(57)【要約】  【課題】  ＰＣ構造物の長期安全性向上が期待されている。厚膜樹脂被覆鋼棒ではコスト高、溶融亜鉛メッキ鋼棒では鋼材の品質低下という問題がある。両問題を解決した製品を提供する。  【解決手段】  本発明のＰＣ鋼棒は耐蝕性を附加するため含亜鉛樹脂皮膜の形成、耐疲労破壊性・耐遅れ破壊性の向上のためショットピーニングがそれぞれ効果的に組み込まれる。熱延制御冷却の圧延鋼棒又は焼入焼き戻しの調質鋼棒を直進させ全長均一にショットピーニング加工し、表面清浄化と残留応力附加を同一機で処理する。次ぎに含亜鉛合成樹脂塗装を行い、乾燥・硬化させて亜鉛分９０％以上の耐蝕性皮膜を形成する。必要に応じ合成樹脂皮膜を重ね、耐蝕性皮膜の保護と防蝕性の附加を図る。製品の外観は一般鋼材とは異なり平滑美麗で、高級部材として丁寧に取り扱われ、工事品質向上に寄与する。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼種が高炭素低合金鋼であり金属組織が主としてパーライトから成り抗張力が１１００〜１５００ＭＰａの熱間圧延ＰＣ鋼棒において、ショットピーニングにより鋼棒表面の酸化膜を除去して金属面を露出させるとともに表皮層に圧縮残留応力を導入し、次ぎに該表面に金属亜鉛粉末を混合した導電性のある合成樹脂塗料を塗布して乾燥・硬化させ、亜鉛含有量が８０％以上で厚さが１０〜８０μｍの耐蝕性被膜を形成したことを特徴とする耐蝕性ＰＣ鋼棒。
【請求項２】
鋼種が中炭素低合金鋼であり金属組織が主として焼戻しマルテンサイトから成り抗張力が１３００〜１６００ＭＰａの熱処理ＰＣ鋼棒において、金属亜鉛粉末を混合した導電性のある合成樹脂塗料を鋼棒表面に塗布して乾燥・硬化させ、亜鉛含有量が８０％以上で厚さが１０〜８０μｍの耐蝕性被膜を形成したことを特徴とする耐蝕性ＰＣ鋼棒。
【請求項３】
鋼種が中炭素低合金鋼であり金属組織が主として焼戻しマルテンサイトから成り抗張力が１３００〜１６００ＭＰａの熱処理ＰＣ鋼棒において、ショットピーニングにより鋼棒表面の酸化膜を除去して金属面を露出させるとともに表皮層に圧縮残留応力を導入し、次ぎに該表面に金属亜鉛粉末を混合した導電性のある合成樹脂塗料を塗布して乾燥・硬化させ、亜鉛含有量が８０％以上で厚さが１０〜８０μｍの耐蝕性被膜を形成したことを特徴とする耐蝕性ＰＣ鋼棒。
【請求項４】
請求項１又は請求項２又は請求項３に記載された耐蝕性ＰＣ鋼棒の表面に更に防蝕性の合成樹脂被膜又は合成樹脂被覆を重ねたことを特徴とする耐蝕防蝕性ＰＣ鋼棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコンクリート補強用に使用されるＰＣ鋼棒に関している。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣ（プレストレスト・コンクリート、Prestressed Concrete）とはその中に埋設された高強度鋼材の張力により圧縮強化されたコンクリートである。鋼材としてピアノ線、ピアノ線を撚り合わせたＰＣ鋼撚線、高抗張力鋼棒（ＰＣ鋼棒）等が使用される。ＰＣ鋼棒は主に橋梁等の大型構造物の一部、地盤補強用やトンネル補強用アンカー、パイル・ポール・ボックスカルバート等の工場量産品等に使用されている。
ＰＣ鋼棒の製品形状には、比較的太径で長さ数ｍないし１０数ｍの直棒と比較的細径のバーインコイルの２種がある。前者の材質には高炭素低合金鋼を使用し金属組織がパーライト主体で抗張力が１１００〜１５００ＭＰａの圧延制御冷却鋼と、中炭素低合金鋼の焼戻しマルテンサイトが主体で同１３００〜１６００の焼入焼戻し鋼（調質鋼）の２種がある。後者のバーインコイルは調質鋼である。それぞれ製造面、使用面に一長一短があり、状況に応じて適当に使い分けされている。
【０００３】
ＰＣ鋼材は通常そのままグラウト（接着用モルタル）を介してコンクリートの内部に張力状態で埋設される。グラウト作業に不備があると水、空気の浸透により腐蝕が始まる。張力状態であるから応力腐蝕となって進行が加速され破断に至る。工場生産の場合には設備・作業条件とも整備され安定しているので問題は発生しにくいが、工事現場では元々作業環境は悪く、機材・自然環境の異変や異常、整備困難等人的な種々の問題も絡みグラウト作業の完全性は保証しにくい。より安全を期す場合には樹脂被覆された防蝕性ＰＣ鋼材が使用される。グラウト作業の不備とは別に、塩害や腐食性環境等使用環境が良くない場合にも樹脂被覆の防蝕鋼材や亜鉛メッキした耐蝕鋼材等が使用される。
【０００４】
樹脂被覆ＰＣ鋼棒の例として特許文献１には、コイルから繰り出される細径の鋼棒を直進させて連続的に合成樹脂を押出方式で連続被覆する方法が開示されている。この場合ある程度の被覆厚さが必要でコストが数万円／トンかかり割高である。太径の直棒に適用すると細切れ作業のため樹脂歩留まりと作業能率が低下し一層コスト高になると言う問題がある。又防蝕性はあるが被覆が損傷した場合、鋼材自体の耐蝕性は無いと言う問題もある。
【０００５】
特許文献２には溶融亜鉛メッキしたパーライト鋼の高抗張力圧延ＰＣ鋼棒が開示されている。海外では亜鉛メッキ圧延ＰＣ鋼棒が既に使用されている。製造に当たり圧延鋼棒を酸洗して表面の酸化膜を除去し清浄な金属面を露出させた後、溶融亜鉛に浸漬してメッキ処理がなされ、それなりのコストがかかる。又溶融メッキには廃水処理、廃酸処理、ドロス（鉄亜鉛合金の不純沈殿物）処理等環境対策が煩雑になると言う問題がある。
パーライト鋼の場合使用される材料はＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒ等を含有する高炭素低合金鋼であるから溶融メッキによる強度低下は無いが、溶融メッキ独特の耐疲労性低下が起こる。
ＰＣ鋼材は通常静的荷重を前提に設計・使用され材料の耐疲労性はそれほど重視されないが荷重変動があったり荷重条件が厳しい場所、部位には耐疲労性が問題となる。中炭素の焼戻し鋼の場合は耐疲労性低下だけでなくメッキ加熱による強度低下が生じると言う問題がある。
【０００６】
自動車車体下部の鋼材部品特に懸架バネにも腐蝕問題がある。積雪地域では凍結防止のため道路に塩化物が散布される。付着塩によりバネの腐蝕が促進される。対策として耐蝕性強化のための金属亜鉛を混合したエポキシ系樹脂の塗装による下地処理の上に防蝕塗装ないし防蝕樹脂被覆がなされている。犠牲腐蝕に基づく上記含亜鉛樹脂皮膜による耐蝕強化は自動車用鋼部品には極めて効果的に利用されているが建設業界には知られず実用されていない。背景として知っていても耐蝕性に関して付着亜鉛量の少ない含亜鉛塗装程度では多用されてきた亜鉛メッキ鋼材にはとても及ばないことが先入観としてあったと推測される。
【０００７】
特許文献３には、防蝕・耐蝕ＰＣ鋼撚線として（Ｚｎ粉末１＋Ａｌ粉末１）約５０％＋樹脂約５０％を混合・硬化させ、粉砕して粉体を造り、ＰＣ鋼撚線の表面に粉体塗装する方法が開示されている。樹脂による防蝕と金属による耐蝕により損傷にも耐えるとされる。本方法の場合、粉体自体が高コスト、該塗装には固有の設備が必要、押出方式よりも低能率等によりコストが極めて割高になるという問題がある。他に金属比率から導通性に疑問もある。
【０００８】
先行技術の一つとして本発明の要素の一手段に類似するが主たる目的が異なる処理方法が非特許文献１に記載されている。高抗張力鋼特に調質鋼では遅れ破壊がしばしば問題になる。調質鋼のＰＣ鋼棒においてショットピーニング処理が該問題に対して極めて有効であることが解明されている。本発明では当該処理を全く別の目的であり且つ重要条件として適用される。
【０００９】
【特許文献１】特許公開平０５−３０２４０２
【特許文献２】特許公開２００３−３２８０７７
【特許文献３】特許公開２００２−１８０２６６
【非特許文献１】CAMP-ISIJ Vol.8(1995)-1505
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上述べたようにＰＣ鋼棒の耐腐蝕性を強化してＰＣ構造物の長期安全性を一層向上させることが期待されているが、該鋼棒に対して単純な防蝕用の合成樹脂被覆を施した製品ではコスト高である。又損傷が生じた場合水、空気が鋼材表面に浸透し部分腐蝕が不可避である。鋼棒に溶融亜鉛メッキを加えた製品では耐蝕性は解決されるが、１）メッキに伴う産業廃棄物処理が煩雑、２）メッキにより鋼材の疲労限が低下、３）調質鋼ではメッキによる強度低下などの問題がある。金属亜鉛粉を混合した樹脂を硬化・粉砕した後粉体塗装する方法では高コストの他に犠牲防蝕の基盤となる導通性について不明確・不安定という問題がある。
【００１１】
本発明はこれらの問題を解決した製品を提供することを目的とする。具体的には鋼材の本来の性能を少なくとも維持したまま溶融亜鉛メッキと同程度の耐蝕性を付与し、必要なら防蝕性も附加し、しかも比較的低廉なコストで製造され得る製品を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は既述の自動車部品の耐蝕・防蝕処理に使用されている方法を直棒状のＰＣ鋼棒に適切に応用したものである。
第１の発明は、鋼種が高炭素低合金鋼であり金属組織が主としてパーライトから成り抗張力が１１００〜１５００ＭＰａの熱間圧延ＰＣ鋼棒において、ショットピーニングにより鋼棒表面の酸化膜を除去して金属面を露出させるとともに表皮層に圧縮残留応力を導入し、次ぎに該表面に金属亜鉛粉末を混合した導電性のある合成樹脂塗料を塗布して乾燥・硬化させ、亜鉛含有量が８０％以上で厚さが１０〜８０μｍの耐蝕性被膜を形成したことを特徴とする耐蝕性ＰＣ鋼棒である。
【００１３】
第２の発明は、鋼種が中炭素低合金鋼であり金属組織が主として焼戻しマルテンサイトから成り抗張力が１３００〜１６００ＭＰａの熱処理ＰＣ鋼棒において、金属亜鉛粉末を混合した導電性のある合成樹脂塗料を鋼棒表面に塗布して乾燥・硬化させ、亜鉛含有量が８０％以上で厚さが１０〜８０μｍの耐蝕性被膜を形成したことを特徴とする耐蝕性ＰＣ鋼棒である。
【００１４】
第３の発明は、鋼種が中炭素低合金鋼であり金属組織が主として焼戻しマルテンサイトから成り抗張力が１３００〜１６００ＭＰａの熱処理ＰＣ鋼棒において、ショットピーニングにより鋼棒表面の酸化膜を除去して金属面を露出させるとともに表皮層に圧縮残留応力を導入し、次ぎに該表面に金属亜鉛粉末を混合した導電性のある合成樹脂塗料を塗布して乾燥・硬化させ、亜鉛含有量が８０％以上で厚さが１０〜８０μｍの耐蝕性被膜を形成したことを特徴とする耐蝕性ＰＣ鋼棒である。
【００１５】
第４の発明は、第１発明又は第２発明又は第３発明に記載された耐蝕性ＰＣ鋼棒の表面に更に防蝕性の合成樹脂被膜又は合成樹脂被覆を重ねたことを特徴とする耐蝕防蝕性ＰＣ鋼棒である。
【発明の効果】
【００１６】
上記の発明の第１の効果として、従来のＰＣ鋼棒に含亜鉛粉樹脂皮膜が施され溶融亜鉛メッキと同様の耐蝕性が附加されるので施工時のグラウト作業不備による腐蝕・破壊という致命的欠陥を防止することができる。
第２の効果として、該耐蝕性皮膜の上に樹脂皮膜又は被覆を重ねることにより防蝕性が附加され腐蝕性の環境下にも耐用することができる。
第３の効果として鋼材本来の強度、耐疲労等の性能を低下させない。その上付随効果として耐疲労破壊性、耐遅れ破壊性が向上する。
第４の効果として表面に酸化膜と錆を伴った従来の圧延鋼材の外観とその雑多な資材管理に対して、均一平滑灰白色ないし塗装表面となって美麗で、その結果取扱作業が丁寧になり工事品質向上に役立つ。
第５の効果として比較的低コストで上記処理が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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は本発明を実施する設備の例の概略平面図である。材料として直棒状の圧延ＰＣ鋼棒１が材料供給台２に供給され平行整列する。該棒鋼１は１本ずつコンベア３に送られ、コンベア上を直進してショットブラスト機４に侵入する。鋼棒１は定速で走行しつつの該機４内でショットピーニング効果が得られる条件で連続的に表面全周に鋼球が打ち込まれて酸化膜及び錆が除去され、金属面が露出し、均一梨地状表面になる。
【００１８】
次ぎに塗装装置５を通過しつつ含亜鉛粉合成樹脂塗料６が簡単なブラシを介して鋼棒１の表面に塗布される。塗装以後の走行はベルトコンベア７が使用される。乾燥を促進するため塗装装置５の上流に誘導加熱コイル（図示せず）を装入して約２００℃に予熱してもよい。後端が塗装部を通過した該鋼棒１は、受取台８の上に設置された直角方向に移送可能なチェインコンベア９の上に平行移動して載せられる。該コンベア９上の鋼棒１は焼付炉１０内を通過しつつ約１５０〜２００℃に加熱され、約１０〜２０分で塗膜は乾燥、硬化して耐蝕性ＰＣ鋼棒１１ができあがる。製品の表面性状は均一平滑で鈍い灰白色金属光沢を呈し、圧延鋼材の外観から一変して美麗且つ高級品の印象を持つ。
【００１９】
以上の工程で耐蝕性ＰＣ鋼棒が比較的簡単な方法・設備で比較的低コストで製造される。更に防蝕性を附加したい場合には、塗装装置５以後全く同様の方法・装置を後続させ２回目の塗装を塗料を変えて行う。適切な防蝕性合成樹脂塗料を選定し２重皮膜を生成して耐蝕防蝕性ＰＣ鋼棒１２として処理を完成させる。防蝕性の樹脂としては導通性があるのは好ましくない。
【００２０】
次ぎに各工程の方法に関する要点を説明する。
鋼棒表面の酸化膜や錆を除去するためショットブラスト処理を行うが、処理条件例えば鋼球が大きく衝突速度が過大の場合、衝撃エネルギーが過大で衝突部が急熱され且つ直後の周辺への伝導により急冷され異常金属組織が発生し、応力下で破壊起点になる。表皮に適切な残留応力を導入ショットピーニングではこの現象を避ける。通常ショットブラストとショットピーニングではその最適条件は異なる。後者は能率では劣るが前者の効果を包含する。
【００２１】
本発明ではショットピーニングを優先し、ブラストの効果も確実に得て１台のブラスト機で処理する。その結果、設備の簡素化と品質低下が避けられその上ピーニング効果により表皮層に残留応力が導入され耐疲労性が向上する。
調質鋼の場合とかく遅れ破壊が問題視される。該ピーニングにより該現象を抑制するという本発明の本来の目的外の効果が付け加えられ調質鋼が使い易くなる。
【００２２】
調質鋼の場合、通常高周波加熱され水焼入される。酸化膜は水圧により除去され、高周波焼き戻しにおいて極めて薄い酸化膜が形成されるがそれなりの導通性があってブラスト処理をしなくても含亜鉛塗装の犠牲防蝕効果が得られる。耐疲労性、耐遅れ破壊性を改善したい場合には該処理を適用すればよい。
【００２３】
通常の含亜鉛合成樹脂塗料は、粒度が適切に配分された球状亜鉛が混合され、約７０％の亜鉛と約３０％の樹脂＋溶剤から成り、乾燥後は亜鉛が９５％になって充填性、固着性の良い被膜を形成する。乾燥後で亜鉛７０％以上があれば導通性に問題が無いので実施の下限値として８０％と決めた。
樹脂としては、エポキシ系、ウレタン系、アクリル系、フッ素系、ゴム系、メラミン系等各種ある。適当に選定する。
塗布方法として自動刷毛塗りが塗料の無駄が少なく且つ装置も極めて簡単である。亜鉛粒の沈殿、偏在を防止する機構を組み込むことも必要である。
膜厚は塗料の粘度により１０〜５０μｍ間で可変とされている。溶融メッキは通常３０〜８０μｍであるから塗料の選定や重ね塗りにより後者と同等の耐蝕性とすることも困難ではない。膜厚を１０〜８０μｍと特定した理由は、１０μｍ程度で実用上の耐久性がほぼ得られ且つ低コストになるからであり、８０μｍもあれば現行溶融メッキと同水準になるからである。
【００２４】
塗装直後の鋼棒の送りをベルトコンベアとする理由は、未硬化の塗膜の乱れを防止し且つ塗料がコンベアに付着するのを少なくするため、ベルト上に尖頭を持つ枕を並べ、材料と搬送機器との接点を最小にするためである。
【００２５】
焼付炉は約２００℃×２０分の能力と溶剤例えばシンナーの処理機構があればよい。
二段目の塗装は防蝕用樹脂皮膜を原則とするが含亜鉛塗装の二重処理をしてもよい。２段目を塗装による皮膜形成に換え例えば押出加工により被覆形成を重ねてもよい。ここで被膜は塗膜が乾燥してできた比較的薄い表皮を意味し、被覆は比較的厚い可塑性樹脂の表皮と定義する。
【００２６】
調質鋼の場合、通常の焼入焼戻しラインに既述の塗装ラインを後続させても良い。両者の生産能率に大差は無いので合理的に直結することができコスト低減に効果がある。
【実施例】
【００２７】
試験された鋼種は以下である。
０．７％Ｃ−０．８％Ｓｉ−１．２％Ｍｎ−０．７％Ｃｒ−０．０３％Ｍｏ
３２ｍｍ径に熱間圧延後、空冷の約２倍の冷却速度を持つ制御冷却を適用し、組織は純パーライト、抗張力は１３００ＭＰａである。長さ約１ｍのサンプルを数本取り、一部はショットブラストにより、他は酸洗により表面の酸化膜を除去した。その後含亜鉛エポキシ系樹脂に鋼棒を浸漬塗布し自然乾燥した。両サンプルとも膜厚は約３０μｍになり、塩水噴霧試験ではそれぞれ５００時間の耐久を確認することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
現行ＰＣ鋼棒に本発明の含亜鉛樹脂皮膜を施すことにより耐蝕性が附加され、その上鋼材自体の耐疲労破壊性、耐遅れ破壊性が向上し、ＰＣ構造物の長期安全性が向上する。実施は極めて容易であり、コスト負担も小さい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に使用される製造ラインの例の概略平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１：ＰＣ鋼棒    ２：材料供給台    ３：コンベア    ４：ショットブラスト機    ５：塗装装置    ６：樹脂塗料    ７：ベルトコンベア    ８：受取台  ：    ９：チェインコンベア    １０焼付炉：    １１：耐蝕性製品    １２：耐蝕防蝕性製品
【図１】
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