JPH05171407A

JPH05171407A - Ｎｉ−Ｔｉ系金属間化合物を被覆した鋼材の製造方法

Info

Publication number: JPH05171407A
Application number: JP33890191A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Katayama; 博片山; Shinji Hirai; 伸治平井; Akio Yamamoto; 章夫山本; Takaharu Watanabe; 隆治渡辺
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、Ｎｉ−Ｔｉ系金属間化合物を被覆
した、耐塩性と常温加工性の優れたコンクリート補強用
鋼材の製造方法を提供する。【構成】２５重量％以上８５重量％以下のＮｉ粉末と
残部がＴｉ粉末からなる金属混合粉末中に鋼材を保持
し、あるいは該金属混合粉末を有機高分子のアルコール
溶液でペースト状にして鋼材表面に塗布し、鋼が酸化し
ない雰囲気中で９６０℃以上１２００℃以下に加熱す
る。【効果】Ｎｉ−Ｔｉ系金属間化合物を被覆した、耐塩
性と常温加工性に優たコンクリート補強用鋼材の工業的
な製造が可能になった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンクリート補強材で
ある鉄筋またはＰＣ鋼材の製造方法に関するものであ
る。コンクリート中は通常ｐＨが１０を超える強アルカ
リ環境であるために、大気中では腐食する炭素鋼も腐食
しない。しかし、海浜地区に建造されるコンクリート構
造物や、混練する砂に未洗浄の海砂を使用したり、混練
用の水に海水を使用したコンクリート構造物では、ｐＨ
が１０を超える強アルカリであってもＣｌ^-イオンが存
在するために、鋼材は腐食する。その結果、鋼材は断面
積が減少して強度が低下したり、腐食で発生した水素が
鋼中に侵入して脆化する危険が生じる。また、腐食生成
物の体積は鋼よりも大きいためコンクリートにひび割れ
が発生し、腐食がますます促進されてコンクリート構造
物の寿命が著しく低下する。

【０００２】本発明は、このようなＣｌ^-イオンを含有
するコンクリート構造物の補強材として用いられる、い
わゆる耐塩性の優れた鋼材の製造方法を提供するもので
ある。

【０００３】

【従来の技術】従来、コンクリートには容易に採取可能
な川砂を使用し、河川水、工業用水あるいは上水を使用
して混練するのが通常であった。しかるに、コンクリー
ト構造物の飛躍的な増加の結果、川砂の採取も容易でな
くなり、海砂の使用が余儀なくされてきた。海砂を使用
する場合、十分な水洗を行って塩分を除去する必要があ
るため、作業工程が煩雑になり、工期が長くなるという
欠点が生じる。また、海洋構造物の場合、コンクリート
中へのＣｌ^-イオンの侵入が防止できないため、補強用
の鋼材の腐食とその結果のコンクリートの寿命低下も避
けられなかった。

【０００４】これらの欠点は、いずれも補強用の鋼材の
腐食が原因である。従って、Ｃｌ^-イオンを含む強アル
カリ環境での耐食性、すなわち耐塩性に優れた補強用鋼
材があれば解決するのである。従来、耐塩性が必要なコ
ンクリート構造物用補強材には、エポキシ塗装を施した
塗装鉄筋や、Ｚｎめっき鉄筋、ステンレス鋼鉄筋が使用
されてきた。しかし、塗装鉄筋は溶接がそのままではで
きないだけではなく、曲げ加工部の塗膜が簡単に剥離し
て、そこから腐食が発生するために、必ずしも期待した
効果が得られなかった。Ｚｎめっき鉄筋、ステンレス鋼
鉄筋は、相応に耐塩性があり効果も期待できるが、溶接
が困難でかつ高価格であるという欠点があった。

【０００５】また、本出願人はＡｌを多量添加した鋼の
耐塩性が非常に優れていることを見出し、Ａｌを７〜２
０重量％含む鋼材を発明した（特開昭６４−７９３４６
号公報）。さらに、本発明者らは先に耐塩性を要求され
るのは表層部分のみであることに着目して、表層部に５
〜１５重量％のＡｌ固溶層を被覆した鋼材を発明した
（特願平２−１３８４００号）。これらの鋼材は、延性
および靱性に優れ、勿論高ｐＨ環境での耐塩性にも優れ
ていることが確認された。しかし、このようなＡｌ含有
量の高い鋼は、冷間での加工性が著しく劣るため、鉄筋
などのコンクリート補強用鋼材としては使用できなかっ
た。

【０００６】これに対して、本発明者らは、Ｎｉ−Ｔｉ
系金属間化合物が強アルカリ環境での耐塩性に優れ、か
つ常温での加工性が良好であることを見出し、表層に金
属Ｔｉないし金属Ｎｉを含むＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物
層を被覆したコンクリート構造物の補強用鋼材を発明し
た（特願平２−１３０６３２号）。しかし、安価な量産
方法がなかったため、耐塩性が良好なだけでなく、曲げ
性、スポット溶接性が良好で取扱い上の疵も付きにくい
などコンクリート構造物の補強用鋼材として優れた特性
を示したが、実際には普及しなかった。

【０００７】これ以外にも鋼材の耐食性を向上させる方
法には、カロライジングやクロマイジングなどの表面拡
散浸透処理、Ｃｒ、Ｎｉなどの金属めっきおよび表層合
金化処理、ＰＶＤやＣＶＤによるＡＩＮ、ＴｉＮ、Ｔｉ
Ｃなどのセラミックスコーティングがあり、耐塩性の必
要なコンクリート構造物の補強用鋼材への適用も可能と
思われる。しかし、これらの方法はいずれも特殊な装置
や工程が必要で、鉄筋などの量産鋼構造物材の表面処理
への適用はコスト的に不可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、強アルカリ
環境での耐塩性と加工性に優れたＮｉ−Ｔｉ系金属間化
合物あるいは金属Ｔｉまたは金属Ｎｉを含むＮｉ−Ｔｉ
系金属間化合物層を被覆したコンクリート構造物の補強
用鋼材の安価な製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】Ｎｉ−Ｔｉ系金属間化合
物は、耐塩性は優れているものの、熱間や冷間での延性
や靱性が従来の鋼製の鉄筋に比べて低く、加工性が著し
く劣るため、Ｎｉ−Ｔｉ系金属間化合物によるコンクリ
ート構造物の補強は施工だけでなく構造物としても実用
が不可能である。本発明者らは、耐塩性は表面だけの問
題であることに注目して、Ｎｉ−Ｔｉ系金属間化合物を
鋼材の表面に被覆してコンクリート構造物の補強材とす
ることを指向した。そして、鋼材表面に金属間化合物を
短時間で被覆する方法として、金属間化合物の共晶を利
用することを発想し、本発明を完成した。

【００１０】以下に、共晶を利用してＮｉ−Ｔｉ系金属
間化合物を鋼材表面へ被覆する方法について説明する。
Ｎｉ粉末の割合が２５重量％以上８５重量％以下で残部
がＴｉ粉末からなる金属混合粉末中に鋼材を埋め込み、
鋼の酸化しない非酸化性雰囲気中で加熱した。温度の上
昇に伴って、ＮｉとＴｉの粉末は焼結を起こした。温度
が９６０℃以上になると、ＮｉとＴｉの相互拡散が一層
進行して共晶組成となった部位が溶融し始めた。この溶
融した金属間化合物は、ＮｉおよびＴｉの金属粉末だけ
でなく鋼材表面にも当然濡れることが考えられた。Ｎｉ
やＴｉの金属粉末に濡れた部分では相互拡散速度が急激
に上昇するため、急速に共晶に達して溶融部分が増加す
るともの思われる。一方、鋼材表面では、濡れた共晶金
属間化合物が面方向に拡大し、鋼材全面を覆うこととな
る。この結果、鋼材表面にＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物が
被覆されるものと推定される。

【００１１】また、ＮｉとＴｉの金属混合粉末中で鋼材
のみを加熱することで、周辺の混合粉末のみが焼結し、
さらに共晶溶融することとなるので、処理の連続化が可
能となる。この場合、鋼材の加熱は高周波加熱または直
接通電などが利用できる。本発明においては、金属混合
粉末を鋼材の周りに積極的に保持させる手段も採り得
る。すなわち、ＮｉとＴｉの金属混合粉末中に鋼材を埋
め込まず、同じＮｉとＴｉの混合粉末をコロジオンなど
の有機高分子のアルコール溶液でペースト状にして鋼材
表面に塗布することも可能である。この場合、バインダ
ーの役割をした有機高分子物質および溶剤のアルコール
は加熱に伴って蒸発あるいは分解して飛散したが、同時
にＮｉとＴｉの粉末の焼結が起るため鋼材からの剥離は
なかった。この金属粉末をペースト状にして塗布する方
法では、加熱温度によらず塗布する厚さで生成する被覆
皮膜の厚さを制御することが可能であるという利点があ
る。

【００１２】さらに本発明では、鋼材を事前に９６０℃
以上に加熱保持し、ＮｉとＴｉの金属混合粉末中を通過
させる方法も採り得る。この方法によって、処理の連続
化および量産化が可能である。いずれの方法において
も、ＮｉとＴｉの相互拡散が進行し共晶組成となって共
晶温度以上で溶融して鋼材に濡れることで、Ｎｉ−Ｔｉ
系金属間化合物が鋼材表面に被覆されることとなるので
ある。また、このように被覆が液相状態で行われるた
め、皮膜成分の一部が鋼材側に拡散浸透する。この結
果、皮膜と母材である鋼材との密着性が非常に向上する
こととなる。

【００１３】本発明によって生成するＮｉ−Ｔｉ系金属
間化合物の皮膜は、原理的には共晶組成の金属間化合物
となるが、現実には共晶に至らない金属間化合物や金属
状のＮｉやＴｉが含まれる場合がある。この理由は、必
ずしも明確ではないが、次のように考えている。すなわ
ち、溶融した金属間化合物は鋼材以外にも当然ＮｉやＴ
ｉの金属に濡れるし、共晶に至らない金属間化合物にも
濡れる。従って、融液状の金属間化合物を媒体としてこ
れらの金属Ｎｉや金属Ｔｉおよび共晶組成ではない金属
間化合物が鋼材表面に残留することが十分に考えられる
のである。

【００１４】ところが、これらの金属Ｎｉや金属Ｔｉお
よび共晶組成ではない金属間化合物もまた耐塩性は極め
て優れている。従って、本発明による皮膜でも耐塩性の
点からは共晶組成の金属間化合物に被覆されたものと全
く同様に取扱い得るものと考えられる。次に、本発明条
件の限定理由を説明する。

【００１５】ＮｉとＴｉの混合粉末の組成は、Ｎｉ粉末
の割合が２５重量％未満あるいは８５重量％を超える
と、鋼材表面で両金属が焼結してＮｉ−Ｔｉ系金属間化
合物が生成するが、共晶組成のＮｉ−Ｔｉ系金属間化合
物の生成が困難となり、表面への被覆ができないため、
Ｎｉ粉末の割合は２５重量％を下限、８５重量％を上限
とした。

【００１６】加熱温度は、９６０℃未満ではＮｉ−Ｔｉ
系共晶金属間化合物の融点以下であり、本発明の狙いと
する融液による金属間化合物の被覆を達成できないた
め、９６０℃を下限とした。また、１２００℃を超える
とＮｉ−Ｔｉ系共晶金属間化合物の粘度が著しく低下し
て鋼材への付着が不十分となる上に、鋼材そのものの靱
性が劣化してコンクリート構造物の補強材としての使用
が不可能となるため、１２００℃を上限とした。

【００１７】加熱時間は、下限温度の９６０℃でも極め
て短時間で鋼材表面への金属間化合物の被覆が可能であ
るが、５ｓｅｃ未満では被覆されない部分が残留するお
それがあるので５ｓｅｃを下限とした。また、長時間の
処理を行っても品質的、工業的な利点はないため、１ｈ
ｒを上限とした。加熱雰囲気は、鋼の酸化する雰囲気で
はＴｉが急激に酸化してＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物が生
成しないだけでなく、鋼材も酸化して、たとえＮｉ−Ｔ
ｉ系共晶金属間化合物が生成して溶融しても鋼材表面に
濡れず付着しないため、鋼の酸化しない非酸化性雰囲気
に限定した。鋼の酸化しない雰囲気でもＴｉは酸化する
ことがあるが、この場合は酸化皮膜が非常に薄く、焼結
によってＮｉと接触すると金属間化合物の生成反応が進
行するので、必ずしもＴｉの酸化しない雰囲気にする必
要はない。

【００１８】ＮｉとＴｉの混合粉末をペースト状にして
鋼材表面に塗布する方法においてバインダーの役割をす
る有機高分子物質は、一般的に非酸化性雰囲気中での加
熱で蒸発あるいは分解して飛散するものであれば、組成
は特に限定されない。また溶剤のアルコールも、非酸化
性雰囲気中で加熱すると蒸発あるいは分解して飛散する
ので、バインダーの役割をする有機高分子物質との関係
で自由に選択することが可能である。

【００１９】

【作用】本発明は、金属粉末を用いて表面にＮｉ−Ｔｉ
系金属間化合物を被覆するものである。しかし、被覆に
至る過程では溶融したＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物が鋼材
に濡れる現象が起きている。すなわち、固相粉末を処理
しながら実質的には液相での処理を行っていることと同
じと考えられる。この結果、短時間の処理でかつ密着性
のよい皮膜を鋼材に被覆することが可能となった。

【００２０】また生成した皮膜は、Ｎｉ−Ｔｉ系の共晶
金属間化合物を主体に他のＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物、
金属ＴｉやＮｉの混合層からなる皮膜であり、Ｃｌ^-イ
オンを含む強アルカリ環境での耐食性、すなわち耐塩性
に優れている。また、皮膜成分の主としてＮｉが鋼側に
も拡散浸透しているため、鋼材との密着性も優れてい
る。この結果、本発明による表面被覆鋼材はコンクリー
ト中での耐塩性が良好である。

【００２１】

【実施例】熱延後酸洗してスケールを除去した直径２０
ｍｍの鉄筋コンクリート用棒鋼ＪＩＳＳＤ３０ＢをＮ
ｉとＴｉの混合粉末中に埋め込み、種々の温度に加熱し
て表面にＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物を被覆させた。表１
に混合粉末中のＴｉおよびＮｉの比、粉末処理方法、加
熱温度、加熱時間および加熱方法を示した。本発明例
５、６は、ＮｉとＴｉの混合粉末をコロジオンのアルコ
ール溶液によってペースト状にし、鉄筋コンクリート用
棒鋼に塗布した。

【００２２】表２には、これらの方法で製造した被覆鋼
材の被覆皮膜の厚さと主たる構成物および被覆鋼材の品
質である耐塩性と曲げ性の結果を示した。なお、被覆皮
膜の厚さは、任意部位５個所を光学顕微鏡で測定し、平
均値で示した。主たる構成物は、表面の反射Ｘ線回折で
認められたピークから判断した。しかし、一部に解析で
きないピークが認められ、表中に？を印した。耐塩性試
験は、ＪＩＳＡ６２０５に規定されたオートクレーブ
装置によるコンクリート中の鉄筋の腐食促進試験法を適
用し、Ｃｌ^-イオン添加量を０．８％とした。評価は、
錆発生面積率で行った。また、鉄筋は施工時に曲げ加工
がなされるため、曲げ加工で皮膜に剥離が生じないこと
が要求される。そこで、２Ｄ−１８０℃の曲げ試験を行
い、曲げ外面のひび割れ発生の有無によって皮膜の加工
性を評価した。

【００２３】表２に示したように、１〜８の本発明例で
はいずれも短時間の熱処理で密着性がよく、オートクレ
ーブ試験での錆の発生がないなどコンクリート中での耐
塩性に優れ、また２Ｄ−１８０°曲げ試験でも剥離のな
い被覆処理ができた。また、本発明例である１および２
は真空加熱炉で加熱処理し、３および４はアルゴン雰囲
気中で高周波加熱により処理したものである。これらの
間には、特性上の差異がほとんど認められず、鋼の酸化
しない非酸化性雰囲気であれば加熱雰囲気の影響はない
ことがわかった。

【００２４】一方、比較例９の方法では処理温度が低い
ためＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物が溶融せず、皮膜はでき
なかった。この条件では、焼結により金属粉末が付着し
たが、多孔質で接合力は弱く手に触れるだけで落下し
た。比較例１０は混合粉末のＮｉの比率が高すぎるた
め、融点が低い共晶のＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物が生成
せず、やはり皮膜はできなかった。この条件でも、焼結
により金属粉末が付着したが、比較例９と同様に多孔質
で接合力は弱かった。

【００２５】また、比較のために実施した１１の溶融メ
ッキ法によるＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物の被覆鋼材は、
非加工部の耐塩性は本発明による鋼材と同様に優れてい
たが、曲げ試験で皮膜に剥離が見られ、曲げ加工部で現
行の普通鉄筋と同様の錆が発生した。また、現行材であ
る１２のＺｎメッキ鉄筋および１３の普通鉄筋は、従来
の知見通りオートクレーブ試験で錆が発生し、耐塩性に
劣ることが再現された。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【発明の効果】以上に示したように、本発明によって表
面をＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物で被覆することで極めて
耐塩性に優れ、かつ加工性も良好なコンクリート補強用
鋼材の製造が可能となる。この結果、海洋構造物や海浜
地区の建造物で頻発している補強用鋼材の腐食によるコ
ンクリートの崩壊事故を未然に防止できるだけでなく、
コンクリートに安価で豊富な海砂を使用することが可能
となるなど、工業的、社会的な利益は極めて大である。

【００２９】また、本発明は鉄筋棒鋼に限定されず、鋼
板や鋼矢板などの条鋼製品、鋼管などにも全く同様に適
用できる。

フロントページの続き (72)発明者渡辺隆治北海道室蘭市仲町12番地新日本製鐵株式会社室蘭製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２５重量％以上８５重量％以下のＮｉ粉
末と残部がＴｉ粉末からなる金属混合粉末を鋼材の周り
に保持し、鋼の酸化しない非酸化性雰囲気中で９６０℃
以上１２００℃以下の温度で５ｓｅｃ以上１ｈｒ以下の
時間加熱することを特徴とするＮｉ−Ｔｉ系金属間化合
物を被覆した鋼材の製造方法。
【請求項２】２５重量％以上８５重量％以下のＮｉ粉
末と残部がＴｉ粉末からなる金属混合粉末中に鋼材を埋
め込み、鋼の酸化しない非酸化性雰囲気中で高周波加熱
あるいは通電加熱によって鋼材を９６０℃以上１２００
℃以下の温度で５ｓｅｃ以上１ｈｒ以下の時間加熱する
ことを特徴とするＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物を被覆した
鋼材の製造方法。
【請求項３】２５重量％以上８５重量％以下のＮｉ粉
末と残部がＴｉ粉末からなる金属混合粉末を有機高分子
のアルコール溶液でペースト状にして鋼材表面に塗布
し、鋼の酸化しない非酸化性雰囲気中で９６０℃以上１
２００℃以下の温度で５ｓｅｃ以上１ｈｒ以下の時間加
熱することを特徴とするＮｉ−Ｔｉ系金属間化合物を被
覆した鋼材の製造方法。
【請求項４】鋼の酸化しない非酸化性雰囲気中で９６
０℃以上１２００℃以下に加熱保持した鋼材を、２５重
量％以上８５重量％以下のＮｉ粉末と残部がＴｉ粉末か
らなる金属混合粉末中を５ｓｅｃ以上１ｈｒ以下の時間
保定通過させることを特徴とするＮｉ−Ｔｉ系金属間化
合物を被覆した鋼材の製造方法。