JP2771330B2 - 金属製品を熱処理する方法 - Google Patents

金属製品を熱処理する方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属製品、特に、例えば玉軸受軌道輪、円
形薄板材、刃物等の、加熱されると容易に反り返る比較
的薄い鋼部品の、ローラ式炉内での熱処理に関するもの
である。
金属製品を熱処理するための公知の装置(ドイツ特許
公報第31 50 576号)では、ローラコンベヤ上に焼なま
し架枠が配置されており、架枠自体は個々の区画内に金
属部品を装着している。金属製品を装着した焼なまし架
枠が炉内を通過する。しかし、cm範囲の長さ寸法とmm範
囲の僅かな厚さとを有する金属部品が熱処理後に残留反
り返りを有しないことを達成することは殆ど不可能であ
る。
更に、金属部品の熱処理に関連して従来一般に使用さ
れている炉は、保護ガス雰囲気を有し、又、例えば熱処
理操作の間に金属部品の炭素含量が変化し又は金属部品
が酸化するのを防止するために、一部で電気的に加熱さ
れている。しかし、大部分の金属部品では炭化も脱炭も
酸化も望ましくない。
本発明は、金属部品が反り返らず、些細な縁部炭化現
象又は縁部脱炭現象と僅かな縁部酸化現象又は縁部スケ
ール形成現象が現れるだけとなるような、金属部品の熱
処理を可能とする問題を扱う。
これは、金属製品が複数の予熱帯域(I,II)において
遊離雰囲気で段階的に800〜850℃まで加熱され、次に金
属製品が高温帯域(III)において、遊離酸素を含まな
い還元性雰囲気で加熱され、且つこれらの帯域を比較的
迅速に通過し、高温帯域(III)のバーナが、供給され
る金属製品の量又は伝達すべき熱量に応じて、短く又は
より長い時間調節され、ローラが高温帯域(III)にお
いて相互に僅かな間隔で、又、帯域(I,II,III)間の邪
魔板(S,US)が、ローラコンベヤに対して、又はローラ
コンベヤ上の金属製品に対して、できるだけ小さな間隔
に調整され、バーナがローラコンベヤの上及び下にある
ことを特徴とする冒頭指摘した種類の方法によって達成
される。
本発明方法では、まず一度、ローラコンベヤのすぐ下
の温度勾配は、そこにある金属部品が反り返ることのな
いほどに小さい。しかしこのような温度分布は、高速バ
ーナで直接加熱されるローラ式炉でのみ達成することが
できる。上部ヒータのみ備えたローラ式炉において、又
は焼なまし補助手段又は焼なまし架枠を利用した場合、
これは達成することができない。
鋼部品の焼なまし処理に関連して、本発明によれば、
有利には、十分な熱耐久性を有するセラミックローラ及
び無炭素ローラが使用される。更に、これにより、“ピ
ッチング(pittings)”との表現で知られている現象が
現れないように達成することもできる。というのも、焼
なまし操作中に高温の金属と高温の金属との接触が起き
ず、鋼部品がセラミックローラに載置されているからで
ある。熱処理する金属産業用の公知のローラ式炉では主
に金属ローラが使用されているが、これは、ローラの空
冷又は水冷のために比較的多くの支出が必要とされる。
炉内の酸素含量をできるだけ小さく抑えるために、高
温範囲内のバーナは、例えば、鋼を焼入れするための熱
処理、いわゆるオーステナイト化範囲のとき、過剰空気
なしに運転される。つまり本発明方法ではバーナは、事
実上保護ガスを省くことができるように調整される。そ
の根拠は、このような金属部品の表面が容易にスケール
化し、それもしかも、約0.01〜0.03mm温度の層厚でスケ
ール化することにある。この縁部スケール化は製品の品
質に何ら影響しない。その逆に、このスケール化によっ
て、金属部品の炭化又は脱炭が防止され、熱処理後に均
一な組織が達成され、又、約0.01〜0.03mmの縁部脱炭が
現れるだけである。一般に後段の工程においていずれに
しても表面処理を実施しなければならないので、この僅
かな縁部脱炭又はスケール化はしばしば許容される。
本発明方法では、金属部品がさまざまな速度でローラ
式炉内を搬送される。加熱されない加熱帯域及び加熱さ
れる加熱帯域内では、熱処理すべき金属製品の厚さに依
存した速度で運ばれ、約850℃の温度に達したなら、熱
処理すべき部品はより高い速度で搬送される。これによ
り、より高い温度の範囲内での金属の滞留時間は、顕著
な炭化過程又は脱炭過程を許さないような時間に限定す
ることができる。最後に、第3帯域内で、鋼の場合例え
ばオーステナイト化温度において、金属部品は、なお高
い速度で搬送される。高温帯域の通過後、高温の製品は
きわめて迅速に炉から取り出される。
本発明方法を実施するためのローラ式炉では、入口及
び出口に扉が必要でなく、その代わりに、そこにもいわ
ゆる邪魔板を使って作業することができ、その際、出口
には厚い邪魔板又は複数の邪魔板が相前後して設けられ
る。
本発明方法を実施する場合、例えば繊維材料からなる
軽量耐火ライニングを備えた炉を使用すると、炉は短時
間で加熱し冷却することができる。
本発明方法ではローラのすぐ上の温度勾配を空間的に
一定に調整することができるので、寸法の異なる金属部
品を、特にこれらの部品の厚さがさして異ならない場
合、同時に処理することが可能である。一定したガス・
空気混合気で調整し又時間調節式にも運転することので
きる衝動バーナ又は高速バーナを利用することによっ
て、温度を更に均一化することができる。
本発明方法を実施するための金属焼なまし炉は、以下
の条件を満たす幾つかの帯域に分割されている。第1帯
域の加熱されない予熱帯域では、製品の温度をできるだ
け均一に約800〜850℃にしなければならない。ここでは
均一性が肝要であり、それ故、この帯域も幾つかの範囲
に分割することができ、それらの範囲内で温度がそれぞ
れ特定の高さにされる。つまり、薄くて面積の大きい円
形板材の場合、外部の温度が内部よりも早く周囲温度と
なる点が問題である。周囲温度が高すぎると、外部では
この温度が迅速に生じるが、しかし内部はそうではな
く、内部から外部にかけてのかなりの温度差が部品の反
り返りを生じるであろう。更に、温度の緩慢な上昇は金
属部品の構造の均一化も引き起こし、つまり一種の応力
除去焼なましが起こる。これは、何らかの前処理に基づ
いて加工品中に存在する応力である。
後続のステップでは、最終温度を達成するのが肝要で
ある。この温度は鋼の場合1200〜1250℃までとなること
がある。この場合、この温度をできるだけ正確に、つま
り例えば+/−1K又はせいぜい+/−5Kで守ることが大
切である。できるだけ一定に保たれねばならないこの温
度に変化が生じると、硬さが変化し、望ましくない組織
となる。
加熱された予熱帯域内では遊離酸素雰囲気下で作業さ
れ、他方、高温帯域には遊離酸素がもはや存在せず、そ
の逆に還元性雰囲気、例えばCOが存在する。
そのことから以下の利点が得られる: 酸素含有雰囲気中でスケール化が起きる。しかし鋼が
酸素含有雰囲気中でスケール化すると、スケール層は再
び表面からきわめて容易に剥がれ、簡単に取り除くこと
ができ又は剥落する。それに対して、初期段階に還元性
雰囲気が存在すると、容易には取り除くことのできない
いわゆる粘着スケール層が生じるであろう。このため
に、支出の多い機械的処理操作を実施し、及び/又は酸
素又はアルカリ液を使用しなければならず、きわめて望
ましくない。加工品が高温内に滞留する時間は極めて限
定されるので、つまり、炉の予熱帯域における低温滞留
時間よりもかなり短いので、特に、遊離酸素がもはや存
在せず、還元性雰囲気のみ存在する理由からも、スケー
ル層はごく僅かに増大し得るだけである。
その結果、加工品のスケール層は薄くて容易にはげ落
ち、再処理操作は必要でない。更に、高温の温度値に応
じて、調整可能な且つ限定されたきわめて細かな粒質分
布も生じ、この分布はきわめて細かな、均一に分布した
組織を示す。
本発明にとって特に重要なのは2つの帯域の分割と邪
魔板によるその範囲限定である。下からのものは、好ま
しくは組積み邪魔板でり、上からは、複数のセラミック
管で形成された隔壁が設けられており、この隔壁は希望
する間隔寸法に調整することができる。また、少なくと
も高温帯域には、上炉と下炉との分離も実現されるよう
な僅かな相互間隔で、個々のローラも設けられている。
この空間的分離は、いわば、加熱すべき製品が装入され
る一種の熱室をもたらし、材料が不規則に供給される場
合にもなお重要性を有する。つまり炉の場合、単位時間
当たり常にできるだけ同じ量の製品が供給されることが
重要であるが、これは実際には常に実現することができ
ない。第1加熱帯域内では、或る加工品から別の加工品
に変更するだけでも既に発生する不均一性は従属的意味
を有しており、炉の第1加熱帯域では、出力が迅速に変
動する場合、同じ熱量が常時投入される。高温段階では
この進路を進むことができず、そこでは時間調節が行わ
れる。加熱されねばならない材料が大量に高温帯域内に
くると、それ相応に長く時間調節される。材料がまった
く存在しないと、しばしば少ない熱が供給され又はまっ
たく供給されない。高温帯域内に熱が供給される際のこ
の不均一性は、炉が邪魔板を備えていない場合、振動現
象をもたらすことがあろう。本発明で用いる炉では高温
帯域が邪魔板によってその他の炉範囲から分離されてお
り、こうした振動が起きない。むしろ、高温範囲内の温
度は僅かな公差で一定に保つことができることが判明し
た。更に、ローラコンベヤの下にローラとローラ邪魔板
とをこのように配置することによって、コンベヤの上よ
りも高い温度(例えば20K増)を、+/−1Kに調整して
操業することができる。
以下、図面に基づいて本発明を例示的に説明する。
単一の図は、本発明方法を実施するためのローラ式炉
を概略示図で示す。
図にローラ式炉が略示してあり、ローラコンベヤはロ
ーラの横断面図を通して良好に認めることができる。左
側に入口、右側に出口があり、処理すべき部品の搬送方
向は矢印で示唆してある。
炉は、空間的に互いに限定された3つの帯域I,II,III
からなる。
帯域Iの加熱されない予熱帯域にはバーナが設けられ
ておらず、ここで炉ガスが捕集されて、煙突10を介して
排出される。更に、温度曲線を調整するために、取入口
11を介して空気が吹き込まれる。
図中、ローラコンベヤの上と下とにバーナが略示して
ある。帯域IIIの高温帯域には、帯域IIの加熱される予
熱帯域よりも多くのバーナが示してある。
高温帯域の後段に迅速排出部が設けられている。
帯域Iでは、熱処理すべき製品が−−内部から外部へ
と均一に−−加熱される。
帯域IIでは、高温限界に達するまで、製品が更に加熱
される。
最後に、帯域IIIでは金属部品が高温範囲に達し、鋼
の場合この範囲内で例えばオーステナイト化が行われ
る。
帯域II,IIIのバーナは、希望する温度分布を得るため
に、群ごとに、それもしかもローラコンベヤの上と下と
で、制御することができる。
Sは、個々の帯域を熱的に互いに分離するための、高
さ調整可能な邪魔板である。
USは、下側の固定邪魔板である。
炉に全自動式に装入し、チル(Quetten)システムで
全自動式に取り出すことが可能である。この場合本質的
なことは、製品の通過と関連した製品品質であり、製品
は、加熱されるだけでなく、適切に冷却されもする。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−19419(JP,A) 特開 平2−247328(JP,A) 特開 平3−82717(JP,A) 特開 昭63−114924(JP,A) 特開 昭54−85123(JP,A) 特開 昭50−64113(JP,A) 特開 昭55−110727(JP,A) 特開 平2−228422(JP,A) 実開 昭63−39149(JP,U) 実開 平1−58651(JP,U) 実開 昭62−15562(JP,U) 特公 昭59−29651(JP,B2) 特公 昭53−44141(JP,B2) 実公 平2−13481(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C21D 1/00 - 11/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加熱されると容易に反り返る比較的薄い鋼
    部品から成る、玉軸受軌道輪、円形薄板材、あるいは刃
    物等の金属製品をローラ式炉内で熱処理する方法におい
    て、 遊離酸素雰囲気を有し、互いに異なる内部温度を有する
    複数の予熱帯域(I、II)内を次第に温度が上昇する方
    向に金属製品を通過させることにより、金属製品を段階
    的に800〜850℃まで加熱するステップと、 次に、遊離酸素を含まない還元性雰囲気を有する高温帯
    域(III)において、前記金属製品を加熱するステップ
    とからなり、 前記高温帯域(III)のバーナの加熱時間は、供給され
    る金属製品の量あるいは伝達すべき熱量に応じて調整さ
    れると共に、前記高温帯域(III)において、ローラは
    互いに近接して配置されており、 帯域(I、II、III)間の邪魔板(S、US)は、ローラ
    コンベヤを配置するのに、又はローラコンベヤ上の金属
    製品が通過するのに必要最小限の間隔をあけて配置さ
    れ、バーナがローラコンベヤの上方及び下方にあること
    を特徴とする方法。
JP5517063A 1992-03-27 1993-03-26 金属製品を熱処理する方法 Expired - Lifetime JP2771330B2 (ja)

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