金属補強部材、金属補強部材の製造方法、及び金属の熱処理方法
【課題】溶接物と溶接対象物とを予熱を不要としながら、十分な強度を確保することができる頑丈な補強部材を提供する。
【解決手段】フェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に所定の熱処理を施して高熱状態としたオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料に焼入れ処理を実行し、これを焼戻して得られる焼戻マルテンサイト／初析フェライト系二相構造を有する金属補強部材。ここで、所定の熱処理は、金属材料を８６０〜９５０℃で加熱する加熱工程と、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで降温する降温工程と、降温した金属材料の温度を維持する維持工程とを包含する。
【解決手段】フェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に所定の熱処理を施して高熱状態としたオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料に焼入れ処理を実行し、これを焼戻して得られる焼戻マルテンサイト／初析フェライト系二相構造を有する金属補強部材。ここで、所定の熱処理は、金属材料を８６０〜９５０℃で加熱する加熱工程と、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで降温する降温工程と、降温した金属材料の温度を維持する維持工程とを包含する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、建築用資材、建造物、構造体等を補強するために使用される金属補強部材、及び当該金属補強部材の製造方法に関する。また、本発明は、金属の機械的特性を向上させるための熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築用資材、建造物、構造体等の分野において、物体の機械的特性を向上させるために、しばしば補強部材が設けられる。例えば、特許文献１に開示されている建設構造物を接続するための溶接継手も補強部材の一つである。特許文献１によれば、溶接継手を作製するに際し、所定の成分を有する溶接材料を使用し、所定の条件で被覆アーク溶接法を行うことにより、溶接継手の強度を確保できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２６３８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
補強部材には、取付対象物の強度向上という重要な機能が求められるため、補強部材自身もある程度頑丈に構成する必要がある。ところが、一般に、金属は強度が上がると溶接性が悪化することが知られている。このような溶接性の悪化を防止するためには、溶接前に溶接物と溶接対象物とを予熱しておく必要がある。特許文献１においても、溶接継手を作製するときの条件として、７５℃以上１２０℃未満の温度での予熱が必要なことが開示されている。
【０００５】
しかしながら、実際の作業現場において、その都度、溶接物と溶接対象物とを予熱することは困難な場合が多く、非常に手間が掛かり、作業の遅延にもつながる。
【０００６】
このように、現状においては、作業現場において、十分な強度を保ちつつ、簡単且つ確実に取付可能な補強部材は未だ開発されていない。そして、そのような補強部材を工業的に製造する技術もまだ十分に確立されていない。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、溶接物と溶接対象物とを予熱を不要としながら、十分な強度を確保することができる頑丈な補強部材を提供すること、ならびに当該補強部材の製造方法を確立することを目的とする。さらに、本発明は、上記補強部材に適用可能な金属の熱処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明に係る金属補強部材の特徴構成は、
フェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に所定の熱処理を施して高熱状態としたオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料に焼入れ処理を実行し、これを焼戻して得られる焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を有することにある。
【０００９】
本構成の金属補強部材は、フェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に所定の熱処理を施して高熱状態としたオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料に焼入れ処理を実行し、これを焼戻して得られる焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を有しているので、金属補強部材の微視的な組織構造が緻密化したものとなる。その結果、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性を飛躍的に向上させることができる。
なお、本構成の金属補強部材を溶接対象物に溶接する場合においては、従来必要であった予熱が不要となる。その結果、金属補強部材の使い勝手が良くなり、作業現場における溶接作業の効率を大幅に向上させることができる。
【００１０】
本発明に係る金属補強部材において、
前記所定の熱処理は、金属材料を８６０〜９５０℃で加熱する加熱工程と、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで降温する降温工程と、降温した金属材料の温度を維持する維持工程とを包含することが好ましい。
【００１１】
本構成の金属補強部材では、金属材料を８６０〜９５０℃で加熱する加熱工程と、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで降温する降温工程と、降温した金属材料の温度を維持する維持工程とを実行することにより、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させることができる。
【００１２】
本発明に係る金属補強部材において、
前記降温工程は、１〜５℃／分の平均降温速度で行われることが好ましい。
【００１３】
本構成の金属補強部材では、１〜５℃／分の平均降温速度で降温工程を行うことにより、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させることができる。
【００１４】
本発明に係る金属補強部材において、
前記焼入れ処理は、前記維持工程の後、２００〜２５０℃／分の平均冷却速度で冷却することにより行われることが好ましい。
【００１５】
本構成の金属補強部材では、２００〜２５０℃／分の平均冷却速度で焼入れ処理を行うことにより、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させることができる。
【００１６】
本発明に係る金属補強部材において、
前記焼戻しは、前記焼入れ処理をした金属材料を４５０〜５００℃で再加熱することにより行われることが好ましい。
【００１７】
本構成の金属補強部材では、焼入れ処理をした金属材料を４５０〜５００℃で再加熱することによって焼戻しを行うことで、金属材料中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造が確実に発現する。このため、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させることができる。
【００１８】
本発明に係る金属補強部材において、
溶接対象となる基体に溶接する溶接部材として使用されることが好ましい。
【００１９】
本構成の金属補強部材であれば、先に述べたように、従来必要であった予熱が不要となるため、溶接部材として好適に使用することができる。
【００２０】
また、上記課題を解決するための本発明に係る金属補強部材の特徴構成は、
焼戻マルテンサイト／初析フェライト＝８０／２０〜９０／１０の組成比を有する金属で構成されることにある。
【００２１】
本構成の金属補強部材は、焼戻マルテンサイト／初析フェライト＝８０／２０〜９０／１０の組成比を有する金属で構成されているので、金属補強部材の微視的な組織構造が緻密化したものとなる。その結果、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性を飛躍的に向上させることができる。
なお、本構成の金属補強部材を溶接対象物に溶接する場合においては、従来必要であった予熱が不要となる。その結果、金属補強部材の使い勝手が良くなり、作業現場における溶接作業の効率を大幅に向上させることができる。
【００２２】
また、上記課題を解決するための本発明に係る金属補強部材の製造方法の特徴構成は、
原料となるフェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に所定の熱処理を施してオーステナイト／初析フェライト二相構造を発現させる第一工程と、
前記第一工程で得られた高熱状態にあるオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料に焼入れ処理を行う第二工程と、
前記第二工程で得られた焼入れ処理後の金属材料を焼戻し、当該金属材料中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を形成させる第三工程と、
を包含することにある。
【００２３】
本構成の金属補強部材の製造方法を実行すれば、最終的に得られる金属補強部材中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を発現させることができるため、金属補強部材の微視的な組織構造が緻密化したものとなる。その結果、高強度を維持しつつ、耐衝撃性を飛躍的に向上させた金属補強部材を製造することができる。
なお、本構成の金属補強部材の製造方法により得られた金属補強部材を溶接対象物に溶接する場合においては、従来必要であった予熱が不要となる。その結果、金属補強部材の使い勝手が良くなり、作業現場における溶接作業の効率を大幅に向上させることができる。
【００２４】
本発明に係る金属補強部材の製造方法において、
前記所定の熱処理は、金属材料を８６０〜９５０℃で加熱する加熱工程と、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで降温する降温工程と、降温した金属材料の温度を維持する維持工程とを包含することが好ましい。
【００２５】
本構成の金属補強部材の製造方法では、金属材料を８６０〜９５０℃で加熱する加熱工程と、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで降温する降温工程と、降温した金属材料の温度を維持する維持工程とを実行することにより、高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させた金属補強部材を製造することができる。
【００２６】
本発明に係る金属補強部材の製造方法において、
前記降温工程は、１〜５℃／分の平均降温速度で行われることが好ましい。
【００２７】
本構成の金属補強部材の製造方法では、１〜５℃／分の平均降温速度で降温処理を行うことにより、高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させた金属補強部材を製造することができる。
【００２８】
本発明に係る金属補強部材の製造方法において、
前記焼入れ処理は、前記維持工程の後、２００〜２５０℃／分の平均冷却速度で冷却することにより行われることが好ましい。
【００２９】
本構成の金属補強部材の製造方法では、２００〜２５０℃／分の平均冷却速度で焼入れ処理を行うことにより、高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させた金属補強部材を製造することができる。
【００３０】
本発明に係る金属補強部材の製造方法において、
前記焼戻しは、前記焼入れ処理をした金属材料を４５０〜５００℃で再加熱することにより行われることが好ましい。
【００３１】
本構成の金属補強部材の製造方法では、焼入れ処理をした金属材料を４５０〜５００℃で再加熱することによって焼戻しを行うことで、金属材料中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造が確実に発現する。その結果、高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させた金属補強部材を製造することができる。
【００３２】
さらに、上記課題を解決するための本発明に係る金属の熱処理方法の特徴構成は、
フェライト／パーライト二相構造を有する金属に所定の熱処理を施してオーステナイト／初析フェライト二相構造を発現させる第一工程と、
前記第一工程で得られた高熱状態にあるオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属に焼入れ処理を行う第二工程と、
前記第二工程で得られた焼入れ処理後の金属を焼戻し、当該金属中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を形成させる第三工程と、
を包含することにある。
【００３３】
本構成の金属の熱処理方法を実行すれば、最終的に得られる金属中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を発現させることができるため、金属の微視的な組織構造が緻密化したものとなる。その結果、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性を飛躍的に向上させることができる。
なお、本構成の金属の熱処理方法により得られた金属を溶接対象物に溶接する場合においては、従来必要であった予熱が不要となる。その結果、金属の使い勝手が良くなり、作業現場における溶接作業の効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の金属補強部材の製造方法の手順を説明するフローチャートである。
【図２】本発明の金属補強部材の製造方法における温度パターンの例を示す図である。
【図３】本発明の金属補強部材の適用例である建築用資材の接続具の斜視図である。
【図４】本発明の実施例による金属補強部材の組織を撮影した光学顕微鏡写真である。
【図５】比較例による金属補強部材の組織を撮影した光学顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、便宜上、先ず、本発明の金属補強部材の製造方法について説明する。次いで、当該方法によって得られた本発明の金属補強部材を説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図せず、それらと均等な構成も含む。
【００３６】
〔金属補強部材の製造方法〕
本発明の金属補強部材は、本発明者らによる鋭意研究の結果、従来、熱処理を施すことなく使用されていた金属材料に対し、敢えて熱処理を施すことによって強度を大幅に向上させることに成功したものであり、その製造方法は本発明独特の特徴を有する。なお、本発明の金属補強部材は、炭素含有量が０．３％以下であるため、溶接時に予熱が不要である。図１は、本発明の金属補強部材の製造方法の手順を説明するフローチャートである。フローチャート中の記号「Ｓ」はステップを表している。本発明の金属補強部材は、大きく分けて、以下の「第一工程」、「第二工程」、及び「第三工程」を実行することにより製造される。
【００３７】
＜第一工程＞
第一工程は、原料となるフェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に所定の熱処理を施してオーステナイト／初析フェライト二相構造を発現させる工程である。金属材料は、例えば、鉄をベースとし、炭素０．１〜０．２ｗｔ％、マンガン１．６〜２．０ｗｔ％、ニッケル＜０．３ｗｔ％、クロム０．６〜０．９ｗｔ％、バナジウム０．０５〜０．１５ｗｔ％を含有する鍛造鋼を使用する。この金属材料に所定の熱処理を施す。図２に、製造時の温度パターンの例を示す。熱処理は、加熱炉に金属材料を投入し、第１温度での加熱（Ｓ１：加熱工程）、炉中での緩やかな冷却（Ｓ２：降温工程）、及び第１温度より低温である第２温度での保温維持（Ｓ３：維持工程）を行うことで達成される。出発材料であるフェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に対して加熱工程を行うと、金属材料中にオーステナイト相が発現する。次いで、降温工程に入ると、金属材料中のオーステナイト相の中に徐々に初析フェライト相が発生する。そして、維持工程に入ると、オーステナイト相と初析フェライト相との割合が固定され、組織は安定化する。
【００３８】
ここで、加熱工程における第１温度は、８６０〜９５０℃とすることが好ましく、より好ましくは９００℃である。第１温度が８６０℃より低い場合は金属材料の相構造がオーステナイト単相となり難くなるため好ましくなく、９５０℃より高くなると結晶粒が粗大化するため好ましくない。また、加熱工程の時間は、１〜３時間が好ましく、より好ましくは２時間である。加熱時間が１時間未満の場合は金属材料のオーステナイト化が不十分となるため好ましくない。
【００３９】
降温工程では、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで、より好ましくは８００℃まで緩やかに降温する。７８０℃より低い温度にまで降温すると初析フェライト率が過多となるため好ましくなく、また、８２０℃より高い場合は初析フェライト率が不足するため好ましくない。降温工程における平均降温速度は、１〜５℃／分とすることが好ましく、より好ましい平均降温速度は３℃／分である。平均降温速度が１℃／分より小さい場合はエネルギー効率が悪いため好ましくなく、５℃／分より大きくすると初析フェライト率が不足するため好ましくない。
【００４０】
維持工程における第２温度は、上記降温工程における降温後の温度、すなわち、７８０〜８２０℃とすることが好ましく、より好ましくは８００℃である。第２温度が７８０℃より低い場合は初析フェライト率が過多となるため好ましくなく、８２０℃より高い場合は初析フェライト率が不足するため好ましくない。また、維持工程を実行する時間は、１５〜５０分が好ましく、より好ましくは３０分である。加熱時間が１５分未満の場合は初析フェライト率が不足するため好ましくなく、５０分を超えると初析フェライト率が過多となるため好ましくない。
【００４１】
＜第二工程＞
第二工程は、上記第一工程で得られた高熱状態（ここでは、維持工程の第２温度に維持された状態）にあるオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料に焼入れ処理を行う工程（Ｓ４）である。焼入れ処理を行うことにより、オーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料中のオーステナイト相がマルテンサイト相に変態し、マルテンサイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料となる。
【００４２】
焼入れ処理は、上記第一工程における維持工程の後、高熱状態となっている金属を２００〜２５０℃／分の平均冷却速度で冷却することにより行われる。最も好ましい平均冷却速度は、２３０℃／分である。冷却速度が２００℃／分より小さい場合はマルテンサイト率が不足するため好ましくなく、２５０℃／分より大きい場合はクラック発生のおそれがあるため好ましくない。また、焼入れ処理は、水又は油の何れの媒体も使用可能であるが、特に水を使用して焼入れ処理を行うと、金属組織を微視的なレベルにおいて緻密化し易くなる。その結果、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性が飛躍的に向上する。また、媒体は、水又は油を単独で使用することもできるが、媒体に溶剤や添加剤等の任意成分を混合したものを使用しても構わない。
【００４３】
なお、本明細書では、上記第二工程（すなわち、高熱状態にあるオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料を冷却してマルテンサイト／初析フェライト二相構造を得る工程）を「焼入れ処理」と称しているが、第一工程と第二工程とを合わせて広義の「焼入れ処理」とする場合もあり、そのような場合も本発明の範囲に含まれる。
【００４４】
＜第三工程＞
第三工程は、上記第二工程で得られた焼入れ処理後の金属材料を焼戻し、当該金属材料中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を形成させる工程（Ｓ５）である。焼戻しを行うことにより、マルテンサイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料中のマルテンサイト相が焼戻しマルテンサイト相に変態し、焼戻しマルテンサイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料となる。この焼戻しマルテンサイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料が、最終製品である金属補強部材を構成する。
【００４５】
焼戻しは、上記焼入れ処理をした金属材料を４５０〜５００℃で再加熱することにより行われる。最も好ましい再加熱温度は、４７０℃である。再加熱温度が４５０℃より低い場合は焼戻しマルテンサイト相が脆くなるため好ましくなく、５００℃より高い場合は焼戻しマルテンサイト相の引張強度が低下するため好ましくない。また、再加熱時間は、２〜６時間が好ましく、より好ましくは４時間である。再加熱時間が２時間未満の場合は焼戻しマルテンサイト相が脆くなるため好ましくなく、６時間を超える場合はエネルギー効率が悪化するため好ましくない。
【００４６】
焼戻し後は、金属材料を冷却するために空冷工程（Ｓ６）を実行することが好ましい。これにより、緻密化された焼戻しマルテンサイト／初析フェライト二相構造が安定化するとともに、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させることができる。また、金属補強部材を、例えば、建設用資材等の溶接対象物に溶接する場合においては、従来必要であった予熱が不要となる。その結果、金属補強部材の使い勝手が良くなり、作業現場における溶接作業の効率を大幅に向上させることができる。
【００４７】
本発明の金属補強部材の適用例としては、建築用資材の接続具がある。図３に、接続具の斜視図を示す。この接続具は、上記実施形態で説明した熱処理を施しているため、高強度を維持しつつ、耐衝撃性が向上したものとなっている。また、この接続具を使用する場合、従来必要であった予熱は不要である。
【００４８】
〔金属補強部材の構造〕
次に、上記製造方法により得られた本発明の金属補強部材の構造（特に、μｍオーダーの微視的構造）を、実施例及び比較例に基づいて説明する。なお、以下の実施例及び比較例では、金属材料として、鉄をベースとし、炭素０．１４ｗｔ％、マンガン１．８ｗｔ％、ニッケル０．０３ｗｔ％、クロム０．７１ｗｔ％、バナジウム０．１ｗｔ％を含有する鍛造鋼を使用した。
【００４９】
＜実施例＞
図４は、本発明の実施例による金属補強部材の組織を撮影した光学顕微鏡写真である。本実施例の金属補強部材は、以下の条件で製造されたものである。
（１）熱処理条件
・加熱工程：加熱温度（第１温度）９００℃、加熱時間２時間
・降温工程：降温速度２．２℃／分
・維持工程：維持温度（第２温度）８００℃、維持時間３０分
（２）焼入れ処理
・冷却媒体：水
・冷却速度：２５０℃／分
（３）焼戻し
・再加熱温度：４８０℃
・再加熱時間：４時間
生成した金属補強部材の分析は、焼戻マルテンサイト／初析フェライト組成比について、光学顕微鏡写真の画像解析から行った。具体的には、光学顕微鏡で観察した金属補強部材の組織の表面写真（図４）において、焼戻マルテンサイト及び初析フェライトが夫々占める面積比から組成比を算出した。
分析の結果、上記実施例の金属補強部材は、焼戻マルテンサイト／初析フェライト＝８２．３／１７．７の組成比を有していることが判明した。図４の光学顕微鏡写真では、旧オーステナイト相の粒界に析出した初析フェライト相を明確に確認することができた。そして、初析フェライト相の面積率は１７．７％であった。本実施例で使用した鋼材成分に比較的近いＳＣＭ４１５鋼のＣＣＴ曲線より推察すると、９００℃から８００℃までを２．２℃／分の降温速度で徐冷すると、理論上は約１３．３％の初析フェライト相が析出すると予測される。本実施例における初析フェライト率は理論値よりも若干高いが、実操業においては８００℃の維持工程の終了から冷却開始までに約２５秒を要するため、この間、処理品の表面温度は１０℃程度低下すると考えられる。従って、本実施例における初析フェライト率１７．７％は妥当な値と考えられる。
なお、本実施例で得られた金属補強部材は、肉厚１５０〜２１０ｍｍを有する試験サンプルにおいて、７５０ＭＰａ以上の強度を有することが確認された。
【００５０】
＜比較例＞
図５は、比較例による金属補強部材の組織を撮影した光学顕微鏡写真である。本比較例の金属補強部材は、従来の金属補強部材の一つに相当し、以下の条件で製造されたものである。
（１）熱処理条件
・加熱工程：加熱温度（第１温度）９００℃、加熱時間２時間
・降温工程：なし
・維持工程：なし
（２）焼入れ処理
・冷却媒体：水
・冷却速度：２５０℃／分
（３）焼戻し
・再加熱温度：５５０℃
・再加熱時間：４時間
上記比較例の金属補強部材について、上記実施例と同様の分析を試みたが、光学顕微鏡で観察した金属補強部材の組織の表面写真（図５）において、旧オーステナイト相の粒界には初析フェライト相を明確に確認することができなかった。
【００５１】
以上のように、実施例の金属補強部材では、旧オーステナイト相の粒界に初析フェライト相が析出し、微視的な組織構造が緻密化したものとなった。一方、比較例の金属補強部材は、旧オーステナイト相の粒界に初析フェライト相が析出しないため、金属組織の緻密化が十分ではなかった。
【００５２】
〔金属補強部材の物性評価〕
次に、本発明の金属補強部材の物性を評価するため、折れ曲げ強度の指標の一つとなるシャルピー衝撃値の測定を行った。この測定は、ＪＩＳ Ｂ ７７４０に基づくシャルピー振子式衝撃試験により実施した。具体的には、所定の試験片の一側面にＶノッチの切り欠きを設け、試験温度０℃にて、当該切り欠きとは反対側の他側面に高速で衝撃を付与することで試験片を破壊し、破壊に要したエネルギーを算出した。
さらに、本発明の金属補強部材が従来品と同等以上の高い強度を維持していることを確認するため、引張強さの計測（引張試験）も併せて実施した。
【００５３】
＜シャルピー衝撃試験＞
図４に示した本発明の方法により製造された金属補強部材について、当該金属補強部材中に存在する結晶のフローに平行な方向（Ｓｘ）及び垂直な方向（Ｓｙ）についてシャルピー衝撃値を６回測定した。試験結果を表１の実施例に示す。
また、図５に示した比較例として製造された金属補強部材についても、当該金属補強部材中に存在する結晶のフローに平行な方向（Ｒｘ）及び垂直な方向（Ｒｙ）についてシャルピー衝撃値を６回測定した。試験結果を表１の比較例に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
＜引張試験＞
本発明の金属補強部材及び比較例の金属補強部材について、強度測定の一つとして引張強さの計測（引張試験）を行った。なお、引張強さについては、規格として７４０Ｎ／ｍｍ２以上が定められている。
本発明の金属補強部材における引張強さは、平行方向（Ｓｘ）で平均８０３．２Ｎ／ｍｍ２、垂直方向（Ｓｙ）で平均８１３．０Ｎ／ｍｍ２であった。
また、比較例の金属補強部材における引張強さは、平行方向（Ｒｘ）で平均７９６．８Ｎ／ｍｍ２、垂直方向（Ｒｙ）で平均７９９．２Ｎ／ｍｍ２であった。
【００５６】
＜考察＞
シャルピー衝撃試験の結果から、本発明の金属補強部材は、比較例の金属補強部材に対して、金属補強部材中に存在する結晶のフローに平行な方向で約４５％の耐衝撃性の向上が見られた。また、結晶のフローに垂直な方向でも約３９％の耐衝撃性の向上が見られた。このように、本発明の金属補強部材は、従来の金属補強部材よりも高い耐衝撃性を有することが確認された。
さらに、引張試験の結果から、本発明の金属補強部材は、従来の金属補強部材と同等以上の強度を有しており、しかも規格値（７４０Ｎ／ｍｍ２以上）を十分に満たす高強度を維持していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る金属補強部材は、優れた力学的特性を有しているため、特に、建築用資材、建造物、構造体等を補強するために使用される金属補強部材として好適に利用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、建築用資材、建造物、構造体等を補強するために使用される金属補強部材、及び当該金属補強部材の製造方法に関する。また、本発明は、金属の機械的特性を向上させるための熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築用資材、建造物、構造体等の分野において、物体の機械的特性を向上させるために、しばしば補強部材が設けられる。例えば、特許文献１に開示されている建設構造物を接続するための溶接継手も補強部材の一つである。特許文献１によれば、溶接継手を作製するに際し、所定の成分を有する溶接材料を使用し、所定の条件で被覆アーク溶接法を行うことにより、溶接継手の強度を確保できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２６３８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
補強部材には、取付対象物の強度向上という重要な機能が求められるため、補強部材自身もある程度頑丈に構成する必要がある。ところが、一般に、金属は強度が上がると溶接性が悪化することが知られている。このような溶接性の悪化を防止するためには、溶接前に溶接物と溶接対象物とを予熱しておく必要がある。特許文献１においても、溶接継手を作製するときの条件として、７５℃以上１２０℃未満の温度での予熱が必要なことが開示されている。
【０００５】
しかしながら、実際の作業現場において、その都度、溶接物と溶接対象物とを予熱することは困難な場合が多く、非常に手間が掛かり、作業の遅延にもつながる。
【０００６】
このように、現状においては、作業現場において、十分な強度を保ちつつ、簡単且つ確実に取付可能な補強部材は未だ開発されていない。そして、そのような補強部材を工業的に製造する技術もまだ十分に確立されていない。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、溶接物と溶接対象物とを予熱を不要としながら、十分な強度を確保することができる頑丈な補強部材を提供すること、ならびに当該補強部材の製造方法を確立することを目的とする。さらに、本発明は、上記補強部材に適用可能な金属の熱処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明に係る金属補強部材の特徴構成は、
フェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に所定の熱処理を施して高熱状態としたオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料に焼入れ処理を実行し、これを焼戻して得られる焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を有することにある。
【０００９】
本構成の金属補強部材は、フェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に所定の熱処理を施して高熱状態としたオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料に焼入れ処理を実行し、これを焼戻して得られる焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を有しているので、金属補強部材の微視的な組織構造が緻密化したものとなる。その結果、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性を飛躍的に向上させることができる。
なお、本構成の金属補強部材を溶接対象物に溶接する場合においては、従来必要であった予熱が不要となる。その結果、金属補強部材の使い勝手が良くなり、作業現場における溶接作業の効率を大幅に向上させることができる。
【００１０】
本発明に係る金属補強部材において、
前記所定の熱処理は、金属材料を８６０〜９５０℃で加熱する加熱工程と、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで降温する降温工程と、降温した金属材料の温度を維持する維持工程とを包含することが好ましい。
【００１１】
本構成の金属補強部材では、金属材料を８６０〜９５０℃で加熱する加熱工程と、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで降温する降温工程と、降温した金属材料の温度を維持する維持工程とを実行することにより、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させることができる。
【００１２】
本発明に係る金属補強部材において、
前記降温工程は、１〜５℃／分の平均降温速度で行われることが好ましい。
【００１３】
本構成の金属補強部材では、１〜５℃／分の平均降温速度で降温工程を行うことにより、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させることができる。
【００１４】
本発明に係る金属補強部材において、
前記焼入れ処理は、前記維持工程の後、２００〜２５０℃／分の平均冷却速度で冷却することにより行われることが好ましい。
【００１５】
本構成の金属補強部材では、２００〜２５０℃／分の平均冷却速度で焼入れ処理を行うことにより、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させることができる。
【００１６】
本発明に係る金属補強部材において、
前記焼戻しは、前記焼入れ処理をした金属材料を４５０〜５００℃で再加熱することにより行われることが好ましい。
【００１７】
本構成の金属補強部材では、焼入れ処理をした金属材料を４５０〜５００℃で再加熱することによって焼戻しを行うことで、金属材料中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造が確実に発現する。このため、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させることができる。
【００１８】
本発明に係る金属補強部材において、
溶接対象となる基体に溶接する溶接部材として使用されることが好ましい。
【００１９】
本構成の金属補強部材であれば、先に述べたように、従来必要であった予熱が不要となるため、溶接部材として好適に使用することができる。
【００２０】
また、上記課題を解決するための本発明に係る金属補強部材の特徴構成は、
焼戻マルテンサイト／初析フェライト＝８０／２０〜９０／１０の組成比を有する金属で構成されることにある。
【００２１】
本構成の金属補強部材は、焼戻マルテンサイト／初析フェライト＝８０／２０〜９０／１０の組成比を有する金属で構成されているので、金属補強部材の微視的な組織構造が緻密化したものとなる。その結果、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性を飛躍的に向上させることができる。
なお、本構成の金属補強部材を溶接対象物に溶接する場合においては、従来必要であった予熱が不要となる。その結果、金属補強部材の使い勝手が良くなり、作業現場における溶接作業の効率を大幅に向上させることができる。
【００２２】
また、上記課題を解決するための本発明に係る金属補強部材の製造方法の特徴構成は、
原料となるフェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に所定の熱処理を施してオーステナイト／初析フェライト二相構造を発現させる第一工程と、
前記第一工程で得られた高熱状態にあるオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料に焼入れ処理を行う第二工程と、
前記第二工程で得られた焼入れ処理後の金属材料を焼戻し、当該金属材料中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を形成させる第三工程と、
を包含することにある。
【００２３】
本構成の金属補強部材の製造方法を実行すれば、最終的に得られる金属補強部材中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を発現させることができるため、金属補強部材の微視的な組織構造が緻密化したものとなる。その結果、高強度を維持しつつ、耐衝撃性を飛躍的に向上させた金属補強部材を製造することができる。
なお、本構成の金属補強部材の製造方法により得られた金属補強部材を溶接対象物に溶接する場合においては、従来必要であった予熱が不要となる。その結果、金属補強部材の使い勝手が良くなり、作業現場における溶接作業の効率を大幅に向上させることができる。
【００２４】
本発明に係る金属補強部材の製造方法において、
前記所定の熱処理は、金属材料を８６０〜９５０℃で加熱する加熱工程と、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで降温する降温工程と、降温した金属材料の温度を維持する維持工程とを包含することが好ましい。
【００２５】
本構成の金属補強部材の製造方法では、金属材料を８６０〜９５０℃で加熱する加熱工程と、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで降温する降温工程と、降温した金属材料の温度を維持する維持工程とを実行することにより、高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させた金属補強部材を製造することができる。
【００２６】
本発明に係る金属補強部材の製造方法において、
前記降温工程は、１〜５℃／分の平均降温速度で行われることが好ましい。
【００２７】
本構成の金属補強部材の製造方法では、１〜５℃／分の平均降温速度で降温処理を行うことにより、高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させた金属補強部材を製造することができる。
【００２８】
本発明に係る金属補強部材の製造方法において、
前記焼入れ処理は、前記維持工程の後、２００〜２５０℃／分の平均冷却速度で冷却することにより行われることが好ましい。
【００２９】
本構成の金属補強部材の製造方法では、２００〜２５０℃／分の平均冷却速度で焼入れ処理を行うことにより、高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させた金属補強部材を製造することができる。
【００３０】
本発明に係る金属補強部材の製造方法において、
前記焼戻しは、前記焼入れ処理をした金属材料を４５０〜５００℃で再加熱することにより行われることが好ましい。
【００３１】
本構成の金属補強部材の製造方法では、焼入れ処理をした金属材料を４５０〜５００℃で再加熱することによって焼戻しを行うことで、金属材料中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造が確実に発現する。その結果、高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させた金属補強部材を製造することができる。
【００３２】
さらに、上記課題を解決するための本発明に係る金属の熱処理方法の特徴構成は、
フェライト／パーライト二相構造を有する金属に所定の熱処理を施してオーステナイト／初析フェライト二相構造を発現させる第一工程と、
前記第一工程で得られた高熱状態にあるオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属に焼入れ処理を行う第二工程と、
前記第二工程で得られた焼入れ処理後の金属を焼戻し、当該金属中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を形成させる第三工程と、
を包含することにある。
【００３３】
本構成の金属の熱処理方法を実行すれば、最終的に得られる金属中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を発現させることができるため、金属の微視的な組織構造が緻密化したものとなる。その結果、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性を飛躍的に向上させることができる。
なお、本構成の金属の熱処理方法により得られた金属を溶接対象物に溶接する場合においては、従来必要であった予熱が不要となる。その結果、金属の使い勝手が良くなり、作業現場における溶接作業の効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の金属補強部材の製造方法の手順を説明するフローチャートである。
【図２】本発明の金属補強部材の製造方法における温度パターンの例を示す図である。
【図３】本発明の金属補強部材の適用例である建築用資材の接続具の斜視図である。
【図４】本発明の実施例による金属補強部材の組織を撮影した光学顕微鏡写真である。
【図５】比較例による金属補強部材の組織を撮影した光学顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、便宜上、先ず、本発明の金属補強部材の製造方法について説明する。次いで、当該方法によって得られた本発明の金属補強部材を説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図せず、それらと均等な構成も含む。
【００３６】
〔金属補強部材の製造方法〕
本発明の金属補強部材は、本発明者らによる鋭意研究の結果、従来、熱処理を施すことなく使用されていた金属材料に対し、敢えて熱処理を施すことによって強度を大幅に向上させることに成功したものであり、その製造方法は本発明独特の特徴を有する。なお、本発明の金属補強部材は、炭素含有量が０．３％以下であるため、溶接時に予熱が不要である。図１は、本発明の金属補強部材の製造方法の手順を説明するフローチャートである。フローチャート中の記号「Ｓ」はステップを表している。本発明の金属補強部材は、大きく分けて、以下の「第一工程」、「第二工程」、及び「第三工程」を実行することにより製造される。
【００３７】
＜第一工程＞
第一工程は、原料となるフェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に所定の熱処理を施してオーステナイト／初析フェライト二相構造を発現させる工程である。金属材料は、例えば、鉄をベースとし、炭素０．１〜０．２ｗｔ％、マンガン１．６〜２．０ｗｔ％、ニッケル＜０．３ｗｔ％、クロム０．６〜０．９ｗｔ％、バナジウム０．０５〜０．１５ｗｔ％を含有する鍛造鋼を使用する。この金属材料に所定の熱処理を施す。図２に、製造時の温度パターンの例を示す。熱処理は、加熱炉に金属材料を投入し、第１温度での加熱（Ｓ１：加熱工程）、炉中での緩やかな冷却（Ｓ２：降温工程）、及び第１温度より低温である第２温度での保温維持（Ｓ３：維持工程）を行うことで達成される。出発材料であるフェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に対して加熱工程を行うと、金属材料中にオーステナイト相が発現する。次いで、降温工程に入ると、金属材料中のオーステナイト相の中に徐々に初析フェライト相が発生する。そして、維持工程に入ると、オーステナイト相と初析フェライト相との割合が固定され、組織は安定化する。
【００３８】
ここで、加熱工程における第１温度は、８６０〜９５０℃とすることが好ましく、より好ましくは９００℃である。第１温度が８６０℃より低い場合は金属材料の相構造がオーステナイト単相となり難くなるため好ましくなく、９５０℃より高くなると結晶粒が粗大化するため好ましくない。また、加熱工程の時間は、１〜３時間が好ましく、より好ましくは２時間である。加熱時間が１時間未満の場合は金属材料のオーステナイト化が不十分となるため好ましくない。
【００３９】
降温工程では、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで、より好ましくは８００℃まで緩やかに降温する。７８０℃より低い温度にまで降温すると初析フェライト率が過多となるため好ましくなく、また、８２０℃より高い場合は初析フェライト率が不足するため好ましくない。降温工程における平均降温速度は、１〜５℃／分とすることが好ましく、より好ましい平均降温速度は３℃／分である。平均降温速度が１℃／分より小さい場合はエネルギー効率が悪いため好ましくなく、５℃／分より大きくすると初析フェライト率が不足するため好ましくない。
【００４０】
維持工程における第２温度は、上記降温工程における降温後の温度、すなわち、７８０〜８２０℃とすることが好ましく、より好ましくは８００℃である。第２温度が７８０℃より低い場合は初析フェライト率が過多となるため好ましくなく、８２０℃より高い場合は初析フェライト率が不足するため好ましくない。また、維持工程を実行する時間は、１５〜５０分が好ましく、より好ましくは３０分である。加熱時間が１５分未満の場合は初析フェライト率が不足するため好ましくなく、５０分を超えると初析フェライト率が過多となるため好ましくない。
【００４１】
＜第二工程＞
第二工程は、上記第一工程で得られた高熱状態（ここでは、維持工程の第２温度に維持された状態）にあるオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料に焼入れ処理を行う工程（Ｓ４）である。焼入れ処理を行うことにより、オーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料中のオーステナイト相がマルテンサイト相に変態し、マルテンサイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料となる。
【００４２】
焼入れ処理は、上記第一工程における維持工程の後、高熱状態となっている金属を２００〜２５０℃／分の平均冷却速度で冷却することにより行われる。最も好ましい平均冷却速度は、２３０℃／分である。冷却速度が２００℃／分より小さい場合はマルテンサイト率が不足するため好ましくなく、２５０℃／分より大きい場合はクラック発生のおそれがあるため好ましくない。また、焼入れ処理は、水又は油の何れの媒体も使用可能であるが、特に水を使用して焼入れ処理を行うと、金属組織を微視的なレベルにおいて緻密化し易くなる。その結果、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性が飛躍的に向上する。また、媒体は、水又は油を単独で使用することもできるが、媒体に溶剤や添加剤等の任意成分を混合したものを使用しても構わない。
【００４３】
なお、本明細書では、上記第二工程（すなわち、高熱状態にあるオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料を冷却してマルテンサイト／初析フェライト二相構造を得る工程）を「焼入れ処理」と称しているが、第一工程と第二工程とを合わせて広義の「焼入れ処理」とする場合もあり、そのような場合も本発明の範囲に含まれる。
【００４４】
＜第三工程＞
第三工程は、上記第二工程で得られた焼入れ処理後の金属材料を焼戻し、当該金属材料中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を形成させる工程（Ｓ５）である。焼戻しを行うことにより、マルテンサイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料中のマルテンサイト相が焼戻しマルテンサイト相に変態し、焼戻しマルテンサイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料となる。この焼戻しマルテンサイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料が、最終製品である金属補強部材を構成する。
【００４５】
焼戻しは、上記焼入れ処理をした金属材料を４５０〜５００℃で再加熱することにより行われる。最も好ましい再加熱温度は、４７０℃である。再加熱温度が４５０℃より低い場合は焼戻しマルテンサイト相が脆くなるため好ましくなく、５００℃より高い場合は焼戻しマルテンサイト相の引張強度が低下するため好ましくない。また、再加熱時間は、２〜６時間が好ましく、より好ましくは４時間である。再加熱時間が２時間未満の場合は焼戻しマルテンサイト相が脆くなるため好ましくなく、６時間を超える場合はエネルギー効率が悪化するため好ましくない。
【００４６】
焼戻し後は、金属材料を冷却するために空冷工程（Ｓ６）を実行することが好ましい。これにより、緻密化された焼戻しマルテンサイト／初析フェライト二相構造が安定化するとともに、金属補強部材の高強度を維持しつつ、耐衝撃性をさらに向上させることができる。また、金属補強部材を、例えば、建設用資材等の溶接対象物に溶接する場合においては、従来必要であった予熱が不要となる。その結果、金属補強部材の使い勝手が良くなり、作業現場における溶接作業の効率を大幅に向上させることができる。
【００４７】
本発明の金属補強部材の適用例としては、建築用資材の接続具がある。図３に、接続具の斜視図を示す。この接続具は、上記実施形態で説明した熱処理を施しているため、高強度を維持しつつ、耐衝撃性が向上したものとなっている。また、この接続具を使用する場合、従来必要であった予熱は不要である。
【００４８】
〔金属補強部材の構造〕
次に、上記製造方法により得られた本発明の金属補強部材の構造（特に、μｍオーダーの微視的構造）を、実施例及び比較例に基づいて説明する。なお、以下の実施例及び比較例では、金属材料として、鉄をベースとし、炭素０．１４ｗｔ％、マンガン１．８ｗｔ％、ニッケル０．０３ｗｔ％、クロム０．７１ｗｔ％、バナジウム０．１ｗｔ％を含有する鍛造鋼を使用した。
【００４９】
＜実施例＞
図４は、本発明の実施例による金属補強部材の組織を撮影した光学顕微鏡写真である。本実施例の金属補強部材は、以下の条件で製造されたものである。
（１）熱処理条件
・加熱工程：加熱温度（第１温度）９００℃、加熱時間２時間
・降温工程：降温速度２．２℃／分
・維持工程：維持温度（第２温度）８００℃、維持時間３０分
（２）焼入れ処理
・冷却媒体：水
・冷却速度：２５０℃／分
（３）焼戻し
・再加熱温度：４８０℃
・再加熱時間：４時間
生成した金属補強部材の分析は、焼戻マルテンサイト／初析フェライト組成比について、光学顕微鏡写真の画像解析から行った。具体的には、光学顕微鏡で観察した金属補強部材の組織の表面写真（図４）において、焼戻マルテンサイト及び初析フェライトが夫々占める面積比から組成比を算出した。
分析の結果、上記実施例の金属補強部材は、焼戻マルテンサイト／初析フェライト＝８２．３／１７．７の組成比を有していることが判明した。図４の光学顕微鏡写真では、旧オーステナイト相の粒界に析出した初析フェライト相を明確に確認することができた。そして、初析フェライト相の面積率は１７．７％であった。本実施例で使用した鋼材成分に比較的近いＳＣＭ４１５鋼のＣＣＴ曲線より推察すると、９００℃から８００℃までを２．２℃／分の降温速度で徐冷すると、理論上は約１３．３％の初析フェライト相が析出すると予測される。本実施例における初析フェライト率は理論値よりも若干高いが、実操業においては８００℃の維持工程の終了から冷却開始までに約２５秒を要するため、この間、処理品の表面温度は１０℃程度低下すると考えられる。従って、本実施例における初析フェライト率１７．７％は妥当な値と考えられる。
なお、本実施例で得られた金属補強部材は、肉厚１５０〜２１０ｍｍを有する試験サンプルにおいて、７５０ＭＰａ以上の強度を有することが確認された。
【００５０】
＜比較例＞
図５は、比較例による金属補強部材の組織を撮影した光学顕微鏡写真である。本比較例の金属補強部材は、従来の金属補強部材の一つに相当し、以下の条件で製造されたものである。
（１）熱処理条件
・加熱工程：加熱温度（第１温度）９００℃、加熱時間２時間
・降温工程：なし
・維持工程：なし
（２）焼入れ処理
・冷却媒体：水
・冷却速度：２５０℃／分
（３）焼戻し
・再加熱温度：５５０℃
・再加熱時間：４時間
上記比較例の金属補強部材について、上記実施例と同様の分析を試みたが、光学顕微鏡で観察した金属補強部材の組織の表面写真（図５）において、旧オーステナイト相の粒界には初析フェライト相を明確に確認することができなかった。
【００５１】
以上のように、実施例の金属補強部材では、旧オーステナイト相の粒界に初析フェライト相が析出し、微視的な組織構造が緻密化したものとなった。一方、比較例の金属補強部材は、旧オーステナイト相の粒界に初析フェライト相が析出しないため、金属組織の緻密化が十分ではなかった。
【００５２】
〔金属補強部材の物性評価〕
次に、本発明の金属補強部材の物性を評価するため、折れ曲げ強度の指標の一つとなるシャルピー衝撃値の測定を行った。この測定は、ＪＩＳ Ｂ ７７４０に基づくシャルピー振子式衝撃試験により実施した。具体的には、所定の試験片の一側面にＶノッチの切り欠きを設け、試験温度０℃にて、当該切り欠きとは反対側の他側面に高速で衝撃を付与することで試験片を破壊し、破壊に要したエネルギーを算出した。
さらに、本発明の金属補強部材が従来品と同等以上の高い強度を維持していることを確認するため、引張強さの計測（引張試験）も併せて実施した。
【００５３】
＜シャルピー衝撃試験＞
図４に示した本発明の方法により製造された金属補強部材について、当該金属補強部材中に存在する結晶のフローに平行な方向（Ｓｘ）及び垂直な方向（Ｓｙ）についてシャルピー衝撃値を６回測定した。試験結果を表１の実施例に示す。
また、図５に示した比較例として製造された金属補強部材についても、当該金属補強部材中に存在する結晶のフローに平行な方向（Ｒｘ）及び垂直な方向（Ｒｙ）についてシャルピー衝撃値を６回測定した。試験結果を表１の比較例に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
＜引張試験＞
本発明の金属補強部材及び比較例の金属補強部材について、強度測定の一つとして引張強さの計測（引張試験）を行った。なお、引張強さについては、規格として７４０Ｎ／ｍｍ２以上が定められている。
本発明の金属補強部材における引張強さは、平行方向（Ｓｘ）で平均８０３．２Ｎ／ｍｍ２、垂直方向（Ｓｙ）で平均８１３．０Ｎ／ｍｍ２であった。
また、比較例の金属補強部材における引張強さは、平行方向（Ｒｘ）で平均７９６．８Ｎ／ｍｍ２、垂直方向（Ｒｙ）で平均７９９．２Ｎ／ｍｍ２であった。
【００５６】
＜考察＞
シャルピー衝撃試験の結果から、本発明の金属補強部材は、比較例の金属補強部材に対して、金属補強部材中に存在する結晶のフローに平行な方向で約４５％の耐衝撃性の向上が見られた。また、結晶のフローに垂直な方向でも約３９％の耐衝撃性の向上が見られた。このように、本発明の金属補強部材は、従来の金属補強部材よりも高い耐衝撃性を有することが確認された。
さらに、引張試験の結果から、本発明の金属補強部材は、従来の金属補強部材と同等以上の強度を有しており、しかも規格値（７４０Ｎ／ｍｍ２以上）を十分に満たす高強度を維持していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る金属補強部材は、優れた力学的特性を有しているため、特に、建築用資材、建造物、構造体等を補強するために使用される金属補強部材として好適に利用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に所定の熱処理を施して高熱状態としたオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料に焼入れ処理を実行し、これを焼戻して得られる焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を有する金属補強部材。
【請求項２】
前記所定の熱処理は、金属材料を８６０〜９５０℃で加熱する加熱工程と、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで降温する降温工程と、降温した金属材料の温度を維持する維持工程とを包含する請求項１に記載の金属補強部材。
【請求項３】
前記降温工程は、１〜５℃／分の平均降温速度で行われる請求項２に記載の金属補強部材。
【請求項４】
前記焼入れ処理は、前記維持工程の後、２００〜２５０℃／分の平均冷却速度で冷却することにより行われる請求項２又は３に記載の金属補強部材。
【請求項５】
前記焼戻しは、前記焼入れ処理をした金属材料を４５０〜５００℃で再加熱することにより行われる請求項１〜４の何れか一項に記載の金属補強部材。
【請求項６】
溶接対象となる基体に溶接する溶接部材として使用される請求項１〜５の何れか一項に記載の金属補強部材。
【請求項７】
焼戻マルテンサイト／初析フェライト＝８０／２０〜９０／１０の組成比を有する金属で構成される金属補強部材。
【請求項８】
原料となるフェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に所定の熱処理を施してオーステナイト／初析フェライト二相構造を発現させる第一工程と、
前記第一工程で得られた高熱状態にあるオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料に焼入れ処理を行う第二工程と、
前記第二工程で得られた焼入れ処理後の金属材料を焼戻し、当該金属材料中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を形成させる第三工程と、
を包含する金属補強部材の製造方法。
【請求項９】
前記所定の熱処理は、金属材料を８６０〜９５０℃で加熱する加熱工程と、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで降温する降温工程と、降温した金属材料の温度を維持する維持工程とを包含する請求項８に記載の金属補強部材の製造方法。
【請求項１０】
前記降温工程は、１〜５℃／分の平均降温速度で行われる請求項９に記載の金属補強部材の製造方法。
【請求項１１】
前記焼入れ処理は、前記維持工程の後、２００〜２５０℃／分の平均冷却速度で冷却することにより行われる請求項９又は１０に記載の金属補強部材の製造方法。
【請求項１２】
前記焼戻しは、前記焼入れ処理をした金属材料を４５０〜５００℃で再加熱することにより行われる請求項８〜１１の何れか一項に記載の金属補強部材の製造方法。
【請求項１３】
フェライト／パーライト二相構造を有する金属に所定の熱処理を施してオーステナイト／初析フェライト二相構造を発現させる第一工程と、
前記第一工程で得られた高熱状態にあるオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属に焼入れ処理を行う第二工程と、
前記第二工程で得られた焼入れ処理後の金属を焼戻し、当該金属中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を形成させる第三工程と、
を包含する金属の熱処理方法。
【請求項１】
フェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に所定の熱処理を施して高熱状態としたオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料に焼入れ処理を実行し、これを焼戻して得られる焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を有する金属補強部材。
【請求項２】
前記所定の熱処理は、金属材料を８６０〜９５０℃で加熱する加熱工程と、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで降温する降温工程と、降温した金属材料の温度を維持する維持工程とを包含する請求項１に記載の金属補強部材。
【請求項３】
前記降温工程は、１〜５℃／分の平均降温速度で行われる請求項２に記載の金属補強部材。
【請求項４】
前記焼入れ処理は、前記維持工程の後、２００〜２５０℃／分の平均冷却速度で冷却することにより行われる請求項２又は３に記載の金属補強部材。
【請求項５】
前記焼戻しは、前記焼入れ処理をした金属材料を４５０〜５００℃で再加熱することにより行われる請求項１〜４の何れか一項に記載の金属補強部材。
【請求項６】
溶接対象となる基体に溶接する溶接部材として使用される請求項１〜５の何れか一項に記載の金属補強部材。
【請求項７】
焼戻マルテンサイト／初析フェライト＝８０／２０〜９０／１０の組成比を有する金属で構成される金属補強部材。
【請求項８】
原料となるフェライト／パーライト二相構造を有する金属材料に所定の熱処理を施してオーステナイト／初析フェライト二相構造を発現させる第一工程と、
前記第一工程で得られた高熱状態にあるオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属材料に焼入れ処理を行う第二工程と、
前記第二工程で得られた焼入れ処理後の金属材料を焼戻し、当該金属材料中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を形成させる第三工程と、
を包含する金属補強部材の製造方法。
【請求項９】
前記所定の熱処理は、金属材料を８６０〜９５０℃で加熱する加熱工程と、加熱した金属材料を７８０〜８２０℃まで降温する降温工程と、降温した金属材料の温度を維持する維持工程とを包含する請求項８に記載の金属補強部材の製造方法。
【請求項１０】
前記降温工程は、１〜５℃／分の平均降温速度で行われる請求項９に記載の金属補強部材の製造方法。
【請求項１１】
前記焼入れ処理は、前記維持工程の後、２００〜２５０℃／分の平均冷却速度で冷却することにより行われる請求項９又は１０に記載の金属補強部材の製造方法。
【請求項１２】
前記焼戻しは、前記焼入れ処理をした金属材料を４５０〜５００℃で再加熱することにより行われる請求項８〜１１の何れか一項に記載の金属補強部材の製造方法。
【請求項１３】
フェライト／パーライト二相構造を有する金属に所定の熱処理を施してオーステナイト／初析フェライト二相構造を発現させる第一工程と、
前記第一工程で得られた高熱状態にあるオーステナイト／初析フェライト二相構造を有する金属に焼入れ処理を行う第二工程と、
前記第二工程で得られた焼入れ処理後の金属を焼戻し、当該金属中に焼戻マルテンサイト／初析フェライト二相構造を形成させる第三工程と、
を包含する金属の熱処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−６７３７４（Ｐ２０１２−６７３７４Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１５３４３（Ｐ２０１０−２１５３４３）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（３１００１３２９９）國友熱工株式会社 (1)
【出願人】（５９３１９６５４０）株式会社山崎機械製作所 (1)
【出願人】（３９１０３７７９９）株式会社ゴーシュー (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（３１００１３２９９）國友熱工株式会社 (1)
【出願人】（５９３１９６５４０）株式会社山崎機械製作所 (1)
【出願人】（３９１０３７７９９）株式会社ゴーシュー (7)
【Ｆターム（参考）】
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