JPH0382716A - 線材コイルの熱処理方法およびその熱処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、線材コイルの焼鈍時間の大幅な短縮化と品質
の均一化に係る均一急速加熱の熱処理方法およびその装
置に関するものである。

［従来の技術］ 球状化焼鈍に代表される焼鈍処理は、鋼材を適当な温度
に加熱して、組織中の炭化物を一旦固溶化させた後適当
な速度で冷却して、組織中の炭化物の形状を改善し、素
材としての塑性加工性、被剛性等を向上させる熱処理の
ことである。このとき被処理材の品質を均一するには、
固溶化させる温度を１０℃以内という狭い温度域に限定
するとともに、その温度域で保持される時間差を小さく
することにより、固溶化の進行状態を均一化させる必要
がある。

しかし線材コイルの焼鈍で一般に使用される連続焼鈍炉
には、第１Ｏ図の（ｄ）図に示すような高温の燃焼ガス
を管内に流通させるラジアントチューブ２０を熱源にし
て間接加熱を行う雰囲気加熱方式が採用されている。こ
の方式では、線材コイルの外周側は直接輻射加熱される
ため雰囲気温度に応して比較的に速く昇温するものの、
線材コイル内部は、外周部からの熱伝導が主体であるの
で昇温に長時間を要する。このため、線材コイル全体で
は、昇温速度差による温度差が大きい。また、焼鈍処理
のように、目標とする均熱の温度範囲が狭い場合には、
処理時間が長時間になるばかりでなく、保定温度での保
持時間に大きな差が生じてしまい、固溶化状態のバラツ
キが大きくなってしまう。このような状態のコイルから
均一な球状化組織にするには、炭化物の析出温度域で長
時間保定するか、Ａｒ、温度まて１０℃／ｈｒ以下の割
合て徐冷を行って、析出時に組織の均一化を図なければ
ならない。このため、線材コイルの球状焼鈍には、通常
約２０時間を要している。

このことから、線材コイル全体を均一に且つ急速に加熱
する技術を開発して、球状化焼鈍時間の短縮化を実現す
ることが永年の課題となっていた。これまでの改善策と
しては熱間圧延での圧下、制御冷却等による焼鈍前のパ
ーライト組織を微細化する鋼材の改良の特開昭６０−１
５２６２７号、特開昭６０−２５５９２２号の公報例や
、また一方、線材コイルを一旦ストランド状態にして特
殊な加熱装置により急速加熱した後、再びコイル状態に
巻き取る方法の特公昭６０−２２０５０号、及び特公昭
６１−１５９３０号の公報例が、さらに球状化焼鈍を熱
間圧延にオンライン化して生産性を向上させる方法の特
公昭５１−３３０５３号公報の技術が提案されている。

その池水発明に関わる公知文献として炉内雰囲気を対流
させるため炉内に攪拌ファンを設置した特公昭５７−２
００５２６号公報が、また、線材コイルの熱処理とりわ
け冷却に利用する衝風熱処理法が特開昭５５−１０９５
１５号公報に、さらにまた線材コイルへの衝風供給方法
について特開昭５７−２０３７２４号公報に開示がある
。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前記した特開昭６０−１５２６２７号及び特開
昭６０−２５５９２２号公報の技術は、鋼材圧延後、急
冷して、微細フエライトパバーライトとベイナイトまた
はマルテンサイトの混在組織とし、これによりセメンタ
イトの球状化速度を速くしている。しかし、このような
方法ではセメンタイトが過度に微細で、硬さが従来のも
のに比べてかなり高くなり、球状化焼鈍の所期の目的を
達しえない。また、焼鈍時間の短縮化についても、現状
の雰囲気加熱方式で熱処理するのでは、線材コイル自体
の加熱時間は変わらず、根本的な解決手段となりえない
ため大幅な時間短縮は望めない。

次に、特公昭６０−２２０５０号及び特公昭６１−’１
５９３０号公報の一旦ストランド状態にしての熱処理方
法では、特殊な加熱設備等の設備改造が必要なだけでな
く、この方法では生産性が著しく低下することから実用
化には問題がある。

又、特公昭５］−３３０５３号公報は熱間圧延された非
同心リング状態の線材をコンベアーに載置し、球状化処
理炉内を移送して球状化処理を施す処理炉で生産性の向
上が見込まれるものの、均一に急速加熱する方法がない
ため、材質のバラツキか大き〈従来の長時間焼鈍程度の
品質を得るには至っていない。しかも本発明が対象材と
するタイトの線材コイルには短時間の均一加熱が不可能
であり適用できない。

又、特開昭５７−２００５２６号公報では炉内に攪拌フ
ァンを設置し炉内雰囲気を対流させ焼鈍時間の短縮化を
図っているが、線材コイルへの伝熱促進効果が小さく、
本発明の目的とする大幅な焼鈍時間の短縮は期待できな
い。

更に、特開昭５５−１０９５１５号公報は本発明の衝風
熱処理法Ｃ関わりの強いものであるが、これは、線材コ
イルの一端を閉塞して、他端より線材コイル内周部に気
体を送り込み、線材の間隙を通過せしめて熱処理を行う
衝風熱処理方法である。この熱処理方法は、熱間圧延後
の線材コイルを冷却する方法として多数の実施例がある
。しかし、この熱処理方法は、線材コイル特有の密集状
態のバラツキにより、通過する衝風量が局所的に偏って
しまうため、温度バラツキは避けがたく、焼鈍工程のよ
うに狭い温度範囲まで加熱する方法として用いられた例
はない。

また、衝風熱処理に関わる特開昭５７−２０：１７２４
号公報は、伝熱媒体を衝風供給用ダクトを介して接続し
たフードて線材コイルの間隙に衝風を通過させる方法と
して、線材コイル外周部より衝風を供給して内周部より
抜き取ることにより温度バラツキを低減するというもの
である。これは衝風が同心円の中央から外周側へ向う程
単位断面を通過する流速が順次減少するため、線材コイ
ル内周部よりも線材コイル外周部の方が熱伝達率が小さ
いという理由によるものである。しかし熱伝達率の小さ
い線材コイル外周側で衝風温度を高くできるので、均一
加熱に有利ではあるものの本発明が目的とする均一急速
加熱に対してはまた不十分であり、逆に内周側の昇温が
遅れるという問題が残っている。

このように従来の球状化焼鈍時間の短縮化技術には、い
ずれも問題があり実用化には至っておらず、また、本発
明に大いに関わるこれまでの衝風熱処理技術においても
まだ改善が必要であり、本発明が目的とする線材コイル
全体の短時間による均一急速熱処理には適用できない。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、球状化焼鈍処理時間の短縮化の課題に対し前
述した従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、そ
の要旨とするところは （１）線材コイル内の局所充填率（鋼材真体積／コイル
および間隙部の見掛は体積）が０．２以下の極端に小さ
い部位を無くするため、該線材コイルの軸方向（高上方
向）に該線材コイル単重の５分の１以上の荷重でプレス
する。

（２ン線材コイルの間隙に高温気体を通過させる際、そ
の気体のａｊＪ１４速度を温度バラツキの要因となるチ
ャンネリング現象の防止から見掛は速度にしテ１．５ｍ
／ｓｅｃ以−Ｅとする。

（３）さらに線材コイル内の温度バラツキを低減するた
めに、該線材コイルへの衝風供給方法として、該線材コ
イルの内周側から外周側へと外周側から内周側とを交互
に組み合せ衝風する。その際、組み合せの各々の時間帯
を適度な比率とすることにより加熱時間の短縮へ寄与で
きる。

（４）上述の構成要件とする球状化焼鈍処理方法の発明
を実施するための熱処理装置の提供である。

以下、本発明の具体的な内容について、図を基に詳細に
説明する。

先ず、本発明の対象とするＣ成分０．］％〜０．６亀を
含有する機械構造用炭素鋼、冷間圧造用炭素鋼、低合金
鋼等の球状化焼鈍の熱処理要領については、すでに周知
の通りＡｃｉ変態温度の直上（７４０℃近傍）まで加熱
し、組織中の炭化物を一旦固溶させ一定時間保定し固溶
調整した後、Ａｒ、変態温度直下（６５０℃近傍）まで
の間を冷却速度４０℃／ｈｒ以下の徐冷で固溶炭化物を
球状析出させることであり、その後は空冷等で常温にす
る。この炭化物を固溶させるまでの加熱に対する時間お
よび速度には全く制約はいらないが、固溶炭化物の析出
に際しては上述の冷却速度を超えると素材は硬くなるの
で４０℃／ｈｒ以下の徐冷は必ず守らなければならない
。

従って、本発明の球状化焼鈍処理時間の短縮化を行う上
で最もポイントとなるのは、いかに線材コイル全体を均
一にして所定の保定開始温度までに加熱するかである。

このことについて第２図の従来の雰囲気炉の加熱による
ＪＩＳ、５４５Ｇ線材コイルの球状化焼鈍ヒートパター
ン例で説明する。ここで図中のａ域は加熱といい線材コ
イルの−・部（外周部Ａ）の温度が所定温度に達するま
での時間範囲であり、ｂ域は均熱といい線材コイル内部
Ｃの温度が外周部Ａの所定温度に近似的になるまでの間
の時間範囲であり、ａ域は保定といい炭化物を均一固溶
化に要する間の時間範囲であり、ｄ域は徐冷といい固溶
炭化物を球化析出に要する間の時間範囲であり、ｅ域は
冷却といい球状化析出の完了後から室温までの間の空冷
等の時間範囲である。また、Ａの線は線材コイルの外周
部、Ｃの破線はそのコイル内部のそれぞれの位置でのヒ
ートパターンである。

図示から分るように、外周部のＡは直接輻射加熱される
ため比較的早く昇温するものの、内部のＣは線材と線材
の輻射および熱伝導が主体であるので、目標の保定温度
に到達するまでの時間がＡ位置に比べて数時間遅れてい
る。従って線材コイル全体を所定温度に均一化するまで
の均熱時間および炭化物固溶の保定時間の延長がどうし
ても必要となり、熱処理時間の短縮化の障害になってい
る。さらにこの均熱、保定の時間延長は炭化物の固溶化
状態にバラツキを生ずる原因となり、その固溶化のバラ
ツキを解消するために同図でも明らかな如く長時間の冷
却（Ａｃ、〜＾ｒ１間でｌＯ℃／Ｈｒ以下の徐冷）で炭
化物析出時の組織の均一化が必須となり、この点からも
熱処理所要時間への影響が大きくなる。この例での球状
化焼鈍時間は約１９時間を要した。

このように雰囲気加熱方式による球状化焼鈍では、線材
コイルの外周部と内部とでどうしても温度差が生じ、そ
の温度差を解消するための調節時間がかならず必要とな
り熱処理時間の短縮化は不可能であった。

そこで本発明はこの雰囲気加熱方式から線材コイルの間
隙に高温気体を伝熱媒体として通過させる衝風加熱方式
の熱処理法を創案した。この衝風熱処理の基本的な構成
については前記したところであるが、しかしそのまま本
発明が目的とする線材コイル全体の均一急速加熱へは通
用することはできない。すなわち、通常の線材コイルの
特性として局所的に線材の密集状態にバラツキが存在し
、バラツキの大きい状態の線材コイルに高温の衝風を送
り込んでも衝風は線材の間隙を通過する際圧力損失の小
さい充填率小の部位のみに集中して流れ、充填事大の部
位は極端に衝風量が少なく昇温遅れとなってしまう。第
３図の（ａ）および（ｂ）にその密集のバラツキ状態で
ある通常の線材コイル（線径：　１０ｍｍ、コイル外径
：　１．４ｍ、内径：］、Ｏｍ、軸方向高さ＋　１．３
ａ＋、単重：２ｔ）に平均流速３ｍ／ｓｅｃの割合で衝
風させた模式図とその時の風量分布の調査結果を示す。

この結果から局所的な見掛は速度は１〜８　ｍ／ｓｅｃ
の範囲に分布しており、この状態で高温の衝風を送り込
んでも線材コイル全体の均一な温度は望めない。このよ
うなことから本発明の構成要件の一つである線材コイル
のプレス化を見出し、コイル充填率の均一化を図った。

第４図にそのプレス化による効果を示すが、同図（ａ）
の模式図は上述の密集バラツキ線材コイルをＩＩのコイ
ルプレス装置で４の衝風フードを介して、該線材コイル
１の単重２ｔの５分の１にあたる４００ｋｇの荷重でコ
イルプレスをし、充填率の極端に小さい部位がない均一
化した線材コイル状態を示し、同図の（ｂ）はこのプレ
スコイルに上述と同じ平均３ｍ／ｓｅｃで衝風した時の
風量分布を示す図である。この図の結果から衝風の局所
的な見掛は速度は１．５〜４．０ｍ／ｓｅｃの範囲まで
低減しプレスによる効果が認められる。

なお、この第３図と第４図の調査において、線材コイル
の充填率と衝風見掛は速度（以Ｆ、衝風速度と称す〉と
の関係を求め第６図に示した。図より第３図で示した通
常のコイルプレス無し線材コイルではコイル内の局所充
填率は０．１〜０．５の範囲で、この０．１と密集の少
ない充填率の部位の衝風速度はＵｌｌ／ｓｅｃ程度と大
きいのに対し、０．５の密集の多い充填率の部位では１
ＩＩＩ／ｓｅｃ程度である。

一方、第４図のコイルプレスを実施した線材コイルは、
充填４０．１から０．２未満の部位かなくなり充填率０
．２の部位で軸／ｓｅｃ、充填率０．５の部位で１．５
＋ｉ／ｓｅｃの衝風速度となり、プレス化で衝風速度の
バラツキが大幅に低減することが分かる。

また、コイルプレス荷重と衝風速度の風量バラツキとの
関係を調査し、その結果を第５図に示す。図から明らか
のようにプレス荷重を大きくする程、衝風速度の風量バ
ラツキは小さくなるが、この風量バラツキを低減するに
はプレス荷重をコイル単重の５分の１　（０，２）以り
とすることが必要である。しかしあまりプレス荷重をか
けるとその線材コイルの材質によっては曲りや折れ等の
問題が生じることもあるので、コイル単量の１５倍のプ
レス荷重にととめておくことか望ましい。

次に、このプレス線材コイルに対する適正な衝風速度を
求めるため、上述の第４図と同じ条件の常温プレス線材
コイルを用いて、そのコイルの間隙に高温気体の伝熱媒
体（７５０℃）を通過させ、均熱湯度７４０℃±５℃ま
で加熱するに要する時間への衝風速度の影響を種々変化
させ調査した。第７図にその結果を示す。図から明らか
な如く均熱までの加熱時間は衝風速度を大きくするほど
短くできるが、１．５ｏ＋／ｓｅｃ未満では線材コイル
内での風量バラツキが生ずる、いわゆるチャンネリング
現象が起き該線材コイル全体の温度を均一化するまでに
長時間を要することが分った。このようなことから衝風
を１．５ｍ／ｓｅｃ以上の速度にすることで、均熱終了
までの加熱時間は大幅に短縮することがｆｉｒ能となっ
た。

さらに、この衝風の供給方法について調査した。従来の
衝風供給法は前記したように第８図の（ｂ）に示す線材
コイル１の内周側から衝風２６を送りコイルの間隙を通
過させ該線材コイルの外周側に向は流す方法、または、
その逆である第８図の（ａ）に示す線材コイルの外周側
から内周側へ向は流す方法のどちらか一方のみであった
。両者の内、均一加熱からは後者の方が有利であること
は最初に述べた通りであるが、本発明の目的とする均一
急速加熱に対してはかならずしも満足するものではなか
った。そこで種々実験調査を行った結果、この両者を組
合せ、それぞれの衝風供給時間を適度な比率にすること
で、さらに均一急速加熱への処理時間の短縮化に寄与す
ることを見出した。

第９図に全衝風加熱時間（Ａ＋Ｂ）に対するＡの加熱時
間の比率と均熱温度に達するまでの加熱時間との関係か
らその比率の最適範囲を示す。ここでＡはコイルの外周
部側から内周側へ、Ｂは内周部側から外周側へのそれぞ
れの衝風時間を表わす。この図から明らかな如く、Ａ／
（Ａ十Ｂ）の比率が０．５越え１．０未満の間になるよ
うにＡとＢを交互に組合せて衝風すれば、均一急速加熱
時間の短縮への寄与がさらに可能である。

このように本発明は線材コイル内の密集バラツキをプレ
スによりコイル充填率を整え、そのコイル間隙に衝風を
チャンネリング現象が起きない所定量以上の速度で通過
させ、またさらに衝風の供給法として線材コイルの外周
部側から、または内周部側からの適度な比率で組合せる
衝風加熱方式である。第１図はこれら構成要件を満し、
第１表に示す成分の線材コイルについて球状化焼鈍処理
を衝風炉で行ったヒートパターンの１例である。

熱処理条件等は後述する実施例の項で記載したく第２表
の記号１２）通りである。

図より明らかな如く線材コイル内部のＣ位置での温度は
外周部のＡ位置の温度にほぼ同時間で均一に昇温追従さ
れており、保定開始温度までに０．８時間ですみ、炭化
物析出完了する６５０℃までの総処理時間は４．０時間
で大幅な短縮が得られている。

次に上述の本発明法を実施するための本発明の熱処理炉
について述べる。

先ず、熱処理炉の設備構築に当っては、熱処理の生産性
及び得られる品質性はもとよりランニングコストも含め
設備費についても充分に考慮しなければならない。本発
明が対象とする機械構造用炭素鋼、冷間圧造用炭素鋼、
低合金鋼等Ｃ：　０．１！６〜０．６＄＠の球状化焼鈍
処理においては、前記したように加熱、均熱に対する時
間および昇温速度には制約がないが、固溶化した炭化物
を析出させる徐冷の冷却速度では、速い（４０℃／ｈｒ
超）と被熱処材の硬さが硬くなり所望の軟化が得られな
い。

このような球状化焼鈍の特殊な状況をふまえて衝風炉と
従来の雰囲気炉との設備費及びランニングコストを比較
すると、同一の炉長とした設備費は送風設備を必要とし
た衝風炉が雰囲気炉の約２〜５倍程になる。またランニ
ングコストにおいても主に送風を行うための単位時間当
りの電力費が５〜２０倍程度かかり衝風炉の方が悪い。

しかし前述したように衝風炉加熱方式では線材コイルの
全体を均一急速加熱か容易であることから、雰囲気炉に
よる加熱より数倍の生産性が上げられ、しかも品質の均
一化も図れる。そこで雰囲気炉で衝風炉の同じ生産性を
得るための設備費（単位炉長当りの設備費　（円／ｌ１
１）×炉長（ｍ））で比較すると、逆に衝風炉の方が安
価な設備ともなり得るし、また、ランニングコストの電
力原単位（円／Ｔ）にしても雰囲気炉とほぼ同程度にな
る。

いずれにしても最適な熱処理炉の設備構築する上で生産
性、品質性さらに設備費およびランニングコストとそれ
に設置敷地面積をできるだけ小さくすることも勘案した
総合判断で決定するのが肝要である。このことから本発
明の線材コイルの特殊な球状化焼鈍熱処理についての熱
処理炉を調査検討した結果、均一急速加熱を重視した加
熱、均熱を衝風炉で行い、保定を含め冷却速度の制約が
ある徐冷は従来の雰囲気炉とする衝風炉と雰囲気炉の直
結一体止に組み合せ構成した熱処理炉を創案した。特に
既設の雰囲気炉がある場合は、衝風炉を新設するだけで
直結化が可能であり経費の大きな削減が期待できる。

本発明の熱処理炉はこのような理由に基づきなされたも
のである。すなわち、線材コイルの球状化焼鈍処理時間
の短縮化を経済的Ｃ行うため、高温気体の伝熱媒体を送
風する送風装置と、媒体温度を制御するための熱補償装
置と線材コイルをプレスしてコイル内の充填率を均一化
するためのプレス駆動装置とからなる衝風供給装置を１
台以上備えた衝風炉と、輻射熱源になる複数のラジアン
トチューブと炉内雰囲気を対流させる複数の攪拌ファン
からなる雰囲気炉とを直結一体止に絹み合せ構成した熱
処理炉である。また、線材コイルの炉内搬送に際し、搬
送用キャリアー上にコンベクター板を設置し、該線材コ
イルの下端面部が搬送用キャリアーの接触による伝導熱
損失を低減した構造ともした。

これらについて、さらに図を基にして詳細に説明する。

第１０図はその本発明の球状化焼鈍処理方法を実施可能
とする熱処理炉例で、同図（ａ）は全体構成を示す概要
図である。また第１０図の（ｂ）　、　（ｃ）は衝風炉
衝風供給装置の細部を示す図で（ｂ）は側面図、（ｃ）
は正面図である。図中、１は被熱処理材の線材コイル、
２は線材コイルエの搬送用キャリアー、３は搬送ローラ
、１４は線材コイル１の下端面と搬送用キャリアー２の
接触による伝導熱損失を低減するためのコンベクター板
、６は衝風供給装置１７を複数台（本例では３台）設は
加熱、均熱が主体で保定、徐冷も可能な衝風炉、７は雰
囲気による保定、徐冷が主体で加熱、均熱も可能な従来
の雰囲気炉、５．５′は衝風炉６および雰囲気炉７で還
元性ガス（例えば水素、−酸化炭素などの爆発性ガス）
が使われた時、不活性カス（例えばＮ等）でパージする
ために設けたパージ室、１２は衝風を通過誘導１°る衝
風ダクト、４は端面が衝風ダクト１２と接続している昇
降ダクトジャバラ８と接続し、一方の端面ば線材コイル
１の上端部を閉塞する衝風フート、１１は衝風フード４
の昇降と該１ｍフードを介して線材コイル１をプレスし
てコイルの充填率を均一化するためのプレス駆動装置、
１３は各々の炉室での処理すなわち温度、炉内圧力、衝
風量、衝風方向等を容易に可変可能とするための上下可
動の仕切扉、９は衝風ダクト１２の系路内に設けられた
所望の温度に制御可能な熱補償装置、ＩＯは伝熱媒体を
送風し回転方向の変更で衝風方向を可変する送風装置、
２６は衝風方向を示すためのＷＲ風である。

第１０図の（ｄ）は第１０図（ａ）で図示した従来の雰
囲気炉７の詳細を示す正面図である。図中、２１は高温
の燃焼ガス、２０は２１の燃焼ガスを流通させ輻射熱の
熱源として発する炉の上、下位置に複数配設したラジア
ントチューブ、２３は２４の駆動モーターにより炉内雰
囲気を対流させる攪拌ファンである。

第１１図は第１０図で示したコンベクター板１４の平面
図である。図示の如くコンベクター板１４は線材コイル
１の下端面と搬送用キャリアー２の間に衝風が通過でき
るように桁１６を介して放射状の満１５を窄設したもの
で、搬送用キャリアー２に一体化してもよく、また分離
方式としてもよい。このコンヘクター板の空設により線
材コイルの下端面はキャリアーとの接触面積が縮小され
、また溝Ｉ５の流路を介した衝風の通過により伝導熱損
失の防止が図れる。

第１２図にそのコンベクター板の空設有無による線材コ
イル下端面部の温度上昇状況を示した。図中、ａの一点
破線は線材コイルの平均温度、ｂの線はコンベクター板
を空設した線材コイル下端面部の温度、Ｃの破線はコン
ベクター板を設けずキャリアー平板のみの時の線材コイ
ル下端面部の温度である。図から明らかな如くコンベク
ター板を設けない線材コイルの下端面部の温度上昇は平
均温度の上昇に比べ著しく遅れるのに対し、コンベクタ
ー板を設けることによりその遅れは改善され、コイル下
端面部の加熱と伝導により熱移動の低減が図られること
が分る。

［作用］ 本発明の熱処理炉は被熱処理材である線材コイルの全体
を急速均一加熱に有利な衝風供給装置を複数台設けた衝
風炉と設備費およびランニングコストの経済性に優位な
雰囲気炉を保定および徐冷用とした機能分担の組み合せ
構造であり、この熱処理により球状化焼鈍処理時間の大
幅な短縮が図られ、しかも線材コイルの品質も従来と同
等のものが得られる。

以下、上述熱処理炉の動作について述べる。

被熱処理材の線材コイル１は搬送用キャリアー２上のコ
ンベクター板１４に載置して搬送ローラ３でパージ室５
へ間欠搬送され、次の衝風炉で爆発性の還元性ガスが使
用されている場合そのパージ室でＮ等の不活性ガスでパ
ージし、衝風炉６炉内へ送られる。炉内へ搬送された線
材コイル１は衝風フード４直下の所定位置で停止され、
衝風フード４がプレス駆動装置１１により降下され、所
定の荷重でプレスし線材コイル１内の充填率を均一化す
る。次に線材コイルがプレス状態のままで送風装置ｌＯ
を稼動させ線材コイルの温度がＡｃ、直上の７４０℃に
到達するように衝風加熱を行うが、その際、線材コイル
内の衝風方向を交互に変えると、コイル内の加熱がさら
に均一化されるので、前記した所定の方向割合に応じて
送風装置の回転を変更する。

衝風加熱の伝熱媒体に用いられる気体であるが、これは
窒素、水素、酸素、二酸化炭素、炭化水素ガス、不活性
ガス等の単体あるいは２種類以上の混合物よりなり、こ
の伝熱媒体である気体は衝風ダクト１２の系路内に配設
した熱補償装置９で所望の温度に制御される。熱補償装
置は燃焼熱を利用した直火加熱方式あるいは熱交換器に
よる間接加熱方式があるが、どちらを用いても何らさし
つかえない。

第１Ｏ図で示す衝風炉６の例では３台の衝風供給装置１
７が配置しているが、この衝風炉で多数の線材コイルを
順次搬送し衝風加熱処理を行う場合、同一・線材コイル
を３台の衝風供給装置で衝風加熱を行う方が能率的であ
り、その加熱時間は加熱十均熱の所要時間を１７３づつ
振分け、間欠搬送で連続した衝風加熱を行う。少数の線
材コイルを熱処理する時は３台全数を稼動する必要はな
く、また、その後の雰囲気炉での保定、徐冷にしてもラ
ンニングコスト面で優位であれば、衝風炉だけで全ヒー
トパターンを行っても何らさしつかえない。

第１０図（ｂ）に示す衝風供給装置の動作図は、Ｎｏ、
１は線材コイルをプレス駆動装置１１の稼動により衝風
フート４を介してプレスして該線材コイル内の充填率を
均一化し、衝風２６をコイルの外周部から内周部へ向け
て通過加熱している状態、ＮＯ１２では線材コイルの搬
入待ちで衝風フード４を上昇させている状態、Ｎ００３
はＮ０９１と同様であるが衝風２６が線材コイルの内周
部から外部へ通過し加熱している状態を表わしている。

なお、仕切扉１３はＮｏ、１ｘＮｏ、３の各衝風供給装
置炉内での熱処理方法が異なっているので、全仕切扉と
も閉鎖状態にある。

衝風炉では上述した状況に対応した熱処理を行うが、加
熱および均熱を終了した線材コイルは、次に雰囲気炉７
へ送られ保定と徐冷が行われる。

雰囲気炉の炉内温度は入口側は保定を行うことから、線
材コイルの温度がＡｃ、の直上の７４０℃を所定時間保
持できるような温度炉長範囲とし、その徨は最終搬出温
度のＡｒ、直下温度６５０℃まで冷却速度４０℃／ｈｒ
以下となる炉長範囲でラジアントチューブからの輻射熱
を制御する。このようにして保定、徐冷を終了すると固
溶炭化物の球状化は完了するが、雰囲気炉内を爆発性の
還元性ガスを使用した場合、雰囲気炉７の後方に設けた
パージ室５′へ該線材コイルを送りＮ等の不活性ガスで
パージして搬出する。あとは空冷等の適宜の方法で冷却
すれば良い。

〔実施例］ 以下、上述した本発明の熱処理炉を用い、本発明方法（
よる線材コイルの球状化焼鈍熱処理を施した実施例を、
従来法および比較例と共に説明する。

被熱処理材は第１表に示す成分のＪＩＳに定められた機
械構造用鋼の５４５Ｇであり、いずれも仕上温度７００
〜１０００℃で１０ｍｍφに圧延された後、所定の冷却
速度で冷却されたものを外径１．４ｍ　、内径１．０ｍ
、高さ（軸方向）　１．３ａ＋、単重２　ｔｏｎのコイ
ル状に巻取った線材コイルである。

第２表にはその線材コイルを用いて球状化焼鈍熱処理を
行った熱処理条件と材質評価結果を併せて示した。材質
評価は球状化焼鈍した線材コイルの硬さおよびＪＩＳ　
Ｇ３５：１１９に規定される球状化度の２点について行
った。球状化焼鈍での材質達成目標は硬さＨｖが　１０
５ｘ　（机＋　＊Ｓｉ／３　＋　％Ｍｎ／６　＋　！ｋ
ｃｒ／１９）　＋７２．６　（ポイント）以下、球状化
度がＮＯ１２以下の２つの条件を両方とも満足すること
である。

表中の記号１〜１２は本発明例で、記号１は衝風速度が
本発明の下限である］、５ｎ＋／ｓｅｃとしたもの、記
号２は衝風速度を　１０ｍ／ｓｅｃと速くしたもの、記
号３は徐冷時間を１０時間の冷却速度９℃／ｈｒと遅く
したもの、記号４と５はコイルプレス荷重を大きくした
もので、それぞれコイル単重の１０倍の２０ｔｏｎと２
０倍の４０ｔｏｎの大荷重としたものであるが、記号５
の４０ｔｏｎ荷重のものは材質は良好であったが、線材
に曲り歪が著しく製品としては不適当であった。記号６
は衝風方向をコイルの外周側から内周側へ一定にして衝
風加熱を施したもの、記号７は記号６とは逆の衝風方向
をコイルの内周側から外周側へと一定にして衝風加熱を
施したもの、また記号８は衝風方向をコイルの外周側か
らと内周側からの衝風比率を１：１の同一衝風時間とし
たものであるが、この記号６〜８のものは均熱時間が他
のものより０．１時間余分にかかった。

このことから衝風方向の本発明の比率範囲が少なからず
処理時間への短縮に寄与することが分る。

記号９は加熱のみ衝風炉で施し、均熱以降を雰囲気炉で
処理したものであるが、均熱時間が衝風炉で行うより１
．７時間余分に要した。記号１０は本発明で最も理想的
な熱処理条件で施したもの、記号１１は加熱、均熱、保
定まで衝風炉で施し、徐冷のみ雰囲気炉で処理したもの
、記号１２は加熱から徐冷までの全ヒートパターンを衝
風炉のみで処理したものである。

以上か本発明方法の実施態様であるが、いずれも球状化
焼鈍後の硬さおよび球状化度は目標通りの満足した材質
か得られた。

次に、記号１３〜２０は比較例で、記号１３は徐冷時間
が２時間と短く冷却速度が４５℃／ｈｒと速くしたもの
、記号１６はコイルプレスを全く行わず、また記号１７
はコイルプレスの荷重が０．２ｔｏｎと本発明のコイル
単重の１７５以上（２ｔｏｎコイルでは０．４ｔｏｎ以
上）より少ないままで衝風加熱を施したもの、記号１８
及び１９は衝風方向がコイルの外周側から内周側へ一定
にして、又はコイルの内周側から外周側へ一定にして衝
風加熱したが、均熱時間がこの場合同様の本発明例の記
号１０．１１では均熱時間が０．４時間は必要としてい
るのに対し０．３時間と速めに終らしたもの、記号２０
はコンベクター板を使用せず平板上に線材コイルを載せ
て熱処理したものである。このように球状化焼鈍時間の
短縮を図った比較例でも規定より徐冷速度を速くしたも
の、加熱衝風速度を遅くしたもの、またコイルプレスの
荷重を少なくしたもの、衝風方向による均熱時間不足の
ものでは最適形状の炭化物の球状化にはならず、従って
硬さも硬く目的とする軟質が得られない。また、コンベ
クター板の不使用によるものも、線材コイルの下端部が
昇温不足となり目標の品質が得られていない。

記号２１．２２は従来法で雰囲気炉により球状化焼鈍熱
処理を行ったものである。記号２１は総処理時間が１８
時間と充分に費した処理であることから、焼鈍後の材質
は本発明法のものと同等である。しかし処理時間は本発
明の約５倍である。記号２２では焼鈍時間を短縮するた
めに均熱および徐冷時間を短くして総処理時間を１３，
５時間にしたものであるが、線材コイル全体の均熱が不
均一となる局部的昇温不足で球状化が不充分で所期の材
質が得られていない。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は永年の課題であった線材コ
イルままでの球状化焼鈍の熱処理時間短縮化を、品質的
にも安定した均一急速加熱の衝風方法により従来の処理
時間の約１１５に短縮した。

また、この衝風加熱を施す衝風炉を従来の雰囲気炉に組
み合せ直結し、ヒートパターン内の熱処理工程部分を各
部の優位特性に見合った炉に振り分は分担とする設備費
およびランニングコストの省エネルギー上の効果も考慮
した熱処理炉を見出したなど、工業上の利用価値の極め
て高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による球状化焼鈍のヒートパターン例、
第２図は従来の雰囲気炉による球状化焼鈍のヒートパタ
ーン例、第３図（ａ）は通常の線材コイルままの密集バ
ラツキ状態で衝風している模式図、第３図（ｂ）はその
時の風量分布を示す図、第４図（ａ）は通常の線材コイ
ルにプレスした状態で８Ｉ風している模式図、第４図（
ｂ）はその時の風量分布を示す図、第５図はコイルプレ
ス荷重と衝風風量バラツキとの関係を示す図、第６図は
線材コイル内の局所充填率と衝風速度の関係を示す図、
第７図は衝風速度と加熱、均熱に要する時間の関係を示
す図、第８図は、衝風を線材コイルの外周側から（ａ）
、または内周側から（ｂ）の衝風方式を示す模式図、第
９図は衝風方向比率と加熱時間の関係を示した図、第１
０図は本発明の熱処理炉の一例を示す図で、同図の（ａ
）はその全体構成を示す概要図で、（ｂ）は衝風炉の衝
風供給装置の細部を示す側面図、（Ｃ）はその正面図で
あり、（ｄ）は従来の雰囲気炉の細部を示す正面図、第
１１図はコンベクター板設置例の模式図、第１２図はコ
ンベクター板設置による線材コイル下端面温度上昇効果
を示す図である。 １・・・線材コイル、２・・・搬送用キャリアー、３・
・・搬送ローラ、４・・・衝風フード、５，５′・・・
パージ室、６・・・衝風炉、７・・・雰囲気炉、８・・
・昇降ダクトジャバラ、９・・・熱補償装置、１０・・
・送風装置、１１・・・プレス駆動装置、１２・・・衝
風ダクト、１３・・・仕切扉、ｌ４・・・コンベクター
板、１７・・・衝風供給装置、２０・・・ラジアントチ
ューブ、２３・・・攪拌ファン、２５・・・炉壁、２６
・・・衝風

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、線材コイルの焼鈍熱処理方法において、前記線材コ
   イルの単重の５分の１以上の荷重でコイル軸方向にプレ
   スした状態で、該線材コイルの間隙に高温気体を伝熱媒
   体とした衝風を通過させ、該衝風の見かけ速度を１．５
   ｍ／ｓｅｃ以上とすることを特徴とする線材コイルの熱
   処理方法。 ２、衝風の方向が、線材コイルの外周側から内周側へを
   Ａ、内周側から外周側へをＢとして、該衝風の全時間（
   Ａ＋Ｂ）に対するＡの時間比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が０．５
   越え１．０未満でＡとＢを交互に組み合せて衝風する請
   求項１記載の線材コイルの熱処理方法。 ３、高温気体の伝熱媒体を送風する送風装置と、媒体温
   度を制御するための熱補償装置と線材コイルをプレスし
   てコイル内の充填率を均一化するためのプレス駆動装置
   とからなる衝風供給装置を１台以上備えた衝風炉と、輻
   射熱源になる複数のラジアントチューブと炉内雰囲気を
   対流させる複数の攪拌ファンからなる雰囲気炉とを直結
   一体化に組み合せ構成したこを特徴とする熱処理炉。 ４、線材コイルの炉内搬送に際し、搬送用キャリアー上
   にコンベクター板を設置し、該コンベクター板に前記線
   材コイルを載置する請求項３記載の熱処理炉。