JPS60248824A - 中、高炭素鋼線材の直接熱処理方法及び装置 - 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】 （技術分野） 本発明は、例えばばね、ＰＣ（プレストレスト、コンク
リート用）鋼線、　ＰＣ鋼より線等に使用される中高炭
素鋼線材を製造する際、熱間圧延された高温状態にある
鋼線材を冷媒により調整冷却し、請い引張り強さを存し
かつ伸線加工性のすぐれた線材を得る、いわゆる直接熱
処理方法の改良に関するものである。

の中部炭素鋼線材（以下、単に線材き称す）を適切な冷
却速度で、かつコイル全長をほぼ均一に冷却し、その金
属組織を微細なパーライト主体とならしめ、強度（およ
び伸線加工性をパテンティング処理材と同様にすること
である。この線材を使用するこ七により、線材径や製品
品質仕様によってはバテンテイング工程が省略される。

しかし従来の直接熱処理方法では、例えばＰＣ用等で、
線材径が大きく、かつ高強度を要求される場合には、鉛
パテンテイングに比べ抗張力が約１０　ｋｇ　／　ｍｍ
’低い上に、強度のばらつきについても劣るので、鉛パ
テンテイングの省略が成されていないのが現状である。

従来、中高炭素鋼線材の直接熱処理方法として種々の方
法が提案されているが、それぞれ次のような欠点がある
。

リング状コイルを水平コンベア上で展開した形で強制空
冷するステルマー法（特公昭４２−１５４Ｇ３号）では
、局所的急冷部がなく、がなり均質な線材が得られるが
、冷却力が弱く、強度不足である。

本漬は強風により成る程度強度が上昇するが、リングの
重なり部には効果なく、そのため強度の不均一を誘発す
る。

又線材をリング状コイルに成形し、温水中に巻取るか（
特公昭４５−８５３［ｉ号）、又は水平コンベアで移送
しながら温水中に浸漬する（特公昭４［１−８０８９号
）温水中冷却方式では、沸騰水中冷却において均質な線
材が得られるが、強度不足（鉛パテンテイングより抗張
力がｌ　Ｏｋｇ　／　ｍｎ”低い）であり、気体を吹込
んで強力に撹乱する方法（特開昭５７−９８２１ｉ号）
によっても、依然として抗張力が５〜７ｋｇ／■１１１
低い。又従来より提案されている過冷沸騰冷却（水温、
９５℃以下）では、強度は上昇するが、膜沸騰が不安定
で、パーライト変態温度以上の高温でも核沸騰を誘発し
、局所的急冷が発生し、そのためマルテンサイト組織が
発生し、不良となるという致命的欠点を有している。

（発明の開示） 本発明は、上述の問題点を解決するため成されたもので
、過冷沸騰冷却においても核沸騰を誘発せず、膜沸騰の
みで必要且充分な冷却速度を得、強度が鉛パテンテイン
グによるものと同等で、ばらつきが少なく、均質で、か
つ伸線加工性良好な中高炭素鋼線材を製造し得る直接熱
処理方法を提供せんとするものである。

本発明は、熱間圧延され金属組織がオーステナイトを呈
する高温にある中高炭素鋼線材のリング状コイルを、展
開した形で略水平方向に連続的に移送しながら調整冷却
して直接熱処理する方法において、調整冷却が、強力な
撹乱状態にあり、かつ酸化性気泡の多数が均一に分散し
た９５°Ｃ以下の所定の温度に保持された気水混相流体
からなる冷媒を収容した槽中に前記リング状コイルを浸
漬通過せしめるとともに冷媒をリング状コイルが均一に
冷却されるように、所定の方向に流動させることを特徴
とする中高炭素鋼線材の直接熱処理方法である。

本発明において高温にある中高、炭素鋼線材とは、中高
炭素鋼又はこれにＮ　ｒ　＋　Ｃｒ＋　Ｖ＋　Ｍｏ＋　
Ｗ　等の合会元素の少量を添加した合金鋼より成り、熱
間圧延された高温状態にある線材を意味し、金属組織が
オーステナイトを呈するものである。

本発明者等は、先す鉛パテンティング材並みの強度を得
るための所定の冷却速度を得、がっ核沸騰の誘発を防止
し、均一な冷却を与えるため、種々の表面処理条件、冷
媒の条件について検討した結果、線材の表面を所定量酸
化させた後、酸化性気泡の分散した９５℃以下の気水混
相流体からなる冷媒中に浸漬すること、即ち表面化学処
理と冷却処理を同時に行なうことにより、鉛パテンティ
ング材並みの強度を達成し得ることを見出したものであ
り、更に、この知見に基き、熱間圧延された線材のリン
グ状コイルを展開した形で略水平方向に連続的に移送し
ながら、該冷媒中を浸漬通過せしめて調整冷却する直接
熱処理において、コイル全長に亘る冷却効果の均一化の
ために該冷媒を流動させるこ七の佇効性を見出したので
ある。

以下、本発明を実験と実施例により説明する。

実験１ 鋼線材試料としテ１１．Ｏｍｍφｆ７１　ＣＯ，８％、
　Ｓｆ　０．２実操業を想定して、空気中で４秒間空冷
して空気酸化させた後、略７８°Ｃの各種冷媒中に浸漬
し、調整冷却実験を行なった。冷媒としては （ａ）温水 （ｂ）空気を温水中に吹込み、気泡を分散させた気水混
相流体 （ｃ）窒素を温水中に吹込み、気泡を分散させた気水混
相流体 の３種で、その結果を第１図に示した。気体を全く吹込
まない温水（ａ）の場合には、核沸騰を誘発し易く、殆
んどがマルテンサイトを生成して強度が得られないが空
気を用いた（ｂ）では湯面１♂当り１秒間に常温の空気
５１２を吹込む条件（５Ｑ／ｓｅｅ・♂）では膜′ｆＢ
騰が安定して来る七共に、気泡による撹乱のために強度
が」１昇して来る。　。

一方窒素を用いた（ｃ）では、膜沸騰が安定せす、マル
テンサイトを発生してしまう。更に確認のため純酸素を
用いた場合も、（ｂ）と同様の結果であった。このこと
から、空気上が酸素富化空気或いは酸素の如く、鋼に対
して酸化力のある気体（酸化性気体と呼ぶ）を或限度以
上の割合で温水中にし４ 吹込み、気泡とｉ分散させると、７８°Ｃという大幅な
適冷沸騰冷却に於いても膜沸騰が安定化すると云える。

本実験では気水混相流体の中の気相の量を常温の気体の
吹込み量で表わしたが、吹込みにより生じた気心は温水
により温められると同時に、気泡中に温水が平衡状態ま
で蒸発し、第２図に示すような倍量に略瞬間的に膨張し
て大きくなるので、膨張後の容積で表現した方がよく、
更に誘発明における気水混相流体の特徴は気泡が時々刻
セ浮力により液体から脱出するため、その物理的、化学
的な状態を表わすには、気体が液中を単位時間に単位面
積当り通過する容積で定義される空塔速度（ａｍ　／　
５ｅｃ）の形で表示する方がより望ましい。

第１図に於いて鉛パテンティング材並みの強度を安定し
て出すに望ましい空気吹込み量は＋５Ｑ／５ｅｃ−ｒ１
以上であるが、湯温では３０　Ｑ　／　ｓｅｃ’　ｒｌ
以」二、蓮 空塔速度で表わすと３　ｃｍ　／　ｓｅｃ以上となる。

空塔進度が２０　ｃｍ　／　ｓｅｃ以上になると吹抜け
（気相合体による単相化）が発生して良くないのである
。従って空塔速度は３〜２０　ｃＩＩ／　ｓｅｃが適当
である。

第１図より、本発明の（ｂ）流体によるものは、（ａｒ
！水によるものに比し、空塔速度が増すにつれて引張強
さが増加することが分る。これは、空塔速度が増すと撹
乱が大きくなり、熱伝達係数が増し、冷却速度が上がる
ためである。即ち、空塔速度が十分に大きい場合には、
線材周辺の冷媒温度が常に設定温度に保持され、設定温
度に対応した高引張強さの線材が得られる。これに対し
、空塔速度が小さくなると、線材周辺の冷媒の環流が悪
化、滞流するようになり、線材から供給される熱流束に
より、冷媒温度が上昇する。このため線材の冷却速度が
低下し、得られた線材の引張強さも低下するものと考え
られる。

これに対し、（Ｃ）流体によるものは、引張強さが極端
に低い。これは核沸騰が発生し易く、異常に冷却速度が
大きくなってマルテンサイト組織を生じたためである。

尚酸化性気体を用いた気水混相流体により処理した線材
の表面は単なる温水や、窒素を用いた場合の線材の表面
に比べ、肉眼で明らかにスケールの色が異っているのが
判る。このスケールの差を示す為に処理後のスケールの
代表的ＳＥＭ　（走査電顕）写真を写真１に掲げた。処
理条件は次の通りである。

１・９５０℃ＸＩ５ｍＩｎ（Ｎｔガス中）−＋５．１秒
空気酸化→９３℃Ａｒガス使用の気水混相流体 ２−９５０°ＣＸ　１５ｍ１ｎ（Ｎｔガス中）−＋４．
０秒空気酸化→９３°Ｃ空気使用の気水混相流体 ３−９５０°ＣＸ　１５ｍＩｎ（Ｎｔガス中）−）４．
４秒空気酸化→９３℃温水 空気酸化時間として最もマルテンサイトの生じ易い条件
である４秒前後（実験２参照）のスケールであるが、酸
化性気体として空気を用いたちの以外は剣状のウィスカ
ーが生成しており、これが核沸騰を誘発する原因となっ
ているものと考えられる。

実験２ 冷媒に浸漬する迄の空気酸化時間に関する実験を行なっ
た。試料は実験１に同じで実験法も実験１に準じ、常温
の空気吹込み量は空塔速度３ｃｍ／ｓｅｃを目標とした
。

冷媒浸漬前の空気酸化時間を０．５秒以下、３〜５秒、
１０秒、１５秒の４条件とし、７０〜１００℃に保持さ
れた冷媒中に１００秒間浸漬した後引上げた。

各空気酸化時間のものの冷媒温度と処理後の線材の引張
強さの関係は第３図に示す通りである。

第３図より次のことが分る。

（イ）気水混相流体（ｂＬ（Ｃ）によるものは、単なる
温水（ａ）によるものに比べ強度が大きい。

（ロ）酸化性気体として空気を用いた気水混相流体（ｂ
）では、空気酸化時間５秒以下の場合、７５°Ｃ以上で
変態完了前に核沸騰が発生せす、安定した膜沸騰が得ら
れ、強度の高い線材が得られ、８０°Ｃ近辺で引張強さ
１２５ｋｇ　／　ＩＩｍ’という鉛パテンティング並み
の強度が得られ、又温度が低くなる程強度が上昇し、そ
の増加率は温水（ａ）より大きい。

一方、非酸化性気体である窒素を用いた気水混相流体（
Ｃ）は窒素と水蒸気から成る弱酸化性の気泡を形成する
が空気を用いたもの（ｂ）と比べて空気酸化時間０．５
秒以内を除き膜沸騰が不安定という著るしい相異点があ
る。これに対し、温水（ａ）冷却では、空気酸化時間３
秒以上の場合、９０°Ｃ以下で変態完了前に核沸騰を誘
発し、局所的急冷によるマルテンサイト組織が発生し、
強度が劣化し・、又空気酸化時間０．５秒以下では、８
０℃でもマルテンサイト組織が発生しないが強度が鉛パ
テンティング材並みにならない。

（ハ）気水混相流体（ｂ）、（ｃ）では、浸漬前の空気
酸化時間が長い程、冷媒温度の低下による強度の」１昇
度合が大きい。

これらの結果により、冷媒の温度は７０〜９５°Ｃが適
当で、好ましくは７５〜９０℃である。７０℃未満では
核沸騰が発生し易く、マルテンサイト組織を生じて強度
が劣化し、又９５℃を越えると強度が不充分となる。又
７５°Ｃ未満では核沸騰発生の恐れがあり、９０℃を越
えると鉛パテンティング並みの強度が得られない。

又冷媒浸漬前の空気酸化時間は酸化性気体を用いた場合
は他の実験結果も併せて２０秒間以内が適当である。な
おこの空気中放冷は、通常圧延機を出てからコイル成形
、冷媒浸漬までの間で行なわれるので、必すしも放冷の
ための装置（コンベア等）を設けなくても良い。時間が
２０秒を越えると、強度」１昇が飽和すると共に、時間
がかかり、不経済である。

非酸化性気体である不活性ガスの窒素を用いた場合には
、冷媒浸漬前の空気酸化時間は０．５秒以内に止めるこ
とが必要である。この場合には窒素吹込みによる撹乱と
気泡数断時の撹拌なとの効果で単なる温水中処理よりも
、処理材の強度が高くなる。単なる温水の場合には線材
の冷却時に発生した水蒸気泡は、線材表面を離れると直
ぐに消滅し、所謂撹乱能力を示さないので強度は低目と
なる。

実験３ 酸化性気泡の大きさに関する実験を行なった。

５ＷＲＨ８２Ｂの１３ｍｍφの短尺の線材を用い、温水
に空気を吹込んだま＼の状態の気水混相流体と、吹込ん
だ空気の上昇通路に泡切り器として回転羽根車或は多数
の小孔を設けた回転ディスクを設置して、生成した気泡
を切断した状態の気水混相流体の２種類の冷媒中で調整
冷却した。気心の大きさは前者で直径約５　ｍ１１、後
者で約１　ｍｍであるが、前者の場合には時としてｌ　
Ｏｍｍ以上の直径の気泡も混在している。空気吹込み量
は空塔速度３　ｃｍ　／　ｓｅｅを目標とした。

得られた結果を第４図に示す。明ら力へに細かい粒の気
泡の方が膜沸騰が安定であり、し゛かも強度も高目とな
っている。粒の細かい気泡の方が槽の隅々までより均一
に分散し、線材の表面に生じている蒸気膜に均一に掴え
られ易いために蒸気膜の破壊即ち核沸騰の誘発をより良
く防止するものと考えられる。また切断用の回転体の回
転で、冷媒が撹拌されるのでその撹拌による効果が、直
接、強度」１昇に効いたと見られる他、気泡の捕捉を促
進して蒸気膜の安定化にも効いたと見られる。

実験３から、気泡を細分化し、粒径を揃えることは膜７
！３ｍの安定化にを効で特に、槽の大きい場合には蓉効
がある。尚、粒径は１ｍ１１前後で実用上完了である。

実験４ 各種冷媒で処理した場合の鋼線材の中心部の冷却曲線を
めた。実験１と同しＩ　Ｏｍｍφの試料を用い、空気酸
化時間４秒、冷媒温度８０°Ｃの（ａ）ｆｆｌ水、（ｂ
）空気を用いた気水混相流体（空塔速度３　ｃｍ　／　
ｓｅｃ目標）について夫々冷却曲線を測定した。

この結果を第５図に示す。

第５図より、空気を用いた気水混相流体（ｂ）では、冷
却が極めて安定し、所期の冷却速度が得られ、かつ核沸
騰は常にパーライト変態完了後で且５００℃以下で発生
するので問題ないことが分る。

これに対し、温水（ａ）では、冷却速度はテスト毎に大
きく変動し、再現性が小さい。これは核沸騰が起こり易
く、その起こる温度も高く且一定しないことが観察され
る。

線材の冷却速度は、上述の実験１〜３で得た必要条件を
適切に組合せ、第５図に示すように線材温度９００〜６
５０℃の範囲で１５〜ｂ了した後６３０〜５００℃の範
囲で１０〜ｂされることが好ましい。９００〜６５０°
Ｃの範囲で！５°Ｃ／秒未満では、変態温度が高温にす
れ、強度不足となり、２５℃／秒を越えると、変態温度
が低温にすれ、場合によりパーライト変態でなく一部マ
ルチンサイト変態が生して良くない。又６３０〜５００
°Ｃの範囲でＩθ℃／秒未満では未変態オーステナイト
が余り微細でないパーライト組織に変態し、強度不足き
なり、２０℃／秒を越えると通常問題はないが偏析のあ
る材料ではマルテンサイト組織が発生し易く、良くない
。なお、合金元素を添加した線材では、鋼の焼入性が大
きくなり、上述の条件は低冷却速度側にずれる。

又パーライト変態は６００″Ｃ近辺で始まり、この時２
〜３　ＫｃａＱ／　ｋｇ　ｓｅｅの割合で冷却しなけれ
ばならない。２　ＫｃａＱ／　ｋｇ　ｓｅｃ未満では変
態温度が高温まで上昇し、強度不足となり、３　Ｋｃａ
ｌ／　ｋｇｓｅｅを越えると変態温度が低温にずれ、マ
ルテンサイト変態を誘発し易い。

実験５゜ 気水混相流体（ｂ）より成る冷媒を用い、機械撹拌あり
およびなしの場合の空塔速度と、ガスホールド・アップ
（気体混和率）および近似撹乱強度の関係を示すと、第
６図に示す通りである。

第６図より、前述の必要空塔速度３〜２０ｃｍ／秒では
気体混和率は０．１〜０．３５であり、近似撹乱強度は
５〜７　Ｘ　１０’　ｅｒｇ　／　ｃ♂である。

これらの範囲未満では強度向上効果が不足し、範囲を越
えると「吹抜け」が発生する。

実験６ 気水混相流体（ｂ）より成る冷媒を用い、冷媒温度７０
〜１００℃における酸素濃度を調査した結果は第７図に
示す通りである。

第７図より、酸化性気泡中の適当な酸素１度は冷媒温度
７５°Ｃにおいて１０％以上、９０℃において５％以上
である。この間の関係を式で表わすと、酸素濃度をｙ％
、冷媒温度をｘ　’Ｃとすれば、。

Ｖ　−−−ｘ　＋　３５ に近似される。

気水混相流体よりなる冷媒を作るに当って温水中に空気
を混入させた場合、直ちに水蒸気未飽和気泡中に水蒸気
が蒸発し、飽和する。その結果、実効空塔速度、即ち撹
乱力が大きくなる一方、酸素１度は希釈される。これは
撹拌力や気泡混合率には有利だが、酸化力には不利であ
る。実験結果では上述の範囲で所定の膜沸騰が安定して
得られた。

実験７ 以上述べた条件で所期の主目的である鉛パテンティング
材並みの強度を得ることが可能であるが、圧延仕上速度
が大きくなり、その結果冷媒中でのリング状コイルの送
り速度が速くなって来ると、リング状コイルと冷媒との
間の相対速度が大きくなって、リング内の位置によって
は冷却速度が過大となり、適冷組織を誘発する危険性が
あるので。

これの防止の為の実験を行なった。

第８図は線材の周辺を流れる冷媒の二つの流れを示す。

第９図は展開されたリング状コイルを示し、Ａは中央部
、Ｂは縁部である。

第１Ｏ図は本冷媒によって熱処理された線材の強度にお
よぼす冷媒の流速の影響を示す。

第１θ図より冷媒の流速が大きくなると気泡による撹乱
があるにも拘らず線材の強度が上昇するが、これを実際
に当嵌めるとその度合は流れの方向が線材の軸と直角方
向の場合（第９図Ａ部）には著しく、平行の場合（第９
図Ｂ部）に、は小さいこととなる。これはリングの位置
により強度差が生じて好ましくない現象の原因となって
いる。特に冷媒温度が低い場合にこの傾向が大きい。従
ってコイル全表にわたってより均一な組織、強度を得る
には、この相対流速を過大にならぬ範囲内に止めるよう
に冷媒を熱処理槽内においてリング状コイルの移送方向
と同方向に流動循環させることが必要である。

第１１図は冷媒の流動速度と、リング状コイルの移送速
度との関係を示す一例であって、これらの速度が略一致
する範囲でコイル内の強度のばらつきが小さくなってい
るのが判る。冷媒の流動速度は目標とする強度によって
適切に決定されるが、冷媒の流動循環は冷媒温度の保持
のためにも必要であり、−石二鳥である。

上述の実験１〜７より得た本発明方法において好ましい
条件は、線材の鋼種、サイズ、コイルサイズ、線速、冷
媒の容量、酸化性気体の種類、槽の長さ等により左右さ
れるので、それらに応し適当に選択される。

実施例１ 第１２図は本発明方法を実施するために用いられる直接
熱処理装置の例を示す図で、図においてピンチ・ロール
２により送られてきた熱間圧延された鋼線材１はレイイ
ング・ヘッド３により所定のリング径に成形したリング
状コイル４（以下、コイルと称す）とされ、コンベア５
により非同心連続リング状で移送され、予備空冷される
。

このコンベア５上でコイル４の表面は所定の時間空気酸
化される。

予備空冷後、コイル４は熱処理槽６中の水平コンベア７
上に移行し、水平に展開した形で水平方向に移送される
。熱処理槽６には冷媒８が収容され、これにコンベア７
上のコイル４が所定時間浸漬される。

冷媒８は、強力な撹拌状態にあり、かつ温水中に直径１
關前後の酸化性気泡ＩＩの多数が均一に分散した気水混
相流体であって、９５℃以下の所定の温度の保持された
ものである。酸化性気泡１１としては、例えば酸素、酸
素富化空気、空気等の酸素を含む気体よりなるものが用
いられる。

温水中に直径１１前後に揃えた酸化性気泡１１の多数が
均一に分散した気水混相流体を得るため、図では気体供
給系ＩＯにより、例えばエアーを温水の下部より多量に
吹きこんで気泡を作ると共にその気泡を切断する泡切り
器例えば回転する羽根車粉 ９を用いて気泡径を略１＋Ｉ１ｍ前後に粉砕し、大きさ
を揃えると共に温水中に均一に分散させる。羽根車に代
え例えば多数の小孔を設けた回転ディスクを用いること
もできる。

なお、この気体の吹きこみは温水の上部又は側部より行
なっても良い。又熱処理槽６の外部で、酸化性気泡の多
数を均一分散させた気水混相流体を作成し“、これを槽
６の上部、側部又は底部より槽内に供給しても良い。

かような冷媒８は複数台の撹拌機１９により熱処理槽６
内で強力に撹拌されて熱処理槽６内の必要部位を充満す
ることになり、コイル４は強力な撹拌状態にある気水混
相流体からなる冷媒中で冷却されることにより、所定の
調整冷却を受ける。なお、気泡切断用の羽根車−９に撹
拌装置１９に代る撹拌機能を併せ持たせることもできる
。

水平に展開された形のコイル４は、走行方向に直角な方
向の両端部即ち縁部（第９図Ｂ部）はリングの重なり具
合が中央部（第９図Ａ部）よりも密となっており、冷却
速度を均一化するため、この縁部分の冷却を中央部より
強くするような例えば撹拌を強くする如き方策が採られ
る。

更に、リング状コイルの移動と同方向に冷媒を槽中で流
動させ、相対流速を小さくするため冷媒循環系を附設し
である。この系は所定の温度に維持された温水１３を収
容する槽＋４、送水管１２、と循環用ポンプ菖６とから
なり、冷媒を流動させる役目をするが、この系に更に熱
交換器１５をバイパスに設け、冷媒温度を所定の温度に
維持する役目をも持たせる。所定時間調整冷却されたコ
イル４は、例えば搬出用の傾斜コンベアＩ７により冷媒
８中より引き上げられ、集束機＋８に集束される。

実施例２ 熱間圧延されたＩｌ、ＱｍｍφのＣＯ，８２％、Ｍｎ０
．７２％、Ｓｉ０．２２％の５ＷＲＨ８２Ｂ　（Ｊ　Ｉ
ｓ規格）の３００ｋｇ単重の鋼線材を第１２図、に示す
装置を用いて本発明方法により直接熱処理を施した。

線材の圧延速度は９ｍ／秒、圧延直後の線材温度は９２
０℃で、水冷ノズルで８５０℃に予備冷却した後リング
径１０５０　ｍのコイルに成形した。

冷媒として単に温水に空気を吹きこんだ気水混相流体及
び気泡切断機を作動させた気水混相流体を用い、８２℃
の温度に保持し、空塔速度は１０ｃｌＩ／秒、気体混合
率は約０．２であった。

熱処理槽内のコンベア７の速度を０．４＋ｎ／ｓｅｃと
し、冷媒のリング状コイル走行方向の流速を約０．４ｍ
／ＳｅＣとした。

成形したリング状コイルを約１０秒間空気酸化した後、
熱処理槽６に浸漬し、約２５秒処理した後恰６より引上
げる直接熱処理を施した。

比較のため、同じ熱間圧延線材を９８℃に保持された温
水に浸漬冷却し、従来法による直接熱処理を施した。得
られたコイルを略４等分する５箇所の位置で夫々長さ４
０ｃ＋＋毎に連続してサンプリングし、引張強さを測定
した。

本発明方法および従来法による引張強さの分布は第１３
図に示す通りである。

第１３図より本発明によるものは、何れも鉛パテンティ
ング並みの平均１２６ｋｇ／＋１１１’級の引張強さが
得られ、且きわめて均質であり、特に細粒気泡の場合は
優れていることが分る。

これに対し、従来法（温水）によるものは引張強さが約
１１ｋｇ／關２低い。

実施例３ 第１４図は、本発明方法を実施するための他の装置であ
り、リング状コイルが垂直に吊下げられた形で展開され
て、冷媒中を略水平方向に移送される方式のものである
。リング状コイル４はフックコンベア２０のフックに適
当なリング数が吊下げられた形で移送されるのでリング
同士の重なりがなく均一な冷却が可能となる。

本図に於いては冷媒８をリング状コイル４の移送方向と
同方向に循環せしめるようにしているが、逆方向に循環
させることもできる。またリング状コイルを移送するフ
ックコンベアの前又は後、又は前後に、冷媒中に浸漬す
る水平コンベアを設けた組合せも可能である。

尚、この実施例以外にも、冷媒を構成する温水として鋼
線材の冷却時の熱伝達率を変化せしめる物質例えば界面
活性剤などを含何せしめた溶液或は！！！！濁液などを
用いることが出来ることは明白であり、界面活性剤のＰ
ＶＡ　（ポリビニールアルコール）を添加すると、気泡
の分散はより均一になり、気体混相率が上昇し易くなり
、無添加の場合に比べ、より大きなサブクール変進、膜
沸騰が安定することが確かめられている。

（発明の効果） 上述のように構成された本発明の鋼線材の直接熱処理方
法は次のような効果がある。

（イ）調整冷却が、強力な撹乱状態にあり、かつ酸化性
気泡の多数が均一に分散した９５°Ｃ以下の所定の温度
に保持された気水混相流体からなる冷媒を収容した槽中
にリング状コイルの鋼線材を浸漬通過せしめて行なわれ
るから、圧延直後の空気中露出又は空気中放冷および冷
媒中の酸化性気心により線材表面が酸化されて酸化皮膜
が形成され或は形成されつつある状態で、酸化性気泡を
含む気水混相流体により冷却されるため、適冷沸騰冷却
においても核沸騰を誘発せす、所期の冷却速度が極めて
安定して得られ且冷媒自体を適切な方向と速度で流動さ
せているので相対流速によって生ずるリング内の冷却条
件の変化を消去できるのア鉛パテンティング並みの強度
で、且ばらつきが少なく、かつ伸線加工性のすぐれた鋼
線材を製造し得る。

（０）酸化性気泡の多数が均一に分散した気水混相流体
を作成するために、水蒸気未飽和の気体を大量に混入さ
せるので、平衡蒸気圧に向って大量の水蒸気が気泡中に
蒸発し、その結果冷媒の温度が下がるため、冷媒が自己
冷却性を保有し、これを冷媒温度制御に効果的に利用す
ることができるので、冷媒の温度保持が経済的にできる
。また、冷媒を作成するに用いられる気体を予熱してそ
の温度を高め、その気体中の水蒸気圧を変化せしめるこ
とで、この自己冷却性能を変化させ得る。なおこの冷却
能は線材の処理能力（Ｔ／時）と冷媒の温度と量の比に
より容易に計算できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種冷媒の空塔速度と線材の引張強さの関係を
、第２図は気泡膨張率を、第３図は各空気酸化時間のも
のの冷媒温度と処理後の線材の引張強さの関係を、第４
図は泡切断機の効果を、第５図は各種冷媒における冷却
曲線を、第６図は冷媒の空塔速度と気体混相率並びに近
似撹乱強度との関係を、第７図は冷媒温度７０〜＋００
°Ｃにおける酸素濃度を示す。第８図は線材のまわりの
冷媒の流れの状態を示し、第９図は非同心連続リングに
於ける線材リングの重なりの状態を、第１０図は前回の
２種の流れについてその流速と引張り強さの関係を示し
、第１１図は冷媒の流動速度と強度のコイル内ばらつき
との関係を示す。第１２図は本発明方法の実施例に用い
られる直接熱処理装置の例を示す図で、第＋３図は処理
された線材の強度の分布を示す図である。第１４図は本
発明方法を実施する他の装置を示す。第１５４Ａ、Ｂ、
Ｃは線材の表面組織を示す電子顕微鏡写頁である。 １・・・熱間圧延された線材　２・・・ピンチ・ロール
３・・・レイング・ヘッド　４・・・リング状コイル５
・・・コンベア　６・・・熱処ｆｌ　槽７・・・水平コ
ンベア　８・・・冷媒 ９・・・泡切断機　１０・・・気体供給パイプ１■・・
・酸化性気泡Ｉ２・・・送水管１３・・・温水　１４・
・・温水槽 ！５・・・熱交換器　１６・・・循環用ポンプ１７・・
・傾斜コンベア　１８・・・集束機１９・・・ｔＷ、拌
機２０・・・フックコンベア伽； 蛇 ／ 尾 番 Ｗ４閏 Ｗ５図 Ｗ７図 ぺ”ＩＪＸ及（０ｃ） ｌ？３図 ン゛ 賃９図　硬 方１０図 、ダ媒μ並打　差内ゾル坏与 冷媒り流え（駆動Ｃ） 薯１３図 １￥／ｆｆｉソ　ｆ＊　ｓ　（Ｋｃ！／ｒｎｒｒＩ２）
雰１５図 （Ｊｋ／）　ス薩赫ａ　；＝、、、：ｌ、；、、ゝ返 （Ｂ）Ｘ１４０００ ≧−二 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 ・ｔ：［、：、４゜ ］、事件の表示 昭和５９年　特許願第１０５５５８号 ２、発明の名称 中高炭素鋼線材の直接熱処理方法及び装置３、補正をす
る者 事件との関係　特許出願人 任　所　大阪市東区北浜５丁目１５番地名　称（２＋３
）　住友電気工業株式会社社　長　川　上　哲　部 ４、代理人 住　所　大阪市此花区島屋１丁目１番３号住友電気工業
株式会社内 ５、補正命令の日付 ６、補正の対象 ７、補正の内容 （２）明細書、特許請求の範囲を別紙の通り提出します
。 （３）明細書第７頁第３行目〜第４行目、「プレストレ
スト、コンクリート用」を「プレストレスト・コンクリ
ート用」に訂正する。 （４）同省第７頁第５行目「中高炭素鋼」をｒ中、高炭
素鋼」に訂正する。 （５）同書第７頁第１２行目「中高炭素鋼」をｒ中、高
炭素鋼」に訂正する。 （６）同省第７頁第５行目「中高炭素鋼」を「中、高炭
素鋼」に訂正する。 （７）同書第９頁第１５行目「中高炭素鋼」をｒ中、高
炭素鋼」に訂正する。 （８）同書第９頁第１８行目「中高炭素鋼」を「中、高
炭素鋼」に訂正する。 （９）同書第１０頁第７行目「中高炭素鋼」を「中、高
炭素鋼」に訂正する。 （１０）同書第１０頁第９行目「中高炭素鋼」をｒ中、
高炭素鋼」に訂正する。 （１１）同書第１Ｏ頁第１θ行目「中高炭素鋼」を「中
、高炭素鋼」に訂正する。 （１２）図面「第９図」及び「第１０図」を別紙の通り
訂正提出致します。 特許請求の範囲 「（１）熱間圧延され金属１１ｉＩ織がオーステナイト
を呈する高温にある肪工【炭素鋼線材のリング状コイル
を、展開した形で略水平方向に移送しながら調整冷却し
て直接獣処理する方法において、調整冷却が、強力なＩ
Ｌ状態にありかつ酸化性気泡の多数が均一に分散した９
５℃以下の所定の温度に保持された気水混相流体からな
る冷媒を収容した槽中に、前記リング状コイルを浸漬通
過せしめ、且冷媒を所定の方向、速度で流動させて該コ
イルに全長に亘り均一な冷却条件を与えることを特徴と
する東ヨＬ炭素鋼線材の直接熱処理法。 （２）酸化性気泡の直径が略１ｌｌＩ１１前後のものか
らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の直
接熱処理方法。 （３）酸化性気泡が酸素、酸素富化空気、空気の何れか
またはこれ等と水蒸気とから形成されたものであり、前
記気泡中の酸素濃度ｙ（％）が冷媒温度をｘ℃としたと
き ｙ＞−３ｘ＋３５ であることを特徴とする特許請求の範囲第１１ｒｉ及び
または第２項記載の直接熱処理方法。 （４）気水混相流体からなる冷媒中に浸漬前、鋼線材を
空気中にて２０秒間以内放冷し、表面酸化せしめること
を特徴とする特許請求の範囲第１．２．３、項記載の直
接熱処理方法。 （５）　ｌｌ１ｉ化性気泡が、窒素、アルゴン等の不活
性ガスと水蒸気とから形成されてなることを特徴とする
特許請求の範囲第１．２．４項記載の直接熱処理方法。 （６）気水混相流体からなる冷媒中に浸漬前、鋼線材を
空気中にて０．５秒間以内の表面酸化に止めることを特
徴とする特許請求の範囲第１２．３．４．５項記載の直
接熱処理方法。 （７）気水混相流体が気体混相率０．１〜０．３５゜空
塔速度３〜２０　ｅ＋ａ　／　ｓｅｃであることを特徴
とする特許請求の範囲第１．２．３．４．５．６項記載
の直接熱処理方法。 （８）冷媒の撹乱強度が５−７　Ｘ　１（ｌ　ｅｒｇ／
ｅ＋ｎであることを特徴とする特許請求の範囲第１．２
．３．４．５．６．７、項記載の直接熱処理法。 （９）冷媒をコイルの通過方向と同方向に所定の速度で
流動せしめることを特徴とする特許請求の範囲第１．２
．３．４．５．６．７．８項記載の直接熱処理方法。 （ｌＯ）冷媒の流動速度がコイルの移動速度と略同−で
あることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の直接
熱処理方法。 （１１）冷媒の温度が７０〜９５℃、好ましくは７５℃
〜９０℃であることを特徴とする特許請求の範囲第１．
２．３．４．５．６．７．８．９．１０項記載の直接熱
処理方法。 （１２）調整冷却が、鋼線材の冷却速度を９００〜６５
０℃の範囲で１５〜ｂ ６３０〜５００℃の範囲で１０〜ｂ とを特徴とする特許請求の範囲第１．２．３．４．５．
６．７．８．９．１０．１１項記載の直接熱処理方法。 （１３）均一に分散した気泡は、槽中に設けた気体吹込
み部の近辺に設けた泡切り器によって主として形成され
ることを特徴とする特許請求の範囲第１２．３．４．５
．６．７．８．９．１０．１１．１２項記載の直接熱処
理方法。 （１４）均一に分散した気泡は槽に供給時乃至は供給前
に予め調整されてなることを特徴とする特許請求の範囲
第１．２．３．４．５．６．７．８．９．１０、ＩＬ　
１２．１３項記載の直接熱処理方法。 （１５）気水混相流体を構成する水が、帖伝達率を変化
せしめる物質を含む溶液または懸濁液であることを特徴
とする特許請求の範囲第１．２．３．４．５．６．７．
８．９．１０．１１．１２．１３．１４項記載の直接熱
処理方法。 （１６〉気体吹込み部から吹込む気体を予熱し、または
その湿度を調整することを特徴とする特許請求の範囲第
１．２．３．４．５．６．７．８．９．１０．１１．１
２、＋３．１４．１５項記載の直接熱処理方法（１７）
圧延された高湿の線材をリング状に形成する巻取機、線
材冷却用の気水混相流体を収容する熱処理槽、該リング
状に成形した線材を熱処理槽中に浸漬して移送し、且該
熱処理槽より搬出する単数もしくは複数の装置を有し、
該熱処理槽内には冷媒を攪拌及びまたは冷媒中の気泡の
泡切り器を備え、更に該熱処理槽には気水混相流体を流
動循環せしめる装置系を付帯せしめてなることを特徴と
する直接熱処理装置。 （１８）リング状に成形した線材を熱処理槽中に浸漬し
て移送するＨ置が水平コンベアであることを特徴とする
特許請求の範囲第１７項記載の直接熱処理装置。 （１９）リング状に成形した線材を熱処理槽中に移送す
る装置が、リングを垂直に吊下げるフックコンベアであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１７項記載の直接
熱処理装置。 （２０）熱処理槽に気体を吹込むＨ置と、該気体吹込み
装置と該槽中の線材との間に気泡を裁断する泡切り＠を
設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１７．１８．
１９項記載の直接熱処理装置。 （２１）気体吹込み装置ならびに泡切り器が熱処理槽の
底部に設けられてなることを特徴とする特許請求の範囲
第２０項記載の直接熱処理装置。 （２２）気体もしくは水蒸気混合気体の量及び混合比を
制御する装置を付帯せしめたことを特徴とする特許請求
のｉｌｉ圀第１７．１８．１９．２０．２１項記載の直
接熱処理装置。 （２３）泡切り器が、小孔を多数段けた回転ディスクに
より成形されてなることを特徴とする特許請求の■第２
０項記載の直接熱処理装置。 （２４）泡切り器に攪拌ｍ能を持たせてなることを特徴
とする特許請求の範囲第２０項記載の直接熱処理装置。 （２５）熱処理槽に、気水混相流体の温度制御のための
冷却または加熱装置を付帯せしめてなることを特徴とす
る特許請求の範囲第１７．１８．１９．２０．２１．２
２．２３．２４項記載の直接熱処理装置。 （２６）巻取機と熱処理槽との簡に線材の予備冷却装置
を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１７．１８
．１９．２０．２１．２２．２３．２４．２５項記載の
直接熱処理装置。」 牙９［叉 Ｂ 宕１０図 波法温友並灯　差角　ゾ九吸込−ヵ 冷媒り流Ｌ（ｍ／ＳｅＣ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （＋）熱間圧延され金属組織がオーステナイトを呈する
   高温にある中高炭素鋼線材のリング状フィルを、展開し
   た形で略水平方向に移送しながら調整冷却して直接熱処
   理する方法において、調整冷却が、強力な撹括状暢にあ
   りかつ酸化性気泡の多数が均一に分散した９５°Ｃ以下
   の所定の温度に保持された気水混相流体からなる冷媒を
   収容した檜中に、前記リング状フィルを浸漬通過せしめ
   、且冷媒を所定の方向、速度で流動させて該コイルに全
   長に亘り均一な冷却条件を与えることを特徴とする中高
   炭素鋼線材の直接熱処理方法。 （２）酸化性気泡の直径が略１止前後のものからなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の直接熱処理
   方法。 （３）酸化性気泡が酸素、酸素富化空気、空気の何れか
   またはこれ等と水蒸気とから形成されたちのであり、前
   記気泡中の酸素１度ｙ（％）か、冷媒温度をｘ　”Ｃと
   したとき ｙヱ−３Ｘ＋３５ であることを特徴とする特許請求の範囲第１項及びまた
   は第２項記載の直接熱処理方法。 （４）気水混相流体からなる冷媒中に浸漬前、鋼線材を
   空気中にて２０秒間以内放冷し、表面酸化せしめること
   を特徴とする特許請求の範囲第１．２．３項記載の直接
   熱処理方法。 （５）酸化性気泡が、窒素、アルゴン等の不活性ガスと
   水蒸気とから形成されてなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１．２．４項記載の直接熱処理方法。 （６）気水混相流体からなる冷媒中に浸漬前、鋼線材を
   空気中にて０．５秒間以内の表面酸化に止めることを特
   徴とする特許請求の範囲第１．２．３．４　。 ５項記載の直接熱処理方法。 （７）気水混相流体が気体混相率０．１−０．３５．空
   塔速度３〜２０ｃｍ７ｓｅｃであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１．２．３．４．５．６項記、載の直接
   熱処理方法。 （８）冷媒の撹乱強度が５〜７　Ｘ　１１０３ｅｒ／　
   ｃ♂であることを特徴とする特許請求の範囲第１．２．
   ３　。 ４．５．６．７項記載の直接熱処理方法。 （９）冷媒をコイルの通過方向と同方向に所定の速度で
   流動せしめることを特徴とする特許請求の範囲第１．２
   ．３．４．５．６．７．８項記載の直接熱処理方法。 （１０）冷媒の流動速度がコイルの移動速度と略同−で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の直接
   熱処理方法。 （１１）冷媒の温度が７０〜９５℃、好ましくは７５℃
   〜９゜°Ｃであるこ、とを特徴とする特許請求の範囲第
   １゜２．３．４．５．６．７．８．９．１０項記載の直
   接熱処理方法。 （１２）調整冷却が、鋼線材の冷却速度を９００〜Ｇ　
   ５０　”Ｃの範囲で１５〜ｂ Ｇ３０−５００℃の範囲で１０−１５℃／ｓｅａ、に制
   御することを特徴とする特許請求の範囲第１．２．３．
   ４　。 ５．６．７．８．９．１０．１１項記載の直接熱処理方
   法。 （＋３）均一に分散した気泡は、槽中に設けた気体吹込
   み部の近辺に設けた泡切り器によって主として形成され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１゜２．３．４．
   ５．６．７．８．９．１０，１１，１２項記載の直接熱
   処理方法。 （Ｉ４）均一に分散した気泡は槽に供給時乃至は供給前
   に予め調整されてなることを特徴とする特許請求の範囲
   第１．２．３．４．５．６．７．８．９．１０．ＩＩ。 ＋２．１３項記載の直接熱処理方法。 （１５）気水混相流体を構成する水が、熱伝達率を変化
   せしめる物質を含む溶液または懸濁液であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１．２．３．４．５　。 ６．７．８．９．１０．ＩＩ、＋２．１３．１４項記載
   の直接熱処理方法。 （＋６）気体吹込み部から吹込む気体を予熱し、または
   その湿度を調整することを特徴とする特許請求の範囲第
   １．２．３．４．５．６．７．８．９．１０．　ＩＩ。 ＋２．１３．１４．１５項記載の直接熱処理方法。 （１７）圧延された高温の線材をリング状に成形する巻
   取機、線材冷却用の気水混相流体を収容する熱処理槽、
   該リング状に成形した線材を熱処理槽中に浸漬して移送
   し、且該熱処理槽より搬出する単数もしくは複数の装置
   を存し、該熱処理槽内には、冷媒を撹拌及びまたは冷媒
   中の気泡の泡切り器を備え、更に該熱処理槽には気水混
   相流体を流動循還せしめる装置系を付帯せしめてなるこ
   とを特徴とする直接熱処理装置。 （、＋８）　リング状に成形した線材を熱処理槽中に浸
   漬して移送する装置が水平コンベアであるご七を特徴と
   する特許請求の範囲第１７項記載の直接熱処理装置。 （＋９）　リング状に成形した線材を熱処理槽中に移送
   する装置か、リングを垂直に吊下げるフ、クコンベアで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１７項記載の直
   接熱処理装置。 （２０）熱処理槽に気体を吹込む装置と、該気体吹込み
   装置と該槽中の線材との間に気泡を截断する泡切り器を
   設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１７．１８．
   １９項記載の直接熱処理装置。 （２１）気体吹込み装置ならびに泡切り器が熱処理槽の
   底部に設けられてなることを特徴とする特許請求の範囲
   第２０項記載の直接熱処理装置。 （２２）気体もしくは水蒸気混合気体の量及び混合比を
   制御する装置を附帯せしめたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１７．１８．１９．２０．２１項記載の直接熱
   処理装置。 （２３）泡切り器が、小孔を多数設けた回転ディスクに
   より形成されてなることを特徴とする特許請求第２０項
   記載の直接熱処理装置。 （２４）泡切り器に撹拌機能を持たせてなることを特徴
   とする特許請求の範囲第２０項記載の直接熱処理装置。 （２５）熱処理槽に、気水混相流体の温度制御のための
   冷却または加熱装置を付帯せしめてなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１７．１８．１９．２０，２１．２
   ２゜２３．２４項記載の直接熱処理装置。 （２６）巻取機と熱処理槽との間に線材の予備冷却装置
   を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１７゜＋８
   　、１９．２０．２菫、２２，２３，２４．２５項記載
   の直接熱処理装置。