(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
JIS規格の19本撚りで構成される標準径が19.3mmであって、総断面積が240〜250mm2であり、引張荷重が550kN以上であることを特徴とする高強度PCストランド。
【請求項２】
JIS規格の19本撚りで構成される標準径が21.8mmであって、総断面積が310〜320mm2であり、引張荷重が700kN以上であることを特徴とする高強度PCストランド。
【請求項３】
PCストランドを構成するワイヤの線径が、5.40±0.2mm、2.74±0.2mm 、4.88±0.2mmの3種類であって、それぞれのワイヤをストランドの中心から1本、９本、９本ずつ用いることを特徴とする請求項１に記載の高強度PCストランド。
【請求項４】
PCストランドを構成するワイヤの線径が、6.12±0.2mm、3.12±0.2mm 、5.56±0.2mmの3種類であって、それぞれのワイヤをストランドの中心から1本、９本、９本ずつ用いることを特徴とする請求項２に記載の高強度PCストランド。
【請求項５】
質量％で、
C：0.87〜1.3%、
Si：0.5〜1.2%、
Mn：0.1〜1.0%を含み、残部をＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の高強度PCストランド。
【請求項６】
線材の強度を高めるために請求項５に記載の鋼成分に加え、質量％で、
Cr：0.05〜1.5％、
Ni：0.03〜1.0％、
V：0.001〜0.5％、
Nb：0.001〜0.5％、
Mo：0.001〜0.5％の１種以上を含むことを特徴とする請求項１乃至請求４に記載の高強度PCストランド。
【請求項７】
線材の耐腐食特性を高めるために請求項５または請求項６に記載の鋼成分に加え、質量％で、Cu：0.01〜1.0％を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の高強度PCストランド。
【請求項８】
線材の延性を高めるために請求項５乃至請求項７に記載の鋼成分に加え、質量％で、
Al：0.001〜0.1％、
B：0.0005〜0.1％を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の高強度PCストランド。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８の鋼成分に加え、質量％で、
P：0.03％以下、
S：0.03％以下を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の高強度PCストランド。
【請求項１０】
請求項５乃至請求項９の鋼成分からなり、線径６mm以上、16mm以下、引張強さ1400MPa以上、初析セメンタイトの最大サイズが0.5mm以下であることを特徴とする高強度PCストランド用熱間圧延線材。
【請求項１１】
請求項3に記載した径の鋼線を撚り合わせ、ヒートストレッチング処理あるいはブルーイング処理を350℃〜400℃で行い、引張荷重が550kN以上であるPCストランドとすることを特徴とする高強度PCストランドの製造方法。
【請求項１２】
請求項4に記載した径の鋼線を撚り合わせ、ヒートストレッチング処理あるいはブルーイング処理を350℃〜400℃で行い、引張荷重が700kN以上であるPCストランドとすることを特徴とする高強度PCストランドの製造方法。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項９のPCストランドを用いたことを特徴とするPC床版。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項９のPCストランドを用いたことを特徴とするコンクリート構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱間圧延された線材を伸線加工によって、より細い線径に加工し、これらの複数本を撚って製造される、溶融亜鉛めっき線、ロープ、ACSR線、PC鋼撚り線などの撚り線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
PCストランドは、通常、JIS G3502に規定されるピアノ線材にパテンティングを行った後伸線し、その後300〜350℃の温度範囲でホットストレッチングを施す方法で製造されている。また、PCストランドに用いられているものはJISに規定される規格荷重を満たすものが使用されているのみである。
特開昭59-179755号公報には鋼組成を制御すること、具体的にはCu、Ni、Wを添加し、Si含有量を低減することにより、塩分環境におけるＰＣ鋼線の腐食を抑制することが記載されている。しかし、Si含有量を低く抑えることは、PC鋼線の高強度化およびリラクゼーション値の低下を招くもので、高強度化とは異なる目的でなされた発明である。
【０００３】
最近のコンクリートの強度上昇やPCストランドを取り扱う時の施工性の向上、つまり、同じ引張強度でストランド径の小さいPCストランドあるいは同じストランド径のPCストランドでも使用するピッチが広げられる高強度のPCストランドの発明が期待されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上、述べたように従来の技術では、標準径の太い高強度のPCストランドより線を製造することは不可能であった。本発明は、上記従来法の問題点を解決し、従来に比べより高強度なPCストランドならびに高強度PCストランドを用いた構造物を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前述の課題を解決するため鋭意研究を重ね、高強度PCストランドの成分系、サイズ、およびその製造方法ならびに用途を見出したものであり、その要旨は特許請求の範囲に記載した下記の内容である。
（１）JIS規格の19本撚りで構成される標準径が19.3mmであって、総断面積が240〜250mm2であり、引張荷重が550kN以上であることを特徴とする高強度PCストランド。
（２）JIS規格の19本撚りで構成される標準径が21.8mmであって、総断面積が310〜320mm2であり、引張荷重が700kN以上であることを特徴とする高強度PCストランド。
【０００６】
（３）PCストランドを構成するワイヤの線径が、5.40±0.2mm、2.74±0.2mm 、4.88±0.2mmの3種類であって、それぞれのワイヤをストランドの中心から1本、９本、９本ずつ用いることを特徴とする（１）に記載の高強度PCストランド。
（４）PCストランドを構成するワイヤの線径が、6.12±0.2mm、3.12±0.2mm 、5.56±0.2mmの3種類であって、それぞれのワイヤをストランドの中心から1本、９本、９本ずつ用いることを特徴とする（２）に記載の高強度PCストランド。
【０００７】
（５）質量％で、C：0.87〜1.3%、Si：0.5〜1.2%、Mn：0.1〜1.0%を含み、残部をＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を用いることを特徴とする（１）乃至（４）に記載の高強度PCストランド。
（６）線材の強度を高めるために（５）に記載の鋼成分に加え、質量％で、Cr：0.05〜1.5％、Ni：0.03〜1.0％、V：0.001〜0.5％、Nb：0.001〜0.5％、Mo：0.001〜0.5％の１種以上を含むことを特徴とする（１）乃至（４）に記載の高強度PCストランド。
【０００８】
（７）線材の耐腐食特性を高めるために（５）または（６）に記載の鋼成分に加え、質量％で、Cu：0.01〜1.0％を含むことを特徴とする（１）乃至（４）に記載の高強度PCストランド。
（８）線材の延性を高めるために（５）乃至（７）に記載の鋼成分に加え、質量％で、Al：0.001〜0.1％、B：0.0005〜0.1％を含むことを特徴とする（１）乃至（４）に記載の高強度PCストランド。
【０００９】
（９）（５）乃至（８）の鋼成分に加え、質量％で、P：0.03％以下、S：0.03％以下を含むことを特徴とする（１）乃至（４）に記載の高強度PCストランド。
（１０）（５）乃至（９）の鋼成分からなり、線径６mm以上、16mm以下、引張強さ1400MPa以上、初析セメンタイトの最大サイズが0.5mm以下であることを特徴とする高強度PCストランド用熱間圧延線材。
【００１０】
（１１）（３）に記載した径の鋼線を撚り合わせ、ヒートストレッチング処理あるいはブルーイング処理を350℃〜400℃で行い、引張荷重が550kN 以上であるPCストランドとすることを特徴とする高強度PCストランドの製造方法。
（１２）（４）に記載した径の鋼線を撚り合わせ、ヒートストレッチング処理あるいはブルーイング処理を350℃〜400℃で行い、引張荷重が700kN 以上であるPCストランドとすることを特徴とする高強度PCストランドの製造方法。
【００１１】
（１３）（１）乃至（９）のPCストランドを用いたことを特徴とするPC床版。
（１４）（１）乃至（９）のPCストランドを用いたことを特徴とするコンクリート構造物。
【００１２】
まず、鋼組成の限定理由について説明する。成分は全て質量％である。
Cは強化に有効な元素であり高強度の鋼線を得るためにはC量を0.87％以上とすることが必要であるが、高すぎると初析セメンタイトが析出しやすいため、延性が低下し、かつ伸線性が劣化するのでその上限は1.3％とする。
Siは鋼の脱酸のために必要な元素であり、従ってその含有量があまりに少ないとき、脱酸効果が不十分になるので0.5％以上添加する。また、Siは熱処理後に形成されるパーライト中のフェライト相に固溶しパテンティング後の強度を上げるが、反面、熱処理性を阻害するので1.2％以下とする。
【００１３】
Mnは鋼の焼き入れ性を確保するために0.1％以上のMnを添加する。しかし、多量のMnの添加は、パテンティングの際の変態時間を長くしすぎるので1.0％以下とする。
Crは鋼の強度を高めるために添加する。添加する場合には、その効果の発揮される0.05%以上添加し、鋼線の延性を引き起こすことの無い1.5%以下とする。
【００１４】
Niは鋼の強度を上げる効果がある。添加する場合にはその添加効果のある0.03％以上添加する。しかし、添加量が多くなりすぎると延性が低下するので1.0％以下とする。
Vは鋼の強度を上げる効果がある。添加する場合にはその添加効果のある0.001％以上添加する。しかし、添加量が多くなり過ぎると延性が低下するので上限を0.5％とする。
【００１５】
Nbは鋼の強度を上げる効果がある。添加する場合には、その添加効果のある0.001％以上添加する。しかし、添加量が多くなり過ぎると延性が低下するので上限を0.5％とする。
Cuは耐食性、腐食疲労特性を向上するために添加する。添加する場合には、その添加効果のある0.01％添加する。しかし、多量の添加をすると熱間圧延の際に脆化しやすくなるので上限を1.0％とする。
【００１６】
Alは脱酸元素であると同時にオーステナイト化したときのγ粒径を微細にパテンティング後の絞りを向上する。添加する時はその効果が発揮される0.001％以上添加する。しかし、多量の添加は介在物の量を増加するため、上限を0.1％とする。
Ｂはもオーステナイト化した際のγ粒径を細かくする効果がある。これにより絞りなどの延性を向上する。このため、添加する場合にはその効果のある、0.0005％以上添加する。しかし、0.1％を越えて添加すると熱処理によって変態させる際の変態時間が長くなり過ぎるため、上限を0.1％とする。
【００１７】
従来の極細鋼線と同様に延性を確保するためSの含有量を0.03%以下とし、PもSと同様に線材の延性を害するのでその含有量を0.03%以下とするのが望ましい。
PCストランドの規格は引張荷重によって決められる。従って、引張強さと断面積の積できまることになる。本発明者らは、より高強度のPCストランドを開発するに当たって、引張強さと断面積の取り方を検討し、請求項1、2に記載の範囲に規定することで、従来にない高強度のPCストランドを得られることを見出した。
【００１８】
すなわち、19.3mmの場合には断面積が240mm2以上、250mm2以下となるように調整する。240mm2未満では引張強さを個々の素線で確保することが難しく、250mm2を越えるとPCストランドの標準径を19.3mmに調整することが難しくなる。また、引張荷重を550kN未満では従来のPCと比べて、挿入ピッチの拡大や使用する径のサイズダウンが出来ないためメリットがあまり得られない。このため引張荷重は550kN以上に調整する。19.3mmの19本撚りPCストランドの素線の線径の組み合わせは5.40±0.2mm、4.88±0.2mm、2.74±0.2mmの範囲に調整する。このサイズのバランスを大きくなりすぎても小さくなりすぎても標準線径を19.3mmとすることが難しくなる。
21.8mmの場合には断面積が310mm2以上、320mm2以下となるように調整する。310mm2未満では引張強さを個々の素線で確保することが難しく、320mm2を越えるとPCストランドの標準径を21.8mmに調整することが難しくなる。また、引張荷重を700kN未満では従来のPCと比べて、挿入ピッチの拡大や使用する径のサイズダウンが出来ないためメリットがあまり得られない。このため引張荷重は700kN以上に調整する。21.8mmの19本撚りPCストランドの素線の線径の組み合わせは6.12±0.2mm、5.56±0.2mm、3.12±0.2mmの範囲に調整する。このサイズのバランスを大きくなりすぎても小さくなりすぎても標準線径を19.3mmとすることが難しくなる。
【００１９】
このような高強度PCストランドに用いる線材は、線径が少なくとも6mm以上必要であり、16mmを越えると一般的なドラム式の伸線機で伸線が困難になるので16mm以下の線径に調整する。また、高強度PCストランドを得るためには、伸線加工前の引張強さを少なくとも1400MPa以上に調整する必要がある。また、この線材中に存在する初析セメンタイトの最大のサイズを0.5mm以下としなければ、伸線加工のワイヤの性質が大きく劣化する。このため線材中に存在する初析セメンタイトの最大サイズを0.5mmとする。
【００２０】
伸線加工によって所定の強度に調整されたPCストランドは、撚り線加工の後にブルーイング処理されるが、延性を回復させるためには、少なくとも330℃以上の温度でブルーイング処理或いはヒートストレッチング処理を行う必要がある。また400℃を越えるとPCストランドの強度が大きく低下するので400℃以下の温度でブルーイング処理あるいはヒートストレッチング処理を行う必要がある。
本発明のPCストランドはPC床版に用いた場合に、挿入ピッチを広く取っても強度が高いために従来材と同じ強度、ならびに荷重に対するたわみ量を確保する設計が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に実施例に基づいて本発明の効果を記す。表1に試作に用いた供試鋼の化学成分を示す。本発明例であるA-1、A-2は本発明に従い調整されているが比較例のB-1は本発明の範囲とは異なっている。
表１に示す鋼を溶製し、連続鋳造で鋳造した後、熱間圧延でビレットとした。このビレットを再加熱後、線材圧延のより直径7〜14mmの線材とし、直接溶融塩に浸漬してパテンティング処理を行った。得られたワイヤの引張強さを表２に示す。本発明例A-1の線材は、いずれの線径においても1400MPa以上の強度に調整されている。一方、比較例のB-1を用いて製造した13mmの線材は本発明例と比較して引張強さが低い結果である。
【００２２】
【表１】
0003684186.tif 000002
【００２３】
次に、表２のA-1の線材に伸線加工を行い、表３に示す各線径のワイヤを製造し、撚り線加工を行い所定の径のPCストランドとした。このPCストランドに370℃のブルーイング処理を行い高強度PCストランドとした。本発明の高強度PCストランドは、素線の線径、ワイヤの断面の総面積ならびに引張荷重が本発明に従って調整されている。一方、比較例のPCストランドはJISに規定された強度を有するが、本発明材に比べ低い強度となっている。
【００２４】
【表２】
0003684186.tif 000003
【００２５】
【表３】
0003684186.tif 000004
【００２６】
最後に高強度PCストランドをPC床版に用いた場合について説明する。JIS規格の21.8mmのPCストランドを25cmピッチで挿入した床版と本発明材の21.8mmのPCストランドを28.6mmピッチで挿入し、それぞれ同一のプレストレスをコンクリートに与え裁荷試験を行い、PC床版の強度を調査した。その結果、どちらも最大荷重200kNをかけてもクラックの発生はなく、たわみ量もほぼ同一かむしろ本発明例の方が優れる結果となった。その結果を表４に示す。
【００２７】
【表４】
0003684186.tif 000005
【００２８】
【発明の効果】
本発明を用いることで、高強度のPCストランドが得られ、また、このPCストランドをコンクリートに用いて、施工性に優れる構造物を製造することが可能となるなど、産業上極めて有用な効果を奏する。