JP2000026919A

JP2000026919A - Ｐｃ鋼棒の製造方法

Info

Publication number: JP2000026919A
Application number: JP10195758A
Authority: JP
Inventors: Takashi Iwamoto; 岩本　　隆; Toshiyuki Hoshino; 俊幸星野; Kenichi Amano; 虔一天野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 2000-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】多量のSiやＣを必要としない、一様伸びと強
度とが高次にバランスしたＰＣ鋼棒を製造する方法につ
いて提案する。【解決手段】Ｃ：0.20〜0.45mass％、Si：0.5 〜2.0
mass％、Mn：0.5 〜3.0mass％、Al：0.005 〜0.050 mas
s％およびＮ：0.0040〜0.0250mass％を含有する鋼材を
圧延して得た棒鋼に、焼入れ、次いで100 〜300 ℃の焼
戻し処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】この発明は、ＰＣ鋼線を含めたＰＣ鋼棒、
とりわけ引張強さが1420 MPa以上の高強度に併せて、５
mass％以上の優れた一様伸びを有するＰＣ鋼棒およびそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高強度のＰＣパイルの構成材であるＰＣ
鋼棒には、JIS Ｇ3137にＤ種異形棒として規定されてい
るように、引張強さ1420 MPa以上および耐力1275 MPa以
上の強度が要求される一方、プレストレストコンクリー
ト杭の用途における耐震性の観点から、高い一様伸びに
対する要求も高まっている。また、ＰＣパイルの製造工
程において、ＰＣ鋼棒と横方向に配置する補助筋とを組
み合わせて篭を成形する際、両者の固定に点溶接を用い
ることが一般的であり、溶接性に優れることも重要にな
る。

【０００３】ここで、1420 MPa以上の高い引張強さと高
い一様伸びという、二律背反の関係にある特性を両立す
る鋼材として、例えば特開平９−７８１９３号公報に
は、旧オーステナイト粒の長さと幅との比が1.2 以上で
あり、且つ体積分率でベイナイトが20〜80％で残部がマ
ルテンサイトもしくは焼戻しマルテンサイトからなる遅
れ破壊特性の優れた高強度ＰＣ鋼棒が、開示されてい
る。

【０００４】また、特開平８−１５８０１０号公報に
は、Si＋Alの添加量を2.0 〜5.0 mass％とするＰＣ鋼棒
が、特開平７−３３９６号公報には、Ｃ量を0.45〜0.60
mass％として焼戻し温度を500 〜650 ℃とするＰＣ用
鋼材が、そして特開昭５７−１２０６２２号公報には、
Ｃ：0.3 〜0.80 mass ％からなる鋼をオーステナイト域
からマルテンサイト生成温度以上550 ℃以下の温度に急
冷し、この温度域にベイナイト変態が終了するまで保持
するＰＣ鋼棒または鋼線が、それぞれ提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
９−７８１９３号公報に開示のＰＣ鋼棒は、その特徴で
ある旧オーステナイト粒のアクペクト比が1.2 以上であ
り、かつベイナイトが20〜80％で残部がマルテンサイト
の組織を得るために、700 〜900 ℃で20％以上の圧下、
そして熱間圧延後200 〜600 ℃の温度域での保持を必要
とし、実生産に当たっては、熱間圧延時に厳密な温度制
御を必要とする。一方、特開平８−１５８０１０号公報
に開示の鋼は、多量のSiの添加のために点溶接時の必要
入熱量が高くなり、点溶接後の鋼材において破断が溶接
部に集中するという問題を、Ｃの高い鋼材と同様に有し
ていた。また、特開平７−３３９６号公報に開示の鋼
は、多量のＣの添加によって点溶接時の必要入熱量が高
くなるとともに点溶接部の硬さが上昇し、点溶接後の鋼
材において破断が溶接部に集中するため、点溶接後の鋼
材においては、十分な延性を得ることができない。さら
に、そのため点溶接を用いる場合にはその後にさらに焼
戻しが必要になるという問題があった。次に、特開昭５
７−１２０６２２号公報に開示の鋼も、ミクロ組織がベ
イナイトからなるために、1420ＭＰａ以上の高い強度を
得るためには、多量のＣ添加を要し、やはり点溶接後の
延性に問題があった。

【０００６】この発明は、このような状況に鑑みて成さ
れたものであり、多量のSiやＣを必要としない、点溶接
性に優れ、かつ一様伸びと強度とが高次にバランスした
ＰＣ鋼棒を製造する方法について提案することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記の課題
を解決すべく検討を重ねた結果、焼入れ焼戻し後の鋼の
一様伸びと焼戻し温度との間に密接な関係があることを
見出した。すなわち、従来のＰＣ鋼棒は、350 〜450 ℃
で焼戻しをして必要強度を得るのが一般的であるが、こ
の温度域での焼戻しは、一様伸びの観点からは不利であ
り、むしろ焼戻し温度を低減することが、ＪＩＳ−Ｄ種
級の高強度と５％以上の一様伸びを同時に実現するの
に、極めて有利であることを見出した。また、焼戻し温
度の低下により、添加Ｃ量を低減しても高い強度を得る
ことが可能となり、点溶接時の溶接部の硬度上昇を抑制
することが可能であることも併せて見出した。

【０００８】この発明は、Ｃ：0.20〜0.45mass％、Si：
0.5 〜2.0 mass％、Mn：0.5 〜3.0mass％、Al：0.005
〜0.050 mass％およびＮ：0.0040〜0.0250mass％を含有
する鋼材を圧延して得た棒鋼に、焼入れ、次いで100 〜
300 ℃の焼戻し処理を施すことを特徴とするＰＣ鋼棒の
製造方法である。

【０００９】また、上記成分組成に、さらにMo：0.05〜
1.00mass％、Cr：0.05〜3.00mass％、Ｖ：0.05〜1.00ma
ss％、Nb：0.005 〜0.150 mass％、Ti：0.001 〜0.100
mass％およびＢ：0.0003〜0.0100mass％の１種または２
種以上を含有することによって、とくに強度の更なる向
上が可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、この発明における鋼材の各
成分の限定理由を詳細に説明する。Ｃ：0.20〜0.45mass％Ｃは、焼入れ焼戻し後の強度を得るために必須の成分で
あり、0.20mass％未満では、必要とする強度が得られな
い。一方で、0.45mass％をこえると、焼き割れに対する
感受性および点溶接時の必要入熱量が高くなるととも
に、マルテンサイト硬さの上昇によって点溶接部の硬さ
が著しく上昇する結果、点溶接後の鋼材全体の延性が劣
化するため、0.20〜0.45mass％の範囲とした。

【００１１】Si：0.5 〜2.0 mass％ Siは、鋼材溶製時に脱酸剤として作用するとともに、焼
入れ性および焼戻し軟化抵抗の向上に有効な成分であ
る。しかし、0.5 mass％未満の添加では所用の特性が得
られず、一方2.0 mass％をこえると効果がほぼ飽和する
上、鋼材の電気抵抗を増大して溶接に必要な熱量も増大
する結果、点溶接部近傍の延性が大幅に劣化し、点溶接
部近傍の延性が大幅に劣化し、点溶接後の鋼材全体の延
性にも問題を来すため、0.5 〜2.0 mass％の範囲とし
た。

【００１２】Mn：0.5 〜3.0 mass％ Mnも脱酸剤として作用するとともに、焼入れ性向上に有
効な成分である。しかし、0.5 mass％未満の添加では、
焼入れ性が不足し安定した強度が得られなくなり、一方
3.0 mass％をこえて添加しても効果が飽和し、それ以上
の添加は経済的に問題があるため、0.5 〜3.0 mass％と
した。

【００１３】Al：0.005 〜0.050 mass％ Alは、極めて有効な脱酸剤であるとともに、焼入れ焼戻
し後の組織を微細化し、これによって一様伸びを向上す
るのに有効な成分である。しかし、0.005 mass％以下で
は必要な効果が得られず、一方0.050 mass％をこえて添
加しても効果が飽和する上、粗大なAlN や酸化物を生成
することで鋼の延性をかえって阻害するため、0.005 〜
0.050 mass％の範囲とした。

【００１４】Nb：0.005 〜0.150 mass％ Nbは、析出硬化による焼戻し後の強度上昇とともに、組
織の微細化にも有効であり、鋼材の焼入れ焼戻し後の強
度と一様伸びとをバランス良く向上するのに有効な成分
である。しかし、0.005 mass％未満では必要な効果が得
られず、一方0.150 mass％をこえて添加しても効果が飽
和して不経済であるから、0.005 〜0.150 mass％の範囲
とした。

【００１５】Ｎ：0.0040〜0.0250mass％Ｎは、微細なAlN あるいはNb（Ｃ，Ｎ）を構成する元素
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に作用し、この焼入れ焼戻し後の組
織の微細化により一様伸びを向上する働きを有する元素
である。しかし、0.0040mass％未満では十分な効果が得
られず、一方、この種の鋼においてＮを0.0250mass％を
こえて含有させることは困難であるため、0.0040〜0.02
50mass％の範囲とした。

【００１６】さらに、この発明では、焼入れ焼戻し後の
強度上昇および組織微細化を目的として、次の成分の１
種または２種以上を添加することが可能である。

【００１７】Nb：0.005 〜0.150 mass％ Nbは、析出硬化による焼戻し後の強度上昇とともに、組
織の微細化にも有効な成分である。しかし、0.005 mass
％未満では必要な効果が得られず、一方0.150mass％を
こえて添加しても効果が飽和して不経済であるから、0.
005 〜0.150 mass％の添加とした。

【００１８】Cr：0.05〜3.00mass％ Crは、焼入れ性を向上するとともに、焼戻し時の炭窒化
物析出により強度を上昇し、鋼の焼戻し軟化抵抗を上昇
することで同一強度を得るための焼戻し温度を上昇し、
これによって焼入れ焼戻し後の強度と一様伸びとをバラ
ンス良く向上する元素である。しかし、0.05mass％未満
では必要な効果が得られず、一方3.00mass％をこえて添
加しても効果が飽和して不経済であるから、0.05〜3.00
mass％の添加とした。

【００１９】Mo：0.05〜1.00mass％Ｖ：0.05〜1.00mass％ MoおよびＶは、析出硬化による焼戻し後の強度上昇とと
もに、組織の微細化にも有効に作用することで、焼入れ
焼戻し後の強度と一様伸びとをバランス良く向上させる
のに極めて有効な元素である。しかし、0.05mass％未満
では必要な効果が得られず、一方1.00mass％をこえて添
加しても効果が飽和して不経済であるから、それぞれ0.
05〜1.00mass％の範囲とした。

【００２０】Ｂ：0.0003〜0.0100mass％Ｂは、焼入れ性を向上させる元素であり、その効果を発
揮するには0.0003mass％以上の添加が必要である。一
方、過剰に添加してもその効果は飽和するため、0.0100
mass％を上限とする。

【００２１】Ti：0.001 〜0.100 mass％ Tiは、Ti炭窒化物の析出により鋼を強化するとともに、
Ｂの焼入れ性を安定させるのにも有効な元素であり、こ
の効果を得るためには0.001 mass％以上の添加を必要と
する。一方、過剰に添加すると、粗大なTiN がおよび酸
化物を形成し、鋼の延性に悪影響を及ぼすため、0.100
mass％とする。

【００２２】この発明では、上記の成分組成に調整され
た鋼材を圧延して棒鋼が得られるが、該棒鋼には、通常
の焼入れ後に、100 〜300 ℃の焼戻し処理を施す。すな
わち、焼戻し温度が100 ℃未満では、鋼のミクロ組織は
焼入れたままのマルテンサイトの状態にあり、安定した
延性を得ることが困難である。一方、300 ℃をこえる焼
戻し温度域では、強度と一様伸びとのバランスが崩れ
て、目標とする強度および一様伸びの値を得ることが困
難となる。以上の観点から、焼戻し温度は100 〜300 ℃
に限定する。

【００２３】なお、焼入れ時の加熱温度は、通常の焼入
れと同様にＡｃ₃以上が好ましい。また、1200℃以上の
加熱においては焼入れ前のオーステナイト粒径が極めて
粗粒となり、焼戻し後の鋼材の強度−一様伸びバランス
に悪影響を及ぼす。以上の理由から焼入れ時の加熱温度
はＡｃ₃以上1200℃以下とすることが好ましい。

【００２４】

【実施例】表１の組成から成る鋼を供試鋼とし、直径10
mmの丸棒に圧延した後、直径9.2mmの丸棒へ冷間引抜し
た。その後、高周波加熱装置を用いた急速加熱後、水冷
却による焼入れ、次いで焼戻しを実施した。ここで、焼
入れ時の加熱温度は930 ℃とし、焼戻し時の加熱温度は
表２に示す通りに設定した。

【００２５】かくして得られた棒鋼について、焼入れま
ま材のミクロ組織を観察し、画像解析により焼入れ加熱
時の旧オーステナイト粒径を測定した。

【００２６】また、以下に示す条件で点溶接を実施した
後、以下に示す条件にて引張試験を実施し、機械的性質
を調査した。＜点溶接条件＞溶接電流：2500Ａ通電時間：0.04ｓ相手材：ＳＷＲＭ−８（3.2 mmφ）加圧力：412 Ｎ＜引張試験条件＞評点間距離：100 mm 評点間のスポット溶接点数：１点引張速度：２mm／min

【００２７】これら引張試験による機械的特性等につい
ての測定結果を表２に示す。なお、表２における溶接部
破断とは、各鋼についてｎ＝10で実施した引張試験のう
ち、破断位置が点溶接部であったものの数を示してい
る。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】表１および２において、 No.１〜11は、こ
の発明に従う棒鋼であり、これに対して、No.12 は焼戻
し温度が、そしてNo.13,14はＣ量が、それぞれこの発明
の規定外となる比較例である。この発明の棒鋼は、いず
れもJIS Ｇ3137におけるＤ種異形棒の規定を満たす、引
張強さ1420 MPa以上および耐力1275MPa 以上の強度を有
すると同時に、5.0 ％以上の優れた一様伸びをも有し、
点溶接後の強度と一様伸びとが高度にバランスしている
ことが示されている。

【００３１】これに対して、焼戻し温度がこの発明の規
定より高いNo.12 は、この強度レベルにおける一様伸び
の値が、発明例に比較して劣っている。また、No.13
は、Ｃ量が低いために十分な強度が得られていない。

【００３２】さらに、No. 14は、点溶接前の母材の引張
試験において、引張強さ2150ＭＰａ、耐力1652ＭＰａお
よび一様伸び5.3 ％と、優れた強度−一様伸びバランス
を示したものの、点溶接後の鋼材の引張試験時には破断
部が点溶接部に集中し、一様伸びが大幅に低下してい
る。点溶接部の硬さをロックウェルＣスケールにて測定
した値を表２に示したように、No. 14は、Ｃ量が高いた
めに、点溶接部の硬さが本発明鋼と比較して著しく上昇
いていることがわかる。

【００３３】

【発明の効果】この発明によれば、多量のSi, Ｃの添加
を必要とせずに、一様伸びと強度とがバランス良く向上
し、しかも点溶接性に優れたＰＣ鋼棒を提供することが
可能であり、産業上極めて有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者天野虔一岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内Ｆターム(参考） 4K042 AA14 BA01 BA02 BA11 CA02 CA06 CA08 CA09 CA12 CA13 DA01 DA02 DB01 DC02 DD02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.20〜0.45mass％、 Si：0.5 〜2.0 mass％、 Mn：0.5 〜3.0 mass％、 Al：0.005 〜0.050 mass％およびＮ：0.0040〜0.0250mass％を含有する鋼材を圧延して得た棒鋼に、焼入れ、次いで
100 〜300 ℃の焼戻し処理を施すことを特徴とするＰＣ
鋼棒の製造方法。
【請求項２】請求項３において、鋼材がさらに Mo：0.05〜1.00mass％、 Cr：0.05〜3.00mass％、Ｖ：0.05〜1.00mass％、 Nb：0.005 〜0.150 mass％、 Ti：0.001 〜0.100 mass％およびＢ：0.0003〜0.0100mass％の１種または２種以上を含有することを特徴とするＰＣ
鋼棒の製造方法。