專利名稱：平直度及鍛壓特性優(yōu)良的pc鋼絲或鋼筋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用蒸壓養(yǎng)護(hù)法制造的PC樁柱和PC桿等的加強(qiáng)筋中使用的PC鋼絲或鋼筋，特別是涉及它的平直度和鍛壓特性方面的改進(jìn)。
近年來，在用蒸壓養(yǎng)護(hù)法(オ-トクレプ養(yǎng)護(hù)法)制造的PC樁柱和PC球中，強(qiáng)烈希望有松弛度小的PC鋼絲或鋼筋。減輕松弛度(リラクセ-シヨン)的方法，大致可分為在鋼絲、鋼筋的原材料中添加合金元素從而獲得固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的效果，和通過增加高溫域中的拉伸加工和彎曲加工的工序來抑制變形時(shí)效強(qiáng)度的方法，例如在特公昭51-7145，62-49334號(hào)公報(bào)中公開的內(nèi)容。而且，最近還有使上述兩種方法組合，或進(jìn)一步改良的特開昭64-65232號(hào)公報(bào)公開的方法。
然而，采用從前的方法大幅度地減輕松弛力時(shí)，特別是通過熱處理制造的PC鋼絲·鋼筋，它具有平直度、鍛壓特性等方面惡化的嚴(yán)重缺點(diǎn)。
所謂平直度，是指將相對(duì)于PC鋼絲，鋼筋的1.5m長(zhǎng)度的翹曲高度作為指標(biāo)的特性。在包含高溫域中加工的熱處理工序中，形成平直度，在卷繞之前，其平直度值大。另外，在為了保管而將其卷繞成盤狀時(shí)，由于卷繞缺陷，其平直度會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化而導(dǎo)致惡化。因此，在夏季等外界氣溫高時(shí)，惡化的情況居多，平直度大的鋼材，在PC柱和PC桿等的制造工序中由于切斷·端末加工機(jī)的傾斜臺(tái)架不能順利地運(yùn)轉(zhuǎn)，被鉤掛並且從運(yùn)送滾筒上掉下來。其結(jié)果是，使無人自動(dòng)加工機(jī)停止，以致阻礙生產(chǎn)效率。
另一方面，所謂鍛壓特性，是指作為能對(duì)PC鋼絲·鋼筋給予預(yù)應(yīng)力時(shí)的固定部分進(jìn)行溫?zé)徨憠?制頭)部的機(jī)械特性，關(guān)于此特性，也存在以下問題。
以改善松弛特性為目的，往往要向原材料中增加作為合金元素的Si，因此，包括通電性的加工特性發(fā)生變化，鍛壓部分的機(jī)械特性不穩(wěn)定。具體地說，在達(dá)到拉伸作業(yè)時(shí)的拉伸負(fù)載之前或之后鍛壓部分發(fā)生脆性破壞事故，不僅是PC柱·桿的質(zhì)量不好，而且從事拉伸作業(yè)的從業(yè)者的安全性確保也有很大問題。
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，本發(fā)明的特征是，將鋼絲或鋼筋淬火后，在回火溫度域或冷卻中，同時(shí)賦予在該溫度下的比例限度為6%以上至14%以下的拉伸應(yīng)力和0.1%以上至0.5%以下的微小彎曲變形，并在進(jìn)行回火處理后，驟冷而獲得的PC鋼絲或鋼筋，該鋼絲或鋼筋的化學(xué)成分(按重量%)是含C0.20～0.40，Si1.00～1.40，Mn0.60～0.90，Mo0.04～0.06，Cr0.10～0.30，其余由鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
在本發(fā)明中，關(guān)于松弛作用的改善，應(yīng)用了本申請(qǐng)人在特開昭64-65232號(hào)公報(bào)中記載的技術(shù)。該公報(bào)記載技術(shù)的特征是，如果在回火溫度域或冷卻中連續(xù)添加小的拉伸應(yīng)力和微小的彎曲變形，則由于拉伸應(yīng)力和彎曲變形的相乘效果，可使松弛特性大大改善。而且，由于彎曲加工度小，同樣可防止拉伸性能降低及平直度劣化，從而能實(shí)現(xiàn)延伸率為3.5%以上，平直度為2.5mm以內(nèi)的高品質(zhì)?？傊?，關(guān)于平直度，是在溫?zé)峒庸し矫娌扇∫恍┐胧?br> 本發(fā)明是以這種技術(shù)為基礎(chǔ)對(duì)原材料的組成加以改良，試圖改善平直度及鍛壓特性。
首先，平直度的改善是基于下述的認(rèn)識(shí)，也就是著眼于淬火時(shí)形成的平直度，通過向原材料中少量添加能提高淬火性的合金元素就可以得到均勻的淬火性和優(yōu)良的平直度。
由于添加了上述元素，很小地抑制高溫域，即回火域中的加工即將實(shí)施之前的平直度，從而能改善卷繞前的平直度關(guān)于卷繞后的卷取缺陷引起的平直度惡化，其原因被認(rèn)為是在制品中產(chǎn)生金環(huán)狀的完全脫碳層，因此特別是通過降低Si的含量來抑制完全脫碳層的發(fā)生，從而抑制平直度的惡化。
另一方面，關(guān)于鍛壓特性的改善，詳細(xì)地調(diào)查了由于低負(fù)荷造成脆性破壞的鍛壓部位，結(jié)果是發(fā)現(xiàn)在鍛壓部位的負(fù)荷-延伸率曲線中，破裂負(fù)荷和破裂延伸率兩者都很小。因此，如果添加對(duì)提高鍛壓部位的高溫強(qiáng)度和破壞韌性有效的元素，就可改善其機(jī)械特性。
以下說明組成限定的理由。
C0.20～0.40%如果不足0.20%，淬火時(shí)得不到必要的強(qiáng)度，如果超過0.40%，焊接性及韌性降低。
Si1.00～1.40%增加Si量可在熱力學(xué)上提高C的活性，因而容易產(chǎn)生脫碳，因此使其含量比以前的低松弛品的含量(1.5～2.0%)少。
如果不足1.00%，則超過用現(xiàn)代的蒸壓法生產(chǎn)的PC鋼筋的高溫松弛設(shè)計(jì)值(8%);如果超過1.40%，則形成金環(huán)狀的完全脫碳層，導(dǎo)致卷繞后的平直度惡化。
Mn0.60～0.90%Mn是作為脫碳劑的必要元素，而且在淬火時(shí)能提高強(qiáng)度。
Cr0.10～0.30%它能提高淬火時(shí)的淬硬性，而且能使淬火后的平直度小而且均勻。而且，它是為提高溫?zé)徨憠簳r(shí)的高溫強(qiáng)度而添加的元素。如果超過0.3%則焊接性降低。但也應(yīng)控制在會(huì)導(dǎo)致原料成本費(fèi)增加的必要最低限。
Mo0.04～0.06%它是為大大改善鍛壓部位的破壞韌性而添加的元素，不足0.04%時(shí)其改善效果小;多于0.06%時(shí)其改善效果也不太明顯。
以下說明本發(fā)明的實(shí)施例。
下述的各實(shí)施例中都采用了

圖1所示裝置，制作含下述添加元素的原材料鋼，並制成相當(dāng)于JIS G 3109中規(guī)定的異形PC鋼筋為9.2mmφ的試樣。在圖中鋼材W通過作為運(yùn)送手段同時(shí)也是作為提供拉伸應(yīng)力裝置的三套夾送輪1，4，9連續(xù)地送往各工序。各套夾送輪由一對(duì)以上的滾輪組構(gòu)成，各夾送輪間設(shè)其直徑不同，圓周速度不同，而且適宜選擇在各夾送輪上的滾輪施加壓力，在每二個(gè)夾送輪之間調(diào)整成所規(guī)定的拉伸應(yīng)力。
在夾送輪上通過1送出的鋼材，首先在淬火用加熱裝置2中加熱至淬火溫度后，用冷噴嘴3進(jìn)行淬火。淬過火的鋼材，在夾送輪4，9之間一邊施加所規(guī)定的拉伸應(yīng)力一邊送入以下的工序。在此狀態(tài)下，鋼材W在回火用加熱裝置5中加熱，然后通過上下方向矯正輪5以及與它垂直的左右方向矯正輪6附加微小的彎曲變形，其后用水冷噴嘴8驟冷后在出料側(cè)的夾送輪9上離去。
實(shí)施例1通過上述裝置，使用下述成分(單位為重量%)的鋼材，在相同的熱處理?xiàng)l件下首先制作僅進(jìn)行淬火的試樣。進(jìn)而制作連續(xù)進(jìn)行淬火、回火並溫?zé)峒庸ぁⅢE冷各工序的試樣。其中，淬火溫度為950℃，在以抗拉強(qiáng)度為1470N/mm2為目標(biāo)的最適宜溫度下進(jìn)行回火。而且，在回火中實(shí)施拉伸應(yīng)力為76N/mm2、彎曲變形量為0.4%的溫?zé)峒庸?。上述拉伸?yīng)力是該回火溫度中的比例限度(686～785N/mm2)的10～11%(以下各實(shí)施例中也相同)。
C Si Mn Mo Cr試驗(yàn)材料a 0.30 1.12 0.80 小于0.01 0.02試驗(yàn)材料b 0.31 1.06 0.79 0.04 0.25而且，調(diào)查這試樣的平直度。其結(jié)果示于表1。
從該表中可清楚地看出，不僅淬火，而且其后還進(jìn)行加工熱處理的試樣，其平直度優(yōu)良。而且，Mo、Cr添加量多的試驗(yàn)材料b其平直度優(yōu)良。
實(shí)施例2已知以前的低松弛品在卷繞成盤狀后，卷取缺陷引起平直度惡化。為了調(diào)查其原因，使用下述化學(xué)成分(單位為重量%)的鋼材制作試樣。而且，試驗(yàn)材料C是以前的低松弛品，試驗(yàn)材料d是以前普通的松弛品。
C Si Mn Mo Cr試驗(yàn)材料c 0.31 1.66 0.79 小于0.01 0.03試驗(yàn)材料d 0.31 0.25 0.80 小于0.01 0.02試樣是將10mmφ的鋼材異形加工成9.15mmφ，並對(duì)其進(jìn)行熱處理而制得。其中，淬火溫度為900～1000℃，在以抗拉強(qiáng)度1470N/mm2為目標(biāo)的最適宜溫度下進(jìn)行回火。而且，試驗(yàn)材料c在回火中實(shí)施與實(shí)施例1相同條件的溫?zé)峒庸?。而且，將這些試驗(yàn)材料卷繞成盤狀，調(diào)查平直度(n＝10的平均值)隨時(shí)間變化的情況，結(jié)果如下卷繞前的平直度(mm) 卷繞7日后的平直度(mm)試驗(yàn)材料c 0.6 2.0試驗(yàn)材料d 0.5 0.6如上述結(jié)果所示，確認(rèn)低松弛品的試驗(yàn)材料c在卷繞后的平直度隨時(shí)間變化大，為了對(duì)其原因進(jìn)行詳細(xì)研究，對(duì)各試驗(yàn)材料的橫斷面金屬組織進(jìn)行觀察。觀察結(jié)果，在作為普通松弛品的試驗(yàn)材料d中見不到完全脫碳層，與此相反，低松弛品的試驗(yàn)材料c產(chǎn)生厚度為20～40μm的完全脫碳層。
一般說來，使用圖1記載的裝置，對(duì)制品進(jìn)行稱之為急速加熱、驟冷的熱處理時(shí)不會(huì)生成完全脫碳層。這次的試驗(yàn)材料c在熱處理前的線材階段已產(chǎn)生同樣的完全脫碳層。
因此，這次對(duì)與試驗(yàn)材料c相同成分的線材進(jìn)行剝皮，完全除去完全脫碳層后，在同一條件下進(jìn)行熱處理，卷繞成盤狀后，調(diào)查其平直度隨時(shí)間的變化。
其結(jié)果是，卷繞前的平直度為0.6mm，卷繞后7日后的平直度為0.7mm，因而確認(rèn)幾乎沒有變化。
根據(jù)以上敘述，可推測(cè)因卷取缺陷引起的平直度惡化，由于完全脫碳層的產(chǎn)生而使表面層的強(qiáng)度顯著降低，因而產(chǎn)生塑性變形。
實(shí)施例3由于判明了完全脫碳層對(duì)卷繞后的平直度有很大影響，因此對(duì)防止脫碳層產(chǎn)生的各種手段進(jìn)行了研究。首先，在PC鋼絲、鋼筋的制造過程中，防止在制鋼到鍛壓工序中產(chǎn)生完全脫碳層所需的設(shè)備投資龐大，因而作為工業(yè)生產(chǎn)是不適宜的。而且，通過剝皮除去完全脫碳層使生產(chǎn)率降低，並使制造成本大大地增加，因而是不利的。因此，本發(fā)明者考慮通過調(diào)整原材料的化學(xué)成分來抑制金環(huán)狀的完全脫碳層。
一般說來，產(chǎn)生完全脫碳層與C的活性有關(guān)，如果增加C，Si的含量，可在熱力學(xué)上提高C的活性，容易發(fā)生脫碳。c是熱處理的基本元素，它的變化對(duì)淬火強(qiáng)度等有很大的影響，Si是改善松弛特性的極有效元素。因此，著眼于Si含量和脫碳層的產(chǎn)生以及松弛特性之間的關(guān)系，進(jìn)行以下試驗(yàn)。
將具有以下化學(xué)成分(單位為重量%)的10mmφ鋼材異形加工成9.2mmφ，使用圖1記載的裝置進(jìn)行熱處理。淬火溫度規(guī)定為930～1000℃，回火溫度根據(jù)鋼材的化學(xué)成分而進(jìn)行調(diào)整，使抗拉強(qiáng)度全部達(dá)到大致相同水準(zhǔn)。此外，溫?zé)峒庸l件完全相同，按拉伸力為76N/mm2、彎曲變形量為0.4%進(jìn)行。而且，試驗(yàn)材料a和實(shí)施例1的試驗(yàn)材料相同。
C Si Mn Mo Cr試驗(yàn)材料e 0.30 0.95 0.80 小于0.01 0.03試驗(yàn)材料a 0.30 1.12 0.80 小于0.01 0.02試驗(yàn)材料f 0.31 1.38 0.77 小于0.01 0.02試驗(yàn)材料g 0.31 1.58 0.75 小于0.01 0.06而且，對(duì)所得之試樣測(cè)定其機(jī)械特性，有無脫碳層產(chǎn)生及它所具有的松弛值。各試驗(yàn)條件如下。
① 機(jī)械特性對(duì)各試驗(yàn)材料進(jìn)行JIS G 3109中規(guī)定的拉伸試驗(yàn)，並測(cè)定其抗拉強(qiáng)度，屈服點(diǎn)及延伸率。
② 有無完全脫碳層從各試驗(yàn)材料的任意位置取樣，用光學(xué)顯微鏡觀察橫斷面。
③ 松弛值初期負(fù)載荷重39.8kN載荷方法用1分鐘載荷至初期負(fù)載荷重，馬上開始升溫並同時(shí)開始測(cè)定。
溫度履歷4小時(shí)內(nèi)升溫至180℃，保持3小時(shí)后將爐冷卻。
松弛值保持從升溫開始23小時(shí)后的值，並定為高溫松弛值。
將各試驗(yàn)結(jié)果示于表2。
如表2所示，隨著Si含量的減少，呈金環(huán)狀生成的完全脫碳層稀疏，其厚度變小。另一方面，高溫松弛值慢慢變大，Si含量為0.95，超過作為現(xiàn)在蒸壓法制得的PC鋼筋中高溫松弛的設(shè)計(jì)值8%。
其次，將上述試驗(yàn)材料熱處理后，卷繞成盤狀(內(nèi)徑2000mm)后，調(diào)查平直度隨時(shí)間的變化。其結(jié)果示于圖2曲線中。如該曲線所示，隨著完全脫碳層減少，平直度的惡化程度減輕;試驗(yàn)材料f(含Si量1.38%)中滿足通常使用的推定平直度界限2.0mm。
在以前的低松弛品的鍛壓部位，在拉緊作業(yè)中很少發(fā)生低負(fù)荷下的脆性破壞，因此詳細(xì)研究鍛壓部位的負(fù)荷-延伸率曲線。其結(jié)果看出，可分為圖3所示出的三個(gè)類型(A-C)。類型A中破裂負(fù)荷及延伸率都非常小，與此相反，類型B，進(jìn)而類型C中破裂負(fù)荷及延伸率都很大，因而機(jī)械特性優(yōu)良。
因此，按下述化學(xué)成分(單位為重量%)，使用圖1的裝置將10mmφ的鋼材異形加工成9.2mmφ，制成試樣，並進(jìn)行鍛壓部位的拉伸試驗(yàn)。試樣的熱處理?xiàng)l件是淬火溫度為930～1000℃，回火溫度是在以1470N/mm2為目標(biāo)時(shí)的最適宜溫度下實(shí)施。而且，在回火中按與實(shí)施例1相同條件進(jìn)行溫?zé)峒庸ぁ?br> C Si Mn Mo Cr試驗(yàn)材料a 0.30 1.12 0.80 小于0.01 0.02試驗(yàn)材料b 0.31 1.06 0.79 0.04 0.25試驗(yàn)材料h 0.30 1.33 0.80 0.06 0.17試驗(yàn)材料i 0.29 1.10 0.77 0.06 0.03試驗(yàn)方法是，以PC柱中使用的端板形狀為基礎(chǔ)，作成馬蹄形的試樣，采用與它相同的鍛壓條件鍛壓加工而成的各試驗(yàn)材料進(jìn)行試驗(yàn)。而且，試驗(yàn)機(jī)上安裝自己記錄的圖表並記錄負(fù)荷-延伸率曲線，相應(yīng)于圖3中的任何一種類型進(jìn)行分類。其結(jié)果示于表3中。
如該表所示，由于添加了微量的Mo，其鍛壓部位的破壞韌性得到改善。另外，如果除添加微量Mo外，還添加Cr，則不僅能改善鍛造部位的韌性，還可提高抗拉強(qiáng)度。認(rèn)為這是因?yàn)樘砑覥r而使高溫強(qiáng)度增大所致。
如上所述，按照本發(fā)明的PC鋼絲或鋼筋，可以將平直度，特別是卷繞成盤狀后的平直度惡化程度抑制在最低限度，可以防止在自動(dòng)加工機(jī)中制品被鉤掛。而且，在現(xiàn)代PC柱、PC球的制造業(yè)者多半采用的鍛壓加工中，大大地改善了被加工的鍛壓部位的品質(zhì)特性，特別是強(qiáng)度和韌性，因此可以防止拉緊作業(yè)時(shí)鍛壓部位發(fā)生脆性破壞，可以提高作業(yè)的可靠性。
因此，將本發(fā)明制品用于近年急增的采用高溫松弛設(shè)計(jì)值8%的高強(qiáng)度PC樁柱的制造，就可提高切斷，自動(dòng)加工機(jī)的生產(chǎn)效率。
以下簡(jiǎn)單說明附圖。
圖1是本發(fā)明制品制造裝置的概略圖。
圖2所示曲線表示卷繞成盤狀后其平直度隨時(shí)間變化的情況。
圖3所示曲線表示鍛壓部位破壞時(shí)的負(fù)荷-延伸率曲線的類型。
圖中符號(hào)說明1 夾送輪2 淬火用加熱裝置3 水冷噴嘴4 夾送輪5 回火用加熱裝置6 上下方向矯正輪7 左右方向矯正輪
8 水冷噴嘴9 夾送輪W 鋼材


權(quán)利要求
1.平直度及鍛壓特性優(yōu)良的PC鋼絲或鋼筋，其特征在于，所述鋼絲或鋼棒是其化學(xué)組成為(重量%)含C0.20～0.40%，Si1.00～1.40%，Mn0.60～0.90%，Mo0.04～0.06%，Cr0.10～0.30%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；且將所述鋼絲或鋼筋淬火后，在回火溫度域或冷卻中，進(jìn)行回火處理并同時(shí)施加在該溫度下的比例限度為6%以上14%以下和拉伸應(yīng)力為0.1%以上0.5%以下的微小彎曲變形，然后驟冷制得的PC鋼絲或鋼筋。
全文摘要
一種低松馳的PC鋼絲或鋼筋，其平直度和韌性方面都有改進(jìn)。將所述鋼材淬火后，于回火溫度域或冷卻中進(jìn)行回火處理以同時(shí)施加在該溫度下的比例限度為6％以上14％以下和拉伸應(yīng)力為0.1％以上0.5％以下的微小彎曲變形，然后驟冷，從而制得所述PC鋼材。其化學(xué)成分為(重量％)C0.20—0.40，Si1.00—1.40，Mn0.60—0.90，Mo0.04—0.06，Cr0.10—0.30，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號(hào)C21D8/08GK1105070SQ94106208
公開日1995年7月12日 申請(qǐng)日期1994年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月10日
發(fā)明者安藤啟二, 山本琢也, 吉田慎一, 山本進(jìn) 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社