JP2017025370A - 高強度ｐｃ鋼線 - Google Patents

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Abstract

【課題】製造方法が容易であって、かつ、耐遅れ破壊特性に優れた高強度ＰＣ鋼線を提供する。
【解決手段】鋼線の化学組成が、質量％で、C:0.90〜1.10%、Si:0.80〜1.50%、Mn:0.30〜0.70%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Al:0.010〜0.070%、N:0.0010〜0.010%、Cr:0〜0.50%、V:0〜0.10%、B:0〜0.005%、Ni:0〜1.0%、Cu:0〜0.50%、ならびに、残部：Feおよび不純物であり、鋼線の表面から0.1D［D：鋼線の線径］の部位（表層部）のビッカース硬さ(HvS)と表層部より内側の領域のビッカース硬さ(HvI)との比が[1.10＜HvS/HvI≦1.15］を満足し、鋼線の表面から0.01Dまでの領域（最表層領域）における金属組織が、面積%で、パーライト組織：80%未満、ならびに、残部：フェライト組織および/またはベイナイト組織であり、上記最表層領域より内側の領域における金属組織が、面積%で、パーライト組織：95%以上であり、かつ、引張強さが2000〜2400MPaである、高強度PC鋼線。
【選択図】 なし

Description

本発明は、プレストレストコンクリートなどに用いられるＰＣ鋼線に関するものであり、特に、引張強さが２０００ＭＰａ以上であり、かつ、耐遅れ破壊特性を向上させた高強度ＰＣ鋼線に関する。
ＰＣ鋼線は、主として、土木・建築構造物に用いられるプレストレストコンクリートの緊張用に用いられる。従来、ＰＣ鋼線は、ピアノ線材をパテンティング処理してパーライト組織にした後、伸線加工および撚り線加工を行い、最終工程にて時効処理して製造されている。
近年、施工コストの低減および構造物の軽量化を目的に、引張強さが２０００ＭＰａを超える高強度ＰＣ鋼線が求められている。しかしながら、ＰＣ鋼線の高強度化に伴って、耐遅れ破壊特性が低下するという問題があった。
ＰＣ鋼線の耐遅れ破壊特性を向上させる技術として、例えば、特許文献１では、鋼線表層の少なくとも１／１０ｄ(ｄは鋼線半径)までの深さの領域において、パーライト中の板状セメンタイトの平均アスペクト比を３０以下とした高強度ＰＣ鋼線が提案されている。また、特許文献２では、引張強さを２０００ＭＰａ以上にするため、鋼線の線径をＤとした場合に、表面から０．１Ｄまでの領域の硬さを、表面から０．１Ｄまでの領域より内側の領域の硬さの１．１倍以下とした高強度ＰＣ鋼線が提案されている。
特開２００４−３６０００５号公報 特開２００９−２８０８３６号公報
しかしながら、特許文献１に記載の高強度ＰＣ鋼線は、引張強さが２０００ＭＰａに満たないため、プレストレストコンクリートなどに用いられるＰＣ鋼線として、引張強さが充分ではなかった。また、特許文献２に記載の高強度ＰＣ鋼線は、充分な引張強さを有するものの、表面から０．１Ｄまでの領域の硬さを、表面から０．１Ｄまでの領域より内側の領域の硬さの１．１倍以下にするため、特殊な熱処理を要する。すなわち、特許文献２では、線材を９００℃〜１１００℃に加熱後、６００〜６５０℃の温度範囲に保定して部分的なパーライト変態処理を施した後、引き続き５４０℃〜６００℃未満の温度範囲に保持すること、熱間圧延により７００〜９５０℃で仕上げ圧延した後、５００〜６００℃の温度範囲に冷却すること、および、伸線加工後に４５０℃を超えて６５０℃以下の温度範囲に２〜３０秒保持し、引き続き２５０〜４５０℃でのブルーイング処理を施す必要があり、製造方法が複雑であった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、製造方法が容易であって、かつ、耐遅れ破壊特性に優れた高強度ＰＣ鋼線を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、下記の知見を得るに至った。
従来提案されている高強度ＰＣ鋼線は、耐遅れ破壊特性を向上させるために、鋼線の表面から線径の１／２０までの深さの領域または１／１０までの深さの領域における組織および硬さに着目するものであった。本発明者らは、引張強さが２０００ＭＰａを超える高強度ＰＣ鋼線の硬さ分布を詳細に調べた結果、その硬度分布は鋼線の中心を対称とするＭ字型を有すること、そして、鋼線の線径をＤとしたとき、上記鋼線の表面から０．０１Ｄまでの領域（以下、最表層領域ともいう。）における金属組織を制御すれば、上記鋼線の表面から０．１Ｄの部位（以下、表層部ともいう。）のビッカース硬さと、上記表層部より内側の領域（以下、内領域ともいう。）のビッカース硬さとの比が１．１倍を超える場合であっても、耐遅れ破壊特性に優れる高強度ＰＣ鋼線を得ることができるという結論に到達した。
それに加えて、本発明者らは、ＰＣ鋼線の耐遅れ破壊特性を向上させるためには、最表層領域にベイナイト組織および／またはフェライト組織というパーライト組織以外の組織を生成させることが有効であることを見出した。遅れ破壊の発生起点は表面であるため、表面にベイナイト組織および／またはフェライト組織などの組織の分率が高くなると、これらの組織は、パーライト組織より加工した際の転位の集積が小さい傾向にあり、水素の侵入量が低下する。その結果、耐遅れ破壊特性が向上したと推定できる。
しかしながら、その一方で、ＰＣ鋼線は、表面にベイナイト組織および／またはフェライト組織を含む層が形成されていると、耐遅れ破壊特性に優れるものの、強度が充分ではない。そこで、鋼線の最表層領域のみにベイナイト組織および／またはフェライト組織を生成させる、すなわち、鋼線の表面に形成されるベイナイト組織および／またはフェライト組織を含む層の厚みを薄くすることにより、高強度で、かつ、耐遅れ破壊特性に優れたＰＣ鋼線とすることが可能となる。
すなわち、鋼線の線径をＤとしたとき、最表層領域のパーライト組織の面積率を８０％未満として、残部をフェライト組織および／またはベイナイト組織とし、かつ、最表層領域よりも内側の領域のパーライト組織の面積率を９５％以上とすることで、鋼線の強度を高くしても耐遅れ破壊特性を劣化させないことが可能となる。
本発明は、上記の知見を基礎としてなされたものであり、その要旨は、下記に示す高強度ＰＣ鋼線にある。
（１）鋼線の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．９０〜１．１０％、
Ｓｉ：０．８０〜１．５０％、
Ｍｎ：０．３０〜０．７０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．０１０〜０．０７０％、
Ｎ：０．００１０〜０．０１０％、
Ｃｒ：０〜０．５０％、
Ｖ：０〜０．１０％、
Ｂ：０〜０．００５％、
Ｎｉ：０〜１．０％、
Ｃｕ：０〜０．５０％、ならびに、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
上記鋼線の線径をＤとしたとき、上記鋼線の表面から０．１Ｄの部位のビッカース硬さと、上記鋼線の表面から０．１Ｄの部位より内側の領域のビッカース硬さとの比が下記（ｉ）式を満足し、
上記鋼線の表面から０．０１Ｄまでの領域における金属組織が、面積％で、
パーライト組織：８０％未満、ならびに、
残部：フェライト組織、ベイナイト組織、または、フェライト組織およびベイナイト組織であり、
上記鋼線の表面から０．０１Ｄまでの領域より内側の領域における金属組織が、面積％で、
パーライト組織：９５％以上であり、かつ、
引張強さが２０００〜２４００ＭＰａである、高強度ＰＣ鋼線。
１．１０＜ＨｖＳ／ＨｖＩ≦１．１５ ・・・（ｉ）
ただし、上記（ｉ）式中の各記号の意味は、以下の通りである。
ＨｖＳ：鋼線の表面から０．１Ｄの部位のビッカース硬さ
ＨｖＩ：鋼線の表面から０．１Ｄの部位より内側の領域のビッカース硬さ
（２）上記化学組成が、質量％で、
Ｃｒ：０．０５〜０．５０％、
Ｖ：０．０１〜０．１０％、および、
Ｂ：０．０００１〜０．００５％から選択される１種以上を含有する、上記（１）に記載の高強度ＰＣ鋼線。
（３）上記化学組成が、質量％で、
Ｎｉ：０．１〜１．０％、および、
Ｃｕ：０．０５〜０．５０％から選択される１種以上を含有する、上記（１）または上記（２）に記載の高強度ＰＣ鋼線。
本発明によれば、製造方法が容易であって、かつ、耐遅れ破壊特性に優れた高強度ＰＣ鋼線を提供することができる。
本実施形態に係る高強度ＰＣ鋼線の長さ方向に垂直な断面における硬度分布の一例を示すグラフである。 本実施形態に係る高強度ＰＣ鋼線の長さ方向に垂直な断面における表面近傍の一例を示すＳＥＭ写真である。
以下、本発明について詳しく説明する。なお、以下の説明において、「最表層領域」とは、鋼線の線径をＤとしたとき、上記鋼線の表面から０．０１Ｄまでの領域をいい、「表層部」とは、上記鋼線の表面から０．１Ｄの部位をいい、「内領域」とは、上記鋼線の表面から０．１Ｄの部位より内側の領域をいう。
（Ａ）化学組成
本発明の高強度ＰＣ鋼線において、化学組成を限定する理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
Ｃ：０．９０〜１．１０％
Ｃは、鋼線の引張強さを確保するため含有させる。Ｃ含有量が０．９０％未満であると、所定の引張強さを確保することが困難である。一方、Ｃ含有量が１．１０％を超えると、初析セメンタイト量が増加し、伸線加工性が劣化する。そのため、Ｃ含有量を０．９０〜１．１０％とした。高強度および伸線加工性を両立することを考慮すると、Ｃ含有量は、０．９５％以上であることが好ましく、また、１．０５％以下であることが好ましい。
Ｓｉ：０．８０〜１．５０％
Ｓｉは、リラクセーション特性を高めるとともに、固溶強化により引張強さを高める効果を有する。さらに、脱炭を促進して、最表層領域にフェライト組織および／またはベイナイト組織の生成を促進する効果がある。Ｓｉ含有量が０．８０％未満では、これらの効果が不充分である。一方、Ｓｉ含有量が１．５０％を超えると、上記効果が飽和するとともに、熱間延性が劣化して、製造性が低下する。そのため、Ｓｉ含有量を０．８０〜１．５０％とした。Ｓｉ含有量は、１．０％を超えることが好ましく、また、１．４０％以下であることが好ましい。
Ｍｎ：０．３０〜０．７０％
Ｍｎは、パーライト変態後の鋼の引張強さを高める効果がある。Ｍｎ含有量が０．３０％未満では、その効果が不充分である。一方、Ｍｎ含有量が０．７０％を超えると、効果が飽和する。そのため、Ｍｎ含有量を０．３０〜０．７０％とした。Ｍｎ含有量は、０．４０％以上であることが好ましく、また、０．６０％以下であることが好ましい。
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、不純物として含有され、結晶粒界に偏析して耐遅れ破壊特性を劣化させるため、抑制したほうがよい。そこで、Ｐ含有量を０．０３０％以下とした。Ｐ含有量は、０．０１５％以下であることが好ましい。
Ｓ：０．０３０％以下
Ｓは、Ｐと同様に、不純物として含有され、結晶粒界に偏析して耐遅れ破壊特性を劣化させるため、抑制したほうがよい。そこで、Ｓ含有量を０．０３０％以下とした。Ｓ含有量は、０．０１５％以下であることが好ましい。
Ａｌ：０．０１０〜０．０７０％
Ａｌは、脱酸元素として機能するとともに、ＡｌＮを形成し結晶粒を細粒化し延性を向上させる効果、および、固溶Ｎを低減して耐遅れ破壊特性を向上させる効果を有する。Ａｌ含有量が０．０１０％未満では、上記効果が得られない。一方、Ａｌ含有量が０．０７０％を超えると、上記効果が飽和するとともに製造性を劣化させる。そのため、Ａｌ含有量を０．０１０〜０．０７０％とした。Ａｌ含有量は、０．０２０％以上であることが好ましく、また、０．０６０％以下であることが好ましい。
Ｎ：０．００１０〜０．０１０％
Ｎは、ＡｌまたはＶと窒化物を形成し、結晶粒径を細粒化し延性を向上させる効果を有する。Ｎ含有量が０．００１０％未満では、上記効果が得られない。一方、Ｎ含有量が０．０１０％を超えると、耐遅れ破壊特性を劣化させる。そのため、Ｎ含有量を０．００１０〜０．０１０％とした。Ｎ含有量は、０．００２０％以上であることが好ましく、また、０．００５０％以下であることが好ましい。
Ｃｒ：０〜０．５０％
Ｃｒは、パーライト変態後の鋼の引張強さを高める効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｒ含有量は、０．５０％を超えると、合金コストが上がるだけでなく、本発明に不必要なマルテンサイト組織が生じ易くなって、伸線加工性および耐遅れ破壊特性を劣化させる。そのため、Ｃｒ含有量を０．５０％以下とした。Ｃｒ含有量は、０．３０％以下であることが好ましい。また、上記効果を充分に得るため、Ｃｒ含有量は、０．０５％以上であることが好ましく、０．１０％以上であることがより好ましい。
Ｖ：０〜０．１０％
Ｖは、炭化物ＶＣを析出し、引張強さを高めるとともに、ＶＣまたはＶＮを生成し、これらが水素トラップサイトとして機能するため、耐遅れ破壊特性を向上させる効果を有する。そのため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｖは、０．１０％を超えて含有させると合金コストが高くなるため、Ｖ含有量を０．１０％以下とした。Ｖ含有量は、０．０８％以下であることが好ましい。また、上記効果を充分に得るため、Ｖ含有量は、０．０１％以上であることが好ましく、０．０３％以上であることがより好ましい。
Ｂ：０〜０．００５％
Ｂは、パーライト変態後の引張強さを高める効果、および、耐遅れ破壊特性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂは、０．００５％を超えて含有させると、上記効果が飽和する。そのため、Ｂ含有量を０．００５％以下とした。Ｂ含有量は、０．００２％以下であることが好ましい。また、上記効果を充分に得るため、Ｂ含有量は、０．０００１％以上であることが好ましく、０．０００３％以上であることがより好ましい。
Ｎｉ：０〜１．０％
Ｎｉは、水素の侵入を抑制し、耐水素脆化を防止する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｉ含有量が１．０％を超えると、合金コストが上がるとともに、マルテンサイト組織が生じ易くなって伸線加工性および耐遅れ破壊特性を劣化させる。そのため、Ｎｉ含有量を１．０％以下とした。Ｎｉ含有量は、０．８％以下であることが好ましい。また、上記効果を充分に得るため、Ｎｉ含有量は、０．１％以上であることが好ましく、０．２％以上であることがより好ましい。
Ｃｕ：０〜０．５０％
Ｃｕは、水素の侵入を抑制し、耐水素脆化を防止する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｕ含有量が０．５０％を超えると、熱間延性を阻害し製造性が劣化するとともに、マルテンサイト組織が生じ易くなって、伸線加工性および耐遅れ破壊特性を劣化させる。そのため、Ｃｕ含有量を０．５０％以下とした。Ｃｕ含有量は、０．３０％以下であることが好ましい。また、上記効果を充分に得るため、Ｃｕ含有量は、０．０５％以上であることが好ましく、０．１０％以上であることがより好ましい。
残部：Ｆｅおよび不純物
本発明の高強度ＰＣ鋼線は、上記の元素を含有し、残部はＦｅおよび不純物である化学組成を有する。「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
Ｏは、高強度ＰＣ鋼線中に不純物として含有され、Ａｌなどの酸化物として存在する。Ｏ含有量が高いと粗大な酸化物が形成し、伸線加工時に断線の原因となる。そのため、Ｏ含有量は、０．０１％以下に抑制することが好ましい。
（Ｂ）ビッカース硬さ
１．１０＜ＨｖＳ／ＨｖＩ≦１．１５ ・・・（ｉ）
本発明の高強度ＰＣ鋼線は、表層部のビッカース硬さ（ＨｖＳ）と、内領域のビッカース硬さ（ＨｖＩ）との比（ＨｖＳ／ＨｖＩ）が１．１０を超えても、耐遅れ破壊特性を向上させることができる。一方、ＨｖＳ／ＨｖＩが１．１５を超えると、耐遅れ破壊特性に劣る。したがって、本発明の高強度ＰＣ鋼線は、上記（ｉ）式を満足する必要がある。
図１は、本実施形態に係る高強度ＰＣ鋼線の長さ方向に垂直な断面における硬度分布の一例を示すグラフである。図１に示すように、本発明の高強度ＰＣ鋼線は、その硬度分布が、高強度ＰＣ鋼線の中心（表面からの距離０．５Ｄの位置）を対称とするＭ字型を有する。その結果、高強度ＰＣ鋼線が耐遅れ破壊特性に優れたものとなる。
ここで、内領域のビッカース硬さ（ＨｖＩ）とは、表面からの深さが０．２５Ｄの部位および０．５Ｄの部位（中心部）における硬度の平均値をいう。
（Ｃ）金属組織
パーライト組織を主相とするＰＣ鋼線の最表層領域に、フェライト組織および／またはベイナイト組織が含まれることで、耐遅れ破壊特性を向上させる効果がある。これは、最表層領域に耐水素脆化特性に優れたフェライト組織および／またはベイナイト組織を生成させることで、遅れ破壊の亀裂発生を抑制し、高強度ＰＣ鋼線の耐遅れ破壊特性向上させるためと推定することができる。
図２は、本実施形態に係る高強度ＰＣ鋼線の長さ方向に垂直な断面における表面近傍の一例を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。ここで、図２中の実線は、高強度ＰＣ鋼線の線径をＤとしたとき、高強度ＰＣ鋼線の表面から０．０１Ｄの距離であることを示す。また、図２において、濃く映し出されている組織がフェライト組織、薄く映し出されている組織がパーライト組織である。
図２に示すように、本発明の高強度ＰＣ鋼線は、最表層領域におけるパーライト組織の面積率が８０％未満である。最表層領域におけるパーライト組織の面積率が８０％未満であると、表層部のビッカース硬さ（ＨｖＳ）と内領域のビッカース硬さ（ＨｖＩ）との比（ＨｖＳ／ＨｖＩ）が１．１０を超える場合であっても、耐遅れ破壊特性が向上する。最表層領域におけるパーライト組織の面積率は、７０％以下であることが好ましい。
また、最表層領域のパーライト組織以外の残部は、フェライト組織および／またはベイナイト組織である。マルテンサイト組織は、伸線加工の際に割れの発生の原因となり、さらに、耐遅れ破壊特性を劣化させるため、含まれない。
本発明の高強度ＰＣ鋼線では、最表層領域より内側の領域におけるパーライト組織の面積率が９５％以上である。最表層領域より内側の領域におけるパーライト組織の面積率が９５％未満であると、強度が低下する。つまり、前述したように、耐遅れ破壊特性を向上させるために、最表層領域におけるパーライト組織の面積率を８０％未満とし、残部であるフェライト組織および／またはベイナイト組織の面積率を相対的に大きくするが、その一方で、強度を確保するため、最表層領域より内側の領域では、パーライト組織の面積率を大きくすることが重要である。
また、前述したようなパーライト組織の面積率が８０％未満となる領域が、高強度ＰＣ鋼線の表面から０．０１Ｄを超え、より深い内部まで拡大すると、強度が低下する。そのため、高強度ＰＣ鋼線の表面から０．０１Ｄまでの領域とした。パーライト組織の面積率が８０％未満となる領域は、高強度ＰＣ鋼線の表面から０．００５Ｄまでの領域であることが好ましい。なお、パーライト組織の面積率は、高強度ＰＣ鋼線の光学顕微鏡または電子顕微鏡による観察から測定可能である。
（Ｄ）引張強さ
引張強さ：２０００〜２４００ＭＰａ
高強度ＰＣ鋼線の引張強さが２０００ＭＰａ未満であると、撚り線加工のＰＣストランドの強度が不充分であるため、施工コストの低減および軽量化が難しい。一方、高強度ＰＣ鋼線の引張強さが２４００ＭＰａを超えると、耐遅れ破壊特性が急激に劣化する。このため、高強度ＰＣ鋼線の引張強さを２０００〜２４００ＭＰａとした。
（Ｅ）製造方法
製造方法は特に限定されないが、例えば、以下のような方法で、本発明の高強度ＰＣ鋼線を容易に、かつ、安価に製造することができる。
まず、上述した組成を有する鋼片を加熱する。加熱温度は、１１７０℃〜１２５０℃であることが好ましい。最表層領域のフェライト組織および／またはベイナイト組織の生成には、鋼片表面が１１７０℃以上となる時間が１０分以上であることが好ましい。
その後、熱間圧延を行い、リング状に巻取る。巻取り温度が低いほど、最表層領域のフェライト組織および／またはベイナイト組織の面積率が高くなる。そのため、巻取り温度は８５０℃以下であることが好ましい。
巻取り後に溶融塩槽に浸漬してパーライト変態処理を行う。最表層領域のフェライト組織および／またはベイナイト組織の生成を促進するためには、巻取り後の冷却速度が大きいほうが有効であり、巻取り後から６００℃までの冷却速度は３０℃／秒以上であることが好ましい。また、巻取り後に浸漬する溶融塩槽の温度が低いほど、最表層領域のベイナイト組織が生成しやすい。そのため、溶融塩槽の温度は、５００℃未満にすることが好ましい。また、最表層領域より内側の領域において、パーライト組織を９５％以上にするためには、一旦、５００℃未満の溶融塩槽に浸漬後、５００〜６００℃の溶融塩槽に２０秒以上保持することが好ましい。このように溶融塩槽での浸漬温度を変えるためには、２槽以上からなる溶融塩槽を利用することが効果的である。溶融塩槽への浸漬開始から浸漬終了までの総浸漬時間は５０秒以上とすることが好ましい。
次いで、パーライト変態後の線材を伸線加工して強度を付与し、その後、時効処理を行う。伸線加工は、総減面率６５％以上で行うことが好ましい。また、時効処理は、３５０〜４５０℃で行うことが好ましい。
以上の方法で、本発明の高強度ＰＣ鋼線を製造することができる。
得られた鋼線の線径は、３．０ｍｍ以上であることが好ましく、４．０ｍｍ以上であることがより好ましい。また、８．０ｍｍ以下であることが好ましく、７．０ｍｍ以下であることがより好ましい。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表１に示す化学組成を有する鋼種ａ〜ｏを、表２に示す条件で加熱し熱間圧延を行い、リング状に巻取り、熱間圧延ライン後方の溶融塩槽に浸漬してパテンティング処理を行い、線材を製造した。その後、得られた線材を表２に示す線径まで伸線加工を行い、伸線後に加熱して時効処理を行い、試験番号１〜３２に示す高強度ＰＣ鋼線を製造した。そして、これらの鋼線に対して、以下の試験を行った。
引張強さ試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠し、９Ａ号試験片を用いて行った。結果を表３に示す。
ビッカース硬さ試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠して行った。ビッカース硬さの比（ＨｖＳ／ＨｖＩ）を算出するに際し、まず、表層部のビッカース硬さ（ＨｖＳ）は、鋼線の長さ方向に垂直な断面において４５°おきに８箇所の角度で、かつ、それぞれの表面からの深さが０．１Ｄの部位において、試験力０．９８Ｎで測定し、得られた８箇所の測定値を平均して求めた。また、内領域のビッカース硬さ（ＨｖＩ）は、ＨｖＳを測定した８箇所の角度で、かつ、それぞれの表面からの深さが０．２５Ｄの部位および０．５Ｄの部位（中心部）の合計９箇所において、試験力０．９８Ｎで測定し、得られた９箇所の測定値を平均して求めた。算出したビッカース硬さの比（ＨｖＳ／ＨｖＩ）を表３に示す。
金属組織の面積率は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、鋼線の長さ方向に垂直な断面を写真撮影した後、画像解析により求めた。具体的に、まず、最表層領域における金属組織の面積率は、鋼線の長さ方向に垂直な断面において、パーライト組織の面積率が最小の位置を起点に４５°おきに８箇所の角度で、かつ、それぞれの表面から０．０１Ｄの深さまでの範囲を１０００倍の倍率で写真撮影し、画像解析により面積値を測定した後、得られた８箇所の測定値を平均して求めた。また、最表層領域より内側の領域における金属組織の面積率は、最表層領域における金属組織を測定した８箇所の角度で、かつ、それぞれの表面からの深さが０．１Ｄの部位、０．２５Ｄの部位および０．５Ｄの部位（中心部）の合計１７箇所を中心とする１２５μｍ×９５μｍの範囲を１０００倍の倍率で写真撮影し、画像解析により面積値を測定した後、得られた１７箇所の測定値を平均して求めた。結果を表３に示す。
耐遅れ破壊特性は、ＦＩＰ試験により評価した。具体的には、試験番号１〜３２の高強度ＰＣ鋼線を、５０℃の２０％ＮＨ４ＳＣＮ溶液中に浸漬して、破断荷重０．８倍の荷重を負荷し、破断時間を評価した。なお、比液量は１２ｃｃ／ｃｍ２とした。ＦＩＰ試験は、各高強度ＰＣ鋼線につき１２本ずつ評価し、その平均値を遅れ破壊破断時間として、表３に示す。耐遅れ破壊特性は高強度ＰＣ鋼線の引張強さに依存する。そのため、試験番号１〜２８においては、試験番号１〜１４と、同一の鋼種を用いた試験番号１５〜２８とをそれぞれ比較し、一方の遅れ破壊破断時間に対して２倍以上の遅れ破壊破断時間であり、かつ、遅れ破壊破断時間が４時間以上となるものを、耐遅れ破壊特性が「良」と判定した。上記条件に該当しないものは、耐遅れ破壊特性が「不良」と判定した。また、試験番号２９〜３２においては、遅れ破壊破断時間が４時間未満であることから、耐遅れ破壊特性が「不良」と判定した。結果を表３に示す。
本発明で規定する要件をすべて満たす試験番号１〜１４の高強度ＰＣ鋼線は、本発明で規定される範囲を外れる試験番号１５〜２８の高強度ＰＣ鋼線と比較して遅れ破壊破断時間が著しく長く、耐遅れ破壊特性が良好である。
Ｓｉ含有量が本発明で規定される範囲を下回る鋼種ｏから製造された試験番号３１の高強度ＰＣ鋼線は、比較例の鋼線である。Ｓｉ含有量が本発明で規定される範囲を下回る場合、高強度ＰＣ鋼線の引張強さが本発明で規定される範囲を下回り、かつ、最表層領域におけるパーライト組織の面積率が、本発明で規定される範囲を外れる。そのため、試験番号３１の高強度ＰＣ鋼線は、耐遅れ破壊特性が不良である。
また、表３に示す試験番号１５〜２８の高強度ＰＣ鋼線は、最表層領域におけるパーライト組織の面積率が、本発明で規定される範囲を外れることから、比較例の鋼線である。そのため、試験番号１５〜２８の高強度ＰＣ鋼線は、耐遅れ破壊特性が不良である。
試験番号２９および３０の高強度ＰＣ鋼線は、引張強さが本発明で規定される範囲を超えることから、比較例の鋼線である。そのため、試験番号２９および３０の高強度ＰＣ鋼線は、耐遅れ破壊特性が不良である。
試験番号３２の高強度ＰＣ鋼線は、表層部のビッカース硬さ（ＨｖＳ）と内領域のビッカース硬さ（ＨｖＩ）との比（ＨｖＳ／ＨｖＩ）が上記（ｉ）式を満足しないことから、比較例の鋼線である。そのため、試験番号３２の高強度ＰＣ鋼線は、耐遅れ破壊特性が不良である。
本発明によれば、製造方法が容易であって、かつ、耐遅れ破壊特性に優れた高強度ＰＣ鋼線を提供することができる。したがって、本発明の高強度ＰＣ鋼線は、プレストレストコンクリートなどに好適に用いることができる。

Claims (3)

  1. 鋼線の化学組成が、質量％で、
    Ｃ：０．９０〜１．１０％、
    Ｓｉ：０．８０〜１．５０％、
    Ｍｎ：０．３０〜０．７０％、
    Ｐ：０．０３０％以下、
    Ｓ：０．０３０％以下、
    Ａｌ：０．０１０〜０．０７０％、
    Ｎ：０．００１０〜０．０１０％、
    Ｃｒ：０〜０．５０％、
    Ｖ：０〜０．１０％、
    Ｂ：０〜０．００５％、
    Ｎｉ：０〜１．０％、
    Ｃｕ：０〜０．５０％、ならびに、
    残部：Ｆｅおよび不純物であり、
    前記鋼線の線径をＤとしたとき、前記鋼線の表面から０．１Ｄの部位のビッカース硬さと、前記鋼線の表面から０．１Ｄの部位より内側の領域のビッカース硬さとの比が下記（ｉ）式を満足し、
    前記鋼線の表面から０．０１Ｄまでの領域における金属組織が、面積％で、
    パーライト組織：８０％未満、ならびに、
    残部：フェライト組織、ベイナイト組織、または、フェライト組織およびベイナイト組織であり、
    前記鋼線の表面から０．０１Ｄまでの領域より内側の領域における金属組織が、面積％で、
    パーライト組織：９５％以上であり、かつ、
    引張強さが２０００〜２４００ＭＰａである、高強度ＰＣ鋼線。
    １．１０＜ＨｖＳ／ＨｖＩ≦１．１５ ・・・（ｉ）
    ただし、前記（ｉ）式中の各記号の意味は、以下の通りである。
    ＨｖＳ：鋼線の表面から０．１Ｄの部位のビッカース硬さ
    ＨｖＩ：鋼線の表面から０．１Ｄの部位より内側の領域のビッカース硬さ
  2. 前記化学組成が、質量％で、
    Ｃｒ：０．０５〜０．５０％、
    Ｖ：０．０１〜０．１０％、および、
    Ｂ：０．０００１〜０．００５％から選択される１種以上を含有する、請求項１に記載の高強度ＰＣ鋼線。
  3. 前記化学組成が、質量％で、
    Ｎｉ：０．１〜１．０％、および、
    Ｃｕ：０．０５〜０．５０％から選択される１種以上を含有する、請求項１または請求項２に記載の高強度ＰＣ鋼線。
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