JPS5827324B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、加熱処理された鋼製品の熱処理装置に関し、
特に密閉炉内でのガス移動による衝風冷却を効果的に実
施するための装置に関するものである。

鋼製品、例えば工具鋼、殊に高速度鋼の焼入れについて
は、高温での厳格な温度管理が必要とされている為、古
くから塩浴炉（ソルトバス）での加熱、及び油焼入れが
行なわれている。

しかるにこれら一連の処理手順の実施に当っては、以下
指摘する様な問題がある。

■ ソルト（通常ＢａＣＡ？２）が高温でソルト自身が
熱分解されると共に酸化等の劣化を起こし易い。

■ 上記の為、完全な無脱炭処理は不可能であり、表面
脱炭が避けられない。

■ ソルトの付着、スケールやサビの発生のため、湯洗
、研掃等の後処理が必要である。

■ 廃ソルトから発生する塩化水素や、油焼入れに伴な
う油煙による環境汚染の他、高温・多湿の作業環境は労
働衛生上好ましいことではない。

その為、これらの欠点を伴なわない無酸化雰囲気炉の開
発が進められているが、高速度鋼に限らず一般工具鋼の
熱処理条件については未確立の状況にある。

本発明者等は、かねてより上記事情を憂慮し種種の方策
を検討し、無酸化雰囲気炉内における鋼製品、殊に工具
鋼の熱処理条件、就中加熱条件を確立するに至り別途特
許出願した。

しかし大量に処理すべき工具鋼の急速冷却を、油焼入れ
法以外の方法で均−且つ無酸化状態で行なうことは極め
て困難であり、一層の検討が必要であった。

そして本発明者等は、上記の加熱が無酸化雰囲気炉内で
行なわれることに鑑み、冷却についても、外気から遮断
された炉内で行なうという着想を得、種種検討を重ねた
結果本発明の完成に至った。

即ち本発明は、熱処理炉における冷却室内ガスを特定方
向に循環させつつ該循環経路中に存在する鋼製品及び熱
交換器（冷却器）に順方向から接触させる工程と、冷却
室内ガスを反対方向に循環させつつ該循環経路中に存在
する鋼製品及び熱交換器（冷却器）に逆方向から接触さ
せる工程を、交互に切換えて繰返えすことによって均一
冷却を達成できる様にした具体的な装置構造を提供する
ものであり冷却室と加熱室とが、１つの密閉容器内に形
成され、加熱室には断熱材で囲繞された加熱炉が形成さ
れると共に、冷却室の中央には冷却部を配し、１対の循
環ファン及び１対の冷却器を夫々冷却部のまわりであっ
て、約１８０度の点対称位置に対向配置されてなるもの
である。

以下実施例図面に基づいて本発明の構成及び作用効果を
述べるが、下記実施例及び特許請求の範囲に記載した実
施態様は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣
旨に徴して変更実施することは、本発明の範囲に層する
ことである。

第１，２図は本発明者等の創案になる密閉冷却装置１の
概念を示す説明図で、第１図は比較参考例、第２図は本
発明実施例を夫々示す。

装置本体となる密閉可能な容器１の冷却室１人の中央部
（冷却室の周壁から略等距離位置の芯部）には冷却部２
が形成され、図では夫々５本ずつの工具鋼が収納されて
いる。

尚木工具鋼は、後記実験に供したもので、便宜上、図の
左から右へＩ 、 ｎ 、 Ｉ。

■、■の符号を付す。

３及び３′は冷却部２を挾んで約１８０度の点対称位置
に配置された１対の冷却器を示し、その構成並びに熱交
換の機構自体は本発明を限定するものではなく、高温ガ
スの通過を許し且つこれを冷却し得るものである限り全
て本発明に利用することができる。

尚容器１内のガスとしては、最高１３００℃にも及ぶ高
温に加熱された工具鋼等を、酸化から保護する必要があ
るので、窒素ガス或いは不活性ガスが用いられる。

４．４Ａ、４Ｂは駆動モータ、５，５Ａ、５Ｂは循環フ
ァンを示し、第１図では装置の上方から下方へ向う常時
一定方向の循環ガス流を形成する様な構成がとられてい
るのに対し、第２図ではファン５Ａ、５Ｂを冷却部２を
挾んで約１８０度の点対称位置に対向配置し、ファン５
Ａ、５Ｂを結ぶ仮想線と冷却器３，３′を結ぶ仮想線が
冷却部２の位置で略直交する様に配置しているので、フ
ァン５Ａとファン５Ｂを交互に作動させればファン５Ａ
の駆動による下向きガス流（冷却器３，３′内では上向
きガス流）と、ファン５Ｂの駆動による上向きガス流（
冷却器３，３′内では下向きガス流）が交互に切り換え
て形成される。

尚本明細書では、便宜的に前者を順方向ガス流、後者を
逆方向ガス流と称す。

第１図の場合は、常時順方向ガス流が形成されているか
ら、ファン５から送給されるガス流は、常に下降と共に
昇温され、冷却器３，３′で冷却された後もこの傾向は
変らず、例えば縦方向に配置される工具鋼Ｉ〜■の冷却
速度を考えると、上部では早く、下部では遅くなる。

その結果後記実験例にも示す如く、工具鋼内部に物性の
不均一を生じ、好ましからざる結果を招く。

これに対し第２図の冷却方式では、順方向ガス流の形成
時期と逆方向ガス流の形成時期が、定期的に又は不定期
に切換えられるので、前者の期間中に工具鋼１−Ｖの上
部側が早く冷却され下部側が遅く冷却される様な温度勾
配が生じても、後者の期間中は全く逆０冷却状況を生じ
て上記の温度勾配を打ち消すから、冷却速度の差に基づ
く工具鋼内部の物性不均一を招くことはない。

上記の様な「順方向２逆方向」切換え間隔は、冷却中の
工具鋼温度、工具鋼の重量、冷却器の性能等により適宜
定めるべきであり、又冷却の過程で適当に変更しても差
支えないが、一般的には１０秒〜２分の間から選択すべ
きである。

即ち１０秒未満では十分なガス流が形成されず熱交換の
機能が発揮され難く、他方２分超では工具鋼の冷却速度
勾配が過大になり、本発明の効果が不十分になり易いと
いう欠点がある。

又冷却速度の制御精度をより一層向上させる手段として
、循環ファン５．５Ａ、５Ｂの回転速度を多段階切換方
式とすることも推将される。

第３図は、先に述べた無酸化雰囲気下での加熱手段と本
発明の冷却手段を組み合わせて行なう様に設計された真
空熱処理炉の構成を概念的に示す説明図で、図には、冷
却器は示されていない。

即ち中間扉６を境にして右側は加熱室１Ｂであり、断熱
材製箱体８及び断熱材製扉７によって区画され、ヒータ
９を配設した加熱炉１０中で工具鋼を加熱するようにな
っている。

尚１１は炉蓋、１２゜１３は覗窓である。

次に３００ｍ１φＸ３０ｍ１ｔの円板材（ＳＫＨ９製）
を第３図の加熱炉１０内で加熱し、加熱終了俊速やかに
第３図の冷却部２に移管してたてかけ、本発明の方法（
上下のファン５Ａ、５Ｂの切換え間隔：３０秒）で冷却
した。

比較の為第１図の方式に倣い、上側のファン５Ａのみ連
続的に駆動させて冷却を行ない、比較品を得た。

木材をそのまま硬さ測定試験に付した結果、並びに焼戻
（５５０℃／１．５時間→ＡＣを２回）後、硬さ測定試
験に付した結果を第１表にまとめて示す。

尚加熱炉１０内でのヒートパターンは第４図に示す通り
であり、Ａは第１予熱帯、Ｂは第２予熱帯、Ｃは本加熱
帯を示し、Ａ及びＢの途中迄は０．０５ｍ本〜０．１
ｔｏｒｒの真空条件下で予熱を行ない、Ｂの途中でＮ２
ガスを吹込んで内部圧を７４０ｔｏｒｒとし、以後Ｃの
本加熱を同一圧力下で続行させた。

尚予熱及び本加熱の温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃと各経過時間
は下記の通りである。

Ｔａ＝８００〜９００８Ｃ Ｔｂ＝１０００〜１１０００Ｃ Ｔｃ＝１２００〜１３００°Ｃ ｔａ＝２０〜３０分 ｔｂ＝２０〜３０分 ｔｃ＝１０〜３０分 尚加熱完了後冷却開始までの時間は可及的に短く（例え
ば２分以内）することが望ましく、これにより製品中の
冷却速度のばらつきを防止する。

第５〜７図は焼入れ後の組織を示す顕微鏡写真（４００
倍）で、第５図は比較法で得た製品の下部、第６図は本
発明法で得た製品の上部、第７図は同下部を夫々示すが
、比較法では下部の冷却速度が遅い為、冷却過程で結晶
粒内にかなり多くの炭化物が析出しており（第５図））
焼戻しによる２次硬化が起こらない為、焼戻し後の硬さ
が低い。

これに対し本発明法では冷却速度が早く、第６゜１図の
如く炭化物の析出がないから、焼戻し後の硬さは十分に
高くなっている。

尚油中冷却とガス冷却の差を示すのが第８，９図、及び
参考写真１〜３であり、油中冷却で得た製品の表面には
参考写真１の如き縞模様が見られ表面に異常浸炭層が形
成されている（第８図：顕微鏡写真、４００倍）。

又複雑な形状や高重量製品では歪が大きく割れを発生す
ることもある。

他方本発明法で得られる製品は、参考写真２，３に示す
如く極めて美麗であり、又表面に浸炭や脱炭等の異常層
が形成されることはない（第９図：顕微鏡写真、４００
倍）。

しかも歪や割れの発生もなく、製品に対する信頼性が向
上する。

本発明の構成は上記の通りであるから、冷却製品の外観
、表面性状、物性等がいずれも改善され、例えば熱処理
後の研削をしない、或はできない様な工具鋼製品（シェ
ービングカッター、ラフイングカッター、マシンソー等
）の品質が大幅に向上されることになった。

又製品歪が少なくなっているので研削量の標準化を達成
することもできる様になった。

又油中冷却に伴なう公害の発生や作業環境の低下等の心
配もなくなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は比較例、第２図は本発明法を夫々概念的に示す
説明図、第３図は本発明を組み込んだ熱処理装置の概念
を示す説明図、第４図は実験例におけるヒツトパターン
、第５〜９図は顕微鏡写真で、第５図は比較例、第８図
は従来例、第６，７゜９図は本発明例を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 密閉された容器内に中間扉によって仕切られた冷却
   室と加熱室とを有する熱処理装置において。 前記加熱室内には断熱材で囲繞された加熱炉を配置し、
   前記冷却室内には、冷却室の周壁から略等距離位置の芯
   部に加熱された鋼製品を配置する冷却部を設けると共に
   、該冷却部をはさんで約１８０度の点対称位置には、冷
   却部に送風することのできる１対の循環ファンを対向す
   る様に設け、且つ該循環ファンを結ぶ仮想線に対して直
   交する方向に前記冷却部を挾んで約１８０度の点対称位
   置に、冷却室内のガスの通過を許しそれを冷却する１対
   の冷却器を配置し、前記循環ファンを交互に順動させる
   ことにより、冷却室内の窒素ガス又は不活性ガスを順方
   向及び逆方向に交互に循環させつつ前記鋼製器を均一に
   冷却するようにしたことを特徴とする熱処理装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、容器内を真空にな
   し得る真空装置を具備してなる熱処理装置。