JPH1180877A - 耐震性および耐火性に優れた溶接鋼管とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大地震の際に作用する曲げ応力に対して、局
部座屈を起こしにくく建築用の柱などに好適な、耐震性
および耐火性に優れた溶接鋼管を提供する。 【解決手段】 熱間圧延された鋼板を材料とする溶接鋼
管であって、その化学成分が、重量％で、Ｃ：０．０５
〜０．１８％、Ｍｎ：０．５〜１．６％、Ｍｏ：０．０
５〜０．５０％、Ｖ：０．０５〜０．１０％を含有する
とともに下記の式で表されるＰＣＭが０．１０〜０．２
５であり、下記の不等式を満足し、かつ、管軸方向の引
張試験における加工硬化指数が０．１０以上であること
を特徴とする耐震性および耐火性に優れた溶接鋼管。
（元素記号は各元素の重量％） ＰＣＭ＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10
+B×5 Ｃ−12/51 ×Ｖ−12/48 ×Ｔｉ≦0.13

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建築用の柱など
として使用される地震時の曲げ応力に対して局部座屈を
起こしにくい、耐震性および耐火性に優れた溶接鋼管と
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＵＯＥ鋼管、スパイラル鋼管、電縫鋼
管、プレスベンド鋼管などの炭素鋼鋼管あるいは低合金
鋼鋼管は、大量にかつ安定して製造できるため、その優
れた経済性や溶接施工性とあいまって、ガスパイプライ
ンや水道配管など流体の輸送用鋼管あるいは建築・土木
用の柱として、広く用いられている。

【０００３】建築用の鋼管においては、耐震性能を考慮
した鋼管がいくつか提案されている。例えば、特開平３
−１７３７１９号公報には、鋼板を圧延後Ａｒ₃ 点以上
の温度から又はＡｃ₃ 点以上の温度に再加熱後焼入れ、
その後３％以上の加工率で曲げ加工を施して鋼管とし、
その後Ａｃ₁ 変態点以下で焼戻し処理を行うという技術
が提案されている。これにより、降伏比８０％以下が得
られるというもので、実施例として７２〜７９％の降伏
比が記載されている。

【０００４】特開平５−６５５３５号公報、特開平５−
１１７７４６号公報、特開平５−１１７７４７号公報に
は、ｔ／Ｄ（ｔ：板厚、Ｄ：鋼管外径、以下同様）が１
０％以下の比較的厚物の建築用低降伏比鋼管の製造法が
提案されている。この方法では、Ｔｉ添加鋼の鋼板を冷
間成形して鋼管を製作し、その後５００〜６５０℃で焼
鈍を行っている。記載された実施例をみると、ｔ／Ｄは
３〜１０％、降伏比は８０％未満となっている。

【０００５】特開平５−１５６３５７号公報には、Ｎ
ｂ、Ｔｉ等を添加しない低炭素鋼による低降伏比の鋼管
の製造法が提案されている。この技術は、低炭素鋼を９
５０℃以下の圧下率が５０％以上となるよう熱間圧延し
空冷するもので、記載された実施例をみると、降伏比は
７６〜７８％となっている。

【０００６】特開平６−４９５４０号公報、特開平６−
４９５４１号公報、特開平６−１２８６４１号公報に
は、ｔ／Ｄが１０％以下の比較的厚物の建築用低降伏比
鋼管の製造法が提案されている。この方法では、Ｎｂ−
Ｔｉ添加鋼の鋼板を冷間成形して鋼管を製作し、その後
７００〜８５０℃で焼準を行っている。記載された実施
例をみると、ｔ／Ｄは４〜１０％、降伏比は８０％未満
となっている。

【０００７】特開平６−２６４１４３号公報、特開平６
−２６４１４４号公報には、やはりｔ／Ｄが１０％以下
の比較的厚物の建築用低降伏比鋼管の製造法が提案され
ている。この方法では、Ｔｉ添加鋼の鋼板を冷間成形し
て鋼管を製作し、その後Ａｃ ₁ 変態点以下で焼戻し処理
を行っている。記載された実施例をみると、ｔ／Ｄは４
〜１０％、降伏比は７０〜７８％となっている。

【０００８】特開平７−２３３４１６号公報には、Ｎｉ
−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｔｉ添加鋼による建築用低降伏比鋼管の
製造法が提案されている。この方法では、鋼板を冷間成
形して鋼管を製作し、その後６５０〜７５０℃で焼準を
行っている。記載された実施例をみると、ｔ／Ｄは４〜
９％、降伏比は７２〜７７％となっている。

【０００９】特開平７−１５０２４７号公報には、Ｎ
ｂ、Ｖ、Ｔｉの１種以上を添加した鋼板を、冷間成形し
て鋼管を製作し、その後二相域温度範囲に再加熱してい
る。記載された実施例をみると、降伏比は５５〜７０％
となっている。

【００１０】特開平７−１８８７４８号公報には、二相
域温度加熱時の島状マルテンサイト生成傾向を表すパラ
メータが、所定の範囲内となる鋼板を冷間成形して鋼管
を製作し、その後二相域温度範囲に再加熱している。記
載された実施例をみると、降伏比は４９〜６６％となっ
ている。

【００１１】これらの技術では、耐震性能として降伏応
力と引張強さの比である降伏比をとり、この比を小さく
するための鋼管製造方法に重点が置かれている。これら
はいずれも、柱の曲げ応力に対する塑性吸収能に関する
もので、降伏比を小さくすることにより、塑性崩壊に至
るまでのエネルギ吸収能を大きくし、建築物の倒壊の防
止をはかっている。

【００１２】さらに、耐火性を考慮した耐火性鋼管とし
ては、材料にＭｏを添加して上述と同様の技術を用いて
製造する溶接鋼管があり、次のような技術が開示されて
いる。

【００１３】特開平４−１２８３１５号公報、特開平４
−１６８２１８号公報、特開平４−１６８２１９号公報
には、Ｍｏを０．１〜２．５％と、Ｎｂ、Ｖのうち１種
以上を含む耐震性・耐火性鋼管の製造方法が提案されて
いる。この技術では、この低炭素鋼鋼管を加熱して急冷
し、その後２００〜６００℃で焼き戻ししている。

【００１４】特開平４−１７６８１９号公報、特開平４
−１７６８２１号公報には、Ｍｏを０．１〜２．５％
と、Ｎｂ、Ｖのうち１種以上を含む耐震性・耐火性鋼管
の製造方法が提案されている。この技術では、この低炭
素鋼鋼管をＡｃ₃点以上の温度に加熱してその温度で成
形し、１０℃／ｓ以下の冷却速度で冷却している。

【００１５】特開平４−２１８６１６号公報には、Ｍｏ
を０．１〜２．０％と、Ｎｂ、Ｖのうち１種以上を含む
耐震性・耐火性鋼管の製造方法が提案されている。この
技術では、この低炭素鋼鋼管をＡ₃−２００℃以上に加
熱して０．１０％以上の歪を付与し、その後直ちに又は
所定温度範囲まで空冷後、１５℃／ｓ以上の冷却速度で
冷却している。

【００１６】特開平４−２２８５２１号公報には、Ｍｏ
を０．１〜２．５％と、必要に応じＮｂ、Ｖのうち１種
以上を含む耐火性鋼管の製造方法が提案されている。こ
の技術では、この低炭素鋼鋼管に０．１０％以上の冷間
歪を付与し、その後必要に応じて２００〜６００℃で焼
き戻ししている。

【００１７】特開平５−２３０５９３号公報には、Ｍｏ
を０．４〜０．７％を含み、ミクロ組織がフェライト＋
ベーナイトである耐火性鋼が提案されている。この技術
では、この鋼を加熱して所定温度から水冷後、焼き戻し
している。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】これらの技術（以下、
従来技術）は、柱の曲げ応力に対する塑性変形吸収能に
関する技術であり、低降伏比とすることに重点がおかれ
ている。これは、従来技術においては、建築用鋼材の耐
震性向上のため、柱の曲げの際の塑性変形吸収能を高く
することを目的としていたためである。一般に、鋼板に
おいては、低降伏比であれば塑性変形吸収能が高くな
り、低降伏比とすることが有効である。

【００１９】しかし、検討の結果、鋼管の場合は単に低
降伏比とするだけでは耐震性が向上しないことがわかっ
た。それは後述のように、鋼管の広い部分が塑性変形し
て曲げ歪を吸収する以前あるいはその最中に、局部的な
座屈が起こることによる。従来技術においては、このよ
うな柱の横方向からの応力による局部座屈、および局部
座屈発生後の変形による脆性亀裂の発生を防ぐことにつ
いては、ほとんど考慮されていなかった。

【００２０】例えば、前述の従来技術に記載されている
材料試験値は、ＹＰ又はＹＳ、ＴＳ、ＹＲ（＝ＹＳ／Ｔ
Ｓ）、あるいはこれに加えてｖＥｏである。これらは通
常の引張試験値（降伏応力、引張強さ）とシャルピー衝
撃試験値（０℃の吸収エネルギ）と考えられる。これら
以外の材料試験値については、いずれの従来技術におい
ても記載されていない。従って、鋼管自体の曲げ試験等
も行われておらず、鋼管における局部座屈の発生につい
ても検討されていなかった。

【００２１】また、従来技術では、降伏比として７０％
台（一部の技術ではそれ以下）を指標としており、この
ような低降伏比を得るために、ほとんど総ての技術にお
いて鋼管成型後に熱処理を行っている。そのため、製造
コストが増加し、比較的安価な耐震性鋼管を供給するこ
とが困難となる。鋼管は中空となっている部分の占める
体積が大きいため、鋼板等の熱処理に比べて熱処理に要
する設備が大型化する。

【００２２】この発明は、以上の問題点を解決し、大地
震の際に作用する曲げ応力に対して、局部座屈を起こし
にくく建築用の柱などに好適な、耐震性および耐火性に
優れた溶接鋼管を提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、熱間圧延
された鋼板を材料とする溶接鋼管であって、その化学成
分が、重量％で、Ｃ：０．０５〜０．１８％、Ｍｎ：
０．５〜１．６％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ｖ：
０．０５〜０．１０％を含有するとともに下記の式で表
されるＰＣＭが０．１０〜０．２５であり、下記の不等
式を満足し、かつ、管軸方向の引張試験における加工硬
化指数が０．１０以上であることを特徴とする耐震性お
よび耐火性に優れた溶接鋼管である。 ＰＣＭ＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10
+B×5 Ｃ−12/51 ×Ｖ−12/48 ×Ｔｉ≦0.13 ここで、式中の元素記号は各元素の重量％を示す。

【００２４】この発明は、大地震の際に作用する曲げ応
力に対して、鋼管の変形挙動について鋭意検討した結果
なされたものである。検討の過程で、鋼管の変形は、ま
ず全体的な曲げが進行した後、広い部分にわたって座屈
する以前に、局部的な座屈が起こることを見いだした。

【００２５】このように鋼管に局部座屈が発生すると、
その部分に曲げ応力が集中するため、急速変形となり脆
性亀裂が発生して破壊に至る。耐震性の向上のために
は、局部座屈を起こしにくい鋼管とする必要がある。し
かし、このような局部座屈に対しては、従来技術のよう
に単に低降伏比とすることでは解決できないことがわか
り、さらに検討を続けた。

【００２６】その過程で、鋼管の横方向（軸に垂直な方
向）から働く曲げ応力に対する耐座屈性を評価するため
に、各種の材質試験とともに実管曲げ試験を行い、鋼管
の製造方法や材質的な特性と局部座屈の発生挙動との相
関を調査した。図１は、実管曲げ試験における試験体と
試験装置の配置を模式的に示す図である。この試験は、
試験装置の４個の曲げ治具１１、１２により、試験体９
（鋼管）に対して曲げ応力を加える４点曲げ方式の実管
曲げ試験である。

【００２７】曲げ試験の初期においては、試験体９（鋼
管）は曲げ治具１２、１２の間の部分が全体的に曲がっ
ていく。ところが、さらに曲げ変形を加えると、試験体
９の曲げ治具１１、１１の間の領域１で局部的に変形が
進行し、局部座屈が発生する。その後は、この局部座屈
の発生した領域１以外の領域２はほとんど変形せず、領
域１にのみ変形が集中する。

【００２８】そこで、局部座屈の発生した時点の曲げ角
度（片方）θで、曲げ試験の評価を行った。曲げ変形の
角度がこの曲げ角度θ未満であれば、座屈が生じないの
で破壊に至ることはない。従って、地震の際の横方向の
外力に対する抵抗力を、この曲げ角度（片方）θで評価
することができる。

【００２９】この曲げ角度θに影響を及ぼす要因につい
て、製造方法その他種々検討する中で、一部の化学成分
の鋼を用いた鋼管について、曲げ角度θを大きくするこ
とができることを見いだし、良好な耐座屈性能を示すこ
とに成功した。また、これらの鋼管についての機械試験
結果との関係を検討すると、引張試験における降伏点付
近の挙動と密接な関係があることがわかった。

【００３０】その中でも、鋼管から軸方向に平行な引張
試験片を採取して、引張試験を行った際の加工硬化指数
が、局部座屈発生の主要因であることがわかった。それ
は、加工硬化指数が大きい鋼管は、局部座屈が発生する
曲げ角度θも大きいということである。特に、加工硬化
指数が０．１０以上になると、局部座屈の発生する曲げ
角度（片方）θが３°以上に達しており、良好な耐座屈
性能を示すということである。

【００３１】以上よりこの発明では、加工硬化指数を
０．１０以上とする。なお、加工硬化指数としては、鋼
管の管軸方向の引張試験降において、降伏応力を超えて
から公称歪みで５％までの応力歪み曲線から決まる値を
用いる。

【００３２】次に、その他の材料特性も含め鋼の化学成
分について検討した。その結果、Ｃ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｖの
含有量を適切に制御することが必要であり、また、Ｃ、
Ｖ、Ｔｉについては、適切な範囲があることがわかっ
た。さらに、下記の式（１）で表される値ＰＣＭについ
ても適切な範囲があることがわかった。 ＰＣＭ＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5×B （１） ここで、式中の元素記号は各成分元素の重量％を表す。
以下、化学成分の限定理由について説明する。

【００３３】Ｃ： 構造物としての十分な強度を得るた
めには、最低０．０５％必要である。一方、Ｃ量が０．
１８％を超えると、溶接割れの可能性が増大する。従っ
て、Ｃ量を０．０５〜０．１８％に規定する。

【００３４】Ｍｎ： 構造用鋼としての十分な強度と靱
性を得るためには、０．５％以上の添加が必要である。
しかし、Ｍｎ量が１．６％を超えると、母材と溶接部の
靱性の劣化をまねく。従って、Ｍｎ量を０．５〜１．６
％に規定する。

【００３５】Ｍｏ： 高温での強度、即ち耐火性を得る
ためには、０．０５％の以上の添加が必要である。しか
し、Ｍｏ量が０．５％を超えると、母材と溶接部の靱性
の劣化および溶接性の劣化をまねく。従って、Ｍｏ量を
０．０５〜０．５％に規定する。

【００３６】Ｖ： 高温での強度、即ち耐火性を得るた
めには、０．０５％の以上の添加が必要である。しか
し、Ｖ量が０．１％を超えると、母材と溶接部の靱性の
劣化および溶接性の劣化をまねく。従って、Ｖ量を０．
０５〜０．１％に規定する。

【００３７】さらにこの発明では、必要に応じ、Ｔｉを
添加してもよい。その場合、好ましい添加量は次のよう
になる。

【００３８】Ｔｉ： 鋼管の靱性の向上とともに、鋳造
時のスラブの傷防止に有効な元素であるが、０．００５
％未満では効果が見られない。また、０．０８％を超え
ると溶接性と溶接部の靱性を劣化させる。従って、Ｔｉ
を添加する場合は、添加量を０．００５〜０．０８％と
する。

【００３９】Ｃ、Ｖ、Ｔｉ量の範囲： 前述の耐局部座
屈性の観点から、加工硬化指数の目標値は０．１０以上
である。この目標値を達成するために必要な化学成分に
ついて、鋭意検討した。その結果、加工硬化指数に及ぼ
すＣ、Ｖ、Ｔｉの影響が大きいことがわかった。これら
の成分元素の影響について更に検討した結果、Ｃ、Ｖ、
Ｔｉが満足すべき条件として、次の式（１）で表される
関係が得られた。 Ｃ−12/51×Ｖ−12/48×Ｔｉ≦0.13 （１） ここで、式中の元素記号は各元素の重量％を示す。

【００４０】その他の元素は、発明の目的を損なわない
限り含有されていてもよい。また、通常の製鋼作業にお
ける脱酸元素等、製造上の必要に応じて上記以外の元素
が含まれていてよいことは言うまでもない。また、スク
ラップ等の原料から持ち込まれる元素も、普通鋼の範囲
内であれば不可避的不純物である。

【００４１】ＰＣＭ： この値は、構造物として十分な
強度を得るためと良好な耐局部座屈性を得るために所定
の値とする必要があり、０．１０が必要最低限の値であ
る。一方、０．２５を超えると溶接性が劣化し、また、
耐局部座屈性も低下する。従って、ＰＣＭの値を０．１
０〜２５とする。

【００４２】その他の元素は、発明の目的を損なわない
限り含有されていてもよい。また、通常の製鋼作業にお
ける脱酸元素等、製造上の必要に応じて上記以外の元素
が含まれていてよいことは言うまでもない。また、スク
ラップ等の原料から持ち込まれる元素も、普通鋼の範囲
内であれば不可避的不純物である。

【００４３】第２の発明は、請求項１記載の化学成分の
鋼を熱間圧延し、圧延終了後６００℃以下まで２℃／ｓ
ｅｃ以上の冷却速度で冷却して鋼板を製造し、この鋼板
を冷間成形して鋼管を製造し、成形時の歪みを含めた冷
間歪み量を５％以上付与することにより、管軸方向の引
張試験における加工硬化指数を０．１０以上とすること
を特徴とする耐震性および耐火性に優れた溶接鋼管の製
造方法である。

【００４４】この発明は、圧延後の冷却条件を規定して
いる。冷却速度が２℃／ｓｅｃ未満であると、０．１０
以上の加工硬化指数が得られず、良好な耐局部座屈性が
得られない。冷却停止温度が６００℃を超えると、やは
り０．１０以上の加工硬化指数と良好な耐局部座屈性が
得られない。従って、圧延後の冷却条件を６００℃以下
まで２℃／ｓｅｃ以上とする。

【００４５】第３の発明は、熱間圧延を行う際、圧延終
了温度をＡｒ₃＋４０℃〜Ａｒ₃−８０℃とすることを特
徴とする第２の発明の耐震性および耐火性に優れた溶接
鋼管の製造方法。

【００４６】この発明では、圧延条件について検討する
中、圧延終了温度の影響が大きいことを見出した。圧延
終了温度が、Ａｒ₃＋４０℃を超えると、０．１０以上
の加工硬化指数が得られず、良好な耐局部座屈性が得ら
れない。また、圧延終了温度が、Ａｒ₃−８０℃未満で
も、やはり加工硬化指数が低くなり、良好な耐局部座屈
性が得られない。

【００４７】

【発明の実施の形態】この発明では、鋼管の材料につい
ては、発明の化学成分であれば製造方法は特に問わな
い。また、Ｓｉ、Ａｌ等の脱酸元素は、必要に応じて含
まれていてよい。その他、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏ等の不純物
は、少ない方がよい。また、介在物の制御のためのＣａ
やＲＥＭ等の元素は、特にこの発明の目的を損なうもの
ではないことから含まれていてもよい。その他、場合に
よっては、Ｂを０．００１％を超えない範囲で含んでい
てもよい。

【００４８】さらに、必要に応じＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒを添
加してもよい。その場合、好ましい添加量は次のように
なる。

【００４９】Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ： いずれも強度の上昇
に有効な元素であるが、それぞれ０．０５％未満では効
果が見られない。しかし、０．５０％を超えると母材と
溶接部の靱性を劣化させる。従って、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ
を添加する場合は、添加量を０．０５〜０．５０％とす
る。

【００５０】鋼板の圧延条件等の製造条件は、製造方法
や設備に合った条件とすればよい。加熱温度としては、
例えば、１０５０〜１２５０℃とすればよい。圧延終了
後の冷却方法は、０．１０以上の加工硬化指数が得られ
れば特に問わないが、加速冷却を行うことが必要であ
る。冷却条件は、６００℃以下まで２℃／ｓｅｃ以上と
するのが好ましい。

【００５１】鋼管を製造する製管工程では、熱間圧延で
得られた鋼板を、ＵＯＥ、ベンディングロール、プレス
ベンドなどの冷間成形法により鋼管の形状に加工する。
その他、鋼管の成形方法は、冷間加工である限り制限は
ない。

【００５２】一般に、曲げ成形のみによる板の加工の場
合、冷間歪み量は管厚／外径で表される。良好な高温強
度を得る観点からは、この冷間歪み量を５％以上とする
ことが望ましい。この値が５％未満の場合は、拡管ある
いは縮管などの方法により、冷間歪み量が５％以上とな
るようさらに冷間加工を加える。

【００５３】その後、突合せ部を溶接して鋼管を製造す
る。溶接についても、この発明の成分範囲の材料であれ
ば、通常の溶接方法および条件で特に問題なく溶接可能
である。

【００５４】

【実施例】種々の化学成分からなる鋼から熱間圧延によ
り鋼板を製造し、冷間成形により管厚１０〜３０ｍｍ、
管外径６００ｍｍの溶接鋼管を製造した。これらの鋼管
について、前述の実管試験と引張試験を行った。

【００５５】表１に、鋼管の化学成分と式（１）の値、
および実管試験と引張試験・溶接性の結果を示す。化学
成分については、鋼種Ａ（Ａ^*も同一鋼種）〜Ｊは発明
の範囲内、鋼種Ｋ〜Ｐは発明の範囲外である。これらの
鋼を材料とする鋼管Ａ，Ｂ，Ｃ〜Ｊ（表１では鋼種と同
じ記号で表す）は発明の鋼管、鋼管Ａ^*，Ｂ^*，Ｋ〜Ｐは
比較用の鋼管である。

【００５６】試験結果については、表１では次のように
示してある。耐局部座屈性（表では、耐座屈性）は、実
管曲げ試験において、局部座屈の発生した時点の曲げ角
度（片方）θが、３％以上となった場合を○印、それ未
満の場合をＸ印で示してある。

【００５７】溶接性については、鋼管成形後の縦シーム
溶接部について、溶接割れの有無を調べた。強度は、Ｊ
ＩＳＺ２２４１に規定された引張試験に準じて行った。
これらの試験結果は、溶接割れがなく引張強さが５０kg
/mm²以上の場合を○印、それ以下の場合をＸ印で、表１
の溶接性／強度の欄に示した。加工硬化指数（表ではｎ
値）は応力−歪曲線より通常の方法で求めた。

【００５８】

【表１】

【００５９】発明鋼管Ａ，Ｂ，Ｃ〜Ｊについては、式
（１）の値が発明の上限０．１３以下となっており、加
工硬化指数（ｎ値）は下限０．１０以上となっている。
その結果、耐局部座屈性が良好となっている。また、溶
接性、強度、および高温強度も良好である。

【００６０】比較鋼管については、鋼管Ａ^*とＢ^*は、化
学成分は発明の範囲内であるが、加工硬化指数（ｎ値）
が０．１０未満であるため、十分な耐局部座屈性が得ら
れていない。比較鋼管ＫはＣ、Ｍｏ、ＰＣＭが上限を超
えており、式（１）の値も上限０．１３を超えているほ
か、加工硬化指数（ｎ値）が下限０．１０未満である。
そのため、耐局部座屈性と溶接性が不良である。

【００６１】比較鋼管Ｌは、Ｍｏ、Ｖが添加されていな
いため高温強度が劣る。また、比較鋼管Ｌは、Ｍｎおよ
びＣｒが上限を超えており、溶接性が不良である。比較
鋼管Ｍは、Ｃが下限未満のため強度が不良であり、一
方、ＶとＣｕが上限を超えており、溶接性が不良であ
る。また、比較鋼管Ｍは、加工硬化指数（ｎ値）が下限
０．１０未満であり、耐局部座屈性が不良である。

【００６２】比較鋼管Ｎは、ＭｎおよびＰＣＭが上限を
超えており、溶接性および耐局部座屈性が不良である。
その反面、Ｍｏが下限未満、Ｖが無添加であり、高温強
度が不良である。

【００６３】比較鋼管Ｏは、Ｍｏ、Ｖが添加されていな
いため高温強度が劣る。比較鋼管Ｐも、Ｍｏ、Ｖが添加
されていないため高温強度が劣り、一方、ＭｎとＴｉが
上限を超えており、溶接性が不良である。

【００６４】ここで、比較鋼管Ｌ、Ｍ、Ｏ、Ｐでは、Ｐ
ＣＭと式（１）の値はいずれも発明範囲内となっている
が、化学成分が発明の範囲内にないため、強度、溶接
性、あるいは高温強度が不良となっている。

【００６５】次に、熱間圧延後、種々の冷却条件を適用
して製造した鋼板から製造した鋼管について、同様の試
験を行った。結果を表２に示す。鋼管Ａ−３、Ｂ−１〜
Ｊ−１は発明鋼管であり、その他は比較鋼管である。

【００６６】

【表２】

【００６７】発明鋼管Ａ−３、Ｂ−１〜Ｊ−１について
は、加工硬化指数（ｎ値）が下限０．１０以上となって
おり、良好な耐局部座屈性を示している。

【００６８】比較鋼管Ａ−１は冷却停止温度が上限６０
０℃より高く、比較鋼管Ａ−２は冷却速度が下限２℃／
ｓより低いため、いずれも加工硬化指数が発明範囲
（０．１０以上）より小さくなり、良好な耐局部座屈性
が得られていない。

【００６９】比較鋼管Ａ−１とＡ−４は、Ｍｏ、Ｖは発
明の範囲内であるが（表１）、成形時の歪みを含めた冷
間歪み量が下限（５％）未満のため、高温強度が十分で
ない。

【００７０】比較鋼管Ｋ−１は、Ｃ、Ｍｏ、ＰＣＭ、式
（１）の値が上限を超えており（表１）、加工硬化指数
（ｎ値）も下限未満であるため、この発明の冷却条件で
製造しても耐局部座屈性と溶接性が不良である。比較鋼
管Ｋ−２は、さらに成形時の歪みを含めた冷間歪み量が
下限未満であるため、耐局部座屈性と溶接性の他、高温
強度が不良である。

【００７１】比較鋼管Ｍ−１は、Ｃが下限未満でＶとＣ
ｕが上限を超えており（表１）、この発明の冷却条件で
製造しても強度と溶接性が不良である。また、比較鋼管
Ｍ−１は、加工硬化指数（ｎ値）は発明の範囲内とな
り、耐局部座屈性は良好であるが、成形時の歪みを含め
た冷間歪み量が下限未満であるため、高温強度が不良で
ある。

【００７２】比較鋼管Ｐ−１は、この発明の冷却条件で
製造しても、Ｍｏ、Ｖ無添加（表１）のため高温強度が
劣り、ＭｎとＴｉが過剰のため溶接性が不良である。比
較鋼管Ｐ−２は、さらに圧延後の冷却速度が下限未満で
あり、加工硬化指数（ｎ値）が下限未満となったため、
溶接性、高温強度の他、耐局部座屈性が不良である。

【００７３】さらに、熱間圧延の圧延終了温度を適用し
た鋼板から鋼管を製造し、同様の試験を行った。結果を
表３に示す。鋼管Ａ−７、Ａ−８、Ｂ−３は発明鋼管で
あり、その他は比較鋼管である。

【００７４】

【表３】

【００７５】発明鋼管Ａ−７、Ａ−８、Ｂ−３について
は、加工硬化指数（ｎ値）が０．１０以上となってお
り、良好な耐局部座屈性を示している。

【００７６】比較鋼管Ａ−５とＢ−２は圧延終了温度が
発明の上限温度より高く、比較鋼管Ａ−６とＢ−４は逆
に下限温度より低い。そのため、いずれの鋼管も化学成
分は発明の範囲内であるが、加工硬化指数（ｎ値）が発
明範囲（０．１０以上）より小さくなり、良好な耐局部
座屈性が得られていない。

【００７７】比較鋼管Ｋ−３は、Ｃ、Ｍｏ、ＰＣＭ、式
（１）の値が上限を超えており（表１）、圧延終了温度
が発明の上限温度より高く、加工硬化指数（ｎ値）が下
限未満であるため、耐局部座屈性と溶接性が不良であ
る。同じ鋼種で製造した比較鋼管Ｋ−４は、この発明の
範囲内の圧延終了温度で製造しているが、耐局部座屈性
と溶接性が不良であることに変わりない。

【００７８】比較鋼管Ｐ−３とＰ−４は、この発明の圧
延終了温度で製造しても、やはりＭｏ、Ｖ無添加のため
高温強度が劣り、ＭｎとＴｉが過剰のため溶接性が不良
である。

【００７９】

【発明の効果】本発明の溶接鋼管を用いることにより、
鋼管に横方向から作用する外力による局部座屈の発生
と、それに起因する脆性的な亀裂や破断の発生を防止で
きるとともに、耐火性の良好な溶接鋼管が得られる。そ
の結果、大地震が発生した際に、鉄骨構造物の柱の破断
による倒壊などの災害を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実管曲げ試験における試験体と試験装置の配置
を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１ 局部座屈の発生した領域 ２ 局部座屈の発生していない領域 ９ 試験体（鋼管） １１ 曲げ治具（内側） １２ 曲げ治具（外側）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/58 Ｃ２２Ｃ 38/58

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱間圧延された鋼板を材料とする溶接鋼
   管であって、その化学成分が、重量％で、Ｃ：０．０５
   〜０．１８％、Ｍｎ：０．５〜１．６％、Ｍｏ：０．０
   ５〜０．５０％、Ｖ：０．０５〜０．１０％を含有する
   とともに下記の式で表されるＰＣＭが０．１０〜０．２
   ５であり、下記の不等式を満足し、かつ、管軸方向の引
   張試験における加工硬化指数が０．１０以上であること
   を特徴とする耐震性および耐火性に優れた溶接鋼管。 ＰＣＭ＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10
   +B×5 Ｃ−12/51 ×Ｖ−12/48 ×Ｔｉ≦0.13 ここで、式中の元素記号は各元素の重量％を示す。
2. 【請求項２】 請求項１記載の化学成分の鋼を熱間圧延
   し、圧延終了後６００℃以下まで２℃／ｓｅｃ以上の冷
   却速度で冷却して鋼板を製造し、この鋼板を冷間成形し
   て鋼管を製造し、成形時の歪みを含めた冷間歪み量を５
   ％以上付与することにより、管軸方向の引張試験におけ
   る加工硬化指数を０．１０以上とすることを特徴とする
   耐震性および耐火性に優れた溶接鋼管の製造方法。
3. 【請求項３】 熱間圧延を行う際、圧延終了温度をＡｒ
   ₃＋４０℃〜Ａｒ₃−８０℃とすることを特徴とする請求
   項２記載の耐震性および耐火性に優れた溶接鋼管の製造
   方法。