JP5367865B2 - Hardening method for long steel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、長尺の鋼材の焼入れ方法に関する。詳細には、本発明は、長尺の鋼材を移動させつつ焼入れするための冷却方法に関する。 The present invention relates to a method for quenching a long steel material. Specifically, the present invention relates to a cooling method for quenching while moving a long steel material.
長尺の鋼材の例として、棒鋼、鋼製の線材、鋼管及び形鋼がある。長尺の鋼材はその使用目的により焼入れ処理されている。長尺の鋼材では、全長にわたって一度に焼入れすることは困難である。長尺の鋼材は、長手方向に沿って部分焼入れを繰り返されて全体を焼入れされている。 Examples of long steel materials include steel bars, steel wires, steel pipes, and shaped steel. Long steel materials are quenched according to their intended use. With long steel materials, it is difficult to quench the entire length at once. The long steel material is partially quenched along the longitudinal direction and is entirely quenched.
長尺の鋼材の焼入れ方法が特開平7−48620号公報に記載されている。この公報では、鋼材が高周波加熱コイル内を通されて加熱昇温されている。昇温された鋼材は複合ジャケット内を通されている。この鋼材は複合ジャケットから冷却液を噴射されて、冷却されている。この加熱昇温と冷却とで鋼材が焼入れされている。この焼入れ方法では鋼材は回転させられつつ、焼入れされている。 A method of quenching a long steel material is described in JP-A-7-48620. In this publication, a steel material is heated and heated through a high-frequency heating coil. The heated steel material is passed through the composite jacket. This steel material is cooled by jetting a coolant from the composite jacket. The steel material is quenched by heating and cooling. In this quenching method, the steel material is quenched while being rotated.
上記の焼入れ方法では、長尺の鋼材が長手方向に沿って部分焼入れを繰り返されている。この様な焼入れ方法では、周方向の焼入れ硬さのばらつきが発生しやすい。本発明の発明者は、種々の焼入れ条件を鋭意検討し、周方向の焼入れ硬さの均一化を達成できる本発明に至った。 In the above quenching method, a long steel material is repeatedly partially quenched along the longitudinal direction. In such a quenching method, variations in quenching hardness in the circumferential direction are likely to occur. The inventor of the present invention diligently studied various quenching conditions to arrive at the present invention that can achieve uniform quenching hardness in the circumferential direction.
本発明の目的は、安価な熱処理設備で、長尺の鋼材における周方向の焼入れ硬さの均一化を達成する方法の提供にある。 An object of the present invention is to provide a method of achieving uniform quenching hardness in the circumferential direction of a long steel material with an inexpensive heat treatment facility.
本発明に係る長尺の鋼材の焼入れ方法は、
長尺の鋼材を加熱する工程と、加熱された鋼材を搬送しつつ、この鋼材に冷却剤を噴射して冷却する工程と、を含む。この冷却剤の噴射速度は1m/sを超え30m/s以下であり、噴射角度は5°以上35°以下である。
The method of quenching a long steel material according to the present invention is as follows.
The method includes a step of heating a long steel material and a step of cooling the steel material by injecting a coolant while conveying the heated steel material. The jetting speed of this coolant exceeds 1 m / s and is 30 m / s or less, and the jetting angle is 5 ° or more and 35 ° or less.
好ましくは、上記冷却剤の噴射速度は1m/sを超え10m/s以下であり、噴射角度は15°以上35°以下である。好ましくは、上記冷却剤の噴射速度は10m/sを超え20m/s以下であり、噴射角度は10°以上30°以下である。好ましくは、上記冷却剤の噴射速度は20m/sを超え30m/s以下であり、噴射角度は5°以上25°以下である。 Preferably, the injection speed of the coolant is more than 1 m / s and 10 m / s or less, and the injection angle is 15 ° or more and 35 ° or less. Preferably, the injection speed of the coolant is more than 10 m / s and 20 m / s or less, and the injection angle is 10 ° or more and 30 ° or less. Preferably, the jetting speed of the coolant is more than 20 m / s and not more than 30 m / s, and the jetting angle is not less than 5 ° and not more than 25 °.
本発明に係る熱処理方法では、周方向の焼入れ硬さのばらつきが抑制されている。本発明に係る熱処理方法は設備費が安価である。 In the heat treatment method according to the present invention, variation in the quenching hardness in the circumferential direction is suppressed. The heat treatment method according to the present invention has a low equipment cost.
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments with appropriate reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る焼入れ方法に使用する熱処理装置2が示された概念図である。この熱処理装置2は、加熱炉4及び冷却ジャケット6を備えている。この図1では、長尺の鋼材8がこの熱処理装置2に通されている。この加熱炉4は連続炉であるがバッチ炉であってもよい。加熱炉4は誘導加熱コイルであってもよい。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a
図2(a)は、図1の冷却ジャケット6の側面断面図である。図2(b)は図1の冷却ジャケット6の正面図である。この冷却ジャケット6は本体10、供給管12及び噴射部14を備えている。
FIG. 2A is a side sectional view of the cooling jacket 6 of FIG. FIG. 2B is a front view of the cooling jacket 6 of FIG. The cooling jacket 6 includes a
本体10は、中央部に通過孔16が形成されたリング形状である。直線L1は通過孔16の軸線である。通過孔16の軸線は鋼材8の送られる方向に一致している。矢印Aは鋼材8の送られる向きである。本体10には供給管12が挿入固定されている。4本の供給管12は本体10の外周面に周方向に均等に配置されている。この供給管は4本より多くとも少なくともよい。本体10は側面と内周面との境界部に円周方向に亘って開口を備えている。この開口に噴射部14が取り付けられている。供給管12及び噴射部14と本体10との間は液漏れがないように密封されている。本体10と噴射部14とにより冷却ジャケット6の内部に空洞18が形成されている。
The
噴射部14は噴射孔20を備えている。この噴射孔20は噴射部14の円周方向に形成されている。36箇所の噴射孔20が等間隔で形成されている。この噴射孔20は36箇所に限られない。噴射孔20はこれより多くともよいし、少なくともよい。36箇所の噴射孔20は直線L1上の一点に向かって形成されている。直線L2は噴射孔20の軸線である。この直線L2と直線L1との成す角度が噴射角度θである。この噴射角度θは、直線L1に対する直線L2の傾きを表す。この噴射角度θは直線L1上で鋼材8が送られる進行方向後方を0°とし、進行方向前方を180°としている。
The
図2が参照されつつ、冷却ジャケット6による冷却機能が説明される。供給管12により冷却水が空洞18に充填されている。この冷却水に代えて冷却油が用いられてもよい。充填された冷却水は、噴射孔20から直線L2に沿って噴射される。冷却水は噴射角度θで噴射される。
The cooling function by the cooling jacket 6 will be described with reference to FIG. Cooling water is filled in the
この冷却ジャケット6の冷却水の噴射速度Vは以下の式で算出される。
V = Q / (N・S)
Qは冷却水の供給流量である。Nは噴射孔20の数である。Sは噴射孔20の孔面積である。冷却ジャケット6の冷却水の噴射速度Vは、供給流量Q、噴射孔数N及び噴射孔面積Sに基づいて容易に制御される。
The cooling water injection speed V of the cooling jacket 6 is calculated by the following equation.
V = Q / (N · S)
Q is the cooling water supply flow rate. N is the number of the injection holes 20. S is the hole area of the
図1及び図2が参照されつつ、図1の熱処理装置による焼入れ方法について説明される。鋼材8は水平方向に支持されている。鋼材8は、図示しない搬送装置により、加熱炉4及び冷却ジャケット6へ通される。鋼材8は水平方向に支持されて搬送されつつ、加熱昇温され冷却されて焼入れされている。
The quenching method by the heat treatment apparatus of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. The
鋼材8は、加熱炉4に送られて加熱される。鋼材8は、この加熱によりオーステナイト変態開始点(A3点)以上に昇温される。
The
昇温された鋼材8は、冷却ジャケット6へ送られる。鋼材8は通過孔16を通されている。鋼材8は、この冷却ジャケット6により噴射速度V及び噴射角度θで冷却水を噴射されている。
The
図3は、図2の冷却ジャケット6により冷却水が鋼材8の表面に噴射されている様子を示す概念図である。冷却水が鋼材8の表面に噴射角度θで衝突している。図3(a)は噴射角度θが比較的に大きい冷却水が鋼材8に噴射されている様子を示す概念図である。図3(b)は噴射角度θが比較的に小さい冷却水が鋼材8に噴射されている様子を示す概念図である。図3に示す範囲Lは噴射された冷却水が鋼材8の表面を流れる範囲である。冷却水はこの冷却範囲を流れながら鋼材8を冷却する。この冷却水の一部は蒸発し、残りは鋼材の下方へ流れ落ちる。この冷却水により急冷され、鋼材8はマルテンサイト変態を生じる。鋼材8が焼入れされる。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state in which cooling water is sprayed onto the surface of the
噴射速度Vが速い冷却水は、鋼材8の表面からの跳ね返り量が多くなりやすい。噴射角度θが小さくされることにより、この冷却水の跳ね返り量が少なくされている。噴射角度θが小さい冷却水は、その噴射角度を僅かに変えても冷却範囲が大きくずれる。噴射角度θが小さい冷却水は冷却範囲が周方向でばらつきやすい。この観点から噴射速度Vは30m/s以下とされ、噴射角度θは5°以上とされている。
Cooling water having a high injection speed V tends to increase the amount of rebound from the surface of the
噴射速度Vが遅い冷却水は、空気抵抗と重力との影響を受けて鋼材8の表面における衝突位置と衝突角度とがばらつきやすい。鋼材8の周方向で冷却範囲がばらつきやすい。鋼材8の周方向の焼入れの均一性が阻害される。この観点から噴射速度Vは1m/sを超える速度としている。噴射速度Vが1m/sを超えることで、冷却ジャケット6の噴射角度θにより冷却水と鋼材8との衝突角度が制御されうる。
Cooling water having a low injection speed V is susceptible to variations in the collision position and the collision angle on the surface of the
噴射角度θが大きい冷却水は、噴射角度θが小さい冷却水に比べ、冷却範囲が狭い。この冷却水は鋼材8の表面の単位面積当たりの量が多い。単位面積当たりの量が多い冷却水はその一部がしたたり落ちやすい。噴射角度θが大きい冷却水は鋼材8の表面からの跳ね返り量が多くなりやすい。したたり落ちた冷却水や跳ね返った冷却水は、鋼材8への冷却に寄与しない。この観点から噴射角度θは35°以下とされている。
Cooling water with a large injection angle θ has a narrower cooling range than cooling water with a small injection angle θ. This cooling water has a large amount per unit area of the surface of the
噴射角度θが大きい冷却水は、鋼材8の冷却位置の調整が容易である。一方で、噴射角度θが大きい冷却水は跳ね返り量及びしたたり量が多くなりやすい。これらの量は、噴射速度Vが速い冷却水で多い。この観点から、噴射速度Vが1m/sを超え10m/s以下では、噴射角度θは好ましくは35°以下であり、より好ましくは30°以下である。噴射速度Vが10m/sを超え20m/s以下では、噴射角度θは好ましくは30°以下であり、より好ましくは25°以下である。噴射速度Vが20m/sを超え30m/s以下では、噴射角度θは好ましくは25°以下であり、より好ましくは20°以下である。
Cooling water with a large injection angle θ is easy to adjust the cooling position of the
噴射角度θが小さい冷却水は、跳ね返り量及びしたたり量がすくない。一方で、噴射角度θが小さい冷却水は鋼材8の冷却位置の調整が難しい。冷却水の跳ね返り量やしたたり量は噴射速度Vが速い冷却水で多い。この観点から、噴射速度Vが1m/sを超え10m/s以下では、噴射角度θは好ましくは15°以上であり、より好ましくは20°以上である。噴射速度Vが10m/sを超え20m/s以下では、噴射角度θは好ましくは10°以上であり、より好ましくは15°以上である。噴射速度Vが20m/sを超え30m/s以下では、噴射角度θは好ましくは5°以上であり、より好ましくは10°以上である。
Cooling water having a small injection angle θ is not rebounding or dripping. On the other hand, it is difficult to adjust the cooling position of the
この鋼材8は搬送装置により搬送されつつ、冷却ジャケット6により冷却されている。搬送速度が遅い鋼材8では生産性が低下する。搬送速度が速い鋼材8では軸方向の焼入れ硬さのばらつきが大きくなる。この観点から、この焼入れ方法では搬送速度は5mm/s以上20mm/s以下に設定されている。
The
この熱処理装置2では、鋼材8は周方向に回転させられずに送られている。この実施形態では鋼材8が周方向に回転させられていないが、搬送装置により回転させられていてもよい。鋼材8は回転させられつつ冷却されることにより、周方向の焼入れ硬さがより均一になる。
In the
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。 Hereinafter, the effects of the present invention will be clarified by examples. However, the present invention should not be construed in a limited manner based on the description of the examples.
[実施例1]
焼入れ試料として棒鋼(SCM435)が準備された。この棒鋼の外径は70mmであり、長さは6000mmである。この棒鋼は図1に示した加熱炉と冷却ジャケットとにより焼入れされた。棒鋼は、加熱炉で850°Cに昇温された後、6mm/sで搬送されつつ、冷却ジャケットで冷却された。この冷却水は20°Cである。
[Example 1]
A steel bar (SCM435) was prepared as a quenched sample. The steel bar has an outer diameter of 70 mm and a length of 6000 mm. This steel bar was quenched by the heating furnace and cooling jacket shown in FIG. The steel bar was heated to 850 ° C. in a heating furnace and then cooled by a cooling jacket while being conveyed at 6 mm / s. This cooling water is 20 ° C.
棒鋼は冷却水の噴射速度Vを15m/sとされ噴射角度θを20°とされて焼入れされて、実施例1の棒鋼が得られた。実施例1の棒鋼は長手方向中央付近の任意の断面で切断された。この切断された棒鋼が実施例1の硬さ測定試験片である。 The steel bar was quenched with the cooling water injection speed V of 15 m / s and the injection angle θ of 20 °, and the steel bar of Example 1 was obtained. The steel bar of Example 1 was cut at an arbitrary cross section near the center in the longitudinal direction. This cut steel bar is the hardness test piece of Example 1.
この硬さ測定試験片の周方向硬さのばらつきが測定された。硬さ測定はロックウェル硬さ試験(Cスケール)で実施された。図4は、硬さ測定試験片の硬さ測定箇所を示す図である。硬さ測定箇所は、表面直下5mmの円周上、即ち直径60mmの円周上で45°の等間隔に任意の8箇所である。この8箇所の硬さの最大値と最小値との差が周方向硬さのばらつきである。 The variation in the circumferential hardness of the hardness measurement specimen was measured. Hardness measurements were performed with the Rockwell hardness test (C scale). FIG. 4 is a diagram showing the hardness measurement points of the hardness measurement test piece. The hardness measurement points are 8 arbitrary points at equal intervals of 45 ° on the circumference of 5 mm immediately below the surface, that is, on the circumference of 60 mm in diameter. The difference between the maximum value and the minimum value of the hardness at these eight locations is the circumferential hardness variation.
[実施例2から24]
棒鋼は表1から3に示された冷却水の噴射速度Vと噴射角度θとの組み合わせ条件で焼入れされた。その他の熱処理条件は実施例1と同じにされて、実施例2から24の棒鋼が得られた。実施例2から24の棒鋼は実施例1と同じ方法で硬さばらつきが測定された。
[Examples 2 to 24]
The steel bars were quenched under the combined conditions of the cooling water injection speed V and the injection angle θ shown in Tables 1 to 3. The other heat treatment conditions were the same as in Example 1, and steel bars of Examples 2 to 24 were obtained. The steel bars of Examples 2 to 24 were measured for hardness variation in the same manner as in Example 1.
[比較例1から8]
棒鋼は表1から3に示された冷却水の噴射速度Vと噴射角度θとの組み合わせ条件で焼入れされた。その他の熱処理条件は実施例1と同じにされて、比較例1から8の棒鋼が得られた。比較例1から8の棒鋼は実施例1と同じ方法で硬さばらつきが測定された。
[Comparative Examples 1 to 8]
The steel bars were quenched under the combined conditions of the cooling water injection speed V and the injection angle θ shown in Tables 1 to 3. The other heat treatment conditions were the same as in Example 1, and steel bars of Comparative Examples 1 to 8 were obtained. The steel bars of Comparative Examples 1 to 8 were measured for hardness variations by the same method as in Example 1.
[評価]
比較例1を基準にして、実施例1から24及び比較例2から8の硬さばらつきが評価された。比較例1の硬さばらつきを1とし、これに対する実施例又は他の比較例の硬さばらつきの比が求められた。この比が小さいほど硬さばらつきが小さい。この比が0.5未満は「A」とされ、0.5以上0.8未満は「B」とされ、0.8以上1.0未満は「C」と評価された。焼入れ硬さが規格を満たさないものは「×」と評価された。この結果が、下記の表1から3に示されている。
[Evaluation]
Based on Comparative Example 1, the hardness variations of Examples 1 to 24 and Comparative Examples 2 to 8 were evaluated. The hardness variation of Comparative Example 1 was set to 1, and the ratio of the hardness variation of Examples or other Comparative Examples to this was obtained. The smaller this ratio, the smaller the variation in hardness. This ratio was evaluated as “A” when the ratio was less than 0.5, “B” when 0.5 or more and less than 0.8, and “C” when 0.8 or more and less than 1.0. Samples whose quenching hardness did not meet the standards were evaluated as “x”. The results are shown in Tables 1 to 3 below.
表1から3に示されているように、この実施例に示す熱処理方法では、焼入れ硬さのばらつきが小さくなっている。この評価結果から本発明の有意性は明らかである。 As shown in Tables 1 to 3, in the heat treatment method shown in this example, the variation in quenching hardness is small. The significance of the present invention is clear from this evaluation result.
本発明は、種々の長尺の鋼材の焼入れ方法として適用されうる。 The present invention can be applied as a method of quenching various long steel materials.
2・・・熱処理装置
4・・・加熱炉
6・・・冷却ジャケット
8・・・鋼材
10・・・本体
12・・・供給管
14・・・噴射部
16・・・通過孔
18・・・空洞
20・・・噴射孔
DESCRIPTION OF
Claims (1)
加熱された鋼材を搬送しつつ、この鋼材に冷却水を噴射して冷却する工程と、を含み、
この搬送の速度が5mm/s以上20mm/s以下であり、
この鋼材の断面が円形であり、
この冷却する工程では、円周方向に等間隔に形成されている噴射孔から冷却水が噴射されて、冷却水が鋼材の表面を流れる冷却範囲が形成されており
この冷却水の噴射速度が20m/sを超え30m/s以下であり、噴射角度θが5°以上25°以下である鋼材の焼入れ方法。 Heating a long steel material;
Including conveying the heated steel material and injecting cooling water onto the steel material to cool the steel material,
The conveyance speed is 5 mm / s or more and 20 mm / s or less,
This steel material has a circular cross section,
In this cooling process, cooling water is injected from the injection holes formed at equal intervals in the circumferential direction to form a cooling range in which the cooling water flows on the surface of the steel material. The injection speed of this cooling water is 20 m. A quenching method for steel materials that exceeds / s and is 30 m / s or less, and the injection angle θ is 5 ° or more and 25 ° or less.
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