专利名称：平直度及锻压特性优良的pc钢丝或钢筋的制作方法
技术领域：
本发明涉及用蒸压养护法制造的PC桩柱和PC杆等的加强筋中使用的PC钢丝或钢筋，特别是涉及它的平直度和锻压特性方面的改进。
近年来，在用蒸压养护法(オ-トクレプ养护法)制造的PC桩柱和PC球中，强烈希望有松弛度小的PC钢丝或钢筋。减轻松弛度(リラクセ-シヨン)的方法，大致可分为在钢丝、钢筋的原材料中添加合金元素从而获得固溶强化和析出强化的效果，和通过增加高温域中的拉伸加工和弯曲加工的工序来抑制变形时效强度的方法，例如在特公昭51-7145，62-49334号公报中公开的内容。而且，最近还有使上述两种方法组合，或进一步改良的特开昭64-65232号公报公开的方法。
然而，采用从前的方法大幅度地减轻松弛力时，特别是通过热处理制造的PC钢丝·钢筋，它具有平直度、锻压特性等方面恶化的严重缺点。
所谓平直度，是指将相对于PC钢丝，钢筋的1.5m长度的翘曲高度作为指标的特性。在包含高温域中加工的热处理工序中，形成平直度，在卷绕之前，其平直度值大。另外，在为了保管而将其卷绕成盘状时，由于卷绕缺陷，其平直度会随时间发生变化而导致恶化。因此，在夏季等外界气温高时，恶化的情况居多，平直度大的钢材，在PC柱和PC杆等的制造工序中由于切断·端末加工机的倾斜台架不能顺利地运转，被钩挂並且从运送滚筒上掉下来。其结果是，使无人自动加工机停止，以致阻碍生产效率。
另一方面，所谓锻压特性，是指作为能对PC钢丝·钢筋给予预应力时的固定部分进行温热锻压(制头)部的机械特性，关于此特性，也存在以下问题。
以改善松弛特性为目的，往往要向原材料中增加作为合金元素的Si，因此，包括通电性的加工特性发生变化，锻压部分的机械特性不稳定。具体地说，在达到拉伸作业时的拉伸负载之前或之后锻压部分发生脆性破坏事故，不仅是PC柱·杆的质量不好，而且从事拉伸作业的从业者的安全性确保也有很大问题。
本发明的目的是为了解决上述问题，本发明的特征是，将钢丝或钢筋淬火后，在回火温度域或冷却中，同时赋予在该温度下的比例限度为6%以上至14%以下的拉伸应力和0.1%以上至0.5%以下的微小弯曲变形，并在进行回火处理后，骤冷而获得的PC钢丝或钢筋，该钢丝或钢筋的化学成分(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，其余由铁和不可避免的杂质构成。
在本发明中，关于松弛作用的改善，应用了本申请人在特开昭64-65232号公报中记载的技术。该公报记载技术的特征是，如果在回火温度域或冷却中连续添加小的拉伸应力和微小的弯曲变形，则由于拉伸应力和弯曲变形的相乘效果，可使松弛特性大大改善。而且，由于弯曲加工度小，同样可防止拉伸性能降低及平直度劣化，从而能实现延伸率为3.5%以上，平直度为2.5mm以内的高品质。总之，关于平直度，是在温热加工方面采取一些措施。
本发明是以这种技术为基础对原材料的组成加以改良，试图改善平直度及锻压特性。
首先，平直度的改善是基于下述的认识，也就是着眼于淬火时形成的平直度，通过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匀的淬火性和优良的平直度。
由于添加了上述元素，很小地抑制高温域，即回火域中的加工即将实施之前的平直度，从而能改善卷绕前的平直度关于卷绕后的卷取缺陷引起的平直度恶化，其原因被认为是在制品中产生金环状的完全脱碳层，因此特别是通过降低Si的含量来抑制完全脱碳层的发生，从而抑制平直度的恶化。
另一方面，关于锻压特性的改善，详细地调查了由于低负荷造成脆性破坏的锻压部位，结果是发现在锻压部位的负荷-延伸率曲线中，破裂负荷和破裂延伸率两者都很小。因此，如果添加对提高锻压部位的高温强度和破坏韧性有效的元素，就可改善其机械特性。
以下说明组成限定的理由。
C0.20～0.40%如果不足0.20%，淬火时得不到必要的强度，如果超过0.40%，焊接性及韧性降低。
Si1.00～1.40%增加Si量可在热力学上提高C的活性，因而容易产生脱碳，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%，则超过用现代的蒸压法生产的PC钢筋的高温松弛设计值(8%);如果超过1.40%，则形成金环状的完全脱碳层，导致卷绕后的平直度恶化。
Mn0.60～0.90%Mn是作为脱碳剂的必要元素，而且在淬火时能提高强度。
Cr0.10～0.30%它能提高淬火时的淬硬性，而且能使淬火后的平直度小而且均匀。而且，它是为提高温热锻压时的高温强度而添加的元素。如果超过0.3%则焊接性降低。但也应控制在会导致原料成本费增加的必要最低限。
Mo0.04～0.06%它是为大大改善锻压部位的破坏韧性而添加的元素，不足0.04%时其改善效果小;多于0.06%时其改善效果也不太明显。
以下说明本发明的实施例。
下述的各实施例中都采用了
图1所示装置，制作含下述添加元素的原材料钢，並制成相当于JIS G 3109中规定的异形PC钢筋为9.2mmφ的试样。在图中钢材W通过作为运送手段同时也是作为提供拉伸应力装置的三套夹送轮1，4，9连续地送往各工序。各套夹送轮由一对以上的滚轮组构成，各夹送轮间设其直径不同，圆周速度不同，而且适宜选择在各夹送轮上的滚轮施加压力，在每二个夹送轮之间调整成所规定的拉伸应力。
在夹送轮上通过1送出的钢材，首先在淬火用加热装置2中加热至淬火温度后，用冷喷嘴3进行淬火。淬过火的钢材，在夹送轮4，9之间一边施加所规定的拉伸应力一边送入以下的工序。在此状态下，钢材W在回火用加热装置5中加热，然后通过上下方向矫正轮5以及与它垂直的左右方向矫正轮6附加微小的弯曲变形，其后用水冷喷嘴8骤冷后在出料侧的夹送轮9上离去。
实施例1通过上述装置，使用下述成分(单位为重量%)的钢材，在相同的热处理条件下首先制作仅进行淬火的试样。进而制作连续进行淬火、回火並温热加工、骤冷各工序的试样。其中，淬火温度为950℃，在以抗拉强度为1470N/mm2为目标的最适宜温度下进行回火。而且，在回火中实施拉伸应力为76N/mm2、弯曲变形量为0.4%的温热加工。上述拉伸应力是该回火温度中的比例限度(686～785N/mm2)的10～11%(以下各实施例中也相同)。
C Si Mn Mo Cr试验材料a 0.30 1.12 0.80 小于0.01 0.02试验材料b 0.31 1.06 0.79 0.04 0.25而且，调查这试样的平直度。其结果示于表1。
从该表中可清楚地看出，不仅淬火，而且其后还进行加工热处理的试样，其平直度优良。而且，Mo、Cr添加量多的试验材料b其平直度优良。
实施例2已知以前的低松弛品在卷绕成盘状后，卷取缺陷引起平直度恶化。为了调查其原因，使用下述化学成分(单位为重量%)的钢材制作试样。而且，试验材料C是以前的低松弛品，试验材料d是以前普通的松弛品。
C Si Mn Mo Cr试验材料c 0.31 1.66 0.79 小于0.01 0.03试验材料d 0.31 0.25 0.80 小于0.01 0.02试样是将10mmφ的钢材异形加工成9.15mmφ，並对其进行热处理而制得。其中，淬火温度为900～1000℃，在以抗拉强度1470N/mm2为目标的最适宜温度下进行回火。而且，试验材料c在回火中实施与实施例1相同条件的温热加工。而且，将这些试验材料卷绕成盘状，调查平直度(n＝10的平均值)随时间变化的情况，结果如下卷绕前的平直度(mm) 卷绕7日后的平直度(mm)试验材料c 0.6 2.0试验材料d 0.5 0.6如上述结果所示，确认低松弛品的试验材料c在卷绕后的平直度随时间变化大，为了对其原因进行详细研究，对各试验材料的横断面金属组织进行观察。观察结果，在作为普通松弛品的试验材料d中见不到完全脱碳层，与此相反，低松弛品的试验材料c产生厚度为20～40μm的完全脱碳层。
一般说来，使用图1记载的装置，对制品进行称之为急速加热、骤冷的热处理时不会生成完全脱碳层。这次的试验材料c在热处理前的线材阶段已产生同样的完全脱碳层。
因此，这次对与试验材料c相同成分的线材进行剥皮，完全除去完全脱碳层后，在同一条件下进行热处理，卷绕成盘状后，调查其平直度随时间的变化。
其结果是，卷绕前的平直度为0.6mm，卷绕后7日后的平直度为0.7mm，因而确认几乎没有变化。
根据以上叙述，可推测因卷取缺陷引起的平直度恶化，由于完全脱碳层的产生而使表面层的强度显著降低，因而产生塑性变形。
实施例3由于判明了完全脱碳层对卷绕后的平直度有很大影响，因此对防止脱碳层产生的各种手段进行了研究。首先，在PC钢丝、钢筋的制造过程中，防止在制钢到锻压工序中产生完全脱碳层所需的设备投资庞大，因而作为工业生产是不适宜的。而且，通过剥皮除去完全脱碳层使生产率降低，並使制造成本大大地增加，因而是不利的。因此，本发明者考虑通过调整原材料的化学成分来抑制金环状的完全脱碳层。
一般说来，产生完全脱碳层与C的活性有关，如果增加C，Si的含量，可在热力学上提高C的活性，容易发生脱碳。c是热处理的基本元素，它的变化对淬火强度等有很大的影响，Si是改善松弛特性的极有效元素。因此，着眼于Si含量和脱碳层的产生以及松弛特性之间的关系，进行以下试验。
将具有以下化学成分(单位为重量%)的10mmφ钢材异形加工成9.2mmφ，使用图1记载的装置进行热处理。淬火温度规定为930～1000℃，回火温度根据钢材的化学成分而进行调整，使抗拉强度全部达到大致相同水准。此外，温热加工条件完全相同，按拉伸力为76N/mm2、弯曲变形量为0.4%进行。而且，试验材料a和实施例1的试验材料相同。
C Si Mn Mo Cr试验材料e 0.30 0.95 0.80 小于0.01 0.03试验材料a 0.30 1.12 0.80 小于0.01 0.02试验材料f 0.31 1.38 0.77 小于0.01 0.02试验材料g 0.31 1.58 0.75 小于0.01 0.06而且，对所得之试样测定其机械特性，有无脱碳层产生及它所具有的松弛值。各试验条件如下。
① 机械特性对各试验材料进行JIS G 3109中规定的拉伸试验，並测定其抗拉强度，屈服点及延伸率。
② 有无完全脱碳层从各试验材料的任意位置取样，用光学显微镜观察横断面。
③ 松弛值初期负载荷重39.8kN载荷方法用1分钟载荷至初期负载荷重，马上开始升温並同时开始测定。
温度履历4小时内升温至180℃，保持3小时后将炉冷却。
松弛值保持从升温开始23小时后的值，並定为高温松弛值。
将各试验结果示于表2。
如表2所示，随着Si含量的减少，呈金环状生成的完全脱碳层稀疏，其厚度变小。另一方面，高温松弛值慢慢变大，Si含量为0.95，超过作为现在蒸压法制得的PC钢筋中高温松弛的设计值8%。
其次，将上述试验材料热处理后，卷绕成盘状(内径2000mm)后，调查平直度随时间的变化。其结果示于图2曲线中。如该曲线所示，随着完全脱碳层减少，平直度的恶化程度减轻;试验材料f(含Si量1.38%)中满足通常使用的推定平直度界限2.0mm。
在以前的低松弛品的锻压部位，在拉紧作业中很少发生低负荷下的脆性破坏，因此详细研究锻压部位的负荷-延伸率曲线。其结果看出，可分为图3所示出的三个类型(A-C)。类型A中破裂负荷及延伸率都非常小，与此相反，类型B，进而类型C中破裂负荷及延伸率都很大，因而机械特性优良。
因此，按下述化学成分(单位为重量%)，使用图1的装置将10mmφ的钢材异形加工成9.2mmφ，制成试样，並进行锻压部位的拉伸试验。试样的热处理条件是淬火温度为930～1000℃，回火温度是在以1470N/mm2为目标时的最适宜温度下实施。而且，在回火中按与实施例1相同条件进行温热加工。
C Si Mn Mo Cr试验材料a 0.30 1.12 0.80 小于0.01 0.02试验材料b 0.31 1.06 0.79 0.04 0.25试验材料h 0.30 1.33 0.80 0.06 0.17试验材料i 0.29 1.10 0.77 0.06 0.03试验方法是，以PC柱中使用的端板形状为基础，作成马蹄形的试样，采用与它相同的锻压条件锻压加工而成的各试验材料进行试验。而且，试验机上安装自己记录的图表並记录负荷-延伸率曲线，相应于图3中的任何一种类型进行分类。其结果示于表3中。
如该表所示，由于添加了微量的Mo，其锻压部位的破坏韧性得到改善。另外，如果除添加微量Mo外，还添加Cr，则不仅能改善锻造部位的韧性，还可提高抗拉强度。认为这是因为添加Cr而使高温强度增大所致。
如上所述，按照本发明的PC钢丝或钢筋，可以将平直度，特别是卷绕成盘状后的平直度恶化程度抑制在最低限度，可以防止在自动加工机中制品被钩挂。而且，在现代PC柱、PC球的制造业者多半采用的锻压加工中，大大地改善了被加工的锻压部位的品质特性，特别是强度和韧性，因此可以防止拉紧作业时锻压部位发生脆性破坏，可以提高作业的可靠性。
因此，将本发明制品用于近年急增的采用高温松弛设计值8%的高强度PC桩柱的制造，就可提高切断，自动加工机的生产效率。
以下简单说明附图。
图1是本发明制品制造装置的概略图。
图2所示曲线表示卷绕成盘状后其平直度随时间变化的情况。
图3所示曲线表示锻压部位破坏时的负荷-延伸率曲线的类型。
图中符号说明1 夹送轮2 淬火用加热装置3 水冷喷嘴4 夹送轮5 回火用加热装置6 上下方向矫正轮7 左右方向矫正轮
8 水冷喷嘴9 夹送轮W 钢材
权利要求
1.平直度及锻压特性优良的PC钢丝或钢筋，其特征在于，所述钢丝或钢棒是其化学组成为(重量%)含C0.20～0.40%，Si1.00～1.40%，Mn0.60～0.90%，Mo0.04～0.06%，Cr0.10～0.30%，其余为铁和不可避免的杂质；且将所述钢丝或钢筋淬火后，在回火温度域或冷却中，进行回火处理并同时施加在该温度下的比例限度为6%以上14%以下和拉伸应力为0.1%以上0.5%以下的微小弯曲变形，然后骤冷制得的PC钢丝或钢筋。
全文摘要
一种低松驰的PC钢丝或钢筋，其平直度和韧性方面都有改进。将所述钢材淬火后，于回火温度域或冷却中进行回火处理以同时施加在该温度下的比例限度为6％以上14％以下和拉伸应力为0.1％以上0.5％以下的微小弯曲变形，然后骤冷，从而制得所述PC钢材。其化学成分为(重量％)C0.20—0.40，Si1.00—1.40，Mn0.60—0.90，Mo0.04—0.06，Cr0.10—0.30，其余为铁和不可避免的杂质。
文档编号C21D8/08GK1105070SQ94106208
公开日1995年7月12日 申请日期1994年6月2日 优先权日1993年8月10日
发明者安藤启二, 山本琢也, 吉田慎一, 山本进 申请人:住友电气工业株式会社