JP3267325B2 - 耐火用高張力溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法 - Google Patents

耐火用高張力溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は建築・建材分野の構造物
に用いられる薄鋼板を対象とし、構造物の高強度化およ
び火災時において十分な強度を有する耐火用高張力溶融
アルミニウムめっき鋼板の製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】従来、鉄骨構造物に用いられるJIS規格
鋼材として、一般構造用圧延鋼板(G 3101)、溶
接構造用圧延鋼板(G 3106)、溶接構造用耐候性
熱間圧延鋼材(G 3114)また、構造用軽量型鋼や
構造用鋼管の素材として熱間圧延軟質鋼板(G 313
2)、溶融亜鉛めっき鋼板(G 3302)および溶融
アルミニウムめっき鋼板(G 3314)等が広く利用
されている。
【0003】一方、火災時における安全性を確保するた
め、火災時にも鋼材が350℃を超えないよう耐火被覆
を施すことが義務づけられているが、鋼材の高温強度が
確保される場合には、無被覆で鋼材を使用することも可
能となる。そこで、高温においても高い耐力を有する鋼
材の使用が種々検討されている。
【0004】鋼材の高温強度については、古くから調べ
られており、ボイラー用鋼板あるいは圧力容器用鋼板と
して規格化されているが、これらは高温で数万時間とい
った長時間使用の場合の強度、すなわちクリープ強度の
高い鋼材であり、本発明で問題としている強度は火災時
の数時間以内の強度である。上記の高温用鋼板は常温に
おける強度が高すぎるため冷間加工性が、さらに溶接性
が構造用鋼板にくらべ大幅に劣ることから適用できな
い。
【0005】従来の高張力鋼板は母材の金属組織の変化
により、高温強度を確保することが難しく、このような
観点から例えば本発明と目的(用途)を同じとする耐火
用の高温強度を高めた建築用の亜鉛めっき鋼板として特
開平2−197520号、特開平2−254117号が
ある。特開平2−197520号、特開平2−2541
17号ともTi、Nbを添加してIF鋼(Inters
titial Free Steel)にCuを含有さ
せたもので、常温強度はCuの固溶強化で、高温強度を
Cuのクラスターないし析出によって強化しているもの
である。
【0006】高温強度をCuのクラスターないし析出に
よって強化することは有効な技術であるが、これらは5
00℃付近の温度で最も効果を発揮するもので高温の6
00℃では析出Cu粒子の凝集化が進むため効果が小さ
くなる。このため、さらに多量のCuを必要とする。C
uの析出によって高温強度を高めるためには熱間圧延終
了段階でCuを固溶させるため、極低温巻取り(450
℃以下)が必要であるが、450℃以下の巻取りを行う
と板形状確保が困難となる。また、極低温巻取りを行っ
てCuを固溶させても溶融めっき工程にかける加熱によ
って一部もしくは大部分Cuが析出してしまい高温強度
を高める効果が小さくなることはいなめない。鋼にCu
を多量に含有させると、熱間圧延時に高温割れが生じる
が、この高温割れを防止するために、ほぼ同量の高価な
金属であるNiの含有が必要となる。さらにIF鋼をベ
ースとしているため製鋼脱炭を必要とし、製造コスト上
昇を招く等の欠点を有している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高温
特性、軽量鉄骨等への成形加工性、母材の耐食性に優
れ、さらに製鋼工程、熱間圧延工程に特別な手段を使用
せず、普通鋼に近い鋼組成で、経済的に優れた耐火用高
張力溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法の提供にあ
る。
【0008】
【問題を解決しようとする手段】本発明者らは、600
℃での鋼板強度に及ぼす化学組成、製造条件について種
々検討した結果、普通鋼に近い組成系においてMo添加
あるいはW添加およびTi、Vの複合添加が極めて有効
であること、600℃での降伏強度が室温の降伏強度の
0.6以上となる鋼板の製造方法を見出した。
【0009】本発明はこの知見に基づいてなされたもの
で、 (1)重量%でC:0.05〜0.25、Si:1.5
以下、Mn:0.05〜2.5、P:0.1以下、S:
0.02以下、Al:0.005〜0.1、Mo:0.
05〜1.0、残部が鉄および不可避的不純物からなる
鋼を熱間圧延、酸洗後、連続溶融めっき設備における
加熱還元を650〜950℃の温度で行い、引き続いて
溶融アルミニウムめっきを施すことを特徴とする高張力
溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法、
【0010】(2)重量%でC:0.05〜0.25、
Si:1.5以下、Mn:0.05〜2.5、P:0.
1以下、S:0.02以下、Al:0.005〜0.
1、W:0.01〜1.0、残部が鉄および不可避的不
純物からなる鋼を熱間圧延、酸洗後、連続溶融めっき
設備における加熱還元を650〜950℃の温度で行
い、引き続いて溶融アルミニウムめっきを施すことを特
徴とする高張力溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方
法、
【0011】(3)重量%でC:0.05〜0.25、
Si:1.5以下、Mn:0.05〜2.5、P:0.
1以下、S:0.02以下、Al:0.005〜0.
1、Mo:0.05〜1.0に加えてCr:0.05〜
3.0、W:0.01〜1.0、Ti:0.005〜
0.2、V:0.005〜0.2、B:0.0003〜
0.003のうち一種もしくは二種以上含有し、残部が
鉄および不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延、酸洗
後、連続溶融めっき設備における加熱還元を650〜9
50℃の温度で行い、引き続いて溶融アルミニウムめっ
きを施すことを特徴とする高張力溶融アルミニウムめっ
き鋼板の製造方法、及び
【0012】(4)重量%でC:0.05〜0.25、
Si:1.5以下、Mn:0.05〜2.5、P:0.
1以下、S:0.02以下、Al:0.005〜0.
1、Mo:0.05〜1.0、Cu:0.05〜0.6
に加えて、Ni:0.05〜0.6、W:0.01〜
1.0、Ti:0.005〜0.2、V:0.005〜
0.2、B:0.0003〜0.003のうち一種もし
くは二種以上含有し、残部が鉄および不可避的不純物か
らなる鋼を熱間圧延、酸洗後、連続溶融めっき設備に
おける加熱還元を650〜950℃の温度で行い、引き
続いて溶融アルミニウムめっきを施すことを特徴とする
高張力溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法を提供す
る。
【0013】まず、この発明において成分組成を上記の
範囲に限定した理由について説明する。Cは、所定の強
度を確保するために添加するが、0.05%未満ではそ
の添加効果に乏しく、一方、0.25%を超えると加工
性、溶接性および靭性に劣るため0.05〜0.25%
に限定した。
【0014】Siは、強度向上元素として有効である
が、本発明者らの研究によれば連続溶融アルミニウムめ
っき設備に通板した場合に鋼中のSi含有量が約0.3
%を超えると不めっきが生じる。ただし、連続溶融めっ
き設備への通板に先立って、Fe系の電気めっきを施し
ておけばこの問題は解消される。しかし、Siが1.5
%を超えると硬質となり延性が劣化し、また、靭性に劣
るため1.5%以下に限定した。
【0015】Mnは、製鋼時の脱酸剤として、また、不
純物であるSによる熱間脆性を防止するのに有効であ
り、そのために最低0.05%以上必要である。一方、
鋼の強度を向上させるにも望ましい元素である。しか
し、2.5%を超えると延性、靭性に劣る。このため
0.05〜2.5%に限定した。
【0016】Pは、強度向上元素として有効であり、C
uとの相互作用で耐食性の向上をもたらすが、0.1%
を超える添加は脆化を助長させるので0.1%以下とす
る。
【0017】Sは、母材鋼にとって本質的に有害な元素
であり少ないほど望ましいが、本発明の場合、0.02
%までは許容できるので0.02%以下とした。
【0018】Alは、脱酸剤としての役割を果たすのみ
ならず、鋼中のNをAlNとして固定する働きがある。
このためには0.005%以上が必要であるが、0.1
%を超えると介在物が増大し、加工性および表面品質を
劣化させるので、下限を0.005%、上限を0.1%
とした。
【0019】Mo、Wは、鋼中に固溶し、あるいは炭化
物を析出し、鋼材の高温強度を向上させる効果を有す
る。このような効果を得るためにはMoは0.05%以
上、Wは0.01%以上の添加を必要とするが、1.0
%を超えて添加しても添加に見合った効果が得られな
い。このため下限を0.05%、上限を1.0%とし
た。
【0020】Crは、母材の耐食性を改善する元素であ
り、また、焼入れ性を向上させるとともに、焼戻して炭
化物を析出し、高温強度を向上させる元素である。この
ような効果を要するとき0.05%以上を添加する。し
かし、構造用材としては3.0%を超える添加は不必要
なため上限を3.0%とした。
【0021】Ti、Vは、室温強度および高温強度を向
上させる元素であるが、0.005%未満では効果が認
められないため、いずれも下限を0.005%とした。
また、0.2%を超えると添加量に見合った効果が認め
られないため、上限を0.2%とした。
【0022】Cuは、Pとの相乗効果により耐食性を向
上させる。このような効果を得るには0.05%以上の
添加が必要であるが、0.6%を超える添加は熱間圧延
時、高温割れが著しくなる。このため、下限を0.05
%、上限を0.6%とした。
【0023】Niは、耐食性を向上させる元素であり、
また、熱間脆性の防止に有効な元素であるが、このよう
な効果を期待するには、0.05%以上の添加が必要で
あるが、0.6%を超えて添加しても製造コストが高く
なる。このため、下限を0.05%、上限を0.6%と
した。
【0024】Bは、焼入れ性を向上させるとともに粒界
強化元素であり、このような効果を要する時、0.00
03%以上の添加が必要であるが、0.003%を超え
て添加しても効果は飽和する。このため、下限を0.0
003%、上限を0.003%とした。
【0025】本発明においては、以上のような成分組成
を有する鋼を通常の工程でスラブとした後、熱間圧延に
より所定の板厚の鋼板とするが、1050〜1250℃
の加熱、800〜950℃の仕上げ圧延、500〜70
0℃の巻取り温度とすることが望ましい。
【0026】次に上記の鋼板を酸洗後、連続溶融めっき
設備で加熱還元を650〜950℃で行い、溶融アルミ
ニウムめっきを施こす。その際あ、連続溶融めっき設備
に通板する前に、連続電気めっき設備で適量の鉄めっき
を施しておくことも有利である。これによって不めっき
発生率を皆無にすることができる。とくに前記化学組成
の鋼のうちでも、Si含有量が0.3%を超えるものに
ついてはこの鉄めっきが有利である。鉄めっきの付着量
は2g/m2程度の薄いものでよい。連続溶融めっき設
備における加熱還元温度が650℃未満ではめっき密着
性が劣り、950℃を超えると表面疵が発生し易くなり
良製品が得難くなる。
【0027】溶融アルミニウムめっきには純アルミニウ
ムとSiを約10%含むアルミニウムめっきとがある。
本発明はこれら両者を包含する。純アルミニウムめっき
ではめっき層と母材との界面に厚い合金層が生成するの
でSiを約10%含んだアルミニウムめっきが望まし
い。
【0028】
【実施例1】以下に実施例を挙げて本発明の効果を具体
的に示す。表1に示す化学組成のスラブを表2に示す条
件で熱間圧延し、板厚3.2mmの熱延鋼板とした。得
られた熱延鋼板を酸洗後、Si:9.8%を含むAl浴
の連続溶融めっき設備で表2に示す条件で付着量80g
/m2の溶融アルミニウムめっきを施した。
【0029】室温における引張試験はJIS Z222
01の5号試験片を用い、高温引張試験はJIS G0
567に準じ、600℃に15分保ち、その後、引張強
さ、降伏強度を測定した。また、高温強度の指標として
降伏強度と600℃および室温における降伏強度の比、
いわゆる降伏強度比を採用した。
【0030】表2の結果に見られるように、比較例であ
るNo.1およびNo.12の溶融アルミニウムめっき
鋼板は、室温においては強度延性に優れる特性を有する
が、600℃における降伏強度の低下が大きく、室温の
降伏強度の0.6以上を満たさず、高温特性に劣る。
【0031】これに対し、No.2〜11およびNo.
13〜17の溶融アルミニウムめっき鋼板は、室温にお
ける延性の低下も認められず、600℃における降伏強
度の低下が極めて小さく、室温の降伏強度の0.6以上
を満たす。特にMo添加のNo.3およびCu、Mo、
W、V複合添加のNo.10では、それぞれ0.81、
0.75と極めて高い降伏強度比を有している。
【0032】
【実施例2】表3に示す化学組成の鋼を転炉で溶製、連
続鋳造でスラブとした後、表4に示す条件で熱間圧延
し、板厚3.2mmの熱延鋼板とした。得られた熱延鋼
板を酸洗後、連続電気めっきラインで付着量2g/m2
のFe−0.01%Bめっきを施した。その後Si:
9.8%を含むAl浴の連続溶融めっき設備で表4に示
す条件で付着量80g/m2の溶融アルミニウムめっき
を施した。
【0033】得られた溶融アルミニウムめっき鋼板の室
温における機械的性質および600℃における高温特性
を実施例1と同様に評価した。
【0034】表4の結果に見られるように、比較例であ
る。No.18の溶融アルミニウムめっき鋼板は、溶融
めっき加熱還元温度によらず室温における延性は優れる
ものの、600℃における降伏強度の低下が著しく、高
温特性に劣っている。
【0035】これに対し、No.19およびNo.20
の溶融アルミニウムめっき鋼板は、室温における強度延
性バランスにすぐれ、600℃における降伏強度の低下
も小さく、降伏強度比0.6以上を有する高温特性に優
れるものとなっている。発明例で示した化学組成の鋼は
溶融めっき加熱還元温度によりその強度が大きく変化す
るが、二相複合組織鋼となっている830℃の高温加熱
処理材が、総じて強度延性バランスにすぐれ、かつ僅か
ながら降伏強度比が高い。
【0036】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高温特
性、成形加工性、耐食性に優れ、かつ、製鋼工程、熱間
圧延工程に特別な手段を使用せず、普通鋼に近い鋼組成
で、経済的に優れた耐火用高張力溶融アルミニウムめっ
き鋼板を製造することが可能となり、産業上の効果は極
めて顕著である。
【0037】
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】
【表3】
【0040】
【表4】
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C23C 2/12 C23C 2/12 (72)発明者 田中 照夫 東京都千代田区丸の内二丁目4番1号 日新製鋼株式会社 研究管理部内 (72)発明者 山田 利郎 広島県呉市昭和町11番1号 日新製鋼株 式会社 鉄鋼研究所プロセス・鋼材研究 部内 (56)参考文献 特開 平3−64441(JP,A) 特開 平2−149654(JP,A) 特開 平2−254145(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/00 - 8/10 C21D 9/46 - 9/48 C22C 38/00 - 38/60 C23C 2/00 - 2/40

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%でC:0.05〜0.25、S
    i:1.5以下、Mn:0.05〜2.5、P:0.1
    以下、S:0.02以下、Al:0.005〜0.1、
    Mo:0.05〜1.0、残部が鉄および不可避的不純
    物からなる鋼を熱間圧延、酸洗後、連続溶融めっき設
    備における加熱還元を650〜950℃の温度で行い、
    引き続いて溶融アルミニウムめっきを施すことを特徴と
    する高張力溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 重量%でC:0.05〜0.25、S
    i:1.5以下、Mn:0.05〜2.5、P:0.1
    以下、S:0.02以下、Al:0.005〜0.1、
    W:0.01〜1.0、残部が鉄および不可避的不純物
    からなる鋼を熱間圧延、酸洗後、連続溶融めっき設備
    における加熱還元を650〜950℃の温度で行い、引
    き続いて溶融アルミニウムめっきを施すことを特徴とす
    る高張力溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法。
  3. 【請求項3】 重量%でC:0.05〜0.25、S
    i:1.5以下、Mn:0.05〜2.5、P:0.1
    以下、S:0.02以下、Al:0.005〜0.1、
    Mo:0.05〜1.0に加えてCr:0.05〜3.
    0、W:0.01〜1.0、Ti:0.005〜0.
    、V:0.005〜0.2、B:0.0003〜0.
    003のうち一種もしくは二種以上含有し、残部が鉄お
    よび不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延し酸洗後、
    連続溶融めっき設備における加熱還元を650〜950
    ℃の温度で行い、引き続いて溶融アルミニウムめっきを
    施すことを特徴とする高張力溶融アルミニウムめっき鋼
    板の製造方法。
  4. 【請求項4】 重量%でC:0.05〜0.25、S
    i:1.5以下、Mn:0.05〜2.5、P:0.1
    以下、S:0.02以下、Al:0.005〜0.1、
    Mo:0.05〜1.0、Cu:0.05〜0.6に加
    えて、Ni:0.05〜0.6、W:0.01〜1.
    0、Ti:0.005〜0.2、V:0.005〜0.
    2、B:0.0003〜0.003のうち一種もしくは
    二種以上含有し、残部が鉄および不可避的不純物からな
    る鋼を熱間圧延、酸洗後、連続溶融めっき設備におけ
    る加熱還元を650〜950℃の温度で行い、引き続い
    て溶融アルミニウムめっきを施すことを特徴とする耐火
    用高張力溶融アルミニウムめっき鋼板の製造方法。
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