JP2014009367A - スタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】スクラップを原料として電気炉製鋼法によって製造された低コストの鋼材を用い、かつ、ＪＩＳ Ｇ ３１１２ ＳＤ２９５Ａ及びＳＤ３４５相当の機械的性質を満たすスタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼を提供すること。
【解決手段】スクラップを原料とし、電気炉製鋼法によって製造された、化学成分として、Ｃ：０．１９ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．１５〜０．５０ｗｔ％、Ｍｎ：０．６０〜１．００ｗｔ％、Ｐ：０．０４０ｗｔ％以下、Ｓ：０．０４０ｗｔ％以下、Ｖ：０．０７０ｗｔ％以下を含み、降伏点２９５〜４４０Ｎ／ｍｍ２、引張強度４４０〜６００Ｎ／ｍｍ２、伸び１８％以上であるスタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼。
【選択図】なし
【解決手段】スクラップを原料とし、電気炉製鋼法によって製造された、化学成分として、Ｃ：０．１９ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．１５〜０．５０ｗｔ％、Ｍｎ：０．６０〜１．００ｗｔ％、Ｐ：０．０４０ｗｔ％以下、Ｓ：０．０４０ｗｔ％以下、Ｖ：０．０７０ｗｔ％以下を含み、降伏点２９５〜４４０Ｎ／ｍｍ２、引張強度４４０〜６００Ｎ／ｍｍ２、伸び１８％以上であるスタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼。
【選択図】なし
Description
本発明は、スタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼に関し、特に、スクラップを原料としたスタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼に関するものである。
スタッド溶接は溶接棒や溶接ワイヤーを用いず、スタッド溶接に用いられる鉄筋用異形棒鋼や丸鋼（本明細書において、「鉄筋用棒鋼」と総称する。）そのものが溶接材となるため、溶接条件はもちろんのことではあるが、溶接性を確保するために、化学成分が非常に重要となる。
このため、スタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼には、従来、高炉−転炉法を用いて製造された鋼片を、圧延工程を経て、鉄筋用棒鋼に加工するに当たって、さらに、溶接性を確保するために、Ｃ：０．２０ｗ％以下、Ｓｉ：０．１５〜０．３５ｗ％、Ｍｎ：０．３０〜０．９０ｗｔ％といった化学成分に調整するようにしている。
また、ＪＩＳ Ｇ ３１１２ ＳＤ２９５Ａ及びＳＤ３４５の機械的性質である、降伏点２９５〜４４０Ｎ／ｍｍ２、引張強度４４０〜６００Ｎ／ｍｍ２、伸び１８％以上を満たすためには、合金元素として、バナジウムを０．１％以上添加する必要があり、さらに高価なものとなっている。
ところで、この種の鉄筋用棒鋼に関しては、例えば、熱間圧延後の冷却速度を変化させ、結晶粒径を制御し、抵抗溶接性に優れる鉄筋用棒鋼の製造方法（特許文献１参照。）も報告されているが、スクラップを原料として電気炉製鋼法によって製造された鋼材を用い、かつ、ＪＩＳ Ｇ ３１１２ ＳＤ２９５Ａ及びＳＤ３４５相当の機械的性質を有する、スタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼について報告されたものはなかった。
これは、スクラップを原料として電気炉製鋼法によって製造された鋼材の場合、スクラップに含まれる不純物元素が溶鋼中に混入し、元素によっては、電気炉での精錬及びその後の工程での炉外精錬を経ても除去されず、仮に、通常のＪＩＳ Ｇ ３１１２ ＳＤ２９５Ａ及びＳＤ３４５に規定された機械的性質を満たしただけでは、例えば、溶接部破断が発生しやすくなる等により、スタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼として十分な性能を示すことができないためであった。
本発明は、スタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼の現状に鑑み、スクラップを原料として電気炉製鋼法によって製造された低コストの鋼材を用い、かつ、ＪＩＳ Ｇ ３１１２ ＳＤ２９５Ａ及びＳＤ３４５相当の機械的性質である、降伏点２９５〜４４０Ｎ／ｍｍ２、引張強度４４０〜６００Ｎ／ｍｍ２、伸び１８％以上を満たすスタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のスタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼は、スクラップを原料とし、電気炉製鋼法によって製造された、化学成分として、Ｃ：０．１９ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．１５〜０．５０ｗｔ％、Ｍｎ：０．６０〜１．００ｗｔ％、Ｐ：０．０４０ｗｔ％以下、Ｓ：０．０４０ｗｔ％以下、Ｖ：０．０７０ｗｔ％以下を含み、降伏点２９５〜４４０Ｎ／ｍｍ２、引張強度４４０〜６００Ｎ／ｍｍ２、伸び１８％以上であることを特徴とする。
この場合において、化学成分として、Ｃｕ：０．４０ｗｔ％以下、Ｎｉ：０．２０ｗｔ％以下、Ｃｒ：０．４０ｗｔ％以下を含むことができる。
また、下記の式１で示されるカーボン当量：ＣＥＱが０．２０〜０．４０で、かつ、下記の式２で示される溶接割れ感受性指数：Ｐｃｍが０．１８〜０．２８であるものとすることができる。
ＣＥＱ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／５＋Ｖ／５＋Ｎｉ／１５＋Ｃｕ／１５ ・・・（式１）
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ ・・・（式２）
式１及び式２において、各元素は、各元素のｗｔ％の値を示す。
ＣＥＱ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／５＋Ｖ／５＋Ｎｉ／１５＋Ｃｕ／１５ ・・・（式１）
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ ・・・（式２）
式１及び式２において、各元素は、各元素のｗｔ％の値を示す。
本発明の本発明のスタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼は、スクラップを原料として電気炉製鋼法によって製造された低コストの鋼材を用い、かつ、ＪＩＳ Ｇ ３１１２ ＳＤ２９５Ａ及びＳＤ３４５相当の機械的性質である、降伏点２９５〜４４０Ｎ／ｍｍ２、引張強度４４０〜６００Ｎ／ｍｍ２、伸び１８％以上を満たすことができる。
以下、本発明のスタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼の実施の形態について説明する。
本発明のスタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼は、スクラップを原料とし、電気炉製鋼法によって製造された鉄筋用異形棒鋼や丸鋼からなるもので、スタッド溶接に用いられるように適宜の後加工が施されるようにしたものである。
この鉄筋用棒鋼は、ＪＩＳ Ｇ ３１１２ ＳＤ２９５Ａ及びＳＤ３４５相当の機械的性質である、降伏点２９５〜４４０Ｎ／ｍｍ２、引張強度４４０〜６００Ｎ／ｍｍ２、伸び１８％以上を満たすものである。
このような特性を満たす鉄筋用棒鋼を得るために、化学成分を適正範囲にしている。
この鉄筋用棒鋼は、ＪＩＳ Ｇ ３１１２ ＳＤ２９５Ａ及びＳＤ３４５相当の機械的性質である、降伏点２９５〜４４０Ｎ／ｍｍ２、引張強度４４０〜６００Ｎ／ｍｍ２、伸び１８％以上を満たすものである。
このような特性を満たす鉄筋用棒鋼を得るために、化学成分を適正範囲にしている。
Ｃ：０．１９ｗｔ％以下
Ｃは目的とする強度を確保するために必要なものであるが、０．１９ｗｔ％を超えると溶接性が低下する。
Ｃは目的とする強度を確保するために必要なものであるが、０．１９ｗｔ％を超えると溶接性が低下する。
Ｓｉ：０．１５〜０．５０ｗｔ％
Ｓｉは鋼の脱酸及び強化のために必要なものであるが、０．１５ｗｔ％未満では効果が少ないため０．１５ｗｔ以上含むようにする。一方、０．５０ｗｔ％を超えると抵抗溶接部の接合界面にＳｉ酸化物が形成され、引張試験で接合界面からの破断が発生し、抵抗溶接部の引張強度が低下する。
Ｓｉは鋼の脱酸及び強化のために必要なものであるが、０．１５ｗｔ％未満では効果が少ないため０．１５ｗｔ以上含むようにする。一方、０．５０ｗｔ％を超えると抵抗溶接部の接合界面にＳｉ酸化物が形成され、引張試験で接合界面からの破断が発生し、抵抗溶接部の引張強度が低下する。
Ｍｎ：０．６０〜１．００ｗｔ％
Ｍｎは焼入性を確保し目標強度を得るために必要なものであるが、０．６０ｗｔ％未満では効果が少ないため０．６０ｗｔ以上含むようにする。一方、１．００ｗｔ％を超えると焼入性が過剰となり、ベイナイト組織が生成して降伏点及び延性が低下する。また、抵抗溶接部の接合界面にＭｎ酸化物が形成され、溶接部の引張強度が低下する。
Ｍｎは焼入性を確保し目標強度を得るために必要なものであるが、０．６０ｗｔ％未満では効果が少ないため０．６０ｗｔ以上含むようにする。一方、１．００ｗｔ％を超えると焼入性が過剰となり、ベイナイト組織が生成して降伏点及び延性が低下する。また、抵抗溶接部の接合界面にＭｎ酸化物が形成され、溶接部の引張強度が低下する。
Ｖ：０．０７０ｗｔ％以下
Ｖは析出強化により、強度向上に有効な元素であり、その効果を得るために必要なものであるが、高価なため、０．０７０ｗｔ％を超える添加はコスト上好ましくない。
Ｖは析出強化により、強度向上に有効な元素であり、その効果を得るために必要なものであるが、高価なため、０．０７０ｗｔ％を超える添加はコスト上好ましくない。
また、スクラップを原料とし、電気炉製鋼法によって製造された鋼材として不可避的不純物としては、Ｐ：０．０４０ｗｔ％以下、Ｓ：０．０４０ｗｔ％以下が許容できる。
このほか、スクラップを原料とし、電気炉製鋼法によって製造された鋼材として不可避的不純物としては、以下の化学成分がある。
Ｃｕ：０．４０ｗｔ％以下
Ｃｕは焼入性を向上させるとともに析出強化により、強度上昇に有効な元素であるが、０．４０％ｗｔを超えると熱間加工性を阻害する。
Ｃｕは焼入性を向上させるとともに析出強化により、強度上昇に有効な元素であるが、０．４０％ｗｔを超えると熱間加工性を阻害する。
Ｎｉ：０．２０ｗｔ％以下
Ｎｉは焼入性を向上させることにより強度確保に有効な元素であるが、０．２０ｗｔ％を超えるとベイナイト組織が生成しやすく、降伏点及び延性が低下するとともに溶接性が低下し、溶接割れを起こしたり、溶接部の引張強度が低下する。
Ｎｉは焼入性を向上させることにより強度確保に有効な元素であるが、０．２０ｗｔ％を超えるとベイナイト組織が生成しやすく、降伏点及び延性が低下するとともに溶接性が低下し、溶接割れを起こしたり、溶接部の引張強度が低下する。
Ｃｒ：０．４０ｗｔ％以下
Ｃｒは焼入性を向上させることにより強度確保に有効な元素であるが、０．４０ｗｔ％を超えるとベイナイト組織が生成しやすく、降伏点及び延性が低下するとともに溶接性が低下し、溶接割れを起こしたり、溶接部の引張強度が低下する。
Ｃｒは焼入性を向上させることにより強度確保に有効な元素であるが、０．４０ｗｔ％を超えるとベイナイト組織が生成しやすく、降伏点及び延性が低下するとともに溶接性が低下し、溶接割れを起こしたり、溶接部の引張強度が低下する。
なお、製造される鉄筋用棒鋼の性状に影響を与える他の不純物としては、以下の化学成分がある。
Ｍｏ：０．０５ｗｔ％以下
Ｍｏは焼入性を向上させることにより強度確保に有効な元素であるが、０．０５ｗｔ％を超えるとベイナイト組織が生成しやすく、降伏点及び延性が低下するとともに溶接性が低下し、溶接割れを起こしたり、溶接部の引張強度が低下する。
Ｍｏは焼入性を向上させることにより強度確保に有効な元素であるが、０．０５ｗｔ％を超えるとベイナイト組織が生成しやすく、降伏点及び延性が低下するとともに溶接性が低下し、溶接割れを起こしたり、溶接部の引張強度が低下する。
Ｂ：０．００５ｗｔ％以下
Ｂは焼入性を向上させることにより強度確保に有効な元素であるが、０．００５ｗｔ％を超えると降伏点及び延性が低下するとともに溶接性が低下し、溶接割れを起こしたり、溶接部の引張強度が低下する。
Ｂは焼入性を向上させることにより強度確保に有効な元素であるが、０．００５ｗｔ％を超えると降伏点及び延性が低下するとともに溶接性が低下し、溶接割れを起こしたり、溶接部の引張強度が低下する。
スクラップを原料とし、電気炉製鋼法によって製造された鋼材の化学成分を、上記の適正範囲にするためには、Ｃｕ等の不純物元素を低減すべく、スクラップ配合を適正に行い、電気炉及び炉外精錬炉にて通常の鉄筋用棒鋼の製造工程に比べて、精錬を強化し、ＰやＳといった不純物元素成分を低減し、さらに決められた化学成分値になるように合金元素を添加するようにしている。
このようにして得られた鉄筋用棒鋼は、ＪＩＳ Ｇ ３１１２ ＳＤ２９５Ａ及びＳＤ３４５相当の機械的性質である、降伏点２９５〜４４０Ｎ／ｍｍ２、引張強度４４０〜６００Ｎ／ｍｍ２、伸び１８％以上を満たすとともに、下記の式１で示されるカーボン当量：ＣＥＱが０．２０〜０．４０で、かつ、下記の式２で示される溶接割れ感受性指数：Ｐｃｍが０．１８〜０．２８の特性を備えたものとなる。
ＣＥＱ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／５＋Ｖ／５＋Ｎｉ／１５＋Ｃｕ／１５ ・・・（式１）
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ ・・・（式２）
式１及び式２において、各元素は、各元素のｗｔ％の値を示す。
ＣＥＱ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／５＋Ｖ／５＋Ｎｉ／１５＋Ｃｕ／１５ ・・・（式１）
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ ・・・（式２）
式１及び式２において、各元素は、各元素のｗｔ％の値を示す。
表１に示すスクラップを原料とし、電気炉製鋼法によって製造された鋼材の機械的性質を表２に示す。
表１に示すスクラップを原料とし、電気炉製鋼法によって製造された鋼材を用いて製造した鉄筋用異形棒鋼を、スタッド溶接に用いられるように適宜の後加工を施した後、表３の溶接条件にて鉄板にスタッド溶接し、引張試験を行ったところ、すべての試料が、母材部で破断し、溶接部に問題ないことを確認した。
以上、本発明のスタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼について、その実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態に記載した構成に限定されるものではない。
本発明のスタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼は、スクラップを原料として電気炉製鋼法によって製造された低コストの鋼材を用い、かつ、ＪＩＳ Ｇ ３１１２ ＳＤ２９５Ａ及びＳＤ３４５相当の機械的性質を満たすものであることから、スタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼の用途に好適に用いることができる。
Claims (3)
- スクラップを原料とし、電気炉製鋼法によって製造された、化学成分として、Ｃ：０．１９ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．１５〜０．５０ｗｔ％、Ｍｎ：０．６０〜１．００ｗｔ％、Ｐ：０．０４０ｗｔ％以下、Ｓ：０．０４０ｗｔ％以下、Ｖ：０．０７０ｗｔ％以下を含み、降伏点２９５〜４４０Ｎ／ｍｍ２、引張強度４４０〜６００Ｎ／ｍｍ２、伸び１８％以上であることを特徴とするスタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼。
- 化学成分として、Ｃｕ：０．４０ｗｔ％以下、Ｎｉ：０．２０ｗｔ％以下、Ｃｒ：０．４０ｗｔ％以下を含むことを特徴とする請求項１記載のスタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼。
- 下記の式１で示されるカーボン当量：ＣＥＱが０．２０〜０．４０で、かつ、下記の式２で示される溶接割れ感受性指数：Ｐｃｍが０．１８〜０．２８であることを特徴とする請求項１又は２記載のスタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼。
ＣＥＱ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／５＋Ｖ／５＋Ｎｉ／１５＋Ｃｕ／１５ ・・・（式１）
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ ・・・（式２）
式１及び式２において、各元素は、各元素のｗｔ％の値を示す。
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