JPS63266019A - 金属材の無酸化誘導熱処理方法 - 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】 人、産業上の利用分野 本発明は金属材の無酸化誘導熱処理方法に係り、特に誘
導加熱によって加熱した後にプラズマ、トーチを熱源と
して加熱し九雰囲気ガスによって、熱処理温度に金属材
を均熱化する無酸化誘導熱処理方法に関する。

Ｂ０発明の概要 本発明は被処理材である金属材に対する熱処理方法とし
て誘導加熱方法の利点を生かしながら、被処理材の加熱
温度の均一化と、必要とする時間内の熱処理温度維持の
安定化を図ると共に無酸化雰囲気内での熱処理全可能と
するために、誘導加熱炉とプラズマ、トーチを熱源とす
る雰囲気ガスチャンバー炉と冷却装置とを組合せて無酸
化熱処理装置を構成し、被処理材を誘導加熱炉で許容加
熱温度θ土Δθ℃に加熱しｔ後に、熱処理のための許容
処理温度Ｔ土ΔＴＣに加熱され九雰囲気ガス流が流通す
る雰囲気ガスチャンバー炉へ搬送して均熱化を行つ九後
冷却装置で冷却して、被処理材の熱処理温度の安定化や
熱分布の均等化を図ると共に、処理工種の簡略化と工数
削減等１図る金属材の無酸化誘導熱処理方法を提供し几
ものである。

Ｃ１従来の技術 ワークと非接触に且つワーク自身に発熱を生じる誘導加
熱を用い急熱処理方法は種々に提供されており、その適
用対象も広範囲に拡大している。

誘導加熱は、急速加熱を可能とし、又装置の据付けに要
するスペースが少なくてよく、温度制御の容易さや再現
性にも優れている等、従来の加熱方法にない利点を備え
ている。この九め誘導加熱全インラインに採用して、ラ
イン内で連続し交熱処理を行うことが可能となった。例
えばパイプ製ステンレス、パイプである場合には、溶接
部の耐蝕性を回復することを主目的とし急熱処理、即ち
情態化処理を施すことが行なわれている。情態化処理と
は、被処理材であるパイプ？　１．１００〜１．２００
ｔＳ度の温度に加熱し、その温度（約１．１００℃以上
）にて一定時間（例えば５０〜１００秒）保持して結晶
粒界等に析出している炭素等を結晶粒内に充分拡散固溶
しｔ後、急速冷却（水冷等）を行なうものである。

上記溶卵化処理装置には電気炉やバーナ炉が用いられる
場合と高周波、中周波の誘導加熱コイルが用いられる場
合があるａｔ電気炉バーナ炉を用いるときは、被処理材
を炉内に滞留せしめ九まま加熱→保温→急冷が行なわれ
るので、電気炉やバーナ炉と別に保温炉は必要がない。

しかるに、素材を移動させながら連続的にパイプを製造
する装置にあっては、パイプを移動させなから情態化処
理を行なうことが要求され、それには上記の高周波、中
周波の誘導加熱コイルを用いるのが最も適している。そ
して、この場合は加熱コイル２別に保温炉を設けて、被
処理材の情態化処理の安定化を図る手段が必要であつ九
。

Ｄ１発明が解決しようとする問題点 上記のように誘導加熱方法では熱処理の実施に誘導加熱
方法の利点全生かしても、冶金反応、化学反応等に必要
なｍ度精度、例えば設定温度Ｔ’Ｃに対してＴ−５℃と
いうようなせまい温度範囲内に被処理材を均熱する加熱
や、前記情態化処理のように反応完了まで一定温度を維
持する必要かある熱処理での加熱には改善全装する点か
あつ友。

ま友被処理材の肉厚の変動、移動速度の変動、加熱コイ
ル内での位置の変動等の外乱によって刃口熱温度の変動
が生じ易いという欠点も有った。

例えば第３図に示す棒材１０１やパイプ材１０２　′に
加熱コイル１０３の内部を通過せしめながら誘導加熱す
ると、図に示す棒材１０１やパイプ材１０２の外表面の
昇温温度θ　と内部の昇温温度θＣには、誘導加熱の表
皮効果による偏差が生じてθ、〉θ。

の温度差が生じやすい、この温度差の解消のため熱の移
動によって均熱化を図るが、例えば上記素材に熱処理を
施す場合、その熱処理にとって必要な許容処理温度Ｔ土
ΔＴ’Ｃに、素材の内外部の温度を均一に加熱すること
は容易ではなく、第４図に示すように内外部の均熱を図
っていく過穆で熱処理に要求されている許容処理温度を
外れることが生じ易い。図中に示すように素材の外表面
の温Ｉｊｔθに、に内部の温度をθｃ１に加熱すると内
外部の均熱を図ってゆく過穆で温度が許容処理温度Ｔ土
ΔＴ℃以下になってしまう。ま九このような不具合を生
じないために上記素材の外表面の昇温温度θ　と内部の
昇温温度θＣを更に高い温度θＩｓ４およびθｃ２まで
誘導加熱すると、許容加熱温度θ土Δθ℃以上の温度ま
で昇温される几め素材に結晶粒の粗大化等の悪影響が出
て好ましくない。

この几めに上記の問題点の解決の九めにインラインの場
合加熱コイルを腹数に配設して、そこを通過するときに
何段階にも分けて誘導加熱全実施する方法やバッチ処理
の場合加熱〜休止〜加熱を繰り返して実施して、素材の
内外部の均熱化を図りながら昇温する方法等が行われて
き次。しかし上記方法の実施にあ九っては設備の増大と
、それに併う処理手順や制御の複雑化をもｔらして、高
精度の設定温度に、素材を均熱に加熱することを誘導加
熱だけで行うことは困難な点があった。

誘導加熱の場合、ｗｃｓ図に示す加熱コイル１０３内で
被処理材（パイプ材）１０２が加熱コイル１０３の中心
位置から偏心ｔｔしてい＊ｂ、被処理材１０４の肉厚ｔ
！に偏差があったりすると、第６図に示すように加熱；
イル１０３とのギャップが大きい部分やまｔは肉厚が大
である部分の温度が低くなるなど近接効果や肉厚の影響
などによって円周方向にも温度のバラツキが生じ易い。

被処理材が肉厚の薄い平板である場合にも板幅方向に温
度の不均一が生じやすく、直交磁束型の加熱コイルで誘
導加熱し九時には、両端のエツジ部がオーツ（−ヒート
□じやすい。また長尺の棒材や）（イブ材、板材等の被
処理材の長さ方向の先端部や後端部でも、材料の不連続
性により温度分布の不均一な部分が生じやすい、この場
合、一般に磁性材でに端部の温度は高くなり、非磁性材
では低くなる。

この次め上記の被処理材のエツジ部や先端部。

後端部は性能が劣化しやすいので加熱後に棄却されるこ
とが多く、材料のロスが生じて不経済であり九。

本発明は上記問題点に鑑み創出されたものであシ、誘導
加熱による熱処理方法の利点を生かしつつ、被処理材の
加熱温度の均一化と、熱処理温度維持の安定化を図ると
共に、無酸化雰囲気内での熱処理により酸化を防止する
無酸化誘導熱処理方法の提供を目的とする。

Ｅ０問題点を解決する友めの手段 この友めに用いる本発明の具体的手段は誘導加熱炉とプ
ラズマ、トーチ全熱源とする雰囲気ガス装置ｔを構成し
、搬送され友金属材′ｌｊｒ誘導加熱炉にて許容加熱温
度θ−Δθ℃に加熱し九後、熱処理の友めの許容処理温
度Ｔ±ΔＴ’Ｃ（但しＴ＋ΔＴ’Ｃ＜θ＋Δθ℃および
Ｔ−ΔＴ℃＞５−４０℃）に加熱され九雰囲気ガス流が
流通する雰曲気ガスチャンバー炉に搬送してＴ−ΔＴ’
Ｃに均熱化を行つ念後、冷却装置に搬送して冷却するこ
とを特徴とする。

１９作用 上記手段を用いることにより、被処理材は誘導加熱炉に
よって急速に加熱され、許容加熱温度θ土Δθ℃に昇温
し、プラズマ、トーチを熱源とする雰囲気ガスチャンバ
ー炉に搬送される間に許容処理温度Ｔ−ΔＴ℃に均熱化
され、必要時間を熱処理設定温度に維持されると共に、
上記一連の処理は無酸化雰囲気ガスの中で行われて、被
処理材の熱処理品質が向上する。

Ｇ、実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照して詳細に
説明する。第１図は本発明の実施例の熱処理装置の構成
を示す説明図であシ、第２図は被処理材の加熱〜冷却に
至る熱処理工種の温度分布図である。

本発明の実施例の熱処理装ｒｊＩｔは第１図に示すよう
に誘導加熱炉３とプラズマ６トーチを熱源とする＃１ｆ
ｆｌ気ガスチャンバー炉６と冷ガスによる冷却袋［５か
ら概ね構成されており、上記の誘導加熱炉３と雰囲気ガ
スチャンバー炉６と冷却装置５は順次連設され、炉内は
トンネル状に連通してインライン構成されている。炉の
内外には被処理材１を搬入量する搬送機構としてロール
２，７．８が配設され、設定し九搬送速度で被処理材１
を搬送する。

誘導加熱炉３は加熱コイル３＆を炉内に構成し、昇囲気
ガスチャンバー炉６にはプラズマ、トーチが配設されて
いる。プラズマ、トーチＪ　ｆｌ熱交換効率が高く、非
燃焼発熱体として非常に優れ比特性を有するもので、加
熱媒体はプラズマ自身ではなくプラズマによって加熱さ
れ次高温ガスである。

プラズマ、トーチ４には図示しないガス供給源から炉内
へ雰囲気ガス９が供給されている。雰囲気ガス９として
は例えば、水素Ｈ！や水素を含む混合ガスやその他の還
元性ガスを使用したり、窒素Ｎ２やアルゴンＡｒその他
の中性ガス等が使用される。

冷却装置５は被処理材１を効率よく冷却するように非酸
化性の冷却用ガス吹出口を配設している。

以上のように構成された装置における熱処理方法を説明
する。

いま、被処理材１の熱処理の念めの許容処理温度を・・
・・・・Ｔ圭ΔＴ’Ｃとする。

但しＴ±ΔＴ’Ｃは被処理材１の変態点温度等により個
別に設定される温度範囲である。まｔ、加熱の際の許容
加熱温度を・・・１１．θ土Δθ。ト定あう。

但し、θ十Δθ℃（上限温度）は熱処理における被処理
材ｌに結晶粒の粗大化が生じない温度であり、θ−Δθ
℃（下限温度）は均熱化するｔめの必要な温度であり、
上記設定温度の間は通常Ｔ＋ΔＴ℃＜θ＋Δθ℃ＩＴ−
ΔＴ’Ｃ＞θ−Δθ℃の関係にある。

以下第２図に示すように被処理材１が搬送機構のガイド
ロール２によって誘導加熱炉３に搬入され、誘導加熱に
よって被処理材１を急速に加熱し、その高温部位、即ち
外表面がθ＋Δθ℃以下に、また低温部位である内部温
度がθ−Δθ℃以上になるように昇温する。被処理材１
が搬送されて誘導加熱炉３の加熱コイル３ａ終端に至っ
た時、被処理材１の外表面と内部の温度差は最大限に達
している。

一方熱源としてプラズマ　トーチ４全備えた雰囲気ガス
チャンバー炉６では雰囲気ガス流９がプラズマ、トーチ
４によってＴ±ΔＴ’Ｃに加熱されるとともにトンネル
状炉内を流れて誘導加熱炉３の入口へと吹出している。

これによシ中間ロール７を経由して雰囲気ガスチャンバ
ー炉６内にかけての均熱化ゾーンで被処理材１は、Ｔ土
ΔＴ’Ｃに加熱され几雰囲気ガス流９に接触して均熱化
され、外表面と内部との温度差は少なくなっていくと共
に、熱処理温度であるＴ土ΔＴ’Ｃになる。そして１１
３１℃に所定時間を保温ゾーンで保温されて熱処理が安
定的に行われて搬送され、冷却袋＠Ｓの冷却用ガスの吹
出しによって冷却されて大気中に搬出される。

なお、上記の説明で雰囲気チャンバー炉６の炉長を長く
して、保温ゾーンを一定長にわたって設けであるが、こ
れはステンレス鋼の情態化処理等の熱処理に必要である
が、焼鈍し等の一般的熱処理の場合には均熱化ゾーンだ
けでもよく、従って雰囲気ガスチャンバー炉の長さを短
く構成してもよい。ま次被処理材１が板材である場合に
は、プラズマ、トーチからの雰囲気ガスが板材の両面に
流れるガス流となるように、プラズマ、トーチの配設を
行うようにする。本実施例ではプラズマ。

トーチに供給されて加熱され次雰囲気ガスに誘導加熱炉
入口から大気中へ吹き出す解放形式であるが、雰囲気ガ
スを大気中に放出せずに誘導加熱炉の入口からプラズマ
、トーチ部へ循環させて再使用する循環形式とすること
も可能であり、その他実施にあ念っては種々の実施態様
をとることは当然である。

Ｈ２発明の効果 以上、説明したように本発明は被処理材を誘導加熱炉に
より、許容加熱温度範囲内に急速に加熱した後に、プラ
ズマ、トーチを熱源として許容処理温度に加熱された無
酸化ガスチャンバー炉へ搬送して許容処理温度範囲内に
均熱化して熱処理を行うので、従来の誘導加熱のみによ
る熱処理方法で生じやすかつ几許容加熱温度を越えた被
処理材の加熱や、被処理材を熱処理温度範囲内に加熱す
る際の不安定や被処理材の温度分布の不均等や過熱によ
る結晶粒の粗大化に伴なう性能の劣化等が解放されて、
熱処理が各種の外乱を受けることなく容易に、正確に実
施可能となると共に、所定温度にて所定時間保温するこ
とも容易となり、また表皮効果や近接効果等妨導加熱に
特有の温度偏差板 は解放されて被処理材の材料ロスは生じない。

本発明による熱処理方法は、電気炉やバーナ炉等による
従来の一般の熱処理では困難であった熱処理条件の迅速
な変更や切換えが可能であり、被処理材の材質や板厚、
サイズ移送速度等の変更にフレキシブルに対応し熱処理
条件の切換えが即応可能となると共に、誘導加熱により
急速加熱を行なうのでインラインでの連続した熱処理も
可能となシ、設置に要するスペースの低減、熱処理時間
の短縮化、熱処理における品質の向上が図らねる。

なお、また無酸化熱処理が可能であるので熱処理後の酸
先工穆や酸洗設備等も必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の熱処理装置の構成を示す説明
図で、第２図は熱処理工程の温度分布図である。第３図
は誘導加熱による被処理材の表皮効果の説明図であシ、
第４図はその偏差を示す温度分布図である。第５図は誘
導加熱による被処理材の近接効果の説明図であり、第６
図はその偏差を示す温度分布図である。 １・・・被処理材、３・・・誘導加熱炉、４・・・プラ
ズマ。 トーチ、５・・・冷却装置、６・・・雰囲気ガスチャン
バー炉、９・・・雰囲気ガス、θ土Δθ°Ｃ二・・・許
容加熱温度、Ｔ土ΔＴ−ｔ＜許容処理温度。 第３図 第４図 口、工い兵　　”４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 誘導加熱炉とプラズマ、トーチを熱源とする雰囲気ガス
   チャンバー炉と冷却装置とを順次組合せて無酸化熱処理
   装置を構成し、 搬送された金属材を誘導加熱炉にて許容加熱温度θ±Δ
   θ℃に加熱した後に、熱処理のための許容処理温度Ｔ±
   ΔＴ℃（但しＴ＋ΔＴ℃＜θ＋Δθ℃およびＴ−ΔＴ℃
   ＞θ−Δθ℃）に加熱された雰囲気ガス流が流通する雰
   囲気ガスチャンバー炉に搬送してＴ±ΔＴ℃に均熱化を
   行つた後、冷却装置に搬送して冷却することを特徴とす
   る金属材の無酸化誘導熱処理方法。