JPS6056215B2 - 線材の熱処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は伸線加工前または熱間圧延後などの線材の熱
処理方法に関するものである。

ここでいう線材とは、１熱間圧延後の線材、及び２熱
間圧延後冷間加工により、第１次引抜き加工等を施した
後、熱処理をして冷間加工により第２次引抜き加工等を
施す場合の第１次引抜き加工等を施した後の熱処理前の
鋼線を含め、以下線材と総称する。

通常線材は種々の最終製品の用途に応じて、伸線加工
が行われるが、この伸線加工の前に線材を予め伸線に適
した組織にしておく必要がある。

特に、Ｃ：０．２〜１．０％を含む中・高炭素鋼線材に
関しては、伸線加工前に組織を均一て微細なパーライト
と少量の初析フェライトの混合組織にする必要から、パ
テンテイングと呼ばれる線材独特の熱処理が施工する。
これは線材をオーステナイト化温度に加熱した後、適
度な冷却速度で冷却して、パーライト変態を完了させて
微細パーライトと少量のフェライトの混合組織にする熱
処理方法である。

パテンテイング方法として公知のものには溶融鉛に浸
漬冷却する方法（鉛パテンテイング）、空気を用いて冷
却する方法（空気パテンテイング）、沸騰水中に浸漬冷
却する方法（温水パテンテイング）の他、塩水溶液中に
浸漬冷却する方法、溶融塩等の液浴中に浸漬冷却する方
法等がある。

これらの方法のうち鉛パテンテイングは、強度・延性と
もに優れた線材の熱処理を行ない得るが、有害な鉛ヒユ
ーム発生の問題があり、また熱間圧延後圧延熱により、
オーステナイト化温度に達した線材を直接的に熱処理す
るいわゆる直接パテンテイングには適さない。

これは鉛が重金属であるため、溶融鉛浴に線材を鉛浴表
面い浮上しないように浸漬させる装置の他、溶融鉛より
発生する鉛ヒユームの防止装置が必要であり、設備費が
高くなるという欠点があるためである。また空気パテン
テイングは鉛パテンテイングに比較して、冷却能力が小
さいため、高強度を得るための熱処理が困難であるとい
う欠点があり、温水パテンテイングは線材からの奪熱を
水の気化に依存するので、局部的にマルテンサイト等の
過冷組織が発生するという欠点がある。

他方塩の水溶液中に浸漬冷却する方法は、温水パテンテ
イングと同様の理由により、マルテンサイト等の過冷組
織が発生するという欠点があり、冷却速度の調整を行な
うには水の沸点を調整すること、即ち塩水溶液の組成を
調整しなければならないが、実際にはこのような操作は
不可能に近いため、線材の溶中浸漬時間を線材の化学成
分、線径に応じて変化させなければならないという欠点
がある。また溶融塩等の液浴に浸漬冷却する方法は、溶
融塩を攪拌しないか、または溶融塩を機械的にかきまぜ
て攪拌した液浴に浸漬して冷却するため熱伝達が悪く、
充分な熱処理が得られず、また均一．性に欠けるという
欠点である。

本発明の目的は上記従来のパテンテイング法の欠点を解
消した線材の熱処理方法を提供することにある。

本発明法は粘性・比重・腐食性の小さい硝酸塩．を選定
してこれを溶融し、特定条件を満足するガス体により攪
拌して熱伝達率を上げ、且つ均一に冷却を行なうことに
より、鉛パテンテイングと同等の機械的性質を得る熱処
理を可能にした。

すなわち本発明はオーステナイト化温度にある−Ｃ：０
．２〜１．０％を含む鋼線材を、カリウム硝酸塩系また
はナトリウム硝酸塩を単独又は複合して３５０〜６００
℃の温度に加熱溶融し、ガス体により攪拌した溶融塩中
に浸漬して熱処理することを特徴とする線材の熱処理方
法である。以下本発明法における限定理由を述べる。

本発明法において鋼線材のＣ量を０．２〜１．０％とし
たのは、本発明の目的が線材の組織をオーステナイトか
ら微細パーライトと初析フェライトの混合組織にするた
めである。

次に化学成分を限定した理由を述べる。Ｃ：０．２％未
満では焼入性が小さく、強度が不足するため下限を０．
２％とした。一方Ｃ量が１．０％を超えると網状セメン
タイトが・生じ、伸線加工性が悪化するため上限を１．
０％とした。Ｓｉ：鋼の脱酸元素であり、かつ鋼を固溶
強化する元素であり、又鋼線のリラクセーシヨンロスを
低減出来る元素である。

しかしながら鋼組織中の炭化物の生成を抑制し黒鉛化を
もたらす他、線材のボンデン潤滑性をやや低下させるの
で、黒鉛化を生じさせない限界として、実施例に示すよ
うに０．３０％以下とした。Ｍｎ：鋼の焼入性を向上さ
せ組織を微細にし、強度および靭性を確保する為に必要
である他、鋼の熱間加工性の改善に必要である。

従つて、鋼の焼入性を改善し、パーライト組織を微細化
することが出来る限界及び焼入性が上り過冷組織（ベイ
ナイトやマルテンサイト）が生ずる様になる限界を考慮
して、０．３０〜０．９０％とした。

次に８００〜６００℃間の冷却速度を１５〜１００とＣ
／Ｓｅｃにすることを限定した理由について述べる。

下限を１５℃／Ｓｅｃとしたのは、パーライト組織を微
細化し、高強度化できる最低限の値として定めた。一方
上限を定めたのはパーライトの微細化傾向が飽和する他
、線材の表層部に過冷組織（ベイナイト、マルテンサイ
ト）を生ずる様になる限界であり、１００℃／Ｓｅｃと
した。次に塩の組成をカリウム硝酸塩系またはナトリウ
ム硝酸塩の単独又は複合塩としたのは、本発明者らの実
験結果に基づいてものであり、他の塩では強度が不足し
たり、線材の腐食が著しく、好ましくないためである。

また塩の融点が高くなると粘性が大きくなり、対流が抑
制されることによつて塩の熱伝導性が低下するが、特に
融点が４００℃以上では、本発明の目的とする熱処理を
行なうことが困難となる。この点において例えば硝酸カ
リウム、硝酸ナトリウムは共に融点が４００℃以下であ
り、これらの塩を複合すれば４００℃以下の範囲で、融
点を調整することができる。

以上の理由により塩の組成をカリウム硝酸塩系とナトリ
ウム硝酸塩に限定する。

（カリウム又はナトリウムの亜硝酸塩を同様の性質を含
むのでこれらを使用しても良い）。次に本発明の溶融塩
の使用温度を３５０〜６００℃に限定したのは、本発明
者らが実験した結果、３５０℃未満では短時間の浸漬で
マルテンサイト等の過冷組織が生じ易く、伸線加工時に
断線する等の問題が生するためその下限を３５０断Ｃと
し、６００℃を超えるとパーライト変態温度が高くなり
、微細なパーライト組織が得られないため、鉛パテンテ
イング相当の強度を得ることが困難である。

このため上限を６００℃とした。次に溶融塩の攪拌方法
を、ガス体により攪拌する理由について述べる。

溶融塩を気体で攪拌する場合の強度すなわち空塔速度Ｖ
は次式により表わされる。

溶融塩による熱伝達率は空塔速度をともに増加するため
、所要の機械的性質を得るためにはバブリングによる攪
拌が必要であるが、本発明者らの実験結果によれば、太
径線材でかつ線材密度が高い場合は、高い空塔速度が必
要である。

一方細径線材が太径線材でも線材密度が低い時は低空塔
速度でも良い。しかし所要の機械的特性をうるためには
、その下限は０．００５ｎ］／ＳｅＣ以上が望ましい。
ガス体による攪拌をしない場合、所要の機械的性質が得
られない。またガス体については一般には空気が用いら
れるが、空塔速度■が０．００５ｎ１／Ｓｅｃ以上得ら
れるガス体であれば、空気以外のガス体を使用しても良
い。

以下実施例により本発明の方法を詳細に説明する。

第１表に本発明鋼の化学成分を示す。

第２表に、第１表に示す鋼を９ｍφ又は５醜φの線材に
熱間圧延した後の線材と、更に５．５？φ線材から伸線
して３ＴｆｔＩｔφの鋼線とした後、第２表に示す条件
で熱処理した線材の機械的性質を示す。

実例例１−１，１−２，１−３，１−４，１一５，１−
６は、９Ｔｆｎφ線材をオーステナイト状態からＫＮＯ
３＋ＮａＮＯ２（又はＮａＮＯ３）複合塩中に冷却する
場合、塩浴を空気攪拌した例を示す。

塩浴の温度は、実施例１−１，１−２，１−３，１−４
は４００℃、実施例１−５，１−６は５２０℃である。
又線材の重なり度合を示す線材の線密度は、実施例１−
２，１−４が線密度大であり、実施例１−１，１−３，
１−５が線密度小であり、実施例１−６が単線である。
いずれの実施例においては、実施例３、比較法で通常の
パテンテイング熱処理を代表する鉛パテンテイングと比
較して、引張強さは同等以上であり、かつ絞り値も同等
程度となつている。

この結果から塩浴を空気攪拌することにより、熱伝達率
が向上し、強度が高く、かつ均一な材質の線材を得るこ
とができる。

第２表の鋼記号２において、線径及び化学成分が変わつ
ても、本発明法による強度レベルの上昇、強度のばらつ
き減少が認められる。

即ち塩液に特定条件て空気攪拌を施した実施例５−１，
５−２，５−３の本発明法によれば、強度レベルは実施
例７の鉛パテンテイングによる比較法を上回る。

第２表の鋼記号３は、Ｃ量が低い鋼の実施例で、実施例
９の空気攪拌を施した本発明法によれば、強度レベルは
実施例１１の鉛パテンテイングによる比較法を上回り、
同程度の線密度において、実施例１０の空気攪拌を施さ
ない溶融塩浴による比−較法よりも強度のばらつきが小
さい。

第２表の鋼記号２で、実施例１３には３ｍφ線材の塩浴
冷却例を示す。

実施例１４の鉛パテンテイングによる比較法を上回るこ
とが判る。実施例２−１には塩浴冷却ではあるが、塩浴
攪一拌を行なつていない場合の実施例を示す。

本例では鉛パテンテイング法と比較して強度レベルが低
いうえ、又そのバラツキも大きくなつている。また鋼記
号１〜鋼記号３を通じて、実施例１一１，５−１，９お
よび１３の本発明法により絞り値は、強度が向上してい
るにもかかわらず良好な値を示している。つぎに鉛パテ
ンテイング相当の機械的性質を得るための必要なガス体
による塩の攪拌について述べる。

一般に塩浴は鉛浴と比較すると、熱伝達率が低いため、
高熱伝達率を得るためには塩の攪拌がよく、ガス体によ
る攪拌は効果的な攪拌効果が得やｌすい。

攪拌度合を示す空塔速度と線材の引張強さ、絞り値の関
係を第１図〜第３図（第２表中の実施例１，５，９に対
応する）により詳細に説明する。第１図（鋼記号１、実
施例１に対応）において鉛パテンテイング相当の強度（
比較法３）を得るためには、線材密度が大きい場合、空
塔速度を０．０５ｒｎ／Ｓｅｃ以上にすれば良く、線材
密度が小さい場合は、空塔速度は０．００５ｎ１／ｓで
よい。

同様に第２図（鋼記号２、実施例５に対応）に”おいて
は、線材密度が大きい場合、空塔速度０．０４ｍ／Ｓｅ
ｃ以上、第３図（鋼記号３、実施例９に対応）において
は、線材密度が大きい場合、空塔速度０．０５ｎ１／Ｓ
ｅｃ以上とすれば、それぞれ鉛パテンテイング相当の強
度（比較法の符号３，７，１１）が得られ、ガス体によ
る攪拌を行なえば、鉛パテンテイング相当の強度を得る
ことは十分可能であることがわかる。絞り値は第１図〜
第３図を通じて、いずれの空塔速度においても良好な値
を示している。第４図は第２表に示す実施例１の冷却曲
線を示す。

符号１は本発明法、符号２，３，４は比較法である。７
８０℃から６８０℃まての冷却速度をみると、空気攪拌
を施した溶融塩浴（本発明法１−１）による冷却速度は
約６５℃／Ｓｅｃで、空気攪拌を施さない溶融塩浴（比
較法２−１）の約４０℃／Ｓｅｃｌ及び鉛パテンテイン
グ（比較法３）の約５００ｃ／Ｓｅｃｌ空気パテンテイ
ングの約１ｒＣ／ＳｅＣを上回つている。

これは空塔速度を大きくすることによつて、冷却速度を
大きくすることができることを示す。以上述べたごとく
本発明によれば、腐食性の少ないカリウム硝酸塩系また
はナトリウム硝酸塩を、単独または複合して３５０〜６
０（代）の温度に加熱溶融し、望ましくは空塔速度が０
．００５ｒｎ／ｓ以上の空気等のガス体により攪拌した
溶融塩中に、オーステナイト化温度にある線材を浸漬し
て熱処理することにより、有害な鉛ヒユーム発生の問題
がなく、またマルテンサイト等の過冷組織の発生のない
鉛パテンテイング相当、またはそれ以上の機械的性質を
有する線材を、空塔速度を変更することによつて、容易
に所望の値に得ることができるという特徴がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は空塔速度と線材の機械的性質の関係を
示す図表、第４図は本発明法と従来法の冷却曲線を示す
図表である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ オーステナイト化温度にあるＣ：０．２〜１．０％
   、Ｓｉ＜０．３０、Ｍｎ：０．３０〜０．９０％を含む
   鋼線材を、カリウム硝酸塩系またはナトリウム硝酸塩を
   、単独又は複合して３５０〜６００℃の温度に加熱溶融
   し、ガス体により攪拌した溶融塩に浸漬して、８００〜
   ６００℃間の冷却速度を、１５〜１００℃／ｓｅｃにす
   ることを特徴とする高強度かつ強度ばらつきの小さい鋼
   線材の熱処理方法。