(57)【要約】【課題】多量の合金元素を含むことなく、高強度の鋼線を得ることができる熱間圧延線材の直接熱処理方法、この熱処理方法で製造される高強度鉄筋用線材および熱間圧延線材の直接熱処理設備を提供する。【解決手段】重量％でＣ：０．１０〜０．３０、Ｓｉ：０．２０〜２．００、Ｍｎ：０．３０〜２．５０、Ｃｒ：０．５０〜１．５０、Ｍｏ：０．０１〜０．３０を含み、残部が鉄と不可避的不純物とからなる鋼材を熱間圧延する。熱間圧延後の線材をルーズコイル状に巻き取り、温水または気水混合冷媒の冷却槽に浸漬して５℃／秒以上の冷却速度で冷却する。その後、線材を前記冷却槽から１５０℃〜４５０℃の線温で引き上げて大気中で放冷する。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％でＣ：０．１０〜０．３０、Ｓｉ：０．２０〜２．００、Ｍｎ：０．３０〜２．５０、Ｃｒ：０．５０〜１．５０、Ｍｏ：０．０１〜０．３０を含み、残部が鉄と不可避的不純物とからなる鋼材を熱間圧延する工程と、
熱間圧延後の線材をルーズコイル状に巻き取り、温水または気水混合冷媒の冷却槽に浸漬して５℃／秒以上の冷却速度で冷却する工程と、
その後、線材を前記冷却槽から１５０℃〜４５０℃の線温で引き上げて大気中で放冷する工程とを具えることを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理方法。
【請求項２】
前記冷却する工程において、ルーズコイル状に巻き取られた線材の密度差に起因する冷却槽引き上げ時の線材温度のばらつきを１５０℃以内となるように調整することを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延線材の直接熱処理方法。
【請求項３】
前記放冷する工程は、５℃／秒未満の冷却速度にて行うことを特徴とする請求項１または２に記載の熱間圧延線材の直接熱処理方法。
【請求項４】
ルーズコイル状に巻き取った際の巻き取り温度が７２０〜９２０℃であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱間圧延線材の直接熱処理方法。
【請求項５】
鋼材を熱間圧延する圧延機構と、
この圧延機構で熱間圧延後の線材をルーズコイル状に巻き取り、温水または気水混合冷媒の冷却槽に浸漬して冷却する冷却機構と、
前記冷却槽から引き上げた線材を放冷する際、自然放冷よりも放冷速度を緩やかにする保温放熱機構とを有することを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理設備。
【請求項６】
請求項１〜４に記載の熱処理方法で製造した高強度鉄筋用線材であって、
圧延直後の線材のスケール厚さが１０μｍ以下であることを特徴とする高強度鉄筋用線材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延線材の直接熱処理方法と、この熱処理方法で製造される高強度鉄筋用線材および熱間圧延線材の直接熱処理設備に関するものである。特に、剪断補強筋に好適な高強度鉄筋用非調質線材を得ることができる直接熱処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、剪断補強筋に好適な高強度鉄筋として、次の技術が知られている。
▲１▼特開２００１−１８１７８１号公報
この公報は、化学成分、ベイナイト分率、残留オーステナイト分率および表層スケール厚みを限定することで、溶接性に優れた高強度熱間圧延鋼材を示している。その鋼材の強度としては、降伏強度７０ｋｇｆ／ｍｍ２級のものが主に開示されている。
【０００３】
▲２▼特開平１０−１２１２００号公報
合金成分を多種含有したフェライト・パーライト組織またはフェライト・パーライト・ベイナイトの組織の高強度せん断補強筋用鋼材が開示されている。
【０００４】
▲３▼特開平１１−２９３３９９号公報
非常に多種の合金成分を添加した溶接性の優れた化学成分の高強度らせん筋が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術では、次のような問題があった。
▲１▼強度を確保するために多種類の合金成分を多量に添加する必要があり、不経済である。熱間圧延線材の直接熱処理設備としてはステルモアープロセスが一般的である。このステルモアープロセスは空冷のため、特に１３．０ｍｍを越えるような太径線材では十分な冷却速度が得られず、多くの合金元素の添加が必要である。
【０００６】
▲２▼非調質（焼き入れ・焼戻しを行わず）で降伏強度８０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の太径高強度鉄筋の製造を安定して実施することは非常に難しく、オフラインでの焼鈍処理等が必要であった。特に、合金元素を多量に添加した鋼では、直接熱処理中の冷却速度ばらつきの影響を受けやすく、線材の長手方向の機械的性能が大きくばらつく。そのため、従来技術の製造方法（非調質処理）では安定して８０ｋｇｆ／ｍｍ２級の高強度鉄筋を製造するのは非常に困難であった。
【０００７】
従って、本発明の主目的は、多量の合金元素を含むことなく、高強度の鋼線を得ることができる熱間圧延線材の直接熱処理方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、上記の熱処理方法により得られる高強度鉄筋用線材を提供することにある。
【０００９】
さらに、本発明の他の目的は、高強度の鋼線を得ることができる熱間圧延線材の直接熱処理設備を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧延後に圧延線材を冷媒に浸漬して冷却する際の条件を限定し、さらに冷媒から引き上げた後の放冷条件を特定することで上記の目的を達成する。
【００１１】
すなわち、本発明熱間圧延線材の直接熱処理方法は、重量％でＣ：０．１０〜０．３０、Ｓｉ：０．２０〜２．００、Ｍｎ：０．３０〜２．５０、Ｃｒ：０．５０〜１．５０、Ｍｏ：０．０１〜０．３０を含み、残部が鉄と不可避的不純物とからなる鋼材を熱間圧延する工程と、熱間圧延後の線材をルーズコイル状に巻き取り、温水または気水混合冷媒の冷却槽に浸漬して５℃／秒以上の冷却速度で冷却する工程と、その後、線材を前記冷却槽から１５０℃〜４５０℃の線温で引き上げて大気中で放冷する工程とを具えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明熱間圧延線材の直接熱処理設備は、鋼材を熱間圧延する圧延機構と、この圧延機構で熱間圧延後の線材をルーズコイル状に巻き取り、温水または気水混合冷媒の冷却槽に浸漬して冷却する冷却機構と、前記冷却槽から引き上げた線材を放冷する際、自然放冷よりも放冷速度を緩やかにする保温放熱機構とを有することを特徴とする。
【００１３】
上述の工程を経ることで、安定して８０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の強度を有する線材を得ることができる。従って、鉄筋用線材として最適な線材を得ることができる。
【００１４】
また、本発明設備によれば、放冷速度を緩やかにすることができ、例えば５℃／秒未満の放冷速度を得ることができる。これにより、高強度の鉄筋用線材を得ることができる。
【００１５】
以下、本発明をより詳しく説明する。まず、化学成分を限定した理由は次の通りである。
Ｃ：０．１０〜０．３０重量％
Ｃは強度を確保するのに必須の元素である。０．１０％未満では十分な降伏強度を得ることが難しく、０．３０％を超えると靭性や曲げ加工性が低下する。
【００１６】
Ｓｉ：０．２０〜２．００重量％
Ｓｉは鋼材溶製時の脱酸に有効に作用すると共に、固溶強化元素として降伏強度の向上にも関与する元素である。このような効果を発揮するには０．２０％以上の添加が必要である。逆に２．００％を超えると靭性や曲げ加工性が低下する。
【００１７】
Ｍｎ：０．３０〜２．５０重量％
Ｍｎは鋼材溶製時の脱酸に有効に作用すると共に、焼入れ性を高めて降伏強度の向上にも関与する元素である。このような効果を発揮するには０．３０％以上の添加が必要である。逆に２．５０％を超えると靭性や曲げ加工性が低下する。
【００１８】
Ｃｒ：０．５０〜１．５０重量％
ＣｒもＭｎと同様に強度を高めることに資する元素である。このような効果を発揮するには０．５０％以上の添加が必要である。逆に１．５０％を超えると向上効果が少なく経済性に乏しくなる。
【００１９】
Ｍｏ：０．０１〜０．３０重量％
Ｍｏは焼入れ性を向上し、強度を向上することに資する元素である。このような効果を発揮するには０．０１％以上の添加が必要である。逆に０．３０％を超えると向上効果が少なく経済性に乏しくなる。
【００２０】
次に、熱処理条件をより詳しく説明する。
熱間圧延工程において、仕上げ圧延の温度は８００〜１０５０℃程度が好適である。仕上げ圧延を経た後、ルーズコイル状に線材を巻き取る。この巻き取り温度は７５０〜１０００℃程度であるが、７６０〜８４０℃とすることが好ましい。巻き取り温度を７６０〜８４０℃とすることで、線材表面に生じるスケールを薄くすることができる。特に、スケールの厚みを安定して１０μｍ以下に抑えることが可能である。高強度鉄筋は主鉄筋に溶接するような使用方法があり、巻き取り温度の調整により圧延直後の線材で発生する酸化スケールの薄肉化を行って溶接性を改善することができる。また、スケールの厚みは、巻き取り後、冷却槽に導入されるまでの間に大気に触れる時間にも影響を受ける。この大気に触れる時間は１５秒以下が好適である。
【００２１】
冷却槽における冷媒は、温水または温水と気体との気水混合冷媒を用いる。温水の温度は６０〜１００℃、気水混合冷媒の温度は６０〜９７℃が好適である。この冷却槽における冷却は５℃／秒以上の速度で行う。この冷却速度は、（冷却槽入口における線材温度−冷却槽出口における線材温度）／冷媒中に浸漬されている時間で求められる。通常、１５〜２０℃／秒程度の冷却速度が好適である。
【００２２】
冷却槽から引き上げる際の線材温度は１５０〜４５０℃とする。このような温度で引き上げを行うのは、引き上げ後の線材の顕熱を用いて緩速冷却を行うためである。この温度調整は、冷媒種類、冷媒温度、冷却槽での浸漬時間（搬送速度）、線材の重なり程度などを適宜選択して調整する。冷却槽から引き上げる際の線材温度は、例えばサーモビジョンにより測定を行う。線材が密に重なった箇所と疎に配された箇所とでは線材温度にばらつきがあるが、この引き上げ時の温度はルーズコイル状線材の最高温度と最低温度の平均値で規定する。
【００２３】
この線材温度のばらつきは１５０℃以下に抑えることが好ましい。温度ばらつきを抑制することで、線材長手方向にわたってほぼ均一な熱処理を施すことができ、線材長手方向に強度や曲げ加工性のばらつきが小さい線材を得ることができる。
【００２４】
冷却槽から引き上げた線材は放冷する。その際、放冷速度を５℃／秒未満の緩やかな速度とする。これは、冷却槽から引き上げた際に線材に残る残熱を用いて熱処理を施すためである。通常、線材を搬送するコンベアの少なくとも上部をカバーで覆うことにより、緩やかな速度で放冷させることができる。カバーサイズを調整し、線材の覆われる範囲を調整することで放冷速度の調整ができる。もちろん、線材を搬送するコンベアの全周を覆う筒型のカバーとしても良い。また、必要に応じて、ヒーターなどの加熱手段を用いて放冷速度を緩やかに調整することも可能である。特に、冷媒温度が低い場合は線材の引き上げ温度が低く、線径の細いものは放冷しやすいため、放冷速度が速くなりすぎないように十分に保温を行う。この放冷速度は、（冷却槽出口における線材温度−線材集束機における線材温度）／冷却槽出口から線材集束機までの通過時間で求められる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明熱処理方法に用いる直接熱処理設備の平面図、図２は本発明熱処理設備における冷却槽を中心とした構成図である。
【００２６】
図１に示すように、鋼材は圧延機構を通って仕上げ圧延機１０で圧延され、仕上げ水冷帯１１に導入される。次に、圧延された線材は巻き取り機１２に導入され、ルーズコイル状に巻き取ってコンベアで冷却槽２０に搬送される。
【００２７】
この冷却槽２０は、図２に示すように、内部に冷媒となる温水２１が貯留されると共に、線材１００をルーズコイル状のまま搬送するチェーンコンベア２３を有するものである。冷却槽２０に貯留された温水２１は、バッファータンク２４に排出され、同タンク２４を出た温水は循環ポンプ２５により配管２６を介して冷却ノズル２７から噴射されることにより冷却槽２０に戻るよう循環される。冷却ノズル２７につながる配管の途中には、常温空気を導入する空気導入管２８が合流され、空気の供給量を調整することで空気と温水の混合割合を調整し、気水混合冷媒を噴射することができる。この気水混合冷媒の噴射量は、バルブ２９の開閉程度により調整することができる。
【００２８】
図３は冷却ノズル周辺の模式説明図である。この冷却ノズル２７は、ルーズコイル状で搬送される線材１００の両端側、つまり線材同士の重なりが密になった箇所を集中的に冷却できるような位置に配置されている。冷却ノズル２７は、冷却槽２０の長手方向（線材搬送方向）に複数並列されており、各ノズル２７のバルブ２９を調整することで、冷却槽２０の長手方向において、線材１００の冷却程度を調整することができる。例えば、線材温度の高い熱処理開始側（図２の左側）と線材温度が低くなる熱処理終了側（図２の右側）とでは冷却程度が異なるため、熱処理開始側のノズル２７は空気の混合比を下げ、熱処理終了側のノズル２７は空気の混合比を上げた気水混合冷媒を噴射するように冷却を行うことが好ましい。
【００２９】
このような冷却槽２０を出た線材はコンベア３０で保温放熱機構に導入される。本例では、コンベア上に３０ｃｍの間隔をあけて長さ５ｍでルーズコイルの直径より若干大きい幅の鋼板を２枚搬送方向に並べて保温カバー４０（図２参照）とした。この保温カバー４０により、緩やかな放冷速度に調整することができる。
【００３０】
（試験例１）
以上の直接熱処理設備を用いて以下のように線材の製造を行った。
重量％で、Ｃ：０．１７、Ｓｉ：０．９０、Ｍｎ：１．５０、Ｃｒ：０．９０、Ｍｏ：０．０３、残部がＦｅと不可避的不純物からなる鋼材を熱間圧延し、ルーズコイル状に巻き取って冷却槽に導入する。冷却槽で所定の熱処理を行い、さらに冷却槽から引き上げた線材を放冷して線材を得た。得られた線材について、平均降伏強度と降伏強度の標準偏差とを求めた。各試験条件と評価結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2004027286.tif 000002
【００３２】
この表に示すように、引き上げ温度を１５０〜４５０℃とし、冷却速度を５℃／秒以上としたものは高い降伏強度が得られている。中でも、線材長手方向の温度差（ルーズコイル状線材の重複程度の違いによる温度差）が１５０℃以下であるものはより好ましい結果が得られている。さらに、保温カバーを用いたものは、安定して５℃／秒未満の放冷速度が得られ、高強度の線材が得られている。
【００３３】
（試験例２）
次に、試験例１と同様の化学成分の鋼材を用い、巻き取り温度を変えて得られた線材のスケールの厚みと溶接性の関係について評価してみた。ここでの線材の製造条件は、仕上げ温度：１０００℃、冷媒温度：９８℃、冷却速度：２５℃／秒、放冷速度：３．５℃／秒、保温カバー：有りである。評価結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
2004027286.tif 000003
【００３５】
表２から明らかなように、スケールの厚みを１０μｍ以下にした線材は溶接性に優れることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明熱処理方法によれば、強度と溶接性に優れた線材を得ることができる。特に、１３ｍｍ以上の太径でも高強度の線材を得ることができる。また、本発明熱処理設備は、安定して緩やかな放冷速度を得ることができ、強度に優れた線材を製造することができる。さらに、スケールの厚みが１０μｍ以下の線材は溶接性に優れ、鉄筋用線材としての有効利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】直接熱処理設備の平面図である。
【図２】本発明熱処理設備における冷却槽を中心とした構成図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面模式図である。
【符号の説明】
１０　仕上げ圧延機
１１　仕上げ水冷帯
１２　巻き取り機
２０　冷却槽
２１　温水
２３　チェーンコンベア
２４　バッファータンク
２５　循環ポンプ
２６　配管
２７　冷却ノズル
２８　空気導入管
２９　バルブ
３０　コンベア
４０　保温カバー
１００　線材
【図１】
2004027286.tif 000004
【図２】
2004027286.tif 000005
【図３】
2004027286.tif 000006