WO2017138577A1 - 異形鉄筋 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a deformed reinforcing bar used for a reinforced concrete structure, and particularly to a deformed reinforcing bar containing high manganese containing 9% by mass or more of Mn, which is excellent in suppressing out-of-plane deformation during bending. .
- the high manganese deformed reinforcing bar having an austenite structure has a low magnetic permeability, it is used in a place where a magnetic field due to an electric current should not be disturbed, for example, a reinforcing bar structural member in an MRI (magnetic resonance imaging) room of a hospital.
- the deformed reinforcing bar is used after being bent into a predetermined shape such as a hoop shape.
- FIG. 1 shows an example of a deformed reinforcing bar bent into a substantially square hoop shape as viewed from the side.
- FIG. 1B there is no problem as long as the reinforcing bars are within the same plane.
- the deformed reinforcing bar is required not to undergo out-of-plane deformation.
- the deformed reinforcing bar is formed by forming a rib extending in the longitudinal direction around the round bar and a predetermined node in consideration of adhesion to concrete, for example, having a shape as shown in FIG. Yes.
- the diameter of the portion excluding the nodes and ribs, the height of the nodes, the distance between the nodes, the total width of the ribs, and the angle between the nodes and the axis are defined by JIS standards.
- Patent Document 2 discloses a reinforcing bar having four ribs continuous in the longitudinal direction at 90 ° intervals in the circumferential direction of the reinforcing bar and having a node connecting adjacent ribs in the circumferential direction.
- a high-strength reinforcing bar having improved bending workability and concrete adhesion by controlling the shape of the joints and nodes is disclosed.
- a high manganese steel having an austenite structure has a lower Young's modulus than a general steel and a remarkable work hardening property, and therefore, out-of-plane deformation is more likely to occur than in a general steel. Even if the technique described in 2 is used, out-of-plane deformation cannot be suppressed. When out-of-plane deformation occurs, it must be corrected at the construction site so as to be within a certain cross section, which is a great burden.
- the present invention provides a deformed reinforcing bar excellent in bending workability that can suppress out-of-plane deformation during bending even if it is a high manganese content deformed reinforcing bar having an austenite single phase structure. For the purpose.
- the present inventors have earnestly studied the factors affecting the occurrence of out-of-plane deformation of high manganese deformed reinforcing bars, and obtained the following knowledge.
- the object of the vertical strain distribution can be maintained, so that out-of-plane deformation is less likely to occur, but the adhesion to concrete is reduced. , It cannot be lower than the knot height specified by JIS.
- the total amount of strain is determined by the degree of bending, if the degree of bending is small, out-of-plane deformation is less likely to occur even if the object of the vertical strain distribution is slightly collapsed. It cannot be limited.
- high manganese steel having an austenite structure has a characteristic that work hardening is extremely large as compared with general steel. For this reason, at the time of bending, the uneven distribution of the strain due to the shape of the periphery of the nodes and ribs induces the uneven distribution of the material strength. As processing proceeds further, local uneven distribution of material strength further promotes uneven distribution of strain.
- the summary structure is as follows. 1. % By mass C: 0.7% or more and 1.2% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 9% or more and 15% or less, Cr: 1.0% or less, P: 0.03% or less, and S: 0.05% or less, And the balance has a component composition consisting of Fe and inevitable impurities, It has a structure consisting of an austenite single phase, The ratio of the difference between the maximum hardness and the minimum hardness of the Vickers hardness at the outer periphery of the cross section perpendicular to the longitudinal direction to the center average hardness is 15% or less, Two or more ribs extending in the longitudinal direction are provided at equal intervals in the circumferential direction of the cross section, A deformed reinforcing bar in which a ratio of a difference between a maximum value and a minimum value of the rib width to the minimum value is 50% or less.
- the component composition is mass%, The deformed reinforcing bar according to 1 above, further comprising at least one of V: 1.0% or less and Nb: 0.2% or less.
- the number of the ribs is an even number of 4 or more, 3.
- out-of-plane deformation at the time of bending in a high manganese content deformed reinforcing bar having an austenite structure can be suppressed.
- Example 1 shows the difference of the difference of a rib width, and the amount of lifting.
- Example 2 shows the relationship between the difference of a rib width, and the amount of lifting.
- Example 2 shows the relationship between the difference of the distance between diagonal rib vertices, and the amount of lifting in Example 2.
- C 0.7% or more and 1.2% or less C is an important element in stabilizing the austenite phase and ensuring the necessary strength.
- the C content 0.7% or more, it is possible to stably obtain the required relative strength of 1.1 or less as a nonmagnetic material together with the required strength.
- the C content is 0.7% or more and 1.2% or less.
- Si 1.0% or less Si acts as a deoxidizer and is useful for providing a necessary strength as a solid solution strengthening element.
- Si content exceeds 1.0%, the effect is saturated and the workability deteriorates. Therefore, the Si content is 1.0% or less.
- the case where the Si content is 0% is included.
- Mn 9% or more and 15% or less Mn is an important element for stabilizing the austenite phase and ensuring the required strength. In order to stably obtain a relative permeability of 1.1 or less, which is necessary as a nonmagnetic material, it is necessary to add 9% or more of Mn. On the other hand, when the Mn content exceeds 15%, the effect is saturated. Therefore, the Mn content is 9% or more and 15% or less.
- Cr 1.0% or less Cr is a beneficial element that stabilizes the austenite phase and improves strength by solid solution strengthening. However, if the Cr content exceeds 1.0%, the effect is saturated and the workability deteriorates, so the Cr content is 1.0% or less.
- P 0.03% or less P segregates at austenite grain boundaries, significantly reduces hot ductility, and easily causes surface cracks during continuous casting. Therefore, it is desirable that the P content is as low as possible, but 0.03% is allowed.
- S 0.05% or less S is a useful element that improves the machinability by forming MnS in steel, but segregates at the grain boundaries of austenite and reduces the fatigue strength by lowering the grain boundary strength. Since there is also a harmful effect, the S content is set to 0.05% or less.
- the component composition of the deformed reinforcing bar in one embodiment of the present invention includes the above components (basic components), Fe, and inevitable impurities.
- the component composition of the deformed reinforcing bar in another embodiment of the present invention optionally further contains at least one of V: 1.0% or less and Nb: 0.2% or less in addition to the above basic components. be able to. By adding V or Nb, the strength can be secured more stably.
- V 1.0% or less
- V is a beneficial element that reduces the austenite grain size and improves strength by precipitation, and therefore can be added as necessary.
- the V content exceeds 1.0%, the ductility is remarkably lowered and the workability is deteriorated, so the V content is 1.0% or less.
- Nb 0.2% or less Nb is a useful element that reduces the austenite grain size and improves the strength by precipitation, and therefore can be added if necessary. However, if the Nb content exceeds 0.2%, the hot ductility is remarkably lowered and cracking during continuous casting is likely to occur, so the Nb content is set to 0.2% or less.
- the component composition of steel consists of said basic component, the component (V, Nb) which can be contained arbitrarily, and the remainder Fe and an unavoidable impurity.
- the deformed reinforcing bar of the present invention has a structure composed of an austenite single phase.
- the ratio of the difference between the maximum hardness and the minimum hardness of the Vickers hardness at the outer periphery of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the deformed reinforcing bar to the center average hardness (hereinafter sometimes simply referred to as “hardness difference”) is 15 It is important to make the percentage or less.
- the hardness difference exceeds 15%, the symmetry of strain in the cross section is greatly lost, and therefore, out-of-plane deformation occurs when bending.
- the said hardness difference can be measured by the method described in the Example.
- the method of setting the hardness difference to 15% or less is not particularly limited.
- low-temperature rolling is directed to ensure strength, and the hardness difference is promoted when the cross-section reduction rate increases.
- the cross-sectional reduction rate is preferably 30% or less.
- a biaxial roller leveler as shown in FIG.
- straightening can be performed using a rotation leveler as shown, the difference in cross-sectional hardness after straightening must be managed within the range defined by the present invention.
- the straightening rolls are arranged in one direction because the straightening distortion is biased in an apparatus in which the straightening rolls are arranged in one direction (in the example shown in FIG. It is desirable to use leveler devices arranged in multiple stages in the circumferential direction.
- straightening strain is introduced while the straightening roll rotates, so that uniform strain can be easily introduced in the circumferential direction compared to the biaxial roller leveler, which is desirable as a straightening device.
- the deformed reinforcing bar of the present invention is provided with two or more ribs extending in the longitudinal direction at equal intervals in the circumferential direction of the cross section.
- the deformed reinforcing bar of the present invention is provided with two or more ribs extending in the longitudinal direction at equal intervals in the circumferential direction of the cross section.
- two or more ribs are provided at 90 ° intervals.
- the number of ribs is not particularly limited as long as it is 2 or more, and can be any number, but it is preferably an even number from the viewpoint of ease of shape formation by hot rolling.
- the two ribs are arranged at intervals of 180 °, the object of vertical strain is maintained depending on the bending position, and therefore, no out-of-plane deformation occurs if the cross-sectional hardness is within the above-mentioned regulation.
- it may be impossible to specify the bending position so it is preferable to use four or more ribs.
- the number of ribs increases, the number of stress concentration sources can be reduced, and the collapse of symmetry of vertical strain can be reduced.
- the number of ribs is 6 or more, shape formation by hot rolling becomes difficult. Therefore, it is more preferable to arrange the four ribs at 90 ° intervals.
- the ratio of the difference between the maximum value and the minimum value of the rib width to the minimum value (hereinafter sometimes referred to as “rib width difference”) is 50% or less. If the difference in rib width exceeds 50%, the difference in strain locally generated around each rib increases, the symmetry of vertical strain is lost, and out-of-plane deformation occurs. Therefore, an out-of-plane deformation at the time of bending can be suppressed by setting the difference in rib width to 50% or less.
- the number of ribs is an even number of 4 or more, and the ratio of the difference between the maximum value and the minimum value of the diagonal rib apex distance to the minimum value (hereinafter referred to as “the diagonal rib apex distance It is preferable that the difference is sometimes 5% or less.
- the difference in the distance between the rib vertices in each pair exceeds 5%, the object of vertical strain is greatly collapsed depending on the bending position, resulting in out-of-plane deformation There is. Therefore, by setting the difference in the distance between the diagonal rib vertices to 5% or less, it is possible to further suppress out-of-plane deformation during bending.
- the high manganese deformed reinforcing bar with austenite structure as expected in the present invention, bending workability that suppresses out-of-plane deformation during bending work. It is possible to obtain a deformed reinforcing bar that is excellent in adhesion to concrete and excellent in adhesion.
- the rolling method described in Japanese Patent No. 3491129 previously proposed by the applicants can be used.
- a 4-roll rolling mill in which two sets of rolls are arranged orthogonally can be used.
- positioned up and down can also be used.
- the rib is formed by biting by the gap between the rolls, the gap between adjacent rolls must be accurately managed so that the rib dimensions satisfy the conditions of the present invention.
- the groove dug in the roll gradually wears out during use, so that the dimensions of the rib satisfy the conditions of the present invention before rolling. The amount of roll wear must be measured and managed.
- Example 1 Steel with the composition shown in Table 1 (steel grades A to G) is melt cast and made into billets, and then a deformed reinforcing bar having two ribs arranged at 180 ° diagonal is manufactured using a two-roll rolling mill. did.
- the deformed reinforcing bar had a deformed shape satisfying the specification of JIS G3112 having a nominal diameter of 15.9 mm (nominal name D16).
- the rib was formed by biting and rolling by adjusting the gap between the upper and lower rolls. The difference in rib width is shown in Table 2. In rolling, the rolling temperature was selected so as to satisfy the strength level SD345.
- the hardness of the deformed reinforcing bar before bending was measured in a cross section (C cross section) perpendicular to the longitudinal direction (rolling direction). The measurement was performed using a Vickers hardness tester under a load of 1 kg. As the center average hardness, an average value of a total of 5 points including one point at the center of the cross section and four points at 90 ° intervals on a circle with a diameter of 1 mm centered on the center was used. Moreover, 72 points were measured at intervals of 5 ° throughout the outer peripheral portion of the cross section. A value representing the difference between the maximum value and the minimum value of the obtained outer peripheral hardness as a ratio (%) to the center average hardness is defined as a hardness difference.
- Example 2 a deformed reinforcing bar having a nominal diameter of 12.7 mm (nominal name D13) and a strength level of SD345 having four ribs arranged at intervals of 90 ° was manufactured by straight bar rolling using the steel type A shown in Table 1.
- a 4-roll rolling mill in which two pairs of rolls were arranged orthogonally was used, the gap between adjacent rolls was adjusted, and the ribs were formed by biting and rolling.
- the rib width and the distance between the diagonal rib vertices were as shown in Table 3.
- the rib width and the distance between the diagonal rib apexes were adjusted by controlling the amount of biting by changing the gap between the upper, lower, left and right rolls and the size of the material before entering the deformed transfer roll.
- the cross-sectional reduction rate before and after the irregular shape transfer roll pass was adjusted to be within 40%, and was adjusted within a range not causing an undue cross-sectional hardness difference.
- the bendability was evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 3.
- FIG. 11 shows the relationship between the difference in rib width and the amount of lift
- FIG. 12 shows the relationship between the difference in distance between the diagonal rib vertices and the amount of lift.
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Abstract
曲げ加工性に優れた、オーステナイト単相組織を有する高マンガン含有異形鉄筋を提供する。 質量%で、C :0.7%以上1.2%以下、Si:1.0%以下、Mn:9%以上15%以下、Cr:1.0%以下、P:0.03%以下、およびS:0.05%以下、を含み、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、オーステナイト単相からなる組織を有し、長手方向に垂直な断面の外周における最大硬度と最小硬度の差の、中心平均硬度に対する比率が15%以下であり、長手方向に伸びるリブが2本以上、断面円周方向に等間隔で設けられており、前記リブの幅の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率が50%以下である、異形鉄筋。
Description
本発明は、鉄筋コンクリート構造物に使用される異形鉄筋に関するものであり、特に、曲げ加工時の面外変形抑制に優れた、9質量%以上のMnを含有する高マンガン含有異形鉄筋に関するものである。
オーステナイト組織を有した高マンガン異形鉄筋は、透磁率が低いため、電流による磁場を乱してはならない場所、例えば、病院のMRI(磁気共鳴画像診断)室の鉄筋構造部材などに使用される。建築現場での施工に際して異形鉄筋は、フープ状等、所定の形状に曲げ加工したうえで使用される。図1は、略正方形のフープ状に曲げ加工した異形鉄筋を側面から見た状態の例を示したものである。図1(b)のように鉄筋が略同一平面内に収まっていれば問題ないが、図1(a)のように面外変形を生じると平面上への配置ができない。そのため、異形鉄筋には面外変形を生じないことが求められる。
異形鉄筋は、コンクリートとの密着性を考慮して、丸棒材の周囲に長手方向に伸びるリブと、所定の節とを形成したものであり、例えば、図2に示すような形状をしている。節およびリブを除いた部分の直径、節の高さ、節間の距離、リブの幅の合計、節と軸線との角度は、JIS規格により定められている。
異形鉄筋の曲げ加工性向上に関し、例えば、特許文献1では、鉄筋の軸線に対して斜行する節を有する鉄筋において、節の形状や配置を制御することにより、曲げ加工時の浮上量を改善することが提案されている。
また、特許文献2には、鉄筋の円周方向に90°間隔で長手方向に連続する4本のリブを有し、円周方向に隣り合うリブを接続する節を有する鉄筋であって、リブや節の形状を制御することにより曲げ加工性とコンクリート密着性を改善した高強度鉄筋が開示されている。
しかし、オーステナイト組織を有した高マンガン鋼は、一般の鋼に比べてヤング率が低く、かつ、加工硬化特性が著しいため、面外変形が一般の鋼よりも生じ易く、特許文献1および特許文献2に記載された技術を用いても面外変形を抑制できない。面外変形を生じると、一定断面内となるように建設現場で都度修正する必要があり、多大な負担となる。
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、オーステナイト単相組織を有する高マンガン含有異形鉄筋であっても、曲げ加工時の面外変形を抑制できる曲げ加工性に優れた異形鉄筋を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために、高マンガン異形鉄筋の面外変形の発生に影響する要因について鋭意研究し、以下の知見を得た。
丸棒を曲げ加工をする際には、曲げ中立軸に対し丸棒断面内で中立軸内側に圧縮ひずみ、中立軸外側に引張ひずみを生じるが、中立軸の上下では対象性を保っている。しかし、異形鉄筋では、節およびリブが存在するため、節およびリブの周りに局所的なひずみの分布が偏在することになるとともに、節およびリブの形状あるいは曲げる位置により、異形鉄筋断面内における中立軸上下のひずみ分布の対象性が変化する。この断面内の中立軸上下ひずみ分布の対象性が大きく崩れ、且つ、一定以上のひずみ量の差となることにより、面外変形(この場合は上或いは下に変形する)が顕著となる。
したがって、異形鉄筋の節およびリブを限りなく低くして丸棒形状に近づければ、該上下ひずみ分布の対象性が保てるため面外変形は生じにくくなるが、コンクリートとの密着性が低下するため、JISで規定されている節高さより低くすることはできない。また、ひずみ量の総和は曲げ加工の程度により定まるため、曲げ加工の程度が少なければ、該上下ひずみ分布の対象性が少々崩れていても面外変形は生じにくくなるが、曲げ加工の程度を限定することもできない。
他方、オーステナイト組織を有する高マンガン鋼は、図3に示すように、一般の鋼に比べ加工硬化が極めて大きいという特性がある。このため、曲げ加工時には、節およびリブ周辺の形状を起因としたひずみの偏在が素材強度の大きな偏在を誘引する。さらに加工が進むと、素材強度の局所偏在がひずみの偏在をより助長することになる。
上記の理由から、オーステナイト組織を有した高マンガン異形鉄筋は、その特徴的な著しい加工硬化に起因して、一般の鋼の異形鉄筋に比べて、曲げ加工時に生じる節やリブ周囲に生じる局所的ひずみが多くなり、上下ひずみの対象性の崩れが大きくなる結果、面外変形が発生し易くなる。
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は次のとおりである。
1.質量%で、
C :0.7%以上1.2%以下、
Si:1.0%以下、
Mn:9%以上15%以下、
Cr:1.0%以下、
P :0.03%以下、および
S :0.05%以下、
を含み、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
オーステナイト単相からなる組織を有し、
長手方向に垂直な断面の外周におけるビッカース硬さの最大硬度と最小硬度の差の、中心平均硬度に対する比率が15%以下であり、
長手方向に伸びるリブが2本以上、断面円周方向に等間隔で設けられており、
前記リブの幅の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率が50%以下である、異形鉄筋。
1.質量%で、
C :0.7%以上1.2%以下、
Si:1.0%以下、
Mn:9%以上15%以下、
Cr:1.0%以下、
P :0.03%以下、および
S :0.05%以下、
を含み、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
オーステナイト単相からなる組織を有し、
長手方向に垂直な断面の外周におけるビッカース硬さの最大硬度と最小硬度の差の、中心平均硬度に対する比率が15%以下であり、
長手方向に伸びるリブが2本以上、断面円周方向に等間隔で設けられており、
前記リブの幅の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率が50%以下である、異形鉄筋。
2.前記成分組成が、質量%で、
V :1.0%以下、および
Nb:0.2%以下の少なくとも一方をさらに含む、前記1に記載の異形鉄筋。
V :1.0%以下、および
Nb:0.2%以下の少なくとも一方をさらに含む、前記1に記載の異形鉄筋。
3.前記リブの数が4以上の偶数であり、
対角リブ頂点間距離の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率が5%以下である、前記1または2に記載の異形鉄筋。
対角リブ頂点間距離の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率が5%以下である、前記1または2に記載の異形鉄筋。
本発明によれば、オーステナイト組織を有した高マンガン含有異形鉄筋における、曲げ加工時の面外変形を抑制することができる。
[成分組成]
まず、本発明においては、鋼の成分組成を上記のように限定した理由について説明する。なお、特に断らない限り、各成分の含有量についての「%」は「質量%」を意味する。
まず、本発明においては、鋼の成分組成を上記のように限定した理由について説明する。なお、特に断らない限り、各成分の含有量についての「%」は「質量%」を意味する。
C:0.7%以上1.2%以下
Cは、オーステナイト相を安定させ、必要な強度を確保する上で重要な元素である。C含有量を0.7%以上とすることにより、必要な強度とともに、非磁性材料として必要な比透磁率1.1以下を安定的に得ることができる。一方、Cを1.2%を超えて含有させると、延性および加工性が劣化して、曲げ加工時に割れが生じやすくなる。したがって、C含有量は0.7%以上1.2%以下とする。
Cは、オーステナイト相を安定させ、必要な強度を確保する上で重要な元素である。C含有量を0.7%以上とすることにより、必要な強度とともに、非磁性材料として必要な比透磁率1.1以下を安定的に得ることができる。一方、Cを1.2%を超えて含有させると、延性および加工性が劣化して、曲げ加工時に割れが生じやすくなる。したがって、C含有量は0.7%以上1.2%以下とする。
Si:1.0%以下
Siは、脱酸剤として作用するとともに、固溶強化元素として必要な強度を与えるのに有用である。しかし、Si含有量が1.0%を超えるとその効果は飽和するとともに、加工性が劣化する。そのため、Si含有量は1.0%以下とする。なお、Si含有量が0%である場合を含むものとする。
Siは、脱酸剤として作用するとともに、固溶強化元素として必要な強度を与えるのに有用である。しかし、Si含有量が1.0%を超えるとその効果は飽和するとともに、加工性が劣化する。そのため、Si含有量は1.0%以下とする。なお、Si含有量が0%である場合を含むものとする。
Mn:9%以上15%以下
Mnは、オーステナイト相を安定させ、必要な強度を確保する上で重要な元素である。非磁性材料として必要な比透磁率1.1以下を安定的に得るためには、9%以上のMnの添加を必要とする。一方、Mn含有量が15%を超えるとその効果は飽和する。そのため、Mn含有量は9%以上15%以下とする。
Mnは、オーステナイト相を安定させ、必要な強度を確保する上で重要な元素である。非磁性材料として必要な比透磁率1.1以下を安定的に得るためには、9%以上のMnの添加を必要とする。一方、Mn含有量が15%を超えるとその効果は飽和する。そのため、Mn含有量は9%以上15%以下とする。
Cr:1.0%以下
Crは、オーステナイト相を安定させ、固溶強化により強度を向上させる有益な元素である。しかし、Cr含有量が1.0%を超えるとその効果は飽和するとともに、加工性が劣化するため、Cr含有量は1.0%以下とする。
Crは、オーステナイト相を安定させ、固溶強化により強度を向上させる有益な元素である。しかし、Cr含有量が1.0%を超えるとその効果は飽和するとともに、加工性が劣化するため、Cr含有量は1.0%以下とする。
P:0.03%以下
Pは、オーステナイト粒界に偏析し、熱間延性を著しく低下させ、連続鋳造時の表面割れを生じやすくする。そのため、P含有量は極力低いことが望ましいが、0.03%までは許容される。
Pは、オーステナイト粒界に偏析し、熱間延性を著しく低下させ、連続鋳造時の表面割れを生じやすくする。そのため、P含有量は極力低いことが望ましいが、0.03%までは許容される。
S:0.05%以下
Sは、鋼中でMnSを形成し被削性を向上させる有用元素であるが、オーステナイトの粒界に偏析し、粒界強度を低下させることにより疲労強度を低下させる弊害もあるため、S含有量は0.05%以下とする。
Sは、鋼中でMnSを形成し被削性を向上させる有用元素であるが、オーステナイトの粒界に偏析し、粒界強度を低下させることにより疲労強度を低下させる弊害もあるため、S含有量は0.05%以下とする。
本発明の一実施形態における異形鉄筋の成分組成は、上記各成分(基本成分)と、Feおよび不可避不純物を有する。
また、本発明の他の実施形態における異形鉄筋の成分組成は、上記の基本成分に加えて任意に、V:1.0%以下およびNb:0.2%以下の少なくとも一方を、さらに含有することができる。VやNbを添加することにより、さらに強度を安定して確保できる。
V:1.0%以下
Vは、析出することによりオーステナイト粒径を小さくし、強度を向上させる有益な元素であるため、必要により添加することができる。しかし、V含有量が1.0%を超えると延性が著しく低下し、加工性が劣化するため、V含有量は1.0%以下とする。
Vは、析出することによりオーステナイト粒径を小さくし、強度を向上させる有益な元素であるため、必要により添加することができる。しかし、V含有量が1.0%を超えると延性が著しく低下し、加工性が劣化するため、V含有量は1.0%以下とする。
Nb:0.2%以下
Nbも、析出することによりオーステナイト粒径を小さくし、強度を向上させる有益な元素であるため、必要により添加することができる。しかし、Nb含有量が0.2%を超えると熱間延性が著しく低下し、連続鋳造時の割れを生じやすくなるため、Nb含有量は0.2%以下とする。
Nbも、析出することによりオーステナイト粒径を小さくし、強度を向上させる有益な元素であるため、必要により添加することができる。しかし、Nb含有量が0.2%を超えると熱間延性が著しく低下し、連続鋳造時の割れを生じやすくなるため、Nb含有量は0.2%以下とする。
なお、鋼の成分組成は、上記の基本成分、任意に含有することができる成分(V、Nb)、および残部のFeおよび不可避不純物からなることが好ましい。
[組織]
本発明の異形鉄筋は、オーステナイト単相からなる組織を有する。
本発明の異形鉄筋は、オーステナイト単相からなる組織を有する。
[硬度差]
本発明においては、異形鉄筋の長手方向に垂直な断面の外周におけるビッカース硬さの最大硬度と最小硬度の差の、中心平均硬度に対する比率(以下、単に「硬度差」という場合がある)を15%以下とすることが重要である。前記硬度差が15%を超えている場合、断面内におけるひずみの対称性が大きく崩れているため、曲げ加工した際に面外変形が生じることになる。なお、前記硬度差は、実施例に記載した方法で測定することができる。
本発明においては、異形鉄筋の長手方向に垂直な断面の外周におけるビッカース硬さの最大硬度と最小硬度の差の、中心平均硬度に対する比率(以下、単に「硬度差」という場合がある)を15%以下とすることが重要である。前記硬度差が15%を超えている場合、断面内におけるひずみの対称性が大きく崩れているため、曲げ加工した際に面外変形が生じることになる。なお、前記硬度差は、実施例に記載した方法で測定することができる。
前記硬度差を15%以内とする方法は特に限定されないが、熱間圧延ままの直棒圧延材においては、異形断面をロールにて転写成形するパス前後の断面減少率(=(前段の断面積-転写段の断面積)/前段の断面積×100%)を40%以下とすることにより達成できる。特に、オーステナイト鋼では強度確保のために低温圧延が指向され、断面減少率が大きくなると硬度差が助長される。なお、前記断面減少率は、30%以下とすることが好ましい。
また、熱間圧延後にコイル状に巻取られた異形鉄筋を、レベラーにより冷間にて直線矯正して使用する直線矯正材においては、図4に示すような2軸ローラーレベラーや、図5に示すような回転矯正レベラーを用いて直線矯正することができるが、直線矯正後の断面内硬度の差は、本発明で規定される範囲内に管理しなければならない。
直線矯正する際の留意点としては、前記した如く、熱間圧延段階で断面硬度の均質性を保つように製造しているため、矯正により材質を悪化しないようにしなければならない。例えば、2軸ローラーレベラーによる直線矯正では、矯正ロールの配置が一方向の装置では矯正ひずみに偏りが生じるため(図4に示した例では、矯正ロールが鉄筋の上下一方向に配置されている)、円周方向に多段に配置されたレベラー装置を利用することが望ましい。また、回転矯正レベラーによる直線矯正では、矯正ロールが回転しつつ矯正ひずみが導入されるため、2軸ローラーレベラーに比べ円周方向に均一なひずみを導入しやすく、矯正装置として望ましい。
[形状]
次に、鉄筋の異形形状の限定理由について説明する。本発明の異形鉄筋には、その長手方向に伸びるリブが2本以上、断面円周方向に等間隔で設けられている。2本以上のリブを等間隔に設けることにより、曲げ加工時における上下ひずみの偏在を低減することができる。例えば、図2に示した鉄筋の例では、90°間隔で4本のリブが設けられている。リブの本数は、2本以上であれば特に限定されず、任意の数とすることができるが、熱間圧延による形状形成のしやすさの観点からは、偶数とすることが好ましい。また、2本のリブを180°間隔で配置すれば、曲げる位置によっては上下ひずみの対象性が保持されるため、断面硬度が上述の規定以内であれば面外変形を生じることはない。しかし、実際の施工にあたっては曲げ位置の指定ができない場合もあるため、リブを4本以上とすることが好ましい。一方、リブの数が多いほど、応力集中源を減らすことができ、上下ひずみの対称性の崩れを軽減できるが、リブを6本以上とすると熱間圧延による形状形成が困難となる。そのため、4本のリブを90°間隔で配置することがより好ましい。
次に、鉄筋の異形形状の限定理由について説明する。本発明の異形鉄筋には、その長手方向に伸びるリブが2本以上、断面円周方向に等間隔で設けられている。2本以上のリブを等間隔に設けることにより、曲げ加工時における上下ひずみの偏在を低減することができる。例えば、図2に示した鉄筋の例では、90°間隔で4本のリブが設けられている。リブの本数は、2本以上であれば特に限定されず、任意の数とすることができるが、熱間圧延による形状形成のしやすさの観点からは、偶数とすることが好ましい。また、2本のリブを180°間隔で配置すれば、曲げる位置によっては上下ひずみの対象性が保持されるため、断面硬度が上述の規定以内であれば面外変形を生じることはない。しかし、実際の施工にあたっては曲げ位置の指定ができない場合もあるため、リブを4本以上とすることが好ましい。一方、リブの数が多いほど、応力集中源を減らすことができ、上下ひずみの対称性の崩れを軽減できるが、リブを6本以上とすると熱間圧延による形状形成が困難となる。そのため、4本のリブを90°間隔で配置することがより好ましい。
[リブ幅の差]
本発明の異形鉄筋においては、前記リブの幅の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率(以下、「リブ幅の差」という場合がある)を50%以下とする。リブ幅の差が50%を超えると、それぞれのリブの周囲で局所的に生じるひずみの差が大きくなり、上下ひずみの対称性が崩れ、面外変形を生じる。そのため、リブの幅の差を50%以下とすることにより、曲げ加工時の面外変形を抑制することができる。
本発明の異形鉄筋においては、前記リブの幅の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率(以下、「リブ幅の差」という場合がある)を50%以下とする。リブ幅の差が50%を超えると、それぞれのリブの周囲で局所的に生じるひずみの差が大きくなり、上下ひずみの対称性が崩れ、面外変形を生じる。そのため、リブの幅の差を50%以下とすることにより、曲げ加工時の面外変形を抑制することができる。
[対角リブ頂点間距離の差]
本発明の異形鉄筋においては、リブの数を4以上の偶数とし、対角リブ頂点間距離の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率(以下、「対角リブ頂点間距離の差」という場合がある)を5%以下とすることが好ましい。対角線上に配置されたリブが複数組存在する場合、各組におけるリブ頂点間の距離の差が5%を超えると、曲げる位置により、上下ひずみの対象性が大きく崩れ、面外変形を生じる場合がある。そのため、対角リブ頂点間距離の差を5%以下とすることにより、さらに曲げ加工時の面外変形を抑制することができる。
本発明の異形鉄筋においては、リブの数を4以上の偶数とし、対角リブ頂点間距離の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率(以下、「対角リブ頂点間距離の差」という場合がある)を5%以下とすることが好ましい。対角線上に配置されたリブが複数組存在する場合、各組におけるリブ頂点間の距離の差が5%を超えると、曲げる位置により、上下ひずみの対象性が大きく崩れ、面外変形を生じる場合がある。そのため、対角リブ頂点間距離の差を5%以下とすることにより、さらに曲げ加工時の面外変形を抑制することができる。
以上のように成分組成、組織、およびリブの形状を制御することにより、本発明で所期した、オーステナイト組織を有した高マンガン異形鉄筋で、曲げ加工時の面外変形を抑制した曲げ加工性に優れ、且つ、コンクリートとの密着性にも優れた異形鉄筋を得ることができる。
なお、所定のリブおよび節を熱間圧延により形成させる方法としては、例えば、出願人らが先に提案した特許第3491129号公報に記載の圧延方法を利用することができる。具体的には、図6に示すように2組のロールを直交配置した4ロール圧延機を用いることができる。また、図7に示すように上下にロールが配置された2ロール圧延機を用いることもできる。リブをロール間の隙間による噛み出しで形成する場合には、リブの寸法が本発明の条件を満たすよう、隣り合うロール間の隙間を精度よく管理しなければならない。また、リブをロールに掘られた溝で形成する場合には、使用中にロールに掘られた溝が徐々に摩滅してしまうため、リブの寸法が本発明の条件を満たすよう、圧延前のロール摩耗量を測定・管理しなければならない。
(実施例1)
表1に示す成分組成になる鋼(鋼種A~G)を溶製鋳造してビレットとした後、2ロール圧延機を用いて180°対角に配置された2本リブを有する異形鉄筋を製造した。前記異形鉄筋は、公称直径15.9mm(呼び名D16)のJIS G3112の規定を満足する異形形状とした。リブは上下ロールの隙間調整により噛み出し圧延にて形成した。リブ幅の差を表2に示す。なお、圧延に際しては、強度レベルSD345を満足するよう圧延温度を選定した。
表1に示す成分組成になる鋼(鋼種A~G)を溶製鋳造してビレットとした後、2ロール圧延機を用いて180°対角に配置された2本リブを有する異形鉄筋を製造した。前記異形鉄筋は、公称直径15.9mm(呼び名D16)のJIS G3112の規定を満足する異形形状とした。リブは上下ロールの隙間調整により噛み出し圧延にて形成した。リブ幅の差を表2に示す。なお、圧延に際しては、強度レベルSD345を満足するよう圧延温度を選定した。
得られた異形鉄筋のそれぞれについて、次の方法で硬度差と曲げ性の評価を行った。評価結果は表2に示した通りである。なお、No.4~6、9、10の異形鉄筋については、一旦コイルに巻き取り、さらに直線矯正した後に硬度と曲げ性の評価を行い、それ以外の異形鉄筋については圧延後の直棒のまま評価を行った。
[硬度]
曲げ加工前の異形鉄筋の、長手方向(圧延方向)に垂直な断面(C断面)における硬度を測定した。前記測定は、ビッカース硬度計を用い、荷重1kgの条件で実施した。中心平均硬度としては、前記断面の中心1点と、該中心を中心とした直径1mmの円上で90°間隔の4点との計5点での平均値を用いた。また、断面外周部をくまなく、具体的には5°間隔で72点測定した。得られた外周硬度の最大値と最小値の差を、中心平均硬度に対する比率(%)で表した値を硬度差とする。
曲げ加工前の異形鉄筋の、長手方向(圧延方向)に垂直な断面(C断面)における硬度を測定した。前記測定は、ビッカース硬度計を用い、荷重1kgの条件で実施した。中心平均硬度としては、前記断面の中心1点と、該中心を中心とした直径1mmの円上で90°間隔の4点との計5点での平均値を用いた。また、断面外周部をくまなく、具体的には5°間隔で72点測定した。得られた外周硬度の最大値と最小値の差を、中心平均硬度に対する比率(%)で表した値を硬度差とする。
[曲げ性]
曲げ性を評価するために、異形鉄筋を長さ1300mmに切断した後、図8に示すように、両端の一辺の長さが400mmのコの字になるように2箇所を90°曲げ加工した。前記曲げ加工は、曲げ内側の半径が公称直径の1.5倍となる条件で実施した。曲げ加工を施した後、曲げ加工部の割れ有無を確認するとともに、一辺端部の浮き上がり量を面外変形量として測定した。硬度差と浮き上がり量との関係を図9に、リブ幅の差と浮き上がり量との関係を図10に、それぞれ示す。
曲げ性を評価するために、異形鉄筋を長さ1300mmに切断した後、図8に示すように、両端の一辺の長さが400mmのコの字になるように2箇所を90°曲げ加工した。前記曲げ加工は、曲げ内側の半径が公称直径の1.5倍となる条件で実施した。曲げ加工を施した後、曲げ加工部の割れ有無を確認するとともに、一辺端部の浮き上がり量を面外変形量として測定した。硬度差と浮き上がり量との関係を図9に、リブ幅の差と浮き上がり量との関係を図10に、それぞれ示す。
表2、図9、および図10に示した結果より、成分組成、組織、硬度差、およびリブ幅の差のすべてが本発明の条件を満たす場合には、面外変形が少なく、曲げ加工性に優れていることが判る。これに対し、成分組成、組織、硬度差、およびリブ幅の差のいずれかが本発明の条件を満足しない比較例は、曲げ加工性が劣っている。
(実施例2)
続いて表1の鋼種Aを用いて、90°間隔に配置された4本リブを有する、公称直径12.7mm(呼び名D13)、強度レベルSD345の異形鉄筋を、直棒圧延により製造した。圧延には、二個一対のロールを直交に配置した4ロール圧延機を使用し、隣り合うロール間の隙間を調整し、噛み出し圧延を行うことによってリブを形成した。リブ幅および対角リブ頂点間距離は表3に示した通りとした。リブ幅および対角リブ頂点間距離の調整は、上下左右ロールのギャップと、異形転写ロールに入る前の素材の大きさを変えることによって噛み出し量を制御して行った。なお、異形転写ロールパス前後の断面減少率は40%以内とし、不当な断面硬度差とならない範囲で調整した。曲げ性の評価は実施例1と同様の方法で行い、その結果を表3に示した。また、リブ幅の差と浮き上がり量との関係を図11に、対角リブ頂点間距離の差と浮き上がり量との関係を図12に、それぞれ示す。
続いて表1の鋼種Aを用いて、90°間隔に配置された4本リブを有する、公称直径12.7mm(呼び名D13)、強度レベルSD345の異形鉄筋を、直棒圧延により製造した。圧延には、二個一対のロールを直交に配置した4ロール圧延機を使用し、隣り合うロール間の隙間を調整し、噛み出し圧延を行うことによってリブを形成した。リブ幅および対角リブ頂点間距離は表3に示した通りとした。リブ幅および対角リブ頂点間距離の調整は、上下左右ロールのギャップと、異形転写ロールに入る前の素材の大きさを変えることによって噛み出し量を制御して行った。なお、異形転写ロールパス前後の断面減少率は40%以内とし、不当な断面硬度差とならない範囲で調整した。曲げ性の評価は実施例1と同様の方法で行い、その結果を表3に示した。また、リブ幅の差と浮き上がり量との関係を図11に、対角リブ頂点間距離の差と浮き上がり量との関係を図12に、それぞれ示す。
表3、図11、および図12に示した結果より、リブ形状が本発明の条件を満たす場合には、面外変形が少なく、曲げ加工性に優れていることが判る。これに対し、本発明の条件を満足しない比較例は、曲げ加工性が劣っている。
Claims (3)
- 質量%で、
C :0.7%以上1.2%以下、
Si:1.0%以下、
Mn:9%以上15%以下、
Cr:1.0%以下、
P :0.03%以下、および
S :0.05%以下、
を含み、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
オーステナイト単相からなる組織を有し、
長手方向に垂直な断面の外周におけるビッカース硬さの最大硬度と最小硬度の差の、中心平均硬度に対する比率が15%以下であり、
長手方向に伸びるリブが2本以上、断面円周方向に等間隔で設けられており、
前記リブの幅の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率が50%以下である、異形鉄筋。 - 前記成分組成が、質量%で、
V :1.0%以下、および
Nb:0.2%以下の少なくとも一方をさらに含む、請求項1に記載の異形鉄筋。 - 前記リブの数が4以上の偶数であり、
対角リブ頂点間距離の最大値と最小値の差の、前記最小値に対する比率が5%以下である、請求項1または2に記載の異形鉄筋。
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