鋼筋用鋼和鋼筋的制作方法

　　【技術領域】

　　[0001] 本發明涉及作為例如被用于鋼筋混凝土結構物的剪切加強筋而使用的高強度鋼 筋，以及被用作其原材料的鋼筋用鋼。

　　【背景技術】

　　[0002] 例如，大樓、公共住宅等鋼筋混凝土結構物中，為了防止其倒塌，使用剪切加強筋 作為加強材料。使用了剪切加強筋的鋼筋混凝土結構物中，鋼筋混凝土結構物發生剪切變 形時，剪切加強筋伸長而塑性變形，從而，鋼筋混凝土結構物的變形能量被剪切加強筋吸收 而防止鋼筋混凝土結構物的倒塌。

　　[0003] 以往，剪切加強筋一般使用拉伸強度為1200MPa左右的剪切加強筋。但是，近年 來，有對鋼筋混凝土結構物的截面纖細化、輕量化和高層化的需要，因此，超高強度混凝土 的開發急速地發展。如果混凝土的強度上升，則為了取得平衡，也需要剪切加強筋的高強度 化。

　　[0004] 然而，剪切加強筋是以纏繞捆綁于使得例如混凝土柱或梁那樣的支撐建筑物的結 構的軸不彎曲的主筋的形式作為加強材料而發揮功能的剪切加強筋，對應于混凝土柱的截 面形狀，截面被成型加工為圓形、方形等的線圈狀而使用。這些截面形狀是通過彎曲加工而 給予的，因此與其成型相應而需要彎曲加工性。因此，如果剪切加強筋的伸長特性優異，則 彎曲加工變得容易，從加工性的方面出發也為顯著的優點。但是，如上所述，若對應于混凝 土的高強度化而使得剪切加強筋也高強度化，則會擔心彎曲加工時的折損等新的問題。

　　[0005] 然而，為了使得剪切加強筋高強度化，需要增加以c、Si、Mn為代表的合金元素的 添加量。然而，剪切加強筋通常是對鋼筋用鋼進行拉拔加工后進行熱處理而制造的。因此， 若增加合金元素的添加量，則鋼筋用鋼的硬度上升，鋼筋用鋼的拉拔時線材斷線，制造性下 降。因此，為了實現高強度化，需要避免鋼筋用鋼的拉絲性下降。

　　[0006] 因此，為了克服上述問題，提出了幾個提案。

　　[0007] 首先，專利文獻1中公開有通過將C、Si、Mn控制為適當范圍且控制冷卻條件，確保 表面的鐵素體脫碳為0. 12mm以上的熱處理方法。然而，若鐵素體脫碳為0. 12mm以上，則制 造高強度鋼筋時的強度確保變得困難，因此需要使得鐵素體脫碳層以外成為高強度化，需 要添加合金。因此，鋼筋用的原材料的硬度上升，導致拉絲性的下降。此外，制造高強度鋼 筋后，鋼筋的韌性下降，彎曲加工性下降。此外，為了使得鐵素體脫碳層為0. 12_以上，雖 然也取決于添加的Si量，但需要將830?900°C的溫度范圍至少保持大于30秒鐘的時間， 優選在600?700°C的溫度范圍保持1小時以上，因此操作時的效率下降而花費多余的操作 成本。

　　[0008] 專利文獻2中公開有通過將C、Si、Mn、Ni、Al量最佳化而將鋼材表層的鐵素體脫 碳層控制為0. 12mm以上，且將內部控制為鐵素體?珠光體組織或球狀化滲碳體組織，可得 到延遲破壞特性優異的鋼線材。然而，如上所述，若鐵素體脫碳為0. 12mm以上，則制造高強 度鋼筋時的強度確保變得困難，因此需要使鐵素體脫碳層以外成為高強度化，需要添加合 金。因此，鋼筋用的原材料的硬度上升而拉絲性下降，或高強度鋼筋制造后鋼筋的韌性下降 而彎曲加工性下降。此外，線材壓延后，需要在線或離線施行熱處理，再加熱等多余的操作 成本增大。

　　[0009] 這里，專利文獻3中公開有控制了成分組成以及鐵素體面積率與鐵素體和珠光體 組織的總計面積率的高強度鋼筋。然而，若生成珠光體組織，則韌性下降，因此彎曲加工性 有可能下降。

　　[0010] 此外，專利文獻4中公開有通過控制成分組成以及壓延方法來制造屈服點伸長大 的高強度鋼筋用鋼的方法。然而，拉伸強度為lOOkg/mm 2以下，高強度化時，屈服點伸長下 降，因此彎曲加工性有可能下降。

　　[0011] 進而，專利文獻5中公開有通過控制成分組成以及壓延方法來制造屈服點伸長大 的高強度鋼筋用鋼的方法。如上所述，若高強度化，則屈服點伸長下降，因此彎曲加工性有 可能下降。

　　[0012] 專利文獻

　　[0013] 專利文獻1 :日本專利3156166號公報

　　[0014] 專利文獻2 :日本特開平6-306540號公報

　　[0015] 專利文獻3 :日本特開2012-67363號公報

　　[0016] 專利文獻4 :日本特開平4-173922號公報

　　[0017] 專利文獻5 :日本特開平9-324215號公報

　　【發明內容】

　　[0018] 如上所述，隨著超高強度混凝土的開發，應用于由這樣的混凝土構成的鋼筋混凝 土結構物的剪切加強筋的高強度化成為課題。然而，為了剪切加強筋的高強度化，需要添加 合金元素。若添加合金元素，則鋼筋用鋼的硬度上升，因此鋼筋制造時的拉拔加工時線材斷 線而拉絲性下降成為問題。此外，當然也需要防止與高強度化伴隨的彎曲加工性的下降。

　　[0019] 本發明是為了解決這種課題而作出的，其目的在于提供一種在拉絲性優異的情況 下可制造高強度且彎曲加工性優異的鋼筋的鋼筋用鋼。

　　[0020] 本發明的發明人等為了解決上述課題，制作使C、Si、Mn、Cr和Mo的添加量發生各 種各樣的變化的高強度鋼筋用鋼，深入調查了其拉絲性和鋼筋用鋼的硬度（拉絲前的原材 料的硬度）。然后，針對對該高強度鋼筋用鋼進行拉拔加工且進行熱處理而制作的高強度鋼 筋，深入調查了其拉伸強度和彎曲加工性。

　　[0021] 其結果發現，在優化C、Si、Mn、Cr和Mo的添加量的基礎上，對C、Si和Cr在規定的 關系的條件下限制添加量，對于提供能夠成為確保良好的拉絲性并在為高強度的同時具有 良好的彎曲加工性的鋼筋或其原材料的鋼筋用鋼而言是必不可少的，從而完成了本發明。

　　[0022] SP，本發明的主旨構成如下所述。

　　[0023] 1. 一種鋼筋用鋼，具有如下成分組成：

　　[0024] 所述鋼筋用鋼含有如下成分：

　　[0025] C :0· 37 質量％?0· 50 質量％，

　　[0026] Si :1· 75 質量％?2. 30 質量％，

　　[0027] Mn :0· 2 質量％?I. 0 質量％，

　　[0028] Cr :0· 01 質量％?I. 2 質量％，

　　[0029] Mo :0· 05 質量％?I. 0 質量％，

　　[0030] P :0· 025 質量％ 以下，

　　[0031] S :0.025質量％以下，以及

　　[0032] 0 :0· 0015 質量％ 以下，

　　[0033] 按照下述（1)的A值為770?850、按照下述⑵式的B值為0. 40以上，

　　[0034] 剩余部分為不可避免的雜質和Fe。

　　[0035] A=α + β + γ · · · (1)

　　[0036] 這里，α=- 334Χ [C]2+806X [C]+291

　　[0037] β=24X [Si]2+67X [Si]

　　[0038] γ=- 4 X [Cr] 2+23 X [Cr] -5

　　[0039] B=[Si]/[10XC] · · · (2)

　　[0040] 其中，上述□表示該括號內成分的含量（質量％ )

　　[0041] 2.如上述1所述的鋼筋用鋼，其中，上述成分組成進一步含有選自如下成分中的1 種或2種以上，

　　[0042] Al :0· 50 質量％ 以下，

　　[0043] Cu :1.0質量％以下，以及

　　[0044] Ni :2.0 質量％ 以下。

　　[0045] 3.如上述1或2所述的鋼筋用鋼，其中，上述成分組成進一步含有選自如下成分中 的1種或2種以上，

　　[0046] W:2.0 質量％ 以下，

　　[0047] Nb :0.1 質量％ 以下，

　　[0048] Ti :0.2質量％以下，以及

　　[0049] V :0.5 質量％ 以下。

　　[0050] 4.如上述1?3中任一項所述的鋼筋用鋼，其特征在于，上述成分組成進一步含有 B :0. 005質量％以下。

　　[0051] 5.如上述1?4中任一項所述的鋼筋用鋼，其中，從表面到至少20μπι的厚度區域 的硬度為HV250以下，從表面到鋼材的直徑的1/4的深度區域的硬度為HRC40以下。

　　[0052] 6. -種鋼筋，具有上述1?4中任一項所述的成分組成，且從表面到至少10 μπι的 厚度區域的硬度為HV300以下。

　　[0053] 根據本發明，可以穩定地制造具有優異的拉絲性且可制造高強度的鋼筋的鋼筋用 鋼。使用該鋼筋用鋼的鋼筋或由鋼筋用鋼經過拉拔加工和熱處理而制造的鋼筋的拉伸強度 為1600MPa以上，且具有優異的彎曲加工性，因此很大地有助于實現鋼筋混凝土結構物的 截面纖細化、輕量化和高層化，帶來產業上有益的效果。

　　【具體實施方式】

　　[0054] 接著，對本發明的鋼筋的成分組成及其制造條件進行說明。

　　[0055] C :0· 37 質量％?0· 50 質量％

　　[0056] C是為了確保必要的強度而必需的元素，小于0. 37質量％時，難以確保規定的強 度，此外，為了確保規定強度，需要大量添加合金元素，導致合金成本的上升，因此設為0. 37 質量％以上。另一方面，大于0. 50質量％的添加使強度大幅度地上升，進而導致鋼筋的必 要以上的強度上升，導致彎曲加工性的下降，因此設為〇. 50質量％以下。更優選為0.

　　37? 0.45質量％的范圍。

　　[0057] Si :1· 75 質量％?2. 30 質量％

　　[0058] Si是作為脫氧劑且通過使固溶強化、抗回火軟化提高而提高鋼的強度的元素，此 夕卜，為鐵素體脫碳促進元素，因此，如下所述，在確保成為HV250以下的表層區域的方面也 有用。因此，本發明中，以1.75質量％以上的量進行添加。但是，添加量大于2. 30質量％ 時，延展性下降，鑄造時原材料產生裂紋，因此原材料的加工變得必要，導致制造成本的增 加。因此，Si的上限設為2. 30質量％。更優選為1.75?2. 25質量％的范圍。

　　[0059] Mn :0· 2 質量％?I. 0 質量％

　　[0060] 為了提高鋼的淬透性，以0. 2質量％以上的量添加 Μη。但是，大于I. 0質量％的添 加反而使鋼的強度下降。因此，Mn的上限設為1.0質量％。更優選為0.25?1.0質量％ 的范圍。

　　[0061] Cr :0· 01 質量％?L 20 質量％

　　[0062] Cr是提高鋼的淬透性且增加強度的元素。因此，添加0.01質量％以上。另一方面， 大于1. 20質量％的添加反而使鋼高強度化，因此導致拉拔加工時的拉絲性、作為高強度鋼 筋的彎曲加工性的下降。由于以上原因，Cr量設為0.01質量％?1.20質量％。更優選為 0.01?1.00質量％的范圍。

　　[0063] Mo :0· 05 質量％?I. 0 質量％

　　[0064] Mo是提高鋼的淬透性且增加強度的元素。因此，添加0.05質量％以上。另一方 面，大于1. 〇質量％的添加反而使鋼高強度化，因此導致拉拔加工時的拉絲性、作為高強度 鋼筋的彎曲加工性的下降。由于以上原因，Mo量設為0.05質量％?1.0質量％。更優選 為0.05?0.5質量％的范圍。

　　[0065] P :0.025 質量％ 以下

　　[0066] S :0.025 質量％ 以下

　　[0067] P和S在晶界偏析而導致鋼的母材韌性的下降，因此分別限制為0. 025質量％以 下。尤其是，S以MnS的形式存在于鋼中，因此有可能在彎曲加工時MnS成為起點而易于產 生龜裂，因此需要極力抑制，如果可能的話，優選設為0. 015質量％以下。另外，使P和S分 別小于0.0002質量％的操作需要高成本，因此在工業上優選P和S分別含有0.0002質量％ 以上。

　　[0068] 0 :0· 0015 質量％ 以下

　　[0069] 0與Si或Al鍵合，形成硬質的氧化物系非金屬夾雜物，有可能在彎曲加工時成為 起點而易于產生龜裂，因此盡量越低越好，本發明中，容許至〇. 0015質量％為止。另外，使 0小于0. 0005質量％的操作需要高成本，因此在工業上優選0含有0. 0005質量％以上。

　　[0070] A 值（上述（1)式）：770 ?850

　　[0071] A值是用于得到良好的強度、拉絲性和彎曲加工性的指數。若該A值小于770,則 彎曲加工性良好，但鋼筋的強度確保變得困難。另一方面，若A值大于850,則可以得到良好 的強度，但鋼筋用鋼的硬度上升而在拉拔加工時導致斷線，反而拉絲性下降。進而，作為鋼 筋的彎曲加工性下降，因此，本發明中，將A值設為770?850。更優選為770?849的范 圍。

　　[0072] B值（上述⑵式）：0· 40以上

　　[0073] B值是用于得到良好的拉絲性的指數。通過將該B值設為0. 40以上，可以在鋼筋 用鋼中確保良好的拉絲性，在鋼筋中確保良好的彎曲加工性。另外，通過將B值設為0.40 以上而使拉絲性、彎曲加工性為良好的理由是因為，在鋼筋用鋼的表層區域或鋼筋的表層 區域形成脫碳層，該表層區域的硬度下降而加工性變得良好。具體而言，如后述實驗結果中 詳細說明的那樣，通過將B值設為0. 40以上，鋼筋用鋼中從表面到至少20 μ m以上的厚度 區域的硬度為HV250以下，可以使得拉絲性良好。此外，通過將B值設為0.40以上，可以使 得鋼筋中從表面到至少IOym以上的厚度的區域的硬度為HV300以下，可以使得彎曲加工 性良好。

　　[0074] 本發明的發明人等用各種實驗對鋼筋用鋼的成分組成，尤其是對上述的A值和B 值對拉絲性、彎曲加工性給予的影響進行評價。以下詳述其代表性的2個實驗結果。

　　[0075] [實驗 1]

　　[0076] 對于上述的A值和B值，本發明的發明人等制作了使成分組成與A值和B值變化 的鋼筋用鋼，調查了其硬度。進而，對該鋼筋用鋼進行拉拔加工、淬火-回火處理，從而制造 鋼筋，調查拉拔加工時的拉絲性，同時對得到的鋼筋調查其拉伸強度、表層硬度和彎曲加工 性、以及組織。應予說明，拉伸強度、表層硬度和彎曲加工性在下述試驗方法中進行測定。分 別在表1中示出成分組成，在表2中示出鋼筋用鋼中的HV250以下的范圍、硬度和作為鋼筋 的拉伸強度、彎曲加工性的評價結果。

　　[0077] 制造條件如下所述。

　　[0078] 首先，將以真空熔解而熔煉的鋼塊從室溫以表2所示的加熱速度加熱至表2所示 的加熱溫度后，進行熱軋。熱軋以后的制造條件相同。即，在850°C結束熱軋后以1°C/ S冷 卻，制成直徑13. 5mm的線材，將其作為鋼筋用鋼。進行與得到的線材的長邊方向垂直的截 面的硬度測定。硬度測定通過后述試驗方法來實施試驗。

　　[0079] 接著，將該鋼筋用鋼作為原材料，制造鋼筋。鋼筋的制造條件相同。即，制造條件 如下所述。

　　[0080] 將13. 5mm的線材拉拔加工至12. 6mm，其后，加熱至1000°C后以60°C的油冷卻，加 熱至350°C后進行水冷，進行淬火-回火處理。拉絲性是以該拉拔加工時素線是否斷線來進 行判斷的，如果沒有斷線，則判斷具有良好的拉絲性。

　　[0081] 將淬火-回火后的線材加工為ASTM E8中記載的平行部l/4in.的拉伸試驗片。應 予說明，彎曲加工性是切斷為500_長度后通過后述的試驗方法實施試驗的。

　　[0082] 表2中示出鋼筋用鋼的HV250以下的范圍、線材徑D的從表面起D1/4的深度區域 (1/4D部）的硬度、拉拔加工時的拉絲性、作為鋼筋的拉伸強度、彎曲加工性。如該表所示， 可知A值和B值均控制為本發明的范圍內時，上述特性良好。由以上情況可判明，通過將A 值調整為770?850的范圍并將B值調整為0. 40以上的范圍，為高強度且拉絲性提高。

　　[0083] [表 1]

　　[0084] [表 1]

　　[0085] [化學成分（質量％ )]

　　【主權項】

　　1. 一種鋼筋用鋼，具有如下成分組成： 所述鋼筋用鋼含有如下成分： C:0? 37質量％?0? 50質量％， Si:1.75質量％?2. 30質量％， Mn:0.2質量％?1.0質量％， Cr:0.01質量％?1.2質量％， Mo:0. 05質量％?1. 0質量％， P:0. 025質量％以下， S:0. 025質量％以下，以及 0 :0. 0015質量％以下， 按照下述（1)的A值為770?850,按照下述（2)式的B值為0? 40以上， 剩余部分為不可避免的雜質和Fe， A=a+13 +y? ? ? (1) 這里，a=- 334X[C]2+806X[C]+291 0=24X[Si]2+67X[Si] y=-4X[Cr]2+23X[Cr]-5 B=[Si]/[10XC] ? ? ? (2) 其中，上述[]表示該括號內成分的含量，該含量的單位為質量％。

　　2. 如權利要求1所述的鋼筋用鋼，其中，所述成分組成進一步含有選自如下成分中的1 種或2種以上， A1 :0. 50質量％以下， Cu:1. 0質量％以下，以及Ni:2. 0質量％以下。

　　3. 如權利要求1或2所述的鋼筋用鋼，其中，所述成分組成進一步含有選自如下成分中 的1種或2種以上， W:2.0質量％以下， Nb:0. 1質量％以下， Ti:0. 2質量％以下，以及V:0.5質量％以下。

　　4. 如權利要求1?3中任一項所述的鋼筋用鋼，其特征在于，所述成分組成進一步含有 B:0. 005質量％以下。

　　5. 如權利要求1?4中任一項所述的鋼筋用鋼，其中，從表面到至少20ym的厚度區域 的硬度為HV250以下，從表面到鋼材的直徑的1/4的深度區域的硬度為HRC40以下。

　　6. -種鋼筋，具有權利要求1?4中任一項所述的成分組成，且從表面到至少10ym的 厚度區域的硬度為HV300以下。

　　【專利摘要】本發明提供一種鋼筋用鋼，其在拉絲性優異的情況下可制造高強度且彎曲加工性優異的鋼筋。在含有C：0.37質量％～0.50質量％、Si：1.75質量％～2.30質量％、Mn：0.2質量％～1.0質量％、Cr：0.01質量％～1.2質量％、Mo：0.05質量％～1.0質量％、P：0.025質量％以下、S：0.025質量％以下和O：0.0015質量％以下的成分組成中，C、Si和Cr滿足規定的關系而添加。

　　【IPC分類】C21D3-04, C22C38-54, E04C5-18, C22C38-34, C22C38-00, C21D9-00

　　【公開號】CN104603310

　　【申請號】CN201380045017

　　【發明人】本莊稔, 上井清史, 遠藤茂

　　【申請人】杰富意鋼鐵株式會社

　　【公開日】2015年5月6日

　　【申請日】2013年8月23日

　　【公告號】WO2014034070A1