JPH05287440A - 耐遅れ破壊特性の優れたpc鋼棒 - Google Patents

耐遅れ破壊特性の優れたpc鋼棒

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JPH05287440A
JPH05287440A JP9523592A JP9523592A JPH05287440A JP H05287440 A JPH05287440 A JP H05287440A JP 9523592 A JP9523592 A JP 9523592A JP 9523592 A JP9523592 A JP 9523592A JP H05287440 A JPH05287440 A JP H05287440A
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delayed fracture
residual stress
steel bar
compressive residual
steel
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Takashige Nagato
長門隆重
Akio Yamamoto
山本章夫
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Nippon Steel Corp
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐遅れ破壊特性の優れたPC鋼棒を提供す
る。 【構成】 棒鋼表面からの深さ100μm以内に0.2
%耐力の40%以上90%以下の圧縮残留応力を付与す
ることによって耐遅れ破壊特性の優れたPC鋼棒が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐遅れ破壊特性の優れ
たPC(プレストレストコンクリート)鋼棒に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】構造物の軽量化、部材の数量削減による
作業工程の簡略化のためには使用する鋼材の高強度化が
極めて効果的である。PCポールやパイルの分野でも高
強度のPC鋼材を使用することで配筋数が削減でき、鉄
筋籠編組時の工程を簡略化できる。しかし、高強度のP
C鋼材は、静的な引張荷重が長時間加わると突然脆性破
壊するいわゆる「遅れ破壊」が発生する危険があるた
め、使用することができなかった。特に、マルテンサイ
ト主体の組織を有する熱処理強化型PC鋼棒は、伸線で
加工強化するPC鋼線より耐遅れ破壊特性が劣るため、
やはり長期間にわたって使用される建造物への適用はで
きなかった。
【0003】従来、耐遅れ破壊特性改善のために種々の
対策が提案されている。数%のNiを添加することで耐
遅れ破壊特性は改善されるが、コストが大幅に増大する
欠点があった。また、不可避不純物であるP,Sの含有
量を極めて低いレベルに制限する方法(特開昭62−1
36520号)が示されているが、この方法も大幅なコ
スト上昇が不可避であった。遅れ破壊は表層から発生伝
播することおよび低強度材では発生しにくいことに着目
し、鋼材の表層のみを強く焼戻して軟化、低強度化して
遅れ破壊感受性を低減させる方法(特開昭58−102
0号)も提案されている。この方法は効果は認められる
ものの特殊な製造工程が必要なためコストが著しく増大
し、PC鋼材に広く利用できる方法ではなかった。
【0004】一方、特公昭51−10174号に示され
ているように、圧縮残留応力によって耐遅れ破壊特性が
改善されることは公知である。しかし圧縮残留応力の付
与の仕方によっては耐遅れ破壊特性の改善が認められな
いなど、安定した改善効果を得ることができなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】鋼材表層部への圧縮残
留応力付与は工程的に比較的容易な方法である。そして
遅れ破壊特性の改善効果は確かに認められる。本発明
は、表層部へ圧縮残留応力を付与することで耐遅れ破壊
特性が向上するとの従来より認められている知見を基に
なされたものである。特に従来知見では、圧縮残留応力
を付与したにもかかわらず耐遅れ破壊特性の改善が認め
られない場合があるなど、効果の出現が不明瞭であった
点を改善し、PC鋼棒において安定した改善効果を得る
ことをねらったものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】PC鋼棒の遅れ破壊は表
面の微小な疵やピットを起点とした亀裂の進展によって
起こるとされている。したがって表層部に大きな圧縮応
力を残留させれば、PC鋼棒を緊張した時に表層に働く
実質的な引張応力が低減するため、亀裂発生が抑止され
るものと考えられる。ところが、本発明者らはショット
ピーニングを行ったPC鋼棒の残留応力を測定した結
果、最表層部の圧縮残留応力はむしろ低めで、最大の圧
縮応力は最表層部ではなく内部よりに残留することを見
いだした。。この発見に基づいて、ショットピーニング
によるPC鋼棒の耐遅れ破壊特性の改善効果を検討した
ところ、投射速度、ショット粒の種類等を変えて圧縮残
留応力を高めた材料でも、最大の圧縮応力が比較的内部
に残留している材料は耐遅れ破壊特性の改善効果が小さ
くなることが判明した。
【0007】本発明はこれらの知見を基になされたもの
である。
【0008】種々の方法で圧縮残留応力を付与した、実
測の0.2%耐力が120kgf/mm2 であるPC鋼
棒の残留応力の測定結果と遅れ破壊試験の結果を表1に
示した。これらをもとに、残留応力の分布状態の耐遅れ
破壊特性改善に及ぼす影響を検討した。
【0009】
【表1】
【0010】最大圧縮残留応力がほぼ同じレベルである
A〜Dの深さ方向の残留応力分布に着目し、最大圧縮残
留応力を示す深さと耐遅れ破壊特性の関係を図1に示し
た。図1により、最大圧縮残留応力を示す深さが100
μmを超えると耐遅れ破壊特性の改善効果が著しく低下
することがわかる。そこで、表1A〜Nについて、深さ
100μm以内での最大圧縮残留応力と遅れ破壊試験結
果の関係を整理し、図2に示した。耐遅れ破壊特性の改
善に及ぼす深さ100μm以内の最大圧縮残留応力の効
果は、圧縮残留応力が高いと大きくなることが認められ
たが、0.2%耐力の約39%に相当する46.9kg
f/mm2 未満では耐遅れ破壊特性が改善されないこと
が判明した。
【0011】以上の知見から、0.2%耐力の40%以
上の圧縮応力を表面からの深さ100μm以内に残留さ
せることで耐遅れ破壊特性をPC鋼線と同等以上のレベ
ルに向上させたPC鋼棒を発明した。
【0012】以下に本発明の限定範囲を説明する。
【0013】圧縮残留応力は、図2より0.2%耐力の
40%未満では耐遅れ破壊特性の改善効果がみられない
ので下限とした。また、通常のショットピーニングでは
0.2%耐力の90%を超える圧縮残留応力を付与する
ことは不可能なため90%を上限とした。
【0014】以上のレベルの圧縮残留応力の付与範囲
は、図1に示したように表面からの深さ100μmを超
えた場合には耐遅れ破壊特性の改善効果が認められない
ため、100μm以内に付与することを限定した。
【0015】
【作用】本発明によって遅れ破壊特性が改善される理由
については次のように考えている。遅れ破壊は鋼中に水
素が存在し、同時に引張応力が作用する場合に起こる。
圧縮残留応力の効果は、PC鋼棒の緊張時に表層部に作
用する引張応力を低減することと考えられている。遅れ
破壊は表層で発生し、内部に進展するため、表層近傍に
充分な圧縮残留応力を付与することで実施工状態での表
層の実質的な引張応力が低くなり、亀裂の発生を抑制す
る効果が大きくなるものと考えている。逆に内部にいか
に大きな圧縮応力が残留していても、表層から亀裂が発
生すると途中でその進展を抑制することは困難となり、
耐遅れ破壊特性の改善効果が表れないものと考えてい
る。
【0016】
【実施例】0.2%C、1.1%Si、1.5%のMn
を含有する鋼をφ9.2mm線材に熱間圧延した。調整
冷却によってマルテンサイト組織とした後、繰り返し曲
げによる矯直加工を施し、PC鋼棒を製造した。このP
C鋼棒の0.2%耐力および引張強さを測定したとこ
ろ、それぞれ120kgf/mm2 、150kgf/m
2 であった。
【0017】このPC鋼棒に、ショットピーニングを行
い圧縮残留応力を付与した。ショット粒は、φ0.2〜
1.2mmの鋼球、投射速度85〜40m/sとし、条
件を組み合わせた。投射時間は120秒一定にした。
【0018】耐遅れ破壊特性は20wt.%のNH4
CN水溶液(50℃)中に88kgf/mm2 の引張応
力を付加して放置し、破断までの時間を測定して評価し
た。表2にその結果を示した。図3は、表面から深さ1
00μm以内の最大圧縮残留応力と遅れ破壊実験での破
断時間の関係を示している。また、X線法で測定した残
留応力の測定結果の例として、表2の記号1,6,7
(以上本発明)、9,12(以上比較例)について図4
に示した。
【0019】本発明例1〜8は、表面からの深さ100
μm以内の最大圧縮残留応力が0.2%耐力の40%以
上であり、遅れ破壊試験の結果も良好であった。比較例
9は圧縮残留応力の最大値は0.2%耐力の40%以上
だったものの、表面からの深さ100μm以内に残留す
る圧縮応力の最大値が0.2%耐力の40%に満たなか
ったために、また、比較例12は圧縮残留応力の最大値
が0.2%耐力の40%未満だったため、耐遅れ破壊特
性が劣っていた。
【0020】
【表2】
【0021】
【発明の効果】従来、圧縮残留応力の付与では安定した
遅れ破壊改善効果が得られず、特に安全性を重視する構
造物への適用が困難であった熱処理強化型PC鋼棒は、
本発明により、残留応力分布を適正に制御することで遅
れ破壊特性が確実に改善された。PCポール・パイル製
造業界、建設業界からの要求に十分応え得る耐遅れ破壊
性を有するPC鋼棒の提供を可能とした本発明方法の工
業的効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】最大圧縮残留応力が約50kgf/mm2 の時
の最大圧縮残留応力の分布深さの遅れ破壊試験における
破断時間に及ぼす影響を示した図。
【図2】深さ100μm以内に残留する最大圧縮残留応
力の耐遅れ破壊特性に及ぼす影響を示した図。
【図3】本発明例および比較例における深さ100μm
以内の最大圧縮残留応力と遅れ破壊試験での破断時間の
関係を示す図。
【図4】本発明例および比較例における圧縮残留応力深
さ方向分布調査結果の例を示した図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面からの深さ100μm以内に、0.
    2%耐力の40%以上90%以下の圧縮残留応力を有す
    ることを特徴とする、耐遅れ破壊特性の優れたPC鋼
    棒。
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