(57)【要約】【課題】高価な元素の添加を極力少なくし、通常の熱間圧延方法で成形することができる高強度鉄筋用棒鋼の製造方法の提供。【解決手段】本発明の高強度鉄筋用棒鋼の製造方法は、質量％で、Ｃ：０．３５〜０．４０％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．５０〜０．８０％、Ｃｒ：０．４０〜０．７０％、Ｖ：０．２０〜０．２５％、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋳片を作製し、前記鋳片を鋳片加熱炉にて加熱し熱間で分塊圧延して鋼片とした後、放冷または徐冷し、前記放冷または徐冷した鋼片を鋼片加熱炉にて再加熱し熱間圧延して棒鋼形状に成形した後、放冷する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．３５〜０．４０％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．５０〜０．８０％、Ｃｒ：０．４０〜０．７０％、Ｖ：０．２０〜０．２５％、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋳片を作製し、
前記鋳片を鋳片加熱炉にて加熱し熱間で分塊圧延して鋼片とした後、放冷または徐冷し、
前記放冷または徐冷した鋼片を鋼片加熱炉にて再加熱し熱間圧延して棒鋼形状に成形した後、放冷することを特徴とする高強度鉄筋用棒鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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高強度鉄筋用棒鋼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度鉄筋用棒鋼の製造方法に関する技術は従来から提案されている。
例えば、高強度を確保するため高価な元素を複数種類添加する技術（特許文献１〜特許文献３参照）、熱間圧延中の加熱及び熱間圧延後の冷却の条件を特定（限定）する技術（いわゆる「制御圧延」、「制御冷却」を用いる技術）（特許文献２参照）、圧延後に「焼入れ・焼もどしの熱処理」を行う技術（特許文献３参照）が存在する。
【０００３】
しかし、これらの従来技術では、高価な元素を複数種類添加することが必要である。また、「制御圧延」、「制御冷却」、「焼入れ・焼もどしの熱処理」を実施するためには専用設備が必要である。
そのため、製造コストが高騰するという問題が存在した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２６８５３６号公報
【特許文献２】特開２００８−１９６０４６号公報
【特許文献３】特開２０００−２６９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、高価な元素の添加を極力少なくし、特別な専用設備を必要とせず、通常の熱間圧延方法により実施することができる高強度鉄筋用棒鋼の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の高強度鉄筋用棒鋼の製造方法は、
質量％で、Ｃ：０．３５〜０．４０％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．５０〜０．８０％、Ｃｒ：０．４０〜０．７０％、Ｖ：０．２０〜０．２５％、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋳片を作製し、
前記鋳片を鋳片加熱炉にて加熱し熱間で分塊圧延して鋼片とした後、放冷または徐冷し、
前記放冷または徐冷した鋼片を鋼片加熱炉にて再加熱し熱間圧延して棒鋼形状に成形した後、放冷することを特徴としている。
【０００７】
本発明においては、鋳片を鋳片加熱炉にて加熱し熱間で分塊圧延して鋼片とした後に放冷または徐冷し、次いで、前記放冷または徐冷した鋼片を鋼片加熱炉にて再加熱し熱間圧延して棒鋼形状に成形した後に放冷するが、当該熱間圧延前の再加熱及び熱間圧延後の冷却の条件を特定（限定）する、いわゆる、「制御圧延」、「制御冷却」である必要はなく、当該熱間圧延は通常の熱間圧延でよい。
また、「放冷」は空気の対流および熱放射による自然冷却を意味し、「徐冷」は約１０００°Ｃ以下の温度の断熱材で囲まれた空間（保温箱）に鋼片を装入して空気の対流および熱放射を少なくして自然冷却より冷却速度を小さくした冷却を意味する。何れにおいても、水冷などの強制冷却は含まない。
さらに、熱間圧延後の焼入れ・焼もどしは不要であり、実行しない。
但し、本発明の実施に際して、焼入れ・焼もどしを行うことも可能である。
【０００８】
ここで、放冷または徐冷した鋼片を鋼片加熱炉にて再加熱して熱間圧延して棒鋼形状に成形するが、当該棒鋼はその表面に凹凸が有るものと表面が平滑なものがある。本発明においては表面に凹凸が有る棒鋼の製造方法を対象としているが、表面が平滑な棒鋼の製造方法について適用することもできる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、鋳片を鋳片加熱炉にて加熱し熱間で分塊圧延して鋼片を得た後、当該鋼片を放冷または徐冷し、さらに当該放冷または徐冷した鋼片を鋼片加熱炉にて再加熱し熱間圧延して棒鋼形状とする。
そのため当該鋼片においては鋳造された鋳片の表面疵が除去される。したがって、鋼片を圧延して製造される鉄筋用棒鋼として、表面疵が少なく、滑らかな鋼棒が得られる。
【００１０】
そして本発明によれば、分塊圧延された鋼片を放冷または徐冷することにより水素量を減少することができる。ここで、水素は鋼の品質に悪影響を与え、内部割れなどを発生させる有害元素であるため、本発明で得られる水素量が少ない鋼片から異形棒鋼を製造することにより、異形棒鋼の内部割れの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る高強度鉄筋用棒鋼の製造工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図１を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る高強度鉄筋用棒鋼の製造工程を示す図１において、ステップＳ１では、当該高強度鉄筋用棒鋼の製造に必要な原料（材料）を用意する。鉄原料としては、例えば使用済の各種鉄製品（鉄スクラップ）などであり、添加元素としてＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖなどがある。
【００１３】
図示の実施形態で製造される高強度鉄筋用棒鋼の化学成分を下表１に示す。
表１における化学成分は、高強度鉄筋用棒鋼として所望される機械的性質の各種数値（目標値：降伏強さが６８５ＭＰａ以上、引張強さが８８５ＭＰａ以上、伸びが１０．０％以上：表２参照）を充足するように決定された。
【００１４】
表１
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【００１５】
Ｃは鋼の強度を確保するために必須の元素であり、降伏強さ６８５ＭＰａ以上を確保するためには含有量が０．３５質量％以上必要である。
一方、Ｃの含有量が０．４０質量％を超えると曲げ加工性及び延性が劣化するので、上限を０．４０質量％とした。
【００１６】
Ｓｉは、脱酸作用の他、フェライト組織の強化に有効な元素である。Ｓｉの含有量が０．１５質量％未満では脱酸作用、フェライト組織の強化作用は少ない。一方、含有量が０．３５質量％を超えると延性が低下するので、上限を０．３５質量％とした。
Ｍｎは、Ｃと同様に、鋼を強化するために必須の元素であり、強度の目標値を確保するために含有量が０．５０質量％以上必要である。他方、含有量が０．８０質量％を超えると延性が低下するので、上限を０．８０質量％とした。
【００１７】
Ｃｒについては、フェライト・パーライト組織の微細化に有効な元素であるが、含有量が０．４０質量％未満ではその効果は発現しない。他方、含有量が０．７０質量％を超えると延性が低下するため、Ｃｒの含有量の上限を０．７０質量％とした。
Ｖは、炭窒化物を生成し、鋼を強化するために必須の元素であり、降伏強さ６８５ＭＰａ以上を確保するためには含有量が０．２０質量％以上必要である。他方、含有量が０．２５質量％を超えて添加しても効果は変わらないため、上限を０．２５質量％とした。
【００１８】
図１のステップＳ２の工程では、ステップＳ１で用意した原料（材料）である鉄原料（鉄スクラップなど）を、溶解炉（電気炉）に装入して溶解する。電極と鉄スクラップとの間にアークを飛ばし、原料である鉄スクラップを溶解する。そしてステップＳ３に進む。
次のステップＳ３は精錬の工程で、ステップＳ２で溶解した鉄スクラップに必要な元素（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖなど）を添加し、不要な元素を除去すると共に、鋼の組成と温度を調整する。精錬工程の次は、ステップＳ４に進む。
【００１９】
ステップＳ４は鋳造の工程で、ステップＳ３で組成の調整を行った溶鋼を、連続鋳造設備に流し込み、冷却して固め、鋳片を作製する。
ここで作製される鋳片は、例えば縦２００ｍｍ、横３６０ｍｍのサイズの矩形断面形状の鋳片である。
鋳造工程の次は、ステップＳ５に進む。
【００２０】
ステップＳ５は鋳片を鋳片加熱炉にて加熱する鋳片加熱工程であり、ステップＳ４で連続鋳造された鋳片を、ステップＳ６の分塊圧延に適した温度（約１２００℃）に鋳片を加熱する。
ステップＳ６は分塊圧延の工程であり、ステップＳ５で加熱された鋳片を熱間で圧延加工して分塊圧延を実行し、当該鋳片より断面積の小さな鋼片を作製する。
ステップＳ６で得られる当該鋼片は、例えば縦１３０ｍｍ、横１３０ｍｍのサイズの矩形断面形状を有する。
ステップＳ６で分塊圧延は、後工程で熱間圧延して棒鋼形状とするため、小さい断面積の鋼片を得るために実行される。
【００２１】
さらに、分塊圧延により、鋳片の内部の粗大な鋳造組織が潰され、鋼片として緻密な金属組織を得ることができるので、分塊圧延後の鋼片を圧延して製造される鉄筋用棒鋼は緻密な金属組織を有し、内部品質と表面性状の優れた製品となる。
また、分塊圧延により鋳片の内部の水素などの気泡が除去され易くなるため、鋼片を圧延して製造される鉄筋用棒鋼は、鋼の品質に対して有害な元素である水素の量が少なく、曲げ性および靭性に優れた鉄筋用棒鋼が製造できる。
【００２２】
分塊圧延工程が完了すると、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７は放冷または徐冷の工程であり、ステップＳ６の分塊圧延により得られた鋼片を、放冷（空気の対流および熱放射による自然冷却）または徐冷し、鋼片を作製する。徐冷の場合は、鋼片を約１０００℃以下の温度の断熱材で囲まれた空間（保温箱）に装入して空気の対流および熱放射を少なくして自然冷却より冷却速度を小さくしてゆっくり冷却する。
水冷や送風などの強制冷却は行わない。
【００２３】
ステップＳ７の後、ステップＳ８に進む。ステップＳ８は鋼片を鋼片加熱炉にて再加熱する鋼片再加熱工程であり、ステップＳ７で放冷または徐冷して得られた鋼片を次工程のステップＳ９の熱間圧延工程に適した温度（約１０００℃〜１２５０℃）に鋼片を再加熱する。
ステップＳ８の後、ステップＳ９に進む。ステップＳ９は熱間圧延の工程であり、ステップＳ８で熱間圧延に適した温度に再加熱された鋼片を熱間圧延し、棒鋼形状に成形する。熱間圧延については、鋼片の加熱温度、圧延温度及び圧下量を適正に制御することによって鋼の結晶組織を微細化し、機械的性質を改善する技術（いわゆる「制御圧延」、「制御冷却」の技術）が存在するが、図示の実施形態においては、制御圧延、制御冷却は実行せずに、通常の熱間圧延を行う。
ステップＳ９が完了したならば、ステップＳ１０に進む。
【００２４】
ステップＳ１０は放冷の工程であり、ステップＳ９の熱間圧延の工程で得られた棒鋼形状の成形品を空冷（自然冷却）し、以って高強度鉄筋用棒鋼を作製する。ここで図示の実施形態では、ステップＳ１０においては徐冷や、強制冷却は行わない。
また、図示の実施形態では熱間圧延後の焼入れ・焼もどしは不要である。ただし、図示の実施形態において、焼入れ・焼もどしを行うことも可能である。
【００２５】
表１に示す本発明の高強度鉄筋用棒鋼の化学成分の条件を充足する素材を用いて、図１を参照して上述した工程で作製した棒鋼から３つの試験片を作製し、実験を行った。
３つの試験片の化学成分（３つの試験片共、化学成分は同一である）は、何れも質量％で、Ｃの含有量が０．３８％、Ｓｉが０．２１％、Ｍｎが０．６２％、Ｃｒが０．５７％、Ｖが０．２０％である。上述したように、３つの試験片の組成は何れも表１に示す範囲内である。
当該３つの試験片を使用して行った機械試験の結果を下表２に示す。
【００２６】
表２
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【００２７】
表２の機械試験結果によれば、３つの試験片（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）のいずれについても、降伏強さにおいて、目標値である高強度鉄筋用棒鋼の下限値６８５ＭＰａを上回ることが確認できた。
また、引張強さについても目標値「８８５ＭＰａ以上」を上回り、伸びも目標値「１０．０％以上」を上回ることが確認できた。
表２で示す機械試験結果の他に、図１に示す実施形態においては鋳片の表面疵が除去されていること、図１に示す実施形態では鋳片の内部における水素量が減少していること、図１に示す実施形態では鋳片の内部の粗大な鋳造組織が潰されて、緻密な金属組織が得られたことが確認された。
【００２８】
上述した実施形態に係る高強度鉄筋用棒鋼の製造方法によれば、鋳片を鋳片加熱炉にて加熱した後、分塊圧延して断面積がより小さい鋼片を得るので、後工程で鋼片を熱間圧延して棒鋼形状とする作業が容易である。
また、鋳片加熱炉にて加熱した鋳片から分塊圧延により鋼片を作製し、放冷または徐冷した後、当該放冷または徐冷した鋼片を鋼片加熱炉にて再加熱してから熱間圧延することで、当該鋼片においては鋳造された鋳片の表面疵が除去され、鋼片を熱間圧延して製造される鉄筋用棒鋼は表面疵が少なく、せん断補強筋の重要な要求性能である曲げ性に優れる製品となる。
【００２９】
上述の実施形態によれば、鋳片から分塊圧延により鋼片を製造し、放冷または徐冷することで、当該鋼片においては鋳造された鋳片の内部の水素などの気泡が除去される。そのため、鋼片を熱間圧延して製造される鉄筋用棒鋼は、鋼の品質に悪影響を与える有害元素である水素量が少なく、曲げ性および靭性に優れた製品となる。
そして上述の実施形態によれば、分塊圧延により、鋳造された鋳片の内部の粗大な鋳造組織が潰され、鋼片においては緻密な金属組織が得られので、鋼片を圧延して製造される鉄筋用棒鋼も緻密な金属組織を有しており、表面性状の優れた製品となる。
【００３０】
加えて上述の実施形態によれば、分塊圧延後の鋼片を圧延して製造される鉄筋用棒鋼として、曲げ性に優れ、降伏強さなどの強度の低下が抑制されており、品質の優れた製品を得ることができる。分塊圧延を行なわない製品に対して、相対的に前記強度に関する品質が優れている。
そのため、高価な元素（例えば、Ｖ）の添加を極力少なくすることができて、熱間圧延及びその後の処理においても「制御圧延」、「制御冷却」、「焼入れ・焼もどしの熱処理」を行う必要がなく、通常の熱間圧延方法により必要な強度を有する高強度鉄筋用棒鋼を製造することができる。したがって、高強度鉄筋用棒鋼の製造コストを抑制することができる。
【００３１】
上述した実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
【図１】
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