JP2009006363A - 線材冷却装置及びそれを用いた線材製造装置、並びに線材冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間圧延後に巻き取られて形成されるリング状線材を、ステルモア冷却工程上において線材全体に対して均一に冷却熱処理を施すことができ、優れた靱性及び延性を有し、高減面の伸線加工性に優れた高炭素線材を製造することが可能な線材冷却装置及びそれを用いた線材製造装置を提供する。
【解決手段】連続したコイルリング状に形成されてなるリング状線材５０を搬送しつつ冷却する線材冷却装置１であり、少なくとも、リング状線材５０の各リング部５１が各々間隙を有するように支持して搬送する搬送部２と、リング状線材５０に対して冷却風を衝風する送風部３とが備えられてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高減面の伸線加工性に優れた高炭素線材の製造工程において、熱間圧延後に巻き取られて形成されるリング状線材を冷却するための冷却装置に関し、特に、ステルモア冷却工程上において、リング状線材を均一に冷却するための線材冷却装置及びそれを用いた線材製造装置、並びに線材冷却方法に関する。

従来、線材の製造工程においては、鋼材が熱間圧延等によって線状に圧延された後、レイングヘッドによって巻き取られることによって連続した非同心のリング状（即ち、ルーズコイル状）に形成され、このリング状線材が、レイングヘッドからコンベア上に連続的に搬出される。そして、図１１（ａ）に示すように、リング状線材１００は、各リング部１０１が重ねられた重畳状態とされ、コンベア２００上で搬送されつつ衝風や水冷等の手段で冷却されることにより、所定の金属組織が得られるという、所謂、ステルモア冷却と呼ばれる方法並びに装置が採用されている。このような、ステルモア冷却による冷却熱処理を施すことにより、線材の組織がオーステナイト組織から微細なパーライト組織に変態した線材を得ることができる。

上述のような、リング状線材に対してステルモア冷却を行なうことで冷却熱処理を施し、所定の金属組織を有する線材を製造する方法として、例えば、リング状の線材をコンベア上に載置して搬送しつつ冷却するに際し、冷却段階を複数に分け、一つの冷却段階を終了後、搬送方向を９０°変更して次の冷却段階に移る冷却方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

また、熱間圧延されたリング状線材を第１搬送速度により搬送する第１コンベアと、該第１コンベアの下流側に配置され前記リング状線材を第１搬送速度より遅い第２搬送速度により搬送する第２コンベアと、該第２コンベアの上部空間を覆う徐冷カバーと、該徐冷カバーの内面上部に設けられた加熱ヒータとを備えた冷却装置が提案されている（例えば、特許文献２）。

しかしながら、特許文献１に記載の方法や、特許文献２に記載の装置を用いて、リング状線材のステルモア冷却を行なった場合、コンベア上においてリング状線材の各リング部が重なり合って重畳状態となる。この際、図１１（ｂ）に示すような、リング状線材１００の各リング部１０１同士の重なり領域１０１ａが不可避的に生じ、この領域には冷却風や冷却水等が充分に供給されないため、冷却熱処理が不均一な状態となる。さらに、線材１００の一部が、例えば、チェーンコンベア等からなるコンベア２００上に常に接触するので、この接触領域１０１ｂにも、上記同様、冷却風や冷却水等が充分に供給されず、冷却熱処理が不均一となる。
上述のような、熱間圧延処理後の冷却工程において不均一な冷却熱処理が施された線材は、金属組織が均一なパーライト組織とならず、線材長手方向に沿って不均一な状態となるため、延性や靱性が部分的に不均一となり、加工性や強度に劣る線材となる虞がある。

また、さらに、特許文献１及び２では、リング状線材が効率良く冷却されないので、このリング状線材を搬送させつつ冷却する搬送距離が長大化し、装置が大型化してしまうという問題がある。

ここで、上述のようなステルモア冷却工程におけるリング状線材の重なりを防止するため、リング状線材を搬送するコンベヤと、リング状線材の両側に配置され、線材を案内する螺旋状の案内溝を有する竪ロールとからなる構成とされた線材冷却装置が提案されている（例えば、特許文献３）。
特許文献３に記載の冷却装置によれば、リング状線材の各リング部が、竪ロールに形成された案内溝にガイドされ、コンベア上において傾斜した状態となり、各々のリング部間に隙間ができるので、上述した図１１（ｂ）に示すような重なり領域（図１１（ｂ）の符号１０１ａ参照）が生じるのを防止できる。

しかしながら、特許文献３に記載の線材冷却装置を用いた場合でも、上述したような特許文献１及び２と同様、リング状線材がコンベア上に常に接触しながら搬送されるので、この際の接触領域には冷却風や冷却水等が充分に供給されず、冷却熱処理が不均一となり、金属組織が不均一になり易いという問題があった。
特開平１０−３１０８２５号公報 特開２００３−１３６１２２号公報 特開昭５６−２５９３２号公報

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、熱間圧延後に巻き取られて形成されるリング状線材を、ステルモア冷却工程上において線材全体に対して均一に冷却熱処理を施すことができ、優れた靱性及び延性を有し、高減面の伸線加工性に優れた高炭素線材を製造することが可能な線材冷却装置及びそれを用いた線材製造装置、並びに線材冷却方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、連続したコイル状に形成されたコイル状線材の冷却熱処理を行なう線材冷却装置において、コイル状線材を搬送させつつ冷却するための搬送部に関し、コイル状線材を吊持しながら搬送、冷却する構成とすることにより、線材に対して均一に冷却熱処理を施すことができ、均一な金属組織とすることが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。

［１］ 連続したコイルリング状に形成されてなるリング状線材を搬送しつつ冷却する線材冷却装置であって、少なくとも、前記リング状線材の各リング部が各々間隙を有するように支持して搬送する搬送部と、前記リング状線材に対して冷却風を衝風する送風部と、が備えられてなることを特徴とする線材冷却装置。
［２］ 前記搬送部は、少なくとも、前記リング状線材の個々のリング部の上部を吊持する複数の支持具が設けられ、該支持具を搬送することによって前記リング状線材を搬送させる吊持搬送機構が備えられてなることを特徴とする［１］に記載の線材冷却装置。
［３］ 前記吊持搬送機構には、前記支持具として、前記リング状線材の個々のリング部の上部を吊持するための複数のフック部材が備えられていることを特徴とする［２］に記載の線材冷却装置。
［４］ 前記搬送部は、さらに、前記吊持搬送機構に吊持された前記リング状線材を、該リング状線材の略下方及び／又は略側方から保持する補助搬送機構が備えられてなることを特徴とする［２］又は［３］に記載の線材冷却装置。
［５］ 前記吊持搬送機構には、前記リング状線材を保持するための複数の受け部が備えられていることを特徴とする［４］に記載の線材冷却装置。
［６］ 前記搬送部は、前記吊持搬送機構が複数備えられるとともに、該複数の吊持搬送機構よりも下方に、前記補助搬送機構が複数備えられてなることを特徴とする［４］又は［５］に記載の線材冷却装置。

［７］ さらに、前記リング状線材及び前記搬送部を覆うように冷却用空間を形成するカバー部が備えられるとともに、該カバー部に複数のスリットが形成されており、前記送風部は、前記カバー部に覆われた前記リング状線材に対し、前記スリットを介して冷却風を衝風することを特徴とする［１］〜［６］の何れかに記載の線材冷却装置。
［８］ さらに、前記送風部によって前記リング状線材に衝風された冷却風を、前記カバー部によって形成された冷却用空間から、前記スリットを介して外部に排気する排気部が備えられていることを特徴とする［７］に記載の線材冷却装置。
［９］ 前記カバー部の内面が、前記リング状線材の搬送方向と同軸方向の円筒状に形成されており、前記冷却用空間が円筒状の空間とされていることを特徴とする［７］又は［８］に記載の線材冷却装置。

［１０］ 熱間圧延後に巻き取られ、連続したコイルリング状に形成されてなるリング状線材を、８００℃以上９００℃以下の範囲の温度で前記冷却用空間に搬入して取り込み、前記リング状線材を、前記搬送部によって前記冷却用空間を搬送させつつ、前記送風部からの衝風で５００℃以上８００℃未満の範囲の温度に冷却し、前記冷却用空間から外部に搬出する構成とされていることを特徴とする［７］〜［９］の何れかに記載の線材冷却装置。
［１１］ 第１の線材冷却装置として上記［１］〜［１０］の何れかに記載の線材冷却装置が備えられ、さらに、前記第１の線材冷却装置から搬出されるリング状線材を重畳状態として、前記第１の線材冷却装置における冷却温度よりも低い温度に冷却する第２の線材冷却装置が備えられてなることを特徴とする線材製造装置。
［１２］ 上記［１］〜［１０］の何れかに記載の線材冷却装置を用い、連続したコイルリング状に形成されてなるリング状線材を搬送しつつ冷却する線材冷却方法であって、熱間圧延後に巻き取られ、連続したコイルリング状に形成されてなるリング状線材を、
８００℃以上９００℃以下の範囲の温度で冷却用空間に搬入して取り込み、前記リング状線材の各リング部が各々間隙を有するように前記冷却用空間内を搬送させつつ、冷却風を衝風することによって５００℃以上８００℃未満の範囲の温度に冷却し、前記冷却用空間から外部に搬出することを特徴とする線材冷却方法。

本発明の線材冷却装置によれば、連続したコイルリング状に形成されてなるリング状線材を搬送しつつ冷却する線材冷却装置であって、少なくとも、リング状線材の各リング部が各々間隙を有するように支持して搬送する搬送部と、リング状線材に対して冷却風を衝風する送風部とが備えられた構成なので、リング状線材の各リング部が重なり合うことなく所定の間隙を有した状態で搬送することができ、また、リング状線材がコンベア等に広い領域で接触することが無い。
これにより、熱間圧延後に巻き取られて形成されるリング状線材を、ステルモア冷却工程上において線材全体に対して均一に効率良く冷却熱処理を施すことができ、線材の金属組織を、オーステナイト組織から微細なパーライト組織に均一に変態させることが可能となる。また、上記構成により、線材全体を効率良く冷却できるので、リング状線材を搬送させつつ冷却する搬送距離を短縮することができ、装置全体の小型化が可能となる。
従って、靱性及び延性に優れ、高減面の伸線加工性に優れた高炭素線材を、安価な構成で得ることが可能となる。

以下、本発明に係る線材冷却装置及びそれを用いた線材製造装置、並びに線材冷却方法の実施の形態の一例について、図１〜１０を適宜参照しながら詳細に説明する。
なお、この実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。

本発明に係る線材冷却装置は、高減面の伸線加工性に優れる高炭素線材を製造するための製造工程において、熱間圧延によって線状に圧延された鋼材がレイングヘッドで巻き取られることにより、連続した非同心のリング状に形成されたリング状線材をステルモア冷却熱処理する際に用いられるものである。即ち、レイングヘッドから連続的に供給されるルーズコイル状のリング状線材を、搬送部で吊持して後述の冷却用空間内を搬送させつつ冷却することにより、線材全体を高効率で均一に冷却することができるので、リング状線材の金属組織を、オーステナイト組織から、均一で微細なパーライト組織に変態させることを可能にするものである。

［線材製造装置］
図１に、本実施形態の線材冷却装置１が備えられる線材製造装置の概要を示す。
図１に示す例の線材製造装置６は、鋼材を加熱する加熱炉６１と、該加熱炉６１で加熱された鋼材に対して各種圧延処理を施し、最終的に仕上圧延処理を施して線材５とする圧延機６２と、最終圧延処理された線材５を所定の温度に冷却する冷却器６３と、冷却後の線材５を巻き取り、連続したリング状に形成してリング状線材５０とするレイングヘッド（巻取装置）６４とが備えられている。そして、レイングヘッド６４から連続的に供給されるリング状線材５０が、以下に詳細を詳述する線材冷却装置１に搬入されることにより、均一な冷却熱処理が施されるというものである。

［線材冷却装置］
本実施形態の線材冷却装置は、連続したコイルリング状に形成されてなるリング状線材５０を搬送しつつ冷却する線材冷却装置１であって、少なくとも、リング状線材５０の各リング部５１が各々間隙を有するように支持して搬送する搬送部２と、リング状線材５０に対して冷却風を衝風する送風部３とが備えられ、概略構成されている。

また、図２に示す例の線材冷却装置１は、搬送部２が、リング状線材５０を吊持して搬送する吊持チェーン（吊持搬送機構）２０と、吊持チェーン２０に吊持されたリング状線材５０を保持する保持チェーン（補助搬送機構）２５とから構成されている。また、図示例の線材冷却装置１は、さらに、リング状線材５０及び搬送部２を覆うように冷却用空間８を形成するカバー部７が備えられている。

本実施形態の線材冷却装置１によってステルモア冷却熱処理が施されるリング状線材５０は、上述したように、高炭素鋼材が熱間圧延等によって線状に圧延された後、内部の詳細な図示を省略するレイングヘッド６４によって巻き取られ、連続した非同心のリング状、即ち、ルーズコイル状に形成された線材である。このような、ステルモア冷却熱処理が施される直前のリング状線材５０は、金属組織がオーステナイト組織とされている。

搬送部２は、図２及び図３に示すように、少なくとも、リング状線材５０を吊持して搬送する吊持チェーン２０を備えてなり、図示例では、さらに、吊持チェーン２０に吊持されたリング状線材５０を、該リング状線材５０の略下方及び略側方から保持する保持チェーン２５が備えられた構成とされている。

吊持チェーン２０は、図３に示すように、回転軸２１、２２間に張設されたチェーン２３上に、複数のフック部材（支持具）２４が略均等のピッチで設けられてなる。
回転軸２１、２２は、例えば、スプロケット等、張設されるチェーン２３を同期駆動できる部材からなり、モーター等からなる図示略の駆動手段によって何れか一方が回転することにより、フック部材２４が取り付けられたチェーン２３を、リング状線材５０の搬送方向（図３のＲ１方向）へ向けて回動させる。この際の回動（搬送）速度は、駆動手段の回転数等によって適宜制御することができる。
チェーン２３としては、従来公知の金属製チェーンを用いることができ、上述の回転軸２１、２２に用いられるスプロケットと同期するピッチのものを用いれば良い。
フック部材２４は、上述したように、チェーン２３上に略均等ピッチで取り付けられ、フック２４ａが備えられているとともに、フック２４ａと反対側がチェーン２３への取付部２４ｂとされており、ねじ止め等の手段によってチェーン２３に取り付けられる。

上述のように構成される吊持チェーン２０は、レイングヘッド６４（図２参照）から供給されるリング状線材５０の各々のリング部５１が、複数のフック部材２４のフック部２４ａに引っ掛けられるように各々吊持され、搬送される。
なお、吊持チェーン２０は、吊持搬送されるリング状線材５０が重量の大きなものなので、各構成の強度等を考慮しながら、材質や固定方法等の選定を行うことが好ましい。

保持チェーン２５は、上記吊持チェーン２０と同様、スプロケット等からなる回転軸２６、２７間にチェーン２８が張設されてなり、チェーン２８上には、複数の受け部２９が略均等ピッチで取り付けられている。また、回転軸２６、２７の何れか一方が図示略の駆動手段によって回転することにより、受け部２９が取り付けられたチェーン２８を、リング状線材５０の搬送方向（図３のＲ２方向）へ向けて回動させる。
保持チェーン２５は、上記吊持チェーン２０に吊持されたリング状線材５０を、該リング状線材５０の略下方及び／又は略側方から受け部２９によって保持しながら搬送するものである。

なお、搬送部２は、図４の破断図に示す例のように、上記吊持チェーン２０及び保持チェーン２５が複数備えられるとともに、複数の吊持チェーン２０よりも下方に、保持チェーン２５が複数備えられてなる構成とすることが好ましい。図示例では、吊持チェーン２０が、中心Ｗよりも上方において３箇所に備えられ、同様に、保持チェーン２５が、上記中心Ｗよりも下方において３箇所に備えられ、これら吊持チェーン２０及び保持チェーン２５によって、ルーズコイル状のリング状線材５０を、その搬送方向に平行に取り囲むように配されている。

また、吊持チェーン２０のチェーン２３上におけるフック部材２４間のピッチＰ１、並びに保持チェーン２５のチェーン２８上における受け部２９間のピッチＰ２は、搬送するリング状線材５０の線材径に応じ、各リング部５１間に一定の間隙を有した状態となるように適宜設定することができる。例えば、線材径が５．５〜１５ｍｍ程度の範囲である場合は、上記ピッチＰ１，Ｐ２を２０ｍｍ程度とすれば、リング状線材５０の各リング部５１が接触するようなことが無いので好ましい。

上記構成とされた本実施形態の搬送部２は、レイングヘッド６４から供給されるリング状線材５０を、吊持チェーン２０のフック部材２４にリング部５１の上部を引っ掛けるように吊持した状態で、チェーン２３を図３に示すＲ１方向に回動させ、Ｆ方向に搬送する。また、同時に、リング状線材５０の下部を、保持チェーン２５の受け部２９で保持した状態で、チェーン２８を図３に示すＲ２方向に回動させることにより、リング状線材５０を、各リング部５１が所定の間隔を有した状態で、安定した姿勢でＦ方向に搬送する。

送風部３は、リング状線材５０に対して冷却風を衝風し、冷却熱処理するためのものであり、ブロア３１によって発生させた冷却風を衝風することにより、上記搬送部２によって搬送されるリング状線材５０を搬送させつつ冷却する。
本実施形態の送風部３は、冷却風がブロア３１から接続菅３２を通じて衝風部３３に送られ、該衝風部３３からリング状線材５０に向けて衝風するように構成されている。また、本例では、図４の破断図に示すように、衝風部３３から噴出される冷却風が、詳細を後述するカバー部７のスリット７１を介して、リング状線材５０に衝風されるように構成されている。

ブロア３１は、モーターによってファンを駆動する、従来公知のものを何ら制限なく用いることができる。また、ブロア３１による風量を調整するとともに、上記搬送部２によるリング状線材５０の搬送速度を調整することにより、リング状線材５０の冷却温度並びに冷却速度を適宜設定することができる。これにより、リング状線材５０の金属組織を所望の組織に変態させることが可能となり、本実施形態では、８００℃以上９００℃以下の温度でオーステナイト組織とされたリング状線材５０を５００℃以上８００℃未満の温度に冷却熱処理することにより、パーライト組織に変態させることができる。
接続菅３２としては、樹脂又は金属等からなり、送風装置等において用いられる従来公知のパイプ等を何ら制限なく用いることができる。

衝風器３３は、冷却風をリング状線材５０に衝風する吹き出し部である。
本実施形態の衝風器３３は、詳細を後述するカバー部７に取り付けられ、上述したように、該カバー部７に設けられたスリット７１を介して冷却風をリング状線材５０に衝風する。

カバー部７は、図２及び図４に示すように、リング状線材５０及び搬送部２を覆うように設けられ、これらリング状線材５０及び搬送部２が収容される内部空間が、冷却用空間８として形成される。図示例では、内面７ｂが半円筒状とされたカバー部７が上下方向に組み合わされることにより、組み合わされた各内面７ｂがリング状線材５０の搬送方向と同軸方向の円筒状に形成され、これにより、冷却用空間８が円筒状の空間とされている。

カバー部７には、該カバー部７の外部と冷却用空間８との間を貫通する、複数のスリット７１が設けられており、図４の破断図に示す例では、スリット７１が、リング状線材５０の搬送方向と平行に、上下の各４箇所で合計８箇所の位置に設けられている。また、図示例では、複数のスリット７１の各々が、上記搬送部２を構成する吊持チェーン部２０、又は保持チェーン２５の何れかの間に配されている。また、上述したように、カバー部７の外面７ａに、送風部３を構成する衝風器３３が取り付けられており、カバー部７に覆われたリング状線材５０に対し、スリット７１を介して冷却風を衝風する構成とされている。

カバー部７の材質等の仕様としては、従来公知のものと同様とすることができる。
また、冷却用空間８におけるリング状線材５０搬送方向の空間有効長Ｌは、カバー部７の長さ方向寸法によって決定されるが、この空間有効長Ｌは、リング状線材５０の冷却温度や冷却速度を勘案しながら決定する必要がある。例えば、８５０℃の温度でリング状線材５０を冷却用空間８に搬入し、６５０℃の温度に冷却して搬出する場合には、上記空間有効長Ｌを７ｍ（７０００ｍｍ）程度とすることができる。

本実施形態の線材冷却装置１では、カバー部７によって形成される冷却用空間８内において、リング状線材５０が、搬送部２によって搬送されつつ、送風部３によって冷却風がスリット７１を介して衝風されることで冷却熱処理が行なわれる。これにより、リング状線材５０に対して高効率で均一な冷却熱処理を施すことができ、冷却後のリング状線材５０の金属組織を均一なパーライト組織とすることが可能となる。

本実施形態の線材冷却装置では、図２に示すように、さらに、送風部３によってリング状線材５０に衝風された冷却風を、カバー部に覆われた冷却用空間８から、スリット７１を介してカバー部７外部に排気する排気部４が備えられた構成としても良い。図示例の排気部４は、吸引ポンプ４１と、一端側が吸引ポンプ４１に連通して取り付けられる吸引管４２と、該吸引管４２の他端側が連通して設けられカバー部７の外面７ａに取り付けられる吸引器４３とから構成される。

本実施形態では、上述のような排気部４を備えた構成とすることにより、例えば、リング状線材５０の熱によって加熱された冷却風を、冷却用空間８から外部に排出することができる。これにより、線材冷却装置を用いてリング状線材５０の冷却熱処理を行なう際の冷却効率が向上するので、処理時間を短くすることができ、製造効率が向上する。また、送風部３のブロア３１の送風能力を低く設定した場合であっても、効率良くリング状線材５０を冷却することができるので、製造コスト及び装置コストの低減が可能となる。
また、リング状線材５０への衝風により、該リング状線材５０の表面において金属酸化物等からなるスケールが発生した場合であっても、リング状線材５０表面に付着するか、又は冷却用空間８内を浮遊するスケールを効率良く集塵することができる。これにより、リング状線材５０をより均一の冷却することが可能となり、線材の製造品質が向上する。

（リング状線材冷却前及び冷却後の温度）
本実施形態の線材製造装置１では、高炭素鋼材が熱間圧延等によって線状に圧延された後、レイングヘッド６４によって巻き取られ、連続したコイルリング状に形成されてなるリング状線材５０を、８００℃以上９００℃以下の範囲の温度で冷却用空間８に搬入して取り込み、リング状線材５０を、搬送部２によって冷却用空間８を搬送させつつ、送風部３からの衝風で５００℃以上８００℃未満の範囲の温度に冷却し、冷却用空間８から外部に搬出する構成とされていることが好ましい。

線材製造装置を上記構成とし、さらに、ステルモア冷却熱処理前、及び、冷却後のリング状線材５０の温度を上記範囲に規定することにより、リング状線材５０の金属組織を、オーステナイト組織から、均一で微細なパーライト組織へと変態させることができる。
リング状線材５０を冷却用空間８に搬入する際の温度、つまり、冷却処理前の温度が８００℃未満だと、冷却熱処理の前に変態が開始してしまい、所望の金属組織とならない。
また、リング状線材５０を冷却用空間８に搬入する際の温度が９００℃を超えると、未変態のまま冷却熱処理が終了してしまい、所望の金属組織とならない。
また、リング状線材５０を冷却用空間８に搬入する際の温度は、概ね８５０℃程度とすることが最も好ましい。

また、リング状線材５０を冷却用空間８から外部に搬出する際の温度が５００℃未満だと、冷却速度が大きくなり過ぎ、所望の金属組織とならない。
また、リング状線材５０を冷却用空間８から外部に搬出する際の温度、つまり、冷却熱処理後の温度が８００℃以上だと、未変態のまま冷却熱処理が終了してしまい、所望の金属組織とならない。
また、リング状線材５０を冷却用空間８から外部に搬出する際の温度は、概ね６５０℃程度とすることが最も好ましい。

（線材冷却方法）
上記構成とされた本実施形態の線材冷却装置１を用いて、リング状線材５０のステルモア冷却熱処理を行なう線材冷却方法としては、例えば、熱間圧延後に巻き取られ、連続したコイルリング状に形成されてなるリング状線材５０を、８００℃以上９００℃以下の範囲の温度で冷却用空間８に搬入して取り込み、リング状線材５０の各リング部５１が各々間隙を有するように冷却用空間８内を搬送させつつ、冷却風を衝風することによって５００℃以上８００℃未満の範囲の温度に冷却し、冷却用空間８から外部に搬出する方法とすることができる。
以下、図１に示す線材製造装置６を用いた場合を例に詳述する。

まず、加熱炉６１において鋼材を加熱した後、圧延機６２において加熱された鋼材に各種圧延処理を施し、最終的に仕上圧延処理を施して線材５とする。次いで、線材５を冷却器６３で所定温度に冷却した後、線材５をレイングヘッド６４に導入することにより、連続したリング状に形成されてなるリング状線材５０が得られる。

次いで、リング状線材５０を上記所定温度とした状態で、図２〜４に示す本実施形態の線材冷却装置１に搬入する。この際、搬送部２の吊持チェーン２０に備えられる複数のフック部材２４に、リング状線材５０の各リング部５１が順次吊持されるとともに、リング状線材５０の下部が、保持チェーン２５に備えられる複数の受け部２９によって順次保持される。そして、このような状態で、吊持チェーン２０がＲ１方向に回動するとともに、保持チェーン２５がＲ２方向に回動することにより、カバー部７によって形成される冷却用空間８に、入口７１側からリング状線材５０が順次搬入され、冷却熱処理が施される。そして、Ｆ方向に順次搬送されつつ冷却熱処理が施されたリング状線材５０は、上記吊持チェーン２０及び保持チェーン２５の回動に伴い、出口７２から冷却用空間８の外部へ順次搬出された後、出口コンベア９によって次工程へと搬送される。

本実施形態の線材冷却装置１は、吊持チェーン２０と保持チェーン２５とからなる搬送部２を備えた構成なので、上述のようなステルモア冷却熱処理を施す際、リング状線材５０の各リング部５１が重なり合うことなく所定の間隙を有した状態で搬送され、また、リング状線材５０がコンベア等に広い領域で接触することが無い。この際、リング状線材５０の上部は、フック部材２４のフック部２４aとの間で概ね点接触あるいは線接触とされ、また、リング状線材５０の下部も、受け部２９との間で概ね点接触あるいは線接触とされるので、リング状線材５０が装置部材と接触することで熱影響を受けるのを抑制することができる。これにより、例えば、リング状線材５０が部分的に冷却速度の遅い状態となることが抑制されるので、均一なステルモア冷却熱処理を施すことができる。従って、リング状線材５０の金属組織を、オーステナイト組織から微細なパーライト組織に、均一に変態させることが可能となる。

（第１及び第２の線材冷却装置を備えた線材製造装置）
本実施形態の線材冷却装置１は、図６に示す例のように、線材冷却装置（第１の線材冷却装置）１が備えられ、さらに、この線材冷却装置１から搬出されるリング状線材５０を重畳状態として、線材冷却装置における冷却温度、つまり５００℃よりも低い温度、例えば１００〜４００℃に冷却する重畳冷却装置（第２の線材冷却装置）６５が備えられた線材製造装置６０を構成することができる。重畳冷却装置６５は、コンベア６５ａ上においてリング状線材５０を重畳状態で搬送しつつ、送風部６５ｂによってリング状線材５０に冷却風を衝風する。
線材製造装置を、上述のような本実施形態の線材冷却装置１と重畳冷却装置６５とが備えられた構成とすることにより、線材が変態終了するまでは線材冷却装置１によって均一な冷却熱処理を行ない、変態終了後は、設備コストが安価な重畳冷却装置６５によって冷却熱処理を行なうことができるので、均質な線材を低コストで得ることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態の線材冷却装置１によれば、連続したコイルリング状に形成されてなるリング状線材５０を搬送しつつ冷却する装置であって、少なくとも、リング状線材５０の各リング部５１が各々間隙を有するように支持して搬送する搬送部２と、リング状線材５０に対して冷却風を衝風する送風部３とが備えられた構成なので、リング状線材５０の各リング部５１が重なり合うことなく所定の間隙を有した状態で搬送することができ、また、リング状線材５０がコンベア等に広い領域で接触することが無い。これにより、熱間圧延後に巻き取られて形成されるリング状線材５０を、ステルモア冷却工程上においてリング状線材５０全体に対して均一に効率良く冷却熱処理を施すことができ、リング状線材５０の金属組織を、オーステナイト組織から微細なパーライト組織に均一に変態させることが可能となる。また、上記構成により、リング状線材５０全体を効率良く冷却できるので、リング状線材５０を搬送させつつ冷却する搬送距離を短縮することができ、装置全体の小型化が可能となる。従って、靱性及び延性に優れ、高減面の伸線加工性に優れた高炭素線材を、安価な構成で得ることが可能となる。

本発明に係る線材冷却装置は、上述したように、リング状線材５０の上部が、フック部材２４のフック部２４aとの間で概ね点接触あるいは線接触とされ、また、リング状線材５０の下部も、受け部２９との間で概ね点接触あるいは線接触とされるので、リング状線材５０が装置部材と接触することによって熱影響を受けるのを抑制できるというものである。これにより、リング状線材５０に対して均一なステルモア冷却熱処理を施すことができるので、微細なパーライト組織からなる均一な金属組織とすることが可能になるというものである。

以下、本発明に係る線材冷却装置の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

［線材製造装置］
本例では、図２及び図３に示すような本発明に係る線材冷却装置が備えられた製造装置を用いて線材を製造した。また、比較例として、図１１（ａ）に示すような従来の線材冷却装置が備えられた製造装置を用いて線材を製造した。ここで、線材冷却装置に搬入されるリング状線材を形成する装置としては、図２に示すような、鋼材を加熱する加熱炉６１と、該加熱炉６１で加熱された鋼材に対して各種圧延処理を施し、最終的に仕上圧延処理を施して線材５とする圧延機６２と、最終圧延処理された線材５を所定の温度に冷却する冷却器６３と、冷却後の線材５を巻き取り、連続したリング状に形成してリング状線材５０とするレイングヘッド６４とが備えられたものを使用し、下記に示す実施例及び比較例とも同様とした。

下記本発明例においては、線材冷却装置として、図２及び図３に示すような、リング状線材１０を吊持して搬送する吊持チェーン２０と、吊持チェーン２０に吊持されたリング状線材５０を、該リング状線材５０の略下方及び略側方から保持する保持チェーン２５とを具備し、リング状線材５０の各リング部５１が各々間隙を有するように支持して搬送する搬送部２と、リング状線材５０に対して冷却風を衝風する送風部３とが備えられたものを使用した。また、リング状線材５０及び搬送部２を覆うようにして、内部に冷却用空間８を形成するカバー部７が備えられており、このカバー部７に複数のスリット７１が設けられている構成とした。
ここで、吊持チェーン２０のチェーン２３上に設けられるフック部材２４間のピッチＰ１、並びに保持チェーン２５のチェーン２８上に設けられる受け部２９間のピッチＰ２は、ともに２０ｍｍとした。また、カバー部７によって形成される冷却用空間８の空間有効長Ｌは７ｍとした。

また、下記比較例においては、線材冷却装置として、図１１（ａ）に示すような、レイングヘッドから供給されるリング状線材を、コンベア２００上において重畳状態で搬送させつつ、コンベア２００の下方に備えられた送風部３００からリング状線材へ向けて冷却風を衝風する、従来の構成のものを使用した。
この際、コンベア２００の有効長を３０ｍとし、このコンベア有効長全体において、リング状線材へ向けて送風部３００から冷却風が衝風される構成とした。

［高炭素線材］
本例で製造される高炭素線材としては、下記表１に示すような成分組成を有する供試材を用い、下記表１に示すような各条件で、上述のような加熱炉６１、圧延機６２、冷却器６３及びレイングヘッド６４が備えられた装置を用いてリング状線材を形成した。この際、線材の径は平均５．５ｍｍ（５．０〜１５．０ｍｍ）とし、リング状線材の各リング部の径は、線材中心間距離で平均１１００ｍｍ（１０００〜１２００ｍｍ）とした。

［ステルモア冷却熱処理］
本発明例においては、図２及び図３に示すような本発明に係る線材冷却装置１を用い、下記表１に示すような条件でリング状線材にステルモア冷却熱処理を施した。この際、線材５がレイングヘッド６４で巻き取られてリング状線材５０とされ、線材冷却装置１（冷却用空間８）に搬入される際の温度を８５０℃とし、線材冷却装置１から搬出される際のリング状線材５０の温度を６５０℃とした。また、冷却用空間８において、搬送部２によって搬送されるリング状線材５０の搬送速度を平均２５ｍ／分（２０〜３５ｍ／分）とし、冷却速度を平均１０℃／秒（５〜１５℃／秒）とした。そして、６５０℃まで冷却したリング状線材５０を、さらに常温まで冷却した後、下記にしめす各種評価試験を行った。

また、比較例においては、図１１（ａ）に示すような従来の線材冷却装置を用い、上記実施例と同様、レイングヘッド６４で巻き取られたリング状線材を線材冷却装置１００に搬入する温度、つまりコンベア２００上に重畳状態とする際の温度を８５０℃とし、コンベア２００上から搬出される際のリング状線材の温度を３００℃とした。また、コンベア２００によって搬送されるリング状線材の搬送速度を平均２５ｍ／分（２０〜３５ｍ／分）とし、冷却速度を平均１０℃／秒（５〜１５℃／秒）とした。そして、平均３００℃（１００〜４００℃）まで冷却したリング状線材を、さらに常温まで冷却した後、下記にしめす各種評価試験を行った。

［評価方法］
上記手順で得られた本発明例及び比較例の線材について、以下に説明するような評価試験を行った。
また、以下に説明する各試験においては、図５に示すリング状線材５０を、リング部５１の所定位置で切断して評価用試料とし、該リング部５１円周上において、０°（符号５３）、６０°（符号５４）、１２０°（符号５５）、１８０°（符号５６）、２４０°（符号５７）、３００°（符号５８）の位置の特性評価を行い、リング部５１上の各部分における線材特性を評価した。

（引張強さ）
引張強さＴＳ（ＭＰａ）については、上記評価用試料から２００ｍｍの長さのゲージを作製し、これに対して１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引張試験を行い、ｎ＝３の平均値を求めることにより測定した。

（硬度）
硬度（ビッカース硬度：Ｈｖ）については、ＪＩＳ Ｚ２２４４で規定される試験方法に準じて測定した。この際、測定位置は、線材の長さ方向と平行な断面（Ｌ断面）の中心部、及び、１／４Ｄ部とした。

（金属組織の評価）
金属組織については、ステルモア冷却熱処理後のリング状線材が、均一に微細なパーライト組織となっているかどうかを評価するため、以下の方法で組織状態を確認した。このような金属組織の評価は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いたる組織観察により、線材の長さ方向と平行な断面（Ｌ断面）におけるパーライト組織率を求めることで行なった。
まず、ステルモア冷却熱処理後、上記方法で所定位置にて分断された評価用試料を樹脂に埋め込んで研磨し、ピクリン酸を用いた科学腐食を施した。次いで、線材の中心から半径の±５％の部位にて切断及び研磨することでＬ断面を出現させた。そして、表層部分において、ＳＥＭ組織観察により、表層から深さ１００μｍ×幅１００μｍの領域の組織写真を、２０００倍の倍率で５視野ずつ撮影し、画像解析によりその面積率の平均値を測定した。

表１に、上記本発明例及び比較例の成分組成及び線材製造条件の一覧を示し、表２に評価結果の一覧を示す。
また、図７に、上記本発明例で得られたリング状線材の硬度分布グラフを示し、図９に、上記比較例のリング状線材の硬度分布グラフを示す。また、図８に、上記本発明例で得られたリング状線材の引張強度分布グラフを示し、図１０に、上記比較例のリング状線材の引張強度分布グラフを示す。

［評価試験結果］
表１及び表２に示すように、本発明の線材冷却装置が用いられ、本発明で規定する各条件でステルモア冷却熱処理が施されたリング状線材は、リング部の何れの位置においても、引張強度が１１３０ＭＰａ以上であり、また、硬度分布が２０（Ｈｖ）以内であった。また、図７の分布グラフに示すように、リング状線材のリング部円周上における引張強度は均一な分布となっており、また、図８のグラフに示すように、リング状線材のリング部円周上における硬度についても均一な分布となっている。

これに対し、従来の線材冷却装置を用いてステルモア冷却熱処理が行なわれた上記比較例のリング状線材では、図９の分布グラフに示すように、リング状線材のリング部円周上における３００°の位置（図５の符号５８参照）の引張強度が１０００ＭＰａと、他の箇所に比べて著しく低くなっており、引張強度分布が不均一なっている。また、図１０のグラフに示すように、リング状線材のリング部円周上における硬度分布も４０〜５０（Ｈｖ）とばらつきがあり、不均一となっている。

以上説明したような実施例の結果より、本発明の線材冷却装置を用いてリング状線材にステルモア冷却熱処理を施すことにより、リング部の何れの位置においても均一に冷却されるので、その機械的特性並びに金属組織が均一なものとなる。従って、優れた靱性及び延性を有し、高減面の伸線加工性に優れた高炭素線材を製造することが可能となることが明らかである。

本発明に係る線材冷却装置の一例を説明するための模式図であり、線材冷却装置が備えられる線材製造装置の構成を示す概略図である。 本発明に係る線材冷却装置の一例を説明するための模式図であり、線材冷却装置の全体構成を示す概略図である。 本発明に係る線材冷却装置の一例を説明するための模式図であり、搬送部の構成を示す概略図である。 本発明に係る線材冷却装置の一例を説明するための模式図であり、冷却用空間の内部を示す破断図である。 本発明に係る線材冷却装置の一例を説明するための模式図であり、リング状線材のリング部形状を示す概略図である。 本発明に係る線材冷却装置の他例を説明するための模式図である。 本発明に係る線材冷却装置の実施例を説明するための模式図であり、リング状線材の引張強度分布を示すグラフである。 本発明に係る線材冷却装置の実施例を説明するための模式図であり、リング状線材の硬度分布を示すグラフである。 本発明に係る線材冷却装置の比較例を説明するための模式図であり、リング状線材の引張強度分布を示すグラフである。 本発明に係る線材冷却装置の比較例を説明するための模式図であり、リング状線材の硬度分布を示すグラフである。 従来の線材冷却装置を示す概略図である。

符号の説明

１…線材冷却装置（第１の線材冷却装置）、２…搬送部、２０…吊持チェーン（吊持搬送機構）、２３…チェーン、２４…フック部材（支持具）、２５…保持チェーン（保持搬送機構）、２８チェーン、２９…受け部、３…送風部、４…排気部、５０…リング状線材、５１…リング部、６、６０…線材製造装置、６５…重畳冷却装置（第２の冷却装置）、７…カバー部、７１…スリット、８…冷却用空間

Claims (12)

1. 連続したコイルリング状に形成されてなるリング状線材を搬送しつつ冷却する線材冷却装置であって、
   少なくとも、前記リング状線材の各リング部が各々間隙を有するように支持して搬送する搬送部と、
   前記リング状線材に対して冷却風を衝風する送風部と、が備えられてなることを特徴とする線材冷却装置。
2. 前記搬送部は、少なくとも、前記リング状線材の個々のリング部の上部を吊持する複数の支持具が設けられ、該支持具を搬送することによって前記リング状線材を搬送させる吊持搬送機構が備えられてなることを特徴とする請求項１に記載の線材冷却装置。
3. 前記吊持搬送機構には、前記支持具として、前記リング状線材の個々のリング部の上部を吊持するための複数のフック部材が備えられていることを特徴とする請求項２に記載の線材冷却装置。
4. 前記搬送部は、さらに、前記吊持搬送機構に吊持された前記リング状線材を、該リング状線材の略下方及び／又は略側方から保持する補助搬送機構が備えられてなることを特徴とする請求項２又は３に記載の線材冷却装置。
5. 前記吊持搬送機構には、前記リング状線材を保持するための複数の受け部が備えられていることを特徴とする請求項４に記載の線材冷却装置。
6. 前記搬送部は、前記吊持搬送機構が複数備えられるとともに、該複数の吊持搬送機構よりも下方に、前記補助搬送機構が複数備えられてなることを特徴とする請求項４又は５に記載の線材冷却装置。
7. さらに、前記リング状線材及び前記搬送部を覆うように冷却用空間を形成するカバー部が備えられるとともに、該カバー部に複数のスリットが形成されており、
   前記送風部は、前記カバー部に覆われた前記リング状線材に対し、前記スリットを介して冷却風を衝風することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の線材冷却装置。
8. さらに、前記送風部によって前記リング状線材に衝風された冷却風を、前記カバー部によって形成された冷却用空間から、前記スリットを介して外部に排気する排気部が備えられていることを特徴とする請求項７に記載の線材冷却装置。
9. 前記カバー部の内面が、前記リング状線材の搬送方向と同軸方向の円筒状に形成されており、前記冷却用空間が円筒状の空間とされていることを特徴とする請求項７又は８に記載の線材冷却装置。
10. 熱間圧延後に巻き取られ、連続したコイルリング状に形成されてなるリング状線材を、８００℃以上９００℃以下の範囲の温度で前記冷却用空間に搬入して取り込み、
    前記リング状線材を、前記搬送部によって前記冷却用空間を搬送させつつ、前記送風部からの衝風で５００℃以上８００℃未満の範囲の温度に冷却し、前記冷却用空間から外部に搬出する構成とされていることを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載の線材冷却装置。
11. 第１の線材冷却装置として請求項１〜１０の何れか１項に記載の線材冷却装置が備えられ、さらに、前記第１の線材冷却装置から搬出されるリング状線材を重畳状態として、前記第１の線材冷却装置における冷却温度よりも低い温度に冷却する第２の線材冷却装置が備えられてなることを特徴とする線材製造装置。
12. 請求項１〜１０の何れか１項に記載の線材冷却装置を用い、連続したコイルリング状に形成されてなるリング状線材を搬送しつつ冷却する線材冷却方法であって、
    熱間圧延後に巻き取られ、連続したコイルリング状に形成されてなるリング状線材を、８００℃以上９００℃以下の範囲の温度で冷却用空間に搬入して取り込み、前記リング状線材の各リング部が各々間隙を有するように前記冷却用空間内を搬送させつつ、冷却風を衝風することによって５００℃以上８００℃未満の範囲の温度に冷却し、前記冷却用空間から外部に搬出することを特徴とする線材冷却方法。

Images