(57)【要約】【課題】  低ＣＰ雰囲気でも安定して熱処理が行える方法を提供する。【解決手段】  鋼材品を保持具に保持し，ＣＰ０．８％以下の雰囲気にて熱処理するに際し，保持具の表面に形成される酸化物層の厚みを１５０μｍ以下に保つ。保持具は，例えばＳＵＳ３０４より大きい耐酸化性を有する材質からなる。また例えば，保持具の表面に形成される酸化物層の厚みが１５０μｍを超えたら，保持具の表面から酸化物層を除去するか，新しい保持具に交換しても良い。鋼材品を保持する保持具の表面に形成される酸化物層の厚みを１５０μｍ以下に保つことにより，低ＣＰ雰囲気でも安定した熱処理を操業できるようになる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材品を保持具に保持し，ＣＰ０．８％以下の雰囲気にて熱処理する方法であって，
前記保持具の表面に形成される酸化物層の厚みを１５０μｍ以下に保つことを特徴とする，熱処理方法。
【請求項２】
鋼材品を保持具に保持し，ＣＰ０．８％以下の雰囲気にて熱処理する方法であって，
前記保持具がＳＵＳ３０４より大きい耐酸化性を有する材質からなることを特徴とする，熱処理方法。
【請求項３】
前記保持具の表面に形成される酸化物層の厚みが１５０μｍを超えたら，前記保持具の表面から酸化物層を除去するか，新しい保持具に交換することを特徴とする，請求項１又は２に記載の熱処理方法。
【請求項４】
ＲＸガスを用いてＣＰ０．８％以下の雰囲気とすることを特徴とする，請求項１，２又は３に記載の熱処理方法。
【請求項５】
ＲＸガスと窒素ガスを混入することでＣＰ０．８％以下の雰囲気とすることを特徴とする，請求項１，２又は３に記載の熱処理方法。
【請求項６】
鋼材品を熱処理室で熱処理する方法であって，
前記熱処理室内に形成される酸化物層の厚みを制御することでＣＰ値の変動を抑制することを特徴とする，熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，鋼材の熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の熱処理では雰囲気制御が重要であり，かかる雰囲気制御は，熱処理雰囲気のＣＰ（カーボンポテンシャル）を制御することによって行われる。ここでＣＰとは，熱処理雰囲気の浸炭能力を示す値であり，熱処理雰囲気中のＣＯ，Ｏ２の分圧，Ｐｃｏ／Ｐｏ２１／２で表される。
【０００３】
従来，例えば特公平５−１５７８２号公報には，鋼材の浸炭熱処理において，ＣｍＨｎガスとＲＸガスの供給を制御することによりＣＰを安定させる方法が開示されている。また例えば特開昭５０−１１３４２６号公報には，加熱室の前後にチェックバルブを設けることにより，熱処理炉におけるキャリアーガスの減量をはかる方法が開示されている。これら従来技術では，熱処理雰囲気のＣＰを制御するために種々の方法がとられている。
【０００４】
【特許文献１】特公平５−１５７８２号公報
【特許文献２】特開昭５０−１１３４２６号公報
【０００５】
しかしながら，特に鋼材の調質を行う場合のようなＣＰが０．８％以下といった比較的低い低ＣＰ雰囲気においては，熱処理雰囲気のＣＰが安定せず，熱処理が不安定になりがちであった。また，コスト削減の目的で希釈したＲＸガスを供給して，低ＣＰ雰囲気で熱処理を行おうとしても，実業に困難なほど安定性に乏しかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って，本発明の目的は，低ＣＰ雰囲気でも安定して熱処理が行える方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目標を達成するために，本発明によれば，鋼材品を保持具に保持し，ＣＰ０．８％以下の雰囲気にて熱処理する方法であって，前記保持具の表面に形成される酸化物層の厚みを１５０μｍ以下に保つことを特徴とする，熱処理方法が提供される。前記保持具は，例えばＳＵＳ３０４より大きい耐酸化性を有する材質からなる。また例えば，前記保持具の表面に形成される酸化物層の厚みが１５０μｍを超えたら，前記保持具の表面から酸化物層を除去するか，新しい保持具に交換しても良い。また，ＲＸガスを用いてＣＰ０．８％以下の雰囲気としても良いし，ＲＸガスと窒素ガスを混入することでＣＰ０．８％以下の雰囲気としても良い。なお，鋼材品を熱処理室で熱処理する方法であって，前記熱処理室内に形成される酸化物層の厚みを制御することでＣＰ値を制御することを特徴とする，熱処理方法があわせて提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば，鋼材品を保持する保持具の表面に形成される酸化物層の厚みを１５０μｍ以下に保つことにより，または，保持具がＳＵＳ３０４より大きい耐酸化性を有する材質からなることにより，低ＣＰ雰囲気でも安定した熱処理を操業できるようになる。これにより，熱処理後の鋼材品の性質についてばらつきを軽減させることができる。また，希釈したＲＸガスを供給して，低ＣＰ雰囲気で熱処理を行うことが可能となり，コスト削減となる。なお，鋼材品を保持する保持具に限らず，保持具やその他の保持棚などを含めた熱処理室内の表面に形成される酸化物層の厚みを制御することでＣＰ値の変動を抑制しても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下，本発明の好ましい実施の形態を図面を参照にして説明する。図１は，熱処理装置１の概略的な構成図である。図２は，熱処理装置１内を搬送される鋼材品を保持するための保持具２の斜視図である。図３は，保持具２を構成する治具３の斜視図である。
【００１０】
図１に示すように，熱処理装置１にあっては，熱処理室１０の左右に，搬入室１１と油焼入れ室１２が接続してあり，油焼入れ室１２の右側には，更に搬出室１３が接続してある。熱処理室１０の底部には，搬送ローラ１５が並べて配置されている。後述するように，鋼材品を保持した保持具２が，この搬送ローラ１５上に載置されながら，搬送ローラ１５の回転によって，熱処理室１０内を，図１中の右向きに搬送されるようになっている。
【００１１】
熱処理室１０内の左半部は予熱ゾーン１６であり，熱処理室１０内の右半部は均熱ゾーン１７である。従って，搬送ローラ１５の回転により，鋼材品を保持した保持具２は，熱処理室１０内において，予熱ゾーン１６から均熱ゾーン１７に順次搬送される。
【００１２】
予熱ゾーン１６と均熱ゾーン１７には，ＲＸガス（ＣＯガス）及び窒素ガスを熱処理室１０内（予熱ゾーン１６内及び均熱ゾーン１７内）に供給するインレット２０，２１がそれぞれ設けてある。これらインレット２０，２１にはそれぞれバルブ２２，２３が装着してあり，各バルブ２２，２３を開くことにより，予熱ゾーン１６及び均熱ゾーン１７に対して，ＲＸガス及び窒素ガスの混合ガス，もしくはＲＸガスのみを所定の濃度で供給できるようになっている。
【００１３】
図２に示すように，この実施の形態では，保持具２は，治具３を３段に並べた状態で保持棚４に収納する構成になっている。図３に示すように，治具３は，ワイヤ部材５０を網状に組むことによって，上面が開口した容器形状に形成されている。なお治具３は，図２に示すように，ワイヤ部材５０を斜めに交差させた網目に構成しても良いし，図３に示すように，ワイヤ部材５０を立て横に交差させた網目に構成しても良い。保持棚４は，長方形状のベーストレー６０の４隅に支柱を立設し，ベーストレー６０の上方に等間隔の隙間を開けて２段の支持トレー６１を配置した構成を有している。そして，ベーストレー６０及び各支持トレー６１の上に治具３をそれぞれ載せることによって，保持棚４によって３段に重ねた状態で治具３を収納するようになっている。
【００１４】
このように保持具２を構成する治具３及び保持棚４は，いずれもＳＵＳ３０４以上の耐酸化性を有する材料からなる。即ち，治具３を構成するワイヤ部材５０と，保持棚４を構成するベーストレー６０及び各支持トレー６１は，いずれもＳＵＳ３０４以上の耐酸化性を有する材料からなる。これら治具３及び保持棚４を構成する材料の具体例として，ＳＣＨ１３等が例示される。このように，保持具２（治具３及び保持棚４）がＳＵＳ３０４以上の耐酸化性を有する材料（ＳＣＨ１３等）で構成されていることにより，後述するように，鋼材品を入れた治具３を保持棚４内に収納し，鋼材品を保持した保持具２を熱処理装置１内で搬送することにより，鋼材品を熱処理した際に，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面に形成される酸化物層の厚みが１５０μｍ以下に保たれ，低ＣＰ雰囲気でも安定した熱処理ができるようになる。
【００１５】
さて，以上のように構成された熱処理装置１において，鋼材品を熱処理する場合，先ず，鋼材品を入れた治具３を保持棚４に３段に重ねて並べた状態で収納することにより，鋼材品を保持具２に保持する。
【００１６】
そして，このように鋼材品を保持した保持具２を搬入室１１を介して熱処理室１０に搬入する。これにより，保持具２に保持された鋼材品が，搬送ローラ１５上に載置されて，熱処理室１０内を図１中の右向きに搬送され，予熱ゾーン１６から均熱ゾーン１７に搬送される。
【００１７】
熱処理室１０内において，予熱ゾーン１６では，鋼材品は所望の熱処理温度(例えば８８０℃)まで徐々に加熱されていく。一方，均熱ゾーン１７では，鋼材品は所望の熱処理温度(例えば８８０℃)に所望の時間(例えば２４分)維持され，所定の熱処理が行われる。
【００１８】
また，このように保持具２に保持された鋼材品が予熱ゾーン１６から均熱ゾーン１７に搬送されて，熱処理室１０内にて熱処理される間，各バルブ２２，２３が開かれることにより，予熱ゾーン１６及び均熱ゾーン１７には，インレット２０，２１を通じてＲＸガスと窒素ガスの混合ガス，もしくはＲＸガスが所定の濃度で供給される。これにより，熱処理室１０内は，例えばＣＰ０．８％以下の雰囲気に維持される。こうして，低ＣＰ雰囲気の熱処理室１０内において，鋼材品の熱処理が行われる。
【００１９】
そして，熱処理を終了した後，熱処理室１０内の雰囲気温度を所定の温度に下げる。その後，鋼材品（保持具２）を，熱処理室１０から焼入れ室に１２に搬送し，油焼き入れを行う。
【００２０】
焼入れ終了後，焼入れ室１２から鋼材品（保持具２）が搬出室１３に搬送され，搬出室１３から熱処理を終了した鋼材品（保持具２）が取り出される。
【００２１】
かくして，この実施の形態によれば，保持具２を構成する治具３及び保持棚４をいずれもＳＵＳ３０４以上の耐酸化性を有する材料（ＳＣＨ１３等）で構成されていることにより，以上のように熱処理を行う場合に，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面に形成される酸化物層の厚みが１５０μｍ以下に保たれ，低ＣＰ雰囲気でも安定した熱処理ができるようになる。保持具２（治具３及び保持棚４）の表面に形成される酸化物層の厚みは，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面に形成される酸化物層と保持具２（治具３及び保持棚４）の母材層との境界面の深さによって求めることができる。この酸化物層の厚みを調べるため，例えば，保持具２（治具３及び保持棚４）を切断し，その断面を１００倍程度の光学顕微鏡で拡大する。この場合，酸化物層の厚みが最小となる方向に保持具２（治具３及び保持棚４）を切断することが必要である。そして，その断面を映し出した拡大画像において，酸化物層の表面（保持具２（治具３及び保持棚４）の表面）から，酸化物層と母材層との境界部分までの最短距離を，酸化物層の厚みとして測定することができる。なお，酸化物層と母材層との境界部分は，各層の色の相違などから認識することができる。なお，ＳＵＳ３０４以上の耐酸化性を有する材料として，ＳＣＨ１３の他，ＳＵＳ３１０，ＳＵＳ３１６，ＳＣＨ１５，ＳＣＨ２０，ＳＣＨ２４なども例示される。
【００２２】
保持具２（治具３及び保持棚４）の表面に形成される酸化物層の厚みが１５０μｍを超えてしまうと，ＣＰ０．８％以下のような低ＣＰ雰囲気の熱処理室１０内において鋼材品を熱処理した場合，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面の酸化物層が還元されて酸素が放出され，熱処理室１０内の雰囲気を不安定にしてしまう。保持具２表面の酸化物層はポーラスな状態であり，熱処理室１０内に挿入する前の大気中に保持具２が置かれている際に，酸化物層の中に酸素が入り込み，熱処理室１０内での熱処理時に，酸化物層から酸素が放出され，熱処理室１０内の雰囲気を不安定にさせてしまう。
【００２３】
なお，以上の実施の形態では，保持具２（治具３及び保持棚４）をＳＵＳ３０４以上の耐酸化性を有する材料（ＳＣＨ１３等）で構成することにより，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面に形成される酸化物層の厚みを１５０μｍ以下に保つ例を説明したが，保持具２（治具３及び保持棚４）をＳＵＳ３０４やそれよりも耐酸化性が低い材料で構成した場合であっても，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面に形成される酸化物層の厚みが１５０μｍを超えたら，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面から酸化物層を除去するか，新しい保持具２（治具３及び保持棚４）に交換することによって，同様に低ＣＰ雰囲気でも安定した熱処理ができるようになる。その場合，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面のいずれかの箇所において酸化物層の厚みが１５０μｍを超えたら，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面から酸化物層を除去するか，新しい保持具２（治具３及び保持棚４）に交換することが好ましい。但し，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面において特異的に酸化が進行する箇所が一部にあるような場合は，その箇所は無視し，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面のその他の箇所において酸化物層の厚みが１５０μｍを超えたら，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面から酸化物層を除去するか，新しい保持具２（治具３及び保持棚４）に交換するようにしても良い。また，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面に現れる厚み１５０μｍ以上の酸化物層の表面積が所定の閾値（例えば保持具２（治具３及び保持棚４）の全表面の１０％）を超えたら，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面から酸化物層を除去するか，新しい保持具２（治具３及び保持棚４）に交換するようにしても良い。なお，熱処理室１０内の雰囲気を特に厳格に制御したい場合は，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面に形成される酸化物層の厚みを２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２４】
また保持具２は，必ずしも治具３及び保持棚４によって構成されていなくても良い。例えば，治具３のみで鋼材品を搬送し，熱処理室１０内にて熱処理しても良い。また，保持具２が治具３及び保持棚４によって構成される場合，保持棚４内に収納される治具３の段数は２段以下でも良いし，４段以上でも良い。
【００２５】
本発明は，特にＣＰ０．８％以下の低ＣＰ雰囲気にて鋼材品を熱処理する場合に最適である。本発明によれば，そのような低ＣＰ雰囲気において，ＣＰを設定値に対して０．０５％以下（±０．０２５％）の幅で制御することが可能となる。なお，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面に形成される酸化物層の厚みが厚くなると，雰囲気中のＣＰのばらつきが大きくなる。したがって，ＣＰのばらつきに所望の閾値（例えば０．０５％以下（±０．０２５％））を設定し，ＣＰのばらつきがその閾値を越えたら，保持具２（治具３及び保持棚４）の表面から酸化物層を除去するか，新しい保持具２（治具３及び保持棚４）に交換するようにしても良い。本発明は，特にはＣＰ０．４％以下といったより低ＣＰ雰囲気における熱処理に更に有効である。なお，そのような低ＣＰ雰囲気は，ＲＸガスを熱処理室１０内に供給するか，もしくはＲＸガスと窒素ガスを熱処理室１０内に混入することによって実現できる。
【００２６】
本発明によって熱処理を行う鋼材品としては，鉄が基材となる鋼部品であれば特に形状，重量等は問わず，表面への浸炭処理などが可能である鋼材品であれば良い。それら鋼材品に対する浸炭，調質，焼入れなどといった各種熱処理に本発明は適用できる。本発明は，特に低ＣＰ雰囲気での調質，焼入れに有効である。
【００２７】
なお，熱処理室の内部に配置されるヒーターチューブ，ローラなどが鋼材などの金属からなる場合は，それらからの酸素放出を防止するために，ヒーターチューブ，ローラなどといった炉の構成物も，保持具２（治具３及び保持棚４）と同様に，ＳＵＳ３０４以上の耐酸化性を有する材料（ＳＣＨ１３等）で構成するか，もしくはその表面に形成される酸化物層の厚みが１５０μｍを超えたら，ヒーターチューブ，ローラなどの表面から酸化物層を除去するか，新しいヒーターチューブ，ローラに交換することが好ましい。なお，保持具２（治具３及び保持棚４）やヒーターチューブ，ローラの全体をＳＵＳ３０４以上の耐酸化性を有する材料（ＳＣＨ１３等）で構成しなくても良く，炉内雰囲気に接するそれらの表面のみをＳＵＳ３０４以上の耐酸化性を有する材料（ＳＣＨ１３等）で構成したコンポジット構造としても良い。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
ＳＣＭ４４０からなるボルトを鋼材品とし，熱処理として，調質，焼き入れを実施した。実施の形態で説明したように，保持棚に３段の治具を収納した保持具にボルト（鋼材品）を８０ｋｇ保持し，熱処理室内にてボルトを調質，焼き入れした。なお，治具及び保持棚はいずれもＳＣＨ１３で製作した。また，各段の治具にはほぼ同じ重量配分でボルトを収納した。熱処理条件は，ＣＰの設定値が０．３５％であり，熱処理室内には雰囲気ガスとしてＲＸガス５０％，窒素ガス５０％の混合ガスを供給した。熱処理室内において，予熱４００℃からボルトの加熱を開始し，３６分間で徐々に８８０℃まで温度を上昇させ，８８０℃にてこう温（均熱）を２４分間行った。その後，焼入れ室に１２にて焼入れを行った。
【００２９】
熱処理を行った結果，保持具（治具及び保持棚）の表面に形成される酸化物層の厚みは４０μ程度であった。熱処理中の熱処理室内におけるＣＰのバラツキの幅は，プラス０％，マイナス０．０５％となり，ＣＰのバラツキを低く押さえられた。また，ボルト（鋼材品）の品質も，硬さバラツキが５３０に対し２０の幅となり，不良率は０％であり，ボルトの品質は従来と比べ同等以上となった。
【００３０】
（実施例２）
雰囲気ガスをＲＸ１００％とした以外は，実施例１と同様に行った。その結果，保持具（治具及び保持棚）の表面に形成される酸化物層の厚みは４０μ程度であった。また，ＣＰのバラツキは，同様に０．０５％となり不良率も０％であつた。
【００３１】
（比較例）
保持具（治具及び保持棚）をいずれもＳＵ３０４で製作した。その他は，実施例１と同様に行った。熱処理を行った結果，保持具（治具及び保持棚）の表面に形成される酸化物層の厚みは１５０μｍを超えた。また，ＣＰのバラツキは，０．１５％と大きくなり，ボルト（鋼材品）の品質も，不良率は５％となった。これら実施例１，２と比較例の結果を表１に比較して示した。
【００３２】
【表１】
2005248226.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は，鋼材品の焼きなまし，焼きならし，焼き入れなどといった熱処理に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】熱処理装置の概略的な配置図である。
【図２】保持具の説明図である。
【図３】治具の斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    熱処理装置
２    保持具
３    治具
４    保持棚
１０  熱処理室
１１  搬入室
１２  油焼入れ室１２
１３  搬出室
１５  搬送ローラ
１６  予熱ゾーン
１７  均熱ゾーン
２０，２１  インレット
２２，２３  バルブ
【図１】
2005248226.tif 000004
【図２】
2005248226.tif 000005
【図３】
2005248226.tif 000006