JP3468828B2 - 高強度ｐｃ鋼棒の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポール、パイルおよび
建築、橋梁等のプレストレストコンクリート構造物の補
強材として広く使われているＰＣ鋼棒に関わるものであ
り、特にスポット溶接性が良好で且つ強度が１４５０MP
a 以上である遅れ破壊特性に優れた高強度ＰＣ鋼棒の製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ポール、パイルおよび建築、橋梁等のプ
レストレストコンクリート構造物の補強材として広く使
われているＰＣ鋼材は、通常、ＪＩＳ Ｇ３５３６に規
定されているＰＣ鋼線およびＰＣ鋼より線、ＪＩＳ Ｇ
３１０９に規定されているＰＣ鋼棒が使われている。Ｐ
Ｃ鋼線に用いられる材料はＪＩＳ Ｇ３５０２に適合し
たピアノ線材であり、パテンティング処理をした後、伸
線加工することにより製造される。一方、ＰＣ鋼棒は、
例えば特公平５−４１６８４号公報に記載されているよ
うに、Ｃ量が０．２５〜０．３５％の中炭素鋼を用いて
焼入れ・焼戻し処理をすることによって製造されてい
る。

【０００３】ＰＣ鋼線の強度はＰＣ鋼棒に比べ高いもの
の、Ｃ含有量が高いためにスポット溶接ができないとい
う欠点がある。これに対して、ＰＣ鋼棒のスポット溶接
性はＰＣ鋼線に比べ良好であるが、「プレストレストコ
ンクリート設計施工規準・同解説」（日本建築学会編
集、丸善）の４３〜４５頁に記載されているように、強
度が１２７５MPa(１３０kgf/mm² ）を超えるような高強
度ＰＣ鋼棒は、ＰＣ鋼線に比べて遅れ破壊特性が劣って
いる。また、特公平５−５９９６７号公報に記載されて
いるように、スポット溶接部は急冷されるため、マルテ
ンサイトを主体とした組織となる。この結果、スポット
溶接部に遅れ破壊が発生しやすくなる。

【０００４】ＰＣ鋼棒の遅れ破壊特性を向上させる従来
の知見として、例えば、特公平５−５９９６７号公報で
は、Ｐ，Ｓ含有量を低減することが有効であると提案し
ている。確かに、低Ｐ，低Ｓ化は遅れ破壊に対して有効
であるが、現行のＰＣ鋼棒のＰ，Ｓ含有量はいずれも既
に０．０１％前後となっており、ＪＩＳ Ｇ３１０９で
規定されている量より低いレベルにあるのが実態であ
る。Ｐ，Ｓ含有量を更に低減化することは可能である
が、製造コストが高くなる。また、特公平５−４１６８
４号公報では、Ｓｉ，Ｍｎ含有量を規制するとともに焼
入れ処理後、焼戻し工程中で曲げ加工または引き抜き加
工を施すことを提案している。しかし、スポット溶接
性、スポット溶接部の遅れ破壊特性については、述べら
れていない。

【０００５】一方、スポット溶接性を向上させる技術と
して、例えば、特開平４−２４７８２５号公報では、鋼
材成分量を規制するとともに熱間圧延条件を限定するＰ
Ｃ鋼線用線材の製造方法を提案している。しかし、Ｃ含
有量を０．２％以下に制限しているため、高強度のＰＣ
鋼線の製造は困難である。以上のように、従来の技術で
は、スポット溶接性が良好で且つ遅れ破壊特性の優れた
高強度のＰＣ鋼棒を製造することには限界があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の如き実
状に鑑みなされたものであって、スポット溶接性が良好
で且つ遅れ破壊特性が良好な強度が１４５０MPa 以上の
高強度のＰＣ鋼棒を実現する製造方法を提供することを
目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、まず焼入
れ・焼戻し処理によって製造した種々の強度レベルのＰ
Ｃ鋼棒を用いて、遅れ破壊挙動を詳細に解析した。遅れ
破壊は鋼材中の水素に起因して発生していることは既に
明らかである。そこで、遅れ破壊特性について、遅れ破
壊が発生しない「限界拡散性水素量」を求めることによ
り評価した。この方法は、電解水素チャージにより種々
のレベルの拡散性水素量を含有させた後、遅れ破壊試験
中に試料から大気中に水素が抜けることを防止するため
にＣｄめっきを施し、その後、大気中で所定の荷重を負
荷し、遅れ破壊が発生しなくなる拡散性水素量を評価す
るものである。

【０００８】図１に拡散性水素量と遅れ破壊に至るまで
の破断時間の関係について解析した一例を示す。試料中
に含まれる拡散性水素量が少なくなるほど遅れ破壊に至
るまでの時間が長くなり、拡散性水素量がある値以下で
は遅れ破壊が発生しなくなる。この水素量を「限界拡散
性水素量」と定義する。限界拡散性水素量が高いほど鋼
材の耐遅れ破壊特性は良好であり、鋼材の成分、熱処理
等の製造条件によって決まる鋼材固有の値である。な
お、試料中の拡散性水素量はガスクロマトグラフで容易
に測定することができる。

【０００９】図２に従来方法である焼入れ焼戻しで製造
したＰＣ鋼棒の強度と限界拡散性水素量の関係について
解析した一例を示す。強度の増加とともに遅れ破壊が発
生しない限界拡散性水素量が低下し始め、１５００MPa
を超える強度域では著しく低下し、遅れ破壊が極微量の
拡散性水素量で発生することが明らかとなった。また遅
れ破壊が発生した試料の破面を観察した結果、ＰＣ鋼棒
の強度にかかわらず、旧オーステナイト粒界の粒界割れ
であった。粒界偏析元素として知られているＰ，Ｓ含有
量を０．００５％にまで低減させると、限界拡散性水素
量は増加し遅れ破壊特性が向上するが、特に１５００MP
a を超えるような高強度域では、その向上代はわずかで
あった。

【００１０】そこで、高強度ＰＣ鋼棒の限界拡散性水素
量を増加させる手段、即ち遅れ破壊特性を上げるべく、
オーステナイト結晶粒度、鋼材成分、熱処理条件の影響
等について更に検討を重ねた。この結果、上記の要因の
いずれを大きく変化させても、大幅な遅れ破壊特性の向
上を図ることができないことがわかった。このことは、
熱処理による高強度化手段では遅れ破壊特性の向上に対
して限界があることを示している。遅れ破壊が旧オース
テナイト粒界の粒界割れであることから、遅れ破壊特性
の大幅な向上を達成するためには、粒界割れの発生を防
止することが重要であるとの結論に達した。

【００１１】そこで更に、旧オーステナイト粒界割れを
防止する手段について、種々検討を重ねた結果、ＰＣ鋼
棒の表層より軸中心方向に少なくても半径の５％にわた
る領域において〈１１０〉集合組織を形成させれば、１
５００MPa を超えるような高強度域でも旧オーステナイ
ト粒界割れを防止できることを発見した。即ち、〈１１
０〉集合組織を持つフェライトと焼戻しマルテンサイト
からなる鋼は、旧オーステナイト粒界割れが発生しない
ため、限界拡散性水素量が大幅に増加し、耐遅れ破壊特
性が格段に向上するという全く新たな知見を見出したの
である。

【００１２】また、〈１１０〉集合組織を付与する方法
として、冷間での伸線加工が極めて有効な手段であるこ
とを明らかにした。しかし、フェライトとマルテンサイ
トの複合組織からなる鋼は強度が低くまた伸線加工硬化
特性も低いために、１４５０MPa 以上の強度を達成する
ためには伸線加工の総減面率を増加させる必要がある。
減面率を増加させて強度を高めると、伸びが著しく低下
し、また断線も発生しやすくなる。

【００１３】そこでまず伸線加工性を向上させる手段に
ついて検討を重ねた結果、熱処理前の組織を最適に制御
することが重要であることがわかり、伸張したフェライ
ト・パーライト組織を有する鋼を用いることが非常に有
効であることを見出した。更に、伸線加工した鋼の伸び
を向上させるための手段を検討した結果、最適な熱処理
を伸線加工後に施せば、伸びを向上させることができる
ことを見出した。また、高強度で且つ良好なスポット溶
接性を確保するためには、鋼材の成分含有量をＰ_CM＝
０．２０〜０．４５％に規制すれば良いことを明らかに
した。

【００１４】以上の検討結果に基づき、鋼材組成、前組
織形態、フェライトとマルテンサイト組織の複合組織を
得るための熱処理条件、伸線加工の総減面率を最適に選
択すれば、スポット溶接性および遅れ破壊特性に優れた
高強度ＰＣ鋼棒を実現できるという結論に達し、本発明
をなしたものである。本発明は以上の知見に基づいてな
されたものであって、その要旨とするところは、次の通
りである。

【００１５】質量％で、 Ｃ ：０．１５〜０．４０％、 Ｓｉ：０．０５〜２．
０％、 Ｍｎ：０．２〜２．０％、 Ａｌ：０．００５〜
０．１％、 Ｐ ：０．０１５％以下、 Ｓ ：０．０１５％以
下 を含有するか、あるいは更に Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｂ ：０．０００３〜
０．００５０％、 Ｃｒ：０．１〜２．０％、 Ｍｏ：０．０５〜０．
５０％、 Ｎｉ：０．１〜５．０％、 Ｃｕ：０．０５〜０．
５０％、 Ｖ ：０．０５〜０．５０％、 Ｎｂ：０．００５〜
０．１０％ の１種または２種以上を含むとともに、Ｐ_CM(%)=Ｃ＋Ｓ
i/30＋（Mn＋Cr＋Cu)/20＋Ｎi/60＋Ｍo/15＋Ｖ／10＋５
Ｂで表されるＰ_CMが０．２０〜０．４５％の範囲にあり
残部はＦｅおよび不可避的不純物よりなり、且つフェラ
イト・パーライト組織からなる鋼を２０％以上の総減面
率で伸線加工を行った後、２０℃／秒以上の加熱速度で
Ａｃ₁ 〜Ａｃ₃ の温度範囲に加熱し、急冷することによ
り体積分率でマルテンサイト組織が６０〜９０％であり
残部がフェライトよりなる組織にし、次いで５０％以上
の総減面率で伸線加工を行い、その後１４０００≧Ｔ×
（２０＋log ｔ）≧１１０００なる関係（Ｔ：絶対温度
で表示される加熱温度、ｔ：加熱時間 (hr) ）を満足す
るように熱処理を行うことを特徴とする高強度ＰＣ鋼棒
の製造方法。

【００１６】以下に本発明を詳細に説明する。まず本発
明における高強度ＰＣ鋼棒とは、強度が１４５０MPa 以
上であるとともに、ＰＣ鋼棒に必要とされる延性、遅れ
破壊特性、スポット溶接性、リラクゼーション特性が優
れた鋼であることを意味している。次に本発明の対象と
する鋼の成分およびＰ_CMの限定理由について述べる。 Ｃ：ＣはＰＣ鋼棒の高強度化を達成する上で必須の元素
であるが、０．１５％未満ではフェライトとマルテンサ
イトからなる複合組織の強度が低すぎて、最終的にＰＣ
鋼棒の強度を１４５０MPa 以上にすることが困難である
ため下限を０．１５％に限定した。一方、Ｃ量が０．４
０％を超えるとスポット溶接性が著しく劣化するため、
上限を０．４０％に制限した。

【００１７】Ｓｉ：Ｓｉはリラクゼーション特性を向上
させるとともに固溶体硬化作用によって強度を高める作
用がある。０．０５％未満では前記作用が発揮できず、
一方、２．０％を超えても添加量に見合う効果が期待で
きないため、０．０５〜２．０％の範囲に制限した。 Ｍｎ：Ｍｎは脱酸、脱硫のために必要であるばかりでな
く、熱処理時の焼入性を高めるために有効な元素である
が、０．２％未満では上記の効果が得られず、一方２．
０％を超えるとスポット溶接性が劣化するために０．２
〜２．０％の範囲に制限した。

【００１８】Ａｌ：Ａｌは脱酸および熱処理時において
ＡｌＮを形成することにより結晶粒の粗大化を防止する
効果とともにＮを固定し焼入性に有効な固溶Ｂを確保す
る効果も有しているが、０．００５％未満ではこれらの
効果が発揮されず、０．１％を超えても効果が飽和する
ため０．００５〜０．１％の範囲に限定した。 Ｐ：Ｐはオーステナイト粒界に偏析し、遅れ破壊特性を
低下させるために０．０１５％以下とした。好ましくは
０．０１０％以下とする。

【００１９】Ｓ：ＳもＰと同様にオーステナイト粒界に
偏析し、遅れ破壊特性を劣化させるために０．０１５％
以下とした。好ましくは０．０１０％以下とする。 以上が本発明の対象とする鋼の基本成分であるが、本発
明においては、更に、この鋼にＴｉ：０．００５〜０．
０５％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、Ｃｒ：
０．１〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ｎ
ｉ：０．１〜５．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、
Ｖ：０．０５〜０．５０％、Ｎｂ：０．００５〜０．１
０％の１種または２種以上を含有せしめることができ
る。

【００２０】Ｔｉ：ＴｉもＡｌと同様に脱酸および熱処
理時においてＴｉＮを形成することにより結晶粒の粗大
化を防止する効果とともにＮを固定し焼入性に有効な固
溶Ｂを確保する効果も有しているが、０．００５％未満
ではこれらの効果が発揮されず、０．０５％を超えても
効果が飽和するため０．００５〜０．０５％の範囲に限
定した。 Ｂ：Ｂは熱処理時においてオーステナイト粒界に偏析す
ることにより焼入性を著しく高めるとともに、オーステ
ナイト粒界に偏析しやすいＰ，Ｓの粒界偏析量を低下さ
せるため遅れ破壊特性も向上させる。０．０００３％未
満では前記の効果が発揮されず、０．００５０％を超え
ても効果が飽和するため０．０００３〜０．００５０％
に制限した。

【００２１】Ｃｒ：Ｃｒは焼入性の向上および伸線加工
後の熱処理工程での軟化抵抗を増加させるために有効な
元素であるが、０．１％未満ではその効果が十分に発揮
できず、一方２．０％を超えるとスポット溶接性、伸線
加工性が劣化するために０．１〜２．０％に限定した。 Ｍｏ：ＭｏはＣｒと同様に強い焼戻し軟化抵抗を有し熱
処理後の引張強さを高めるために有効な元素であり、更
にリラクゼーション特性も向上させる効果を有している
が、０．０５％未満ではその効果が少なく、一方０．５
０％を超えるとスポット溶接性、伸線加工性が劣化する
ために０．０５〜０．５０％に制限した。

【００２２】Ｎｉ：Ｎｉは高強度化に伴って劣化する延
性を向上させるとともに熱処理時の焼入性を向上させて
引張強さを増加させるために添加されるが、０．１％未
満ではその効果が少なく、一方５．０％を超えても添加
量に見合う効果が発揮できないため、０．１〜５．０％
の範囲に制限した。 Ｃｕ：Ｃｕは焼戻し軟化抵抗を高めるために有効な元素
であるが、０．０５％未満では効果が発揮できず、０．
５０％を超えると熱間加工性が劣化するため、０．０５
〜０．５０％に制限した。

【００２３】Ｖ：Ｖは焼入れ処理時において炭窒化物を
生成することにより結晶粒を微細化させるとともにリラ
クゼーション値を増加させる効果があるが、０．０５％
未満では前記作用の効果が得られず、一方０．５０％を
超えても効果が飽和するため０．０５〜０．５０％に限
定した。 Ｎｂ：ＮｂもＶと同様に炭窒化物を生成することにより
結晶粒を微細化させるために有効な元素であるが、０．
００５％未満ではその効果が不十分であり、一方０．１
０％を超えるとこの効果が飽和するため０．００５〜
０．１０％に制限した。Ｎは特に制限しないものの、Ｔ
ｉ，Ａｌ，Ｖ，Ｎｂの窒化物を生成することによりオー
ステナイト粒の細粒化効果があるため、０．００３〜
０．０１５％が好ましい範囲である。 Ｐ_CM：Ｐ_CM(%)=Ｃ＋Ｓi/30＋（Mn＋Cr＋Cu)/20＋Ｎi/60
＋Ｍo/15＋Ｖ／10＋５Ｂで表されるＰ_CMはスポット溶接
性を示す指標であり、この値が低いほどスポット溶接性
が良好であることを意味する。

【００２４】Ｐ_CMが０．４５％を超えると、スポット溶
接部は延性が低く強度の高いマルテンサイト組織となっ
てスポット溶接性が劣化し、スポット溶接部から破断し
やすくなる。また、引張試験時の伸びが低下し、更に遅
れ破壊特性も劣化するため上限を０．４５％にした。一
方、合金元素量を減少させてＰ_CMを０．２０％未満にす
るとスポット溶接性は向上するものの焼入性が低下する
ために６０〜９０％の分率のマルテンサイトが得られに
くくなるため、下限を０．２０％に制限した。

【００２５】次に本発明で目的とする高強度ＰＣ鋼棒の
遅れ破壊特性の向上に対して最も重要な点であるＰＣ鋼
棒の〈１１０〉集合組織について述べる。図３にフェラ
イトと焼戻しマルテンサイト組織からなるＰＣ鋼棒の限
界拡散性水素量に及ぼす集合組織の影響について解析し
た一例を示す。〈１１０〉集合組織を有するＰＣ鋼棒の
限界拡散性水素量（図中本発明例で表示）は、集合組織
を有していないＰＣ鋼棒（図中比較例で表示）、即ち従
来の焼入れ・焼戻しで製造されたＰＣ鋼棒に比べ、はる
かに高いレベルにあることがわかる。

【００２６】また、図４は、限界拡散性水素量と〈１１
０〉集合組織が生成しているＰＣ鋼棒表層から軸中心方
向の深さに対する半径の比率の関係について解析した一
例を示す。〈１１０〉集合組織の生成領域がＰＣ鋼棒表
層より軸中心方向に対して５％未満では限界拡散性水素
量の向上効果が少ない、即ち遅れ破壊特性向上効果が少
ないことがわかる。従って、〈１１０〉集合組織の生成
領域を表層より軸中心方向に少なくても半径の５％にわ
たる領域にする必要がある。より一層の高強度で且つ遅
れ破壊特性の優れたＰＣ鋼棒を得るためには、〈１１
０〉集合組織の生成領域として半径の１０％以上が好ま
しい条件である。

【００２７】フェライト・マルテンサイト複合組織から
なる鋼を５０％以上の総減面率で伸線加工を行うと、確
実に半径の１０％以上の領域にわたって〈１１０〉集合
組織を有するＰＣ鋼棒を製造することが可能となる。な
お、集合組織は、Ｘ線による極点図を測定することによ
り容易に求めることができる。また、ＰＣ鋼棒表層から
軸中心方向の集合組織の分布は、化学研磨または電解研
磨後、Ｘ線による極点図を深さ方向の各点で測定するこ
とにより求めることができる。

【００２８】本発明の高強度ＰＣ鋼棒の製造方法では、
フェライト・パーライト組織からなる鋼を用いて伸線加
工を施し、所定の分率のマルテンサイトとフェライト組
織にした後、更に冷間で伸線加工を行い、その後、熱処
理を行うものであるが、次にこれらの製造条件の限定理
由について述べる。まず、フェライト・パーライト組織
からなる鋼を２０％以上の総減面率で伸線加工を行う理
由は、伸線加工性の良好な伸張したマルテンサイト組織
を得るためである。組織形成がマルテンサイト、ベイナ
イトあるいはこれらの混合組織の鋼を伸線加工した後、
Ａｃ₁ 〜Ａｃ₃ の温度範囲へ加熱し急冷処理を行っても
伸張したマルテンサイトを得ることが困難であるため、
組織形態をフェライト・パーライト組織に制限した。

【００２９】なお、フェライト・パーライト粒径は細粒
の方がより伸線加工性の良好な伸張マルテンサイト組織
が得られるため、粒径が２０μｍ以下のフェライト・パ
ーライト組織にすることが好ましい。また、２０％以上
の総減面率で伸線加工を行う理由は、２０％未満では塊
状マルテンサイト組織が生成し伸張マルテンサイト組織
になりにくいためである。望ましくは４０％以上の総減
面率が好ましい。マルテンサイトとフェライトの複合組
織を得るための熱処理条件の限定理由は下記の通りであ
る。

【００３０】加熱速度；加熱速度が２０℃／秒未満で
は、伸張マルテンサイトが生成しにくく塊状のマルテン
サイトの生成割合が多くなり伸線加工性が劣化するた
め、加熱速度の下限を２０℃／秒とした。 加熱温度；加熱温度がＡｃ₃ を超えるとマルテンサイト
の単相組織となり、一方、Ａｃ₁ 未満であるとマルテン
サイトが生成しないため、加熱温度をＡｃ₁ 〜Ａｃ₃ の
範囲に制限した。なお、Ａｃ₃ −１０℃〜Ａｃ₃ −５０
℃の温度範囲が６０〜９０％のマルテンサイト組織分率
を得る上で、好ましい条件である。加熱後は、急冷、例
えば水冷することによりフェライトとマルテンサイトか
らなる鋼にすることができる。熱処理は、通常の炉加
熱、ソルト浴、高周波加熱等のいずれの方法でも良い
が、大きな加熱速度が得られるソルト浴、高周波加熱が
好ましい熱処理である。

【００３１】マルテンサイト組織分率；マルテンサイト
組織分率が６０％未満では、最終的に１４５０MPa 以上
の高強度のＰＣ鋼棒を得ることが困難であり、一方、９
０％を超えると伸線加工性が劣化し断線が発生しやすく
なるため、マルテンサイト組織分率を６０〜９０％に限
定した。残部はフェライトからなる。なお、マルテンサ
イト組織中に残留オーステナイトが含有しても伸線加工
性には何等差し支えない。 総減面率；伸線加工の総減面率が５０％未満では、ＰＣ
鋼棒の強度を最終的に１４５０MPa 以上にすることが困
難であるため、下限を５０％にした。また、総減面率が
５０％以上の伸線加工を行えば、確実に〈１１０〉集合
組織を表層より軸中心方向に少なくても半径の１０％に
わたる領域において形成することができる。

【００３２】伸線後の熱処理条件；フェライトとマルテ
ンサイト組織からなる鋼を冷間で伸線加工したままで
は、伸び、リラクゼーション特性が悪いため、これらの
特性を向上させる目的で熱処理を行うものである。ま
た、この熱処理により６０〜９０％の分率で含有してい
るマルテンサイトは、焼戻しマルテンサイト組織とな
る。熱処理温度と熱処理時間で定義される熱処理パラメ
ーター：Ｔ×（２０＋log ｔ）が１１０００〜１４００
０の範囲であれば、強度が１４５０MPa 以上のＰＣ鋼棒
の伸びを５％以上、リラクゼーション値を１．５％以下
にすることができる。

【００３３】ここで、Ｔは絶対温度、ｔは時間（hr）で
ある。熱処理パラメーターが１１０００未満では伸びを
５％以上、リラクゼーション値を１．５％以下にするこ
とが困難であり、一方、１４０００を超えるとリラクゼ
ーション値を１．５％以下にすることが困難になるとと
もに強度が１４５０MPa 未満となりやすくなるために、
Ｔ×（２０＋log ｔ）の式で定義される熱処理パラメー
ターにおいて上限を１４０００とし、下限を１１０００
とした。温度は特に制限しないが、３００℃未満では熱
処理パラメーターを上記の範囲にするために時間がかか
りすぎて生産性が低下するために下限温度は３００℃以
上が好ましい。また上限温度は５５０℃を超えると強度
が低下しやすくなるため５５０℃以下が好ましい。

【００３４】

【実施例】表１に示す化学組成を有する供試材を熱間圧
延で所定の線径にした。この際、粒径が２０μｍ以下の
フェライト・パーライト組織となるように低温仕上げを
行うとともに制御冷却を行った。この後、伸線加工、引
き続き高周波加熱による熱処理で種々の強度に調整した
フェライトとマルテンサイトからなる複合組織の鋼にし
た。その後、冷間で線径７．４mmまで伸線加工を行い、
次いで熱処理を行った。

【００３５】上記の試料を用いて機械的性質、スポット
溶接性、集合組織、遅れ破壊特性、リラクゼーション値
について評価した結果を表２に示す。スポット溶接性試
験はＰＣ鋼棒とＪＩＳ Ｇ３５３２のＳＷＭ−Ｂを用い
て行った。クロス溶接後、試験本数が１０本の引張試験
を行い、スポット溶接部の破断率５０％以下の場合はス
ポット溶接性が良好であるとした（○印で表示）。遅れ
破壊特性は、スポット溶接を施した試料を用いて、前に
述べた限界拡散性水素量で評価を行い、負荷応力は引張
強さの８０％の条件で実施した。リラクゼーション値は
ＪＩＳ Ｇ３１０９に基づいて測定した。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】

【表５】

【００４１】表２の試験No．１，４，７，１０，１２，
１３，１４，１５，１７，２０，２２，２３，２６，２
８，２９，３０が本発明例で、その他は比較例である。
同表に見られるように本発明例はいずれもＰＣ鋼棒の引
張強さが１４５０MPa 以上であるとともに、強度が同一
であれば限界拡散性水素量が従来のＰＣ鋼棒に比べ高い
レベルにあり、遅れ破壊特性の優れたＰＣ鋼棒が実現さ
れている。また、スポット溶接性、リラクゼーション値
も申し分ない。

【００４２】これに対して比較例であるNo．２は鋼種Ａ
を用いて従来の焼入れ焼戻しで製造したＰＣ鋼棒であ
る。本発明例である試験No．１と強度はほぼ同じレベル
にあるが、〈１１０〉集合組織が形成されていないた
め、限界拡散性水素量が低く、遅れ破壊特性が劣ってい
る。また、比較例であるNo．５も従来の焼入れ焼戻しで
製造したものであり、限界拡散性水素量が本発明例であ
るNo．４と比較して低い。比較例であるNo．８はマルテ
ンサイト組織の鋼を用いたために、伸線加工性の悪い塊
状マルテンサイトが多量に生成し、伸線加工で断線が発
生した例である。また、比較例であるNo．２７，３２の
鋼はフェライト・パーライト組織であるが、熱処理前の
総減面率が不適切な例である。即ち、No．２７は伸線加
工を行わなかったために、No．３２は減面率が２０％未
満であるために、塊状マルテンサイトが生成し、断線が
多発した例である。

【００４３】比較例であるNo．３はＡｃ₁ 〜Ａｃ₃ 温度
域への加熱速度が不適切な例である。即ち、加熱速度が
２０℃／秒未満であるため塊状のマルテンサイトの生成
量が多くなり、伸線加工過程で断線が発生した例であ
る。比較例であるNo．６，１１，１６，１９は鋼の化学
成分が不適切な例である。即ち、No．１６はＣ量が低す
ぎるために、９０％の総減面率で伸線加工を行っても強
度が１４５０MPa に到達しなかった例である。またNo．
６はＰ量が、No．１１はＳ量がそれぞれ０．０１５％を
超える鋼のため、限界拡散性水素量が低い例である。N
o．１９はＰ_CMが０．４５％を超えるため、伸びが５％
未満であり、スポット溶接性、限界拡散性水素量も低い
例である。

【００４４】比較例であるNo．２４は、総減面率が５０
％未満であるため、最終的に１４５０MPa 以上の強度が
得られなかった例である。更に比較例であるNo．９，２
４，３１は、伸線加工後の熱処理条件が不適切な例であ
る。即ちNo．９は、伸線加工後の熱処理を行わなかった
ために、伸びが５％未満であり、リラクゼーション値は
１．５％を超えている。No．３１はＴ×（２０＋log
ｔ）が１１０００未満であるために、伸びが５％未満と
低いとともにリラクゼーション値も１．５％を超え劣化
している。No．２４は熱処理パラメーターが１４０００
を超えるため強度が１４５０MPa 未満になるとともに、
リラクゼーション値も１．５％を超えている。

【００４５】

【発明の効果】本発明は鋼の化学成分、組織形態および
熱処理、伸線加工等の製造条件を最適に選択するととも
に、〈１１０〉集合組織を導入することにより、スポッ
ト溶接性が良好であり、遅れ破壊特性の優れた強度が１
４５０MPa 以上の高強度ＰＣ鋼棒の製造を可能にしたも
のであり、産業上の効果は極めて顕著なものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】拡散性水素量と遅れ破壊時間の関係の一例を示
す図表である。

【図２】焼入れ焼戻しにより製造したＰＣ鋼棒の強度と
限界拡散性水素量の関係の一例を示す図表である。

【図３】本発明例のＰＣ鋼棒と従来方法で製造したＰＣ
鋼棒の強度と限界拡散性水素量の関係の一例を示す図表
である。

【図４】限界拡散性水素量に及ぼす〈１１０〉集合組織
の影響の一例を示す図表である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−298116（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−287450（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−240244（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−270355（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−119134（ＪＰ，Ａ) 特許3348187（ＪＰ，Ｂ２) 特許3348188（ＪＰ，Ｂ２) 特許3348189（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/08,9/52 C22C 38/00 - 38/60

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％で、 Ｃ ：０．１５〜０．４０％、 Ｓｉ：０．０５〜
   ２．０％、 Ｍｎ：０．２〜２．０％、 Ａｌ：０．００５〜
   ０．１％、 Ｐ ：０．０１５％以下、 Ｓ ：０．０１５％
   以下 を含有するとともに下記式に示すＰ_CMが０．２０〜０．
   ４５％の範囲にあり、残部はＦｅおよび不可避的不純物
   よりなり、且つフェライト・パーライト組織からなる鋼
   を２０％以上の総減面率で伸線加工を行った後、２０℃
   ／秒以上の加熱速度でＡｃ₁ 〜Ａｃ₃ の温度範囲に加熱
   し、急冷することにより体積分率でマルテンサイト組織
   が６０〜９０％であり残部がフェライトよりなる組織に
   し、次いで５０％以上の総減面率で伸線加工を行い、そ
   の後１４０００≧Ｔ×（２０＋logｔ）≧１１０００な
   る関係（Ｔ：絶対温度で表示される加熱温度、ｔ：加熱
   時間(hr) ）を満足するように熱処理を行うことを特徴
   とする高強度ＰＣ鋼棒の製造方法。 Ｐ_CM(%)=Ｃ＋Ｓi/30＋（Mn＋Cr＋Cu)/20＋Ｎi/60＋Ｍo/
   15＋Ｖ／10＋５Ｂ
2. 【請求項２】 更に質量％で、 Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、 Ｂ ：０．０００３
   〜０．００５０％、 Ｃｒ：０．１〜２．０％、 Ｍｏ：０．０５〜
   ０．５０％、 Ｎｉ：０．１〜５．０％、 Ｃｕ：０．０５〜
   ０．５０％、 Ｖ ：０．０５〜０．５０％、 Ｎｂ：０．００５〜
   ０．１０％ の１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１
   記載の高強度ＰＣ鋼棒の製造方法。