(57)【要約】【課題】コンクリート強度が２００Ｎ／ｍｍ２に向上したことに対応し、超高強度を有する鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋の製造方法を提供する。【解決手段】化学成分がＣ：０．２５％〜０．５０％，Ｓｉ：２．００％以下，Ｍｎ：２．００％以下，残部が鉄及び不可避不純物である鋳片に熱間で圧延成形処理を行って、全長にわたって断面非円形を有する異形棒鋼とする第１ステップと、第１ステップで得られた異形棒鋼に対して焼入処理と焼戻処理とを順に行う第２ステップと、を含み、第２ステップで得られた鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋が９８０Ｎ／ｍｍ２以上の降伏点又は０．２％の耐力の材料基準強度を有する。特に、焼戻処理における焼戻温度が４００℃〜７５０℃である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分がＣ：０．２５％〜０．５０％，Ｓｉ：２．００％以下，Ｍｎ：２．００％以下，残部が鉄及び不可避不純物である鋳片に熱間で圧延成形処理を行って、全長にわたって断面非円形を有する異形棒鋼とする第１ステップと、
上記第１ステップで得られた異形棒鋼に対して焼入処理と焼戻処理とを順に行う第２ステップと、
を含み、
上記第２ステップで得られた鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋が９８０Ｎ／ｍｍ２以上の降伏点又は０．２％の耐力の材料基準強度を有する、鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋の製造方法。
【請求項２】
前記焼戻処理における焼戻温度が４００℃〜７５０℃である、請求項１に記載の鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋の製造方法。
【請求項３】
前記第２ステップでは、前記異形棒鋼を連続的に送りつつ、高周波誘導加熱によって焼入温度まで急速加熱後、急速冷却して焼入れをし、引き続き高周波誘導加熱によって焼戻温度まで急速加熱後、急速冷却して焼戻しをする、請求項１又は２に記載の鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋の製造方法。
【請求項４】
前記第１ステップにおける圧延成形処理では、熱間圧延により、先ず、前記鋳片を丸い棒状にし、その中心軸に対して互いに対称かつ平行な一対の平坦面を軸方向に沿って設け、次いで、上記一対の平坦面の仮想延長面間のみに雄ねじの機能を有するねじ節を両端部又は全長にわたって設けて、前記異形棒鋼とする、請求項１〜３の何れかに記載の鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリート造構造物において用いられる鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋の製造方法に関する。ここで、鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋とは、コンクリート部材の中又は表面に配置され、コンクリート造構造物に作用する引張、圧縮あるいはせん断の力に抵抗する棒鋼をいう。
【背景技術】
【０００２】
従来の建築・土木コンクリート用鉄筋として用いられる異形棒鋼は、鋳片を素材として熱間圧延成形されてなるものである。例えば、特許文献１に記載されているねじ節棒鋼は、素材としての鋳片に熱間圧延を行うことにより、その中心軸に対して互いに対称かつ平行な一対の平坦面を軸方向に沿って設け、次いで、一対の平坦面の仮想延長面間のみに雄ねじの機能を有するねじ節を設けている。
【０００３】
従来の建築・土木コンクリート用鉄筋として用いられる異形棒鋼では、降伏点又は０．２％耐力は６８５Ｎ／ｍｍ２が限度であった。その後、ＪＩＳ規格で規定されているＤ１６以下のサイズを有する異形棒鋼において、降伏点又は０．２％耐力が６８５Ｎ／ｍｍ２を超えるものが製造されてきている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−１１７１６１号公報
【特許文献２】特開昭５１−９４６２６号公報
【特許文献３】特開２０００−１４４２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
耐力６８５Ｎ／ｍｍ２を有する鉄筋が開発された当時、コンクリート強度は８０Ｎ／ｍｍ２であった。しかし、現在ではコンクリートの強度はフライアッシュコンクリートの品質向上などにより飛躍的に向上しており、コンクリート強度は２００Ｎ／ｍｍ２までアップしている。一方、コンクリート用鉄筋に用いられている異形棒鋼についても、６８５Ｎ／ｍｍ２をはるかに上回る耐力が必要な状況となっている。
【０００６】
本発明は、上述した点に鑑み、コンクリート強度が２００Ｎ／ｍｍ２に向上したことに対応し、超高強度を有する鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、化学成分がＣ：０．２５％〜０．５０％，Ｓｉ：２．００％以下，Ｍｎ：２．００％以下，残部が鉄及び不可避不純物である鋳片に熱間で圧延成形処理を行って、全長にわたって断面非円形を有する異形棒鋼とする第１ステップと、第１ステップで得られた異形棒鋼に対して焼入処理と焼戻処理とを順に行う第２ステップと、を含み、第２ステップで得られた鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋が９８０Ｎ／ｍｍ２以上の降伏点又は０．２％の耐力の材料基準強度を有する、鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋の製造方法により、達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、降伏点又は０．２％耐力の材料基準強度９８０Ｎ／ｍｍ２以上，引張強さ１０３２Ｎ／ｍｍ２以上，伸び７％以上である異形棒鋼を初めて提供することができ、鉄筋コンクリート造構造物の主要構造部に用いられる鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋などを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態に係る鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋の製造方法について具体的に説明する。
【００１０】
本発明の実施形態に係る鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋の製造方法は、所定の化学成分を有する鋳片に対し熱間で圧延成形処理を行う第１ステップと、第１ステップで得られた異形棒鋼に対して焼入処理と焼戻処理とを順に行う第２ステップと、を含んでいる。
【００１１】
第１ステップでは、素材としての鋳片には、完成品としての異形棒鋼に対応する寸法を有するものを用いる。すなわち、ＪＩＳ規格の呼び名にあるように、Ｄ１０、Ｄ１３、Ｄ１６、Ｄ１９、Ｄ２２、Ｄ２５、Ｄ２９、Ｄ３２、Ｄ３５、Ｄ３８、Ｄ４１及びＤ５１の異形棒鋼に対応した鋳片を用いる。
【００１２】
その鋳片は次のような化学成分を有する。すなわち、化学成分が重量％で、Ｃ：０．２５％〜０．５０％，Ｓｉ：２．００％以下、好ましくはＳｉ：１．２０％以下，Ｍｎ：２．００％以下，残部が鉄及び不可避不純物である鋳片を用いる。Ｃの量が０．２５％より少ないと焼入れにより必要とされる強度が得られず、逆に０．５０％より多いと靱性を阻害する。Ｓｉの量が２％を超えると靱性が低下する。なお、Ｓｉの量の下限としては、好ましくは０．５％以上であれば鋼材溶解時の脱酸に有効となる。Ｍｎは焼入れ性能を高めるために添加されるものであるが、２％を超えると焼入れ後残留オーステナイトが増加するので好ましくない。
【００１３】
第１ステップでは、素材としての鋳片に対し熱間圧延成形を施すことにより、異形棒鋼とすることができる。ここで、異形棒鋼が少なくとも両端部にねじ節を有しかつ全長にわたり断面非円形となれば、圧延成形の手法は問わない。ねじ節とは雄ねじの機能を有するものであり、ねじ節のおかげで一の異形棒鋼と他の異形棒鋼とを長尺ナットなどの継手等で接続することができる。
【００１４】
一端側の雄ねじ部と他端側の雄ねじ部との間は、軸方向に対するコンクリートの付着強度が大きく得られる異形であることが好ましい。異形棒鋼の好ましい態様では、全長にわたってねじ節が設けられているねじ節異形棒鋼である。それゆえ、熱間圧延成形により、鋳片を丸い棒状にし、その中心軸に対して互いに対称かつ平行な一対の平坦面を軸方向に沿って設け、次いで、一対の平坦面の仮想延長面間のみにねじ節を設けることが好ましい。
【００１５】
以上のようにして、第１ステップにより得られる異形棒鋼は、その両端部又は全長にわたってねじ節を有しかつ全長にわたって断面非円形を有する。ねじ節は雄ねじの機能を有し、グラウト継手やネジスリーブ継手などの継手による連結に供される。むろん、異形棒鋼には、ねじ節の代わりに、竹節を設けるようにしてもよい。
【００１６】
第２ステップでは、第１ステップで得られた異形棒鋼に対し焼入処理と焼戻処理とを順に施す。すなわち、第１ステップにおいて鋳片に対し熱間圧延成形を行った後、第２ステップとしてマルテンサイト組織にして硬く強くさせるために焼入処理を行い、次いで粘く強靱性を持たせるために焼戻処理を行う。
【００１７】
第２ステップでは、第１ステップで得られた異形棒鋼を連続的に送りつつ、高周波誘導加熱によって焼入温度まで急速加熱後、急速冷却して焼入れをし、引き続き高周波誘導加熱によって焼戻温度まで急速加熱後急速冷却して焼戻しをすることが好ましい。ここで、高周波誘導加熱では例えば１０ｋＨｚ前後の高周波を用いることができるが、これ以外の範囲の周波数であってもよい。
【００１８】
焼入処理では、高周波誘導加熱により、異形棒鋼の中心においてＡ３変態点温度以上に昇温し、冷却液を噴射することで急冷する。Ａ３変態点温度以上の所定の温度、例えば９５０℃〜１１５０℃のある温度に異形棒鋼の表面温度を上げ、一定時間保持する。一定時間保持することで異形棒鋼の表面温度と中心温度とが等しくなるようにする。これにより、断面径方向に均質となる。一定時間経過すると、水を噴射することで急冷する。
【００１９】
焼戻処理では、高周波誘導加熱により異形棒鋼の表面を４００℃〜７５０℃の範囲の温度まで昇温し、冷却液を噴射することで急冷する。この温度範囲による焼戻処理により、焼入れによる内部応力を緩和し、靱性を付与すると同時に所定強度に調整する。７５０℃を超える高温で焼戻処理をすると、必要とする機械的性質の確保が難しくなるので、好ましくない。
【００２０】
焼入処理及び焼戻処理では冷却液として、水のほか、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）など、冷却速度を遅くするための高分子系の水溶性冷却剤を使用することができる。これらの冷却液を用いることで冷却速度を最適に調整することができる。
【００２１】
第２ステップにより、降伏点又は０．２％耐力の材料基準強度９８０Ｎ／ｍｍ２以上，引張強さ１０３２Ｎ／ｍｍ２以上，降伏比９５％以下，伸び７％以上という機械的性質を有する異形棒鋼を得ることができる。
【００２２】
本発明の実施形態によれば、第１ステップにおいて熱間圧延成形により、例えば少なくとも両端部にねじ節を付けて異形棒状とし、さらに、第２ステップにおいて焼入れ処理及び４００℃〜７５０℃で焼戻し処理を施すことにより、降伏点又は０．２％耐力の材料基準強度９８０Ｎ／ｍｍ２以上，引張強さ１０３２Ｎ／ｍｍ２以上，伸び７％以上である機械的性質を有する鉄筋コンクリート造構造物用鉄筋を製造することができる。
【００２３】
また、本発明の実施形態によれば、焼戻工程後に冷間２次加工としてねじ加工を行う必要がなく、コスト低減となる。ねじ加工を焼入れ、焼戻し処理の前に行っていることから、圧延成形も容易に行うことができる。なお、本発明の実施形態で得られる異形棒鋼は、プレストレスト・コンクリート用鉄筋として適用するものではない。
【実施例１】
【００２４】
以下、実施例を示して本発明についてさらに具体的に説明する。
テスト用異径棒鋼は０．３３の炭素の質量％を有し、鉄及び不可避不純物以外の化学成分として、Ｓｉ：２．００％以下，Ｍｎ：２．００％以下，Ｐ：０．０３０％以下，Ｓ：０．０３０％以下を有していた。サンプル１では、上記の化学成分を有する直径３８ｍｍの異径棒鋼を用い、サンプル２では、上記の化学成分を有する直径４１ｍｍの異径棒鋼を用いた。
【００２５】
サンプル１及び２の何れも、第１ステップとして、熱間圧延成形により、丸い棒状にした鋳片の中心軸に対して互いに対称かつ平行な一対の平坦面を軸方向に沿って設け、次いで、上記鋳片に上記一対の平坦面の仮想延長面間のみに雄ねじの機能を有するねじ節を全長に設けた。
【００２６】
サンプル１では、第２ステップの処理において、焼入処理では焼入温度を１０５０℃、焼戻処理では焼戻温度を６００℃とした。
サンプル２では、第２ステップの処理において、焼入処理では焼入れ温度を１０６０℃、焼戻処理では焼戻温度を６１０℃とした。
【００２７】
耐力、引張強さ及び伸びを引張試験及び引張試験後の試験片の突き合わせによりそれぞれ測定した。実施例１では、耐力１０４４Ｎ／ｍｍ２、引張り強度１１０４Ｎ／ｍｍ２、伸び１０．９％であった。実施例２では、耐力１０４４Ｎ／ｍｍ２、引張り強度１１０９Ｎ／ｍｍ２、伸び１０．６％であった。
よって、サンプル１及びサンプル２の何れも、規格値である、耐力９８０Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さ１０３２Ｎ／ｍｍ２以上、伸び７％以上を満たしていることが分かる。
【実施例２】
【００２８】
〔テスト用異形棒鋼〕
ＪＩＳ規格で、Ｄ３２、Ｄ３５、Ｄ３８及びＤ４１の異形棒鋼に対応した鋳片を用意した。鋳片は、０．２５、０．２６、０．２７、０．３２、０．３７、０．４８の炭素の質量％を有し、鉄及び不可避不純物以外にはＳｉ：２．００％以下，Ｍｎ：２．００％以下，Ｐ：０．０３０％以下，Ｓ：０．０３０％以下の化学成分を有していた。
【００２９】
何れのサンプルにおいても、鋳片に対して熱間圧延処理を行って、先ず、丸い棒状にした鋳片の中心軸に対して互いに対称かつ平行な一対の平坦面を軸方向に沿って設け、次いで、一対の平坦面の仮想延長面間のみに雄ねじの機能を有するねじ節を全長に設けた。その後、各サンプルとも、各焼入れ温度で焼入れ処理、各焼戻温度で焼戻処理を行った。焼入処理、焼戻処理における加熱は、高周波誘導により行った。これを実施例１と同様に機械的強度を測定した。
【００３０】
〔サンプル１〕
表１中に示すサンプル１は、炭素成分が０．２５％でＤ３２の異形棒鋼に対応した鋳片を用いて、上述の熱間圧延処理を行い、その後、１０００℃の焼入温度で焼入処理を行い、４６０℃の焼戻温度で焼戻処理を行った。その結果、０．２％耐力１０２８Ｎ／ｍｍ２、引張強さ１１５０Ｎ／ｍｍ２、降伏比８９．４％、伸び８．６％であった。
【００３１】
〔サンプル２〕
表１中に示すサンプル２は、炭素成分が０．２６％でＤ３２の異形棒鋼に対応した鋳片を用いて、上述の熱間圧延処理を行い、その後、１０００℃の焼入温度で焼入処理を行い、４６０℃の焼戻温度で焼戻処理を行った。その結果、０．２％耐力１０５５Ｎ／ｍｍ２、引張強さ１１５０Ｎ／ｍｍ２、降伏比９１．７％、伸び１０．４％であった。
【００３２】
〔サンプル３〕
表１中に示すサンプル３は、炭素成分が０．３７％でＤ３２の異形棒鋼に対応した鋳片を用いて、上述の熱間圧延処理を行い、その後、１１００℃の焼入温度で焼入処理を行い、６００℃の焼戻温度で焼戻処理を行った。その結果、０．２％耐力１１０４Ｎ／ｍｍ２、引張強さ１１７４Ｎ／ｍｍ２、降伏比９４．０％、伸び９．４％であった。
【００３３】
〔サンプル４〕
表１中に示すサンプル４は、炭素成分が０．３７％でＤ３２の異形棒鋼に対応した鋳片を用いて、上述の熱間圧延処理を行い、その後、１１００℃の焼入温度で焼入処理を行い、７１５℃の焼戻温度で焼戻処理を行った。その結果、０．２％耐力１０５８Ｎ／ｍｍ２、引張強さ１１４０Ｎ／ｍｍ２、降伏比９２．８％、伸び８．２％であった。
【００３４】
〔サンプル５〕
表１中に示すサンプル５は、炭素成分が０．４８％でＤ３２の異形棒鋼に対応した鋳片を用いて、上述の熱間圧延処理を行い、その後、１０００℃の焼入温度で焼入処理を行い、６８０℃の焼戻温度で焼戻処理を行った。その結果、０．２％耐力９９８Ｎ／ｍｍ２、引張強さ１１３２Ｎ／ｍｍ２、降伏比８８．２％、伸び１０．０％であった。
【００３５】
〔サンプル６〕
表１中に示すサンプル６は、炭素成分が０．２５％でＤ３５の異形棒鋼に対応した鋳片を用いて、上述の熱間圧延処理を行い、その後、１０００℃の焼入温度で焼入処理を行い、４５０℃の焼戻温度で焼戻処理を行った。その結果、０．２％耐力１００９Ｎ／ｍｍ２、引張強さ１１４７Ｎ／ｍｍ２、降伏比８８．０％、伸び７．９％であった。
【００３６】
〔サンプル７〕
表１中に示すサンプル７は、炭素成分が０．２７％でＤ３５の異形棒鋼に対応した鋳片を用いて、上述の熱間圧延処理を行い、その後、１０００℃の焼入温度で焼入処理を行い、３９０℃の焼戻温度で焼戻処理を行った。その結果、０．２％耐力１１１０Ｎ／ｍｍ２、引張強さ１２５７Ｎ／ｍｍ２、降伏比８８．３％、伸び４．３％であった。
【００３７】
〔サンプル８〕
表１中に示すサンプル８は、炭素成分が０．２７％でＤ３５の異形棒鋼に対応した鋳片を用いて、上述の熱間圧延処理を行い、その後、１０００℃の焼入温度で焼入処理を行い、５４０℃の焼戻温度で焼戻処理を行った。その結果、０．２％耐力１００３Ｎ／ｍｍ２、引張強さ１０６８Ｎ／ｍｍ２、降伏比９３．９％、伸び１２．９％であった。
【００３８】
〔サンプル９〕
表１中に示すサンプル９は、炭素成分が０．４８％でＤ３５の異形棒鋼に対応した鋳片を用いて、上述の熱間圧延処理を行い、その後、１０００℃の焼入温度で焼入処理を行い、７００℃の焼戻温度で焼戻し処理を行った。その結果、０．２％耐力９９０Ｎ／ｍｍ２、引張強さ１１５０Ｎ／ｍｍ２、降伏比８６．１％、伸び１２．０％であった。
【００３９】
〔サンプル１０〕
表１中に示すサンプル１０は、炭素成分が０．２５％でＤ３８の異形棒鋼に対応した鋳片を用いて、上述の熱間圧延処理を行い、その後、１０００℃の焼入温度で焼入処理を行い、４５５℃の焼戻温度で焼戻処理を行った。その結果、０．２％耐力９８７Ｎ／ｍｍ２、引張強さ１１１３Ｎ／ｍｍ２、降伏比８８．７％、伸び７．９％であった。
【００４０】
〔サンプル１１〕
表１中に示すサンプル１１は、炭素成分が０．３２％でＤ３８の異形棒鋼に対応した鋳片を用いて、上述の熱間圧延処理を行い、その後、１０５０℃の焼入温度で焼入処理を行い、６００℃の焼戻温度で焼戻処理を行った。その結果、０．２％耐力１０４４Ｎ／ｍｍ２、引張強さ１１０４Ｎ／ｍｍ２、降伏比９４．６％、伸び１０．９％であった。
【００４１】
〔サンプル１２〕
表１中に示すサンプル１２は、炭素成分が０．２７％でＤ４１の異形棒鋼に対応した鋳片を用いて、上述の熱間圧延処理を行い、その後、１０００℃の焼入温度で焼入処理を行い、７２０℃の焼戻温度で焼戻処理を行った。その結果、０．２％耐力８３６Ｎ／ｍｍ２、引張強さ９０９Ｎ／ｍｍ２、降伏比９２．０％、伸び１２．２％であった。
【００４２】
〔サンプル１３〕
表１中に示すサンプル１３は、炭素成分が０．３２％でＤ４１の異形棒鋼に対応した鋳片を用いて、上述の熱間圧延処理を行い、その後、１０６０℃の焼入温度で焼入処理を行い、６１０℃の焼戻温度で焼戻処理を行った。その結果、０．２％耐力１０４４Ｎ／ｍｍ２、引張強さ１１０９Ｎ／ｍｍ２、降伏比９４．１％、伸び１０．６％であった。
【００４３】
【表１】
2011132571.tif 000002
【００４４】
表１は、サンプル１からサンプル１３までの条件と機械的強度の測定結果を示したものである。
サンプル１〜サンプル１３のうち、０．２％耐力９８０Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さ１０３２Ｎ／ｍｍ２以上、降伏比９５％以下、伸び７％以上という規格値を満たすものは、サンプル７とサンプル１２とを除くものである。
【００４５】
炭素含有量が０．２５〜０．２７％の範囲にあるもので焼入温度が１０００℃であるサンプル１、サンプル２、サンプル６、サンプル７、サンプル８、サンプル１０、サンプル１２同士を比較すると、焼戻温度が３９０℃のサンプル７については規格値を満たしていないので、焼戻温度の下限を４００℃とした。また、焼戻温度が７２０℃のサンプル１２については規格値を満たしていない。このことから、焼戻温度の範囲が４００℃〜７５０℃であることが必要なことが分かった。
【００４６】
炭素含有量が０．３２％、０．３７％、０．４８％の何れかであるサンプル３、サンプル４、サンプル５、サンプル９、サンプル１１、サンプル１３においても、焼戻温度が４００℃〜７５０℃の範囲であるので、０．２％耐力９８０Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さ１０３２Ｎ／ｍｍ２以上、降伏比９５％以下、伸び７％以上という規格値を満たしている。
【００４７】
もっとも、略同じ焼戻温度のサンプル４とサンプル１２とを比較すると、炭素含有量が０．３７％であるサンプル４では７１５℃の焼入温度でも上記規格値を満たしており、炭素含有量が０．２７％であるサンプル１２では７２０℃の焼入温度でも上記規格値を満たさなくなっている。よって、炭素含有量が０．２５％〜０．５０％でも、炭素含有量が０．３７％以上であれば、焼入温度を７１５℃よりも高くしても上記規格値を満たすことが予測される。
【００４８】
よって、実施例２の結果から、化学成分がＣ：０．２５％〜０．５０％，Ｓｉ：２．００％以下，Ｍｎ：２．００％以下，残部が鉄及び不可避不純物である鋳片に熱間で圧延成形処理を行って異形棒鋼とし、この異形棒鋼に対して焼入処理と焼戻処理とを順に行う場合、焼戻温度は４００℃〜７５０℃の範囲であればよいことが分かった。この結果は、実施例１の結果を十分満たしている。
【００４９】
なお、化学成分で炭素含有量が０．２５％〜０．５０％の範囲でも、炭素含有量が０．２５％〜０．２７％の範囲では、焼戻温度の上限は７２０℃、特に好ましくは５４０℃程度であると判断することもできる。