长条材料的热处理方法、长条材料的制造方法以及这些方法中使用的热处理炉的制作方法

专利名称：长条材料的热处理方法、长条材料的制造方法以及这些方法中使用的热处理炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够热处理比以往更长条的材料的长条材料的热处理方法和使用该热处理方法的长条材料的制造方法、以及实施这些热处理方法和制造方法时使用的热处理炉。只要不另行记载，本说明书中的用语就如下述定义。“长条材料”指直径小且长条的金属管、棒钢以及其它长条的材料。“有效炉长”指与能够在热处理炉中以均匀的温度热处理的被热处理材的最大长 度相当的炉长。“倾斜加热”指使用两端闭塞且长筒状的分批式热处理炉加热被热处理材时，该热处理炉在长度方向被分割成多个加热区，其中顶端部的加热区被进一步分割成多个加热区，且各加热区分别配设有热源，对配设于该顶端部的加热区的各热源的输出赋予高低差而进行加热。
背景技术：
通常金属管、棒钢等长条材料的热处理使用分批式热处理炉。图I是显示以往的长条材料用热处理炉的简要构成例子的示意图，图I (a)为横截面图、图I (b)为纵截面图。如图I所示，热处理炉是两端闭塞筒状容器，且炉内在长度方向被分割成多个加热区。炉的周壁是由水冷壁2和隔热壁3构成的双层结构，炉的两端壁也是由水冷壁7和隔热壁8构成的双层结构。在炉的周壁的内周面，各个加热区配设有电加热器I作为热源。但是在炉的两端壁不设置加热器I。长条材料的热处理按以下方式实施在该热处理炉内的由电加热器I所围成的空间即加热区中装入载置于台车4上的被热处理材5，使用加热器I加热。热处理温度的控制按以下方式实施基于设置在炉内的温度计的炉内测温结果，分别控制各加热器I的输出。如图I所示，关于以往的热处理炉，虽然在炉的周壁设置了多个热源(电加热器)，但由于炉的两端壁没有设置热源，因此长条材料的端部排热，相比于中央部，端部的温度大大降低。由于该温度降低的发生，制约了以往的热处理炉能够热处理的长条材料的长度，有效炉长变短。因此，为了确保炉内的空间长度即配设加热器的部分的总长度比被热处理材的长度足够地长，有效炉长被设计为被热处理材的长度以上。但是，热处理比以往更长条的材料时，为了增加有效炉长而增加热处理炉的长度时，设备改造费相应地增加。另外，不增加炉长的情况下，不得不缩短被热处理材的长度，无法灵活对应需求者的要求。以往的热处理炉就有这类问题。作为被热处理材的温度控制方法，提出有如下所述的方法。例如，专利文献I公开了如下方法在通过使多个燃烧器燃烧对炉内收纳的被加热物进行热处理的分批式热处理炉中，一方面分别进行反馈控制使各燃烧器的燃烧域的温度固定，另一方面通过在炉内温度达到成为目标温度之前的预先设定的一定的温度范围内时，将燃烧域的目标温度限制在预先确定的一定的值内，从而将炉内温度控制在一定的温度内。专利文献2公开了对于在前面和后面具有进出处理品的开口部的真空炉、能够各自相互独立地控制下部加热器的发热量以及上部加热器的前后部区域和中间区域的发热量的温度控制方法。真空炉是为了应对以下问题通过专门的加热器产生的辐射加热升温处理品，由于基本没有对流加热而难于均匀加热处理品，因此有可能因该不均匀加热为起因而产生品质缺陷。然而，为了将炉内温度维持在适当温度或者防止炉内温度随着温度变化而波动，这些温度控制方法是基于检测出的炉内温度独立地控制各个热源(燃烧器或加热器)的方 法，并未考虑被热处理材的种类、热源的相互干扰，作为控制整个炉内温度的方法不充分。因此，考虑到这些而提出了下述方法。专利文献3公开了加热炉的温度控制方法，对于对被分割的多个加热区中各自配置的加热器独立地进行温度控制的加热炉，将各加热器的测定温度与赋予各加热器的设定温度的偏差值乘以赋予均热域中炉特有的加热器输出分布的校正值得到的乘积作为加热器输出控制值，所述校正值为时间的函数，或者为时间和温度的函数。另外，专利文献4公开了使用真空炉的控制方法，该真空炉具备加热被处理材的多个加热器，各加热器的供电路径中分别设置发热量调整器，这些发热量调整器与设置在炉内的温度检测器之间设置有多个能够使加热器的发热量具有偏差的各自独立的偏差设定器。另外，在专利文献4公开的控制方法中，通过在加热时根据被处理材的种类(大小、形状等)、气氛的压力、温度，改变预先求出的各偏差设定器的设定值，根据一个温度检测器的检测值，将多个加热器的发热量控制在相互具有偏差的状态下。由此，能够与分别控制多个加热器的情况同样地在整个被处理材的温度均一化的状态下加热。这些方法是通过在独立地控制各个燃烧器、加热器的以往的温度控制的基础上设定各个加热区的偏差值，从而使整个被热处理材的炉内温度分布均一化的方法。然而，如前述图I所示，对于对应各加热区在周壁配设有热源、而两端壁未设置热源的热处理炉，由于长条材料的端部相比于中央部发生显著的温度降低，因而作为使如长条材料般长的被热处理材的处理温度均一化的方法来说并不理想。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开昭62-4828号公报专利文献2 :日本特开平5-271751号公报专利文献3 :日本特开昭62-112726号公报专利文献4 :日本特开平4-52215号公报

发明内容
发明要解决的问题本发明的目的在于提供在两端闭塞且周壁配设有热源而两端壁未设置热源的筒状分批式热处理炉中，确保能够将被热处理材全长加热至均一温度(例如，与目标温度相比±10°C以下)的有效炉长更长，即便炉内的空间长度相同，也能够热处理比以往更长条的被热处理材的长条材料的热处理方法，以及使用该热处理方法的长条材料的制造方法。另外，本发明的目的还在于提供实施这些热处理方法和制造方法时使用的热处理炉。用于解决问题的方案为了解决上述课题，本发明人等首先使用两端壁未设置热源的以往的热处理炉，调查了此时的被热处理材(长条材料)的温度分布、特别是两端部的温度分布。图2是显示以往的长条材料的热处理炉中被热处理材的长度方向的温度分布的一个例子的图。其是使用前述图I示出的以往的热处理炉而测定的结果，显示了炉的顶端部的加热区以及与该顶端部的加热区相邻的加热区的测定结果。图2中，纵轴的材料温度以目标温度作为基准，以相对于目标温度的温度差来表示。如图2所示，位于顶端部的加热区的中央部附近至与该顶端部相邻的加热区的材料温度为目标温度或与目标温度接近的温度。然而，位于顶端部的加热区的中央部至接近炉的端壁的部分的材料温度未达到目标温度，在炉的端壁附近低于目标温度80°C左右。虽 然图2并未显示，但确认了热处理炉的另一侧的顶端部的加热区也有同样的倾向。S卩，对于前述图I示出的以往的热处理炉来说，遍及被热处理材全长的均匀加热无法实行。在实际的操作中，如图2所示，考虑到落入有效炉长的范围内，被热处理材(长条材料)的端部的位置在炉的顶端部的加热区的中央部附近(该例子中，为距热处理炉的端壁
I.4m的位置)。为了消除该被热处理材的端部的温度降低，相比于中央的加热区(顶端部的加热区以外的加热区)对热处理炉的整个顶端部的加热区更加加热，并测定此时的材料温度。图3同样是显示以往的长条材料的热处理炉中被热处理材在长度方向的温度分布的图，显示了相比于中央的加热区(在此，指位于两端部的加热区之间的加热区)对顶端部的加热区更加加热的情况。图3中，显示了炉的顶端部的加热区以及该顶端部的加热区相邻的加热区的测定结果。试验时，将中央的加热区的被热处理材的温度设定为目标温度，将顶端部的加热区的被热处理材的温度设定为比顶端部相邻的加热区的被热处理材的温度高20°C或40°C。为了比较，也实施有将顶端部的加热区与中央的加热区同样地设定为目标温度的情况。如图3所示，顶端部的加热区的中央部附近的被热处理材的温度超过目标温度而过热，另一方面，接近炉的端壁的被热处理材的端部依然存在温度降低，并未形成遍及被热处理材全长的均匀加热。接着，研讨了关于在被热处理材的端面的外侧设置隔热板而抑制从材料端部的排热、同时对炉的顶端部的加热区以及与其邻接的顶端部相邻的加热区倾斜地赋予热量的方法。可期待防止顶端部的加热区的中央部附近的被热处理材的明显过热，且抑制被热处理材的温度降低。图4是显示设置有隔热板的热处理炉的简要构成的图，图4 Ca)为横截面图、图4(b)为纵截面图。该图所示的热处理炉中，在载置于台车4上的被热处理材的端面的外侧层叠设置了 12块SUS 304制隔热板9。使用该热处理炉，进行了顶端部的加热区的加热量稍高于顶端部相邻的加热区的加热量时的材料温度的测定。
图5是显示使用该设置有隔热板的热处理炉测定顶端部的加热区以及与顶端部相邻的加热区中被热处理材(长条材料)的温度分布的结果的图。为了比较，也一并记录了使顶端部的加热区和与顶端部相邻的加热区的加热量相同的情况。由图5所示的结果可知，将遍及被热处理材全长的温度分布的容许范围设为与目标温度相比±10°c以下时，通过相比于与顶端部相邻的加热区的热输入量稍微增加顶端部的加热区的热输入量，可将顶端部的加热区的中央部附近的被热处理材的过热抑制在容许范围的上限以下，并且避免被热处理材的端部的温度降低，从而均匀地加热被热处理材。然而，对于该热处理炉，存在下述问题虽然处理后由炉的端壁导入冷却气体将被热处理材冷却，但是由于隔热板9阻挡气体而使冷却速度降低，冷却所需时间为以往的2 3倍左右长。另外，还需要根据台车中装载的材料根数、尺寸研讨隔热板的设置块数、设置位置，无法称之为实用的方法。
因此，本发明人等通过将炉的顶端部的加热区分割成比中央的加热区的长度更短，在该分割后的各个加热区分别配设热源，且仅对该顶端部的加热区倾斜地加热(倾斜加热)，尝试使位于顶端部的加热区内的被热处理材的温度在整个顶端部的加热区的区域内均等。即，对下述方法的应用进行了研讨通过在分割后的各个加热区间改变赋予热源的加热输出，控制被热处理材的端部的温度的方法(以下，称为“分割倾斜加热控制法”)。由于加热区的数量对解决本发明所述的课题无影响，以下为了方便说明，一侧顶端部的加热区表示为“m区”，相对侧的顶端部的加热区表示为“η区”。图6是例示应用分割倾斜加热控制法时m区以及m区相邻的加热区中被热处理材的温度分布的测定结果的图。该例子中，将顶端部的m区从顶端顺次等分割成m-Ι区、m-2区和m-3区的3个加热区，进行了仅使m-Ι区的加热量(热输入量)增大的倾斜加热。图6中，“改造后”指使用将m区三分割后的热处理炉进行倾斜加热的情况；“改造前”指使用同样的三分割后的热处理炉、但m-Ι区、m-2区和m-3区的加热量相同、未实施倾斜加热的以往的加热方式的情况。另外，参照后述的图7所示的传热模拟的研讨结果，改造后情况下对m-Ι区的加热量的增大比率设为+35%。由图6所示的结果明确可知，通过在炉的顶端部的加热区应用分割倾斜加热控制法，可将被热处理材的端部的过热抑制在容许范围内，并且避免端部的温度降低，从而均匀地加热整个被热处理材。图7是传热模拟的研讨结果，是表示应用分割倾斜加热控制法时m-Ι区中热输入增加量与偏热的关系的图。在此，“偏热”指m区以及m区相邻的加热区中被热处理材的温度分布的最高值与最低值的差。如图7所示，m-Ι区中热输入增加量为O (即，未实施倾斜加热的以往的加热方式)时，偏热为80°C左右，而相对地，通过实施倾斜加热，偏热减少，热输入增加量为+35%时显示10°C的最小值。以上，对于将m区三分割并倾斜加热的情况进行了说明，同样地可明确通过将炉的顶端部的加热区(m区和η区)分割成比中央的加热区的长度更短、并且控制该分割后的各个加热区的加热输出，可将包含端部在内的被热处理材全长加热至均一温度。由此，即便炉内的空间长度相同，也能够大幅扩大有效炉长。如上所述地在炉的顶端部的加热区控制分割后的各个加热区的加热输出可按下述方式实施基于加热时的被热处理材的端部的实体测温结果，预先求出分割的顶端部的各加热区中的各热源的输出之比(以下，称为“加热输出模式”)，使得被热处理材的端部的温度在炉的顶端部的所有加热区内均等。本发明基于此种见解而完成，其主要内容为下述(I)的长条材料的热处理方法，和(2)的长条材料的制造方法，以及这些热处理方法和制造方法中使用的(3)的热处理炉。(I) 一种长条材料的热处理方法，其特征在于，其是使用两端闭塞且内部在长度方向被分割成多个加热区的筒状分批式热处理炉、在该热处理炉的内部装入长条的被热处理材进行热处理的长条材料的热处理方法，所述热处理炉中，所述加热区中顶端部的加热区被分割成比该顶端部以外的加热区的长度短的多个加热区，在各加热区中分别配设有热源，该热处理方法包括下述的一系列的各个步骤(步骤I)基于加热时的被热处理材的端部的实体测温结果，预先确定所述顶端部 的各加热区中的各热源的加热输出模式；(步骤2)在被热处理材的热处理操作时，基于步骤I中确定的各热源的加热输出模式、以及所述顶端部的各加热区和所述顶端部以外的加热区的炉内测温结果，控制各个热源的加热输出。在本发明的长条材料的热处理方法中，在步骤2中，基于热处理操作时被热处理材的端部的实体测温结果、调整所述顶端部的各加热区中的各热源的加热输出，则能够精度更高地控制被热处理材的温度。在本发明的长条材料的热处理方法中，在步骤I和2中，如果使用电加热器作为热源，则易于调整加热输出模式，另外如果被热处理材的加热为辐射加热，则易于实施精度高的温度控制。(2) 一种长条材料的制造方法，其特征在于，该制造方法使用上述(I)的长条材料的热处理方法进行热处理。(3)—种长条材料的热处理炉，其特征在于，其为两端闭塞且内部在长度方向被分割成多个加热区的筒状的、用于装入长条的被热处理材进行热处理的、长条材料的分批式热处理炉，该热处理炉中，所述加热区中顶端部的加热区被分割成比该顶端部以外的加热区的长度短的多个加热区，在各加热区中分别配设有热源，所述热处理炉具有确定至少所述顶端部的各加热区中各热源的加热输出模式的单元；测量所述顶端部的各加热区和所述顶端部以外的加热区的炉内温度的单元；各个所述加热区中控制各热源的加热输出的单元。本发明的长条材料的热处理炉还具有测量被热处理材的端部的实体温度的单元时，能够精度更高地控制被热处理材的温度。在本发明的长条材料的热处理炉中，如果热源为电加热器，易于调整加热输出模式，另外如果被热处理材的加热采用辐射加热，易于实施精度高的温度控制。发明的效果采用本发明的长条材料的热处理方法，使用两端闭塞且周壁配设有热源而两端壁未设置热源的筒状分批式热处理炉进行热处理时，即便炉内的空间长度相同，也可确保有效炉长更长，从而将长条的被热处理材遍及全长且精度高地加热至均一温度。由此，能够大幅减少炉体的设备改造费。另外，本发明的长条材料的制造方法是使用该热处理方法的制造方法，能够制造品质特性没有良莠不齐的长条材料。使用本发明的长条材料的热处理炉时，可容易实施本发明的热处理方法以及长条材料的制造方法。


图I是显示以往的长条材料用热处理炉的简要构成例的示意图，图I (a)为横截面图，图I (b)为纵截面图。
图2是显示以往的长条材料的热处理炉中被热处理材的长度方向的温度分布的一个例子的图。图3是显示使用以往的长条材料的热处理炉相比于中央的加热区对顶端部的加热区更加加热的情况下被热处理材的长度方向的温度分布的一个例子的图。图4是显示设置有隔热板的热处理炉的简要构成的图，图4 Ca)为横截面图、图4(b)为纵截面图。图5是显示使用设置有隔热板的热处理炉测定的顶端部的加热区以及顶端部相邻的加热区中被热处理材的温度分布的结果的图。图6是例示应用分割倾斜加热控制法时m区以及m区相邻的加热区中被热处理材的温度分布的测定结果的图。图7是传热模拟的研讨结果，是显示应用分割倾斜加热控制法时m-Ι区中热输入增加量与偏热的关系的图。图8是例示本发明的长条材料的热处理方法中使用的热处理炉的简要构成的图，图8 (a)为横截面图，图8 (b)为纵截面图。图9显示实施例中安装在装入热处理炉内的被热处理材上的热电偶的位置的图。图10是实施例中得到的结果，是显示加热时的被热处理材的端部的测温结果的一个例子的图。
具体实施例方式I.长条材料的热处理方法本发明的长条材料的热处理方法，如上所述，其特征在于，其是使用两端闭塞且内部在长度方向被分割成多个加热区的筒状分批式热处理炉的热处理方法，热处理炉中，顶端部的加热区被分割成比该顶端部以外的加热区的长度短的多个加热区，在各加热区中分别配设热源，该热处理方法包括下面的步骤I和2。(步骤I)基于加热时的被热处理材的端部的实体测温结果，预先确定所述顶端部的各加热区中的各热源的加热输出模式；(步骤2)在被热处理材的热处理操作时，基于步骤I中确定的各热源的加热输出模式、以及所述顶端部的各加热区和所述顶端部以外的加热区的炉内测温结果，控制各个热源的加热输出。
图8是例示本发明的长条材料的热处理方法中使用的热处理炉的简要构成的图，图8 (a)为横截面图、图8 (b)为纵截面图。该热处理炉是下述的热处理炉在前述图I所示的多个加热区中，将一侧顶端部的加热区即m区分割成m-Ι区、m-2区和m_3区的3个加热区，将相对侧的顶端部的加热区即η区分割成η-I区、η-2区和η_3区的3个加热区。另外，如图8所示，该热处理炉是两端闭塞筒状容器，炉的周壁是由水冷壁2和隔热壁3构成的双层结构，炉的两端壁也是由水冷壁7和隔热壁8构成的双层结构。在炉的周壁的内周面，在各个加热区配设了电加热器6作为热源。然而，炉的两端壁未设置加热器6。在本发明的热处理方法中使用的热处理炉中，将顶端部的加热区(m区和η区)分割成比中央的加热区的长度短的多个加热区(m-Ι区、m-2区和m-3区，以及n_l区、n_2区和n-3区)的原因在于，例如前述图3所示地，在长条材料的热处理时，如果对整个顶端部的加热区更加加热，则顶端部的加热区的中央部附近的被热处理材的温度过热、接近炉的端壁的被热处理材的端部的温度降低，无法实现均匀地加热。 S卩，本发明的热处理炉中将顶端部的加热区分割成多个加热区的原因在于，将顶端部的加热区细分化，从而能够调整分割后的各个加热区中各热源的输出比。图8例示的热处理炉中，炉的顶端部的加热区的分割数在m区和η区均为3，但可以预先把握顶端部的加热区中温度降低的状况，据此适当确定。基于加热时的被热处理材的端部的实体测温结果，预先确定顶端部的各加热区中的各热源的加热输出模式是为了均匀地加热长条材料的两端部。上述被热处理材的实体测温相当于在构成炉的顶端部的加热区的各个加热区中的测温，可以在被热处理材的端部的规定部位安装热电偶进行测温。根据该实体测温，对应被短分割的顶端部的各加热区，预先求得被热处理材的端部(从各加热区的各热源产生的热的主要受热部分)的测温结果，据此确定分割的各个加热区中各热源的加热输出模式(各个热源的输出比)。作为期望的加热输出模式的例子，如前述的图6、图7所示，可举出将炉的顶端部的m区三分割、并将其中的m-Ι区中热输入增加量设为+35%的模式。由此可期待将m区以及m区相邻的加热区中的被热处理材的偏热抑制在10°C左右以下。为了精度高地将被热处理材全长加热至均一温度，在长条材料的热处理操作时，基于如上所述地确定的各热源的加热输出模式、以及炉的顶端部的各加热区和中央的加热区(顶端部的加热区以外的加热区)的炉内测温结果，控制各个热源的加热输出。即，对于炉的顶端部的各加热区，在如上所述的预先确定并设定的加热输出模式下加热，同时还考虑到炉的顶端部的各加热区和顶端部的加热区以外的加热区的炉内测温结果，从而控制各个热源的加热输出。由此，能够抑制因被热处理材的根数、炉内的配置的变动等造成的炉温的变动，提高均匀加热包含端部在内的被热处理材全长的精度。另外，对于炉的顶端部的各加热区，虽然预先设定了加热输出模式，但也有下述情况通过基于实际热处理时的炉内测温结果的加热输出控制改变加热输出，因而加热输出模式偏离预先设定的模式。此外，上述揭露的专利文献4记载的被处理材的温度均一化方法在加热时根据被处理材的种类等变更预先求得的各偏差设定器的设定值而进行温度控制的方面，也可以说与本发明的热处理方法具有类似点。然而，专利文献4记载的方法着眼于多个加热区的温度控制通过使用各区中设置的偏差设定器由一个温度计的检测值进行控制。与此相对，本发明的热处理方法是下述的方法为了防止长条材料的端部的温度降低，仅将顶端部的加热区分割且预先设定加热输出模式，并且考虑到各加热区的炉内测温结果，从而控制各个加热区中热源的加热输出，因而与专利文献4记载的方法明显不同。另外，专利文献4记载的方法在热处理中控制在一定的设定值，对此，本发明有时存在逐渐偏离预先设定的加热输出模式的情况，在此方面二者也是不同的。在本发明的长条材料的热处理方法中，还可以采用基于热处理操作时被热处理材的端部的实体测温结果调整炉的顶端部的各加热区中各热源的加热输出的实施方式。被热处理材的端部的实体测温在实际热处理时通过安装在被热处理材的端部的热电偶来测定。实际热处理中，由于被热处理材的根数、在炉内的配置不同，因此在预先确定并设定的加热输出模式下开始热处理后，基于炉的顶端部的各加热区和顶端部的加热区以外的加热区的炉内测温结果控制各个热源的加热输出。然而，本发明的长条材料的热处理方法中，还可以采用基于被热处理材的端部的实体测温结果调整各加热区的热源的加热输出的方式。根据测温结果，该调整能够有各种方式调整所有被短分割的顶端部的各加热区的情况；只调整其中一个的情况等。通过采用该实施方式，能够进一步减小被热处理材的端部的温度波动、精度更高地控制被热处理材的温度。在本发明的长条材料的热处理方法中，作为用于加热被热处理材的热源优选使用电加热器。作为热源，也可以应用燃烧器、辐射管等，但采用电加热器的加热易于调整加热输出模式，因而优选。另外，在本发明的长条材料的热处理方法中，如果被热处理材的加热为辐射加热，易于实施高精度的温度控制。然而，如本发明的热处理方法，在通过预先确定仅被热处理材的端部的加热输出模式来进行控制的情况下，炉内产生对流时，即便确定了加热输出模式，加热也无法按照期望实施，高精度的控制较困难。因此，本发明的热处理方法理想的是应用于真空热处理炉中的控制、采用在如氢气般热容量小的气氛内的辐射加热的热处理炉中的控制。其中，由于氢气在气体管理方面存在困难，因此可以说更理想的是应用于真空热处理炉中的控制。采用上述的本发明的长条材料的热处理方法，在使用了两端闭塞且周壁配设有热源而两端壁未设置热源的筒状分批式热处理炉的情况下，即使炉内的空间长度相同，也能够确保有效炉长更长，可以将比以往更长条的被热处理材遍及全长且高精度地加热至均一温度。在本发明的长条材料的热处理方法中，炉的顶端部的加热区的分割可以在任意的一侧顶端部施行，该被分割的一侧获得上述效果。2.长条材料的制造方法本发明的长条材料的制造方法是以使用上述本发明的长条材料的热处理方法进行热处理为特征的制造方法。S卩，对于通常实施的长条材料的制造，仅热处理工序采用本发明的热处理方法进行，此外的工序按照惯用方法进行。采用该本发明的长条材料的制造方法，在热处理工序中，能够将比以往更长条的被热处理材作为对象、并将其全长加热至均一温度，因而能够制造机械特性、耐腐蚀性等品质特性没有波动的长条材料。3.长条材料的热处理炉本发明的长条材料的热处理炉的特征在于，其为两端闭塞且内部在长度方向被分割成多个加热区的筒状的、用于装入长条的被热处理材进行热处理的长条材料的分批式热处理炉，由下面的构成形成。即，本发明的热处理炉的所述加热区中顶端部的加热区被分割成比该顶端部以外的加热区的长度短的多个加热区、并且在加热区分别配设有热源。并且，本发明的热处理炉具有确定至少所述顶端部的各加热区中各热源的加热输出模式的单元；测量所述顶端部的各加热区和所述顶端部以外的加热区的炉内温度的单元；各个所述加热区中控制各个热源的加热输出的单元。 本发明的长条材料的热处理炉例示了前述图8所示的简要构成。另外，在图8例示的构成中，炉的两端部的所有加热区(m区和η区)均被短分割，但也可以是任意一侧顶端部的加热区被分割的热处理炉。在本发明的热处理炉中，将顶端部的加热区分割成比中央的加热区的长度短是为了如本发明的热处理方法中所述的将顶端部的加热区短分割、调整分别配设在分割后的各个加热区的各热源的输出比。在本发明的热处理炉中，具有确定至少顶端部的各加热区中各热源的加热输出模式的单元是为了均匀加热长条材料的两端部。另外，“至少”意味着，也可以具有确定包含被短分割的加热区以外的加热区在内的加热输出模式的单元。确定前述的加热输出模式时，按照顺序，首先，对应于构成炉的顶端部的加热区的各加热区，需要预先求出被热处理材的端部的测温结果，该实体测温结果通过安装在被热处理材的端部的热电偶进行测温而预先获得。接着，基于该实体测温结果，确定炉的顶端部的各加热区中各热源的加热输出模式(各个热源的输出比)，其可为作业人员根据所述实体测温结果进行设定。另外，也可以采用以下方式在热处理炉中安装例如输出模式设定器，预先在输出模式设定器中输入所述实体测温结果与应该设定的加热输出模式的关系，输出模式设定器接收到测温结果的信号，根据该各个测温结果选定适当的加热输出模式，并对各个加热区的热源分别给出输出指示。因此，作为确定前述的加热输出模式的单元，可以举出根据安装在被热处理材上的热电偶及其实体测温结果而人为确定的技术；或者，使用输出模式设定器的所谓自动确定的技术等。在本发明的热处理炉中，具有测量顶端部的各加热区和顶端部以外的加热区的炉内温度的单元、以及各个加热区中控制各个热源的加热输出的单元，其原因在于，通过控制各个加热区的热源的加热输出，抑制热处理中炉温的变动、使遍及包含端部在内的被热处理材全长的均匀加热的精度提高。作为各个加热区的炉温测定单元，可以采用以往炉内温度的测定中所使用的温度检测器。例如，可举出热电偶。
作为加热输出控制单元，可以使用下述的输出控制器等预先输入炉内温度的目标值，将温度检测器发出的信号与该目标温度对比，边进行PID控制边对热源输出控制信号。本发明的长条材料的热处理炉还具有测量被热处理材的端部的实体温度的单元时，可以精度更高地控制被热处理材的温度。作为前述的温度测定单元，可以举出在实际热处理时能够安装在被热处理材的端部并进行测定的热电偶。使用以上所述的本发明的长条材料的热处理炉时，可容易实施本发明的热处理方法以及长条材料的制造方法。另外，本发明的热处理方法的实用的热处理作业方式如下所述。作为热处理炉，采 用将电加热器作为热源的真空热处理炉(I)热处理时，首先，将除了炉的顶端部的加热区的中央的加热区的炉内温度全部控制至初始目标温度(比最终被热处理材所要求的材料温度低的温度);(2)达到初始目标温度后，将所有加热区切换为单独控制，分别控制各加热区的炉内温度至目标温度(最终被热处理材所要求的材料温度);(3)关于炉的顶端部的加热区，采用预先分割倾斜加热控制法，在预先确定并设定的加热输出模式下进行倾斜加热的控制；(4)对各加热区的炉内温度微调，使被热处理材的温度成为管理值。实施例使用具有前述图8示出的构成的本发明的热处理炉，在炉内装入金属管作为长条的被热处理材(长条材料)，调查了应用本发明的热处理方法进行加热时被热处理材的端部的温度分布。为了比较，对于应用以往的热处理方法的情况也进行了同样的调查。 使用的热处理炉的内部被分割成从m区至η区的多个加热区，各加热区的长度为3m。其中，一侧顶端部的m区从顶端开始顺次被三分割成m-Ι区、m-2区和m_3区，相对侧的顶端部的η区从顶端开始顺次被三分割成η-I区、η-2区和η_3区。构成顶端部的m区和η区的各加热区的分割后的长度均为lm。该热处理炉内，以被热处理材的管端位于作为m区的顶端部的m-Ι区内的方式配置被热处理材，在以距炉端壁600mm的位置起始的间距200mm的计4处、以及距该端壁1500mm的位置的总计5处安装热电偶。图9是表示热电偶的安装位置的图。针对于η区，也与m区情况相同地在被热处理材的总计5处安装了热电偶。图9中带圈的数字f 5以及6 10表示热电偶的安装位置。以m区三分割后的各加热区(m-l、m-2和m_3的各区)的各热源的输出与中央的加热区的输出相同的方式开始加热，即，相对于中央的加热区的各热源以输出比100%开始加热，之后在中途，将m-ι区的输出比变更为142%、m-2区的输出比变更为85%进行加热(m_3区的输出比不变更，维持100%)。S卩，在实施例的试验中，应用了本发明的热处理方法中采用的分割倾斜加热控制法。其中的输出比，基于预先求得的被热处理材的实体测温结果进行确定并设定。此外，η区也同样地在加热的途中变更输出比进行加热。图10显示被热处理材的端部的测温结果的一个例子。图10是自动记录被热处理材的测温结果的图，图10中示出的带圈的数字f 10表示由前述图9示出的各安装位置的热电偶测定的材料温度。如图10所示，加热开始(升温)后，直至输出变更(倾斜加热开始)之前，由各个热电偶测定的温度中，尤其是接近端部的位置测定出的被热处理材的温度(带圈的数字1、2和
6、7)大大偏离目标温度±10°C，与目标温度的差最大时为50°C左右。加热的途中，在如上所述地变更赋予m-Ι区和m-2区的热源的输出而开始倾斜加热后，如图10中画出的椭圆标记(虚线)，可知在任一测温位置,被热处理材的温度均被抑制在与目标温度相比±10°c以内。前述图6是将如此实施后的被热处理材的端部的测温结果的一个例子整理而得到的图。m区三分割后的各加热区(m-l、m-2和m_3的各区)的输出比均设为100%时(图中用空心四边形标记(□)表示“改造前”)，接近被热处理材的端部的位置(m-Ι区的中央附近) 与m区相邻的加热区存在45°C左右的温差。与此相对，应用本发明的热处理方法时(图中用涂黑的圆标记(·)表示“改造后”)，可知温差为7°C以内，与m区相邻的加热区的温差大幅缩小。由图10以及前述图6的结果可以确认，通过应用本发明的热处理方法，在两端壁未设置热源的筒状分批式热处理炉中，确保了有效炉长更长，充分地实施了下述温度管理遍及包含长条的被热处理材的端部的全长与目标温度相比为± 10°C以内。产业上的可利用件采用本发明的长条材料的热处理方法，可确保有效炉长更长，能够将长条的被热处理材遍及全长且精度高地加热至均一温度。采用使用该热处理方法的本发明的长条材料的制造方法，能够制造机械特性、耐腐蚀性等品质特性没有波动的材料。另外，如果使用本发明的长条材料的热处理炉，可容易实施本发明的热处理方法和制造方法。因此，本发明的热处理方法、应用该方法的本发明的长条材料的制造方法以及本发明的热处理炉能够有效地用于长条材料的热处理和制造。附图标记说明I:电加热器、2:水冷壁、3:隔热壁、4:台车、5 :被热处理材、6:电加热器、7:水冷壁、 8:隔热壁、9:隔热板
权利要求
1.一种长条材料的热处理方法，其特征在于，其是使用两端闭塞且内部在长度方向被分割成多个加热区的筒状分批式热处理炉、在该热处理炉的内部装入长条的被热处理材进行热处理的长条材料的热处理方法， 所述热处理炉中，所述加热区中顶端部的加热区被分割成比该顶端部以外的加热区的长度短的多个加热区，在各加热区中分别配设有热源， 该热处理方法包括下述的一系列的各个步骤 步骤I :基于加热时的被热处理材的端部的实体测温结果，预先确定所述顶端部的各加热区中的各热源的加热输出模式； 步骤2 :在被热处理材的热处理操作时，基于步骤I中确定的各热源的加热输出模式、以及所述顶端部的各加热区和所述顶端部以外的加热区的炉内测温结果，控制各个热源的加热输出。
2.根据权利要求I所述的长条材料的热处理方法，其特征在于，在步骤2中，基于热处理操作时被热处理材的端部的实体测温结果，调整所述顶端部的各加热区中的各热源的加热输出。
3.根据权利要求I或2所述的长条材料的热处理方法，其特征在于，在步骤I和2中，使用电加热器作为热源。
4.根据权利要求广3中任一项所述的长条材料的热处理方法，其特征在于，被热处理材的加热为辐射加热。
5.一种长条材料的制造方法，其特征在于，其使用权利要求Γ4中任一项所述的热处理方法进行热处理。
6.—种长条材料的热处理炉,其特征在于,其为两端闭塞且内部在长度方向被分割成多个加热区的筒状的、用于装入长条的被热处理材进行热处理的、长条材料的分批式热处理炉， 该热处理炉中，所述加热区中顶端部的加热区被分割成比该顶端部以外的加热区的长度短的多个加热区，在各加热区中分别配设有热源， 所述热处理炉具有 确定至少所述顶端部的各加热区中各热源的加热输出模式的单元； 测量所述顶端部的各加热区和所述顶端部以外的加热区的炉内温度的单元； 在各个所述加热区控制各热源的加热输出的单元。
7.根据权利要求6所述的长条材料的热处理炉，其特征在于，其还具有测量被热处理材的端部的实体温度的单元。
8.根据权利要求6或7所述的长条材料的热处理炉，其特征在于，热源为电加热器。
9.根据权利要求6、中任一项所述的长条材料的热处理炉，其特征在于，被热处理材的加热为辐射加热。
全文摘要
本发明提供一种使用两端闭塞且内部在长度方向被分割成多个加热区的筒状分批式热处理炉、对长条的被热处理材实施热处理的方法，所述热处理炉中，顶端部的加热区被分割成比该顶端部以外的加热区的长度短的多个加热区，在各加热区中分别配设有热源，该热处理方法包括下述的一系列的各步骤(步骤1)基于加热时的被热处理材的端部的实体测温结果，预先确定所述顶端部的各加热区中的各热源的加热输出模式；(步骤2)在被热处理材的热处理操作时，基于步骤1中确定的各热源的加热输出模式、以及所述顶端部的各加热区及其以外的加热区的炉内测温结果，控制各个热源的加热输出。采用该热处理方法，即使是两端壁未设置热源的热处理炉，也可以对被热处理材遍及全长且高精度地均匀加热。
文档编号C21D9/08GK102822358SQ20118001584
公开日2012年12月12日 申请日期2011年3月23日 优先权日2010年3月25日
发明者久保田和人, 冈田诚司, 辰冈干雄 申请人:住友金属工业株式会社