JPS58151418A - 鋼鉄の熱処理を行なう方法および装置 - 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】 本発明は、鋼鉄の焼入れのための方法および装置に関し
、特に実質的な厚さおよび長さの鋼管の焼入れのための
方法および装置に関する。

鋼鉄は実質的に鉄と炭素からなる合金である。

更に、鋼鉄は硬度、機械的強度、延性および靭性の如き
特性を強化するため添加可能な少量のヤンガン、リン、
またはケイ素を含むことができる。

微量の炭素がフェライトとして知られる構成分を形成す
るため鉄中に溶解するが、鋼鉄中のほとんどの炭素は炭
化鉄即ちセメンタイトとして知られる金属間化合物とし
て鉄中に存在するが、これはパーライトとして知られる
フェライトを含む形態をなしている。パーライト炭素鋼
を臨界変態温度として知られる充分に高い温度に加熱す
る時。

実質量の鉄中の炭素を溶解しなからオーステナイトとし
て知られる面心立法格子型の結晶構造が形成を始める。

はとんどの鋼鉄における変態温度は−・般に７２５乃至
７９０℃（１３４０乃至１４５０〒）の範囲内にある。

オーステナイト鋼をその臨界変態温度以下に実質的に冷
却すると、このオーステナイト鋼はパーライト、ベイナ
イト（ｂａｉｎｉｔｅ　）　、マルテンサイト、もしく
はそれらの組合せの如き他の形態に分解する。これ゛ら
の成分は・、鋼鉄が有する一連の特性を決定する。これ
ら成分の形成は、鋼鉄の種類および臨界変態温度からの
冷却速度の両方を要因とする。このように、オーステナ
イトが分解する形態、従ってその結果得られる鋼鉄の正
確な特性は鋼鉄の最初の組成にのみ依存するのではなく
、冷却のシーケンスにも依存するものである。極端な事
例では、約２３２℃（４５０〒）まで非常に早く冷却し
、次いで約１２１℃（２５０〒）まで冷却すると、マル
テンサイトとして知られる非常に硬い成分を生成する。

他の事例において、周囲空気における如くゆっくり冷却
すると粗性パーライトを形成する。これら２つの冷却の
極端な事例の間には、広範囲の成分が生じ得る。しかし
、パーライトの形成を避けねばならない場合には、しば
しば最小の冷却速度は厳しく制限される。

数年来大塊の鋼鉄の製造を容易にするため種々の方法が
開発されてきた。これらの方法には、ある成分が形成す
る時点を、変更する合金の使用、マルテンサイトの形成
従って硬度に影響をもたらす炭素量の変更、および特定
の冷却シーケンスおよび方法が含まれている。

熱処理の後に急冷を行なうことにより鋼鉄の焼入れを行
なうことは長い間の慣例であった。典型的には、鋼鉄は
オーステナイトとなる臨界変態温度以上に加熱され１次
いで通常は水または油の如き液体中で急冷することによ
り、鋼鉄が硬いマルテンサイトのミクロ構造に変態する
比較的低い温度範囲に達するまでオーステナイトの変態
を避けるに充分にす￥く冷却される。然る後、鋼鉄はマ
ルテンサイトの固有膨張率により生じる内部応力を除去
するため再び加熱即ち焼戻しが行なわれるのである。

伝統的な熱処理および急冷法に対する改養と考えること
ができるマルテンパー法およびオーステンパー法は２つ
の広く使用される商業的プロセスを提供する。

マルテンパー法およびオーステンパー法は機械的強度の
大きな鋼鉄を提供する。マルテンパー法においては、臨
界変態温度からの急冷をマルテンサイト変態温度のｉａ
＃で、鋼鉄の組成に従って変化するが約２３２℃（４５
０？）において中止するものである。鋼鉄の表面はこの
時、この温度が塊体全体にわたって等しくなるまで　一
定の温度に保持される８次に、この塊体は、脆性の大き
なマルテンサイトにおいて形成される非常に差の大きな
冷却応力により生じる割れを最小限に抑えるため室温ま
で冷却される。然る後、鋼鉄は通常の熱処理および冷却
工程における如く焼戻しが行なわれる。ベイナイトの形
成は許されない。

オーステンパー法においては、鋼鉄はある固定温度に急
冷され、オーステナイトが完全にベイナイトに変態して
焼入れの変態が完了するまでこの温度、例えば鋼鉄に従
って２８０乃至３９９℃（５００乃至７５Ｇ　？）に保
持される。この方法は、余分な焼戻し工程が必要でない
ため総時間が比較的短い、その結果生じるベイナイト構
造はある硬度に対しである比較的高いレベルの物性を呈
する。

マルテンパー法による鋼鉄に勝るオーステンパー法によ
る鋼鉄の機械的特性における一般的な長所については、
２つのある温度シーケンスに対する０、７４％炭素鋼に
ついての表１に示されている・このデータは、　Ｇｒｏ
ｓｓｍａｎｎおよびＲａ１ｎ著「熱処理の原理Ｊ　　（
１９７２年第５版）の１７９頁から引用したものである
。

ロ　　　１醗　　滅ｉ！　　　￥１　　藝オースフォー
ミング法はマルテンノで一法の変形である。オースフォ
ーミング法においては冷却シーケンスが３１５〜４２７
℃（８００〜８００　？）の温度範囲において中止され
マルテンサイトへの変態の前に可塑変成に付され次いで
焼戻しされる。ある種の合金鋼のみがオースフォーミン
グ法を受けることができるが、ひずみ焼入れと急冷焼入
れの組合せとその後の焼戻しが非常に強い製品を生成す
る。

これら全ての方法は多くの制約を受ける０例えば、炭素
が安く硬度の最も重要な素地をなすとはいえ、マルテン
サイト鋼の炭素含量は制約される。炭素の量がある鋼鉄
において増加すると、マルテンサイト変態温度は下がり
、形成されるマルテンサイトの硬度は大きくなる。鋼鉄
は温度が低いと０ＴＩＦ！！性が小さくなり、このため
マルテンサイトの形成に伴う体積の変化により生じる内
部応力の許容性が低下し、炭素の添加はわれの機会を増
大することになる。その結果、マルテンサイト鋼におい
て得られる炭素普、従って最大硬度は制限されることに
なる。

更に、もし特別な結果が得られるべきであるならば１時
間に関する正確な温度制御がしばしば心安となる０例え
ば、急冷法、マルテンパー法およびオーステンパー法は
全て、特に比較的硬度の小さなパーライトが非常に僅か
な遅れで形成する約５７０乃至５１０℃（１０５０乃至
８５０〒）付近の温度範囲内において、非常に早い冷却
を必要とする。

ある鋼鉄における所要の特性の形成および内部応力の調
整における冷却速度の重要性を前提として、中心部にお
ける温度降下は表面における温度降下に遅れるため、鋼
鉄の大型の塊体の生産は常に特定の諸問題を提起してき
た。鋼鉄をその臨界変態温度からマルテンサイト変態温
度まで急冷することは、もしパーライトの形成を避ける
ものとすれば、むしろ急激な冷却速度を必要とする。も
し鋼鉄が最初の急冷後オーステンパー法を施す場合には
、鋼鉄を最初のマルテンサイト変態温度より高い比較的
狭い温度範囲内に雑持しなければならない、しかし、も
し鋼塊をパーライトの形成を避けるため充分に冷却する
ならば、鋼塊の大部分がマルテンサイト変態温度より低
くなることを阻１することはしばしば不可能となる。同
様に、もし鋼塊にマルテンパー法もしくは変形マルテン
パー法を施すものとすれば、大きな膨張およびその結果
マルテンサイトの形成により生じる内！応力の故に、マ
ルテンサイト変態温度付近またはマルテンサイト変態温
度内で冷却速度を著しく下げなければならない、更に、
冷却速度の調整もしくは一定の温度の維持はしばしば困
難である。

これらの問題の解決の試みにおいて多くの方法が開発さ
れてきた。マンガン、ケイ素、ニッケルまたはクローム
等の合金をパーライトの形成を遅。

らせるため添加して、最初の急冷を遅らせ、あるいは他
の方法で鋼鉄の最終特性を強化することが行なわてきた
０合金および増量した炭素を用いれば鋼鉄の多くの部分
におけるオーステンパー法の実施を容易にするが、合金
は鋼鉄の価格を著しく増加させることになる。

加えて、炭素含量が約０．８５％以下である鋼鉄に合金
を用いて得た靭性および機械的強度はしばしばオーステ
ンパー法およびマルテンパー法の場合と非常に近似する
。従って、マルテンパー法が同程度の靭性および強度を
もたらすため、低い炭素含量の合金鋼の場合にはオース
テンパー法は多くの場合それ程用いられなかったのであ
る。

大きな強度および高い靭性は高炭素含量の合金鋼のオー
ステンパー操作によって達成できるが、ベイナイト構造
への完全な変態のため非常に長い期間が必要とされる。

オーステンパー法においては、鋼鉄はある温度まで連続
して迅速に冷却して、オーステナイトがベイナイトに完
全に変態するまでこの温度に保持されなければならない
０表面と内部の温度間の変化における遅れがあり、また
ベイナイト変態が生じる時一定の温度を実質的に保持す
る必要がある場合、オーステンパー操作が可能な炭素鋼
塊の寸法は厳しい制約を受ける。

約０．６４ｃｍ　（０，２５インチ）より遥かに大きな
有効直径を有するロッドまたはその他の形材は、一般に
おそらくは有効なオーステンパー効果が得られなかった
。同様に、オーステンパー法はこのため約０．３２ｃ■
　（０，１２５インチ）以上の肉厚を有する管に対して
は有効とは認められなかったのである。

鋼鉄の焼入れにおける変態温度を制御する試みとして、
４１々の急冷材料および関連する処理法が開発されてき
た。急冷の媒体に関しては、入手が容易であり、環境汚
染の危険が少なく、鋼塊の表面からのスケールの除去が
容易であり、熱容量が大きい故に、水冷却が一般に好ま
しい、しかし、特に比較的大きな鋼塊を処理する際に、
高い冷却速度が温度の制御における諸問題の原因となる
。

このことは特に＊勢榛を用いる場合に妥当する。

塩水急冷法においては、鋼鉄は一般に約４２７℃（８０
０〒）における塩浴で急冷され、次いで空気中で冷却さ
れる。しかし、塩水は冷却媒体とじては水よりも高価で
あり、空気冷却は不均一となり、このため鋼鉄における
弱点となるホー／　ト・スポットを生じることになる。

更に、融解塩は一般に急冷効果が比較的劣っている。融
解塩は塩浴の温度より低い温度降下を充分に避けられる
が、特に水と比較して、達し得る冷却速度はそれ程早く
ない。

油冷却法は高温度の鋼鉄の冷却速度を低下させるため使
用されてきた。しかし、冷却速度の低下はパーライトの
形成をもたらすおそれがある。更に、油冷却法は高価に
つき、速度が比較的遅く。

汚染問題を惹起する。

冷却媒体として水その他の物質の使用における管の外表
面と内表面の両方からの熱伝達を適正に制御しようとす
る試みとして種々の方法および装置が開発されてきた。

水滴を管に対して衝突させるため種々の方法および装置
において噴霧ノズルが使用されている。

例えば、米国特許第３，２９４，５９９号は管の内外表
面に対して水を噴霧するため外側の冷却ヘッドと関連し
て作用する内側の冷却ヘッドについて開示し、米国特許
第３，８８２，７２２号は噴霧の流れを管状物品に対し
て指向させる回転ノズルによる油冷却法について開示し
ている。

米国特許第４，１１３４．２４８号は、ＩＢ乃至３８龍
の範囲の肉厚を有する鋼管の熱処理法を開示している。

鋼管は最初に臨界変態温度まで管壁の断面にわたって加
熱される０次いで管はローラ上で冷却区間に送られ、こ
こでノズルからの水が管の表面を囲繞してその表面をマ
ルテンサイト変態温度より低い温度に急冷する。マルテ
ンサイトが形成されると、管の内部の急冷されない部分
または独立的な熱源から供給される熱がマルテンサイト
の表面層の焼戻しを行なうが、内部の急冷されない層′
は中間構造を形成するのである０、本方法における管の
速度は臨界冷却速度よりも大きい。

米国特許第４，２０４，８９２号は、これもまたマルテ
ンサイトを形成した後で内部冷却による自己焼戻しが続
く表面層の冷却を含む鋼管の熱処理のための別の方法を
開示している。一実施例においては、この自己焼戻し工
程の後には、鋼鉄の中心部の特性が２回目の冷却工程の
均し温度に依存するように２回目の急冷工程が続くもの
である。この２回目の冷却工程は、残るオーステナイト
のベイナイトへの変態の前に均し温度が得られるように
調時されている。

他の方法は、鋼材表面を冷却媒体中に浸漬するものであ
る０例えば、米国特許第３，８２３，７１８号において
は、水の如き冷却媒体を螺線状のノズルから冷却液体の
浴中に浸漬された熱管の内側に通過させることによって
長い管の焼入れを行なうための装置が開示されている。

米国特許第３．８７７４８５号に開示された別の鋼鉄焼
入れ装置は、管の内外表面における相対的な冷却速度の
制御を試みている。２つの水の流れがそれぞれ管の内外
表面に対して指向される。管の内表面は管の内側の流速
および流れの螺線形状の故に更に有効に冷却される。最
初の急冷工程の後。

鋼鉄がマルテンサイト変態範囲に進入すると、冷却速度
は管の内側から外側への水量な増加させる分水路によっ
て低下させられる。同心状の供給管路内に配置されたス
リーブ状機構を用いて管の内側部分に対する流量を減少
させるのである。

米国特許第２，３０？、８８４号は、管がバーレルを通
過する時中空のバーレルの円筒状表面に対して水を供給
する円筒状の急冷装置について開示している。

他の特許は、急冷浴等を用いる種々の急冷機構を備えた
装置を開示しているのである・上記および他の装置およ
び方法は、既に述べたものに加えていくつかの制約の１
つ以上から免かれ得ない０例えば、従来技術の装置のい
ずれも実質的な改良なしには急冷、マルテンパー処理、
オーステンパー処理、およびオースフォーミング処理に
適するものはない、更に、従来技術の装置は、臨界変態
温度より高い管温度の初期の上昇によって生じる管の固
有熱量を有効に利用することに失敗した。急冷媒体とし
て水を使用する従来技術の装置および方法はまた、０．
５０％より高い炭素含量を有する実質的な大きさの鋼管
の製造に失敗した。加えて、多くの従来技術の装置は鋼
管から有効な熱伝達を得ることに失敗した。更にまた、
オーステンパー処理またはマルテン、（−処理が良好に
行なわれる鋼管の肉厚は一般に、約２．５４ｃｍ（１イ
ンチ）内外に限定されるものと信じられている。

従来技術の方法の上記および他の制約は、本発明によっ
て除去されなかったとしても実質的に最小限度に抑えら
れるものである。

本発明によれば、鋼塊が加熱され１次いで鋼鉄の各橋体
がその表面に対して充分な量の冷却媒体を当てることに
より急冷区間において急冷されて橋体の温度を、所要の
温度まで低下させながら、冷却媒体の略々全量を蒸発さ
せて各橋体の冷却された少なくとも１つの表面の周囲に
蒸気の幕を形成する鋼材の熱処理のための方法が提供さ
れる０本方法の一実施態様においては、鋼管がその臨界
変態温度より高温度に加熱され１次いで管の長手方向の
各部分が順次充分な量の水を各部分の内外面に対して略
々同時に供給することにより実質的に急冷されて、各部
分の温度を予め定めた範囲内に低下させながら、水の略
々全量を蒸発させて各部の周囲に蒸気の幕を形成するも
のである。この蒸気の幕即ち包囲は、管がこれ以上の処
理を受けるまで各部分の温度変化を制御するため、少な
くとも各部分の内表面に維持される０本発明によれば、
急冷区間を通過する各部分の通過速度および管に対して
当てられる水量は相互に関連的に変更することができる
のである。

また本発明によれば、管の加熱のためプレヒータと、こ
のプレヒータから冷却媒体を選択的に鋼管のある部分の
外表面と接触させるための流動室内に変更可能な速度で
鋼管を送るための送り装置と、冷却媒体をプラグの輪郭
面に対して当てるための鋼管の直径より小さな外径を有
する内部送り装置とを含む鋼管の熱処理を行なうための
装置が提供されるのである。このプラグは鋼管が流動室
内を通過する時その内側断面を滑動可能に封止するに充
分な寸法を有する。

別の実施態様においては、本装置は管の外径よりも大き
な内径を有する中空のシリンダを有する流動室を含んで
いる。このシリンダは管のための入口および出口を有し
、前記シリンダの内壁面における一連のベーンが冷却媒
体を前記の中空のシリンダの中心部に対して発射するよ
うになっている。冷却媒体を前記ベーンと接触させるた
めの冷却媒体入口および冷却媒体出口もまた設けられて
いる。

別の実施態様においては、本装置はプレヒータと、流動
室と、前記プレヒータから流動室の管入口および出口を
経て変更可能な速度で鋼管を送るための送り装置と、鋼
管が前記流動室内に入る時鋼管の内側断面を摺動自在に
封止するに充分な大きざのプラグとを含んでいる。この
プラグは、鋼管が前記プレヒータから流動室の管入口に
進行する時鋼管を受止めるためのテーパ状の前部分とこ
のテーバ状の端部と反対側の輪郭を有する端部を有する
。鋼管の外径よりも小さな外径を有する内部送り装置は
、前記プラグの輪郭端部に対して冷却媒体を当てること
により冷却媒体を選択的に鋼管の一部の内表面と接触さ
せるように配置されている。

本発明の装置および方法を用いることにより、炭素台場
が多く、合金の含量が少なく、肉厚が厚く、特性が改善
され、あるいはこれらのいくつかを組合せた特性を有す
る鋼管をエネルギを節減しかつ少ない水の消費量で製造
することができる。

本装置および本方法は、従来の熱処理、急冷、マルテン
パー処理、オーステンパー処理およびオースフｔ−ミン
グ処理を含む種々の熱処理において使用することができ
るものである。

本発明の更に重要な事例については、以下の詳細な説明
が更によく理解できるように、また当技術に対する寄与
について更によく把握できるようにやや広い範囲におい
てこれまでに要約した。無論、以下においては本発明の
更なる特徴について記述するが、これもまた頭書の特許
請求の範囲の主題を構成するものである。

次に、第１図乃至第３図に関して１本発明による鋼管の
熱処理の実施のための方法および装置について記述する
ことにする。一般に、本装置は初期加熱装置ｌＯと、流
動室２０と、内部送り装置４０と、プラグ装置５０と、
番号８０と８５で示される間欠支持装置と、駆動装置７
０．７１，７２により示される管送り制御装置と、必要
に応じての可塑化装置８０と、処理室１００とを含んで
いる。

初期加熱装置１０は、鋼管１６をその臨界変態温度より
高い温度に加熱するための炉体１１を含んでいる。この
炉体１１には、予熱された管１Ｂを炉の壁面１２の靜即
ち開口１４から以下において更に詳細に説明するように
プラグ機構５０と流動室２０と係合するように押出すた
めの駆動ロール（図示せず）が設けられている。オース
テンパー処理用の炉体１１には、炉の壁面１２に取付け
られた絶縁された延長部１５が設けられている。絶縁延
長部１５は、炉体１１と流動室２０の間において管１Ｂ
の温度を臨界変態温度より高い温度に維持することを助
けるものである。

流動室２０は、駆動ロール７０およびクランプ即ち支持
装置８０に沿って、これらの装置に対する破損を避ける
ため炉壁面１２の下流側に充分な距離をおいて配置され
ている。流動室２０は水の如き冷却媒体を管１６の外側
と接触させるためのものである。

この流動室２０は、中空のシリンダ２３を含み、その内
径は処理される最も大きな管１８の外径よりも大きい、
第３図に示されるように、流動室シリンダ２３には、こ
のシリンダの表面から外側の管壁１７に向っで冷却媒体
を指向させる虻めの調整可能なベーン２８が設けられて
いる。

流動室シリンダ２３は、上方の案内管路２５と下方の案
内管路２４によって冷却媒体入口２１に結合されている
。第１図に示されるように、管路２４と２５の内壁面の
外表面は管１Ｂを流動室シリンダ２３内に案内するため
テーパ形状を呈している。テーパ状壁面２７．２８間の
最も小さな距離は、流動室シリンダ２３に対する流入開
口３４が丁度僅かに管ＩＢの外径よりも僅かに大きな寸
法となる如きものである。このため、管１６が入口３４
を通過する時、この管は外壁面２７と２８の端部により
近接して囲繞されるのである。

案内管路２４と２５は、入口２１から流動室シリンダ２
３内に進む冷却媒体に対して端線運動を与えるようにな
っている０次に、以下において更に詳細に説明するよう
に、調整可能なベーン２θは充分な圧力を持った渦巻状
を呈する水流な外側の管壁１７に対して指向させるので
ある。

流動室出口３５は、管の外壁面１７とこの出口３５が環
状体を形成するように入口３４よりも僅かに大きな直径
を有する。

流動室２０はまた、流動室シリンダ２３内の管１８の進
行を状態を測定する光学的センサ３０．３１．３２また
は他の適当な検出装置と、蒸発した冷却媒体を受入れて
流動室体部２３と流動室出口２２内における媒体の通過
を容易にするための上部室２Ｂとが設けられている。

流動室２０にはまた、例えば、番号３３．３８．３７お
よび３８に示される如き熱電対または他の適当な温度検
出機構が備えられている。

冷却媒体人口２１と案内管路２４．２５を設けた流動室
２０の前方部分は、異なる大きさの管に対する調整を容
易にするため、流動室シリンダ２３に対して着脱自在に
取付けられている。あ６いはまた、テーパ状の壁面２７
．２８には、種々の大きさの管との封止作用の保合を容
易にする適当な延長部が運動自在に設けることができる
。

流動室２０の種々の構成要素の寸法は、均一な連続する
冷却媒体の流れを水平方向に配置された管１Ｂの適当な
部分に対して指向させるため充分な量で冷却媒体を冷却
媒体人口２１に対して供給することができる如きもので
ある。冷却媒体は、如何なる時点においても流動室を通
過する適当な表面即ち部分と完全に接触させるに充分な
圧力に置かれる。

番号４０により全体的に示される内部送り装置即ち送り
機構４０は、一端部において揺動送り管即ち取外し自在
な管路４２に対して結合され、また他端部においてプラ
グ機構５０の軸５１と螺線状ベーン５７に対して結合さ
れた浮動ランス４１を含む、管１Ｂの外径よりも小さな
外径を有する中空のシリンダ即ち管路を含むこの浮動ラ
ンス４１は、コネクタ４３によって揺動管路４２に対し
て着脱自在に結合されている。バッキング４４は、送り
管４２と浮動ランス４１の接合部において充分な封止状
態を確保する。

取外し自在な管路４２は、管のコネクタ４５に回転自在
に取付けられ、管１Ｂが室１００に進入する時浮動ラン
ス４１との係合間係を断続するようにまた管１６の経路
から外れるように管路４２を運動させる液圧作動シリン
ダとピストン・アーム（図示せず）の如き適当な機構が
設けられている。

プラグ機構５０は、一端部においてへラダ５２が設けら
れている。このヘッダ５２は、これが前進する管１Ｂの
方向から離れるように傾斜するよラテーパ状を呈してい
る。ヘッダ５２とテーパ状体１１１５４の端部は、クラ
ンプ８０の緊締部材８１を受止めるための切欠き即ち緊
締溝５３を形成するため間隙が設けられている。プラグ
機構５０のヘッダ５２とテーパ状体部５４は、管１Ｂが
オーステンパー処理炉１１から流動室２０の入口３４に
通過する時管１Ｂを案内するよう作用する。

プラグ機構５０には、ヘッダ５２と反対側のテーパ状体
部５４の端部に配置されたホイール５５が設けられてい
る。このホイール５５は、プラグ５ｏと管の内壁面１８
との間に充分な封止状態を確保するよう作用しながらプ
ラグ機構５０に対する管１８の遅動を容易にする。

軸５１は、螺線状ベーン５７ならびに浮動ランス４１自
体の端部の適当な支持を確保するため、浮動ランス４１
内に充分な距離だけ挿入されている。螺線状ベーン５７
は浮動ランス４１の内壁面に対して一体に取付けられて
いるため、プラグ５０の湾曲した即ち円弧状の表面５Ｂ
は浮動ランス４１の出口からある固定距離を維持する。

更に、螺線状ベーン５７と軸５１は浮動ランス４１の端
部を支持するため共働する。このため、プラグ機構５０
が支持装置８ｏにより、または管１Ｂと浮動ランス４１
によって所定位置に保持されるかどうかに拘らず、浮動
ランス４１は常にプラグ機構５０により支持されるので
ある。

軸５１と螺線状ベニン５７は、揺動管路４２からランス
４１を経て流動室２０内に流入する冷却媒体に対して螺
線状即ち渦巻運動を与えるに充分な寸法となっている。

プラグ機構５０の湾曲面５６は、このような渦巻流を反
転させ、また冷却媒体と管の内壁面１８との完全な接触
を確保するため充分な圧力で水その他の冷却媒体を放出
するように作用するのである。

オーステンパー処理炉１１は８１８℃（１５００〒）の
如き高い温度で作動させられる時、炉体１１の内側は儀
かに正圧の状態にある。このため、管の内壁面１８とプ
ラグ機構５０間に生じた封止は、炉の圧力が螺線状ベー
ン５７により生じかつ湾曲面５Ｂにより反転され指向さ
れる渦巻流のパターンの実質的な乱れを生じることを阻
止する如きものでなければならない。

管１Ｂは駆動装置７０．７１および７２により管がオー
ステンパー処理炉１１から流動室２０を経て装置１．０
０内へ移動する間支持されて運動させられる。これらの
装置の各々は、軸心部分７７を有する１対の溝を設けた
円いロール７Ｂを含む、このため、管が２つの溝を設け
たロール間を通過する時、その上部はＥ部ロールの溝に
より囲繞されるが、管の下部は下方のロールの溝内に静
置する。第１図に示されるように、駆動ロール７０は係
合する管１８の周囲で閉鎖されるが、駆動ロール７１と
７２は解除させられる。

間欠作用の支持装置８０と６５は、それぞれプラグ機構
５０と浮動ランス４１を支持する。各々の間欠作用支持
装置即ちクランプはアーム８２と結合された顎部８１を
有する。このアーム８２は、これが部材８１に浮動ラン
ス４１またはプラグ機構５０の切欠き即ち緊締溝５３と
の係合関係を断続させるように、液圧作動シリンダおよ
び制御機構８３と作用的に結合されている。第１図に示
されるように、クランプ８０は開口位置即ち解放位置に
あるが、クランプ６５は浮動ランス４１の一端部を支持
している。

装置１００の壁面１０２には、管１Ｂが駆動装置７２を
通過する時この管を受止めるための開口１０１が設けら
れている。

選択自在な可塑化装置８０を流動室２０の下流側に設け
てもよい０例えば、この可塑化装置は、管壁面の表面を
充分にオースフォーミング処理のため変形させるため充
分な圧力を及ぼすことができる１対の駆動ロールからな
るものでよい、駆動装置７０．７１．７２の場合と同様
に、可塑化装置８０は軸８３Ｌに取付けられた１対の２
つの溝を設けたロール８２からなるものでよい。

作用について説明すると、熱処理を施すべき管１６を炉
ｌｌ内でその臨界変態温度以上に加熱する。

この時、支持装置８０の緊締部材８１はプラグ−構５０
に対する支持を与えるため切欠き即ち緊締溝５３と係合
関係になる。駆動ロール７０．７１．７２は係合状態を
岬かれるが、クランプＢ５は支持装置８０がプラグ５０
の端部を支持すると丁度同じ方法で浮動ランス４１を支
持するのである。

丁度管１Ｂがオーステンパー処理炉１１から転出される
時、液圧作動シリンダの制御機構８３が付勢され、アー
ム６２が外方に揺動し、これにより緊締部材６１をプラ
グ機構５０の切欠き即ち緊締溝５３との係合関係を解除
する。更に、駆動装置７０の駆動モータおよび制御機構
が付勢されて、管１Ｂが炉１１からランスのヘッダ５２
およびプラグ機構５０のテーパ状体部５４）、に出てく
る蒔溝を設けたロール７Ｂをこの管と係合間係にさせ、
また流動室２０の流入開口３４と保合関係に置く、プラ
グ５０のホイール５５は、プラグ５０が管の内壁面１８
と封止作用を有する保合関係に入る時この管の運動を容
易にするものである。

管がその経路上で流動室シリンダ２３に向けて移動し続
ける時、適当な制御機構（図示せず）を介して、光学的
センサ３０が流動室２０の冷却媒体人口２１および揺動
管路４２と浮動ランス４１内への水の流入を開始する０
本発明によれば、浮動ランス４１内に導入される水量は
、その水圧および流速と共に、浮動ランス４１の外壁面
と管の内壁面１８とにより形成される環状部分に流入す
る水の略々全量が管の内壁面１８と接触する時蒸発させ
られるように、管１Ｂの速度と共に制御される。同様に
、冷却媒体入口２１、および上下の案内管路２４と２５
を流過する水量は、水が管の外壁面１７と接触する時そ
の略々全量が蒸発する如きものである。このように、管
の内壁面１８および管の外壁面１７の各部分が流動室２
０内に進入する時、この部分はこれに対して掛けられる
水流により急冷区間において急冷され、次いでその結果
中じる蒸気により幕即ち包囲で囲まれるのでへる。

熱電対３３．３Ｂ、３７および３８は、光学的センサ３
０．３１．３２と共に、管の速度および管表面付近の温
度を監視する。当業者には理解される如く、光学的セン
サおよび熱センサの位置および数は適当に変更すること
ができる。

これらセンサからの情報は、管の各部分の固有熱量が管
の外壁面１７と内壁面１８に対して流れる水の略々全量
を蒸発させる充分であるように、管が炉１１から装置１
００に向けて通過する時の管の速度と、浮動ランス４１
と流動室２０内に対する水の圧力および流量の双方を調
整するため使用される制御機構（図示せず）に送られる
。管の内外壁面の部分が流動室２０を通過する時、水の
略々全量が蒸発すると、水蒸気の幕がこの部分を包囲す
る。望ましい冷却速度に従って、場合により、水が管の
次の部分に対して指向されるまで水が略々完全に蒸発さ
せられないように、管の速度および水の流量を制御する
ことが望ましい。

水の全量の蒸発の前に通過する管の部分の大きさは所要
の冷却シーケンスに従って変化するが、本方法は管の各
部分即ち増分が非常に小さくなるように逓増状態で連続
する方法であることを理解すべきである。更に、本方法
は連続法であるため、各部分間の差異は一般に間■にな
らない。

管１６が流動室２０の流動室出口３５を通過する時、管
１６の固有熱量により生じる蒸気は菅の外！！１７と流
動室出口３５により形成された環状部分から逃げる。同
様に、蒸気はまた間の内壁面１８と浮動ランス４１の外
表面とにより形成される常に係属する環状部分から逃げ
ることになる。管の外壁１７とシリンダ２３の壁面によ
り形成される環状部分の長さは、必要に応じて、流動室
出口３５またはその付近で流動室に取付けられた円筒状
の覆い即ち板（図示せず）によって部分的または完全に
延長することができる。駆動装置７１は、必要に応じて
、下流側に移動することもできる。シリンダ２３の壁面
を完全にあるいは部分的に延長させることにより、管の
外壁１７が周囲の空気に曝される期間は大幅に減少する
ことが可能である。

管が駆動−置７１に接近する時、この装置は付勢され、
駆動装置７１のロール７６は駆動装置７０の場合と同様
に管と係合する。管の前端部が室１００に向って運動し
続ける時、管の内壁面１８は蒸気により包囲された状態
を維持する。このように、管の外Ｉ！！１７はこの時周
囲の空気に曝されるが、外壁面における温度降下は最小
限度に抑えることができ、管の内壁面１８の温度は維持
することができる。必要に応じて、管の外１３１７の温
度を維持または上昇させるため、別の加熱装置（図示せ
ず）を設けることもできる。しかし、このような余分の
加熱装置は一般には必要とされない。

本発明によれば、水がｉ初に管と接触した後、水は管１
Ｂに衝突せずむしろ蒸気の幕として管１６を包囲する。

蒸気の幕の存在は更に流動室２０の冷却媒体入口２１お
よびランスの供給管路４１への水流により、また管１６
が炉１１から室１００に進χする時の管の速度によって
制御されるのである。このように、一般に、・僅かに３
つの変数、即ち２つの興なる流速と管の移動速度を制御
するだけでよいのである。

管１Ｂの前端部がクランプ６５に接近するに伴い、液圧
作動シリンダ機構８３はアーム８２を運動させて緊締部
材８１を浮動ランス４１との係合関係から解除させる０
次いで駆動装置７２は、管が駆動装置７１の場合と非常
によく似た方法でその駆動ロールを通過する時、管と係
合する。浮動ランス４１を流過する水の流れはこの時遮
断され、取外し自在の管路４２がアームと液圧作動シリ
ンダその他の適当な機構（図示せず）によって浮動ラン
ス４１から解除される。管１６の前端部はこの時壁面１
０２の開口１０１を介して室１００内に進入する。

管１８の後部分が各装置および各処理段を通過する時、
これら構成要素は別の管な受取る用意をするため再びそ
の元の位置に戻される０例えば、管の端部がランスの一
部５２およびプラグ５０のテーパ状の体部５４を通過す
る時、支持装置６０の液圧作動シリンダの制御機構８３
がアーム８２を作動させて緊締部材８！をプラグ５０の
切欠き即ち緊締溝５３と係合関係に置く、プラグ５０の
端部はこれにより再び支持装置８０によって支持される
のである。

管１８の端部が駆動装置７０を通過する時に溝を設けた
ロール７Ｂは引込められ、管の端部が流動室２０の流入
開口３４を通過する時には冷却媒体入口２１への水流が
遮断される。同様に、取外し自在の管路４２が浮動ラン
ス４１と連通状態に置かれる間浮動ランス４１を支持す
るため、駆動装置７１および７２のロール７Ｂは開口し
、クランプｅ５の緊締部材８１は再び浮動ランス４１の
外表面と係合する。

これまでの記述は１本の管に関するものであったが、当
業者は異なる寸法の多数の管の順次処理に対しても前記
の機構および発明思想を容易に適用することができるこ
とを理解しよう。

プラグ５０の湾曲面５８と共働する中空のシリンダ２３
の調整可能なベーン２９および螺線状ベーン５７は、管
の表面に対して水その他の冷却媒体を掛けるように作用
する。熱処理されるべき管の固有熱量による水の蒸発と
関連するこの流れのパターンは、管がこの時それ以降の
処理に先立って維持される予め定めた温度に非常に急激
な冷却を行なうことができる急冷作用を提供するもので
ある。駆動装置７０．７１．７２の可変速駆動モータ７
５により制御される如き管の速度と、流動室２０および
浮動ランス４１に流入する冷却媒体の流速および圧力の
両方の比率は、組合わされて管の各部分が通過する温度
シーケンスを制御するものである。このように、本発明
によれば、管が炉１１から室１００に進行する時冷却媒
体の流量および管の速度を制御して、鋼管１６の各部分
の冷却シーケンスを厳密に調整するために適当なプロセ
ス制御が使用できる。

この冷却シーケンスの調整のため使用可能な種々のプロ
セス制御の詳細については、本文における記述から当業
者には明らかであろう。

本発明の１つの特質によれば、内部送り装置４０の浮動
ランス４１は、６管が初期加熱装置１０から室１００に
対して実質的に直接通過することを可能にするためのも
のである。別の処理のため管を室１００に対して送る前
に、管が浮動ランス４１を通過した後で管を側方に排除
する必要はない、このため、望ましい実施態様において
は、クランプ即ち間欠状の支持装置８０と、プラグ５０
ど、クランプＢ５と、取外し自在な管路４２の操作によ
り、浮動ランス４１は流動室２０に関して静止状態であ
る。揺―管路４２が浮動ランス４１から取外し、自在で
あり、かつ管が室１００と最も近い浮動ランス４１の端
部上を通過する時管の経路から外すように旋回可能であ
るため、管は直接室ｌＯＯに対して進行することができ
るのである。

次に、本発明により達成される如き従来の熱処理／急冷
法、マルテンパー法およびオーステンパー法の記述のた
め第４図乃至第６図に関して説明する。

各々の恒温変態図即ちＳカーブは、温度と時間の関数と
してオーステナイトの変態を示すグラフである。こ、の
図は、ある鋼材が特定の冷却シーケンスに応答する状態
の近似化を可能にするものである。線Ｍｓ　Ａ／Ａｉお
よびＭｆ−ＡＪ間の／＼ｙチを付した領域は、オーステ
ナイトからパーライト、ベイナイトおよびマルテンサイ
トの如き他の形態への変態の領域を示している。この領
域は、線Ｍｓにより片側に部分的に囲まれているが、こ
れはマルテンサイトがＴｃにより示される臨界変態温度
から急冷する時形成を開始する温度を示している。この
領域は更にカーブＡｉによって囲まれており、これはあ
る時間の後パーライトまたはベイナイトへの変態が開始
する温度を表わす、水平方向の線Ｍｆおよび方−ブＡｆ
は変態領域の他の境界を規定する役割を有する。水平線
Ｍｔは１００％のマルテンサイトが形成される温度を示
し、線Ａｆはカーブの場所に従ってパーライトまたはベ
イナイトへの完全な変態を表わしている。

カーブＡｉ：Ａｆの形態は、線Ｍ１とＭｆの場合と同様
、炭素含量および合金成分を含むある鋼の組成および変
態を生じるオーステナイトの粒度の関数である。はとん
どの場合、合金成分の増加は一般に恒温変態を遅らせ、
即ち初期の変態カーブＡｓが零の時間軸に最も近付く約
４８２℃（ｇｏ。

〒）より高いどんな温度においてもカーブを右方に移動
させる。

ある鋼鉄における炭素の含量が増加するに伴ない、後で
形成されたマルテンサイトの硬度は増加するが、マルテ
ンサイト変態温度（Ｍｌ）は減少する。このことは更に
、マルテンサイト変態範囲において早い冷却速度が維持
される場谷、即ち温度がＭｓからＭｆに減少する時には
割れの可能性を増加する。ものである。

個々のプロセスについての論議を進める前に、恒温変態
に関する他のいくつかの点に注目しなければならない、
第１に、時間は対数軸上に記される。このため、パーラ
イトの形成が始まる地点における初期の変態カーブＡｉ
の突起部分を避けるため使用可能な時間は最短となる。

はとんどの場合、これは敷砂程度である。

第２に、各変態カーブは近似値に過ぎない、＠えば、マ
ルテンサイト変態温度Ｍｓはある鋼鉄片におけるある点
に対してやや変動する。このように、ある構造の形成を
避けるためには、ある変態カーブからいくらか離れた領
域において操作を行なうことがしばしば必要となる。

第３に、表面として示されるカーブは鋼管の一片の外表
面に対する冷却速度カーブを表わすが、中心部として示
されるカーブは管壁の中心部に対する冷却速度カーブを
表わしている。この中心部における温度変化は当然表面
における温度変化より遅れるため、これらの２つの冷却
カーブ間の距離はある１つの冷却法に対して鋼鉄の肉厚
の増加と共に増加する。

第４図は、慣例的な急冷および焼戻しに対する冷却シー
ケンスを示している。第４図において示されるように、
オーステナイト鋼は臨界変態亀度Ｔｃより高い温度から
完全なマルテンサイト変態温度Ｍｆより低い温度、まで
迅速な冷却即ち急冷が生じる。マルテンサイトが広がる
に伴い、その結果書られるマルテンサイト鋼は不安定と
なり、最終製品である焼戻し済みマルテンサイトを得る
ため焼戻しが行なわれなければならない。

前述の諸方法は、更に厚い肉厚においては中心部の冷却
カーブが初期変態カーブ（Ａｉ）の突起部分で交差する
ことになり、これにより望ましからざるパーライトの形
成を惹起するため、急冷すべき鋼管の肉厚は約２．５４
ｃ膳（１インチ）の肉厚まで制限された０合金の添加は
初期変態カーブの突起部分を右方に移動させるため中心
部の冷却において更に余地を生じたが１合金の使用は実
質的に鋼鉄のコストを増加するものである。

本発明によれば、水は鋼鉄に掛けられると直ちに蒸発さ
せられる。更に、渦巻状の水流が管の内側における螺線
状のベー７５７および湾曲面５８によって、また管の内
側における調整可能なベー７２９によって形成される。

この渦巻状水流と実質的な蒸発の組合せが、鋼鉄の熱処
置においてこれまで可能であったより以上に有効な熱伝
達を生じる。このｔめ、本発明による急冷作用は、表面
および中心部における冷却カーブを左方に移動させ、こ
れにより高価な合金の必要を最小限度に抑えあるいはこ
の必要を省いて初期変態カーブの突起部分を右方に移動
させる。流動室２０における初期急冷作用の後、焼戻し
のため管が室１０Ｇ内に進行するまで、第４図に示すよ
うに蒸気の幕が温度を保持するのである。

次に第５図においては、既に示したように、マルテンサ
イト変態の速度が長い期間にわたって達成されるため、
マルテンパー処理が高い炭素含量を有する鋼鉄の使用を
可能にするものである。しかし、実際問題として、従来
の方法は一般に約０．５０％以下の炭素含量を有する鋼
鉄やマルテンパー処理に限定されている。−例として、
鋼管の片側の急冷法は約０．４５％の炭素含量を有する
鋼鉄に限定されるが１両側急冷法は約０．３３％以下の
炭素含量を有する鋼鉄に限定されている。これは、特に
初期変態カーブ（Ａｉ）の突起部分を避ける必要により
しばしば必要とされた急激な冷却後では充分に正確な温
度制御が不可能であるという事実によるものである０例
えば、もし鋼管の壁面の中心部において充分に急激な冷
却を行なうため。

鋼管を氷水の浴中に投入する場合には、表面はマルテン
サイト変態温度Ｍ８より低くなり、このため鋼鉄の一部
においてマルテンサイトの膨張および割れの同時の問題
を伴なうマルテンサイトへの即時の変態を形成すること
になる。

本発明によれば、１．０乃至１．５％、またはこれ以Ｅ
の炭素含量と、約８．４ｃｍ　　（２，５インチ）まで
、あるいはそれ以上の肉厚を有する鋼管に良好なマルテ
ンパー処理を施すことができる。これは、本発明によれ
ば、比較的高い炭素含量により増加した応力が許容でき
るように、ある固定温度への充分に急激な冷却とその後
に続く制御された温度の序々の変化を可能にする方法が
提供されるという事実によるものである。このように、
あるマルテンパー処理鋼は、比較的低い合金成分と、比
較的高い炭素含量と、比較的厚い肉厚、もしくはこれら
要因のこれまでは不可能であったいくつかの改善された
組合せを有することができるのである。

マルテンパー処理においては、管１Ｂを浮動ランス４１
および冷却媒体入口２１から流入する水の蒸発によって
急激に冷却することができる。しかし、水蒸気の幕即ち
包囲の存在のため、温度はマルテンサイト変態温度Ｍａ
よりも高いある温度よりは隣下しない、管が流動室２０
かも出てくるに従い。

管は室１０Ｇに接近にするに伴って空気中で徐々に冷却
を開始し、このため制御された冷却速度を得る。管が炉
１１から室１００に向けて進行するに伴い、管の速度に
従って冷却媒体入口２１および浮動ランス４１から供給
される水量の制御がマルテンサイト変態領域、即ち線Ｍ
ｇとＭｆの間における冷却カーブの勾配の制御をもたら
すが、これはこの状態が更に内部および外部の蒸気の包
囲の温度および程度の制御を可能にするためである。慣
例的な急冷および焼戻しにおける如く、管は室１００内
の駆動装置７２と管路４２の下流側で焼戻しを行なうこ
とができる。

次に第６図においては、前述の如く、オーステンパー処
理はオーステナイトからベイナイトへの恒温変態に基づ
く焼入れ法である。第６図に示されるように、管壁面の
中心部に対する冷却カーブが初期変態カーブＡ＋の下方
の突起形状を避けるように、鋼鉄を再び急激に冷却しな
ければならない、しかし、マルテンパー処理とは異なっ
て、鋼鉄はこの時、ベイナイトへの変態が完了するまで
マルテンサイト変態温度より高し“１狭い温度範囲内に
保持されなければならないのである。

従来の方法では、充分に急激な冷却を行なうことができ
ずしかも管の表面上のマルテンサイトの形成を避けるこ
とができないため、約２．５４ｃｍ　（１インチ）内外
より厚い肉厚を有する鋼管に対してオーステンパー処理
を有効に行なうことができなかったのである。しかし、
本発明では、表面と中心部の冷却カーブ間の温度のずれ
を低減してこのカーブを左方に移動させるものである０
本発明はまた、鋼鉄がベイナイトへの変態を完了するた
め炉内に移送されるまで、その後の鋼鉄の一定温度の維
持を可能にするものである。このため、従来技術の方法
とは異なって、今ではやや厚い肉厚の鋼管の良好なオー
ステンパー処理を施することができるのである。

管の各部分が流動室２０に進入する時、管の外側と内側
の表面は浮動ランス４１および流動室２０の冷却媒体入
口２１から流入する水により急冷される。

このように、各部分は臨界変態温度からマルテンサイト
変態温度より少し高い適当な温度まで急激に冷却される
０本発明によれば、管１Ｂの内側と外側の表面を包囲す
る蒸気の幕即ち包囲が管１８の固有熱量によって生じる
と、それが管に沿っである適当な距離にわたり保持され
るのである。水の流速および管の移動速度は、管１Ｂか
ら発散される熱酸が鋼管１６の単位表面積当りの適当な
蒸気量を形成するため必要な熱量と等しいかあるいはこ
れを超えるように制御される。冷却が主として管の蒸気
量を介する放散によって生じるようにこの蒸気の包囲が
隔離幕として作用するため、オーステナイトからベイナ
イトへの変態を容易にするため必要な期間の如何に拘ら
ず、温度は実質的に一定の状態を維持するものである。

マルテンパー処理における如く、あるオーステンパー処
理鋼は比較的低い合金成分、比較的大きな炭素含量、比
較的厚い肉厚、改善された特性。

またはこれら要因のある組合せを持たせることができる
。−例として、ある適当な合金成分を仮定すると、従来
の方法によりオーステンパー処理された鋼管は約１０，
５４７乃至１１，２５０ｋｇ／ｃｍ２（１５０，Ｇｏｏ
乃至１１３０，０００　ｐｓｉ　）の大きさの降伏強さ
を有する。ところが１本発明の実施により約１７．５７
８ｋｇ／ｃｍ”　　（２５０，Ｇｏｏ　ｐｓｉ）もしく
はこれ以−Ｌもの降伏強さをもたらすことができるので
ある。

また１本発明を用いて鋼管のオースフォーミング処理に
おける利点をもたらすことができる。

オースフォーミング処理においては、鋼鉄は約３１８乃
至４２７℃（８００乃至８００〒）の間の温度に急冷さ
れ、次いで恒温的にパーライトに変態される。このパー
ライト鋼は次に１機械的な加工により可塑変形された後
マルテンサイトに転換される。このように、本発明によ
れば、水の水量および管の速度は、鋼鉄を所要の温度（
例えば、約３１８乃至４２７℃、（ｅｏｏ乃至ｓｏｏ〒
）に急冷するように調整される０次に鋼鉄はオーステン
パー処理ロール８１により恒温変形され、適当な焼戻し
のため室１０Ｇに対して転送される。更に、管の固有熱
量から生じる制御された蒸気量の形成によって改７＃さ
れた温度制御を前提として更に有利な条件で、これまで
可能であったよりも厚い肉厚の管のオースフォーミング
処理が可能となるのである。

はとんどの場合、冷却媒体入口２１および浮動ランス４
１に対して供給される水の温度は本発明の利点の達成に
おいて特に厳密であるとは考えられないが、水の冷却作
用力は水の温度が約２４℃（７５？）を超えれば減少す
るため迅速に増加するため、水が約２７℃（８０〒）、
望ましくは２１℃（７０〒）あるいはこれ以下の温度有
することが望ましい、実際には、約４９℃（１２０？）
の温度における水は僅かに２１℃（７０？）の水の冷却
能力の僅かに約２０％い過ぎないように、この冷却能力
の損失はほとんど指数的に変化するものである。しかし
、比較的高い温度における水の使用は、ベーンにより生
じる有利な流動パターンおよび水の蒸発ならびに冷却の
ための蒸発熱の利用の故に、同様な温度の水を使用する
従来技術の方法と比較して、依然として有利であること
を証明することができる。

これまでの論議で示したように、従来技術の方法とは異
なって、本発明の装置は改造を要することなぐ、従来の
急冷法、マルテンパー法、改良マルテンパー法、オース
テンパー法、およびオースフォーミング法の達成のため
使用することができる。更に、流動室入口の直径を変更
することにより種々のサイズの管を収容することができ
るものである。

下記の事例を含む本文の開示内容の利点を有する技術に
習熟する者には明らかなように、本発明はある厚さの管
に対してはこれまでは不可能であった改善された特性を
有する鋼管の製造をもたらす結果となる。更に、ある場
合には、ある肉厚の鋼管の場合においてこれまで可能で
あったより多くの特性が達成可能である。更に、本発明
は、管の固有熱量および少量の水の如き冷却媒体の利用
によって少ないコストでこれらの結果を達成するもので
ある。

以下の事例は、本文に開示した発明思想を更に詳細に示
すものである。これらの事例は当然に本発明の範囲を限
定する意図はなく、単に例示するものに過ぎない、これ
らの事例は、ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓ　５ｔｅｅ１社
により出版された［恒温′１１ｓ図集」の第３版から引
用□したデータに基づくものである。

一スーＪＬＪ！ＬＵ 炭素含量が０．８４％、マンガン含量が１．１３％、ケ
イ素含社が０．０８％の改訂１０６０級鋼管は、浮動ラ
ンスおよび流動室内に流れる水が５秒に約５１０℃（８
５０〒）から３１５℃（８００〒）までの速度で前記鋼
管を急冷するように、制御された速度で流動室内に送り
込むことによりオーステンパー処理を施すことができた
。鋼管がベイナイトへの均一な変態を生じるように、蒸
気幕が最初に鋼管の急冷された部分を約３１５℃（Ｂ０
０〒）に保持した。その結果得た鋼管は、約１７．５？
８ｋｇ／ｃ■２（２５０，０００ｐｓｉ）の引張強さを
有する略々５２なるＲＣ硬度番号を有するものであった
。

一犬一轟−１−λ 実施例１の方法は、炭素含量が０．８８％、マンガン含
量が０．８７％、モリブデン含量が０．２４％、ケイ素
含量が０．２６％、ならびにニッケル（０，０１％）、
クローム（０，０３％）、銅（０，０３％）の残量を有
する４０８８級鋼管に対しても繰返し使用することがで
き、約２６０℃（５００〒）まで急冷することができた
。最初に蒸気の幕はそれぞれ管の急冷部分を約２６０℃
（５００〒）に保持し、その結果得た鋼鉄は５８１Ｆ）
　ＲＣ硬度番号を有し、約２１，０９３ｋｇ／ｃｍ”　
　（３００，０ＯＯｐｓｉ）の引張強さを有するもので
あった。

無油、前記の装置および方法においては、本発明の主旨
および範囲から逸脱することなく多くの改変および置換
を行なうことが可能である０例えば、プラグ５０の部分
は絶縁材料から形成することができる。更に、水は望ま
しい急冷媒体であるが、他の液体もしくは溶液を有効に
利用することができることを理解すべきである。更に、
望ましい実施態様の記述は鋼管に対して限定されている
が、他の環状もしくは円筒形状の鋼片にも使用すること
もできる。同様に、本発明の装置はマルテンサイト領域
における急冷効果が通常のマルテンパー処理および他の
熱処理法におけるよりも急激ではない従来の恒温焼戻し
ならびに改善マルテンパー法においても使用できるもの
である。

本発明の装置および方法の更に別の変更および代替実施
態様については本文の記述により当業者には明らかであ
ろう、従って、本文の記述は例示として解釈されるべき
であり、当業者に対して本発明の実施方法を教示する目
的のためのものである０本文に示し記された本発明の態
様は現在において望ましい実施態様と見做される・もの
であることを理解すべきである。各部分のサイズ、形状
および配置においては多くの変更が可能である０例えば
、本文において示されたものに対して同等の要素もしく
は材料の代替が可能であり、各部分は反対位置に置くこ
とができ１本発明の装置および方法のいくつかの特徴は
他の特徴の使用とは独立的に利用することができ、その
全ては当業者にとっては本発明の本文の記述の利点を知
った上で明らかであろう０頭書の特許請求の範囲は当東
゛者にとって明らかな程度の全てのかかる改変および変
更を網羅するものと解釈されるべきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の望ましい実施態様を示す部分的に略示
した立面図、第２図は第１図の線２−２に関する正面図
、第３図は第１図に示された実施態様の一部を示す拡大
図、および第４図乃至第６図はそれぞれ従来の急冷法、
マルテンパー法およびオーステンパー法を示す恒温変態
図である。 ｌＯ・・・初期加熱装置、１１・・・炉体、１２・・・
壁面、１４・・・開口、１５・・・絶縁延長部、ＩＢ・
・・鋼管、１７・・・管壁。 １８・・・内壁面、２０・・・流動室、２１・・・冷却
媒体入口。 ２２・・・流動室出口、２３・・・流動室シリンダ、２
ト・案内管路、２５・・・案内管路、２６・・・上部室
、　２７．２８−・・外壁面、２９・・・ベーン、３０
・・・光学的センサ、　３１・・・光学的センサ、３２
・・・光学的センサ、３３・・・熱電対、３４・・・流
入開口、３５・・・流動室出口、３８．３７％３８・・
・熱電対、４０・・・内部送り装置、４１・・・浮動ラ
ンス、４２・・・揺動管路、４３・・・コネクタ、４４
・・・バッキング、４５・・・コネクタ、５０・・・プ
ラグ機構、　５１・・・軸、５２・・・ヘッダ、５３・
・・緊締溝、５４・・・テーパ状体部、５５・・・ホイ
ール、５Ｂ・・・湾曲面、５７・・・螺線状ベーン、６
０・・・支持装置、ｅｌ・・・緊締部材、Ｂ２・・・ア
ーム、８３・・・制御機構、６５・・・クランプ、７０
．７１．７２・・・駆動ロール、７５・・・可変速駆動
モータ、７８・・・ロール、７７・・・軸心部分、８０
・・・可塑化装置、８１・・・オーステンパー処理ロー
ル、８２・・・ロール、８３・・・軸、１００・・・処
理室、１０１・・・開口、１０２・・・壁面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋼材の熱処理を行なう方法において、鋼材を熱処置
   し、然る後充分な量の冷却媒体を鋼材の各部分に対して
   指向させることによりこの各部分を急冷し、各部分の温
   度を所要の温度に低下させる間、前記冷却媒体の実質的
   に全量を蒸発させて冷却される各部分の少なくとも１つ
   の表面の周囲に蒸気の幕を形成する工程を含むことを特
   徴とする方法。 ２、前記鋼材の各部分を順次急冷することを特徴とする
   請求の範囲第１項記載の方法。 ３、前記鋼材が鋼管であることを特徴とする請求の範囲
   第２項記載の方法。 ４、前記冷却媒体が前記鋼管の長子方向の部分の内表面
   と外表面に対して実質的に同時に指向されることを特徴
   とする請求の範囲第３項記載の方法。 ５、前記冷却媒体が水であることを特徴とする請求の範
   囲第１項記載の方法。 ６、前記鋼材がマルテンパー処理を施されることを特徴
   とする請求の範囲第１項、第４項または第５項に記載の
   方法。 ７、前記鋼材がオーステンパー処理を施されることを特
   徴とする請求の範囲第１項、第４項または第５項に記載
   の方法。 ８、前記鋼材がオースフォーミング処理を施されること
   を特徴とする請求の範囲第１項、第４項または第５項に
   記載の方法。 ９、前記鋼材が鋼鉄の少なくとも０．５重量％の炭素含
   量を有することを特徴とする請求の範囲第１項、第４項
   または第５項に記載の方法。 １０、前記鋼材は少なくとも約５．１ｍｍ　（２，５イ
   ンチ）の最大肉厚を有することを特徴とする請求の範囲
   第１項、第４項または第５項に記載の方法。 １１、前記鋼材は更に熱処理を受けることを特徴とする
   請求の範囲第１項、ｗ４４項または第５項に記載の方法
   。 １２、前記鋼材が更に別の熱処理を受ける前に充分な冷
   却が実質的に制限されることを特徴とする請求の範囲第
   ■項に記載の方法。 １３、熱処理、急冷および更に別の熱処理の工程が実質
   的に同じ水平軸心方向に沿って行なわれることを特徴と
   する請求の範囲８１１項に記載の方法。 １４、鋼管の熱処理を行なう方法において、（ａ）前記
   鋼管をその臨界変態温度より高い温度に加熱し。 （ｂ）鋼管の長手方向の各部分の内表面および外表面に
   対して充分な菫の冷却媒体を略々同時に指向させること
   により前記の長手方向の各部分を順次急冷して、該部分
   の温度を予め定めた範囲内に低下させる間、前記冷却媒
   体の実質的に全量を蒸発させて前記部分の周囲に蒸気の
   幕を形成し、 （Ｃ）前記各部分の温度変化を制御するためこの各部分
   の少なくとも内表面上に前記の蒸気の幕を保持する工程
   からなることを特徴とする方法。 １５、前記各部分の急冷のシーケンスが可変な制御速度
   において実施されることを特徴とする請求の範囲第１４
   項に記載の方法。 １Ｂ、前記冷却媒体が水であることを特徴とする請求の
   範囲第１４項または第１５項に記載の方法。 １７、前記水が約２１”Ｃ（７０″Ｆ）以下の初期温度
   を有することを特徴とする請求の範囲第１８項記載の方
   法。 １８、前記鋼管がマルテンパー処理を施されることを特
   徴とする請求の範囲第１４項または第１５項に記載の方
   法。 １９、前記鋼管が改良マルテンパー処理を施されること
   を特徴とする請求の一囲第１４項または第１５項に記載
   の方法。 ２０、前記鋼管がオーステンパー処理を施されることを
   特徴とする請求の範囲第１４項またはｗ４１５項に記載
   ・の方法。 ２１、前記鋼管がオースフォーミング処理を施されるこ
   とを特徴とする請求の範囲第１４項または第１５項に記
   載の方法。 ２２、鋼管の熱処理を行なう方法において、（ａ）前記
   鋼管をその臨界変態温度より高い温度に加熱し、 （ｂ）前記鋼管の長手方向の各部分を急冷区間を通過さ
   せると略々同時に該区間内で鋼管の各部分の内表面およ
   び外表面に対して充分な量の水を実質的に渦巻状のパタ
   ーンで指向させることにより前記鋼管の長手方向の各部
   分を順次急冷する間、水の実質的に全量を蒸発させて冷
   却された各部分の周囲に蒸気の幕を形成し。 （Ｃ）前記鋼管の各部分の少なくとも内表面ｌ；に蒸気
   の幕を保持して、前記各部分が前記急冷区間を通過する
   時各部分の温度変化を制御する工程からなることを特徴
   とする方法。 ２３、前記急冷区間における前記各部分の通過速度およ
   び水の壷が相互に関連して変更されることを特徴とする
   請求の範囲第２２項に記載の方法。 ２４、長手方向の各部分に対して指向された水が。 管の次の長手方向に連続する部分に対して指向されるま
   で略々完全に蒸発されないことを特徴とする請求の範囲
   第２２項に記載の方法。 ２５、予め加熱された鋼管の連続する部分を部分的に冷
   却する装置において、 （ａ）前記鋼管を加熱するためのプレヒータと、 （ｂ）前記鋼管の連続する部分の外表面上に冷却媒体を
   選択的かつ連続的に流すための流動室と、 （ｅ）前記鋼管の同じ連続する部分の内表面Ｈに冷却媒
   体を選択的かつ連続的に流すための内側送り装置とを具
   備することを特徴とする装置。 ２６、前記の内側送り装置が、前記流動室に対して静止
   状態を維持するようになった浮動ランスを含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第２５項記載の装置。 ２７．前記鋼管が前記内側送り装置上を通過する時、鋼
   管の連続する各部分が前記内側送り装置の少なくとも長
   手方向部分を周方向に包囲するように、前記内側送り装
   置がその上に鋼管を通過させるようになっていることを
   特徴とする特許請求の範囲第２５項または第２６項記載
   の装置。 ２８、前記内側送り装置が更に着脱自在な冷却媒体供給
   源を含むことを特徴とする特許請求の範囲第２５項また
   は第２８項に記載の装置。 ２８、鋼管の熱処理を行なう装置において、（＆）鋼管
   を加熱するプレヒータと、 （ｂ）冷却媒体を鋼管のある部分の外表面と選択的に接
   触させるため流動室内に前記プレヒータから変更可能な
   速度で鋼管を送る送り装置と、（Ｃ）前記鋼管が前記流
   動室内に進入する時この鋼管の内側断面を摺動自在に封
   止するに充分な寸法を有するプラグとを設け、該プラグ
   は前記プレヒータキ反対側に沿っである輪郭を有する表
   面を有し、 （ｄ）前記鋼管の外径よりも小さな外径を有し、冷却媒
   体を前記プラグの輪郭面に対して指向させることにより
   前記冷却媒体を鋼管のある部分の内表面と選択的に接触
   させる内側送り装置を設けることを特徴とする装置。 ３０、鋼管の熱処理を行なう装置において、（ａ）鋼管
   を加熱するプレヒータと、 （ｂ、）前記鋼管の外径より大きな内径の中空のシリン
   ダを有する流動室を具備し、前記シリンダは、鋼管の入
   口および出口と、冷却媒体を前記中空のシリンダの中心
   部に向けて供給するためのシリンダの内壁面における一
   連のベーンとを有し、前記冷却媒体を前記ベーンと接触
   させるための冷却媒体入口と、冷却媒体出口を具備し、
   （Ｃ）前記鋼管を変更可能な速度で前記プレヒータから
   前記流動室の前記鋼管の入口と出口を介してを送るため
   の送り装置と、 （ｄ）前記鋼管が前記流動室内に進入する時この鋼管の
   内側断面を摺動自在に封止するに充分な寸法を有するプ
   ラグを具備し、該プラグは、鋼管が前記プレヒータから
   前記流動室の鋼管入口に向けて進行する時この鋼管を受
   取るためのテーパ状の前部分と、該テーバ状の端部と反
   対側のある輪郭を有する端部とを有し、 （ｅ）前記鋼管の外径よりも小さな外径を有し、冷却媒
   体を前記プラグの輪郭端部に対して指向させることによ
   り前記冷却媒体を鋼管のある部分の内表面と選択的に接
   触させるための内側送り装置を具備することを特徴とす
   る装置。 ３１、前記内側送り装置が前記鋼管の外径よりも小さな
   外径の丈夫な管路からなり、該管路は一端部において取
   外し自在の冷却媒体供給源と結合され、他端部において
   前記内側送り装置からの冷却媒体の流れが方向が反転さ
   れるよう充分な作用力により前記プラグの輪郭面とに衝
   突して前記鋼管の壁面に向けて流れるように、プラグに
   鮒して充分に接近していることを特徴とする特許請求の
   範囲第３０項記載の装置。 ３２、前記内側送り装置が更に、その外周部において前
   記の実質的に丈夫な管路の内壁面に対して取付けられか
   つその中心部において前記プラグの輪郭面からこれと一
   体に延在する中心軸に対して取付けられた一連の螺線状
   のベーンを含むことを特徴とする特許請求の範囲第３１
   項記載の装置。 ３３゜前記鋼管が前記流動室の出口から出る時鋼管を変
   形するための１対のオースフォーミング・ロールを更に
   設けることを特徴とする特許請求の範囲第３０項記載の
   装置。