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公開番号2025005383
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-16
出願番号2024074807
出願日2024-05-02
発明の名称炭素濃度分布の解析方法
出願人山陽特殊製鋼株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C23C 8/22 20060101AFI20250108BHJP(金属質材料への被覆;金属質材料による材料への被覆;化学的表面処理;金属質材料の拡散処理;真空蒸着,スパッタリング,イオン注入法,または化学蒸着による被覆一般;金属質材料の防食または鉱皮の抑制一般)
要約【課題】炭素濃度分布の解析精度を高める。
【解決手段】鋼材中の炭素濃度勾配を駆動力とした拡散方程式に基づき、炭素濃度の分布を解析する。鋼材中には、浸炭処理によって炭化物が形成される。拡散方程式は、請求項1記載の式(I)及び式(II)で表され、式(I)におけるDは、請求項1記載の式(III)又は下記式(IV)から算出される。さらに、鋼材中の拡散係数の計算及び拡散シミュレーションに使用されるパラメータ(言い換えると、拡散方程式に含まれる拡散流速、拡散係数、易動度)を補正係数によって補正する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
浸炭処理された鋼材中の炭素濃度分布を、拡散方程式を用いて解析する方法であって、
鋼材中には、前記浸炭処理によって炭化物が形成されており、
前記拡散方程式は、下記式（Ｉ）及び下記式（ＩＩ）で表され、
下記式（Ｉ）におけるＤを、下記式（ＩＩＩ）又は下記式（ＩＶ）から算出することを特徴とする炭素濃度分布の解析方法。
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70
170
上記式（Ｉ）において、Ｊは炭素の拡散流束であり、Ｄは鋼材中の炭素の拡散係数であり、Ｃは鋼材中の炭素濃度であり、gradは位置の勾配である。
上記式（ＩＩ）において、Ｃは鋼材中の炭素濃度であり、ｔは時間であり、divは発散であり、Ｊは炭素の拡散流束である。
上記式（ＩＩＩ）において、Ｄ
γ
はオーステナイト中の炭素の拡散係数であり、Ｃは鋼材中の炭素濃度であり、Ｃ
γ
はオーステナイト中の炭素濃度である。
上記式（ＩＶ）において、ｍ
γ
はオーステナイト中の炭素の易動度であり、Ｒは気体定数であり、Ｔは温度であり、Ｃは鋼材中の炭素濃度であり、Ｃ
γ
はオーステナイト中の炭素濃度であり、γ
γ
はオーステナイト中の炭素の活量係数［－］である。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
前記浸炭処理によって形成された鋼材中の炭化物の析出領域において、式（Ｉ）の拡散係数Ｄ、式（ＩＩ）の拡散流束Ｊ、式（ＩＩＩ）の拡散係数Ｄ
γ
、式（ＩＶ）の易動度ｍ
γ
のうち少なくとも一つに補正係数を乗算し、
前記補正係数は、前記拡散方程式から解析される前記炭素濃度の分布と、予め測定した前記炭素濃度の分布との誤差が閾値以下となる条件を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の炭素濃度分布の解析方法。
【請求項３】
式（Ｉ）のＤを式（ＩＩＩ）から算出する場合、式（Ｉ）、式（ＩＩ）及び式（ＩＩＩ）のうちいずれかの右辺に、下記式（Ｖ）で表される迷宮度λを乗算し、
式（Ｉ）のＤを式（ＩＶ）から算出する場合、式（Ｉ）、式（ＩＩ）及び式（ＩＶ）のうちいずれかの右辺に、下記式（Ｖ）で表される迷宮度λを乗算する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の炭素濃度分布の解析方法。
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17
170
Ｖ
γ
はオーステナイトの体積分率［－］であり、ｎは整数である。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸炭処理された鋼材中の炭素濃度分布の解析方法に関するものである。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
鉄鋼材料の製品（例えばギア等の駆動系製品）においては、製品表面の耐摩耗性、疲労強度等の必要特性を確保するために、所望の形状に加工された加工品に対して浸炭処理を行っている。近年、環境負荷の低減の観点から減圧浸炭処理に代表される減圧浸炭処理が広がってきている。
【０００３】
減圧浸炭処理では、加熱炉において、ガスを排気して減圧した状態で炭素を含んだ浸炭ガスを注入した雰囲気中で、一定の温度および時間で加工品を加熱した後に、油などの冷却媒体に加工品を浸漬して冷却している。この減圧浸炭処理では、浸炭ガスの注入が続けられる浸炭期と、浸炭ガスの注入を止めた状態となる拡散期が存在する。
【０００４】
減圧浸炭処理において、製品の表層部に過大に炭素が侵入し、表層部よりも内部に炭素が十分に拡散しない場合には、粗大な炭化物が形成されてしまい、製品の疲労強度等の特性が低下してしまうことがある。このような不具合を回避するために、以下に説明する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献１では、浸炭パターンを設定し、拡散方程式を用いて、対象部品の表層部における任意のセルの炭素濃度を求めている。そして、求めた炭素濃度と、所望の炭素濃度とを比較することにより、設定した浸炭条件を評価して合否を決定している。
【０００６】
特許文献２には、浸炭部品の浸炭ばらつきを抑制できる減圧浸炭処理方法が記載されている。浸炭工程は、浸炭工程の開始から交差時間ｔｅまでの前期浸炭工程と、交差時間ｔｅから浸炭時間ｔａまでの後期浸炭工程とを有している。前期浸炭工程では、実際浸炭ガス流量を、浸炭工程の開始から基準時間ｔａ／５時点での理論浸炭ガス流量以上、かつ、浸炭工程の開始から２０秒時点での理論浸炭ガス流量以下としている。後期浸炭工程では、実際浸炭ガス流量を、理論浸炭ガス流量の１．００～１．２０倍の範囲内としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００８－２０８４０３号公報
特許第６５８３６００号公報
【非特許文献】
【０００８】
真空浸炭におけるエッジ部過剰浸炭の疲労強度に対する影響，鉄と鋼，社団法人日本鉄鋼協会，２０１０年，Ｖｏｌ．９６、Ｎｏ．６，４８～５３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１では、拡散方程式に含まれる拡散係数を定数として、炭素濃度分布を解析しているが、厳密には拡散係数はγ中の炭素濃度によって変化する値であるため、炭素濃度分布の解析精度が低い。
特許文献２は、浸炭部品の浸炭ばらつきを抑制することを目的として、減圧浸炭処理の条件を設定するものであり、減圧浸炭処理を行う鋼材について、炭素濃度の分布を解析するものではない。
本発明は、炭素濃度分布の解析精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る炭素濃度分布の解析方法は、（１）浸炭処理された鋼材中の炭素濃度分布を、拡散方程式を用いて解析する方法であって、鋼材中には、前記浸炭処理によって炭化物が形成されており、前記拡散方程式は、下記式（Ｉ）及び下記式（ＩＩ）で表され、下記式（Ｉ）におけるＤを、下記式（ＩＩＩ）又は下記式（ＩＶ）から算出することを特徴とする炭素濃度分布の解析方法。
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68
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上記式（Ｉ）において、Ｊは炭素の拡散流束であり、Ｄは鋼材中の炭素の拡散係数であり、Ｃは鋼材中の炭素濃度であり、gradは位置の勾配である。
上記式（ＩＩ）において、Ｃは鋼材中の炭素濃度であり、ｔは時間であり、divは発散であり、Ｊは炭素の拡散流束である。
上記式（ＩＩＩ）において、Ｄ
γ
はオーステナイト中の炭素の拡散係数であり、Ｃは鋼材中の炭素濃度であり、Ｃ
γ
はオーステナイト中の炭素濃度である。
上記式（ＩＶ）において、ｍ
γ
はオーステナイト中の炭素の易動度であり、Ｒは気体定数であり、Ｔは温度であり、Ｃは鋼材中の炭素濃度であり、Ｃ
γ
はオーステナイト中の炭素濃度であり、γ
γ
はオーステナイト中の炭素の活量係数［－］である。
（【００１１】以降は省略されています）

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