(57)【要約】  曲げ加工性に優れた、オーステナイト単相組織を有する高マンガン含有異形鉄筋を提供する。  質量％で、Ｃ  ：０．７％以上１．２％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：９％以上１５％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、およびＳ：０．０５％以下、を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、オーステナイト単相からなる組織を有し、長手方向に垂直な断面の外周における最大硬度と最小硬度の差の、中心平均硬度に対する比率が１５％以下であり、長手方向に伸びるリブが２本以上、断面円周方向に等間隔で設けられており、前記リブの幅の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率が５０％以下である、異形鉄筋。
2017138577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．７％以上１．２％以下、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：９％以上１５％以下、
Ｃｒ：１．０％以下、
Ｐ  ：０．０３％以下、および
Ｓ  ：０．０５％以下、
を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
オーステナイト単相からなる組織を有し、
長手方向に垂直な断面の外周におけるビッカース硬さの最大硬度と最小硬度の差の、中心平均硬度に対する比率が１５％以下であり、
長手方向に伸びるリブが２本以上、断面円周方向に等間隔で設けられており、
前記リブの幅の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率が５０％以下である、異形鉄筋。
【請求項２】
前記成分組成が、質量％で、
Ｖ  ：１．０％以下、および
Ｎｂ：０．２％以下の少なくとも一方をさらに含む、請求項１に記載の異形鉄筋。
【請求項３】
前記リブの数が４以上の偶数であり、
対角リブ頂点間距離の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率が５％以下である、請求項１または２に記載の異形鉄筋。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリート構造物に使用される異形鉄筋に関するものであり、特に、曲げ加工時の面外変形抑制に優れた、９質量％以上のＭｎを含有する高マンガン含有異形鉄筋に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オーステナイト組織を有した高マンガン異形鉄筋は、透磁率が低いため、電流による磁場を乱してはならない場所、例えば、病院のＭＲＩ（磁気共鳴画像診断）室の鉄筋構造部材などに使用される。建築現場での施工に際して異形鉄筋は、フープ状等、所定の形状に曲げ加工したうえで使用される。図１は、略正方形のフープ状に曲げ加工した異形鉄筋を側面から見た状態の例を示したものである。図１（ｂ）のように鉄筋が略同一平面内に収まっていれば問題ないが、図１（ａ）のように面外変形を生じると平面上への配置ができない。そのため、異形鉄筋には面外変形を生じないことが求められる。【０００３】
異形鉄筋は、コンクリートとの密着性を考慮して、丸棒材の周囲に長手方向に伸びるリブと、所定の節とを形成したものであり、例えば、図２に示すような形状をしている。節およびリブを除いた部分の直径、節の高さ、節間の距離、リブの幅の合計、節と軸線との角度は、ＪＩＳ規格により定められている。【０００４】
異形鉄筋の曲げ加工性向上に関し、例えば、特許文献１では、鉄筋の軸線に対して斜行する節を有する鉄筋において、節の形状や配置を制御することにより、曲げ加工時の浮上量を改善することが提案されている。【０００５】
また、特許文献２には、鉄筋の円周方向に９０°間隔で長手方向に連続する４本のリブを有し、円周方向に隣り合うリブを接続する節を有する鉄筋であって、リブや節の形状を制御することにより曲げ加工性とコンクリート密着性を改善した高強度鉄筋が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−２８８０３８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０８２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、オーステナイト組織を有した高マンガン鋼は、一般の鋼に比べてヤング率が低く、かつ、加工硬化特性が著しいため、面外変形が一般の鋼よりも生じ易く、特許文献１および特許文献２に記載された技術を用いても面外変形を抑制できない。面外変形を生じると、一定断面内となるように建設現場で都度修正する必要があり、多大な負担となる。【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、オーステナイト単相組織を有する高マンガン含有異形鉄筋であっても、曲げ加工時の面外変形を抑制できる曲げ加工性に優れた異形鉄筋を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するために、高マンガン異形鉄筋の面外変形の発生に影響する要因について鋭意研究し、以下の知見を得た。【００１０】
丸棒を曲げ加工をする際には、曲げ中立軸に対し丸棒断面内で中立軸内側に圧縮ひずみ、中立軸外側に引張ひずみを生じるが、中立軸の上下では対象性を保っている。しかし、異形鉄筋では、節およびリブが存在するため、節およびリブの周りに局所的なひずみの分布が偏在することになるとともに、節およびリブの形状あるいは曲げる位置により、異形鉄筋断面内における中立軸上下のひずみ分布の対象性が変化する。この断面内の中立軸上下ひずみ分布の対象性が大きく崩れ、且つ、一定以上のひずみ量の差となることにより、面外変形（この場合は上或いは下に変形する）が顕著となる。【００１１】
したがって、異形鉄筋の節およびリブを限りなく低くして丸棒形状に近づければ、該上下ひずみ分布の対象性が保てるため面外変形は生じにくくなるが、コンクリートとの密着性が低下するため、ＪＩＳで規定されている節高さより低くすることはできない。また、ひずみ量の総和は曲げ加工の程度により定まるため、曲げ加工の程度が少なければ、該上下ひずみ分布の対象性が少々崩れていても面外変形は生じにくくなるが、曲げ加工の程度を限定することもできない。【００１２】
他方、オーステナイト組織を有する高マンガン鋼は、図３に示すように、一般の鋼に比べ加工硬化が極めて大きいという特性がある。このため、曲げ加工時には、節およびリブ周辺の形状を起因としたひずみの偏在が素材強度の大きな偏在を誘引する。さらに加工が進むと、素材強度の局所偏在がひずみの偏在をより助長することになる。【００１３】
上記の理由から、オーステナイト組織を有した高マンガン異形鉄筋は、その特徴的な著しい加工硬化に起因して、一般の鋼の異形鉄筋に比べて、曲げ加工時に生じる節やリブ周囲に生じる局所的ひずみが多くなり、上下ひずみの対象性の崩れが大きくなる結果、面外変形が発生し易くなる。【００１４】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は次のとおりである。
１．質量％で、
Ｃ  ：０．７％以上１．２％以下、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：９％以上１５％以下、
Ｃｒ：１．０％以下、
Ｐ  ：０．０３％以下、および
Ｓ  ：０．０５％以下、
を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
オーステナイト単相からなる組織を有し、
長手方向に垂直な断面の外周におけるビッカース硬さの最大硬度と最小硬度の差の、中心平均硬度に対する比率が１５％以下であり、
長手方向に伸びるリブが２本以上、断面円周方向に等間隔で設けられており、
前記リブの幅の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率が５０％以下である、異形鉄筋。【００１５】
２．前記成分組成が、質量％で、
Ｖ  ：１．０％以下、および
Ｎｂ：０．２％以下の少なくとも一方をさらに含む、前記１に記載の異形鉄筋。【００１６】
３．前記リブの数が４以上の偶数であり、
対角リブ頂点間距離の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率が５％以下である、前記１または２に記載の異形鉄筋。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、オーステナイト組織を有した高マンガン含有異形鉄筋における、曲げ加工時の面外変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】フープ状に曲げ加工した異形鉄筋を側面から見た模式図である。
【図２】異形鉄筋の形状の一例を示す模式図である。
【図３】高Ｍｎ鋼と一般の鋼の応力−ひずみ曲線である。
【図４】２軸ローラーレベラーの構造の一例を示す模式図である。
【図５】回転矯正レベラーの構造の一例を示す模式図である。
【図６】４ロール圧延機の一例を示す模式図である。
【図７】２ロール圧延機の一例を示す模式図である。
【図８】浮き上がり量の測定方法を示す模式図である。
【図９】実施例１における、硬度差と浮き上がり量の関係を示す図である。
【図１０】実施例１における、リブ幅の差と浮き上がり量の関係を示す図である。
【図１１】実施例２における、リブ幅の差と浮き上がり量の関係を示す図である。
【図１２】実施例２における、対角リブ頂点間距離の差と浮き上がり量の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［成分組成］
まず、本発明においては、鋼の成分組成を上記のように限定した理由について説明する。なお、特に断らない限り、各成分の含有量についての「％」は「質量％」を意味する。
【００２０】
Ｃ：０．７％以上１．２％以下
Ｃは、オーステナイト相を安定させ、必要な強度を確保する上で重要な元素である。Ｃ含有量を０．７％以上とすることにより、必要な強度とともに、非磁性材料として必要な比透磁率１．１以下を安定的に得ることができる。一方、Ｃを１．２％を超えて含有させると、延性および加工性が劣化して、曲げ加工時に割れが生じやすくなる。したがって、Ｃ含有量は０．７％以上１．２％以下とする。
【００２１】
Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは、脱酸剤として作用するとともに、固溶強化元素として必要な強度を与えるのに有用である。しかし、Ｓｉ含有量が１．０％を超えるとその効果は飽和するとともに、加工性が劣化する。そのため、Ｓｉ含有量は１．０％以下とする。なお、Ｓｉ含有量が０％である場合を含むものとする。
【００２２】
Ｍｎ：９％以上１５％以下
Ｍｎは、オーステナイト相を安定させ、必要な強度を確保する上で重要な元素である。非磁性材料として必要な比透磁率１．１以下を安定的に得るためには、９％以上のＭｎの添加を必要とする。一方、Ｍｎ含有量が１５％を超えるとその効果は飽和する。そのため、Ｍｎ含有量は９％以上１５％以下とする。
【００２３】
Ｃｒ：１．０％以下
Ｃｒは、オーステナイト相を安定させ、固溶強化により強度を向上させる有益な元素である。しかし、Ｃｒ含有量が１．０％を超えるとその効果は飽和するとともに、加工性が劣化するため、Ｃｒ含有量は１．０％以下とする。
【００２４】
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、オーステナイト粒界に偏析し、熱間延性を著しく低下させ、連続鋳造時の表面割れを生じやすくする。そのため、Ｐ含有量は極力低いことが望ましいが、０．０３％までは許容される。
【００２５】
Ｓ：０．０５％以下
Ｓは、鋼中でＭｎＳを形成し被削性を向上させる有用元素であるが、オーステナイトの粒界に偏析し、粒界強度を低下させることにより疲労強度を低下させる弊害もあるため、Ｓ含有量は０．０５％以下とする。
【００２６】
本発明の一実施形態における異形鉄筋の成分組成は、上記各成分（基本成分）と、Ｆｅおよび不可避不純物を有する。
【００２７】
また、本発明の他の実施形態における異形鉄筋の成分組成は、上記の基本成分に加えて任意に、Ｖ：１．０％以下およびＮｂ：０．２％以下の少なくとも一方を、さらに含有することができる。ＶやＮｂを添加することにより、さらに強度を安定して確保できる。
【００２８】
Ｖ：１．０％以下
Ｖは、析出することによりオーステナイト粒径を小さくし、強度を向上させる有益な元素であるため、必要により添加することができる。しかし、Ｖ含有量が１．０％を超えると延性が著しく低下し、加工性が劣化するため、Ｖ含有量は１．０％以下とする。
【００２９】
Ｎｂ：０．２％以下
Ｎｂも、析出することによりオーステナイト粒径を小さくし、強度を向上させる有益な元素であるため、必要により添加することができる。しかし、Ｎｂ含有量が０．２％を超えると熱間延性が著しく低下し、連続鋳造時の割れを生じやすくなるため、Ｎｂ含有量は０．２％以下とする。
【００３０】
なお、鋼の成分組成は、上記の基本成分、任意に含有することができる成分（Ｖ、Ｎｂ）、および残部のＦｅおよび不可避不純物からなることが好ましい。
【００３１】
［組織］
本発明の異形鉄筋は、オーステナイト単相からなる組織を有する。
【００３２】
［硬度差］
本発明においては、異形鉄筋の長手方向に垂直な断面の外周におけるビッカース硬さの最大硬度と最小硬度の差の、中心平均硬度に対する比率（以下、単に「硬度差」という場合がある）を１５％以下とすることが重要である。前記硬度差が１５％を超えている場合、断面内におけるひずみの対称性が大きく崩れているため、曲げ加工した際に面外変形が生じることになる。なお、前記硬度差は、実施例に記載した方法で測定することができる。
【００３３】
前記硬度差を１５％以内とする方法は特に限定されないが、熱間圧延ままの直棒圧延材においては、異形断面をロールにて転写成形するパス前後の断面減少率（＝（前段の断面積−転写段の断面積）／前段の断面積×１００％）を４０％以下とすることにより達成できる。特に、オーステナイト鋼では強度確保のために低温圧延が指向され、断面減少率が大きくなると硬度差が助長される。なお、前記断面減少率は、３０％以下とすることが好ましい。
【００３４】
また、熱間圧延後にコイル状に巻取られた異形鉄筋を、レベラーにより冷間にて直線矯正して使用する直線矯正材においては、図４に示すような２軸ローラーレベラーや、図５に示すような回転矯正レベラーを用いて直線矯正することができるが、直線矯正後の断面内硬度の差は、本発明で規定される範囲内に管理しなければならない。
【００３５】
直線矯正する際の留意点としては、前記した如く、熱間圧延段階で断面硬度の均質性を保つように製造しているため、矯正により材質を悪化しないようにしなければならない。例えば、２軸ローラーレベラーによる直線矯正では、矯正ロールの配置が一方向の装置では矯正ひずみに偏りが生じるため（図４に示した例では、矯正ロールが鉄筋の上下一方向に配置されている）、円周方向に多段に配置されたレベラー装置を利用することが望ましい。また、回転矯正レベラーによる直線矯正では、矯正ロールが回転しつつ矯正ひずみが導入されるため、２軸ローラーレベラーに比べ円周方向に均一なひずみを導入しやすく、矯正装置として望ましい。
【００３６】
［形状］
次に、鉄筋の異形形状の限定理由について説明する。本発明の異形鉄筋には、その長手方向に伸びるリブが２本以上、断面円周方向に等間隔で設けられている。２本以上のリブを等間隔に設けることにより、曲げ加工時における上下ひずみの偏在を低減することができる。例えば、図２に示した鉄筋の例では、９０°間隔で４本のリブが設けられている。リブの本数は、２本以上であれば特に限定されず、任意の数とすることができるが、熱間圧延による形状形成のしやすさの観点からは、偶数とすることが好ましい。また、２本のリブを１８０°間隔で配置すれば、曲げる位置によっては上下ひずみの対象性が保持されるため、断面硬度が上述の規定以内であれば面外変形を生じることはない。しかし、実際の施工にあたっては曲げ位置の指定ができない場合もあるため、リブを４本以上とすることが好ましい。一方、リブの数が多いほど、応力集中源を減らすことができ、上下ひずみの対称性の崩れを軽減できるが、リブを６本以上とすると熱間圧延による形状形成が困難となる。そのため、４本のリブを９０°間隔で配置することがより好ましい。
【００３７】
［リブ幅の差］
本発明の異形鉄筋においては、前記リブの幅の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率（以下、「リブ幅の差」という場合がある）を５０％以下とする。リブ幅の差が５０％を超えると、それぞれのリブの周囲で局所的に生じるひずみの差が大きくなり、上下ひずみの対称性が崩れ、面外変形を生じる。そのため、リブの幅の差を５０％以下とすることにより、曲げ加工時の面外変形を抑制することができる。
【００３８】
［対角リブ頂点間距離の差］
本発明の異形鉄筋においては、リブの数を４以上の偶数とし、対角リブ頂点間距離の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率（以下、「対角リブ頂点間距離の差」という場合がある）を５％以下とすることが好ましい。対角線上に配置されたリブが複数組存在する場合、各組におけるリブ頂点間の距離の差が５％を超えると、曲げる位置により、上下ひずみの対象性が大きく崩れ、面外変形を生じる場合がある。そのため、対角リブ頂点間距離の差を５％以下とすることにより、さらに曲げ加工時の面外変形を抑制することができる。
【００３９】
以上のように成分組成、組織、およびリブの形状を制御することにより、本発明で所期した、オーステナイト組織を有した高マンガン異形鉄筋で、曲げ加工時の面外変形を抑制した曲げ加工性に優れ、且つ、コンクリートとの密着性にも優れた異形鉄筋を得ることができる。
【００４０】
なお、所定のリブおよび節を熱間圧延により形成させる方法としては、例えば、出願人らが先に提案した特許第３４９１１２９号公報に記載の圧延方法を利用することができる。具体的には、図６に示すように２組のロールを直交配置した４ロール圧延機を用いることができる。また、図７に示すように上下にロールが配置された２ロール圧延機を用いることもできる。リブをロール間の隙間による噛み出しで形成する場合には、リブの寸法が本発明の条件を満たすよう、隣り合うロール間の隙間を精度よく管理しなければならない。また、リブをロールに掘られた溝で形成する場合には、使用中にロールに掘られた溝が徐々に摩滅してしまうため、リブの寸法が本発明の条件を満たすよう、圧延前のロール摩耗量を測定・管理しなければならない。
【実施例】
【００４１】
（実施例１）
表１に示す成分組成になる鋼（鋼種Ａ〜Ｇ）を溶製鋳造してビレットとした後、２ロール圧延機を用いて１８０°対角に配置された２本リブを有する異形鉄筋を製造した。前記異形鉄筋は、公称直径１５．９ｍｍ（呼び名Ｄ１６）のＪＩＳ  Ｇ３１１２の規定を満足する異形形状とした。リブは上下ロールの隙間調整により噛み出し圧延にて形成した。リブ幅の差を表２に示す。なお、圧延に際しては、強度レベルＳＤ３４５を満足するよう圧延温度を選定した。【００４２】
得られた異形鉄筋のそれぞれについて、次の方法で硬度差と曲げ性の評価を行った。評価結果は表２に示した通りである。なお、Ｎｏ．４〜６、９、１０の異形鉄筋については、一旦コイルに巻き取り、さらに直線矯正した後に硬度と曲げ性の評価を行い、それ以外の異形鉄筋については圧延後の直棒のまま評価を行った。【００４３】
［硬度］
曲げ加工前の異形鉄筋の、長手方向（圧延方向）に垂直な断面（Ｃ断面）における硬度を測定した。前記測定は、ビッカース硬度計を用い、荷重１ｋｇの条件で実施した。中心平均硬度としては、前記断面の中心１点と、該中心を中心とした直径１ｍｍの円上で９０°間隔の４点との計５点での平均値を用いた。また、断面外周部をくまなく、具体的には５°間隔で７２点測定した。得られた外周硬度の最大値と最小値の差を、中心平均硬度に対する比率（％）で表した値を硬度差とする。【００４４】
［曲げ性］
曲げ性を評価するために、異形鉄筋を長さ１３００ｍｍに切断した後、図８に示すように、両端の一辺の長さが４００ｍｍのコの字になるように２箇所を９０°曲げ加工した。前記曲げ加工は、曲げ内側の半径が公称直径の１．５倍となる条件で実施した。曲げ加工を施した後、曲げ加工部の割れ有無を確認するとともに、一辺端部の浮き上がり量を面外変形量として測定した。硬度差と浮き上がり量との関係を図９に、リブ幅の差と浮き上がり量との関係を図１０に、それぞれ示す。【００４５】
表２、図９、および図１０に示した結果より、成分組成、組織、硬度差、およびリブ幅の差のすべてが本発明の条件を満たす場合には、面外変形が少なく、曲げ加工性に優れていることが判る。これに対し、成分組成、組織、硬度差、およびリブ幅の差のいずれかが本発明の条件を満足しない比較例は、曲げ加工性が劣っている。【００４６】
【表１】
2017138577.tif 000003
【００４７】
【表２】
2017138577.tif 000004
【００４８】
（実施例２）
続いて表１の鋼種Ａを用いて、９０°間隔に配置された４本リブを有する、公称直径１２．７ｍｍ（呼び名Ｄ１３）、強度レベルＳＤ３４５の異形鉄筋を、直棒圧延により製造した。圧延には、二個一対のロールを直交に配置した４ロール圧延機を使用し、隣り合うロール間の隙間を調整し、噛み出し圧延を行うことによってリブを形成した。リブ幅および対角リブ頂点間距離は表３に示した通りとした。リブ幅および対角リブ頂点間距離の調整は、上下左右ロールのギャップと、異形転写ロールに入る前の素材の大きさを変えることによって噛み出し量を制御して行った。なお、異形転写ロールパス前後の断面減少率は４０％以内とし、不当な断面硬度差とならない範囲で調整した。曲げ性の評価は実施例１と同様の方法で行い、その結果を表３に示した。また、リブ幅の差と浮き上がり量との関係を図１１に、対角リブ頂点間距離の差と浮き上がり量との関係を図１２に、それぞれ示す。【００４９】
表３、図１１、および図１２に示した結果より、リブ形状が本発明の条件を満たす場合には、面外変形が少なく、曲げ加工性に優れていることが判る。これに対し、本発明の条件を満足しない比較例は、曲げ加工性が劣っている。【００５０】
【表３】
2017138577.tif 000005
【図１】
2017138577.tif 000006
【図２】
2017138577.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017138577.tif 000012
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2017138577.tif 000017
【国際調査報告】
2017138577.tif 000018
2017138577.tif 000019