KR101286948B1 - Steel material, process for producing steel material, and apparatus for producing steel material - Google Patents

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겐고 이와나가
오사무 와타나베
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다이스케 히라카미
미키유키 이치바
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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
고오슈우하네쓰렌 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명의 일 형태에 따른 강재의 제조방법은, 고강도화 된 강재(W)에 열처리를 실시함으로써, 강재의 일부분의 경도를 상기 강재(W)의 그 외 부분의 경도보다도 낮게 하는 강재의 제조방법으로서, 상기 열처리는 유도가열 또는 직접 통전 가열에 의해 강재(W)의 표피로부터 일정 깊이까지를 급속 가열하는 가열공정과, 그 가열공정 후 소정 시간 후에, 상기 가열공정을 거친 상기 강재(W)를 급랭하는 냉각공정을 구비하고, 상기 가열공정에서의 가열온도가 Ac1 변태점 이상이다.A method for producing a steel according to one embodiment of the present invention is a method for manufacturing a steel material in which the hardness of a portion of the steel is lower than that of the other portions of the steel W by heat-treating the steel W which has been strengthened. The heat treatment is a heating step of rapidly heating from the skin of the steel (W) to a predetermined depth by induction heating or direct energizing heating, and quenching the steel (W) after the heating step after a predetermined time after the heating step. And a heating temperature in the heating step is equal to or more than the Ac1 transformation point.

Description

강재, 강재의 제조방법 및 강재의 제조장치{STEEL MATERIAL, PROCESS FOR PRODUCING STEEL MATERIAL, AND APPARATUS FOR PRODUCING STEEL MATERIAL}STEEL MATERIAL, PROCESS FOR PRODUCING STEEL MATERIAL, AND APPARATUS FOR PRODUCING STEEL MATERIAL}

본 발명은 강재, 강재의 제조방법 및 강재의 제조장치에 관한 것으로, 특히 부위에 따라 경도가 다른 것에 관한 것이다.The present invention relates to a steel, a method for producing a steel, and an apparatus for producing a steel, and more particularly, to a hardness that varies depending on a part.

예를 들어, 봉 또는 선의 원료가 되는 코일형 압연재(이하 압연재라고 함) 등의 강재로부터의 2차 가공(열처리)에 있어서, 내지연 파괴성을 향상시키기 위해, 예를 들어 표층부로부터 중심부에 걸쳐, 부위에 따라 인장 강도(경도)를 변화시키는 기술이 제공되고 있다.For example, in secondary processing (heat treatment) from steel materials such as a coiled rolling material (hereinafter referred to as a rolling material), which is a raw material for rods or wires, in order to improve delayed fracture resistance, for example, from the surface layer portion to the center portion. In the meantime, the technique of changing tensile strength (hardness) according to a site | part is provided.

예를 들어, 클래드강과 같이, 순철 등의 극저탄소강을 표층에 배치하고 압연하여 탈탄, 감탄을 이용하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특개평4-212570호 공보 참조).For example, there is known a technique in which ultra-low carbon steel such as pure iron is placed on the surface layer and rolled, such as clad steel, to use decarburization and admiration (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-212570).

또한, 압연중에 Ac1~Ac3 온도로 가열하여, 표층에 생성시킨 탈탄층을 이용하는 기술(예를 들어, 특개소62-267420호 공보 참조)이나, 열처리 후, 표층부만 더 열처리를 재차 실시하는 기술(예를 들어, 특개평7-54441호 공보 참조)이 제공되고 있다.Moreover, the technique which uses the decarburization layer heated to Ac1-Ac3 temperature during rolling, and produced in the surface layer (for example, see Unexamined-Japanese-Patent No. 62-267420), or the technique which heat-processes only the surface layer part again after heat processing ( For example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-54441).

아울러, 일반적으로 내지연 파괴성을 향상시키는 수단으로서, 도금이나 질화 등의 화학적인 표면처리를 실시하는 기술, 또는 내지연 파괴성이 우수한 비금속재의 코팅재를 표면에 실시하는 기술이 알려져 있다.Moreover, as a means of improving delayed fracture resistance generally, the technique of performing chemical surface treatment, such as plating and nitriding, or the technique of performing the coating material of the nonmetallic material excellent in delayed fracture resistance on the surface is known.

그러나, 상기의 기술에는 이하와 같은 문제가 있다. 즉, 압연재의 단계에서, 클래드강을 제작, 또는 Ac1~Ac3 온도로 가열하는 것에 의한 탈탄층을 만들어 넣은 후, 2차 가공(열처리)을 행하므로 전처리가 필요하다. 또한, 2차 가공(열처리)을 행한 후, 재차 표층부만을 열처리, 또는 화학적인 표면처리를 행할 필요가 있다. 따라서, 모두 공정이 복잡하며, 2차 가공(열처리) 전후로, 번잡한 처리 조건의 제어가 필요해진다.However, the above technique has the following problems. That is, at the stage of a rolling material, after making a decarburization layer by manufacturing clad steel or heating to Ac1-Ac3 temperature, secondary processing (heat processing) is performed, and pretreatment is required. After the secondary processing (heat treatment), only the surface layer portion needs to be subjected to heat treatment or chemical surface treatment again. Therefore, both processes are complicated and control of complicated processing conditions is needed before and after secondary processing (heat processing).

따라서, 본 발명은 단순한 처리로, 부위에 따라 경도가 다른 강재, 강재의 제조방법 및 강재의 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. Therefore, an object of the present invention is to provide a steel, a method for producing steel, and an apparatus for producing steel, which vary in hardness depending on the site by a simple treatment.

본 발명의 일 형태에 따른 강재의 제조방법은, 고강도화 된 강재에 열처리를 실시함으로써 상기 강재의 일부분의 경도를 상기 강재의 그 외 부분의 경도보다도 낮게 하는 강재의 제조방법으로서, 상기 열처리는, 유도가열 또는 직접 통전 가열에 의해 상기 강재의 표피로부터 일정 깊이까지를 급속 가열하는 가열공정과, 그 가열공정 후 소정 시간 후에, 상기 가열공정을 거친 상기 강재를 급랭하는 냉각공정을 구비하고, 상기 가열공정에서의 가열온도가 Ac1 변태점 이상인 것을 특징으로 한다.A method for producing a steel according to one embodiment of the present invention is a method for manufacturing a steel in which a hardness of a portion of the steel is lower than that of other portions of the steel by heat-treating the steel having a high strength. A heating step of rapidly heating the skin from the skin to a predetermined depth by heating or direct energizing heating, and a cooling step of rapidly cooling the steel that has undergone the heating step after a predetermined time after the heating step; Is characterized in that the heating temperature at is equal to or greater than the Ac1 transformation point.

본 발명은, 다른 일 형태로서, 상기 가열공정으로부터 상기 냉각공정까지의 시간이 강종, 선 지름, 가열온도 및 가열시간에 따라 결정되는 소정 시간 이하인 것을 특징으로 한다.As another aspect, the present invention is characterized in that the time from the heating step to the cooling step is equal to or less than a predetermined time determined by steel grade, wire diameter, heating temperature, and heating time.

본 발명은, 다른 일 형태로서, 상기 열처리의 처리 조건은 상기 강재의 표면 급속 가열 후의 전열 특성에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention is characterized in that treatment conditions for the heat treatment are determined based on heat transfer characteristics after rapid heating of the surface of the steel.

본 발명은, 다른 일 형태로서, 상기 열처리의 처리 조건은 상기 강재의 온도의 시간 적분치이며, 상기 강재의 뜨임(tempering) 진행 상태를 나타내는 뜨임 진행값에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention is characterized in that the treatment condition of the heat treatment is a time-integrated value of the temperature of the steel, and is determined based on a tempering progress value indicating a tempering progress state of the steel.

본 발명은, 다른 일 형태로서, 상기 열처리의 처리 조건은 주파수, 입력 전기 에너지, 가열온도, 가열시간, 방랭시간 중 적어도 두 개를 포함하는 조합으로 하는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention is characterized in that the treatment conditions for the heat treatment include a combination including at least two of frequency, input electrical energy, heating temperature, heating time, and cooling time.

본 발명은, 다른 일 형태로서, 상기 강재의 전열 특성 또는 상기 뜨임 진행값을 산출하는 공정을 구비하고, 상기 열처리의 처리 조건은 상기 산출된 전열 특성 또는 상기 뜨임 진행값에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention includes a step of calculating the heat transfer characteristics or the tempering progress value of the steel, wherein the treatment condition of the heat treatment is determined based on the calculated heat transfer characteristics or the tempering progress value. It is done.

본 발명은, 다른 일 형태로서, 상기 열처리의 처리 조건은 표층부에서의 상기 뜨임 진행값이 중심부에서의 상기 뜨임 진행값의 1.5배 이상의 값이 되도록 설정하는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention is characterized in that the treatment conditions for the heat treatment are set such that the tempering progress value at the surface layer portion is equal to or greater than 1.5 times the tempering progress value at the center portion.

본 발명은, 다른 일 형태로서, 상기 가열공정으로부터 상기 냉각공정까지의 시간은 표층부에서의 상기 뜨임 진행값이 중심부의 상기 뜨임 진행값의 1.5배 이상의 값이 되도록 설정하는 것을 특징으로 한다.As another aspect of the present invention, the time from the heating step to the cooling step is set such that the tempering progress value at the surface layer portion is equal to or greater than 1.5 times the tempering progress value at the center portion.

본 발명은, 다른 일 형태로서, 상기 강재는 선형 또는 봉형인 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention is characterized in that the steel is linear or rod-shaped.

본 발명은, 다른 일 형태로서, 상기 강재에 대해 가열처리 및 냉각처리를 포함하는 담금질처리(quenching process)가 실시된 후, 뜨임처리로서 상기 가열공정 및 상기 냉각공정이 각각 한 번씩 행해지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, after the quenching process including heat treatment and cooling treatment is performed on the steel, the heating process and the cooling process are performed once as tempering. It is done.

본 발명의 다른 일 형태는, 상기 가열공정 및 상기 냉각공정을 거친 상기 강재로서, 그 표층부 부근의 경도와, 반경방향으로 표층으로부터 10%의 위치보다도 중심측의 경도의 차가 HV50 이상이며, 또한 JISZ2201의 2호 시험편으로 인장시험을 행한 경우의 인장 강도가 1420N/㎟ 이상인 것을 특징으로 한다.Another embodiment of the present invention is the steel, which has undergone the heating step and the cooling step, wherein the difference between the hardness near the surface layer portion and the hardness at the center side is 10 HV 50 or more from a position 10% from the surface layer in the radial direction, and JISZ2201. When the tensile test is carried out with a test piece of No. 2, the tensile strength is 1420N / mm 2 or more.

본 발명은, 다른 일 형태로서, 모든 단면이 뜨임한 마르텐사이트 조직(tempered martensite structure)으로 되어 있고, 또한, 표층부의 경도가 HV380 이하이며, 또한 JISZ2201의 2호 시험편으로 인장시험을 행한 경우의 인장 강도가 1420N/㎟ 이상이고, 표층보다도 중심측의 경도가 균일한 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention is a tensile martensite structure in which all cross sections are tempered, the surface layer portion has a hardness of HV380 or less, and a tensile test when a tensile test is performed with a test piece of JISZ2201 No. 2 The strength is 1420 N / mm 2 or more, and the hardness at the center side is more uniform than the surface layer.

본 발명은, 다른 일 형태로서, 모든 단면이 뜨임한 마르텐사이트 조직으로 되어 있고, 또한, 그 표층부의 경도가 HV420 이하이며, 또한 JISZ2201의 2호 시험편으로 인장시험을 행한 경우의 인장 강도가 1600N/㎟ 이상이고, 표층보다도 중심측의 경도가 균일한 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention provides a martensitic structure in which all cross sections are tempered, the hardness of the surface layer portion is HV420 or less, and a tensile strength of 1600 N / when the tensile test is performed with the test piece No. 2 of JISZ2201. It is characterized by the above-mentioned, and the hardness of the center side is more uniform than surface layer.

본 발명의 다른 일 형태는 고강도화 된 강재에 열처리를 실시함으로써, 상기 강재의 일부분의 경도를 상기 강재의 그 외 부분의 경도보다도 낮게 하는 강재의 제조장치로서, 유도가열 또는 직접 통전 가열에 의해 상기 강재의 표피로부터 일정 깊이까지를 급속 가열하는 가열수단과, 그 가열 후 소정 시간 후에, 가열된 상기 강재를 급랭하는 냉각수단을 구비하고, 상기 가열공정에서의 가열온도가 Ac1 변태점 이상인 것을 특징으로 하는 강재의 제조장치이다.Another embodiment of the present invention is a steel manufacturing apparatus which makes the hardness of a portion of the steel lower than the hardness of the other portions of the steel by heat-treating the strengthened steel, wherein the steel is produced by induction heating or direct current heating. And heating means for rapidly heating from the skin to a predetermined depth and cooling means for quenching the heated steel after a predetermined time after the heating, wherein the heating temperature in the heating step is equal to or higher than Ac1 transformation point. It is a manufacturing apparatus of.

본 발명은, 다른 일 형태로서, 상기 강재의 전열 특성 또는 상기 뜨임 진행값의 산출 결과에 근거하여 상기 열처리의 처리 조건을 제어하는 제어수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is further provided a control means for controlling the processing conditions of the heat treatment based on the heat transfer characteristics of the steel or the result of calculating the tempering progress value.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 열처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 2는 동 실시형태의 열처리 공정을 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 3은 동 실시형태에 있어서의 PC 강봉의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 4는 동 실시형태에 있어서의 PC 강봉의 성분을 나타내는 표이다.
도 5는 동 실시형태의 열처리 장치에 있어서의 코일 턴수와 선 지름의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 동 실시형태 및 종래예의 열처리 조건을 나타내는 표이다.
도 7은 동 실시형태의 PC 강봉의 전열해석에 의한 경과시간과 온도분포의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 동 실시형태의 PC 강봉의 전열해석에 의한 방랭시간과 온도분포의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 동 실시형태의 PC 강봉의 경도와 직경방향의 거리와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 동 실시형태에 있어서의 뜨임 과정에서의 표층부분으로부터 중심까지의 온도분포를 나타내는 그래프이다.
도 11은 동 실시형태에 있어서의 N 파라미터의 효율을 나타내는 그래프이다.
도 12는 동 실시형태에 있어서의 표면과 중심의 N 파라미터의 비율과, 가열과정 및 방랭시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 동 실시형태에 따른 열처리와, 종래의 열처리에 의해 얻어진 PC 강봉의 단면 경도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 14는 동 실시형태의 열처리로 제조된 PC 강봉의 축방향의 단면 경도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 15는 동 실시형태의 열처리에 이용하는 복수 종류의 PC 강봉의 성분을 나타내는 표이다.
도 16은 동 실시형태의 열처리와, 종래의 열처리에 의한 PC 강봉 W의 지연 파괴 시험 결과를 나타내는 표이다.
도 17은 동 지연 파괴 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 18은 동 실시형태의 PC 강봉 W1의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 19는 동 실시형태의 PC 강봉 W1의 노치의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 20은 동 실시형태의 열처리와, 종래의 열처리에 의한 PC 강봉의 지연 파괴 시험 결과를 나타내는 표이다.
도 21은 동 지연 파괴 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 22는 동 실시형태의 PC 강봉 W1에 형성된 노치의 깊이와 파단 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 열처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 24는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이형 PC 강봉의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 25는 동 실시형태에 있어서의 이형 PC 강봉의 성분을 나타내는 표이다.
도 26은 동 실시형태에 따른 열처리와 비교 열처리의 열처리 조건을 나타내는 표이다.
도 27은 동 실시형태에 있어서의 이형 PC 강봉의 열처리에 있어서의 경과시간과 온도변화의 전열해석에 의한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 28은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 스프링 강선의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 29는 동 실시형태에 있어서의 스프링 강선의 성분을 나타내는 표이다.
도 30은 동 실시형태에 따른 열처리와 비교 열처리에 있어서의, 열처리 조건을 나타내는 표이다.
도 31은 동 실시형태에 따른 열처리에 있어서의 경과시간과 온도변화의 전열해석에 의한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 32는 동 실시형태에 따른 열처리와 비교 열처리에 있어서의, 처리 후의 스프링 강선의 단면 경도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 33은 열처리재의 경도와 피로한도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 34는 비교 열처리재의 회전굽힘 피로시험 결과를 나타내는 표이다.
도 35는 비교 열처리재의 표층으로부터 개재물의 거리와 내구 횟수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 36은 동 실시형태에 따른 열처리에 의한 스프링 강선의 회전굽힘 피로시험 결과를 나타내는 표이다.
도 37은 동 실시형태에 따른 열처리에 의한 스프링 강선과 비교 열처리재에 의한 스프링 강선의 단면 경도, 잔류 응력 및 응력 진폭을 나타내는 그래프이다.
도 38은 다른 실시형태에 따른 스프링 강선의 성분 예를 나타내는 표이다.
도 39는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 볼트의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 40은 동 실시형태에 따른 볼트의 성분을 나타내는 표이다.
도 41은 동 실시형태에 따른 열처리 및 비교 열처리에 있어서의 열처리 조건을 나타내는 표이다.
도 42는 동 실시형태에 있어서의 볼트 Wb의 열처리에 있어서의 경과시간과 온도변화의 전열해석에 의한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 43은 동 실시형태에 따른 열처리와, 비교 열처리에 의해 얻어진 볼트의 단면 경도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 44는 동 실시형태에 따른 열처리와, 비교 열처리에 의해 얻어진 볼트의 지연 파괴 시험 결과를 나타내는 표이다.
도 45는 동 실시형태에 따른 열처리와, 비교 열처리에 의해 얻어진 볼트의 누적 파단 확률과 파단 시간을 나타내는 그래프이다.
1 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a heat treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is an explanatory diagram schematically showing a heat treatment step of the embodiment.
3 is a side view illustrating the configuration of the PC steel bar in the embodiment.
4 is a table showing the components of the PC steel bar in the embodiment.
5 is a graph showing a relationship between the number of coil turns and a wire diameter in the heat treatment apparatus of the embodiment.
6 is a table showing heat treatment conditions of the embodiment and the conventional example.
7 is a graph showing the relationship between the elapsed time and the temperature distribution by the electrothermal analysis of the PC steel bar of the embodiment.
8 is a graph showing the relationship between the cooling time and temperature distribution by electrothermal analysis of PC steel bars of the embodiment.
9 is a graph showing the relationship between the hardness of the PC steel bar and the distance in the radial direction of the embodiment.
10 is a graph showing the temperature distribution from the surface layer portion to the center in the tempering process in the same embodiment.
11 is a graph showing the efficiency of the N parameter in the same embodiment.
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.
It 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.
14 is a graph showing the sectional hardness distribution in the axial direction of the PC steel bar manufactured by the heat treatment of the embodiment.
FIG. 15 is a table showing components of plural kinds of PC steel bars used in the heat treatment of the embodiment. FIG.
Fig. 16 is a table showing the results of the delayed fracture test of the PC steel bar W by the heat treatment of the same embodiment and the conventional heat treatment.
17 is a graph showing the results of the same delay fracture test.
18 is a side view illustrating a configuration of the PC steel bar W1 of the embodiment.
It is a side view which shows the structure of the notch of PC steel bar W1 of the same embodiment.
20 is a table which shows the result of the delayed fracture test of the PC steel bar by the heat treatment of the same embodiment and the conventional heat treatment.
21 is a graph showing the results of the same delay fracture test.
22 is a graph showing the relationship between the depth of the notch and the break time formed on the PC steel bar W1 of the embodiment.
It is explanatory drawing which shows roughly the structure of the heat processing apparatus in other embodiment of this invention.
It is a side view which shows the structure of the mold release PC steel bar which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
It is a table which shows the component of the mold release PC steel bar in the same embodiment.
26 is a table showing the heat treatment conditions of the heat treatment and the comparative heat treatment according to the embodiment.
FIG. 27 is a graph showing simulation results by electrothermal analysis of elapsed time and temperature change in heat treatment of a release PC steel bar according to the embodiment; FIG.
It is a perspective view which shows the structure of the spring steel wire which concerns on 3rd Embodiment of this invention.
It is a table which shows the component of the spring steel wire in the same embodiment.
30 is a table showing heat treatment conditions in the heat treatment and the comparative heat treatment according to the embodiment.
Fig. 31 is a graph showing simulation results by electrothermal analysis of elapsed time and temperature change in heat treatment according to the embodiment.
32 is a graph showing the cross-sectional hardness distribution of spring steel wires after treatment in the heat treatment and the comparative heat treatment according to the embodiment.
33 is a graph showing the relationship between the hardness and the fatigue limit of the heat treatment material.
34 is a table showing the results of the rotation bending fatigue test of the comparative heat treatment material.
35 is a graph showing the relationship between the distance of inclusions and the number of times of durability from the surface layer of the comparative heat treatment material.
36 is a table showing a rotation bending fatigue test result of a spring steel wire by heat treatment according to the embodiment.
37 is a graph showing the cross-sectional hardness, residual stress, and stress amplitude of the spring steel wire by the heat treatment according to the embodiment and the spring steel wire by the comparative heat treatment material.
38 is a table showing a component example of a spring steel wire according to another embodiment.
It is a perspective view which shows the structure of the bolt which concerns on 4th Embodiment of this invention.
40 is a table showing the components of the bolt according to the embodiment;
41 is a table which shows the heat treatment conditions in the heat treatment and the comparative heat treatment according to the embodiment.
FIG. 42 is a graph showing simulation results by electrothermal analysis of elapsed time and temperature change in heat treatment of bolt Wb in the embodiment. FIG.
43 is a graph showing the cross-sectional hardness distribution of bolts obtained by heat treatment and comparative heat treatment according to the embodiment.
Fig. 44 is a table showing the results of the delayed fracture test of the bolts obtained by the heat treatment according to the embodiment and the comparative heat treatment.
45 is a graph showing the cumulative breaking probability and breaking time of bolts obtained by the heat treatment according to the embodiment and the comparative heat treatment.

이하, 본 발명의 제1 실시형태에 대해서 도 1 내지 도 22를 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 열처리 장치 10의 개념도이다. 도 2는 본 실시형태에 있어서의 PC 강봉의 제조공정의 플로차트이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, 1st Embodiment of this invention is described with reference to FIGS. 1 is a conceptual diagram of a heat treatment apparatus 10 according to the present embodiment. 2 is a flowchart of a manufacturing process of the PC steel bar in the present embodiment.

도 1에 나타낸 바와 같이, 강재의 제조장치의 일예로서의 열처리 장치 10는, 강재의 일예인 PC 강봉 W를 반송하는 핀치롤 11(반송수단)과, 담금질 수단인 담금질 가열 코일 12 및 담금질 냉각 재킷 13과, 핀치롤 14(반송수단)과, 고주파 유도가열을 행하는 가열수단으로서의 뜨임 가열 코일 15과, 냉각수단으로서의 냉각 재킷 16과, 핀치롤 17(반송수단)이 직선형의 반송경로를 따라 배열되어 구성되고, PC 강봉(강재) W를 반송경로를 따라 반송하면서 가열 및 냉각하는 기능을 갖는다.As shown in FIG. 1, the heat treatment apparatus 10 as an example of the manufacturing apparatus of steel materials includes the pinch roll 11 (conveying means) which conveys PC steel bar W which is an example of steel materials, the quenching heating coil 12 and quenching cooling jacket 13 which are quenching means. And a pinch roll 14 (conveying means), a tempering heating coil 15 as a heating means for high frequency induction heating, a cooling jacket 16 as a cooling means, and a pinch roll 17 (conveying means) are arranged along a straight conveying path. It has a function of heating and cooling while conveying PC steel bar (steel material) W along a conveyance path | route.

처리의 대상이 되는 PC 강봉 W는, 예를 들어 도 3에 나타낸 바와 같은 중실의 환봉형(solid round bar)이며, 축방향을 따라 연속하여 반송된다. PC 강봉 W는, 예를 들어 도 4에 나타내어진 성분을 포함하여 구성되나 이것에 한정되는 것은 아니다.The PC steel bar W to be processed is, for example, a solid round bar as shown in FIG. 3, and is continuously transported along the axial direction. PC steel bar W is comprised, for example including the component shown in FIG. 4, but is not limited to this.

뜨임 가열 코일 15은, 사이를 통과하는 PC 강봉 W를 고주파 유도 가열하는 기능을 갖는다. 뜨임 가열 코일 15은 선 지름이나 반송속도에 맞추어 적당한 코일 턴수로 설정된다. 본 실시형태에서의 뜨임 가열 코일 15의 턴수는 예를 들어 6턴이지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한 비교대상으로서는, 17턴의 코일을 이용한 종래품을 예시하고 있다. 도 5에, 일반적인 코일 턴수, 선 지름, 반송속도의 관계를 나타낸다.The tempering heating coil 15 has a function of high frequency induction heating of the PC steel bar W passing through. The tempering heating coil 15 is set to the appropriate number of coil turns in accordance with the wire diameter or the conveying speed. Although the number of turns of the tempering heating coil 15 in this embodiment is 6 turns, for example, it is not limited to this. Moreover, as a comparison object, the prior art which used the coil of 17 turns is illustrated. 5 shows the relationship between the general number of coil turns, the wire diameter, and the conveyance speed.

고주파 유도가열에 의한 뜨임에서는 PC 강봉 W 자체가 발열하나, 이 발열부의 깊이는 뜨임 가열 코일 15의 코일 턴수와 주파수, 입력 전기에너지, 가열온도, 가열시간, 방랭시간의 조합에 의해 조절할 수 있다.In tempering by high frequency induction heating, the PC steel rod W itself generates heat, but the depth of the heating part can be adjusted by the combination of the coil turns and frequency of the tempering heating coil 15, frequency, input electric energy, heating temperature, heating time, and cooling time.

냉각 재킷 16은 통과하는 PC 강봉 W에 냉각액을 분사하여 냉각하는 기능을 갖는다.The cooling jacket 16 has a function of cooling by spraying a cooling liquid on the PC steel bar W passing through.

뜨임 가열 코일 15로부터 냉각 재킷 16까지의 거리는 예를 들어 500㎜ 이하로 설정되어 있다. 또한, 통상적인 처리장치에서는 이 거리는 1900㎜ 정도이나, 본 실시형태에서는 가열처리로부터 냉각처리까지의 시간을 짧게 하기 위해서 이 사이의 거리를 짧게 설정하였다.The distance from the tempering heating coil 15 to the cooling jacket 16 is set to 500 mm or less, for example. In the conventional processing apparatus, this distance is about 1900 mm, but in this embodiment, the distance between them was set short in order to shorten the time from heat processing to cooling processing.

본 실시형태에 있어서의 열처리의 처리 조건의 일예를 도 6에 나타낸다. 이 처리 조건은, 후술하는 원리에 의해 고주파 유도 가열한 순간의 가열온도 패턴의 시간적인 변화와 강의 뜨임 특성을 이용하여 출원인이 발견한 것이다. 이 처리 조건으로 연속하여 열처리를 실시함으로써, 한 번의 뜨임으로 표층부에 저 경도의 층을 가짐과 아울러, 어느 깊이부터는 균일한 경도 분포를 가지며, 1420N/㎟ 이상의 강도 레벨이 되는 강봉 W를 제조하는 것이 가능해진다.An example of the processing conditions of the heat processing in this embodiment is shown in FIG. This processing condition was discovered by the applicant using the temporal change of the heating temperature pattern and the tempering characteristics of the steel at the time of high frequency induction heating according to the principle described below. By continuously performing heat treatment under these treatment conditions, it is desirable to produce a steel bar W having a low hardness layer at the surface layer portion in one temper, having a uniform hardness distribution at a certain depth, and having a strength level of 1420 N / mm 2 or more. It becomes possible.

본 실시형태의 처리 조건은 주파수 50㎑, 담금질 가열온도 1000℃, 뜨임 가열온도 805℃, 뜨임 가열시간 0.17s, 뜨임 가열부터 냉각까지의 시간 0.63s로 하고 있다. 여기서 이용한 PC 강봉은 직경 d(통칭) 7.1㎜의 세경 PC 강봉이며, 인장 강도가 1440N/㎟ 정도가 되도록 뜨임 가열온도를 조정하고 있다.The processing conditions of this embodiment are the frequency of 50 Hz, the quenching heating temperature of 1000 degreeC, tempering heating temperature of 805 degreeC, tempering heating time 0.17s, and time from tempering heating to cooling 0.63s. The PC steel bar used here is a narrow diameter PC steel bar with a diameter d (common name) of 7.1 mm, and the tempering heating temperature is adjusted so that the tensile strength may be about 1440 N / mm 2.

비교대상인 종래품의 처리 조건은 주파수 9.5㎑, 담금질 가열온도 1000℃, 뜨임 가열온도 603℃, 뜨임 가열시간 0.59s, 뜨임 가열부터 냉각까지의 시간 3.48s이다. 이 종래품도 직경 d(통칭) 7.1㎜의 세경 PC 강봉이며, 전 단면의 평균 인장 강도가 1440N/㎟ 정도가 되도록 뜨임 가열온도를 조정하고 있다. 또한, 본 실시형태의 성분과 종래품은 동일 성분으로 한다.The treatment conditions of the prior art 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 0.59s, and a time of tempering heating to cooling of 3.48s. This conventional product is also a narrow diameter PC steel bar with a diameter d (common name) of 7.1 mm, and the tempering heating temperature is adjusted so that the average tensile strength of all cross sections is about 1440 N / mm 2. In addition, the component of this embodiment and a conventional product are made into the same component.

즉, 본 실시형태의 뜨임 가열온도는 비교대상으로 한 종래품 보다도 높게, 또한 뜨임 가열부터 냉각까지의 시간은 종래품 보다도 짧게 설정되어 있다.That is, the tempering heating temperature of this embodiment is set higher than the conventional products made into comparison object, and the time from tempering heating to cooling is set shorter than the conventional products.

또한, 뜨임 온도에 대해서는, 종래의 상식으로는 Ac1 변태점(727℃) 이상의 뜨임 온도로 가열하는 것은 “담금질이 되므로 불가능”하다고 여겨지고 있으나, 본 실시형태에서는, 고주파 유도 가열을 이용하여 표면의 급속한 가열과 가열 종료 직후의 급속한 냉각을 제어함으로써, Ac1 변태점 이상의 온도에서도, 급속한 냉각을 조합시키는 것에 의해 담금질이 되지 않도록 하는 것이 가능한 것을 발견하였다.In addition, regarding the tempering temperature, heating to a tempering temperature above Ac1 transformation point (727 ° C) is conventionally considered to be "impossible because it becomes quenched". However, in this embodiment, rapid heating of the surface using high frequency induction heating is performed. By controlling the rapid cooling immediately after the end of overheating, it was found that it is possible to prevent quenching by combining rapid cooling even at a temperature higher than the Ac1 transformation point.

본 실시형태에 따른 열처리 장치 10에 있어서는, 후술하는 원리에 근거하여, 핀치롤 11 등에 의한 이송 속도, 뜨임 가열 코일 15에 의한 가열온도, 가열시간, 뜨임 가열 코일 15과 냉각 재킷 16의 거리 등을 적절하게 설정, 조절함으로써, 원하는 경도 분포를 갖는 PC 강봉 W를 얻을 수 있다.In the heat treatment apparatus 10 which concerns on this embodiment, based on the principle mentioned later, the feed rate by the pinch roll 11 etc., the heating temperature by the tempering heating coil 15, a heating time, the distance of the tempering heating coil 15, the cooling jacket 16, etc. are mentioned. By appropriately setting and adjusting, PC steel bar W which has desired hardness distribution can be obtained.

이하, 상기 구성의 열처리 장치 10의 동작에 대해서 도 2의 흐름도를 참조하여 설명한다. 소재공정에서 인발가공되어 연속한 선형 또는 봉형의 강재인 연속선재 W0은, 핀치롤 11(반송수단)에 의해 도 1의 좌측에서 우측으로 연속 반송된다. 반송되는 연속선재 W0은, 담금질 공정에서 담금질 가열 코일 12에 의해 유도 가열에 의해 담금질 온도로 급속 가열된 후, 담금질 냉각 재킷 13에 의해 담금질 냉각액 분사에 의해 급랭되어 연속적으로 담금질된다.Hereinafter, the operation of the heat treatment apparatus 10 having the above configuration will be described with reference to the flowchart of FIG. 2. The continuous wire W0, which is drawn in the material process and is a continuous linear or rod-shaped steel, is continuously conveyed from the left side to the right side in FIG. 1 by the pinch roll 11 (transport means). The conveyed continuous wire W0 is rapidly heated to the quenching temperature by induction heating by the quenching heating coil 12 in the quenching step, and then quenched by the quenching coolant jet by the quenching cooling jacket 13 and continuously quenched.

담금질 처리가 실시된 연속선재 W0은 뜨임 가열 코일 15을 통과하면서 가열된다. 소정의 뜨임 온도로 가열된 연속선재 W0은, 연속적으로 냉각액이 분사되고 있는 냉각 재킷 16에 반송되고, 냉각 재킷 16에 의해 급랭이 개시된다. 냉각 재킷 16을 통과하여 연속선재 W0의 전 길이가 냉각되고 뜨임 열처리가 완료된다. 그리고, W0은 핀치롤 17에 의해 반출된다. 열처리를 완료한 후, 연속선재 W0(PC 강봉 W)은 가공ㆍ검사공정을 거쳐 완성품(PC 강봉 W)이 된다.The continuous wire W0 subjected to the quenching treatment is heated while passing through the tempering heating coil 15. The continuous wire W0 heated at a predetermined tempering temperature is conveyed to the cooling jacket 16 to which the cooling liquid is continuously injected, and rapid cooling is started by the cooling jacket 16. Passing through the cooling jacket 16, the entire length of the continuous wire W0 is cooled and the tempering heat treatment is completed. W0 is carried out by the pinch roll 17. After the heat treatment is completed, the continuous wire W0 (PC steel bar W) is processed and inspected to be a finished product (PC steel bar W).

이어서, 열처리에 있어서의 처리 조건을 결정하기 위한 원리를 설명한다.Next, the principle for determining the processing conditions in the heat treatment will be described.

이하에, 처리 조건을 설정하는 기준이 되는 새로운 파라미터인 N 파라미터값(뜨임 진행값)에 대해 설명한다.Below, the N parameter value (tempering progress value) which is a new parameter used as a reference which sets a process condition is demonstrated.

도 7에, 연속 열처리 중인 강재의 어느 단면의 가열개시로부터 0.8s까지의 경과시간과 온도변화의 유한요소 모델(FEM)을 이용한 전열해석에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 표면으로부터 중심까지의 6개소에 있어서, 각각 횡축에 경과시간을, 종축에 온도를 나타내고 있다. 또한, 여기서는 가열시간을 0.17s로 하고 있으므로, 그래프 중의 0.8s까지 중, 최초(그래프 좌측)의 0.17s는 가열시간이고, 나머지 그래프 우측의 0.63s는 방랭시간이 된다.Fig. 7 shows simulation results by electrothermal analysis using a finite element model (FEM) of elapsed time and temperature change from the start of heating of any cross section of the steel in continuous heat treatment to 0.8 s. In six places from the surface to the center, the elapsed time is shown on the horizontal axis and the temperature on the vertical axis, respectively. In addition, since heating time is 0.17s here, 0.17s of the first (left side of a graph) is heating time among the 0.8s in a graph, and 0.63s of the right side of a graph is cooling time.

일반적인 뜨임 파라미터로서, 장시간 가열한 경우에 성립하는 라손ㆍ밀러의 파라미터(Larson-Miller parameter) P=T×(A+logt)[T:온도(K), A:상수, t:시간(h)]가 알려져 있다. 이 파라미터 P의 값이 커질수록, 뜨임이 진행된 상태(저 경도)가 된다.As a general tempering parameter, the Larson-Miller parameter P = T × (A + logt) [T: temperature (K), A: constant, t: time (h)] that is established when heated for a long time Known. The larger the value of this parameter P, the more the tempering has progressed (low hardness).

한편, 고주파 유도가열이 단시간 가열에서는, 예를 들어, 도 7에 나타낸 것과 같은 고주파 열처리에서의 급속 가열 과정과 급속 냉각 과정이 성립하고 있는 경우에, 어느 N 값을 파라미터로서 설정할 수 있다. 정의하는 N 값(N 파라미터값)은 PC 강봉 W의 온도의 시간 적분이며, 하기의 식(1)로 나타내어진다. On the other hand, when the high frequency induction heating is for short time heating, for example, when the rapid heating process and the rapid cooling process in the high frequency heat treatment as shown in Fig. 7 are established, any N value can be set as a parameter. The N value (N parameter value) to define is time integration of the temperature of PC steel bar W, and is represented by following formula (1).

[수 1][1]

Figure 112010060962323-pct00001
…(1)
Figure 112010060962323-pct00001
... (One)

여기서, T:온도(℃), t:시간(s), t0:열처리 시간(s)으로 한다.Here, T: temperature (° C), t: time (s), and t0: heat treatment time (s).

즉, 이 N 파라미터값은 그래프에서의 각 곡선보다 아래에 둘러싸는 면적을 말한다. N 파라미터값의 값이 커질수록, 뜨임이 진행된 상태(저 경도)가 된다.In other words, this N parameter value refers to the area enclosed below each curve in the graph. The larger the value of the N parameter value, the more the tempering has progressed (low hardness).

도 7에 의하면, t0을 0.8로 하였을 때, 즉 가열개시로부터 0.8s 시점으로서, 방랭시간이 0.63s의 시점에서는, 면적으로 나타내어지는 N 파라미터값을 비교하면, 표층부는 중심부의 N 파라미터값 보다 크게 되어 있고, 또한, 약 2㎜ 이상의 깊이에서는 N 파라미터의 차는 거의 변하지 않는다. 따라서, 이 시점에서 냉각하면, 도 9에 나타낸 것과 같은, 표층부가 저 경도이고, 저 경도층 종료부부터 중심부까지는 거의 균일한 경도 분포를 갖는 상태를 실현할 수 있다. 또한, 이 실시형태의 예에 있어서는 t0을 0.8로 하였으나 이것에 한정되는 것은 아니며, 선 지름이나 강종 등에 의한 각종 조건에 따라 적당한 값을 적용할 수 있다.According to FIG. 7, when t0 is 0.8, that is, 0.8s from the start of heating, and the cooling time is 0.63s, when comparing the N parameter values represented by the area, the surface layer portion is larger than the N parameter value at the center portion. Moreover, at the depth of about 2 mm or more, the difference of N parameter hardly changes. Therefore, when it cools at this time, the surface layer part as shown in FIG. 9 is low hardness, and the state which has a substantially uniform hardness distribution from the low hardness layer end part to a center part can be implement | achieved. In addition, in the example of this embodiment, t0 was 0.8, but it is not limited to this, A suitable value can be applied according to various conditions by a line diameter, steel grade, etc.

도 8에, FEM을 이용한 PC 강봉의 전열해석에 의한 방랭시간과 온도분포의 관계를 나타내는 그래프를 나타낸다. r(중심으로부터의 거리)/R(반경)을 횡축에, 온도를 종축에 나타낸 것을 0.3s 마다 각각 나타내고 있다. 해석 조건은 형상;중실환봉, 반경;3.65㎜, 재질;S40C, 발열층 깊이 0.154㎜, 가열시간 0.17s, 방랭시간 0.63s, 초기온도 20℃로 하였다. 또한, 그래프 중 t는 도 7과 대응한 가열개시로부터의 시간으로 나타내고 있고, 방랭을 개시하는 0.17s부터 방랭을 종료하는 0.8s까지의 해석 결과를 나타내고 있다. 따라서, t=0.8s가 방랭시간 0.63s에 해당한다.8, the graph which shows the relationship between the cooling time and temperature distribution by the electrothermal analysis of the PC steel bar using FEM is shown. It is shown every 0.3s that r (distance from center) / R (radius) is shown on the horizontal axis, and the temperature is shown on the vertical axis. 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, initial temperature 20 degreeC. In addition, t shows the time from the start of heating corresponding to FIG. 7, and has shown the analysis result from 0.17s which starts cooling to 0.8s which completes cooling. Therefore, t = 0.8s corresponds to the cooling time 0.63s.

도 8에 나타낸 바와 같이, 표층부의 발열에 의한 열은 시간과 함께 PC 강봉 중심이나 외부로 전달된다. 가열 초기는 표층부가 고온, 중심부는 저온의 온도분포를 나타내지만, 시간의 경과와 함께 표층과 중심의 온도가 균일해진다. t=0.8s 시점에서는, 표층 온도 Ts=430℃, 중심 온도=429.1이 된다.As shown in FIG. 8, heat caused by heat generation at the surface layer portion is transmitted to the center or the outside of the PC steel rod with time. In the initial stage of heating, the surface portion shows a high temperature distribution and the central portion exhibits a low temperature distribution. However, as time passes, the surface and center temperatures become uniform. At the time point of t = 0.8s, the surface layer temperature Ts = 430 ° C. and the center temperature = 429.1.

도 9는, PC 강봉 W의 단면 경도를 측정한 것이며, 횡축에 직경방향의 위치, 종축에 비커스 경도를 표시하고 있다. 경도는 인장 강도와 대응하고 있으며, 표층부가 저 경도(저 강도), 저 경도층 종료부부터 중심부까지는 거의 균일한 경도 분포를 갖는 상태를 실현하고 있다.9, the cross-sectional hardness of the PC steel bar W is measured, and the position in the radial direction on the horizontal axis and the Vickers hardness on the vertical axis are shown. Hardness corresponds to tensile strength, and the surface layer part realizes the state which has a low hardness (low intensity | strength) and a substantially uniform hardness distribution from the low hardness layer end part to a center part.

또한, 도 8에 의하면, 0.63s보다 후에 있어서는 균열상태가 되어 있으므로, 냉각까지의 시간이 길어지면 길어질수록, 표층부와 중심부의 N 파라미터값의 차가 없어져 가는 것을 알 수 있다.Furthermore, according to FIG. 8, since it is in a crack state after 0.63 s, it turns out that the longer the time to cooling becomes, the more the difference of the N parameter value of a surface layer part and a center part disappears.

도 10은, PC 강봉 W의 가열개시로부터 0.8s 후의 N 파라미터값과 비커스 경도를 나타낸다. N 파라미터값과 비커스 경도는 대칭 관계가 있고, 잘 일치하며, 경도는 N 파라미터로 정리할 수 있는 것을 알 수 있다.10 shows N parameter values and Vickers hardness after 0.8 s from the start of heating of the PC steel bar W. FIG. It can be seen that the N parameter value and the Vickers hardness are symmetrical and well matched, and the hardness can be summarized by the N parameter.

이상의 원리를 정리하면, PC 강봉 W의 인장 강도는 표면으로부터 중심까지의 뜨임 진행상태인 N 파라미터값으로 결정되므로, 규격을 만족하기 위해서는 어떤 범위가 존재한다는 것을 알 수 있다. 또한, 이 범위 내에서, 가능한 한 표층부와 중심부의 N 파라미터값의 차가 커지도록, 온도분포와 냉각까지의 시간을 제어함으로써, 원하는 특성을 갖는 강재를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.In summary, since the tensile strength of the PC steel bar W is determined by the N parameter value that is the tempering progression from the surface to the center, it can be seen that a certain range exists to satisfy the specification. In addition, it is understood that a steel material having desired characteristics can be obtained by controlling the time to temperature distribution and cooling so that the difference between the N parameter values between the surface layer portion and the center portion as large as possible within this range.

즉, 고주파 유도 가열한 순간의 가열온도 패턴의 시간적인 변화와 강의 뜨임 특성을 이용함으로써, 연속 열처리에 있어서, 한 번의 뜨임으로, 표층부에 저 경도층을, 어느 깊이부터는 균일한 경도 분포를 갖고, 인장 강도, 예를 들어 1420N/㎟ 이상의 강도를 갖는 강재의 제조방법을 실현할 수 있다.That is, by utilizing temporal change of the heating temperature pattern at the time of high frequency induction heating and tempering characteristics of the steel, in the continuous heat treatment, a single temper has a low hardness layer at the surface layer portion and uniform hardness distribution from a certain depth. The manufacturing method of the steel material which has tensile strength, for example, the strength of 1420 N / mm <2> or more can be implement | achieved.

일반적으로, 인장 강도가 낮을수록 내지연 파괴성이 우수하다는 점이 알려져 있다. 즉, 표면에 저 경도부를 갖는 PC 강봉 W는 우수한 내지연 파괴성과, 소정의 인장 강도를 아울러 갖는 PC 강봉이며, 상기의 방법에 의해 이러한 PC 강봉 W를 얻을 수 있다.In general, 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 predetermined tensile strength, and such PC steel bar W can be obtained by the above method.

즉, 고주파 뜨임에서는, 적당한 코일과 주파수, 입력 전기 에너지, 가열온도, 가열시간, 방랭시간을 선택함으로써 발열부의 깊이를 조절할 수 있어, 시뮬레이션으로 계산한 패턴을 실현할 수 있다. 따라서, 고주파 가열에 있어 냉각까지의 시간을 조정함으로써, PC 강봉 전체의 인장 강도를 규격에 만족시키면서, 표층부만 저 경도로 할 수 있다. 또한, 고주파 가열 이외의 로 가열과 같은 복사방식의 외부 가열은 단시간의 과정에서 승온도 균열도 하지 않고, 천천히 계속 가열하므로, 강의 뜨임 특성상, 반경방향으로 강도 차를 낼 수는 없으나, 고주파 가열의 경우는, 예를 들어 1s 이하 등의 단시간이므로, 표층부 이외의 내부 경도가 균일화된다고 하는 이점이 있다.That is, in high frequency tempering, the depth of a heat generating part can be adjusted by selecting an appropriate coil, frequency, input electric energy, heating temperature, heating time, and cooling time, and the pattern calculated by simulation can be implemented. Therefore, by adjusting the time to cooling in high frequency heating, only the surface layer part can be made low hardness, satisfying the specification of the tensile strength of the whole PC steel bar. In addition, the external heating of the radiation method such as furnace heating other than the high frequency heating does not increase the temperature rise in a short time and continues to heat slowly. Therefore, due to the tempering characteristics of the steel, it is not possible to make a difference in strength in the radial direction. The case has a short time such as 1 s or less, so that there is an advantage that the internal hardness other than the surface layer portion is made uniform.

이 N 파라미터를 기초로 하여, 고주파 열처리 특유의 온도분포(N 파라미터의 차)를 이용하여, 한 번의 뜨임으로 표층부의 경도 분포를 조정할 수 있고, 또한, 강봉의 인장 강도의 규격치를 만족할 수 있는 연속 고주파 열처리 라인을 실현할 수 있다.On the basis of this N parameter, by using a temperature distribution unique to the high frequency heat treatment (difference of the N parameters), it is possible to adjust the hardness distribution of the surface layer portion with one temper and to satisfy the standard value of the tensile strength of the steel bar. High frequency heat treatment line can be realized.

예를 들어, 표층의 N 파라미터가 중심의 N 파라미터의 1.5배 이상이 되도록 설정함으로써, 원하는 양호한 표층부 연화를 달성할 수 있다. For example, desired good surface layer softening can be achieved by setting the N parameter of the surface layer to be 1.5 times or more of the central N parameter.

또한, N 파라미터는 100㎏/㎟급 이상의 강재에 대하여 적합하게 사용할 수 있고, 뜨임 온도의 제한으로부터, C:0.1mass%부터 0.5mass%의 보통강의 강이 바람직하다. N 파라미터가 원리로서 작용하기 위한 직경의 범위로서는, 예를 들어 5㎜~40㎜의 범위가 바람직하다.In addition, N parameter can be used suitably with respect to steel materials of 100 kg / mm <2> grade or more, and the steel of the normal steel of C: 0.1 mass%-0.5 mass% is preferable from limitation of tempering temperature. As a range of the diameter for which N parameter acts as a principle, the range of 5 mm-40 mm is preferable, for example.

즉, N 파라미터는 고강도 강의 뜨임을 이용하고 있고, 고주파 유도 가열 특유의 급속 가열에 의한 오버슈트(overshoot)와 강의 전열성에 의한 신속한 균열 가열로의 이행을 이용하고 있으므로, 상기 범위보다도 큰 선 지름이 되면, 원하는 표층부 연화를 달성할 수 있는 범위(중심과 표층의 N 파라미터가 1.5배 이상)이며, 또한, 전체가 균일하고 규격 강도 이내가 될 수 있는 뜨임을 행하는 것은 곤란해지기 때문이다. 단, 본 발명은 이 범위에 한정되는 것이 아니고, 고주파 뜨임상, 이 범위를 초과하는 큰 선 지름 이상이라도 적용 가능하다.That is, the N parameter uses tempering of high strength steel, and overshoot by rapid heating peculiar to high frequency induction heating and rapid transition to crack heating furnace by heat transfer of steel. This is because it is a range where 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 it is difficult to temper the whole to be uniform and within the standard strength. However, this invention is not limited to this range, It is applicable even if it is high frequency temporal phase and larger wire diameter or more exceeding this range.

아울러, 이러한 점은 시간적 제약을 시사한다. 즉, N 파라미터의 효율을 나타내는 도 11에 나타낸 바와 같이, 연속 가열 라인에 있어서, 전체가 뜨임되는 상태를 고려한 단시간, 예를 들어 도 8에서의 0.8s 이하의 시간으로 냉각하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 즉, 오버슈트 시간은 매우 짧기 때문에, 표층부의 N 파라미터값이 중심부의 1.5배 이상이 아닌 경우에는, 뜨임은 주지된 바와 같이, 라손ㆍ밀러의 파라미터로 진행하므로, 공업적인 연속 열처리에서는 10s 이상 걸려버리면 고강도를 확보할 수 없기 때문에, 상기 N 파라미터의 시간적 제약이 발생하게 된다.In addition, this suggests a time constraint. That is, as shown in Fig. 11 showing the efficiency of the N parameter, it is understood that in the continuous heating line, cooling in a short time considering the state where the whole is tempered, for example, time of 0.8 s or less in Fig. 8 is preferable. Can be. That is, since the overshoot time is very short, when the N parameter value of the surface layer portion is not 1.5 times or more of the central portion, tempering proceeds to the parameters of Rason and Miller, as is well known, and therefore takes 10 s or more in industrial continuous heat treatment. If discarded, high strength cannot be ensured, resulting in a time constraint of the N parameter.

도 11에, N 파라미터와 비커스 경도의 관계를 나타낸다. N 파라미터값과 경도는 도 중의 식에 의해 결정되므로, 적당한 코일과 주파수, 입력 전기 에너지, 가열온도, 가열시간, 방랭시간을 선택하여, 시뮬레이션에 의해 N 파라미터값을 추정해 놓으면 목적으로 하는 경도를 얻을 수 있다.11 shows the relationship between the N parameter and the Vickers hardness. Since the N parameter value and hardness are determined by the equation shown in the figure, select the appropriate coil, frequency, input electrical energy, heating temperature, heating time, and cooling time, and estimate the N parameter value by simulation to obtain the target hardness. You can get it.

도 12에 PC 강봉 W에서의 중심과 표층부의 N 파라미터 비와 가열개시로부터의 경과시간을 나타낸다. 가열개시로부터 1s 정도까지에, 파라미터의 값이 1.5배 이상의 상태를 실현하고 있고, 표층부만 저 경도가 얻어졌다. 또한, 상기 열처리 방법에 의해 얻어진 PC 강봉 W는 전 단면 뜨임 마르텐사이트 조직이 되어 있다.12 shows the N parameter ratios of the center and the surface layer portion in the PC steel bar W and the elapsed time from the start of heating. From the start of heating to about 1 s, the state of the parameter value was 1.5 times or more, and only the surface layer part had low hardness. In addition, the PC steel bar W obtained by the heat treatment method is a full-section tempered martensite structure.

도 13에, 상기 열처리 방법에 의해 얻어진 PC 강봉 W의 단면 경도 분포를 나타낸다. 도 13에 있어서, 횡축에 표층으로부터의 거리를, 종축에 비커스 경도를 나타낸다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 통상적인 PC 강봉의 단면 경도 분포가 균일한데 반해, 본 발명에 의한 PC 강봉은 표층 부근의 경도가 낮으나, 중심부의 경도는 균일하다는 것을 확인할 수 있었다.13, the cross-sectional hardness distribution of PC steel bar W obtained by the said heat processing method is shown. In FIG. 13, the horizontal axis shows the distance from the surface layer, and the vertical axis shows the Vickers hardness. As shown in FIG. 13, while the cross-sectional hardness distribution of the conventional PC steel bar was uniform, it was confirmed that the PC steel bar according to the present invention had a low hardness near the surface layer but a uniform hardness at the center portion.

도 14에, 본 실시형태의 열처리로 제조된 PC 강봉의 축방향의 단면 경도 분포를 나타낸다. 표층으로부터의 거리가 다른 6개소에 대해, 각각 종축에 비커스 경도를, 횡축에 기준점으로부터 축방향에 있어서의 거리를 나타낸다. 도 14에 나타낸 바와 같이, PC 강봉 W의 경도 분포는 축방향에 대해 거의 일정하다는 것을 확인할 수 있었다.14, the cross-sectional hardness distribution of the PC steel bar manufactured by the heat processing of this embodiment is shown. For six locations with different distances from the surface layer, the Vickers hardness is shown on the vertical axis and the distance in the axial direction from the reference point on the horizontal axis, respectively. As shown in FIG. 14, it was confirmed that the hardness distribution of the PC steel bar W was almost constant in the axial direction.

이어서, 상기 PC 강봉 W로서, 도 15의 A, B에 나타내는 성분이 다른 2종류의 강종을 적용한 경우에 대해서, 상기 도 6에서 나타낸 조건의 열처리 방법에 의해 열처리를 실시한 경우의 지연 파괴 시험 결과를 도 16에 나타낸다. 또한, 도 15에서 나타내는 강종 A, 강종 B, 강종 C, 강종 D 중, 강종 A, B, C는 환봉의 PC 강봉, 강종 D는 이형 PC 강봉을 이용하였다. 도 17은, 도 16에 나타내는 시험 결과를 그래프로 표현한 것으로, 종축에 파단 시간, 횡축에 누적 파단 확률을 취한 것이며, 파단 시간이 길수록 내지연 파괴성이 우수하다는 것을 나타낸다.Subsequently, as the PC steel bar W, the delayed fracture test results when the heat treatment was performed by the heat treatment method under the conditions shown in FIG. It is shown in FIG. In addition, among the steel grade A, the steel grade B, the steel grade C, and the steel grade D shown in FIG. 15, the steel grades A, B, and C used round PC rods, and the steel type D used the release PC steel rod. FIG. 17 is a graph showing the test results shown in FIG. 16, in which the breaking time is taken on the vertical axis and the cumulative breaking probability on the horizontal axis, and the longer the breaking time is, the better the delayed fracture resistance is.

또한, 지연 파괴 시험은 50℃로 유지한 20% NH4SCN 용액에 침지한 상태로 1420×0.7N/㎟의 하중을 주는 것으로 행하였다.The delayed fracture test was performed by applying a load of 1420 × 0.7 N / mm 2 while being immersed in a 20% NH 4 SCN solution kept at 50 ° C.

도 17에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 의한 열처리를 실시한 각종 강봉은 통상적인 열처리를 실시한 강봉에 비해 내지연 파괴성이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.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 than steel bars subjected to normal heat treatment.

또한, 도 17로부터, 플롯이 전체적으로 위에 있는(즉 파단 시간이 긴) 쪽이 내지연 파괴성이 우수하다는 것이 나타내어진다. 즉, 도 17에서는 본 실시형태의 조건으로 처리한 PC 강봉이 종래품보다 내지연 파괴성이 우수하다는 것을 알 수 있다.In addition, it is shown from FIG. 17 that the upper part of the plot (that is, the longer break time) is superior in delayed fracture resistance. That is, in FIG. 17, it turns out that the PC steel bar processed on condition of this embodiment is more excellent in delayed fracture resistance than a conventional product.

아울러, 상기 지연 파괴 시험에서도 파단하지 않은 강종에 관해서는 노치 20를 마련한 샘플을 제작하여, 지연 파괴 시험을 행하였다. 노치 20를 마련한 PC 강봉 W1의 구성을 도 18, 19에 나타낸다. Moreover, about the steel grade which was not broken also in the said delayed fracture test, the sample provided with the notch 20 was produced, and the delayed fracture test was done. The structure of PC steel bar W1 which provided the notch 20 is shown to FIG. 18, 19. FIG.

이어서, 상기 PC 강봉 W1로서, 도 15의 C, D에 나타내는 성분이 다른 2종류의 강종을 적용한 경우에 대해서, 상기 도 6에서 나타낸 PC 강봉 W와 동일한 조건의 열처리 방법에 의해 열처리를 실시한 경우의 지연 파괴 시험 결과를 도 20에 나타낸다. 또한, 이 누적 파단 확률을 도 21에 나타낸다.Subsequently, as the PC steel bar W1, when two kinds of steel types having different components shown in C and D shown in FIG. 15 are applied, the heat treatment is performed by the heat treatment method under the same conditions as the PC steel bar W shown in FIG. The delayed fracture test results are shown in FIG. 20. In addition, this cumulative breaking probability is shown in FIG.

또한, 지연 파괴 시험은 50℃로 유지한 20% NH4SCN 용액에 침지한 상태로 1420×0.8N/㎟의 하중을 주는 것으로 행하였다. 도 21은, 도 20에 나타내는 결과를 종축에 파단 시간, 횡축에 누적 파단 확률을 취한 것으로, 파단 시간이 길수록 내지연 파괴성이 우수하다는 것을 나타낸다.The delayed fracture test was performed by applying a load of 1420 × 0.8 N / mm 2 while being immersed in a 20% NH 4 SCN solution kept at 50 ° C. FIG. 21 shows the results shown in FIG. 20 in terms of the breaking time on the vertical axis and the cumulative breaking probability on the horizontal axis. The longer the breaking time, the better the delayed fracture resistance.

도 22에, W1에 형성된 노치 20의 깊이와 파단 시간과의 관계를 나타낸다. 노치 20를 마련한 PC 강봉 W1이라도 본 열처리에 의한 강봉은 통상적인 열처리에 의한 강봉에 비해 내지연 파괴성이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 종축에 평균 파단 시간, 횡축에 노치 20 깊이를 나타낸다. 본 실시형태에 의한 내지연 파괴성 향상 효과는 깊이 0.4㎜부터 급격하게 저하하고 있는 것을 알 수 있다. 이번에 이용한 PC 강봉 W1의 직경이 7.2㎜이므로, 표층으로부터 샘플 반경의 10%, 즉 표층으로부터 0.36㎜ 정도까지는 본 실시형태의 효과를 확인할 수 있었다.22 shows the relationship between the depth of the notch 20 formed in W1 and the breaking time. Even if the PC steel bar W1 provided with the notch 20, it was confirmed that the steel rod by this heat treatment is superior in delayed fracture resistance than the steel rod by the normal heat treatment. Average break time on the vertical axis and notch 20 depth on the horizontal axis. It turns out that the delayed-destructive improvement effect by this embodiment is falling rapidly from 0.4 mm in depth. Since the diameter of the PC steel bar W1 used this time was 7.2 mm, the effect of this embodiment was confirmed from the surface layer to 10% of the sample radius, ie, about 0.36 mm from the surface layer.

본 실시형태에 따른 PC 강봉, PC 강봉의 열처리 방법 및 열처리 장치에 의하면, 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.According to the PC steel bar, the heat processing method of a PC steel bar, and a heat processing apparatus which concern on this embodiment, the following effects can be acquired.

고주파 유도 가열에 의한 표면 가열과 강의 뜨임 성능을 융합시킴으로써, 단순한 처리로 내지연 파괴성이 우수한 PC 강봉을 얻을 수 있다. 즉, 가열한 순간의 온도 패턴의 시간적인 변화와 뜨임 특성을 이용함으로써, 소정의 처리 조건을 만족시키는 한 번의 뜨임으로, 단순한 처리로, 부위에 따라 경도가 다른 강재를 얻을 수 있다.By fusing the surface heating by high frequency induction heating and the tempering performance of steel, the PC steel bar excellent in delayed fracture resistance can be obtained by a simple process. That is, by using temporal change and tempering characteristics of the temperature pattern at the time of heating, it is possible to obtain a steel material having different hardness depending on the site with a simple treatment in one temper satisfying the predetermined treatment condition.

고주파 유도 가열에 의해, 일반적으로는 담금질되기 때문에 적용되고 있지 않았던 720℃ 이상의 온도를 적용할 수 있는, 표층이 충분히 부드러운 층을 만드는 것이 가능한 조건을 발견하였다. 아울러 고주파에 의해 급속 단시간 가열하는 담금질 뜨임 열처리는 통상적인 로 가열에 의한 열처리에 비해 고강도 및 높은 인성을 얻을 수 있다. By high frequency induction heating, it discovered the conditions which can make the surface layer soft enough which can apply the temperature more than 720 degreeC which was not applied because it is generally quenched. In addition, quenching tempering heat treatment by rapid high-speed heating by high frequency can obtain high strength and high toughness compared with the heat treatment by conventional furnace heating.

또한, 상기와 같이 시뮬레이션 결과를 이용하여, 뜨임 특성과 전열 특성에 근거한 열처리 조건을 발견함으로써, 모든 강재에 대응하는 적절한 조건을 용이하게 발견할 수 있다.In addition, by using the simulation results as described above, by finding the heat treatment conditions based on the tempering characteristics and the heat transfer characteristics, appropriate conditions corresponding to all steel materials can be easily found.

또한, 본 발명은 상기 실시형태 그 자체에 한정되는 것은 아니며, 실시 단계에서는 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 예를 들어, 구체적인 처리 조건은 대상이 되는 강재의 강종이나, 요구하는 강도규격이나 경도의 분포, 장치의 사양 등에 따라 적당히 변경 가능하다. 또한 설정하는 열처리의 처리 조건도 상기에 한정되는 것은 아니다.In addition, this invention is not limited to the said embodiment itself, In an implementation step, a component can be modified and actualized in the range which does not deviate from the summary. For example, the specific processing conditions can be appropriately changed according to the steel grade of the steel material to be subjected, the required strength standard and hardness distribution, the specifications of the apparatus, and the like. Moreover, the process conditions of the heat processing to set are not limited to the above, either.

또한, 도 23에 나타내는 열처리 장치 101와 같이, 상기 제1 실시형태의 열처리 장치 10와 더불어, 처리 대상의 강재에 대한 각종 정보를 검출하는 검출수단 21, 유한요소법을 이용하여 상기 도 7, 8에서 나타낸 바와 같은 시뮬레이션 결과를 산출하는 산출수단 22, 이 시뮬레이션 결과에 따라 장치 101의 각 조건을 조정하도록 제어하는 CPU 등의 제어수단 23, 제어수단 23의 제어에 따라 각종 설정을 조정하는 조정수단 24을 구비하고, 대응하는 강재의 정보에 근거하여 열처리 조건을 제어 조절할 수 있도록 구성해도 좋다. 이 경우에는 예를 들어, 핀치롤 11, 14, 17의 이송기구의 속도나 냉각 재킷 16의 위치를 조정함으로써, 뜨임부터 냉각까지의 시간을 제어할 수 있다. 또한, 제어수단 23에 의해 가열온도나 주파수 등의 그 외의 열처리 조건도 제어할 수 있도록 구성해도 좋다. 이 경우에도 상기 제1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 강재의 정보에 대해서는, 유저가 입력하도록 하여도 좋다.In addition to the heat treatment apparatus 10 of the first embodiment as in the heat treatment apparatus 101 shown in FIG. 23, the detection means 21 for detecting various kinds of information on the steel material to be treated and the finite element method are used in FIGS. Calculating means 22 for calculating simulation results as shown, control means 23 for controlling CPU 23 and other control means 23 for adjusting the respective conditions of the apparatus 101 according to the simulation results, and adjusting means 24 for adjusting various settings according to the control of the control means 23; And heat treatment conditions may be controlled based on the information of the corresponding steel materials. In this case, for example, the time from tempering to cooling can be controlled by adjusting the speed of the feed mechanisms of the pinch rolls 11, 14, 17 and the position of the cooling jacket 16. The control means 23 may also be configured to control other heat treatment conditions such as heating temperature and frequency. Also in this case, the same effects as in the first embodiment can be obtained. In addition, you may make it user input about the information of steel materials.

[제2 실시형태][Second Embodiment]

이하 본 발명의 제2 실시형태에 대해서, 도 24 내지 도 27을 참조하여 설명한다. 또한, 처리의 대상이 되는 강재를 이형 PC 강봉 Wc로 한 점 이외에 대해서는 상기 제1 실시형태와 동일하므로, 공통되는 설명을 생략한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, 2nd Embodiment of this invention is described with reference to FIGS. 24-27. In addition, since it is the same as that of the said 1st Embodiment except the point which made the steel material used as the process object as the release PC steel bar Wc, common description is abbreviate | omitted.

또한, 본 실시형태에 따른 열처리를 표층 연화처리, 이 표층 연화처리에 의한 강재(여기서는 이형 PC 강봉 Wc)를 표층 연화재, 비교 대상이 되는 비교예로서의 열처리를 비교 열처리, 이 비교 열처리에 의한 이형 PC 강봉을 비교 열처리재라고 칭한다.In addition, the heat treatment according to the present embodiment is a surface softening treatment, and the steel material (here, the release PC steel bar Wc) by this surface softening treatment is a surface softening material, and a heat treatment as a comparative example to be compared. Steel bars are called comparative heat treatment materials.

본 실시형태에 있어서는 도 24에 나타낸 바와 같이, 강재로서, 표층에 연속하는 동일한 나선형 홈을 갖는 이형 PC 강봉 Wc를 처리 대상으로 하였다. 제조장치 및 제조공정은 제1 실시형태와 동일하게, 도 1에 나타내는 열처리 장치 10를 이용하고, 도 2에 나타내는 제조공정에 의해 처리를 행하였다. 즉, 본 실시형태는 처리 대상이 되는 강재의 형상, 성분, 지름 등이 다를 뿐이므로, 제1 실시형태와 동일한 원리 및 동일한 파라미터에 의해, 열처리 조건이 결정된다.In this embodiment, as shown in FIG. 24, as a steel material, the release PC steel bar Wc which has the same spiral groove continuous to the surface layer was made into the processing object. The manufacturing apparatus and the manufacturing process were processed similarly to 1st Embodiment using the manufacturing process shown in FIG. 2 using the heat processing apparatus 10 shown in FIG. That is, since this embodiment only differs in the shape, component, diameter, etc. of the steel material to be processed, heat treatment conditions are determined by the same principle and the same parameters as in the first embodiment.

본 실시형태에서는, 처리 대상으로서, 도 25에 나타내는 성분을 포함하는 이형 PC 강봉 Wc를 이용하는 경우에 대해서 예시하고 있으나 이것에 한정되는 것은 아니다.In this embodiment, although the case where the mold release PC steel bar Wc containing the component shown in FIG. 25 is used as a process object is not limited to this.

도 26에, 본 실시형태에 따른 이형 PC 강봉 Wc의 열처리 조건과, 비교 대상이 되는 비교 열처리의 열처리 조건을 나타낸다. 본 실시형태(표층 연화재)의 이형 PC 강봉 Wc의 열처리 조건은 주파수 50㎑, 담금질 가열온도 1000℃, 뜨임 가열온도 805℃, 뜨임 가열시간 0.17s, 뜨임 가열부터 냉각까지의 시간 0.63s로 하고 있다. 여기서 이용한 이형 PC 강봉 Wc는 직경 db(통칭) 7.1㎜의 이형 PC 강봉이며, 전 단면 인장 강도를 1400N/㎟ 정도가 되도록 조정하고 있다.26, the heat processing conditions of the release PC steel bar Wc which concerns on this embodiment, and the heat processing conditions of the comparative heat processing made into a comparative object are shown. The heat treatment conditions of the release PC steel bar Wc of this embodiment (surface softening material) are frequency 50 Hz, quenching heating temperature 1000 degreeC, tempering heating temperature 805 degreeC, tempering heating time 0.17s, and time from tempering heating to cooling 0.63s. have. The release PC steel bar Wc used here is a release PC steel bar with a diameter db (common name) of 7.1 mm, and the total cross-sectional tensile strength is adjusted to be about 1400 N / mm 2.

비교 처리 조건은 주파수 9.5㎑, 담금질 가열온도 1000℃, 뜨임 가열온도 603℃, 뜨임 가열시간 0.59s, 뜨임 가열부터 냉각까지의 시간 3.48s이다. 이 비교 열처리재도 직경 7.1㎜의 이형 PC 강봉이며, 전 단면 평균 인장 강도가 1400N/㎟ 정도가 되도록 조정하고 있다. 또한, 본 실시형태의 표층 연화재의 이형 PC 강봉 Wc의 성분과 비교 열처리재의 성분은 동일 성분으로 한다.Comparative processing conditions were 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 of tempering heating to cooling of 3.48 s. This comparative heat treatment material is also a release PC steel bar with a diameter of 7.1 mm, and is adjusted so that the total cross-sectional average tensile strength is about 1400 N / mm 2. In addition, the component of the release PC steel bar Wc of the surface softening material of this embodiment, and the component of a comparative heat treatment material are made into the same component.

도 27에, 본 실시형태에서의 이형 PC 강봉 Wc의 열처리 경과시간과 온도변화 관계의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 여기에서는 표면으로부터의 거리에 따른 경과시간과 온도와의 관계를 나타내고 있다.27, the simulation result of the heat treatment elapsed time and temperature change relationship of the mold release PC steel bar Wc in this embodiment is shown. Here, the relationship between elapsed time and temperature according to the distance from the surface is shown.

도 27에서 알 수 있듯이, 중심부에 비해 표층부에서는, 도 중 사선부의 면적이 큰 것을 알 수 있다. 즉, 이 표층부에 있어서는 고온으로 장시간 유지된 상태가 되어, 경도가 크게 저하하게 된다.As can be seen from FIG. 27, it is understood that the area of the oblique line 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 maintained at high temperature for a long time, and hardness will fall largely.

본 실시형태에 있어서도, 상기 제1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉 고주파 유도 가열에 의한 표면 가열과 강의 뜨임 성능을 융합시킴으로써, 단순한 처리로 내지연 파괴성이 우수한 이형 PC 강봉을 얻을 수 있다. 즉, 가열한 순간의 온도 패턴의 시간적인 변화와 뜨임 특성을 이용함으로써, 소정의 처리 조건을 만족시키는 한 번의 뜨임으로, 단순한 처리로, 부위에 따라 경도가 다른 이형 PC 강봉을 얻을 수 있다. 아울러 고주파에 의해 급속 단시간 가열하는 담금질 뜨임 열처리는 통상적인 로 가열에 의한 열처리에 비해 고강도 및 높은 인성을 얻을 수 있다.Also in this embodiment, the effect similar to the said 1st Embodiment can be acquired. That is, by fusion of surface heating by high frequency induction heating and tempering performance of steel, a release PC steel bar excellent in delayed fracture resistance can be obtained by a simple treatment. That is, by using temporal change and tempering characteristics of the temperature pattern at the moment of heating, it is possible to obtain a release PC steel bar having different hardness depending on the site with a simple treatment in one temper satisfying the predetermined treatment condition. In addition, quenching tempering heat treatment by rapid high-speed heating by high frequency can obtain high strength and high toughness compared with the heat treatment by conventional furnace heating.

[제3 실시형태][Third embodiment]

이하 본 발명의 제3 실시형태에 대해서, 도 28 내지 도 37을 참조하여 설명한다. 또한, 처리의 대상이 되는 강재의 일예로서 스프링 강선 Ws를 이용한 점 이외에 대해서는 상기 제1 실시형태와 동일하므로, 공통되는 설명을 생략한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, 3rd Embodiment of this invention is described with reference to FIGS. 28-37. 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 material to be processed, common description is abbreviate | omitted.

또한, 본 실시형태에 따른 열처리를 표층 연화처리, 이 표층 연화처리에 의한 강재(여기서는 스프링 강선 Ws)를 표층 연화재, 비교예로서의 열처리를 비교 열처리, 이 비교 열처리에 의한 스프링 강선을 비교 열처리재라고 칭한다.In addition, the heat treatment which concerns on this embodiment is surface softening, the steel material by this surface softening (here spring steel wire Ws) is a surface softening material, and the heat processing as a comparative example compares heat treatment, and the spring steel wire by this comparative heat treatment is called a comparative heat treatment material. It is called.

본 실시형태에서는, 처리 대상이 되는 강재를, 도 28에 나타내는 스프링 강선 Ws로 하였다. 열처리 장치 및 제조공정은 제1 실시형태와 동일하며, 도 1에 나타내는 열처리 장치 10를 이용함과 아울러, 도 2에 나타내는 제조공정으로 처리를 행하였다. 즉, 본 실시형태는 처리 대상이 되는 강재의 성분, 지름 등이 다를 뿐이다. 따라서, 제1 실시형태와 동일한 원리 및 동일한 파라미터를 이용하여 열처리 조건이 결정된다.In this embodiment, the steel material to be processed is set to the spring steel wire Ws shown in FIG. 28. The heat processing apparatus and the manufacturing process were the same as that of 1st Embodiment, and while using the heat processing apparatus 10 shown in FIG. 1, it processed in the manufacturing process shown in FIG. That is, this embodiment only differs in the component, diameter, etc. of the steel material to be processed. Therefore, heat treatment conditions are determined using the same principle and the same parameters as in the first embodiment.

본 실시형태에서는, 처리 대상으로서, 도 29에 나타내는 성분을 포함하여 구성되는 스프링 강선 Ws를 이용하는 경우에 대해서 예시하고 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니다.In this embodiment, although the case where the spring steel wire Ws comprised including the component shown in FIG. 29 is used as a process target is illustrated, it is not limited to this.

도 30에, 본 실시형태에 따른 열처리와, 비교예로서의 비교 열처리의 열처리 조건을 나타낸다. 본 실시형태에 따른 표층 연화처리의 열처리 조건은 주파수 50㎑, 담금질 가열온도 950℃, 뜨임 가열온도 789℃, 뜨임 가열시간 0.4s, 뜨임 가열부터 냉각까지의 시간 2.6s로 한다.30, the heat processing conditions of the heat processing which concerns on this embodiment, and the comparative heat processing as a comparative example are shown. The heat treatment conditions of the surface softening treatment according to the present embodiment are a frequency of 50 Hz, a quenching heating temperature of 950 ° C, a tempering heating temperature of 789 ° C, a tempering heating time of 0.4s, and a time of 2.6s from tempering heating to cooling.

여기서 이용한 스프링 강선 Ws는 직경 ds=12.0㎜의 스프링 강선이며, 전 단면 인장 강도가 1900N/㎟ 정도가 되도록 조정하고 있다. The spring steel wire Ws used here is a spring steel wire of diameter ds = 12.0mm, and is adjusted so that the total cross-sectional tensile strength may be about 1900 N / mm <2>.

비교예로서의 비교 열처리 조건은 주파수 9.5㎑, 담금질 가열온도 950℃, 뜨임 가열온도 495℃, 뜨임 가열시간 1.7s, 뜨임 가열부터 냉각까지의 시간 11.1s이다.The comparative heat treatment conditions as a comparative example are frequency 9.5 Hz, quenching heating temperature 950 degreeC, tempering heating temperature 495 degreeC, tempering heating time 1.7s, and time from tempering heating to cooling 11.1s.

비교 열처리재도 직경 12.0㎜의 스프링 강선이며, 전 단면 평균 인장 강도가 1900N/㎟ 정도가 되도록 조정하고 있다. 또한, 본 실시형태의 스프링 강선 Ws와 비교 열처리재는 동일 성분으로 한다.The comparative heat treatment material is also a spring steel wire having a diameter of 12.0 mm, and is adjusted so that the total cross-sectional average tensile strength is about 1900 N / mm 2. In addition, the spring steel wire Ws of this embodiment and a comparative heat treatment material are made into the same component.

도 31에, 본 실시형태에서의 스프링 강선 Ws의 열처리 경과시간과 온도변화 관계의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 여기에서는 표면으로부터의 거리에 따른 경과시간과 온도의 관계를 나타내고 있다.31, the simulation result of the heat treatment elapsed time of the spring steel wire Ws and temperature change relationship in this embodiment is shown. Here, the relationship between elapsed time and temperature according to the distance from the surface is shown.

도 31에서 알 수 있듯이, 중심부에 비해 표층부에서는, 도 중 사선부의 면적이 큰 것을 알 수 있다. 즉, 이 표층부에 있어서는 고온으로 장시간 유지된 상태가 되어, 경도가 크게 저하하게 된다.As can be seen from FIG. 31, it is understood that the area of the oblique line portion in the figure is larger in the surface layer portion than in the center portion. That is, in this surface layer part, it will be in the state maintained at high temperature for a long time, and hardness will fall largely.

도 32에, 표층으로부터의 거리와 경도의 분포를 나타낸다. 종축에 경도[HV0.3]를 나타내고, 횡축에 표층으로부터의 거리[㎜]를 나타낸다. 도 32에서는, 비교예로서의 열처리가 이루어진 스프링 강선(비교 열처리재)과, 본 실시형태의 열처리 조건으로 처리를 행한 스프링 강선 Ws(표층 연화재)의 경도 분포를 각각 나타낸다.32 shows the distribution of the distance from the surface layer and the hardness. The hardness [HV0.3] is shown on the vertical axis, and the distance [mm] from the surface layer is shown on the horizontal axis. In FIG. 32, the hardness distribution of the spring steel wire (comparative heat treatment material) with which the heat processing as a comparative example was performed, and the spring steel wire Ws (surface softening material) processed by the heat processing conditions of this embodiment are shown, respectively.

비교 열처리재는 표층으로부터의 거리가 변화하여도 경도가 거의 변화하고 있지 않다. 한편, 본 실시형태에 따른 열처리를 실시한 스프링 강선 Ws에서는, 표층 부근에서, 표층으로부터의 거리가 커짐에 따라 경도가 커지도록 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 표층으로부터 1㎜의 범위에서는 Hv<500으로 되어 있다.In the comparative heat treatment material, even when the distance from the surface layer changes, the hardness hardly changes. On the other hand, in the spring steel wire Ws which heat-treated according to this embodiment, it turns out that it changes so that hardness may become large as distance from a surface layer becomes large near surface layer. That is, Hv <500 is set in the range of 1 mm from the surface layer.

또한, 도 33에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 경도[Hv]>500에서는, 피로 시험을 행한 경우에 개재물을 기점으로 한 조기 절손이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 본 실시형태의 열처리 조건으로 처리함으로써 표층을 연화시킨 스프링 강선 Ws(표층 연화재)에서는, 피로 특성이 개선된다.In addition, as shown in FIG. 33, in general, when hardness [Hv]> 500, a premature breakage starting from an inclusion becomes easy to occur when a fatigue test is performed. Therefore, in the spring steel wire Ws (surface softening material) which softened the surface layer by processing on the heat processing conditions of this embodiment, a fatigue characteristic improves.

도 34에, 비교예로서의 비교 열처리재의 회전굽힘 피로시험의 결과로서, 표층으로부터 개재물까지의 거리와 내구 횟수의 관계를 나타낸다. 도 35에, 비교 열처리재에 있어서의 표층으로부터 개재물까지의 거리와 내구 횟수의 관계를 그래프화 한 것을 나타낸다. 도 34, 도 35로부터, 비교 열처리재에서는 표층으로부터 개재물로의 거리가 클수록, 내구 횟수가 증가하는 경향이 인정된다.34 shows the relationship between the distance from the surface layer to the inclusions and the number of times of durability as a result of the rotation bending fatigue test of the comparative heat treatment material as the comparative example. 35 shows graphs of the relationship between the distance from the surface layer to the inclusions and the number of times of durability in the comparative heat treatment material. 34 and 35, in the comparative heat treatment material, the tendency of the endurance frequency increases as the distance from the surface layer to the inclusion is increased.

도 36에, 본 실시형태에 의해 처리된 스프링 강선 Ws(표층 연화재)의 회전굽힘 피로시험의 결과로서, 스프링 강선 Ws에 있어서의 표층으로부터 개재물까지의 거리와 내구 횟수의 관계를 나타낸다.36 shows the relationship between the distance from the surface layer to the inclusions in the spring steel wire Ws and the number of times of durability as a result of the rotational bending fatigue test of the spring steel wire Ws (surface softening material) treated according to the present embodiment.

회전굽힘 피로시험의 결과는 모두, 숏피닝(shot peening) 후, 회전굽힘 피로시험을 실시한 경우를 예시한다. 시험 조건은 응력 진폭:700MPa, 회전속도 2000rpm으로 하였다. 1000만회까지 시험을 행하였다. 그래프 중 「>1000」은 1000만회 후에도 파단되지 않은 것을 나타낸다.The results of the rotation bending fatigue test all exemplify the case where the rotation bending fatigue test is performed after shot peening. Test conditions were made into the stress amplitude of 700 MPa, and 2000 rpm. The test was performed up to 10 million times. "> 1000" in a graph shows that it was not broken after 10 million times.

도 34와 도 36을 비교하면, 본 실시형태의 스프링 강선 Ws(표층 연화재)에서는, 비교예의 스프링 강선(비교 열처리재)에 비해 큰 폭으로 내구 횟수가 증가하고 있고, 피로 특성이 개선되고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 본 실시형태의 스프링 강선 Ws(표층 연화재)에서는 절손은 모두 표층을 기점으로 하여 발생하는 것이 인정된다.When comparing FIG. 34 and FIG. 36, in the spring steel wire Ws (surface softening material) of this embodiment, compared with the spring steel wire (comparative heat treatment material) of a comparative example, the durability number is largely increasing, and the fatigue characteristic is improving. It can be seen that. In addition, in the spring steel wire Ws (surface softening material) of this embodiment, it is recognized that all the breaks generate | occur | produce from a surface layer as a starting point.

도 37은, 단면 경도, 잔류 응력 및 응력 진폭의 분포를 나타내는 그래프이다. 횡축에 표층으로부터의 거리[㎜]를 나타낸다. 종축에 경도[HV0.3], 응력 진폭[MPa], 잔류 응력[MPa]을 나타낸다.37 is a graph showing the distribution of cross-sectional hardness, residual stress, and stress amplitude. The distance [mm] from a surface layer is shown on a horizontal axis. Hardness [HV0.3], stress amplitude [MPa], and residual stress [MPa] are shown on the vertical axis.

잔류 응력의 분포는 모두 동일한 분포로 되어 있고, 표층으로부터 0.1㎜ 부근에서 최대의 압축 응력을 나타낸 후, 0.2㎜ 이상에서는 인장 응력을 나타내고 있다.All of the residual stress distributions have the same distribution, and the maximum compressive stress was exhibited in the vicinity of 0.1 mm from the surface layer, and the tensile stress was shown in 0.2 mm or more.

이 그래프에서 알 수 있듯이, 비교 열처리재에서는 경도가 높고, 동일한 응력 진폭의 경우에 인성이 낮으므로 잔류 응력이 인장인 표층으로부터 0.2~1.0㎜ 범위에서, 개재물을 기점으로 한 조기 절손이 일어난다.As can be seen from this graph, since the hardness is high in the comparative heat treatment material and the toughness is low in the case of the same stress amplitude, premature breakage occurs based on inclusions within the range of 0.2 to 1.0 mm from the surface layer where the residual stress is tensile.

한편, 표층 연화재인 본 실시형태의 스프링 강선 Ws에서는 표면의 경도가 낮고 인성이 높으므로, 상기 0.2~1.0㎜ 정도의 표층에 가까운 범위에서도, 개재물을 기점으로 한 피로 균열의 발생이 억제된다. 이로 인해, 내구 횟수가 큰 폭으로 향상한다.On the other hand, in the spring steel wire Ws of this embodiment which is a surface softening material, since the hardness of a surface is low and toughness is high, the generation | occurrence | production of a fatigue crack starting from an interference | inclusion is suppressed also in the range close to the said surface layer of about 0.2-1.0 mm. For this reason, the endurance frequency improves significantly.

본 실시형태에 있어서도, 상기 제1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉 고주파 유도가열에 의한 표면 가열과 강의 뜨임 성능을 융합시킴으로써, 단순한 처리로 내지연 파괴성이 우수한 스프링 강선을 얻을 수 있다. 즉, 가열한 순간의 온도 패턴의 시간적인 변화와 뜨임 특성을 이용함으로써, 소정의 처리 조건을 만족시키는 한 번의 뜨임으로, 단순한 처리로, 부위에 따라 경도가 다른 스프링 강선을 얻을 수 있다. 아울러 고주파에 의해 급속 단시간 가열하는 담금질 뜨임 열처리는 통상적인 로 가열에 의한 열처리에 비해 고강도 및 높은 인성을 얻을 수 있다.Also in this embodiment, the effect similar to the said 1st Embodiment can be acquired. That is, by fusing the surface heating by high frequency induction heating and the tempering performance of steel, the spring steel wire excellent in delayed fracture resistance can be obtained by a simple process. That is, by using temporal change and tempering characteristics of the temperature pattern at the time of heating, it is possible to obtain a spring steel wire having different hardness depending on the site with a simple treatment by one tempering satisfying the predetermined treatment condition. In addition, quenching tempering heat treatment by rapid high-speed heating by high frequency can obtain high strength and high toughness compared with the heat treatment by conventional furnace heating.

또한 본 실시형태로 제조되는 스프링 강선 Ws에 의하면, 잔류 응력이 인장인 표층으로부터 0.2~1.0㎜의 범위에서 연화시킴으로써, 개재물을 기점으로 한 조기 절손을 일어나기 어렵게 하는 효과를 얻을 수 있다.Moreover, according to the spring steel wire Ws manufactured by this embodiment, by softening in the range of 0.2-1.0 mm from residual surface layer which is tensile, the effect which makes it difficult to produce the early break which originates from an inclusion can be acquired.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 일예로서 도 29에 나타내는 성분을 나타내었으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서, 예를 들어 도 38에 나타낸 것과 같은 성분을 포함하는 강종 E~강종 I를 들 수 있다. 이들 강재에 있어서도, 상기와 동일한 처리에 의해 표층 부근을 연화시킬 수 있어, 고강도, 고인성을 얻을 수 있음과 아울러, 개재물을 기점으로 한 조기 절손을 방지할 수 있다. 또한, 도 38의 표 최하단은 예시한 복수의 스프링 강선에 포함되는 각 성분을 범위로 나타낸 것이다.In addition, in this embodiment, although the component shown in FIG. 29 was shown as an example, it is not limited to this. As another example, the steel grade E-the steel grade I containing the component as shown in FIG. 38 are mentioned, for example. Also in these steel materials, it is possible to soften the vicinity of the surface layer by the same treatment as described above, to obtain high strength and high toughness, and to prevent premature breakage based on inclusions. In addition, the lowermost part of the table | surface of FIG. 38 has shown the each component contained in the illustrated spring steel wire in the range.

[제4 실시형태][Fourth Embodiment]

이하 본 발명의 제4 실시형태에 대해서, 도 39 내지 도 45를 참조하여 설명한다. 또한 처리의 대상이 되는 강재의 일예로서 볼트 Wb를 이용한 점 이외에 대해서는 상기 제1 실시형태와 동일하므로, 공통되는 설명을 생략한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, 4th Embodiment of this invention is described with reference to FIGS. 39-45. In addition, since it is the same as that of the said 1st Embodiment except the point which used the bolt Wb as an example of the steel material to process, common description is abbreviate | omitted.

또한, 본 실시형태에 따른 열처리를 표층 연화처리, 이 표층 연화처리에 의한 볼트 Wb를 표층 연화재, 비교예로서의 열처리를 비교 열처리, 이 비교 열처리에 의한 볼트를 비교 열처리재라고 칭한다.In addition, the heat treatment which concerns on this embodiment is surface softening treatment, the bolt Wb by this surface softening treatment is surface softening material, the heat processing as a comparative example is comparative heat treatment, and the bolt by this comparative heat treatment is called comparative heat treatment material.

본 실시형태에 있어서는 도 39에 나타내는 볼트 Wb를 처리 대상으로 하였다. 제조장치 및 제조공정은 제1 실시형태와 동일하며, 도 1에 나타내는 제조장치를 이용함과 아울러, 도 2에 나타내는 제조공정에 의해 처리를 행하였다. 즉, 본 실시형태는 처리 대상이 되는 강재의 형상, 성분, 지름 등이 다를 뿐이므로, 제1 실시형태와 동일한 원리 및 동일한 파라미터에 의해 열처리 조건이 결정된다.In this embodiment, the bolt Wb shown in FIG. 39 was made into the process object. The manufacturing apparatus and the manufacturing process are the same as that of 1st Embodiment, and while using the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, it processed by the manufacturing process shown in FIG. That is, in this embodiment, since only the shape, component, diameter, etc. of the steel material to be processed differ, the heat treatment conditions are determined by the same principle and the same parameters as in the first embodiment.

본 실시형태에서는, 처리 대상으로서, 도 40에 나타내는 성분을 포함하는 볼트 Wb를 이용하는 경우에 대해 예시하고 있으나 이것에 한정되는 것은 아니다.In this embodiment, although the case where the bolt Wb containing the component shown in FIG. 40 is used as a process object is not limited to this.

도 41에, 본 실시형태에 따른 열처리와 비교 열처리에서의 볼트 Wb의 열처리 조건을 나타낸다. 본 실시형태(표층 연화재)의 열처리 조건은 주파수 50㎑, 담금질 가열온도 1000℃, 뜨임 가열온도 780℃, 뜨임 가열시간 0.15s, 뜨임 가열부터 냉각까지의 시간 0.61s로 하고 있다.41 shows heat treatment conditions of 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 frequency 50 Hz, quenching heating temperature 1000 degreeC, tempering heating temperature 780 degreeC, tempering heating time 0.15s, and time from tempering heating to cooling 0.61s.

여기서 이용한 볼트 Wb는 직경 db=7.1㎜의 볼트이며, 전 단면 인장 강도를 1600N/㎟ 정도가 되도록 조정하고 있다.The bolt Wb used here is a bolt with a diameter of db = 7.1 mm and the total cross-sectional tensile strength is adjusted to be about 1600 N / mm 2.

비교 열처리 조건은 주파수 9.5㎑, 담금질 가열온도 1000℃, 뜨임 가열온도 480℃, 뜨임 가열시간 0.61s, 뜨임 가열부터 냉각까지의 시간 3.50s이다. 이 비교 열처리재도 직경 7.1㎜의 볼트이며, 전 단면 평균 인장 강도가 1600N/㎟ 정도가 되도록 조정하고 있다. 또한, 본 실시형태의 표층 연화재의 볼트 Wb의 성분과 비교 열처리재의 성분은 동일 성분으로 한다. 또한, 어떠한 열처리도 볼트의 바(bar)재 Wb1에 나사를 전조가공하기 전에 행해지는 것으로 한다.Comparative heat treatment conditions were a frequency of 9.5 Hz, a quenching heating temperature of 1000 DEG C, a tempering heating temperature of 480 DEG C, a tempering heating time of 0.61 s, and a time of tempering heating to cooling of 3.50 s. This comparative heat treatment material is also a bolt of 7.1 mm in diameter, and is adjusted so that the total cross-sectional average tensile strength is 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 a comparative heat processing material are made into the same component. In addition, any heat treatment shall be performed before rolling a screw to the bar material Wb1 of a bolt.

도 42에, 본 실시형태에 있어서의 볼트 Wb의 열처리 경과시간과 온도변화 관계의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 여기서는 표면으로부터의 거리에 따른 경과시간과 온도와의 관계를 나타내고 있다.42 shows simulation results of the relationship between the elapsed time of heat treatment of the bolt Wb and the temperature change in the present embodiment. Here, the relationship between elapsed time and temperature according to the distance from the surface is shown.

도 42에서 알 수 있듯이, 중심부에 비해 표층부에서는, 도 중 사선부의 면적이 큰 것을 알 수 있다. 즉, 이 표층부에 있어서는 고온으로 장시간 유지된 상태가 되어, 경도가 크게 저하하게 된다.As can be seen from FIG. 42, it is understood that the area of the oblique portion is larger in the surface layer portion than in the center portion. That is, in this surface layer part, it will be in the state maintained at high temperature for a long time, and hardness will fall largely.

도 43에, 비교예로서의 비교 열처리 조건으로 처리를 행한 볼트(비교 열처리재)와, 본 실시형태의 열처리 조건으로 처리를 행한 볼트 Wb(표층 연화재)의 경도 분포를 각각 나타낸다. 종축에 경도[HV0.3]를 나타내고, 횡축에 표층으로부터의 거리[㎜]를 나타낸다.43, the hardness distribution of the bolt (comparative heat treatment material) processed by the comparative heat treatment conditions as a comparative example, and the bolt Wb (surface softening material) processed by the heat treatment conditions of this embodiment, respectively. The hardness [HV0.3] is shown on the vertical axis, and the distance [mm] from the surface layer is shown on the horizontal axis.

도 43에 있어서는, 비교 열처리재는 표층으로부터의 거리가 변화하여도 경도가 거의 변화하고 있지 않다. 한편, 본 실시형태에 따른 열처리를 실시한 볼트 Wb(표층 연화재)에서는, 표층 부근에서, 표층으로부터의 거리가 커짐에 따라 경도가 커지도록 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 표층으로부터 1.0㎜의 범위에서는 Hv<500으로 되어 있다.In FIG. 43, even when the distance from the surface layer of the comparative heat treatment material changes, the hardness hardly changes. On the other hand, in the bolt Wb (surface softening material) which performed the heat processing which concerns on this embodiment, it turns out that it changes so that hardness may become large as distance from a surface layer becomes large in the vicinity of a surface layer. That is, Hv <500 is set in the range of 1.0 mm from the surface layer.

본 실시형태의 열처리 조건으로 처리한 볼트 Wb(표층 연화재)에서는, 비교 열처리재에 비해 지연 파괴 특성이 개선된다.In the bolt Wb (surface softening material) treated under the heat treatment conditions of the present embodiment, the delayed fracture characteristic is improved as compared with the comparative heat treatment material.

도 44에, 본 실시형태의 볼트 Wb(표층 연화재)와 비교 열처리재와의 지연 파괴 시험 결과를 비교한 표를 나타낸다. 여기서, 지연 파괴 시험은 볼트 Wb의 바(bar)재 Wb1의 전 길이에 나사 전조가공한 후에, 시험을 실시하였다. 나사의 깊이는 0.7㎜로 하였다. 지연 파괴 시험의 조건은 20% NH4SCN 용액에 침지시킨 상태로 하여, 시험온도:50℃로 하고, 나사부의 인장 강도 1530N/㎟×0.7의 인장력을 주었다. 시험은 재하방법(load carrying method), 균일 변형법(constant strain method)을 이용하여 200시간 경과까지 실시하였다. 도 중 「>200」은 200시간 후에도 파단하지 않은 것을 나타낸다.44, the table which compared the delayed fracture test result of the bolt Wb (surface softening material) of this embodiment and a comparative heat treatment material is shown. Here, the delayed fracture test was performed after screw rolling on the entire length of the bar material Wb1 of the bolt Wb. The depth of the screw was 0.7 mm. The conditions of the delayed fracture test were made to be immersed in a 20% NH 4 SCN solution, and the test temperature was 50 ° C., and a tensile strength of 1530 N / mm 2 × 0.7 was applied to the threaded portion. The test was carried out up to 200 hours using the load carrying method and the constant strain method. ">200" shows the thing which does not break even after 200 hours.

도 45는, 본 실시형태의 표층 연화재와 비교 열처리재의 누적 파단 확률과 파단 시간의 관계를 나타내는 그래프이다. 횡축에 누적 파단 확률[%]을 나타내고, 종축에 파단 시간[h]을 나타낸다.45 is a graph showing the relationship between the cumulative breaking probability and breaking time of the surface softener and the comparative heat treatment material of the present embodiment. A cumulative breaking probability [%] is shown on the horizontal axis and a breaking time [h] is shown on the vertical axis.

도 44, 도 45에 의하면, 비교 열처리재에서는 30~130 시간에서 파단하고 있는데 반해, 표층 연화재에서는 모든 시료에서 200시간 이상 경과하여도 파단하고 있지 않은 것을 알 수 있다. 따라서, 표층 연화처리를 행함으로써 내지연 파괴 특성의 향상이 인정된다.44 and 45 show that the comparative heat treatment material breaks at 30 to 130 hours, whereas the surface softener does not break even after 200 hours or more in all samples. Therefore, improvement of delayed fracture characteristic is recognized by performing surface layer softening process.

본 실시형태에 있어서도, 상기 제1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉 고주파 유도가열에 의한 표면 가열과 강의 뜨임 성능을 융합시킴으로써, 단순한 처리로 내지연 파괴성이 우수한 볼트를 얻을 수 있다. 즉, 가열한 순간의 온도 패턴의 시간적인 변화와 뜨임 특성을 이용함으로써, 소정의 처리 조건을 만족시키는 한 번의 뜨임으로, 단순한 처리로, 부위에 따라 경도가 다른 볼트를 얻을 수 있다. 아울러 고주파에 의해 급속 단시간 가열하는 담금질 뜨임 열처리는 통상적인 로 가열에 의한 열처리에 비해 고강도 및 높은 인성을 얻을 수 있다.Also in this embodiment, the effect similar to the said 1st Embodiment can be acquired. That is, by fusing the surface heating by high frequency induction heating and the tempering performance of steel, the bolt which is excellent in delayed fracture resistance can be obtained by a simple process. That is, by using temporal change and tempering characteristics of the temperature pattern at the time of heating, it is possible to obtain bolts having different hardness depending on the site by a simple treatment with one tempering satisfying the predetermined processing conditions. In addition, quenching tempering heat treatment by rapid high-speed heating by high frequency can obtain high strength and high toughness compared with the heat treatment by conventional furnace heating.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 일예로서 도 40에 나타내는 성분을 나타내었으나, 이것에 한정되는 것은 아니다.In addition, in this embodiment, although the component shown in FIG. 40 was shown as an example, it is not limited to this.

또한, 본 발명은 상기 각 실시형태 그 자체에 한정되는 것은 아니며, 실시 단계에서는 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 예를 들어, 구체적인 처리 조건은 대상이 되는 강재의 형상, 강종, 성분, 요구하는 강도규격이나 경도의 분포, 장치의 사양 등에 따라 적당히 변경 가능하다. 또한 설정하는 열처리의 처리 조건도 상기에 한정되는 것은 아니다.In addition, this invention is not limited to each said embodiment itself, In an implementation step, a component can be modified and actualized in the range which does not deviate from the summary. For example, specific processing conditions can be changed as appropriate depending on the shape, steel type, component, required strength standard and hardness distribution, specification of the apparatus, and the like of the steel material to be subjected. Moreover, the process conditions of the heat processing to set are not limited to the above, either.

여기서는 일예로서, 제1 내지 제4 실시형태에 있어서, 각각 PC 강봉, 이형 PC 강봉, 스프링 강선, 볼트를 예시하였으나, 어떠한 것에 있어서도 동일한 원리를 이용한 처리로 동일한 결과가 얻어지고 있다. 본 발명의 개념은 이들 예시한 강종에 한정되지 않고, 다른 종류의 강재에 널리 적용할 수 있는 것이다.As an example, in the first to fourth embodiments, the PC steel bar, the release PC steel bar, the spring steel wire, and the bolt are exemplified, respectively. The concept of the present invention is not limited to these exemplified steel grades, and is widely applicable to other kinds of steel materials.

또한, 각 실시형태에 있어서는 담금질 처리에 의해 고강도화 된 강재에 뜨임 처리를 행하여 표층 연화시키는 경우에 대해 설명하였으나, 이 외에, 신선, 스트레치의 강가공이나, 침탄 등의 처리에 의해 고강도화 된 강재를 이용해도 좋다.In addition, in each embodiment, although the case where tempering was performed to the surface softening by performing the tempering treatment on the steel high-strength by quenching process, in addition, using the steel high-strength by the process of drawing, stretching, carburizing, etc. Also good.

또한, 상기 각 실시형태에 개시되어 있는 복수의 구성요소의 적당한 조합에 의해, 여러 가지 발명을 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시형태에 나타내어지는 모든 구성요소로부터 몇 개의 구성요소를 삭제하여도 된다. 아울러, 다른 실시형태에 미치는 구성요소를 적당히 조합하여도 좋다.Moreover, various inventions can be formed by suitable combination of the some component disclosed by said each embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. In addition, you may combine suitably the component which concerns on other embodiment.

본 발명에 의하면, 단순한 처리로, 부위에 따라 경도가 다른 강재, 강재의 제조방법 및 강재의 제조장치를 제공하는 것이 가능해진다.ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the steel material, the manufacturing method of steel materials, and the manufacturing apparatus of steel materials from which hardness differs according to a site | part by a simple process.

Claims (15)

담금질 처리된 강재에 뜨임처리를 실시함으로써 상기 강재의 일부분의 경도를 상기 강재의 그 외 부분의 경도보다도 낮게 하는, 전체 단면이 마르텐사이트 조직으로 이루어진 강재의 제조방법으로서,
상기 뜨임처리는, 유도가열 또는 직접 통전 가열에 의해 상기 강재의 표피로부터 일정 깊이까지를 Ac1 변태점 이상으로 가열하는 뜨임 가열공정과; 그 뜨임 가열공정 후 소정 시간 경과 후에, 상기 뜨임 가열공정을 거친 상기 강재를 냉각하는 냉각공정;을 구비하는 것을 특징으로 하는 강재의 제조방법.
A method of manufacturing a steel material having a martensite structure in which the entire cross section is formed by subjecting a hardened steel material to tempering to lower the hardness of a portion of the steel than that of the other portions of the steel,
The tempering treatment includes: a tempering heating step of heating the surface of the steel to a predetermined depth or more by an Ac1 transformation point by induction heating or direct energizing heating; And a cooling step of cooling the steel that has passed through the tempering heating step after a predetermined time elapses after the tempering heating step.
제1항에 있어서, 상기 가열공정으로부터 상기 냉각공정까지의 시간이 강종, 선 지름, 가열온도, 및 가열시간에 따라 결정되는 소정 시간 이하인 것을 특징으로 하는 강재의 제조방법.The method for producing steel according to claim 1, wherein the time from the heating step to the cooling step is equal to or less than a predetermined time determined by steel grade, wire diameter, heating temperature, and heating time. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 뜨임처리의 처리 조건은 상기 강재의 표면 급속 가열 후의 전열 특성에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 강재의 제조방법.The method for manufacturing steel according to claim 1 or 2, wherein the treatment conditions for the tempering treatment are determined based on heat transfer characteristics after rapid heating of the surface of the steel. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 뜨임처리의 처리 조건은 상기 강재의 온도의 시간 적분치이며, 상기 강재의 뜨임 진행 상태를 나타내는 뜨임 진행값에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 강재의 제조방법.The steel fabrication method according to claim 1 or 2, wherein the processing conditions of the tempering treatment are time integral values of the temperature of the steel, and are determined based on a tempering progress value indicating a tempering progress state of the steel. Way. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 뜨임처리의 처리 조건은 주파수, 입력 전기 에너지, 가열온도, 가열시간, 방랭시간 중 적어도 두 개를 포함하는 조합으로 하는 것을 특징으로 하는 강재의 제조방법.The method for producing steel according to claim 1 or 2, wherein the treatment conditions for the tempering treatment include a combination comprising at least two of frequency, input electric energy, heating temperature, heating time, and cooling time. 제4항에 있어서, 상기 강재의 전열 특성 또는 상기 뜨임 진행값을 산출하는 공정을 구비하고,
상기 뜨임처리의 처리 조건은 상기 산출된 전열 특성 또는 상기 뜨임 진행값에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 강재의 제조방법.
The method of claim 4, further comprising the step of calculating the heat transfer characteristics or the tempering progress value of the steel material,
The processing conditions of said tempering treatment are determined on the basis of said calculated heat transfer characteristics or said tempering progress value.
제4항에 있어서, 상기 뜨임처리의 처리 조건은 표층부에서의 상기 뜨임 진행값이 중심부에서의 상기 뜨임 진행값의 1.5배 이상의 값이 되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 강재의 제조방법.The method for producing steel according to claim 4, wherein the processing conditions for the tempering treatment are set such that the tempering progress value at the surface layer portion is equal to or greater than 1.5 times the tempering progress value at the center portion. 제4항에 있어서, 상기 가열공정으로부터 상기 냉각공정까지의 시간은 표층부에서의 상기 뜨임 진행값이 중심부의 상기 뜨임 진행값의 1.5배 이상의 값이 되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 강재의 제조방법.The steel manufacturing method according to claim 4, wherein the time from the heating step to the cooling step is set such that the tempering progress value at the surface layer portion is equal to or greater than 1.5 times the tempering progress value at the center portion. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강재는 선형 또는 봉형인 것을 특징으로 하는 강재의 제조방법.The method of claim 1, wherein the steel is linear or rod-shaped. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강재에 대해 가열처리 및 냉각처리를 포함하는 담금질 처리가 실시된 후, 뜨임 처리로서 상기 가열공정 및 상기 냉각공정이 각각 한 번씩 행해지는 것을 특징으로 하는 강재의 제조방법.The steel material according to claim 1 or 2, wherein after the quenching treatment including heat treatment and cooling treatment is performed on the steel, the heating step and the cooling step are performed once as tempering. Manufacturing method. 청구항 제1항 또는 제2항에 기재된 상기 가열공정 및 상기 냉각공정을 거친 상기 강재로서,
그 표층부 부근의 경도와, 반경방향으로 표층으로부터 10%의 위치보다도 중심측의 경도 차가 HV50 이상이며, 또한 JISZ2201의 2호 시험편으로 인장시험을 행한 경우의 인장 강도가 1420N/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 강재.
As said steel material which passed through the said heating process and the said cooling process of Claim 1 or 2,
The hardness difference near the surface layer portion and the hardness at the center side from the position of 10% from the surface layer in the radial direction are HV50 or more, and the tensile strength when the tensile test is conducted with the test piece No. 2 of JISZ2201 is characterized by being 1420 N / mm 2 or more. Steel.
청구항 제1항 또는 제2항에 기재된 상기 가열공정 및 상기 냉각공정을 거친 상기 강재로서,
전체 단면이 뜨임 마르텐사이트 조직으로 이루어져 있고, 또한, 표층부의 경도가 HV380 이하이며, 또한 JISZ2201의 2호 시험편으로 인장시험을 행한 경우의 인장 강도가 1420N/㎟ 이상이고,
표층보다도 중심측의 경도가 균일한 것을 특징으로 하는 강재.
As said steel material which passed through the said heating process and the said cooling process of Claim 1 or 2,
The whole cross section is composed of a tempered martensite structure, the hardness of the surface layer portion is HV380 or less, and the tensile strength when the tensile test is conducted with the test piece No. 2 of JISZ2201, and the tensile strength is 1420 N / mm 2 or more,
The hardness of the center side is more uniform than the surface layer.
청구항 제1항 또는 제2항에 기재된 상기 가열공정 및 상기 냉각공정을 거친 상기 강재로서,
전체 단면이 뜨임 마르텐사이트 조직으로 이루어져 있고, 또한, 그 표층부의 경도가 HV420 이하이며, 또한 JISZ2201의 2호 시험편으로 인장시험을 행한 경우의 인장 강도가 1600N/㎟ 이상이고,
표층보다도 중심측의 경도가 균일한 것을 특징으로 하는 강재.
As said steel material which passed through the said heating process and the said cooling process of Claim 1 or 2,
The whole cross section is composed of a tempered martensite structure, the hardness of the surface layer portion is HV420 or less, and the tensile strength when the tensile test is conducted with the test piece No. 2 of JISZ2201, and the tensile strength is 1600N / mm 2 or more,
The hardness of the center side is more uniform than the surface layer.
담금질 처리된 강재에 뜨임처리를 실시함으로써 상기 강재의 일부분의 경도를 상기 강재의 그 외 부분의 경도보다도 낮게 하는, 전체 단면이 마르텐사이트 조직으로 이루어진 강재의 제조장치로서,
유도가열 또는 직접 통전 가열에 의해 상기 강재의 표피로부터 일정 깊이까지를 Ac1 변태점 이상으로 가열하는 뜨임 가열수단과,
그 뜨임 가열 후 소정 시간 경과 후에, 상기 뜨임 가열된 상기 강재를 냉각하는 냉각수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 강재의 제조장치.
An apparatus for producing steel, in which the entire cross section is made of martensitic structure, in which the hardness of a portion of the steel is lower than that of the other portions of the steel by subjecting the quenched steel to tempering.
Tempering heating means for heating from the skin of the steel to a certain depth by more than the Ac1 transformation point by induction heating or direct energizing heating;
And a cooling means for cooling the steel heated by the tempering after a predetermined time elapses after the tempering heating.
제14항에 있어서, 상기 가열수단에서의 처리 종료로부터 상기 냉각수단에서의 처리 개시까지의 시간이 강종, 선 지름, 가열온도, 가열시간에 따라 결정되는 소정 시간 이하이며,
상기 뜨임처리의 처리 조건은 상기 강재의 표면 급속 가열 후의 전열 특성, 상기 강재의 뜨임 진행상태를 나타내는 뜨임 진행값, 주파수, 입력 전기 에너지, 가열온도, 가열시간, 방랭시간 중 적어도 두 개를 포함하는 조합에 근거하여 결정되고,
상기 뜨임처리의 처리 조건은 표층부의 상기 뜨임 진행값이 중심부의 상기 뜨임 진행값의 1.5배 이상의 값이 되도록 설정하고,
상기 가열공정으로부터 상기 냉각공정까지의 시간은 강종, 선 지름, 가열온도, 가열시간에 따라 결정되는 소정 시간 이하로 설정하고,
상기 강재는 선형 또는 봉형이며,
상기 강재를 상기 가열수단 및 상기 냉각수단을 통과하는 소정의 경로를 따라 연속적으로 반송하는 반송수단을 더 구비하고, 상기 처리 조건은 반송경로에서의 거리 및 반송속도를 포함하고,
상기 강재에 대해 가열처리 및 냉각처리를 실시하는 담금질 수단을 구비하고,
상기 반송경로에서의 상기 담금질 수단의 하류측에 상기 가열수단 및 상기 냉각수단이 각각 하나씩 구비되고,
상기 강재의 전열 특성 또는 상기 뜨임 진행값의 산출결과에 근거하여 상기 뜨임처리의 처리 조건을 제어하는 제어수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 강재의 제조장치.
15. The method according to claim 14, wherein the time from the end of the processing in the heating means to the start of the processing in the cooling means is equal to or less than a predetermined time determined by steel grade, wire diameter, heating temperature, and heating time,
The tempering treatment conditions include at least two of heat transfer characteristics after rapid heating of the surface of the steel, a tempering progress value indicating a tempering progress state of the steel, a frequency, an input electric energy, a heating temperature, a heating time, and a cooling time. Determined on the basis of the combination,
The processing conditions of the tempering treatment are set so that the tempering progress value of the surface layer portion is equal to or greater than 1.5 times the tempering progress value of the center portion,
The time from the heating step to the cooling step is set to a predetermined time or less determined by steel grade, wire diameter, heating temperature, heating time,
The steel is linear or rod-shaped;
A conveying means for continuously conveying the steel material along a predetermined path passing through the heating means and the cooling means, wherein the processing condition includes a distance and a conveying speed in a conveying path,
And a quenching means for performing heat treatment and cooling treatment on the steel,
The heating means and the cooling means are provided one each downstream of the quenching means in the conveying path,
And control means for controlling the processing conditions of said tempering treatment based on the heat transfer characteristics of said steel or the result of calculating said tempering progress value.
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