(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）浸窒雰囲気中のアンモニアガス分圧と、前記雰囲気中に置かれた被処理品の窒素濃度との間の、前記雰囲気の温度に依存する相関関係を求めておき、
（２）実際の浸窒処理における雰囲気中のアンモニアガス分圧と、前記実際の雰囲気の温度と、を計測し、
（３）アンモニアガス分圧の前記計測値と、雰囲気の温度の前記計測値と、前記相関関係と、に基づいて、雰囲気が有する浸窒(窒化)能力（窒化ポテンシャル）を演算し、
（４）前記窒化ポテンシャルの演算値と被処理品の窒素濃度の目標値とを比較して、
（５）被処理品の窒素濃度が前記目標値となるように前記雰囲気中へのアンモニアガスの供給量を制御する浸窒処理方法であって、
前記相関関係が、
窒化ポテンシャル（％）
＝ａ（Ｔ）×Ｉｎ（ＰＮＨ３）＋ｂ（Ｔ）
Ｉｎ：自然対数
ＰＮＨ３：アンモニアガス分圧
ａ（Ｔ），ｂ（Ｔ）：浸窒温度Ｔに依存する変数
で表される、浸窒処理方法。
【請求項２】
（イ）浸窒雰囲気中のアンモニアガス分圧と、前記雰囲気中に置かれた特定の被処理品の窒素濃度との間の、前記雰囲気の温度に依存する相関関係を求め、
（ロ）さらに被処理品の浸窒性を、被処理品の種類毎に、特定の被処理品の浸窒性を基準として関連付け、
（ハ）実際の浸窒処理における雰囲気中のアンモニアガス分圧と、前記実際の雰囲気の温度と、を計測し、
（ニ）アンモニアガス分圧の前記計測値と、雰囲気の温度の前記計測値と、前記相関関係と、前記関連付けと、に基づいて、雰囲気が有する浸窒(窒化)能力（窒化ポテンシャル）を演算し、
（ホ）前記窒化ポテンシャルの演算値と被処理品の窒素濃度の目標値とを比較して、
（ヘ）被処理品の窒素濃度が前記目標値となるように前記雰囲気中へのアンモニアガスの供給量を制御する浸窒処理方法であって、
前記相関関係が、
窒化ポテンシャル（％）
＝ａ（Ｔ）×Ｉｎ（ＰＮＨ３）＋ｂ（Ｔ）
Ｉｎ：自然対数
ＰＮＨ３：アンモニアガス分圧
ａ（Ｔ），ｂ（Ｔ）：浸窒温度Ｔに依存する変数
で表される、浸窒処理方法。
【請求項３】
前記（３）または（ニ）のプロセスにおいて、浸窒処理時間の関数として示される時間補正を加味し、浸窒処理時間の長短にかかわらず前記（３）または（ニ）の演算値が被処理品の浸窒処理後の窒素濃度を示すようにせしめる、請求項１又は２に記載の浸窒処理方法。
【請求項４】
前記浸窒処理が浸炭をともなう浸炭窒化処理であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の浸窒処理方法。
【請求項５】
装入された被処理品に浸窒処理を施すための処理炉と、該炉内へのアンモニアガスの供給量を制御する流量制御弁と、前記炉内に供給されるアンモニアガスの流量を検出する流量計と、前記炉内のアンモニアガス分圧を検出するアンモニアガス分析計と、前記炉内の温度を検出する温度センサと、前記流量制御弁を制御する制御装置と、を備えている浸窒処理装置であって、
前記制御装置は、
前記アンモニアガス分析計及び前記温度センサの各検出値と、
前記炉内のアンモニアガス分圧と前記炉内に配置した被処理品の窒素濃度との間の、前記炉内の温度に依存する、予め求めた相関関係と、
に基づいて、雰囲気が有する浸窒(窒化)能力（窒化ポテンシャル）を演算し、
前記演算値と被処理品の窒素濃度の目標値とを比較して、被処理品の窒素濃度が前記目標値となるように前記流量制御弁を制御し、
前記予め求めた相関関係が、
窒化ポテンシャル（％）
＝ａ（Ｔ）×Ｉｎ（ＰＮＨ３）＋ｂ（Ｔ）
Ｉｎ：自然対数
ＰＮＨ３：アンモニアガス分圧
ａ（Ｔ），ｂ（Ｔ）：浸窒温度Ｔに依存する変数
で表される、浸窒処理装置。
【請求項６】
装入された被処理品に浸窒処理を施すための処理炉と、該炉内へのアンモニアガスの供給量を制御する流量制御弁と、前記炉内に供給されるアンモニアガスの流量を検出する流量計と、前記炉内のアンモニアガス分圧を検出するアンモニアガス分析計と、前記炉内の温度を検出する温度センサと、前記流量制御弁を制御する制御装置と、を備えている浸窒処理装置であって、
前記制御装置は、
前記被処理品の種類についての情報と、
前記アンモニアガス分析計及び前記温度センサの各検出値と、
前記炉内のアンモニアガス分圧と前記炉内に配置した特定の被処理品の窒素濃度との間の、前記炉内の温度に依存する、予め求めた相関関係と、
前記特定の被処理品の浸窒性を基準として被処理品の種類毎に数値化した被処理品の鋼材補正係数と、
に基づいて、雰囲気が有する浸窒(窒化)能力（窒化ポテンシャル）を演算し、
前記演算値と被処理品の窒素濃度の目標値とを比較して、被処理品の窒素濃度が前記目標値となるように前記流量制御弁を制御し、
前記予め求めた相関関係が、
窒化ポテンシャル（％）
＝ａ（Ｔ）×Ｉｎ（ＰＮＨ３）＋ｂ（Ｔ）
Ｉｎ：自然対数
ＰＮＨ３：アンモニアガス分圧
ａ（Ｔ），ｂ（Ｔ）：浸窒温度Ｔに依存する変数
で表される、浸窒処理装置。
【請求項７】
装入された被処理品に浸窒処理を施すための処理炉と、該炉内へのアンモニアガスの供給量を制御する流量制御弁と、前記炉内に供給されるアンモニアガスの流量を検出する流量計と、前記炉内のアンモニアガス分圧を検出するアンモニアガス分析計と、前記炉内の温度を検出する温度センサと、前記流量制御弁を制御する制御装置と、を備えている浸窒処理装置であって、
前記制御装置は、
前記被処理品の種類についての情報と、
浸窒処理時間についての情報と、
前記アンモニアガス分析計及び前記温度センサの各検出値と、
前記炉内のアンモニアガス分圧と前記炉内に配置した特定の被処理品の窒素濃度との間の、前記炉内の温度に依存する、予め求めた相関関係と、
前記特定の被処理品の浸窒性を基準として被処理品の種類毎に数値化した被処理品の鋼材補正係数と、
浸窒処理時間の関数として示される時間補正係数と、
に基づいて、雰囲気が有する浸窒(窒化)能力（窒化ポテンシャル）を演算し、
前記演算値と被処理品の最終窒素濃度の目標値とを比較して、被処理品の窒素濃度が前記目標値となるように前記流量制御弁を制御し、
前記予め求めた相関関係が、
窒化ポテンシャル（％）
＝ａ（Ｔ）×Ｉｎ（ＰＮＨ３）＋ｂ（Ｔ）
Ｉｎ：自然対数
ＰＮＨ３：アンモニアガス分圧
ａ（Ｔ），ｂ（Ｔ）：浸窒温度Ｔに依存する変数
で表される、浸窒処理装置。
【請求項８】
前記鋼材補正係数が、複数の被処理品について実データを利用して求めた鋼材補正係数と、前記複数の被処理品の化学成分と、の間に認められる相関関係に基づき、前記複数の被処理品とは別種の被処理品について、該別種の被処理品の化学成分に対応する数値として設定される、請求項６又は７に記載の浸窒処理装置。
【請求項９】
前記化学成分が、被処理品のクロム含有率である、請求項８に記載の浸窒処理装置。
【請求項１０】
前記浸窒処理装置が浸炭をともなう浸炭窒化処理を行うことができる装置であることを特徴とする、請求項５乃至９のいずれか一項に記載の浸窒処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸窒処理方法及び浸窒処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平８−１３１２５号公報（特許文献１）には、ガス浸窒処理装置の炉気制御方法として、次のプロセスを含む方法が記載されている。すなわち、
（１）処理炉内の残留アンモニア量を計測し、
（２）炉内残留アンモニアの前記計測値に従い、予め実験的に求めた炉内残留アンモニア量と被処理品中の窒素濃度との相関に基づいて前記被処理品中の窒素濃度を演算し、
（３）窒素濃度の前記演算値と窒素濃度の目標値とを比較して、
（４）前記炉内へのアンモニアガスの供給量を制御する、制御方法である。
【特許文献１】特開平８−１３１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記（２）の工程において、炉内残留アンモニア量と被処理品中の窒素濃度との相関関係は、被処理品の種類（鋼種）によって異なるので、同一の制御では被処理品に応じた所望の品質が得られないという問題がある。
【０００４】
本発明は、前記の如き事情に鑑みてなされたもので、前記従来のものとは異なる方式で常に所望の窒素濃度を得ることができる、浸窒処理方法及び同装置を提案しようとするものである。
【０００５】
本発明はまた、異なる種類の被処理品であっても、同一の制御方式で常に所望の窒素濃度を得ることができる、浸窒処理方法及び同装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明等は、浸窒雰囲気中のアンモニアガス分圧と、浸窒温度、さらには鋼材の種類および時間と、被処理品の処理後の表面窒素濃度の関係を見出し、目標とする鋼材の表面窒素濃度を設定すれば、同一の方式で所望の窒素濃度を容易に且つ確実に得ることができる処理方法およびその装置を発明した。
【０００７】
本発明に係る浸窒処理方法は、
（１）浸窒雰囲気中のアンモニアガス分圧と、前記雰囲気中に置かれた被処理品の窒素濃度との間の、前記雰囲気の温度に依存する相関関係を求めておき、
（２）実際の浸窒処理における雰囲気中のアンモニアガス分圧と、前記実際の雰囲気の温度と、を計測し、
（３）アンモニアガス分圧の前記計測値と、雰囲気の温度の前記計測値と、前記相関関係と、に基づいて、雰囲気が有する浸窒(窒化)能力（窒化ポテンシャル）を演算し、
（４）前記窒化ポテンシャルの演算値と被処理品の窒素濃度の目標値とを比較して、
（５）被処理品の窒素濃度が前記目標値となるように前記雰囲気中へのアンモニアガスの供給量を制御する浸窒処理方法であって、
前記相関関係が、
窒化ポテンシャル（％）
＝ａ（Ｔ）×Ｉｎ（ＰＮＨ３）＋ｂ（Ｔ）
Ｉｎ：自然対数
ＰＮＨ３：アンモニアガス分圧
ａ（Ｔ），ｂ（Ｔ）：浸窒温度Ｔに依存する変数
で表されることを特徴としている（請求項１）。
【０００８】
また、本発明の好適な実施の形態に係る浸窒処理方法は、
（イ）浸窒雰囲気中のアンモニアガス分圧と、前記雰囲気中に置かれた特定の被処理品の窒素濃度との間の、前記雰囲気の温度に依存する相関関係を求め、
（ロ）さらに被処理品の浸窒性を、被処理品の種類毎に、特定の被処理品の浸窒性を基準として関連付け、
（ハ）実際の浸窒処理における雰囲気中のアンモニアガス分圧と、前記実際の雰囲気の温度と、を計測し、
（ニ）アンモニアガス分圧の前記計測値と、雰囲気の温度の前記計測値と、前記相関関係と、前記関連付けと、に基づいて、雰囲気が有する浸窒(窒化)能力（窒化ポテンシャル）を演算し、
（ホ）前記窒化ポテンシャルの演算値と被処理品の窒素濃度の目標値とを比較して、
（ヘ）被処理品の窒素濃度が前記目標値となるように前記雰囲気中へのアンモニアガスの供給量を制御する浸窒処理方法であって、
前記相関関係が、
窒化ポテンシャル（％）
＝ａ（Ｔ）×Ｉｎ（ＰＮＨ３）＋ｂ（Ｔ）
Ｉｎ：自然対数
ＰＮＨ３：アンモニアガス分圧
ａ（Ｔ），ｂ（Ｔ）：浸窒温度Ｔに依存する変数
で表されることを特徴としている（請求項２）。
【０００９】
前記処理方法によれば、被処理品の種類の如何にかかわらず、同一の方式で常に所望の品質の処理品を得ることができる。
【００１０】
好適な実施の一形態として、前記（３）または（ニ）のプロセスにおいて、浸窒処理時間の関数として示される時間補正を加味し、浸窒処理時間の長短にかかわらず前記（３）または（ニ）の演算値が被処理品の浸窒処理後の窒素濃度を示すようにせしめることもできる（請求項３）。
【００１２】
他の好適な実施の形態として、前記浸窒処理が浸炭をともなう浸炭窒化処理であるものとすることもできる（請求項４）。
【００１３】
本発明に係る浸窒処理装置は、装入された被処理品に浸窒処理を施すための処理炉と、該炉内へのアンモニアガスの供給量を制御する流量制御弁と、前記炉内に供給されるアンモニアガスの流量を検出する流量計と、前記炉内のアンモニアガス分圧を検出するアンモニアガス分析計と、前記炉内の温度を検出する温度センサと、前記流量制御弁を制御する制御装置と、を備えている浸窒処理装置である。そして、前記制御装置は、前記アンモニアガス分析計及び前記温度センサの各検出値と、前記炉内のアンモニアガス分圧と前記炉内に配置した被処理品の窒素濃度との間の、前記炉内の温度に依存する、予め求めた相関関係と、に基づいて、雰囲気が有する浸窒(窒化)能力（窒化ポテンシャル）を演算し、前記演算値と被処理品の窒素濃度の目標値とを比較して、被処理品の窒素濃度が前記目標値となるように前記流量制御弁を制御し、
前記予め求めた相関関係が、
窒化ポテンシャル（％）
＝ａ（Ｔ）×Ｉｎ（ＰＮＨ３）＋ｂ（Ｔ）
Ｉｎ：自然対数
ＰＮＨ３：アンモニアガス分圧
ａ（Ｔ），ｂ（Ｔ）：浸窒温度Ｔに依存する変数
で表されるものとされている（請求項５）。
【００１４】
また、本発明の実施の一形態に係る浸窒処理装置は、装入された被処理品に浸窒処理を施すための処理炉と、該炉内へのアンモニアガスの供給量を制御する流量制御弁と、前記炉内に供給されるアンモニアガスの流量を検出する流量計と、前記炉内のアンモニアガス分圧を検出するアンモニアガス分析計と、前記炉内の温度を検出する温度センサと、前記流量制御弁を制御する制御装置と、を備えている浸窒処理装置であって、前記制御装置は、前記被処理品の種類についての情報と、前記アンモニアガス分析計及び前記温度センサの各検出値と、前記炉内のアンモニアガス分圧と前記炉内に配置した特定の被処理品の窒素濃度との間の、前記炉内の温度に依存する、予め求めた相関関係と、前記特定の被処理品の浸窒性を基準として被処理品の種類毎に数値化した被処理品の鋼材補正係数と、に基づいて、雰囲気が有する浸窒(窒化)能力（窒化ポテンシャル）を演算し、前記演算値と被処理品の窒素濃度の目標値とを比較して、被処理品の窒素濃度が前記目標値となるように前記流量制御弁を制御し、
前記予め求めた相関関係が、
窒化ポテンシャル（％）
＝ａ（Ｔ）×Ｉｎ（ＰＮＨ３）＋ｂ（Ｔ）
Ｉｎ：自然対数
ＰＮＨ３：アンモニアガス分圧
ａ（Ｔ），ｂ（Ｔ）：浸窒温度Ｔに依存する変数
で表されるものとされている（請求項６）。
【００１５】
前記装置によれば、被処理品の種類の如何にかかわらず、同一の方式で常に所望の品質の処理品を得ることができる。
【００１６】
他の実施の形態に係る浸窒処理装置は、前記制御装置は、前記被処理品の種類についての情報と、浸窒処理時間についての情報と、前記アンモニアガス分析計及び前記温度センサの各検出値と、前記炉内のアンモニアガス分圧と前記炉内に配置した特定の被処理品の窒素濃度との間の、前記炉内の温度に依存する、予め求めた相関関係と、前記特定の被処理品の浸窒性を基準として被処理品の種類毎に数値化した被処理品の鋼材補正係数と、浸窒処理時間の関数として示される時間補正係数と、に基づいて、雰囲気が有する浸窒(窒化)能力（窒化ポテンシャル）を演算し、前記演算値と被処理品の最終窒素濃度の目標値とを比較して、被処理品の窒素濃度が前記目標値となるように前記流量制御弁を制御し、
前記予め求めた相関関係が、
窒化ポテンシャル（％）
＝ａ（Ｔ）×Ｉｎ（ＰＮＨ３）＋ｂ（Ｔ）
Ｉｎ：自然対数
ＰＮＨ３：アンモニアガス分圧
ａ（Ｔ），ｂ（Ｔ）：浸窒温度Ｔに依存する変数
で表されるものとされている（請求項７）。
【００１７】
前記装置によれば、浸窒処理時間も加味して被処理品の最終窒素濃度が演算されるので、例えば、浸窒処理時間が、被処理品の窒素濃度を十分高め得るだけ長くない場合でも、それを補償し得るだけアンモニアガスの供給量が多量となるように制御されて、常に目標窒素濃度を備えた処理品を得ることができる。
【００１９】
好適な実施の一形態として、前記鋼材補正係数が、複数の被処理品について実データを利用して求めた鋼材補正係数と、前記複数の被処理品の化学成分と、の間に認められる相関関係に基づき、前記複数の被処理品とは別種の被処理品について、該別種の被処理品の化学成分に対応する数値として設定されるものとすることもできる（請求項８）。
【００２０】
他の実施の一形態として、前記化学成分が、被処理品のクロム含有率であるものとすることもできる（請求項９）。
【００２１】
実施の一形態として、前記浸窒処理装置が浸炭をともなう浸炭窒化処理を行うことができる装置であるものとすることもできる（請求項１０）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の一形態について説明する。
【００２３】
浸窒処理品においては、その表面近傍部分、すなわち、処理品の表面から深さ数十μｍまでの部分の窒素濃度（表面窒素濃度）が、耐疲労性や耐摩耗性等の機械特性に著しい影響を与える。このため、前記処理品の安定した品質を得るには、浸窒処理方法において、前記表面窒素濃度の十分かつ的確な管理が重要となっている。本発明は、前記表面窒素濃度の十分かつ的確な管理を容易に且つ確実に実施可能とせしめるものであり、特に、前記表面窒素濃度の十分かつ的確な管理を、被処理品の種類（鋼種）や浸窒処理温度、浸窒処理時間の如何にかかわらず、同一の方式で容易に且つ確実に実施可能とせしめるものである。
【００２４】
図１は、本発明の実施の一形態に係る浸窒処理方法を実施するのに用いて好適な、浸窒処理装置のブロック図である。
【００２５】
図１に示すように、前記処理装置１は、装入された被処理品Ｗに浸窒処理を施すための処理炉２と、該炉２内へのアンモニアガスの供給量を制御する流量制御弁３と、前記炉２内に供給されるアンモニアガスの流量を検出する流量計４と、前記炉２内のアンモニアガス分圧を検出するアンモニアガス分析計５と、前記炉２内の温度を検出する温度センサ６と、前記アンモニアガス分析計５及び前記温度センサ６の各検出値に基づいて、被処理品Ｗの表面窒素濃度が目標値となるように前記流量制御弁３を制御する制御装置８と、を備えている。なお、図１は、本発明の構成について必要な要素を示したものであり、もちろん実際には、ヒーターや、その他のガスの供給手段等を具備していても良い。
【００２６】
本実施の形態では、前記炉２内のアンモニアガス分圧と、前記炉２内に配置した特定の種類の被処理品ｗの窒素濃度と、の間の、炉内雰囲気の温度に依存する相関関係を予め求める。併せて、実際の被処理品の浸窒性、すなわち、窒素の浸透し易さの度合いを、実際の被処理品の種類毎に、前記特定の種類の被処理品の浸窒性を基準として関連づける。前記炉２内へのアンモニアガスの供給量は前記流量計４で常時計測され、前記炉２内のアンモニアガス分圧は前記アンモニアガス分析計５で常時計測され、前記炉２内の温度は前記温度センサ６で常時計測される。これらの計測値は全て、前記制御装置８に継続的に出力される。一方、被処理品の種類についての情報と、浸窒処理時間についての情報と、浸窒処理温度と、目標窒素濃度と、は、オペレーターにより前記制御装置８に入力される。そして、前記計測値及びオペレーターによって入力された前記情報とに従い、前記制御装置８において、前記相関関係と、前記被処理品の種類毎の浸窒性の関連づけと、に基づいて、被処理品Ｗの種類に応じて雰囲気が有する浸窒（窒化）能力（窒化ポテンシャル（NP））が演算される。実際に炉内で浸窒処理されている被処理品は、一定時間処理後に被処理品の窒素濃度が略一定値、すなわち最終表面窒素濃度を示す。前記窒化ポテンシャル（ＮＰ）は被処理品を前記最終表面窒素濃度とする、浸窒（窒化）能力を持つ雰囲気の指標であり、前記最終表面窒素濃度と同じ値を示す。前記窒化ポテンシャルの演算値と被処理品の窒素濃度の目標値とが前記制御装置８において比較され、前記流量制御弁３を制御するための制御信号が前記制御装置８で生成される。この制御信号によって前記流量制御弁３が制御され、目標窒素濃度が実現されるように、前記炉２内へのアンモニアガスの供給量が制御される。これにより、被処理品Ｗの種類の如何にかかわらず、同一の方式で常に所望の品質の処理品を得ることができる。
【００２７】
次に、本発明創案の経緯に沿って、本発明の具体的内容を説明する。
【００２８】
浸窒温度域に保持された高温の前記炉２内に、浸窒雰囲気を形成するアンモニアガス（ＮＨ３ガス）が供給（添加）されると、その殆どが水素（Ｈ２）と窒素（Ｎ２）とに分解するが、前記炉２内には、次式（１）に示すように、未分解のアンモニアガス（ＮＨ３ガス）が残留する。
【００２９】
供給アンモニアガス→Ｈ２＋Ｎ２＋（残留）アンモニアガス ・・・（１）
この式（１）中の前記（残留）アンモニアガスの分圧は、前記アンモニアガス分析計によって計測される。
【００３０】
前記炉２内における前記Ｎ２ガス［前記式（１）中のＮ２］は、被処理品（鋼材）Ｗに対する窒化能力を殆ど有しておらず、不活性である。そして、浸炭窒化処理においては、未分解の前記（残留）アンモニアガスが浸窒能力を発揮し、被処理品Ｗの表面における窒化反応に貢献する。すなわち、前記（残留）アンモニアガスは、被処理品Ｗの表面で次式（２）のような分解反応を起こすことにより、窒化能を有する活性な窒素＜Ｎ＞を発生させる。そして、この活性窒素＜Ｎ＞が前記被処理品Ｗの表面から侵入してその内部に拡散することで、窒化（浸窒）が行われる。
【００３１】
（残留）アンモニアガス（ＮＨ３ガス）→＜Ｎ＞＋３／２Ｈ２              ・・・（２）
前記（残留）アンモニアガスの分圧と前記＜Ｎ＞の量との間には、炉内温度毎に、ある処理時間において、一定の相関関係が成立する。また、前記（残留）アンモニアガスの分圧と前記炉２内へのアンモニアガスの供給量との間にも、炉内温度毎に、一定の相関関係が成立する。したがって、これらの相関関係に基づいて、前記炉２内へのアンモニアガスの供給量を制御することで、前記（残留）アンモニアガスの分圧を制御することができ、これにより、被処理品Ｗの最終表面窒素濃度を制御することができる。
【００３２】
ところで、炉内雰囲気中の（残留）アンモニアガスの分圧と、その雰囲気中で、ある一定時間窒化処理された被処理品の最終表面窒素濃度との間には、被処理品Ｗの種類毎に、且つ、炉内温度毎に、図２に示すような相関関係がある。相関曲線のカーブの度合いは、被処理品の種類及び炉内温度によって異なる。
【００３３】
図２に示すように、特定の被処理品の最終表面窒素濃度は、炉内（残留）アンモニアガスの分圧の関数であり、且つ、炉内の温度毎に異なる関数である。したがって、被処理品の表面窒素濃度は、温度（浸窒温度）Ｔに依存する変数を含み、且つ、炉内の（残留）アンモニアガス分圧を変数とする、ある関数によって近似的に表すことができる。基本的に、図２の相関関係を良く近似できる関数ならばその種類は限定されないが、本発明の発明者等は、対数関数による曲線で良く近似できることを見出した。これによれば、被処理品の表面窒素濃度の演算式は、例えば、次式（３）のように設定することができる。
【００３４】
表面窒素濃度（質量パーセント：ｍａｓｓ％）
＝ａ（Ｔ）×Ｉｎ（ＰＮＨ３）＋ｂ（Ｔ）    ・・・（３）
Ｉｎ：自然対数
ＰＮＨ３：（残留）アンモニアガス分圧
ａ（Ｔ），ｂ（Ｔ）：窒化温度Ｔに依存する変数
（３）式は、残留アンモニアガス分圧の自然対数値を横軸にとり表面窒素濃度を縦軸にとると、それらの間には直線の一次関数の関係があることを示している。そして、前記直線の傾きと切片は炉内温度（窒化温度）Ｔに依存して定まり、前記直線の傾きを示すのがａ（Ｔ）、切片を示すのがｂ（Ｔ）である。前記（３）式は、図２に書き込んだ点の数値の組み合わせに基づいて、残留アンモニアガス分圧の自然対数値を横軸にとり表面窒素濃度を縦軸にとったグラフを作成すると、残留アンモニアガス分圧の自然対数値と表面窒素濃度との組み合わせの点が、各窒化温度毎にほぼ一直線上に並ぶことから導かれる。前記式（３）中の（残留）アンモニアガス分圧ＰＮＨ３は、前記アンモニアガス分析計５で常時計測され、窒化温度Ｔは、前記温度センサ６で常時計測され、これらの計測値は、前記制御装置８に入力される。前記式（３）に基づき、前記制御装置８において、そのときの浸窒（窒化）雰囲気が有する浸窒（窒化）能力（窒化ポテンシャル（ＮＰ））が演算される。そして、前記制御装置８において、その演算値［被処理品Ｗの最終表面窒素濃度として表せる浸窒（窒化）能力（窒化ポテンシャル（ＮＰ））］と目標表面窒素濃度とが比較され、該目標表面窒素濃度が達成されるように、前記流量制御弁３への制御信号が発せられ、雰囲気中へのアンモニアガスの供給量が適切に制御される。
【００３５】
ところで、実際の浸窒処理作業においては、被処理品として、部品やその用途に応じた様々な鋼材の種類が選択される。そして、被処理品は、その種類に応じた浸窒性（浸窒の起こり易さ又は進み易さの度合い）を有する。これは、被処理品の組成、すなわち、鋼に添加された合金元素の種類及びその割合等が異なれば、被処理品への窒素の浸入拡散の挙動が異なるからであると考えられる。よって、すべての種類の鋼材について、前記式（３）を具体化した単一の数値式を適用したのでは、被処理品の表面窒素濃度を十分に管理することは不可能である。この場合、前記式（３）を被処理品の種類毎に具体化し、被処理品の種類毎に異なる演算式を用いることも考えられる。
【００３６】
しかしながら、この方法によると、被処理品の種類毎に別々の方式で制御を行うことになるので、制御が煩雑となり好ましくない。
【００３７】
そこで、本発明の発明者等は、処理品の品質の管理をよりシンプルなプロセスで行えること、すなわち、被処理品の種類が異なっても常に同一の方式で制御できること、を目的として、前記式（３）を基準とし、その基準式に鋼材の種類に応じた浸窒性を適宜に反映させて適用することに想到した。
【００３８】
前記目的を達成するため、本発明では、各種の被処理品の浸窒性を、被処理品の種類毎に、特定の被処理品の浸窒性を基準として関連付けする。そして、この浸窒性の関連付けを用いて前記式（３）の計算結果を補正し、浸窒性の違いを加味して表面窒素濃度を演算できるようにする。
【００３９】
具体的には、浸窒雰囲気中で浸窒処理された特定の種類の被処理品（限定はされないが、例えば、ＳＣｒ４２０材）の最終表面窒素濃度と同じ値を示す、前記特定の種類の被処理品に対して前記雰囲気が有する浸窒（窒化）能力を表す指標を窒化ポテンシャル（ＮＰ）と呼ぶことにする。この場合、前記式（３）は、次の通りとなる。
【００４０】
窒化ポテンシャル（ＮＰ）（％）
＝ａ（Ｔ）×Ｉｎ（ＰＮＨ３）＋ｂ（Ｔ）              ・・・（３´）
Ｉｎ：自然対数
ＰＮＨ３：（残留）アンモニアガス分圧
ａ（Ｔ），ｂ（Ｔ）：窒化温度Ｔに依存する変数
前記式（３´）によって演算された窒化ポテンシャルＮＰは、特定の被処理品としてのＳＣｒ４２０材の最終表面窒素濃度の、計測された実際値と一致している。よって、縦軸を最終表面窒素濃度の実際値、横軸を窒化ポテンシャル（ＮＰ）として、縦軸、横軸の目盛りを同一にしてグラフ化すると、例えば図３に示すように、右上がりの直線となる。
【００４１】
次に、図２に示す相関関係を、被処理品の種類毎に実データで明らかにし、その実データのグラフを、図３と同様に、横軸を前記（３´）に基づく窒化ポテンシャル（ＮＰ）としてグラフ化した（具体例は、実施例として後述する）。その結果、各被処理品についての図３の相関関係のグラフは、前記ＳＣｒ４２０材についての図３の直線と傾きが違うだけであることを見出した。この場合、各被処理品についての図３の直線を、前記ＳＣｒ４２０材についての図３の直線に一致させるための係数が、被処理品の種類毎の前記浸窒性関連付けに相当する。前記係数を鋼材補正係数αと呼ぶとすれば、被処理品の最終表面窒素濃度は窒化ポテンシャル（ＮＰ）なので、統一的に次式（４）で表すことができる。
【００４２】
窒化ポテンシャル（ＮＰ）（被処理品の種類を加味した一般演算式）
＝α｛ａ（Ｔ）×Ｉｎ（ＰＮＨ３）＋ｂ（Ｔ）｝      ・・・（４）
α：鋼材補正係数（被処理品毎に予め設定される）
前記式（４）を利用して算出された窒化ポテンシャル（演算値）は、被処理品がどのような種類であっても、各被処理品の最終表面窒素濃度の実際値をよく表すことになる。
【００４３】
実際の浸窒処理に当たっては、被処理品の種類がオペレーターによって前記制御装置８に入力され、その入力に従って、前記制御装置８で予め設定されている補正係数群の中から具体的な鋼材補正係数が自動的に選択され、それに基づいて、そのときの浸窒（窒化）雰囲気が有する窒化ポテンシャル（ＮＰ）の現在値が、被処理品の種類を加味して、演算されることになる。よって、窒化ポテンシャル演算式を被処理品の種類毎に予め計測や設定しておく必要がなく、被処理品の種類が異なっても同一の方式でシンプルにできる利点がある。
【００４４】
ここで、被処理品として適当なものは、浸炭処理の対象となる「浸炭用炭素鋼；はだ焼鋼」が好ましい。例えば炭素鋼、クロム鋼（ＳＣｒ）、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）、ニッケルクロム鋼（ＳＮＣ）、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ）等の浸炭用鋼がある。
【００４５】
また、被処理品の表面窒素濃度とは、概ね表面から深さ５０μｍ以内の濃度を指し、例えば試験片を切断および研磨後、ＥＰＭＡを用いて試験片の表面から深さ方向の窒素の濃度プロファイルの測定をし、表面から２０μｍの深さの部分の窒素濃度を扱えば良い。
【００４６】
次に、浸窒処理時間の影響による補正係数について説明する。
【００４７】
ある一定の炉内雰囲気中に配置された被処理品の表面窒素濃度は、窒化時間の経過とともに図４のように増加し、一定の時間で略一定の最終表面窒素濃度となる。したがって、被処理品の表面窒素濃度が十分に上昇するのに必要な処理時間より短い窒化処理では、前記一般演算式で求めた窒化ポテンシャル（ＮＰ）が個々の被処理品の実際の表面窒素濃度よりも高い値となり、目標とする処理品の表面窒素濃度を適切に得る為の数値にならなくなってしまう。この場合、被処理品の表面窒素濃度は、窒化処理開始後のある窒化時間内においては、窒化時間ｔの関数であると考えることができる。そこで、表面窒素濃度の前記一般演算式は、窒化時間を加味して次のように補正することができる。
【００４８】
窒化ポテンシャル（ＮＰ）（式（４）に処理時間を加味した一般演算式）
＝前記式（４）×β（ｔ）
＝α・β（ｔ）｛ａ（Ｔ）×Ｉｎ（ＰＮＨ３）＋ｂ（Ｔ）｝  ・・・（５）
α：鋼材補正係数（被処理品毎に予め設定される）
β（ｔ）：窒化処理時間ｔの関数として表される補正係数（時間補正係数）
前記式（５）において、βは窒化処理時間ｔの関数であり（図５参照）、被処理品の表面窒素濃度が前記一般演算式（４）による演算値まで十分に上昇し、それ以上処理を続けても殆ど上昇しなくなる時間では、β（ｔ）＝１になるとみなす。
【００４９】
前記時間補正係数β（ｔ）は、被処理品の表面窒素濃度の、時間に対する上昇率（図４参照）を良く近似できる関数ならばその種類は限定されないが、例えば、対数関数で良く近似できるとすれば、具体的に次のように表すことができる。
【００５０】
β（ｔ）＝ｃ×Ｉｎ（ｔ＋ｄ）＋ｅ
ｔ：浸窒処理時間（分）
ｃ，ｄ，ｅ：定数
前記式（５）を用いれば、窒化雰囲気中にある被処理品の表面窒素濃度を、様々な種類の被処理品について処理時間も織りこんだ形で、統一的且つ的確に演算することができる。また、短時間処理の場合には、長時間処理の場合よりも雰囲気中の（残留）アンモニアガス分圧が多くなるようにアンモニアガスの供給量が自動制御されることになるので、狙いとする品質（表面窒素濃度）を短時間でも安定的且つ容易に得ることが可能となり、処理時間（リードタイム）が短縮される効果がある。なお、窒化処理時間は、オペレーターによって処理毎に前記制御装置８に入力される。
【００５１】
なお、本願の処理方法はいわゆる浸炭窒化処理及びその装置にも同様に適用できる。
【実施例】
【００５２】
一実施例として、前記鋼材補正係数αは、具体的に次のようにして求めることができる。
【００５３】
図６は、炉内（残留）アンモニアガス分圧と、その雰囲気中における各種の被処理品（鋼材）Ａ〜Ｆ及び基準となる特定の被処理品としてのＳＣｒ４２０材の表面窒素濃度の実際値と、の組み合わせを、実データに基づいてプロットしたグラフである。ここで、被処理品（鋼材）Ａ〜Ｆは、次の表１に示すような化学成分を有する鋼材である。また、図６の元となった実データは、処理温度が異なるものを含んでいるが、時間補正が必要なものは含んでいない。
【表１】
0005167553.tif 000002
【００５４】
次に、図６の各相関関係を、基準とした特定の被処理品（本実施例の場合はＳＣｒ４２０材）についての式（３´）（図２に相当）の相関関係を求め、その後に前記式（３´）と一致させるため係数を、被処理品の種類毎に探し出す。この係数が鋼材補正係数αであり、被処理品の浸窒性を、被処理品の種類毎に、前記ＳＣｒ４２０材の浸窒性を基準として関連付けしたものに相当する。
【００５５】
前記式（３´）を用いて、図６の元となった実データから、表面窒素濃度の実際値（縦軸）と、窒化ポテンシャル（ＮＰ）（最終表面窒素濃度で表される雰囲気が有する浸窒能力演算値）と、の組み合わせをプロットしたグラフに書き換えると、図７のようになる。図７より、ＳＣｒ４２０材の各点は、右上がりの直線上に分布していることが分かる。プロットされた各点と、基準となるＳＣｒ４２０材の右上がりの直線と、の間のずれを埋めるための係数が、前記鋼材補正係数となる。この場合、基準となるＳＣｒ４２０材についての鋼材補正係数を１とすれば、図７の読み取りにより、Ａ〜Ｆの各被処理品についての鋼材補正係数αは、次のように設定できることになる。
【００５６】
被処理品（鋼材）Ａの鋼材補正係数：約１．００
被処理品（鋼材）Ｂの鋼材補正係数：約１．００
被処理品（鋼材）Ｃの鋼材補正係数：約１．００
被処理品（鋼材）Ｄの鋼材補正係数：約０．７
被処理品（鋼材）Ｅの鋼材補正係数：約０．６３
被処理品（鋼材）Ｆの鋼材補正係数：約０．７３
図７について前記各鋼材補正係数を加味すると、図８のように、基準となるＳＣｒ４２０材の分布と同じ態様の分布となる。
【００５７】
図９は、図６と同様に、炉内残留アンモニアガス分圧と、その雰囲気中における前記被処理品（鋼材）Ａ〜Ｆ及び基準となるＳＣｒ４２０材の表面窒素濃度の実際値と、の組み合わせを、実データに基づいてプロットしたグラフである。但し、図６とは異なり、図９には、時間補正が必要となるデータも含まれている。
【００５８】
図９を図７と同様のグラフに変換したものが図１０、図１０に前記被処理品（鋼材）Ａ〜Ｆの鋼材補正係数を加味した結果が図１１、図１１に前記時間補正係数β（ｔ）を加味した結果が図１２である。このように、前記鋼材補正と前記時間補正とを行うことで、基準とした前記ＳＣｒ４２０材と同様に、処理雰囲気の窒化ポテンシャルの演算値を被処理品の最終表面窒素濃度の実際値に一致させることができ、これにより、被処理品の品質の管理を常に正確に行うことができる。
【００５９】
なお、前記鋼材補正係数の設定に当たっては、前記のように多くの実データを収集することが必須という訳ではない。すなわち、データのない他の被処理品については、それを実験的にある窒化ポテンシャルにて処理し、その結果得られた実際の表面窒素濃度を前記窒化ポテンシャルと比較することで、補正係数を決定することができる。すなわち、最小で一回だけ実際に浸窒処理を行えば、その種類の被処理品について、鋼材補正係数αを決定することができる。例えば、特定鋼種（ＳＣｒ４２０）における窒化ポテンシャル０．５ｍａｓｓ％の設定にて、ある被処理品Ｘを浸窒処理したとき、その最終表面窒素濃度の実際値が０．２ｍａｓｓ％であったとすれば、０．２＝αx×０．５であるから、前記被処理品Ｘの鋼材補正係数αxは、０．２÷０．５＝０．４となる。
【００６０】
また、鋼材補正係数αは、次の方法によっても求めることができる。
【００６１】
本発明の発明者等は、実データから求めた複数の前記被処理品（鋼材）Ａ〜Ｆの鋼材補正係数と、前記被処理品Ａ〜Ｆの化学成分との間に、所定の相関関係があることを見出した。具体的には、被処理品の化学成分（被処理品Ａ〜Ｆの化学成分は、表１参照）の内、クロム含有率（Ｃｒ量：ｍａｓｓ％）と前記被処理品（鋼材）Ａ〜Ｆの鋼材補正係数との間に、図１３の相関関係があることが分かった。よってこの相関関係を利用すれば、他の種類の鋼材についてもＣｒ量（クロム含有率）さえ把握できれば、実データなしでも鋼材補正係数αを決定することができる。
【００６２】
この方法による場合には、前記相関関係を予め図１の前記制御装置８にインプットしておく。一方、被処理品の化学成分（具体的にはＣｒ量）についての情報は、被処理品の種類についての情報として、オペレーターが前記制御装置８に入力する。そして、前記制御装置８において、前記相関関係と、入力された化学成分とから、鋼材補正係数が自動的に演算され、この演算値がアンモニアガス供給量の制御に利用されることになる。
【００６３】
なお、Ｃｒ以外の化学成分でも、その化学成分と、複数の被処理品について実データを利用して求めた鋼材補正係数との間に一定の相関関係が認められれば、鋼材補正係数を設定するための要素として利用可能である。例えば、Ａｌ（アルミニウム）やＶ（バナジウム）やＴｉ（チタン）等、窒素と化合物を形成し易い元素の含有比率は、鋼材補正係数設定のための要素としての利用可能性が高い。
【００６４】
また、複数の化学成分が鋼材補正係数設定のための要素となることも考えられ、この場合には、複数の元素の成分量のバランスから求められる複合的な相関に基づいて、鋼材補正係数を設定することになる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の一形態に係るガス浸炭窒化処理方法を実施するのに用いて好適な、ガス浸炭窒化処理装置のブロック図である。
【図２】窒化雰囲気中の残留アンモニアガスの量と、その雰囲気中に配置された処理品の表面窒素濃度と、の間の相関関係を示すグラフである。
【図３】図２の元データと、式（３´）とを用いて、特定の被処理品（ＳＣｒ４２０材）について、表面窒素濃度の実際値（縦軸）と窒化ポテンシャル（横軸）との関係を示したグラフである。
【図４】窒化処理時間と、処理品の表面窒素濃度と、の間の一般的な相関関係を示すグラフである。
【図５】窒化処理時間と、時間補正係数と、の間の一般的な相関関係を示すグラフである。
【図６】炉内残留アンモニアガス量と、その雰囲気中における処理品の表面窒素濃度と、の間の相関関係を、実データ（時間補正が必要なものを含まない）に基づいて、被処理品（鋼材）Ａ〜Ｆ及びＳＣｒ４２０の種類別にプロットしたグラフである。
【図７】図６の元データと、式（３´）とを用いて、被処理品Ａ〜Ｆ及びＳＣｒ４２０について、表面窒素濃度の実際値と窒素ポテンシャル（横軸）との関係をプロットしたグラフである。
【図８】図７に鋼材補正を行った結果を示すグラフである。
【図９】炉内残留アンモニアガス量と、その雰囲気中における処理品の表面窒素濃度と、の間の相関関係を、実データ（時間補正が必要なものも含む）に基づいて、被処理品（鋼材）Ａ〜Ｆ及びＳＣｒ４２０の種類別にプロットしたグラフである。
【図１０】図９の元データと、式（３´）とを用いて、被処理品Ａ〜Ｆ及びＳＣｒ４２０について、表面窒素濃度の実際値と窒素ポテンシャル（横軸）との関係をプロットしたグラフである。
【図１１】図１０に鋼材補正を行った結果を示すグラフである。
【図１２】図１１に時間補正を行った結果を示すグラフである。
【図１３】被処理品（鋼材）Ａ〜Ｆ中のＣｒ量（クロム量：ｍａｓｓ％）と、被処理品Ａ〜Ｆの鋼材補正係数との間の相関関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１    処理装置
２    処理炉
３    流量制御弁
４    流量計
５    アンモニアガス分析計
６    温度センサ
７    処理時間計
８    制御装置
Ｗ    被処理品
【図１】
0005167553.tif 000003
【図２】
0005167553.tif 000004
【図３】
0005167553.tif 000005
【図４】
0005167553.tif 000006
【図５】
0005167553.tif 000007
【図６】
0005167553.tif 000008
【図７】
0005167553.tif 000009
【図８】
0005167553.tif 000010
【図９】
0005167553.tif 000011
【図１０】
0005167553.tif 000012
【図１１】
0005167553.tif 000013
【図１２】
0005167553.tif 000014
【図１３】
0005167553.tif 000015