JPH1096016A - 耐溶融亜鉛メッキ割れ特性に優れた非調質高強度鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄塔や橋梁等の構造物部材として用いる場合
にボルト穴加工等をした後に溶融亜鉛メッキ処理されて
も割れを生じない耐溶融亜鉛メッキ割れ特性に優れた非
調質高強度鋼の製造方法を提供する。 【解決手段】 重量比でＣ：０．０８〜０．２０％、Ｓ
ｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｃｕ：
２．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：１．０％以
下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｔｉ：０．１０〜０．２％を
含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を１
１００〜１３５０℃に加熱し、８００℃以下で熱間圧延
を終了させ、引張強度を７８０ＭＰａ級とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として鉄塔用鋼
材として用いられる耐溶融亜鉛メッキ割れ特性に優れた
非調質高強度鋼の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、使用鋼材の重量低減を目的とした
高強度鋼材が種々の分野で積極的に使用されるようにな
ってきた。送電用鉄塔向け鋼材にもこのような傾向が現
れてきており、現在引張強さが５９０ＭＰａ級の鋼材が
用いられている。また、大型送電鉄塔は、山中に建設さ
れることが多く、資材の運搬におけるコスト低減のため
更なる高張力化が求められている。

【０００３】鉄塔用鋼材は建設された後にメンテナンス
フリーとするため溶融亜鉛メッキが施される。鉄塔用の
形鋼（例えば等辺等厚山形鋼）は、現地で溶接施工をす
ることなく鉄塔とすることが可能であるため、母材のメ
ッキ割れ感受性が重要視されるが、７８０ＭＰａ以上の
高強度形鋼ではメッキ処理時に形鋼のボルト接合用の穴
開け部からメッキ割れが生じるおそれがあるので高強度
化の大きな妨げとなっている。

【０００４】溶融亜鉛メッキされる高強度鋼に関しては
従来より特開昭５８−８４９５９号公報および特開昭５
９−１１３１６号公報などの技術が提案されてきたが、
いずれも溶接部において発生する割れの防止を対象とす
るものであり、高強度鋼においてボルト穴加工部からの
割れを防止する観点からの知見は少ないのが現状であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を根本的に解決するためのものであり、７８０ＭＰａ以
上の高強度を有し、母材のボルト穴加工部の耐溶融亜鉛
メッキ割れ特性に優れた非調質型高張力鋼の製造方法を
提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するためになされたもので、 （１）重量比でＣ：０．０８〜０．２０％、Ｓｉ：０．
６０％以下、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｃｕ：２．０％
以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍ
ｏ：１．０％以下、Ｔｉ：０．１０〜０．２％を含み、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を１１００
〜１３５０℃に加熱し、８００℃以下で熱間圧延を終了
させ、引張強度を７８０ＭＰａ級とすることを特徴とす
る耐溶融亜鉛メッキ割れ特性に優れた非調質高強度鋼の
製造方法。

【０００７】（２）重量比でＮｂ：０．１５％以下、
Ｖ：０．２％以下で、かつ、Ｎｂ＋０．５Ｖ＋Ｔｉ≧
０．１７５％を満たすことを特徴とする（１）に記載の
耐溶融亜鉛メッキ割れ特性に優れた非調質高強度鋼の製
造方法。

【０００８】（３）重量比でＣａ：０．００４％以下を
添加することを特徴とする（１）または（２）に記載の
耐溶融亜鉛メッキ割れ特性に優れた非調質高強度鋼の製
造方法である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明者らは、０．１１Ｃ−０．
２５Ｓｉを基本成分として、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ添加量を変
化させたもの、及びそれらにＣａを添加した鋼を、熱間
圧延により等辺等厚山形鋼とし、常温引張強度とメッキ
浴中引張の伸びとの関係における添加元素の影響を検討
した。常温引張はＪＩＳ１Ａ号試験片で、浴中引張は図
２に示す試験片で行った。

【００１０】その結果、Ｔｉ量によって両者の関係が整
理され、Ｔｉ量の増加により溶融亜鉛メッキによるボル
ト穴加工部での割れが防止される目安であるメッキ浴中
引張での伸び２０％以上が高強度鋼においても確保され
ることが判明した。

【００１１】すなわち、図１中に示すように、Ｔｉ添加
量が０．０６％と低い場合、メッキ浴中引張における伸
びは低く、高強度鋼では伸びが２０％以下となるが、
０．１０％になると、高強度鋼においてもメッキ浴中引
張における伸びは２０％以上になる。

【００１２】更にＣａを添加した場合は浴中引張伸びは
改善される。Ｎｂ及びＶのうち一種又は二種を添加した
場合も、Ｃａ添加ほどではないものの、やはり改善効果
が認められる。

【００１３】以下、添加成分の限定理由を説明する。

【００１４】Ｃ：０．０８〜０．２０％ Ｃは強度を高めるのに必須の元素である。０．０８％未
満では７８０ＭＰａ以上の強度を得るのが困難で、０．
２０％を越えると鋼の靱性が著しく劣化するため、０．
０８％以上、０．２０％以下に限定した。

【００１５】Ｓｉ：０．６０％以下 Ｓｉはメッキ後の外観状況と関係しており、０．６％を
越えるとメッキ焼けが発生しやすくなる。よって、０．
６％以下に限定した。

【００１６】Ｍｎ：１．０〜２．０％ Ｍｎは強度、靱性の面から必須の元素であるが、１．０
％未満では７８０ＭＰａ以上の強度を得るのが困難で、
２．０％を越えると焼き入れ性が高くなり粗いベイナイ
トが生成し、靱性が著しく劣化するため、Ｍｎ：１．０
％以上２．０％以下に限定した。

【００１７】Ｐ：不可避不純物レベル Ｐは粒界に偏析し、靱性を劣化するが、現状の精錬技術
で十分に低減されているため、上限値は限定しないが、
低いほど望ましい。

【００１８】Ｓ：不可避不純物レベル Ｓは主に介在物の形態で鋼中に存在し、脆化により材質
の劣化を引き起こすが、現状の精錬技術では十分に低減
されているため、上限値は限定しないが、低いほど望ま
しい。

【００１９】Ｃｕ：２．０％以下 Ｃｕは鋼の強度を高めるのに有効な元素であるが、２．
０％を越えて添加した場合にはＣｕ割れが発生しやす
い。よって２．０％以下に限定した。

【００２０】Ｎｉ：２．０％以下 Ｎｉは鋼の強度上昇ならびに靱性向上に有効な元素であ
るが、経済性を考慮し、２．０％以下に限定した。

【００２１】Ｃｒ：１．０％以下 Ｃｒは鋼の強度を高めるのに有効な元素であるが、１．
０％を越えて添加すると鋼の靱性を劣化させるため、
１．０％以下に限定した。

【００２２】Ｍｏ：１．０％以下 Ｍｏは鋼の強度を高めるのに有効な元素であるが、１．
０％を越えて添加すると鋼の靱性を著しく劣化させるた
め、１．０％以下に限定した。

【００２３】Ｔｉ：０．１〜０．２％ Ｔｉは微量の添加で析出強化により鋼の強度を高め、ま
た耐溶融亜鉛メッキ割れ特性に優れた性質を示す有効な
元素であるので、０．１％以上の量を添加する。０．２
％を越えて添加すると鋼中析出物が粗くなり、靱性が著
しく劣化するため、０．１〜０．２％の範囲に限定し
た。

【００２４】Ｎｂ：０．１５％以下、Ｖ：０．２％以下 Ｎｂ、Ｖは微量の添加で析出強化により鋼の強度を高め
るのに有効な元素であるが、Ｎｂ含有量が０．１５％を
越えるか、またはＶ含有量が０．２％を越えて過剰に添
加されると、鋼の靭性を著しく劣化させるため、上記の
値に限定し、一種又は二種を添加できるものとした。

【００２５】Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖを添加する場合、高強度と
ともに耐溶融亜鉛メッキ割れに優れた特性を示す条件と
して、Ｎｂ＋０．５Ｖ＋Ｔｉ≧０．１７５％の関係式を
満足させるものとする。

【００２６】Ｃａ：０．００４％以下 Ｃａは添加することで耐溶融亜鉛メッキ割れ特性を著し
く改善することができる唯一の元素である。しかし、
０．００４％を越えて添加すると、Ｃａ−Ｏ−Ｓのクラ
スターが発生し、鋼の清浄性が低下してしまう。従っ
て、Ｃａを０．００４％以下に限定した。

【００２７】Ａｌ：Ａｌは脱酸のため必須の元素である
が、現状の精錬レベルの添加量ではなんら問題を生じな
いため、現状の不可避不純物レベルとした。Ａｌは本発
明においては脱酸のために添加する場合もあり、その場
合は通常の添加量（０．００５〜０．０６０％）とす
る。形鋼などでＳｉ脱酸においては不可避不純物として
扱う。

【００２８】Ｂ：不可避不純物レベル Ｂは鋼の焼き入れ性を向上させるが、溶接部の耐溶融亜
鉛メッキ割れ性を著しく劣化させるため、溶接される場
合、２ｐｐｍ以下に管理されている。

【００２９】本発明鋼は原則として溶接施工を対象とし
ないので、Ｂの上限は５ｐｐｍ程度の管理とする。しか
し、Ｂは低いほど望ましく、溶接が避けられない場合は
上記に従う。

【００３０】次に、製造条件の限定理由を説明する。

【００３１】加熱温度：１１００〜１３５０℃ １１００℃以下の加熱温度の場合、析出強化を期待する
添加元素が完全に固溶しないため、十分な強度が得られ
ない。また、１３５０℃以上に加熱した場合、加熱粒径
が著しく粗くなり、靭性が劣化する。従って、加熱温度
を１１００〜１３５０℃の範囲に限定した。

【００３２】圧延仕上温度：８００℃以下 ８００℃を越える温度で圧延を終了した場合、組織が粗
くなり十分な靭性が得られない。従って、圧延仕上温度
を８００℃以下に限定した。

【００３３】

【実施例】表１に実施例を示す。各鋼は表中に示す各製
造条件で等辺等厚山形鋼に圧延した。表中のメッキ割れ
の有無の項は、圧延した山形鋼に実際の施工と同様に、
接合用ボルトの穴開け加工を施した後に溶融亜鉛メッキ
浴中に浸漬し、穴開け加工部から割れが発生するかどう
かを確認した結果である。

【００３４】表１中の「製造」の項は、各鋼の加熱温度
及び圧延仕上温度の条件をそれぞれ記号Ａ〜Ｄで表した
ものである。記号Ａは加熱温度１２２５℃で圧延仕上温
度７６５℃の条件を、記号Ｂは加熱温度９９５℃で圧延
仕上温度６８５℃の条件を、記号Ｃは加熱温度１２４４
℃で圧延仕上温度８７７℃の条件を、記号Ｄは加熱温度
１３６５℃で圧延仕上温度７７５℃の条件をそれぞれ示
す。

【００３５】また、表１中の「ＴＳ」の項は、ＪＩＳ１
Ａ号試験片を用いて調べた常温での引張強度（ＭＰａ）
を示したものである。

【００３６】また、表１中の「ｖＴｒｓ」の項は、各鋼
の破面遷移温度（℃）をそれぞれ表したものである。

【００３７】１−１と１−２は本発明の請求範囲の化学
成分、製造条件を満足しているため、７８０ＭＰａ以上
の強度と優れた靭性を有し、メッキ割れも生じない。

【００３８】１−３は低Ｃで、低い加熱温度のため、７
８０ＭＰａ級の強度を確保することができない。

【００３９】１−４はＣ量が多く、圧延仕上温度が８７
７℃と高いため、９５９ＭＰａと著しく高強度となり、
靭性が劣化し、メッキ割れが生じている。

【００４０】１−５はＳｉ量が多いためメッキ焼けが生
じ、また加熱温度が高いため強度が高く、靭性が劣化し
ており、メッキ割れが発生している。

【００４１】１−６は低Ｍｎ量のため強度が低い。

【００４２】１−７はＭｎ量が多いため、加熱温度は低
いが強度が高く、メッキ割れが発生している。

【００４３】１−８はＣｕが高いため、靭性が劣化して
おり、メッキ割れが生じている。

【００４４】１−９はＮｉが多く加熱温度も著しく高い
ため、強度が高く、靭性が劣化しており、メッキ割れが
発生する。

【００４５】１−１０はＣｒ添加量が多く、圧延仕上温
度も高いため、高強度となり、靭性も低く、メッキ割れ
が生じている。

【００４６】１−１１はＭｏ添加量が多いため、加熱温
度が低いものの、強度が高く、メッキ割れが生じてい
る。

【００４７】１−１２はＴｉ添加量が請求範囲以下であ
るため、製造条件は請求範囲以内であるが、メッキ割れ
が生じている。

【００４８】１−１３はＴｉ添加量が多すぎることと、
加熱温度が著しく高いため析出物が粗くなり、靭性も劣
化して、その結果メッキ割れが生じている。

【００４９】１−１４はＮｂ添加量が多く、圧延仕上温
度も高いため、高強度となり、メッキ割れが生じてい
る。

【００５０】１−１５はＶ添加量が多いため、加熱温度
が低いものの高強度となり、メッキ割れが生じている。

【００５１】１−１６はＣａ添加量が高く、鋼の清浄度
が劣るため、強度は７８０ＭＰａレベルであるが割れが
発生している。

【００５２】１−１７は成分が請求範囲を満たしている
が、加熱温度が著しく高いため組織が粗くなり、靭性が
劣化し、メッキ割れが生じている。

【００５３】１−１８は成分が請求範囲を満たしている
が、圧延仕上温度が高いため靭性が低く、メッキ割れが
生じている。

【００５４】１−１９は成分は請求範囲を満たしている
ものの、加熱温度が低いため強度不足となっている。

【００５５】１−２０は成分および製造条件ともに請求
範囲を満たしているため、強度が高く、高靭性であり、
メッキ割れの発生も認められない。

【００５６】１−２１，１−２２，１−２３は成分およ
び製造条件ともに請求範囲を満たしているため、いずれ
も高強度で且つ、メッキ割れの発生もない。

【００５７】

【表１】

【００５８】

【発明の効果】本発明法により製造した鋼材は、高強度
で且つ、ボルト穴加工後、溶融亜鉛メッキしても割れを
生じない。よって、鉄塔、橋梁及び建築物に用いた場
合、これら構造物の軽量化に大きく貢献し、産業上極め
て有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼材の常温強度ＴＳ（ＭＰａ）とメッキ浴中引
張試験の伸び（％）との関係を示す図。

【図２】溶融亜鉛中における母材の脆化を調べるための
引張試験片を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比でＣ：０．０８〜０．２０％、Ｓ
   ｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｃｕ：
   ２．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：１．０％以
   下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｔｉ：０．１０〜０．２％を
   含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を１
   １００〜１３５０℃に加熱し、８００℃以下で熱間圧延
   を終了させ、引張強度を７８０ＭＰａ級とすることを特
   徴とする耐溶融亜鉛メッキ割れ特性に優れた非調質高強
   度鋼の製造方法。
2. 【請求項２】 重量比でＮｂ：０．１５％以下、Ｖ：
   ０．２％以下で、かつ、Ｎｂ＋０．５Ｖ＋Ｔｉ≧０．１
   ７５％を満たすことを特徴とする請求項１記載の耐溶融
   亜鉛メッキ割れ特性に優れた非調質高強度鋼の製造方
   法。
3. 【請求項３】 重量比でＣａ：０．００４％以下を添加
   することを特徴とする請求項１または請求項２記載の耐
   溶融亜鉛メッキ割れ特性に優れた非調質高強度鋼の製造
   方法。