JP4377715B2 - 捻回特性に優れた高強度ｐｃ鋼線 - Google Patents

Description

本発明は捻回特性に優れたＰＣ（プレストレスドコンクリート）鋼線に関するものである。本発明は、また、上記ＰＣ鋼線を製造する場合において、伸線前の急冷を伴う熱処理（鉛パテンティング、溶融塩パテンティングなど）を省略する技術に関するものであり、より詳細にはそのような熱処理を省略しても捻回特性に優れた高強度ＰＣ鋼線が得られる技術、このＰＣ鋼線を製造するための線材、及び前記ＰＣ鋼線から得られるＰＣ鋼より線に関するものである。

土木・建築分野では建設現場の省力化や生産性を向上するため、コンクリート部材の高強度化や軽量化が指向されている。そのためコンクリート内部に埋設されるＰＣ鋼より線も高強度化が求められている。そして高強度ＰＣ鋼より線を得るためには高強度のＰＣ鋼線が必要となるが、ＰＣ鋼線は高強度になる程、また太径になる程、捻回時に縦割れが発生し易くなる。鋼線の縦割れ防止策としては、以下のような技術が提案されている。

例えば、鋼線をロール間で曲げ加工する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜２参照）。この特許文献１では、具体的には、最大で直径１３ｍｍ程度の鋼線材を鉛パテンティング処理した後、伸線することによって直径５ｍｍの鋼線とし、直径５００ｍｍのロールで８方向に曲げを行うことにより、引張強さ１８４．８ｋｇｆ／ｍｍ²（１８１２ＭＰａ）程度の鋼線を製造している。また特許文献２では、具体的には、線径５〜１６ｍｍ程度の鋼線を、パテンティング熱処理に引き続き伸線加工を行うに際して、伸線加工中に曲げ角度１０〜３０°の繰り返し曲げ加工を行っている。この特許文献２の鋼線の引張強度は、直径５ｍｍのとき１９０ｋｇｆ／ｍｍ²以上（約１８６３ＭＰａ以上）であるとされている。

また線材を多段伸線して鋼線を製造するに際して、最終段階でスキンパス処理する方法も提案されている（例えば、特許文献３〜４参照）。例えば特許文献３では、最後の段階に減面率が１〜１０％となるダイスを配設してスキンパス処理することにより、残留応力を±１５０の範囲に制御する方法が提案されている。より具体的には、熱処理した線材を伸線し、前記スキンパス処理し、さらには上述したようなロール間での曲げ加工を行うことにより、直径５ｍｍ、引張強さ２６３４ＭＰａの捻回特性に優れた鋼線を製造している。

また特許文献４では、最終伸線加工工程において、減面率が小さい２つの引き抜きダイスを配置し、引張の残留応力を低減することを提案している。より具体的には、直径１１．０ｍｍ程度の線材を鉛パテンティング処理した後で伸線し、最後に所定のスキンパス処理（仕上げダイス処理）することにより、直径４．０ｍｍ、引張強さ２３５７ＭＰａ程度の捻回特性の優れた鋼線を製造している。

非特許文献１は、主としてＣ、Ｃｒ、Ｓｉなどの成分設計を適切にすれば捻回特性に優れた高強度ＰＣ鋼線が得られることを開示しており、具体的にはＣ：０．９８％、Ｓｉ：１．２０％、Ｍｎ：０．３０％、Ｃｒ：０．１９％の鋼を直径１０ｍｍの線材に熱間圧延し、直ちに溶融塩パテンティング装置によりパテンティング（冷却速度約２５℃／秒）し、連続伸線機で伸線することによって直径４．２２〜４．３５ｍｍの２３００ＭＰａ級ＰＣストランド用鋼線が得られることを開示している。

しかし特許文献１及び２の鋼線では、強度レベルが不十分である。また特許文献３〜４及び非特許文献１の場合でも（他の特許文献の場合も同様であるが）、線材を伸線して鋼線にする前に必ず急冷を伴う熱処理（鉛パテンティング処理、直接溶融塩パテンティングなど）が施されており、急冷を伴う熱処理なしで線材を伸線して鋼線を得る分野では、高強度・高捻回特性の鋼線は知られていない。そして上記特許文献１〜３では、何故、捻回特性が向上するか示唆しておらず、鉛パテンティング処理等を行うことなくＰＣ鋼線の高強度と高捻回特性を両立させるためにどのようにすればよいかは不明である。また上記特許文献４は残留応力値に着目しているが、鉛パテンティング処理しない場合には残留応力値のみでＰＣ鋼線の高強度と高捻回特性を両立させるのは困難である。さらに非特許文献１はＣ、Ｃｒ、Ｓｉなどに着目しているが、鉛パテンティング処理しない場合には非特許文献１の成分設計によって高強度と高捻回特性を両立するＰＣ鋼線を製造するのは困難であり、より具体的には伸線時に断線が発生する。

なお特許文献５には、Ｂが縦割れ抑制元素であることが記載されている。
特開昭６３−１７９０１７号公報（請求項１、第１表Ｎｏ．１４） 特許第２８１５７２２号（請求項１，段落００１４，実施例） 特許第３１７３９００号（特許請求の範囲、実施例Ｎｏ．２２） 特開平７−００１０２８号（特許請求の範囲、実施例２１） 特開２０００−３５５７３６号（段落００２６） 樽井、外６名，「２０００ＭＰａ級亜鉛めっき鋼線及び２３００ＭＰａ級ＰＣストランド用線材の開発」，新日鉄技報，新日本製鐵株式会社，１９９９年，第３７０号，ｐ．４５−４９

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、鉛パテンティングなどの急冷を伴う熱処理を行うことなく伸線してＰＣ鋼線を製造する場合であっても、高強度と捻回特性（縦割れ防止性）とを両立できるＰＣ鋼線が得られる技術を確立することにある。

本発明者らは、鉛パテンティングなどを行わなくても高強度と基本靭性とを両立可能能とするためにＣ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｒなどの成分を厳密にコントロールした上で、捻回特性を高めるためにＢを所定量以上添加した。このようにして鋼の基本特性を高めた上で、鉛パテンティングなどを省略した場合でも高強度と捻回特性とを両立するために鋭意検討を重ねた結果、単にローラベンディング法やスキンパス法を採用したのでは高強度と捻回特性を両立できないにも拘わらず、Ｘ線回折におけるフェライトの（１１０）面ピークの半価幅等に着目して伸線・曲げ条件を設定すれば、高強度と捻回特性を両立できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明に係る捻回特性に優れた高強度ＰＣ鋼線とは、Ｃ：０．８〜０．９５％（質量％の意、以下同じ）、Ｓｉ：０．７５〜２％、Ｍｎ：０．３〜０．９％、Ｃｒ：０．１〜０．３％、Ｖ：０．０５〜０．２％、Ｂ：０．００１〜０．００５％と、さらにＴｉ及びＮを含み、
前記ＴｉとＮの質量比（Ｔｉ／Ｎ）が３〜５の範囲にあり、
引張強さ（ＴＳ）が下記式（１）に示される範囲にあり、
ＴＳ≧２７５０−８３０×ｌｏｇＤ …（１）
［式中、ＴＳは引張強さ（ＭＰａ）を示し、ＤはＰＣ鋼線の直径（ｍｍ）を示す］
鋼線表面におけるＸ線の回折角度と回折強度との関係を、鋼線の周方向に均等に４カ所測定したときのフェライトの格子面（１１０）に対応するピークの半価幅の平均値が２．０〜３．５°であり、
表面の残留応力が＋５０ＭＰａ以下であり、
降伏強さ（ＹＳ）と引張強さ（ＴＳ）の比（ＹＳ／ＴＳ）が８０％以下である点に要旨を有するものである。

前記鋼線は、Ｔｉが０．０５％以下、Ｎが０．０１％以下であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物であることが多い。

前記高強度ＰＣ鋼線を製造するための線材としては、
線材コイルの両端部及び中央部から、結束時の長さでコイル１周に相当する長さの線材を切り取ることにより合計３本のリング状線材を取得し、１つのリング状線材から略均等に１６本の試験片を切り出し、残りのリング状線材においても同様にすることによって合計４８本の試験片を切り出し、全試験片の引張強さを測定したときの最小値（ＴＳ−ｍｉｎ）が下記式（２）に示される範囲にあり、
ＴＳ−ｍｉｎ ≧ ３２００−１５７０×ｌｏｇＤ …（２）
［式中、ＴＳ−ｍｉｎは引張強さの最小値（ＭＰａ）を示し、Ｄは線材の直径（ｍｍ）を示す］
フェライト＋パーライト組織又はパーライト組織であることを特徴とする線材を使用する必要がある。

この線材は、上記のようにして全試験片の引張強さを測定したとき、引張強さの標準偏差（ＴＳ−σ）が５０ＭＰａ以下であることが望ましい。

本発明には、上記高強度ＰＣ鋼線が複数本束ねられたＰＣ鋼より線も含まれる。

本発明のＰＣ鋼線は、半価幅、残留応力、及び降伏比が適切に制御されているため、急冷を伴う熱処理を施すことなく製造されているにも拘わらず、高強度と高捻回特性（縦割れ防止性）とを両立できている。また本発明の線材は、強度及び組織が適切な範囲に制御されているため、前記ＰＣ鋼線を製造するのに極めて有用である。加えて本発明のＰＣ鋼より線は、前記ＰＣ鋼線から製造されているため、極めて高い強度を有する。

本発明は強度及び捻回特性に優れたＰＣ鋼線を対象としている。より詳細には鉛パテンティングなどを省略することによって得られる従来のＰＣ鋼線では、捻回特性をもたせた場合には達成することができなかったレベルの高強度を達成できるＰＣ鋼線を提供するものである。

ところでＰＣ鋼線は、元の線材の線径が同じ場合、線径が太くなるほど伸線加工率が低下するため、すなわち加工硬化しにくくなるため、その強度が低下する傾向にある。従って本発明のＰＣ鋼線が対象とする強度レベルも線径に応じて設定でき、具体的には下記式（１）に示される強度を有するものを対象とする。

ＴＳ≧２７５０−８３０×ｌｏｇＤ …（１）
［式中、ＴＳはＰＣ鋼線の引張強さ（ＭＰａ）を示し、ＤはＰＣ鋼線の直径（ｍｍ）を示す］
好ましい強度レベルは下記式（１ａ）、特に下記式（１ｂ）に示される。

ＴＳ≧２８００−８３０×ｌｏｇＤ …（１ａ）
ＴＳ≧２８３０−８３０×ｌｏｇＤ …（１ｂ）
［式中、ＴＳ及びＤは、上記式（１）に同じ］
なおＳＷＰ−Ｂ鋼の強度のおおよその上限は、ＪＩＳ規格において、下記式（３）で規定される数値以下であるとされており、この点からも本発明のＰＣ鋼線の強度が十分に高いものであることが推察される。

ＴＳ＝２４７０−８３０×ｌｏｇＤ …（３）
［式中、ＴＳ及びＤは、上記式（１）に同じ］
なおＰＣ鋼線の線径は特に限定されないが、例えば、３ｍｍ以上（好ましくは４ｍｍ以上）、８ｍｍ以下（好ましくは６．８ｍｍ以下）程度である。

上記のような高強度を満足する本発明の捻回特性に優れたＰＣ鋼線は、下記に示す元素を含有している。

Ｃ ：０．８〜０．９５％
ＣはＰＣ鋼線の強度を向上するのに有効であるとともに、伸線時の断線の原因となる初析フェライトを低減するのにも有用である。従ってＣ量は、０．８％以上、好ましくは０．８５％以上、さらに好ましくは０．８７％以上とする。一方Ｃが過剰な場合も延性が低下し、伸線性や捻回特性が低下する。従ってＣ量は、０．９５％以下、好ましくは０．９３％以下とする。

Ｓｉ：０．７５〜２％
Ｓｉはフェライトに固溶して固溶強化を示すため、ＰＣ鋼線の強度を向上するのに有効である。またＰＣ鋼線を束ねてＰＣ鋼より線とした後における熱処理（ホットストレッチ処理など）の際の強度低下を抑制するのにも有効である。従ってＳｉ量は、０．７５％以上、好ましくは０．８％以上、特に０．９％以上とする。一方Ｓｉが過剰な場合には、フェライトの延性が劣化し、伸線性や捻回特性が低下する。従ってＳｉ量は、２％以下、好ましくは１．８％以下、さらに好ましくは１．５％以下とする。

Ｍｎ：０．３〜０．９％
Ｍｎは焼入性を高め、ＰＣ鋼線の強度を向上するのに有効である。従ってＭｎ量は、０．３％以上、好ましくは０．４％以上、さらに好ましくは０．５％以上とする。一方Ｍｎが過剰となると、偏析を引き起こしやすくなる。従ってＰＣ鋼線の原料素材となる線材を圧延によって製造するときの圧延後の調製冷却中に中心部にマルテンサイト組織を生成させてしまい、その後伸線して線材を製造するとき又は製造した後で結束したときに断線が生じる。このためＭｎ量は、０．９％以下、好ましくは０．８％以下、さらに好ましくは０．７５％以下とする。

Ｃｒ：０．１〜０．３％
Ｃｒはフェライトを強化するためにＰＣ鋼線の強度を向上するのに有効である。従ってＣｒ量は、０．１％以上、好ましくは０．１５％以上、さらに好ましくは０．２％以上とする。しかしＣｒが過剰になると線材の延性が劣化し、伸線性や捻回特性が低下する。従ってＣｒ量は、０．３％以下、好ましくは０．２８％以下とする。

Ｖ ：０．０５〜０．２％
Ｖはフェライトに固溶するため、ＰＣ鋼線の強度を高めるのに有効である。従ってＶ量は、０．０５％以上、好ましくは０．０７％以上、さらに好ましくは０．１％以上とする。一方Ｖを過剰としても強度向上効果が飽和してしまい、経済的ではない。従ってＶ量は、０．２％以下、好ましくは０．１８％以下とする。

Ｂ ：０．００１〜０．００５％
Ｂは縦割れの原因となる初析フェライトを抑制するため、ＰＣ鋼線の捻回特性を高めるのに有用である。またパーライト組織を強化できるため、ＰＣ鋼線の強度を高めるのにも有用である。従ってＢ量は、０．００１％以上、好ましくは０．００１５％以上とする。しかしＢはフリーの状態で前記効果を発揮するところ、Ｂ量を過剰にしてもＦｅ₂₃（ＣＢ）₆を形成してしまうため前記効果が飽和してしまう。従ってＢ量は、例えば、０．００５％以下、好ましくは０．００４％以下、さらに好ましくは０．００３％以下とする。

Ｔｉ，Ｎ
また本発明のＰＣ鋼線は、Ｔｉ及びＮも含有している。すなわちＮは、不可避的不純物として鋼線中に通常含まれる成分である。そしてこのＮはＢと結合するため、フリーＢを少なくしてしまい、上記Ｂの効果を阻害する。そこでＴｉを含有させることにより、ＮをＴｉで固定してＢＮを生成させない、すなわちフリーＢを多く残存させておく必要がある。

Ｔｉの量はＮ量に応じて設定できる。すなわちＴｉ／Ｎ（質量比）を３以上、好ましくは３．５以上とするのが有効である。しかしＴｉが過剰になると、余剰ＴｉはＴｉＣを形成し、ラメラフェライトを析出強化して伸線性や捻回特性が劣化する。従ってＴｉ／Ｎ（質量比）は５以下、好ましくは４以下とする。

ＰＣ鋼線中の具体的なＮ量及びＴｉ量は、例えば、以下の通りである。

Ｎ ：フリーＢを残存させる観点からすればＮ量は少ないほど望ましく、例えば０％であってもよい。しかしＮ量を少なくするのはコスト高となるため、例えば０．００９％以下の範囲（０％を含まない）、特に０．０１％以下の範囲（０％を含まない）で制御するのが望ましい。

Ｔｉ：Ｔｉ量の上限は前記Ｔｉ／Ｎの範囲を満足する限り特に限定されず、Ｎ量に応じて適宜設定できるが、例えば０．０５％以下程度（特に０．０４％以下程度）であることが多い。またＴｉ量の下限も前記Ｔｉ／Ｎの範囲を満足する限り特に限定されず、Ｎ量に応じて適宜設定できる。

なお残部はＦｅ及び不可避的不純物であることが多いものの、必要に応じて適宜種々の元素を添加することができる。

そして本発明のＰＣ鋼線は、下記（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示す特性を有している。

（ａ）鋼線表面におけるＸ線の回折角度と回折強度との関係を、鋼線の周方向に均等に４カ所測定したときのフェライトの格子面（１１０）に対応するピークの半価幅の平均値（これを鋼線の半価幅とする）が２．０〜３．５°である。

（ｂ）表面の残留応力が＋５０ＭＰａ以下である。なお該残留応力は、コイル状に巻かれた鋼線の内側を起点にして鋼線の周方向に均等に４カ所測定することによって求めることができ、最も残留応力の大きい部分の値（最大残留応力値）でも＋５０ＭＰａ以下であるという意味である。

（ｃ）降伏強さ（ＹＳ）と引張強さ（ＴＳ）の比（ＹＳ／ＴＳ；すなわち降伏比ＹＲ）が８０％以下である。

これら半価幅要件（ａ）、最大残留応力（ｂ）、及び降伏比要件（ｃ）を満足するとき、ＰＣ鋼線は、急冷を伴うような熱処理（鉛パテンティング、溶融塩パテンティングなど）を施すことなく製造しても、また上記強度範囲となるようにしても、高い捻回特性を有するようになり縦割れを防止することができる。

なお好ましい半価幅（ａ）は、２．２°以上（特に２．４°以上）、３．４°以下（特に３．３°以下）である。

好ましい最大残留応力値（ｂ）は、＋４０以下、特に＋３０以下である。最大残留応力値（ｂ）は低いほど望ましく下限は特に設定されないが、通常、−２０以上程度（例えば−１０以上程度）である。なお最大残留応力値（ｂ）は、例えば、ショットピーニングなどで圧縮残留応力を与えることによっても小さくできるが、このようにして最大残留応力値（ｂ）を小さくしても表面硬化によって延性が劣化し、捻回特性が低下する。従って本発明の最大残留応力値（ｂ）は、表面硬化がない（すなわち表面部と内部との硬度差が実質的にない）ときにおける値であるということができる。

好ましい降伏比（ｃ）は、例えば、７５％以下、特に７０％以下である。なお降伏比の下限は特に限定されないが、例えば、６０％程度、特に６５％程度である。

前記半価幅要件（ａ）、残留応力要件（ｂ）、及び降伏比要件（ｃ）は、原料素材である線材をＰＣ鋼線に加工するときの条件を適切に設定することにより、制御できる。換言すれば、半価幅要件（ａ）、残留応力要件（ｂ）、及び降伏比要件（ｃ）は、本発明のＰＣ鋼線の製造条件を設定するときの有力な目安ともなる。

例えば、線材を伸線加工する際に、下記（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）の手段を適当に利用することによって、半価幅要件（ａ）、残留応力要件（ｂ）、及び降伏比要件（ｃ）を変動させることができる。

（ｉ）マルチダイス処理
マルチダイス処理とは、複数のダイスを用い、ダイス間に冷却を入れることなく連続的に線材を伸線処理することをいい、例えば１つのダイスボックス内に複数のダイスを設置することによって行う。マルチダイス処理は、複数段の伸線過程の少なくとも最後の段階で行えばよい。マルチダイス処理におけるダイスの数は、例えば、２〜３個程度（好ましくは２個）である。

（ｉｉ）繰り返し曲げ加工処理（ローラベンディング法）
線材を伸線することによって得られた鋼線をローラ間で走らせる。この際、ローラを段違いに配置することにより、ローラの外周に沿って鋼線を曲げる。例えば図１に示すように、鋼線を１平面内で一方向及び逆方向に（図示例では上下方向に）ゆるく繰り返しベンディングした後、前記平面と略直交する平面内で一方向及び逆方向に（図示例では左右方向に）ゆるく繰り返しベンディングすればよい。

なおローラベンディングは、図２に示すようにローラに鋼線を巻き付けるようにして行うことも可能であり、また図３に示すように上下方向又は左右方向のどちらかのみにベンデングすることも可能である。

（ｉｉｉ）逆引き処理
伸線を複数段階に亘って行うこととし、その途中で伸線材のテールとヘッドとを入れ替え、逆方向に伸線する（逆引き）。

そして上記（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）の処理は、以下に示すような特徴を有しているため、これら特徴を踏まえて（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）の処理条件を選択すれば、半価幅要件（ａ）、残留応力要件（ｂ）、及び降伏比要件（ｃ）を制御できる。

（ｉ）マルチダイス処理
最後のダイスでの減面率が小さくなる程、半価幅（ａ）、最大残留応力値（ｂ）が小さくなる傾向にある。なお減面率が小さすぎると（例えば１％未満）、マルチダイス処理の効果を喪失する。

（ｉｉ）繰り返し曲げ加工処理（ローラベンディング法）
曲げ角度の合計が大きくなる程、半価幅（ａ）、最大残留応力値（ｂ）、及び降伏比（ｃ）が小さくなる傾向にある。

（ｉｉｉ）逆引き処理
逆引き処理を行うと、半価幅（ａ）、最大残留応力値（ｂ）、及び降伏比（ｃ）が小さくなる傾向にある。

前記（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）の処理の具体的な条件は、半価幅（ａ）、最大残留応力（ｂ）、降伏比（ｃ）の要件を満足するように設定する必要があり、（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）のいずれを採用するか（又はどのように組み合わせるか）や、使用する線材の特性などに応じて異なりうるが、例えば、以下のようにすることが多い。

（ｉ）マルチダイス処理
マルチダイス処理の最後のダイスでの減面率は、例えば、１〜１０％程度、好ましくは２〜９％程度の範囲から設定されることが多い。またマルチダイス処理でのトータル減面率は、例えば、１８％超とすることが多い。

（ｉｉ）繰り返し曲げ加工処理（ローラベンディング法）
ローラベンディングによる処理量は、曲げ角度（すなわちローラの外周のうち鋼線と接触する部分を円弧とする扇形の中心角度）の合計によって表すことができる。巻き付けることなくローラベンディングする場合、該曲げ角度の合計（トータル曲げ角度）は、例えば、１４００〜１８００°程度の範囲から設定されることが多い。また巻き付けるようにしてベンディングする場合、曲げ角度の合計は、前記巻き付けない場合よりも少なめに設定することが多く、例えば、１０００〜１４００°程度の範囲から設定されることが多い。

（ｉｉｉ）逆引き処理
通常、線材からのトータルの減面率が６０〜８０％以上となったところで、減面率５〜２５％程度で１回以上逆引きする。

上記（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）は、いずれか一つを採用してもよく、適宜組み合わせて採用してもよい。（ｉ）及び／又は（ｉｉ）を採用することが好ましく、（ｉ）と（ｉｉ）を組み合わせて採用することが特に好ましい。

また急冷を伴う熱処理を省略したＰＣ鋼線において上記所定の強度とするためには、線材を伸線する際の加工硬化も利用する必要がある。例えば、伸線に際しては、トータル減面率が７０％以上、好ましくは８０〜９０％程度の伸線を行うのが望ましい。

上記のようにして製造条件を設定することにより本発明のＰＣ鋼線を製造するためには、その前提として適切な線材（線材コイル）を使用する必要がある。具体的には、下記に示す要件（Ｘ）及び（Ｙ）を線材が満足している必要がある。

（Ｘ）線材の下限強度
線材コイルの両端部及び中央部からコイル約１周に相当する長さの線材を切り取ることにより合計３本のリング状線材を取得し、１つのリング状線材から略均等に１６本の試験片を切り出し、残りのリング状線材においても同様にすることによって合計４８本の試験片を切り出し、全試験片の引張強さを測定したときの最小値（ＴＳ−ｍｉｎ）が下記式（２）に示される範囲にあること
ＴＳ−ｍｉｎ ≧ ３２００−１５７０×ｌｏｇＤ …（２）
［式中、ＴＳ−ｍｉｎは線材の引張強さの最小値（ＭＰａ）を示し、Ｄは線材の直径（ｍｍ）を示す］
線材の引張強さが小さいと、上記のようにして伸線加工しても、ＰＣ鋼線の引張強さが不足してしまう。線材の好ましい引張強さ（ＴＳ−ｍｉｎ）は、下記式（２ａ）で示される範囲、特に下記式（２ｂ）で示される範囲である。

ＴＳ−ｍｉｎ≧３２３０−１５７０×ｌｏｇＤ …（２ａ）
ＴＳ−ｍｉｎ≧３２６０−１５７０×ｌｏｇＤ …（２ｂ）
［式中、ＴＳ−ｍｉｎ及びＤは、上記式（２）に同じ］
（Ｙ）線材の上限強度
前記引張強さ（ＴＳ−ｍｉｎ）は、組織が適切である限り大きいほど望ましいものの、引張強さ（ＴＳ−ｍｉｎ）を大きくする場合には、鋼材の焼入性を高めることが多く、マルテンサイトやベイナイト組織が生成し易くなる。またＣ量を増やすことも多く、初析セメンタイトが発生し易くなる。これらマルテンサイト組織、ベイナイト組織、及び初析セメンタイト組織は、線材の延性を低下させるため断線の原因となり、さらには運良くＰＣ鋼線にまで伸線できたとしてもＰＣ鋼線の捻回特性を低下させる。従って線材強度の上限は、組織の観点から特定するのが有効である。本発明の線材では、組織がフェライト＋パーライト組織又はパーライト組織（全面パーライト組織）である必要があり、前記マルテンサイト組織、ベイナイト組織、及び初析セメンタイト組織などが実質的に存在しない必要がある。

また前記線材は、下記要件（Ｚ）も満足しているのが望ましい。

（Ｚ）上記（Ｘ）のようにして全試験片の引張強さの測定したとき、引張強さの標準偏差（ＴＳ−σ）が５０ＭＰａ以下であること
ＴＳ−σが小さい程、線材を伸線加工するときの断線を防止できるため、上記処理（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）の条件設定の幅を広げることができ、簡便に上記特性（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）を満足するＰＣ鋼線を得ることができる。

好ましいＴＳ−σは、４５ＭＰａ以下、特に４０ＭＰａ以下程度である。

なお線材の直径は、鋼線としたときに必要となる加工硬化を確保できる限り特に限定されないが、例えば、１２ｍｍ以上（好ましくは１３ｍｍ以上）、１７ｍｍ以下（好ましくは１６ｍｍ以下）程度の範囲から選択できる。

前記線材強度（Ｘ）及び（Ｙ）を満足する線材は、上記ＰＣ鋼線と同様の化学成分を有する鋼を溶製した後、下記に示す特定の条件で圧延することによって得ることができる。

まずＣを炭化物としてではなく上記パーライト組織中のセメンタイトとして有効利用して、線材の強度を高める必要がある。そのため圧延時の鋼片加熱温度を通常よりも高くし、Ｖ、Ｃｒ、及びＢを鋼中に固溶させて炭化物の生成を防止する。加熱温度は、例えば、１０５０〜１２００℃程度の範囲から選択できる。また加熱後の保持時間は、鋼片の大きさに応じて適宜選択できるが、例えば、３０分以上である。

圧延の仕上げ温度（仕上げ圧延温度）も、鋼材の焼入性を高めて線材の強度を高めるために、通常（８５０℃程度）よりも高くする必要がある。仕上げ圧延温度は、例えば、９００〜１０００℃程度とする。

圧延することによって得られる線材の冷却条件も、線材の強度コントロール上重要である。すなわち仕上げ圧延温度からＡｒ₃点までの温度範囲の冷却速度が遅いと、結晶粒が粗大化して焼入性が高くなり過ぎ、マルテンサイト組織などの望ましくない組織が発生し易くなる。特に本発明では圧延仕上げ温度を高く設定しているため、オーステナイト状態が長くなるため、通常よりも冷却速度を速くする必要がある。具体的には、圧延仕上げ温度からＡｒ₃点（例えば、７５０℃程度）までの冷却時間を、２０〜３０秒以内とする。その間の冷却速度パターンは、特に限定されない。またこの間に鋼材の焼入性が決定されるため、冷却時間はパーライトノジュールサイズを指標として設定することもできる。パーライトノジュールサイズを指標とする場合は、例えば、♯７〜１０の範囲となるように冷却速度を設定する。

さらにＡｒ₃点からＡｒ₁点まで（例えば、７５０℃程度から６００℃程度まで）の冷却速度も重要である。この間の冷却速度によって、圧延線材の強度をコントロールできる。ところが線材の冷却速度（ひいては線材の強度）を所定の範囲に制御するのは一般的に困難である。すなわち圧延された線材は、連続するリングを形成しながらコンベア上を移動していく。より詳細には、圧延によって得られる線材は、前記コンベア平面（すなわち線材の巻き半径と同一平面）上において巻き中心が略直線状に移動するようなリング状連続体となっている。このリング状連続体は、前記コンベア平面に対して垂直に見たとき、単位面積当たりの線材が占める面積が大きい部分、すなわち密部（具体的には、リング状連続体の巻き中心の移動軌跡に対して直交する直径の両端部分）と、単位面積当たりの線材が占める面積が小さい部分、すなわち粗部（具体的には、リング状連続体の巻き中心の移動軌跡上の部分）とが存在している。そして前記密部では、線材が密集しているため冷却速度が遅くなりやすく、前記粗部では相対的に冷却速度が速くなりやすい。そのため線材の冷却速度を所定の範囲に制御するのは一般的に困難である。そこで本発明では、密部（リング状連続体の巻き中心の移動軌跡に対して直交する直径の両端部分、すなわちベルトの両端部付近）と、粗部（リング状連続体の巻き中心の移動軌跡上の部分、すなわちベルト中央部付近）とで冷却風の当て方を変えて、密部と粗部の冷却速度を制御している。具体的には、粗部の冷却速度を３〜１０℃／秒程度の範囲に制御すると共に、密部の冷却速度を前記粗部の８０〜１００％の範囲に制御している。このようにして冷却することにより、圧延線材の強度を所定の範囲にコントロールできると共に、強度のばらつきも抑制できる。冷却速度が前記範囲よりも速すぎるとマルテンサイト組織が発生し、遅すぎると強度が不十分となるだけでなく初析セメンタイト組織が発生する。

上記のようにして得られる本発明のＰＣ鋼線は、鉛パテンティング処理、溶融塩パテンティング処理することなく製造されているため製造コストを低減できる。また捻回特性に優れていながらも高強度を達成できているため、ＰＣ鋼より線を製造するのに極めて有用である。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

実験例１
下記表１に示す成分を含有する鋼Ａ〜Ｈを３トン級の真空溶解炉で溶製した後、分解することにより１５５ｍｍ×１５５ｍｍ角のビレットを作製した。良塊は約２トンであった。このビレットを温度１１００℃まで加熱した後、下記表２に示す線径にまで圧延し、得られた線材を巻きながら、巻き半径と同一平面上において巻き中心を略直線状に移動させることによって線材コイルを作製した（Ｒ−Ａ１〜Ｒ−Ｈ１）。なお前記圧延に際しては、下記表２に示すように、圧延仕上げ温度、圧延後の衝風冷却パターンを変化させ、得られる線材の機械的性質（引張強さ）及び組織を調整した。衝風冷却パターンについてより詳細に説明すると、リング状連続体の粗部（すなわち、リング状連続体の巻き中心の移動軌跡上の部分）と、密部（すなわち、リング状連続体の巻き中心の移動軌跡に対して直交する直径の両端部分）とを表２に示す冷却速度で冷却した。

得られた線材コイルの特性（引張強さ、組織、基本靭性）は、以下のようにして調べた。

［引張強さ］
線材コイルの両端部及び中央部から、それぞれ、コイル約１周に相当する長さ（この例では、４ｍ）の線材（リング）を切り取った。各リング（合計３本）から、略均等に１６本（合計３×１６＝４８本）の試験片を採取した。これら４８本の試験片の引張強さ（ＴＳ）を測定し、その標準偏差（ＴＳ−σ）と最小値（ＴＳ−min）とを求めた。

［組織］
前記引張試験によって引張強さが最大となる部分及び最小となる部分の組織を電子顕微鏡にて調べた。

［基本靭性］
線材コイルを、出荷用の荷姿とするために結束し、この結束の際に線材コイルが破断するか否かを目視にて確かめた。

結果を表２に示す。

表１及び表２より明らかなように、線材（ロッド）がマルテンサイトを有する場合（線材Ｒ−Ｆ１）、結束時に破断が生じた。

実験例２
結束時に破断しなかった線材（Ｒ−Ｆ１以外）を、鉛パテンティング処理することなく下記表３に示す条件で伸線（線速：１２０ｍ／分）することにより、鋼線（ワイヤ）を製造した（Ｗ−Ａ１〜Ｗ−Ｅ１、Ｗ−Ｇ１〜Ｗ−Ｈ１）。

伸線中の断線の有無を観察し、鋼線（ワイヤ）の引張強さを測定すると共に、得られた鋼線（ワイヤ）を下記条件で捻回し、捻回時の縦割れ（デラミネーション）の有無も調べた。

［鋼線の捻回試験条件］
鋼線［長さ１００×Ｄ（Ｄ：直径）に切断したもの］を１方向に速度５０回転／分で捻回し、デラミネーションが発生するか否かで捻回特性を評価した。

結果を表３に示す。

表３及び前記表１〜２より明らかなように、ロッドＲ−Ｃ１はＣ量が多すぎるため、またロッドＲ−Ｄ１はＣｒ量が多すぎるため、伸線時に断線した。一方、ロッドＲ−Ｅ１はＳｉ量やＶ量が少なすぎて引張強さ（ＴＳ−ｍｉｎ）が小さい為、伸線によって得られるワイヤＷ−Ｅ１の引張強さも不足した。ロッドＲ−Ｇ１は、Ｃ量、Ｓｉ量、Ｍｎ量、Ｃｒ量、Ｖ量などが適切であるが、圧延の冷却速度が遅すぎるために引張強さ（ＴＳ−ｍｉｎ）が小さくなっており、従って得られるワイヤＷ−Ｇ１の引張強さも不足した。またロッドＲ−Ｈ１でも、Ｃ量、Ｓｉ量、Ｍｎ量、Ｃｒ量、Ｖ量などが適切であるが、圧延の冷却速度が遅すぎるために引張強さ（ＴＳ−ｍｉｎ）が小さくなっていた。さらにロッドＲ−Ｈ１では、粗部と密部とで冷却速度が大きく異なっているために引張強さのバラツキ（ＴＳ−σ）が大きく、さらには初析セメンタイトが発生しているため、伸線中に断線が発生した。

これらに対してロッドＲ−Ａ１及びロッドＲ−Ｂ１は、いずれもＣ量、Ｓｉ量、Ｍｎ量、Ｃｒ量、Ｖ量などが適切であって圧延条件も適切であるため、断線することなく引張強さの優れたワイヤＷ−Ａ１及びＷ−Ｂ１を得ることができた。しかしこれらワイヤＷ−Ａ１及びＷ−Ｂ１であっても、捻回特性が不十分であった。

実験例３
前記ロッドＲ−Ａ１及びＲ−Ｂ１を、下記に示す伸線方法、曲げ方法を適宜組み合わせて得られるワイヤの半価幅、最大残留応力、ＹＳ／ＴＳ比を制御した。

［伸線方法］
（１）通常法
直径１６ｍｍの線材を、１つのダイスによる伸線及び冷却を繰り返しながら１１段階で伸線することによって直径を５．６ｍｍとし、さらに１つのダイスで伸線（線速：１２０ｍ／分）することによって直径５．０ｍｍの鋼線を得る。

（２）ダブルダイス法
直径１６ｍｍの線材を、１つのダイスによる伸線及び冷却を繰り返しながら１１段階で伸線することによって直径を５．６ｍｍとした後、次のダイスボックス内において２つのダイスで２段階の伸線することによって直径５．０ｍｍの鋼線を得る。ダブルダイスの１段後の線径を５．１〜５．４ｍｍの範囲で変化させることで、２段目の減面率を３．９〜１４．３％の範囲で変化させる。なお表４中、四角括弧で囲まれている部分がダブルダイス法における線径の変化を示しており、丸括弧内は２段目の伸線のときの減面率を示している。

（３）逆引き法
直径１６ｍｍの線材を、１つのダイスによる伸線及び冷却を繰り返しながら１１段階で伸線することによって直径を５．６ｍｍとしたもの（中間材）を、一旦リールに巻き取る。次いで該リールから中間材を引きだし、１つのダイスで伸線することによって直径５．０ｍｍの鋼線を得る。

［曲げ方法］
伸線によって得られた鋼線を図１のようにしてローラ間で波状に走らせる。トータル曲げ角度は、１３５０〜１９５０°の範囲で変化させた。

鋼線（ワイヤ）の半価幅、残留応力、引張強度（ＴＳ）、降伏強度（ＹＳ）、降伏比（ＹＳ／ＴＳ）は下記のようにして測定した。

［半価幅］
鋼線の円周方向に沿って均等に４箇所を選択し、各箇所における回折角と回折強度との関係を、下記に示す条件のＸ線回析法によって調べる。なおＸ線回折は、各箇所毎に４点以上（今回は４点）行う。各測定ごとにフェライトの格子面（１１０）に対応する回折ピークの半価幅を計測した後、その平均値を求め、これを鋼線の半価幅とする。

Ｘ線回折条件
入射スリット：φ１．０ｍｍ
電圧 ：４０ｋＶ
電流 ：４０ｍＡ
測定時間 ：１００秒
［最大残留応力値］
鋼線表面の残留応力を、鋼線の周方向に場所を変えながら４カ所（コイル状に巻かれた鋼線の内側を起点にして、均等に４カ所）測定した。そして最も残留応力の大きい部分の値を鋼線の残留応力値とした。

［降伏比（ＹＳ／ＴＳ）］
引張強度（ＴＳ）及び降伏強度（ＹＳ）を、いずれもｎ数３以上（今回はｎ数３）で測定し、その平均値を鋼線の引張強度（ＴＳ）及び降伏強度（ＹＳ）とした。そしてこの値から、降伏比（ＹＳ／ＴＳ）を求めた。

上記のようにして得られた鋼線の捻回試験を上記実験例１と同様にして行った。結果を表４に示す。

表４から明らかなように、所定の半価幅、最大残留応力値、ＹＳ／ＴＳを示すように伸線・曲げ条件を選択すると、縦割れ（デラミネーション）を防止することができる（Ｗ−Ａ５〜Ｗ−Ａ８）。

これに対して、たとえダブルダイス法やローラベンディング法を採用しても、所定の半価幅、最大残留応力値、又はＹＳ／ＴＳが所定の範囲を外れる場合には、縦割れが発生する（Ｗ−Ａ２〜Ｗ−Ａ４）。なおダブルダイス法やローラベンディング法ではなく、通常の伸線で得られた上記鋼線Ｗ−Ａ１においても、半価幅、最大残留応力値、及びＹＳ／ＴＳが所定の範囲を外れていた。

なおＷ−Ｂ１〜Ｗ−Ｂ７は、Ｃ量、Ｓｉ量、Ｍｎ量、Ｃｒ量、Ｖ量が適切であるが、Ｂを含有せず、またＴｉ／Ｎ比が小さすぎるために、どのようにしても縦割れ（デラミネーション）が発生した。

図１はローラベンディング法の一例を示す概略斜視図である。 図２はローラベンディング法の他の例を示す概略斜視図である。 図３はローラベンディング法のさらに他の例を示す概略斜視図である。

Claims (4)

1. Ｃ：０．８〜０．９５％（質量％の意、以下同じ）、Ｓｉ：０．７５〜２％、Ｍｎ：０．３〜０．９％、Ｃｒ：０．１〜０．３％、Ｖ：０．０５〜０．２％、Ｂ：０．００１〜０．００５％と、さらにＴｉ：０．０５％以下（０％を含まない）及びＮ：０．０１％以下（０％を含まない）を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
   前記ＴｉとＮの質量比（Ｔｉ／Ｎ）が３〜５の範囲にあり、
   引張強さ（ＴＳ）が下記式（１）に示される範囲にあり、
   鋼線表面におけるＸ線の回折角度と回折強度との関係を、鋼線の周方向に均等に４カ所測定したときのフェライトの格子面（１１０）に対応するピークの半価幅の平均値が２．０〜３．５°であり、
   表面の残留応力が＋５０ＭＰａ以下であり、
   降伏強さ（ＹＳ）と引張強さ（ＴＳ）の比（ＹＳ／ＴＳ）が８０％以下であることを特徴とする捻回特性に優れた高強度ＰＣ鋼線。
   ＴＳ≧２７５０−８３０×ｌｏｇＤ …（１）
   ［式中、ＴＳは引張強さ（ＭＰａ）を示し、ＤはＰＣ鋼線の直径（ｍｍ）を示す］
2. 請求項１に記載の高強度ＰＣ鋼線を製造するための線材であって、
   線材コイルの両端部及び中央部から、結束時の長さでコイル１周に相当する長さの線材を切り取ることにより合計３本のリング状線材を取得し、１つのリング状線材から略均等に１６本の試験片を切り出し、残りのリング状線材においても同様にすることによって合計４８本の試験片を切り出し、全試験片の引張強さを測定したときの最小値（ＴＳ−ｍｉｎ）が下記式（２）に示される範囲にあり、
   フェライト＋パーライト組織又はパーライト組織であることを特徴とする線材。
   ＴＳ−ｍｉｎ ≧ ３２００−１５７０×ｌｏｇＤ …（２）
   ［式中、ＴＳ−ｍｉｎは引張強さの最小値（ＭＰａ）を示し、Ｄは線材の直径（ｍｍ）を示す］
3. 請求項２に記載のようにして全試験片の引張強さを測定したとき、引張強さの標準偏差（ＴＳ−σ）が５０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項２に記載の線材。
4. 請求項１に記載の高強度ＰＣ鋼線が複数本束ねられているＰＣ鋼より線。

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