JPS6096726A - 鋼線材の直接熱処理方法 - 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】 （技術分身） 本発明は、例えばばね、ｐｃ（プレヌトレスト、コンク
リート用）鋼線、ｐｃ鋼よシ線等に使用される鋼線イン
を製造する際、熱間圧延された高温状態にある鋼線材、
又は伸線途中のサイズで高温に加熱された鋼線材を冷媒
によシ調整冷却し、主として伸線加工性のすぐれた線材
を得る、いわゆる直接熱処理方法の改良に関するもので
ある。

（背景技術） 直接熱処理方法の条件は、例えば熱間圧延直後の鋼線イ
ン（以下、単に線材と称す）を適切な冷却速度で、かつ
コイル全長をほぼ均一に冷却し、その金属組織を微細な
パーライト主体とならしめ、強度および伸線加工性をパ
テンティング処理と同様にすることである。この線材を
使用することによシ、線材径や製品品質仕様によっては
パテンティング工程が省略される。しかし従来の直接熱
処理方法では、例えばｐｃ用等で、線拐径が大きく、か
つ高強度を要求される場合には、鉛パテンテイングに比
べ抗張力が約］　Ｏｋｇ／ｒｎＴｌ低い上に、強度のば
らつきについても劣るので、鉛パテンテイングの省略が
成されていない現状である。

従来、線材の直接熱処理方法として種々の方法が提案さ
れているが、それぞれ次のような損失がある。

リング状コイルを水平コンベア上で展開した形で強制空
冷するヌチルマー法（特公昭４２−１５４６３号）では
、局所的急冷部がなく、がなシ均質な線材が得られるが
、冷却力が弱く、強度不足である。

これは強風によシ成る程度強度は上昇するが、リングの
重なシ部は効果なく、そのため不均一を誘発する。

又線材をリング状コイ／１／に成形し、温水中に巻取る
か（特公昭４５−８５３６号）、又は水平コンベアで移
送しながら温水中に浸漬する（特公昭４６−８０８９号
）温水中冷却方式では、肌脱水中冷却において均質な線
（才が得られるが、強度不足（船パテンティングよシ抗
張カがＩ　ＯｋＶ／７ｍｌ低い）で、空気を吹込んで強
力に撹乱しても吟はシ抗張カが５〜７１＋／ｉｎ低い。

又湯冷沸騰冷却（水温、９５“″Ｃ以下）でば、強度は
上昇するが、膜沸騰が不安定で、高温でも核沸騰を誘発
し、局所的急冷が発生し、そのためマルテンザイト組織
が発生し、不良となる。

（発明の開示） 本発明は、上述の問題点を解決するだめ成されたもので
、湯冷沸騰冷却においても核沸騰を誘発せず、膜沸ｊ旋
のみて必要、充分な冷却速度を得、強度が鉛パテンテイ
ングによるものと同等で、ばらつきが少なく、均質で、
かつ伸線加工性良好な鋼線材を製造し得る直接熱処理方
法を提供せんとするものである。

本発明は、金属組織がオーステナイトを呈する高温にあ
る鋼線制のリング状コイルを、水平に展開した形で連続
的に移送しながら調整冷却して直接熱処理する方法にお
いて、調整冷却が、強力な撹乱状態にあシ、かつ酸化性
気泡を多量に含有する９５°Ｃ以下の温度に保持された
気水混相流体からなる冷媒中に前記鋼線材を浸漬通過せ
しめて行なわれることを特徴とする鋼線材の直接熱処理
方法である。

本発明において高温にある鋼線材とは、炭素鋼又はこれ
にＮｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ等の合金元素の少量を添加
した合金鋼よシ成シ、熱間圧延された高温状態にある線
材、又は伸線途中のサイズで加熱された高温の線材を意
味し、金属組織がオーステナイトを呈するものである。

以下、熱間圧延された線伺を例にとって説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。

本発明者等は、鉛パテンテイング並みの強度を得るだめ
の所定の冷却速度を得、かっ核沸１流の誘発を防止し、
均一な冷却を与えるため、種々の表面処理条件、冷媒の
条件について検問した結果、線ＧＪの表面を酸化させ、
酸化性気泡を含む９５°Ｃ以下の気水混相流体からなる
冷媒中に浸漬すること、即ち表面化学処理と冷却処理を
同時に行なうことによシ、所期の目的を達成し得ること
を見出したものである。

以下、本発明を図面を用いて実施例により説明する。

第１図、第２図は本発明方法の実施例に用いられる直接
熱処理装置の例を示す図で、第１図は縦断面図、第２図
は横断面図である。図において、１は高温圧延された鋼
線材をレイイングヘッド（図示せず）によシ所定のリン
グ径に成形したリング状コイル（以下、コイルと称す）
で、コンベア２によシ非同心連続リング状で移送され、
空気中で放冷される。

このコンベア２上でコイ／ｌ／　ｌの表面は空気酸化さ
れる。これは、次の冷媒中の浸漬時、表面酸化皮膜によ
シ核沸騰の誘発を防止し、膜沸騰段階での冷却速度を向
上させるためで、後述のように３〜２０秒が好ましい。

予備空冷後、コイ／ｌ／、１は熱処理槽４中の水平コン
ベア３上に落下し、水平に展開した形で移送される。熱
処理槽４には気水混相流体からなる冷媒５が収容され、
これにコンベア３上のコイル１が所定時間浸漬される。

冷媒５は、強力な攪拌状態にあシ、かつ温水中に酸化性
気泡６を多量に含有させて気水混合状態とし、９５℃以
下の温度に保持されたものである。酸化性気泡６として
は、例えば酸素、酸素富化空気、空気等の酸素を含む気
体よシなるものが用いられる。

温水中に酸化性気泡６を多量に含有させるため、図でに
気体供給系７により、例えばエアー８を温水の上部より
吹きこんで気泡状にする。

なお、この気体の吹きこみは温水の底部又は側部より行
なっても良い。又熱処理槽４の外部で酸化性気泡を多量
に含有させだ気水混合流体を作成し、これを槽４の上部
、側部又は底部よりイ）す１内に供給しても良い。

かような冷媒５は複数台の抗拌機９により槽内全体に回
って強力に攪拌され、コイ４し１は強力Ｘ　Ｆｓ、、３
拌状態にある気水混合流体で冷却されることにより、所
定の調整冷却を受ける。この場合の冷媒、撹乱の条件に
ついでは後述する。

又水平に展開された形のコイル１は、走行方向に直角な
方向の両側部、は重なり具合が密となっており、冷却速
度を均一化するため、この部分のと）−却を優先的に強
くするような方策が採られる。例えばこの部分の攪拌を
強くするか、又は気泡の含有を多くする。

所定時間調整冷却されたコイ）ｖ］は、例えば搬出用の
傾斜コンベア１０によシ冷媒５中よシ引き上げられ、集
束機（図示せず）に集束される。

次に、本発明方法における各種条件について次のような
実験を行なった。

（実験例） 鋼線材試料として］１．ＯｍｍφのＣＯ，８％、Ｓｉ０
．２％。

Ｍｎ　０．７％の５ＷＲＨ８２Ｂ　（ＪＩＳ規格）の線
利を用い、９５０°Ｃまで無酸化雰囲気で加熱後、空気
中で種々の時間放冷して空気酸化させた後、各種冷媒中
に浸漬し、調整冷却実験を行なった。

（１）冷媒として、（ａ）温水（従来法）および（ｂ）
気水混相流体（冷媒温度９５°Ｃ以下の場合は本発明法
、温水中に空気を吹きこんだもの。ただし、冷媒温度１
００°Ｃでは吹きこみなし。） 冷媒浸漬前の空気酸化時間を０５秒以下、３〜５秒、１
０秒、１５秒とし、７０〜１００°Ｃに保持された冷媒
中に１００秒間浸演浸漬後引上げた。

各空気酸化時間のものの冷媒温度と処即後の線（詞の引
張強さの関係は第３図に示す辿りである。

第３図よ９次のことが分る。

（イ）本発明の気水混（゛目流体によるものは、温水に
よるものに比べ強度が大きい。

（ロ）気水混相流体では、空気酸化時間５秒以下Ｏ場合
、７５℃以上で灰塵完了前に核沸騰が発生せず、安定し
た１摸沸ｊ旋が得られ、強度の高い線材が得られ、８０
℃近辺で引張強さＩ　２５　ｋｑ／ｍｔＡという鉛ノ々
テφ ンテイング硝フ強度が得られ、又湿度が低くなる程強度
が上昇し、その増加率は温水冷却より大きい。これに対
し、温水冷却では、空気酸化時間３秒以上の場合、９０
°Ｃ以下で変態完了１）１１に核沸１擬を誘発し、局所
的急冷によるマルテンサイｌ−組織が発生し、強度が劣
化し、又空気酸化時間０５秒以上では、稍々良＜、８０
°ＣでもマルテンサイＩ・組織が発生しない。

（ハ）気水混相流体では、浸が〔前の空気酸化１１δ間
が長い程、強度の上昇が大きい。

これらの結果よシ、冷媒の洛１度は７０〜９５”Ｃか適
当で、好ましくは７５〜９０℃である。７０℃未満では
核沸騰が発生し易く、マルテンサイト組織を生じて強度
が劣化し、又９５℃を越えると強度が不充分となる。又
７５℃未満では核沸騰発生の恐れがアシ、９０℃を鷹え
ると鉛パテンティング並みの強度が得られない。

又冷媒浸漬前の空気酸化時間は３〜２０秒間が適当であ
る。なおこの空気中放冷は、通常圧延機を出てからコイ
ル成形、冷媒浸＠までの間で行なわれるので、必ずしも
放冷のための装置（コンベア等）を設けなくても良い。

時間が２０秒を越えると、強度上昇が飽和すると共に、
時間がかかシ、不怪済である。

（２）空気酸化時間４秒の試料を、８０℃に保持した第
＋Ｉ＋項と同じ冷媒（ａ）温水（従来法）および（ｂ）
気水混相流体（本発明法）に浸漬し、冷却速度を調査し
た。浸漬前の試料の温度は９５０°Ｃとした。

浸漬経過時間と線材の温度の関係は第４図に示す通シで
ある。

第４図よシ、気水混相流体では、冷却が極めて安定し、
所期の冷却速度が得られ、かつ核沸騰は常に５００℃以
下で発生するので問題ないことが分る。

これに対し、温水冷却では、冷却速度はテスト毎に大き
く変動し、再現性が小さい。これは核沸騰が起こり易く
、その起こる温度も一定しないことが観察される。

（３）本発明における気水混相流体の特徴は、気泡が時
々刻々浮力によ多流体から脱出するため、その物理的、
化学的性質は空塔速度（気体の単位時間、単位面積尚シ
の通過容積）に影響されるので、空塔速度が線材の強度
に及ぼす影響について調査した。

冷媒として、（ｂ）　ｅ化性気体混入流体（本発明法、
第（１）項の（ｂ）と同じ）および（ｃ）窒素ガス混入
流体（温水中に窒素ガスを吹きこんだもの）を用い（た
だし空塔速度０では気体吹きこみなし）、８２℃に保持
した。空気酸化時間４秒の試料を、空塔速度０〜１０σ
／就とした各冷媒中に１００秒間浸漬、処理した。

空塔速度と線材の引張強さの関係は第５図に示す通シで
ある。

第５図より、本発明の（ｂ）流体によるものは、（ｃ）
流体によるものに比し、引張強さが格段に高く、空塔速
度が増すにつれて引張強さが増加することがと 分る。これは、空塔速度が増すも撹乱が大きくなり、熱
伝達係数が噌し、冷却速度が上がるためである。即ち、
空塔速度が十分に大きい場合には、線材周辺の水温が常
に設定温度に保持され、設定温度に対応した高引張強さ
の線材が得られる。これに対し、空塔速度が小さくなる
と、線材周辺の温水の環流が悪化、滞流するようになシ
、線材から供給される熱流束によシ、水温が上昇する。

このため線材の冷却速度が低下し、得られた線利の引張
強さも低下するものと考えられる。

これに対し、（ｃ）流体によるものは、引張強さが極端
に低い。これは核沸騰が発生し易く、異常に冷却速度が
大きくなってマルテンサイト組織を生シただめである。

これらの結果よシ、気水混相流体の空塔速度は３〜２０
礪／秒が適当である。３ひ７秒未満では強度向上効果が
不足し、２ｏα／秒を越えると「吹抜け」（気泡合体に
よる単相化）が発生して良くない。

（４）気水混相流体（ｂ）（第［１ｊ項の（ｂ）と同じ
）よシ成る冷媒を用い、機ｌ？ｌｌ′攪拌あシおよびな
しの場合の空筒速度と、ガスホールド、アップ（気体混
相率）および近似撹乱強度の関係を示すと、第６図圀示
す通シである。

第６図よシ、前述の必要空塔速度３〜２０　ｃｍ７秒で
は気体混相率は０１〜０．３５で□′あシ、近似撹乱強
度は５〜７　Ｘ　Ｉ　Ｏ３ｅｒｇ層である。

これらの範囲未満では強度向上効果が不足し、範囲を越
えると「吹抜け」が発生する。

！５１気水混相流体（ｂ）（第（１）項の（ｂ）に同じ
）よシ成る冷媒を用い、冷媒温度７０〜Ｉ　ＯＯ”Ｃに
おける酸素濃度および気泡膨張率を調査した結果は第７
表に示す通シである。

゛第７図よシ、酸化性気泡中の適当な酸素濃度は冷媒温
度７５℃において１０％以上、９０’Ｃにおいて５％以
上である。この間の関係を式で表わすと、酸素濃度をｙ
％、冷媒温度をｘ　”ｃとすれば、ｙ会−−ｘ　＋３５ ３ に近似される。

気水混相流体よシなる冷媒を作るに当って温水中に空気
を混入させた場合、直ちに水蒸気未飽和気泡中に水蒸気
が蒸発し、飽和する。その結果、実効空塔速度、即ち撹
乱力が大きくなる一方、酸素濃度は希釈される。これは
攪拌力や気泡混合率には有利だが、酸化力には不利であ
る。実験結果では上述の範囲で所定の騰沸騰が安定して
得られた。

次に、線材の冷却速度は、上述の実験例（１）、（３）
〜（６）で得た必要条件を適切に組合せ、第４図に示す
ように線材温度９００〜６５０″Ｃの範囲で１５〜ｂ秒
、変態が終了した後６３０〜５００″Ｃの範囲で１０〜
ｂ ６５０℃の範囲で１５℃／秒未満では、変態温度が高温
にずれ、強度不足となシ、２５℃／秒を越えると、変態
温度が低温にずれ、場合にょシバ−ライト変態でなく一
部マルチンサイト変態が生じて良くない。又６３０〜５
００”Ｃの範囲でｌｏ℃／秒未満では未変態オーヌテナ
イトが余シ轍軸でないパーライト組織に変態し、強度不
足となシ、２０゛Ｃ／秒を越えると通常問題はないが偏
析のある材料ではマルテンサイト組織が発生し易く、良
くない。なお、合金元素を添加した線材では、鋼の焼入
性が大きくなり、上述の条件は低冷却速度側にずれる。

又パーライト変態は６００°Ｃ近辺で始まシ、この時２
〜３　ｕ／＃　ｓｅｅの割合で冷却しなければならない
。

２ｕ／ｋｇ　ｓｅｃ未満では変態温度が高温まで上昇し
、強度不足となフ、３θ／ｋｇ　ｓｅｃを越えると変態
温度が低温にずれ、マルテンサイト変態を誘発し易い。

上述の実験例よシ得た本発明方法において好ましい条件
は、線材の鋼種、サイズ、コイルサイズ、線速、冷媒の
容量、酸化性気体の種類、槽の長さ等によシ左右される
ので、それらに応じ適当に選択される。

（実施例） 熱間圧延された１１．ｏ＋ｘｍφのＣ０，８２％、Ｍｎ
０．７２％、Ｓｉ０．２２％の５ＷＲＨ８２Ｂ　（Ｊ　
Ｉ　Ｓ規格）の鋼線（Ａを第１図、第２図に示す装置を
用いて本発明方法により直接熱処理を施した。

線材の圧延速度は９ｍ／秒、圧延直後の線材温度は９２
０℃で、リング径１０５０　ｔｎｍのコイルに成形した
。

冷媒として温水に空気を吹きこんだ気水混相流体を用い
、８２℃の温度に保持し、空塔速度はｌ０ｃｍ／秒、気
体混合率は約０２であった。

線材温度９２０℃よシ８５０’Ｃまで水冷ノズルによシ
引上げ、直接熱処理を施しだ。

比較のため、同じ熱間圧延線材を９８℃に保持された温
水に浸漬冷却し、従来法による直接熱処理を施した。得
られたコイルを長さ４０ｃｍ毎に連続してサンプリング
し、引張強さを測定した。

本発明方法および従来法による引張強さの分布は第８図
に示す通シである。

第８図よシ本発明によるものは、鉛パテンティング並み
の平均＋　ｉ１！　５．９　ｋｙＡ−の引張強さが得ら
れ、正規分布を示すことが分る。

これに対し、従来法によるものは引張強さ力ｉ約１１ｋ
ｇ／−低い。

（発明の効果） 上述のように構成された本発明の鋼線材の直接熱処理方
法は次のような効果がある。

（イ）調整冷却が、強力な攪拌状態にあシ、かつ酸化性
気泡を多量に含有する９５℃以下のＩ！ｌｉ’１度に保
持された気水混相流体からなる冷媒中に１」１■記鋼、
前月を浸漬通過せしめて行なわれるから、圧延直後の空
気中露出又は空気中放冷および冷媒中の酸化性気泡によ
シ線材表面が酸化されて酸化皮膜が形成された状態で、
酸化性気泡を含む気水混イ１］流体に浸漬されるため、
湯冷沸騰冷却においでも核？Ａ’、　ｌＷ＆を誘発せず
、所期の冷却速度が（ヴめて安定し又ｒ）られるので、
鉛パテンティング並みの強度で、ばらつきが少なく、か
つ伸線加工性のすぐれた鋼線材を製造し得る。

（ロ）酸化性気泡を多量に含む気水混相流体ケ用いるこ
とによシ、水蒸気未飽和の気体を大量に混入させると、
平衡′蒸気圧に向って大ｍの水蒸気が気泡中に蒸発し、
その結果冷媒の温度が下がるため、冷媒が白う冷却性を
保有し、これを冷媒温度制御に効果的に利用することが
できるので、冷媒の温度保持が経済的にできる。なおこ
の冷却能は線材の処理能ノ’：）ＣＴ／時）と冷媒の温
度と量の比により容易に計算できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明方法の実施例に用水 いられる直接熱処理装置の例を零す図で、第１図は縦断
面図、第２図は横断面図である。 第３図〜第７図は本発明の実験例において得られた結果
を示す図で、第３図は各空気酸化時間のものの冷媒温度
と処理後の線利の引張強さの関係を、第４図は各種冷媒
における冷却曲線を、第５図は各種冷媒の空塔速度と線
材の引張強さの関係を、第６図は冷媒の空塔速度と気体
混４目率の関係を、第７図は冷媒温度７０〜１００°Ｃ
における酸素濃度および気泡膨張率を示す。 第８図は本発明方法の実施例および従来法によ勺製造さ
れた鋼線材の引張強さ分布を示す図である。 ｌ・・・リンク状コイル、２．３．１０・・コンベア、
４・・・然処理権、５・・・冷媒、６・・酸化性気泡、
７・・気体供給系、８・・・エアー、９・・・攪拌機。 祈１図 芳２図 第３図 冷媒温度（０Ｃ） 片４図 絃鏝時南（４つ ”Ｚ　５ｉｒ−ＬＩＬ　（Ｃ”／５ｅＣ）茸６図 学跡を度（Ｃｍ／５ｅｅ） 穴７図 ４謀渇失（０ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）金属組織がオーヌテナイトを呈する高温にある鋼
   線材のリング状コイルを、水平に展開した形で連続的に
   移送しながら調整冷却して直接熱処理する方法において
   、調整冷却が、強力な撹乱状態にあシ、かつ酸化性気泡
   を多量に含有する９５℃以下の温度に保持された気水混
   相流体からなる冷媒中に前記鋼線材を浸漬通過せしめて
   行なわれるととを特徴とする鋼線材の直接熱処理方法。 （２）気水混相流体からなる冷媒中に浸漬前、鋼線材を
   空気中にて３〜２０秒開放冷開放冷面を酸化せしめる特
   許請求の範囲第１項記載の鋼線材の直接熱処理方法。 （３）酸化性気泡が、酸素、酸素富化空気又は空気を用
   いて形成されたものであり、前記気泡中の酸素濃度ｙ　
   （％）が、冷媒温度をｘ℃とした時、ｙ≦−−ｘ　＋　
   ３５ である特許請求の範囲第１項又は第２項記載の鋼線材の
   直接熱処理方法。 （４）気水混相流体が、気体混相率Ｏ１〜０３５．空塔
   速度３〜２０　ａｍ／秒のものである特許請求の範囲第
   １項、第２項又は第３項記載の鋼線材の直接熱処理方法
   。 （６）冷媒の撹乱強度が、５〜７ＸＩＯｅｒｇ／ｉであ
   る特許請求の範囲第１項、第２項、第３項又は第４項記
   載の鋼線材の直接熱処理方法。 （６）冷媒の温度が、７０〜９５℃、好捷しくは７５〜
   ９０℃である特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、
   第４項又は第５項記載のＷ！線材の直接熱処理方法。 （７）調節冷却が、鋼線材の冷却速度を、９００〜６５
   ０℃の範囲で１５〜ｂ ６３０〜５００℃の範囲で１０〜ｂ 方法。