(57)【要約】【課題】  一次熱処理で窒素富化層を形成し、二次熱処理で一次熱処理での加熱温度よりも低温で焼入れする熱処理システムにおいて、生産効率の向上を図る。【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。一次加熱を行う加熱機１１と二次加熱を行う加熱機２１のそれぞれで軸受部品の処理数をカウンタ１１ａ、２１ａで検出し、この検出データに基づいて両熱処理装置間の処理量差を縮小できるような加熱条件を求める。この加熱条件に応じて一、加熱機１１、２１における加熱時間を制御し、加熱機１１、２１の遊びを少なくする。【選択図】    図１
2005113219.tif 000002
【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、一次熱処理後の鋼製部品を、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、一次熱処理装置と二次熱処理装置における処理量を検出し、この検出データから両熱処理装置間の処理量差を縮小する熱処理条件を求め、この熱処理条件に基づいて一次熱処理装置および二次熱処理装置を制御する制御装置とを備えることを特徴とする熱処理システム。
【請求項２】
熱処理条件が、各熱処理装置の加熱機における加熱温度と加熱時間の少なくとも何れか一方である請求項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、鋼製部品に二段の熱処理（一次熱処理および二次熱処理）を施す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、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、一次と二次の合わせて二回の熱処理が行われる。この一次熱処理と二次熱処理は、加熱温度や加熱時間といった熱処理条件が異なるため、これら熱処理条件を互いに関連付けることなく個別独自に定めたのでは、炉の遊びが生じて生産効率の低下を招く。
【０００６】
そこで、本発明は、一次熱処理で窒素富化層を形成し、二次熱処理で一次熱処理での加熱温度よりも低温で焼入れする熱処理システムにおいて、生産効率の向上を図ることを目的とする。
【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、一次熱処理後の鋼製部品を、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、一次熱処理装置と二次熱処理装置における処理量を検出し、この検出データから両熱処理装置間の処理量差を縮小する熱処理条件を求め、この熱処理条件に基づいて一次熱処理装置および二次熱処理装置を制御する制御装置とを備えるものである。
【０００８】
この熱処理システムによれば、一次熱処理装置での熱処理により、表面に窒素が拡散した窒素富化層が形成されるので、鋼製部品の表面硬さが増す。その一方、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、その後に一次熱処理での加熱温度（一次加熱温度）よりも低温で二次熱処理が行われるため、オーステナイト粒が通常品の半分程度に微細化され、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、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。
【０００９】
本発明システムでは、制御装置によって、一次熱処理装置と二次熱処理装置における処理量の差が縮小（差が０になる場合も含む）するように個々の熱処理装置が制御されるので、一次熱処理と二次熱処理での処理量の整合性を図り、個々の熱処理設備の遊びを少なくしてシステム全体で最大限の生産効率を確保することができる。この場合、求める熱処理条件としては、炉内での加熱温度と加熱時間の少なくとも何れか一方を挙げることができる。
【００１０】
一次熱処理装置では、Ａ1変態点以上に加熱することにより、鋼の表面に窒素を富化した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。
【００１１】
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、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。さらには、一次熱処理後や二次熱処理後に焼戻しを行う場合、該当する熱処理装置に焼戻し機を組み込んで一体化することもできる。なお、一次熱処理装置でガス浸炭窒化を行う場合、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が使用される。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、一次両熱処理装置および二次熱処理装置の各設備での遊びを少なくして最大限の生産効率を確保することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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とで構成される。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および二次熱処理装置２に順次移送され、それぞれの装置で加熱・冷却されて二段の熱処理を施される。
【００１５】
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。
【００１６】
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℃）で所定時間加熱され、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、冷却機１２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１３に移送されて冷却液の洗浄除去が行われる。
【００１７】
一次熱処理装置１で浸炭窒化された軸受部品は、コンベヤ等の搬送手段３を介して二次熱処理装置２に供給される。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、一次熱処理装置１から移送された軸受部品を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℃）で所定時間加熱する（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、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Ｍｓ点以下に冷却（例えば油冷）されて焼入れされ、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、適当な温度Ｔ３（例えば１８０℃）で焼戻される。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、図示の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。
【００１８】
一次熱処理装置１および二次熱処理装置２の加熱機１１、１２の炉内では、ラインを流れる軸受部品の数がそれぞれカウンタ１１ａ、２１ａで測定される。この測定値はコンピュータ等の制御装置５に伝送され、両熱処理装置１、２における単位時間あたりの処理量がそれぞれ演算される。制御装置では演算値を比較し、その差が無くなるか、あるいは少なくなるような加熱条件を求め、求めた加熱条件を実現できるように加熱機１１、２１をフィードバック制御する。加熱条件の一例として、加熱機１１、１２における加熱温度や加熱時間が考えられ、制御装置５は、このうちの何れか一方または双方の最適値を現状データに基づいて演算し、演算結果に応じて炉の出力もしくは炉内コンベアの搬送速度を制御する。
【００１９】
一次熱処理装置１や二次熱処理装置２がバッチ式の場合でも、１サイクルあたりの処理数を計測して、その処理量差が縮小するよう同様の演算処理を行うことにより、加熱機１１、２１の加熱条件をフィードバック制御することができる。
【００２０】
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。一次熱処理装置１の冷却機１２では、軸受部品を５００℃程度で恒温保持してもよい。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。
【００２１】
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。
【００２２】
以上の過程で熱処理された軸受部品では、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、軸受部品の破壊応力値２６５０ＭＰａ以上、鋼中の水素濃度０．５ｐｐｍ以下、鋼中の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、以上から耐割れ強度、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。
【００２３】
本発明システムでは、上述のように制御装置５によって、一次熱処理装置１と二次熱処理装置２における各加熱機１１、２１での処理量の差が縮小するように加熱条件を制御しているので、一次熱処理装置１における処理量と二次熱処理装置における処理量を整合させることができる。従って、個々の加熱装置１１、２１での遊びを少なくし、炉の有効稼動を通じてシステム全体で最大限の生産効率を確保することができる。
【００２４】
以上の説明では、加熱機１１、２１における軸受部品の処理数をカウンタ１１ａ、２１ａで計測しているが、処理数の計測は、各熱処理装置１、２のライン中で加熱機１１、２１以降の箇所、例えば洗浄機１３、２３から搬出される洗浄済み品の数をカウントすることによっても行うことができる。また、処理量差を縮小するための制御対象としては、加熱機１１、２１における加熱条件の他、冷却機１２、２２における冷却条件（冷却時間、冷却速度等）を始めとする他の熱処理条件も挙げることができる。また、図１は加熱機１１、１２をそれぞれ一機ずつ配置した場合を例示しているが、両者を一機対複数機、複数機対一機、あるいは複数機対複数機の関係にすることもできる。その場合でも、制御装置５により中央で各機を集中制御（管理）することができ、システム全体で最大限の生産効率を確保することができる
【００２５】
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】
【００２６】
【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】
【００２７】
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      制御装置
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】
2005113219.tif 000003
【図２】
2005113219.tif 000004
【図３】
2005113219.tif 000005