JP3817064B2 - 低降伏比型耐火用熱延鋼板及び鋼管並びにそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築分野で使用される、常温で低降伏比を持ち、高温強度特性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板及び鋼管並びにそれらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
昭和６２年の建築基準法の改正により、建築用鋼材に対し、高温において十分な強度が確保できれば、構造部表面に温度上昇を抑える被覆を必ずしも施す必要がなくなった。このような状況に対応して、成分を調整することにより高温強度を確保する発明が提案されてきた。例えば、特開平２−２８２４１９号公報に開示されている発明では、高温強度を確保するために炭化物形成元素であるＮｂ，Ｍｏ等を添加し、これら元素の高温における微細炭化物の析出による析出強化を利用している。
【０００３】
ところが、最近になって、耐震性の観点から、常温での降伏比を下げることが強く望まれるようになってきた。降伏比を上昇させることなしに耐火性を得ることのできる発明としては、特開平２−２０５６２５号公報にみられるように、ＩＦ鋼に高温でのみ析出するＣｕを添加する発明が提案されている。この他、耐火性に優れた建築用低降伏比熱延鋼帯及びその製造方法として、特開平５−２２２４８４号公報に、ＮｂＣやＴｉＣの析出物を高温強度が確保できる程度に微細に析出させる発明も提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
耐震性の観点からの常温での低降伏比化の要請に対して、前記特開平２−２８２４１９号公報記載の発明では、Ｎｂ，Ｍｏ等の添加元素が熱間圧延後の巻取段階で析出して、常温での降伏強度が、ひいては降伏比が上昇するため、低降伏比の鋼板を得ることが困難であった。特に、建築構造部材として使用される、円形や角形などの閉断面に成形加工された鋼管では、造管時に鋼材にひずみが加わるため、熱延後の鋼板より降伏強度が高くなり、降伏比をより上昇させることになる。このため、建築構造部材用鋼管の素材となる鋼板には、より一層の低降伏比化が望まれる。
【０００５】
また、前記特開平２−２０５６２５号公報記載の発明では、高価なＮｉも同時に添加する必要があり、安価な建築構造部材用鋼管及びその素材となる鋼板を提供することはできない。
【０００６】
さらに、前記特開平５−２２２４８４号公報記載の発明による鋼板でも、造管時に降伏強度の上昇が大きく、造管後に十分な低降伏比が得られないという問題があった。
【０００７】
このような事情に鑑み、本発明は、常温で低降伏比を持ち、高温強度特性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板及び鋼管並びにそれらの製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、種々の実験、研究を重ねた結果、鋼材に含有されるＣを低減し、Ｎｂを多く添加することにより、常温での降伏比が低く、かつ高温での強度特性に優れる鋼材が得られることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨とするところは下記のとおりである。
（１）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする低降伏比型耐火用熱延鋼板。
（２）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、 Ｂ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする低降伏比型耐火用熱延鋼板。
【００１０】
（３）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足する鋼片を、Ａｒ 3 変態点以上の温度で熱間圧延を終了し、０．１℃ /sec 以上、３ ０℃ /sec 以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却することを特徴とする常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする低降伏比型耐火用熱延鋼板の製造方法。
（４）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、 Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足する鋼片を、Ａｒ3変態点以上の温度で熱間圧延を終了し、０．１℃/sec以上、３ ０℃/sec以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却することを特徴とする常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする低降伏比型耐火用熱延鋼板の製造方法。
【００１１】
（５）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管。
（６）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、 Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管。
【００１２】
（７）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、角形鋼管の平坦部の常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が
１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管。
（８）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、 Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、角形鋼管の平坦部の常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管。
【００１３】
（９）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足する鋼片を、Ａｒ 3 変態点以上の温度で熱間圧延を終了し、０．１℃ /sec 以上、３ ０℃ /sec 以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却して得られた熱延鋼板を、常法により円形断面へ成形し、溶接することを特徴とする常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。
（１０）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、 Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足する鋼片を、Ａｒ3変態点以上の温度で熱間圧延を終了し、０．１℃/sec以上、３ ０℃/sec以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却して得られた熱延鋼板を、常法により円形断面へ成形し、溶接することを特徴とする常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。
【００１４】
（１１）円形断面へ成形し、溶接した後、さらに角形断面に成形することを特徴とする角形鋼管の平坦部の常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上である前記（９）または（１０）記載の低降伏比型耐火用角形鋼管の製造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
まず、鋼成分を限定した理由について述べる。
Ｃは他の添加元素と結合して析出物となったり、セメンタイトとして析出することで常温での降伏比を上昇させる。Ｃ添加量が０．０２％を超えると常温での降伏比が増加して７０％を超える。０．０２％以下のＣ量であれば、常温での降伏比は７０％以下となるため、Ｃ量の上限を０．０２％とする。造管時の降伏比上昇をより低く抑えるためには、Ｃ量を０．０１５％以下とすることが好ましい。
【００１６】
Ｓｉは固溶強化元素であり、比較的安価に鋼板の強度を上昇させることができるため、本発明では強度の調整を行う意味で添加するが、添加量が多くなると強度が高くなりすぎることから１．０％以下とする。他の元素で強度調整できる場合は、Ｓｉは無添加とすることもできる。
【００１７】
ＭｎはＳｉと同様に比較的安価な固溶強化元素で、強度調整に有効であり、本発明では強度の調整を行うために添加するが、０．０５％未満では熱間加工性が確保できないため、０．０５％以上添加する必要がある。一方、むやみな添加は建築用鋼材としては強度が高くなり過ぎ、成形性を低下させるので２．０％以下とする。
【００１８】
Ｓは不可避的に含まれる元素であり、加工性劣化の要因となるため極力低減する必要があるが、０．０２％以下とすることで加工性に対する問題は解消されることから、その範囲を０．０２％以下とする。なお、難加工性用途の場合には、０．０１％以下とするのが望ましい。
【００１９】
Ａｌは脱酸剤として使用されるが、この効果を発揮させるためには鋼中に０．０１％以上含有させることが必要である。一方、０．１％を超えると、酸化物系介在物の増加を招くため、その上限を０．１％とする。
【００２０】
Ｎｂは、通常、析出強化元素として添加されることが多いが、析出強化を働かせた場合、狙いとする低降伏比を得ることができないため、前述したように低Ｃとして析出強化が働かないようにしており、本発明では固溶強化元素として添加している。また、Ｎｂは高温強度を著しく上昇させる。これは、高温で変形する際に固溶Ｎｂと移動している転位が相互作用し、転位の動きやすさを低下させるためである。しかしながら、その添加量をむやみに増加させると熱間での加工性を損なうため、その添加量は０．０８％以上かつ０．３％以下とする。なお、６００℃での降伏強度をより高くするという観点から、その添加量は０．１５％以上とすることが望ましい。
【００２１】
Ｔｉは、Ｎｂと結合する可能性のあるＣ，Ｎを固定し、添加したＮｂを有効に固溶Ｎｂとして活用するために必要に応じて添加するが、その添加量をむやみに増加させると加工性劣化をまねくため、上限を０．２％とする。
【００２２】
ＢはＮｂと複合添加することで固溶Ｎｂの作用を助長する。この理由は現在のところ明確とはなっていないが非常に顕著な効果があることから、０．０００１％以上添加する。しかしながら、その添加量をむやみに増加させてもその効果は飽和し、しかも常温での降伏比の上昇を招く恐れがあるため上限を０．００２０％とする。
【００２３】
Ｃ，Ｎを比較的多く含有する際には、添加したＮｂの一部が固溶状態ではなくなり十分な高温強度が得られなくなることがある。図１に横軸をＮｂ−（０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４））、縦軸を６００℃での降伏強度として整理した結果を示す。１９７ＭＰａ以上の６００℃での降伏強度を確保するため、添加Ｎｂ量は前述の条件に加え、
Ｔｉが添加されていない場合には、
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４） …（１）
Ｔｉが添加されている場合には、
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４） …（２）
を満足させる。
【００２４】
その他の成分に関しては特に限定していないが、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｖ等のスクラップから混入する元素が存在しても本発明鋼の特性には全く影響はない。
【００２５】
このような成分の鋼を鋳造し、得られた熱片スラブを直接または加熱した後、あるいは冷片を再加熱して熱間圧延を施す。その際、熱片スラブを直接圧延することと再加熱後に圧延することでの特性変化は殆ど認められない。また、再加熱温度は特に限定しないが、生産性を考慮して１０００℃から１３００℃の範囲とすることが好ましい。
【００２６】
熱間圧延は通常の熱延工程、あるいは仕上圧延においてスラブを接合し圧延する連続化熱延工程のどちらでも可能である。
【００２７】
熱間圧延の際の圧延終了温度はＡｒ3 変態点温度以上とする。これは、Ａｒ3 変態点未満の温度で仕上げ圧延を施した場合、加工組織が残り、常温での降伏比が上昇する恐れがあるためである。圧延終了温度の上限は特に限定していないが、生産性の観点から１０００℃以下とすることが望ましい。
【００２８】
熱間圧延後の平均冷却速度は、３０℃/secより速い場合、冷却中に低温変態相が生成して降伏比が上昇するため、３０℃/sec以下とする。また、冷却速度が０．１℃/sec未満の場合には、冷却中に粒界に不要な相が析出する可能性があるため、冷却速度は０．１℃/sec以上とする。
【００２９】
巻取温度は、熱延鋼板の鋼管あるいは角形鋼管への造管性の観点から７００℃以下であればよい。望ましくは６５０℃以下とする。
【００３０】
このようにして製造された熱延鋼板は、常温での降伏比が７０％以下であり、また、鋼管に造管される際にはひずみが導入され降伏比が上昇するが、この造管後の降伏比は９０％以下である。
【００３１】
本発明は、前述のような連続熱延工程以外に、通常の厚板圧延工程にも適用可能である。
また、熱延鋼板だけでなく、これを素材とした表面処理鋼板に対しても本発明は適用可能である。この場合には表面処理性の観点から、Ｓｉ添加量を０．５％以下とすることが望ましい。
また、造管方法も、本発明では特に限定するものではなく、プレス成形法、ロール成形法などが適用できる。
【００３２】
【実施例】
表１に示す種々の化学成分の鋼を鋳造し、１０５０℃〜１２５０℃の温度に再加熱後、表２に示す条件にて熱延鋼板を製造し、常温での引張特性及び６００℃での引張特性を測定して、その結果を表２に示す。
【００３３】
鋼種番号１〜１４は本発明の範囲内にある成分系であり、表２に示すように、常温での降伏比が７０％以下であり、かつ、角形鋼管に造管後の平坦部から採取して測定した結果では全て降伏比が９０％以下である。また、角形鋼管に造聾の６００℃での降伏強度ＹＳが全て１９７ＭＰａ以上となる高温での強度の高い鋼板が製造できている。
【００３４】
一方、鋼種番号６の冷却速度が５０℃／ｓの材料は冷却速度が速すぎるため、常温での降伏比が高くなりすぎている。鋼種番号１５〜１８は本発明の範囲外の成分系であり、鋼種番号１５はＣ添加量が多過ぎるため、常温での降伏比が熱延まま材では７０％を越え、角形鋼管に造管後では９０％を越えている。しかも、添加Ｎｂ量が式（１）から求まる値よりも僅かに少なく、６００℃での降伏強度が安定して確保できない。また、鋼種番号１６〜１８は添加Ｎｂ量が式（１）あるいは（２）から求まる量よりも少ないため、高温での強度が低い。
【００３５】
なお、本実施例における試験は、常温引張試験はＪＩＳ５号試験片を用いＪＩＳ Ｚ ２２４１に従って行い、６００℃での引張試験はＪＩＳ Ｇ ０５６７に従って行った。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、常温での造管の前と後の降伏比が低く、高温での強度が高い鋼板及び鋼管の製造が可能となり、工業的に価値の大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎｂ，Ｔｉ，Ｃ，Ｎ，Ｂ添加量と高温での降伏強度の関係を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築分野で使用される、常温で低降伏比を持ち、高温強度特性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板及び鋼管並びにそれらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
昭和６２年の建築基準法の改正により、建築用鋼材に対し、高温において十分な強度が確保できれば、構造部表面に温度上昇を抑える被覆を必ずしも施す必要がなくなった。このような状況に対応して、成分を調整することにより高温強度を確保する発明が提案されてきた。例えば、特開平２−２８２４１９号公報に開示されている発明では、高温強度を確保するために炭化物形成元素であるＮｂ，Ｍｏ等を添加し、これら元素の高温における微細炭化物の析出による析出強化を利用している。
【０００３】
ところが、最近になって、耐震性の観点から、常温での降伏比を下げることが強く望まれるようになってきた。降伏比を上昇させることなしに耐火性を得ることのできる発明としては、特開平２−２０５６２５号公報にみられるように、ＩＦ鋼に高温でのみ析出するＣｕを添加する発明が提案されている。この他、耐火性に優れた建築用低降伏比熱延鋼帯及びその製造方法として、特開平５−２２２４８４号公報に、ＮｂＣやＴｉＣの析出物を高温強度が確保できる程度に微細に析出させる発明も提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
耐震性の観点からの常温での低降伏比化の要請に対して、前記特開平２−２８２４１９号公報記載の発明では、Ｎｂ，Ｍｏ等の添加元素が熱間圧延後の巻取段階で析出して、常温での降伏強度が、ひいては降伏比が上昇するため、低降伏比の鋼板を得ることが困難であった。特に、建築構造部材として使用される、円形や角形などの閉断面に成形加工された鋼管では、造管時に鋼材にひずみが加わるため、熱延後の鋼板より降伏強度が高くなり、降伏比をより上昇させることになる。このため、建築構造部材用鋼管の素材となる鋼板には、より一層の低降伏比化が望まれる。
【０００５】
また、前記特開平２−２０５６２５号公報記載の発明では、高価なＮｉも同時に添加する必要があり、安価な建築構造部材用鋼管及びその素材となる鋼板を提供することはできない。
【０００６】
さらに、前記特開平５−２２２４８４号公報記載の発明による鋼板でも、造管時に降伏強度の上昇が大きく、造管後に十分な低降伏比が得られないという問題があった。
【０００７】
このような事情に鑑み、本発明は、常温で低降伏比を持ち、高温強度特性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板及び鋼管並びにそれらの製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、種々の実験、研究を重ねた結果、鋼材に含有されるＣを低減し、Ｎｂを多く添加することにより、常温での降伏比が低く、かつ高温での強度特性に優れる鋼材が得られることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨とするところは下記のとおりである。
（１）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする低降伏比型耐火用熱延鋼板。
（２）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、 Ｂ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする低降伏比型耐火用熱延鋼板。
【００１０】
（３）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足する鋼片を、Ａｒ 3 変態点以上の温度で熱間圧延を終了し、０．１℃ /sec 以上、３ ０℃ /sec 以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却することを特徴とする常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする低降伏比型耐火用熱延鋼板の製造方法。
（４）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、 Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足する鋼片を、Ａｒ3変態点以上の温度で熱間圧延を終了し、０．１℃/sec以上、３ ０℃/sec以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却することを特徴とする常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする低降伏比型耐火用熱延鋼板の製造方法。
【００１１】
（５）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管。
（６）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、 Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管。
【００１２】
（７）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、角形鋼管の平坦部の常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が
１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管。
（８）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、 Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、角形鋼管の平坦部の常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管。
【００１３】
（９）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足する鋼片を、Ａｒ 3 変態点以上の温度で熱間圧延を終了し、０．１℃ /sec 以上、３ ０℃ /sec 以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却して得られた熱延鋼板を、常法により円形断面へ成形し、溶接することを特徴とする常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。
（１０）重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、 Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足する鋼片を、Ａｒ3変態点以上の温度で熱間圧延を終了し、０．１℃/sec以上、３ ０℃/sec以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却して得られた熱延鋼板を、常法により円形断面へ成形し、溶接することを特徴とする常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。
【００１４】
（１１）円形断面へ成形し、溶接した後、さらに角形断面に成形することを特徴とする角形鋼管の平坦部の常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上である前記（９）または（１０）記載の低降伏比型耐火用角形鋼管の製造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
まず、鋼成分を限定した理由について述べる。
Ｃは他の添加元素と結合して析出物となったり、セメンタイトとして析出することで常温での降伏比を上昇させる。Ｃ添加量が０．０２％を超えると常温での降伏比が増加して７０％を超える。０．０２％以下のＣ量であれば、常温での降伏比は７０％以下となるため、Ｃ量の上限を０．０２％とする。造管時の降伏比上昇をより低く抑えるためには、Ｃ量を０．０１５％以下とすることが好ましい。
【００１６】
Ｓｉは固溶強化元素であり、比較的安価に鋼板の強度を上昇させることができるため、本発明では強度の調整を行う意味で添加するが、添加量が多くなると強度が高くなりすぎることから１．０％以下とする。他の元素で強度調整できる場合は、Ｓｉは無添加とすることもできる。
【００１７】
ＭｎはＳｉと同様に比較的安価な固溶強化元素で、強度調整に有効であり、本発明では強度の調整を行うために添加するが、０．０５％未満では熱間加工性が確保できないため、０．０５％以上添加する必要がある。一方、むやみな添加は建築用鋼材としては強度が高くなり過ぎ、成形性を低下させるので２．０％以下とする。
【００１８】
Ｓは不可避的に含まれる元素であり、加工性劣化の要因となるため極力低減する必要があるが、０．０２％以下とすることで加工性に対する問題は解消されることから、その範囲を０．０２％以下とする。なお、難加工性用途の場合には、０．０１％以下とするのが望ましい。
【００１９】
Ａｌは脱酸剤として使用されるが、この効果を発揮させるためには鋼中に０．０１％以上含有させることが必要である。一方、０．１％を超えると、酸化物系介在物の増加を招くため、その上限を０．１％とする。
【００２０】
Ｎｂは、通常、析出強化元素として添加されることが多いが、析出強化を働かせた場合、狙いとする低降伏比を得ることができないため、前述したように低Ｃとして析出強化が働かないようにしており、本発明では固溶強化元素として添加している。また、Ｎｂは高温強度を著しく上昇させる。これは、高温で変形する際に固溶Ｎｂと移動している転位が相互作用し、転位の動きやすさを低下させるためである。しかしながら、その添加量をむやみに増加させると熱間での加工性を損なうため、その添加量は０．０８％以上かつ０．３％以下とする。なお、６００℃での降伏強度をより高くするという観点から、その添加量は０．１５％以上とすることが望ましい。
【００２１】
Ｔｉは、Ｎｂと結合する可能性のあるＣ，Ｎを固定し、添加したＮｂを有効に固溶Ｎｂとして活用するために必要に応じて添加するが、その添加量をむやみに増加させると加工性劣化をまねくため、上限を０．２％とする。
【００２２】
ＢはＮｂと複合添加することで固溶Ｎｂの作用を助長する。この理由は現在のところ明確とはなっていないが非常に顕著な効果があることから、０．０００１％以上添加する。しかしながら、その添加量をむやみに増加させてもその効果は飽和し、しかも常温での降伏比の上昇を招く恐れがあるため上限を０．００２０％とする。
【００２３】
Ｃ，Ｎを比較的多く含有する際には、添加したＮｂの一部が固溶状態ではなくなり十分な高温強度が得られなくなることがある。図１に横軸をＮｂ−（０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４））、縦軸を６００℃での降伏強度として整理した結果を示す。１９７ＭＰａ以上の６００℃での降伏強度を確保するため、添加Ｎｂ量は前述の条件に加え、
Ｔｉが添加されていない場合には、
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４） …（１）
Ｔｉが添加されている場合には、
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４） …（２）
を満足させる。
【００２４】
その他の成分に関しては特に限定していないが、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｖ等のスクラップから混入する元素が存在しても本発明鋼の特性には全く影響はない。
【００２５】
このような成分の鋼を鋳造し、得られた熱片スラブを直接または加熱した後、あるいは冷片を再加熱して熱間圧延を施す。その際、熱片スラブを直接圧延することと再加熱後に圧延することでの特性変化は殆ど認められない。また、再加熱温度は特に限定しないが、生産性を考慮して１０００℃から１３００℃の範囲とすることが好ましい。
【００２６】
熱間圧延は通常の熱延工程、あるいは仕上圧延においてスラブを接合し圧延する連続化熱延工程のどちらでも可能である。
【００２７】
熱間圧延の際の圧延終了温度はＡｒ3 変態点温度以上とする。これは、Ａｒ3 変態点未満の温度で仕上げ圧延を施した場合、加工組織が残り、常温での降伏比が上昇する恐れがあるためである。圧延終了温度の上限は特に限定していないが、生産性の観点から１０００℃以下とすることが望ましい。
【００２８】
熱間圧延後の平均冷却速度は、３０℃/secより速い場合、冷却中に低温変態相が生成して降伏比が上昇するため、３０℃/sec以下とする。また、冷却速度が０．１℃/sec未満の場合には、冷却中に粒界に不要な相が析出する可能性があるため、冷却速度は０．１℃/sec以上とする。
【００２９】
巻取温度は、熱延鋼板の鋼管あるいは角形鋼管への造管性の観点から７００℃以下であればよい。望ましくは６５０℃以下とする。
【００３０】
このようにして製造された熱延鋼板は、常温での降伏比が７０％以下であり、また、鋼管に造管される際にはひずみが導入され降伏比が上昇するが、この造管後の降伏比は９０％以下である。
【００３１】
本発明は、前述のような連続熱延工程以外に、通常の厚板圧延工程にも適用可能である。
また、熱延鋼板だけでなく、これを素材とした表面処理鋼板に対しても本発明は適用可能である。この場合には表面処理性の観点から、Ｓｉ添加量を０．５％以下とすることが望ましい。
また、造管方法も、本発明では特に限定するものではなく、プレス成形法、ロール成形法などが適用できる。
【００３２】
【実施例】
表１に示す種々の化学成分の鋼を鋳造し、１０５０℃〜１２５０℃の温度に再加熱後、表２に示す条件にて熱延鋼板を製造し、常温での引張特性及び６００℃での引張特性を測定して、その結果を表２に示す。
【００３３】
鋼種番号１〜１４は本発明の範囲内にある成分系であり、表２に示すように、常温での降伏比が７０％以下であり、かつ、角形鋼管に造管後の平坦部から採取して測定した結果では全て降伏比が９０％以下である。また、角形鋼管に造聾の６００℃での降伏強度ＹＳが全て１９７ＭＰａ以上となる高温での強度の高い鋼板が製造できている。
【００３４】
一方、鋼種番号６の冷却速度が５０℃／ｓの材料は冷却速度が速すぎるため、常温での降伏比が高くなりすぎている。鋼種番号１５〜１８は本発明の範囲外の成分系であり、鋼種番号１５はＣ添加量が多過ぎるため、常温での降伏比が熱延まま材では７０％を越え、角形鋼管に造管後では９０％を越えている。しかも、添加Ｎｂ量が式（１）から求まる値よりも僅かに少なく、６００℃での降伏強度が安定して確保できない。また、鋼種番号１６〜１８は添加Ｎｂ量が式（１）あるいは（２）から求まる量よりも少ないため、高温での強度が低い。
【００３５】
なお、本実施例における試験は、常温引張試験はＪＩＳ５号試験片を用いＪＩＳ Ｚ ２２４１に従って行い、６００℃での引張試験はＪＩＳ Ｇ ０５６７に従って行った。
【００３６】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、常温での造管の前と後の降伏比が低く、高温での強度が高い鋼板及び鋼管の製造が可能となり、工業的に価値の大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎｂ，Ｔｉ，Ｃ，Ｎ，Ｂ添加量と高温での降伏強度の関係を示す図である。
Claims (11)
- 重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする低降伏比型耐火用熱延鋼板。 - 重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２%、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする低降伏比型耐火用熱延鋼板。 - 重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足する鋼片を、Ａｒ 3 変態点以上の温度で熱間圧延を終了し、０．１℃ /sec 以上、３ ０℃ /sec 以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却することを特徴とする常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする低降伏比型耐火用熱延鋼板の製造方法。 - 重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足する鋼片を、Ａｒ3変態点以上の温度で熱間圧延を終了し、０．１℃/sec以上、３ ０℃/sec以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却することを特徴とする常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする低降伏比型耐火用熱延鋼板の製造方法。 - 重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管。 - 重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管。 - 重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、角形鋼管の平坦部の常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管。 - 重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足し、角形鋼管の平坦部の常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管。 - 重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足する鋼片を、Ａｒ 3 変態点以上の温度で熱間圧延を終了し、０．１℃ /sec 以上、３ ０℃ /sec 以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却して得られた熱延鋼板を、常法により円形断面へ成形し、溶接することを特徴とする常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。 - 重量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．３％、
Ｔｉ≦０．２％、
Ｂ ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮｂ量が
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ
＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４）
を満足する鋼片を、Ａｒ3変態点以上の温度で熱間圧延を終了し、０．１℃/sec以上、３ ０℃/sec以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却して得られた熱延鋼板を、常法により円形断面へ成形し、溶接することを特徴とする常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上であることを特徴とする低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。 - 円形断面へ成形し、溶接した後、さらに角形断面に成形することを特徴とする角形鋼管の平坦部の常温での降伏比が９０％以下で、６００℃での降伏強度が１９７ＭＰａ以上である請求項９または１０記載の低降伏比型耐火用角形鋼管の製造方法。
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