JPH0211724A - 鋼管の浸漬焼入れ時における焼割れ防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、鋼管の浸漬焼入れ時における焼割れ防止方法
に関する。

〈従来の技術〉 焼入れ焼戻し熱処理は、鋼材に適当な強度、靭性を付与
するのに有効な方法の一つとして、−船釣に広く用いら
れている。しかしながら、鋼材を加熱してオーステナイ
ト組織とし、これを急冷してマルテンサイト組織とする
焼入れ処理においては、急冷によって生ずる熱応力とマ
ルテンサイト化による変態応力により、焼割れと称する
割れを生じやすい。

鋼材を象、冷する場合は、表面と内部で温度差を住じ、
したがってマルテンサイトに変態する時期も異なるので
、変態応力を生して割れが発生ずるのであるが、鋼中の
Ｃ含有量が多いほど、マルテンサイト変態にともなう体
積変化が大きく、変態応力が大となり焼割れを生じやす
くなる。

焼入れ焼戻し処理を行う鋼材の強度を高めるのに、Ｃは
極めて有効で安価な成分元素であるが、上記のような焼
割れの原因となるので、通常の水焼入れ法を適用するに
はその成分量を制限セざるを得す、かわりに高価な他の
合金成分の添加が必要となる。

Ｃ含有量の高い鋼材を焼入れる際の焼割れの防止策の一
つとして、通常の水焼入れにかえて油焼入れ法が用いら
れるが、この方法においては、加熱された鋼材が油面に
接したときに火煙と油の蒸気が発生し、作業環境を著し
く損うとともに公害源となるから、この蒸気を吸出して
処理するための特殊な装置が必要となる。

このような装置としては、例えば特公昭５９３５２３号
公報に従業されているが、いずれにしても多額の費用と
大がかりな設備が必要とされ経済的ではない。また、劣
化した油を交換する場合も使い古した油をそのまま廃棄
することは公害問題上杵されず、さらに特別の処理が必
要である。

ところで、焼割れを生しやすい成分の鋼管を水焼入れす
る方法の一つとして特公昭５９−２９０８５号公報に開
示されたものがある。

この方法は、鋼管の外面から冷却水を噴射し、管内面側
の温度が鋼のｈｒ点（マルテンサイｌ了点）に達するま
で外面側の温度が肘−５０°Ｃ以下とならないよう冷却
を制御する方法であり、工業的に実施するためには、鋼
管の外面温度が酊−５０°Ｃに達する時間を測定し、そ
の時間で水冷却を中断することにより容易に達成される
としている。

また、特開昭５．１−１１４４０８号公報においては、
冷却リングを用いて鋼管外面に冷却水を噴射して焼入れ
を行う際に、焼入れ鋼管の送り方向の後部内表面に、耐
熱性保護膜として例えば水ガラスをスプレーで吹付けて
被覆したのち焼入れして、焼割れを防止する方法が開示
されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、前者の特公昭５９−２９０８５号公報の技術
を実施する場合は、以下のような問題が潜在しているの
で、容易に実施できないのである。

（イ）鋼管外面温度がｒＭｆ−５０’ＣＪに達する時間
を測定するためには、結局、水冷却中の鋼管外面温度の
変化を連続的に測定する必要があるが、工業的ラインで
行うことは現実には不可能に近い。

なぜならば、鋼管に接触さ一已る温度旧では、噴射され
る水のために温度計が破壊されるか、接触を保つことが
困難であり、また、非接触型の温度計の場合、噴射され
る水が介在するため、正確に測温することは困難である
。

（ロ）管内面側の温度がＭｆ点に達すると、再び冷却を
開始するわけであるが、このためには管内面側の温度も
測温する必要があり、長尺管では非常に困難である。

（ハ）また、上記の管外面および管内面の冷却速度を実
験室的に測定して、内外面が目標の温度に達する時間を
予め測定しておく方法が考えられるが、鋼管の冷却速度
は管の形状すなわち、外径。

厚さ、長さに依存することは勿論、噴射する水の水圧、
水量によっても異なるので、実際には困難かつ、不正確
となる。

（ニ）さらに、鋼管の外面温度がＭｆ−５０°Ｃに達し
た時間で、水冷却を中断するとしているが、この水冷を
中断する時期の判断が困難である。

一方、後者の特開昭５４−１１４４０８号公報において
は、噴射された冷却水が水ガラスで覆われた管内表面に
当たった後、管内面を管先端まで流れていく。すなわち
、管内表面側への水の侵入は防ぐことはできないので、
本発明者らの研究によれば、鋼管の成分、肉厚によって
は焼割れを発生する場合があり得るのである。

この原因として考えられることは、鋼管の焼割れは通常
管端にもっとも発生しやすいのであるが、これは管端の
拘束が小さいからであって、たとえ管端が水に触れずと
も管長手方向の中央部分内面が水冷されれば管端も熱伝
導により冷却されるから、管端部内面を被覆していても
割れが発生ずる場合があり得るということである。

さらに、管内表面に異物が付着してはまずい製品の場合
は、焼入れ後においてこの水ガラスによる被覆を除去せ
ねばならず、それに要する工数と費用は看過できない。

上記したように、従来の方法では、完全マルテンサイト
を得て、かつ焼割れをも防止することは非常に困難であ
り、もし実現できるとしても、高価で特別な装置を必要
とするのである。

本発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであっ
て、安価で好適な鋼管の浸漬焼入れ時における焼割れ防
止方法を提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、鋼管を加熱後、焼入槽に投入して浸漬焼入れ
処理を施すに際し、鋼管の両端部を空気抜き孔を有する
盲板で閉塞した後、加熱し、浸漬焼入れすることにより
、上記目的を達成するものである。

く作　用〉 鋼材の焼割れは、前述したように、熱応力と変態応力と
の合成応力により、また鋼表面と内部との冷却速度が異
なることにより生ずる。そごで、鋼成品全体が均一に冷
却されれば、焼割れは生じないものと考えられるが、本
発明者らは鋼管に関する焼割れの研究の過程で、以下の
事実を見出した。

（イ）鋼管の焼割れは、管内表面側にのり発生ずること
。

（ロ）管内面側への水の侵入を防止した場合には、焼割
れは生じにくいこと。

（ハ）鋼管内面側の冷却速度を外面側より遅くすること
により、焼割れの完全防止が可能であること。

これらの現象は、次のように考えることにより説明でき
る。

すなわち、鋼管のように特殊形状をしたものは、内面側
の熱は逃げにくく、外面側はすみやかに放熱されるので
、外面側の冷却速度の方が速い。このため、外面側が先
にＭｓ点に到達し、それまでの冷却による収縮からマル
テンザイト変態により膨張を開始するが、この時点で内
面側はまだ冷却による収縮過程にあり、その結果外表面
には圧縮応力が、また内表面には引張応力が働き、した
がって内表面に割れが発生ずる。そこで、外表面が変態
により膨張しているときに、内面側の冷却速度が遅けれ
ば、冷却による収縮も少なく、したがって引張応力も小
さくなり、割れは生じにくくなる。

このような知見に基づいて、鋼管を浸漬焼入れする場合
に、加熱前に予め両管端に例えば、盲板のような閉塞手
段を講することは有効であることがわかる。

ところで、加熱により鋼管内の圧力は増加し、盲仮に力
が作用するようになる。たとえば外径２４４．５　ｍｍ
、肉厚１０．０３ｍｍの場合、厚さ２ｍｍの盲板を管端
に溶接し１０００’Ｃに加熱するとずれば、溶接部には
約１　、１　ｋｇ　ｆ　／　ｍｊの応力がかかることに
なる。

その力は応力的には僅かであるが、１０００°Ｃにおけ
る軟鋼の強度が不明なことと安全率を考慮すると、盲板
の強度か板厚を増す必要があるが、溶接工数が増えるな
どコスト増となり望ましくない。

したがって、このような欠点を回避するため、盲仮にピ
ンホール程度の空気抜き孔を設けるようにする。ピンホ
ールの大きさは空気が抜けさえずればよく、また水の侵
入を極小にすることから１ｍｍ程度でよい。

〈実施例〉 第１表に示す成分を有する外径：　　１７８ｍｍφ、内
厚：　　１０．３６＋ｎ＋ｎ　ｔ　、長さ：　　１００
０１００Ｏ０の継目無鋼管の両端部に、第１図に示すよ
うに、板厚４　ｍｍ　ｔの鋼板（ＪＩＳ　Ｇ３１０１，
５５４１）を用いて中心部に１　ｍｍφの空気抜き孔３
を設けて製作された盲板２を溶接して完全に閉塞した。

なお、溶接には外径：４１１１ｍφの被覆アーク溶接棒
（、Ｈｓ　Ｄ４３０１）を用いた。

このような盲板２を取付けた継目無鋼管１を８９０°Ｃ
に加熱後、図示しない水深１０００ｍｍの水槽に投入し
て浸漬焼入れを施した。

なお、比較のために、盲板２のない同一仕様の継目無鋼
管を同一条件で浸漬焼入れを行った。

この結果、本発明例では殆んど浸水の痕跡は認められず
、したがって全く焼割れは見当たらなかったが、比較例
では両管端に焼割れが発生し、本発明の効果が確認でき
た。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、極めて安価で簡
単な方法により、鋼管の浸漬焼入れ時に発生ずる焼割れ
を完全に防止することができる。

したがって、加熱炉や焼入れ装置などに特別な装置は全
く不要であり、油焼入れの如く、火煙や油蒸気を除去処
理する必要もない。

４、

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法に係る実施例を示ず側断面図であ
る。 １・・・継目無鋼管（鋼管）。 ２・・・盲 板 ３・・・空気抜き孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼管を加熱後、焼入槽に投入して浸漬焼入れ処理を施す
   に際し、鋼管の両端部を空気抜き孔を有する盲板で閉塞
   した後、加熱し、浸漬焼入れすることを特徴とする鋼管
   の浸漬焼入れ時における焼割れ防止方法。