JP5682933B2 - 高強度ｐｃ鋼より線及びその製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、高強度で耐遅れ破壊特性に優れるＰＣ鋼より線に関するものである。
ＰＣ鋼より線は、橋梁、電柱、コンクリートパイル、建設部材、建築物の梁、スラブ等における各種のコンクリート構造物におけるプレストレスト・コンクリート（ＰＣ）に緊張を与える緊張材として使用されたり、地山やその法面、炭坑、トンネル等の坑周壁及び各種構造物の補強用として使用されたりしている。
従来、この種のＰＣ鋼より線は、ＪＩＳ Ｇ ３５０２で規定される線材から加工されているが、近年の高強度化の要請の下、その規格外の線材からなるＰＣ鋼より線が提案されている。
例えば、特許文献１には、ＪＩＳ規格の１９本撚りで構成される標準径：１９．３ｍｍ、総断面積：２４０〜２５０ｍｍ２、引張荷重：５５０ｋＮ以上の高強度ＰＣ鋼より線、及びＪＩＳ規格の１９本撚りで構成される標準径：２１．８ｍｍ、総断面積：３１０〜３２０ｍｍ２、引張荷重：７００ｋＮ以上の高強度ＰＣ鋼より線が開示されている。
この高強度ＰＣ鋼より線の素材は、質量％で、Ｃ：０．８７〜１．３％、Ｓｉ：０．５〜１．２％、Ｍｎ：０．１〜１．０％を含み、残部をＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼としており、線材の強度を高めるために、質量％で、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｎｉ：０．０３〜１．０％、Ｖ：０．００１〜０．５％、Ｎｂ：０．００１〜０．５％、Ｍｏ：０．００１〜０．５％の１種以上を含むものとし、さらに、線材の耐腐食特性を高めるために、質量％で、Ｃｕ：０．０１〜１．０％を含むものとし、さらに、線材の延性を高めるために、質量％で、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｂ：０．０００５〜０．１％を含むものとしている（同文献１要約、請求項１〜８参照）。
例えば、特許文献１には、ＪＩＳ規格の１９本撚りで構成される標準径：１９．３ｍｍ、総断面積：２４０〜２５０ｍｍ２、引張荷重：５５０ｋＮ以上の高強度ＰＣ鋼より線、及びＪＩＳ規格の１９本撚りで構成される標準径：２１．８ｍｍ、総断面積：３１０〜３２０ｍｍ２、引張荷重：７００ｋＮ以上の高強度ＰＣ鋼より線が開示されている。
この高強度ＰＣ鋼より線の素材は、質量％で、Ｃ：０．８７〜１．３％、Ｓｉ：０．５〜１．２％、Ｍｎ：０．１〜１．０％を含み、残部をＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼としており、線材の強度を高めるために、質量％で、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｎｉ：０．０３〜１．０％、Ｖ：０．００１〜０．５％、Ｎｂ：０．００１〜０．５％、Ｍｏ：０．００１〜０．５％の１種以上を含むものとし、さらに、線材の耐腐食特性を高めるために、質量％で、Ｃｕ：０．０１〜１．０％を含むものとし、さらに、線材の延性を高めるために、質量％で、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｂ：０．０００５〜０．１％を含むものとしている（同文献１要約、請求項１〜８参照）。
また、特許文献２には、質量％で、Ｃ：０．６〜１．３％を含有し、少なくとも鋼表層から線径の２．５％まで表層の長手方向の残留応力が圧縮であり、かつ最表層部の長手方向の残留応力が１５０ＭＰａ 以上の圧縮応力であり、加工パーライト主体組織で０．２％耐力：１０００ＭＰａ以上、引張強度：１２００ＭＰａ以上である耐遅れ破壊特性の良好な線径２．９〜９ｍｍのＰＣ鋼撚り線が提案されている。なお、遅れ破壊とは、高強度鋼部品が静的な負荷応力を受けた状態で、ある時間を経過したとき、外見上はほとんど塑性変形を伴うことなく、突然脆性的に破壊する現象を言う。
この高強度ＰＣ鋼より線の素材は、Ｃ以外に、質量％で、Ｓｉ：０．１０〜２．５％、およびＭｎ：０．２５〜２．０％を含有するものとしたり、さらに、質量％で、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０５％以下にそれぞれ規制し、さらに、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．００５％、Ｖ：０．００２〜０．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００５〜０．０１％、Ｃｒ：０．０５〜２．０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、およびＭｏ：０．０５〜０．５０％の１種または２種以上を含有するものとしたりしている（同文献要約、請求項１〜３参照）。
この高強度ＰＣ鋼より線の素材は、Ｃ以外に、質量％で、Ｓｉ：０．１０〜２．５％、およびＭｎ：０．２５〜２．０％を含有するものとしたり、さらに、質量％で、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０５％以下にそれぞれ規制し、さらに、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．００５％、Ｖ：０．００２〜０．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００５〜０．０１％、Ｃｒ：０．０５〜２．０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、およびＭｏ：０．０５〜０．５０％の１種または２種以上を含有するものとしたりしている（同文献要約、請求項１〜３参照）。
このような高強度ＰＣ鋼より線において、その高強度化は鋼材全体の靭性が低下し、耐疵感受性の低下を招くとされている。また、高強度は、伸線加工前の加熱後の冷却速度を高めれば向上させることができるが、素線中心に比べて表面の硬度が高くなって、耐疵感受性の低下を招く。
一方、ＰＣ鋼より線の高度化には上記の問題があるが、近年、ＰＣ鋼より線の更なる高強度化（２０００ＭＰａ以上）が要求されるとともに、耐震性の観点から高い伸びも示す鋼材の要求に対して、強度（引張強度）と伸びがバランスされた高強度ＰＣ鋼より線が要求されている。また、高強度ＰＣ鋼より線は、高強度鋼製品であるため、その製品が静的な負荷応力を受けた状態で、ある時間を経過したとき、外見上はほとんど塑性変形を伴うことなく、突然脆性的に破壊する現象、すなわち、水素に起因する遅れ破壊特性が従来材に比較して劣ることが知られており、その破壊特性の改良も要求されている。
一方、ＰＣ鋼より線の高度化には上記の問題があるが、近年、ＰＣ鋼より線の更なる高強度化（２０００ＭＰａ以上）が要求されるとともに、耐震性の観点から高い伸びも示す鋼材の要求に対して、強度（引張強度）と伸びがバランスされた高強度ＰＣ鋼より線が要求されている。また、高強度ＰＣ鋼より線は、高強度鋼製品であるため、その製品が静的な負荷応力を受けた状態で、ある時間を経過したとき、外見上はほとんど塑性変形を伴うことなく、突然脆性的に破壊する現象、すなわち、水素に起因する遅れ破壊特性が従来材に比較して劣ることが知られており、その破壊特性の改良も要求されている。
この発明は、そのような状況の下、高強度とバランスした伸びを示し更に遅れ破壊特性の優れた高強度ＰＣ鋼より線を提供することを課題とする。
上記課題を達成するために、この発明は、ストランド径が１５．２〜１５．７ｍｍの７本撚りPC鋼より線において、そのＰＣ鋼より線を構成する素線の成分がＣ：０．９７〜１．０２質量％、Ｓｉ：０．８０〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３０〜０．６０質量％、Ｃｒ：０．１５〜０．３０質量％であって、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎから選択される一種以上を合計で０．０５質量％以下含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、前記ストランドの１．２％伸びに対する荷重が２８０〜２９０ｋＮ以上、同最大伸びが８％以下である構成を採用したのである。尚、ストランドの断面積はストランドの寸法誤差を含めると若干の差がでるものの、大凡、１３８．７〜１５０．０ｍｍ２とする。
発明者は、まず、コンクリートに加えるプレストレス（荷重）はＰＣ鋼より線が弾性変形から塑性変形する境界付近で最大のものが望まれ、この限界点として、１．２％伸び量での荷重が、ストランド径１５．２ｍｍのもので２８０ｋＮ以上、同１５．７ｍｍのもので２９０ｋＮ以上であれば良いことを各種の実験及び経験によって見いだした。
つぎに、ＰＣ鋼より線の最大伸び量（破断時までの伸び量）が８％を超えると、１．２％全伸びでの荷重特性と両立させる（上記限界点の荷重を１．２％伸び量の荷重とする）ことが困難になる（適切でなくなる）ことを各種の実験及び経験によって見いだした。
つぎに、ＰＣ鋼より線の最大伸び量（破断時までの伸び量）が８％を超えると、１．２％全伸びでの荷重特性と両立させる（上記限界点の荷重を１．２％伸び量の荷重とする）ことが困難になる（適切でなくなる）ことを各種の実験及び経験によって見いだした。
その限界点及び最大伸び量の両立を得られる素線の成分は、実験等により、Ｃ：０．９７〜１．０２質量％、Ｓｉ：０．８０〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３０〜０．６０質量％、Ｃｒ：０．１５〜０．３０質量％であって、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎから選択される一種以上を合計で０．０５質量％以下含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなることが好ましいことを見出した。
なお、上記ストランドの径の寸法許容差としては、ＪＩＳ Ｇ ３５３６の表４「寸法及び許容差」に示される「＋０．４ｍｍ〜−０．２ｍｍ」の範囲内とする。
なお、上記ストランドの径の寸法許容差としては、ＪＩＳ Ｇ ３５３６の表４「寸法及び許容差」に示される「＋０．４ｍｍ〜−０．２ｍｍ」の範囲内とする。
Ｃは強化に有効な元素であり高強度の鋼線を得るためのものであって、０．９７質量％以上とすることが必要であり、一方、１．０２質量％を超えると、初析セメンタイトが析出しやすいため、延性が低下し、かつ伸線性が劣化する。
Ｓｉは鋼の脱酸のために必要な元素であり、０．８０質量％未満であると、脱酸効果が不十分となり、一方、１．０質量％を超えると、熱処理性を阻害して、その熱処理後に形成されるパーライト中のフェライト相に固溶しパテンティング後の強度を上げる作用を円滑に行えなくなる。
Ｍｎは鋼の焼き入れ性を確保するために添加するが、０．３０質量％未満ではその十分な焼き入れ性を担保できず、一方、０．６０質量％を超えると、パテンティングの際の変態時間を長くしすぎる。
Ｃｒは鋼の強度を高めるために添加するが、０．１５質量％未満ではその添加効果が望めず、一方、０．３０質量％を超えると、鋼線の延性を引き起こす。
Ｓｉは鋼の脱酸のために必要な元素であり、０．８０質量％未満であると、脱酸効果が不十分となり、一方、１．０質量％を超えると、熱処理性を阻害して、その熱処理後に形成されるパーライト中のフェライト相に固溶しパテンティング後の強度を上げる作用を円滑に行えなくなる。
Ｍｎは鋼の焼き入れ性を確保するために添加するが、０．３０質量％未満ではその十分な焼き入れ性を担保できず、一方、０．６０質量％を超えると、パテンティングの際の変態時間を長くしすぎる。
Ｃｒは鋼の強度を高めるために添加するが、０．１５質量％未満ではその添加効果が望めず、一方、０．３０質量％を超えると、鋼線の延性を引き起こす。
添加元素ＡｌはＡｌ酸化物やＡＬＮの析出物としてオーステナイト粒の粗大化防止、遅れ破壊防止効果を有する下記作用をなすＢを確保する効果を有する。そのＡｌの含有量は好ましくは０．０２質量％以下に含有させるのがよい。
Ｂはオーステナイト粒界への偏析等により焼入性の向上や遅れ破壊防止効果を有する。そのＢの含有量は好ましくは０．０１質量％以下とする。
Ｔｉはチタンの酸化物・窒化物を形成してオーステナイト粒の粗大化防止、遅れ破壊防止効果を有する前記Ｂを確保する効果を有する。そのＴｉの含有量は好ましくは０．０２質量％以下とする。
Ｃｕは焼き入れ性を改善すると供に腐食生成物を生成して水素の浸入を防止して遅れ破壊を改善する。そのＣｕの含有量は好ましくは０．０２質量％以下とする。
Ｍｏはブルーイング処理時の強度低下を防止する効果を有する。そのＭｏの含有量は好ましくは０．０１質量％以下とする。
ＮはＡｌやＴｉと窒化物等を形成してオーステナイト粒の粗大化を防止するとともに遅れ破壊特性を改善する。そのＮの含有量は好ましくは０．０１質量％以下とする。
これらの多量の添加は介在物の量を増加させて強度、延性の低下を招くため、総量（合計）で０．０５質量％以下とする。
Ｂはオーステナイト粒界への偏析等により焼入性の向上や遅れ破壊防止効果を有する。そのＢの含有量は好ましくは０．０１質量％以下とする。
Ｔｉはチタンの酸化物・窒化物を形成してオーステナイト粒の粗大化防止、遅れ破壊防止効果を有する前記Ｂを確保する効果を有する。そのＴｉの含有量は好ましくは０．０２質量％以下とする。
Ｃｕは焼き入れ性を改善すると供に腐食生成物を生成して水素の浸入を防止して遅れ破壊を改善する。そのＣｕの含有量は好ましくは０．０２質量％以下とする。
Ｍｏはブルーイング処理時の強度低下を防止する効果を有する。そのＭｏの含有量は好ましくは０．０１質量％以下とする。
ＮはＡｌやＴｉと窒化物等を形成してオーステナイト粒の粗大化を防止するとともに遅れ破壊特性を改善する。そのＮの含有量は好ましくは０．０１質量％以下とする。
これらの多量の添加は介在物の量を増加させて強度、延性の低下を招くため、総量（合計）で０．０５質量％以下とする。
上記ＰＣ鋼より線材に用いる素線は高強度のため伸線加工中に割れ等が生じる恐れがあり、これを防ぐためには、絞り量（引張り試験において、試験片破断後における断面積の減少量と元の断面積の比を百分率）５５％以下のものを用いるのが好ましい。５５％を超える絞り値（絞り量）を有するものでは高強度のＰＣ鋼より線が得られない。好ましくは４０％〜５５％の範囲に調整するのがよい。
耐遅れ破壊特性は上記鋼成分と下記構造を採用することで相乗的に改善される。即ち、
ＰＣ鋼より線を構成する素線の表面３０μm以内の金属組織中にフェライト相が５０体積％以上とする。詳細は不明だが素線表面の金属組織中にフェライト相を含ませると水素拡散が抑制され遅れ破壊を改善するものと考えられる。この効果は組織中の５０体積％以上必要となる。体積量は素線断面を組織観察してフェライト相の面積量から換算して求める。そのフェライト相の体積量は表面の脱炭量が大きくなるほど多くなる。尚、５０％以外の相としては、パーライト、ベイナイト等が含まれる。
耐遅れ破壊特性は上記鋼成分と下記構造を採用することで相乗的に改善される。即ち、
ＰＣ鋼より線を構成する素線の表面３０μm以内の金属組織中にフェライト相が５０体積％以上とする。詳細は不明だが素線表面の金属組織中にフェライト相を含ませると水素拡散が抑制され遅れ破壊を改善するものと考えられる。この効果は組織中の５０体積％以上必要となる。体積量は素線断面を組織観察してフェライト相の面積量から換算して求める。そのフェライト相の体積量は表面の脱炭量が大きくなるほど多くなる。尚、５０％以外の相としては、パーライト、ベイナイト等が含まれる。
また、上記素線構造ではフェライト相はパーライト相に比較して硬度が低いため素線表面が軟化して定着効率が低下することがある。その定着効率とは、定着体を用いたときの破断荷重と規格破断荷重の比（破断荷重／規格破断荷重）をいう。通常、９５％以上となるように設計される。規格破断荷重は、３１４ｋＮ〜３３５ｋＮである。
以上から、この定着効率を維持するために、ＰＣ鋼より線を構成する素線の表面３０μm以内の硬度の平均が素線中心部の硬度に対して、０．６以上とする。素線の表面３０μm以内の硬度の平均が素線中心部の硬度に対して、０．６未満であると、定着効率が９５％以下に低下する。３０μm以内の硬度の平均値を問題にするのは、定着の際は定着体が表面から一定の深さに食い込むため、表面の硬度よりも表面近傍の硬度の平均値が問題となるためである。更に、硬度比が０．６以上の場合でも表面から３０μm以上に亘ってフェライト相が存する場合は定着効率が低下するので好ましくない。その硬度比は好ましくは０．６〜０．８である。
なお、ＰＣ鋼より線を構成する素線の表面３０μm以内の硬度の平均が素線中心部の硬度に対して、０．６以上、１未満とし、表面硬度が中心硬度とほぼ同じ位以下であると、耐疵感受性が向上する。
以上から、この定着効率を維持するために、ＰＣ鋼より線を構成する素線の表面３０μm以内の硬度の平均が素線中心部の硬度に対して、０．６以上とする。素線の表面３０μm以内の硬度の平均が素線中心部の硬度に対して、０．６未満であると、定着効率が９５％以下に低下する。３０μm以内の硬度の平均値を問題にするのは、定着の際は定着体が表面から一定の深さに食い込むため、表面の硬度よりも表面近傍の硬度の平均値が問題となるためである。更に、硬度比が０．６以上の場合でも表面から３０μm以上に亘ってフェライト相が存する場合は定着効率が低下するので好ましくない。その硬度比は好ましくは０．６〜０．８である。
なお、ＰＣ鋼より線を構成する素線の表面３０μm以内の硬度の平均が素線中心部の硬度に対して、０．６以上、１未満とし、表面硬度が中心硬度とほぼ同じ位以下であると、耐疵感受性が向上する。
さらに、ＦＩＰ試験で破断に至る時間が１０時間以上となるようにする。このＦＩＰ（Federation Internationate de la Precontratinte）試験とは国際プレストレストコンクリート協会の基準による評価方法である。
この試験は、質量％で２０％濃度のＮＨ４ＳＣＮ水溶液を５０℃±１℃に加熱し、その溶液中にサンプルを浸漬して破断荷重の０．７〜０．８倍の一定荷重を負荷し、破断時間を測定して耐遅れ破壊特性を評価するものである。
この特性の向上は、上記の鋼成分のものを素線表面３０μｍ以内の金属組織中のフェライト相の量を５０体積％以上存するように制御することで担保できる。フェライト量が多いほど、その相を含む領域が深いほど破断に至る時間は長くなる。最小値として１０時間あればよい。
この試験は、質量％で２０％濃度のＮＨ４ＳＣＮ水溶液を５０℃±１℃に加熱し、その溶液中にサンプルを浸漬して破断荷重の０．７〜０．８倍の一定荷重を負荷し、破断時間を測定して耐遅れ破壊特性を評価するものである。
この特性の向上は、上記の鋼成分のものを素線表面３０μｍ以内の金属組織中のフェライト相の量を５０体積％以上存するように制御することで担保できる。フェライト量が多いほど、その相を含む領域が深いほど破断に至る時間は長くなる。最小値として１０時間あればよい。
以上の構成の高強度ＰＣ鋼より線は、従来周知の種々の方法によって適宜に製造しても良いが、例えば、上記鋼成分を有する鋼材を、ＬＮＧと空気の混合ガス雰囲気中で９８０℃〜１０２０℃、１００秒〜２００秒間加熱保持、冷却後、５００℃〜５５０℃で溶融塩浴及び／又は鉛浴中に４０秒〜６０秒加熱した後、伸線加工を施し、引き続いて２００℃〜４５０℃でブルーイング処理を行うことによって製造することができる。
混合ガスが９８０℃未満ではオーステナイト化が不十分であり、同１０２０℃を超えるとオーステナイト粒の粗大化が起きて伸線加工性が低下する。加熱時間は１００秒から２００秒が好ましい。ＬＮＧと空気の混合ガス比（ＬＮＧ量／空気量）は０．８未満だと表面の酸化による脱炭が大きくなり表面部に生じるフェライト相が多くなる。同１．２を超えると、酸化による脱炭が少なく表面に生じるフェライト相が少なくなる。
溶融塩浴又は鉛浴中の処理は５００℃〜５５０℃で４０秒〜６０秒間加熱して行う。この範囲を外れると伸線後の素線の強度が不足する。
より線の最大伸び量はその温度と加熱時間を適宜選択して８％以下に制御できる。また、溶融塩浴と鉛浴は択一的に使用するか、または温度を変えて溶融塩浴の後に冷却後更に鉛浴処理してもよい。この処理により伸線前の鋼材の強度として、１４５０Ｎ／ｍｍ２〜１６００Ｎ／ｍｍ２のものを伸線加工後に２００℃〜４５０℃でブルーイング処理することで１．２％伸び時での荷重２８０〜２９０ｋＮ以上のものを得ることができる。２００℃未満だとブルーイングの効果が出ず、４５０℃を超えると強度が低下する。
ＰＣ鋼より線を構成する素線の表面のフェライト相の厚さは伸線加工により制御する。即ち、減面率（引き抜き（伸線）前後の線の断面積の差と引き抜き前の同断面積との比の百分率）を７０％から８５％の範囲内とする。減面率が８５％を超えると、伸線加工により素線表面のフェライト相が殆ど除去されてしまうため好ましくない。７０％未満だとフェライト相の除去が困難となる。尚、この伸線加工は通常のより線の強度を発現させる処理として行った後、フェライト相の厚さ制御のために再度伸線加工として行ってもよい。
この発明は以上のように構成したので、高強度とバランスした伸びを示し更に遅れ破壊特性の優れた７本より高強度ＰＣ鋼より線を得ることができる。
この実施形態の高強度ＰＣ鋼より線Ｐも、従来と同様に、図１に示す、ＪＩＳ Ｇ ３５３６の表１に規定される「ＳＷＰＲ７ＢＮ」の構成である。すなわち、中心素線１１ａの周囲に６本の側素線１１ｂをそれぞれ撚り合わせた７本撚りのＰＣ鋼材である。
この高強度ＰＣ鋼より線Ｐは、そのストランド１０の径Ｌが１５．７ｍｍ、その各ストランド１０の断面積が１５０．２ｍｍ２である。
また、そのＰＣ鋼より線Ｐを構成する素線１１（中心素線１１ａ、側素線１１ｂ）の成分は、Ｃ：０．９７〜１．０２質量％、Ｓｉ：０．８０〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３０〜０．６０質量％、Ｃｒ：０．１５〜０．３０質量％であって、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎから選択される一種以上を合計で０．０５質量％以下含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、ストランド１０の１．２％伸びに対する荷重が２８０〜２９０ｋＮ以上であり、同最大伸びが８％以下である。
また、そのＰＣ鋼より線Ｐを構成する素線１１（中心素線１１ａ、側素線１１ｂ）の成分は、Ｃ：０．９７〜１．０２質量％、Ｓｉ：０．８０〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３０〜０．６０質量％、Ｃｒ：０．１５〜０．３０質量％であって、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎから選択される一種以上を合計で０．０５質量％以下含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、ストランド１０の１．２％伸びに対する荷重が２８０〜２９０ｋＮ以上であり、同最大伸びが８％以下である。
また、各素線１１（中心素線１１ａ、側素線１１ｂ）の絞り値は５５％以下とし、図２に示すように、それらの表面３０μｍ以内（層厚ｔ）の金属組織中にフェライト相ａが５０体積％以上存する。また、各素線１１の表面３０μｍ（層厚ｔ）以内の硬度の平均が素線中心部ｃの硬度に対して、０．６以上、１未満とされている。
この構成からなる高強度ＰＣ鋼より線Ｐは、ＦＩＰ試験で破断に至る時間が１０時間以上であって、上記成分組成の鋼材を、ＬＮＧと空気の混合ガス雰囲気中で９８０℃〜１０２０℃、１００秒〜２００秒間加熱保持して冷却後、５００℃〜５５０℃で溶融塩浴及び／又は鉛浴中に４０秒〜６０秒加熱した後、伸線加工を施し、引き続いて２００℃〜４５０℃でブルーイング処理を行って製造する。そのとき、前記４０秒〜６０秒加熱した後の鋼材の強度が１４５０Ｎ／ｍｍ２〜１６００Ｎ／ｍｍ２であり、前記ＬＮＧと空気の混合ガスの混合比が０．８〜１．２であり、伸線加工は減面率７０％〜８５％で行なう。以上によって、高強度とバランスした伸びを示し更に遅れ破壊特性の優れた７本より高強度ＰＣ鋼より線Ｐを得ることができる。
図１（ａ）で示す、ストランド１０の径Ｌ：１５．７ｍｍ、同断面積：１５０．０ｍｍ２の７本より線を、下記表１の成分を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる素線１１ａ、１１ｂ（径：１２．５ｍｍ）から製造した（実施例１〜１１、比較例１、２）。その製造条件は、混合比が１：２のＬＮＧと空気の１０００℃混合ガス雰囲気中で、１５０秒間加熱保持して冷却後、５５０℃で鉛浴中に５０秒加熱した後、減面率８２％で伸線加工を施し、引き続いて３５０℃でブルーイング処理を行って製造した。そのとき、前記鉛浴加熱した後の鋼材の強度は１５５０Ｎ／ｍｍ２であった。
これらの実施例１〜１１及び比較例１、２において、伸び１．２％時の荷重、最大伸び量、絞り値を下記表１に示す。
これらの実施例１〜１１及び比較例１、２において、伸び１．２％時の荷重、最大伸び量、絞り値を下記表１に示す。
この実施例１〜１１と比較例１、２との対比から、素線１１ａ、１１ｂの成分がＣ ０．９７〜１．０２質量％、Ｓｉ ０．８０〜１．０質量％、Ｍｎ ０．３０〜０．６０質量％、Ｃｒ ０．１５〜０．３０質量％であって、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎから選択される一種以上を合計で０．０５質量％以下含んでおれば、１．２％伸びに対する荷重が３０８〜３１８ｋＮであって、同２８０〜２９０ｋN以上、同最大伸びが６．４〜７．５％であって８％以下となっていることが分かる。また、その素線１１ａ、１１ｂの絞り値は５５％以下であることが好ましいことが理解できる。
つぎに、実施例１、比較例１のもの（実施例１−１〜３、比較例１−１、２）を用いて、ＬＮＧ／空気の混合比率を変化させて、下記表２に示す、硬度比、ＦＩＰ値（時間）及び定着効率を求めた。そのとき、ＦＩＰ値は、破断荷重の８０％を負荷して試験を行ない、複数本（５本以上）を測定した最低値（ｍｉｎ）を示した。中心ｃの硬度はＨｖ：５２１ｋｇ／ｍｍ２であった。
この実施例１−１，２、３と比較例１−１，２との対比から、ＬＮＧと空気の混合ガスの混合比：０．８〜１．２であると、各素線１１ａ、１１ｂの表面３０μｍ以内の硬度の平均が素線中心部ｃの硬度：０．６以上となり、ＦＩＰ値も１０時間以上となり、定着効率も９８％以上を担保できることが理解できる。
さらに、実施例１及び比較例１のもの（実施例１−４〜６、比較例１−３、４）を同一熱処理条件で処理した後、伸線加工の減面率を変化させた試験結果を下記表３に示す。
この実施例１−４，５，６と比較例１−３，４との対比から、減面率：７０％〜８５％であって、同表面フェライト相ａの厚みｔが１５〜３０μｍであることから、表面３０μｍ以内の金属組織中にフェライトが５０体積％（１５／３０〜３０／３０×１００）以上を存すれば、ＦＩＰ値：１８時間以上あり、定着効率も９８％以上となることが理解できる。
以上の各実施例及び比較例の試験結果から、ストランド１０の径Ｌが１５．２〜１５．７ｍｍ、同断面積１３８．７〜１５０．０ｍｍ２の７本撚りＰＣ鋼より線Ｐにおいて、その素線１１ａ、１１ｂの成分がＣ ０．９７〜１．０２質量％、Ｓｉ ０．８０〜１．０質量％、Ｍｎ ０．３０〜０．６０質量％、Ｃｒ ０．１５〜０．３０質量％であって、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎから選択される一種以上を合計で０．０５質量％以下含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、ストランド１０の１．２％伸びに対する荷重が２８０〜２９０ｋＮ以上、同最大伸びが８％以下であれば、高強度とバランスした伸びを示し更に遅れ破壊特性の優れた７本より高強度ＰＣ鋼より線Ｐとし得ることが理解できる。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
Ｐ 高強度ＰＣ鋼より線
１０ ストランド
１１ａ 中心素線
１１ｂ 側素線
ａ フェライト層（相）
１０ ストランド
１１ａ 中心素線
１１ｂ 側素線
ａ フェライト層（相）
Claims (9)
- ストランドの径が１５．２〜１５．７ｍｍの７本撚りＰＣ鋼より線において、
当該ＰＣ鋼より線を構成する素線の成分がＣ：０．９７〜１．０２質量％、Ｓｉ：０．８０〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３０〜０．６０質量％、Ｃｒ：０．１５〜０．３０質量％であって、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎから選択される一種以上を合計で０．０５質量％以下含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、
上記ストランドの１．２％伸びに対する荷重が２８０〜２９０ｋＮ以上であり、同最大伸びが８％以下であることを特徴とする高強度ＰＣ鋼より線。 - 上記素線の絞り値が５５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の高強度ＰＣ鋼より線。
- 上記素線の表面３０μｍ以内の金属組織中にフェライト相が５０体積％以上存することを特徴とする請求項１又は２に記載の高強度ＰＣ鋼より線。
- 上記素線の表面３０μｍ以内の硬度の平均が素線中心部の硬度に対して、０．６以上、１未満であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の高強度ＰＣ鋼より線。
- ＦＩＰ試験で破断に至る時間が１０時間以上であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の高強度ＰＣ鋼より線。
- 請求項１に記載の素線成分を有する鋼材を、ＬＮＧと空気の混合ガス雰囲気中で９８０℃〜１０２０℃、１００秒〜２００秒間加熱保持して冷却後、５００℃〜５５０℃で溶融塩浴及び／又は鉛浴中に４０秒〜６０秒加熱した後、伸線加工を施し、引き続いて２００℃〜４５０℃でブルーイング処理を行うことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載の高強度ＰＣ鋼より線の製造方法。
- 上記４０秒〜６０秒加熱した後の鋼材の強度が１４５０Ｎ／ｍｍ２〜１６００Ｎ／ｍｍ２であることを特徴とする請求項６に記載の高強度ＰＣ鋼より線の製造方法。
- 上記ＬＮＧと空気の混合ガスの混合比が、０．８〜１．２であることを特徴とする請求項６又は７に記載の高強度ＰＣ鋼より線の製造方法。
- 上記伸線加工を減面率７０％〜８５％で施すことを特徴とする請求項６乃至８の何れか一つに記載の高強度ＰＣ鋼より線の製造方法。
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