JP7320422B2 - オーステンパー処理設備及びオーステンパー処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、被処理材にオーステンパー処理を施すためのオーステンパー処理設備及びオーステンパー処理方法に関する。

高張力鋼板やばね材等の硬さや靱性を要求される被処理材は、その要求を満たすためにオーステンパー処理を施されている。このオーステンパー処理は、被処理材を加熱してオーステナイト化した後、所定の温度域まで冷却し、その温度域の恒温状態に保持して、ベイナイト組織に変態させることで行われる。
通常、上述のようなオーステンパー処理を実施するための設備は、特許文献１、２に示されるように、被処理材を加熱するための加熱室と、加熱された被処理材を冷却して恒温状態に保持するためのソルトバス（塩浴炉）とを有している。ソルトバスは、内部に硝酸カリウム、塩化カルシウム、塩化ナトリウム、塩化バリウム等の塩（ソルト）を融解させた溶融塩が貯留されており、熱伝達性が良く、熱容量が大きい溶融塩中に浸漬された被処理材を冷却して恒温状態に保持するように構成されている。

特開２０１９－２６９０３号公報 特開２００９－２７０７５８号公報

上述のソルトバスを使用したオーステンパー処理は、処理後の被処理材の表面に付着した溶融塩や酸化スケール等といった異物を洗浄や研磨などによって確実に除去する必要があり、こうした異物の洗浄・除去に係る作業が非常に煩雑であった。
また、ソルトバスに浸漬されて所定の温度域に冷却される被処理材には、反りや歪みが発生しやすく、特に薄板状に成形された被処理材には、大きな反りや歪みが発生してしまう。
そして、ソルトバスは、溶融塩を使用するため、環境汚染の問題を有している。

本発明は、このような従来技術が有していた問題点を解決しようとするものであり、ソルトバスを使用することなくオーステンパー処理を施すことができるオーステンパー処理設備及びオーステンパー処理方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するべく、請求項１に記載の発明は、金属材料を所定の薄板状に成形して得られた被処理材を、加熱室で加熱してオーステナイト化させてから、冷却手段を用いて所定の温度域まで冷却し、さらに該温度域の恒温状態に所定時間保つことで、オーステナイトからベイナイト組織に変態させるオーステンパー処理を行うためのオーステンパー処理設備であって、上記冷却手段は、平板状に形成された定盤と、上記定盤の温度を上記所定の温度域に制御する温度制御装置と、上記定盤と上記被処理材とを圧接させる押圧装置と、を有することを要旨とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記オーステンパー処理設備は、上記冷却手段によって冷却された上記被処理材を上記所定の温度域の恒温状態に所定時間保つための恒温室をさらに有することを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、上記オーステンパー処理設備は、設備内に不活性ガスを供給して無酸化雰囲気にするための不活性ガス供給装置をさらに有することを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、上記不活性ガス供給装置は、上記定盤又は上記恒温室が収容された収容室に接続されていることを要旨とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のうち何れか一項に記載の発明８において、上記被処理材の厚さは、１～５ｍｍであることを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のうち何れか一項に記載のオーステンパー処理設備を使用し、金属材料を所定の薄板状に成形して得られた被処理材に対してオーステンパー処理を施すためのオーステンパー処理方法であって、上記被処理材を加熱してその金属組織をオーステナイト組織に変態させる加熱工程と、上記加熱工程後の上記被処理材を所定の温度域まで冷却する冷却工程と、上記冷却工程後の上記被処理材を、上記所定の温度域の恒温状態に所定時間保つことで、上記被処理材の金属組織をオーステナイト組織からベイナイト組織に変態させる恒温工程と、を備え、上記冷却工程は、上記温度制御装置によって上記所定の温度域に制御された上記定盤と上記被処理材とを、上記押圧装置を用いて所定の圧力で圧接させることにより、上記被処理材の形状が保持された状態で行う、ことを要旨とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、上記冷却工程又は上記恒温工程は、無酸化雰囲気下で行われることを要旨とする。
請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、上記加熱工程において、上記被処理材を８００～９００℃に加熱することを要旨とする。
請求項９に記載の発明は、請求項６から８のうち何れか一項に記載の発明において、上記冷却工程又は上記恒温工程において、上記所定の温度域は、上記被処理材の金属組織として、パーライト組織が生成される温度以下であり、マルテンサイト組織への変態が開始される温度以上、であることを要旨とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、上記冷却工程又は上記恒温工程において、上記所定の温度域は、３００～５００℃であることを要旨とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項６から１０のうち何れか一項に記載の発明において、上記冷却工程において、上記所定の圧力は、１０～１００ｋｇｆ／ｃｍ^２であることを要旨とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項６から１１のうち何れか一項に記載の発明において、上記冷却工程において、上記被処理材は、上記定盤との間で伝熱を行うことによって冷却されることを要旨とする。

本発明によれば、オーステンパー処理設備は、冷却手段として、平板状に形成された定盤と、オーステナイトからベイナイト組織への変態に要する所定の温度域に定盤の温度を制御する温度制御装置と、定盤と被処理材とを圧接させる押圧装置と、を有している。
また、オーステンパー処理方法は、上記オーステンパー処理設備を使用して行われ、加熱工程後の被処理材を所定の温度域まで冷却する冷却工程が、被処理材と、温度制御装置によって所定の温度域に制御された定盤とを、押圧装置を用いて所定の圧力で圧接させることにより、被処理材の形状が保持された状態で行われる。
従って、オーステンパー処理設備を使用したオーステンパー処理方法は、冷却手段によって被処理材を所定の温度域まで冷却することができるため、ソルトバスを使用せずにオーステンパー処理を施すことができる。

実施形態のオーステンパー処理設備を示す概略説明図。 実施形態の冷却手段を示す概略説明図。 実施形態の被処理材を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。

ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。

また、下記実施形態で記載した各構成の括弧内の符号は、後述する実施例に記載の具体的構成との対応関係を示すものである。

本実施形態に係るオーステンパー処理設備（１０）は、例えば図１に示すように、被処理材（Ｗ）を加熱してオーステナイト化させる加熱室（１１）と、このオーステナイト化させた被処理材（Ｗ）を所定の温度域まで冷却する冷却手段（１２）とを有している。
このオーステンパー処理設備（１０）内で所定の温度域まで冷却された被処理材（Ｗ）は、該温度域の恒温状態に所定時間保たれ、オーステナイトからベイナイト組織に変態されることにより、オーステンパー処理を施される。

冷却手段（１２）は、平板状に形成された定盤（１３）と、定盤（１３）の温度を所定の温度域に制御する温度制御装置（１４）と、定盤（１３）と被処理材（Ｗ）とを圧接させる押圧装置（１５）と、を有している（例えば図１参照）。
この冷却手段（１２）は、温度制御装置（１４）によって所定の温度域に制御された定盤（１３）と、被処理材（Ｗ）とを、押圧装置（１５）を使用して圧接させることにより、被処理材（Ｗ）を所定の温度域に冷却する。

オーステンパー処理設備（１０）は、加熱室（１１）と冷却手段（１２）とを有し、被処理材（Ｗ）にオーステンパー処理を行うように構成されているものであれば、大きさ、炉内容積、被処理材の搬送方式等について、特に問わない。
加熱室（１１）は、構成、形状、炉内容積、加熱方式、被処理材の搬送方式等について特に問わず、一般的な加熱炉や加熱室を使用することができる。

オーステンパー処理設備（１０）による処理方式は、小ロットで多種類の被処理材（Ｗ）を処理するバッチ式と、１種類の被処理材（Ｗ）を大量に処理する連続式とについて、特に問わない。
このオーステンパー処理設備（１０）は、冷却手段（１２）を有しているため、ソルトバスを使用せずにオーステンパー処理を施すことができるという効果を奏する。このようにソルトバスを使用しない場合には、被処理材（Ｗ）の表面に溶融塩が付着せず、溶融塩の洗浄・除去に係る作業を省略することができるとともに、溶融塩による環境汚染を防止することができるという利点を有する。
特に、オーステンパー処理設備（１０）が連続式の場合には、通常は必須とされる大容積のソルトバスと該ソルトバスへ被処理材を浸漬させつつ搬送するための構成とを要さないことから、設備の小型化や省スペース化、設備のメンテナンスの容易化、構成の簡易化などを図ることができるという利点を有する。

冷却手段（１２）は、定盤（１３）と、温度制御装置（１４）と、押圧装置（１５）と、を有する構成であれば、その他の構成、形状、被処理材の搬送方式等について特に問わない。
定盤（１３）は、平板状に形成されているのであれば、構成、材質等について特に問わない。この定盤（１３）は、内部に冷却回路が設けられた構成とすることができる。また、定盤（１３）の材質には、熱伝導率の高い鉄、アルミニウム等の金属や、それら金属を用いた合金を使用することができる。

ここで、定盤（１３）の形状について説明すると、本発明の冷却工程は、被処理材（Ｗ）を所定の形状に成形することを目的とした工程ではなく、所定の薄板状に成形して得られた被処理材（Ｗ）を、その形状を保持しながら、つまりは金属組織の変態による反りや歪みの発生を防止しながら、冷却することを目的とした工程である。
このため、被処理材（Ｗ）と圧接されることで該被処理材（Ｗ）を冷却する定盤（１３）の形状は、薄板状とされた被処理材（Ｗ）の形状を保持可能であるという観点から、平板状とすることが好ましい。
また、定盤（１３）の形状は、被処理材（Ｗ）との接触面積が増すことで冷却効率の向上を図ることができるという観点から、被処理材（Ｗ）が圧接される圧接面を平坦状とすることがより好ましい。

温度制御装置（１４）は、定盤（１３）の温度を制御可能な構成であれば、その他の構成、冷却方式等について特に問わない。この温度制御装置（１４）には、任意の温度に調整した熱媒体を定盤（１３）との間で回流させる温度調節機などを使用することができる。
押圧装置（１５）は、被処理材（Ｗ）と定盤（１３）とを圧接させることが可能な構成を有するのであれば、その他の構成、形状、油圧式や空圧式や電動などの駆動方式等について特に問わない。この押圧装置（１５）には、一般的なプレス装置などを使用することができる。

被処理材（Ｗ）は、金属材料を所定の薄板状に成形して得られたものであれば、それ以外の形状、大きさ等は、特に問わない。
金属材料は、特に問わないが、オーステンパー処理が硬さや靱性の要求に応えるべく施されるという観点から、好ましくは炭素鋼であり、より好ましくは炭素工具鋼、合金工具鋼、高速度工具鋼等の工具鋼であり、さらに好ましくは高速度工具鋼（ハイス鋼）である。この高速度工具鋼とは、高温下での硬さと耐軟化性を高めた材料であり、金属用の切削工具の材料として有用である。
薄板状に成形される被処理材（Ｗ）の厚さ（Ｔ）は、反りや歪みの発生を抑制することができるという観点から、好ましくは１～５ｍｍ、より好ましくは１．５～４ｍｍ、さらに好ましくは１．５～３ｍｍである。特に被処理材（Ｗ）の厚さが上述の範囲である場合、通常のソルトバスを使用したオーステンパー処理であれば反りや歪みが頻繁に発生することに比べて、本発明は反りや歪みの発生を抑制することができる点で有用である。

オーステンパー処理設備（１０）は、冷却手段（１２）によって冷却された被処理材（Ｗ）を所定の温度域の恒温状態に所定時間保つための恒温室（１６）をさらに有することができる（例えば、図１参照）。
冷却手段（１２）は、被処理材（Ｗ）が所定の温度域まで冷却された後も、該被処理材（Ｗ）と定盤（１３）とを圧接させた状態のまま保持することで、被処理材（Ｗ）を所定の温度域の恒温状態に所定時間保つことができる。つまり、冷却手段（１２）は、被処理材（Ｗ）を冷却する冷却工程と、被処理材（Ｗ）を恒温状態に保つ恒温工程との２つの工程を実行可能な機能を有している。
但し、オーステンパー処理設備（１０）が連続式である場合には、１つの冷却手段（１２）で被処理材（Ｗ）の恒温工程と、次に処理される被処理材の冷却工程とを同期させて実行することは難しい。
恒温室（１６）をさらに有する場合には、連続式のオーステンパー処理設備（１０）に対応することができるという観点で、冷却手段（１２）による冷却工程と、恒温室（１６）による恒温工程との２つの工程を同期させて実行することができるため、作業の効率化と単位時間当たりの処理数の増加を図ることができる。

恒温室（１６）は、被処理材（Ｗ）を所定の温度域の恒温状態に所定時間保つことが可能な構成を有するのであれば、その他の構成、形状、炉内容積、恒温方式、被処理材の搬送方式等について、特に問わない。
また、冷却手段（１２）による冷却工程の実行時間と、恒温室（１６）による恒温工程の実行時間とを比較した場合、一般的に冷却工程の実行時間は短時間であり、恒温工程の実行時間は長時間である。
このため、恒温室（１６）には、作業の効率化と、単位時間当たりの処理数の増加を図るという観点から、冷却工程後の被処理材（Ｗ）を複数まとめて収容することが好ましい。恒温室（１６）に被処理材（Ｗ）を複数まとめて収容する場合には、例えば、冷却手段（１２）と恒温室（１６）の間に多段積み装置を設ける等することで、多段積みした複数被処理材（ＷＳ）を恒温室（１６）に収容することができる。

オーステンパー処理設備（１０）は、設備内に不活性ガスを供給して無酸化雰囲気にするための不活性ガス供給装置（１７）をさらに有することができる。
不活性ガス供給装置（１７）を使用してオーステンパー処理設備（１０）内を無酸化雰囲気にする場合、被処理材（Ｗ）の表面への酸化スケールの付着を抑制することができ、酸化スケールの除去に係る作業を省略することができる。
不活性ガス供給装置（１７）は、設備内に不活性ガスを供給可能な構成を有するのであれば、その他の構成、不活性ガスの供給量や供給方式等について、特に問わない。

不活性ガス供給装置（１７）は、被処理材（Ｗ）の表面への酸化スケールの付着を好適に抑制することができるという観点から、冷却手段（１２）の定盤（１３）又は恒温室（１６）が収容された収容室（１８）に接続されていることが好ましい。
ソルトバスを使用することなく定盤（１３）との圧接によって被処理材（Ｗ）をオーステンパー処理する場合、冷却工程及び恒温工程で被処理材（Ｗ）が空気（酸素）に触れることが可能な状態、つまり開放状態の酸化雰囲気であると、被処理材（Ｗ）の表面に酸化スケールが付着してしまう。このため、冷却工程及び恒温工程は、閉塞状態の無酸化雰囲気、つまり定盤（１３）又は恒温室（１６）が収容室（１８）に収容された状態として、該収容室（１８）内部が不活性ガスで満たされた無酸化雰囲気で行うことが好ましい。
収容室（１８）は、定盤（１３）のみ、又は定盤（１３）及び恒温室（１６）の両方を収容可能なサイズを有し、内部に不活性ガスを供給することで無酸化雰囲気にすることが可能な構成を有するのであれば、その他の構成、サイズ、不活性ガスの供給量や供給方式等について、特に問わない。

オーステンパー処理設備（１０）を使用し、被処理材（Ｗ）に対してオーステンパー処理を施すためのオーステンパー処理方法は、加熱工程と、冷却工程と、恒温工程と、を備えている。
加熱工程は、被処理材（Ｗ）を加熱してその金属組織をオーステナイト組織に変態させる工程である。この加熱工程は、オーステンパー処理設備（１０）の加熱室（１１）を使用して実行される。
冷却工程は、加熱工程後の被処理材（Ｗ）を所定の温度域まで冷却する工程である。この冷却工程は、オーステンパー処理設備（１０）の冷却手段（１２）を使用して実行される。
恒温工程は、冷却工程後の被処理材（Ｗ）を、所定の温度域の恒温状態に所定時間保つことで、被処理材（Ｗ）の金属組織をオーステナイト組織からベイナイト組織に変態させる工程である。

オーステンパー処理方法において、恒温工程は、オーステンパー処理設備（１０）の冷却手段（１２）又は恒温室（１６）を使用して実行される。特にオーステンパー処理設備（１０）が連続式のものである場合、作業の効率化と単位時間当たりの処理数の増加を図ることができるという観点から、恒温工程は、恒温室（１６）を使用して実行されることが好ましい。
オーステンパー処理方法は、加熱工程と、冷却工程と、恒温工程と、を備えているのであれば、その他の工程を備えていることについて、特に問わない。例えば、オーステンパー処理方法は、各工程の間で被処理材（Ｗ）を搬送する工程、冷却工程と恒温工程との間で複数の被処理材（Ｗ）を段積みする工程、恒温工程の後に被処理材（Ｗ）を常温になるまで放冷や冷却等する第２の冷却工程などを備えることができる。

冷却工程は、冷却手段（１２）を使用して実行されるが、詳しくは温度制御装置（１４）によって所定の温度域に制御された定盤（１３）と被処理材（Ｗ）とを、押圧装置（１５）を用いて所定の圧力で圧接させることにより、被処理材（Ｗ）の形状が保持された状態で行われる。
すなわち、薄板状に成形された被処理材（Ｗ）は、金属組織のオーステナイト組織からベイナイト組織への変態時に、反りや歪み等が非常に発生しやすい。そこで、オーステンパー処理方法は、定盤（１３）と被処理材（Ｗ）とを押圧装置（１５）を用いて所定の圧力で圧接させることにより、金属組織の変態時における被処理材（Ｗ）の反りや歪みの発生を抑制している。

冷却工程又は恒温工程は、被処理材（Ｗ）の表面への酸化スケールの付着を抑制するという観点から、無酸化雰囲気下で行われることが好ましい。
無酸化雰囲気下で冷却工程又は恒温工程を実行することについては、その実行のための構成などについて特に問わないが、例えば上述したように冷却手段（１２）又は恒温室（１６）を収容室（１８）に収容し、この収容室（１８）の内部に不活性ガスを供給することにより、実行することができる。

加熱工程において、被処理材（Ｗ）の加熱温度は、使用される金属材料に応じて設定されるのであれば特に問わない。
被処理材（Ｗ）の金属材料が、例えば上述の炭素鋼であれば、オーステナイト組織に好適に変態させるという観点から、８００～９００℃が好ましく、８２０～９００℃がより好ましく、８５０～９００℃がさらに好ましい。

冷却工程又は恒温工程において、上記所定の温度域は、被処理材（Ｗ）の金属組織として、パーライト組織が生成される温度以下であり、マルテンサイト組織への変態が開始される温度以上、であれば、使用される金属材料に応じて設定され、特に問わない。
被処理材（Ｗ）金属材料が、例えば上述の炭素鋼であれば、パーライト組織が生成される温度が約５００℃であり、マルテンサイト組織への変態が開始される温度が約３００℃であるから、上記所定の温度域は、好ましくは３００～５００℃であり、より好ましくは３２０～４８０℃であり、さらに好ましくは３５０～４５０℃である。

冷却工程において、定盤（１３）と被処理材（Ｗ）とを押圧装置（１５）を用いて所定の圧力で圧接させる場合の圧力は、被処理材（Ｗ）の形状を保持可能な範囲であれば、特に問わない。
ここで、上記所定の圧力は、金属組織の変態による被処理材（Ｗ）の反りや歪みを防止可能な範囲であることが好ましい。
すなわち、冷却工程は、例えばダイクエンチ処理のような、被処理材（Ｗ）を所定の形状に成形することを目的とした工程ではない。この冷却工程は、金属組織の変態時における被処理材（Ｗ）の反りや歪みの発生を抑制することにより、所定の薄板状に成形して得られた被処理材（Ｗ）を、その形状を保持しながら冷却することを目的とした工程である。
従って、押圧装置（１５）を用いて定盤（１３）と圧接された被処理材（Ｗ）の形状が変化してしまうことは、この冷却工程の目的から外れており、このため冷却工程で押圧装置（１５）を用いた被処理材（Ｗ）と定盤（１３）との圧接時における所定の圧力は、被処理材（Ｗ）の形状を保持可能な範囲であることが好ましい。
また、加熱工程後の被処理材（Ｗ）は軟らかく、圧力によって変形しやすくなっているため、上記所定の圧力は、軟らかくなっている被処理材（Ｗ）を変形させずに形状を保持可能な範囲であることがより好ましい。
具体的に、上記所定の圧力は、好ましくは１０～１００ｋｇｆ／ｃｍ^２であり、より好ましくは２０～１００ｋｇｆ／ｃｍ^２であり、さらに好ましくは３０～９５ｋｇｆ／ｃｍ^２である。

冷却工程において、定盤（１３）と圧接された被処理材（Ｗ）は、金属組織がオーステナイトからベイナイト組織に変態する温度域まで冷却されるのであれば、伝熱方法は特に問わないが、冷却効率の向上を図るという観点から、定盤（１３）との間で伝熱を行うことによって冷却されることが好ましい。
すなわち、被処理材（Ｗ）は、定盤（１３）との間で伝熱を行うことで直接的に冷却される場合、間接的に冷却される場合に比べ、上記所定の温度域まで確実かつ短時間で冷却することができる。
なお、被処理材（Ｗ）と定盤（１３）との間で伝熱を行うべく、定盤（１３）の材質は、鉄、アルミニウム、銅、チタン等の金属、あるいはそれら金属を使用した合金とすることが好ましい。

以下、図面を参照しつつ、本発明のオーステンパー処理設備を連続式のオーステンパー処理設備１０に具体化した実施例と、それを使用したオーステンパー処理方法について説明する。

図１に示すように、連続式のオーステンパー処理設備１０は、被処理材Ｗの搬送方式をローラーハース式としたものである。このオーステンパー処理設備１０は、被処理材Ｗの搬送方向で上流側（図１中で左側）から下流側（図１中で右側）へ順番に、加熱室１１、冷却手段１２、及び恒温室１６を有している。
加熱室１１は、内部に被処理材Ｗを収容する空間が設けられた炉本体１１Ａを有している。炉本体１１Ａの内部には、ヒータ１１Ｂが設けられており、また炉本体１１Ａの内部に被処理材Ｗを装入するための入口には、扉１１Ｃが開閉可能に設けられている。そして、加熱室１１は、炉本体１１Ａの内部に装入された被処理材Ｗをヒータ１１Ｂによって加熱することにより、被処理材Ｗの金属組織をオーステナイト化させる。

図２に示すように、冷却手段１２は、定盤１３として下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂと、温度制御装置１４と、押圧装置１５と、を有している。
下定盤１３Ａは、平板状に形成されており、その上面には加熱室１１から送られた被処理材Ｗが載せられるように構成されている。また、下定盤１３Ａの内部には、冷却回路１３Ｃが設けられている。
上定盤１３Ｂは、平板状に形成されており、押圧装置１５に取り付けられて、下定盤１３Ａの上方に配置されている。この上定盤１３Ｂは、押圧装置１５の作動時に下定盤１３Ａへ接近することで、この下定盤１３Ａとの間に被処理材Ｗを挟持するように構成されている。

温度制御装置１４は、下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂの冷却回路１３Ｃと、媒体供給路１４Ａ及び媒体回収路１４Ｂを介して接続されている。この温度制御装置１４は、媒体供給路１４Ａ及び媒体回収路１４Ｂを介することにより、下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂの冷却回路１３Ｃとの間で冷媒、熱媒などの媒体を流動させるように構成されている。そして、温度制御装置１４は、媒体の温度を調整することにより、下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂの温度を所定の温度域に制御するように構成されている。
押圧装置１５は、上定盤１３Ｂを下定盤１３Ａへ接近させ、下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂの間に被処理材Ｗを挟持させるとともに、上定盤１３Ｂを押圧することにより、下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂと被処理材Ｗとを所定の圧力で圧接させるように構成されている。
そして、冷却手段１２は、温度制御装置１４によって所定の温度域に制御された下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂと、被処理材Ｗとが、押圧装置１５を用いて所定の圧力で圧接されることにより、下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂと被処理材Ｗとの間で伝熱が行われ、被処理材Ｗを、その形状が保持された状態で所定の温度域まで冷却する。

図１に示すように、恒温室１６は、内部に被処理材Ｗを収容するための空間を有している。この恒温室１６は、内部にヒータ１６Ａが設けられていることにより、内部温度が、上記冷却手段１２における所定の温度域と略同じ温度域となるように調整されている。
また、冷却手段１２と恒温室１６との間には段積み装置（図示略）が設けられている。この段積み装置を用いることにより、冷却手段１２によって冷却された被処理材Ｗは、段積みされて、複数がまとまった状態として、恒温室１６の内部に収容されている。
そして、恒温室１６は、内部に段積みされた複数の被処理材ＷＳが収容されるとともに、これら被処理材ＷＳを所定の温度域の恒温状態に所定時間保つように構成されている。

オーステンパー処理設備１０において、上述した冷却手段１２及び恒温室１６は、収容室１８内に収容されている。
この収容室１８には、不活性ガス供給装置１７が接続されており、収容室１８の内部は、不活性ガス供給装置１７から例えば窒素ガス等の不活性ガスが供給されて、充満されることにより、無酸化雰囲気とされている。
また、収容室１８において、内部に被処理材Ｗを出し入れするための出入口には、収容室１８内部に不活性ガスを充満させて無酸化雰囲気とするための開閉式の扉１８Ａが設けられている。
図３（ａ），（ｂ）に示すように、オーステンパー処理設備１０における被処理材Ｗは、周縁部に複数の刃を有するように略円板状に成形された丸鋸の回転刃である。この被処理材Ｗの金属材料には、炭素鋼が使用されており、被処理材Ｗの厚さＴは、１～５ｍｍとされている。

上述のオーステンパー処理設備１０を使用したオーステンパー処理方法は、加熱工程と、冷却工程と、恒温工程と、を備えている。
まず、加熱工程において、被処理材Ｗは、加熱室１１で８００～９００℃に加熱されることにより、その金属組織がオーステナイト組織に変態され、オーステナイト化される（図１参照）。

次に、冷却工程において、被処理材Ｗは、冷却手段１２によって、所定の温度域である３００～５００℃に冷却される。
この冷却手段１２による冷却工程において、下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂは、温度制御装置１４によって、予め３００～５００℃に制御されている（図２参照）。
加熱室１１から送り出された被処理材Ｗは、まず下定盤１３Ａの上面に載せられ、次いで、押圧装置１５により上定盤１３Ｂが下定盤１３Ａに接近することで、下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂの間に挟持される（図２参照）。

被処理材Ｗが下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂの間に挟持された後、押圧装置１５により上定盤１３Ｂが１０～１００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で被処理材Ｗを押圧することにより、被処理材Ｗと、下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂとが圧接される。
このように下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂと圧接された被処理材Ｗは、冷却による反りや歪みの発生を防止されるとともに、圧力が所定範囲に保たれることで、下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂとの圧接による変形や成形を防止される。
そして、下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂと圧接された被処理材Ｗは、下定盤１３Ａ及び上定盤１３Ｂとの間で伝熱を行うことにより、所定の温度域である３００～５００℃に冷却される。

冷却工程における冷却時間は、被処理材Ｗの金属材料に応じて設定すればよく、特に問わない。
炭素鋼による被処理材Ｗの場合、急激な冷却による割れ等の不良を防止するとともに、作業効率の向上を図るという観点から、冷却時間は、好ましくは１～２０秒、より好ましくは５～１５秒、さらに好ましくは８～１２秒である。

上述の冷却工程後に段積みされた複数の被処理材ＷＳは、続く恒温工程において、恒温室１６に収容され、所定の温度域である３００～５００℃の恒温状態に所定時間保たれることにより、その金属組織がオーステナイト組織からベイナイト組織に変態される（図１参照）。
なお、恒温工程において、恒温室１６は、ヒータ１６Ａによって、内部温度が３００～５００℃に予め調整されている。

恒温工程において被処理材Ｗを恒温状態に保つ時間は、被処理材Ｗの金属材料に応じて設定すればよく、特に問わない
炭素鋼による被処理材Ｗの場合、金属組織を十分に変態させるとともに、作業効率の向上を図るという観点から、恒温状態に保つ時間は、好ましくは１０～３０分、より好ましくは１５～２５分、さらに好ましくは１７～２３分である。

なお、冷却手段１２による冷却温度と、恒温室１６による恒温状態の温度は、被処理材Ｗの金属組織がオーステナイト組織からベイナイト組織に変態される温度域内であれば、特に問わない。
但し、冷却手段１２による冷却後に被処理材Ｗを段積みしている間、被処理材Ｗが冷えて前記温度域から外れることを防止するという観点から、例えば冷却手段１２による温度域を４００～５００℃とし、恒温室１６による恒温状態の温度域を３００～４００℃とする等のように、前記温度域内において、冷却手段１２による冷却温度は、恒温室１６による恒温状態の温度よりも高くなるように設定することが好ましい。

恒温工程後の複数の被処理材ＷＳは、オーステンパー処理が完了しており、常温となるまで冷やされた後、そのまま設備内から取り出される。
上述のオーステンパー処理設備１０は、冷却工程及び恒温工程でソルトバスを使用せず、冷却手段１２及び恒温室１６を用いたことにより、被処理材Ｗの表面に溶融塩が付着しない。このため、溶融塩の洗浄・除去に係る作業を省略することができる。
さらに、冷却手段１２の定盤１３と被処理材Ｗとが圧接されることにより、冷却時における被処理材Ｗの反りや歪みの発生が防止されており、ソルトバスを使用した場合と比較して不良発生率の低減を図ることができる。
また、冷却工程及び恒温工程を無酸化雰囲気下で行うとともに、定盤１３と被処理材Ｗとが圧接されることにより、酸化スケールの原因となる外気が被処理材Ｗの表面に触れ難くなっており、被処理材Ｗの表面に酸化スケールが付着し難いため、酸化スケール等の除去に係る作業を簡易化することができる。
そして、オーステンパー処理設備１０は、ソルトバスを使用しないため、溶融塩による環境汚染を防止することができる。

１０ オーステンパー処理設備
１１ 加熱室
１２ 冷却手段
１３ 定盤
１３Ａ 下定盤
１３Ｂ 上定盤
１４ 温度制御装置
１５ 押圧装置
１６ 恒温室
１７ 不活性ガス供給装置
１８ 収容室
Ｗ 被処理材

Claims (12)

1. 金属材料を所定の薄板状に成形して得られた被処理材を、加熱室で加熱してオーステナイト化させてから、冷却手段を用いて所定の温度域まで冷却し、さらに該温度域の恒温状態に所定時間保つことで、オーステナイトからベイナイト組織に変態させるオーステンパー処理（但し、鉛浴を使用するベイナイト焼入れを除く）を、ソルトバスを使用することなく行うためのオーステンパー処理設備であって、
   上記加熱室と、収容室と、を備えており、
   上記収容室には、
   上記被処理材と圧接させる全面が平らな平板状に形成された定盤と、上記定盤の温度を上記所定の温度域に制御する温度制御装置と、上記定盤と上記被処理材とを圧接させる押圧装置と、を有する上記冷却手段と、
   ヒータが設けられていることにより内部温度が上記冷却手段における上記所定の温度域と同じ温度域に調整されており、上記冷却手段によって冷却された上記被処理材を上記所定の温度域の恒温状態に所定時間保つための恒温室と、が収容されていることを特徴とするオーステンパー処理設備。
2. 上記冷却手段と上記恒温室との間には、複数の上記被処理材を段積みする段積み装置が設けられている請求項１に記載のオーステンパー処理設備。
3. 上記オーステンパー処理設備は、設備内に不活性ガスを供給して無酸化雰囲気にするための不活性ガス供給装置をさらに有し、
   上記不活性ガス供給装置は、上記収容室に接続されている請求項１又は２に記載のオーステンパー処理設備。
4. 上記被処理材の厚さは、１～５ｍｍである請求項１から３のうち何れか一項に記載のオーステンパー処理設備。
5. 請求項１から請求項４のうち何れか一項に記載のオーステンパー処理設備を使用し、金属材料を所定の薄板状に成形して得られた被処理材に対してオーステンパー処理（但し、鉛浴を使用するベイナイト焼入れを除く）を、ソルトバスを使用することなく施すためのオーステンパー処理方法であって、
   上記被処理材を加熱してその金属組織をオーステナイト組織に変態させる加熱工程と、
   上記加熱工程後の上記被処理材を所定の温度域まで冷却する冷却工程と、
   上記冷却工程後の上記被処理材を、上記所定の温度域の恒温状態に所定時間保つことで、上記被処理材の金属組織をオーステナイト組織からベイナイト組織に変態させる恒温工程と、を備え、
   上記冷却工程は、上記温度制御装置によって上記所定の温度域に制御された上記定盤と上記被処理材とを、上記押圧装置を用いて所定の圧力で圧接させることにより、上記被処理材の形状が保持された状態で行い、
   上記恒温工程は、上記ヒータによって内部温度を上記所定の温度域と同じ温度域に調整した上記恒温室に上記被処理材を収容して行う、ことを特徴とするオーステンパー処理方法。
6. 上記冷却工程と上記恒温工程との間で複数の上記被処理材を段積みする工程を備える、請求項５に記載のオーステンパー処理方法。
7. 上記冷却工程及び上記恒温工程は、無酸化雰囲気下で行われる請求項５又は６に記載のオーステンパー処理方法。
8. 上記加熱工程において、上記被処理材を８００～９００℃に加熱する請求項５から７のうち何れか一項に記載のオーステンパー処理方法。
9. 上記冷却工程及び上記恒温工程において、上記所定の温度域は、上記被処理材の金属組織として、パーライト組織が生成される温度以下であり、マルテンサイト組織への変態が開始される温度以上、である請求項５から８のうち何れか一項に記載のオーステンパー処理方法。
10. 上記冷却工程及び上記恒温工程において、上記所定の温度域は、３００～５００℃である請求項９に記載のオーステンパー処理方法。
11. 上記冷却工程において、上記所定の圧力は、１０～１００ｋｇｆ／ｃｍ^２である請求項５から１０のうち何れか一項に記載のオーステンパー処理方法。
12. 上記冷却工程において、上記被処理材は、上記定盤との間で伝熱を行うことによって冷却される請求項５から１１のうち何れか一項に記載のオーステンパー処理方法。

Images