(57)【要約】【課題】高強度鋼における水素脆化が抑制できるようにする。【解決手段】ステップＳ１０１で、亜共析鋼からなる鋼材を加熱してオーステナイト相の組成とする。次に、ステップＳ１０２で、鋼材の中心部ほど速い降温速度で冷却して鋼材の表面ほどセメンタイト相が多い状態とする。鋼材の表面ほどセメンタイト相が多い状態となるので、このセメンタイト相が水素を捕獲するトラップサイトとなり、鋼材の内側への水素の侵入が抑制されるようになる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜共析鋼からなる鋼材を加熱してオーステナイト相の組成とする第１ステップと、
前記鋼材の中心部ほど速い降温速度で冷却して前記鋼材の表面ほどセメンタイト相が多い状態とする第２ステップと
を備えることを特徴とする高強度鋼の水素脆化耐性向上方法。
【請求項２】
請求項１記載の高強度鋼の水素脆化耐性向上方法において、
前記第１ステップでは、前記鋼材を１０００℃に加熱することを特徴とする高強度鋼の水素脆化耐性向上方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の高強度鋼の水素脆化耐性向上方法において、
前記第２ステップでは、７２３℃まで、前記鋼材の中心部ほど速い降温速度で冷却することを特徴とする高強度鋼の水素脆化耐性向上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリートの鉄筋などに用いられる高強度鋼の水素による脆化を抑制する高強度鋼の水素脆化耐性向上方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高強度鋼は、鉄骨や鉄筋などとして建築物などの建築要素（固定構造体）の部材として用いられている。例えば、コンクリートのひび割れを防ぐことを目的とし、荷重が作用する前にコンクリート部材に圧縮力がかかった状態（プレストレス）とするために、緊張した高強度鋼材が使用されている。この高強度鋼が、水素と応力の存在下で、脆化して特性を失うことがあることが知られている（非特許文献１参照）。この、水素による高強度の脆化は、水素脆化と呼ばれている。上述したようなコンクリートでの使用においては、高強度鋼の水素脆化の予防のために、プレストレスとして加える応力範囲を小さくして使用する対策がとられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】南雲道彦  著、「水素脆性の基礎  水素の振るまいと脆化機構」、株式会社  内田老鶴圃  発行、２００８年。
【非特許文献２】高井  健一  他、「冷間伸線加工した純鉄および共析鋼の昇温脱離法による水素吸蔵特性評価」、日本金属学会誌、第６２巻、第３号、２６７−２７５頁、１９９８年。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、プレストレスとしてかける応力範囲を小さくする対策は、高強度鋼の本来の性能が発揮されていないという問題がある。このため、鉄鋼（高強度鋼）における水素脆化に対する耐性向上の技術が要望されている。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、高強度鋼における水素脆化が抑制できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る高強度鋼の水素脆化耐性向上方法は、亜共析鋼からなる鋼材を加熱してオーステナイト相の組成とする第１ステップと、鋼材の中心部ほど速い降温速度で冷却して鋼材の表面ほどセメンタイト相が多い状態とする第２ステップとを備える。
【０００７】
上記高強度鋼の水素脆化耐性向上方法において、第１ステップでは、鋼材を１０００℃に加熱すればよい。また、第２ステップでは、７２３℃まで鋼材の中心部ほど速い降温速度で冷却すればよい。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、亜共析鋼からなる鋼材を加熱してオーステナイト相の組成とした後、鋼材の中心部ほど速い降温速度で冷却して鋼材の表面ほどセメンタイト相が多い状態とするので、高強度鋼における水素脆化が抑制できるようなるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における高強度鋼の水素脆化耐性向上方法を説明するフローチャートである。
【図２】図２は、円筒形状の高強度鋼を周囲から加熱する場合の加熱に関する説明をするための説明図である。
【図３】図３は、円筒形状の高強度鋼を周囲から加熱する場合の加熱に関する説明をするための説明図である。
【図４】図４は、円筒形状の高強度鋼を周囲から加熱する場合の加熱に関する説明をするための説明図である。
【図５】図５は、円筒形状の高強度鋼を周囲から加熱する場合の加熱に関する説明をするための説明図である。
【図６】図６は、円筒形状の高強度鋼を周囲から加熱する場合の加熱に関する説明をするための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における高強度鋼の水素脆化耐性向上方法を説明するフローチャートである。この方法は、ステップＳ１０１で、亜共析鋼からなる鋼材を加熱してオーステナイト相の組成とする。次に、ステップＳ１０２で、鋼材の中心部ほど速い降温速度で冷却して鋼材の表面ほどセメンタイト相が多い状態とする。
【００１１】
この実施の形態によれば、上述したように、鋼材の表面ほどセメンタイト相が多い状態となるので、このセメンタイト相が水素を捕獲するトラップサイトとなり、鋼材の内側への水素の侵入が抑制されるようになる。この結果、高強度鋼からなる鋼材全体としての、水素による脆化が抑制できるようになる。
【００１２】
以下、より詳細に説明する。まず、最近、高強度鋼の水素脆化において、鋼内部に侵入する水素のうちで熱分析による特定のピークの水素、言い換えると、高強度鋼のなかに含まれる水素のうちで特定のエネルギーで結合（吸着）している水素が、水素脆化に直接に反映することが判明してきた（非特許文献２参照）。
【００１３】
高強度鋼のなかに含まれる水素のうちで特定の結合エネルギーで結合している水素が水素脆化に直接に反映することから、水素が侵入しても、特定の結合エネルギーの近辺でない状態で存在しているようにすればよい。すなわち、強度に関係しないトラップサイトを高強度鋼の組織の中に形成し、形成したトラップサイトに集中的に水素が蓄えられるようにすれば、高強度鋼全体として、水素による脆化発生を遅らせることができるようになるものと考えられる。具体的には、高強度鋼の周辺部に、セメンタイト相を配置することが考えられる。セメンタイト相は、共析点（Ｃ＝０．７７［ｍａｓｓ％］）付近で得られる炭化鉄である。
【００１４】
高強度鋼としては、共析鋼の組成や、この組成付近の亜共析あるいは過共析の組成が用いられるが、これらの組成のうちで亜共析鋼については、高温でのオーステナイト相からの冷却により、初期にはフェライト相が析出し、この後（７２７℃以下になると）、残存するオーステナイト相が共析変態を起こしてフェライト相とセメンタイト相の２層混合物である層状の構造を持つパーライト組織が形成される。従って、亜共析鋼は、高温のオーステナイト相から冷却すると、初析のフェライト相とこの後で析出するパーライト組成とが混合した組成となる。
【００１５】
ここで、オーステナイト相の組成からの降温速度に分布を持たせると、より速く降温した領域でフェライト層が形成され、より遅く降温する領域ではオーステナイト相がより多い状態となる。より速く降温する領域で析出するフェライト相は、あまり炭素を固溶していない相であり、より遅く降温する領域では、炭素がより多く存在する過共析の状態となる。この結果、より遅く降温する領域では、過共析鋼と同様に、初析のセメンタイト相とこの後で析出するパーライト組成とが混合した組成となる。このように、初析セメンタイト相とパーライト相とが混合した組成では、より多くセメンタイト相が存在していることになる。言い換えると、より遅く降温する領域ほどより多くセメンタイト相が存在していることになる。
【００１６】
ここで、亜共析鋼を加熱してオーステナイト相の組成（オーステナイト相が安定な領域）とした後、中心部ほど速い降温速度で冷却すれば、上述したことより、より遅く降温する鋼材の周辺部ほどセメンタイト相が存在する状態にできる。オーステナイト相が安定な領域とするためには、亜共析鋼からなる鋼材の加熱温度を１０００℃とすればよい。このように形成した鋼材の周辺部のセメンタイト相は、水素を強くトラップするトラップサイトとなり、鋼材の内側の組織への水素の影響を抑制できるようになる。
【００１７】
次に、加熱処理について説明する。以下では、円柱（円筒）形状の鋼材（亜共析高強度鋼）を例に説明する。
【００１８】
まず、加熱は、昇温炉，電磁波加熱など種々の方法（装置）があるが、制御のしやすさからは、電磁波加熱が好ましい。加熱の一例としては、常温中でこれらの炉を用い、円筒形状の高強度鋼を周囲から加熱することが考えられる。例えば、図２の側面図および図３の上面図に示すように、加熱室２１１内に対向して配置される加熱機構２１２の間に高強度鋼２０１を配置し、加熱機構２１２を用いて高強度鋼２０１を加熱すればよい。加熱室２１１の内部は、大気開放状態でもよく、また、密閉して還元性ガスおよび不活性ガスの雰囲気にしてもよい。不活性ガスの例としては、窒素ガスやヘリウムガスなどが挙げられる。なお、還元性ガスの雰囲気としては、水素を含むガスは水素侵入を起こすので好ましくない。
【００１９】
次に、冷却は、例えば、加熱機構２１２による高強度鋼２０１の加熱を弱くすることが考えられる。また、図４に示すように、加熱機構２１２と高強度鋼２０１との距離をより広くすることが考えられる。加熱室２１１の中における熱流４０１により、高強度鋼２０１の側部表面では、加熱状態とされているが、円筒形状の高強度鋼２０１の上面および下面においては、熱流４０１が逃げる状態となり中心部領域２０２では冷却が始まるようになる。
【００２０】
また、図５に示すように、加熱機構２１２と高強度鋼２０１との距離をより広くするとともに、高強度鋼２０１の先端部を、加熱室２１１より外部に出すようにしてもよい。この状態では、加熱機構２１２からの熱流５０１は、加熱室２１１内部に留まるので、加熱室２１２より外部に出ている高強度鋼２０１の先端部では、より多くの熱流５０１が逃げる状態となる。この結果、高強度鋼２０１の中心部領域２０２がより速く降温（冷却）するようになる。このような熱流の状態を効率的に形成するためには、高強度鋼２０１の端部に冷却装置（不図示）を設けるようにしてもよい。
【００２１】
また、加熱機構２１２としては、電磁波加熱を用いるとよりよい。電磁波加熱によれば、通電による加熱量が容易に測定でき、冷却装置などによる冷却で熱流がどの程度奪われるかを知ることができる。従って、加熱を弱くする速度（降温速度）が、適宜に設計することができる。なお、降温は連続的にする必要はなく、段階的でもよい。一例として、あらかじめ測定した当該高強度鋼の熱容量係数を用い、この熱容量係数より、室温（例えば２０℃程度）状態にさらした場合の温度降下（冷却速度）より、中心部における温度低下速度が、より速くなるように調整することが考えられる。なお、上述した冷却（降温）は、共析点温度の７２３℃まで行えば足りるが、室温（２５℃）程度にまで下げることが望ましい。
【００２２】
上述した本発明により、フェライト組織を、セメンタイト組織を多く含むフェライト・セメンタイト混合相が囲む構造の高強度鋼を得ることができ、水素脆化に対する耐性を向上させることができる。
【００２３】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、上述では、鋼材を２つの加熱機構で挟む状態で加熱したが、これに限るものではない、鋼材の周囲に３つ以上の加熱機構を配置して加熱処理を行うようにしてもよい。また、鋼材の周囲を囲う加熱機構を用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２４】
２０１…高強度鋼、２０２…中心部領域、２１１…加熱室、２１２…加熱機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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