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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022125513
(43)【公開日】2022-08-29
(54)【発明の名称】鋼部材の窒化処理方法
(51)【国際特許分類】
C23C 8/26 20060101AFI20220822BHJP
C21D 1/06 20060101ALI20220822BHJP
C21D 9/32 20060101ALI20220822BHJP
【ＦＩ】
C23C8/26
C21D1/06 A
C21D9/32 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021023129
(22)【出願日】2021-02-17
(71)【出願人】
【識別番号】000111845
【氏名又は名称】パーカー熱処理工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100095898
【弁理士】
【氏名又は名称】松下 満
(74)【代理人】
【識別番号】100098475
【弁理士】
【氏名又は名称】倉澤 伊知郎
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100107537
【弁理士】
【氏名又は名称】磯貝 克臣
(72)【発明者】
【氏名】平岡 泰
【テーマコード（参考）】
4K028
4K042
【Ｆターム（参考）】
4K028AA02
4K028AB01
4K028AC07
4K028AC08
4K042AA18
4K042BA03
4K042BA04
4K042DA06
4K042DB07
4K042DC02
4K042DC03
4K042DC04
4K042DD03
4K042DE02
(57)【要約】
【課題】５００℃～５９０℃という温度範囲で実施される窒化処理において、窒化化合物層にγ’相を良好に析出させることができ、ひいては高い耐ピッチング性と曲げ疲労強度とを実現できる窒化処理方法を提供すること。
【解決手段】少なくとも２段階の窒化処理工程を備えた鋼部材の窒化処理方法であって、第１窒化ポテンシャルの窒化ガス雰囲気中で鋼部材を窒化処理する第１窒化処理工程と、第１窒化処理工程後に第１窒化ポテンシャルよりも低い第２窒化ポテンシャルの窒化ガス雰囲気中で前記鋼部材を更に窒化処理する第２窒化処理工程と、を備える。第１窒化処理工程及び第２窒化処理工程は、５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第１窒化ポテンシャルは、０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、第２窒化ポテンシャルは、０．２５３～０．６００の範囲内の値である。
【選択図】 図２
【解決手段】少なくとも２段階の窒化処理工程を備えた鋼部材の窒化処理方法であって、第１窒化ポテンシャルの窒化ガス雰囲気中で鋼部材を窒化処理する第１窒化処理工程と、第１窒化処理工程後に第１窒化ポテンシャルよりも低い第２窒化ポテンシャルの窒化ガス雰囲気中で前記鋼部材を更に窒化処理する第２窒化処理工程と、を備える。第１窒化処理工程及び第２窒化処理工程は、５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第１窒化ポテンシャルは、０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、第２窒化ポテンシャルは、０．２５３～０．６００の範囲内の値である。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも２段階の窒化処理工程を備えた鋼部材の窒化処理方法であって、
第１窒化ポテンシャルの窒化ガス雰囲気中で鋼部材を窒化処理する第１窒化処理工程と、
前記第１窒化処理工程後に、前記第１窒化ポテンシャルよりも低い第２窒化ポテンシャルの窒化ガス雰囲気中で前記鋼部材を更に窒化処理する第２窒化処理工程と、
を備え、
前記第１窒化処理工程は、５００℃～５９０℃の温度下で実施され、
前記第２窒化処理工程も、５００℃～５９０℃の温度下で実施され、
前記第１窒化ポテンシャルは、０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、
前記第２窒化ポテンシャルは、０．２５３～０．６００の範囲内の値であり、
前記第１窒化処理工程において、γ’相、ε相、または、γ’相とε相とが混在、の窒化化合物層が生成され、
前記第２窒化処理工程において、前記窒化化合物層にγ’相が析出される
ことを特徴とする窒化処理方法。
第１窒化ポテンシャルの窒化ガス雰囲気中で鋼部材を窒化処理する第１窒化処理工程と、
前記第１窒化処理工程後に、前記第１窒化ポテンシャルよりも低い第２窒化ポテンシャルの窒化ガス雰囲気中で前記鋼部材を更に窒化処理する第２窒化処理工程と、
を備え、
前記第１窒化処理工程は、５００℃～５９０℃の温度下で実施され、
前記第２窒化処理工程も、５００℃～５９０℃の温度下で実施され、
前記第１窒化ポテンシャルは、０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、
前記第２窒化ポテンシャルは、０．２５３～０．６００の範囲内の値であり、
前記第１窒化処理工程において、γ’相、ε相、または、γ’相とε相とが混在、の窒化化合物層が生成され、
前記第２窒化処理工程において、前記窒化化合物層にγ’相が析出される
ことを特徴とする窒化処理方法。
【請求項2】
前記第１窒化処理工程及び前記第２窒化処理工程は、同一のバッチ型の熱処理炉内で順次に実施され、
前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとＮ2ガスとの３種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらＮＨ3ガス及びＡＸガスの各々の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、
前記第２窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化処理方法。
前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとＮ2ガスとの３種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらＮＨ3ガス及びＡＸガスの各々の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、
前記第２窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化処理方法。
【請求項3】
前記第１窒化処理工程及び前記第２窒化処理工程は、同一の１室型の熱処理炉内で順次に実施され、
前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとＮ2ガスとの３種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらＮＨ3ガス及びＡＸガスの各々の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、
前記第２窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化処理方法。
前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとＮ2ガスとの３種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらＮＨ3ガス及びＡＸガスの各々の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、
前記第２窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化処理方法。
【請求項4】
前記第１窒化処理工程及び前記第２窒化処理工程は、同一のバッチ型の熱処理炉内で順次に実施され、
前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、
前記第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化処理方法。
前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、
前記第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化処理方法。
【請求項5】
前記第１窒化処理工程及び前記第２窒化処理工程は、同一の１室型の熱処理炉内で順次に実施され、
前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、
前記第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化処理方法。
前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、
前記第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化処理方法。
【請求項6】
前記第１窒化処理工程及び前記第２窒化処理工程は、同一の１室型の熱処理炉内で順次に実施され、
前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、
前記第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化処理方法。
前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、
前記第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化処理方法。
【請求項7】
前記第１窒化処理工程及び前記第２窒化処理工程は、同一の１室型の熱処理炉内で順次に実施され、
前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとＮ2ガスとの３種類のガスが使用され、ＮＨ3ガス及びＡＸガスの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、
前記第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、ＮＨ3ガス及びＡＸガスの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化処理方法。
前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとＮ2ガスとの３種類のガスが使用され、ＮＨ3ガス及びＡＸガスの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、
前記第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、ＮＨ3ガス及びＡＸガスの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化処理方法。
【請求項8】
前記第１窒化処理工程の時間は、前記第２窒化処理工程の時間よりも長い
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の窒化処理方法。
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の窒化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも２段階の窒化処理工程を備えた鋼部材の窒化処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車用の変速機に用いられる歯車などの鋼部材には、高い耐ピッチング性と曲げ疲労強度が要求されている。このような要求に応えるべく、歯車などの鋼部材を強化させる手法として、浸炭処理や窒化処理が知られている。
【0003】
例えば、特許文献１には、鋼部材の耐ピッチング性や曲げ疲労強度を向上させるために、窒化処理によって鋼部材の表面にγ’相を主成分とする鉄窒化合物層を生成させることが有効であることが開示されている。
【0004】
また、特許文献２には、大量生産時のばらつきを抑えるために、γ’相またはε相の窒化化合物層が生成される窒化ポテンシャルの窒化ガス雰囲気中で前記鋼部材を窒化処理する第１窒化処理工程を行い、その後、前記第１窒化処理工程よりも低い窒化ポテンシャルの窒化ガス雰囲気中で前記鋼部材を窒化処理する第２窒化処理工程を行うことにより、前記窒化化合物層にγ’相を析出させる窒化処理方法が開示されている。具体的には、ＮＨ3ガスとＨ2ガスとの２種類のガスを用いて６００℃の温度下で実施されるガス窒化処理が、実施例として記載されている。更に具体的には、６００℃の温度下で、第１窒化処理工程での窒化ポテンシャルについて０．６～１．５１の範囲が採用され、第２窒化処理工程での窒化ポテンシャルについて０．１６～０．２５の範囲が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特願２０１２－０９５０３５号公報
【特許文献2】特許第６３７８１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本件発明者は、特許文献２に開示された窒化処理方法について更なる検討を重ねる中で、５００℃～５９０℃という温度範囲においては、第２窒化処理工程での窒化ポテンシャルを０．２５よりも大きくする方が、窒化化合物層にγ’相を析出させる効果が高いことを知見した。
【0007】
本件発明者によれば、窒化化合物層にγ’相が析出する作用（反応）は、窒化ポテンシャルと炉内温度との両方の影響を受け、５００℃～５９０℃という温度範囲においては、第２窒化処理工程での窒化ポテンシャルを０．２５以下にすると、γ’相よりも硬さが低いα相も析出してしまって、耐ピッチング性や曲げ疲労強度が不十分となってしまう。
【0008】
本発明は、以上の知見に基づいて創案されたものである。本発明の目的は、５００℃～５９０℃という温度範囲で実施される窒化処理において、窒化化合物層にγ’相を良好に析出させることができ、ひいては高い耐ピッチング性と曲げ疲労強度とを実現できる窒化処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、
少なくとも２段階の窒化処理工程を備えた鋼部材の窒化処理方法であって、
第１窒化ポテンシャルの窒化ガス雰囲気中で鋼部材を窒化処理する第１窒化処理工程と、
前記第１窒化処理工程後に、前記第１窒化ポテンシャルよりも低い第２窒化ポテンシャルの窒化ガス雰囲気中で前記鋼部材を更に窒化処理する第２窒化処理工程と、
を備え、
前記第１窒化処理工程は、５００℃～５９０℃の温度下で実施され、
前記第２窒化処理工程も、５００℃～５９０℃の温度下で実施され、
前記第１窒化ポテンシャルは、０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、
前記第２窒化ポテンシャルは、０．２５３～０．６００の範囲内の値であり、
前記第１窒化処理工程において、γ’相、ε相、または、γ’相とε相とが混在、の窒化化合物層が生成され、
前記第２窒化処理工程において、前記窒化化合物層にγ’相が析出される
ことを特徴とする窒化処理方法
である。
少なくとも２段階の窒化処理工程を備えた鋼部材の窒化処理方法であって、
第１窒化ポテンシャルの窒化ガス雰囲気中で鋼部材を窒化処理する第１窒化処理工程と、
前記第１窒化処理工程後に、前記第１窒化ポテンシャルよりも低い第２窒化ポテンシャルの窒化ガス雰囲気中で前記鋼部材を更に窒化処理する第２窒化処理工程と、
を備え、
前記第１窒化処理工程は、５００℃～５９０℃の温度下で実施され、
前記第２窒化処理工程も、５００℃～５９０℃の温度下で実施され、
前記第１窒化ポテンシャルは、０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、
前記第２窒化ポテンシャルは、０．２５３～０．６００の範囲内の値であり、
前記第１窒化処理工程において、γ’相、ε相、または、γ’相とε相とが混在、の窒化化合物層が生成され、
前記第２窒化処理工程において、前記窒化化合物層にγ’相が析出される
ことを特徴とする窒化処理方法
である。
【0010】
本発明によれば、５００℃～５９０℃の温度下で実施される第２窒化処理工程において、第２窒化ポテンシャルが０．２５３～０．６００の範囲内の値とされることにより、γ’相よりも硬さが低いα相の析出を抑制して、窒化化合物層にγ’相を良好に析出させることができ、高い耐ピッチング性と曲げ疲労強度とを実現することができる。
【0011】
本発明において、前記第１窒化処理工程及び前記第２窒化処理工程は、例えば、同一のバッチ型の熱処理炉内で順次に実施され、前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとＮ2ガスとの３種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらＮＨ3ガス及びＡＸガスの各々の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、前記第２窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される。
【0012】
このような制御態様において、第１窒化処理工程が５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第２窒化処理工程も５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第１窒化ポテンシャルが０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、第２窒化ポテンシャルが第１窒化ポテンシャルよりも低く０．２５３～０．６００の範囲内の値である、ことを特徴とする本発明の有効性が実証された。
【0013】
あるいは、本発明において、前記第１窒化処理工程及び前記第２窒化処理工程は、例えば、同一の１室型の熱処理炉内で順次に実施され、前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとＮ2ガスとの３種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらＮＨ3ガス及びＡＸガスの各々の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、前記第２窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される。
【0014】
このような制御態様においても、第１窒化処理工程が５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第２窒化処理工程も５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第１窒化ポテンシャルが０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、第２窒化ポテンシャルが第１窒化ポテンシャルよりも低く０．２５３～０．６００の範囲内の値である、ことを特徴とする本発明の有効性が実証された。
【0015】
あるいは、本発明において、前記第１窒化処理工程及び前記第２窒化処理工程は、例えば、同一のバッチ型の熱処理炉内で順次に実施され、前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、前記第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される。
【0016】
このような制御態様においても、第１窒化処理工程が５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第２窒化処理工程も５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第１窒化ポテンシャルが０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、第２窒化ポテンシャルが第１窒化ポテンシャルよりも低く０．２５３～０．６００の範囲内の値である、ことを特徴とする本発明の有効性が実証された。
【0017】
あるいは、本発明において、前記第１窒化処理工程及び前記第２窒化処理工程は、例えば、同一の１室型の熱処理炉内で順次に実施され、前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、前記第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される。
【0018】
このような制御態様においても、第１窒化処理工程が５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第２窒化処理工程も５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第１窒化ポテンシャルが０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、第２窒化ポテンシャルが第１窒化ポテンシャルよりも低く０．２５３～０．６００の範囲内の値である、ことを特徴とする本発明の有効性が実証された。
【0019】
あるいは、本発明において、前記第１窒化処理工程及び前記第２窒化処理工程は、例えば、前記第１窒化処理工程及び前記第２窒化処理工程は、同一の１室型の熱処理炉内で順次に実施され、前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、前記第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される。
【0020】
このような制御態様においても、第１窒化処理工程が５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第２窒化処理工程も５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第１窒化ポテンシャルが０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、第２窒化ポテンシャルが第１窒化ポテンシャルよりも低く０．２５３～０．６００の範囲内の値である、ことを特徴とする本発明の有効性が実証された。
【0021】
あるいは、本発明において、前記第１窒化処理工程及び前記第２窒化処理工程は、例えば、前記第１窒化処理工程及び前記第２窒化処理工程は、同一の１室型の熱処理炉内で順次に実施され、前記第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとＮ2ガスとの３種類のガスが使用され、ＮＨ3ガス及びＡＸガスの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、当該第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第１窒化ポテンシャルとなるように制御され、前記第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、ＮＨ3ガス及びＡＸガスの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、当該第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが前記第２窒化ポテンシャルとなるように制御される。
【0022】
このような制御態様においても、第１窒化処理工程が５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第２窒化処理工程も５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第１窒化ポテンシャルが０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、第２窒化ポテンシャルが第１窒化ポテンシャルよりも低く０．２５３～０．６００の範囲内の値である、ことを特徴とする本発明の有効性が実証された。
【0023】
なお、１室型の熱処理炉とは、バッチ型の熱処理炉（図１参照）のように加熱室とは別個の冷却室を持たず、加熱と冷却とを１室のみで行う熱処理炉であって、ピット炉（図３参照）や横型炉（図５参照）が一般的である。
【0024】
また、以上の各発明において、前記第１窒化処理工程の時間は、前記第２窒化処理工程の時間よりも長いことが好ましい。本件発明者の知見によれば、第１窒化処理工程を第２窒化処理工程よりも長く実施することで、窒化処理後の化合物層厚さを任意の厚さに調整することが出来る。
【発明の効果】
【0025】
本発明によれば、５００℃～５９０℃の温度下で実施される第２窒化処理工程において、第２窒化ポテンシャルが０．２５３～０．６００の範囲内の値とされることにより、γ’相よりも硬さが低いα相の析出を抑制して、窒化化合物層にγ’相を良好に析出させることができ、高い耐ピッチング性と曲げ疲労強度とを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の窒化処理方法に用いられるバッチ型の熱処理炉の構成概略図である。
【図3】本発明の窒化処理方法に用いられるピット型（１室型）の熱処理炉の構成概略図である。
【図5】本発明の窒化処理方法に用いられる横型（１室型）の熱処理炉の構成概略図である。
【図6】本発明の実施例及び比較例の窒化条件及び処理結果を示す表である。
【図7】本発明の実施例及び比較例の窒化条件及び処理結果を示す表である。
【図8】本発明の実施例及び比較例の窒化条件及び処理結果を示す表である。
【図9】本発明の実施例及び比較例の窒化条件及び処理結果を示す表である。
【図10】本発明の実施例及び比較例の窒化条件及び処理結果を示す表である。
【図11】本発明の実施例及び比較例の窒化条件及び処理結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
[被処理体（ワーク）の例]
被処理体（ワーク）は、鋼部材である。具体的には、自動変速機に用いられる歯車などの機械構造用炭素鋼鋼材または機械構造用合金鋼鋼材からなる鋼部材である。例えば、円筒状のリングギアや、有底円筒状のリングギアが、複数段のジグに搭載されて、ケース（後述する）内に平置きされた状態で窒化処理される。
被処理体（ワーク）は、鋼部材である。具体的には、自動変速機に用いられる歯車などの機械構造用炭素鋼鋼材または機械構造用合金鋼鋼材からなる鋼部材である。例えば、円筒状のリングギアや、有底円筒状のリングギアが、複数段のジグに搭載されて、ケース（後述する）内に平置きされた状態で窒化処理される。
【0028】
鋼部材には、窒化処理の前に、汚れや油を除去するための前洗浄が実施されることが好ましい。前洗浄は、例えば、炭化水素系の洗浄液で油などを溶解置換させて蒸発させることで脱脂乾燥させる真空洗浄、アルカリ系の洗浄液で脱脂処理するアルカリ洗浄、などが好ましい。
【0029】
[バッチ型の熱処理炉の構成例]
図１は、本発明の窒化処理方法に用いられるバッチ型の熱処理炉１の構成概略図である。
図１は、本発明の窒化処理方法に用いられるバッチ型の熱処理炉１の構成概略図である。
【0030】
図１に示すように、バッチ型の熱処理炉１は、搬入部１０、加熱室１１、搬送室１２、及び、搬出コンベア１３を備えている。搬入部１０には、ケース２０が置かれるようになっており、当該ケース２０内に、被処理体（ワーク）としての鋼部材が収納されるようになっている。処理重量は、最大でグロス７００ｋｇである。
【0031】
加熱室１１の入口側（図１において左側）には、開閉自在な扉２１を有する入口フード２２が取り付けられている。加熱室１１は、レトルト構造となっており、レトルト外周部がヒータ（不図示）で加熱されることで、炉内温度が所定の温度に制御されるようになっている。そして、加熱室１１内に、窒化処理のための複数種のガスが、後述するように制御されながら導入されるようになっている。
【0032】
また、加熱室１１の天井には、加熱室１１内に導入されたガスを攪拌して鋼部材の加熱温度を均一化させるファン２６が装着されている。そして、加熱室１１の出口側（図１において右側）には、開閉自在な中間扉２７が取り付けられている。
【0033】
搬送室１２には、鋼部材が収納されたケース２０を昇降させるエレベータ３０が設けられている。搬送室１２の下部には、冷却用の油３１を溜めた冷却室（油槽）３２が設けられている。そして、搬送室１２の出口側（図１において右側）に、開閉自在な扉３５を有する出口フード３６が取り付けられている。
【0034】
なお、加熱室１１と搬送室１２とを同一空間の処理室とし、熱処理後の鋼部材を気体によって空冷する構成を採用しても良い。また、加熱室１１を２つに分けて、後述する２段階の窒化処理工程を各々の加熱室で行っても良い。
【0035】
[バッチ型の熱処理炉の動作例]
以上のような構成の熱処理炉１において、鋼部材が収納されたケース２０が、プッシャー等により、搬入部１０から加熱室１１内に搬入される。そして、鋼部材（が収納されたケース２０）が加熱室１１内に搬入された後、加熱室１１内に処理ガスが導入され、当該処理ガスがヒータで所定の温度に加熱され、更にファン２６（例えば１５００ｒｐｍで回転する）で攪拌されながら、加熱室１１内に搬入された鋼部材の窒化処理が行われる。
以上のような構成の熱処理炉１において、鋼部材が収納されたケース２０が、プッシャー等により、搬入部１０から加熱室１１内に搬入される。そして、鋼部材（が収納されたケース２０）が加熱室１１内に搬入された後、加熱室１１内に処理ガスが導入され、当該処理ガスがヒータで所定の温度に加熱され、更にファン２６（例えば１５００ｒｐｍで回転する）で攪拌されながら、加熱室１１内に搬入された鋼部材の窒化処理が行われる。
【0036】
【0037】
図２の例では、鋼部材（ワーク）が装入される前に、加熱室１１内が予め５５０℃に加熱される。また、この加熱工程時に、Ｎ2ガスが７０（Ｌ／ｍｉｎ）の一定流量で導入され、且つ、ＮＨ3ガスが９０（Ｌ／ｍｉｎ）の一定流量で導入される。総流量は７０＋９０＝１６０（Ｌ／ｍｉｎ）である。
【0038】
次いで、鋼部材（ワーク）が加熱室１１内に装入される。この時、扉２１が開放されることにより、図２に示すように、一時的に加熱室１１内の温度が低下する。その後、扉２１が閉じられ、加熱室１１内の温度が再び５５０℃にまで加熱される。
【0039】
このような鋼部材装入中においても、図２の例では、Ｎ2ガスが７０（Ｌ／ｍｉｎ）の一定流量で導入され、且つ、ＮＨ3ガスが９０（Ｌ／ｍｉｎ）の一定流量で導入され、総流量は７０＋９０＝１６０（Ｌ／ｍｉｎ）である。
【0040】
その後、２段階の窒化処理工程が実施される。具体的には、まず、第１窒化ポテンシャルとして例えば１．５００（０．３００～１０．０００）の値が採用され、５５０℃の温度下で第１窒化処理工程が実施される。
【0041】
窒化ポテンシャルＫNは、ＮＨ3ガスの分圧Ｐ（ＮＨ3）とＨ2ガスの分圧Ｐ（Ｈ2）とにより、以下の式で表されることが知られている。
ＫN ＝ Ｐ（ＮＨ3）／Ｐ（Ｈ2）3/2
ＫN ＝ Ｐ（ＮＨ3）／Ｐ（Ｈ2）3/2
【0042】
第１窒化処理工程において、加熱室１１内のＮＨ3ガスの分圧Ｐ（ＮＨ3）またはＨ2ガスの分圧Ｐ（Ｈ2）が測定され、当該測定値から演算される窒化ポテンシャルの値が目標とする第１窒化ポテンシャルの近傍範囲内となるように、処理ガスの導入量がフィードバック制御される。
【0043】
図２の例では、加熱室１１内のＨ2ガスの分圧Ｐ（Ｈ2）が熱伝導度式Ｈ2センサ（不図示）によって測定され、当該測定値をオンラインで分析しながら（当該測定値から窒化ポテンシャルを演算しながら）、処理ガスの導入量がフィードバック制御される。具体的には、Ｎ2ガスが７０（Ｌ／ｍｉｎ）の一定流量で導入される一方、ＮＨ3ガス及びＡＸガスが合計流量９０（Ｌ／ｍｉｎ）という条件下で各々増減される。総流量は、７０＋９０＝１６０（Ｌ／ｍｉｎ）に維持される。
【0044】
図２の例では、このような第１窒化処理工程は、２４０分間実施される。これにより、鋼部材に、γ’相、ε相、または、γ’相とε相とが混在、の窒化化合物層が生成される。
【0045】
引き続いて、第２窒化ポテンシャルとして例えば０．３００（０．２５３～０．６００）の値が採用され、５５０℃の温度下で第２窒化処理工程が実施される。
【0046】
第２窒化処理工程においても、加熱室１１内のＮＨ3ガスの分圧Ｐ（ＮＨ3）またはＨ2ガスの分圧Ｐ（Ｈ2）が測定され、当該測定値から演算される窒化ポテンシャルの値が目標とする第２窒化ポテンシャルの近傍範囲内となるように、処理ガスの導入量がフィードバック制御される。
【0047】
図２の例では、加熱室１１内のＨ2ガスの分圧Ｐ（Ｈ2）が熱伝導度式Ｈ2センサ（不図示）によって測定され、当該測定値をオンラインで分析しながら（当該測定値から窒化ポテンシャルを演算しながら）、処理ガスの導入量がフィードバック制御される。具体的には、ＮＨ3ガス及びＡＸガスが合計流量１６０（Ｌ／ｍｉｎ）という条件下で各々増減される。
【0048】
図２の例では、このような第２窒化処理工程は、６０分間実施される。これにより、窒化化合物層にγ’相が析出される。
【0049】
第２窒化処理工程が終了すると、冷却工程が行われる。図２の例では、冷却工程は１５分間行われる（攪拌機付の油槽であり、１５分油中（１００℃）に保持される）。冷却工程が終了すると、鋼部材が収納されたケース２０が搬出コンベア１３に搬出される。
【0050】
[ピット型の熱処理炉の構成例]
図３は、本発明の窒化処理方法に用いられるピット型の熱処理炉２０１の構成概略図である。
図３は、本発明の窒化処理方法に用いられるピット型の熱処理炉２０１の構成概略図である。
【0051】
図３に示すように、ピット型の熱処理炉２０１は、有底筒状の炉壁２１１と、炉蓋２１２と、を備えている。
【0052】
炉蓋２１２の下側（内側）には、ファン２１３が設けられており、当該ファン２１３の回転軸が炉蓋２１２を貫通して、炉蓋２１２の上側（外側）に設けられたファンモータ２１４に接続されている。
【0053】
炉壁２１１の内側には、レトルト２２１が設けられており、当該レトルト２２１の更に内側に、ガス案内筒２２２が設けられている。レトルト２２１の外周部がヒータ（不図示）で加熱されることで炉内（レトルト２２１内）の温度が所定の温度に制御されるようになっている。そして、ガス案内筒２２２内にケース２０が置かれるようになっており、当該ケース２０内に、被処理体（ワーク）としての鋼部材が収納されるようになっている。処理重量は、最大でグロス７００ｋｇである。
【0054】
また、レトルト２２１内に、窒化処理のための複数種のガスが、後述するように制御されながら導入されるようになっている。更に、レトルト２２１の外周部はブロワ（不図示）により冷却する機能をも有しており、冷却時はレトルト２２１自体の温度を低下させることで炉内のワークが冷却される（炉冷）。
【0055】
[ピット型の熱処理炉の動作例]
以上のような構成の熱処理炉２０１において、炉蓋２１２が開放され、鋼部材が収納されたケース２０がガス案内筒２２２内に搬入される。そして、鋼部材（が収納されたケース２０）がガス案内筒２２２内に搬入された後、ガス案内筒２２２内に処理ガスが導入され、当該処理ガスがヒータで所定の温度に加熱され、更にファン２１３（例えば１５００ｒｐｍで回転する）で攪拌されながら、ガス案内筒２２２内に搬入された鋼部材の窒化処理が行われる。
以上のような構成の熱処理炉２０１において、炉蓋２１２が開放され、鋼部材が収納されたケース２０がガス案内筒２２２内に搬入される。そして、鋼部材（が収納されたケース２０）がガス案内筒２２２内に搬入された後、ガス案内筒２２２内に処理ガスが導入され、当該処理ガスがヒータで所定の温度に加熱され、更にファン２１３（例えば１５００ｒｐｍで回転する）で攪拌されながら、ガス案内筒２２２内に搬入された鋼部材の窒化処理が行われる。
【0056】
【0057】
図４の例では、鋼部材（ワーク）がガス案内筒２２２内に装入されてから、レトルト２２１内が５５０℃に加熱される。この加熱工程の前半に、Ｎ2ガスが４０（Ｌ／ｍｉｎ）の一定流量で導入され、この加熱工程の後半に、ＮＨ3ガスが４０（Ｌ／ｍｉｎ）の一定流量で導入される。
【0058】
その後、２段階の窒化処理工程が実施される。具体的には、まず、第１窒化ポテンシャルとして例えば１．５００（０．３００～１０．０００）の値が採用され、５５０℃の温度下で第１窒化処理工程が実施される。
【0059】
前述の通り、窒化ポテンシャルＫNは、ＮＨ3ガスの分圧Ｐ（ＮＨ3）とＨ2ガスの分圧Ｐ（Ｈ2）とにより、以下の式で表されることが知られている。
ＫN ＝ Ｐ（ＮＨ3）／Ｐ（Ｈ2）3/2
ＫN ＝ Ｐ（ＮＨ3）／Ｐ（Ｈ2）3/2
【0060】
第１窒化処理工程において、ガス案内筒２２２内のＮＨ3ガスの分圧Ｐ（ＮＨ3）またはＨ2ガスの分圧Ｐ（Ｈ2）が測定され（排ガス内のＮＨ3ガスの分圧Ｐ（ＮＨ3）またはＨ2ガスの分圧Ｐ（Ｈ2）が測定されてもよい）、当該測定値から演算される窒化ポテンシャルの値が目標とする第１窒化ポテンシャルの近傍範囲内となるように、処理ガスの導入量がフィードバック制御される。
【0061】
図４の例では、ガス案内筒２２２内のＨ2ガスの分圧Ｐ（Ｈ2）が熱伝導度式Ｈ2センサ（不図示）によって測定され、当該測定値をオンラインで分析しながら（当該測定値から窒化ポテンシャルを演算しながら）、処理ガスの導入量がフィードバック制御される。具体的には、ＡＸガスが２０（Ｌ／ｍｉｎ）の一定流量で導入される一方、ＮＨ3ガスが増減される。総流量も変動することになる。
【0062】
図４の例では、このような第１窒化処理工程は、２４０分間実施される。これにより、鋼部材に、γ’相、ε相、または、γ’相とε相とが混在、の窒化化合物層が生成される。
【0063】
引き続いて、第２窒化ポテンシャルとして例えば０．３００（０．２５３～０．６００）の値が採用され、５５０℃の温度下で第２窒化処理工程が実施される。
【0064】
第２窒化処理工程においても、ガス案内筒２２２内のＮＨ3ガスの分圧Ｐ（ＮＨ3）またはＨ2ガスの分圧Ｐ（Ｈ2）が測定され、当該測定値から演算される窒化ポテンシャルの値が目標とする第２窒化ポテンシャルの近傍範囲内となるように、処理ガスの導入量がフィードバック制御される。
【0065】
図４の例では、ガス案内筒２２２内のＨ2ガスの分圧Ｐ（Ｈ2）が熱伝導度式Ｈ2センサ（不図示）によって測定され、当該測定値をオンラインで分析しながら（当該測定値から窒化ポテンシャルを演算しながら）、処理ガスの導入量がフィードバック制御される。具体的には、ＡＸガスが３０（Ｌ／ｍｉｎ）の一定流量で導入される一方、ＮＨ3ガスが増減される。総流量も変動することになる。
【0066】
図４の例では、このような第２窒化処理工程は、６０分間実施される。これにより、窒化化合物層にγ’相が析出される。
【0067】
第２窒化処理工程が終了すると、冷却工程が行われる。図４の例では、冷却工程の前半（４００℃程度まで）、第２窒化処理工程と同様の処理ガス導入量制御がなされる。すなわち、ＡＸガスが３０（Ｌ／ｍｉｎ）の一定流量で導入される一方、ＮＨ3ガスが増減される。冷却工程の後半（４００℃～１００℃程度）には、Ｎ2ガスが２０（Ｌ／ｍｉｎ）の一定流量で導入される。冷却工程が終了すると、炉蓋２１２が開放され、鋼部材が収納されたケース２０がガス案内筒２２２から搬出される。
【0068】
[横型の熱処理炉の構成例]
図５は、本発明の窒化処理方法に用いられる横型の熱処理炉の構成概略図である。
図５は、本発明の窒化処理方法に用いられる横型の熱処理炉の構成概略図である。
【0069】
横型の熱処理炉は、基本的には、ピット型の熱処理炉を横向けにした炉であるが、図５に示すように、ファン２１３及びファンモータ２１４を、炉蓋２１２ではなく、炉蓋２１２に対向する炉壁２１１の壁面に設けた構成も採用され得る。
【0070】
横型の熱処理炉の他の構成は、図３を用いて説明したピット型の熱処理炉の構成と略同様である。
【0071】
[横型の熱処理炉の動作例]
横型の熱処理炉においても、炉蓋２１２が開放され、鋼部材が収納されたケース２０がガス案内筒２２２内に搬入される。そして、鋼部材（が収納されたケース２０）がガス案内筒２２２内に搬入された後、レトルト２１１内に処理ガスが導入され、当該処理ガスがヒータで所定の温度に加熱され、更にファン２１３（例えば１５００ｒｐｍで回転する）で攪拌されながら、ガス案内筒２２２内に搬入された鋼部材の窒化処理が行われる。
横型の熱処理炉においても、炉蓋２１２が開放され、鋼部材が収納されたケース２０がガス案内筒２２２内に搬入される。そして、鋼部材（が収納されたケース２０）がガス案内筒２２２内に搬入された後、レトルト２１１内に処理ガスが導入され、当該処理ガスがヒータで所定の温度に加熱され、更にファン２１３（例えば１５００ｒｐｍで回転する）で攪拌されながら、ガス案内筒２２２内に搬入された鋼部材の窒化処理が行われる。
【0072】
図４の工程図は、横型の熱処理炉を用いた場合であっても、有効である。具体的には、加熱工程（前半と後半とでガス導入の態様が異なる）、第１窒化処理工程、第２窒化処理工程、冷却工程、が行われ得る。冷却工程が終了すると、炉蓋２１２が開放され、鋼部材が収納されたケース２０がガス案内筒２２２から搬出される。
【0073】
[効果の纏め]
以上のような本発明の実施形態によれば、バッチ型の熱処理炉を用いても、１室型の熱処理炉を用いても、表面にγ’相を主成分とする鉄窒化化合物層を有する窒化鋼部材を得ることができる。
以上のような本発明の実施形態によれば、バッチ型の熱処理炉を用いても、１室型の熱処理炉を用いても、表面にγ’相を主成分とする鉄窒化化合物層を有する窒化鋼部材を得ることができる。
【0074】
各実施形態によって得られる鋼部材は、内部に窒素拡散層及び窒化物が形成されて強化されると共に、表面にγ’相リッチな鉄窒化化合物層が形成されるため、十分な耐ピッチング性と曲げ疲労強度とを実現することができる。
【0075】
また、浸炭や浸炭窒化処理と比較して、本発明の窒化処理は、オーステナイト変態温度以下での処理であるため、歪量が小さい。また、浸炭や浸炭窒化処理においては必須工程である焼き入れ工程が省略できるため、歪ばらつき量も小さい。その結果、高強度且つ低歪の窒化鋼部材を得ることができる。
【0076】
[本発明の温度範囲についての補足]
本発明においては、各窒化処理工程の温度が５００℃～５９０℃とされている。窒化処理は、温度が高い方が生産性が良い、と言われている。しかし、本件発明者による検証によれば、５９０℃ よりも高いと硬化量が減少し、且つ、オーステナイト層が表面に形成されるので、５９０℃ を上限とするのが良い。一方、本件発明者による検証によれば、窒化処理温度が５００℃よりも低いと、窒化化合物層の形成速度が遅くなってコスト的に好ましくないため、５００℃を下限とするのが良い。
本発明においては、各窒化処理工程の温度が５００℃～５９０℃とされている。窒化処理は、温度が高い方が生産性が良い、と言われている。しかし、本件発明者による検証によれば、５９０℃ よりも高いと硬化量が減少し、且つ、オーステナイト層が表面に形成されるので、５９０℃ を上限とするのが良い。一方、本件発明者による検証によれば、窒化処理温度が５００℃よりも低いと、窒化化合物層の形成速度が遅くなってコスト的に好ましくないため、５００℃を下限とするのが良い。
【0077】
また、第１窒化処理工程の温度と第２窒化処理工程の温度との差が小さい方が、鋼部材（ワーク）の温度のばらつきを小さくすることができ、鋼部材（ワーク）の窒化品質のばらつきを抑制することができる。具体的には、両窒化処理工程の温度差は５０℃ 以内に制御されることが好ましく、３０℃ 以内に制御されることが更に好ましい。
【0078】
［実施例１－１～１－９、比較例１－１～１－４］
複数の円筒状のリングギアに対して（鋼種は異なり得る）、バッチ型の熱処理炉１を用いて、図６として示す表１の条件に従って、２段階の窒化処理が実施された。
複数の円筒状のリングギアに対して（鋼種は異なり得る）、バッチ型の熱処理炉１を用いて、図６として示す表１の条件に従って、２段階の窒化処理が実施された。
【0079】
実施例１－１～１－９、比較例１－１～１－４において、第１窒化処理工程及び第２窒化処理工程は、同一のバッチ型の熱処理炉１内で順次に実施された。
【0080】
また、実施例１－１～１－９、比較例１－１～１－４の第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとＮ2ガスとの３種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらＮＨ3ガス及びＡＸガスの各々の導入量を変えることによって、第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが目標の第１窒化ポテンシャル（ＫN）となるように制御された。
【0081】
また、実施例１－１～１－９、比較例１－１～１－４の第２窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが目標の第２窒化ポテンシャル（ＫN）となるように制御された。
【0082】
実施例１－１～１－９、比較例１－１～１－４において、第１窒化処理工程及び第２窒化処理工程の前後には、図２を用いて説明した各工程が実施された。
【0083】
表１において、相の同定方法は、鋼材表面から、２θ－θ走査法によるＸ線回折測定（リガク製ＭｉｎｉＦｌｅｘ６００、Ｃｕ管、４０ｋＶ－１５ｍＡ）を行って得られたＸ線回折パターンに基づいて、行われた。
【0084】
また、表１において、化合物層厚さは、窒化処理した鋼材を深さ方向に切断し、断面の組織観察結果から表面化合物層の厚さを測定した。（γ’相リッチな化合物層厚さが、４～１６μｍであることが好適である。４μｍ未満では、薄すぎて疲労強度の向上が十分でない一方、１６μｍを超えると、疲労き裂の起点となる化合物層のポーラス層が厚くなり疲労強度が低下する。
【0085】
表１に示す結果から分かるように、実施例１－１～１－９により、バッチ炉において前記の３種類のガスを用いる制御態様において、第１窒化処理工程が５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第２窒化処理工程も５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第１窒化ポテンシャルが０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、第２窒化ポテンシャルが第１窒化ポテンシャルよりも低く０．２５３～０．６００の範囲内の値である、ことを特徴とする本発明の有効性が実証された。
【0086】
一方、比較例１－１～１－４により、５００℃～５９０℃という温度範囲においては、第２窒化処理工程での窒化ポテンシャルを０．２５以下にすると、γ’相よりも硬さが低いα相も析出してしまって、耐ピッチング性や曲げ疲労強度が不十分となってしまうことが実証された。
【0087】
［実施例２－１～２－９、比較例２－１～２－４］
複数の円筒状のリングギアに対して（鋼種は異なり得る）、ピット型の熱処理炉２０１を用いて、図７として示す表２の条件に従って、２段階の窒化処理が実施された。
複数の円筒状のリングギアに対して（鋼種は異なり得る）、ピット型の熱処理炉２０１を用いて、図７として示す表２の条件に従って、２段階の窒化処理が実施された。
【0088】
実施例２－１～２－９、比較例２－１～２－４において、第１窒化処理工程及び第２窒化処理工程は、同一のピット型の熱処理炉２０１内で順次に実施された。
【0089】
また、実施例２－１～２－９、比較例２－１～２－４の第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとＮ2ガスとの３種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらＮＨ3ガス及びＡＸガスの各々の導入量を変えることによって、第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが目標の第１窒化ポテンシャル（ＫN）となるように制御された。
【0090】
また、実施例２－１～２－９、比較例２－１～２－４の第２窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが目標の第２窒化ポテンシャル（ＫN）となるように制御された。
【0091】
実施例２－１～２－９、比較例２－１～２－４において、第１窒化処理工程及び第２窒化処理工程の前後には、図４を用いて説明した各工程が実施された。
【0092】
表２における相の同定方法及び化合物層厚さは、表１におけるそれらと同様に判定された。
【0093】
表２に示す結果から分かるように、実施例２－１～２－９により、ピット炉において前記の３種類のガスを用いる制御態様において、第１窒化処理工程が５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第２窒化処理工程も５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第１窒化ポテンシャルが０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、第２窒化ポテンシャルが第１窒化ポテンシャルよりも低く０．２５３～０．６００の範囲内の値である、ことを特徴とする本発明の有効性が実証された。
【0094】
一方、比較例２－１～２－４により、５００℃～５９０℃という温度範囲においては、第２窒化処理工程での窒化ポテンシャルを０．２５以下にすると、γ’相よりも硬さが低いα相も析出してしまって、耐ピッチング性や曲げ疲労強度が不十分となってしまうことが実証された。
【0095】
［実施例３－１～３－９、比較例３－１～３－４］
複数の円筒状のリングギアに対して（鋼種は異なり得る）、バッチ型の熱処理炉１を用いて、図８として示す表３の条件に従って、２段階の窒化処理が実施された。
複数の円筒状のリングギアに対して（鋼種は異なり得る）、バッチ型の熱処理炉１を用いて、図８として示す表３の条件に従って、２段階の窒化処理が実施された。
【0096】
実施例３－１～３－９、比較例３－１～３－４において、第１窒化処理工程及び第２窒化処理工程は、同一のバッチ型の熱処理炉１内で順次に実施された。
【0097】
また、実施例３－１～３－９、比較例３－１～３－４の第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが目標の第１窒化ポテンシャル（ＫN）となるように制御された。
【0098】
また、実施例３－１～３－９、比較例３－１～３－４の第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが目標の第２窒化ポテンシャル（ＫN）となるように制御された。
【0099】
実施例３－１～３－９、比較例３－１～３－４において、第１窒化処理工程及び第２窒化処理工程の前後には、図２を用いて説明した各工程が実施された。
【0100】
表３における相の同定方法及び化合物層厚さは、表１及び表２におけるそれらと同様に判定された。
【0101】
表３に示す結果から分かるように、実施例３－１～３－９により、バッチ炉において前記の２種類のガスを用いる制御態様において、第１窒化処理工程が５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第２窒化処理工程も５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第１窒化ポテンシャルが０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、第２窒化ポテンシャルが第１窒化ポテンシャルよりも低く０．２５３～０．６００の範囲内の値である、ことを特徴とする本発明の有効性が実証された。
【0102】
一方、比較例３－１～３－４により、５００℃～５９０℃という温度範囲においては、第２窒化処理工程での窒化ポテンシャルを０．２５以下にすると、γ’相よりも硬さが低いα相も析出してしまって、耐ピッチング性や曲げ疲労強度が不十分となってしまうことが実証された。
【0103】
［実施例４－１～４－９、比較例４－１～４－４］
複数の円筒状のリングギアに対して（鋼種は異なり得る）、ピット型の熱処理炉２０１を用いて、図９として示す表４の条件に従って、２段階の窒化処理が実施された。
複数の円筒状のリングギアに対して（鋼種は異なり得る）、ピット型の熱処理炉２０１を用いて、図９として示す表４の条件に従って、２段階の窒化処理が実施された。
【0104】
実施例４－１～４－９、比較例４－１～４－４において、第１窒化処理工程及び第２窒化処理工程は、同一のピット型の熱処理炉２０１内で順次に実施された。
【0105】
また、実施例４－１～４－９、比較例４－１～４－４の第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが目標の第１窒化ポテンシャル（ＫN）となるように制御された。
【0106】
また、実施例４－１～４－９、比較例４－１～４－４の第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの総流量を一定としながらそれらの各々の導入量を変えることによって、第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが目標の第２窒化ポテンシャル（ＫN）となるように制御された。
【0107】
実施例４－１～４－９、比較例４－１～４－４において、第１窒化処理工程及び第２窒化処理工程の前後には、図４を用いて説明した各工程が実施された。
【0108】
表４における相の同定方法及び化合物層厚さは、表１乃至表３におけるそれらと同様に判定された。
【0109】
表４に示す結果から分かるように、実施例４－１～４－９により、ピット炉において前記の２種類のガスを用いる制御態様において、第１窒化処理工程が５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第２窒化処理工程も５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第１窒化ポテンシャルが０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、第２窒化ポテンシャルが第１窒化ポテンシャルよりも低く０．２５３～０．６００の範囲内の値である、ことを特徴とする本発明の有効性が実証された。
【0110】
一方、比較例４－１～４－４により、５００℃～５９０℃という温度範囲においては、第２窒化処理工程での窒化ポテンシャルを０．２５以下にすると、γ’相よりも硬さが低いα相も析出してしまって、耐ピッチング性や曲げ疲労強度が不十分となってしまうことが実証された。
【0111】
［実施例５－１～５－９、比較例５－１～５－４］
複数の円筒状のリングギアに対して（鋼種は異なり得る）、ピット型の熱処理炉２０１を用いて、図１０として示す表５の条件に従って、２段階の窒化処理が実施された。
複数の円筒状のリングギアに対して（鋼種は異なり得る）、ピット型の熱処理炉２０１を用いて、図１０として示す表５の条件に従って、２段階の窒化処理が実施された。
【0112】
実施例５－１～５－９、比較例５－１～５－４において、第１窒化処理工程及び第２窒化処理工程は、同一のピット型の熱処理炉２０１内で順次に実施された。
【0113】
また、実施例５－１～５－９、比較例５－１～５－４の第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが目標の第１窒化ポテンシャル（ＫN）となるように制御された。
【0114】
また、実施例５－１～５－９、比較例５－１～５－４の第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとの２種類のガスが使用され、それらの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが目標の第２窒化ポテンシャル（ＫN）となるように制御された。
【0115】
実施例５－１～５－９、比較例５－１～５－４において、第１窒化処理工程及び第２窒化処理工程の前後には、図４を用いて説明した各工程が実施された。
【0116】
表５における相の同定方法及び化合物層厚さは、表１乃至表４におけるそれらと同様に判定された。
【0117】
表５に示す結果から分かるように、実施例５－１～５－９により、ピット炉において前記の２種類のガスを用いる制御態様において、第１窒化処理工程が５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第２窒化処理工程も５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第１窒化ポテンシャルが０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、第２窒化ポテンシャルが第１窒化ポテンシャルよりも低く０．２５３～０．６００の範囲内の値である、ことを特徴とする本発明の有効性が実証された。
【0118】
一方、比較例５－１～５－４により、５００℃～５９０℃という温度範囲においては、第２窒化処理工程での窒化ポテンシャルを０．２５以下にすると、γ’相よりも硬さが低いα相も析出してしまって、耐ピッチング性や曲げ疲労強度が不十分となってしまうことが実証された。
【0119】
［実施例６－１～６－９、比較例６－１～６－４］
複数の円筒状のリングギアに対して（鋼種は異なり得る）、ピット型の熱処理炉２０１を用いて、図１１として示す表６の条件に従って、２段階の窒化処理が実施された。
複数の円筒状のリングギアに対して（鋼種は異なり得る）、ピット型の熱処理炉２０１を用いて、図１１として示す表６の条件に従って、２段階の窒化処理が実施された。
【0120】
実施例６－１～６－９、比較例６－１～６－４において、第１窒化処理工程及び第２窒化処理工程は、同一のピット型の熱処理炉２０１内で順次に実施された。
【0121】
また、実施例６－１～６－９、比較例６－１～６－４の第１窒化処理工程では、ＮＨ3ガスとＡＸガスとＮ2ガスとの３種類のガスが使用され、ＮＨ3ガス及びＡＸガスの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、第１窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが目標の第１窒化ポテンシャル（ＫN）となるように制御された。
【0122】
また、実施例６－１～６－９、比較例６－１～６－４の第２窒化処理工程でも、ＮＨ3ガスとＡＸガスとＮ2ガスとの３種類のガスが使用され、ＮＨ3ガス及びＡＸガスの一方の導入量を一定としながら他方の導入量を変えることによって、第２窒化処理工程中の窒化ポテンシャルが目標の第２窒化ポテンシャル（ＫN）となるように制御された。
【0123】
実施例６－１～６－９、比較例６－１～６－４において、第１窒化処理工程及び第２窒化処理工程の前後には、図４を用いて説明した各工程が実施された。
【0124】
表６における相の同定方法及び化合物層厚さは、表１乃至表５におけるそれらと同様に判定された。
【0125】
表６に示す結果から分かるように、実施例６－１～６－９により、ピット炉において前記の３種類のガスを用いる制御態様において、第１窒化処理工程が５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第２窒化処理工程も５００℃～５９０℃の温度下で実施され、第１窒化ポテンシャルが０．３００～１０．０００の範囲内の値であり、第２窒化ポテンシャルが第１窒化ポテンシャルよりも低く０．２５３～０．６００の範囲内の値である、ことを特徴とする本発明の有効性が実証された。
【0126】
一方、比較例６－１～６－４により、５００℃～５９０℃という温度範囲においては、第２窒化処理工程での窒化ポテンシャルを０．２５以下にすると、γ’相よりも硬さが低いα相も析出してしまって、耐ピッチング性や曲げ疲労強度が不十分となってしまうことが実証された。
【符号の説明】
【0127】
１ 熱処理炉
１０ 搬入部
１１ 加熱室
１２ 搬送室
１３ 搬出コンベア
２０ ケース
２１ 扉
２２ 入口フード
２６ ファン
２７ 中間扉
３０ エレベータ
３１ 冷却室（油槽）
３５ 扉
３６ 出口フード
２０１ 熱処理炉
２１１ 炉壁
２１２ 炉蓋
２１３ ファン
２１４ ファンモータ
２２１ レトルト
２２２ ガス案内筒
１０ 搬入部
１１ 加熱室
１２ 搬送室
１３ 搬出コンベア
２０ ケース
２１ 扉
２２ 入口フード
２６ ファン
２７ 中間扉
３０ エレベータ
３１ 冷却室（油槽）
３５ 扉
３６ 出口フード
２０１ 熱処理炉
２１１ 炉壁
２１２ 炉蓋
２１３ ファン
２１４ ファンモータ
２２１ レトルト
２２２ ガス案内筒
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】