JPH07109546A - 中透磁率鉄筋用鋼およびその製造方法 - Google Patents

中透磁率鉄筋用鋼およびその製造方法

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JPH07109546A
JPH07109546A JP27601193A JP27601193A JPH07109546A JP H07109546 A JPH07109546 A JP H07109546A JP 27601193 A JP27601193 A JP 27601193A JP 27601193 A JP27601193 A JP 27601193A JP H07109546 A JPH07109546 A JP H07109546A
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steel
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less
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Norihito Kunitani
法仁 訓谷
Yoshihiko Kamata
芳彦 鎌田
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非磁性であることを要求される鉄筋コンクリ
ート構造物に使用する、中透磁率鉄筋用鋼およびその製
造方法を提供する。 【構成】 重量%で、C:0.6〜2.0%,Si:1.
0%以下,Mn:5〜13%,N:0.005〜0.05
%、残部はFeおよび不可避的不純物より成り、このう
ちMn、CおよびNは下記の式を満足し、かつ、透磁率
が1.02を超え10以下であることを特徴とする。 【数1】20≦0.5Mn+30C+25N≦40 この中透磁率鉄筋用鋼は、必要により、所定量のCr、
Ni、Nb、W、Ti、Alのうち1種以上を含有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は非磁性であることを要求
される鉄筋コンクリート構造物に使用する、中透磁率鉄
筋用鋼およびその製造方法に関するものである。[非磁
性と低透磁率の関係を明確に説明しておく必要がありま
す。そして、その後は用語を統一して(非磁性あるいは
低透磁率のいずれか一方を使って)説明することが必要
です。発明の名称および特許請求の範囲において「透磁
率」を使っているため、明細書の中でも透磁率のみによ
って説明をすべきものと考えます。]
【0002】
【従来の技術】従来、磁気を用いる設備では、エネルギ
ー損失やノイズ発生防止のため、その構造物には非磁性
鉄筋が使用されている。非磁性鋼とは、磁気に感じない
鋼の総称で、透磁率をその判定基準としている。非磁性
の鋼材としては、オーステナイト系ステンレス鋼がある
が、非常に高価な材料である。したがって、現在非磁性
鉄筋として15〜25%Mn鋼が多く使用されている。
しかし、このような高Mn系非磁性鉄筋も依然コスト的
に高い。
【0003】大量に需要がある鉄筋棒鋼では高価な非磁
性鋼よりむしろ、合金元素を抑え、コスト低減を求めた
中透磁率鉄筋用鋼の要求が高まっている。
【0004】特公昭60−18743号公報において
は、C当量とMn当量の相関を規定した非磁性鉄筋が、
また、特公昭60−31897号公報では、低い透磁率
を保ち得る非磁性異形鉄筋棒鋼が提案されている。しか
し、前者の非磁性鋼はオ−ステナイトの安定化にNを利
用するという知見はなく、一方、後者の非磁性鋼は高価
なNi,V等の合金元素を含有し、完全非磁性に近い組
織を得るものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低コ
ストにて透磁率1.02〜10でありかつ鉄筋としての
強度を確保した、中透磁率鉄筋用鋼およびその製造方法
を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】リニア新幹線等の軌道ス
ラブ筋に非磁性鉄筋を使用する計画がある。非磁性鋼と
しては前述のように、まず、高Cr系オ−ステナイト鋼
が考えられるが、コストが高くて到底実用化され得な
い。次にこれに替わるものとして、高Mn系オーステナ
イト鋼の使用が考えられるが、これでもまだ高価であ
り、更なる低コスト化の要求が強い。
【0007】そこで、オーステナイト鋼の低コスト化を
検討し、以下の知見を得た。 (1)従来の非磁性鋼は、その透磁率が1.02以下で
あるが、透磁率を下げると共にコストアップを引きおこ
す。軌道スラブ筋に使用される鉄筋は、コンクリ−ト中
に埋め込まれるため、必ずしも透磁率が1.02以下で
ある必要はなく、10以下であればリニア新幹線から1
m離れた位置での誘起磁場の悪影響は無視できる。
【0008】(2)合金元素のうち、安価でオーステナ
イトを安定させる元素としてCおよびNが挙げられ、そ
の多用によりMn,Ni等の低減あるいは省略が可能で
ある。
【0009】(3)透磁率が10以下となるようにオ−
ステナイト相を安定化しておけば、仮に曲げ等の加工に
よってマルテンサイトやフェライトが生じたとしても、
それがオ−ステナイトに占める割合は微々たるものであ
るから、再び透磁率が10.0以上に上昇するような現
象は抑えられる。
【0010】(4)Mn、CおよびNを多量に含有させ
ると、マルテンサイトが生成して透磁率の上昇をもたら
し、また延性の低下を伴うが、
【数3】20≦0.5×[Mn]+30[C]+25×
[N]≦40 の範囲であれば、透磁率1.02〜10を確保しつつ延
性の低下についても特に問題はない。
【0011】(5)Cを多用する鉄筋は、粒界に炭化物
を形成しやすく、腐食による強度低下の恐れはあるが、
コンクリート中に埋没される場合は、耐腐食性悪化の問
題はクリアできる。
【0012】(6)さらに熱間圧延後、0.5℃/S以上
の冷却速度で700〜300℃の温度まで急冷すれば、
炭化物の析出は防止できる。 以上の知見をもとに本発明の鋼およびその製造方法が開
発された。
【0013】課題解決手段としての本発明の構成は、以
下のとおりである。 1. 重量%で、C:0.6〜2.0%,Si:1.0%
以下,Mn:5〜13%,N:0.005〜0.05%、
残部はFeおよび不可避的不純物より成り、透磁率1.
02を超え10以下で、かつ下記の式を満足することを
特徴とする中透磁率鉄筋用鋼。
【数4】 20≦0.5[Mn]+30[C]+25[N]≦40 ここで、[Mn]=Mnの重量%,[C]=Cの重量
%,[N]=Nの重量%である。
【0014】2. さらに、Cr:5%以下を含有する
ことを特徴とする上記1記載の中透磁率鉄筋用鋼。
【0015】3. さらに、Ni:5%以下を含有する
ことを特徴とする上記1または2記載の中透磁率鉄筋用
鋼。
【0016】4. さらに、Nb:1%以下,W:1%
以下,Ti:1%以下およびAl:1%以下のうちの1
種以上を含有することを特徴とする上記1ないし3のい
ずれかに記載の中透磁率鉄筋用鋼。
【0017】5. 上記1ないし4のいずれかに記載の
鋼片を、1000〜1250℃に加熱した後、900℃
以上の温度域で圧延を行い、ついで最終圧延温度700
〜1000℃の範囲でかつ仕上圧下率20%以上で仕上
圧延を終了し、そのまま空冷することを特徴とする透磁
率1.02を超え10以下で、かつ下記の式を満足する
中透磁率鉄筋用鋼の製造方法。
【数5】 20≦0.5[Mn]+30[C]+25[N]≦40 ここで、[Mn]=Mnの重量%,[C]=Cの重量
%,[N]=Nの重量%である。
【0018】6. 仕上圧延を終了後の空冷処理を、
0.5℃/S以上の冷却速度で700〜300℃の温度ま
で急冷する処理で置き換えたことを特徴とする上記5記
載の中透磁率鉄筋用鋼の製造方法。
【0019】
【作 用】本発明は、上記のように高価な合金元素を添
加せず、Mn量を比較的低く抑えた成分組成および熱間
圧延条件を定めることによって、透磁率を1.02〜1
0の範囲に保持し、かつ鉄筋としての強度を確保した、
中透磁率鉄筋用鋼およびその製造方法の発明であり、以
下に本発明における各合金元素の含有量の限定理由につ
いて説明する。
【0020】C:0.6〜2.0% Cはオーステナイト相を安定化すると同時に、固溶強化
作用を示す元素である。Mn含有量を抑えて透磁率1.
02〜10を確保し、かつ降伏強度を満たすためには、
少なくとも0.6%以上添加する必要がある。しかし、
C量が2.0%を超えるとオーステナイト粒界へ多量の
炭化物が析出し、靭性の劣化、熱間圧延時の割れが発生
する。それゆえ、C量の上限を2.0%とした。
【0021】Si:1.0%以下 Siは脱酸剤として不可欠の元素であるばかりでなく、
強化元素としても有効なものである。しかし、添加量が
多過ぎると靭性が劣化するので、1.0%以下に制限す
る。
【0022】Mn:5〜13% Mnは鋼を非磁性に保つために必要な元素であり、透磁
率を1.02〜10を確保するためには、5.0%以上添
加する必要がある。しかし、13%以上添加した場合、
透磁率は抑えられるがコストを上昇させるため、その範
囲を5.0〜13.0%とした。
【0023】N:0.005〜0.05% Nは鋼のγ相の安定化元素であり、透磁率を低下させる
効果がある。また、強度向上の効果もあるため0.00
5%以上添加する必要がある。しかし0.05%以上添
加すると、粒界脆化を引き起こし、熱間加工性を害する
ために、上限を0.05%とした。
【0024】C、MnおよびN相互の関係
【数6】 20≦0.5[Mn]+30[C]+25[N]≦40 ([C]、[Mn]および[N]は重量%)としたの
は、上記γ安定化元素を制限することで、鋼に要求され
る透磁率1.02〜10を安価に確保するためである。
また、この範囲では延性においても特に問題とならず鉄
筋としての性能を満足する。
【0025】上記4成分の外本発明の対象材は、必要に
より下記の成分を1種以上含有することができる。
【0026】Cr:5%以下 Crはγ相の固溶強化に有効な成分であるが、添加量が
多すぎるとγ相を不安定にし、かつ、コストを上昇させ
るので、上限を5%とする。
【0027】Ni:5%以下 Niはγ相の固溶強化とその安定化に有効な成分である
が、コストの面から上限を5%とする。
【0028】Nb,W,Ti,Al:≦1.0% これらの成分は、結晶粒の微細化、炭窒化物の生成によ
る降伏強度を上昇させるために添加される。高強度が要
求される場合、上記の成分を添加することにより、降伏
強度の向上が得られる。
【0029】このような作用は、圧延製造条件(加熱温
度、圧下率)によって制限され、多量添加しても、強度
の上昇に寄与しない。従って、この含有量は1%までと
するのがよい。
【0030】次に圧延条件の限定理由について述べる。 熱間圧延のための鋼片加熱温度:1000〜1250℃ 鋼片の加熱温度は、圧延機の負荷および粒界炭化物を十
分固溶させることを考慮し、1000℃以上と定める。
一方、高温においては粒界脆化が著しく、圧延時の加工
割れを起こすために加熱温度の上限を1250℃と定めた。
【0031】熱間圧延温度:900℃以上、仕上圧下率
≧20%、最終圧延温度:700〜1000℃ 鋼片の熱間圧延温度は圧延機の負荷を考慮し,900℃
以上と定める。
【0032】仕上げ圧下率と最終圧延温度の範囲は、所
定の降伏強度と靭性を制御する上で有効である。圧下率
が不十分な場合は、結晶粒の微細化が不十分となり,高
い降伏強度は得られない。そのため、仕上圧延列におい
て最低20%の圧下率が必要である。
【0033】最終圧延温度は、1000℃以下に限定す
ることによって約300N/mm2、700℃以上に限定す
ることにより、約450N/mm2の降伏強度が得られ、鉄
筋棒鋼としての要求を満足する。
【0034】更に圧延後の製品冷却について述べると、
棒鋼の直径が大きい場合や、放冷能力が低い場合、冷却
速度が小さく、粒界が脆化して、棒鋼の延性、曲げ加工
性が低下することがある。そこで、熱間圧延後、直ちに
水冷または強制風冷等の冷却手段により、0.5℃/sec
以上の冷却速度で700〜300℃の温度まで急冷する
ことにより、延性、曲げ加工性の安定確保をする。
【0035】
【実施例】以下に本発明を実施例に従って説明する。表
1において、鋼No.1〜17は本発明の範囲の鋼組成で
あり、鋼No.1'〜6'は本発明の範囲外の比較鋼組成で
ある。表1の各鋼に対して本発明の製造条件を適用して
試験片を作成し、試験片の圧延状況、製造コスト、透磁
率、降伏点、引張り強さ、伸びを調査し、試験した。製
造条件および試験の結果を表2に示す。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】これらの結果からも分かるように、本発明
の範囲内の製造条件によって製造された鋼No.16〜
17では上記の試験項目のすべてについて満足すべき結
果が得られた。
【0039】一方、本発明の範囲外の鋼組成をもつ比較
鋼に対して本発明の製造条件を適用して製造された試験
片No.1'〜6'では、Mn量が高いNo.1'鋼はコ
ストが高く、C,Siが高く、Mnが低く、Mn,C,
N間の関係式を満たしていないNo.2'鋼は圧延状況
が悪く、Cが低く上記関係式を満たしていないNo.
3'鋼では透磁率が高過ぎ、Cが高く上記関係式を満た
していないNo.4'鋼では圧延状況が悪く、また伸び
の値が充分でなく、上記関係式が高すぎるNo.5'鋼
では、圧延作業が困難で、製品の圧延状況も悪く、製造
コストも嵩みしかも伸びの値も不充分であり、Siが高
すぎるNo.6'鋼では得られる製品の伸びが不充分で
ある。
【0040】
【発明の効果】以上のように、本発明の中透磁率鉄筋
は、透磁率1.02〜10を示し、かつ鉄筋棒鋼に要求
される強度レベルをも十分満足し得るため、完全非磁性
を必要とせず、低コストを要求される鉄筋棒鋼として好
適であり、その実用的な利用価値は非常に大きいもので
ある。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:0.6〜2.0%,Si:
    1.0%以下,Mn:5〜13%,N:0.005〜0.
    05%、残部はFeおよび不可避的不純物より成り、透
    磁率1.02を超え10以下で、かつ下記の式を満足す
    ることを特徴とする中透磁率鉄筋用鋼。 【数1】 20≦0.5[Mn]+30[C]+25[N]≦40 ここで、[Mn]=Mnの重量%,[C]=Cの重量
    %,[N]=Nの重量%である。
  2. 【請求項2】 さらに、Cr:5%以下を含有すること
    を特徴とする請求項1記載の中透磁率鉄筋用鋼。
  3. 【請求項3】 さらに、Ni:5%以下を含有すること
    を特徴とする請求項1または2記載の中透磁率鉄筋用
    鋼。
  4. 【請求項4】 さらに、Nb:1%以下,W:1%以
    下,Ti:1%以下およびAl:1%以下のうちの1種
    以上を含有することを特徴とする請求項1ないし3項の
    いずれかに記載の中透磁率鉄筋用鋼。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4項のいずれかに記載の
    鋼片を、1000〜1250℃に加熱した後、900℃
    以上の温度域で圧延を行い、ついで最終圧延温度700
    〜1000℃の範囲でかつ仕上圧下率20%以上で仕上
    圧延を終了し、そのまま空冷することを特徴とする透磁
    率1.02を超え10以下で、かつ下記の式を満足する
    中透磁率鉄筋用鋼の製造方法。 【数2】 20≦0.5[Mn]+30[C]+25[N]≦40 ここで、[Mn]=Mnの重量%,[C]=Cの重量
    %,[N]=Nの重量%である。
  6. 【請求項6】 仕上圧延終了後の空冷処理を、0.5℃/
    S以上の冷却速度で700〜300℃の温度まで急冷す
    る処理で置き換えたことを特徴とする請求項5記載の中
    透磁率鉄筋用鋼の製造方法。
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