JP2000026937A - 高強度pc鋼棒およびその製造方法 - Google Patents
高強度pc鋼棒およびその製造方法Info
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Abstract
れ、かつ一様伸びと強度とが高次にバランスしたPC鋼
棒を提供する。 【解決手段】 C:0.30〜0.44mass%、Si:0.8 〜1.9
mass%、Mn:0.8 〜3.0mass%、Al:0.005 〜0.050 mas
s%、Nb:0.005 〜0.15mass%およびN:0.0040〜0.025
0mass%を含み、さらにCr:0.05〜3.0 mass%、Mo:0.0
5〜1.0 mass%およびV:0.05〜1.0 mass%の1種また
は2種以上を、(Cr+Mo+V)≧0.5 mass%の下に含有
し、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成を有し、主
に焼戻しマルテンサイト組織から成る。
Description
とりわけ引張強さが1420 MPa以上の高強度に併せて、5
%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。
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。
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。
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 〜0.80mass%からなる鋼をオーステナイト域か
らマルテンサイ生成温度以上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。
9一78193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スペクト比が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
き戻しが必要になるという問題があった。次に、特開昭
57−120622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、はやり点溶
接後の延性に問題があった。
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、その有利な製造方法に併せて提供しようと
するものである。
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、Cを0.3 〜0.45mass%で含む、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望ましくなく、これらの温度域に
て焼戻した鋼材は、せいぜい4%前後の一様伸びしか得
られなかった。
って、従来のPC鋼棒と同程度の強度を得るのに必要
な、焼戻し温度を高温化した鋼材は、強度と一様伸びと
のバランスに優れ、とりわけ、これら成分を適切量添加
した鋼は、焼戻し温度を500 ℃以上とすることによっ
て、JIS −D種級の高強度と5%以上の一様伸びとを同
時に実現し得ることを見出した。さらに、焼入れ焼戻し
鋼の一様伸びには、焼入れ時の旧オーステナイト粒径も
強く影響することも判明した。すなわち、AlおよびNbを
添加した鋼中に0.004 mass%以上のNを含有させて、焼
入れ加熱時のオーステナイトを微細に保って焼入れ焼戻
し後の組織を微細化することが、焼入れ焼戻し後の一様
伸びを向上して、1420 MPa以上の高強度に併せて5%以
上の一様伸びを獲得するのに有利であることも知見し
た。
ss%、Si:0.8 〜1.9 mass%、Mn:0.8 〜3.0 mass%、
Al:0.005 〜0.050 mass%、Nb:0.005 〜0.150 mass%
およびN:0.0040〜0.0250mass%を含み、さらにCr:0.
05〜3.00mass%、Mo:0.05〜1.00mass%およびV:0.05
〜1.00mass%の1種または2種以上を、(Cr+Mo+V)
≧0.5 mass%の下に含有し、残部Feおよび不可避的不純
物の成分組成を有し、主に焼戻しマルテンサイト組織か
ら成ることを特徴とする高強度PC鋼棒である。
30〜0.44mass%、Si:0.8 〜1.9 mass%、Mn:0.8 〜3.
0 mass%、Al:0.005 〜0.050 mass%、Nb:0.005 〜0.
150mass%およびN:0.0040〜0.0250mass%を含み、さ
らにCr:0.05〜3.00mass%、Mo:0.05〜1.00mass%およ
びV:0.05〜1.00mass%の1種または2種以上を、(Cr
+Mo+V)≧0.5 mass%の下に含有する鋼材を圧延して
得た棒鋼に、焼入れ、次いで500 ℃以上の焼戻し処理を
施すことを特徴とする方法が、有利に適合する。
1 〜0.100 mass%およびB:0.0003〜0.0100mass%の1
種または2種を含有することによって、強度の更なる向
上が可能である。
る各成分の限定理由を詳細に説明する。 C:0.30〜0.44mass% Cは、焼入れ焼戻し後の強度を得るために必須の成分で
あるが、0.30mass%未満では、一様伸びの向上に有効な
500 ℃以上の温度での焼戻しにて必要な強度が得られな
い。一方、0.44mass%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、
点溶接部に生ずるマルテンサイトの硬さを上昇すること
で、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、0.30〜0.44mass%の範
囲とした。
入れ性および焼戻し軟化抵抗の向上に有効な元素である
が、0.8 mass%未満では必要な特性が得られない。一
方、1.9 mass%をこえると、上記効果がほぼ飽和すると
ともに、焼入れ時の焼き割れを引き起こす危険が増大
し、さらには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、溶接部が拡大して点溶接後の鋼材全
体の延性にも問題を来すため、0.8 〜1.9 mass%の範囲
とした。
有効な元素である。しかし、0.8 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、0.8 〜3.0 mass%の
範囲とした。
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。
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。
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。
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種以上を添加し、その効果を利用する。
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。
度上昇により、同一強度を得るための焼戻し温度の上昇
を可能にするとともに、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。
(Cr+Mo+V)≧0.5 mass%の下に、添加することが肝
要である。すなわち、これらCr, MoおよびVの添加は、
単独、あるいは2種以上の複合のいずれでも構わない
が、添加量の総量が0.5 mass%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ための焼戻し温度を十
分に高くすることができず、同一強度レベルにおける一
様伸びの値が低くなる。そのため、Cr, MoおよびVの添
加量は、それぞれ上記の範囲でかつ(Cr+Mo+V)≧0.
5 mass%を満足する必要がある。
後に安定した高強度を得ることを目的として、以下の元
素を添加することも可能である。
揮するには0.0003mass%以上の添加が必要であるが、過
剰に添加してもその効果は飽和するので0.0100mass%を
上限とする。
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 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 ma
ss%を上限とする。
サイトを主体とする組織であることも肝要である。すな
わち、フェライトやベイナイトを多量に含有する組織で
は、必要とする強度を得ることが困難となるため、好ま
しくは体積比でミクロ組織の90%以上が焼戻しマルテン
サイトからなるものとする。
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、500 ℃以上の焼戻し処理を施す。すなわち、焼入
れ後に500 ℃以上に加熱する焼戻しをすることにより、
焼入れ焼戻し後に高い強度を維持した上で、高い一様伸
びを得ることが可能となる。一方、700 ℃以上で焼戻し
を行うと、必要な強度が得られなくなるため、焼戻し温
度は700 ℃を上限とすることが好ましい。
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大
きくなり、焼きもどし後の鋼材の強度−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。
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、焼戻しマルテ
ンサイトからなるミクロ組織を得た。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、引張
強さ≧1420MPa とすることを目標として、各鋼について
適正な条件を表2に示す通り、設定した。
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。
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:100mm 評点間のスポット溶接点数:1点 引張速度: 2mm/min
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。
の発明に従う棒鋼であり、これに対して、No.12 はC量
が、No.13, 14, 16 は(Cr+Mo+V)の添加量が、No.15
はAlおよびNb量が、そしてNo.17 はSi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、6.0 %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。
-0.0230 mass%NとしたNo. 4は、発明例の中でも特に
焼入れ後の旧オーステナイト粒径が微細であり、焼戻し
温度は530 ℃と発明例中では比較的低いにもかかわら
ず、点溶接後の一様伸びは6.8%と高い値を示した。
Mo+V)の値が発明の規定外にあるため、必要強度を得
るための焼戻し温度が低く、一様伸びの値はいずれも5
%よりも小さい。また、No.15 は、焼入れ後の旧γ粒径
が粗大であるために、この強度レベルにおける一様伸び
の値が、この発明に比較して劣っている。
験において、引張強さ1465MPa 、耐力1355MPa および一
様伸び6.7 %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た。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.12 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していること
がわかる。さらに、No.17 はSi量が多すぎるため、溶接
部が拡大し溶接部の破断が生じ一様伸びも低い。
を必要とせずに、点溶接性に優れ、かつ一様伸びと強度
とがバランス良く向上した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。
Claims (4)
- 【請求項1】C:0.30〜0.44mass%、 Si:0.8 〜1.9 mass%、 Mn:0.8 〜3.0 mass%、 Al:0.005 〜0.050 mass%、 Nb:0.005 〜0.150 mass%および N:0.0040〜0.0250mass% を含み、さらに Cr:0.05〜3.00mass%、 Mo:0.05〜1.00mass%および V:0.05〜1.00mass% の1種または2種以上を、(Cr+Mo+V)≧0.5 mass%
の下に含有し、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成
を有し、主に焼戻しマルテンサイト組織から成ることを
特徴とする高強度PC鋼棒。 - 【請求項2】 請求項1において、さらに Ti:0.001 〜0.100 mass%および B:0.0003〜0.0100mass% の1種または2種を含有することを特徴とする高強度P
C鋼棒。 - 【請求項3】C:0.30〜0.44mass%、 Si:0.8 〜1.9 mass%、 Mn:0.8 〜3.0 mass%、 Al:0.005 〜0.050 mass%、 Nb:0.005 〜0.150 mass%および N:0.0040〜0.0250mass% を含み、さらに Cr:0.05〜3.00mass%、 Mo:0.05〜1.00mass%および V:0.05〜1.00mass% の1種または2種以上を、(Cr+Mo+V)≧0.5 mass%
の下に含有する鋼材を圧延して得た棒鋼に、焼入れ、次
いで500 ℃以上の焼戻し処理を施すことを特徴とする高
強度PC鋼棒の製造方法。 - 【請求項4】 請求項3において、鋼材がさらに Ti:0.001 〜0.100 mass%および B:0.0003〜0.0100mass% の1種または2種を含有することを特徴とする高強度P
C鋼棒の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP19433398A JP4239243B2 (ja) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | 高強度pc鋼棒の製造方法 |
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CN104762560A (zh) * | 2015-03-20 | 2015-07-08 | 河北钢铁股份有限公司承德分公司 | 高强度低松弛铁路轨枕pc钢棒用钢及其冶炼方法 |
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CN112941420A (zh) * | 2019-11-26 | 2021-06-11 | 武汉昆伦特钢装备科技开发有限公司 | 一种高强度耐冲击耐热耐低温的合金钢及制造工艺 |
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1998
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