TWI600771B - Method for deriving the cooling time during quenching of steel, quenching method for steel and quenching and tempering of steel - Google Patents

Method for deriving the cooling time during quenching of steel, quenching method for steel and quenching and tempering of steel Download PDF

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Description

淬火鋼材時的冷卻時間的導出方法、鋼材的淬火方法及鋼材的淬火回火方法
本發明是有關於一種淬火鋼材時的冷卻時間的導出方法、鋼材的淬火方法及鋼材的淬火回火方法。
鋼材為硬度及韌性優異的材料。鋼材的硬度例如藉由淬火而賦予。淬火是如下處理，即，藉由將加熱至沃斯田鐵（austenite）區的淬火溫度的鋼材急冷，而使鋼材的組織麻田散鐵變態。然後，藉由對該淬火後的鋼材進行回火，可對鋼材賦予韌性。回火是將淬火後的鋼材再加熱至沃斯田鐵區以下的適當溫度的處理。
關於實施了淬火回火的鋼材，除具有例如板坯（slab）、大方坯（bloom）、小方坯（billet）等原材料的形狀的鋼材之外，亦有具有各種工夾具、模具、構造用零件等製品的形狀的鋼材。而且，實施淬火時，若鋼材大或為複雜的形狀，則冷卻時的冷卻速度相對於目標冷卻速度，即便在鋼材的表面大，在鋼材的中心部分亦會減小，從而在鋼材的中心部分，麻田散鐵變態可能不充分。由此，實際的鋼材的淬火中，重要的是根據該鋼材的大小或形狀來預先設定鋼材整體中能夠達成所述「目標冷卻速度」以上的冷卻速度的「冷卻條件」。
作為決定冷卻條件的因素，例如可列舉冷卻介質的種類。而且，作為與該冷卻介質的種類相應的冷卻方法，例如可選擇使用送風的空氣等的空氣淬火（鼓風冷卻），或使用水的水淬火，使用油、鹽浴、熔融金屬等的熱浴淬火，使用氮氣或氬氣等惰性氣體的氣體淬火等（專利文獻1～專利文獻3）。而且，關於決定冷卻條件的因素，可列舉冷卻介質的溫度。而且，若為鼓風冷卻，則可列舉送風的空氣的風量或風速，若為氣體淬火，則可列舉惰性氣體的流量（壓力）。
而且，實際的淬火中，在其冷卻過程中，當鋼材的溫度到達某指示溫度時，存在停止所述冷卻條件下的冷卻的情況。例如，在冷卻的前半段，以目標冷卻速度以上的冷卻速度急冷，而在冷卻的後半段，基於抑制鋼材的裂紋等理由，為了以小於所述冷卻速度的冷卻速度緩冷，而存在暫時使冷卻裝置停止的情況。因此，鋼材的淬火中，除預先設定所述冷卻條件外，對冷卻中的鋼材的溫度進行管理亦重要。 然而，在工場的操作中，直接測定冷卻中的鋼材的「中心部分的溫度」並不現實。由此，在實際的淬火中，是藉由知曉預先設定的冷卻條件達成的冷卻速度，並根據以該冷卻速度冷卻中的鋼材的中心部分的溫度與冷卻時間的關係，來推斷鋼材的中心部分的溫度。而且，以此時的冷卻時間來判斷鋼材的中心部分的溫度已到達指示溫度時。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2008-031530號公報 [專利文獻2]日本專利特開2006-342368號公報 [專利文獻3]日本專利特開平10-080746號公報
[發明所欲解決之課題] 如所述般，在對鋼材實施淬火時，當欲在預先設定的冷卻條件下冷卻至指示溫度時，重要的是算出要冷卻多長時間才可以。 然而，實際上被實施淬火的鋼材的大小或形狀各不相同。而且，當淬火的鋼材的大小或形狀不同時，該鋼材的中心部分的冷卻速度亦不同。由此，大小或形狀不同的各個鋼材中，該些鋼材的中心部分的冷卻速度不同，就該點而言，因不知曉冷卻中的鋼材的中心部分的溫度與冷卻時間的關係，故當欲冷卻至指示溫度時，並不容易算出要冷卻多長時間才可以。
本發明的目的在於提供一種淬火鋼材時的冷卻時間的導出方法，即便進行淬火的鋼材的大小或形狀不同，該方法亦能夠用以利用冷卻時間效率佳地管理直至該指示溫度為止的冷卻。而且，本發明的目的在於提供一種使用藉由所述方法導出的冷卻時間來進行的鋼材的淬火方法。 而且，本發明的目的在於提供一種對藉由所述淬火方法淬火的鋼材進而進行回火的鋼材的淬火回火方法。 [解決課題之手段]
本發明是一種淬火鋼材時的冷卻時間的導出方法，在淬火鋼材時，預先導出冷卻時間，所述冷卻時間為對已加熱至冷卻開始溫度Ts的鋼材從開始進行冷卻條件C下的冷卻，到結束該冷卻條件C下的冷卻為止的時間，所述淬火鋼材時的冷卻時間的導出方法包括： 第1步驟，製作包含與進行淬火的鋼材相同的鋼種A且體積V及表面積S各不相同的n個（n為2以上的自然數）試驗片，在該些試驗片的各自的中心部分設置用以插入溫度感測器的孔； 第2步驟，針對所述n個試驗片實施下述試驗：向試驗片的所述孔中插入溫度感測器，加熱保持為冷卻開始溫度Ts，繼而對各試驗片在相同的冷卻條件C下開始冷卻，並測定從開始冷卻到由所述溫度感測器測定出的試驗片的中心部分的溫度下降而到達冷卻停止溫度Te為止的冷卻時間t； 第3步驟，決定函數f，所述函數f由關係式（1）而定義，且第2步驟中獲得的1組包含體積V、表面積S及冷卻時間t的n組資料滿足關係式（1）；以及 第4步驟，將進行淬火的鋼材的形狀F1所具有的體積V1及表面積S1代入關係式（1）而算出冷卻時間t1： 關係式（1）：t＝f（V/S）。
而且，鋼材的淬火方法是使用由所述冷卻時間的導出方法導出的冷卻時間t1來進行，在淬火所述鋼材時，於將已加熱至冷卻開始溫度Ts的鋼材在冷卻條件C下冷卻了冷卻時間t1後，停止該冷卻條件C下的冷卻。較佳為，所述鋼材的淬火方法中，鋼材的淬火時的冷卻根據不同的冷卻條件而分為多個階段，於各個冷卻階段決定用以導出冷卻時間的不同的函數f。
而且，本發明為對利用所述鋼材的淬火方法淬火的鋼材進而進行回火的鋼材的淬火回火方法。 [發明的效果]
根據本發明，即便鋼材的大小或形狀發生變化，亦可簡單地算出淬火時的適當的冷卻時間。因此，例如在需要對少量多品種的鋼材或各種形狀的鋼材進行淬火時，可適當地進行各個鋼材的淬火。
本發明的特徵在於：首先，將被淬火的鋼材具有的各種大小或形狀以由該鋼材的體積V與表面積S之比所定義的「V/S值」進行整理。而且，本發明的特徵在於：利用該V/S值與鋼材的中心部分的冷卻速度的相關關係，算出冷卻中的鋼材到達指示溫度為止的冷卻時間。而且，本發明的特徵在於：使用與實際進行淬火的鋼材相同的鋼種的試驗片，預先進行該冷卻時間的算出，藉此於具有各種大小或形狀的鋼材的淬火中，可容易地進行具有普遍性的冷卻時間的算出。即，本發明的第一實施形態為「淬火鋼材時的冷卻時間的導出方法（以下簡稱作「冷卻時間的導出方法」）」，該方法在對進行淬火的鋼材「實際」進行淬火時，「預先」導出對已加熱至冷卻開始溫度Ts的鋼材從開始進行冷卻條件C下的冷卻，到結束該冷卻條件C下的冷卻為止的冷卻時間。以下，對本發明的冷卻時間的導出方法的各要件進行說明。
（A）本發明的冷卻時間的導出方法中，首先包括第1步驟，該第1步驟製作包含與實際進行淬火的鋼材相同的鋼種A且體積V及表面積S各不相同的n個（n為2以上的自然數）試驗片，在該些試驗片的各自的中心部分設置用以插入溫度感測器的孔。 本發明中，在對實際的鋼材進行淬火前，準備為與該鋼材相同的鋼種A的試驗片。而且，對該試驗片進行後述的與對實際的鋼材進行的淬火相同的冷卻條件C下的淬火，藉此在對實際的鋼材進行淬火時，預先算出鋼材的中心部分到達指示溫度所需的「冷卻時間」。
此時，由鋼材的體積V與表面積S之比定義的「V/S值」、與冷卻中的鋼材的中心部分實現的「冷卻速度」存在相關關係。鋼材的體積越大，該鋼材的中心部分越不易冷卻。另一方面，鋼材的表面積越大，相反，鋼材的中心部分越容易冷卻。即，鋼材的體積與表面積這兩個因素對鋼材的中心部分的冷卻程度“直接地”且“反比例地”發揮著作用。由此，若利用以反比例的關係包含該些兩個因素的「V/S值」的相關關係，則可精度佳地進行所述冷卻時間的算出，且，該算出亦容易。而且，當對實際的鋼材進行淬火時，藉由利用所述相關關係，可根據欲進行淬火的鋼材所具有的「V/S值」，而事先算出淬火冷卻所需的冷卻時間（即，使一個冷卻條件下的冷卻停止為止的所需時間）。另外，鋼材的「中心部分」是指例如鋼材的重心或鋼材整體中冷卻速度最慢的部分。
由此，準備的試驗片利用其所具有的「V/S值」而整理。而且，為了獲得所述相關關係，準備以具有不同的V/S值的方式加工成各種形狀的n個（n為2以上的自然數）試驗片。此時，就n個試驗片的V/S值而言，較佳為以實際淬火的鋼材的V/S值處於該些試驗片的V/S值的最小值與最大值之間的方式而準備。另外，此時，試驗片的大小（體積）或形狀亦可不同。多個試驗片中，即便該些具有不同的大小或形狀，亦因具有相同的V/S值，於相同冷卻條件下的淬火中，其中心部分的冷卻速度亦未怎麼發生變化。其中，關於試驗片的形狀，若一方為平坦狀、一方為凹凸狀等形狀而差別大，則由於算出的體積V及表面積S的值中產生的誤差等，而與實際的鋼材的淬火中表現的相關關係的精度相應的作業會變得複雜。就該點而言，試驗片的形狀較佳為彼此為大致相似的形狀。而且，較佳為體積V或表面積S的算出容易的立方體、長方體、角柱、圓柱等形狀者。就容易準備大致相似形狀的試驗片的方面而言，更佳為設為「立方體」。而且，有效率的是以該些試驗片中獲得的相關關係為基礎，視需要將其修正為與實際的鋼材的淬火相符的相關關係的精度。關於該修正的詳細情況將於以後進行敍述。
在該些試驗片的中心部分，設置著用以插入在淬火中測定該部分的溫度的溫度感測器的孔。此時，亦可在試驗片的中心部分以外，設置用以插入溫度感測器的孔。例如，為試驗片的表面與中心部分之間的中間部分的位置、或從該中間部分起以一半的距離向試驗片的表面移動的部分的位置等。由此，因可將在試驗片的各部分測定出的溫度相互進行比較，故測定出的溫度的可靠性增加。 另外，藉由設置用以插入溫度感測器的孔，試驗片的體積V或表面積S嚴格來說發生變化。然而，因設置該孔而引起的體積V或表面積S的變化對所述相關關係造成的影響微小，從而可忽視。
而且，為了將對該些試驗片進行淬火所獲得的試驗片的V/S值與試驗片的中心部分的冷卻速度的相關關係用於對實際的鋼材進行的淬火的管理中，試驗片的鋼種設為成分組成與鋼材的鋼種相同的「鋼種A」。此時，本發明所使用的鋼材只要為進行淬火的鋼材即可。由此，無須為了達成本發明的效果，而特別規定鋼材的成分組成。其中，若考慮將本發明的鋼材的淬火方法用於各種工夾具、模具、構造用零件等的製作中，則所述鋼種A例如可設為由日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）-G-4404的「合金工具鋼鋼材」所規範的鋼種。例如，SKD11等冷加工工具鋼（cold work tool steel）或SKD61等熱加工工具鋼（hot work tool steel）成為代表。另外，亦可設為改良該些工具鋼的成分組成而變更該成分組成的值的工具鋼、或者使該成分組成含有其他元素種類的工具鋼。
作為進行淬火的鋼材的成分組成，例如有以質量%計包含C：0.30%～2.40%、及Cr：3.00%～15.00%的鋼的成分組成。此時，若為熱加工工具鋼，則可設為C：0.30%～0.60%，Cr：3.00%～6.00%，若為冷加工工具鋼，則可設為C：0.60%～2.40%，Cr：5.00%～15.00%。而且，關於兩鋼種，可進而含有選自Si：2.00%以下、Mn：1.50%以下、P：0.050%以下、S：0.050%以下、基於（Mo＋1/2W）的關係式的Mo及W中的一種或兩種：0.50%～4.00%、V：0.10%～1.50%、Ni：0%～1.00%、Co：0%～1.00%及Nb：0%～1.50%中的一種或兩種以上的元素種類。而且，可設為包含所述元素種類且剩餘部分設為Fe及雜質的成分組成。 Cu、Al、Ti、Ca、Mg、O（氧）、N（氮）為可能被添加或作為雜質而殘留於鋼材中的元素。該些元素的含量的上限較佳為可設為Cu：0.25%、Al：0.25%、Ti：0.03%、Ca：0.01%、Mg：0.01%、O：0.01%、N：0.08%。
（B）本發明的冷卻時間的導出方法包括第2步驟，該第2步驟針對所述n個試驗片實施下述試驗，即，向第1步驟中製作的試驗片的所述孔中插入溫度感測器，加熱保持為冷卻開始溫度Ts，繼而對各試驗片在相同冷卻條件C下開始冷卻，並測定從開始冷卻到由所述溫度感測器測定出的試驗片的中心部分的溫度下降而到達冷卻停止溫度Te為止的冷卻時間t。 第2步驟為對第1步驟中準備的n個試驗片進行淬火的步驟。而且，為下述步驟，即，採用在後述第3步驟中求出對實際的鋼材進行的淬火的管理中可使用的「鋼材具有的V/S值」與「鋼材的中心部分的冷卻速度（即，淬火冷卻所需的冷卻時間）」的相關關係而所需的基礎資料。 第2步驟中，將對試驗片進行的淬火的冷卻條件設為與對實際的鋼材進行的淬火的冷卻條件相同的「冷卻條件C」。於達成本發明的效果中，應管理的冷卻條件的因素為冷卻介質的種類或溫度、壓力（強度）。
首先，向設置於試驗片的中心部分的孔中插入溫度感測器。其次，將插入了該溫度感測器的試驗片加熱保持為冷卻開始溫度Ts。此時，冷卻開始溫度Ts例如為對實際的鋼材進行的淬火時的「淬火溫度」（圖7）。若進行具體表示，則例如為1000℃～1100℃的範圍。 繼而，對已加熱保持為冷卻開始溫度Ts的所述試驗片，在冷卻條件C下開始冷卻。而且，在該冷卻期間，利用溫度感測器測定試驗片的中心部分的溫度，進行冷卻直至試驗片的中心部分的溫度到達冷卻停止溫度Te為止。此時，冷卻停止溫度Te例如為對實際的鋼材進行的淬火時的「淬火結束溫度」（圖7）。若進行具體表示，則例如為室溫～350℃的範圍。 而且，測定從開始所述冷卻到試驗片的中心部分的溫度到達冷卻停止溫度Te為止的冷卻時間t。然後，藉由在具有各種V/S值的n個試驗片中進行該冷卻時間t的測定，而採取該些試驗片的中心部分的溫度從「冷卻開始溫度Ts」到達「冷卻停止溫度Te」為止的、因所述V/S值而不同的n個「冷卻時間t」。
另外，關於「冷卻開始溫度Ts」及「冷卻停止溫度Te」，除設定所述「淬火溫度」及「淬火結束溫度」的情況外，亦可設定各種溫度。例如，可設定為淬火溫度與淬火結束溫度之間所包含的一部分冷卻溫度區。該情況下，在該一部分冷卻溫度區，實施本發明的冷卻時間的導出方法。而且，亦可在淬火溫度與淬火結束溫度之間所包含的、所述一部分冷卻溫度區以外的其他冷卻溫度區，設定其他「冷卻開始溫度Ts」及「冷卻停止溫度Te」，從而實施本發明的冷卻時間的導出方法。 如此，關於在淬火溫度與淬火結束溫度之間設定多個冷卻溫度區（冷卻開始溫度Ts及冷卻停止溫度Te），並實施多種本發明的冷卻時間的導出方法的情況，有「多階段淬火」。多階段淬火是指該淬火時的冷卻根據不同的冷卻條件而分為多階段的淬火。該多階段淬火中，例如在某一個冷卻條件下開始冷卻，之後停止該冷卻，接下來，在與其不同的另一個冷卻條件下冷卻。而且，較佳為在該些各個冷卻階段（冷卻條件），決定用以導出冷卻時間的不同的函數f，並導出適合於各個冷卻階段的冷卻時間。
作為所述多階段淬火，例如存在下述情況，即，當鋼材為模具等工具製品時，為了抑制淬火冷卻時的應變的發生等，而進行將其一連串冷卻過程（冷卻條件）分為2個階段的「2段冷卻」（圖8）。作為具體例，將作為高溫區的第1段冷卻設為鼓風冷卻或氣體冷卻，將作為低溫區的第2段冷卻設為氣壓較第1段高的氣體冷卻或油冷。 而且，圖8中，在本發明的第2步驟中，視需要實施第一段的測定試驗片的中心部分的溫度從「冷卻開始溫度TsH 」到達「冷卻停止溫度TeH 」為止的「冷卻時間tH 」的作業，及第2段的測定試驗片的中心部分的溫度從「冷卻開始溫度TsL 」到達「冷卻停止溫度TeL 」為止的「冷卻時間tL 」的作業。
而且，圖8中，第1段的「冷卻停止溫度TeH 」例如為450℃～700℃。而且，如果冷卻設備例如可連續地進行第1段冷卻與第2段冷卻，則第2段的「冷卻開始溫度TsL 」為與所述「冷卻停止溫度TeH 」相同的溫度。而且，如果冷卻設備例如需要鋼材的移動等而無法連續地進行第1段冷卻與第2段冷卻，則其移動中鋼材的溫度會下降不少，從而「冷卻開始溫度TsL 」為較「冷卻停止溫度TeH 」低不少的溫度。例如，有時其差約降低50℃左右。如此，第2步驟中，在設定冷卻開始溫度Ts及冷卻停止溫度Te時，較佳為在對實際的鋼材進行淬火時考慮該鋼材的中心部分的「實際的溫度行為（temperature behavior）」。
（C）本發明的冷卻時間的導出方法包括第3步驟，該第3步驟決定函數f，該函數f利用「t＝f（V/S）」的關係式（1）定義，且所述第2步驟中獲得的1組包含體積V、表面積S及冷卻時間t的n組資料滿足關係式（1）。
第3步驟為如下步驟，即，使用第2步驟中獲得的因V/S值而不同的n個「冷卻時間t」，求出實際的鋼材的淬火中所使用的「鋼材具有的V/S值」與「淬火冷卻所需的冷卻時間」的相關關係。而且，該相關關係由利用t=f(V/S)的關係式(1)定義的函數f(V/S)而決定。
關於決定所述函數f(V/S)的順序，對其一例進行說明。首先，將第2步驟中獲得的n個「V/S值」與「冷卻時間t」的關係在曲線圖上進行繪製。圖1是表示將鋼種A為SKD61的試驗片，在大氣中的大型風扇(風扇能力：420m3/min×3台)的鼓風冷卻的冷卻條件C下，從1020℃的淬火溫度冷卻至鋼材的中心部分的溫度到達650℃為止時的「V/S值」與「冷卻時間t」的關係的圖。而且，圖1中的「●」記號為第2步驟中獲得的n個實測值資料。試驗片的形狀為立方體。而且，試驗片的個數n為3個，各自的V/S值為25.00(立方體的一邊的長度為150mm)、33.33(立方體的一邊的長度為200mm)、50.00(立方體的一邊的長度為300mm)。而且，決定滿足由該「●」記號表示的「V/S值」與「冷卻時間t」的關係的「t=f(V/S)」的關係式。
作為決定滿足圖1中的「●」記號的關係的「t=f(V/S)」的關係式的方法，例如可使用市售的試算表軟體(spreadsheet software)等所具有的函數的擬合(fitting)功能。所謂擬合，是指例如如回歸分析(regression analysis)等為人所知那樣求出最符合以實驗的方式獲得的資料(制約條件)的函數(直線、曲線)。利用該擬合所求出的函數為近似直線或近似曲線，未必通過所述資料點。而且，表示本發明的「V/S值」與「冷卻時間t」的關係的所述函數f已例如根據所述淬火試驗的結果或後述利用電腦輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）的溫度解析等，而確認可利用（V/S）的「一次函數」或「二次函數」等進行擬合。圖1的情況下，表示「V/S值」與「冷卻時間t」的關係的函數f利用（V/S）的一次函數進行擬合。 藉由使用函數的擬合功能，而可將V/S值與冷卻時間t的關係在曲線圖上以「線」來表示，即可「視覺化」。就該點而言，例如對於如下方面有利，即，在即便為試驗片的規格或冷卻條件等相同的淬火試驗，而當利用各個不同的淬火設備進行該淬火試驗時，實測值中亦可能產生一些誤差的情況下，可容易地識別出該誤差（即，各個淬火設備所固有的冷卻能力之差）。
另外，為了提高所述擬合的精度，有效的是在更多的不同的「V/S值」的試驗片中獲得第2步驟中獲得的n個「冷卻時間t」的實測值。或者，亦有效的是利用第2步驟中獲得的n個實測值，將該實測值例如藉由CAE（Computer Aided Engineering），擴展至多個不同的「V/S值」的情況下的「冷卻時間t」為止，而增加n個資料。將所述n組資料擴展至更大的「V/S值」的試驗片的情況，或者，以實際進行淬火的鋼材的V/S值處於試驗片的V/S值的最小值與最大值之間的方式擴展試驗片的「V/S值」，藉此在將第3步驟中決定的「t＝f（V/S）」的函數f應用於實際的鋼材的淬火管理時，可應用至更大的鋼材。
在使用CAE增加資料的情況下，重要的是根據第2步驟中獲得的實測值來求出冷卻中的試驗片與冷卻介質之間的「熱傳遞係數」的步驟。而且，使該「熱傳遞係數」在未經實測的「V/S值」的試驗片中共有化，藉此可算出各種「V/S值」下的冷卻時間。圖1中的「□」記號是使用第2步驟中獲得的3組「●」記號的實測值資料且利用CAE算出的、「V/S值」為58.33(立方體的一邊的長度為350mm)、66.67(立方體的一邊的長度為400mm)時的追加資料。此時，關於藉由實測所獲得的「●」記號的資料，為了確認是否正確地進行了該資料的測定，亦可進行使用了所述「熱傳遞係數」的驗算。在圖1所示的V/S值為25.00、33.33、50.00的3個位置中，表示該實測值的「●」記號的繪製位置與所述驗算中獲得的「□」記號的繪製位置處於大致相同的位置，從而可知已正確地進行了實測。而且，只要追加該CAE的資料，實施所述函數的擬合即可。圖1中的「實線」是將使用所述CAE追加的多個繪製點進行擬合所得的函數f。而且，圖1中，可知該追加的資料與表示「V/S值」與「冷卻時間t」的關係的一次函數的直線擬合。
此處，就現實而言，加工成各種工夾具、模具、構造用零件等的形狀的實際的鋼材的形狀為凹凸狀。由此，所述由例如「立方體」的試驗片決定的函數f對於修正為與加工成實際的形狀的鋼材的淬火相符的精度而言有效果。
即，已加工成實際的形狀的鋼材例如如模具等工具製品般於表面具有凹凸。藉此，實際的鋼材的表面積增大，因而較具有相同V/S值的立方體，實際淬火冷卻中的降溫速度大。而且，關於各個中心部分的溫度，加工成實際的形狀的鋼材較立方體形狀的試驗片，會從冷卻開始溫度Ts「快速地」到達冷卻停止溫度Te。因此，若直接在實際的鋼材的淬火中實施由立方體的試驗片中決定的圖1的函數f所管理的冷卻時間，則存在經過冷卻時間t時的實際的鋼材的中心部分的溫度較設想的冷卻停止溫度Te「低」的情況。實際的鋼材的淬火中，若鋼材的中心部分的溫度過於下降，則會成為鋼材的裂紋或應變的主要因素。而且，若為所述2段冷卻，則向該第2段冷卻移行的時機延遲，仍然會成為鋼材的裂紋或應變、或者機械特性下降的主要因素。
因此，第1步驟至第3步驟中使用的試驗片的形狀亦可不為立方體。該情況下，為了提高要決定的函數f的精度，亦可使試驗片的形狀假性地符合實際欲進行淬火的鋼材的形狀。而且，亦可將這種形狀的試驗片追加至所述立方體形狀的試驗片中而加以使用。 而且，為了以與加工成實際的形狀的鋼材的淬火的行為相匹配的方式，提高圖1的函數f的精度，有效果的是基於假性地變更了試驗片的形狀的所述淬火試驗的結果等，進行使圖1的函數f向「短時間側」移行的修正。即，當在第3步驟中決定函數f時，將試驗片的表面積S修正為大於該表面積S的值的值即表面積S'。若對此進行說明，則為如下修正，即，在滿足圖1的函數f的直線的各個位置的「V/S值」與「冷卻時間t」的關係中，僅將該「V/S值」的表面積S的值置換為較該表面積S大的表面積S'而重新計算，由此將函數f在新的「V/S'」的位置以適當量向「右側」移行（圖2）。而且，藉由將該移行的量設為S＜S'≦（1.3×S）的範圍內，而根據所述淬火試驗的結果或利用CAE的溫度解析等確認實際的鋼材中的淬火行為大致被限制在該範圍內。
而且，此時，使用的函數f較佳為將所述修正量設為（1.3×S）。實際的淬火作業中，較佳為對設為目標的冷卻停止溫度，考慮防止較該溫度而過冷。這種情況下，若使用將所述修正量設為（1.3×S）的函數f，則到達設為目標的冷卻停止溫度時所花費的冷卻時間會向較實際的冷卻時間短的時間側偏移，因而即便在假如冷卻時間延長時，亦可預防冷卻過於持續發生。
（D）本發明的冷卻時間的導出方法包括第4步驟，該第4步驟是將進行淬火的鋼材的形狀F1所具有的體積V1及表面積S1代入至「t＝f（V/S）」的關係式（1）中，算出冷卻時間t1。 第4步驟是如下步驟，即，藉由將所述第1步驟至第3步驟中決定的函數f用於實際的鋼材的淬火管理中，而算出具有所述體積V1及表面積S1的鋼材的中心部分的溫度從「冷卻開始溫度Ts」冷卻至目標「冷卻停止溫度Te」為止的「冷卻時間t1」。藉此，可在實際的鋼材的淬火中，利用冷卻時間來管理直至該指示溫度為止的冷卻。 另外，該實際的淬火中管理的冷卻時間相對於利用所述關係式（1）算出的冷卻時間，容許少許的操作範圍（誤差範圍）。例如，相對於所述算出的冷卻時間，可在該值的至多正負20%的範圍內進行操作。較佳為至多正負10%的範圍。而且，若考慮到所述過冷的防止，則冷卻時間的操作範圍的上限較佳為至多10%，更佳為至多5%。 關於實際的淬火中管理的冷卻時間，考慮到其管理的容易性，可將利用所述關係式（1）算出的冷卻時間例如以其小數點第一位進位、捨去、四捨五入等，而可設為使其成為整數數值的時間。
此處，例示可簡單地求出實際的鋼材的體積V1及表面積S1的方法。圖5示意性地表示壓鑄模具的固定入子（insert）的形狀，且為實際的鋼材所具有的形狀F1的一例。首先，在該時間點，實際的鋼材的體積V1容易根據其質量與比重（在鋼的情況下，比重約為7.8左右）而求出。另外，為了方便起見，在示意性地表示形狀的圖5的固定入子的情況下，其體積V1為113,043,680 mm3 。
其次，設想具有與所述實際的鋼材的體積V1相同體積的「近似形狀」的立體。此時，近似形狀的立體設為容易求出其表面積的形狀，例如較佳設為立方體或長方體。而且，在圖5的固定入子的情況下，例如，將其寬度及長度（即，底面的長及寬的尺寸）加以固定，僅使高度發生變化，藉此設定成為與圖5的固定入子的體積V1大致相同的體積的「近似高度」，並設想具有該近似高度的圖6的長方體。而且，可將根據該圖6的長方體算出的表面積設為圖5的固定入子的表面積S1。另外，為了方便起見，在示意性地表示形狀的圖5的固定入子的情況下，其表面積S1為2,205,144 mm2 。
另外，就實際的鋼材而言，存在根據其種類等而內部具有水冷孔或螺絲孔等微小空間的情況。而且，藉此，實際的鋼材的體積V1或表面積S1嚴格來說發生了變化。然而，已確認該空間引起的體積V1或表面積S1的變化對本發明的效果造成的影響微小，從而可忽視。 而且，所述第3步驟中，是對函數f的表面積S進行了修正，亦可將所述實際的鋼材所具有的「V1/S1值」的表面積S1在「S1＜S1'≦（1.3×S1）」的範圍內進行修正來代替上述修正。
而且，較佳為，本發明的冷卻時間的導出方法中，為了使淬火組織麻田散鐵變態而設為目標的冷卻速度R與所述第4步驟中算出的冷卻時間t1滿足以下的關係式（2）。而且，當不滿足以下的關係式（2）時，將所述冷卻條件C變更為與該冷卻條件C不同的冷卻條件C'，並再次執行所述第2步驟以後的步驟，或者，將所述鋼種A變更為與該鋼種A不同的鋼種A'，並再次執行所述第1步驟以後的步驟。 關係式（2）：（Ts－Te）/t1≧R 第4步驟中，亦可事先確認究竟是否可將第1步驟至第3步驟中決定的函數f用於實際的鋼材的淬火管理中。即，在具有體積與表面積的關係為「V1/S1」的形狀F1的實際的鋼材的淬火中，在其中心部分從「冷卻開始溫度Ts」冷卻至目標「冷卻停止溫度Te」為止時，可藉由根據所述函數f求出的「冷卻時間t1」確認鋼材的中心部分是否能夠以後述的「目標冷卻速度R」以上的冷卻速度冷卻。若在鋼材的中心部分實現的冷卻速度低於該「目標冷卻速度R」，則存在於鋼材的中心部分麻田散鐵變態可能會變得不充分的情況。
對所述「目標冷卻速度R」進行說明。 首先，本發明的鋼材的淬火方法中，在將包含鋼種A的鋼材在所決定的冷卻條件C下淬火時，在該冷卻中的鋼材的中心部分實現的「實際的冷卻速度」較佳為如供麻田散鐵變態充分進行般的大的冷卻速度。而且，為了可判斷該「實際的冷卻速度」為充分大的冷卻速度，較佳為對於包含該鋼種A的鋼材，規定成為判斷基準的用以使組織麻田散鐵變態的「目標冷卻速度R」。而且，所述「實際的冷卻速度」較佳為該「目標冷卻速度R」以上的快的冷卻速度。
所述「目標冷卻速度R」例如能夠以臨界冷卻速度為基準而加以決定。臨界冷卻速度是使產生麻田散鐵變態而所需的最小的冷卻速度。而且，目標冷卻速度R可設為淬火組織僅為麻田散鐵的最小的冷卻速度即「上部臨界冷卻速度」。進而，亦可設定為較上部臨界冷卻速度大（快）的冷卻速度，例如，較上部臨界冷卻速度大至多30%的範圍內的冷卻速度（例如，較上部臨界冷卻速度大10%的冷卻速度或大30%的冷卻速度）。 而且，當因鋼材大等而淬火時的冷卻可能變慢時，亦可將目標冷卻速度R設定為較上部臨界冷卻速度小（慢）一定程度。例如，可將目標冷卻速度R設定為較上部臨界冷卻速度小至多30%的範圍內的冷卻速度（例如，較上部臨界冷卻速度小10%的冷卻速度或小30%的冷卻速度）。 而且，若由數值來表示目標冷卻速度R，則於例如自淬火溫度至450℃～700℃的高溫區的冷卻過程中，約為9.0℃/min～15.0℃/min（例如，10.0℃/min或13.0℃/min）的冷卻速度。而且，在其後的例如自所述450℃～700℃的溫度至室溫～350℃的低溫區的冷卻過程中，約為7.0℃/min～12.0℃/min的冷卻速度。
而且，將所述求出的實際的鋼材所具有的體積V1及表面積S1的值代入至關係式（1）中，求出自冷卻開始溫度Ts至冷卻停止溫度Te為止的「冷卻時間t1」。而且，將該求出的「冷卻時間t1」代入至「（Ts－Te）/t」的關係式而求出的值為自冷卻開始溫度Ts至冷卻停止溫度Te為止的冷卻速度。而且，若該值為所述用以使組織麻田散鐵變態的「目標冷卻速度R」以上的值（即，若滿足所述關係式（2）），則在進行實際的淬火時，對於使其組織充分地麻田散鐵變態而言有效果。
然而，若利用所述關係式求出的冷卻速度為小於所述「目標冷卻速度R」的值（即，若不滿足所述關係式（2）），則在進行實際的淬火時，對於使組織麻田散鐵變態而言可能不充分。這種情況下，較佳為在進行實際的淬火前，重新考慮最初規定的冷卻條件C，而變更為所述冷卻速度「（Ts－Te）/t1」可實現所述「目標冷卻速度R」以上的值的冷卻條件C'。或者，較佳為重新考慮鋼材的鋼種自身，將該鋼種A例如變更為淬火性優異的成分組成的鋼種A'。而且，在規定了此種冷卻速度C'或鋼種A'後，再次執行第1步驟以後的步驟或第2步驟以後的步驟即可。
以前，淬火鋼材時，為了使組織麻田散鐵變態而設為目標的冷卻速度多數情況下可根據經驗而獲知。而且，當在所述第4步驟中求出「冷卻時間t1」時，多數情況下亦可根據經驗判斷該冷卻時間t1為對於使組織麻田散鐵變態而言充分的時間。然而，在對實際的鋼材實施淬火時，有效的是對其大小或形狀不同的各個鋼材，確認預先設定的冷卻條件是否可達成所述目標冷卻速度以上的冷卻速度。即，推斷所述冷卻條件C是否可在鋼材的中心部分實現「目標冷卻速度R」以上的冷卻速度。 只要為本發明，則即便鋼材的大小或形狀不同，亦可簡單地推斷出該些鋼材的中心部分的冷卻速度。而且，較佳為，亦可在此期間推斷鋼材的中心部分的冷卻速度是否可實現所述「目標冷卻速度R」以上的冷卻速度。
另外，本發明中，更佳為除設定用以使所述組織麻田散鐵變態的「目標冷卻速度R」外，亦設定用以抑制淬火時的鋼材的裂紋的「目標冷卻速度R'」。而且，對實際的鋼材進行淬火時，藉由將在該冷卻中的鋼材的中心部分實現的「實際的冷卻速度」設為所述「目標冷卻速度R'」以下的慢的冷卻速度（即，滿足（Ts－Te）/t1≦R'），而對於抑制鋼材中產生的裂紋有效果。關於設定該「目標冷卻速度R'」的溫度區，宜在鋼材的中心部分的溫度例如處於600℃以下的範圍時加以考慮。 而且，若由數值來表示目標冷卻速度R'，則於例如600℃至室溫～350℃的低溫區的冷卻過程中，約為7.5℃/min～17.0℃/min（例如，13.0℃/min或15.0℃/min）的冷卻速度。關於目標冷卻速度R'，進而較佳為尤其在實施所述2段冷卻（圖8）的情況下進行設定。而且，尤佳為在所述第2段冷卻中進行設定。
（E）本發明的第二實施形態的鋼材的淬火方法是在對要進行淬火的鋼材淬火時，將已加熱至冷卻開始溫度Ts的該鋼材在冷卻條件C下冷卻所述冷卻時間t1後，停止該冷卻條件C下的冷卻。 而且，在所述第4步驟中，算出進行淬火的鋼材的中心部分的溫度從「冷卻開始溫度Ts」冷卻至「冷卻停止溫度Te」為止的「冷卻時間t1」後，而且，較佳為在所述第4步驟中，在確認所決定的函數f可用於實際的鋼材的淬火管理後，對該實際的鋼材進行所述「冷卻時間t1」的淬火即可。一具體例為下述作業，即，將加工為規定形狀F1的包含鋼種A的鋼材，加熱至淬火溫度Ts，在冷卻條件C下冷卻了冷卻時間t1後，停止該冷卻條件C下的冷卻。而且，欲進行的淬火為2段冷卻等，因而亦可在使相當於第1段冷卻的所述冷卻條件C下的冷卻停止後，繼而在與該冷卻條件C不同的另一冷卻條件C下，進行第2段冷卻。
而且，本發明的第三實施形態是對利用所述本發明的鋼材的淬火方法淬火的鋼材，進而進行回火。藉此，可獲得被賦予了硬度及韌性等機械特性的鋼材。 〔實施例〕
本實施例中，對欲進行淬火的鋼材選定具有圖5的形狀F1的固定入子。而且，對該固定入子進行圖8的利用2段冷卻的多階段淬火。 2段冷卻為如下的淬火模式，即，將從1020℃的淬火溫度（TsH ）到固定入子的中心部分到達650℃（TeH ）為止作為第1段冷卻，然後，使結束了該第1段冷卻的鋼材移動至其他冷卻設備，藉此將從固定入子的中心部分的溫度下降至600℃（TsL ）時起至到達250℃的淬火結束溫度（TeL ）為止作為第2段冷卻。
固定入子是在鋼種A中使用SKD61製作而成。而且，作為在淬火後的固定入子的金屬組織中供充分的麻田散鐵變態進行的較佳的條件，是將目標冷卻速度R在第1段冷卻中設為13.5℃/min，在第2段冷卻中設為7.5℃/min。另外，本實施例中，作為抑制淬火時的裂紋的較佳的條件，亦考慮「目標冷卻速度R'」。而且，該目標冷卻速度R'在第2段冷卻中設為13.0℃/min。即，藉由將第2段冷卻速度設為7.5℃/min～13.0℃/min的範圍內，除了在淬火後的固定入子的金屬組織中供充分的麻田散鐵變態進行外，對於抑制固定入子的裂紋的產生亦有效果。 關於冷卻條件C，在第1段冷卻中，設定為利用大型風扇（風扇能力：420 m3 /min×3台）的大氣中的鼓風冷卻。而且，在第2段冷卻中，設定為將固定入子的整體浸漬於100℃的油中的油淬火。
＜第1步驟＞ 首先，鋼種A中使用SKD61而製作3個試驗片。3個試驗片的形狀為立方體，各自的一邊設為150 mm（體積V/表面積S＝25.00）、200 mm（體積V/表面積S＝33.33）、300 mm（體積V/表面積S＝50.00）。而且，在該些試驗片的中心部分設置用以插入溫度感測器的孔。
＜第2步驟＞ 其次，對第1步驟中製作的3個試驗片，實施仿效對實際的固定入子進行的淬火的所述說明的淬火模式及冷卻條件C下的2段冷卻的多階段淬火試驗。此時，對試驗片的孔插入溫度感測器，測定試驗片的中心部分的溫度從TsH 到達TeH 的冷卻時間tH 及從TsL 到達TeL 的冷卻時間tL 。
＜第3步驟＞ 將第2步驟中獲得的3組「V/S值」與「冷卻時間tH 」的實測值的關係，在曲線圖上進行繪製（下標的「H」表示處於第1段冷卻）。圖1是對作為高溫區的第1段冷卻將所述實測值的關係繪製而成（「●」記號）。而且，藉由CAE，並根據該實測值的關係而求出試驗片與冷卻介質之間的熱傳遞係數，且，使用該求出的熱傳遞係數，計算各種V/S值時的冷卻時間tH ，從而獲得進一步擴大了V/S值的範圍的追加資料。而且，作為該追加資料，將V/S值為「58.33」（立方體中一邊為350 mm）及「66.67」（立方體中一邊為400 mm）時的「V/S值」與「冷卻時間t」的實測值的關係，在圖1的曲線圖上進行繪製（「□」記號）。而且，此時，進行相同的CAE，亦對3組實測值的關係進行驗算，在圖1的曲線圖上重新繪製（「□」記號）。然後，對使用該些CAE追加的多個「□」記號的繪製點進行擬合，而獲得由圖1中的「實線」所示的函數fH 。此時，擬合中，使用了微軟（Microsoft）公司製造的試算表軟體「試算表（Excel）（2007）」的擬合功能。
而且，設想實際欲進行淬火的鋼材為具有圖5所示的凸形狀的固定入子，以使立方體的試驗片中獲得的所述函數fH 的精度提高的方式對函數fH 進行了修正。即，將函數fH 中的「表面積S」的值置換為滿足「S＜S'≦（1.3×S）」的「S'」的值，使函數fH 向右側移行。圖2中所示的虛線為使圖1的函數fH 按照S'＝（1.1×S）、S'＝（1.2×S）、S'＝（1.3×S）的關係而分別向右側移行的修正後的函數fH 。而且，圖2中所示的「●」記號及「◆」記號的繪製點為將試驗片的形狀變更為如圖5的固定入子般的凸形狀而進行淬火試驗時的「V/S值」與「冷卻時間tH 」的關係的實測值。而且，圖2中所示的「○」記號及「◇」記號的繪製點為利用CAE計算出所述「●」記號及「◆」記號表示的實測值並進行驗算所得者。認為該些結果與在「S＜S'≦（1.3×S）」的範圍內修正的函數fH 的關係精度佳地吻合。 而且，本實施例中，亦考慮防止過冷，所述修正量採用「S'＝（1.3×S）」的函數fH 。而且，確認該經修正的函數fH 為「tH ＝0.6572（V/S）－9.9774」的一次函數（tH 的單位為「分鐘」，V的單位為「mm3 」，S的單位為「mm2 」）。
而且，該第3步驟中，在作為低溫區的第2段冷卻中亦進行與上述相同的作業。圖3中的「●」記號為對第2段冷卻將實測值的關係繪製所得者（下標「L」表示為第2段冷卻）。「□」記號為利用CAE對所述實測值進行處理而所得的追加的資料。而且，圖3中的「實線」所示者為將該些多個「□」記號的繪製點擬合所得的函數fL 。此時，擬合中，使用了微軟公司製造的試算表軟體「Excel（2007）」的擬合功能。 而且，在第2段冷卻中，亦與第1段冷卻同樣地，以使所述函數fL 的精度提高的方式對函數fL 進行了修正。圖4中所示的虛線為使圖3的函數fL 按照S'＝（1.1×S）、S'＝（1.2×S）、S'＝（1.3×S）的關係而分別向右側移行的修正後的函數fL 。圖4中所示的「●」記號及「◆」記號的繪製點為將試驗片的形狀變更為如圖5的固定入子般的凸形狀而進行淬火試驗時的「V/S值」與「冷卻時間tL 」的關係的實測值。而且，「○」記號及「◇」記號的繪製點為利用CAE計算出所述「●」記號及「◆」記號表示的實測值並進行驗算所得者。而且，在第2段冷卻中，亦利用「S'＝（1.3×S）」的修正量修正所述函數fL ，並採用該經修正的函數fL 。而且，確認該經修正的函數fL 為「tL ＝0.6762（V/S）－6.2818」的一次函數（tL 的單位為「分鐘」，V的單位為「mm3 」，S的單位為「mm2 」）。
＜第4步驟＞ 對作為欲進行淬火的鋼材的圖5的固定入子，求出其體積V1及表面積S1。而且，該些值如所述般，體積V1為113,043,680 mm3 ，表面積S為2,205,144 mm2 。另外，該些作業中，並無設置於固定入子的內部的冷卻孔等微小空間。而且，將圖5的固定入子的「V/S值」決定為藉由（113,043,680 mm3 /2,205,144 mm2 ）計算出的「51.26」（嚴格來說單位為「mm」）。
而且，在對圖5的固定入子實際進行與對試驗片進行的淬火試驗相同的冷卻條件下的2段冷卻的多階段淬火時，首先，是將固定入子具有的所述「51.26」的V/S值，分別代入至第1段冷卻中的「tH ＝0.6572（V/S）－9.9774」的經修正的函數fH 、及第2段冷卻中的「tL ＝0.6762（V/S）－6.2818」的經修正的函數fL 中。 其結果，第1段冷卻中，算出固定入子的中心部分的溫度從1020℃的淬火溫度（TsH ）到達650℃（TeH ）為止的冷卻時間tH 1為「23.71分鐘」。此時，在實際的淬火中，考慮到管理的容易性，而將該「23.71分鐘」的冷卻時間tH 1的值以小數點第一位四捨五入，將實際管理的冷卻時間tH 1設為「24分鐘」。而且，經過該實際管理的冷卻時間tH 1的期間的冷卻速度為[（1020－650）/24]＝15.4℃/min，超過了所述「13.5℃/min」的冷卻速度R。 而且，第2段冷卻中，算出固定入子的中心部分的溫度從600℃（TsL ）到達250℃的淬火結束溫度（TeL ）為止的冷卻時間tL 1為「28.38分鐘」。此時，在實際的淬火中，考慮到管理的容易性，將該「28.38分鐘」的冷卻時間tL 1的值以小數點第一位四捨五入，從而將實際管理的冷卻時間tL 1設為「28分鐘」。而且，經過該實際管理的冷卻時間tL 1的期間的冷卻速度為[（600－250）/28]＝12.5℃/min，滿足在所述冷卻速度R及R'之間決定的「7.5℃/min～13.0℃/min」的範圍。 根據以上的結果，認為當在最初設定的鋼種A及冷卻條件C下，進行所述冷卻時間tH 1及冷卻時間tL 1的2段冷卻的淬火時，在淬火後的固定入子的金屬組織中可供充分的麻田散鐵變態進行，且，亦可抑制裂紋的發生。由此，可判斷為不需要重新考慮鋼種A或冷卻條件C。
而且，對作為SKD61的鋼種A的圖5的固定入子，實際進行如最初設定般的淬火模式及冷卻條件C下的2段冷卻的多階段淬火。此時，第1段冷卻中的冷卻時間tH 1設為如所述般的「24分鐘」。而且，第2段冷卻中的冷卻時間tL 1設為如所述般的「28分鐘」。 然後，觀察淬火結束後的固定入子，結果，其金屬組織供充分的麻田散鐵變態進行，且，亦未產生裂紋。而且，亦可藉由將函數f的修正量設定得稍大，而防止過冷。
根據以上的結果可知，只要為本發明，則在對具有各種大小或形狀的鋼材進行淬火時，可利用冷卻時間效率佳地管理直至其指示溫度為止的冷卻。而且可知，在對具有各種大小或形狀的鋼材進行淬火時，可簡單地推斷該些鋼材的中心部分的冷卻速度。藉由對利用該些本發明的鋼材的淬火方法淬火的鋼材進而進行回火，而可獲得被賦予了硬度及韌性等機械特性的鋼材。
S‧‧‧表面積
Te、TeH、TeL‧‧‧冷卻停止溫度
tH、tL‧‧‧冷卻時間
Ts、TsH、TsL‧‧‧冷卻開始溫度
V‧‧‧體積
圖1是表示將作為SKD61的試驗片，在大氣中的大型風扇（風扇能力：420 m3 /min×3台）的鼓風冷卻的冷卻條件下，從1020℃的淬火溫度冷卻至試驗片的中心部分的溫度到達650℃為止時的「V/S值」與「冷卻時間t」的關係的圖。 圖2是將圖1中所示的「V/S值」與「冷卻時間t」的關係修正為對實際的鋼材進行的淬火中的關係的圖。 圖3是表示對圖1中冷卻後的試驗片，在將試驗片的整體浸漬於100℃的油中的油淬火的冷卻條件下，從其中心部分的溫度下降至600℃時開始，冷卻至試驗片的中心部分的溫度到達250℃為止時的「V/S值」與「冷卻時間t」的關係的圖。 圖4是將圖3所示的「V/S值」與「冷卻時間t」的關係修正為對實際的鋼材進行的淬火中的關係的圖。 圖5是示意性地表示壓鑄模具的固定入子（insert）的形狀的圖，且表示實際的鋼材所具有的形狀的一例的示意圖。 圖6是表示具有與圖5的鋼材為大致相同體積的長方體的圖。 圖7是表示對實際的鋼材進行的淬火模式的一例（一段冷卻）的圖。 圖8是表示對實際的鋼材進行的淬火模式的另一例（二段冷卻）的圖。
S‧‧‧表面積
tH‧‧‧冷卻時間
V‧‧‧體積

Claims (4)

  1. 一種淬火鋼材時的冷卻時間的導出方法，在淬火鋼材時，預先導出冷卻時間，所述冷卻時間為對已加熱至冷卻開始溫度Ts的鋼材從開始進行冷卻條件C下的冷卻，到結束所述冷卻條件C下的冷卻為止的時間，所述淬火鋼材時的冷卻時間的導出方法的特徵在於包括： 第1步驟，製作包含與進行淬火的鋼材相同的鋼種A且體積V及表面積S各不相同的n個（n為2以上的自然數）試驗片，在所述試驗片的各自的中心部分設置用以插入溫度感測器的孔； 第2步驟，針對n個所述試驗片實施下述試驗：向所述試驗片的所述孔中插入所述溫度感測器，加熱保持為所述冷卻開始溫度Ts，繼而對各試驗片在相同的所述冷卻條件C下開始冷卻，並測定從開始冷卻到由所述溫度感測器測定出的所述中心部分的溫度下降而到達冷卻停止溫度Te為止的冷卻時間t； 第3步驟，決定函數f，所述函數f由關係式（1）而定義，且所述第2步驟中獲得的1組包含所述體積V、所述表面積S及所述冷卻時間t的n組資料滿足關係式（1）；以及 第4步驟，將進行所述淬火的鋼材的形狀F1所具有的體積V1及表面積S1代入所述關係式（1）而算出冷卻時間t1：   關係式（1）：t＝f（V/S）。
  2. 一種鋼材的淬火方法，使用藉由如申請專利範圍第1項所述的冷卻時間的導出方法導出的所述冷卻時間t1而進行，所述鋼材的淬火方法的特徵在於： 在淬火所述鋼材時，在將已加熱至所述冷卻開始溫度Ts的所述鋼材在所述冷卻條件C下冷卻所述冷卻時間t1後，停止所述冷卻條件C下的冷卻。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的鋼材的淬火方法，其中 所述鋼材的淬火時的冷卻根據不同的冷卻條件而分為多個階段，在各個冷卻階段決定用以導出冷卻時間的不同的函數f。
  4. 一種鋼材的淬火回火方法，其特徵在於： 對利用如申請專利範圍第2項或第3項所述的鋼材的淬火方法淬火的鋼材進而進行回火。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7417065B2 (ja) 2020-01-22 2024-01-18 株式会社不二越 熱処理システム
CN114606371B (zh) * 2022-03-08 2024-05-10 承德建龙特殊钢有限公司 一种钢末端淬火试验中试样支架的调整装置及其使用方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07188734A (ja) * 1993-12-27 1995-07-25 Daido Steel Co Ltd 熱処理炉における被処理材の焼き入れ制御方法
TWI314070B (en) * 2002-12-05 2009-09-01 Sms Siemag Ag Verfahren zur prozesssteuerung oder prozessregelung einer anlage zur umformung, kuhlung und/oder warmebehandlung von metall
TWI484560B (zh) * 2009-09-26 2015-05-11 Tokyo Electron Ltd 熱處理裝置及冷卻方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3159372B2 (ja) * 1996-09-05 2001-04-23 日立金属株式会社 金型およびその焼入れ方法
JP5050436B2 (ja) * 2006-07-28 2012-10-17 大同特殊鋼株式会社 合金鋼の製造方法
JP5105235B2 (ja) * 2007-09-25 2012-12-26 日立金属株式会社 金型の焼入れ方法
CN101220403B (zh) * 2007-12-20 2010-06-23 山东建筑大学材料科学研究所 一种球墨铸铁贝氏体等温处理方法
CN101220404B (zh) * 2007-12-20 2012-01-25 山东建筑大学 一种球墨铸铁托氏体化的处理方法
CN202390498U (zh) * 2011-12-07 2012-08-22 南京钢铁股份有限公司 中厚板辊式淬火机钢板冷却速率测定装置
CN104212969B (zh) * 2014-09-18 2016-11-30 上海交通大学 一种基于数值模拟的钢管连续淬火过程控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07188734A (ja) * 1993-12-27 1995-07-25 Daido Steel Co Ltd 熱処理炉における被処理材の焼き入れ制御方法
TWI314070B (en) * 2002-12-05 2009-09-01 Sms Siemag Ag Verfahren zur prozesssteuerung oder prozessregelung einer anlage zur umformung, kuhlung und/oder warmebehandlung von metall
TWI484560B (zh) * 2009-09-26 2015-05-11 Tokyo Electron Ltd 熱處理裝置及冷卻方法

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