JP6115809B2 - High-strength PC steel strand and its manufacturing method - Google Patents
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Description
この発明は、高強度で耐遅れ破壊特性に優れるＰＣ鋼より線に関するものである。 The present invention relates to a PC steel strand having high strength and excellent delayed fracture resistance.
ＰＣ鋼より線は、橋梁、電柱、コンクリートパイル、建設部材、建築物の梁、スラブ等における各種のコンクリート構造物におけるプレストレスト・コンクリート（ＰＣ）に緊張を与える緊張材として使用されたり、地山やその法面、炭坑、トンネル等の坑周壁及び各種構造物の補強用として使用されたりしている。 PC steel stranded wire is used as a tension material to tension prestressed concrete (PC) in various concrete structures such as bridges, utility poles, concrete piles, construction members, building beams, slabs, It is used to reinforce slopes, mine walls such as coal mines, tunnels, and various structures.
従来、この種のＰＣ鋼より線は、ＪＩＳ Ｇ ３５０２で規定される線材から加工されているが、近年の高強度化の要請の下、その規格外の線材からなるＰＣ鋼より線が提案されている。
例えば、特許文献１には、ＪＩＳ規格の１９本撚りで構成される標準径：１９．３ｍｍ、断面積：２４０〜２５０ｍｍ２、引張荷重：５５０ｋＮ以上の高強度ＰＣ鋼より線、及びＪＩＳ規格の１９本撚りで構成される標準径：２１．８ｍｍ、断面積：３１０〜３２０ｍｍ２、引張荷重：７００ｋＮ以上の高強度ＰＣ鋼より線が開示されている。
この高強度ＰＣ鋼より線の素材は、質量％で、Ｃ：０．８７〜１．３％、Ｓｉ：０．５〜１．２％、Ｍｎ：０．１〜１．０％を含み、残部をＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼としており、線材の強度を高めるために、質量％で、Ｃｒ：０．０５〜１．５％、Ｎｉ：０．０３〜１．０％、Ｖ：０．００１〜０．５％、Ｎｂ：０．００１〜０．５％、Ｍｏ：０．００１〜０．５％の１種以上を含むものとし、さらに、線材の耐腐食特性を高めるために、質量％で、Ｃｕ：０．０１〜１．０％を含むものとし、さらに、線材の延性を高めるために、質量％で、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｂ：０．０００５〜０．１％を含むものとしている（同文献１要約、請求項１〜８参照）。
Conventionally, this type of PC steel strand has been processed from the wire specified in JIS G 3502, but under the recent demand for higher strength, a strand of PC steel made of a non-standard wire has been proposed. ing.
For example, in Patent Document 1, standard diameter composed of 19 twists of JIS standard: 19.3 mm, cross-sectional area: 240 to 250 mm 2 , tensile load: 550 kN or more high-strength PC steel strand, and JIS standard A high-strength PC steel wire having a standard diameter composed of 19 strands: 21.8 mm, a cross-sectional area: 310 to 320 mm 2 , and a tensile load: 700 kN or more is disclosed.
The material of this high-strength PC steel strand is, in mass%, C: 0.87-1.3%, Si: 0.5-1.2%, Mn: 0.1-1.0%, The balance is made of steel composed of Fe and inevitable impurities, and in order to increase the strength of the wire, it is mass%, Cr: 0.05 to 1.5%, Ni: 0.03 to 1.0%, V: 0 .001 to 0.5%, Nb: 0.001 to 0.5%, Mo: One or more of 0.001 to 0.5%, and further to increase the corrosion resistance of the wire, In order to improve the ductility of the wire rod, Al: 0.001-0.1%, B: 0.0005-0. 1% is included (see the abstract of the literature 1, claims 1 to 8).
また、特許文献２には、質量％で、Ｃ：０．６〜１．３％を含有し、少なくとも鋼表層から線径の２．５％まで表層の長手方向の残留応力が圧縮であり、かつ最表層部の長手方向の残留応力が１５０ＭＰａ以上の圧縮応力であり、加工パーライト主体組織で０．２％耐力：１０００ＭＰａ以上、引張強度：１２００ＭＰａ以上である耐遅れ破壊特性の良好な線径２．９〜９ｍｍのＰＣ鋼撚り線が提案されている。なお、遅れ破壊とは、高強度鋼部品が静的な負荷応力を受けた状態で、ある時間を経過したとき、外見上はほとんど塑性変形を伴うことなく、突然脆性的に破壊する現象を言う。
この高強度ＰＣ鋼より線の素材は、Ｃ以外に、質量％で、Ｓｉ：０．１０〜２．５％、およびＭｎ：０．２５〜２．０％を含有するものとしたり、さらに、質量％で、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０５％以下にそれぞれ規制し、さらに、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．００５％、Ｖ：０．００２〜０．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００５〜０．０１％、Ｃｒ：０．０５〜２．０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、およびＭｏ：０．０５〜０．５０％の１種または２種以上を含有するものとしたりしている（同文献要約、請求項１〜３参照）。
Patent Document 2 contains, in mass%, C: 0.6 to 1.3%, and the residual stress in the longitudinal direction of the surface layer is compression at least from the steel surface layer to 2.5% of the wire diameter, And the residual stress in the longitudinal direction of the outermost layer portion is a compressive stress of 150 MPa or more, 0.2% proof stress: 1000 MPa or more, and tensile strength: 1200 MPa or more in the processed pearlite main structure. PC steel strands of 9-9 mm have been proposed. Delayed fracture refers to a phenomenon in which high-strength steel parts are subjected to static load stress and suddenly break brittlely with little plastic deformation in appearance after a certain period of time. .
In addition to C, the high-strength PC steel wire material contains, in mass%, Si: 0.10 to 2.5%, and Mn: 0.25 to 2.0%, By mass%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, Al: 0.05% or less, respectively, Ti: 0.005-0.05%, Ca: 0.0005 -0.005%, REM: 0.0005-0.005%, V: 0.002-0.5%, Nb: 0.005-0.1%, B: 0.0005-0.01%, One or two of Cr: 0.05-2.0%, Cu: 0.05-1.0%, Ni: 0.05-1.0%, and Mo: 0.05-0.50% Or the like (see abstract of the same literature, claims 1 to 3).
このような高強度ＰＣ鋼より線において、その高強度化は鋼材全体の靭性が低下し、耐疵感受性の低下を招くとされている。また、高強度は、伸線加工前の加熱後の冷却速度を高めれば向上させることができるが、素線中心に比べて表面の硬度が高くなって、耐疵感受性の低下を招く。
一方、ＰＣ鋼より線の高度化には上記の問題があるが、近年、ＰＣ鋼より線の更なる高強度化（２０００ＭＰａ以上）が要求されるとともに、耐震性の観点から高い伸びも示す鋼材の要求に対して、強度（引張強度）と伸びがバランスされた高強度ＰＣ鋼より線が要求されている。また、高強度ＰＣ鋼より線は、高強度鋼製品であるため、その製品が静的な負荷応力を受けた状態で、ある時間を経過したとき、外見上はほとんど塑性変形を伴うことなく、突然脆性的に破壊する現象、すなわち、水素に起因する遅れ破壊特性が従来材に比較して劣ることが知られており、その破壊特性の改良も要求されている。
In such a high-strength PC steel strand, increasing the strength of the steel material is said to reduce the toughness of the entire steel material and cause a decrease in the resistance to wrinkling. Further, the high strength can be improved by increasing the cooling rate after heating before wire drawing, but the surface hardness is higher than the center of the wire, leading to a reduction in wrinkle resistance.
On the other hand, although there is the above-mentioned problem in the advancement of the wire from PC steel, in recent years, steel materials that require higher strength (2000 MPa or more) than PC steel and also exhibit high elongation from the viewpoint of earthquake resistance. In response to the above requirement, a high-strength PC steel wire having a balanced strength (tensile strength) and elongation is required. In addition, because the high-strength PC steel strand is a high-strength steel product, when the product is subjected to a static load stress and a certain time has passed, the appearance is hardly accompanied by plastic deformation, The phenomenon of sudden brittle fracture, that is, delayed fracture characteristics due to hydrogen is known to be inferior to conventional materials, and improvement of the fracture characteristics is also required.
この発明は、そのような状況の下、高強度とバランスした伸びを示し更に遅れ破壊特性等の優れた高強度ＰＣ鋼より線を提供することを課題とする。 Under such circumstances, an object of the present invention is to provide a high-strength PC steel wire exhibiting elongation balanced with high strength and having excellent delayed fracture characteristics.
上記課題を達成するために、この発明は、ストランド径が２１．８ｍｍ、２８．６ｍｍ又は２９．０ｍｍの何れかよりなる１９本撚りＰＣ鋼より線において、そのＰＣ鋼より線を構成する素線の成分が、Ｃ：０．９７〜１．０２質量％、Ｓｉ：０．８０〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３０〜０．６０質量％、Ｃｒ：０．１５〜０．３０質量％であって、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎから選択される一種以上を総量で０．０５質量％以下含み、１．２％伸びに対する荷重が、ストランド径２１．８ｍｍのものでは６００ｋＮ以上、ストランド径２８．６ｍｍのものでは９５０ｋＮ以上、ストランド径２９．０ｍｍのものでは１０００ｋＮ以上であって、最大伸びが８％以下である構成を採用したのである。尚、各ストランドの断面積はストランド径の寸法誤差を含めると若干の差がでるものの、大凡、３１２．９ｍｍ２、５３２．４ｍｍ２又は５４７．５ｍｍ２とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a 19-strand PC steel strand having a strand diameter of 21.8 mm, 28.6 mm, or 29.0 mm, and a strand constituting the PC steel strand. Are: C: 0.97 to 1.02 mass%, Si: 0.80 to 1.0 mass%, Mn: 0.30 to 0.60 mass%, Cr: 0.15 to 0.30 mass% 1% or more of one or more selected from Al, B, Ti, Cu, Mo and N in a total amount of 0.05% by mass or less, and a load with respect to 1.2% elongation is a strand diameter of 21.8 mm In the case of 600 kN or more and a strand diameter of 28.6 mm, 950 kN or more, and in the case of a strand diameter of 29.0 mm, the structure is 1000 kN or more and the maximum elongation is 8% or less. Incidentally, the cross-sectional area of each strand although out slight difference Including dimensional errors of the strand diameter, approximately, 312.9Mm 2, and 532.4Mm 2 or 547.5mm 2.
発明者は、まず、コンクリートに加えるプレストレス（荷重）はＰＣ鋼より線が弾性変形から塑性変形する境界付近で最大のものが望まれ、この限界点として、１．２％伸び量での荷重が、ストランド径２１．８ｍｍで６００ｋＮ以上、２８．６ｍｍのもので９５０ｋＮ以上、２９．０ｍｍのものでは１０００ｋＮ以上であれば良いことを各種の実験及び経験によって見いだした。
つぎに、ＰＣ鋼より線の最大伸び量（破断時までの伸び量）が８％を超えると、１．２％伸び量での上記荷重特性（６００ｋＮ以上、９５０ｋＮ以上、１０００ｋＮ以上）での荷重特性を両立させる（上記限界点の荷重を１．２％伸び量の荷重とする）ことが困難になる（適切でなくなる）ことを各種の実験及び経験によって見いだした。
The inventor first wants the maximum prestress (load) applied to the concrete near the boundary where the PC steel wire deforms from plastic deformation to plastic deformation. The limit point is the load at 1.2% elongation. However, it has been found through various experiments and experiences that the strand diameter is 21.8 mm, 600 kN or more, 28.6 mm, 950 kN or more, and 29.0 mm, 1000 kN or more.
Next, if the maximum elongation of the wire from PC steel exceeds 8%, the load at the above load characteristics (600 kN or more, 950 kN or more, 1000 kN or more) at 1.2% elongation. It has been found through various experiments and experiences that it is difficult (becomes inappropriate) to make the characteristics compatible (the load at the above limit point is a 1.2% elongation load).
その限界点及び最大伸び量の両立を得られる素線の成分は、実験等により、Ｃ：０．９７〜１．０２質量％、Ｓｉ：０．８０〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３０〜０．６０質量％、Ｃｒ：０．１５〜０．３０質量％であって、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎから選択される一種以上を合計で０．０５質量％以下含む鋼材であることを見いだした。このとき、前記成分以外は不可避的不純物からなる鋼材が好ましい。
なお、上記ストランドの径の寸法許容差としては、ＪＩＳ Ｇ ３５３６の表４「寸法及び許容差」に示される「＋０．６ｍｍ〜−０．２５ｍｍ」の範囲内とする。
The component of the wire that can achieve both the limit point and the maximum elongation amount is C: 0.97 to 1.02% by mass, Si: 0.80 to 1.0% by mass, Mn: 0.0. 30 to 0.60 mass%, Cr: 0.15 to 0.30 mass%, including a total of 0.05 mass% or less of one or more selected from Al, B, Ti, Cu, Mo, and N I found it to be steel. At this time, a steel material composed of inevitable impurities other than the above components is preferable.
The dimensional tolerance of the diameter of the strand is in the range of “+0.6 mm to −0.25 mm” shown in Table 4 “Dimensions and tolerance” of JIS G 3536.
Ｃは高強度化に有効な元素であり高強度の鋼線を得るためのものであって、０．９７質量％以上とすることが必要であり、一方、１．０２質量％を超えると、初析セメンタイトが析出しやすいため、延性が低下し、かつ伸線性が劣化する。
Ｓｉは鋼の脱酸のために必要な元素であり、０．８０質量％未満であると、脱酸効果が不十分となり、一方、１．０質量％を超えると、熱処理性を阻害して、その熱処理後に形成されるパーライト中のフェライト相に固溶しパテンティング後の強度を上げる作用を円滑に行えなくなる。
Ｍｎは鋼の焼き入れ性を確保するために添加するが、０．３０質量％未満ではその十分な焼き入れ性を担保できず、一方、０．６０質量％を超えると、パテンティングの際の変態時間を長くしすぎる。
Ｃｒは鋼の強度を高めるために添加するが、０．１５質量％未満ではその添加効果が望めず、一方、０．３０質量％を超えると、鋼線の延性を引き起こす。
C is an element effective for increasing the strength and is for obtaining a high-strength steel wire, and needs to be 0.97% by mass or more. On the other hand, if it exceeds 1.02% by mass, Since proeutectoid cementite is likely to precipitate, the ductility is lowered and the drawability is deteriorated.
Si is an element necessary for deoxidation of steel. When it is less than 0.80% by mass, the deoxidation effect is insufficient. On the other hand, when it exceeds 1.0% by mass, the heat treatment property is hindered. Thus, the effect of increasing the strength after patenting by solid solution in the ferrite phase in the pearlite formed after the heat treatment cannot be performed smoothly.
Mn is added to ensure the hardenability of the steel. However, if it is less than 0.30% by mass, the sufficient hardenability cannot be ensured. On the other hand, if it exceeds 0.60% by mass, Make the transformation time too long.
Cr is added to increase the strength of the steel, but if it is less than 0.15% by mass, its effect cannot be expected, while if it exceeds 0.30% by mass, the ductility of the steel wire is caused.
添加元素ＡｌはＡｌ酸化物やＡｌＮの析出物としてオーステナイト粒の粗大化防止、遅れ破壊防止効果を有する下記作用をなすＢを確保する効果を有する。そのＡｌの含有量は好ましくは０．０２％以下とする。
Ｂはオーステナイト粒界への偏析等により焼入性の向上や遅れ破壊防止効果を有する。そのＢの含有量は好ましくは０．０１％以下とする。
Ｔｉはチタンの酸化物・窒化物を形成してオーステナイト粒の粗大化防止、遅れ破壊防止効果を有する前記Ｂを確保する効果を有する。そのＴｉの含有量は好ましくは０．０２％以下とする。
Ｃｕは焼き入れ性を改善すると供に腐食生成物を生成して水素の浸入を防止して遅れ破壊を改善する。そのＣｕの含有量は好ましくは０．０２％以下とする。
Ｍｏはブルーイング処理時の強度低下を防止する効果を有する。そのＭｏの含有量は好ましくは０．０１％以下とする。
ＮはＡｌやＴｉと窒化物等を形成してオーステナイト粒の粗大化を防止するとともに遅れ破壊特性を改善する。そのＮの含有量は好ましくは０．０１％以下とする。
これらの多量の添加は介在物の量を増加させて強度、延性の低下を招くため、総量（合計）で０．０５質量％以下とする。
The additive element Al has an effect of ensuring B which has the following effects of preventing coarsening of the austenite grains and preventing delayed fracture as a precipitate of Al oxide or AlN. The Al content is preferably 0.02% or less.
B has an effect of improving hardenability and preventing delayed fracture due to segregation to austenite grain boundaries. The B content is preferably 0.01% or less.
Ti forms an oxide / nitride of titanium and has the effect of ensuring B, which has the effect of preventing austenite grains from coarsening and preventing delayed fracture. The Ti content is preferably 0.02% or less.
In addition to improving the hardenability, Cu generates corrosion products and prevents hydrogen penetration and improves delayed fracture. The Cu content is preferably 0.02% or less.
Mo has the effect of preventing strength reduction during the bluing process. The Mo content is preferably 0.01% or less.
N forms nitrides such as Al and Ti to prevent austenite grains from coarsening and improve delayed fracture characteristics. The N content is preferably 0.01% or less.
Addition of these large amounts increases the amount of inclusions and causes a decrease in strength and ductility. Therefore, the total amount (total) is 0.05% by mass or less.
上記ＰＣ鋼より線材に用いる素線は高強度のため伸線加工中に割れ等が生じる恐れがある。このため、その割れ等を防ぐためには、絞り量（引張り試験において、試験片破断後における断面積の減少量と元の断面積の比の百分率）が５５％以下のものを用いるのが好ましい。５５％を超える絞り値（絞り量）を有するものでは高強度のＰＣ鋼より線が得られない。好ましくは４０％〜５５％の範囲に調整するのがよい。
耐遅れ破壊特性は上記鋼成分と下記構造を採用することで相乗的に改善される。即ち、
ＰＣ鋼より線を構成する素線の表面３０μm以内の金属組織中にフェライト相が５０体積％以上とする。詳細は不明だが、素線表面の金属組織中にフェライト相を含ませると、水素拡散が抑制され遅れ破壊を改善するものと考えられる。この効果は、組織中の５０体積％以上のフェライト相が必要となる。体積量は素線断面を組織観察してフェライト相の面積量から換算して求める。そのフェライト相の体積量は表面の脱炭量が大きくなるほど多くなる。尚、５０％以外の相としては、パーライト、ベイナイト等が含まれる。
Since the strands used for the wire rod from the PC steel have a high strength, there is a possibility that cracking or the like may occur during the wire drawing. For this reason, in order to prevent such cracks and the like, it is preferable to use a squeezing amount (in the tensile test, the percentage of the ratio of the reduction in cross-sectional area after fracture of the test piece to the original cross-sectional area) of 55% or less. A wire having a drawing value (drawing amount) exceeding 55% cannot obtain a wire from a high-strength PC steel. Preferably it is good to adjust to the range of 40%-55%.
Delayed fracture resistance is improved synergistically by adopting the above steel components and the following structure. That is,
The ferrite phase is 50% by volume or more in the metal structure within the surface of 30 μm of the strand constituting the strand of PC steel. Although details are unknown, it is thought that if ferrite phase is included in the metal structure of the strand surface, hydrogen diffusion is suppressed and delayed fracture is improved. This effect requires a ferrite phase of 50% by volume or more in the structure. The volume is obtained by observing the structure of the wire cross section and converting from the area of the ferrite phase. The volume of the ferrite phase increases as the surface decarburization amount increases. In addition, pearlite, bainite, etc. are contained as phases other than 50%.
また、上記素線構造ではフェライト相はパーライト相に比較して硬度が低いため素線表面が軟化して定着効率が低下することがある。その定着効率とは、定着体を用いたときの破断荷重と規格破断荷重の比（破断荷重／規格破断荷重）をいう。通常、９５％以上となるように設計される。規格破断荷重は、ストランド径：２１．８ｍｍものでは６５９ｋＮ、同２８．６ｍｍのものでは１０４４ｋＮ、２９．０ｍｍのものでは１１３９ｋＮである。
以上から、この定着効率を維持するために、ＰＣ鋼より線を構成する素線の表面３０μm以内の硬度の平均が素線中心部の硬度に対して、０．６以上とする。素線の表面３０μm以内の硬度の平均が素線中心部の硬度に対して、０．６未満であると、定着効率が９５％未満に低下する。３０μｍ以内の硬度の平均値を問題にするのは、定着の際、定着体が表面から一定の深さに食い込むため表面の硬度よりも表面近傍の硬度の平均値が問題となるためである。更に、硬度比が０．６以上の場合でも表面から３０μｍ以上に亘ってフェライト相が存する場合は定着効率が低下するので好ましくない。
なお、ＰＣ鋼より線を構成する素線の表面３０μｍ以内の硬度の平均が素線中心部の硬度に対して、０．６以上、１未満とし、表面硬度が中心硬度とほぼ同じ位以下であると、耐疵感受性が向上する。
In the above-mentioned wire structure, since the ferrite phase has a lower hardness than the pearlite phase, the surface of the wire may be softened and the fixing efficiency may be lowered. The fixing efficiency refers to the ratio between the breaking load and the standard breaking load when the fixing body is used (breaking load / standard breaking load). Usually, it is designed to be 95% or more. The standard breaking load is 659 kN when the strand diameter is 21.8 mm, 1044 kN when the strand diameter is 28.6 mm, and 1139 kN when the strand diameter is 29.0 mm.
From the above, in order to maintain this fixing efficiency, the average hardness within 30 μm of the surface of the strand constituting the strand of PC steel is set to 0.6 or more with respect to the hardness of the strand central portion. When the average hardness within 30 μm of the surface of the strand is less than 0.6 relative to the hardness of the central portion of the strand, the fixing efficiency is reduced to less than 95%. The reason why the average value of the hardness within 30 μm is a problem is that the average value of the hardness in the vicinity of the surface becomes a problem rather than the hardness of the surface because the fixing body bites into the fixed depth from the surface at the time of fixing. Furthermore, even when the hardness ratio is 0.6 or more, if the ferrite phase exists over 30 μm or more from the surface, the fixing efficiency is lowered, which is not preferable.
In addition, the average hardness within 30 μm of the surface of the strand constituting the strand of PC steel is 0.6 or more and less than 1 with respect to the hardness of the central portion of the strand, and the surface hardness is about the same as or less than the center hardness. If there is, the resistance to weathering is improved.
さらに、ＦＩＰ試験で破断に至る時間が１０時間以上となるようにする。このＦＩＰ（Federation Internationate de la Precontratinte）試験とは国際プレストレストコンクリート協会の基準による評価方法である。
この試験は、質量％で２０％濃度のＮＨ４ＳＣＮ（チオシアン酸アンモニウム）水溶液（比液量１２ｃｃ／ｃｍ２）を５０℃±１℃に加熱し、その溶液中にサンプルを浸漬して破断荷重の０．７〜０．８倍の一定荷重を負荷し、破断時間を測定して耐遅れ破壊特性を評価するものである。
この特性の向上は、上記の鋼成分のものを素線表面３０μｍ以内の金属組織中のフェライト相の量を５０体積％以上存するように制御することで担保できる。フェライト量が多いほど、その相を含む領域が深いほど破断に至る時間は長くなる。最小値として１０時間あればよい。
Furthermore, the time to break in the FIP test is set to 10 hours or more. This FIP (Federation Internationate de la Precontratinte) test is an evaluation method based on the standards of the International Prestressed Concrete Association.
In this test, 20% strength by mass NH 4 SCN (ammonium thiocyanate) aqueous solution (specific liquid amount 12 cc / cm 2 ) was heated to 50 ° C. ± 1 ° C., and the sample was immersed in the solution to break load. Is applied with a constant load of 0.7 to 0.8 times, and the fracture time is measured to evaluate delayed fracture resistance.
The improvement of this characteristic can be ensured by controlling the amount of the ferrite phase in the metal structure within the surface of the strand within 30 μm so that the amount of the ferrite phase is 50% by volume or more. As the amount of ferrite increases, the deeper the region containing the phase, the longer the time to break. The minimum value may be 10 hours.
以上の構成の高強度ＰＣ鋼より線は、従来周知の種々の方法によって適宜に製造しても良いが、例えば、上記構成の鋼材を、ＬＮＧと空気の混合ガス雰囲気中で９８０℃〜１０２０℃、１００秒〜２００秒間加熱保持して冷却後、５００℃〜５５０℃で溶融塩浴及び／又は鉛浴中に４０秒〜６０秒加熱した後、伸線加工を施し、引き続いて２００℃〜４５０℃でブルーイング処理を行うことができる。 The high-strength PC steel wire having the above-described configuration may be appropriately manufactured by various conventionally known methods. For example, the steel material having the above-described configuration is 980 ° C. to 1020 ° C. in a mixed gas atmosphere of LNG and air. After heating and holding for 100 seconds to 200 seconds, cooling, heating in a molten salt bath and / or a lead bath at 500 ° C. to 550 ° C. for 40 seconds to 60 seconds, and then drawing, followed by 200 ° C. to 450 ° C. Blueing treatment can be performed at a temperature of 0 ° C.
混合ガスが９８０℃未満ではオーステナイト化が不十分であり、同１０２０℃を超えるとオーステナイト粒の粗大化が起きて伸線加工性が低下する。加熱時間は１００秒から２００秒が好ましい。ＬＮＧと空気の混合ガス比（ＬＮＧ量／空気量）は０．８未満だと表面の酸化による脱炭が大きくなり表面部に生じるフェライト相が多くなる。１．２を超えると、酸化による脱炭が少なく表面に生じるフェライト相が少なくなる。 If the mixed gas is less than 980 ° C., austenitization is insufficient, and if it exceeds 1020 ° C., the austenite grains become coarse and the wire drawing workability deteriorates. The heating time is preferably 100 seconds to 200 seconds. If the mixed gas ratio of LNG and air (LNG amount / air amount) is less than 0.8, decarburization due to surface oxidation is increased, and the ferrite phase generated on the surface portion is increased. When it exceeds 1.2, there is little decarburization by oxidation, and the ferrite phase generated on the surface is reduced.
溶融塩浴又は鉛浴中の処理は５００℃〜５５０℃で４０秒〜６０秒間加熱して行なう。この範囲を外れると伸線後の素線の強度が不足する。 The treatment in the molten salt bath or the lead bath is performed by heating at 500 ° C. to 550 ° C. for 40 seconds to 60 seconds. If it is out of this range, the strength of the wire after drawing will be insufficient.
より線の最大伸び量はその温度と加熱時間を適宜選択して８％以下に制御できる。また、溶融塩浴と鉛浴は択一的に使用するか、または温度を変えて溶融塩浴の後に冷却後更に鉛浴処理してもよい。この処理により伸線前の鋼材の強度として、１４５０Ｎ／ｍｍ２〜１６００Ｎ／ｍｍ２のものを伸線加工後に２００℃〜４５０℃でブルーイング処理することで，１．２％伸び時での荷重２７０〜２９０ｋＮ以上のものを得ることができる。２００℃未満だとブルーイングの効果が出ず、４５０℃を超えると強度が低下する。 The maximum elongation of the stranded wire can be controlled to 8% or less by appropriately selecting its temperature and heating time. Alternatively, the molten salt bath and the lead bath may be used alternatively, or the temperature may be changed and the molten salt bath may be cooled after the molten salt bath, followed by a lead bath treatment. As the strength of the steel material before drawing by the treatment, by those of 1450N / mm 2 ~1600N / mm 2 to bluing treatment at 200 ° C. to 450 ° C. After drawing, load at elongation 1.2% 270-290 kN or more can be obtained. If it is less than 200 ° C., the effect of bluing does not appear, and if it exceeds 450 ° C., the strength decreases.
ＰＣ鋼より線を構成する素線の表面のフェライト相の厚さは伸線加工により制御する。即ち、減面率（引く抜き（伸線）前後の線の断面積の差と引き抜き前の同断面積との比の百分率）を７０％から８５％の範囲内とする。減面率が８５％を超えると、伸線加工により素線表面のフェライト相が殆ど除去されてしまうため好ましくない。７０％未満だとフェライト相の除去が困難となる。尚、この伸線加工は通常のより線の強度を発現させる処理として行った後、フェライト相の厚さ制御のために再度伸線加工として行ってもよい。 The thickness of the ferrite phase on the surface of the strand constituting the strand of PC steel is controlled by wire drawing. That is, the area reduction rate (percentage of the ratio between the cross-sectional area difference before and after drawing (drawing) and the same cross-sectional area before drawing) is set in the range of 70% to 85%. When the area reduction ratio exceeds 85%, the ferrite phase on the surface of the strand is almost removed by wire drawing, which is not preferable. If it is less than 70%, it becomes difficult to remove the ferrite phase. In addition, after performing this wire drawing as a process which expresses the intensity | strength of a normal strand, you may perform it as wire drawing again for the thickness control of a ferrite phase.
この発明は以上のように構成したので、高強度とバランスした伸びを示し更に遅れ破壊特性の優れた１９本より高強度ＰＣ鋼より線を得ることができる。 Since the present invention is configured as described above, it is possible to obtain a higher-strength PC steel wire than 19 steels that exhibit elongation balanced with high strength and have excellent delayed fracture characteristics.
この実施形態の高強度ＰＣ鋼より線Ｐも、従来と同様に、図１に示す、ＪＩＳ Ｇ ３５３６の表１に規定される「ＳＷＰＲ１９Ｎ」（図１（ａ）と同「ＳＷＰＲ１９Ｌ」（図１（ｂ）の構成である。すなわち、中心素線１１ａの周囲に内側素線１１ｂ、その内側素線１１ｂの周囲に外側素線１１ｃ、１１ｄをそれぞれ撚り合わせた１９本撚りのＰＣ鋼材である。
The high-strength PC steel stranded wire P of this embodiment is also “SWPR19N” (FIG. 1A) and “SWPR19L” (FIG. 1A) defined in Table 1 of JIS G 3536 shown in FIG. That is, it is a 19-strand PC steel material obtained by twisting the
この高強度ＰＣ鋼より線Ｐは、そのストランド１０の径Ｌが２１．８ｍｍ、２８．６ｍｍ又は２９．０ｍｍの３種類があり、その各ストランド１０の断面積が、それぞれ、径Ｌ：２１．８ｍｍ：３１２．９ｍｍ２、同２８．６ｍｍ：５３２．４ｍｍ２又は同２９．０ｍｍ：５４７．５ｍｍ２である。
また、そのＰＣ鋼より線Ｐを構成する素線１１（中心素線１１ａ、内側素線１１ｂ、外側素線１１ｃ、１１ｄ）の成分は、Ｃ：０．９７〜１．０２質量％、Ｓｉ：０．８０〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３０〜０．６０質量％、Ｃｒ：０．１５〜０．３０質量％であって、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎから選択される一種以上を総量で０．０５質量％以下含み、１．２％伸びに対する荷重が、ストランド径２１．８ｍｍものでは６００ｋＮ以上、ストランド径２８．６ｍｍのものでは９５０ｋＮ以上、ストランド径２９．０ｍｍのものでは１０００ｋＮ以上であり、何れのストランド１０も最大伸びが８％以下である。
This high-strength PC steel stranded wire P has three types of diameter L of the
Moreover, the component of the strand 11 (The
また、各素線１１（中心素線１１ａ、内側素線１１ｂ、外側素線１１ｃ、１１ｄ）の絞り値は５５％以下とし、図２に示すように、それらの表面３０μｍ以内（層厚ｔ）の金属組織中にフェライト相ａが５０体積％以上存する。また、各素線１１の表面３０μｍ（層厚ｔ）以内の硬度の平均が素線中心部ｃの硬度に対して、０．６以上、１未満とされている。
Further, the aperture value of each of the strands 11 (
この構成からなる高強度ＰＣ鋼より線Ｐは、ＦＩＰ試験で破断に至る時間が１０時間以上であって、上記成分組成の鋼材を、ＬＮＧと空気の混合ガス雰囲気中で９８０℃〜１０２０℃、１００秒〜２００秒間加熱保して冷却後、５００℃〜５５０℃で溶融塩浴及び／又は鉛浴中に４０秒〜６０秒加熱した後、伸線加工を施し、引き続いて２００℃〜４５０℃でブルーイング処理を行って製造する。そのとき、前記４０秒〜６０秒加熱した後の鋼材の強度が１４５０Ｎ／ｍｍ２〜１６００Ｎ／ｍｍ２であり、前記ＬＮＧと空気の混合ガスの混合比が、０．８〜１．２であり、伸線加工は減面率７０％〜８５％で行なう。以上によって、高強度とバランスした伸びを示し更に遅れ破壊特性の優れた高強度ＰＣ鋼より線Ｐを得ることができる。 The high-strength PC steel wire P having this configuration has a time to break in the FIP test of 10 hours or more, and the steel material having the above composition is 980 ° C. to 1020 ° C. in a mixed gas atmosphere of LNG and air. After heating for 100 seconds to 200 seconds and cooling, after heating in a molten salt bath and / or lead bath for 40 seconds to 60 seconds at 500 ° C. to 550 ° C., wire drawing is performed, followed by 200 ° C. to 450 ° C. It is manufactured by performing the blueing process. At that time, the strength of the steel material after heating for 40 to 60 seconds is 1450 N / mm 2 to 1600 N / mm 2 , and the mixing ratio of the mixed gas of LNG and air is 0.8 to 1.2. The wire drawing is performed at a surface reduction ratio of 70% to 85%. As described above, a wire P can be obtained from a high-strength PC steel that exhibits elongation balanced with high strength and further has excellent delayed fracture characteristics.
図１（ａ）で示す、ストランド１０の径Ｌ：２８．６、ｍｍ、断面積：５３２．４ｍｍ２の１９本より線を、下記表１の成分からなる素線１１ａ、１１ｂ（１１ａ、１１ｃ径：１３．５ｍｍ、１１ｄ径：１２．０ｍｍ）から製造した（実施例１〜１１、比較例１、２）。その製造条件は、混合比が０．８〜１．２のＬＮＧと空気の１０００℃混合ガス雰囲気中で、１５０秒間加熱保持し、冷却後、５５０℃で鉛浴中に５０秒加熱した後、減面率８２％で伸線加工を施し、引き続いて３５０℃でブルーイング処理を行って製造した。そのとき、前記鉛浴加熱した後の鋼材の強度は１５５０Ｎ／ｍｍ２であった。
これらの実施例１〜１１及び比較例１、２において、伸び１．２％時の荷重、最大伸び量、絞り値を下記表１に示す。
As shown in FIG. 1 (a), 19 strands having a diameter L of the
In these Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 and 2, the load at the time of elongation of 1.2%, the maximum elongation, and the aperture value are shown in Table 1 below.
この各実施例及び比較例の試験結果から、素線１１ａ、１１ｂ、１１ｃの成分が、Ｃ：０．９７〜１．０２質量％、Ｓｉ：０．８０〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３０〜０．６０質量％、Ｃｒ：０．１５〜０．３０質量％であって、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎから選択される一種以上を総量で０．０５質量％以下含んだＰＣ鋼より線（ストランド１０）では、その１．２％伸びに対する荷重が９５０ｋＮ以上、同最大伸びが８％以下となっていることが分かる。また、その素線１１ａ、１１ｂ、１１ｃの絞り値は５５％以下であることが好ましいことが理解できる。
From the test results of each Example and Comparative Example, the components of the
つぎに、実施例１、比較例１のもの（実施例１−１〜３、比較例１−１、２）を用いて、ＬＮＧ／空気の混合比率を変化させて、下記表２に示す、硬度比、ＦＩＰ値及び定着効率を求めた。そのとき、ＦＩＰ値は、破断荷重の８０％を負荷して試験を行ない、複数本（５本以上）を測定した最低値（ｈｒ）を示した。素線１１ａ，１１ｂ，１１ｃの中心ｃの硬度はＨｖ：５２１ｋｇ／ｍｍ２であった。
Next, using the thing of Example 1 and Comparative Example 1 (Examples 1-1 to 3 and Comparative Examples 1-1 and 2), the mixing ratio of LNG / air is changed and shown in Table 2 below. The hardness ratio, FIP value and fixing efficiency were determined. At that time, the FIP value was 80% of the breaking load, the test was performed, and the minimum value ( hr ) measured for a plurality (5 or more) was shown. The hardness of the center c of the
この各実施例及び比較例の試験結果から、ＬＮＧと空気の混合ガスの混合比が、０．８〜１．２であると、各素線１１ａ、１１ｂ、１１ｃの表面３０μｍ以内の硬度の平均が素線中心部ｃの硬度が０．６以上となり、ＦＩＰ値も１０時間以上となり、定着効率も９８％以上を担保できることが理解できる。
From the test results of the examples and comparative examples, when the mixing ratio of the mixed gas of LNG and air is 0.8 to 1.2, the average hardness within 30 μm of the surfaces of the
さらに、実施例１及び比較例１のもの（実施例１−４〜６、比較例１−３、４）を同一熱処理条件で処理した後、伸線加工の減面率を変化させた試験結果を下記表３に示す。 Furthermore, after processing the thing of Examples 1 and Comparative Example 1 (Examples 1-4 to 6, Comparative Examples 1-3 and 4) under the same heat treatment conditions, the test results were obtained by changing the area reduction rate of wire drawing. Is shown in Table 3 below.
この各実施例及び比較例の試験結果から、各素線１１ａ、１１ｂ、１１ｃの伸線加工における減面率が７０％〜８５％であって、同表面フェライト相ａの厚みが１５〜３０μｍであることから、表面３０μｍ以内の金属組織中にフェライトが５０体積％（１５／３０〜３０／３０×１００）以上を存すれば、ＦＩＰ値１９時間以上あり、定着効率も９８％以上となることが理解できる。
From the test results of each of the examples and comparative examples, the area reduction rate in the wire drawing of each of the
上記各実施例はストランド径が２８．６ｍｍ、断面積：５３２．４ｍｍのものであったが、ストランド径が２１．８ｍｍ、断面積：３１２．９ｍｍの１９本より線（実施例１２、比較例３）、同径が２９．０ｍｍ、断面積：５４７．５ｍｍの１９本より線（実施例１３、比較例４）を、下記表４の成分からなる素線１１ａ、１１ｂ（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ径：１３．０ｍｍ、１１ｄ径：１２．０ｍｍ）から製造した。その製造条件は、上記実施例１と同様であり、これらの実施例１２、１３及び比較例３、４において、伸び１．２％時の荷重、最大伸び量、絞り値を下記表４に示す。
Each of the above examples had a strand diameter of 28.6 mm and a cross-sectional area of 532.4 mm, but 19 strands having a strand diameter of 21.8 mm and a cross-sectional area of 312.9 mm (Example 12, Comparative Example) 3) 19 strands (Example 13 and Comparative Example 4) having the same diameter of 29.0 mm and a cross-sectional area of 547.5 mm are connected to the
この各実施例及び比較例の試験結果から、ストランド径が２１．８ｍｍ、断面積：３１２．９ｍｍの１９本より線、同径が２９．０ｍｍ、断面積：５４７．５ｍｍの１９本より線であっても、ストランド１０の径：２８．６ｍｍ、同断面積：５３２．４ｍｍ２の１９本撚りＰＣ鋼より線Ｐと同様な作用効果を得ることが理解できる。
From the test results of each Example and Comparative Example, 19 strands with a strand diameter of 21.8 mm and a cross-sectional area of 312.9 mm, 19 strands with the same diameter of 29.0 mm and a cross-sectional area of 547.5 mm, Even if it exists, it can be understood that the same effect as the wire P is obtained from 19-strand PC steel having a diameter of the
以上から、ストランド１０の径が２１．８ｍｍ、２８．６ｍｍ又は２９．０ｍｍ、その各ストランド１０の断面積がそれぞれ３１２．９ｍｍ２、５３２．４ｍｍ２又は５４７．５ｍｍ２である１９本撚りＰＣ鋼より線Ｐにおいて、そのＰＣ鋼より線Ｐを構成する素線１１、１２、１２ａ、１２ｂの成分が、Ｃ：０．９７〜１．０２質量％、Ｓｉ：０．８０〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３０〜０．６０質量％、Ｃｒ：０．１５〜０．３０質量％であって、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎから選択される一種以上を総量で０．０５質量％以下含み、１．２％伸びに対する荷重が、ストランド径２１．８ｍｍものでは６００ｋＮ以上、ストランド径２８．６ｍｍのものでは９５０ｋＮ以上、ストランド径２９．０ｍｍのものでは１０００ｋＮ以上であり、何れのストランド１０も最大伸びが８％以下であれば、高強度とバランスした伸びを示し更に遅れ破壊特性の優れた高強度ＰＣ鋼より線Ｐとし得ることが理解できる。
From the above, the diameter of the
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
Ｐ 高強度ＰＣ鋼より線
１０ ストランド
１１ａ 中心素線
１１ｂ 内側素線
１１ｃ 外側素線
１１ｄ 外側素線
ａ フェライト相
P High-strength
Claims (8)
当該ＰＣ鋼より線を構成する素線の成分が、Ｃ：０．９７〜１．０２質量％、Ｓｉ：０．８０〜１．０質量％、Ｍｎ：０．３０〜０．６０質量％、Ｃｒ：０．１５〜０．３０質量％であって、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎから選択される一種以上を総量で０．０５質量％以下含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
上記素線の表面３０μｍ以内の金属組織中にフェライト相が５０体積％以上存しており、
１．２％伸びに対する荷重が、ストランド径２１．８ｍｍのものでは６００ｋＮ以上、ストランド径２８．６ｍｍのものでは９５０ｋＮ以上、ストランド径２９．０ｍｍのものでは１０００ｋＮ以上であり、
何れのストランドも最大伸びが８％以下であることを特徴とする高強度ＰＣ鋼より線。 In a 19-stranded PC steel stranded wire whose strand diameter is either 21.8 mm, 28.6 mm or 29.0 mm,
The component of the strand which comprises a line from the PC steel is C: 0.97 to 1.02 mass%, Si: 0.80 to 1.0 mass%, Mn: 0.30 to 0.60 mass%, Cr: 0.15 to 0.30% by mass, including one or more selected from Al, B, Ti, Cu, Mo, and N in a total amount of 0.05% by mass or less, with the balance being Fe and inevitable impurities Consists of
The ferrite phase exists in the metal structure within 30 μm of the surface of the element wire in an amount of 50% by volume or more,
Load on 1.2% elongation, those strands diameter 21.8mm is 600kN or more, than that of the strand diameter 28.6mm above 950KN, those strands diameter 29.0mm is at least 1000 kN,
High-strength PC steel wire characterized in that any strand has a maximum elongation of 8% or less.
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