JP2014129581A - 鉄筋用鋼材およびその製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
【解決手段】C:0.25%以上0.40%以下、Si:0.15%以上0.50%以下、Mn:1.2%以上1.8%以下、P:0.03%以下、S:0.02%以下、Al:0.005%未満、Cr:0.15%超0.5%以下、V:0.2%以上0.4%以下、Ti:0.003%以下およびNb:0.003%以下を、所定の関係の下に含有し、残部がFeおよび不可避的不純物の成分組成を有し、フェライト、パーライトおよびベイナイトを含む混合組織を有するものとする。
【選択図】なし
Description
従って、この溶接閉鎖型のせん断補強筋に供する鋼材においては、溶接性、とりわけ抵抗溶接性に優れることが求められている。ここに、抵抗溶接性とは、主に溶接継手伸びを指し、この値が5%未満となった場合、鉄筋コンクリート構造物の耐震性が著しく低下するため、この溶接継手伸びの確保が重要である。
また、ビレットの連続鋳造においては、ビレットがブルーム等に比べ断面が小さいため、連続鋳造における冷却速度が大きくなり、鋳片の表面が硬化しやすく、鋳造されたビレットに表面割れが発生し易い。さらに、非調質で圧延後強度を確保するために、特に析出強化元素の添加を行う場合には、析出強化によりビレット表面部がさらに硬化することになり、ビレット表面割れがより発生し易くなる。
従って、製造コストを低減可能である鉄筋用鋼材を提供するには、ビレット連続鋳造における上記問題を解消しておくこと、すなわちビレット連続鋳造性に優れることが求められている。
また、特許文献2には、圧延後に焼入れや焼き戻し等の熱処理を施さなくとも強度と曲げ加工性に優れる高強度鉄筋用非調質鋼が開示されている。さらに、特許文献3には、高い強度と延性を優れたバランスの下に有し、しかも溶接した際に母材と同等レベルの引張強さや延性を有する高強度の鉄筋用鋼材を、高価な合金元素を添加することなく製造するための方法が開示されている。特許文献4には、曲げ加工性に優れた高強度鉄筋およびその製造方法が開示されている。
まず、溶鋼中に脱酸生成物が存在すると、ノズル詰まりの原因となる。このノズル詰まりの原因につき種々の検討を行った結果、析出強化に有効な元素の中で、特にTiおよびAlを溶鋼中に含む場合にノズル詰まりが顕著となること、従って、これら元素の不純物量の上限を規制することによってノズル詰まりの解消が可能であること、を見出すに到った。これは、Ti及びAlは特に酸化物の生成能が強いため、溶鋼注入時に空気中の酸素と触れた際に、これらが酸化物となり、ビレット連続鋳造ではノズル直径が小さいことと相まって、これら酸化物がノズル詰まりを促進するものと考えられる。
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
1.質量%で、
C:0.25%以上0.40%以下、
Si:0.15%以上0.50%以下、
Mn:1.2%以上1.8%以下、
P:0.03%以下、
S:0.02%以下、
Al:0.005%未満、
Cr:0.15%超0.5%以下、
V:0.2%以上0.4%以下、
Ti:0.003%以下および
Nb:0.003%以下
を、下記式(1)および(2)の下に含有し、残部がFeおよび不可避的不純物の成分組成を有し、フェライト、パーライトおよびベイナイトからなる混合組織を有する鉄筋用鋼材。
記
([C]+[Si]/5+[Mn]/4+[Cr]/5+[V]×2.5)≧1.38% …(1)
[Si]/5+([V]+[Cr])/3≧0.19% …(2)
但し、[]は該括弧内の元素の含有量(質量%)
このような特性を有する鋼材を得るために、まず化学成分組成を適正範囲に限定する必要がある。その化学成分組成の限定理由について、以下に説明する。なお、成分組成に関する「%」表示は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
Cは、上記した目標とする強度を確保するために0.25%以上は必要である。しかし、0.40%を超えて添加すると、溶接性や延性が著しく劣化する。このため、Cは0.25%以上0.40%以下の範囲に限定した。なお、好ましくは0.25〜0.35%である。
Siは、鋼の脱酸および強化のために0.15%以上で添加する。一方、0.50%を超えて添加すると、最終的に形成された母相組織の延性を低下させるとともに、溶接継手の延性を低下させる。このため、Siの含有量は0.15%以上0.50%以下の範囲に限定した。なお、好ましくは0.15〜0.35%である。
Mnは、焼入性を確保し目標強度を得るために1.2%以上の添加が必要である。しかし、1.8%を超えて添加すると、焼入性が過剰となって母材の延性が低下するとともに、溶接継手の延性が低下する。このため、Mn量は1.2%以上1.8%以下の範囲に限定した。なお、好ましくは1.4〜1.6%である。
Alは、ビレット連続鋳造時の溶鋼注入の際に、酸化物を形成し、ノズル詰まりを引き起こす。このために、Alの含有は極力抑制する必要がある。Alは不可避的不純物と混入する機会が多い成分であることから、この不可避的不純物として許容しうる含有量を0.005%未満とする必要がある。
Pは、鋼材を脆化し、母材と溶接後の延性を劣化させるため、基本的に含有させないことが望ましい。ただし、不可避不純物として0.03%までは許容できる。
Sは、鋼中でMnなどの金属と結合して粗大な硫化物を形成し、母材と溶接後の延性を劣化させるため、基本的に含有しないことが望ましい。ただし、不可避不純物として0.02%までは許容できる。
Crは、焼入性を向上させることにより強度を確保するのに有効な元素である。その添加効果は0.15%以下では不十分であり、一方、0.5%を超えると焼入性が過剰となり、母材の延性が低下するとともに、溶接部が硬化し、溶接継手の延性が低下するため0.15%超0.5%以下の範囲とする。
なお、好ましくは0.15〜0.3%である。
Vは、析出強化により、強度向上に有効な元素である。このため0.2%以上で添加する。一方、0.4%を超えると連続鋳造時に表面割れが発生し、鋳片品質が低下するため0.4%以下に制限する。なお、好ましくは0.25%以上である。
Nbは、ビレット連続鋳造時に、Nb炭窒化物を形成するため結晶粒界の強度が低下し、これによりビレット表面に割れを発生させる原因となるため、極力低下させる必要がある。不可避的不純物として許容しうる含有量の上限は、0.003%である。
Tiは、ビレット連続鋳造時の溶鋼注入の際に酸化物を形成し、ノズル詰まりを引き起こす。このため極力低下させる必要がある。不可避的不純物として許容しうる含有量の上限は、0.003%である。
上記式は、強度向上に有効な各元素の強度上昇に対する効果の度合を考慮した、必要強度を得るための条件式を表わすものであり、この式が満足されない場合は、降伏強さ:785MPa以上および引張強さ:930MPa以上が得られない。
上記式は、溶接熱影響部の軟化抑制に有効な各元素の軟化抑制に対する効果の度合を考慮した、必要延性を得るための条件式を表わすものであり、この式が満足されないと、溶接継手伸び:5%以上が得られない。
本発明の鋼材は、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。
上記した化学組成を有する鋼を転炉や電気炉等による、公知の溶製方法で溶製し、この溶鋼をビレット連続鋳造法によりビレット(鋼素材)とする。このビレットを、所定温度に加熱した後、熱間圧延を施して所定形状の鋼材とする。ここで、熱間圧延の加熱温度は、1100℃以上とする。なぜなら、加熱温度が1100℃未満では、鋳造時に生成したVの炭化物、窒化物の固溶が不十分となり、その後の圧延および冷却中でのV析出物量が減少するため、十分な析出強化が得られず、強度確保が困難となる。なお、1300℃を超えると、燃料原単位の上昇により不経済となる。このため、1100℃以上1300℃以下とすることが好ましい。
かくして得られた鋼材について、引張試験を行って、降伏強さ、引張強さおよび伸びを測定した。また、同一条件で製造した鋼材の端面同士をアプセットバット溶接にて接合した。この溶接後に、継手引張試験を行って抵抗溶接継手の伸びを測定した。これらの測定結果を、表2に示す。
すなわち、No.3は加熱温度が本発明の範囲より低く外れているため、鋳造時に生成したVの炭化物、窒化物の固溶が不十分となり、その後の圧延および冷却中でのV析出量が減少するため、降伏強さが目標の値に未達である。
No.18は、上記した式(2)が満足されないため、溶接継手の引張試験において溶接熱影響部からの破断が発生した結果、溶接継手伸びが目標に達していない。
Claims (2)
- 質量%で、
C:0.25%以上0.40%以下、
Si:0.15%以上0.50%以下、
Mn:1.2%以上1.8%以下、
P:0.03%以下、
S:0.02%以下、
Al:0.005%未満、
Cr:0.15%超0.5%以下、
V:0.2%以上0.4%以下、
Ti:0.003%以下および
Nb:0.003%以下
を、下記式(1)および(2)の下に含有し、残部がFeおよび不可避的不純物の成分組成を有し、フェライト、パーライトおよびベイナイトを含む混合組織を有する鉄筋用鋼材。
記
([C]+[Si]/5+[Mn]/4+[Cr]/5+[V]×2.5)≧1.38% …(1)
[Si]/5+([V]+[Cr])/3≧0.19% …(2)
但し、[]は該括弧内の元素の含有量(質量%) - 請求項1に記載の成分組成を有する鋼素材を、1100℃以上の温度に加熱して熱間圧延した後、850〜400℃の温度範囲を4〜0.4℃/sの速度で冷却する鉄筋用鋼材の製造方法。
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