(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼からなる材料を焼入れ可能な温度に加熱する加熱炉と、
複数の前記材料を前記加熱炉の入口部から出口部に向かって連続的または間欠的に移動させる搬送機構と、
アルコール液を蒸発させることによりアルコール蒸気を発生させるアルコール蒸気発生器と、
前記加熱炉内を移動する前記材料に前記アルコール蒸気を吹付けるための複数のノズルを有し、前記各ノズルが前記材料の移動方向に互いに間隔を存して複数段階に分かれて配置され、前記各ノズルから噴出した前記アルコール蒸気を前記材料の周りに浸炭作用が生じるに足る濃度で存在させることにより前記アルコール中の炭素を前記材料に吸着させるアルコール蒸気吹付け部と、
前記複数の各ノズル間に形成され、前記各ノズル間の前記アルコール蒸気の濃度が前記ノズル付近の前記アルコール蒸気の濃度よりも低く、前記各ノズル間において前記材料中に前記炭素を拡散させるインターバル区間と、
前記加熱炉から取り出された前記材料を急冷し前記材料に焼入れ組織を生じさせる焼入れ手段と、
を具備したことを特徴とする浸炭装置。
【請求項２】
前記加熱炉内で発生した高温ガスの一部を前記アルコール蒸気発生器に流入させて前記アルコール液を加熱する排熱取入れ管を備えたことを特徴とする請求項１に記載の浸炭装置。
【請求項３】
前記アルコール蒸気発生器が、前記アルコール液を収容する容器部と、前記容器部に収容された前記アルコール液に一部が浸漬され前記アルコール液を含浸させる多孔質体とを有し、前記多孔質体に含浸した前記アルコール液を加熱することで前記アルコール蒸気を発生させることを特徴とする請求項１または２に記載の浸炭装置。
【請求項４】
前記アルコール蒸気発生器が、前記多孔質体に形成された流通孔と、前記流通孔に配置され前記アルコール液を加熱するための高温ガスが流れる高温ガス流路とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の浸炭装置。
【請求項５】
前記加熱炉が前記材料をオーステナイト化温度まで加熱する熱処理炉であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の浸炭装置。
【請求項６】
前記アルコール液がエチルアルコールであることを特徴とする請求項１に記載の浸炭装置。
【請求項７】
鋼からなる材料を加熱炉内にて焼入れ可能な温度に加熱し、
アルコール液を蒸発させることによりアルコール蒸気を発生させ、
前記材料を前記加熱炉の入口部から出口部に向かって連続的または間欠的に移動させ、
前記加熱炉内を移動する前記材料に前記アルコール蒸気を吹付け、該アルコール蒸気を前記材料の周りに浸炭作用が生じるに足る濃度で存在させることにより前記アルコール中の炭素を前記材料に吸着させる吸着工程と、
前記材料の周りに存在する前記アルコール蒸気の濃度を、前記吸着工程での前記アルコール蒸気の濃度よりも低くして、前記炭素を前記材料中に拡散させる工程と、
を前記加熱炉内で複数回繰返し、
前記加熱炉から取出された前記材料を急冷することにより焼入れ組織を生じさせることを特徴とする鋼製品の浸炭方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ばね部材や各種機械要素等の鋼製品に浸炭を行なう浸炭装置と浸炭方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両の軽量化を図り燃費を向上させるために、車両を構成する部品の軽量化が望まれている。車両を構成する部品の中でも懸架ばねは、単体としての重量が比較的大きく、しかも車体の重量を支える重要な部品でもある。このため懸架ばねは、高い信頼性を確保した上での軽量化が求められている。
【０００３】
熱間で製造される懸架ばねは、熱間コイリングを行なうために昇温炉にて大気中で加熱される。このため、ばねの表面近傍に程度の差こそあれ脱炭（フェライト脱炭や部分脱炭）が生じることが避けられない。脱炭が生じたばねは焼入れ硬さや焼戻し後の硬さが低下し、降伏応力の低下、ひいては疲労強度が低下する要因となっている。ばねの耐久性を高める手段としてショットピーニングが有効であるが、ショットピーニングでは被処理材（例えば懸架ばね）の降伏応力を超える圧縮残留応力を生じさせることができない。このため脱炭による降伏応力の低下は、ショットピーニングによる効果を低下させる原因ともなる。
【０００４】
懸架ばね等の鋼製品の脱炭問題を解決する１つの手段として、浸炭処理が有効である。従来の浸炭法として、固体浸炭法、液体浸炭法、変成炉式ガス浸炭法、滴注式ガス浸炭法、真空浸炭法、プラズマ浸炭法などが知られている。特に変成炉式ガス浸炭法、真空浸炭法、プラズマ浸炭法に関しては、例えば特公昭５９−１５９６４号公報（特許文献１）に開示されているように、過去に数多くの研究がなされており、制御法も確立されている。このためばね部材や歯車をはじめとする種々の工業製品に対して、これらの浸炭法が適用されている。
【０００５】
しかしながらこれらの既存の浸炭法は、ガス変成炉や専用の浸炭炉が必要であるため、既設のばね製造プロセスを行なう設備に追加で設置することが困難なケースがあるばかりでなく、多大な費用が必要となる。しかも現在工業的に用いられている浸炭法は、通常、被処理材の周囲に浸炭雰囲気ガスを保持して浸炭処理を行なうためバッチ式の処理になってしまう。これでは熱処理炉内で連続的に処理される熱間加工の鋼製品に対して浸炭処理を行なうことができない。このため開放系の大気条件下で材料を加熱する加熱炉（熱処理炉）を利用して浸炭処理を行なうことが望まれている。
【０００６】
開放系の大気条件下で浸炭処理を行なう技術として、特許文献２に開示されているように、被処理材（ワーク）を加熱する円環状の加熱コイルと、加熱された被処理材に向けて浸炭ガスを噴射するガスノズルとを備えた浸炭方法および浸炭装置が公知である。特許文献２の加熱コイルには浸炭ガスを流通させるための内部通路が形成されていて、加熱コイルの熱を利用して浸炭ガスを加熱するように構成されている。特許文献３に多孔質体の毛管給水作用を利用した過熱水蒸気発生装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭５９−１５９６４号公報
【特許文献２】特開２０１１−２６６５１号公報
【特許文献３】特許第４９２３２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ばね製造プロセス等に使用される熱処理炉（加熱炉）は、材料を開放系の大気条件下で加熱するため密閉されていない。このため既存の浸炭技術では、鋼製品の連続製造ラインを移動する材料に対して開放系の熱処理炉を使用して浸炭処理を行なうことが困難であった。特許文献２は開放系の大気条件下で浸炭処理を行なう技術であるが、浸炭処理のための専用の加熱コイルを用いて被処理材（ワーク）と浸炭ガスを加熱しているため、鋼製品の製造プロセスから切離されたバッチ処理となる。このため浸炭処理専用の設備（加熱コイル等）が必要であり、しかも加熱のための電力を必要としている。またプロパン等の爆発性のある浸炭ガスを使用するため、取り扱いに格別の配慮が必要である。
【０００９】
従って本発明の目的は、ばね部材等の鋼製品の製造プロセスにおいて行なわれる浸炭処理を省設備で安全かつ能率良く行なうことができる浸炭装置と浸炭方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つの実施形態の浸炭装置は、鋼からなる材料を焼入れ可能な温度に加熱する加熱炉と、例えばウォーキングビームやコンベア等の搬送機構と、アルコール蒸気発生器と、アルコール蒸気吹付け部と、浸炭後の材料に焼入れを行なう際に使用する焼入れ手段とを具備している。浸炭に用いるアルコールの一例はエチルアルコール（エタノール）である。加熱炉の一例は、前記材料を９８０〜１０００℃（オーステナイト化温度）まで加熱する。前記搬送機構は、複数の前記材料を前記加熱炉の入口部から出口部に向かって連続的または間欠的に移動させる。
【００１１】
前記アルコール蒸気発生器は、熱源によってアルコール液を蒸発させることによりアルコール蒸気を発生させる。前記アルコール蒸気吹付け部は、前記加熱炉内を移動する前記材料に前記アルコール蒸気を吹付けて該アルコール中の炭素を前記材料に吸着させ、かつ、炭素の拡散のためのインターバルが経過した状態において再び前記アルコール蒸気を前記材料に吹付ける。このように浸炭処理（アルコール蒸気の吹付けと、炭素の拡散）を複数回に分けて前記加熱炉内で繰返す。前記焼入れ手段は、前記加熱炉から取り出された浸炭後の前記材料を急冷し、前記材料に焼入れ組織を生じさせる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、浸炭ガスを発生させるための大掛かりな変成炉や専用の浸炭炉が不要となり、ばね製造プロセス等の鋼製品の製造プロセスにおいて行なわれる浸炭処理を省設備で安全かつ能率良く行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る浸炭装置の構成を模式的に表わした図。
【図２】浸炭処理の繰返し数が５，１０，１５，２０の場合について、それぞれの表面からの距離とビッカース硬さとの関係を表わした図。
【図３】浸炭処理の繰返し数と浸炭深さとの関係を表わした図。
【図４】浸炭処理の繰返し数が５，１０，１５，２０の場合について、それぞれの表面からの距離と炭素濃度との関係を表わした図。
【図５】第２の実施形態に係る浸炭装置の構成を模式的に表わした図。
【図６】図５に示された浸炭装置の有機化合物蒸気発生器の例を模式的に示す断面図。
【図７】有機化合物蒸気発生器の他の例を模式的に示す断面図。
【図８】図５に示された浸炭装置を用いる鋼製品の製造方法の一例を工程順に表わした図。
【図９】図８に示された製造方法の一部で浸炭工程の詳細を示す図。
【図１０】鋼製品を熱間で製造する場合の製造方法の一例を工程順に表わした図。
【図１１】（Ａ）〜（Ｇ）は、それぞれ鋼製品の例を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に第１の実施形態に係る浸炭装置について、図１から図４を参照して説明する。  
図１は、実験室レベルで実施される浸炭装置１０Ａの構成を模式的に表わしたものである。この浸炭装置１０Ａは、鋼製の材料１１を収容する容器１２と、容器１２内の材料１１を保持するホルダ１３と、材料１１を加熱する赤外線集光形のヒータ１４と、有機化合物供給系の一例であるアルコール蒸気供給系１５と、不活性ガス供給系１６と、排気ポンプ１８と、切換弁１９と、材料１１の温度を検出する温度センサ（熱電対）２０と、材料１１を焼入れる際に使用する冷却槽２１などを含んでいる。冷却槽２１には冷水２１ａが収容されている。
【００１５】
容器１２の一例は石英管からなり、上蓋１２ａと開閉可能な底蓋１２ｂとによって内部を気密に保つことができるようになっている。試験片としての材料１１の一例は、直径１２ｍｍ、長さ５０ｍｍの鋼棒（オイルテンパー線）である。オイルテンパー線の成分（wt％）は０．４１Ｃ−２．２Ｓｉ−０．８４Ｍｎ−０．１１Ｃｒ−０．１６Ｎｉ−０．２６Ｃｕ、残部Ｆｅである。容器１２とヒータ１４とによって加熱炉２５が構成されている。
【００１６】
アルコール蒸気供給系１５は、液体の有機化合物の一例であるアルコール液３０を収容する容器部としてのトレイ３１と、アルコール蒸気を発生させるアルコール蒸気発生器３２Ａと、切換弁３６などを含んでいる。アルコールの一例はエチルアルコール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）である。また、浸炭処理で使用する液体は少なくとも酸素を含む分子構造を有する有機化合物であればよい。例えば、アセトンなどのケトンや種々の酸であってもよい。
【００１７】
アルコール蒸気発生器３２Ａの一例は、連続気泡性の多孔質体の一例である多孔質ブロック（例えば耐火レンガ）３３と、多孔質ブロック３３の流通孔内に配置された電熱ヒータとを有し、多孔質ブロック３３の少なくとも一部が、トレイ３１に収容されたアルコール液３０に浸漬されている。多孔質ブロック３３内をアルコール溶液が浸透・拡散し、多孔質ブロック３３内で気化させたアルコール蒸気を混合管路３５に送り込むようになっている。
【００１８】
アルコール蒸気発生器の他の例では、熱源として電熱ヒータを用いる代わりに加熱炉２５の熱を多孔質ブロック３３に取入れるための手段（例えば加熱炉２５の熱を取入れるための配管３４）を多孔質ブロック３３に接続することにより、加熱炉２５の熱を利用して多孔質ブロック３３を加熱する。
【００１９】
アルコール蒸気発生器３２Ａによって発生させたアルコール蒸気が混合管路３５を介して容器１２内に供給されることにより、容器１２の内部をアルコール蒸気で満たすことができる。容器１２の内部においてアルコール蒸気が高温の材料１１に触れることにより、アルコール中の炭素が材料１１に吸着する。
【００２０】
不活性ガス供給系１６は、アルゴン等の不活性ガスを収容したガス供給源４０と、開閉弁４１とを含んでいる。開閉弁４１を開弁することにより、ガス供給源４０内のアルゴンガスが開閉弁４１と管路４２とを経て混合管路３５に供給される。またアルゴンガス等の不活性ガスによってアルコール蒸気を希釈することもできる。
【００２１】
容器１２内の材料１１がヒータ１４によって約１０００℃に加熱される。その温度が保たれた状態のもとで、アルコール蒸気発生器３２Ａによって発生させたアルコール蒸気が混合管路３５を介して容器１２内に供給されることにより、容器１２内にアルコール蒸気が一定時間（例えば７秒）満たされ、アルコール中の炭素が材料に吸着される。そののち切換弁３６を切換えることにより、アルコール蒸気発生器３２Ａから供給されるアルコール蒸気を遮断する。
【００２２】
そして排気ポンプ１８によって容器１２内のアルコール蒸気を排出するとともに、ガス供給源４０から供給されるアルゴンガスを容器１２の内部に満たす。容器１２の内部をアルゴンガス雰囲気にした状態のもとで、一定時間（例えば５３秒）のインターバルをとることにより、炭素を材料１１中に拡散させるとともに、材料１１の表面に煤が付着することを防ぐ。
【００２３】
こうして１回目の浸炭処理（１回目のアルコール蒸気吹付けと炭素の拡散）がなされたのち、２回目以降の浸炭処理（２回目以降のアルコール蒸気吹付けと炭素の拡散）が行なわれる。すなわち前記浸炭処理（アルコール蒸気の吹付けと炭素の拡散）を複数回繰返すことにより、材料１１の表面から１ｍｍ前後の深さに、炭素濃度が０．４〜１．２重量％の浸炭層が形成される。
【００２４】
前記浸炭処理が終了したら容器１２の底蓋１２ｂを開放し、容器１２から取出された高温（焼入れ可能な温度）の材料１１を冷却槽２１の冷水２１ａに挿入し急冷することにより、焼入れを行なう。この焼入れ処理によって、材料１１の少なくとも表層部に焼入れ組織（マルテンサイト）が形成される。
【００２５】
図２は、浸炭処理の繰返し数（ｎ）が５，１０，１５，２０の場合について、それぞれの材料表面からの距離とビッカース硬さとの関係を表わしている。なお、図２と図４に示されている“As-quenched”は浸炭処理を行わない場合である。図３は、浸炭処理の繰返し数（ｎ）と浸炭深さとの関係を表わしている。図２と図３とから、浸炭処理の繰返し数が多いほど、材料表面から深い位置まで硬化し、かつ硬さのピークが深い位置に存在していることがわかる。
【００２６】
図４は、浸炭処理の繰返し数（ｎ）が５，１０，１５，２０の場合について、それぞれの材料表面からの距離と炭素濃度との関係を表わしている。図４により、表面から約１ｍｍ付近までの表層部では、浸炭処理の回数が多いほど炭素濃度が増加し、かつ、深い位置まで炭素濃度を増加させることができることがわかる。
【００２７】
以下に第２の実施形態に係る浸炭装置について、図５と図６を参照して説明する。  
図５は、ばね製造プロセスにおいて工場レベルで浸炭を行なう浸炭装置１０Ｂを模式的に示している。この浸炭装置１０Ｂは、ばね鋼からなる材料１１を加熱する熱処理炉としての加熱炉５０と、複数の材料１１を加熱炉５０の入口部５１から出口部５２に向かって移動させる搬送機構５５と、アルコール蒸気供給系５６と、アルコール蒸気吹付け部５７と、焼入れ手段としての焼入れ槽５８などを具備している。焼入れ槽５８には水あるいは油等の焼入れ液が収容されている。
【００２８】
加熱炉５０は、都市ガス等の可燃ガスを燃焼させることによって得られる火炎（フレーム）により、材料１１を焼入れ可能な温度（例えば９８０℃）に加熱する。この加熱炉５０は、ばね部材等の鋼製品の製造プロセスにおいて、鋼製の材料１１をオーステナイト化温度まで加熱する昇温炉（熱処理炉）であり、開放系の大気条件下で材料１１を加熱するものである。加熱炉５０の加熱形式は、開放式のガス加熱炉に限定されるものではなく、例えば、ラジアントチューブを備えた間接加熱による加熱炉であってもよい。例えばラジアントチューブを用いたラジアントチューブバーナによって発生させた輻射熱を利用して炉内を加熱してもよい。
【００２９】
搬送機構５５の一例はウォーキングビームのように前進と一時停止とを交互に行なう間欠移動タイプであり、複数の材料１１を加熱炉５０の入口部５１から出口部５２に向かって図５中に矢印Ｆで示す方向に移動させるように構成されている。なお、搬送機構５５の他の形態として、連続的に無端移動するコンベアが採用されてもよい。
【００３０】
アルコール蒸気供給系５６は、図６に模式的に示すアルコール蒸気発生器３２Ｂと、排熱取入れ管６１と、アルコール蒸気供給管６２と、流量調整器６３と、不活性ガス供給部６４と、炭酸ガス供給部６５などを備えている。排熱取入れ管６１は、加熱炉５０によって発生する熱の一部をアルコール蒸気発生器３２Ｂの熱源として利用するための排熱取入れ手段として機能する。
【００３１】
アルコール蒸気発生器３２Ｂと加熱炉５０との間に流量調整器６３が配置されている。アルコール蒸気発生器３２Ｂからアルコール蒸気吹付け部５７に供給されるアルコール蒸気の量が流量調整器６３によって調整される。また必要に応じて、不活性ガス供給部６４から窒素等の不活性ガスが供給され、あるいは炭酸ガス供給部６５から二酸化炭素を供給することもできるようになっている。
【００３２】
図６に示されたアルコール蒸気発生器３２Ｂの一例は、アルコール液３０を収容した容器部の一例であるトレイ７０と、トレイ７０内のアルコール液３０を含浸する連続気泡形の多孔質体の一例である多孔質ブロック７１と、多孔質ブロック７１に形成された流通孔７２とを備えている。加熱炉５０内で発生した高温ガスの一部が、排熱取入れ管６１を介して流通孔７２に流入することにより、多孔質ブロック７１に含浸したアルコール（エチルアルコール）が気化し、アルコール蒸気供給管６２からアルコール蒸気吹付け部５７に供給される。この場合の排熱取入れ管６１は、流通孔７２の内面の少なくとも一部を加熱するための加熱手段として機能する。
【００３３】
アルコール蒸気吹付け部５７は、加熱炉５０内を移動する材料１１にアルコール蒸気を段階的に吹付けるための複数のノズル５７ａ，５７ｂ，５７ｎを含んでいる。これらのノズル５７ａ，５７ｂ，５７ｎは、搬送機構５５によって加熱炉５０内を移動する材料１１を出口部５２付近にて囲むように、材料１１の移動方向に間隔を存して複数段階に分かれて配置されている。
【００３４】
１段目のノズル５７ａは、加熱炉５０の出口部５２付近において材料１１の移動方向上流側に配置されている。２段目のノズル５７ｂは、１段目のノズル５７ａよりも材料１１の移動方向下流側に配置されている。Ｎ段目（３段目以降）のノズル５７ｎは、２段目のノズル５７ｂよりも材料１１の移動方向下流側に配置されている。
【００３５】
アルコール蒸気発生器３２Ｂによって発生したアルコール蒸気は、それぞれのノズル５７ａ，５７ｂ，５７ｎから材料１１に向かって噴出し、材料１１の周りに高濃度のアルコール蒸気を存在させる。ノズル５７ａ，５７ｂ，５７ｎ間には、実質的にアルコール蒸気の濃度がきわめて低いインターバル区間（炭素の拡散のための区間）が形成されている。
【００３６】
なお、図７はアルコール蒸気発生器の他の例を模式的に示す断面図である。図７に示されたアルコール蒸気発生器３２Ｃは、多孔質ブロック７１に形成された流通孔７２内に高温ガス流路８０が形成されている。この高温ガス流路８０に排熱取入れ管６１が接続されており、加熱炉５０内の高温ガスの一部が高温ガス流路８０を流れるようになっている。この場合の高温ガス流路８０は、流通孔７２の内面の少なくとも一部を加熱するための加熱手段として機能する。高温ガス流路８０を流れる加熱炉５０の高温ガスの熱によって、多孔質ブロック７１中のアルコール液が蒸発し、蒸発したアルコール蒸気が流通孔７２とアルコール蒸気供給管６２と流量調整器６３とを経て、アルコール蒸気吹付け部５７（図５に示す）に供給される。
【００３７】
また、ばね製造プロセスにおいて工場レベルで浸炭を行なう浸炭装置１０Ｂにおいて、アルコール蒸気発生器は、加熱炉の熱を利用せず、外部の熱源を利用するものでもよい。例えば、第１の実施形態に係るアルコール蒸気発生系のように電熱ヒータを熱源として利用してもよい。
【００３８】
図８は、ばね部材等の鋼製品を製造する製造工程の一例を示している。図８中のステップＳＴ１（加熱工程）において、例えばばね鋼等の鋼製の材料１１が加熱炉５０内で加熱される。ステップＳＴ２（浸炭工程）では、前記浸炭装置１０Ｂを用いて浸炭処理が行なわれる。図９は、図８中のステップＳＴ２（浸炭工程）の詳細を示している。
【００３９】
図９に示されるように、本実施形態の浸炭工程（ステップＳＴ２）では、加熱炉５０内を移動する材料１１が１段目のノズル５７ａ（図５に示す）と対向する位置まで移動した状態において、１段目のノズル５７ａからアルコール蒸気を材料１１に吹付けることにより、１回目の蒸気吹付け工程ＳＴ１０が行なわれ、アルコール中の炭素が材料１１に吸着する。材料１１に吸着した炭素は、１回目の拡散工程ＳＴ１１を経ることによって、ブードア反応（２ＣＯ→［Ｃ］＋ＣＯ２）等により浸炭作用が進行する。
【００４０】
１回目の拡散工程ＳＴ１１の経過後、材料１１が２段目のノズル５７ｂ（図５に示す）と対向する位置まで移動すると、２段目のノズル５７ｂが再びアルコール蒸気を材料１１に吹付けることにより、２回目の蒸気吹付け工程ＳＴ１２が行なわれ、アルコール中の炭素が材料１１に吸着する。材料１１に吸着した炭素は、２回目の拡散工程ＳＴ１３を経ることにより、再びブードア反応等によって浸炭作用が進行し、材料１１の表面付近の炭素濃度が高まる。
【００４１】
２回目の拡散工程ＳＴ１３の経過後、材料１１がＮ段目のノズル５７ｎ（図５に示す）と対向する位置まで移動すると、Ｎ段目のノズル５７ｎが再びアルコール蒸気を材料１１に吹付けることにより、Ｎ回目の蒸気吹付け工程ＳＴ１４が行なわれ、アルコール中の炭素が材料１１に吸着する。材料１１に吸着した炭素は、Ｎ回目の拡散工程ＳＴ１５を経ることより、再びブードア反応等によって浸炭作用が進行し、材料１１の表面付近の炭素濃度がさらに高まる。このように加熱炉５０内で浸炭処理（アルコール蒸気の吹付けと拡散）が複数回（Ｎ回）繰返される。
【００４２】
浸炭工程（ステップＳＴ２）によって浸炭がなされかつ高温に保たれている材料１１は、加熱炉５０の出口部５２から加熱炉５０の外部に搬送される。そして図８中のステップＳＴ３において焼入れ槽５８に投入され、焼入れ組織（マルテンサイト）が生じる温度勾配で急冷されることにより、材料１１の少なくとも表層部に焼入れ組織が形成される。
【００４３】
そののち、図８中のステップＳＴ４において焼戻しの熱処理が行なわれる。材料１１は浸炭工程を経ていることから焼戻し後も十分な硬さを有している。さらにステップＳＴ５（成形工程）において、塑性加工等によって材料１１が所定の形状（例えばコイルばねの形状）に成形される。さらにステップＳＴ６においてショットピーニングが実施され、材料１１の表面に圧縮の残留応力が付与される。また、必要に応じてセッチングや塗装等の後処理が行なわれる。ステップＳＴ７にて製品検査が行なわれてばね部材が完成する。
【００４４】
図１０は、鋼製品を熱間（再結晶温度以上）で成形する場合の製造工程の一例を示している。図１０中のステップＳＴ１（加熱工程）において、材料１１がオーステナイト化温度に加熱される。この温度が維持された状態のもとで、図１０中のステップＳＴ５（成形工程）において、材料１１が熱間で成形される。
【００４５】
熱間成形が行なわれると、材料１１の表面に程度の差こそあれ脱炭が生じる。そこで本実施形態では、熱間成形後に行なわれるステップＳＴ２（浸炭工程）において、浸炭装置１０Ｂ（図５）によって加熱炉５０内で浸炭処理が行なわれる。この場合も、図９に示されるようにアルコール蒸気の吹付けと炭素の拡散を複数回（Ｎ回）繰返すことにより、浸炭処理が段階的に行なわれる。ステップＳＴ２（浸炭工程）が終了したのち、必要に応じて焼入れと焼戻し等の熱処理（ステップＳＴ３，ＳＴ４）が行なわれ、さらにショットピーニングや検査（ステップＳＴ６，ＳＴ７）等が実施される。
【００４６】
なお、図１０に係る製造工程の説明において、ステップＳＴ２（浸炭工程）をステップＳＴ５(成形工程)の後としたが、ステップＳＴ２（浸炭工程）をステップＳＴ１(加熱工程)と同時または終了後に行うようにしても良い。
【００４７】
以上説明したように本実施形態の鋼製品の浸炭方法は下記の工程を含んでいる。  
（１）鋼からなる材料を加熱炉内にて焼入れ可能な温度に加熱し、  
（２）アルコール液を蒸発させることによりアルコール蒸気を発生させ、  
（３）前記材料を前記加熱炉の入口部から出口部に向かって連続的または間欠的に移動させ、  
（４）前記加熱炉内の前記材料に前記アルコール蒸気を吹付ける工程と炭素の拡散のための工程とを前記加熱炉内で複数回繰返し、  
（５）前記加熱炉から取り出された前記材料を急冷することにより焼入れ組織を生じさせる。
【００４８】
本実施形態の浸炭装置１０Ｂと浸炭方法によれば、浸炭ガスを発生させるための変成炉や専用の浸炭炉が不要であるため、省設備で浸炭処理を行うことができ、かつ、浸炭ガスとしてエタノール蒸気を用いるため安全である。またワーク（鋼製品）の連続生産を行なう製造ラインの一部をなす熱処理炉（加熱炉）にて熱処理とほぼ同時に浸炭処理を行なうことができるため、浸炭層を有する鋼製品を能率良く生産することができる。
【００４９】
以上説明した実施形態の浸炭装置と浸炭方法は、ばね鋼からなるばね部材をはじめとして、種々の形態の鋼製の機械要素部品に適用することができる。図１１の（Ａ）〜（Ｇ）は鋼製品の例を模式的に示している。図１１の（Ａ）はコイルばね等の巻きばね１１ａである。図１１の（Ｂ）は車両用スタビライザ１１ｂ、（Ｃ）は皿ばね１１ｃ、（Ｄ）はトーションバー１１ｄ、（Ｅ）は板ばね１１ｅを示している。これらのばね部材以外にも、例えば図１１の（Ｆ）に示す歯車１１ｆ、あるいは（Ｇ）に示すねじ部材１１ｇ等の機械要素に本発明の浸炭装置と浸炭方法が適用されてもよいし、これら以外の工業製品に適用されてもよい。要するに浸炭によって表層部に炭素濃度の高い浸炭層を形成することが望まれる鋼製品であれば本発明を適用することができる。
【００５０】
なお本発明を実施するに当たって、加熱炉や搬送機構、アルコール蒸気発生器、排熱取入れ手段、アルコール蒸気吹付け部、焼入れ手段をはじめとして、本発明に係る浸炭装置を構成する要素の具体的な構造や配置等の態様を必要に応じて種々に変更して実施できることは言うまでもない。浸炭に使用するアルコールはエチルアルコールに限定されることはなく、要するに炭化水素の水素原子を水酸基で置換した形の化合物で蒸気化することができる物質であればよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０Ａ，１０Ｂ…浸炭装置、１１…材料、１１ａ〜１１ｇ…鋼製品、３０…アルコール液（液体の有機化合物の一例）、３１…トレイ（容器部）、３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ…アルコール蒸気発生器、５０…加熱炉、５１…入口部、５２…出口部、５５…搬送機構、５６…アルコール蒸気供給系、５７…アルコール蒸気吹付け部、５７ａ，５７ｂ，５７ｎ…ノズル、５８…焼入れ槽（焼入れ手段）、６１…排熱取入れ管（排熱取入れ手段）、６２…アルコール蒸気供給管、７０…トレイ（容器部）、７１…多孔質ブロック（多孔質体）、７２…流通孔、８０…高温ガス流路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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