JP2815695B2 - 高炭素鋼線の流動層パテンティング処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は線径3mm以下の高炭素鋼線の流動層パテンテ
ィング処理方法に関するものである。

［従来の技術］ 線材のパテンティング処理の一つの方法に流動層パテ
ンティング方式であり、線径5.5mm程度の線材のパテン
ティングに適用されていることは既知である。この流動
層パテンティング方式は鉛パテンティングの公害問題、
すなわち鉛廃棄物処理問題、鉛蒸気の健康に及ぼす問題
などから鉛パテンティング方式の代替手段として利用拡
大の傾向にあるようである。

しかし、流動層パテンティングは鉛パテンティングに
比べ冷却能力が劣るため、鉛パテンティング並みの処理
特性を得るためには処理方法に種々の工夫が必要であ
る。例えば、特公昭46−5932号公報では熱間圧延後の線
材を冷媒を利用して温度制御した流動層内に直接導入す
ることにより熱処理を行っている。また特公昭46−6691
号公報では圧延後の熱間線材をそのまま流動層内に落下
させ、底部に到達するまでの間にパーライト変態を完了
させる調整冷却を行っている。これらの技術は温度800
℃以上の熱間圧延線材を直接パーライト変態領域での流
動層冷却するための方法であり、そのために流動層温度
を100〜300℃程度とする必要があり、TTT曲線の鼻温度
よりも200℃以上低く保たなければならなかった。

従ってこのような物理的現象が要因となって、5.5mm
よりも細い線径3mm以下の鋼線の流動層パテンティング
処理、特に伸線工程の熱処理において鉛パテンティング
の代替として適用し、鉛パテンティング相当の強度を確
保できた例は見あたらない。つまり、線径3mm以下の鋼
線は線径5.5mm線材に対し体積換算で1/6以下に相当しそ
の分冷却が迅速に進むために、従来技術の流動層温度で
は鋼線のTTT曲線の鼻温度よりも低すぎるために異常組
織が発生してしまい、またたとえ流動層在炉時間を短く
とり異常組織の発生を防いでも、その後空冷では鉛パテ
ンティング並みの微細組織にならず高強度、高延性のも
のは得られない。これらの技術は線径5.5mm程度の線材
へは適用できるが、冷速が大きい線径3mm以下の鋼線へ
は適用できないことによる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明はこのような従来技術の問題点を解決するため
になされたもので、鉛パテンティング並みの強度が得ら
れる、高炭素鋼線の流動層パテンティング処理方法を提
供しようとするものである。具体的には、次に列挙する
技術的課題を達成しようとするものである。

線径3mm以下の鋼線へ流動層パテンティング処理を適
用したときの異常組織の発生防止。

線径3mm以下の鋼線に流動層パテンティング処理を適
用したときの鉛パテンティング並みの強度確保。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記の技術的課題を達成するため、線径3mm
以下の高炭素鋼線を流動層パテンティング処理するにあ
たり、加熱炉でオーステナイト化した直後、加熱炉と流
動層炉の接合部に堆積した流動層用砂の温度を50〜200
℃に保ち、かつ接合部で１〜５秒保持した後、鋼線のTT
T曲線の鼻温度より０〜20℃低く温度を保った流動層炉
内で変態完了させることを特徴とする高炭素鋼線の流動
層パテンティング処理方法を要旨とする。

以下、本発明の限定理由を説明する。

被パテンティング鋼線の線径を3mm以下の高炭素鋼線
と限定する理由 線径が3mmより太くなると冷速が小さくなり、本発明
の流動層パテンティング処理方法では鉛パテンティング
並みの微細組織が得られなくなるため、線径3mm以下に
限定した。

加熱炉と流動層炉の接合部に堆積した流動層用砂の温
度を50〜200℃に保ち、接合部で１〜５秒保持する限定
理由 堆積した流動層用砂の温度が50℃以下であると、流動
層に入る前に鋼線が過冷却され表層にベイナイトなどの
異常組織が発生しやすく、また200℃以上では流動層に
入る前の鋼線の冷却が十分でなく鉛パテンティング並み
の微細組織が得られないため、堆積した流動層用砂の温
度を50〜200℃と限定した。

また、接合部での保持時間は１秒以下では鋼線の冷却
が十分でないため鉛パテンティング並みの微細組織が得
られず、５秒以上では表層部が過冷となり異常組織の発
生がおきるために１〜５秒と限定した。

さらにこれら二つの事項、すなわち堆積した流動層用
砂の温度を50〜200℃に設定することと接合部での保持
時間を１〜５秒とすることは夫々独立では本目的は達成
できず、必ず両条件を同時に満足しなければならない。
両条件の一方のみ満足しただけでは、やはり上記同様に
鉛パテンティング並みの微細組織が得られないことによ
る。

流動層温度を鋼線のTTT曲線の鼻温度よりも０〜20℃
低く保つとした限定理由 流動層温度をTTT曲線の鼻温度より０℃以上とすると
変態発熱の影響でTTT曲線の鼻温度よりも実温度が高く
なり鉛パテンティング並みの微細組織が得られなくな
り、さらに20℃以下にすると逆に温度が低すぎて異常組
織が発生しやすい領域になるため、流動層温度は鋼線の
TTT曲線の鼻温度よりも０〜20℃低く保つことと限定し
た。

以下、本発明を第１〜３図に示す一実施例に基づき説
明する。

第１図は本発明に関わる流動層パテンティング装置の
一部切り欠き正面図で、１はアンコイラー、２は加熱
炉、３は加熱炉２と流動層炉との接合部、４は流動層
炉、５は巻き取りボビン、６は処理鋼線、７は流動層炉
４内の流動層砂、８は接合部３内に堆積した流動層用
砂、９は水冷管、10は冷却水で、処理鋼線７はアンコイ
ラー１から巻き取りボビン５で巻き取る過程で接合部３
内に堆積した流動層用砂８と流動層砂７との接触により
所望のパテンティングを行う。

本発明はこの状態で特に第２図に一部切り欠き拡大図
に示すとおり、接合部３に設けた水冷管９に冷却水10を
供給して接合部に堆積した流動層用砂８の温度を調節
し、第３図に示す冷却曲線に基づき、線径3mm以下の高
炭素鋼線の流動層パテンティング処理を可能とした。

すなわち本発明は、第１図の加熱炉２においてオース
テナイト化後の鋼線の中心温度は一般に800〜1000℃に
なっているため、これを一般的な炭素鋼の変態温度500
〜600℃に保持している流動層炉４内に導入した場合、
鉛パテンティングに比べ流動層パテンティングの冷却能
力が低いため、第３図に示す鉛パテンティング並みの急
冷領域13に入らない。つまり、上記温度範囲内の流動層
に中心温度800〜1000℃の鋼線を直接導入する前になん
らかの温度低下工程が必要である。

そのため本発明では、第１、２図に示す加熱炉と流動
層炉間の接合部３に堆積した50〜200℃の流動層用砂８
内にて１〜５秒間鋼線６を保持させることにより急冷を
行った。加熱した鋼線が接合部に堆積した流動層用砂を
通過するに従い流動層用砂温度の上昇がおこるが、200
℃を越えると急冷効果が弱くなるため流動層用砂の温度
は第２図で示した水冷管９などによる冷却方法により、
200℃以下に抑えなければならない。さらに堆積した流
動層用砂の温度が50℃以下では鋼線の表層に異常組織が
発生するために50℃以上とした。

さらに本発明では、流動層温度を鋼線のTTT曲線の鼻
温度より０〜20℃低く保つことを特徴とするが、これは
変態発熱の影響を考慮したものであり流動層温度をTTT
曲線の鼻温度より０℃以上とすると変態発熱の影響でTT
T曲線の鼻温度よりも実温度が高くなり微細パーライト
組織が得られなくなり、さらに20℃以下にすると逆に温
度が低すぎて異常組織が発生しやすい領域になるため、
このように限定した。

実施例により本発明の効果を示す。

［実施例］ 線径3mm以下のSWRS82A鋼線を用い、第１図に示すよう
に直径が500mmのアンコイラー１から各処理速度で送り
出し、加熱炉２、接合部３、流動層炉４を通過させてパ
テンティング処理した後直径500mmの巻き取りボビンに
て巻き取りながら本発明の流動層パテンティング処理を
行った。

使用した装置は、加熱炉長さ5m、接合部長さ0.3m、流
動層炉長さ2.5mであり、線速は無段変速にて調節できる
ものである。また、接合部内には流動層用砂が鋼線の通
過領域を覆うだけ十分に堆積しており、水冷管に冷却水
を通すことにより温度調節を行った。加熱炉はArガス雰
囲気で温度を950℃一定とし、流動層用砂および流動砂
は100meshのジルコンサンドを用い、流動層の温度調整
はプロパンガスとエアー吹き込みにより±３℃に抑え
た。また使用したサンプルのTTT曲線の鼻温度は550℃で
ある。

第１表に各種試験条件とその結果を、本発明例と比較
例を合わせて示す。

比較例１では、線径が3mmを越えるため冷速が小さく
鉛パテンティング並みの微細組織が得られないため、鉛
パテンティング並みの特性が得られなかった。

比較例２では、堆積した流動層用砂の温度が200℃以
上であるために、やはり鉛パテンティング並みの微細組
織が得られなかった。

比較例３では堆積した流動層用砂の温度が50℃より低
いために過冷による表層ベイナイトなどの異常組織が発
生したために鉛パテンティング並みの特性が得られなか
った。

比較例４では、接合部保持時間が５秒以上のため、過
冷による表層ベイナイトなどの異常組織が発生したため
に鉛パテンティング並みの特性が得られなかった。

比較例５では、接合部保持時間が１秒以下のために急
冷効果が弱く、鉛パテンティング並みの微細組織が得ら
れないため鉛パテンティング並みの特性が得られなかっ
た。

比較例６では、流動層温度が鋼線のTTT曲線の鼻温度5
50℃よりも高いために変態発熱の影響で実温度が550℃
よりも高くなり、鉛パテンティング並みの微細組織が得
られないため鉛パテンティング並みの特性が得られなか
った。

比較例７では、流動層温度が鋼線のTTT曲線の鼻温度5
50℃よりも20℃以上低いためにベイナイト組織が発生
し、鉛パテンティング並みの特性が得られなかった。

これに対し、本発明の実施例はいずれも鉛パテンティ
ング並みの特性を示しており、鉛パテンティング並みの
特性が得られる有力な高炭素鋼線の流動層パテンティン
グ処理方法であることがわかる。

［発明の効果］ 本発明は以上のとおり実施できるので、既述の技術的
課題を達成する顕著な効果がある。換言すると、本発明
により細い線径においても流動層パテンティング処理が
可能となり、鉛パテンティング処理が公害上問題になっ
ている昨今、その工業的メリットは大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は流動層パテンティング装置正面図、第２図は接
合部を拡大した図である。また第３図はSWRS82A鋼に本
発明の流動層パテンティング処理方法を適用したときの
温度覆歴曲線とSWRS82A鋼のTTT曲線図を重ねて比較した
ものである。 １……アンコイラー、２……加熱炉、３……接合部、４
……流動層炉、５……巻き取りボビン、６……処理鋼
線、７……流動層砂、８……堆積した流動層用砂、９…
…水冷管、10……冷却水、11……流動層温度を鋼線のTT
T曲線の鼻温度より20℃低く保持したときの温度覆歴曲
線、12……流動層温度を鋼線のTTT曲線の鼻温度で保持
したときの温度覆歴曲線、13……鉛パテンティング処理
範囲

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−37013（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−276938（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21D 9/52 C21D 9/64 C21D 1/74 C21D 9/567 C21D 1/53 F27B 15/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】3mm以下の高炭素鋼線を流動層パテンティ
   ング処理するにあたり、加熱炉でオーステナイト化した
   直後、加熱炉と流動層炉の接合部に堆積した流動層用砂
   温度を50〜200℃に保ち、かつ接合部で１〜５秒保持し
   た後、鋼線のTTT曲線の鼻温度より０〜20℃低く温度を
   保った流動層炉内で変態完了させることを特徴とする高
   炭素鋼線の流動層パテンティング処理方法。