(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１５〜０．４０質量％、
Ｓｉ：０．８〜２．０質量％、
Ｍｎ：０．８〜２．０質量％、
Ａｌ：０．００５〜０．０５０質量％、
Ｎｂ：０．００５〜０．１５０質量％、
Ｎ：０．００１５〜０．０１５０質量％
を含み、さらに、
Ｃｒ：０．０５〜２．００質量％、
Ｍｏ：０・０５〜１．００質量％、
Ｖ：０．０５〜１．００質量％、
の１種または２種以上を（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）≧０．５質量％含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼材を線棒状に熱間圧延を行った後徐冷を行い、硬度がＨＭＶ５００以下とした線棒材に、伸線及びまたは異形加工を行い、所定の焼入れを実施後焼戻温度４００〜６００℃で焼戻しを行い、切断し、曲げ加工を行った後、その両端部をコブ状増径部を有しない形状に溶接して、その後焼鈍をすることなしに引張強さが１４２０Ｎ／ｍｍ２以上、０．２％耐力が１２７５Ｎ／ｍｍ２以上、破断後つき合わせ伸びが５％以上である溶接閉鎖高強度せん断補強筋とすることを特徴とする溶接閉鎖高強度せん断補強筋の製造方法。
【請求項２】
さらに
Ｔｉ：０．００１〜０．１００質量％、
Ｂ：０．０００３〜０．０１００質量％、
を１種または２種を含有することを特徴とする請求項１記載の溶接閉鎖高強度せん断補強筋の製造方法。
【請求項３】
さらに、溶接熱影響部を含む溶接個所を４６０〜６００℃で焼戻しを行い、接合部及び溶接影響部の硬度をＨＭＶ５５０以下とし、接合部及び溶接影響部と母材部の硬度との差を２０％以内とすることを特徴とする請求項１又は２記載の溶接閉鎖高強度せん断補強筋の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接閉鎖高強度せん断補強筋に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄筋コンクリート構造又はプレストレストコンクリート構造の柱又は梁等の部材では、曲げ剛性を高めるために、長手方向の主筋の周囲を囲繞するせん断補強筋が用いられる。従来のせん断補強筋は、両端部にフックを設けたもので、全体形状が角形、日の字形、目の字形、田の字形、囲の字形又はこれらを組み合わせた形状を有し、主筋を取り巻き、フックを主筋に係止して剪断力に対して抵抗するようになっていた。このフックを両端部に設ける代わりに両端部を相互に溶接接合してループを形成した閉鎖せん断補強筋とすることもあった。このような閉鎖せん断補強筋は、主筋の位置とは無関係に任意の位置で溶接接合することができるので、製造上の制約、取付け作業時の制約等がなく、またフックがなく、連続したせん断補強筋として賞用されている。しかし、溶接を施すことが困難な材質を用いることができない問題があった。また、特に引張強さが高く、耐力が大きい高強度せん断補強筋では、接合部や溶接熱影響境界部が母材に比べて低強度となったり、引張破損しやすいなどの問題があった。このため、優れた高強度の母材を用いても、溶接部の特性により制約されるという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、高強度、高耐力で溶接部の特性が母材部に比べて遜色のない、むしろ優れた特性を有する溶接閉鎖せん断補強筋を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために開発されたものであって、その技術的手段は、次の通りである。
【０００５】
Ｃ：０．１５〜０．４０質量％、
Ｓｉ：０．８〜２．０質量％、
Ｍｎ：０．８〜２．０質量％、
Ａｌ：０．００５〜０．０５０質量％、
Ｎｂ：０．００５〜０．１５０質量％、
Ｎ：０．００１５〜０．０１５０質量％
を含み、さらに、
Ｃｒ：０．０５〜２．００質量％、
Ｍｏ：０・０５〜１．００質量％、
Ｖ：０．０５〜１．００質量％、
の１種または２種以上を（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）≧０．５質量％含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼材を線棒状に熱間圧延を行った後徐冷を行い、硬度がＨＭＶ５００以下とした線棒材に、伸線及びまたは異形加工を行い、所定の焼入れを実施後、焼戻温度４００〜６００℃で焼戻しを行い、切断し、曲げ加工を行った後、その両端部をコブ状増径部を有しない形状に溶接し、その後焼鈍をすることなしに引張強さが１４２０Ｎ／ｍｍ２以上、０．２％耐力が１２７５Ｎ／ｍｍ２以上、破断後つき合わせ伸びが５％以上である溶接閉鎖高強度せん断補強筋とすることを特徴とする溶接閉鎖高強度せん断補強筋の製造方法を提供する。ＨＭＶはマイクロビッカース硬度である。
【０００６】
上記成分にさらに
Ｔｉ：０．００１〜０．１００質量％、
Ｂ：０．００３〜０．０１０質量％、
を１種または２種を含有すると好適である。
【０００７】
また、上記溶接閉鎖高強度せん断補強筋の製造方法においては、溶接熱影響境界部の硬度が母材部の硬度の９０％以上となる。さらに、母材部を含む引張破断が接合部以外で起こるものとすることができ、溶接熱影響部の形状がコブ状増径部を有しないものにおいても、引張強さが１４２０Ｎ／ｍｍ２以上、０．２％耐力が１２７５Ｎ／ｍｍ２以上、破断後つき合わせ伸びが５％以上である。本発明において、コブ状増径部とは、圧接溶接により溶接金属が接合部の外周部に盛り上がり接合部の外径が大きくなっている部分を言う。さらに、この溶接閉鎖高強度せん断補強筋において、溶接熱影響部を含む溶接個所を４６０〜６００℃で焼戻しを行い、接合部及び溶接熱影響部の硬度がＨＭＶ５５０以下とし、接合部及び溶接熱影響部と母材部の硬度との差が２０％以内とすると、好適である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の成分限定理由及び加工条件について説明する。
【０００９】
Ｃ：０．１５〜０．４０質量％、
Ｃは鋼の強度を上げるために必須の成分で、Ｃが高いと溶接熱影響境界部の強度低下が著しく、さらに溶接熱影響部の硬度が高くなり熱影響境界部との硬度の差が非常に大きくなる。本発明はＣ含有量を下げると共に合金成分を加え、強度の向上と溶接部の上記欠点をカバーすることとした。Ｃが、０．１５質量％を下回ると他の合金成分を加えても強度が不足するので０．１５質量％以上と規定する。一方Ｃが０．４０質量％を越えると、強度向上は得易いが溶接熱影響部と溶接熱影響境界部の差が大きくなり、曲げ加工性も劣化するので、特に溶接熱影響境界部の強度低下を抑えるために対熱軟化性の高い合金成分を加えると共にＣの上限を０．４０質量％とした。
【００１０】
Ｓｉ：０．８〜２．０質量％、
Ｓｉは、０．８質量％未満では０．２％耐力が不足すると共に脱酸能力が不十分となる。２．０質量％を越えて含有させると伸びや曲げ加工性が低下し、また強度上昇効果が飽和し効果がなくなるので上限を２．０質量％とした。
【００１１】
Ｍｎ：０．８〜２．０質量％、
Ｍｎは、脱酸、脱硫作用のために添加するもので、強度向上にも寄与する成分で、０．８質量％未満では効果が乏しく、２．０質量％を越える量を含有すると、溶接性、曲げ加工性に悪影響があり、強度向上も飽和するので２．０質量％を上限とする。
【００１２】
Ａｌ：０．００５〜０．０５０質量％、
Ａｌは、結晶粒を微粒化にすることができ、延性や曲げ性を向上させる。Ａｌは０．００５質量％以上必要である。しかし多く含有しすぎると粒大な酸化物を生成して延性に悪影響を及ぼすので、０．０５０質量％までに限定した。
【００１３】
Ｎｂ：０．００５〜０．１５０質量％
Ｎｂは、析出硬化による焼戻し後の強度を上昇させるとともに、組織の微細化にも有効な成分であるため、鋼材の焼入れ焼戻し後の強度の向上に有効である。Ｎｂ量が０．００５質量％未満では必要な効果が得られず、一方、０．１５０質量％を超えて添加しても効果が飽和して経済的でないので、０．００５〜０．１５０質量％の範囲で添加するものとした。
【００１４】
Ｎ：０．００１５〜０．０１５０質量％
Ｎは、ＡｌやＮｂと結合して組織を微細化させる成分であるとともに、鋼中の固溶Ｎ自身も焼入れ焼戻し後の組織の微細化に有効である。Ｎ量が０．００１５質量％に満たないと十分な効果が得られない。一方、０．０１５０質量％を超えて含有させると効果が飽和し、脆化のおそれもあるため、０．００１５〜０．０１５０質量％とした。
【００１５】
Ｃｒ：０．０５〜２．００質量％
Ｃｒは、焼入れ性を向上させるとともに、焼戻し時の炭窒化物析出により強度を上昇させ、鋼の焼戻し軟化抵抗を上昇させ溶接時の熱影響境界部での硬度低下を押さえることに有効な成分である。Ｃｒ量が０．０５質量％未満では必要な効果が得られず、２．００質量％を超えて添加しても効果が飽和するばかりか、経済的でないので、０．０５〜２．００質量％の添加とした。
【００１６】
Ｍｏ：０．０５〜１．００質量％、Ｖ：０．０５〜１．００質量％
Ｍｏ及びＶは、析出硬化により焼戻し後の強度を上昇させ、Ｃｒ同様に組織の微細化にも有効に作用することで、焼入れ焼戻し後の強度を向上させるのに極めて有効な成分である。これらの成分量が０．０５質量％未満では必要な効果がえられず、一方、１．００質量％を超えて添加しても効果が飽和するばかりか経済的でないので、それぞれ０．０５〜１．００質量％の添加とした。
【００１７】
（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）≧０．５質量％
上述したＣｒ、Ｍｏ及びＶは、単独添加、あるいは２種以上の複合添加のいずれでも構わないが、これらの成分の添加量の総量が０．５質量％に満たない場合には、焼入れ焼戻し後に必要な強度を得ることができないそのため、Ｃｒ、Ｍｏ及びＶの添加量は、それぞれ上記の範囲でかつ、（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）≧０．５質量％を満たすことを必要とする。
【００１８】
Ｔｉ：０．００１〜０．１００質量％、
Ｔｉは、結晶粒を微粒化にすることができ、延性や曲げ性を向上させる。Ｔｉは０．００１質量％未満では添加の効果が乏しく、０．１００質量％を超えて含有させても効果が飽和し、更に多くなると延性に悪影響を及ぼすので、０．００１質量％〜０．１００質量％に限定した。
【００１９】
Ｂ：０．０００３〜０．０１００質量％、
Ｂは微量添加で焼入性を大幅向上させ、組織改善に寄与する元素である。０．０００３質量％以上必要であり、一方、０．０１００質量％を越えても効果が飽和し更に靭性が低下するので不可である。
【００２０】
次に、処理条件について説明する。
【００２１】
この鋼は線棒状に熱間圧延を行った後、硬度がＨＭＶ５００以下となるように徐冷する。硬度がＨＭＶ５００を超えるものでは伸線、異形加工などの後工程での加工性が著しく低下するため好ましくない。
【００２２】
焼戻し温度は４００〜６００℃の範囲とした。これは熱軟化抵性の高い合金元素を多く含んでいるため規格強度と伸びのバランスを両立できる温度範囲が高めとなったためである。４００℃未満では伸びが規格に満たないので不可であり、６００℃を超えると規格強度を割るので限定した。
【００２３】
溶接閉鎖高強度せん断補強筋によって、溶接熱影響境界部の硬度の低下が少なく母材部の硬度の９０％以上ある溶接閉鎖高強度せん断補強筋が得られる。熱影響境界部が母材部の硬度の９０％を下回ると、引張試験時にたとえ狭い範囲の境界部といえども境界部から破断する。又引張強さが１４２０Ｎ／ｍｍ2以上、０．２％耐力が１２７５Ｎ／ｍｍ2以上、破断後つき合わせ伸びが５％以上であることを満足させることができない。
【００２４】
溶接閉鎖高強度せん断補強筋は、接合部及び熱影響部と母材部を含めて引張試験を行ったとき接合部で破断しない。接合部で破断した際には引張強さが１４２０Ｎ／ｍｍ2以上、０．２％耐力が１２７５Ｎ／ｍｍ2以上、破断後つき合わせ伸びが５％以上であることを満足させることができないこと、また接合部で破断することそれ自体が溶接継ぎ手性能を満足させることができないため接合部で破断しないとした。
【００２５】
溶接閉鎖高強度せん断補強筋において、図３に示すように、母材１を接合部で突き合わせ溶接したとき、溶接部２の形状がコブ状増径部６を有するもの（参考例）がある。また、このコブ状増径部を有しないものがある。両方とも性能を満足する。コブ状増径部を有しないものにおいては溶接部の増径の為だけにコンクリートのかぶり量を増やす必要が無いため設計上の自由度が向上し、施工上有利に働く。
【００２６】
溶接閉鎖高強度せん断補強筋において溶接熱影響部を含む溶接個所を４６０〜６００℃で焼戻しを行うことにより、接合部及び熱影響部硬度がＨＭＶ５５０以下で、母材部との高度差が２０％以内となる。これに関して、溶接閉鎖高強度せん断補強筋は溶接個所の焼戻しをすることなく十分に性能を満足することはできるが、焼戻しを行い溶接熱影響部の硬度をＨＭＶ５５０以下にすることにより、使用中に継続して荷重がかかったときの遅れ破壊などの問題に対してより有利になる。
【００２７】
【実施例】
表１に本発明の実施例の開発鋼Ｎｏ．１〜６及び比較鋼Ｎｏ．７〜１２の成分及びこれらを冷却速度２℃／ｓｅｃで冷却した圧延ままの特性を示した。開発鋼Ｎｏ．１〜６では、適正な引張強さ、耐力、耐力比、伸び及び硬度特性を示している。比較鋼Ｎｏ．７では、Ｓｉ、Ｍｎが低く、合金成分を加えても引張強さ、耐力共に低い。比較鋼Ｎｏ．８ではＣが高く、（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）を含まないので、引張強さは大きいが、耐力が劣り、伸びもやや小さい。比較鋼９〜１１は合金成分の添加量が少なく、所望の特性を得られない。比較鋼１２では、Ｃが低すぎ、合金成分の効果が乏しい。
【００２８】
以上の鋼材を突き合わせ溶接により接合した。図４は、表２に示す溶接条件の説明図で、母材１に電極７を装着し、接合部２を突き合わせて矢印１０で示すように押圧して圧接する。圧接直前の電極７同士の電極間隔８は、圧接時に電極移動量９だけ移動する。この左右の電極移動量９の和が押込量である。以上の鋼材のコブ状増径部を有するもの（参考例）と有しないものの双方の溶接条件を表２に示した。表３に溶接材（溶接後）の機械的性質を示した。開発鋼Ｎｏ．１〜６では、コブ状増径部を有する参考例でも、コブ状増径部を有しない実施例でも、引張強さ（Ｔｓ）、耐力（Ｙｓ）、伸びが良好であり、破断箇所はすべて母材であった。また、溶接熱影響境界部の硬度が適切であり、母材の硬度との比が９０％超であった。これに比し比較鋼７〜１２では、引張強さ、耐力、伸びが小さく、破断箇所はすべて溶接熱影響境界部であり、溶接熱影響境界部の硬度が低下し、母材の硬度との比が９０％を下回っている。表４は、開発鋼Ｎｏ．１〜６の溶接ままのものと、４６０℃で焼戻ししたもの（参考例）とについて、溶接部＋溶接熱影響部の硬度を示した。また母材部硬度を併せて示し、母材部と４６０℃焼戻し後の硬度との硬度差を母材部比％で示した。この硬度差は最大でも１３．１％であり２０％を下回っている。
【００２９】
また、図１に溶接まま材と４６０℃焼戻し材の溶接熱影響部及び母材部の硬度の分布の例を示した。図２はこの硬度を測定した測定位置を示すもので、接合部２から溶接熱影響部３の溶接熱影響境界部４を越えて母材１まで、測定点５に示すように、０．５ｍｍ間隔で測定したものである。接合部及び溶接熱影響部の硬度は４６０℃焼戻しにより、ＨＭＶ５５０以下となり、母材部の硬度との差異が明らかに２０％以下となっている。
【００３０】
【表１】
0004117114.tif 000002
【００３１】
【表２】
0004117114.tif 000003
【００３２】
【表３】
0004117114.tif 000004
【００３３】
【表４】
0004117114.tif 000005
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、高強度、高耐力で溶接部の特性が母材部に比べて遜色のない、むしろ優れた特性を有する溶接閉鎖せん断補強筋を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の溶接部の硬度分布を示すグラフである。
【図２】実施例の硬度測定点を示す平面図である。
【図３】コブ状増径部を有する溶接部の側面図である。
【図４】溶接条件の説明図である。
【符号の説明】
１    母材
２    接合部
３    溶接熱影響部
４    溶接熱影響境界部
５    硬度測定点
６    コブ状増径部
７    電極
８    電極間隔
９    押し込み量
１０    矢印
【図１】
0004117114.tif 000006
【図２】
0004117114.tif 000007
【図３】
0004117114.tif 000008
【図４】
0004117114.tif 000009