JP5337792B2 - Steel material, steel material manufacturing method and steel material manufacturing apparatus - Google Patents

Steel material, steel material manufacturing method and steel material manufacturing apparatus Download PDF

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Abstract

According to one aspect of the present invention, there is provided a process of fabricating a steel material by performing a heat treatment to a steel material having high strength, in order to reduce hardness at one part of the steel material to less than hardness at other parts of the steel material, wherein the heat treatment comprises a heating step in which a portion having a certain depth from a surface of the steel material is rapidly heated by induction heating or direct energization heating, and a cooling step in which the steel material, which has been subject to the heating step, is rapidly cooled a predetermined time after the heating step, and a heating temperature in the heating step is Ac1 transforming point or more.

Description

本発明は、鋼材、鋼材の製造方法及び鋼材の製造装置に係り、特に、部位によって硬さが異なるものに関する。   The present invention relates to a steel material, a steel material manufacturing method, and a steel material manufacturing apparatus, and more particularly to a material whose hardness varies depending on a part.

例えば棒または線の原料となるコイル状の圧延材(以下圧延材という)等の鋼材からの2次加工(熱処理)において、耐遅れ破壊性を向上させるため、例えば表層部から中心部にかけて、部位によって引張強さ(硬さ)を変化させる技術が提供されている。   For example, in order to improve delayed fracture resistance in secondary processing (heat treatment) from a steel material such as a coiled rolled material (hereinafter referred to as a rolled material), which is a raw material of a bar or wire, for example, a region from the surface layer to the center A technique for changing the tensile strength (hardness) is provided.

例えば、クラッド鋼の様に、純鉄などの極低炭素の鋼を表層に配して圧延し脱炭、減炭を利用する技術が知られている(例えば、特開平6−57367号公報参照)。 For example, a technique of using ultra-low carbon steel such as pure iron on the surface layer and rolling and decarburizing and decarburizing, such as clad steel, is known (see, for example, JP-A- 6-57367 ) ).

また、圧延中にAc1〜Ac3温度で加熱し、表層に生成させた脱炭層を利用する技術(例えば、特開昭62−267420号公報参照)や、熱処理後、更に表層部のみ熱処理を再度施す技術(例えば、特開平7−54441号公報参照)が提供されている。   In addition, after the heat treatment at a temperature of Ac1 to Ac3 during rolling and using a decarburized layer formed on the surface layer (see, for example, JP-A-62-267420), or after heat treatment, only the surface layer portion is subjected to heat treatment again. Techniques (see, for example, JP-A-7-54441) are provided.

さらに、一般的に、耐遅れ破壊性を向上させる手段として、鍍金や窒化等の化学的な表面処理を施す技術、あるいは耐遅れ破壊性に優れた非金属材のコーティング材を表面に施す技術が知られている。   Furthermore, in general, as a means for improving delayed fracture resistance, there is a technique for performing chemical surface treatment such as plating or nitriding, or a technique for applying a non-metallic coating material with excellent delayed fracture resistance to the surface. Are known.

しかしながら、上記の技術には、以下のような問題がある。すなわち、圧延材の段階で、クラッド鋼を作製、あるいはAc1〜Ac3温度で加熱することによる脱炭層を作り込んでから、2次加工(熱処理)を行うので前処理が必要である。また、2次加工(熱処理)を行った後、再度表層部のみを熱処理、あるいは化学的な表面処理を行う必要がある。したがって、いずれも工程が複雑であり、2次加工(熱処理)の前後で、煩雑な処理条件の制御が必要となる。   However, the above technique has the following problems. That is, pre-treatment is required because secondary processing (heat treatment) is performed after producing a decarburized layer by producing clad steel or heating at a temperature of Ac1 to Ac3 at the stage of the rolled material. In addition, after secondary processing (heat treatment), it is necessary to heat-treat only the surface layer portion or perform chemical surface treatment again. Therefore, the process is complicated in all cases, and complicated processing conditions must be controlled before and after the secondary processing (heat treatment).

そこで、本発明は、単純な処理で、部位によって硬さが異なる鋼材、鋼材の製造方法及び鋼材の製造装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a steel material, a steel material manufacturing method, and a steel material manufacturing apparatus that have different hardness depending on the site by a simple process.

本発明の一形態にかかる鋼材の製造方法は、焼入れされた鋼材に焼戻しを施すことにより、前記鋼材の一部分の硬さを前記鋼材の他の部分の硬さよりも低くする鋼材の製造方法であって、前記焼戻しは、誘導加熱または直接通電加熱により前記鋼材の表皮から半径の10%までを急速加熱する加熱工程と、該加熱工程の開始後1秒以内に前記加熱工程を経た前記鋼材を急冷する冷却工程と、を備え、前記加熱工程における加熱温度がAc1変態点以上であり、前記焼戻しの処理条件は、Tを温度、tを時間、t0を熱処理時間とする際の

Figure 0005337792
で示される焼戻進行値Nが、表層部において、中心部の1.5倍以上になるよう設定することを特徴とする。 A method for manufacturing a steel material according to an aspect of the present invention is a method for manufacturing a steel material in which the hardness of a part of the steel material is made lower than the hardness of another part of the steel material by tempering the quenched steel material. The tempering includes a heating step of rapidly heating up to 10% of the radius from the skin of the steel material by induction heating or direct electric heating, and a rapid cooling of the steel material that has passed through the heating step within 1 second after the start of the heating step. comprising a cooling step of the state, and are the heating temperature is more than the Ac1 transformation point in the heating step, treatment conditions of the tempering temperature T, time t, when the heat treatment time t0
Figure 0005337792
The tempering progress value N indicated by is set so that the surface layer portion is 1.5 times or more of the center portion .

本発明は、他の一態様として、前記加熱工程から前記冷却工程までの時間が、鋼種、線径、加熱温度、及び加熱時間に応じて決まる所定時間以下であることを特徴とする。   As another aspect of the present invention, the time from the heating step to the cooling step is a predetermined time or less determined according to the steel type, wire diameter, heating temperature, and heating time.

本発明は、他の一態様として、前記熱処理の処理条件は、前記鋼材の表面急速加熱後の伝熱特性に基づいて決定されることを特徴とする。   As another aspect of the present invention, the processing conditions for the heat treatment are determined based on heat transfer characteristics after rapid heating of the surface of the steel material.

本発明は、他の一態様として、前記焼戻しの処理条件は、周波数、入力電気エネルギー、加熱温度、加熱時間、放冷時間、の少なくとも2つを含む組み合わせとすることを特徴とする。 As another aspect of the present invention, the tempering treatment condition is a combination including at least two of frequency, input electric energy, heating temperature, heating time, and cooling time.

本発明は、他の一態様として、前記鋼材の伝熱特性または前記焼戻進行値を算出する工程を備え、前記焼戻しの処理条件は、前記算出された伝熱特性または前記焼戻進行値に基づいて決定されることを特徴とする。 The present invention includes, as another aspect, a step of calculating the heat transfer characteristic of the steel material or the tempering progress value, and the tempering treatment condition is set to the calculated heat transfer characteristic or the tempering progress value. It is determined based on.

本発明は、他の一態様として、前記加熱工程から前記冷却工程までの時間は、表層部における前記焼戻進行値が、中心部の前記焼戻進行値の1.5倍以上の値になるよう設定することを特徴とする。   In another aspect of the present invention, the time from the heating step to the cooling step is such that the tempering progress value in the surface layer portion is 1.5 times or more the central tempering progress value. It is characterized by setting as follows.

本発明は、他の一態様として、前記鋼材は、線状または棒状であることを特徴とする。   As another aspect of the present invention, the steel material is linear or rod-shaped.

本発明は、他の一態様として、前記鋼材に対して加熱処理及び冷却処理を含む焼入処理が施された後、焼戻処理として前記加熱工程及び前記冷却工程がそれぞれ一度ずつ行われることを特徴とする。   In another aspect of the present invention, after the steel material is subjected to a quenching process including a heat treatment and a cooling process, the heating process and the cooling process are each performed once as a tempering process. Features.

本発明の他の一形態は、前記加熱工程及び前記冷却工程を経た前記鋼材であって、その表層部付近の硬さと、半径方向で表層から10%の位置よりも中心側の硬さの差がHV50以上であり、かつJISZ2201の2号試験片で引張試験を行った場合の引張強さが1420N/mm以上であることを特徴とする。Another embodiment of the present invention is the steel material that has undergone the heating step and the cooling step, and the difference between the hardness in the vicinity of the surface layer portion and the hardness on the center side from the position of 10% from the surface layer in the radial direction. Is HV50 or more, and the tensile strength when a tensile test is performed with a No. 2 test piece of JISZ2201 is 1420 N / mm 2 or more.

本発明は、他の一態様として、全断面焼き戻しマルテンサイト組織となっており、かつ、表層部の硬さがHV380以下であり、かつJISZ2201の2号試験片で引張試験を行った場合の引張強さが1420N/mm以上であり、表層よりも中心側の硬さが均一であることを特徴とする。As another aspect of the present invention, the entire cross-section tempered martensite structure is obtained, the hardness of the surface layer portion is HV380 or less, and a tensile test is performed with a No. 2 test piece of JISZ2201. The tensile strength is 1420 N / mm 2 or more, and the hardness on the center side of the surface layer is uniform.

本発明は、他の一態様として、全断面焼き戻しマルテンサイト組織となっており、かつ、その表層部の硬さがHV420以下であり、かつJISZ2201の2号試験片で引張試験を行った場合の引張強さが1600N/mm以上であり、表層よりも中心側の硬さが均一であることを特徴とする。As another aspect of the present invention, when the entire cross-section tempered martensite structure is formed, the hardness of the surface layer portion is HV420 or less, and a tensile test is performed with a No. 2 test piece of JISZ2201 The tensile strength is 1600 N / mm 2 or more, and the center side hardness is more uniform than the surface layer.

本発明の他の一形態は、焼入れされた鋼材に焼戻しを施すことにより、前記鋼材の一部分の硬さを前記鋼材の他の部分の硬さよりも低くする鋼材の製造装置であって、誘導加熱または直接通電加熱により前記鋼材の表皮から半径の10%までを急速加熱する加熱手段と、該加熱の後1秒以内に、前記加熱工程を経た前記鋼材を急冷する冷却手段と、を備え、前記加熱手段における前記鋼材の加熱温度がAc1変態点以上であり、前記焼戻しの処理条件は、Tを温度、tを時間、t0を熱処理時間とする際の

Figure 0005337792
で示される焼戻進行値Nにより設定されることを特徴とする。 Another aspect of the present invention is an apparatus for manufacturing a steel material, wherein the hardness of a part of the steel material is made lower than the hardness of the other part of the steel material by tempering the quenched steel material, the induction heating apparatus Or a heating means for rapidly heating up to 10% of the radius from the skin of the steel material by direct current heating, and a cooling means for rapidly cooling the steel material after the heating step within 1 second after the heating , The heating temperature of the steel material in the heating means is equal to or higher than the Ac1 transformation point, and the tempering treatment conditions are as follows: T is temperature, t is time, and t0 is heat treatment time.
Figure 0005337792
It is set by the tempering progress value N shown by these.

本発明は、他の一態様として、前記鋼材の伝熱特性または前記焼戻進行値の算出結果に基づいて前記焼戻しの処理条件を制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする。 In another aspect, the present invention is characterized by further comprising control means for controlling the tempering processing conditions based on the heat transfer characteristics of the steel material or the calculation result of the tempering progress value.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る熱処理装置の構成を概略的に示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view schematically showing the configuration of a heat treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図2は、同実施形態の熱処理工程を概略的に示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a heat treatment step of the same embodiment. 図3は、同実施形態におけるPC鋼棒の構成を示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing the configuration of the PC steel rod in the same embodiment. 図4は、同実施形態におけるPC鋼棒の成分を示す表である。FIG. 4 is a table showing components of the PC steel bar in the same embodiment. 図5は、同実施形態の熱処理装置におけるコイルターン数と線径の関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of coil turns and the wire diameter in the heat treatment apparatus of the same embodiment. 図6は、同実施形態及び従来例の熱処理条件を示す表である。FIG. 6 is a table showing the heat treatment conditions of the embodiment and the conventional example. 図7は、同実施形態のPC鋼棒の伝熱解析による経過時間と温度分布の関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the elapsed time and the temperature distribution by heat transfer analysis of the PC steel rod of the same embodiment. 図8は、同実施形態のPC鋼棒の伝熱解析による放冷時間と温度分布の関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing a relationship between a cooling time and a temperature distribution by heat transfer analysis of the PC steel rod of the same embodiment. 図9は、同実施形態のPC鋼棒の硬さと直径方向の距離との関係を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the hardness of the PC steel rod of the same embodiment and the distance in the diameter direction. 図10は、同実施形態における焼戻過程における表層部分から中心までの温度分布を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the temperature distribution from the surface layer portion to the center in the tempering process in the same embodiment. 図11は、同実施形態におけるNパラメータの効率を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the efficiency of the N parameter in the same embodiment. 図12は、同実施形態における表面と中心のNパラメータの比率と、加熱過程及び放冷の時間との関係を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the ratio of the N parameter between the surface and the center, the heating process and the cooling time in the same embodiment. 図13は、同実施形態に係る熱処理と、従来の熱処理により得られたPC鋼棒の断面硬さ分布を示すグラフである。FIG. 13: is a graph which shows the cross-sectional hardness distribution of the PC steel bar obtained by the heat processing which concerns on the same embodiment, and the conventional heat processing. 図14は、同実施形態の熱処理で製造されたPC鋼棒の軸方向の断面硬さ分布を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the cross-sectional hardness distribution in the axial direction of the PC steel bar manufactured by the heat treatment of the same embodiment. 図15は、同実施形態の熱処理に用いる複数種類のPC鋼棒の成分を示す表である。FIG. 15 is a table showing the components of a plurality of types of PC steel bars used for the heat treatment of the same embodiment. 図16は、同実施形態の熱処理と、従来の熱処理によるPC鋼棒Wの遅れ破壊試験結果を示す表である。FIG. 16 is a table showing the delayed fracture test results of the PC steel bar W by the heat treatment of the same embodiment and the conventional heat treatment. 図17は、同遅れ破壊試験結果を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing the delayed fracture test results. 図18は、同実施形態のPC鋼棒W1の構成を示す側面図である。FIG. 18 is a side view showing the configuration of the PC steel bar W1 of the same embodiment. 図19は、同実施形態のPC鋼棒W1のノッチの構成を示す側面図である。FIG. 19 is a side view showing the configuration of the notch of the PC steel bar W1 of the same embodiment. 図20は、同実施形態の熱処理と、従来の熱処理によるPC鋼棒の遅れ破壊試験結果を示す表である。FIG. 20 is a table showing the delayed fracture test results of the PC steel bar by the heat treatment of the same embodiment and the conventional heat treatment. 図21は、同遅れ破壊試験結果を示すグラフである。FIG. 21 is a graph showing the delayed fracture test results. 図22は、同実施形態のPC鋼棒W1に形成されたノッチの深さと破断時間との関係を示すグラフである。FIG. 22 is a graph showing the relationship between the depth of the notch formed in the PC steel bar W1 of the same embodiment and the fracture time. 図23は、本発明の他の実施形態における熱処理装置の構成を概略的に示す説明図である。FIG. 23 is an explanatory view schematically showing a configuration of a heat treatment apparatus according to another embodiment of the present invention. 図24は、本発明の第2実施形態にかかる異形PC鋼棒の構成を示す側面図である。FIG. 24 is a side view showing the configuration of the deformed PC steel bar according to the second embodiment of the present invention. 図25は、同実施形態における異形PC鋼棒の成分を示す表である。FIG. 25 is a table showing components of the deformed PC steel bar in the same embodiment. 図26は、同実施形態にかかる熱処理と比較熱処理の熱処理条件を示す表である。FIG. 26 is a table showing heat treatment conditions for heat treatment and comparative heat treatment according to the embodiment. 図27は、同実施形態における異形PC鋼棒の熱処理における経過時間と温度変化の伝熱解析によるシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 27 is a graph showing a simulation result by heat transfer analysis of elapsed time and temperature change in heat treatment of the deformed PC steel bar in the same embodiment. 図28は、本発明の第3実施形態にかかるばね鋼線の構成を示す斜視図。FIG. 28 is a perspective view showing a configuration of a spring steel wire according to a third embodiment of the present invention. 図29は、同実施形態におけるばね鋼線の成分を示す表である。FIG. 29 is a table showing components of the spring steel wire in the same embodiment. 図30は、同実施形態にかかる熱処理と比較熱処理における、熱処理条件を示す表である。FIG. 30 is a table showing heat treatment conditions in the heat treatment and the comparative heat treatment according to the embodiment. 図31は、同実施形態にかかる熱処理における経過時間と温度変化の伝熱解析によるシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 31 is a graph showing a simulation result by heat transfer analysis of elapsed time and temperature change in the heat treatment according to the embodiment. 図32は、同実施形態にかかる熱処理と、比較熱処理における、処理後のばね鋼線の断面硬さ分布を示すグラフである。FIG. 32 is a graph showing the cross-sectional hardness distribution of the spring steel wire after the heat treatment according to the embodiment and the comparative heat treatment. 図33は、熱処理材の硬さと疲労限度の関係を示すグラフである。FIG. 33 is a graph showing the relationship between the hardness of the heat-treated material and the fatigue limit. 図34は、比較熱処理材の回転曲げ疲労試験結果を示す表である。FIG. 34 is a table showing the results of the rotational bending fatigue test of the comparative heat-treated material. 図35は、比較熱処理材の表層から介在物の距離と耐久回数の関係を示すグラフである。FIG. 35 is a graph showing the relationship between the distance from the surface layer of the comparative heat-treated material and the number of durability. 図36は、同実施形態に係る熱処理によるばね鋼線の回転曲げ疲労試験結果を示す表である。FIG. 36 is a table showing the rotational bending fatigue test results of the spring steel wire by the heat treatment according to the embodiment. 図37は、同実施形態にかかる熱処理によるばね鋼線と比較熱処理材によるばね鋼線の、断面硬さ、残留応力、及び応力振幅を示すグラフである。FIG. 37 is a graph showing the cross-sectional hardness, residual stress, and stress amplitude of the spring steel wire by the heat treatment and the spring steel wire by the comparative heat treatment material according to the embodiment. 図38は、他の実施形態にかかるばね鋼線の成分の例を示す表である。FIG. 38 is a table showing an example of components of a spring steel wire according to another embodiment. 図39は、本発明の第4実施形態にかかるボルトの構成を示す斜視図である。FIG. 39 is a perspective view showing a configuration of a bolt according to the fourth embodiment of the present invention. 図40は、同実施形態にかかるボルトの成分を示す表である。FIG. 40 is a table showing the components of the bolt according to the embodiment. 図41は、同実施形態にかかる熱処理および比較熱処理における熱処理条件を示す表である。FIG. 41 is a table showing the heat treatment conditions in the heat treatment and the comparative heat treatment according to the embodiment. 図42は、同実施形態におけるボルトWbの熱処理における経過時間と温度変化の伝熱解析によるシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 42 is a graph showing a simulation result by heat transfer analysis of elapsed time and temperature change in the heat treatment of the bolt Wb in the same embodiment. 図43は、同実施形態に係る熱処理と、比較熱処理により得られたボルトの断面硬さ分布を示すグラフである。FIG. 43 is a graph showing the cross-sectional hardness distribution of the bolts obtained by the heat treatment according to the embodiment and the comparative heat treatment. 図44は、同実施形態に係る熱処理と、比較熱処理により得られたボルトの遅れ破壊試験結果を示す表である。FIG. 44 is a table showing the delayed fracture test results of the bolts obtained by the heat treatment according to the embodiment and the comparative heat treatment. 図45は、同実施形態に係る熱処理と、比較熱処理により得られたボルトの累積破断確率と破断時間を示すグラフである。FIG. 45 is a graph showing the cumulative failure probability and failure time of the bolts obtained by the heat treatment according to the embodiment and the comparative heat treatment.

以下、本発明の第1実施形態について図1乃至図22を参照して説明する。図1は、本実施形態の熱処理装置10の概念図である。図2は本実施形態におけるPC鋼棒の製造工程のフローチャートである。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a conceptual diagram of a heat treatment apparatus 10 of the present embodiment. FIG. 2 is a flowchart of the manufacturing process of the PC steel bar in the present embodiment.

図1に示すように、鋼材の製造装置の一例としての熱処理装置10は、鋼材の一例であるPC鋼棒Wを搬送するピンチロール11(搬送手段)と、焼入手段である焼入加熱コイル12及び焼入冷却ジャケット13と、ピンチロール14(搬送手段)と、高周波誘導加熱を行う加熱手段としての焼戻加熱コイル15と、冷却手段としての冷却ジャケット16と、ピンチロール17(搬送手段)と、が直線状の搬送経路に沿って配列されて構成され、PC鋼棒(鋼材)Wを搬送経路に沿って搬送しながら加熱及び冷却する機能を有する。   As shown in FIG. 1, a heat treatment apparatus 10 as an example of a steel material manufacturing apparatus includes a pinch roll 11 (conveying means) that conveys a PC steel bar W that is an example of a steel material, and a quenching heating coil that is a quenching means. 12, a quenching cooling jacket 13, a pinch roll 14 (conveying means), a tempering heating coil 15 as a heating means for performing high-frequency induction heating, a cooling jacket 16 as a cooling means, and a pinch roll 17 (conveying means). Are arranged along a linear conveyance path, and have a function of heating and cooling while conveying a PC steel rod (steel material) W along the conveyance path.

処理の対象となるPC鋼棒Wは、例えば図3に示すような中実の丸棒状であり、軸方向に沿って連続して搬送される。PC鋼棒Wは、例えば図4に示される成分を含んで構成されるがこれに限られるものではない。   The PC steel bar W to be processed has a solid round bar shape as shown in FIG. 3, for example, and is continuously conveyed along the axial direction. The PC steel bar W is configured to include the components shown in FIG. 4, for example, but is not limited thereto.

焼戻加熱コイル15は、間を通過するPC鋼棒Wを高周波誘導加熱する機能を有する。焼戻加熱コイル15は、線径や搬送速度に合わせて適当なコイルターン数に設定される。本実施形態での焼戻加熱コイル15のターン数は例えば6ターンであるがこれに限定されるものではない。なお比較対象としては、17ターンのコイルを用いた従来品を例示している。図5に、一般的コイルターン数、線径、搬送速度の関係を示す。   The tempering heating coil 15 has a function of high-frequency induction heating the PC steel rod W passing there between. The tempering heating coil 15 is set to an appropriate number of coil turns in accordance with the wire diameter and the conveyance speed. The number of turns of the tempering heating coil 15 in this embodiment is, for example, 6 turns, but is not limited to this. As a comparison object, a conventional product using a 17-turn coil is illustrated. FIG. 5 shows the relationship among the general number of coil turns, wire diameter, and conveyance speed.

高周波誘導加熱による焼戻しでは、PC鋼棒W自体が発熱するが、この発熱部の深さは、焼戻加熱コイル15のコイルターン数と周波数、入力電気エネルギー、加熱温度、加熱時間、放冷時間の組み合わせにより調節することができる。   In the tempering by high frequency induction heating, the PC steel rod W itself generates heat. The depth of the heat generating portion depends on the number and frequency of coil turns of the tempering heating coil 15, input electric energy, heating temperature, heating time, and cooling time. It can be adjusted by the combination.

冷却ジャケット16は通過するPC鋼棒Wに冷却液を噴射して冷却する機能を有する。   The cooling jacket 16 has a function of injecting a cooling liquid onto the PC steel rod W passing therethrough to cool it.

焼戻加熱コイル15から冷却ジャケット16までの距離は例えば500mm以下に設定されている。なお、通常の処理装置ではこの距離は1900mm程度であるが、本実施形態では加熱処理から冷却処理までの時間を短くするためにこの間の距離を短く設定した。   The distance from the tempering heating coil 15 to the cooling jacket 16 is set to 500 mm or less, for example. In a normal processing apparatus, this distance is about 1900 mm. However, in this embodiment, the distance between the heating process and the cooling process is set short in order to shorten the time.

本実施形態における熱処理の処理条件の一例を図6に示す。この処理条件は、後述の原理により、高周波誘導加熱した瞬間の加熱温度パターンの時間的な変化と、鋼の焼戻特性を利用して、出願人が見出したものである。この処理条件で連続に熱処理を施すことにより、1度の焼戻しで、表層部に低硬さの層を持つとともに、ある深さからは均一な硬さ分布を持ち、1420N/mm以上の強度レベルとなる鋼棒Wを製造することが可能となる。An example of the heat treatment conditions in this embodiment is shown in FIG. This processing condition was discovered by the applicant based on the principle described later, using the temporal change of the heating temperature pattern at the moment of high-frequency induction heating and the tempering characteristics of steel. By continuously heat-treating under these treatment conditions, it has a low hardness layer in the surface layer part by one tempering and has a uniform hardness distribution from a certain depth, and a strength of 1420 N / mm 2 or more It becomes possible to manufacture the steel rod W which becomes a level.

本実施形態の処理条件は、周波数50kHz、焼入加熱温度1000℃、焼戻加熱温度805℃、焼戻加熱時間0.17s、焼戻加熱から冷却までの時間0.63sとしている。ここで用いたPC鋼棒は直径d(呼び名)7.1mmの細径PC鋼棒であり、引張強さが1440N/mm程度になるよう焼戻加熱温度を調整している。The processing conditions of this embodiment are a frequency of 50 kHz, a quenching heating temperature of 1000 ° C., a tempering heating temperature of 805 ° C., a tempering heating time of 0.17 s, and a time from tempering heating to cooling of 0.63 s. The PC steel bar used here is a thin PC steel bar having a diameter d (nominal name) of 7.1 mm, and the tempering heating temperature is adjusted so that the tensile strength is about 1440 N / mm 2 .

比較対象の従来品の処理条件は周波数9.5kHz、焼入加熱温度1000℃、焼戻加熱温度603℃、焼戻加熱時間0.59s、焼戻加熱から冷却までの時間3.48sである。この従来品も直径d(呼び名)7.1mmの細径PC鋼棒であり、全断面平均引張強さが1440N/mm程度になるよう焼戻加熱温度を調整している。なお、本実施形態の成分と従来品とは同成分とする。The processing conditions of the conventional product to be compared are a frequency of 9.5 kHz, a quenching heating temperature of 1000 ° C., a tempering heating temperature of 603 ° C., a tempering heating time of 0.59 s, and a time from tempering heating to cooling of 3.48 s. This conventional product is also a small-diameter PC steel rod having a diameter d (nominal name) of 7.1 mm, and the tempering heating temperature is adjusted so that the total tensile average tensile strength is about 1440 N / mm 2 . In addition, let the component of this embodiment and a conventional product be the same component.

すなわち、本実施形態の焼戻加熱温度は比較対象とした従来品よりも高く、また焼戻加熱から冷却までの時間は従来品よりも短く設定されている。   That is, the tempering heating temperature of this embodiment is higher than that of the conventional product to be compared, and the time from tempering heating to cooling is set shorter than that of the conventional product.

なお、焼戻温度については、従来の常識ではAc1変態点(727℃)以上の焼戻温度で加熱することは“焼きが入るので不可能”とされているが、本実施形態では、高周波誘導加熱を用い、表面の急速な加熱と、加熱終了直後の急速な冷却を制御することで、Ac1変態点以上の温度でも、急速な冷却を組み合わせることにより焼きが入らないようにすることが可能であることを見出した。   As for the tempering temperature, according to the conventional common sense, heating at the tempering temperature not lower than the Ac1 transformation point (727 ° C.) is “impossible because tempering occurs”. By using heating and controlling rapid heating of the surface and rapid cooling immediately after completion of heating, it is possible to prevent quenching by combining rapid cooling even at temperatures above the Ac1 transformation point. I found out.

本実施形態に係る熱処理装置10においては、後述する原理に基づいて、ピンチロール11等による送り速度、焼戻加熱コイル15による加熱温度、加熱時間、焼戻加熱コイル15と冷却ジャケット16との距離、などを適切に設定、調節することにより、所望の硬さ分布を有するPC鋼棒Wを得ることができる。   In the heat treatment apparatus 10 according to the present embodiment, based on the principle described later, the feed speed by the pinch roll 11 or the like, the heating temperature by the tempering heating coil 15, the heating time, the distance between the tempering heating coil 15 and the cooling jacket 16 , Etc. can be appropriately set and adjusted to obtain a PC steel bar W having a desired hardness distribution.

以下、上記構成の熱処理装置10の動作について図2のフロー図を参照して説明する。素材工程で引抜加工され連続した線状または棒状の鋼材である連続線材W0は、ピンチロール11(搬送手段)により図1の左側から右側に連続搬送される。搬送される連続線材W0は、焼入工程で焼入加熱コイル12によって誘導加熱により焼入温度に急速加熱された後、焼入冷却ジャケット13により焼入冷却液噴射により急冷されて連続的に焼入れされる。   Hereinafter, the operation of the heat treatment apparatus 10 having the above configuration will be described with reference to the flowchart of FIG. A continuous wire W0, which is a continuous wire or rod-shaped steel material drawn in the material process, is continuously conveyed from the left side to the right side in FIG. 1 by a pinch roll 11 (conveying means). The continuous wire W0 to be conveyed is rapidly heated to the quenching temperature by induction heating by the quenching heating coil 12 in the quenching process, and then rapidly quenched by quenching cooling liquid injection by the quenching cooling jacket 13 and continuously quenched. Is done.

焼入処理が施された連続線材W0は、焼戻加熱コイル15を通過しながら加熱される。所定の焼戻温度に加熱された連続線材W0は、連続的に冷却液が噴射されている冷却ジャケット16に搬送され、冷却ジャケット16により急冷が開始される。冷却ジャケット16を通過し、連続線材W0の全長が冷却され、焼戻熱処理が完了する。そして、W0はピンチロール17により搬出される。熱処理を完了した後、連続線材W0(PC鋼棒W)は、加工・検査工程を経て成品(PC鋼棒W)とされる。   The continuous wire W0 subjected to the quenching process is heated while passing through the tempering heating coil 15. The continuous wire W0 heated to a predetermined tempering temperature is conveyed to the cooling jacket 16 to which the cooling liquid is continuously sprayed, and the cooling jacket 16 starts rapid cooling. Passing through the cooling jacket 16, the entire length of the continuous wire W0 is cooled, and the tempering heat treatment is completed. And W0 is carried out by the pinch roll 17. After completing the heat treatment, the continuous wire W0 (PC steel bar W) is processed into a product (PC steel bar W) through a processing / inspection process.

次に、熱処理における処理条件を決定するための原理を説明する。   Next, the principle for determining the processing conditions in the heat treatment will be described.

以下に、処理条件を設定する基準となる新たなパラメータであるNパラメータ値(焼戻進行値)について説明する。   Below, the N parameter value (tempering progress value), which is a new parameter serving as a reference for setting processing conditions, will be described.

図7に、連続熱処理中の鋼材のある断面の加熱開始から0.8sまでの経過時間と温度変化の有限要素モデル(FEM)を用いた伝熱解析によるシミュレーション結果を示す。表面から中心までの6箇所において、それぞれ横軸に経過時間を、縦軸に温度を示している。なお、ここでは加熱時間を0.17sとしているので、グラフ中の0.8sまでのうち、最初(グラフ左側)の0.17sは加熱時間であり、残りのグラフ右側の0.63sは放冷時間となる。   FIG. 7 shows a simulation result by heat transfer analysis using a finite element model (FEM) of elapsed time and temperature change from the start of heating of a cross section of a steel material during continuous heat treatment to 0.8 s. At six points from the surface to the center, the elapsed time is shown on the horizontal axis and the temperature is shown on the vertical axis. Here, the heating time is 0.17 s, so out of 0.8 s in the graph, the first (left side of graph) 0.17 s is the heating time, and the remaining 0.63 s on the right side of the graph is allowed to cool. It will be time.

一般的な焼戻パラメータとして、長時間加熱の場合に成立するラーソン・ミラーのパラメータP=T×(A+logt)[T:温度(K),A:定数,t:時間(h)]が知られている。このパラメータPの値が大きくなるほど、焼戻しが進行した状態(低硬さ)となる。   As a general tempering parameter, the Larson Miller parameter P = T × (A + logt) [T: temperature (K), A: constant, t: time (h)] established in the case of long-time heating is known. ing. As the value of the parameter P increases, the tempering progresses (low hardness).

一方、高周波誘導加熱が短時間加熱では、例として、図7に示すような高周波熱処理における急速加熱過程と急速冷却過程が成立している場合に、あるN値をパラメータとして設定できる。定義するN値(Nパラメータ値)は、PC鋼棒Wの温度の時間積分であり、下記式(1)で示される。

Figure 0005337792
On the other hand, when the high-frequency induction heating is short-time heating, for example, when a rapid heating process and a rapid cooling process in the high-frequency heat treatment as shown in FIG. 7 are established, a certain N value can be set as a parameter. The N value (N parameter value) to be defined is the time integral of the temperature of the PC steel bar W, and is represented by the following formula (1).
Figure 0005337792

ここで、T:温度(℃)、t:時間(s)、t0:熱処理時間(s)とする。   Here, T: temperature (° C.), t: time (s), and t0: heat treatment time (s).

すなわち、このNパラメータ値は、グラフにおける各曲線より下に囲む面積のことである。Nパラメータ値の値が大きくなるほど、焼戻しが進行した状態(低硬さ)となる。   That is, the N parameter value is an area enclosed below each curve in the graph. As the value of the N parameter value increases, the tempering progresses (low hardness).

図7によれば、t0を0.8としたとき、すなわち加熱開始から0.8s時点であって、放冷時間が0.63sの時点では、面積で示されるNパラメータ値を比較すると、表層部は、中心部のNパラメータ値より大きくなっており、かつ、おおよそ2mm以上の深さではNパラメータの差はほとんど変わらない。したがって、この時点で冷却すれば、図9に示すような、表層部が低硬さで、低硬さ層終了部から中心部まではほぼ均一な硬さ分布をもつ状態を実現できる。なお、この実施形態の例においてはt0を0.8としたがこれに限られるものではなく、線径や鋼種等による各種条件に応じて適当な値を適用できる。   According to FIG. 7, when t0 is 0.8, that is, at the time of 0.8 s from the start of heating and when the cooling time is 0.63 s, when the N parameter value indicated by the area is compared, The portion is larger than the N parameter value in the central portion, and the difference in the N parameter hardly changes at a depth of about 2 mm or more. Therefore, if it cools at this time, as shown in FIG. 9, the surface layer part is low-hardness and the state which has a substantially uniform hardness distribution from a low-hardness layer end part to a center part is realizable. In the example of this embodiment, t0 is set to 0.8, but the present invention is not limited to this, and an appropriate value can be applied according to various conditions depending on the wire diameter, steel type, and the like.

図8に、FEMを用いたPC鋼棒の伝熱解析による放冷時間と温度分布の関係を示すグラフを示す。r(中心からの距離)/R(半径)を横軸に、温度を縦軸に示したものを0.3s毎にそれぞれ示している。解析の条件は、形状;中実丸棒、半径;3.65mm、材質;S40C、発熱層深さ0.154mm、加熱時間0.17s、放冷時間0.63s、初期温度20℃とした。なお、グラフ中のtは、図7と対応した加熱開始からの時間で示しており、放冷を開始する0.17sから放冷を終了する0.8sまでの解析結果を示している。したがって、t=0.8sが放冷時間0.63sに該当する。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the cooling time and the temperature distribution by heat transfer analysis of a PC steel rod using FEM. The horizontal axis of r (distance from the center) / R (radius) and the vertical axis of temperature are shown every 0.3 s. The analysis conditions were: shape: solid round bar, radius: 3.65 mm, material: S40C, heating layer depth 0.154 mm, heating time 0.17 s, cooling time 0.63 s, and initial temperature 20 ° C. In addition, t in a graph is shown by the time from the heating start corresponding to FIG. 7, and has shown the analysis result from 0.17 s which starts cooling to 0.8 s which finishes cooling. Therefore, t = 0.8 s corresponds to the cooling time 0.63 s.

図8に示すように、表層部の発熱による熱は、時間とともに、PC鋼棒中心や外部に伝達される。加熱初期は、表層部が高温、中心部は低温の温度分布を示すが、時間の経過とともに、表層と中心の温度が均一になる。t=0.8s時点では、表層の温度Ts=430℃、中心の温度=429.1となる。   As shown in FIG. 8, the heat generated by the heat generated in the surface layer portion is transmitted to the center of the PC steel bar and to the outside with time. In the initial stage of heating, the surface layer has a high temperature distribution and the center has a low temperature distribution, but the temperature of the surface layer and the center becomes uniform over time. At the time of t = 0.8 s, the surface temperature Ts = 430 ° C. and the center temperature = 429.1.

図9は、PC鋼棒Wの断面硬さを測定したものであり、横軸に直径方向の位置、縦軸にビッカース硬さを表示している。硬さは、引張強さと対応しており、表層部が低硬さ(低強度)、低硬さ層終了部から中心部まではほぼ均一な硬さ分布を持つ状態を実現している。   FIG. 9 shows the measurement of the cross-sectional hardness of the PC steel bar W. The horizontal axis indicates the diametric position, and the vertical axis indicates the Vickers hardness. The hardness corresponds to the tensile strength, and the surface layer portion has a low hardness (low strength), and a state having a substantially uniform hardness distribution from the end portion to the center portion of the low hardness layer is realized.

また、図8によれば、0.63sより後においては均熱状態になっているため、冷却までの時間が長くなればなるほど、表層部と中心部のNパラメータ値の差が無くなっていくことがわかる。   Moreover, according to FIG. 8, since it is in a soaking | uniform-heating state after 0.63 s, the difference between N parameter values of a surface layer part and a center part will disappear, so that time until cooling becomes long. I understand.

図10は、PC鋼棒Wの加熱開始から0.8s後のNパラメータ値とビッカース硬さを示す。Nパラメータ値とビッカース硬さは、対称の関係があり、よく一致し、硬さはNパラメータで整理できることがわかる。   FIG. 10 shows the N parameter value and Vickers hardness after 0.8 s from the start of heating of the PC steel bar W. It can be seen that the N parameter value and the Vickers hardness have a symmetric relationship and are in good agreement, and the hardness can be organized by the N parameter.

以上の原理を整理すると、PC鋼棒Wの引張強さは、表面から中心までの焼戻しの進行状態であるNパラメータ値で決定されるため、規格を満足するためにはある範囲が存在することがわかる。また、この範囲内で、できるだけ表層部と中心部のNパラメータ値の差が大きくなるように、温度分布と冷却までの時間を制御することにより、所望の特性を有する鋼材を得られることがわかる。   To summarize the above principle, the tensile strength of the PC steel bar W is determined by the N parameter value, which is the progress of tempering from the surface to the center, so there is a certain range to satisfy the standard. I understand. Further, it is understood that a steel material having desired characteristics can be obtained by controlling the temperature distribution and the time until cooling so that the difference between the N parameter values of the surface layer portion and the central portion is as large as possible within this range. .

すなわち、高周波誘導加熱した瞬間の加熱温度パターンの時間的な変化と、鋼の焼戻特性を利用することにより、連続熱処理において、1度の焼戻しで、表層部に低硬さの層を、ある深さからは均一な硬さ分布を持ち、引張強さ、例えば1420N/mm以上の強度を有する鋼材の製造方法が実現できる。That is, by utilizing the temporal change of the heating temperature pattern at the moment of high-frequency induction heating and the tempering characteristics of steel, there is a low-hardness layer on the surface layer portion by tempering once in continuous heat treatment. From the depth, a method for producing a steel material having a uniform hardness distribution and a tensile strength, for example, a strength of 1420 N / mm 2 or more can be realized.

一般に、引張強さが低いほど耐遅れ破壊性に優れていることが知られている。すなわち、表面に低硬さ部を有するPC鋼棒Wは、優れた耐遅れ破壊性と、所定の引張強さを併せ持つPC鋼棒であり、上記の方法によりこのようなPC鋼棒Wを得ることができる。   Generally, it is known that the lower the tensile strength, the better the delayed fracture resistance. That is, the PC steel bar W having a low hardness portion on the surface is a PC steel bar having both excellent delayed fracture resistance and a predetermined tensile strength, and such a PC steel bar W is obtained by the above method. be able to.

すなわち、高周波焼戻しでは、適当なコイルと周波数、入力電気エネルギー、加熱温度、加熱時間、放冷時間を選択することによって発熱部の深さを調節でき、シミュレーションで計算したパターンを実現できる。したがって、高周波加熱において冷却までの時間を調整することにより、PC鋼棒全体の引っ張り強さを規格に満たしながら、表層部のみ低硬さにできる。なお、高周波加熱以外の炉加熱の様な輻射方式の外部加熱は、短時間の過程において昇温も均熱もせず、ゆっくりと加熱し続けるため、鋼の焼戻特性上、半径方向に強度差をつけることはできないが、高周波加熱の場合は、例えば1s以下等の短時間であるため、表層部以外の内部硬さが均一化されるという利点がある。   That is, in the induction tempering, the depth of the heat generating part can be adjusted by selecting an appropriate coil and frequency, input electric energy, heating temperature, heating time, and cooling time, and a pattern calculated by simulation can be realized. Therefore, by adjusting the time until cooling in high frequency heating, only the surface layer portion can be made low in hardness while satisfying the standard tensile strength of the PC steel bar. In addition, radiation-type external heating, such as furnace heating other than high-frequency heating, does not raise temperature or soak in a short period of time, and continues to heat slowly, so the strength difference in the radial direction due to the tempering characteristics of steel. However, in the case of high-frequency heating, there is an advantage that the internal hardness other than the surface layer portion is made uniform because of a short time such as 1 s or less.

このNパラメータを元にして、高周波熱処理特有の温度分布(Nパラメータの差)を利用して、1度の焼戻しで表層部の硬さ分布を調整でき、かつ、鋼棒の引張強さの規格値を満足できる連続高周波熱処理ラインを実現することができる。   Based on this N parameter, the hardness distribution of the surface layer can be adjusted by one tempering using the temperature distribution (difference in N parameter) peculiar to induction heat treatment, and the standard of tensile strength of steel bars A continuous high-frequency heat treatment line that satisfies the values can be realized.

例えば、表層のNパラメータが中心のNパラメータの1.5倍以上となるように設定することにより、所望の良好な表層部軟化を達成出来る。   For example, desired surface layer softening can be achieved by setting the N parameter of the surface layer to be 1.5 times or more the central N parameter.

なお、Nパラメータは、100kg/mm級以上の鋼材に対して好適に使用でき、焼戻温度の制限から、C:0.1mass%から0.5mass%の普通鋼の鋼が好ましい。Nパラメータが原理として作用するための直径の範囲としては、例えば5mm〜40mmの範囲が好ましい。Note that the N parameter can be suitably used for steel materials of 100 kg / mm grade 2 or higher, and C: 0.1 mass% to 0.5 mass% of ordinary steel is preferable because of tempering temperature limitations. The diameter range for the N parameter to act as a principle is preferably, for example, a range of 5 mm to 40 mm.

すなわち、Nパラメータは高強度鋼の焼戻しを利用しており、高周波誘導加熱特有の、急速加熱によるオーバーシュートと鋼の伝熱性による速やかな均熱加熱への移行を利用しているため、上記範囲よりも大線径となると、所望の表層部軟化を達成出来る範囲(中心と表層のNパラメータが1.5倍以上)であって、かつ、全体が均一で規格強度内になるような焼戻しを行うことは、困難になるからである。但し、本発明はこの範囲に限定されるものではなく、高周波焼戻上、この範囲を超える大線径以上でも適用可能である。   That is, the N parameter uses the tempering of high-strength steel, and uses the overshoot due to rapid heating and the rapid transition to soaking due to the heat transfer of the steel, which are characteristic of high-frequency induction heating. When the wire diameter is larger than that, tempering is performed in such a range that the desired surface layer softening can be achieved (the N parameter of the center and the surface layer is 1.5 times or more), and the entire surface is uniform and within the specified strength. It is difficult to do. However, the present invention is not limited to this range, and can be applied to large wire diameters exceeding this range in terms of induction tempering.

さらに、このことは、時間的制約を示唆する。すなわち、Nパラメータの効率を示す図11に示されるように、連続加熱ラインにおいて、全体が焼戻される状態を考慮した短時間、例えば図8における0.8s以下の時間、で冷却することが好ましいことがわかる。すなわち、オーバーシュートの時間は非常に短いため、表層部のNパラメータ値が中心部の1.5以上で無い場合では、焼戻しは周知の通り、ラーソン・ミラーのパラメータで進行するため、工業的な連続熱処理では、10s以上かかってしまうと高強度を確保出来ないので、上記Nパラメータの時間的制約が生じることとなる。   Furthermore, this suggests a time constraint. That is, as shown in FIG. 11 showing the efficiency of the N parameter, it is preferable to cool in a continuous heating line in a short time considering the state of tempering the whole, for example, 0.8 s or less in FIG. I understand that. That is, since the overshoot time is very short, when the N parameter value of the surface layer portion is not 1.5 or more of the central portion, the tempering proceeds with the parameters of the Larson Miller, as is well known. In continuous heat treatment, if it takes 10 s or more, high strength cannot be ensured, and thus the time limitation of the N parameter occurs.

図11に、Nパラメータとビッカース硬さの関係を示す。Nパラメータ値と硬さは図中の式により決定されるため、適当なコイルと周波数、入力電気エネルギー、加熱温度、加熱時間、放冷時間を選択し、シミュレーションによりNパラメータ値を推定しておけば目的の硬さを得ることができる。   FIG. 11 shows the relationship between the N parameter and the Vickers hardness. Since the N parameter value and hardness are determined by the formula in the figure, select an appropriate coil and frequency, input electrical energy, heating temperature, heating time, and cooling time, and estimate the N parameter value by simulation. The desired hardness can be obtained.

図12にPC鋼棒Wでの、中心と表層部のNパラメータの比と加熱開始からの経過時間を示す。加熱開始から1s程度までで、パラメータの値が1.5倍以上の状態を実現しており、表層部のみ低硬さが得られた。なお、上記熱処理方法により得られたPC鋼棒Wは全断面焼き戻しマルテンサイト組織となっている。   FIG. 12 shows the ratio of the N parameter between the center and the surface layer and the elapsed time from the start of heating in the PC steel bar W. From the start of heating to about 1 s, the parameter value was 1.5 times or more, and only the surface layer portion had low hardness. The PC steel bar W obtained by the above heat treatment method has a full-section tempered martensite structure.

図13に、上記熱処理方法により得られたPC鋼棒Wの断面硬さ分布を示す。図13において、横軸に表層からの距離を、縦軸にビッカース硬さを示す。図13に示すように、通常のPC鋼棒の断面硬さ分布が均一であるのに対し、本発明によるPC鋼棒は、表層付近の硬さが低いものの、中心部の硬さは均一であることが確認できた。   FIG. 13 shows the cross-sectional hardness distribution of the PC steel bar W obtained by the heat treatment method. In FIG. 13, the horizontal axis indicates the distance from the surface layer, and the vertical axis indicates the Vickers hardness. As shown in FIG. 13, the cross-sectional hardness distribution of a normal PC steel bar is uniform, whereas the PC steel bar according to the present invention has a uniform hardness at the center, although the hardness near the surface layer is low. It was confirmed that there was.

図14に、本実施形態の熱処理で製造されたPC鋼棒の軸方向の断面硬さ分布を示す。表層からの距離が異なる6箇所について、それぞれ縦軸にビッカース硬さを、横軸に基準点から軸方向における距離を示す。図14に示すように、PC鋼棒Wの硬さ分布は軸方向に対してほぼ一定であることが確認できた。   In FIG. 14, the cross-sectional hardness distribution of the axial direction of the PC steel bar manufactured by the heat processing of this embodiment is shown. About six places where the distance from a surface layer differs, a Vickers hardness is shown on a vertical axis | shaft, respectively, and the distance in an axial direction from a reference point is shown on a horizontal axis. As shown in FIG. 14, it was confirmed that the hardness distribution of the PC steel bar W was substantially constant with respect to the axial direction.

次に、上記PC鋼棒Wとして、図15のA,Bに示す成分の異なる2種類の鋼種を適用した場合について、上記図6で示した条件の熱処理方法により熱処理を施した場合の、遅れ破壊試験結果を図16に示す。なお、図15で示す鋼種A,鋼種B,鋼種C,鋼種Dのうち、鋼種A,B,Cは丸棒のPC鋼棒、鋼種Dは異形PC鋼棒を用いた。 図17は、図16に示す試験結果をグラフで表現したもので、縦軸に破断時間、横軸に累積破断確率をとったものであり、破断時間が長いほど耐遅れ破壊性に優れていることを示す。   Next, in the case where two types of steels having different components shown in A and B of FIG. 15 are applied as the PC steel bar W, the delay when the heat treatment is performed by the heat treatment method under the conditions shown in FIG. The destructive test results are shown in FIG. In addition, among the steel types A, B, C, and D shown in FIG. 15, the steel types A, B, and C were round PC steel rods, and the steel type D was a deformed PC steel rod. FIG. 17 is a graphical representation of the test results shown in FIG. 16, with the vertical axis representing the fracture time and the horizontal axis representing the cumulative fracture probability. The longer the fracture time, the better the delayed fracture resistance. It shows that.

なお、遅れ破壊試験は50℃に保った20%NHSCN溶液に浸漬した状態で1420×0.7N/mmの荷重を与えることで行った。The delayed fracture test was carried out by applying a load of 1420 × 0.7 N / mm 2 while immersed in a 20% NH 4 SCN solution kept at 50 ° C.

図17に示すように、本実施形態による熱処理を施した各種の鋼棒は通常の熱処理を施した鋼棒に比べて耐遅れ破壊性に優れていることが確認できた。   As shown in FIG. 17, it was confirmed that various steel bars subjected to the heat treatment according to the present embodiment were superior in delayed fracture resistance as compared to steel bars subjected to a normal heat treatment.

また、図17から、プロットが全体的に上にある(すなわち破断時間が長い)方が耐遅れ破壊性に優れていることが示される。つまり、図17では本実施形態の条件で処理したPC鋼棒が、従来品よりも、耐遅れ破壊性に優れていることが判る。   Further, FIG. 17 shows that when the plot is on the whole (that is, the fracture time is long), the delayed fracture resistance is excellent. That is, in FIG. 17, it can be seen that the PC steel bar treated under the conditions of the present embodiment is more excellent in delayed fracture resistance than the conventional product.

さらに、上記の遅れ破壊試験でも破断しない鋼種に関してはノッチ20を設けたサンプルを作製し、遅れ破壊試験を行った。ノッチ20を設けたPC鋼棒W1の構成を図18、19に示す。   Further, a sample provided with a notch 20 was produced for a steel type that does not break even in the delayed fracture test, and a delayed fracture test was performed. The structure of the PC steel bar W1 provided with the notch 20 is shown in FIGS.

次に、上記PC鋼棒W1として、図15のC,Dに示す成分の異なる2種類の鋼種を適用した場合について、上記図6で示したPC鋼棒Wと同様の条件の熱処理方法により熱処理を施した場合の、遅れ破壊試験結果を図20に示す。また、この累積破断確率を図21に示す。   Next, in the case where two kinds of steel types having different components shown in C and D of FIG. 15 are applied as the PC steel bar W1, heat treatment is performed by a heat treatment method under the same conditions as the PC steel bar W shown in FIG. FIG. 20 shows the result of the delayed fracture test in the case of applying the above. Further, this cumulative fracture probability is shown in FIG.

なお、遅れ破壊試験は50℃に保った20%NHSCN溶液に浸漬した状態で1420×0.8N/mmの荷重を与えることで行った。図21は、図20に示す結果を、縦軸に破断時間、横軸に累積破断確率をとったもので、破断時間が長いほど耐遅れ破壊性に優れていることを示す。The delayed fracture test was performed by applying a load of 1420 × 0.8 N / mm 2 in a state of being immersed in a 20% NH 4 SCN solution kept at 50 ° C. FIG. 21 shows the results shown in FIG. 20 with the fracture time on the vertical axis and the cumulative fracture probability on the horizontal axis. The longer the fracture time, the better the delayed fracture resistance.

図22に、W1に形成されたノッチ20の深さと破断時間との関係を示す。ノッチ20を設けたPC鋼棒W1でも本熱処理による鋼棒は通常の熱処理による鋼棒に比べて耐遅れ破壊性に優れていることが確認できた。縦軸に平均破断時間、横軸にノッチ20深さを示す。本実施形態による耐遅れ破壊性向上効果は、深さ0.4mmから急激に低下していることがわかる。今回用いたPC鋼棒W1の直径が7.2mmであるので、表層からサンプル半径の10%、つまり表層からは0.36mm程度までは本実施形態の効果が確認できた。   FIG. 22 shows the relationship between the depth of the notch 20 formed in W1 and the breaking time. It was confirmed that even the PC steel bar W1 provided with the notch 20 was superior in delayed fracture resistance to the steel bar by this heat treatment compared to the steel bar by normal heat treatment. The vertical axis represents the average rupture time, and the horizontal axis represents the notch 20 depth. It can be seen that the delayed fracture resistance improving effect according to the present embodiment is drastically reduced from the depth of 0.4 mm. Since the diameter of the PC steel rod W1 used this time is 7.2 mm, the effect of this embodiment can be confirmed up to 10% of the sample radius from the surface layer, that is, about 0.36 mm from the surface layer.

本実施形態に係るPC鋼棒、PC鋼棒の熱処理方法及び熱処理装置によれば、以下のような効果が得られる。
高周波誘導加熱による表面加熱と鋼の焼戻性能を融合させることで、単純な処理で耐遅れ破壊性に優れたPC鋼棒を得ることができる。すなわち、加熱した瞬間の温度パターンの時間的な変化と、焼戻特性を用いることにより、所定の処理条件を満たす一度の焼戻しで、単純な処理で、部位によって硬さが異なる鋼材を得ることができる。
According to the PC steel bar, the PC steel bar heat treatment method and the heat treatment apparatus according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
By combining surface heating by high-frequency induction heating and tempering performance of steel, a PC steel rod excellent in delayed fracture resistance can be obtained by simple processing. That is, by using the temporal change of the temperature pattern at the moment of heating and the tempering characteristics, it is possible to obtain a steel material having different hardness depending on the part by a simple treatment by a single tempering that satisfies a predetermined processing condition. it can.

高周波誘導加熱により、一般的には焼きが入るために適用されていなかった720℃以上の温度を適用することができる、表層が十分軟らかい層を作ることが可能な条件を見出した。さらに高周波により急速短時間加熱する焼入焼戻熱処理は、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
また、上記のようにシミュレーション結果を用いて、焼戻特性と伝熱特性とに基づいた熱処理条件を見出すことにより、あらゆる鋼材に対応する適切な条件を容易に見出すことができる。
The present inventors have found that high-frequency induction heating can apply a temperature of 720 ° C. or higher, which is not generally applied due to quenching, and can form a sufficiently soft surface layer. Furthermore, quenching and tempering heat treatment that rapidly heats at high frequency provides high strength and high toughness compared to heat treatment by ordinary furnace heating. By finding the heat treatment conditions based on the thermal characteristics, it is possible to easily find appropriate conditions corresponding to all steel materials.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、具体的な処理条件は、対象となる鋼材の鋼種や、求める強度規格や硬さの分布、装置の仕様等に応じて適宜変更可能である。また設定する熱処理の処理条件も上記に限られるものではない。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. For example, specific processing conditions can be appropriately changed according to the steel type of the target steel material, the required strength standard, hardness distribution, apparatus specifications, and the like. Also, the heat treatment conditions to be set are not limited to the above.

また、図23に示す熱処理装置101のように、上記第1実施形態の熱処理装置10に加えて、処理対象の鋼材についての各種情報を検出する検出手段21、有限要素法を用いて上記図7,8で示すようなシミュレーション結果を算出する算出手段22、このシミュレーション結果に応じて装置101の各条件を調整するよう制御するCPU等の制御手段23、制御手段23の制御に応じて各種設定を調整する調整手段24を備え、対応する鋼材の情報に基づいて熱処理条件を制御調節できるように構成してもよい。この場合には例えば、ピンチロール11,14、17の送り機構の速度や冷却ジャケット16の位置を調整することで、焼戻しから冷却までの時間を制御することができる。また、制御手段23により加熱温度や周波数等の他の熱処理条件も制御できるように構成してもよい。この場合にも上記第1実施形態と同様の効果が得られる。なお、鋼材の情報については、ユーザが入力するようにしてもよい。   Further, like the heat treatment apparatus 101 shown in FIG. 23, in addition to the heat treatment apparatus 10 of the first embodiment, the detection means 21 for detecting various kinds of information about the steel material to be treated and the finite element method described above are used. , 8 for calculating a simulation result, a control unit 23 such as a CPU for controlling each condition of the apparatus 101 according to the simulation result, and various settings according to the control of the control unit 23. The adjusting means 24 for adjusting may be provided so that the heat treatment conditions can be controlled and adjusted based on the information of the corresponding steel material. In this case, for example, the time from tempering to cooling can be controlled by adjusting the speed of the feed mechanism of the pinch rolls 11, 14, and 17 and the position of the cooling jacket 16. Moreover, you may comprise so that other heat processing conditions, such as heating temperature and a frequency, can also be controlled by the control means 23. FIG. In this case, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, you may make it a user input about the information of steel materials.

[第2実施形態]
以下本発明の第2実施形態について、図24乃至図27を参照して説明する。なお、処理の対象となる鋼材を異形PC鋼棒Wcとした点以外については上記第1実施形態と同様であるため、共通する説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, since it is the same as that of the said 1st Embodiment except the point which changed the steel material used as the object of a process into the unusual shape PC steel bar Wc, common description is abbreviate | omitted.

なお、本実施形態にかかる熱処理を表層軟化処理、この表層軟化処理による鋼材(ここでは異形PC鋼棒Wc)を表層軟化材、比較対象となる比較例としての熱処理を比較熱処理、この比較熱処理による異形PC鋼棒を比較熱処理材、と称する。   The heat treatment according to the present embodiment is a surface softening treatment, the steel material by this surface softening treatment (here, a deformed PC steel bar Wc) is a surface softening material, the heat treatment as a comparative example to be compared is a comparative heat treatment, and this comparative heat treatment. The deformed PC steel bar is referred to as a comparative heat treatment material.

本実施形態においては図24に示すように、鋼材として、表層に連続する一様な螺旋状の溝を有する異形PC鋼棒Wcを処理対象とした。製造装置及び製造工程は第1実施形態と同様に、図1に示す熱処理装置10を用い、図2に示す製造工程によって処理を行った。すなわち、本実施形態は、処理対象となる鋼材の形状、成分、径等が異なるのみであるので、第1実施形態と同様の原理及び同様のパラメータにより、熱処理条件が決定される。   In the present embodiment, as shown in FIG. 24, a deformed PC steel bar Wc having a uniform spiral groove continuous with the surface layer is treated as a steel material. As in the first embodiment, the manufacturing apparatus and the manufacturing process were performed by the manufacturing process shown in FIG. 2 using the heat treatment apparatus 10 shown in FIG. That is, since the present embodiment is different only in the shape, component, diameter, etc. of the steel material to be processed, the heat treatment conditions are determined based on the same principle and the same parameters as in the first embodiment.

本実施形態では、処理対象として、図25に示す成分を含む異形PC鋼棒Wcを用いる場合について例示するがこれに限られるものではない。   In the present embodiment, the case where a deformed PC steel bar Wc including the components shown in FIG. 25 is used as an object to be processed is exemplified, but the present invention is not limited to this.

図26に、本実施形態にかかる異形PC鋼棒Wcの熱処理条件と、比較対象となる比較熱処理の熱処理条件を示す。本実施形態(表層軟化材)の異形PC鋼棒Wcの熱処理条件は、周波数50kHz、焼入加熱温度1000℃、焼戻加熱温度805℃、焼戻加熱時間0.17s、焼戻加熱から冷却までの時間0.63sとしている。ここで用いた異形PC鋼棒Wcは直径db(呼び名)7.1mmの異形PC鋼棒であり、全断面引張強度を1400N/mm程度になるよう調整している。FIG. 26 shows the heat treatment conditions for the deformed PC steel bar Wc according to the present embodiment and the heat treatment conditions for the comparative heat treatment to be compared. The heat treatment conditions of the deformed PC steel bar Wc of this embodiment (surface softening material) are: frequency 50 kHz, quenching heating temperature 1000 ° C., tempering heating temperature 805 ° C., tempering heating time 0.17 s, tempering heating to cooling The time is 0.63 s. The deformed PC steel bar Wc used here is a deformed PC steel bar having a diameter db (nominal name) of 7.1 mm, and the total cross-sectional tensile strength is adjusted to be about 1400 N / mm 2 .

比較処理条件は周波数9.5kHz、焼入加熱温度1000℃、焼戻加熱温度603℃、焼戻加熱時間0.59s、焼戻加熱から冷却までの時間3.48sである。この比較熱処理材も直径7.1mmの異形PC鋼棒であり、全断面平均引張強さが1400N/mm程度になるよう調整している。なお、本実施形態の表層軟化材の異形PC鋼棒Wcの成分と比較熱処理材の成分とは同成分とする。The comparative processing conditions are a frequency of 9.5 kHz, a quenching heating temperature of 1000 ° C., a tempering heating temperature of 603 ° C., a tempering heating time of 0.59 s, and a time from tempering heating to cooling of 3.48 s. This comparative heat-treated material is also a deformed PC steel bar having a diameter of 7.1 mm, and is adjusted so that the average tensile strength of the entire cross section is about 1400 N / mm 2 . The component of the deformed PC steel bar Wc of the surface softening material of this embodiment and the component of the comparative heat treatment material are the same components.

図27に、本実施形態における異形PC鋼棒Wcの熱処理の経過時間と温度変化の関係のシミュレーション結果を示す。ここでは表面からの距離に応じた経過時間と温度との関係を示している。   In FIG. 27, the simulation result of the relationship between the elapsed time of the heat processing of the deformed PC steel bar Wc in this embodiment and a temperature change is shown. Here, the relationship between the elapsed time and temperature according to the distance from the surface is shown.

この図27から判るように、中心部に比べ表層部では、図中斜線部の面積が大きいことがわかる。すなわち、この表層部においては高温で長時間保持された状態となり、硬さが大きく低下することとなる。   As can be seen from FIG. 27, the area of the hatched portion in the figure is larger in the surface layer portion than in the central portion. That is, in this surface layer part, it will be in the state hold | maintained for a long time at high temperature, and hardness will fall large.

本実施形態においても、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。すなわち高周波誘導加熱による表面加熱と鋼の焼戻性能を融合させることで、単純な処理で耐遅れ破壊性に優れた異形PC鋼棒を得ることができる。すなわち、加熱した瞬間の温度パターンの時間的な変化と、焼戻特性を用いることにより、所定の処理条件を満たす一度の焼戻しで、単純な処理で、部位によって硬さが異なる異形PC鋼棒を得ることができる。さらに高周波により急速短時間加熱する焼入焼戻熱処理は、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。   Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained. That is, by combining the surface heating by high frequency induction heating and the tempering performance of steel, a deformed PC steel bar having excellent delayed fracture resistance can be obtained by a simple treatment. In other words, by using temporal changes in the temperature pattern at the moment of heating and tempering characteristics, a deformed PC steel bar with different hardness depending on the site can be obtained by simple tempering that satisfies a predetermined processing condition. Can be obtained. Furthermore, the quenching and tempering heat treatment, which is rapidly heated by high frequency for a short time, provides high strength and high toughness as compared with heat treatment by ordinary furnace heating.

[第3実施形態]
以下本発明の第3実施形態について、図28乃至図37を参照して説明する。なお、処理の対象となる鋼材の一例としてばね鋼線Wsを用いた点以外については上記第1実施形態と同様であるため、共通する説明を省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, since it is the same as that of the said 1st Embodiment except the point which used the spring steel wire Ws as an example of the steel materials used as the object of a process, common description is abbreviate | omitted.

なお、本実施形態にかかる熱処理を表層軟化処理、この表層軟化処理による鋼材(ここではばね鋼線Ws)を表層軟化材、比較例としての熱処理を比較熱処理、この比較熱処理によるばね鋼線を比較熱処理材、と称する。   The heat treatment according to the present embodiment is a surface softening treatment, the steel material by this surface softening treatment (here, the spring steel wire Ws) is a surface softening material, the heat treatment as a comparative example is a comparative heat treatment, and the spring steel wire by this comparative heat treatment is compared. It is called a heat treatment material.

本実施形態では、処理対象となる鋼材を、図28に示すばね鋼線Wsとした。熱処理装置及び製造工程は第1実施形態と同様であり、図1に示す熱処理装置10を用いるとともに、図2に示す製造工程で処理を行った。すなわち、本実施形態は、処理対象となる鋼材の成分、径、等が異なるのみである。したがって、第1実施形態と同様の原理及び同様のパラメータを用いて熱処理条件が決定される。   In the present embodiment, the steel material to be processed is the spring steel wire Ws shown in FIG. The heat treatment apparatus and the manufacturing process are the same as those in the first embodiment, and the heat treatment apparatus 10 shown in FIG. 1 is used and the process is performed in the manufacturing process shown in FIG. That is, this embodiment is different only in the components, diameters, and the like of the steel material to be processed. Therefore, the heat treatment conditions are determined using the same principle and the same parameters as in the first embodiment.

本実施形態では、処理対象として、図29に示す成分を含んで構成されるばね鋼線Wsを用いる場合について例示するが、これに限られるものではない。   In the present embodiment, the case where the spring steel wire Ws configured to include the components shown in FIG. 29 is used as the processing target is illustrated, but the present invention is not limited to this.

図30に、本実施形態にかかる熱処理と、比較例としての比較熱処理の、熱処理条件を示す。本実施形態にかかる表層軟化処理の熱処理条件は、周波数50kHz、焼入加熱温度950℃、焼戻加熱温度789℃、焼戻加熱時間0.4s、焼戻加熱から冷却までの時間2.6sとする。   FIG. 30 shows the heat treatment conditions of the heat treatment according to the present embodiment and the comparative heat treatment as a comparative example. The heat treatment conditions for the surface softening treatment according to the present embodiment are: frequency 50 kHz, quenching heating temperature 950 ° C., tempering heating temperature 789 ° C., tempering heating time 0.4 s, time from tempering heating to cooling 2.6 s. To do.

ここで用いたばね鋼線Wsは直径ds=12.0mmのばね鋼線であり、全断面引張強度が1900N/mm程度になるよう調整している。The spring steel wire Ws used here is a spring steel wire having a diameter ds = 12.0 mm, and the total cross-sectional tensile strength is adjusted to be about 1900 N / mm 2 .

比較例としての比較熱処理条件は周波数9.5kHz、焼入加熱温度950℃、焼戻加熱温度495℃、焼戻加熱時間1.7s、焼戻加熱から冷却までの時間11.1sである。   The comparative heat treatment conditions as a comparative example are a frequency of 9.5 kHz, a quenching heating temperature of 950 ° C., a tempering heating temperature of 495 ° C., a tempering heating time of 1.7 s, and a time from tempering heating to cooling of 11.1 s.

比較熱処理材も直径12.0mmのばね鋼線であり、全断面平均引張強さが1900N/mm程度になるよう調整している。なお、本実施形態のばね鋼線Wsと比較熱処理材とは同成分とする。The comparative heat-treated material is also a spring steel wire having a diameter of 12.0 mm, and the total cross-sectional average tensile strength is adjusted to be about 1900 N / mm 2 . The spring steel wire Ws and the comparative heat treatment material of the present embodiment have the same components.

図31に、本実施形態におけるばね鋼線Wsの熱処理の経過時間と温度変化の関係のシミュレーション結果を示す。ここでは表面からの距離に応じた経過時間と温度との関係を示している。   In FIG. 31, the simulation result of the relationship between the elapsed time of the heat processing of the spring steel wire Ws in this embodiment, and a temperature change is shown. Here, the relationship between the elapsed time and temperature according to the distance from the surface is shown.

この図31から判るように、中心部に比べ表層部では、図中斜線部の面積が大きいことがわかる。すなわち、この表層部においては高温で長時間保持された状態となり、硬さが大きく低下することとなる。   As can be seen from FIG. 31, the area of the hatched portion in the figure is larger in the surface layer than in the center. That is, in this surface layer part, it will be in the state hold | maintained for a long time at high temperature, and hardness will fall large.

図32に、表層からの距離と、硬さの分布を示す。縦軸に硬さ[HV0.3]を示し、横軸に表層からの距離[mm]を示す。図32においては、比較例としての熱処理がなされたばね鋼線(比較熱処理材)と、本実施形態の熱処理条件で処理を行ったばね鋼線Ws(表層軟化材)の硬さの分布をそれぞれ示す。   FIG. 32 shows the distance from the surface layer and the hardness distribution. The vertical axis represents hardness [HV0.3], and the horizontal axis represents distance [mm] from the surface layer. FIG. 32 shows the hardness distributions of a spring steel wire (comparative heat treatment material) subjected to heat treatment as a comparative example and a spring steel wire Ws (surface softening material) treated under the heat treatment conditions of this embodiment.

比較熱処理材は、表層からの距離が変化しても硬さがほとんど変化していない。一方、本実施形態にかかる熱処理を施したばね鋼線Wsでは、表層付近において、表層からの距離が大きくなるにつれて、硬さが大きくなるように変化していることがわかる。すなわち、表層から1mmの範囲ではHv<500となっている。   The comparative heat-treated material has almost no change in hardness even when the distance from the surface layer is changed. On the other hand, in the spring steel wire Ws subjected to the heat treatment according to the present embodiment, it can be seen that the hardness changes in the vicinity of the surface layer as the distance from the surface layer increases. That is, Hv <500 in the range of 1 mm from the surface layer.

なお、図33に示すように、一般的に、硬さ[Hv]>500では、疲労試験を行った場合に介在物を起点とした早期折損を生じやすくなる。したがって、本実施形態の熱処理条件で処理することにより表層を軟化させたばね鋼線Ws(表層軟化材)では、疲労特性が改善される。   As shown in FIG. 33, generally, when the hardness [Hv]> 500, when a fatigue test is performed, early breakage starting from inclusions is likely to occur. Therefore, fatigue characteristics are improved in the spring steel wire Ws (surface softening material) in which the surface layer is softened by processing under the heat treatment conditions of the present embodiment.

図34に、比較例としての比較熱処理材の回転曲げ疲労試験の結果として、表層から介在物までの距離と、耐久回数の関係を示す。図35に、比較熱処理材における表層から介在物までの距離と耐久回数の関係をグラフにしたものを示す。図34、図35より、比較熱処理材では、表層から介在物への距離が大きいほど、耐久回数が増加する傾向が認められる。   FIG. 34 shows the relationship between the distance from the surface layer to the inclusion and the number of durability as a result of the rotational bending fatigue test of the comparative heat-treated material as a comparative example. FIG. 35 is a graph showing the relationship between the distance from the surface layer to inclusions and the number of durability times in the comparative heat-treated material. From FIG. 34 and FIG. 35, in the comparative heat treatment material, the tendency that the number of durability increases as the distance from the surface layer to the inclusion increases is recognized.

図36に、本実施形態により処理されたばね鋼線Ws(表層軟化材)の回転曲げ疲労試験の結果として、ばね鋼線Wsにおける、表層から介在物までの距離と、耐久回数の関係を示す。   FIG. 36 shows the relationship between the distance from the surface layer to inclusions and the number of durability in the spring steel wire Ws as a result of the rotational bending fatigue test of the spring steel wire Ws (surface softening material) processed according to the present embodiment.

回転曲げ疲労試験の結果は、いずれも、ショットピーニング後、回転曲げ疲労試験を実施した場合を例示する。試験条件は、応力振幅:700MPa、回転速度2000rpm、とした。1000万回まで試験を行った。グラフ中「>1000」は1000万回後も破断していないことを示す。   As for the result of a rotation bending fatigue test, all illustrate the case where a rotation bending fatigue test is implemented after shot peening. The test conditions were stress amplitude: 700 MPa, rotation speed: 2000 rpm. The test was conducted up to 10 million times. In the graph, “> 1000” indicates that no breakage occurred after 10 million times.

図34と図36を比べると、本実施形態のばね鋼線Ws(表層軟化材)では、比較例のばね鋼線(比較熱処理材)に比べて大幅に耐久回数が増加しており、疲労特性が改善していることがわかる。また、本実施形態のばね鋼線Ws表層軟化材では折損は全て表層を起点として生じていることが認められる。   Comparing FIG. 34 and FIG. 36, the spring steel wire Ws (surface softening material) of the present embodiment has a significantly increased durability compared to the spring steel wire (comparative heat treatment material) of the comparative example, and fatigue characteristics. It can be seen that is improved. In the spring steel wire Ws surface softening material of this embodiment, it is recognized that all breakage occurs starting from the surface layer.

図37は、断面硬さ、残留応力及び応力振幅の分布を示すグラフである。横軸に、表層からの距離[mm]を示す。縦軸に、硬さ[HV0.3]、応力振幅[MPa]、残留応力[MPa]を示す。   FIG. 37 is a graph showing the distribution of cross-sectional hardness, residual stress, and stress amplitude. The horizontal axis shows the distance [mm] from the surface layer. The vertical axis represents hardness [HV0.3], stress amplitude [MPa], and residual stress [MPa].

残留応力の分布はいずれも同様の分布となっており、表層から0.1mm付近で最大の圧縮応力を示した後、0.2mm以上では引張応力を示している。   The distribution of the residual stress is the same in all cases, and after showing the maximum compressive stress near 0.1 mm from the surface layer, it shows the tensile stress above 0.2 mm.

このグラフから判るように、比較熱処理材では硬さが高く、同じ応力振幅の場合に靭性が低いため残留応力が引張である表層から0.2〜1.0mmの範囲において、介在物を起点とした早期折損が起こる。   As can be seen from this graph, the comparative heat-treated material is high in hardness and has low toughness in the case of the same stress amplitude, so that the residual stress is in the range of 0.2 to 1.0 mm from the surface layer where tension is tensile. Premature breakage occurs.

一方、表層軟化材である本実施形態のばね鋼線Wsでは、表層の硬さが低く靭性が高いため、上記0.2〜1.0mm程度の表層に近い範囲においても、介在物を起点とした疲労亀裂の発生が抑制される。このため、耐久回数が大幅に向上する。   On the other hand, in the spring steel wire Ws of this embodiment which is a surface softening material, since the hardness of the surface layer is low and the toughness is high, even in a range close to the surface layer of about 0.2 to 1.0 mm, the inclusion is the starting point. Generation of fatigue cracks is suppressed. For this reason, the number of times of durability is greatly improved.

本実施形態においても、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。すなわち高周波誘導加熱による表面加熱と鋼の焼戻性能を融合させることで、単純な処理で耐遅れ破壊性に優れたばね鋼線を得ることができる。すなわち、加熱した瞬間の温度パターンの時間的な変化と、焼戻特性を用いることにより、所定の処理条件を満たす一度の焼戻しで、単純な処理で、部位によって硬さが異なるばね鋼線を得ることができる。さらに高周波により急速短時間加熱する焼入焼戻熱処理は、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。   Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained. That is, by combining surface heating by high-frequency induction heating and tempering performance of steel, a spring steel wire having excellent delayed fracture resistance can be obtained by simple processing. That is, by using temporal changes in the temperature pattern at the moment of heating and tempering characteristics, a spring steel wire having different hardness depending on the part is obtained by simple tempering with a single tempering condition that satisfies a predetermined processing condition. be able to. Furthermore, the quenching and tempering heat treatment, which is rapidly heated by high frequency for a short time, provides high strength and high toughness as compared with heat treatment by ordinary furnace heating.

さらに本実施形態で製造されるばね鋼線Wsによれば、残留応力が引張である表層から0.2〜1.0mmの範囲において軟化させることにより、介在物を起点とした早期折損を起こりにくくするという効果が得られる。   Furthermore, according to the spring steel wire Ws manufactured in the present embodiment, it is difficult to cause early breakage starting from inclusions by softening in the range of 0.2 to 1.0 mm from the surface layer where the residual stress is tensile. The effect of doing is obtained.

なお、本実施形態においては、一例として図29に示す成分を示したが、これに限られるものではない。他の例として、例えば図38に示すような成分を含む鋼種E〜鋼種Iが挙げられる。これらの鋼材であっても、上記と同様の処理により、表層付近を軟化させることができ、高強度、高靭性を得ることができるとともに、介在物を起点とした早期折損を防止することが出来る。なお、図38の表の最下段は、例示した複数のばね鋼線に含まれる各成分を範囲で示したものである。   In the present embodiment, the components shown in FIG. 29 are shown as an example, but the present invention is not limited to this. As other examples, for example, steel types E to I including components as shown in FIG. Even in the case of these steel materials, the surface layer vicinity can be softened by the same treatment as described above, high strength and high toughness can be obtained, and early breakage starting from inclusions can be prevented. . In addition, the lowest stage of the table | surface of FIG. 38 shows each component contained in the illustrated some spring steel wire in the range.

[第4実施形態]
以下本発明の第4実施形態について、図39乃至図45を参照して説明する。なお、処理の対象となる鋼材の一例としてボルトWbを用いた点以外については上記第1実施形態と同様であるため、共通する説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 39 to 45. In addition, since it is the same as that of the said 1st Embodiment except the point which used the volt | bolt Wb as an example of the steel materials used as the object of a process, common description is abbreviate | omitted.

なお、本実施形態にかかる熱処理を表層軟化処理、この表層軟化処理によるボルトWbを表層軟化材、比較例としての熱処理を比較熱処理、この比較熱処理によるボルトを比較熱処理材、と称する。   The heat treatment according to this embodiment is referred to as a surface softening treatment, the bolt Wb resulting from this surface softening treatment is referred to as a surface softening material, the heat treatment as a comparative example is referred to as a comparative heat treatment, and the bolt resulting from this comparative heat treatment is referred to as a comparative heat treatment material.

本実施形態においては図39に示すボルトWbを処理対象とした。製造装置及び製造工程は第1実施形態と同様であり、図1に示す製造装置を用いるとともに、図2に示す製造工程によって処理を行った。すなわち、本実施形態は、処理対象となる鋼材の形状、成分、径等が異なるのみであるので、第1実施形態と同様の原理及び同様のパラメータにより、熱処理条件が決定される。   In the present embodiment, the bolt Wb shown in FIG. The manufacturing apparatus and the manufacturing process are the same as those in the first embodiment. The manufacturing apparatus shown in FIG. 1 was used, and processing was performed by the manufacturing process shown in FIG. That is, since the present embodiment is different only in the shape, component, diameter, etc. of the steel material to be processed, the heat treatment conditions are determined based on the same principle and the same parameters as in the first embodiment.

本実施形態では、処理対象として、図40に示す成分を含むボルトWbを用いる場合について例示するがこれに限られるものではない。   In the present embodiment, the case where the bolt Wb including the component shown in FIG. 40 is used as the processing target is illustrated, but the present invention is not limited to this.

図41に、本実施形態にかかる熱処理と比較熱処理におけるボルトWbの熱処理条件を示す。本実施形態(表層軟化材)の熱処理条件は、周波数50kHz、焼入加熱温度1000℃、焼戻加熱温度780℃、焼戻加熱時間0.15s、焼戻加熱から冷却までの時間0.61sとしている。   FIG. 41 shows the heat treatment conditions for the bolt Wb in the heat treatment and the comparative heat treatment according to the present embodiment. The heat treatment conditions of this embodiment (surface softening material) are as follows: frequency 50 kHz, quenching heating temperature 1000 ° C., tempering heating temperature 780 ° C., tempering heating time 0.15 s, and time from tempering heating to cooling 0.61 s. Yes.

ここで用いたボルトWbは直径db=7.1mmのボルトであり、全断面引張強度を1600N/mm程度になるよう調整している。The bolt Wb used here is a bolt having a diameter db = 7.1 mm, and the total cross-sectional tensile strength is adjusted to be about 1600 N / mm 2 .

比較熱処理条件は周波数9.5kHz、焼入加熱温度1000℃、焼戻加熱温度480℃、焼戻加熱時間0.61s、焼戻加熱から冷却までの時間3.50sである。この比較熱処理材も直径7.1mmのボルトであり、全断面平均引張強さが1600N/mm程度になるよう調整している。なお、本実施形態の表層軟化材のボルトWbの成分と比較熱処理材の成分とは同成分とする。また、いずれの熱処理も、ボルトのバー材Wb1にねじを転造加工する前に行われることとする。The comparative heat treatment conditions were a frequency of 9.5 kHz, a quenching heating temperature of 1000 ° C., a tempering heating temperature of 480 ° C., a tempering heating time of 0.61 s, and a time from tempering heating to cooling of 3.50 s. This comparative heat-treated material is also a bolt having a diameter of 7.1 mm, and the total cross-sectional average tensile strength is adjusted to be about 1600 N / mm 2 . In addition, the component of the bolt Wb of the surface softening material of this embodiment and the component of the comparative heat treatment material are the same components. In addition, any heat treatment is performed before the screw is rolled into the bar material Wb1 of the bolt.

図42に、本実施形態におけるボルトWbの熱処理の経過時間と温度変化の関係のシミュレーション結果を示す。ここでは表面からの距離に応じた経過時間と温度との関係を示している。   FIG. 42 shows a simulation result of the relationship between the elapsed time of the heat treatment of the bolt Wb and the temperature change in the present embodiment. Here, the relationship between the elapsed time and temperature according to the distance from the surface is shown.

この図42から判るように、中心部に比べ表層部では、図中斜線部の面積が大きいことがわかる。すなわち、この表層部においては高温で長時間保持された状態となり、硬さが大きく低下することとなる。   As can be seen from FIG. 42, the area of the hatched portion in the figure is larger in the surface layer portion than in the central portion. That is, in this surface layer part, it will be in the state hold | maintained for a long time at high temperature, and hardness will fall large.

図43に、比較例としての比較熱処理条件で処理を行ったボルト(比較熱処理材)と、本実施形態の熱処理条件で処理を行ったボルトWb(表層軟化材)の硬さの分布をそれぞれ示す。縦軸に硬さ[HV0.3]を示し、横軸に表層からの距離[mm]を示す。   FIG. 43 shows the hardness distributions of bolts (comparative heat treatment material) treated under comparative heat treatment conditions as comparative examples and bolts Wb (surface softening material) treated under the heat treatment conditions of this embodiment. . The vertical axis represents hardness [HV0.3], and the horizontal axis represents distance [mm] from the surface layer.

図43においては、比較熱処理材は、表層からの距離が変化しても硬さがほとんど変化していない。一方、本実施形態にかかる熱処理を施したボルトWb(表層軟化材)では、表層付近において、表層からの距離が大きくなるにつれて、硬さが大きくなるように変化していることがわかる。すなわち、表層から1.0mmの範囲ではHv<500となっている。   In FIG. 43, the hardness of the comparative heat-treated material is hardly changed even when the distance from the surface layer is changed. On the other hand, it can be seen that the bolt Wb (surface layer softening material) subjected to the heat treatment according to the present embodiment changes so that the hardness increases as the distance from the surface layer increases in the vicinity of the surface layer. That is, Hv <500 in the range of 1.0 mm from the surface layer.

本実施形態の熱処理条件で処理したボルトWb(表層軟化材)では、比較熱処理材に比べて遅れ破壊特性が改善される。   In the bolt Wb (surface softening material) treated under the heat treatment conditions of this embodiment, delayed fracture characteristics are improved as compared with the comparative heat treatment material.

図44に、本実施形態のボルトWb(表層軟化材)と、比較熱処理材との、遅れ破壊試験結果を比較した表を示す。ここで、遅れ破壊試験は、ボルトWbのバー材Wb1の全長にねじ転造加工後に、試験を実施した。ねじの深さは0.7mmとした。遅れ破壊試験の条件は、20%NHSCN溶液に浸漬させた状態として、試験温度:50℃とし、ねじ部の引張強さ1530N/ mm×0.7の引っ張り力を与えた。試験は、載荷方法、定ひずみ法を用い、200時間経過まで行った。図中「>200」は200時間後も破断していないことを示す。FIG. 44 shows a table comparing delayed fracture test results of the bolt Wb (surface layer softening material) of this embodiment and the comparative heat treatment material. Here, the delayed fracture test was carried out after thread rolling the entire length of the bar material Wb1 of the bolt Wb. The depth of the screw was 0.7 mm. The conditions for the delayed fracture test were as follows: the test temperature was 50 ° C. in a state of being immersed in a 20% NH 4 SCN solution, and a tensile strength of 1530 N / mm 2 × 0.7 of the threaded portion was given. The test was conducted up to 200 hours using a loading method and a constant strain method. In the figure, “> 200” indicates that no fracture occurred even after 200 hours.

図45は、本実施形態の表層軟化材と比較熱処理材の累積破断確率と破断時間の関係を示すグラフである。横軸に、累積破断確率[%]を示し、縦軸に破断時間[h]を示す。   FIG. 45 is a graph showing the relationship between the cumulative rupture probability and the rupture time of the surface layer softened material and comparative heat-treated material of this embodiment. The abscissa indicates the cumulative rupture probability [%], and the ordinate indicates the rupture time [h].

図44、図45によれば、比較熱処理材では30〜130時間で破断しているのに対し、表層軟化材では全ての試料で200時間以上経過しても破断していないことがわかる。したがって、表層軟化処理を行うことにより、耐遅れ破壊特性の向上が認められる。   44 and 45, it can be seen that the comparative heat-treated material broke in 30 to 130 hours, whereas the surface layer softened material did not break even after 200 hours or more in all samples. Therefore, an improvement in delayed fracture resistance is recognized by performing the surface softening treatment.

本実施形態においても、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。すなわち高周波誘導加熱による表面加熱と鋼の焼戻性能を融合させることで、単純な処理で耐遅れ破壊性に優れたボルトを得ることができる。すなわち、加熱した瞬間の温度パターンの時間的な変化と、焼戻特性を用いることにより、所定の処理条件を満たす一度の焼戻しで、単純な処理で、部位によって硬さが異なるボルトを得ることができる。さらに高周波により急速短時間加熱する焼入焼戻熱処理は、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。   Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained. That is, by combining surface heating by high-frequency induction heating and tempering performance of steel, a bolt excellent in delayed fracture resistance can be obtained by simple processing. That is, by using the temporal change of the temperature pattern at the moment of heating and the tempering characteristics, it is possible to obtain bolts having different hardness depending on the site by simple tempering that satisfies a predetermined processing condition. it can. Furthermore, the quenching and tempering heat treatment, which is rapidly heated by high frequency for a short time, provides high strength and high toughness as compared with heat treatment by ordinary furnace heating.

なお、本実施形態においては、一例として図40に示す成分を示したが、これに限られるものではない。   In addition, in this embodiment, although the component shown in FIG. 40 was shown as an example, it is not restricted to this.

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、具体的な処理条件は、対象となる鋼材の形状、鋼種、成分、求める強度規格や硬さの分布、装置の仕様等に応じて適宜変更可能である。また設定する熱処理の処理条件も上記に限られるものではない。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. For example, specific processing conditions can be appropriately changed according to the shape, steel type, component, strength standard and hardness distribution to be obtained, and apparatus specifications. Also, the heat treatment conditions to be set are not limited to the above.

ここでは一例として、第1乃至第4実施形態において、それぞれPC鋼棒、異形PC鋼棒、ばね鋼線、ボルトを例示したが、いずれにおいても同様の原理を用いた処理で同様の結果が得られている。本発明の概念は、これらの例示した鋼種に限られることなく、他の種類の鋼材に広く適用できるものである。   Here, as an example, in the first to fourth embodiments, a PC steel bar, a deformed PC steel bar, a spring steel wire, and a bolt are illustrated, but the same results are obtained by the processing using the same principle in any case. It has been. The concept of the present invention is not limited to these exemplified steel types, and can be widely applied to other types of steel materials.

また、各実施形態においては焼き入れ処理により高強度化した鋼材に焼き戻し処理を行って表層軟化させる場合について説明したが、この他、伸線、ストレッチの強加工や、浸炭等の処理によって高強度化した鋼材を用いてもよい。   Further, in each embodiment, the case where the steel material that has been strengthened by the quenching process is subjected to a tempering process to soften the surface layer has been described. A strengthened steel material may be used.

また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]高強度化された鋼材に熱処理を施すことにより、前記鋼材の一部分の硬さを前記鋼材の他の部分の硬さよりも低くする鋼材の製造方法であって、
前記熱処理は、誘導加熱または直接通電加熱により前記鋼材の表皮から一定深さまでを急速加熱する加熱工程と、該加熱工程の後所定時間後に、前記加熱工程を経た前記鋼材を急冷する冷却工程と、を備え、
前記加熱工程における加熱温度がAc1変態点以上であることを特徴とする鋼材の製造方法。
[2]前記加熱工程から前記冷却工程までの時間が、鋼種、線径、加熱温度、及び加熱時間に応じて決まる所定時間以下であることを特徴とする[1]に記載の鋼材の製造方法。
[3]前記熱処理の処理条件は、前記鋼材の表面急速加熱後の伝熱特性に基づいて決定されることを特徴とする[1]または[2]に記載の鋼材の製造方法。
[4]前記熱処理の処理条件は、前記鋼材の温度の時間積分値であり、前記鋼材の焼戻しの進行状態を示す焼戻進行値に基づいて決定されることを特徴とする[1]乃至[3]のいずれか記載の鋼材の製造方法。
[5]前記熱処理の処理条件は、周波数、入力電気エネルギー、加熱温度、加熱時間、放冷時間、の少なくとも2つを含む組み合わせとすることを特徴とする[1]乃至[4]のいずれか記載の鋼材の製造方法。
[6]前記鋼材の伝熱特性または前記焼戻進行値を算出する工程を備え、
前記熱処理の処理条件は、前記算出された伝熱特性または前記焼戻進行値に基づいて決定されることを特徴とする[4]または[5]に記載の鋼材の製造方法。
[7]前記熱処理の処理条件は、表層部における前記焼戻進行値が、中心部における前記焼戻進行値の1.5倍以上の値になるよう設定することを特徴とする[4]記載の鋼材の製造方法。
[8]前記加熱工程から前記冷却工程までの時間は、表層部における前記焼戻進行値が、中心部の前記焼戻進行値の1.5倍以上の値になるよう設定することを特徴とする[4]乃至[7]のいずれか記載の鋼材の製造方法。
[9]前記鋼材は、線状または棒状であることを特徴とする[1]乃至[8]のいずれか記載の鋼材の製造方法。
[10]前記鋼材に対して加熱処理及び冷却処理を含む焼入処理が施された後、焼戻処理として前記加熱工程及び前記冷却工程がそれぞれ一度ずつ行われることを特徴とする[1]乃至[9]のいずれか記載の鋼材の製造方法。
[11][1]乃至[10]のいずれか記載の前記加熱工程及び前記冷却工程を経た前記鋼材であって、
その表層部付近の硬さと、半径方向で表層から10%の位置よりも中心側の硬さの差がHV50以上であり、かつ、JISZ2201の2号試験片で引張試験を行った場合の引張強さが1420N/mm 以上であることを特徴とする鋼材。
[12]請求項1乃至10のいずれか記載の前記加熱工程及び前記冷却工程を経た前記鋼材であって、
全断面焼き戻しマルテンサイト組織となっており、かつ、表層部の硬さがHV380以下であり、かつJISZ2201の2号試験片で引張試験を行った場合の引張強さが1420N/mm 以上であり、
表層よりも中心側の硬さが均一であることを特徴とする鋼材。
[13][1]乃至[10]のいずれか記載の前記加熱工程及び前記冷却工程を経た前記鋼材であって、
全断面焼き戻しマルテンサイト組織となっており、かつ、その表層部の硬さがHV420以下であり、かつJISZ2201の2号試験片で引張試験を行った場合の引張強さが1600N/mm 以上であり、
表層よりも中心側の硬さが均一であることを特徴とする鋼材。
[14]高強度化された鋼材に熱処理を施すことにより、前記鋼材の一部分の硬さを前記鋼材の他の部分の硬さよりも低くする鋼材の製造装置であって、
誘導加熱または直接通電加熱により前記鋼材の表皮から一定深さまでを急速加熱する加熱手段と、
該加熱の後所定時間後に、加熱された前記鋼材を急冷する冷却手段と、を備え、
前記加熱手段における前記鋼材の加熱温度がAc1変態点以上であることを特徴とする鋼材の製造装置。
[15]前記加熱手段での処理終了から前記冷却手段での処理開始までの時間が、鋼種、線径、加熱温度、加熱時間等に応じて決まる所定時間以下であり、
前記熱処理の処理条件は、前記鋼材の表面急速加熱後の伝熱特性、前記鋼材の焼戻しの進行状態を示す焼戻進行値、周波数、入力電気エネルギー、加熱温度、加熱時間、放冷時間、の少なくとも2つを含む組み合わせに基づいて決定され、
前記熱処理の処理条件は表層部の前記焼戻進行値が、中心部の前記焼戻進行値の1.5倍以上の値になるよう設定し、
前記加熱工程から前記冷却工程までの時間は、鋼種、線径、加熱温度、加熱時間等に応じて決まる所定時間以下に設定し、
前記鋼材は、線状または棒状であり、
前記鋼材を前記加熱手段及び前記冷却手段を通る所定の経路に沿って連続的に搬送する搬送手段をさらに備え、前記処理条件は、前記搬送経路における距離及び前記搬送速度を含み、
前記鋼材に対して加熱処理及び冷却処理を施す焼入手段を備え、
前記搬送経路における前記焼入手段の下流側に前記加熱手段及び前記冷却手段がそれぞれ一つずつ備えられ、
前記鋼材の伝熱特性または前記焼戻進行値の算出結果に基づいて前記熱処理の処理条件を制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする[14]記載の鋼材の製造装置。
Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
Hereinafter, the invention described in the scope of claims of the present application will be appended.
[1] A method for producing a steel material in which the hardness of a part of the steel material is made lower than the hardness of the other part of the steel material by performing a heat treatment on the strengthened steel material,
The heat treatment is a heating step of rapidly heating from the skin of the steel material to a certain depth by induction heating or direct current heating, and a cooling step of rapidly cooling the steel material after the heating step after a predetermined time after the heating step, With
The method for producing a steel material, wherein a heating temperature in the heating step is equal to or higher than an Ac1 transformation point.
[2] The method for producing a steel material according to [1], wherein a time from the heating step to the cooling step is a predetermined time or less determined according to a steel type, a wire diameter, a heating temperature, and a heating time. .
[3] The method for producing a steel material according to [1] or [2], wherein the treatment condition of the heat treatment is determined based on heat transfer characteristics after rapid heating of the surface of the steel material.
[4] The heat treatment treatment condition is a time integral value of the temperature of the steel material, and is determined based on a tempering progress value indicating a progress state of the tempering of the steel material. 3] The manufacturing method of the steel materials in any one of 3.
[5] The process condition of the heat treatment is a combination including at least two of frequency, input electric energy, heating temperature, heating time, and cooling time, and any one of [1] to [4] The manufacturing method of steel materials as described.
[6] A step of calculating heat transfer characteristics of the steel material or the tempering progress value,
The method for producing a steel material according to [4] or [5], wherein the treatment condition of the heat treatment is determined based on the calculated heat transfer characteristic or the tempering progress value.
[7] The processing conditions of the heat treatment are set such that the tempering progress value in the surface layer portion is 1.5 times or more of the tempering progress value in the center portion. Steel manufacturing method.
[8] The time from the heating step to the cooling step is set so that the tempering progress value in the surface layer portion is 1.5 times or more the central tempering progress value. The method for producing a steel material according to any one of [4] to [7].
[9] The method for manufacturing a steel material according to any one of [1] to [8], wherein the steel material is linear or rod-shaped.
[10] The steel material is subjected to a quenching process including a heating process and a cooling process, and then the heating process and the cooling process are each performed once as a tempering process. [9] The method for producing a steel material according to any one of [9].
[11] The steel material that has undergone the heating step and the cooling step according to any one of [1] to [10],
Tensile strength when the difference between the hardness near the surface layer portion and the hardness on the center side from the position 10% from the surface layer in the radial direction is HV50 or more, and a tensile test is performed with a No. 2 test piece of JISZ2201 A steel material having a thickness of 1420 N / mm 2 or more.
[12] The steel material having undergone the heating step and the cooling step according to any one of claims 1 to 10,
It has a full-section tempered martensite structure, the hardness of the surface layer portion is HV380 or less, and the tensile strength when a tensile test is conducted with a No. 2 test piece of JISZ2201 is 1420 N / mm 2 or more Yes,
A steel material having a uniform hardness on the center side than the surface layer.
[13] The steel material that has undergone the heating step and the cooling step according to any one of [1] to [10],
It has a full-section tempered martensite structure, the hardness of the surface layer portion is HV420 or less, and the tensile strength when a tensile test is conducted with a No. 2 test piece of JISZ2201 is 1600 N / mm 2 or more And
A steel material having a uniform hardness on the center side than the surface layer.
[14] An apparatus for manufacturing a steel material, wherein the strength of the steel material is reduced by heat treatment to make the hardness of a part of the steel material lower than the hardness of the other part of the steel material,
Heating means for rapidly heating the steel material from the skin to a certain depth by induction heating or direct current heating;
Cooling means for rapidly cooling the heated steel material after a predetermined time after the heating,
The apparatus for manufacturing a steel material, wherein the heating temperature of the steel material in the heating means is equal to or higher than the Ac1 transformation point.
[15] The time from the end of the treatment in the heating means to the start of the treatment in the cooling means is a predetermined time or less determined according to the steel type, wire diameter, heating temperature, heating time, etc.
The treatment conditions of the heat treatment are: heat transfer characteristics after rapid heating of the surface of the steel material, tempering progress value indicating the progress of tempering of the steel material, frequency, input electric energy, heating temperature, heating time, and cooling time. Determined based on a combination including at least two,
The treatment conditions for the heat treatment are set so that the tempering progress value of the surface layer part is 1.5 times or more of the tempering progress value of the center part,
The time from the heating step to the cooling step is set to a predetermined time or less determined according to the steel type, wire diameter, heating temperature, heating time, etc.
The steel material is linear or rod-shaped,
The apparatus further comprises conveying means for continuously conveying the steel material along a predetermined path passing through the heating means and the cooling means, and the processing condition includes a distance in the conveying path and the conveying speed,
A quenching means for performing a heat treatment and a cooling treatment on the steel material;
One each of the heating means and the cooling means are provided on the downstream side of the quenching means in the transport path,
[14] The apparatus for producing a steel material according to [14], further comprising control means for controlling a processing condition of the heat treatment based on a heat transfer characteristic of the steel material or a calculation result of the tempering progress value.

本発明によれば、単純な処理で、部位によって硬さが異なる鋼材、鋼材の製造方法及び鋼材の製造装置を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the steel material from which hardness differs with site | parts by the simple process, the manufacturing method of steel materials, and the manufacturing apparatus of steel materials.

Claims (13)

焼入れされた鋼材に焼戻しを施すことにより、前記鋼材の一部分の硬さを前記鋼材の他の部分の硬さよりも低くする鋼材の製造方法であって、
前記焼戻しは、誘導加熱または直接通電加熱により前記鋼材の表皮から半径の10%までを急速加熱する加熱工程と、該加熱工程の開始後1秒以内に前記加熱工程を経た前記鋼材を急冷する冷却工程と、を備え、
前記加熱工程における加熱温度がAc1変態点以上であり、
前記焼戻しの処理条件は、Tを温度、tを時間、t0を熱処理時間とする際の
Figure 0005337792
で示される焼戻進行値Nが、表層部において、中心部の1.5倍以上になるよう設定することを特徴とする鋼材の製造方法。
A method for producing a steel material, wherein the hardness of a part of the steel material is made lower than the hardness of the other part of the steel material by tempering the quenched steel material,
The tempering includes a heating step of rapidly heating up to 10% of the radius from the skin of the steel material by induction heating or direct current heating, and cooling for rapidly cooling the steel material after the heating step within 1 second after the start of the heating step. A process,
Ri der heating temperature is more than the Ac1 transformation point in the heating step,
The tempering treatment conditions are as follows: T is temperature, t is time, and t0 is heat treatment time.
Figure 0005337792
A method for producing a steel material, characterized in that the tempering progress value N indicated by is set to be 1.5 times or more of the center portion in the surface layer portion .
前記加熱工程から前記冷却工程までの時間が、鋼種、線径、加熱温度、及び加熱時間に応じて決まる所定時間以下であることを特徴とする請求項1に記載の鋼材の製造方法。   2. The method for producing a steel material according to claim 1, wherein a time from the heating step to the cooling step is a predetermined time or less determined according to a steel type, a wire diameter, a heating temperature, and a heating time. 前記焼戻しの処理条件は、前記鋼材の表面急速加熱後の伝熱特性に基づいて決定されることを特徴とする請求項1または2に記載の鋼材の製造方法。 The method for producing a steel material according to claim 1 or 2, wherein the tempering treatment condition is determined based on heat transfer characteristics after the surface rapid heating of the steel material. 前記焼戻しの処理条件は、周波数、入力電気エネルギー、加熱温度、加熱時間、放冷時間、の少なくとも2つを含む組み合わせとすることを特徴とする請求項1乃至のいずれか記載の鋼材の製造方法。 The steel material production according to any one of claims 1 to 3 , wherein the tempering treatment condition is a combination including at least two of frequency, input electric energy, heating temperature, heating time, and cooling time. Method. 前記鋼材の伝熱特性または前記焼戻進行値を算出する工程を備え、
前記焼戻しの処理条件は、前記算出された伝熱特性または前記焼戻進行値に基づいて決定されることを特徴とする請求項4に記載の鋼材の製造方法。
A step of calculating heat transfer characteristics of the steel material or the tempering progress value;
The method for producing a steel material according to claim 4, wherein the tempering treatment condition is determined based on the calculated heat transfer characteristic or the tempering progress value.
前記加熱工程から前記冷却工程までの時間は、表層部における前記焼戻進行値が、中心部の前記焼戻進行値の1.5倍以上の値になるよう設定することを特徴とする請求項4乃至のいずれか記載の鋼材の製造方法。 The time from the heating step to the cooling step is set so that the tempering progress value in the surface layer portion is 1.5 times or more the central tempering progress value. The manufacturing method of the steel materials in any one of 4 thru | or 5 . 前記鋼材は、線状または棒状であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか記載の鋼材の製造方法。 The method of manufacturing a steel material according to any one of claims 1 to 6 , wherein the steel material is linear or rod-shaped. 前記鋼材に対して加熱処理及び冷却処理を含む焼入処理が施された後、焼戻処理として前記加熱工程及び前記冷却工程がそれぞれ一度ずつ行われることを特徴とする請求項1乃至のいずれか記載の鋼材の製造方法。 After quenching process is performed including a heat treatment and cooling process to the steel, any of claims 1 to 7 wherein the heating step and the cooling step as tempering process is characterized by being performed by once each A method for producing the steel material according to claim 1. 請求項1乃至のいずれか記載の前記加熱工程及び前記冷却工程を経た前記鋼材であって、
その表層部付近の硬さと、半径方向で表層から10%の位置よりも中心側の硬さの差がHV50以上であり、かつ、JISZ2201の2号試験片で引張試験を行った場合の引張強さが1420N/mm以上であることを特徴とする鋼材。
The steel material that has undergone the heating step and the cooling step according to any one of claims 1 to 8 ,
Tensile strength when the difference between the hardness near the surface layer portion and the hardness on the center side from the position 10% from the surface layer in the radial direction is HV50 or more, and a tensile test is performed with a No. 2 test piece of JISZ2201 A steel material having a thickness of 1420 N / mm 2 or more.
請求項1乃至のいずれか記載の前記加熱工程及び前記冷却工程を経た前記鋼材であって、
全断面焼き戻しマルテンサイト組織となっており、かつ、表層部の硬さがHV380以下であり、かつJISZ2201の2号試験片で引張試験を行った場合の引張強さが1420N/mm以上であり、
表層よりも中心側の硬さが均一であることを特徴とする鋼材。
The steel material that has undergone the heating step and the cooling step according to any one of claims 1 to 8 ,
It has a full-section tempered martensite structure, the hardness of the surface layer portion is HV380 or less, and the tensile strength when a tensile test is conducted with a No. 2 test piece of JISZ2201 is 1420 N / mm 2 or more Yes,
A steel material having a uniform hardness on the center side than the surface layer.
請求項1乃至のいずれか記載の前記加熱工程及び前記冷却工程を経た前記鋼材であって、
全断面焼き戻しマルテンサイト組織となっており、かつ、その表層部の硬さがHV420以下であり、かつJISZ2201の2号試験片で引張試験を行った場合の引張強さが1600N/mm以上であり、
表層よりも中心側の硬さが均一であることを特徴とする鋼材。
The steel material that has undergone the heating step and the cooling step according to any one of claims 1 to 8 ,
It has a full-section tempered martensite structure, the hardness of the surface layer portion is HV420 or less, and the tensile strength when a tensile test is conducted with a No. 2 test piece of JISZ2201 is 1600 N / mm 2 or more And
A steel material having a uniform hardness on the center side than the surface layer.
焼入れされた鋼材に焼戻しを施すことにより、前記鋼材の一部分の硬さを前記鋼材の他の部分の硬さよりも低くする鋼材の製造装置であって、
誘導加熱または直接通電加熱により前記鋼材の表皮から半径の10%までを急速加熱する加熱手段と、
該加熱の後1秒以内に、前記加熱工程を経た前記鋼材を急冷する冷却手段と、を備え、
前記加熱手段における前記鋼材の加熱温度がAc1変態点以上であり、
前記焼戻しの処理条件は、Tを温度、tを時間、t0を熱処理時間とする際の
Figure 0005337792
で示される焼戻進行値Nにより設定されることを特徴とする鋼材の製造装置。
By tempering the quenched steel material, a steel material manufacturing apparatus that lowers the hardness of a part of the steel material to be lower than the hardness of the other part of the steel material,
Heating means for rapidly heating up to 10% of the radius from the skin of the steel material by induction heating or direct current heating;
A cooling means for rapidly cooling the steel material that has undergone the heating step within 1 second after the heating ,
The heating temperature of the steel material in the heating means is equal to or higher than the Ac1 transformation point,
The tempering treatment conditions are as follows: T is temperature, t is time, and t0 is heat treatment time.
Figure 0005337792
It is set by the tempering progress value N shown by this, The manufacturing apparatus of the steel materials characterized by the above-mentioned.
前記加熱手段での処理終了から前記冷却手段での処理開始までの時間が、鋼種、線径、加熱温度、加熱時間等に応じて決まる所定時間以下であり、
前記焼戻しの処理条件は、前記鋼材の表面急速加熱後の伝熱特性、前記鋼材の焼戻しの進行状態を示す焼戻進行値、周波数、入力電気エネルギー、加熱温度、加熱時間、放冷時間、の少なくとも2つを含む組み合わせに基づいて決定され、
前記焼戻しの処理条件は表層部の前記焼戻進行値が、中心部の前記焼戻進行値の1.5倍以上の値になるよう設定し、
前記加熱工程から前記冷却工程までの時間は、鋼種、線径、加熱温度、加熱時間等に応じて決まる所定時間以下に設定し、
前記鋼材は、線状または棒状であり、
前記鋼材を前記加熱手段及び前記冷却手段を通る所定の経路に沿って連続的に搬送する搬送手段をさらに備え、前記処理条件は、前記搬送経路における距離及び前記搬送速度を含み、
前記鋼材に対して加熱処理及び冷却処理を施す焼入手段を備え、
前記搬送経路における前記焼入手段の下流側に前記加熱手段及び前記冷却手段がそれぞれ一つずつ備えられ、
前記鋼材の伝熱特性または前記焼戻進行値の算出結果に基づいて前記焼戻しの処理条件を制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項12記載の鋼材の製造装置。
The time from the end of the treatment in the heating means to the start of the treatment in the cooling means is a predetermined time or less determined according to the steel type, wire diameter, heating temperature, heating time, etc.
The tempering treatment conditions are: heat transfer characteristics after surface rapid heating of the steel material, tempering progress value indicating the progress of tempering of the steel material, frequency, input electric energy, heating temperature, heating time, and cooling time. Determined based on a combination including at least two,
The tempering treatment conditions are set so that the tempering progress value of the surface layer part is 1.5 or more times the tempering progress value of the center part,
The time from the heating step to the cooling step is set to a predetermined time or less determined according to the steel type, wire diameter, heating temperature, heating time, etc.
The steel material is linear or rod-shaped,
The apparatus further comprises conveying means for continuously conveying the steel material along a predetermined path passing through the heating means and the cooling means, and the processing condition includes a distance in the conveying path and the conveying speed,
A quenching means for performing a heat treatment and a cooling treatment on the steel material;
One each of the heating means and the cooling means are provided on the downstream side of the quenching means in the transport path,
The steel material manufacturing apparatus according to claim 12 , further comprising a control unit that controls processing conditions of the tempering based on a heat transfer characteristic of the steel material or a calculation result of the tempering progress value.
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