JP3685001B2 - 継手部特性に優れた鋼矢板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は継手部特性に優れた鋼矢板に関する。
【0002】
【従来の技術】
鋼矢板は、土木工事や港湾の護岸工事等で、パイラー等を持ちいて継手部を嵌合しながら土中に打ち込まれる。従って、隣接する鋼矢板同士を嵌合接続する継手部は大きな土圧、水圧や捻れ力を受けるので高い強度と水密性が要求される。
【0003】
現状、鋼矢板に関する材料規格は日本工業規格(JIS)A5528で、図2に示すように、フランジ部の幅1/4部位における機械的性質として引張強さ、降伏点、伸び値が規定されているのみである。
【0004】
しかし、鋼矢板は上記したように継手部を嵌合しながら打ち込み作業が行われるために、継手部は曲げ、捻れ等の応力を受けて、変形し易く、水密性が損なわれることがある。従って、鋼矢板としての断面形状が同じであっても継手部の引張強度がフランジ部の引張強度よりも高強度であって嵌合時に継手部が変形しにくい鋼矢板が望まれる。
【0005】
鋼矢板の材質に関しては、特開平5−5127号公報や特開平6−220582号公報記載の技術があるが、これらの技術は何れも鋼矢板全体の高強度化や港湾で使用される際の耐蝕性の付与を目的としたもので、継手部の特性を考慮した技術の開示は見当たらない。特に、鋼矢板の高強度化に関する特開平5−5127号公報記載の技術は、C,V,Nの添加量を高めてVN,VCの析出により高強度化を図るものである。従って、本技術では、継手部だけでなく鋼矢板の全断面が高強度化することとなり高強度化の必要の無い箇所(継手部以外の部位)も高強度化することとなり、溶接性や靭性の劣化という別の問題が生じることとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題に鑑みなされたもので、大きな応力がかかる打ち込み作業を行っても継手部の水密性が十分保たれる継手部特性に優れた鋼矢板を提供する。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、
(1)成分が、 mass %で、C:0.05〜0.4%、Si:0.05〜1%、Mn:0.6〜1.6%、Cu:0.5%以下を含有し、残部実質的にFeからなる鋼を1050℃以上1350℃以下に加熱し、800℃以上1000℃以下で熱間圧延を終了し、継手部の引張強度がその他の部位の引張強度に比較して15%以上高くなるように継手部を加速冷却したことを特徴とする継手部特性に優れた鋼矢板を提供する。
(2)成分が、mass%で、Ni:1%以下、Mo:1%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下の1種または2種以上を更に含有する請求項1記載の継手部特性に優れた鋼矢板を提供する。
(3)継手部を500℃以上800℃以下の温度域を冷却速度1℃/s以上、50℃/s以下で加速冷却する請求項1又は2記載の継手部特性に優れた鋼矢板を提供する。
(4)成分が、 mass %で、C:0.05〜0.4%、Si:0.05〜1%、Mn:0.6〜1.6%、Cu:0.5%以下を含有し、残部実質的にFeからなる鋼を1050℃以上1350℃以下に加熱し、800℃以上1000℃以下で熱間圧延を終了し、継手部の引張強度がその他の部位の引張強度に比較して15%以上高くなるように継手部を加速冷却することを特徴とする継手部特性に優れた鋼矢板の製造方法を提供する。
(5)成分が、mass%で、Ni:1%以下、Mo:1%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下の1種または2種以上を更に含有する請求項4記載の継手部特性に優れた鋼矢板の製造方法を提供する。
(6)継手部を500℃以上800℃以下の温度域を冷却速度1℃/s以上、50℃/s以下で加速冷却する請求項4又は5記載の継手部特性に優れた鋼矢板の製造方法を提供する。
【0008】
これらの手段において、「残部が実質的にFeである」とは、本発明の作用効果を無くさない限り、不可避不純物をはじめ、他の微量元素を含有するものが本発明の範囲に含まれ得ることを意味する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者らは、鋼矢板の継手部の水密性向上を図るために、鋼矢板の成分組成、熱間圧延条件、加速冷却条件を総合的に検討し本発明をなしたものである。
尚、鋼矢板の継手部とはJIS A 5528 熱間圧延鋼矢板 5.1項の図1「断面の各部の呼び名」による。
【0010】
鋼矢板の継手部の引張強度はその他の部位の引張強度に比較して15%以上高い値とした。即ち、図1に示すように継手部を介して鋼矢板同士を嵌合させて引張試験を行つた場合に引張強度差が15%以上あると継手部から破断しなくなるからであり、このようにすることにより継手部の変形は非常に少なくなり、水密性を保持することが可能だからである。
【0011】
次に成分組成の限定理由について説明する。尚、以下に示す成分%は全てmass%を意味する。
【0012】
Cは鋼の強度を安定して確保するために有効な元素であるが0.05%未満では必要とする強度が得にくいこと、一方、0.4%を超えると溶接性が著しく劣化し、溶接部に割れを生じるのでC添加量は0.05%以上、0.4%以下とする。
【0013】
Siは脱酸、固溶による強度上昇に有効な元素であるが、その効果を発揮するには0.05%以上の添加が望ましい。一方、1%を超えて添加すると溶接性を損なうのでSi添加量は0.05%以上、1%以下とした。
【0014】
Mnは強度確保上有効な元素であり、特に、高強度を得るには0.6%以上の添加が望ましい。一方、1.6%を超える添加は溶接性を損なうだけでなく、偏析部が著しく硬化し靭性が劣化する。従って、Mn添加量は0.6%以上、1.6%以下とする。
【0015】
Cuは鋼矢板に耐候性を付与するうえで有効な元素であるが、0.5%を超えて添加すると耐候性向上効果は飽和し、溶接性も劣化させるのでCu添加量は0.5%以下とする。
【0016】
Ni、Mo、Nb、V、Tiはいずれも鋼を強化するために有効な元素であるので、一定量の添加が有効であり、これらの1種または2種以上を添加する。しかし、Niは1%を、Moは1%を、Nbは0.1%を、Vは0.1%を、Tiは0.1%を超えると溶接性が劣化するので、Niは1%以下(但し、無添加の場合を含む)、Moは1%以下(但し、無添加の場合を含む)、Nbは0.1%以下(但し、無添加の場合を含む)、Vは0.1%以下(但し、無添加の場合を含む)、Tiは0.1%以下(但し、無添加の場合を含む)とする。
【0017】
次に製造条件の限定理由について説明する。
熱間圧延加熱温度は1050℃未満では圧延時の熱間変形抵抗が増大し、鋼矢板のような複雑な製品形状を精度良く成形圧延することは難しい。一方、1350℃を超えると結晶粒径が粗大化し、強度は著しく高くなるが延性が低下する。従って、熱間圧延加熱温度は1050℃以上、1350℃以下とする。
【0018】
熱間圧延仕上温度は1000℃を超えると結晶粒径が粗大化し、強度は著しく高くなるが延性が低下すること、800℃未満では圧延時の熱間変形抵抗が増大し、鋼矢板の継手部を良好な製品形状に成形することが難しいことより、熱間圧延仕上温度は800℃以上、1000℃以下とする。
【0019】
鋼矢板の継手部とその他の部位とに強度差を設けるには、熱間圧延終了後に継手部のみを加速冷却することが有効である。
【0020】
加速冷却の開始温度は800℃以下、停止温度は500℃以上とするのが良い。加速冷却開始温度が800℃超えでは継手部とその他の部位の強度差がつき過ぎるため好ましくなく、停止温度が500℃未満では継手部の靭性が著しく低下するからである。
【0021】
次に、加速冷却時の冷却速度は、1℃/s未満では継手部とその他の部位との間に十分な強度差が得られないこと、一方50℃/s超えでは強度が著しく高くなり靭性が低下する。従って、加速冷却速度は1℃/s以上、50℃/s以下とするのが良い。
【0022】
よって、鋼矢板の継手部とその他の部位との間に十分な強度差を得、且つ靭性を確保する観点からは加速冷却開始温度は800℃以下、停止温度は500℃以上とし、冷却速度は1℃/s以上、50℃/s以下とするのが良い。
【0023】
尚、加速冷却は熱間圧延終了直後に圧延ライン上で行こなう場合のみでなく、圧延放冷後にオフラインで継手部のみまたは鋼矢板全体を再加熱して行ってもよい。
【0024】
【実施例】
以下に本発明の具体的実施例について説明する。
(実施例1)
表1に示す成分を有する鋼をもちいて、JIS A 5528図1のU形鋼矢板を熱間圧延にて製造した。
製造条件は、鋼の加熱温度を1290℃、熱間圧延仕上げ温度を950℃とし、熱間圧延終了後の冷却は全体放冷または継手部のみの加速冷却とした。
【0025】
次に、上記により製造した鋼矢板を使用した引張試験を行った。引張試験は図1に示すように、500mm長さの鋼矢板を継手部で嵌合させて、継手部にフランジ幅方向と平行方向に引張応力を負荷する方法を採用し、破断位置を判定した。破断位置は嵌合部、肩部等の部位で表示した。
【0026】
引張試験結果を表2に示す。継手部の強度がその他の部位に比較して15%未満の上昇率の場合は継手部で破断が生じている。一方、継手部の強度がその他の部位に比較して15%以上高くなった場合は、主たる破断箇所は鋼矢板の肩部となり嵌合部からの破断は発生していない。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
(実施例2)
表3に示す成分を有する鋼をもちいて1280℃に加熱し、鋼矢板の熱間圧延を行い、850℃で熱間圧延を終了後、継手部のみを500℃まで10℃/sで加速冷却して鋼矢板を製造した。該鋼矢板よりJIS A 5528規定の位置(図2ウエブ幅1/4の斜線部)(以下、JIS規定位置と呼ぶ)での引張試験片、継手部引張試験片や(実施例1)と同様に図1に示す継手嵌合引張試験片や溶接試験片を採取した。
【0030】
試験結果を表4に示す。No.2−1はC量が0.05%未満のためJIS規定位置での強度が不足している。No.2−2は、C量が0.4%を超えるためにJIS規定位置での強度が高くなりすぎ、延性がJIS規定値17%を下回るだけでなく溶接部に割れを生じた。No.2−3は、Si量が0.05%未満のために脱酸が不十分で延性がJIS規定値17%を満たしていない。No.2−4は、Si量が1%を超えており溶接部に割れを発生した。No.2−5はMn量が0.6%未満のためにJIS規定位置での強度が不足している。No.2−6はMn量が1.6%を超えているために成分偏析が強くなり延性が劣化した。No.2−7はCu量が0.5%を超えているために溶接割れを発生している。一方、各成分が全て本発明の範囲に属するNo.2−8、No.2−9は引張特性、溶接部特性ともに優れた値を示している。
【0031】
【表3】
【0032】
【表4】
【0033】
(実施例3)
表5に示す成分を有する鋼をもちいて1240℃に加熱し、鋼矢板の熱間圧延を行い、870℃で圧延を終了後、継手部のみを500℃まで18℃/sで加速冷却して鋼矢板を製造した。該鋼矢板から実施例2と同様に、JIS規定位置での引張試験片、継手部引張試験片、継手嵌合引張試験片や溶接試験片を採取した。
試験結果を表6に示す。
【0034】
No.3−1は、Ni量が1%を超えているために延性がJIS規定値17%を満たしていない。No.3−2は、Moが多量に添加されているために溶接割れが発生している。No.3−3、No.3−4、No.3−5は、Nb、V、Ti量がいずれも0.1%を超えており高強度が得られたが、延性がJIS規定値17%を満たしていない。一方各成分が全て本発明の範囲に属するNo.3−6、No.3−7は引張特性、溶接部特性ともに優れた値を示している。
【0035】
【表5】
【0036】
【表6】
【0037】
(実施例4)
表7に示す成分を有する鋼をもちいて加熱温度、熱間圧延仕上げ温度、加速冷却条件について表8に示す各製造条件で鋼矢板を製造した。
【0038】
【表7】
【0039】
【表8】
【0040】
製造した鋼矢板から実施例2と同様に、JIS規定位置での引張試験片、継手部引張試験片、継手嵌合引張試験片を採取した。その試験結果を表9に示す。
【0041】
No.4−1は、加熱温度が1350℃を超えており、母材に液相が発生し、熱間圧延時に鋼矢板に割れを生じた。No.4−2は、熱間圧延仕上げ温度が1000℃を超えており延性がJIS規定値17%を満たしていない。
No.4−3は、熱間圧延仕上げ温度が800℃以下と低いために熱間変形抵抗が大きく鋼矢板の形状に不良が発生した。No.4−4は、50℃を超える加速冷却速度で冷却したのでマルテンサイト組織が生成し延性が著しく低下した。No.4−5は、加熱温度、熱間圧延仕上げ温度、加速冷却条件が全て本発明の範囲を満たしているので、JIS規定位置での引張試験、継手部引張試験、継手嵌合引張試験結果はいずれも良好な結果が得られた。No.4−6は、オフラインで再加熱後、継手部のみを加速冷却した場合であるが、加速冷却速度が50℃を超えたために強度が高くなりすぎ延性が劣化した。No.4−7は、No.4−6と同様にオフラインで再加熱後、継手部のみを加速冷却した場合、No.4−9は、オンラインで圧延後続けて継手部のみを加速冷却した場合であるが、いずれも製造条件が本発明の範囲を満たしているので顕著な結果が得られた。No.4−8は、熱間圧延後鋼矢板全体を加速冷却により製造したので、継ぎ手部強度とJIS規定位置での強度に差が得られなかったために、継手嵌合引張試験において継手部から破断が生じている。
【0042】
【表9】
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば継手部の強度特性が優れているので、打設時に継手部が変形しにくく水密性に優れた鋼矢板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 鋼矢板の継手嵌合引張試験方法を示す図。
【図2】 鋼矢板の試験片採取位置を示す図。
Claims (6)
- 成分が、 mass %で、C:0.05〜0.4%、Si:0.05〜1%、Mn:0.6〜1.6%、Cu:0.5%以下を含有し、残部実質的にFeからなる鋼を
1050℃以上1350℃以下に加熱し、800℃以上1000℃以下で熱間圧延を終了し、継手部の引張強度がその他の部位の引張強度に比較して15%以上高くなるように継手部を加速冷却したことを特徴とする継手部特性に優れた鋼矢板。 - 成分が、mass%で、Ni:1%以下、Mo:1%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下の1種または2種以上を更に含有する請求項1記載の継手部特性に優れた鋼矢板。
- 継手部を500℃以上800℃以下の温度域を冷却速度1℃/s以上、50℃/s以下で加速冷却する請求項1又は2記載の継手部特性に優れた鋼矢板。
- 成分が、 mass %で、C:0.05〜0.4%、Si:0.05〜1%、Mn:0.6〜1.6%、Cu:0.5%以下を含有し、残部実質的にFeからなる鋼を
1050℃以上1350℃以下に加熱し、800℃以上1000℃以下で熱間圧延を終了し、継手部の引張強度がその他の部位の引張強度に比較して15%以上高くなるように継手部を加速冷却することを特徴とする継手部特性に優れた鋼矢板の製造方法。 - 成分が、mass%で、Ni:1%以下、Mo:1%以下、Nb:0.1%以下、V:0.1%以下の1種または2種以上を更に含有する請求項4記載の継手部特性に優れた鋼矢板の製造方法。
- 継手部を500℃以上800℃以下の温度域を冷却速度1℃/s以上、50℃/s以下で加速冷却する請求項4又は5記載の継手部特性に優れた鋼矢板の製造方法。
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