JP2004332074A

JP2004332074A - Carburizing method

Info

Publication number: JP2004332074A
Application number: JP2003132071A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Haneki; 敏羽木; Moriyoshi Tamura; 守淑田村; Masahiro Okumiya; 正洋奥宮
Original assignee: Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】鋼材を浸炭処理する際に浸炭処理時間の短縮が可能であり、安価で、しかも、煤や浸炭ムラの発生がない高品質の浸炭鋼を得ることが可能な浸炭方法を提供すること。
【解決手段】被浸炭処理材である鋼材を浸炭ガスが減圧下で供給される浸炭処理雰囲気内で加熱すると共に、浸炭ガスとして都市ガス若しくは天然ガスを使用し、これを減圧下且つ８５０〜１１５０℃の温度下で導入工程、拡散保持工程及び排気工程を１サイクルとしこれを複数サイクル繰り返すパルス式手段により導入することによって浸炭処理を行うものであり、各サイクルにおける浸炭炉の単位体積（Ｌ）当たりの浸炭ガスの導入量が３０〜３００ｃｃの範囲内で且つ全サイクルを通じた浸炭炉の単位体積（Ｌ）当たりの浸炭ガスの導入積算量が１８００〜１８０００ｃｃの範囲内となるようにパルス条件を制御する。
【選択図】図１An object of the present invention is to provide a carburizing method capable of shortening a carburizing time when carburizing a steel material, obtaining an inexpensive and high-quality carburized steel free from generation of soot and uneven carburizing. .
A steel material as a material to be carburized is heated in a carburizing atmosphere in which a carburizing gas is supplied under reduced pressure, and a city gas or a natural gas is used as the carburizing gas. Carburizing treatment is carried out by introducing a pulse-type means in which the introduction step, the diffusion holding step, and the evacuation step are made into one cycle at a temperature of ° C. and repeated a plurality of cycles, and the unit volume (L) of the carburizing furnace in each cycle The pulse conditions are set so that the amount of carburizing gas introduced per unit is in the range of 30 to 300 cc and the total amount of carburizing gas introduced per unit volume (L) of the carburizing furnace in the entire cycle is in the range of 1800 to 18000 cc. Control.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浸炭方法に関し、更に詳しくは、被浸炭処理材である鋼材の表面を浸炭炉内で加熱しながら減圧下で導入される浸炭ガスにより浸炭処理する浸炭方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材表面の硬化技術として古くから知られている「浸炭」は、低炭素鋼を浸炭ガス中で加熱することによって鋼材表面にカーボン（炭素）を取り込み、そのカーボンを鋼材表面から内部へと拡散させてその鋼材表面付近のカーボン濃度を高める方法である。この浸炭方法により鋼材表面付近は高温度のオーステナイト状態からの急冷によりマルテンサイト化された硬化層が形成され、鋼材内部は低炭素のままで高靭性を保持した浸炭鋼製品が得られる。
【０００３】
この浸炭処理技術として知られている方法の１つに、常圧ガス雰囲気下での常圧浸炭法がある。この常圧浸炭法は、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）を浸炭ガスとして用い、これを高温・常圧下で被浸炭処理材（鋼材）と反応させることによってカーボン（Ｃ）と二酸化炭素（ＣＯ_２）を生成させると共に生成カーボンを鋼材表面中へと固溶させ、さらにこのカーボンを鋼材表面から内部へと拡散させるというものである。
【０００４】
しかし、近年、環境問題や資源問題に対する関心の高まりを背景として、ＣＯ、ＣＯ_２等のガスを排出する常圧浸炭法が問題視される一方、省エネルギー、省資源や公害防止に極めて有効な浸炭法として減圧下で浸炭処理を行う浸炭法が注目を浴びている。
【０００５】
この浸炭法は、減圧下で浸炭ガスとして炭化水素系ガスを導入することにより鋼材表面の浸炭処理を行うものである。浸炭処理に際しては、高温且つ減圧下において炭化水素系ガスが鋼材との反応によってカーボン（Ｃ）と水素ガス（Ｈ_２）に分解し、生成したカーボンが鋼中へと固溶し、鋼表面から内部へと拡散される。従来、減圧下での浸炭処理における浸炭ガスとしてはアセチレンガス（例えば、特許文献１参照）、エチレンガス（例えば、特許文献２参照）や、エチレンと水素との混合ガス（例えば、特許文献３参照）、エチレンとアセチレンとの混合ガス（例えば、特許文献４参照）等が用いられている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３２５７０１号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４６５１２号公報
【特許文献３】
特開２００１−２６２３１３号公報
【特許文献４】
特開２０００−１７６５号公報
【０００７】
これらの浸炭ガスを用いた浸炭法によれば、高温度での熱処理により高品質の浸炭処理品が得られ、また浸炭処理の熱エネルギーの無駄がなくなり、ガス消費量も常圧浸炭処理プロセスに比べて少なくて済む上、二酸化炭素の排出がないため環境特性にも優れるという利点を有する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エチレンガスやアセチレンガスを浸炭ガスとして用いた浸炭処理においては、これら浸炭ガス種が不飽和炭化水素からなる反応性の高い可燃性のガスであるため、煤の発生が起こり易く、また、配管等からのガス漏れにより引火する危険性があり取扱いが難しいという問題があり、さらにはこれらのガスが高価であるため熱処理コストが嵩むという問題があった。
【０００９】
また、エチレンガスやアセチレンガスは、単位炭素原子数当たりのガス量が少ないため、浸炭炉内で分散・拡散しにくく、浸炭ムラが発生し易いという問題もあった。
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は、鋼材を浸炭処理する際にＣＯ、ＣＯ_２等の有害ガスの発生がなく、安価で、しかも、煤や浸炭ムラの発生がない高品質の浸炭鋼を得ることが可能な浸炭方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するための本発明の浸炭方法は、被浸炭処理材の浸炭処理雰囲気を減圧下且つ雰囲気温度を８５０〜１１００℃の範囲に保った状態で飽和炭化水素系ガスを主成分とする都市ガス若しくは天然ガスをパルス式に導入し被浸炭処理材を浸炭処理するに際し、前記パルス式に浸炭ガスを導入する手段が、浸炭ガスをそのガス量が前記浸炭処理雰囲気の単位容積（Ｌ）当たり３０〜３００ｃｃとなるように導入する工程と、導入された浸炭ガスを所定時間拡散させる工程と、浸炭処理雰囲気中に残存するガスを排気する工程とを１サイクルとして、これを複数サイクルに亘って繰り返すようにしたことを要旨とする。
【００１２】
またこの場合、鋼材が上記パルス式による浸炭処理の全サイクルに亘って導入される浸炭ガスの積算量が浸炭処理雰囲気の単位容積（Ｌ）当たり１８００〜１８０００ｃｃとなることが好ましい。
【００１３】
この浸炭方法によれば、使用する都市ガス及び天然ガスがエチレンやアセチレン等のガスに比べて安価に入手可能であるため、浸炭処理コストならびに得られる浸炭処理製品のコストを低減させることができる。特に、都市ガスは、家庭用等のガスラインとして広く普及しているため、浸炭ガス源としての供給が極めて容易である。また、浸炭ガスとして用いる都市ガス及び天然ガスは、比較的浸炭能力の低いメタンを主成分とし、浸炭能力の高い炭素数２以上の炭化水素系のガス種が少量ずつ含まれているので、浸炭制御が容易に行え、且つ、煤などの発生のない表面性状に優れた浸炭処理材が得られる。また、炭素数２以上の浸炭ガス種の分散性に優れているので、浸炭処理時間の短縮化も図られる。
【００１４】
また、この浸炭方法によれば、浸炭ガスの導入をパルス式に行うものであるので、浸炭ガスを常時導入する場合と比べてガスの消費量を削減することができる。浸炭ガスを常時導入する場合は、鋼材の表面部が目的の炭素濃度となっても鋼材凸状の角部（例えば、歯車の刃先部分）は平面部に比べ拡散しにくいため炭素濃度が高くなり過剰浸炭となり易い。これに対してパルス式により浸炭ガスを導入すれば、上述の角部での拡散性が良くなり平面部と同じ炭素濃度が得られ均一な拡散処理を施すことができる。この場合、浸炭炉内の加熱温度を８５０〜１１５０℃の範囲内に制御することによって、浸炭ガスと鋼材との反応が効果的に促進されるとともに、煤の発生のない適正量のカーボンを固溶させることができる。
【００１５】
また、パルス式に浸炭ガスを炉内に導入するに際して、「１サイクル当たり」の浸炭ガスの導入量が浸炭処理雰囲気の単位容積（Ｌ）当たり３０〜３００ｃｃの範囲内に制御されているので、煤を発生させることなく浸炭ガスと鋼材との間で効率よく浸炭反応を進行させることができる。
【００１６】
また、パルス式による浸炭処理の全サイクルに亘って導入される浸炭ガスの「積算量」が浸炭処理雰囲気の単位容積（Ｌ）当たり１８００〜１８０００ｃｃとなるように制御されているので、浸炭処理の全工程を通して煤の発生がなく、所定量のカーボンを固溶してなる最適に浸炭処理製品を提供することができる。
【００１７】
また、パルス式による浸炭処理において、導入された浸炭ガスを拡散させるための時間が１〜２０秒間となるように制御されているので、浸炭処理雰囲気内に導入された浸炭ガスと鋼材との反応（浸炭反応）により適正量のカーボンが鋼材中へと供給（固溶）され、浸炭処理を促進させることができる。
【００１８】
また、浸炭時の浸炭処理雰囲気のベース圧を０．０１〜１ｋＰａの範囲内とすることによって、雰囲気内に導入される浸炭ガス圧（ガス導入量）を容易に制御することができる。
【００１９】
さらに、鋼材を浸炭炉内で浸炭処理した後、１ｋＰａ以下の減圧下且つ前記浸炭処理温度下で１５〜１２０分間保持する拡散処理を行うことによって良好な拡散効果を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
初めに、本発明に係る浸炭方法について説明する。図１に、本発明に係る浸炭方法を実施するための浸炭処理時の浸炭工程（加熱履歴と炉内圧力履歴）の一例を示す。この浸炭工程は、被浸炭処理材である鋼材の挿置された浸炭処理雰囲気（ここでは、「浸炭炉」をいう）内を例えば１０Ｐａ程度に減圧しながら所定の浸炭温度まで加熱する加熱工程（図１中の＜１＞参照）と、その後一定温度に保持しながら炉内に浸炭ガスを導入して鋼材の浸炭処理を行う浸炭処理工程（図１中の＜２＞参照）と、浸炭処理後に必要に応じて炉内を減圧した状態で浸炭温度域に保持し鋼材中に固溶したカーボンの拡散処理を行う拡散保持工程（図１中の＜３＞参照）と、さらに必要に応じて、拡散温度よりも低温にて焼入れ保持を行いその後油焼入れ（急冷）を行う焼入れ保持工程及び焼入れ工程（図１中の＜４＞参照）とからなる。なお、拡散処理工程及び焼入れ保持工程は必須ではない。拡散処理を行わない場合には浸炭処理後、そのまま油焼入れるか（図１中の＜５＞参照）、浸炭温度よりも低温にて焼入れ保持を行いその後油焼入れを行う（図１中の＜６＞参照）。以下に、各工程について詳細に説明する。
【００２２】
鋼材を浸炭処理するに際しては、浸炭処理雰囲気（浸炭炉）内に浸炭ガスを所定ガス圧に制御して供給すると共に炉内を所定温度まで加熱する。この時、浸炭ガスが例えば式１に示す反応式によってカーボン（Ｃ）と水素ガス（Ｈ_２）に分解し、これにより生成したカーボンが鋼材（Ｆｅ）中へと取り込まれる（固溶する）。
【００２３】
【式１】
＜例えば、浸炭ガスがメタン（ＣＨ_４）の場合＞
Ｆｅ＋ＣＨ_４（ｇ）→Ｆｅ［Ｃ］＋２Ｈ_２（ｇ）
（ｇ）：気体状態を表す。
［Ｃ］：鋼材（Ｆｅ）中に固溶したカーボンを表す。
【００２４】
上記のような浸炭反応によりカーボンが固溶されると鋼材の表面部にはオーステナイト相が形成されるが、これを油槽に浸けて油焼入れ（急冷）することによって鋼材の表面部のオーステナイト相が高硬度のマルテンサイト相へと相変態する。このような浸炭処理を施すことによって、表面部にはマルテンサイト化された硬化層が形成される一方、その内部は依然低炭素のままで高靭性を維持した浸炭処理鋼製品が得られる。
【００２５】
本発明に係る浸炭方法における浸炭ガスとしては、都市ガス若しくは天然ガスが用いられる。両ガスは、共にメタン（ＣＨ_４）を主成分とし、これにエタン、プロパン、ブタン等の炭素数２以上の炭化水素系ガスが少量ずつ含まれてなるものである。
【００２６】
都市ガスは、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）：６重量％、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）：４重量％、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）：２重量％、及び残部：メタンから構成される。また、天然ガスは、成分は一定ではないが、メタンを主成分として、残部をエタン、プロパン等の飽和炭化水素系ガスで構成される。本発明に係る浸炭方法では、天然ガスとしてメタンが５０重量％以上含まれるものを用いるのが好ましい。
【００２７】
従来より減圧下での浸炭処理に用いられている浸炭ガスは、エチレン、アセチレン、プロパン等のガスであり、家庭用等ガスとして汎用されている都市ガスや天然ガスが浸炭ガスとして用いられた例はない。これは以下の理由による。すなわち、都市ガスや天然ガスは、その大部分が反応活性が低いメタンで構成されてことから、上記エチレン、アセチレン、プロパン等のガスよりも浸炭能力に劣り浸炭ガスとしては不向きとされていたからである。
【００２８】
しかし、本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、都市ガス、天然ガスを浸炭ガスとして用いた場合でも、その浸炭能力を十分に発揮し実用レベルの浸炭処理製品を提供できることを見出した。これにより、従来のエチレンやアセチレン等の高価なガスに代わって汎用ガスとして広く普及している都市ガスや天然ガスが浸炭ガスとして使用可能となり、浸炭コストが大幅に低減できるという利点がある。
【００２９】
さらには、浸炭能力の高い炭素数２以上の炭化水素系のガス種が少量ずつ含まれていることにより、浸炭制御が容易に行え、且つ、煤の発生がない表面性状に優れた浸炭処理材が得られるという利点もある。その根拠は以下の通りである。すなわち、浸炭炉内に供給される都市ガスや天然ガスには浸炭能力の高い炭素数２以上の炭化水素系のガス種が少量ずつ含まれており、これらのガス種が鋼材の表面と接触し、主に鋼材表面における浸炭処理に寄与するものであるが、都市ガスや天然ガス中の多くは比較的浸炭能力の低いメタンガスであるために、エチレンやアセチレン等のような炭素数２以上の炭化水素系のガス種を単独で浸炭ガスとする場合よりも浸炭反応が緩やかに進行する。このため、所定量のカーボンが鋼材中に固溶されるように浸炭反応を制御することが極めて容易であるという利点がある。また、この場合には、主成分のメタンガスがキャリヤガスの代替となり、炭素数２以上の炭化水素系のガス種が鋼材表面全体にいきわたる結果、均一な浸炭処理を図ることができるので、鋼材中の場所によって浸炭処理に偏りが生じて鋼材表面に多量の煤が発生するといった事態は起こりにくい。これにより、表面性状に優れた浸炭処理材を得ることができるという利点がある。
【００３０】
本願発明に係る浸炭方法では、浸炭ガスをパルス式に浸炭雰囲気（浸炭炉）内に導入することとしている。ここで、「パルス式」とは、浸炭ガスを一定間隔で間歇的に炉内に導入する手段をいい、具体的には、図１に拡大図として模式的に示すように、（Ａ）浸炭ガスを一定ガス圧となるように炉内に導入する工程、（Ｂ）浸炭ガスの導入を止めて保持し導入ガスを炉内に拡散させる工程、及び（Ｃ）浸炭反応に寄与したガスを炉外に排気する工程を１サイクルとして、これを複数サイクル繰り返すことにより浸炭ガスを炉内に導入する手段をいう。なお、図示したように、拡散保持工程（工程（Ｂ））においては、若干の圧力上昇が生じる。これは浸炭反応の進行、具体的には、上記
【式１】に示したような反応によって浸炭ガスが水素ガスへと変換されることによって炉内全体のガス圧が増加することが原因となるものである。
【００３１】
浸炭ガスをパルス式に炉内に導入することによって浸炭反応に寄与する分だけの浸炭ガスの供給が可能であるので、常時ガスを流通させる場合と比べて使用ガス量を大幅に削減することができるというメリットがあると共に、ガスの拡散性を向上させることができるというメリットがある。拡散性の向上は以下の理由による。すなわち、パルス式による浸炭ガスの導入法では、上述のように（Ａ）浸炭ガス導入、（Ｂ）拡散保持、（Ｃ）炉内ガス排気のそれぞれの工程を繰り返す。したがって、工程（Ｃ）において分解した浸炭ガスを排気し新たに工程（Ａ）において浸炭ガスを導入するため、炉内のガスが攪拌されガスの拡散性が向上するのである。
【００３２】
また、パルス式に浸炭ガスを導入するに際して、１サイクル当たりの浸炭ガスの導入量は、浸炭処理雰囲気（浸炭炉）の単位容積（Ｌ）当たり３０〜３００ｃｃの範囲内に制御されていることが好ましく、さらには、５０〜２００ｃｃの範囲内にあることがより好ましい。浸炭ガスの導入量が３０ｃｃに満たない場合には、適正の浸炭反応を進行させるには浸炭ガス量が不十分で浸炭ムラが生じるという問題があり、一方、導入時間が３００ｃｃを超える場合には、適正の浸炭ガス量を超えてしまうことにより過剰カーボンの生成が原因となり鋼材表面上に煤が発生するという問題があるため好ましくない。
【００３３】
ここで、１サイクル当たりに導入される浸炭ガス量は、全サイクルを通じて同じであっても良いし各サイクル毎に漸次減少させても良く、使用する浸炭炉や浸炭処理される鋼材の種類等に応じて適宜設定可能である。
【００３４】
また、浸炭時における雰囲気温度は、８５０〜１１５０℃の範囲内にあることが好ましく、さらには、９００〜１０５０℃の範囲内にあることがより好ましく、またさらには、９３０℃であることがより好ましい。雰囲気温度が８５０℃に満たない場合には、浸炭反応が促進されず浸炭処理が不十分となるという問題があり、一方、雰囲気温度が１１５０℃を超える場合には、鋼材のひずみが大きくなるため実用上適さないという問題があるため好ましくない。
【００３５】
また、鋼材が上記パルス式による浸炭処理の全サイクルに亘って導入される浸炭ガスの積算量は、浸炭処理雰囲気（浸炭炉）の単位容積（Ｌ（リットル））当たり１８００〜１８０００ｃｃとなることが好ましく、さらには、２０００〜１２０００ｃｃとなることがより好ましい。導入ガスの積算量が１８００ｃｃに満たない場合には、鋼材中に固溶するカーボン量が少なく浸炭処理が不十分となるという問題があり、一方、導入ガスの積算量が１８０００ｃｃを超える場合には、過剰量のカーボンが供給されることにより鋼材表面上に煤が発生するという問題があり好ましくない。
【００３６】
また、各パルスサイクルにおいて導入された浸炭ガスを拡散させるための時間は、１〜２０秒間となることが好ましく、さらには、５〜２０秒間となることがより好ましい。この拡散時間が１秒に満たない場合には、浸炭ガスが雰囲気内に十分拡散せず浸炭処理が促進されないという問題があり、一方、拡散時間が２０秒を超える場合には、時間の増加に伴うガスの拡散性の向上が認められず浸炭処理の遅延化につながるという問題があり好ましくない。
【００３７】
また、浸炭時の浸炭処理雰囲気のベース圧は、０．０１〜１０ｋＰａの範囲内に制御することが好ましく、さらには、０．０５〜０．８ｋＰａの範囲内に制御することがより好ましい。ここで、「ベース圧」とは、パルス浸炭の各サイクルにおいて導入された浸炭ガスを排気した時に浸炭処理雰囲気内に残留するガスのガス圧を表したものである。すなわち、ベース圧が低いほど雰囲気内の浸炭処理ガスが多く排気されたことを意味する。ベース圧を０．０１ｋＰａ未満に設定した場合、減圧ポンプの使用がコストアップの要因となり、また、炉内での浸炭ガスの滞留時間が短くなり、２滞留時間内での浸炭ガスの分解が進まず浸炭反応が抑制され、一方、ベース圧が１０ｋＰａを超える場合には、浸炭ガスの分解が進まず煤が発生しやすくなるため好ましくない。
【００３８】
また、上記加熱処理の後には、通常、浸炭温度域において一定時間、浸炭処理材を保持する拡散処理を行う。この拡散処理では、前段階の加熱処理により浸炭処理材の表面部に固溶されたカーボンを処理材内部へと拡散させて浸炭処理の均質化ならびに硬化層範囲の拡大を図ることを目的とする。また、拡散処理時の炉内の温度は浸炭温度と同じであることが好ましい。ここで、拡散処理時の保持時間は１５〜１２０分間の範囲内にあることが好ましい。保持時間が１５分に満たない場合には、カーボンの拡散効果が十分に得られず、一方、保持時間が１２０分を超える場合には、保持時間の経過による浸炭効果が得られず処理に無駄が生じるため好ましくない。
【００３９】
また、さらに拡散処理後に所定温度域に降温して一定時間保持する焼入れ保持処理を行っても良い。この焼入れ保持処理を行うことによりカーボンの拡散効果がより促進される。ここで、焼入れ保持処理温度は８００〜９００℃の範囲内にあることが好ましく、さらには、８５０℃であることがより好ましい。保持処理温度が８００℃に満たない場合には、拡散効果が少なく、一方、保持処理温度が９００℃を超える場合には、焼入れ性能が劣るため好ましくない。
【００４０】
またここで、焼入れ保持処理の保持時間は５〜６０分間の範囲内にあることが好ましく、さらには、保持時間が５〜３０分間の範囲内にあることがより好ましい。保持時間が５分に満たない場合には、焼入れ保持処理によるカーボンの拡散効果が得られず、一方、保持時間が６０分を超える場合には、保持時間の経過による拡散効果が得られず処理に無駄が生じてしまうため好ましくない。
【００４１】
（浸炭処理材の評価手段）
上記浸炭処理プロセスにより得られた浸炭処理材の評価としては、浸炭処理材のビッカース硬さＨ_Ｖの測定を行った。このビッカース硬さＨ_Ｖは、マルテンサイト化された硬化層中のカーボン濃度に対応するもので、浸炭処理材中にカーボンがどの程度固溶されているかの指標となるものである。測定は、浸炭処理材の深さ方向に対して行った。ビッカース硬さＨ_Ｖの測定は、日本工業規格「ＪＩＳＧ０５５７」に準拠して行い、圧入荷重は４．９０３Ｎとした。試験は各深さにおいて３点ずつ行い、その平均値を測定結果とした。
【００４２】
ここで浸炭処理材の評価基準として、硬化層がビッカース硬さＨ_Ｖが５５０以上であり、且つ、このＨ_Ｖ≧５５０の条件を満たす硬化層（以下、「有効硬化層」という。）が表面から０．６ｍｍ以上の深さまで形成されているは実用化レベルにある浸炭処理製品であると判断した。
【００４３】
【実施例】
本発明の効果を、実施例により具体的に説明する。
【００４４】
（実施例１／浸炭温度の違いによる浸炭挙動の比較）
浸炭処理材として鋼材（材質：ＳＣＲ４２０、寸法：幅２２ｍｍ×奥行３０ｍｍ×高さ７．５ｍｍ）を用い、これを浸炭炉（室内容積０．８１Ｌ、室内寸法：φ３５ｍｍ、高さ８５０ｍｍ）内に挿置して、炉内の温度を８７０〜９６０℃の範囲内で加熱した後、その温度下で、浸炭ガスとして都市ガス（１３Ａ）を表１に示すパルス条件下（炉内ガス圧：２４００Ｐａ（ベース圧：１００Ｐａ）導入ガス流量：１００ｃｃ／ｍｉｎ、導入時間：２０秒間、保持時間：２０秒間、排気時間：２０秒間）で炉内に導入するサイクルを６０分間繰り返して行い浸炭処理を施した。
【００４５】
ここで、浸炭ガスの「炉内ガス圧：２４００Ｐａ」というのは、各サイクルの拡散保持工程（図１中の工程（Ｂ））において最大圧力２４００Ｐａに達するということを意味している。また、ここでいう「導入ガス圧」は、パルス浸炭の各サイクルにおける導入工程で導入された浸炭ガスのガス圧と導入前から炉内に若干存在していた残留ガスのガス圧（ベース圧）の総和を表している。なお、ベース圧についても（）内に示している。以下の実施例においても、パルス浸炭時のガス圧は浸炭ガスのガス圧とベース圧の総和を表したものである。
【００４６】
浸炭処理後、８０℃の温度でそのまま油焼入れ（急冷）を行った。得られた浸炭処理製品について表面から深さ方向に対するカーボン濃度の測定及びビッカース硬さＨ_Ｖの測定を行った。
【００４７】
【表１】

【００４８】
図２及び図３に実施例１に係る浸炭挙動（深さ方向に対するカーボン濃度及びビッカース硬さＨ_Ｖの変化）に及ぼす浸炭温度の影響についての結果を示す。図２に示したように、浸炭温度の上昇に伴い表面付近のカーボン濃度の増加及びカーボンの深さ方向への拡散が認められた。その結果として、図３に示したように、浸炭温度の上昇に伴い有効硬化層の厚みが増大する傾向にあった。特に浸炭温度が９３０℃以上では、有効硬化層が表面から約０．６ｍｍの深さまで形成されており、表面に煤等の発生も認められず良質の浸炭処理製品が得られた。
【００４９】
また、図３に示した結果において有効硬化層が表面から０．６ｍｍの深さまで達しなかった条件下でも浸炭時における浸炭ガス量を増やすこと（各パルスサイクル当たりの浸炭ガス量の増加若しくはパルスサイクルの増加）によって、上記浸炭温度が９３０℃以上の条件下と同様に良質な浸炭処理製品が得られた。なお、図３に示した結果では鋼材の表面近傍においてビッカース硬さＨ_Ｖの低下が認められたが、浸炭処理後に拡散処理を施すことによって固溶されたカーボンが拡散して表面近傍において最もビッカース硬さＨ_Ｖ値が高くなる、より良質な浸炭処理製品が得られることを実験的に確認している。
【００５０】
（実施例２／浸炭ガス積算量の違いによる浸炭挙動の比較）
実施例１と同じ被浸炭処理材及び浸炭炉（室内容積０．８１Ｌ）を用い、９３０℃の加熱温度下で、浸炭ガスとして都市ガス（１３Ａ）を表１に示すパルス条件下で炉内に導入するサイクルを１０〜１２０分間繰り返すことによって浸炭処理を施した後、８０℃の温度でそのまま油焼入れを行った。ここで、浸炭処理全サイクルに要する時間「１０〜１２０分間」だけ浸炭ガスを導入した場合における導入された浸炭ガスの積算量は「４１２〜４９３８ｃｃ」である。得られた浸炭処理製品について表面から深さ方向に対するカーボン濃度の測定及びビッカース硬さＨ_Ｖの測定を行った。
【００５１】
図４及び図５に実施例２に係る浸炭挙動（深さ方向に対するカーボン濃度及びビッカース硬さＨ_Ｖの変化）に及ぼす浸炭温度の影響についての結果を示す。ここで、図中に示した（）内の数値は、各浸炭処理時間内に導入された浸炭ガスの積算量を表したものである。図４に示したように、浸炭処理時間（全パルスサイクルを通じた浸炭処理時間）の増加に伴い表面付近のカーボン濃度の増加及びカーボンの深さ方向への拡散が認められた。その結果として、図５に示したように、浸炭処理時間の増加に伴い有効硬化層の厚みが増大する傾向にあった。特に浸炭処理時間が６０分を超える条件下では、有効硬化層が表面から約０．６ｍｍの深さまで形成されており、表面に煤等の発生も認められず良質の浸炭処理製品が得られた。浸炭処理の短時間側で有効硬化層が深く形成されなかったのは、浸炭ガスの積算量が十分でなかったためと考えられる。
【００５２】
なお、図５に示した結果では鋼材の表面近傍においてビッカース硬さＨ_Ｖの低下が認められたが、浸炭処理後に拡散処理を施すことによって鋼材中に固溶されたカーボンが均一に拡散し、その結果硬さムラ並びに浸炭ムラのない、より良質な浸炭処理製品が得られた。
【００５３】
（実施例３／拡散処理の有無による浸炭挙動の比較）
実施例１及び２と同じ被浸炭処理材及び浸炭炉（室内容積０．８１Ｌ）を用い、９３０℃の加熱温度下で、浸炭ガスとして都市ガス（１３Ａ）を表１に示すパルス条件下で炉内に導入するサイクルを６０分間繰り返すことによって浸炭処理を施した。その後、一条件では、浸炭ガスの供給を停止して、１ｋＰａ以下となるように炉内を減圧し同温度（９３０℃）に保持した状態で６０分間拡散処理を行い、８０℃の温度で油焼入れを行った。また他条件では、浸炭処理後、８０℃の温度でそのまま油焼入れを行った。得られた浸炭処理製品について表面から深さ方向に対してビッカース硬さＨ_Ｖの測定を行った。
【００５４】
図６に実施例３に係る浸炭挙動（深さ方向に対するビッカース硬さＨ_Ｖの変化）に及ぼす拡散処理の影響についての結果を示す。図６に示したように、拡散処理の有り・無し、いずれの条件においても有効硬化層が表面から約０．６ｍｍ以上の深さまで形成されており、表面に煤などの発生もなく良質な浸炭処理製品が得られた。しかし、拡散処理を施すことによってビッカース硬さＨ_Ｖはさらに増加し有効硬化層の厚みもさらに増大しており、さらには拡散処理を行わなかった条件下で見られた表面近傍でのビッカース硬さＨ_Ｖの低下も解消され硬さムラ並びに浸炭ムラのない、より良質な浸炭処理製品が得られた。
【００５５】
（実施例４／浸炭ガス量及び浸炭ガス圧の違いによる浸炭挙動の比較）
浸炭処理材として鋼材（材質：ＳＣＭ４１５、寸法：幅２２ｍｍ×奥行３０ｍｍ×高さ７．５ｍｍ）を用い、実施例１〜３と同じ浸炭炉（室内容積０．８１Ｌ）を用い、浸炭ガスとして都市ガス（１３Ａ）を表１に示すパルス条件下で炉内に導入するサイクルを６０分間繰り返すことによって浸炭処理を施した。なお、本実施例では、炉内ガス圧を２１６０〜３５３０Ｐａの範囲で変化させ、またガス流量を５〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲内で変化させた。なお、各サイクルにおいて導入される浸炭ガス量は１．５４〜３０．８ｃｃの範囲内にある（表１参照）。浸炭処理後は浸炭処理時と同温度、減圧雰囲気下で６０分間拡散処理を施した後、８０℃の温度で油焼入れを行った。得られた浸炭処理製品について表面から深さ方向に対してビッカース硬さＨ_Ｖの測定を行った。
【００５６】
図７〜図９に実施例４に係る浸炭挙動（深さ方向に対するビッカース硬さＨ_Ｖの変化）に及ぼす浸炭ガス量及び浸炭ガス圧の影響についての結果を示す。ここで、図中に示した（）内の数値は、各浸炭処理時間内に導入された浸炭ガスの積算量を表したものである。なお、図７〜図９は浸炭ガス圧の違いごとにまとめたものである。図示したように、いずれの浸炭ガス圧下でも浸炭ガス量の増加に伴いカーボンが鋼材中へと固溶しその結果、ビッカース硬さＨ_Ｖの増加が認められ、有効硬化層の厚みも増加する傾向にあった。特にいずれの浸炭ガス圧下においても、浸炭ガス量（炉の単位容積当たりの浸炭ガスの積算量）が１８５２ｃｃ（流量：１００ｃｃ／ｍｉｎ）において有効硬化層が表面から約０．６ｍｍの深さまで形成され、また、表面には煤等の発生のない良質の浸炭処理製品が得られた。また、浸炭ガス圧が増加するのに伴いカーボンの鋼材中への固溶量及びビッカース硬さＨ_Ｖが増加し且つ有効硬化層の厚みがより増大する傾向にあった。なお、図７〜図９に示した結果において有効硬化層の形成が認められなかった条件についても、図示はしないが浸炭ガス量を増やすこと（各パルスサイクル当たりの浸炭ガス量の増加若しくはパルスサイクルの増加）によって、有効硬化層が表面から０．６ｍｍの深さまで形成され、且つ、煤等の発生のない表面性状に優れた良質の浸炭処理製品が得られることを実験的に確認している。
【００５７】
以上の結果から、浸炭ガスである都市ガス（１３Ａ）を、減圧下且つ８５０〜１１００℃の温度域下で、所定のパルス条件、すなわち、各パルスサイクルにおける浸炭ガスのガス量が浸炭炉の単位容積当たり３０〜３００ｃｃ且つ全パルスサイクルを通じた浸炭ガスの導入積算量が１８００〜１８０００ｃｃとなるように制御されることによって、従来より減圧下での浸炭処理において浸炭ガスとして使用されているアセチレンガス、エチレンガス、プロパンガス等と同様の優れた浸炭効果が得られた。具体的には、一般に浸炭処理材としての実用化レベルとされるビッカース硬さＨ_Ｖが５５０以上の有効硬化層が表面から０．６ｍｍ以上の深さまで形成されるという条件を満たし、且つ、煤や浸炭ムラの発生のない良質の浸炭処理製品を得ることができた。
【００５８】
また、上記の浸炭効果は都市ガス（１３Ａ）を浸炭ガスとして用いた場合だけでなく、天然ガスを用いた場合にも、減圧下で浸炭温度を８５０〜１１００℃に制御し、さらに上記所定のパルス条件（浸炭ガス導入量、ベース圧等）を設定することによって、都市ガス（１３Ａ）を用いた場合と同様に有効硬化層が表面から０．６ｍｍ以上の深さまで形成され且つ煤や浸炭ムラの発生のない浸炭処理製品が得られることも実験的に確認している。
【００５９】
本発明は上記した実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、浸炭時のパルスサイクル条件は上記実施例のものには限られず、各サイクルあたりの浸炭ガスの導入量や導入時間、保持時間、排気時間等も適宜変更可能である。また、被浸炭処理材として使用する鋼材の材質も上記実施例のものに限られない。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の浸炭方法によれば、浸炭ガスとして、従来減圧下での浸炭処理において浸炭用の供給ガスとして有効であるとされてきたエチレンガスやアセチレンガス等よりも安価な都市ガス若しくは天然ガスを使用することによって、浸炭処理コストならびに得られる浸炭処理製品のコストを低減させることができるという効果がある。特に、家庭用等のガスラインとして広く普及している都市ガスを浸炭ガスとして使用することによって、浸炭処理設備への浸炭ガスの供給が極めて容易であり、浸炭処理コスト等をより安価に抑えることができるという効果がある。
【００６１】
また、都市ガスや天然ガスは、比較的浸炭能力の低いメタンが主成分として含まれていることにより、浸炭制御が容易に行え、且つ、煤などの発生のない表面性状に優れた浸炭処理材が得られるという効果がある。また、炭素数２以上の浸炭ガス種の分散性が良好であることから、浸炭時の反応ムラが少なく拡散処理時間ひいては浸炭処理工程全体の短縮化をも図ることができるという効果がある。さらには、常圧浸炭法のように浸炭時に有害なＣＯが一切発生せず、環境面からも優れている。
【００６２】
また、減圧下において、浸炭処理を所定温度（８５０〜１１５０℃）、及び所定パルス条件下で行うことによって、煤や浸炭ムラの発生がなく、鋼材内部までカーボンが十分に固溶・拡散された高品質の浸炭処理製品を提供することができるという効果がある。特に、パルス式に浸炭ガスを炉内に導入するに際して、１サイクル当たりの浸炭ガス量が炉の単位容積当たり３０〜３００ｃｃの範囲内且つ全サイクルを通した浸炭ガスの導入積算量が１８００〜１８０００ｃｃの範囲内に制御することによって、生成したカーボンが煤となって発生することなく常に鋼材中へと固溶される適正の浸炭反応を進行させることが可能であり、これにより実用化レベルとされる０．６ｍｍ以上の厚みを備えた有効硬化層が形成され、なおかつ浸炭ムラや硬さムラのない良質の浸炭処理製品を製造することができるという効果がある。またさらに、浸炭時の浸炭処理雰囲気のベース圧を０．０１〜１０ｋＰａの範囲内に制御することによって、浸炭ガスのガス圧（ガス導入量）を容易に制御することができ、最適の浸炭処理を実現することができるという効果がある。
【００６３】
また、浸炭処理後に、浸炭処理製品を１ｋＰａ以下の減圧下で所定時間、特に５〜６０分間保持する拡散処理を行うことによって、浸炭処理で鋼材の表面部に固溶されたカーボンを処理材内部へと効果的に拡散させることができる。これにより、浸炭ムラの発生が抑えられ、最適な厚みを有する硬化層が形成された良質の浸炭処理製品を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る浸炭処理時の加熱履歴及び炉内圧力履歴並びにパルスサイクルの圧力履歴を示した図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る浸炭処理製品における浸炭挙動（深さ方向に対する炭素濃度の変化）に及ぼす浸炭温度の影響について示した図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る浸炭処理製品における浸炭挙動（深さ方向に対するビッカース硬さＨ_Ｖの変化）に及ぼす浸炭温度の影響について示した図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る浸炭処理製品における浸炭挙動（深さ方向に対する炭素濃度の変化）に及ぼす浸炭処理時間の影響について示した図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る浸炭処理製品における浸炭挙動（深さ方向に対するビッカース硬さＨ_Ｖの変化）に及ぼす浸炭処理時間の影響について示した図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る浸炭処理製品における浸炭挙動（深さ方向に対するビッカース硬さＨ_Ｖの変化）に及ぼす拡散処理の影響について示した図である。
【図７】本発明の第４実施例に係る浸炭処理製品における浸炭挙動（深さ方向に対するビッカース硬さＨ_Ｖの変化）に及ぼす浸炭ガス量の影響（浸炭圧力：２１６０Ｐａ）について示した図である。
【図８】本発明の第４実施例に係る浸炭処理製品における浸炭挙動（深さ方向に対するビッカース硬さＨ_Ｖの変化）に及ぼす浸炭ガス量の影響（浸炭圧力：２６１０Ｐａ）について示した図である。
【図９】本発明の第４実施例に係る浸炭処理製品における浸炭挙動（深さ方向に対するビッカース硬さＨ_Ｖの変化）に及ぼす浸炭ガス量の影響（浸炭圧力：３５３０Ｐａ）について示した図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a carburizing method, and more particularly, to a carburizing method in which a surface of a steel material to be carburized is heated in a carburizing furnace and carburized by a carburizing gas introduced under reduced pressure.
[0002]
[Prior art]
"Carburizing", which has long been known as a technique for hardening steel surfaces, involves heating low-carbon steel in carburizing gas to capture carbon (carbon) on the steel surface and diffuse the carbon from the steel surface into the interior. This is a method of increasing the carbon concentration near the surface of the steel material. By this carburizing method, a martensitic hardened layer is formed near the steel material surface by rapid cooling from a high-temperature austenitic state, and a carburized steel product which maintains high toughness while maintaining low carbon inside the steel material is obtained.
[0003]
One of the methods known as the carburizing treatment technique is a normal pressure carburizing method in a normal pressure gas atmosphere. In this normal pressure carburizing method, for example, carbon monoxide (CO) is used as a carburizing gas, and is reacted with a carburizing material (steel material) at a high temperature and a normal pressure to form carbon (C) and carbon dioxide (CO). ₂ ) Is produced, the produced carbon is dissolved in the steel material surface, and the carbon is diffused from the steel material surface to the inside.
[0004]
However, in recent years, with increasing interest in environmental issues and resource issues, CO, CO ₂ While the normal pressure carburizing method that discharges such gases has been regarded as a problem, the carburizing method of performing carburizing treatment under reduced pressure has attracted attention as an extremely effective carburizing method for energy saving, resource saving and pollution prevention.
[0005]
In this carburizing method, a surface of a steel material is carburized by introducing a hydrocarbon gas as a carburizing gas under reduced pressure. At the time of carburizing treatment, the hydrocarbon gas reacts with the steel material at high temperature and under reduced pressure to react with carbon (C) and hydrogen gas (H). ₂ ), And the generated carbon forms a solid solution in the steel and diffuses from the steel surface into the interior. Conventionally, acetylene gas (for example, see Patent Literature 1), ethylene gas (for example, see Patent Literature 2), or a mixed gas of ethylene and hydrogen (for example, see Patent Literature 3) has been used as a carburizing gas in a carburizing process under reduced pressure. ), A mixed gas of ethylene and acetylene (for example, see Patent Document 4) and the like.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-8-325701
[Patent Document 2]
JP 2002-146512 A
[Patent Document 3]
JP 2001-262313 A
[Patent Document 4]
JP-A-2000-1765
[0007]
According to the carburizing method using these carburizing gases, a high-quality carburized product can be obtained by heat treatment at a high temperature, heat energy of the carburizing process is not wasted, and the gas consumption is reduced to the normal pressure carburizing process. In addition, there is an advantage that it requires less and has excellent environmental characteristics due to no emission of carbon dioxide.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the carburizing treatment using ethylene gas or acetylene gas as the carburizing gas, since the carburizing gas species is a highly reactive and flammable gas composed of unsaturated hydrocarbon, soot is easily generated, There is a problem that there is a danger of ignition due to gas leakage from pipes and the like, and handling is difficult, and further, there is a problem that the heat treatment cost increases because these gases are expensive.
[0009]
In addition, since the amount of ethylene gas or acetylene gas per unit number of carbon atoms is small, there is also a problem that it is difficult to disperse and diffuse in a carburizing furnace, and carburizing unevenness is likely to occur.
[0010]
The problem to be solved by the present invention is that when carburizing steel material, CO, CO ₂ It is an object of the present invention to provide a carburizing method capable of obtaining a high-quality carburized steel which is inexpensive, does not generate harmful gases such as the above, is inexpensive, and does not generate soot and uneven carburization.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the carburizing method of the present invention comprises a saturated hydrocarbon-based gas as a main component while the carburizing atmosphere of the material to be carburized is reduced in pressure and the atmosphere temperature is kept in a range of 850 to 1100 ° C. When the carburizing gas is introduced in a pulsed manner by introducing city gas or natural gas into the carburizing material, the means for introducing the carburizing gas in the pulsed manner is characterized in that the amount of the carburizing gas is the unit volume (L) of the carburizing atmosphere. A plurality of cycles, including a step of introducing 30 to 300 cc per unit, a step of diffusing the introduced carburizing gas for a predetermined time, and a step of exhausting gas remaining in the carburizing atmosphere. The point is to repeat the process.
[0012]
In this case, it is preferable that the integrated amount of the carburizing gas into which the steel material is introduced over the entire cycle of the carburizing process by the pulse method be 1800 to 18000 cc per unit volume (L) of the carburizing atmosphere.
[0013]
According to this carburizing method, the city gas and the natural gas to be used can be obtained at a lower cost than the gas such as ethylene or acetylene, so that the carburizing cost and the cost of the obtained carburizing product can be reduced. In particular, since city gas is widely used as a gas line for home use or the like, supply as a carburizing gas source is extremely easy. In addition, city gas and natural gas used as carburizing gas are mainly composed of methane having relatively low carburizing ability, and contain small amounts of hydrocarbon-based gas species having high carburizing capacity of 2 or more. A carburized material which can be easily controlled and has excellent surface properties without generation of soot and the like can be obtained. Further, since the carburizing gas species having 2 or more carbon atoms is excellent in dispersibility, the carburizing treatment time can be shortened.
[0014]
Further, according to this carburizing method, the introduction of the carburizing gas is performed in a pulsed manner, so that the gas consumption can be reduced as compared with the case where the carburizing gas is always introduced. When carburizing gas is constantly introduced, even if the surface of the steel material has the target carbon concentration, the convex corners of the steel material (for example, the cutting edge portion of the gear) are less likely to diffuse than the flat portion, so the carbon concentration is high. It is easy to overcarburize. On the other hand, if the carburizing gas is introduced by a pulse method, the diffusivity at the corners described above is improved, and the same carbon concentration as that of the plane portion can be obtained, so that a uniform diffusion process can be performed. In this case, by controlling the heating temperature in the carburizing furnace within the range of 850 to 1150 ° C., the reaction between the carburizing gas and the steel material is effectively promoted, and an appropriate amount of carbon that does not generate soot is fixed. Can be dissolved.
[0015]
In addition, when the carburizing gas is introduced into the furnace in a pulsed manner, the amount of carburizing gas introduced per cycle is controlled within the range of 30 to 300 cc per unit volume (L) of the carburizing atmosphere. The carburizing reaction can efficiently proceed between the carburizing gas and the steel material without generating soot.
[0016]
Further, since the "integrated amount" of the carburizing gas introduced over the entire cycle of the carburizing process by the pulse system is controlled to be 1800 to 18000 cc per unit volume (L) of the carburizing atmosphere, the carburizing process is performed. It is possible to provide an optimally carburized product obtained by forming a solid solution of a predetermined amount of carbon without generating soot throughout the entire process.
[0017]
In addition, in the pulse type carburizing treatment, the time for diffusing the introduced carburizing gas is controlled to be 1 to 20 seconds, so that the reaction between the carburizing gas introduced into the carburizing atmosphere and the steel material. An appropriate amount of carbon is supplied (solid solution) into the steel material by the (carburizing reaction), and the carburizing process can be promoted.
[0018]
Further, by setting the base pressure of the carburizing treatment atmosphere at the time of carburizing within the range of 0.01 to 1 kPa, the pressure of the carburizing gas (gas introduction amount) introduced into the atmosphere can be easily controlled.
[0019]
Furthermore, a good diffusion effect can be obtained by performing a diffusion treatment in which the steel material is carburized in a carburizing furnace and then maintained at a reduced pressure of 1 kPa or less and at the carburization temperature for 15 to 120 minutes.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0021]
First, the carburizing method according to the present invention will be described. FIG. 1 shows an example of a carburizing step (heating history and furnace pressure history) at the time of carburizing treatment for carrying out the carburizing method according to the present invention. This carburizing step is a heating step of heating a carburizing atmosphere (here, “carburizing furnace”) in which a steel material to be carburized is inserted to a predetermined carburizing temperature while reducing the pressure to, for example, about 10 Pa. 1), a carburizing step of introducing a carburizing gas into the furnace while maintaining the temperature at a constant temperature to carry out a carburizing treatment of the steel material (see <2> in FIG. 1), and a carburizing treatment A diffusion holding step (see <3> in FIG. 1) in which the furnace is kept at a carburizing temperature range while depressurizing the inside of the furnace, if necessary, to diffuse carbon dissolved in the steel material; And a quenching step of performing quenching and holding at a temperature lower than the diffusion temperature and then performing oil quenching (rapid cooling) and a quenching step (see <4> in FIG. 1). Note that the diffusion treatment step and the quenching and holding step are not essential. When the diffusion treatment is not performed, oil quenching may be performed as it is after the carburizing treatment (see <5> in FIG. 1), or quenching and holding may be performed at a temperature lower than the carburizing temperature, and then oil quenching may be performed. 6>). Hereinafter, each step will be described in detail.
[0022]
When carburizing a steel material, a carburizing gas is controlled and supplied to a predetermined gas pressure into a carburizing atmosphere (carburizing furnace) and the furnace is heated to a predetermined temperature. At this time, the carburizing gas is converted into carbon (C) and hydrogen gas (H ₂ ), And the resulting carbon is taken into the steel (Fe) (dissolves).
[0023]
(Equation 1)
<For example, if the carburizing gas is methane (CH ₄ )>
Fe + CH ₄ (G) → Fe [C] + 2H ₂ (G)
(G): represents a gas state.
[C]: represents carbon dissolved in steel (Fe).
[0024]
When carbon is dissolved as a result of the carburization reaction as described above, an austenitic phase is formed on the surface of the steel material. However, the austenitic phase on the surface of the steel material is immersed in an oil bath and quenched by oil (quenching). Transforms into a high hardness martensite phase. By performing such a carburizing treatment, a martensitized hardened layer is formed on the surface portion, while a carburized steel product in which the inside remains low carbon and maintains high toughness is obtained.
[0025]
As the carburizing gas in the carburizing method according to the present invention, city gas or natural gas is used. Both gases are both methane (CH ₄ ) As a main component, and a small amount of a hydrocarbon-based gas having 2 or more carbon atoms such as ethane, propane, and butane.
[0026]
City gas is ethane (C ₂ H ₆ ): 6% by weight, propane (C ₃ H ₈ ): 4% by weight, butane (C ₄ H ₁₀ ): 2% by weight and the balance: methane. Natural gas has a variable component, but is composed mainly of methane and the remainder is a saturated hydrocarbon-based gas such as ethane or propane. In the carburizing method according to the present invention, it is preferable to use a natural gas containing 50% by weight or more of methane as natural gas.
[0027]
Conventionally, carburizing gas used for carburizing treatment under reduced pressure is a gas such as ethylene, acetylene, propane, etc., and an example in which city gas or natural gas, which is widely used as a household gas, is used as a carburizing gas. There is no. This is for the following reason. That is, city gas and natural gas are mostly composed of methane having a low reaction activity, and therefore have lower carburizing ability than the above-mentioned gases such as ethylene, acetylene, propane, etc., and are not suitable as carburizing gas. .
[0028]
However, as a result of intensive studies conducted by the inventors of the present invention, it has been found that even when city gas or natural gas is used as a carburizing gas, the carburizing ability can be sufficiently exerted to provide a carburized product at a practical level. As a result, city gas and natural gas, which are widely used as general-purpose gases, can be used as carburizing gas in place of expensive gases such as conventional ethylene and acetylene, and there is an advantage that carburizing cost can be significantly reduced.
[0029]
Furthermore, since the carburizing ability contains a small amount of hydrocarbon-based gas species having 2 or more carbon atoms with high carburizing ability, carburizing can be easily performed, and carburizing material having excellent surface properties without soot generation. Is also obtained. The basis is as follows. In other words, city gas and natural gas supplied into the carburizing furnace contain small amounts of hydrocarbon-based gas species having a high carburization capacity of 2 or more, and these gas species come into contact with the surface of the steel material. It mainly contributes to the carburizing treatment on the steel surface, but most of the city gas and natural gas are methane gas with relatively low carburizing capacity, so that carbonization with two or more carbon atoms such as ethylene and acetylene etc. The carburizing reaction proceeds more slowly than when the hydrogen-based gas species is used alone as the carburizing gas. Therefore, there is an advantage that it is extremely easy to control the carburization reaction so that a predetermined amount of carbon is dissolved in the steel material. In this case, the methane gas as a main component substitutes for the carrier gas, and the hydrocarbon-based gas having 2 or more carbon atoms is spread over the entire surface of the steel material. As a result, a uniform carburizing treatment can be achieved. It is unlikely that the carburizing process will be biased depending on the location and a large amount of soot will be generated on the surface of the steel material. Thereby, there is an advantage that a carburized material having excellent surface properties can be obtained.
[0030]
In the carburizing method according to the present invention, the carburizing gas is introduced into the carburizing atmosphere (carburizing furnace) in a pulsed manner. Here, the “pulse type” means a means for intermittently introducing a carburizing gas into the furnace at regular intervals, and specifically, as shown schematically in FIG. A step of introducing a gas into the furnace so as to have a constant gas pressure, (B) a step of stopping and holding the introduction of the carburizing gas and diffusing the introduced gas into the furnace, and (C) a step of converting the gas contributing to the carburizing reaction into the furnace. This means means for introducing a carburizing gas into the furnace by repeating the step of evacuating to the outside as one cycle and repeating this cycle a plurality of cycles. As shown in the figure, a slight pressure increase occurs in the diffusion holding step (step (B)). This is the progress of the carburizing reaction, specifically
This is because the carburizing gas is converted into hydrogen gas by the reaction shown in the formula 1, and the gas pressure in the entire furnace increases.
[0031]
By introducing carburizing gas into the furnace in a pulsed manner, it is possible to supply only enough carburizing gas to contribute to the carburizing reaction, so that the amount of gas used can be significantly reduced compared to the case where gas is constantly circulated. There is a merit that the gas diffusion property can be improved in addition to the merit that the gas can be diffused. The diffusibility is improved for the following reasons. That is, in the method of introducing the carburizing gas by the pulse method, as described above, the steps of (A) introducing the carburizing gas, (B) maintaining the diffusion, and (C) exhausting the gas in the furnace are repeated. Therefore, since the carburizing gas decomposed in the step (C) is exhausted and the carburizing gas is newly introduced in the step (A), the gas in the furnace is agitated and the gas diffusibility is improved.
[0032]
In addition, when the carburizing gas is introduced in a pulsed manner, the amount of the carburizing gas introduced per cycle may be controlled within the range of 30 to 300 cc per unit volume (L) of the carburizing atmosphere (carburizing furnace). More preferably, it is more preferably in the range of 50 to 200 cc. When the amount of the carburizing gas introduced is less than 30 cc, there is a problem that the amount of the carburizing gas is insufficient to promote an appropriate carburizing reaction and uneven carburizing occurs. On the other hand, when the introducing time exceeds 300 cc, However, if the amount of the carburizing gas exceeds an appropriate amount, there is a problem that soot is generated on the surface of the steel material due to generation of excess carbon, which is not preferable.
[0033]
Here, the amount of carburizing gas introduced per cycle may be the same throughout the entire cycle or may be gradually decreased in each cycle, depending on the type of carburizing furnace to be used and the type of steel material to be carburized. It can be set appropriately as needed.
[0034]
Further, the ambient temperature during carburization is preferably in the range of 850 to 1150 ° C, more preferably in the range of 900 to 1050 ° C, and even more preferably 930 ° C. preferable. When the ambient temperature is lower than 850 ° C., there is a problem that the carburizing reaction is not promoted and the carburizing treatment becomes insufficient. On the other hand, when the ambient temperature exceeds 1150 ° C., the strain of the steel material increases. It is not preferable because there is a problem that it is not practically suitable.
[0035]
Further, the integrated amount of the carburizing gas into which the steel material is introduced over the entire cycle of the carburizing process by the pulse method may be 1800 to 18000 cc per unit volume (L (liter)) of the carburizing atmosphere (carburizing furnace). More preferably, it is more preferably 2000-12000 cc. When the integrated amount of the introduced gas is less than 1800 cc, there is a problem that the amount of carbon dissolved in the steel material is small and the carburizing treatment is insufficient. On the other hand, when the integrated amount of the introduced gas exceeds 18000 cc, However, there is a problem that soot is generated on the surface of the steel material when an excessive amount of carbon is supplied, which is not preferable.
[0036]
The time for diffusing the carburizing gas introduced in each pulse cycle is preferably 1 to 20 seconds, and more preferably 5 to 20 seconds. If the diffusion time is shorter than 1 second, there is a problem that the carburizing gas does not sufficiently diffuse into the atmosphere and the carburizing treatment is not promoted. On the other hand, if the diffusion time exceeds 20 seconds, the time increases. There is a problem that the improvement of gas diffusivity is not recognized and the carburization treatment is delayed, which is not preferable.
[0037]
Further, the base pressure of the carburizing treatment atmosphere during carburizing is preferably controlled within a range of 0.01 to 10 kPa, and more preferably controlled within a range of 0.05 to 0.8 kPa. Here, the “base pressure” indicates the gas pressure of the gas remaining in the carburizing atmosphere when the carburizing gas introduced in each cycle of the pulse carburizing is exhausted. That is, the lower the base pressure, the more the carburizing gas in the atmosphere was exhausted. If the base pressure is set to less than 0.01 kPa, the use of a decompression pump causes a cost increase, and the residence time of the carburizing gas in the furnace is shortened, and the decomposition of the carburizing gas within two residence times proceeds. First, when the carburizing reaction is suppressed, while the base pressure exceeds 10 kPa, decomposition of the carburizing gas does not proceed and soot is easily generated, which is not preferable.
[0038]
After the heat treatment, a diffusion treatment for holding the carburized material is usually performed for a certain time in the carburizing temperature range. This diffusion treatment aims to homogenize the carburization treatment and expand the range of the hardened layer by diffusing the carbon solid-dissolved on the surface of the carburized treatment material by the heat treatment in the previous stage into the inside of the treatment material. . Further, the temperature in the furnace during the diffusion treatment is preferably the same as the carburizing temperature. Here, the holding time during the diffusion process is preferably in the range of 15 to 120 minutes. If the holding time is shorter than 15 minutes, the effect of diffusing carbon is not sufficiently obtained. On the other hand, if the holding time is longer than 120 minutes, the carburizing effect due to the elapse of the holding time is not obtained and the treatment is wasted. Undesirably occurs.
[0039]
Further, after the diffusion process, a quenching holding process of lowering the temperature to a predetermined temperature range and holding the temperature for a certain period of time may be performed. By performing the quenching and holding treatment, the carbon diffusion effect is further promoted. Here, the quenching and holding treatment temperature is preferably in the range of 800 to 900C, and more preferably 850C. When the holding temperature is lower than 800 ° C., the diffusion effect is small. On the other hand, when the holding temperature is higher than 900 ° C., the quenching performance is inferior.
[0040]
Here, the holding time of the quenching holding process is preferably in the range of 5 to 60 minutes, and more preferably in the range of 5 to 30 minutes. If the holding time is less than 5 minutes, the diffusion effect of carbon by the quenching and holding process cannot be obtained, while if the holding time exceeds 60 minutes, the diffusion effect due to the elapse of the holding time cannot be obtained and the treatment is not performed. This is not preferable because it causes waste.
[0041]
(Evaluation method of carburized material)
Evaluation of the carburized material obtained by the above carburizing process includes Vickers hardness H of the carburized material. _V Was measured. This Vickers hardness H _V Corresponds to the carbon concentration in the martensitic hardened layer and is an index of how much carbon is dissolved in the carburized material. The measurement was performed in the depth direction of the carburized material. Vickers hardness H _V Was measured in accordance with Japanese Industrial Standards “JISG 0557”, and the press-fit load was 4.903N. The test was performed at three points at each depth, and the average value was used as the measurement result.
[0042]
Here, as a criterion for evaluating the carburized material, the hardened layer has a Vickers hardness H. _V Is 550 or more, and this H _V A cured layer satisfying the condition of ≧ 550 (hereinafter referred to as “effective cured layer”) formed to a depth of 0.6 mm or more from the surface was judged to be a carburized product at a practical use level.
[0043]
【Example】
The effects of the present invention will be specifically described with reference to examples.
[0044]
(Example 1 / Comparison of carburizing behavior due to difference in carburizing temperature)
A steel material (material: SCR420, dimensions: width 22 mm × depth 30 mm × height 7.5 mm) is used as a carburizing material and inserted into a carburizing furnace (room volume 0.81 L, room size: φ35 mm, height 850 mm). After heating the furnace temperature within the range of 870 to 960 ° C., at that temperature, city gas (13A) was used as a carburizing gas under the pulse conditions shown in Table 1 (furnace gas pressure: 2400 Pa ( (Base pressure: 100 Pa) Introduced gas flow rate: 100 cc / min, introduction time: 20 seconds, holding time: 20 seconds, evacuation time: 20 seconds).
[0045]
Here, "furnace gas pressure: 2400 Pa" of the carburizing gas means that the maximum pressure reaches 2400 Pa in the diffusion holding step (step (B) in FIG. 1) of each cycle. The term "introduced gas pressure" used herein refers to the gas pressure of the carburizing gas introduced in the introduction step in each cycle of the pulse carburizing and the gas pressure of the residual gas (base pressure) slightly present in the furnace before the introduction. Represents the sum of The base pressure is also shown in parentheses. Also in the following examples, the gas pressure during pulse carburizing represents the sum of the gas pressure of the carburizing gas and the base pressure.
[0046]
After carburizing, oil quenching (rapid cooling) was performed at a temperature of 80 ° C. Measurement of carbon concentration in the depth direction from the surface of the obtained carburized product and Vickers hardness H _V Was measured.
[0047]
[Table 1]

[0048]
2 and 3 show the carburizing behavior (carbon concentration and Vickers hardness H in the depth direction) according to Example 1. _V Changes), the results of the effect of carburizing temperature on As shown in FIG. 2, an increase in the carbon concentration near the surface and diffusion of carbon in the depth direction were observed with an increase in the carburizing temperature. As a result, as shown in FIG. 3, the thickness of the effective hardened layer tended to increase as the carburizing temperature increased. In particular, when the carburizing temperature was 930 ° C. or higher, the effective hardened layer was formed to a depth of about 0.6 mm from the surface, soot was not observed on the surface, and a high-quality carburized product was obtained.
[0049]
In addition, the amount of carburizing gas during carburizing is increased even under the condition that the effective hardened layer does not reach the depth of 0.6 mm from the surface in the results shown in FIG. 3 (increase in the amount of carburizing gas per pulse cycle or pulse cycle). As a result, a high-quality carburized product was obtained as in the case where the carburizing temperature was 930 ° C. or higher. Note that the results shown in FIG. 3 show that the Vickers hardness H _V However, by performing the diffusion treatment after the carburizing treatment, the solid solution carbon was diffused, and the Vickers hardness H was highest near the surface. _V It has been experimentally confirmed that higher quality and higher quality carburized products can be obtained.
[0050]
(Example 2 / Comparison of carburizing behavior due to difference in the amount of integrated carburizing gas)
Using the same carburizing material and a carburizing furnace (room volume 0.81 L) as in Example 1, at a heating temperature of 930 ° C., city gas (13A) as a carburizing gas was introduced into the furnace under pulse conditions shown in Table 1. Carburizing treatment was performed by repeating the introduction cycle for 10 to 120 minutes, and then oil quenching was performed at a temperature of 80 ° C. Here, when the carburizing gas is introduced only for the time required for the entire carburizing treatment cycle of "10 to 120 minutes", the integrated amount of the introduced carburizing gas is "412 to 4938 cc". Measurement of carbon concentration in the depth direction from the surface of the obtained carburized product and Vickers hardness H _V Was measured.
[0051]
4 and 5 show the carburizing behavior (carbon concentration and Vickers hardness H in the depth direction) according to Example 2. _V Changes), the results of the effect of carburizing temperature on Here, the numerical values in parentheses shown in the figure represent the integrated amount of the carburizing gas introduced during each carburizing treatment time. As shown in FIG. 4, an increase in the carbon concentration near the surface and diffusion of carbon in the depth direction were observed as the carburizing time (the carburizing time throughout the entire pulse cycle) increased. As a result, as shown in FIG. 5, the thickness of the effective hardened layer tended to increase as the carburizing time increased. In particular, under the condition where the carburizing time exceeds 60 minutes, the effective hardened layer was formed to a depth of about 0.6 mm from the surface, so that no soot was generated on the surface, and a high quality carburized product was obtained. . It is considered that the reason why the effective hardened layer was not formed deeply in the short time side of the carburizing treatment was that the integrated amount of the carburizing gas was not sufficient.
[0052]
Note that the results shown in FIG. 5 show that the Vickers hardness H _V However, by performing the diffusion treatment after the carburizing treatment, the carbon solid-dissolved in the steel material is uniformly diffused, and as a result, a better quality carburized product without unevenness in hardness and carburizing is obtained. Was done.
[0053]
(Example 3 / Comparison of carburizing behavior with and without diffusion treatment)
Using the same carburizing treatment material and carburizing furnace (indoor volume 0.81 L) as in Examples 1 and 2, the furnace was heated under a heating temperature of 930 ° C. and using city gas (13A) as a carburizing gas under pulse conditions shown in Table 1. The carburizing treatment was performed by repeating a cycle of introducing into the inside for 60 minutes. Then, under one condition, the supply of the carburizing gas was stopped, the inside of the furnace was depressurized to 1 kPa or less, and diffusion treatment was performed for 60 minutes while maintaining the same temperature (930 ° C.). Quenching was performed. Under other conditions, after carburizing, oil quenching was performed at a temperature of 80 ° C. Vickers hardness H of the resulting carburized product from the surface to the depth direction _V Was measured.
[0054]
FIG. 6 shows the carburizing behavior (Vickers hardness H in the depth direction) according to Example 3. _V Of the effect of the diffusion process on the change in As shown in FIG. 6, the effective hardened layer is formed to a depth of about 0.6 mm or more from the surface under both the presence and absence of the diffusion treatment, and high quality carburization without generation of soot on the surface. A processed product was obtained. However, by performing the diffusion treatment, the Vickers hardness H _V Is further increased, and the thickness of the effective hardened layer is further increased. Furthermore, the Vickers hardness H near the surface observed under the condition without the diffusion treatment is increased. _V And a higher quality carburized product without unevenness in hardness and carburization was obtained.
[0055]
(Example 4 / Comparison of carburizing behavior by difference in carburizing gas amount and carburizing gas pressure)
As the carburizing material, a steel material (material: SCM415, dimensions: width 22 mm × depth 30 mm × height 7.5 mm) was used, and the same carburizing furnace (room volume 0.81 L) as in Examples 1 to 3 was used. Carburizing treatment was performed by repeating a cycle of introducing the gas (13A) into the furnace under pulse conditions shown in Table 1 for 60 minutes. In this example, the gas pressure in the furnace was changed in the range of 2160 to 3530 Pa, and the gas flow rate was changed in the range of 5 to 100 cc / min. The amount of carburizing gas introduced in each cycle is in the range of 1.54 to 30.8 cc (see Table 1). After the carburizing treatment, a diffusion treatment was performed at the same temperature as the carburizing treatment at a reduced pressure atmosphere for 60 minutes, followed by oil quenching at a temperature of 80 ° C. Vickers hardness H of the resulting carburized product from the surface to the depth direction _V Was measured.
[0056]
7 to 9 show the carburizing behavior (Vickers hardness H in the depth direction) according to Example 4. _V Changes), the results of the effects of the amount of carburizing gas and the pressure of the carburizing gas on the carburizing gas. Here, the numerical values in parentheses shown in the figure represent the integrated amount of the carburizing gas introduced during each carburizing treatment time. 7 to 9 are summarized for each difference in carburizing gas pressure. As shown in the figure, under any of the carburizing gas pressures, the carbon solid-dissolves in the steel with the increase in the amount of carburizing gas, and as a result, the Vickers hardness H _V And the thickness of the effective cured layer also tended to increase. In particular, under any carburizing gas pressure, when the carburizing gas amount (integrated amount of carburizing gas per unit volume of the furnace) is 1852 cc (flow rate: 100 cc / min), an effective hardened layer is formed to a depth of about 0.6 mm from the surface. In addition, a high-quality carburized product free of soot and the like on the surface was obtained. Further, as the carburizing gas pressure increases, the amount of carbon dissolved in steel and the Vickers hardness H _V And the thickness of the effective cured layer tended to increase. In addition, the conditions in which the formation of an effective hardened layer was not recognized in the results shown in FIGS. 7 to 9 are not illustrated, but the amount of carburizing gas is increased (increase in the amount of carburizing gas per pulse cycle or pulse cycle). It has been experimentally confirmed that an effective hardened layer is formed to a depth of 0.6 mm from the surface, and a high-quality carburized product excellent in surface properties without generation of soot can be obtained. .
[0057]
From the above results, the city gas (13A) as a carburizing gas was subjected to a predetermined pulse condition under reduced pressure and a temperature range of 850 to 1100 ° C., that is, the gas amount of the carburizing gas in each pulse cycle was changed to the unit of the carburizing furnace. Acetylene gas conventionally used as a carburizing gas in the carburizing process under reduced pressure by controlling the integrated amount of carburizing gas to be 30 to 300 cc per volume and 1800 to 18000 cc through the entire pulse cycle, An excellent carburizing effect similar to that of ethylene gas, propane gas, etc. was obtained. Specifically, Vickers hardness H, which is generally regarded as a practical level as a carburizing material, _V Of 550 or more from the surface to a depth of 0.6 mm or more, and a high-quality carburized product free of soot and uneven carburization was obtained.
[0058]
In addition, the carburizing effect is controlled not only when the city gas (13A) is used as the carburizing gas but also when natural gas is used, by controlling the carburizing temperature to 850 to 1100 ° C. under reduced pressure. By setting pulse conditions (carburizing gas introduction amount, base pressure, etc.), an effective hardened layer is formed to a depth of 0.6 mm or more from the surface and soot and carburizing unevenness, as in the case of using city gas (13A). It has been experimentally confirmed that a carburized product free of cracks can be obtained.
[0059]
The present invention is not limited to the above embodiment at all, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the pulse cycle conditions during carburization are not limited to those in the above embodiment, and the amount of carburizing gas introduced, the time of introduction, the holding time, the evacuation time, etc. per cycle can be changed as appropriate. Further, the material of the steel material used as the material to be carburized is not limited to that of the above embodiment.
[0060]
【The invention's effect】
According to the carburizing method of the present invention, as a carburizing gas, a city gas or a natural gas, which is cheaper than ethylene gas or acetylene gas, which has conventionally been considered to be effective as a supply gas for carburizing in a carburizing process under reduced pressure. The use thereof has an effect that the carburizing cost and the cost of the obtained carburizing product can be reduced. In particular, by using city gas, which is widely used as a gas line for household use, as carburizing gas, it is extremely easy to supply carburizing gas to carburizing equipment and to reduce carburizing costs etc. at lower cost. There is an effect that can be.
[0061]
In addition, since city gas and natural gas contain methane having relatively low carburizing ability as a main component, carburizing can be easily performed, and a carburizing material excellent in surface properties without generation of soot. Is obtained. Further, since the dispersibility of the carburizing gas species having 2 or more carbon atoms is good, there is an effect that the reaction unevenness during carburizing is small, and the diffusion processing time and the entire carburizing process can be shortened. Furthermore, unlike the normal pressure carburizing method, no harmful CO is generated at the time of carburizing, which is excellent from an environmental point of view.
[0062]
In addition, by performing the carburizing treatment under a predetermined temperature (850 to 1150 ° C.) and a predetermined pulse condition under reduced pressure, soot and carburizing unevenness did not occur, and carbon was sufficiently dissolved and diffused into the steel material. There is an effect that a high-quality carburized product can be provided. In particular, when the carburizing gas is introduced into the furnace in a pulsed manner, the amount of carburizing gas per cycle is in the range of 30 to 300 cc per unit volume of the furnace, and the integrated amount of carburizing gas introduced throughout the entire cycle is 1800 to 18000 cc. By controlling the carbon content within the range, it is possible to progress an appropriate carburization reaction in which the generated carbon is always dissolved in the steel material without being generated as soot. An effective hardened layer having a thickness of 0.6 mm or more is formed, and a carburized product of good quality without carburizing unevenness or hardness unevenness can be produced. Further, by controlling the base pressure of the carburizing treatment atmosphere during carburization within the range of 0.01 to 10 kPa, the gas pressure of the carburizing gas (gas introduction amount) can be easily controlled, and the optimum carburizing treatment can be performed. There is an effect that can be realized.
[0063]
After carburizing, the carburized product is subjected to a diffusion process in which the product is kept under a reduced pressure of 1 kPa or less for a predetermined time, particularly 5 to 60 minutes, so that the carbon solid-dissolved in the surface of the steel material by the carburizing process is treated inside the treated material. Can be diffused effectively. This has the effect of suppressing the occurrence of uneven carburization and providing a high-quality carburized product on which a hardened layer having an optimum thickness is formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a heating history, a furnace pressure history, and a pulse cycle pressure history during carburizing according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the effect of carburizing temperature on carburizing behavior (change in carbon concentration in the depth direction) in the carburized product according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows the carburizing behavior (Vickers hardness H in the depth direction) of the carburized product according to the first embodiment of the present invention. _V FIG. 3 is a diagram showing the effect of carburizing temperature on the change of the carburizing temperature.
FIG. 4 is a diagram showing the effect of carburizing time on carburizing behavior (change in carbon concentration in the depth direction) in a carburized product according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows the carburizing behavior (Vickers hardness H in the depth direction) of the carburized product according to the second embodiment of the present invention. _V FIG. 4 is a diagram showing the effect of carburizing time on the change of the carburizing process.
FIG. 6 shows the carburizing behavior (Vickers hardness H in the depth direction) of the carburized product according to the third embodiment of the present invention. _V FIG. 11 is a diagram showing the effect of the diffusion process on the change of the image.
FIG. 7 shows the carburizing behavior (Vickers hardness H in the depth direction) of the carburized product according to the fourth embodiment of the present invention. _V FIG. 3 is a graph showing the effect of carburizing gas amount (carburizing pressure: 2160 Pa) on the change in the amount of carburizing gas.
FIG. 8 shows the carburizing behavior (Vickers hardness H in the depth direction) of the carburized product according to the fourth embodiment of the present invention. _V FIG. 4 is a diagram showing the effect of carburizing gas amount (carburizing pressure: 2610 Pa) on the change in the amount of carburizing gas.
FIG. 9 shows the carburizing behavior (Vickers hardness H with respect to the depth direction) in the carburized product according to the fourth embodiment of the present invention. _V FIG. 5 is a graph showing the effect of carburizing gas amount (carburizing pressure: 3530 Pa) on the change in the amount of carburizing gas.

Claims

A city gas or a natural gas containing a saturated hydrocarbon gas as a main component is introduced in a pulsed manner while reducing the carburizing atmosphere of a steel material to be carburized under reduced pressure and maintaining the atmosphere temperature in a range of 850 to 1150 ° C. When carburizing the material to be carburized,
Means for introducing the carburizing gas in a pulsed manner, wherein the step of introducing the carburizing gas so that the gas amount is 30 to 300 cc per unit volume (L) of the carburizing atmosphere; A carburizing method, wherein the step of diffusing and the step of exhausting gas remaining in the carburizing atmosphere are defined as one cycle, and the cycle is repeated over a plurality of cycles.

The carburizing gas introduced over the entire cycle of the carburizing process by the pulse type is made to have an integrated amount of 1800 to 18000 cc per unit volume (L) of the carburizing atmosphere. Carburizing method.

3. The carburizing method according to claim 1, wherein a time for diffusing the introduced carburizing gas is set to 1 to 20 seconds in the pulse-type carburizing treatment. 4.

The carburizing method according to any one of claims 1 to 3, wherein a base pressure of a carburizing treatment atmosphere during the carburizing by the pulse method is in a range of 0.01 to 10 kPa.

The carburizing method according to any one of claims 1 to 4, wherein after the carburizing treatment of the steel material, a diffusion treatment is performed under a reduced pressure of 1 kPa or less and at the carburizing treatment temperature for 15 to 120 minutes.