JPH0545646B2 - - Google Patents

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（JIS 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
（JIS Ｇ 3114）、高耐候性圧延鋼材（JIS Ｇ
3444）、一般構造用角形鋼板（JIS Ｇ 3466）等
が広く利用されている。 これら周知の鋼材は、通常高炉によつて得られ
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、一般構造用圧延鋼材（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け材やフエルトを展着する
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（特開
平３−271342号公報）では、一定量の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。又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はミクロ組織がフエライト主体の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カーブを示す。 （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つた。 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％、Si0.6％以下、
Mn0.3〜0.7％、Mo0.5〜0.8％、Al0.1％以下、
N0.006％以下、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、その後空冷してミクロ組織をフエライ
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 Di^*＝0.316√Ｃ（１＋0.7Si）（0.35＋4.1Mn）（１
＋3Mo） （成分単位：重量％） 更に本発明を重量比で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
以上を含むことができる。 （作用） さて、本発明の特徴は、中Ｃ−中Mn鋼に一定
量のMoを添加した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、本発明法によつ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）を伴つた低い降伏強度を
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、フエライト組
織（フエライト面積率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
体強化によつて高温強度を増加させるが、ミクロ
組織がフエライトで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
るので、Mo量の上限は0.8％とする必要がある。 さて、常温において、溶接構造用圧鋼材（JIS
Ｇ 3106）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
くなつ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
のフエ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。 本発明のDi^*値は鋼成分の焼き入れ性に関する
パラメーターで、この値が高い程マルテンサイト
やベイナイトの硬化した組織となる。また、圧延
後の冷却速度も焼き入れ性に影響し、Di^*値が同
じであれば冷却速度が速い程、マルテンサイトや
ベイナイトの硬化した組織となる。従つて、フエ
ライト主体のミクロ組織とするためには、Di^*値
を0.80未満に規制し、また、圧延後の冷却は後述
の実施例に示すように空冷とすることが必須であ
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平１−139328号明細書
（特公平４−50362号公報）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、フエライト粒径
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％
未満では効果が薄れるので下限は0.04％とする。
また、Ｃ量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、
0.11％が上限となる。 Si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。 Alは一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、
Si及びTiによつ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（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、Zr、Ca、REMを選択的に添
加することにより特性の向上を図つている。 ＶはＮと結合してVNを形成し、高温強度を向
上させる。しかし、0.005％未満では、その効果
が薄く、0.05％超では、溶接部の靭性を害するた
め、0.005〜0.05％に限定する。 Tiは炭窒化物を形成してHAZ靭性を向上させ
る。Al量が少ない場合、Ti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、
溶接部のラメラー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、シヤルピー吸収エ
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、CaO、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
ー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、厚板工程によつて鋼板
を製造し、常温と600℃の強度を調査した。 第１表のNo.１〜No.10に本発明鋼を、No.11〜No.16
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No.１〜No.10の例では、ミクロ
組織のフエライト分率が60％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.11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
ないレベルであつた。また、比較鋼No.12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77％にも達した。
比較鋼No.13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70％に達しないレベルであ
つた。これと逆に、比較鋼No.14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、81％にも達した。比較鋼No.15で
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つた。さらに、
比較鋼No.16では、Ｃ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％にも達した。

【表】

【表】 （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図は応力ー歪の図表で、ａはミクロ組織が
フエライト主体、ｂはベイナイト主体の場合を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ wt％で Ｃ：0.04〜0.11％、 Si：0.6％以下、 Mn：0.3〜0.7％、 Mo：0.5〜0.8％、 Al：0.1％以下、 Ｎ：0.006％以下、 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、そ
   の後、空冷してミクロ組織をフエライト主体とす
   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。 Di^*＝0.316√Ｃ（１＋0.7Si）（0.35＋4.1Mn）（１
   ＋3Mo）……(1) ２ wt％で、更に、 Ｖ：0.005〜0.05％ を含んだ請求項１記載の鋼片を、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、その後、空冷してミクロ組織を
   フエ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。 ３ wt％で、更に、 Ti：0.005〜0.03％、 Zr：0.005〜0.03％、 の１種又は２種を含んだ請求項１あるいは請求項
   ２記載の鋼片を、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、
   その後、空冷してミクロ組織をフエライト主体と
   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。 ４ wt％で、更に、 Ca：0.0005〜0.005％ REM：0.001〜0.005％ の１種又は２種を含んだ請求項１乃至請求項３記
   載の鋼片を、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、そ
   の後、空冷してミクロ組織をフエライト主体とす
   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。