JPS6340850B2 - - Google Patents

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、高い引張り強さを有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。

（背景技術） 直接熱処理方法の条件は、例えば熱間圧延直後
の中、高炭素鋼線材（以下、単に線材と称す）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イン
グ処理材と同様にすることである。この線材を使
用することにより、線材径や製品品質仕様によつ
てはパ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10Kg／mm²
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42−15463
号）では、局所的急冷部がなく、かなり均質な線
材が得られるが、冷却力が弱く、強度不足であ
る。本法は強風により或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45−8536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46−
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10Kg／mm²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−
9826号）によつても、依然として抗張力が５〜７
Kg／mm²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℃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Ni、Cr、Ｖ、Mo、
Ｗ等の合金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、先ず鉛パテンテイング材並みの
強度を得るための所定の冷却速度を得、かつ核沸
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、鉛パテンテイ
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
流動させることの有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 鋼線材試料として11.0mmφのC0.8％、Si0.2％、
Mn0.68％のSWRH82B（JIS規格）の短尺の線材
を用い、950℃に無酸化雰囲気で加熱後、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℃の各種冷媒中に浸漬し、調整冷却
実験を行なつた。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１m²当り１
秒間に常温の空気５を吹込む条件（５／
sec・m²）では膜沸騰が安定して来ると共に、気
泡による攪乱のために強度が上昇して来る。

一方窒素を用いた(c)では、膜沸騰が安定せず、
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)と同様の結果であつ
た。このことから、空気とか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吹
込み、気泡として分散させると、78℃という大幅
な過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
より生じた気泡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
本発明における気水混相流体の特徴は気泡が時々
刻々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（cm／sec）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イング材並みの強度
を安定して出すに望ましい空気吹込み量は15／
sec・m²以上であるが、湯温では30／sec・m²以
上、空塔速度で表わすと３cm／sec以上となる。
空塔速度が20cm／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。従つて空塔速度は３〜20cm／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、(a)
温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つ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
の色が異つているのが判る。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℃×15min（N₂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℃×15min（N₂ガス中）→4.0秒空気酸
化→93℃空気使用の気水混相流体 ３…950℃×15min（N₂ガス中）→4.4秒空気酸
化→93℃温水 空気酸化時間としても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も
の以外は針状のウイ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つているものと考え
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
を行なつた。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(b)、(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℃以
上で変態完了前に核沸騰が発生せず、安定した
膜沸騰が得られ、強度の高い線材が得られ、80
℃近辺で引張強さ125Kg／mm²という鉛パテンテ
イ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℃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、
80℃でもマルテンサイト組織が発生しないが強
度が鉛パテンテイ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上
昇度合が大きい。

これらの結果により、冷媒の温度は70〜95℃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℃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イング並みの強度
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、必ず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、強度上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截断時の攪拌などの効果
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、所謂攪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つた。
SWRH82Bの13mmφの短尺の線材を用い、温水
に空気を吹込んだまゝ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イスクを設置
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。気泡の大き
さは前者で直径約５mm、後者で約１mmであるが、
前者の場合には時として10mm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３cm／
secを目標とした。

得られた結果を第４図に示す。明らかに細かい
粒の気泡の方が膜沸騰が安定であり、しかも強度
も高目となつている。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
が攪拌されるのでその攪拌による効果が、直接、
強度上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
とは膜沸騰の安定化に有効で特に、槽の大きい場
合には著効がある。尚、粒径は１mm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
却曲線を求めた。実験１と同じ10mmφの試料を用
い、空気酸化時間４秒、冷媒温度80℃の(a)温水、
(b)空気を用いた気水混相流体（空塔速度３cm／
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900〜650℃の範囲で15〜25℃／秒、変態が終
了した後630〜500℃の範囲で10〜15℃／秒に制御
されることが好ましい。900〜650℃の範囲で15
℃／秒未満では、変態温度が高温にずれ、強度不
足となり、25℃／秒を越えると、変態温度が低温
にずれ、場合によりパーライト変態でなく一部マ
ルテンサイト変態が生じて良くない。又630〜500
℃の範囲で10℃／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
度不足となり、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℃近辺で始まり、この
時２〜3Kcal／Kgsecの割合で冷却しなければな
らない。2Kcal／Kgsec未満では変態温度が高温
まで上昇し、強度不足となり、3Kcal／Kgsec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・アツプ（気体混相率）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
では気体混相率は0.1〜0.35であり、近似撹乱強
度は５〜７×10³erg／cm²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濃度は
冷媒温度75℃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℃とすれば、 ｙ−１／３ｘ＋35 に近似される。

気水混相流体よりなる冷媒を作るに当つて温水
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
素濃度は希釈される。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
テイ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つて来る
と、リング状コイルと冷媒との間の相対速度が大
きくなつて、リング内の位置によつては冷却速度
が過大となり、過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つた。

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１０図は本冷媒によつ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１０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つている。特
に冷媒温度が低い場合にこの傾向が大きい。従つ
てコイル全表にわたつてより均一な組織、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つて、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
つきが小さくなつているのが判る。冷媒の流動速
度は目標とする強度によつ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、一石二鳥である。

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、それらに応じ適
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により送られたきた熱間圧延さ
れた鋼線材１はレイイング・ヘツド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１mm前後の酸化性気泡１１の多数が均一に
分散した気水混相流体であつて、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１mm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１０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９を用いて気泡径を略１mm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
デイ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
部より行なつても良い。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
密となつており、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
循環系を附設してある。この系は所定の温度に維
持された温水１３を収容する槽１４、送水管１
２、と循環用ポンプ１６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１７に
より冷媒８中より引き上げられ、集束機１８に集
束される。

実施例 ２ 熱間圧延された11.0mmφのC0.82％、Mn0.72
％、Si0.22％のSWRH82B（JIS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920℃で、水冷ノズルで850℃に予備冷却した
後リング径1050mm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10cm／
秒、気体混合率は約0.2であつた。

熱処理槽内のコンベア７の速度を0.4ｍ／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秒処理した後槽
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40cm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
テンテイング並みの平均126Kg／mm²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／mm²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はフツ
クコンベア２０のフツ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ツ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有せしめた溶液或
は懸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PVA（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度迄、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℃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
性気泡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、過冷沸騰冷却においても核沸騰を誘発せ
ず、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
ので相対流速によつて生ずるリング内の冷却条
件の変化を消去できるので鉛パテンテイング並
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。

(ロ) 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、平衡蒸気圧に向つて大
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70〜100℃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
前図の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１３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１５図Ａ，Ｂ，Ｃ
は線材の表面組織を示す電子顕微鏡写真である。 １……熱間圧延された線材、２……ピンチ・ロ
ール、３……レイング・ヘツド、４……リング状
コイル、５……コンベア、６……熱処理槽、７…
…水平コンベア、８……冷媒、９……泡切断機、
１０……気体供給パイプ、１１……酸化性気泡、
１２……送水管、１３……温水、１４……温水
槽、１５……熱交換器、１６……循環用ポンプ、
１７……傾斜コンベア、１８……集束機、１９…
…撹拌機、２０……フツクコンベア。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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移送しながら強
   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℃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、微細なパーラ
   イト組織へと変態させるように調整冷却して直接
   熱処理する方法において、前記酸化性気泡の直径
   を略１mm前後のものに調整し、該冷媒をコイルの
   通過方向と同一方向に、かつ、冷媒をコイルの移
   動速度と略同一速度で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。 ２ 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≧−１／３ｘ＋35 であ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 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項
   記載の直接熱処理方法。 ４ 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、３項記載の直接熱処理方
   法。 ５ 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項記載の直接熱処理方法。 ６ 気水混相流体が気体混相率0.1〜0.35、空搭
   速度３〜20cm／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項記載の直接熱
   処理方法。 ７ 冷媒の撹乱強度が５〜７×10³erg／cm²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項記載の直接熱処理方
   法。 ９ 調整冷却が、鋼線材の冷却速度を900〜650℃
   の範囲で15〜25℃／sec、変態がほぼ終了した後
   630〜500℃の範囲で10〜15℃／sec、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項記載の直接熱処理方法。 １０ 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つて主とし
   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項記載の直
   接熱処理方法。 １１ 均一に分散した気泡は槽に供給時乃至供給
   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項記載の直接熱処理方法。 １２ 気水混相流体を構成する水が、熱伝導率を
   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項記載の直
   接熱処理方法。 １３ 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、１２項記載の直接熱処理方法。 １４ 圧延された高温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、線材の移送方向と
   同方向に冷媒を流動させ、移送速度と略同一の速
   度で流動させるように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
   る直接熱処理方法。 １５ 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ことを
   特徴とする特許請求の範囲第１４項記載の直接熱
   処理装置。 １６ 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ツクコ
   ンベアであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １４項記載の直接熱処理装置。 １７ 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裁断する
   泡切り器を設けたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１４、１５、１６項記載の直接熱処理装置。 １８ 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１７項記載の直接熱処理装置。 １９ 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
   る特許請求の範囲第１４、１５、１６、１７、１
   ８項記載の直接熱処理装置。 ２０ 泡切り器が、小孔を多数設けた回転デイス
   クにより成形されてなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１７項記載の直接熱処理装置。 ２１ 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１７項記載の直接熱
   処理装置。 ２２ 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１４、１５、１
   ６、１７、１８、１９、２０、２１項記載の直接
   熱処理装置。 ２３ 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
   １４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２
   １、２２項記載の直接熱処理装置。