JPH059596A - 金属光沢を有する金属線材の熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 昇温時間の短縮が可能で，生産性に優れた，
金属光沢を有する金属線材の熱処理装置を提供するこ
と。 【構成】 加熱炉１と冷却装置２とを有し，これらの間
に線材７を連続的に挿入しながら，線材７を熱処理する
ストランド式の熱処理装置である。また，加熱炉１の入
口近傍には，線材７の入口方向Ｆへ酸化膜形成ガス４を
供給するための酸化ガス導入口４０を配設し，この酸化
ガス導入口４０よりも後方には還元ガス６を導入するた
めの還元ガス導入口６０が配設してある。また，酸化ガ
ス導入口４０と還元ガス導入口６０との間には，不活性
ガス５を供給するための不活性ガス導入口５０が配設す
ることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，昇温時間の短縮が可能
で，生産性に優れた，金属光沢を有する金属線材の熱処
理装置に関する。

【０００２】

【従来技術】線材には，例えばダイス等により皮むきし
た，光輝な金属光沢を有する金属線材がある。該金属線
材は，皮むき線材とも称され，図８，図９に示すごと
く，ストランド式の熱処理装置で焼き入れや焼き戻し処
理を施し，強度，その他の物性を向上させるための熱処
理が行われている。しかしながら，熱処理するに当たっ
ては，６００〜１２００℃という比較的高温下で連続し
て皮むき線材を加熱するため，該皮むき線材の表面に酸
化被膜が生ずる。そのため，かかる皮むき線材は，光輝
な金属光沢を失うことがある。そこで，従来の熱処理装
置においては，皮むき線材の金属光沢を保持するため，
図８，図９に示すごとく，加熱炉１及び冷却装置２で
は，還元ガス雰囲気下で熱処理を行っている。かかる還
元ガスとしては，例えばＨ₂ ，アンモニア分解ガス（Ｎ
₂ ＋Ｈ₂ ）等が用いられる。

【０００３】なお，上記皮むき線材は，還元ガス雰囲気
下で熱処理を行っても，高温下で長時間加熱されるた
め，必然的に該皮むき線材の表面は，銀白色を呈するよ
うになる。このように，皮むき線材の表面が銀白色を呈
するに至っても，依然として金属光沢を有するため，そ
の外観は許容される範囲内である。上記ストランド式の
熱処理装置は，図８，図９に示すごとく，線材７をその
軸方向に走行させながら，供給パイプ８内で連続的に熱
処理し，その後巻き取りできるよう配設された方式であ
る。

【０００４】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来技術
には，次の問題点がある。即ち，皮むき線材の表面は，
金属光沢を有するため，熱の吸収率が低い。そのため，
皮むき線材は，昇温に長時間を要することになる。その
結果，例えば皮むき線材が１０００℃に加熱されるまで
に，約８０秒以上という，長時間を要する（図４参
照）。それ故，熱処理の生産性が低下し，線材がコスト
高となる。

【０００５】このような問題点は，皮むき線材の外，後
述するピーリング線材，酸洗線材等の金属線材において
も同様である。本発明は，かかる従来の問題点に鑑みて
なされたもので，昇温時間の短縮が可能で，生産性に優
れた，金属光沢を有する金属線材の熱処理装置を提供し
ようとするものである。

【０００６】

【課題の解決手段】本発明は，加熱炉と冷却装置とを有
すると共にこれらの間に複数の線材を連続的に挿入しな
がら該線材を熱処理するストランド式の熱処理装置にお
いて，上記加熱炉の入口近傍には線材の入口方向へ酸化
膜形成ガスを供給するための酸化ガス導入口を配設し，
また該酸化ガス導入口よりも後方には還元ガスを導入す
るための還元ガス導入口を配設してなることを特徴とす
る金属光沢を有する金属線材の熱処理装置にある。本発
明において最も注目すべきことは，上記加熱炉の入口近
傍には，線材の入口方向へ酸化膜形成ガスを供給するた
めの酸化ガス導入口を配設し，該酸化ガス導入口よりも
後方には，還元ガスを導入するための還元ガス導入口を
配設したことである。

【０００７】上記酸化膜形成ガスとしては，例えば空
気，水性ガス（Ｈ₂ Ｏ＋Ｈ₂ ），水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）を用
いる。また，上記酸化ガス導入口には，加熱炉におけ
る，各加熱温度の昇温段階に応じて，上記酸化膜形成ガ
スの適正供給ができるよう，例えばバルブによるガス供
給調整装置を配設する（図３）。なお，上記空気は，少
量供給することもできる（図５）。また，上記還元ガス
としては，例えば水素ガス（Ｈ₂ ），アンモニア分解ガ
ス（Ｎ₂ ＋Ｈ₂ ）を用いる。また，上記還元ガス導入口
には，上記酸化ガス導入口と同様に，バルブによるガス
供給調整装置を配設する。

【０００８】また，上記酸化ガス導入口と還元ガス導入
口との間には，アルゴンガス（Ａｒ），窒素ガス
（Ｎ₂ ）等の不活性ガスを供給するための不活性ガス導
入口を配設することが好ましい。これにより，上記酸化
膜形成ガスと，上記還元ガスとしての水素ガス（Ｈ₂ ）
とが混じり合って爆発を生ずることを防止することがで
きる。しかしながら，上記酸化膜形成ガスとして水性ガ
ス（Ｈ₂ Ｏ＋Ｈ₂ ）を用いた場合には，上記還元ガスと
しての水素ガス（Ｈ₂ ）と混じり合っても差しつかえな
い。そのため，かかる場合には，不活性ガス導入口を配
設する必要はない（図６）。上記ストランド式の熱処理
装置は，例えば巻回してある金属線材を，一本づつ伸ば
しながら多数本並列して供給できる，線材供給装置を有
する（図２）。

【０００９】また，本発明においては，線材として，例
えばＳＵＳ４４０Ｂ，ＳＵＳ４１０，ＳＵＳ３０４，Ｓ
ＵＳ３１６，Ｔｉ合金からなる金属線材を用いることが
できる。また，これらの金属線材は，酸化膜形成ガスの
雰囲気下で加熱しても良い最高温度が次のごとくであ
る。即ち，例えばＳＵＳ４４０Ｂは６００℃，ＳＵＳ４
１０は３９０℃，ＳＵＳ３０４は５００℃，ＳＵＳ３１
６は５２０，Ｔｉ合金は３００℃である。

【００１０】また，該金属線材は，その軸方向に走行さ
せながら，上記加熱炉，冷却装置，焼き戻し炉ヘ連続し
て供給し，熱処理後に巻き取り装置により巻き取られる
（図１）。また，上記金属光沢を有する金属線材として
は，例えばダイスにより皮むきした皮むき線材，バイト
によりピーリング処理したピーリング線材，引き抜き伸
線材などがある。この引き抜き伸線材としては，酸洗浄
処理をした酸洗線材，皮むき線材，ピーリング線材など
がある。

【００１１】

【作用及び効果】本発明においては，上記加熱炉の入口
近傍には，線材の入口方向へ酸化膜形成ガスを供給する
ための酸化ガス導入口が配設してある。そのため，金属
線材が例えば約６００℃に加熱されるまでの初期加熱段
階においては，該金属線材は酸化雰囲気下で，加熱され
る。そして，この初期加熱の段階において，該金属線材
の表面に，例えば０．５μｍ程度の厚みの酸化被膜が生
ずる。このように，酸化被膜が生ずることにより，金属
線材の熱の吸収率が向上する。そのため，金属線材はそ
の後早急に加熱され易くなり，例えば約１０００℃まで
の昇温時間の短縮が可能となる（図４）。

【００１２】一方，上記酸化ガス導入口よりも後方に
は，還元ガスを導入するための還元ガス導入口が配設し
てある。そのため，金属線材が例えば６００〜１２００
℃の比較的高温下で熱処理される中期ないし終期段階に
おいては，上記酸化被膜がそれ以上に増大することがな
い。それ故，金属線材の表面は，例えば約０．５μｍ程
度の厚みの酸化被膜が生じている程度で，銀白色が保持
されたままの金属光沢を有する状態となる。以上のごと
く，本発明によれば，銀白色の金属光沢が保持されたま
ま，昇温時間の短縮が可能な，生産性に優れた，金属光
沢を有する金属線材の熱処理装置を提供することができ
る。

【００１３】

【実施例】

実施例１ 本発明の実施例にかかる，金属光沢を有する金属線材の
熱処理装置につき，図１〜図６を用いて説明する。即
ち，本例の熱処理装置は，図１，図２に示すごとく，加
熱炉１と冷却装置２とを有すると共に，これらの間に４
本の線材７を連続的に挿入しながら，該線材７を熱処理
するストランド式の装置である。また，上記加熱炉１の
入口近傍１１には，線材７の入口方向Ｆへ酸化膜形成ガ
ス４を供給するための酸化ガス導入口４０を配設し，ま
た該酸化ガス導入口４０よりも後方には還元ガス６を導
入するための還元ガス導入口６０を配設してある。ま
た，冷却装置２の後方には，焼戻し炉３が設けてある。

【００１４】上記酸化膜形成ガスとしては，図３に示す
ごとく，空気４４を用いる。また，上記酸化膜形成ガス
は，図１，図５，図６に示すごとく，酸化ガス導入口４
０を通じて，送風機等を用いて，加熱炉１内に送り込
む。そして，図１，図２に示すごとく，上記酸化膜形成
ガスは，線材７の入口方向Ｆへ流れるように，加熱炉１
内へ供給する。また，上記酸化ガス導入口４０と還元ガ
ス導入口６０との間には，図１，図２に示すごとく，不
活性ガス５を導入するための不活性ガス導入口５０を配
設する。該不活性ガス５としては，図３に示すごとく，
Ａｒガス５５を用いる。

【００１５】また，上記酸化ガス導入口４０，不活性ガ
ス導入口５０，還元ガス導入口６０は，上記加熱炉１内
のガス供給パイプ８にそれぞれ連結してある。また，加
熱炉１の後方上部には，還元ガス排出口６７を配設す
る。また，上記酸化ガス導入口４０，不活性ガス導入口
５０，還元ガス導入口６０には，図３に示すごとく，昇
温段階（常温〜１２００℃）に応じて，上記酸化膜形成
ガス４，不活性ガス５，還元ガス６の適正供給ができる
よう，多数のバルブ４１〜４３，５１〜５３，６１〜６
５を用いた供給調整装置が配設してある。これにより，
線材７の種類，成分に対応した，加熱温度と，酸化，還
元，不活性ガス雰囲気を提供することができる。

【００１６】また，図５に示すごとく，少量の空気４４
を用いることもできる。更に，図６に示すごとく，水性
ガス（Ｈ₂ Ｏ＋Ｈ₂ ）４５を用いることができる。な
お，図６に示すごとく，酸化膜形成ガスとして水性ガス
４５を用いた場合には，上記不活性ガス導入口は配設し
ない。酸化膜形成ガスと還元ガスとが混合しても燃焼，
爆発を生じないからである。また，上記線材７として
は，皮むき線材を用いる。該皮むき線材は，例えば１〜
５ｍｍ径のものを，４本並列した状態で，走行させるよ
う，線材供給装置より上記加熱炉１内へ連続して送り込
まれる。また，上記加熱炉１の後方には，図１，図２に
示すごとく，冷却装置２及び焼戻炉３を配設する。該冷
却装置２には，図２に示すごとく，水冷パイプ２１が配
管してある。また，上記焼戻炉３は，炉内が約４００〜
７００℃の雰囲気になるように構成してある。

【００１７】また，上記焼戻炉３の後方には，熱処理を
終了した線材７を連続的に巻き取るための線材巻取り装
置９が配置してある。その他は，従来のストランド式の
熱処理装置と同様である。本例においては，上記加熱炉
１の入口近傍１１には，図１，図２に示すごとく，線材
７の入口方向Ｆへ酸化膜形成ガス４を供給するための酸
化ガス導入口４０が配設してある。そのため，線材７と
してＳＵＳ４４０Ｂを用いた場合には，約６００℃に加
熱されるまでの熱処理の初期段階において，該線材７は
酸化雰囲気下で加熱される。そして，この初期段階にお
いて，該線材７の表面に，厚みが約０．５μｍの酸化被
膜が生ずる。

【００１８】このように，酸化被膜が生ずることによ
り，線材７の熱の吸収率が向上する。そのため，線材７
はその後早急に加熱され易くなり，例えば，約１０００
℃までの昇温時間の短縮が可能となる。即ち，図４に示
すごとく，本発明（曲線Ａ）においては，線材７を約１
０００℃までに加熱するための経過時間は，約４０秒間
の比較的短時間であった。これに対して，最初から還元
ガス雰囲気のみで加熱する従来例（曲線Ｂ）において
は，１０００℃までの加熱に約８０秒間を要していたの
で，昇温時間が半分に短縮ができたことになる。なお，
上記図４は，線材の加熱温度（℃）と経過時間（分）と
の関係を表すグラフであり，線材７としてはＳＵＳ４４
０Ｂを用いている。また，線径は２．３４ｍｍ，雰囲気
温度は１０００℃，線材速度は１．２ｍ／分，加熱炉の
長さは４ｍである。

【００１９】一方，上記酸化ガス導入口４０よりも後方
には，不活性ガス導入口５０及び還元ガス導入口６０が
配設してある。そのため，線材７が例えば１０００〜１
２００℃に熱処理される終期段階においては，上記酸化
被膜は還元される。それ故，線材１の表面は，銀白色を
有する状態となる。こうして，約１０００℃までの昇温
時間の短縮（半減化）が可能となったことになる。それ
故，熱処理の生産性が向上する。

【００２０】実施例２ 本例は，図７に示すごとく，線材加熱温度（℃）と酸化
被膜生成量との関係を示すものである。即ち，本例にお
いては，線径２０ｍｍのＳＵＳ４４０Ｂを用い，５００
℃から９００℃の各空気雰囲気温度において，それぞれ
３０分間（曲線Ｃ）又は６０分間（曲線Ｄ）加熱した。
そして，線材表面に生成された酸化膜の重量（ｍｇ／ｄ
ｍ² ）を測定した。その結果を各温度について，図７に
プロットした。同図より知られるごとく，加熱保持を６
０分間行った場合の方がこれより短時間（３０分）の場
合よりも，多量の酸化膜が形成される。

【００２１】また，ここに重要なことは，空気雰囲気加
熱であっても、６００℃まで位は，酸化膜の形成が少な
く，その高温では急速に酸化膜形成量が増大することで
ある。このことからも知られるごとく，ＳＵＳ４４０Ｂ
においては，６００℃まで位は酸化雰囲気中で初期加熱
を行い，酸化膜形成が増大する高温では還元ガス雰囲気
で加熱すると良いことが分かる。なお，初期加熱的に形
成された酸化被膜は高温還元雰囲気中で還元される。ま
た，酸化雰囲気中で加熱する上限温度は，前記に例示し
たごとくそれぞれ異なり，図７に示したごとき実験によ
り定められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例にかかる熱処理装置の側面図。

【図２】実施例にかかる熱処理装置の平面図。

【図３】実施例における，ガス供給調整装置の取付状態
を示す説明図。

【図４】線材の加熱された温度と経過時間との関係を示
すグラフ。

【図５】実施例における，酸化膜形成ガスと不活性ガス
との他の供給状態を示す説明図。

【図６】実施例１における，酸化膜形成ガスと還元ガス
との他の供給状態を示す説明図。

【図７】実施例２における，線材加熱時間と酸化被膜の
生成重量との関係を示すグラフ。

【図８】従来の熱処理装置の平面図。

【図９】従来の熱処理装置の側面図。

【符号の説明】

１．．．加熱炉， ２．．．冷却装置， ３．．．焼戻炉， ４．．．酸化膜形成ガス， ５．．．不活性ガス， ６．．．還元ガス， ７．．．線材， ８．．．ガス供給パイプ， Ａ．．．本発明， Ｂ．．．従来例，

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 加熱炉と冷却装置とを有すると共にこれ
   らの間に複数の線材を連続的に挿入しながら該線材を熱
   処理するストランド式の熱処理装置において，上記加熱
   炉の入口近傍には線材の入口方向へ酸化膜形成ガスを供
   給するための酸化ガス導入口を配設し，また該酸化ガス
   導入口よりも後方には還元ガスを導入するための還元ガ
   ス導入口を配設してなることを特徴とする金属光沢を有
   する金属線材の熱処理装置。