(57)【要約】【課題】  多種多様の熱処理を共通のシステムで行い、熱処理コストの低減を通じて軸受部品の低コスト化を図る。【解決手段】  一次熱処理装置１は、加熱機１１で軸受部品をＡ1変態点を越える温度に加熱した後、Ａ1変態点未満に冷却して軸受部品の表面に窒素富化層を形成する。この軸受部品は引き続いて二次熱処理装置２に移送され、Ａ1変態点を越えかつ一次焼入れ温度未満に加熱した後、Ａ1変態点未満に冷却される。一次熱処理装置１の後段に、コンベア３を介して二次熱処理装置２を選択的に連結可能とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製部品を、Ａ1変態点を越える温度に加熱した後、Ａ1変態点未満に冷却して表面に窒素富化層を形成する一次熱処理装置と、Ａ1変態点を越えかつ一次熱処理での加熱温度未満に加熱した後、Ａ1変態点未満に冷却する二次熱処理装置とを備え、一次熱処理装置の後段に二次熱処理装置を選択的に連結可能としたことを特徴とする熱処理システム。
【請求項２】
一次熱処理装置の後段に焼戻し機を配置し、二次焼入れ装置を、一次熱処理装置よりも後段でかつ前記焼戻し機よりも前段に連結可能とした請求項１記載の熱処理システム。
【請求項３】
一次熱処理装置が、ガス浸炭窒化させる加熱機を含む請求項１または２記載の熱処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼製部品に複合熱処理（一次熱処理および二次熱処理）を始め、各種熱処理を施すことのできる熱処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高い転動疲労寿命が求められる鋼製の機械部品、例えば転がり軸受の軸受部品に適合する熱処理方法として、特開平１５−２２６９１８号公報に記載されたものがある。これは、軸受部品用の鋼をＡ1変態点を超える浸炭窒化処理温度で浸炭窒化処理した後（一次熱処理）、Ａ1変態点未満の温度に冷却し、その後、Ａ1変態点以上で浸炭窒化処理の温度未満の焼入れ温度域（７９０℃〜８３０℃）に再加熱して焼入れを行う（二次熱処理）ものである。
【０００３】
この方法によれば、表層の浸炭窒化層の存在により軸受部品が高硬度化され、かつ再加熱時の焼入れ温度がオーステナイト結晶粒の成長が生じにくい温度に抑えられるので、オーステナイト粒径を平均粒径８μｍ以下まで微小化することができる。これにより粒界強度が増すため、転動疲労寿命の向上、さらには耐割れ性の向上等の効果が得られる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１５−２２６９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように前記公報に開示された発明では、一次と二次の合計二段の熱処理（複合熱処理）を必要とする。しかしながら、かかる複合熱処理を単一の装置で行うと、必要工程が多数にのぼるために装置が大型化し、しかもこの大型装置が複合熱処理の専用設備となるため、熱処理コストが高騰してコストアップを招く要因となる。
【０００６】
そこで、上記複合熱処理を低コストに行うことのできる熱処理システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するため、本発明にかかる熱処理システムは、鋼製部品を、Ａ1変態点を越える温度に加熱した後、Ａ1変態点未満に冷却して表面に窒素富化層を形成する一次熱処理装置と、Ａ1変態点を越えかつ一次熱処理での加熱温度未満に加熱した後、Ａ1変態点未満に冷却する二次熱処理装置とを備え、一次熱処理装置の後段に二次熱処理装置を選択的に連結可能としたものである。
【０００８】
この熱処理システムによれば、一次熱処理装置の後段に二次熱処理装置を選択的に連結可能としているので、一次熱処理装置および二次熱処理装置としての既存設備を使用することにより、上記複合熱処理を実現することができる。また、一次熱処理装置と二次熱処理装置を連結した状態で使用する他、使用者の意思に応じて両者を非連結状態とし、一次熱処理装置および二次熱処理装置のそれぞれで各熱処理を単独で行うことができる。従って、多種多様の熱処理を共通のシステムで行うことができ、各処理をそれぞれの専用設備で行う場合に比べ、設備投資を減じて低コスト化を図ることが可能となる。
【０００９】
例えば一次熱処理装置の後段に二次熱処理装置を連結した場合、まず一次熱処理装置での熱処理により、鋼製部品の表面に窒素が拡散した窒素富化層が形成される。この窒素富化層は、窒素の固溶や炭窒化物の形成を通じて鋼製部品の表面硬度向上に寄与する。この一次熱処理後は鋼組織中のオーステナイト粒が粗大化しているが、その後に二次熱処理装置で一次熱処理での加熱温度（一次加熱温度）よりも低温で熱処理を行えば、オーステナイト粒が微細化されるため、オーステナイト結晶粒度番号でいえば１０番を越える微細な結晶粒度が得られる。以上の特性から、処理後の鋼製部品の耐摩耗性や耐割れ性を向上させ、さらに転動疲労寿命の大幅な向上を図ることができる。
【００１０】
その一方、一次熱処理装置を単独で使用する場合は、鋼製部品の表面に窒素富化層を形成するための浸炭窒化装置として使用することができる他、雰囲気ガスの組成を変えることで、通常の焼入れなど、他の熱処理を行う装置としても使用することができる。また、二次熱処理装置についても単独で使用する場合は、焼入れの他、焼鈍しや焼ならし等の他の熱処理装置として使用することもできる。
【００１１】
Ａ1変態点を越える温度に加熱して熱処理する場合、焼入れ後の焼割れ防止のため、焼戻しが不可欠となる。従って、一次熱処理装置を単独で使用する場合、その後段には焼戻し機を配置する必要がある。一方、一次熱処理後に二次熱処理を行う場合、上記焼戻し機の後段に二次熱処理装置を連結することも考えられるが、一次熱処理後の鋼製部品が直ぐに二次熱処理装置でオーステナイト化温度以上に再加熱されるであれば、一次熱処理後の焼戻しは不要である。従って、二次焼入れ装置は、一次熱処理装置よりも後で、かつ一次熱処理後の焼戻しを行う焼戻し機よりも前に連結するのが望ましく、これにより一次熱処理装置のみを使用する場合は焼戻しを行って焼割れを防止する一方、一次熱処理と二次熱処理の双方を施す場合には、一次熱処理後の焼戻しを省略して熱処理コストを抑制することができる。
【００１２】
一次熱処理装置および二次熱処理装置の何れも、Ａ1変態点以上に加熱するための加熱機と、その後にＡ1変態点未満に冷却するための冷却機を基本構成として含む。但し加熱機と冷却機に限られるものではなく、両装置には、例えば冷却機で使用する焼入れ液の種類に応じて（油やソルトを使用する場合等）、部品表面に付着した焼入れ液を除去するための洗浄機を含めることもできる。
【００１３】
一次熱処理装置では、上述のようにＡ1変態点を越えて加熱することによって鋼の表面に窒素富化層が形成される。この加熱条件を満たす窒素富化層の形成手段としては、浸炭窒化処理が考えられ、コスト面や品質面を考慮すると特にガス浸炭窒化が好ましい。この場合、一次熱処理装置の加熱機としては、浸炭性ガスにアンモニアを添加した雰囲気ガスで加熱する雰囲気炉を使用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、多種多様の熱処理を行う場合でも一つのシステムで対応することができるので、個々の熱処理ごとに専用設備を設置する場合に比べて設備投資を減じることができ、熱処理コストの削減による低コスト化を図ることが可能となる。また、多品種少量生産に対し、フレキシブルに対応できる熱処理システムを構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、鋼製部品の一例として軸受部品を使用し、これに適用した本発明の一実施形態を説明する。
【００１６】
図１に本発明にかかる熱処理システムの構成を概念的に示す。図示のように、この熱処理システムは、一次熱処理装置１と二次熱処理装置２とを主要構成要素として含む。鍛造→旋削等の成形工程（図示せず）で成形された軸受部品は、一次熱処理装置１もしくは二次熱処理装置２の何れか一方のみ、または一次熱処理装置１を経て二次熱処理装置２に移送され、それぞれの装置で加熱・冷却されて熱処理が施される。
【００１７】
ここでいう軸受部品は、玉軸受、円錐ころ軸受、ころ軸受、針状ころ軸受等の転がり軸受の軸受部品を意味する。図２は、一例として外輪４１、内輪４２、および転動体４３を主要な構成要素とする深溝玉軸受４を示すものであり、これら外輪４１、内輪４２、および転動体４３がここでいう軸受部品に該当する。これら軸受部品の素材としては、ＳＵＪ２等の軸受鋼の他、Ｃ：０．６〜１．３ｗｔ％、Ｓｉ：０．３〜３．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．２〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ：０．３〜５．０ｗｔ％、Ｎｉ：０．１〜３ｗｔ％を含む（望ましくはＭｏ：０．０５〜０．２５ｗｔ％未満、Ｖ：０．０５〜１．０ｗｔ％をさらに含む）高温用の軸受鋼や、Ｃ：０．４〜０．８ｗｔ％、Ｓｉ：０．２〜０．９ｗｔ％、Ｍｎ：０．７〜１．３ｗｔ％、Ｃｒ：０．７ｗｔ％以下を含む中炭素鋼等も使用することができる。
【００１８】
一次熱処理装置１は、加熱機１１、冷却機１２、および洗浄機１３で構成される。図１では、一次熱処理装置１として連続式を例示しているが、バッチ式を使用することもできる。加熱機１１は、例えば浸炭性ガスにアンモニアを添加した雰囲気炉で構成される。この加熱機１１内では、軸受部品が図３に示すようにＡ1変態点を越える温度Ｔ１（８００℃〜９００℃、例えば８５０℃）で例えば４０分程度加熱され（一次加熱）、これにより活性状態の窒素が表層に拡散して軸受部品の表層が硬化される（ガス浸炭窒化）。加熱機１１は、基本的には表面に窒素富化層を形成することを目的とするから、少なくとも窒化すればよく、必ずしも浸炭は必要でない。但し、条件によっては、例えば脱炭が懸念される場合や使用鋼材の炭素量が少なく、十分な硬度を確保できない場合等は、窒化の他に浸炭も不可欠となる。加熱後の軸受部品は、図３に示すように冷却機１２にてＭｓ点以下に冷却（例えば油冷）され、さらに洗浄機１３に移送されて冷却液の洗浄除去が行われる。
【００１９】
図１に示すように、前工程から搬送された軸受部品Ａは、一次熱処理装置１で浸炭窒化された後、二工程のうちの何れか一方の工程に選択移送される。一方は焼戻し工程であり、この焼戻しは一時熱処理装置１の後段に配置した焼戻し機５で行われる。この焼戻し機５を経た軸受部品は、浸炭窒化品Ｂとなる。
【００２０】
他方は二次加熱工程であり、一次熱処理装置１を経た軸受部品Ａ’は、コンベヤ等の搬送手段３を介して二次熱処理装置２に移送される。この搬送手段３の上流側は一次熱処理装置１と焼戻し機５の間に、下流側は二次加熱装置２の入口にそれぞれ接続されており、これにより二次熱処理装置２が一次熱処理装置１よりも後段で焼戻し機５よりも前段に連結される。搬送手段３は常設され、その上流端には、使用者の意思に応じて一次熱処理後の軸受部品を焼戻し機５と搬送手段３の何れか一方に振り分けるための振り分け手段６が配置される。
【００２１】
二次熱処理装置２は、普通焼入れを行うもので、加熱機２１、冷却機２２、洗浄機２３、および焼戻し機２４で構成される。図１では、二次熱処理装置２として連続式を例示しているが、バッチ式を使用することもできる。加熱機２１では、図３に示すように、軸受部品Ａ’をＡ1変態点以上でかつ一次熱処理装置１での一次加熱温度Ｔ１未満の温度Ｔ２（７９０℃〜８３０℃、例えば８００℃）で例えば３０分程度加熱する（二次加熱）。この二次加熱温度は、一次加熱温度よりも低温であるで、一次加熱を経た鋼中のオーステナイト粒は微細化される。二次加熱後の軸受部品は、冷却機２２にて図３に示すようにＭｓ点以下に冷却（例えば油冷）され、さらに洗浄機２３に移送されて冷却液の洗浄除去が行われる。その後、この軸受部品は焼戻し機２４に移送され、図３に示すように適当な温度Ｔ３（例えば１８０℃）で焼戻すことにより、一次熱処理および二次熱処理を施した複合熱処理品Ｄが得られる。加熱機２１としては、電気抵抗炉、燃焼炉等の一般的な加熱炉の他、真空炉、塩浴炉、あるいは高周波加熱をはじめとする誘導加熱炉等を使用することもできる。なお、焼戻し機２４は、図１に示すように二次熱処理装置２と一体化する他、これと分離して設置することもできる。
【００２２】
以上に述べた一次加熱温度Ｔ１、二次加熱温度Ｔ２、および焼戻し温度Ｔ３は何れも鋼材として軸受鋼ＳＵＪ２を使用する場合を例示したものである。使用鋼材の種類によっては、これらの温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は上記例示と異なる温度をとる場合がある。
【００２３】
複合熱処理品Ｄでは、表層に窒素富化層（窒素含有量０．１〜０．７ｗｔ％）が形成されるため、Ｈｖ７００を越える高硬度が得られ、かつミクロ組織中のオーステナイト粒が微細化されてそのオーステナイト結晶粒度は１０番を越えるものとなる。また、破壊応力値２６５０ＭＰａ以上、鋼中の水素濃度０．５ｐｐｍ以下、残留オーステナイト量１３〜２５％という通常品を遥かに凌ぐ良好な物性値が得られる。従って、耐割れ強度、耐摩耗性等を向上させることができ、さらには転動疲労寿命の向上に顕著な効果が得られる。
【００２４】
二次熱処理装置２は、一次熱処理装置１と組み合わせるだけでなく、それ自体単独で使用することもできる。すなわち、図１に示すように、鍛造→旋削等の成形工程（図示省略）で成形された軸受部品Ｃを二次熱処理装置２に供給することにより、普通焼入れを行って普通焼入れ品Ｅを製造することもできる。この場合、加熱機２１や冷却機の温度・時間等の熱処理条件を変更することにより、焼鈍しや焼ならし等の他の熱処理を行うこともできる。
【００２５】
なお、以上の説明では、冷却機１２、２２での冷却方法として油冷を例示したが、塩浴や空冷等の他の冷却方法を採用することもでき、また、一次熱処理装置１と二次熱処理装置２で異なる冷却方法を採用することもできる。本実施形態では、何れの冷却機１２、２２でも油冷する関係で、冷却機１２、２２の後段に洗浄機１３、２３を設置しているが、水冷や空冷等の場合にはこの種の洗浄機は不要となる。
【００２６】
このように本発明では、一つのシステムで浸炭窒化品Ｂ、複合熱処理品Ｄ、および焼入れ品Ｅを選択的に製造することができる。従って、個々の熱処理品を専用設備で製造する場合に比べて設備投資を減じることができる。また、一次熱処理装置１および二次熱処理装置２としては既存設備を転用することができ、新規の設備は不要となる。以上から、多種多様の熱処理を単一システムで行うことができ、各熱処理をそれぞれの専用設備で行う場合に比べ、熱処理コストのを削減して軸受部品の低コスト化を図ることが可能となる。
【００２７】
なお、以上の説明では熱処理の対象として軸受部品を例示したが、本発明はこれに限らず、高い転動疲労寿命が要求される機械部品（例えば等速自在継手の構成部品）、さらには鋼製部品一般に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明にかかる熱処理システムの概略構成を示す断面図である。
【図２】深溝玉軸受の断面図である。
【図３】上記熱処理システムにおける熱処理のサイクル図である。
【符号の説明】
【００２９】
１      一次熱処理装置
２      二次熱処理装置
３      搬送手段
４      転がり軸受
５      焼戻し機
６      振り分け手段
１１    加熱機（一次加熱）
１２    冷却機
１３    洗浄機
２１    加熱機（二次加熱）
２２    冷却機
２３    洗浄機
２４    焼戻し機
４１    外輪
４２    内輪
４２    転動体
【図１】
2005113215.tif 000003
【図２】
2005113215.tif 000004
【図３】
2005113215.tif 000005