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【発明の名称】 細粒化金属板材の製造方法
【発明者】 【氏名】吉田 剛

【氏名】岸原 重樹

【氏名】宿輪 新吾

【氏名】森下 芳行

【氏名】羽矢 宏治

【氏名】谷口 易之

【要約】 【課題】能率向上のため複数体の金属板材を同時に細粒化熱処理すると共に、その際、不所望な歪みの残留を抑制するため熱歪の発現し難い態様で複数体の金属板材を纏める。

【構成】金属板材の出発資材10の複数体を溶接13で繋ぎ合わせて筒体14の形に仮組し、誘導子15及び放水子17を筒体14の外側に配置して相対走行させながら急熱と急冷とを筒体14に適用するという細粒化熱処理の単位操作を一回ないし複数回行い、細粒化熱処理を適用した筒体14から複数個の細粒化金属板材製品11を切り取る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属板材に誘導加熱による相変態温度域への急熱とこれに続く急冷とを適用して組織を細粒化させる細粒化熱処理操作を含む細粒化金属板材の製造方法であって、
金属板材の単板または該単板を截取できる寸法形状の面部分を複数面有する一軸折曲げ体の一方もしくは双方を出発資材として該出発資材の複数体を溶接で繋ぎ合わせて筒体の形に仮組し、該筒体をその軸線方向に貫く磁束の生じる誘導子を該筒体の外側に配置し該誘導子に交番電流を通電して行う誘導加熱とこれに続く加熱部の急冷とを前記誘導子ならびに前記急冷のための冷却手段に対して前記筒体を相対走行させながら適用することを以て該筒体に対する前記細粒化熱処理の単位操作を構成し、該単位操作を一回ないし複数回適用した筒体からの截取によって細粒化金属板材製品を得る、ことを特徴とする細粒化金属板材の製造方法。
【請求項2】
前記単板は全域に亘って平たい平板であることを特徴とする請求項1記載の細粒化金属板材の製造方法。
【請求項3】
前記単板は、平板の対向する二辺が鈍角折曲げされた形状の縁付き平板である、ことを特徴とする請求項1記載の細粒化金属板材の製造方法。
【請求項4】
前記一軸折曲げ体は、「V字」ないし「L字」形状に折曲げられている、ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載された細粒化金属板材の製造方法。
【請求項5】
前記一軸折曲げ体は「コの字」形状に折曲げられている、ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載された細粒化金属板材の製造方法。
【請求項6】
前記筒体からの製品の截取をレーザカッターを用いて行う、ことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れかに記載された細粒化金属板材の製造方法。
【請求項7】
前記誘導加熱を、前記誘導子に商用交流周波数の交番電流を通電して行う、ことを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れかに記載された細粒化金属板材の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
この発明は、細粒化熱処理操作を含む細粒化金属板材の製造方法に関し、詳しくは、誘導加熱による相変態温度域への急熱とこれに続く急冷とを金属板材に適用することによりその金属板材の組織を細粒化させる技術に関する。
【背景技術】
【0002】
鋼の熱処理に関してAc3直上に急熱しこれに続いて急冷する熱処理を繰返し施す処理法により超微細粒鋼材が得られることや結晶粒を微細化すれば強度・靱性が共に上昇することが知られており(例えば非特許文献1参照)、それが金型や熱延鋼帯に応用されている(例えば特許文献1〜3参照)。
鋼製の金型の場合(例えば特許文献1参照)、金型の表面に、オーステナイト化温度域とマルテンサイト変態温度域とを往復させる急熱と急冷を複数回繰返して、微細な細粒層を形成することにより、硬さと靱性を両立させており、そのうち特に靱性については、比較的鈍い切欠に関するシャルピー衝撃値の向上ばかりか、鋭い切欠に関する破壊靱性も向上している。急熱は高周波誘導加熱で、急冷は水冷で、具現化されている。
【0003】
熱延鋼帯の場合(例えば特許文献2,3参照)、鋼帯を長手方向に移動させながら急熱および急冷を繰返すことにより結晶粒の微細化が進められる。その際、急熱はオーステナイト化を目標に高周波誘導加熱で行われ、急冷はマルテンサイト変態を目標に水冷で行われている。また、鋼帯の送りには、往復移動もあれば(例えば特許文献2)、一方向移動もあるが(例えば特許文献3)、何れも(特許文献2,3)、移動中の鋼帯に対し熱処理に加えて圧延と巻取も行うようになっている。
【0004】
【非特許文献1】鋼の熱処理 改訂5版 80頁 「2・5・8 超微細化処理による強化」 社団法人日本鉄鋼協会編 丸善株式会社発行(昭和44年10月1日)
【特許文献1】特開平6−315752号公報 (第1〜2頁、図6)
【特許文献2】特開2002−066605号公報 (第1頁、図1)
【特許文献3】特開2004−099984号公報 (第1頁、図2)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
[特許文献4] 特願2005−174740号
ところで、有限長の鋼板についても結晶粒微細化処理により高硬度を維持しつつ破壊靱性を高めたいという要請があるが、鋼板のほぼ全体を熱処理する場合、鋼板が長いと、金型のように全域を一気に熱処理するのは誘導子や高周波電源の大型化を伴うのでコストが嵩むため、鋼板を長手方向に移動させながら熱処理を繰返すという熱延鋼帯の手法を採用することが思い浮かぶ。ところが、有限長の鋼板では多くの場合、コイラーに掛かるほど薄くはなく又長くはないので、巻き取ることができない。
【0006】
また、巻取では、圧延と同様に、鋼帯が緊張状態で設備に載荷されていることから、熱処理時における鋼帯と誘導子の間の距離(クリアランス)が殆ど変動しないので熱処理装置がクリアランス変動対策を特には講じていない標準的なもので足りるという利点がある一方、内部応力を残留させる傾向が生じる。
このため、従来手法をそのまま採用するのでなく、熱処理のため鋼板を長手方向に移動させるに際して鋼板をできるだけ自由な状態に保つことが求められる。そして、そのような保持手段としては、鋼板を両端で支承することが考えられる。
【0007】
しかしながら、鋼板を長手方向の両端から曲り許容状態で保持した場合、長い鋼板が横になっていると、自重に起因して中央部分には大きな曲げ応力が生じる。
また、自由状態では反りや捩れ等の曲り変形が許容されるため、曲り方によっては鋼板と誘導子との距離が不所望なまで大きく変動することもある。
しかも、そのような不所望な変形が熱処理の度に生じるので、熱処理が複数回に亘ると、鋼板は次段の熱処理や熱処理済素材としての使用に適う平坦度の不足したものとなってくる。
【0008】
そこで、結晶粒微細化処理のために鋼板を長手方向に移動させながら急熱および急冷を施す際に、有限長の鋼板を両端から曲り許容状態で保持しても、自重による曲り変形が生じ難いうえ例え熱処理によって曲がっても熱処理を続行することができるような鋼板熱処理手法を実現することが基本的な技術課題となる。
そして、例えば厚さ9〜25mmの鋼板などを被処理物として、オーステナイト化温度域まで誘導加熱するに際して、被処理物を縦長状態かつ曲り許容状態で保持して昇降させることにより、移動方式で急熱と急冷とを適用できるようになった鋼板熱処理装置が、開発されている(例えば特許文献4参照)。
【0009】
しかしながら、このような鋼板熱処理装置を使用して実用化のための試作実験を行ったところ、所期の結果が得られる一方、能率向上と歪抑制という二つの更なる技術課題も生じた。
すなわち、能率向上については、金属板材を縦長状態等で熱処理装置に保持させるといった段取作業に或る程度の時間を要することが避けられないため、多数の金属板材を処理する場合、一つずつ処理していたのでは時間が掛かり、単に処理枚数を増やすべく並列処理や並行処理を行ったのでは、その分だけ設備費等が嵩んでしまう。
【0010】
また、歪抑制については、縦長状態での保持によって熱歪が低減されたといっても、板材は表裏方向の曲げ剛性が小さいので、反りや捩れといった熱歪が往々にして許容レベル以上に残留してしまう。熱処理後に加熱しないで残留歪を無くすのは困難なので、熱処理時にできるだけ歪が発生しないようにすることが肝要である。
そこで、設備費の著増を伴わずに時間当りの処理能力を向上させ且つ熱歪の発現を著減できる技術の提供が、更なる課題となる。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の細粒化金属板材の製造方法(請求項1)は、このような課題を解決するために創案されたものであり、金属板材に誘導加熱による相変態温度域への急熱とこれに続く急冷とを適用して組織を細粒化させる細粒化熱処理操作を含む細粒化金属板材の製造方法であって、 金属板材の単板または該単板を截取できる寸法形状の面部分を複数面有する一軸折曲げ体の一方もしくは双方を出発資材として該出発資材の複数体を溶接で繋ぎ合わせて筒体の形に仮組し、該筒体をその軸線方向に貫く磁束の生じる誘導子を該筒体の外側に配置し該誘導子に交番電流を通電して行う誘導加熱とこれに続く加熱部の急冷とを前記誘導子ならびに前記急冷のための冷却手段に対して前記筒体を相対走行させながら適用することを以て該筒体に対する前記細粒化熱処理の単位操作を構成し、該単位操作を一回ないし複数回適用した筒体からの截取によって細粒化金属板材製品を得る、ことを特徴とする。
【0012】
また、本発明の細粒化金属板材の製造方法について、前記単板は、全域に亘って平たい平板であって良く(請求項2)、平板の対向する二辺が鈍角折曲げされた形状の縁付き平板であっても良い(請求項3)。さらに、前記一軸折曲げ体は、鋭角の「V字」形状や直角の「L字」形状あるいはそれらの中間形状に折曲げられていて良く(請求項4)、「コの字」形状に折曲げられていても良い(請求項5)。また、前記筒体からの製品の截取は、切断箇所周辺への熱影響の小さいレーザカッターを用いて行う、ことが望ましい(請求項6)。更にまた、前記誘導加熱は、前記誘導子に商用交流周波数の交番電流を通電して行うようにしても良い(請求項7)。
【発明の効果】
【0013】
このような本発明の細粒化金属板材の製造方法(請求項1)にあっては、誘導加熱による相変態温度域への急熱とこれに続く急冷とが金属板材に適用されて、その金属板材の組織が細粒化されるが、その細粒化熱処理に先立って複数の金属板材が溶接で繋ぎ合わせられて筒体の形に仮組され、その細粒化熱処理が移動加熱方式で遂行され、その細粒化熱処理に後続して熱処理済み筒体からの切り取りが行われて複数の細粒化金属板材製品が得られる。
【0014】
このように複数体の金属板材を筒体に組上げてからそれに熱処理を施すようにしたことにより、しかも溶接にて筒体が電気導通性も高剛性も具備するようにしたことにより、管体等への適用で実績のある移動加熱方式による誘導加熱等がそれに準じた態様で複数体の金属板材にも適用可能となって、容易かつ適切に複数体を同時に処理できるうえ、熱歪が抑制される。この歪抑制の効果は、単位素材である前記単板が全域に亘って平たい形状の平板であるとき特に大きい。
したがって、この発明によれば、複数体の金属板材を能率良く細粒化熱処理できるばかりか、その細粒化熱処理に伴って生じる熱歪をより小さく抑えこむことができる。
【0015】
なお、金属板材が長方形やそれに準じた形状の物の場合、長辺部を隣接させる等のことにより容易に、長手方向に中心軸を置いた筒状の形にすることができる。しかも、金属板材を筒体にするとき対称性の高い筒体たとえば正三角柱状や正四角形状の筒体にすることにより、それに生じる熱歪をより小さく抑えこむことができる。
また、単一板体を表裏から挟むように誘導子で囲んで行う板状体の囲み誘導加熱(特許文献4参照)よりも、筒体を周方向に囲繞するように誘導子で囲んで行う中空体誘導加熱(本発明)の方が、誘導子の被処理物との電磁結合の強さの指標である結合係数が高い値になって入熱能率が向上し、その分だけ高周波電源が小形化できる。
さらに、移動加熱方式の場合、時間当りの処理面積が小さいので、大面積の加熱でも高周波電源の規模が小さくて済むが、複巻誘導子の採用による加熱所要時間の短縮も可能である。この他、リング状の狭巾誘導子による移動加熱方式の場合は、走行方向の入熱分布を、投入電力または走行速度の加減によって調整することができる。
【0016】
さらにまた、上記囲み誘導加熱では表裏逆方向に流れる誘導電流の浸透深さ絡みの表裏干渉を避けるために通電周波数に下限制約があるが、この点についても、本発明における中空体誘導加熱では、誘導電流が筒体(中空体)の実肉部を全周に亘って周回する形で板材表裏間の全肉厚内を同方向に流れることから、実用上の可使周波数範囲が低周波側に拡張されて、通電周波数の選定が、入熱能率や経済性における得失という非制約的な観点で行えることとなって、電源選定の自由度が増す。
また、本発明の細粒化金属板材の製造方法は、装置としては、被処理物を縦長状態かつ曲り許容状態で保持して昇降させながら移動方式で急熱と急冷とを適用する特許文献4の鋼板熱処理装置をそのまま用いて、熱歪を更に小さく抑えた細粒化熱処理を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
本発明の細粒化金属板材の製造方法の一実施形態(第1形態)について、その手順等を、図面を引用して説明する。図1は、(a)が出発資材10の斜視図、(b)が筒体14の端面図、(c)が細粒化熱処理状況の斜視図である。なお、図示に際して高周波電源16や給水源18は記号で簡略図示している。
【0018】
細粒化熱処理操作の処理対象である出発資材10とされる金属板材の材質は、JIS G3128(SHY)やJIS G4103(SNCM)が典型的であるが、金属板材に相変態温度域への急熱とこれに続く急冷とを適用することで組織が細粒化する即ち結晶粒が微細化するものであれば他のものでも良い(例えば特許文献1〜3参照)。
この実施形態で取り扱う出発資材10は(図1(a)参照)、長方形の平板である。
【0019】
出発資材10のサイズは、厚さ10mm×幅1200mm×長さ3500mm前後が典型的であるが、他のサイズ(多くは5〜30mm×900〜1500mm×1500〜6000mm程度)でも良い。
出発資材10の大部分は単板切出部11で占められており(図1(a)の二点鎖線区画領域を参照)、単板切出部11は後に切り出されて一個または複数の細粒化金属板材製品となる。次に述べる筒体仮組時に溶接部位とされる長辺部12は、後で切り捨てられることが多いが、要求仕様に適えば単板切出部11に含められる。
【0020】
細粒化熱処理操作に先立ち筒体仮組作業が行われる(図1(b),(c)参照)。この実施形態では三枚の出発資材10が横断面正三角形の筒体14の形に仮組される。すなわち、三枚の出発資材10の長手方向を揃えるとともに、それらの長辺部12同士を角度60゜で当接させ、その状態で隣接している長辺部12同士を溶接にて繋ぎ合わせる。溶接は、サブマージアーク溶接や,炭酸ガスアーク溶接,TIG溶接,MIG溶接,MAG溶接などで行うことができる。これらの溶接部13に係る溶接は、連続線状に行っても飛石状に行っても良い。
【0021】
移動方式の誘導加熱による細粒化熱処理には(図1(c)参照)、高周波電源16から通電される誘導子15や、給水源18から通水される放水子17が使用され、それらが筒体14の外周面と対峙しながら筒体14の軸線方向すなわち出発資材10の長手方向へ相対移動することが必要なので、筒体14の外周より一回り大きい誘導子15及び放水子17が用意される。誘導子15は電気良導体の銅管や銅条体などを曲げて形成され、通常は、管の中空部や条体に付設した冷却水路への通水により冷却される構造となっている。放水子17は金属管などに多数の噴射孔が設けられている。誘導子15も放水子17も、通常は、筒体14に適合した図示のような単巻のリング状である。誘導子15の管体あるいは冷却水路に多数の噴射孔を設けて誘導子用の冷却水を噴射させる構造として、誘導子15に放水子17の機能を兼ねさせることもできる。また、入熱能率強化のために誘導子15を多段リング状構造あるいはソレノイド状などの複巻構造としても良い。
【0022】
これらの準備が調うと、筒体14に対して細粒化熱処理操作が行われる(図1(c)参照)、細粒化熱処理操作は、筒体14をその軸線方向に貫く磁束の生じる状態で誘導子15が筒体14の外側に配置されるとともに、やはり筒体14の外側であって誘導子15から筒体14の軸線方向で一定距離だけ離れたところに放水子17が配置された状態で行われる。その状態で、高周波電源16から誘導子15に高周波通電がなされ、給水源18から放水子17に給水が行われるとともに、図示しない移動機構により、誘導子15や放水子17に対して筒体14が、先ず誘導子15を潜り、次いで放水子17を潜る又は誘導子15からの噴射水に接する進行方向を以て、その軸線方向に相対走行させられる(その際、筒体14の相対走行の進行方向を上から下に向かう方向とすることで、未加熱部への噴射水の到達による熱処理不善が水切手段の配備なしに避けられる)。図1(c)において、実線矢印は筒体14の誘導子15等に対する相対走行の方向を、点線矢印は誘導子15等の筒体14に対する相対走行の方向を、夫々示している。
【0023】
そうすると、筒体14の外周面のうち誘導子15と対向する狭巾環状の閉電路に、そこを周回する誘導電流が生じて、その閉電路を構成している三枚の出発資材10の上記狭巾環状部分が同時に誘導加熱される。また、これに追随して、放水子17等から筒体14の外周面に向けて噴霧される冷却水により、上記の狭巾環状に誘導加熱された加熱部が急冷される。そして、そのような急熱および急冷に並行して、誘導子15及び放水子17が筒体14一端側から他端側まで一定速度で又は筒体14の端部における昇温分布の乱れを考慮した速度推移で相対走行させられることで、筒体14のほぼ全部について相変態温度域への急熱とこれに続く急冷とが適用され、筒体14を構成する金属板材の組織が概ね均等に細粒化する。
【0024】
そして、このような一走行分の熱処理を単位操作として、一回ないし複数回すなわち組織の細粒化に係る要求仕様を満たすのに必要な回数だけ、単位操作が行われる。なお、この単位操作を複数回適用するケースでは、誘導子15と放水子17等のセットを多段配設して単位操作を繰返す構成としてもよい。但し、この場合は、上段セットの噴射水が下段セットの加熱部に到達しないようにするための水切り手段を要する。
熱処理が済むと、細粒化熱処理製品製造の最後の作業として、細粒化金属板材製品を得るために、筒体14から三枚の単板切出部11が切り取られる。その製品截取はレーザカッターを用いて行うのが良く、好適なレーザカッターとしては、炭酸ガスレーザーやYAGレーザーを用いたカッターを例示できる。レーザーによる切り取りは、必要に応じて切断部に酸素ガスを供給しながら行う。
【0025】
本発明の細粒化金属板材の製造方法の他の実施形態(第2形態)について、その手順等を、図面を引用して説明する。図2は、(a)が筒体24の端面図、(b)が細粒化熱処理状況の斜視図である。なお、図示に際して高周波電源26や給水源28は記号で簡略図示している。
【0026】
この実施形態でも上述した出発資材10が細粒化熱処理操作の処理対象とされるが、この実施形態では、四枚の出発資材10が纏めて処理される。
詳述すると、筒体仮組作業では、四枚の出発資材10の長手方向が揃えられ、それらの長辺部12同士が90゜即ち直角に突き当てられ、その状態で隣接している長辺部12同士が溶接部23で繋ぎ合わせられて、四枚の出発資材10が横断面正方形の筒体24の形に仮組される。また、高周波電源26から通電される誘導子25や、給水源28から通水される放水子27が、筒体24の外周形状に適合する略正方形に形成され、筒体24の外側に配置される。
【0027】
細粒化熱処理はやはり移動加熱方式で行われ、筒体24が相対走行させられているときに誘導子25への高周波通電と放水子27への給水とがなされると、筒体24をその軸線方向に貫く態様で生じた磁束によって、筒体24の構成する閉回路のうちの誘導子25の対向する環状部分に誘導電流が生じ、その環状部分が相変態温度域へ急熱されるとともに、これに続く放水子27からの冷却水噴霧にて先行加熱部分が急冷されるので、この場合も、筒体24を構成する金属板材の組織が細粒化する。また、熱処理の済んだ筒体24からは細粒化金属板材製品の截取が行われるが、この場合は、筒体24から四枚の単板切出部11が切り出される。
【0028】
本発明の細粒化金属板材の製造方法の他の実施形態(第3形態)について、その手順等を、図面を引用して説明する。図3は、(a)が出発資材30の斜視図、(b)が筒体34の端面図、(c)がの細粒化熱処理状況の側面図である。なお、図示に際して高周波電源36や給水源38は記号で簡略図示している。
【0029】
この実施形態では細粒化熱処理操作の処理対象が出発資材30であり、出発資材30は、材質やサイズが上述の出発資材10とほぼ同じ単板であるが、形状が少し異なっている。すなわち(図3(a)参照)、完全な平板ではなく、平板の対向する二辺が鈍角折曲げされた形状の縁付き平板である。具体的には、単板切出部31の両側の長辺部32が同じ片面の方へ折り曲げられている(図3(a)の折曲角θ参照)。
【0030】
この場合、二枚の出発資材30が筒体34に仮組され(図3(b)参照)、それに移動方式で一回または複数回の細粒化熱処理が施され(図3(c)参照)、それから細粒化金属板材製品(図3(a)の31部分)の截取が行われる。
詳述すると、筒体仮組作業では(図3(b)参照)、二枚の出発資材30の長手方向が揃えられ、互いに凹側が向き合わせられ、それらの長辺部32同士が突き当てられ、溶接部33で繋ぎ合わせられて、二枚の出発資材30が横断面扁平環状の筒体34の形に仮組される。
【0031】
また(図3(c)参照)、高周波電源36から通電される誘導子35や、給水源38から通水される放水子37が、筒体34の外周形状に適合する扁平環状に形成され、筒体34の外側に配置される。それから、誘導子35への高周波通電と放水子37への給水と筒体34の相対走行とが開始されて、細粒化熱処理が行われる。そして、この場合も、筒体34を構成する金属板材の組織が細粒化する。また、熱処理の済んだ筒体34からは細粒化金属板材製品の截取が行われるが、この場合は、筒体34から二枚の単板切出部31が切り出される。
【0032】
本発明の細粒化金属板材の製造方法の他の実施形態(第4形態)について、その手順等を、図面を引用して説明する。図4は、(a)が出発資材40の斜視図、(b)が筒体44の端面図、(c)が細粒化熱処理状況の側面図である。
【0033】
この実施形態では細粒化熱処理操作の処理対象が上述の出発資材10と新たな出発資材40とであり、出発資材40は、材質や,厚さ,長さが上述の出発資材10と同等の金属板材であるが、幅方向伝いの寸法や形状が出発資材10と異なっている。すなわち(図4(a)参照)、出発資材40は、金属板材の単板を截取できる寸法形状の面部分を二面有する一軸折曲げ体であり、「V字」形状に折曲げられている。折曲加工はプレス機等で短時間に行える。折曲角θは、ほぼ60゜である。
【0034】
この場合、一枚の出発資材10と一枚の出発資材40とが筒体44に仮組され(図4(b)参照)、それに移動方式で一回または複数回の細粒化熱処理が施され(図4(c)参照)、それから細粒化金属板材製品の截取が行われる(図示せず)。
詳述すると、筒体仮組作業では(図4(b)参照)、出発資材10,40の長手方向が揃えられ、出発資材40の凹側に蓋する状態で出発資材10が突き当てられて、それらの長辺部12と長辺部42が溶接部43,43で繋ぎ合わせられ、これによって、出発資材10,40が横断面略正三角形の筒体44の形に仮組される。
この場合、第1形態より少ない二カ所の溶接で横断面正三角形の筒体44ができあがる。
【0035】
この筒体44は上述した筒体14とほぼ同形になるので、上述した誘導子15や,高周波電源16,放水子17,給水源18がそのままで又は小修正を施すことで筒体44に適合し、これらが使用可能である。そこで(図4(c)参照)、誘導子15及び放水子17が筒体44の外側に配置され、それから誘導子15への高周波通電と放水子17への給水と筒体44の相対走行とが開始されて、細粒化熱処理が行われる。そして、この場合も、筒体44を構成する金属板材の組織が細粒化する。また、熱処理の済んだ筒体44からは細粒化金属板材製品の截取が行われるが、この場合は、筒体44から一枚の単板切出部11と二枚の単板切出部41とで合計三枚の製品が切り出される。
【0036】
本発明の細粒化金属板材の製造方法の他の実施形態(第5形態)について、その手順等を、図面を引用して説明する。図5は、(a)が出発資材50の斜視図、(b)が筒体54の端面図、(c)が細粒化熱処理状況の側面図である。
【0037】
この実施形態では細粒化熱処理操作の処理対象が新たな出発資材50であり、出発資材50は、折曲角θだけが上述の出発資材40と異なる金属板材である。すなわち(図5(a)参照)、出発資材50は、金属板材の単板を截取できる寸法形状の面部分を二面有する一軸折曲げ体であるが、「V字」形状でなく「L字」形状に折曲げられている。折曲角θは、略90゜である。
【0038】
この場合、二枚の出発資材50が筒体54に仮組され(図5(b)参照)、それに移動方式で一回または複数回の細粒化熱処理が施され(図5(c)参照)、それから細粒化金属板材製品の截取が行われる(図示せず)。
詳述すると、筒体仮組作業では(図5(b)参照)、二枚の出発資材50の長手方向が揃えられ、互いに凹側が向き合わせられ、それらの長辺部52同士が突き当てられ、溶接部53,53で繋ぎ合わせられて、二枚の出発資材50が横断面正方形の筒体54の形に仮組される。
この場合、第2形態より少ない二カ所の溶接で横断面正方形の筒体54ができあがる。
【0039】
この筒体54は上述した筒体24とほぼ同形になるので、大抵は、上述した誘導子25や,高周波電源26,放水子27,給水源28が筒体54に適合し、これらが使用可能である。そこで(図5(c)参照)、誘導子25及び放水子27が筒体54の外側に配置され、それから誘導子25への高周波通電と放水子27への給水と筒体54の相対走行とが開始されて、細粒化熱処理が行われる。そして、この場合も、筒体54を構成する金属板材の組織が細粒化する。また、熱処理の済んだ筒体54からは細粒化金属板材製品の截取が行われるが、この場合は、筒体54から四枚の単板切出部51が切り出される。
【0040】
本発明の細粒化金属板材の製造方法の他の実施形態(第6形態)について、その手順等を、図面を引用して説明する。図6は、(a)が出発資材60の斜視図、(b)が筒体64の端面図、(c)が細粒化熱処理状況の側面図である。
【0041】
この実施形態では細粒化熱処理操作の処理対象が上述の出発資材10と新たな出発資材60とであり、出発資材60は、材質や,厚さ,長さが上述の出発資材10と同等の金属板材であるが、幅方向伝いの寸法や形状が出発資材10と異なっている。すなわち(図6(a)参照)、出発資材60は、金属板材の単板を截取できる寸法形状の面部分を三面有する一軸折曲げ体であるが、「V字」形状でも「L字」形状でもなく「コの字」形状に折曲げられている。折曲角θは、二カ所とも、略90゜である。
【0042】
この場合、一枚の出発資材10と一枚の出発資材60が筒体64に仮組され(図6(b)参照)、それに移動方式で一回または複数回の細粒化熱処理が施され(図6(c)参照)、それから細粒化金属板材製品の截取が行われる(図示せず)。
詳述すると、筒体仮組作業では(図6(b)参照)、出発資材10,60の長手方向が揃えられ、出発資材60の凹側に蓋する状態で出発資材10が突き当てられて、それらの長辺部12と長辺部62が溶接部63,63で繋ぎ合わせられ、これによって、出発資材10,60が横断面略正方形の筒体64の形に仮組される。
この場合も、二カ所の溶接で横断面正方形の筒体64ができあがる。
【0043】
この筒体64も上述した筒体24とほぼ同形になるので、やはり誘導子25や,高周波電源26,放水子27,給水源28が筒体64に大抵は適合し、これらが使用可能である。そこで(図6(c)参照)、この場合も、誘導子25及び放水子27が筒体64の外側に配置され、それから誘導子25への高周波通電と放水子27への給水と筒体64の相対走行とが開始されて、細粒化熱処理が行われる。そして、この場合も、筒体64を構成する金属板材の組織が細粒化する。また、熱処理の済んだ筒体64からは、やはり四枚の単板切出部61が切り出される。
【実施例1】
【0044】
本発明の細粒化金属板材の製造方法の実施例1について、それに使用した鋼板熱処理装置の構成を、図面を引用して説明する。図7は、鋼板熱処理装置70を使用して金属板材の筒体99を誘導加熱しているところを示し、(a)が正面図、(b)が右側面図である。
【0045】
鋼板熱処理装置70は、厚めの鋼板を一枚ずつ誘導加熱するために開発されたもの(特許文献4参照)を、金属板材の単板切出部を有する出発資材の複数体からなる筒体99向けに改造したものである。鋼板熱処理装置70の処理対象となる筒体99は、上述した筒体14や(図1参照),筒体24(図2参照),筒体34(図3参照),筒体44(図4参照),筒体54(図5参照),筒体64(図6参照)の何れか、あるいはそれ以外であって、金属板材の単板または該単板を截取できる寸法形状の面部分を複数面有する一軸折曲げ体の一方もしくは双方を出発資材として該出発資材の複数体を溶接で繋ぎ合わせて筒体の形に仮組したものである。
【0046】
鋼板熱処理装置70は、有限長の筒体99を一時的に保持して長手方向に移動させるために、昇降モータ71と固定枠72とボールネジ機構73と枠体上部74と上端支承部材75と下端支承部材76と枠体下部77と可動枠78とを具えており、移動中の筒体99に急熱および急冷の熱処理を施すために、水平面内調節機構81と誘導子82と放水部83と図示しない高周波電源および給水設備を具えている。それらのうち誘導子82と放水部83とが相互固定されて熱処理ユニットになっている。
以下、各部を詳述する。
【0047】
固定枠72は、上半分が床面97から立ち上がり、下半分が床下98に潜り込んだ状態で、床に固定設置され、枠体上部74及び枠体下部77を上下移動可能に支持するとともに、その移動の案内部材を兼ねるため内側が直線レール状に形成されている。枠体上部74と枠体下部77は可動枠78で連結されており、これらは、昇降モータ71でボールネジ機構73を軸回転させると、一体的に上下動するようになっている。そして、このような支持機構および可動機構は、上端支承部材75及び下端支承部材76を介して筒体99を長手方向に移動させる昇降機構を成している。
【0048】
枠体下部77には例えば3本の下端支承部材76が上向きに固設されており、枠体上部74には例えば1本の上端支承部材75が下向きに装着されており、これらの支承部材75,76が筒体99の長手方向の両端に直に又は適宜な電気絶縁部材などを介して係合することにより、筒体99をその長手方向を鉛直方向に配向させた状態(本明細書では、これを縦長状態という)で保持するようになっている。さらに、上端支承部材75は、ある程度は進退可能に即ち上下方向へは多少の移動を許容される状態で枠体上部74に取り付けられているので、処理時の筒体99の熱膨張を逃がすものとなっている。
【0049】
水平面内調節機構81は、床面97の上に固定して固定枠72の脇に設置され、熱処理ユニットのうちの誘導子82及び放水部83をアーム状部材で支持し、このアーム状部材を図示しないサーボモータ及び伝動機構で駆動することにより、熱処理ユニットを水平面内で移動させて、熱処理ユニットを成す誘導子82,放水部83の位置と面内方位とを調節するようになっている。誘導子82は、筒体99に応じて上述した誘導子15,25,35の何れか或いはそれ以外であって筒体99に適合したリング状の誘導子等であり、筒体99の昇降路を囲むところに配置され、ここでは図示しない高周波電源(16,26,36)からやはり不図示のケーブルやトランスを介して高周波が通電されると、筒体99において出発資材の複数体を連ねた筒体の、誘導子82に対向する環状部分を誘導加熱するようになっている。
【0050】
放水部83は、下降中の筒体99に対して急熱後の急冷を行うため、誘導子82の下方に設けられ、やはり筒体99と周方向には一巡全域に亘り長手方向には一部区間で対向するようになっている。放水部83は、やはり筒体99に応じて上述した放水子17,27,37の何れか或いはそれ以外であって筒体99に適合したリング状の放水子を主体にしたものであり、やはり筒体99の昇降路を囲むところに配置されている。放水部83では、図示しない止水弁や電磁弁からなる給水具が放水子(17,27,37)と給水源(18,28,38)との間に介挿接続されていて、図示しない電子制御装置の制御に従って電磁弁が開閉すると、放水部83の放水状態(遂行/停止)が切り替わる。また、放水量が電子制御装置の制御に従う流量調整弁にて調整しうるようになっており、放水時には、適量に調整された冷却水が筒体99の外周面に噴霧されるようになっている。
【0051】
このような鋼板熱処理装置70を用いて行った、複数体の出発資材を筒体99に纏めて一緒に焼入れする操作を含む本発明の細粒化金属板材の製造方法を説明する。
【0052】
準備段階では、誘導子82の通電電流や,その周波数,放水部83の平均放水量などについて、筒体99のサイズ及び材質に適合する値が選定され、電子制御装置にパラメータ設定される。10mm×1200mm×3500mm板を三枚分構成で熱処理する場合の条件範囲を例示すると、送り速度に応じて高周波電流は500〜2000A、その電力は200〜2000kW、その周波数は500Hz〜50kHzである。好適周波数は板厚の2乗に略反比例するので、板厚20〜30mmでは50Hz〜5kHzとなる。本発明における中空体誘導加熱では、単一板体の囲み誘導加熱とちがって、このように通電周波数に関する低周波数側の制約が緩和されて、20〜30mmといった厚肉材では、50Hzや60Hzの商用周波数の利用も適うこととなる。商用交流の利用は、トランスの大型化等の問題はあるものの、高周波電源が不要となり、また、板の裏面側(筒体内面側)に及ぶ入熱が容易になるなど利点も多大である。
【0053】
鋼板熱処理装置70の初期設定や調節が済んだら、電子制御装置の指示操作等にて可動機構74〜78を十分に上昇させて停止させて、誘導子82から上へ突き出ている下端支承部材76の先端に縦長状態の筒体99の下端を載せ、それから筒体99の上端に上端支承部材75を係合させて、筒体99を保持させる。
そして、筒体99が縦長状態で保持されたら、電子制御装置に自動制御の開始を指示する。そうすると、筒体99が定速で下降するとともに、誘導子82と放水部83とが各々の動作を開始する。具体的には高周波電源から誘導子82に高周波通電が行われるとともに給水源から放水部83に冷却用水が供給される。
誘導子82への高周波通電による急熱と放水部83からの放水による急冷は、筒体99の周方向の全域に及び、筒体99が下降しきるまで継続される。
【0054】
筒体99が十分に下降すると、誘導子82も放水部83も動作を停止し、筒体99に対する細粒化熱処理操作すなわち短時間に急熱と急冷を施す処理が終了する。
細粒化熱処理操作を複数回繰り返して施す場合は、筒体99を上昇させてから、同じ熱処理操作を行えば良い。
こうして、筒体99に細粒化熱処理操作が施工されるが、一つの筒体99には複数体の出発資材が組み込まれており、各々の出発資材には金属板材の単板の切出部が少なくとも一つは含まれているので、複数の金属板材に対する細粒化熱処理が纏めて行われる。
そして、レーザカッターを用いて筒体99から単板切出部(11,31,41,51,61)を切り出して、複数個の単板製品すなわち細粒化金属板材が得られた。
【0055】
[その他]
上記の各形態では誘導子や放水子は筒体の外面のみに配されていたが、20〜30mmといった厚板を対象とするケースでは、内面側にも誘導子や放水子を配した形態とすることで、入熱能率や冷却能率を裏面側(筒体内面側)に関して増強してもよい。また、単板製品の切り出しを、高速回転カッターなどの機械的手段やガストーチによって行うこともできる。
【産業上の利用可能性】
【0056】
本発明の細粒化金属板材の製造方法は、重要装置や生体を衝撃的な外力から守るための防護障壁として好適な高強度かつ高靱性の金属板(鋼板等)を性能向上効果に見合ったコストで提供できる手段として有用である。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】本発明の一実施形態(第1形態)について、細粒化金属板材の製造方法の手順等を示し、(a)が出発資材の斜視図、(b)が筒体の端面図、(c)が細粒化熱処理状況の斜視図である。
【図2】本発明の他の実施形態(第2形態)について、細粒化金属板材の製造方法の手順等を示し、(a)が筒体の端面図、(b)が細粒化熱処理状況の斜視図である。
【図3】本発明の他の実施形態(第3形態)について、細粒化金属板材の製造方法の手順等を示し、(a)が出発資材の斜視図、(b)が筒体の端面図、(c)が細粒化熱処理状況の側面図である。
【図4】本発明の他の実施形態(第4形態)について、細粒化金属板材の製造方法の手順等を示し、(a)が出発資材の斜視図、(b)が筒体の端面図、(c)が細粒化熱処理状況の側面図である。
【図5】本発明の他の実施形態(第5形態)について、細粒化金属板材の製造方法の手順等を示し、(a)が出発資材の斜視図、(b)が筒体の端面図、(c)が細粒化熱処理状況の側面図である。
【図6】本発明の他の実施形態(第6形態)について、細粒化金属板材の製造方法の手順等を示し、(a)が出発資材の斜視図、(b)が筒体の端面図、(c)が細粒化熱処理状況の側面図である。
【図7】本発明の実施例1について、鋼板熱処理装置を使用して複数金属板材の筒体を誘導加熱しているところを示し、(a)が正面図、(b)が右側面図である。
【符号の説明】
【0058】
10…出発資材、11…単板切出部、12…長辺部、13…溶接部、14…筒体、
15…誘導子、16…高周波電源、17…放水子、18…給水源、23…溶接部、
24…筒体、25…誘導子、26…高周波電源、27…放水子、28…給水源、
30…出発資材、31…単板切出部、32…長辺部、33…溶接部、34…筒体、
35…誘導子、36…高周波電源、37…放水子、38…給水源、
40…出発資材、41…単板切出部、42…長辺部、43…溶接部、44…筒体、
50…出発資材、51…単板切出部、52…長辺部、53…溶接部、54…筒体、
60…出発資材、61…単板切出部、62…長辺部、63…溶接部、64…筒体、
70…鋼板熱処理装置、71…昇降モータ、72…固定枠、
73…ボールネジ機構、74…枠体上部、75…上端支承部材、
76…下端支承部材、77…枠体下部、78…可動枠、
81…水平面内調節機構、82…誘導子、83…放水部、
97…床面、98…床下、99…筒体
【出願人】 【識別番号】591037373
【氏名又は名称】三菱長崎機工株式会社
【識別番号】000208695
【氏名又は名称】第一高周波工業株式会社
【出願日】 平成18年6月28日(2006.6.28)
【代理人】 【識別番号】100106345
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 香


【公開番号】 特開2008−7807(P2008−7807A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2006−177723(P2006−177723)