JPH0456723A - 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、一般構造用圧延鋼材（ＪＩ
Ｓ　Ｇ　３１０１）　、溶接構造用圧延鋼材（ＪＩＳ　
Ｇ　３１０６）　、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）、−膜構造用角形鋼板（ＪＩＳ　Ｇ　３
４６８）等が広く利用されている。

前記周知鋼材は、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、建築関係諸法台で
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、−膜構造用圧延鋼材（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Ｓ−Ｓカーブである。

（発明が解決しようとする課題） 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
、耐火被覆を薄くすることが可能で、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％、Ｓ　ｉｏ、６％以
下、Ｍｎ０．３〜０．７％、Ｍｏ０．５〜０．８％、Ｎ
１０．０５〜０．５０％、Ｃｕ　０．０５〜０．５０％
、Ｃｒ０．０５〜０．５０％、Ａｌｌ　　０．１％以下
、Ｎ　０．００６％以下に加えてＶｏ、００５〜０．０
５％、Ｔｉ０．００５〜０．０３％、　Ｚｒ０．００５
〜０．０３％、Ｃａｏ、ｏｏ０５〜０．００５％、ＲＥ
Ｍ０．００１〜０．００５％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本値が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Ｍ□
を添加した組成の鋼片を高温で再加熱し５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（降伏点か明瞭に認められる）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
Ｍｏ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
性か劣化するので、Ｍｏｆｆ１の上限は０．８％とする
必要かある。

さて、常温において、溶接構造用圧銅材（ＪＩＳＧ　３
１０６）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か重要である。

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か大きくなって低
温靭性が劣化するので、その上限は１３００”Ｃ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が必
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
知られているか、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Ｍ□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固しであるか、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
か知られており、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％以下で製造できるこ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４０＋ｕ
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％未満では効
果が薄れるので下限は０．０４％とする。

また、Ｃｆｆ１が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、０．１
１％が上限となる。

Ｓｔは脱酸上鋼に含まれる元素で、Ｓｉ量が多くなると
溶接性、ＨＡＺ靭性が劣化するため、その上限を０．６
％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、Ｍｎ量が
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。

Ｃｒ量は母材及び溶接部の強度を高める元素であるが、
０．０５％未満の添加量では効果が薄（、Ｃｒ量が０．
５％を超えると溶接性やＨＡＺ靭性を劣化させるため、
上下限をそれぞれ０．０５％、０．５％とした。

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、極めて高価になるため経済性を失うので、上下
限をそれぞれ０．５０％、０．５％とした。

ＣｕはＮｉとほぼ同様の効果を持つほか、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、０．０５％未満では効果が薄く、０．
５％を超えると熱間圧延時にＣｕ割れが発生するため上
下限をそれぞれ０．０５９ｆｉ。

０．５％とした。

Ａｌは一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、Ｓｔ及
びＴｉ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Ａｌ量が多くなると鋼
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
ｏ、ｏｏｅ％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（溶接部の水素割れ性が
要求されたり、大入熱の溶接が適用される）での適用を
考慮しており、以下に述べる元素即ちＶ、ＴＩ　、２ｒ
、Ｃａ、ＲＥＭ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。

ＶはＮと結合してＶＮを形成し、高温強度を向上させる
が、０．００５％未満では効果が認められず、０．０５
％超ではＨＡＺ靭性を害するので０．００５〜０．０５
％の範囲に限定した。

Ｔ１は炭窒化物を形成してＨＡＺ靭性を向上させる。Ａ
ｌｌ量が少ない場合、Ｔ１の酸化物を形成しＨＡＺ靭性
を向上させるが、０．００５％未満では効果がなく、０
．０３％を超えるとＨＡＺ靭性に好ましくない影響があ
るため、０．００５〜０．０３％に限定する。

ＺｒはＴｉとほぼ同じ効果をもつが、その効果が有効な
範囲は０．００５〜０．０３％である。

Ｃａ、ＲＥＭは硫化物（ＭｎＳ）の形態を制御し、溶接
部のラメラ−テアの改善や耐水素有機割れ性の改善に効
果を発揮するほか、シャルピー吸収エネルギーを増加さ
せ、低温靭性を向上させる効果がある。しかし、Ｃａ量
は０．０００５％未満では実用上効果がなく、また、０
．００５％を超えると、Ｃａｂ、ＣａＳが多量に生成し
て大形介在物となり、鋼の靭性のみならず清浄度も害し
、さらに、溶接性、耐ラメラ−テア性にも悪影響を与え
るので、Ｃａ添加量の範囲を０．０００５〜０．００５
％とする。

また、ＲＥＭについてもＣａと同様な効果があり、添加
量を多くするとＣａと同様な問題を生じ、さらに経済性
も悪くなるので、ＲＥＭ量の下限を０．００１％、上限
を０．００５％とした。

（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Ｎｃｈｌ　〜Ｎｏ、Ｉ５に本発明鋼を、Ｎｏ、
　１８〜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＊Ｎ０．１〜Ｎｏ、　１５の例では、ミ
クロ組織のフェライト分率が８０％超で、常温の降伏比
（降伏強度／引張強度）が７０％以下と低く、６００℃
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Ｎｏ、　１６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Ｎｏ、１７では、Ｍｎが高す
ぎるため、８００℃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。

１８では、Ｍｏが低いため、６００℃の降伏強度が低く
、７０％に達しないレベルであった。これとは逆に、比
較鋼Ｎｏ、　ｌ　９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、８０％
にも達した。比較鋼Ｎα２０ては、Ｃ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７０％に達しないレベルで
あった。さらに、比較鋼Ｎｏ、　２１では、Ｃが高すぎ
るため、６００℃の降伏強度は十分であるか、常温の降
伏比が高すぎ、８２％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、６００℃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
、耐火性及び耐震性の優れ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。 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫（ａ＞ （ｂ） 手続補正書蛎式）、！ｊ 平成２年９月２８日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量比で Ｃ０．０４〜０．１１％、 Ｓｉ０．６％以下、 Ｍｎ０．３〜０．７％、 Ｍｏ０．５〜０．８％、 Ｎｉ０．０５〜０．５０％、 Ｃｕ０．０５〜０．５０％、 Ｃｒ０．０５〜０．５０％、 Ａｌ０．１％以下、 Ｎ０．００６％以下 に加えて Ｖ０．００５〜０．０５％、 Ｔｉ０．００５〜０．０３％、 Ｚｒ０．００５〜０．０３％、 Ｃａ０．０００５〜０．００５％、 ＲＥＭ０．００１〜０．００５％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％）