JPH0124848B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、ストレスレラクセーシヨン（応力
弛緩、以下単に“レラクセーシヨン”と云う）特
性にすぐれた高抗張力鋼棒あるいは鋼線（これら
を代表して鋼棒と呼ぶ）の製造方法に関する。 コンクリートパイル等に用いられる高抗張力鋼
棒（PC鋼棒と呼ばれる）はレラクセーシヨンの
低いことが要求される。レラクセーシヨンとは、
材料に一定の歪を与えてその状態に保持するとき
応力が経時的に減少する性質をいう。コンクリー
トパイルの場合、パイル中の鋼棒に予め降伏応力
の70％程度の緊張力（一般にプレストレスといわ
れる）を加えて周囲のコンクリートに圧縮力をつ
けた状態に作りあげる必要から、レラクセーシヨ
ンの低いことが望まれる。 しかし近時コンクリートの養生に、所要時間を
短縮するためオートクレーブ養生（高温、高圧養
生）が多用されているが、このオートクレーブ養
生を行うと、前記のごとく予め緊張力を付与され
た鋼棒も加熱を受けることとなり、レラクセーシ
ヨンが増長される。すなわち第１図イに示すよう
なヒートパターンでオートクレーブ養生を行う
と、パイル中の鋼棒は、同図ロＡ線にみられるよ
うなレラクセーシヨンを起す。 つまり、レラクセーシヨン値は、温度上昇とと
もに大きくなり、均熱状態においても少しずつ増
加してゆき、次いで冷却過程において温度の低下
につれ減少する軌跡を辿り、最終的に常温に戻つ
たときにも、レラクセーシヨンは元の０の状態ま
では回復せず、養生後において25％前後のレラク
セーシヨン値を示すのが通例である。したがつ
て、パイルの出来上つた状態では、予め付加して
おいたプレストレスは上記レラクセーシヨンの分
だけ失なわれてしまうこととなり、これがパイル
強度確保上大きな問題となる。パイルの強度不足
は、施工時の折損等の事態や施工後においても地
震等の外力によるパイルの破壊、ひいては架設構
造物の倒壊等、大事故発生の原因となる。 上記棒鋼のレラクセーシヨンによる強度低下に
対処する方法としては、 予め応力損失分に見合うだけ鋼棒の使用本数
を増して全プレストレスを高くしておく。 鋼棒一本毎のプレストレス自体をより高くセ
ツトしておく。 などが考えられる。しかしながら、の方法は省
資源、コスト面から好ましくなく、の方法も、
付加応力が高くなるからその分レラクセーシヨン
も増大し、パイル製造中の鋼棒切損や遅れ破壊が
生じる危険があり、事実上採用は不可能である。 したがつて、レラクセーシヨンの少ない鋼棒を
得る方法の開発が強く要望されている。 本発明は、かかる要望に応えるもので、耐レラ
クセーシヨン性がすぐれ、オートクレーブ養生に
よるプレストレスの低下をきわめて小さく抑える
ことができる高抗張力鋼棒の製造方法を提供する
ものである。 さて一般に、パイル用の場合、鋼棒は、次のよ
うにして製造される。すなわち、炭素鋼もしくは
低合金鋼からなる熱間圧延鋼棒を、まず酸洗また
はメカニカルデスケーラー等によつて脱スケール
したあと、潤滑処理を行なつてから、第２図Ａに
示す如く穴ダイス２を通してサイジング伸線し、
所定の径に仕上げ、その後異形加工装置３によつ
て鋼棒表面に例えば螺旋模様等を施す。しかる
後、この鋼棒１をキヤプスタン４を介して一旦コ
イル状に巻き取る。上記伸線で所定の径に仕上げ
るのは、パイル製造工程でのねじ転造やヘツデイ
ング加工等を容易にするためで、また異形加工
は、コンクリートに対する付着性を向上させ、パ
イルに内蔵したときに、より高いパイル強度が得
られるようにとの目的で行われる。ついでコイル
状に巻取られた鋼棒１は、同図Ｂに示すような別
のラインにおいて、焼入れ・焼戻しの熱処理が施
される。すなわち、まずコイル状からほどかれ
て、ロール等による矯正機５によつて簡単な矯正
を受け、ある程度真直ぐな状態にされる。そうし
て、加熱装置６に入り、ここで鋼棒の化学成分に
よつて決まつてくるA₃変態点以上の温度に加熱
される。加熱法としては、高周波誘導加熱が最も
一般的であるが、灯油燃焼等による雰囲気加熱が
採用されることも多い。加熱後、鋼棒は、加熱装
置６を出たところで、水冷装置７によつて臨界冷
却速度以上の速度で冷却されてマルテンサイト変
態を起こし、いわゆる焼入れが完了する。水冷装
置７としては、冷却水を鋼棒に向けて急速噴射す
るノズルの使用が一般的であり、他には鋼棒を浸
漬する水、または場合によつては油、その他の冷
却媒体を貯めた水槽、が用いられることもある。
焼入れ後の鋼棒は引き続き、加熱装置８によつて
加熱保持され、つまり焼戻しを受ける。加熱装置
８は、先述の焼入れのための加熱装置６と同様の
ものが用いられる。焼戻し温度としては、鋼棒の
材質、得ようとする機械的性質のバランス等によ
つて異なつてくるので一概には云えないが、300
〜500℃の温度域が殆んどである。焼入れ・焼戻
し処理後の鋼棒は最後に、所定の径のドラム９に
巻取られ、製品となる。 ところで、以上のような方法では、第１図イに
示した如くパイル製造段階でのオートクレーブ養
生による熱履歴を受けて25％程もレラクセーシヨ
ンを起こすような鋼棒しか得られない。 本発明者らは、この鋼棒にすぐれた耐レラクセ
ーシヨン性を付与する方法の開発を意図して、
種々実験、研究を重ねた結果、前出第２図Ｂの焼
入れ・焼戻し工程において、焼戻しの過程で温間
加工を加えることにより、鋼棒の耐レラクセーシ
ヨン性の大巾改善を達成することができるという
知見を得た。上記温間加工を受けた鋼棒は、レラ
クセーシヨン特性を悪化させる 結晶内の不要な
可動転位が消滅、減少するとともに、転位の増殖
と固溶Ｃとが相互的に作用し合つて結晶内の転位
を強く固着することとなり、その結果レラクセー
シヨン特性が格段に良好となるのである。 すなわち本発明の要旨とするところは、Ｃを
0.2〜0.4％含有する鋼棒をA₃変態点以上に加熱
し、臨界冷却速度以上の速度で冷却して焼入れ
し、次いで300〜500℃で焼戻しを行い、この焼戻
しの過程で歪量３〜90％好ましくは５〜50％の温
間加工を加えることを特徴とするレラクセーシヨ
ン特性にすぐれた高抗張力鋼棒の製造方法にあ
る。 本発明の方法によれば、パイル用鋼棒を用い
て、第１図イに示すようなヒートパターンでオー
トクレーブ養生を行つた場合にも、同図ロのＢ線
で示すように最終的には一般の鋼棒の場合（同図
ロのＡ線）に較べ約1/5のレラクセーシヨンに止
まる高抗張力鋼棒を得ることができる。 本発明において鋼棒のＣ量を0.2〜0.4％とした
のは、高抗張力鋼棒として必要な機械的性質を確
保する上で、少なくともＣ量0.2％が必要である
が、反面0.4％を越えると螺旋筋の溶接が困難と
なつて実用に供し難くなり、また焼戻温度を300
〜500℃にしたのは、300℃未満では優れたリラク
セーシヨン値が得られず、500℃をこえると高降
伏点が得られないためである。 前記焼戻温度域で歪量３〜90％好ましくは５〜
50％の塑性加工か矯正加工の温間加工を加えるの
は、マルテンサイトに転位の増殖が著しく生じ、
これらが固溶Ｃによつて動的に時効を受けて固着
され、レラクセーシヨンが著しく低減するばかり
でなく、同時に不要な可動転位が上昇運動をして
消滅し、これによつて全転位密度の不要な増大と
レラクセーシヨン特性を劣化させる可動転位の増
加とを抑制することができ、マルテンサイトの延
靭性とレラクセーシヨン特性とを共に顕著に向上
させるに極めて有効であることが、本発明者の研
究の結果判明したからである。 前記温間加工の歪量を３〜90％としたのは、３
％未満では加工の効果がなくレラクセーシヨン低
下が実現しないためであり、90％以上になると加
工硬化のためこれ以上の加工は困難なためであ
る。 最も好ましい範囲は５〜50％で３〜５％未満の
加工ではレラクセーシヨン低下の実現は見られる
もののその効果が若干劣り、50％を越える加工を
加えると鋼棒や鋼線の衝撃引張における破壊エネ
ルギーが低下する傾向にある。 第３図は、本発明方法を実施するライン構成を
示すもので、先づ鋼棒は、コイル状からほどかれ
てロール等による矯正機５によつて矯正を受けて
加熱炉６に入り、A₃変態点以上の温度に加熱さ
れ、加熱炉６を出たところで水冷装置７により臨
界冷却温度以上の速度で冷却されて焼入れが行わ
れる。ついで加熱装置８によつて焼戻しを受け、
前記加熱装置８の後方に設けられた温間加工装置
１０によつて温間加工が行われる。温間加工装置
１０には、例えば第４図に示すような矯正装置１
１の使用が推奨される。これは、鋼棒の走行ライ
ン１３を挟んで互いに対向する側に千鳥状に配し
た押込駒１２を備え、これをライン周りに回転さ
せて鋼棒に矯正を加えるものであるが、この他、
温間加工装置１０としては、通常よく用いられる
ローラ型の矯正機（第３図符号５参照）などの使
用も勿論可能である。 なお、本発明方法によつてパイル用鋼棒を製造
する場合、その用いる鋼棒としては、前述の第２
図Ａに示したように従来どおり圧延後、サイジン
グと異形加工の工程を経て製造すればよいのだ
が、最近では、熱間圧延時に特別の精度管理を
行なつて目標径±0.1mmの高精度を達成する、い
わゆる精密圧延が実現され、更にまた熱間圧延
の仕上ロールに異形模様付きのものを使つて圧延
段階で鋼棒に異形加工を加えることも可能となつ
ており、このような現状では、圧延と、サイジン
グや異形加工とを別工程に分離して行う先の方法
は、有利なものとは云えない。上記、の手法
を活用して熱延にサイジングや異形加工を組み込
んだ形をとる方が合理的で、コスト、能率面でも
得策である。 以下、本発明の実施効果について説明する。こ
こでは、JIS G3109のSBPD 130／145の異形PC
鋼棒の製造を例にとつて説明する。 第１表に示す組成の鋼Ａ〜Ｄを用い、熱間圧延
にて7.5mmφの鋼棒を製造し、引き続き、サイジ
ング伸線、異形加工を施した。次いで、900℃に
加熱後水冷管で冷却して焼入れし、ついで340〜
460℃で焼戻しを行い、前記焼戻し温度が維持さ
れている間に温間加工を実施したものと実施しな
いものとに分け、それぞれの機械的性質及びレラ
クセーシヨン性を調査した。機械的性質について
は、引張試験によつたが、この試験は、
JISZ2241に準拠し、試験片としてJISZ2201の２
号および同じく９号を用いた。耐レラクセーシヨ
ン性に関しては、鋼棒に予め104Kgｆ／mm²の応力
を付加し、この状態のまま、第１図イに示した養
生ヒートパターンを与え、ヒートパターン開始か
ら23時間経過後において、応力を測定し、この値
を当初の付加応力から差し引いて応力減少量を求
め、これの当初の付加応力に対する比率、つまり
レラクセーシヨン値を算出した。 結果をまとめて第２表に示す。

【表】

【表】 上表において、添字１は従来法によつたもの、
添字２は本発明に基いて焼戻しの過程で温間矯正
を行なつたものをそれぞれ示すが、同一鋼種のも
の同士を比べると、上記温間矯正が、機械的性質
には影響することなく、レラクセーシヨン特性を
大巾に改善する効果を発揮することが明らかで本
発明の有効性が証明された。

【図面の簡単な説明】

第１図イは、オートクレーブ養生の加熱ヒート
パターンの代表例を示すグラフ、同図ロは同上ヒ
ートパターンを受けた場合の鋼棒のレラクセーシ
ヨンの変化を示すグラフで、Ａは従来法によつた
もの、Ｂは本発明方法によつたもの、をそれぞれ
示す。第２図Ａ，Ｂは、従来の鋼棒製造ラインを
説明する模式図で、Ａはサイジング−異形加工ラ
イン、Ｂは焼入れ・焼戻し処理ライン、をそれぞ
れ示している。第３図は、本発明方法を実施する
第２図Ｂ相当図、第４図は本発明方法に用いる温
間矯正機の一例を示す模式図である。 図中 １：鋼棒、２：穴ダイス、３：異形加工
装置、４：キヤプスタン、５：矯正機、６：加熱
装置、７：冷却装置、８：加熱装置、９：巻取ド
ラム、１０：温間加工装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ C0.2〜0.4％を含有する鋼棒をA₃変態点以上
   に加熱し、臨界冷却速度以上の冷却速度で冷却し
   て焼入れし、次いで300〜500℃で焼戻しを行い、
   前記焼戻し温度に維持されている間に歪量３〜90
   ％の温間加工を施すことを特徴とするストレスレ
   ラクセーシヨン特性のすぐれた高抗張力鋼棒の製
   造方法。