JPS6324048B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は熱間圧延直後の中・高炭素鋼線材の直
接熱処理方法および装置に係わる。 ［従来技術］ 鋼片を熱間圧延して製造した中．高炭素鋼線材
には、冷間加工性を改善し、抗張力を上げるた
め、通常伸線加工する前に、線材を微細なパーラ
イト組織とするため、パテンチング処理が施され
る。 鉛パテンチング法は最も古くから知られた方法
であり、線材を850℃以上に加熱して約450〜650
℃の溶融鉛浴に連続的に浸漬するという冷却条件
によつて処理する方法であり、この方法で得られ
た線材の加工性と機械的性能は良好である。 また、線材を再加熱してそれに冷空気を吹き付
けるなどして調整冷却によつてパテンチングす
る、いわゆる空気パテンチング法も簡便な方法と
して広く使用されている。 しかしながら、これらの方法は常温になつた線
材を再加熱して行うので、再加熱やその作業のた
め別の設備、人員を必要とし、コスト高となるこ
とは免れない。 これに対し、熱間圧延された高温の線材を直接
制御冷却することによつて、上述のパテンチング
した線材と同等の性質を有する線材とする直接パ
テンチング法が開発され、これにより再加熱工程
が省略でき、工程を低コスト化できるので、これ
また広く使用される状況にある。 この直接制御冷却法には、各種の方法がある
が、その中でも圧延された線材を一定温度の温水
中で冷却する方法はその設備の簡便さ、操業の低
コストから高く評価されている。温水を用いて冷
却すると冷水の場合と異なり、高温の線材の表面
に、一様に水蒸気の膜を生じて、いわゆる膜沸騰
現象となり、鋼材と温水との直接接触が避けら
れ、冷却速度が緩和され、湯温が適切であれば、
直接パテンチング処理に適した冷却速度が得ら
れ、微細パーライト組織の線材が得られるもので
ある。 ［解決すべき問題点］ ところで、前記処理を施す線材は、その原材で
あるビレツト製造の連続鋳造の段階で、中心偏析
を生じないように、電磁撹拌処理を施したものが
使用されるのであるが、なかにはミクロ偏析部を
有するビレツトも含まれることがある。 このミクロ偏析部の焼入性は著しく大きいの
で、通常の制御冷却処理では、マルテンサイト組
織を生じて加工性のない製品となる場合もある。 また、上述のようなミクロ偏析部を有しないビ
レツトであつても、設備、作業上の諸問題によ
り、冷却速度のバラツキが大きく、局所的に過剰
冷却によつてマルテンサイト組織を生じることも
ある。 ［問題点解決の手段］ 第１図に高炭素鋼とその偏析部のCCT曲線
（連続冷却変態図）を示す。 図において、P_sはオーステナイト→パーライト
開始曲線を示し、P_fはオーステナイト→パーライ
ト終了曲線を示す。 通常の制御冷却においては、線材はPQRに沿
つて冷却される。なお、P_s通過でパーライト変態
を開始するが、P_fを越えることなく点線CDに達
すると変態の進行を中止し、そのまま冷却されて
Ms点まで過冷され、ここでマルテンサイト変態
を開始してマルテンサイト・パーライト組織で終
わる。またP_sと交わることなく急冷されるとマル
テンサイト変態を開始し、マルテンサイト組織で
終わる。 均質は中．炭素鋼線材のパテンチングでは熱処
理時間は30秒もあれば充分であるがミクロ偏析部
では、Ｃ，Mnなどが1.2〜2.0倍となり、焼入性
が大きく、この場合、変態に数分の時間を要す
る。 また、すでに若干触れたが、均質であつても強
制冷却、気水冷却、温水冷却など、いずれも重層
非同心リング状態におく冷却によるものでは、冷
却速度にバラツキが大きく、局所的に過冷却が生
じ、マルテンサイト組織を生じる。 本発明ではこのような異常冷却や材料の中心偏
析に起因する未変態残留オーステナイト組織を完
全にパーライト変態させ、すでに局所的にマルテ
ンサイト組織が発生している場合には、充分に焼
もどし処理を加て有害度を低減させるようにしよ
うとするものである。 中．高炭素鋼線材を、例えば温水中に浸漬して
直接パテンチング処理を施した場合、オーステナ
イト→パーライト終了曲線を通過した時点で、線
材温度は450〜630℃の領域にあり、前記中・高炭
素鋼線材にある偏析部分はなお未変態残留オース
テナイト組織として残つているがこれが前記第１
図に示すP_fを出た直後、450〜630℃の温度にあ
り、この温度で前記偏析部のＣ，Mn等の含有量
の高い未変態残留オーステナイト組織に対する変
態領域（図では点線P′_s，P′_fで示す）を通過し、
PQSの温度、時間経路を採るようにすれば、残
留オーステナイト組織も完全にパーライト変態を
行うことができ、局所的に既発生のマルテンサイ
ト組織も充分に焼もどし処理することができ、有
害度を低減させることができる。 なお前記450℃は、これ以下となれば、パーラ
イトに変態中のオーステナイト組織はパーライト
組織に変態することなく、オーステナイトとして
残留を生ずる温度であり、630℃は、これ以上と
なれば、得られた材料がより軟化しやすい温度で
ある。 前記未変態残留オーステナイト組織のパーライ
トへの変態に要する時間は60〜300秒であり、本
発明は中・高炭素鋼線材に対する通常の制御冷却
の直後に、前記線材を450〜630℃の温度領域で、
60〜300秒恒温保持して、過剰冷却によるオース
テナイト組織を完全にパーライト変態させ、すで
にマルテンサイト組織を一部に発生させている部
分に、十分に焼もどし効果を与える連続的な直接
熱処理方法にある。なお、前記未変態残留オース
テナイトのパーライトへの変態に要する下限時間
60秒は、これ以下ではオーステナイトが残存する
限度を示す時間であり、上限時間300秒は、これ
以上は処理上不要であり、且つこれ以上にわたり
処理するとすれば、設備が大きくなり、不経済で
あることを意味している。 また本発明は上述のような直接熱処理方法を実
現する装置を提供するものであり、端的にいえ
ば、通常の制御冷却領域の直下流で、連続的に搬
出される非同心リング状線材のリングピツチを、
さきの制御冷却領域よりも凡そ1/10程度に密とす
る搬出コンベアを囲んで熱保持槽を設け、密に重
層された非同心リング状線材が、熱保持槽通過中
に、450〜630℃において60〜300秒保持され、徐
冷できるように構成したものである。 第２図に本発明実施装置の一例を示す。 図において１は熱間圧延されて供給される中・
高炭素鋼線材を示し、２は線材１をつかみ込むピ
ンチローラーであり、ループレイヤー３によつて
線材１は円形状に巻き落される。 ５は水平コンベアであり、６は水平コンベア５
に連接する下方傾斜チエンコンベアであり、その
下端は熱処理槽７の中にある。下方傾斜チエンコ
ンベア６に連接して、前記熱処理槽７中に傾斜チ
エンコンベア９が設けられ、このチエンコンベア
９に順次連接してカスケード状に、上方傾斜チエ
ンコンベア９が設けられ、最終的に上方傾斜チエ
ンコンベア１１が設けられ、前記上方傾斜チエン
コンベア１１は搬出コンベア１２と連接する。 多段カスケード状の上方傾斜チエンコンベア９
と該チエンコンベア９の各段に段差、速度差、チ
エン幅員差を設け、上方傾斜コンベア１１と搬出
コンベア１２との間にも落差と速度差をもたせ、
後述の非同心リング状コイル４のコンベアからコ
ンベアへの移動、搬出ローラーコンベア１２にお
ける非同心リング状線材４のリングピツチ密度の
高い配列移送を容易ならしめている。 搬出ローラーコンベア１２を覆つて、第２図断
面Ａ―A′で示す、第３図図示のような熱保持槽
１３として構成されている。図において、熱保持
槽１３は保温カバーを備え、蓋１４により一側で
開放できるように形成され、対流促進フアン１
５、加熱源１６を備え、下部に搬出コンベア１２
が通過する。 搬出コンベア１２に連接して、更に搬出チエン
コンベア１７が設けられ、搬出チエンコンベア１
７に集束機１８が連接して設けられる。 一方、第２図において３２は冷水槽であり、３
３は温水貯槽であり、３１は冷却塔である。温水
貯槽３３および冷水槽３２よりの冷水は、ポンプ
Ｐにより温水冷水混合器４２で混合され、所定温
度で熱処理槽７の線材浸漬側の端より内部に流入
され、線材引上げ側の端より温水貯槽３３にもど
り、その一部は冷却塔３１により冷却され、冷水
槽３２に貯水される。 また３９は、熱処理槽７の長手方向下面に取付
けられた複数のノズル４０に対する酸化ガス配管
であり、４１は気泡切断装置である。 温水冷水混合器４２により、60〜100℃の一定
温度に調節された冷媒８は熱処理槽７の線材浸漬
側と同方向より吐出されるが、この場合、熱処理
槽７における流速は線材４の移動速度とほぼ同速
度とされる。また複数のノズル４０により、酸化
性ガス、例えば空気を熱処理槽７の各位置で吹き
込むこともできる。複数のノズル４０による酸化
性ガスは温水とともに気水混合の状態で線材４の
冷却条件の安定化、均等化に寄与するものであ
る。同時に、特定位置におけるノズル４０よりの
酸化性ガスの部分吹込みは、温水の撹乱効果をも
有している。 以上の部分は冷媒供給部で説明であるが、冷媒
を空気のみによる場合があり、このような場合、
冷媒供給部としてブロワーと熱処理各位置に対す
る空気ノズルが用意される。 ここで、温水が60〜100℃の一定温度に保たれ、
気泡含有率0.1〜0.35の酸化性の気水混相流体冷
媒による本発明実施の一例を説明する。 850℃以上にある圧延された中．高炭素鋼線材
１はループレイヤー３によりリング状に巻き落さ
れ、水平コンベア５上でリングピツチ30〜200mm
の非同心リング状線材４として、下方傾斜チエン
コンベア６上を移動し、前記混合流体冷媒に浸漬
され、全長ほぼ均一に、オーステナイトの大部分
を微細パーライト組織へと変態する。 線材温度450〜630℃の所定温度で冷媒外に引上
げるが、この場合、上方傾斜チヤンコンベア１１
と搬出コンベア１２の段差、速度差を利用して、
搬出ローラーコンベア１２上に、リングピツチを
３〜30mmとして、密に重層された状態で移され
る。これは浸漬時のリングピツチの約1/10程度の
リングピツチである。この状態は第４図に示され
る。 すでに説明したように、搬出コンベア１２を覆
つて熱保持槽１３が構成されており、通常なら
ば、前記の密に重層された非同心リング状線材４
は450〜630℃の温度範囲にあり、熱保持槽１３の
長さ、および搬出コンベア１２の速度の関係によ
り、移動中にある前記線材４を60〜300秒、熱保
持槽１３中にとどめ、これにより残留オーステラ
イトをパーライトに変態させ、既発生のマルテン
サイトを焼きもどす。前記線材４は徐冷の状態で
熱保持槽１３より出て、集束機１８より束通りさ
れる。 なお対流促進フアン１５は熱保持槽１３におけ
る温度の均一化をはかる目的で使用され、加熱源
１６は若干とも槽内温度不足の際使用される。 本発明方法の効果を確認するため、鋼種SWR
H82Bを12.0φに圧延した線材の均質材と偏析保
有材について、表１に示す制御冷却を行うととも
に、熱保持処理を施したものと施さないものにつ
いて、その抗張力と組織を調査した。

【表】 熱保持処理を加える本発明によれば、過冷沸騰
冷却にしばしば生ずる局所過冷による表皮部のマ
ルテンサイトが防止されるとともに、偏析を保有
している材料においては中心部の帯状マルテンサ
イトを防止することができる。 本発明は前述のような温水制御冷却、気水混合
流体冷媒による制御冷却のほか、空気吹付けによ
る衝風制御冷却による中．高炭素鋼線材の処理に
も適用することができる。 一方装置は、単に偏析保有材のみならず、均質
材でも、その処理によつて部分マルテンサイト組
織が生じるような処理条件によるものにも適用で
き、本発明の装置自体はこの種制御冷却による
中・高炭素鋼線材の処理のほかステンレス鋼線
材、一般鋼線材の熱処理に使用できる。 ［効果］ 連鋳材では、中心偏析は容易に避けられない
が、このため線材中に生ずる焼入性の著しく大き
いミクロ偏析部も熱保持工程における500〜600℃
で60〜300秒の時間で、パーライト変態を生じて
微細なパーライト組織となり、マルテンサイト組
織とはならず、また均質材の場合でも冷却条件の
バラツキからしばしば生ずる局所的マルテンサイ
トも熱保持工程によつて正常部と同様な組織とな
つて均質な製品が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明説明のため中．高炭素鋼線材の
連続冷却変態図を示す。第２図は本発明装置の実
施例である。第３図は熱保持槽断面図である。第
４図は上方傾斜チエンコンベアと搬出ローラーコ
ンベアにおける線材４のリングピツチ差の説明図
である。 １……線材、２……ピンチローラー、３……ル
ープレイヤー、４……非同心リング状線材、５…
…水平コンベア、６……下方傾斜チエンコンベ
ア、７……熱処理槽、８……冷媒、９……上方傾
斜チエンコンベア、１１……上方傾斜チエンコン
ベア、１２……搬出ローラーコンベア、１３……
熱保持槽、、１５……対流促進フアン、１６……
加熱源、１７……搬出チエンコンベア、１８……
集束機、３１……冷却塔、３２……冷水槽、３３
……温水貯槽、３９……酸化ガス配管、４０……
ノズル、４２……冷水温水混合器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱間圧延直後の線材を非同心リング状線材と
   してコンベア上を移送しつつ、冷媒中で制御冷却
   して線材全長ほぼ均一に、オーステナイトの大部
   分を微細パーライト組織へと変態させたのち、前
   記非同心リング状線材のリングピツチを密にし
   て、450〜630℃で60〜300秒保持し、残存オース
   テナイトをパーライト変態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。 ２ 熱間圧延直後の線材をリングピツチ30〜200
   mmの非同心リング状線材として形成し、制御冷却
   後、前記リングピツチを３〜30mmとすることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の中．高炭素
   鋼線材の直接熱処理方法。 ３ 制御冷却として温水浸漬冷却、気水混合流体
   冷媒浸漬冷却または衝風冷却が用いられることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の中．高炭素鋼線材の直接熱処理方法。 ４ すくなくとも線材を巻き落すループレイヤー
   と、前記線材を非同心リング状に移送する水平コ
   ンベアと、熱処理槽に送る下方傾斜チエンコンベ
   アと、熱処理槽内の多段カスケード状のチエンコ
   ンベアと上方傾斜引出しチエンコンベアと該コン
   ベアと落差と速度差をもつ搬出コンベアと該搬出
   コンベアを覆う熱保持槽を備え、且つ熱処理槽に
   対する冷媒供給装置を備えることを特徴とする鋼
   線材の熱処理装置。 ５ 熱保持槽に対流促進フアンおよび加熱源を備
   えることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
   の鋼線材の熱処理装置。 ６ 冷媒供給装置として温度調節した温水供給装
   置と酸化性ガス供給装置が設けられることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項または第５項記載の
   鋼線材の直接熱処理装置。