JPH08260057A - 鋼材の冷却方法および冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】変態点以上の温度に加熱された高焼入性鋼鋼材
を冷却するにあたって、割れ等の不具合を発生すること
がなく、能率的で、かつ作業性の優れる冷却方法と冷却
装置とを提供する。 【構成】 冷却装置は、側壁１１、１２、天井１５、床
面によって区画成形され内面に断熱材を貼った冷却室
と、冷却室内から出入口２を通って冷却室外まで床面に
沿って互に平行に延びる一対のレール６１、６２と、レ
ール６１、６２上を往復移動可能な台車７とからなる。
鋼材１０を積載した台車７を冷却室に搬入すると、出入
口２は台車７が備える閉鎖板８によって閉鎖される。熱
間鍛造を終った鋼材１０（0.55C-0.25Si-0.35Mn-1.2Cr-
4.5Ni-0.75Mo）を冷却室に搬入し、通気孔３１、３２を
開口してＭs 点まで急冷し、以後開閉蓋５１、５２によ
って通気孔３１、３２の開口度を調整してＭs 点以下５
０℃までを１℃／分以下の冷却速度で冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、変態点以上の高温から
割れを生じることなく焼入性の良好な鋼材を冷却する技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】機械構造用鋼、工具鋼などの特殊鋼鋼材
は、熱間圧延、熱間鍛造等の高温加工によって所定の形
状寸法に加工して用いられる。ところで、高温からの連
続冷却において、パーライトを生成する最高の冷却速度
が１．０℃／分以下であるような高焼入性鋼、例えば特
殊工具鋼、ダイス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼な
どでは、これらの鋼材を高温加工後、冷却の際にパーラ
イト変態によって軟化するには、極めて低い冷却速度で
鋼材を冷却する必要がある。もし、高い冷却速度で冷却
すれば、マルテンサイト変態を生じて硬化するととも
に、不均一冷却による熱応力、変態に伴う体積変化等に
よって、しばしば冷却過程で大きな変形や焼割れを生じ
たり、また冷却後に置割れを生じるなどの不具合を引起
こす。

【０００３】これらの不具合を防止するために、高焼入
性鋼鋼材の高温加工後の冷却に際しては、冷却途中で当
該鋼材に藁を被せ、藁の燃焼による発熱と、藁の燃焼に
よって生成した藁灰の保温性を利用して鋼材を徐冷す
る、いわゆる灰なましが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、灰なましによ
ると、冷却が不均一になり易いこと、冷却速度を制御す
ることができないことなどのために、焼割れや置割れ
を完全に防止することができない、冷却処理に長時間
を要する、藁の燃焼の際の炎や煤の発生による作業環
境の悪化と作業性の低下、近年における藁の入手の困
難性、などの問題がある。

【０００５】本発明は上記のごとき現状に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、変態点以上の温度
に加熱された鋼材、特に連続冷却変態においてパーライ
トを生成する最高の冷却速度が１．０℃／分以下である
ような高焼入性鋼鋼材を冷却するにあたって、割れ等の
不具合を発生することがなく、能率的で、かつ作業性の
優れた冷却方法と冷却装置とを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の鋼材の冷却装置は、 （１）冷却室を区画成形する側壁、天井および床面であ
って、前記側壁の一部に出入口を有し、前記側壁または
前記天井に一個以上の通気孔を有し、かつ、前記側壁お
よび前記天井の冷却室内側に断熱材を設けた側壁、天井
および床面と、前記出入口を開閉可能な扉と、前記通気
孔の開閉度を調節可能な開閉蓋と、前記床面に沿って互
に平行に設けられ、前記冷却室内から前記出入口を通っ
て冷却室外まで延びる一対のレールと、前記レール上を
転動する車輪を有する台車と、を備えることを特徴とす
る。

【０００７】（２）冷却室を区画成形する側壁、天井お
よび床面であって、前記側壁の一部に出入口を有し、前
記側壁または前記天井に一個以上の通気孔を有し、か
つ、前記側壁および前記天井の冷却室内側に断熱材を設
けた側壁、天井および床面と、前記通気孔の開閉度を調
節可能な開閉蓋と、前記床面に沿って互に平行に設けら
れ、前記冷却室内から前記出入口を通って冷却室外まで
延びる一対のレールと、前記レール上を転動する車輪を
有し、かつ一端に前記出入口を閉鎖可能な閉鎖板を有す
る台車と、を備えることを特徴とする。

【０００８】また、本発明の鋼材の冷却方法は、 （３）変態点以上の温度に加熱された鋼材を冷却するに
あたって、（１）または（２）項記載の冷却装置内にお
いて前記鋼材を前記鋼材のマルテンサイト生成温度まで
急冷し、次いで前記鋼材のマルテンサイト生成開始温度
からマルテンサイト生成開始温度以下５０℃までの温度
範囲、または、マルテンサイト生成開始温度から室温ま
での温度差が５０℃未満の場合にはマルテンサイト生成
開始温度から室温までの温度範囲を１．０℃／分以下の
冷却速度で冷却することを特徴とする。

【０００９】（４）連続冷却変態においてパーライトを
生成する最高の冷却速度が１．０℃／分以下である鋼材
を変態点以上の温度から冷却するにあたって、（１）ま
たは（２）項記載の冷却装置内において前記鋼材を前記
鋼材のマルテンサイト生成温度まで急冷し、次いで前記
鋼材のマルテンサイト生成開始温度からマルテンサイト
生成開始温度以下５０℃までの温度範囲、または、マル
テンサイト生成開始温度から室温までの温度差が５０℃
未満の場合にあってはマルテンサイト生成開始温度から
室温までの温度範囲を１．０℃／分以下の冷却速度で冷
却することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の鋼材の冷却装置は、おもに冷却室とレ
ールと台車とからなる。冷却室は側壁、天井および床面
によって区画形成され、鋼材を制御冷却するための空間
である。側壁の一部に設けた出入口は、処理する鋼材を
冷却室に搬入・搬出するためのものである。扉は、出入
口を開閉するものである。

【００１１】側壁および天井の冷却室内側に設けた断熱
材は、処理する鋼材が保有する熱が放散することを防い
で鋼材の冷却速度を低下させる効果を有する。通気孔
は、冷却室の空気を出し入れするためのもので、開閉蓋
によって通気孔の開閉度を調節する。これにより、処理
する鋼材の冷却速度を調整することができる。レール
は、当該レール上を転動する車輪を備える台車を導い
て、冷却室の内外に台車を移動させるためのものであ
る。

【００１２】台車は、処理する鋼材を搬送するととも
に、処理中は前記鋼材を載置する台となる。なお、前記
出入口を開閉可能に設ける扉に代えて、台車の一端に閉
鎖板を設けてもよい。閉鎖板は、台車を冷却室内に移動
したときに出入口を閉鎖する働きをする。次に、本発明
の鋼材の冷却装置の動作と鋼材の冷却方法について説明
する。

【００１３】熱間圧延等の高温加工のために変態点以上
の高温に加熱した後、冷却処理しようとする鋼材を、冷
却室外に引出してある台車に積載する。鋼材を積載した
台車を、出入口を通って冷却室内に移動して鋼材を搬入
し、扉を閉鎖する。なお、閉鎖板を備える台車を用いる
ときは、台車を冷却室内に移動し、閉鎖板によって出入
口を閉鎖する。

【００１４】冷却室に鋼材を搬入するとき、開閉蓋は開
いておく。これによって鋼材の保有する熱は通気孔から
速やかに放散され、鋼材は急冷される。鋼材の温度がマ
ルテンサイト生成温度に近付いたら開閉蓋の開閉度を調
節し、マルテンサイト生成開始温度からマルテンサイト
生成開始温度以下５０℃までの温度範囲、または、マル
テンサイト生成開始温度から室温までの温度差が５０℃
未満の場合にあってはマルテンサイト生成開始温度から
室温までの温度範囲における冷却速度を１．０℃／分以
下として鋼材を冷却する。このとき、本発明の鋼材の冷
却装置の側壁および天井に設けた断熱材は鋼材の冷却速
度を低めるのに有効である。

【００１５】また、上記の冷却過程において、冷却室内
に撹拌扇を設けることによって冷却室内の雰囲気を撹拌
し、冷却の迅速化、温度の均一化を図ることができる。
本発明の鋼材の冷却方法においては、マルテンサイト生
成開始温度からマルテンサイト生成開始温度以下５０℃
までの温度範囲、または、マルテンサイト生成開始温度
から室温までの温度差が５０℃未満の場合にあってはマ
ルテンサイト生成開始温度から室温までの温度範囲を
１．０℃／分以下の低い冷却速度で冷却する。これは、
前記温度範囲内を急冷すると、鋼中に多量のマルテンサ
イトが急速に生成して鋼材に焼割れや置割れを生じるた
めである。

【００１６】マルテンサイト生成開始温度からマルテン
サイト生成開始温度以下５０℃までの温度範囲で全ての
マルテンサイト変態が終了するわけではないが、前記温
度範囲を本発明の方法によって徐冷すれば鋼材に焼割れ
や置割れを生じることが防止される。なお、マルテンサ
イト生成開始温度から室温までの温度差が５０℃未満の
場合は、室温まで本発明の方法によって徐冷すればよ
い。

【００１７】前記温度範囲内の冷却速度が１．０℃／分
を越えると、鋼中に多量のマルテンサイトが急速に生成
して鋼材に焼割れや置割れを生じる。それゆえ、前記温
度範囲を前記冷却速度で冷却する必要がある。また、前
記の冷却を終了したのち、鋼材の残熱を利用して次工程
の熱処理を行うことができる。これによって、エネルギ
ー節約の効果が期待できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の鋼材の冷却方法および冷却装
置の実施例について、図面を用いて具体的に説明する。
本発明の一実施例による冷却装置を図１および図２に示
す。側壁１１、１２、１３、１４と、天井１５と、床面
１６とによって冷却室１を区画成形する。側壁１２の一
部に出入口２を設ける。天井１５に通気孔３１、３２を
設ける。側壁１１、１２、１３、１４および天井１５の
冷却室１内面にそれぞれ断熱材４１、４２、４３、４
４、４５を設ける。

【００１９】通気孔３１、３２にそれぞれ開閉蓋５１、
５２を設ける。開閉蓋５１、５２を滑動可能に天井１５
に取付け、開閉蓋５１、５２を滑動することによって通
気孔３１、３２の開口度を調節可能とする。冷却室１内
から出入口２を通って冷却室１外まで、床面１６に沿っ
て互に平行に一対のレール６１、６２を設ける。

【００２０】台車７には、レール６１、６２の上を転動
する車輪７１、７２、７３、７４を設ける。また、台車
７の一端には、台車７を冷却室１内に移動したとき出入
口２を閉鎖するように構成した閉鎖板８を設ける。冷却
室１は、鋼材を制御冷却するための空間である。出入口
２は、処理する鋼材１０を冷却室１に搬入・搬出するた
めのものである。

【００２１】断熱材４１、４２、４３、４４、４５は、
鋼材１０が保有する熱が放散することを防いで鋼材１０
の冷却速度を低下させる効果を有する。通気孔３１、３
２は冷却室の空気を出し入れするためのもので、開閉蓋
５１、５２によって通気孔３１、３２の開閉度を調節す
る。これによって処理する鋼材１０の冷却速度を調整す
ることができる。

【００２２】レール６１、６２は、レール６１およびレ
ール６２の上をそれぞれ転動する車輪７１、７２および
車輪７３、７４を備える台車７を導いて、冷却室１の内
外に台車７を移動させるためのものである。台車７は、
処理する鋼材１０を搬送するとともに、処理中は鋼材１
０を載置する台となる。閉鎖板８は出入口２を閉鎖する
ためのものである。

【００２３】なお、本発明の他の実施例としては、出入
口２を閉鎖する方法として、図３に示すように滑車９
１、９２、ワイヤロープ９３、バランスウエイト９４な
どを用いて、出入口２を開閉可能に移動する扉９を設け
てもよい。次に、本発明の鋼材の冷却方法の実施例につ
いて説明する。実施例１では、表１に示す化学組成、変
態特性を有する鋼Ａを本発明の鋼材の冷却方法に従って
処理した。

【００２４】

【表１】

【００２５】冷却室１外にある台車７に熱間鍛造を終了
した鋼Ａを積載する。レール６１およびレール６２上に
それぞれ車輪７１、７２および車輪７３、７４を転動さ
せて台車７を冷却室１内に移動して鋼Ａを冷却室１に搬
入する。同時に閉鎖板８によって出入口２を閉鎖する。
このとき通気孔３１、３２は、開閉蓋５１、５２を操作
して開口状態としておく。これによって鋼Ａの保有する
熱は通気孔３１、３２から速やかに放散され、鋼Ａは急
冷される。

【００２６】別に備える温度測定装置によって鋼Ａの表
面温度を測定し、前記温度がマルテンサイト生成開始温
度（Ｍs 点）に近付いたら開閉蓋５１、５２の開閉度を
調節して冷却速度を０．６℃／分とする。このとき、断
熱材４１、４２、４３、４４、４５は鋼Ａの冷却速度を
低めるのに有効である。実施例１では鋼材の表面温度２
２０℃から１７０℃の範囲を冷却速度０．６℃／分で冷
却し、１７０℃より温度が下がったとき台車７を冷却室
１外に引出し、以後大気中で鋼Ａを放冷する。

【００２７】同様に、鋼Ｂおよび鋼Ｃについて、本発明
の方法に従い表２の実施例２および実施例３に示す冷却
条件でそれぞれ冷却処理を行った。

【００２８】

【表２】

【００２９】実施例１、２および３における焼割れおよ
び置割れ等の割れ発生状況を調べた結果を表２に示す。
また、実施例と同じ鋼Ａ、Ｂ、Ｃについて、比較例１、
２、３では熱間鍛造後を空冷とし、また比較例４、５、
６では熱間鍛造後を灰なましとして室温まで冷却した場
合の結果を、併せて表２に示す。表２より明らかなよう
に、実施例１、２、３では割れ発生はなく、また鍛造終
了後の冷却に要する時間も従来の灰なましに較べて著し
く短時間で済むことが判る。

【００３０】さらに、本発明の方法による場合には、灰
なましの場合のように藁の燃焼の際の炎や煤の発生によ
る作業環境の悪化や作業性の低下もなく、また、藁の入
手の問題もない。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明の鋼材の冷却方法
および冷却装置によれば、変態点以上の温度に加熱され
た鋼材、特に連続冷却変態においてパーライトを生成す
る最高の冷却速度が１．０℃／分以下であるような高焼
入性鋼鋼材を冷却するにあたって、割れ等の不具合を発
生することがなく、能率的で、かつ作業性の優れる冷却
方法と冷却装置とを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による鋼材の冷却装置を示す
斜視図である。

【図２】本発明の一実施例による鋼材の冷却装置を示す
断面図である。

【図３】本発明の他の実施例による鋼材の冷却装置を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ 冷却室 ２ 出入口 ７ 台車 ８ 閉鎖板 ９ 扉 １０ 鋼材 １１、１２、１３、１４ 側壁 １５ 天井 １６ 床面 ３１、３２ 通気孔 ４１、４２、４３、４４、４５ 断熱材 ５１、５２ 開閉蓋 ６１、６２ レール ７１、７２、７３、７４ 車輪 ９１、９２ 滑車 ９３ ワイヤロープ ９４ バランスウエイト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却室を区画成形する側壁、天井および
   床面であって、前記側壁の一部に出入口を有し、前記側
   壁または前記天井に一個以上の通気孔を有し、かつ、前
   記側壁および前記天井の冷却室内側に断熱材を設けた側
   壁、天井および床面と、 前記出入口を開閉可能な扉と、 前記通気孔の開閉度を調節可能な開閉蓋と、 前記床面に沿って互に平行に設けられ、前記冷却室内か
   ら前記出入口を通って冷却室外まで延びる一対のレール
   と、 前記レール上を転動する車輪を有する台車と、 を備えることを特徴とする鋼材の冷却装置。
2. 【請求項２】 冷却室を区画成形する側壁、天井および
   床面であって、前記側壁の一部に出入口を有し、前記側
   壁または前記天井に一個以上の通気孔を有し、かつ、前
   記側壁および前記天井の冷却室内側に断熱材を設けた側
   壁、天井および床面と、 前記通気孔の開閉度を調節可能な開閉蓋と、 前記床面に沿って互に平行に設けられ、前記冷却室内か
   ら前記出入口を通って冷却室外まで延びる一対のレール
   と、 前記レール上を転動する車輪を有し、かつ一端に前記出
   入口を閉鎖可能な閉鎖板を有する台車と、 を備えることを特徴とする鋼材の冷却装置。
3. 【請求項３】 変態点以上の温度に加熱された鋼材を冷
   却するにあたって、請求項１または２記載の冷却装置内
   において前記鋼材を前記鋼材のマルテンサイト生成温度
   まで急冷し、次いで前記鋼材のマルテンサイト生成開始
   温度からマルテンサイト生成開始温度以下５０℃までの
   温度範囲、または、マルテンサイト生成開始温度から室
   温までの温度差が５０℃未満の場合にはマルテンサイト
   生成開始温度から室温までの温度範囲を１．０℃／分以
   下の冷却速度で冷却することを特徴とする鋼材の冷却方
   法。
4. 【請求項４】 連続冷却変態においてパーライトを生成
   する最高の冷却速度が１．０℃／分以下である鋼材を変
   態点以上の温度から冷却するにあたって、請求項１また
   は２記載の冷却装置内において前記鋼材を前記鋼材のマ
   ルテンサイト生成温度まで急冷し、次いで前記鋼材のマ
   ルテンサイト生成開始温度からマルテンサイト生成開始
   温度以下５０℃までの温度範囲、または、マルテンサイ
   ト生成開始温度から室温までの温度差が５０℃未満の場
   合にあってはマルテンサイト生成開始温度から室温まで
   の温度範囲を１．０℃／分以下の冷却速度で冷却するこ
   とを特徴とする鋼材の冷却方法。