JPH07216446A - 大型鋼材の熱処理方法 - Google Patents

大型鋼材の熱処理方法

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JPH07216446A
JPH07216446A JP1281694A JP1281694A JPH07216446A JP H07216446 A JPH07216446 A JP H07216446A JP 1281694 A JP1281694 A JP 1281694A JP 1281694 A JP1281694 A JP 1281694A JP H07216446 A JPH07216446 A JP H07216446A
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JP
Japan
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steel
temperature
forging
steel material
temp
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Pending
Application number
JP1281694A
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English (en)
Inventor
Masao Nakajima
政夫 中島
Makoto Nakahara
誠 中原
Mitsuyasu Nakakura
光康 中倉
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大型鋼材に対し、短時間で、恒温変態焼なま
しを行う方法を提供する。 【構成】 4面高速鍛造後の鋼材を、少なくとも表層部
が過冷状態になるように温度T3 まで冷却し、ついで、
表層部と中心部の温度が前記鋼材のTTT曲線の鼻に相
当する温度域近傍T0 に到達するまで加熱したのち、前
記温度域T0 で恒温変態焼なましを行う大型鋼材の熱処
理方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は大型鋼材の熱処理方法に
関し、更に詳しくは、4面高速鍛造後の大型鋼材に対し
ても、比較的短時間で恒温変態焼なましを実施する方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】4面高速鍛造は、直径が200mm以上の
大型鋼材を高い生産性の下で鍛造できる方法として注目
されている。この4面高速鍛造を組み込んだ生産ライン
においては、加熱炉で所定の温度(これをT1 とする)
に加熱された鋼材を後述する4面高速鍛造装置で鍛造
し、得られた鍛造品に焼鈍処理を施して焼なましたのち
加工ラインに移送される。
【0003】すなわち、図1で示したように、温度T1
に加熱された鋼材1は、まず、前部マニピュレータ装置
2と後部マニピュレータ装置3に交互に把持され、片持
ち状態で鍛造装置4内にセットされる。鍛造装置4は、
鋼材1の外周均等位置、すなわち、90°間隔で配置さ
れた4つの金敷5を備えていて、これらの金敷5は鋼材
1の軸方向に対し直交する方向から同時に移動して鋼材
1を圧下する。そして、金敷5による1回の鍛造動作ご
とに、マニピュレータ装置2または3を鍛造装置4側に
前進させて鋼材1をその軸方向に所定距離だけ移動させ
るとともに、所定の方向に所定角度だけ回転させたの
ち、再び金敷5による圧下動作が行われる。このような
動作を所定回数反復することにより、鋼材1は所定の外
径まで鍛伸される。
【0004】なお、この4面高速鍛造は、投入される加
工エネルギーが非常に大きいので鍛造過程で加工発熱を
起こし、そのため、鍛造終了温度(これをT2 とする)
が、通常の鍛造に比べて高いという特徴を備えている。
このようにして4面高速鍛造した鋼材に対しては、次
に、所定の硬さの実現を目的とする熱処理が施される。
【0005】例えば、SUS420J2の鋼種の場合、
焼なまし硬さは、JIS規格によると、ブリネル硬さ
(HB)で235以下に調整することが必要とされてい
るが、直径200mmの上記鋼種の鋼材で上記JIS規格
を実現するためには、例えば次のような熱処理条件が採
用されている。まず、T2 :950℃程度で4面高速鍛
造を終了する。ついで、約24時間かけて100〜30
0℃まで徐冷したのち、約10時間かけて840℃程度
の温度まで加熱してその温度で約4時間保持し、更に約
6時間かけて650℃程度の温度にまで炉冷し、以後空
冷している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記鋼材に
対して上記した熱処理条件を採用する場合、4面高速鍛
造が終了した時点から焼なましが終了して加工ラインに
移送するまでの時間は、44時間以上である。そのた
め、4面高速鍛造の高い生産性は、上記熱処理条件に要
する長大な処理時間によって減殺される。
【0007】したがって、4面高速鍛造の高い生産性を
充分有効に発揮させるためには、鍛造後における熱処理
条件を改良して、その処理時間を可及的に短くすること
が必要になる。一般に、鍛造後の鋼材を迅速に軟化焼な
ましする方法としては、恒温変態焼なまし方法が公知で
ある。
【0008】この方法は、各鋼種を、それらに特有の恒
温変態曲線 (Time-Temperature-Transformation-Treatm
ent curve : TTT曲線)の鼻またはそれより若干高い
温度にまで過冷し、ついで、その温度に所定の時間保持
することにより恒温変態させたのち、空冷または水冷す
る方法である。この方法によれば、焼なましに要する時
間は短くなる。
【0009】例えば、前記したSUS420J2の鋼種
から成る鋼材(直径200mm)の場合、そのTTT曲線
の鼻は約720℃であるが、この鋼材に対し、T2 :9
50℃で4面高速鍛造を終了したのち約30分程度過冷
し、ついで、温度720℃で約6時間程度恒温変態焼な
ましを行うと、得られた鋼材の硬さ(HB)はJIS規
格を満足する。すなわち、焼なましに要する時間は6〜
7時間程度であり、前記した処理時間の1/6〜1/7
に短縮することができる。
【0010】しかしながら、上記した恒温変態焼なまし
を実際の生産ラインに適用する場合には次のような問題
がある。すなわち、鍛造される鋼材が大型形状のもので
ある場合、鍛造前の時点では表層部も中心部も均一な温
度:T1 になっていたとしても、鍛造の過程において
は、表層部の冷却は中心部の冷却よりも早く進むので、
鍛造終了時には、表層部と中心部で温度差が生じている
ことである。とくに、鋼材の形状が大型化すればするほ
ど、鍛造に要する時間は長くなるので、表層部と中心部
の温度差は大きくなる。
【0011】このような状態にある鋼材の恒温変態焼な
ましを行う場合、焼なまし温度(恒温変態温度)を中心
部の温度に合わせて設定するのか、または表層部の温度
に合わせて設定するのかということが問題になる。仮
に、焼なまし温度を鋼材の中心部の温度に合わせて設定
した場合、表層部はその温度よりも低い温度になってい
るので、所定の時間が経過したのちにあっては、中心部
の恒温変態は想定したとおりに進行して軟化焼なましが
実現しているが、表層部の恒温変態は不充分にしか進行
しないという問題が発生する。すなわち、焼なまし後の
鋼材にあっては、表層部と中心部で硬さが異なってしま
う。
【0012】このような問題は、焼なましの時間を長く
すれば解消できるが、しかし、そのような処置は、鍛造
後の処理時間が長くなって生産性の低下を引き起こすこ
とになるので、工業的には、好ましいこととはいいがた
い。本発明は、大型形状の鋼材に対して恒温変態焼なま
しを行うときに生ずる上記した問題を解決し、短時間
で、表層部も中心部もJIS規格の硬さになるように鍛
造後の鋼材に恒温変態焼なましを行うことができる大型
鋼材の熱処理方法を提供することに目的がある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、4面高速鍛造後の鋼材を、
少なくとも表層部が過冷状態になるように冷却し、つい
で、表層部と中心部の温度が前記鋼材のTTT曲線の鼻
に相当する温度域近傍に到達するまで加熱したのち、前
記温度域で恒温変態焼なましを行うことを特徴とする大
型鋼材の熱処理方法が提供される。
【0014】本発明は、4面高速鍛造後の鋼材に適用さ
れる。具体的には、直径が90mm以上の大型鋼材に対し
て適用される。4面高速鍛造の過程では、前記したよう
に、加工発熱が生ずるので、鍛造過程における鋼材の冷
却は比較的緩慢に進む。すなわち、加工温度T1 と鍛造
終了温度T2 との差は、通常の鍛造の場合に比べて狭く
なる。そのため、鍛造終了の時点では、表層部と中心部
の温度差は、通常の鍛造の場合よりも狭くなっている。
【0015】以下に、図2に則して本発明方法を説明す
る。まず、加熱温度T1 の鋼材が4面高速鍛造される。
所定時間経過後に鍛造を終了し、時点Aで鋼材の冷却処
理が行われる。冷却は、少なくとも表層部が過冷状態と
なるように進められる。この冷却過程では、表層部は中
心部よりも冷却速度が大きい。したがって、所定の時間
(t1 とする)経過後にあっては、図2の破線で示した
表層部の温度(T3 とする)は図2の実線で示した中心
部の温度(T4 とする)よりも低くなり、鋼材の表層部
と中心部の間にはΔT(=T4 −T3 )の温度差が発生
する。
【0016】この冷却処理は、その鋼材のTTT曲線の
鼻に相当する温度をT0 とした場合、T3 が、T3 <T
0 になるまで進められる。そのとき、T4 は、通常、T
4 >T0 になっている。所定の時間(t2 とする)冷却
処理を行ったのち、時点Bからは、鋼材をT0近傍の温
度域にまで加熱する。
【0017】表層部の温度T3 は上昇し、中心部の温度
4 は降下し続け、時間の経過とともに両者の温度差Δ
T(=T4 −T3 )は狭くなっていき、所定の時間(t
3 とする)経過後には、表層部も中心部も温度T0 にな
る。温度差ΔTが解消した時点Cからは、鋼材を温度T
0 で所定の時間(t4 とする)保持することにより恒温
変態焼なましが進められる。
【0018】上記一連の過程において、温度T0 は、T
TT曲線が得られている鋼種の鋼材の場合は、そのTT
T曲線の鼻の温度近辺の温度、具体的には、鼻の温度±
15℃の範囲内に設定すればよい。また、TTT曲線が
得られていない鋼種の鋼材の場合には、例えば、次のよ
うにして温度T0 は決められる。
【0019】すなわち、まず、対象とする鋼種の試験片
を各種の温度に加熱し、それぞれの温度における保持時
間を変化させて各種の変態を行わせる。そして、得られ
た試験片につき例えば硬さ(HB)を測定する。つい
で、ある特定の硬さを可能にする加熱温度と保持時間を
グラフにプロットしてその鋼種のTTT曲線を作成す
る。得られたTTT曲線から鼻の温度を読み取り、その
温度±15℃の範囲内の温度を、採用する焼なまし温度
0 として決定すればよい。
【0020】温度T0 での恒温変態焼なまし時間t
4 は、鋼材の大きさなどによっても異なってくるが、短
すぎると、表層部と中心部での軟化焼なまし状態が均質
にならず、また、長すぎても、表層部と中心部の均質化
は飽和状態になって徒らにエネルギー浪費を招くだけに
なるので、通常は、2時間以上、好ましくは4〜6時間
に設定すればよい。
【0021】図2における2本の曲線の形状、したがっ
て、温度T3 ,温度T4 ,温度差ΔTや、冷却時間
2 ,加熱時間t3 ,恒温変態焼なまし時間t4 など
は、鍛造終了温度T2 や鋼材の大きさなどの因子によっ
て変動する。本発明方法の生産ラインへの適用に際して
は、例えば、次のようにして実際の作業が進められる。
【0022】まず、対象とする鋼材に要求される硬さと
その鋼種に関するTTT曲線および鋼材の大きさから恒
温変態焼なましを行う温度T0 とその処理時間t4 が予
め設定される。合わせて、鍛造終了温度T2 と加熱温度
1 が設定される。ついで、鍛造終了後における全熱処
理時間が設定され、そこから時間:(t2+t3 )が想
定される。そして、鍛造終了温度T2 と鋼材の大きさを
勘案して、時間t2 ,時間t3 を実現するための冷却方
法と加熱方法が選定される。
【0023】以上の条件を整えたのち、全体の生産ライ
ンを稼動させることにより、硬さむらのない鋼材が得ら
れる。 実施例1 鋼種SUS402J2から成り、表1で示した直径の鋼
材を用意した。この鋼種のTTT曲線を図3に示す。
【0024】この鋼種の場合、JIS規格では硬さ(H
B)を235以下に設定することが要求されている。し
たがって、図3から焼なまし温度T0 を700℃に設定
した。鋼材を4面高速鍛造し、表1の温度T2 で鍛造を
終了したのち、大気中(温度常温)で表示の時間放冷し
た。ついで、鋼材を温度700℃の炉の中に入れ、表示
の時間保持した。このときの加熱時間t3 ,恒温変態焼
なまし時間t4 を表1に示した。
【0025】処理後の鋼材につき、表層部,中心部、お
よび表層部と中心部との中間位置の部分の硬さ(HB)
を測定した。以上の結果を一括して表1に示した。
【0026】
【表1】
【0027】表示の結果から明らかなように、本発明方
法において、恒温変態焼なまし時間t4 を4時間以上に
設定すると、表層部と中心部の硬さは略同じにすること
ができ、しかもJIS規格を充分に満たすことができ
る。すわなち、鍛造後の熱処理時間は、4〜6時間程度
であっても充分に良好な鋼材にすることができ、4面高
速鍛造の高い生産性を生かすことができる。
【0028】実施例2 鋼種SUS403から成り、表2で示した直径の鋼材を
用意した。この鋼種のTTT曲線の鼻は700℃であ
り、またJIS規格で要求される硬さ(HB)は200
以下である。これらの鋼材を4面高速鍛造し、表2で示
した温度T2 で鍛造を終了したのち、実施例1の場合と
同様にして、表2で示した条件下で、冷却,加熱,恒温
変態焼なましを行った。
【0029】得られた鋼材につき、実施例1の場合と同
様にして、表層部,中心部、それらの中間位置の硬さ
(HB)を測定した。以上の結果を一括して表2に示し
た。
【0030】
【表2】
【0031】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明方
法によれば、大型鋼材に対しても、従来に比べれば非常
に短時間で、表層部と中心部でばらつきを生ずることな
くJIS規格を満足するように軟化焼なましを行うこと
ができる。これは、鍛造後に冷却した鋼材に恒温変態焼
なましを行う前段で、一旦、鋼材を加熱して表層部と中
心部との温度差を解消する工程を挿入したことがもたら
す効果である。
【0032】本発明方法は、4面高速鍛造が有している
高い生産性を充分に生かすことができ、その工業的価値
は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】4面高速鍛造装置を示す概略図である。
【図2】本発明方法の処理工程を示すグラフである。
【図3】SUS402J2のTTT曲線である。
【符号の説明】
1 鋼材 2 前部マニピュレータ装置 3 後部マニピュレータ装置 4 鍛造装置 5 金敷

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 4面高速鍛造後の鋼材を、少なくとも表
    層部が過冷状態になるように冷却し、ついで、表層部と
    中心部の温度が前記鋼材の恒温変態曲線の鼻に相当する
    温度域近傍に到達するまで加熱したのち、前記温度域で
    恒温変態焼なましを行うことを特徴とする大型鋼材の熱
    処理方法。
  2. 【請求項2】 前記恒温変態焼なましを4時間以上行
    う、請求項1の大型鋼材の熱処理方法。
JP1281694A 1994-02-04 1994-02-04 大型鋼材の熱処理方法 Pending JPH07216446A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102914558A (zh) * 2012-10-25 2013-02-06 上海大学 一种测试ttt曲线的方法
CN103305673A (zh) * 2013-07-01 2013-09-18 江阴市恒业锻造有限公司 细晶粒35CrNi3MoV钢大型锻坯的制造方法

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