(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼入れ時に焼入れ炉から搬出される鋼材を冷却するに際し、鋼材の端面における中心部分を第１段階として冷却し、次いで第２段階として端面における外周部分を冷却することを特徴とする鋼材の冷却方法。
【請求項２】
焼入れ後に焼入れ炉から搬出される鋼材の端面における中心部分を冷却する中心部分冷却機構と、端面の周縁部分を含む鋼材の外周面を冷却する外周冷却機構とを備え、中心部分を先に冷却し、次いで外周を冷却するようにしてあることを特徴とする鋼材の冷却装置。
【請求項３】
中心部分冷却機構は、搬出される鋼材における端面の中心部分に冷媒噴出端が対向し、鋼材の前方への搬出に伴い次第に後退しながら冷媒を噴出する中心冷媒ノズルを、端面の中心部分が所定の冷却温度に到達したときには鋼材の搬出方向の前方から退避させるようにしてある請求項２に記載の鋼材の冷却装置。
【請求項４】
外周冷却機構は、焼入れ炉から搬出される鋼材の外周を囲繞して鋼材の外周面に向けて冷媒を噴出させる複数の外周冷媒ノズルから成る請求項２または３に記載の鋼材の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば機械構造用合金、合金金属等の鋼材に対する焼入れ処理後の冷却時等に発生する端面割れを防止できるようにした鋼材の冷却方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼、炭素工具鋼、合金工具等の各種鋼材の焼入れ処理に際し、加熱によって所定の温度に達した後に所定の温度雰囲気中で冷却し、所定の金属組織とする。
【０００３】
一般に、マルテンサイト変態開始温度が室温以上である例えば丸鋼材を冷却すると、端面部において、端面表面部のコーナー部分では、鋼材の内部及び端面表面の中央部分に比し冷却速度が高くなるために、局所的に過冷却となって端面に割れが生じる。こうした割れが生じると、この鋼材を材料として所定の製品を加工形成すると、割れ部分から亀裂が伸長して製品強度の劣化、脆弱化等をもたらし、当該製品に起因する思わぬ事故等が発生することがある。
【０００４】
これを解消すべく、例えば端面を断熱処理して割れが生じないようにしたり、特許文献１に示された鋼材焼入れ時の端面割れ防止方法にあるように端面部分に面取り処理の加工をしたりしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２８７３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、割れが生じないように端面部分を断熱処理することは、焼入れによる加熱、その後の冷却等の一連の処理による所期の目的を達成することに支障を来たす。また面取り処理加工は、面取り後の部分が本来の鋼材の規格外となり、正規品として使用できないために、当該部分を切断せざるを得ないものとなる。
【０００７】
そこで本発明は叙上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、焼入れ加熱した各種鋼材を冷却し所定の金属組織とするに際し、端部におけるコーナー部分に過冷却による割れが生じないようにし、端部を含む全体が所定の正規品として使用できるようにした鋼材の冷却方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係る鋼材の冷却方法にあっては、焼入れ時に焼入れ炉１０から搬出される鋼材Ｍを冷却するに際し、鋼材Ｍの端面における中心部分を第１段階として冷却し、次いで第２段階として端面における外周部分を冷却することを特徴とする。
また、本発明に係る鋼材の冷却装置にあっては、焼入れ後に焼入れ炉１０から搬出される鋼材Ｍの端面における中心部分を冷却する中心部分冷却機構２と、端面の周縁部分を含む鋼材Ｍの外周面を冷却する外周冷却機構５とを備え、中心部分を先に冷却し、次いで外周を冷却するようになっていることを特徴とする。
中心部分冷却機構２は、搬出される鋼材Ｍにおける端面の中心部分に冷媒噴出端が対向し、鋼材Ｍの前方への搬出に伴い次第に後退しながら冷媒を噴出する中心冷媒ノズル３を、端面の中心部分が所定の冷却温度に到達したときには鋼材Ｍの搬出方向の前方から退避させるようにして構成することができる。
外周冷却機構５は、焼入れ炉１０から搬出される鋼材Ｍの外周を囲繞して鋼材Ｍの外周面に向けて冷媒を噴出させる複数の外周冷媒ノズル６から構成することができる。
【０００９】
以上のように構成された本発明に係る鋼材の冷却方法及びその装置にあって、所定の温度で焼入れ処理された鋼材Ｍが焼入れ炉１０から搬出されるとき、その端面における中心部分が第１段階として中心部分冷却機構２によって冷却され、次いで外周部分が第２段階として外周冷却機構５によって冷却される。
中心部分の冷却の進行は、外周に比し低い温度となって硬い状態で冷却され、外周部分の冷却によるマルテンサイト変態に伴なう応力の不均一を吸収し、端面における割れ現象を発生させない。
中心部分冷却機構２の中心冷媒ノズル３は、焼入れ炉１０から搬出される鋼材Ｍの搬出に伴い後退しながら冷媒を噴出し、その後に退避することで端面の中心部分を確実に冷却させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は以上説明したように構成されているため、焼入れ処理後の各種鋼材を冷却し所定の金属組織とするに際し、鋼材Ｍの端面の中心部を、次いで外周を冷却することで、端部におけるコーナー部分の過冷却による割れの発生を防止でき、端部を含む全体を正規品として使用することができる。
【００１１】
すなわちこれは本発明において、焼入れ後の鋼材Ｍを冷却するに際し、鋼材Ｍの端面における中心部分を第１段階として冷却し、次いで第２段階として外周部分を冷却するからであり、これによって、コーナー部分の割れを防止でき、従来のように例えば割れが生じた端部の切断、面取り等の加工を要せず、そのまま正規品として使用可能にする。
【００１２】
また、端面の中心部を冷却する中心部分冷却機構２の中心冷媒ノズル３は、焼入れ炉１０から搬出される鋼材Ｍの移動に伴い後退することで、所定温度に冷却されるまで中心部分の冷却を継続でき、鋼材Ｍの外周を冷却する外周冷却機構５によって鋼材Ｍの外周を周囲から所定温度に至るまで冷却できる。
【００１３】
尚、上記の課題を解決するための手段、発明の効果の項それぞれにおいて付記した符号は、図面中に記載した構成各部を示す部分との参照を容易にするために付した。本発明は、これらの記載、図面中の符号等によって示された構造・形状等に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を実施するための一形態を示す冷却時の側面図で、（Ａ）は冷却を開始するとき、（Ｂ）は第１段階で端面の中心部分を冷却するとき、（Ｃ）は外周部分を冷却するときである。
【図２】同じく本発明による冷却時間の経過に伴う中心部分と外周部分それぞれの温度変化を示すグラフである。
【図３】同じく従来方法による冷却時間の経過に伴う中心部分と外周部分それぞれの温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明を実施するための一形態を説明すると、図において示される符号１は鋼材冷却装置であり、この鋼材冷却装置１は、焼入れ炉１０から搬出される鋼材Ｍにおける端面の中心部分を冷却する中心部分冷却機構２と、端面の周縁部分を含む鋼材Ｍの外周面を冷却する外周冷却機構５とを備え、中心部分を先に冷却し、次いで外周を冷却するようになっている。
【００１６】
中心部分冷却機構２は、搬出される鋼材Ｍにおける端面の中心部分に冷媒噴出端が対向し、鋼材Ｍの前方への搬出に伴い次第に後退しながら冷媒を噴出する中心冷媒ノズル３を、端面の中心部分が所定の冷却温度に到達したときには鋼材Ｍの搬出方向の前方から退避させるようにして成る。
【００１７】
中心冷媒ノズル３は、冷却水、冷却空気等の冷媒源４に接続されていて、冷媒噴出端が鋼材Ｍの端面の中心部分に対向していれば良く、鋼材Ｍの焼入れ炉１０からの搬出開始と共に冷媒を噴出し、搬出に伴い後退しながらも噴出を継続し所定の冷却温度に到達するまで冷却させる。
【００１８】
この中心冷媒ノズル３は、例えば鋼材Ｍの搬出方向に沿って配されているレールに沿って走行案内される走行手段に支持されており、またこの走行手段に設けられている退避手段によって、中心部の冷却を完了した中心冷媒ノズル３を鋼材Ｍの端面おける中心位置から鋼材Ｍの外周縁の外方に、例えば揺動させることで退避されるようにしてある。
【００１９】
外周冷却機構５は、焼入れ炉１０から搬出される鋼材Ｍの外周を囲繞して鋼材Ｍの外周面に向けて冷媒を噴出させるよう、前記冷媒源４に接続されている複数の外周冷媒ノズル６から成る。図例のようにこの外周冷媒ノズル６は、鋼材Ｍの搬出方向に沿って適数で配置されていて、その噴射方向は、鋼材Ｍの搬出方向の周囲で囲繞して鋼材Ｍの外周面に対向しているも、図示を省略したが搬出方向に向かうように傾斜設定されてもよい。
【００２０】
この外周冷却機構５は、鋼材Ｍの搬送に伴い中心部分冷却機構２による噴射によって鋼材Ｍの端面の中心部分が所定温度に冷却される搬送経路中で、その終了位置に相当する箇所に設けられればよい。また、外周冷却機構５の冷媒の噴射動は、中心部分冷却機構２の噴射動と同期しても、あるいは中心部分冷却機構２による中心部分の冷却終了後に作動するようにしてもよい。
【００２１】
所定の鋼材Ｍが焼き入れ時に焼入れ炉１０から搬出されるとき、搬出が開始される鋼材Ｍの端面の中心部分に中心冷媒ノズル３から噴出した冷媒を宛てがい、鋼材Ｍの搬出に伴い中心冷媒ノズル３を順次に後退させる（図１（Ａ）、（Ｂ）参照）。これによって端面の中心部が第１段階として冷却される一方、外周冷媒ノズル６から噴出する冷媒を鋼材Ｍの外周側面に宛がうことで鋼材Ｍの外周部分が第２段階として冷却され（図１（Ｃ）参照）、鋼材Ｍの所定の金属組織となるように冷却温度を制御することで鋼材Ｍの熱処理が完了される。
【００２２】
次に、図２及び図３を参照して、本発明に係る冷却方法、装置による冷却態様と、従来方法等による冷却態様とを、それぞれの実験結果によって対比すると次のようである。図において、焼入れ炉１０から搬出された後の経過時間を横軸に、鋼材Ｍの温度を縦軸にそれぞれ表示し、経過時間による鋼材Ｍの温度を計測した結果を表示する。尚、焼入れ炉１０内においては加熱の結果、Ａｃ３変態点温度以上に加熱されることで所定の焼入れ温度に加熱されている。
【００２３】
図２において、本発明による冷却態様を表示したもので、Ａｃ３変態点温度以上の加熱状態で搬出された鋼材Ｍに対し、第１段階として端面の中心部分を冷却し、第２段階として外周部分を冷却して、マルテンサイト変態開始温度以下に冷却した。この結果、端面の中心部分が先に冷却されてマルテンサイト変態することで硬い状態、すなわち鋼材Ｍの拘束が強い状態で端面における外周部分が冷却された結果、マルテンサイト変態による応力が発生してもその応力が吸収され、端面割れが発生しなかったと考えられる。
【００２４】
図３において、従来方法等による冷却態様を表示したもので、Ａｃ３変態点温度以上の加熱状態で搬出された鋼材Ｍに対し、端面の中心部分と外周部分とに同時的にあるいは外周部分、中心部分の順に冷却して、マルテンサイト変態開始温度以下に冷却した。この結果、端面の中心部分が高温で軟らかい状態、すなわち鋼材Ｍの拘束が弱い状態で端面における外周部分が局所的にマルテンサイト変態で発生した応力を内部で吸収できずに端面割れが発生したと考えられる。
【００２５】
いずれにしても、端面の中心部の温度が外周部の温度よりも速く冷却され、先にマルテンサイト変態することで端面割れが発生しないことが確認された。
【符号の説明】
【００２６】
Ｍ…鋼材
１…鋼材冷却装置
２…中心部分冷却機構
３…中心冷媒ノズル
４…冷媒源
５…外周冷却機構
６…外周冷媒ノズル
１０…焼入れ炉
【要約】
【課題】焼入れ処理後の鋼材を冷却する際、端面における割れ発生を防止する。
【解決手段】焼入れ時に焼入れ炉１０から搬出させる鋼材Ｍを冷却するに際し、鋼材Ｍの端面における中心部分を第１段階として冷却し、次いで第２段階として端面における外周部分を冷却する。そのため、鋼材の冷却装置にあっては、焼入れ後に焼入れ炉１０から搬出させる鋼材Ｍの端面における中心部分を冷却する中心部分冷却機構２と、端面の周縁部分を含む鋼材Ｍの外周面を冷却する外周冷却機構５とを備え、中心部分を先に冷却し、次いで外周を冷却するようにする。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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