JPS6345449B2 - - Google Patents

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JPS6345449B2
JPS6345449B2 JP24286585A JP24286585A JPS6345449B2 JP S6345449 B2 JPS6345449 B2 JP S6345449B2 JP 24286585 A JP24286585 A JP 24286585A JP 24286585 A JP24286585 A JP 24286585A JP S6345449 B2 JPS6345449 B2 JP S6345449B2
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JP
Japan
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cooling
rod
temperature
wire
water
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JP24286585A
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JPS62103323A (ja
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Norio Yasuzawa
Takeshi Takahashi
Fumitaka Iori
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
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Priority to CA000521775A priority patent/CA1265421A/en
Priority to US06/924,816 priority patent/US4786338A/en
Priority to AU64661/86A priority patent/AU587652B2/en
Publication of JPS62103323A publication Critical patent/JPS62103323A/ja
Publication of JPS6345449B2 publication Critical patent/JPS6345449B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/573Continuous furnaces for strip or wire with cooling
    • C21D9/5732Continuous furnaces for strip or wire with cooling of wires; of rods
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B45/00Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203Cooling
    • B21B45/0209Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0224Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes for wire, rods, rounds, bars
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product

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  • Control Of Heat Treatment Processes (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は棒線鋼材の直接表層部組織改善(表
面焼入)方法に関する。
(従来の技術) 棒線鋼材の直接表層部組織改善(表面焼入)
は、熱間圧延に引き続いて、水噴射冷却より棒線
材の表層部をAr1変態温度以上からベイナイト変
態温度以下まで、望ましくは、Ar3変態温度以上
からマルテンサイト変態温度以下まで冷却パター
ンを制御(急冷)する。すなわち、棒線材表面の
熱伝達率を大きくして棒線材の半径方向熱伝導率
が律速となるように冷却する。
ここで、熱伝導率律速とは、棒線材表面におけ
る熱伝達率αkcal/m2h℃が大きくなると棒線材
半径方向の熱伝導(熱拡散)が追いついていけな
くなる状況をいい、数式であらわすと棒線材の熱
伝導率をλkcal/m2h℃、棒線材の半径をrとし
て、λ/r<αとなる状態をいう。
熱伝導率律速となるよう急冷後、棒線材に高圧
空気を吹き付けて水切りする。大径の棒線材は水
切に引き続いて水噴射冷却される。冷却された棒
線材は、水冷装置と冷却床あるいは巻取機との間
を大気中で搬送されながら高温中心部からの熱伝
導で表層部を復熱することが知られている。(特
開昭49−134513号、特開昭51−90912号、特開昭
51−99619号) 水冷装置はタンデムに配置された複数の冷却ユ
ニツト(冷却箱)からなつている。各冷却箱は環
状の順噴射ノズルまたは逆噴射ノズルを備えてお
り、ノズルから冷却水を棒線材に高圧で噴射す
る。また、冷却箱列の途中に上記水切り装置が配
置されている。
製品に所要の機械的性質を与えるためには、棒
線材の径に応じた冷却速度と冷却時間を調整しな
ければならない。このために、従来では冷却装置
の出側から十分離れた位置で棒線材の表面温度を
測定し、これに基づき冷却水量あるいは水圧を調
整して冷却速度を制御していた。
(発明が解決しようとする問題点) 従来の方法では、焼入時の冷却速度あるいは焼
入終了温度は、冷却装置出側から十分離れた場所
で測定した復熱後の表面温度に基づき、シミユレ
ーシヨンなどにより推定しなければならなかつ
た。ここで焼入終了温度とは、棒線材表面から所
望の深さが所定温度以下まで冷却された時の表面
温度をいう。しかし、冷却速度は操業条件により
複雑に変化するので、冷却装置出側での測定結果
のみでは所望の深さまで焼入されたかどうかを正
確に予測することは難しい。したがつて、所要の
冷却速度で焼入し、所要の機械的性質を持つた製
品を安定して製造することは困難であつた。
また、上記シミユレーシヨンによる場合、操業
条件が変化すると、その都度操作条件に合わせて
シミユレーシヨンを行なわねばならず、操業管理
上十分な対応ができなかつた。
(問題点を解決するための手段) この発明では、水切り直後に棒線材の表面温度
を測定し、前記大気中での搬送中に棒線材の表面
温度を測定する。そして、これら両測定温度に基
づき棒線材が所要の冷却速度で冷却されるように
冷却水量および冷却時間を調整する。
焼入時の鋼材表面温度冷却曲線は、棒線材の熱
伝導率律速となつているので、焼入終了温度測定
点(水切り直後)での棒線材径の影響は小さい。
また、大気中搬送ライン上での鋼材表面温度も太
径になるほど冷却時間を長くすることでほぼ一定
にすることができる。
急冷後、復熱により表面温度は上昇するので、
水切り直後に焼入終了温度を測定しなけらばなら
ない。
また、品質バラツキ、温度測定精度等を考慮す
ると、復熱温度は鋼材の表面と中心の温度差が約
10℃以下となる位置で測定するのが好ましい。
これら両測定温度に基づき所要の冷却曲線とな
るように冷却水量および冷却時間を調整する。た
とえば、温度測定結果により冷却不足、すなわち
焼入終了温度あるいは復熱温度が高過ぎると冷却
水量を増す。ここでもし、水量増のみで目標温度
が満足できない場合には使用する冷却ユニツトを
増加させて対応する。
(作用) 表面焼入された棒線材は水切り直後に焼入終了
温度が測定されるので復熱による表面温度の上昇
は製造管理上ほとんど問題とならない範囲であ
り、焼入終了温度を直接にかつ正確に知ることが
できる。さらに、このような測定温度に基づいて
冷却水量を調整することにより、棒線材は所要の
冷却曲線に正確に従い冷却される。
(実施例) 第1図はこの発明の方法を実施する冷却装置の
概略を示している。図面に示すように、仕上圧延
機1に続いて冷却装置3および巻取機21が配置
されている。
冷却装置3は焼入ゾーン4と細径の復熱ゾーン
と太径の焼入ゾーンを兼用する兼用ゾーン5とに
分かれており、一列に並ぶ複数の冷却箱7よりな
つている。各冷却箱7は環状の順噴射ノズルまた
は逆噴射ノズル(いずれも図示しない)を備えて
いる。冷却箱7を貫通して走行する棒線材Mはノ
ズルにより周囲から冷却水が噴射され、冷却され
る。
冷却箱7のほぼ中央、すなわち焼入ゾーン4と
焼入れ復熱の兼用ゾーン5との間に水切り装置1
1が配置されている。水切り装置11は冷却水逆
噴射装置12と、これの出側に隣接する空気吹付
け装置13とからなつている。焼入ゾーン4で冷
却され、水切り装置11に入つた棒線材Mは、ま
ず冷却水逆噴射装置12において棒線材Mに付着
して同伴された冷却水が逆噴射で吹き払われる。
引き続き、空気吹付け装置13において残留付着
水が高圧空気で吹き飛ばされ、棒線材の表面は乾
燥される。
水切り装置11の出側および巻取機21の入側
にそれぞれ焼入終了温度検出器および復熱温度検
出器17が配置されている。これら両温度検出器
15,17は非接触式温度計、たとえば放射温度
計である。
つぎに、上記のように構成された装置により棒
線材を表面焼入する方法について説明する。
棒線材に冷却水を噴射すると、棒線材から冷却
水への熱伝達により棒線材は冷却されるが、この
場合の熱伝達による冷却は棒線材の熱伝導率律速
である。したがつて、第2図に示すように表面温
度は冷却開始から急激に低下する。第2図に示す
例では、冷却開始から約0.7sec経過すると250℃
以下となる。また、棒線材表面における熱伝達率
は棒線材表面温度の関数で温度低下と共に大きく
なる。これは、冷却水の沸騰伝熱により棒線材が
冷却され、冷却中に膜沸騰伝熱から核沸騰伝熱に
変るからである。式(1)は棒線材表面温度Tsによ
る熱伝達率の影響係数kの一例を示している。
影響係数k=exp(3.28−0.0049・Ts) ……(1) 式(1)から明らかなように、棒線材表面温度Ts
の低下に従い熱伝達率は指数関数的に大きくな
る。したがつて、棒線材温度の低下に従つて、す
なわち式(1)で得られた影響係数kに反比例して冷
却水量を低減しても、表面直接焼入冷却で必要と
される平均熱伝達率104〜2×104kcal/m2h℃を
得ることができる。第3図は式(1)に基づき棒線材
表面温度Tsの低下に従つて冷却水量を低減した
一例を示している。第3図によれば、棒線材表面
温度が500℃のときの冷却水量は、800℃のときの
冷却水量の約1/5でよい。
上記のことから、冷却装置3の前段では大量の
冷却水を冷却箱7に供給し、表面温度の低下に従
い、すなわち第3図の直線に従つて後段の冷却箱
7には少量の冷却水を供給する。棒線材Mの表面
温度が約250℃以下となる冷却箱7には、棒線材
中心からの熱伝導による表面復熱を抑える程度の
水量で冷却水を供給する。
上記急冷に引き続いて水切りする。水切り時期
あるいは水切り装置11の設置位置は、棒線材M
の最も細い径で決まる(したがつて、所要冷却長
が最も短い)冷却終了位置の近傍(直前あるいは
直後)である。上記のように順次冷却水量を少な
くすると、水切り装置11に導入される棒線材の
水ぬれ縁長さは極端に短かくなる。この結果、水
切り装置11の負荷は小さくてすみ、十分に水切
りすることができる。
水切りに引き続いて表面温度を測定する。この
焼入終了温度測定は、水切り直後、この実施例で
は完全に水切りしたのち約0.04sec後に行なう。
このために、焼入終了温度検出器15は水切り装
置11から約100mm下流に配置されている。
太径の棒線材は焼入終了温度測定に引き続いて
焼入れ復熱兼用の復熱ゾーン5で水噴射冷却され
る。なお、冷却水量(水量密度)が少なくなる
と、棒線材周方向に均一に冷却水を供給するのが
難しくなるので、直接噴射水を棒線材に衝突させ
る方式は好ましくない。したがつて、焼入れ終了
前の数個の冷却箱7は内管に旋回流れを有する冷
却方式、浸漬冷却方式、あるいはミスト冷却方式
であることが望ましい。
上記のように冷却された棒線材Mは、冷却装置
3から巻取機21まで大気中を搬送される。そし
て、搬送の途中、すなわち棒線材の表面と中心の
温度差が約10℃以下となる点(この実施例では復
熱開始から約17sec後)で復熱温度を測定する。
上記温度測定の結果に基づき、各冷却箱7に供
給する冷却水量を設定し、棒線材Mを所要の冷却
速度で冷却する。
本実施例は、レイアウトの制約から最終仕上圧
延機1と冷却装置3の間の距離が長いので、圧延
後急冷開始までに約7秒以上もかかるので、オー
ステナイト粒度の粗大化やフエライトの発生を抑
制するために、棒線材が冷却装置に入ると同時
に、冷却を開始する必要があり。最も細い径の焼
入終了位置の近傍に水切り装置11を設置した。
従つて太径の棒線材は、焼入終了温度測定に引続
いて、水噴射冷却する必要があつた。しかし、短
時間で急冷開始できるレイアウトの場合には、第
4図に示すように、水切り装置11を冷却装置3
の最後部に設置し、棒線材の径に応じて急冷開始
位置を変え、急冷終了位置が、いつも水切り装置
直前となるようにすることができるのはいうまで
もない。
なお、直接表面焼入を行なわない場合、前記焼
入終了温度測定する必要はない。
(発明の効果) 水切り直後に直接測定した焼入終了温度、およ
び大気中での搬送中に測定した復熱温度に基づい
て冷却水量を設定するので、棒線材を所要の冷却
速度に従つて高い精度で冷却することができる。
したがつて、所要の機械的性質を持つた棒線材を
製造することができる。また、従来行なわれてい
たシミユレーシヨンは不要であり、温度測定結果
により容易に冷却水量を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の方法を実施する冷却装置の
概略図、第2図は棒線材の冷却曲線の一例を示す
線図、および第3図は棒線材の表面温度と冷却水
量低減比と関係を示す線図、第4図は棒線材の冷
却曲線の他の一例を示す線図である。 1……仕上圧延機、3……冷却装置、7……冷
却箱、11……水切り装置、12……冷却水逆噴
射装置、13……空気吹付け装置、15,17…
…温度検出器、21……巻取機。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 熱間圧延に引き続いて、水噴射冷却により棒
    線材の表層部をAr1変態温度以上からベイナイト
    変態温度以下までの冷却パターンを制御し、その
    後、大気中で搬送しながら高温中心部からの熱伝
    導で表層部を復熱して表層部組織を改善する方法
    において、前記冷却パターンの制御に引き続き水
    切りし、水切り直後に棒線材の表面温度を測定
    し、上記大気中での搬送中に棒線材の表面温度を
    測定し、これら両測定温度に基づき所要の冷却速
    度となるように冷却水量を調整することを特徴と
    する棒線鋼材の直接表層部組織改善方法。
JP24286585A 1985-10-31 1985-10-31 棒線鋼材の直接表層部組織改善方法 Granted JPS62103323A (ja)

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JP24286585A JPS62103323A (ja) 1985-10-31 1985-10-31 棒線鋼材の直接表層部組織改善方法
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US06/924,816 US4786338A (en) 1985-10-31 1986-10-30 Method for cooling rolled steels
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