JPH0543985A

JPH0543985A - コンクリート補強用ステンレス鋼繊維

Info

Publication number: JPH0543985A
Application number: JP19794191A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tada; 昌弘多田
Original assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority date: 1991-08-07
Filing date: 1991-08-07
Publication date: 1993-02-23
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JP2506517B2

Abstract

(57)【要約】【目的】メルトエクスラクション（ＭＥ）法で製造可能
な低価格で、コンクリートと混練し易く、且つ十分なコ
ンクリート補強効果が得られるコンクリート補強用ステ
ンレス鋼繊維を提供する。【構成】Ｃが0.03〜0.2 wt％、Ｓｉが1.5 wt％以下、Ｍ
ｎが1.0 wt％以下、Ｎｉが1.3 〜5.0 wt％、Ｃｒが17.0
〜20.0wt％、Ｎが0.01〜0.30wt％、その他不可避的不純
物を含み残部がＦｅからなる組成とした。スラグの発生
が少なくてＭＥ法で製造し易く安価であり、高強度で且
つ高延性，高靱性のため折れにくくてコンクリートとの
混練が容易で、且つコンクリートの引張強度を十分高め
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コンクリート補強に
用いる高強度のステンレス鋼繊維に関し、特にメルトエ
クスラクション法（以下、ＭＥ法という）での製造に好
適な低コストで強度，延性，靱性が高いステンレス鋼繊
維に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンクリートは、周知のように優れた耐
久性と圧縮強度，剛性等を有しているが、反面で引張強
度や衝撃強度が低く、エネルギー吸収能も小さいため物
性的に“もろい”という欠点を持っている。この欠点を
補うものとして、コンクリートに繊維を混合して補強し
た繊維補強コンクリート（以下、ＦＲＣという）が知ら
れている。

【０００３】このＦＲＣ用繊維としては、鋼繊維，ガラ
ス繊維の他、最近では炭素繊維や高分子系繊維が利用さ
れている。なかでも鋼繊維は比較的低価格で且つ優れた
コンクリート補強性能を持ち、最も古くから使用されて
いる。しかして、従来、コンクリート補強用の鋼繊維の
製造方法としては、薄板せん断法，鋼線切断法，鋼材切
断法，鋼材切削法等が公知であり、これらの方法を用い
て普通鋼繊維やステンレス鋼繊維が製造されてきた。し
かし、普通鋼繊維は錆が出やすく、発錆によるコンクリ
ートの変色をきたし美観を損なうという難点と、繊維の
腐食で耐久性が劣化するという難点があった。そこでこ
のような難点がないステンレス鋼繊維が注目され、その
鋼種としては例えばＡＩＳＩ４３０，４３１，ＣＢ３０
等が利用されてきた。

【０００４】しかし、このような鋼種からなるステンレ
ス鋼の板材や線材等を切断したり切削したりして製造す
るステンレス鋼繊維は高価になることは避けられず、安
価なコンクリートの補強用としては使いにくい。そこ
で、安価な金属繊維製造法であるＭＥ法が採用されてい
る。これは、外周面に多数の突起を設けた円柱状ドラム
を回転させつつ、突起端を溶融金属に接触させて掬いあ
げ、突起端縁上に繊維状に凝固させると共に遠心力によ
りドラムから分離放出せしめることにより金属繊維を製
造する方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のステンレス鋼種を用いてＭＥ法で製造された従来の
ステンレス鋼繊維にあっては、それぞれに次の如き問題
点があり、コンクリート補強用金属繊維として十分では
なかった。すなわち、ＡＩＳＩ４３０からなるステンレ
ス鋼繊維の場合は、引張強さσ_Bが５０〜６０kgf/mm²
であって、補強性能が不足している。また、軟質のため
曲がり易く、コンクリート中での均一な分散が難しい。

【０００６】ＡＩＳＩ４３１からなるステンレス鋼繊維
の場合は、引張強さは十分であるが、熱処理を施さない
ものは脆くて、コンクリートとの混練時に破断してしま
い使用できない。一方、熱処理したものはその分工程が
増えてコスト高になってしまう。また、Ｎｉ含有量が1.
25〜2.5 wt％の範囲であるが、そのうち1.5 〜2.5 wt％
のものは酸化が激しくてＭＥ法による製造が困難であ
る。

【０００７】ＣＢ３０からなるステンレス鋼繊維の場合
は、引張強さσ_Bが６０〜８０kgf/mm²で、コンクリー
トの補強性能が不十分である。また、その炭素含有量は
0.3wt％以下であるが、上限の0.3 wt％を含む高炭素品
では酸化が激しくてＭＥ法による製造が困難である。そ
こでこの発明は、上記従来の問題点を解決するためにな
されたものであり、製造コストの低いＭＥ法で製造可能
な低価格のステンレス繊維で、コンクリートと混練し易
く、且つ十分なコンクリート補強効果が得られるコンク
リート補強用ステンレス鋼繊維を提供することを目的と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、メルトエク
スラクション法で製造するステンレス鋼繊維であって、
Ｃが0.03〜0.2 wt％、Ｓｉが1.5 wt％以下、Ｍｎが1.0
wt％以下、Ｎｉが1.3〜5.0 wt％、Ｃｒが17.0〜20.0wt
％、Ｎが0.01〜0.30wt％、その他不可避的不純物を含み
残部がＦｅからなることを特徴としている。

【０００９】

【作用】この発明は、製造コストの低いＭＥ法を採用し
たことにより、コンクリート補強用ステンレス鋼繊維を
安価に製造する。また、この発明のステンレス合金の組
成は、シェフラー状態図の組織とほぼ一致し、マルテン
サイトを含むフェライト組織、あるいはオーステナイト
組織またはフェライト＋オーステナイト組織である。こ
れにより、溶融状態から急冷すると共に空気中で冷却す
るＭＥ法の適用に必要な耐酸化性を確保するともに、高
強度で（コンクリート混練時に折れ曲がりや変形がなく
て均一に分散することができ、コンクリートに十分な大
きさの引張強さを与えることができる）、高延性，高靱
性を有する（コンクリート混練時に破断せず、且つＦＲ
Ｃに衝撃力が加わった時にもこれを十分吸収できる）コ
ンクリート補強用として好適なステンレス鋼繊維を得
る。

【００１０】以下、この発明に係るステンレス鋼繊維に
つき、その特性値の臨界的意義を含めて詳細に説明す
る。非常に安価な材料であるコンクリートの価格とバラ
ンスのとれた低価格のコンクリート補強用ステンレス鋼
繊維を得るためには、ステンレス鋼の材質そのものが安
価で且つ製造工程が簡単なことが必要である。そのた
め、この発明のステンレス鋼の材質としては、クロム系
ステンレス鋼または低ニッケル含有ステンレス鋼である
ことが好ましい。また製造に際しては、ＭＥ法のみで生
産可能で、熱処理などの他の工程を要しないことが望ま
れる。ところで、ＭＥ法でステンレス繊維を良好に製造
する条件としては、次のようなものが要求される。

【００１１】溶鋼の表面に多量のスラグが発生しな
いこと。溶鋼表面のスラグによって回転ドラム面の突起
と溶融金属との接触が妨げられて、繊維の生産性が低下
するためである。溶鋼の流動性が適度であること。回転ドラムの突起
によって適量を掬いあげ、寸法精度，形状等が良好な繊
維を形成するためである。

【００１２】大気中で生産可能な耐酸化性に優れた
組成であること。製造時に、高温の繊維表面が酸化をう
け易いためである。また、製造されたステンレス繊維を
コンクリート補強に用いるには、高強度であると共に高
延性，高靱性を有することが要求される。本願発明者ら
は、このような要求に全て応え得る優れた性状を有する
安価なコンクリート補強用ステンレス鋼繊維を提供すべ
く研究を重ねた結果、Ｃ；0.03〜0.2 wt％、Ｓｉ；1.5
wt％以下、Ｍｎ；1.0 wt％以下、Ｎｉ；1.3〜5.0 wt
％、Ｃｒ；17.0〜20.0wt％、Ｎ；0.01〜0.30wt％とする
ことが最も好適であることを見出した。

【００１３】各成分の臨界的意義は次の通りである。Ｃ量：0.03〜0.2 wt％炭素は、安価で高強度な材質を得るのに有効な元素であ
り0.03wt％以上含有することが必要であるが、炭素量の
増加とともに繊維表面の酸化が激しくなり、多量に添加
するとステンレス繊維の製造が不能となることが判明し
た。そこで含有量の上限を0.2 wt％とした。

【００１４】Ｓｉ量：1.5 wt％以下ケイ素は、溶鋼の流動性を調整する元素として、また脱
酸剤として必要であるが、フェライト生成元素であり、
これを多量に添加するとバランスの上からＮｉ，Ｃ，Ｎ
等のオーステナイト安定化元素を増加させることが必要
となるため、含有量の上限を1.5 wt％とした。

【００１５】Ｍｎ量：1.0 wt％以下マンガンは、脱酸剤として必要であるが、多量に添加す
ると耐酸化性が劣化する。そこで含有量の上限を1.0 wt
％とした。Ｎｉ量：1.3 〜5.0 wt％ニッケルは、オーステナイト安定化元素であり、1.3 wt
％以上で多量のマルテンサイトが得られた。Ｎｉの増加
とともに強度，延性，靱性が向上する。しかし同時に、
耐酸化性が劣化し、繊維表面のスケールが増大するため
含有量の上限を5.0 wt％とした。

【００１６】Ｃｒ量：17.0〜20.0wt％クロムは、ステンレス鋼としての耐食性，耐酸化性を確
保するために重要な元素である。Ｎｉを1.3 〜5.0 wt％
含有する場合、ＭＥ法で繊維を製造できる耐酸化性を確
保するのに最低17.0 wt ％のＣｒが必要である。一方、
Ｃｒ含有量が20.0wt％を超えると、オーステナイト安定
化元素とのかねあいから金属組織上高強度化が困難とな
る。

【００１７】Ｎ量：0.01〜0.30wt％窒素は、炭素と同様に強力なオーステナイト安定化元素
であり、高強度繊維を得るために添加量を多くすること
が有効である。しかして、高Ｃｒ，低Ｃ，低Ｎｉの場
合、高強度繊維を得るために最低0.01wt％のＮを添加す
る必要がある。一方、0.30wt％を超えて添加すると繊維
中にブローホール状の欠陥が生じるため、含有量の上限
を0.30wt％とした。

【００１８】この発明の成分量の限定は、高強度，高延
性，高靱性のステンレス鋼繊維を得るために、オーステ
ナイト生成元素とフェライト生成元素とのバランス、及
びマルテンサイトを繊維製造中に生成させるための各成
分に左右されるオーステナイト安定度を考慮して上述の
ように決定したものである。さらに、溶鋼を大気中で急
冷し凝固させて金属繊維を製造するＭＥ法を利用するべ
く、繊維表面のスケール発生量を制限する必要から、
Ｃ，Ｍｎ，Ｎｉなどの酸化を促進させる元素とＣｒ，Ｓ
ｉなど酸化を防止する元素との添加量のバランスをも考
慮して決定されたものである。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の実施例とその比較例につい
て説明する。この発明によるステンレス繊維の実施例１
〜１３と、比較例１５〜１８との化学成分を表１に示
す。

【００２０】

【表１】

【００２１】各ステンレス繊維は、径0.4 mm, 長さ30mm
のものをＭＥ法により製造した。すなわち、各実施例お
よび比較例毎に、プロパンガスでシールした溶鋼の表面
から水冷ドラムを用いてＭＥ法によりステンレス繊維を
抽出した。凝固してドラムから分離した後の繊維は大気
中で冷却されて鉄板上に落下し、さらに冷却される。こ
の間、繊維表面は酸化をうけ、同時に金属組織的な変化
が起こる。

【００２２】得られたステンレス繊維表面の酸化状況の
評価を目視検査で行い、酸化が少なくコンクリート補強
用として使用可能なものを○、酸化スケールが多くて使
用不可のものを×で表した。ステンレス繊維の引張強さ
は、繊維引張試験装置を用いて求めた。試験条件は、チ
ャック間１０mmでクロスヘッド速度 0.3 mm/min とし
た。試験片の長さを３０mmとし、その重量を測定すると
ともに比重を7.8 一定として、断面積を計算で求めて、
測定値から引張強さ（Kgf/mm²)を算出した。

【００２３】ステンレス繊維の曲げ試験は、先端Ｒ0.5
，刃先角度60°の２個のバイトで挟んで真っ直ぐに保
持した試験片繊維を、１回目は左に、２回目は右に，３
回目は再び左にと、一杯に左右交互に折曲して破断に到
った曲げ回数を求めて、１０本の試験片の平均値で評価
した。ＦＲＣ製造時のファイバー破断，折曲がりは、Ｆ
ＲＣを製造した後、未硬化状態でそのコンクリートを水
洗してステンレス繊維を回収し、各繊維の破断，折曲が
り状態を観察して、 ○：破断なし、折れ曲がり１０％以下 ×：不良（破断） ●：不良（折れ曲がり）で表し評価した。

【００２４】ステンレス繊維曲げ強度は、ステンレス繊
維を混入しないプレーンコンクリートと、ステンレス繊
維を１ｖｏｌ％混入したＦＲＣとの曲げ強度をそれぞれ
に測定し、プレーンコンクリートに対する当該ＦＲＣの
強度比を求めて評価した。各項目毎の評価結果を表１に
示す。ステンレス繊維表面の酸化状況の評価結果によれ
ば、Ｃｒの含有量を１７wt％以上としたこの発明のステ
ンレス繊維では酸化スケールは少なく、繊維形状も正常
であったが、Ｃｒ含有量が１７wt％以下で高炭素，高ニ
ッケルとした比較例のものは酸化が激しく、一部の繊維
はカールした形状であった。

【００２５】繊維単体の引張強さについては、比較例１
５を除いて比較例の方がこの発明のものより全般に大き
な値を示したが、本発明の繊維も最低で９８Kgf/mm²と
ほば１００Kgf/mm²あり問題ない。これに対して、曲げ
試験結果は比較例１５を除く他の比較例は全て０または
１回で破断している。ステンレス繊維単体の強度，延性
はＦＲＣ用繊維性能と密接に関係しており、高強度繊維
ほど補強性能が大きい。しかしながら、曲げ試験で１回
程度の曲げで破断する繊維はＦＲＣ製造中のコンクリー
トとの混練で破断してしまい実用上のコンクリート補強
性能が小さいことが、表１に示された結果から明らかで
ある。すなわち、コンクリート補強用ステンレス鋼繊維
としては、ＦＲＣ製造中に破断しない程度の延性が必要
なことがわかる。

【００２６】しかして、比較例１５が示すように、延性
が充分あっても（曲げ試験回数が多い）、引張り強度が
低いとＦＲＣ製造中に繊維が折れ曲がり、均一にコンク
リート内に分散しにくくなって、やはり実用上の補強効
果が少なくなる。なお、酸化スケールが多い繊維のうち
比較例１８は、コンクリートとの付着が不十分で補強効
果が少なくなっていることが認められた。

【００２７】以上、表１に示した結果から、この実施例
のコンクリート補強用ステンレス鋼繊維は、繊維製造時
の耐酸化性が十分にあり、またコンクリートとの混練時
に破断，変形することなく均一に分散し、且つコンクリ
ートの曲げ強度を７５〜１２５％も向上させることがで
き、さらには錆びてコンクリートの美観を損なったり耐
久性を劣化させるおそれが全くない優れたコンクリート
補強用繊維としての特性を有していることが明白であ
る。

【００２８】なお、この発明のステンレス鋼繊維は、コ
ンクリート以外にセメントを使用したモルタルやポリマ
ーを使用したポリマーコンクリートなどの補強用として
も、全く同様に適用することが可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のコンク
リート補強用ステンレス鋼繊維は、Ｃが0.03〜0.2 wt
％、Ｓｉが1.5 wt％以下、Ｍｎが1.0 wt％以下、Ｎｉが
1.3 〜5.0 wt％、Ｃｒが17.0〜20.0wt％、Ｎが0.01〜0.
30wt％、その他不可避的不純物を含み残部がＦｅからな
る組成の鋼材料からＭＥ法で製造するものとした。これ
により、高強度で高延性，高靱性を有してコンクリート
と混練し易く、且つ十分なコンクリート補強作用を示す
コンクリート補強用ステンレス鋼繊維を安価に提供する
ことができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】メルトエクスラクション法で製造するス
テンレス鋼繊維であって、Ｃが0.03〜0.2 wt％、Ｓｉが1.5 wt％以下、Ｍｎが1.0
wt％以下、Ｎｉが1.3〜5.0 wt％、Ｃｒが17.0〜20.0wt
％、Ｎが0.01〜0.30wt％、その他不可避的不純物を含み
残部がＦｅからなることを特徴とするコンクリート補強
用ステンレス鋼繊維。