JP3031485B2 - 降伏伸びに優れた高強度鉄筋の製造方法 - Google Patents

降伏伸びに優れた高強度鉄筋の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は下降伏点が40kgf/mm2以上の高強度を有し降
伏伸びに優れた鉄筋コンクリート用異形棒鋼の製造方法
に関する。
〔従来の技術〕
近年、建築物は高層化、長大化する傾向にあり、ま
た、鉄筋コンクリート造が指向されている。このため、
それに用いる鉄筋も高強度化、高品質化が要求されるよ
うになり、高強度化にともない安全性の観点から降伏伸
びが大きいことが要求されている。
一般に高降伏伸びを有するには、特公昭63−64494号
公報に示されるようにオーステナイト未再結晶域の圧延
を十分行い、微細フェライト−パーライト組織を得る方
法や特開昭61−124524号公報のように圧延で得たフェラ
イト−ベイナイト組織をさらに焼き戻し処理する方法が
とられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
特公昭63−64494号公報ではオーステナイト未再結晶
域での圧延を十分行い、中間、仕上圧延を875℃以下で
実施することを特徴としているが、C量が0.2〜0.4%と
高いのでパーライト体積率が高く、他方、フェライト体
積率が低いので降伏伸びの増加には限度がある。
また、特開昭61−124524号公報では圧延後さらに焼き
戻し処理を行うことにより降伏伸びを向上させることが
開示されているが、この場合C量が0.1〜0.5%と高く、
フェライト体積率が低いため降伏伸びの改善に限度があ
るばかりでなく、圧延後焼き戻し処理が必要であり、製
造コストの点で問題がある。
本発明は上記問題点に鑑み、降伏点伸びの大きい鉄筋
コンクリート用異形棒鋼の製造方法を提供することを目
的とする。
本発明者らは、降伏点伸びに及ぼす化学組成、圧延条
件を種々検討した結果、Ar3変態点を上廻る領域では圧
延仕上温度が低い程降伏伸びは増大し、Ar3変態点を下
回ると、逆に降伏伸びは著しく減少するという知見を得
たことにより本発明を構成した。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するための本発明の技術手段は次の通
りである。すなわち、 C:0.01〜0.09重量% Si:0.04〜1.00重量% Mn:0.10〜0.80重量% A:0.010〜0.100重量% N:0.0100重量%以下を含み、 さらに、 Ti:0.005〜0.300重量% Nb:0.005〜0.300重量% V:0.005〜0.400重量% のうち、1種または2種以上含有し残部Fe及び不可避的
不純物からなる鋼素材を950℃以上に加熱し、Ar3〜Ar3
+120℃の温度で圧下率10%以上で仕上圧延する熱間圧
延を施したのち空冷し、フェライトイ組織の体積率が80
%以上を有するようにしたことを特徴とする降伏伸びに
優れた高強度鉄筋の製造方法である。また、上記と同じ
組成を有する鋼素材を、950℃以上に加熱し、Ar3〜Ar3
+120℃の温度で圧下率10%以上で仕上圧延する熱間圧
延を施したのち、5℃/s以上の強制冷却を施し、400℃
以上で冷却を停止し、フェライト組織の体積率が80%以
上を有するようにしてもよい。
鋼素材が、上記組成にさらに、 Cr:0.05〜1.20重量% Mo:0.05〜1.00重量% Cu:0.05〜1.50重量% Ni:0.05〜1.50重量% B:0.0005〜0.0050重量% のうち、1種又は2種以上を含有し、残部Fe及び不可避
的不純物からなる鋼素材であって、950℃以上に加熱
し、Ar3〜Ar3+120℃の温度で圧下率10%以上で仕上圧
延する熱間圧延を施したのち空冷し、フェライト組織の
体積率が80%以上を有するようにするか、又は950℃以
上に加熱し、Ar3〜Ar3+120℃の温度で圧下率10%以上
で仕上圧延する熱間圧延を施したのち、5℃/s以上の強
制冷却を施し、400℃以上で冷却を停止し、フェライト
組織の体積率が80%以上を有するようにしたことを特徴
とする降伏伸びに優れた高強度鉄筋の製造方法である。
降伏伸びとは、第2図に示すような応力歪曲線におい
て、弾性領域εから塑性領域に変化するリューダース
帯の伝播部分εをいう。
〔作用〕
鋼材を引張った場合にリューダース帯の形成される前
の最高応力が上降伏点であり、リューダース帯の伝播に
必要な応力が下降伏点である。リューダース帯が形成さ
れる条件とは隣接結晶にすべりを伝えるよりは、同一結
晶内に一様なすべりを誘起した方が容易な場合である。
結晶粒が小さい方が、結晶粒内に一様なすべりを誘起
しやすくリューダース帯の形成は容易である。そのた
め、結晶粒が小さい程降伏伸びは大きくなる。
また、同一結晶粒径でも加工され可動転位密度が高い
場合、結晶粒内で一様なすべりが起こりにくくなる結
果、リューダース帯の形成は困難となり降伏伸びは無加
工粒に比較して小さい。また、粒内に可動転位を含むベ
イナイト組織も同様な理由により降伏伸びが低い。ま
た、パーライト組織では硬質なセメンタイトが含有さ
れ、このパーライトの粒内でのすべり変形が容易でない
ため、降伏伸びは小さい。
以上の観点より降伏伸びの大きな鋼材を製造するに
は、下記条件を満足させなければならないことがわか
る。
(1)結晶粒径は小さければ小さいほどよい。
(2)無加工な結晶であること。
(3)フェライト組織を多く含むこと。
これらを満足させるための成分、圧延条件の理由を下
記に示す。
C:フェライト組織を80%以上有するようにするため、
0.09重量%Cを上限とする。また、0.01重量%より少な
いと強度が確保できないのでこれを下限とする。
Si:Siはフェライト相安定化元素であり、かつ固溶硬
化としての作用をもつ。1.00重量%を越えると靭性に悪
影響を及ぼす。また、製鋼時脱酸の役目を果たすため、
0.04重量%以上必要である。
Mn:固溶強化元素であり、強度上0.10重量%以上必要
である。また、0.80重量%より多く添加すると可動転位
を多く含むベイナイトが生成し、フェライト体積率が80
%を下回り、降伏伸びが下がる。
A:脱酸剤として0.010重量%以上0.100重量%以下
添加する。
Ti:フェライト相での析出強度を目的とし、0.005重量
%以上添加する必要があり、0.300重量%を越えると粗
大なTiNを作り、靭性を阻害する。
Nb:析出強度を目的とし、最低0.005重量%以上必要と
し、0.300重量%を越えても比例的に強度は増加しな
い。
V:Tiと同様にフェライト相での析出強度を目的とし、
最低0.005重量%以上必要とし、0.400重量%を越えると
粗大なVNを形成し、延・靭性を阻害する。
N:TiN、VNなどの析出物による強度確保を目的とし、
0.0100重量%より多く含有されると、粗大なTiN、VN又
はANを析出し、さらにフリーNの増加により、延
性、靭性が著しく低下する。さらに、必要に応じて、以
下の成分を含有させることができる。
Cr:固溶強化元素であり、靭性を低下されることなく
強度増加ができ、この効力を発揮するため0.05重量%以
上必要で1.20重量%以上添加すると、熱間加工性が阻害
される。
Mo:固溶強化による強度増加に有効な元素で0.05重量
%必要であるが1.0重量%を越えると、靭性が低下し、
さらにコストも高くなる。
Cu:固溶強化による強度増加に有効な元素で0.05重量
%必要であるが1.50重量%以上含有すると、熱間圧延
中、表面割れが生じる。
Ni:靭性を改善するのに有効な元素であり、かつCuと
同時に添加することにより、Cu添加時の熱間圧延での割
れを防止する作用がある。このために0.05重量%必要で
あるが多量に添加しても上記効果は比較的に望めないの
で、上限を1.50重量%とした。
B:固溶強化及びBNによる析出強度を目的として0.0005
重量%以上添加するが、0.005重量%を越えると、γ粒
界に偏析する固溶B又はBNが増加し、フェライト生成成
長の妨げとなる。
圧延における加熱温度は少なくともTiC、NbC、VCが固
溶される温度に加熱する必要があり、950℃以上とし
た。
仕上圧延は、組織の微細化のためにAr3〜Ar3+120℃
の温度域で圧下率10%以上の圧延を行うことに規定す
る。これは、Ar3点を下回る温度ではフェライトが生成
しこれに加工が加わることにより降伏伸びが低下するた
めである。また、上限を、Ar3+120℃以下とした理由は
これを越える温度では組織微細化の効果が少なく目的と
する細粒化した組織が得られず、その結果、降伏伸びが
低下するためである。また、圧下率を10%以上とするの
は、これを下回る圧下率では組織微細化の効果が小さ
く、その結果降伏伸びが低下するためである。また高強
度・高靭化の必要がある場合、圧延後さらに強制冷却を
行い、および粗大化防止のため5℃/s以上で冷却する。
冷却停止温度が400℃を下回ると、組織において、下部
ベイナイトや島状マルテンサイトの混在が著しくなり、
延性、靭性を著しく劣化させる。
フェライト組織は大きな降伏伸び値を得るための必須
組織であり、堆積率80%以上であると、明瞭な降伏棚及
び降伏伸びを有し、建築設計上の要求を確実に満足す
る。80%より少ないと、降伏伸びが明確に現われない。
〔実施例〕
第1表に実施例及び比較例の化学成分を示す。第1表
中1〜26が実施例であり、27〜29は比較例である。
第2表は各々の鋼種における圧延条件を示すもので、
加熱は950℃以上で行い、仕上温度はAr3〜Ar3+120℃、
仕上圧延速度はおよそ8m/s〜12m/sで実施した。断面150
×150mmの正方形ビレットから公称径25mmの異形棒鋼を
製造した。
第3表に機械的特性値と(降伏伸び:ε)/(弾性
伸び:ε)値及びフェライト体積率を示す。一般にYS
が低い場合εは高くなるが、鉄筋のような建築用途に
用いられる鋼材の場合、YSも高い値を有することが要求
される。一般にYSが高くなるに従い、εも高くなる。
このため、YSを加味したεの指標としてεb値を
用いた。引張試験はJISG3112に従って、評価した。本発
明鋼及び本発明圧延条件を実施すればYS≧40(SD40クラ
ス以上)kgf/mm2でかつεbの大きい(10.0以上)
異形棒鋼を得ることが明らかである。
第1表の実施例1、2、4、5、6、10、12、13、1
4、15、19、20、21および22のようにC量を0.07重量%
レベルにした成分でAr3〜Ar3+120℃の温度域で圧下率1
0%以上の圧延を行えば(微細フェライト)+(析出
物)の組織となり、例えば実施例1の成分で 加熱温度を1250℃、仕上温度をAr3+10℃の850℃(第1
図−B)およびAr3+110℃の950℃(第1図−A)で圧
下率22〜24%の熱間圧延を行い、その後冷却速度0.8℃/
sで空冷した場合、第1図に示すように、Ar3+10℃の85
0℃の仕上温度ではεbが11.5〜15.5(平均13.
6)、Ar3+110℃の950℃の仕上温度ではεbが12.0
〜13.0(平均12.5)と大きい特性が得られ、また、Ar3
を下回る温度で仕上圧延を実施した場合(第1図−
C)、Ar3+10℃の850℃の場合(第1図−B)と比べ、
半分以下のεbとなっている。これはフェライト体
積がたとえ80%以上となっていても加工フェライトとな
っているからである。またAr3+120℃を超える温度域で
仕上圧延を実施した場合(第1図−D)、Ar3+10℃の8
50℃の場合(第1図−B)およびAr3+110℃の950℃の
場合(第1図−A)と比べ、εbが大きく低下して
いる。これは仕上温度の上昇により、オーステナイト粒
が粗大化したためである。
〔発明の効果〕
本発明は低C量(0.01〜0.09重量%)で、Ar3〜Ar3
120℃の温度域で加工を加えることにより、加工歪を含
まない微細なフェライトが80%以上得られ、降伏伸びが
大きい材料が製造可能なことを見出した。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明鋼において仕上温度とεbの関係を
示すグラフ、第2図は降伏伸びを評価するための弾性領
域εと降伏伸びεの定義を示す応力歪曲線図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−173922(JP,A) 特開 平4−56727(JP,A) 特公 昭63−64494(JP,B2) 永井 義規“高強度鉄筋SD50の機械 的性質”材料とプロセス VoL.3 No.5 P.1398 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/08,9/52

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.01〜0.09重量% Si:0.04〜1.00重量% Mn:0.10〜0.80重量% A:0.010〜0.100重量% N:0.0100重量%以下を含み、 さらに、 Ti:0.005〜0.300重量% Nb:0.005〜0.300重量% V:0.005〜0.400重量% のうち、1種または2種以上含有し残部Fe及び不可避的
    不純物からなる鋼素材を950℃以上に加熱し、Ar3〜Ar3
    +120℃の温度で圧下率10%以上で仕上圧延する熱間圧
    延を施したのち空冷し、フェライト組織の体積率が80%
    以上を有することを特徴とする降伏伸びに優れた高強度
    鉄筋の製造方法。
  2. 【請求項2】C:0.01〜0.09重量% Si:0.04〜1.00重量% Mn:0.10〜0.80重量% A:0.010〜0.100重量% N:0.0100重量%以下を含み、 さらに、 Ti:0.005〜0.300重量% Nb:0.005〜0.300重量% V:0.005〜0.400重量% のうち、1種または2種以上を含有し残部Fe及び不可避
    的不純物からなる鋼素材を950℃以上に加熱し、Ar3〜Ar
    3+120℃の温度で圧下率10%以上で仕上圧延する熱間圧
    延を施したのち、5℃/s以上の強制冷却を施し、400℃
    以上で冷却を停止し、フェライト組織の体積率が80%以
    上を有することを特徴とする降伏伸びに優れた高強度鉄
    筋の製造方法。
  3. 【請求項3】鋼素材が、 C:0.01〜0.09重量% Si:0.04〜1.00重量% Mn:0.10〜0.80重量% A:0.010〜0.100重量% N:0.0100重量%以下を含み、 さらに、 Ti:0.005〜0.300重量% Nb:0.005〜0.300重量% V:0.005〜0.400重量% のうち、1種または2種以上、および Cr:0.05〜1.20重量% Mo:0.05〜1.00重量% Cu:0.05〜1.50重量% Ni:0.05〜1.50重量% B:0.0005〜0.0050重量% のうち、1種又は2種以上を含有し、残部Fe及び不可避
    的不純物からなる鋼素材である請求項1または2記載の
    降伏伸びに優れた高強度鉄筋の製造方法。
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