(57)【要約】【課題】金属線材をパイプ内を走行させて連続熱処理するに際し、パイプの存在に起因して金属線材に表面傷が発生する問題を良好に解決することのできる金属線材の連続熱処理方法を提供する。【解決手段】熱処理炉内にパイプ１９を横設し、パイプ１９内を非酸化性雰囲気に保持して長尺の金属線材１５をパイプ１９内を長手方向に走行させることにより連続熱処理するに際し、パイプ１９の内部に耐熱クロス２８を軸方向に挿入して、パイプ１９の底部を含む内面に沿って耐熱クロス２８を内装し、パイプ１９内を走行する金属線材１５とパイプ１９の内面との直接接触を耐熱クロス２８にて遮断しつつ金属線材１５を連続熱処理するようになす。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理炉内にパイプを横設し、該パイプ内を非酸化性雰囲気に保持して長尺の金属線材を該パイプ内を長手方向に走行させることにより該金属線材を連続熱処理する金属線材の連続熱処理方法において、
前記パイプの内部に耐熱クロスを軸方向に挿入し、該パイプの内面に沿って該耐熱クロスを内装して、該パイプ内を走行する前記金属線材と該パイプの内面との直接接触を該耐熱クロスにて遮断しつつ該金属線材を連続熱処理することを特徴とする金属線材の連続熱処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記耐熱クロスは、前記パイプ内の底部を含み且つ該底部と対向する頂部を除いたパイプ内面の所定周長に亘って該パイプ内面を内側から覆う状態に該パイプ内に内装してあることを特徴とする金属線材の連続熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はステンレスワイヤ等の金属線材の連続熱処理方法に関し、詳しくは熱処理炉内に横設されて内部を非酸化性雰囲気に保持したパイプ内に長尺の金属線材を連続的に通して熱処理を行う金属線材の連続熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばステンレスワイヤ等の金属線材を製造する工程では、金属線材に対する熱処理と伸線加工とを繰り返し行って次第に線径を細くし、最終的に目的とする線径の金属線材とする。
その熱処理の際、金属線材を酸化雰囲気中で熱処理すると金属線材が酸化されてしまって金属光沢が損なわれてしまうことから、従来、熱処理炉内にパイプを横設して加熱手段によりこれを加熱し、そしてパイプ内に窒素ガスと水素ガスを流してパイプ内を非酸化性雰囲気に保持した状態で長尺の金属線材をパイプ内を長手方向に走行させる、光輝焼鈍と称される熱処理を施すことが行われている。
【０００３】
ところでこの熱処理においては、ステンレスワイヤ等の金属線材がパイプ内面に対して接触しつつこれを通過走行することに起因して、金属線材の表面に傷が発生することが従来から問題視されて来た。
この金属線材の表面傷は主として次の原因によって発生する。
【０００４】
金属線材をダイスに通して伸線加工する際、その加工を滑らかに行うために金属線材に対してステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を予め塗布する。
この伸線加工の際に金属線材に塗布した潤滑剤がそのまま残った状態で熱処理を行うと、金属線材の表面が変色したり内径がそれほど大きくないパイプの内部が場合によって潤滑剤で詰まってしまう恐れがあるため、熱処理に際しては予め潤滑剤を取り除くための洗浄工程を実施するが、この洗浄工程では潤滑剤を完全には除去することができず、その一部がパイプ内部に持ち込まれてそこで溶融分解し、かかる潤滑剤に起因する炭化物がパイプ内面に付着する。
【０００５】
従来、かかるパイプとして耐熱性のＳＵＳ３１０Ｓ等の金属製のパイプが用いられているが、高温に加熱された金属製のパイプの内部で潤滑剤の分解物が熱的な影響を受け、硬い炭化物としてパイプの内面に固着形成されるのである。
而してこのような炭化物がパイプ内面に形成されると、これを核としてそこに炭化物が集中的に析出してこれが成長し、次第に大きな塊となる。
図７はこのようにして形成された炭化物Ｋの大きな塊を示している。
【０００６】
このように内面に炭化物が固着形成されたパイプ内部を金属線材が走行すると、加熱により軟化した金属線材に対し炭化物が引っ掛かることによって金属線材表面に傷（擦り傷）を発生する。また金属線材とパイプ内面とが熱間溶着し、部分的に引き剥がされることによって、金属線材の表面に傷（掻き傷）がしばしば発生する。
【０００７】
この問題の解決を図るべく、本発明者等は次のような対策を検討して来た。
図８はそれらの対策を模式的に表したものである。
先ず図８（Ａ）は、パイプ２００内部に直径２ｍｍ程度のセラミック球２０２を流し込んでパイプ２００の底部上に敷き詰め、その上を金属線材２０４を走行させて、セラミック球２０２の転がりによる効果により金属線材２０４の表面傷を防止することを狙ったものである。
【０００８】
しかしながらこの場合、セラミック球２０２の表面に潤滑剤の分解物が付着することによって、セラミック球２０２の転がりが悪くなり、そしてセラミック球２０２が円滑に転がらないことによって金属線材２０４に表面傷が発生してしまい、対策としては十分なものではなかった。
尚このようにパイプの底部にセラミック球を敷き詰めて、その上を金属線材を走行させる点については下記特許文献１に開示されている。
【０００９】
次に（Ｂ）に示すものは、パイプ２００内に短尺のセラミック管２０６を内嵌状態にセットし、そしてそのセラミック管２０６の内側に金属線材２０４を通し走行させ、金属線材２０４に表面傷が発生するのを防止することを狙ったものである。
【００１０】
しかしながらこの方法の場合、セラミック管２０６の内面に炭化物がすす状に付着堆積し、このためセラミック管２０６の定期的な清掃が必要でメンテナンスに多大な手間がかかるとともに、セラミック管２０６が価格の高いものであり、しかも割損が多いといった問題がある。
更にこのようなセラミック管２０６を内嵌していない部分においては、金属線材とパイプ２００とが接触してそこで表面傷を発生させてしまうといった問題があり、この対策もまた十分とは言えないものであった。
尚この（Ｂ）に示すようにパイプ内部に短尺管から成るセラミック管を内嵌状態にセットして、その内側に金属線材を通す点については下記特許文献２にも開示されている。
【００１１】
次に（Ｃ）は、パイプ２００内に下側のセラミックローラ２０８と上側のセラミックローラ２１０とを取り付けた架台を挿入し、そして下側のセラミックローラ２０８と上側のセラミックローラ２１０との間に金属線材２０４を通し、これらセラミックローラ２０８，２１０により金属線材２０４を宙吊り状態に支持して、これを長手方向に走行させるようになしたものである。
ここで下側のセラミックローラ２０８は紙面と直角方向に鼓形状をなしており、また上側のセラミックローラ２１０は同方向に直棒状（ピン状）をなしている。
【００１２】
しかしながらこの対策にあっても、セラミックローラ２０８，２１０の摩耗が激しくコスト高となる上に、金属線材２０４が走行中にセラミックローラ２０８，２１０から外れてしまう場合があり、この場合、金属線材２０４が架台と接触してこれが原因で金属線材２０４に表面傷が発生してしまうといった問題がある。
またセラミックローラ２０８，２１０は割損することも多く、この場合、その割損した個所で金属ワイヤ２０４に表面傷が発生してしまうといった問題があり、この対策もまた必ずしも十分なものではなかった。
【００１３】
次に（Ｄ）は、パイプ２００の外部で加振装置２１２により金属線材２０４に波打ち振動を加え、パイプ２００内で金属線材２０４を例えば上下方向に波打ち振動させながら軸方向に走行させ、これにより金属線材２０４とパイプ２００内面との接触時間を短くすることによって、金属線材２０４の表面傷を防止することを狙ったものである。
尚この（Ｄ）に示す方法については、先の特許願（特願２００５−３５１８７４：未公開）において開示している。
【００１４】
しかしながらこの方法の場合、溶着による金属線材２０４の表面傷の低減効果はあるものの、パイプ内面に析出した炭化物との擦れによる傷の低減に対しては効果が不十分で、特に金属線材２０４が線径の小さなものである場合、加振装置２１２で加えた振動の波が十分先の方まで伝わらず、金属線材２０４が全長に亘って波を打ちながらパイプ２００を通過しないといった不具合がある。
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−３６９８１号公報
【特許文献２】実開平６−７６３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は以上のような事情を背景とし、金属線材をパイプ内を走行させて連続熱処理するに際し、パイプの存在に起因して金属線材に表面傷が発生する問題を良好に解決することのできる金属線材の連続熱処理方法を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
而して請求項１のものは、熱処理炉内にパイプを横設し、該パイプ内を非酸化性雰囲気に保持して長尺の金属線材を該パイプ内を長手方向に走行させることにより該金属線材を連続熱処理する金属線材の連続熱処理方法において、前記パイプの内部に耐熱クロスを軸方向に挿入し、該パイプの内面に沿って該耐熱クロスを内装して、該パイプ内を走行する前記金属線材と該パイプの内面との直接接触を該耐熱クロスにて遮断しつつ該金属線材を連続熱処理することを特徴とする。
【００１８】
請求項２のものは、請求項１において、前記耐熱クロスは、前記パイプ内の底部を含み且つ該底部と対向する頂部を除いたパイプ内面の所定周長に亘って該パイプ内面を内側から覆う状態に該パイプ内に内装してあることを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００１９】
以上のように本発明は、パイプの内部に耐熱クロスを軸方向に挿入してその内面に沿って耐熱クロスを内装し、パイプ内を走行する金属線材とパイプ内面との直接接触を耐熱クロスにて遮断しつつ金属線材を連続熱処理するもので、本発明によれば、金属線材とパイプ内面との直接接触による金属線材の表面傷の発生を良好に防止することができる。
【００２０】
尚、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤の分解生成物である炭化物は、金属パイプの内面に対しては溶着して金属化合物を形成し且つ大きな炭化物の塊を形成するが、かかる耐熱クロスに対しては潤滑剤の分解生成物はすす状となって全体に亘り分散付着し、従来の金属パイプで生じていたように、その底部に集まって大きな塊として形成されることは無いことが確認されている。
またこのすす状の微細な炭化物は、耐熱クロスに対しては溶着していないことも確認されている。
【００２１】
本発明は、ステンレスワイヤの連続熱処理に適用して好適なものであるが、チタン合金その他材質から成る各種金属線材の連続熱処理に対しても適用可能なものである。
【００２２】
また金属線材を内部に通す上記のパイプとしては断面円形の丸パイプである他、断面角形状の角パイプその他形態のものであっても良い。
【００２３】
また耐熱クロスとしては、セラミックファイバー（ガラス繊維を含む）を素材として構成したクロスを好適に用いることができる。
この種の耐熱クロスは、従来各種の保温材や断熱材等として使用されているものを用いることができ、その耐熱性についても熱処理温度に応じて、即ち熱処理の際の加熱温度の違いに応じて、その加熱温度に耐え得る材質のものを適宜選択して用いることができる。
【００２４】
本発明において、上記耐熱クロスはパイプ内の底部を含み且つ底部と対向する頂部を除いた、パイプ内面を所定周長に亘り内側から覆う状態にパイプ内に内装しておくことが望ましい（請求項２）。
【００２５】
金属線材はパイプ内を走行するときにパイプの底部上を主として摺動するため、少なくともその底部については耐熱クロスを内装しておくことが望ましいが、金属線材はパイプ内面の底部だけでなく、走行に際してパイプ内面の側面等にも接触することがある。
従って底部だけでなくその側面に到るまで耐熱クロスを内装しておくことが望ましい。この場合において少なくとも上下の中間高さ位置ぐらいまでは、即ち下部の半分程度までは耐熱クロスを内装しておくことが実用上望ましい。
【００２６】
ここでパイプに対してその全周に亘り耐熱クロスを内装してしまうと、パイプからの輻射伝熱面積が減じるなどの問題が生ずるが、本発明では耐熱クロスで内側から覆う部分をパイプ内面の半分強（頂部を除いて）としても実用上問題ないことを確認している。
【００２７】
尚、特にパイプの入口付近では金属線材が未だ十分に軟化しておらず、いわゆる腰が強い状態であるために、パイプ内を走行する際にパイプ内で踊るような動きをして、パイプ内面のかなりの高さの位置まで金属線材が当たる可能性があり、従って入口付近においてはパイプ内面の頂部を除いたほぼ６割程度を耐熱クロスで覆っておくことが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１において、１０は熱処理炉で、１２はその上流側に設けられた洗浄装置、１４は下流側に設けられた冷却槽である。
コイル状に巻かれた長尺の金属線材（ここではステンレスワイヤ）１５は、そのコイルから引き出されて先ず洗浄装置を通り、続いて熱処理炉１０を通ってそこで連続熱処理（光輝熱処理）され、続いて冷却槽１４を通ってそこで冷却された後、再びコイル状に巻き取られる。
【００２９】
金属線材１５は、先の伸線工程で塗布されたステリアン酸カルシウムなどの潤滑剤がこの洗浄装置１２を通ることで洗浄除去された上で、熱処理炉を通過し、そこで高温に加熱されて熱処理される。
これに続く冷却槽１４は、熱処理によって加熱された金属線材を冷却することで粒界への炭化物の析出を防止する。
【００３０】
図２において、１６は熱処理炉１０を貫通する状態で熱処理炉１０内部に横設された加熱用パイプで、１８は冷却槽１４を同じく貫通する状態でその内部に横設された冷却用パイプであり、これら加熱用パイプ１６と冷却用パイプ１８とは熱処理炉１０と冷却槽１４との間の部分で互いに連結されて、１本のパイプ１９（ここでは断面円形の丸パイプ）とされている。
【００３１】
この実施形態において加熱用パイプ１６はＳＵＳ３１０Ｓからなっており、その寸法は内径が２７．２ｍｍ、肉厚が２．９ｍｍ、長さが５５００ｍｍである。
一方冷却用パイプ１８はより安価な鋼製パイプであって、内径及び外径は加熱用パイプ１６と同じである。
尚、熱処理炉１０は全長が約５ｍであり、また冷却槽１４は約３．５ｍである。
【００３２】
パイプ１９に対しては、熱処理炉１０と冷却槽１４との間の部分でガス供給配管２０が接続されており、ガス供給配管２０を通じてパイプ１９内部に窒素ガスと水素ガスとが供給され、パイプ１９内部がそれらガスにて非酸化性雰囲気に保持されている。
【００３３】
尚、供給された非酸化性ガスは図中矢印で示しているように加熱用パイプ１６内部を金属線材１５の走行方向とは逆方向に流れ、また冷却用パイプ１８内部を金属線材１５の走行方向と同じ方向に流れる。そして熱処理炉１０及び冷却槽１４を出たところでそこから外部に排出される。
【００３４】
これら加熱用パイプ１６と冷却用パイプ１８の各端部には、外部の空気がパイプ１９内に進入するのを防止すべくキャップ２２が嵌装されている。
ここでキャップ２２には、その中心部に金属線材１５の通過孔２４が形成されている。
パイプ１９には熱処理炉１０，冷却槽１４の外部においてその各端部に吹出口２６が設けられており、そこから内部の非酸化性ガスが吹き出されてそこで燃焼せしめられる。
【００３５】
図３に示しているように、パイプ１９内部にはセラミックファイバーを素材として構成された耐熱クロス２８が軸方向に挿入され、加熱用パイプ１６の内面に沿って内装されている。ここではパイプ１９の内面がその頂部を除いて周方向に約６割程度耐熱クロス２８にて内側から覆われている。
尚ここでは耐熱クロス２８としてＳｉＯ２系セラミックファイバーを主材としたものが用いられている。
その構成は以下のようなものである。
耐熱クロス仕様
色調                白
織り方              平織
補強材              ステンレスワイヤー
最高使用温度        １２６０℃
強熱減量            ＜２８質量％
厚さ                ２ｍｍ
幅                  ５０ｍｍ
【００３６】
尚、耐熱クロス２８は次のようにしてパイプ１９内部に軸方向に挿入し、その内面に沿って内装することができる。
詳しくは、図４に示しているように帯状をなす耐熱クロス２８の端部を丸めて、その外側から引取りワイヤ３０の端部を巻付け固定し、そしてその引取りワイヤ３０をパイプ１９に通し、軸方向に引っ張ることで耐熱クロス２８を丸めた状態でパイプ１９内に挿入することができる。
【００３７】
このとき帯状をなす耐熱クロス２８は、図５に示すようにパイプ１９の内面に沿って略円形に曲げられながらパイプ１９内に挿入され、そしてその挿入状態で自動的に耐熱クロス２８がパイプ１９内面に沿ってほぼ密着した状態となる。
【００３８】
本実施形態において、コイルから引き出された金属線材１５は洗浄装置１２を通過した後、熱処理炉１０内部に横設された加熱用パイプ１６内部を走行し、その際に加熱用パイプ１６内の非酸化性雰囲気中で加熱されて所定の熱処理（光輝焼鈍処理）が連続的に施される。
尚加熱用パイプ１６は、その周りに配された加熱手段、例えばバーナーによって加熱される。
【００３９】
パイプ１９内を走行する金属線材１５は、パイプ１９との間に耐熱クロス２８が介在していることによってパイプ１９内面と直接接触することはなく、耐熱クロス２８の内面を摺動しながらそこで熱処理及び続く冷却が行われる。
詳しくは、金属線材１５は加熱により設定処理温度に達して後は、軟化により主として耐熱クロス２８の底部上を軸方向に摺動し、熱処理を受ける。
【００４０】
以上のような本実施形態によれば、金属線材１５とパイプ１９内面との直接接触による金属線材１５の表面傷の発生を良好に防止することができる。
【００４１】
［実施例］
（１）パイプ内温度分布測定
上記耐熱クロス２８を内装したものと、内装していないもののそれぞれについて、パイプ１９内部の温度分布測定を行った。結果が図６に示してある。
図６中横軸はパイプ１９入口からの距離を示し、また縦軸はパイプ１９内部の温度を示している。
尚、パイプ１９内部の設定温度は８３０℃である。
また温度測定はパイプ１９の中心部を熱電対で測定することにより行った。
【００４２】
耐熱クロス２８をパイプ１９内部に挿入し、内装することによって、その内側の温度が変化することが危惧されたが、図６の結果に示しているように実際には耐熱クロス２８を内装した場合と内装しない場合とでその温度は実質的に全く同様であった。
即ち耐熱クロス２８をパイプ１９に内装することによってパイプ１９内温度が変化することはなく、耐熱クロス２８が金属線材１５に対する加熱温度に関して悪影響を及ぼすことがないことが確認された。
【００４３】
（２）熱処理品質への影響について
次に耐熱クロス２８を内装することによって、実際に熱処理品質への影響があるかどうかを確認する試験を行った。
具体的には、表１に示す各種の金属線材を上記８３０℃設定の加熱炉及び冷却炉に通して実際に連続熱処理（光輝焼鈍処理）を行い、熱処理後の機械的性質及び表面品質の測定及び観察を行った。
結果が耐熱クロス２８を用いないで熱処理を行ったときの結果と併せて表１に示してある。
【００４４】
【表１】
2008050645.tif 000003
【００４５】
表１の結果に見られるように、機械的性質については耐熱クロス２８を内装することによって実質的な影響は認められなった。
また表面品質については表面傷，異物付着，変色何れの項目も良好なものであった。
尚機械的性質の測定はＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠して引張り試験を行い、引張り強度（ＴＳ）と伸び（ＥＬ）を測定した。また結晶粒度の測定試験も併せて行った。
【００４６】
ここで異物付着について調査を行っているのは、耐熱クロスをパイプに内装し、金属線材がその耐熱クロスの内面を摺動することで、耐熱クロスの側からの何らかの付着物が異物として金属線材に付着してくることが危惧されたため、そのような付着が生じるか否かを観察したものである。
表１の結果に示しているようにそのような恐れは実際には無く、何れも異物付着は認められなかった。
【００４７】
一方変色について調べているのは、耐熱クロスをパイプに内装することにより非酸化性ガスの流動性が悪化し、このことにより金属線材が酸化雰囲気にさらされることとなって色調が変化したりはしないか、といった点が危惧されたため、この点について調査を行ったものである。
表１の結果に示しているようにこの点についても異常は無く、何れのものも変色は生じていなかった。
【００４８】
尚、ここでは８３０℃設定での熱処理を例として説明したが、熱処理温度は金属線材の材質に応じて、例えば７７０℃〜１１５０℃での熱処理など、その他各種温度での熱処理があり、それぞれの熱処理温度に応じて適宜の耐熱クロスを用いることが可能である。
【００４９】
以上本発明の実施形態を詳述したが、これはあくまで一例示である。例えば本発明は上例の材質以外の各種の金属線材の熱処理に適用することが可能であるし、また耐熱クロスとして上記例示したもの以外の様々な材質，形態のものを用いることが可能である。
更に本発明は断面円形の丸パイプを用いた熱処理の他、角パイプを用いた熱処理に対しても適用可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変形を加えた態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態である金属線材の連続熱処理方法の実施装置の概略全体図である。
【図２】同実施形態の要部の図である。
【図３】図２の更に要部の図である。
【図４】同実施形態における耐熱クロスのパイプへの挿入方法を示した図である。
【図５】図４に続く図である。
【図６】耐熱クロスのパイプ内温度への影響を調査した結果を示した図である。
【図７】金属パイプ内面に付着した炭化物を表す図である。
【図８】本発明者等が試行した金属線材の連続処理方法を示した図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  熱処理炉
１５  金属線材
１９  パイプ
２８  耐熱クロス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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