其中溶解并扩散有处理气体的元素的钢的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在钢的表面的一部分中适宜地溶解并扩散有处理气体的元素的钢的 制造方法。
【背景技术】
[0002] 渗碳、渗氮或碳氮共渗等使用处理气体应用于钢以改善钢的表面的耐久性等。在 这些处理中，通过使处理气体与经加热的钢的表面接触，处理气体的元素自钢的处理表面 溶解并扩散到其表面层中。
[0003] 这里，在钢的整个表面层上进行这些处理是容易的，但在钢的表面层的仅一 部分上进行这些处理并不容易。鉴于此，例如，日本专利申请公开第11-217626号（JP 11-217626A)提出了一种齿轮渗碳方法作为一个实例。这里，防渗碳剂的颗粒被喷射到齿轮 的齿形部的齿顶的曲面上，所述曲面为非处理表面，使得防渗碳剂粘附于齿顶的曲面。在这 种状态下，使用渗碳气体（处理气体）使排除齿顶的曲面在外的处理表面渗碳，并且然后从 齿顶的曲面移除防渗碳剂。结果，能够减少齿轮的齿形部的齿顶的曲面中溶解的碳量。
[0004] 然而，采用JP11-217626A中描述的技术，因为防处理剂如防渗碳剂与渗碳一起 使用，因而处理气体的元素在钢的非处理表面中的溶解和扩散能够被防止或减少。然而，使 用这种方法，防处理剂必须被附着到钢的表面并然后移除，这是很麻烦的并且花费大量的 时间才结束。因此，制造成本增加。
【发明内容】
[0005] 本发明因此提供了一种钢的制造方法，通过该方法，廉价且无需麻烦的工作，所需 的量的处理气体的元素能够溶解并扩散到钢的处理表面的表面层中，同时抑制处理气体的 元素溶解和扩散到钢的非处理表面中。
[0006] 本发明的第一方面涉及一种其中溶解并扩散有处理气体的元素的钢的制造方法， 所述方法包括：加热钢；使处理气体接触所述钢的表面以便处理气体的元素从所述钢的表 面溶解并扩散到其表面层中；以及减小所述处理气体在非处理表面附近的浓度，所述非处 理表面为所述钢的表面的一部分。
[0007] 根据本发明的此方面，通过热解处理气体，处理气体在非处理表面附近的浓度减 小至低于处理气体在处理表面附近的浓度。因此，溶解在非处理表面中的处理气体的元素 的量小于溶解在处理表面中的处理气体的元素的量。结果，廉价且无需麻烦的工作，所需的 量的处理气体的元素能够溶解并扩散到钢的处理表面的表面层中，同时抑制处理气体的元 素溶解和扩散到钢的非处理表面中。
[0008] 处理气体在非处理表面附近的浓度可通过热解处理气体来减小。
[0009] 热解处理气体的方法可为通过金属催化剂热解处理气体的方法，例如，使用热来 溶解和扩散处理气体的元素。另外，可将钢布置在加热炉内，可加热钢，并且可通过热解加 热器进行处理气体的热解。钢的制造方法还可包括将热解加热器布置为面向加热炉内部所 述钢的非处理表面。
[0010] 根据此方面，将热解加热器布置在面向加热炉中布置的钢的非处理表面的位置 中，使得钢的非处理表面附近的处理气体被热解加热器热解。因此，能够使得处理气体在钢 的非处理表面附近的浓度低于处理气体在处理表面附近的浓度。结果，所需量的元素能够 溶解并扩散到钢的处理表面的表面层中，同时抑制处理气体的元素溶解和扩散到钢的非处 理表面中。
[0011] 另外，在上述方面中，可将钢布置在加热炉内，可加热钢，并可通过热解加热器进 行处理气体的热解。钢的制造方法还可包括通过热解加热器将加热炉的内部的空间分成处 理空间和非处理空间，将钢的非处理表面布置在所述非处理空间中，使处理气体流入所述 处理空间中，以及通过热解加热器热解从所述处理空间朝向所述非处理空间行进的处理气 体。
[0012] 根据此方面，当处理气体从所述处理空间流向所述非处理空间时，该处理气体被 热解加热器热解，因而处理气体在所述非处理空间中的浓度能够保持为低于处理气体在所 述处理空间中的浓度。结果，所需的量的元素能够溶解并扩散到钢的处理表面的表面层中， 同时抑制处理气体的元素溶解和扩散到钢的非处理表面中。
[0013] 可重复将处理气体供应到加热炉中的过程、以及中断处理气体向加热炉中的供给 并且从加热炉排出所述处理气体的过程。
[0014] 根据此方面，在将处理气体供给到加热炉中的过程中，处理气体的元素自钢的处 理表面溶解。在中断处理气体向加热炉中的供给并且从加热炉排出所述处理气体的过程 中，处理气体的溶解被限制并且钢处于加热状态，因而一旦溶解的元素的扩散能够得到促 进。
[0015] 结果，处理气体的元素的溶解和扩散得以重复，因而处理气体的元素能够从处理 表面溶解并扩散到其表面层中。另一方面，处理气体的元素从非处理表面向其内部扩散，每 一次其略微溶解，因而非处理表面的表面层的元素含量能够减小。
[0016] 在中断处理气体向加热炉中的供给并且从加热炉排出处理气体的过程中，可中断 热解加热器的加热。根据此方面，钢的非处理表面不被热解加热器连续地加热，因而在包含 钢的非处理表面的部分上的热效应能够减小。
[0017] 根据本发明的此方面，廉价且无需麻烦的工作，所需的量的处理气体的元素能够 溶解并扩散到钢的处理表面的表面层中，同时抑制处理气体的元素溶解和扩散到钢的非处 理表面中。
【附图说明】
[0018] 本发明的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业重要性将在下文结合附图 描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的要素，且其中：
[0019] 图1为示出适于实施根据本发明的第一示例实施方案的钢制造方法的渗碳装置 的框架形式的概念图；
[0020] 图2为钢的温度分布和处理条件的视图，以示意根据本发明的第一示例实施方案 的钢制造方法；
[0021] 图3A为渗碳前钢的透视图，以示意图1中示出的钢制造方法；
[0022] 图3B为渗碳时的钢与热解加热器之间的位置关系的透视图，以示意图1中示出的 钢制造方法；
[0023] 图3C为示意渗碳气体向钢的处理表面中的渗碳及渗碳气体的热解的视图，以示 意图1中示出的钢制造方法；
[0024] 图3D为渗碳后钢的透视图，以示意图1中示出的钢制造方法；
[0025] 图4A为示意渗碳时的钢与热解加热器之间的位置关系的视图，以示意根据本发 明的第一示例实施方案的一个变形例的钢制造方法；
[0026] 图4B为渗碳后钢的透视图，以示意根据本发明的第一示例实施方案的所述变形 例的钢制造方法；
[0027] 图5A为示出适于实施根据本发明的第二示例实施方案的钢制造方法的渗碳装置 的框架形式的概念图；
[0028] 图5B为示意渗碳时的钢与热解加热器之间的位置关系的视图；
[0029] 图6A为示意向钢的处理表面中渗碳及渗碳气体的热解的视图，以示意根据本发 明的第二示例实施方案的钢制造方法；
[0030] 图6B为渗碳后钢的侧视图，以示意根据本发明的第二示例实施方案的钢制造方 法；
[0031] 图6C为示意钢的利用方法的剖视图，以示意根据本发明的第二示例实施方案的 钢制造方法；
[0032] 图7为钢的温度分布和处理条件的视图，以示意根据本发明的第三示例实施方案 的钢制造方法；
[0033] 图8为根据验证测试1的渗碳气体的浓度与处理气体温度之间关系的视图；
[0034] 图9为根据验证测试2的钢中的渗碳量与渗碳气体的浓度之间关系的视图；
[0035] 图10A为钢与热解加热器之间的关系的视图；
[0036] 图10B为渗碳钢的剖面照片；
[0037] 图10C为图10B中部分c的放大照片；和
[0038] 图10D为图10