JP3484408B2 - 真空浸炭用治具及び耐熱合金鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は種々の鋼材に真空
浸炭処理を施す場合に用いられる真空浸炭用治具に関
し、ならびに、そのような治具を製造（形成）するのに
好適な合金鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】 従来、焼入れや浸炭処理に使用される
治具（例えば、被処理材を炉内で保持するためのトレ
イ、バスケット）を製造するための鋼（材料）として、
耐熱性が高く比較的安価なＳＣＨ１３（０．３Ｃ−２５
Ｃｒ−１２Ｎｉ−Ｆｅ）が広く使用されている。また、
かかるＳＣＨ１３よりも高温強度及び耐浸炭性に優れる
鋼として、ＳＣＨ２１（０．３Ｃ−２５Ｃｒ−２０Ｎｉ
−Ｆｅ）、ＳＣＨ２４（０．４Ｃ−２５Ｃｒ−３５Ｎｉ
−Ｆｅ）、ＳＣＨ２４改良材（０．４Ｃ−２５Ｃｒ−３
５Ｎｉ−Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ−Ｆｅ）等が使用されている。
また、これら鋼と高温強度及び耐浸炭性が同等かそれを
上回る鋼として、特公平２−３２３４６号公報には０．
４Ｃ−１．５Ｓｉ−２５Ｃｒ−３０Ｎｉ−Ｎｂ，Ｗ，Ａ
ｌ，Ｂ，Ｚｒ−Ｆｅ系の耐熱合金材が開示されており、
特公昭６０−１７８２１号公報には０．３Ｃ−１．５Ｓ
ｉ−２６Ｃｒ−１２Ｎｉ−０．５Ｎｂ−Ｆｅ系の耐熱合
金材が開示されている。

【０００３】ところで、近年、浸炭処理の一つとして、
いわゆる真空浸炭が盛んに行われるようになってきた。
かかる真空浸炭では、真空（減圧）状態で且つ通常の浸
炭処理よりも高温条件（典型的には１０００〜１１００
℃）で浸炭が行われる。この結果、比較的速やかに所望
するレベル（表面炭素量及び浸炭深さ）の浸炭を被処理
材に対して行うことができるという利点がある。一方、
かかる真空浸炭処理では、それに使用する治具について
も従来の浸炭処理（非真空浸炭）に使用した場合よりも
浸炭され易い傾向にある。そのため、当該真空浸炭処理
に用いられる治具や浸炭炉（加熱炉）を耐熱性合金鋼か
ら製造する場合、その原材料たる鋼（鋼材）は、真空浸
炭処理時において自身が浸炭され難いもの（即ち耐浸炭
性の高いもの）が好ましい。かかる真空浸炭処理におい
て治具が過度に浸炭されてしまうとそのことによって耐
熱疲労割れ性が著しく劣化し、結果、そのような治具を
真空浸炭処理及びその後の焼入れ処理に連続的に供した
場合には、使用を開始してから比較的短期間で当該治具
に割れが発生する虞があるからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上記
ＳＣＨ１３等や上記公報に記載されているような従来の
合金鋼は、真空浸炭用治具の耐久性に関わる耐浸炭性を
充分に具備するものではなかった。このため、かかる鋼
から成る治具を真空浸炭処理（浸炭・拡散後の焼入れを
含む。以下同じ。）に連続的に供した場合には、その表
層部が過度に浸炭され、結果、早期に熱疲労割れを起こ
す虞があった。耐浸炭性の低い上記従来の鋼から成る治
具では、真空浸炭処理即ち真空（減圧）・高温条件下で
浸炭処理を行った場合、治具（鋼）表面に生成する炭化
物にクロム、マンガン等の金属が固溶するとともに当該
炭化物の脱落に伴ういわゆる脱Ｃｒ現象が発生し易くな
り、かかる現象の発生が当該治具表層部における耐熱疲
労割れ性の低下を助長するからである。このため、従来
の真空浸炭用治具は、一般に耐用期間（寿命）が短かっ
た。

【０００５】かかる状況下、従来のものよりも耐浸炭性
に優れ、耐用期間の長い真空浸炭用治具の開発が望まれ
ており、同時に、かかる真空浸炭用治具等を形成する素
材として、従来のものよりも高い耐浸炭性、耐熱疲労割
れ性、高温強度を有する合金鋼が望まれている。このこ
とに関し、ニッケルの比率（含有率）を５０％以上に高
めることによって従来の鋼よりも耐浸炭性を向上させた
鋼の使用も検討されてはいる。しかし、ニッケルのよう
な比較的高価な金属元素を多量に含む鋼材は浸炭処理に
要するコストの増大を招き、汎用性に欠けるため、本来
好ましいものではない。

【０００６】そこで本発明は、真空浸炭処理に関する上
記問題点を解決するものであり、その目的とするところ
は、従来の真空浸炭用治具よりも耐浸炭性を向上させた
真空浸炭用治具を提供することである。また、本発明の
他の目的は、ニッケルのような比較的高価な金属を多量
に（５０％以上）含有することなく高い耐浸炭性を実現
した組成の耐熱性合金鋼を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 本発明者は、適量のニ
ッケル及びクロムを含む比較的安価な合金鋼（即ちニッ
ケルを過剰に含まない鉄を主体とする合金材）であって
も、珪素の比率を２．１％以上とすることによって耐浸
炭性を向上させ得、さらには上記脱Ｃｒ現象の発生を抑
えて真空浸炭処理時における耐熱疲労割れ性の低下を防
止し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。す
なわち、本発明によって提供されるものの一つは、真空
浸炭用治具である。而して、本発明の一つの真空浸炭用
治具は、炭素、珪素、クロムおよびニッケルを必須添加
成分とする合金鋼から形成されており、その合金鋼の炭
素の比率は、その治具の形成時において０．２〜０．６
％であり、その合金鋼は炭素比率が上記範囲にある部位
において、炭素０．２〜０．６％、珪素２．１〜４．０
％、クロム２０〜３０％、ニッケル２０〜４０％、マン
ガン０〜２．０％および残部は鉄を主体として構成され
ている。なお、ここで「炭素比率が上記範囲にある部
位」とは、治具形成時と実質的に同じ炭素比率を維持し
ている（又は維持していた場合の）部位であって、浸炭
処理に繰り返し使用して炭素含有率が治具形成（製造）
時とは異なってしまった部位を除く趣旨である。かかる
部位としては、典型的には、度重なる真空浸炭処理によ
っても炭素比率が実質的に変動しない治具壁面の深層部
分が該当し得る。

【０００８】かかる構成の合金鋼から成る本発明の真空
浸炭用治具では、従来の真空浸炭用治具と同様の耐熱性
（例えば１０００℃での物理的強度）を維持し得るとと
もに、珪素を上記比率で含有する結果、耐浸炭性が向上
して真空浸炭処理時においても上記脱Ｃｒ現象を抑制す
ることができる。このため、本発明の真空浸炭用治具に
よると、真空浸炭処理に繰返し用いた場合であっても、
耐熱疲労割れ性の低下を抑えることができる。従って、
本発明の真空浸炭用治具は耐用期間が長く、比較的長期
間に亘って繰返し真空浸炭処理に用いることができる。

【０００９】本発明の真空浸炭用治具として好ましいも
のは、上記合金鋼は炭素比率が上記範囲にある部位で以
下の比率：アルミニウム０．２〜０．５％、窒素０．０
３〜０．０８％となるように（即ちかかる比率の条件を
具備するようにして）、アルミニウム及び窒素を添加成
分としてさらに含むものである。かかる構成の合金鋼か
ら成る真空浸炭用治具では、上記比率でのアルミニウム
及び窒素の添加により、より一層耐浸炭性を向上し得、
耐熱疲労割れ性の低下を効果的に抑止することができ
る。

【００１０】また、本発明の真空浸炭用治具として特に
好ましいものでは、上記合金鋼は炭素比率が上記範囲に
ある部位で以下の比率：(1).ニオブ０．４〜２．０％、
(2).チタン及び／又はジルコニウム０．３〜０．８％、
(3).コバルト０．５〜５．０％、(4).モリブデン及び／
又はタングステン０．５〜５．０％となるように、かか
る(1).〜(4).のうちの少なくとも一つを添加成分として
さらに含むものである。かかる構成の合金鋼から成る真
空浸炭用治具では、上記比率でのニオブ、及び／又は、
チタン、ジルコニウムのうちの少なくとも一種、及び／
又は、コバルト、及び／又は、モリブデン、タングステ
ンのうちの少なくとも一種の添加により、さらに一層耐
浸炭性を向上し得、耐熱疲労割れ性の低下をより効果的
に抑止することができる。

【００１１】また、本発明は、上記目的を達成する他の
側面として、上述の本発明の真空浸炭用治具を製造する
のにも好適な、耐浸炭性、耐熱疲労割れ性、高温強度
（即ち高温での割れ難さ）を有する耐熱合金鋼を提供す
る。すなわち、本発明の一つの合金鋼は、必須添加成分
として炭素０．２〜０．６％、珪素２．１〜４．０％、
クロム２０〜３０％およびニッケル２０〜４０％を含
み、以下の比率：アルミニウム０．２〜０．５％、窒素
０．０３〜０．０８％となるように、アルミニウム及び
窒素を添加成分としてさらに含み、残部は鉄を主体とす
る合金鋼である。マンガンを０〜２．０％含んでもよ
い。また、本発明の合金鋼としてさらに好ましいもの
は、以下の比率：(1).ニオブ０．４〜２．０％、(2).チ
タン及び／又はジルコニウム０．３〜０．８％、(3).コ
バルト０．５〜５．０％、(4).モリブデン及び／又はタ
ングステン０．５〜５．０％となるように、かかる(1).
〜(4).のうちの少なくとも一つを添加成分としてさらに
含む。これら組成の本発明の合金鋼は、従来の鋼よりも
高い耐浸炭性、耐熱疲労割れ性及び高温強度を実現して
おり、上述した本発明の真空浸炭用治具を好適に製造す
ることができる。

【００１２】また、かかる組成の本発明の合金鋼を用い
ると、真空浸炭処理その他の浸炭処理用途に用いられる
種々のタイプの浸炭炉や浸炭ガス発生炉の一部（例えば
炉の内壁部）又は全部、或いは当該炉内で若しくは一般
的な焼き入れ処理等で用いられる器材（例えば焼入れ治
具）等を、本発明の真空浸炭用治具と同様に製造・成形
することができる。従って、本発明の他の側面として、
上記組成の合金鋼を使用して、耐浸炭性、耐熱疲労割れ
性及び／又は高温強度に優れ、長期間安定して使用し得
る浸炭炉や浸炭ガス発生炉、またはそれら（典型的には
炉内）で使用する器材（種々の形状の鋼材や鋳鋼）、或
いは、浸炭に関わらず高い耐熱性が要求される焼入れ処
理等に用いる焼入れ治具その他の器材が提供される。而
して、これら器材や炉は、本発明に係る特許請求の範囲
に記載の真空浸炭用治具と同様に、それらを構成する鋼
（鋼材）の化学組成によって特定され得るものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】 以下、本発明に関する好適な実
施形態について説明する。なお、本明細書における百分
率表示（％）は、いずれもwt％である。また、以下の説
明においては、鋼を構成する成分（元素）はいずれも元
素記号で表示するものとする。

【００１４】先ず、本発明の真空浸炭用治具や他の焼入
れ治具等の鋳鋼を形成する鋼の化学組成に関して説明す
る。本発明の真空浸炭用治具を形成する鋼は、Ｆｅと以
下に説明するいくつかの添加成分とから構成される合金
鋼であるが、これら以外の成分（元素）の存在・混入を
否定するものではなく、上述した耐浸炭性等の性能に影
響を与えない限りにおいて種々の金属・非金属（Ｃｕ、
Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐ、Ｓ、Ｂ、Ｈ、Ｏ等）を微量成分
として含有していてもよい。例えば、種々の鋼（材）に
Ｐ、Ｓ等の不可避的不純物が微量ながら含まれ得ること
は当該分野における周知事項である。以下、各添加成分
（元素）について説明する。

【００１５】Ｃは、基地であるＦｅに固溶するほか、Ｃ
ｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ等と炭化物を形成し得
る主要成分（元素）であり、鋼の高温強度（例えば後述
する実施例に示すようなクリープ強度）を向上させ得る
成分である。而して、Ｃの比率（含有率）は鋼全体の
０．２〜０．６％が適当である。かかる比率が０．２〜
０．５％であることが好ましく、０．２５〜０．４５％
であることが特に好ましい。他方、Ｃが鋼全体の０．２
％より少なすぎるとかかる高温強度の向上を図ることが
困難となる。また、Ｃが鋼全体の０．６％より多すぎる
と、鋼の靭性が低下し得るため好ましくない。過剰なＣ
含有は、耐熱疲労割れ性を低下させ得るため、好ましく
ない。

【００１６】Ｓｉは、真空（減圧）条件下で比較的高温
（典型的には９００〜１１００℃）の熱処理を伴う真空
浸炭処理において、耐浸炭性を向上させ得る主要成分で
ある。かかるＳｉを所定の比率で含有させることにより
耐浸炭性が向上し、鋼表面（表層部）に生成する炭化物
の脱落やＣｒ、Ｍｎ等の金属の蒸発を防止することがで
きる。すなわち、上記脱Ｃｒ現象の発生頻度を軽減する
ことができ、結果的に真空浸炭処理時における治具等の
割れや変形を防止することができる。而して、Ｓｉの比
率（含有率）は鋼全体の２．０〜４．０％が適当であ
る。かかる比率が２．１〜４．０％（さらには２．１〜
３．７％）であることが好ましく、２．１〜２．７％で
あることが特に好ましい。他方、かかるＳｉが上記比率
よりも少なすぎると耐浸炭性や強度の向上を図ることが
困難となる。また、Ｓｉが鋼全体の４．０％より多すぎ
ると鋼の靭性が低下し得、さらにはσ相等の脆弱な金属
間化合物の析出が生じ易くなるため、好ましくない。か
かるσ相等の析出は、耐熱疲労割れ性が低下する要因と
なり得るからである。

【００１７】Ｃｒは、基地に固溶するほか、Ｃと結合し
て炭化物を形成する主要成分である。而して、その炭化
物が結晶粒界に析出して粒界を強化することにより、鋼
の高温強度が向上する。また、上記Ｓｉとの組み合わせ
により、耐浸炭性を向上させることができる。而して、
Ｃｒの比率（含有率）は鋼全体の２０〜３０％が適当で
ある。かかる比率が２２〜２７％程度であることが好ま
しい。他方、かかるＣｒが鋼全体の２０％より少なすぎ
ると耐浸炭性や高温時での強度向上を図ることが困難と
なる。また、Ｃｒが鋼全体の３０％より多すぎると鋼の
靭性が低下し得、さらにはσ相等の析出が生じ易くなる
とともに耐熱疲労割れ性も低下し得るため、好ましくな
い。

【００１８】Ｎｉは、σ相の析出を抑制し、耐熱疲労割
れ性、耐浸炭性、高温強度等を向上させる主要成分であ
る。本発明の真空浸炭用治具及び鋼においては、上記Ｓ
ｉや後述する成分（元素）を添加することによってＮｉ
の含有率を過大にすることなく耐浸炭性等の向上を実現
している。しかし、Ｎｉの比率が鋼全体の２０％より少
なすぎると、耐熱疲労割れ性、耐浸炭性および高温強度
を向上させ難くなる。尤もＮｉの比率を鋼全体の４０％
より多くする必要はなく、却って製造コストが上昇して
しまうため好ましくない。従って、Ｎｉの比率は鋼全体
の２０〜４０％が適当であり、３０〜４０％程度である
ことが好ましい。

【００１９】Ａｌは、結晶粒成長を抑制して鋳造組織を
微細化するほか、σ相の析出を抑制させる元素である。
このため、Ａｌを添加することにより本発明の真空浸炭
用治具の耐熱疲労割れ性を更に向上させることができ
る。この目的のためには、Ａｌを０．０５〜２．０％
（好ましくは０．２〜１．０％）の比率で添加するのが
適している。一方、Ｎは、耐浸炭性を向上させる元素で
ある。特に、上述したＡｌとの複合添加により耐浸炭性
及び高温強度のいずれをも顕著に向上させることができ
る。かかるＮの添加比率としては、鋼全体の０．０２〜
０．１５％（好ましくは０．０２〜０．１％）が適当で
ある。特に限定するものではないが、ＡｌとＮの両方を
添加する場合には、Ａｌの比率が０．１〜１．０％であ
ってＮの比率が０．０２〜０．１％であることが好まし
い。Ａｌの比率が０．２〜０．５％であってＮの比率が
０．０３〜０．０８％であることが特に好ましい。な
お、ＡｌとＮを両方添加する場合には、Ａｌの比率が鋼
全体の２．０％より多すぎる場合及び／又はＮの比率が
鋼全体の０．１５％より多すぎる場合は、ＡｌＮが多量
に形成されてしまう虞があるため、好ましくない。Ａｌ
Ｎは高温強度を劣化させる要因となり得るからである。

【００２０】Ｎｂは、Ｃと結合して高融点炭化物を形成
する元素である。特に限定しないが、かかる炭化物は結
晶粒界に晶出して粒界を強化し得、結果、鋼の高温強度
を向上させることができる。また、耐浸炭性や耐熱疲労
割れ性を向上させる機能に優れる元素である。従って、
Ｎｂを添加することにより、本発明の真空浸炭用治具の
耐浸炭性、耐熱疲労割れ性及び高温強度を更に向上させ
ることができる。而して、Ｎｂの比率は鋼全体の０．４
〜２．０％が適当である。かかる比率が０．４％よりも
低すぎると添加の効果が認められず、２．０％よりも多
すぎても、耐浸炭性等のさらなる向上が期待できない。
かかる比率が１．０〜２．０％程度であることが好まし
い。

【００２１】Ｔｉ及びＺｒはいずれもＣと結合して高融
点炭化物を形成する元素である。特に限定しないが、か
かる炭化物が形成されることにより高温環境において基
地中に生成された上記Ｃｒ炭化物の凝集粗大化を抑制し
得、結果、鋼の高温強度を向上させることができる。ま
た、耐浸炭性や耐熱疲労割れ性を向上させる機能に優れ
る元素群である。従って、Ｔｉ及び／又はＺｒを添加す
ることにより、本発明の真空浸炭用治具の耐浸炭性、耐
熱疲労割れ性及び高温強度を更に向上させることができ
る。而して、Ｔｉ及び／又はＺｒの比率は鋼全体の０．
３〜０．８％が適当である。かかる比率が０．３％より
も低すぎると添加の効果が認められず、０．８％よりも
多すぎても、耐浸炭性等のさらなる向上が期待できな
い。

【００２２】Ｃｏは、基地に固溶し、耐浸炭性や高温強
度を向上させ得る元素である。従って、かかるＣｏを鋼
（材）に添加することにより耐浸炭性や高温強度を更に
向上させることができる。而して、Ｃｏの比率は鋼全体
の０．５〜５．０％が適当である。かかる比率が０．５
％よりも低すぎると添加の効果が認められず、５．０％
よりも多すぎても、耐浸炭性等のさらなる向上が期待で
きない。

【００２３】Ｍｏ及びＷはいずれも基地に固溶するほ
か、Ｃと結合して炭化物を形成する元素である。かかる
炭化物の生成により高温強度を向上させることができ
る。また、耐浸炭性を向上させる機能に優れる元素群で
ある。従って、Ｍｏ及び／又はＷを添加することによ
り、本発明の真空浸炭用治具の耐浸炭性及び高温強度を
更に向上させることができる。而して、Ｍｏ及び／又は
Ｗの比率は鋼全体の０．５〜５．０％が適当である。か
かる比率が０．５％よりも低すぎると添加の効果が認め
られず、５．０％よりも多すぎると、鋼の靭性が低下し
得、さらには耐熱疲労割れ性も低下する虞があるので好
ましくない。

【００２４】Ｍｎは、必要に応じて脱酸調整用に添加さ
れる元素であり、その用途には鋼全体の２．０％以下の
含有率で充分である。

【００２５】以上、本発明の真空浸炭用治具を形成する
合金鋼として好適な組成（％）を説明したが、本発明で
はかかる組成の合金鋼から耐浸炭性や耐熱疲労割れ性に
優れる種々の鋼材や鋳鋼、特に真空浸炭用治具を製造・
成形すればよく、その製造方法や成形方法には特に制限
はない。従って、従来の鋼の生産方法、生産された鋼か
ら種々の形態の鋼材や鋳鋼を成形する方法（浸炭・焼入
れ治具の製造・成形方法を含む）は、いずれも従来から
周知な方法を採用し得る。例えば、上述の各成分及びＦ
ｅを適当量配合したものを、適当な高温（典型的には１
５００℃以上の高温）条件下で加熱・溶解することによ
って、上記いずれかの組成の合金鋼（溶融物）を得るこ
とができる。次いで、この溶融物を鋳造する（典型的に
は所定の鋳型に注入し、冷却する）ことによって、所望
する形状の鋼材・鋳鋼を得ることができる。また、本発
明の真空浸炭用治具の形状は、それが使用される条件や
加熱炉等の形状に応じて適宜異なり得るものであり、特
に制限はない。例えば、一般的な加熱炉と焼入れ槽と焼
戻し炉とを構成要素とする真空浸炭熱処理装置が用いら
れる場合においては、これら構成要素間で被処理材を固
定・搬送し得る形状、例えばトレイ形状、バスケット
（ボックス）形状等の治具を製造するとよい。

【００２６】なお、上記組成の合金鋼は、それ自体が高
い耐浸炭性、耐熱疲労割れ性、高温強度を有するもので
ある。従って、かかる組成の合金鋼は、真空浸炭用途に
限定されず、真空処理や浸炭処理を伴わない熱処理（典
型的には焼入れ）にも利用することができる。すなわ
ち、上記組成の合金鋼を原料（構成材）として、従来公
知の種々の方法に基づいて、浸炭処理に利用されるガス
発生炉、浸炭炉、焼戻し炉、あるいは一般的な鋼の焼入
れに用いられる焼入れ炉を製造することができる。ま
た、それらの炉内で使用される種々の器材や治具（焼入
れ治具等）を製造・成形することができる。それらの製
造方法や成形法自体は、本発明を特徴付けるものではな
いため、詳細な説明は省略する。

【００２７】

【実施例】 本発明を以下の実施例によりさらに詳細に
説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】計２１種類（実施例１〜１２、比較例１〜
９）の組成の鋼材（鋳鋼）を作製し、以下のようにして
それらの耐熱疲労割れ性、クリープ破断時間および耐浸
炭性を調べた。なお、表１には本発明の真空浸炭用治具
の実施例に相当するものの組成を列記している。また、
表２には、本発明に包含されない比較例に相当するもの
の組成を列記している。なお、比較例１はＳＣＨ１３に
相当し、比較例２はＳＣＨ２１に相当し、比較例３はＳ
ＣＨ２４に相当し、比較例４はＳＣＨ２４改良材に相当
する鋼である。また、比較例５は特開平７−２３３４４
６号公報に開示されている合金鋼に相当し、比較例６は
特公平２−３２３４６号公報に開示されている合金鋼に
相当し、比較例７は特公昭６０−１７８２１号公報に開
示されている合金鋼に相当する。また、比較例８は本発
明に類似する組成を有するが、Ｓｉの比率が本発明の下
限値を下回る鋼である。また、比較例９は本発明に類似
する組成を有するが、Ｎｉの比率が本発明の下限値を下
回る鋼である。

【００３１】先ず、表１及び表２に示す組成となるよう
に所定の原料粉を配合し、高周波誘導加熱炉にてかかる
配合物を加熱・溶解した。次いで、かかる溶融物を所定
の鋳型に注入することによって、各組成のＪＩＳ Ａ号
試験材（いわゆるＹブロック）を鋳造した（計２１種
類）。

【００３２】次に、上記作製したＹブロックから所定の
形状の鋼材（試験片）を切り出して、耐浸炭性（ΔＣ）
を調べた。すなわち、各組成のＹブロックからそれぞれ
円柱状鋼材（径８ｍｍ、長さ６０ｍｍ）を切り出した。
その鋼材を所定の真空浸炭炉に入れて、炉内温度を１０
００℃（即ち、鋼材が１０００℃になる）に設定し、浸
炭用ガス（メタンガス）を所定の流量（ｍ^３／ｓ）で供
給しながら、炉内圧力を１０^−３Ｔｏｒｒ（約０．１３
Ｐａ）になるように調整しながら２００時間、真空浸炭
熱処理を行った。かかる処理を終了した後、各鋼材（実
施例１〜１２、比較例１〜９）の表面から３ｍｍ深さま
で約０．２５ｍｍ間隔（即ち鋼材一つあたり１２箇所）
で切粉を採取した。そして採取した切粉のＣ量を分析し
た。なお、各鋼材とも１２箇所で採取された切粉全てに
ついてＣ量を分析し、１２点それぞれでの浸炭によるＣ
増加量を求めた。而して、それらの平均値（ΔＣ）を表
３に示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】次に、上記作製したＹブロックから所定の
形状の鋼材（試験片）を切り出し、耐熱疲労割れ性の評
価を行った。すなわち、図１及び図２に示すような偏芯
リング形状鋼材２（外径（符号４で示す部位）；２５ｍ
ｍ、内径（符号６で示す部位）；１４ｍｍ、最薄部の距
離（符号８で示す部位）；２ｍｍ、厚さ（符号１０で示
す部位）；７ｍｍ）を、各組成のＹブロックから切り出
した。このようにして得られた各鋼材２を、１０５０℃
の加熱炉に入れて２０分間加熱し、次いですぐに１分間
水冷する加熱／急冷処理を行った。而して、かかる加熱
／急冷処理を連続的に繰り返すことによって、鋼材２に
割れが発生するまでの回数をカウントした。得られた結
果（回数）を表３に示す。

【００３５】次に、上記作製したＹブロックから所定の
形状の鋼材（試験片）を切り出し、クリープ破断試験に
よる高温強度の評価を行った。すなわち、各組成のＹブ
ロックからそれぞれ円柱状（平行部直径９ｍｍ、ゲージ
部長さ３０ｍｍ）の鋼材を切り出した。そして得られた
各鋼材に大気雰囲気中にて９５０℃で３２．４Ｎ／ｍｍ
^２の引張応力を付加し、クリープ破断時間（破断寿命）
を測定した。得られた結果（時間：ｈｒ）を表３に示
す。

【００３６】表３から明らかなように、各実施例の合金
鋼から成る鋼材（鋳鋼）は、各比較例の合金鋼から成る
鋼材と比べて、耐浸炭性が顕著に優れていた。このこと
から、各実施例の合金鋼および当該鋼から成る鋼材は、
真空浸炭処理用途の治具その他の真空浸炭炉内で使用す
る器材或いは当該真空浸炭炉自体の構成部材として好適
である。また、上記態様の耐熱疲労割れ性評価試験の結
果、各実施例の合金鋼から成る鋼材はいずれも上記加熱
／急冷処理を相当回数繰り返す（１１５〜１４４回）ま
で割れ発生が認められなかった。このことから、各実施
例に係る鋼材が比較的高い耐熱疲労割れ性を有するもの
であることが確かめられた。さらにまた、クリープ破断
時間の測定結果から明らかなように、各実施例の合金鋼
から成る鋼材はいずれも相当時間（概ね２２５時間以
上）、引張応力を付加し続けないとクリープの発生が認
められなかった。このことから、各実施例に係る鋼材が
比較的高い高温強度を有するものであることが確かめら
れた。

【００３７】

【発明の効果】 以上の実施例の結果からも明らかなよ
うに、本発明の真空浸炭用治具は、真空浸炭処理に長期
間繰り返して使用し得る治具として極めて有用である。
また、高い耐浸炭性、耐熱疲労割れ性及び高温強度を有
する結果、本発明の治具は、真空浸炭処理用途のみ成ら
ず、プラズマ浸炭や通常のガス浸炭処理、液体浸炭処
理、固体浸炭処理、さらには各種浸炭窒化処理等にも好
適に使用し得る治具である。また、上記組成の本発明の
合金鋼は、Ｎｉ等の比較的高価な成分を多量に含有する
ことなく、従来の鋼よりも比較的高い耐浸炭性、耐熱疲
労割れ性及び高温強度を実現している。このため、本発
明の合金鋼によると、本発明の真空浸炭用治具その他の
治具（一般的な焼入れ治具等）を製造することができ
る。また、本発明の合金鋼を用いて浸炭炉（典型的には
真空浸炭炉）内での使用器材、或いは当該浸炭炉や浸炭
ガス発生炉等の一部又は全部を製造・成形することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 耐熱疲労割れ性の評価に用いた鋼材の形状を
模式的に示す正面図であり、図２のＩ方向から見た図で
ある。

【図２】 耐熱疲労割れ性の評価に用いた鋼材の形状を
模式的に示す側面図であり、図１のＩＩ方向から見た図
である。

【符号の説明】

２：鋼材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 正 愛知県西尾市家武町長台８番地 旭電気 製鋼株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−195138（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−198458（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−152245（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空浸炭用治具であって、 その治具は、炭素、珪素、クロムおよびニッケルを必須
   添加成分とする合金鋼から形成されており、 その合金鋼の炭素の比率は、その治具の形成時において
   ０．２〜０．６％であり、 その合金鋼は、炭素比率が前記範囲にある部位におい
   て、炭素０．２〜０．６％、珪素２．１〜４．０％、ク
   ロム２０〜３０％、ニッケル２０〜４０％、マンガン０
   〜２．０％、アルミニウム０．２〜０．５％および窒素
   ０．０３〜０．０８％を含み、残部は鉄を主体として構
   成されている真空浸炭用治具。
2. 【請求項２】 前記合金鋼は、炭素比率が前記範囲にあ
   る部位でさらに０．４〜２．０％の比率でニオブを含
   む、請求項１に記載の治具。
3. 【請求項３】 前記合金鋼は、炭素比率が前記範囲にあ
   る部位でさらに０．５〜５．０％の比率でコバルトを含
   む、請求項１又は２に記載の治具。
4. 【請求項４】 前記合金鋼は、炭素比率が前記範囲にあ
   る部位でさらに０．５〜５．０％の比率でモリブデン及
   び／又はタングステンを含む、請求項１〜３のいずれか
   に記載の治具。
5. 【請求項５】 前記合金鋼は、炭素比率が前記範囲にあ
   る部位でさらに０．３〜０．８％の比率でチタン及び／
   又はジルコニウムを含む、請求項１〜４のいずれかに記
   載の治具。