JPH0456722A - 耐火性の優れた建築用低降伏比鋼の製造方法 - 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） 本発明は建築、土木及び海洋構造物等の分野における、
各種構造物に用いる耐火性の優れた低降伏比鋼の製造方
法に関する。

（従来の技術） 周知の通り建築、土木及び海洋構造物等の分野における
各種構造物用構築材として、−膜構造用圧延鋼材（ＪＴ
Ｓ　Ｇ　３１０１）　、溶接構造用圧延鋼材（ＪＩＳ　
Ｇ　３１０Ｂ）　、溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材（Ｊ
ＩＳ　Ｇ　３１１４）　、高耐候性圧延鋼材（ＪＩＳ　
Ｇ　３４４４）、−殻構造用角形鋼板（ＪＩＳ　Ｇ　３
４６Ｂ）等が広く利用されている。

これら周知の鋼材は、通常高炉によって得られた溶銑を
脱Ｓ、脱Ｐしたのち転炉精錬を行ない、連続鋳造もしく
は分塊工程において鋼片とし、ついで熱間塑性加工する
ことにより、所望の特性を備えたものとして製品化され
る。

ところで、各種建造物のうち、特に生活に密着したビル
や事務所及び住居等の建造物に前記周知鋼材を用いる場
合、火災における安全性を確保するため、十分な耐火被
覆を施すことが義務づけられており、建築関係語法令で
は、火災時に鋼材温度が３５０℃程度で耐力が常温時の
６０〜７０％になり、建造物の倒壊を引き起こす恐れが
あるため、たとえば、−殻構造用圧延鋼材（ＪＩＳ　Ｇ
　３１０１）に規定される形鋼を柱材とする構造物の例
では、その表面にスラグウール、ガラスウール、アスベ
スト等を基材とする吹き付は材やフェルトを展着するほ
か、防火モルタルで包皮する方法及び前記断熱材層の上
に、さらに金属薄板すなわちアルミニウムやステンレス
薄板で保護する方法等、耐火被覆を入念に施し、火災時
における熱的損傷により該鋼材が載荷力を失うことのな
いようにして利用する。

そのため、鋼材費用に比し耐火被覆工費が高額になり、
建築コストが大幅に上昇することを避けることができな
い。そこで構築材として丸あるいは角鋼管を用い、冷却
水が循環するように構成し、火災時における温度上昇を
防止し載荷力を低下させない技術が提案され、ビルの建
築コストの引き下げと利用空間の拡大が図られている。

たとえば、実公昭５２−１６０２１号公報には、建築物
の上部に水タンクを置き、中空鋼管からなる柱材に冷却
水を供給する耐火構造建造物が開示されている。また、
特願平２−７２５６６号明細書では、定量のＭｏの添加
とＣ／Ｍｎ比の制限及び焼入性の確保によりミクロ組織
をベイナイトとして、６００℃の高温強度が常温強度の
７０％以上確保できることが示されている。

しかしながら、この方法では、常温の降伏比は低いが、
Ｓ−Ｓカーブは明確な降伏点は見られずラウンド型とな
る。このタイプの鋼は見かけ上の降伏比は低いが、耐震
性に十分とは言えないことが明らかにされ、問題点を含
んでいた。

第１図（ａ）はミクロ組織がフェライト主体の場合のＳ
−Ｓカーブ、第１図（ｂ）はミクロ組織がベイナイト主
体の場合のＳ−Ｓカーブである。

（発明が解決しようとする課８） 本発明者らは、火災時における鋼材温度について研究の
結果、無被覆使用を目標とした場合、火災時の最高到達
温度が１０００℃であることから、鋼材が該温度で常温
耐力の７０％以上の耐力を備えるためには、やはり高価
な金属元素を多量に添加せねばならず、経済性を失する
ことを知った。つまり、周知の鋼材費とそれに加え耐火
被覆を施工する費用以上に鋼材単価が高くなり、そのよ
うな鋼材は実際的に利用することができない。

そこで、さらに研究を進めた結果、６００℃での高温耐
力が常温時の７０％以上となる鋼材が最も経済的である
ことをつきとめ、高価な添加元素の量を少なくし、且つ
、耐火被覆を薄（することが可能で、火災荷重が小さい
場合は、無被覆で使用することができる鋼材の製造方法
を開発した。

（課題を解決するための手段） 本発明は前述の課題を克服し、目的を達成するもので、
重量比で、Ｃ０．０４〜０．１１％、Ｓ１０．６％以下
、Ｍｎ０．３〜０．７％、Ｍｏ０．５〜０．８％、ＡＩ
ｏ、１％以下、Ｎ０．００６％以下に加えてＮ　ｉ０．
０５〜０．５％、Ｃｕ０．０５〜０．５％、Ｃｒ０．０
５〜０．５％の一種または二種以上、残部がＦｅ及び不
可避的不純物を含み、しかも（１）式で与えられるＤＸ
＊値が０．８０未満の成分組成よりなる鋼片を１１５０
〜１３００℃の温度域で再加熱後、熱間圧延を８００〜
１０００℃の温度範囲で終了してミクロ組織をフェライ
ト主体とする耐火性の優れた建築用低降伏比鋼の製造方
法である。

（１）式 ％式％） さて、本発明の特徴は、中Ｃ−中Ｍｎ鋼に一定量のＭｏ
を添加し、Ｄｉ本値が０．８０未満の組成の鋼片を高温
で再加熱したのち、比較的高温で圧延を終了することに
あり、本発明法によって製造した鋼及び鋼材（以下鋼）
は、適当な常温耐力と明確な降伏現象（降伏点が明瞭に
認められる）を伴った低い降伏強度を有するとともに、
高温耐力が高い特性を備えている。つまり、常温耐力に
対し６００℃の温度における耐力の割合が大きい。

この理由は中Ｃのベース成分に相当量のＭ□を添加した
鋼でフェライト組織（フェライト面積率６０％以上）と
しているためである。

つぎに、本発明にかかる特徴的な成分元素とその添加量
について説明する。

Ｍｏは微細な炭窒化物を形成し、さらに、固溶体強化に
よって高温強度を増加させるが、ミクロ組織がフェライ
トでＮｂを添加しない本発明鋼の場合、その添加量は比
較的多く必要である。そのため、Ｍｏ添加量の下限は０
．５％である。しかしながら、Ｍｏ量が多すぎると、溶
接性が悪くなり、さらに、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靭
性が劣化するのて、Ｍｏ量の上限は０．８％とする必要
がある。

さて、常温において、溶接構造周圧鋼材（ＪＩＳＧ　３
１０Ｂ）に規定する性能を満足し、且つ、６００℃の高
温において高い耐力を維持せしめるた−めには、鋼成分
と共に鋼の再加熱及び圧延にかかる条件が重要である。

前述のＭＯ添加による高温強度の増大を図るには、Ｍｏ
を再加熱時に十分に溶体化させる必要があり、このため
再加熱温度の下限を１１５０℃とする。また、再加熱温
度が高すぎると結晶粒が大きくなって低温靭性が劣化す
るので、その上限は１３００℃にせねばならない。

さらに、圧延終了温度を８００℃以上とする理由は、圧
延中にＭｏの炭窒化物を析出させないためである。周知
の低温圧延（制御圧延）はラインパイプ等低温靭性か必
要な鋼材では必須要件であるが、本発明鋼のように低温
靭性について、高い要求がなく、常温強度と６００℃の
強度及びそのバランスが重要な場合には、ミクロ組織を
比較的粗粒のフェライト主体とするため、圧延を高温で
終了せねばならない。

また、本発明において、圧延終了温度の上限を１０００
℃としたのは、建築用鋼としての靭性を確保するためで
ある。

さて、高温強度を上昇せしめるため、ＭＯを利用するこ
とは、従来のボイラー用鋼管等に利用されている鋼では
知られているが、この鋼は基本的な特性を得るため、圧
延／造管後調質熱処理を施しており、本発明鋼とは製造
プロセスが異なる。

また、建築用に用いる耐火鋼材として先に本出願人が出
願している特願昭６３−１４３７４０号明細書がある。

この鋼は微量のＭｏとＮｂを添加し、高温加熱−高温圧
延により製造するプロセスである。

この製造法は本発明鋼と同じであるが、高温強度を得る
ため、ＭＯとＮｂの複合添加を必須としており、本発明
のＭｏ単独添加とは異なる。

さらに、Ｎｂ添加鋼は一般的に低降伏比化は難しいこと
が知られており、その理由は、フェライト粒径を細粒に
する効果や圧延中にＮｂが析出するためと考えられてい
る。このため、比較的薄い鋼板では、圧下比が大きいこ
とや圧延温度が低下しやすいため、上記の理由から常温
の降伏比が増加しやすい。この発明鋼では、常温の降伏
比が７５％以下で製造できる二とが明らかにされている
が、薄手の低降伏比鋼板を工業的に製造することは難し
いと考えられる。

本発明鋼は常温では７０％以下の低降伏比で６００℃で
は、常温の７０％以上の降伏強度を有する板厚４０ｍｍ
以下の鋼板の製造に適しており、工業的な生産に適して
いる。

つぎに、本発明における前記Ｍｏ以外の成分限定理由に
ついて詳細に説明する。

Ｃは母材及び溶接部の強度確保ならびにＭｏの添加効果
を発揮させるために必要であり、０．０４％未満ては効
果か薄れるので下限は０．０４％とする。

また、Ｃ量か多すぎると常温の降伏比が上昇し、さらに
、ＨＡＺの低温靭性に悪影響を及ぼすので、０．１１％
が上限となる。

ＳＩは脱酸上鋼に含まれる元素で、ＳＩＲが多くなると
溶接性、ＨＡＺ靭性が劣化するため、その上限を０６％
とした。

つぎに、Ｍｎは強度、靭性を確保する上で不可欠の元素
であり、その下限は０．３％である。しかし、Ｍｎｆｉ
が多すぎると焼入性が増加して溶接性、ＨＡＺ靭性が劣
化するため、Ｍｎの上限を０．７％とした。

ｌは一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、Ｓｔによ
っても脱酸は行なわれるので、本発明鋼については下限
は限定しない。しかしＡｊ？ｆｆｉが多くなると鋼の清
浄度が悪くなり、溶接部の靭性が劣化するので上限を０
．１％とした。

Ｎは一般に不可避的不純物として鋼中に含まれるもので
あるが、Ｎ量が多くなるとＨＡＺ靭性の劣化や連続鋳造
スラブの表面キズの発生等を助長するので、その上限を
０．００６％とした。

なお、本発明鋼は、不可避的不純物としてＰ及びＳを含
有する。Ｐ、Ｓは高温強度に与える影響は小さいので、
その量について特に限定しないが、一般に靭性、板厚方
向強度等に関する鋼の特性は、これらＰ、Ｓ元素の量が
少ないほど向上する。望ましいｐ、ｓ量はそれぞれ０，
０２％、　０．００５％以下である。

基本的な特性を得るための成分は以上のとおりであるが
、本発明鋼は用途が厳しい条件（母材、溶接部に優れた
靭性が要求）での適用を考慮しており、以下に述べる元
素即ちＮｉ　、Ｃｕ、Ｃｒを選択的に添加することによ
り特性の向上を図っている。

Ｎｉは溶接性、ＨＡＺ靭性に悪影響を及ぼすことなく、
母材の強度、靭性を向上させるが、０．０５％未満では
効果が薄く、０．５％超の添加は建築用鋼としての目的
に対し、極めて高価となるため、経済性を失うので、上
限は０．５０％とした。

ＣｕはＮｉとほぼ同様な効果を持つほか、Ｃｕ析出物に
よる高温強度の増加や耐食性、耐候性の向上にも効果を
有する。しかし、Ｃｕ量が０．５％を超えると常温のＹ
Ｒを増加させるため、また、０．０５％未満では効果が
無いのでＣｕｒｌは０．０５〜０．５％に限定した。

Ｃｒは母材及び溶接部の強度を高める元素であるが、Ｃ
ｒ量が０．５％を超えると溶接性やＨＡＺ靭性を劣化さ
せ、また、０．０５％未満では効果が薄いので０．０５
〜０．５０％に限定する。

（実　施　例） 周知の転炉、連続鋳造、厚板工程で鋼板を製造し、常温
と６００℃の高温強度を調査した。

第１表のＮｏ、１〜Ｎａ１５に本発明鋼を、Ｎｏ、　１
６〜Ｎｏ、２１に比較鋼の化学成分を示す。

続いて、第２表に本発明鋼と比較鋼の加熱、圧延等の製
造条件とその強度特性を示す。

第２表の本発明鋼Ｎα１〜Ｎｏ、１５の例では、常温の
降伏比（降伏強度／引張強度）が７０％以下と低く、６
００℃の降伏強度が常温の７０％以上を有している。

これに対し、比較鋼ＮＱ、１Ｂでは、Ｍｎが低いため、
常温、６００℃の強度とも低く、常温の降伏強度に対す
る６００℃の降伏強度の割合が７０％に達しないレベル
であった。また、比較鋼ｋＬ７では、Ｍｎが高すぎるた
め、６００℃の降伏強度は十分であるが、常温の降伏比
が高すぎ、７８％にも達していた。比較鋼ｋ１８では、
Ｍｏが低いため、常温と６００℃の降伏強度が低く、常
温の降伏強度に対する６００℃の降伏強度の割合が６２
％であった。また、比較鋼Ｎｏ、　１９では、Ｍｏが高
すぎ、６００℃の降伏強度は十分であるが、常温の降伏
比が高すぎ、７７％にも達した。比較鋼Ｎｏ、　２０で
は、Ｃが低いため、常温の降伏強度に対する６００℃の
降伏強度の比が７０９６に達しない６７％であった。さ
らに、比較鋼Ｎｏ、　２１では、Ｃが高すぎるため、６
００℃の降伏強度は十分であるが、常温の降伏比が高す
ぎ８３％にも達した。

（発明の効果） 本発明の化学成分及び製造法で製造した鋼材は６００℃
の降伏強度が高く且つ、＄Ｈ℃の降伏強度が常温降伏強
度の７０％以上で、常温の降伏比も７０％以下と低く、
耐火性と耐震性を兼ね備えた全く新しい鋼である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は応カー歪の図表である。 （ａ） Ｃｂ） 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫手続補正書（
方式） （１）明細書１９頁８行全文を「第１図は応カー歪の図
表で、（ａ）はミクロ組織がフェライト主体。 （ｂ）はベイナイト主体の場合を示す、」に補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で Ｃ０．０４〜０．１１％、 Ｓｉ０．６％以下、 Ｍｎ０．３〜０．７％、 Ｍｏ０．５〜０．８％、 Ａｌ０．１％以下、 Ｎ０．００６％以下 に加えて Ｎｉ０．０５〜０．５％、 Ｃｕ０．０５〜０．５％、 Ｃｒ０．０５〜０．５％ の一種または二種以上 残部がＦｅ及び不可避的不純物を含み、しかも（１）式
   で与えられるＤｉ＾＊値が０．８０未満の成分組成より
   なる鋼片を１１５０〜１３００℃の温度域で再加熱後、
   熱間圧延を８００〜１０００℃の温度範囲で終了してミ
   クロ組織をフェライト主体とすることを特徴とする耐火
   性の優れた建築用低降伏比鋼の製造方法。 （１）式 Ｄｉ＾＊＝０．３１６√Ｃ（１＋０．７Ｓｉ）（４．１
   Ｍｎ＋０．３５）（１＋３Ｍｏ）（１＋０．３６Ｎｉ）
   （１＋０．３６５Ｃｕ）（１＋２．１６Ｃｒ）（成分単
   位：重量％）