JPH0593250A - 表層Ａｌ合金被覆による高耐塩性コンクリート補強用鋼材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表層にＡｌ合金層を被覆した高耐塩性コンク
リート補強用鋼材の製造方法を提供する。 【構成】 鋼材を、Ａｌを０．５重量％以上３．０重量
％以下および不可避不純物およびＭｇからなる７００℃
以上１１００℃以下の合金融液中に０．５ｍｉｎ以上２
ｈ以下浸漬する。 【効果】 表層にＡｌ固溶層を被覆して耐塩性と常温加
工性に優れたコンクリート補強用鋼材の工業的な製造が
可能になった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンクリート補強材で
ある鉄筋ないしＰＣ鋼材の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】コンクリート中は通常ｐＨが１０を超える
強アルカリ環境であるために、大気中では腐食する炭素
鋼も腐食しない。しかし、海浜地区に建造されるコンク
リート構造物や、混練する砂に未洗浄の海砂を使用した
り混練用の水に海水を使用したコンクリート構造物で
は、ｐＨが１０を超える強アルカリであってもＣｌ^- イ
オンが存在するために、鋼材は腐食する。その結果、鋼
材は断面積が減少して強度が低下したり、腐食で発生し
た水素が鋼中に侵入して脆化する危険が生ずる。また、
腐食生成物の体積は鋼よりも大きいためコンクリートに
ひび割れが発生し、腐食がますます促進されてコンクリ
ート構造物の寿命が著しく低下する。

【０００３】本発明は、このようなＣｌ^- イオンを含有
するコンクリート構造物の補強材として用いられるいわ
ゆる耐塩性の優れた鋼材の製造方法を提供するものであ
る。

【０００４】

【従来の技術】従来、コンクリートには容易に採取可能
な川砂を使用し、河川水、工業用水あるいは上水を使用
して混練するのが通常であった。しかるに、コンクリー
ト構造物の飛躍的な増加の結果、川砂の採取も容易でな
くなり、海砂の使用が余儀なくされてきた。海砂を使用
する場合、十分な水洗を行なって塩分を除去する必要が
あるため、作業工程が煩雑になり工期が長くなる欠点が
生ずる。また、海洋構造物の場合、コンクリート中への
Ｃｌ^- イオンの侵入が防止できないため、補強用の鋼材
の腐食とその結果のコンクリートの寿命低下も避けられ
なかった。

【０００５】これらの欠点は、いずれも補強用の鋼材の
腐食が原因である。従って、Ｃｌ^-イオンを含む強アル
カリ環境での耐食性すなわち耐塩性に優れた補強用鋼材
があれば解決するのである。

【０００６】従来、耐塩性が必要なコンクリート構造物
用補強材には、エポキシ塗装を施した塗装鉄筋や、Ｚｎ
めっき鉄筋、ステンレス鉄筋が使用されてきた。しか
し、塗装鉄筋は溶接がそのままではできないだけではな
く、曲げ加工部の塗膜が簡単に剥離してそこから腐食が
発生するために、必ずしも期待した効果が得られなかっ
た。Ｚｎめっき鉄筋、ステンレス鉄筋は、相応に耐塩性
があり効果も期待できるが、溶接が困難でかつ高価格で
あるという欠点があった。

【０００７】これに対して、本出願人はＡｌを多量添加
した鋼の耐塩性が非常に優れていることを見出し、Ａｌ
を７〜２０重量％含む鋼材を発明した（特開昭６４−７
９３４６号）。この発明鋼は、２％程度のＣｌ ^-イオン
を含むｐＨ＝１２のＣａ（ＯＨ）₂ 懸濁水溶液中でも腐
食しないため、海砂を使用したコンクリート構造物の製
造が可能となった。しかし、この鋼はＡｌの多量含有を
前提とした合金であるため、必然的な製造上の欠点が解
決できなかった。すなわち、酸素の吹込みによる脱炭が
不可欠な転炉での溶製は歩留りが非常に劣り、量産が困
難であった。また、熱間での延性が著しく劣るため、鋳
造時や圧延時に巨大な割れが多発し、鉄筋やＰＣ鋼材へ
の加工ができなかった。すなわち、通常の鋼の製造工程
（溶解精錬−鋳造−圧延）では製造できなかったのであ
る。

【０００８】これに対して、本発明者らは耐塩性を要求
されるのは表層部分のみであることに着目して、表層部
に５〜１５重量％のＡｌ固溶層を被覆した鋼材を発明し
た（特願平２−１３８４００号）。この鋼材は、延性お
よび靭性に優れ、もちろん強アルカリ環境での耐塩性に
優れていることが確認された。この鋼材の工業的な量産
は、めっき溶射等を組合わせた固相拡散法や鋳造段階で
の鋳込みクラッドなどが考えられ実施可能である。しか
し、これらの方法では安価な製造プロセスの構築の面か
らは、特殊な設備や従来の製造工程を大幅に変更する必
要のある工程が含まれる等必ずしも有利ではなかった。

【０００９】本発明者らは、Ｆｅ−Ａｌ合金を表層部に
形成する方法の効率を上げるために、化学反応を併用す
ることを考えた。

【００１０】鋼材の表面に化学反応を利用してＡｌ合金
層を被覆する方法には、いわゆるカロライジング法が知
られている。例えば、ｌ９７６年発行の金属表面技術便
覧（金属表面技術協会）のｌｌ６３〜１１６７頁には、
Ａｌ粉、緩衝材としてＡｌ₂Ｏ₃ 粉および活性剤として
ＮＨ₄ Ｃｌなどのハロゲン化物の混合粉中に鋼材を埋め
込み、鋼材表面に高いＡｌ濃度のＦｅ−Ａｌ金属間化合
物層を生成させる方法が示されている。しかしカロライ
ジング法は、耐高温酸化性の向上を目的としているため
に、被覆する合金層の粗濃度は通常６０％以上でないと
効果が得られない技術である。

【００１１】本発明者らは、カロライジング法の処理条
件をＡｌ生成や拡散が遅くなるよう変化させ、Ａｌ濃度
の低下すなわち耐塩性の点からは適正Ａｌ濃度レベルに
制御することを試みた。まず、処理を短時間で打ち切る
ことで低Ａｌ濃度化を図ったが、局所的には目標濃度部
分も認められたが、高濃度の部分と被覆されていない部
分が共存するなど平面方向のＡｌ濃度のむらが避けられ
なかった。次に、処理温度の低下を試みたが、必要な処
理時間が単に長くなるだけでなく、短時間の処理の場合
と同様のＡｌ濃度のむらが避けられなかった。すなわ
ち、耐塩性の点から適正なＡｌ濃度レベルすなわち５％
以上２０％以下のＡｌ濃度に制御することは、カロライ
ジング法では不可能であった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐塩性の点
から適正なＡｌ濃度の表面合金層を均一にかつ短時間で
生成させることを目的としたもので、従来のカロライジ
ング法とは異なるＡｌの生成方法を創出し、それを適切
に制御し得る工程および処理条件の明確化にして、表面
に５〜２０％のＡｌ合金相を有する耐塩性の優れたコン
クリート構造物の補強用鋼材の製造方法を開示するもの
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、表層にＡ
ｌを固溶させる手段である固相拡散の速度を上げるため
に処理温度を高めることを試みた。その結果、固相拡散
では速度的に限界があるだけでなく、高速になると面方
向の固溶Ａｌ濃度のばらつきが非常に大きくなることが
判明した。その理由を調査した結果、固相界面のわずか
な条件の違い（数１０Åの酸化皮膜の有無など）に基づ
くことが推定された。以上の知見から、固相拡散法を発
展させ、Ａｌ側を液相にすることを発想した。

【００１４】溶融Ａｌ中に鋼材を浸漬したところ、期待
どおり鋼材の表層部にＡｌ合金層を形成させることがで
きた。ところが、この方法では最表層には単なる固溶層
ではなく金属間化合物が生成することも明らかとなっ
た。最表層に金属間化合物が生成すると、常温での曲げ
加工部分に亀裂が生じその部分の耐塩性が劣る可能性が
あり、不適切である。

【００１５】本発明者らは、表層部のＡｌ濃度を低下す
べく処理時間や温度を検討したが、合金層の厚さの制御
は可能であったが、金属間化合物の生成を防止する条件
は見出せなかった。

【００１６】本発明は、処理の時間や温度を限定するの
ではなく、浸漬する合金融液側のＡｌの化学ポテンシャ
ルを低下させることで完成した。Ａｌ融液のＡｌの化学
ポテンシャルを低下させるために、鋼と反応したり鋼中
に拡散固溶することがなく、かつＡｌと金属間化合物を
作ることなく相互に固溶する物質でＡｌを希釈すること
を考え種々の材料を検討した。その結果、その希釈材料
としてＭｇを見出し、鋼材の表層に金属間化合物を作る
ことなく５〜２０重量％のＡｌを固溶させることに成功
した。

【００１７】すなわち、本発明は、鋼材を、Ａｌを０．
５重量％以上３．０重量％以下、残部不可避不純物およ
びＭｇからなる７００℃以上１１００℃以下の合金融液
中に０．５ｍｉｎ以上２ｈ以下浸漬することを特徴とす
るＡｌ−Ｍｇ合金融液中で表層にＡｌ合金層を被覆した
高耐塩性コンクリート補強用鋼材の製造方法、を開示す
るものである。

【００１８】次に、本発明の限定理由を説明する。ＪＩ
Ｓ Ｇ３１１２に規定された直径２５ｍｍの鉄筋コンク
リート用棒鋼ＳＤ３０Ｂ鋼熱延材を酸洗脱スケールして
Ａｌ−Ｍｇ合金融液中（８５０℃−０．５ｈ）に浸漬し
た。その後、表層部に生成したＡｌ合金層のＡｌ固溶度
とＡｌ−Ｍｇ合金融液中のＡｌ濃度との関係を図１に示
した。Ａｌ濃度が高いと、固溶層のＡｌ濃度も高く金属
間化合物の生成も認められた。図１に示したように、合
金融液中のＡｌ濃度を０．５重量％以上３．０％以下に
すると、表層のＡｌ固溶度は５〜１５重量％にすること
が可能である。さらに、合金融液中のＡｌ濃度を０．５
重量％未満にすると長時間浸漬処理を行なっても鋼材表
層のＡｌ固溶濃度が５重量％以上とならないため０．５
重量％を下限とした。また、３．０重量％を超えると短
時間処理でも表層の金属間化合物生成を防止することが
困難なため３．０重量％を上限とした。

【００１９】Ａｌ−Ｍｇ合金融液の温度は、７００℃未
満では拡散反応の速度が遅い上に、鋼材浸潰直後に表層
で合金融液が凝固したまま再融解しにくく比較的早期に
融解した部位としない部位で拡撒層のＡｌ濃度に大きな
差異が生ずることから、７００℃を下限とした。また、
１１００℃を超えるとＡｌの生成反応も高速化するがそ
れ以上に鋼中でのＡｌの拡散速度が高くなる。その結
果、Ａｌ−Ｍｇ合金浴のＡｌ濃度が低下して被覆合金中
の固溶Ａｌ濃度が５％に達しない場合が生じたり、例え
Ａｌ−Ｍｇ合金浴のＡｌ濃度を維持しても固溶Ａｌ濃度
５％以上の被覆合金層が急激に厚くなるため、１１００
℃を上限とした。

【００２０】

【作用】本発明では、Ａｌ−Ｍｇ合金融液中からＡｌが
鋼側に拡散することで、表層にＡｌの拡散被覆層を有す
る鋼材の製造が可能となる。Ａｌの拡散元が高温の合金
融液にすることで、拡散速度を大きくすることが可能と
なった。さらに、Ａｌの供給源としてＡｌ−Ｍｇ合金融
液を用いることで、被覆層中のＡｌ濃度を適切に制御可
能となり、かつ材質的に有害な金属間化合物の生成を抑
制することが可能となったのである。

【００２１】本発明は、この様にＡｌの拡散処理の速度
を高くすることと表面のＡｌ濃度を低目に抑え金属間化
合物の生成を抑制するという両立しがたい製造条件をと
もに満足する方法であり、もちろん本発明によって製造
されたＡｌ拡散被覆鉄筋は、コンクリート中などの強ア
ルカリ環境での耐塩性に優れるばかりでなく、鉄筋とし
ての強度、延性および靭性を有している。

【００２２】

【実施例】ＪＩＳ Ｇ３１１２に規定された直径２５ｍ
ｍの鉄筋コンクリート用棒鋼ＳＤ３０Ｂ鋼を、熱延後酸
洗してスケールを除去した後、種々の拡散処理剤中でＡ
ｌ拡散浸透処理を行なった。表１にＡｌ−Ｍｇ合金融液
中のＡｌ濃度、温度および浸漬時間等の実施条件を示し
た。

【００２３】表１にそれらの条件で形成されたＡｌ固溶
層の厚さ、Ａｌの固溶度、２Ｄｌ８０°曲げによるひび
割れ発生状況、および耐塩性試験の結果を示した。耐塩
性は、ＮａＣｌを０．８％含んだ塩水を用いて混練した
供試材使用の鉄筋コンクリートを作成し、ＪＩＳ Ａ６
２０５に規定されたオートクレーブ装置を用いたコンク
リート中の鉄筋腐食試験を実施し、その際の錆発生面積
率を測定して評価した。

【００２４】本発明１から７は、Ａｌ−Ｍｇ合金融液中
のＡｌ濃度を０．５重量％以上３．０重量％以下のもの
を用いてＡｌ固溶相のＡｌ濃度が５重量％以上１５重量
％以下としたため、アルカリ環境で優れた耐塩性を示し
かつ常温での曲げ加工性も良好であった。一方、比較例
８は、Ａｌ−Ｍｇ合金融液中のＡｌ濃度が小さいため、
Ａｌ固溶層のＡｌ濃度が低くアルカリ環境での耐塩腔が
劣っている。比較例９は、逆にＡｌ濃度が高いため被覆
層のＡｌ濃度が高くなり加工性の劣る金属間化合物が生
成して被覆層が剥離した。比較例１０は、処理温度が高
いため、局所的に低濃度部分ができ耐塩性が劣った。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】本発明によって、表層にＡｌ固溶層を被
覆した鋼材の工業的な製造が可能になった。この結果、
安価でかつ耐塩性の優れた鉄筋の使用が可能となり、海
浜地区の土木建造物への適用や安価な海砂の使用が可能
となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａｌ−Ｍｇ合金融液中のＡｌ濃度とＡｌ固溶層
のＡｌ濃度を示した図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼材を、Ａｌを０．５重量％以上３．０
   重量％以下、残部不可避不純物およびＭｇからなる７０
   ０℃以上１１００℃以下の合金融液中に０．５ｍｉｎ以
   上２ｈ以下浸漬することを特徴とするＡｌ−Ｍｇ合金融
   液を利用した表層Ａｌ合金被覆による高耐塩性コンクリ
   ート補強用鋼材の製造方法。