JP2012223802A - 異形棒鋼、及びその圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２本のリブを有するものよりもフープ加工時のずれ量、降伏点、引張り強さ、コンクリート付着応力が向上し、しかも、フープ加工時の縦のずれ量と横のずれ量とが殆ど差のない均一化したものとする。
【解決手段】 丸棒材の周面にはその長手方向に交差する節が丸棒材の長手方向に間隔をおいて形成されると共に、丸棒材の長手方向に連続するリブが６本形成され、６本のリブが丸棒材の断面の中心を基準にして円周方向に沿って６０度毎に形成されていることを特徴とする異形棒鋼。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄筋等に使用される異形棒鋼及びそれを得るための圧延方法に関するもので、特に長手方向に延びるリブの数に関する。

従来の異形棒鋼としては、丸棒材の周面にはその長手方向に交差する節が丸棒材の長手方向に等間隔で形成されると共に、丸棒材の長手方向に連続するリブが丸棒材の断面の中心を基準にして円周方向に沿って１８０度または９０度毎に形成されているもの、つまり、２本のリブを有するものと、４本のリブを有するものが既に公知になっている（特許文献１）。但し、現在最も標準的なものは、２本のリブを有するものである。

このような異形棒鋼は、一対二個のロールを対向配置した２ロール圧延機が複数台直列に配列された熱間連続圧延設備によって製造される。そして、図７には、２本のリブを有する異形棒鋼を製造するための、最終仕上げ用の２ロール圧延機を構成する一対のロール１０、１０のうち一方が示されている。また、図８には、４本のリブに対応するものが示されている。このうち、例えばリブを２本有する異形棒鋼を製造する場合には図９に示すように、一対のロール１０、１０には、その対向面１１にはその円周方向に沿って断面円弧状の周溝１２が形成され、周溝１２には円周方向と直交する節溝１３が形成されている。そして、これら一対の周溝１２、１２と節溝１３によって最終仕上げ用の孔型２０が一対のロール１０、１０間に形成される。この孔型２０に上流側の圧延機列によって所定断面の棒状被加工材を通すことにより、丸棒材の周面には節溝１３に応じた節と、両ロール１０、１０間からの噛み出しによるリブとが形成される。

４本のリブを有する異形棒鋼は、２本のリブを有するものと比較した場合、使用時の曲げ加工におけるねじれや曲がりの発生が小さく、加工性に優れているという報告がある（特許文献２）。

そこで、本発明者は、４本のリブを有する異形棒鋼よりも色々な特性の向上を目的として、いまだ実用化されていない６本のリブを有する異形棒鋼の製造に着手した。

特開平９−９４６０２号公報 特許３４９１１２９号公報

ところで、異形棒鋼の性能を評価する試験として、（１）引張り強度試験（前述した引張り強度を測るもの。）、（２）フープ加工時のずれ量の試験、（３）コンクリート付着強度試験がある。

リブの数を増やすと、異形棒鋼の断面が円形に近づくことから、試験（１）、（２）については、性能が向上することが期待できる。その反面、異形棒鋼の断面が円形に近づくことから、試験（３）については、性能が落ち込むことも想定される。

そこで、６本のリブを有する異形棒鋼の開発にあたって、現状の２本のリブ、４本のリブを有する異形棒鋼についても、これら試験（１）、（２）、（３）を行った。その結果が、図４〜図６に示されている。

いずれも４本のリブを有するものが、２本のそれよりも良好な試験結果が得られている。ここで、試験（２）の結果が興味深い。これは、正四角形にフープ加工した場合の試験結果を示している。２本のリブ、４本のリブのいずれにあっても、異形棒鋼の両端における、縦のズレ量が、横のズレ量よりも明らかに大きいことが分かる。つまり、ズレ方に偏りがあることが分かる。
従って、４本のリブのものは、２本のものよりも、確かにフープ加工をしやすいが、縦のズレ量を特に気にして加工しなければならない。

本発明は、上記実情を考慮して創作されたものであり、上記した試験（１）、（２）、（３）の全てについて、現在最も標準的な２本のリブを有するものよりも性能の向上を図り、その上で、フープ加工時のズレ量の偏在をできるだけ解消する異形棒鋼及び、異形棒鋼の圧延方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、丸棒材の周面にはその長手方向に交差する節が丸棒材の長手方向に間隔をおいて形成されると共に、丸棒材の長手方向に連続するリブが６本形成され、６本のリブが丸棒材の断面の中心を基準にして円周方向に沿って６０度毎に形成されていることを特徴とする異形棒鋼である。

また、請求項２の発明は、６本のリブはいずれも丸棒材の円周方向に対称的な形状であって、６本のリブのうち対向する２本は長方形であって、残りの４本は外周に向かって幅狭になる台形であることを特徴とする。

更に、請求項３の発明は、丸棒材のリブと節の表面が面一になっていることを特徴とする。

請求項４の発明は、一対二個のロールを対向配置した２ロール圧延機が複数台直列に配列された熱間連続圧延設備の最終仕上げ圧延機に、上下一対のロールを対向配置した２ロール圧延機を用い、棒状被加工材の周面に対して各ロール対向面の周溝と交差するように設けた節溝により節を形成し、且つ上下のロール間からの噛み出しによりリブを形成する異形棒鋼の圧延方法において、棒状被加工材が通過する上下一対のロールの孔型の中心を基準にして前記周溝の溝幅中心から左右に３０度の位置にリブ用底溝を設けた上下一対のロールを用いて、最終仕上げ圧延を行うことを特徴とする異形棒鋼の圧延方法である。

また、請求項５の発明は、上下のロール間からの噛み出しにより形成される２本のリブが長方形となるように、各ロールの対向面を水平に形成し、リブ用底溝が孔型の円周方向に対称的な形状であって、且つ孔型の外周に向かって幅狭になる台形に形成されていることを特徴とする。

更に、請求項６の発明は、リブ用底溝と前記周溝とが面一に形成されている上下一対のロールを用いることを特徴とする。

本発明によれば、各種の試験結果により、６本のリブを有する異形棒鋼は、２本のリブを有するものよりもフープ加工時のずれ量、降伏点、引張り強さ、コンクリート付着応力が向上し、しかも、フープ加工時の縦のずれ量と横のずれ量とが殆ど差のない均一化したものとなることが証明された。

本発明で使用する最終仕上げ用２ロール圧延機のロールの溝面側を示す図であり、（ａ）図は展開図、（ｂ）図はそのＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）図は、最終仕上げ用２ロール圧延機の一対のロールで形成される孔型と異形棒鋼の断面との関係を示し、（ｂ）図は異形棒鋼の側面図である。 ロールに刃具でリブ用底溝を形成する状態を示す説明図である。 フープ加工時のずれ量の比較結果を示すもので、（ａ）図はグラフ、（ｂ）図は表である。 引張り試験結果を示すグラフで、（ａ）図は降伏点、（ｂ）図は引張り強さに関する。 コンクリート付着強度試験結果を示すグラフである。 従来例としての最終仕上げ用２ロール圧延機におけるロールの外周面側を示す図であり、（ａ）図は展開図、（ｂ）図はそのＡ−Ａ線断面図である。 他の従来例としての最終仕上げ用２ロール圧延機におけるロールの外周面側を示す図であり、（ａ）図は展開図、（ｂ）図はそのＡ−Ａ線断面図である。 従来の異形棒鋼を得るための最終仕上げ用２ロール圧延機の一対のロールを示す概要図である。

本発明の異形棒鋼の圧延方法では、最終仕上げ用２ロール圧延機を使用する。図２（ａ）には、最終仕上げ用２ロール圧延機の上下一対のロール１０、１０で形成される孔型２０と、孔型２０の形状に一致する異形棒鋼３０の断面との関係が示されている。また、図２（ｂ）には、異形棒鋼３０の側面図が示されている。

最終製品である異形棒鋼３０は、断面円形の丸棒材３１の周面にはその長手方向に直交する多数の円形状の節３２が丸棒材３１の長手方向に等間隔で形成されている。また、丸棒材３１の周面にはその長手方向に連続するリブ３３が６本形成されている。これら６本のリブ３３は、丸棒材３１の断面の中心を基準にして円周方向に沿って６０度毎に形成されている。
これらリブ３３と節３２とは、面一、つまり、リブの外周面と節の外周面が段差なく連続しており、側面視すると節３２がリブ３３に対して直角に形成されている。
また、これらリブ３３のうち２本は、同形状である上下のロール１０、１０の隙間Ｇにより形成される。残りの４本は、２本ずつ各ロール１０によって形成される。

図１（ａ）にはロール１０の外周面の展開図が、図１（ｂ）にはロール１０の断面が示されている。各ロール１０は、他方のロール１０への対向面１１（外周面）に断面ほぼ半円状に凹む周溝１２を形成してある。この周溝１２は、異形棒鋼３０の外周面の片側ほぼ半分を形作るものである。ほぼ半分としたのは、前述したように６本のリブ３３のうち２本のリブ３３の外周面は、上下のロール１０、１０の隙間Ｇにより形成されるからである。さらに、周溝１２には対向面１１の円周方向に等間隔をあけて節溝１３が形成されている。この節溝１３は、周溝１２の円周方向に沿ってほぼ半円状に形成されている。

また、周溝１２には２本のリブ用底溝１４が節溝１３と段差なく形成されている。各ロール１０に形成される２本のリブ用底溝１４、１４と、上下に対向するロール１０、１０の隙間Ｇによって、６本のリブ３３が丸棒材３１の断面の中心を基準にして、円周方向に６０度毎に形成されるようにする。
リブ用底溝１４の形成位置を図２に基づいてより詳しく説明すると、次の通りである。丸棒材３１の断面の中心を基準として、この中心を通過する基準線Ｌ１を、周溝１２の溝幅中心に向かって引く。この基準線Ｌを時計回り、反時計回りに３０°ずらした位置にリブ用底溝１４の底辺の中点が位置するようにする。

図３にはリブ用底溝１４を形成する刃具４０が一点鎖線で示されている。刃具４０の先端部の形状と、リブ用底溝１４の形状とは一致している。リブ用底溝１４によって形成されるリブ３３は、図２に示したように、円周方向に対称的な形状（左右対称形状）であって、外周に向かうにつれて幅が狭くなる台形である。つまり、台形の外周辺の幅３３ａが、図では内周辺の幅３３ｂよりも幅狭になっている。しかも、図３に示すように、外周辺の幅３３ａを二等分する二等分線Ｌ２を、丸棒３１の中心に相当する点を通過するように引くと、二等分線Ｌ２と、台形となるリブ用底溝１４の左辺１４ｃと右辺１４ｄの各延長線Ｌ３、Ｌ４とが一点で交差していることが分かる。そして、この交点よりも外周に向かう左辺と右辺の延長線が６０°の角度で形成されていることが分かる。

また、隙間Ｇを形成する各ロール１０の対向面１１は水平に形成されている。従って、この隙間Ｇによって形成される２本のリブ３３は、円周方向に対称的な長方形である。より詳しく言えば、長方形の外周辺と直角に交差する２辺は、丸棒材３１から均等な長さ突出している。
そして、ここまでに述べた周溝１２、節溝１３、リブ用底溝１４及び隙間Ｇによって、孔型２０が異形棒鋼３０の断面と一致する形状に形成される。

上述したロール１０を用いた２ロール圧延機を最終仕上げ圧延機として用いることによって、仕上げ圧延が行われる。通常の２ロール圧延機列で所定の外径寸法となるまで圧延された棒状被加工材を、図２に示すように、噛み出しによるリブ３３がリブ用底溝１４によって形成されるリブ３３と同じになるように仕上げ圧延を行うことにより異形棒鋼３０が形成される。そして、異形棒鋼３０は、６本のリブ３３が円周方向に等間隔毎に形成され、これら全てのリブ３３と節３２の外周面が一致し、節３２がリブ３３に対して直角となる。

図４には、異形棒鋼に対してフープ加工を行った時のずれ量の比較結果がグラフとして示されている。ここでは、異形棒鋼を次の条件で正方形に曲げ、正方形の一辺の幅中央部で両端を突き合わせるようにしたときの縦のずれ量と、横のずれ量を計測した。正方形：一辺400 mm±5 mm、隅角部の半径：31.8mm、対角線の寸法：540mm±10mm。また、異形棒鋼については本発明の６本のリブを有するものと、比較例としての４本、２本のものを３０本ずつ用いた。また、試験に用いた異形棒鋼の寸法は半径7.325mm（リブのない箇所）、リブ外周辺の幅2.2mm、隙間Ｇ：3.0mm、リブ高さ1.25mmである。
図４によれば、６本リブの場合には、縦のずれ量と、横のずれ量との平均が1.2mm、1.1mmであり、２本、４本リブのものと比べてずれ量が小さくなるだけでなく、ずれ量が均等になっていることが分かる。

図５には、異形棒鋼に対して引張り試験を行った時の比較結果がグラフとして示されている。異形棒鋼には図４で用いたものと、同寸法のものを用いている。図５（ａ）からは、降伏点については、所定値N/mm ²を基準値として１００％とした場合に、６本リブのものが１０６％となっており、２本、４本リブのものよりも良いことが分かる。
図５（ｂ）からは、引張り強さについては、６本リブのものが１０７％前後となっており、２本、４本リブのものよりも、良いことが分かる。

図６には、コンクリート付着強度試験を行った時の比較結果がグラフとして示されている。これは、自由端のすべり量が0.002D（0.03mm）における付着応力度を調べたものである。異形棒鋼には図４で用いたものと、同寸法のものを用いている。
図６によれば、付着応力度については、６本リブのものは、２本リブよりも良く、４本リブのものよりも悪いことが分かる。鉄筋の付着強度の判定基準として、すべり量が0.002D（0.03mm）のときの付着応力度は、３N/mm ²以上と定義されている（建材試験センター規格）。従って、６本リブのものについても、この判定基準は十分に満たしている。

本発明は上記実施形態に限定されない。上下一対のロール１０、１０間の隙間Ｇによって形成される２本のリブ３３も、各ロール１０のリブ用底溝１４によって形成される残りの４本のリブ３３と同様の台形であっても良い。この場合、台形の左右端部の形状に合わせて各ロール１０の周溝１２の左右縁部を面取りすればよい。

また、節３２は、６本のリブ３３を挟みながらも丸棒材３１の円周方向全周に亘って連続する円形状であったが、これに限らず、不連続に形成されていても良い。より詳しく言えば、６本のリブ３３があるので、丸棒材３１の円周方向全周には、隣り合う２本のリブ３３、３３によって区画される節形成領域が６つできる。この６つの節形成領域に形成される６本の節３２は、丸棒材の長手方向に間隔をあけて形成されていても良い。例えば、図２（ｂ）と同様に側面から視た場合に節３２が千鳥状に形成されていても良い。千鳥状に形成されている場合は、引張り試験の結果が、より向上することが想定される。
更に、各節形成領域に形成される節３２は、長手方向に沿って連続する２本のリブ３３に対して、直交する形状に限らず、斜めに交差する形状であっても良い。

１０ロール
１１対向面
１２周溝
１３節溝
１４リブ用底溝
１４ｃ左辺
１４ｄ右辺
２０孔型
３０異形棒鋼
３１丸棒材
３２節
３３リブ
３３ａ外周辺の幅
３３ｂ内周辺の幅
４０刃具

Ｇ隙間
Ｌ１基準線
Ｌ２二等分線
Ｌ３延長線
Ｌ４延長線

Claims (6)

1. 丸棒材の周面にはその長手方向に交差する節が丸棒材の長手方向に間隔をおいて形成されると共に、丸棒材の長手方向に連続するリブが６本形成され、６本のリブが丸棒材の断面の中心を基準にして円周方向に沿って６０度毎に形成されていることを特徴とする異形棒鋼。
2. ６本のリブはいずれも丸棒材の円周方向に対称的な形状であって、６本のリブのうち対向する２本は長方形であって、残りの４本は外周に向かって幅狭になる台形であることを特徴とする請求項１記載の異形棒鋼。
3. 丸棒材のリブと節の表面が面一になっていることを特徴とする請求項１又は２記載の異形棒鋼。
4. 一対二個のロールを対向配置した２ロール圧延機が複数台直列に配列された熱間連続圧延設備の最終仕上げ圧延機に、上下一対のロールを対向配置した２ロール圧延機を用い、棒状被加工材の周面に対して各ロール対向面の周溝と交差するように設けた節溝により節を形成し、且つ上下のロール間からの噛み出しによりリブを形成する異形棒鋼の圧延方法において、
   棒状被加工材が通過する上下一対のロールの孔型の中心を基準にして前記周溝の溝幅中心から左右に３０度の位置にリブ用底溝を設けた上下一対のロールを用いて、最終仕上げ圧延を行うことを特徴とする異形棒鋼の圧延方法。
5. 上下のロール間からの噛み出しにより形成される２本のリブが長方形となるように、各ロールの対向面を水平に形成し、
   リブ用底溝が孔型の円周方向に対称的な形状であって、且つ孔型の外周に向かって幅狭になる台形に形成されていることを特徴とする請求項４記載の異形棒鋼の圧延方法。
6. リブ用底溝と前記周溝とが面一に形成されている上下一対のロールを用いることを特徴とする請求項４又は５記載の異形棒鋼の圧延方法。

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