JPS6396220A

JPS6396220A - 鋼管の焼入れ方法

Info

Publication number: JPS6396220A
Application number: JP24200186A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Motoda; 元田　邦昭; Toshiichi Masuda; 敏一増田; Toshihisa Tagami; 田上　俊久
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1986-10-14
Filing date: 1986-10-14
Publication date: 1988-04-27

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】〈産業上の利用分野〉本発明は、焼入割れのない鋼管の焼入れ方法に係り、特
に、焼割れの発生しやすい、例えばＣ：０．３０％以上
の成分系を有する鋼管の焼入れ焼戻し熱処理方法に間す
る。

〈従来の技術〉焼入れ焼戻し熱処理は、鋼材に適当な強度、靭性を付与
するのに有効な方法の一つとして、一般的に広く用いら
れている。しかしながら、鋼材を加熱してオーステナイ
ト組織とし、これを急冷してマルテンサイト組織とする
焼入れ処理においては、急冷によって生ずる熱応力とマ
ルテンサイト化による変態応力により、焼割れと称する
割れを生じやすい。

鋼材を急冷する場合は、表面と内部で温度差を生じ、従
ってマルテンサイトに変態する時期も異なるので、変態
応力を生じて割れが発生するのであるが、媚中のＣ含有
量が多いほど、マルテンサイト変態にともなう体積変化
が大きく、変態応力が大となり焼割れを生じやすくなる
。

焼入れ焼戻し処理を行う鋼材の強度を高めるのに、Ｃは
極めて有効で安価な成分元素であるが、上記の如く焼割
れの原因となるので、通常の水焼入れ法を適用するには
その成分量を制限せざるを得す、かわりに高価な他の合
金成分の添加が必要となる。

Ｃ含有量の高い鋼材を焼入れる際の焼割れの防止策の一
つとして、通常の水焼入れにかえて油焼入れ法が用いら
れるが、この方法においては、加熱された鋼材が油面に
接したときに火煙と油の蒸気が発生し、作業環境を著し
くｌ員うとともに公害源となるから、この蒸気を吸出し
て処理するための特殊な装置が必要となる。このような
装置としては、例えば特公昭５９−３５２３号公報に提
案されているが、いずれにしても多額の費用と大かがす
な設備が必要とされ経済的ではない。また、劣化した油
を交換する場合も使い古した油をそのまま廃棄すること
は公害問題上許されず、さらに特別の処理が必要である
。

ところで、焼割れを生じやすい成分の口管を水焼入れす
る方法の一つとして特公昭５９−２９０８５号公報に開
示されたものがある。

この方法は、口管の外面から冷却水を噴射し、管内面側
の温度が鋼のＭｆ点くマルテンサイ）　Ｑ％了点）に達
するまで外面側の温度がＭｆ−５０℃以下とならないよ
う冷却を制御する方法であり、工業的に実施するために
は、鋼管の外面温度がＭｆ−５０℃に達する時間を測定
し、その時間で水冷却を中断することにより容易に達成
されるとしている。

また、特開昭５４−１１４４０８号公報においては、冷
却リングを用いて鋼管外面に冷却水を噴射して焼入れを
行う際に、焼入れ鋼管の送り方向の後部内表面に、耐熱
性保護膜として例えば水ガラスをスプレーで吹付けて被
覆したのち、焼入れして焼割れを防止する方法が開示さ
れている。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところで、前者の特公昭５９−２９０８５の技術を実施
する場合は、以下のような問題が潜在しているので、容
易に実施できないのである。

（イ）媚管外面温度がｒＭｆ−５０℃」に達する時間を
測定するためには、結局、水冷却中の口管外面温度の変
化を連続的に測定する必要があるが、工業的ラインで行
なうことは現実には不可能に近い、なぜならば、鋼管に
接触させる温度計では、噴射される水のために温度計が
破壊されるか、接触を保つことが困難であり、また、非
接触型の温度計の場合、噴射される水が介在するため、
正確に測温することは困難である。

（ロ）管内面側の温度がＭｆ点に達すると、再び冷却を
開始するわけであるが、このためには管内面側の温度も
測温する必要があり、長尺管では非常に困難である。

（ハ）また、上記の管外面および管内面の冷却速度を実
験室的に測定して、内外面が目標の温度に達する時間を
予め測定しておく方法が考えられるが、口管の冷却速度
は管の形状部ち、外径、厚さ、長さに依存することは勿
論、噴射する水の水圧、水量によっても異なるので、実
際には困難かつ、不正確となる。

（ニ）さらに、口管の外面温度がＭｆ−５０℃に達した
時間で、水冷却を中断するとしているが、この水冷を中
断する時期の判断が困難である。

また、後者の特開昭５４−１１４４０８においては、噴
射された冷却水が水ガラスで覆われた管内表面に当った
後、管内面を管先端まで流れていく、即ち、管内表面側
への水の侵入は防ぐことはできないので、本発明者らの
研究によれば、＠管の成分、肉厚によっては焼割れを発
生する場合があり得るのである。

この原因として考えられることは、鋼管の焼割れは通常
管端にもっとも発生しやすいのであるが、これは管端の
拘束が小さいからであって、たとえ管端が水に触れずと
も管長手方向の中央部分内面が水冷されれば管端も熱伝
導により冷却されるから、管端部内面を被覆していても
割れが発生する場合があり得るということである。

また、この方法は、前記特公昭５９−２９０８５の方法
と同様例えば、冷却リングなどによる鋼管外面から冷却
水を噴射する限られた設備にしか適用し得す、しかも薄
肉鋼管を対象としており、比較的簡便で安価な水槽を用
いた浸漬焼入れには通用できない。

さらに、管内表面に異物が付着してはまずい製品の場合
は、焼入れ後この水ガラスによる被覆を除去せねばなら
ず、それに要する工数と費用は看過できない。

そこで、管内面に冷却水を入れない方法として、両管端
を閉塞する方法が考えられるが、以下の理由により実施
が困難である。

（イ）加熱前に閉塞する場合、加熱中に管内の空気が熱
膨張して閉塞が破られるか、鋼管が破裂する恐れがある
こと。

（ロ）加熱後、水冷までの間に閉塞しようとしても、灼
熱した鋼管に細工することはできないし、冷えるのを待
って行うのでは焼入れにならないこと。

上記したように、従来の方法では、完全マルテンサイト
を得て、かつ焼割れをも防止することは非常に困難であ
り、もし実現できるとしても、高価で特別な装置を必要
とするのである。

本発明は、上記の如き問題点に鑑みなされたものであっ
て、安価で好適な焼割れのない口管の焼入れ方法を提供
することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉本発明は、鋼管を加熱後、水槽に投入して冷却する鋼管
の焼入れ処理をするに当り、管内面全体を耐熱性断熱材
で被覆しておき、この口管を加熱後水中へ投入すること
により、上記目的を達成するものである。

く作　用〉鋼材の焼割れは、前述の如く、熱応力と変態応力との合
成応力により、また鋼表面と内部との冷却速度が異なる
ことにより生ずる。そこで、囮成品全体が均一に冷却さ
れれば、焼割れは生じないものと考えられるが、本発明
者らは鋼管に関する焼割れの研究の過程で、以下の事実
を見出した。

（イ）鋼管の焼割れは、管内表面側にのみ発生すること
。

（ロ）管内面側への水の侵入を防止した場合には、焼割
れは生じにくいこと。

（ハ）鋼管内面側の冷却速度を外面側より遅くすること
により、焼割れの完全防止が可能であること。

これらの現象は、次のように考えることにより説明でき
る。

即ち、鋼管のように特殊形状をしたものは、内面側の熱
は逃げに＜＜、外面側はすみやかに放熱されるので、外
面側の冷却速度の方が速い。このため、外面側が先にＭ
ｓ点に到達し、それまでの冷却による収縮からマルテン
サイト変態により膨張を開始するが、この時点で内面側
はまだ冷却による収１１過程にあり、その結果外表面に
は圧縮応力が、内表面には引張応力が働き、内表面に割
れが発生する。そこで、外表面が変態により膨張してい
るときに、内面側の冷却速度が遅ければ、冷却による収
縮も少なく、従って引張応力も小さくなり、割れは生じ
に（くなる。

このような知見に基いて、鋼管を焼入れする場合は、加
熱前に予め管内面の全体を例えばアルミナ粉末あるいは
シリカ粉末などの耐熱性断熱材を適当な厚さに被覆して
やると、加熱後そのまま水槽中に投入して焼入れ′して
も管内面に冷却水が直接接触せず、かつ、管内面の冷却
速度を外面より遅くすることができるから、焼割れを防
止することが可能である。

〈実施例〉第１表に示す成分を有する鋼管（外径１７８鳳■、肉厚
２０龍、長さ１０，０００ｍｍ）に、下記に示す３通り
の方法で内面を耐熱断熱材で被覆した。

（ａ）Ｅ管内部に全長にわたり厚さ１０ｍの中空円筒形
の断熱材を挿入し、管内面に密着させたもの。

（ｂ）ｆｌ管内部に全長にわたり中空円筒形断熱材を挿
入し、管内面に密着させたもの。

（Ｃ）厚さ１０Ｗｍ、長さ５００寓ｍの中空円筒形断熱
材を両管端部のみに挿入し、密着させたもの。

これらの方法を、第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に断面
図で示す。

ここで、１は鋼管、２は中空円筒状耐熱性断熱材、また
、３は中実円筒状耐熱性断熱材である。

これらの方法によって製作された鋼管と、管内面に何も
施さない鋼管とを、各々８９０℃に加熱後、水槽へ投入
して焼入れだ。

なお、耐熱性断熱材としては、セラミックファイバのフ
ェルトを使用した。

焼入れを行った結果の焼割れ発生状況を、第２表に示す
。

第２表第２表より、明らかなように、本発明の方法による泪管
内面全体を耐熱性断熱材で被覆して焼入れ処理したもの
は、焼割れが皆無であることがわかる。

〈発明の効果〉以上説明したように、本発明によれば、極めて安価で簡
単な方法により、鋼管の焼入れ時に発生する焼割れを完
全に防止することができる。従って、加熱炉や焼入れ装
置などに特別な装置は全く不要であり、油焼入れの如く
、火煙や油蒸気を除去処理する必要もない。また、水焼
入れにおける外面に冷却水を噴射する装置も不要であり
、冷却を制御したり、中断したりする方法に必要な測温
技術や装置も不要である。

なお、本発明に用いられるｉ′ｉｔ熱性ｔｔＪｒ熱材は
、繰返し再使用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例を示す断面図
、第１図（Ｃ）は比較例を示す断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋼管を加熱後、水槽に投入して冷却する鋼管の焼
入れ処理をするに当り、管内面全体を耐熱性断熱材で被
覆しておき、この鋼管を加熱後水中へ投入することを特
徴とする鋼管の焼入れ方法。