JP5298577B2 - 鋼材の球状化焼鈍方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸受鋼材などの鋼材をバッチ処理にて球状化焼鈍する方法に関する。特に、その効率的な処理方法に関する。

例えば、軸受鋼材は、熱間圧延により棒や線材にした後、球状化焼鈍を施して軟化する。そして、その後に、加工を施して目的の機械部品とする。
球状化焼鈍の処理は、特許文献１に記載のように、例えば８００℃程度まで鋼材を加熱した後に徐冷することで行われる。これによって、鋼中の炭化物を球状化すると共に、球状化した炭化物が粗大化する。こうした熱処理はバッチ式で行われ、冷間の鋼材を加熱して冷却するという一連の熱処理が、繰り返し行われる。
そして、特許文献１に記載の技術では、球状化焼鈍用炉の中で熱の伝達を良くすることで、鋼材の品質を向上させることを狙っている。
特開平６−７３４３７号公報

ここで、近年の地球環境への問題意識の高まりから、二酸化炭素の排出抑制が求められている。そして、熱処理のように熱エネルギーを使用するにあたって、省エネルギーが要求される。
しかし、軸受鋼材の球状化焼鈍は、鋼材を加熱し冷却することの繰り返しであり、温度の上がった鋼材は温度を下げる過程で、従来にあっては、その熱エネルギーを大気中に放散するだけであり、その保有する熱は散逸する一方であった。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、球状化焼鈍処理における熱エネルギー効率を向上させることを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、鋼材の球状化焼鈍方法において、鋼材載置場（但し、容器内で粉体を流動化ガスによる浮遊攪拌する流動床である場合を除く）に、複数の熱処理後の冷却過程にある鋼材と複数の焼鈍前の鋼材とを交互に配置して、該熱処理後の冷却過程にある鋼材を焼鈍前の鋼材の横に隣接して置き、上記熱処理後の冷却過程にある鋼材からの輻射熱で、焼鈍前の鋼材を予熱することを特徴とするものである。
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、熱交換用の容器内に、上記冷却過程の鋼材と焼鈍前の鋼材とを収容して、上記輻射熱による予熱に加えて、該容器内の気体を熱を交換する媒体として利用して、焼鈍前の鋼材を予熱することを特徴とするものである。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項２に記載した構成に対し、熱交換用の容器内の雰囲気を攪拌しながら、上記予熱を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、球状化焼鈍の冷却過程で散逸する熱を、球状化焼鈍する前の鋼材に与えることで、次の球状化焼鈍の加熱に要する熱エネルギーを抑制することが可能となる。
また、次の球状化焼鈍を開始する際における鋼材の初期温度が高くなることから、球状化焼鈍のための加熱する時間を短縮することができる。この結果、処理能率を高めるという効果もある。

このとき、鋼材の配置を工夫するだけで、上記予熱効果を、効率よく得ることが出来る。
また、請求項２に係る発明によれば、熱交換用の容器内で予熱することで、熱交換の効率が向上して、さらに予熱効果を高めることが出来る。
更に、請求項３に係る発明によれば、雰囲気攪拌を行うことで、さらに熱交換の効率が向上して、さらに予熱効果を高めることが出来る。

（第１実施形態）
次に、本発明に係る第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、鋼材の球状化焼鈍処理手順を模式的に記載した図である。
図１中、符号３は、鋼材を加熱処理するための球状化焼鈍炉を示す。また、符号Ｈは、鋼材を載置する鋼材載置場を示す。
（本実施形態の処理例）
鋼材載置場Ｈには、複数の鋼材１，２を並べるように載置する。図１では、横方向に一列並べるように記載してあるが、紙面奥行き方向にも並べて２次元的に載置してあっても良い。
そして、その鋼材載置場Ｈに並べてある鋼材を、一つ置きに選択して取り出して、上記球状化焼鈍炉３に収容して加熱処理を行う。

次に、球状化焼鈍炉３で熱処理が終了した鋼材１を、球状化焼鈍炉３から取りだし、鋼材載置場Ｈに載置してある加熱処理待ちの鋼材２の横に隣接して置く。ここで、隣接とは、加熱処理を行った鋼材１からの熱によって、球状化焼鈍待ちの鋼材２が予熱できるだけの距離に配置することを指す。
熱処理後の鋼材１は、例えば６００℃程度の高温であるから、室温状態の鋼材２に隣接しておけば、輻射や大気の対流により熱を伝えることができる。すなわち、鋼材１と鋼材２を隣接配置することによって、輻射熱により相互に熱が交換される。

２トンのＳＵＪ２軸受鋼のφ１０線材コイル（鋼材２）に対して、６００℃に加熱した鋼材１を隣接して配置したところ、始め室温であった鋼材２を１８０℃まで予熱することができた。
そして、予熱された鋼材２を、球状化焼鈍炉３に収容して加熱処理を行う。この間に、例えば、鋼材載置場Ｈの空いた場所に対し、球状化焼鈍を行う新たな鋼材を載置すると共に、徐冷が完了した鋼材１を、次工程に搬送する。

（本実施形態の効果）
球状化焼鈍で加熱して冷却過程中の鋼材１から散逸する熱を、球状化焼鈍する前の鋼材２に与える。これによって、球状化焼鈍する前の鋼材２が予熱される。この結果、その鋼材２を球状化焼鈍するための加熱に要する熱エネルギーを、抑制することが可能となる。
また、次の球状化焼鈍を開始する際における鋼材２の初期温度が高くなることから、加熱する時間を短縮することがでる。すなわち、球状化焼鈍の処理能率を高めるという効果もある。
また、単に、載置場Ｈに配置する鋼材の置き方を工夫するだけであるので、設備工数も掛からず、簡易に実施することが出来る。
特に、鋼材１と鋼材２とを交互に配置することで、効率良く伝熱可能となる。

（変形例）
上記実施形態では、鋼材載置場Ｈに、加熱後の鋼材１と加熱前の鋼材２とを交互に配置する例を示している。配置例はこれに限定しない。例えば、複数の加熱後の鋼材１で、加熱前の鋼材２の周りを囲むように配置したりしても良い。要は、複数の加熱後の鋼材１で、加熱前の鋼材２を予熱可能な鋼材の配置となっていればよい。
また、球状化焼鈍する鋼材としては、軸受鋼材が好適であるが、軸受鋼材以外の鋼材の球状化焼鈍に対して適用しても良い。

（第２実施形態）
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記第１実施形態と同様な構成などについては同一の符号を付して説明する。
本実施形態の基本の処理は、上記第１実施形態と同様である。
但し、本実施形態では、模式図である図２に示すように、熱交換用の容器として槽４を用意する。
そして、予め、次に加熱を行う鋼材２を、載置場Ｈから搬送し、隣り合う鋼材間に別の鋼材が配置可能な間隔を開けて、槽４内に並べるように載置しておく。

そして、球状化焼鈍炉３で熱処理が終了した鋼材１を、槽４内に入れて、上記加熱待ちの鋼材２の間に設置する。
設置後、槽４の蓋を閉じる。これによって、槽４内の鋼材は、外気と遮断されることで、槽４内部の温度は、大気中よりも高温となる。これによって、加熱後の鋼材１から加熱前の鋼材２への伝熱の効率は、上記第１実施形態よりも向上する。このとき、槽４内の雰囲気の気体、例えば空気や、脱炭を防止するための雰囲気ガスも熱を交換する媒体として利用できる。

なお、槽４内の雰囲気ガスは、空気でなくても良い。
また、槽４を断熱性の高い材質で構成すれば、その効果が高まる。
そして、槽４内で予熱後の鋼材２を、前述と同様に球状化焼鈍炉３で熱処理する。
ここで、前述と同様な条件で予熱したところ、２トンのＳＵＪ２軸受鋼コイル（鋼材２）の予熱温度を２４０℃まで高めることができた。
ここで、上記熱交換用の槽４を２以上用意しておくと良い。例えば、２つの槽４を用意しておけば、一方の槽４で予熱中に、他方の槽４で予熱完了後の鋼材１を球状化焼鈍炉３に装入することが可能となる。
また、槽４内での予熱が完了した後に、加熱後の鋼材１を載置場Ｈにおいて更に徐冷させればよい。予熱が完了した鋼材２は槽４内の蓋を閉じておくことで保熱することが出来る。

（第２実施形態の効果）
本実施形態によれば、第１実施形態よりも予熱効果を向上させることが出来る。
（変形例）
一つの槽４内に加熱後の鋼材１と加熱前の鋼材２とを収容するので、必ずしも加熱後の鋼材１と加熱前の鋼材２とを隣り合うように配置する必要はない。
また、一つの槽４内に加熱後の鋼材１と加熱前の鋼材２とを収容する場合を例示しているが、加熱後の鋼材１を収容する第１の槽と、加熱前の鋼材２を収納する第２の槽とを別に用意して、第１の槽の雰囲気を第２の槽に送ることで、第２の槽内の鋼材２を加熱しても良い。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記第１及び第２実施形態と同様な構成などについて同一の符号を付して説明する。
本実施形態の基本構成は、上記第２実施形態と同様である。
ただし、本実施形態では、図３に示すように、上記槽４の中に、ファン５を設ける。そして、予熱中にファン５によって槽４内の雰囲気を攪拌することで、熱交換が促進し、さらに槽４内の雰囲気の均一化を図ることができる。
前述と同様な予熱条件にて予熱を行ったところ、２トンのＳＵＪ２軸受鋼コイル（鋼材２）の予熱温度を２７０℃まで高めることが出来た。

（第３実施形態の効果）
これによって、第２実施形態の方法よりも更に予熱効果が向上する。
また、槽４内の雰囲気を均一化させるので、加熱前の鋼材２をより均一に予熱させることが可能となる。
（変形例）
攪拌手段は、ファン５以外であっても良い。槽４の中の雰囲気ガスを積極的に攪拌出来ればよい。
ここで、以上説明した第１〜第３の各実施形態において、予熱時間は１時間以上とすることが好ましい。１時間以下では熱処理済の鋼材１の熱が充分に被予熱材である鋼材２に伝わらない。さらに好ましくは、５時間以上である。一方、１０時間程度予熱すると、熱処理後の鋼材１は冷えてしまい、それ以上は予熱効果が期待できず、むしろ被予熱材も冷え始めるので、予熱時間は１０時間以下とすることが好ましい。

本発明に基づく第１実施形態に係る処理を説明する模式図である。 本発明に基づく第２実施形態に係る処理を説明する模式図である。 本発明に基づく第３実施形態に係る処理を説明する模式図である。

符号の説明

１ 鋼材（熱処理後）
２ 鋼材（予熱する鋼材）
３ 球状化焼鈍炉
４ 槽（熱交換用の容器）
５ ファン（攪拌手段）
Ｈ 鋼材載置場

Claims (3)

1. 鋼材の球状化焼鈍方法において、鋼材載置場（但し、容器内で粉体を流動化ガスによる浮遊攪拌する流動床である場合を除く）に、複数の熱処理後の冷却過程にある鋼材と複数の焼鈍前の鋼材とを交互に配置して、該熱処理後の冷却過程にある鋼材を焼鈍前の鋼材の横に隣接して置き、上記熱処理後の冷却過程にある鋼材からの輻射熱で、焼鈍前の鋼材を予熱することを特徴とする鋼材の球状化焼鈍方法。
2. 熱交換用の容器内に、上記冷却過程の鋼材と焼鈍前の鋼材とを収容して、上記輻射熱による予熱に加えて、該容器内の気体を熱を交換する媒体として利用して、焼鈍前の鋼材を予熱することを特徴とする請求項１に記載した鋼材の球状化焼鈍方法。
3. 熱交換用の容器内の雰囲気を攪拌しながら、上記予熱を行うことを特徴とする請求項２に記載した鋼材の球状化焼鈍方法。

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