JPH02267245A - コンクリート補強用耐摩耗性高強度非磁性鋼ファイバー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、１４０〜１９０Ｋｇｆ／ｍｏＩ２の強度及び
μ＝　１．０１以下の透磁率を有するコンクリート補強
用耐摩耗性高強度非磁性鋼ファイバーに関し、特にリニ
アモーターカーのガイドウェーや核融合実験炉の建屋等
の強い磁力が及ぶ構造物、車輌発着場の路面等のコンク
リート製構造物の形成に有効利用することのできるコン
クリート補強用高強度非磁性鋼ファイバーに関するもの
である。

［従来の技術］ 超電導磁石利用技術として近年リニアモーターカーや核
融合実験炉等の開発が進められている。

これらの技術においては超電導磁石の持つ強い磁力が環
境に及ぼす影響が懸念されており、コンクリート等で形
成される構造物についても強い磁力の影響を回避する工
夫が要請されている。

たとえばリニアモーターカーのガイドウェーはコンクリ
ートで製造されているが、該コンクリートの補強材とし
て従来から使用されているのは、炭素鋼が主流であり、
ステンレス鋼としては５ＵＳ４３０フエライト系ステン
レス鋼が炉壁用として僅かに使用されているのが現状で
ある。しかるにこれらの炭素鋼や５ＵＳ４３０等は磁性
材料であるため超電導コイルの磁力の影響を受けてコン
クリート内部で相互の磁気的反発又は吸引による撮動を
起こし、これが原因となってコンクリートにひび割れが
生成する。又核融合実験炉のコンクリート製建屋等にお
いても同様にひび割れの問題が発生する。

こうしたひび割れは拡大してコンクリートの破損を招く
ため、それ自体強度上の問題を含むが、破損に至るほど
の重大事故に至らずとも、ひび割れ部分を通じて湿分や
水分が侵入して特に炭素鋼補強材では赤錆が発生する。

特にリニアモーターカーにおいてはガイドウェーのひび
割れを通じて発生した赤錆が、ガイドウェー表面に現わ
れ路面を高速で走行するリニアモーターカーの車体内の
主に超電導コイル部に入って超電導磁石に付着するとい
う事態も発生する。またリニアモーターカーが通過する
トンネル内部においては湿度が特に高いので赤錆の発生
が著しく、上記事態は一層深刻である。一方核融合実験
炉構造物においても同じ理由から赤錆の発生が問題とな
っており、各ｆ！機械内に赤錆が吸込まれて重大な故障
の原因となる。

上記のように超電導磁石利用環境においては、炭素鋼や
５Ｕ３４３０等の磁化材料をコンクリート補強剤として
使用することができないところから、非磁性で且つ耐錆
性に優れた補強材料の開発が要望されている。

そこで非磁性及び耐錆性を備えたコンクリート補強用材
料として５ＵＳ３０４，５ＵＳ３１６゜高Ｍｎ非磁性鋼
等からなる補強材料が試作されているが、これらの非磁
性鋼は主成分としてＣｒ。

Ｎｉ、Ｍｏ等を含有するものであり、コンクリート補強
用として大量に使用する場合には材料コストをかなり高
騰させることになる。又超電導１１１石利用設備におけ
るコンクリート構造物としては、壁材の他、車輌の発着
場等の路面を挙げることができ、該車両発着場ではタイ
ヤとの摩擦によって路面が摩耗し、補強部材が露出或は
微細に分断されて周りに散乱することになる。従って補
強材料には上記特性に加えて耐摩耗性が要求されるが、
５ＵＳ３０４等の非磁性材料は耐摩耗性が悪く、車輌発
着場等には全く利用できない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、耐錆性、耐摩耗性に逼れ、且つ高強度で非磁性を示す
コンクリート補強用銅ファイバーを１３供することを目
的とするものである。

［課題を解決するための手段］ しかして本発明のコンクリート補強用耐摩耗性高強度非
磁性鋼ファイバーは ｃ　：　ｏ、ｏｓ〜０．５％ Ｓ　ｉ　＋　０．０５〜０．７％ Ｍｎ＋１０〜２５％ Ｎｉ：２％以下 Ｃｒ：１３〜２０　％ Ｎ　：　Ｑ、２５〜０．６％ 残部が鉄及び不可避不純物からなり、１４０〜１９０　
Ｋｇｆ／ｍｍ２の強度及びμ＝　１．０１以下の透磁率
を有する点に要旨を有するものである。

［作用コ 本発明に係る補強用ファイバーは、Ｃｒ。

Ｍｎ、Ｎと比較的安価な成分を利用することによりてコ
ストの低減を図るものであり、特性的にはＣｒ及びＮの
添加によってトンネル内や海岸部等の赤錆を発生し易い
環境でも安全に使用する耐錆性を付与すると共に、Ｃ，
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎ（７）添加によってオーステナイトの安
定化をはかり、冷間加工後もオーステナイト相を保持し
て透磁率μ＝　１．０１以下の非磁性を非常に安定して
確保している。また本発明ファイバーは、Ｃ，Ｍｎ、Ｎ
等の成分を大量に添加することによって５ＵＳ３０４等
よりもはるかに優れた耐摩耗性を示す。

換言すると本発明ファイバーと５Ｕ３３０４％ファイバ
ーを同じ非磁性レベルに調整したとぎ、Ｃ，Ｍｎ、Ｈの
少ない５ＵＳ３０４は、耐摩耗性が悪くコンクリートの
補強には利用できない。このように本発明に係るコンク
リート補強用ファイバーは耐錆性や耐摩耗性に優れてい
ると共に安価であり、且つ安定した非磁性を示すもので
あり、超電導磁石利用環境等におけるコンクリート製構
進物の建設に有効に利用することができる。

以下本発明に係るコンクリート補強用ファイバーの構成
について詳細に説明する。

先ず、本発明に係るファイバー鋼の成分組成について説
明する。

Ｃ：　０．０５〜０．５％ Ｃは極めて優れたオーステナイト形成元素であると共に
強度を付与する元素である。含有量が０．０５％未満で
は所要の非磁性及び強度を安定して得ることができず、
また０、５０％を超えて含有させると、強度向上を図る
ことはできても、ファイバー形状に加工（インデント加
工、切断加工等）する際の工具寿命が短くなり、製作コ
ストが高くなると共に耐摩耗性が劣化する。

Ｓ　ｉ　：　０．０５〜０．７％ Ｓｌは脱酸剤として必要であり、含有量が０．０５％未
満では脱酸効果が不足し、また０、７％を超えて含有さ
れるとｓｉの酸化物が日系介在物として析出し、耐錆性
を劣化させる。

Ｍｎ：１０〜２５　％ Ｍｎはオーステナイト形成元素であり、含有量が１０％
未満ではこの効果は不充分であるが、２５％を超えて含
有されると熱間加工性が劣化する。

またＭｎは加工硬化を非常に大きくする元素であるので
、２５％を超えて添加すると、ファイバー形状に加工す
るに際してファイバーに凹凸をつけるインデントローラ
や長尺線材をファイバー１木ずつに切断する切断刃等の
加工工具の寿命が大幅に低下する。特にＭｎは材料に延
性（ねばり）を与え、且つ切断時には特に加工硬化をひ
き起こすので、上記加工工具の刃先が刃こぼれを起し易
くなり、工具の交換が頻繁になって生産性が低下する共
に製造コストも高騰する。

Ｎｉ：２％以下 ＮｉはＣ，Ｍｎ、後述するＮと同様にオーステナイト形
成元素であり、溶製に際して気泡発生の原因となるＮ含
有量を減少させることができるが、多量の含有は価格が
高くなって不経済であるので、Ｎｉ含有量は２．０％以
下とする。

Ｃｒ　：　１３〜２０％ Ｃｒは非磁性を安定させ、且っ耐錆性を付与する顕著な
効果がある。Ｃｒ含有量が１３％未満ではマルテンサイ
トの生成により非磁性が不安定となり、一方２０％を超
えて含有させるとフェライト相の生成によってオーステ
ナイト組織がかえって不安定になり、本発明の特長であ
る非磁性（透磁率μｍ１．０１以下）を満足することが
不可能となる。又耐錆性に関して言えば、Ｃｒは最も寄
与率の大きな成分であり、Ｃｒ含有量が１３％未満では
ファイバー表面部に不働態皮膜が十分な厚みをもって形
成されないので、トンネル内や海岸近辺等の特に過酷な
環境で使用した場合に早期発錆の原因になる。一方Ｃｒ
含有量が２０％を超えると耐錆性は優れたものとなるが
ファイバーとしては過剰品質であり、製品コストを高め
ることになるので好ましくない、上記のよう非磁性及び
耐錆性の両方の観点からＣｒ含有量は１３〜２０％とす
る必要がある。

Ｎ　：　０．２５〜０．６％ ＮはＣと同様に極めて有効なオーステナイト形成元素で
あり、且つ、鋼の強度を確保するのに有効な元素である
。含有量が０．２５％未満では上記効果は不充分であり
、一方丈気中で溶製する場合に０．６％を超えて含有さ
れていると鋳塊に気泡が生じ易くなり、且つ熱間加工性
が著しく劣化する。

よりて、Ｎ含有量は０．２５〜０．６％とする必要があ
る。

本発明に係るコンクリート補強用ファイバーは各成分元
素を上記割合で含有し、残部が鉄及び不可避不純物から
鋼組成を有するものであり、該鋼素材を用いてファイバ
ー形状に仕上げるに当たっては常法に従えばよいが、例
えば次の様な製造工程を採用することができる。

（製造工程） ロンド（ＲＣ２−４・５．５　ｍｍφ）−伸線（０，７
＋＋＋ｍφ以下）−溶体化処理−インデント加工−切断
−秤量一整列梱包一出荷 例えば前記成分組成の５．５　ｍ＋ａφ熱間圧延ロッド
を伸線加工並びに溶体化処理によって０．６　ｍｍφフ
ァイバー素線まで加工すると共に、目的に応じてファイ
バー素線強度を１４０〜１９０にｇｆ／ｍｍ２に調節す
る。こうして得られたファイバー素線に対し、コンクリ
ートとの付着力を高める目的でインデント加工を施して
ファイバー表面に凹凸を形成した後、約３０ｍ＋ａの長
さに切断してコンクリート補強用ファイバーとする。

ファイバー素線にインデント加工を施して切断するファ
イバー製造工程はより詳細には例えば第１図に示される
。

第１図に示すように、スプールに巻回されたファイバー
素線をガイドダイス及びテンションローラーを経由して
インデントローラに連続的に供給し、カッターダイス方
向へ引き出すと共に、インデントローラの上ローラを、
回転する下ローラに押しつけることによって、ファイバ
ー素線の円形断面上部に二種類の段差で交互に扁平形状
を形成する。これによってファイバー素線の表面には長
手方向に凹凸（インデント）が形成され、凹凸のついた
ファイバー素線を回転カッターで切断することにより第
２図（Ａ）〜（Ｃ）に示すようなコンクリート補強用フ
ァイバーを得ることができる。

尚ファイバー製造工程は上記に限定されるものではなく
、適宜設計変更を加えること等は許される。

［実施例コ 次に本発明に係るコンクリート補強用非磁性鋼ファイバ
ーの実施例について説明する。

第１表に示す成分組成の鋼素材を夫々使用し、前記製造
工程に従いインデント加工付コンクリート補強用ファイ
バーを製造した。得られた補強用ファイバーの引張り強
さ、曲げ性能、透磁率を調べたところ、第２表に示す結
果が得られた。尚曲げ性能は、２０Ｒポンチを使用し、
正逆１回曲げを行なって折れの有無を調べることによっ
て評価した。

第２表に示すように、５ＵＳ４３０フアイバーの引張強
さが１４５　Ｋｇｆ／ｍｍ”　、炭素鋼ファイバーの引
張強さが１１４　Ｋｇｆ／ｍｍ’であるのに対し、本発
明鋼ファイバーは１６３．Ｉ　Ｋｇｆ／ｍｍ２と優れた
機械的強度を示した。また透磁率についても比較材がい
ずれも２．５以上であるのに対し、本発明鋼ファイバー
の透磁率は１，０１以下であり、優れた非１ｉｆｔ性特
性を示した。

即ち超電導磁石利用施設に付設されるコンクリート製造
構造物に本発明鋼ファイバーを使用することによって、
高強度で且つ非磁性の構造物を得ることができ、撮動に
よる亀裂等の発生を防止することができる。

次に供試ファイバーを用いてコンクリート構造物を夫々
製作し、下記条件で耐摩耗性を調べたところ、第３図に
示す結果が得られた。

第３図に示される通り本発明に係る非磁性鋼ファイバー
を用いたコンクリート構造物（ＳＦＲＣ）は、従来例（
普通ＲＣ）に比べて優れた耐摩耗性を示すことが確認さ
れた。

さらに前記供試ファイバーについて塩水噴霧試験を行な
い、耐錆性を比較したところ第４図に示す結果が得られ
た。尚試料本数はいずれも２３木とした。

第４図に示すように、炭素鋼ファイバーは２４時間で２
３本全部に発錆がみられ（発錆度１００％）、５ＵＳ４
３０フアイバーは１９２時間で２３本全部が発錆した（
発錆度１００％）。

これに対し本発明鋼ファイバーは５００時間後でも、２
３木のうち２本は発錆度が１０〜１５％であり、７本は
発錆度が３〜６％であり、残り１４本は発錆度が０〜１
％であった。

上記の通り、本発明鋼ファイバーは耐摩耗性及び耐錆性
に優れた性能を発揮し、摩耗や亀裂を起こしにくいだけ
でなく、仮に摩耗や亀裂が起こつてファイバーが露出す
ることがあっても赤錆を発生することがない、特にリニ
アモーターカーのガイドウェーに通用する場合に車体内
部への赤錆の侵入を防止することができ、リニアモータ
ーカーの安全走行に大いに寄与することがで診る。

［発明の効果］ 本発明は以上のように構成されており、高強度且つ非磁
性で、耐摩耗性及び耐錆性に優れたコンクリート補強用
高強度非磁性鋼ファイバーを提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼ファイバーの製造方法を示す模式図、
第２図（＾）はファイバー表面のインデント加工形状を
示す斜視説明図、第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）　（７）
　ＩＩ　（ｂ）　−ＩＩ　（ｂ）線切断々面図、第２図
（Ｃ）は第２図（Ａ）のｉｒ　（Ｃ）−＋ｔ　（ｃ）線
切断々面図、′ｓ３図は耐摩耗性試験結果を示すグラフ
、第４図は塩噴露試験結果を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｃ：０．０５〜０．５％（重量％の意味、以下同じ） Ｓｉ：０．０５〜０．７％ Ｍｎ：１０〜２５％ Ｎｉ：２％以下 Ｃｒ：１３〜２０％ Ｎ：０．２５〜０．６％ 残部が鉄及び不可避不純物からなり、１４０〜１９０Ｋ
   ｇｆ／ｍｍ＾２の強度及びμ＝１．０１以下の透磁率を
   有することを特徴とするコンクリート補強用耐摩耗性高
   強度非磁性鋼ファイバー