(57)【要約】  【課題】  コイル状の高強度円断面異形棒鋼、異形線材から棒線加工品への曲げ加工に当たって、１）材料の曲げ加工の軸周り異方性を解決し、２）制御冷却に付随する材料ネジレ問題や巻き戻しトラブルを解決し、よって自動加工を正確、高能率に行わしめる。  【解決手段】  材料の曲げ挙動が軸周りで同一となるよう、横断面形状と表面に形成された凹凸の形状を工夫する。例１：横断面形状を圧下方向・幅方向の各中央部のみ円弧とし、対角方向に山、溝から成る斜め節を形成する、例２：上記山、溝をネジ節として４列ネジ節とする、例３：２列ネジ節筋に対してネジ底部横断面形状をネジ底部が短径となるオーバルとする。断面係数及び曲げ挙動の等方化により、材料に混入しているネジレの曲げに及ぼす影響を解消して通常の制御冷却を適用可能ならしめ、その上新規制御冷却によりコイル巻癖も解消して高強度化と高度の加工均一性を図る。  【選択図】  図２
2006142305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御冷却された高強度のコイル状の熱間圧延異形棒鋼又は異形線材であって、形状が１）実質的に円形断面を持ち、２）９０度又は１８０度の棒軸回転対称を持ち、３）横断面中心から最終圧延圧下方向・幅方向への拡がり角がそれぞれ２０〜３０度の範囲内の４カ所は外形円であり、４）該範囲の外側４カ所の円柱表面には直径未満の溝部と直径を超える山部から成る斜め節を持つことを特徴とする異形棒鋼又は異形線材。
【請求項２】
節の形状が全体としてネジ山が１周４カ所欠落したネジ節構造になっていることを特徴とする請求項１に記載の異形棒鋼又は異形線材。
【請求項３】
制御冷却された高強度のコイル状の熱間圧延異形棒鋼又は異形線材であって、表面には最終圧延圧下面に沿って上下２列のネジ節を持ち、ネジ底部の横断面形状が該圧下方向が短径、幅方向が公称径の長径となる楕円形であること特徴とする異形棒鋼又は異形線材。
【請求項４】
熱間圧延直後の走行する赤熱異形棒鋼又は異形線材を走行方向周りに自転するらせん状誘導管に貫通させて非回転のらせん状リングに成形し、該リングを走行するコンベア上に落下させて非同心水平平行リング列を形成し、該リング列を連続的に衝風冷却又は冷媒槽へ浸漬冷却して該棒鋼又は線材の強度を長さ方向に沿って平準化、且つ所望の水準に調整したのち集束してコイルとしたことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の異形棒鋼又は異形線材。
【請求項５】
熱間圧延直後の走行する赤熱異形棒鋼又は異形線材を鉛直軸周りに自転するらせん状誘導管に貫通させて非回転の鉛直らせん状リングに成形し、該リングを該リング軸に対して偏心して水平に回転している集積台上に落下させることにより、実質的に半径方向には一定、接線方向には等間隔で偏心して集積したリング列を形成しつつ、該集積台を下降させ、冷水又は温水中に浸漬冷却して該棒鋼又は線材の強度を長さ方向に沿って均一化、且つ所望の水準に調整し、且つ併行してコイルとしたこと特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の異形棒鋼又は異形線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高強度で曲げ異方性が無く且つコイル状の異形棒鋼又は異形線材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
節、リブ付き熱間圧延異形棒鋼は鉄筋に多用されている。ネジ節異形材も結合性、定着性から効果的用途を持つ。主筋に使用される場合は材料強度よりコンクリートとの付着力の方が優先されＪＩＳで節、リブ寸法が規定されている。剪断補強筋の場合は、逆に材料強度が効果的に作用し付着性は付随的である。そのため棒鋼であれ線材であれ圧延直後の水冷その他の冷却を工夫、適用して降伏強度を通常の約３００ＭＰａから約６００〜８００ＭＰａに上げている。場合により再加熱熱処理により更に高強度化される。
【０００３】
たいてい使用に際して曲げ加工がなされる。加工精度に対して材料側に二つの問題がある。
第１は、節、リブを持つので横断面における最終圧延圧下方向、幅方向及び対角方向で断面係数が異なる。そのため異形材は本来的に曲げ異方性が存在する。直棒を曲げると断面係数が小さい方向に曲がりやすい。無拘束曲げの場合は棒が軸周りに自転して曲げに追随する。片側が拘束されると多少捻れて追随する。拘束の諸条件が一定しないなら曲げ時にネジレと曲げが一定せず、仕上がり寸法がばらつく。
【０００４】
第２は、材料がコイルの場合は製造時の巻き方、使用時の巻き戻し方により材料に１周１回のネジレが入る。ネジレがあると、材料の送給に対応して加工機の拘束方向、曲げ方向が一定でも、材料側から見ると両方向とも時々刻々変化し、その結果加工形状が安定しない。従って材料に対して断面係数は軸周りで一定であることが望まれる。
【０００５】
第２の問題から次の問題が派生する。コイル状異形材を製造するとき、製品のネジレを防止するため通常ポアリング式リールにより巻取られる。該リールでは、巻き取られた材料はリールと共に回転し、リングは密接・重畳するので適切な制御冷却を施すことは不可能に近い。成り行き次第の冷却であるから製品の機械的性質は徐冷により強度は低く、しかもコイル内でバラツキが大きい。該製品・製法は曲げ加工には都合良いが高強度化には全く対応できない。
【０００６】
特許文献１には、制御冷却を適用すべくレイング式リールを使用し、付随するネジレ混入は許容し、製品使用の巻き戻し時に逆捻りする方法が開示（方法Ａ）されている。該方法では熱間製造時の捻り角は均等であるが冷間の逆捻りは極めて不均等になるという問題がある。なぜなら材料送給に伴って発生する逆捻り応力は走行区間内でほぼ均等に集積し、限界（冷間のため高降伏応力になっている）に達すると一カ所でネジレが生じ、１周１回の低捻り角を大きく超え、この現象が間欠的に起こるからである。
【０００７】
特許文献２には、同様に、レイング式リールによるネジレを無くするのため巻取前に逆捻りを加える方法が開示（方法Ｂ）されている。該方法は有効であるが、巻取機と同期した旋回加工機１パスの増設と管理が煩雑になる。
【０００８】
特許文献３には、曲げ異方性を解決した異形材の圧延方法が開示（方法Ｃ）されている。該方法によると棒鋼、線材の仕上げ圧延に対して２パスの４方ロールにより４条のリブを形成することにより異方性を解決している。その結果ネジレの有無に関わらずネジレ問題が解消され、巻取にレイング式リールが使用でき制御冷却が可能となり画期的である。問題は、既存の通常の２方ロールでは４条リブの形成は極めて困難であり、提案のように２台の特殊圧延機の新設とその管理を要することである。
【０００９】
特許文献４には、高強度ネジ節鉄筋の形状が開示（方法Ｄ）されている。開示された形状では曲げ加工限界は改善されるが、欠落ネジ節筋固有の１）曲げ異方性が特に大きいこと（開示例ではリブ形成の結果一層ネジ節側面側に曲がり易い。）、２）孔型圧延においてネジ状に傾斜した節を形成する過程で捻り作用が発生し、製品に微妙なネジレが入り易いという２問題がある。
【００１０】
特許文献５には、材料の高強度化のための制御冷却方法が開示（方法Ｅ）されている。当該方法では他の線材制御冷却法と同様に、非同心水平平行リング列を冷却しているので該列は弾性的、強制的に拘束されてコイルとなる。該コイルは外見上同軸でも本来非同軸であるので特に太径材の曲げ加工では寸法バラツキをもたらす。その上ネジレ問題も残されている。
【００１１】
特許文献６には、材料を高強度化するための沸騰冷却による制御冷却方法の例が開示（方法Ｆ）されている。当該方法では落下リングを温水中で適当に分散させつつコイルを形成し、加速冷却するので方法Ｅのような弾性的拘束が生じない。従って使用時に変な挙動が起こらない。しかし開示の方法では高速で水中に落下・突入するリングを正確・均等に分配することは困難であり、又分配ガイドによる当たり傷を付けやすいという問題がある。微小な当たり傷でも膜沸騰が核沸騰へ移行し、過剰冷却となって異常組織を誘発し、当該プロセスの致命的欠陥となるので未だ分散配置はなされていない。
【００１２】
【特許文献１】特許公開平１１−２４４９３８
【特許文献２】特許公開平０２−０５９１１５
【特許文献３】特許公開平０９−０９４６０２
【特許文献４】特許公開平０８−２８４３１３
【特許文献５】特許公開昭６３−０２４０４８
【特許文献６】特許公開昭５７−０７９１２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のように曲げ加工性が軸周りで均等で且つ高強度の異形棒鋼、異形線材を製造する際、従来の方法では、問題１）異形の故に断面係数の値が軸周りで異なり、ネジ節の場合（方法Ｄ）は特に異方性が大きく、問題２）高強度化のための制御冷却を適用するとそれに付随して材料にネジレが混入し、その２作用ともに下流工程における曲げ加工寸法をばらつかせ、自動加工を混乱させる。
ネジレを曲げ加工時に修復する方法Ａは不完全であり、ネジレを事前に解消する方法Ｂは煩雑であり、いずれもネジレを解決しても断面係数の異方性問題は残る。
問題３）異方性を解決する方法Ｃはネジレ問題も解消するが特別の圧延機を要して高価である。
異方性問題、ネジレ問題を解決しても高強度化のため制御冷却方法Ｅを適用すると、問題４）製品コイルを使用する際、制御冷却時に形成された水平平行リング列に復元しようとする弾性反発により曲げ加工寸法をばらつかせる問題が残っている。
【００１４】
本発明は上記の問題１）、２）、３）に対しては特に新たにコストをかけることなく曲げ加工の異方性を改善・解決し、問題４）に対しては新規制御冷却方法により解決し、よって曲げ加工性が高度に均一で且高強度の異形棒鋼・異形線材の製造・提供を通して、２次加工の全自動化、高速化を容易ならしめることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記問題の解決のため以下の手段が講じられる。
１）曲げ異方性を解決するため断面係数が軸周りでほぼ等しい新規異形を考案する。
２）同様に断面係数が軸周りでほぼ等しい新規ネジ節形状を考案する。
３）高強度化のため上記新規異形材に従来の制御冷却方法を適用する。
４）製品コイルを弾性的にも同軸性とすることが可能な新規制御冷却方法を考案する。
【００１６】
第１の発明は、制御冷却された高強度のコイル状の熱間圧延異形棒鋼又は異形線材であって、形状が、１）実質的に円形断面を持ち、２）９０度又は１８０度の棒軸回転対称を持ち、３）横断面中心から最終圧延圧下方向・幅方向への拡がり角がそれぞれ２０〜３０度の範囲内は外形円であり、４）該範囲の外側４カ所の円柱表面には直径未満の溝部と直径を超える山部から成る斜め節を持つことを特徴とする異形棒鋼又は異形線材である。
【００１７】
第２発明は、節の形状が全体としてネジ山が１周４カ所欠落したネジ節構造になっていることを特徴とする第１発明に記載の異形棒鋼又は異形線材である。
【００１８】
第３発明は、制御冷却された高強度のコイル状の熱間圧延異形棒鋼又は異形線材であって、表面には最終圧延圧下面に沿って上下２列のネジ節を持ち、ネジ底部の横断面形状が該圧下方向が短径、幅方向が公称径の長径となる楕円形であることを特徴とする第１発明に記載の異形棒鋼又は異形線材である。
【００１９】
第４発明は、熱間圧延直後の走行する赤熱異形棒鋼又は異形線材を走行方向周りに自転するらせん状誘導管に貫通させて非回転のらせん状リングに成形し、該リングを走行するコンベア上に落下させて非同心水平平行リング列を形成し、該リング列を連続的に衝風冷却又は冷媒槽へ浸漬冷却して該棒鋼又は線材の強度を長さ方向に沿って平準化、且つ所望の水準に調整したのち集束してコイルとしたことを特徴とする第１発明又は第２発明又は第３発明に記載の異形棒鋼又は異形線材である。
【００２０】
第５発明は、熱間圧延直後の走行する赤熱異形棒鋼又は異形線材を鉛直軸周りに自転するらせん状誘導管に貫通させて非回転の鉛直らせん状リングに成形し、該リングを該リング軸に対して偏心して水平に回転している集積台上に落下させることにより、実質的に半径方向には一定、接線方向には等間隔で偏心して集積したリング列を形成しつつ、該集積台を下降させ、冷水又は温水中に浸漬冷却して該棒鋼又は線材の強度を長さ方向に沿って均一化、且つ所望の水準に調整し、且つ併行してコイルとしたこと特徴とする第１発明又は第２発明又は第３発明に記載の異形棒鋼又は異形線材である。
【発明の効果】
【００２１】
上記の発明によると第１の効果として異形材の断面係数が棒軸周りで等しいので曲げ加工時の加工精度が向上、自動加工が安定する。
第２の効果としてネジ節棒鋼又はネジ節線材に対しても上記同様に曲げ異方性が無くなるので上記同様に改善される。
第３の効果として曲げ異方性の無い形状であるから制御冷却を適用してネジレが入っても問題は解消され容易に高強度異形材が製造される。
第４の効果として、特異・新規の巻取・冷却同時処理方法によりコイルには弾性応力を内在させず、しかも幾何的ルーズ・コイル（連続するリングを順次旋回配置することにより、（１）相前後するリング間の線上接触を避け且つ均等・適切な間隙を形成せしめ、（２）外形が正確な厚肉円筒状と成ったコイルと定義する。）が正確に形成され且つ高強度化がなされ、曲げ加工均一性が高度に優れた異形棒鋼、異形線材のコイルとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の異形棒鋼又は異形線材の形状の１例を示す。横断面形状が、実質的に円形であり、且つ９０度又は１８０度の回転対称を持ち、断面中心から最終圧延圧下方向Ｖ・幅方向Ｈへの拡がり角αがそれぞれ２０〜３０度の範囲内は外形円１である。その結果圧下方向と幅方向の曲げモーメントは同一となる。ここで２０〜３０度と限定した理由は、該範囲では圧下側面に溝、山を形成しにくいので逆に円弧のままが製造し易いからである。
【００２３】
該範囲の外側４カ所の円柱表面２には直径未満の溝部３と直径を超える山部４から成る斜め節５が形成され、対角方向の曲げモーメントはそれぞれ同一となる。溝部直径Ｄ１、山部直径Ｄ２を”適切に設計する”ことにより圧下、幅方向の曲げモーメントと同等とすることができる。即ち曲げ性は棒軸周りについて実質的に等しくなる、即ち曲げ等方性を持つ。曲げ等方性は曲げ加工寸法精度の重要条件となる。
前記”適切に設計する”とは、材料力学的に計算しても、実際の材料・加工では弾性域から塑性域まで絡むこと、異形に伴う金属組織、硬度の微妙なムラが介在すること等により実地の修正を要すると言うことである。
【００２４】
図２は本発明の異形棒鋼又は異形線材の形状の他の例を示す。図１形状の特別の場合であり、斜め節の形状が全体としてネジ山６が１周４カ所欠落したネジ節構造になっている。図１形状の特徴である曲げ等方性を保持すると共に、ネジ構造の特徴である固定及び結合が容易と言う特徴を併せ持つ。
４列ネジ節は従来の２列ネジ節に対して別の効果がある。即ち、１）コンクリートへの付着力が改善される、２）異形孔型圧延において溝の分散がロール表面の耐久性に有利となる、３）美観がある。他方ネジ面積の減少の不都合はネジピッチ、カップラー長さ等により修正される。
【００２５】
図３は本発明の異形棒鋼又は異形線材の形状の他の例を示す。表面には最終圧延圧下面に沿って２列のネジ節７を持ち、ネジ底部８の横断面形状は該圧下方向Ｖが短径であり、幅方向Ｈが長径で公称径となる楕円形である。通常のネジ節棒はネジ面方向（＝圧下方向）には曲がりにくい。断面アスペクト比を前発明同様に”適切に設計する”ことにより曲げモーメントが棒軸周りについて実質的に等しくすることができる。
当該形状は従来の２列ネジ節に比較して新たな２効果を持つ。即ち、従来形状では引張に対してしばしばネジ山裾を破壊起点として剪断切れを起こし、強度及び／又は伸びが充分に発揮されない。耐震部材として不充分である。ネジ面形状を修正しても当該傾向は残る。本発明の形状ではネジ底が短径になった分だけ山裾が延長され応力集中を緩和し易く、正常伸びが発揮され易い。他方公称径に対する断面積が多少小さくなるが、前記理由による定着効率の向上により、材料の強度低下を補う。最適設計により歩留まり向上も期待できる。
【００２６】
図４には上記異形材を高強度化、コイル化する方法例が示される。
熱間圧延直後の走行する赤熱異形棒鋼又は異形線材１１をレイング式巻取機で巻取り、即ち走行方向周りに自転するらせん状誘導管１２に貫通させて非回転のらせん状リング１３に成形し、該リングを水平走行するコンベア１４上に落下させて非同心水平平行リング列１５を形成し、該リング列を連続的に衝風冷却又は冷媒槽１６へ浸漬冷却した後集積してコイル１７とする。該棒鋼又は該線材の強度・靱性は長さ方向に沿って平準化され且つ所望の水準に調整される。これらは公知技術である。ただ新規の異形により曲げ等方性を持つので巻取によるネジレの混入は問題とならない。
【００２７】
図５には上記同様目的の他の方法が示される。
熱間圧延直後の走行する赤熱異形棒鋼又は線材２１を鉛直軸周りに自転するらせん状誘導管２２に貫通させて非回転の鉛直らせん状リング２３に成形し、該リングを該リング軸に対して偏心して水平に回転している集積台２４上に落下させることにより実質的に半径方向には一定、接線方向には等間隔で偏心して集積したリング列２５を形成しつつ、該集積台を下降させ、冷水又は温水の冷却槽２６中に浸漬冷却して棒鋼又は線材の強度を長さ方向に沿って均一化させ且つ所望の水準に調整し、且つ併行してコイル状とする。
【００２８】
コイル形状の最適化には集積台の回転位相角が０．１〜π／２（ｒａｄ）であり、偏心率が０．１〜０．５であることが望ましい。
位相角（ｒａｄ）＝２π×集積台回転数／らせん状誘導管回転数
偏心率＝偏心距離／リング半径
なぜなら、１）コイルの内外径差が大きく厚肉・正確な外形のコイルとできて束崩れ、すれ傷等の取り扱い時の問題が改善される。２）リング間の密接、重畳が無くなり規則的交叉による規則的な間隙を持つコイル形状により均一冷却がなされるからである。図６Ａはリングの重なり状況を示す平面図であり、図６Ｂは得られたコイルの外観図である。
【００２９】
このような幾何的ルーズコイルではモツレは全く無く、また結束時の弾性拘束も無いので使用時には材料は円滑に引き出され伸直加工、曲げ加工が極めて安定し、加工速度の向上に大いに役立つ。
【００３０】
高強度化は成分と冷却速度に依存して調整することができる。均一冷却のための新規方法を提起したが、冷媒自体は周知であり、従って成分、鋼材寸法、冷却調整等の条件の最適化は当業者には困難ではないので説明を省略する。
【実施例】
【００３１】
曲げ加工性の均一な高強度剪断補強筋について具体的製造条件を示す。
使用鋼種の化学成分は、０．２％Ｃ，０．８％Ｓｉ，１．５％Ｍｎ，０．８％Ｃｒで、その他一般的不純物を含む。
【００３２】
異形の形状は圧下方向、幅方向の３０度は１３ｍｍ径の円弧であり、残り部分に９０度回転対称の深さ０．５ｍｍの斜め溝と、該溝に沿って両側に高さ０．５ｍｍの斜め節が形成されている。剪断補強筋としてはこの程度の凹凸でも充分である。
比較材として深さ１．０ｍｍ、幅２．０ｍｍの斜め溝を圧下両面に形成し、幅方向３０度は円弧平坦とした。
【００３３】
当該鋼種の鋼片を通常の熱間圧延により異形１３ｍｍ径の線材に１５ｍ／ｓの速度で圧延し、９３０℃でレイング式巻取機で巻取り、コンベアを介して非同心水平平行リング列を形成し、該リング列を９５℃の温水槽中を通過させて３５秒間浸漬冷却し、線材温度が２５０〜３５０℃で引き上げ、最小内径約１．０ｍ、最大外径約１．２の通常コイルに集束した。
【００３４】
機械的性質は、降伏応力のコイル内平均値は８４４ＭＰａ、標準偏差１７ＭＰａ、伸びは１０．６〜１２．０％になった。金属組織はフェライト、パーライト、ベイナイト、焼戻しマルテンサイトの混合であり、両者同等である。
【００３５】
該線材をコイルから引き出して伸直機、自動曲げ機、自動溶接機を介して４００ｍｍ×６００ｍｍの溶接閉鎖型フープを製造した。溶接に際してフープの両端のズレは、比較材３０〜２５０ｍｍに対して本発明材は７０ｍｍ以下に収まり、自動加工性が向上した。曲げ加工寸法そのものの向上よりも、直前の伸直加工（一種の曲げ加工）の調整が容易、且つ精度が格段に向上したことが主要因と解った。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
耐震構造のため剪断補強鉄筋はますます重要になる。該鉄筋では高強度が求められる。通常、円断面材が使用されるがコンクリートとの付着強度の向上も望ましい。本発明は制御冷却が附加された高強度鉄筋であり付着性も兼ね備え、剪断補強筋用材料として適切である。又フープ状該鉄筋の製造に当たり、鉄筋を曲げ加工する際、曲げ異方性を解決した異形の形状により曲げ加工量が均一であるから自動加工が安定し、高能率を容易にし、コスト低減に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の異形材の例の断面、側面の概略図である。
【図２】本発明の異形材の他の例の断面、側面の概略図である。
【図３】本発明の異形材の他の例の横断面、縦断面の概略図である。
【図４】本発明を製造する設備の例の概略側面図である。
【図５】本発明を製造する設備の他の例の概略側面図である。
【図６】本発明のコイルの形状の例の概略平面図Ａと外観図Ｂである。
【符号の説明】
【００３８】
１：外形円    ２：円柱表面    ３：溝部    ４：山部    ５：斜め節    ６：ネジ節    ７：ネジ山    ８：ネジ底    １１：赤熱線材    １２：誘導管    １３：らせん状リング    １４：コンベア    １５：平行リング列    １６：冷却槽    １７：コイル    ２１：赤熱線材    ２２：誘導間    ２３：らせん状リング    ２４：回転集積台    ２５：リング列    ２６：冷却槽
【図１】
2006142305.tif 000003
【図２】
2006142305.tif 000004
【図３】
2006142305.tif 000005
【図４】
2006142305.tif 000006
【図５】
2006142305.tif 000007
【図６】
2006142305.tif 000008