JP2003268493A - 一様伸びの優れたpc鋼棒及びpcパイルのpc鋼棒 - Google Patents
一様伸びの優れたpc鋼棒及びpcパイルのpc鋼棒Info
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Abstract
く、また特殊な温度制御を要することなく、一様伸びと
強度とのバランスのよいPC鋼棒を得る。 【解決手段】C:0.15〜0.29質量%のPC鋼材
を熱間圧延し冷却速度0.2℃/sec以上で冷却して
マルテンサイト組織とし、その後必要により伸線および
異形加工を行い、さらに350〜650℃の範囲で焼戻
しを行って得られた鋼材であって、引張強さが1420
N/mm2以上、0.2%耐力が1275N/mm2以
上、一様伸びが5%以上の特性を有する一様伸びの優れ
たPC鋼棒である。
Description
PC鋼棒及びPCパイルのPC鋼棒に関する。
クリート(PHC)パイルは、許容支持力が極めて大き
く、打撃にも強く、コストの点でも他の杭にまさる優れ
たものであるが、水平変形能(靭性)の点では鋼管を外
周に巻いたSC杭より劣っている。そのため、一部の使
用例では、3本つなぎの上杭(地表に近い部分)には水
平変形能に優れたSC杭を用い、中杭・下杭にはPHC
杭を使用し、両者の利点をもつようにしたものもある
が、現場作業性やコストの問題があった。
るPC鋼棒の外周に鉄線や鉄筋を点溶接して篭状にした
鉄筋篭の製造方法にある。この方法の中でPHC杭の水
平変形能を改善するため、PC鋼棒の一様伸びを改善す
ることが試みられ、点溶接しても一様伸びが5%を達成
するものが提案されてきた。例えば、特開2001−2
94980号公報、特開2000−192144号公
報、特開平10−025543号公報などにこのことが
示されている。
上の問題がある上、点溶接して篭を作る鉄線又は鉄筋と
しては直径4mmの鉄線を使用しており、こうしたもの
ではPHC杭の水平変形能の改善はわずかで、横拘束筋
としての効果も小さい。この点について最新の道路橋示
方書では、主筋であるPC鋼棒の外周に巻く鉄筋(横拘
束筋)としては、その降伏点強さと量(体積比)を掛け
た値が25以上と規定している。すなわち、 ρsσy≧25 ただし、σy:鉄筋の降伏点(kgf/cm2)(×9.
8N/cm2) ρs:スパイラル鉄筋の体積比 である。PHC杭の水平変形能を改善するためには、点
溶接後のPC鋼棒の一様伸びが5%以上であるPC鋼棒
を使用するとともに、横拘束筋としても降伏点強さの高
いものを使用することが必要であることを示している。
ちなみに前述の4mmの鉄線の場合、その降伏点は高め
にみても30kgf/mm2(295N/mm2)で、直
径500mm、コンクリート厚80mmの標準的なPH
C杭の場合、鉄線の巻付けピッチは14mmとなり、鉄
線の間隔が10mmしかないため、コンクリートの投入
が極めて困難で、実用上不可である。
の添加が必要となり、また強度も当然高くなるため、巻
付けた時の反発力も高まり、点溶接しにくくなる。鉄筋
篭を保持できるようにしっかり点溶接するためには溶接
電流や溶接時間等、点溶接条件も強める必要がある。し
かし、PC鋼棒の熱影響も大きくなるため、一様伸びも
劣化し、前述したものでは一様伸び5%はとても無理
で、確認したところ3%台がやっとの状態であった。ま
た、降伏点を高めるかわりに線径を太くして対応するこ
とも考えられるが、この場合も同様に反発力が大きくな
り、さらに、鉄線又は鉄筋の径が太くなるほど点溶接さ
れたPC鋼棒の熱影響部が大きくなり、劣化も著しくな
るとの知見も得られた。
なPHC杭を製造するために、横拘束筋としてρsσy≧
25を満たす高強度鉄筋を用い、この鉄筋を点溶接して
鉄筋篭を作り、点溶接して一様伸びが多少劣化してもな
お5%以上を有するPC鋼棒を開発して実現した。
鉄筋は、溶接すると溶接部及び熱影響部の強度低下、全
体の伸び低下、局部応力増大等を招来し、コンクリート
パイルの靭性が大幅に低下するので、特に高靭性を要求
するPCパイルでは、通常、溶接は行わないものであっ
た。また、PCパイルの鉄筋篭はせん断補強筋を点溶接
して組立てると、点溶接部の強度や耐力が低下する問題
があった。
向の補助筋によって篭を成形しており、両者の固定には
点溶接を用いることが一般的となってきた。従って、P
C鋼棒は溶接後に問題を生じないことが望まれる。
ものであり、多量のC添加を必要とせず、従って、溶接
後に問題を生じることがなく、さらに製造時に例えば冷
却途中での一定温度で保持するというような特殊な温度
制御も必要とせず、一様伸びと強度とのバランスが優れ
たPC鋼棒及びPCパイルのPC鋼棒を提供することを
目的とする。
成するために開発されたもので、その技術的手段は、次
の通りである。
鋼材を熱間圧延し冷却速度0.2℃/sec以上で冷却
してマルテンサイト組織とし、その後必要に応じて伸線
および異形加工を行い、さらに350〜650℃の範囲
で焼戻しを行って得られた鋼材であって、引張強さが1
420N/mm2以上、0.2%耐力が1275N/m
m2以上、一様伸び5%以上であることを特徴とする一
様伸びの優れたPC鋼棒である。PC鋼材の一様伸びは
従来4%程度であったが、本発明の成分組成と加工条件
によって5%以上を確保することができる。
る。
延し、徐冷してHMV500以下の硬度とした後、必要
に応じて伸線および異形加工を行い、さらに850℃以
上1000℃以下に加熱急冷してマルテンサイトとし、
さらに350〜650℃の範囲で焼戻しを行って得られ
た鋼材であって、引張強さが1420N/mm2以上、
0.2%耐力が1275N/mm2以上、一様伸びが5
%以上であることを特徴とする一様伸びの優れたPC鋼
棒を得ることができる。HMVはマイクロビーカース硬
度である。
PC鋼棒を用い、これに鉄線又はせん断補強筋をスパイ
ラル筋として点溶接して鉄筋篭とし、所定のPCパイル
の製造工程を経て製造されたPCパイルを構成するPC
鋼棒であって、引張強さが1420N/mm2以上、
0.2%耐力が1275N/mm2以上、一様伸びが5
%以上であることを特徴とするPCパイルのPC鋼棒を
提供する。スパイラル筋を点溶接することによって、従
来のPC鋼棒では一様伸びが4%程度のものでも3%程
度に低下するのが一般的であったが、本発明ではスパイ
ラル筋を点溶接して形成した鉄筋篭がPCパイルの構成
要素となっている時点で、引張強さ、0.2%耐力が優
れていると共に一様伸び5%以上を確保することができ
る。なお、所定のPCパイルの製造工程とは、鉄筋篭を
緊張して取付けた遠心成形型枠を高速回転させその中に
高強度コンクリートを打設し、コンクリート硬化後緊張
を解除してコンクリートにプレストレスを導入する工程
を経て、オートクレーブ処理と云われる、温度180℃
程度、蒸気圧10kPa程度の条件で3時間程度水熱反
応養生を行う処理をいう。
線およびせん断補強筋がPC鋼棒の棒径の0.3〜0.
8倍の径であり、せん断補強筋の耐力は345〜785
N/mm2とすれば好適である。
て説明する。
が、点溶接による強度低下が大きい。本発明はCを低く
して他の合金元素を補うことによって、上記欠点をカバ
ーするようにしたものである。Cは、0.15質量%を
下回ると0.2%耐力が不足するので0.15質量%以
上と規定する。一方Cが0.29質量%を越えると、点
溶接後の一様伸びが5%を切ってしまうので、0.29
質量%を上限とする。このCレベルは先行技術の0.3
質量%以上の値に対して低い値である。
を示し、2.0質量%を越えると強度上昇効果が飽和す
るので、0.8質量%以上2.0質量%以下とした。
固定し、強度向上にも寄与する。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。
させる。このためには0.005質量%以上必要であ
る。しかし多く含有しすぎると酸化物が介在物として析
出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。
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
範囲で添加することとした。
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0.0030質量%に
満たないと十分な効果が得られない。一方、0.015
0質量%を超えて含有させると効果が飽和し、脆化の恐
れもあるため、0.0030〜0.0150質量%とし
た。
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。すなわち、焼戻し温度を
高めることにより、強度低下を押さえながら高い一様伸
びを確保することができる。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、0.05〜2.0質量%の添加とした。
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、1.0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0.05〜1.0質量%の添加とした。
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。好ましくはCr、Mo、Vの2元素
以上を含み(Cr+Mo+V)≧0.7では効果が顕著
である。
性を向上させる。Tiは0.001質量%以上必要であ
る。しかし多く含有しすぎると効果が飽和し、さらに多
くなると延性に悪影響を及ぼすので、0.100質量%
までに限定した。
する元素である。0.0003質量%以上必要で0.0
100質量%を越えても効果が飽和しさらに靭性が低下
するので0.0100質量%までに限定した。
後、微細なマルテンサイト主体の組織とする。このよう
な組織を得るためには、熱間圧延仕上後の冷却速度を
0.2℃/sec以上とする必要がある。これは冷却速
度がこれより低くなると、組織中のベイナイトあるいは
フェライトの比率が高くなり、この発明で規定するC等
の添加量にて十分な強度を得ることが困難となるからで
ある。一方、上限としては、50℃/secを超える冷
却速度とすると割れが発生するため、50℃/sec以
下の範囲とすることが好ましい。
の通り、熱間圧延後に適度な冷却速度で冷却して微細な
マルテンテイト組織を得て、必要な強度、0.2%耐
力、一様伸びを得るために、350〜650℃の温度範
囲で焼戻しを行うものであるが、長さ方向のPC鋼棒の
強度のバラツキが極めて少ないPC鋼棒を得るために
は、熱間圧延後の鋼材がHMVで500以下とする必要
がある。HMV500を超えると硬すぎてこの後の作業
がきわめて行いにくいためである。続いて850℃以上
1000℃以下に高周波等により加熱し急冷してマルテ
ンサイト組織を得る。850℃未満では鋼材の全体をオ
ーステナイト化することができず、1000℃を超える
と熱エネルギーが無駄となるばかりでなく、オーステナ
イト結晶粒が粗大化して機械的性質の劣化を招くため、
この範囲とした。
あたっては、実用的に必要な鉄筋の巻付けピッチを研究
し、ピッチが40mm以上必要であることを見出し、さ
らに前述の道路橋示方書の上限である100mmを上限
とした。40mm以上を可能とする鉄筋の降伏点強さと
して35kgf/mm2(345N/mm2)以上とした
が、使用できる範囲、採用する鉄筋の径を考えると好ま
しくは50kgf/mm2(490N/mm2)以上がよ
い。又、80kgf/mm2(785N/mm2)を越え
た降伏点強さになると反発が強く点溶接が次第にむつか
しくなり、鉄筋の実際の降伏点としては80kgf/m
m2(1275N/mm2)を保証するためには20%程
度は高いものを考えておく必要があり、このため、上限
の規定降伏点としては80kgf/mm2(785N/
mm2)とした。また、横拘束筋の直径については、一
般に細い方が好ましいが、PC鋼棒径の0.8倍を超え
ると熱影響部が著しく大きくなり、一様伸びも低下する
ため0.8倍を上限とした。0.3倍を下限としたの
は、0.3倍を下まわると巻付けピッチが細かくなりす
ぎ、作業上問題があるからである。
関係について検討すると以下の通りである。先ずスパイ
ラル筋は下式を満足するものとする。
/cm2)(×9.8N/cm2) である。また、 ρs=4Ah/S・d ただし、Ah:スパイラル筋のピッチ断面積(cm2) S:スパイラル筋のピッチ(cm) d:スパイラル筋の有効長(cm) である。ここで、S≦10を満足するスパイラル筋のピ
ッチSを検証する。表1に代表的なスパイラル径につい
ての試算例を示した。
線ではスパイラル筋のピッチが小さすぎて、コンクリー
ト投入作業不可である。パイル径800mmで高強度鉄
筋6mm、耐力50kgf/mm2(490N/mm2)
を用いてもピッチは31mmとなり、間隔は25mmと
なり、不足となる。鉄筋径としては7.0mmを使用
し、その時のピッチは42mmとなる。逆に、上記の代
表的なパイル径の例について、スパイラル筋のピッチを
100mmにすることができる鉄筋径を求めると表2に
示すようになる。表2から明らかなように、5〜9mm
程度の適正な線径を有するスパイラル筋は耐力が50k
gf/mm2(490N/mm2)クラス以上のものが必
要なことがわかる。
に伸線加工及び異形加工を施し、焼入を施したものと、
焼入を施こさずに焼戻した9mmφのPC鋼棒の引張試
験を行った。その結果を表4、表5に示した。
に係る開発鋼で、鋼No.8〜10はTi、Bを含ま
ず、鋼No.1〜7はTi、Bを含むものである。鋼N
o.11〜18は比較鋼であって、No.11は合金元
素(Cr+Mo+V)含有率が低いもの、No.12は
Mnが低く、Nbを含有しないもの、No.13、1
4、16は合金元素(Cr+Mo+V)が0又は低いも
の、No.15はCが0.62質量%のもの、No.1
7はSi及び(Cr+Mo+V)が低いもの、No.1
8はCが低く、0.10質量%のものである。
を施したときの焼戻温度及び機械的性質を表4に、焼入
れ焼戻しを施したPC鋼棒の焼入温度、焼戻温度及び機
械的性質を表5に示した。表4の焼入を行わないPC鋼
棒において、鋼No.1〜10と鋼No.15は規格強
度と一様伸び5%が両立している。比較鋼(No.11
〜14及び16〜18)では引張強さと耐力は良好であ
るが一様伸びが小さい。
接した。表6にそのせん断補強筋の線径、引張強さ、耐
力及び点溶接条件を示す。点溶接を施した後のPC鋼棒
の引張試験による機械的性質及び点溶接部破断数(10
個の試料中点溶接部で破断した数)を表7に示した。
張強さ1420N/mm2以上、耐力1275N/mm2
以上を満たす強度となるように焼戻し温度をとってい
る。
と、鋼No.15は点溶接前には引張強さ、一様伸び共
に優れた値を示したものの、点溶接後は引張強さ及び一
様伸びが大幅に低下している。比較鋼No.11〜1
4、16〜18では表4、5、7、8のいずれも一様伸
び値が5%に達していない。
のばらつきを調べて図1〜図4に示した。図1、図3は
圧延で焼入後焼戻した実施例のPC鋼棒の引張強さ及び
0.2%耐力の分布を示すもので、横軸は本数(n)で
ある。引張強さは図1に示すように、すべて1420N
/mm2以上であるが1440〜1580N/mm2まで
の間に広くばらついている。また0.2%耐力も図3に
示すように、1275N/mm2以上であるが、136
0〜1480N/mm2の間に広くばらついている。図
2、図4は圧延後高周波焼入焼戻しを施した実施例のP
C鋼棒についてのそれぞれ引張強さ及び0.2%耐力の
分布を示すもので図2に示すように、引張強さは144
0〜1480N/mm2の狭い分布を示している。また
図4に示すように、0.2%耐力も1340〜1420
N/mm2の狭い範囲に分布している。
ば、Cが低く、従って溶接後に問題を生ずることがな
く、また特殊な温度制御を要することなく、一様伸びと
強度とのバランスのよいPC鋼棒を得ることができた。
Claims (5)
- 【請求項1】 C:0.15〜0.29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:0.0030〜0.0150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および不可避的不純物からなるPC
鋼材を熱間圧延し、冷却速度0.2℃/sec以上で冷
却してマルテンサイト組織とし、350〜650℃の範
囲で焼戻しを行って得られた鋼材であって、引張強さが
1420N/mm 2以上、0.2%耐力が1275N/
mm2以上、一様伸びが5%以上であることを特徴とす
る一様伸びの優れたPC鋼棒。 - 【請求項2】 前記成分にさらに 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
記載の一様伸びの優れたPC鋼棒。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載の成分から成るPC
鋼材を熱間圧延し、徐冷してHMV500以下とした
後、850℃以上1000℃以下に加熱急冷しマルテン
サイトとし、さらに350〜650℃の範囲で焼戻しを
行って得られた鋼材であって、引張強さが1420N/
mm2以上、0.2%耐力が1275N/mm2以上、一
様伸びが5%以上であることを特徴とする一様伸びの優
れたPC鋼棒。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の一様伸
びの優れたPC鋼棒を用い、これに鉄線又はせん断補強
筋をスパイラル筋として点溶接して鉄筋篭とし、PCパ
イルを構成するPC鋼棒であって、引張強さが1420
N/mm2以上、0.2%耐力が1275N/mm2以
上、一様伸びが5%以上であることを特徴とするPCパ
イルのPC鋼棒。 - 【請求項5】 PC鋼棒の鉄筋篭を作る前記鉄線および
せん断補強筋がPC鋼棒の棒径の0.3〜0.8倍の径
であり、せん断補強筋の耐力は345〜785N/mm
2であり、スパイラル鉄筋のピッチが40〜100mm
で、ρsσy≧25であることを特徴とする請求項4記載
のPCパイルのPC鋼棒。 ただし、σy:鉄筋の降伏点(kgf/cm2)(×9.
8N/cm2) ρs:スパイラル鉄筋の体積比,
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