JPH0713249B2 - 耐火性の優れた建築用低降伏比鋼の製造方法 - Google Patents

耐火性の優れた建築用低降伏比鋼の製造方法

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JPH0713249B2
JPH0713249B2 JP2165808A JP16580890A JPH0713249B2 JP H0713249 B2 JPH0713249 B2 JP H0713249B2 JP 2165808 A JP2165808 A JP 2165808A JP 16580890 A JP16580890 A JP 16580890A JP H0713249 B2 JPH0713249 B2 JP H0713249B2
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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 346
6)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、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。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%、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、その
後空冷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 (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、Di*値(ここでDi*とは焼入れに寄与する合金元素
の効果を定量化したものである。)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)の靱性が劣化する
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
が大きくなって低温靱性が劣化するので、その上限は13
00℃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靱性が必要な
鋼材では必須要件であるが、本発明鋼のように低温靱性
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、建築用鋼としての靱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
願している特開平2−77523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、比較的薄い鋼材では、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の低温靱性に悪影
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靱性が劣化するため、その上限を0.6%とした。
つぎに、Mnは強度、靱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靱性が劣化するた
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、溶接部の靱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靱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はしないが、一般に靱性、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
た靱性が要求)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靱性に悪影響を及ぼすことなく、母材
の強度、靱性を向上させるが、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YRを増加さ
せるため、また、0.05%未満では効果が無いのでCu量は
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、Cr量
が0.5%を超えると溶接性やHAZ靱性を劣化させ、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〜No.15に本発明鋼を、No.16〜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No.1〜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、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、6
00℃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、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No.18では、Moが低いため、常温と6
00℃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70%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、600℃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、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
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図は応力−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。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%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 に加えて Ni:0.05〜0.5%、 Cu:0.05〜0.5%、 Cr:0.05〜0.5% 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1
    150〜1300℃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
    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
JP2165808A 1990-06-26 1990-06-26 耐火性の優れた建築用低降伏比鋼の製造方法 Expired - Lifetime JPH0713249B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0277523A (ja) * 1988-06-13 1990-03-16 Nippon Steel Corp 耐火性の優れた建築用低降伏比鋼材の製造方法およびその鋼材を用いた建築用鋼材料

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