(57)【要約】【課題】リラクセーション値を改善したＰＣ鋼棒を製造する。【解決手段】焼入加熱コイル２により焼入れ温度に急速加熱し、焼入冷却ジャケット３により急冷して焼入れされた後、焼戻加熱コイル４により焼戻し温度に加熱保持後、予備冷却手段５により予備冷却を行って６００℃以下の温度まで冷却し、６００℃以下の温度から焼戻冷却ジャケット６により急冷することによりリラクセーションを改善する。これにより、引張り強さ１０３０Ｎ／ｍｍ２　以上において１０００ｈｒリラクセーション値が３％以下のＰＣ鋼棒を得る。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱又は直接通電加熱により焼入れ温度に急速加熱、急冷して焼入れされた後、誘導加熱又は直接通電加熱により焼戻し温度に加熱保持後、急速冷却して焼戻しされた連続熱処理ＰＣ鋼棒において、焼戻し温度に保持後の急冷の開始温度を下げることによりリラクセーションを改善したことを特徴とするＰＣ鋼棒。
【請求項２】
誘導加熱又は直接通電加熱により焼入れ温度に急速加熱、急冷して焼入れされた後、誘導加熱又は直接通電加熱により焼戻し温度に加熱保持後、急速冷却して焼戻しされた連続熱処理ＰＣ鋼棒において、焼戻し温度に保持後の急冷の開始温度を６００℃以下にすることによりリラクセーションを改善したことを特徴とする請求項１に記載のＰＣ鋼棒。
【請求項３】
誘導加熱又は直接通電加熱により焼入れ温度に急速加熱、急冷して焼入れされた後、誘導加熱又は直接通電加熱により焼戻し温度に加熱保持後、急速冷却して焼戻しされた連続熱処理ＰＣ鋼棒において、焼戻し温度に保持後、予備冷却を行って６００℃以下の温度まで冷却し、６００℃以下の温度から急冷することによりリラクセーションを改善したことを特徴とする請求項１に記載のＰＣ鋼棒。
【請求項４】
引張り強さ１０３０Ｎ／ｍｍ２　以上において１０００ｈｒリラクセーション値が３％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＰＣ鋼棒。
【請求項５】
誘導加熱又は直接通電加熱により焼入れ温度に急速加熱、急冷して焼入れした後、誘導加熱又は直接通電加熱により焼戻し温度に加熱保持後、急速冷却して焼戻しするＰＣ鋼棒の連続熱処理において、焼戻し温度に保持後の急冷の開始温度を下げることによりリラクセーションを改善することを特徴とするＰＣ鋼棒の連続熱処理方法。
【請求項６】
誘導加熱又は直接通電加熱により焼入れ温度に急速加熱、急冷して焼入れした後、誘導加熱又は直接通電加熱により焼戻し温度に加熱保持後、急速冷却して焼戻しするＰＣ鋼棒の連続熱処理において、焼戻し温度に保持後の急冷の開始温度を６００℃以下にすることによりリラクセーションを改善することを特徴とする請求項５に記載のＰＣ鋼棒の連続熱処理方法。
【請求項７】
誘導加熱又は直接通電加熱により焼入れ温度に急速加熱、急冷して焼入れした後、誘導加熱又は直接通電加熱により焼戻し温度に加熱保持後、急速冷却して焼戻しするＰＣ鋼棒の連続熱処理において、焼戻し温度に保持後、予備冷却を行って６００℃以下の温度まで冷却し、６００℃以下の温度から急冷することによりリラクセーションを改善することを特徴とする請求項５に記載のＰＣ鋼棒の連続熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリラクセーション値を改善したＰＣ鋼棒及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波により急速短時間加熱する焼入れ焼戻し熱処理は、通常の炉加熱による熱処理に比して高強度で高い靭性が得られることから、ＰＣ鋼棒の製造に高周波加熱による焼入れ焼戻しの連続熱処理が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来からＰＣ鋼棒においてはリラクセーション値の向上が課題であり、この改善については多くの研究がされている。
【０００４】
ＰＣ鋼棒の連続熱処理においては、時間を短縮するために焼戻し温度に加熱保持後にただちに急冷を行っているが、焼戻し温度は鋼種と強度規格によって異なる。例えば焼戻し温度が６２０〜６５０℃の鋼種では焼戻し後の急冷開始温度は６００℃以下になるが、同一ラインで熱処理する場合、焼戻し温度が７００〜７２０℃の鋼種では焼戻し後の急冷開始温度は６７０℃にもなる。発明者らは、このように焼戻し後の急冷開始温度が高くなることがＰＣ鋼棒のリラクセーション値が低下する原因であることを見出だした。
【０００５】
発明者らはさらに研究の結果、焼戻し後の急冷開始温度とリラクセーション値には相関関係があり、前記の鋼種だけでなく、すべての鋼種において焼戻し後の冷却における急冷開始の温度を下げることによりリラクセーション値が改善できることを見出だした。
【０００６】
そこで、連続熱処理装置において焼戻し後の急冷開始の温度を下げるために、焼戻し加熱手段の出口と急冷手段との距離を大きく取ることにより焼戻し加熱後の放冷時間を長くして、急冷開始の温度を下げることによりリラクセーション値の改善を図ることができた。
【０００７】
しかし、こうすると連続熱処理装置では長い冷却距離が必要になり、とくに鋼棒の径が大きくなるとこの距離は一層大きくなり、設備的に巨大化するという問題点がある。
【０００８】
本発明は焼戻し後の急冷開始の温度を下げることによりリラクセーションを改善し、また従来の連続熱処理設備と同じ大きさの設備で急冷開始の温度を下げることによりリラクセーションを改善したＰＣ鋼棒の連続熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このために焼戻し温度に加熱後の冷却において、通常の急冷開始前に予備冷却を行い、急冷開始温度を下げて冷却を行うことにより、現有設備のままラインを延長することなくリラクセーション値を改善することができることを見出だしたものである。
【００１０】
すなわち本発明のリラクセーションを改善したＰＣ鋼棒とその連続熱処理方法は、誘導加熱又は直接通電加熱により焼入れ温度に急速加熱、急冷して焼入れした後、誘導加熱又は直接通電加熱により焼戻し温度に加熱保持後、急速冷却して焼戻しするＰＣ鋼棒の連続熱処理において、焼戻し温度に保持後の急冷の開始温度を下げることによりリラクセーションを改善したことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のリラクセーションを改善したＰＣ鋼棒とその連続熱処理方法は、誘導加熱又は直接通電加熱により焼入れ温度に急速加熱、急冷して焼入れした後、誘導加熱又は直接通電加熱により焼戻し温度に加熱保持後、急速冷却して焼戻しするＰＣ鋼棒の連続熱処理において、焼戻し温度に保持後の急冷の開始温度を６００℃以下にすることが望ましい。
【００１２】
また本発明のリラクセーションを改善したＰＣ鋼棒とその連続熱処理方法は、誘導加熱又は直接通電加熱により焼入れ温度に急速加熱、急冷して焼入れした後、誘導加熱又は直接通電加熱により焼戻し温度に加熱保持後、急速冷却して焼戻しするＰＣ鋼棒の連続熱処理において、焼戻し温度に保持後、予備冷却を行って６００℃以下の温度まで冷却し、６００℃以下の温度から急冷することが熱処理ラインを長くしないで処理するために望ましい。
【００１３】
すなわち、前述のように焼戻し後に放冷のような徐冷を行って温度を低下させた後急冷を行うことによりリラクセーション値を改善することもできるが、連続熱処理の場合室温まで放冷することは場所的に困難である。そこで実験の結果、常温まで放冷しなくても６００℃以下まで冷却した後急冷してリラクセーションが改善するものである。
【００１４】
そのために、焼戻し後の急冷前に予備冷却を行って６００℃以下まで冷却することにより焼戻し加熱手段と急冷手段の間の距離を変えることなく、前記の効果が得られる。この温度は望ましくは５５０℃以下、さらに望ましくは５００℃以下である。
【００１５】
上記本発明の方法により、引張り強さ１０３０Ｎ／ｍｍ２　以上において１０００ｈｒリラクセーション値が３％以下のＰＣ鋼棒を容易に得ることができる。なお、ここでいうＰＣ鋼棒には鋼線を含むものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリラクセーションを改善したＰＣ鋼棒の製造方法の実施形態について説明する。図１は本発明と従来の焼戻し方法の工程を比較した図、図２は本発明と従来の焼戻し方法の冷却曲線を示す図、図３は本発明実施形態の製造に用いた装置を説明する図である。
【００１７】
まず図１を用いて本発明と従来の焼戻し方法の差異を説明をする。図１（ａ）は本発明の方法、図１（ｂ）は従来の工程を示す。図１（ｂ）の従来法では、素材は焼入れ温度に加熱後急冷して焼入れされ、連続して焼戻し温度に加熱保持した後急冷される。このために従来の工程では、焼戻し後の急冷開始温度が６００℃を超えた。
【００１８】
これに対して図１（ａ）の本発明の方法は、焼入れは従来と同様であるが、焼戻しの際に焼戻し温度に加熱保持した後予備冷却を行った後に急冷する。それにより焼戻し後の急冷開始温度を６００℃以下にする点で異なる。
【００１９】
以下、これについて具体的に説明する。本発明実施形態の製造に用いた装置は、図３に示すように被加工鋼線又は鋼棒（以下ワークという）Ｗを導入するピンチロール１の下流に焼入加熱コイル２が配設され、ワークを所定温度に急速加熱する。焼入加熱コイル２の下流に焼入冷却ジャケット３が配列され、急冷されて焼入れされる。その後、焼戻加熱コイル４により焼戻し温度に加熱されて予備冷却ジャケット５により予備冷却された後、焼戻冷却ジャケット６により急冷されて焼戻しされる。こうして焼入れ、焼戻しされたワークＷはピンチロール７により送り出される。従来の装置では予備冷却ジャケット５が設けられていない。
【００２０】
［予備試験］
まず焼戻し後の急冷前の温度の影響を調査するために、各種の鋼種について焼戻し後の急冷開始温度とリラクセーション値との関係を求める予備試験を行った。予備試験は４８ＳｉＣｒ，１．７％Ｓｉ，２．０％Ｓｉ，及び２．５％Ｓｉ鋼の４鋼種について、それぞれＪＩＳ規格Ｂ種１号、Ｃ種１号の熱処理を行った。試験は前記図３の装置から予備冷却手段５を除いた従来の高周波連続熱処理装置を使用し、焼戻加熱コイル４から焼戻冷却ジャケット６までの距離を変えることにより焼戻し加熱から急冷開始までの放冷時間を変化させて、焼戻冷却ジャケット６に入る急冷開始の温度を変化させた。その結果を図４に示す。
【００２１】
図４の結果から、焼戻し加熱後の急冷開始温度とリラクセーション値には相関関係があってほぼ同一線上にプロットされ、、急冷開始温度が低いほどリラクセーション値が改善されることが判った。４８ＳｉＣｒにおいては従来熱処理による鋼棒のリラクセーション値が３．７％であるのに対し、急冷開始温度を下げることにより、３〜１．５％まで改善された。この傾向はいずれの鋼種においても同様であった。この原因は急冷開始温度が高いほど転位が常温においてより非平衡な状態のまま固定されて常温まで冷却されるために、転位が移動しやすくリラクセーション値が大きくなるものと考えられる。
【００２２】
また、図４から４８ＳｉＣｒ鋼でＪＩＳＢ種ＰＣ鋼棒を熱処理する場合も、従来方法の焼戻し後急冷開始温度が６００℃ではリラクセーション値が約４％であったものが、急冷開始温度を５００℃にすることによりリラクセーション値が約１％に改善することができた。
【００２３】
上記の結果から、焼戻し加熱後の急冷開始温度が低いほどリラクセーション値が改善されることが判ったが、実際の連続熱処理装置においては放冷によって急冷開始温度を下げることは装置の長さが長くなり困難である。そこで本発明者らは従来の急冷手段の前に予備冷却手段を設けることにより急冷開始温度を下げることを考慮し、それによっても同一の効果が得られないかどうかを試験することとした。そこで、従来の熱処理装置に図３の予備冷却手段５を設けた。
【００２４】
図２に本発明と従来方法の熱処理の際の加熱冷却曲線を示す。図中Ａ，Ｂ，Ｃ…の記号は図３の装置の同記号の位置を示す。すなわち、ワークＷは焼入加熱コイル２のＡ−Ｂ間で焼入れ温度ｂに急速加熱された後、Ｂ−Ｃ間で均熱され焼入冷却ジャケット３のＣ−ＤでＭｆ温度以下の温度ｄまで急冷される。この温度曲線は本発明も従来工程も同様である。
【００２５】
焼入れされたワークＷは焼戻加熱コイル４のＥ−Ｆで焼戻し温度ｆまで加熱され、従来の予備冷却ジャケット５のない場合は破線で示すようにＦ−Ｊ間で温度ｊ´まで低下した後、温度ｊ´から焼戻冷却ジャケット６により室温ｋまで急冷される。このために図に示すように焼戻し温度を７００℃にした場合は、焼戻冷却ジャケット６の入口温度は６００℃を超える。
【００２６】
これに対し本発明の方法では、ワークＷは焼戻加熱コイル４のＥ−Ｆで焼戻し温度ｆまで加熱された後、予備冷却ジャケット５により冷却されて温度ｇからｈまで低下し、さらに温度ｊまで低下した後、焼戻冷却ジャケット６に入って温度ｊから急冷却され室温近辺の温度ｋまで冷却される。したがって、図の実線で示すように焼戻し温度を７００℃にした場合も、焼戻冷却ジャケット６の入口温度は５５０℃以下にすることができた。このように、従来の装置で予備冷却を実施して焼戻し後の急冷開始温度を下げることができるので、従来のラインの長さのままでラインスピードのアップが可能になる。
【００２７】
［実施例１］
従来設備と上記図３の本発明設備を使用し、表１に示す成分の４８ＳｉＣｒ鋼のφ１７ｍｍの鋼材を用いて本発明と従来方法についてＣ種１号の強度で比較試験した。試験結果を図５〜７に示す。図５は熱処理温度、図６は引張試験結果、図７はリラクセーション試験結果を示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
図５の熱処理温度は、従来方法では焼戻冷却ジャケットの入口温度が６２５℃であったが、本発明方法では５７６〜５８４℃に低下した。その結果図６の引張試験値はほぼ同等であったが図７のリラクセーション値は大幅に改善され、１０００時間値で従来方法では３．７％が本発明方法では２．７％となった。
【００３０】
この結果は前記図４の予備試験のリラクセーション値の同一線上にあり、予備冷却を行って温度を下げても放冷で得られた結果と同等の効果が得られることが判った。これにより、場所的に設備間を延長しないでリラクセーション値を改善することができた。すなわち、従来のラインの長さのままでラインスピードのアップが可能になる。
【００３１】
［実施例２］
実施例２は表２に示す成分の２．０％Ｓｉ鋼のφ１７ｍｍの鋼材を用いて本発明と従来方法についてＢ種１号の強度で比較試験した。２．０％Ｓｉ鋼でＪＩＳ規格Ｂ種１号の熱処理を行うと焼戻し温度が高くなるため、焼戻し後の急冷開始温度も高くなりリラクセーション値が著しく悪くなる。本発明はこれを改善するものである。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
試験結果を図８〜図１１に示す。図８は熱処理温度、図９は引張試験結果、図１０はリラクセーション試験結果、図１１は試験結果における焼戻し加熱後の急冷開始温度とラクセーション値との関係を示す。
【００３４】
図８において、焼戻冷却ジャケットの入口温度が従来方法では５４３〜５６８℃であったが予備冷却を行う本発明方法では４６８℃に低下した。その結果図９の引張試験値はほぼ１１００Ｎ／ｍｍ２　で同等であったが、図１０のリラクセーション値は大幅に改善され、１０００時間値で従来方法では４．１〜９．１％が本発明方法では２．４％となった。このように本発明方法によれば、引張り強さ１０８０Ｎ／ｍｍ２　以上において１０００ｈｒリラクセーション値を３％以下にすることができる。なお、ここで記述しないが、ＪＩＳ規格Ａ種の引張り強さ１０３０Ｎ／ｍｍ２　においても１０００ｈｒリラクセーション値３％以下を得られることを確認した。
【００３５】
上記結果から、焼戻加熱コイルと焼戻冷却ジャケットの間で予備冷却することによりリラクセーション値を改善できることが判った。図１１の急冷開始温度とリラクセーション値の関係は、前記図４の予備試験のリラクセーション値と同一線上にある。これにより予備冷却を行って温度を下げても放冷で得られた結果と同等の効果が得られることが判った。このように予備冷却を実施することにより、装置の設備間を延長しないで従来のラインの長さのままでリラクセーション値を改善することができ、ラインスピードのアップが可能になる。
【００３６】
以上述べたように本発明のＰＣ鋼棒とその連続熱処理方法は、誘導加熱又は直接通電加熱により焼入れした後、誘導加熱又は直接通電加熱による焼戻しの際に、焼戻し温度に加熱後の急冷開始温度を６００℃以下に低下させることにより、リラクセーションを大幅に改善するものである。
【００３７】
連続熱処理においては、焼戻し温度に加熱後放冷によりこのような温度低下を行うことは困難である。本発明は、焼戻し温度に加熱後に予備冷却した後急冷することにより、焼戻し加熱手段と急冷手段の間の距離を変えることなく、６００℃以下まで低下させて急冷手段に入れることができ、前記の効果が容易に得られるものである。
【００３８】
このように予備冷却を実施し、焼戻し後の急冷開始温度を下げることにより、現有の設備のラインのままでリラクセーション値が改善され、かつスピードアップが可能になる。
【００３９】
また、各種の鋼種、強度においてもＰＣ鋼棒規格値の４以下のリラクセーション値が得られるので、ＪＩＳ規格のＢ種とＣ種に同一の鋼種を使用することができる。したがって在庫管理が容易になり仕掛りを減してコストを低減できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＰＣ鋼棒の連続熱処理方法は、焼戻し温度に加熱後の急冷開始温度を６００℃以下するという簡易な方法でリラクセーション値を改善することができる。また、焼戻し温度に加熱後に予備冷却により６００℃以下まで冷却した後急冷しても同様の効果が得られる。このためＰＣ鋼棒の性能向上ができ、コスト低減と用途の開拓ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明と従来方法の工程を比較した図である。
【図２】本発明と従来方法の加熱冷却曲線を示した図である。
【図３】本発明実施形態に使用した熱処理装置を示した図である。
【図４】焼戻し後の急冷開始温度とリラクセーション値との関係を示した図である。
【図５】実施例１の温度条件を示した表である。
【図６】実施例１の引張試験結果を示した表である。
【図７】実施例１のリラクセーション試験結果を示した表である。
【図８】実施例２の温度条件を示した表である。
【図９】実施例２の引張試験結果を示した表である。
【図１０】実施例２のリラクセーション試験結果を示した表である。
【図１１】実施例２の焼戻し後の急冷開始温度とリラクセーション値の関係を示した図である。
【符号の説明】
Ｗ　ワーク（被加工鋼線又は鋼棒）、１　ピンチロール、２　焼入加熱コイル、３　焼入冷却ジャケット、４　焼戻加熱コイル、５　予備冷却手段　６　焼戻冷却ジャケット、７　ピンチローラ
【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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【図９】
2004043843.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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