(57)【要約】【課題】鋼管の均一な焼入性を得るとともに、鋼管外表面の疵の発生を抑制することができる鋼管の焼入方法および焼入装置を提供することを目的とする。【解決手段】浸漬槽内で鋼管を円筒形状のカバーで覆い、前記カバー内へ冷却媒体を流入させて、前記鋼管内を流れる内面流と前記鋼管外を流れる外面流とで前記鋼管を焼入する鋼管の焼入方法において、前記カバーの内面側に軸方向に沿って設けられる整流板により、前記外面流を軸方向に直進させるとともに、前記鋼管を支持することを特徴とする鋼管の焼入方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸漬槽内で鋼管を円筒形状のカバーで覆い、前記カバー内へ冷却媒体を流入させて、前記鋼管内を流れる内面流と前記鋼管外を流れる外面流とで前記鋼管を焼入する鋼管の焼入方法において、
前記カバーの内面側に軸方向に沿って設けられる整流板により、前記外面流を軸方向に直進させるとともに、前記鋼管を支持することを特徴とする鋼管の焼入方法。
【請求項２】
鋼管を浸漬させるための浸漬槽と、
前記浸漬槽内で前記鋼管を覆う円筒形状のカバーとを備え、
前記カバー内へ冷却媒体を流入させて、前記鋼管内を流れる内面流と前記鋼管外を流れる外面流とで前記鋼管を焼入する鋼管の焼入装置において、
前記外面流を軸方向に直進させるとともに前記鋼管を支持する整流板が、前記カバーの内面側に軸方向に沿って設けられることを特徴とする鋼管の焼入装置。
【請求項３】
前記整流板の板厚は、１０〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の鋼管の焼入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管の焼入方法および焼入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シームレス鋼管などの鋼管は、高張力化、高靭性化するため、製造工程で焼入・焼戻し熱処理を施している。鋼管の焼入方法はスプレー方式と浸漬方式に大別され、シームレス鋼管を焼入する際には、冷却能が大きくかつ装置の構造が簡単である浸漬方式が採用されている。
【０００３】
浸漬方式の一つとして、内外面浸漬軸流焼入方式がある。内外面浸漬軸流焼入方式とは、加熱された鋼管を冷却水などの冷却媒体が満たされた浸漬槽に投入し、鋼管の内外面にその軸方向に沿う冷却水流（軸流）を与えて焼入れする方式である。図５は、内外面浸漬軸流焼入方式による鋼管の焼入装置における、従来の軸流カバー１００を示す斜視図である。図５（ａ）は鋼管Ｓを軸流カバー１００内に装入していない状態の模式図であり、図５（ｂ）は鋼管Ｓを軸流カバー１００内に装入し冷却媒体の外面流を形成した場合の模式図である。従来の鋼管支持板１０１は、下部カバー１００ｂの内面の軸方向複数箇所に、所定のピッチで軸流カバー１００の軸方向に対して直角に設けられている。このため、鋼管Ｓを焼入する際には、軸流カバー１００の内面と鋼管Ｓの外面間の冷却媒体１０２の軸流（外面流）が鋼管支持板１０１で乱され、鋼管支持板１０１の後方周辺に淀み部１０３が生じる。したがって、従来のような内外面浸漬軸流焼入方式の場合、鋼管外面において焼入性が不均一となる。
【０００４】
そこで特許文献１では、鋼管の外周面に沿って旋回しつつ前進する旋回流を発生させる冷却方式を提案している。この方式により、周方向における鋼管の焼入性の均一化と省エネルギーを同時に図ることが可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−８４１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の旋回流方式による冷却方法では、鋼管を下部カバーに落下させた後、上部カバーを覆うことにより、鋼管をカバー内に装入している。このとき、鋼管支持板の受け面積（鋼管と鋼管支持板との接触面積）が小さいため、鋼管外表面に打ち疵が発生するという問題があった。また、特許文献１の旋回流方式では、流路が長いため圧力損失が大きくなり、必要ポンプ揚程が大きくなる。ポンプ揚程が足りない場合、冷却に必要な流速が得られず、カバーの末端で抜熱が不十分となり、管軸方向において均一な焼入性を得られず、結果として材質の不均一化が生じるという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決し、鋼管の均一な焼入性を得るとともに、鋼管外表面の疵の発生を抑制することができる鋼管の焼入方法および焼入装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以上のような知見に基づいてなされたものであり、以下を要旨とする。
［１］浸漬槽内で鋼管を円筒形状のカバーで覆い、前記カバー内へ冷却媒体を流入させて、前記鋼管内を流れる内面流と前記鋼管外を流れる外面流とで前記鋼管を焼入する鋼管の焼入方法において、前記カバーの内面側に軸方向に沿って設けられる整流板により、前記外面流を軸方向に直進させるとともに、前記鋼管を支持することを特徴とする鋼管の焼入方法。
［２］鋼管を浸漬させるための浸漬槽と、前記浸漬槽内で前記鋼管を覆う円筒形状のカバーとを備え、前記カバー内へ冷却媒体を流入させて、前記鋼管内を流れる内面流と前記鋼管外を流れる外面流とで前記鋼管を焼入する鋼管の焼入装置において、前記外面流を軸方向に直進させるとともに前記鋼管を支持する整流板が、前記カバーの内面側に軸方向に沿って設けられることを特徴とする鋼管の焼入装置。
［３］前記整流板の板厚は、１０〜５０ｍｍであることを特徴とする［２］に記載の鋼管の焼入装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、鋼管を均一に焼入れることができるとともに、鋼管外表面の疵の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る、鋼管の焼入装置を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る、円筒形状のカバーを示す模式図であり、（ａ）はカバーの断面図、（ｂ）はカバー内面側の斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る、鋼管をカバーに装入する際の様子を示す模式図であり、（ａ）は鋼管を下カバーに落下装入する様子を示す模式図、（ｂ）は下カバーに装入された鋼管に、上カバーを覆う様子を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施例における、表面温度と熱流束の関係を示すグラフである。
【図５】図５は、従来の鋼管の焼入装置（内外面浸漬軸流焼入方式）における、軸流カバーを示す斜視図であり、（ａ）は鋼管をカバー内に装入していない状態を示す模式図、（ｂ）は鋼管をカバー内に装入し冷却媒体の外面流を形成した場合の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１２】
本発明の焼入装置は、図１に示すように、鋼管（図示しない）を浸漬させるための浸漬槽１と、浸漬槽１内で鋼管を覆う円筒形状のカバー２とを備える。本発明では、浸漬槽１内で鋼管を円筒形状のカバー２で覆い、カバー２内へ冷却媒体を流入させて、鋼管内を流れる内面流と鋼管外を流れる外面流とで鋼管を焼入する。例えば図１に示すように、浸漬槽１は冷却媒体を噴射する噴射口１ａと、冷却媒体を循環させる循環路１ｂを有する構造であればよく、冷却媒体を噴射口１ａから噴射することで、浸漬槽１内に冷却媒体の冷却流３が形成され、所定の焼入位置においてこの冷却流３によりカバー２で覆われた鋼管を焼入する。
【００１３】
次に、本発明における鋼管を覆う円筒形状のカバーについて説明する。図２（ａ）は円筒形状のカバーの断面図であり、図２（ｂ）は円筒形状のカバーの内部を示す斜視図である。なお、図２（ａ）はカバー内に鋼管を装入した状態を示しており、図２（ｂ）はカバー内に鋼管を装入していない状態を示している。
【００１４】
図２（ａ）に示すように、鋼管Ｓを覆う円筒形状のカバー２は、上カバー２ａと下カバー２ｂとからなる。図２（ａ）および（ｂ）に示すように、上カバー２ａおよび下カバー２ｂの内面側には、カバー２の軸方向に沿って整流板４が設けられている。
【００１５】
カバー２の一方側より冷却媒体を流入させると、冷却媒体は、鋼管内を流れる内面流と、鋼管外を流れる外面流を形成する。外面流は、整流板４の板面と鋼管Ｓの外周面に沿った流れとなる。本発明において、整流板４は、カバー２の内面と鋼管Ｓの外面間に、冷却媒体が流れるための空間を確保する役割を担う。したがって、冷却媒体が流入した際、外面流は整流板４に沿って流れるため、外面流は軸方向に直進する。外面流が軸方向に直進するため、旋回流よりも流路を短くすることができ、圧力損失が低減することから、流速低下を防ぐことができる。その結果、鋼管Ｓを均一に焼入れすることができる。
【００１６】
一方で、本発明のような焼入装置を用いて鋼管を焼入れる際、図３（ａ）に示すように、加熱した鋼管Ｓを下カバー２ｂに落下装入させる。その後、図３（ｂ）に示すように、
下カバー２ｂに落下装入された鋼管Ｓに上カバー２ａを覆う。このとき、整流板４の受け面積（鋼管と鋼管支持板との接触面積）が小さいと、鋼管Ｓ外表面に打ち疵が発生し得る。
【００１７】
そこで本発明では、カバー２（下カバー２ｂ）の内面側に軸方向に沿って整流板４を設けることにより、鋼管Ｓの落下装入時における、鋼管Ｓの受け面積を大きくすることができる。したがって、整流板４により、鋼管Ｓ外面の打ち疵発生を抑制することができる。
【００１８】
整流板４は、鋼管Ｓを安定して支持し、かつ、均一な焼入性を得るために、等間隔でカバー２の周方向に設置されていればよい。ただし、整流板４の間隔（ピッチ）が少なすぎると、鋼管Ｓの受け面積が小さくなって打ち疵発生を抑制できない可能性がある。本発明において、整流板４のピッチ数は下記式（１）を満たすように設けることが好ましい。
α×Ａ≧Ｎ×Ｔ≧β×Ａ・・・（１）
なお、式（１）において、
Ｎ：整流板の枚数
Ｔ：整流板の板厚（ｍｍ）
α：常数（本発明においては０．８）
β：常数（本発明においては０．２）
Ａ：各整流板の端面（鋼管接触部分）を周方向に結ぶことにより形成される仮想の円の円周
である。
【００１９】
また、整流板４の板厚が厚すぎると、整流板４と鋼管Ｓとの接触部分の冷却速度が落ちてしまう可能性がある。このため、整流板の板厚は１０〜５０ｍｍが好ましく、２０〜４０ｍｍがより好ましい。
【００２０】
なお、整流板４の材質としては、例えば、ＳＵＳ３０４などが挙げられる。
【００２１】
以上より、本発明によれば、円筒形状のカバーの内面側に軸方向に沿って整流板を設けることにより、整流板に沿って外面流が直進することから鋼管を均一に焼入れすることができる。また、整流板により、鋼管をカバー内に落下装入する時に生じ得る打ち疵の発生を抑制することができる。さらにまた、整流板の設計製作がしやすいことや、旋回流方式よりも圧力損失が低減するため、必要なポンプ能力の制約が緩和されるという効果も有る。
【実施例１】
【００２２】
特許文献１に記載のカバー（図５）を用いて鋼管を焼入した場合（比較例）と、本発明のカバー（図２）を用いて鋼管を焼入した場合（本発明例）について、鋼管外表面の疵の発生割合について調べた。疵の発生は、目視による限界サンプルと比較して判断し、限界サンプルよりも疵の発生が多いものを×とした。なお、焼入条件は、８５０℃以上からの着水とした。
【００２３】
また、本発明例と比較例について、得られた鋼管の硬さを測定し、材質の均一性について検討した。鋼管管軸方向の任意の５点（両端部、両端部から２０００ｍｍの位置、中央部）において、円周方向４点（９０°ピッチ）の肉厚中央部の硬さを測定し、バラつき（標準偏差）が１０Ｈｖ未満である場合を合格とした。
【００２４】
結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
2019143191.tif 000003
【００２６】
表１の結果から、本発明例は鋼管を均一に焼入れることができるとともに、鋼管外表面の疵の発生を抑制することができる。
【実施例２】
【００２７】
図２の本発明のカバー２を用いて鋼管Ｓを焼入した際の、整流板４の板厚の影響について検討した。具体的には、下カバー２ｂ側における整流板４中央部(整流板の板厚中心部)と鋼管とが接する部分の熱流束を測定し、整流板４の板厚が整流板４中央部(整流板の板厚中心部)の熱流束にどのような影響を及ぼすかについて調べた。なお、整流板４と接触していない部分（冷却水と接している部分）を定常部と定義した。焼入条件は、８５０℃以上からの着水とし、熱流束は熱電対による温度測定から逆算し求めた。
【００２８】
結果を図４に示す。図４は、横軸は焼入前の鋼管の表面温度、縦軸は熱流束の値とし、整流板４の板厚を２０ｍｍ、４０ｍｍ、８０ｍｍとした場合における熱流束の値を示している。図４の結果から、板厚２０ｍｍの場合、定常部と同様の冷却能力（熱流束）が得られることがわかった。一方、板厚８０ｍｍでは定常部の半分程度の冷却能力しか得られないことがわかった。
【符号の説明】
【００２９】
１    浸漬槽
１ａ  噴射口
１ｂ  循環路
２    カバー
２ａ  上カバー
２ｂ  下カバー
３    冷却流
４    整流板
１００    軸流カバー
１００ｂ  下部カバー
１０１    鋼管支持板
１０２    冷却媒体（の軸流）
１０３    淀み部
Ｓ    鋼管
【図１】
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【図２】
2019143191.tif 000005
【図３】
2019143191.tif 000006
【図４】
2019143191.tif 000007
【図５】
2019143191.tif 000008