JP3596473B2 - 低降伏比建築用高温耐火鋼 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築、土木等の鋼構造物に用いられる耐火特性に優れた鋼に関し、特に低降伏比で、７００℃での高温強度に優れたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
耐火鋼材は、火災時、鋼材の温度が３５０℃以上にならないように用いられていた耐火被覆等を軽減するために開発されたもので、建築土木の分野で幅広く適用されている。
【０００３】
しかし、特開平２−１７０９４３号公報、特開平２−１６３３４１号公報等に代表されるように、現在、用いられている耐火鋼材は６００℃における降伏強度が常温規格強度の２／３を満足する程度であり、耐火被覆の使用がなくなるわけではなく、そのコスト低減効果にも限界があった。また、高温強度を確保するために添加するＭｏが、ガス切断性を低下させていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明では、６００℃より更に高温の７００℃においても、優れた高温強度（常温規格降伏強度の１／２以上）を有し、且つ建築用鋼に必要な優れた溶接性、延靭性、低降伏比、良好なガス切断性及び安価であることを満足する鋼を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するため、鋼の成分組成について鋭意検討を行った。その結果、ガス切断性を向上させるため、Ｍｏ量を０．５％未満とした低Ｍｏ系において、Ｃ量を０．０１〜０．０８％と低くし、炭化物形成元素であるＭｏ，Ｃｒ、Ｎｂを複合添加した場合、耐火時に炭化物として複合析出し、微細分散するため、高温強度を著しく向上させること、特に、図１に示す範囲内で座標に示されるＣ・Ｎｂを添加した場合、高温強度を低下させる粗大なＮｂ析出物の生成が防止されることを見出した。本発明は以上の知見を基に更に検討を加えてなされたものである。
【０００６】
すなわち、本発明は、
１． 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０８％、Ｎｂ：０．０３〜０．１５％であって、図１に示す範囲内で座標に示されるＣ・ＮｂとＳｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜２．５％、Ｐ：≦０．０３％、Ｓ：≦０．０３％、Ｃｒ：０．０３〜０．３％、Ｍｏ：０．２〜０．５％未満、ｓｏｌ．Ａｌ：≦０．０７％、Ｎ：０．００１０〜０．０２０％を含有し、残部が実質的に鉄および不可避的不純物からなる高温耐火特性に優れた低降伏比建築用高温耐火鋼である。
【０００７】
２．更に、Ｖ：０．０２〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％の一種または二種を含有する１記載の高温耐火特性に優れた低降伏比建築用高温耐火鋼である。
【０００８】
３．更に、Ｃｕ：０．０３〜０．５％を含有する１または２記載の高温耐火特性に優れた低降伏比建築用高温耐火鋼である。
【０００９】
４．更に、Ｎｉ：０．０３〜０．５％を含有する１乃至３の何れか一つに記載の高温耐火特性に優れた低降伏比建築用高温耐火鋼である。
【００１０】
５．更に、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％，Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％，ＲＥＭ：０．０００５〜０．０２％の一種または二種以上を添加する１乃至４の何れか一つに記載の高温耐火特性に優れた低降伏比建築用高温耐火鋼である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明での、成分組成の限定理由について説明する。
【００１２】
Ｃ：０．０１〜０．０８％
Ｃは、鋼の常温強度、高温強度を安定して確保するため有効で、６００℃を超える温度域において、Ｎｂなどの炭化物の微細複合析出強化により、降伏強度を上昇させるため、０．０１％以上添加する。常温における強度、ＹＲを所望の値とし、靭性や溶接性を確保するため、０．０８％以下とする。
【００１３】
Ｎｂ：０．０３〜０．１５％
Ｎｂは、析出強化により鋼の強度を向上させ、特に、６００℃を超える高温強度の向上に有効であり、０．０３％以上添加する。一方、０．１５％を超えると溶接性を劣化させるため、０．０２〜０．１５％とする。
【００１４】
尚、本発明におけるＣ，Ｎ量は上記規定に加えて、図１に示す範囲内で座標に示される量とする。該範囲内のＣ・Ｎｂとした場合、Ｎｂ析出物の粗大化が抑制され、本発明が目的とする高温強度が確保できる。
【００１５】
Ｓｉ：０．０５〜０．５％
Ｓｉは、脱酸元素として、また、固溶強化により鋼の強度を確保するため、０．０５％以上添加する。一方、０．５０％を超えて添加すると、延靭性が低下し、所望の強度を超えるため、０．０５〜０．５％（０．０５％以上、０．５％以下）とする。
【００１６】
Ｍｎ：０．３〜２．５％
Ｍｎは、強度確保に有効で、０．３％以上添加する。一方、２．５％を超えると溶接性が劣化し、所望の強度を超えるため、０．３〜２．５％とする。
【００１７】
Ｐ：≦０．０３％、Ｓ：≦０．０３％
Ｐ，Ｓは、不純物元素であり、延靭性、加工性、および溶接性を低下させるため、夫々、０．０３％以下とする。
【００１８】
Ｍｏ：０．２〜０．５％未満
Ｍｏは、焼入れ性の向上、析出強化等により鋼の強度を向上させ、特に高温強度の向上に有効であり、０．２％以上添加する。一方、０．５％以上では生産原価を上昇させ、ガス切断性、溶接性も劣化させるため、０．２〜０．５％未満とする。
【００１９】
Ｃｒ：０．０３〜０．３％
Ｃｒは、固溶強化により鋼の強度を向上させ、特に、Ｍｏ，Ｎｂ等と複合添加した場合、複合炭化物を微細分散化させ、６００℃を超える高温強度の向上に有効なため、０．０３％以上添加する。一方、０．３％を超えると、延靭性を劣化させるため、０．０３〜０．３％とする。
【００２０】
ｓｏｌ．Ａｌ：≦０．０７％
ｓｏｌ．Ａｌは、ＡｌＮとして鋼中に析出し、結晶粒を微細化する。しかし、過剰な添加は、介在物を増加させ、延靭性を劣化させるため、０．０７％以下とする。
【００２１】
Ｎ：０．００１０〜０．０２０％
Ｎは、ＡｌＮとして析出し、結晶粒を微細化する。しかし、過剰に含まれると溶接部の靭性を劣化させるため、０．００１０〜０．０２０％とする。
【００２２】
以上が、本発明の基本成分組成であるが、更にその特性を向上させるため、Ｖ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭの一種または二種以上を添加することが出来る。
【００２３】
Ｖ：０．０２〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％
これらの元素は、析出強化により強度を上昇させ、特に高温強度の向上に有効である。また、Ｍｏ，Ｎｂと複合添加するとその効果は著しく向上するため、添加する。一方、多量に添加すると溶接性が劣化する。各々の元素を添加する場合、Ｖ：０．０２〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％とする。
【００２４】
Ｃｕ：０．０３〜０．５％
Ｃｕは、固溶強化に有効であり、強度を上昇させる場合、０．０３％以上添加する。一方、０．５％を超えると生産原価を上昇させるので、添加する場合、０．０３〜０．５％とする。
【００２５】
Ｎｉ：０．０３〜０．５％
Ｎｉは、低温靭性を向上させ、焼入れ性上昇により強度を向上させる場合、０．０３％以上添加する。一方、０．５％を超えると生産原価を上昇させるので、添加する場合、０．０３〜０．５％とする。
【００２６】
Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．０２％
Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭは、介在物の形態制御やＳ等の不純物元素を固定し、靭性の向上に有効である。これらの元素を添加する場合、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．０２％とする。
【００２７】
本発明鋼は熱間圧延材として製造することが可能であり、特にその製造方法を限定するものではない。製造プロセスとしては、圧延まま、制御圧延、加速冷却、直接焼入れ焼戻し、再加熱焼入れ焼戻し等の適用が可能である。
【００２８】
【実施例】
表１に供試鋼の化学成分を示す。鋼符号Ａ〜Ｈは本発明鋼、鋼符号Ｉ〜Ｎが比較鋼となっている。鋼Ｉ，Ｊは従来鋼で、Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂが添加されているが、Ｃ量が本発明範囲外となっている。鋼Ｋは、成分組成は、本発明範囲内であるが、Ｃ，Ｎｂ量が図１による規定外となっている。鋼Ｌ〜Ｎは、Ｃ量は本発明範囲内であるが、鋼ＬはＮｂｆｒｅｅ系、鋼ＭはＭｏ量が低く、鋼ＮはＣｒｆｒｅｅ系で比較鋼となっている。
【００２９】
【表１】
表２に供試鋼の製造条件と特性を示す。鋼Ｇは加速冷却（ＡＣＣ），その他は圧延ままによる。
【００３１】
発明鋼（鋼Ａ〜Ｈ）は、常温での引張特性はＹＲ≦８０％、優れた高温ＹＳにより、ＹＳ比（高温ＹＳ／常温ＹＳ）は、６５０℃で６０％以上、７００℃で５０％以上となっている。靭性は０℃で、十分な値が得られている。
【００３２】
一方、従来鋼（鋼Ｉ，鋼Ｊ、鋼Ｋ，鋼Ｍ，鋼Ｎ）は、６５０℃、７００℃での高温ＹＳ，ＹＳ比が発明鋼と比較して低い。
【００３３】
【表２】
【発明の効果】
本発明によれば、低降伏比建築用鋼としての強度、溶接性およびガス切断性を備え、且つ６５０℃、７００℃での高温強度に優れた耐火鋼を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明成分組成におけるＣ，Ｎｂの適正添加量を示す図
Claims (5)
- 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０８％、Ｎｂ：０．０３〜０．１５％であって、図１に示す範囲内で座標に示されるＣ・ＮｂとＳｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜２．５％、Ｐ：≦０．０３％、Ｓ：≦０．０３％、Ｃｒ：０．０３〜０．３％、Ｍｏ：０．２〜０．５％未満、ｓｏｌ．Ａｌ：≦０．０７％、Ｎ：０．００１０〜０．０２０％を含有し、残部が実質的に鉄および不可避的不純物からなる高温耐火特性に優れた低降伏比建築用高温耐火鋼。
- 更に、Ｖ：０．０２〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％の一種または二種を含有する請求項１記載の高温耐火特性に優れた低降伏比建築用高温耐火鋼。
- 更に、Ｃｕ：０．０３〜０．５％を含有する請求項１または２記載の高温耐火特性に優れた低降伏比建築用高温耐火鋼。
- 更に、Ｎｉ：０．０３〜０．５％を含有する請求項１乃至３の何れか一つに記載の高温耐火特性に優れた低降伏比建築用高温耐火鋼。
- 更に、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％，Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％，ＲＥＭ：０．０００５〜０．０２％の一種または二種以上を添加する請求項１乃至４の何れか一つに記載の高温耐火特性に優れた低降伏比建築用高温耐火鋼。
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