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【発明の名称】 降伏伸びおよび曲げ加工性に優れた高強度鉄筋の製造方法
【発明者】 【氏名】外山 雅雄
【目的】
【構成】
【特許請求の範囲】
【請求項１】Ｃ ：０．２５〜０．４０％（質量％、以下同じ），Ｓｉ：０．２５〜２．０％，Ｍｎ＋Ｃｒ：１．０〜３．０％（Ｍｎ＝０％又はＣｒ＝０％を含む），Ｖ ：０．２〜０．５％，Ｎｂ：０．０１０〜０．１０％，Ａｌ：０．００５〜０．１０％，Ｎ ：０．００２〜０．０２０％，残部：Ｆｅおよび不可避不純物を満足する鋼を、加熱温度：１０００〜１１５０℃，および圧延終了温度：８５０超〜９５０℃で圧延することを特徴とする降伏伸びおよび曲げ加工性に優れた高強度鉄筋の製造方法。
【請求項２】 更に、Ｎｉ：０．５％以下（０％を含まない），Ｍｏ：０．５％以下（０％を含まない）及び／又はＣｕ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される少なくとも１種を含有する請求項１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、降伏伸びおよび曲げ加工性に優れた降伏応力６８５Ｎ／ｍｍ2 以上の高強度鉄筋を効率よく製造することのできる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、鉄筋コンクリート構造からなる高層住宅の建設が盛んに行われている。しかし、従来の鉄筋コンクリート用棒鋼は、ＪＩＳ Ｇ３１１２に規定される様に最も強度が高いものでも降伏応力がせいぜい４９０〜６２５Ｎ／ｍｍ2 であり、更に鉄筋の強度を高めようとすると降伏伸びが低下し、曲げ加工性も悪くなることから、鉄筋、特に主筋に要求される高強度且つ高延性の要件を満足させることができない。
【０００３】そこで、降伏応力６８５Ｎ／ｍｍ2 級の高強度鉄筋を製造することを目的として、種々の提案がなされている。例えば、■特開平６−１３６４４１号公報には、鋼中成分としてＶを添加すると共に、圧延終了後直ちに水冷処理を行うことにより高強度低降伏比の鉄筋用棒鋼を製造する方法が、また■特開平６−２２８６３５号公報には、Ｖ，Ｎｂ及びＴｉを添加すると共に、かなり低温の圧延終了温度（６５０〜８５０℃）で熱間圧延を行うことにより曲げ性能に優れた高強度低降伏比の鉄筋用鋼を製造する方法が、更に■特開平５−５１６３７号公報には、多量のＴｉを添加すると共に圧延終了温度を低目（６５０〜９００℃）に設定することにより高強度且つ降伏伸びの大きい鉄筋用鋼を製造する方法が開示されている。
【０００４】上記■〜■の方法では、圧延後に水冷したり、或いは圧延終了温度をかなり低く設定する等の処理を施している。しかしながら、これらの方法を実現しようとすると、異形鉄筋を圧延する際、圧延ラインに特別な冷却装置が必要であり、更には極低温圧延に耐えるだけの頑丈な圧延機が必要になる等、設備的にもコスト的にも多大な負担が生じ、実用的でない。また、この様な低温度で圧延すると、割れが生じたりする等の不都合も生じる。更に、上記■や■では、鋼中にＴｉを添加しているが、Ｔｉは高価な元素であり、上記■の如く多量のＴｉを添加するとコストが上昇すること；コストが高い割には、Ｔｉによる析出強化作用はＶを添加した場合に比べて少ないこと；Ｔｉ添加によりＴｉＣを固溶させるには、圧延温度を、Ｖ添加の場合に比べて高める必要があり、安定して製造し難い；等の問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着目してなされたものであって、その目的は、特別の装置を設置しなくとも通常の棒鋼・線材圧延機を使用することにより、降伏伸びおよび曲げ加工性に優れた降伏応力６８５Ｎ／ｍｍ2 以上の高強度鉄筋を効率よく製造することのできる方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決することのできた本発明に係る降伏伸びおよび曲げ加工性に優れた高強度鉄筋の製造方法は、Ｃ：０．２５〜０．４０％（質量％、以下同じ），Ｓｉ：０．２５〜２．０％，Ｍｎ＋Ｃｒ：１．０〜３．０％（Ｍｎ＝０％又はＣｒ＝０％を含む），Ｖ：０．２〜０．５％，Ｎｂ：０．０１０〜０．１０％，Ａｌ：０．００５〜０．１０％，Ｎ：０．００２〜０．０２０％，残部：Ｆｅおよび不可避不純物を満足する鋼を、加熱温度：１０００〜１１５０℃，および圧延終了温度：８５０超〜９５０℃で圧延するところに要旨を有するものである。
【０００７】ここで、圧延材の強度を更に高めたり曲げ加工性を向上させることを目的として、Ｎｉ：０．５％以下，Ｍｏ：０．５％以下，Ｃｕ：０．５％以下のいずれか１種以上を含有するもの（いずれの元素も０％を含まない）は本発明の好ましい実施態様である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明は、上記目的を達成する為に、組成的には、ＮｂおよびＶを両方含有するが高価なＴｉは含有しない成分系からなる鋼材に着目し、該鋼材における圧延条件について鋭意検討した結果、熱間圧延のための鋼片加熱温度および圧延終了温度をうまく制御することにより所期の目的を達成できることを見出し、本発明を完成したのである。
【０００９】尚、本発明と同様の鋼組成（即ち、ＮｂおよびＶを含有するがＴｉを含有しない）からなる高強度非調質鉄筋棒鋼として、特開平７−２６８５３６号公報がある。しかしながら、同公報によれば、圧延条件は単に「通常」と記載しているのみであり、具体的にどの範囲の温度で実施しているのかが全く不明瞭であること、更に上記公報では単に伸びが１０％以上である鉄筋鋼棒を意図しているに過ぎず、本発明の如く、鉄筋のなかでも特に主筋に要求される高度の降伏伸びについては全く言及しておらず、伸びが良いだけでは、良好な降伏伸びが得られないことは当業者間では周知であり、後記する実施例からも明瞭である。従って、本発明と上記公報とは、解決しようとする課題および構成が全く異なるものであると言うことができる。
【００１０】この様に、本発明は鋼組成および熱間圧延条件を特定したところに最大の特徴を有するものであるが、以下、本発明で規定する要件の設定理由について説明する。まず、本発明における基本的な化学成分について説明する。
【００１１】Ｃ：０．２５〜０．４０％Ｃは鉄筋の降伏応力を確保するのに不可欠な元素であり、その為には少なくとも０．２５％以上含有させなければならない。好ましい下限値は０．３０％である。しかしながらＣ量が多くなり過ぎると、延性や曲げ加工性が低下するので、その上限を０．４０％以下に抑えなければならない。
【００１２】Ｓｉ：０．２５〜２．０％Ｓｉは鋼材溶製時の脱酸に有効に作用すると共に、固溶強化元素として降伏応力の向上にも寄与する元素である。この様な作用を有効に発揮させるには、少なくとも０．２５％以上含有させなければならない。好ましい下限値は０．６％以上であり、より好ましくは０．７％以上である。しかしながら多過ぎると延性や曲げ加工性が低下するので２．０％を上限値とする。好ましい上限値は１．５％である。
【００１３】Ｍｎ＋Ｃｒ：１．０〜３．０％（Ｍｎ＝０％又はＣｒ＝０％を含む）
ＭｎおよびＣｒは、圧延後の冷却過程中におけるパーライト変態温度を低下させ、その結果、圧延材の強度を高めるのに寄与する元素である。圧延材の降伏応力を６８５Ｎ／ｍｍ2 以上確保する為には、少なくとも合計で１．０％以上含有する必要がある。好ましい下限値は１．２％である。しかしながら、多量に添加するとフェライト組織の生成を著しく抑制し、鉄筋に要求される降伏伸びが低下してしまうので、その上限を３．０％以下に抑えなければならない。好ましい上限値は２．０％である。
【００１４】尚、Ｍｎ及びＣｒは、合計量が上記範囲を満足すれば良く、例えばＭｎ＝０％（この場合は、Ｃｒ単独で１．０〜３．０％とする必要がある）またはＣｒ＝０（この場合は、Ｍｎ単独で１．０〜３．０％とする必要がある）の場合も本発明の範囲内に包含される。但し、Ｍｎは安価であるのに対しＣｒは高価な元素であることから、経済性を考慮すれば、ＣｒよりもＭｎをできるだけ多く添加した方が好ましい。
【００１５】Ｖ：０．２〜０．５％Ｖは析出強化元素として有効な元素である。本発明で目的とする降伏応力６８５Ｎ／ｍｍ2 を確保する為には、少なくとも０．２％以上の添加が必要である。好ましくは０．２５％以上、より好ましくは０．３０％以上である。この様にＶ添加による析出強化作用を高める為には、圧延加熱時の固溶Ｖ量を多くする必要があるが、Ｖを多量に添加すると、圧延加熱時にＶ炭化物が固溶し難くなる為、圧延後の析出強化作用を有効に発揮させることができない。従って、その上限を０．５％とする。好ましくは０．４％以下である。
【００１６】Ｎｂ：０．０１０〜０．１０％Ｎｂは圧延後の結晶粒を微細化させ、圧延材の延性を改善させる作用を有する。この様な作用を有効に発揮させるには、０．０１０％以上の添加が必要である。好ましくは０．０２％以上である。しかしながら０．１０％を超えて添加しても、その作用が飽和してしまい経済的に無駄である。好ましくは０．０５％以下、より好ましくは０．０４％以下である。
【００１７】Ａｌ：０．００５〜０．１０％Ａｌは鋼材溶製時の脱酸元素として有効に作用する他、窒化物を生成することによってオーステナイト結晶粒を微細化させ、延性の向上に寄与する元素である。こうした作用を有効に発揮させるには０．００５％以上含有させなければならない。好ましい下限値は０．０１０％である。しかし、多過ぎるとオーステナイト結晶粒が粗大化して延性に悪影響を及ぼす様になるので、その上限を０．１０％以下に抑えなければならない。好ましい上限値は０．０６％である。
【００１８】Ｎ：０．００２〜０．０２０％ＮはＡｌ等の窒化物形成元素と結合してオーステナイト結晶粒を微細化し、延性や曲げ加工性を向上させる作用を有する。更にＮは、微細なＶＮを析出させ、析出強化を促進する作用もある。この様な作用を有効に発揮させるには０．００２％以上含有させなければならない。好ましい下限値は０．００４％である。しかし、多過ぎると圧延加熱時にＶ窒化物が固溶せず固溶Ｖ量が少なくなり、結果的に圧延後のＶ炭化物の析出量も少なくなることから、Ｖ添加による析出強化作用を有効に発揮させることができない。よって、その上限を０．０２０％以下に抑えなければならない。好ましくは０．０１５％以下である。
【００１９】本発明は、基本的に上記元素を必須成分とし、残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなるものであるが、更に、圧延材の強度を高めたり、曲げ加工性を向上させることを目的として、以下の選択元素を積極的に添加することができる。
【００２０】Ｎｉ：０．５％以下，Ｍｏ：０．５％以下，Ｃｕ：０．５％以下のいずれか１種以上（いずれの元素も０％を含まない）
これらの元素は、いずれも圧延材の強度を高めるのに有用な元素である。しかしながら、Ｃｕの多量添加は圧延中に生じる表面疵の増加を招き、また、ＮｉやＭｏは、多量に添加しても表面疵は生じないが高価な元素である為、経済性などを考慮して、その上限をいずれも０．５％以下にすることが好ましい。
【００２１】更に、その他の成分として、例えばＳやＯ等の不純物元素は鋼中の介在物を増加させて曲げ加工性を低下させる為、できるだけ少な目に制御することが好ましい。具体的にはＳ≦０．０２％，Ｏ≦０．００３０％が望ましい。次に、上述した鋼を用いて圧延するときの条件設定理由について説明する。
【００２２】圧延加熱温度：１０００〜１１５０℃圧延加熱温度は、圧延材の強度および降伏伸びに重要な役割を果たすものである。本発明者らの検討結果によれば、上記成分からなるビレットを圧延加熱温度１０００℃未満で圧延すると、オーステナイト中へのＶの溶け込みが少なくなり、ＶＣによる析出強化作用を有効に発揮させることができないことが分かった。好ましくは１０４０℃以上である。一方、圧延加熱温度が１１５０℃を超えると、圧延材の結晶粒度が粗くなり、圧延材の延性が低下してしまう。好ましくは１１００℃以下である。
【００２３】圧延終了温度：８５０超〜９５０℃圧延終了温度は、圧延材の結晶粒微細化に深く関係し、その結果、圧延後の降伏伸びに大きな影響を及ぼす元素である。圧延終了温度が８５０℃以下では、棒鋼圧延の如く連続圧延を施す場合には、圧延機の負荷が大きくなり過ぎ、実用的でない。好ましくは８６０℃以上である。一方、圧延終了温度が９５０℃を超えるとＮｂによる結晶粒微細化作用を有効に発揮させることができない。好ましくは９２５℃以下である。
【００２４】この様に本発明法では、優れた強度と曲げ加工性を得るべく、鋼材の成分組成および圧延条件（加熱温度と圧延終了温度）を上記の様に特定したところに特徴を有するのであって、その他の工程については特に限定されず、通常の鉄筋の製造工程を採用することができる。
【００２５】以下実施例に基づいて本発明を詳述する。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術範囲に包含される。
【００２６】
【実施例】
実施例１本実施例では、鋼材の化学成分を種々変化させた場合における圧延材への影響を調べた。まず、表１に示す種々の化学組成からなる鋼を実験炉で溶製した後、圧延加熱温度１０８０℃，圧延終了温度９００℃にて、ＪＩＳ Ｇ３１１２に準じた公称直径４１ｍｍの凸異形鉄筋棒に圧延した。
【００２７】
【表１】

【００２８】この様にして得られた圧延材について、圧延の表面形状のままで引張試験および曲げ加工性試験を行った。また、上記異形鉄筋の降伏伸びを正確に評価することは難しいことから、降伏伸びを評価するに当たっては、便宜上、引張試験での応力−歪曲線にて、降伏の開始点から応力が７５５Ｎ／ｍｍ2 に達するまでの歪量を降伏歪（ε）と定義し、これを降伏開始での歪（εｐ）で除した値（ε／εｐ）で評価した。（ε／εｐ）の値が３以上であれば鉄筋に要求される降伏伸びを満足することができる。尚、曲げ加工性は、圧延後の鉄筋を長さ５００ｍｍに５本切断した後、上記公称直径の４倍の曲げ直径で１８０゜まで曲げる１８０゜曲げ加工性試験を行い、鉄筋の折損本数を測定することにより評価した。その際、１本でも折損が発生すれば鉄筋として使用するには曲げ加工性が不充分であると言える。得られた結果を表２に示す。
【００２９】
【表２】

【００３０】鋼種１〜１４は、本発明の要件を満足する本発明例であり、いずれも６８５Ｎ／ｍｍ2 級の高強度鉄筋に要求される高度の降伏応力、降伏歪、および曲げ加工性を有している。このうち、鋼種８〜１０は、選択元素であるＮｉ，ＭｏまたはＣｕを夫々本発明で推奨される範囲内に添加した例であるが、これら元素の添加による強度上昇作用を有効に発揮させることができる。
【００３１】これに対して、Ｃ量が少ない鋼種１５、Ｓｉ量が少ない鋼種１７、（Ｍｎ＋Ｃｒ）量が少ない鋼種１９、Ｖ量が少ない鋼種２１では、いずれも降伏応力が６８５Ｎ／ｍｍ2 未満になる。
【００３２】一方、逆にＣ量が多い鋼種１６、Ｓｉ量が多い鋼種１８、（Ｍｎ＋Ｃｒ）量が多い鋼種２０、Ｖ量が多い鋼種２２、Ｎｂ量が少ない鋼種２３及び多い鋼種２４、Ａｌが多い鋼種２５、並びにＮ量が多い鋼種Ｎo.２６は、いずれも降伏伸びの評価値（ε／εｐ）が３未満となり、鉄筋として使用するには安全性の観点から問題である。また、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕの含有量が本発明の好ましい範囲を超える鋼種２７，２８，２９も降伏伸びが悪い。このうち鋼種１６，１８，２０，２２〜２９は、曲げ加工時に折損が発生し、鉄筋には全く適さないことが分かった。
【００３３】実施例２本実施例では、圧延条件を変化させた場合における圧延材への影響を調べることを目的として、表１の鋼種１，５，９及び１１（いずれも本発明の成分組成を満足するもの）を用い、圧延加熱温度および圧延終了温度を表３に示す如く変化させたこと以外は実施例１と同様にして凸異形鉄筋棒に圧延した後、上記評価項目を測定した。尚、本実施例では、伸び（直径の４倍のゲージレングスで測定）も併せて測定した。これらの結果を表３に併記する。
【００３４】
【表３】

【００３５】表３に示す如く、本発明の圧延条件を満足するＮo.５〜８は、いずれの評価項目も優れた特性を有している。これに対して、加熱温度が低いＮo.１〜４は、Ｖの固溶量が低下する為、降伏応力が低下し、一方、加熱温度が高いＮo.９〜１２、および圧延終了温度が高いＮo.１３〜１６は、圧延材の組織が粗大になり曲げ加工性が悪くなる。また、線材や棒鋼の圧延では連続的に圧延されることから、圧延終了温度のみを加熱温度に比べて大幅に低くしたり或いは高くすることは、圧延機に負荷される荷重が大きくなり過ぎるので実施しなかった。勿論、従来技術に開示されている様に圧延ラインに特別の冷却装置を設置すれば可能ではあるが、本発明では、あくまでも「特別の装置を設置しなくとも通常の棒鋼・線材圧延機を使用すること」を目的としている以上、対象外である。更に、同表の結果から、伸びが良好であっても降伏伸びは必ずしも良くないことを、例えばＮo.９や１３から明瞭に読み取ることができる。
【００３６】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているので、特別の装置を設置しなくとも通常の棒鋼・線材圧延機を使用することにより、降伏伸びおよび曲げ加工性に優れた降伏応力６８５Ｎ／ｍｍ2 以上の高強度鉄筋を効率よく製造することのできる方法を提供することができた。
【出願人】 【識別番号】０００００１１９９
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
【出願日】 平成８年（１９９６）６月７日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 悦司 （外２名）
【公開番号】 特開平９−３２４２１５
【公開日】 平成９年（１９９７）１２月１６日
【出願番号】 特願平８−１４６２０５