JPS6223935A - 鋼線材の直接焼入方法 - 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、熱間圧延した鋼線材の顕熱を利用して焼入す
るいわゆる直接焼入方法の改良に関するものである。

（背景技術） 従来、線材圧延終了後、線材の顕熱を利用して、直接焼
入する方法として、冷媒に衝風を用いるものがあるが、
冷却能が小さいので、諭ヨして焼入性の大きいものを用
いる必要があり、高価になる欠点を有する。一方冷媒と
しての水は冷却能が大きいので、焼入性の小さい安価な
金部の使用が可能になる。

水を用いる方法としては線材をコイル状として、冷却水
槽中へ導き、直接焼入する方法が公知である。しかしこ
の方法では、コイルが水槽中で積み重なるために、冷却
が不均一となり、その結果、部分的に不完全な焼入組織
となりやすい。リングが水槽中で積重なるために強く攪
拌しても、水温が局部的に上昇する現象が起りやすくな
る。水はその温度上昇によって冷却能を大きく低下させ
、特に６０００以上では鋼線材の表面に強固な蒸気膜を
作って更に大きく冷却能を下げる結果、局部的に焼が入
らない部分を生じるのである。

このＪ：すな欠点を改良する方法として、線４１圧延終
了後、線材をリング状に形成しつ＼、焼入ノ１（槽中に
設けたコンベア上に落下させ、焼入水槽中を非同心円状
のルーズコイルのま＼、コンベアで搬送させ、この間に
焼入する方法が知られている。

この方法では大幅な改善が見られるもの＼搬送中ルーズ
コイルでも、線材コイルの端部（コンベアー進行方向に
対す直角方向の端部）ＣＪ線拐の重なりが避けられず、
このような部分の線材の周辺の水温は上昇し、そこに蒸
気膜が発生して冷却速度が低下し、不完全な焼入組織と
なる。この結果部分的に強度、延性が低下し、長さ方向
で不均一な線材となる欠点があった。

（発明の構成） 本発明は、上記のような欠点を解消し、線材全長に亘っ
て均一な焼入組織とする焼入方法を促供するものである
。

本発明の特徴とするところは、線材圧延終了後、線材を
例えば非同心円状になるようにコンベア上に一旦捲き取
り、コンベアー１−に展開し、引き続き所定の温度に保
たれた水槽中に順次浸漬して、槽内のコンベア上で搬送
しながら線材を連続的に焼入する直接焼入方法であって
、線利湛度をｇ００〜７０００°Ｃの範囲で非同心円状
に捲き取ってから、焼入槽内に投入するまでの［（？ｊ
ｒ１ｊＪを１、５〜乙０秒間として、この時間大気と接
触ざぜて線材表面にスケールを生成させることを要件と
するものである。

発明者等は、線材の水中にお０Ｊる冷却挙動を詳しく研
究した結果、この冷却挙動に対し、水中へ投入される線
４（の表面スケールが重要な意味を持つことを発見した
。

すなわち、高温酸化スケールを持つ線材を水中へ投入す
ると投入直後の数秒の間に、スケール表面から鉄酸化物
のウィスカーが成長する。

第１図（ａ）は仕上圧延温度９ｊＯ°Ｃとしで、人気中
で４秒間放冷し、９０℃の温水中で冷却した線材の表面
のＳ　Ｅ　Ｍ写真である。線イオ表向に鉄酸化物ウィス
カ〒が生成している。この鉄酸化物ウィスカーが水温が
ｑＯｏｏまで上昇しても、核沸騰を起こさせ、以後、線
材は急速に冷却される。従って、線材は完全な焼入組織
となる。

このようなウィスカーが生成しても、水濡が７３００以
上になると核沸騰が生起せず、膜沸騰による冷却となり
焼が入らない。

次に酸化が極めて少ない条件では、水中投入後ウィスカ
ーが生成しない。第１１ｆｆｌ（ｂ）は、仕上圧延温度
灯０００として０．、！秒間大気酸化させた後、ｑＯｏ
Ｃの温水中に投入した線材の表面の８１Ｍ写真を示した
。第１図（ａ）と比較してもわかるように鉄酸化物ウィ
スカーは認められない。

このため、線材冷却は水温が７０〜７００°Ｃの範囲で
膜沸騰が安定して起こり、緩慢な冷却速度しか得られず
不完全な焼入組織となる。

一方、反対に酸化を十分に起こさせた場合には、水中投
入後ウィスカーが生成せず、水温がざ０〜１００°Ｃの
範囲で、やはり膜沸騰を安定して起こすため、不完全な
焼入組織となる。

上記の現象を明らかにするため、次のような実験を行っ
た。

直径／　１、Ｏｍ、ｒｎの線材表面を研験し、中心部に
７１ｇｍｔｎの穴を段目、この中へ熱電対を挿入した。

この試験片を無酸化雰囲気中で９ＳＯ°Ｃに加熱した。

その後加熱炉から取り出し、大気中に０２〜／Ｓ秒間放
ｒａシた後設定温度に保持Ｉ７た温水中に投入し、その
時の冷却曲線を調べた。

第２図はこの時の冷却曲線を模式的に１−かも高熱によ
る特異挙動を省略して示したものである。

線材は投入後、膜沸騰段階続いて核沸騰段階を経て、設
定水温になる。膜υＩｉ　ｆｆ１１から核沸騰へ変化す
るときの温度を特性温度Ｔとした。

化時間の関係を図示したものである。

大気中酸化時間が０２〜０．７秒の場合、７０°Ｃ以上
では膜沸騰が３００°Ｃ前後まで持続して起こる。７０
８Ｃ以下では特性温度が高くなっていることがわかる。

大気中酸化時間が３．０〜３．０秒の場合は、９．！；
００以−にでは特性温度が５００°Ｃ前後であるが、９
Ｓ℃以下では特性温度は」二昇し、９０°Ｃ以下では７
００〜７１１０°Ｃとなっている。酸化時間が３．０〜
よ０秒の範囲では先に述べた酸化物ウィスカーが良く発
達しており、このウィスカーが特性温度を上昇させたも
のと考える。

大気中酸化時間が７０〜７３秒では、水温ｇＯ°Ｃ以上
では５００°Ｃ前後となっており、に０°Ｃ以下では上
昇している。

以−」−の説明から理解できるように、線材をｉ′ｒ＝
、’接焼入する場合、線材周辺の水温が仮に９０°Ｃま
で上昇しても、大気中酸化時間を１、５〜６０秒の範ｆ
ｆｆ４で制御することにより核ｉ！！ｌｉ騰させること
ができ、巻完全な焼入組織とすることができる。

（限定の理由） 本発明者らは、水中浸漬時における酸化物ウィスカーの
生成に適する鋼材の予備酸化条件について詳細に線材の
温度と挙動時間の影響について検討し、次のような結論
を得た。

すなわち、温度としてはｇ００〜１０００°Ｃ９酸化時
間として１、左〜乙Ｏ秒が適当である。

先ず温度条件として、８００°Ｃ以下では、０４．２〜
／Ｓ、０秒の酸化時間でウィスカーの成長が殆ど認めら
れず、効果がない。

また７０００°Ｃ以」二ではウィスカーは成長するが、
得られた線材の結晶粒度が粗大となり靭性が劣化する。

このために温度条件としてはｇ００〜１０００°Ｃが望
ましい。

次に酸化時間の制限範囲として、１、５秒以下ではウィ
スカーが成長しないか、または成長しても線材表面全面
に生成せず、まだらになるため適切でない。一方、乙０
秒以−１−にするとウィスカ〒が生成しなくなる。従っ
て、酸化時間としては／Ｊ〜乙Ｏ秒間が適当である。

冷却水の温度としては、第３図かられかるように局部的
にも９０°Ｃ以上になることが避けられる温度であれば
良く、水温の制御しやすい範囲の所定温度とすることが
望ましく、通常２０〜７０°Ｃの間のｔキ定温度が適当
である。

次に本発明を適用する線利の化学成分範囲について説明
する。

線材圧延終了後１、５〜乙、θ秒！？Ｊｉ大気中で酸化
させた後、２０〜７０°Ｃの水槽中で冷却する方法の利
点としては、他の方法、例えば衝風冷却等よりも冷却速
度が一般に迷＜、鋼の焼入性を向」ニさせるＭｎ。

Ｃｒ、あるいはＮｉ等の合金元素の添加量を少なくする
ことができ、より経済的な方法である。

従って、本発明に用いる線材の化学成分は重量比でＯＯ
，／！；　〜０．３０％、５ＩＯ７０〜２０％、　Ｍｎ
　Ｏ，，２０〜、２．０％、残部が鉄および不可避的不
純物よりなるものが適当である。Ｃは０７５％以下では
十分な強度特性が得られず、０．３０％以上では焼入れ
の際に線材に焼割れが発生したり、以後の取扱いで折損
を生じる等のため、θ／ｊ〜０．３０Ｆｌ範囲に限定し
た。

Ｓｌは０．１０％以下では脱酸不良となり線材症が多発
する。２５０％以上では製品の靭性を劣化させるために
、０．７０〜２．０％に限定した。

ＭｎはＯ：ｙ、ｏ％以下ではやはり製鋼の段階で脱酸不
良の問題を起こす。また２刀％以上では靭性を劣化させ
るために０２０〜．２．０％の範囲に限定した。

尚、線材径に応じて焼入性を向上させるため、Ｃｒある
いはＢが添加される。

次に実施例について説明する。

第４図において、化学成分が０．２１％０，０．２７％
Ｓｉ、０．１／％Ｍｎ　、　ｏ、ｏｏｇｓ％Ｂの材料を
用い、線材圧延最終スタンドを通過した直径１０．ＯＴ
ｎπ、温度９００℃の線材１をレーイングヘッド２でコ
イル状とし、ローラーコンベア３」−で非同心円状に展
開し、続いて焼入水槽４に投入し、槽内コンベア６上で
搬送しながら、設定温度乙０°Ｃとした濡水５により冷
却、焼入した。このとき、レーイングヘッドでの捲き取
りから温水へ投入されるまでの酸化時間を本発明の範囲
である１秒間とした場合と、比較材として０７秒にした
場合の、２種類について実験を行った。

得られた線材のσ］張強さを測定した。第５図はその結
果を示す。

第５図（ａ）は酸化時間０．７秒の場合、第５図（ｂ）
４１１０秒の場合の引張強さのヒストグラムを示す。酸
化時間０７秒とした場合には引張強さがに０〜／ｌｆＯ
ｋｇ／ｍｔＡの範囲に変動している。

一方、本発明の範囲である酸化時間ｔｏ秒とした場合に
は、／乙ｊ〜／♂Ｏｋｇ／−と安定した強度の線材が得
られる。

（発明の効果） 以上、本発明法の熱間圧延線材の直接焼入方法によれば
、線材周辺の水温上昇が生じても、不完全゛焼入れ組織
となることがなく、均一組織の焼入線材が得られる。ま
た、拳法によれば焼入性を向上させる高価な合金元素を
多量に添加する必要がなく、より、経済的に焼入線材を
得る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は線材表面の酸化物ウィスカーの生成に対する酸
化時…１の効果を示す８３Ｍ写真で、（ａ）は仕上圧延
温度’／！；０００として、大気中で４秒間放冷し、ワ
Ｏ℃の温水中で冷却した線材のＳπＭ写真。 （ｂ）は仕上圧延温度かＯｏＣとして、９２秒間大気酸
化させた後、９０°Ｃの温水中に投入した線利の表面の
８３Ｍ写真、第２図は温水中腺材の冷却挙動を示す模式
図、第３図は線材冷却時に膜沸１１．ｔｉから核沸騰へ
と変化する温度に対する水温と線材の酸化時間の影響を
示す図、第４図は本発明の実施例を示す図、第５図は実
施例の効果を示す図で、（ａ）は酸化時間０７秒の場合
、　（＋））はグ０秒の場合のそれぞねす［張強さのヒ
スｉ・グラムを示ず。 １・・・ｆＭＩＡ、２・・・レーイングヘッド、３・・
・ローラーコンベア、４・・・焼入水槽、５・・・冷却
水、６・・槽内線材搬送用コンベア。 手続補正書 昭和乙Ｏ年り月／乙日 １、事件の表示 昭和タフ年特許願第２グア３９９号 ２、発明の名称 鋼線材の直接焼入方法 乙、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　　　　大阪市東区北浜夕下目／Ｓ番地名　称
　　　　　　（２／３　）住友電気工業株式会社代表者
　社長　川」二哲部 ４、代理人 住　所　Ｓ乙０　　大阪府豊中市螢池北町２丁目１番乙
号５、補正命令の日付 自発補正 ６、補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄 Ｚ補正の内容 明細書の特許請求の範囲を別紙のとおり補正する。 ２、特許請求の範囲 ／　熱間圧延された鋼線材を捲取り、ローラーもしくは
コンベア」−に非同心円状に展開して冷媒によって急冷
して焼を入れる直接熱処理方法において、線材の捲取温
度をｇ００〜１０００℃とし展開され、コイル状のま＼
で、酸化性雰囲気中で１、ｊ〜乙秒間暴露せしめた後に
、冷却水槽中に浸漬せしめることを特徴とする鋼線材の
直接焼入方法。 ！、　鋼線材は００．／！ｉ〜０３０％、Ｓｉθ７０〜
２０％。 Ｍｎ　Ｏ，，２０〜２、θ％、残部が鉄および不可避的
な不純物およびまたは微量の添加物よりなることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の鋼線材の直接焼入方
法。 手続補正書（方式） ％式％ 昭和Ｓヲ年特許願第、２／１７３ワ９号２、発明の名称 鋼線材の直接焼入方法 ６、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　　　　大阪市東区北浜Ｓ丁目ノ５番地名　称
　　　　　　（２７３）住友電気工業株式会社社長　川
−■−哲部 ４、代理人 住　所〒ｊ乙０　　大阪府豊中市螢池北町２丁目を番乙
号（電話　０乙−了１１３−．２．２２乙）昭和６７年
３月２５日 （上記は手続補正指令書（方式）の発送日）６、補正の
対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 Ｚ補正の内容 明細書第１／頁第７０行目〜第１乙行目の「第１図は・
・・・・・・・ＳＥＮ写真」を下記のとおり補正する。 ［第１図は線材表面の酸化物ウィスカーの生成に対する
酸化時間の効果を示す走査型電子顕微鏡写真で、（ａ）
は仕上圧延温度ｑｓｏ　０ａとして大気中で１秒間放冷
し、９０℃の濡水中で冷却した線材の金属組織写真、（
１））は仕上圧延温度ｑｓｏ　０ａとして０２秒間大気
酸化させた後、ｑＯＯＣの温水中に投入した線材の表面
の金属組織写真、」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱間圧延された鋼線材を捲取り、ローラーもしくは
   コンベア上に非同心円状に展開して冷媒によつて急冷し
   て焼を入れる直接熱処理方法において、線材の捲取温度
   を８００〜１０００℃とし展開され、コイル状のまゝで
   、酸化性雰囲気中で１．５〜６秒間暴露せしめた後に、
   冷却水槽中に浸漬せしめることを特徴とする鋼線材の直
   接焼入方法。 ２、鋼線材はＣ０．１５〜０．３０％、Ｓｉ０．１０〜
   ０．２０％、Ｍｎ０．２０〜２．０％、残部が鉄および
   不可避的な不純物およびまたは微量の添加物よりなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の鋼線材の直
   接焼入方法。