(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１０〜０．４０％、
Ｓｉ：０．５０〜２．５０％、
Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、
Ｎｉ：０．１０〜１．５０％
を含み、残部はＦｅ、及び不可避的不純物よりなる鋼を、線材に熱間圧延して巻き取った後直ちに焼入れし、次いでコイル形状に集束した後、３００℃以上５００℃以下の温度で一次焼戻しを行い、しかる後にコイル形状を矯直加工により直線形状とした後、３００℃以上５００℃以下の温度で二次焼戻しを行うことを特徴とする、引張強さ１２３０ＭＰａ以上を有するリラクセーション特性と遅れ破壊特性に優れるＰＣ鋼棒の製造方法。
【請求項２】
Ｃ：０．１０〜０．４０％、
Ｓｉ：０．５０〜２．５０％、
Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、
Ｎｉ：０．１０〜１．５０％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、
Ｔｉ：０．０１〜０．１０％
を含み、残部はＦｅ、及び不可避的不純物よりなる鋼を、線材に熱間圧延して巻き取った後直ちに焼入れし、次いでコイル形状に集束した後、３００℃以上５００℃以下の温度で一次焼戻しを行い、しかる後にコイル形状を矯直加工により直線形状とした後、３００℃以上５００℃以下の温度で二次焼戻しを行うことを特徴とする、引張強さ１２３０ＭＰａ以上を有するリラクセーション特性と遅れ破壊特性に優れるＰＣ鋼棒の製造方法。
【請求項３】
Ｃ：０．１０〜０．４０％、
Ｓｉ：０．５０〜２．５０％、
Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、
Ｎｉ：０．１０〜１．５０％
を含み、さらに
Ｔｉ：０．０１〜０．１０％、
Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、
Ｖ：０．０１〜０．４０％
の１種または２種以上を含み、残部はＦｅ、及び不可避的不純物よりなる鋼を、線材に熱間圧延して巻き取った後直ちに焼入れし、次いでコイル形状に集束した後、３００℃以上５００℃以下の温度で一次焼戻しを行い、しかる後にコイル形状を矯直加工により直線形状とした後、３００℃以上５００℃以下の温度で二次焼戻しを行うことを特徴とする、引張強さ１２３０ＭＰａ以上を有するリラクセーション特性と遅れ破壊特性に優れるＰＣ鋼棒の製造方法。
【請求項４】
Ｃ：０．１０〜０．４０％、
Ｓｉ：０．５０〜２．５０％、
Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、
Ｎｉ：０．１０〜１．５０％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、
Ｔｉ：０．０１〜０．１０％
を含み、さらに
Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、
Ｖ：０．０１〜０．４０％
の１種または２種を含み、残部はＦｅ、及び不可避的不純物よりなる鋼を、線材に熱間圧延して巻き取った後直ちに焼入れし、次いでコイル形状に集束した後、３００℃以上５００℃以下の温度で一次焼戻しを行い、しかる後にコイル形状を矯直加工により直線形状とした後、３００℃以上５００℃以下の温度で二次焼戻しを行うことを特徴とする、引張強さ１２３０ＭＰａ以上を有するリラクセーション特性と遅れ破壊特性に優れるＰＣ鋼棒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リラクセーション特性、遅れ破壊特性に優れるＰＣ鋼棒の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート補強用鋼棒（ＰＣ鋼棒）は、一般に圧延素材に引き抜きを行い、焼入れ、次いで焼戻しを行うことによって製造されている（例えば、ＪＩＳ  Ｇ３１０９、ＪＩＳ  Ｇ  ３１３７等）。しかしこの方法では、焼入れ、焼戻しの処理にかかる設備費、人件費、エネルギー費等のコストが大きく、経済性の観点からより低コストで製造することができるプロセスが要望されている。また一方でＰＣ鋼棒や高強度ボルトのような、熱処理によって高強度を得ている鋼材では、強度が高くなるほど遅れ破壊特性が劣化する傾向にあり、低コストで製造でき、かつ遅れ破壊特性にも優れるＰＣ鋼棒が求められている。
【０００３】
これに対して、従来の例えば、特開昭５５−５８３３８号公報には、熱間圧延後直ちに冷却し、線材をマルテンサイト組織とする方法が提案されている。しかしこの方法では、コイル形状を直線にするための矯直加工工程で鋼材中に可動転位が導入され、リラクセーション特性が大幅に劣化する。さらに従来の焼入れ、焼戻しによって製造されるＰＣ鋼棒よりも遅れ破壊特性が大幅に劣るため、実際の使用においては問題がある。
【０００４】
特開昭５２−１２５４０８号公報、及び特開昭５２−１２５４０９号公報には、熱間圧延後の冷却でマルテンサイト組織とした線材に矯直加工を行い、さらに焼戻し処理を行うことによってリラクセーション特性を向上する方法が提案されている。しかし延性、靭性に乏しいマルテンサイト組織を矯直加工するため断線が多発し、生産性を著しく阻害する等の問題がある。また、遅れ破壊特性も若干改善されるものの従来のＰＣ鋼棒レベルには達しない。
【０００５】
また、例えば特開昭５５−１１９１３４号公報には、温間矯直を行うことによってリラクセーション特性を改善する方法が提案されているが、上記技術と同じく矯直加工時の断線の多発という問題は依然として解決されていない。また、温間矯直だけでは遅れ破壊特性は改善されず、実際の使用において問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような開示された方法では、経済性は満足するものの、リラクセーション特性、及び遅れ破壊特性ともに従来の焼入れ、焼戻しによって製造されるＰＣ鋼棒の特性と同等の製品を製造することはできない。特に、経済性と遅れ破壊特性を両立させる方法はこれまでなかった。本発明はこのような問題を解決して、熱間圧延後直接焼入れを行うことによって経済性に優れ、なおかつリラクセーション特性、遅れ破壊特性に優れたＰＣ鋼棒の製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するために、熱間圧延後焼入れしたさまざまな成分の鋼に関して、矯直加工及び焼戻し条件について鋭意検討した結果、特定範囲の成分の鋼を熱間圧延後焼入れ、マルテンサイト組織とした線材を直ちに一次焼戻しを行うことによって矯直加工に耐え得る延性を付与し、続いて矯直加工、二次焼戻しの順で処理を行うことによって、リラクセーション特性、遅れ破壊特性が大幅に向上することを見出し、本発明に至った。
【０００８】
本発明においては、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｓｉ：０．５０〜２．５０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５０％にすることにより、引張強さ１２３０ＭＰａ以上を確保し、Ｎｉ：０．１０〜１．５０％にすることにより、鋼材中への水素の侵入を大幅に減少させ、遅れ破壊特性を向上することができる。さらにＢ、Ｔｉを適量添加することによって焼入れ性を向上し、安定して強度を確保することができる。また、さらにＮｂ、Ｖを添加することにより結晶粒を微細化し、遅れ破壊特性をさらに向上することができる。上記の成分の鋼を熱間圧延後直ちに焼入れし、直ちに３００℃以上５００℃以下の温度で一次焼戻しを行うことによって伸び、絞り値が改善され、矯直加工に耐え得る延性が確保することができる。
【０００９】
さらに、矯直加工の後に３００℃以上５００℃以下の温度で二次焼戻しを行うことによって矯直加工時に導入された可動転位を固定し、リラクセーション特性を改善し、残留オーステナイトの分解、引張残留応力の緩和によって遅れ破壊特性を向上することができる。
【００１０】
本発明は、これらの知見によりなされたものである。すなわち本発明は、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｓｉ：０．５０〜２．５０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、Ｎｉ：０．１０〜１．５０％を含み、残部はＦｅ及び不可避的不純物よりなる鋼を、線材に熱間圧延して巻き取った後直ちに焼入れし、次いでコイル形状に集束した後、３００℃以上５００℃以下の温度で一次焼戻しを行い、しかる後にコイル形状を矯直加工により直線形状とした後、３００℃以上５００℃以下の温度で二次焼戻しを行うことを基本としている。
【００１１】
本発明においては、必要に応じてＢ：０．０００３〜０．００５０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０％を添加することにより、焼入れ性を向上し、安定して強度を確保することができる。加えて、Ｔｉには結晶粒を微細化し、遅れ破壊特性を向上する効果もある。
【００１２】
また、さらに必要に応じてＮｂ：０．０１〜０．１０％、Ｖ：０．０１〜０．４０％の１種または２種を添加することにより、結晶粒が微細化し、遅れ破壊特性をさらに向上することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１４】
まず、成分の限定理由について説明する。
【００１５】
Ｃは、鋼に必要な強度、焼入れ性を与えるのに有効な元素であるが、０．１０％未満では引張強さ１２３０ＭＰａ以上を確保することができず、０．４０％を越えると延性が劣化し、また遅れ破壊特性も劣化するので、０．１０〜０．４０％の範囲内にする必要がある。好適範囲は、０．１５〜０．２５％である。
【００１６】
Ｓｉは、鋼の脱酸に必要な元素であるとともに、鋼に必要な強度、焼入れ性を与え、焼戻し軟化抵抗を向上するのに有効な元素であるが、０．５０％未満では効果は不十分であり、２．５０％を越えると靭性が劣化するので、０．５０〜２．５０％の範囲内にする必要がある。好適範囲は０．７０〜１．５０％である。
【００１７】
Ｍｎは、鋼の脱酸に必要な元素であるとともに、鋼に必要な強度、焼入れ性を与えるのに有効な元素であるが、０．５０％未満では効果は不十分であり、２．５０％を越えるとその効果は飽和するのみならず、オーステナイトを安定化する効果があるため、残留オーステナイト量が多くなることによって所望の強度が得られなくなるので、０．５０〜２．５０％の範囲内にする必要がある。好適範囲は、１．００〜２．００％である。
【００１８】
Ｎｉは、鋼材中への水素の侵入を大幅に減少させることによって遅れ破壊特性を向上させるのに極めて有効な元素であり、その添加量に応じて遅れ破壊特性は向上する。０．１０％未満の添加では効果は不十分であり、またＮｉは高価な元素であることから多量の添加は経済性を阻害する。従って、Ｎｉ添加量を０．１０〜１．５０％の範囲内とした。好適範囲は、０．３０〜１．００％である。
【００１９】
Ｂは、微量の添加で鋼に焼入れ性を与えるのに有効な元素であるが、０．０００３％未満では効果は不十分であり、０．００５０％を越えるとその効果は飽和するので、０．０００３〜０．００５０％の範囲内にする必要がある。また、Ｂは鋼中のＮと結びつくとその焼入れ性向上効果が失われるため、Ｔｉともに添加することが必要である。好適範囲は、０．００１０〜０．００３０％である。
【００２０】
Ｔｉは、鋼中のＣ、Ｎと結びついてＴｉＣ、ＴｉＮを形成し、鋼の結晶粒を微細化するのに有効な元素である。また、Ｂとともに添加した場合、鋼中の固溶Ｎを減少することによってＢＮの形成を阻害し、固溶Ｂを増加することによってＢによる焼入れ性向上効果を増加するのに有効な元素であるが、０．０１％未満では効果は不十分であり、０．１０％を越えるとその効果は飽和するので、０．０１〜０．１０％の範囲内にする必要がある。好適範囲内は、０．０２〜０．０５％である。
【００２１】
Ｎｂは、鋼中のＣ、Ｎと結びついてＮｂＣ、ＮｂＮを形成し、鋼の結晶粒を微細するのに有効な元素であるが、０．０１％未満では効果は不十分であり、０．１０％を越えるとこの効果は飽和するので、０．０１〜０．１０％の範囲内にする必要がある。好適範囲内は、０．０２〜０．０８％である。
【００２２】
Ｖは、鋼中のＣ、Ｎと結びついてＶＣ、ＶＮを形成し、鋼の結晶粒を微細化するのに有効な元素であるが、０．０１％未満では効果は不十分であり、０．４０％を越えるとその効果は飽和するので、０．０１〜０．４０％の範囲内にする必要がある。好適範囲は、０．１０〜０．２０％である。
【００２３】
次に製造条件について説明する。
【００２４】
上記の本発明成分からなる鋼を、転炉、電気炉等の通常の方法によって溶製し、成分調整を行い、鋳造工程、必要に応じて分塊圧延工程を経て鋼片（圧延素材）とする。
【００２５】
次に、鋼片を熱間圧延によって線材形状とした後直ちに焼入れし、マルテンサイト組織とした線材に矯直加工に耐えうる延性を付与するため、直ちに一次焼戻しを行う。一次焼戻し条件は、３００℃以下では付与しうる延性が不十分であり、断線が多発して生産性を著しく阻害し、５００℃を越えると引張強さ１２３０ＭＰａ以上を確保することができないため、３００〜５００℃の範囲内にする必要がある。通常は３５０〜４５０℃が好適範囲である。上記の一次焼戻しによる延性の付与は熱間圧延及び焼入れ設備の後部に熱処理炉を配置することによってインラインで行いうる。もちろん上記の温度履歴が得られるならば、オフラインで行っても差し支えない。
【００２６】
次に、一次焼戻しによって延性を付与した線材を矯直加工で直線とした後、リラクセーション特性、遅れ破壊特性の改善のため、二次焼戻しを行う。焼戻し条件は、３００℃以下では矯直時に導入された可動転位の固定が不十分なためリラクセーション特性が改善されず、また遅れ破壊特性に悪影響を及ぼす残留オーステナイトの分解や引張残留応力の緩和が不十分であり、５００℃を越えると引張強さ１２３０ＭＰａ以上を確保することができないため、３００〜５００℃の範囲内にする必要がある。通常は、３５０〜４５０℃が好適範囲である。
【００２７】
【実施例】
以下に、実施例により本発明をさらに説明する。
【００２８】
表１に示す組成を有する転炉溶製鋼を連続鋳造、分塊圧延工程を経て１６２ｍｍ角のビレットとし、続いて直径９ｍｍの線材に熱間圧延し、レイング式巻取機の後方に設けた冷却槽中の１０〜１００℃の水中に投入することによって直ちに焼入れし、コイル形状に集束した。その後、集束装置の後方に設けた熱処理炉によって、在炉時間２時間の一次焼戻し処理を連続的に行った。一部は比較のために一次焼戻し処理を行わなかった。
【００２９】
【表１】
0003706456.tif 000002
次に、矯正駒を内蔵した市販の矯直機を用いて直線形状とした後、高周波加熱コイルの中を１５秒通過させることによって二次焼戻しを行った。一部は比較のために二次焼戻しを行わなかった。その後７３０〜１０５０ｍｍに切断し、ＪＩＳ  Ｇ  ３１３７  ＳＢＰＤＬ  １０８０／１２３０に相当するＰＣ鋼棒を製造した。このＰＣ鋼棒を用いてリラクセーション試験及びＦＩＰ遅れ破壊時間の測定を行った。リラクセーション試験はＪＩＳ  Ｇ  ３１３７に規定されている方法に準じて行い、１０００時間のリラクセーション値を測定した。ＦＩＰ遅れ破壊試験は、５０℃の２０％チオシアン酸アンモニウム溶液に浸漬した状態で、試料に規格引張強さに相当する荷重の７０％の荷重を付加して放置し、破断までの時間を測定した。
【００３０】
これらの各種試験結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
0003706456.tif 000003
表２において試験番号１３、１４が矯直時に断線した理由は、一次焼戻しがない、あるいは、一次焼戻しの温度が低いために矯直前の線材の延性が不足したことに起因する。これらの表から明らかなように、本発明で規定する条件を全て満たすものは、比較例に比べて矯直性、リラクセーション特性、遅れ破壊特性ともに優れた特性を示している。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のＰＣ鋼棒の製造方法によれば、これまで知られている熱間圧延後直接焼入れを行うプロセスによって製造されるＰＣ鋼棒よりもリラクセーション特性及び遅れ破壊特性が顕著に改善される。従って、実際の使用において問題となっている遅れ破壊特性に優れたコンクリートポール用ＰＣ鋼棒を安価に製造することができるものである。