JPH01162722A - 窒素及び炭化水素を含有するガス状雰囲気下での鋼材の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、焼なまし、焼戻し、焼入れ前の加熱等の如＜
６００℃より高い温度で非合金鋼又は低合金鋼を熱処理
する方法に関し、前記の処理は少なくとも窒素、炭化水
素ＣＸＨｙ及び場合によっては水素を含有する雰囲気中
で行ない、前記の雰囲気はこれらの成分を炉に注入する
ことによって製造する。

６００℃より高い温度で低合金鋼を熱処理する（焼なま
し、焼戻し、焼入れ前の加熱等）に際し、成分Ｎｚ（＋
Ｈｚ）　＋ＣＸ１シを含有する雰囲気が鋼材の保護に使
用される。この種の処理では、条件（規格）によって多
少とも大きな制限が脱炭に課せられる。

今般見出された所によれば前記した種類の雰囲気は通常
の処理期間では決して熱力学的平衡にはならず、これに
よって雰囲気中の炭素の活性を算出し得す従って鋼材加
工物の滲炭又は脱炭を予想する試みができずしかも該処
理の先験的な調節ができないものである。現時点では、
各々の炉及び各々の処理形式については、条件による制
限を尊重するような雰囲気組成を経験的に決定している
。

使用した熱処理方法は次のものであることが多い実験者
はＮ２．　Ｈ２，ＣつＩＩ、の流量及び組成を任意に選
択し、１つの試験を行ない、情況に応じてＣ，Ｈ。

の流量を変化させて経験値（−２５℃が多い）より低い
露点を得るように試みる。処理した冶金試料を検査する
と実験者の選択が適切であったかどうかを示すものであ
る。適切でない場合には実験者は試験を再開し、より低
い露点を得るように努める。

現時点で使用した方法は、純粋に経験的な手法から得ら
れ、その結果は特定の処理に専ら有用であるに過ぎない
。

これらの結果は多数の変数（パラメーター）例えば時間
、温度、鋼材の等級、炉の瞬間密封、炉を配置した状態
等に応じて左右される。

各々の処理形式及び各々の炉について、実験者は試験を
再開しなければならない。処理を次後に変更すると悪い
冶金結果を与えるかもしれない。

処理方法が扱いにくいことによって、真に最適でない流
量及び組成の雰囲気が使用され、該雰囲気は手が出せな
い程高い経費の合成ガスを使用するかもしれず、従って
吸熱剤又は発熱剤の使用を生起するものである。

Ｎ、、　Ｃｏ、　＋１□に本質的に富んだ吸熱型の雰囲
気を使用する時は、次のガス：　Ｎ２．　ＣＯ，ＣＯ□
、　１１２０゜ＣｘＨｙの混合物が得られる。この種の
雰囲気は鋼材加工物を浸炭させることができ即ち該加工
物の表面上で炭素を富化させ得る。これらのガスは一般
的に、存在する炭化水素（主としてＣＨ４）を除いては
互いに熱力学的な平衡にあり、この情況は熱力学的平衡
の存在に基づ（処理した加工物上の雰囲気の調節には不
利でない。何故ならば、これらの炭化水素は多量のＣｏ
　（例えばＣｏ／ＣＨ，＞２５）の存在下では金属上へ
の直接作用を有し得ないからである。実際上、この場合
には炭化水素はガス状混合物から金属表面への炭素の移
動に関与せず専らガ気相（気相）中で反応するものであ
る。それ放熱力学的平衡にある混合物のガスは処理した
加工物上の雰囲気の作用を支配するに過ぎない。

前記した如き用途に混合物Ｎｚ（＋ｔ（ｚ）＋ＣｘＬを
使用するに際しては、同じガスが得られるが相異なる割
合で得られる（０．０５＜Ｃｏ／ＣＨ４＜１５、好まし
くはＣｏ／ＣＨ４，は１に実質的に等しく、ＣＯ及びＣ
Ｈ，のそれぞれの含量は１％の付近にあるのが好ましい
〕。

この場合には、存在する１種又はそれ以上の炭化水素は
炭素と金属との交換に直接関与できる。それ故ガスー金
属間の炭素移動を調節するのに熱力学的平衡を専ら考慮
するのはもはや不可能である。

本発明は低合金鋼の表面と鋼材保護に応用したガス状混
合物との間で炭素が移動する法則の実験的知識に基づく
ものである。これらの法則を研究することによって、炭
素の表面流量でフィックの第１法則で定義した如く）は
主として温度と、炉中に混合物Ｎ２＋ＣｘＨＶ　（及び
場合によっては＋（２）の注入によって生じたガスＣｏ
、　ＣＨ４及びＨ２０の残留濃度（又は分圧）とに応じ
て左右されるという結論が得られた。

一般に、処理すべき加工物が脱炭される許容度を表わし
且つ処理した加工物の表面を通っての炭素の所要又は設
定表面流量に条件（規格）が課せられる。この所要又は
設定流−ｉＦｓ温度及び炉で測定したＣＯ及びＣＨ４の
残留含量を計算器即ちコンピューターに挿入し、この機
械によってガス−金属間の界面で炭素が移動する実験法
則により確立された式から露点（物理的な大きさの指標
）を算出する。この新規な所要又は設定露点はそれ故そ
れが雰囲気の組成の関数である故に可変であり、しかも
炉に注入した雰囲気の流量に作用するＰＩＤ（比例項、
積分、導関数）形式の調節に応用される。この調節はＣ
Ｈ４の残留含量が窒素の流量を最低とし得るように窒素
の流量と炭化水素の流星とである２つの３１　ｆｆｆｆ
可能な大きさ基準を用いて行なうのが好ましい。

添付図面を参照しながら次の実施例から本発明がより良
く理解されるであろうが、これらの実施例に限定される
ものではない。

第１図は熱処理後の加工物の炭素濃度の分布曲線を表わ
す図表であり、第２図は炉を調節する装置の図解図を表
わす。

鋼材加工物の表面と保護雰囲気のガス状混合物Ｎ２＋Ｃ
ＸＩＩｙ（場合によっては１１ｇも添加しながら）との
間で炭素が交換するという知識は実験計画（プラン）の
結果の統計的応用に基づ（ものである。

この実験計画によって炉中で処理した低合金鋼加工物（
５％以下の金属合金成分）中の炭素濃度分布を測定する
ことができしかも炭素の表面流量と既定の範囲内にある
組成を有する雰囲気との全体を算出することができる。

本発明の範囲外にある理論的な要領で又は経験式の使用
によって炭素の表面流量を実験計画以外で算出する別の
方法も勿論使用できる。

１例として、この実験計画の限界範囲は次の数値であり
得る： ６８０’Ｃ＜　Ｔ　＜　１０５０℃ Ｃ１１，の残留含量＜２．５％ ＣＯの残留含量〈２．０％ ４０ｐｐｍ　＜ＨｚＯの残留台’７ｋ　＜　１６００ｐ
ｐｍ（即ち、−５０”Ｃ＜露点く一１５℃）水素の残留
含量く５％ ＣＯ２の残留含量＜Ｈ２０の残留含量 １つの成分の残留含量（又は該成分の分圧）は注入した
ガスの分解が既に生起した炉の個所で測定した該成分の
含量を意味するものである。

炭素の表面流量はフィックの方程式を解決する際に表面
上の未知量を表わす。処理した加工物の冶金分析で得ら
れた炭素分布に重ねることができるフィックの式を解い
て算出した炭素分布を連Ｖε近似で得ることによってこ
の未知の流量パラメーターを見出すことができる。

１つのシメンジョンとしてフィックの方程式の表示は次
の通りである： フィックの第１法則 フィックの第２法則 ｄｃ　　　　　　ｄＦ ｄｔ　　　　ｄｘ ｄｃ 但しＦ＝拡拡散流量−Ｄ□ ｄｘ Ｃ：炭素の含量（質量％）Ｘ：表面までの距離Ｄ：低合
金鋼加工物中への炭素の拡散係数この実験計画は次の表
に記載した要領で実施した。

：　　　　　Ｚａ　　　　　：　　　Ｚｂ　　　：　　
　Ｚｃ　　　：　　Ｚｄ　　　　：：温度：　ＣＯ：　
Ｃ１＋４　：　ｔｌｚＯ：：　　　　　＋　　　　　ニ
ーニーニー：・　　　　−：＋ニー：　　　−・ 、−：＋ニー： ＋−ニー：十： ：　　　　　＋　　　　　：＋ニー：　　　−・：＋：
：＋：−： ：　　　　　＋　　　　　ニーニー：＋：°−：＋：十
ニー： ・　　　　−：＋：　　　　　　　：＋ニーーニー：＋
：＋： ：　　　　　＋　　　　　：＋：＋：−：：＋：＋：：
十： ：＋：：＋：＋： ・　　　　−：十：十：＋： ：　　　　　＋　　　　　：＋：＋：＋：記号十及び記
号上れぞれ、各々の因子Ｚａ、　Ｚｂ。

Ｚｃ、　Ｚｄ　（それぞれ温度、Ｇｏ、　ＣＨａ、Ｈｚ
Ｏ（露点）の残留含量〕についてＺａ−＜Ｚａ＜Ｚａ“
（等）であるように高い値Ｚａ”　、　Ｚｂ”　、　Ｚ
ｃ”　、　Ｚｄ’及び低い値Ｚａ−、Ｚｂ−、Ｚｃ−、
Ｚｄ−を表わし、但しＺａ−及びＺａ＋は雰囲気のパラ
メーター（温度、ｃｏ、　ＣＨ４，Ｈ，０の残留含量）
について前記で固定した範囲内にあるものとする。

前記表の各々のラインは実験を行った雰囲気のパラメー
ターを与えである。この実験は炉中にこの雰囲気を再現
し、所与の期間低合金鋼試料をその中に維持することに
在る。しかる後に、処理した加工物の分光写真分析（ス
パーク分光写真、発光分光写真等）によって炭素の濃度
分布［第１図の個々の個所（Ａ）］を与え、この濃度分
布は処理した鋼材の表面で構成した範囲で条件値の連続
近似によって実験に対応するフィックの方程式を解（こ
とにより計算［第１図の連続曲線（Ｂ）１でも再現され
る。この値はガス−金属間の界面で炭素の求めた表面流
量に対応する（以下では所要又は設定流量Ｆと呼ぶ）。

この実験計画２にヤテス（ＹＡＴＥＳ）の互除法［ＹＡ
ＴＥＳ＋　Ｆｓ　”Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙ
ｓｉｓ　ｏｆ　ｆａｃｔｏｒｉａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎ
ｔｓ’　Ｉｍｐｅｒｉａｌ　　ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　５
ｏｉｌ　５ｃｉｅｎｃｅ（１９３７）］　を応用するこ
とにより、多数の因子、温度及びＣＩＬ、ＧＯ及び１１
□０の炉中残留含量の関数として加工物の炭素の表面流
（ｆｔｐを分析的に記載する次の線状組合せの表現が得
られる； Ｆ＝Ｐｏ＋Ｐ＋　ｊ　ＸＩＩ＋Ｐ２　・Ｘｂ＋Ｐｔ　・
ＸＣ＋Ｐ４　・Ｘｄ＋Ｐｓ　’　Ｘｓ　’　Ｘｂ＋Ｐ、
、　・Ｘａ　・ＸＣ＋Ｐ？　・Ｘｓ　・Ｘｄ＋Ｐａ　Ｈ
ｘ、　Ｉ　ＸＣ＋Ｐ９　・Ｘｂ　・Ｘｄ＋Ｐ、。・Ｘｃ
−Ｘ４＋Ｐ１ａ　・Ｘｓ　・Ｘｂ−Ｘ４＋Ｐ１ａ　・Ｘ
ａ　・Ｘｂ　・Ｘａ＋ＰＩ’３’χｍ　・Ｘｃ−Ｘ４＋
Ｐ１ａ　＋　Ｘｂ　・Ｘｃ−Ｘ４＋Ｐ１ａ　・Ｘａ　・
Ｘｂ　・Ｘｃ−Ｘ。

Ｚａ−＋　　Ｚａ” Ｚａ−・・・−・−・・−・−−−・−Ｘａ＝　　・−
−−一−−−・・−・・−−−−−・・−・−・−−一
−−−−・−・−・・−・・−・Ｚａ−＋　　Ｚａ’ Ｘｂ　＋Ｘｃ及びＸｄはそれぞれＺｂ”　、Ｚｂ　−；
Ｚｃ”　。

Ｚｃ−；Ｚｄ”　ｌ　Ｚｄ−について同じ仕方でそれぞ
れ定義しテイル。Ｘ、　、Ｘ、　、Ｘ、　、Ｘ、は−１
と＋ｌとの間の雰囲気のパラメーター（温度、Ｃｏ、　
ＣＨ、。

１ｈｏ）の縮小した（ｒｅｄｕｃｅｄ）中心座標である
。

ａは温度Ｔの指数を表わし、ｂはＣＯの指数を表わし、
ＣはＣＨ，の指数を表わし、ｄはＨ，Ｏの指数を表わす
。

前記の線状組合せの係数２０〜ＰＩ５は各々の因子及び
それらの相互作用の平均結果（ｍｅａｎ　ｅｆｆｅｃｔ
）である。平均結果は各々の因子組合せについて、応答
に関する雰囲気の各々における組合せの因子によって採
用した値＋１又は−１の成分によって平衡させた１６個
の応答の平均を意味するものである。

実験計画の結果に変数の分析を応用すると、全ての結果
が有意であるかどうか点検することができる。有意でな
い結果は無視する。

実験計画は非合金鋼又は低合金鋼の何れかの試験片につ
いて実施でき、しかも炭素の表面流ｉＦの方程式を決定
でき、この方程式は炉で処理すべき種々の型式の加工物
に次後に応用できる。実験計画の試験片の種類は炉で次
後に処理した加工物の種類に関連しない。

それ故炭素の表面流量は温度及びＣＯ，ｔｔ２ｏ及びＣ
１１４の残留濃度の関数であり、この関数は前記の実験
計画の結果を利用して得られる。

この方程式を用いると、残留ガスについて幾つかの型式
の調節が可能となる。

露点は炭素の流量について大抵の結果を有する大きさの
尺度である。露点の上昇は加工物の脱炭を増大させ、露
点の下降は加工物の脱炭を減少させる。

他方、ガス状混合物中の残留ガスＣＯ及びＣｌＩｎの作
用は一義的でなく、種々の条件で脱炭を増大又は低減さ
せる傾向があり得ることを見出した。

炭素の表面流■を調節（浸炭又は脱炭又は保護）するた
めには、調節すべき大きさの指標（ｍａｇｎ　ｉ　ｔｕ
ｄｅ）はそれ故露点である。

選択した雰囲気を調節する好ましい形態は次の通りであ
る； 計算器即ちコンピューターに挿入されしかも加工物の表
面を通る炭素の設定流量Ｆ５には条件が課せられ、この
設定流ＩＦｓは以下に示した如く算出する。

炉の雰囲気を持続的に分析すると、１１□０の濃度即ち
測定した露点ＤＰｓと一緒にコンピューターに自動記録
される温度及びＣＨ４及びＣＯの残留含量を示す。

コンピューターのメモリー回路に収容された流量Ｆｄ（
Ｔ、ＣＨ４，ＧＯ４）１２０）の表示は、設定流量Ｆ。

に等しい流量Ｆを与える露点ＤＰｓ値（Ｆ＝Ｆｓの時に
はＸｄと同等）を計算するのに応用する。それ散設定流
量は設定露点ＤＰｓに転換され、ＤＰｓは規則的に取出
した雰囲気の組成と共に変化する。

炉の雰囲気を持続的に分析することによって与えた露点
ＤＰｓの測定値は一般に各々の試料取出し後に規則的に
計算した露点ＤＰｓと対比される。この対比の結果はＰ
ＩＤ型式の調節器の作用により、次の処置を行なう。Ｏ
Ｐ、　＝ＤＰｓ％であるならば、Ｎ、＋ＣＸ１１ｙの流
量を維持する。ＤＰｓ　＜ＤＰｆｆｉであるならばこの
流量を増大させる；ｏｐ、　＞Ｄｐ、であるならばこの
流量を低減させる。

窒素の流量を変化させることにより露点を調節できるこ
とを見出した。窒素は悪影響を及ぼすことな（希釈によ
り炉中の水を除去する〔型式Ｃ＝ｃｏｅ　（−ｄ　ｔ／
ｖｌの法則、但しＣ０は最初に存在する水の濃度、Ｃは
時間りにおける水の濃度、ｄはガスの流量、Ｌは期間、
■は炉の容量である　〕、それ故窒素の流量を変更させ
て炉の露点を調節できる。

他方、露点は注入した炭化水素Ｃ４）Ｉｙの流量を変化
させても調節されないことが見出された。実際に、炭化
水素は水と反応し炉を乾燥させるが、炉に存在する酸素
物とも反応し水を生成する。これらの併合反応によって
Ｃ，１１，の流■を変化させても雰囲気を調節できない
。

しかしながら、窒素の流量の調節は設定流ＩＰ。

を表わす露点計５僅に影響を存する。実際に、炉に注入
した窒素の流量を変化させると、設定流量Ｆｓを露点Ｕ
Ｐ、に転換するのに役立つ表現Ｆｓ・ｆ（Ｔ。

Ｃ１１４，Ｃｏ、　ＩＩ□０）を考慮してＣ１１４及び
ＣＯの残留含量を希釈するか又は濃縮するものである。

従って、設定露点ＵＰ、のこの変化は、残１ｃ１．の含
量が窒素の流量の関数としてわずかにのみ変化するよう
な条件を課することにより制限できる。

この目的のため、２つの好ましい解決策が存在する。

（１）第１の解決策は実質的に一定の残留ＣＩＬが得ら
れるように窒素の流量の関数としてＣ註、の割合を調節
することに在る。例えば、ＣＸＩ＋　、の割合は窒素の
低流量及び高流量について決定され、中間の窒素流量は
内挿法によって得られる。

（２）第２の解決策は残留ＣＨ、の濃度に設定値を課す
ることにより残留Ｃ１１４の濃度のＰＩＤ型の調節を用
いることに在る。流量方程式：　Ｆ＝ｆ（Ｔ、　ＣＯ’
。

Ｃ１１，、呵−１１２０）を用いると残留Ｃ１１ａの濃
度が見出されこの残留Ｃ１１４濃度によって所与の設定
流＠１Ｆ５に対して最高の設定露点ＤＰｓを算出でき；
この設定値付近に雰囲気を調節すると炉に注入される窒
素の流量を最低とすることができる。

この残留Ｃ１１４の設定値の確定は操作員により人為的
に行うか又は好ましくはコンピューターでの計算により
行ない、コンピューターは計算した最高露点を与える残
留Ｃ１１４設定値を探求する。

不連続炉の場合には炉を前もっである状態に配置するの
が好ましい。ＣＸＩ＋、が水と反応し始める温度よりも
低い温度で水素を注入することにより、ＣＩＬを注入し
た時には炉がその中にできるだけ最低量の酸化物を有す
るような状態に炉を置くことができ、それ故ＣｘＨｙの
減少によって水が生成する危険を低下させる。

第２図は雰囲気調節の原理を表わす装置の図解図であり
該装置を使用することにより本発明の方法を実施できる
。赤外分析器１はＣ１１４及びＣＯの残留含量を分析す
る機能を有し、温度はサーモカップル２により測定する
。赤外分析器及びサーモカップルはコンピューター４に
接続され、コンピューターはガス状混合物の温度及びＣ
１１４及びＣＯの姑留濃度値のデータを定期的に受は取
る。コンピューターのメモリーに蓄積した方程式Ｆ＝ｆ
（Ｔ、　Ｃ１１４゜Ｇｏ、　ＩＩＪ）によって、Ｔ、Ｃ
１１，及びＣＯを測定しながら、設定流量に等しい流量
を与える露点ＤＰｓを算出できる。この設定露点ＤＰｓ
を湿度計３により炉で測定した露点ＤＰｓ値と対比する
。誤差信号がＰＩＤ型式の調節器に送られ、調節器は２
個の電気作動弁５及び６を調節しそれぞれの開放時間を
算出する。

窒素及び炭化水素Ｃ，Ｉ（、の分配場面は２種の流量、
雰であり得る低い流量及び高い流量により操作する。弁
５及び６を閉鎖する時は、窒素及び炭化水素ＣＸ１１．
の低流量は弁７及び８によって調節される。

窒素の低流量に対して注入したＣ　、Ｉ＋　、の割合を
８１！節してＣ１１４の設定残留含量を達成できる。弁
５及び６を開放する時は、窒素及び炭化水素ＣＸ１１．
の補完的な流量は弁９及び１０によって調節される。そ
の時は、高い窒素流■に対してＣ１（４の設定残留台■
を得るため注入したＣＸｌ＋、の割合を調ｆ！１１でき
る。窒素及びＣＸＩ＋、の流■の読み取りはロタメータ
ー１１及び１２により実施する。減圧器１３及び１４は
流量を正確に読み取るためロタメーターの圧力を調節で
きる。炉中のＣＨ、の残留台■はまたＰＩＤ調節により
一定に維持できる。前記した如く炉に注入される窒素の
流量を最低とするのに操作員により人為的にＣＩ！４の
残留含量（又はＣ１（４の設定残留含量）に条件が課せ
られ又はコンピューターで生じた条件が課せられる。

本発明の装置はコンピューター４により制御される電気
作動弁５及び６と手動調節弁７，８．９及び１０とを有
してなるのが認められるであろう。実際に、本発明によ
ると炉の雰囲気中にＣＨ４の一定の残留含量を維持する
のが望ましい。この維持は炉に注入される窒素及び炭化
水素Ｃや■アの流量が一定の比率（Ｃ，ｌＩ、）／（Ｎ
２）と共に変化する時は常に可能である訳ではないこと
が見出された。従って、全ての状況下で一定の残留ＣＨ
、濃度を保持するのに前記の比率（Ｃ，Ｈ４）／（ＮＺ
）を変化させる立場にあるのが有用又は必要であると見
出される。

本発明によると２通りの変更例が可能である：第１の変
更例では残留ＣＨ，を調節することなく残留ＣＨ４値を
人為的に確定する：この目的のために炉で得られる残留
Ｃ１４を前もって算出するか又は経験的に推定したのを
考慮しながら弁７及び８により低流量を先ず手動的に調
節する。低流量の場合の比率（Ｃ，１Ｈｙ）／（ＮＺ）
の調節は測定した残留Ｃ］１４が所望の値近くに達した
時に終了する。次いで高流量の別の手動調節は、前記の
如く維持すべき残留ＣＨ４の関数として弁９及び１０に
より実施する。

高流量の場合の比率（ＣＸ１１．）／（Ｎ２）の調節は
測定した残留ＣＨ，が所望の値付近に達した時に終了す
る。

前記の比率（Ｃ，Ｈ４）　／　（ＮＺ）は低流量及び高
流量について必ずしも同じである必要はない。しかしな
がら前記比率で一度でしかも全てについて調節される。

この第１の変更例では、残留ＣＨ，の調節器はない（設
定ＣＨ，なし、図面参照）。

この第１の変更例では、電動弁５及び６は同時に開放さ
れる。

第２の変更例では設定値の「設定ＣＨ４Ｊを確定し、こ
れを用いて別の調節ループを実現し、コンピューターに
より調節する。コンピューターは残留ＣＨ４の測定値を
設定値と対比する：残留Ｃ１，が設定ＣＨ、よりも低い
ならば、コンピューターは弁６の開放時間の増大を命令
する（注入したＣＸＨｙの流量が増大し、何故ならばＣ
，ｌＩｙの高流量の期間が増大するからである）； 残留ＣＨ，が設定ＣＨ４に等しいならば、開放時間を維
持する： 残留ＣＢ、が設定ＣＨ４よりも大きいならば、弁６の開
放時間を低下させる（従って高流量の期間も低下する）
。

露点の調節（ＤＰＩＩｌ＝ＤＰｓ）は電動弁５により単
一の窒素流路で同様な要領で行ない、弁５の開放時間は
窒素の高流量の期間を増大又は減少させねばならないか
に応じて多少とも長い。

それ故２つの弁５及び６の開放及び閉鎖はもはや必ずし
も同時である必要はない。

災ル開 使用者が提起した技術的問題に直面した時に本発明を使
用した要領を以下に示すものである。

使用者は規格を定め、この規格から前述した実験計画の
限度範囲が減少しこうして流量式を決定し次いで流量式
をコンピューターのメモリーに蓄積するものである。前
記した実験計画は勿論流量式を決定する唯一の可能な例
である。何れか他の簡素化した概略手段又は理論手段も
勿論可能である。特にこの方程式はまた経験的に又は純
粋に理論的な要領で決定できる。

この流量式Ｆｄ　（Ｔ、　Ｃ１＋４．　Ｃ０，＋１２０
）を決定した後に、使用者が加工物を処理するのに許容
できる平均脱炭許容度を表わす設定流量Ｆ６を決定する
。

この設定流量はフィックの方程式を解決することにより
連続的な近似で決定する。次いでコンピューターは設定
露点ＤＰｓ、（流量式中の値Ｘｄに対応）を決定する。

加工物を処理する炉で測定した露点ＤＰ□を次いで設定
露点ＤＰｓと対比する。窒素及び炭化水素の流量の全体
の変化のみが何故付加した流ＩＦと炉に注入した雰囲気
の最低流量との両方を得ることができるかを以下に示す
。

使用者の規格が、前述した如きパラメーターＺａ　。

Ｚｂ、　Ｚｃ、　Ｚｄを定め得る次の組成の雰囲気に課
せられる。

９００“Ｃく温度〈９２５℃ ０，２％＜ＣＯの残留含量〈０．４％ ０．５％＜ＣＨ４の残留含量〈１．０％−４５℃（７０
ｐｐｍ）　＜露点く一３５℃（２２０ｐｐｍ）Ｈ２の含
量〈５％ ＣＯ□の残留含量〈Ｈ２０の残留含量 試験用炉中で等級ＸＣ３８の低合金鋼円板について次の
表により実験を行ない、試験用炉は１種又はそれ以上の
工業炉とは一般に異なっておりしかも試験用炉で本発明
の方法を実施する（これは、雰囲気の調節を炉の特定型
式に関連させるのでなくて炉とは無関係に雰囲気の成る
成分の濃度に専ら関連させるという本発明方法の利点で
ある）。鋼材加工物の各々の処理は同一の期間を有し通
常１時間の程度である。

・　　−・−・−・−・　　　　　−■、７８：　　　
＋　　　：＝−：　−Ｆ　　　　　　−１，７９：　　
　−：＋ニー　　　ニー　　　：　　　　　　−０，５
７：　　　−ニー：＋ニー：　　　　　　　３．ＯＬ　
　　　　　　’：　　　−ニーニー　　　：＋　　　：
　　　　　　−７，１２・：　　　＋　　　：＋：　−
ニー　　　：　　　　　　−０，４４・：　　　＋　　
　ニー：＋　　　ニー　　　：　　　　　　　４．２８
　　　　　　　。

：　　　＋　　　ニーニー　　　：＋　　　：　　　　
　　−８，５２−：　　　−：　＋：＋　　　ニー　　
　：　　　　　　　１．７３　　　　　　　・：　　　
−：＋：　−：＋　　　：　　　　　　−５，９８命？
　　　−ニー：＋　　　：＋　　　：　　　　　　−３
，５８。

：　　＋　　：十：＋　　ニー　　：　　　　２．９３
　　　　・：　　　＋　　　：＋ニー　　　：＋　　　
：　　　　　　−７，５１。

：　　　＋　　　ニー：＋　　　：＋　　　：　　　　
　　−４，５１。

：　　−：十：＋　　：十：　　　　−４，２９：＋：
±：十：＋　　：　　　　−４，９５・右欄は前もって
与えた指示による流量の計算結果を表わす。各々の実験
について、処理した加工物で測定した炭素の分布曲線を
描き、対応の流量を算出し、これは同じ分布を与えるフ
ィックの方程式を解決する（第１図参照）。ヤテスの互
除法を応用することにより、流量式は今回の場合には次
の通りである： Ｆ＝−２，５１＋１．７５　Ｘｃ−０，５１ＸｃＸｂ　
−（３，４１＋０．４５　Ｎ５）Ｘｄ（１０９・モル・
ｃｍ−２・ｓ　−’）この式をコンピューターのメモリ
ーに蓄積し、コンピューターは炉で測定した値Ｘ、、　
Ｘ、及びれ（又はより正確にはコンピューターでにａ＋
　Ｘｂ　＊χ０に転換させたＺ、　、　Ｚ、　、　Ｚｃ
）からパラメーターに６（ｎ点ＤＰｓ　）を算出するこ
とにより本発明の熱処理法を調節する。コンピューター
はＬｌχ、及びχ。

を測定するため規則的な間隔で試料取り出しを行なう。

この試料取り出しの間隔は一般に固定されるが、所与の
炉について実験により決定する。

本発明は連続的なローラー類で鋼材ＸＣ２２（１０２２
）の管体の焼なまし熱処理に関して実施する。

前記の鋼管について使用者が許容する脱炭の許容度は、
ＦＭ　＝−３Ｘｌ０−’モル・ｃｍ　−Ｚ　、　ｓ　−
１が３０分間の期間０．１　ｍｍの厚さで許容できる非
脱炭及び部分的脱炭の規格であるような設定流量によっ
て特徴付けられる。この流量は実験計画の流量について
採用したのと同じ手法により算出する（鋼管の実験的な
炭素分布がフィックの式の解決となるような表面流量で
ある、第１図参照）。

９８．５％のＮ２と１．５％の天然ガスとを含有する高
流量の１００Ｎｒｒｒ／時と、９８．８％のＮ２と１．
２％の炭化水素（天然ガス）との混合物よりなる低流量
の５０　Ｎｒｒｆ／時とを炉に注入して１％の残留Ｃ１
１４を得る（使用者によって確定した値、前記の第１の
変更例）。これは高流量で９９．８　Ｎｎ（７時のＮ２
と１．２Ｎボ／時のＣＸ）Ｉ、とに対応し、低流量で４
９．２５Ｎボ／時のＮ２（弁７）と０．７５　Ｎボッ時
のＣ，Ｈ，（弁８）とに対応する。これら２つの流量は
設定露点ＤＰｓと測定した露点ＤＰｓとの比較に関する
コンピューターにより以下に連通した情報に応答してＰ
ＩＤ型式（比例項、積分、導関数）の調節器により指図
される流量である。

ＤＰｓがＤＰｓより低い時には、窒素と天然ガスとの全
流量はＰＩＤ調節の高流量を賦活化することにより減少
する。

ＤＰｓ＝ＤＰｓの時には、現存の流量を維持する（高流
量又は低流量）。

ＤＰｓがＤＰｓより高い時には、窒素と天然ガスとの全
流量はＰＩＤ調簡０低流量を賦活化することにより減少
する。

実際には、安定化した条件下では高流量を約７０％の期
間注入し低流量を約３０％の期間注入し、即ち炉中の平
均流量は８５　Ｎｎ（７時の程度であることが見出され
る。処理した加工物は特に固定した最高脱炭に関して賦
課した規格を満足させる。

次の表は炉中で前記加工物の処理中に認められる多数の
状況例を与えてあり、本発明の方法による調節作用を例
示する： ＬＩＪ、人工最適化前に炉で測定した：使用者は０．７
％の残留（ＣＨ４）を任意に固定した。

工程（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）　Ａは雰囲気を調節し
、即ち測定した露点は設定露点に等しいことを示してい
る。しかしながら、コンピューターは露点が残留Ｃ１１
，の変更の可能な範囲で最大でないことを流量式から示
している。残留（ＣＨ４）・１．０％が最大であること
を示している　（流量式）。

弐胆且上 残留（ＣＨ４）を作業員により１，０％に固定した。

設定露点は最高（−３６℃）であり、雰囲気の流量は減
少する。ＤＰｓが最高である故に流量は最低である。

訣１エヨー 永続的に得るのが望ましい最低化安定状態を示す工程Ｂ
後に工程Ｃを行なう。この工程の処置は炉の雰囲気の撹
乱発生を示す（例えば処理すべき加工物の導入、空気の
送入等）何故ならば測定した露点は炉の雰囲気の湿分増
大を表わして上昇する（−３５℃）からである。それ数
本発明の調節は注入した雰囲気の全流量の変化により　
（状態Ｂと同一の状態已に戻るまで高流量で作用するこ
とにより）状態Ｂへの戻りを誘導するように作用するも
のである。

欣胆旦上 比較として、炉中で加工物の処理中に窒素の流量を専ら
増大することによる調節を試みた。

この場合には、残留（ＣＬ）は希釈により減少する。設
定露点は低下しく−３８，５℃）、これは調節不安定を
生起する。調節は窒素の流量を増大させることにより設
定ＤＰｓを回復するように常に求めている。

これは窒素と炭化水素との全流量に専ら関する調節が必
要であることを示している。

秋旭旦工状態Ｂと同一 状１」ヨー 状態Ｆは炉の雰囲気中のＣＯの濃度増大（０，３の代り
に０．４）により処理の途中で生じた別の撹乱を示して
いる。この撹乱により測定した流量（−３，５）　Ｘ１
０９モル・ｃｍ−”・ｓ−＋の変化を生じ、もはや数値
Ｆｓに合致しない。従って、新たな設定値ｏｐ、（−３
６，６℃）をメモリーに蓄積した流■式から算出し、全
体の流量は状態Ｂとは異なる安定な状態Ｃに戻るように
調節する。

比較として、発熱体で生じた雰囲気により焼なまし後に
同じ特性を有する鋼管の処理をこの同じ炉で実施した。

処理は同じ温度でしかも同じ期間で行うが、炉の雰囲気
の流■は１６ＯＮ　ｎｒ　７時である。

それ数本発明は処理の同じ期間及び加工物の同等な品質
の場合でも、炉に注入した雰囲気の流星を大幅に減少さ
せることができ、この減少は今回の場合には４７％であ
る。

勿論測定した露点ＤＰヨと設定露点ＤＰｓとの間の差異
の大きさの関数として窒素と炭化水素との流量変更を達
成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は末法による熱処理後の鋼材加工物の炭素濃度の
分布曲線を表わす図表であり、第２図は末法を行なうに
適した装置の図解図である。第２図中１は赤外分析器、
２はサーモカップル、３は湿度計、４はコンピューター
、５．６．７．８．９．１０は弁である。 ＦＩＧ、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、低合金鋼の加工物を焼なまし、焼入れ前の加熱等の
   如き６００℃より高い温度で熱処理する方法であって前
   記の処理は特に窒素、炭化水素Ｃ＿ｘＨ＿ｙ及び場合に
   よっては水素の注入によって生じた保護雰囲気中で特に
   鋼材加工物の脱炭の許容度を固定する条件により実施す
   る低合金鋼加工物の熱処理方法において、鋼材加工物の
   表面を通して該加工物と処理雰囲気との間で炭素が拡散
   する設定流量Ｆ＿ｓを前記の条件から決定し；温度Ｔの
   関数と炉の雰囲気中の（ＣＨ＿４）、（ＣＯ）及び（Ｈ
   ＿２Ｏ）の残留濃度の関数として流量式Ｆ＝ｆ［Ｔ、（
   ＣＨ＿４）、（ＣＯ）、（Ｈ＿２Ｏ）］を決定し；規則
   的な間隔で温度Ｔと炉中の（ＣＨ＿４）、（ＣＯ）及び
   （Ｈ＿２Ｏ）の残留濃度を測定し；精々前記工程で行な
   った測定値の各々の群について流量式Ｆ＝Ｆ＿ｓから設
   定露点ＤＰ＿ｓを算出し；炉中の露点ＤＰ＿ｍを測定し
   ；測定した露点ＤＰ＿ｍを設定露点ＤＰ＿ｓと比較しこ
   うしてＤＰ＿ｓ＜ＤＰ＿ｍの時は炉に注入した窒素及び
   炭化水素Ｃ＿ｘＨ＿ｙの全流量を増大させ、ＤＰ＿ｓ＝
   ＤＰ＿ｍの時は炉に注入した窒素及び炭化水素Ｃ＿ｘＨ
   ＿ｙの全流量を維持し、ＤＰ＿ｓ＞ＤＰ＿ｍの時は炉に
   注入した窒素及び炭化水素Ｃ＿ｘＨ＿ｙの全流量を減少
   させることを特徴とする、低合金鋼加工物の熱処理方法
   。 ２、窒素及び炭化水素の流量を高い方から低い方に変化
   させることにより又はその逆を行なうことにより流量変
   化を実施し、流量の平均値は低流量と高流量とのそれぞ
   れの期間によって決定する請求項１記載の方法。 ３、濃度の比率（Ｃ＿ｘＨ＿ｙ）／（Ｎ＿２）は流量が
   低いか又は高いかに応じて相異なる請求項２記載の方法
   。 ４、窒素及び炭化水素は各々低流量での統制と高流量で
   の統制とを有する請求項２又は３記載の方法。 ５、窒素及び炭化水素の低流量から高流量への変化又は
   その逆の変化は同時に行なう請求項４記載の方法。 ６、窒素の低流量から高流量への変化及びその逆の変化
   は炭化水素の低流量から高流量への変化及びその逆の変
   化とは別個に行なう請求項４記載の方法。 ７、炉に注入する炭化水素Ｃ＿ｘＨ＿ｙの流量を調節す
   るように残留ＣＨ＿４の設定値を固定し、その間に設定
   露点ＤＰ＿ｓ値によって窒素の流量を単独で調節できる
   請求項１〜６の何れかに記載の方法。 ８、残留（ＣＨ＿４）の最適値を決定できしかもＴ及び
   （ＣＯ）の測定値を用いて流量式Ｆ＝Ｆ＿ｓを解決する
   ことにより最大設定露点ＤＰ＿ｓを算出し、残留（ＣＨ
   ＿４）の測定値は次いで窒素及び／又は炭化水素Ｃ＿ｘ
   Ｈ＿ｙの流量の変更によって前記の最適値にまで導く請
   求項１〜７の何れかに記載の方法。 ９、残留（ＣＨ＿４）の最適値は残留（ＣＨ＿４）の設
   定値である請求項７又は８に記載の方法。 １０、所与の条件について流量式を前もって決定する請
   求項１〜９の何れかに記載の方法。 １１、測定した露点ＤＰ＿ｍと設定露点ＤＰ＿ｓとの間
   の差異の大きさの関数として窒素及び炭化水素の流量の
   変更を行なう請求項１記載の方法。 １２、既定の設定露点ＤＰ＿ｓに基づいて調節する請求
   項１〜７及び１１の何れかに記載の方法。