(57)【要約】【課題】コンクリートポールやコンクリートパイル等に用いられるＰＣ（プレストレスコンクリート）鋼棒、特にボタンヘッドを有するＰＣ鋼棒を提供する。【解決手段】Ｃ：０．８〜１．３％を含有するパーライト面積率が８０％以上鋼であって、ＹＳ（０．２％耐力）が１２００ＭＰａ　以上、ＴＳが１４００ＭＰａ　以上、伸びが４．５％以上を有し、かつボタンヘッドを付与した最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下である高強度圧延ＰＣ鋼棒とその製造方法。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．８〜１．３％を含有するパーライト面積率が８０％以上を有し、かつ降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）が１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）が１４００ＭＰａ　以上、伸びが４．５％以上で、更に、最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下を有することを特徴とするボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒。
【請求項２】
前記ＰＣ鋼棒が、更に、質量％で、Ｓｉ：０．１０〜２．５％、Ｍｎ：０．２５〜２．０％を含有することを特徴とする請求項１記載のボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒。
【請求項３】
前記ＰＣ鋼棒が、更に、質量％で、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、
Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、
ＲＥＭ：０．０００５〜０．００５％、
Ｖ：０．００５〜０．０５％、および、
Ｎｂ：０．００５〜０．１％、
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２記載のボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒。
【請求項４】
前記ＰＣ鋼棒が、更に、質量％で、
Ｂ：０．０００５〜０．０１％、
Ｃｒ：０．０５〜２．０％、
Ｃｕ：０．０５〜１．０％、
Ｎｉ：０．０５〜１．０％、および、
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３の何れかの項に記載のボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかの項に記載の高強度圧延ＰＣ鋼棒に係る成分組成を有する鋼片を、オーステナイト域温度まで再加熱し、引続き熱間圧延することにより線材とし、次いで、４５０〜６５０℃の温度で恒温変態を施し、更に、１〜４％の歪みを付与し、その後、２００〜５００℃の温度で５〜６００秒の保定時間でブルーイング処理を施すことにより前記高強度圧延ＰＣ鋼棒のパーライト面積率を８０％以上、降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）を１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）を１４００ＭＰａ　以上、伸びを４．５％以上、最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下を有することを特徴とするボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４の何れかの項に記載の高強度圧延ＰＣ鋼棒に係る成分組成を有する鋼片を、オーステナイト域温度まで再加熱し、引続き熱間圧延することにより線材とし、次いで、４５０〜６５０℃の温度で恒温変態を施し、更に、２００〜５００℃の温度および０．５〜６％の引張り歪みでヒートストレッチング処理を施すことにより前記高強度圧延ＰＣ鋼棒のパーライト面積率を８０％以上、降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）を１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）を１４００ＭＰａ　以上、伸びを４．５％以上、最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下を有することを特徴とするボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜４の何れかの項に記載の高強度圧延ＰＣ鋼棒に係る成分組成を有する鋼片を、オーステナイト域温度まで加熱し、その後冷却し、４５０〜６５０℃の温度で恒温変態を施し、更に、１〜４％の歪みを付与し、その後２００〜５００℃の温度で５〜６００秒の保定時間でブルーイング処理を施すことにより前記高強度圧延ＰＣ鋼棒のパーライト面積率を８０％以上、降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）を１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）を１４００ＭＰａ　以上、伸びを４．５％以上、最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下を有することを特徴とするボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜４の何れかの項に記載の高強度圧延ＰＣ鋼棒に係る成分組成を有する鋼片を、オーステナイト域温度まで再加熱し、その後冷却し、４５０〜６５０℃の温度で恒温変態を施し、更に、２００〜５００℃の温度および０．５〜６％の引張り歪みでヒートストレッチング処理を施すことにより前記高強度圧延ＰＣ鋼棒のパーライト面積率を８０％以上、降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）を１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）を１４００ＭＰａ　以上、伸びを４．５％以上、最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下を有することを特徴とするボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜４の何れかの項に記載の高強度圧延ＰＣ鋼棒に係る成分組成を有する鋼片を、オーステナイト域温度まで再加熱し、その後、直ちに切断し、ボタンヘッド加工またはネジ加工を施し、その後冷却し、４５０〜６５０℃の温度で恒温変態を施し、更に、１〜４％の歪みを付与し、その後２００〜６５０℃の温度で５〜６００秒の保定時間でブルーイング処理を施すことにより前記高強度圧延ＰＣ鋼棒のパーライト面積率を８０％以上、降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）を１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）を１４００ＭＰａ　以上、伸びを４．５％以上、最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下を有することを特徴とするボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜４の何れかの項に記載の高強度圧延ＰＣ鋼棒に係る成分組成を有する鋼片を、オーステナイト域温度まで再加熱し、その後、直ちに切断し、ボタンヘッド加工またはネジ加工を施し、その後冷却し、４５０〜６５０℃の温度で恒温変態を施し、更に、２００〜５００℃の温度および０．５〜６％の引張り歪みでヒートストレッチング処理を施すことにより前記高強度圧延ＰＣ鋼棒のパーライト面積率を８０％以上、降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）を１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）を１４００ＭＰａ　以上、伸びを４．５％以上、最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下を有することを特徴とするボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートポールやコンクリートパイル等に用いられるＰＣ（プレストレスコンクリート）鋼棒とその製造方法であり、特に、ボタンヘッドを有する高強度圧延ＰＣ鋼棒とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリートポール並びにコンクリートパイルには、剛性および曲げ強さの向上や、ひび割れ防止のためにコンクリートに圧縮力を与え、コンクリートポール並びにコンクリートパイルそのものの強度を高めたＰＣポール、ＰＣパイルがある。これらは以下に説明するような方法で製造されている。
【０００３】
先ず、円周上に並列に配したＰＣ鋼材に軟鋼線を螺旋状に巻き付けた（以下「螺旋筋」という）後、ＰＣ鋼材と螺旋筋の交点を固定して、円筒状の籠片型補強体（以下「補強体」という）を製造する。次いで、この補強体を型枠に導入して補強体を構成するＰＣ鋼材の両端を固定し、引張強さの７０％前後の応力で緊張する。更に、上記型枠内にコンクリートを注入し、注入したコンクリートが固化した後に、ＰＣ鋼材の緊張力を解除する。この解除と同時に、コンクリートに圧縮力が付与されてＰＣポールまたはＰＣパイルが製造される。
【０００４】
このようなコンクリート構造物に使用されるＰＣ鋼材の代表的なものとして、ＪＩＳ　Ｇ３１３７に代表されるＰＣ鋼棒と、ＪＩＳ　Ｇ３５３６に代表されるＰＣ鋼線を挙げることができる。ＰＣ鋼棒は、熱間圧延後空冷した鋼棒を、焼入れ・焼戻しして製造されるものである。この焼入れ・焼戻しによりＪＩＳ　Ｇ３１３７（Ｄ種）で規定される１４２０ＭＰａ　以上の引張強度（ＴＳ）を確保できることがこれ迄に報告されている。また、例えば、特開平３−１５１４４５号公報には、スポット溶接性とリラクゼーション特性を改善するために、Ｓｉ量を低減し、Ｍｏを添加したＰＣ鋼棒に、焼入れ・焼戻しを施して、ＴＳを１４２０ＭＰａ　以上の高強度のＰＣ鋼棒を製造することが開示されている。
【０００５】
これらのＰＣ鋼棒は、通常、焼入れ・焼戻しによって製造されるので、組織が、焼戻しマルテンサイト組織となり、そのために一様伸びや耐遅れ破壊特性の確保が難しいものとなっている。例えば、「鉄と鋼」ｖｏｌ．８１　（１９９５），　ｐ１６２５には、１４２０ＭＰａ　以上の焼戻しマルテンサイト組織を有するＰＣ鋼棒では、耐遅れ破壊特性が劣化することが開示されている。
【０００６】
一方、焼戻しマルテンサイト組織以外の組織からなるＰＣ鋼棒として、熱間圧延材を冷間加工後、ブルーイング処理を施した圧延ＰＣ鋼棒が提供されている。
この圧延ＰＣ鋼棒に関し、「プレストレスト　コンクリート」ｖｏｌ　１３　（１９７１）　ｐ．５２には、鋳片を熱間圧延して製造した線材に、ストレッチングとブルーイング処理を施すことにより、ＴＳが１２００ＭＰａ　以下のＰＣ鋼棒を製造しうることが開示されている。
【０００７】
この圧延ＰＣ鋼棒においては、一様伸びが高いなどの優れた点がある一方で、ＹＳが１１００ＭＰａ　以下であり、高強度化が十分図られていないという問題がある。
【０００８】
更に、上述した補強体を構成するＰＣ鋼材の両端を固定して引張強さの７０％前後の応力で緊張する場合、ボタンヘッドによる固定とネジによる締め付けにより応力が付与され、その後、型枠内にコンクリートを注入し遠心締め固めする際に、従来方法では、ボタンヘッド加工を誘導加熱などにより再加熱するために伸線などにより上昇させた強度が低下して疲労破壊を起こしてボタンヘッドが破損する、所謂、頭飛びが発生するという問題がある。このため、より高強度で耐遅れ破壊特性の優れ、かつ頭飛びの起こらず安定してコンクリート打設できるＰＣ鋼棒とその製造方法が求められている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、引張強度（ＴＳ）が１４００ＭＰａ　以上を有する高強度で、かつ高延性の圧延ＰＣ鋼棒と、ＰＣ鋼棒をパテンティング後、伸線工程を経ずにヒートストレッチング、ブルーイングなどの時効処理により安価で、かつコンクリートの遠心締固め時にも頭飛びを防止し、安定してコンクリート打設できるボタンヘッドを有する高強度圧延ＰＣ鋼棒とその製造方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
通常、熱間圧延後のパテンティング処理を施したパーライト鋼は、引張強度（ＴＳ）に対して降伏強度（ＹＳ）が低く１２００ＭＰａ　に満たない。そこで、本発明者らは、上記課題の解決において、伸線工程を経ないパーライト組織（粒状のパーライト組織）の態様を機械的性質との関係について鋭意検討を行った。その結果、恒温変態により面積率８０％以上のパーライト組織が得られればヒートストレッチング、ブルーイングなどの時効処理を施すのみで、降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）：１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）：１４００ＭＰａ　以上、かつ伸び：４．５％以上という基本特性を得ることができることを知見した。
【００１１】
例えば、ＰＣ鋼棒或いはＰＣ鋼線でボタンヘッド加工をする場合、最終段階で誘導加熱などによりボタンヘッド加工することが多い。この場合、ボタンヘッド部以外の部分が熱影響を受けて軟化する。このような線材を用いて籠を造りパイルを製造するためにコンクリートの遠心締固めをすると疲労破壊により頭飛びを起こす場合がある。このため誘導加熱等を行わずにボタンヘッド加工を実施し、硬さ変化の少ない均一な組織にする必要がある。恒温変態前にボタンヘッド加工を施すことによりボタンヘッド部やその近傍では均一なパーライト組織となり強度に大きな変化が見られないことを知見した。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものでその要旨は次の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．８〜１．３％を含有するパーライト面積率が８０％以上を有し、かつ降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）が１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）が１４００ＭＰａ　以上、伸びが４．５％以上で、更に、最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下を有することを特徴とするボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒。
（２）前記ＰＣ鋼棒が、更に、質量％で、Ｓｉ：０．１０〜２．５％、Ｍｎ：０．２５〜２．０％を含有することを特徴とする請求項１記載のボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒。
（３）前記ＰＣ鋼棒が、更に、質量％で、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、
Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、
ＲＥＭ：０．０００５〜０．００５％、
Ｖ：０．００５〜０．０５％、および、
Ｎｂ：０．００５〜０．１％、
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２記載のボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒。
（４）前記ＰＣ鋼棒が、更に、質量％で、
Ｂ：０．０００５〜０．０１％、
Ｃｒ：０．０５〜２．０％、
Ｃｕ：０．０５〜１．０％、
Ｎｉ：０．０５〜１．０％、および、
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３の何れかの項に記載のボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒。
（５）上記（１）〜（４）の何れかの項に記載の高強度圧延ＰＣ鋼棒に係る成分組成を有する鋼片を、オーステナイト域温度まで再加熱し、引続き熱間圧延することにより線材とし、次いで、４５０〜６５０℃の温度で恒温変態を施し、更に、１〜４％の歪みを付与し、その後、２００〜５００℃の温度で５〜６００秒の保定時間でブルーイング処理を施すことにより前記高強度圧延ＰＣ鋼棒のパーライト面積率を８０％以上、降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）を１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）を１４００ＭＰａ　以上、伸びを４．５％以上、最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下を有することを特徴とするボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒の製造方法。
（６）上記（１）〜（４）の何れかの項に記載の高強度圧延ＰＣ鋼棒に係る成分組成を有する鋼片を、オーステナイト域温度まで再加熱し、引続き熱間圧延することにより線材とし、次いで、４５０〜６５０℃の温度で恒温変態を施し、更に、２００〜５００℃の温度および０．５〜６％の引張り歪みでヒートストレッチング処理を施すことにより前記高強度圧延ＰＣ鋼棒のパーライト面積率を８０％以上、降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）を１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）を１４００ＭＰａ　以上、伸びを４．５％以上、最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下を有することを特徴とするボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒の製造方法。
（７）上記（１）〜（４）の何れかの項に記載の高強度圧延ＰＣ鋼棒に係る成分組成を有する鋼片を、オーステナイト域温度まで加熱し、その後冷却し、４５０〜６５０℃の温度で恒温変態を施し、更に、１〜４％の歪みを付与し、その後２００〜５００℃の温度で５〜６００秒の保定時間でブルーイング処理を施すことにより前記高強度圧延ＰＣ鋼棒のパーライト面積率を８０％以上、降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）を１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）を１４００ＭＰａ　以上、伸びを４．５％以上、最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下を有することを特徴とするボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒の製造方法。
（８）上記（１）〜（４）の何れかの項に記載の高強度圧延ＰＣ鋼棒に係る成分組成を有する鋼片を、オーステナイト域温度まで再加熱し、その後冷却し、４５０〜６５０℃の温度で恒温変態を施し、更に、２００〜５００℃の温度および０．５〜６％の引張り歪みでヒートストレッチング処理を施すことにより前記高強度圧延ＰＣ鋼棒のパーライト面積率を８０％以上、降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）を１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）を１４００ＭＰａ　以上、伸びを４．５％以上、最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下を有することを特徴とするボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒の製造方法。
（９）上記（１）〜（４）の何れかの項に記載の高強度圧延ＰＣ鋼棒に係る成分組成を有する鋼片を、オーステナイト域温度まで再加熱し、その後、直ちに切断し、ボタンヘッド加工またはネジ加工を施し、その後冷却し、４５０〜６５０℃の温度で恒温変態を施し、更に、１〜４％の歪みを付与し、その後２００〜６５０℃の温度で５〜６００秒の保定時間でブルーイング処理を施すことにより前記高強度圧延ＰＣ鋼棒のパーライト面積率を８０％以上、降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）を１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）を１４００ＭＰａ　以上、伸びを４．５％以上、最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下を有することを特徴とするボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒の製造方法。
（１０）上記（１）〜（４）の何れかの項に記載の高強度圧延ＰＣ鋼棒に係る成分組成を有する鋼片を、オーステナイト域温度まで再加熱し、その後、直ちに切断し、ボタンヘッド加工またはネジ加工を施し、その後冷却し、４５０〜６５０℃の温度で恒温変態を施し、更に、２００〜５００℃の温度および０．５〜６％の引張り歪みでヒートストレッチング処理を施すことにより前記高強度圧延ＰＣ鋼棒のパーライト面積率を８０％以上、降伏強度（ＹＳ：０．２％耐力）を１２００ＭＰａ　以上、引張強度（ＴＳ）を１４００ＭＰａ　以上、伸びを４．５％以上、最高硬さと最低硬さの差が７０Ｈｖ以下を有することを特徴とするボタンヘッドを付与した高強度圧延ＰＣ鋼棒の製造方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の高強度圧延ＰＣ鋼棒の鋼（本発明の鋼）に係る化学成分について、以下に説明する。
【００１４】
Ｃは、ＴＳやＹＳを確保するために重要で、かつ、経済的な元素であるが、ＰＣ鋼棒として必要なＴＳ　：　１４００ＭＰａ以上、および、ＹＳ　：　１２００ＭＰａ以上を、それぞれ得るためには、少なくとも、０．８　％以上必要であり、０．８　％未満では必要な強度が得られない。望ましくは、０．８５％以上必要である。一方、Ｃが１．３　％を超えると、粒界に、網状セメンタイトまたは粗大セメンタイトが析出して、延性の低下が顕著になる。このため、Ｃ添加量は、０．８　〜１．３　％とする。
【００１５】
Ｓｉは、フェライト（パーライト中のフェライト地）に固溶し、顕著な固溶強化作用により、ＹＳを向上させる元素である。この向上効果を得るためには、少なくとも、０．１０％以上の添加量が必要である。一方、Ｓｉの添加量が　２．５％を超えると、強度が高くなりすぎて延性が低下する。このため、Ｓｉ添加量の上限を２．５　％とする。
【００１６】
Ｍｎは、鋼の焼入性を向上させて強度を上昇させるとともに、鋼棒の横断面における組織を均一にするのに有効な元素である。これらの効果を得るためには、少なくとも、０．２５％以上の添加量が必要である。しかし、Ｍｎを過剰に添加すると、中心偏析部に、延性を低下せしめるミクロマルテンサイトが生成し易くなる。ミクロマルテンサイトの生成を抑制するには、高温変態での変態時間を長くする必要があるが、これは実用的ではない。このため、Ｍｎ添加量の上限を２．０　％とし、Ｍｎ添加量は、０．２５〜２．０　％とする。
【００１７】
Ｐは、粒界に偏析し，粒界脆化を起こし易くする元素であるので、０．０３％以下に低減する必要がある。本発明の鋼におい、Ｐは不純物元素であり、極力低減することが望ましい。
【００１８】
Ｓも、Ｐと同様に、粒界に偏析し、粒界脆化を起こし易くす元素であるので、０．０３％以下に低減する必要がある。本発明の鋼において、Ｓは、Ｐと同様に、不純物元素であり、極力低減することが望ましい。
【００１９】
次に、本発明の鋼が含有する選択元素について説明する。
【００２０】
主に、γ粒径を微細にし、延性を向上させるために、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃａ、ＲＥＭ　、ＮｂおよびＶのうちの１種または２種以上を添加する。また、主に、圧延ＰＣ鋼棒の強度を向上させるために、Ｂ、Ｃｒ、Ｃｕ、ＮｉおよびＭｏのうちの１種または２種以上を添加する。
【００２１】
Ａｌは、微細な　Ａｌ２Ｏ３　またはＡｌＮ析出物のピンニング効果により、熱処理時のγ粒径を微細化するために添加する元素である。しかし、０．０５％を超えて添加すると、粗大な　Ａｌ２Ｏ３　が生成し延性が低下する。このため、Ａｌ添加量の上限を０．０５％とする。
【００２２】
Ｔｉは、ＴｉＯ２　等の酸化物、あるいは、ＴｉＮ、ＴｉＣ等のＴｉ析出物のピンニング効果により、熱処理時のγ粒径などを微細化するために添加する元素である。この効果を得るためには、０．００５　％以上の添加が必要である。しかし、０．０５％を超えて添加すると、粗大なＴｉＮが多量に析出して、延性を劣化させる。このため、Ｔｉ添加量の上限を０．０５％とする。
【００２３】
Ｃａは、ＣａＳ（Ｏ）の生成により、熱処理時のγ粒径を微細化するのに有効な元素である。０．０００５％未満では効果がないので、０．０００５％を、Ｃａ添加量の下限とする。
しかし、０．００５　％を超えて添加すると、鋼の清浄度が低下するとともに、Ｃａ介在物が粗大化し、延性が低下するので、上限を０．００５　％とする。
【００２４】
ＲＥＭ　も、Ｃａと同様に、熱処理時のγ粒径を微細化するのに有効な元素である。
０．０００５％未満の添加では効果がないので、０．０００５％を、ＲＥＭ　添加量の下限とする。しかし、０．００５　％を超え添加すると、鋼の清浄度が低下するとともに、ＲＥＭ　を含む介在物が粗大化し、延性が低下するので、上限を０．００５　％とする。
【００２５】
Ｎｂは、Ｎｂ析出物のピンニング効果によりオーステナイト粒を微細化し、圧延ＰＣ鋼棒の延性を向上させる元素である。このため、０．００５　％以上の添加が必要である。しかし、多量に添加しても効果が飽和し、経済的に不利となるので、０．１　％を上限とする。このため、Ｎｂ添加量は、０．００５　〜０．１　％とする。
【００２６】
Ｖは、炭窒化物を析出させγ粒を微細化し、強度、延性を向上させる元素である。また、Ｖは、鋼中に侵入した水素をトラップするトラップサイトとなり、遅れ破壊特性を改善する元素でもある。これらの効果を得るには、０．００２　％以上の添加が必要である。しかし、多量の添加では効果が飽和し、経済的に不利になるので、上限を　０．５％とする。
【００２７】
Ｂは、焼入性を向上させて、圧延ＰＣ鋼棒の強度を高める元素である。また、Ｂは、優先的に粒界に偏析し、Ｐ、Ｓ、Ｍｎ等の粒界偏析を抑制する粒界清浄効果を介して、遅れ破壊の劣化を抑える元素でもある。このため、Ｂ添加量の下限を０．０００５％とする。しかし、０．０１％を超て添加すると、Ｆｅ２３Ｂが析出し、耐遅れ破壊特性が劣化する。このため、Ｂ添加量は、０．０００５〜０．０１％とする。
【００２８】
Ｃｒは、固溶強化により、また、焼入性を向上させパーライトのラメラー間隔を小さくして、強度を上昇させる元素である。０．０５％未満の添加では、この効果が不十分である。しかし、　２．０％を超て添加すると、強度が高くなり過ぎ、延性が低下する。このため、Ｃｒ含有量の上限を２．０　％とする。
【００２９】
Ｃｕは、焼入性を向上させるために添加する元素である。また、Ｃｕは、安定な腐食生成物を生成して、水素の侵入を抑制し、遅れ破壊を改善する元素でもある。
この効果を得るには、０．０５％以上の添加量が必要である。しかし、　１．０％を超えて添加すると、圧延時に熱間割れが起き易くなるので、Ｃｕ添加量の上限を　１．０％とする。
【００３０】
Ｎｉは、Ｃｕと同様に、焼入性を向上させるために添加する元素である。また、Ｎｉは、安定な腐食生成物を生成して、水素の侵入を抑制し、遅れ破壊を改善する元素でもある。更に、Ｎｉは、Ｃｕ脆化を抑制する効果も奏する元素である。耐遅れ破壊特性を向上するには、０．０５％以上の添加量が必要である。しかし、　１．０％を超え添加しても、その効果は飽和し、経済的に不利になるので、Ｎｉ添加量の上限を１．０　％とする。
【００３１】
Ｍｏは、リラクセーション特性を向上させるために有効な元素である。鋼の強度を上昇させるためには、少なくとも、０．０５％以上の添加量が必要である。しかし、０．５０％を超えて添加すると、フェライトの生成が抑制されるので、上限を０．５０％とする。そのため、Ｍｏ添加量は、０．１０〜０．５０％とする。
【００３２】
以上、本発明の鋼に係る化学成分について説明したが、ＹＳを　１２００ＭＰａ以上確保するためには、熱間圧延後、恒温変態させた線材において、ＴＳを、少なくとも、１４００ＭＰａ　以上にする必要があり、これを考慮して、Ｃ量や、他の強化元素との組合わせ、および、添加量を決定し、鋼の化学成分を構成する必要がある。
【００３３】
そして、本発明の鋼は、前述した化学成分を主体とするものであるが、面積率８０％以上のパーライト組織において、ＹＳ　：　１２００ＭＰａ以上、ＴＳ　：　１４００ＭＰａ以上、および、伸び４．５　％以上が確保される限りにおいて、他の化学成分も含有してもよいものであり、本発明の高強度圧延ＰＣ鋼棒の成分組成は、上記化学成分と、残部鉄および不可避的不純物に限定されるものではない。
【００３４】
例えば、ＰＣ棒鋼を機械加工して使用する場合もあるので、被削性を付与するため、Ｐ、Ｓ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｂｉ、Ａｓ、Ｓｂ等を、機械的特性を損なわない範囲で、適宜量添加してもよい。また、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ　等は組織を微細化し延性を向上させるため適宜量添加してもよい。
【００３５】
次に、本発明の高強度圧延ＰＣ鋼棒を製造する製造方法について説明する。
【００３６】
本発明の製造方法の特徴は、伸線等の強加工をしない状態のパーライト組織で、ＹＳを　１２００ＭＰａ以上とした点にある。即ち、本発明の鋼におけるパーライト組織は高延性を有するものである。
【００３７】
前記のように、ＴＳを１４００ＭＰａ　以上確保できた過共析鋼のＤＬＰ線材であっても、Ｃ量を　１．０％以上に高めた場合を除いて、そのままでは、ＹＳを　１２００ＭＰａ以上とすることは難しい。実際の過共析鋼にＤＬＰを施したままの線材において、ＴＳが１４００ＭＰａ以上の場合、伸びは７％程度と低く、さらに、ストレッチング＋ブルーイング処理を施すと、時効硬化により、延性が低下する恐れがある。
【００３８】
そこで、本発明者らは、上記課題を解決すべく、恒温変態後、伸線加工を施さずに、ストレッチング＋ブルーイング処理、もしくは、ヒートストレッチ処理を施した後のＹＳの上昇と、破断伸びの低下について検討した。そして、ＴＳが　１４００ＭＰａ以上を有するパーライト組織の鋼に、ストレッチイング＋ブルーイング処理、もしくは、ヒートストレッチ処理を施すことにより、ＹＳを約１００ＭＰａ以上高め、かつ、伸びの低下を約２％以下に抑えることができることを見い出した。
【００３９】
以上のことから、Ｃ量が　０．８％以上のＰＣ棒鋼においても、ＹＳ　：　１２００ＭＰａ以上、ＴＳ　：　１４００ＭＰａ以上、かつ、伸び　４．５％以上を確保することが容易に可能になった。
【００４０】
次に、詳細に組織、および、製造条件について説明する。
【００４１】
本発明の鋼の特徴は、パーライト主体組織で、ＴＳが　１４００ＭＰａ以上となることである。このためには、前記化学成分を満足するとともに、パーライト組織が面積率で８０％以上存在することが必要であり、本発明の製造方法においては、鋼材を熱間圧延し線材とした後、もしくは、線材を再加熱した後、該線材に恒温変態を施す必要がある。この恒温変態を４５０〜６５０℃の温度で行い、面積率８０％以上のパーライト組織を得る。パーライト組織の面積率が８０％未満であると、所定のＴＳが得られない。
【００４２】
恒温変態において、保持温度が４５０℃未満であると、多量のベイナイトが生成し、パーライト８０％以上の組織を確保することができず、所望のＴＳが得られない。一方、保持温度が６５０℃を超えると、ラメラー間隔が粗になりパーライト組織の強度が低下する。それ故、恒温変態における保持温度は、４５０〜６５０℃とする。
【００４３】
ＹＳを上昇させるために、線材を、ストレッチングで塑性域まで引張り、次いで、ブルーイング処理を施し、この時付与した加工歪みを除去する。前記のように、ＹＳ　：　１２００ＭＰａ以上で、破断伸び　４．５％以上を確保できる“ストレッチング＋ブルーイング処理”に係る条件は、１〜４％の歪みを付与し、その後、２００〜５００℃の温度で５〜６００秒の時間、保定することである。
【００４４】
ストレッチングの付与する歪みが１％未満では、ＹＳの上昇が図れない。一方、付与する歪みが４％を超えると、破断伸び４．５％以上を確保できない。
【００４５】
また、ブルーイング処理における熱処理温度が、２００℃未満では、Ｃの拡散が不十分で、転位が固着されないので、時効によるＹＳの上昇を図ることができない。一方、熱処理温度が５００℃を超えると、炭化物が粗大化して延性が低下する。このため、ブルーイング処理における熱処理温度は、２００〜５００℃とする。
【００４６】
上記の適正な熱処理温度範囲であっても、ヒートストレッチまたは予歪み後ブルーイング処理における処理時間が適切でないと、所望のＹＳと伸びの確保が困難となる。処理時間が５秒未満では、Ｃの拡散が不十分で、時効によりＹＳの上昇を図ることができない。一方、６００秒を超えて処理しても、時効の効果は飽和するので、処理時間の上限は６００秒とする。
【００４７】
本発明の製造方法においては、“ストレッチング＋ブルーイング処理”に替えて、ヒートストレッチ処理を用いることができる。このヒートストレッチ処理は、線材に、０．５〜６％の引張歪みを与えながら２００〜５００℃の温度に加熱する処理である。
【００４８】
与える引張歪みが０．５％未満では、ＹＳの上昇を図ることができない。一方、引張歪みが６％を超えると、破断伸び４．５％以上を確保することができない。
【００４９】
また、ヒートストレッチにおける熱処理温度が、２００℃未満では、Ｃの拡散が不十分で、転位が固着されないので、時効によるＹＳの上昇を図ることができない。一方、熱処理温度が５００℃を超えると、炭化物が粗大化して延性が低下する。このため、ヒートストレッチにおける熱処理温度は、２００〜５００℃とする。
【００５０】
本発明の製造方法は、以上の条件の下で、高強度圧延ＰＣ鋼棒において、ＹＳ　：　１２００ＭＰａ以上、ＴＳ　：　１４００ＭＰａ以上、かつ、伸び　４．５％以上を確保することができるものである。そして、更に、本発明の製造方法では、従来必要とされていた伸線工程を省略し、加熱（オーステナイト化）→熱間圧延→恒温変態→冷却→ストレッチング＋ブルーイング処理、または、加熱（オーステナイト化）→熱間圧延→恒温変態→冷却→ヒートストレッチ処理のいずれかの各工程を経て、高強度圧延ＰＣ鋼棒を、低コストで製造することが可能となった。
【００５１】
ボタンヘッド加工部が均一組織でかつ７０Ｈｖ以内について述べる。図１は、ボタンヘッド加工を施したＰＣ鋼棒の一部拡大図である。図２に従来の誘導加熱によるボタンヘッド加工部の硬度と本発明のボタンヘッド加工の硬度を示す。前述したように従来法ではボタンヘッド部が再加熱されるため母材組織が変化する。
特にヘッド部の付け根の母材部が軟化すると遠心締固め時に疲労破壊により頭飛びを発生する。そのため母材に対して３０Ｈｖ以内に押さえ均一組織とすることがよい。また、パーライト強度はラメラー間隔に依存することが知られているが、従来法で用いられる局所加熱（抵抗加熱など）と比較して本発明では恒温変態させるため（ソルトなど）母材とボタンヘッド部のラメラー間隔に大きな差が生じにくい。
【００５２】
また、本発明の製造方法では加熱（オーステナイト化）→熱間圧延→ボタンヘッド加工→恒温変態→冷却→ストレッチング＋ブルーイング処理などの工程をボタンヘッドやネジ加工を施した頭飛び防止型高強度圧延ＰＣ鋼棒を製造することを可能とした。
【００５３】
なお、具体的なボタンヘッド加工については言及しないがボタンヘッドは通常の加工機がよい。本発明はボタンヘッド加工としたが母材にたいして均一な組織を作るものであれば他の分野にも適用できる。例えばネジを母材と同じ組織にしたい場合にも適用できる。この場合ネジ加工は転造などがよい。
【００５４】
【実施例】
以下本発明の実施例について説明する。表１の化学成分の鋳片を加熱後熱間圧延し、ＤＬＰを実施した。その後該線材をストレッチイングした後にブルーイング処理した。製造条件および材質特性を表２に示す。引張り試験での伸びは突き合わせ方により測定した。パーライトの面積率は光学顕微鏡観察によって決定した。ボタンヘッド部の頭飛びに関しては６本で籠を造りコンクリートを遠心締固めし調査した。本発明鋼の鋼Ｔ１〜Ｔ１２ではＴＳが１４００ＭＰａ　以上、ＹＳが１２００ＭＰａ　以上およびＥｌが４．５％以上を満足した。
【００５５】
ＰＣ鋼棒に要求される材質特性として遅れ破壊やリラクゼーションがあげられる。本発明では省略するが、例えば鋼Ｃでは遅れ破壊特性をＦＩＰ試験により実施し１４２０ＭＰａ　×０．７の荷重を付与し２０ｈｒ以上もち良好であった。また、リラクゼーション試験は１８０℃の高温リラクゼーションで評価し、１４２０ＭＰａ　×０．７の荷重で２０％以下であった。
【００５６】
鋼Ｈ１〜Ｈ３は適切な鋼成分ではないので、機械的性質が確保できなかった。
鋼Ｈ１はＣ量が少なく所定の強度が得られない。鋼Ｈ２はＣ量が多く延性が低下した。鋼Ｈ３はＳｉ添加量が多く延性が低下した例である。鋼Ｈ４〜Ｈ８では適正な製造条件となっておらず材質特性が得られない。鋼Ｈ４は恒温変態温度が低く８０％以上のパーライト分率に満たないため強度が低下した。また、鋼Ｈ５では恒温変態温度が高いため強度が低下した例である。鋼Ｈ６では予歪みの量が少なくＹＳの所定の強度が得られない。鋼Ｈ７ではブルーイング温度が低くＣの拡散が不十分であるためＹＳの所定の強度が得られない例である。鋼Ｈ８はブルーイング温度が高く時効硬化により延性が低下した。Ｈ９は表１の鋼１６の成分の鋳片を１３ｍｍに熱間圧延し恒温変態を実施した。その後１３は７ｍｍまで減面率約２０％で伸線しストレッチイングとブルーイング処理をした。その後誘導加熱でボタンヘッドを製造した。そのため硬さの差が７０Ｈｖ以上となり頭飛びが発生した。
【００５７】
【表１】
2004052033.tif 000003
【表２】
2004052033.tif 000004
【００５８】
【発明の効果】
本発明は、引張強度（ＴＳ）が１４００ＭＰａ　以上の高強度、高延性を有するボタンヘッドの付いた高強度圧延ＰＣ鋼棒を安価に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボタンヘッド加工を施したＰＣ鋼棒の一部拡大図である。
【図２】ボタンヘッド加工部の硬さ分布を示す図。
【図１】
2004052033.tif 000005
【図２】
2004052033.tif 000006