JP3371678B2 - 構造用低降伏比耐火鋼材の製造方法 - Google Patents

構造用低降伏比耐火鋼材の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば火災等で数
時間程度の短時間、高温状態になることが懸念される建
築物、橋梁等の鉄骨構造物に使用する溶接性および常温
・高温強度バランスに優れた低降伏比耐火鋼材の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、構造用鋼材は常温で十分な所定の
強度を有するように製造されているが、一般に温度の上
昇に伴い強度は低下する。特に、従来の構造用鋼材は5
00℃程度以上の高温状態では顕著な強度低下を示すこ
とが既に知られている。そのため、火災等で高温状態に
なることが懸念される構造物、特に人間が居住する建築
物では高温状態でも構造物が倒壊したり、著しく変形す
ることがないようにし、さらに安全性を確保することを
目的として鋼材の温度が著しく高くならないように耐火
被覆が施されている。
【0003】このような現状の耐火に対する対策におい
て、高温状態でも鋼材の強度低下を小さく抑えることが
できれば、耐火被覆の厚さを低減すること、あるいは、
耐火に対するその他の対策を低減することが可能にな
る。
【0004】高温での強度を保証した鋼材については、
圧力容器用鋼の分野でその研究が行われてきており、例
えば、日本工業規格(JIS) では、JISG3124:中
・常温圧力容器用鋼強度鋼鋼板等として既に規格化され
ている。しかしながら、これらは高温で数万時間以上と
いった長時間使用の場合のクリープ強度の高い鋼材であ
り、本発明が対象としている火災等による数時間程度の
高温強度とは全く異なるものである。構造用鋼材で耐火
性を付与した鋼材は、例えば特開平2-77523 号公報で開
示されている。
【0005】ここで開示された鋼はMo添加量が0.4
〜0.7%と高く、通常使用される構造用鋼材としては
高合金系の範躊に入る成分である。特開平3-277715号公
報には耐火性および耐震性に優れた構造用鋼材の製造方
法が記載されているが、耐震性の向上のため制御圧延後
に加速冷却が必要であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の耐
火鋼材は、耐火鋼材としての十分な高温強度を発揮させ
つつ耐震性を向上させるためには、合金元素の多量な添
加や加速冷却が必要であるため、それぞれ溶接性、製造
コストの点で問題があった。本発明はかかる事情に鑑み
てなされたものであり、溶接性および常温・高温強度バ
ランスに優れた構造用低降伏比耐火鋼材を空冷にて提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、重量%で、Mo:0.10%以上、0.
50%未満を含有し、且つNbを含有せず、しかも下記
(1)式で規定される溶接割れ感受性組成(Pcm)が
0.12%以上0.24%未満である鋼を、1050〜
1300℃に加熱し、これを熱間圧延する際に、粗圧延
を950℃以上で終了した後、空冷又は加速冷却などの
任意の冷却によりAr3温度以下まで冷却してから、引き
続きAr3温度以下で圧下率20%以上の仕上げ圧延を施
し、圧延終了温度をAr3 温度〜Ar3温度−100℃と
した後、空冷することを特徴とする構造用低降伏比耐火
鋼材の製造方法である。 Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20
+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(%)…
(1) この発明は、また、Nb:0.005%以上0.05%
未満、V:0.01%以上0.1%未満のうち1種又は
2種をさらに含む鋼に対して、上に述べた工程と同様の
工程を施すことを特徴とする構造用低降伏比耐火鋼材の
製造方法である。ただし、Nbを添加する場合はMoの
上限を0.40%未満とする。
【0008】なお、本発明の高温強度は、火災などによ
る数時間程度の高温強度をいう。この方法により得られ
る鋼材は、溶接性および常温・高温強度バランスに優れ
た性質を有する。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明において、最も重要な点
は、製造した鋼材が溶接性、コスト等に優れるとともに
十分な高温強度を有している点である。このようなこと
を考慮して、本願発明者等が上記課題を解決するために
鋭意研究を行った結果、主としてMoを添加した鋼に対
して適切な二相域圧延を施した場合、高温強度が著しく
向上し、常温・高温強度バランスが改善されることを見
出した。図1は、0.37%Mo添加鋼についての圧延仕上
温度と600℃における0.2%耐力の関係を示す。各
仕上温度での圧下率は25%である。圧延仕上温度がA
r3温度である780℃以下になると600℃での耐力は
大幅に向上する。図2は、0.35〜0.40%Mo添
加鋼について、圧延条件を変化させた場合の室温降伏強
度と600℃における0.2%耐力の関係を表したもの
である。製造条件を本発明の範囲内とすることによっ
て、常温・高温強度バランスが改善される。上記内容の
本発明は、本発明者等の知見に基づいてなされたもので
ある。以下に、本発明における化学成分の限定理由につ
いて説明する。
【0010】Mo:Moは焼入性の向上、析出強化等に
より鋼の強度を上昇させるのに有効な元素であり、特に
中・高温強度に対しては極めて有効である。しかし、
0.10%未満ではその効果を得ることは困難であり、
また、0.50%以上添加した場合コスト上昇につなが
るだけでなく、溶接性も劣化させる。このため、Moの
含有量を0.05%以上0.50%未満に規定する。
【0011】Pcm:溶接割れ感受性組成(Pcm)
は、溶接時の低温割れの生じやすさを表す指標である。
低温割れの観点からはPcmは低い方が望ましいが、
0.12%未満では構造用鋼材として必要な強度を得る
ことは困難である。一方、0.24%以上では、溶接熱
影響部(HM)最高硬さが上昇し、低温割れが生じやす
くなる。このためPcmの範囲を0.12%以上0.2
4%未満に規定する。
【0012】以上が本発明の基本成分であるが、上記の
成分の他に、必要に応じてNb,Vのうち1種又は2種
を添加することができる。Nb:Nbは常温強度および
高温強度の上昇に対して有効な元素である。しかし、
0.005%未満ではその効果が得られず、また、0.
05%以上添加すると溶接性が劣化する。このため、
の含有量を0.005%以上0.05%未満に規定す
る。ただし、Nbを添加する場合はMoの上限を0.4
0%未満とする。
【0013】V:Vは、Nb同様、常温強度および高温
強度の上昇に対して有効な元素である。しかし、0.01
%未満ではその効果が得られず、また、0.1%以上添
加すると溶接性が劣化する。このため、Vの含有量を
0.01%以上0.1%未満に規定する。
【0014】次に、製造工程について説明する。まず、
上述の成分組成の鋼を1050〜1300℃に加熱す
る。加熱温度を1050℃以上としたのは添加した元素
の溶体化のためである。低降伏比達成のためには、加熱
温度を高くしてオーステナイト粒径を大きくする方が望
ましいが、1300℃を越えるとオーステナイト粒が顕
著に粗大化するため、加熱温度は1300℃以下とす
る。
【0015】次に、熱間圧延を施す。この場合、低降伏
比を達成するために、オーステナイト粒径を過度に微細
にしないことが必要である。粗圧延が950℃未満で行
われると、再結晶の進行によりオーステナイト粒径が微
細になり、後述の二相域圧延を行った場合、降伏比が高
くなるため粗圧延の温度を950℃以上に規定する。そ
の後Ar3温度以下まで圧延を施さずに冷却するのは、前
述のようにオーステナイト粒径を過度に微細にしないた
めであり、通常は空冷でよい。ただし、板厚が厚い場合
等に冷却時間の短縮を図りたい場合は、Ar3温度以下ま
で加速冷却を施しても差し支えない。本発明鋼の場合、
Ar3温度以下における圧下率20%以上において、高温
強度の著しい向上の図れることが見出されたため、圧下
率を20%以上に規定する。
【0016】また、圧延終了温度がAr3温度よりも高い
と二相域圧延とならないため、高温強度の著しい向上に
よる常温・高温強度バランスの改善効果が得られない。
また、Ar3温度−100℃未満では圧延荷重が増大し圧
延が困難になるとともに、圧延効率が極度に低下する。
このため、圧延終了温度はAr3温度〜Ar3温度−100
℃とする。本発明では2相域での20%以上の圧下によ
り高温強度、常温強度ともに十分な性能が得られるが、
さらに加速冷却を行えば、高強度が得られることはいう
までもない。
【0017】
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
表1に供試鋼の化学成分、溶接割れ感受性組成(Pcm) 、
およびAr3温度を示す。鋼番A〜Hの鋼は本発明の範囲
内の成分組成のものであり、鋼番I〜Kは本発明の成分
組成から外れる比較鋼である。比較鋼I、Kは溶接割れ
感受性組成が本発明の範囲よりそれぞれ低い側、高い側
へ外れたものであり、比較鋼JはMoの添加量が本発明
の範囲より少ないものである。
【0018】なお、溶接割れ感受性組成は本発明の(1)
式で与えられる。表2に供試鋼A〜Kを用いて製造した
板厚25mmの鋼板の製造条件、常温引張試験、高温引張
試験結果、ならびに溶接熱影響部最高硬さと溶接性の良
否を示す。高温引張試験は600 ℃にて実施した。
【0019】表2の板番A−1,B−1,C−1,D−
1,E−1,F−1,G−1,H−1はいずれも本発明
の範囲内の成分組成および製造条件を満足する実施例で
あり、板番A−2,C−2,D−2,E−2,F−2,
I−1,J−1,K−1はこれらの範囲から外れる比較
鋼である。表2から明かなように、実施例の場合には、
600 ℃における0.2 %耐力は、常温の降伏強さの70%以
上あり、耐火鋼材としての性能を満足している。また、
降伏比も十分に低く、溶接性も良好である。比較鋼A−
2,C−2,D−2,E−2,F−2,H−2は成分組
成は本発明の範囲内であるが、製造条件が本発明の範囲
外であるため、600℃における0.2%耐力が十分で
なく、耐火鋼としての性能を満足していない。また、I
−1,J−1,K−1は成分組成が本発明の範囲外であ
るため、製造条件が本発明の範囲内であっても、I−1
については構造用鋼材として必要な強度が不足してお
り、J−1については耐火鋼材としての高温強度が得ら
れていない。また、K−1については溶接性に問題があ
る。
【0020】このように、本発明の範囲内の成分組成お
よび製造条件の鋼では高温強度特性に優れているととも
に、溶接性ならびに常温・高温強度バランスにも優れた
構造用耐火鋼材としての性能を有していることが確認さ
れた。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、Mo添加系を基本成分としながらPcm を規定し、か
つ、粗圧延を比較的高温で行った後に二相域圧延を施す
ことによって、高価な合金元素の多量の添加や加速冷却
をおこなわななくても高温において高い強度を有し、か
つ、溶接性および常温・高温強度バランスに優れた構造
用低降伏比耐火鋼材の製造方法が得られる。このため、
従来耐火特性を要求されていた構造物で使用されていた
耐火被覆を大幅に低減あるいは省略することが可能であ
るばかりでなく、構造物設計、溶接施工ならびに耐震面
の点からも構造物の安全性の向上が期待できる等の効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】0.37%Mo添加鋼についての圧延仕上温度と6
00℃における0.2%耐力の関係を示す図。
【図2】0.35〜0.40%Mo添加鋼について、圧
延条件を変化させた場合の室温降伏強度と600℃にお
ける0.2%耐力の関係を表した図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川中 徹 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 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/00 - 8/10 C22C 38/00 - 38/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、Mo:0.10%以上、0.
    50%未満を含有し、且つNbを含有せず、更に下記
    (1)式で規定される溶接割れ感受性組成(Pcm)が
    0.12%以上0.24%未満である鋼を、1050〜
    1300℃に加熱し、これを熱間圧延する際に、粗圧延
    を950℃以上で終了した後、Ar3温度以下まで冷却し
    てから、引き続きAr3温度以下で圧下率20%以上の仕上
    げ圧延を施し、圧延終了温度をAr3温度〜Ar3温度−1
    00℃とした後、空冷することを特徴とする構造用低降
    伏比耐火鋼材の製造方法。 Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20
    +Ni/60+Mo/15+V/10+5B(%)…
    (1)
  2. 【請求項2】重量%で、上記鋼は、Nb:0.005%
    以上0.05%未満、V:0.01%以上0.l%未満
    のうち1種又は2種を更に含むことを特徴とする請求項
    1に記載の製造方法。ただし、Nbを添加する場合はM
    oの上限を0.40%未満とする。
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