JP2004332107A - 鋼線の熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 単線の焼入焼戻しラインにおいて、一定径の熱間圧延線材から多種径のオースフォーム鋼線を無停止で造り分け、生産能率向上とコスト低減を図る。
【解決手段】 伸線材より軟質である熱延線材2を使用してデッド・サプライとコイル間溶接作業を容易にならしめ無停止操業を図る。次ぎに一体化されたダイス引抜5,6とダイレス引抜6,11によりサイジングする。熱処理と縮径の条件整合のため、焼入用の1次加熱7の後ダイレス引抜用の2次加熱8を付加し、過熱に伴う靱性低下はオースフォーム効果で解消する。加熱部上流・下流の速度比に反比例させて鋼線減面比を設定し、延伸後の断面形状の測定10により速度比を微調整して鋼線断面積を優先的に管理することにより断面寸法許容範囲は合理的に拡大される。
【選択図】 図1
Description
第3の理由は、熱間圧延線材には多少なりとも表面傷が残存する。そのため伸線工程では通常、探傷検査により手入れ、処置がなされる。伸線を省略すると当該作業が熱処理工程に持ち込まれ生産性を阻害する。以上のように熱延線材をそのまま焼入焼戻し鋼線用に使用することは現在では至難の技である。
2) 減面率40%以上の加工が可能であり、熱的条件を適切に制御することにより硬化、軟化等の熱処理の付加が可能である。
3) 当該メカニズムの第1の安定化条件は、延伸直前・直後の変形抵抗比(加工後/加工前、低温側/高温側)は断面積比(加工前/加工後)を上回らなければならない。即ち冷却の強さにある。条件が外れると低温側で破断する。
4) 第2の安定化条件は、加熱部と急冷部を接近させなければならない。条件が外れると高温側で絞り切れが発生する。理由は、速度差に対応して高温部が延伸する。冷却タイミングが遅れると単純な熱間引張加工になる。最初に延伸した部分の応力が延伸に反比例して増加するのに対して加工硬化は途中で追いつかれ、又冷却による硬化も遅れる。結果、該延伸部のみに歪みが集中するからである。
A) 上記研究における実験条件の1桁大きい速度で上記プロセスを安定させなければならない。増速の結果、加熱部、延伸部、冷却部はそれぞれ走行方向に拡張する。特に加熱部の拡張は第2条件に対して不都合に作用する。誘導加熱能力の強化で対処すると表皮の過熱をもたらす。高速化への対処が困難且つ未知であることが当該プロセスが未だ生産に供されていない大きな理由である。
D) 延伸による縮径が適切に制御できても材料の偏径差は解消されない。即ち熱延線材の直接使用には無理がある。
E) 一種の加工熱処理となるので金属組織や表面性状が従来製品とは異なる。材質上の問題が解らないと言う問題がある。
1) 熱処理ライン内で一定の直径の中間材から種々の直径の焼入焼戻し鋼線を無停止操業で効率的に造り分け、生産性向上を図る。
2) 中間材を造る伸線工程を省略し、熱間圧延線材を直接、熱処理用の材料として使用し、コスト削減を図る。
3) 耐遅れ破壊性を改善する。
a) ダイレス引抜を実用化する。
b) そのため現行熱処理条件とダイレス引抜の熱的・機械的条件を整合させる。
c) 高速ダイレス引抜の安定化方法を考案する。
d) 耐遅れ破壊性改善のためのオースフォーム処理を実施容易とする。
e) 材料間の溶接をライン無停止で実施できるよう材料供給方式を改善する。
f) 熱延線材に不可避の偏径差不適合をライン内で解消する。
g) 稼働率向上のため製品断面の寸法基準を合理的に改善する。
h) 断面寸法制御に外れた部分を効率的に排除する。
i) 熱延線材に不可避の表面傷を効率的に処理する。
ことによってなされる、ことを特徴とする鋼線材の連続熱処理方法である。
材料として円断面の熱間圧延線材2が使用され、コイル架台1に静置された該線材2のコイルの一端がコイル軸方向に引き出され焼入焼戻しライン3に供給される。この繰り出し方式は一般にデッド・サプライと言われる。該ラインは順次下流に向けて、脱膜装置4、引抜ダイス5、キャプスタン6、1次加熱装置7、2次加熱装置8、冷却装置9、鋼線プロフィルメーター10、ピンチロール11、探傷器12、焼戻し装置13、焼戻し冷却装置14及び巻取機15から成る。
製品径を変更する場合、該速度比を連続的に変更して変更後の直径に適合する所定速度比に再設定する。このようにして一定の直径の材料からそれより細い種々の直径の鋼線を過渡期部分を除いて連続的に造り分けることができる。
第2の理由は、ダイレス引抜の高速化に際して、既述の安定化2条件を厳守するにはライン方向に拡張する加熱・冷却帯を極力短縮することが不可欠であり、必然的に実効加熱帯長を限定し得る2段加熱にならざるを得ないことである。
第2の理由は、前述した2次加熱と該冷却部における強力な冷却の相互作用により延伸帯を極力縮小、加工時間を短縮して加工組織の再結晶を抑制し、オースフォーム効果を逃がさないためである。
ばねの基本性能としてばね定数k(=荷重/歪み)が重視される。該定数はコイルばねでは(1)式で示されように線径の4乗に比例するので線径のみが厳しく規制され、許容幅は特殊規格では±0.5%となっている。該値は断面積では2倍の±1.0%に相当する。ばね定数は±2.0%以内に限定される。
k=d4G/8D3N −−−−−−−−−−−−−−−(1)
(d;線径、 G;横弾性係数、 D;コイル径、 N;巻数)
k’≒2GS2/(π2ND3)×(2.1α−1.1)/α2 −−−(2)
(α;断面アスペクト比(=幅/厚さ)、 S;断面積)
アスペクト比の±2.0%の変動に対するばね定数k’のそれの計算結果は真円に比較してそれぞれ+0.15%、−0.25%であり軽視できると解明された。
日本ばね工業会ばね技術研究会偏"ばね技術"p106
本発明は捻り性能の安定に有利である。なぜなら伸線された中間材は強い曲がり癖を持ち、それはライン式熱処理でも充分に解消されず、捻り性能のばらつきの一因になる。本発明では張力下で熱間伸直と熱処理がなされるので高度に伸直な鋼線が得られる。
Claims (4)
- 鋼線材を直線状に走行させ全長を同一条件で加熱、焼入、焼戻しするライン式連続熱処理方法において、それぞれ、1)該線材に張力を作用させ該線材の高温部において断面積を20%以上縮小させるダイレス引抜を行い、2)該張力を与える方法が、加熱の上流側と焼入の下流側にそれぞれ配置された二つの線材送給装置の速度差によってなされ、3)加熱する方法が、AC3点上50℃以上、150℃以下に1次加熱した後、冷却・焼入部位の上流側直近において高周波誘導加熱により該1次加熱温度より50℃以上、250℃以下の高温へ急速に2次加熱することからなり、4)焼入冷却速度と冷却時間をダイレス引抜と焼入に対してそれぞれ必要な大きさの大きい方以上とし、5)製品断面寸法を調整する方法が、縮小前後の断面積比を該両線材送給装置の速度比に反比例させることによってなされる、ことを特徴とする鋼線材の連続熱処理方法。
- 両線材送給装置の速度比を連続的に変更して新所定値に再設定することにより製品径を変更する方法によって、過渡期部分を除き一定の直径の線材から種々の直径の鋼線を無停止で造り分けることを特徴とする請求項1に記載の連続熱処理方法。
- 供給される鋼線材が熱間圧延線材であり、該線材コイルを静置した状態で一端を該コイルの軸方向に引き出してラインに供給し、上流側線材送給装置は1個の引抜ダイスとキャプスタンからなり、該線材送給装置により該線材をダイス引抜して真円又は楕円又は卵形のいずれかの形状に成形することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の連続熱処理方法。
- 焼入と焼戻し間で検知・算出された断面積が規格範囲を外れた場合、又は同区間で表面欠陥が検知された場合、それぞれ当該部分に対して焼戻し温度を所定値より50℃以上、100℃以下の高温に変更して過剰軟化させることを特徴とする請求項1又は請求項2又は請求項3に記載の連続熱処理方法。
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