JP2024171158A - 連続式雰囲気熱処理炉および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】雰囲気ガスの使用量を抑制しつつ、被熱物に対して復炭反応を伴う焼鈍処理を行うことが可能な連続式雰囲気熱処理炉を提供する。
【解決手段】連続式雰囲気熱処理炉１は、被熱物Ｗを搬送する搬送手段４１と、室内の真空パージが行なわれる入口側パージ室１０と、入口側パージ室１０の搬送方向下流側に設けられ、被熱物Ｗが真空雰囲気で加熱される真空加熱室１４と、真空加熱室１４の搬送方向下流側に設けられ、被熱物Ｗが熱処理されるときの室内雰囲気を制御する室内雰囲気制御手段を有する熱処理室１８Ａ，１８Ｂと、熱処理室の搬送方向下流側に設けられ、室内の真空パージ及び被熱物Ｗの冷却が行なわれる出口側パージ室２０と、を備えている。室内雰囲気制御手段は、ＣＯ濃度とＣＯ₂濃度から定まるカーボンポテンシャルの指標値が所定値になるように、室内に供給する雰囲気ガスの流量を調節する。
【選択図】 図１

Description

この発明は被熱物を連続的に熱処理する連続式雰囲気熱処理炉およびこれを用いた熱処理方法に関する。

従来より、後工程での切削性を高める等の目的で鋼部品（被熱物）に対して焼鈍処理が施されている。焼鈍処理に用いられる連続式雰囲気熱処理炉としては、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。

焼鈍処理では、ＣＯ、Ｈ₂、Ｎ₂を主成分とする還元性かつ浸炭性ガスを雰囲気ガスとして用い、脱炭ならびに酸化を抑制しながら処理することが行われており、前工程において表面に脱炭が生じた被熱物に対しては、平衡反応に基づく復炭反応が生じ、前工程の影響の緩和が図られる。

特開平１０－１７６２１７号公報

連続式雰囲気熱処理炉を用いて焼鈍処理を行なう場合、処理に適した炉内雰囲気とするため継続的に雰囲気ガスを炉内に供給する必要があり、ガスの使用量が増加してしまう問題があった。特に被熱物の表面に酸化スケールがあると、雰囲気ガス中のＣＯの消費が促進されてガス使用量が増加してしまう。焼鈍処理の前に予め酸化スケールを除去することも考えられるが、この場合には新たな工程を追加することとなってしまう。

本発明は以上のような事情を背景とし、雰囲気ガスの使用量を抑制しつつ、被熱物に対して復炭反応を伴う焼鈍処理を行うことが可能な連続式雰囲気熱処理炉および熱処理方法を提供することを目的とする。

而してこの発明の第１の局面の連続式雰囲気熱処理炉は次のように規定される。即ち、
被熱物を熱処理する連続式雰囲気熱処理炉であって、
前記被熱物を搬送する搬送手段と、
室内の真空パージが行なわれる入口側パージ室と、
前記入口側パージ室の搬送方向下流側に設けられ、前記被熱物が真空雰囲気で加熱される真空加熱室と、
前記真空加熱室の搬送方向下流側に設けられ、前記被熱物が熱処理されるときの室内雰囲気を制御する室内雰囲気制御手段を有する熱処理室と、
前記熱処理室の搬送方向下流側に設けられ、室内の真空パージ及び前記被熱物の冷却が行なわれる出口側パージ室と、
を備え、
前記室内雰囲気制御手段は、室内雰囲気が、ＣＯガス、ＣＯ₂ガス、及び、０．０１体積％以下の炭化水素ガスを含み、かつ、ＣＯ濃度とＣＯ₂濃度から定まるカーボンポテンシャルの指標値が所定値になるように、室内に供給する雰囲気ガスの流量を調節する。

このように規定された第１の局面の連続式雰囲気熱処理炉によれば、前段の真空加熱室での熱処理が、真空雰囲気で行われるため、この間の雰囲気ガスの使用を省略することができる。また、真空雰囲気での熱処理により被熱物表面の酸化スケールを除去することができる。
この第１の局面の連続式雰囲気熱処理炉では、後段の熱処理室で復炭反応を伴う熱処理が行われるが、前段の熱処理において酸化スケールが除去されるため、後段の熱処理において、酸化スケールとの反応により雰囲気ガス中のＣＯの消費が促進されてガス使用量が増加してしまうのを回避することができる。
よって第１の局面の連続式雰囲気熱処理炉によれば、雰囲気ガスの使用量を抑制しつつ、被熱物に対して復炭反応を伴う焼鈍処理を施すことができる。

ここで、前記熱処理室に真空ポンプを接続し、室内を減圧可能に構成することができる（第２の局面）。
減圧状態で熱処理することで雰囲気ガスの使用量を更に抑制することができる。
また従来の雰囲気熱処理炉にあっては、停止後の再立上げに際して雰囲気が処理に適した状態になるのに時間を要してしまう為、処理が無い場合にも室内雰囲気を維持しておく必要があったが、第２の局面の熱処理炉によれば真空ポンプでの脱気により室内雰囲気を短時間で処理に適した状態に入れ替えることができる。

またこの発明では、前記熱処理室を複数設け、熱処理室ごとに室内温度および／または室内圧力を制御する手段を有する構成とすることができる（第３の局面）。
このようにすれば、熱処理室ごとに温度や圧力を変更することができる。

またこの発明では、前記入口側パージ室と前記真空加熱室の間に、前記被熱物を不活性ガス雰囲気で加熱する不活性雰囲気加熱室を備えるように構成することができる（第４の局面）。このようにすることで所定の温度まで被熱物を迅速に加熱することができる。

またこの発明では、前記真空加熱室と前記熱処理室の間に、前記被熱物が冷却される中間冷却室を更に備えることができる。この場合、前記中間冷却室は、その内部に区画形成された収容処理室を備えるとともに、冷却ガスを循環させる循環ファンと、前記冷却ガスの流路上に設けられたガスクーラおよびヒータを含むガス冷却手段を備えるように構成することができる（第５の局面）。このようにすれば、種々の焼鈍に対応することができる。また冷却ガスの温度がガスクーラおよびヒータにより調整されるため、被熱物を所望の冷却勾配で冷却することができる。

ここで、前記中間冷却室が前記室内雰囲気制御手段を備えるように構成することができる（第６の局面）。

この発明の第７の局面の熱処理方法は次のように規定される。即ち、
被熱物収容空間を上下方向に複数段備えた治具を用いて前記被熱物を段積みし、請求項１に記載の連続式雰囲気熱処理を用いて前記被熱物を熱処理する。
内部を真空雰囲気にできる真空炉は、特性上、丸容器となり、被熱物を内部に収容するための有効寸法は高さ方向に大きくなる。第７の局面の熱処理方法によれば、治具を用いて被熱物を段積みすることで、熱処理炉（真空炉）における被熱物の積載量を高めることができる。

ここで、前記治具には、前記被熱物収容空間に向けて雰囲気ガスを案内する導風板を設けることができる（第８の局面）。
このようにすれば、冷却時における、上側の被熱物と下側の被熱物との温度差が小さく抑えられ、より均一な冷却を行なうことができる。

本発明の一実施形態の連続式雰囲気熱処理炉の概略全体構成を示した図である。 図１の連続式雰囲気熱処理炉における入口側パージ室から真空加熱室の構成を示した図である。 図１の連続式雰囲気熱処理炉における中間冷却室から出口側パージ室の構成を示した図である。 図３とは異なる方向からの中間冷却室の断面図である。 同実施形態における室内雰囲気制御および室内圧力制御に関わる要素を示した説明図である。 同実施形態の連続式雰囲気熱処理炉にて実施される恒温焼鈍のヒートパターンおよび圧力パターンの一例を示した図である。 同実施形態の連続式雰囲気熱処理炉にて実施される球状化焼鈍のヒートパターンおよび圧力パターンの一例を示した図である。 被熱物を段積みする場合の治具を示した図である。 冷却ガスを横方向に流通させる中間冷却室の構成を示した図である。 本発明の他の形態例を示した図である。

次に本発明の実施形態を以下に詳しく説明する。

図１は本発明の一実施形態の連続式雰囲気熱処理炉の概略全体構成を示している。同図において、１は連続式雰囲気熱処理炉である（以下、単に熱処理炉と称する場合がある）。この例では、鋼部品等の被熱物Ｗがバスケット状の治具Ｓの内部（被熱物収容空間）に収容された状態で連続的に熱処理される。

熱処理炉１は、図１の左右方向に長く延びる略円筒状とされた鋼製の炉体４を備えている。炉体４の図中左側には装入用の入口６が形成され、また炉体４の図中右側には取出用の出口７が形成されている。これら入口６および出口７には、それぞれエアシリンダ式の開閉装置２２により開閉駆動される扉８および扉９が設けられている。

炉体４の内部は、被熱物Ｗが搬送される方向に沿って、入口側パージ室１０、不活性雰囲気加熱室１２、真空加熱室１４、中間冷却室１６、熱処理室１８Ａ、１８Ｂおよび出口側パージ室２０の区間に分けられている。各室は耐圧性の炉殻を備えており、室内の雰囲気ガスを真空ポンプによって吸引することにより、各室内を真空状態（減圧状態）とすることが可能とされている。また各室の間、詳しくは入口側パージ室１０、不活性雰囲気加熱室１２、真空加熱室１４、中間冷却室１６、熱処理室１８Ａ、１８Ｂおよび出口側パージ室２０の間にはそれぞれエアシリンダ式の開閉装置２３が設けられ、各室の開口に設けられた扉２４，２５，２６，２７，２８．２９を開閉駆動させている。これらの扉により各室の開口は気密に閉鎖可能とされている。

また各室の間には区画室３１が形成されている。区画室３１は、対向する二つの扉（例えば図１で示す扉２４，２４）が昇降する領域を含む、各室の間（例えば入口側パージ室１０と不活性雰囲気加熱室１２との間）の領域を、外部と気密に遮断するもので、各室の開口に設けられた扉が開いた際、外気が室内へ進入するのを防止している。

図１で示すように、熱処理炉１を構成する各室には、搬送用のローラ４１が搬送方向に沿って並設されている。ローラ４１としてはステンレス材や耐熱鋳鋼などからなる金属製のローラを用いることができる。また場合によっては耐熱度が高く２０００℃程度まで強度低下が少ないＣ／Ｃコンポジット製のローラを用いることも可能である。
入口側パージ室１０、不活性雰囲気加熱室１２、真空加熱室１４、中間冷却室１６、熱処理室１８Ａ、１８Ｂおよび出口側パージ室２０の各室内に配置された複数のローラ４１は、それぞれローラ群４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９を構成している。これらローラ群はそれぞれ独立駆動し、入口側パージ室１０に装入された被熱物Ｗを搬送方向下流側（図中右方向）に順次搬送する。

図２は、熱処理炉１における入口側パージ室１０から真空加熱室１４の構成を示した図である。
入口側パージ室１０は、不活性雰囲気加熱室１２内に大気が侵入するのを防止する区間である。入口側パージ室１０には、真空ポンプ５１から延びる脱気用の配管５２と、図示を省略したＮ₂ガス源に接続されたＮ₂ガス供給用の配管５３が接続されている。入口６から被熱物Ｗが装入され、扉８が閉じられると、入口側パージ室１０内の大気が真空ポンプ５１を通じて室外に排気される。なお復圧の際には配管５３を通じてＮ₂ガスが室内に供給され大気圧に復圧される。

不活性雰囲気加熱室１２は、不活性ガス雰囲気下で被熱物Ｗを所定の目標温度にまで急速加熱する区間で、図２で示すように、内部に耐熱性の断熱材を有しており、その断熱材が断熱壁５５を構成している。断熱壁５５の内側は被熱物Ｗを収容し熱処理する収容処理室５６とされており、収容処理室５６内にＮ₂ガスを供給するための配管５７が接続されている。
収容処理室５６には、加熱手段としてのヒータ５８と、収容処理室５６内に供給されたＮ₂ガスを撹拌させて対流させ、被熱物Ｗの昇温を促進する対流加熱用のファン５９が設けられている。なお図中の６０はファン５９を回転させるモータである。
また不活性雰囲気加熱室１２には、真空ポンプ６１から延びる脱気用の配管６２が接続されており、収容処理室５６を真空圧（１０Ｐａ以下）まで減圧可能とされている。

真空加熱室１４は、真空雰囲気下、所定温度で被熱物Ｗを加熱する区間である。真空加熱室１４は、内部に耐熱性の断熱材を有しており、その断熱材が断熱壁６３を構成している。断熱壁６３の内側は被熱物Ｗを収容し熱処理する収容処理室６４とされている。収容処理室６４には加熱手段としてのヒータ６７が設けられ、その出力が図示を省略する制御部により制御されている。また真空加熱室１４には、収容処理室６４内を所定の真空圧（例えば１０Ｐａ）に減圧するための真空ポンプ６５が配管６６を介して接続されている。
真空雰囲気で被熱物Ｗを加熱した場合の利点のひとつは、被熱物Ｗ表面の酸化スケールを除去することができる点である。本例では、後段の熱処理室１８Ａ，１８Ｂでの熱処理に先立って真空加熱を行ない、被熱物Ｗ表面の酸化スケールを除去することで、熱処理室１８Ａ，１８Ｂにおいて雰囲気ガスがスケールと反応して消費されてしまうことを抑制することができる。スケール除去効果を高めるためには、真空加熱室１４において１０Ｐａ以下の雰囲気で被熱物Ｗを７５０℃以上に加熱することが望ましい。

図３は、熱処理炉１における中間冷却室１６から出口側パージ室２０の構成を示した図である。
中間冷却室１６は、被熱物Ｗを所定の温度にまで冷却することができる区間である。同図で示すように、中間冷却室１６は、内部に耐熱性の断熱材を有しており、その断熱材が断熱壁６８を構成し、断熱壁６８の内側は被熱物Ｗを収容し熱処理する収容処理室６９とされている。収容処理室６９を形成する断熱壁６８の上部および下部には、冷却ガスを通過させるための開口７０，７１が設けられている。

図４は、中間冷却室１６の断面図で、詳しくは搬送方向と直交する方向の断面図である。
同図において、７３は中間冷却室１６内で冷却ガスを循環させる循環ファン、７４は循環ファン７３を回転させるモータである。循環ファン７３は、収容処理室６９の図中左側方であって、炉殻５と収容処理室６９の間の領域に設けられている。また収容処理室６９の図中右側方には、炉殻５と収容処理室６９の間の領域（図中右側の領域）を閉鎖する隔壁７５が設けられている。
本例では、循環ファン７３によって、図４において矢印で示すような、収容処理室６９内を上方から下方に抜けていく往路７６ａと、炉殻５と収容処理室６９との間を上向きに抜けて行く復路７６ｂを含む冷却ガスの循環流れ７６を生じさせる。

７８は冷却ガスを熱交換により温度低下させるガスクーラである。ガスクーラ７８は、循環ファン７３と同様に収容処理室６９の図中左側方であって、炉殻５と収容処理室６９の間に設けられており、被熱物Ｗを通過して高温となった冷却ガスの温度を一旦低下させる。

７９は冷却ガスを加熱するためのヒータで、本例では収容処理室６９の直上であって、上部の開口７０を臨む位置に配設されている。
８０は中間冷却室１６内を流通する冷却ガスの温度を検出する温度センサで、ガス流路７６におけるヒータ７９と被熱物Ｗとの間の位置に設置されて、ヒータ７９の二次側における冷却ガスの温度を検出する。本例では、温度センサ８０と接続された制御部（図示省略）により、温度センサ８０で検出された冷却ガスの温度が、予め設定された目標ガス温度と一致するように、ヒータ７９の出力が制御される。なお、温度センサ８０は、ガス流路７６における被熱物Ｗとガスクーラ７８との間の位置、あるいは、ガスクーラ７８の二次側に設置することも可能である。

これらガスクーラ７８、循環ファン７３、ヒータ７９、温度センサ８０および制御部は、中間冷却室１６におけるガス冷却手段を構成している。
このガス冷却手段では、循環ファン７３の回転により、図４で示すように、冷却ガスが断熱壁６８の上部の開口７０を通って下向きに流れて高温の被熱物Ｗに当り、これを冷却する。このとき被熱物Ｗとの熱交換により高温となった冷却ガスは、断熱壁６８の下部の開口７１より流出した後、炉殻５と収容処理室６９の間の流路（復路７６ｂ）を上向きに流れてガスクーラ７８を通過して、そこで一旦温度低下せしめられる。その後、冷却ガスはヒータ７９で加熱され、所定の温度に調整される。温度が調整された冷却ガスは、再び被熱物Ｗに当りこれを冷却する。即ち本例では、収容処理室６９に収容された被熱物Ｗを単に冷却するだけでなく、冷却ガスの温度を制御して被熱物Ｗを所望の冷却勾配で冷却することができる。

ここで中間冷却室１６に供給される雰囲気ガスは、ＣＯガス、ＣＯ₂ガスを含む混合ガスとされており、下記式（１）で示す室内雰囲気ガス中のＣＯ₂％とＣＯ％の二乗との比で定まるカーボンポテンシャルの指標値（ＰＦ）が目標値となるように制御するＰＦ制御により、被熱物Ｗに復炭反応を生ぜしめることができる。
ＰＦ＝（ＣＯ％）²／ＣＯ₂％ … 式（１）

図５は、室内雰囲気制御および室内圧力制御に関わる要素を示した図である。
同図で示すように、中間冷却室１６に接続されたガス導入管８２には、それぞれＣＯガス供給管８３，ＣＯ₂ガス供給管８６が接続されている。

ＣＯガス供給管８３は、ＣＯガス源８４からのＣＯガスをガス導入管８２に供給し、ガス導入管８２を介して室内に供給するもので、流量調節弁８５が介装されている。
ＣＯ₂ガス供給管８６は、ＣＯ₂ガス源８７からのＣＯ₂ガスをガス導入管８２に供給し、ガス導入管８２を介して室内に供給するもので、流量調節弁８８が介装されている。
これらＣＯガス供給管８３およびＣＯ₂ガス供給管８６は、カーボンポテンシャルの指標値（ＰＦ）を用いたＰＦ制御においてＣＯガスおよびＣＯ₂ガスを室内に供給するのに用いられる。

図５において、８９は分析計、９０は雰囲気制御部である。
分析計８９では、室内のＣＯ₂ガス濃度（ＣＯ₂％）とＣＯガス濃度（ＣＯ％）が測定され、その測定信号が雰囲気制御部９０に送られる。
雰囲気制御部９０は、分析計８９のほか、ＣＯガス供給管８３、ＣＯ₂ガス供給管８６上の各流量調節弁８５，８８に接続されている。雰囲気制御部９０は、分析計８９からの測定信号を受け取って、前記式（１）に示すカーボンポテンシャルの指標値（ＰＦ）を算出し、更に中間冷却室１６内の室内温度やワークの熱処理内容に応じて予め選定してあるカーボンポテンシャルの指標値の基準値に、上記算出した実測ＰＦ値を追従させるように、各流量調節弁の開度に対応する制御出力を算出する。そしてこれら制御出力に相当する制御信号が各流量調節弁８５，８８にそれぞれ入力され、これら流量調節弁を介して室内に導入されるＣＯガスおよびＣＯ₂ガスの流量が調節される。即ち、分析計８９、雰囲気制御部９０、流量調節弁８５，８８は、中間冷却室１６における室内雰囲気制御手段を構成している。

次に中間冷却室１６における室内圧力制御について説明する。本例では、上記ＰＦ制御とは別途に室内圧力を所定の圧力で保持するための制御が行われる。その際に用いられるのは、図５で示される圧力検出器９１、配管９２（図３参照）を介して中間冷却室１６に接続された真空ポンプ９３、および、圧力制御部９４である。
圧力検出器９１は、室内の圧力を検出し、検出した圧力値（検出値）に対応する信号を発信する。圧力制御部９４は、圧力検出器９１および真空ポンプ９３に接続されており、所定の室内圧力が得られるように真空ポンプ９３の出力を制御する。

熱処理室１８Ａ，１８Ｂは、還元性かつ浸炭性ガス雰囲気で被熱物Ｗを加熱処理する区間で、図３で示すように、内部に耐熱性の断熱材を有しており、その断熱材が断熱壁９７を構成している。断熱壁９７の内側は被熱物Ｗを収容し熱処理する収容処理室９８とされている。収容処理室９８には、加熱手段としてのヒータ９９およびファン１００が設けられており、図示を省略する制御部によってヒータ９９の出力が制御されている。また熱処理室１８Ａ，１８Ｂには、他の処理室と同様に真空ポンプ１０２から延びる脱気用の配管１０３が接続されており、減圧吸引可能とされている。

熱処理室１８Ａ，１８Ｂに供給されるガスは、ＣＯガスおよびＣＯ₂ガスである。熱処理室１８Ａ，１８Ｂに接続されたガス導入管８２には、それぞれＣＯガス供給管，ＣＯ₂ガス供給管が接続されており、室内雰囲気ガス中のカーボンポテンシャルの指標値（ＰＦ）が制御可能とされている。このため熱処理室１８Ａ，１８Ｂにて処理される被熱物Ｗは、復炭反応により表層部のＣ量が調整される。なお、熱処理室１８Ａ，１８Ｂにおける、室内雰囲気制御および室内圧力制御を行うための構成は、上記中間冷却室１６の場合と同様であるため、ここでは詳しい説明は省略する。

出口側パージ室２０は、熱処理室１８Ａ，１８Ｂ内に大気が侵入するのを防止する区間である。出口側パージ室２０には、真空ポンプ１０５から延びる脱気用の配管１０６と、図示を省略したＮ₂ガス源に接続されたＮ₂ガス供給用の配管１０７が接続されている。
また室内には、雰囲気ガス冷却用のガスクーラ１０８と雰囲気ガス循環用のファン（図示省略）を備えており、雰囲気ガス（Ｎ₂ガス）を循環させることで被熱物Ｗの冷却が可能とされている。

次に、図６で示す恒温焼鈍を実施する場合を例として、熱処理炉１における一連の熱処理動作について説明する。先ずローラ群４３を駆動させ被熱物Ｗが入口側パージ室１０に装入される。扉８が閉じられると真空ポンプ５１を用いて減圧し、室内の大気を室外に放出する。

入口側パージ室１０における真空引きが完了した後、入口側パージ室１０の出側の扉２４および不活性雰囲気加熱室１２の入側の扉２４を開いて、ローラ群４３，４４を駆動させ、被熱物Ｗを不活性雰囲気加熱室１２内に移送し、扉２４を閉じる。不活性雰囲気加熱室１２内に搬送された被熱物Ｗは、不活性雰囲気下、所定の常圧または加圧状態（１０１～２８０ｋＰａ）での対流加熱により急速に加熱される。

不活性雰囲気加熱室１２での加熱が終了した後、不活性雰囲気加熱室１２の室内を真空吸引し、真空加熱室１４と同程度の真空圧とした状態で不活性雰囲気加熱室１２の出側の扉２５および真空加熱室１４の入側の扉２５を開いて、ローラ群４４，４５を駆動させ、被熱物Ｗを真空加熱室１４内に移送し、扉２５を閉じる。真空加熱室１４内に搬送された被熱物Ｗは、真空雰囲気下（１０Ｐａ以下）所定の温度（９１０℃）で加熱処理される。このとき被熱物表面の酸化スケールを除去することができる。

次に、真空加熱室１４での加熱処理が終了した後、真空加熱室１４の出側の扉２６および中間冷却室１６の入側の扉２６を開いて、ローラ群４５，４６を駆動させ、被熱物Ｗを中間冷却室１６内に移送し、扉２６を閉じる。中間冷却室１６内では、被熱物Ｗを目的の温度（６５０℃）まで冷却する。その際、中間冷却室１６内に雰囲気ガスが供給されるとともに、循環ファン７３が回転せしめられて、雰囲気ガスを循環させる。このとき被熱物Ｗに当たる雰囲気ガスの温度が、ガスクーラ７８およびヒータ７９により調整されるため被熱物Ｗを所望の冷却勾配（例えば０．１～１０℃／ｓ）で冷却することができる。

次に、中間冷却室１６での冷却処理が終了した後、中間冷却室１６の出側の扉２７および熱処理室１８Ａの入側の扉２７を開いて、ローラ群４６，４７を駆動させ、被熱物Ｗを熱処理室１８Ａ内に移送し、扉２７を閉じる。熱処理室１８Ａ内では、恒温焼鈍における等温保持温度である６５０℃に保持されながら所定の圧力下で均熱処理される。

このとき熱処理室１８Ａ内の室内雰囲気ガス中のカーボンポテンシャルの指標値（ＰＦ）が目標値となるように制御されるため、被熱物Ｗの表面が前工程で脱炭している場合には、かかる脱炭部分に対する復炭が行われる。このような復炭反応を伴う均熱処理は、熱処理室１８Ｂに移動しながら引き続き実行される。

次に、熱処理室１８Ｂでの均熱処理が終了した後、熱処理室１８Ｂの室内を出口側パージ室２０と同程度の真空圧とし、熱処理室１８Ｂの出側の扉２９および出口側パージ室２０の入側の扉２９を開いて、ローラ群４８，４９を駆動させ、被熱物Ｗを出口側パージ室２０に移送し、扉２９を閉じる。出口側パージ室２０内では、雰囲気ガス（Ｎ₂ガス）による復圧の後、ガスクーラ１０８で冷却しながら雰囲気ガスを循環させて被熱物Ｗを冷却する。そして冷却後、扉９を開いて被熱物Ｗを搬出すれば、被熱物Ｗの熱処理に関する一連の動作が完了する。

以上、恒温焼鈍の場合を例に熱処理炉１における一連の熱処理動作について説明したが、図７で示す球状化焼鈍を行うことも可能である。この場合には被熱物Ｗを真空加熱室１４で７５０℃まで加熱した後、中間冷却室１６、熱処理室１８Ａ、１８Ｂを通じて略一定の冷却速度（１５℃／ｈ）で６６０℃までの徐冷が行なわれる。

以上のように本実施形態の連続式雰囲気熱処理炉１では、前段の真空加熱室１４での熱処理が、真空雰囲気で行われるため、この間の雰囲気ガスの使用を省略することができる。また、真空雰囲気での熱処理により被熱物Ｗ表面の酸化スケールを除去することができるため、後段の雰囲気ガスを用いた熱処理において、酸化スケールとの反応により雰囲気ガス中のＣＯの消費が促進されてガス使用量が増加してしまうのを回避することができる。このため本実施形態の連続式雰囲気熱処理炉１によれば、雰囲気ガスの使用量を抑制しつつ、被熱物に対して復炭反応を伴う焼鈍処理を施すことができる。

また本実施形態の連続式雰囲気熱処理炉１では、熱処理室１８Ａ，１８Ｂが真空ポンプに接続され、室内を減圧可能に構成されているため、減圧下の熱処理によりガス使用量を削減することができる。また停止後の再立上げに際して、真空ポンプの脱気により室内雰囲気を短時間で処理に適した状態に入れ替えることができる。

また本実施形態の連続式雰囲気熱処理炉１では、入口側パージ室１０と真空加熱室１４の間に、被熱物Ｗを不活性ガス雰囲気で加熱する不活性雰囲気加熱室１２を備えており、所定の温度まで被熱物Ｗを迅速に加熱することができる。

また本実施形態の連続式雰囲気熱処理炉１では、真空加熱室１４と熱処理室１８Ａの間に設けられた中間冷却室１６が、冷却ガスを循環させる循環ファン７３と、冷却ガスの流路上に設けられたガスクーラ７８およびヒータ７９を含むガス冷却手段を備えるように構成されており、真空加熱室１４と熱処理室１８Ａとの間で行なう中間冷却において、被熱物Ｗを所望の冷却勾配で冷却することができる。

次に本実施形態における変形例について説明する。
内部を真空雰囲気とする真空炉については、特性上、図４で示すような丸容器となり、被熱物Ｗを内部に収容するための有効寸法は高さ方向に大きくなる。このため、上記の連続式雰囲気熱処理炉１において生産性を高めるためには、被熱物Ｗを上下方向に段積みして被熱物Ｗの積載量を高めることが有効である。

図８は、被熱物を上下方向に段積みする場合の治具を示した図である。同図における治具ＳＢは、下側容器１１１と、下側容器１１１の隅角部から上方に延び出した支柱１１２と、該支柱１１２により支持された上側容器１１４とを備え、被熱物Ｗを上下方向に段積み可能とされている。
下側容器１１１および上側容器１１４は、それぞれ底板部１２０、側板部１２１および上板部１２３を有し、全体として直方体形状をなしている。その内部は被熱物収容空間１２５とされている。

ここで、下側容器１１１および上側容器１１４の上板部１２３は、図中矢印で示す横向きの冷却風（冷却ガス）を被熱物収容空間１２５に向けて案内する導風板とされており、斜め上向きに傾斜した状態とされている。側板部１２１と導風板１２３の先端部との間には、横向き冷却風の上流側に向かって開口するガス取込口１２６が形成されている。一方、底板部１２０には多数の貫通孔が形成されている。

このように構成された治具ＳＢによれば、下側容器１１１および上側容器１１４のそれぞれにおいて、ガス取込口１２６を通じて横向きの冷却風を取り込むことができる。そして、図中矢印で示すように、治具内に進入した冷却風の方向を導風板１２３によって転換させて被熱物収容空間１２５を下向きに流通させることができる。

図９は、冷却ガスを横方向に流通させる中間冷却室の構成を示した図である。
同図で示す中間冷却室１６Ｂでは、収容処理室６９の左右の側壁に、冷却ガスを通過させるための開口７０，７１が設けられている。そして図中左側の開口７０を臨む位置にヒータ７９が配設され、図中右側の開口７１と吸引口が重なるように吸引ファン１３０が配設されている。またガスクーラ７８は収容処理室６９の上方と下方にそれぞれ配設されている。

このように構成された中間冷却室１６Ｂによれば、吸引ファン１３０によって、同図において矢印で示す、収容処理室６９内を左から右に抜けていく冷却ガスの循環流れ７６が生じるため、治具ＳＢによって段積みされた上側の被熱物Ｗおよび下側の被熱物Ｗに対して均一な冷却を行なうことができる。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
（１）図１０は本発明における連続式雰囲気熱処理炉の他の形態例を模式的に示した図である。同図（Ａ）で示すように、本発明の連続式雰囲気熱処理炉は、４つの処理室を備えたものであれば良く、各種処理室の配置や数については適宜変更可能である。例えば（Ｂ）で示すように熱処理室を複数設けることで、復炭が行われる熱処理室ごとに温度や圧力を変更することができる。また（Ｃ）で示すように不活性雰囲気加熱室を設けることで、被熱物の加熱を迅速に行うことができる。また（Ｄ）で示すように中間冷却室を設けることで、種々の焼鈍に対応できる。また高温になるほど復炭反応は促進されることから（Ｅ）で示すように中間冷却室よりも搬送方向上流側に熱処理室を設けることも可能である。
（２）また上記実施形態の熱処理室に供給されるガスとしては、ＣＯ、Ｈ₂およびＮ₂を主成分とするＲＸガスを用いることも可能である。

（３）また、上記実施形態の入口側パージ室の復圧ガスとして大気を用いることも可能である。この場合、入口側パージ室の復圧は、不活性雰囲気加熱室または真空加熱室に被熱物を搬送した後に行うことができる。また、入口側パージ室への大気導入は、配管を通じて行ってもよいし、別途設けられた大気開放弁を開くことで行ってもよい。
（４）また、上記実施形態の中間冷却室内において、収容処理室の材質としては、金物を用いることも可能である。金物を用いると冷却ガス流路の複雑形状化が容易で冷却効率が向上するため、恒温焼鈍に好ましく用いることができる。

１ 連続式雰囲気熱処理炉
１０ 入口側パージ室
１２ 不活性雰囲気加熱室
１４ 真空加熱室
１６，１６Ｂ 中間冷却室
１８Ａ，１８Ｂ 熱処理室
２０ 出口側パージ室
４１ ローラ（搬送手段）
７３ 循環ファン
７８ ガスクーラ
７９ ヒータ
１２３ 上板部（導風板）
１２５ 被熱物収容空間
Ｓ，ＳＢ 治具
Ｗ 被熱物

Claims (8)

1. 被熱物を熱処理する連続式雰囲気熱処理炉であって、
   前記被熱物を搬送する搬送手段と、
   室内の真空パージが行なわれる入口側パージ室と、
   前記入口側パージ室の搬送方向下流側に設けられ、前記被熱物が真空雰囲気で加熱される真空加熱室と、
   前記真空加熱室の搬送方向下流側に設けられ、前記被熱物が熱処理されるときの室内雰囲気を制御する室内雰囲気制御手段を有する熱処理室と、
   前記熱処理室の搬送方向下流側に設けられ、室内の真空パージ及び前記被熱物の冷却が行なわれる出口側パージ室と、
   を備え、
   前記室内雰囲気制御手段は、室内雰囲気が、ＣＯガス、ＣＯ₂ガス、及び、０．０１体積％以下の炭化水素ガスを含み、かつ、ＣＯ濃度とＣＯ₂濃度から定まるカーボンポテンシャルの指標値が所定値になるように、室内に供給する雰囲気ガスの流量を調節する、連続式雰囲気熱処理炉。
2. 前記熱処理室は真空ポンプが接続されており、該真空ポンプによって室内が減圧可能とされている、請求項１に記載の連続式雰囲気熱処理炉。
3. 前記熱処理室は複数設けられており、熱処理室ごとに室内温度および／または室内圧力を制御する手段を有している、請求項１に記載の連続式雰囲気熱処理炉。
4. 前記入口側パージ室と前記真空加熱室の間に設けられ、前記被熱物を不活性ガス雰囲気で加熱する不活性雰囲気加熱室を備えている、請求項１に記載の連続式雰囲気熱処理炉。
5. 前記真空加熱室と前記熱処理室の間に、前記被熱物が冷却される中間冷却室を更に備え、前記中間冷却室は、その内部に区画形成された収容処理室を備えるとともに、冷却ガスを循環させる循環ファンと、前記冷却ガスの流路上に設けられたガスクーラおよびヒータを含むガス冷却手段を備えている、請求項１に記載の連続式雰囲気熱処理炉。
6. 前記中間冷却室が前記室内雰囲気制御手段を備えている、請求項５に記載の連続式雰囲気熱処理炉。
7. 被熱物収容空間を上下方向に複数段備えた治具を用いて前記被熱物を段積みし、請求項１に記載の連続式雰囲気熱処理炉を用いて前記被熱物を熱処理する、熱処理方法。
8. 前記治具には、前記被熱物収容空間に向けて雰囲気ガスを案内する導風板が設けられている、請求項７に記載の熱処理方法。

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