JPH05105966A

JPH05105966A - 極細鋼線の雰囲気パテンテイング方法

Info

Publication number: JPH05105966A
Application number: JP26736891A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamazaki; 剛山崎; Hitoshi Tashiro; 均田代; Hiroshi Sato; 洋佐藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-10-16
Filing date: 1991-10-16
Publication date: 1993-04-27

Abstract

(57)【要約】【目的】従来使用されているＰｂ、ソルト等の熱媒体
を使用せず、ガスを熱媒体として極細鋼線のパテンティ
ングを高能率かつ高品質に行う。【構成】熱伝達率の良好な耐熱性パイプの外側から加
熱、急冷、恒温保持の順でパーライト変態を行わせる極
細鋼線のパテンティング方法において、処理線径０．１
〜１．０mm、パイプ内径を５〜１０mm、急冷槽では３０
０℃〜６００℃に温度調整した非酸化性ガスをパイプ内
に、同温度のエアーをパイプ外側に同時に衝風した状態
で、パイプ内面に長手方向に対して接触率を８０％以上
で鋼線を走行させることにより、急冷槽出口温度を目標
変態温度±２０℃に制御して、微細パーライト組織を得
る。【効果】鉛蒸気の排気処理、ソルトの廃液処理が不要
になる。線速の高速化、多本通し化が容易に行え処理効
率が向上して、パテンティングコストが低減できる。非
酸化性雰囲気の処理であるため品質的にも優れ、次工程
の酸洗工程が簡省略できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は従来パテンティング処理
時に公害発生の問題がある鉛、ソルト等の熱媒体を使用
せずにガスを用いて低コストにパテンティング処理する
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炭素鋼線を伸線加工するために、従来
鉛パテンティング、ソルトパテンティングなどが行われ
ているが、公害問題があり排気ダクトの設置、廃液処理
等に多大なコストを要していること、作業環境悪化等の
問題があった。そこで、流動層パテンティングの利用も
行われているが、線径が１mm以下の極細鋼線を熱処理す
る場合、流動砂との通線抵抗が大きいために断線が頻発
する問題があった。

【０００３】そこで、特開昭６１−１９９０３９号では
加熱炉と保熱炉をつなぐ冷却装置に熱風を送り込んで、
衝風冷却する方法が開示されているが、熱風の種類が特
定されていないために酸化が避けられず、衝風をパイプ
内部のみに供給して冷却する方式であるため、冷却速度
が遅い問題がある。また、特開昭６２−４８３４号では
非酸化性ガスを送り込む方法で加熱−冷却の熱処理を行
う装置が開示されているが、冷却後恒温変態させる機構
がないために、高炭素鋼のパテンティング処理には利用
できない。また、特開昭６２−５０４１７号では、加熱
炉と複数の徐冷炉中を細径鋼線を走行させて恒温変態に
近い状態でパテンティング処理する装置が開示されてい
るが、加熱炉−徐冷炉間、及び徐冷炉−徐冷炉間が大気
に曝されているために、厳密な温度コントロールは難し
く、大気からの酸化も避けられない問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような現
状を打破するために、鉛、ソルト等の公害問題がなく、
かつ酸化・脱炭が非常に少ない状態で高炭素極細鋼線を
高能率にパテンティング処理する方法を提供するもので
ある。本発明方法によれば、鉛蒸気の排気処理、ソルト
の廃液処理が省略できること、パイプの本数を増やすこ
とで多本通しも容易に行えること、次の酸洗工程を簡省
略して伸線できること等の経済的メリットがあり、従来
パテンティング方法に要したコストを大幅に低減でき
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは、
極細鋼線をパテンティング処理する際、気体を介した輻
射や熱風、大気対流に基づく熱伝達のみでは加熱／冷却
能が低く、また安定した温度保持が難しいことから、熱
伝達率に優れる耐熱性パイプと接触状態を保った状態で
加熱冷却を貫通方式で行い、かつパイプ内を非酸化性ガ
スで満たすとともに、パイプ外側に対しても非酸化性ガ
スと同温度のエアーを衝風することにより熱交換が効率
化され、鉛パテンティングに近い処理が行えるととも
に、酸化・脱炭も非常に少なくなることを見出し本発明
に到達した。すなわち、熱伝達率の良好な耐熱性パイプ
を加熱炉−急冷槽−恒温炉と貫通方式とした構成と成
し、パイプの外側から加熱、急冷、恒温保持の順でパー
ライト変態を行わせる高炭素極細鋼線の雰囲気パテンテ
ィング方法において、処理線径０．１〜１．０mm、パイ
プ内径を５〜１０mm、急冷槽では３００℃〜６００℃の
一定温度に調整した非酸化性ガスをパイプ内部に衝風吹
込みすると同時に、パイプ外側に対しては非酸化性ガス
と同温度に加熱したエアーを衝風した状態で、パイプ内
面と鋼線の接触率をパイプ長手方向に対して８０％以上
保つ状態で鋼線を走行させて熱伝達を行わせ、急冷槽出
口での終点温度を５００〜６００℃の恒温炉設定温度±
２０℃以内に温度制御して微細パーライト組織を得るこ
とを特徴とする高炭素極細鋼線の雰囲気パテンティング
方法である。

【０００６】ここでパイプを熱伝達率の良好な耐熱性と
した理由は、パイプ外側から加熱冷却して所定の温度に
制御すると同時に、パイプと鋼線の直接接触により熱伝
達が迅速でかつばらつきを少なくする必要があるためで
ある。パイプの材質としてはステンレスやカンタル合
金、グラファイトなどが利用できる。加熱炉と恒温炉に
ついては電気炉加熱または高周波加熱が望ましく、中間
の急冷槽についてはパイプ内／外からの衝風で温度制御
する。

【０００７】処理線径は、０．１〜１．０mmの範囲に限
定した。処理線径が０．１mm未満のパテンティングは実
用上のニーズが低く、また加熱炉内の破断荷重も極めて
小さいためにテンションコントロールしても断線がさけ
られないため０．１mm以上とした。一方、１．０mmを越
えるとガス衝風とパイプを介した熱伝達のみでは不十分
で、ばらつき制御が難しくなることから、１．０mm以下
に限定した。

【０００８】更にパイプ内径は５〜１０mmの範囲に限定
した。パイプ内径が５mm未満ではパイプ内に衝風吹込み
したガスの流通抵抗が大きくなり過ぎ、鋼線／ガス間の
熱交換が十分に行えない問題があるために５mm以上とし
た。また、パイプ径が１０mmを越えると、パイプ内／外
を所定の温度に加熱冷却するのに要するガス充填／供給
容量が大きくなり過ぎて温度制御能の低下、経済性の低
下が生ずるために、１０mm以下に限定した。

【０００９】次にパイプを加熱−急冷−恒温保持まで貫
通方式の構造とした理由は、鋼線が途中で大気等酸化性
雰囲気と接触するのを防止するためである。急冷槽では
パイプの内側に３００℃〜６００℃の範囲の一定温度に
加熱された非酸化性ガスの衝風吹き込みを行うと同時
に、パイプ外側にも同じ温度に加熱されたエアーを衝風
することを規定した。ここで衝風する非酸化性ガス及び
エアーの下限温度を３００℃とした理由は、３００℃未
満ではマルテンサイト、ベーナイトなどの異常組織の発
生が避けられないためである。下限温度は鋼種によって
異なり、合金元素を多く含む合金鋼ほど高めの温度設定
が必要となる。一方、上限温度を６００℃とした理由
は、６００℃を越えたガス、エアー衝風では急冷効果が
得られず、恒温炉に装入するまでの時間が著しく長くな
り、急冷槽長さがいたずらに長くなって非効率であるた
めに上限温度を設定した。また、パイプ内のみを非酸化
性ガスとした理由は鋼線の酸化・脱炭を防止するためで
ある。非酸化性ガスとしては２５％Ｈ₂＋７５％Ｎ₂混
合ガスや高純度Ａｒガスなどが望ましい。

【００１０】更に、急冷槽出口温度は、恒温炉設定温度
±２０℃以内に制御することを規定した。この範囲を外
れると恒温炉内で微細パーライト組織を得るのが困難と
なり、ベーナイト等の異常組織の発生やパーライトラメ
ラー間隔の粗大化が生じ、所望の材質が得られないため
である。なお、温度制御方法としてはガス吹込み温度、
ガス吹込み量、急冷槽長さ調整によって可能である。

【００１１】鋼線はパイプ内面にパイプ長手方向に対し
て８０％以上接触を保つように走行させることを規定し
た。これは、鋼線の温度制御にパイプからの伝熱が重要
な役割を果たすためである。パイプ内面での接触率が８
０％未満になると、所望の冷却、加熱曲線が得られない
ばかりか、長手方向の組織不均一につながり、次工程の
伸線時に断線する原因にもなる。実際には、鋼線はサプ
ライボビンからパイプ内面を接触するように経由して捲
取ボビンに至るまで、直線性を保ちながらかつ途中で引
張やキンクの負荷応力がかからないように、テンション
コントロールして走行させることが望ましい。なお、パ
イプ内面と鋼線の摩擦により鋼線表面きずが問題となる
ような場合には、パイプ内面に潤滑効果のあるコーティ
ングを施すのが有効である。

【００１２】次にパイプ内に衝風する非酸化性ガスの吹
込み位置は、急冷槽の加熱炉と連結される側として、非
酸化性ガスは加熱炉入口側と恒温炉出口側の２方向に放
出させる。更に、加熱炉入口付近と恒温炉出口付近には
常温の非酸化性ガスを供給する機能を設けることにより
パイプ両端からの大気侵入を防止してシール性を向上さ
せることも可能である。

【００１３】以下に本発明方法の一実施例に基いて、そ
の作用を説明する。図１は本発明方法を実現するための
装置の一例である。サプライボビン１から供給された極
細鋼線２は耐熱性パイプ４内に装入され加熱炉３でまず
オーステナイト化される。その後、パイプ内衝風ノズル
５から供給される２５％Ｈ₂＋７５％Ｎ₂ガスによって
直接的に、またパイプ外衝風ノズル６から供給されるエ
アーによって間接的に冷却される。その後恒温炉１０を
経由して捲取ボビン１１で微細なパーライト組織の熱処
理材が得られた。この時、放射温度計１２で急冷槽出口
温度を測定して恒温炉設定温度±２０℃に管理した。

【００１４】図２はパイプ内／外へのガス衝風の有無に
よる鋼線温度履歴の比較を示したものである。ガス衝風
を全く行わなかった場合やパイプ内衝風のみでは温度降
下が大き過ぎて微細なパーライト組織が得られないこと
がわかる。

【００１５】図３は鋼線とパイプ長手方向の接触率８０
％以上が均一な微細パーライト組織を得るための必須条
件であることを示す実測例、図４は急冷槽出口温度と恒
温炉設定温度の組み合わせにより得られる組織の関係を
示したものである。

【００１６】表１に実施例を示す。鋼種、線径、パイプ
内径、パイプ内接触率、加熱炉温度、供給ガスの種類・
温度、急冷槽出口温度、恒温炉温度などを種々変えて実
験を行った。熱処理した極細鋼線の金属組織、表面性状
観察、引張強さ試験を行って評価した。

【００１７】本発明例１，２はＳＷＲＨ８２Ａで、本発
明例３，４はＳｉ−Ｃｒを含んだ低合金鋼で各々雰囲気
パテンティングを行った場合である。微細パーライト組
織が得られ、表面性状も酸化（スケール生成）、脱炭が
非常に少なく良好であった。引張強さの値から、本発明
方法で鉛パテンティングに近い強度が得られることが明
らかである。

【００１８】比較例１は処理線径が規定の範囲よりも細
かったために加熱炉中で断線が生じた例である。破断荷
重が極めて小さいためにテンションコントロール機能が
十分に作用できないことが原因である。逆に比較例２は
処理線径が規定の範囲よりも太かったために衝風とパイ
プ伝熱による熱交換が十分に行えず、微細パーライトが
得られなかった例である。

【００１９】比較例３はパイプ内径が小さ過ぎたため
に、パイプ内／外に供給すべきガス量が相対的に大きく
なり、急冷槽出口温度の制御が難しく、ばらつきが生じ
た例である。比較例４は逆にパイプ内径が大き過ぎたた
めにパイプ内の通線抵抗が大きく、組織不均一で機械的
性質にばらつきが生じた例である。

【００２０】比較例５は鋼線とパイプ長手方向の接触率
が５０％と低かったために、パイプ外側からの伝熱が均
一に行われず、鋼線長手方向に組織、機械的性質のばら
つきが生じた例である。

【００２１】比較例６はパイプ内／外の両方をエアーで
衝風を使用したために、パイプ内が非酸化性雰囲気に保
持されず、表面酸化が生じた例である。また、比較例７
は衝風を全く行わなかった例、比較例８はパイプ内のみ
の衝風を行った例であるが、いずれも急冷槽内での温度
降下が大きくなり過ぎ、マルテンサイト組織となった。

【００２２】比較例９，１０はいずれも供給ガス温度が
規定の範囲から外れたために、微細パーライト組織が得
られなかった例である。比較例１１，１２は供給ガス温
度は規定の範囲内であったが、鋼線の急冷槽出口温度制
御が不十分で、恒温炉設定温度±２０℃の範囲外とした
ために所望の組織が得られなかった例である。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明は、従来パテンティ
ング処理に利用されている鉛、ソルト等公害問題のある
恒温炉を用いることなく、熱伝導率の良好な耐熱性パイ
プから鋼線への熱伝達制御とパイプ内非酸化性ガス雰囲
気調整との組合せにより酸化（スケール生成）と脱炭が
非常に少ない極細鋼線のパテンティング処理を効率的に
行える点で大きな効果が認められた。スケールの生成が
少ないことから、次工程以降の最終伸線では、酸洗を簡
省略することも可能である。更に、排気ダクト、廃液処
理等の付帯設備が不要であるためコスト削減効果も見込
まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実現するための装置の一例であ
る。

【図２】鋼線温度履歴の実測例である。

【図３】パテンティング特性に及ぼす鋼線／パイプ接触
率の影響である。

【図４】恒温炉設定温度と急冷槽出口温度の組み合わせ
による組織変化を各々示す。

【符号の説明】

１サプライボビン２熱処理用鋼
線３加熱炉４耐熱性パイ
プ５パイプ内衝風用ノズル６パイプ外衝
風用ノズル７エアー加熱装置８非酸化性ガ
ス加熱装置９非酸化性ガス供給ボンベ１０恒温炉１１捲取ボビン１２急冷槽出
口温度測定機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱伝達率の良好な耐熱性パイプを加熱炉
−急冷槽−恒温炉と貫通方式とした構造と成し、パイプ
の外側から加熱、急冷、恒温保持の順でパーライト変態
を行なわせる高炭素極細鋼線の雰囲気パテンティング方
法において、処理線径０．１〜１．０mm、パイプ内径を
５〜１０mm、急冷槽では３００℃〜６００℃の一定温度
に調整した非酸化性ガスをパイプ内部に衝風吹込みする
と同時に、パイプ外側に対しては非酸化性ガスと同温度
に加熱したエアーを衝風した状態で、パイプ内面と鋼線
の接触率をパイプ長手方向に対して８０％以上保つ状態
で鋼線を走行させて熱伝達を行わせ、急冷槽出口での鋼
線終点温度を５００〜６００℃の恒温炉設定温度±２０
℃以内に温度制御して微細パーライト組織を得ることを
特徴とする高炭素極細鋼線の雰囲気パテンティング方
法。