JPH0229726B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の耐用時間を飛躍的に延長可能としたロ
ツドミル用ロツドおよびその製造方法に関する。

ロツドミル用ロツドは公知の如く直径60〜120
mm・長さ3000〜7000mmの鋼棒であつて、回転ドラ
ム内に複数本入れて、当該回転ドラム内に投入さ
れる岩石や鉱石等の破砕に使用される。破砕は回
転ドラムの回転に伴つて回転ドラムの波形内張り
の谷部に係止されて所定高さまで上昇したロツド
が、係止状態をとかれて回転ドラムの底部に位置
する他のロツド上にある岩石や鉱石上に落下する
衝撃力や、回転ドラムの底部にある複数のロツド
が転動しつつその間に挾まつている岩石・鉱石等
を押圧したり擂り潰したりすることによつて行わ
れるので、当該ロツドミル用ロツドには耐衝撃性
と耐摩耗性とが要請される。

この要請に応じて従来ロツドミル用ロツドには
比較的耐衝撃性・耐摩耗性の具わつている低合金
鋼、例えば機械構造用マンガン鋼やマンガンクロ
ム鋼相当材の熱間圧延鋼棒をそのまま或いはこれ
を焼ならしたものが使用されており、耐用時間は
ほぼ800時間である。

ところで、ロツドミル用ロツドは消耗品であつ
て、使用中の摩耗により新品の直径のほぼ1/3の
直径となつたときが上記耐用時間が到来したとし
て新品と交換するものであるが、交換時にはロツ
ドミル装置を長時間停止して交換作業を行わなけ
ればならず、消耗品としてのロツドミル用ロツド
の価格と、上記交換作業時間のロスとが製造原価
に大きい割合いを占めるものであるが故に、製砂
業界や鉱石破砕業界から耐用時間が長く、かつ耐
用時間に見合つた低廉なロツドミル用ロツドが希
求されている。

本願発明者中の１人は上記ミル業界の希求に応
えるため、先に特許願昭54−37083号（特公昭60
−8286号参照）をもつて「表層部に熱処理硬化層
を有するロツドミル用ロツドの製造方法およびロ
ツドミル用ロツド」を発明し、これを上記業界に
提供した。当該発明の技術思想は、低合金鋼例え
ばSAE1547からなる素材に、外径に対してほぼ
５〜15％の範囲を厚みを有する有効硬化層を表層
部に形成したロツドミル用ロツドであつて、上記
表層部の熱処理硬化層により耐摩耗性を高め、芯
部の素材材質部により耐衝撃性を保持させようと
するものである。この発明は製砂用に岩石を破砂
する場合には従来ロツドの２倍以上の耐用時間と
することに成功したが、例えば鉄鉱石等を破砕す
る場合には従来ロツドの３〜４割の耐用時間延長
効果に止まることが実用段階で判明した。上記効
果の差異は岩石と鉱石との硬さの差から生ずるも
のと思われる。この対策として、単純にロツド表
層の焼入れ硬化層を現行より硬くすれば、衝撃時
に硬化層のひびわれや欠けを生じ、破砕の目的を
達せられないばかりでなく、これが原因でロツド
が折損し、ロツドミルのドラム内張りの破損を招
くこととなるので好ましくない。

本発明は焼入れ処理をしない従来ロツドは勿論
のこと、上記先発明焼入れ処理ロツドに存する問
題点をも解消する、鉱石類を破砕の対象とする場
合にも確実に耐用時間をほぼ２倍に延長可能なロ
ツドミル用ロツドおよびその製造方法を提供する
ものである。

本願第１発明の要旨は、 (1) 低合金鋼からなる熱間圧延大径鋼棒の全断面
における当該鋼棒直径の10〜25％に相当する厚
みにわたる表層部および中心までの残余の部分
それぞれが、 (2) 急速加熱・急速冷却を含む熱処理による有効
硬化層および熱影響部となつていること を特徴とするロツドミル用ロツドにある。

従つて前記特許願昭54−41066号の発明では素
材外径のほぼ５〜15％の範囲の厚みを有する表層
部の有効硬化層によつて耐摩耗性を付加し、中心
部分は素材材質そのままとしておくことによつて
耐衝撃性を維持せしめていたものであるが、本発
明の技術思想は、鋼棒に全断面にわたつて急速加
熱・急速冷却の影響を与え、これによつて当該鋼
棒直径の10〜25％に相当する厚みにわたる表層部
には急速加熱によつて達した所定の焼入れ温度か
らの急冷による有効硬化層が形成され、中心部ま
での残余の部分には再結晶温度以上で上記焼入れ
温度に近似する温度からの急冷により結晶粒の粗
大化が阻止され、微細結晶粒に止まつているフエ
ライト・パーライトとマルテンサイトもしくはベ
イナイトの混合した微細混合組織となつている熱
影響部が形成されたロツドミル用ロツドにある。
換言すれば、上記熱影響部の微細組織の保持する
高い靭性によつて前記先願発明よりも硬化層の厚
みがほぼ２倍となつているロツドに高い耐衝撃性
を維持せしめ、かつ当該熱影響部の保持する比較
的高い硬さと２倍の厚みとなつた硬化層との相乗
的効果によつてロツドの耐摩耗性……耐久性を高
め、さらには素材のままの材質部分が全くないの
で、衝撃による硬化層の境界部からの剥離のおそ
れをもなくし、その結果として先願発明焼入れ硬
化層の硬さよりさらに硬さを高くして耐摩耗性を
高めたロツドにある。

而して、上記本願第１発明のロツドミル用ロツ
ドを製造するための本願第２発明の要旨は、 (1) 低合金鋼からなる熱間圧延大径鋼棒を軸方向
送りしつつ、 (2) 送り通路にそつて所定間隔をへだてて設けら
れた少くとも２以上の複数の誘導加熱コイルと
少くとも２以上の複数の冷却器とを順次通過さ
せることにより、 (3) 当該鋼棒が上記複数の誘導加熱コイルを経て
上記複数の冷却器のうちの最初の冷却器に達す
るまでに、鋼棒の表面から所定深さまでの表層
部を所定の焼入れ温度に、また中心までの残余
の部分を上記焼入れ温度に近似する温度にまで
昇温せしめ、 (4) 上記最初の冷却器で上記表層部を焼入れ急冷
し、 (5) 後続の冷却器で鋼棒の中心方向から表面方向
へと熱伝導する返り熱の収奪を促進する急冷を
施して、 (6) 鋼棒直径の10〜25％に相当する厚みにわたる
表層部には有効硬化層を、 (7) また中心に至る残余の部分には熱影響部を形
成し、 (8) ついで鋼棒に所定時間にわたる焼戻し処理を
施すこと を特徴とするロツドミル用ロツドの製造方法にあ
る。

上記本願の発明を、例えば90mmφの熱間圧延鋼
棒からロツドミル用ロツドに製造する場合を例に
とつて第１図〜第４図を参照しながら以下に詳述
する。

素材鋼棒としては、例えば機械構造用マンガン
鋼相当材の如き低合金鋼材の熱間圧延大径材がそ
のまゝ本発明に使用され、第１図のフローチヤー
トに示される熱処理工程に付される。上記熱処理
工程は、鋼棒をその軸方向送りする過程で送り通
路にそつてそれぞれ所定間隔をへだてて設けた例
えば第１誘導加熱コイル、第２誘導加熱コイル、
第１冷却器および第２冷却器からなる急速熱処理
ラインによつて急速熱処理を施す工程と、当該急
速熱処理を施された鋼棒を電気炉内で焼戻しする
工程とに大別される。上記急速熱処理ラインにお
ける第１誘導加熱コイルと第２誘導加熱コイルと
の間の間隔および第２誘導加熱コイルと第１冷却
器との間の間隔は誘導加熱コイルの電源出力・周
波数、鋼棒の材質、鋼棒径、送り速度等を含む諸
条件の相関関係から所定の如く設定されるととも
に、第１冷却器と第２冷却器との間の間隔は鋼棒
の材質、鋼棒径、送り速度、それぞれの冷却器の
冷却能との相関関係から所定の如く設定される。

例えば150KW―1KHzの電源にそれぞれ接続す
る誘導加熱コイルおよびそれぞれ150／minの
流量の冷却器を具えた急速熱処理ラインを150
mm／minの送り速度を保つて軸方向送りされる鋼
棒は、第２図の送り時間ｔ minの経過と温度℃
との関係図が示す如く、第１誘導加熱コイルを通
過するほぼ1minの間に当該コイルの誘導磁束に
よつて急速加熱され、コイル出口に達した時点で
表面温度がほぼ870℃程度、中心部温度が100〜
150℃程度に予熱される。鋼棒の表面温度は所定
間隔をへだてた第２誘導加熱コイルに達する間に
中心方向へのの熱伝導で低下し、その反面中心部
の温度はさらに上昇する。第２誘導加熱コイルに
達した鋼棒は再び当該コイルの誘導磁束によつて
急速加熱され、コイル出口に達した時点で表面温
度がほぼ920℃程度、中心部温度が600〜650℃程
度まで本加熱され、ついで所定間隔をへだてた第
１冷却器に達するまでには表面温度はほぼ760℃
程度に低下しているが、中心部温度は表層方向か
らの熱伝導でAc₁変態点を越える730〜750℃程度
にまで昇温している。第１冷却器に達した鋼棒は
所定流量の冷却流体によつて急速冷却され、鋼棒
直径10〜25％に相当する厚みにわたる表層部が当
該急冷によつて焼入れされた状態となり、ついで
第２冷却器に達して更に所定流量の冷却流体によ
つて、例えば上記第１冷却器による急冷で50℃前
記に下降した表面とまだ650℃前後の温度である
中心部との温度勾配に起因する表面方向へ熱伝導
で移動する中心方向から返り熱の収奪を促進する
が如き急冷が施され、これにより、表層部の温度
を少くとも70〜80℃に維持するとともに中心部の
温度を急速にほぼ150℃程度まで低下せしめる。
かくして急速加熱・急速冷却からなる熱処理ライ
ンをほぼ8minで順次通過する。急速熱処理を施
された鋼棒は熱処理ラインから排出され、次工程
の電気炉内で例えば180〜250℃×5hrにわたる焼
戻し処理工程が施されロツドミル用ロツド製品と
される。

上記急速熱処理工程を施されることによつて、
結晶粒度が４〜６程度である90mmφの熱間圧延の
ままの素材鋼棒は、表層部には第３図ａおよびｂ
はそれれぞれ結晶粒顕微鏡写真（×100）および
組織顕微鏡写真（×400）として示す如く、結晶
粒度８となつたマルテンサイト組織が形成される
とともに、中心までの残余の部分には第３図ｃに
中心の組織顕微鏡写真（×400）として示す如く、
微細マルテンサイトもしくはベイナイト、フエラ
イトおよび微細パーライトの混在した混合組織か
らなる熱影響部が形成される。

第４図ａおよびｂは本発明にかゝる90mmφのロ
ツド原寸大断面写真および当該断面における直径
方向の多数点の硬さ測定値から求めた硬さ分布特
性曲線図である。

第４図ｂに曲線Ａで示される本発明ロツドは、
表面から深さほぼ10mmまでビツカース硬さHv600
以上、深さほぼ15mmまでHv500以上、深さほぼ25
mmまでHv400以上を保持していて、有効硬化層の
厚みが極めて厚いことを表明するとともに、深さ
ほぼ25mmから中心に至るまでHv390で示される比
較的硬い熱影響部が形成されていること明確にし
ている。ちなみに同図において斜線で示すＣ部分
は従来全く焼入れ層を有しない市販数種のロツド
の硬さ分布範囲を表わし、また破線Ｂで示す曲線
は前記先願発明にかゝる表層部のみに外径の５〜
15％にわたる有効硬化層が形成され、中心部は素
材そのままの材質となつているロツドの硬さ分布
特性曲線を併記したものである。これら従来ロツ
ドとの比較から、本発明の大径鋼棒断面急速熱処
理方法が奏効し、得られた本発明ロツドが極めて
高い耐摩耗性を具えていることが確認される。

ついで、本発明者は本発明ロツドの耐久性を実
証するため、鉄鉱石を破砕する実機ロツドミルに
本発明ロツドを使用し、先願発明ロツドとの比較
を行つた。比較試験には同一材質の90mmφ・長さ
4120mmの熱間圧延材が用いられ、一方には本願発
明にかゝる製造方法が施され、他方には先願発明
にかゝる製造方法が施されていて、ロツドミルで
使用するにつれて摩耗するロツドそれぞれの軸方
向中央の直径を計測した。第５図はその結果を示
すものであつて、横軸には耐用時間hrをとり、縦
軸には直径mmをとつた座標上に上記計測値をプロ
ツトして求めた傾向線図である。本発明ロツドは
実線Ａで、先願発明ロツドは破線Ｂで示してあ
る。第５図により、本発明ロツドが先願発明ロツ
ドよりほぼ２倍も耐摩耗性にすぐれており、かつ
耐衝撃性をも十分備えていることが判明し、極め
て耐久性が高いことが実証された。

尚上記本発明ロツドの製造方法の実施例では、
鋼棒の中心部までの急速加速するために２つの誘
導加熱コイルを用い、また鋼棒の中心部までを急
速冷却するために２つ冷却器を用いた場合を挙げ
て説明したが、上記の直径が大径で、かつ電源出
力が小のときには３以上の誘導加熱コイルを用
い、かつ鋼棒の直径に応じて３以上の冷却器をも
つて中心部まで急冷する必要がある。また、少く
とも直径が60mm以上ある鋼棒に急速加熱・急速冷
却からなる急速熱処理の作用効果を全断面にわた
つて得しめることを本旨とする本願発明のロツド
の製造のためには、それぞれ１つづつの誘導加熱
コイルと冷却器とを具えた熱処理ラインではたと
え当該誘導加熱コイルの電源出力が大であつて
も、また当該冷却器を長大としても、本願発明の
特徴とする表層部の厚い有効硬化層と中心部まで
及ぶ微細組織からなる熱影響部の形成は極めて困
難であることが多数の実験によつて確認されてい
る。

本発明にかゝるロツドミル用ロツドは高耐久性
を有しているので、これを使用する製砂業界およ
び鉱石破砕業界では製造原価の大巾な引下げが可
能として賞用されることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ロツドミル用ロツドの製造方法
である熱処理工程を示すフローチヤート、第２図
は熱処理工程中の急速加熱・急速冷却工程におけ
る時間の経過に従つて変化する鋼棒の表面および
中心部の温度を示す曲線図、第３図ａは本発明ロ
ツドの表層部の結晶粒顕微鏡写真、第３図ｂおよ
びｃはそれぞれ本発明ロツドの表層部および中心
の組織顕微鏡写真、第４図ａは本発明ロツドの原
寸大断面写真、第４図ｂは第４図ａにおける直径
方向の硬さ測定値から求めた硬さ分布特性曲線
図、第５図は本発明ロツドの耐久性を先願発明ロ
ツドと比較した使用時間の経過とロツド直径の摩
耗との関係を示す線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 低合金鋼からなる熱間圧延大径鋼棒の全断面
   における当該鋼棒直径の10〜25％に相当する厚み
   にわたる表層部および中心までの残余の部分それ
   ぞれが、急速加熱・急速冷却を含む熱処理による
   有効硬化層および熱影響部となつていることを特
   徴とするロツドミル用ロツド。 ２ 低合金鋼からなる熱間圧延大径鋼棒を軸方向
   送りしつつ、送り通路にそつて所定間隔をへだて
   て設けられた少くとも２以上の複数の誘導加熱コ
   イルと、少くとも２以上の複数の冷却器とを順次
   通過させることにより、当該鋼棒が上記複数の誘
   導加熱コイルを経て上記複数の冷却器のうちの最
   初の冷却器に達するまでに、鋼棒の表面から所定
   深さまでの表層部を所定の焼入れ温度に、また中
   心までの残余の部分を上記焼入れ温度に近似する
   温度にまで昇温せしめ、上記最初の冷却器で表層
   部を焼入れ急冷し、後続の冷却器で鋼棒の中心方
   向から表面方向へと熱伝導する返り熱の収奪を促
   進する急冷を施して、鋼棒直径の10〜25％に相当
   する厚みにわたる表層部には有効硬化層を、また
   中心に至るまでの残余の部分には熱影響部を形成
   し、ついで鋼棒に所定時間にわたる焼戻し処理を
   施すことを特徴とするロツドミル用ロツドの製造
   方法。