JPS62136520A - 耐遅れ破壊特性のすぐれた高張力鋼線の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、耐遅れ破壊特性のすぐれた低しラクセーショ
ン高抗張力鋼線の製造に関する。より詳細には、本発明
は、ＪＩＳ　Ｇ　３１０９の５ＢＰＤ　１３０／１４５
の高張力鋼線における耐遅れ破壊特性の改善に関する。

（従来の技術） コンクリートパイルに用いられる異形ｐｃｍ棒は抗張力
が１４５ｋｇｆ／＋ｍ”以上と高い上に、スポット溶接
後、抗張力の７０％の緊張力を付与された状態で湿潤コ
ンクリート中に数時間保持され、さらに高温高圧下でオ
ートクレーブ養生される。この？ｍ　３Ｍコンクリート
中で遅れ破壊が発生しやすく、オートクレーブ養生下で
レラクセーションが発生しやすい。このため、耐遅れ破
壊特性のすぐれた低しラクセーション異形ＰＣ鋼棒が必
要となる。

従来技術では遅れ破壊の起点となる溶接部の硬度をなる
べく下げるためＣ含有量を低くしたり、スポット溶接法
を改良して焼入れ効果の生じないように工夫する提案が
なされていた。また、母材からの遅れ破壊の起点となる
表面欠陥の減少にも努力が払われていた。しかしながら
、いずれの方法も耐遅れ破壊特性の向上には完全とは言
いがたく、このようなＰＣ鋼棒は常に遅れ破壊破断発生
の危険性を内包していた。

（発明が解決しようとする問題点） ＰＣパイル（プレストレスコンクリート抗）は、パイル
のひび割れ発生防止と剛性および曲げ強さを向上させる
目的から次のように製造される。

第１図は、ＰＣパイル用の鉄筋籠の概略図である。

図示の如く、円柱体の外周を形成するように配置された
ｐｃ鋼棒、すなわち高張力軸筋１の外周相当部分にらせ
ん状に補助鉄筋２を巻きつけ、それらの交差点３をスポ
ット溶接して鉄筋籠が製作され次いで、高張力軸筋１に
引張強さの７０％相当の緊張力を導入し、この鉄筋籠を
図示しない型枠内に配置し、コンクリート原料を型枠内
に投入して遠心成形し、蒸気養生後、プレストレスを導
入する工程でＰＣパイルが製造されている。

しかしながら、前記スポット溶接は、２〜４サイクルの
短時間通電であり投入熱量が少ないため溶接部は急冷さ
れて焼入ｍ織となりやすい。溶接部が焼入＆ｌＩ織とな
るのを防ぐため、スポット溶接時に補助鉄筋を予熱する
方式や、回転二電極を用いてスポット溶接直後に２〜４
サイクル通電による焼戻しを行う方式が採用されている
が、いずれも溶接熱影響部の焼入れ回避のために必要な
温度と保持時間を安定して確保することが難しく、完全
な方法とは言いがたい、また、作業上の問題からスポッ
ト溶接のままで焼戻しなしで使用する場合も多い。

このように、ＰＣパイル内部の鉄筋籠の軸筋においては
、引張強さ１４５　ｋｇｆ／ｓｓ”以上の高張力軸筋上
に５０〜２００ａ＋ｍビ７チでスポット溶接点が配列さ
れた状態で引張強さの７０％相当の緊張力を導入され、
且つ湿潤コンクリートにさらされて数時間保持されるた
め、溶接部に遅れ破壊クラックが発生しやすい。

なお、ＰＣパイルによっては鉄筋籠製作時に軸筋とらせ
ん筋との接合点をスポット溶接せずにワイヤで結合する
場合もある。このような場合でも、もしＰＣ鋼棒に表面
疵等の欠陥が存在すると、遅れ破壊にとって極めて有害
なりランクとして作用することは言うまでもない。

このようにＰＣ鋼棒上に遅れ破壊クラックもしくは表面
疵等の有害クランクの存在する状態で湿潤ボンクリート
中での緊張を継続すると、クランクは次第に母材中を伝
播拡大し、ついには遅れ破壊破断をきたす。

一方、鋼棒に与えられた初期緊張力は予備養生およびオ
ートクレーブ養生の過程でＰＣ鋼棒のレラクセーシタン
により次第に減少する。

したがって、ＰＣパイル製造時のような苛酷な作業条件
下でも遅れ破壊破断の発生しがたい耐遅れ破壊特性の優
れた低しラクセーションＰＣ鋼棒が要求されていた。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等は、コンクリートパイル中の異形ＰＣ鋼棒で
発生する遅れ破壊現象をシミュレートできる遅れ破壊試
験法を開発し、この方法を用いた試験結果から、異形Ｐ
Ｃ！１１棒中のＰ、Ｓ含有量の低減が遅れ破壊クランク
の伝播防止、ひいては遅れ破壊破断防止に効果が大きい
ことを見出し、本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、コンクリートパイル製造工程中でのｐｃｆｇ
Ｊ棒の遅れ破壊現象を基礎的に研究した結果、第２図に
概略を示す遅れ破壊試験法が実際のコンクリートパイル
製造工程中でのＰＣ綱棒の遅れ破壊現象とよく対応する
ことを見出した。

この遅れ破壊試験法を第２図を参照して説明する。ＰＣ
鋼棒からなる供試材１１の両端をチャック１２．１３で
把持し、供試材１１の中間部分を電解液を収容する電解
槽１４中に保持する。さらに、供試材１１の中間部分に
コイル１５を供試材とコイルが適当な距離を保持した状
態で巻きつけ、定電流電源１６から給電して電解液の電
気分解を行い供試材１１の表面に水素を発生させる。一
方、上方のチャック１３から支点１７を介して重錘１８
の作用により常時上方への引張力を受ける。

このようにして供試材１１を水素発生の環境下で任意の
温度で任意の引張力の影響のもとに置くことができる。

ここで、図は省略するが、電解槽１４は液温１節装置を
有する恒温槽との間で電解液を循環させる仕組みとなっ
ている。

供試材１１の遅れ破壊破断が生ずると、重錘１８がタイ
マー１９の接触子に触れ、遅れ破壊破断時間が記録され
る。

この遅れ破壊促進試験法によってｐｃ鋼棒での遅れ破壊
クランクの発生と伝播現象を調査した結果、次のことが
判明した。

すなわち、遅れ破壊の初期クランクが発生する場合はス
ポット溶接部中の硬度の高い部分または表面疵等が予め
存在していた場所に発生する。しかしながら、この初期
クラックが常に母材内へ伝播してｐｃ鋼棒全体の遅れ破
壊破断につながるわけではなく、初期クランクのままで
停止して進展しない場合や、進展してもその伝播速度が
極めて遅くコンクリートパイル製造工程に対応する時間
内では実用上全く害のない程度の大きさのクランクにし
か発達しないケースもある。

このような現象についての解明を進めた結果、本発明者
らはＰＣ鋼棒中のＰおよびＳの含有量がこのような遅れ
破壊クランクの発生と伝播に大きな影響を及ぼすことを
見出した。

すなわち、異形ｐｃ鋼棒中のＰ、Ｓ含有量をともに低下
させることにより、遅れ破壊クランクの発生と伝播特性
、すなわち、耐遅れ破壊特性を大幅に改善できることを
見出したものである。

これらの実験および検討の結果、本発明を完成したもの
であって、本発明に従うと、Ｃ：０．５％以下を含有し
、不純物としてのＰおよびＳがそれぞれ、 Ｐ　：０．０１５％以下、　Ｓ　：０．０１０％以下、
テアリ、１４５　ｋｇｆ／ａｍ”以上ノ抗張カド１０％
以下のレラクセーション値を有する焼入焼戻高張力鋼線
が提供される。

この高張力鋼線はＡｃ、１以上の温度に加熱後、臨界冷
却速度以上の冷却速度で急冷して焼入組織とされ、次い
で室温で伸線されあるいはこの伸線工程なしで、１００
〜７００℃の範囲の温度域で焼戻され、前記温度域に保
持されている間に歪量３〜９０％の塑性加工を加えられ
るかもしくは矯正加工を加えられたものである。

（作用） 以下に本発明の高張力鋼線の化学成分、熱処理条件およ
び塑性加工もしくは矯正加工条件の限定理由について述
べる。

囮ヱ虞公 Ｃ： Ｃ含有量を０．５％以下としたのは、Ｃ含有量が０．５
％を超えると！１４線を溶接して使用する場合の溶接部
の延靭性が低下し、コンクリートパイル中での使用に耐
えなくなるためである。また、溶接しないで使用する場
合も、表面疵が存在すると短時間で遅れ破壊破断が発生
する危険性が大きいためでもある。

Ｐ： Ｐ含有量を０．０１５％以下としたのは、Ｐ含有量が通
常の高張力鋼、侍にＪＩＳ　Ｇ　３１０９のＳｌ］Ｐ［
ｌ　１３０／１４５の高張力線に含まれる０、０３％以
下、例えば０．０２５％程度ではスポット溶接が不適正
な場合に遅れ破壊のクラック発生と伝播が起こりやすく
なって遅れ破壊破断を生ずることがあるからである。

これに対し、Ｐ含有量を０．０１５％以下にすると溶接
条件の変動による溶接部の領域の大きさや溶接部の硬さ
の変動があっても遅れ破壊クラックが発生しにくいこと
が判明した。さらにＰ含有量が０．０１５％以下になる
と上記の溶接部のクランクの発生が遅くなると同時に母
材におけるクランクの進展が極めて遅くなる。

さらに、Ｐは母材中でバンド状に偏析する傾向があるた
め、クランクはＰ濃度の高い部分から選択的に優先発生
し連結してゆく傾向があるが、Ｐ含有量が０．０１５％
以下になるとＰの偏析が生じにくくなり、クランクの進
展速度は著しく減少することがわかった。

このようなＰの偏析の生成には後述のＳ量が大きな影響
を及ぼすことが調査の結果明らかとなった。即ち、当該
高張力綱線の製造工程において、分塊圧延または線材圧
延に先だち、鋼塊またはビレットの状態で１２００〜１
３００℃の高温で長時間加熱または均熱される。このと
きに鋼中のＰは拡散移動する。この際に、鋼中に分散し
ているＭｎＳの周辺にＰが凝集しやすく、結果としてＰ
の偏析が生成されやすい。したがって、ｓｌを減少させ
て０゜０１％以下にするとＭｎＳ量が減少し、かつ細か
く分散するためＰの偏析も更に大幅に軽減される。

しｋかって、Ｐ含有Ｍｌｔ低い方が有利で０．０１５％
以下が好ましいが、更にｓｌも０．０１％以下であるこ
とが望ましい。

Ｓ： ＳはＭｎＳの介在物になって鋼中に分布している。

ＭｎＳが多量に存在すると、遅れ破壊を発生させる鋼中
の水素原子はＭｎＳの周囲に捕捉されているのでなかな
か鋼から脱は出さなくなる。このため、溶接部に容易に
クランクが発生し、伝播するようになる。

Ｓ含有量をｏ、ｏｔｏ％以下にすると、ＭｎＳ　５７が
減少し、これに応じて鋼中水素量が減少するため、遅れ
破壊の発生は非常に少なくなる。

さらに、ＭｎＳは延伸した形状をしているため、その先
端で高い応力集中を生じ、遅れ破壊の亀裂進展が非常に
容易になる。しかし、Ｓ含有量が０゜０１％以下になる
とＭｎＳは細かく分裂して存在し、大きく延伸した場合
のような応力集中を生じなくなる上に前述のようにＰの
偏析の程度も大幅に軽減するので、遅れ破壊のクランク
進展速度は著しく低下する。

したがって、Ｓ含有量は通常の高張力鋼線の場合より少
なく、特に０．０１０％以下にすることによって遅れ破
壊時間を非常に長くすることができる。

本発明の高張力鋼線は以上の元素を含有するほか、他の
元素も含有してもよい、このような代表的元素としてＭ
ｎｓ　３１％　Ｃｒｓ　Ｂがある。

Ｍｎは強度と焼入性の向上にを効であるので２．５０％
以下の範囲で含有してもよい。しかし、２．５０％を超
えて含有すると、赤熱脆性が激しくなり且つ溶接性も劣
化する。

ＳＬは脱酸と強度のため添加されるが、しかし、０．８
％を超えると靭性が劣化するので０．８％以下とする。

Ｃ「は焼入性と強度の確保のため添加されるが、１．２
％を超えて添加すると溶接性および靭性が劣化するので
上限を１．２０％とする。

Ｂはｆｉｉｔ量添加でも焼入性を大幅に改善し、強度、
靭性を改善するのに有効な元素である。しかしながら、
０．００５％を超えて添加すると靭性および溶接性が著
しく劣化するので、０．００５％以下とする。

然処理魚註 焼入れは、Ａｃｔ点以上の温度に加熱後、臨界冷却速度
以上の冷却速度で急冷して行う。

一方、焼戻温度を１００℃以上７００℃以下としたのは
、１００℃未満の加熱温度では焼入ままの状態とかわら
ず靭性が非常に低いためであり、７００℃超では焼戻軟
化されて引張強度ＴＳ≧１４５　　ｋｇ４７ａｍ”が得
られなくなるからである。

、性加工もしくは賑正 本発明の特徴の１つは焼入組織の鋼線を１００℃以上７
００℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下の温
度域で３〜９０％、好ましくは３〜５０％の塑性加工を
するかあるいは矯正加工をする点にある。

マルテンサイトを温間で塑性加工すると下記の如く極め
て有効であることが本発明者らの研究の結果明らかにな
った。すなわち、マルテンサイトを温間で加工すると転
位の増殖が著しく生ずると同時に固溶Ｃでそれらが動的
に時効を受けて固着され、レラクセーシッンが著しく低
減すると同時に、温間加工によって不要な可動転位は上
昇運動をして消滅し、そのことによって全転位密度の不
要な増大とレラクセーション特性を劣化させる可動転位
の増加とを抑制し、マルテンサイトの延靭性とレラクセ
ーション特性とを共に顕著に向上させることが判明した
。このためには加工の温度は１００℃以上、好ましくは
３００℃以上であることが必要であるが、温度が５００
℃を超えるとマトリックスが回復再結晶を起こしはじめ
効果が低下し、７００℃以上になると強度が著しく低下
してしまうからである。

なお、焼入れと焼戻しの間で伸線の行われる場合がある
のは、この伸線によってｐｃ３捧として使用される場合
の所定の径に仕上げ、後加工のねじ転造、ヘッディング
加工等を容易にするためである。

次に実施例により本発明をより具体的且つ詳細に説明す
る。しかしながら、これらの実施例は本発明の単なる例
示であって本発明の技術的範囲を何等制限するものでは
ないことは勿論である。

実施例 第１表に示す組成の鋼を用い、鋼塊（またはブルーム）
を均熱後分塊圧延してビレ−／　）とし、更にビレ、ト
を加熱して直径？、５ａ＋＊に圧延した線材を脱スケー
ル潤滑処理し、直径７．１ｍ−に冷間伸線後、異形加工
を施して鋼線表面に模様をつけた。

この鋼線を９５０℃に加熱した後焼入し、続いて適当な
温度で焼戻しを行い引続き温間矯正を行っている。なお
、これらの得られた鋼線は、ＪＩＳ　Ｇ　３１０９の５
ＢＰＤ　１３０／１４５の異形ＰＣ鋼棒に該当する。

（注）　残部はＦｅｓ　　　Ａｃ３点ニア８０〜８２５
℃得られた供試材の降伏点、引張強度、伸び、レラクセ
ーション値を濶ぺた。結果を第２表にまとめて示す、な
お、引張試験はＪＩＳ　Ｚ’　２２４１に準拠し、試験
片はＪＩＳ　Ｚ　２２０１の２号および９号を用いた。

このようにして得られた供試材に第３表に示すスポット
溶接を１００ｍ＋ａピッチで２ケ所行なった。

第２表　供試材の機械的性質 つ つ つ つ り り 第３表　スポット溶接条件 これらの供試材について第２図に示す原理の遅れ破壊促
進装置を用いて第４表の試験条件で遅れ破壊試験を行な
った。電解液中に浸漬される鋼棒の長さが２００ｍ５＋
となるように液面を調整している。

液温については液温調節装五を有する恒温槽から液をポ
ンプで循環することで一定温度に保つようにしている。

得られた遅れ破壊促進試験に結果を第５表に示す。

第５表　遅れ破壊促進 （次頁につづく） （第５表のつづき） 上記の実施例のうちＢ２、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４，、Ｂ２が
本発明の異形ＰＣ鋼棒である。さらに、これらのうち、
Ｃ３、Ｃ４，０２が好ましい範囲の異形ｐｃ＠棒である
。

第２表（７）　Ａ、、Ａｈ　（Ｄ比較、Ｃ１，、ＣＩ、
の比較、Ｃ４，、Ｃ４，の比較から温間矯正によるレラ
クセーシッン改良効果が認められる。

第５表に示す遅れ破壊促進試験結果の８１、Ｂ２の比較
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の比較、ＤＩ、Ｂ２を比較する
とｐ、ｓ含有量低減が耐遅れ破壊特性改善に大きな効果
のあることがわかる。

Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の比較から、Ｐは０．０２０％
以下、好ましくは０．０１５％以下で、Ｓは０．０１５
％以下、好ましくは０．０１０％以下でその耐遅れ破壊
特性改善効果が認められ、特に、Ｐは０．０１５％以下
で、更にＳが０．０１０％以下になった時の耐遅れ破壊
特性改善効果が顕著であることがわかる。また、Ｐ、Ｓ
含有量％低域の効果はスポット溶接の場合も、表面疵の
場合も認められることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ｐｃパイル用の鉄筋簡の概略図；および 第２図は、遅れ破壊促進試験装置の概略図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、 Ｃ：０．５％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０
   １０％以下、 に制限した鋼組成を有する鋼線をＡｃ＿３点以上の温度
   に加熱し、臨界冷却速度以上の冷却速度で急冷して焼入
   組織とした後、１００℃以上７００℃以下の温度域で焼
   戻し、その温度域に保持したままで歪量３〜９０％の塑
   性加工を加えるかもしくは矯正加工を加えることを特徴
   とする、耐遅れ破壊特性のすぐれた高張力鋼線の製法。
2. （２）重量％で、 Ｃ：０．５％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０
   １０％以下、 に制限した鋼組成を有する鋼線をＡｃ＿３点以上の温度
   に加熱し、臨界冷却速度以上の冷却速度で急冷して焼入
   組織とした後、室温で伸線加工を加え、次いで１００℃
   以上７００℃以下の温度域で焼戻し、その温度域に保持
   したままで歪量３〜９０％の塑性加工を加えるかもしく
   は矯正加工を加えることを特徴とする耐遅れ破壊特性の
   すぐれた高張力鋼線の製法。