(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
C:0.005mass%超、0.1mass%未満、N:0.005mass%超、0.1mass%未満、Mn:0.05mass%超、2.0mass%未満、Si:0.05mass%超、2.0mass%未満、P:0.04mass%未満、S:0.03mass%未満、Cr:10.0mass%超、20.0mass%未満、残部Feおよび不可避的不純物からなり、フェライト相とマルテンサイト相からなる組織を有し、かつ前記フェライト相の体積率が30〜90%であることを特徴とする機械的性質とコンクリート中での耐食性に優れた熱間圧延ままの鉄筋用Cr鋼。
【請求項２】
さらにMo:3.0mass%未満を含有することを特徴とする請求項1に記載の機械的性質とコンクリート中での耐食性に優れた熱間圧延ままの鉄筋用Cr鋼。
【請求項３】
さらにNb:0.5mass%未満、Ti:0.5mass%未満、Ta:0.5mass%未満、Zr:0.5mass%未満、Al:0.5mass%未満、B:0.005mass%未満のうちから選ばれた少なくとも1種の元素を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の機械的性質とコンクリート中での耐食性に優れた熱間圧延ままの鉄筋用Cr鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート中での耐食性に優れた鉄筋用Cr鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリート鉄筋用鋼としてはSD345鋼やSD390鋼などが用いられてきたが、このような普通鋼でできた鉄筋は、コンクリートが中性化した場合やコンクリート中に塩素イオンが混入した場合には容易に腐食されるため、コンクリート崩壊の危険性が指摘され、大きな問題となっている。
【０００３】
その対策の一つとして、日本ではCr鋼鉄筋の適用が検討されている。例えば、特許文献1には、Cr量を5〜15mass%としたうえで、Co量を0.01〜1.0mass%添加してコンクリート中での耐食性を向上させた鉄筋用Cr鋼が提案されている。また、塩素含有量の多い再生骨材やエコセメント用鉄筋として、特許文献2には、Cr量を4.0〜10.0mass%としてコンクリート中でのアノード反応を低減させて必要な耐食性を確保したCr鋼が提案されている。
【０００４】
しかし、特許文献1や特許文献2で提案されているCr鋼では、熱間圧延ままでは強度が高過ぎるため熱間圧延後に焼鈍を行う必要があるが、この焼鈍時に鋼材表面に脱Cr層が形成されるため、耐食性が極めて悪化し、熱間圧延ままでは使用に適さない。したがって、脱Cr層を除去するため酸洗を行う必要があり、余分なコストがかかっていた。
【０００５】
熱間圧延後の熱処理を必要としない方法として、特許文献3には、Cr量を12〜14mass%として耐食性を確保した13Crステンレス鋼の製造方法が提案されている。
【特許文献１】特開2002-212682号公報
【特許文献２】特開2004-10909号公報
【特許文献３】特開平4-26719号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献3に記載されたステンレス鋼では、組織全体が高強度で脆いマルテンサイト相からなるため、脆性遷移温度が比較的高く、寒冷地では靭性不足となり使用できない。
【０００７】
一方、海外では、塩害地域用防食鉄筋として、ステンレス鋼鉄筋が部分的に使用されているが、それらはほとんどがSUS304やSUS316といったオーステナイト系ステンレス鋼であり、耐食性には極めて優れているが、高価であり使用範囲が限定されるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の実情に鑑み開発されたもので、オーステナイト系ステンレス鋼よりも安価であり、熱間圧延後の焼鈍や酸洗が不要で、熱間圧延ままでも靭性などの機械的性質とコンクリート中での耐食性に優れた鉄筋用Cr鋼を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、熱間圧延ままでも機械的性質とコンクリート中での耐食性に優れた鉄筋用Cr鋼について鋭意検討を行ったところ、以下の知見を得た。
1)熱間圧延前の加熱中に組織がフェライト相＋オーステナイト相からなる成分組成では、熱間圧延後に焼鈍などの工程を経なくても靭性が良好なフェライト相が生成し、安価に鉄筋用鋼として十分な靭性が得られる。
2)Cr量を10.0mass%超、20.0mass%未満とし、組織をフェライト相とマルテンサイト相の2相とし、かつフェライト相の体積率を30〜90%とすれば、強度、加工性の面から見て鉄筋用に適しており、かつ靭性およびコンクリート中での耐食性に優れた鉄筋用鋼が得られる。
【００１０】
本発明は、こうした知見に基づきなされたもので、C:0.005mass%超、0.1mass%未満、N:0.005mass%超、0.1mass%未満、Mn:0.05mass%超、2.0mass%未満、Si:0.05mass%超、2.0mass%未満、P:0.04mass%未満、S:0.03mass%未満、Cr:10.0mass%超、20.0mass%未満、残部Feおよび不可避的不純物からなり、フェライト相とマルテンサイト相からなる組織を有し、かつ前記フェライト相の体積率が30〜90%であることを特徴とする機械的性質とコンクリート中での耐食性に優れた熱間圧延ままの鉄筋用Cr鋼を提供する。
【００１１】
また、本発明の鉄筋用Cr鋼は、さらにMo:3.0mass%未満を含有することができる。
【００１２】
さらにまた、本発明の鉄筋用Cr鋼は、さらにNb:0.5mass%未満、Ti:0.5mass%未満、Ta:0.5mass%未満、Zr:0.5mass%未満、Al:0.5mass%未満、B:0.005mass%未満のうちから選ばれた少なくとも1種の元素を含有することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、従来の普通鋼に比べ熱間圧延ままでも靭性などの機械的性質とコンクリート中での耐食性に優れた鉄筋用Cr鋼が得られる。また、本発明の鉄筋用Cr鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼でなく、熱間圧延後の焼鈍や酸洗が不要なため、より安価に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明について詳細に説明する。
【００１５】
1)成分組成
C: Cはオーステナイト相および炭化物を生成させる元素である。オーステナイト相はマルテンサイト相に変態すると強度を高め、靭性を低下させる。また、炭化物および固溶炭素も強度を高める。しかしながら、C量が0.005mass%以下では、フェライト相の体積率が90%を超えるばかりか、炭化物および固溶炭素も少なくなり、鉄筋用として強度不足になる。一方、C量が0.1mass%以上では、フェライト相の体積率が30%未満となり、靭性の低下を招く。したがって、C量は、0.005mass%超、0.1mass%未満に限定する。
【００１６】
N: Nはオーステナイト相および窒化物を生成させる元素である。オーステナイト相はマルテンサイト相に変態すると強度を高め、靭性を低下させる。また、窒化物も強度を高める。しかしながら、N量が0.005mass%以下では、フェライト相の体積率が90%を超えるばかりか、窒化物も少なくなり、鉄筋用として強度不足になる。一方、N量が0.1mass%以上では、フェライト相の体積率が30%未満となり、靭性の低下を招く。したがって、N量は、0.005mass%超、0.1mass%未満に限定する。
【００１７】
Mn: MnもCと同様にオーステナイト相からマルテンサイト相への変態を促進する元素である。Mn量が0.05mass%以下では、フェライト相の体積率が90%を超えるため、鉄筋用として強度不足になる。一方、Mn量が2.0mass%以上になると、鋼中に残存する介在物が多くなって耐食性が劣化する。したがって、Mn量は、0.05mass%超、2.0mass%未満に限定する。
【００１８】
Si: Siは脱酸剤として有用であり、フェライト相を生じさせる元素である。しかしながら、Si量が0.05mass%以下では、十分な脱酸効果が得られず、2.0mass%以上になると、硬化して機械的性質の劣化を招く。したがって、Si量は、0.05mass%超、2.0mass%未満に限定する。
【００１９】
P: Pは靭性等の機械的性質を劣化させるだけでなく、耐食性に対しても有害な元素であるので、少ないほど好ましい。特に、P量が0.04mass%以上になるとその悪影響が顕著になるので、P量は0.04mass%未満に限定する。
【００２０】
S: SはMnと結合してMnSを形成し、錆発生の起点になるのみならず、結晶粒界に偏析して粒界脆化を促進させるので、少ないほど好ましい。特に、S量が0.03mass%以上になるとその悪影響が顕著になるので、S量は0.03mass%未満に限定する。
【００２１】
Cr: Crは、本発明において耐食性の改善やフェライト相とマルテンサイト相の体積比率を調整するうえで重要な元素である。鉄筋としてコンクリート中で長期間使用されても腐食が問題にならないレベルの耐食性を確保するためには、Cr量を少なくとも10.0mass%超にする必要がある。一方、Cr量が20.0mass%以上になると、フェライト相の体積率が90%を超えるため、鉄筋用として強度不足になる。したがって、Cr量は、10.0mass%超、20.0mass%未満に限定する。
【００２２】
残部はFeおよび不可避的不純物であるが、以下の元素を少なくとも1種適宜含有させることができる。
【００２５】
Mo: MoはCr鋼の耐食性を向上させるうえで極めて有効な元素であるが、3.0mass%以上になるとコストアップが大きくなるうえ機械的性質が劣化するので、Mo量は3.0mass%未満に限定する。なお、その効果を発揮させるには、0.05mass%超であることが好ましい。
【００２６】
Nb、Ti、Ta、Zr: Nb、Ti、Ta、Zrは、いずれもCr炭窒化物の析出を少なくして耐食性を向上させる働きがある。しかしながら、いずれも0.5mass%以上になると機械的性質が劣化するので、単独添加、複合添加いずれの場合も、Nb、Ti、Ta、Zrの量は0.5mass%未満に限定する。なお、その効果を発揮させるには、それぞれ0.01mass%超であることが好ましい。
【００２７】
Al: Alは脱酸剤として有用であり、フェライト相を生じさせる元素でもある。Siによる脱酸が不十分な場合はAlによる脱酸が行われるが、その量が0.5mass%以上になると介在物が多くなって耐食性が劣化する。したがって、Al量は0.5mass%未満に限定する。なお、その効果を発揮させるには、0.01mass%超であることが好ましい。
【００２８】
B: BはNと結合することにより、Cr窒化物の析出を少なくして耐食性を向上させる作用がある。しかしながら、その量が0.005mass%以上になると熱間加工性が劣化すので、B量は0.005mass%未満に限定する。なお、その効果を発揮させるには、0.0005mass%超であることが好ましい。
【００２９】
2)組織
本発明である鉄筋用Cr鋼の組織は、鉄筋用としての強度と加工性を確保するために、フェライト相とマルテンサイト相からなる組織にする必要がある。このとき、フェライト相の体積率は、靭性向上の観点から30%以上、強度確保の観点から90%以下にする必要がある。
【００３０】
本発明である鉄筋用Cr鋼は、通常の方法で製造でき、熱間圧延後の焼鈍や酸洗は不要である。例えば、高炉溶銑を転炉にてCrを添加しつつ脱炭した溶鋼、あるいはスクラップ等のFe、Cr原料を電気炉にて溶解し、VOD等により脱炭、成分調整した溶鋼を連続鋳造にてブルームに、あるいは造塊によりインゴットにし、このブルームあるいはインゴットを1100〜1200℃に加熱し、熱間圧延または熱間鍛造により50mm角程度のビレットにし、このビレットを再び1100℃程度に加熱し、棒線圧延機により15mmφ程度の棒鋼とする。このとき、棒鋼に圧延後の冷却速度を30〜150℃/hにコントロールすることによりフェライト相とマルテンサイト相からなる組織が得られ、かつフェライト相の体積率を30〜90%に調整できる。
【実施例１】
【００３１】
表1に示す成分組成からなる鋼a〜zの50kg鋼塊を真空溶解した、次いで、表面5mmを研削した後1170℃に加熱し、熱間鍛造により50mm角のビレットにした。このビレットを1100℃で1h加熱し、棒線圧延機により15mmφ棒鋼とし、30〜150℃/hの冷却速度で室温まで冷却した。こうして作製した棒鋼の鉄筋と、市販のSD390、SUS304、SUS316の鉄筋を用い以下の試験を行った。
【００３２】
(1)衝撃試験
鉄筋に深さ3mmの切り欠きを刻み、-25℃でJIS Z 2242に規定される金属材料衝撃試験を行い、破壊後の脆性破面率を測定して靭性を評価した。
【００３３】
(2)コンクリート中での腐食試験
石膏材約1200kg/m3、砂膏材約800kg/m3、ポルトランドセメント300kg/m3、水200kg/m3、塩化物イオン添加量0.6kg/m3の組成のコンクリートを用いて、表面から30mmの位置に鉄筋を埋め込み、30日間養生を行って、鉄筋コンクリート試験体を作製した。この試験体に海水を毎日6時間噴霧した後に、コンクリートに生じた割れの程度(割れなし、割れ小、割れ大)と腐食面積率を測定し、コンクリート中での耐食性を評価した。
【００３４】
結果を表1に示すが、本発明である鉄筋用Cr鋼a〜wは、靭性、コンクリート中での耐食性ともに良好であった。なお、従来例のSUS304やSUS316も、靭性、耐食性ともに良好であるが、これらはNi量が多くコスト高である。
【００３５】
【表１】
0004770485.tif 000002