JPS5929085B2 - 焼割れを発生しない鋼管の焼入れ法

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【発明の詳細な説明】この発明は鋼管の外面から冷却水を噴射して鋼管を焼入
れする方法において、急激な熱的変化に起因する焼割れ
を防止し得る鋼管の焼入れ法に関する。

鋼管の焼入れ焼戻し熱処理は、高強度でしかも目的ある
いは仕様に応じた適当な強度を得る最も一般的な方法の
一つとして広く用いられている。

ところが、焼入れのごとく急激な熱的変化を鋼に与えた
場合、焼割れと称される割れを生じることがある。

この焼割れは急冷による熱応力とマルテンサイト化によ
る変態応力との合成応力によって生じるとされている。

一般に熱応力は表面に圧縮応力を生じて焼割れを防止し
、変態応力は表面に引張応力を生じて焼割れの発生を促
進するが、これらの合成応力の大小が焼割れの発生を支
配すると考えられている。

焼入れ処理においてこれらの応力に影響を与える因子と
しては、焼入性、冷却速度、焼入温度があげられる。

焼入性に関しては、鋼管の内面まで焼きが入らない不完
全焼入れの場合には、内面まで焼きが入る完全焼入れの
場合に比べ割れは発生し難いが、組織強度が不均一とな
るため好ましくない。

又、冷却速度については、当然マルテンサイト化するた
めにオーステナイト化温度から臨界冷却速度以上で急冷
する必要があるが、この冷却速度がある中間的な値のと
き割れが生じ易いことが知られている。

即ち、中間的な冷却速度の場合、合成応力は表面で引張
りとなるが、これより遅いかあるいは速い場合には合成
応力は表面で圧縮となる。

しかし、通常鋼管を焼入れする場合、臨界冷却速度程度
の冷却でも割れを生じ、これより遅くすることは焼入れ
を無意味としてしまう。

又、冷却速度を遅くしても、通常の焼入れ装置の能力の
範囲内ではやはり割れを生じる。

従って、単に冷却速度を制御するだけでは焼割れを防止
することはできない。

さらに、焼入れ温度についても、完全焼入れの場合には
焼入れ温度の低い方が割れは発生し難くなるが、オース
テナイト化に必要な温度以上ではやはり割れを完全に防
ぐことはできない。

ところで、焼割れは表面に引張り応力を生じる変態応力
がその大きな要因であり、従って変態温度領域、即ちＭ
ｓ点（マルテンサイト変態開始温度）〜Ｍｆ点（マルテ
ンサイト変態終了温度）の間が危険領域とされている。

この点に着目して、焼割れを防ぐ焼入れ法として、Ｍｓ
点の直上で焼入れを中断して引上げ焼入れ法が知られて
いる。

しかし、この方法では完全マルテンサイト組織が得られ
ず又引上げ時期の判断が難しく、焼割れを完全に防止す
ることは非常に困難である。

以上、要するに従来の焼入れ法はいずれも焼割れを完全
に防止し得るに到っていないのが実情である。

この発明者らは、工業的にかつ完全に焼割れを防ぐ方法
について種々検討した結果、変態域での鋼管の内外面の
温度差が焼割れ発生に密接な関連のあることを見い出し
、発明を完成したものである。

この発明は、焼割れ発生の危険性が犬である変態温度域
での冷却を制御することを特徴とし、そのための条件を
特定したものである。

即ち、鋼管の外面から冷却水を噴射して焼入れする場合
に、管内面側の温度が当該鋼のＭｆ点に達するまで外面
側の温度がＭｆ−５０℃以下にならないよう冷却を制御
して焼入れする方法である。

この場合、焼入れ温度に関しては、特に範囲を限定しな
いが、鋼をオーステナイト化するに十分な温度以上であ
れば良く、又焼入れ温度からの冷却速度については、鋼
管の内外面ともフェライトの生成を抑えるため臨界冷却
速度以上で冷却する必要がある。

ここで、この発明の焼割れを生じないための条件につい
て説明する。

第１図は焼入れ中の冷却パターンの模式図を示したもの
で、図表中実線は従来法で焼割れを生じる場合の温度曲
線、点線はこの発明法で焼割れを生じない場合の温度曲
線を示したものである。

即ち、鋼管の内面側温度が変態域にある時、外面温度と
の差が大きい場合には焼＊本割れを生じるが、外面側温
度がＭｆ−５０℃以下にならなければ焼割れは発生しな
い。

熱論、内外面で温度分布が存在しなければ焼割れは生じ
ないが、鋼が一定の熱伝導度を有する限り、焼入れ中に
おける温度差は必然的に生じ、内部に応力を発生する。

そうして、内面側温度がＭｆ点に達した後は焼割れの危
険性はないので、適当な冷却速度で冷却すればよい。

この発明法を工業的に実施するに当っては、鋼管の外面
温度がＭｆ−５０℃に達する時間を測定し、その時間で
水冷却を中断することにより容易に実施し得る。

次に、この発明法の実施例について説明する。

実施例１実験室的に、第１表に示す成分を有する供試鋼（ＡＩＳ
１４’３４０鋼）の中空円筒（外径６０ｍｍ。

肉厚１０ｍｒＩＬ１長さ２５０ｍ展）を用いて、外面か
ら冷却水を噴射して焼入れを行なった。

本供試鋼のＭＳ点は３２０℃、Ｍｆ点は１９０℃に設定
シタ。

そして、上記と同一成分、寸法の中空円筒を用いて、各
種冷却条件で焼入れした場合の焼割れ発生の状況を第２
表に示す。

第２表より、中空円筒の内面側が変態温度域にある時、
外面側の温度がＭｆ−５０℃以上にあれば焼割れは発生
しないことがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼管焼入れ中の冷却パターンを、この発明法と
従来法と比較して示す模式図である。

【特許請求の範囲】

１鋼管の外面に冷却水を噴射して管外面を冷却する鋼
管の焼入れ法において、管内面側の温度が当該鋼のＭｆ
点（マルテンサイト終了点）に達するまで外面側の温度
がＭｆ−５０℃以下とならないよう冷却を制御すること
を特徴とする、焼割れを発生しない鋼管の焼入れ法。