JPH0578754A - Ｃｒを含有する高炭素鋼線の流動層パテンテイング処理 方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はＣｒを含有する線径３ｍｍ以下の高
炭素鋼線を流動層パテンティング処理を行うに際し、鉛
パテンティング並みの機械的性質および組織を得ること
ができる流動層パテンティング処理方法を提供する。 【構成】 １％以下のＣｒを含有し、かつ線径３ｍｍ以
下の高炭素鋼線を流動層パテンティング処理するにあた
り、加熱炉でオーステナイト化した直後、加熱炉と流動
層炉の接合部に堆積した流動層用砂温度を１００〜２５
０℃に保ち、かつ接合部で０．５〜３秒保持した後、鋼
線のＴＴＴ曲線の鼻温度より０〜３０℃低く温度を保っ
た流動層炉内で変態を完了させることにより、鉛パテン
ティング処理と同等の機械的性質および組織を得ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は１％以下のＣｒを含有
し、かつ線径３mm以下の高炭素鋼線の流動層パテンティ
ング処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】線材のパテンティング処理の一つの方法
に流動層パテンティング方式があり、線径５．５mm程度
の線材のパテンティングに適用されていることは既知で
ある。この流動層パテンティング方式は鉛パテンティン
グの公害問題、すなわち鉛廃棄物処理問題、鉛蒸気の健
康に及ぼす問題などから鉛パテンティング方式の代替手
段として利用拡大の傾向にあるようである。

【０００３】しかし、流動層パテンティングは鉛パテン
ティングに比べ冷却能力が劣るために、鉛パテンティン
グ並みの処理特性、すなわち鉛パテンティング並みの機
械的性質および微細パーライト組織を得るためには処理
方法に種々の工夫が必要である。例えば、特公昭４６−
５９３２号公報記載の方法では熱間圧延後の線材を冷媒
を利用して温度制御した流動層内に直接導入することに
より熱処理を行った。また特公昭４６−６６９１号公報
記載の方法では圧延後の熱間線材をそのまま流動層内に
落下させ、底部に到達するまでの間にパーライト変態を
完了させる調整冷却を行った。これらの技術は温度８０
０℃以上の熱間圧延線材を直接パーライト変態領域で流
動層冷却するための方法であり、そのために流動層温度
を１００〜３００℃程度とする必要があり、ＴＴＴ曲線
の鼻温度よりも２００℃以上低く保たなけばならなかっ
た。

【０００４】ところが、５．５mmよりも細い線径３mm以
下の鋼線の流動層パテンティング処理、特に伸線工程の
熱処理において鉛パテンティングの代替として適用し、
鉛パテンティング相当の強度を確保できた例は見あたら
ない。つまり、線径３mm以下の鋼線は線径５．５mm線材
に対し体積換算で１／６以下に相当し、その分冷却が迅
速に進むために、従来技術の流動層温度１００〜３００
℃では鋼線のＴＴＴ曲線の鼻温度よりも低すぎ、そのた
めに異常組織が発生してしまい、またたとえ流動層在炉
時間を短くとり異常組織の発生を防いでも、その後が空
冷では鉛パテンティング並みの微細組織にならず、高強
度、高延性のものは得られない。これらの技術は線径
５．５mm程度の線材へは適用できるが、冷速が大きい線
径３mm以下の鋼線へは適用できない。さらにＣｒを含有
した高炭素鋼の場合、Ｃｒを含有しない高炭素鋼に比べ
てＴＴＴ曲線の鼻温度が高く、変態終了までの時間も長
くなるのでベイナイトなどの異常組織が発生しやすく、
その処理方法は難しい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来技術の問題点を解決するためになされたもので、鉛パ
テンティング並みの強度が得られる、Ｃｒを含有する高
炭素鋼線の流動層パテンティング処理方法である。具体
的には、次に列挙する技術的課題を解決しようとするも
のである。

【０００６】１％以下のＣｒを含有し、かつ線径３mm
以下の鋼線に流動層パテンティング処理を適用したとき
の異常組織の発生防止。 １％以下のＣｒを含有し、かつ線径３mm以下の鋼線に
流動層パテンティング処理を適用したときの鉛パテンテ
ィング並みの強度確保。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の技術的課題を解決
すべく、本発明の要旨とするところは、１％以下のＣｒ
を含有し、かつ線径３mm以下の高炭素鋼線を流動層パテ
ンティング処理するにあたり、加熱炉でオーステナイト
化した直後、加熱炉と流動層炉の接合部に堆積した流動
層用砂温度を１００〜２５０℃に保ち、かつ接合部で
０．５〜３秒保持した後、鋼線のＴＴＴ曲線の鼻温度よ
り０〜３０℃低く温度を保った流動層炉内で変態を完了
させることを特徴とするＣｒを含有する高炭素鋼線の流
動層パテンティング処理方法にある。

【０００８】以下、本発明の限定理由を説明する。 Ｃｒ含有量を１％以下と限定する理由 Ｃｒ含有量が１％を超えると鋼線の中心部にＣｒが偏析
しやすくなり、その偏析部の変態終了時間はバルクに比
べて遅いためにマルテンサイト組織が発生しやすくな
る。また、たとえ流動層在炉時間を長めにとり偏析部の
マルテンサイト組織発生を防いでも、鋼線の絞りが劣化
するためにＣｒ含有量を１％以下とした。

【０００９】被パテンティング鋼線の線径を３mm以下
と限定する理由 線径が３mmより太くなると冷速が小さくなり、本発明の
流動層パテンティング処理方法では鉛パテンティング並
みの微細組織が得られなくなるため、線径を３mm以下に
限定した。 加熱炉と流動層炉の接合部に堆積した流動層用砂の温
度を１００〜２５０℃に保ち、接合部で０．５〜３秒保
持する限定理由 堆積した流動層用砂の温度が１００℃未満であると、流
動層に入る前に鋼線が過冷却され表層にベイナイトなど
の異常組織が発生しやすく、また２５０℃を超えると流
動層に入る前の鋼線の冷却が十分でなく、鉛パテンティ
ング並みの微細組織が得られないめ、堆積した流動層用
砂の温度を１００〜２５０℃と限定した。

【００１０】また、接合部での保持時間は０．５秒未満
では鋼線の冷却が十分でないため鉛パテンティング並み
の微細組織が得られず、３秒を超えると表層部が過冷と
なり、異常組織の発生が起きるために０．５〜３秒と限
定した。また、本発明のＣｒを含有する高炭素鋼線の場
合、Ｃｒを含有しない高炭素鋼線に比べＴＴＴ曲線にお
けるベイナイト生成領域および過冷度が異なるので、Ｃ
ｒを含有しない高炭素鋼線における処理温度および時間
は適用できない。

【００１１】流動層温度を鋼線のＴＴＴ曲線の鼻温度
よりも０〜３０℃低く保つとした限定理由 流動層温度を鋼線のＴＴＴ曲線の鼻温度より高くすると
パーライト変態発熱の影響でＴＴＴ曲線の鼻温度よりも
実温度が高くなり、鉛パテンティング並みの微細組織が
得られなくなる。Ｃｒを含有するとパーライト変態発熱
が若干高まりその分流動層温度を低下させなければなら
ないが、３０℃より低くすると逆に温度が低すぎて異常
組織が発生しやすい領域になる。それ故、流動層温度は
鋼線のＴＴＴ曲線の鼻温度よりも０〜３０℃低く保つこ
とと限定した。

【００１２】堆積した流動層用砂を用いる理由 流動層はエアーおよびガスなどの気体により砂を流動さ
せるために、流動層炉の構造上、鋼線の入口および出口
などの隙間から砂が漏れるのが現状である。それ故、流
動層パテンティング炉は加熱炉への砂の侵入を防ぐため
に、または線通しなどの作業性の点から加熱炉と流動層
炉の間に接合部を設けなければならない。接合部には徐
々に流動層からあふれ出た砂が堆積するため、それを有
効に利用し、特に新たな冷媒を用いることなく堆積した
砂の温度コントロールを図ることのみにより、目的を達
成しようとしたものである。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図１〜図３に示す一実施例に
基づき説明する。図１は本発明に関わる流動層パテンテ
ィング装置の一部切り欠き正面図を示す。図において、
１はアンコイラー、２は加熱炉、３は接合部、４は流動
層炉、５は捲き取りボビン、６は処理鋼線、７は流動層
砂、８は堆積した流動層用砂で、処理鋼線６は、アンコ
イラー１から捲き取りボビン５で捲き取られる過程で接
合部内に堆積した流動層用砂８と流動層砂７との接触に
より所望のパテンティング処理が施される。

【００１４】本発明はこの状態で、特に図２に図１の一
部切り欠き拡大図を示すとおり、接合部３に設けた水冷
管９に冷却水１０を供給して、接合部に堆積した流動層
用砂８の温度を調節し、図３に示す冷却曲線に基づき１
％以下のＣｒを含有し、かつ線径３mm以下の高炭素鋼線
の流動層パテンティング処理を可能とした。この図３は
Ｃｒを約０．３％含有する高炭素鋼線に本発明の流動層
パテンティング処理方法を適用したときの温度履歴曲線
とそのＴＴＴ曲線図を重ねて比較したものである。

【００１５】図１の加熱炉２においてオーステナイト化
後の鋼線の中心温度は一般に８００〜１０００℃になっ
ているため、これを１％以下のＣｒを含有する鋼のパー
ライト変態温度５００〜６１０℃に保持している流動層
炉４内に導入した場合、鉛パテンティングに比べ流動層
パテンティングの冷却能力が低いので、図３に示す鉛パ
テンティング並みの急冷領域１３に入らない。それ故、
上記温度範囲内の流動層に中心温度８００〜１０００℃
の鋼線を直接導入する前に、該鋼線に対して何らかの温
度低下工程が必要である。

【００１６】そのために本発明では、図１、２に示す加
熱炉と流動層炉の接合部３に堆積した１００〜２５０℃
の流動層用砂８内に０．５〜３秒間鋼線６を保持するこ
とにより急冷を行う。加熱した鋼線が接合部に堆積した
流動層用砂８内を通過するに従い、流動層用砂８の温度
上昇が起こるが、２５０℃を超えると急冷効果が弱くな
るため流動層用砂８の温度を図２に示した水冷管９など
による冷却方法により２５０℃以下に抑えなければなら
ない。他方、堆積した流動層用砂８の温度が１００℃未
満では鋼線の表層に異常組織が発生するために１００℃
以上とする。さらに本発明では、流動層温度を鋼線のＴ
ＴＴ曲線の鼻温度より０〜３０℃低く保つことを特徴と
するが、これはパーライト変態発熱の影響を考慮したも
のである。高炭素鋼線をパーライト変態させる場合変態
発熱がおこり、流動層は鉛浴に比べ変態発熱を抑えるだ
けの冷却能力がないために、流動層の設定温度をパーラ
イト変態温度よりも低めに保たなければならない。鋼線
のパーライト変態発熱温度についてこれまで調査したと
ころ、Ｃｒを含有しものは含有しないものに比べ若干発
熱温度が上昇するが、最大で３０℃であることがわかっ
た。そこでＣｒ量１％以下においては、パーライト変態
温度として使用されるＴＴＴ曲線の鼻温度より流動層温
度を高くすると変態発熱の影響でＴＴＴ曲線の鼻温度よ
りも実温度が高くなりすぎて微細パーライト組織が得ら
れなくなり、さらに流動層温度をＴＴＴ曲線の鼻温度よ
り３０℃を超えて低く設定すると逆に温度が低くなりす
ぎて異常組織が発生しやすい領域になるため、流動層温
度を前記のように限定した。

【００１７】線径３mm以下で、Ｃ：０．８２％、Ｓｉ：
０．２５％、Ｍｎ：０．５％、Ｐ：０．００３％、Ｓ：
０．００３％、Ｃｒ：０．２％、０．５％、１．０％、
１．２％成分の高炭素鋼線を用い、図１に示すように直
径が５００mmのアンコイラー１から各処理速度で送り出
し、加熱炉２、接合部３、流動層炉４を通過させてパテ
ンティング処理を施した後、直径５００mmの捲き取りボ
ビンにて捲き取りながら本発明の流動層パテンティング
処理を行った。使用した装置は、加熱炉長さ５ｍ、接合
部長さ０．３ｍであり、流動層炉長さは２．５〜８ｍの
範囲での可変構造であるため、鋼種および線径に応じて
必要な変態時間分保持した。また線速は無段変速にて調
節できるものである。接合部内には流動層用砂が鋼線の
通過領域を覆うだけ十分に堆積しており、水冷管に冷却
水を通すことにより温度調節を行った。加熱炉はＡｒガ
ス雰囲気で温度を９５０℃一定とし、流動層用砂および
流動砂は１００meshのジルコンサンドを用い、流動層の
温度調整はプロパンガスとエアー吹き込みにより±３℃
に抑えた。表１に試験条件と結果を、本発明と比較例を
併せて示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】比較例１では、線径が３mmを超えるため冷
速が小さく、鉛パテンティング並みの微細組織が得られ
ないため、鉛パテンティング並みの特性が得られなかっ
た。比較例２では、堆積した流動層用砂の温度が２５０
℃を超えたために、やはり鉛パテンティング並みの微細
組織が得られなかった。比較例３では、堆積した流動層
用砂の温度が１００℃より低く、過冷による表層ベイナ
イトなどの異常組織が発生したため、鉛パテンティング
並みの特性が得られなかった。

【００２０】比較例４では、接合部保持時間が３秒を超
え、過冷による表層ベイナイトなどの異常組織が発生し
たため、鉛パテンティング並みの特性が得られなかっ
た。比較例５では、接合部保持時間が０．５秒未満のた
めに急冷効果が弱く、鉛パテンティング並みの微細組織
が得られないため、鉛パテンティング並みの特性が得ら
れなかった。

【００２１】比較例６では、流動層温度が鋼線のＴＴＴ
曲線の鼻温度５７０℃よりも高いために変態発熱の影響
で実温度が高くなりすぎ、鉛パテンティング並みの微細
組織が得られないため、鉛パテンティング並みの特性が
得られなかった。比較例７では、流動層温度が鋼線のＴ
ＴＴ曲線の鼻温度６１０℃よりも３０℃を超えて低いた
めにベイナイト組織が発生し、鉛パテンティング並みの
特性が得られなかった。

【００２２】比較例８では、Ｃｒ含有量が１．０％を超
えるためにＣｒの中心偏析が多く発生し、偏析部のマル
テンサイト発生を避けるために線速を遅くして流動層在
炉時間を長めにした。そのため絞りが劣化し、鉛パテン
ティング並みの特性が得られなかった。これに対し、本
発明の実施例はいずれも鉛パテンティング並みの特性を
示しており、鉛パテンティング並みの特性が得られる有
力な流動層パテンティング処理方法であることがわか
る。

【００２３】

【発明の効果】本発明は以上のとおり実施できるので、
既述の技術的課題を解決する顕著な効果がある。換言す
ると、本発明によりＣｒを含有し、かつ細い線径の場合
においても流動層パテンティング処理が可能となり、鉛
パテンティング処理が公害上問題になっている昨今、そ
の工業的メリットは大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための流動層パテンティング
装置の正面図である。

【図２】図１の装置の接合部を拡大した図である。

【図３】Ｃｒを約０．３％含有する高炭素鋼線に本発明
の流動層パテンテング処理方法を適用したときの温度履
歴曲線とそのＴＴＴ曲線図を重ねて比較した図である。

【符号の説明】

１ アンコイラー ２ 加熱炉 ３ 接合部 ４ 流動層炉 ５ 捲き取りボビン ６ 処理鋼線 ７ 流動層砂 ８ 堆積した流動層用砂 ９ 水冷管 １０ 冷却水 １１ 流動層温度を鋼線のＴＴＴ曲線の鼻温度より２
０℃低く保持したときの温度履歴曲線 １２ 流動層温度を鋼線のＴＴＴ曲線の鼻温度で保持
したときの温度履歴曲線 １３ 鉛パテンティング並みの急冷領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １％以下のＣｒを含有し、かつ線径３mm
   以下の高炭素鋼線を流動層パテンティング処理するにあ
   たり、加熱炉でオーステナイト化した直後、加熱炉と流
   動層炉の接合部に堆積した流動層用砂温度を１００〜２
   ５０℃に保ち、かつ接合部で０．５〜３秒保持した後、
   鋼線のＴＴＴ曲線の鼻温度より０〜３０℃低く温度を保
   った流動層炉内で変態を完了させることを特徴とするＣ
   ｒを含有する高炭素鋼線の流動層パテンティング処理方
   法。