JPH02163341A - 耐火強度の優れた建築構造用鋼材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は構造物の製作に用いられる鋼板を対象とし、耐
火材の被覆を簡略化あるいは省略しても、火災時におい
て十分な強度を存する鋼材とその製造方法に関わる。

（従来の技術） 鉄骨構造等の構造物では、火災時においても十分な強度
を保証するため、鋼材にロックウール等の耐火材の被覆
を施し、鋼材の温度が３５０℃以上に上昇しないように
対策することが義務付けられていた。

近年、建築基準法が改正され、鋼材の高温における強度
に応じ耐火被覆を簡略あるいは省略できるようになった
。即ち、鋼材が６００℃において十分な強度（常温の規
格降伏強度の２／３以上）を有する場合、耐火被覆を省
略し、採便用が口Ｓ能になると言われている。

鋼材の高温での強度についてはこれまでにもよく調べら
れており、開発材はボイラー用鋼あるいは圧力容器用鋼
として規格化されている。また、特公昭５１−１５１Ｈ
号公報のように、現在でも種々の改良・開発等が継続実
施されている。

これらは、高温で致方あるいは数十万時間といった長時
間使用の場合の強度、すなわちクリープ強度の高い鋼材
である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明で問題にしようとしている耐火強度は火災時の高
々数時間以内での強度であり、これまで古くから開発の
対象であった高温強度とは全く別個のものである。

しかして本発明は鉄骨構造等の構造物において、耐火被
覆を省略する場合の重要な特性である６００℃での強度
が、従来鋼より著しく改善された鋼材とその製造法を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、６００℃の構造用鋼材の強度に及ぼす化
学成分の効果を種々検討した結果、■添加あるいはＭｏ
およびＶの複合添加が極めて有効であることを見出した
。

本発明はこの知見を基に成されたものであり、（１）　
！ｆｆ　ｍ　％　ｌ：：　テ、■を０．００５〜０．２
９６含有し、炭素当ｍ　（Ｃｃｑ−Ｃ＋Ｍｎ／６＋ｓｉ
／２４＋Ｎｉ／４ｏ＋Ｃｒ／　５　＋　Ｖ／１４）が０
．３５〜０．５０９６であることを特徴とする耐火強度
の優れた構造用鋼材、（り重量％にて、■を０．００５
〜０．２％およびＭｏを０．００５〜０．８％含有し、
炭素当１ｔ　（Ｃｅｑ−Ｃ＋Ｍｎ／　６　＋Ｓｉ／　２
４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／　５　＋Ｍｏ／　４　＋　Ｖ／
　１４）が０．３５〜０，５０％であることを特徴とす
る耐火強度の優れた構造用鋼材、（力前記（１）または
（り記載の鋼を、１０００〜１２８０℃で加熱し、８０
０〜１０００℃で圧延終了し、圧延後放冷または加速冷
却することを特徴とする耐火強度の優れた構造用鋼材の
製造方法、０）前記（１）または（２１）記載の鋼を、
１０００〜１２８０℃で加熱し、８００〜１０００℃で
圧延終了し、圧延後焼きならすことを特徴とする耐火強
度の優れた構造用鋼材の製造方法である。

（作　　用） 以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

■添加による０、１％Ｃ−０，１５％Ｓｉ−１，２％Ｍ
ｎ−０，０＋５％Ｐ　−０，００５％Ｓ　−０，５５％
Ｃｒ鋼の６００℃での耐火強度の変化を第１図に示す。

６００℃での耐火強度を求めるに際し、火災時の鋼材温
度の上昇挙動を考慮し、第３図のような昇温パターンで
試験片を加熱し、６００℃にて１５分加熱保持後、０．
１５％／ｓｉｎの引張速度で変形させ、塑性歪みが０．
２％での強度を耐火強度として求めた。

第１図に示すように、■添加量と共に耐火強度が向上し
ている。０．００５％未満のＶ添加では効果が題名でな
い。また、０，２％超のＶ添加では耐火強度向上効果が
飽和する傾向を示す。

さらに、第２図に示すように、■による耐火強度の向上
はＭｏ添加と相乗効果を有することが認められ、Ｍｏと
の複合添加による耐火強度の改Ｓが著しい。Ｍｏ添加量
が０．８％超では添加に見合った効果が認められないた
め、添加量の上限を０．６％とする。また、０．００５
％未満では効果が認められないため、Ｍｏ添加の下限を
０．００５％とする。

しかして、Ｖ、Ｖ＋Ｍｏ添加により耐火強度が向上する
のは、高温での変形が始まり、移動を開始した転位に、
Ｖ、Ｖ＋Ｍｏを主体とする炭化物が核生成析出し、転位
の移動を阻害するためであり、■単独でも効果があるが
、Ｖ＋Ｍｏの複合添加がこのような析出物を多量かつ多
数析出させるようになるため好都合である。

ＣｃｑはＣｃｑ　−Ｃ＋　Ｍｎ／　６　＋　Ｓｉ／　２
４＋Ｎｉ／　４０＋Ｃｒ／　５　＋　Ｎｏ／　４　＋Ｖ
　／　１４として定義され、溶接性の指標であるととも
に、４０〜５０キロ鋼の常温での強度との相関が深い。

製造熱処理条件にもよるが、圧延ままでＣｅｑが０．３
５％より小さいと構造用の鋼材としての強度が得られず
、Ｃｅｑが０．５０より大きいと強度が上がり過ぎ、延
性、靭性および溶接性の低下が問題となる。

このため、Ｃｅｑとして０．３５〜０．５０％となるよ
うにＣ，Ｓｔ　、Ｍｎ、Ｎｌ　、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖを規制
する。

また、各元素は下記の範囲内であることが好ましい。

Ｃは常温強度および耐火強度を高めるのに有効な元素で
あり、０，０５％以上の添加が好ましい。しかし、添加
量が多過ぎると溶接性を害するので添加量の上限は０．
１５％が好ましい。

Ｓｉは脱酸のため０．０２％以上添加するが、添加量が
多いと靭性を低下するため上限を０．５％とするのが好
ましい。

ＭｌはＳを固定し、強度を高めるのにＨ効な元素である
が、添加量が多いと材料内の偏析を著しくし、靭性の異
方性を増すため、０．１−１．５％とするのが好ましい
。

Ｎ１は鋼材の靭性を向上させる元素であり、このような
効果を要する時、０．０５％以上添加する。

しかし、０．５％超では添加コストが上昇しすぎ、構造
用鋼材として不適当であるため、上限を０．５％とする
ことが好ましい。

Ｃ「は焼入れ性を増すとともに４焼もどしで炭窒化物を
析出し、耐火強度を向上させる元素である。このような
効果を要する時、０．０５９６以上を添加する。しかし
、１．５％超の添加は構造用鋼材としては不必要なため
、上限を１．５％とすることが好ましい。

Ｐは鋼中でミクロ偏析し靭性の方向差を著しくするばか
りでなく、靭性を低下させる元素であるため、上限を０
．０３％とすることが好ましい。

Ｓは鋼中で非金属介在物ＭｎＳを形成し、靭性の方向差
を大きくし、且つシャルピー試験での上部棚エネルギー
を低下させるため、上限を０．０２％とすることが好ま
しい。

Ｃｕは鋼材の焼入れ性を上昇し、また耐食性を向上する
元素である。このような効果を要する時、０．０５％以
上を添加する。しかし、０．５％超の添加で熱間加工性
を損なう。このため、Ｃｕ量の添加量の上限を０．５％
とすることが好ましい。

Ｎｂは安定な炭窒化物を形成し、鋼の耐火強度を向上さ
せる効果を有する元素である。また、圧延により加工誘
起析出し、結晶粒界の移動を妨げ、再結晶粒の粗大化を
阻止する。このような効果を必要とする場合、０．００
５％以上の添加が必要である。一方、０．０５％超では
添加量に見合った効果が得られないため、経済的に０４
０５％以下に抑制することが好ましい。

ＴＩはＮｂと同様、炭窒化物を形成し、鋼の耐火強度を
向上させる効果を有する。このような効果を必要とする
場合、０．００５％以上の添加が必要である。しかし、
０．０５％を超えるとＴｉＣが増えすぎ、却って靭性を
害するので上限は０．０５％とすることが好ましい。

Ａｐは鋼の脱酸に不可欠な元素であり、この目的から０
．００３％以上を添加する。しかし、０．０５％超の添
加は不必要であるため、ｏ、ｏｏａ〜０，０５％が好ま
しい。

Ｎは鋼の耐火強度を上昇させるが、添加量が多過ぎると
溶接性を害するため、添加を０．０２％以下とすること
が好ましい。

次に、圧延条件について述べる。

前記のような化学成分を有する鋼は転炉、電気炉で溶製
した後、必要に応じて取鍋精練や真空脱ガス処理を施し
て得られ、通常鋳型あるいは一方向凝固鋳型で造塊した
後、分塊でスラブとされる。

また、スラブは連続鋳造法により溶鋼から直接製造して
も良い。

分塊での均熱・圧下はいかなるものであっても構わない
。即ち、スラブを冷却した後均熱してもよく、分塊のま
ま熱片で均熱炉に装入しても良い。

１０００〜１３００℃で均熱の後、圧延または鍛造によ
りスラブとする。スラブ厚は製品板厚の１．３〜２．５
倍程度が好ましい。

最終圧延前の加熱温度は添加した元素の固溶のため１０
００℃以上とする。しかし、１２８０’Ｃを超えると、
オーステナイト粒が粗大化しすぎ、圧延によって細粒化
を図ることが困難になるため、１２８０℃以下とするこ
とが好ましい。

圧延終了温度は８００〜１０００℃とする。すなわち、
８００　’Ｃ未満では耐火強度が却って低下し、１ｏ０
０’ｃを超えると、圧延によるオーステナイト粒の細粒
化が十分でなく、組織が粗くなり靭性確保が困難になり
好ましくない。

次に圧延後の冷却条件は放冷または加速冷却を採用する
。圧延終了後、自然冷却すれば良く、板厚にもよるが概
ね５〜ｂ になる。加速冷却は、板厚の厚い場合、あるいは鋼材の
Ｃｅｑを低くしたい場合に、圧延終了後水スプレー智に
より冷却する方法であり、１００ｍｍ超の板厚に対して
も概ね１２０℃／ｍ１ｎ以上の冷却速度が確保できる。

このようにして製造した鋼板は切断、溶接等の加工の後
、構造材料として使用できる。更に、上記の各種二次加
工の後焼きならしを行って使用することもできる。この
場合は耐火強度を向上させるために添加したＶ、Ｖ＋Ｍ
ｏの効果を十分に引き出すために、８００℃以上の焼き
ならし温度が必要である。

また、焼きならしの加熱温度が高すぎると靭性を害する
ため１０００℃以下とする必要がある。焼きならしの冷
却方法は空冷（放冷）を基本とするが、水冷等による加
速冷却を用いてもよい。焼きならしを実施する場合、圧
延ままで使用する場合と比較して、同一成分では耐火強
度の向上は得にくいが、靭性が優れており、さらに板肉
での特性変動が少ない安定した鋼板を供給することがで
きる。

（実施ｆｌｌｌ） 第１表に示す化学成分を有する鋼を１１５０℃で加熱後
、圧延により２５ｍｍ厚に圧延し、放冷した。圧延終了
温度は８９０〜９１０℃であり、冷却速度はほぼ２５℃
／　Ｉｌｉ　ｎであった。

第２表に鋼材の常温での引張特性、０℃でのシャルピー
衝撃吸収エネルギーおよび６００℃での耐火強度を示す
。

本発明鋼である０−００５％以上のＶを含有する鋼板（
Ａ、Ｂ、Ｃ）　、＃、、及び０．００５％以上のｖと０
．００３％以上のＭＯを同時に含有する鋼板（Ｄ。

Ｅ、　　Ｆ、　Ｇ、　Ｈ，Ｉ）は、ＭｏおよびＶの含有
量が０．００３％未満である従来鋼（Ｊ、に、Ｌ、Ｍ。

Ｎ、Ｏ）と同等の常温での引張特性（引張強さ、０．２
％耐力、破断伸び、破断絞り）を有し、且つ６００℃で
の耐火強度が２０ｋｇ　ｆ　／−以上と良好である。

（実施例２） 第１表に示した鋼のＡ、　　Ｆを用い第３表の条件で鋼
板を製造し、特性を調査した。

、凋査結果を第４表に示す。

鋼板（ｃ）では加熱温度が本発明範囲より低く、耐火強
度が低い。鋼板（ｄ）では、加熱温度が高く本発明外で
あり、靭性が低い。鋼板（ｅ）では圧延終了温１文が低
いため、靭性は良好であるが、耐火強度が低い。ｍ仮（
１’）では圧延終了温度が高すぎるため、耐火強度は良
好であるが、靭性が劣る。

これに対し、本発明法で製造した鋼板（ａ）および（ｂ
）では耐火強度と靭性が共に優れた値を示す。

（実施例３） 第１表に示した化学成分を有する鋼を１１５０℃で加熱
後、圧延により２５ｍｍ厚に圧延し、放冷した。

圧延路冷却し、９１０℃で加熱後空冷により焼きならし
を行なった。冷却速度はほぼ２５℃／ｍｉｎであった。

第５表に鋼材の常温での引張特性、０°Ｃでのシャルピ
ー衝撃吸収エネルギーおよび６００℃での耐火強度を示
す。

本発明鋼である０、００５％以上のＶを含何する鋼板（
Ａ、Ｂ、Ｃ）　、および０．００５９６以上のｖと０．
００３％以上のＭｏを同時に含有する鋼板（Ｄ。

Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｉ）は、ＭＯおよびＶの金白゛量が０
．００３％未満である従来鋼（Ｊ、に、Ｌ、Ｍ。

Ｎ、０）と同等の常温での引張特性（引張強さ、０．２
％耐力、破断伸び、破断絞り）を有し、且つ６００℃で
の耐火強度が２０ｋｇ　ｆ　／　ｍＩｉ以上と良好であ
る。

（実施例４） 第１表に示した鋼のＡ、Ｆを用い、第６表の条件で鋼板
を製造し、特性を調査した。

調査結果を第７表に示す。

ｍ　ｋ　（ｃ）では加熱温度が本発明範囲より低く、耐
火強度が低い。鋼板（ｄ）では、加熱温度が高く本発明
外であり、靭性が低い。鋼板（Ｃ）では圧延路Ｊ’　ｉ
ｎ度が低いため、靭性は良好であるが、耐火強度か低い
。鋼板（「）では圧延終了温度が高すぎるため、耐火強
度は良好であるが、靭性が劣る。

これに対し、本発明法で製造した鋼板（ａ）および（ｂ
）では耐火強度と靭性が共に優れた値を示す。

（発明の効果） 本発明方法による鋼板は溶接構造用鋼材（ＪＩＳ０３１
０６）の常温での降伏強さ、引張強さおよび靭性をｌシ
足するばかりでなく、耐火鋼として重要である高？ｊｉ
Ｌでの耐火強度がすぐれており、鉄骨（１カ造等の建築
物の製作において耐火被覆を簡略あるいは省略可能であ
り工業的価値が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はＶ添加量による耐火強度の変化を表わす図表、
第２図はＭｏを０．１５％含有する場合の耐火強度への
Ｖ添加効果を表わす図表、第３図は耐火強度を求める場
合の試験片の昇温パターンを表わす図表である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％にて、Ｖを０．００５〜０．２％含有し、炭
   素当量（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４
   ０＋Ｃｒ／５＋Ｖ／１４）が０．３５〜０．５０％であ
   ることを特徴とする耐火強度の優れた構造用鋼材。 ２、重量％にて、Ｖを０．００５〜０．２％およびＭｏ
   を０．００５〜０．６％含有し、炭素当量（Ｃｅｑ＝Ｃ
   ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ
   ／４＋Ｖ／１４）が０．３５〜０．５０％であることを
   特徴とする耐火強度の優れた構造用鋼材。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載の鋼を、１
   ０００〜１２８０℃で加熱し、８００〜１０００℃で圧
   延終了し、圧延後放冷または加速冷却することを特徴と
   する耐火強度の優れた構造用鋼材の製造方法。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項記載の鋼を、１
   ０００〜１２８０℃で加熱し、８００〜１０００℃で圧
   延終了し、冷却後焼きならすことを特徴とする耐火強度
   の優れた構造用鋼材の製造方法。