪＩＳ　Ｚ２３７１：２０００に準拠して中性塩水噴霧試験を行い、実施例品及び比較例品の耐食性を評価した。塩水の噴霧は連続で行った。試験後、表面の変色の有無を目視にて観察した。実施例品の結果を図４Ａに示し、比較例品の結果を図４Ｂに示す。
　＜硬さ評価＞
　（１）断面組織観察
　円盤状の実施例品及び比較例品を直径方向に二等分するように切断し、その断面組織を倍率１００倍の光学顕微鏡にて観察した。実施例品の断面組織写真を図５Ａに示し、比較例品の断面組織写真を図５Ｂに示す。なお、図５Ａにおける矢印は、マルテンサイト相が表面から所定の深さにおける全域に形成された領域を示す。
　（２）ビッカース硬さの測定
　実施例品及び比較例品の表面からの距離Ｌとビッカース硬さＨｖ０．１との関係を調べた。ビッカース硬さＨｖの測定にあたっては、まず、図６Ａに例示される、実施例品の円盤状のフェライト系ステンレス鋼製品１を直径方向に二等分するように切断し、図６Ｂに例示される半円盤状の試験片１０を得た。その後、図示を省略する樹脂に試験片１０を埋込み、切断面１０１を研磨した後、切断面１０１のビッカース硬さを測定した。測定は、板厚方向における試験片の表面から内部に向かう向き、すなわち、図６Ｂの矢印Ａの向きに所定の距離毎に行った。比較例品の測定方法も同様である。実施例品の距離Ｌとビッカース硬さＨｖ０．１との関係を図７に示し、比較例品の距離Ｌとビッカース硬さＨｖ０．１との関係を図８に示す。なお、Ｈｖ０．１とは、ＪＩＳ　Ｚ２２４４：２００９に準拠して規定され、圧痕による測定荷重を０．１ｋｇｆ、すなわち０．９８Ｎに設定した場合のビッカース硬さを示す。
　図４Ａに例示されるように、浸炭工程後に窒化工程を行って作製した実施例品においては、腐食によって起こる茶色、茶褐色、黒色などへの変色は、ほとんど観察されなかった。これに対し、浸炭工程を行うことなく窒化工程を行って作製した比較例品においては、変色が観察された。図４Ｂにおける斑模様部分が変色した部分である。したがって、浸炭工程後に窒化工程を行うことにより、耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼製品が得られることがわかる。
　また、図５Ａに例示されるように、浸炭工程後に窒化工程を行って作製した実施例品においては、マルテンサイト変態によりマルテンサイト相が表面から十分な深さまで形成されていた。したがって、図７に例示されるように、実施例品は、表面から十分に深い位置まで高い硬度を示した。
　これに対し、図５Ｂに例示されるように、浸炭工程を行うことなく窒化工程を行って作製した比較例品においては、マルテンサイト相が観察されなかった。そして、図８に例示されるように、比較例品は、表面硬度の上昇がなく、表面から内部まで硬度が低い。
　以上のように、本例によれば、浸炭工程後に窒化工程を行うことにより、優れた耐食性と硬さとを兼ね備えるフェライト系ステンレス鋼製品が得られることがわかる。
　（実験例２）
　本例においては、浸炭層の形成前の被処理品の炭素濃度Ａ質量％と、浸炭工程後かつ窒化工程前における浸炭層の表面炭素濃度ＸC質量％と、浸炭工程後かつ窒化工程前における浸炭層の厚さＬCｍｍと、窒化工程後の浸炭層の厚さＬNｍｍとの好ましい関係を調べる。
　まず、フェライト系ステンレス鋼素材の炭素濃度Ｃ（単位：質量％）と耐食性との関係を調べた。具体的には、上述の中性塩水噴霧試験を行った。試験後、素材表面を観察し、変色部位の面積率Ｓｃを測定した。変色部位が腐食部位である。素材の炭素濃度Ｃ（単位：質量％）と変色部位の面積率Ｓｃとの関係を図９に示す。
　図９に示されるように、炭素濃度が０．３質量％を超える場合には、腐食面積が顕著に増大して耐食性が著しく低下する。したがって、耐食性を十分に確保するという観点から、炭素濃度は０．３質量％以下が好ましいことがわかる。
　また、図１０には、フェライト系ステンレス鋼素材の炭素濃度Ｃ（単位：質量％）とビッカース硬さＨｖ０．１との関係を示す。具体的には、炭素濃度の異なる複数のフェライト系ステンレス鋼素材を準備し、これを円盤状に加工した。次いで、実験例１と同様に、円盤状の試験片から半円盤状の試験片を作製し、実験例１と同様に、ビッカース硬さを測定した。その結果を図１０に示す。
　図１０に示されるように、炭素濃度Ｃが高いほどビッカース硬さが高くなる。一般的に耐摩耗性を確保するためには、５００Ｈｖ０．１を超えることが要求されるという観点から、炭素濃度は０．２質量％以上であることが好ましいことがわかる。
　次いで、実施形態２と同様の円盤状の被処理品に浸炭工程及び窒化工程を行う過程において、被処理品のＣ濃度分布を以下の測定装置及び測定条件の電子線マイクロアナライザ（すなわち、ＥＰＭＡ）により測定した。ＥＰＭＡの測定サンプルとしては、円盤状のサンプルを直径方向に切断した半円盤状サンプルを用いた。そして、半円盤状サンプルの厚み方向のＣ濃度を測定することにより、Ｃ濃度分布の測定を行った。
　測定装置：株式会社島津製作所製のＥＰＭＡ－１６１０
　ＡＣＣ．Ｖ：１５ｋＶ
　ビーム径：３μｍ
　ビーム電流：２００ｎＡ
　サンプリングピッチ：３μｍ
　データポイント：４００
　サンプリング時間：１秒
　測定は、浸炭工程、窒化工程の各工程後に浸炭層が十分な深さまでに形成された部分で行った。具体的には、まず、実施形態２と同様にして浸炭工程を行った後に得られる被処理品について、炭素濃度分布を測定した。次いで、浸炭工程後にさらに窒化工程を行って得られる被処理品について、炭素濃度分布を測定した。その一例を図１１に示す。
　浸炭工程後の炭素濃度分布と窒化工程後の炭素濃度分布は、最表面の炭素濃度、すなわち高さが異なり、さらに素材炭素濃度Ａへと収束するまでの曲線の形状が異なるものの、図１１の例示と同様の分布曲線を描く。炭素濃度分布は、横軸を被処理品の最表面からの距離（すなわち、深さ）、縦軸を炭素濃度とする分布曲線にて表される。図１１の縦軸は、浸炭工程後の炭素濃度或いは窒化工程後の炭素濃度を示す。
　浸炭工程後かつ窒化工程前の炭素濃度分布において、最表面からビーム径１０ポイント分の位置、すなわち、最表面から３０μｍの位置までの炭素濃度の平均値を表面炭素濃度ＸCとした。
　また、図１１に例示されるように、浸炭工程後の被処理品における炭素濃度分布曲線において、炭素濃度が最表面の１／３となる基準点Ｐにおける接線Ｔpと素材炭素濃度Ａとの交点までの距離を、浸炭工程後かつ窒化工程前における浸炭層の厚さＬCとした。
　また、図１１に例示されるように、窒化工程後の被処理品における炭素濃度分布曲線において、炭素濃度が最表面の１／３となる基準点Ｐにおける接線Ｔpと素材炭素濃度Ａとの交点までの距離を、窒化工程後の浸炭層の厚さＬNとした。
　また、被処理品の素材炭素濃度Ａは、上述の浸炭工程や窒化工程を行う前の被処理品のフェライト系ステンレス鋼素材本来の炭素濃度である。
　浸炭工程後の浸炭層の厚さ（すなわち、浸炭の深さ）と炭素濃度との関係を線図Ｉに示し、窒化工程後における内部に拡散された浸炭層の厚さと炭素濃度との関係を線図IIの一例を図１２に併記する。図１２における線図Ｉ、線図IIは、炭素濃度分布曲線の直線近似を示す。
　ここで、浸炭工程後に被処理品内に取り込まれた炭素量は、図１２における斜線領域αで表され、窒化工程後の被処理品内の炭素量は斜線領域βで表される。窒化工程においては浸炭工程において取り込まれた炭素が内部に拡散されるため、窒化工程後の最表面炭素濃度は浸炭工程後に比べて低下するが、被処理品内の炭素量自体は変わらない。すなわち、被処理品内の斜線領域αの面積と斜線領域βの面積は同じとなる。
　窒化工程後における被処理品の表面炭素濃度が０．３質量％になったと仮定すると、窒化工程において被処理品中に存在する炭素量は、図１３における斜線領域β1で表される。耐食性を十分に高めるためには、上述のごとく、窒化工程後における被処理品の表面炭素濃度が０．３質量％以下であることが好ましいという観点から、図１３において、領域αの面積は領域β1の面積以下であることが好ましい。
　すなわち、（ＸC－Ａ）×ＬC×１／２≦（０．３－Ａ）×ＬN×１／２であることが好ましい。これは、（ＸC－Ａ）×ＬC≦（０．３－Ａ）×ＬNであることが好ましいことと同義である。したがって、耐食性により優れたフェライト系ステンレス鋼製品を得るためには、（ＸC－Ａ）×ＬC≦（０．３－Ａ）×ＬNであることが好ましい。
　窒化工程後における被処理品の表面炭素濃度が０．２質量％になったと仮定すると、窒化工程において被処理品中に存在する炭素量は、図１４における斜線領域β2で表される。窒化層をより安定に形成するためには、上述のごとく、窒化工程後における被処理品の表面炭素濃度が０．２質量％以上であることが好ましいという観点から、図１４において、領域αの面積は領域β1の面積以下であることが好ましい。
　すなわち、（０．２－Ａ）×ＬN×１／２≦（ＸC－Ａ）×ＬC×１／２であることが好ましい。これは、（０．２－Ａ）×ＬN≦（ＸC－Ａ）×ＬCであることが好ましいことと同義である。したがって、窒化層をより安定に形成してより硬度の高いフェライト系ステンレス鋼製品を得るためには、（０．２－Ａ）×ＬN≦（ＸC－Ａ）×ＬCであることが好ましい。
　素材炭素濃度Ａ質量％と、浸炭工程後かつ窒化工程前における浸炭層の表面炭素濃度ＸC質量％と、浸炭工程後かつ窒化工程前における浸炭層の厚さＬCｍｍと、窒化工程後の浸炭層の厚さＬNｍｍとが上述の好ましい関係を満足するように、諸条件を調整できる。すなわち、浸炭工程における浸炭温度及び浸炭時間、窒化工程における窒化温度及び窒化時間などを上記所望の関係を満足するように制御することができる。これにより、耐食性や硬度がより優れたフェライト系ステンレス製品を得ることが可能になる。
　本開示は上記各実施形態、各実験例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。例えば、被処理品２の形状は、特に限定されず、用途に応じて種々の形状のものを採用することができる。

Claims (6)

  1. 　フェライト系ステンレス鋼製の被処理品（２）に浸炭層（２１）を形成することと、
    　上記浸炭層を形成することの後に、Ｎ2ガスを含む雰囲気中で上記フェライト系ステンレス鋼の変態点以上の温度で上記被処理品を加熱することにより上記被処理品の表面に窒化層（３）を形成することと、
    　を有するフェライト系ステンレス鋼製品の製造方法。
  2. 　上記窒化層を形成することの後に、上記窒化層を有する上記被処理品の焼き入れを行うことで上記被処理品を冷却することを有する、請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼製品の製造方法。
  3. 　上記浸炭層を形成することの前の上記被処理品の炭素濃度Ａ質量％と、上記浸炭層を形成することの後かつ上記窒化層を形成することの前における上記浸炭層の表面炭素濃度ＸC質量％及び上記浸炭層の厚さＬCｍｍと、上記窒化層を形成することの後の上記浸炭層の厚さＬNｍｍとが、（ＸC－Ａ）×ＬC≦（０．３－Ａ）×ＬNの関係を満足する、請求項１又は２に記載のフェライト系ステンレス鋼製品の製造方法。
  4. 　上記浸炭層を形成することの前の上記被処理品の炭素濃度Ａ質量％と、上記浸炭層を形成することの後かつ上記窒化層を形成することの前における上記浸炭層の表面炭素濃度ＸC質量％及び上記浸炭層の厚さＬCｍｍと、上記窒化層を形成することの後の上記浸炭層の厚さＬNｍｍとが、（０．２－Ａ）×ＬN≦（ＸC－Ａ）×ＬCの関係を満足する、請求項１～３のいずれか１項に記載のフェライト系ステンレス鋼製品の製造方法。
  5. 　上記浸炭層を形成することは、上記被処理品を内部に配置した減圧条件下の加熱炉内を浸炭温度まで加熱することと、上記加熱炉内に浸炭ガスを供給することと、を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載のフェライト系ステンレス鋼製品の製造方法。
  6. 　上記浸炭ガスは、不飽和炭化水素ガスを少なくとも含有する、請求項５に記載のフェライト系ステンレス鋼製品の製造方法。
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