(57)【要約】【課題】薄肉マルエージング鋼を窒化処理し、表面硬さを十分に向上させると共に、薄肉マルエージング鋼の表面にＦｅ２  Ｎ等の白層が発生するのを抑制し、耐摩耗性や曲げ疲労強度に優れた薄肉マルエージング鋼が簡単に得られるようにする。【解決手段】薄肉マルエージング鋼１をアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において加熱させる工程と、上記の薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態で、酸素が１００〜１０００ｐｐｍの範囲で含有されたアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中に５〜１０分間の範囲で維持させる工程と、上記の薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態でアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において窒化させる工程とを行うようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉マルエージング鋼をアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において加熱させる工程と、上記の薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態で、酸素が１００〜１０００ｐｐｍの範囲で含有されたアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中に５〜１０分間の範囲で維持させる工程と、上記の薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態でアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において窒化させる工程とを有することを特徴とする薄肉マルエージング鋼の窒化処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載した薄肉マルエージング鋼の窒化処理方法において、上記のアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中におけるアンモニアガスの割合が５０〜８０ｖｏｌ％の範囲であることを特徴とする薄肉マルエージング鋼の窒化処理方法。
【請求項３】
薄肉マルエージング鋼をアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において加熱させる加熱室と、この加熱室から導かれた薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態で、酸素が１００〜１０００ｐｐｍの範囲で含有されたアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中に５〜１０分間の範囲で維持させる窒化促進室と、この窒化促進室から導かれた薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態でアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において窒化させる窒化室とを有することを特徴とする薄肉マルエージング鋼の連続窒化処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載した薄肉マルエージング鋼の連続窒化処理装置において、上記の窒化促進室に酸素又は空気を供給する酸素供給装置及びガス排出口を設けたことを特徴とする薄肉マルエージング鋼の連続窒化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）用のスチールベルト等に用いられる薄肉マルエージング鋼を窒化処理する薄肉マルエージング鋼の窒化処理方法及び薄肉マルエージング鋼を連続して窒化処理するのに使用する薄肉マルエージング鋼の連続窒化処理装置に係り、特に、窒化処理によって薄肉マルエージング鋼の表面硬さを十分に向上させると共に、薄肉マルエージング鋼の表面にＦｅ２  Ｎ等の白層が発生するのを抑制して、耐摩耗性や曲げ疲労強度に優れた薄肉マルエージング鋼が短時間で効率よく得られるようにすることを課題とするものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄肉マルエージング鋼をＣＶＴ用のスチールベルト等に用いることが行われるようになった。
【０００３】
ここで、薄肉マルエージング鋼をＣＶＴ用のスチールベルト等に用いる場合、耐摩耗性や曲げ疲労強度が十分ではないため、従来においても、薄肉マルエージング鋼の表面を窒化させる窒化処理を行い、薄肉マルエージング鋼の表面硬さを向上させて、薄肉マルエージング鋼の耐摩耗性や曲げ疲労強度を高めるようにしている。
【０００４】
そして、薄肉マルエージング鋼を窒化処理するにあたり、従来においては、一般に薄肉マルエージング鋼をアンモニアガスの雰囲気中において加熱するガス窒化法が用いられている。
【０００５】
しかし、マルエージング鋼はニッケルの含有量が高いため、ガス窒化されにくく、上記のようなガス窒化方法で薄肉マルエージング鋼を十分に窒化させるためには、その処理時間が１０〜２０時間と非常に長くなるという問題があった。
【０００６】
また、タフトライド処理方法によって薄肉マルエージング鋼を窒化させることも検討されているが、この場合、処理温度を５５０℃以上の高温にするため、過時効や変形の問題が生じた。
【０００７】
このため、最近においては、窒素ガスをベースとした雰囲気中に微量の硫化水素ガスを添加して薄肉マルエージング鋼を窒化処理するようにしたもの（例えば、特許文献１参照。）や、薄肉マルエージング鋼を窒化処理する前に、Ｈ２  Ｓガスによって薄肉マルエージング鋼の表面活性化を行うようにしたもの（例えば、特許文献２参照。）や、窒化処理炉内に少なくとも一酸化炭素を含む窒素ガスを導入して薄肉マルエージング鋼を昇温させ、その後、窒化処理炉に硫化物ガスを含むアンモニアガスを導入して薄肉マルエージング鋼を窒化温度に保持し、さらに窒化処理炉にアンモニアガスを導入して薄肉マルエージング鋼を窒化温度に保持させるようにしたもの（例えば、特許文献３参照。）等が提案されている。
【０００８】
しかし、これらの方法においても、薄肉マルエージング鋼の表面に脆い白層が発生するのを抑制すると共に、薄肉マルエージング鋼を効率よく窒化処理して、その表面硬さを十分に向上させると共に、耐摩耗性や曲げ疲労強度に優れた薄肉マルエージング鋼を短時間で得られるようにすることは困難であった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−３０６３６４号公報
【特許文献２】
特開２０００−２１９９５５号公報
【特許文献３】
特開２０００−２１９９５６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、薄肉マルエージング鋼を窒化処理する場合における上記のような問題を解決することを課題とするものであり、薄肉マルエージング鋼を効率よく窒化処理して、その表面硬さを十分に向上させると共に、薄肉マルエージング鋼の表面にＦｅ２  Ｎ等の白層が発生するのを抑制して、耐摩耗性や曲げ疲労強度に優れた薄肉マルエージング鋼が簡単に得られるようにすることを課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明における薄肉マルエージング鋼の窒化処理方法においては、上記のような課題を解決するため、薄肉マルエージング鋼をアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において加熱させる工程と、上記の薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態で、酸素が１００〜１０００ｐｐｍの範囲で含有されたアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中に５〜１０分間の範囲で維持させる工程と、上記の薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態でアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において窒化させる工程とを行うようにしたのである。
【００１２】
そして、この発明における薄肉マルエージング鋼の窒化処理方法において、上記のように薄肉マルエージング鋼をアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において加熱させた後、この薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態で、酸素が１００〜１０００ｐｐｍの範囲で含有されたアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中に５〜１０分間の範囲で維持させると、上記の酸素によりアンモニアガスの分解が促進されて活性な窒素が増え、薄肉マルエージング鋼の窒化が促進されると考えられる。
【００１３】
ここで、上記の雰囲気ガス中における酸素の濃度を１００〜１０００ｐｐｍの範囲にしたのは、１００ｐｐｍ未満では、アンモニアガスの分解が十分に行われなくて、薄肉マルエージング鋼の窒化を十分に促進させることができなくなる一方、１０００ｐｐｍを越えると、薄肉マルエージング鋼の窒化が促進されすぎて、薄肉マルエージング鋼の表面にＦｅ２  Ｎ等の脆い白層が形成されるようになるためであり、またこのように酸素を含む雰囲気ガス中に維持させる時間を５〜１０分間の範囲にしたのも、５分未満であると、薄肉マルエージング鋼の窒化を十分に促進させることができなくなる一方、１０分を越えると、薄肉マルエージング鋼の表面にＦｅ２  Ｎ等の脆い白層が形成されるようになるためである。
【００１４】
そして、上記のように薄肉マルエージング鋼を酸素が１００〜１０００ｐｐｍの範囲で含有されたアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中に５〜１０分間の範囲で維持させて、薄肉マルエージング鋼の窒化を促進させると、この薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態で、アンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において窒化させる時間を短縮させることができ、十分な表面硬さを有すると共に、Ｆｅ２  Ｎ等の脆い白層の発生がなく、耐摩耗性や曲げ疲労強度に優れた薄肉マルエージング鋼が短時間で得られるようになる。
【００１５】
また、この発明における薄肉マルエージング鋼の連続窒化処理装置においては、薄肉マルエージング鋼をアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において加熱させる加熱室と、この加熱室から導かれた薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態で、酸素が１００〜１０００ｐｐｍの範囲で含有されたアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中に５〜１０分間の範囲で維持させる窒化促進室と、この窒化促進室から導かれた薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態でアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において窒化させる窒化室とを設けるようにしたのである。
【００１６】
そして、この発明における薄肉マルエージング鋼の連続窒化処理装置を用いると、薄肉マルエージング鋼を上記のようにして連続して窒化処理させることができ、十分な表面硬さを有すると共に、Ｆｅ２  Ｎ等の脆い白層の発生がなく、耐摩耗性や曲げ疲労強度に優れた薄肉マルエージング鋼を連続して短時間で効率よく得ることができるようになる。
【００１７】
なお、この発明における薄肉マルエージング鋼の窒化処理方法及び連続窒化処理装置において、上記のアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中におけるアンモニアガスの割合が少なくなりすぎると、薄肉マルエージング鋼の窒化が抑制されて、薄肉マルエージング鋼を効率よく窒化させることができなくなる一方、アンモニアガスの割合が多くなりすぎると、薄肉マルエージング鋼の表面にＦｅ２  Ｎ等の脆い白層が形成されやすくなるため、上記の雰囲気ガス中におけるアンモニアガスの割合を５０〜８０ｖｏｌ％の範囲にすることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態に係る薄肉マルエージング鋼の窒化処理方法及び連続窒化処理装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この発明に係る薄肉マルエージング鋼の窒化処理方法及び連続窒化処理装置は下記の実施形態に示すものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。
【００１９】
この実施形態においては、図１に示すように、窒化処理する薄肉マルエージング鋼１を窒素ガス雰囲気中において収容される装入室１１と、装入室１１から導かれた薄肉マルエージング鋼１をアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において所定温度まで加熱する加熱室１２と、加熱室１２において加熱された薄肉マルエージング鋼１を加熱させた状態で、酸素が１００〜１０００ｐｐｍの範囲で含有されたアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において５〜１０分間の範囲で維持させる窒化促進室１３と、窒化促進室１３から導かれた薄肉マルエージング鋼１を複数収容させ、各薄肉マルエージング鋼１を加熱させた状態でアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において所定時間窒化させる窒化室１４と、窒化室１４から導かれた薄肉マルエージング鋼１を窒素ガス雰囲気中において降温させる降温室１５と、降温室１５から導かれた薄肉マルエージング鋼１を外部に取り出す抽出室１６とを連続して設けている。そして、上記の各室１１，１２，１３，１４，１５，１６の間にそれぞれ薄肉マルエージング鋼１を各室１１，１２，１３，１４，１５，１６間において移動させるための開閉部材１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅを設けている。
【００２０】
また、この実施形態においては、上記の窒化促進室１３に酸素を供給するための酸素供給装置１８を設け、この酸素供給装置１８から適当量の酸素を供給して、アンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中における酸素濃度が１００〜１０００ｐｐｍの範囲になるようにしている。
【００２１】
そして、この実施形態において、薄肉マルエージング鋼１を窒化処理するにあたっては、窒素ガス雰囲気になった装入室１１からバスケット等に収容された薄肉マルエージング鋼１を上記の開閉部材１７ａを通して加熱室１２に導き、この加熱室１２内において、薄肉マルエージング鋼１をアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中で所定温度、例えば４６０℃程度まで加熱させる。
【００２２】
そして、この加熱室１２と上記の窒化促進室１３との間に設けた開閉部材１７ｂを開閉させ、加熱室１１内において加熱された薄肉マルエージング鋼１を、上記のように酸素供給装置１８から適当量の酸素が供給されてアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中における酸素濃度が１００〜１０００ｐｐｍの範囲になった窒化促進室１２内に導き、この窒化促進室１２内において、上記の薄肉マルエージング鋼１を４６０℃程度に加熱させた状態で５〜１０分間の範囲で維持させるようにする。
【００２３】
その後、この窒化促進室１３内における上記の酸素を含む雰囲気ガスを、ガス排出口２０を通して排出させると共に、この窒化促進室１３内をアンモニアガスと窒素ガスとを供給して、窒化促進室１３内をアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガスの状態にする。
【００２４】
そして、このように窒化促進室１３内をアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガスにした状態で、この窒化促進室１３と窒化室１４との間に設けた開閉部材１７ｃを開閉させ、窒化促進室１３内において所定時間維持された薄肉マルエージング鋼１を窒化室１４内に導くようにする。
【００２５】
その後、この窒化室１４内において、薄肉マルエージング鋼１をアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において４６０℃程度に加熱させながら順次移動させ、上記の窒化促進室１３から順次この窒化室１４内に薄肉マルエージング鋼１を導入させて、複数の薄肉マルエージング鋼１（図に示す例では３つの薄肉マルエージング鋼１）をそれぞれ所定時間加熱させて窒化させるようにする。
【００２６】
そして、この窒化室１４と降温室１５との間に設けた開閉部材１７ｄを開閉させて、上記のように窒化室１４において所定時間窒化された薄肉マルエージング鋼１を窒素ガス雰囲気になった降温室１５に導き、この降温室１５内において、上記のように４６０℃程度に加熱された薄肉マルエージング鋼１を所定温度、例えば１００℃以下まで降温させる。
【００２７】
その後、この降温室１５と抽出室１６との間に設けた開閉部材１７ｅを開閉させて、上記のように降温された薄肉マルエージング鋼１を抽出室１６に導き、この抽出室１６から出口扉１９を通して外部に取り出すようにしている。
【００２８】
ここで、この実施形態においては、上記のように窒化促進室１３内において、加熱された状態にある薄肉マルエージング鋼１を酸素が１００〜１０００ｐｐｍの範囲で含有されたアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中に５〜１０分間の範囲で維持させるようにしたため、薄肉マルエージング鋼１の窒化が促進されて、窒化室１４内において薄肉マルエージング鋼１を窒化させるのに要する時間が短縮されるようになり、十分な表面硬さを有すると共に、Ｆｅ２  Ｎ等の脆い白層の発生がなく、耐摩耗性や曲げ疲労強度に優れた薄肉マルエージング鋼が連続して短時間で得られるようになる。
【００２９】
次に、Ｎｉが１８ｗｔ％，Ｃｏが８ｗｔ％，Ｍｏが５．５ｗｔ％，Ｔｉが０．５ｗｔ％，Ｃ及びＡｌを微量含み残部がＦｅからなり、厚みが０．２ｍｍのベルト状になった薄肉マルエージング鋼を用い、この薄肉マルエージング鋼を４６０℃程度に加熱させて上記の窒化促進及び窒化を行って、薄肉マルエージング鋼を窒化させる実験を行った。
【００３０】
ここで、この実験においては、窒化促進及び窒化を行う場合における上記のアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中におけるアンモニアガスＮＨ３の割合（ｖｏｌ％）、窒化促進を行う場合における上記の雰囲気ガス中における酸素Ｏ２  の濃度（ｐｐｍ）、上記の窒化促進時間（分）及び窒化時間（分）を下記の表１に示すように変更させて、それぞれ上記の薄肉マルエージング鋼を窒化させ、このように窒化された各薄肉マルエージング鋼における表面硬さ（Ｈｖ）、窒化層深さ（μｍ）及び白層深さ（μｍ）を求め、その結果を下記の表１に示した。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
この結果から明らかなように、薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態で、酸素が１００〜１０００ｐｐｍの範囲で含有されたアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中に５〜１０分間の範囲で維持させた後、この薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態でアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において窒化させるようにした実験８，９のものにおいては、窒化促進時間と窒化時間との合計が６０分の処理により、高い表面硬さを有すると共に、窒化層の深さも十分であり、表面にＦｅ２  Ｎ等の脆い白層が発生するということもなく、耐摩耗性や曲げ疲労強度に優れた薄肉マルエージング鋼が得られた。
【００３３】
これに対して、酸素が１００〜１０００ｐｐｍの範囲で含有されたアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において窒化促進することなく、窒化だけを行うようにした実験１〜４の場合、上記の実験８，９のものに比べて、一般に表面硬さが低くなると共に窒化層の深さも浅くなっていた。そして、十分に窒化させるためには、実験３に示すように、窒化時間を１００分と長くしなければならず、また実験４に示すように、雰囲気ガスにアンモニアガスだけを用いた場合には、表面にＦｅ２Ｎ等の脆い白層が発生した。
【００３４】
また、薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態で、酸素が１００〜１０００ｐｐｍの範囲で含有されたアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中に１０分を超えて維持させた実験５〜６のものにおいては、高い表面硬さを有すると共に、窒化層の深さも十分であったが、表面にＦｅ２Ｎ等の脆い白層が発生した。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明における薄肉マルエージング鋼の窒化処理方法においては、薄肉マルエージング鋼をアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において加熱させた後、この薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態で、酸素が１００〜１０００ｐｐｍの範囲で含有されたアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中に５〜１０分間の範囲で維持させようにしたため、上記の酸素によりアンモニアガスの分解が促進されて活性な窒素が増え、薄肉マルエージング鋼の窒化が促進されるようになった。
【００３６】
この結果、この発明における薄肉マルエージング鋼の窒化処理方法においては、薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態でアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において窒化させる時間を短縮させることができ、十分な表面硬さを有すると共に、Ｆｅ２  Ｎ等の脆い白層の発生がなく、耐摩耗性や曲げ疲労強度に優れた薄肉マルエージング鋼が短時間で得られるようになった。
【００３７】
また、この発明における薄肉マルエージング鋼の連続窒化処理装置においては、薄肉マルエージング鋼をアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において加熱させる加熱室と、この加熱室から導かれた薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態で、酸素が１００〜１０００ｐｐｍの範囲で含有されたアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中に５〜１０分間の範囲で維持させる窒化促進室と、この窒化促進室から導かれた薄肉マルエージング鋼を加熱させた状態でアンモニアガスと窒素ガスとの雰囲気ガス中において窒化させる窒化室とを設けるようにしたため、薄肉マルエージング鋼を上記のようにして連続して窒化処理させることができ、十分な表面硬さを有すると共に、Ｆｅ２  Ｎ等の脆い白層の発生がなく、耐摩耗性や曲げ疲労強度に優れた薄肉マルエージング鋼を短時間で連続して効率よく得ることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る薄肉マルエージング鋼の連続窒化処理装置を用いて薄肉マルエージング鋼を窒化処理する状態を示した概略説明図である。
【符号の説明】
１  薄肉マルエージング鋼
１１  装入室
１２  加熱室
１３  窒化促進室
１４  窒化室
１５  降温室
１６  抽出室
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ  開閉部材
１８  酸素供給装置
２０  ガス排出口
【図１】
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