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JPH0470366B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0470366B2
JPH0470366B2 JP59502167A JP50216784A JPH0470366B2 JP H0470366 B2 JPH0470366 B2 JP H0470366B2 JP 59502167 A JP59502167 A JP 59502167A JP 50216784 A JP50216784 A JP 50216784A JP H0470366 B2 JPH0470366 B2 JP H0470366B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer
quenching
molecular weight
metal
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP59502167A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS60501316A (en
Inventor
Josefu Efu Wakooru
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
II EFU HOOTON ANDO CO
Original Assignee
II EFU HOOTON ANDO CO
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by II EFU HOOTON ANDO CO filed Critical II EFU HOOTON ANDO CO
Publication of JPS60501316A publication Critical patent/JPS60501316A/en
Publication of JPH0470366B2 publication Critical patent/JPH0470366B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

Description

発明の背景 本発明は金属の熱処理、特に金属を急冷する新
規な方法に関する。 金属及びその合金の物理的性質を変えるため、
金属をある高温に熱した後に冷却する種々の熱処
理方法が考案された。一般に冷却は比較的速い速
度で起こり、このような冷却は通常「急冷」
(quenching)と呼ばれる。急冷は、通常水又は
油である液体浴中に金属を浸漬することによつて
行われる。 水単独では非常に速い冷却となり、多くの型の
鋼を急冷する場合には、過度の歪みが生じて鋼の
そりや割れをもたらすため、適切ではない。炭化
水素油は比較的遅い冷却をもたらすが、これは鋼
中に延性等のある物理的性質を生じさせる上で望
ましい。しかし、油急冷によつて得られる遅い冷
却速度は金属中に過度の歪みを生じさせないが、
望ましい硬さが生じることをも妨げる。 従つて、油と同等又は油と水の間の速度で金属
を冷却し、しかも、金属のそりや割れを生じさせ
ることなく最大程度の硬さを達成する急冷液を提
供することが望ましい。この目的で、種々の有機
化合物水溶液及び水性分散液が急冷媒として提唱
されている。このような水溶液及び水性分散液は
油の急冷特性に近づくものであるが、油の使用に
伴う火、煙及びヒユーム(fume)の欠点がない。 例えば、米国特許第3220893号明細書はオキシ
エチレン及び高級オキシアルキレン基を有する分
子量12000〜14000の液体オキシアルキレンの水溶
液を含む液体急冷媒を開示している。このような
化合物は、ポリエーテルポリオール及びポリ(オ
キシエチレン・オキシアルキレン)グリコールと
も呼ばれる。該特許によれば、オキシアルキレン
重合体は、赤熱金属を入れた場合のように急冷の
温度が高くなるにつれて、溶解度が低下する特性
を有するオキシアルキレン重合体は金属表面上に
おおいを形成して浴の水分を排斥すると言われて
いる。この重合体層は高速で作動する優れた熱伝
動媒体であると言われており、従つて、これを使
用すると比較的短い急冷サイクル時間で済み、金
属の内部応力及び歪みが最小となると同時に、金
属の均一な焼入れ性が得られる。 このような非イオン性オキシアルキレン重合体
急冷媒はこのような温度に対して反対の溶解度に
よつてのみならず、それが溶解している水の粘度
を増すことによつても、金属の冷却速度を調節す
る。従つて、大量の例えば10〜15重量%の重合体
を使用するのが慣行となつている。使用に際し
て、このような比較的濃厚な浴は「ドラツグアウ
ト」(drag out)の欠点がある。すなわち、急冷
される金属と共に重合体が除去され、浴の粘度に
望ましくない変化を生じるとともに急冷された金
属の洗浄から生じる流出物を処理して付着性重合
体を除去する必要がある。非常に高分子量の非イ
オン性ポリオキシアルキレングリコール類を使用
することができるが、それがもたらす粘度の増加
のため、実際的ではない。 急冷作業の間に金属の周りに蒸気ブランケツト
を生成させる有機化合物を使用することにより、
急冷サイクル時間を増加させることが提案されて
いる。このような有機化合物の一例はポリアクリ
ル酸ナトリウム等の水溶性ポリアクリレートであ
り、それを急冷浴中に使用することは米国特許
4087290号明細書の主題となつている。 本発明の一つの目的は、組成を変化させて油の
急冷速度から水の急冷速度への広い範囲の急冷速
度を得ることのできる急冷浴を用いる新規な急冷
方法を提供することである。 本発明の別の目的は、油によつて得られる冷却
速度と同等の冷却速度を比較的低い浴粘度で得る
ことができる水性急冷浴を提供することである。 本発明の別の目的は、加熱された金属を急冷し
て望ましい物理的性質及び清浄かつ輝きのある金
属面を有する急冷金属部品を得る新規な方法を提
供することである。 これら及びその他の目的は、以下の記述及び添
付請求の範囲から明白になるであろう。 本発明によれば、金属の熱処理に有用な新規な
急冷方法が提供される。本方法において金属は高
温に加熱された後、一般式 (式中、Rは重合体の水溶性又は水分散性及び
非イオン性を有意に増加させない有機基を表わ
す)で表わされる単位を有する水溶性又は水分散
性の非イオン性置換オキサゾリン重合体を約0.5
〜5重量%含む水溶液を含む浴中で急冷される。
通常、Rはフエニル基又は1〜7個の炭素原子を
含むハロゲン置換されていてもよいアルキル基か
ら成る群から選ばれる置換基であろうが、Rはこ
のような基に限定されず、nは前記重合体に約
5000〜1000000、好ましくは50000〜500000の分子
量を与えるような整数であり、前記重合体中の前
記単位の少なくとも約50%における置換基Rは1
〜3個の炭素原子を含むアルキル基である。本発
明による特に好ましい浴は、約200000〜約500000
の分子量を有し、かつアルキル基Rが2〜3個の
炭素原子を含むアルキルオキサゾリン重合体を約
1.5〜約3重量%含む。 本発明の新規方法の急冷浴中に使用される非イ
オン性置換オキサゾリン重合体は、従来公知のオ
キシアルキレングリコール重合体急冷媒と同様の
急冷効果を与えるが、その使用量は前記オキシア
ルキレングリコール重合体の使用量のわずか1/2
〜1/3であることが見出された。驚くべきことに、
本発明の方法で使用される急冷浴は、ある与えら
れた急冷速度について、オキシアルキレングリコ
ール重合体を含む浴よりも有意に低い粘度を有す
ることも見出された。 上記のように、有機重合体を含むある水性急冷
浴は、金属の初期急冷(冷却曲線の最初の部分)
に広範囲の蒸気相を与える傾向がある。これに対
して、油急冷浴は、望ましい短い蒸気相と広範囲
の対流相を与える。後者は低焼入れ性合金に関す
る場合及び軟らかい顕微鏡組織を回避すべき場合
に極めて重要である。 驚くべきことに、置換オキサゾリン重合体を含
む本発明のの急冷浴は、油急冷剤に類似の比較的
短い蒸気相及び広範囲の対流段階を示し、それは
より高い温度でいつそう顕著であることがわかつ
た。従つて、本発明の急冷浴は、重合体を含むそ
の他の水性浴が不満足な場合に効用がある。 本発明による水性急冷浴に使用する非イオン性
オキサゾリン重合体類は、急冷方法において使用
される濃度で水溶性又は少なくとも水中分散性で
ある。これら重合体類は置換オキサゾリンホモポ
リマー又は共重合体である。いずれにしても、重
合体類は、一般式 (式中、Rは重合体類の水溶性又は水分散性を
有意に増加させたりイオン性にしたりしない任意
の有機基を表わす)で表わされる反復単位を有す
る。一般に、Rはフエニル基又は1〜7個の炭素
原子を含むハロゲン置換されていてもよいアルキ
ル基から成る群から選ばれる置換基であろうし、
nは前記重合体に約5000〜1000000、好ましくは
50000〜500000の分子量を与えるような整数であ
り、前記反復単位の約50%における置換基Rは1
〜3個の炭素原子を含むアルキルである。従つ
て、急冷浴中に使用する重合体類は置換基Rが全
単位について同じであるか異なるかによつて、ホ
モポリマー又は共重合体であつてもよい。共重合
体の場合は、ヘテロの又はブロツク共重合体であ
つてよい。 オキサゾリン重合体の分子量が1000000を越え
ると、冷却速度が遅くなるとともに、急冷浴の粘
度が増加するため好ましくない。一方、オキサゾ
リン重合体の分子量が5000を下回ると、実際的で
なく、他の重合体急冷媒との差異が明瞭でなくな
ることは当業者には良く知られていることであ
る。 上記のように、置換基Rはメチル基、エチル
基、プロピル基、イソブチル基等のアルキル基及
び1−クロルエチル基、1−クロル−n−ブチル
基等のハロゲン化アルキル基であつてよい。さら
に、置換基Rはフエニル基であつてもよい。 本発明の急冷浴中に使用する特に好ましい非イ
オン性オキサゾリン重合体類は約200000〜約
500000の範囲内の分子量を有するポリエチルオキ
サゾリン類である。このようなホモポリマー類は
水溶性かつ低毒性の熱可塑性非晶質固体である。 本発明の急冷浴中に使用する重合体類を生成さ
せる単量体類は、本明細書に参考文献として含め
るケミカル・レビユー誌(Chemical Reviews
71No.5、第483〜505頁(1971年)に記載されてい
る方法に従つて製造してもよい。 本発明の焼入れ方法で使用する重合体類は、ホ
モポリマーでも共重合体でも、単量体類又は共単
量体類を適切な方法で重合させることにより製造
してよい。米国特許第3483141号明細書によれば、
単量体類を陽イオン触媒の存在下、不活性雰囲気
中で約20℃〜約250℃温度で反応させてよい。ポ
リマー・レターズ(Polymer Letters)4、第
441〜445頁(1966年)も見よ。 適切な単量体の例としては、2−メチル、2−
エチル及び2−イソブチル−2−オキサゾリン及
びこれら単量体の混合物等がある。 重合温度は好ましくは約80℃〜250℃の範囲内
であり、反応時間は数時間であるが、反応時間は
反応物、重合温度、触媒の型及び濃度、及び所望
分子量によつて幾分変化させることができる。 重合反応に使用してもよい陽イオン性触媒の代
表的なものは、ヨウ化メチル及び1,4−ジブロ
モブタン等のハロゲン化アルキル、三フツ化ホウ
素エーテル化物(boron trifluoride etherate)
等のホウ素−フツ素化合物、P−トルエンスルホ
ン酸、硫酸、硝酸等の強酸等である。触媒の濃度
は、単量体対触媒のモル比がや10:1〜60000:
1となるようにかなり変えることができる。 本発明の方法で使用する急冷浴において、置換
オキサゾリン重合体の濃度は浴の約0.5重量%か
ら約5重量%まで変えることができる。 置換オキサゾリン重合体の濃度が5重量%を越
えると、いわゆるドラツグアウトのために、急冷
される金属とともに重合体が除去される現象が発
生して好ましくない。一方、これが0.5重量%を
下回ると、薄すぎ、水に近くなつて急冷効果を殆
ど得ることができないことは当業者には良く知ら
れている。高分子量重合体、例えば200000〜
500000の範囲の分子量の重合体の好ましい濃度
は、約1.5〜3%である。有利には、急冷浴の粘
度は上記範囲内の重合体濃度の増加につれて感じ
られるほどには増加せず、従つて、金属の急冷に
際しての重合体の望ましくないドラツクアウトは
回避される。急冷速度は、一般には、置換オキサ
ゾリン重合体の濃度の増加とともに減小する。該
速度はまた、重合体の分子量が増大するにつれて
も減小する。さらに、急冷速度は一般に浸漬され
る熱い金属と接触の前に測定した急冷浴温度の増
加とともに減小し、多くの実際的使用について急
冷浴温度の好ましい範囲は約21〜60℃(約70〜
140〓)である。 上記の因子、すなわち、急冷媒の温度及び急冷
媒中に使用する置換オキサゾリン重合体の分子量
及び濃度の調節により、油の冷却速度から水と油
の冷却速度の間の速度まで比較的広い範囲の冷却
速度を得ることができる。 必須の置換オキサゾリン重合体に加えて、本発
明で使用する水性急冷浴はある用途における性能
を改善するためその他の添加物を含んでもよい。
例えば、急冷浴、コンベヤベルト及び焼入れ部品
の腐食を防止する硝酸ナトリウム、エタノールア
ミン、アミン石鹸等の腐食抑制剤、並びに消泡
剤、殺菌剤、金属非活性化剤(deactivators)等
のその他の添加剤を浴に添加してもよい。 以下の例は本発明の急冷方法の実施例をさらに
充分に説明するが、これが本発明の範囲を限定す
るものと解釈すべきではない。 試験手段 冷却時間を測定する各試験において、試験片は
長さ500mm、直径10mmの円筒で、耐スケール性オ
ーステナイト鋼であつた。円筒の中心にマイクロ
熱電対を挿入し、例の場合には、熱電対の温度
表示出力をストリツプチヤートレコーダ
(Chessell 321)で記録した。例の場合、スト
リツプチヤートレコーダの代わりに、デイスプレ
イ(パナソニツク)上にコンピユータ(コモドー
ル)で曲線をプロツトした。試験片は、雰囲気調
整をせずに約925℃(1700〓)の温度に調節した
電気抵抗炉の中で加熱した。各試験において、急
冷剤に浸漬する時の試験片の温度は849℃(1620
〓)であつた。急冷剤の使用量は0.5で、急冷
剤の温度は27℃(80〓)であつた。 上記の試験条件及び種々の置換オキサゾリン重
合体類の水溶液を用いて、冷却曲線を得た。試験
片が871℃(1600〓)から204℃(400〓)まで冷
却される冷却時間を冷却曲線から求めた。こうし
て得た結果を以下に記述する。 例 6つの急冷浴を作つた。浴A,B及びCはポリ
オキシエチレン−ポリオキシプロピレングリコー
ルの水溶液を含み、浴中の重合体の濃度は重量で
それぞれ11.7%,5.9%及び3.9%であつた。浴D,
E及びFはポリエチルオキサゾリン(分子量
200000)の水溶液を含み、その濃度はそれぞれ
3.0%,2.3%及び0.75%であつた。浴G,H及び
Iは別のポリエチルオキサゾリン(分子量
500000)の水溶液を含み、浴濃度はそれぞれ2.0
%,1.5%及び0.5%であつた。いくつかの浴につ
いて粘度を測定し、前記の手順を用いて冷却時間
を求めた。このような試験の結果得られたデータ
を下の第1表に示す。 【表】 第表のデータから、急冷効果を冷却時間で測
定し(通常の方法)しかも12〜13秒の冷却時間が
望まれる場合、11.7%ポリオキシアルキレングリ
コールの浴濃度が必要で、その粘度は8.9cStであ
ることがわかる。(浴Aを見よ)。対照として、類
似の急冷効果(13.3秒)をわずか3%のポリエチ
ルオキサゾリン(分子量200000)を含む浴で得る
ことができ、その浴の粘度はわずか2.7cStである
(浴Dを見よ)。わずか2.0%のポリエチルオキサ
ゾリン(分子量500000)を含む浴を用いると、
18.9秒の急冷時間が得られる。しかしながら、粘
度はわずか2.7cStである(浴Gを見よ)。従つて、
置換ポリオキサゾリンを含む本発明の急冷浴を用
いると、ポリエチレングリコールによつて得られ
るのと同じ急冷効果を、わずか1/3〜1/2の重合体
量で得ることができる。同じく重要な点は、ポリ
オキシアルキレングリコール浴と同じ急冷効果を
得る場合、本発明による水性浴の粘度はかなり低
いことである。このように、本発明の方法はその
他の重合体系の水性浴が不適切な場合に有用であ
る。 例 本例の目的は、ある従来公知の重合体急冷剤と
比較して、本発明の急冷浴中に使用する重合体の
熱安定性を測定することであつた。 1010炭素鋼の約7.6cm×約12.7cm(3″×5″)の矩
形薄板を熱盤に載せ、加熱した。以下の水性急冷
浴を2滴、金属薄板の様々の位置に置いた。 【表】 金属薄板が熱くなるにつれて、水は蒸発してそ
れぞれの重合体を残した。アルキレングリコール
重合体は煙を出し、ヒユームを出し、ついには分
解してクラストとなつた。オキサゾリン重合体
は、アルキレングリコール重合体が完全に炭化さ
れるまで煙を出し始めなかつた。 例 3つの急冷浴、すなわち浴N,O及びPを作つ
た。これらはポリエチルオキサゾリン(分子量〜
50000)の水溶液を含み、該溶液の濃度はそれぞ
れ3%,2%及び1%であつた。前記の手順によ
り、3つの浴の粘度を求めた。このような試験の
結果得られたデータを、従つて、の第表に示
す。 【表】 本発明の急冷浴は、アルキレングリコール重合
体浴に必要な重合体濃度の1/3〜1/2で同じ急冷効
果を得る。このように、処分に当たつて、本発明
で使用した浴は環境への悪影響を減じるととも
に、廃水処理も少なくて済む。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to the heat treatment of metals, and in particular to a novel method for rapidly cooling metals. To change the physical properties of metals and their alloys,
Various heat treatment methods have been devised in which metals are heated to a certain high temperature and then cooled. Cooling generally occurs at a relatively fast rate, and such cooling is usually referred to as "quenching."
(quenching) Quenching is accomplished by immersing the metal in a liquid bath, usually water or oil. Water alone is not suitable for quenching many types of steel because it cools very quickly and causes excessive distortion, causing warping and cracking of the steel. Hydrocarbon oils provide relatively slow cooling, which is desirable for producing physical properties such as ductility in the steel. However, the slow cooling rate obtained by oil quenching does not cause excessive distortion in the metal;
It also prevents the desired hardness from developing. Therefore, it would be desirable to provide a quenching liquid that cools metal at a rate comparable to or between oil and water, yet achieves maximum hardness without warping or cracking the metal. For this purpose, various aqueous solutions and dispersions of organic compounds have been proposed as quenching agents. Such aqueous solutions and dispersions approach the quenching properties of oil, but lack the fire, smoke and fume disadvantages associated with the use of oil. For example, U.S. Pat. No. 3,220,893 discloses a liquid quenching agent comprising an aqueous solution of oxyethylene and a liquid oxyalkylene having a molecular weight of 12,000 to 14,000 having higher oxyalkylene groups. Such compounds are also called polyether polyols and poly(oxyethylene oxyalkylene) glycols. According to the patent, oxyalkylene polymers have the property that their solubility decreases as the temperature of quenching increases, such as when a red-hot metal is added. It is said to eliminate water from the bath. This polymeric layer is said to be an excellent heat transfer medium operating at high speeds and therefore its use requires relatively short quench cycle times while minimizing internal stresses and strains in the metal. Uniform hardenability of metal can be obtained. Such nonionic oxyalkylene polymer quenching agents improve the cooling of metals not only by virtue of their opposing solubility at such temperatures, but also by increasing the viscosity of the water in which they are dissolved. Adjust speed. It has therefore become customary to use large amounts of polymer, for example 10-15% by weight. In use, such relatively thick baths have the disadvantage of "drag out". That is, the polymer is removed along with the quenched metal, causing undesirable changes in bath viscosity and the effluent resulting from cleaning the quenched metal must be treated to remove adherent polymers. Very high molecular weight nonionic polyoxyalkylene glycols can be used, but the increased viscosity they result in makes them impractical. By using an organic compound that creates a vapor blanket around the metal during the quenching operation,
It has been proposed to increase the quench cycle time. An example of such an organic compound is a water-soluble polyacrylate such as sodium polyacrylate, the use of which in a quench bath is covered by a U.S. patent.
It is the subject of specification No. 4087290. One object of the present invention is to provide a new quenching method using a quench bath whose composition can be varied to obtain a wide range of quench rates from oil quench rates to water quench rates. Another object of the present invention is to provide an aqueous quench bath that can provide cooling rates comparable to those obtained with oil at relatively low bath viscosities. Another object of the present invention is to provide a new method for quenching heated metal to obtain quenched metal parts having desirable physical properties and a clean and bright metal surface. These and other objects will become apparent from the following description and appended claims. According to the present invention, a novel quenching method useful for heat treatment of metals is provided. In this method, the metal is heated to a high temperature and then the general formula (wherein, R represents an organic group that does not significantly increase the water solubility or water dispersibility and nonionicity of the polymer). Approximately 0.5
It is quenched in a bath containing an aqueous solution containing ~5% by weight.
Typically, R will be a substituent selected from the group consisting of a phenyl group or an optionally halogen-substituted alkyl group containing from 1 to 7 carbon atoms, but R is not limited to such groups and may include n is approximately
an integer such as to give a molecular weight of 5,000 to 1,000,000, preferably 50,000 to 500,000, and the substituents R on at least about 50% of said units in said polymer are 1
An alkyl group containing ~3 carbon atoms. Particularly preferred baths according to the invention have a
An alkyloxazoline polymer having a molecular weight of about
Contains 1.5 to about 3% by weight. The nonionic substituted oxazoline polymer used in the quenching bath of the novel method of the present invention provides a quenching effect similar to that of previously known oxyalkylene glycol polymer quenching agents, but the amount used is Only 1/2 of the amount used for coalescence
It was found that ~1/3. Surprisingly,
It has also been found that the quench baths used in the method of the invention have significantly lower viscosities than baths containing oxyalkylene glycol polymers for a given quench rate. As mentioned above, certain aqueous quench baths containing organic polymers are capable of reducing the initial quenching (first part of the cooling curve) of the metal.
tends to give a wide range of vapor phases. In contrast, oil quench baths provide the desirable short vapor phase and extensive convective phase. The latter is extremely important when low hardenability alloys are concerned and when soft microstructures are to be avoided. Surprisingly, the quench baths of the present invention containing substituted oxazoline polymers exhibit relatively short vapor phases and extensive convective stages similar to oil quenchers, which can be less pronounced at higher temperatures. I understand. Therefore, the quench bath of the present invention has utility where other aqueous baths containing polymers are unsatisfactory. The nonionic oxazoline polymers used in the aqueous quench bath according to the invention are water soluble or at least dispersible in water at the concentrations used in the quench process. These polymers are substituted oxazoline homopolymers or copolymers. In any case, the polymers have the general formula where R represents any organic group that does not significantly increase the water solubility or dispersibility of the polymers or render them ionic. Generally, R will be a substituent selected from the group consisting of a phenyl group or an optionally halogen-substituted alkyl group containing from 1 to 7 carbon atoms;
n is about 5,000 to 1,000,000, preferably
an integer such as to give a molecular weight of 50,000 to 500,000, and the substituents R on about 50% of said repeating units are 1
is an alkyl containing ~3 carbon atoms. The polymers used in the quenching bath may therefore be homopolymers or copolymers, depending on whether the substituents R are the same or different for all units. In the case of copolymers, they may be heteropolymers or block copolymers. If the molecular weight of the oxazoline polymer exceeds 1,000,000, it is not preferable because the cooling rate becomes slow and the viscosity of the quenching bath increases. On the other hand, it is well known to those skilled in the art that if the molecular weight of the oxazoline polymer is less than 5000, it is impractical and the difference from other polymer quenching agents becomes unclear. As mentioned above, the substituent R may be an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isobutyl group, and a halogenated alkyl group such as a 1-chloroethyl group or a 1-chloro-n-butyl group. Furthermore, the substituent R may be a phenyl group. Particularly preferred nonionic oxazoline polymers for use in the quench baths of this invention are from about 200,000 to about
Polyethyloxazolines having a molecular weight within the range of 500,000. Such homopolymers are thermoplastic amorphous solids that are water soluble and have low toxicity. The monomers that form the polymers used in the quench bath of the present invention are described in Chemical Reviews , which is incorporated herein by reference.
71 No. 5, pp. 483-505 (1971). The polymers used in the quenching process of the invention, whether homopolymers or copolymers, may be prepared by polymerizing monomers or comonomers in a suitable manner. According to U.S. Patent No. 3,483,141,
The monomers may be reacted in the presence of a cationic catalyst in an inert atmosphere at a temperature of about 20<0>C to about 250<0>C. Polymer Letters 4, No.
See also pages 441-445 (1966). Examples of suitable monomers include 2-methyl, 2-
Examples include ethyl and 2-isobutyl-2-oxazoline and mixtures of these monomers. The polymerization temperature is preferably in the range of about 80°C to 250°C, and the reaction time is several hours, although the reaction time will vary somewhat depending on the reactants, polymerization temperature, catalyst type and concentration, and desired molecular weight. can be done. Typical cationic catalysts that may be used in the polymerization reaction include methyl iodide, alkyl halides such as 1,4-dibromobutane, and boron trifluoride etherate.
and strong acids such as P-toluenesulfonic acid, sulfuric acid, and nitric acid. The concentration of the catalyst is such that the molar ratio of monomer to catalyst is approximately 10:1 to 60,000:
It can be changed considerably so that it becomes 1. In the quench bath used in the method of the invention, the concentration of substituted oxazoline polymer can vary from about 0.5% to about 5% by weight of the bath. If the concentration of the substituted oxazoline polymer exceeds 5% by weight, a so-called drag-out phenomenon occurs in which the polymer is removed together with the rapidly cooled metal, which is undesirable. On the other hand, it is well known to those skilled in the art that if the content is less than 0.5% by weight, it is too thin and becomes close to water, making it almost impossible to obtain a rapid cooling effect. High molecular weight polymers, e.g. 200,000~
The preferred concentration of polymer with a molecular weight in the range of 500,000 is about 1.5-3%. Advantageously, the viscosity of the quench bath does not increase appreciably with increasing polymer concentration within the above range, thus avoiding undesirable drag-out of the polymer upon quenching the metal. The quench rate generally decreases with increasing concentration of substituted oxazoline polymer. The rate also decreases as the molecular weight of the polymer increases. Additionally, the quench rate generally decreases with increasing quench bath temperature measured prior to contact with the hot metal being immersed, with the preferred range of quench bath temperatures for many practical uses being about 21-60°C (about 70-60°C).
140〓). By adjusting the above factors, i.e., the temperature of the quenching medium and the molecular weight and concentration of the substituted oxazoline polymer used in the quenching medium, a relatively wide range of cooling rates can be achieved, from oil cooling rates to rates between those of water and oil. Cooling rate can be obtained. In addition to the requisite substituted oxazoline polymers, the aqueous quench baths used in this invention may contain other additives to improve performance in certain applications.
For example, corrosion inhibitors such as sodium nitrate, ethanolamine, amine soaps to prevent corrosion of quench baths, conveyor belts and hardened parts, as well as other additives such as defoamers, disinfectants, metal deactivators, etc. agents may be added to the bath. The following examples more fully illustrate embodiments of the quenching process of the present invention, but should not be construed as limiting the scope of the invention. Test Procedures For each test measuring cooling time, the test specimen was a cylinder 500 mm long and 10 mm in diameter, made of scale-resistant austenitic steel. A microthermocouple was inserted into the center of the cylinder, and in the example case the temperature reading output of the thermocouple was recorded with a stripyard recorder (Chessell 321). In the example, the curve was plotted on a computer (Commodor) on a display (Panasonic) instead of a striptease recorder. The specimens were heated in an electric resistance furnace at a temperature of approximately 925°C (1700°C) without any atmospheric adjustment. In each test, the temperature of the specimen when immersed in the quenching agent was 849°C (1620°C).
〓) It was. The amount of quenching agent used was 0.5, and the temperature of the quenching agent was 27°C (80°C). Cooling curves were obtained using the test conditions described above and aqueous solutions of various substituted oxazoline polymers. The cooling time for the specimen to be cooled from 871°C (1600〓) to 204°C (400〓) was determined from the cooling curve. The results thus obtained are described below. Example: Six quench baths were constructed. Baths A, B, and C contained aqueous solutions of polyoxyethylene-polyoxypropylene glycol, and the concentrations of polymer in the baths were 11.7%, 5.9%, and 3.9% by weight, respectively. Bath D,
E and F are polyethyloxazoline (molecular weight
200000), each with a concentration of
They were 3.0%, 2.3% and 0.75%. Baths G, H and I are different polyethyloxazolines (molecular weight
500000), each with a bath concentration of 2.0
%, 1.5% and 0.5%. The viscosity was measured for several baths and the cooling time was determined using the procedure described above. The data obtained as a result of such tests are shown in Table 1 below. [Table] From the data in the table, if the quenching effect is measured by cooling time (normal method) and a cooling time of 12 to 13 seconds is desired, a bath concentration of 11.7% polyoxyalkylene glycol is required, and its viscosity It can be seen that the value is 8.9cSt. (See Bath A). As a control, a similar quenching effect (13.3 seconds) can be obtained with a bath containing only 3% polyethyloxazoline (molecular weight 200000), whose viscosity is only 2.7 cSt (see bath D). Using a bath containing only 2.0% polyethyloxazoline (molecular weight 500000),
A quenching time of 18.9 seconds is obtained. However, the viscosity is only 2.7 cSt (see Bath G). Therefore,
Using the quench baths of the present invention containing substituted polyoxazolines, the same quenching effect obtained with polyethylene glycol can be obtained with only 1/3 to 1/2 the amount of polymer. Equally important is that the viscosity of the aqueous baths according to the invention is considerably lower when obtaining the same quenching effect as polyoxyalkylene glycol baths. Thus, the method of the present invention is useful where aqueous baths of other polymer systems are inadequate. EXAMPLE The purpose of this example was to determine the thermal stability of the polymer used in the quench bath of the present invention in comparison to certain previously known polymer quench agents. A rectangular sheet of 1010 carbon steel approximately 7.6 cm x 12.7 cm (3″ x 5″) was placed on a heating plate and heated. Two drops of the following aqueous quench bath were placed at various locations on the metal sheet. Table: As the metal sheets heated up, the water evaporated leaving behind the respective polymers. The alkylene glycol polymer smoked, released fumes, and eventually decomposed into a crust. The oxazoline polymer did not begin to smoke until the alkylene glycol polymer was completely carbonized. Example Three quench baths were created: baths N, O and P. These are polyethyloxazolines (molecular weight ~
50,000), the concentrations of which were 3%, 2% and 1%, respectively. The viscosities of the three baths were determined by the procedure described above. The data obtained as a result of such tests are therefore presented in Table 1. [Table] The quenching bath of the present invention achieves the same quenching effect at 1/3 to 1/2 the polymer concentration required for alkylene glycol polymer baths. Thus, upon disposal, the baths used in the present invention have less negative environmental impact and require less wastewater treatment.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 金属を高温に加熱したのち、該加熱された金
属を液体急冷媒からなる浴の中で急冷することに
よつて金属中に望ましい金属学的変化を生じさせ
る金属の熱処理における有用な急冷方法におい
て、 前記急冷媒として非イオン性で水溶性又は水分
散性の置換オキサゾリン重合体を前記急冷媒の総
重量に対して0.5重量%乃至5重量%含む水溶液
を使用し、 前記重合体が、下記一般式で表わされる反復単
位を有し、 式中、Rは前記重合体が前記濃度で存在すると
きに該重合体の非イオン性、水溶性及び水分散性
を有意に変えないような、フエニル基又は1乃至
7の炭素原子を含むハロゲン置換されることある
アルキル基からなる群から選択される有機基であ
り、 前記重合体中の前記反復単位のうち少なくとも
50%の前記置換基Rは1乃至3の炭素原子を含む
アルキル基であり、 nは前記重合体に5000〜1000000の分子量を与
えるような整数であることを特徴とする、 急冷方法。 2 前記重合体が50000〜500000の分子量を有す
る、第1項の方法。 3 前記急冷媒中の前記重合体の濃度が1.5重量
%乃至3重量%であり、且つ、前記重合体が
200000〜500000の分子量を有する、第2項の方
法。 4 RがC2H5であり、nが前記重合体に50000〜
500000の分子量を与えるような整数である、第1
項の方法。 5 前記急冷媒中の前記重合体の濃度が1.5重量
%乃至3重量%であり、且つ、前記重合体が
200000〜500000の分子量を有する、第4項の方
法。
[Claims] 1. A heat treatment of a metal that produces a desired metallurgical change in the metal by heating the metal to a high temperature and then rapidly cooling the heated metal in a bath consisting of a liquid quenching medium. A useful quenching method in which the quenching agent is an aqueous solution containing 0.5% to 5% by weight of a nonionic, water-soluble or water-dispersible substituted oxazoline polymer based on the total weight of the quenching agent; The polymer has a repeating unit represented by the following general formula, where R is a phenyl group or a halogen containing from 1 to 7 carbon atoms such that when the polymer is present at the concentration it does not significantly alter the nonionicity, water solubility and water dispersibility of the polymer. an organic group selected from the group consisting of optionally substituted alkyl groups, and at least one of the repeating units in the polymer
A quenching method, characterized in that 50% of the substituents R are alkyl groups containing 1 to 3 carbon atoms, and n is an integer giving the polymer a molecular weight of 5,000 to 1,000,000. 2. The method of item 1, wherein the polymer has a molecular weight of 50,000 to 500,000. 3. The concentration of the polymer in the quenching medium is 1.5% to 3% by weight, and the polymer is
The method of paragraph 2, having a molecular weight of 200,000 to 500,000. 4 R is C 2 H 5 and n is 50000 to 50000 in the above polymer.
The first is an integer that gives a molecular weight of 500,000.
Section method. 5 The concentration of the polymer in the quenching medium is 1.5% to 3% by weight, and the polymer is
The method of paragraph 4, having a molecular weight of 200,000 to 500,000.
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