JPH0949020A - 低温鉄筋用鋼材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】降伏強度４００ＭＰａ以上、シャルピー破面遷
移温度−６０℃以下及び−６０℃での切り欠き引張強度
７５０ＭＰａ以上を有し、且つ低コストである低温鉄筋
用鋼材の製造方法を提供する。 【解決手段】Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｓｉ：０．０
５〜０．６０％、Ｍｎ：０．６０〜２．００％、Ａｌ：
０．００５〜０．０８０％、Ｂ：０．００５０％以下を
含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなる鋼材を、
９５０〜１２５０℃に加熱して粗圧延を行い、次いで中
間圧延及び／または仕上げ圧延のパス間で水冷して鋼材
の表面を６００〜７００℃の温度域に急冷することを１
〜５回繰り返しながら圧延し、更に、圧延仕上げ温度を
７５０〜９５０℃に制御して圧延を終了し、その後０．
１〜３．０℃／ｓの冷却速度で冷却する低温鉄筋用鋼材
の製造方法。鋼材がＶ、Ｎｂを含んでいても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低温鉄筋用鋼材の
製造方法に関し、より詳しくはＬＮＧタンクの構造部材
などに使用される低温での強度と靭性に優れた低温鉄筋
用鋼材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンクリート用鉄筋はJIS G 3112
に「鉄筋コンクリート用棒鋼」としてその化学成分と機
械的性質が規格化された鋼材が用いられてきた。現在、
この規格鋼材は通常の一般ビル建築構造用鉄筋としては
勿論のこと、例えばＬＮＧタンク用鉄筋や寒冷地におけ
る鉄筋コンクリート構造物用鉄筋など低温環境用の鉄筋
としても用いられている。

【０００３】しかしながら、前記のJIS G 3112に「鉄筋
コンクリート用棒鋼」として規格化された鉄筋は、実使
用環境の温度として常温もしくはそれ以上の温度を想定
したものであって、必ずしも上記のような低温環境で使
用される場合を想定したものではない。

【０００４】そのため、特公平６−７２２６０号公報に
はＶノッチシャルピーの破面遷移温度が−８０℃以下の
「低温用鉄筋棒の製造方法」が提案されている。また、
特公平２−２４９０４号公報には「低温靭性及び耐海水
性のすぐれた鉄筋棒鋼」が開示されている。しかしこれ
らの公報に記載の低温用鉄筋は、いずれも低温における
衝撃特性を改善するためにＮｉを必須成分として添加す
るため、鉄筋として使用するにはコスト面で問題を有す
る。

【０００５】特公平４−８４８６号公報には特定の化学
組成を有する鋼材を制御圧延冷却して、ベイナイト組織
を２０％以上含有させたベイナイト＋フェライト組織を
有する「低温靭性に優れた鉄筋棒鋼の製造方法」が提案
されている。しかしこの公報に提案された方法で用いる
鋼のＣ量は０．０２〜０．１０％であるため、太径の鉄
筋棒鋼に関しては、その中心部領域で所望の強度を達成
できない場合がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記現状に鑑
みなされたもので、その目的とするところは低コスト
で、且つ低温環境で使用するに充分な強度と低温靭性、
具体的には常温での降伏強度４００ＭＰａ以上、シャル
ピー破面遷移温度−６０℃以下と−６０℃での切り欠き
引張強度７５０ＭＰａ以上とを備え、特にＪＩＳのＤ３
２〜Ｄ５１に相当する寸法の太径低温鉄筋用鋼材の製造
方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するために先ず現行のJIS G 3112規格鋼材の低温
における特性を調査して、これを低温環境下で使用した
場合の問題点を検討した。その結果、ＪＩＳ規格鋼材は
使用環境温度が−１０℃以下になると靭性（衝撃値）及
び切り欠き引張強度が著しく低下して、脆く破断し易く
なることが明らかとなった。これは鉄筋を低温で使用す
る場合には致命的な欠陥となる。従って、構造物の安全
性を高めるためには低温での靭性と切り欠き引張強度を
高めることが必要であるとの結論に達した。

【０００８】そこで本発明者は次に、高価な元素である
Ｎｉを含まない低合金鋼の場合にも低温での靭性と切り
欠き引張強度を高めることのできる組織に関して検討し
た。

【０００９】その結果、下記〜の知見を得た。

【００１０】鋼材の表面近傍を微細なフェライト・パ
ーライト組織とすれば低温靭性並びに低温での切り欠き
引張強度を高めることができる。

【００１１】上記の組織とするには中間圧延及び／ま
たは仕上げ圧延のパス間で水冷して鋼材の表面を６００
〜７００℃の温度域に急冷すれば良い。

【００１２】上記の処理に続いて圧延仕上げ温度を
７５０〜９５０℃の範囲に制御し、その後０．１〜３．
０℃／ｓの冷却速度で冷却すれば効果が大きい。

【００１３】常温での降伏強度４００ＭＰａ以上、シ
ャルピー破面遷移温度−６０℃以下と−６０℃での切り
欠き引張強度７５０ＭＰａ以上を有する微細なフェライ
ト・パーライト組織からなる鉄筋用鋼材は、ＬＮＧタン
ク用鉄筋や寒冷地における鉄筋コンクリート構造物用鉄
筋など低温環境用の鉄筋として充分使用に耐え得る。

【００１４】上記のとの処理を行えば、Ｎｉを添
加しない鋼を用いて降伏強度４００ＭＰａ以上、シャル
ピー破面遷移温度−６０℃以下及び−６０℃での切り欠
き引張強度７５０ＭＰａ以上を有する低温鉄筋用鋼材が
得られる。

【００１５】上記知見に基づく本発明は、下記（１）と
（２）に示す低温鉄筋用鋼材の製造方法を要旨とする。

【００１６】（１）圧延工程が粗圧延、中間圧延及び仕
上げ圧延の各工程からなる低温鉄筋用鋼材の製造方法で
あって、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｓｉ：
０．０５〜０．６０％、Ｍｎ：０．６０〜２．００％、
Ａｌ：０．００５〜０．０８０％、Ｂ：０．００５０％
以下を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなる鋼
材を、９５０〜１２５０℃の温度域に加熱して粗圧延を
行い、次いで中間圧延及び／または仕上げ圧延のパス間
で水冷して鋼材の表面を６００〜７００℃の温度域に急
冷することを１〜５回繰り返しながら圧延し、更に、圧
延仕上げ温度を７５０〜９５０℃の範囲に制御して圧延
を終了し、その後０．１〜３．０℃／ｓの冷却速度で冷
却することを特徴とする低温鉄筋用鋼材の製造方法。

【００１７】（２）圧延工程が粗圧延、中間圧延及び仕
上げ圧延の各工程からなる低温鉄筋用鋼材の製造方法で
あって、上記（１）に記載の成分に加えて更に、重量％
で、０．０１〜０．２０％のＶ及び０．０１〜０．１０
％のＮｂの１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不可避不
純物からなる鋼材を、９５０〜１２５０℃の温度域に加
熱して粗圧延を行い、次いで中間圧延及び／または仕上
げ圧延のパス間で水冷して鋼材の表面を６００〜７００
℃の温度域に急冷することを１〜５回繰り返しながら圧
延し、更に、圧延仕上げ温度を７５０〜９５０℃の範囲
に制御して圧延を終了し、その後０．１〜３．０℃／ｓ
の冷却速度で冷却することを特徴とする低温鉄筋用鋼材
の製造方法。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の各要件について、
詳しく説明する。なお、成分含有量の「％」は「重量
％」を意味する。

【００１９】（Ａ）鋼材の化学組成 Ｃ：Ｃは強度を高めるのに有効な元素である。しかし、
その含有量が０．１０％未満では添加効果に乏しく所望
の強度が得られない。一方、０．４０％を超えると、本
発明の製造方法によっても製品鋼材の靭性及び切り欠き
引張強度が目標値に達しない。従って、Ｃの含有量を
０．１０〜０．４０％とした。

【００２０】Ｓｉ：Ｓｉは焼入れ性を向上させるととも
に熱間での加熱・圧延時に高温での表面酸化を阻止する
作用がある。更に、強度を向上させる効果も有する。し
かし、その含有量が０．０５％未満では所望の強度が確
保できないことに加えて高温での表面の耐酸化性が劣化
し、０．６０％を超えると靭性と切り欠き引張強度の劣
化を招くことになるので、その含有量を０．０５〜０．
６０％とした。

【００２１】Ｍｎ：Ｍｎは鋼の焼入れ性向上及び熱間延
性向上に有効な元素である。しかし、その含有量が０．
６０％未満では充分な焼入れ性が得られず、２．００％
を超えて含有させると偏析を起こし、却って熱間延性が
低下するようになる。従って、Ｍｎの含有量を０．６０
〜２．００％とした。

【００２２】Ａｌ：Ａｌは鋼の脱酸の安定化及び均質化
を図る作用がある。更に、Ｎと結合して微細なＡｌＮを
形成し結晶粒を微細にして靭性と強度を向上させる効果
も有する。

【００２３】しかし、その含有量が０．００５％未満で
は所望の効果が得られず、０．０８０％を超えると前記
効果が飽和するばかりか、却って熱間圧延中に鋼材表面
に割れを生ずることとなるので、Ａｌの含有量を０．０
０５〜０．０８０％とした。

【００２４】Ｂ：Ｂは添加しなくても良い。添加すれば
焼入れ性を高める作用がある。この効果を確実に得るに
はＢは０．０００３％以上の含有量とすることが望まし
い。しかし、その含有量が０．００５０％を超えると前
記効果が飽和することに加えて、結晶粒の粗大化をきた
して靭性の劣化を招く場合がある。従って、Ｂの含有量
を０．００５０％以下とした。

【００２５】本発明で用いる鋼には、上記の成分に加え
て、更に、Ｖ及びＮｂのうちの１種以上を含んでいても
良い。これらの合金元素の作用効果と望ましい含有量は
下記のとおりである。

【００２６】Ｖ、Ｎｂ：Ｖ及びＮｂは鋼の焼入れ性を向
上させるとともに、鋼中で炭化物を形成して結晶粒を微
細化して靭性と強度を向上させる効果を有する。従っ
て、Ｖ及びＮｂは必要に応じて一方または両方を添加し
ても良い。しかし、Ｖの場合には０．０１％未満の含有
量では所望の効果が得られず、０．２０％を超えて含有
すると前記効果が飽和するばかりか、却って脆化現象を
引き起こし靭性と切り欠き引張強度の低下を招く。一
方、Ｎｂの場合にも、０．０１％未満の含有量では所望
の効果が得られず、０．１０％を超えて含有すると前記
効果が飽和するばかりか、却って脆化現象を引き起こし
靭性と切り欠き引張強度の低下を招く。従って、これら
の合金元素を１種以上添加する場合には、Ｖ：０．０１
〜０．２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％の含有量と
するのが良い。

【００２７】ところで、本発明で用いる鋼は上記の成分
元素に加えて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＴｉを通常
の不純物のレベルで含んでいても良い。すなわち、Ｃ
ｕ、Ｎｉ、Ｃｒをそれぞれ０．３％以下、Ｍｏを０．１
％以下、Ｔｉを０．０１％以下含有していても、本発明
によって得られる低温鉄筋用鋼材の特性に対しては何ら
悪影響がない。

【００２８】（Ｂ）熱間圧延 （Ｂ−１）加熱 熱間での連続圧延に際しての加熱温度は、オーステナイ
ト結晶粒の粗大化を防ぐために低温であることが望まし
いが、９５０℃未満ではＡｌＮが多数残存して圧延時に
割れを生ずる恐れがあり、また低温ほど圧延抵抗が高く
なって圧延機に過度の負荷がかかる。一方、加熱温度が
１２５０℃を超えると圧延素材の表面酸化が著しくなっ
て圧延時に表面割れを生ずる。従って、加熱温度を９５
０〜１２５０℃とした。

【００２９】（Ｂ−２）中間圧延及び／または仕上げ圧
延のパス間水冷 熱間連続圧延工程は、粗圧延、中間圧延及び仕上げ圧延
の３工程からなるが、このうち中間圧延及び／または仕
上げ圧延のパス間において水冷を行い、鋼材の表面を６
００〜７００℃の温度域に急冷することを１〜５回繰り
返しながら圧延することが重要である。すなわち、中間
圧延及び／または仕上げ圧延のパス間で水冷して鋼材の
表面をＡr₁点を下回る７００℃以下に急冷してオ−ステ
ナイトからフェライトとパーライトに変態させる処理
と、鋼材内部の保有熱により復熱させてフェライト・パ
ーライトからオ−ステナイトへ逆変態させる処理を繰り
返すことにより、最終的な鋼材の組織を微細なフェライ
ト・パーライト組織にすることが必要である。前記の処
理によって鋼材の表面を微細なフェライト・パーライト
組織にすることで始めて鋼材の低温靭性と強度及び切り
欠き引張強度を著しく改善することが可能となる。

【００３０】パス間水冷した場合の鋼材表面温度が７０
０℃を上回る場合はオ−ステナイトからフェライトとパ
ーライトへの変態が充分起こらないので所望の組織が得
られず、６００℃を下回る場合は鋼材内部の保有熱によ
る復熱による再加熱が充分でないためフェライト・パー
ライトからオ−ステナイトへの逆変態が不十分となって
やはり所望の組織が得られない。従って、前記のパス間
水冷を行う場合に鋼材の表面を急冷する温度は６００〜
７００℃の温度域としなければならない。

【００３１】前記したパス間水冷を１回以上行うことに
より、鋼材表面を微細なフェライト・パーライト組織に
することが可能であるが、６回以上繰り返してもフェラ
イト・パーライト組織を微細化する効果が飽和する。従
って、パス間水冷は１〜５回繰り返すこととした。

【００３２】ところで、パス間水冷する「鋼材表面」は
単に鋼材の表面に留まらず、鋼材表面から半径比で０．
３の深さの部位までであっても良い。パス間水冷によっ
て６００〜７００℃の温度域に急冷される部位が前記深
さまでの場合には所謂「表面部」の組織が微細となっ
て、常温での降伏強度４００ＭＰａ以上、シャルピー破
面遷移温度−６０℃以下と−６０℃での切り欠き引張強
度７５０ＭＰａ以上という低温環境用の鉄筋に必要な特
性を付与することができるためである。これに対して前
記深さが鋼材表面から半径比で０．３の深さを超える
と、内部保有熱量が小さくなって復熱による再加熱が充
分起こらなくなって所望の組織が得られなくなるととも
に、急冷後の圧延時に変形抵抗が大きくなって圧延機に
過度の負荷がかかってしまう。

【００３３】（Ｂ−３）圧延仕上げ温度 結晶粒微細化のためには圧延仕上げ温度を低くするほど
効果があるが、７５０℃を下回ると圧延機に対する負荷
が過大となることに加えて鋼材に表面割れが生じるよう
になり、一方、９５０℃を超えると結晶粒が粗大化して
所望の微細な組織が得られなくなるので、圧延仕上げ温
度を７５０〜９５０℃とした。なお、この圧延仕上げ温
度は、被圧延鋼材自身の復熱及び圧延時の加工発熱によ
って確保できる。

【００３４】（Ｃ）圧延後の冷却 圧延終了後は鋼材を０．１〜３．０℃／ｓの冷却速度で
４００℃未満の温度まで冷却する必要がある。３．０℃
／ｓを超える冷却速度で冷却した場合には、極表層部は
焼きが入った所謂「低温変態組織」となり内部はフェラ
イト・パーライト組織となって、組織が不均一となるた
め靭性並びに切り欠き引張強度の劣化を招く。一方、
０．１℃／ｓ未満の冷却速度では中心部の組織が粗大な
フェライト・パーライト組織となるため所望の機械的性
質（降伏強度、靭性、切り欠き引張強度）が得られな
い。従って、圧延後の冷却速度は０．１〜３．０℃／ｓ
とした。なおここでいう冷却速度とは鋼材表面における
冷却速度のことである。

【００３５】上記の（Ａ）に示した成分組成を有する鋼
材に、上記の（Ｂ）及び（Ｃ）に示した条件によって制
御圧延・冷却を行うことにより、常温での降伏強度４０
０ＭＰａ以上、シャルピー破面遷移温度−６０℃以下と
−６０℃での切り欠き引張強度７５０ＭＰａ以上という
低温環境用の鉄筋に必要な特性を有する低温鉄筋用鋼材
を製造することができる。

【００３６】

【実施例】表１に示す化学組成の鋼を通常の方法により
７０ｔ転炉溶製した。表１において、鋼Ａ〜Ｃは成分の
いずれかが本発明で規定する含有量の範囲から外れた比
較鋼であり、鋼Ｄ〜Ｇは本発明の対象鋼（以下、本発明
鋼という）である。

【００３７】次いで、これらの鋼を連続鋳造法により鋼
片となし、更に、通常の方法で３ｔビレットに分塊圧延
した。

【００３８】この後、前記の３ｔビレットに表２〜６に
示す条件で連続圧延と冷却を施し、直径が３２、３５、
３８、４１及び５１ｍｍの棒鋼を製造した。なお、圧延
後の冷却は表中に記載の冷却速度で常温まで行った。

【００３９】こうして得られた棒鋼から制御圧延・冷却
したままの直径で長さが３０ｍｍの組織観察用試験片を
切り出し、表面から半径比で０．３の深さの部位の組織
を光学顕微鏡によって観察した。

【００４０】また棒鋼の表面部からＪＩＳ４号引張試験
片、ＪＩＳ４号シャルピー衝撃試験片及び切り欠き引張
試験片（平滑部径：７ｍｍ、切り欠き部径：５ｍｍ、切
り欠き底半径：０．０５ｍｍ、切り欠き角度：６０度）
を採取し、常温での引張特性、シャルピー破面遷移温度
及び−６０℃での低温切り欠き引張強度を調査した。

【００４１】試験結果の一例を表７〜１１に示す。表７
〜１１によれば、本発明で規定する化学組成を有する鋼
を、本発明で規定する条件で「熱間圧延−冷却」すれば
所望の降伏強度、靭性及び切り欠き引張強度が得られる
ことが明らかである。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】

【表３】

【００４５】

【表４】

【００４６】

【表５】

【００４７】

【表６】

【００４８】

【表７】

【００４９】

【表８】

【００５０】

【表９】

【００５１】

【表１０】

【００５２】

【表１１】

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の低温鉄筋
用鋼材の製造方法によれば、従来よりも低コストで低温
での靭性と切り欠き引張強度に優れ、且つ降伏強度が高
い低温鉄筋用鋼材を製造することが可能で、低温環境で
使用される場合にも安全性の高い構造用鉄筋を提供する
ことができるので産業上の効果は極めて大きい。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧延工程が粗圧延、中間圧延及び仕上げ圧
   延の各工程からなる低温鉄筋用鋼材の製造方法であっ
   て、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｓｉ：０．
   ０５〜０．６０％、Ｍｎ：０．６０〜２．００％、Ａ
   ｌ：０．００５〜０．０８０％、Ｂ：０．００５０％以
   下を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなる鋼材
   を、９５０〜１２５０℃の温度域に加熱して粗圧延を行
   い、次いで中間圧延及び／または仕上げ圧延のパス間で
   水冷して鋼材の表面を６００〜７００℃の温度域に急冷
   することを１〜５回繰り返しながら圧延し、更に、圧延
   仕上げ温度を７５０〜９５０℃の範囲に制御して圧延を
   終了し、その後０．１〜３．０℃／ｓの冷却速度で冷却
   することを特徴とする低温鉄筋用鋼材の製造方法。
2. 【請求項２】圧延工程が粗圧延、中間圧延及び仕上げ圧
   延の各工程からなる低温鉄筋用鋼材の製造方法であっ
   て、請求項１に記載の成分に加えて更に、重量％で、
   ０．０１〜０．２０％のＶ及び０．０１〜０．１０％の
   Ｎｂの１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物
   からなる鋼材を、９５０〜１２５０℃の温度域に加熱し
   て粗圧延を行い、次いで中間圧延及び／または仕上げ圧
   延のパス間で水冷して鋼材の表面を６００〜７００℃の
   温度域に急冷することを１〜５回繰り返しながら圧延
   し、更に、圧延仕上げ温度を７５０〜９５０℃の範囲に
   制御して圧延を終了し、その後０．１〜３．０℃／ｓの
   冷却速度で冷却することを特徴とする低温鉄筋用鋼材の
   製造方法。