JP2000248316A - 鋼線の連続焼入れ・焼戻し処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱炉と急冷装置と焼戻し炉とからなる鋼線
の連続焼入れ・焼戻し処理装置において、酸化物が発生
せず、また鋼線表面層の欠陥のない、高品質の鋼線を安
定して得ることと、高精度が要求される製品のコストの
低減と管理コストを低減可能にすることを課題とする。 【解決手段】 加熱炉１と焼戻し炉２との間に、急冷部
６、熱交換機７及び強制循環用送風機８とをガス循環用
管路９で接続して構成した急冷装置５を、加熱炉１及び
焼戻し炉２にそれぞれ貫通して配設した加熱管３、４と
急冷部６とが連通するように接続し、上記急冷装置５の
一部には、圧力調整手段１１を具備したガス貯蔵タンク
１０を管路を介して接続して、常時又は定期的に新ガス
を供給可能にした鋼線の連続焼入れ・焼戻し処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素鋼線あるいはステ
ンレス鋼線等（以下、総称して鋼線という）の焼入れ・
焼戻し熱処理を連続して行う装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置は、図２に示すように、加熱
炉２１と焼戻し炉２２との間に急冷装置２５を配設する
とともに、加熱炉２１と焼戻し炉２２の内部にステンレ
ス等の耐熱性を有するパイプ（以下、加熱管という）２
３、２４を夫々配設してなる。また上記加熱管２３、２
４の鋼線Ｗの入口側には、ガス流入口３０、３１を夫々
設けて、このガス流入口３０、３１から加熱管２３、２
４内に、酸化を防止する目的で、窒素やアルゴン等の不
活性ガスを注入可能にしてなる。さらに、上記急冷装置
２５は、焼入れ液槽２７と貯液槽２８とに油や水溶性焼
入れ液（以下、総称して焼入れ液という）２６が循環ポ
ンプ２９で以て循環するように構成してなる。

【０００３】そして、上記装置は、繰出しリール３２か
ら繰出した鋼線Ｗを加熱炉２１内に導いて、８００〜１
０５０℃に加熱した後、焼入れ槽２７内の焼入れ液２６
にて急冷し、続いて焼戻し炉２２で再度３５０℃以上に
加熱して焼戻し処理を行って、巻取りリール３３に巻き
取るようにしている。

【０００４】この装置によれば、鋼線は加熱管内に注入
された不活性ガス雰囲気中で加熱されるので、加熱時に
空気中の酸素と接触することがなく、鋼線表面の酸化を
防止することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置では、加熱炉で高温に加熱された鋼線が加熱炉
通過直後に焼入れ液中に突入して焼入れされるので、突
入した鋼線付近の焼入れ液が焼かれて、この燃えカスで
ある酸化物が鋼線表面に固着する。また、焼入された鋼
線表面に焼入れ液が付着したまま焼戻し炉に導かれて再
加熱されるので、付着した焼入れ液の燃焼によっても、
鋼線の表面に酸化物が発生する。さらに、焼入れ液の成
分によっては、脱炭や粒界腐食という鋼線表面層の欠陥
が生じるという問題を有していた。

【０００６】焼入れ・焼戻し処理された鋼線は、様々な
用途に使用されるが、例えばバネやピストンリング等の
ように特に高精度が要求される製品に使用される場合、
上記酸化物がコイリング時のガイドの詰まりや摩擦抵抗
の変動による巻ピッチ不良等の原因となる。このため、
これら製品に使用される鋼線には、熱処理後に酸化物を
取り除くための研磨工程が必要となっていた。これは、
製品のコストアップにつながるものである。また、上記
鋼線表面の欠陥は、研磨処理で取り去ることができず、
製品の耐摩耗性等に悪影響をおよぼしている。

【０００７】さらに、従来技術の装置によれば、焼入れ
液が常に８００〜１０５０℃という高温の鋼線と接触
し、しかも、数十本の鋼線が一度に焼入れ処理されるの
で、焼入れ液は劣化し、またその液量も減少する。焼入
れ液の劣化・減少は、鋼線の品質（硬度等）に影響す
る。このため、焼入れ液の定期的な交換あるいは補充が
必要となり、これに要する管理コストは大きなものであ
った。

【０００８】本発明は、加熱炉と急冷装置と焼戻し炉と
からなる鋼線の連続焼入れ・焼戻し処理装置において、
酸化物が発生せず、また鋼線表面層の欠陥のない、高品
質の鋼線を安定して得ることと、高精度が要求される製
品コストの低減と管理コストを低減可能にすることを課
題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、加熱炉と焼戻
し炉との間に、鋼線を外気と遮断し、かつ冷却されて循
環するガスで急冷する急冷装置を、加熱炉及び焼戻し炉
の両加熱管と連通するように配設してなる（請求項
１）。

【００１０】この手段によれば、加熱炉を通過した鋼線
が外気と触れることなく、循環するガスで冷却されるか
ら、酸化物や鋼線表面層の欠陥が発生せず、高品質の鋼
線が得られる。また、焼入れ液の定期的な交換作業や補
充作業が不要となるから、管理コストも大幅に低減され
る。

【００１１】この発明において、前記冷却装置として
は、加熱炉及び焼戻し炉の両加熱管に外気を遮断するよ
うに接続した急冷部と、急冷部に熱交換機と送風機とを
介在して接続したガス循環用管路と、管路内を強制的に
循環するガスとで構成する（請求項２）のが好ましい。
このようにすると、加熱炉を出た鋼線が外気と触れるこ
となく急冷部内に進行し、またガス循環用管路に充満し
て流れるガスが熱交換機で冷却されて、送風機で以て急
冷部に送り込まれるから、焼入れ条件が常に一定とな
り、鋼線の品質が安定する。また、循環するガスの一部
が急冷部から両加熱管内にも充満されるから、加熱時及
び焼戻し時における鋼線表面の酸化も防止される。

【００１２】ガス循環用管路、急冷部又は急冷部近傍の
加熱管のいずれかの一部には、圧力調整手段を具備した
ガス貯蔵タンクを管路を介して接続する構成（請求項
３）が採用できる。このようにすると、加熱炉の加熱管
の入口側及び焼戻し炉の加熱管の出口側の鋼線通過部分
からガスが漏れても、新ガスが急冷装置内に簡単に補充
されて、両加熱管を含む急冷装置内の圧力が大気圧より
高い状態で一定に維持されるから、両加熱管の開放部分
からの外気の浸入が防止される。ところで、従来装置と
同様に、加熱炉及び焼戻し炉の両加熱管の入口側にガス
注入口を設けた場合には、上記構成を省略することも可
能である。

【００１３】焼戻し炉の出口側には、焼戻し後の鋼線の
冷却手段を設けた構成（請求項４）が採用でき、このよ
うにすると、焼戻し後の鋼線の冷却時間が短縮されると
ともに、大気中での自然冷却に伴う鋼線表面の酸化が防
止される。この冷却手段としては、焼戻し炉の加熱管に
外気を遮断するように接続した急冷部と、急冷部に熱交
換機と送風機とを介在して接続したガス循環用管路と、
管路内を強制的に循環するガスとからなる急冷装置の構
成（請求項５）を採用することができる。この場合、焼
戻し後の冷却に要する時間がより一層短縮されて、特に
寸法の大きい鋼線の熱処理に好適である。この場合の冷
却装置は、焼入れ・焼戻しされた鋼線を冷却するだけで
あるから、送風機や熱交換器としては容量の小なるもの
でもよい。なお、鋼線の寸法が細い場合等、焼戻し炉の
加熱管を焼戻し炉外に延長して突出させてもよい。

【００１４】上記急冷部とガス循環用管路との接続箇所
となる、急冷部のガス流入口とガス流出口は、鋼線を挟
んで対向する位置に少なくとも１組以上設けること（請
求項６）が好ましい。このように、ガス流入口と流出口
の位置を限定したものでは、ガス流入口とガス流出口の
位置がずれて設けられるものに比べて、循環するガスの
流れがスムーズになる。この結果、冷却されたガスがガ
ス流入口から進行する鋼線に常に当たって直ちに流出口
へと流れ込むから、鋼線の冷却によって高温になったガ
スが急冷部内に滞留することがなくなる。また、ガス流
入口と流出口を複数組設ければ、鋼線の冷却作用をさら
に向上させることができる。

【００１５】本発明に用いるガスとしては、不活性ガス
単独又は水素ガス単独又はこれらの混合ガスを用いるこ
とができる（請求項７）。特に水素ガス単独又は水素ガ
スを含有するものを採用すると、水素の還元力によって
酸化物が解離されて、鋼線表面の光輝性を向上すること
ができるので、好適である。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の実施例を示す概略
構成図である。

【００１７】本発明の鋼線を連続的に焼入れ・焼戻しの
熱処理を行う装置は、図１に示すように、加熱炉１と焼
戻し炉２との間に、急冷部６、熱交換器７及び強制循環
用送風機８とをガス循環用管路９で接続して構成した急
冷装置５を、加熱炉１及び焼戻し炉２にそれぞれ貫通し
て配設した加熱管３、４と急冷部６とが連通するように
接続して構成している。上記急冷装置５の一部には、圧
力調整手段１１を具備したガス貯蔵タンク１０を管路を
介して接続して、常時又は定期的に新ガスを供給可能に
してなる。なお、ガス貯蔵タンク１０は、図示では、急
冷部６に接続したが、ガス循環用管路９の一部や加熱炉
１又は焼戻し炉２から突出した加熱管３又は４の一部に
接続することもある。上記急冷部６には、ガス流入口６
ａとガス流出口６ｂとを、鋼線Ｗを挟んで対向する位置
に設けて、急冷部６とガス循環用管路９とを接続してい
る。なお、ガス流入口６ａとガス流出口６ｂとは、図示
では、１組としたが、複数組にすることもある。また、
急冷部６と両加熱管３、４とは、接続部１２、１３で外
気の浸入を防止するために、気密構造になるようにシー
ル等を介してねじ等で固着して接続している。

【００１８】さらに、焼戻し炉２の加熱管４の出口部分
には、焼戻し後、自然冷却時における鋼線表面の酸化物
の発生を防止するために、図示のように、巻取りリール
１５側に長く突出した冷却部Ｈ（長さ約１ｍ）を設け
る。なお、この突出部Ｈは、省略して、焼戻し後の鋼線
を大気中で自然冷却するようにすることも可能である。

【００１９】ところで、前記冷却部６と両加熱管３、４
とを１本の管にしたり、接続部１１、１２を溶接等で一
体に固着してもよいが、前述のように、急冷部と両加熱
管とを別体にして、ねじ等で着脱可能に接続すると、加
熱炉や焼戻し炉の加熱管が熱により劣化したときに、こ
の劣化した加熱管のみを簡単に交換することができて、
経済的である。

【００２０】また、急冷部の形状としては、ガスの滞留
回避とスムーズなガスの循環を考慮して、体積のできる
だけ小さい管状又は細長い角筒上のものが好ましいが、
加熱管と同様のものでもよい。

【００２１】この鋼線の熱処理を行う装置によるとき
は、繰出しリール１４から繰出された鋼線Ｗは、加熱炉
１の加熱管３内に進行して、８００〜１０５０℃に加熱
された後、外気に触れることなく、ガスＧが充満して強
制的に循環する急冷装置５内に進行する。急冷装置５内
に進行した鋼線Ｗは、熱交換機７を経て送風機８で以て
ガス流入口６ａから急冷部６内に噴出する冷却されたガ
スＧによって急冷され、焼入れされる。加熱された鋼線
Ｗに触れて高温になったガスＧは、ガス流出口６ｂに直
ちに流入して、ガス循環用管路９を経て熱交換機７へと
循環し再び冷却される。また、急冷装置５内には、ガス
貯蔵タンク１０から圧力調整手段１１によって一定圧力
下で新ガスが供給され、ガスＧの循環する急冷装置５内
の圧力が大気圧より高くなるように一定圧に維持されて
いる。そして、焼入れされた鋼線Ｗは、焼戻し炉２の加
熱管４内に進行して、３５０℃以上に再加熱された後、
冷却部Ｈで大気と触れることなく冷却された後、巻取り
リール１５で巻き取られる。

【００２２】

【実施例】次に、図１に示す本発明の装置で実際に鋼線
を焼入れ・焼戻し処理し、鋼線の品質を調査した。鋼線
は、ＳＷＲＨ７２相当で線径２ｍｍの硬鋼線を使用し、
焼入れ温度９００℃、焼戻し温度４５０℃で処理した。
また、ガスは水素ガスを使用した。

【００２３】上記条件で、焼入れ、焼戻した鋼線の表面
を顕微鏡で観察したが、酸化物の発生はなかった。ま
た、断面写真で鋼線の表面層も確認したが、脱炭、粒界
腐食等の異常も認められなかった。

【００２４】

【発明の効果】請求項１に記載の装置によれば、加熱炉
を通過した鋼線を外気と触れることなく焼き入れするこ
とができ、酸化物や鋼線表面層の欠陥が発生せず、高品
質の鋼線が得られるとともに、バネやピストンリング等
のように、高精度が要求される製品に使用される場合で
も、従来装置のように研磨工程が不要となり、製品コス
トの低減を図ることができる。また、従来装置のように
焼入れ液の定期的な交換作業や補充作業が不要となるこ
とから、管理コストも大幅に削減される。請求項２に記
載の装置によれば、簡単な構造で外気と遮断して、冷却
されたガスを強制的に循環可能となり、従来装置のよう
に焼入れ液の交換・補充に伴う焼入れ条件の変動がなく
なり、高品質の鋼線を安定して熱処理することができ
る。請求項３に記載の装置によれば、急冷装置内への新
ガスの補充を簡単にすることができ、両加熱管を含む急
冷装置内の圧力を大気圧より高い状態で一定に維持する
ことができ、両加熱管の開放部分からの外気の浸入を防
止することができ、焼入れ時及び焼戻し時における鋼線
表面の酸化をより一層簡単に防止することができ、鋼線
の品質をより一層向上することができる。請求項４に記
載の装置によれば、焼戻し後の鋼線の冷却時間を短縮す
ることができるとともに、大気中での自然冷却に伴う鋼
線表面の酸化を防止することができる。請求項５に記載
の装置によれば、特に寸法の大きい鋼線でも、上記冷却
時間をより一層短縮することができる。請求項６に記載
の装置によれば、循環するガスの流れがスムーズにな
り、加熱された鋼線との接触によって高温になったガス
が急冷部に滞留することを防止することができる。請求
項７の記載によれば、特に、水素ガス単独又は水素ガス
を含有するものを採用すると、水素の還元力によって酸
化物が解離されて、鋼線表面の光輝性を向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置を示す概略構成図である。

【図２】従来の装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１、２ 加熱炉 ２、２２ 焼戻し炉 ３、４、２３、２４ 加熱管 ５、２５ 急冷装置 ６ 急冷部 ６ａ ガス流入口 ６ｂ ガス流出口 ７ 熱交換機 ８ 送風機 ９ ガス循環用管路 １０ ガス貯蔵タンク １１ 圧力調整手段 １２、１３ 接続部 １４、３２ 繰出しリール １５、３３ 巻取りリール ２６ 焼入れ液 ２７ 焼入れ液槽 ２８ 貯蔵槽 ２９ 循環ポンプ ３０、３１ ガス注入口 Ｇ ガス Ｈ 冷却部 Ｗ 鋼線

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼線を加熱炉・急冷装置・焼戻し炉によ
   って連続的に焼入れ・焼戻しの熱処理を行う装置におい
   て、加熱炉と焼戻し炉との間に、鋼線を外気と遮断し、
   かつ冷却されて循環するガスで急冷する急冷装置が、加
   熱炉及び焼戻し炉の両加熱管と連通するように配列され
   たことを特徴とする鋼線の連続焼入れ・焼戻し処理装
   置。
2. 【請求項２】 急冷装置が、加熱炉及び焼戻し炉の両加
   熱管に外気と遮断するように接続した急冷部と、急冷部
   に接続したガス循環用管路と、ガス循環用管路の一部に
   配設した熱交換機と、熱交換機と急冷部との間のガス循
   環用管路に配設した送風機と、管路内に充満して強制的
   に循環するガスとを備えてなる請求項１に記載の鋼線の
   連続焼入れ・焼戻し処理装置。
3. 【請求項３】 ガス循環用管路、急冷部又は急冷部近傍
   の加熱管のいずれかの一部に、圧力調整手段を具備した
   ガス貯蔵タンクを管路を介して接続した請求項２に記載
   の鋼線の連続焼入れ・焼戻し処理装置。
4. 【請求項４】 焼戻し炉の出口側に、焼戻し後の鋼線の
   冷却手段を設けた請求項２又は３に記載の鋼線の連続焼
   入れ・焼戻し処理装置。
5. 【請求項５】 冷却手段が、焼戻し炉の加熱管に外気を
   遮断するように接続した急冷部と、急冷部に熱交換機と
   送風機とを介在して接続したガス循環用管路と、管路内
   に充満して強制的に循環するガスとからなる急冷装置で
   ある請求項４に記載の鋼線の連続焼入れ・焼戻し処理装
   置。
6. 【請求項６】 急冷部の鋼線を挟んで対向する位置に、
   ガス流入口とガス流出口を少なくとも１組以上設けた請
   求項２又は５に記載の鋼線の連続焼入れ・焼戻し処理装
   置。
7. 【請求項７】 ガスが、不活性ガス、水素ガスのいずれ
   かの単体ガス又は混合ガスである請求項１、２、３又は
   ５に記載の鋼線の連続焼入れ・焼戻し処理装置。