JPH10298715A - スポット溶接部の耐遅れ破壊特性に優れた鋼線材 - Google Patents

スポット溶接部の耐遅れ破壊特性に優れた鋼線材

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JPH10298715A
JPH10298715A JP10645597A JP10645597A JPH10298715A JP H10298715 A JPH10298715 A JP H10298715A JP 10645597 A JP10645597 A JP 10645597A JP 10645597 A JP10645597 A JP 10645597A JP H10298715 A JPH10298715 A JP H10298715A
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JP
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delayed fracture
spot
steel
fracture resistance
precipitates
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JP10645597A
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Hajime Ishikawa
肇 石川
Atsuhiko Yoshie
淳彦 吉江
Hiroshi Oba
浩 大羽
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はスポット溶接性に優れたPC(プレ
ストレス・コンクリート)鋼材を提供する。 【解決手段】 重量%で、C:0.1〜0.5%、S
i:0.15〜3.0%、Mn:0.3〜2.0%、
P:0.03%以下、S:0.01%以下、Nb:0.
03〜0.15%を含有し、残部がFeおよび不可避的
不純物からなり、スポット溶接時の溶接熱影響部の0.
2μm 以下のNb析出物個数が5個/μm2以上となるス
ポット溶接部の耐遅れ破壊特性に優れた鋼線材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スポット溶接性に
優れたPC(プレストレス・コンクリート)鋼材に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】コンクリートポール、パイルの中でも剛
性および曲げ強さの向上、コンクリートのひび割れ防止
の目的でコンクリートに圧縮を与えて強化するものはP
Cポール、PCパイルと称され、以下の方法で製造され
ている。まず、円周上に並列に配したPC鋼材に軟鋼線
を螺旋状に巻きつけた後(以後螺旋筋と称す)、PC鋼
材と螺旋筋の交点を固定して円筒状の籠片型補強体(以
下補強体と略称)を製造する。次いで、この補強体を型
枠に導入し、補強体を構成するPC鋼材の両端を固定し
て、引張強さの70%前後の応力で緊張する。型枠内に
注入したコンクリートが固化した後に、PC鋼材の緊張
力が除去され、同時にコンクリートに圧縮力が付与され
てPCポール、PCパイルが製造される。この製造工程
中、補強体の組立を自動化するために、溶接性の良好な
低中炭素鋼の熱処理強化型PC鋼材が使用され、PC鋼
材と螺旋筋の固定はスポット溶接により行われる。
【0003】スポット溶接は冷却速度が速いため、低温
変態組織の生成により溶接熱影響部(以後HAZと称
す)の耐遅れ破壊特性が低下する傾向にある。溶接部の
耐遅れ破壊特性を向上させるためには、まず第一義的に
硬さの低減が必要であり、硬さを低減するためには、鋼
成分を低Cかつ低Ceqにすることが望ましいことがよ
く知られている。しかし、PC鋼材には高強度、リラク
ゼーション特性が要求されるため、比較的高Cとする必
要がある。これらを確保する制約から低C化あるいは低
Ceq化には限界がある。
【0004】特開平8−41589号公報には、フラッ
シュバット溶接部の組織を粒内変態により制御し、溶接
割れを抑制する技術が開示されている。しかしながら、
スポット溶接などの冷却速度が非常に速い場合には、ス
ポット溶接部のフュージョンライン近傍の組織はマルテ
ンサイト単相となるため、粒内変態組織は生成せず、こ
の方法による耐遅れ破壊特性の確保は困難である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、コンクリー
トポール、パイルなどのコンクリート構造物に使用され
るスポット溶接部の耐遅れ破壊特性に優れたPC鋼材を
提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】コンクリートポール、パ
イルなどのコンクリート構造物においてプリテンション
材として使用されるPC鋼材の場合には、一般に約13
00MPa以上の強度が要求されている。このような引
張強度を満足し、しかもスポット溶接部の遅れ破壊を抑
制するためには、鋼材の母材部での強度確保とスポット
溶接部の遅れ破壊抑制を同時に解決する必要がある。特
に、スポット溶接部は、前述のように、組織がマルテン
サイト組織となって硬化するため、耐遅れ破壊特性が劣
化する傾向にある。
【0007】そこで、本発明者らは、母材およびスポッ
ト溶接部の遅れ破壊特性におよぼすNb添加の影響の詳
細な検討を実施し、以下のことを明らかにした。 1)スポット溶接部の耐遅れ破壊特性が析出物によるH
AZ組織の微細化により向上する。 2)Nb添加による組織の微細化は、変態時に粒界に薄
いフェライト相を生成させ、母材の耐遅れ破壊特性を向
上させるため、スポット溶接部からの遅れ破壊を抑制す
る。
【0008】一般に、フュ−ジョンライン(FL)近傍
ではNbは鋼中に固溶してしまうが、スポット溶接が高
速加熱、高速冷却であるため、FL近傍に主としてNb
(CN)が分布する。このため、Nbを添加することに
より、これらの析出物のピニング効果によりHAZ全域
の組織が微細化される。Nb析出物によりγ粒の成長を
抑制するためには、スポット溶接時のHAZの0.2μ
m 以下のNb析出物個数を5個/μm2以上とする必要が
ある。Nb析出物の大きさは、望ましくは0.1μm 以
下がよい。
【0009】母材おいては、Nb添加により組織が微細
化され、変態開始温度が上昇するため、粒界に薄いフェ
ライトが生成する。フェライトの生成により粒界が軟化
され、粒界の遅れ破壊を抑制する。本発明は、上記知見
に基づいてなされたものであり、その要旨とするところ
は下記のとおりである。
【0010】(1)重量%で、C:0.1〜0.5%、
Si:0.15〜3.0%、Mn:0.3〜2.0%、
P:0.03%以下、S:0.01%以下、Nb:0.
03〜0.15%を含有し、残部がFeおよび不可避的
不純物からなり、スポット溶接時の溶接熱影響部の0.
2μm 以下のNb析出物個数が5個/μm2以上となるス
ポット溶接部の耐遅れ破壊特性に優れた鋼線材。
【0011】(2)さらに、線材の化学成分として、重
量%で、Ti:0.005〜0.05%、Al:0.0
6%以下、V:0.005〜0.060%、Cu:0.
05〜1.0%、Ni:0.05〜1.0%、Cr:
0.05〜1.0%、Mo:0.05〜0.35%、
B:0.0005〜0.005%の1種または2種以上
を含有することを特徴とする前記(1)記載のスポット
溶接部の耐遅れ破壊特性に優れた鋼線材。
【0012】
【作用】以下、本発明について詳細に説明する。本発明
は、焼入焼戻処理した鋼線材に関するものであるが、母
材の化学成分を以下のとおりに規定する。 C:Cは良好な機械的性質、焼入性を得るために添加す
る。C量が0.1%未満では焼入による強度の確保が困
難である。一方、C量が0.5%を超えると焼入焼戻処
理による所定の強度、靱性の確保が難しくなる。したが
って、C量は0.1〜0.5%とした。
【0013】Si:Siは高温リラクゼーション確保の
観点から0.15%以上添加する。しかし、3.0%を
超えると良好なスポット溶接状態が得られず、溶接作業
性が低下する。このため、Si量は0.15〜3.0%
とした。 Mn:Mnは一様伸びと焼入性向上のために必要である
が、0.3%未満ではその効果はない。一方、2.0%
を超えて添加しても強度改善効果は飽和し、また中心偏
析部にマルテンサイト相を生成して延伸性を低下させる
ため、Mn量は0.3〜2.0%の範囲とした。
【0014】P:Pは粒界に偏析して粒界脆化を起こし
やすくするため、0.03%以下とする必要がある。不
純物元素であるPは極力低減することが望ましい。 S:SもPと同様に粒界に偏析して粒界脆化を起こしや
すくするため、0.01%以下とする必要がある。不純
物元素であるSは極力低減することが望ましい。
【0015】Nb:Nbは本発明では重要な元素であ
る。Nb析出物のピニング効果によりスポット溶接のH
AZ組織を微細化し、母材のオーステナイト粒界にフェ
ライト相を生成させ耐遅れ破壊特性を向上させるために
は、0.03%以上の添加が必要である。しかしなが
ら、0.15%を超えて添加するとスポット溶接部の硬
さを上昇させ、遅れ破壊を助長する。このため、Nbの
適正範囲を0.03〜0.15%とした。
【0016】本発明において、スポット溶接部の耐遅れ
破壊特性を向上させるためには、Nb添加のみでは満足
できない。Nb析出物のピニング効果により組織を細粒
化させるためには、スポット溶接時のHAZの0.2μ
m 以下のNb析出物個数を5個/μm2以上とする必要が
ある。本発明の鋼線材は、上記元素を含有し、残部がF
eおよび不可避的不純物からなるものであるが、さら
に、特性向上を図るために、以下の元素の1種または2
種以上を含有することができる。
【0017】Ti:TiはNb,Ti析出物とTi酸化
物のピニング効果によりスポット溶接のHAZ組織を微
細化し、耐遅れ破壊特性を向上させる。そのためには、
0.005%以上の添加が必要である。しかし、0.0
5%を超えて添加すると粗大なTiNが多量に析出する
ため、材質特性を劣化させる。このため、Tiの上限を
0.05%とした。
【0018】Al:AlはHAZ組織の微細化を助長さ
せるTi酸化物を主として生成させるために、また遅れ
破壊の起点となる粗大なアルミナ系酸化物の生成を抑制
するために、0.06%以下とする。 V:Vは炭窒化物を析出させ、γ粒を微細化するととも
に鋼中での水素のトラップサイトとして作用し、耐遅れ
破壊特性を向上させる。そのためには、0.005%以
上の添加が必要であり、下限値を0.005%とした。
しかし、多量の添加は効果が飽和するため、上限値を
0.060%とした。
【0019】Cu:Cuは0.05%未満では焼入性、
耐食性の向上が十分でないため、0.05%を下限値と
した。しかし、1.0%を超えると熱間割れを引き起こ
すので、上限値を1.0%とした。 Ni:Niは0.05%未満では焼入性、耐食性の向上
が十分でないため、0.05%を下限値とした。しか
し、1.0%を超えると効果は飽和するので、上限値を
1.0%とした。
【0020】Cr:Crは固溶強化、焼入性向上により
鋼の強度を上昇させるが、0.05%未満では効果が不
十分である。しかし、1.0%を超えると効果は飽和す
るため、上限値を1.0%とした。 Mo:Moはリラクゼーション特性を向上させるために
有効な元素である。しかしながら、少なくとも0.05
%添加しないとその効果は認められない。また、0.3
5%を超えて添加すると、スポット溶接部での硬さが上
昇して、耐遅れ破壊特性を劣化させる。このため、Mo
の成分範囲を0.05〜0.35%とした。
【0021】B:Bは0.0005%未満では焼入性の
向上が十分でないため、0.0005%を下限値とし
た。しかし、0.005%を超えると効果は飽和するた
め、上限値を0.005%とした。本発明の鋼線材は、
焼入焼戻処理して得られるものである。Ac3 変態点以
上に加熱し、溶体化してオーステナイト域からMS点以
下まで冷却し、焼入によりマルテンサイト主体の組織と
して、その後焼戻処理により靱性を確保し、高強度化を
図るものである。この場合、焼入時に急速冷却して組織
を微細化することにより耐遅れ破壊特性を向上させる。
なお、本発明では、焼入焼戻温度は成分と目標強度によ
り異なるため言及しないが、望ましくは焼入温度は85
0℃以上、焼戻温度は250℃以上とするのがよい。
【0022】
【発明の実施の形態】 〔実施例〕以下、本発明の実施例について説明する。表
1、表2(表1のつづき)の化学成分の供試鋼を使い、
焼入焼戻処理を行った。だたし、鋼Rおよび鋼A’〜
E’はNb析出物を粗大化させるために、長時間高温加
熱(鋼種によって異なるが、平均的には約1350℃、
約24hr)を実施した後に直接焼入焼戻処理を実施し
た。Nb析出物はFE−SEMにて観察し、分布個数を
求めた。得られた鋼材の機械的性質、リラクゼーション
特性およびスポット溶接部の遅れ破壊試験の結果を表3
に示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【表3】
【0026】本発明鋼の鋼A〜Jは材質特性を満足し
た。鋼K〜Rは適切な鋼成分ではないので、機械的性
質、リラクゼーション特性および耐遅れ破壊特性が劣化
している。鋼KはC量が本発明範囲を超えるため溶接部
の焼入性が増加して耐遅れ破壊特性が劣化した。鋼Lは
Cが低く焼入性が低下しているため母材の適正な強度が
得られなかった。鋼MはMn量が多いため中心部にミク
ロマルテンサイトが生成して耐遅れ破壊特性が劣化し
た。鋼NはNbが不足しているため組織の微細化が図れ
ず遅れ破壊感受性が上昇した。鋼OはNb量が過量であ
るため耐遅れ破壊特性が劣化した。鋼Rおよび鋼A’〜
E’はNb析出物が粗大化して微細なNb析出物個数が
少ないために耐遅れ破壊特性が低下した。
【0027】
【発明の効果】本発明により、高強度で、かつスポット
溶接部の耐遅れ破壊特性に優れたPC鋼線用鋼材を得る
ことができ、工業的に非常に有用である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C:0.1〜0.5%、 Si:0.15〜3.0%、 Mn:0.3〜2.0%、 P:0.03%以下、 S:0.01%以下、 Nb:0.03〜0.15% を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
    スポット溶接時の溶接熱影響部の0.2μm 以下のNb
    析出物個数が5個/μm2以上となるスポット溶接部の耐
    遅れ破壊特性に優れた鋼線材。
  2. 【請求項2】 さらに、線材の化学成分として、重量%
    で、 Ti:0.005〜0.05%、 Al:0.06%以下、 V:0.005〜0.060%、 Cu:0.05〜1.0%、 Ni:0.05〜1.0%、 Cr:0.05〜1.0%、 Mo:0.05〜0.35%、 B:0.0005〜0.005% の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求
    項1記載のスポット溶接部の耐遅れ破壊特性に優れた鋼
    線材。
JP10645597A 1997-04-23 1997-04-23 スポット溶接部の耐遅れ破壊特性に優れた鋼線材 Pending JPH10298715A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021009078A1 (de) * 2019-07-12 2021-01-21 Salzgitter Europlatinen GmbH Verfahren zum herstellen einer beschichteten massgeschneiderten platine (tailored welded bank) mittels laserstrahlschweissen oder laser-metallschutzgas-hybridschweissen und zusatzdraht sowie dessen verwendung hierfür

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WO2021009078A1 (de) * 2019-07-12 2021-01-21 Salzgitter Europlatinen GmbH Verfahren zum herstellen einer beschichteten massgeschneiderten platine (tailored welded bank) mittels laserstrahlschweissen oder laser-metallschutzgas-hybridschweissen und zusatzdraht sowie dessen verwendung hierfür

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Effective date: 20030812