JPH03162515A - 熱処理方法 - 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、炭素鋼または低合金鋼に対する焼ならし、焼
入れ等の熱処理方法に関し、更に詳しくは、高周波誘導
加熱や直接通電加熱等の急速短時間加熱を用いた熱処理
方法に関する。

［従来の技術〕 近年、炭素鋼や合金鋼よりなる鋼管に対する熱処理技術
として、急速短時間加熱を用いたオンライン熱処理技術
が注目を集めている。この熱処理技術は、鋼管に対する
焼ならし、焼入れ等の熱処理を高周波誘導加熱等の急速
短時間加熱を用いてオンラインで行うようにしたもので
、そのメリノトは処理時間の短縮および結晶粒の微細化
にあるとされている。

例えば、特開平１−１５６４２７号公報には、比較的多
量の合金元素を含む５Ｃｒ−１／２Ｍｏ１ｉｉ１鋼管に
対して高周波誘導加熱を用いて焼ならし焼戻し処理を行
うことにより、ｒｌｌａの細粒化を図る熱処理方法が開
示されており、高周波誘導加熱時の昇温速度は１．２℃
／秒以上、加熱時間は焼ならし処理にあっては３分以内
とされている．〔発明が解央しようとする課題〕 しかしながら、焼ならしの際に焼戻しを必要としない炭
素鋼、低合金鋼に対して急速短時間加熱を用いた場合の
加熱条件についての解析は少なく、急速短時間加熱によ
る強靭化等の目的は充分に果たされていない． すなわち、鋼管材料としての炭素鋼、低合金鋼は、種々
規格で網種毎に要求性能が規定されているが、これらの
規格は従来の熱処理炉で長時間熱処理することが前提に
なっており、急速短時間加熱を適用して規格に適合する
ためには熱処理条件が多くの制約を受け、その充分な解
析は未だなされていないのである。特に、急速短時間加
熱における必要最短時間の解析は殆ど行われておらず、
この点は上記５Ｃｒ−１／２Ｍｏ綱鋼管の焼なまし処理
にあっても同様である。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その
目的は、炭素鋼または低合金鋼を急速短時間加熱により
効率よく熱処理し、しかも既存の規格を確実にクリアし
得る熱処理方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

急速短時間加熱を用いた熱処理に対する本発明者の考え
は次のとおりである。

炭素鋼または低合金鋼の熱処理に対して急速短時間加熱
を適用するにしても、材料として必要な組織、強度、靭
性を得ようとすれば、変態を完了させたり、適度な再結
晶、軟化あるいは固溶析出を進行させたりするのに必要
最小限の加熱時間が存在するはずであり、この条件が満
足されないと材料本来の性能は確保されない。

また、急速短時間加熱における加熱速度は、例えば高周
波誘導加熱では１００℃／Ｓ以上も可能であるが、熱処
理に採用されている急速短時間加熱では高々数”Ｃ　／
　Ｓであり、１０’Ｃ／Ｓを超えるような高速加熱を採
用した場合の材料の組織、強度、靭性が受ける影響は殆
ど解析されていない。

本発明者は斯かる観点から炭素鋼、低合金鋼に、材料と
して必要な組織、強度、靭性を付与するために必要な加
熱時間、加熱速度についての解析を行った結果、次の知
見を得た． ■　炭素鋼または低合金鋼を高速短時間加熱によりＡｃ
．変態点以上に加熱して焼ならし処理する際の加熱速度
は細粒化の観点から５℃／秒以上、特に２０℃／秒以上
を必要とし、加熱保持時間は整粒化のために０．１秒以
上を必要とする。

■　焼入れ処理にあっても加熱速度は５℃／秒以上、特
に２０℃／秒以上が望ましく、加熱保持時間は硬度確保
の観点からｌ秒以上を必要とする。

■　焼入れ処理後の焼戻し処理にあっては軟化促進のた
めに焼入れ処理よりも更に長い１０秒以上の加熱保持時
間を必要とする。

本発明は上記知見に基づきなされたもので、その要点の
第ｌは、炭素鋼または低合金鋼を高速短時間加熱により
Ａｃ．変態点以上に加熱して焼入らし処理する際に、加
熱速度を５℃／秒以上とし、加熱保持時間を０．１〜１
００秒とすることを特徴とする焼ならし処理方法にある
． 本発明の要旨の第２は、炭素綱または低合金鋼を高速短
時間加熱によりＡ　Ｃ　２変態点以上に加熱して焼なら
し処理する際に、加熱速度を５℃／秒以上とし、加熱保
持時間をｌ〜１００秒とすることを特徴とする焼入れ処
理方法にある。

本発明の要旨の第３は、上記焼入れ処理方法で焼入れ処
理された炭素鋼または低合金鋼を高速短時間によりＡｃ
，変態点以下に加熱して焼戻し処理する際に、加熱保持
時間を１０−１００秒とすることを特徴とする焼入れ一
焼戻し処理方法にある． 〔作　　用］ 本発明の熱処理方法における限定理由は以下のとおりで
ある。

対象鋼は焼ならし処理に際して焼戻し処理を必要としな
い炭素鋼または低合金鋼とする。前記５Ｃｒ−１／２Ｍ
ｏｔｌｉ＠鋼管に対する焼ならし処理では、焼ならし後
の組織が焼入れマルテンサイト＋ベイナイトの混粒組織
になるため、硬度低下のための軟化処理である焼戻し処
理が必要であるが、本発明の熱処理方法が対象とする炭
素鋼または低合金鋼は、前記５Ｃｒ−１／２ＭｏｆｉＩ
のように合金元素を多量含有せず、焼ならし後の組織も
フエライト＋バーライトであるために焼戻しを必要とし
ない。

熱処理に際しての急速短時間加熱法としては、例えば高
周波誘導加熱法、直接通電加熱法等を挙げることができ
る。

焼ぶ］以お４厘 焼ならし処理においては、一般に、α＋ｐ姐織を加熱す
ると、α／ｐ界面及びｐコロニー境界からＴが核生威し
、粒状に戒長したＴが衝突してαが消滅すれば、α→γ
変態が終了する。粒状ＴはそのままＴ初期粒となる。核
生戒のサイトが多いほど、細粒組織となる。核生成の活
性化エネルギーは昇温速度に依存し、昇温速度が大きい
ほど核生戊のサイトは多い。また、ｐコロニーからのＣ
の固溶は、昇温速度が大きいほど少なくＣの濃度勾配は
大きいため、核生或は発生し易い。従って、昇温速度が
大きいはど細粒化が可能となり、強度および靭性上好ま
しい．以上の理由から加熱速度を５℃／秒以上、望まし
くは２０℃／秒以上とす加熱保持時間については、昇温
後直ちに冷却すると急速加熱による局部的な温度および
戒分の不均一に起因する混粒組織が解消されない。従っ
て、整粒化時間として０．１秒以上の加熱保持時間を必
要とする。ただし、加熱保持時間が長くなると、粒戒長
が進み、ＧＳＮ０１０以上を確保するにはｌＯ秒以下、
ＧＳＮα９以上を確保するにしても１００秒以下に卯え
る必要がある。従って、加熱保持時間の上限は１００秒
以下、望ましくは■０秒以下とする。

加熱温度は焼ならしの目的達或のためにＡｃｓ変態点以
上とし、望ましくはＡｃ３変態点＋５０゛Ｃ以下とする
。

八　　一し几 焼入れにおいても、Ｔ粒の戊長を卯制して靭性、強度を
確保する必要がある。そのためにはγ粒の戒長が促進さ
れるＡｃ＋変態点以上の保持時間を抑えなければならな
い。特に、後述する加熱保持時間との関係、すなわち加
熱保持時間を極端に短縮できないことから、ＡＣ３変態
点まで急速に加熱し、それ未満の温度域における滞在時
間を切り詰めることが必要になる。この観点から焼入れ
時の加熱速度は５℃／秒以上、望ましくは２０゜Ｃ以上
とする。

焼入れの場合の加熱保持時間については、Ａｃ＝点変態
以上での加熱保持が不足するとＣが充分に固溶せず、焼
入れにより生しるマルテンサイトがＣを少量しか含まな
くなって硬度が不足するので、焼ならしの場合よりも長
い１秒以上を必要とする。

加熱保持時間が長くなると、γ粒が或長してマルテンサ
イトを大きくし、靭性および強度が低下する。更に、焼
き割れの可能性も生し、工程上も必要以上の加熱は好ま
しくない。従って、加熱保持時間の上限は１００秒とす
る。

焼入れ加熱温度は変態完了のためにＡＣ３以上とし、粒
或長防止のために過熱を避けるのが良い。

焼戻しにおいては、再オーステナイト化防止のためにＡ
　ｃ　＋点以下の加熱温度とし、短時間処理とするため
に、できるだけ高温とするのがよい。

加熱速度は、加熱温度がＡｃ，点以下のためにα′→Ｔ
変態がおきず、加熱速度が材料特性に及ぼす影響は少な
いので特に規定しないが、急速短時間加熱による工程上
の利点を活かすためには２’Ｃ／秒以上とすることが好
ましい。

加熱保持時間については、低温の加熱によって充分な軟
化を図るために１０秒以上が必要である。

ただし、１００秒を超えると強度低下が顕著になるので
、１００秒以下とする。前記５　Ｃ　ｒ　−１／２Ｍｏ
鋼鋼管に対する焼戻し処理は焼ならし後の焼戻し処理で
あり、また合金成分が多く組織かへイナイトを含むため
に、焼戻し時間は本発明における焼戻し時間より長い。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を比較例を混しえて説明する。

殖１（ζｍ里 第 ｌ 表 第１表に示す冷間加工ままの炭素鋼鋼管より１０ａＩＩ
ｌｌφまたは１１閣角サンプルを切り出し、再現熱サイ
クル試験機を用いて９０℃／Ｓの速度で高周波誘導によ
り急速短時間加熱し、７００〜１０００゛Ｃの範囲の種
々到達温度より、保持時間０で冷却した。冷却後の各サ
ンプルの硬さを第１図に、ミクロ組織写真を第２図に示
す。

急速短時間加熱では、変態点、特にＡｃ，点の上昇が見
られる。加熱保持時間０の場合はＡ　ｃ　ａ点直上の９
００゜ＣからＡＣ！　＋１　００’Ｃの１０００゜Ｃま
での何れの温度においても混粒組織であり、オーステナ
イトの整粒化がなされていない．また、加熱時間Ｏとい
えどもＡｃｓ＋１００℃の１００Ｏ′Ｃでは粒戒長が認
めれ、細粒が維持できるのは、Ａ　ｃ　ｘ点直上の９０
０゜ＣからＡＣ３　＋５０゜Ｃの９５０゜Ｃまでの温度
域である。

上記焼ならし処理において、９　０　０　’Ｃの加熱後
、加熱保持時間を種々変化させて冷却した。冷却後に０
．２％耐力、引張強さ、硬さ、Ｏ℃吸収エネルギー、フ
エライト結晶粒度を調査した結果を第３図に示し、種々
試験温度で吸収エネルギー、脆性破面率を測定した結果
を第４図に示す。また、ミクロ＆ｌｌ織を第５図に示す
。

加熱保持時間Ｏでは混粒であるが、０．１秒以上の保持
によって整粒が正常に進行したフエライト＋パーライト
Ｍｉ織が得られる。加熱保持時間が長くなると、粒戒長
を生し、結晶粒度番号で区分すると、加熱保持時間１０
秒以下で粒度番号１０以上、１００秒以下で９以上とな
るが、■００秒を超えると急激に粒戒長がおきる。機械
的性質についてみると、保持時間ｌＯＯ秒以下で強度お
よび靭性が高く、目的とする組織細粒化の効果があらわ
れている。

れ几　　　　し几 第 ２ 表 第２表に示す冷間加工ままの低合金鋼（４１４０鋼）よ
りなる鋼管に上記焼ならし処理と同様にしてＡｃ．変態
点直下の９００℃に９０“Ｃ／Ｓで急速短時間加熱し、
加熱保持時間を変化させて焼入れした。焼入れ後の硬さ
と加熱保持時間との関係を第６図に示す． ＪＩＳ規格で本鋼種（ＳＣＭ４　４　０Ｈ）に規定され
た焼入れ硬さはロックウヱルＣスケール５３〜６０であ
るが、加熱時間０．１秒ではこの硬さが得られていない
．規格の焼入れ硬さを得るためには１秒以上の加熱保持
時間が必要になる。

上記焼入れ処理において、Ａｃ＝変態点直上の９００゜
ＣでｌＯＯ秒保持して焼入れした材料に対して、ＪＩＳ
規格で本鋼種（ＳＣＭ４４０Ｈ）に規定された焼戻し温
度（５３０〜６３０゜Ｃ）を満足する焼戻し温度６００
゜Ｃと、規格外でＡｃ，ｉ熊点直下の７００℃で焼戻し
を行った場合の加熱保持時間と機械的性質との関係を第
７図に示す。

規格範囲温度の焼戻し処理で規格硬さを満足するために
はｌＯ秒以上の加熱を行う必要がある。

一方、短時間処理を目的に規格温度範囲を超えてＡｃ＋
直下で焼戻しをする場合も規格強度および硬さを満足さ
せることが可能であり、その場合には加熱時間を１００
秒以下にする必要がある。

〔発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明の熱処理方法に
よれば、急速短時間加熱によりオンラインで効率よく熱
処理が実施され、しかも既存の規格を充分にクリアする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼ならしにおける加熱温度の硬さへの影響度を
示すグラフ、第２図はそのｍ織への影響度を示す金属ｍ
織写真、第３図および第４図は加熱保持時間の機械的性
質への影響度を示すグラフ、第５図はそのｍ織への影響
度を示す金属組織写真、第６図は焼入れにおける加熱時
間の硬さへの影響度を示すグラフ、第７図は焼戻しにお
ける加熱保持時間の機械的性質への影響度を示すグラフ
である。 第 １ 図 加燕温度Ｔ（０Ｃ） 第 ３ 図 焼ならし加熟時間（Ｓ） 第 ４ 図 試験温度（０Ｃ） 第 ６ 図 焼入れ処理加熱時間（Ｓ） 第 ７ 図 焼戻し処理加熱時間 （Ｓ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素鋼または低合金鋼を高速短時間加熱によりＡ
   ｃ＿３変態点以上に加熱して焼ならし処理する際に、加
   熱速度を５℃／秒以上とし、加熱保持時間を０．１〜１
   ００秒とすることを特徴とする熱処理方法。
2. （２）炭素鋼または低合金鋼を高速短時間加熱によりＡ
   ｃ＿３変態点以上に加熱して焼ならし処理する際に、加
   熱速度を５℃／秒以上とし、加熱保持時間を１〜１００
   秒とすることを特徴とする熱処理方法。
3. （３）請求項（２）に記載の熱処理方法で焼入れ処理さ
   れた炭素鋼または低合金鋼を高速短時間によりＡｃ＿２
   変態点以下に加熱して焼戻し処理する際に、加熱保持時
   間を１０〜１００秒とすることを特徴とする熱処理方法
   。