JP2000119807A

JP2000119807A - 鉄筋用異形棒鋼およびその製造方法

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Publication number: JP2000119807A
Application number: JP10288520A
Authority: JP
Inventors: Takuya Atsumi; 卓彌厚見; Toshiyuki Hoshino; 俊幸星野; Kenichi Amano; 虔一天野; Hiroshi Yoshida; 博吉田; Shuzo Ueda; 修三上田; Shozo Irisawa; 昭三入沢; Kentaro Hirayama; 健太郎平山; Yuichi Sugawara; 祐一菅原; Kazuo Seikai; 一夫清海
Original assignee: Kawasaki Steel Corp; Toyohira Seiko Co Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; Toyohira Seiko Co Ltd
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2000-04-25
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: JP3432428B2

Abstract

(57)【要約】【課題】安価で、SD 345規格の機械的特性を安定して
満足し、かつガス圧接性に優れた鉄筋用異形棒鋼を提供
する。【解決手段】重量％で、Ｃ：0.18〜0.27％、Mn：0.70
％以下を含有し、表層部の組織を焼戻しマルテンサイト
とするため、仕上圧延終了温度が（Ａr₃変態点＋50℃）
〜（Ａr₃変態点＋250 ℃）の温度範囲となる熱間圧延を
施したのち、表面温度をＭs 点以下とし、かつ急冷停止
後復熱により表面温度を620 〜780 ℃の範囲とする条件
で急冷する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄筋用異形棒鋼に
係り、とくにガス圧接性の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンクリート補強用鉄筋として使用され
る異形棒鋼は、JIS G 3112に、降伏強さに従いSD 295A
からSD 490までの５種が規格化されている（表１参
照）。JIS規格以外にも、DIN 規格、BS規格、ASTM規格
等に規定されている。また、鉄筋コンクリート用棒鋼ガ
ス圧接継手の検査方法において、やむをえない場合を除
いて引張試験ですべての試験片の引張強さがJIS G 3112
の規定に合格しなければならないことが判定基準となっ
ている。

【０００３】

【表１】

【０００４】これらの異形棒鋼は、通常、端部同士を接
合して使用されることが多い。鉄筋用異形棒鋼の接合方
法としては、ガス圧接、ネジ式機械的接合等があるが、
日本ではガス圧接法が主流となっている。近年、建築構
造物の大型化・高層化、耐震性の向上に伴い、コンクリ
ート補強用鉄筋として使用される異形棒鋼は、高強度で
かつ高靱性を具備することが要求されてきた。しかも経
済性の観点から低価格で、優れた機械的特性を有する鉄
筋用異形棒鋼が望まれていた。

【０００５】このような高強度化の要求に対し、例え
ば、特公昭56-19375号公報には、素材の温度を熱間圧延
機の仕上げスタンド入側でＡc₃変態点とＡc₃変態点＋15
0 ℃の間の温度として、仕上げ圧延を行ったのち急冷
し、表層をマルテンサイトおよび／またはベイナイト組
織とする棒鋼等の圧延鋼材の製造方法が提案されてい
る。この方法によれば、表層部を低温変態組織にするこ
とにより高強度、とくに高降伏強さを確保でき、Ｃ、Mn
等の合金元素を低減することが可能となるとされてい
る。

【０００６】また、高強度・高靱性の異形棒鋼を製造で
きる方法として、制御圧延が挙げられる。この方法は、
Nb、Ｖ等の合金元素を添加した鋼素材を用い、加熱およ
び圧延温度を制御して微細組織を得る方法であり、オー
ステナイト結晶粒を微細化して、変態後の組織（フェラ
イト＋パーライト）の微細化を図り、Nb、Ｖ等の析出硬
化と併せて、異形棒鋼の強靱化を達成するとされてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
56-19375号公報に記載された技術で製造された異形棒鋼
を、ガス圧接により接合すると、圧接部の強度が低下し
所望の接合強度が得られないという問題があった。これ
は、表層に形成されたマルテンサイト等の低温変態組織
がガス圧接時に導入される熱により軟化したためと考え
られた。またさらに、欧米の各規格にくらべ、JIS 規格
では耐震性の観点から、鉄筋用棒鋼の降伏点（0.2 ％耐
力）には厳しい上下限規制がある。特公昭56-19375号公
報に記載された技術で製造された異形棒鋼では、機械的
特性のばらつきが大きく、JIS 規格の降伏点規制を安定
して満足させることが困難であるという問題があった。

【０００８】また、制御圧延法による異形棒鋼の製造に
おいては、制御圧延による特性向上を十分に確保するた
めに、Nb、ＶあるいはさらにCr、Mn等の合金元素を多量
に添加し、さらに圧延温度をＡr₃変態点近傍の低温と
し、しかも低速で圧延する必要がある。このような圧延
においては、圧延機にかかる負荷は非常に大きいものと
なり、大型で高性能の圧延機を必要とする。このよう
に、異形棒鋼の製造に制御圧延を適用すると、多量の合
金元素添加と、性能の高い高価な圧延設備とを必要とし
経済的に不利となるという問題があった。

【０００９】本発明は、上記した状況に鑑み、安価で、
JIS 規格SD 295A 、SD 345相当の機械的特性を安定して
満足し、かつJIS 規格のガス圧接継手の検査に合格する
ガス圧接性に優れた鉄筋用異形棒鋼を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】少ない合金元素量でしか
も高強度を有する安価な異形棒鋼を得るには、圧延後急
冷することが有効であることはすでに良く知られたこと
である。熱間圧延後直に急冷し、表層のみを硬化組織と
する直接焼入れを行うことにより、少ない合金元素添加
量で所定の強度を確保できるという利点はある。しか
し、このようにして製造された異形棒鋼は、ガス圧接時
に表層の硬化組織が焼戻され、ガス圧接部の強度が低下
する。

【００１１】ガス圧接法の概略を図１に示す。ガス圧接
法は、第１段階として異形棒鋼の端面同士を突合わせ
（図１（ａ））、第２段階として軸方向に圧縮力を加え
ながら保持し（図１（ｂ））、第３段階として軸方向に
圧縮力を加えながら突合わせ部を酸素アセチレン炎で加
熱し、接合端面を溶かすことなく赤熱状態とし（図１
（ｃ））、第４段階として酸素アセチレン炎で加熱しな
がらさらに軸方向の圧縮力を高め接合する（図１
（ｄ））、方法である。したがって、ガス接合部は、接
合面近傍で膨らみを有する形状となる。標準的には、膨
らみ径は1.4 Ｄ以上、膨らみ長さは1.1 Ｄ以上となるよ
うに施工される。なお、Ｄは異形棒鋼の呼び名に用いた
数値でありほぼ公称直径に等しい。

【００１２】また、第１段階では、錆、ペンキ等の除
去、直角度仕上げ、面取り等の目的で接合する異形棒鋼
の端面をグラインダー等により手入れするのが好まし
い。第３段階では、突合わせ部を、接合面の酸化を防止
するためアセチレン過剰炎（還元炎）を利用し一様に加
熱し、圧縮力を作用させ、接合面が閉じたのちは加熱部
の化学的変化を抑えるため酸素とアセチレンが等量の中
性炎で加熱するのが好ましい。第４段階では、中心部ま
で均一温度とし、接合部形状を良好とするため接合部周
辺を加熱するのが好ましい。

【００１３】このような状況に鑑み、本発明者らは、上
記した課題を達成するため、直接焼入れを行った鉄筋用
異形棒鋼について、ガス圧接性、とくにガス圧接部の強
度におよぼす化学組成、製造条件等の要因について、鋭
意検討した。その結果、直接焼入れを行った鉄筋用異形
棒鋼のガス圧接性の向上には、表層硬化組織による異形
棒鋼強度への寄与を適正範囲とすることが重要であるこ
とに思い至った。そして、表層硬化組織の異形棒鋼強度
への寄与を適正範囲に調整するには、異形棒鋼の化学組
成と、熱間圧延条件および熱間圧延後冷却条件を適正範
囲に調整することにより、達成できることを見いだし
た。これにより、異形棒鋼のガス圧接性が格段に向上
し、ガス圧接部の強度が母材と同等以上となる。

【００１４】本発明は、上記した知見に基づいて完成さ
れたものである。すなわち、本発明は、重量％で、Ｃ：
0.18〜0.27％、Mn：0.70％以下を含有し、あるいはさら
にSi：0.35％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純
物からなる組成を有し、表層部の組織が焼戻しマルテン
サイトであることを特徴とする降伏強さ295 〜440 Ｎ／
mm²、引張強さ490 Ｎ／mm²以上を有しガス圧接性に優
れる鉄筋用異形棒鋼である。

【００１５】また、本発明は、重量％で、Ｃ：0.18〜0.
27％、Mn：0.70％以下を含有する組成の鋼素材を、仕上
圧延終了温度が（Ａr₃変態点＋50℃）〜（Ａr₃変態点＋
250℃）の温度範囲となる熱間圧延を施し所定形状の異
形棒鋼としたのち、前記異形棒鋼に急冷処理を施しその
後放冷するにあたり、前記急冷処理は、前記異形棒鋼の
表面温度をＭs 点以下とし、かつ急冷停止後復熱により
前記異形棒鋼の表面温度が620 〜780 ℃の範囲となる条
件で急冷することを特徴とする降伏強さ295 〜440 Ｎ／
mm²、引張強さ490 Ｎ／mm²以上を有するガス圧接性に
優れる鉄筋用異形棒鋼の製造方法であり、また、本発明
では、前記急冷処理を、水冷とし、水冷時間および／ま
たは水量を調整して、急冷停止後復熱により前記異形棒
鋼の表面温度を620 〜780 ℃の範囲とするのが好適であ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の鉄筋用異形棒鋼は、降伏
強さ295 〜440 Ｎ／mm²、引張強さ490 Ｎ／mm²以上を
有する棒鋼である。このような強度の異形棒鋼を得るた
めに、まず化学組成を適正範囲に限定する。本発明の鉄
筋用異形棒鋼の化学組成の限定理由について説明する。

【００１７】Ｃ：0.18〜0.27％Ｃは、鋼の強度を増加させる重要な元素であり、本発明
では上記した母材強度と、優れたガス圧接性を得るため
に0.18％以上のＣの含有を必要とする。Ｃが0.18％未満
では、上記した母材強度を得ることができたとしても、
ガス圧接部の引張強さを母材引張強さと同等以上とする
ことができない。母材強度だけであれば、Ｃ含有量を低
くしても確保することは可能であるが、Ｃを低減して表
層の硬化組織により所定の強度とした場合には、ガス圧
接部の強度低下が著しく、ガス圧接部の強度を母材と同
等以上とすることができない。一方、Ｃ含有量が0.27％
を超えると、母材の延性、靱性が著しく低下するうえ、
降伏点が所定の範囲を超える場合がある。このため、Ｃ
は0.18〜0.27％に限定した。なお、好ましくは0.20〜0.
25％である。

【００１８】Mn：0.70％以下 Mnは、鋼の焼入れ性を向上させ、強度および靱性を向上
させる有効な元素である。しかし、0.70％を超えるMnの
含有は、焼入れ性の増加が大きく、直接焼入れ時の強度
増加が大きく、母材の降伏点の上限を超える場合があ
り、棒鋼強度のばらつきが大きくなる。このため、Mnは
0.70％以下とする。なお、経済性の観点から好ましくは
0.60％以下である。一方、Mn含有量を0.30％未満とする
と、強度の低下が大きくなり、合金元素の添加を必要と
し、経済的に不利となる。このため、0.30％以上とする
のが望ましい。

【００１９】Si：0.35％以下 Siは、脱酸剤として作用しさらに鋼の強度を増加させる
元素であるが、多量に添加するとガス圧接部の強度が極
端に低下する場合があり、添加する場合には0.35％以下
とするのが望ましい。Siが0.35％を超えて含有される場
合には、ガス圧接部の接合界面に微細なSi酸化物が形成
され、引張試験でフラット破面と呼ばれる平滑破面を形
成し、ガス圧接部の引張強さを低下させる。

【００２０】本発明の異形棒鋼は、上記した化学成分以
外の残部はFeおよび不可避的不純物である。なお、不可
避的不純物としては、Ｐ：0.040 ％以下、Ｓ：0.040 ％
以下、Al：0.05％以下、Ｎ：0.015 ％以下、Ｏ：0.015
％以下、Cu：0.4 ％以下、Sn：0.03％以下が許容でき
る。本発明の異形棒鋼の組織は、表層部が焼戻しマルテ
ンサイトである。一方、中心部は非低温変態組織であ
る、フェライト＋パーライトとなる。熱間圧延後直に急
冷処理を施され、表層部はマルテンサイト組織とされる
が、急冷停止後中心部の含熱により表層部が復熱するた
め、形成されたマルテンサイト組織は焼戻され焼戻しマ
ルテンサイトとされる。なお、表層部の厚さは、熱間圧
延後の急冷処理の条件により決定される。

【００２１】つぎに、本発明の異形棒鋼の製造方法につ
いて説明する。上記した化学組成の鋼を転炉、電気炉等
の通常公知の溶製方法で溶製し、連続鋳造法あるいは造
塊−分塊法によりブルーム、ビレット等の鋼素材とす
る。ついで、鋼素材を所定温度に加熱、あるいは温度が
高い場合には直接、あるいは若干の加熱を施されて所定
温度とされたのち、熱間圧延され、所定寸法の異形棒鋼
とされる。熱間圧延の加熱温度は、950 〜1100℃とする
のが望ましい。加熱温度が950 ℃未満では、変形抵抗が
高すぎ、圧延機への負荷が過大となり熱間圧延が困難と
なるとともに、また、熱間圧延がオーステナイト域で完
了しない場合があり、製品品質（強度、靱性、表面性
状）が低下する。

【００２２】異形棒鋼は、通常、孔型ロールを有する粗
圧延機列、中間圧延機列、仕上圧延機列等による熱間圧
延工程を経て所定の寸法形状に加工される。本発明で
は、仕上圧延機列の出側、すなわち仕上圧延の終了温度
を（Ａr₃変態点＋50℃）〜（Ａr₃変態点＋250 ℃）の温
度範囲とする。本発明の異形棒鋼では、表層をマルテン
サイト組織とするために、熱間圧延をオーステナイト域
（Ａr₃変態点以上）で終了する。仕上圧延終了温度が
（Ａr₃変態点＋50℃）未満では、仕上げ圧延機への負荷
が過大となり圧延が困難となる。一方、仕上圧延終了温
度が（Ａr₃変態点＋250 ℃）を超えると、オーステナイ
ト粒の成長が著しくなり、引張強さに対して降伏点が小
さくなりすぎ、さらに、表面の酸化が著しく、表面での
脱炭が顕著となる。このため、仕上圧延の終了温度を
（Ａr₃変態点＋50℃）〜（Ａr₃変態点＋250 ℃）の温度
範囲とする。

【００２３】熱間仕上圧延終了後、異形棒鋼は直に急冷
処理を施される。急冷処理は、水噴射、水中浸漬、表層
がマルテンサイト組織となる冷却速度が得られる手段で
あればとくに限定されないが、なかでも、水中浸漬の、
水冷が好ましい。急冷処理は圧延後直ちに行う必要か
ら、熱間圧延機群２からなる圧延設備の出側に設置され
た急冷装置３内で連続的に行うのが望ましい。本発明に
好適な製造設備のレイアウトを図２に示す。なお、１は
加熱炉であり、加熱炉１の出側、熱間圧延機群２の出
側、急冷設備３の出側に異形棒鋼等の温度測定用温度計
４を配設するのが好ましい。

【００２４】急冷処理により、異形棒鋼の表面温度をＭ
s 点以下とする。これにより、表層部をマルテンサイト
組織とする。異形棒鋼は、所定の条件で急冷処理された
後、放冷される。急冷処理の条件は、急冷停止後、復熱
により異形棒鋼の表面温度が620 〜780 ℃の範囲となる
条件とする。急冷処理の条件は、異形棒鋼のサイズ、仕
上圧延終了温度( 急冷開始温度) に応じて、復熱による
異形棒鋼の表面温度が620 〜780 ℃の範囲となるよう
に、急冷装置内の滞留時間（急冷装置長さ、搬送速度）
および／または冷却媒体の噴射量（たとえば、冷却媒体
が水の場合には急冷装置単位長さ当りの供給水量）を調
整するのが望ましい。

【００２５】急冷を停止したのち、中心部に保有される
熱により表層の温度が上昇するが、上記したように急冷
条件を調整して、この復熱による表面の最高温度を、62
0 〜780 ℃の範囲とする。表面温度が620 ℃未満までし
か復熱しない場合には、表層部マルテンサイト組織の焼
戻しが不十分となり、靱性が劣化する。また、表面温度
が780 ℃を超えて復熱すると、表層部が過剰に焼戻され
て、強度が著しく低下し、所望の母材強度、ガス圧接部
強度を満足することができない。このようなことから、
急冷停止後、復熱による到達表面温度を620 〜780 ℃の
範囲とした。

【００２６】

【実施例】表２に示す化学組成の鋼を電気炉で溶製し、
連続鋳造法で110mm 角のビレット（鋼素材）とした。こ
れらビレットを980 〜1030℃に再加熱したのち、粗圧
延、中間圧延、仕上圧延を行い、表３に示す圧延終了温
度で、公称径25mmの鉄筋用異形棒鋼とした。熱間仕上圧
延終了直後に、急冷装置（水浸漬型冷却）（長さ10m）
により急冷し、表３に示す表面温度、および復熱後表面
温度となるように急冷処理条件を調整した。なお、ここ
では、所定範囲内の復熱後表面温度となるように急冷時
間（異形棒鋼の搬送速度、すなわち圧延出側速度) を調
整して処理した。なお、一部では、急冷時間を2.0secに
一定とし、急冷装置への供給水量を調整して処理した。
また、従来例として、表２に示す鋼Ｈのビレットを、92
5 ℃に再加熱したのち、表３に示す圧延終了温度の制御
圧延を施し、公称径25mmの鉄筋用異形棒鋼とした。

【００２７】これら異形棒鋼について、引張試験を実施
し、降伏強さ、引張強さを測定した。また、同一条件で
製造した異形棒鋼の端面同士をガス圧接法により接合し
た。ガス圧接条件は、第１段階では、鉄筋端面を直角に
仕上げ、第２段階では軸方向に圧力を加え、第３段階で
は、アセチレン過剰炎（還元炎）を用い加熱による接合
面の酸化を防ぎ突合せ部を一様に加熱し、第４段階で
は、油圧ポンプにより鉄筋の突合せ面に圧力を加え、接
合面が閉じた後は、中性炎（酸素とアセチレンの量が等
しい）で加熱した。さらに加圧しながら、加熱し、圧接
部をなだらかな形状に仕上げた。加熱時、接合部材の最
高温度は1200〜1300℃とした。そして、ガス圧接後の膨
らみ径は1.4 Ｄ、膨らみ長さは1.1 Ｄとなるように圧縮
力、加熱条件を調整した。圧接後、継手引張試験を行
い、ガス圧接部の引張強さを測定した。

【００２８】それらの結果を表３に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】本発明例（棒鋼No. １〜No. ３、No. ７〜
No. ９）は、所望の母材強度（SD345 ）と、母材引張強
さと同等のガス圧接部引張強さを有している。なお、ガ
ス圧接部引張試験では、破断はいずれも母材部であっ
た。これに対し、本発明の範囲を外れる比較例は、母材
強度が所望の母材強度（SD345 ）を外れるか、あるいは
ガス圧接部の引張強さが母材の引張強さに比べ低下して
いる。棒鋼No.11 はＣ含有量が本発明の範囲から低く外
れているため、引張強さが低下している。また、棒鋼N
o.12 はＣ含有量が本発明の範囲を高く外れているた
め、母材降伏点の許容範囲を超えている。棒鋼No.13 は
Mn含有量が本発明の範囲を高く外れているため、母材降
伏点の許容範囲を超えている。棒鋼No. ４、No. ６、N
o. 10は復熱後の表面温度が本発明の範囲を低く外れて
いるため、母材降伏点の許容範囲を超えている。棒鋼N
o. ５は復熱後の表面温度が本発明の範囲を高く外れて
いるため、母材引張強さおよびガス圧接部引張強さが所
望の強さより低くなっている。棒鋼No.14 はＣ、Mn含有
量が本発明の範囲を高く外れているため、母材降伏点の
許容範囲を超えている。棒鋼No.15 は、表層部の組織が
焼戻しマルテンサイトではなく、微細フェライト＋パー
ライト組織となり、母材強度は十分であるが、ガス圧接
部の引張強さが所望の強度より低下している。棒鋼No.1
6 は、Si含有量が本発明の範囲を高く外れているため、
ガス圧接部の引張強さが所見の強さより低くなってい
る。破断面にはフラット破面が観察された。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、比較的低い合金添加量
で、ガス圧接性に優れた異形棒鋼が安定して得られ、経
済性および省資源という観点から格段の効果が期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガス圧接法の概略説明図である。

【図２】本発明の実施に好適な設備列の１例の概略説明
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者星野俊幸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 (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 (72)発明者吉田博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 (72)発明者上田修三千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者入沢昭三北海道札幌市西区発寒10条13丁目１番１号豊平製鋼株式会社内 (72)発明者平山健太郎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 (72)発明者菅原祐一北海道札幌市西区発寒10条13丁目１番１号豊平製鋼株式会社内 (72)発明者清海一夫北海道札幌市西区発寒10条13丁目１番１号豊平製鋼株式会社内Ｆターム(参考） 2E164 AA02 BA02 BA23 4K032 AA01 AA05 AA14 AA16 AA21 AA27 AA29 AA31 BA02 CA01 CA02 CB02 CC03 CC04 CD05 CD06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.18〜0.27％、 Mn：0.70％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を
有し、表層部の組織が焼戻しマルテンサイトであること
を特徴とする降伏強さ295 〜440 Ｎ／mm²、引張強さ49
0 Ｎ／mm²以上を有しガス圧接性に優れる鉄筋用異形棒
鋼。
【請求項２】前記組成に加えて、さらに重量％でSi：
0.35％以下を含むことを特徴とする請求項１に記載の鉄
筋用異形棒鋼。
【請求項３】重量％で、Ｃ：0.18〜0.27％、 Mn：0.70％以下を含有する組成の鋼素材を、仕上圧延終了温度が（Ａr₃
変態点＋50℃）〜（Ａr₃変態点＋250 ℃）の温度範囲と
なる熱間圧延を施し所定形状の異形棒鋼としたのち、前
記異形棒鋼に急冷処理を施しその後放冷するにあたり、
前記急冷処理は、前記異形棒鋼の表面温度をＭs 点以下
とし、かつ急冷停止後復熱により前記異形棒鋼の表面温
度が620 〜780 ℃の範囲となる条件で急冷することを特
徴とする降伏強さ295 〜440 Ｎ／mm²、引張強さ490 Ｎ
／mm²以上を有するガス圧接性に優れる鉄筋用異形棒鋼
の製造方法。
【請求項４】前記急冷処理が、水冷で水冷時間および
／または水量を調整して行うことを特徴とする請求項３
に記載の鉄筋用異形棒鋼の製造方法。