JP4352590B2 - Steel bars for reinforced concrete with excellent fatigue resistance of resistance welds - Google Patents

Steel bars for reinforced concrete with excellent fatigue resistance of resistance welds Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート構造物の鉄筋用材料として好適な棒鋼に係り、とくに抵抗溶接部の耐疲労特性の改善に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、コンクリート構造体の補強用鉄筋としては、JIS G 3112に規定された鉄筋コンクリート用棒鋼が用いられている。
これら棒鋼は、長手方向に、あるいは十字に配置され接合されてコンクリート構造体の補強用鉄筋として使用されている。これら棒鋼の接合には、ガス圧接や、アーク溶接、抵抗溶接等の溶接が用いられている。なかでも抵抗溶接は、棒鋼(鉄筋)同士を点接触させ、加圧通電することで簡易に接合できることから、コンクリート構造体の型枠製造において積極的に利用されている。
【0003】
抵抗溶接は、棒鋼(鉄筋)同士を点接触させ、 10000Aを超える大電流を通電し、接触部の抵抗発熱を利用して鉄筋の一部を溶融させて接合する方法である。したがって、抵抗溶接部では、融点からオーステナイト域の高温までに急速加熱されたのち、急冷される熱サイクルを受ける。このため、急速加熱時には、オーステナイト粒が粗大化し、急冷時には、その粗大オーステナイトからのマルテンサイト変態、ベイナイト変態により溶接部の著しい硬化が生じ、抵抗溶接熱影響部の低温靱性が著しく劣化する。このようなことから、鉄筋コンクリート用棒鋼の溶接性の改善が望まれていた。
【0004】
鉄筋コンクリート用棒鋼の溶接性改善については、例えば、特開昭62-287012 号公報に、抵抗溶接用には限定されないが、溶接性に優れた低温用鉄筋棒の製造方法が開示されている。特開昭62-287012 号公報に記載された製造方法は、Cを0.020 〜0.12%に制限し、さらにNi:0.2 〜1.5 %、Ti:0.04〜0.15%、Al:0.01〜0.07%、B:0.0005〜0.0030%を含有する鋼材に、制御圧延、制御冷却を施し組織をマルテンサイトとベイナイト組織とする鉄筋棒の製造方法である。このような製造方法で製造された鉄筋用棒鋼は、溶接による熱影響を受けても結晶粒の粗大化はないとしている。
【0005】
しかしながら、特開昭62-287012 号公報に記載された技術で製造された棒鋼でも、抵抗溶接の熱影響により著しく硬化することは避けられないという問題が残されていた。
また、コンクリート構造体の型枠を製造する際に、図1(a)に示すように鉄筋コンクリート用棒鋼を十字に配置して接合する場合には、図1(a)のA−A断面図である図1(b)に示すように接合部は、必然的に切欠きが存在する継手形状となる。切欠きが存在する接合部では、平滑な場合に比べ疲労強度が低下することは良く知られたことではあるが、さらに、このような切欠きが存在する接合部の組織が粗大オーステナイト粒からの硬化組織である場合には、切欠感受性が高くなり、疲労強度の低下がさらに顕著となると推察される。そこで、コンクリート構造体の疲労強度を著しく低下させないために、鉄筋コンクリート用棒鋼抵抗溶接部の疲労強度の向上が要望されている。
【0006】
棒鋼ではなく、高張力鋼板を対象としたアーク溶接部の疲労特性の向上について、いくつかの提案がなされている。例えば、特開平7-62489 号公報には、溶接ままで溶接熱影響部の組織を強化して、疲労亀裂の発生を阻止または抑制することにより、アーク溶接部の疲労特性を改善する高張力鋼が開示されている。特開平7-62489 号公報に記載された技術は、C:0.03〜0.20%、Si:0.1 〜2.0 %、Mn:0.6 〜2.0 %、Al:0.01〜0.08%を含み、さらにP:0.02〜0.20%を含有し、あるいはさらにB、Ni、Cr、V等を含有して、好ましくは溶接熱影響部をベイナイト組織とし、疲労特性を向上させようとするものである。
【0007】
また、特開平6-235044号公報、特開平6-330232号公報には、溶接ままで溶接熱影響部の組織を制御して、溶接部の疲労強度を改善する溶接構造用高張力鋼が提案されている。特開平6-235044号公報に記載された技術は、C:0.04〜0.12%、Si:0.3 〜0.6 %、Mn:0.8 〜2.0 %、Al:0.02〜0.06%、Cu:0.5 〜1.2 %、B:0.0005〜0.002 %、Ti:0.005 〜0.04%含有し、あるいはさらにNi等を含有して、溶接熱影響部を上部ベイナイト組織とし、疲労特性を向上させようとするものである。特開平6-330232号公報に記載された技術は、C:0.03〜0.20%、Si:0.6 〜2.0 %、Mn:0.6 〜2.0 %、Al:0.02〜0.05%、B:0.0005〜0.0020%含有し、あるいはさらにNi、Cr、V等を含有して、溶接熱影響部の粒界初析フェライトを低減し、溶接部の疲労特性を向上させようとするものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平7-62489 号公報、特開平6-235044号公報、特開平6-330232号公報に記載された技術は、アーク溶接を主体とした溶接部の耐疲労特性の改善であり、これら公報に記載された技術で製造された鋼材を抵抗溶接により接合した場合には、依然として、抵抗溶接部の組織は硬化組織となりやすく、耐疲労特性の顕著な改善は見られない。一般に、抵抗溶接の溶接部熱サイクルはアーク溶接にくらべ、急熱急冷となっている。
【0009】
本発明は、上記した従来技術の問題に鑑み、抵抗溶接を行っても、溶接熱影響部の硬化が少なく、抵抗溶接部の耐疲労特性に優れた鉄筋コンクリート用棒鋼を提案することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を解決するために、棒鋼組成と抵抗溶接部の組織との関係を鋭意研究した。その結果、本発明者らは、溶接部の疲労特性を向上するためには、抵抗溶接部組織の冷却速度依存性を低減して、溶接熱影響部の硬化を防止することがよいとの考えに想到した。本発明者らは、抵抗溶接部組織の冷却速度依存性を低減するには、棒鋼組成を限定すること、とくにC含有量を0.02mass%以下まで低減することが、最も有効であることを見いだした。C:0.02mass%以下とすることにより、溶接硬化性が低下し、疲労における切欠き感受性が低下するのである。
【0011】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討して完成されたものである。
すなわち、本発明は、mass%で、C:0.02%以下、Si:1.0 %以下、Mn:0.30〜2.5 %、P:0.030 %以下、S:0.030 %以下、Al:0.10%以下、Ti:0.001 〜0.30%、Nb:0.001 〜0.20%、B:0.0003〜0.0050%、O:0.0100%以下、N:0.0150%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする抵抗溶接部の耐疲労特性に優れた鉄筋コンクリート用棒鋼であり、また、本発明では、前記組成に加えて、さらにmass%で、Cr:1.0 %以下、Mo:1.0 %以下、Ni:1.0 %以下、Cu:0.8 %以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することが好ましく、また、本発明では、前記各組成に加えて、さらにmass%で、V:0.5 %以下、W:0.5 %以下、Co:0.5 %以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することが好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】
まず、本発明棒鋼の組成限定理由について説明する。以下、mass%は単に%と記す。
C:0.02%以下
Cは、母材の強度を増加させ、また溶接部の硬さを増加させる元素であり、溶接熱影響部の硬化を抑制するため、本発明では0.02%以下に限定する。なお、強度確保の観点からは0.005 %以上含有するのが好ましい。
【0013】
Si:1.0 %以下
Siは、脱酸剤として作用するとともに、固溶強化により強度を増加させる有用な元素である。このような効果は0.05%以上の含有で顕著となる。しかし、過剰に含有させると溶接熱影響部が硬化するため、Siは1.0 %以下に限定した。なお、好ましく0.10〜0.50%である。
【0014】
Mn:0.30〜2.5 %
Mnは、脱酸剤として作用するとともに、固溶強化により強度を増加させる有用な元素である。また、棒鋼組織の冷却速度依存性を低減するうえで必要な元素である。このような効果は0.30%以上の含有で認められるが、2.5 %を越えて含有すると、延性が低下する。このため、Mnは0.30〜2.5 %の範囲に限定した。なお、好ましく0.8 〜1.8 %である。
【0015】
P:0.030 %以下
Pは、固溶して強度を増加させるが、粒界に偏析したり、抵抗溶接部の最終凝固部に濃化して、溶接部の疲労強度を低下させる。このため、Pはできるだけ低減するのが好ましいが、0.030 %までは許容できる。
S:0.030 %以下
Sは、鋼中では硫化物として存在し、Pと同様に疲労強度を低下させる。このため、Sはできるだけ低減するのが好ましいが、0.030 %までは許容できる。
【0016】
Al:0.10%以下
Alは、Siと同様に脱酸剤として有効に作用するが、含有量が0.10%を越えるとアルミナ系介在物が増加し、疲労強度を低下させる。このため、Alは0.10%以下に限定した。なお、好ましくは、0.01〜0.05%である。
Ti:0.001 〜0.30%
Tiは、Nと結合しTiN を形成して、組織の微細化に寄与し、切欠き感受性を低下させる有用な元素である。また、Tiは脱酸剤としても作用する。このような効果は、0.001 %以上の含有で認められるが、0.30%を超えて過剰に含有すると、焼入れ性が向上し、抵抗溶接時の熱影響部の硬化を招き疲労強度を低下させる。このため、Tiは0.001 〜0.30%に限定した。なお、固溶B確保の観点から、好ましくは、0.05〜0.10%である。
【0017】
Nb:0.001 〜0.20%
Nbは、炭窒化物として析出し、ピンニング効果により組織の微細化に寄与するとともに、固溶Nbとして焼入れ性を向上させる。ピンニング効果を得るためには、少なくとも0.001 %以上の含有を必要とするが、0.20%を越えて過剰に含有すると、焼入れ性が向上しすぎて、抵抗溶接時の熱影響部の硬化を招き疲労強度を低下させる。このため、Nbは0.001 〜0.20%に限定した。なお、好ましくは、0.01〜0.10%である。
【0018】
B:0.0003〜0.0050%
Bは、焼入れ性を向上させる元素であり、強度の冷却速度依存性を低減するのに有用な元素である。このような効果を発揮するためには、0.0003%以上の含有が必要である。一方、0.0050%を超えて過剰に含有しても、その効果は飽和して、含有量に見合う効果が期待できない。このため、Bは0.0003〜0.0050%の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.0010〜0.0030%である。
【0019】
O:0.0100%以下
Oは、鋼中では介在物として存在し、清浄度を低下するとともに、疲労強度を低下させる。このため、Oはできるだけ低減するのが好ましいが、0.0100%までは許容できる。
N:0.0010〜0.0150%
Nは、Ti、Nbと結合し窒化物、あるいは炭窒化物として析出し、加熱時もしくは抵抗溶接時の結晶粒成長を抑制するピンニングサイトとして組織を微細化し、疲労強度を向上させる作用を有している。TiN 等の窒化物、炭窒化物の析出による組織微細化効果を十分に発揮させるには、0.0010%以上の含有を必要とする。一方、0.0150%を越えて含有すると、効果が飽和するうえ、固溶Nの増加によりむしろ棒鋼の靭性が低下し、また抵抗溶接の熱影響部において切欠き感受性が高くなり疲労強度が低下する。このため、Nは0.0010〜0.0150%に限定した。
【0020】
以上、基本組成について説明したが、本発明では、上記した基本組成に加えてさらに、焼入れ性を向上させ、ひいては強度を向上させる元素として、Cr、Mo、Ni、Cuのうちの1種または2種以上を選択して含有することができる。
Cr:1.0 %以下、Mo:1.0 %以下、Ni:1.0 %以下、Cu:0.8 %以下のうちから選ばれた1種または2種以上
Crは、強度の冷却速度依存性を低減する上で有用な元素であるが、1.0 %を超えて多量に含有すると靭性の低下を招く。このため、Crは、1.0 %以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは、0.1 〜0.8 %である。
【0021】
Moは、Crと同様に、強度の冷却速度依存性を低減する上で有用な元素であるが、1.0 %を越えて多量に含有すると靭性の低下を招く。このため、Moは、1.0 %以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは、0.1 〜0.8 %である。
Niは、強度および靭性を向上させるのに有用な元素であるが、高価であり、1.0 %を超えて多量に含有しても、その効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できなくなる。このため、Niは1.0 %以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは、0.1 〜0.8 %である。
【0022】
Cuは、強度を向上させるのに有効な元素であるが、P、Sと同様に、抵抗溶接部の最終凝固部に濃化して疲労強度を低下させる。このため、Cuは0.8 %以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは、0.1 〜0.6 %である。
また、本発明では、上記した基本組成に加えて、強度を増加させる元素として、V、W、Coのうちの1種または2種以上を含有できる。あるいは、Cr、Mo、Ni、Cuのうちの1種または2種以上を加えたうえ、さらにV、W、Coのうちの1種または2種以上を含有してもよい。
【0023】
V:0.5 %以下、W:0.5 %以下、Co:0.5 %以下のうちから選ばれた1種または2種以上
V、W、Coは、いずれも強度を向上させるのに有効な元素であるが、0.5 %を越えて含有すると熱影響部の切欠き感受性が高くなる。このため、V、W、Coはいずれも0.5 %以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましくは、Vは0.05〜0.25%、Wは0.05〜0.25%、Coは0.05〜0.25%である。
【0024】
上記した成分以外の残部はFeおよび不可避的不純物である。
【0025】
【実施例】
表1に示す組成を有する鋼を、転炉で溶製し、連続鋳造法により断面: 400×560mm のブルームとしたのち、これらブルームを熱間圧延により12mmφの鉄筋コンクリート用棒鋼とした。
これら棒鋼について、圧延ままの機械的特性(引張特性、断面硬さ)を調査した。
(1)引張特性
各棒鋼から長さ 300mmの試験片を採取し、JIS Z 2204の規定に準拠して引張試験を行い、降伏強さYS、引張強さTS、および伸びElを求めた。
(2)硬さ試験
各棒鋼から硬さ測定用試験片を採取し、圧延方向に平行な断面(L断面)のD/4の位置で、ビッカーズ硬度計(荷重10kg)を用いて5点測定し、それらの平均値Hv meanを各棒鋼の硬さとした。
【0026】
つぎに、これら棒鋼について、溶接部の疲労特性を調査した。
(3)溶接部の疲労特性
各棒鋼から長さ 350mmの試験片用素材を採取し、図1に示すように十文字状に配置し抵抗溶接を行って接合し抵抗溶接継手を製作し、継手疲労試験片とした。抵抗溶接条件は、加圧力5000N、溶接電流 15000A、溶接時間 0.3sとした。
【0027】
このようにして製作した疲労試験片を用い、周波数7Hzとする部分片振り引張疲労試験を実施した。なお、最低引張応力は3000Nとした。また、繰り返し数:107 回を満足する強度を疲労強度とした。また、疲労強度と圧延ままの引張強さとの比を耐久比とした。
(4)溶接部の硬さ試験
抵抗溶接により棒鋼を十字状に接合した抵抗溶接継手について、接合部を切断し研磨して、図2に示す要領でビッカース硬度計(荷重1kg)により硬さ分布を測定し、最大値を最高硬さHv max とした。
【0028】
それらの結果を表2に示す。
【0029】
【表1】

Figure 0004352590
【0030】
【表2】
Figure 0004352590
【0031】
本発明例は、いずれも溶接熱影響部の硬化はほとんどなく耐久比0.3 以上の良好な疲労特性を示した。
一方、本発明の範囲を外れる比較例は、溶接熱影響部が硬化し耐久比が0.3 未満であった。
C、Si、Mnが本発明の範囲の上限を超えた比較例(棒鋼No.18 〜No.20 )には、熱影響部が硬化し、耐久比が0.3 未満であった。Ti、Nbが不足している比較例(棒鋼No.21 、No.23 )では、耐久比が低い。また、Ti、Nbが本発明範囲の上限を超えた場合(棒鋼No.22 、No.24 )では、熱影響部が硬化し、耐久比が低い。また、O、Nが本発明範囲の上限を超えた場合(棒鋼No.25 、No.26 )では、耐久比が低い。
【0032】
なお、従来例(棒鋼No.27 )はJIS SR295 を満足する鉄筋コンクリート用棒鋼の例であり、熱影響部の硬さが大幅に高く、また耐久比は0.23である。
【0033】
【発明の効果】
本発明によれば、耐久比が0.3 を越える良好な疲労特性を有する抵抗溶接継手を得ることが可能な抵抗溶接部の疲労特性に優れた鉄筋コンクリート用棒鋼を容易に得ることができ、鉄筋コンクリート用部材の高品質化に寄与でき、産業上の格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】コンクリート構造体に用いられる十字状抵抗溶接継手を模式的に示す説明図である。
【図2】十字状抵抗溶接継手接合部の溶接部硬さ測定位置を示す説明図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steel bar suitable as a reinforcing steel material for a concrete structure, and more particularly to improvement of fatigue resistance characteristics of a resistance weld.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, steel bars for reinforced concrete defined in JIS G 3112 have been used as reinforcing bars for concrete structures.
These steel bars are used as reinforcing bars for reinforcing concrete structures by being arranged and joined in the longitudinal direction or in a cross shape. For joining these steel bars, welding such as gas pressure welding, arc welding, resistance welding or the like is used. In particular, resistance welding is actively used in the production of formwork for a concrete structure because it can be easily joined by making point contact between steel bars (rebars) and applying current under pressure.
[0003]
Resistance welding is a method in which steel bars (rebars) are brought into point contact with each other, a large current exceeding 10,000 A is applied, and a part of the reinforcing bars is melted and joined using resistance heat generation at the contact portion. Therefore, the resistance weld is subjected to a heat cycle that is rapidly heated from the melting point to a high temperature in the austenite region and then rapidly cooled. For this reason, austenite grains are coarsened during rapid heating, and during rapid cooling, the weld is markedly hardened due to martensitic transformation and bainite transformation from the coarse austenite, and the low temperature toughness of the resistance welding heat affected zone is significantly deteriorated. For these reasons, it has been desired to improve the weldability of steel bars for reinforced concrete.
[0004]
For improving the weldability of steel bars for reinforced concrete, for example, JP-A-62-287012 discloses a method for producing a low-temperature steel bar having excellent weldability, although not limited to resistance welding. In the production method described in JP-A-62-287012, C is limited to 0.020 to 0.12%, Ni: 0.2 to 1.5%, Ti: 0.04 to 0.15%, Al: 0.01 to 0.07%, B: It is a manufacturing method of a reinforcing bar which performs controlled rolling and controlled cooling to a steel material containing 0.0005 to 0.0030% to make the structure martensite and bainite structure. Reinforcing steel bars manufactured by such a manufacturing method are said to have no coarsening of crystal grains even if they are affected by heat caused by welding.
[0005]
However, the steel bar manufactured by the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-287012 still has a problem that it is inevitable that the steel bar is hardened due to the heat effect of resistance welding.
Moreover, when manufacturing a concrete structure formwork, as shown in FIG. 1 (a), in the case of arranging and joining steel bars for reinforced concrete in a cross shape, a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 (a). As shown in FIG. 1B, the joint portion inevitably has a joint shape with a notch. It is well known that the fatigue strength of joints where notches are present is lower than that when smooth, but the structure of joints where such notches are present is not the same as coarse austenite grains. In the case of a hardened structure, it is presumed that notch sensitivity is increased and the fatigue strength is further reduced. Therefore, in order not to significantly reduce the fatigue strength of the concrete structure, it is desired to improve the fatigue strength of the steel rod resistance welded portion for reinforced concrete.
[0006]
Several proposals have been made for improving the fatigue characteristics of arc welds not for bar steel but for high-tensile steel plates. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-62489 discloses a high-strength steel that improves the fatigue characteristics of arc welds by strengthening the structure of the heat-affected zone while welding and preventing or suppressing the occurrence of fatigue cracks. Is disclosed. The technology described in JP-A-7-62489 includes C: 0.03 to 0.20%, Si: 0.1 to 2.0%, Mn: 0.6 to 2.0%, Al: 0.01 to 0.08%, and P: 0.02 to 0.20. %, Or further contains B, Ni, Cr, V, etc., preferably the weld heat-affected zone has a bainite structure to improve the fatigue characteristics.
[0007]
JP-A-62-235044 and JP-A-6-330232 propose high-strength steel for welded structures that improves the fatigue strength of welds by controlling the structure of the weld heat-affected zone while welding. Has been. The technology described in JP-A-62-235044 is as follows: C: 0.04-0.12%, Si: 0.3-0.6%, Mn: 0.8-2.0%, Al: 0.02-0.06%, Cu: 0.5-1.2%, B : 0.0005 to 0.002%, Ti: 0.005 to 0.04%, or further containing Ni or the like, the weld heat-affected zone is made an upper bainite structure to improve fatigue characteristics. The technology described in JP-A-6-330232 contains C: 0.03-0.20%, Si: 0.6-2.0%, Mn: 0.6-2.0%, Al: 0.02-0.05%, B: 0.0005-0.0020%. Alternatively, it further contains Ni, Cr, V and the like to reduce the grain boundary pro-eutectoid ferrite in the weld heat affected zone and to improve the fatigue characteristics of the weld zone.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the techniques described in JP-A-7-62489, JP-A-6-35044, and JP-A-6-330232 are improvements in fatigue resistance characteristics of welds mainly composed of arc welding. When steel materials manufactured by the technique described in the publication are joined by resistance welding, the structure of the resistance welded portion still tends to be a hardened structure, and no significant improvement in fatigue resistance is observed. In general, the thermal cycle of resistance welding is rapid heating and quenching compared to arc welding.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to propose a steel bar for reinforced concrete that has little hardening of the heat affected zone and is excellent in fatigue resistance characteristics of the resistance welded portion even when resistance welding is performed. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors diligently studied the relationship between the steel bar composition and the structure of the resistance weld. As a result, in order to improve the fatigue characteristics of the welded part, the inventors believe that it is better to reduce the cooling rate dependency of the resistance welded part structure and prevent hardening of the heat affected zone. I came up with it. The present inventors have found that it is most effective to limit the steel bar composition, particularly to reduce the C content to 0.02 mass% or less, in order to reduce the cooling rate dependency of the resistance weld structure. It was. C: By making it 0.02 mass% or less, the weld curability is lowered and the notch sensitivity in fatigue is lowered.
[0011]
The present invention has been completed by further study based on the above findings.
That is, the present invention is mass%, C: 0.02% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 0.30 to 2.5%, P: 0.030% or less, S: 0.030% or less, Al: 0.10% or less, Ti: 0.001 -0.30%, Nb: 0.001-0.20%, B: 0.0003-0.0050%, O: 0.0100% or less, N: 0.0150% or less, resistance welding characterized by having a composition consisting of the balance Fe and inevitable impurities In addition to the above composition, in the present invention, in addition to the above-mentioned composition, in addition to mass%, Cr: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, Ni: 1.0% or less, Cu : It is preferable to contain 1 type (s) or 2 or more types selected from 0.8% or less, and in the present invention, in addition to each of the above-mentioned compositions, mass%, V: 0.5% or less, W: 0.5 % Or less, Co: 0.5% or less is preferably included.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the reasons for limiting the composition of the steel bar of the present invention will be described. Hereinafter, mass% is simply referred to as%.
C: 0.02% or less C is an element that increases the strength of the base material and increases the hardness of the welded portion, and is limited to 0.02% or less in the present invention in order to suppress hardening of the weld heat affected zone. From the viewpoint of securing strength, it is preferable to contain 0.005% or more.
[0013]
Si: 1.0% or less
Si is a useful element that acts as a deoxidizer and increases strength by solid solution strengthening. Such an effect becomes remarkable when the content is 0.05% or more. However, since the weld heat affected zone hardens if contained excessively, Si is limited to 1.0% or less. In addition, Preferably it is 0.10 to 0.50%.
[0014]
Mn: 0.30 to 2.5%
Mn is a useful element that acts as a deoxidizer and increases strength by solid solution strengthening. Moreover, it is an element necessary for reducing the cooling rate dependency of the steel bar structure. Such an effect is recognized at a content of 0.30% or more, but when it exceeds 2.5%, the ductility is lowered. For this reason, Mn was limited to the range of 0.30 to 2.5%. In addition, 0.8 to 1.8% is preferable.
[0015]
P: 0.030% or less P increases in strength by solid solution, but segregates at the grain boundary or concentrates in the final solidified portion of the resistance welded portion to lower the fatigue strength of the welded portion. For this reason, it is preferable to reduce P as much as possible, but it is acceptable up to 0.030%.
S: 0.030% or less S is present as a sulfide in steel and, like P, reduces fatigue strength. For this reason, it is preferable to reduce S as much as possible, but it is acceptable up to 0.030%.
[0016]
Al: 0.10% or less
Al acts effectively as a deoxidizer, as does Si, but if the content exceeds 0.10%, alumina inclusions increase and fatigue strength is reduced. For this reason, Al was limited to 0.10% or less. In addition, Preferably, it is 0.01 to 0.05%.
Ti: 0.001 to 0.30%
Ti is a useful element that combines with N to form TiN, contributes to refinement of the structure, and reduces notch sensitivity. Ti also acts as a deoxidizer. Such an effect is recognized when the content is 0.001% or more. However, if the content exceeds 0.30%, the hardenability is improved, the heat-affected zone is hardened during resistance welding, and the fatigue strength is lowered. For this reason, Ti was limited to 0.001 to 0.30%. In addition, from a viewpoint of ensuring the solid solution B, Preferably it is 0.05 to 0.10%.
[0017]
Nb: 0.001 to 0.20%
Nb precipitates as carbonitride, contributes to the refinement of the structure by the pinning effect, and improves hardenability as solute Nb. In order to obtain the pinning effect, it is necessary to contain at least 0.001% or more. However, if it exceeds 0.20%, the hardenability is excessively improved and the heat-affected zone during resistance welding is hardened, resulting in fatigue. Reduce strength. For this reason, Nb was limited to 0.001 to 0.20%. In addition, Preferably, it is 0.01 to 0.10%.
[0018]
B: 0.0003-0.0050%
B is an element that improves hardenability and is an element that is useful for reducing the dependency of strength on the cooling rate. In order to exhibit such an effect, the content of 0.0003% or more is necessary. On the other hand, even if it contains excessively exceeding 0.0050%, the effect will be saturated and the effect corresponding to content cannot be expected. For this reason, B was limited to the range of 0.0003 to 0.0050%. In addition, Preferably, it is 0.0010 to 0.0030%.
[0019]
O: 0.0100% or less O is present as an inclusion in steel, lowering cleanliness and reducing fatigue strength. For this reason, it is preferable to reduce O as much as possible, but it is acceptable up to 0.0100%.
N: 0.0010 to 0.0150%
N combines with Ti and Nb and precipitates as nitride or carbonitride, and has the effect of improving the fatigue strength by refining the structure as a pinning site that suppresses crystal grain growth during heating or resistance welding. ing. In order to fully exhibit the effect of refining the structure due to precipitation of nitrides such as TiN and carbonitrides, a content of 0.0010% or more is required. On the other hand, if the content exceeds 0.0150%, the effect is saturated, and the toughness of the steel bar rather decreases due to an increase in solute N, and the notch sensitivity increases in the heat-affected zone of resistance welding, and the fatigue strength decreases. For this reason, N was limited to 0.0010 to 0.0150%.
[0020]
The basic composition has been described above. In the present invention, in addition to the basic composition described above, one or two of Cr, Mo, Ni, and Cu as elements that further improve the hardenability and thus improve the strength. More than one species can be selected and contained.
One or more selected from Cr: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, Ni: 1.0% or less, Cu: 0.8% or less
Cr is an element useful for reducing the strength cooling rate dependency, but if it is contained in a large amount exceeding 1.0%, the toughness is lowered. For this reason, Cr is preferably limited to 1.0% or less. In addition, More preferably, it is 0.1 to 0.8%.
[0021]
Mo, like Cr, is an element useful for reducing the dependence of strength on the cooling rate, but if contained in a large amount exceeding 1.0%, the toughness is reduced. For this reason, Mo is preferably limited to 1.0% or less. In addition, More preferably, it is 0.1 to 0.8%.
Ni is an element useful for improving strength and toughness, but is expensive, and even if it is contained in a large amount exceeding 1.0%, the effect is saturated and an effect commensurate with the content cannot be expected. For this reason, Ni is preferably limited to 1.0% or less. In addition, More preferably, it is 0.1 to 0.8%.
[0022]
Cu is an element effective for improving the strength, but like P and S, it concentrates in the final solidified portion of the resistance welded portion and lowers the fatigue strength. For this reason, Cu is preferably limited to 0.8% or less. In addition, More preferably, it is 0.1 to 0.6%.
In the present invention, in addition to the basic composition described above, one or more of V, W and Co can be contained as an element for increasing the strength. Alternatively, one or more of Cr, Mo, Ni, and Cu may be added, and one or more of V, W, and Co may further be contained.
[0023]
One or more selected from V: 0.5% or less, W: 0.5% or less, and Co: 0.5% or less are effective elements for improving the strength. If the content exceeds 0.5%, the notch sensitivity of the heat-affected zone increases. For this reason, it is preferable that V, W, and Co are all limited to 0.5% or less. More preferably, V is 0.05 to 0.25%, W is 0.05 to 0.25%, and Co is 0.05 to 0.25%.
[0024]
The balance other than the above components is Fe and inevitable impurities.
[0025]
【Example】
Steels having the composition shown in Table 1 were melted in a converter and made into blooms having a cross section of 400 × 560 mm by a continuous casting method, and these blooms were hot rolled to form 12 mmφ steel bars for reinforced concrete.
For these steel bars, the mechanical properties (tensile properties, cross-sectional hardness) as rolled were investigated.
(1) Tensile properties A test piece having a length of 300 mm was taken from each steel bar and subjected to a tensile test in accordance with the provisions of JIS Z 2204 to determine yield strength YS, tensile strength TS, and elongation El.
(2) Hardness test Samples for hardness measurement were taken from each steel bar and measured at 5 points using a Vickers hardness meter (load 10 kg) at a position D / 4 of the cross section (L cross section) parallel to the rolling direction. The average value Hv mean was taken as the hardness of each steel bar.
[0026]
Next, the fatigue properties of the welds were investigated for these bars.
(3) Fatigue characteristics of welded part Sample materials for 350 mm long specimens were taken from each steel bar, placed in a cross shape as shown in Fig. 1 and joined by resistance welding to produce a resistance welded joint. A test piece was obtained. The resistance welding conditions were a pressure of 5000 N, a welding current of 15000 A, and a welding time of 0.3 s.
[0027]
Using the thus produced fatigue test piece, a partial piece swing tensile fatigue test with a frequency of 7 Hz was performed. The minimum tensile stress was 3000N. The strength satisfying the number of repetitions of 10 7 times was defined as fatigue strength. The ratio between the fatigue strength and the tensile strength as rolled was defined as the durability ratio.
(4) Hardness test of welded part For resistance welded joints in which steel bars are joined in a cross shape by resistance welding, the joints are cut and polished, and the hardness distribution is obtained by the Vickers hardness tester (load 1 kg) as shown in FIG. And the maximum value was taken as the maximum hardness Hv max .
[0028]
The results are shown in Table 2.
[0029]
[Table 1]
Figure 0004352590
[0030]
[Table 2]
Figure 0004352590
[0031]
In all of the inventive examples, there was almost no hardening of the weld heat-affected zone, and good fatigue characteristics with a durability ratio of 0.3 or more were exhibited.
On the other hand, in the comparative example outside the scope of the present invention, the weld heat affected zone was cured and the durability ratio was less than 0.3.
In the comparative examples (bars No. 18 to No. 20) in which C, Si, and Mn exceeded the upper limit of the range of the present invention, the heat affected zone was hardened and the durability ratio was less than 0.3. In the comparative examples (bars No. 21 and No. 23) lacking Ti and Nb, the durability ratio is low. Moreover, when Ti and Nb exceed the upper limit of the range of the present invention (bars No. 22 and No. 24), the heat affected zone is hardened and the durability ratio is low. Further, when O and N exceed the upper limit of the range of the present invention (bars No. 25 and No. 26), the durability ratio is low.
[0032]
The conventional example (bar No. 27) is an example of a steel bar for reinforced concrete that satisfies JIS SR295. The heat-affected zone has a significantly higher hardness and a durability ratio of 0.23.
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to easily obtain a steel bar for reinforced concrete having excellent fatigue characteristics of a resistance welded portion capable of obtaining a resistance welded joint having a durability ratio exceeding 0.3, and a member for reinforced concrete. It can contribute to the improvement of quality and has a remarkable industrial effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a cross-shaped resistance welded joint used for a concrete structure.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a weld hardness measurement position of a cruciform resistance weld joint joint.

Claims (3)

mass%で、
C:0.02%以下、 Si:1.0 %以下、
Mn:0.30〜2.5 %、 P:0.030 %以下、
S:0.030 %以下、 Al:0.10%以下、
Ti:0.001 〜0.30%、 Nb:0.001 〜0.20%、
B:0.0003〜0.0050%、 O:0.0100%以下、
N:0.0150%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする抵抗溶接部の耐疲労特性に優れた鉄筋コンクリート用棒鋼。
mass%
C: 0.02% or less, Si: 1.0% or less,
Mn: 0.30 to 2.5%, P: 0.030% or less,
S: 0.030% or less, Al: 0.10% or less,
Ti: 0.001 to 0.30%, Nb: 0.001 to 0.20%,
B: 0.0003 to 0.0050%, O: 0.0100% or less,
N: A steel bar for reinforced concrete excellent in fatigue resistance of a resistance welded portion, characterized by having a composition composed of the balance Fe and unavoidable impurities, including 0.0150% or less.
前記組成に加えて、さらにmass%で、Cr:1.0 %以下、Mo:1.0 %以下、Ni:1.0 %以下、Cu:0.8 %以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の鉄筋コンクリート用棒鋼。In addition to the above composition, it may further contain at least one selected from mass: Cr: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, Ni: 1.0% or less, Cu: 0.8% or less. The steel bar for reinforced concrete according to claim 1. 前記組成に加えて、さらにmass%で、V:0.5 %以下、W:0.5 %以下、Co:0.5 %以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の鉄筋コンクリート用棒鋼。In addition to the above composition, the composition further contains at least one selected from the group consisting of mass%, V: 0.5% or less, W: 0.5% or less, and Co: 0.5% or less. The steel bar for reinforced concrete according to 1 or 2.
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