JP3348187B2 - 高強度ｐｃ鋼棒及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポール、パイル及び建
築、橋梁等のプレストレストコンクリート構造物の補強
材として広く使われているＰＣ鋼棒に関わるものであ
り、特にスポット溶接性が良好で且つ強度が１４５０MP
a 以上である遅れ破壊特性に優れた高強度ＰＣ鋼棒及び
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ポール、パイル及び建築、橋梁等のプレ
ストレストコンクリート構造物の補強材として広く使わ
れているＰＣ鋼材は、通常、ＪＩＳ Ｇ３５３６に規定
されているＰＣ鋼線及びＰＣ鋼より線、ＪＩＳ Ｇ３１
０９に規定されているＰＣ鋼棒が使われている。ＰＣ鋼
線に用いられる材料はＪＩＳ Ｇ３５０２に適合したピ
アノ線材であり、パテンティング処理をした後、伸線加
工することにより製造される。一方、ＰＣ鋼棒は、例え
ば特公平５−４１６８４号公報に記載されているよう
に、Ｃ量が０．２５〜０．３５％の中炭素鋼を用いて焼
入れ・焼戻し処理をすることによって製造されている。
ＰＣ鋼線の強度はＰＣ鋼棒に比べ高いものの、Ｃ含有量
が高いためにスポット溶接ができないという欠点があ
る。

【０００３】これに対して、ＰＣ鋼棒のスポット溶接性
はＰＣ鋼線に比べ良好であるが、「プレストレストコン
クリート設計施工規準・同解説」（日本建築学会編集、
丸善）の４３〜４５頁に記載されているように、強度が
１２７５MPa(１３０kgf/mm²）を超えるような高強度Ｐ
Ｃ鋼棒は、ＰＣ鋼線に比べて遅れ破壊特性が劣ってい
る。また、特公平５−５９９６７号公報に記載されてい
るように、スポット溶接部は急冷されるため、マルテン
サイトを主体とした組織となる。この結果、スポット溶
接部に遅れ破壊が発生しやすくなる。

【０００４】ＰＣ鋼棒の遅れ破壊特性を向上させる従来
の知見として、例えば、特公平５−５９９６７号公報で
は、Ｐ，Ｓ含有量を低減することが有効であると提案し
ている。確かに、低Ｐ，低Ｓ化は遅れ破壊に対して有効
であるが、現行のＰＣ鋼棒のＰ，Ｓ含有量はいずれも既
に０．０１％前後となっており、ＪＩＳ Ｇ３１０９で
規定されている量より低いレベルにあるのが実態であ
る。Ｐ，Ｓ含有量を更に低減化することは可能である
が、製造コストが高くなる。又、特公平５−４１６８４
号公報では、Ｓｉ，Ｍｎ含有量を規制するとともに焼入
れ処理後、焼戻し工程中で曲げ加工又は引き抜き加工を
施すことを提案している。しかし、スポット溶接性、ス
ポット溶接部の遅れ破壊特性については、述べられてい
ない。

【０００５】一方、スポット溶接性を向上させる技術と
して、例えば、特開平４−２４７８２５号公報では、鋼
材成分量を規制するとともに熱間圧延条件を限定するＰ
Ｃ鋼線用線材の製造方法を提案している。しかし、Ｃ含
有量を０．２％以下に制限しているため、高強度のＰＣ
鋼線の製造は困難である。以上のように、従来の技術で
は、スポット溶接性が良好で且つ遅れ破壊特性の優れた
高強度のＰＣ鋼棒を製造することには限界があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の如き実
状に鑑みなされたものであって、スポット溶接性が良好
で且つ遅れ破壊特性が良好な強度が１４５０MPa 以上の
高強度のＰＣ鋼棒を実現するとともに、その製造方法を
提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、まず焼入
れ・焼戻し処理によって製造した種々の強度レベルのＰ
Ｃ鋼棒を用いて、遅れ破壊挙動を詳細に解析した。遅れ
破壊は鋼材中の水素に起因して発生していることは既に
明らかである。そこで、遅れ破壊特性について、遅れ破
壊が発生しない「限界拡散性水素量」を求めることによ
り評価した。この方法は、電解水素チャージにより種々
のレベルの拡散性水素量を含有させた後、遅れ破壊試験
中に試料から大気中に水素が抜けることを防止するため
にＣｄめっきを施し、その後、大気中で所定の荷重を負
荷し、遅れ破壊が発生しなくなる拡散性水素量を評価す
るものである。

【０００８】図１に拡散性水素量と遅れ破壊に至るまで
の破断時間の関係について解析した一例を示す。試料中
に含まれる拡散性水素量が少なくなるほど遅れ破壊に至
るまでの時間が長くなり、拡散性水素量がある値以下で
は遅れ破壊が発生しなくなる。この水素量を「限界拡散
性水素量」と定義する。限界拡散性水素量が高いほど鋼
材の耐遅れ破壊特性は良好であり、鋼材の成分、熱処理
等の製造条件によって決まる鋼材固有の値である。な
お、試料中の拡散性水素量はガスクロマトグラフで容易
に測定することができる。

【０００９】図２に従来方法である焼入れ焼戻しで製造
したＰＣ鋼棒の強度と限界拡散性水素量の関係について
解析した一例を示す。強度の増加とともに遅れ破壊が発
生しない限界拡散性水素量が低下し始め、１５００MPa
を超える強度域では著しく低下し、遅れ破壊が極微量の
拡散性水素量で発生することが明らかとなった。又、遅
れ破壊が発生した試料の破面を観察した結果、ＰＣ鋼棒
の強度にかかわらず、旧オーステナイト粒界の粒界割れ
であった。粒界偏析元素として知られているＰ，Ｓ含有
量を０．００５％にまで低減させると、限界拡散性水素
量は増加し遅れ破壊特性が向上するが、特に１５００MP
a を超えるような高強度域では、その向上代はわずかで
あった。

【００１０】そこで、高強度ＰＣ鋼棒の限界拡散性水素
量を増加させる手段、即ち遅れ破壊特性を上げるべく、
オーステナイト結晶粒度、鋼材成分、熱処理条件の影響
等について更に検討を重ねた。この結果、上記の要因の
いずれを大きく変化させても、大幅な遅れ破壊特性の向
上を図ることができないことがわかった。このことは、
熱処理による高強度化手段では遅れ破壊特性の向上に対
して限界があることを示している。遅れ破壊が旧オース
テナイト粒界の粒界割れであることから、遅れ破壊特性
の大幅な向上を達成するためには、粒界割れの発生を防
止することが重要であるとの結論に達した。

【００１１】そこで更に、旧オーステナイト粒界割れを
防止する手段について、種々検討を重ねた結果、ＰＣ鋼
棒の表層より軸中心方向に少なくても半径の５％にわた
る領域において〈１１０〉集合組織を形成させれば、１
５００MPa を超えるような高強度域でも旧オーステナイ
ト粒界割れを防止できることを発見した。即ち、〈１１
０〉集合組織を持つ焼戻しマルテンサイト組織の鋼は、
旧オーステナイト粒界割れが発生しないため、限界拡散
性水素量が大幅に増加し、耐遅れ破壊特性が格段に向上
するという全く新たな知見を見出したのである。

【００１２】又、〈１１０〉集合組織を付与する方法と
して、冷間での伸線加工が極めて有効な手段であること
を明らかにした。しかし、マルテンサイト、焼戻しマル
テンサイト組織は、伸線加工性が悪いため、伸線加工中
に断線が発生しやすい欠点がある。又、伸線加工の減面
率を増加させ強度を増加させると、伸びが著しく低下す
る。そこでこれらの特性を改善するために、マルテンサ
イト、焼戻しマルテンサイト組織の伸線加工性の支配因
子を詳細に解析した。この結果、マルテンサイト又は焼
戻しマルテンサイトの伸線加工性は、主としてオーステ
ナイト粒径、強度で支配されることを明らかにし、上記
因子を最適に選択すれば伸線加工性が向上することを見
出した。

【００１３】更に、伸線加工した鋼の伸びを向上させる
ための手段を検討した結果、最適な熱処理を伸線加工後
に施せば、伸びを向上させることができることを見出し
た。又、マルテンサイト又は焼戻しマルテンサイト組織
を有する伸線材のスポット溶接性を向上させるために
は、鋼材の成分含有量をＰ_CM＝０．１５〜０．４５％に
規制すれば良いことを明らかにした。

【００１４】以上の検討結果に基づき、鋼材組成、熱処
理条件、伸線加工を行う前のマルテンサイト又は焼戻し
マルテンサイトの強度、伸線加工の総減面率を最適に選
択すれば、スポット溶接性及び遅れ破壊特性に優れた高
強度ＰＣ鋼棒を実現できるという結論に達し、本発明を
なしたものである。本発明は以上の知見に基づいてなさ
れたものであって、その要旨とするところは、次の通り
である。

【００１５】（１）重量％で、Ｃ：０．１〜０．４％、
Ｓｉ：０．０５〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、
Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．
０５％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、Ｐ：０．
０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下を含有するか、あ
るいは更にＣｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜
０．５％、Ｎｉ：０．１〜５．０％、Ｃｕ：０．０５〜
０．５％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｎｂ：０．００５
〜０．１％の１種又は２種以上を含むとともに、 Ｐ_CM(%)=Ｃ＋Ｓi/30＋（Mn＋Cr＋Cu)/20＋Ｎi/60＋Ｍo/15＋Ｖ／10＋５Ｂ で表されるＰ_CMが０．１５〜０．４５％の範囲にあり残
部はＦｅ及び不可避的不純物よりなり、且つ焼戻しマル
テンサイト組織であって、更に表層より軸中心方向に少
なくても半径の５％にわたる領域において〈１１０〉集
合組織を有し、強度が１４５０MPa 以上であることを特
徴とする高強度ＰＣ鋼棒。

【００１６】（２）上記化学組成の鋼棒又は鋼線を、Ａ
ｃ₃ 〜Ａｃ₃ ＋２００℃の温度範囲に加熱し、臨界冷却
速度以上の冷却速度で冷却することにより強度が１００
０〜２０００MPa のマルテンサイト組織にするか、ある
いは冷却後３００℃以上の温度で焼戻し処理を行うこと
により強度が１０００〜２０００MPa の焼戻しマルテン
サイト組織にした後、総減面率が２０％以上の伸線加工
を行い、その後１４０００≧Ｔ×（２０＋log ｔ）≧１
１０００なる関係（Ｔ：絶対温度で表示される加熱温
度、ｔ：加熱時間（hr））を満足するように熱処理を行
うことを特徴とする高強度ＰＣ鋼棒の製造方法。

【００１７】以下に本発明を詳細に説明する。まず本発
明における高強度ＰＣ鋼棒とは、強度が１４５０MPa 以
上であるとともに、ＰＣ鋼棒に必要とされる延性、遅れ
破壊特性、スポット溶接性、リラクゼーション特性が優
れた鋼であることを意味している。次に本発明の対象と
する鋼の成分及びＰ_CMの限定理由について述べる。 Ｃ：ＣはＰＣ鋼棒の高強度化を達成する上で必須の元素
であるが、０．１％未満ではマルテンサイトもしくは焼
戻しマルテンサイトにおいて所要の強度が得られず、一
方０．４％を超えるとスポット溶接性が著しく劣化する
とともに伸線加工性も低下するため、０．１〜０．４％
の範囲に制限した。

【００１８】Ｓｉ：Ｓｉはリラクゼーション特性を向上
させるとともに固溶体硬化作用によって強度を高める作
用がある。０．０５％未満では前記作用が発揮できず、
一方２％を超えても添加量に見合う効果が期待できない
ため、０．０５〜２．０％の範囲に制限した。 Ｍｎ：Ｍｎは脱酸、脱硫のために必要であるばかりでな
く、マルテンサイト組織を得るための焼入れ性を高める
ために有効な元素であるが、０．２％未満では上記の効
果が得られず、一方２．０％を超えるとスポット溶接
性、伸線加工性が劣化するために０．２〜２．０％の範
囲に制限した。

【００１９】Ａｌ：Ａｌは脱酸及び熱処理時においてＡ
ｌＮを形成することにより、オーステナイト粒の粗大化
を防止する効果とともにＮを固定し焼入れ性に有効な固
溶Ｂを確保する効果も有しているが、０．００５％未満
ではこれらの効果が発揮されず、０．１％を超えても効
果が飽和するため０．００５〜０．１％の範囲に限定し
た。 Ｔｉ：ＴｉもＡｌと同様に脱酸及び熱処理時においてＴ
ｉＮを形成することによりオーステナイト粒の粗大化を
防止する効果とともにＮを固定し焼入れ性に有効な固溶
Ｂを確保する効果も有しているが、０．００５％未満で
はこれらの効果が発揮されず、０．０５％を超えても効
果が飽和するため０．００５〜０．０５％の範囲に限定
した。

【００２０】Ｂ：Ｂは熱処理時においてオーステナイト
粒界に偏析することにより焼入れ性を著しく高めるとと
もに、オーステナイト粒界に偏析しやすいＰ，Ｓの粒界
偏析量を低下させるため遅れ破壊特性も向上させる。
０．０００３％未満では前記の効果が発揮されず、０．
００５０％を超えても効果が飽和するため０．０００３
〜０．００５０％に制限した。 Ｐ：Ｐはオーステナイト粒界に偏析し、遅れ破壊特性を
低下させるために０．０１５％以下とした。好ましくは
０．０１０％以下とする。 Ｓ：ＳもＰと同様にオーステナイト粒界に偏析し、遅れ
破壊特性を劣化させるために０．０１５％以下とした。
好ましくは０．０１０％以下とする。

【００２１】以上が本発明の対象とする鋼の基本成分で
あるが、本発明においては、更にこの鋼に、Ｃｒ：０．
１〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｎｉ：０．
１〜５．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、Ｖ：０．０
５〜０．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％の１種又は
２種以上を含有せしめることができる。 Ｃｒ：Ｃｒは焼入れ性の向上及び伸線加工後の熱処理工
程での軟化抵抗を増加させるために有効な元素である
が、０．１％未満ではその効果が十分に発揮できず、一
方２．０％を超えるとスポット溶接性、伸線加工性が劣
化するために０．１〜２．０％に限定した。

【００２２】Ｍｏ：ＭｏはＣｒと同様に強い焼戻し軟化
抵抗を有し熱処理後の引張強さを高めるために有効な元
素であり、更にリラクゼーション特性も向上させる効果
を有しているが、０．０５％未満ではその効果が少な
く、一方０．５％を超えるとスポット溶接性、伸線加工
性が劣化するために０．０５〜０．５％に制限した。 Ｎｉ：Ｎｉは高強度化に伴って劣化する延性を向上させ
るとともに熱処理時の焼入れ性を向上させて引張強さを
増加させるために添加されるが、０．１％未満ではその
効果が少なく、一方５．０％を超えても添加量に見合う
効果が発揮できないため、０．１〜５．０％の範囲に制
限した。

【００２３】Ｃｕ：Ｃｕは焼戻し軟化抵抗を高めるため
に有効な元素であるが、０．０５％未満では効果が発揮
できず、０．５％を超えると熱間加工性が劣化するため
０．０５〜０．５％に制限した。 Ｖ：Ｖは焼入れ処理時において炭窒化物を生成すること
によりオーステナイト粒を微細化させるとともにリラク
ゼーション値を増加させる効果があるが、０．０５％未
満では前記作用の効果が得られず、一方０．５％を超え
ても効果が飽和するため０．０５〜０．５％に限定し
た。 Ｎｂ：ＮｂもＶと同様に炭窒化物を生成することにより
オーステナイト粒を微細化させるために有効な元素であ
るが、０．００５％未満ではその効果が不十分であり、
一方０．１％を超えるとこの効果が飽和するため０．０
０５〜０．１％に制限した。

【００２４】Ｎは特に制限しないものの、Ｔｉ，Ａｌ，
Ｖ，Ｎｂの窒化物を生成することによりオーステナイト
粒の細粒化効果があるため、０．００３〜０．０１５％
が好ましい範囲である。 Ｐ_CM：Ｐ_CM（％）＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｒ＋Ｃ
ｕ）／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ
で表されるＰ_CMはスポット溶接性を示す指標であり、こ
の値が低いほどスポット溶接性が良好であることを意味
する。Ｐ_CMが０．４５％を超えると、スポット溶接部は
延性が低く強度の高いマルテンサイト組織となってスポ
ット溶接性が劣化し、スポット溶接部から破断しやすく
なる。又、引張試験時の伸びが低下し、更に遅れ破壊特
性も劣化するため上限を０．４５％にした。一方、合金
元素量を減少させてＰ_CMを０．１５％未満にするとスポ
ット溶接性は向上するものの焼入れ性が低下するために
マルテンサイト組織が得られにくくなるとともに、所定
強度のマルテンサイト組織又は焼戻しマルテンサイト組
織を得ることが困難であるため、下限を０．１５％に制
限した。

【００２５】次に本発明で目的とする高強度ＰＣ鋼棒の
遅れ破壊特性の向上に対して最も重要な点であるＰＣ鋼
棒の〈１１０〉集合組織の限定理由について述べる。図
３に焼戻しマルテンサイト組織からなるＰＣ鋼棒の限界
拡散性水素量に及ぼす集合組織の影響について解析した
一例を示す。〈１１０〉集合組織を有するＰＣ鋼棒の限
界拡散性水素量（図中本発明例で表示）は、集合組織を
有していないＰＣ鋼棒（図中比較例で表示）、即ち従来
の焼入れ・焼戻しで製造されたＰＣ鋼棒に比べ、はるか
に高いレベルにあることがわかる。

【００２６】又、図４は、強度を１５００〜１５５０MP
a に調整した焼戻しマルテンサイト組織からなるＰＣ鋼
棒を用いて、限界拡散性水素量と〈１１０〉集合組織が
生成しているＰＣ鋼棒表層から軸中心方向の深さに対す
る半径の比率の関係について解析した一例を示す。〈１
１０〉集合組織の生成領域がＰＣ鋼棒表層より軸中心方
向に対して５％未満では限界拡散性水素量の向上効果が
少ない、即ち遅れ破壊特性向上効果が少ないことがわか
る。

【００２７】このため、〈１１０〉集合組織の生成領域
を表層より軸中心方向に少なくても半径の５％にわたる
領域に限定した。より一層の高強度で且つ遅れ破壊特性
の優れたＰＣ鋼棒を得るためには、〈１１０〉集合組織
の生成領域として半径の１０％以上が好ましい条件であ
る。なお、集合組織は、Ｘ線による極点図を測定するこ
とにより容易に求めることができる。又、ＰＣ鋼棒表層
から軸中心方向の集合組織の分布は、化学研磨又は電解
研磨後、Ｘ線による極点図を深さ方向の各点で測定する
ことにより求めることができる。

【００２８】本発明の高強度ＰＣ鋼棒の製造方法では、
所定の組成と強度を有するマルテンサイトもしくは焼戻
しマルテンサイト組織にした後、冷間で伸線加工を施
し、その後、更に熱処理を行うものであるが、次にこの
製造条件の限定理由について述べる。まず、マルテンサ
イト、焼戻しマルテンサイトの強度であるが、強度が１
０００MPa 未満であると伸線加工により強度を増加させ
るために大きな減面率を必要とし、経済的でないため下
限をいずれも１０００MPa とした。一方、強度が２００
０MPa を超えると伸線加工性が著しく劣化し、伸線加工
中に断線が頻発するため上限をいずれも２０００MPa に
限定した。なお、マルテンサイト組織中に残留オーステ
ナイト、もしくは体積分率で５％未満のフェライト、パ
ーライト、ベイナイト組織が混在しても伸線加工性には
何等差し支えない。

【００２９】マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト組
織を得るための熱処理条件の限定理由は下記の通りであ
る。 加熱温度；加熱温度がＡｃ₃ 未満では完全にオーステナ
イト化されず、一方、Ａｃ₃ ＋２００℃を超えるとオー
ステナイト粒が粗大化し、オーステナイト粒径が１５μ
ｍを超えやすくなるために加熱温度の範囲をＡｃ₃ 〜Ａ
ｃ₃ ＋２００℃に限定した。オーステナイト粒径が１５
μｍを超えるようになるとマルテンサイト又は焼戻しマ
ルテンサイト組織の伸線加工性が劣化し断線が発生しや
すくなる。オーステナイト粒径は１５μｍ以下、より好
ましくは１０μｍ以下が良い。本発明の成分、熱処理条
件では１５μｍ以下のオーステナイト粒径が得られる。

【００３０】冷却速度；加熱後の冷却速度が臨界冷却速
度未満では、得られる組織がマルテンサイトの他にフェ
ライト、ベイナイト、パーライト組織が多量に混在しや
すくなるために、臨界冷却速度以上とした。なお、冷却
媒体は特に限定しないが、水冷が好ましい。 焼戻し温度；焼戻しマルテンサイト組織を得るための温
度が３００℃未満では、伸線加工性の劣った焼戻しマル
テンサイト組織になり断線が発生しやすいため、焼戻し
温度の下限を３００℃に限定した。なお、熱処理は、通
常の炉加熱、ソルト浴、高周波加熱、等のいずれの方法
でも良いが、マルテンサイトもしくは焼戻しマルテンサ
イト組織の伸線加工性を向上させるためには、３０℃／
秒以上の加熱速度が得られるソルト浴、高周波加熱が好
ましい。

【００３１】総減面率；伸線加工の総減面率が２０％未
満では、ＰＣ鋼棒の強度を最終的に１４５０MPa 以上に
することが困難である場合があるとともに、〈１１０〉
集合組織を表層より軸中心方向に少なくても半径の５％
にわたる領域において形成することが困難となり遅れ破
壊特性の向上が望めないため下限を２０％にした。総減
面率の上限は伸線加工前の鋼の強度によって変化するた
め特に規制しないものの８０％を超えると強度が高くな
りすぎて、断線が発生しやすくなるため上限は８０％が
好ましい。

【００３２】伸線後の熱処理条件；マルテンサイト又は
焼戻しマルテンサイト組織の鋼を冷間で伸線加工したま
までは、伸び、リラクゼーション特性が悪いために、こ
れらの特性を向上させるために熱処理を行うものであ
る。又、この熱処理により前組織がマルテンサイトの場
合は、焼戻しマルテンサイト組織となる。熱処理温度と
熱処理時間で定義される熱処理パラメーター：Ｔ×（２
０＋log ｔ）が１１０００〜１４０００の範囲であれ
ば、強度が１４５０MPa 以上のＰＣ鋼棒の伸びを５％以
上、リラクゼーション値を１．５％以下にすることがで
きる。ここで、Ｔは絶対温度、ｔは時間（hr）である。

【００３３】熱処理パラメーターが１１０００未満では
伸びを５％以上、リラクゼーション値を１．５％以下に
することが困難であり、一方１４０００を超えるとリラ
クゼーション値を１．５％以下にすることが困難になる
とともに強度が１４５０MPa未満となりやすくなるため
に、Ｔ×（２０＋log ｔ）の式で定義される熱処理パラ
メーターにおいて上限を１４０００とし、下限を１１０
００とした。温度は特に制限しないが、３００℃未満で
は熱処理パラメーターを上記の範囲にするために時間が
かかりすぎて生産性が低下するために下限温度は３００
℃以上が好ましい。又上限温度は５５０℃を超えると強
度が低下しやすくなるため５５０℃以下が好ましい。

【００３４】

【実施例】表１に示す化学組成を有する供試材を熱間圧
延で所定の線径にした後、高周波加熱による熱処理で種
々の強度に調整したマルテンサイト又は焼戻しマルテン
サイト組織にした。その後、冷間で線径７．４mmまで伸
線加工を行い、次いで熱処理を行った。上記の試料を用
いてオーステナイト粒径、機械的性質、スポット溶接
性、集合組織、遅れ破壊特性、リラクゼーション値につ
いて評価した結果を表２に示す。スポット溶接性試験は
ＰＣ鋼棒とＪＩＳ Ｇ３５３２のＳＷＭ−Ｂを用いて行
った。クロス溶接後、試験本数が１０本の引張試験を行
い、スポット溶接部の破断率５０％以下の場合はスポッ
ト溶接性が良好であるとした（下線で表示）。遅れ破壊
特性は、スポット溶接を施した試料を用いて、前に述べ
た限界拡散性水素量で評価を行い、負荷応力は引張強さ
の８０％の条件で実施した。リラクゼーション値はＪＩ
Ｓ Ｇ３１０９に基づいて測定した。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】

【表４】

【００３９】

【表５】

【００４０】表２の試験No．３，４，７，９，１６，１
８，２０，２１，２３が本発明例で、その他は比較例で
ある。同表に見られるように本発明例はいずれもＰＣ鋼
棒の引張強さが１４５０MPa 以上であるとともに、強度
が同一であれば限界拡散性水素量が従来のＰＣ鋼棒に比
べ高いレベルにあり、遅れ破壊特性の優れたＰＣ鋼棒が
実現されている。又、スポット溶接性、リラクゼーショ
ン値も申し分ない。これに対して比較例であるNo．１は
鋼種Ａを用いて従来の焼入れ・焼戻しで製造したＰＣ鋼
棒である。本発明例である試験No．３と強度はほぼ同じ
レベルにあるが、〈１１０〉集合組織が形成されていな
いため、限界拡散性水素量が低く、遅れ破壊特性が劣っ
ている。又、比較例であるNo．５も従来の焼入れ・焼戻
しで製造したものであり、限界拡散性水素量が、本発明
例であるNo．４と比較して低い。

【００４１】比較例である１７，２２は焼入れ処理時の
加熱温度が不適切な例である。即ち、いずれも加熱温度
がＡｃ₃ ＋２００℃を超えたためにオーステナイト粒径
が１５μｍ以上となり、これにより伸線加工性が劣化
し、伸線加工途中で断線が発生した例である。比較例で
あるNo．１１〜１５，２５，２６は鋼の化学成分が不適
切な例である。即ち、No．１１はＣ量が低すぎて焼入れ
性が低下したために、焼入れままでも強度が１０００MP
a 未満であり、８０％の減面率で伸線加工を行っても強
度が１４５０MPa に到達しなかった例である。又No．１
２はＰ量が、No．１３はＳ量がそれぞれ０．０１５％を
超える鋼のため、限界拡散性水素量が低い例である。N
o．１４はＣ量が０．４２％と高くＰ_CMが０．４５％を
超えるため、伸びが５％未満であり、スポット溶接性も
悪い例である。

【００４２】No．１５はマルテンサイトの引張強さが２
０００MPa を超えたために伸線加工性が劣化し、断線が
発生した例である。更に、No．２５はＡｌ，Ｔｉが低す
ぎる鋼を使用したためにオーステナイト粒径が粗大化
し、この結果、伸線加工性が劣化し断線が発生した例で
ある。No．２６の鋼は、Ｐ_CMが０．４５％を超えている
ため、スポット溶接性と伸びが低く、限界拡散性水素量
も低い例である。

【００４３】比較例であるNo．１０は、焼戻しマルテン
サイトを得るための焼戻し処理温度が３００℃未満であ
るために、伸線加工性の劣化した焼戻しマルテンサイト
組織となり、伸線加工工程で断線が多発した例である。
比較例であるNo．２，８は、冷間の伸線加工の総減面率
が２０％未満であるため、半径に対する〈１１０〉集合
組織の形成深さが５％未満となり、遅れ破壊特性の改善
効果が少ない例である。

【００４４】比較例であるNo．６，１９，２４は、伸線
加工後の熱処理条件が不適切な例である。No．６はＴ×
（２０＋log ｔ）が１１０００未満であるために、伸び
が５％未満と低いとともにリラクゼーション値も１．５
％を超え劣化している。No．１９は熱処理パラメーター
が１４０００を超えるため強度が１４５０MPa 未満にな
るとともに、リラクゼーション値も１．５％を超えてい
る。更に、No．２４は、伸線加工後に熱処理を施さなか
ったために、伸びが低く、リラクゼーション値も悪い例
である。

【００４５】

【発明の効果】本発明は鋼の化学成分、熱処理条件、熱
処理後の引張強さ、伸線加工の総減面率、伸線加工後の
熱処理条件を最適に選択するとともに、〈１１０〉集合
組織を導入することにより、スポット溶接性が良好であ
り、遅れ破壊特性の優れた強度が１４５０MPa 以上の高
強度ＰＣ鋼棒及びその製造を可能にしたものであり、産
業上の効果は極めて顕著なものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】拡散性水素量と遅れ破壊時間の関係の一例を示
す図表である。

【図２】焼入れ・焼戻しにより製造したＰＣ鋼棒の強度
と限界拡散性水素量の関係の一例を示す図表である。

【図３】本発明例のＰＣ鋼棒と従来方法で製造したＰＣ
鋼棒の強度と限界拡散性水素量の関係の一例を示す図表
である。

【図４】限界拡散性水素量に及ぼす〈１１０〉集合組織
の影響の一例を示す図表である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−268545（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−39738（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−298116（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−336648（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−105951（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−236223（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．１〜０．４％、 Ｓｉ：０．０５〜２．０％、 Ｍｎ：０．２〜２．０％、 Ａｌ：０．００５〜０．１％、 Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、 Ｂ ：０．０００３〜０．００５０％、 Ｐ ：０．０１５％以下、 Ｓ ：０．０１５％以下 を含有するとともに、下記式に示すＰ_CMが０．１５〜
   ０．４５％の範囲にあり、残部はＦｅ及び不可避的不純
   物よりなり、且つ焼戻しマルテンサイト組織であって、
   更に表層より軸中心方向に少なくても半径の５％にわた
   る領域において〈１１０〉集合組織を有し、強度が１４
   ５０MPa 以上であることを特徴とする高強度ＰＣ鋼棒。 Ｐ_CM(%)=Ｃ＋Ｓi/30＋（Mn＋Cr＋Cu)/20＋Ｎi/60＋Ｍo/15＋Ｖ／10＋５Ｂ
2. 【請求項２】 重量％で、 Ｃｒ：０．１〜２．０％、 Ｍｏ：０．０５〜
   ０．５％、 Ｎｉ：０．１〜５．０％、 Ｃｕ：０．０５〜
   ０．５％、 Ｖ ：０．０５〜０．５％、 Ｎｂ：０．００５〜
   ０．１％ の１種又は２種以上を含むことを特徴とする請求項１記
   載の高強度ＰＣ鋼棒。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の化学成分を
   有する鋼棒又は鋼線を、Ａｃ₃ 〜Ａｃ₃ ＋２００℃の温
   度範囲に加熱し、臨界冷却速度以上の冷却速度で冷却す
   ることにより強度が１０００〜２０００MPa のマルテン
   サイト組織にした後、総減面率が２０％以上の伸線加工
   を行い、その後１４０００≧Ｔ×（２０＋log ｔ）≧１
   １０００なる関係（Ｔ：絶対温度で表示される加熱温
   度、ｔ：加熱時間（hr））を満足するように熱処理を行
   うことを特徴とする高強度ＰＣ鋼棒の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２記載の化学成分を
   有する鋼棒又は鋼線を、Ａｃ₃ 〜Ａｃ₃ ＋２００℃の温
   度範囲に加熱し、臨界冷却速度以上の冷却速度で冷却
   し、３００℃以上の温度で焼戻し処理を行うことにより
   強度が１０００〜２０００MPa の焼戻しマルテンサイト
   組織にした後、総減面率が２０％以上の伸線加工を行
   い、その後１４０００≧Ｔ×（２０＋log ｔ）≧１１０
   ００なる関係（Ｔ：絶対温度で表示される加熱温度、
   ｔ：加熱時間（hr））を満足するように熱処理を行うこ
   とを特徴とする高強度ＰＣ鋼棒の製造方法。