JP2010090456A - 耐食性に優れたステンレス鉄筋継手 - Google Patents
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Abstract
【課題】 クロム系ステンレス鉄筋において優れた耐食性を有する継手及びその製造方法を提供する。
【解決の手段】ステンレス鉄筋母材を熱接合してなるステンレス鉄筋継手であって、質量%で、C:0.001%以上0.5%以下、Si:0.1%以上2.0%以下、Mn:2.0%以下、 P:0.04%以下、S:0.03%以下、N:0.001%以上0.1%以下、Cr:10.50%以上13.50%以下、酸化スケールと母地との界面における固溶Cr濃度:8.0〜13.5%、を含有し、残部鉄および不可避不純物を含有することを特徴とし、接合後に制御冷却することによって耐食性に優れたステンレス鉄筋継手を得る。
【選択図】 なし
Description
C:0.001%以上0.5%以下、Si:0.1%以上2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.04%以下、S:0.03%以下、N:0.001%以上0.1%以下、Cr:10.50%以上13.50%以下、酸化スケールと母地との界面におけるCr濃度:8.0〜13.5%、を含有し、残部鉄および不可避不純物を含有することを特徴とする耐食性に優れたステンレス鉄筋継手。
(2)質量%で、更にNi:0.6%以下、を含有することを特徴とする(1)に記載の耐食性に優れたステンレス鉄筋継手。
(3)質量%で、更に、Al:0.05%以下、V:0.1%以下、B:0.01%以下、Bi:0.5%以下、Sn:0.5%以下、Nb:0.5%以下、Ti: 0.5%以下、 Mg:0.1%以下、Cu:0.5%以下、の一種または二種以上を含有することを特徴とする(1)または(2)に記載の耐食性に優れたステンレス鉄筋継手。
(4)熱接合がガス圧接であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか一項に記載の耐食性に優れたステンレス鉄筋継手。
Cは、オーステナイト相および炭化物の生成元素である。オーステナイト相は、溶接後においてマルテンサイト組織を生じて強度を向上させ、また微細炭化物も強度の向上に寄与する。しかしながら、 0.5mass%超では硬くなり過ぎて靱性が劣化する。従って、C量は 0.5 mass%以下の範囲に限定した。溶接部の靭性を確保するためには、C量は0.15 mass%以下の範囲にすることが望ましい。
Siは、脱酸剤として有用な元素であるが、含有量が 2.0mass%以上になると硬くなり機械的性質が劣化する。従って、Si量は 2.0mass%以下とした。
Mn:2.0mass%以下
Mnも、Cと同様、オーステナイト相生成元素であるが、オーステナイトMn含有量が 2.0mass%以上になると鋼中に残存する介在物が多くなり耐食性が劣化する。従って、Mn量は2.0mass%以下の範囲とした。
Pは、靱性等の機械的性質を劣化させるだけでなく、耐食性に対しても有害な元素であり、特にP含有量が0.04mass%超になるとその悪影響が顕著になるので、P量は0.04mass%以下とした。
Sは、Mnと結合してMnSを形成し、初期発銹の起点となる。またSは、結晶粒界に偏析して粒界脆化を促進する有害元素でもあるので、極力低減することが好ましい。特にS含有量が0.03mass%を超えるとその悪影響が顕著になるので、S量は0.03mass%以下とした。
Nは、オーステナイト相および窒化物の生成元素であり強度を高めるが、耐食性、靭性を劣化させるため上限を0.1mass%とした。また、0.001mass%未満ではオーステナイト相や窒化物の生成が少なく強度向上の効果が得られないため0.001mass%以上含有させる。
Crは、本発明における耐食性発現成分として重要な元素である。本発明で対象にする鉄筋継手は、一般的に大気中でさびないCr量として、少なくとも10.50mass%が必要である。これは、10.50mass%未満になると表面において強固な不動態皮膜が生成され難くなるためである。一方、Cr濃度が13.50mass%超になると、耐食性は良くなるものの、フェライト相の生成量が多くなって溶接部の靱性不足となることやコストアップに繋がる。従って、固溶Cr濃度は10.50mass%以上13.50mass%以下とした。
本発明で対象にする鉄筋継手として、pH12以上のコンクリート中において塩化物イオンに対する耐食性を確保するためには、少なくともスケールと母地の界面において固溶Cr濃度8.0mass%以上のCr濃度が必要である。これは、後述するように、8.0mass%未満になるとコンクリート中での耐食性が劣化するためである。一方、界面におけるCr濃度は、母地のCr濃度を超えることはない。したがって界面における固溶Cr濃度を8.0mass%以上13.5mass%以下とした。
Niは、過剰に含有するとマルテンサイト組織が析出し加工性を劣化させるため、上限を0.6mass%とした。また、靱性を高めるためには0.1mass%以上含有することが望ましい。
Alは、脱酸剤として有用な元素であるが、含有量が 0.05mass%超になると靭性が劣化する。従って、0.05mass%以下とすることが望ましい。
V:0.1mass%以下
Vは、耐食性を向上させる有用な元素であるが、含有量が 0.1mass%超になると靭性が劣化する。従って、0.1mass%以下とすることが望ましい。
Bは、熱間加工性を向上させる有用な元素であるが、含有量が 0.01mass%超になると靭性が劣化する。従って、0.01mass%以下とすることが望ましい。
Biは、耐食性及び切削加工性を向上させる有用な元素であるが、含有量が 0.5mass%超になると靭性が劣化する。従って、0.5 mass%以下とすることが望ましい。
また、0.005mass%未満では耐食性向上効果及び切削加工性向上効果が得られ難いため下限を0.005mass%とすることが望ましい。
Snは、耐食性を向上させる有用な元素であるが、含有量が 0.5mass%超になると靭性が劣化する。従って、0.5mass%以下とすることが望ましい。
Nbは、耐食性を向上させる有用な元素であるが、含有量が 0.5mass%超になると靭性が劣化する。従って、0.5mass%以下とすることが望ましい。
また、0.003mass%未満では耐食性向上効果が得られ難いため下限を0.003mass%とすることが望ましい。
Tiは、耐食性を向上させる有用な元素であるが、含有量が 0.5mass%超になると靭性が劣化する。従って、0.5mass%以下とすることが望ましい。
Mgは、耐食性を向上させる有用な元素であるが、含有量が 0.1mass%超になると靭性が劣化する。従って、0.1mass%以下とすることが望ましい。
Cuは、耐食性を向上させる有用な元素であるが、含有量が 0.5mass%超になると靭性が劣化する。従って、0.5mass%以下とした。
接合部の耐食性を高く保持するために、酸化スケールと母地界面に存在するCr欠乏層におけるCr濃度の低下を抑制する必要がある。継手部のCr濃度を8.0mass%以上とすることができれば、コンクリート中のようにpH12以上のアルカリ性の高い環境は不動態皮膜が形成・維持されるので、高い耐食性を確保することができる。
図1はpH12.5の水溶液環境(飽和Ca(OH)2溶液中において種々のCr濃度の鋼材について一定電位をかけた状態における孔食が発生する最も低いCl-濃度(孔食発生限界Cl-濃度)を測定したものである。Cr量が8.0mass%以上では、普通鉄筋(孔食発生限界Cl-濃度0.02%)の約25倍以上の孔食発生限界Cl-濃度であることが分る。
熱接合後50K/s以下の冷却速度(1000℃〜500℃の平均冷却速度)となるように制御冷却し接合部において高温状態となる時間を長く保つことにより、母材のCr濃度が10.50mass%であっても、接合部におけるCrの拡散を促し酸化スケールと母地界面における最低Cr濃度を8.0mass%以上に確保することができる。制御冷却の方法としては、接合後に保温カバーで接合部を覆うことによって熱の放散を防ぎ冷却速度を低くすることができる。
また、ガス圧接やアプセットバット溶接による拡散接合では温度条件として1000℃以下で接合することにより、Cr欠乏層の生成を抑制できるので、熱接合後100K/s以下の冷却速度で制御冷却しても、母材のCr濃度が10.50mass%の場合スケールと母地界面における最低Cr濃度を8.0mass%以上に確保することができる。
本発明において不活性ガス雰囲気中で溶接材料を使って接合するエンクローズ溶接を行う場合には、製造条件の例としては、鉄筋径呼び名D25で、溶接材料YM309、電流260A、電圧25V、溶接時間45秒、とする。また、電気のジュール熱を利用するアプセットバット溶接で接合する場合には、製造条件の例としてはD13で加圧0.3MPa、電流240A、電圧20V、溶接時間5秒とする。これらの条件に加え50K/s以下の冷却速度で制御冷却することにより、継手の固溶Cr濃度を8.0mass%以上に確保することができる。
アプセットバット溶接継手については、加圧0.2〜0.4MPa、電流240A、電圧20V、溶接時間5秒〜20秒の範囲で溶接し、50K/s以下の冷却速度で制御冷却した。
測定条件:ビーム電流10nA、ビーム電圧10keV
ビーム径25〜45nm、スパッタ速度50nm/min
表面性状は、処理なし(酸化スケールを除去しない)、酸洗処理(硝酸と弗酸の混酸及び硝酸中に浸漬し脱スケールを施す処理)、及びブラスト処理(ショットを吹き付けて酸化スケールを除去する処理)とした。耐食性は、40℃コンクリート環境の模擬水溶液(飽和Ca(OH)2溶液に1%のCl-濃度までNaClを加えたもの)中での孔食電位(500μA/cm2となる電位(飽和KCl銀塩化銀参照電極(SSE)基準))を測定した。孔食電位が高いほど耐食性は高くなるが、継手に酸化スケールが残存している場合でもその孔食電位は普通鉄筋ガス圧接継手の孔食電位(代表例:−0.13V vs. SSE)よりも200mV以上高く、普通鉄筋よりも耐食性が高い。
No.32 Cr量が請求範囲を下回っており、耐食性が劣化した。
No.33 Cr量が請求範囲を超えており、継手の靭性が不足した。
No.34 ガス圧接後300K/sで冷却しており、継手の酸化スケール/母地界面におけるCr濃度が少なくなった。
No.35 標準的なガス圧接により作製した普通鉄筋継手の特性を示す。
Claims (4)
- ステンレス鉄筋母材を熱接合してなるステンレス鉄筋継手であって、
質量%で、
C :0.001%以上0.5%以下、
Si:0.1%以上2.0%以下、
Mn:2.0%以下、
P:0.04%以下、
S:0.03%以下、
N:0.001%以上0.1%以下、
Cr:10.50%以上13.50%以下、
酸化スケールと母地との界面における固溶Cr濃度:8.0〜13.5%、を含有し、残部は鉄および不可避不純物からなることを特徴とする耐食性に優れたステンレス鉄筋継手。 - 質量%で、更に、
Ni:0.6%以下、を含有することを特徴とする請求項1に記載の耐食性に優れたステンレス鉄筋継手。 - 質量%で、更に、
Al:0.05%以下、
V:0.1%以下、
B:0.01%以下、
Bi:0.5%以下、
Sn:0.5%以下、
Nb:0.5%以下、
Ti: 0.5%以下、
Mg:0.1%以下、
Cu:0.5%以下、の一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の耐食性に優れたステンレス鉄筋継手。 - 熱接合がガス圧接であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の耐食性に優れたステンレス鉄筋継手。
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