WO2002092250A1 - Fil d'acier deforme par traitement thermique et procede et appareil de fabrication d'un tel fil d'acier - Google Patents

Fil d'acier deforme par traitement thermique et procede et appareil de fabrication d'un tel fil d'acier Download PDF

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heat
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quenching
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Chikaharu Sakata
Yukio Murayama
Kazuo Kinugasa
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Neturen Co., Ltd.
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    • C21D1/02—Hardening articles or materials formed by forging or rolling, with no further heating beyond that required for the formation

Definitions

  • the present invention relates to a heat-treated deformed steel wire having a deformed cross section such as a square or rectangular or approximately wedge-shaped cross section used for coil springs and other applications, and its manufacture.
  • a coil spring using a deformed cross section steel wire was drawn from a rolled steel material having a round cross section into a deformed cross section by drawing or the like. Then, this drawn steel wire is quenched and tempered by a method such as oil tempering as shown in the process of FIG. 5 (a), and then coiled into a coil spring shape, or a coil spring as shown in FIG. 5 (b). After being coiled into a shape, it was manufactured by quenching and tempering with an electric furnace etc.
  • the present invention provides a method for producing a heat-treated deformed steel wire heat-treated in a single step by continuously hot-forming the steel wire of round cross section into a deformed cross-section and simultaneously performing forming and quenching heat treatment.
  • the purpose is in addition, it is an object of the present invention to provide a method for producing a heat treated deformed steel wire having high dimensional accuracy and good linearity by performing tension quenching with little variation in tension during quenching and cooling.
  • the present invention is particularly suitable for steel wires for high strength coil springs, but it also has a wide range of applications such as heat treated deformed steel wires that have linearity and is required to have linearity, such as other angular cross-sectional torsion bars etc. It can be used.
  • the heat-treated deformed steel wire of the present invention and the method for producing the same are heated to a rolling temperature for a short period of time by induction heating or Z and direct current heating means, and hot-rolled into a predetermined deformed cross section It is characterized in that it is quenched and quenched immediately after rolling and then subjected to tempering heat treatment.
  • the steel wire to be processed is heated rapidly for a short time to A 3 temperature or more at a heating rate of 100 ° C. Z s or more, rolled to a predetermined profile by rolling rolls at a temperature of A r 3 or more, It is desirable to obtain a high tensile strength by quenching and quenching by quenching and cooling means disposed in tandem in the vicinity of the rolling roll from a temperature of Ar 1 or higher. It is desirable that the quenching and cooling means be disposed as close to the rolling mill as possible. In this way, rapid cooling immediately after rolling prevents growth of crystal grains, and high hardness and hardened hardness can be obtained.
  • the work hardening be carried out by means of tensile work hardening in which the steel wire to be processed is quenched while being tensioned immediately after the hot rolling.
  • the tension applied to the steel wire to be processed can be provided by a pinch roller or a take-up machine or a cabstan device driven by a torque converter drive that absorbs the tension fluctuation of the steel wire. Desirable to eliminate fluctuations.
  • a constant large curvature of the wire does not affect the product, but if the wire has a meander, twist or slight bend, the product shape Defects in the product cause the product yield to decrease.
  • a drive device with a torque converter is used to drive a pinch roller, a take-up machine, and a capstan device, and fluctuations in the tension of the wire are absorbed by the torque converter to apply constant tension to the wire. It is characterized by doing. As a result, it is possible to obtain a high strength, hardened spring steel wire with uniform dimensional accuracy in cross-sectional dimension.
  • the torque converter-equipped drive device does not necessarily mean that the torque converter and the drive device are integrated, but includes all devices that are driven via a torque converter.
  • tempering temperature by induction heating and tempering It is desirable that the quenching and tempering heat treatment can be performed continuously, and tempering can be continuously performed by tempering induction heating coils disposed in tandem behind the quenching and cooling means. desirable.
  • the manufacturing method of the present invention is widely effective for welding deformed wires having a square or rectangular or approximately wedge-shaped cross section, and heat-treated deformed steel wires having a tensile strength of 600 N / mm or more can be easily manufactured.
  • the apparatus for continuously producing a heat-treated deformed steel wire according to the present invention for producing the heat-treated deformed steel wire comprises: rolling heating means by induction heating or / and direct current heating which heats a material steel wire to a rolling temperature; A rolling means for forming, and a quenching and quenching means and a tension applying means for quenching and quenching while applying tension to a steel wire to be processed immediately after rolling and forming are disposed in tandem.
  • the rolling means is a four-sided rolling mill
  • the tension applying means is a pinch roller or a winder or a capstan device driven by a drive device with a torque converter. Quenching and tempering can be performed continuously by arranging tempering heating means for heating to tempering temperature in tandem.
  • Fig. 2 is a view showing an example of the cross-sectional shape of the heat-treated deformed steel wire of the embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 is a diagram showing the shape of a roll of a four-way rolling mill of the embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 is a flow chart showing the manufacturing process of the heat-treated deformed steel wire according to the embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 is a flowchart showing a method of manufacturing a coil spring using the conventional heat-treated deformed steel wire.
  • FIG. 8 A chart showing the temperature at each position of the apparatus of the embodiment of the present invention
  • Fig. 1 is a conceptual diagram showing the entire configuration of a heat-treated deformed steel wire manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is an example of a cross-sectional shape of heat treated deformed steel wire used in this embodiment
  • FIG. 4 is a diagram showing the roll shape of the L 0 machine (rolling means), and FIG. 4 is a flowchart showing the manufacturing process of the heat-treated deformed steel wire of the embodiment of the present invention.
  • the pinch roll 9 is driven by a motor 9 a with a torque converter reducer. ⁇
  • the heat-treated deformed steel wire of this embodiment has an approximate wedge-shaped cross section as shown in FIG.
  • a four-way rolling mill 7 rolling this is, as shown in FIG. 3, composed of a pair of upper and lower horizontal rolls 1 and 1 and a pair of left and right vertical rolls 2 and 2.
  • the horizontal roll 1 below 0 forms the side of the approximate wedge-shaped cross section, and the left and right vertical rolls 2 form the top and bottom.
  • the material steel wire W 1 is induction-heated by rolling heating corinole 6 and then hot rolled to a wire W 2 of an approximate wedge-shaped cross section shown in FIG. 2 by a four-sided rolling mill 7. It is quenched by 8 and processed and quenched. At this time, since the pinch roll 9 is rotating at a feed speed slightly higher than the rolling exit speed, the deformed wire W 2 is subjected to tension by the pinch roll 9 and quenched while being fed out. Be done. By cooling while applying tension in this way, a high degree of linearity and a hardened steel wire can be obtained.
  • the pinch roll 9 is driven by the motor 9 a with a torque converter reducer, no excessive tensile force is exerted on the wire W 2, and the dimensional variation of the brazing material is prevented.
  • the quenched wire rod is heated to a tempering temperature by a tempering heating coil 10 to be tempered and wound up by a wire taker 11. Then, the heat-treated deformed steel wire that has been heat-treated and coiled off is coiled and formed into a predetermined shape when it is used for a coil spring.
  • the modified cross sectional forming and the quenching and tempering are performed in one step. It is characterized by
  • tension is applied to the wire by the pinch roll, but instead of the pinch hole, a capper device may be used, or tension may be applied by a skimming machine.
  • a motor with torque converter is used to drive the Kapstan device or the skiving machine.
  • rolling heating may be performed by direct energization or combination of induction heating and direct energization.
  • FIG. 7 shows the dimensions of the deformed profiled steel wire of the rolled wedge-shaped cross section and the corresponding wire diameter. The reduction of area from wire to deformed steel wire is about 0.9.
  • a steel wire rolled to a wedge-shaped cross section of various dimensions was quenched by quenching while applying tension and then quenched by tempering.
  • An irregular shaped wire rod with a small diameter cross section such as the 40 series, 30 series and 25 series shown in Fig. 7 was difficult due to the large variation in cross sectional dimension by conventional tension hardening, but the present invention is not limited to the pinch with torque converter Since tension is applied by rolls, tension hardening is possible to such small-diameter cross section steel wires.
  • L 1 6 0 is an approximate wedge-shaped cross section shown in FIG. 2 with a height of 1 40, 40 mm and a bottom surface 7 10 mm-top surface 4 7 O mm, but a round diameter of the raw material 1 0 80 mm It rolled to this shape using a wire rod.
  • the reduction rate was 0.99 059.
  • the variation in cross-sectional dimension was less than 0.05 mm, and a high-precision, heat-treated deformed steel wire was obtained.
  • the heating conditions were such that the temperature was raised by 7 sec to the rolling temperature, and the feed speed of the steel wire was 10 O mm / s at the outlet side.
  • the heat treatment temperature was measured at each position of heating coil outlet side 1 in FIG. 1, position 2 after heat soaking, roll inlet 3, roll inlet 4, roll outlet 4, water-cooled jacket front 5 and tempering heating 6. The measurement results are shown in Fig.8.
  • the steel wire is heated by rolling heating coil 6 to about 10 24 ° C., which is higher than A c 3 temperature, to be V-structured, It is rolled at a temperature range of 3 or more. Then, immediately after rolling, it was quenched by rapid cooling from a temperature of 70 ° C. or more at Ar 1 or higher. As a result, a hardened martensitic microstructure is obtained and high strength is obtained.
  • the quenched steel wire was tempered by heating to about 500 ° C. by the tempering heating coil 10.
  • the heat-treated deformed steel wire did not show any small bend, and high linearity was obtained.
  • a coil spring was formed using this heat-treated deformed steel wire.
  • a heat-treated deformed wire having an approximate wedge-shaped cross section was produced, and the effect on coil spring was confirmed.
  • the present invention can be applied not only to wedge-shaped cross sections but also to heat-treated deformed wires of square or rectangular cross sections.
  • the application is good not only for the coiled spring but also for linearity, so man-hours are reduced even for deformed torsion bars used in straight lines Product yield is improved.
  • the invention is broadly applicable to other applications.
  • the heat-treated deformed steel wire of the present invention since heating is performed rapidly for a short time by induction heat generation or the like, defects such as decarburization do not occur unlike other heating methods.
  • heat treatment since heat treatment is carried out simultaneously with forming and rolling into a deformed shape, a heat-treated deformed steel wire can be obtained in one step.
  • high strength can be obtained by rapid heating and work hardening.
  • the steel wire to be processed is rapidly heated to a temperature above A c 3 and rolled to a predetermined profile by a four-way rolling roll in a temperature range above A r 3 and immediately after rolling from a temperature above A r 1
  • quenching by quenching means and direct quenching
  • tempering can be performed continuously by providing tempering induction heating coils in tandem behind the quenching and cooling means and tempering.
  • the quenching is carried out by quenching while applying tension after hot rolling, a heat treated profile steel wire having high linearity without slight bending such as meandering or twisting can be obtained. Since the tension applied in this hardening is given by a pinch roller or take-off machine or a capstan device driven by a drive device with a torque converter, the variation in tension is small and the variation in cross sectional dimension due to bowing is small. . Since this effect is particularly large for a wire with a small diameter cross section, the present invention enables tension hardening of a deformed wire with a small diameter cross section, which was conventionally difficult.
  • rolling heating is performed by induction heating, but direct heating may be used, or both may be used in combination.
  • the four-roll mill is used as one stand, but two or more stands may be used.
  • the cross-sectional shape of the heat-treated deformed steel wire may have various cross-sectional shapes such as corners and rectangular cross-sections other than the approximate wedge shape in this embodiment.
  • the heat-treated deformed steel wire of the present invention As described above, according to the heat-treated deformed steel wire of the present invention and the method and apparatus for manufacturing the same Since a heat-treated, heat-treated deformed steel wire with excellent linearity and high strength is obtained in one step, when used as a coil spring wire, the defect ratio in coil forming due to small bending is reduced to almost 0. The cost of manufacturing the coil spring due to the deformed spring wire can be greatly reduced. In particular, it is effective for the production of heat-treated deformed steel wires of small cross-section, which has hitherto been difficult. In addition, it can be widely used in other applications such as deformed cross section tortion bars.

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Description

明細書 熱処理異形鋼線とその製造方法及び装置 技術分野
本発明は、 コイルばねその他の用途に使用される角又は矩形もしくは近似梯形 断面などの異形断面を有する熱処理された異形鋼線及びその製造に関するもので ある。 背景技術
従来、 例えば異形断面鋼線を用いたコイルばねは、 まず図 5に示すように丸断 面の圧延鋼材から引抜きなどにより異形断面に伸線された。 そして、 この引抜鋼 線を図 5 ( a ) の工程のようにオイルテンパなどの方法で焼入れ焼戻しした後、 コイルばね形状にコィリングして製造する力 あるいは図 5 ( b ) のようにコィ ルばね形状にコィリングした後、 電気炉などにより焼入れ焼戻しして製造された
発明の開示
しかしながら、 コイルばね製造における前記従来の方法では、 異形伸線の引抜 きなどの工程と、 焼入れ焼戻しの熱処理の工程との 2つの工程を要するために、 工数が増してコスト低減が困難であるという問題点があった。
また、 前記図 5 ( a ) の熱処理した鋼線をコィリングする方法では、 素線に蛇 行やねじれや小曲がりがあると、 巻いたコイルが変形して製品の歩留まりが大き く低下する。 し力 し、 従来の伸線後、 炉加熱により焼入れ ·焼戻しされた素線で は、 この点十分な品質が得られなかった。 そのために、 さらに直線性の良好な焼 入れ鋼線が要求された。
一方、 直線性の高い焼入鋼線を得るために、 張力をかけながら加熱焼入れする 方法が行われるが、 高温に加熱された鋼線に張力をかけると鋼線が伸びて断面が 縮小し、 張力の変動により断面寸法が変動するという問題点があった。 そこで本発明は、 丸断面の鋼線から連続的に異形断面に熱間成形し、 成形と焼 入れ熱処理とを同時に行って、 1工程で熱処理された熱処理異形鋼線を製造する 方法を提供することを目的とする。 かつ、 焼入れ冷却時に張力変動の少ない張力 焼入れを行うことにより、 寸法精度が高く直線性の良好な熱処理された熱処理異 形鋼線の製造方法を提供することを目的とする。 本発明はとくに高強度コイルば ね用鋼線に適するものであるが、 その他角断面トーションバーなどのような異形 断面を有して直線性を必要とする熱処理異形鋼線など広レ、用途に使用することが できる。
上記目的を達成するために、 本発明の熱処理異形鋼線とその製造方法は、 誘導 加熱又は Z及び直接通電加熱手段により圧延温度まで急速短時間加熱されて所定 異形断面に熱間圧延成形され、 圧延直後に急冷して加工焼入れした後、 焼戻し熱 処理を施すことを特徴とするものである。
すなわち、 このように誘導加熱などにより急速短時間加熱すると、 通常の炉加 熱などより脱炭などの欠陥が少なく、 力 高レ、加工焼入れの効果が得られること が知られている。 そして圧延直後に急冷することにより結晶粒の成長が阻止され 、 かつ表層部の A r 3変態も阻止される。 これにより、 表面の冷却が進んでフエ ライト組織が析出することを防止でき、 表層部まで十分な焼入れ組織が得られる 。 このように圧延直後の急冷による加工焼入れを行うことにより、 異形断面の成 形と焼入れ熱処理とが 1工程で行われ、 かつ加工焼入れにより通常焼入れより高 い強度が得られる。
前記の圧延成形は、 4方圧延ロールによれば少ない圧延スタンドで簡易に異形 断面の成形を行うことができる。
また、 被加工鋼線を 1 0 0°CZ s以上の加熱速度で A c 3温度以上に急速短時 間加熱し、 A r 3以上の温度で圧延ロールにより所定異形断面に圧延し、 圧延直 後に A r 1以上の温度から該圧延ロールに近接してタンデムに配設された焼入冷 却手段により急冷して加工焼入れすることが高い引張り強さを得るために望まし レ、。 この焼入冷却手段はできるだけ前記圧延口ールに近接して配設することが望 ましい。 こうすれば、 圧延直後の急冷により結晶粒の成長を阻止して高レ、焼入硬 さが得られる。 このように異形断面を圧延口ールにより熱間加工することにより、 従来の引抜 き伸線加工などの成形に比し擦り傷などが減少し、 良好な表面肌のばね鋼線が得 られる。 さらに、 髙合金鋼などは加工硬化が大きく冷間伸線が困難であるが、 本 圧延方法によれば高合金鋼の異形断面加工も容易である。
前記加工焼入れは、 熱間圧延直後に被加工鋼線に張力をかけながら急冷する張 力加工焼入れを行うことが熱処理鋼線の直伸度を向上するために望ましい。 この 被加工鋼線にかける張力は、 該鋼線の張力変動を吸収するトルクコンバータ付駆 動装置により駆動されるピンチローラ又は卷取機もしくはキヤブスタン装置によ り与えられることが張力変動による寸法の変動をなくするために望ましい。 前述のように、 コイルばねを成形するためのコィリングの際には、 素線の一定 の大きな湾曲は製品に影響しないが、 素線に蛇行や、 ねじれや、 小曲がりなどが あると、 製品形状に不良が生じて製品歩留まりが低下する。 本発明の方法では、 圧延後急冷する加工焼入れの際に、 I材に張力をかけながら急冷する張力加工焼 入れをするので、 このような小曲がりのない直線性の高い焼入ばね鋼線が得られ る。 これにより、 コイルばね成形における製品の歩留まりが向上する。 なお、 コ ィルばね以外に直線で使用される異形トーションバーなどの用途においても、 矯 正などの成形工数を大幅に低減できてコストを低減できる。
しかし、 この焼入れの際の高温の線材は強度が低いので、 線材に掛かる張力が 変動すると断面寸法に変動が生ずる恐れがある。 そこで本発明は、 ピンチローラ 、 卷取機、 キヤプスタン装置の駆動にトルクコンバータ付駆動装置を用いて、 ト ルクコンバータにより線材の張力の変動を吸収して、 線材に一定の張力を与えな がら焼入れすることを特徴とするものである。 これにより、 断面寸法の均一な寸 法精度の高レ、焼入ばね鋼線を得ることができる。 とくに、 小径断面の異形線材な どでは線材に直接張力を加えると断面寸法の変動が大きいが、 本発明のトルクコ ンバータを介して張力をかけることにより、 従来困難であった小径断面の異形線 材まで張力焼入れが可能になった。 ここでトルクコンバータ付駆動装置とは、 必 ずしもトルクコンバータと駆動装置が一体のものをいうのでなく、 トルクコンパ ータを介して駆動するものをすベて含む。
前記加工焼入れ後に連続して、 誘導加熱により焼戻し温度に加熱して焼戻しす ること力 焼入れ焼戻し熱処理を連続して行うことができて望ましく、 この焼戻 しは、 前記焼入冷却手段の後方にタンデムに配設された焼戻し誘導加熱コイルに より連続的に行われることが望ましい。
本発明の製造方法は、 角又は矩形もしくは近似梯形断面を有する異形線材の加 ェに広く有効であり、 引張り強さ力 6 0 0 N/mm 以上の熱処理異形鋼線が 容易に製造できる。
上記熱処理異形鋼線を製造する本発明の熱処理異形鋼線の連続製造装置は、 素 材鋼線を圧延温度に加熱する誘導加熱又は/及び直接通電による圧延加熱手段と 、 所定異形断面に熱間成形する圧延手段と、 圧延成形直後に被加工鋼線に張力を 掛けながら急冷して焼入れする焼入急冷手段及び張力付加手段とがタンデムに配 設されたことを特徴とするものである。
前記圧延手段は 4方口ール圧延機であり前記張力付加手段はトルクコンパータ 付駆動装置により駆動されるピンチローラ又は巻取機もしくはキヤプスタン装置 であることが望ましく、 前記焼入れ急冷手段の後方に焼戻し温度に加熱する焼戻 し加熱手段がタンデムに配設されることにより、 焼入れ焼戻しが連続的にできる
図面の簡単な説明
本発明実施形態の熱処理異形鋼線の製造装置の構成を示す概念図
【図 2 本発明実施例の熱処理異形鋼線の断面形状の一例を示す図 【図 3 本発明実施例の 4方ロール圧延機の口ール形状を示す図
【図 4 本発明実施例の熱処理異形鋼線の製造工程を示すフローチヤ一ト 【図 5 従来の熱処理異形鋼線によるコイルばねの製造方法を示すフ口ーチ ャート
【図 6 本発明実施例の圧延線材の化学成分
【図 7 本発明実施例の熱処理異形鋼線の諸元を示す表
【図 8 本発明実施例の装置の各位置に置ける温度を示す図表
【図 9 本発明実施例の熱処理異形鋼線の機械的性質の一例
【符号の説明】 1 上下水平ロール、 2 左右垂直ロール、 6 誘導加熱コイル （圧延加熱手 段）、 7 4方ロール圧延機 （圧延手段)、 8 水冷ジャケット （焼入冷却手段 )、 9 ピンチロール （張力付加手段）、 9 a トルクコンバータ付モータ、 1 0 焼戻し加熱コイル、 1 1 卷取機、 W 1 素材鋼線、 W 2 異形鋼線
5
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を図示の 1実施形態について具体的に説明する。 図 1は本発明実 施形態の熱処理異形鋼線の製造装置の全体の構成を示す概念図、 図 2は本実施に 用いた熱処理異形鋼線の断面形状の一例、 図 3はそれを圧延する 4方口ール圧延
L 0 機 （圧延手段） のロール形状を示す図、 図 4は本発明実施例の熱処理異形鋼線の 製造工程を示すフローチャートである。
図 1において、 図の左上流側から圧延加熱コイル （圧延加熱手段） 6、 4方口 ール圧延機 （圧延手段） 7、 水冷ジャケット （焼入冷却手段） 8、 ピンチロール 9 (張力付加手段） 及ぴ焼戻加熱コイル （焼戻し加熱手段） 1 0がタンデムに配
. 5 列され、 最終に卷取機 1 1が配設されている。 ピンチロール 9はトルタコンバー タ減速機付のモータ 9 aにより駆動される。 ·
本実施例の熱処理異形鋼線は、 図 2に示すように近似梯形断面を有している。 そしてこれを圧延する 4方ロール圧延機 7は、 図 3に示すように上下 1対の水平 ローノレ 1、 1と左右 1対の垂直ロール 2、 2により構成されている。 そして、 上
： 0 下の水平ロール 1により近似梯形断面の側面が成形され、 左右の垂直ロール 2に より頂底面が成形される。
以下、 図 1及び図 4を用いて製造工程を説明する。 まず、 前工程として所定径 の圧延鋼材の素材がデスケーリングされた後、 丸伸線により所定径の円断面の素 材鋼線 W 1に伸線される。 この素材鋼線 W 1が図示しない巻出機から圧延加熱コ
5 ィル 6に供給される。 素材鋼線 W 1は圧延加熱コィノレ 6により誘導加熱された後 、 4方口ール圧延機 7により図 2に示す近似梯形断面の線材 W 2に熱間圧延され 、 熱間圧延直後に水冷ジャケット 8により急冷して加工焼入れされる。 このとき 、 ピンチロール 9が圧延出口速度よりわずかに早い送り速度で回転しているので 、 異形線材 W 2はピンチロール 9により張力がかけられて送り出されながら急冷 される。 このように張力を掛けながら冷却することにより、 直線性の高レ、焼入鋼 線が得られる。 また、 ピンチロール 9はトルクコンバータ減速機付のモータ 9 a により駆動されるので、 線材 W 2に過大な引張り力が働くことがなく、 ϋ材の寸 法変動が防止される。 焼入れされた線材は、 焼戻加熱コイル 1 0により焼戻温度 に加熱されて焼戻しされ、 卷取機 1 1により巻き取られる。 そして熱処理されて コイル状に卷き取られた熱処理異形鋼線は、 コイルばねに使用される場合は所定 形状にコィリングされて成形される。
すなわち、 従来方法では、 囪 5に示すように異形断面の伸線の工程と焼入れ焼 戻しの工程の 2工程で行われたものを、 本発明では異形断面成形と焼入れ焼戻し が 1工程で行われることを特徴とするものである。
なお、 本実施形態では、 ピンチロールにより線材に張力をかけたが、 ピンチ口 ールの代わりにキヤプスタン装置によってもよく、 あるいは卷取機により張力を かけてもよい。 この場合は、 キヤプスタン装置ゃ卷取機の駆動にトルタコンバー タ付モータが使用される。 また、 圧延加熱は直接通電によっても、 あるいは誘導 加熱と直接通電を併用してもよい。
[実施例]
以下実施例について説明する。 実施例に使用した圧延線材の化学成分を図 6に 示す。
この圧延線材を丸線に伸線した後、 この素線を用いて図 2の形状の梯形断面に 圧延した。 圧延した梯形断面の異形鋼線の寸法とそれに対応する素線の径を図 7 に示す。 素線から異形鋼線の減面率は約 0 . 9である。 各種寸法の梯形断面に圧 延した鋼線は、 張力を掛けながら急冷して加工焼入れした後、 連続して焼戻しし た。 図 7に示す 4 0系、 3 0系、 2 5系のように小径断面の異形線材は、 従来の 張力焼入れでは断面寸法の変動が大きいため困難であつたが、 本発明はトルクコ ンバータ付ピンチロールで張力を掛けるため、 このような小径断面の異形鋼線ま で張力焼入れが可能になった。
図 7の製品のうち、 1例として L一 6 0の実施例について説明する。 L一 6 0 は高さ 1 4 , 4 0 mm X底面 7 . 1 0 mm—頂面 4 . 7 O mmの図 2に示す近似 梯形断面であるが、 素材径 1 0 . 8 0 mmの丸線材を用いこの形状に圧延した。 その減面率は 0 . 9 0 5 9であった。 断面寸法のばらつきは 0 . 0 5 mm以下で 精度の高レ、熱処理異形鋼線が得られた。
加熱条件は、 圧延温度まで 7 s e cで昇温し、 鋼線の送り速度は出口側で 1 0 O mm/ sとした。 熱処理温度は図 1の加熱コイル出口側①、 加熱後均熱された 位置②、 ロール入口③、 ロール出口④、 水冷ジャケット前⑤、 及び焼戻加熱後の ⑥の各位置で温度を測定した。 その測定結果を図 8に示す。
すなわち、 鋼線は圧延加熱コイル 6により A c 3温度以上の約 1 0 2 4 °Cにカロ 熱されて V組織にされ、 4方ロール 7により 8 5 0〜7 6 0 °Cの A r 3以上の温 度範囲で圧延加工される。 そして、 圧延直後に A r 1以上の温度 7 4 0 °Cから急 冷して焼入れされた。 これにより、 微細なマルテンサイト組織の焼入組織が得ら れ、 高い強度が得られた。 焼入れされた鋼線は焼戻加熱コイル 1 0により約 5 0 0 °cに加熱して焼戻しされた。
上記条件で圧延熱処理された L一 6' 0熱処理異形鋼線の機械的性質の一例を図
9に示す。 すなわち本発明の熱処理異形鋼線は、 引張強さが 1 6 0 O N/mm 2 以上で伸び 1 0 %以上と高い強度と大きい伸びが得られた。
また、 熱処理された異形鋼線は小曲がりが全く見られず高い直線性が得られた 。 本実施例ではこの熱処理異形鋼線を用いてコイルばねを成形した。 その結果、 炉などにより熱処理した従来工程の異形鋼線を使用した場合には、 コイル成形時 の不良率が数 1 0 %に達することがあつたが、 本発明の熱処理異形鋼線によれば 不良率はほとんど 0 %になった。
図 Ίに示すその他の各寸法の熱処理異形鋼線についても圧延したが、 いずれも 断面寸法のばらつきは 0 . 0 5 mm以下で精度の高い熱処理異形鋼線が得られた 。 得られた機械的性質の例を図 7に合わせて示すが、 前記実施例 1と同様に直線 性がよく高い引張強さと伸びが得られ、 本発明のすべての異形 I材において前記 同様にコイル成形時の不良率はほとんど 0 %になった。
上記本実施例においては、 近似梯形断面の熱処理異形線材を製造し、 コイルば ねについて効果を確認した。 し力 し、 本発明は梯形断面だけでなく、 角断面又は 矩形断面の熱処理異形線材にも適用できる。 用途もコイルばねのみでなく、 直線 性がよいので、 直線で使用される異形トーションバーなどにおいても工数が低減 され成品歩留まりが向上する。 本発明は広く他の用途にも適用できる。
産業上の利用の可能性
以上説明したように本発明の熱処理異形鋼線とその製造方法によれば、 誘導カロ 熱などにより急速短時間加熱されるので、 他の加熱方法のように脱炭などの欠陥 が生じない。 また、 異形に成形圧延されると同時に焼入れ熱処理されるので、 熱 処理された異形鋼線が一工程で得られる。 また、 急速加熱、 加工焼入れにより高 い強度が得られる。
この加工焼入れにおいて、 被加工鋼線を A c 3温度以上に急速加熱し、 A r 3 以上の温度範囲で 4方圧延ロールにより所定異形形状に圧延し、 圧延直後に A r 1以上の温度から焼入冷却手段により急冷して直接焼入れを行うことにより
、 引張り強さは 1 6 0 O N/mm 2以上の高い強度が得られる。 さらに、 焼入冷 却手段の後方に、 焼戻し誘導加熱コイルをタンデムに設けて焼戻しすることによ り、 連続的に焼入れ焼戻しが可能になる。
また、 圧延ロールにより異形断面に熱間成形するので、 冷間伸線加工に比して 擦り傷などの表面欠陥が減少して良好な肌の熱処理異形鋼線が得られ、 冷間伸線 ' 加工の困難な高合金鋼の加工も可能である。
さらに、 熱間圧延後に張力をかけながら急冷して張力加工焼入れを行うので、 蛇行、 ねじれなどの小曲がりない高い直線性を有する熱処理異形鋼線が得られる 。 この焼入れにおいてかける張力は、 トルクコンバータ付駆動装置により駆動さ れるピンチローラ又は卷取機もしくはキヤプスタン装置により与えられるので、 張力の変動が少なく、 弓 I張りによる断面寸法の変動が少ないという特徴がある。 この効果は、 とくに小径断面の線材に対して大きいので、 本発明により従来困難 であった小径断面の異形線材の張力焼入れが可能になった。
. なお本実施例においては圧延加熱を誘導加熱によったが、 直接通電加熱によつ てもよいし、 両者を併用してもよい。 また、 本実施例では 4方ロール圧延機を 1 スタンドにしたが 2スタンド以上にしてもよい。 また、 熱処理異形鋼線の断面形 状は本実施例の近似梯形以外の角、 矩形断面など種々の断面形状とすることもで さる。
以上述べたように、 本発明の熱処理異形鋼線とその製造方法及び装置によれば 、 直線性に優れ、 高い強度を有する熱処理された熱処理異形鋼線が一工程で得ら れるので、 コイルばね素線として用いた場合に小曲がりによるコイル成形時の不 良率をほとんど 0に低下することができ、 異形ばね線によるコィルばねの製造費 を大幅に低減できる。 とくに、 従来困難であった小径断面の熱処理異形鋼線の製 造に有効である。 また、 異形断面トーシヨンバーなどの他の用途にも広く使用で さる。

Claims

請求の範囲
1 . 誘導加熱又は/及び直接通電加熱手段により圧延温度まで急速短時間加熱 されて所定異形断面に熱間圧延成形され、 圧延直後に急冷して加工焼入れされた ことを特徴とする熱処理異形鋼線。
2 . 前記熱処理異形鋼線は角又は矩形もしくは近似梯形断面を有することを特 徴とする請求項 1に記載の熱処理異形鋼線。
3 . 誘導加熱又は/及ぴ直接通電加熱手段により被加工鋼線を圧延温度まで急 速短時間加熱して所定異形断面に熱間圧延成形し、 圧延直後に急冷して加工焼入 れを行うことを特徴とする熱処理異形鋼線の製造方法。
4 . 前記熱間圧延は 4方口ール圧延により行うことを特徴とする請求項 3に記 載の熱処理異形鋼線の製造方法。
5 . 被加工鋼線を 1 0 0 °C/ s以上の加熱速度で A c 3温度以上に急速短時間 加熱し、 A r 3以上の温度で圧延口ールにより所定異形断面に圧延し、 圧延直後 に A r 1以上の温度から該圧延ロールに近接してタンデムに配設された焼入冷却 手段により急冷して加工焼入れすることを特徴とする請求項 3に記載の熱処理異 形鋼線の製造方法。
6 . 前記加工焼入れは、 熱聞圧延直後に被加工鋼線に張力をかけながら急冷す る張力加工焼入れを行うことを特徴とする請求項 3に記載の熱処理異形鋼線の製 造方法。
7 . 前記被加工鋼線にかける張力は、 該鋼線の張力変動を吸収するトルクコン バータ付駆動装置により駆動されるピンチローラ又は卷取機もしくはキヤプスタ ン装置により与えられることを特徴とする請求項 6に記載の熱処理異形鋼線の製 造方法。
8 . 前記加工焼入れ後に連続して、 誘導加熱により焼戻し温度に加熱して焼戻 しすることを特徴とする請求項 3に記載の熱処理異形鋼線の製造方法。
9 . 前記熱処理異形鋼線の引張り強さが 1 6 0 0 N/mm 以上であることを 特徴とする請求項 8に記載の熱処理異形鋼線の製造方法。
1 0 . 前記熱処理異形鋼線は、 角又は矩形もしくは近似梯形断面を有すること を特徴とする請求項 3から 9のいずれかに記載の熱処理異形鋼線の製造方法。
1 1 . 素材鋼線を圧延温度に加熱する誘導加熱又は Z及ぴ直接通電による圧延 加熱手段と、 所定異形断面に熱間成形する圧延手段と、 被加工鋼線に張力を掛け ながら圧延成形直後に急冷して焼入れする焼入急冷手段及び張力付加手段とがタ ンデムに配設されたことを特徵とする熱処理異形鋼線の連続製造装置。
1 2 . 前記圧延手段は 4方ロール圧延機であることを特徴とする請求項 1 1に 記載の熱処理異形鋼線の連続製造装置。
1 3 . 前記張力付加手段は、'鋼線の張力変動を吸収するトルクコンバータ付駆 動装置により駆動されるピンチローラ又は卷取機もしくはキヤブスタン装置であ ることを特徴とする請求項 1 1に記載の熱処理異形鋼線の連続製造装置。
1 4 . 前記焼入急冷手段の後方に焼戻し温度に加熱する焼戻し加熱手段がタン デムに配設されたことを特徴とする請求項 1 1に記載の熱処理異形鋼線の連続製
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