JP2000063946A - 耐震部材用低降伏点厚鋼板の製造方法 - Google Patents

耐震部材用低降伏点厚鋼板の製造方法

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JP2000063946A
JP2000063946A JP10235350A JP23535098A JP2000063946A JP 2000063946 A JP2000063946 A JP 2000063946A JP 10235350 A JP10235350 A JP 10235350A JP 23535098 A JP23535098 A JP 23535098A JP 2000063946 A JP2000063946 A JP 2000063946A
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Kiyomi Araki
清己 荒木
Osamu Tanigawa
治 谷川
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハンドリング時や実施工時の塑性変形による
歪硬化がなく、また降伏点上昇の歪速度依存性が小さい
制震ダンパー用部材を得る。しかも、同一化学成分の鋳
片から、制震設計により異なる種々の要求強度特性を満
足する鋼材を作り分ける。 【解決手段】 C:0.04〜0.06mass%、 Si:0.05mass%以下、 Mn:0.70mass%以下、 Al:0.05mass%以下、 P:0.03mass%以下、 S:0.03mass%以下 を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になる
鋳片を、1050〜1250℃に加熱後、熱間圧延し、その際目
標降伏点に応じて 730〜950 ℃の範囲の温度で仕上げ、
この圧延のまま、あるいは 650〜870 ℃の粗粒化熱処理
または 870〜930℃の焼ならし処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、大地震時に建築構
造物の柱や梁などの主要構造物を塑性変形させる代わり
に、その震動エネルギーを吸収して耐震性を確保するた
めの制震ダンパー用部材としての用途に供して好適な耐
震部材用低降伏点厚鋼板の製造方法に関するものであ
る。 【0002】 【従来の技術】建築構造物の耐震性向上対策として、変
形能力に優れた極低降伏点鋼をブレース、壁として主要
構造物の骨組みに配する方法が提案されている(例え
ば、日本建築学会〔北海道〕、1995年8月、No.2223
3)。制震設計に用いられるこのような鋼材は、震動エ
ネルギー吸収能を確保するために極めて低い降伏点が要
求される(例えば特開平6−235042号公報、特開平9−
227936号公報)。 【0003】しかしながら、このような鋼材は、降伏点
が主に 120 N/mm2以下と低く、工場生産時の運搬や実施
工時のハンドリング等において塑性変形により歪硬化
し、降伏点が上昇するため、極めて厳格な管理を必要と
する。また、鉄に合金元素を添加すると降伏点は向上す
るため、極低降伏点鋼は純鉄に近い成分系であり、歪速
度による硬化依存性が大きいことから、1回目の震動エ
ネルギーにより降伏点が上昇したのち次の震動エネルギ
ーを吸収する場合、制震ダンパー用部材として十分な機
能を発揮し得ないという問題もあった。 【0004】上記の問題に関しては、特開平9−125198
号公報に、結晶粒径を制御し、降伏比を60%以上とする
ことによって加工硬化による降伏点上昇を低減した厚鋼
板の製造方法が提案されている。しかしながら、この方
法で得られた鋼板も、降伏点が 100〜145 N/mm2 程度で
あるため、前述した課題は残る。 【0005】さらに、制震設計によれば、地震発生時の
応力集中部が特定可能であるため、制震ダンパー用部材
として要求される特性は、降伏点の絶対値そのものより
は特性の安定性が重要視される傾向にある。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した降
伏点が極めて低いがゆえに生じる、ハンドリング時の変
形に伴う歪硬化による降伏点上昇や、歪速度の増大に応
じて降伏点上昇が大きくなるという問題を有利に解決し
た制震ダンパー用部材の製造技術を提案するのを目的と
する。 【0007】また、本発明で対象とする制震ダンパー用
部材には、数種類の要求強度(例えば 165 N/mm2級、 2
35 N/mm2級など)があるが、この種鋼材は一般材に比べ
れると小ロットであるため、要求強度に応じて鋼材の成
分を変更することは経済的不利が大きいことから、鋼成
分を変更することなしに数種類の所望強度を有する鋼材
を作り分けすることができる製造技術の開発が望まれて
いた。本発明は、上記の要請にも有利に応えるもので、
制震設計により異なる要求降伏点に対し、圧延条件、さ
らには熱処理条件を適切に制御することによって、同一
成分の鋳片から目標とする強度の鋼材を作り分けること
ができる製造技術を提案するものである。 【0008】 【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、上記
の問題を解決すべく鋭意検討を行った結果、降伏点が14
0〜240 N/mm2 程度の低降伏点レベルであればハンドリ
ング時や実施工時の塑性変形による歪硬化がなく、また
降伏点上昇の歪速度依存性が小さいことを究明した。そ
こで、次に、この点に着目して、上記範囲の目標強度に
応じて鋼材を造り分ける方法について鋭意検討した結
果、適切な圧延条件、さらには熱処理条件を設定するこ
とにより、所期した目的が有利に達成されることの知見
を得た。本発明は、上記の知見に立脚するものである。 【0009】すなわち、本発明は、C:0.04〜0.06mass
%、Si:0.05mass%以下、Mn:0.70mass%以下、Al:0.
05mass%以下、P:0.03mass%以下、S:0.03mass%以
下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成にな
る鋳片を、1050〜1250℃に加熱後、熱間圧延し、その際
目標降伏点に応じて 730〜950 ℃の範囲の温度で仕上
げ、この圧延のまま、あるいは 650〜870 ℃の粗粒化熱
処理または 870〜930℃の焼ならし処理を施すことによ
り、同一成分の鋳片から降伏強さが 140〜240N/mm2
範囲の任意の目標強度の鋼板を適宜作り分けることがで
きる、ことを特徴とする耐震部材用低降伏点厚鋼板の製
造方法である。 【0010】 【発明の実施の形態】まず、本発明において、鋼板の成
分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。 C:0.04〜0.06mass% Cは、固溶強化と転位の固着により降伏点を向上させる
元素であり、制震ダンパー用部材の特性として重要な狭
い範囲の降伏点仕様の製造に際して、最も厳しく管理す
べき成分である。本発明では、所望の降伏点レンジ:14
0 〜240 N/mm2を得るために適切な範囲として0.04〜0.0
6mass%の範囲に限定した。 【0011】Si:0.05mass%以下 Siは、固溶強化によって鋼の強度を上昇させる元素であ
るが、本発明で必要とする強度範囲では、C量のみによ
って調整可能であるため、必ずしも添加の必要はない。
また、靱性の劣化防止の観点からは実質的に無添加の方
が好ましいが、脱酸剤として有用なので、0.05mass%以
下で含有させるものとした。 【0012】Mn:0.70mass%以下 Mnは、Cと同様、強度と降伏点を適正なレベルに調整す
るために添加するが、過度の添加は大幅なコストアップ
を招く。また、鋼中不純物として存在するSをMnSとし
て固定するために添加するが、その量は0.70mass%以下
で十分であるので、上限を0.70mass%とした。 【0013】Al:0.05mass%以下 Alは、Siによる脱酸効果を補う目的で添加するが、0.05
mass%を超えて添加してもその効果は飽和に達し、コス
トアップを招く。また、不純物としてのNを固定するの
に有効な量から見ても、上限を0.05mass%とした。 【0014】P:0.03mass%以下、S:0.03mass%以下 P、Sはいずれも、不純物元素として含有される。従っ
て、製造コストアップを招かない限り、その含有量は極
力低減することが望ましい。そこで、P、Sの含有量は
それぞれ、0.03mass%以下に限定した。 【0015】次に、本発明の製造条件について説明す
る。 加熱温度:1050〜1250℃ 本発明鋼の降伏点の値は主にフェライト粒径に依存する
ため、加熱温度が1050〜1250℃の範囲を外れると、加熱
初期の粒径が鋼板の粒径に影響して目標強度のバラツキ
が大きくなるおそれがあるので、加熱温度は1050〜1250
℃の範囲に限定した。なお、強度のばらつきを抑制する
ためには、加熱温度はできる限り一定であることが望ま
しい。 【0016】圧延仕上げ温度:730 〜950 ℃ 圧延仕上げ温度は、鋳片スラブ厚と鋼板厚に応じて鋼材
に適量の圧延歪を導入し、フェライト粒径を制御して目
標とする強度を得るために、重要な製造管理項目であ
る。730 〜950 ℃の範囲内において、Ar3 点以下で圧延
を終了した場合、加工オーステナイトの再結晶により、
結晶粒が粗大化し、降伏点は低下する。これに対し、圧
延仕上げ温度が 730℃より低いと導入歪が多く、再結晶
が進んで降伏点下限が飽和する。一方 950℃を超えると
圧延後の空冷時に結晶粒の成長が進み降伏点上昇が得ら
れないため、望ましくない。 【0017】熱処理温度:650 〜930 ℃ 本発明鋼の降伏点範囲:140 〜240 N/mm2 において、目
標強度によっては、圧延ままの状態で用いられるが、65
0 〜870 ℃の粗粒化熱処理により降伏点を下げたり、87
0 〜930 ℃の焼きならし処理を適用することによって、
さらに目標強度を調整することができる。この点、650
℃未満ではその効果がなく、一方、実操上、930 ℃以上
の処理は負荷が大きいため、熱処理温度は 650〜930 ℃
の範囲に限定した。 【0018】なお、本発明において、厚鋼板とは、板厚
が6〜50 mm の範囲のものを意味する。また本発明にお
ける、その他の目標特性は、引張強さ:300 〜380 N/mm
2 、伸び:40%以上であり、しかも降伏点を含めてこれ
らの特性値のばらつきが小さいことである。 【0019】 【実施例】表1に示す化学成分の鋳片(厚み:215 mm)
を、1150℃に再加熱後、表2に示す条件下で熱間圧延ま
たさらには熱処理を施して板厚:35mmの厚鋼板とした。
かくして得られた各鋼板の機械的特性について調べた結
果を表2に併記する。 【0020】 【表1】 【0021】 【表2】【0022】表2から明らかなように、No.1〜7の発明
例はいずれも、同一化学成分の鋳片を素材として、熱間
圧延のまま、または適切な熱処理によって、降伏点が 1
45〜227 N/mm2 の範囲内の任意の目標強度が得られてい
る。特にNo.1, 4, 6は、圧延仕上げ温度を変化させ、圧
延のままの状態における引張特性差を示したものである
が、圧延仕上げ温度が鋼材の Ar3点以下になると、加工
オーステナイトの再結晶によって降伏点が低くなってい
ることが分かる。 【0023】これに対し、比較例No.8は、C含有量が
0.003mass%と本発明で定めた下限値よりも小さいた
め、降伏点が92 N/mm2と低くなった。また、No.9は、C
含有量が0.068 mass%と本発明で定めた上限値よりも大
きいため、降伏点が 262 N/mm2と高くなっている。 【0024】また、図1は、発明例No.6と比較例No.8に
ついて、通常の静的引張試験と歪速度が非常に大きい場
合の引張試験結果を比較して示したものであるが、同図
に示したとおり、比較例の降伏点上昇が約90 N/mm2であ
るのに対し本発明鋼のそれは約25 N/mm2程度であって、
歪速度依存性が小さく、制震ダンパー用部材としての性
能低下が少ない低降伏点厚鋼板であることが分かる。 【0025】 【発明の効果】かくして、本発明に従い、鋼成分を調整
した上で、鋳片厚と鋼板厚に応じて適切な圧延仕上げ温
度、熱処理条件を選択することにより、同一化学成分の
鋳片から、降伏点が 140〜240 N/mm2 の範囲内の任意の
目標強度においてバラツキが小さい低降伏点厚鋼板を安
定して得ることができる。そして、かかる低降伏点厚鋼
板は、ハンドリング時や実施工時の塑性変形による歪硬
化がなく、また降伏点上昇の歪速度依存性が小さいの
で、制震ダンパー用部材として偉効を奏する。
【図面の簡単な説明】 【図1】発明例No.6と比較例No.8について、通常の静的
引張試験と歪速度が非常に大きい場合の引張試験結果を
比較して示したグラフである。
フロントページの続き Fターム(参考) 4K032 AA01 AA04 AA16 AA27 AA29 AA31 BA01 CA02 CA03 CB02 CC02 CC03 CC04 CF02 CF03

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】C:0.04〜0.06mass%、 Si:0.05mass%以下、 Mn:0.70mass%以下、 Al:0.05mass%以下、 P:0.03mass%以下、 S:0.03mass%以下 を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になる
    鋳片を、1050〜1250℃に加熱後、熱間圧延し、その際目
    標降伏点に応じて 730〜950 ℃の範囲の温度で仕上げ、
    この圧延のまま、あるいは 650〜870 ℃の粗粒化熱処理
    または 870〜930℃の焼ならし処理を施すことにより、
    同一成分の鋳片から降伏強さが 140〜240N/mm2 の範囲
    の任意の目標強度の鋼板を適宜作り分けることができ
    る、ことを特徴とする耐震部材用低降伏点厚鋼板の製造
    方法。
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