(57)【要約】本発明によっては鋼部分をベイナイト化する方法が提案されている。このためにはまず鋼部分のオステナイト化が行なわれ、次いで鋼部分のマルテンサイト開始温度（Ｔｎ）の上にある開始温度（Ｔ２）への鋼部分の急冷が行なわれる。そのあとでまず、第１の時間帯（Δｔｉｓｏ，１）に亘って開始温度（Ｔ２）で鋼部分が恒温貯蔵される。次いで開始温度（Ｔ２）の上にある仕上げ温度（Ｔ３）で第２の時間帯（Δｔｉｓｏ，２）に亘って鋼部分が恒温貯蔵される。提案された方法は特に鋼部分の迅速なベイナイト化に適している。この場合には純粋なベイナイト組織が達成でき、得られた鋼部分の核心硬度は開始温度（Ｔ２）、仕上げ温度（Ｔ３）、第１の時間帯（Δｔｉｓｏ，１）の継続時間及び第２の時間帯（Δｔｉｓｏ，２）の継続時間によって調節されることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）鋼部分をオステナイト化すること、
（ロ）鋼部分のマルテンサイト開始温度の上にある開始温度に鋼部分を急冷すること、
（ハ）第１の時間帯（Δｔｉｓｏ，１）に亘って前記開始温度（Ｔ２）で鋼部分を少なくとも近似的に恒温貯蔵すること、
（ニ）鋼部分を第２の時間帯（Δｔｉｓｏ，２）に亘って前記開始温度（Ｔ２）の上の仕上げ温度（Ｔ３）で少なくとも近似的に恒温貯蔵すること、
以上（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）の方法ステップを有することを特徴とする、鋼部分をベイナイト化するための方法。
【請求項２】
鋼部分のオステナイト組織が少なくともほぼ、特に純粋なベイナイト組織に変態される、特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項３】
前記開始温度（Ｔ２）として２１５℃から２３０℃の温度を使用する、特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項４】
仕上げ温度（Ｔ３）として２４０℃から２８０℃までの温度を使用する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
方法ステップ（ロ）の急冷及び／又は方法ステップ（ハ）による貯蔵を第１の塩温浴又は油浴で行う、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
方法ステップ（ニ）による貯蔵を炉、特に循環空気炉又は第２の塩温浴又は油浴にて行う、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
第１の時間帯（Δｔｉｓｏ，１）が５分から３０分である、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
第２の時間帯（Δｔｉｓｏ，２）が２００分から４００分、特に２５０分から３００分に亘っている、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
方法ステップ（ニ）の後で鋼部分を２０℃から４０℃までの温度（Ｔ４）に冷却する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
鋼部分の核心部硬さが第１及び／又は第２の時間帯（Δｔｉｓｏ，１、Δｔｉｓｏ，２）の継続時間及び／又は開始温度（Ｔ２）及び／又は仕上げ温度（Ｔ３）を介して調節される、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
ベイナイト組織の形成に際して発生する反応熱が少なくとも部分的に鋼部分を加熱するために、特に炉において実施される方法ステップ（ニ）の間に鋼部分を加熱するために用いる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は請求項１に記載した形式の鋼部分をベイナイト化する方法に関する。
【０００２】
従来技術
「ベイナイト化」という概念は、まず鋼を「オステナイト化」すること、これに次いでいわゆる「マルテンサイト」開始温度よりも高い温度へ鋼を急冷すること及び所定の時間に亘って該温度に鋼を保持することを含む鋼の熱処理である。
【０００３】
オステナイトからベイナイトへの「恒温変態」とも呼ばれる前記方法では、目的に応じかつ温度及び保持期間に関して制御可能な、完全に又は部分的にオステナイト組織からベイナイト組織へ変態させられる鋼を得ることができる。
【０００４】
それ自体は以前から公知である鋼のオステナイト化及び説明したベイナイト化に関する詳細については、例えばＥ． Ｚｉｍｍｅｒｍａｎｎの「材料学及び材料試験」（Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｋｕｎｄｅ 及び Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｐｒｕｅｆｕｎｇ） Ｈｅｒｍａｎｎ Ｓｃｈｒｏｅｄｅｌ社、１９６２、ページ３８、３９及び７４から７９までを参照されたい。
【０００５】
鋼のオステナイト化、それに次ぐ急冷及びマルテンサイト開始温度の上側でのオステナイトからベイナイトへの恒温変態は、ＵＳ５６２８０４５明細書によっても公知である。
【０００６】
先にオステナイト化された鋼のベイナイト化は従来は多くの場合、浴、いわゆる塩温浴にて行われる。このためには鋼は急冷後、ベイナイト変態の開始（いわゆるベイナイト開始）からベイナイト変態の終了（いわゆるベイナイト仕上げ）まで、コンスタントな温度と適宜選ばれた適当な保持時間とで、この塩温浴に中断なく貯蔵される。
【０００７】
さらにベイナイト化しようとする鋼を、塩温浴における規定された滞在時間の経過後に、オステナイトからベイナイトへの完全な変態を達成するために、循環空気で運転される保持炉に移し置くことがすでに提案されている。このためには保持炉は塩温浴と同じ温度を有している。
【０００８】
発明の利点
鋼部分をベイナイト化するための本発明による方法は公知技術に較べて、オステナイトからベイナイトへの少なくともほぼ完全な変態、つまり純ベイナイト組織が達成可能であって、同時にその後で得られた鋼部分の硬さが簡単な形式で方法パラメータによって制御可能であるという利点を有している。特に得られた鋼部分は例えばパルス化された圧力負荷に関して改善された強度特性を有している。
【０００９】
さらに有利には、本発明による方法によってはベイナイトへのオステナイトの変態に必要な時間がはっきりと短縮される。これによって本発明の方法を実施するにあたり費用的に著しい利点が得られる。
【００１０】
さらに有利であることは、本発明の方法を簡単な形式で大量生産に使用することができることである。この場合には既存の製造過程の著しい変更又は製造設備への投資は不要である。
【００１１】
さらに本発明による方法によっては有利には、低い塩浴温度での鋼部分のシリーズチャージの急冷が同時にできるだけ純粋なベイナイトを形成して、つまり連続的なベイナイトの割合なしで可能であり、さら１つのチャージ内で均質な急冷強度が達成されることである。特に有利にはいくらかマルテンサイト開始温度ＴＭの上にある開始温度Ｔ２を適当に選択することで、ＴＴＴ曲線図にて急冷に際してパーライト組織領域を通過することが有利な形式で回避される。
【００１２】
本発明の有利な変化実施例は従属請求項に示されている。
【００１３】
例えば本発明の方法を実施したあとで得られた鋼部分の核心強度を、第１の時間帯の断続によって、つまり第１の塩温浴又は油浴に保持する時間によって調節することが有利であり、又第１の塩浴の温度を調節することも有利である。この場合、一般的には鋼部分に得られたベイナイト組織の核心硬度は、第１の塩浴における滞在時間が短く選択されているほど低い。
【００１４】
同じことは有利には、鋼部分を循環空気原理による保持炉に置換えることにも、第２の時間帯の高められた温度を有する第２の塩浴に置換えることにも当嵌る。この場合にも鋼部分にて得られた、有利には純ベイナイト組織の核心硬度は仕上げ温度とこの第２の時間帯の継続長さとの関数となる。
【００１５】
オステナイト組織をベイナイト組織に変態することは発熱反応であるので、さらに発生する反応熱を利用して、第１の時間帯が終了したあとで鋼部分を開始温度Ｔ２から仕上げ温度Ｔ３に加熱し、この仕上げ温度に第２の時間帯に亘って保持することが有利である。これによりエネルギーの節減と鋼部分の迅速でかつ均質な加熱が得られる。
【００１６】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１７】
図はオステナイトがベイナイトに段階的なベイナイト変態で変態する状態を示したいわゆるＴＴＴ曲線の原理図（時間−温度−変態図表）である。
【００１８】
実施例
以下、本発明を、タイプ１００Ｃｒ６、工材番号１、３５０５の鋼のベイナイト化を例にとって説明する。
【００１９】
このためには当該タイプの鋼部分が公知の形式でオステナイト化され、そのあとで８３０℃から８７０℃、例えば８５０℃の急冷温度Ｔ１から公知の形式で第１の塩温浴にて、鋼部分のマルテンサイト開始温度ＴＭの上の開始温度Ｔ２に急冷される。マルテンサイト開始温度ＴＭは記載例では約２０５℃から２１５℃である。
【００２０】
これは、ＴＴＴ曲線図表に基づき、鋼がまずオステナイトとしてオステナイト組織領域１５にありかつ時点Ｔ０にて急冷温度Ｔ１から、通常５ｓから１５ｓまでの時間帯内で開始温度Ｔ２に急冷されることで説明される。時点Ｔ１にて経過時間Δｔｉｓｏ，１に亘って継続する時間帯が開始し、その間に鋼もしくは鋼部分が第１の塩温浴にて公知の形式で少なくともほぼ一定の開始温度Ｔ２に保持される。塩温浴の代わりにはその他に油浴を用いることもできる。
【００２１】
ＴＴＴ曲線図表にはさらに、第１の時間帯Δｔｉｓｏ，１の間に、先にオステナイト組織領域１５にあったオステナイトがベイナイトに変態しはじめることが示されている。ベイナイト変態のこの開始は、本発明の方法で用いた温度の時間的な経過を示すＴＴＴ曲線図表にプロットされた変態曲線１６がベイナイト変態領域１３に侵入すると即座に行われる。
【００２２】
オステナイトからベイナイトへの変態は、ＴＴＴ曲線図表５にて変態曲線１６がベイナイト組織領域１２に達すると即座に終了する。このベイナイト組織１２において鋼部分は純粋なベイナイト組織として存在する。
【００２３】
ＴＴＴ曲線図表５においてはさらに、本発明による段階的な熱的な変態によって通過させられないパーライト組織領域１１がプロットされている。
【００２４】
鋼部分を開始温度Ｔ２で第１の時間帯Δｔｉｓｏ，１に亘って恒温貯蔵することが第１の塩温浴で終了したあとで、鋼部分は引き続き、開始温度Ｔ２の上側にある仕上げ温度Ｔ３に少なくとも近似的に恒温貯蔵される。この、仕上げ温度Ｔ３での第２の恒温貯蔵は第２の時間帯Δｔｉｓｏ，２に亘って継続させられる。この第２の時間帯Δｔｉｓｏ，１はベイナイト組織領域１２の時点Ｔ３に達すると即座に、つまりオステナイトから純粋なベイナイトへのほぼ完全な変態が行われると即座に終了する。その際、時間帯Δｔｉｓｏ，２もしくは時点Ｔ３は図表における表示とは異なりかつ例えばプロセス安定性の理由から、座標（Ｔ１、Ｔ３）がベイナイト組織領域１２の内部に位置するように選択されるかもしくは延張されることができることを強調しておく。したがって図表における第２の時間帯Δｔｉｓｏ，２の間のベイナイト組織領域１２の境界の到達は単に、第２の時間帯Δｔｉｓｏ，２の長さに対する要求の最小量であると理解されるべきである。
【００２５】
仕上げ温度Ｔ３での鋼部分の第２の恒温貯蔵は、例えば第２の塩温浴又は油浴にて又は択一的に保持炉、例えば循環空気式の保持炉にて行なうことができる。
説明した段階的なバイナイト変態が終了したあとで公知の形式で得られた鋼部分の搬出、冷却及び掃除が行なわれる。
【００２６】
詳細には、この実施例では、鋼部分のオステナイト化のあとで、まず処理しようとするチャージが第１の塩温浴にて２１５℃から２３０℃の開始温度Ｔ２で行なわれる。特に有利であるのは２２０℃の温度である。
【００２７】
この開始温度Ｔ２で鋼部分は第１の塩温浴にて第１の時間帯Δｔｉｓｏ，１に亘って恒温貯蔵される。前記第１の時間帯Δｔｉｓｏ，１は５ｍｉｎと３０ｍｉｎとの間、有利には２０ｍｉｎ継続する。
【００２８】
そのあとで時点ｔ２にて鋼部分は２４０℃から２８０℃まで、特に２６０℃の仕上げ温度Ｔ３を有する空気循環式の保持炉へ移される。次いで鋼部分はこの仕上げ温度Ｔ３に、２００ｍｉｎと４００ｍｉｎとの間、有利には２５０ｍｉｎから２７０ｍｉｎまで継続する第２の時間帯Δｔｉｓｏ，２に亘って貯蔵される。
【００２９】
択一的に保持炉の代わりに仕上げ温度Ｔ３を有する第２の塩温浴を使用することもできる。
【００３０】
さらに本発明の方法の有利な構成によればベイナイト組織を形成するときに発生する反応熱を少なくとも部分的に、鋼部分を開始温度Ｔ２から仕上げ温度Ｔ３に加熱するためもしくは保持炉を加熱するために利用することが提案されている。
【００３１】
説明した方法によっては総じて、総ベイナイト変態時間の顕著な短縮が達成された。この総ベイナイト変態時間は本実施例ではいまや約３００ｍｉｎである。
【００３２】
これによって公知の方法、つまり純粋なベイナイト組織を達成するまで開始温度Ｔ２で鋼部分を恒温貯蔵することに比較して典型的な形式では約６０ｍｉｎの時間的な節約が達成された。
【００３３】
記述した方法で製造又は処理された、ベイナイト組織を有する鋼部分は最終的に、出発材料に対して減退された６５０ＨＶ１０から７００ＨＶ１０の核心硬度を有する。
【００３４】
同時にパルス化された圧力波負荷に際して鋼部分の著しい強度上昇が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図はオステナイトがベイナイトに段階的なベイナイト変態で変態する状態を示したいわゆるＴＴＴ曲線の原理図（時間−温度変態図表）である。
【符号の説明】
５　ＴＴＴ曲線図表、　１２　ベイナイト組織領域、１５　オステナイト組織領域、　１６　変態曲線
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年2月12日(2002.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
（イ）鋼部分をオステナイト化すること、
（ロ）鋼部分のマルテンサイト開始温度の上にある開始温度に鋼部分を急冷すること、
（ハ）第１の時間帯（Δｔｉｓｏ，１）に亘って前記開始温度（Ｔ２）で鋼部分を少なくとも近似的に恒温貯蔵すること、
（ニ）鋼部分を第２の時間帯（Δｔｉｓｏ，２）に亘って前記開始温度（Ｔ２）の上の仕上げ温度（Ｔ３）で空気循環原理による保持炉、塩温浴又は油浴にて少なくとも近似的に恒温貯蔵すること、
以上（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）の方法ステップを有することを特徴とする、鋼部分をベイナイト化するための方法。
【国際調査報告】
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