JPS62164823A - 低温靭性の優れた鉄筋棒鋼の製造方法 - 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） 本発明は低温靭性の優れた鉄筋棒鋼の製造方法に関する
ものである。

（従来の技術） 近年の石油事情から液化天然ガスの需要が増加し、この
貯蔵容器としては安全性が重視されるため、外側をコン
クリートで覆った構造のものが指向され、コンクリート
補強用鉄筋棒鋼の需要が増加している。

コンクリート補強鉄筋棒鋼に要求される主たる材質特性
は、常温での降伏強度が４０　ｋｉｒｆ／ａｍ２以上で
、−１２０℃におけるシャルピー衝撃値が１０ｋｇ１ｍ
以上とされている。一般に一１２０℃で使用される低温
用鋼としては、Ｎｉ系の合金鋼、例えば３．５％Ｎｉ鋼
または６％Ｎｉ鋼などが用いられている。しかしこれは
熱延鋼材を再加熱による焼ならしゃ焼入焼戻等の熱処理
を施すことが前提となっており、これを細長い鉄筋棒ｎ
に適用することは、曲がりが避けられず別途矯直工程を
必要とするほか、製造コストが著しく高くなる。

このような鉄筋棒鋼の簡便な熱処理方法の一つとして、
例えば特開昭４９−１３４５１３号公報に示されるよう
に熱間圧延直後の保有熱を利用して、オーステナイト組
織の温度範囲にある赤熱鋼材を急冷し、表層部のみを焼
入硬化する方法が捷案されている。この方法は熱処理に
よコ曲がりも少なく、コストも比較的安い製造方法であ
る。しかしこの方法は内部は焼入されず、粗大な結晶粒
度から成るフェライトおよびパーライト組織のため低温
度で十分な靭性が得られなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、前記の如く、従来の表面部のみを焼入硬化す
る方法により製造された棒鋼は、内部の靭性が不十分で
あるという欠点を解決しうる製造方法を提供することを
目的とするものである。すなわち本発明者らは通常の低
炭素鋼、低Ｎｉ含有鋼およびＮｂ含有鋼について、この
表面焼入による方法を種々横材した結果、内部組織がフ
ェライト＋パーライトの混合組織であっても、特定成分
の鋼を用い、特定条件で圧延することによってフェライ
トの微細化に加え、炭化物を十分に微細化する事によっ
て、内部でも十分な強度と靭性の得られる事を確めた。

本発明は以上の知見に基づいて、低温靭性の著しく優れ
た鉄筋棒鋼の製造方法を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） すなわち本発明の要旨は下記のとおりである。

（１）Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｔ：０．１０〜０
．５０％、　Ｍｎ：　０．６０〜２．００％、　Ａｊ！
　：　０．０１〜０．１０％、　Ｎ　：　０．００６０
％以下を含有し残部がＦｅおよび不純物からなる鋼を、
７５０℃以下の温度で圧延を終了し、その後直ちに中心
部の冷却速度が５℃／ｓｅｃ以上になるように冷却して
、内部の平均粒径が１０μｍ以下の微細なフェライト、
および幅が５μｍ以下の微細なパーライトから成る、降
伏強度４０ｋｇ−ｆ／鶴２以上、および−１２０℃にお
けるシャルピー衝撃値１０ｋｇ１ｍ以上を有する低温靭
性の優れた鉄筋棒鋼の製造方法。

（２１Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．１０〜０
．５０％、　Ｍｎ：　０．６０〜２．００％、　ＡＡ　
：　０．０１〜０．１０％、　Ｎ　：　０．００６０％
以下を含有し更にＮｂ、　Ｖ、Ｔｉが、それぞれ：ｏ、
ｏｏ５〜０．１００％およびＮｉ：０．５０〜３．００
％のうち１種以上含有し、残部がＦｅおよび不純物から
なる鋼を、７５０℃以下の温度で圧延を終了し、その後
直ちに中心部の冷却速度が５℃／ｓｅｃ以上になるよう
に冷却して、内部の平均粒径が１０μｍ以下の微細なフ
ェライト、および幅が５μｍ以下の微細なパーライトか
ら成る、降伏強度４０ｋｇ−ｆ／龍２以上、および−１
２０℃におけるシャルピー衝撃値１０ｋｇｆ−ｍ以上を
有する低温靭性の優れた鉄筋棒鋼の製造方法。

次に本発明において前記のように成分範囲および製造条
件等を定めた理由について述べる。

■　Ｃを０．０５〜０．１５％としたのは、Ｃは焼入性
が高（強度上昇に有効な元素であるが、０．０５％以下
では所定の強度が得られず、また０、１５％を超えると
炭化物は、その後の圧延によって微細化しづらく、棒鋼
内部はもとより表面の焼入焼戻部の靭性も低下するから
である。

■　Ｓｉは脱酸剤として０．１０％以上の添加が必要で
ある。またＳｉの添加によって棒鋼の強度は上界するが
０．５０％を超えると伸び、曲げ加工性および衝撃値が
低下するので０．１０〜０．５０％とした。

■　Ｍｎはフェライト相への置換型固溶強化元素であり
強度の上昇と、さらにＡｒ３変態温度を低下させるため
、フェライトの細粒化作用を有し、中心層の非硬化部に
ついて強度および靭性の両方を改善するが、０．６％未
満では強化作用が不十分であり、また２％以上では不必
要に強度を高めコスト増を招くため０．６〜２．０％と
した。

■　Ａ２は結晶粒微細化作用を有し、低温でのシャルピ
ー衝撃値を改善する。このためには最低０．０１％以上
必要でありまた０、１０％を超えるとコスト増に加えて
アルミナ系の介在物が増加し材質特性を劣化させるので
上限を０．１０％とした。

■　Ｎは鋼材を時効させ、特に圧延後急冷した鋼材に対
してこの作用が大きく、曲げ加工時の伸びおよび靭性を
劣化させ、鉄筋の曲げ加工性を劣化させるため０．００
６０％以下とした。

■　Ｎｂ、　　ＶおよびＴｉは炭窒化物を形成しこれを
フェライト相へ析出するため、強度増加と同時にオース
テナイトの再結晶温度を高め、棒鋼の結晶粒微細化を促
進するため、強度および靭性の両方を改善する。このた
めにはｏ、　ｏ　ｏ　ｓ％以上必要であり、また０、　
１００％を超えると効果の割りにコスト高になるため上
限を０．１００％とした。

■　Ｎｉはフェライト相に固溶し強度を改善すると同時
に、Ａｒ３変態温度を低下させる作用を有するため、結
晶粒を微細化し、靭性をも改善するもので０．５０％未
満では、効果が少なくまた３、００％を超えるとコスト
高となるため０．５０〜３．００％の範囲とした。

このようにＭｎ、　Ｎｂ、　Ｖ、　ＴｉおよびＮｉは表
面層の急冷部はもとより、非焼入部の内部のフェライト
−パーライト層の強靭化に大きく作用する。

■　また圧延の終了温度を７５０℃以下としたのはオー
ステナイト粒内に変形帯を形成し、粒内からもフェライ
トを析出するようになり、またパーライト変態時のセメ
ンタイトの析出核が増殖されるためである。

■　中心部の冷却速度を５℃／ｓｅｃ以上としたのは、
圧延終了温度との相互作用で微細フェライトと微細な粒
状セメンタイトから成るパーライトを得るためである。

この時の中心部の冷却速度はあらかじめ冷却水量および
サイズとの関係を熱電対を埋め込んで求め、表面部の冷
却速度に対応する冷却速度の関係から決定する。

［相］　フェライトの平均粒径を１０μｍ以下およびパ
ーライトの幅を５μｍ以下としたのはこれを超えると、
所要の低温靭性が得られないからである。

フェライト平均粒径は光学顕微鏡機能を備えた画像解析
装置（商品名：日本レギュレーター株式会社製のＬＵＺ
ＥＸ５００）で、フェライト粒断面積の累計平均から求
める。またパーライト幅はフェライトの粒界にそった長
さ方向と直角方向の距離で表す。

（実施例） 次に本発明の実施例について述べる。

第１表に供試材の種類および化学成分を示す。

供試材として本発明鋼（ａ、ｂ、ｃ）の他に比較材とし
て異径鉄筋３種（ＪＩＳＧ　３１１２　ＳＤ　３５に適
合する化学成分の１２０　ビレットを用いた。

各供試材ビレットはいずれも９５０〜１０００℃に加熱
し異径鉄筋Ｄ２５に圧延した。このときの仕上温度は本
発明鋼は、９３０℃、８２０℃。

および７２０℃の３水準を目標として行ない、比較材の
ＳＤ３５は７２０℃のみを目標にして行なった。

仕上圧延直後は供試材のうち本発明鋼は、いずれも強力
なり−リングトラフによって９５　ｒｒｒ／ｈｒの水量
で３ｓｅｃ間強制冷却を行ない、表面部を焼入処理した
後、冷却床上で鋼材内部の熱によって自動的に焼戻しだ
。比較材は強制冷却を行なわず、冷却床上において放冷
した。

第１図は圧延後冷却処理を実施した供試材のうち、仕上
温度を７３５℃で行なった本発明鋼ａの冷却曲線を示す
。この場合最表面部の冷却速度は放射温度計による実測
値であり、また中心部は、あらかじめ冷却水量およびサ
イズとの関係において、熱電対を埋め込んで求めた表面
部の冷却速度に対応する冷却速度の関係から求めた。最
表面部における冷却は、平均冷却速度（強制冷却開始温
度〜冷却終了温度間）として１１２℃／ｓｅｃで約４０
．０℃まで冷却した。この場合中心部の平均冷却速度は
１３℃／ｓｅｃである。

次にこのようにして製造した圧延材を用いて機械的性質
を調査するために、引張および低温衝撃試験を実施した
。引張試験はＤ２５の形状のまま（Ｌ＝４０）で、また
衝撃試験は中心部からＪＩＳ４号試験片を採取（■ノツ
チ）して用いた。第２表に試験結果を示す。

本発明鋼の強度はクーリングトラフによって強制冷却を
行なったため、従来法である単純放冷によって製造した
５Ｄ３５に比較して、高い強度を示している。一方低温
靭性は仕上圧延を７５０℃以下で行なった場合は、いず
れも−１２０℃において１８〜２６ｋＩｒｒ−ｍ程度の
高い値を示しているが、７５０℃を超えると著しく低下
し、目標の衝撃値が得られない。

第２図および第３図には第２表に示す本発明鋼のうちａ
鋼を用いて本発明法により製造した鉄筋棒鋼と比較鋼の
従来法で製造した５Ｄ３５比較材のそれぞれの中心部の
ミクロ組織を示す。

このミクロ組織から前述の測定方法で求めたフェライト
の平均粒径は３．５μｍであり、またフェライトの粒界
に存在するパーライトの最大幅は３μｍ程度である。こ
れに対して５Ｄ３５のフェライトの形状は粒状よりもむ
しろ粗大な角状を呈しており、またパーライトの最大幅
も２５μｍ程度の大きなものとなっている。（第２表に
はこのようにして測定した中心部におけるフェライトの
平均粒径およびパーライトの最大幅測定結果をまとめて
示した。）これかられかるように本発明により製造した
棒鋼のフェライトは微細な粒状となっており、さらにパ
ーライトも極めて微細化されており、この両要因の効果
で低温靭性は著しく高い値を示す。

（発明の効果） 以上のように本発明鋼は中心部においても、従来にない
低温靭性に優れた高強度鉄筋棒鋼の製造方法を提供する
ものであり、従来行なわれていた表面焼入法の欠点を補
うものであり、極めて有用な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による棒鋼の冷却曲線を示す。 第２図および第３図は本発明により製造した鉄筋棒鋼お
よび比較鉄筋の中心部のミクロ金属組織を示す顕微鏡写
真図である。 田舟　　４Ｒ（ＳｅＣ１ ＠２１ｚ ２５＋ｍ 手続補正書（自発） 昭和６１年３月１７日 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示 昭和６１年特許願第００７００４号 ２、発明の名称 低温靭性の優れた鉄筋棒鋼の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 代表者　武　　１）　　豊 ４・代理人〒１００ ６、補正の対象 〈””′”−・７ 明細書９頁末行「１２ｏビレツト」を「１２ｏ（１：ｌ
ビレット」に補正する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．１０〜０
   ．５０％、Ｍｎ：０．６０〜２．００％、Ａｌ：０．０
   １〜０．１０％、Ｎ：０．００６０％以下を含有し残部
   がＦｅおよび不純物からなる鋼を、７５０℃以下の温度
   で圧延を終了し、その後直ちに中心部の冷却速度が５℃
   ／ｓｅｃ以上になるように冷却して、内部の平均粒径が
   １０μｍ以下の微細なフェライトおよび幅が５μｍ以下
   の微細なパーライトから成る、降伏強度４０ｋｇ・ｆ／
   ｍｍ＾２以上、および−１２０℃におけるシャルピー衝
   撃値１０ｋｇｆ・ｍ以上を有する低温靭性の優れた鉄筋
   棒鋼の製造方法。
2. （２）Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．１０〜０
   ．５０％、Ｍｎ：０．６０〜２．００％、Ａｌ：０．０
   １〜０．１０％、Ｎ：０．００６０％以下を含有し更に
   Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉが、それぞれ：０．００５〜０．１００
   ％およびＮｉ：０．５０〜３．００％のうち１種以上含
   有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼を、７５０℃
   以下の温度で圧延を終了し、その後直ちに中心部の冷却
   速度が５℃／ｓｅｃ以上になるように冷却して、内部の
   平均粒径が１０μｍ以下の微細なフェライトおよび幅が
   ５μｍ以下の微細なパーライトから成る、降伏強度４０
   ｋｇ・ｆ／ｍｍ＾２以上、および−１２０℃におけるシ
   ャルピー衝撃値１０ｋｇｆ・ｍ以上を有する低温靭性の
   優れた鉄筋棒鋼の製造方法。