JPH09287026A - 金属条材の熱間処理方法及び冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平に配置された金属条材１を、加熱装置３
で局部的に加熱し、その後ろを冷却装置１０で冷却しな
がら加熱装置及び冷却装置を移動させて金属条材を連続
的に熱間処理する際の曲がり発生を防止する。 【解決手段】 冷却装置１０が金属条材１に対して噴射
する冷却媒体４の量を、金属条材１の上面側よりも下面
側で多くし、冷却効率の悪い下面側の冷却量を増大させ
て金属条材１の全周を均等に冷却し、曲がり発生を防止
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属条材をほぼ水
平に配置し、その金属条材の長手方向の小領域を加熱冷
却しながら、その加熱冷却部分を金属条材の長手方向に
移動させて熱間処理を行う方法及びその方法に使用する
冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、長尺の金属条材に対して、調
質、形状矯正処理、賦形処理等のために熱間処理を施す
ことが行われており、その方法として、図９に示すよう
に、金属条材１をほぼ水平に配置し、その金属条材１の
長手方向の小領域を加熱して加熱部２とする誘導加熱コ
イル等の加熱装置３とその加熱部２の一端に周囲から冷
却媒体４を噴射して冷却する冷却装置５とを前記金属条
材１に対して相対的に且つ加熱装置３を冷却装置５の前
側に配して移動させ、金属条材１に連続的に加熱冷却操
作を加える金属条材の熱間処理方法が知られている。こ
こで、冷却装置５としては、通常、冷却媒体４として水
を噴射するものが使用されており、具体的には、金属条
材１を取り囲むように配置され、内部に冷却媒体の通路
６ａを有すると共に側面に多数の噴射穴６ｂを形成した
冷却媒体噴射部材６を備えている。そして、例えば、金
属条材１が角パイプである場合、図１０に示すように、
冷却媒体噴射部材６は、金属条材１にほぼ相似な形状を
しており、且つ多数の噴射穴６ｂは、冷却媒体噴射部材
６の上下左右の各部分に均等に且つ金属条材１に対して
等しい噴射角となるように形成されており、従って、冷
却媒体４を金属条材１に対して上下左右から均等に、且
つ図９に示すように金属条材１の軸線に直角な面８の外
周位置に（従って金属条材１の周方向に関しては同じ軸
線方向位置に）噴射していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図９、図１
０に示す方法で熱間処理を行った場合、処理後の金属条
材１に曲がりを生じるという問題点があった。

【０００４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、金属条材に曲がりを生じることなく熱間処理を行
うことを可能とする熱間処理方法及びその方法に使用す
る冷却装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記問題点
を解決すべく検討の結果、金属条材の曲がりは、金属条
材の上下方向の冷却むら等の熱的条件差に起因して生じ
ていることを見出した。たとえば、冷却むらについて言
えば、従来は図９、図１０に示すように、金属条材１に
対して上下左右から均等に冷却媒体を噴射し、均等に冷
却しているようであるが、実際には、金属条材１の上下
面では冷却効果に差があり、例えば、上面では吹き付け
られた冷却媒体がそのまま残って比較的有効に冷却に利
用され、冷却効果が高いが、下面では吹き付けられた冷
却媒体が直ちに下方に落下するため冷却効率が悪く、上
下方向に冷却むらが生じていた。このような冷却むらが
上下方向に生じると、冷却の速い部分は速く収縮し、冷
却の遅い部分は遅く収縮することにより、上下に収縮応
力差が生じ、曲がりが発生していた。従って、冷却媒体
の噴射条件を金属条材の上下で適当に偏倚させることに
より、金属条材を上下に均一に冷却して曲がり発生を防
止することが可能である。

【０００６】本発明はかかる知見に基づいてなされたも
ので、熱間処理時における金属条材の上下方向に生じる
熱的条件差に起因する曲がりの発生を打ち消すよう、冷
却装置が前記金属条材に噴射する冷却媒体の噴射条件
（噴射圧力、噴射位置、吹き付け位置、吹き付け角度な
ど）を上下方向に偏倚させることを特徴とする。このよ
うに金属条材に噴射する冷却媒体の噴射条件を上下方向
に偏倚させることで曲がりを抑制し、曲がりを生じるこ
となく熱間処理を施すことが可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本願請求項１の発明は、金属条材
をほぼ水平に配置し、その金属条材の長手方向の小領域
を加熱して加熱部を形成させるための加熱装置とその加
熱部の一端に周囲から冷却媒体を噴射して冷却する冷却
装置とを前記金属条材に対して相対的に且つ加熱装置を
冷却装置の前側に配して移動させ、金属条材に連続的に
加熱冷却操作を加える金属条材の熱間処理方法におい
て、金属条材の上下方向に生じる熱的条件差に起因する
曲がりの発生を打ち消すよう、前記冷却装置が前記金属
条材に噴射する冷却媒体の噴射条件を上下方向に偏倚さ
せることを特徴とするものである。

【０００８】ここで、冷却媒体の噴射条件を上下方向に
偏倚させる実用しやすい方法としては、冷却媒体の圧力
を変えて、これにより噴射量も同時に変える方法、ある
いは吹き付け位置を単独に又は吹き付け角度を変更して
変える方法等を挙げることができる。偏倚させる量は、
計算或いは実験により求めることができる。例えば、金
属条材に均一に冷却媒体を噴射する冷却装置を用いて熱
間処理を行い、その時に生じる曲がりを求め、それを基
準としてその曲がりを打ち消すように冷却媒体の噴射条
件の偏倚量を求めればよい。

【０００９】請求項２の発明は、上記した熱間処理方法
に使用する冷却装置に関するものであって、金属条材を
取り囲むように配置され、内部に冷却媒体の通路を有す
ると共に側面に多数の噴射穴を形成した冷却媒体噴射部
材を備え、その冷却媒体噴射部材からの冷却媒体の噴射
量を上下方向に偏倚させていることを特徴とするもので
ある。ここで、噴射量を偏倚させる具体的な方法として
は、冷却媒体噴射部材の内部の通路を周方向に複数のセ
クションに分割し、各セクションに供給する冷却媒体の
圧力を加減して流量を変える方法、或いは、圧力は一定
にして冷却媒体噴射部材に形成している複数の噴射穴の
直径或いは個数を場所によって変える方法等を採ること
ができる。

【００１０】請求項３の発明は、上記した熱間処理方法
に使用する冷却装置に関するものであって、金属条材を
取り囲むように配置され、内部に冷却媒体の通路を有す
ると共に側面に多数の噴射穴を形成した冷却媒体噴射部
材を備え、その冷却媒体噴射部材から噴射される冷却媒
体が金属条材に対して衝突する金属条材軸線方向の衝突
位置を、上下方向に偏倚させていることを特徴とするも
のである。ここで、噴射された冷却媒体の衝突位置を金
属条材軸線方向に偏倚させる具体的な方法としては、冷
却媒体噴射部材に形成する噴射穴の位置或いは噴射角度
を場所によって変える方法、或いは冷却媒体噴射部材を
周方向に複数のセクションに分割し、各セクションの取
付位置、取付角度等を場所によって変える方法等を採る
ことができる。

【００１１】本発明で行う熱間処理の内容としては、調
質、形状矯正処理、賦形処理（加熱部に圧縮力を作用さ
せて増肉させる増肉処理、加熱部に曲げ力を作用させて
曲げる曲げ処理等を含む）等を挙げることができる。ま
た、本発明の熱間処理の対象とする金属条材としては、
角パイプ、丸パイプ、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、丸棒、角棒、細
長い板材等を挙げることができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面に示す実施例を参照して本発明を
更に詳細に説明する。図１は角パイプである金属条材１
の熱処理に本発明を適用した実施例を示すもので、図９
に示す従来例と同様に、金属条材１をほぼ水平に配置
し、その金属条材１の長手方向の小領域を加熱して加熱
部２とする誘導加熱コイル等の加熱装置３とその加熱部
２の一端に周囲から冷却水などの冷却媒体４を噴射して
冷却する冷却装置１０とを金属条材１に対して相対的に
且つ加熱装置３を冷却装置１０の前側として移動させ、
金属条材１に連続的に加熱冷却操作を加えている。ここ
で使用する冷却装置１０も、冷却媒体４を金属条材１に
対して、その軸線方向に直角な面８の外周位置に噴射す
るようになっている。しかしながら、この冷却装置１０
は従来の冷却装置５（図１０参照）とは異なり、冷却媒
体の噴射条件の一つである噴射量を上下位置で偏倚させ
る機能を備えている。

【００１３】図２はこの冷却装置１０を金属条材１の中
心軸線に直角に切って示す概略断面図である。冷却装置
１０は、金属条材１を取り囲むように配置され、内部に
冷却媒体の通路１１ａを有すると共に側面に多数の噴射
穴１１ｂを形成した冷却媒体噴射部材１１を備えてい
る。この通路１１ａは、内部に設けた仕切り１２によっ
て複数のセクション即ち上下左右及び各角部のセクショ
ンに分割されており、各セクションには、それぞれ流量
調整弁１３を備えた冷却媒体供給管１４が接続されてい
る。かくして、各流量調整弁１３を調整することによ
り、各セクションからの冷却媒体噴射量を任意に調整で
きる。

【００１４】上記構成の冷却装置１０を用いた熱処理時
には、冷却媒体の噴射量を、金属条材１の上面に対して
少なく、側面に対して中程度に、下面に対して多くなる
ように設定しておく。これにより、金属条材１の冷却速
度が金属条材１の周方向に均一化され、金属条材１の曲
がり発生が防止される。

【００１５】なお、上記実施例では、一体構造の冷却媒
体噴射部材１１の内部に仕切り１２を入れて、内部の通
路１１ａを複数のセクションに分割しているが、この代
わりに、冷却媒体噴射部材１１自体を複数のセクション
に分割した構造としてもよい。また、上記実施例では、
冷却媒体の通路１１ａを複数のセクションに分割し、各
セクションからの冷却媒体噴射量を変える構成としてい
るが、この代わりに、冷却媒体噴射部材１１に形成する
噴射穴１１ｂの直径や個数を場所によって異ならせ、冷
却媒体の噴射量を、金属条材１の上面に対して少なく、
側面に対して中程度に、下面に対して多くなるようにし
てもよい。この構成とすると、複数の流量調整弁が不要
となるので、装置が簡略化してコストダウンを図ること
ができる。

【００１６】次に、図３、図４は本発明の他の実施例を
示すものであり、加熱装置３の後ろに冷却装置２０を配
置している。この冷却装置２０も、金属条材１を取り囲
むように配置され、内部に冷却媒体の通路２１ａを有す
ると共に側面に多数の噴射穴２１ｂを形成した冷却媒体
噴射部材２１を備えているが、その噴射穴２１ｂの位置
や角度を、冷却媒体噴射部材２１の場所によって異なら
せ、噴射される冷却媒体４が金属条材１に対して衝突す
る金属条材軸線方向の衝突位置を、上下方向に偏倚させ
ている。すなわち、図３から良く分かるように、金属条
材１の上面に対する冷却媒体４の衝突位置Ｐよりも、下
面に対する冷却媒体４の衝突位置Ｑが、金属条材１の軸
線方向の前側に位置するように偏倚させ、また、側面に
対する冷却媒体の衝突位置は点Ｐ、Ｑを通る面２３の外
周位置となるように、金属条材１の軸線に直角な面８に
対して傾斜させている。これにより、冷却効率の悪い金
属条材１の下面側が上面側よりも早めに冷却されること
となり、冷却速度が金属条材１の周方向に均一化され、
金属条材１の曲がり発生が防止される。なお、この場
合、冷却媒体の噴射量は金属条材１の周方向に均一とし
てもよいが、図１、図２の実施例で説明したように、場
所によって噴射量を変える方法を併用してもよい。

【００１７】図３、図４に示す実施例では、一体構造の
冷却媒体噴射部材２１を用いているが、この冷却媒体噴
射部材２１を複数のセクションに分割した構成とするこ
とも可能である。また、複数のセクションに分割した冷
却媒体噴射部材を用いる場合、各セクションの取付位置
や取付角度を可変とすることで、冷却媒体の噴射位置を
任意に調整することもできる。図５、図６はその場合の
一実施例を示すもので、金属条材１を取り囲むように配
置された冷却装置２６は、上下左右並びに各角部に位置
する複数のセグメント２７で構成された冷却媒体噴射部
材を備えている。そして各セグメント２７は内部の通路
２７ａと側面に開孔した噴射穴２７ｂを有しており、且
つ全部のセグメント２７は同一断面形状を有している。
この複数のセグメント２７を、図５に示すように金属条
材１の周囲に配置する際、各セグメント２７の取付角度
を調整し、各セグメント２７から噴射される冷却媒体の
金属条材１に対する衝突位置を、上面では位置Ｐに、下
面では位置Ｑとなるように金属条材１の軸線方向に偏倚
させている。なお、側面に配置するセグメント２７は取
付角度調整により、噴射位置が直線２８に示すように、
上面、下面の位置Ｐ、Ｑのほぼ中間となるように設定し
ている。かくして、金属条材１の下面側の噴射位置Ｑを
上面側の噴射位置Ｐよりも前に位置させたことにより、
冷却効率の悪い金属条材１の下面側を上面側よりも早め
に冷却でき、冷却速度が金属条材１の周方向に均一化さ
れ、金属条材１の曲がり発生が防止される。

【００１８】図７、図８は、更に他の変形例を示すもの
である。この実施例でも、図５、図６の実施例と同様に
複数のセグメント２７で構成された冷却媒体噴射部材を
用いているが、その複数のセグメント２７の取付に当た
っては、冷却媒体４の噴射角は変えず、その代わりに、
セグメント２７自体を金属条材１の軸線方向にずらせて
取り付け、これにより、冷却媒体４の金属条材１の上面
に対する噴射位置Ｐと、下面に対する噴射位置Ｑを軸線
方向にずらせ、且つ側面に対する噴射位置を直線３０で
示すように、傾斜させている。この構成によっても、冷
却速度が金属条材１の周方向に均一化され、金属条材１
の曲がり発生を防止できる。

【００１９】図５〜図８に示す実施例では、セグメント
２７の取付位置や取付角度を変えることで冷却媒体４の
噴射位置を任意に調整できるので、金属条材１に応じた
最適な位置に調整でき、また、上下左右に配置するセグ
メント２７として同一のものを使用でき、製造が容易と
なる利点が得られる。なお、このような複数のセグメン
ト２７を用いる場合、各セグメント２７への冷却媒体供
給量を、図２に示す構成により調整可能とし、各セグメ
ント２７からの冷却媒体噴射量も調整するようにしても
よい。

【００２０】次に、本発明の具体的な実施例を説明す
る。 〔実施例１〕金属条材１として、３００ｍｍ×３００ｍ
ｍ×１２ｍｍｔの鋼製角パイプを用意し、図１に示すよ
うに、その金属条材１を水平に配置し、その周囲に、加
熱装置３（幅４０ｍｍの誘導加熱コイル）と冷却装置１
０をセットし、その加熱装置３と冷却装置１０を金属条
材１に沿って、２．０ｍｍ／ｓの速度で移動させなが
ら、加熱冷却操作を加えて熱処理を行った。この時の加
熱装置３による加熱温度（加熱部２の最高温度）を、９
７０±２０°Ｃとし、冷却装置１０による冷却水の噴射
量を次のように設定した。 熱処理後の曲がり量を測定したところ、金属条材１ｍ当
たり約０．５ｍｍであって、無視しうる程度であった。

【００２１】〔比較例１〕冷却装置１０による冷却水の
噴射量を、金属条材１の上面、側面、下面とも１４リッ
トル／ｍｉｎに設定した以外は、実施例１と同一条件で
熱処理を行った。熱処理後の金属条材１は、１ｍ当たり
約３．５ｍｍの曲がりが生じていた。

【００２２】〔実施例２〕実施例１と同一の金属条材１
を水平に配置し、その周囲に実施例１と同一の加熱装置
３と図７、図８に示す冷却装置２６をセットし、且つ金
属条材１の上下面に対する冷却媒体の噴射位置Ｐ、Ｑが
軸線方向に５ｍｍ偏倚するように調整した。この状態
で、その加熱装置３と冷却装置２６を金属条材１に沿っ
て、２．０ｍｍ／ｓの速度で移動させながら、加熱冷却
操作を加えて熱処理を行った。この時の加熱装置３によ
る加熱温度（加熱部２の最高温度）を、９７０±２０°
Ｃとし、冷却装置１０による冷却水の噴射量は金属条材
１の上面、側面、下面とも１４リットル／ｍｉｎに設定
した。熱処理後の曲がり量を測定したところ、金属条材
１ｍ当たり約０．５ｍｍであって、無視しうる程度であ
った。

【００２３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、金属
条材の小領域を加熱すると共にその加熱部を金属条材の
長手方向に移動させ、同時にその加熱部の後ろを冷却装
置で冷却して熱間処理する方法において、熱間処理時に
おける金属条材の上下方向に生じる条件差に起因する曲
がりの発生を打ち消すよう、冷却装置が前記金属条材に
噴射する冷却媒体の噴射条件を上下方向に偏倚させたこ
とにより、熱間処理時に発生しがちな曲がりを抑制で
き、曲がりを生じることなく熱間処理を施すことができ
るという効果を有している。

【００２４】また、本発明の冷却装置は、金属条材を取
り囲むように配置され、内部に冷却媒体の通路を有する
と共に側面に多数の噴射穴を形成した冷却媒体噴射部材
を備え、その冷却媒体噴射部材からの冷却媒体の噴射量
を上下方向に偏倚させたことにより、金属条材の熱間処
理のための冷却を行う際、熱間処理時に発生しがちな曲
がりを抑制でき、曲がりを生じることなく熱間処理を施
すことができるという効果を有している。

【００２５】更に、本発明の冷却装置は、金属条材を取
り囲むように配置され、内部に冷却媒体の通路を有する
と共に側面に多数の噴射穴を形成した冷却媒体噴射部材
を備え、その冷却媒体噴射部材から噴射される冷却媒体
が金属条材に対して衝突する金属条材軸線方向の衝突位
置を、上下方向に偏倚させたことにより、金属条材の熱
間処理のための冷却を行う際、熱間処理時に発生しがち
な曲がりを抑制でき、曲がりを生じることなく熱間処理
を施すことができるという効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】角パイプである金属条材１の熱処理に本発明を
適用した実施例を示す概略断面図

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図

【図３】本発明の他の実施例を示す概略断面図

【図４】図３のＢ−Ｂ矢視断面図

【図５】本発明の更に他の実施例を示す概略断面図

【図６】図５のＣ−Ｃ矢視断面図

【図７】本発明の更に他の実施例を示す概略断面図

【図８】図７のＤ−Ｄ矢視断面図

【図９】従来の金属条材の熱間処理方法を実施している
状態を示す概略断面図

【図１０】図９のＥ−Ｅ矢視断面図

【符号の説明】

１ 金属条材 ２ 加熱部 ３ 加熱装置 ４ 冷却媒体 ５ 冷却装置 １０ 冷却装置 １１ 冷却媒体噴射部材 １１ａ 通路 １１ｂ 噴射穴 １２ 仕切り １３ 流量調整弁 １４ 冷却媒体供給管 ２０ 冷却装置 ２１ 冷却媒体噴射部材 ２１ａ 通路 ２１ｂ 噴射穴 ２６ 冷却装置 ２７ セグメント ２７ａ 通路 ２７ｂ 噴射穴

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属条材をほぼ水平に配置し、その金属
   条材の長手方向の小領域を加熱して加熱部とする加熱装
   置とその加熱部の一端に周囲から冷却媒体を噴射して冷
   却する冷却装置とを前記金属条材に対して相対的に且つ
   加熱装置を冷却装置の前側に配して移動させ、金属条材
   に連続的に加熱冷却操作を加える金属条材の熱間処理方
   法において、金属条材の上下方向に生じる熱的条件差に
   起因する曲がりの発生を打ち消すよう、前記冷却装置が
   前記金属条材に噴射する冷却媒体の噴射条件を上下方向
   に偏倚させることを特徴とする金属条材の熱間処理方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の金属条材の熱間処理方
   法に使用する冷却装置であって、前記金属条材を取り囲
   むように配置され、内部に冷却媒体の通路を有すると共
   に側面に多数の噴射穴を形成した冷却媒体噴射部材を備
   え、その冷却媒体噴射部材からの冷却媒体の噴射量を上
   下方向に偏倚させていることを特徴とする冷却装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の金属条材の熱間処理方
   法に使用する冷却装置であって、前記金属条材を取り囲
   むように配置され、内部に冷却媒体の通路を有すると共
   に側面に多数の噴射穴を形成した冷却媒体噴射部材を備
   え、その冷却媒体噴射部材から噴射される冷却媒体が金
   属条材に対して衝突する金属条材軸線方向の衝突位置
   を、上下方向に偏倚させていることを特徴とする冷却装
   置。