JP2002060834A - 筒体内面焼入方法・焼入装置 - Google Patents

筒体内面焼入方法・焼入装置

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JP2002060834A
JP2002060834A JP2000239646A JP2000239646A JP2002060834A JP 2002060834 A JP2002060834 A JP 2002060834A JP 2000239646 A JP2000239646 A JP 2000239646A JP 2000239646 A JP2000239646 A JP 2000239646A JP 2002060834 A JP2002060834 A JP 2002060834A
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cylinder
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cylindrical body
quenching
heat
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JP2000239646A
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English (en)
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Yoichi Matsubara
洋一 松原
Shinichi Ando
新一 安藤
Yatsuhiro Shimizu
八尋 清水
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Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Original Assignee
Dai Ichi High Frequency Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

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Abstract

(57)【要約】 【課 題】 内面からの誘導加熱を要しない低コスト
で行える筒体内面焼入技術の提供。 【解決手段】 筒体1を外面側から誘導加熱して全肉厚
に亘って焼入温度に加熱し、次いで、外面側から第二段
の誘導加熱を施しながら内面側から冷却することによ
り、急冷される範囲を内面側に留めて内面側のみを焼入
硬化させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スラリー輸送用鋼
管やエンジンのシリンダーなどの筒体の、耐摩耗性が要
求される内面側に焼入を施す技術に関する。
【0002】
【従来の技術】前記筒体の内面焼入は、筒体の内面側の
一部厚さ範囲を誘導加熱法により焼入温度まで急速加熱
して直後に急冷を施し、マルテンサイト変態させて硬化
させる手法で行われてきた。因に、硬化領域を内面側に
留めるのは、延性に富んだ領域を外面側に残して総合的
な堅牢性を確保するためである。焼入温度への急速加熱
には極めて大きい高周波電力を要するので、上記焼入
は、通常は、筒体軸線方向の短区間を環状に誘導加熱し
直後にその短区間を噴射水で急冷する操作を、誘導コイ
ル等を軸線方向に連続的に相対移動させながら順次適用
して行く移動方式で行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記移動式内面焼入の
ための誘導加熱は、図3に示すように、筒体1の内面側
に環状の誘導コイル4を配して行われてきた。しかし、
この構成には問題点があった。その1は、給電用の導体
共々、水冷しながら1000Aに及ぶ大電流を流しているコ
イルを鋼管などの狭い筒体内に配して相対移動させる点
である。すなわち、焼入区間長さ以上の導体長さが必要
なため、この部分で大きい電力損失が生じる上、内面側
からの誘導加熱は筒体への磁束の集中度が低く、外面側
からの加熱と比べて電力効率が劣り、ついては、電力や
電源設備に係るコスト負荷が大きいこと。その2は、焼
入温度までの昇温途上で強磁性から常磁性への磁気転移
が起こる鋼管等を対象として、その外面側には前記非硬
化領域を残すように内面側のみを焼入温度に到達させた
温度分布を薄い肉厚内で確保しなければならないという
点である。すなわち、送り速度が制約されて作業能率が
犠牲になるか、あるいは電源設備能力増を要することに
なり、同じくコスト高をもたらしている。
【0004】上記問題点は、コスト低減のニーズがます
ます高まっている昨今にあってはもはや無視できないも
のとなっており、その解消が切望されていた。よって、
本発明者らは、筒体内面側から誘導加熱し、あるいは、
全肉厚中の一部厚さ範囲のみを正確に昇温させるといっ
た、コスト高をもたらす手法によらない低コスト内面焼
入技術の提供を課題とした。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべくな
された本発明の要旨は、筒体軸線方向に加熱・冷却手段
を連続的に相対移動させる形で、第一段の処置として、
筒体外面側から全肉厚に亘って入熱する誘導加熱を施し
て筒体内面まで焼入温度に到達させて行きながら、この
処置に追随させる第二段の処置として、内面側から急冷
を施しつつ外面側からは一部厚さ範囲に入熱する誘導加
熱を施す操作を加えて行くことにより、筒体内面側を焼
入硬化させるとともに筒体外面側に非硬化領域を確保す
ることを特徴とするものである。
【0006】なお、こゝで言う「入熱する」厚さ範囲
は、誘導電流の浸透深さδを求める式δ(mm)=50.3√
{ρ(μΩ・cm)/μ・f(Hz)}(但し、ρとμは被加
熱物の体積固有抵抗と比透磁率、fは通電周波数)に基
づき、通電周波数を選定して調整することができる。上
記浸透深さδは、実質的に加熱に寄与する強さの誘導電
流が生じる深さ範囲の指標となるので、全肉厚to(mm)中
の一部分の、t(mm)までの厚さ範囲に入熱を集中させる
場合はδ≒tの目安で、また、全肉厚に亘って入熱させ
る場合はto<δ<1.5 toの目安で周波数を選定し、必要
に応じて実験的に修正する。
【0007】上述のように、本発明にあっては、筒体内
周面側の一部厚さ範囲を焼入硬化させる熱処理を、従来
のように内面側から誘導加熱し、その際、焼入温度に到
達させる厚さ範囲を内面側の一部に留めて行うのではな
く、外面側から誘導加熱し全肉厚を焼入温度に到達させ
た上で、厚肉(5〜8mm以上の目安)の筒体では、第二
段の加熱により外面側の急冷を防止して、焼きの入る厚
さ範囲を内面側の一部に留めて行うようにし、また、薄
肉の筒体(5〜8mm以下目安)では、急冷により全肉厚
に亘って焼きの入った筒体の外面側に第二段の加熱によ
る焼戻しを施し軟化させて行うようにした。しかして、
この構成は、コスト高につながっていた筒体内面側から
の誘導加熱や一部厚さ範囲の正確な誘導加熱を不要にし
たことと、新たに追加された第二段の外面側誘導加熱
は、焼入温度に急速昇温させるための大入熱を要する第
一段の外面側誘導加熱と異なり、急冷防止ないし焼戻し
目的の低入熱しか要しないことを以て、内面焼入の低コ
スト化を実現するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の対象となるのは、高温加
熱と急冷によって硬化する材質の金属製の筒体であり、
主たる材質として、炭素鋼,鋳鉄,あるいは、これらに
各種合金成分が配合された鉄鋼類を例示できる。寸法は
限定されず、また円筒状,角筒状など各種断面形状の筒
体を対象としうる。曲り管状の筒体も、周方向の入熱分
布あるいは冷却分布の調整を行うことで対象とすること
ができる。筒体の用途に関する限定もない。
【0009】本発明適用のメリットが特に大きいのは、
一つは、細長い形状の筒体(たとえば、呼び径200A以
下の鋼管)である。何故なら、前記従来法を適用した
際、内面側コイルへの給電に長尺の導体を要し、これに
よる電力損失が特に大きいからである。もう一つは、肉
厚の大きくない(たとえば、3〜10mmt)筒体である。
何故なら、同じく従来法における前記肉厚方向の好まし
い温度分布の形成が容易でなく、コスト高が避けられな
いからであり、また、本発明の適用に際して、外面側か
ら全肉厚に入熱する誘導加熱によって内面まで焼入温度
に到達させるのが極く容易だからである。
【0010】図1は本発明の実施形態の一例を模式的に
示す正断面図であって、2は、内面焼入を施す筒体1
を、その外面側から2段階に亘って誘導加熱するための
第一段と第二段の環状の誘導コイル2a1,2a2と、該コイ
ル2a1の下流側に位置する筒体内面を冷却するための環
状の噴射冷却装置2a3とを配した熱処理ユニット2aと、
該ユニット2aを筒体1に対してその軸線方向に相対移動
させるために筒体1を支持具2b1,2b2で支持すると共
に、該支持具を移動手段(図示略)によって筒体軸線方
向に走行させるようにした支持・移動機構2bとを備え
た、本発明を実施するための筒体内面焼入装置である。
【0011】上記構成にて、筒体1を矢印Aの方向に走
行させて行きながらコイル2a1,2a2に高周波通電して該
コイルが夫々対向する筒体1の短区間を誘導加熱して行
くと共に冷却装置2a3から冷却水を噴射する操作を進め
ることにより、筒体1(たとえば鋼管)の短区間が、先
ず、コイル2a1によって筒体内面に至るまで焼入温度
(たとえば850℃前後)に急速加熱され、その直後、該
短区間が筒体1の走行によって冷却装置2a3及びコイル2
a2の位置に移動した時点で、厚肉の筒体では、焼入温度
の該短区間の内面側は冷却装置2a3によって急冷され、
マルテンサイト変態して焼入硬化組織となり、外面側は
コイル2a2によって低入熱で誘導加熱されながら内面側
からの抜熱を受けることにより、制御冷却されて整粒組
織(焼準組織より粒度の小さい延性に富んだ組織)とな
り、また、薄肉の筒体では、全肉厚が冷却装置2a3によ
り急冷されて焼入硬化組織となった後、外面側がコイル
2a2により焼戻しされることとなる。かくして、内面側
は焼入硬化し、外面側には延性に富んだ非硬化領域の残
された好ましい内面焼入筒体(鋼管)が得られる。この
ようにして得られた内面焼入鋼管(肉厚5mm)の厚さ方
向の硬度分布例を図2に示す。
【0012】第一段のコイル2a1は、筒体1を焼入温度
という高温に加熱するためのものであるから、極く短い
区間を加熱できるものがよく、筒体1の肉厚の3〜6倍
程度の加熱巾の1ターンコイルが適している。冷却装置
2a3と第二段のコイル2a2の作用巾については、該冷却装
置の要冷却区間長さが上記コイル2a1の加熱巾よりも長
くなる(何故なら、コイル2a1による加熱巾が経時拡大
している)関係で、共にコイル2a1の加熱巾の2倍程度
が適している。
【0013】コイル2a1及びコイル2a2に通電する高周波
電流の周波数は、筒体1が鉄鋼製の場合で肉厚3〜10mm
に対応して5000〜200Hzの範囲目安で実験的に選定され
る。鉄鋼製の筒体では、第一段のコイル2a1による入熱
深さが全肉厚に及ぶ周波数であっても、第二段のコイル
2a2による入熱深さは一部厚さに留まるような周波数を
上記範囲目安で選定できる。これは、入熱される筒体
が、コイル2a1による入熱時にはその後半期に磁気転移
温度を超えて強磁性が消失し、前記誘導電流の浸透深さ
が大きく、これに対して、コイル2a2による入熱時には
磁気転移温度より低く、強磁性を有していて浸透深さが
小さい(転移温度超の浸透深さの数十%)からである。
因に、元より強磁性を有していない材質の筒体の場合に
は、コイル2a1とコイル2a2とで通電周波数を変えること
が望ましい。
【0014】上記の実施形態では、筒体1に対する熱処
理ユニット2の相対移動を筒体1の方を走行させて行っ
ているが、これとは逆に熱処理ユニット2の方に支持・
移動機構を配して該ユニットを走行させるようにしても
よい。また、両者を互いに逆方向に走行させる構成とし
て、スペース事情や装置要素の仕様上の制約との調整を
図るようにしてもよい。更には、筒体を水平あるいは斜
めに配して上下方向のスペース問題が生じないようにす
ることもできる。上記諸構成のいずれにおいても、筒体
を回転させながら本発明を実施するのが、熱歪を回避す
る上で好ましい。
【0015】
【発明の効果】本発明は、上述のように、鋼管などの筒
体の内面焼入を、外面側から誘導加熱する形で実施でき
るようにしたものである。筒体の内面焼入は、従来は、
内面側から誘導加熱して行われてきた。しかしながら、
内面側からの誘導加熱には、長尺の給電用導体を要する
ことによる電力損失,筒体に磁束が集中しにくいことに
よる電力効率の低さ,内面側の一部厚さのみを磁気転移
温度を跨いで焼入温度に昇温させるための作業能率制約
といった問題点を有し、これらがコスト高をもらしてい
た。
【0016】本発明によれば、上記問題点が全て払拭さ
れたことから、内面焼入コストの2〜3割低減が可能と
なる。焼入は、まさしく伝統的な技術でありながら、未
だ産業界に必須である。本発明による上記コスト低減
は、焼入のコストメリット評価を更に高めるものとなろ
う。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の一例を模式的に示す正断面
図。
【図2】本発明により内面焼入した鋼管の厚さ方向の硬
度分布図。
【図3】従来の内面焼入方法を模式的に示す正断面図。
【符号の説明】
1 筒体 2 筒体内面焼入装置 2a 熱処理ユニット 2a1,2a2 誘導コイル 2a3 噴射冷却装置 2b 支持・移動機構 2b1,2b2 支持具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 八尋 神奈川県川崎市川崎区殿町2丁目17番8号 第一高周波工業株式会社内 Fターム(参考) 3J044 AA02 BC11 DA09 EA04 4K042 AA06 BA13 DA01 DB01 DE02 EA01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筒体軸線方向に加熱・冷却手段を連続的
    に相対移動させる形で、第一段の処置として、筒体外面
    側から全肉厚に亘って入熱する誘導加熱を施して筒体内
    面まで焼入温度に到達させて行きながら、この処置に追
    随させる第二段の処置として、内面側から急冷を施しつ
    つ外面側からは一部厚さ範囲に入熱する誘導加熱を施す
    操作を加えて行くことにより、筒体内面側を焼入硬化さ
    せるとともに筒体外面側に非硬化領域を確保することを
    特徴とする筒体内面焼入方法。
  2. 【請求項2】 筒体外面側に筒体軸線方向の短区間を誘
    導加熱するための第一段,第二段の誘導コイルを配し、
    筒体内面側には前記第一段誘導コイルの下流側に位置す
    る筒体内面を冷却するための噴射冷却手段を配した熱処
    理ユニットを有し、該熱処理ユニットと熱処理される筒
    体とを個別に支持して少なくともその一方を筒体軸線方
    向に走行させるための支持−移動機構を配備したことを
    特徴とする筒体内面焼入装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7578750B2 (en) * 2007-03-29 2009-08-25 Nhk Spring Co., Ltd. Golf shaft, golf club, and production method for golf shaft
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CN109468442A (zh) * 2018-12-05 2019-03-15 马鞍山市万鑫铸造有限公司 一种分半式汽缸体铸件内腔喷雾淬火装置
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