JP3214281B2 - 低温用建築鋼材 - Google Patents
低温用建築鋼材Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、新耐震設計法で設計さ
れる建築分野において、低温倉庫などの使用環境温度が
室温以下の建築物に用いられる低温用建築鋼材に関す
る。
れる建築分野において、低温倉庫などの使用環境温度が
室温以下の建築物に用いられる低温用建築鋼材に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】昭和５７年に改正施工された建築物の耐
震設計法は、それまでの構造体各部に生ずる応力度を鋼
材の降伏点以内に留めるという弾性設計に変えて、鋼材
が降伏後、最大強さに達するまでの塑性域での変形能力
を活用して、地震入力エネルギーを吸収させ、建物の耐
震安全性を確保しようとするものである。このことか
ら、新耐震設計法が適用される建築物の鋼材は、降伏後
の変形性能を表すパラメーターである降伏比（ＹＲ値）
が低いこと、すなわち低降伏比が求められるようになっ
た。
震設計法は、それまでの構造体各部に生ずる応力度を鋼
材の降伏点以内に留めるという弾性設計に変えて、鋼材
が降伏後、最大強さに達するまでの塑性域での変形能力
を活用して、地震入力エネルギーを吸収させ、建物の耐
震安全性を確保しようとするものである。このことか
ら、新耐震設計法が適用される建築物の鋼材は、降伏後
の変形性能を表すパラメーターである降伏比（ＹＲ値）
が低いこと、すなわち低降伏比が求められるようになっ
た。
【０００３】ＴＳ５００ＭＰａ級の鋼材は、熱間圧延を
再結晶域で仕上げ、組織の粗粒化を図り低降伏比を確保
している。また、ＴＳ６００ＭＰａ級あるいはそれ以上
の高強度鋼では、フェライト−オーステナイトの２相域
から焼入することで、フェライトとベイナイトあるいは
マルテンサイトの２相組織にすることで低降伏比を確保
している。
再結晶域で仕上げ、組織の粗粒化を図り低降伏比を確保
している。また、ＴＳ６００ＭＰａ級あるいはそれ以上
の高強度鋼では、フェライト−オーステナイトの２相域
から焼入することで、フェライトとベイナイトあるいは
マルテンサイトの２相組織にすることで低降伏比を確保
している。
【０００４】オフィスや住居用の建築物、いわゆるビル
は常温で使用されるため、上述の新耐震設計も常温を前
提になされている。従って、従来の低降伏比鋼も常温
（０〜３０℃）でのＹＲ値が８０％以下あるいは７５％
以下になるように製造されている。
は常温で使用されるため、上述の新耐震設計も常温を前
提になされている。従って、従来の低降伏比鋼も常温
（０〜３０℃）でのＹＲ値が８０％以下あるいは７５％
以下になるように製造されている。
【０００５】建築物の中には、低温用倉庫のように使用
温度が低温（−２０℃〜−６０℃）であるような建築物
がある。例えば、まぐろ用の冷凍倉庫は−５５℃で使用
される。そのような低温用建築物も新耐設計法を適用し
耐震安全性を確保するためには、低温で低降伏比を示す
鋼材が必要となる。しかし、従来の低降伏比鋼は常温で
の使用を前提としているため常温の降伏比は示されてい
るものの、低温の降伏比は明らかでない。
温度が低温（−２０℃〜−６０℃）であるような建築物
がある。例えば、まぐろ用の冷凍倉庫は−５５℃で使用
される。そのような低温用建築物も新耐設計法を適用し
耐震安全性を確保するためには、低温で低降伏比を示す
鋼材が必要となる。しかし、従来の低降伏比鋼は常温で
の使用を前提としているため常温の降伏比は示されてい
るものの、低温の降伏比は明らかでない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者らは
従来の低降伏比鋼の低温での引張特性並びに靱性につい
て検討した。多くの低降伏比鋼は上述したように低降伏
比を得るために粗粒であり、そのため低温靱性が低く、
たとえば−５５℃使用の低温用倉庫には使用できないこ
とがわかった。低温靱性に優れた低降伏比鋼に関する従
来技術として、特開平２−１９７５２２号公報や特開平
５−２１４４０号公報が報告されている。両公報に記載
された発明とも靱性に関して−５５℃使用の低温用倉庫
には適用可能なデータが示されているが、低温でのＹＲ
値は示されていない。そこで、両公報に記載された発明
に沿って試作した鋼の低温引張特性について調べると、
たとえば−５５℃ではＹＲ値が８０％以上になってしま
うことが判明した。また、靱性に関しても、必ずしも良
い値ばかりではなく大きくばらつく結果となった。
従来の低降伏比鋼の低温での引張特性並びに靱性につい
て検討した。多くの低降伏比鋼は上述したように低降伏
比を得るために粗粒であり、そのため低温靱性が低く、
たとえば−５５℃使用の低温用倉庫には使用できないこ
とがわかった。低温靱性に優れた低降伏比鋼に関する従
来技術として、特開平２−１９７５２２号公報や特開平
５−２１４４０号公報が報告されている。両公報に記載
された発明とも靱性に関して−５５℃使用の低温用倉庫
には適用可能なデータが示されているが、低温でのＹＲ
値は示されていない。そこで、両公報に記載された発明
に沿って試作した鋼の低温引張特性について調べると、
たとえば−５５℃ではＹＲ値が８０％以上になってしま
うことが判明した。また、靱性に関しても、必ずしも良
い値ばかりではなく大きくばらつく結果となった。
【０００７】以上のことから、本発明が解決しようとす
る課題は、安定した低温靱性を有し、かつ低温（−２０
℃〜−６０℃）で低ＹＲ値（≦８０％）を示す新耐震設
計を可能にする低温低降伏比建築鋼材を提供するもので
ある。
る課題は、安定した低温靱性を有し、かつ低温（−２０
℃〜−６０℃）で低ＹＲ値（≦８０％）を示す新耐震設
計を可能にする低温低降伏比建築鋼材を提供するもので
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題を解決手段とし
て、本発明は以下の構成を採用する。 １．酸素含有量が３０ｐｐｍ以下の鉄基合金で、ＡＳＴ
Ｍ粒度Ｎｏ．１１以下の粗粒フェライトとベイナイトの
２相組織を有し、低温靭性に優れかつ低温で低降伏比を
満足する低温用建築鋼材。 ２．重量％で、Ｃ：０．０４〜０．１８％、Ｓｉ：０．
０５〜０．４０％、Ｍｎ：０．６〜１．７％、Ａｌ：
０．００１〜０．０６％、Ｎ：≦３０ｐｐｍ，Ｏ：≦３
０ｐｐｍ，残部がＦｅおよび不可避的不純物の組成で、
ＡＳＴＭ粒度Ｎｏ．１１以下の粗粒フェライトとベイナ
イトの２相組織を有することを特徴とする低温靭性に優
れかつ低温で低降伏比の低温用建築鋼材。 ３．重量％で、Ｃ：０．０４〜０．１８％、Ｓｉ：０．
０５〜０．４０％、Ｍｎ：０．６〜１．７％、Ａｌ：
０．００１〜０．０６％、Ｎ：≦３０ｐｐｍ，Ｏ：≦３
０ｐｐｍ，に加えて、Ｔｉ：０．００５〜０．０１５
％、Ｎｂ：０．００５〜０．０４％、Ｖ：０．００５〜
０．１％、Ｃｕ：０．０５〜０．６％、Ｎｉ：０．０５
〜０．６％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｍｏ：０．０
２〜０．６％の内、1種または２種以上、残部がＦｅお
よび不可避的不純物からなる組成で、ＡＳＴＭ粒度Ｎ
ｏ．１１以下の粗粒フェライトとベイナイトの２相組織
を有することを特徴とする低温靭性に優れかつ低温で低
降伏比の低温用建築鋼材。 ４．２または３の鋼材において、更にＰ≦０．０１５
％、Ｓ≦０．００２％に規制し、Ｃａ：Ｃａ／Ｓで０．
５以上２．０以下、ＲＥＭ：０．００５〜０．０２％の
少なくとも一方が添加された超大入熱溶接のＨＡＺ割れ
感受性の低い低温靭性に優れかつ低温で低降伏比の低温
用建築鋼材。ただし、ＲＥＭは希土類元素の１種又は２
種以上を示す。 ５．１ないし４の何れか１つに記載の鋼材において、−
２０℃〜−６０℃の低温で降伏比が８０％以下である低
温用建築鋼材。
て、本発明は以下の構成を採用する。 １．酸素含有量が３０ｐｐｍ以下の鉄基合金で、ＡＳＴ
Ｍ粒度Ｎｏ．１１以下の粗粒フェライトとベイナイトの
２相組織を有し、低温靭性に優れかつ低温で低降伏比を
満足する低温用建築鋼材。 ２．重量％で、Ｃ：０．０４〜０．１８％、Ｓｉ：０．
０５〜０．４０％、Ｍｎ：０．６〜１．７％、Ａｌ：
０．００１〜０．０６％、Ｎ：≦３０ｐｐｍ，Ｏ：≦３
０ｐｐｍ，残部がＦｅおよび不可避的不純物の組成で、
ＡＳＴＭ粒度Ｎｏ．１１以下の粗粒フェライトとベイナ
イトの２相組織を有することを特徴とする低温靭性に優
れかつ低温で低降伏比の低温用建築鋼材。 ３．重量％で、Ｃ：０．０４〜０．１８％、Ｓｉ：０．
０５〜０．４０％、Ｍｎ：０．６〜１．７％、Ａｌ：
０．００１〜０．０６％、Ｎ：≦３０ｐｐｍ，Ｏ：≦３
０ｐｐｍ，に加えて、Ｔｉ：０．００５〜０．０１５
％、Ｎｂ：０．００５〜０．０４％、Ｖ：０．００５〜
０．１％、Ｃｕ：０．０５〜０．６％、Ｎｉ：０．０５
〜０．６％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｍｏ：０．０
２〜０．６％の内、1種または２種以上、残部がＦｅお
よび不可避的不純物からなる組成で、ＡＳＴＭ粒度Ｎ
ｏ．１１以下の粗粒フェライトとベイナイトの２相組織
を有することを特徴とする低温靭性に優れかつ低温で低
降伏比の低温用建築鋼材。 ４．２または３の鋼材において、更にＰ≦０．０１５
％、Ｓ≦０．００２％に規制し、Ｃａ：Ｃａ／Ｓで０．
５以上２．０以下、ＲＥＭ：０．００５〜０．０２％の
少なくとも一方が添加された超大入熱溶接のＨＡＺ割れ
感受性の低い低温靭性に優れかつ低温で低降伏比の低温
用建築鋼材。ただし、ＲＥＭは希土類元素の１種又は２
種以上を示す。 ５．１ないし４の何れか１つに記載の鋼材において、−
２０℃〜−６０℃の低温で降伏比が８０％以下である低
温用建築鋼材。
【０００９】
【作用】本発明の低温用建築鋼材は、鉄基合金の金属組
織を、粗粒フェライトとベイナイトの２相組織に限定す
る。この理由は，フェライトとベイナイトの２相組織
は、フェライトとパーライトの２相組織よりも低温での
ＹＲ値の上昇程度が少なく、特に粗粒フェライトの方が
細粒フェライトよりもその傾向が著しいためである。こ
こで、粗粒フェライトとはＡＳＴＭ粒度Ｎｏ．１１以下
のものをいう。
織を、粗粒フェライトとベイナイトの２相組織に限定す
る。この理由は，フェライトとベイナイトの２相組織
は、フェライトとパーライトの２相組織よりも低温での
ＹＲ値の上昇程度が少なく、特に粗粒フェライトの方が
細粒フェライトよりもその傾向が著しいためである。こ
こで、粗粒フェライトとはＡＳＴＭ粒度Ｎｏ．１１以下
のものをいう。
【００１０】また、本発明の低温用建築鋼材は、鉄基合
金の酸素含有量を３０ｐｐｍ以下とする。この理由は、
この範囲に酸素量を限定することにより安定した低温靱
性が得られるためであり、酸素含有量が３０ｐｐｍを越
えると低温靱性のばらつきが大きい。
金の酸素含有量を３０ｐｐｍ以下とする。この理由は、
この範囲に酸素量を限定することにより安定した低温靱
性が得られるためであり、酸素含有量が３０ｐｐｍを越
えると低温靱性のばらつきが大きい。
【００１１】これらの知見は、ミクロ組織と低温ＹＲ値
（降伏比）の関係を鋭意検討した結果、本発明者らが見
いだしたものである。すなわち、本発明者らは、表２に
示すＡ１鋼板（粗粒フェライト＋ベイナイト），Ａ２鋼
板（細粒フェライト＋ベイナイト），Ａ３鋼板鋼板（フ
ェライト＋パーライト）を用いて、温度によるＹＲ値を
測定した。図１に示すように引張試験温度が低温になる
ほどＹＲ値が上昇するが、フェライト＋パーライト組織
よりもフェライト＋ベイナイト組織の方が上昇程度が低
い。また、フェライト＋ベイナイト組織の中ではフェラ
イトが粗粒なほど、低温で低ＹＲ値が得られることがわ
かった。そして、粗粒フェライトとベイナイトの混合組
織にすることで−１００℃でもＹＲ値＜８０％以下が達
成されている。
（降伏比）の関係を鋭意検討した結果、本発明者らが見
いだしたものである。すなわち、本発明者らは、表２に
示すＡ１鋼板（粗粒フェライト＋ベイナイト），Ａ２鋼
板（細粒フェライト＋ベイナイト），Ａ３鋼板鋼板（フ
ェライト＋パーライト）を用いて、温度によるＹＲ値を
測定した。図１に示すように引張試験温度が低温になる
ほどＹＲ値が上昇するが、フェライト＋パーライト組織
よりもフェライト＋ベイナイト組織の方が上昇程度が低
い。また、フェライト＋ベイナイト組織の中ではフェラ
イトが粗粒なほど、低温で低ＹＲ値が得られることがわ
かった。そして、粗粒フェライトとベイナイトの混合組
織にすることで−１００℃でもＹＲ値＜８０％以下が達
成されている。
【００１２】また、本発明者らは、Ａ鋼を基本に酸素の
み１９〜４４ｐｐｍの範囲で変化させた鋼を用いて、粗
粒フェライト（ＡＳＴＭ粒度Ｎｏ．＝９〜１１）とベイ
ナイト混合組織の低温靱性を調べた。その結果、図２に
示すように低温靱性にかなりのバラツキを有している。
その下限値は酸素含有量により支配され、酸素含有量を
３０ｐｐｍ以下にすることでｖＥ-55 (minimum)＞１０
０Ｊを満たす安定した靱性が得られることがわかった。
これは、酸素含有量を３０ｐｐｍ以下にすることで、マ
イクロクラックの発生起点となる鋼中酸化物の減少、微
細化したためである。
み１９〜４４ｐｐｍの範囲で変化させた鋼を用いて、粗
粒フェライト（ＡＳＴＭ粒度Ｎｏ．＝９〜１１）とベイ
ナイト混合組織の低温靱性を調べた。その結果、図２に
示すように低温靱性にかなりのバラツキを有している。
その下限値は酸素含有量により支配され、酸素含有量を
３０ｐｐｍ以下にすることでｖＥ-55 (minimum)＞１０
０Ｊを満たす安定した靱性が得られることがわかった。
これは、酸素含有量を３０ｐｐｍ以下にすることで、マ
イクロクラックの発生起点となる鋼中酸化物の減少、微
細化したためである。
【００１３】以上のことから、安定した低温靱性を有
し、かつ低温（−２０℃〜−６０℃）で低ＹＲ値（≦８
０％）を示す新耐震設計を可能にする低温低降伏比建築
鋼材の必要条件は、酸素含有量が３０ｐｐｍ以下で粗粒
フェライトとベイナイトの２相組織の特徴を有するもの
であることがわかった。組織について定量的にいうなら
ば、ＡＳＴＭ粒度Ｎｏ．９〜１１のフェライトと面積率
にして４０〜７０％のベイナイトの２相組織が望まし
い。
し、かつ低温（−２０℃〜−６０℃）で低ＹＲ値（≦８
０％）を示す新耐震設計を可能にする低温低降伏比建築
鋼材の必要条件は、酸素含有量が３０ｐｐｍ以下で粗粒
フェライトとベイナイトの２相組織の特徴を有するもの
であることがわかった。組織について定量的にいうなら
ば、ＡＳＴＭ粒度Ｎｏ．９〜１１のフェライトと面積率
にして４０〜７０％のベイナイトの２相組織が望まし
い。
【００１４】つぎに、本発明におけるＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，
Ａｌの添加理由および添加量は、溶接構造用鋼が所用の
特性を得るために、以下のごとく限定した。Ｃは最も安
価な元素で強度化に有効な元素であるが、０．１８％を
超えて添加すると溶接性が著しく低下する。０．０４％
未満では、厚物で強度が不足し、多量の合金元素の添加
が必要となり、コスト高を招く。従って、Ｃは０．０４
％以上０．１８％以下に限定した。
Ａｌの添加理由および添加量は、溶接構造用鋼が所用の
特性を得るために、以下のごとく限定した。Ｃは最も安
価な元素で強度化に有効な元素であるが、０．１８％を
超えて添加すると溶接性が著しく低下する。０．０４％
未満では、厚物で強度が不足し、多量の合金元素の添加
が必要となり、コスト高を招く。従って、Ｃは０．０４
％以上０．１８％以下に限定した。
【００１５】Ｓｉは鋼材の強度、溶鋼の予備脱酸に必要
な元素である。予備脱酸のためには、０．０５％以上の
添加が必要である。０．４％を超える過剰の添加は、鋼
材の靱性、溶接ＨＡＺ靱性を劣化させる。従って、Ｓｉ
量は０．０５％以上０．４％以下に限定した。
な元素である。予備脱酸のためには、０．０５％以上の
添加が必要である。０．４％を超える過剰の添加は、鋼
材の靱性、溶接ＨＡＺ靱性を劣化させる。従って、Ｓｉ
量は０．０５％以上０．４％以下に限定した。
【００１６】Ｍｎは、母材の強度を確保するため、必要
な元素である。０．６％未満では、厚物で強度が不足
し、多量の合金元素の添加が必要となり、コスト高を招
く。また、Ｍｎは中央偏析しやすい元素である。１．７
％を超えて添加すると、板厚中央が著しく脆化する。従
って、Ｍｎの範囲を０．６％以上１．７％以下に限定し
た。
な元素である。０．６％未満では、厚物で強度が不足
し、多量の合金元素の添加が必要となり、コスト高を招
く。また、Ｍｎは中央偏析しやすい元素である。１．７
％を超えて添加すると、板厚中央が著しく脆化する。従
って、Ｍｎの範囲を０．６％以上１．７％以下に限定し
た。
【００１７】Ａｌは、脱酸に必要な元素である。Ａｌ量
として０．００１％未満では、十分な脱酸効果が期待で
きない。また、０．０６％を超えて過剰に添加すると、
連続鋳造スラブの表面にキズが発生しやすい。従って、
Ａｌ量は０．００１％以上０．０６％以下に限定した。
として０．００１％未満では、十分な脱酸効果が期待で
きない。また、０．０６％を超えて過剰に添加すると、
連続鋳造スラブの表面にキズが発生しやすい。従って、
Ａｌ量は０．００１％以上０．０６％以下に限定した。
【００１８】Ｎは固体鋼中に固溶Ｎや窒化物系介在物と
して存在する。固溶Ｎや粗大窒化物系介在物は、鋼の低
温靱性を劣化させる。３０ｐｐｍを超えてＮを含有する
と固溶Ｎが存在する、また、最終凝固部には粗大な窒化
物（例えば、ＴｉＮやＮｂＮ）が生成しやすくなり、優
れた低温靱性が得られない。従って、Ｎ含有量を０．０
０３％以下に限定した。
して存在する。固溶Ｎや粗大窒化物系介在物は、鋼の低
温靱性を劣化させる。３０ｐｐｍを超えてＮを含有する
と固溶Ｎが存在する、また、最終凝固部には粗大な窒化
物（例えば、ＴｉＮやＮｂＮ）が生成しやすくなり、優
れた低温靱性が得られない。従って、Ｎ含有量を０．０
０３％以下に限定した。
【００１９】Ｎｂ，Ｖ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏは、高
強度化に有効な元素である。欠く元素の下限を限定した
理由は、Ｎｂ＜０．００５％，Ｖ＜０．００５％，Ｃｕ
＜０．０５％，Ｎｉ＜０．０５％，Ｃｒ＜０．０５％，
Ｍｏ＜０．０２％では、明瞭な強度上昇効果が見られな
いためである。上限を限定したのは以下の理由による。
ＮｂはＮｂ（ＣＮ）、ＶはＶＣが析出し高強度化に寄与
するが、０．０４％を超えたＮｂの添加、０．１％を超
えたＶの添加は、降伏比を著しく上昇させてしまう。従
って、Ｎｂを０．００５％以上０．０４％以下に、Ｖを
０．００５％以上０．１％以下に限定した。
強度化に有効な元素である。欠く元素の下限を限定した
理由は、Ｎｂ＜０．００５％，Ｖ＜０．００５％，Ｃｕ
＜０．０５％，Ｎｉ＜０．０５％，Ｃｒ＜０．０５％，
Ｍｏ＜０．０２％では、明瞭な強度上昇効果が見られな
いためである。上限を限定したのは以下の理由による。
ＮｂはＮｂ（ＣＮ）、ＶはＶＣが析出し高強度化に寄与
するが、０．０４％を超えたＮｂの添加、０．１％を超
えたＶの添加は、降伏比を著しく上昇させてしまう。従
って、Ｎｂを０．００５％以上０．０４％以下に、Ｖを
０．００５％以上０．１％以下に限定した。
【００２０】Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏは、固溶強化や焼
入性向上効果を通して、高強度化に寄与する。０．６％
を超えるＣｕの添加は著しくＣｕ割れ発生の危険性を増
大させる。Ｎｉは高価な元素でありコストの観点から、
上限を０．６％とした。１％を超えるＣｒ、０．６％を
超えるＭｏの添加は溶接性を著しく劣化させる。従っ
て、Ｃｕを０．０５％以上０．６％以下、Ｎｉを０．０
５％以上０．６％以下、Ｃｒを０．０５％以上１％以
下、Ｍｏを０．０２％以上０．６％以下に限定した。
入性向上効果を通して、高強度化に寄与する。０．６％
を超えるＣｕの添加は著しくＣｕ割れ発生の危険性を増
大させる。Ｎｉは高価な元素でありコストの観点から、
上限を０．６％とした。１％を超えるＣｒ、０．６％を
超えるＭｏの添加は溶接性を著しく劣化させる。従っ
て、Ｃｕを０．０５％以上０．６％以下、Ｎｉを０．０
５％以上０．６％以下、Ｃｒを０．０５％以上１％以
下、Ｍｏを０．０２％以上０．６％以下に限定した。
【００２１】Ｔｉは、ＴｉＮの溶接ＨＡＺ部の組織粗大
化を抑制してＨＡＺ靱性の向上に寄与する元素である。
０．００５％未満のＴｉ添加ではＨＡＺ靱性向上効果が
発揮されない。０．０１５％を超えて添加すると溶接の
冷却過程でＴｉＣが析出し、ＨＡＺ靱性の劣化を招く。
従って、Ｔｉを０．００５％以上、０．０１５％以下に
限定した。
化を抑制してＨＡＺ靱性の向上に寄与する元素である。
０．００５％未満のＴｉ添加ではＨＡＺ靱性向上効果が
発揮されない。０．０１５％を超えて添加すると溶接の
冷却過程でＴｉＣが析出し、ＨＡＺ靱性の劣化を招く。
従って、Ｔｉを０．００５％以上、０．０１５％以下に
限定した。
【００２２】Ｓは中央偏析し、その部分でＭｎＳを形成
する。ＭｎＳは圧延より伸長するため、鋼板の板厚中央
部には伸長したＭｎＳが他の部分より多く存在する。本
願の用途は建築向けであり、その多くは大入熱のサブマ
ージアーク溶接（ＳＡＷ）でボックス柱に組み立てら
れ、建築物に使用される。大入熱サブマージアーク溶接
では、鉄粉入りのボンド型フラックスを大量使用するた
め、他の溶接法に比較すると鋼中に侵入する水素量が高
くなり、しばしばその熱影響部に割れが発生する。割れ
の発生起点は板厚中央の伸長化したＭｎＳである。伸長
ＭｎＳと地鉄界面に溶接水素が集積し、水素誘起割れを
起こすのである。０．００２％を越えるＳが含有されて
いると、板厚中央のＭｎＳが大型化し、ボッスク柱角継
手部にＨＡＺ割れが発生しやすくなる。従って、Ｓ含有
量は０．００２％以下に規制した。
する。ＭｎＳは圧延より伸長するため、鋼板の板厚中央
部には伸長したＭｎＳが他の部分より多く存在する。本
願の用途は建築向けであり、その多くは大入熱のサブマ
ージアーク溶接（ＳＡＷ）でボックス柱に組み立てら
れ、建築物に使用される。大入熱サブマージアーク溶接
では、鉄粉入りのボンド型フラックスを大量使用するた
め、他の溶接法に比較すると鋼中に侵入する水素量が高
くなり、しばしばその熱影響部に割れが発生する。割れ
の発生起点は板厚中央の伸長化したＭｎＳである。伸長
ＭｎＳと地鉄界面に溶接水素が集積し、水素誘起割れを
起こすのである。０．００２％を越えるＳが含有されて
いると、板厚中央のＭｎＳが大型化し、ボッスク柱角継
手部にＨＡＺ割れが発生しやすくなる。従って、Ｓ含有
量は０．００２％以下に規制した。
【００２３】Ｐも非常に中央偏析しやすい元素であり、
０．０１５％を超えて含有していると、板厚中央部を著
しく硬化させる。上述のＭｎＳを起点としたＨＡＺ割れ
は、周囲が硬化しているほど割れが伝播しやすくなる。
すなわち、大入熱サブマージアーク溶接で施工したボッ
クス柱角継手部に水素割れ抑制のため、Ｐを０．０１５
％以下に規制した。
０．０１５％を超えて含有していると、板厚中央部を著
しく硬化させる。上述のＭｎＳを起点としたＨＡＺ割れ
は、周囲が硬化しているほど割れが伝播しやすくなる。
すなわち、大入熱サブマージアーク溶接で施工したボッ
クス柱角継手部に水素割れ抑制のため、Ｐを０．０１５
％以下に規制した。
【００２４】Ｃａ，ＲＥＭは、ボックス柱角継手部のＨ
ＡＺ割れ抑制のために添加する。上述したように、ＨＡ
Ｚ割れの起点は伸長したＭｎＳであり、伸長化を抑制す
れば割れの防止が図られる。ＣａとＲＥＭは、鋼中硫化
物をそれぞれＣａＳ、ＲＥＭ−Ｓに変化せしめ、それら
は圧延しても伸長化しない。Ｃａ／Ｓ：０．５未満、Ｒ
ＥＭ：０．００５％未満では、十分な硫化物の伸長化抑
制が達成されない。また、Ｃａ／Ｓ：２超え、ＲＥＭ：
０．０２％超えの添加は、クラスター状の介在物（Ca-A
l-O-S ，REM-O-S ）を増やし、上記ＨＡＺ割れ抑制に逆
効果である。従って、ＣａをＣａ／Ｓで０．５以上２以
下、ＲＥＭを０．００５％以上０．０２％以下に限定し
た。
ＡＺ割れ抑制のために添加する。上述したように、ＨＡ
Ｚ割れの起点は伸長したＭｎＳであり、伸長化を抑制す
れば割れの防止が図られる。ＣａとＲＥＭは、鋼中硫化
物をそれぞれＣａＳ、ＲＥＭ−Ｓに変化せしめ、それら
は圧延しても伸長化しない。Ｃａ／Ｓ：０．５未満、Ｒ
ＥＭ：０．００５％未満では、十分な硫化物の伸長化抑
制が達成されない。また、Ｃａ／Ｓ：２超え、ＲＥＭ：
０．０２％超えの添加は、クラスター状の介在物（Ca-A
l-O-S ，REM-O-S ）を増やし、上記ＨＡＺ割れ抑制に逆
効果である。従って、ＣａをＣａ／Ｓで０．５以上２以
下、ＲＥＭを０．００５％以上０．０２％以下に限定し
た。
【００２５】
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。表１に供試
鋼の化学成分を示す。鋼Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｒ，ＳはＴＳ６０
キロ級の鋼であり、その他はＴＳ５０キロ級の鋼であ
る。すべて、軽圧下プロセスを含む連続鋳造にてスラブ
にされた。
鋼の化学成分を示す。鋼Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｒ，ＳはＴＳ６０
キロ級の鋼であり、その他はＴＳ５０キロ級の鋼であ
る。すべて、軽圧下プロセスを含む連続鋳造にてスラブ
にされた。
【００２６】上記の鋼を表２に示す製造条件にて鋼板と
した。表３には得られた鋼板のミクロ組織が併記されて
いる。本発明の特徴である粗粒フェライトとベイナイト
の混合組織は、ＴＳ５０級の鋼では、［低温加熱］＋
［高温仕上圧延］＋［低温域ほど強冷却となる制御冷
却］を施すことで得られる。また、ＴＳ６０キロ級で
は、［高温加熱］＋［高温仕上圧延］＋［直接焼入］＋
［２相域焼入］＋［焼戻し］あるいは［高温加熱焼入］
＋［２相域焼入］＋［焼戻し］により得られる。
した。表３には得られた鋼板のミクロ組織が併記されて
いる。本発明の特徴である粗粒フェライトとベイナイト
の混合組織は、ＴＳ５０級の鋼では、［低温加熱］＋
［高温仕上圧延］＋［低温域ほど強冷却となる制御冷
却］を施すことで得られる。また、ＴＳ６０キロ級で
は、［高温加熱］＋［高温仕上圧延］＋［直接焼入］＋
［２相域焼入］＋［焼戻し］あるいは［高温加熱焼入］
＋［２相域焼入］＋［焼戻し］により得られる。
【００２７】表４に各鋼板の強度、靱性、大入熱ＳＡＷ
角継手耐ＨＡＺ割れ性について示している。引張試験片
は１／４ｔよりＣ方向に採取されたＪＩＳ４号である。
ＹＳ値はすべて上降伏点の値であり、ＹＲ値はすべて上
降伏点／ＴＳの値である。シャルピー衝撃試験片は１／
４ｔよりＬ方向に採取された。また、ｖＥ-55 （ａｖ
ｅ）、ｖＥ-55 （ｍｉｎ）は、Ｎ数９の平均値と最小値
である。
角継手耐ＨＡＺ割れ性について示している。引張試験片
は１／４ｔよりＣ方向に採取されたＪＩＳ４号である。
ＹＳ値はすべて上降伏点の値であり、ＹＲ値はすべて上
降伏点／ＴＳの値である。シャルピー衝撃試験片は１／
４ｔよりＬ方向に採取された。また、ｖＥ-55 （ａｖ
ｅ）、ｖＥ-55 （ｍｉｎ）は、Ｎ数９の平均値と最小値
である。
【００２８】大入熱ＳＡＷ角継手耐ＨＡＺ割れ性は、図
３に示す寸法・形状の試験体で半ボックス施工試験を行
い、溶接部の超音波探傷を実施し、割れの発生状況を測
定することにより評価した。同図において、１はサブマ
ージドアーク溶接（ＳＡＷ溶接）による角溶接部、２は
ウェブ鋼板、３はフランジ鋼板、４はダイヤフラム、５
はエレクトロスラグ溶接部、そして６は溶接漏れがない
ようにするための当て金であり、ｔは板厚を示す。半ボ
ックス施工試験によるＳＡＷ角溶接は、２電極の１層溶
接であり、溶接入熱は、鋼板板厚に応じて１５０ｋＪ
（板厚１６ｍｍの時）〜５００ｋＪ（板厚６０ｍｍの
時）で実施した。その際、溶接フラックスには、鉄粉入
りボンド型フラックスを温度３０℃、湿度８０％の環境
で３時間放置し、故意に吸湿させたものを用いた。吸湿
フラックスを用いたのは、溶接時に侵入する水素量を上
昇させ、鋼板の溶接水素による割れ感受性を明瞭に評価
するためである。溶接後、３日間放置し、図３中の矢印
でＵ，Ｓ，Ｔで示した溶接フランジ角部をＪＩＳ Ｇ
０９０１に準じて超音波探傷を行い、割れプロフィール
を、図４のように描いた。同図において、斜線部は超音
波探傷により検出されたΔ欠陥およびＸ欠陥のエコー発
生部分７であり、Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 はその長さ、即ち、
割れ発生部分の溶接長方向の長さを示す。溶接長Ｌに対
する、各割れ長さＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 …の和の割合（長さ
％）をＨＡＺ割れ率＝（Ｃ1 ＋Ｃ2 ＋Ｃ3＋…）／Ｌと
定義した。なお、この試験においては、Ｌ＝７００ｍｍ
である。
３に示す寸法・形状の試験体で半ボックス施工試験を行
い、溶接部の超音波探傷を実施し、割れの発生状況を測
定することにより評価した。同図において、１はサブマ
ージドアーク溶接（ＳＡＷ溶接）による角溶接部、２は
ウェブ鋼板、３はフランジ鋼板、４はダイヤフラム、５
はエレクトロスラグ溶接部、そして６は溶接漏れがない
ようにするための当て金であり、ｔは板厚を示す。半ボ
ックス施工試験によるＳＡＷ角溶接は、２電極の１層溶
接であり、溶接入熱は、鋼板板厚に応じて１５０ｋＪ
（板厚１６ｍｍの時）〜５００ｋＪ（板厚６０ｍｍの
時）で実施した。その際、溶接フラックスには、鉄粉入
りボンド型フラックスを温度３０℃、湿度８０％の環境
で３時間放置し、故意に吸湿させたものを用いた。吸湿
フラックスを用いたのは、溶接時に侵入する水素量を上
昇させ、鋼板の溶接水素による割れ感受性を明瞭に評価
するためである。溶接後、３日間放置し、図３中の矢印
でＵ，Ｓ，Ｔで示した溶接フランジ角部をＪＩＳ Ｇ
０９０１に準じて超音波探傷を行い、割れプロフィール
を、図４のように描いた。同図において、斜線部は超音
波探傷により検出されたΔ欠陥およびＸ欠陥のエコー発
生部分７であり、Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 はその長さ、即ち、
割れ発生部分の溶接長方向の長さを示す。溶接長Ｌに対
する、各割れ長さＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 …の和の割合（長さ
％）をＨＡＺ割れ率＝（Ｃ1 ＋Ｃ2 ＋Ｃ3＋…）／Ｌと
定義した。なお、この試験においては、Ｌ＝７００ｍｍ
である。
【００２９】表４をみると、酸素含有量３０ｐｐｍ以下
で粗粒フェライト（ＡＳＴＭ Ｎｏ．９−１１）とベイ
ナイトの混合組織（ベイナイト率４０−７０％）を有し
た本発明鋼板（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１，
Ｇ１，Ｈ１，Ｉ１，Ｊ１，Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１，Ｎ１）
は、−５５℃でもＹＲ値が８０％で、ＶＥ−５５（ｍｉ
ｎ）が１５０Ｊ以上の靱性を有している。フェライト＋
パーライト組織であるＡ２，Ｂ２，Ｆ２鋼板は、ｖＴｓ
が−５０℃以下と低靱性である。細粒フェライト（ＡＳ
ＴＭ Ｎｏ．１１超え）＋ベイナイトの混合組織である
Ａ３，Ｃ２，Ｅ２，Ｇ２，Ｈ２鋼板は、−５５℃のＹＲ
値が８０％を超えている。ベイナイト単相組織であるＥ
３も、−５５℃のＹＲ値が８０％を超えている。また、
組織は粗粒フェライトとベイナイトの混合組織であって
も酸素含有量が３０ｐｐｍを超えるＯ１，Ｐ１，Ｑ１，
Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１鋼板はｖＥ−５５（ｍｉｎ）が４７Ｊ
を下回っている。さらに、Ｓ≦２０ｐｐｍ，Ｐ≦０．０
１５％以下でＣａ／Ｓで０．５以上２．０以下のＣａが
添加されたＩ１，Ｊ１，Ｌ１鋼板および０．００５以上
０．０２％以下のＲＥＭが添加されたＫ１鋼板は、ＨＡ
Ｚ割れが発生していない。Ｃａが添加されていてもＣａ
／Ｓが０．５未満のＮや２．０超えのＮならびに過剰の
ＲＥＭが添加されたＴ１鋼板では、ＨＡＺ割れが発生し
ている。
で粗粒フェライト（ＡＳＴＭ Ｎｏ．９−１１）とベイ
ナイトの混合組織（ベイナイト率４０−７０％）を有し
た本発明鋼板（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１，
Ｇ１，Ｈ１，Ｉ１，Ｊ１，Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１，Ｎ１）
は、−５５℃でもＹＲ値が８０％で、ＶＥ−５５（ｍｉ
ｎ）が１５０Ｊ以上の靱性を有している。フェライト＋
パーライト組織であるＡ２，Ｂ２，Ｆ２鋼板は、ｖＴｓ
が−５０℃以下と低靱性である。細粒フェライト（ＡＳ
ＴＭ Ｎｏ．１１超え）＋ベイナイトの混合組織である
Ａ３，Ｃ２，Ｅ２，Ｇ２，Ｈ２鋼板は、−５５℃のＹＲ
値が８０％を超えている。ベイナイト単相組織であるＥ
３も、−５５℃のＹＲ値が８０％を超えている。また、
組織は粗粒フェライトとベイナイトの混合組織であって
も酸素含有量が３０ｐｐｍを超えるＯ１，Ｐ１，Ｑ１，
Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１鋼板はｖＥ−５５（ｍｉｎ）が４７Ｊ
を下回っている。さらに、Ｓ≦２０ｐｐｍ，Ｐ≦０．０
１５％以下でＣａ／Ｓで０．５以上２．０以下のＣａが
添加されたＩ１，Ｊ１，Ｌ１鋼板および０．００５以上
０．０２％以下のＲＥＭが添加されたＫ１鋼板は、ＨＡ
Ｚ割れが発生していない。Ｃａが添加されていてもＣａ
／Ｓが０．５未満のＮや２．０超えのＮならびに過剰の
ＲＥＭが添加されたＴ１鋼板では、ＨＡＺ割れが発生し
ている。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
【発明の効果】以上の結果から明らかなように、本発明
に係る鋼材は、安定した低温靱性を有し、かつ低温（−
２０℃〜−６０℃）で低ＹＲ値（≦８０％）を示すの
で、低温で使用される建築構造物の新耐震設計を可能に
する。従って、建物の安全性が増す。また、鋼材の大量
生産が可能で、しかも価格も安く、溶接施工が容易で、
建設工期も短縮でき、全体として建設費が低廉で済む。
に係る鋼材は、安定した低温靱性を有し、かつ低温（−
２０℃〜−６０℃）で低ＹＲ値（≦８０％）を示すの
で、低温で使用される建築構造物の新耐震設計を可能に
する。従って、建物の安全性が増す。また、鋼材の大量
生産が可能で、しかも価格も安く、溶接施工が容易で、
建設工期も短縮でき、全体として建設費が低廉で済む。
【図１】引張試験温度と降伏比（＝上降伏点／引張強
度）の関係を示した図。
度）の関係を示した図。
【図２】酸素含有量と−５５℃で試験したシャルピー衝
撃吸収エネルギー（ｖＥ−５５）の関係を示した図。
撃吸収エネルギー（ｖＥ−５５）の関係を示した図。
【図３】大入熱ＳＡＷ溶接による半ボックス試験体の形
状、および超音波探傷試験位置の説明図。
状、および超音波探傷試験位置の説明図。
【図４】半ボックス施工試験におけるＨＡＺ割れ率の定
義を説明する図。
義を説明する図。
１…ＳＡＷ角溶接部、２…ウェブ鋼板、３…フランジ鋼
板、４…ダイヤフラム、５…エレクトロスラグダイヤフ
ラム溶接部、６…当て金、７…超音波探傷によるΔ欠陥
およびＸ欠陥エコー発生部分。
板、４…ダイヤフラム、５…エレクトロスラグダイヤフ
ラム溶接部、６…当て金、７…超音波探傷によるΔ欠陥
およびＸ欠陥エコー発生部分。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷 三郎 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 石川 博 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−279735（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60
Claims (5)
- 【請求項１】 酸素含有量が３０ｐｐｍ以下の鉄基合金
で、ＡＳＴＭ粒度Ｎｏ．１１以下の粗粒フェライトとベ
イナイトの２相組織を有し、低温靭性に優れかつ低温で
低降伏比を満足する低温用建築鋼材。 - 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．０４〜０．１８％、
Ｓｉ：０．０５〜０．４０％、Ｍｎ：０．６〜１．７
％、Ａｌ：０．００１〜０．０６％、Ｎ：≦３０ｐｐ
ｍ，Ｏ：≦３０ｐｐｍ，残部がＦｅおよび不可避的不純
物の組成で、ＡＳＴＭ粒度Ｎｏ．１１以下の粗粒フェラ
イトとベイナイトの２相組織を有することを特徴とする
低温靭性に優れかつ低温で低降伏比の低温用建築鋼材。 - 【請求項３】 重量％で、Ｃ：０．０４〜０．１８％、
Ｓｉ：０．０５〜０．４０％、Ｍｎ：０．６〜１．７
％、Ａｌ：０．００１〜０．０６％、Ｎ：≦３０ｐｐ
ｍ，Ｏ：≦３０ｐｐｍ，に加えて、Ｔｉ：０．００５〜
０．０１５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０４％、Ｖ：
０．００５〜０．１％、Ｃｕ：０．０５〜０．６％、Ｎ
ｉ：０．０５〜０．６％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、
Ｍｏ：０．０２〜０．６％の内、1種または２種以上、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成で、ＡＳ
ＴＭ粒度Ｎｏ．１１以下の粗粒フェライトとベイナイト
の２相組織を有することを特徴とする低温靭性に優れか
つ低温で低降伏比の低温用建築鋼材。 - 【請求項４】 請求項２または３の鋼材において、更に
Ｐ≦０．０１５％、Ｓ≦０．００２％に規制し、Ｃａ：
Ｃａ／Ｓで０．５以上２．０以下、ＲＥＭ：０．００５
〜０．０２％の少なくとも一方が添加された超大入熱溶
接のＨＡＺ割れ感受性の低い低温靭性に優れかつ低温で
低降伏比の低温用建築鋼材。ただし、ＲＥＭは希土類元
素の１種又は２種以上を示す。 - 【請求項５】 請求項１ないし４の何れか１つに記載の
鋼材において、−２０℃〜−６０℃の低温で降伏比が８
０％以下である低温用建築鋼材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04453095A JP3214281B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | 低温用建築鋼材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04453095A JP3214281B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | 低温用建築鋼材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08246094A JPH08246094A (ja) | 1996-09-24 |
| JP3214281B2 true JP3214281B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=12694075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04453095A Expired - Fee Related JP3214281B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | 低温用建築鋼材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3214281B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7241506B2 (ja) | 2018-10-30 | 2023-03-17 | ウイングアーク１ｓｔ株式会社 | 光学式文字認識結果の修正支援装置および修正支援用プログラム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100470052B1 (ko) * | 2000-11-17 | 2005-02-04 | 주식회사 포스코 | 고강도 용접구조용 강재 및 그 제조방법 |
| KR100482208B1 (ko) * | 2000-11-17 | 2005-04-21 | 주식회사 포스코 | 침질처리에 의한 용접구조용 강재의 제조방법 |
| KR100481363B1 (ko) * | 2000-12-15 | 2005-04-07 | 주식회사 포스코 | 미세한ＴｉＯ산화물과 ＴｉＮ의 석출물을 갖는 고강도용접구조용 강의 제조방법 |
| KR100568360B1 (ko) * | 2001-12-24 | 2006-04-05 | 주식회사 포스코 | 용접열영향부 인성이 우수한 고강도 용접구조용 강재 및그 제조방법 |
| JP5304619B2 (ja) * | 2009-12-01 | 2013-10-02 | 新日鐵住金株式会社 | 耐疲労き裂進展性に優れた鋼板およびその製造方法 |
| JP6435122B2 (ja) * | 2014-06-27 | 2018-12-05 | 新日鐵住金株式会社 | 冷間プレス成形角形鋼管用厚鋼板、冷間プレス成形角形鋼管、及び溶接方法 |
-
1995
- 1995-03-03 JP JP04453095A patent/JP3214281B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7241506B2 (ja) | 2018-10-30 | 2023-03-17 | ウイングアーク１ｓｔ株式会社 | 光学式文字認識結果の修正支援装置および修正支援用プログラム |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08246094A (ja) | 1996-09-24 |
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