JP2885831B2 - 均一オーステナイト構造を得る方法 - Google Patents
均一オーステナイト構造を得る方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、均一オーステナイト構造を得るように炭素
鋼線を熱処理し、つぎにこの鋼線に他の熱処理を加えて
微細パーライト構造を得る方法に関するものである。
鋼線を熱処理し、つぎにこの鋼線に他の熱処理を加えて
微細パーライト構造を得る方法に関するものである。
［従来技術と問題点］ 押しだし加工される鋼線の公知のオーステナイト化加
工工程は特に下記の段階から成る。
工工程は特に下記の段階から成る。
−鋼線に対して周波数5000〜200,000Hzの磁界を加え
る誘導加熱法。この方法は、キュリー点以下の温度にお
いて直径3mm以上の鋼線についてのみ良好な条件で適用
可能である。
る誘導加熱法。この方法は、キュリー点以下の温度にお
いて直径3mm以上の鋼線についてのみ良好な条件で適用
可能である。
−電気抵抗によるマッフル炉加熱法。この方法は誘導
加熱法の欠点を避ける事ができるが、鋼線直径1mmあた
り10〜15秒のオーダの長い加熱時間を必要とする。
加熱法の欠点を避ける事ができるが、鋼線直径1mmあた
り10〜15秒のオーダの長い加熱時間を必要とする。
−ガス炉加熱法。この方法は適当な熱効率を得ようと
するならば炉の出口におけるガス温度が低くなければな
らないので、マッフル炉と同程度の長い加熱時間を必要
とする。また燃焼ガスの伝熱率がマッフル炉において使
用されるガス（水素、水素−窒素混合物、ヘリウム）よ
り低い。ガス炉中においては燃焼ガスの脱酸力を制御す
る事が可能であるが、そのためにはバーナの制御のため
非常に注意深く監視する必要がある。
するならば炉の出口におけるガス温度が低くなければな
らないので、マッフル炉と同程度の長い加熱時間を必要
とする。また燃焼ガスの伝熱率がマッフル炉において使
用されるガス（水素、水素−窒素混合物、ヘリウム）よ
り低い。ガス炉中においては燃焼ガスの脱酸力を制御す
る事が可能であるが、そのためにはバーナの制御のため
非常に注意深く監視する必要がある。
［発明の目的および効果］ 本発明の目的は、オーステナイト化処理に際して鋼線
直径1mmあたり４秒以下の加熱時間を得るにある。これ
によって、公知プラントにおけるよりも高い生産ピッチ
が得られ、またプラントの長さを短縮する事ができる。
直径1mmあたり４秒以下の加熱時間を得るにある。これ
によって、公知プラントにおけるよりも高い生産ピッチ
が得られ、またプラントの長さを短縮する事ができる。
従って、均一オーステナイト構造を得るように少なく
とも１本の炭素鋼線を熱処理する本発明による方法は、
ａ）実際上強制通気されないガスを含む少なくとも１本
の管の中に鋼線を通過させながら加熱し、ガスが鋼線に
直接に接触し、鋼線の加熱時間は鋼線の直径1mmあたり
４秒以下とすることと、 ｂ）管と、鋼線と、ガスの特性は下記の式が満たされ
るように選定され、 1.05≦Ｒ≦７ （１） 0.6≦Ｋ≦８ （２） ここに、 Ｒ＝Dti/Df Ｋ＝［Log（Dti/Df）］×Df2／λ またここに、 Dtiはmmで表示された管の内径、Dfはmmで表示された
鋼線の直径、λは800℃で測定されＷ・m-1・K-1で表示
されたガスの導電率、またLogは自然対数とすることを
含む。
とも１本の炭素鋼線を熱処理する本発明による方法は、
ａ）実際上強制通気されないガスを含む少なくとも１本
の管の中に鋼線を通過させながら加熱し、ガスが鋼線に
直接に接触し、鋼線の加熱時間は鋼線の直径1mmあたり
４秒以下とすることと、 ｂ）管と、鋼線と、ガスの特性は下記の式が満たされ
るように選定され、 1.05≦Ｒ≦７ （１） 0.6≦Ｋ≦８ （２） ここに、 Ｒ＝Dti/Df Ｋ＝［Log（Dti/Df）］×Df2／λ またここに、 Dtiはmmで表示された管の内径、Dfはmmで表示された
鋼線の直径、λは800℃で測定されＷ・m-1・K-1で表示
されたガスの導電率、またLogは自然対数とすることを
含む。
またこの明細書は、ａ）少なくとも１本の管とこの管
の中に鋼線を通過させる手段とを含み、前記管は前記鋼
線と直接に接触し実際上強制通気されないガスを収容
し、ガス加熱手段を含み、前記管の中に鋼線を通過させ
る手段は鋼線とガスとの接触時間が鋼線直径1mmあたり
４秒以下となるように鋼線を通過させ、 ｂ）管と、鋼線と、ガスの特性は前記の式（1,2）が
満たされるように選定され、Dti、Df、λおよびLogは前
記と同様の意味を有する均一オーステナイト構造を得る
ように少なくとも１本の炭素鋼線を熱処理する装置に関
する説明を含むものである。
の中に鋼線を通過させる手段とを含み、前記管は前記鋼
線と直接に接触し実際上強制通気されないガスを収容
し、ガス加熱手段を含み、前記管の中に鋼線を通過させ
る手段は鋼線とガスとの接触時間が鋼線直径1mmあたり
４秒以下となるように鋼線を通過させ、 ｂ）管と、鋼線と、ガスの特性は前記の式（1,2）が
満たされるように選定され、Dti、Df、λおよびLogは前
記と同様の意味を有する均一オーステナイト構造を得る
ように少なくとも１本の炭素鋼線を熱処理する装置に関
する説明を含むものである。
「実際上強制通気されない」とは、管中のガスが不動
であるか、または実際上鋼線とガス間の熱交換を変更し
ない程度の弱い通気作用を受ける事を意味し、この弱い
通気作用は例えば鋼線そのものの移動による。
であるか、または実際上鋼線とガス間の熱交換を変更し
ない程度の弱い通気作用を受ける事を意味し、この弱い
通気作用は例えば鋼線そのものの移動による。
またこの明細書は、前記の方法および／または装置を
使用して炭素鋼線を熱処理する方法およびプラント全体
に関する説明を含むものである。
使用して炭素鋼線を熱処理する方法およびプラント全体
に関する説明を含むものである。
またこの明細書は、本発明による方法および／または
プラントによって得られた鋼線に関する説明を含むもの
である。
プラントによって得られた鋼線に関する説明を含むもの
である。
以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明
するが、下記の実施例は本発明を説明するためのもので
あって、本発明はこれに限定されるものではない。
するが、下記の実施例は本発明を説明するためのもので
あって、本発明はこれに限定されるものではない。
［実施例］ 第１図と第２図は本発明の方法を実施するための装置
を示す。第１図はこの装置の軸xx′に沿ってとられた装
置100の断面図、第２図はこの軸線に対して直角に、第
１図のII−II線に沿って取られた断面図である。装置10
0は例えばセラミックス、耐火性鋼、炭化タングステン
の管２を含み、その中に矢印Ｆ方向に軸線xx′に沿って
炭素鋼線１が繰り出される。
を示す。第１図はこの装置の軸xx′に沿ってとられた装
置100の断面図、第２図はこの軸線に対して直角に、第
１図のII−II線に沿って取られた断面図である。装置10
0は例えばセラミックス、耐火性鋼、炭化タングステン
の管２を含み、その中に矢印Ｆ方向に軸線xx′に沿って
炭素鋼線１が繰り出される。
鋼線１の駆動手段は公知の手段であって簡略化のため
第１図と第２図には図示されず、この手段は例えば処理
後に鋼線を巻取るためモータによって駆動されるローラ
とする事ができる。
第１図と第２図には図示されず、この手段は例えば処理
後に鋼線を巻取るためモータによって駆動されるローラ
とする事ができる。
鋼線１と管２の内側面20との間のスペース３がガス４
によって充填される。このガスは鋼線１と内側面20とに
直接に接触している。ガス４は鋼線１の処理中にスペー
ス３の中に残存し、装置100はガスの強制通気手段を有
しない。すなわちガス４は強制通気される事なく、矢印
Ｆ方向の鋼線１の移動によってのみスペース３の中を移
動させられる。このガスは例えば水素、水素−窒素混合
物、水素−メタン混合物、水素−窒素−メタン混合物、
ヘリウム、ヘリウム−メタン混合物とする事ができる。
によって充填される。このガスは鋼線１と内側面20とに
直接に接触している。ガス４は鋼線１の処理中にスペー
ス３の中に残存し、装置100はガスの強制通気手段を有
しない。すなわちガス４は強制通気される事なく、矢印
Ｆ方向の鋼線１の移動によってのみスペース３の中を移
動させられる。このガスは例えば水素、水素−窒素混合
物、水素−メタン混合物、水素−窒素−メタン混合物、
ヘリウム、ヘリウム−メタン混合物とする事ができる。
鋼線１は、管２の中への鋼線１の出入口に配置された
例えばセラミックスまたは炭化タングステンの２個の鋼
線案内部材５によって案内される。この管２は、その外
側面21に巻き付けられた電気抵抗６によって外部から加
熱される。また管２は、これを包囲する断熱スリーブ７
と、管２の両端に配置された２枚のプレート８とによっ
て外部から断熱されている。また管２はこれが金属の場
合、電気的に絶縁されている。プレート８とスリーブ７
は例えばフリッティングされた耐火性繊維によって構成
される。前記の管２、加熱抵抗６、スリーブ７およびプ
レート８は金属管９の中に配置され、この金属管９はそ
の周囲に巻き付けられた中空管10によって冷却され、こ
の中空管10の中を冷却液11、例えば水を循環させる。
例えばセラミックスまたは炭化タングステンの２個の鋼
線案内部材５によって案内される。この管２は、その外
側面21に巻き付けられた電気抵抗６によって外部から加
熱される。また管２は、これを包囲する断熱スリーブ７
と、管２の両端に配置された２枚のプレート８とによっ
て外部から断熱されている。また管２はこれが金属の場
合、電気的に絶縁されている。プレート８とスリーブ７
は例えばフリッティングされた耐火性繊維によって構成
される。前記の管２、加熱抵抗６、スリーブ７およびプ
レート８は金属管９の中に配置され、この金属管９はそ
の周囲に巻き付けられた中空管10によって冷却され、こ
の中空管10の中を冷却液11、例えば水を循環させる。
装置100はその両端において円形プレート12によって
閉鎖され、これらの円形プレート12は管９のフランジ90
に対して気密継手13によって固着される。気密通路14を
通して電気抵抗６に給電する事ができる。この通路14を
２本の電線15が通り、これらの電線15はそれぞれ抵抗６
の各端部に接続されている（この接続は図面において簡
略のため省略される）。この気密通路14は一方の円形プ
レート12に対して気密継手16によって固着されている。
閉鎖され、これらの円形プレート12は管９のフランジ90
に対して気密継手13によって固着される。気密通路14を
通して電気抵抗６に給電する事ができる。この通路14を
２本の電線15が通り、これらの電線15はそれぞれ抵抗６
の各端部に接続されている（この接続は図面において簡
略のため省略される）。この気密通路14は一方の円形プ
レート12に対して気密継手16によって固着されている。
装置100は膨張遊隙17を有し、バネ18がこのプレート1
9に作用して応力を分散させ、これにより管20はその温
度のいかんに関わらずスリーブ７の中央に保持される。
9に作用して応力を分散させ、これにより管20はその温
度のいかんに関わらずスリーブ７の中央に保持される。
第２図において、Dfは鋼線１の直径、Dtiは管２の内
径（内側面20の直径）、Dteは管２の外径（外側面21の
直径）である。λは800℃で測定されたガスの導電率で
あって、この導電率はワットm-1・K-1で表示される。
径（内側面20の直径）、Dteは管２の外径（外側面21の
直径）である。λは800℃で測定されたガスの導電率で
あって、この導電率はワットm-1・K-1で表示される。
本発明によれば、Dti、Dfおよびλは下記の式を満た
すように選定される。
すように選定される。
1.05≦Ｒ≦７ （１） 0.6≦Ｋ≦８ （２） ここに、 Ｒ＝Dti/Df Ｋ＝［Log（Dti/Df）］×Df2／λ DtiとDfはミリメートルで表示され、Logは自然対数で
ある。
ある。
本発明によれば、予想外に、鋼線１を変態温度AC3以
下の温度から、例えば常温から、変態温度AC3以上の温
度まで加熱して均一なオーステナイト構造が得られ、し
かもこれは鋼線直径Dfの１ミリメートルあたり４秒以下
の短時間で達成される。また他方、所望ならば、鋼線表
面に対して化学作用、例えば脱酸作用、炭化作用または
脱炭作用を実施するためにガスの性質を選定する事がで
きる。
下の温度から、例えば常温から、変態温度AC3以上の温
度まで加熱して均一なオーステナイト構造が得られ、し
かもこれは鋼線直径Dfの１ミリメートルあたり４秒以下
の短時間で達成される。また他方、所望ならば、鋼線表
面に対して化学作用、例えば脱酸作用、炭化作用または
脱炭作用を実施するためにガスの性質を選定する事がで
きる。
従って本発明は下記の利点を有する。
−構造簡単で、投資コストおよび運転コストが低い。
ガスの強制循環に必要な圧縮器とタービンを使用しなく
てすむからである。
ガスの強制循環に必要な圧縮器とタービンを使用しなく
てすむからである。
−正確な再熱法則を得る事ができる。
−再熱が急速であるから、製造テンポを高め、プラン
トの長さを短縮する事ができる。
トの長さを短縮する事ができる。
−直径Dfが大幅に変動する鋼線に急速再熱を実施する
事ができ、同一装置において変動比１〜５の直径Dfを有
する鋼線を処理する事ができる。
事ができ、同一装置において変動比１〜５の直径Dfを有
する鋼線を処理する事ができる。
直径Dfが大であって4mm以上の鋼線の場合、前記の比
Ｒは１に近く、この場合には伝熱性の非常に高いガス、
例えば水素を使用する必要がある。
Ｒは１に近く、この場合には伝熱性の非常に高いガス、
例えば水素を使用する必要がある。
好ましくは、鋼線の直径Dfは少なくとも0.4mm、最大6
mmに等しい。
mmに等しい。
第３図と第４図は本発明による他の装置200を示し、
この装置は複数の鋼線１、例えば６本の鋼線を同時に処
理する事ができ、第３図はこの装置の軸線yy′に沿った
断面図であり、第４図は軸線yy′に垂直な断面図であっ
て、軸線yy′は第４図において「ｙ」で表示されてい
る。
この装置は複数の鋼線１、例えば６本の鋼線を同時に処
理する事ができ、第３図はこの装置の軸線yy′に沿った
断面図であり、第４図は軸線yy′に垂直な断面図であっ
て、軸線yy′は第４図において「ｙ」で表示されてい
る。
この装置200の構造は装置100の構造と類似であるが、
その相違点は鋼管から成るケーシング９の中に、その軸
線yy′回りに６本の鋼管２が配置されている事である。
各鋼管２の中に１本の鋼線１が挿通され、各鋼管２の内
部にガス４が充填されて前記の装置100と同様にそれぞ
れ電気抵抗６によって加熱され、６本の鋼管の周囲に断
熱スリーブ７が配置されている。
その相違点は鋼管から成るケーシング９の中に、その軸
線yy′回りに６本の鋼管２が配置されている事である。
各鋼管２の中に１本の鋼線１が挿通され、各鋼管２の内
部にガス４が充填されて前記の装置100と同様にそれぞ
れ電気抵抗６によって加熱され、６本の鋼管の周囲に断
熱スリーブ７が配置されている。
以下において本発明を実施例について説明する。
実施例１〜４ 前記の装置100を使用して炭素鋼１の４回の処理テス
トを実施した。鋼線１と装置100の特性を添付の表１に
示す。
トを実施した。鋼線１と装置100の特性を添付の表１に
示す。
（表１） これらの実施例においてガス４の性質は下記の通りで
ある。
ある。
−実施例1,2,3:分解アンモニア（水素75％、窒素25
％、これらの％は体積％とする） −実施例4:水素78％、メタン２％（体積％）。加熱時
間Tcは、鋼線が管の入り口における常温（約20℃）か
ら、管の出口における温度（980℃）まで加熱される時
間に対応し、出口温度は炭化物を溶融状態にするのに十
分な温度である。
％、これらの％は体積％とする） −実施例4:水素78％、メタン２％（体積％）。加熱時
間Tcは、鋼線が管の入り口における常温（約20℃）か
ら、管の出口における温度（980℃）まで加熱される時
間に対応し、出口温度は炭化物を溶融状態にするのに十
分な温度である。
実施例５ この実施例においては、鋼線１の直径Dfと、ガス４の
性質を変更し、ガスを水素と窒素の混合物として、従っ
て値λ、ＲとＫとを変動させる。鋼線１と装置100の特
性は下記である。：鋼線１の鋼の炭素含有量＝0.85％；
アルミナ管２、Dti＝2.5mm,Dte＝6mm;管２の外側面21は
出力33kwの電気抵抗６によって1100℃に加熱される；鋼
線１の繰り出し速度:2.35m/秒；管２の長さ6m;加熱時
間:2.55秒；鋼線１の温度：管２の入口において:20℃、
管２の出口において:980℃。
性質を変更し、ガスを水素と窒素の混合物として、従っ
て値λ、ＲとＫとを変動させる。鋼線１と装置100の特
性は下記である。：鋼線１の鋼の炭素含有量＝0.85％；
アルミナ管２、Dti＝2.5mm,Dte＝6mm;管２の外側面21は
出力33kwの電気抵抗６によって1100℃に加熱される；鋼
線１の繰り出し速度:2.35m/秒；管２の長さ6m;加熱時
間:2.55秒；鋼線１の温度：管２の入口において:20℃、
管２の出口において:980℃。
下記の表２はDf、ガス４の体積％、λ、R,Kおよび鋼
線１の生産率を示す。
線１の生産率を示す。
この実施例に対応するすべてのテストにおいて、鋼線
の直径1mm当りの加熱時間（Tc/Df）は1.46〜3.1秒/mmの
範囲内である。
の直径1mm当りの加熱時間（Tc/Df）は1.46〜3.1秒/mmの
範囲内である。
実施例６ 前記の装置200と類似の、しかし10本の管２を有する
多管式装置を使用する。この実施例の特性は下記であ
る。
多管式装置を使用する。この実施例の特性は下記であ
る。
鋼線１の鋼は炭素含有量:0.70％；鋼線Df:1.75mm;ア
ルミナの同等の管２、Dti＝2.5mm,Dte＝6mm;管の外側面
21を10個の抵抗６（管２による抵抗）によって1100℃に
加熱し、各抵抗は27kwの単位出力を有する（全出力270K
w）；ガス4:分解アンモニア；鋼線の繰り出し速度:2.02
m/秒；各管２の長さ6m;加熱時間2.97秒；鋼線１の生産
率:1360kg/時；各管２の入り口における温度:20℃、各
管２の出口温度:980℃；λ＝0.328;R＝1.43;k＝3.30。
鋼線の直径1mm当り加熱時間（Tc/Df）は1.70秒/mmに等
しい。
ルミナの同等の管２、Dti＝2.5mm,Dte＝6mm;管の外側面
21を10個の抵抗６（管２による抵抗）によって1100℃に
加熱し、各抵抗は27kwの単位出力を有する（全出力270K
w）；ガス4:分解アンモニア；鋼線の繰り出し速度:2.02
m/秒；各管２の長さ6m;加熱時間2.97秒；鋼線１の生産
率:1360kg/時；各管２の入り口における温度:20℃、各
管２の出口温度:980℃；λ＝0.328;R＝1.43;k＝3.30。
鋼線の直径1mm当り加熱時間（Tc/Df）は1.70秒/mmに等
しい。
実施例７ この実施例は実施例２と同様条件で実施され、同様の
結果を得たが分解アンモニアの代わりに、800℃で鋼線
の炭素と熱力学平衡を保持するガス４を使用し、このガ
ス４は下記の組成を有する（体積％）：水素74％；窒素
24％；メタン２％。
結果を得たが分解アンモニアの代わりに、800℃で鋼線
の炭素と熱力学平衡を保持するガス４を使用し、このガ
ス４は下記の組成を有する（体積％）：水素74％；窒素
24％；メタン２％。
実施例８ 実施例２と同様条件で実施されるが、分解アンモニア
の代わりに、先行操作において生じた脱炭作用を補正す
るための炭化性ガスを使用する。このガス４の組成は下
記の通り（体積％）：水素85％、メタン15％。他の条件
および結果は実施例２と同様であるが、下記の点が相違
する：加熱時間は2.97秒から2.75秒に変更、この場合Tc
/Df比は1.57秒/mm、鋼線の繰り出し速度2.18m/秒。２μ
ｍのオーダの表面再炭化厚さが得られる。鋼線１上には
黒鉛の堆積は見られない。
の代わりに、先行操作において生じた脱炭作用を補正す
るための炭化性ガスを使用する。このガス４の組成は下
記の通り（体積％）：水素85％、メタン15％。他の条件
および結果は実施例２と同様であるが、下記の点が相違
する：加熱時間は2.97秒から2.75秒に変更、この場合Tc
/Df比は1.57秒/mm、鋼線の繰り出し速度2.18m/秒。２μ
ｍのオーダの表面再炭化厚さが得られる。鋼線１上には
黒鉛の堆積は見られない。
本発明は処理出口において非常に正確な鋼線温度を得
る事ができ、この温度は実施例１〜８の場合指示された
出口温度から±1,5℃以上変動する事なく、これによっ
て鋼線の品質の安定性を保証する事ができる。
る事ができ、この温度は実施例１〜８の場合指示された
出口温度から±1,5℃以上変動する事なく、これによっ
て鋼線の品質の安定性を保証する事ができる。
実施例９〜12は前記の装置100と同様の装置の中で実
施されたが、これらの実施例は本発明によるものではな
い。鋼線１とその装置の特性を下記の添付の表３に示
す。これらの実施例においては、Tc/Df比が鋼線の直径
の1mm当り４秒よりはるかに高く、また比率ＲとＫの値
が前記の式（１）および（２）に対応せず、オーステナ
イト化は前記のような利点をもって実施されない。
施されたが、これらの実施例は本発明によるものではな
い。鋼線１とその装置の特性を下記の添付の表３に示
す。これらの実施例においては、Tc/Df比が鋼線の直径
の1mm当り４秒よりはるかに高く、また比率ＲとＫの値
が前記の式（１）および（２）に対応せず、オーステナ
イト化は前記のような利点をもって実施されない。
（表３） これらの実施例９〜12のガス４の組成は下記であっ
た。
た。
−実施例9 純粋N2 −実施例10 N2＝50％ H2＝50％ −実施例11 N2＝65％、H2＝35％ −実施例12 N2＝50％、H2＝50％ （体積％） 本発明によるすべての実施例において、均一なオース
テナイト構造が得られた。
テナイト構造が得られた。
第５図は微細パーライト構造を得るために炭素鋼の鋼
線１を熱処理するプラント全体を示す。このプラント30
0は区域Z1、Z2、Z3,Z4、Z5を有し、鋼線１はこれらの区
域を出発ロール30から、処理鋼線を巻取ロール31まで矢
印Ｆの方向に通過し、巻取ロール31はモータ310によっ
て回転駆動されて、鋼線１を矢印Ｆの方向に繰り出す事
ができる。鋼線１は区域Z1〜Z5を順次にこの順序で通過
する。
線１を熱処理するプラント全体を示す。このプラント30
0は区域Z1、Z2、Z3,Z4、Z5を有し、鋼線１はこれらの区
域を出発ロール30から、処理鋼線を巻取ロール31まで矢
印Ｆの方向に通過し、巻取ロール31はモータ310によっ
て回転駆動されて、鋼線１を矢印Ｆの方向に繰り出す事
ができる。鋼線１は区域Z1〜Z5を順次にこの順序で通過
する。
−区域Z1は均一オーステナイト構造を得るために鋼線
１を加熱する段階に対応する。
１を加熱する段階に対応する。
−区域Z2は準安定オーステナイトを得るように鋼線１
を500〜600℃まで冷却する段階に対応する。
を500〜600℃まで冷却する段階に対応する。
−区域Z3は準安定オーステナイトをパーライトに変態
させる段階に対応する。
させる段階に対応する。
−区域Z4はパーライト化後に鋼線を例えば300℃の温
度まで冷却する段階に対応する。
度まで冷却する段階に対応する。
−区域Z5は常温に近い温度、例えば20〜50℃まで鋼線
を最終的に冷却する段階に対応する。
を最終的に冷却する段階に対応する。
第６図は区域Z2からZ5まで通過する際の鋼線の温度の
変化を時間関数として示す曲線φのグラフを含む。また
この図は、鋼線１の鋼の準安定オーステナイトからパー
ライトへの変態の開始に対応する曲線x1と、この変態の
終了に対応する曲線x2とを示す。この第６図において、
横座標は時間Ｔに対応し、縦座標は温度θに対応し、時
間の原点はＡに対応する。
変化を時間関数として示す曲線φのグラフを含む。また
この図は、鋼線１の鋼の準安定オーステナイトからパー
ライトへの変態の開始に対応する曲線x1と、この変態の
終了に対応する曲線x2とを示す。この第６図において、
横座標は時間Ｔに対応し、縦座標は温度θに対応し、時
間の原点はＡに対応する。
パーライト処理に先だって、均一オーステナイトを得
るため、変態温度以上の温度AC3に鋼線を加熱する。こ
の温度θＡは例えば900〜1000℃の範囲内にあり、第６
図の点Ａに対応する。いわゆる「パーライトの鼻」点は
曲線x1の最小時間Tmに対応し、このパーライトの鼻の温
度はθｐで示される。
るため、変態温度以上の温度AC3に鋼線を加熱する。こ
の温度θＡは例えば900〜1000℃の範囲内にあり、第６
図の点Ａに対応する。いわゆる「パーライトの鼻」点は
曲線x1の最小時間Tmに対応し、このパーライトの鼻の温
度はθｐで示される。
つぎに鋼線１は変態温度AC1以下の温度に達するまで
冷却され、この冷却後の鋼線の状態は点Ｂに対応し、時
間Tb後にこの点Ｂにおいて得られた温度はθＢで示され
る。第６図においてこの温度θｂはパーライトの鼻の温
度θｐより高く示されているが、これは実際上もっとも
頻繁に見られる場合である。しかしこれは絶対的に必要
なものではない。これらの点ＡとＢとの間における鋼線
の冷却中に鋼線温度が変態点AC3以下に下降すると同時
に、安定オーステナイトから準安定オーステナイトへの
変態が生じ、準安定オーステナイトの粒界に「核」が出
現する。曲線x1とx2との間に含まれる区域はωで示され
る。パーライト化は、鋼線をこの区域ωの左側の点Ｂの
状態から区域ωの右側の点Ｃの状態まで移行させるにあ
る。鋼線のこの変態は曲線x1をBxにおいて切り曲線x2を
Cxにおいて切る線分BCによって示されているが、本発明
は点ＢとＣの間の鋼線温度の変動が直線的でない場合に
も適用される。
冷却され、この冷却後の鋼線の状態は点Ｂに対応し、時
間Tb後にこの点Ｂにおいて得られた温度はθＢで示され
る。第６図においてこの温度θｂはパーライトの鼻の温
度θｐより高く示されているが、これは実際上もっとも
頻繁に見られる場合である。しかしこれは絶対的に必要
なものではない。これらの点ＡとＢとの間における鋼線
の冷却中に鋼線温度が変態点AC3以下に下降すると同時
に、安定オーステナイトから準安定オーステナイトへの
変態が生じ、準安定オーステナイトの粒界に「核」が出
現する。曲線x1とx2との間に含まれる区域はωで示され
る。パーライト化は、鋼線をこの区域ωの左側の点Ｂの
状態から区域ωの右側の点Ｃの状態まで移行させるにあ
る。鋼線のこの変態は曲線x1をBxにおいて切り曲線x2を
Cxにおいて切る線分BCによって示されているが、本発明
は点ＢとＣの間の鋼線温度の変動が直線的でない場合に
も適用される。
核の形成は区域ωの左側にある線分BCの部分におい
て、すなわち線分BBxにおいて生じる。区域ωを横断す
る線分BCの部分、すなわち線分BxCxにおいては、準安定
オーステナイトからパーライトへの変態、すなわちパー
ライト化が生じる。パーライト化時間は鋼ごとに相違
し、また線分CxCにおける処理の目的は、パーライト化
が完了していない場合に鋼線を過早に冷却する事を防止
するにある。実際に、残留準安定オーステナイトが急速
に冷却された場合、ベイナイト化され、これは熱処理後
の線引効率にとっても、最終製品の使用価値について
も、機械特性についても好ましくない構造である。
て、すなわち線分BBxにおいて生じる。区域ωを横断す
る線分BCの部分、すなわち線分BxCxにおいては、準安定
オーステナイトからパーライトへの変態、すなわちパー
ライト化が生じる。パーライト化時間は鋼ごとに相違
し、また線分CxCにおける処理の目的は、パーライト化
が完了していない場合に鋼線を過早に冷却する事を防止
するにある。実際に、残留準安定オーステナイトが急速
に冷却された場合、ベイナイト化され、これは熱処理後
の線引効率にとっても、最終製品の使用価値について
も、機械特性についても好ましくない構造である。
点ＡとＢの間の急速冷却に続いて、準安定オーステナ
イト区域での、すなわち点ＢとBxとの間の等温保持によ
って、核数を増大しそのサイズを縮小する事ができる。
これらの核はその後に準安定オーステナイトからパーラ
イトへの変態の出発点となり、これらの核が多数で小さ
いほど、鋼線の使用価値が高くなる事は公知である。
イト区域での、すなわち点ＢとBxとの間の等温保持によ
って、核数を増大しそのサイズを縮小する事ができる。
これらの核はその後に準安定オーステナイトからパーラ
イトへの変態の出発点となり、これらの核が多数で小さ
いほど、鋼線の使用価値が高くなる事は公知である。
パーライト化処理後に、鋼線を例えば常温まで冷却す
る。この冷却は好ましくは急冷とし、例えば線分CDによ
って示され、温度ＤはθＤで示される。
る。この冷却は好ましくは急冷とし、例えば線分CDによ
って示され、温度ＤはθＤで示される。
プラント300において、区域Z1は鋼線を点Ａ状態にも
たらすための加熱段階に対応し、区域Z2は曲線φの部分
ABに対応し区域Z3は曲線φの部分BCに対応し、区域Z4と
Z5は曲線φの部分CDの冷却段階に対応する。
たらすための加熱段階に対応し、区域Z2は曲線φの部分
ABに対応し区域Z3は曲線φの部分BCに対応し、区域Z4と
Z5は曲線φの部分CDの冷却段階に対応する。
区域Z1は例えば前記の本発明による装置100によって
実施する事ができる。
実施する事ができる。
区域Z2は例えばフランス特願第88/00904号によって実
施する事ができる。この区域Z2に対応する装置32を第７
図と第８図に図示する。
施する事ができる。この区域Z2に対応する装置32を第７
図と第８図に図示する。
この装置32は、内径Ｄ′tiと外径Ｄ′teの管状のケー
シング33を含む熱交換器であって、このケーシングの中
を矢印方向Ｆに直径Dfの処理される鋼線が繰り出され
る。
シング33を含む熱交換器であって、このケーシングの中
を矢印方向Ｆに直径Dfの処理される鋼線が繰り出され
る。
第７図は鋼線１の軸線、すなわち装置32の軸線xx′に
沿って取られた断面図であり、第８図はこの軸線に対し
て直角に取られた断面図であって、第８図は第７図のVI
II−VIII線に沿って取られ、第８図においてこの軸線x
x′は「ｘ」で表示されている。鋼線１と管33との間の
スペース34はガス35で満たされ、このガスは鋼線１と管
33の内側面330に直接に接触する。ガス35は鋼線１の処
理中、スペース34の中に留まり、装置32はガス35の強制
循環手段を直せず、すなわちガス35は実際上強制循環な
しで矢印Ｆ方向の鋼線１の移動のみによってスペース34
の中を移動させられる。鋼線１の加熱処理に際して、鋼
線１からガス35に伝熱が生じる。λ′は600℃で測定さ
れたガス35の導電率である。この導電率はＷ・m-1・K-1
で示される。鋼線１は、例えばセラミックスまたは炭化
タングステンから成る２個の案内部材36によって案内さ
れ、これらの案内部材36の一方は管33の鋼線入口に、他
方は鋼線出口に配置される。管33は、これを包囲する環
状スリーブ38の中を循環する伝熱性流体、例えば水によ
って外部から冷却される。このスリーブ38は長さＬ′ｍ
と、内径Ｄ′miと、外径Ｄ′meとを有する。スリーブ38
はマニホルド39から水を供給され、水はスリーブからマ
ニホルド40を通して出る。従って管33に沿った水37の流
れは矢印Ｆと逆方向になる。水37を収容する区域41（ス
リーブ38の内部スペース）とガス35を収容するスペー34
との間の密封は、例えばエラストマーから成る継手42に
よって得られる。水37と接触した管33の長さは第７図に
おいてＬ′ｔで表示される。
沿って取られた断面図であり、第８図はこの軸線に対し
て直角に取られた断面図であって、第８図は第７図のVI
II−VIII線に沿って取られ、第８図においてこの軸線x
x′は「ｘ」で表示されている。鋼線１と管33との間の
スペース34はガス35で満たされ、このガスは鋼線１と管
33の内側面330に直接に接触する。ガス35は鋼線１の処
理中、スペース34の中に留まり、装置32はガス35の強制
循環手段を直せず、すなわちガス35は実際上強制循環な
しで矢印Ｆ方向の鋼線１の移動のみによってスペース34
の中を移動させられる。鋼線１の加熱処理に際して、鋼
線１からガス35に伝熱が生じる。λ′は600℃で測定さ
れたガス35の導電率である。この導電率はＷ・m-1・K-1
で示される。鋼線１は、例えばセラミックスまたは炭化
タングステンから成る２個の案内部材36によって案内さ
れ、これらの案内部材36の一方は管33の鋼線入口に、他
方は鋼線出口に配置される。管33は、これを包囲する環
状スリーブ38の中を循環する伝熱性流体、例えば水によ
って外部から冷却される。このスリーブ38は長さＬ′ｍ
と、内径Ｄ′miと、外径Ｄ′meとを有する。スリーブ38
はマニホルド39から水を供給され、水はスリーブからマ
ニホルド40を通して出る。従って管33に沿った水37の流
れは矢印Ｆと逆方向になる。水37を収容する区域41（ス
リーブ38の内部スペース）とガス35を収容するスペー34
との間の密封は、例えばエラストマーから成る継手42に
よって得られる。水37と接触した管33の長さは第７図に
おいてＬ′ｔで表示される。
熱交換器32は単独で区域Z2に対応する装置を成す事が
できる。しかしまたスリーブ38の末端のフランジ43によ
って複数の熱交換器32を軸線xx′に沿って組立てる事が
でき、この場合に軸線xx′に沿って直列に配置された複
数の熱交換器32を鋼線１が通過する。
できる。しかしまたスリーブ38の末端のフランジ43によ
って複数の熱交換器32を軸線xx′に沿って組立てる事が
でき、この場合に軸線xx′に沿って直列に配置された複
数の熱交換器32を鋼線１が通過する。
管33、鋼線１およびガス35の特性は、パーライト化に
先立つ曲線φの部分ABに対応する冷却時に下記の式が満
たされるように選定される。
先立つ曲線φの部分ABに対応する冷却時に下記の式が満
たされるように選定される。
1.05≦Ｒ′≦15 （３） 5 ≦Ｋ′≦10 （４） ここに、 Ｒ′＝Ｄ′ti/Df Ｋ′＝［Log（Ｄ′ti/Df）］×Df2／λ′ Ｄ′tiとDfはmmで表示され、λ′は600℃で測定され
たガスの導電率であってＷ・m-1・・K-1で表示され、Log
は自然対数であ。
たガスの導電率であってＷ・m-1・・K-1で表示され、Log
は自然対数であ。
ガス35は例えば水素、窒素、ヘリウム、水素−窒素混
合物、水素−メタン混合物、窒素−メタン混合物、ヘリ
ウム−メタン混合物、水素−窒素−メタン混合物とする
事ができる。
合物、水素−メタン混合物、窒素−メタン混合物、ヘリ
ウム−メタン混合物、水素−窒素−メタン混合物とする
事ができる。
大きな直径を有する鋼線１の場合、管の内径Ｄ′tiと
鋼線の直径Dfとの比Ｒ′は１に近くなるので、非常に導
電性のガス、例えば水素を使用する必要がある。
鋼線の直径Dfとの比Ｒ′は１に近くなるので、非常に導
電性のガス、例えば水素を使用する必要がある。
プラント300の区域Z3が例えば前記のように直列に配
置された複数の熱交換器32を使用して実現する事ができ
る。
置された複数の熱交換器32を使用して実現する事ができ
る。
もっともよい条件でオーステナイトからパーライトへ
の交換を実施するためには、第１図において線分BCで示
された変態段階が、できるだけ変動の少ない温度で、例
えば曲線ABの冷却後に得られた温度θＢから±10℃以上
変動しない温度で実施される事が好ましい。このような
温度変動の制限は、線分BxCxに対応するパーライト化時
間以上の時間実施される。望ましくは、鋼線１の温度は
線分BCにおいて温度θＢから±５℃以上変動しないよう
にする。第６図は線分BCの段階中に温度が一定でθＢに
等しい理想的な場合を示し、従って線分BCは横座標軸に
平行な線分である。
の交換を実施するためには、第１図において線分BCで示
された変態段階が、できるだけ変動の少ない温度で、例
えば曲線ABの冷却後に得られた温度θＢから±10℃以上
変動しない温度で実施される事が好ましい。このような
温度変動の制限は、線分BxCxに対応するパーライト化時
間以上の時間実施される。望ましくは、鋼線１の温度は
線分BCにおいて温度θＢから±５℃以上変動しないよう
にする。第６図は線分BCの段階中に温度が一定でθＢに
等しい理想的な場合を示し、従って線分BCは横座標軸に
平行な線分である。
ω区域で生じるオーステナイトからパーライトへの変
態は、約100,000J・Kg-1の多量の熱を発生し、この区域
において変態速度が時間関数として変動し、この速度は
点BxとCxの近くで低く、線分BxCxの中央付近で最大とな
る。このような条件において、変態温度を実質的に一定
に保持しようとするならば、熱交換の調整を実施する必
要がある。すなわち鋼線１の単位長さあたりの熱交換出
力を変態区域に沿って変動させ、パーライト化速度が最
大の箇所でガス35による冷却率を最大とする。これはパ
ーライト化に際しての鋼線１の過度の温度上昇による再
熱現象を避けるためである。
態は、約100,000J・Kg-1の多量の熱を発生し、この区域
において変態速度が時間関数として変動し、この速度は
点BxとCxの近くで低く、線分BxCxの中央付近で最大とな
る。このような条件において、変態温度を実質的に一定
に保持しようとするならば、熱交換の調整を実施する必
要がある。すなわち鋼線１の単位長さあたりの熱交換出
力を変態区域に沿って変動させ、パーライト化速度が最
大の箇所でガス35による冷却率を最大とする。これはパ
ーライト化に際しての鋼線１の過度の温度上昇による再
熱現象を避けるためである。
このような熱交換調整は前記のフランス特願第88/009
04号に記載のように鋼線の通る管33の内径Ｄ′tiまたは
対応の管33の長さＬ′ｔを変動させる事によって実施さ
れる。
04号に記載のように鋼線の通る管33の内径Ｄ′tiまたは
対応の管33の長さＬ′ｔを変動させる事によって実施さ
れる。
区域Z3において、もっとも高い冷却出力を有する熱交
換器32がパーライト化速度にもっとも大きい区域に対応
する。このような条件において、 −管33の内径Ｄ′tiを変動させて調整を実施する場
合、この内径は区域Z3の入口から、パーライト化速度の
最大となる熱交換器32まで減少し、つぎにこの内径は区
域Z3の出口に向かって矢印Ｆ方向に増大する。
換器32がパーライト化速度にもっとも大きい区域に対応
する。このような条件において、 −管33の内径Ｄ′tiを変動させて調整を実施する場
合、この内径は区域Z3の入口から、パーライト化速度の
最大となる熱交換器32まで減少し、つぎにこの内径は区
域Z3の出口に向かって矢印Ｆ方向に増大する。
−管33の長さＬ′ｔを変動させて調整を実施する場
合、この長さは区域Z3の入口から、パーライト化速度の
最大となる熱交換器32まで増大し、つぎにこの内径は区
域Z3の出口に向かって矢印Ｆ方向に減少する。
合、この長さは区域Z3の入口から、パーライト化速度の
最大となる熱交換器32まで増大し、つぎにこの内径は区
域Z3の出口に向かって矢印Ｆ方向に減少する。
いずれの場合にも、矢印Ｆ方向において、冷却力は区
域Z3の入口から、パーライト化速度が最大となる熱交換
器32まで増大し、つぎに区域Z3の出口に向かって減少す
る。
域Z3の入口から、パーライト化速度が最大となる熱交換
器32まで増大し、つぎに区域Z3の出口に向かって減少す
る。
パーライト化速度が最大の熱交換器32において、下記
の式を満足させる事が好ましい。
の式を満足させる事が好ましい。
1.05≦Ｒ′≦８ （５） 3 ≦Ｋ′≦８ （６） Ｒ′とＫ′は前記と同様の意味を有する。
区域Z4は例えば前記の式（３）と（４）とを満たす１
つの熱交換器32によって構成される。
つの熱交換器32によって構成される。
つぎに鋼線１は区域Z5に入り、この区域において鋼線
１は水中に浸漬する事によって常温に近い温度、例えば
20〜50℃になされる。
１は水中に浸漬する事によって常温に近い温度、例えば
20〜50℃になされる。
プラント300の中で処理された鋼線１は、公知の鉛パ
テンチングによって得られたものと同一の構造、すなわ
ち微細パーライト構造を含む。この構造はフェライト層
にって分離されたセメンタイト層を含む。一例として、
第９図はこのような微細パーライト構造の一部50の断面
を示す。この部分50は、フェライト層52によって分離さ
れた実質的に相互に平行な２枚のセメンタイト層51から
成る。セメンタイト層51の厚さは「ｉ」、フェライト層
52の厚さは「ｅ」で示される。パーライト構造は微細で
あって、平均値ｉ＋ｅは1000Åに等しく、標準偏差250
Åである。
テンチングによって得られたものと同一の構造、すなわ
ち微細パーライト構造を含む。この構造はフェライト層
にって分離されたセメンタイト層を含む。一例として、
第９図はこのような微細パーライト構造の一部50の断面
を示す。この部分50は、フェライト層52によって分離さ
れた実質的に相互に平行な２枚のセメンタイト層51から
成る。セメンタイト層51の厚さは「ｉ」、フェライト層
52の厚さは「ｅ」で示される。パーライト構造は微細で
あって、平均値ｉ＋ｅは1000Åに等しく、標準偏差250
Åである。
このような鋼線は例えばプラスチック材料またはゴム
材料の製品、特にタイヤ外皮の補強に使用される。
材料の製品、特にタイヤ外皮の補強に使用される。
また装置300は下記の効果の少なくとも１つを生じる
事ができる。
事ができる。
−熱処理後に、線引後に、鋼線は少なくとも1300MPa
に等しい引っ張り破断抵抗を示す。
に等しい引っ張り破断抵抗を示す。
−鋼線は少なくとも40の断面比を有するように線引さ
れる。
れる。
−鋼線は線引後に少なくとも3000MPaに等しい引っ張
り破断抵抗を示す。
り破断抵抗を示す。
断面比は定義上、下記の式に対応する。
プラント300は下記の利点を有する。
−構造簡単、投資コストと作動コストが低い。
すなわち、 ・金属または溶融塩の使用が避けられる、 ・ガスの強制循環に必要な圧縮器またはタービンを必
要としない。
要としない。
−正確な冷却法則が得られ、再熱現象が避けられる。
−同一プラントにおいて、広範囲の直径Dfの鋼線のパ
ーライト処理を実施する事ができる。
ーライト処理を実施する事ができる。
−金属または溶融塩を使用しないので衛生上の問題が
なく、鋼線の浄化処理が不必要である。
なく、鋼線の浄化処理が不必要である。
これらの利点は、曲線φの部分AB（第６図）に対応す
る冷却処理時に前記の式（３）と（４）が満足された場
合にのみ達成される。強制通気されないガスを含む管を
使用する場合、管を伝熱性流体によって包囲しても曲線
φのAB部分に対応するパーライト化前の冷却段階におい
て式（３、４）が満たされなければ、正確なパーライト
化を実施する事は不可能である。
る冷却処理時に前記の式（３）と（４）が満足された場
合にのみ達成される。強制通気されないガスを含む管を
使用する場合、管を伝熱性流体によって包囲しても曲線
φのAB部分に対応するパーライト化前の冷却段階におい
て式（３、４）が満たされなければ、正確なパーライト
化を実施する事は不可能である。
本発明は前記の説明のみに限定されるものでなく、そ
の主旨の範囲内において任意に変更実施できる。
の主旨の範囲内において任意に変更実施できる。
第１図は本発明による装置の軸線に沿った断面図、第２
図は第１図のII−II線に沿った軸線に対して垂直の断面
図、第３図は本発明による他の装置の軸線に沿った断面
図、第４図は第３図のIV−IV線に沿ってとられた軸線に
対して垂直な断面図、第５図は本発明による装置を含む
鋼線熱処理プラント全体の概略図、第６図は第５図のプ
ラント中において処理される鋼線の時間に対する温度変
化を示す曲線、第７図は第５図のプラントにおいて使用
される装置の軸線に沿った断面図、第８図は第７図のVI
II−VIII線に沿った軸線に垂直な断面図、また第９図は
第５図に図示のプラントにおいて処理された鋼線の微細
パーライト構造の一部の断面図である。 １……鋼線、２……管、４……ガス、６……電気抵抗、
７……断熱スリーブ、８…断熱プレート、100,200……
本発明の装置、30……本発明を実施するプラント、32…
…パーライト化装置、
図は第１図のII−II線に沿った軸線に対して垂直の断面
図、第３図は本発明による他の装置の軸線に沿った断面
図、第４図は第３図のIV−IV線に沿ってとられた軸線に
対して垂直な断面図、第５図は本発明による装置を含む
鋼線熱処理プラント全体の概略図、第６図は第５図のプ
ラント中において処理される鋼線の時間に対する温度変
化を示す曲線、第７図は第５図のプラントにおいて使用
される装置の軸線に沿った断面図、第８図は第７図のVI
II−VIII線に沿った軸線に垂直な断面図、また第９図は
第５図に図示のプラントにおいて処理された鋼線の微細
パーライト構造の一部の断面図である。 １……鋼線、２……管、４……ガス、６……電気抵抗、
７……断熱スリーブ、８…断熱プレート、100,200……
本発明の装置、30……本発明を実施するプラント、32…
…パーライト化装置、
Claims (1)
- 【請求項１】ａ）実際上強制通気されないガスを含む少
なくとも１本の管の中に鋼線を通過させながら加熱し、
ガスが鋼線に直接に接触し、鋼線の加熱時間は鋼線の直
径1mmあたり４秒以下とすることと、 ｂ）管と、鋼線と、ガスの特性は下記の式が満たされる
ように選定され、 1.05≦Ｒ≦７ （１） 0.6≦Ｋ≦８ （２） ここに、 Ｒ＝Dti/Df Ｋ＝［Log（Dti/Df）］×Df2／λ またここに、 Dtiはmmで表示された管の内径、Dfはmmで表示された鋼
線の直径、λは800℃で測定されＷ・m-1・K-1で表示さ
れたガスの導電率、またLogは自然対数とすることを含
む事を特徴とする均一オーステナイト構造を得るように
少なくとも１本の炭素鋼線を熱処理する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8808425 | 1988-06-21 | ||
| FR8808425A FR2632973B1 (fr) | 1988-06-21 | 1988-06-21 | Procedes et dispositifs pour obtenir une structure d'austenite homogene |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0243325A JPH0243325A (ja) | 1990-02-13 |
| JP2885831B2 true JP2885831B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
ID=9367617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1159393A Expired - Lifetime JP2885831B2 (ja) | 1988-06-21 | 1989-06-21 | 均一オーステナイト構造を得る方法 |
Country Status (15)
| Country | Link |
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