JP6986455B2 - プレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線材、二相ステンレス鋼線及びプレストレストコンクリート用緊張材 - Google Patents
プレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線材、二相ステンレス鋼線及びプレストレストコンクリート用緊張材 Download PDFInfo
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Description
本発明は、プレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線材、二相ステンレス鋼線及びプレストレストコンクリート用緊張材に関する。
コンクリートには、引張力に弱く圧縮力に強いという特性がある。このため、荷重が作用する前にコンクリートに圧縮力がかかった状態（プレストレス）とし、荷重を受けた時にコンクリートに引張応力が発生しないようにするプレストレストコンクリートが用いられている。プレストレストコンクリートの緊張材にはＰＣ鋼線またはＰＣ鋼撚り線が用いられている。
ＰＣ鋼線またはＰＣ鋼撚り線は、経済的に安価で、高強度かつ高伸び値の得られるピアノ線等の高炭素硬鋼線が多く用いられる。しかし、コンクリートの中性化や、道路凍結防止剤等に含まれる塩化物イオンがコンクリート構造物内部へ侵入する等により、鋼線が腐食し、コンクリート構造物の寿命を大きく損なうことがある。
そのため、高炭素硬鋼線に樹脂被覆を施した被覆鋼線や、被覆を行わないステンレス鋼線が提唱され、実際に使用されているが、前者の被覆鋼線では、工事施工時の被覆損傷等により、所定の耐食性能を得られないことがある。また、後者のステンレス鋼線については、緊張材という性格上、常時相当な引張応力が付加されることから、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼では応力腐食割れによる破断懸念がある。
そこで、近年では、耐応力腐食割れ特性に優れた二相ステンレス鋼が提唱されている。下記特許文献１、２には、二相ステンレス鋼の一例が記載されている。
特許文献１に記載された高強度複相ステンレス鋼線は、ばね用部品として好適な剛性率と捻り加工性に優れた鋼線とされており、剛性率を確保するためにＭｄ３０値が−１５〜４５の範囲にされている。このようなＭｄ３０値を有するステンレス鋼に対して、冷間伸線を施すと、加工誘起マルテンサイト相が多量に生成して鋼が硬化し、延性が低下して伸びが大幅に不足することになる。伸びが不足した鋼線をプレストレストコンクリートの緊張材に適用すると、プレストレストコンクリートに荷重が加わった際に緊張材が破断するおそれがある。このように、特許文献１に記載の高強度複相ステンレス鋼線は、プレストレストコンクリート用緊張材として使用することは適切ではない。
また、特許文献２に記載されたフェライト・オーステナイト系ステンレス鋼においては、オーステナイト相の安定化のためＮｉを０．８％以上含有し、一方でコスト削減のためにＮｉ量を１．５％以下にしているが、Ｎｉが１．５％以下の二相ステンレス鋼をＰＣ鋼線に適用すると、コンクリートの中性化または塩化物イオンのコンクリートへの侵入により、応力腐食割れが発生するおそれがある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高強度で伸び率が高く、かつ、耐応力腐食割れ性に優れ、プレストレストコンクリートの緊張材の素材となる、二相ステンレス鋼線材を提供することを課題とする。また、本発明は、高強度で伸び率が高く、かつ、耐応力腐食割れ性に優れ、プレストレストコンクリートの緊張材として使用可能な、二相ステンレス鋼線を提供することを課題とする。更に、本発明は、高強度で伸び率が高く、耐応力腐食割れ性に優れたプレストレストコンクリート用緊張材を提供することを課題とする。
本発明の要旨は以下の通りである。
［１］ オーステナイト相およびフェライト相を有する二相ステンレス鋼線材であって、
質量％で、
Ｃ：０．０６％以下、
Ｓｉ：１．０%以下、
Ｍｎ：５．５％以下、
Ｎｉ：１．５％超５．５％以下、
Ｃｒ：２０．０％以上２８．０％以下、
Ｍｏ：０．０５％以上０．６％以下、
Ｎ：０．０６％以上０．３５％以下、
Ｃｕ：０．０５％以上１．５％以下を含有し、
更に、Ｔｉ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０％の１種または２種を含有し、
残部が鉄及び不純物からなり、
下記（１）式で表されるＭｄ３０値が０℃以上９０℃以下の範囲であり、
金属組織における前記フェライト相の割合が体積分率で３５．０％〜６５．０％であることを特徴とする、プレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線材。
Ｍｄ３０（℃）＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．５Ｍｏ−６８Ｎｂ … （１）
ただし、（１）式における元素記号は各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素は０質量％を代入する。
［２］ オーステナイト相およびフェライト相を有する二相ステンレス鋼からなる二相ステンレス鋼線であって、
質量％で、
Ｃ：０．０６％以下、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：５．５％以下、
Ｎｉ：１．５％超５．５％以下、
Ｃｒ：２０．０％以上２８．０％以下、
Ｍｏ：０．０５％以上０．６％以下、
Ｎ：０．０６％以上０．３５％以下、
Ｃｕ：０．０５％以上１．５％以下を含有し、
残部が鉄及び不純物からなり、
更に、Ｔｉ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０％の１種または２種を含有し、
下記（１）式で表されるＭｄ３０値が０℃以上９０℃以下の範囲であり、
引張強さが１５５０ＭＰａ以上であり、伸び率が１．６％以上であることを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れたプレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線。
Ｍｄ３０（℃）＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．５Ｍｏ−６８Ｎｂ … （２）
ただし、（２）式における元素記号は各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素は０質量％を代入する。
［３］ ［２］に記載の耐応力腐食割れ性に優れたプレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線からなるプレストレストコンクリート用緊張材。
［４］ ［２］に記載の耐応力腐食割れ性に優れたプレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線の撚り線からなるプレストレストコンクリート用緊張材。
［１］ オーステナイト相およびフェライト相を有する二相ステンレス鋼線材であって、
質量％で、
Ｃ：０．０６％以下、
Ｓｉ：１．０%以下、
Ｍｎ：５．５％以下、
Ｎｉ：１．５％超５．５％以下、
Ｃｒ：２０．０％以上２８．０％以下、
Ｍｏ：０．０５％以上０．６％以下、
Ｎ：０．０６％以上０．３５％以下、
Ｃｕ：０．０５％以上１．５％以下を含有し、
更に、Ｔｉ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０％の１種または２種を含有し、
残部が鉄及び不純物からなり、
下記（１）式で表されるＭｄ３０値が０℃以上９０℃以下の範囲であり、
金属組織における前記フェライト相の割合が体積分率で３５．０％〜６５．０％であることを特徴とする、プレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線材。
Ｍｄ３０（℃）＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．５Ｍｏ−６８Ｎｂ … （１）
ただし、（１）式における元素記号は各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素は０質量％を代入する。
［２］ オーステナイト相およびフェライト相を有する二相ステンレス鋼からなる二相ステンレス鋼線であって、
質量％で、
Ｃ：０．０６％以下、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：５．５％以下、
Ｎｉ：１．５％超５．５％以下、
Ｃｒ：２０．０％以上２８．０％以下、
Ｍｏ：０．０５％以上０．６％以下、
Ｎ：０．０６％以上０．３５％以下、
Ｃｕ：０．０５％以上１．５％以下を含有し、
残部が鉄及び不純物からなり、
更に、Ｔｉ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０％の１種または２種を含有し、
下記（１）式で表されるＭｄ３０値が０℃以上９０℃以下の範囲であり、
引張強さが１５５０ＭＰａ以上であり、伸び率が１．６％以上であることを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れたプレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線。
Ｍｄ３０（℃）＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．５Ｍｏ−６８Ｎｂ … （２）
ただし、（２）式における元素記号は各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素は０質量％を代入する。
［３］ ［２］に記載の耐応力腐食割れ性に優れたプレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線からなるプレストレストコンクリート用緊張材。
［４］ ［２］に記載の耐応力腐食割れ性に優れたプレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線の撚り線からなるプレストレストコンクリート用緊張材。
本発明によれば、高強度で伸び率が高く、かつ、耐応力腐食割れ性に優れ、プレストレストコンクリートの緊張材の素材となる、二相ステンレス鋼線材を提供できる。また、本発明によれば、高強度で伸び率が高く、かつ、耐応力腐食割れ性に優れ、プレストレストコンクリートの緊張材として使用可能な、二相ステンレス鋼線を提供できる。更に、本発明によれば、高強度で伸び率が高く、耐応力腐食割れ性に優れたプレストレストコンクリート用緊張材を提供できる。
本発明の実施形態であるプレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線材は、オーステナイト相およびフェライト相を有する二相ステンレス鋼線材であって、質量％で、Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：１．０%以下、Ｍｎ：５．５％以下、Ｎｉ：１．５％超５．５％以下、Ｃｒ：２０．０％以上２８．０％以下、Ｍｏ：０．０５％以上０．６％以下、Ｎ：０．０６％以上０．３５％以下、Ｃｕ：０．０５％以上１．５％以下を含有し、残部が鉄及び不純物からなり、下記（１）式で表されるＭｄ３０値が０℃以上９０℃以下の範囲であり、金属組織における前記フェライト相の割合が体積分率で３５．０％〜６５．０％である二相ステンレス鋼線材である。
また、本発明の実施形態である二相ステンレス鋼線材は、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０％の１種または２種を含有することが好ましい。
次に、本発明の実施形態であるプレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線は、オーステナイト相およびフェライト相を有する二相ステンレス鋼からなり、質量％で、Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：１．０%以下、Ｍｎ：５．５％以下、Ｎｉ：１．５％超５．５％以下、Ｃｒ：２０．０％以上２８．０％以下、Ｍｏ：０．０５％以上０．６％以下、Ｎ：０．０６％以上０．３５％以下、Ｃｕ：０．０５％以上１．５％以下を含有し、残部が鉄及び不純物からなり、下記（１）式で表されるＭｄ３０値が０℃以上９０℃以下の範囲であり、引張強さが１５５０ＭＰａ以上であり、伸び率が１．６％以上である二相ステンレス鋼線である。
また、本発明の実施形態である二相ステンレス鋼線は、更に、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０％の１種または２種を含有することが好ましい。
また、本発明の実施形態である二相ステンレス鋼線材は、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０％の１種または２種を含有することが好ましい。
次に、本発明の実施形態であるプレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線は、オーステナイト相およびフェライト相を有する二相ステンレス鋼からなり、質量％で、Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：１．０%以下、Ｍｎ：５．５％以下、Ｎｉ：１．５％超５．５％以下、Ｃｒ：２０．０％以上２８．０％以下、Ｍｏ：０．０５％以上０．６％以下、Ｎ：０．０６％以上０．３５％以下、Ｃｕ：０．０５％以上１．５％以下を含有し、残部が鉄及び不純物からなり、下記（１）式で表されるＭｄ３０値が０℃以上９０℃以下の範囲であり、引張強さが１５５０ＭＰａ以上であり、伸び率が１．６％以上である二相ステンレス鋼線である。
また、本発明の実施形態である二相ステンレス鋼線は、更に、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０％の１種または２種を含有することが好ましい。
Ｍｄ３０（℃）＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．５Ｍｏ−６８Ｎｂ … （１）
ただし、（１）式における元素記号は各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素は０質量％を代入する。
ただし、（１）式における元素記号は各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素は０質量％を代入する。
以下に、先ず、二相ステンレス鋼線材及び二相ステンレス鋼線の成分組成の限定理由について説明する。なお、以下の説明における（％）は、特に説明がない限り、質量％である。
Ｃは、伸線加工後に高強度を得るために、０．０１％以上含有することが好ましい。しかしながら、Ｃが０．０６％を超えると、伸びが低下するため、Ｃ量は０．０６％以下とし、好ましくは０．０２％以下とする。また、Ｃ量が０．０１％未満になると、強度が不足するおそれがある。以上から、Ｃ量は０．０６％以下が好ましく、０．０１％以上０．０６％以下がより好ましく、０．０１％以上０．０２％以下が更に好ましい。
Ｓｉは、脱酸を行い、脱酸生成物を少なくして強度特性を確保するために０．０５％以上含有することが好ましい。より好ましくは、Ｓｉ量を０．２％以上とする。しかしながら、Ｓｉが、１．０％を超えると、その効果は飽和するばかりか、伸線加工性と捻り加工性が悪くなる。従って、Ｓｉ量は１．０％以下が好ましく、０．０５％以上１．０％以下がより好ましい。
Ｍｎは、高価なＮｉの代替元素として有効である。また、Ｍｎは、捻り加工性を高める効果を有する。これらの効果を享受するため、Ｍｎ量は０．１％以上含有することが好ましい。Ｍｎ量は好ましくは１．０％以上である。しかしながら、Ｍｎが５．５％を超えると、捻り加工性を劣化させる。従って、Ｍｎは０．１％以上が好ましく、１．０％以上がより好ましい。また、Ｍｎは５．５％以下が好ましい。
Ｎｉは、耐応力腐食割れ性と捻り加工性を確保するため、１．５％超含有する。好ましくは、Ｎｉ量を２．０％以上とする。しかしながら、５．５％超のＮｉを含有すると、Ｍｄ３０値が低くなり、強度が低下する。そのため、Ｎｉ量の上限を５．５％以下にする。Ｎｉ量は、好ましくは、４．５％以下である。
Ｃｒは、耐食性を確保するため、２０．０％以上を含有する。しかしながら、Ｃｒが２８．０％を超えると、Ｍｄ３０値が低くなり、強度が低下する。そのため、Ｃｒ量を２８．０％以下にする。Ｃｒ量は好ましくは２４．０％以下である。
Ｍｏは、耐食性を向上させる効果を有するため、０．０５％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｍｏが０．６％を超えると、その効果は飽和するばかりか、Ｍｄ３０値が低くなり、強度が低下するおそれがある。そのため、Ｍｏ量は０．６％以下が好ましい。Ｍｏ量はより好ましくは０．４％以下である。
Ｎは、強度を確保するために、０．０６％以上含有する。より好ましくはＮ量を０．１０％以上とする。しかしながら、Ｎが０．３５％を超えると、Ｍｄ３０値が低くなり、強度が低下するおそれがあるばかりか、製鋼プロセスで窒素のブローホールが生成して製造性を大幅に劣化させる。そのため、Ｎ量を０．３５％以下とする。Ｎ量は、より好ましくは０．３０％以下である。
Ｃｕは、微細Ｃｕ析出物として強度や伸びの向上に寄与させることができるため、０．０５％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｃｕが１．５％を超えて含有すると、Ｍｄ３０値が低くなり、強度が低下するおそれがある。そのため、Ｃｕ量を１．５％以下とする。Ｃｕ量は、より好ましくは１．０％以下である。
本実施形態の二相ステンレス鋼線材及び二相ステンレス鋼線は、上述してきた元素以外は、Ｆｅ及び不純物からなる。代表的な不純物としては、Ｏ，Ｓ，Ｐなどが挙げられ、通常、鉄鋼の製造プロセスで不可避的不純物として０．０００１〜０．１％の範囲の量で混入する。また、上述してきた元素以外の任意添加元素については、次にその詳細を説明する。なお、本明細書中に記載されていない元素であっても、本実施形態の効果を損なわない範囲で含有させることが出来る。
本実施形態の二相ステンレス鋼線材及び二相ステンレス鋼線は、Ｔｉ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０％の１種または２種を含有してもよい。これらの元素を含有しない場合の下限値は０％である。Ｔｉ，Ｎｂは、炭窒化物を形成して結晶粒径を微細にして、鋼線の強度を改善するため、必要に応じて、Ｔｉ：１．０％以下、Ｎｂ：１．０％以下のいずれか一方または両方を含有させてもよい。しかしながら、これら各元素を、それぞれの規定された上限を超えて含有させると、粗大介在物が生成し、鋼線の強度が低下するおそれがある。これらのことから、各元素の量の好ましい範囲は、Ｔｉ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０％であり、更に好ましくは、Ｔｉ：０．１〜１．０％、Ｎｂ：０．１〜１．０％である。
以上説明した各元素の他にも、本実施形態の効果を損なわない範囲で含有させることが出来る。その他の成分について本実施形態では特に規定するものではないが、一般的な不純物元素であるＰ、Ｓ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｈ、Ｇａ等は可能な限り低減することが好ましい。これらの元素は、本実施形態の課題を解決する限度において、その含有量（割合）が制御され、必要に応じて、Ｐ≦０．０４０質量％、Ｓ≦０．００１質量％、Ｚｎ≦１００ｐｐｍ、Ｂｉ≦１００ｐｐｍ、Ｐｂ≦１００ｐｐｍ、Ｓｅ≦１００ｐｐｍ、Ｓｂ≦５００ｐｐｍ、Ｈ≦１００ｐｐｍ、Ｇａ≦５００ｐｐｍの１種以上を含有する。
次に、Ｍｄ３０値について説明する。本実施形態に係る二相ステンレス鋼線材及び二相ステンレス鋼線では、Ｍｄ３０値を０℃以上９０℃以下の範囲とする。
Ｍｄ３０値は、伸線後の加工誘起マルテンサイト量と成分の関係をそれぞれ調査して得られた指標であり、伸線加工後の二相ステンレス鋼線の強度と伸びのバランスを安定的に確保するために適正な範囲に制御する必要がある。Ｍｄ３０値は、下記（１）式より求められる値であり、この値が０℃未満の場合、オーステナイト相が安定して加工誘起マルテンサイト相が生成し難くなり、強度が劣位になる。一方、Ｍｄ３０値が９０℃を超えると、オーステナイト相が不安定となり、伸線加工で加工誘起マルテンサイト相の生成量が増大し、伸びが劣化する。そのため、Ｍｄ３０値を０〜９０℃に限定する。好ましくは、Ｍｄ３０値を１０℃以上とし、６０℃以下とする。
Ｍｄ３０値は、伸線後の加工誘起マルテンサイト量と成分の関係をそれぞれ調査して得られた指標であり、伸線加工後の二相ステンレス鋼線の強度と伸びのバランスを安定的に確保するために適正な範囲に制御する必要がある。Ｍｄ３０値は、下記（１）式より求められる値であり、この値が０℃未満の場合、オーステナイト相が安定して加工誘起マルテンサイト相が生成し難くなり、強度が劣位になる。一方、Ｍｄ３０値が９０℃を超えると、オーステナイト相が不安定となり、伸線加工で加工誘起マルテンサイト相の生成量が増大し、伸びが劣化する。そのため、Ｍｄ３０値を０〜９０℃に限定する。好ましくは、Ｍｄ３０値を１０℃以上とし、６０℃以下とする。
Ｍｄ３０（℃）＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．５Ｍｏ−６８Ｎｂ … （１）
ただし、（１）式における元素記号は各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素は０質量％を代入する。
ただし、（１）式における元素記号は各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素は０質量％を代入する。
次に、本実施形態に係る二相ステンレス鋼線材及び二相ステンレス鋼線の金属組織について説明する。本実施形態に係る二相ステンレス鋼線材は、フェライト相及びオーステナイト相を有している。金属組織の残部は、不可避的析出相（不可避的に含まれる析出相）である。また、二相ステンレス鋼線は、フェライト相、オーステナイト相を有しており、更に、加工誘起マルテンサイト相を含む。金属組織の残部は、不可避的析出相（不可避的に含まれる析出相）である。ステンレス鋼中には、含有元素の組み合わせによっては炭化物、硫化物及び窒化物などの析出物が析出したり、脱酸時に生成した酸化物が不可避的に残存したりする場合がある。これらが不可避的析出相となる。
二相ステンレス鋼線材においては、金属組織におけるフェライト相の割合が体積分率で３５．０％〜６５．０％である。フェライト相が３５．０％未満では、伸びが劣化するため、下限を３５．０％以上とする。フェライト相は、好ましくは、４０．０％以上である。一方、フェライト相が６５．０％を超えると、強度特性に劣るばかりか、熱間製造性を得られない。そのため、フェライト相の上限を６５．０％以下に限定する。フェライト相は、好ましくは６０．０％以下である。
フェライト相の分率の測定方法は、磁気誘導法によって測定することが好ましい。より具体的には、ヘルムートフィッシャー社製のフェライトスコープＦＭＰ３０を用いて測定できる。
二相ステンレス鋼線材を冷間で伸線加工することにより二相ステンレス鋼線を得るが、その際に、オーステナイト相の一部が、冷間加工によって、加工誘起マルテンサイト相へ変態する。加工誘起マルテンサイト相に変態させることで、加工後の二相ステンレス鋼線の強度を向上できる。ただし、加工誘起マルテンサイト量が増大すると伸びが低下し、プレストレストコンクリート用緊張材として使用できなくなるため、加工誘起マルテンサイトの生成量を制限する必要がある。本実施形態では、加工誘起マルテンサイトの生成量をプレストレストコンクリート用緊張材として適切な範囲にする必要があり、そのため、Ｍｄ３０値を０〜９０℃の範囲に制御する。
本実施形態に係る二相ステンレス鋼線は、引張強さが１５５０ＭＰａ以上であり、伸び率が１．６％以上であることが好ましい。引張強さが１５５０ＭＰａ以上、かつ伸び率が１．６％以上であることにより、二相ステンレス鋼線をプレストレストコンクリートの緊張材として用いた場合に、コンクリート構造材に応力が加わったとしてもコンクリート構造材が破損するおそれがない。
次に、本実施形態に係る二相ステンレス鋼線材及び二相ステンレス鋼線の製造方法について説明するが、本実施形態の二相ステンレス鋼線材及び二相ステンレス鋼線の製造方法は、これに限るものではない。
本実施形態では、所定の成分を有する鋼から二相ステンレス鋼線材を製造した後、最終伸線の直前に固溶化熱処理を行い、その後、最終伸線を行って二相ステンレス鋼線とする。最終伸線の直前に固溶化熱処理を行うことで、耐食性が向上する。より具体的には、以下に説明する工程を経るとよい。
本実施形態では、所定の成分を有する鋼から二相ステンレス鋼線材を製造した後、最終伸線の直前に固溶化熱処理を行い、その後、最終伸線を行って二相ステンレス鋼線とする。最終伸線の直前に固溶化熱処理を行うことで、耐食性が向上する。より具体的には、以下に説明する工程を経るとよい。
上記の化学成分の鋼を鋳造してビレットとする。次いで、加熱温度を１０００〜１３００℃の範囲内として、ビレットを加熱する。なお、加熱する際のビレットの在炉時間（炉内でビレットを保持する時間）は、例えば２００分以下とすることができる。
次に、加熱後のビレットに対して熱間線材圧延を施し、９９．０％以上の減面率で熱間加工する。熱間線材圧延後に水冷して熱間圧延線材とする。また、熱間線材圧延後に所定の熱処理温度に保持した後、水冷等により急冷する固溶化熱処理を行ってから、固溶化熱処理済みの熱間圧延線材としてもよい。このようにして、本実施形態の二相ステンレス鋼線材を製造する。固溶化熱処理時の熱処理温度が９５０℃未満では、伸びが低下するおそれがある。一方、過度に高温とした固溶化熱処理を行うと、強度が低下するおそれがある。そのため、固溶化熱処理を行う場合、熱処理温度を９５０〜１１５０℃とすることが好ましい。
次に、固溶化熱処理済みの熱間圧延線材を冷間で５０〜９０％の減面率で伸線加工して本実施形態の二相ステンレス鋼線とする。
または、固溶化熱処理を行っていない熱間圧延線材を所定の線径まで伸線加工し、次いで、９５０〜１１５０℃に保持した後、間接冷却等により急冷する固溶化熱処理（ストランド焼鈍、以下、ＢＡ熱処理ともいう）を施したのち５０〜９０％の減面率で伸線を施すことで、本実施形態の二相ステンレス鋼線としてもよい。
更には、固溶化熱処理済みの熱間圧延線材を所定の線径まで伸線加工し、次いで、９５０〜１１５０℃に保持した後、間接冷却等により急冷する固溶化熱処理（ＢＡ熱処理）を施したのち５０〜９０％の減面率で伸線を施すことで、本実施形態の二相ステンレス鋼線としてもよい。
または、固溶化熱処理を行っていない熱間圧延線材を所定の線径まで伸線加工し、次いで、９５０〜１１５０℃に保持した後、間接冷却等により急冷する固溶化熱処理（ストランド焼鈍、以下、ＢＡ熱処理ともいう）を施したのち５０〜９０％の減面率で伸線を施すことで、本実施形態の二相ステンレス鋼線としてもよい。
更には、固溶化熱処理済みの熱間圧延線材を所定の線径まで伸線加工し、次いで、９５０〜１１５０℃に保持した後、間接冷却等により急冷する固溶化熱処理（ＢＡ熱処理）を施したのち５０〜９０％の減面率で伸線を施すことで、本実施形態の二相ステンレス鋼線としてもよい。
固溶化熱処理済みの熱間圧延線材の伸線の減面率、または、所定の線径まで伸線加工し固溶化熱処理（ＢＡ熱処理）を実施後の伸線の減面率が５０％未満では、１５５０ＭＰａ以上の引張強度を得ることができないため、減面率を５０％以上とする。また、伸びを１．６％以上にするため、減面率９０％以下とする。減面率の好ましい範囲は８５％以下である。
ＢＡ熱処理の温度（ＢＡ温度）が９５０℃未満では、伸線時の割れや伸びの低下が生じるおそれがある。このため、ＢＡ温度を９５０℃以上とし、好ましくは１０００℃以上とする。一方、ＢＡ温度が１１５０℃を超えると、結晶粒が発達し、粗大な結晶粒が残存し、鋼線の強度を劣化させる。このため、ＢＡ温度を１１５０℃以下とし、好ましくは１１００℃以下とする。また、ＢＡ熱処理の時間（ＢＡ時間）が５分より長くなると、クリープ変形するため、ＢＡ時間を５分以内とする。なおＢＡ時間の下限は特に限定しないが、０．６分以上とすることが好ましい。好ましいＢＡ時間の範囲を１分以上、３．５分以下とする。更に好ましくは３分以下とする。
「間接冷却」の手段としては、例えば、水中に設置され内部が空洞（空気）とされたパイプ内で冷却する方法等が挙げられる。なお、間接冷却とは、冷却対象物（本実施形態では鋼線）に対して冷却材（冷却水等）を直接接触させて冷却するのではなく、間接的に冷却する方法のことである。
以上説明した製法により、本実施形態に係る二相ステンレス鋼線を得ることができる。
本実施形態の二相ステンレス鋼線は、そのまま、若しくは表面に凸部若しくは凹部を設ける加工を施すことで、プレストレストコンクリート用緊張材とすることができる。
また、２本以上の二相ステンレス鋼線が撚り合わされてなる撚り鋼線を、プレストレストコンクリート用緊張材とすることができる。
また、２本以上の二相ステンレス鋼線が撚り合わされてなる撚り鋼線を、プレストレストコンクリート用緊張材とすることができる。
本実施形態のプレストレストコンクリート用緊張材は、プレストレストコンクリートの緊張材として用いることができる。プレストレストコンクリートは、緊張材に引張応力を印加して緊張させた状態でコンクリートを打設し、コンクリートの硬化後に緊張材の緊張を解除することで製造される。このため、緊張材には、引っ張り強度と伸びを両立することが望ましいところ、本実施形態の二相ステンレス鋼線は、引張強さが１５５０ＭＰａ以上であり、伸び率が１．６％以上であるので、プレストレストコンクリートの緊張材として好適に用いることができる。
以下に本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。本発明は、本発明の要件を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
表１に鋼Ａ〜Ｈの化学組成、Ｍｄ３０値、金属組織中のフェライト相の体積分率を示す。なお、表中の下線が付された数値は、本実施形態の範囲から外れているものを示す。鋼Ｇ及び鋼Ｈは、オーステナイト系ステンレス鋼である。それ以外の鋼Ａ〜Ｆは、フェライト相およびオーステナイト相を含む二相ステンレス鋼である。
これらの化学組成の鋼は、ステンレス鋼の安価な溶製プロセスであるＡＯＤ溶製を想定し、１００ｋｇの真空溶解炉にて溶解し、φ１８０ｍｍの鋳片に鋳造した。そしてその鋳片を１１００℃で２００分間加熱し、次いでφ１０ｍｍまで熱間の線材圧延（減面率：９９．７％）を行い、１０５０℃で熱間圧延を終了した。その直後に水冷し、固溶体化熱処理として１０５０℃で９０分間の熱処理を実施して水冷した。次いで酸洗を行い線材とした。
その後、線材に対して伸線を施した。次いで伸線後の鋼線に対してＢＡ熱処理（ＢＡ温度＝１０５０℃、ＢＡ時間＝２ｍｉｎ）を施した。その後、更に伸線を施して、ステンレス鋼線とした。このステンレス鋼線の単線からなるプレストレストコンクリート用緊張材を得た。また、一部のステンレス鋼線について、３本のステンレス鋼線を束ねて捻り加工を行うことにより、プレストレストコンクリート用緊張材を得た。
その後、線材に対して伸線を施した。次いで伸線後の鋼線に対してＢＡ熱処理（ＢＡ温度＝１０５０℃、ＢＡ時間＝２ｍｉｎ）を施した。その後、更に伸線を施して、ステンレス鋼線とした。このステンレス鋼線の単線からなるプレストレストコンクリート用緊張材を得た。また、一部のステンレス鋼線について、３本のステンレス鋼線を束ねて捻り加工を行うことにより、プレストレストコンクリート用緊張材を得た。
表２には、鋼種Ａ〜Ｈについて、各種の加工条件によって試験Ｎｏ．ａ１〜ｈ１のステンレス鋼線を製造し、耐応力腐食性を評価した結果を示す。
表３には、鋼種Ａ〜Ｈについて、各種の伸線加工条件で製造したステンレス鋼線の引張強さ（Ｎ／ｍｍ２）、０．２％耐力（Ｎ／ｍｍ２）及び伸び（％）を示す。なお、表２及び表３に示す加工度は、ＢＡ熱処理後の伸線加工における減面率である。
表３には、鋼種Ａ〜Ｈについて、各種の伸線加工条件で製造したステンレス鋼線の引張強さ（Ｎ／ｍｍ２）、０．２％耐力（Ｎ／ｍｍ２）及び伸び（％）を示す。なお、表２及び表３に示す加工度は、ＢＡ熱処理後の伸線加工における減面率である。
また、応力腐食割れの試験は、ＪＩＳ Ｇ ０５７６（２０１１）の「ステンレス鋼の応力腐食割れ試験方法」の単軸引張試験に準拠して行った。
表２に示すように、化学成分が本発明の範囲内である鋼Ａ〜ＤからなるＮｏ．ａ１〜ｄ３の鋼線は、何れも、耐応力腐食割れ性に優れていることがわかる。
化学成分が本発明の範囲外である鋼Ｅ及びＦからなるＮｏ．ｅ１、ｆ１の鋼線は、何れも、耐応力腐食割れ性に優れているが、後述するように、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立せず、比較例になる。
化学成分が本発明の範囲外である鋼Ｇ及びＨからなるＮｏ．ｇ１、ｇ２、ｈ１の鋼線は、何れも、耐応力腐食割れ性に劣る。鋼Ｇ及びＨは、オーステナイト系ステンレス鋼である。オーステナイト相は応力腐食割れが進展しやすく、フェライト相は応力腐食割れが進展しにくい特性を持つところ、鋼Ｇ及びＨを冷間加工してなる試料Ｎｏ．ｇ１、ｇ２、ｈ１は、一部に加工誘起マルテンサイトが生成するものの、組織のほとんどがオーステナイト相であるため、耐応力腐食割れが劣位になったものと考えられる。
化学成分が本発明の範囲外である鋼Ｅ及びＦからなるＮｏ．ｅ１、ｆ１の鋼線は、何れも、耐応力腐食割れ性に優れているが、後述するように、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立せず、比較例になる。
化学成分が本発明の範囲外である鋼Ｇ及びＨからなるＮｏ．ｇ１、ｇ２、ｈ１の鋼線は、何れも、耐応力腐食割れ性に劣る。鋼Ｇ及びＨは、オーステナイト系ステンレス鋼である。オーステナイト相は応力腐食割れが進展しやすく、フェライト相は応力腐食割れが進展しにくい特性を持つところ、鋼Ｇ及びＨを冷間加工してなる試料Ｎｏ．ｇ１、ｇ２、ｈ１は、一部に加工誘起マルテンサイトが生成するものの、組織のほとんどがオーステナイト相であるため、耐応力腐食割れが劣位になったものと考えられる。
次に、表３に示すように、Ｎｏ．１〜７は、鋼Ａを６５％〜８５％の範囲の加工度で伸線加工したものであるが、このうち、加工度７０〜８０％の範囲で伸線加工したＮｏ．２〜５は、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立する。
同様に、Ｎｏ．８〜１４は、鋼Ｂを６５％〜８５％の範囲の加工度で伸線加工したものであるが、このうち、加工度７０〜８０％の範囲で伸線加工したＮｏ．２〜５は、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立する。
同様に、Ｎｏ．１５〜１８は、鋼Ｃを加工度７０〜８０％の範囲で伸線加工したものであり、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立する。
同様に、Ｎｏ．１９〜２２は、鋼Ｄを加工度７０〜８０％の範囲で伸線加工したものであり、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立する。
鋼Ａ〜Ｄは何れも、化学成分が本発明の範囲内にあるため、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上の両方を満足できる。また、表２において示したように、耐応力腐食割れにも優れる。よって、プレストレストコンクリート用緊張材として好適に使用できる。
同様に、Ｎｏ．８〜１４は、鋼Ｂを６５％〜８５％の範囲の加工度で伸線加工したものであるが、このうち、加工度７０〜８０％の範囲で伸線加工したＮｏ．２〜５は、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立する。
同様に、Ｎｏ．１５〜１８は、鋼Ｃを加工度７０〜８０％の範囲で伸線加工したものであり、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立する。
同様に、Ｎｏ．１９〜２２は、鋼Ｄを加工度７０〜８０％の範囲で伸線加工したものであり、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立する。
鋼Ａ〜Ｄは何れも、化学成分が本発明の範囲内にあるため、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上の両方を満足できる。また、表２において示したように、耐応力腐食割れにも優れる。よって、プレストレストコンクリート用緊張材として好適に使用できる。
一方、表３に示すように、Ｎｏ．２３〜２７は、鋼Ｅを７０％〜８５％の範囲の加工度で伸線加工したものであるが、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立しない。また、加工度が７０％未満では引張強さが不足し、８５％超では伸びが不足すると推測される。よって、鋼Ｅは、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上を両立させることが困難である。
同様に、Ｎｏ．２８〜３１は、鋼Ｆを７０％〜８５％の範囲の加工度で伸線加工したものであるが、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立しない。また、加工度が７０％未満では引張強さが不足し、８５％超では伸びが不足すると推測される。よって、鋼Ｆは、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上を両立させることが困難である。
鋼Ｅ〜Ｆは何れも、化学成分が本発明の範囲外であり、特にＭｄ３０値が０℃未満であるため、いかなる加工条件によっても、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上の両方を同時に満足できない。よって、プレストレストコンクリート用緊張材として使用することは困難である。
同様に、Ｎｏ．２８〜３１は、鋼Ｆを７０％〜８５％の範囲の加工度で伸線加工したものであるが、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立しない。また、加工度が７０％未満では引張強さが不足し、８５％超では伸びが不足すると推測される。よって、鋼Ｆは、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上を両立させることが困難である。
鋼Ｅ〜Ｆは何れも、化学成分が本発明の範囲外であり、特にＭｄ３０値が０℃未満であるため、いかなる加工条件によっても、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上の両方を同時に満足できない。よって、プレストレストコンクリート用緊張材として使用することは困難である。
次に、表３に示すように、Ｎｏ．３２〜３８は、鋼Ｇを５０％〜８０％の範囲の加工度で伸線加工したものであるが、このうち、加工度５０〜７０％の範囲で伸線加工したＮｏ．３２〜３６は、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立する。
また、Ｎｏ．３９〜４５は、鋼Ｈを５０％〜８０％の範囲の加工度で伸線加工したものであるが、このうち、加工度５５〜６０％の範囲で伸線加工したＮｏ．４０〜４１は、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立する。
しかし、鋼Ｇ及びＨは、表２において説明したように、耐応力腐食割れ性に劣る。よって、プレストレストコンクリート用緊張材として使用することは困難である。
また、Ｎｏ．３９〜４５は、鋼Ｈを５０％〜８０％の範囲の加工度で伸線加工したものであるが、このうち、加工度５５〜６０％の範囲で伸線加工したＮｏ．４０〜４１は、引張強さ１５５０ＭＰａ以上かつ伸び１．６％以上が両立する。
しかし、鋼Ｇ及びＨは、表２において説明したように、耐応力腐食割れ性に劣る。よって、プレストレストコンクリート用緊張材として使用することは困難である。
Claims (4)
- オーステナイト相およびフェライト相を有する二相ステンレス鋼線材であって、
質量％で、
Ｃ：０．０６％以下、
Ｓｉ：１．０%以下、
Ｍｎ：５．５％以下、
Ｎｉ：１．５％超５．５％以下、
Ｃｒ：２０．０％以上２８．０％以下、
Ｍｏ：０．０５％以上０．６％以下、
Ｎ：０．０６％以上０．３５％以下、
Ｃｕ：０．０５％以上１．５％以下を含有し、
更に、Ｔｉ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０％の１種または２種を含有し、
残部が鉄及び不純物からなり、
下記（１）式で表されるＭｄ３０値が０℃以上９０℃以下の範囲であり、
金属組織における前記フェライト相の割合が体積分率で３５．０％〜６５．０％であることを特徴とする、プレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線材。
Ｍｄ３０（℃）＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．５Ｍｏ−６８Ｎｂ … （１）
ただし、（１）式における元素記号は各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素は０質量％を代入する。 - オーステナイト相およびフェライト相を有する二相ステンレス鋼からなる二相ステンレス鋼線であって、
質量％で、
Ｃ：０．０６％以下、
Ｓｉ：１．０%以下、
Ｍｎ：５．５％以下、
Ｎｉ：１．５％超５．５％以下、
Ｃｒ：２０．０％以上２８．０％以下、
Ｍｏ：０．０５％以上０．６％以下、
Ｎ：０．０６％以上０．３５％以下、
Ｃｕ：０．０５％以上１．５％以下を含有し、
更に、質量％で、Ｔｉ：０．０１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０％の１種または２種を含有し、
残部が鉄及び不純物からなり、
下記（１）式で表されるＭｄ３０値が０℃以上９０℃以下の範囲であり、
引張強さが１５５０ＭＰａ以上であり、伸び率が１．６％以上であることを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れたプレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線。
Ｍｄ３０（℃）＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．５Ｍｏ−６８Ｎｂ … （２）
ただし、（２）式における元素記号は各元素の含有量（質量％）であり、含有しない元素は０質量％を代入する。 - 請求項２に記載の耐応力腐食割れ性に優れたプレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線からなるプレストレストコンクリート用緊張材。
- 請求項２に記載の耐応力腐食割れ性に優れたプレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線の撚り線からなるプレストレストコンクリート用緊張材。
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