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Info
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- JP3031485B2 JP3031485B2 JP32269190A JP32269190A JP3031485B2 JP 3031485 B2 JP3031485 B2 JP 3031485B2 JP 32269190 A JP32269190 A JP 32269190A JP 32269190 A JP32269190 A JP 32269190A JP 3031485 B2 JP3031485 B2 JP 3031485B2
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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εaから塑性領域に変化するリューダース
帯の伝播部分εbをいう。
て、弾性領域εaから塑性領域に変化するリューダース
帯の伝播部分εbをいう。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
%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。
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。
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。
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。
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。
%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。
%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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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:εb)/(弾性
伸び:εa)値及びフェライト体積率を示す。一般にYS
が低い場合εb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、εaも高くなる。
このため、YSを加味したεbの指標としてεb/εa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/εaの大きい(10.0以上)
異形棒鋼を得ることが明らかである。
伸び:εa)値及びフェライト体積率を示す。一般にYS
が低い場合εb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、εaも高くなる。
このため、YSを加味したεbの指標としてεb/εa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/εa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/εaが11.5〜15.5(平均13.
6)、Ar3+110℃の950℃の仕上温度ではεb/εa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/εa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/εa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。
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/εaが11.5〜15.5(平均13.
6)、Ar3+110℃の950℃の仕上温度ではεb/εa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/εa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/εa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。
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。
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。
第1図は本発明鋼において仕上温度とεb/εa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εaと降伏伸びεbの定義を示す応力歪曲線図であ
る。
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εaと降伏伸びεb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)
- 【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。 - 【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。 - 【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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