JP3289594B2 - 耐火性に優れ、高歪速度変形時でも低降伏比を示し、かつ繰り返し塑性変形後も高靭性の耐震性建築鋼材 - Google Patents
耐火性に優れ、高歪速度変形時でも低降伏比を示し、かつ繰り返し塑性変形後も高靭性の耐震性建築鋼材Info
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- JP3289594B2 JP3289594B2 JP05140596A JP5140596A JP3289594B2 JP 3289594 B2 JP3289594 B2 JP 3289594B2 JP 05140596 A JP05140596 A JP 05140596A JP 5140596 A JP5140596 A JP 5140596A JP 3289594 B2 JP3289594 B2 JP 3289594B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐震性を重視して
設計される建築分野、主として活断層近傍の重要構造物
に用いられる耐火性に優れた耐震性建築鋼材に関する。
設計される建築分野、主として活断層近傍の重要構造物
に用いられる耐火性に優れた耐震性建築鋼材に関する。
【０００２】
【従来の技術】昭和５６年に改正施行された建築物の耐
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、建築物の
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）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、建築物の
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）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相域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相域にすることで低降伏比を確保し
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】活断層タイプの地震の
場合に揺れの速度が非常に速く、建物に歪速度にして１
０-1〜１０の速度変形が加えられるという特徴がある。
現在の建築鋼材は上述したように低ＹＲであるが、それ
は通常の歪速度１０-2前後で引張った時の値であり、上
記のような高い歪速度での変形の場合、低ＹＲを示すか
不明であった。本発明者らが従来の圧延まま（フェライ
ト＋パーライト組織）のＳＮ４９０級の鋼について歪速
度を変化させ引張試験を行ったところ、歪速度１０-2前
後の場合にはＹＲ＜８０％であったものが、歪速度１０
前後の場合にはＹＲは大きく上昇し８０％以上の値にな
ってしまうことが判明した。
場合に揺れの速度が非常に速く、建物に歪速度にして１
０-1〜１０の速度変形が加えられるという特徴がある。
現在の建築鋼材は上述したように低ＹＲであるが、それ
は通常の歪速度１０-2前後で引張った時の値であり、上
記のような高い歪速度での変形の場合、低ＹＲを示すか
不明であった。本発明者らが従来の圧延まま（フェライ
ト＋パーライト組織）のＳＮ４９０級の鋼について歪速
度を変化させ引張試験を行ったところ、歪速度１０-2前
後の場合にはＹＲ＜８０％であったものが、歪速度１０
前後の場合にはＹＲは大きく上昇し８０％以上の値にな
ってしまうことが判明した。
【０００５】また、構造部材が高速の繰り返し塑性変形
を受け脆化し、次の引張変形を受けた時に脆性破壊する
ケースも考えられる。脆性破壊が起こると建物の大崩壊
にもつながり兼ねないため、耐震性鋼材としては避けな
ければならない破壊様式である。従来のＳＮ４９０級の
鋼も予歪を受けていない場合には、脆性・延性破面遷移
温度は室温以下と十分な靭性を有しているが、高速の繰
り返し予歪が加わった場合には、どの程度の劣化を示す
か不明であった。本発明者らは、従来のＳＮ４９０級の
数種類の鋼に対し、歪速度１０で正負交番の歪漸増型
（１％圧縮塑性歪付与→１％引張塑性歪付与→２％圧縮
塑性歪付与→２％引張塑性歪付与→４％圧縮塑性歪付与
→４％引張塑性歪付与、以後この予歪付加±１＋２＋４
％と記す）の予歪を与えた後、シャルピー衝撃試験を実
施したところ、脆性・延性破面遷移温度が室温以上にな
るものも現れた。
を受け脆化し、次の引張変形を受けた時に脆性破壊する
ケースも考えられる。脆性破壊が起こると建物の大崩壊
にもつながり兼ねないため、耐震性鋼材としては避けな
ければならない破壊様式である。従来のＳＮ４９０級の
鋼も予歪を受けていない場合には、脆性・延性破面遷移
温度は室温以下と十分な靭性を有しているが、高速の繰
り返し予歪が加わった場合には、どの程度の劣化を示す
か不明であった。本発明者らは、従来のＳＮ４９０級の
数種類の鋼に対し、歪速度１０で正負交番の歪漸増型
（１％圧縮塑性歪付与→１％引張塑性歪付与→２％圧縮
塑性歪付与→２％引張塑性歪付与→４％圧縮塑性歪付与
→４％引張塑性歪付与、以後この予歪付加±１＋２＋４
％と記す）の予歪を与えた後、シャルピー衝撃試験を実
施したところ、脆性・延性破面遷移温度が室温以上にな
るものも現れた。
【０００６】建築鋼材の従来技術の中には、特開平2-19
7522号公報や特開平5-21440 号公報のように低温靭性に
優れた低降伏比鋼に関するものがある。どちらも、通常
の歪速度での引張試験しか実施しておらず、高い歪速度
でのＹＲ値が示されていない。また、靭性も予歪が無い
場合でのシャルピー衝撃試験値であり、予歪が加わった
後の靭性値は不明である。そこで、両提案に沿って試作
した鋼の歪速度＝１０での引張特性ならびに歪速度＝１
０で±１＋２＋４％の繰り返し予歪を与えた後の靭性に
ついて調べた。その結果、歪速度＝１０での引張試験の
ＹＲは８０％を越える値となった。また、高速繰り返し
予歪後の靭性はバラツキ、なかにはｖＥ-5＜２０Ｊを示
す著しく脆化しているものが散見された。すなわち、活
断層タイプの地震の場合には、十分な耐震性を有してい
ないことがわかった。
7522号公報や特開平5-21440 号公報のように低温靭性に
優れた低降伏比鋼に関するものがある。どちらも、通常
の歪速度での引張試験しか実施しておらず、高い歪速度
でのＹＲ値が示されていない。また、靭性も予歪が無い
場合でのシャルピー衝撃試験値であり、予歪が加わった
後の靭性値は不明である。そこで、両提案に沿って試作
した鋼の歪速度＝１０での引張特性ならびに歪速度＝１
０で±１＋２＋４％の繰り返し予歪を与えた後の靭性に
ついて調べた。その結果、歪速度＝１０での引張試験の
ＹＲは８０％を越える値となった。また、高速繰り返し
予歪後の靭性はバラツキ、なかにはｖＥ-5＜２０Ｊを示
す著しく脆化しているものが散見された。すなわち、活
断層タイプの地震の場合には、十分な耐震性を有してい
ないことがわかった。
【０００７】さらに、建築物の火災に関して、耐火設計
の見直しが行われたことにより、高温強度に優れた耐火
鋼を用いて耐火被覆を減らすことが可能となった。耐火
鋼材の使用は、工期の短縮、工事費の削減、建築物内の
有効面積の拡張を図ることにつながるため、こういった
新しい設計法が盛んになってきている。低降伏比と耐火
性を兼ね備えた建築用鋼材については、特開平4-83821
号公報、特開平4-56723 号公報、特開平4-56362 号公報
等が出願されている。これらに記載された発明に沿って
試作した鋼についても、前述した発明鋼（特開平2-1975
22号公報や特開平5-21440 号公報）と同様に、高い歪速
度での引張特性を調べると、歪速度＝１０での降伏比が
８０％以上になってしまうことが判明した。
の見直しが行われたことにより、高温強度に優れた耐火
鋼を用いて耐火被覆を減らすことが可能となった。耐火
鋼材の使用は、工期の短縮、工事費の削減、建築物内の
有効面積の拡張を図ることにつながるため、こういった
新しい設計法が盛んになってきている。低降伏比と耐火
性を兼ね備えた建築用鋼材については、特開平4-83821
号公報、特開平4-56723 号公報、特開平4-56362 号公報
等が出願されている。これらに記載された発明に沿って
試作した鋼についても、前述した発明鋼（特開平2-1975
22号公報や特開平5-21440 号公報）と同様に、高い歪速
度での引張特性を調べると、歪速度＝１０での降伏比が
８０％以上になってしまうことが判明した。
【０００８】以上のことから、本発明が解決しようとす
る課題は、高い歪速度、例えば１０前後で変形を受ける
場合にも低いＹＲ（≦８０％）を示し、かつ歪速度１０
前後で繰り返し予歪を受けた後も安定して優れた靭性、
すなわち耐震性を示し、さら耐火性に優れた、耐火設計
と活断層近傍の構造物の塑性耐震設計を組み合わせた設
計法を可能にする耐火性に優れた耐震鋼材を提供するも
のである。
る課題は、高い歪速度、例えば１０前後で変形を受ける
場合にも低いＹＲ（≦８０％）を示し、かつ歪速度１０
前後で繰り返し予歪を受けた後も安定して優れた靭性、
すなわち耐震性を示し、さら耐火性に優れた、耐火設計
と活断層近傍の構造物の塑性耐震設計を組み合わせた設
計法を可能にする耐火性に優れた耐震鋼材を提供するも
のである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第一の発明は、重量比
で、Ｃ：０．０４〜０．１８％、Ｓｉ：０．０５〜０．
４％、Ｍｎ：０．６〜０．１７％、Ｍｏ：０．１〜０．
６％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ａｌ：０．００１〜
０．０６％、Ｎ：≦３０ｐｐｍ、Ｏ：≦３０ｐｐｍで、
かつ０．１２％≦（Ｍｏ＋３．５Ｖ）％≦０．８％を満
足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、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
とする耐火性に優れ、高歪速度変形時でも低降伏比を示
し、かつ繰り返し塑性変形後も高靭性の耐震性建築鋼材
である。
で、Ｃ：０．０４〜０．１８％、Ｓｉ：０．０５〜０．
４％、Ｍｎ：０．６〜０．１７％、Ｍｏ：０．１〜０．
６％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ａｌ：０．００１〜
０．０６％、Ｎ：≦３０ｐｐｍ、Ｏ：≦３０ｐｐｍで、
かつ０．１２％≦（Ｍｏ＋３．５Ｖ）％≦０．８％を満
足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、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
とする耐火性に優れ、高歪速度変形時でも低降伏比を示
し、かつ繰り返し塑性変形後も高靭性の耐震性建築鋼材
である。
【００１０】第二の発明は、重量比で、Ｃ：０．０４〜
０．１８％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．６
〜０．１７％、Ｍｏ：０．１〜０．６％、Ｖ：０．００
５〜０．１％、Ａｌ：０．００１〜０．０６％、Ｎ：≦
３０ｐｐｍ、Ｏ：≦３０ｐｐｍで、かつ０．１２％≦
（Ｍｏ＋３．５Ｖ）％≦０．８％を満足しすることに加
えて、Ｃｕ：０．０５〜０．６％、Ｎｉ：０．０５〜
０．６％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｔｉ：０．００
５〜０．０１５％のうち１種または２種以上を含み、残
部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、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耐
火性に優れ、高歪速度変形時でも低降伏比を示し、かつ
繰り返し塑性変形後も高靭性の耐火性に優れた耐震性建
築鋼材である。
０．１８％、Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．６
〜０．１７％、Ｍｏ：０．１〜０．６％、Ｖ：０．００
５〜０．１％、Ａｌ：０．００１〜０．０６％、Ｎ：≦
３０ｐｐｍ、Ｏ：≦３０ｐｐｍで、かつ０．１２％≦
（Ｍｏ＋３．５Ｖ）％≦０．８％を満足しすることに加
えて、Ｃｕ：０．０５〜０．６％、Ｎｉ：０．０５〜
０．６％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｔｉ：０．００
５〜０．０１５％のうち１種または２種以上を含み、残
部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、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耐
火性に優れ、高歪速度変形時でも低降伏比を示し、かつ
繰り返し塑性変形後も高靭性の耐火性に優れた耐震性建
築鋼材である。
【００１１】第三の発明は、上記第一、第二発明の鋼材
において、さらにＮｂ：０．００５〜０．０４％を含有
し、かつ０．１２％≦（Ｍｏ＋３．５Ｖ＋２０Ｎｂ）％
≦０．８％を満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物
からなり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耐火性に優れ、高歪速度変形時でも
低降伏比を示し、かつ繰り返し塑性変形後も高靭性の耐
火性に優れた耐震性建築鋼材である。
において、さらにＮｂ：０．００５〜０．０４％を含有
し、かつ０．１２％≦（Ｍｏ＋３．５Ｖ＋２０Ｎｂ）％
≦０．８％を満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物
からなり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耐火性に優れ、高歪速度変形時でも
低降伏比を示し、かつ繰り返し塑性変形後も高靭性の耐
火性に優れた耐震性建築鋼材である。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
まず本発明鋼材は、ミクロ組織を粗粒フェライトとベイ
ナイトの２相組織とする。その理由は、この組織とする
ことにより、高歪速度でも低ＹＲが達成されるためであ
る。このことは、本発明者らがミクロ組織と高歪速度に
おけるＹＲの関係を鋭意検討した結果、見出だした知見
である。
まず本発明鋼材は、ミクロ組織を粗粒フェライトとベイ
ナイトの２相組織とする。その理由は、この組織とする
ことにより、高歪速度でも低ＹＲが達成されるためであ
る。このことは、本発明者らがミクロ組織と高歪速度に
おけるＹＲの関係を鋭意検討した結果、見出だした知見
である。
【００１３】まず、ＹＲ値は、図１に示すように引張試
験における歪速度が大きくなるほど上昇する。しかし、
フェライト＋パーライト組織（α＋Ｐ）よりもフェライ
ト＋ベイナイト組織（α＋Ｂ）の方が上昇程度が低い。
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、０．１を越える歪速度で低ＹＲ値が得られるこ
とがわかった。粗粒フェライトとベイナイトの混合組織
（粗粒α＋Ｂ）にすることで歪速度１０でもＹＲ＜８０
％以下が達成されている。ここで、粗粒フェライトとは
ＡＳＴＭ粒度Ｎｏ．１１以下のものを言う。なお、図１
の実験で用いた供試材には、表２、表３、表４のＡ１−
Ａ３鋼板を用いた。表中の粗粒α＋ＢがＡ１鋼板、α＋
ＰがＡ２鋼板、細粒α＋ＢがＡ３鋼板である。
験における歪速度が大きくなるほど上昇する。しかし、
フェライト＋パーライト組織（α＋Ｐ）よりもフェライ
ト＋ベイナイト組織（α＋Ｂ）の方が上昇程度が低い。
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、０．１を越える歪速度で低ＹＲ値が得られるこ
とがわかった。粗粒フェライトとベイナイトの混合組織
（粗粒α＋Ｂ）にすることで歪速度１０でもＹＲ＜８０
％以下が達成されている。ここで、粗粒フェライトとは
ＡＳＴＭ粒度Ｎｏ．１１以下のものを言う。なお、図１
の実験で用いた供試材には、表２、表３、表４のＡ１−
Ａ３鋼板を用いた。表中の粗粒α＋ＢがＡ１鋼板、α＋
ＰがＡ２鋼板、細粒α＋ＢがＡ３鋼板である。
【００１４】また、本発明鋼材では、安定した靭性を得
るために酵素含有量を３０ｐｐｍ以下にする。粗粒フェ
ライト（ＡＳＴＭ粒度Ｎｏ．＝９〜１１）とベイナイト
混合組織の歪速度＝１０での繰り返し予歪後の靭性は、
図２に示すようにかなりのバラツキが有しているが、そ
の下限値は酵素含有量により支配され、酸素含有量を３
０ｐｐｍ以下にすることでｖＥ-5（minimum ）＞１００
Ｊを満たす安定した靭性が得られることがわかった。こ
れは、酵素含有量を３０ｐｐｍ以下にすることで、高速
繰り返し予歪の時にマイクロ歪集中源となる鋼中酸化物
の減少、微細化したためである。なお、図２の実験で用
いた供試鋼には、Ａ鋼を基本に酸素のみ１９〜４４ｐｐ
ｍの範囲で変化させた鋼を用いた。
るために酵素含有量を３０ｐｐｍ以下にする。粗粒フェ
ライト（ＡＳＴＭ粒度Ｎｏ．＝９〜１１）とベイナイト
混合組織の歪速度＝１０での繰り返し予歪後の靭性は、
図２に示すようにかなりのバラツキが有しているが、そ
の下限値は酵素含有量により支配され、酸素含有量を３
０ｐｐｍ以下にすることでｖＥ-5（minimum ）＞１００
Ｊを満たす安定した靭性が得られることがわかった。こ
れは、酵素含有量を３０ｐｐｍ以下にすることで、高速
繰り返し予歪の時にマイクロ歪集中源となる鋼中酸化物
の減少、微細化したためである。なお、図２の実験で用
いた供試鋼には、Ａ鋼を基本に酸素のみ１９〜４４ｐｐ
ｍの範囲で変化させた鋼を用いた。
【００１５】さらに、本発明鋼材では、高温強度と高歪
速度での低降伏値とを考慮して、０．１２≦（Ｍｏ＋
３．５Ｖ＋２０Ｎｂ）≦０．８とする。本発明者らは、
（Ｍｏ＋３．５Ｖ＋２０Ｎｂ）量を変化させた５０キロ
級鋼種を用いて、粗粒フェライトとベイナイトの混合組
織の鋼に対し、常温で歪速度＝１０での引張試験を行う
とともに、６００℃で通常の歪速度（＝０．０１）で引
張試験を行った。その結果を図３に示す。（Ｍｏ＋３．
５Ｖ＋２０Ｎｂ）量が０．１２％未満の場合、高温強度
（０．２％耐力）が常温でのＹＲの２／３（目標値）を
満足しない。また、０．８％を超えて（Ｍｏ：３．５Ｖ
＋２０Ｎｂ）量を増加すると、高歪速度でのＹＲ値が８
０％を超えてしまう。したがって、（Ｍｏ＋３．５Ｖ＋
２０Ｎｂ）量を０．１２％以上０．８％以下に限定し
た。
速度での低降伏値とを考慮して、０．１２≦（Ｍｏ＋
３．５Ｖ＋２０Ｎｂ）≦０．８とする。本発明者らは、
（Ｍｏ＋３．５Ｖ＋２０Ｎｂ）量を変化させた５０キロ
級鋼種を用いて、粗粒フェライトとベイナイトの混合組
織の鋼に対し、常温で歪速度＝１０での引張試験を行う
とともに、６００℃で通常の歪速度（＝０．０１）で引
張試験を行った。その結果を図３に示す。（Ｍｏ＋３．
５Ｖ＋２０Ｎｂ）量が０．１２％未満の場合、高温強度
（０．２％耐力）が常温でのＹＲの２／３（目標値）を
満足しない。また、０．８％を超えて（Ｍｏ：３．５Ｖ
＋２０Ｎｂ）量を増加すると、高歪速度でのＹＲ値が８
０％を超えてしまう。したがって、（Ｍｏ＋３．５Ｖ＋
２０Ｎｂ）量を０．１２％以上０．８％以下に限定し
た。
【００１６】以上のように、高歪速度で変形を受ける場
合にも低ＹＲ（≦８０％）であり、高歪速度で繰り返し
予歪を受けた後も安定して優れた靭性を示し、かつ耐火
性に優れた、構造物の塑性耐震設計と耐火設計を組み合
わせた設計を可能にする耐震鋼材の必要条件は、０．１
２≦（Ｍｏ：３．５Ｖ＋２０Ｎｂ）％≦０．８％を満足
し、酸素含有量が３０ｐｐｍ以下で粗粒フェライトとベ
イナイトの混合組織の特徴を有するものであることがわ
かった。
合にも低ＹＲ（≦８０％）であり、高歪速度で繰り返し
予歪を受けた後も安定して優れた靭性を示し、かつ耐火
性に優れた、構造物の塑性耐震設計と耐火設計を組み合
わせた設計を可能にする耐震鋼材の必要条件は、０．１
２≦（Ｍｏ：３．５Ｖ＋２０Ｎｂ）％≦０．８％を満足
し、酸素含有量が３０ｐｐｍ以下で粗粒フェライトとベ
イナイトの混合組織の特徴を有するものであることがわ
かった。
【００１７】次に、本発明における、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，
Ａｌの添加理由および添加量は、通常の溶接構造用鋼が
所用の材質を得るために、従来から確認されている作用
・効果の関係をもとに、以下のごとく限定した。
Ａｌの添加理由および添加量は、通常の溶接構造用鋼が
所用の材質を得るために、従来から確認されている作用
・効果の関係をもとに、以下のごとく限定した。
【００１８】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。したがって、Ｃは０．０４％以上０．１８％以下に
限定した。
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。したがって、Ｃは０．０４％以上０．１８％以下に
限定した。
【００１９】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、
鋼材の靭性、溶接ＨＡＺ靭性を劣化させる。したがっ
て、Ｓｉ量は０．０５％以上０．４％以下に限定した。
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、
鋼材の靭性、溶接ＨＡＺ靭性を劣化させる。したがっ
て、Ｓｉ量は０．０５％以上０．４％以下に限定した。
【００２０】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は中央偏折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。し
たがって、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は中央偏折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。し
たがって、Ｍｎの範囲を０．６％以上１．７％以下に限
定した。
【００２１】Ｍｏは、鋼の中、高温強度向上に有効な元
素である。このような効果を発揮するためには、０．１
％以上の添加が必要である。０．６％を超えるＭｏの添
加は、降伏比を著しく上昇させる。したがって、Ｍｏを
０．１％以上０．６％以下に限定した。
素である。このような効果を発揮するためには、０．１
％以上の添加が必要である。０．６％を超えるＭｏの添
加は、降伏比を著しく上昇させる。したがって、Ｍｏを
０．１％以上０．６％以下に限定した。
【００２２】Ｎｂ，Ｖは、微量添加により常温、高温強
度の上昇に有効な元素である。Ｎｂ＜０．００５％、Ｖ
＜０．００５％では、明瞭な強度上昇効果が認められな
い。０．０４％を超えるＮｂの添加、０．１％を超える
Ｖの添加は、降伏比を著しく上昇させる。したがって、
Ｎｂを０．００５％以上０．０４％以下、Ｖを０．００
５％以上０．１％以下に限定した。
度の上昇に有効な元素である。Ｎｂ＜０．００５％、Ｖ
＜０．００５％では、明瞭な強度上昇効果が認められな
い。０．０４％を超えるＮｂの添加、０．１％を超える
Ｖの添加は、降伏比を著しく上昇させる。したがって、
Ｎｂを０．００５％以上０．０４％以下、Ｖを０．００
５％以上０．１％以下に限定した。
【００２３】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。したがっ
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。したがっ
て、Ａｌ量は０．００１％以上０．０６％以下に限定し
た。
【００２４】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
靭性を劣化させる。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（ｅｘ．ＴｉＮやＮｂＮ）が生成しやすくなり、優
れた靭性が得られない。したがって、Ｎ含有量を３０ｐ
ｐｍ以下に規制した。
として存在する。固溶Ｎや粗大窒化物系介在物は、鋼の
靭性を劣化させる。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（ｅｘ．ＴｉＮやＮｂＮ）が生成しやすくなり、優
れた靭性が得られない。したがって、Ｎ含有量を３０ｐ
ｐｍ以下に規制した。
【００２５】Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ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。Ｃｕ＜０．０５
％、Ｎｉ＜０．０５％、Ｃｒ＜０．０５％では、明瞭な
強度上昇効果が見られない。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の添加は溶接性を著しく劣化
させる。したがって、Ｃｕを０．０５％以上０．６％以
下、Ｎｉを０．０５％以上０．６％以下、Ｃｒを０．０
５％以上１％以下に限定した。
上効果を通して、高強度化に寄与する。Ｃｕ＜０．０５
％、Ｎｉ＜０．０５％、Ｃｒ＜０．０５％では、明瞭な
強度上昇効果が見られない。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の添加は溶接性を著しく劣化
させる。したがって、Ｃｕを０．０５％以上０．６％以
下、Ｎｉを０．０５％以上０．６％以下、Ｃｒを０．０
５％以上１％以下に限定した。
【００２６】Ｔｉは、ＴｉＮの溶接ＨＡＺ部の組織粗大
化を抑制してＨＡＺ靭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靭性向上効果
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靭性の劣化を招
く。したがって、Ｔｉを０．００５％以上、０．０１５
％以下に限定した。
化を抑制してＨＡＺ靭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靭性向上効果
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靭性の劣化を招
く。したがって、Ｔｉを０．００５％以上、０．０１５
％以下に限定した。
【００２７】Ｐ，Ｓは、本発明の目的とする耐震性と直
接的な関係は無いが、溶接性や板厚方向の延性の観点か
ら低い方が望ましい。また介在物形態制御の観点から、
適量のＣａの添加やＲＥＭの添加は望ましい。
接的な関係は無いが、溶接性や板厚方向の延性の観点か
ら低い方が望ましい。また介在物形態制御の観点から、
適量のＣａの添加やＲＥＭの添加は望ましい。
【００２８】
【実施例】以下、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（Ａ〜Ｎが本発明範囲内、Ｏ〜
Ｙが本発明範囲外）。鋼Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｓ，Ｖ，ＸはＴＳ
５７０ＭＰａ級、Ｍ，Ｎ，ＹはＴＳ４００ＭＰａ級の鋼
であり、その他はＴＳ４９０ＭＰａ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。上記の鋼を表２、表３、表４に示す製造条件にて鋼
材とした。表２、表３、表４には得られた鋼板のミクロ
組織が併記されている。本発明の粗粒フェライトとベイ
ナイトの混合組織は、ＴＳ４００ＭＰａ、４９０ＭＰａ
級の鋼では、［低温加熱（１０５０〜１１５０℃）］＋
［高温仕上圧延（８００℃以上）］＋［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、ＴＳ
５７０ＭＰａ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。
供試鋼の化学成分を示す（Ａ〜Ｎが本発明範囲内、Ｏ〜
Ｙが本発明範囲外）。鋼Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｓ，Ｖ，ＸはＴＳ
５７０ＭＰａ級、Ｍ，Ｎ，ＹはＴＳ４００ＭＰａ級の鋼
であり、その他はＴＳ４９０ＭＰａ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。上記の鋼を表２、表３、表４に示す製造条件にて鋼
材とした。表２、表３、表４には得られた鋼板のミクロ
組織が併記されている。本発明の粗粒フェライトとベイ
ナイトの混合組織は、ＴＳ４００ＭＰａ、４９０ＭＰａ
級の鋼では、［低温加熱（１０５０〜１１５０℃）］＋
［高温仕上圧延（８００℃以上）］＋［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、ＴＳ
５７０ＭＰａ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。
【００２９】表５、表６に各鋼板の通常の歪速度（＝
０．０１）、歪速度＝１０での常温引張特性、および高
温強度、さらに予歪なし、高歪速度＝１０で±１＋２＋
４％の繰り返し予歪を与えた後のシャルピー衝撃試験結
果を示す。
０．０１）、歪速度＝１０での常温引張特性、および高
温強度、さらに予歪なし、高歪速度＝１０で±１＋２＋
４％の繰り返し予歪を与えた後のシャルピー衝撃試験結
果を示す。
【００３０】常温引張試験片は１／４ｔよりＣ方向に採
取された１２角×平行部長さ１００ｍｍ角の棒試験片で
ある。この試験片に対し、サーボ式の試験機でストロー
ク速度１ｍ／秒、すなわち歪速度１０で引張試験を行っ
た。また、同上試験片をストローク速度１ｍ／秒、すな
わち歪速度１０で、１％の圧縮塑性変形→１％の引張塑
性変形→２％の圧縮塑性変形→２％の引張塑性変形→４
％の圧縮塑性変形→４％の引張塑性変形という繰り返し
予歪を与えた後、シャルピー衝撃試験片を採取し、ｖＴ
ｓ並びにｖＥ-5を測定した。−５℃では９本のシャルピ
ー衝撃試験を実施し、その平均値と最小値を求めた。さ
らに、高温引張試験片は１／４ｔよりＣ方向に採取され
た１０φ×５０ＧＬの丸棒試験片である。
取された１２角×平行部長さ１００ｍｍ角の棒試験片で
ある。この試験片に対し、サーボ式の試験機でストロー
ク速度１ｍ／秒、すなわち歪速度１０で引張試験を行っ
た。また、同上試験片をストローク速度１ｍ／秒、すな
わち歪速度１０で、１％の圧縮塑性変形→１％の引張塑
性変形→２％の圧縮塑性変形→２％の引張塑性変形→４
％の圧縮塑性変形→４％の引張塑性変形という繰り返し
予歪を与えた後、シャルピー衝撃試験片を採取し、ｖＴ
ｓ並びにｖＥ-5を測定した。−５℃では９本のシャルピ
ー衝撃試験を実施し、その平均値と最小値を求めた。さ
らに、高温引張試験片は１／４ｔよりＣ方向に採取され
た１０φ×５０ＧＬの丸棒試験片である。
【００３１】表５、表６をみると、酸素含有量３０ｐｐ
ｍ以下で０．１２≦（Ｍｏ：３．５＋２０Ｎｂ）≦０．
８％を満足し粗粒フェライト（ＡＳＴＭＮｏ．９〜１
１）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（Ａｌ，Ｂｌ，Ｃｌ，Ｄｌ，Ｅ
ｌ，Ｆｌ，Ｇｌ，Ｈｌ，Ｉｌ，Ｊｌ，Ｋｌ，Ｌｌ，Ｍ
ｌ，Ｎｌ）は、高歪速度でのＹＲが８０％以下で、高温
強度が目標値を満足し、繰り返し歪後もｖＥ-5（ｍｉ
ｎ）が１５０Ｊ以上の靭性を有している。５０キロ級の
フェライト＋パーライト組織であるＡ２，Ｂ２，Ｆ２
は、高歪速度の場合、通常の引張試験に比べＹＲの上昇
が著しく、８０％を超える値になっている。４００ＭＰ
ａ級のフェライト＋パーライト組織であるＭ２鋼板も、
高歪速度の引張試験ではＹＲ＝７８．７％と４０キロ級
としては高いＹＲを示している。また、それらの鋼は高
歪速度の繰り返し予歪後著しく靭性が劣化し、室温近傍
のｖＴｓを示している。細粒フェライト（ＡＳＴＭＮ
ｏ．１１超え）＋ベイナイトの混合組織であるＡ３，Ｃ
２，Ｅ２，Ｊ２，Ｋ２鋼板およびベイナイト単相組織で
あるＢ３鋼板は、高歪速度の引張試験のＹＲ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（Ｍｏ＋３．５＋２０Ｎｂ）＜
０．１２％であるＯｌ，Ｐｌ，Ｑｌ，Ｒｌは、高温強度
が目標値を満足していない。組織が粗粒フェライトとベ
イナイトの混合組織で、（Ｍｏ＋３．５＋２０Ｎｂ）＞
０．８％であるＳｌ，Ｔｌ，Ｕｌは、高歪速度でのＹＲ
が８０％を超えている。組織が粗粒フェライトとベイナ
イトの混合組織で、酸素含有量が３０ｐｐｍを超えてい
るＶｌ，Ｗｌ，Ｘｌ，Ｙｌは高歪速度の繰り返し予歪後
のｖＥ-5（ｍｉｎ）が４７Ｊを下回っている。
ｍ以下で０．１２≦（Ｍｏ：３．５＋２０Ｎｂ）≦０．
８％を満足し粗粒フェライト（ＡＳＴＭＮｏ．９〜１
１）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（Ａｌ，Ｂｌ，Ｃｌ，Ｄｌ，Ｅ
ｌ，Ｆｌ，Ｇｌ，Ｈｌ，Ｉｌ，Ｊｌ，Ｋｌ，Ｌｌ，Ｍ
ｌ，Ｎｌ）は、高歪速度でのＹＲが８０％以下で、高温
強度が目標値を満足し、繰り返し歪後もｖＥ-5（ｍｉ
ｎ）が１５０Ｊ以上の靭性を有している。５０キロ級の
フェライト＋パーライト組織であるＡ２，Ｂ２，Ｆ２
は、高歪速度の場合、通常の引張試験に比べＹＲの上昇
が著しく、８０％を超える値になっている。４００ＭＰ
ａ級のフェライト＋パーライト組織であるＭ２鋼板も、
高歪速度の引張試験ではＹＲ＝７８．７％と４０キロ級
としては高いＹＲを示している。また、それらの鋼は高
歪速度の繰り返し予歪後著しく靭性が劣化し、室温近傍
のｖＴｓを示している。細粒フェライト（ＡＳＴＭＮ
ｏ．１１超え）＋ベイナイトの混合組織であるＡ３，Ｃ
２，Ｅ２，Ｊ２，Ｋ２鋼板およびベイナイト単相組織で
あるＢ３鋼板は、高歪速度の引張試験のＹＲ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（Ｍｏ＋３．５＋２０Ｎｂ）＜
０．１２％であるＯｌ，Ｐｌ，Ｑｌ，Ｒｌは、高温強度
が目標値を満足していない。組織が粗粒フェライトとベ
イナイトの混合組織で、（Ｍｏ＋３．５＋２０Ｎｂ）＞
０．８％であるＳｌ，Ｔｌ，Ｕｌは、高歪速度でのＹＲ
が８０％を超えている。組織が粗粒フェライトとベイナ
イトの混合組織で、酸素含有量が３０ｐｐｍを超えてい
るＶｌ，Ｗｌ，Ｘｌ，Ｙｌは高歪速度の繰り返し予歪後
のｖＥ-5（ｍｉｎ）が４７Ｊを下回っている。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
【表４】
【００３６】
【表５】
【００３７】
【表６】
【００３８】
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明にかかる鋼材は、高歪速度で変形を受ける場合にも低
ＹＲ（≦８０％）を示し、高歪速度で繰り返し予歪を受
けた後も安定して優れた靭性を示し、かつ優れた耐火性
を示すので、活断層近傍の構造物の塑性耐震設計と耐火
設計を組み合わせた設計を可能にする。また、鋼材の大
量生産も可能である。
明にかかる鋼材は、高歪速度で変形を受ける場合にも低
ＹＲ（≦８０％）を示し、高歪速度で繰り返し予歪を受
けた後も安定して優れた靭性を示し、かつ優れた耐火性
を示すので、活断層近傍の構造物の塑性耐震設計と耐火
設計を組み合わせた設計を可能にする。また、鋼材の大
量生産も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】引張歪速度と降伏比（＝降伏強度／引張強度）
の関係を示した図。
の関係を示した図。
【図２】酸素含有量と高歪速度で繰り返し塑性歪（±１
＋２＋４）を与えた後、−５℃で試験したシャルピー衝
撃吸収エネルギー（ｖＥ-5）の関係を示した図。
＋２＋４）を与えた後、−５℃で試験したシャルピー衝
撃吸収エネルギー（ｖＥ-5）の関係を示した図。
【図３】（Ｍｏ＋３．５Ｖ＋２０Ｎｂ）量と歪速度＝１
０での降伏比および高温強度（６００℃での０．２％耐
力）との関係を示した図。
０での降伏比および高温強度（６００℃での０．２％耐
力）との関係を示した図。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｅ０４Ｂ 1/94 Ｅ０４Ｂ 1/94 Ｎ 1/98 1/98 Ｌ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60
Claims (3)
- 【請求項１】 重量比で、Ｃ：０．０４〜０．１８％、
Ｓｉ：０．０５〜０．４％、Ｍｎ：０．６〜１．７％、
Ｍｏ：０．１〜０．６％、Ｖ：０．００５〜０．１％、
Ａｌ：０．００１〜０．０６％、Ｎ：≦３０ｐｐｍ，
Ｏ：≦３０ｐｐｍで、かつ０．１２％≦（Ｍｏ＋３．５
Ｖ）％≦０．８％を満足し、残部がＦｅおよび不可避的
不純物からなり、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耐火性に優れ、高歪速度変
形時でも低降伏比を示し、かつ繰り返し塑性変形後も高
靭性の耐震性建築鋼材。 - 【請求項２】 鋼組成として更にＣｕ：０．０５〜０．
６％、Ｎｉ：０．０５〜０．６％、Ｃｒ：０．０５〜
１．０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０１５％のうちの１
種または２種以上を含む請求項１記載の耐火性に優れ、
高歪速度変形時でも低降伏比を示し、かつ繰り返し塑性
変形後も高靭性の耐震性建築鋼材。 - 【請求項３】 鋼組成として更にＮｂ：０．００５〜
０．０４％を含有し、かつ０．１２％≦（Ｍｏ＋３．５
Ｖ＋２０Ｎｂ）％≦０．８％を満足する請求項２または
３記載の耐火性に優れ、高歪速度変形時でも低降伏比を
示し、かつ繰り返し塑性変形後も高靭性の耐震性建築鋼
材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05140596A JP3289594B2 (ja) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | 耐火性に優れ、高歪速度変形時でも低降伏比を示し、かつ繰り返し塑性変形後も高靭性の耐震性建築鋼材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05140596A JP3289594B2 (ja) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | 耐火性に優れ、高歪速度変形時でも低降伏比を示し、かつ繰り返し塑性変形後も高靭性の耐震性建築鋼材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09241789A JPH09241789A (ja) | 1997-09-16 |
| JP3289594B2 true JP3289594B2 (ja) | 2002-06-10 |
Family
ID=12886036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05140596A Expired - Lifetime JP3289594B2 (ja) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | 耐火性に優れ、高歪速度変形時でも低降伏比を示し、かつ繰り返し塑性変形後も高靭性の耐震性建築鋼材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3289594B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4072191B1 (ja) | 2006-09-04 | 2008-04-09 | 新日本製鐵株式会社 | 高温強度、靭性及び耐再熱脆化特性に優れた耐火鋼材並びにその製造方法 |
| CN113444980B (zh) * | 2021-07-01 | 2022-08-09 | 重庆钢铁股份有限公司 | 一种资源节约型290MPa级建筑抗震耗能结构用钢板及其制造与应用 |
-
1996
- 1996-03-08 JP JP05140596A patent/JP3289594B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09241789A (ja) | 1997-09-16 |
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