JPH05112809A - 超強靱鋼の製造方法 - Google Patents

超強靱鋼の製造方法

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JPH05112809A
JPH05112809A JP3210188A JP21018891A JPH05112809A JP H05112809 A JPH05112809 A JP H05112809A JP 3210188 A JP3210188 A JP 3210188A JP 21018891 A JP21018891 A JP 21018891A JP H05112809 A JPH05112809 A JP H05112809A
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JP
Japan
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steel
induction heating
heating coil
temperature
steel material
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JP3210188A
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English (en)
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Kazumitsu Tsuda
和光 津田
Kazuhiro Tsukamoto
和博 塚本
Akihiro Sumi
明宏 角
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Mitsubishi Nagasaki Machinery Mfg Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Nagasaki Machinery Mfg Co Ltd
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    • Y02P10/25Process efficiency

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋼材の表層、内部とも均一な超微細オーステ
ナイト結晶粒を得て、靱性が非常に優れ、しかも降伏比
が高く、低温などの過酷な条件下においても高い衝撃値
を示す超強靱鋼を得ることにある。 【構成】 長手方向に対して同一断面形状を有する中実
の鋼材(試験板a)を、誘導加熱コイル1に挿通し、鋼
材(試験板a)と誘導加熱コイル1の相対的位置を鋼材
(試験板a)の長手方向に移動しながら、誘導加熱コイ
ル1に流す電流の交流周波数、電力及び送り速度を調整
して加熱鋼材(試験板a)の表面と内部中心の温度差を
50度C以内に保って、オーステナイト化温度直上まで
Ac1変態点からAc3 変態点までの変態温度区間を急
速加熱し、その後、急速加熱した鋼材(試験板a)を直
ちに焼入れが完了する温度まで急速冷却し、焼入れ終了
後、焼もどしを行ない、表層から中心部まで均質な超強
靱鋼を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、長手方向に対して略
同一断面形状を有する鋼材全体を加熱、冷却して鋼材全
体の材質改善を図る熱処理技術の改良に係り、特に、誘
導加熱の原理を利用して焼入れを行い、靱性が非常に優
れ、しかも降伏比が高く、低温などの過酷な条件下にお
いても高い衝撃値を示す超強靱鋼の製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、鋼を急速加熱する方法として、例
えば、焼入れ温度に保持した塩浴炉の中に鋼材を浸漬す
る方法、或いは焼入れ温度に保持したガス加熱炉に鋼材
を入れる方法などが知られている。
【0003】このうち、塩浴炉はガス加熱炉に比べ、加
熱速度は速いが、鋼材全体を浸漬するものであるため、
塩浴炉の大きさの関係で加熱できる鋼材の大きさは限定
される。
【0004】これらの塩浴炉やガス加熱炉による加熱に
あっては、いずれも鋼材の表面から加熱する方法であっ
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法は、鋼材の表面からの熱伝導による加熱のため、
加熱速度は 0.1〜1度C/秒程度であり、鋼内部まで迅
速に熱が伝わるの時間がかかり、鋼内部と表面とで温度
差が大きく、得られるオーステナイト結晶粒度(AG
S.No.)は最高でも 8.0から 9.0で、特に低温にお
ける高い靱性や降伏比の向上を図ることができなかっ
た。
【0006】この発明は上記のような課題に鑑み、その
課題を解決すべく創案されたものであって、その目的と
するところは、誘導加熱の原理を利用して、誘導加熱コ
イル内に鋼材を挿通し、誘導加熱コイルに流す電流の交
流周波数、電力及び送り速度を調整して、加熱鋼材の表
面と内部中心の温度差を50度C以内に保ちながら急速
加熱、及び焼入れが完了する温度まで急速冷却後、焼も
どしを行うことにより、鋼材の表層、内部とも均一な超
微細オーステナイト結晶粒を得て、靱性が非常に優れ、
しかも降伏比が高く、低温などの過酷な条件下において
も高い衝撃値を示すことのできる超強靱鋼の製造方法を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めにこの発明は、長手方向に対して同一断面形状を有す
る中実の鋼材を、誘導加熱コイルに挿通し、鋼材と誘導
加熱コイルの相対的位置を鋼材の長手方向に移動しなが
ら、誘導加熱コイルに流す電流の交流周波数、電力及び
送り速度を調整して加熱鋼材の表面と内部中心の温度差
を50度C以内に保って、オーステナイト化温度直上ま
でAc1 変態点からAc3 変態点までの変態温度区間を
急速加熱し、その後、急速加熱した鋼材を直ちに焼入れ
が完了する温度まで急速冷却し、焼入れ終了後、焼もど
しを経て表層から中心部まで均質な超強靱鋼を得る方法
よりなる。
【0008】
【作用】以上のような構成を有するこの発明は、次のよ
うに作用する。すなわち、長手方向に対して同一断面形
状を有する中実の鋼材を、誘導加熱コイルに挿通し、該
誘導加熱コイルに交流電流を流すと交番磁束が発生し、
近傍におかれた鋼材中に誘導電流が流れる。誘導電流が
流れる鋼材には抵抗があるので、その抵抗によって鋼材
中にジュール熱が発生して、鋼材は加熱する。
【0009】このとき、鋼材中に流れる誘導電流は、周
波数が高くなると鋼材の表面に集中し、内部には電流が
流れず、他方、周波数が低くなると、内部にも電流が流
れるようになる。一般に、鋼材の表面からの電流浸透深
さδは、kを定数、ρを導体の抵抗率、μを導体の比透
磁率、fを周波数とすると、 δ=k〔ρ/(μf)〕1/2 の関係にある。
【0010】以上のような誘導加熱の原理を利用して、
加熱鋼材の表面と内部中心の温度差を50度C以内に保
ちながら、オーステナイト化温度直上までAc1 変態点
からAc3 変態点までの変態温度区間を急速加熱する。
【0011】そして、最高加熱温度到達後は、直ちに加
熱した鋼材を移動させて、誘導加熱コイルに隣接して設
けた冷却コイルで焼入れが完了する温度まで急冷する。
【0012】上記処理は数回繰り返して行い、処理後に
焼もどしを行って、鋼材の表層、内部とも均一な超微細
オーステナイト結晶粒を得ることにより、靱性が非常に
優れ、しかも降伏比が高く、低温などの過酷な条件下に
おいても高い衝撃値を示す超強靱鋼を製造することがで
きる。
【0013】なお、急速加熱冷却処理の繰り返し数は2
回から4回とする。これは1回ではオーステナイト結晶
粒の微細化が不十分であり、5回以上してもほとんどそ
れ以上微細化しないためである。
【0014】
【実施例】以下、図面に記載の実施例に基づいてこの発
明をより具体的に説明する。ここでは、市販高張力鋼を
誘導加熱により超微細化処理したときの実施例を以下に
示す。
【0015】(1)市販高張力鋼の化学成分 試験板として採用する市販高張力鋼の化学成分を以下に
示す。
【0016】(2)前処理 誘導加熱による微細化処理に先立って、市販高張力鋼に
ついては特に熱処理を行わず、受入れのままのものを使
用した。
【0017】(3)寸法 市販高張力鋼の試験板寸法を以下に示す。 板厚21×幅300×長さ500(単位:mm)
【0018】(4)処理条件 処理条件を以下に示す。
【0019】(5)誘導加熱コイルのコイル形状及び配
置 図1は試験板と誘導加熱コイルの配置を示した縦断面図
である。誘導加熱コイル1は磁束を発生するものであ
り、市販高張力鋼の試験板aに電流を誘導するもので、
試験板aを加熱する働きを果たすものである。誘導加熱
コイル1は螺旋状に巻かれた形状からなり、この螺旋状
の内部に試験板aが挿通される。誘導加熱コイル1は挿
通する試験板aが角型であるため、その螺旋の形状も角
型螺旋状のものが使用される。また、誘導加熱コイル1
は2段に配置されている。
【0020】誘導加熱コイル1には銅管が使用され、銅
管内部には電流を流すと発熱する銅管を冷却するために
冷却水を流す冷却水路1aが形成されている。誘導加熱
コイル1は電気絶縁が行われ、また、誘導加熱コイル1
は絶縁の保護を兼ねて耐火断熱材1bによって被覆され
ている。
【0021】誘導加熱コイル1の下方には、加熱した試
験板aを急冷する冷却コイル2が設けられている。冷却
コイル2は冷却水を加熱した試験板aに直接噴射して冷
却する構造になっており、冷却コイル2の内周面には、
冷却水を噴射するための噴射孔2aが形成されている。
冷却コイル2の内部には冷却水供給路2bが形成されて
おり、噴射孔2aはこの冷却水供給路2bに通じてい
る。そして、冷却水供給路2b内の冷却水は、噴射孔2
aを経て加熱した試験板aに噴射されるようになってい
る。
【0022】次に、試験板aの焼入れ方法について説明
する。先ず、固定された誘導加熱コイル1の内部中心に
試験板aの下端部を挿通してセットし、2段の誘導加熱
コイル1で下端部を加熱しながら、試験板aを前述の秒
速 1.5mmの送り速度で下方に移動させる。
【0023】試験板aの板厚中心部の温度がAc3 変態
点直上になるまで加熱するが、このとき、試験板aの表
層との温度差が50度C以内になるように、予め、誘導
加熱コイル1に流れる交流電流の周波数及び電力、送り
速度は前述の値に調整されている。
【0024】急速加熱された試験板aの下端部は、誘導
加熱コイル1の下方に取り付けられた冷却コイル2で直
ちに水冷される。即ち、加熱した試験板aは冷却コイル
2の内部を挿通する間、冷却コイル2の内周面に形成さ
れた噴射孔2aから冷却水が加熱した試験板aの表面に
噴射され、これによって試験板aは急速に冷却されるの
である。試験板aの各位置は上記の要領で、順次、急速
加熱後、急冷されて処理が完了する。
【0025】(6)測温試験結果 上記の処理に先立って、最適処理条件を求めるため、測
温用試験板により、板厚方向各位置の温度とAc1 変態
点からAc3 変態点までの変態温度区間での加熱速度を
測定している。測温用試験板の測温位置を図2に示す。
ここで、X1 は端部の表面、X2 は中央部のT/2、X
3 は中央部の表面、X4 は中央部のT/4の各々の測温
位置を示す。
【0026】測温試験結果を次に示す。 ここで、*は変態点Ac3 =895度CとAc1 =735度Cと
の間の速度。Tは板厚で、T/2は板厚の半分の位置、
つまり板厚方向の中心部である。T/4は表面から板厚
の4分の1の位置の箇所である。
【0027】測温試験結果から、中央部の最も温度の高
い表面と最も温度の低い板厚中心部の温度差は、50度
C以内に入っている。さらに、加熱速度は通常熱処理の
加熱速度に比べて数百倍速いことが判る。
【0028】(7)受入れままと微細化処理後の比較 微細化処理後、受入れままの市販高張力鋼と機械的性質
及びオーステナイト結晶粒度(AGS.No.)の比較
を行うため、 560度C×3hr水冷の焼もどし処理を行
った。
【0029】市販高張力鋼の受入れままと微細化処理後
の機械的性質及びオーステナイト結晶粒度(AGS.N
o.)の比較を以下に示す。なお、機械的性質測定のた
めの試験片bは、図2の斜線部の板厚の1/2の位置か
ら採取した。 表のオーステナイト結晶粒度から、市販高張力鋼を微細
化処理したものは、受入れままに比べて遙かに結晶粒が
微細化している。
【0030】この結晶粒の微細化の効果のために、微細
化処理したものは受入れままと比較して、特に、マイナ
ス40度Cでの衝撃値がずば抜けて優れており、衝撃遷
移温度も低くなっている。さらに、強度について言え
ば、0.2 %耐力も幾分向上し、降伏比がより高くなって
いる。
【0031】従って、この発明の製造方法にしたがって
微細化処理を行うと、低温靱性が大幅に向上するので、
市販高張力鋼でもこの発明の方法による微細化処理を行
うことによって、より過酷な条件下においても安定した
使用が可能となる。
【0032】なお、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、この考案の精神を逸脱しない範囲で種々
の改変をなし得ることは勿論である。例えば、上記実施
例では、焼入れの急速加熱冷却処理の繰り返し数を2回
の場合で説明したが、繰り返し回数としては2回から4
回である。上記実施例においては、鋼板の板厚が21mmの
場合で試験したが、板厚が 100mm程度まで可能である。
また、鋼板以外では、棒鋼の処理も可能であり、棒鋼の
場合には径が150mm程度まで可能である。
【0033】
【発明の効果】以上の記載より明らかなように、この発
明に係る超強靱鋼の製造方法によれば、長手方向に対し
て同一断面形状を有する中実の鋼材を、誘導加熱コイル
に挿通し、鋼材と誘導加熱コイルの相対的位置を鋼材の
長手方向に移動しながら、誘導加熱コイルに流す電流の
交流周波数、電力及び送り速度を調整して加熱鋼材の表
面と内部中心の温度差を50度C以内に保って、オース
テナイト化温度直上までAc1 変態点からAc3 変態点
までの変態温度区間を急速加熱する。その後、急速加熱
した鋼材を直ちに焼入れが完了する温度まで急速冷却
し、焼入れ終了後、焼もどしを行い、鋼材の表層、内部
とも均一な超微細オーステナイト結晶粒を得ることによ
り、靱性が非常に優れ、しかも降伏比が高く、低温など
の過酷な条件下においても高い衝撃値を示す表層から中
心部まで均質な超強靱鋼を製造することができる。
【0034】このように、使用鋼をこの発明の方法によ
り微細化処理すれば、市販高張力鋼に限らず、処理前の
組織が前述の組織になり、著しい靱性の向上と共に、降
伏比の向上も合わせて実現でき、使用鋼を低温などのよ
り過酷な条件に適用することができるようになる等、極
めて新規的有益なる効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】試験板と誘導加熱コイルの配置を示す縦断面図
である。
【図2】測温用試験板の測温位置を示す平面図である。
【符号の説明】
1:誘導加熱コイル 1a:冷却水路 1b:耐火断熱材 2:冷却コイル 2a:噴射孔 a:試験板 b:試験片採取位置 X1 :端部の表面の測温位置 X2 :中央部のT/2の測温位置 X3 :中央部の表面の測温位置 X4 :中央部のT/4の測温位置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 長手方向に対して同一断面形状を有する
    中実の鋼材を、誘導加熱コイルに挿通し、鋼材と誘導加
    熱コイルの相対的位置を鋼材の長手方向に移動しなが
    ら、誘導加熱コイルに流す電流の交流周波数、電力及び
    送り速度を調整して加熱鋼材の表面と内部中心の温度差
    を50度C以内に保って、オーステナイト化温度直上ま
    でAc1 変態点からAc3 変態点までの変態温度区間を
    急速加熱し、その後、急速加熱した鋼材を直ちに焼入れ
    が完了する温度まで急速冷却し、焼入れ終了後、焼もど
    しを経て表層から中心部まで均質な超強靱鋼を得ること
    を特徴とする超強靱鋼の製造方法。
JP3210188A 1991-07-26 1991-07-26 超強靱鋼の製造方法 Pending JPH05112809A (ja)

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