JPH02170943A - 建築用耐火鋼材 - 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、例えば火災等で数時間程度の短時間、高温状
態になることが懸念される建築物、橋梁等の鉄骨構造物
に使用する鋼材に関するものである。

［従来の技術］ 通常、構造用鋼材は常温で十分な強度を有するように製
造されているが、一般に温度の−１−昇に伴い強度は低
下する。特に、従来の構造用鋼は５００℃程度以上での
高温状態では、顕著な強度低下を示すことが、既に知ら
れている。そのため、火災等で高温状態になるとことが
懸念される構造物特に、人間が居住する建築物では、高
；ｇ状態でも構造物が倒壊したり、著しく変形すること
がないようにし、安全性を確保するために、鋼材の温度
が著しく高くならないように、耐火被覆が施されている
。

このような現状の耐火対策において、高温状態でも鋼材
の強度の低下を小さく抑えることで、耐火被覆の厚さを
低減、あるいは、耐火に対してのその他の対策も軽減す
ることが可能になる。

高温での強度を保証した鋼材は、圧力容器用鋼材の分野
で研究が行なわれてきており、ＪＩＳＧ　　３１２４中
・常温圧力容器用高強度ＭＭ板等で既に規格化されてい
る例もある。また、具体的に規定はしていないが、常温
を越える中・高温での強度が高いことを前提とした圧力
容器用鋼として、例えばＪＩＳ　　Ｇ　　３１１８；中
・常；Ｈ圧力容器用炭素ｍｎ４板、ＪＩＳ　　Ｇ　　３
１１９；ボイラ及び圧力容器用マンガンモリブデン鋼及
びマンガンモリブデンニッケル鋼鋼板、ＪＩＳ　　Ｇ３
１２０、圧力容器用調質型マンガンモリブデン鋼及びマ
ンガンモリブデンニッケル鋼鋼板、ＪＩＳ　　Ｇ　　４
１０９；ボイラ及び圧力容器用クロムモリブデン鋼鋼板
等がある。また、特公昭６０−３５９８５では圧力容器
用高強度強靭鋼に関する内容が規定されているが、特に
高温での特性を規定するまでもなく、圧力容器用鋼であ
ることで既にある程度高温強度を前提としている。また
、このような場合には、通常、Ｃｒ、Ｍｏ等の合金元素
を大量に添加するのが当然になっている。

しかしながら、高温での強度を十分に確保し、さらに、
、これを保証できるような構造用鋼材は殆んどないのが
現状である。圧力容器用鋼材と構造用鋼材は、目的、用
途が全く異なっているために、要求特性も全く異なるも
のである。例えば、使用量、適用状況に関しても、圧力
容器用鋼材は特殊な目的の下で製造される圧力容器に使
用され、その二も限定されているのに対して、構造用鋼
材は非常に広範囲の構造物に使用されており、使用量も
圧力容器用鋼材に比較して圧倒的に多い。さらに、構造
用鋼材は、使用者も多岐に渡るため溶接施工管理等の使
用方法も容易である必要がある。

さらに、本発明で規定しているような４００℃を越える
高温での強度を確保するためには、圧力容器用鋼では０
．５％程度以上のＣｒ％ＭＯを添加するのが通例であり
、構造用鋼としては、コスト、溶接性の観点から不適切
なものとなっている。

このように、構造用鋼材としての特性を十分に満足し、
さらに中・高温強度を高く保ｔ、’ｊＬ、保証する鋼材
は、これまで殆んど無かったと言える。

〔解決しようとする課題］ 上記のように、従来、高温強度を高く保持し、あるいは
、規定している構造用鋼材は殆んど無いと言える。また
、圧力容器用鋼材では、高温強度を高くするために、一
般には０１５％以上のＣｒ。

Ｍｏ等の高価な合金元素を大量に添加している。

またＪＩＳ　　Ｇ　　３１２４；中・常温圧力容器用高
強度ｔＷ４Ｍ板では、比較的合金元素の添加は瓜は少な
いが、高温での強度の規定は、高々４００℃までである
。つまり、４００℃を越えるかなり高い温度では、十分
な強度は得られない。また、これら鋼材は、圧力容器用
鋼材を前提としたものであり、構造用鋼材としては十分
な特性を有しているとは言えない。

即ち、構造用鋼材としての十分な特性（高溶接性、高延
靭性等）を満足しつつ、４００℃程度以上での高い高温
強度を保持した鋼材は無かったと言える。また、高温強
度を高くするために、高価な合金元素を大量に添加する
た、鋼材のコストが非常に高い。

本発明は、上記のような問題を解決し、高温での高い強
度を保持し、さらに、従来の構造用鋼材の利点である高
い溶接性、高い延靭性をｑした、しかも低コストである
構造用耐火鋼材を提供することを課題とするものである
。

［課題を解決するための手段］ この発明の構造用耐火鋼材は、重量％で、Ｃ＝０．０５
％以上０．２０％未満、５ｉ＝０．１０％以上２，０％
未満、Ｍｎ＝０．３０％以上２．０％未満、Ｐ＝０．０
３％以下、Ｓ−〇、０３以下、Ｍｏ＝０．１０％以上０
．５０％未満、ｓｏｌ、ＡＩ＝０．００２以上０．２０
％未満、Ｎ＝０．００１０％以上０．０２０％未満を含
み、残部が不可避不純物とＦｅから成り、さらにＮｂ＝
０．００５％以上０．２０％未満、Ｖ−Ｏ８０１％以」
二０．１％未満及びＴｉ＝０．００３％以上０．０３％
未満で、且つ０．００５％≦Ｎｂ＋２Ｖ＋１．５Ｔｉ≦ ０．３０％の範囲で含々し、 更に、次式で示す高温降伏強度を満足する溶接性及び延
長延靭性に優れた構造用耐火ｍ祠である。

ＹＳ　（ＲＴ）−常温における降伏強度（ｋｇｆ／Ｉｌ
ｌル） ＹＳ　（４５０）−温度４００℃超５００℃以下におけ
る降伏強度（ｋｇｆ／ｎＪ） ＹＳ　（５６０）−温度５００℃超６００℃以下におけ
る降伏強度（ｋｇｆ／ｍＪ） ＹＳ　（６５０）−温度６００℃超６５０℃以下におけ
る降伏強度（ｋｇｆ／ｍＪ） また、上記構造用耐火鋼材が、重量％で、Ｃｕ＝０．０
１％以上１．５％未満、Ｎｉ＝０．０２％以上１．５％
未満、Ｃｒ＝０．０５％以上１．０％未満、Ｂ＝０．０
００５％以上０．００５％未満のうち１種ないし２種以
上を含有するものである。

［作用］ 本発明で、最も重要な点は、Ｎｂ、Ｖ、及びＴｉの元素
のそれぞれの成分を上記の範囲内にすると共に、Ｎｂ＋
２Ｖ＋１．５Ｔｉを０．００５％以に〇、３０％以下の
範囲で含ａすることである。

発明者らの詳細な実験結果から、第１図に示すように、
高温強度（ＹＳ）は、Ｎｂ５Ｖ、Ｔｉの添加量で表現さ
れる式Ｎｂ＋２Ｖ＋１．５Ｔｉにより精度良く整理でき
ることが明らかになった。

即ち、この式の範囲外である０、００５％未満では、十
分な高温での強度が得られない。一方、０゜３０％超で
は、添加元素量が多くなり、コストが高くなること共に
、溶接性が低下する。

そこで、Ｎｂ＋２Ｖ＋１，５Ｔｉを上記範囲に限定した
ものである。

なお、一般に）シ造物の設計は降伏強度を基弗として行
っており、引張り強度よりも降伏強度の方が設計上は重
要な因子であるため、高温における降伏強度を常７Ｈに
おける降伏強度に対する比率で示しである。

次に、各添加元素の添加量の限定理由を説明する。

Ｃ；０．０５％以」二〇、２０％未満 Ｃは鋼の常温強度、高温強度を安定して確保するための
を効な元素であり、０．０５％未満では、所定の十分な
強度を得ることが田無であり、また、０　、　０２％以
上では溶接性が劣化するため、ＣｌＴｈは０，０５％以
上０．２０％未満とした。

３ｉ；０．１％以上２．０％未満 Ｓｉは脱酸元素としてａ効な元素であり、少なくとも０
゜１％以上の添加が必要である。また、Ｓｉは固溶強化
に対しても有効な元素であるが、２．０％以上の添加量
では延靭性が低下したり、介在物が増加する等の問題が
あるので、０．１％以上２．０％未満とした。

Ｍｎ；０．３％以上２．０％未満 Ｍｎは強度確保の上で有効な元素であり、０．３％以上
の添加が必要である。また、２，０％以」―では溶接性
か劣化するため、０．３％以」−２．０％未満とした。

Ｐ；０．０３％以下、Ｓ；０．０３％以下ＰＳＳは不純
物元素であり、延靭性の低下、加工性、溶接性の低下等
の問題の原因となる元素であり、できるだけ低減するこ
とが望ましい。しかしながら、著しく低減するのはコス
トの上昇を招くため、顕著な材質劣化しない量の上限と
して０．０３９ｃｉ以下とした。

Ｍｏ；０．１％以上０．５％未満 Ｍｏは焼入性の向上、析出強化等により鋼の強度を上昇
させる有効な元素であり、特に、中・高温強度に対して
有効である。一方、大量添加は、コスト上昇になる一Ｌ
に溶接性も劣化させるため、０．１％以上０．５％未満
とした。

ｓｏ　１．Ａｌ　；０．００２％以上０，２％未満ｓｏ
１．ＡＩはＡＩＮとして鋼中に析出し、結晶粒の微細化
に有効であり、０．００２％以上の添加が必要である。

また、０．２％以上の添加では介在物が多くなり、延靭
性が劣化するため０．２％未満とした。

Ｎ、０．００１０％以」二〇、０２０％未満ＮはＡＩＮ
として析出し結晶粒の微細化に有効であるが、大量添加
では溶接部の靭性が劣化するため、０．００１０％以上
０．０２０％未満とした。

Ｎｂ；０．００５％以上０．０５％未満Ｖ；０，０１％
以上０．１％未満 Ｔｉ　；０．００３％以上０．０３％未満Ｎｂ、Ｖ、Ｔ
ｉは、本発明においてｍ要な元素であり、常温強度に有
効な上に中・高温強度の上昇に対しても有効な元素であ
る。個々の元素については、Ｎｂ、０．００５％未満、
Ｖ；０．０１％未満、Ｔｉ　；０．００３％未満では、
常温、中・高温強度上昇に対しては殆んど効果な（、ま
たＮｂ；０．０５％以上、Ｖ；０．１％以上、Ｔｉ；０
．０３％以上では、溶接性が劣化するため上記の所定の
範囲とした。

また、 Ｃｕ；０．０１％以上１．５％未満 Ｃｕは固溶強化に対し有効な元素であり、また１％程度
以上では析出強化も期待できる元素である。また、耐腐
蝕性に対しても有効である。しかし、１．５％以上の添
加はコスト上昇に加えて、鋼板の表面疵の問題があるた
め、０．０１％以上１．５％未満とした。

Ｎｉ；０．０２％以−Ｌ１，５％未満 Ｎｉは低温靭性の向」−に有効な元素であり、０．０２
％未満では、その効果が少なく、また、Ｎｉは高価であ
るため１．５％以」二では顕許なコスト−に昇となるの
で、０．０２％以上１．５％未満とした。

Ｃｒ；０．０５％以Ｊ：１．０％未満 Ｃｒは固溶強化元素として有効であり、また、高温強度
の上昇及び耐食性に対しても有効であり、その効果は０
，０５％以上の添加が必要であるが、１゜０％以上では
コスト上昇と共に、溶接性を劣化させるので、０．０５
％以上１．０％未満とした。

ａｇｏ、０００５％以上０．００５％未１シＢは微量添
加で鋼の焼入性を上昇させる有効な元素であり、０．０
００５％以上の添加で十分にその効果を示す。また、０
．００５％以上では、焼入性向上効果も小さくなると共
に、溶接性を劣化させることから、０．０００５％以上
０．００５％未満とした。

［実施例］ 表１に供試鋼の化学成分を示す。

本発明鋼は、符号Ａ−Ｆの６種類であり、比較鋼として
符号Ｇ、Ｈの２種類を用いた。

ＭＡ　−Ｆ　ｉ；ｉ、本発明で規定するＭｏ；０．１０
％以上０．５０％未満及ＣＦＮｂ＋２Ｖ＋１゜５Ｔｉが
０．００５％以」二０．３０％以下の条件を充足してい
るが、鋼Ｇ、Ｈはこの範囲外である。

供試鋼は、強度水準を変化させる目的で成分系を決めた
。また、Ｎｂ、Ｖ％Ｔｉの添加元素の他に、Ｃｕ％Ｎｉ
、、Ｏｒ、Ｂ、ＡＩ、Ｎ等を添加している。

表２に表１の鋼を用いて、種々のプロセスにより製造し
た鋼板の機械的性質を示す。

製造プロセスは、圧延のまま、制御圧延、制御冷却、直
接焼入−焼戻、再加熱焼入−焼戻等である。これらのプ
ロセスの選択により常温での強度や靭性水弗を変化させ
ることが可能であり、同一化学成分でも異なる機械的性
質を示す。また、高温での強度も変化する。

高温でのＹＳは、請求範囲に示した４００°Ｃ超５００
℃以下、５００℃超６００とし℃以下、６００℃超６５
０℃以下のそれぞれの範囲から、試験温度を選択して引
張試験を実施して、常１ＨＹＳとの比率も含めて表示し
た。本発明鋼では、それぞれの温度においても十分に高
い降伏強度が得られており、その常温ＹＳとの比率も十
分に高い値である。また、靭性水準に関しても十分に高
い。

比較鋼であるＧ−１、Ｇ−２は、成分系が本発明の範囲
外であり、高温でのＹＳは低く、本発明で規定している
強度水ｑ以下である。比較ｎ４Ｈ１は、十分に高い高温
ＹＳが得られているが、靭性が低く、構造用鋼としては
不適切であると共に、同一強度水準の本発明Ｍ（例えば
Ｂ−２等）に比較しても、かなり低い靭性であることが
明らかである。

なお、本発明では、熱間圧延に関しては特に規定してい
ないが、所定の熱間圧延、あるいは、それに相当する熱
間圧延を行うことで十分な特性が得られる。但し、一般
には、」上記実施例に示すように、加熱コスト等の観点
から、スラブ加熱温度は１３００℃以下とし、目的とす
るｍ　４４の靭性、強度水準に応じて、圧延温度域、圧
下率、圧延終了温度を制御する制御圧延を実施する。ま
た、圧延終了後の冷却方法に関しても、目的とする鋼材
の靭性、強度水準に応じて空冷、あるいは強制冷却を実
施する。さらに、同様に、Ａｃｌ以下の温度で再加熱処
理を実施すること、または、焼入焼戻処理を行うことも
差し支えない。

［発明の効果コ この発明の構造用耐火鋼材は上記のようなもので、構造
用鋼材として十分な特性を満足しつつ、高；Ｈでの高い
強度を保持しているので、従来耐火特性を要求されてい
た構造物で使用されていた耐火被覆の厚さを低減、ある
いは設計、施工法の簡便化が期待できると共に、その他
の耐火に対する対策も軽減できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、（Ｎｂ＋２Ｖ＋１．５Ｔｉ）量に対する、高
温ＹＳの常７ＲＹＳに対する比率及び靭性との関係を示
す説明図である。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 Ｎｂ＋　２Ｖ　　＋　１．５Ｔｉ 第１図 １、事件の表示 特願昭６３−３２４９１８号 ２、発明の名称 構造用耐火鋼材 ３１．補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （４１２）　　日本鋼管株式会社 ４、代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号 〒１００　　電話　０３　（５０２）３１８１　（大代
表）７、補正の内容 １）　特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。 ２）　明細書第６頁第２０行目に記載の「添付するた、
」を「添付するため、」と補正する。 ３）　同上第７頁第１２行目に記載の ｒＯ，０３以下」をｒＯ，０３％以下」と補正する。 ４）　同上第７頁第１３行目に記載の ｒＯ，００２以上」をｒｏ、００２％以上」と補正する
。 ５）　同上第８頁第１０行口に記載の「ＹＳ（５６０）
ＪをｒＹＳ　（５５０）Ｊと訂正する。 ６）　同上第９頁第１４行目に記載の「共に、溶接性」
を「共に、靭性や溶接性」と補正する。 ７）　同上第１７頁の表２を別紙の通り訂正する。 ２、特許請求の範囲 １０重量％で、Ｃ＝０．０５％以上０．２０％未満、Ｓ
ｉ＝０．１０％以上２．０％未満、Ｍｎ＝０．３０％以
上２．０％未満、Ｐ＝０．０３％以下、Ｓ＝０．０３％
以下、Ｍｏ＝０．１０％以１：０．５０％未満、ｓｏｌ
、Ａｌ＝０．００２％以上０．２０％未満、Ｎ＝０．０
０１０％以」二〇、０２０％未満を含み、残部が不可避
不純物とＦｅから成り、 さらにＮｂ＝０．００５％以上０，２０％未満、Ｖ＝０
．０１％以上０．１％未満及びＴｉ＝０．００３％以上
０．０３％未満で、且つ０．００５％≦Ｎｂ＋２Ｖ＋１
．５Ｔｉ≦０．３０％の範囲で含付し、 更に、次式で示す高温降伏強度を満足する溶接性及び延
靭性に優れた構造用耐火鋼材。 ＹＳ　（ＲＴ）−常温における降伏強度（ｋｇｆ／ｍＪ
） ＹＳ　（４５０）−温度４００℃超５００℃以下におけ
る降伏強度（ｋｇｆ／ｍ４） ＹＳ　（５５０）−温度５００℃超６００℃以下におけ
る降伏強度（ｋｇｆ／ｍＪ） ＹＳ　（６５０）−温度６００℃超６５０℃以下におけ
る降伏強度（ｋｇｆ／ｍＪ） ２、重量％で、Ｃｕ＝０．０１％以上１．５％未満、Ｎ
ｉ＝０．０２％以上１．５％未満、Ｃｒ＝０．０５％以
上１．０％未満、Ｂ−０，０００５％以上０．００５％
未満のうち１種ないし２種以上を含有する請求項１記載
の構造用耐火鋼材。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％で、Ｃ＝０．０５％以上０．２０％未満、Ｓ
   ｉ＝０．１０％以上２．０％未満、Ｍｎ＝０．３０％以
   上２．０％未満、Ｐ＝０．０３％以下、Ｓ＝０．０３以
   下、Ｍｏ＝０．１０％以上０．５０％未満、ｓｏｌ．Ａ
   ｌ＝０．００２以上０．２０％未満、Ｎ＝０．００１０
   ％以上０．０２０％未満を含み、残部が不可避不純物と
   Ｆｅから成り、 さらにＮｂ＝０．００５％以上０．２０％未満、Ｖ＝０
   ．０１％以上０．１％未満及びＴｉ＝０．００３％以上
   ０．０３％未満で、且つ ０．００５％≦Ｎｂ＋２Ｖ＋１．５Ｔｉ≦ ０．３０％の範囲で含有し、 更に、次式で示す高温降伏強度を満足する溶接性及び延
   靭性に優れた構造用耐火鋼材。 ［ＹＳ（４５０）］／［ＹＳ（ＲＴ）］×１００＞７０
   ％［ＹＳ（５５０）］／［ＹＳ（ＲＴ）］×１００＞６
   ０％［ＹＳ（６５０）］／［ＹＳ（ＲＴ）］×１００＞
   ４０％ＹＳ（ＲＴ）＝常温における降伏強度（ｋｇｆ／
   ｍｍ＾２） ＹＳ（４５０）＝温度４００℃超５００℃以下における
   降伏強度（ｋｇｆ／ｍｍ＾２） ＹＳ（５６０）＝温度５００℃超６００℃以下における
   降伏強度（ｋｇｆ／ｍｍ＾２） ＹＳ（６５０）＝温度６００℃超６５０℃以下における
   降伏強度（ｋｇｆ／ｍｍ＾２） ２、重量％で、Ｃｕ＝０．０１％以上１．５％未満、Ｎ
   ｉ＝０．０２％以上１．５％未満、Ｃｒ＝０．０５％以
   上１．０％未満、Ｂ＝ ０．０００５％以上０．００５％未満のうち１種ないし
   ２種以上を含有する請求項１記載の構造用耐火鋼材。