(57)【要約】【課題】過大なコストアップを招くことなく浸炭むらの発生を抑えるとともに、表面異常層の増加も抑制することのできる連続浸炭方法を提供する。【解決手段】被処理物の搬送方向上流側に位置する仕切扉と、この仕切扉に続いて設けられた昇温ゾーンと、この昇温ゾーンに続いて炉内搬送方向下流側に設けられた浸炭ゾーンと拡散ゾーンとを備える浸炭炉の各ゾーンに、炭化水素ガスおよびエアーを直接供給して前記浸炭ゾーンと拡散ゾーンに浸炭性雰囲気を形成し、前記被処理物に連続的に浸炭処理を施す連続浸炭方法であって、前記被処理物を昇温ゾーンに搬入して前記仕切扉を閉鎖した直後、前記昇温ゾーンに供給される炭化水素ガスおよびエアーの混合気体に、所定流量のＣＯ2ガスを、所定の時間添加することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物の搬送方向上流側に位置する仕切扉と、この仕切扉に続いて設けられた昇温ゾーンと、この昇温ゾーンに続いて炉内搬送方向下流側に設けられた浸炭ゾーンと拡散ゾーンとを備える浸炭炉の各ゾーンに、炭化水素ガスおよびエアーを直接供給して前記浸炭ゾーンと拡散ゾーンに浸炭性雰囲気を形成し、前記被処理物に連続的に浸炭処理を施す連続浸炭方法であって、
前記被処理物を昇温ゾーンに搬入して前記仕切扉を閉鎖した直後、前記昇温ゾーンに供給される炭化水素ガスおよびエアーの混合気体に、所定流量のＣＯ2ガスを、所定の時間添加することを特徴とする連続浸炭方法。
【請求項２】
被処理物の搬送方向上流側に位置する仕切扉と、この仕切扉に続いて設けられた昇温ゾーンと、この昇温ゾーンに続いて炉内搬送方向下流側に設けられた浸炭ゾーンと拡散ゾーンとを備える浸炭炉の各ゾーンに、変成炉で作製したキャリアガスを供給して前記浸炭ゾーンと拡散ゾーンに浸炭性雰囲気を形成し、前記被処理物に連続的に浸炭処理を施す連続浸炭方法であって、
前記被処理物を昇温ゾーンに搬入して前記仕切扉を閉鎖した直後、前記昇温ゾーンに供給されるキャリアガスに、所定流量のＣＯ2ガスを、所定の時間添加することを特徴とする連続浸炭方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品等に用いられる各種ギアや転がり軸受、あるいは等速ジョイント等の部品などの被処理物を、浸炭性の雰囲気ガスを流動させた炉内で加熱浸炭する連続ガス浸炭方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼部品の表面層に固溶した炭素を拡散させることにより、鉄鋼部品の表面層のみを硬化するガス浸炭方法として、変成炉を用いず、炭化水素ガスとエアーを直接炉内に供給して、この炉内で炭化水素を分解させて浸炭ガスを生成する炉内変成方式のガス浸炭方法（酸浸炭法）と、変成炉を用いて変成した吸熱型ガス（ＲＸガス）をキャリアガスとし、これに少量の炭化水素ガス（例えば、プロパンガスやブタンガス，メタンガス等）からなるエンリッチガスを添加して供給し、炉内を浸炭雰囲気とするガス浸炭法と、が知られている（例えば、特許文献１〜２等を参照。）。
【０００３】
図２に、炉内変成方式のガス浸炭を連続して行う従来の連続浸炭炉の概略構成図を示す。
連続浸炭炉には、炉の入口（炉内搬送方向上流）側に、装入室（入口パージ室）Ｐと第１仕切扉１を介して、搬送方向上流側から順に、昇温ゾーンＡ，浸炭ゾーンＢ，拡散ゾーンＣ，第２仕切扉２，降温ゾーンＤ等が設けられている。また、炉の入口（搬送方向上流）側および出口（搬送方向下流側）側にはそれぞれ入口扉１０および図示しない出口扉が設けられ、これら入口扉１０および出口扉の外側には、フレームカーテン（図示省略）が設けられている。そして、被処理物を載せたトレイが、プッシャーやローラにより搬送されながら、これらのゾーンを順次通過するように構成されている。
【０００４】
なお、炉内変成方式（酸浸炭法）の場合は、昇温Ａ，浸炭Ｂ，拡散Ｃの各ゾーンに、それぞれ所定流量の炭化水素ガスとエアーが導入できるようになっており、それらにより雰囲気ガスが構成される。また、変成炉方式の場合は、これら各ゾーンに、所定流量のキャリアガス（ＲＸガスやメタノール分解ガス）と、さらに浸炭ゾーンと拡散ゾーンには少量の炭化水素ガスが供給され、雰囲気ガスが構成される。そして、これら浸炭ゾーンと拡散ゾーンに導入する各気体の供給量を制御することにより、これらのゾーンのカーボンポテンシャルが調整されている。
【特許文献１】特開昭６３−４５３５８号公報
【特許文献２】特開２００４−３３２０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような従来の連続浸炭炉においては、ワーク（被処理物）が搬入される昇温ゾーンの温度が低いため、カーボンポテンシャルの高い浸炭ゾーンや拡散ゾーンの雰囲気ガスが昇温ゾーンに流れ込むと、まだ温度の低い被処理物の表面に煤を発生させ、いわゆるスーティングを起こすことがある。また、このスーティングに起因して、浸炭むらが発生する場合があることが知られている。
【０００６】
そこで、本出願人らは、これを解決するための予備的実験として、炉内変成方式において、昇温ゾーンに供給される炭化水素ガスとエアーのエアー量を、浸炭ゾーンおよび拡散ゾーンに比べて一定量増量する試みを行った。しかしながら、この方法では、浸炭むらが改善されたものの、ワークの合金成分であるクロムの粒界酸化によると思われる表面異常層の厚みが、従来の炉内変成方式による連続浸炭法を用いた場合に比べてやや増加してしまう結果となった。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、過大なコストアップを招くことなく、浸炭むらの発生を抑えるとともに、表面異常層の増加も抑制することのできる連続浸炭方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、被処理物の搬送方向上流側に位置する仕切扉と、この仕切扉に続いて設けられた昇温ゾーンと、この昇温ゾーンに続いて炉内搬送方向下流側に設けられた浸炭ゾーンと拡散ゾーンとを備える浸炭炉の各ゾーンに、炭化水素ガスおよびエアーを直接供給して前記浸炭ゾーンと拡散ゾーンに浸炭性雰囲気を形成し、前記被処理物に連続的に浸炭処理を施す連続浸炭方法であって、前記被処理物を昇温ゾーンに搬入して前記仕切扉を閉鎖した直後、前記昇温ゾーンに供給される炭化水素ガスおよびエアーの混合気体に、所定流量のＣＯ2ガスを、所定の時間添加することを特徴とする。
【０００９】
また、同じ目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、被処理物の搬送方向上流側に位置する仕切扉と、この仕切扉に続いて設けられた昇温ゾーンと、この昇温ゾーンに続いて炉内搬送方向下流側に設けられた浸炭ゾーンと拡散ゾーンとを備える浸炭炉の各ゾーンに、変成炉で作製したキャリアガスを供給して前記浸炭ゾーンと拡散ゾーンに浸炭性雰囲気を形成し、前記被処理物に連続的に浸炭処理を施す連続浸炭方法であって、前記被処理物を昇温ゾーンに搬入して前記仕切扉を閉鎖した直後、前記昇温ゾーンに供給されるキャリアガスに、所定流量のＣＯ2ガスを、所定の時間添加することを特徴とする。
【００１０】
本発明は、連続浸炭炉を用いて行うガス浸炭方法において、炉の搬送方向上流側仕切扉に隣接する昇温ゾーンに被処理物が搬入された直後に、この昇温ゾーンにＣＯ2ガスを添加することによって、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１１】
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、炉の搬送方向上流側の仕切扉に隣接する昇温ゾーンに被処理物が搬入され、この昇温ゾーンが比較的低温になっている時に、該昇温ゾーンにのみ、炭化水素ガスおよびエアーの混合気体に、所定量のＣＯ2ガスを所定時間添加することにより、このゾーンに供給される雰囲気ガスの酸化力を抑制し、カーボンポテンシャルを下げることが可能になる。従って、本発明の連続浸炭方法によれば、過大なコスト上昇を招くことなく、昇温ゾーンにおける浸炭むらや表面異常層の増加を防止することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明も同様に、炉の搬送方向上流側の仕切扉に隣接する昇温ゾーンに被処理物が搬入され、この昇温ゾーンが比較的低温になっている時に、該昇温ゾーンにのみ、キャリアガスに、所定量のＣＯ2ガスを所定時間添加することにより、このゾーンに供給される雰囲気ガスの酸化力を抑制し、カーボンポテンシャルを下げることが可能になる。従って、本発明の連続浸炭方法によれば、昇温ゾーンにおける浸炭むら並びに表面異常層の増加を防止することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の連続浸炭方法によれば、大掛かりな設備の変更なしに、浸炭むらと表面異常層の増加を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の連続浸炭方法によれば、最小限のコストアップで、浸炭むらの防止と、表面異常層の増加抑制を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態における炉内変成方式の連続浸炭炉の構造を示す概略構成図である。この実施形態における連続浸炭炉も、従来例とほぼ同様の構成であり、炉内搬送方向上流側および下流側の第１仕切扉１と第２仕切扉２との間に、昇温ゾーンＡ，浸炭ゾーンＢ，拡散ゾーンＣ，降温ゾーンＤが設けられている。また、昇温Ａ，浸炭Ｂ，拡散Ｃの各ゾーンには、配管３を通じて、それぞれ所定流量の炭化水素（ブタン）ガスおよびエアーが導入できるようになっている。
【００１６】
この実施形態における連続浸炭炉が従来例と異なる点は、搬送方向上流側の第１仕切扉１の直後に設けられた昇温ゾーンＡに前記キャリアガスを供給する配管３に連通して、別途追加の配管４と、この配管４に繋がるＣＯ2ボンベ等のＣＯ2ガス供給設備（図示せず）が配設されている点である。
【００１７】
［実施例］
次に、このＣＯ2ガス供給設備を備える連続浸炭炉を用いて行った試験の結果について述べる。
試験は、工程の稼動（ランニング）中に行い、下記した以外の試験条件は、通常の製品製造と同じである。
鋼種：ＳＣｒ２０，ＳＣＭ２０
ワーク（被処理物）：アウトプットシャフト，ギヤカウンタなど
ワーク単重量：０．４〜４．７ｋｇ
チャージ：１７０〜２００ｋｇ／トレー（昇温〜拡散ゾーンに１５トレー）
タクトタイム：１５〜２０分（サイクルタイム）
なお、炭化水素ガスとしてブタンを使用（ただし、メタン，プロパン等でも可）。
また、ＣＯ2ガスの添加時間は、炉の搬送方向上流側の仕切扉の閉鎖後１分間とした。
【００１８】
（実施例１）
ブタン：（エアー）：ＣＯ2＝１：（９．５〜１１）：１０  ［単位：Ｌ／ｍｉｎ］を第１仕切扉の閉鎖後１分間添加した。
（実施例２）
ブタン：（エアー）：ＣＯ2＝１：（１５）：１０  ［単位：Ｌ／ｍｉｎ］を第１仕切扉の閉鎖後１分間添加した。
（比較例１）
ブタン：（エアー）＝１：（９．５〜１１）  ［単位：Ｌ／ｍｉｎ］を供給して従来通り製造。
（比較例２）
ブタン：（エアー）＝１：（１５）  ［単位：Ｌ／ｍｉｎ］を供給して従来通り製造。
（比較例３）
ブタン：（エアー）＝１：（３０）  ［単位：Ｌ／ｍｉｎ］を供給して従来通り製造。
【００１９】
試験は、製品製造中に５日間かけて行った。その結果を「表１」に示す。
なお、結果は「浸炭むら（表面硬度）」と「表面異常層」の状態を３段階に判定したものであり、○：従来より良好，△従来と同等，×：従来より悪化を表す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
これらの結果から、ＣＯ2ガスの添加量は、炭化水素ガス供給量に分子式中の炭素数を乗じて得られる値の２．５〜５倍程度で、かつ、エアーと同程度の流量が好ましいことが分かった。すなわち、添加ＣＯ2ガスの流量は、あるワークの搬入から次のワークの搬入までの時間（タクトタイム）に比べて十分に短い時間で、昇温ゾーンの雰囲気に対する外乱（ワーク搬入時の急激な温度低下と外気の混入）の影響を解消できるとともに、その下流の浸炭ゾーンと拡散ゾーンのカーボンポテンシャルに影響が出ない程度であることが望ましい。
【００２２】
なお、上記実施例とは別に、吸熱型変成ガス（ＲＸガス）をキャリアガスとし、これに炭化水素ガス（ブタンガス）からなるエンリッチガスを添加して供給するタイプの連続浸炭炉でも、同様の試験を行ったので、その結果を記す。
【００２３】
（実施例３）ＲＸガスにＣＯ2ガスを第１仕切扉の閉鎖後１分間  １０Ｌ／ｍｉｎ添加
表面異常層の厚さの平均  ：  １３〜１４μｍ
（比較例４）ＣＯ2ガスの添加なし
表面異常層の厚さの平均  ：  １８μｍ
【００２４】
この結果から、ＲＸガスをキャリアガスとする連続浸炭炉においても、同等の効果が得られることが推察される。
【００２５】
また、本発明は、上記実施形態における例に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態における連続浸炭炉の構造を示す概略構成図である。
【図２】従来の連続浸炭炉の構造を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  （搬送方向上流側）仕切扉
２  （搬送方向下流側）仕切扉
３  配管
４  配管
１０  入口扉
Ｐ  装入室（入口パージ室）
Ａ  昇温ゾーン（＃１，＃２）
Ｂ  浸炭ゾーン（＃１，＃２）
Ｃ  拡散ゾーン
Ｄ  降温ゾーン
【図１】
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【図２】
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