(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１５ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下、
Ｍｎ：０．５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、
Ｃｒ：０．１ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、
Ｍｏ：１ｗｔ％以下、
Ｔｉ：０．００５ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下、
Ｂ：０．０００５ｗｔ％以上０．００３０ｗｔ％以下、
Ｎ：０．０１ｗｔ％以下、
Ａｌ：０．００１ｗｔ％を超え０．０４ｗｔ％未満、
Ｓｉ：０．０５ｗｔ％以上，｛０．５−（Ｔｉ＋Ａｌ）｝ｗｔ％未満
を含有し、かつ、
Ｐｃｍ（％）＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０
＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ
に基づいて決定されるＰｃｍ値が０．２％＜Ｐｃｍ≦０．５％を満足し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼を、
Ａｃ３点以上１２５０℃以下の範囲内の温度に加熱して熱間圧延し、
熱間圧延後に、５００℃以上８００℃以下の温度範囲を０．３℃／ｓ以上の冷却速度で冷却して非調質鉄筋用鋼材を製造することを特徴とする非調質鉄筋用鋼材の製造方法。
【請求項２】
前記鋼が、さらに、
Ｃｕ：０．０５ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下、
Ｎｉ：２ｗｔ％以下
からなる２種の元素のうちの１種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１記載の非調質鉄筋用鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば、鉄筋コンクリート構造物に用いられる剪断補強筋の素材として使用される非調質鉄筋用鋼材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄筋コンクリート構造物を補強してその崩壊を防ぐために剪断補強筋が使用される。剪断補強筋を使用した鉄筋コンクリート構造物では、鉄筋コンクリート構造物が剪断変形する際に、剪断補強筋が伸びて塑性変形することにより、鉄筋コンクリート構造物の変形エネルギーが剪断補強筋に吸収され鉄筋コンクリート構造物の崩壊が防がれる。しかし、これまでの剪断補強筋は、伸び特性という点からは必ずしも十分なものではない。剪断補強筋は、曲げ加工により円形や角形等に成形されて製造されるものであり、伸び特性に優れると、曲げ加工が容易となり、加工性の面からも大きなメリットとなる。また、近年、剪断補強筋として、施工性のよい溶接閉鎖型の需要が高まっており、この溶接閉鎖型の剪断補強筋では、溶接部の継手伸びも重要な特性となる。
【０００３】
曲げ特性と溶接継手伸びとに優れた鋼材として、降伏強度が８０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上、母材伸びが１０％以上、溶接継手伸び５％以上の鋼材が知られている（特開昭５０−１２９４２１号公報参照）。この鋼材の製造に当っては、溶接性と焼入れ性を考慮したＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系高合金鋼に焼入れ・焼もどし処理を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した曲げ特性に優れた鋼材は、上記のように、その製造に当たっては焼入れ・焼もどし処理が必要であり、それらの処理の分、製造工程の増加や熱エネルギーコストの増大を招くという問題点がある。
本発明は、上記事情に鑑み、非調質であっても強度と延性に優れ、しかも、溶接しても母材と同等レベルの引張強度や延性を有する非調質鉄筋用鋼材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の非調質鉄筋用鋼材の製造方法は、
Ｃ：０．１５ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下、
Ｍｎ：０．５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、
Ｃｒ：０．１ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、
Ｍｏ：１ｗｔ％以下、
Ｔｉ：０．００５ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下、
Ｂ：０．０００５ｗｔ％以上０．００３０ｗｔ％以下、
Ｎ：０．０１ｗｔ％以下、
Ａｌ：０．００１ｗｔ％を超え０．０４ｗｔ％未満、
Ｓｉ：０．０５ｗｔ％以上，｛０．５−（Ｔｉ＋Ａｌ）｝ｗｔ％未満
を含有し、かつ、
Ｐｃｍ（％）＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０
＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ
に基づいて決定されるＰｃｍ値が０．２％＜Ｐｃｍ≦０．５％を満足し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼を、
Ａｃ３点以上１２５０℃以下の範囲内の温度に加熱して熱間圧延し、
熱間圧延後に、５００℃以上８００℃以下の温度範囲を０．３℃／ｓ以上の冷却速度で冷却して非調質鉄筋用鋼材を製造することを特徴とするものである。
【０００６】
ここで、上記鋼が、さらに、
Ｃｕ：０．０５ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下、
Ｎｉ：２ｗｔ％以下
からなる２種の元素のうちの１種以上の元素を含有することが好ましい。
【０００７】
【作用】
本発明者は、非調質であっても強度と延性に優れ、しかも、溶接しても母材と同等レベルの引張強度や延性をもつ非調質鉄筋用鋼材を製造するために種々の実験・研究を行った結果、次の知見を得た。ここでは、焼入れ・焼きもどしを行わずに圧延のままで降伏強度が８０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上、母材伸び１０％以上、溶接継手伸び５％以上という強度と延性を兼ね備えた機械的性質を有する非調質鉄筋用鋼材を製造することを目標とした。
【０００８】
通常、剪断補強筋の溶接では、フラッシュバット溶接やアプセットバット溶接と呼ばれる高能力、高生産性の抵抗溶接が利用される。ここで、フラッシュバット溶接とは、２本の棒鋼の端面どうしを接触させ２つの端面の間に大電圧をかけ、アークの接触と短絡を繰り返して端部に溶融部を形成し、最後にこの溶融部をアプセット（据え込み変形）により排出し、２本の棒鋼の端部に接合部を形成する溶接法である。また、アプセットバット溶接とは、完全に突き合わせられた２本の棒鋼の端面の間に大電圧をかけ、抵抗発熱により端部をアプセットし２本の棒鋼の端部に接合部を形成する溶接法である。
【０００９】
このような溶接方法の場合、下記の（１）及び（２）が問題となる。
（１）図１は、節１０ａ，２０ａ付きの２本の剪断補強筋１０，２０の端面どうしをつき合わせて、フラッシュバット溶接またはアプセットバット溶接をした後の断面硬さを示すものであり、縦軸は硬さを表し、横軸は、突き合わされた面からの距離を表す。図１に示すように、接合部に隣接した部分に、大入熱に起因して、母材よりも硬さが低い軟化部が形成され易く、引張応力が軸方向に作用した場合、この軟化部が破断し、所期の応力や伸びが得られないおそれがある。
【００１０】
（２）上記の溶接はシールドガスを流すことなく大気中で行われるため、突き合わされた端面に酸化介在物が形成され、この酸化介在物が、アプセット過程で排出されずに接合部に残存するおそれがある。このため、継手引張強度や継手曲げ性が低下し、所期の継手特性が安定して得られない。
上記（１）の点を解決するには、根本的な溶接方法は変わらないので、たとえ軟化部で破断しても、鋼材が所期の強度（ここでは、降伏応力）を有するようにする必要がある。そこで、Ｐｃｍを変化させ、軟化部で破断した場合の引張試験時の降伏応力（ＹＳ）を測定した。図２に、図１の軟化部が破断した場合における、ＰｃｍとＹＳとの関係を示す（〇は測定点である）。図２に示すように、Ｐｃｍを変化させ、軟化部で破断した場合の引張試験時の降伏応力（ＹＳ）は、一義的にＰｃｍで決定される。従って、軟化部で破断した場合でもＹＳ≧８０ｋｇｆ／ｍｍ2 を満足させるにはＰｃｍ＞０．２とする必要がある。ここで、
0003930064.tif 000002
とした。
【００１１】
上記（２）の点を解決するために、継手曲げ試験（ＪＩＳ  Ｇ３１１２棒鋼の曲げ試験準拠）を、直径１３〜１６ｍｍの節１０ａ，２０ａ付きの互いに溶接された溶接された剪断補強筋１０，２０（図１参照）を用いてＲ＝２ｄ（Ｒ：曲げ半径、ｄ：公称径）の条件で行った。この結果を図３に示す。この試験では、Ｔｉ，Ｓｉ，Ａｌの含有量を変化させた鋼材を用い、接合部で割れが発生したときの曲げ角度を測定した。ＪＩＳの要求特性は９０°曲げで割れが発生しないものとされている（ＹＳ＝５０ｋｇｆ／ｍｍ2 級、これ以上の強度グレードに対しては、ＪＩＳに規定されていない）。この試験の結果、Ｔｉ含有量を０．０５ｗｔ％以下、Ｓｉ含有量を０．５ｗｔ％以下、Ａｌ含有量を０．０４ｗｔ％未満にすることにより継手曲げ性が著しく改善されることが判明した。
【００１２】
さらに、この知見によれば、鉄筋の形状に起因する節１０ａ，２０ａの根元に発生する応力集中に対し、母材そのものの清浄度を向上させることにより、節１０ａ，２０ａの根元からの割れを防止できることが予測できる。Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉは単純にそれぞれの含有量を低減すればよいのではなく、Ｓｉ＋Ａｌ＋Ｔｉ＜０．５ｗｔ％を満足しなければ継手の引張強度や曲げ性が低下することが判明し、上記の３成分の和の上限を設定した。
【００１３】
本発明における非調質鉄筋用鋼材の成分範囲の限定理由について説明する。
Ｃは、目的とする強度を確保するために０．１５ｗｔ％以上は必要である。しかし、０．３ｗｔ％を超えて添加すると溶接性や延性が劣化するため０．３ｗｔ％以下とする。
Ｓｉは、鋼の脱酸及び強化のために添加するが０．０５ｗｔ％未満では効果が少ないため０．０５ｗｔ％以上添加する。しかし、０．５ｗｔ％を超えて添加すると継手曲げ性を低下させるため０．５ｗｔ％以下とする。
【００１４】
Ｍｎは、焼入性を確保し目標の強度を得るために０．５ｗｔ％以上の添加が必要である。しかし、２．０ｗｔ％を超えて添加すると延性や溶接性の劣化を招くため２．０ｗｔ％以下とする。
Ｃｒは、焼入性を高める元素であり、目標の強度を得るために０．１ｗｔ％以上添加する。しかし、１．５ｗｔ％を超えて添加すると焼入性が過大となり延性や溶接性を劣化させるため１．５ｗｔ％以下とする。
【００１５】
Ｍｏは、焼入性を高めるとともに、組織を改善して延性を向上させるが１ｗｔ％を超えて添加するとコストが上昇し、また、溶接性が劣化する原因となるため１ｗｔ％以下とする。
Ｔｉは、Ｎを固定しＢとの複合添加によりＢによる焼入性向上効果を高めるとともに溶接性を改善するため０．００５ｗｔ％以上添加する。しかし、０．０５ｗｔ％を超えて添加すると継手曲げ性を低下させるため０．０５ｗｔ％以下とする。
【００１６】
Ｂは、焼入性を向上させる元素であるが０．０００５ｗｔ％未満では効果が不十分であるため０．０００５ｗｔ％以上添加する。しかし、０．００３０ｗｔ％を超えて添加しても焼入性向上効果が飽和し、溶接性が劣化する原因にもなるため０．００３０ｗｔ％以下とする。
Ｎは、０．０１ｗｔ％を超えて含有された場合、溶接時にＴｉＮ，ＶＮ等の粗大な析出物を形成し、溶接継手の引張強度及び曲げ性を低下させるため０．０１ｗｔ％以下とする。
【００１７】
Ａｌは、鋼の脱酸のために添加するが、０．００１ｗｔ％以下ではその効果が少ないため０．００１ｗｔ％を超える量を添加する。しかし、０．０４ｗｔ％以上添加すると継手曲げ性を低下させるため０．０４ｗｔ％未満とする。
Ｃｕは、焼入性を高め、フェライト相を析出強化することにより強度を向上させる元素である。強度を確保する必要のある場合に添加することができる、が０．０５ｗｔ％未満では効果が不十分であり、０．３ｗｔ％を超えると熱間加工性や溶接性を阻害するため０．０５ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下の範囲とする。
【００１８】
Ｎｉは、焼入性を向上させる元素である。強度の確保を必要な場合に添加することができるが、高価である上に過剰に添加すれば溶接性を劣化させるため２ｗｔ％以下の添加とする。
Ｐｃｍが０．２％以下では、溶接継手を引張って軟化部が破断した場合、降伏強度で８０ｋｇｆ／ｍｍ2 の継手強度を確保することが困難となるので、０．２％よりも高くなるように調整する。しかし、０．５％を超えると溶接継手の脆化や溶接割れなどの溶接部欠陥が顕著となるため０．５％以下とする。
【００１９】
Ｓｉ、Ａｌ、及びＴｉの合計含有量が、０．５ｗｔ％以上になると継手引張強度及び継手曲げ性が低下するため、その合計含有量を０．５ｗｔ％未満とする。
次に、製造方法の限定理由について説明する。
本発明において加熱温度をＡｃ3 以上１２５０℃以下の温度範囲内とした理由は、Ａｃ3 点未満の温度では加熱後に引き続いて行われる圧延において加工性が悪化するのとフェライトが残留して伸びが低下するからである。また、１２５０℃を超える加熱の場合、オーステナイト粒が粗大化し、強度、延性が低下し、また、熱料原単位の上昇にもつながるからである。
【００２０】
熱間圧延後５００℃以上８００℃以下の温度範囲内を０．３℃／ｓ以上の冷却速度で冷却する理由は、０．３℃／ｓ未満の冷却では組織中のフェライト及びパーライト組織分率が増加し、強度が不足するとともに伸びも低下するからである。
以上説明したように化学組成と製造条件を限定したので、非調質であっても強度と延性に優れ、しかも、溶接しても母材と同等レベルの引張強度や延性を有する非調質鉄筋用鋼材を製造できる。
【００２１】
【実施例】
表１に本発明の鋼の化学成分を比較例の鋼の化学成分とともに示す。
供試材Ａ〜Ｊ鋼は本発明条件に適合する化学成分を有する鋼であり、供試材Ｋ〜Ｕ鋼は比較例の鋼である。
これらの鋼を溶製鋳造してビレットとし、表２に示す各温度に加熱して圧延を行い、表２に示す冷却速度で冷却したのち、直径１３ｍｍの棒鋼を製造して、２本の棒鋼をアプセットバット溶接して機械的性質を調べた。結果を表２に示す。表２に記載した、母材、軟化部、及び接合部は、図１に示す母材、軟化部、及び接合部に対応する。また、表２の溶接継手伸びは、破断位置における伸びを示す。
【００２２】
加熱温度が本発明の方法から外れた比較鋼Ａ２は、加熱温度が低いのでフェライトが残留し、表２に示すように、降伏強度ＹＳ及び母材伸びがそれぞれ目標の８０ｋｇｆ／ｍｍ2 及び１０％に達していない。また、冷却速度が本発明の方法から外れた比較鋼Ａ３は、冷却速度が遅いのでフェライトが生成され、降伏強度ＹＳが目標の８０ｋｇｆ／ｍｍ2 に達していない。また、化学成分が本発明に規定の範囲から外れた比較鋼Ｋ〜Ｕは、ＹＳ、母材伸び、溶接継手伸びのいずれかあるいは複数が目標に達していない。これに対し、本発明の方法による鋼Ａ〜ＪはＹＳ、母材伸び、溶接継手伸びとも、それぞれ、目標の８０ｋｇｆ／ｍｍ2 、１０％、５％が安定して得られ、溶接割れの発生も無かった。
【００２３】
【表１】
0003930064.tif 000003
【００２４】
【表２】
0003930064.tif 000004
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の非調質鉄筋用鋼材の製造方法によれば、製造コストの上昇につながる焼入れ・焼もどし処理を施すことなく、圧延のままで降伏強度が高く、溶接した場合の母材伸びや溶接継手伸びに優れた鋼材を安定して製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】互いに突き合わされた鉄筋と、その溶接後の断面硬さを示すグラフである。
【図２】図１に示す軟化部が破断した場合のＰcmとＹＳとの関係を示すグラフである。
【図３】溶接後の継手曲げ性と、Ｔｉ，Ｓｉ，Ａｌとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０，２０  鉄筋
１０ａ，２０ａ  節
【図１】
0003930064.tif 000005
【図２】
0003930064.tif 000006
【図３】
0003930064.tif 000007