JPH0452214A - 真空熱処理炉 - 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〕 本発明は被処理物を急速に冷却することのできる真空熱
処理炉に関する。

［従来の技術及びその問題点１ 一般に鋼を加熱処理した後に、その鋼の温度が経時的に
下がっていく時の組織の変化する状態を第２図に示す。

図においてＭｌはマルテンサイト変態が始まる温度、Ｍ
ｅはそれが終了する温度を示す。

鋼の焼き入れ工程では、加熱処理終了時の温度ＴＨから
３秒以内に温度ＴＬまで冷却しないと充分なマルテンサ
イト相が得られないので、充分な硬度が得られない。従
って、できるだけ急速に冷却する必要がある。

工具鋼などでは上記のＳが２０秒程度と短いものもあり
、熱処理後、急速に冷却する必要のある、このような特
殊鋼の焼入れには、従来、油焼入れや塩浴焼入れなどが
行なわれてきた。しかし、これらの方法によると、冷却
後、鋼に付着した油や塩を落す工程が多くなり、又、鋼
の表面が浸炭されるなどして品質が低下するという問題
があった。

従って、上記のような問題のないガス冷却で鋼の熱処理
に必要な冷却速度を達成するために、最新技術では加圧
ガス冷却という手法が用いられるようになった。

この手法を用いて、熱処理後、炉中で強制冷却をするた
めの真空熱処理炉には、従来からバッチ火炉と多室式炉
とがある。

第３図にバッチ火炉を模式的に示す概略断面図を示す。

真空熱処理炉は全体として（１１で示され、タンク（２
）の一端には被処理物（３）を搬出入するための気密な
扉（４）が設けられており、他端の壁（１３）には回転
力を伝えるモータ（５）が外部に気密に取り付けられて
いる。タンク（２）の側壁にはバルブ（６）を通して図
示しない真空ポンプに接続される排気管（７）と、バル
ブ（８）を通して不活性ガスを導入するガス導入管（９
）とが設けられている。

搬入された被処理物（３）を周囲から加熱するようにヒ
ータ（ｌＯ）が配置されており、その周囲に設けられた
断熱板（Ｉｌｌ及び開閉自在の断熱ｊＦＩ（１２ａｌ（
１２ｂ）によって加熱部（１９）が区画されている。タ
ンク（２）の他端の壁（１３）と加熱部（１９）との間
にはモータ（５）によ−）で回転する冷却ファン（１４
）と熱交換器（１５）とが断熱扉（１２ａ）　（１２ｂ
）と−直線上に配置されている。熱交換器（１５）には
バルブ（１６）と冷媒導入管（１７）を通して冷却媒体
が導入される。

（１８）は冷却ファン（１４）に取りつけられた整風板
、（２０）は圧力ゲージである。

このようなバッチ火炉においては、扉（４）及び断熱扉
（１２ａ）を開けて被処理物（３）を加熱部（堕）に搬
入した後に扉（４）と断熱扉（１２ａ）を閉じて排気管
（７）から排気する。その後一定の圧力まで降下した後
、加熱する。

所定の加熱処理が終了すると速やかに断熱扉（１２ａ）
　（１２ｂｌを開け、ガス導入管（９）から不活性ガス
を導入して内部圧を５　Ｋｇ／ｃｍ２Ｇ程度にするとと
もに、冷却ファン（１４）を回転させ熱交換器（１５）
によって冷却される不活性ガスを高速で被処理物（３）
に吹きつけることによって冷却する。ここで圧力の表示
は圧力ゲージ（２０）の読取値を示し、大気圧をＯＫｇ
／ａｍ２と表示する。以下、同様である。

次に、多室式炉の従来例について、模式的な概略断面図
を第４図に示す。

真空熱処理炉は全体として（２１）で示され、断熱性の
仕切弁（２２）によって気密に仕切られる加熱室（翻）
と冷却室（２ｉ）とから成っている。冷却室（堕）の仕
切弁（２２）と反対の側に、被処理物（３）を搬出入す
るための気密な扉（４°）が設けられており、又、内部
には被処理物（３）を加熱室（翻）と冷却室（２４）と
の間で搬送するための搬送機（２５）が設けられている
。その他の構成で第３図と共通の部分には同一の符号を
付し、説明を省略する。

このような多室式炉においては、扉（４゛）を開けて冷
却室（２４）に搬入し排気管（７ａ）より排気した後仕
切弁（２２）を開けて被処理物（３）を加熱室（録）に
搬入した後に仕切弁（２２）を閉じ、排気管（７ｂ）か
ら排気した後、加熱する。

所定の加熱処理が終了すると速やかに仕切弁（２２）を
開けて、被処理物（３）を搬送機（２５）によって冷却
室（２４）へ搬送した後、仕切弁（２２）を閉じる。そ
の後、ガス導入管（９）から不活性ガスを導入して内部
圧を約２　Ｋｇ／ｃｍ２Ｇにするとともに冷却ファン（
１４）を回転させ、熱交換器（１５）によって冷却され
る不活性ガスを高速で被処理物（３）に吹きつけること
によって冷却する。

以上、２つの従来例を説明したが、第３図のバッチ火炉
の場合は、１つのタンク（２）の中に加熱機構と冷却機
構とが組み込まれているために、冷却する際には被処理
物（３）だけでな（、ヒータ（１０）、断熱板（１１）
及び断熱扉（１２ａ）　（１２ｂ）なども含めて大きい
熱容量のものを同時に冷却しなければならず、５〜１０
Ｋｇ／ｃｍ２Ｇの加圧を必要とする。又、被処理物（３
）だけを冷却しようとしても、周囲の温度が高いのでこ
れらからの輻射熱を受け、充分な冷却効果が得られない
。従って、 ■鋼などの被処理物（３）の焼入れ性に大きな影響のあ
る初期冷却速度をあまり大きくすることができず、第２
図の８秒以内に冷却できないことがある。

■不活性ガスの密度が高いため、この風速によって炉内
の構成材に変形が生じるなど、消耗が早い。又、被処理
物（３）にも歪が生じた場合には、歪修正の工程がさら
に必要になる。

■熱容量及び冷却する空間が大きいので、不活性ガスの
使用量と、冷却ファン（１４）の動力が大きく、ランニ
ングコストが高い。

という問題がある。

一方、第４図の多室式炉の場合は、加熱室（翻）と冷却
室（２４）とに分れているため、冷却するのは冷却室（
２４）に搬入された被処理物（３）だけでよく、熱容量
が小さいため、２　Ｋｇ／ｃｍ”Ｇ程度のバ・ンチ火炉
より低い圧力で、バッチ火炉の場合と同等の冷却速度が
得られる。すなわち、この場合、冷却室（２４）におい
ては周囲の温度が低いので、バッチ炉の場合とは逆に被
処理物（３）から冷却室（２Ａ）の壁等へと輻射により
熱移動があるので、効率よく冷却される。従って、不活
性ガスの使用量や冷却ファン（１４）の動力などのラン
ニングコストの点では、バッチ火炉よりも有利である。

しかし、加熱室（翻）と冷却室（２４１とに分れている
ために、被処理物（３）を冷却し始めるまでに時間を要
する。すなわち、 （ａ）仕切弁（２２）を開けて、被処理物（３）を加熱
室（翻）から冷却室（已）へ搬送する時間　　　Ｌｌ（
ｂｌ仕切弁（２２）を閉じる時間 ［ｃ）冷却室（２４）に不活性ガスを導入して、真空か
ら２　Ｋｇ／ｃｍ２Ｇにするまでの時間□ｔを経た後で
なければ被処理物（３）の冷却は始まらない。つまり、
被処理物（３）自体の実質冷却時間をαとすると、ｔｌ
　＋　ｔｚ＋ｔ３＋αを第２図の３秒よりも短かくしな
ければならないのであるが、ｔ、＋　ｔ２＋　ｊ３が長
いと、非常に早い冷却を特徴とする特殊鋼の場合にはα
を充分に取ることができず、冷却不足となってしまう。

換言すれば焼入れ開始はＴｏの温度で開始し、この場合
、Ｓ時間しか冷却時間が許されない。第２図で更に示さ
れるように移動時間などの（ｔ＋　＋ｔｚ＋ｔ３）の時
間をかせぎ出すために加熱室でＴＨ゛まで加熱させてお
くと冷却時間もｓ−ｓ’　と長くとれることができる。

しかしこのように焼入れ温度を通常より高くすると被処
理物（３）の結晶粒が成長しすぎてしまい、硬度は充分
高くなるが脆くなって使用に耐えない状態になってしま
う。

〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は以上のような問題に鑑みてなされ、１、　＋　
１２＋　１．を短かくして実質冷却時間を充分とること
によって被処理物を急速に冷却することのできる真空熱
処理炉を提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、仕切扉によって気密に仕切られる加熱室と
冷却室及び前記仕切扉を通して被処理材を前記加熱室と
前記冷却室との間で搬送する搬送手段を備え、前記冷却
室には、冷却手段と搬出扉とが備えられている真空熱処
理炉において、前記加熱室と前記冷却室とにそれぞれ冷
却用ガス導入口を設け、前記冷却手段には冷却程度を制
御する手段を設け、かつ、前記加熱室と前記冷却室とを
接続する開閉自在のバイパスガス回路を設けたことを特
徴とする真空熱処理炉、によって達成される。

［作　　　用］ 以上のように構成される真空熱処理炉においては、被処
理物を急速に冷却して、品質の良い鋼を得ることができ
る。

［実　施　例］ 次に、実施例について図面を参照して説明する。

第１図に本実施例の真空熱処理炉の模式的な概略断面図
を示す。真空熱処理炉は全体として（３１）で示される
が、第４図の多室式の真空熱処理炉（２１）を改良した
ものである。

すなわち、真空熱処理炉（３１）は断熱性の仕切弁（２
２）によって気密に仕切られる加熱室（象）と冷却室（
２４）とから成り、被処理物（３）を加熱室（翻）と冷
却室（２４）との間で搬送するための搬送機（２５）を
備えている。冷却室（２ｉ）には被処理物（３）を搬出
入するための扉〔４）と、被処理物（３）を冷却するた
めの冷却ファン（１４）と熱交換器（１５）とが備えら
れている。

加熱室（録）及び冷却室（２Ａ）にはそれぞれ、ガスリ
ザーバタンク（３２）からバルブ（２６）及び（８）を
通して不活性ガスを導入するためのガス導入管（２７）
及び（９）が取り付けられている。冷却ファン（１４）
にはその回転数をコントロールすることによって冷却の
程度を変えることのできる冷却ファン回転コントローラ
（２８）が取り付けられている。又、加熱室（翻）と冷
却室（２４）とをバイパスして接続するバイパス管（３
０）が設けられており、これはバルブ（２９）によって
開閉自在となっている。（２０ａｌ　ｆ２０ｂ）はそれ
ぞれ圧力ゲージである。

その他の構成は第４図の真空熱処理炉（２１）と同じで
あるので同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

次に本実施例の作用について説明する。

先ず、扉（４°）を開けて冷却室（２４）に搬入し排気
管（７ａ）より排気した後仕切弁（２２）を開けて被処
理物（３）として工具鋼を加熱室（銭）に搬入した後に
仕切弁（２２）を閉じ、排気管（７ｂ）から排気しなか
らヒータ（１０）に通電して被処理物（３）を所定温度
まで加熱する。

所定の加熱処理が終了しないうちに、バルブ（２６）及
び（８）を開いてガス導入管（２７）及び（９）から不
活性ガスとしてアルゴン等を導入し、圧力を約２　Ｋｇ
／ｃｍ２ｃ；まで上げた。この場合、ヒータ（１０）に
よって引き続き加熱されているので被処理物（３）は適
切な加熱処理温度に保持されている。

所定の加熱処理が終了すると速やかにバイパス管（３０
）のバルブを開けて、加熱室（陳）と冷却室（２４）と
の圧力を等しくした。両室内には前以ってはヌ同じ圧力
　（２Ｋｇ／ｃｍ２Ｇ　）までガスを導入しているので
あるが、この操作によって圧力は全く等しくなり、それ
によって次に仕切弁（２２）を開ける時に圧力差によっ
てパツキンが外れるなどの不具合が生ずることがない。

次いで速やかに仕切弁（２２）を開けるが、既に加熱室
（２３）と冷却室（２４）との圧力は等しいので速い速
度で開けても何ら問題がない。次いで被処理物（３）を
加熱室（２３）から冷却室（２４）へ搬送しながら冷却
ファン（１４）を回転させる。この時、冷却ファン回転
コントローラ（２８）によって初めは少ない回転数的３
００ｒ、ｐ、ｍ、で回転させ、被処理物（３）が搬入さ
れて仕切弁（２２）を完全に閉じた所で所定の回転１Ｑ
１５００〜１８００ｒ、ｐ、ｍ、で回転させるようにし
た。

このように冷却ファン（１４）の回転数をコントロルす
ることによって、バッチ火炉の冷却法の欠点である、冷
却の風速によって加熱室（２３）内の構成部品が損傷を
受けるということがなく、しかも冷却は速やかに行なう
ことができる。

以上のような操作によって、先に述べた搬送時間ｆｔ＋
ｌと、仕切弁（２２）を閉じる時間（ｔ２）を実質上、
半分にすることができる。又、前以って加熱室（翻）と
冷却室（２Ａ）とにガスを導入しておくことによって、
ガス導入時間（ｔ３）を実質的にゼロにすることができ
る。

本実施例において被処理物（３）として用いた工具鋼は
加熱処理温度丁Ｈ（約８００℃）がらＴＬ　（約４００
°Ｃ）まで冷却する時間は３０秒ｆＳ１以内でなければ
ならないが、本実施例においてはｊ＋＋ｊｚ＋ｔ３は被
処理物（３）が移動を始める時点より冷却が開始される
ので実質的には一〇”に近くなり、その後の実質的冷却
時間（α）を充分に取って冷却することができたので、
品質の良い焼入鋼を得ることができた。

以上、本発明の実施例について説明したが、勿論、本発
明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に
基き、種々の変形が可能である。

例えば、本実施例の真空熱処理炉（３１）は加熱室（翻
）と冷却室（■）との２塞から成るが、第１図において
加熱室（翻）の左側に、気密な仕切扉を介して、搬入扉
を有する準備室を接続させてもよい。

［発明の効果〕 本発明の真空熱処理炉は以上のような構成であるので、
以下のような効果を有する。

すなわち、従来、油焼入れや塩浴焼入れによって行なわ
れてきた特殊鋼の焼入れ処理が、本発明により冷却速度
が早まるので、ガス冷却で行なうことが可能になった。

これによって、冷却後、被処理物に付着した塩あるいは
油を落す工程が不要であり、ランニングコスト低減につ
ながる。又、ガス冷却では被処理物の表面に浸炭などが
発生しないので、品質の低下を防ぐことができる。

又、本発明の多室式の真空熱処理炉においてはバッチ火
炉に比べて、ガスの使用量が少なく、又、そのために冷
却ファンの動力も小さくできるので、省エネとなり、ガ
ス、電気等のランニングコストが低くなる。又、加熱室
を冷却することがないので、再加熱の際のエネルギーが
不要である。又、バッチ火炉の場合のように、高いガス
圧のために被処理物が急速に冷却される時に歪が生じる
ということがない。従って、歪修正工程が不要であり、
ランニングコスト低減につながる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかる真空熱処理炉の模式的
な概略断面図、第２図は鋼を焼入れする時の組織変化を
経時的に示す図、第３図は従来のバッチ火炉の模式的概
略断面図及び第４図は従来の多室式炉の模式的概略断面
図である。 なお図において、 ｆ９１　ｆ２７）　・・・・・・・ガス導入管２８・・
・・・冷却ファン回転コントローラ６・・・・・・バル
ブ ３０・・・・・・・バイパス管 ３１・・・・・・・真空熱処理炉 却　　フ　　ァ　　ン 回転コンドローラ バ　　　　ル　　　　ブ バイパス管 真空熱処理炉 １８３図 第４ＷＩ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 仕切扉によって気密に仕切られる加熱室と冷却室及び前
   記仕切扉を通して被処理材を前記加熱室と前記冷却室と
   の間で搬送する搬送手段を備え、前記冷却室には、冷却
   手段と搬出扉とが備えられている真空熱処理炉において
   、前記加熱室と前記冷却室とにそれぞれ冷却用ガス導入
   口を設け、前記冷却手段には冷却程度を制御する手段を
   設け、かつ、前記加熱室と前記冷却室とを接続する開閉
   自在のバイパスガス回路を設けたことを特徴とする真空
   熱処理炉。