JP2760191B2 - 高温強度特性に優れる鉄骨建築用高耐候性鋼材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鉄骨建築物に用いら
れる鋼材に係わり、特に火災等の罹災時において鋼材の
温度が上昇しても高温での強度と弾性率の低下が少な
く、かつ耐候性に優れた鉄骨建築用鋼材の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超高層ビルをはじめとする鉄骨建
築物がますます増加する傾向にあるが、これは鉄骨が大
型の構造物を造るのに適していること、および柱や梁を
小さくすることができるので、居住面積を大きくとるこ
とができる等の利点を有するからである。

【０００３】従来、鉄骨建築用の鋼材には例えばＪＩＳ
Ｇ３１０１にＳＳ４１、同Ｇ３１０６にＳＭ５０とし
て規定されている鋼材が使用されており、このような鋼
材は圧延のまま、あるいは圧延後に焼ならし処理を施さ
れて使用されている。また、最近では、圧延後に加速冷
却を施して製造される場合もあり、従来のもの（ＳＭ５
０Ｒ、ＳＭ５０Ｎ等）に対してＳＭ５０ＴＭＣと称され
ている。

【０００４】ところで、このような鉄骨建築物用の鋼材
については、これまで建築基準法により耐火工法が一律
に厳しく定められていたが、昭和５７〜６１年の建設省
総合技術開発プロジェクト「建築物の防火設計法の開
発」の成果により、火災時の構造安定性が数値シミュレ
ーションおよび実験で確認できれば、耐火物の被覆厚さ
を薄くすること、もしくは耐火物を被覆することなく使
用することが可能となり、耐火工法の自由度が大幅に拡
大された。

【０００５】しかし、鉄骨建築物用として現在用いられ
ている前記の鋼材では、火災時に高温にさらされて、例
えば６００℃を超える高温になると強度が著しく低下
し、火災時の構造安定性を保証することができないた
め、実際には耐火物を被覆する必要があり、ロックウー
ル等を鋼材表面に吹き付けることで火災時における温度
上昇を防いでいる。

【０００６】このロックウールを吹き付ける耐火工法
は、安価にできる利点があるものの、建築現場では吹き
付け時の飛散を防止するために養生シートをめぐらして
被覆作業を行う必要があり、工期の延長につながるばか
りでなく、周囲の環境を損ねるといった施工上の問題が
ある。

【０００７】他方、ロックウールに代えて耐火ボードを
用いて鋼材表面を被覆する方法もあるが、耐火ボードで
は鋼材の端面が露出するので、端面をなんらかの方法で
被覆しなければならず、また、耐火ボードは高価でもあ
る。

【０００８】このようなことから火災時に高温にさらさ
れても強度の低下しない鋼材、即ち、耐火物の被覆を軽
減あるいは省略することができる高温強度に優れた鋼材
の開発が望まれている。しかし、単に高温強度に優れる
というだけでは鉄骨建築物の構造用部材として使用する
には問題がある。鉄骨建築用鋼材は柱や梁に使用される
ので、高温において柱や梁が座屈しない性能が必要であ
り、また優れた溶接性も必須である。更にこの鋼材を外
部鉄骨構造用部材として使用してするためには、鋼材が
優れた耐候性を有していることも要求される。

【０００９】一般に、低合金鋼にＰ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ
等の元素を添加することにより、その鋼の大気中におけ
る耐食性、すなわち耐候性が向上することはよく知られ
ている。これは、大気中において、その鋼の表面に腐食
に対して保護性のある錆（以下、耐候性錆という）が形
成されるためであり、このような鋼材は耐食性を長期間
にわたり維持するための塗装等の特別の処理が不要にな
る。

【００１０】しかしながら、鋼材の表面に耐候性錆が形
成されるまでに数年かかるので、それまでの期間中に赤
錆や黄錆等の浮き錆、流れ錆が生じ、外観的に好ましく
ないばかりでなく、その鋼材の周囲の環境を錆で汚染す
るという問題も生じる。この問題については、例えば、
鋼材の表面にりん酸塩皮膜を形成させる表面処理方法が
提案されている（特開平１−１４２０８８号公報）。し
かし、近年における労働力不足から、表面処理や塗装の
手間と現地作業の軽減が、施工コストの削減に対する要
望が強い。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高温
での強度に優れ、耐火物による被覆を軽減、あるいは省
略することができ、かつ座屈の発生を抑えるのに有効な
高温における弾性率の低下が少なく、さらに早期に耐候
性錆を生成して耐候性に優れ、しかも溶接性にも優れた
鉄骨建築用鋼材を得ることにある。

【００１２】本発明の具体的な目的は、室温での機械的
性質が従来使用されている鋼材（例えば前述のＳＳ４
１、ＳＭ５０として規定される鋼材）と同等の性能を有
し、しかも６００℃における０．２％オフセット耐力が
常温の規格値（一般には降伏強度）の２／３以上であ
り、弾性率が１５０００ｋｇｆ／ｍｍ^２以上の性能を有
し、さらに優れた耐候性を有する鉄骨建築用鋼材を製造
する方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するために鋼材の組成および製造プロセスを含
む全般について詳細に検討を行った結果、下記の知見を
得た。即ち、 （１）高温における強度および弾性率を上昇させるのに
はＭｏを添加するのが有効である。また、ＶとＭｏの複
合添加は高温での強度上昇に対して相乗効果がある。

【００１４】（２）上記の高温強度上昇効果ば、下記の
式で整理できる。

【００１５】 ただし、元素記号はその元素の含有量（重量％）を示
す。

【００１６】（３）耐震設計上の観点から、建築構造用
鋼材には応力−歪曲線においては明瞭な降伏棚があるこ
と、および低降伏比（８０％以下）であることが必要と
されるが、このためにはＡｒ_３変態点以上の温度で圧延
を終了すること、およびフェライトとパーライトの２相
混合組織とすることが有効である。

【００１７】（４）高温強度を向上させるには、上記に
（１）に示す合金元素を多量に添加すればよいが、この
ような場合、例えば現行のＳＳ４１あるいはＳＭ５０鋼
の常温強度の上限を超えてしまう。また、これら合金元
素の多量添加は炭素当量を著しく高めて溶接割れ感受性
を高める。従って、これらの元素は適正な範囲内で添加
する必要がある。

【００１８】（５）鋼材の少なくとも表面を８０％以上
のベイナイトを含む組織とすることにより、耐候性錆の
早期生成が促進され、耐候性が向上する。

【００１９】本発明は上記の知見を基にして完成したも
のであって、その要旨は下記（ａ）の鋼を、（ｂ）の工
程で処理することを特徴とする高温強度特性に優れた鉄
骨建築用鋼材の製造方法にある。

【００２０】（ａ）素材鋼 （１）重量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：
０．０５〜０．９０％、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、
Ｐ：０．０１〜０．１０％、Ｍｏ：０．０５〜０．６０
％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０．１〜０．５
％、Ｃｕ：０．１〜１．０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００
５〜０．１％を含有し、残部はＦｅと不可避不純物から
なり、かつ下記で表されるＭｏ^＊が０．４％以上で、
下記式で表されるＰ_ＣＭが０．２５％以下である鋼。

【００２１】（２）上記（１）に記載した合金成分に加
えて更に、重量％で、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、
Ｖ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．
０５％の中から選ばれた１種以上の成分を含有し、かつ
下記式で表されるＭｏ^＊が０．４％以上で、下記式
で表されるＰ_ＣＭが０．２５％以下である鋼。

【００２２】（３）上記（１）に記載した合金成分に加
えて更に、重量％で、Ｂ：０．０００１５〜０．００３
０％を含有し、かつ下記式で表されるＭｏ^＊が０．４
％以上で、下記式で表されるＰ_ＣＭが０．２５％以下
である鋼。

【００２３】または （４）上記（１）に記載した合金成分に加えて更に、重
量％で、Ｂ：０．０００１５〜０．００３０％と、Ｎ
ｂ：０．００５〜０．０５％、Ｖ：０．００５〜０．１
０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％の中から選ばれた
１種以上の成分を含有し、かつ下記式で表されるＭｏ
^＊が０．４％以上で、下記式で表されるＰ_ＣＭが０．
２５％以下である鋼。

【００２４】 なお、、の式中の元素記号はその元素の含有量（重
量％）を表す。

【００２５】（ｂ）処理工程 上記（ａ）の鋼を１０００〜１２５０℃で加熱し、再結
晶温度域で３０％以上の圧延を行い、圧延材の表面温度
が下記式で表されるＡｒ_３変態点以上である温度域で
圧延を終了し、次いでＡｒ_３変態点以上の温度から表面
温度が３００〜５５０℃となる温度まで強制冷却により
空冷を超える冷却速度で冷却して、表面以外、すなわち
内部の大部分をフェライトとパーライトの混合組織とす
るとともに、少なくとも表面を面積率で８０％以上のベ
イナイトを含む組織となす。

【００２６】 式中の元素記号もその元素の含有量（重量％）を表
し、ｔは板厚（ｍｍ）を表す。

【００２７】

【作用】まず、素材鋼材の成分含有量、Ｍｏ^＊およびＰ
_ＣＭを上記のように限定する理由を作用効果とともに説
明する。

【００２８】なお、成分含有量の「％」は全て「重量
％」である。

【００２９】 Ｃ：０．０３〜０．１５％ Ｃは、鋼材の強度を上げるのに必要な元素であり、所望
の強度を確保するには０．０３％以上含有させる必要が
ある。しかし、必要以上の含有は、溶接硬化性や溶接割
れ感受性を高めるのでＣの含有量は０．１５％以下に抑
えるべきである。

【００３０】 Ｓｉ：０．０５〜０．９０％ Ｓｉは製鋼時の脱酸剤として使用されるだけでなく、常
温および高温における強度を確保するのに有効な元素で
ある。このような効果を得るには０．０５％以上含有さ
せる必要があるが、０．９０％を超える含有量になると
鋼材の靱性が大幅に低下するので０．０５〜０．９０％
が適正含有量である。

【００３１】 Ｍｎ：０．３０〜２．００％ Ｍｎは、強度および靱性を高めるために有効な元素であ
り、そのためには０．３０％以上含有させる必要があ
る。しかし、２．００％を超える含有量にしても強度お
よび靱性の向上効果は飽和し、溶接割れ感受性が高くな
るという弊害が現れる。

【００３２】 Ｐ：０．０１〜０．１０％ Ｐは鋼の表面に緻密な耐候性錆を形成させるために必須
の元素で、鋼の耐候性を高める上で大きな効果を有す
る。この効果を得るには０．０１％以上含有させること
が必要である。しかし、Ｐの含有量が０．１０％を超え
ると溶接性が劣化するので上限を０．１０％とした。こ
のＰによる耐候性改善の効果は、後述するように、鋼材
の表層部の組織をベイナイト主体のものとすることによ
って一層高められる。

【００３３】 Ｍｏ：０．０５〜０．６０％ Ｍｏは主として微細な炭化物の形態で鋼中に存在し、高
温における強度と弾性率を高める効果がある。しかし、
０．０５％未満では上記の効果は小さく、一方、０．６
０％を超えて含有させると常温における強度が必要以上
のレベルとなり、強度調整のために高温での焼戻し処理
を施す必要が生じ、製造コストが上昇するので０．０５
〜０．６０％の含有量とした。

【００３４】 Ｃｒ：０．１〜２．０％ ＣｒはＭｏと同様に高温における強度と弾性率を向上さ
せる元素であると共に、耐候性錆を緻密な保護性のある
構造とするために必要な元素である。特に表層部の組織
がベイナイト主体である場合は、Ｐ、ＣｕおよびＮｉと
Ｃｒを同時に含有させることにより浮き錆や流れ錆の発
生を抑制し鋼の耐候性を大きく向上させることができ
る。そのような効果を得るためには、Ｃｒは０．１０％
以上含有させる必要があるが、２．０％を超えて含有さ
せると耐候性向上効果が飽和するとともに溶接性を著し
く劣化させるので、その含有量を０．１〜２．０％とし
た。

【００３５】 Ｎｉ：０．１〜０．５％ Ｎｉは高温における強度と弾性率を向上させるのに有効
な元素であり、また、Ｃｒの存在下で耐候性錆の防食性
を向上させる効果を有している。このような効果を安定
して確保するには０．１％以上含ませるのがよいが、
０．５％を超えて含有させても、その効果が飽和し製造
コストの上昇を招くだけである。従って、Ｎｉの含有量
は０．１〜０．５％の範囲とするのがよい。

【００３６】 Ｃｕ：０．１〜１．０％ ＣｕもＮｉと同様に高温における強度と弾性率を向上さ
せるのに有効な元素であり、また、耐候性錆の防食性を
向上させる効果も有している。しかし、その含有量が
０．１０％未満ではその効果が得られず、一方、１．０
％を超えて含有させると耐候性向上効果は飽和するとと
もに表面割れを起こして溶接割れを助長する傾向が著し
くなるので、その範囲は０．１〜１．０％とするのがよ
い。

【００３７】 ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１％ Ａｌは製鋼時に脱酸剤として作用し、かつ鋼材の組織の
細粒化を通じて靱性を改善する効果がある。０．００５
％未満の含有量ではこの効果が得られない。しかし、
０．１％を超えて含有させても効果の増加はなく、製造
コストが嵩むだけである。

【００３８】本発明方法の素材となる鋼の一つは、上記
合金成分の外、残部はＦｅおよび不可避不純物からなる
ものである。不純物の中でもＳ、ＳｎおよびＳｂはでき
るだけ低いことが望ましい。

【００３９】本発明方法の素材鋼としては、上記成分に
加えてさらにＮｂ、ＶおよびＴｉの中の一種以上を含む
鋼、Ｂを含む鋼、およびＮｂ、ＶおよびＴｉの中の一種
以上とＢを含む鋼がある。

【００４０】これら元素の作用効果と含有量の限定理由
は下記の通りである。

【００４１】 Ｎｂ：０．００５〜０．０５％ Ｎｂは組織の細粒化を通じて鋼材の靱性を改善するだけ
でなく、ＮｂＣを析出し、高温強度を上昇させる効果が
ある。特にＭｏと複合添加すると、前記のように大きな
相乗効果を発揮する。そのためには、０．００５％以上
含有させることが必要であるが、０．０５％を超えると
その効果が飽和し、製造コストが上昇するので、Ｎｂを
含有させる場合は、０．００５〜０．０５％の範囲にす
るのがよい。

【００４２】 Ｖ：０．００５〜０．１０％ ＶもＮｂと同様に炭化物（ＶＣ）を析出して高温強度を
上昇させる元素であり、Ｍｏとの複合添加による相乗効
果が大きい。この効果を発揮させるには０．００５％以
上含有させるのがよいが、０．１０％を超えて含有させ
ても高温での強度上昇効果が飽和するため、０．００５
〜０．１０％の含有量とした。

【００４３】 Ｔｉ：０．００５〜０．０５％ Ｔｉは鋼中のＮを捕らえてＴｉＮとして存在するが、溶
接継手部のγ粒の粗粒化を抑制することによって、継手
靱性を向上させる元素である。そのためには０．００５
％以上含ませるのがよい。しかし、Ｔｉ含有量が０．０
５％を超えるとＴｉＮのγ粒粗粒化抑制効果が消失する
から０．００５〜０．０５％の範囲で含ませるのがよ
い。

【００４４】 Ｂ：０．０００１５〜０．００３０％ Ｂは極微量で焼入性を向上させる元素であり、構造用鋼
では常温強度の向上に寄与する。この効果を期待する場
合は０．０００１５％以上含有させるのがよい。しかし
０．００３０％を超えて含有させても効果の増大は殆ど
ないから、Ｂを添加する場合はその含有量は０．０００
１５〜０．００３０％の範囲が適当である。

【００４５】以上の、個々の成分の含有量の外に、次の
Ｍｏ^＊と、Ｐ_ＣＭの値を適正範囲に調整することが重要
である。

【００４６】 Ｍｏ^＊：０．４％以上 Ｍｏ^＊は高温強度に及ぼす各合金元素の寄与を総合的に
調査して決定した下記式で表される値である。

【００４７】 前記のとおり、この式の元素記号はその元素の含有量
（重量％）を示す。そして、素材鋼がＶおよびＮｂを含
有しないときは式は、Ｍｏ^＊（％）＝Ｍｏ＋１．５Ｃ
となる。

【００４８】図１は高温強度に及ぼす合金成分の影響を
調べた結果である。即ち、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：１
％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０３％を基本として、Ｃを０．
０３〜０．１５％、Ｍｏを０〜１．０％、Ｎｂを０〜
０．０５％、Ｖを０〜０．１％の範囲でそれぞれ変化さ
せた鋼を、１１５０℃に加熱した後、厚さ２０ｍｍまで
熱間圧延し、８５０℃で仕上げて空冷した試験片を使用
して６００℃での高温引張試験（ＪＩＳ Ｇ０５６７に
準拠）を行い、降伏強度（ＹＳ）をＭｏ^＊＝Ｍｏ＋１．
５Ｃ＋（０．８＋３Ｍｏ）Ｖ＋（２＋５Ｍｏ）Ｎｂ に
よって整理したグラフである。

【００４９】高温強度は主として炭化物形成元素のＭｏ
（ＶおよびＮｂを含む場合にはＭｏとＶとＮｂ）および
Ｃによって整理することができる。特に、ＶおよびＮｂ
は単独添加では大きな効果は示さないが、Ｍｏと複合添
加した場合、高温強度の上昇に相乗効果を発揮し、後述
するＰ_ＣＭをさほど上昇させることなく高温強度を向上
させる。

【００５０】図１から、ＳＭ４１級の鉄骨建築用鋼材の
場合、目標とする高温強度は１６ｋｇｆ／ｍｍ^２以上で
あるから、Ｍｏ^＊≧０．４％とすればよく、ＳＭ５０級
の鉄骨建築用鋼材では目標高温強度は２２ｋｇｆ／ｍｍ
^２ 以上であるから、その場合はＭｏ^＊≧０．８％とす
ればよいことが明らかである。Ｍｏ^＊が０．４％未満の
場合には、高温での高い弾性率を確保することも困難に
なる。

【００５１】 Ｐ_ＣＭ：０．２５％以下 Ｐ_ＣＭは溶接割れ感受性を示す指数である。この値が低
いほど、溶接予熱温度を低くして割れを生じさせること
なく溶接を行うことができる。このＰ_ＣＭは前記の式
で表される。一般に、鉄骨建築構造物の施工現場での溶
接による組立の際に、予熱処理を行うことは実際上不可
能である。前記Ｐ_ＣＭを０．２５％以下に抑えておけ
ば、予熱なしでも溶接割れを生じさせることなく溶接す
ることができる。

【００５２】（ｂ）処理工程 加熱温度：１０００〜１２５０℃ 前記組成の素材鋼（スラブ、ブルーム、ビレット）を１
０００℃以上、１２５０℃以下の温度域で加熱する。

【００５３】加熱温度が、１０００℃未満では、Ｎｂや
Ｖを含む成分系の鋼の場合、ＮｂやＶ等の炭窒物を固溶
させることができないため、これらの析出強化作用を利
用することができなくなる。また、ＮｂやＶ等の合金元
素を含まない成分系の鋼でも、１０００℃以上の温度域
に加熱しておかないとＣｒやＭｏ等の均一固溶ができな
い。一方、１２５０℃を超える温度で加熱すると、圧延
初期のγ粒の粗大化につながるため、圧延材の靱性を損
なうことになる。

【００５４】熱間加工：再結晶温度域での圧下率が３０
％以上、かつ仕上げのときに表面温度がＡｒ_３変態点以
上である条件で圧延。

【００５５】熱間加工の目的は、必要な形状の鋼材に成
形すると同時に圧延による再結晶を利用して鋳造組織を
解消し、組織を微細化して鋼材の延性と靱性を改善する
ことにある。そのためには、加熱後の鋼材を再結晶温度
域で、しかも圧下率を３０％以上とって圧延を行い、表
面がＡｒ_３変態点以上である温度域で圧延を終了する必
要がある。

【００５６】Ａｒ_３変態点は、前記の式で算出でき
る。圧延仕上げの時に表面温度をＡｒ_３変態点以上とす
るのは、２相域まで圧延温度を低下させると、フェライ
トの加工を行うことになるため、鋼材の降伏比（降伏強
度／引張強度）が高くなり、耐震設計面から制約を受け
るからである。なお、表面がＡｒ_３変態点以上の温度で
あれば、内部はそれ以上の高温であるから、２相域での
加工を確実に避けることができる。

【００５７】圧延後の冷却：Ａｒ_３変態点以上の温度か
ら表面温度が５５０〜３００℃となるまで強制冷却によ
り空冷を超える冷却速度で冷却。

【００５８】鉄骨建築用鋼材には、応力−歪曲線におい
て、明瞭な降伏棚と低降伏比を有することが要求されて
いる。

【００５９】図２は、鋼材の応力−歪曲線の例を示す図
である。（ａ）図の（イ）の曲線に示すように明瞭な降
伏棚が有る鋼材では、それがない（ロ）の鋼材に比較し
て高い降伏応力（０．２％オフセット耐力）を示すこと
になり、降伏応力で設計される鉄骨建築用として有利に
なる。

【００６０】一方、（ｂ）図に示すように、同一の降伏
応力をもつ（イ）と（ロ）の鋼材の場合には、降伏比の
低い鋼材（イ）の方が、破壊に到るまでに消費されるエ
ネルギー（図の（Ａ）領域）が高降伏比の鋼材（ロ）の
エネルギー（同じく（Ｂ）領域）よりも大きい。破壊に
到るまでのエネルギーが大きいということは、外力が加
わる時の吸収エネルギーが大きいことを意味しており、
破壊するまでの塑性変形能が大きいことになる。つま
り、例えば地震の時に建物が受けるエネルギーをより多
く吸収できるので、ビルの倒壊を防ぐという点で優れた
鋼材となる。

【００６１】明瞭な降伏棚と低降伏比を確保するには、
大部分をフェライトとパーライトの２相混合組織とする
必要がある。一方、耐候性を向上させるためには、少な
くとも表面を、面積率で８０％以上がベイナイトである
組織とするのがよい。このような表層部の組織と、前述
のＰ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉとの相乗的な効果によって、本
発明方法で製造した鋼材の表面に緻密な耐候性錆が形成
されるのである。なお、上記の面積率で８０％以上とい
うのは、全表面積の８０％以上ということを意味する。
このベイナイト量は、鋼材表面を研磨・エッチングして
顕微鏡観察することにより確認できる。「少なくとも表
面１とは、少なくとも文字どおりの表面、および普通は
つぎに述べる深さ方向の領域の表層部を意味する。この
ような組織は、表層部（おおまかに言って表面から１ｍ
ｍ以下の深さまで）だけにとどめるべきである。

【００６２】耐候性の面からは、ベイナイト主体の層が
更に深くてもよいが、前述のように、機械的性質の面か
ら鋼材の大部分はフェライトとパーライトの２相を主と
する組織でなければならない。例えば、表面から５００
μｍの深さまで、ベイナイト主体の組織になっていれ
ば、長期間にわたって良好な耐候性が保証できる。

【００６３】上記のような組織を得るために、本発明方
法では、圧延終了後、Ａｒ_３変態点以上の温度から表面
温度がベイナイト組織の形成が完了する５５０〜３００
℃となるまで強制冷却により空冷を超える冷却速度で冷
却するのである。空冷を超える冷却速度とは、空冷（大
気中での放冷）を除いて、強制空冷、水冷等のいわゆる
加速冷却での冷却速度を意味する。このような冷却は、
鋼材表面が５５０〜３００℃に達するまで行えばよい。
それ以降は、マルテンサイトが生成しないように、放
冷、すなわち、大気中に放置して冷却するのが望まし
い。その結果、冷却停止時に上記の温度域より高温域に
ある内部にはフェライトとパーライトを主体とする金属
組織が生成する。

【００６４】

【実施例】表１に示す化学組成の鋼を溶製し、２１０ｍ
ｍ厚の鋳片とした後、表２および表３に示す条件で熱間
圧延を行い、厚鋼板を製造した。表２はＳＳ４１級の鋼
材の製造条件に相当し、表３はＳＭ５０級の鋼材の製造
条件に相当する。

【００６５】製造した厚鋼板から試験片を採取し、常温
の降伏強度（ＹＳ）、引張強度（ＴＳ）および降伏比、
即ち、ＹＲ＝（ＹＳ／ＴＳ）×１００（％）、ならびに
６００℃での降伏強度（ＹＳ）と弾性率（Ｅ）を調査し
た。さらに、溶接性を調べるためにｙ開先拘束割れ試験
（ＪＩＳ Ｚ２１５８に準拠）を実施した。また、試験
片表面の５ケ所（計５ｍｍ^２）を顕微鏡観察し、画像解
析により表面のベイナイト面積率を調べた。これらの結
果を表２、表３に併記する。

【００６６】弾性率（Ｅ）は高温動的弾性率測定装置を
用いて測定した。この測定法は曲げ共振法であり、２ｍ
ｍ^ｔ×１０ｍｍ^ｗ×１００ｍｍ^１の試験片をその両端か
ら０．２２４Ｌ（ｍｍ）の位置を支点として共振させ、
共振周波数を求めて、次式によりＥを算出した。

【００６７】 ただし Ｅ：弾性率（ｋｇｆ／ｍｍ^２） ｇ：重力加速度（９８００ｍｍ／ｓ^２） ｆ：共振周波数（Ｈｚ） Ｌ：試料長さ（ｍｍ） ｗ：試料幅（ｍｍ） ｔ：試料厚さ（ｍｍ） ｍ：試料重量（ｋｇ）

【００６８】

【表１】

【００６９】

【表２（１）】

【００７０】

【表２（２）】

【００７１】

【表３（１）】

【００７２】

【表３（２）】

【００７３】ｙ開先拘束割れ試験は、前記のようにＪＩ
Ｓ Ｚ２１５８に準拠して実施し、「表面割れ」および
「ルート割れ」の有無を調べた。このときの判定基準
は、予熱なしでもこのような割れが発生しなかったもの
を「〇」、予熱温度を１００℃以上としなければ割れ発
生を抑えることができなかったものを「×」とした。

【００７４】暴露試験は北九州市小倉で２年間行い、Ｓ
Ｍ５０Ａの腐食減量を基準として、腐食減量がその半分
以下のものを「〇」、半分を超えるものを「×」とし
た。

【００７５】表１の本発明鋼と記したのは、組成が本発
明で定める範囲内にある本発明方法の素材鋼である。表
２、表３において試験番号１〜４、１４〜２０が本発明
例である。これらは常温および６００℃での機械的性質
はともに本発明が目標とする性能をすべて満たし、溶接
割れも発生せず、且つ耐候性も良好であった。

【００７６】これに対し、比較例の試験番号５〜８と２
５〜２８は本発明鋼の化学組成であるが、製造条件が本
発明で規定する範囲外のものであり、試験番号９〜１２
と２１〜２４は化学組成が本発明で規定される範囲外の
ものである。これらの比較例では、常温および６００℃
における機械的性質の少なくとも一つが本発明で目標と
する性能を満足していない。さらに、試験番号９、１
１、２２は、表１に示すＥ、ＧおよびＱの鋼を素材とし
ており、これらはＰ_ＣＭ値が高いので溶接時に１００℃
以上の温度に予熱しないと割れを防止することができな
かった。

【００７７】さらに、耐候性を高めるＣｕ、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ｐのうちの少なくとも１種の含有量が本発明で規定
する範囲外のものである試験番号９〜１２、２２は浮き
錆や流れ錆の流出量も多く良好な耐候性を示さなかっ
た。また、表層部のベイナイト率が本発明の規定範囲外
である試験番号５〜８、１３、２１、２４〜２８も良好
な耐候性を示さない。

【００７８】これに対し、耐候性を高めるＣｕ、Ｃｒ、
Ｎｉ、Ｐの含有量と製造条件が本発明で定めた範囲内に
あり、かつ表面積の８０％以上がベイナイトである試験
番号１〜４、１４〜２０は良好な耐候性を示した。試験
番号２３も耐候性は良好であったが、本発明で定めた上
限を超える量のＰおよびＮｉを含んでおり、前記のよう
に機械的性質および溶接性に問題があった。

【００７９】

【発明の効果】本発明方法によれば、常温の機械的性質
が優れ、しかも火災時において温度が上昇しても、強度
および弾性率の低下が少なく、且つ耐候性が良好な鋼材
が得られる。この鋼材は耐火被覆や防錆塗装を軽減もし
くは省略することができるので、建築工事の工数節減に
も寄与でき、鉄骨建築用鋼材としてきわめて有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼の高温（６００℃）での強度とＭｏ^＊〔＝Ｍ
ｏ＋１．５Ｃ＋（０．８＋３Ｍｏ）Ｖ＋（２＋５Ｍｏ）
Ｎｂ〕との関係を示す図である。

【図２】降伏棚および破断までの吸収エネルギーを説明
するための鋼の応力−歪曲線の例を示す図である。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓ
   ｉ：０．０５〜０．９０％、Ｍｎ：０．３０〜２．００
   ％、Ｐ：０．０１〜０．１０％、Ｍｏ：０．０５〜０．
   ６０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０．１〜０．
   ５％、Ｃｕ：０．１〜１．０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０
   ０５〜０．１％を含有し、残部はＦｅと不可避不純物か
   らなり、かつ下記で表されるＭｏ^＊が０．４％以上
   で、下記式で表されるＰ_ＣＭが０．２５％以下である
   鋼を、１０００〜１２５０℃で加熱し、再結晶温度域で
   ３０％以上の圧延を行い、圧延材の表面温度が下記式
   で表されるＡｒ_３変態点以上である温度域で圧延を終了
   し、次いでＡｒ_３変態点以上の温度から表面温度が３０
   ０〜５５０℃となる温度まで強制冷却により空冷を超え
   る冷却速度で連続的に冷却して大部分をフェライトとパ
   ーライトの混合組織とするとともに、少なくとも表面を
   面積率で８０％以上のベイナイトを含む組織となすこと
   を特徴とする高温強度に優れる鉄骨建築用高耐候性鋼材
   の製造方法。 式中の元素記号はその含有量（重量％）を表し、式の
   ｔは板厚（ｍｍ）を表す。
2. 【請求項２】請求項１に記載した合金成分に加えて更
   に、重量％で、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｖ：
   ０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５
   ％の中から選ばれた１種以上の成分を含有し、かつ下記
   で表されるＭｏ^＊が０．４％以上で、下記式で表さ
   れるＰ_ＣＭが０．２５％以下である鋼を、１０００〜１
   ２５０℃で加熱し、再結晶温度域で３０％以上の圧延を
   行い、圧延材の表面温度が下記式で表されるＡｒ_３変
   態点以上である温度域で圧延を終了し、次いでＡｒ_３変
   態点以上の温度から表面温度が３００〜５５０℃となる
   温度まで強制冷却により空冷を超える冷却速度で連続的
   に冷却して大部分をフェライトとパーライトの混合組織
   とするとともに、少なくとも表面を面積率で８０％以上
   のベイナイトを含む組織となすことを特徴とする高温強
   度に優れる鉄骨建築用高耐候性鋼材の製造方法。 式中の元素記号はその含有量（重量％）を表し、式の
   ｔは板厚（ｍｍ）を表す。
3. 【請求項３】請求項１に記載した合金成分に加えて更
   に、重量％で、Ｂ：０．０００１５〜０．００３０％を
   含有し、かつ下記で表されるＭｏ^＊が０．４％以上
   で、下記２式で表されるＰ_ＣＭが０．２５％以下である
   鋼を、１０００〜１２５０℃で加熱し、再結晶温度域で
   ３０％以上の圧延を行い、圧延材の表面温度が下記式
   で表されるＡｒ_３変態点以上である温度域で圧延を終了
   し、次いでＡｒ_３変態点以上の温度から表面温度が３０
   ０〜５５０℃となる温度まで強制冷却により空冷を超え
   る冷却速度で連続的に冷却して大部分をフェライトとパ
   ーライトの混合組織とするとともに、少なくとも表面を
   面積率で８０％以上のベイナイトを含む組織となすこと
   を特徴とする高温強度に優れる鉄骨建築用高耐候性鋼材
   の製造方法。 式中の元素記号はその含有量（重量％）を表し、式の
   ｔは板厚（ｍｍ）を表す。
4. 【請求項４】請求項１に記載した合金成分に加えて更
   に、重量％で、Ｂ：０．０００１５〜０．００３０％
   と、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｖ：０．００５〜
   ０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％の中から選
   ばれた１種以上の成分を含有し、かつ下記で表される
   Ｍｏ^＊が０．４％以上で、下記式で表されるＰ_ＣＭが
   ０．２５％以下である鋼を、１０００〜１２５０℃で加
   熱し、再結晶温度域で３０％以上の圧延を行い、圧延材
   の表面温度が下記式で表されるＡｒ_３変態点以上であ
   る温度域で圧延を終了し、次いでＡｒ_３変態点以上の温
   度から表面温度が３００〜５５０℃となる温度まで強制
   冷却により空冷を超える冷却速度で連続的に冷却して大
   部分をフェライトとパーライトの混合組織とするととも
   に、少なくとも表面を面積率で８０％以上のベイナイト
   を含む組織となすことを特徴とする高温強度に優れる鉄
   骨建築用高耐候性鋼材の製造方法。 式中の元素記号はその含有量（重量％）を表し、式の
   ｔは板厚（ｍｍ）を表す。