(57)【要約】【課題】  被熱処理材の熱処理前形状に応じて拘束力を調整し、しかも短時間の冷却においても均一な温度分布が得られる深冷処理を行って、平坦度の高い深冷処理鋼板を得る。【解決手段】  被処理鋼板１の上下に金属製定盤２と該金属定盤２の外側に均一冷却用金属製角パイプ３を配し、前記上下の冷却用金属製角パイプ３間に、コイルばね８で１００ｋｇ／ｍ2以上に調整した面圧を付加した状態で、１０℃／時以下の冷却速度で冷却して深冷処理する。  被処理鋼板１は定盤から調整された面圧を受けることで冷却前に平坦に矯正され、深冷時、均一冷却用金属製角パイプ３内に充満された冷媒によって被処理鋼板１は均一に冷却され、全体が同時にマルテンサイト変態するため、歪みが残存せずに平坦な深冷処理鋼板が得られる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理板の上下に金属製定盤と該金属定盤の外側に均一冷却用金属製角パイプを配し、前記上下の均一冷却用金属製角パイプ間に１００ｋｇ／ｍ2以上の面圧を付加した状態で、１０℃／時以下の冷却速度で冷却し深冷処理することを特徴とする深冷処理用鋼板の深冷処理方法。
【請求項２】
被処理板を挟む上下の定盤、該定盤の外側に配された均一冷却用金属製角パイプ、該均一冷却用金属製角パイプの外側に配された金属製角材、および該金属製角材間を連結する金属製ボルト、金属製コイルばね並びにナットを備えていることを特徴とする深冷処理用拘束治具。
【請求項３】
下側の金属製角材は、中空金属製パレットの中空内に配されている請求項２に記載の深冷処理用拘束治具。
【請求項４】
金属製定盤がステンレス鋼製であり、均一冷却用金属製角パイプがアルミニウム合金製である請求項２又は３に記載の深冷処理用拘束治具。
【請求項５】
金属製ボルト，金属製コイルばねおよびナットがステンレス鋼製であり、金属製パレットがアルミニウム合金製である請求項２〜４のいずれかに記載の深冷処理用拘束治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深冷処理用鋼板を深冷処理する方法およびそのための拘束治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
深冷処理は、特殊鋼やステンレス鋼のオーステナイト相をマルテンサイト変態させる熱処理法である。用途を拡大するため、焼入れ後の組織を安定化し、強度や高度の向上を目的として採用されている。そして、一般的には−５０℃以下の温度で熱処理されている。
また、例えば特許文献１，２等には、深冷処理に適したステンレス鋼材も提案されている。しかしながら、深冷処理に適した鋼材であっても、板材を裸のままで深冷処理しようとすると、オーステナイト相がマルテンサイト相に変態する際の体積膨張に伴う応力で形状が変化してしまう。
そこで、特許文献３では、深冷処理時の変形を防止するために、被処理鋼板を、当該鋼板よりも広い面積をもち比較的厚肉の平坦なステンレス鋼板の間に挟み、いわゆる拘束状態で処理することも提案されている。
【特許文献１】特開昭６３−２９３１４３号公報
【特許文献２】特開平４−２１４８４２号公報
【特許文献３】特公平６−７８５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、深冷処理を施すような特殊鋼やステンレス鋼は一般に硬質であるために、プレスプレートや板バネあるいはラッピングキャリア材等、平坦な板形状に矯正後に深冷処理されて使用されている。
上記特許文献３に記載の技術では、拘束用鋼板として板厚が厚いものを用いると拘束用鋼板自身の重量で処理前の被処理板の形状を平坦に矯正できるものの、深冷処理時に不均一冷却が生じ、マルテンサイト変態が均一に進行しないことがある。この現象は、処理後の被処理板の平坦度が却って悪化することがあることからも判る。
このため、冷却速度を遅くし、深冷下での浸漬時間を長くする等の対策が必要になって、コストアップを招いている。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、被熱処理材の熱処理前形状に応じて拘束力が調整でき、しかも短時間の冷却においても均一な温度分布が得られる深冷処理方法およびそのための拘束治具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】
【０００４】
本発明の深冷処理用鋼板の深冷処理方法は、その目的を達成するため、被処理板の上下に金属製定盤と該金属定盤の外側に均一冷却用金属製角パイプを配し、前記上下の均一冷却用金属製角パイプ間に１００ｋｇ／ｍ2以上の面圧を付加した状態で、１０℃／時以下の冷却速度で冷却し深冷処理することを特徴とする。
このような深冷処理を行うための拘束治具は、被処理板を挟む上下の定盤、該定盤の外側に配された均一冷却用金属製角パイプ、該均一冷却用金属製角パイプの外側に配された金属製角材、および該金属製角材間を連結する金属製ボルト、金属製コイルばね並びにナットを備えていることを特徴とする。
上記拘束治具の下側の金属製角材は、中空金属製パレットの中空内に配されていてもよい。
金属製定盤はステンレス鋼製であり、冷却用金属製角パイプはアルミニウム合金製であることが好ましい。さらに、金属製ボルト，金属製コイルばねおよびナットもステンレス鋼製とし、金属製パレットをアルミニウム合金製とすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００５】
本発明では、被熱処理板は平坦な定盤間に挟まれ、しかもその外側に配された金属製角パイプおよび金属製角材で押圧された状態で拘束されるために、熱処理を受ける前に板材は平坦に矯正される。また、金属製角パイプが使用されるため、深冷処理時、均一冷却用の金属製角パイプ内に冷媒が充満される形態となり、被熱処理材はいずれの位置においても一定の速度で冷却される。このため、マルテンサイト変態も各部位で同時に起こり、深冷処理時に平坦性が損なわれることもない。ボルト・ナットで拘束する際、金属製コイルばねを介在させることにより、被熱処理材の素材形状に応じた拘束力を付与することができ、効率的に比熱処理材の矯正を行うことができる。
以上のように、本発明により、平坦形状で用いられる深冷処理鋼板の矯正および熱処理の作業が短時間に効率的に行え、しかも平坦度に優れる深冷処理鋼板が低コストで得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明者等は、特許文献３で提案された定盤で挟んだ形態での深冷処理法の問題点を検討した。その過程で、矯正のために定盤として必要以上に厚肉板を用いずに面圧を付加すること、冷媒の均一供給のために金属製角パイプを用いることに到達した。
その具体的態様を図１に基づいて説明する。
アルミニウム合金製の中空材からなるパレット９上に所定板厚のステンレス鋼製の定盤２−１を載置する。定盤２−１の厚さは、被熱処理鋼板の板厚にもよるが、被熱処理鋼板の２倍程度で十分である。定盤２−１の上に１ｍｍ厚で２０ｍｍ角の所要長さのアルミニウム合金製角パイプ３−１を敷き詰める。角パイプ３−１上に上記定盤２−１と同じ定盤２−２を載置する。この定盤上２−２に所要枚数積層した被熱処理鋼板１−１と、定盤２−２と同じ定盤２−３と、角パイプ３−１と同じアルミニウム合金製角パイプ３−２を敷き詰めて積み重ねる。
【０００７】
角パイプ３−１，定盤２−２，被熱処理鋼板１−１，定盤２−３および角パイプ３−２を１セットとし、同様に次の角パイプ３−２，定盤２−４，被熱処理鋼板１−２，定盤２−５および角パイプ３−３からなる２セットを積み重ねる。必要に応じて次のセットを順次積み重ねた後、アルミニウム合金製角パイプ３−３の上に、両端にボルト挿通孔を有するステンレス鋼製角材４−２を複数本載置する。
パレット９内に挿入配置したステンレス鋼製角材４−１と上記ステンレス鋼製角材４−２の間にステンレス鋼製ボルト５を挿通し、ステンレス鋼製ワッシャー６およびステンレス鋼製コイルばね８を介してステンレス鋼製ナット７を装着して任意の面圧で被熱処理材１−１，１−２を定盤２−２，２−３，２−４間に拘束する。
【０００８】
上記態様では、下側のステンレス鋼製角材４−１はパレット９内に挿入配置されているが、必ずしもパレット９は必要ではない。すなわち、パレット９を配置することなく、並べられた複数本のステンレス鋼製角材４−１上に、直接最下部の定盤２−１を載置してもよい。
また、上記態様では、角パイプの材質としてアルミニウム合金を用い、他の部材としてステンレス鋼を用いている。角パイプにアルミニウム合金を用いたのは、熱伝達係数と強度のバランスを考慮したものであり、他の部材にステンレス鋼を用いたのは、加熱冷却を繰り返しても、表面酸化を含めて変形が少ないことを考慮したものである。上記機能・作用を有するものであれば、アルミニウム合金やステンレス鋼に限られる必要はない。
【０００９】
被熱処理材は、平坦な定盤間で任意の面圧で押圧される形態となるため、反り等の変形があったとしても、平坦に矯正される。
この際、矯正される被熱処理材の強度を考慮すると、定盤で押圧する圧力は、面圧１００ｋｇ／ｍ2以上にする必要がある。面圧が１００ｋｇ／ｍ2に満たないと矯正が不充分になって、深冷処理後に反りが残存した鋼板となる。
面圧の調整は、ステンレス鋼製ボルトに挿通したステンレス鋼製コイルばねの締め付け圧によって調整できる。
【００１０】
平坦に矯正された被熱処理材は、治具で拘束されたまま深冷処理液に浸漬して冷却される。この際、被熱処理材全体が同時に一様にマルテンサイト変態するように、比較的遅い冷却速度で冷却することが好ましい。１０℃／時を超えるような早い冷却速度で冷却すると、被熱処理材の部位のよってマルテンサイト変態する時間的な差異が生じて、歪みが残存し、拘束を開放したときに反りとして現れることがある。このため、冷却時の冷却速度は１０℃／時以下とする。具体的には、プログラム温度調節器と液体窒素の噴射電磁バルブを用い、２０℃から−７０℃までを７．５℃／時で冷却し、電磁バルブが開となったときに噴射される液体窒素の気化時の抜熱を利用して深冷処理を行なう。また、冷媒としてはフロン系の冷却ガスを用いた低温冷蔵庫も使用され、プログラム温度調節器当を用いて１０℃／時以下の冷却後、−７０℃に保温される。深冷処理温度は、高すぎると硬質化を図るためのマルテンサイト相の生成量が少なくなり、また低すぎると原子の熱振動が抑制され、かえってマルテンサイト相の生成量が少なくなる場合がある。したがって、深冷処理の均熱温度は−５０〜−９０℃が好ましい。
さらに、マルテンサイト相に変態させるための変態速度は、温度が低いほど遅くなる。このため、深冷処理の均熱時間に関しては長い方が好ましい。マルテンサイト変態を十分に行なわせ、安定した硬さを得るには０．５時間以上の均熱時間が必要であり、できれば２時間以上が好ましい。
【００１１】
ところで、本発明は、深冷処理によりマルテンサイト変態する鋼種に適用されるが、平坦度が要求される用途では、耐食性も要求される場合も多いことから、深冷処理によりマルテンサイト変態するステンレス鋼に適用することが好ましい。
このようなステンレス鋼としては、Ｃ：０．０９〜０．１７質量％、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：１．５質量％以下、Ｎｉ：４．０〜７．０質量％、Ｃｒ：１４．０〜１７．０質量％、Ｎ：０．１０質量％以下、Ｂ：０．００１〜０．０１０質量％を含有し、残部が実質的にＦｅから成る、準安定組成の成分を有するものが好ましい。
【００１２】
また、焼鈍の後深冷処理の前にあっては矯正のための変形が行いやすいように比較的軟質で、深冷処理後は変形し難く摩耗しないように高強度・高硬度化するものが望まれる。
このような観点から、本発明者等は、種々の成分による実験を行い、データを解析した結果、焼鈍後の硬さレベルを表す指標としてＡＨＶ値及び深冷処理後の硬さレベルを表す指標としてＳＨＶ値を見出し、別途出願している。
すなわち、含有成分の質量比で下記（１）式で定義されるＡＨＶ値が２５０以下になるように、しかも下記（２）式で定義されるＳＨＶ値が３５０以上になるように成分調整されたステンレス鋼にあっては、深冷処理の前の矯正が行いやすく、深冷処理後に高強度・高強度を呈するステンレス鋼が得られる。
AHV値＝985‐135C‐14Si‐30Mn‐43Ni‐29Cr‐265N    ・・・（１）
SHV値＝1882‐255C‐43Si‐101Mn‐70Ni‐55Cr‐921N  ・・・（２）
本発明も、上記のような深冷処理用ステンレス鋼に適用することが好ましい。
【実施例】
【００１３】
次に本発明を実施例によって具体的に説明する。
深冷処理を施すステンレス鋼板として、表１に示す成分組成を有する板厚１．５ｍｍの冷延焼鈍板を用いた。またそのサイズは１０００ｍｍ×１０００ｍｍとした。
深冷処理用の拘束治具として、図１に示す形状の各構成部材を、２セットの処理態様で用いた。そして、パレット９として、３ｍｍ厚で１２０ｍｍ高さ×１０５０ｍｍ×１０５０ｍｍのアルミニウム合金製中空体を、均一冷却用アルミニウム製角パイプ３として、１ｍｍ厚で２０ｍｍ角×１０００ｍｍ長さのパイプを、ステンレス鋼製定盤２として、３ｍｍ×１０００ｍｍ×１０００ｍｍの板体を、さらにステンレス鋼製角材４として、２ｍｍ厚で５０ｍｍ×１００ｍｍ角×１１２０ｍｍ長さの角パイプを使用した。
【００１４】
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【００１５】
図１に示すように、被処理鋼板１を２０枚積み重ねたものを１セットとして、ステンレス鋼製定盤間に挟み、上下のステンレス鋼製角材４−１，４−２の両端に設けた孔に１０ｍｍφのステンレス鋼製ボルト５を通し、下側ステンレス鋼製角材４−１の下部をナット７で固定した後、上側ステンレス鋼製角材４−２の上部にステンレスワッシャー６，ステンレス鋼製コイルばね８およびステンレス鋼製ワッシャーを順次装着した後、最後にステンレス鋼製ナットを装着して、任意の面圧を付加して被処理鋼板を拘束した。
【００１６】
その後、治具で拘束された被処理材を治具とともに、−７０℃に任意の冷却速度で冷却し、６時間の深冷処理を施した後に室温に戻し、定盤上に被処理材を載置して深冷処理板の最大反り量を測定した。
比較のため、均一冷却用アルミニウム製角パイプ３を用いずに処理したものについても、深冷処理板の最大反り量を測定した。
均一冷却用アルミニウム製角パイプの有無，拘束面圧，冷却速度および深冷処理条件と深冷処理板の最大反り量との関係を表２に示す。
【００１７】
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【００１８】
試験Ｎｏ．１，２は、均一冷却用の角パイプを用いなかった例である。いずれの拘束力でも深冷処理後の平坦度が劣っている。また、試験Ｎｏ．３，４は、均一冷却用の角パイプは使用しているが、拘束力が低かったり、冷却速度が速くなったりしているため、深冷処理後の平坦度が劣っている。
これに対して、本発明で規定している条件を満たす試験Ｎｏ．５〜７では、深冷処理後、平坦度がよい鋼板が得られていた。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】深冷処理用拘束治具の分解組立て図
【図２】深冷処理用拘束治具を組立てたときの（ａ）正面図および（ｂ）側面図
【符号の説明】
【００２０】
１，１−１，１−２：被処理鋼板      ２，２−１，２−２，２−３，２−４，２−５：定盤      ３，３−１，３−２，３−３：均一冷却用角パイプ      ４，４−１，４−２：角材      ５：ボルト      ６：ワッシャー      ７：ナット      ８：コイルばね
【図１】
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【図２】
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