JPH0466615A - 鋼材の熱処理方法 - 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、炉内で燃料を直接燃焼させて鋼材を、例えば
光輝焼鈍する直火式熱処理炉における鋼材の熱処理方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば、５Ｃｒ−Ｈ，ＳＣＭ材のような低クロム
合金鋼等の鋼材を光輝焼鈍処理する場合、第４図に示す
ような焼鈍炉を用いて雰囲気ガス中で間接加熱する方法
が採用されている。この焼鈍炉２１は、箱状に形成され
た焼鈍炉本体２２内の上部に多数のラジアントチューブ
２３を装入し、また炉床２４に被処理材である金属材料
−の載置台（開示せず）を設置し、炉壁２５に雰囲気ガ
ス導入孔２６を形成して構成されている。この雰囲気ガ
ス導入孔２６には、ＤＸガスジェネレータ等の雰囲気ガ
ス発生装置２７が接続されている。この装置２７は、プ
ロパンまたはブタンガスと空気とを混合させて加熱する
ことによりＤＸガスを生成する変成炉２８と、該ＤＸガ
スを冷却する冷却器２９とから構成されている。

上記焼鈍炉２１により金属材料Ｗを光輝焼鈍処理する場
合は、炉内に金属材料−を装入した後、該炉内をＤＸガ
ス雰囲気に保持した状態で、バーナによりラジアントチ
ューブ２３を赤熱し、金属材料旨を所定の焼鈍パターン
になるように加熱、均熱し、しかる後冷却する。このよ
うに光輝焼鈍処理された上記金属材料Ｕは、酸化皮膜を
除去するために酸洗い処理された後、後工程で所望の製
品に加工される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の光輝焼鈍処理方法では、ラジ
アントチューブ２３を用いた間接加熱を採用しているこ
とから、熱効率が低く、燃料原単位が大きいという問題
がある。しかも上記焼鈍中における炉内雰囲気ガス中に
は、１００〜２００ｐｐｍの酸素が存在しており、この
ため金属材料−が鋼材の場合は、膜厚７００人程程度酸
化皮膜が生じ、特にクロムモリブデン鋼の場合は、酸化
皮膜を除去するための酸洗いを行った後においても、表
面性状が劣化して、後工程で製品品質に悪影響を及ぼす
という問題がある。

そこで、本出願人は、上述の如き従来の光輝焼鈍処理方
法における問題点を解消するために鋭意研究を重ね、先
に、熱効率を向上させ燃料原単位を低減させるとともに
、酸化皮膜の膜厚を表面性状の劣化が生しることのない
厚さに低下させた金属材料の熱処理方法として、炉内で
、燃料を直接燃焼させる直火式燃焼バーナの燃焼により
金属材料を熱処理する方法において、炉内ガスの酸素濃
度を検出し、該酸素濃度が金属材料の材質に応した所定
濃度になるように上記直火式燃焼バーナの空気比を制御
しつつ金属材料を熱処理する方法を開発し、出願した。

（特願昭６２−７２０８号参照）しかし、上記金属材料
の熱処理方法においても鋼材の場合は、酸化を最小限に
押さえることはできても完全に防止（酸化皮膜厚さ２２
０人未満）することはできない、そのため、やはり後工
程において酸洗い等の処理が必要となる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、
その目的は、鋼材を２０人未満の酸化皮膜厚さになるよ
うに熱処理し、後工程の酸化皮膜除去のための酸洗い等
の処理を不要とする鋼材の熱処理方法を提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明に係わる鋼材の熱
処理方法は、炉内で、燃料を直接燃焼させる直火式燃焼
バーナの燃焼により鋼材を熱処理する方法において、燃
焼バーナによる燃焼を空気比０．５以下で行うとともに
、排ガス中の酸素濃度（Ａ）および排ガス温度（Ｔ）を
検出し、酸素濃度（Ａ）を１１００ｐｐ以下および排ガ
ス温度（Ｔ）を下記（１）式で示す温度になるように燃
焼制御しつつ鋼材を熱処理するものである。

Ｔ≧２．５Ａ　＋　５５０−−−−−−−−（１）以下
、本発明の詳細な説明する。

本出願人は、先順に示す熱処理方法において、鋼材の場
合は、酸素ａｔを１０ｐｐ■以下に制御することが望ま
しいとして提案したが、その後の研究過程において、炉
内の酸素濃度を１０ｐｐ−以下に制御することは炉外か
らの侵入酸素があって難しく、１０〜ｔｏｏｐｐｍ程度
まで低下させるのが限界であること、さらに、このよう
な条件下で熱処理した鋼材の中に酸化皮膜の厚さが２０
Å以下のものが得られることがあり、酸化皮膜の厚さが
７０Å以下の範囲でバラツキのあることを知見した。そ
こで、この原因を把握するために、酸化皮膜の厚さと、
この酸化皮膜の厚さに影響を及ぼす要因と考えられる空
気比、炉内ガス温度、炉内ガスの酸素濃度との関係を、
詳細を後記する第１図に示す熱処理炉を使用して調査し
た。この調査結果を第２図および第３図に示す。

第２図は、酸化皮膜の厚さと空気比との関係を示す図で
あって、鋼材として、酸化皮膜の厚さが２０人のもの（
Ｂ）と、１５０人のもの（Ｃ）とを用い、空気比を０．
５．　０．７．　０．９．　１．０と変化させた時の焼
鈍後の鋼材の酸化皮膜の厚さを測定したものである。こ
の図より明らかなように、空気比を増加させると、綱材
の表面が酸化され酸化皮膜の厚さが増加するが、空気比
が０．５では鋼材（Ｂ）および（Ｃ）共、酸化皮膜の厚
さが１０人程度まで薄くなり、鋼材表面が還元されなが
ら焼鈍されていた。しかし、空気比が０．５に制御され
ていても、第３図に炉内ガス温度、炉内ガスの酸素濃度
と酸化、還元の関係を示すように、炉内ガスの酸素濃度
が１１００ｐｐ以下であっても炉内ガス温度が低い場合
は鋼材が酸化されることが分かった。そしてこの図より
明らかなように、炉内ガス温度が同じ場合、炉内ガスの
酸素濃度が増加するにつれ酸化し易くなるが、炉内ガス
温度を上げることにより還元状態が得られること、その
還元領域は、炉内ガス温度を〔Ｔ）、炉内ガスの酸素濃
度を（Ａ）とすると、前記（１）弐（Ｔ≧２．５Ａ→　
５５０）により示される領域にあることを知見した。

本発明は、上記の知見を元になしたもので、その要旨は
、炉内で、燃料を直接燃焼させる直火式燃焼バーナの燃
焼により鋼材を熱処理する方法において、燃焼バーナに
よる燃焼を空気比０．５以下で行うとともに、排ガス中
の酸素濃度（Ａ）および排ガス温度（Ｔ）を検出し、酸
素濃度（Ａ）を１００ｐ四以下および（Ｊｌ−ガス温度
（Ｔ）を下記（１）式で示す温度になるように燃焼制御
しつつ鋼材を熱処理するものである。

Ｔ≧２．５Ａ　＋　５５０−−−−−−−−（１）この
ような条件下で鋼材を熱処理することにより、鋼材表面
の酸化皮膜厚さを２０人未満にすることができ、熱処理
後の酸化皮膜除去のための酸洗い等の処理が不要となる
。

〔寞　施　例〕

以下、本発明の実施例を興について説明する。

第１図は、本発明に係わる鋼材の熱処理方法を実施する
ための直火式焼鈍炉を示す。図において１は算型の直火
式焼鈍炉本体であり、これは型鋼で形成された炉殻の内
面に耐火断熱材をライニングして構成されており、該炉
本体１の側壁には図示しない開閉扉が昇降自在に配設さ
れている。

また上記炉本体１の右側壁１ａの下部には排気ガス通路
２が形成されている。さらに上記炉本体ｌの左側壁１ｂ
の上部には燃焼バーナ挿入孔３が炉幅方向に複数形成さ
れており、該挿入孔３には低空気比の直下式燃焼バーナ
４が挿入固着されている。

この燃焼バーナ４の前方部周壁には、燃焼状態を安定化
させるためのエクステンンヨンタイル５が設置されてい
る。さらに該バーナ４のノズル部分は、燃料と燃焼用空
気との混合を促進させて燃焼性を向上させるために、上
記空気の流れ方向に対して燃料を直角に噴出させる構造
になっている。

また、上記燃焼バーナ４には、燃料供給管６および燃焼
空気供給管７が接続されており、各供給管６．７にはそ
れぞれ流量検出器６ａ、　７ａ、流量調節弁６ｂ、　７
ｂが配設されている。

８は排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素製炭検出器で
ある。該検出器８には、先端が排気ガス通路２内に挿入
された排気ガス抽出管９の後端が接続されており、該抽
出管９の途中には上記先端側から順次流！調節弁１０、
フィルタ１１が配設されている。尚、１２は排気ガスを
上記検出器８に導入するための吸引ポンプである。

１３は排気ガスの温度を検出する温度検出器である。該
検出器１３には、排気ガス通路２内に挿入された測温素
子１４が接続されている。

１５は鋼材Ｓの材質に応じた炉温設定器、１６は該炉温
設定器１５に設定された炉温を実現するための燃料流量
を演算し、上記燃料流量検出器６ａからの検出流量が、
上記演算流量になるように上記燃料流！ｉ調節弁６ｂを
開閉制御する一方、上記酸素製産検出ｒＩ８からの検出
酸素濃度（Ａ）および上記温度検出器１３からの排気ガ
ス温度（Ｔ）が入力され、予め人力された前記（１）式
（Ｔ≧２．５Ａ±５５０）が満たされているか否かを演
算するとともに、満たされていない場合に、上記炉温設
定器１５に設定された炉温範囲内で満たすように上記燃
料流量調節弁６ｂを開閉制御する炉温制御装置である。

１７は空気比を０．５以下で設定するための空気比設定
器、１８は該空気比設定器１７に設定された空気比を実
現するための空気流量を演算し、上記空気流量検出器７
ａからの検出流量が、上記演算流量になるように上記空
気流量調節弁７ｂを開閉制御する燃焼空気調節装置であ
る。

またこの例では、排気ガス通路２に二次燃焼室１９およ
び熱交換器２０が接続され、上記炉本体１からの排気ガ
スは、二次燃焼室１９において二次燃焼され完全燃焼さ
せた後、熱交換器２０、続く煙道を通って大気に排出さ
れる。熱交換器２０では、上記燃焼バーナ４用の空気お
よび二次燃焼用の空気を昇温しで供給するようにしであ
る。

次に、本実施例の直火式焼鈍炉１により鋼材Ｓを光輝焼
鈍する方法について説明する。

本実施例の焼鈍炉１では、炉内に鋼材Ｓを２！置する。

そして、燃焼バーナ４に点火し、上記鋼材Ｓが所定の焼
鈍パターンになるように、昇温、均熱、冷却する。そし
てこの時、空気比設定器１７に０．５以下の空気比より
選択された鋼材Ｓに応した空気比を設定し、その条件で
燃焼バーナ４を燃焼させ、その燃焼により得られた燃焼
排気ガスを雰囲気ガスとして利用するとともに、該雰囲
気ガスの温度、つまり炉内の温度が、上記炉温設定ｒｉ
１５に設定された所定範囲の炉温になるように、且つこ
の所定範囲の炉温にあって雰囲気ガスが還元雰囲気状態
になるように制御される。即ち、酸素濃度検出器８から
の検出酸素濃Ｋ　（Ａ）および温度検出器１３からの排
気ガス温度（Ｔ）が炉温制御装置１６に入力され、該炉
温制御装置１６により、予め入力された前記（１）式（
Ｔ≧２．５Ａ＋５５０）が満たされているか否かが演算
され、満たされていない場合に、上記炉温設定器１５に
設定された所定範囲の炉温内で満たすように上記燃料流
量調節弁６ｂを開閉制御する。このようにして、上記燃
焼バーナ４は空気比０．５以下で燃焼し、排ガス中の酸
素濃度（Ａ）は１１００ｐｐ以下に、且つ排ガス温度（
Ｔ）は前記（１）式（Ｔ≧２．５Ａ　−５５０）を満た
す温度に保持される。

而して、本実施例による鋼材Ｓの焼鈍方法によれば、上
記直火式焼鈍炉内の雰囲気ガスの酸素濃度を１１００ｐ
ｐ以下に調整するとともに、排ガス温度を調整して還元
雰囲気状態に制御しつつ光輝焼鈍処理を行うので、鋼材
Ｓに付着する酸化皮膜の膜厚を２０人未満に押さえるこ
とができる。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明に係わる鋼材の熱処理方法によ
れば、鋼材表面の酸化皮膜の厚さを２０人未満に押さえ
ることができ、熱処理後の酸化皮膜除去のための酸洗い
等の処理が不要となり、熱処理鋼材の生産性が向上する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わる鋼材の熱処理方法を説明する
ための直火式焼鈍炉の概略構成図、第２図は、酸化皮膜
の厚さと空気比の関係を示す図、第３図は、炉内ガス温
度、炉内ガスの酸素濃度と酸化、還元の関係を示す図、
第４図は、従来の光輝焼鈍方法を説明するための概略構
成図である。 １ｉ！ｊ火式焼鈍炉本体　２　排気ガス通路３　燃焼バ
ーナ挿入孔　４　直下式燃焼バーナ６　燃料供給管　　
　　７　燃焼空気供給管６ａ、　７ａ　　流量検出器　
　６ｂ、　７ｂ　　流量調節弁８　酸素濃度検出器　　
１３　　温度検出器１４　　測温素子　　　　　１５　
　炉温設定器１６　　炉温制御装置　　　１７　燃焼空
気調節公賓１９　　二次燃焼室　　　　２０　　熱交換
器第１図 特許出願人　株式会社神戸製鋼所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 炉内で、燃料を直接燃焼させる直火式燃焼バーナの燃焼
   により鋼材を熱処理する方法において、燃焼バーナによ
   る燃焼を空気比０．５以下で行うとともに、排ガス中の
   酸素濃度（Ａ）および排ガス温度（Ｔ）を検出し、酸素
   濃度（Ａ）を１００ｐｐｍ以下および排ガス温度（Ｔ）
   を下記（１）式で示す温度になるように燃焼制御しつつ
   鋼材を熱処理することを特徴とする鋼材の熱処理方法。 Ｔ≧２．５Ａ＋５５０−−−−−−−−（１）