JP3888279B2 - 建築用低降伏比電縫鋼管及び角コラムの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐震性に優れる建築用低降伏比電縫鋼管及び角コラムの効率的な製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建築用鋼材には耐震性の観点から、80% 以下の低降伏比（低ＹＲ）特性が求められるようになってきた。一方、電縫鋼管およびそのロール成形角コラムはその素材である熱延鋼板に対して、製造方法上数％〜10数％の造管圧縮歪が導入されるため、ＵＯ鋼管やプレスコラム等に対して低ＹＲ化で不利だった。これに関連して冷間成形による造管後焼ならしを行うことにより低ＹＲとする方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２４５２２３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１所載の方法は、電縫鋼管全体を焼ならし、すなわちAc3 変態点以上のオーステナイト状態にするため、制御圧延−制御冷却などの高靭性化処理によって折角微細化された造管前鋼板組織を全く活かすことができないばかりか、強度低下が起こりやすく必要強度を得るためにより多くの合金元素を必要とする問題がある。また、管全体を加熱するには通常雰囲気炉加熱（所謂バッチ式加熱）が用いられるが、バッチ式加熱では、炉内温度の場所によるばらつきなどで、管全体を一様な温度にすることが難しく、そのため、組織を均一微細に制御することが困難であるばかりか、管やコラムのような単位重量当りの体積の大きな鋼材を加熱するには生産効率も非常に悪いという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑み、造管前鋼板組織を有効活用でき、合金元素低減や生産性の向上など、安価で生産効率の良い建築用低降伏比電縫鋼管及び角コラムの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、同等の素材を用いてＵＯ鋼管やプレスコラム等と同等以上の特性を得るには、造管ままの電縫鋼管をAc1 点前後の温度域に急速加熱、短時間保持、急速冷却することが有効なのではないかと考え、次のような実験を行なった。
【０００７】
Ｃ：0.16% 、Si：0.19% 、Mn：0.51% 、Ｐ：0.018%、Ｓ：0.007%、Al：0.032%、Nb：0.015%、Ｎ：0.0041% 、およびＯ：0.0029% 、Ca：0.0022% の鋼成分組成のスラブを、1200℃に加熱後、820 ℃の仕上圧延温度にて圧延し、620 ℃で巻き取って熱延コイルとした。この熱延コイルを素材として造管した電縫鋼管を、引き続きロール成形することにより350mm □×肉厚16mmの角コラムを製造し、図２に示す３種類の熱処理を施して、その材料特性（強度）を調べた。短時間加熱は外表面から高周波誘導加熱にて行い、鋼管の外表面の温度を測定して加熱温度とした。
【０００８】
熱処理後の角コラムの機械的性質を図１に示す。図１から明らかなように、短時間加熱−水冷（：Ａ）処理ではＴＳにおいて他の熱処理方法とは明らかに異なる特性を示した。すなわち、短時間加熱−水冷することによって、ＹＳは他の熱処理方法と同様、熱処理温度の上昇につれて徐々に低下するのに対し、ＴＳは低温域から大きな強度上昇が得られ、通常なら強度低下してしまうような高温域への加熱でも強度をあまり低下させることなく、低ＹＲが達成されるばかりでなく、高強度化のための合金コストも削減できることがわかった。一方、短時間加熱−空冷（：Ｂ）及びバッチ処理（：Ｃ）では、ＴＳは加熱温度の上昇とともに徐々に低下してしまい、強度的な有利が得られないばかりか、バッチ処理では十分なＹＲの低下は得られなかった。
【０００９】
これら特性に違いが出た理由の詳細は明らかでないが、短時間加熱−水冷の故に、造管歪や転位の緩和および局所的な組織変化と、侵入型固溶元素および置換型固溶元素の拡散などの時差が複雑に関係しあい、このような特性変化になったものと思われる。
本発明は、以上のような知見に基づいてなされたもので、その要旨とするところは、質量％で、Ｃ：0.10〜0.25％、Si：0.05〜0.5％、Mn：0.3〜2.0％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.02％以下、Al：0.005〜0.050％、Ｎ：0.0070％以下、Ｏ：0.0050％以下を含み、Nb：0.005〜0.1％、Ｖ：0.005〜0.1％、Ti：0.005〜0.05％、Mo：0.05〜1.0％、Ｂ：0.0001〜0.0030％、Ca：0.0003〜0.0060％の１種または２種以上を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼素材を、熱間圧延にて巻取温度 650 ℃以下のコイルとした後、電縫鋼管プロセスにて鋼管とし、続いてこれを高周波加熱にて連続的に３℃/s以上の加熱速度で550℃以上800℃以下でかつAc１点以上ではγ分率が30％以下となる温度へ加熱し、60s以下の保持の後、冷却速度５〜30℃/sの冷却を施すことを特徴とする建築用低降伏比電縫鋼管の製造方法（本発明方法１）にある。
【００１０】
本発明方法１では、前記鋼素材がさらに、質量% で、Ni：0.05〜1.0%、Cu：0.05〜1.0%、Cr：0.05〜1.0%の１種または２種以上を含むものであってもよい。
また、本発明は、前記本発明方法１において、電縫鋼管プロセスにて鋼管とし、に代えて、電縫鋼管プロセスにて鋼管とし次いで角コラムにロール成形し、とした建築用低降伏比角コラムの製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明における鋼成分組成の限定理由を以下に述べる。
Ｃ：0.10〜0.25%
Ｃは熱処理後の引張強度上昇のために0.10% 以上含有することが必要であり、これ以下では有効な強度上昇は得られない。一方で0.25% を超えると溶接部靭性が低下するため0.25％以下とする。溶接部及びコーナ部の靭性と低ＹＲをバランス良く達成させるためには、特に0.10〜0.18% とすることが好ましい。
【００１２】
Si：0.05〜0.5%
Siは脱酸剤および強度確保元素として最低0.05% を必要とするが、過剰に添加するとＨＡＺ（溶接熱影響部）靭性を低下させ、溶接上好ましくないため上限は0.5%とした。
Mn：0.3 〜2.0%
Mnは高強度化のために必要な元素であり強度に応じて0.3%以上を添加するが、一方2.0%を超えて添加すると母材靭性が劣化するため0.3 〜2.0%の範囲に限定する。
【００１３】
Ｐ：0.03% 以下
Ｐは粒界に偏析して粒界強度を低下させる元素であり、母材および溶接部の靭性を低下させるため、粒界割れ防止のために0.03% を上限とした。特に高靭性を必要とする場合には、0.015%以下とすることが好ましい。
Ｓ：0.02% 以下
ＳはMnS などの硫化物として鋼中に存在し、熱延によって伸展するため靭性を著しく劣化させる。その影響を抑制するためには0.02% 以下、好ましくは0.012%以下、にする必要がある。また、Ca添加などによる形態制御をしてもよい。
【００１４】
Al：0.005 〜0.050%
Alは脱酸およびＮ析出固定のために必要であり、0.005%以上添加する必要がある。一方、0.050%を超えるとアルミナ系介在物が増え、靭性を損なうため0.050%を上限とした。
Ｎ：0.0070% 以下
Ｎは0.0070% を超えて存在すると、粗大な窒化物を形成して靭性を劣化させるため0.0070% 以下、好ましくは0.0050% 以下、とする必要がある。
【００１５】
Ｏ：0.0050% 以下
Ｏは介在物として存在し、凝集粗大化した場合は割れの起点として働くため極力少ない方が好ましいが、0.0050% 以下であれば凝集粗大化しにくくなるため0.0050% 以下とした。特に疲労特性などを必要とする場合には、0.0030% 以下とすることが好ましい。
【００１６】
さらに本発明では、以下の成分を強度上昇や靭性向上、耐火性向上などを目的に１種または２種以上添加する。
Nb：0.005 〜0.1%
Nbは微細な炭窒化物を形成し強度を増加させ、また熱間制御圧延の歪蓄積に有利に働き組織微細化により靭性も向上させる。しかし、0.005%未満ではその効果はなく、0.1%を超えると溶接部靭性に好ましくない影響があるため0.005 〜0.1%に限定する。
【００１７】
Ｖ：0.005 〜0.1%
ＶはNbとほぼ同じ効果をもつ元素であるが、Nbに比べて析出硬化能はやや劣る。0.005%未満では硬化能に乏しく、0.1%を超えると溶接部靭性劣化を招くため、0.005 〜0.1%とする。
Ti：0.005 〜0.05%
Tiは強い窒化物形成元素であり、Ｎ当量である（N%×(48/14) ）程度の添加でＮ時効を抑制する。またさらに添加することで微細な炭化物を形成して強度を増加させ、またＢを添加する場合は、Ｂが鋼中ＮによりBNとして析出固定されるため、その効果が抑制されないように添加しても良い。その効果を得るためには0.005%以上の添加が必要であるが、とくに（N%×(48/14) ）以上添加するのが好ましい。一方、0.05% を超えて添加すると、粗大な窒化物を形成しやすくなり靭性を劣化するため0.05% 以下とする。
【００１８】
Mo：0.05〜1.0%
Moは固溶しあるいは炭化物を形成して大きな靭性劣化を伴わずに強度を上昇する効果があるが、1.0%を超えるとその効果が飽和してくるばかりか、高価となるので1.0%以下の範囲で添加しても良い。なお強度上昇効果を発揮するためには0.05% 以上添加する必要がある。さらにMoは耐火特性を有利に向上させる元素であり、耐火性のため0.5%以上を添加するのが好ましい。
【００１９】
Ｂ：0.0001〜0.0030%
ＢはNbと同様に圧延材の組織制御に重要であり、その効果を発揮するには0.0001% 以上の添加が必要である。とくにNbと併用して添加すると相乗効果を示す。
また粒界強化元素として粒界割れを抑制して靭性向上に寄与する。一方、過剰に添加してもその効果は飽和するばかりか、溶接部靭性を劣化するので0.0030% を上限とする。
【００２０】
Ca：0.0003〜0.0060%
Caは疲労などの割れの起点となる介在物の形態を球状に制御することを目的に添加するが、その効果を発揮するには0.0003% 以上必要で、一方0.0060% を超えるとその効果は飽和するばかりか、粗大介在物を形成するので、0.0003〜0.0060% の範囲とする。
【００２１】
さらに本発明では、強度上昇を主目的として以下の元素を１種または２種以上添加することも可能である。
Ni：0.05〜1.0%
Niは強度、靭性、耐食性を向上させるのに有効な元素である。またCuを添加した場合には圧延時のCu割れを防止するのにも有効であるが、高価である上、過剰に添加してもその効果が飽和するため0.05〜1.0%の範囲に限定する。特にCu割れの観点からは（Cu% ×0.3 ）以上添加するのが好ましい。
【００２２】
Cu：0.05〜1.0%
Cuは強度、耐候性を向上させるために添加するが、その効果を発揮するには0.05% 以上添加する必要があり、一方1.0%を超えると熱間脆化を引き起こしやすく、また靭性も低下するので0.05〜1.0%の範囲とする。
Cr：0.05〜1.0%
Crは強度上昇に有効であるが過剰に添加すると靭性を低下するため1.0%以下の範囲で添加しても良い。ただし0.05% 未満ではその効果を発揮しないため0.05% 以上添加することが好ましい。
【００２３】
次に、工程条件の限定理由を以下に述べる。
まず製鋼法については、常法に従って行なえばよく、それらの条件は特に限定されず、介在物の浮上処理や凝集抑制などの低減対策をとっても良い。また鋳造時の鍛圧や均熱保持炉により、中心偏析の低減を図っても良い。
圧延についても特に限定されないが、靭性向上などを目的に、炭化物の固溶のために1100℃以上の加熱と、制御圧延として圧延仕上温度Ar3 点以上とする圧下率50% 以上の未再結晶域圧延を行っても良い。このとき鋳造後の鋳片を1100℃未満に冷却することなく引き続いて圧延するか、もしくは1100℃から常温までの冷却途上から1100℃以上に加熱−均熱後に圧延しても、本発明の特徴を損なうことはない。
【００２４】
さらにコイル巻取り後の結晶粒成長を抑制すべく、圧延後に650 ℃以下の巻取温度でコイル化するのが好ましい。
得られた熱延コイルを常法の電縫鋼管プロセスに従い鋼管とするが、このときに必然的に生じる造管ひずみのため、熱延コイル特性に対して高ＹＲ化や靭性の劣化を生じる。これを抑制するために、造管ひずみを低減する造管方法（例えば、ＣＢＲ法など）を用いてもかまわない。また、角コラムには上記方法にて造管した丸鋼管を、引き続いてロール成形によって角コラムに成形する。
【００２５】
造管された鋼管あるいは角コラムはそのライン内で連続もしくは然るべき後に、本発明の特徴である短時間加熱−冷却処理を行なう。加熱速度はひずみ緩和と侵入型固溶元素および置換型固溶元素拡散による組織変化などの時差を有効に活用すべく、３℃/s以上の加熱速度を必要とする。高速加熱を実施するために必然的に高周波加熱が必要となる。この平均加熱速度で特性改善を目的に550 ℃以上、800 ℃以下に60s 以内の均熱時間で加熱する。550 ℃未満ではＴＳの上昇が得られず低ＹＲ化が実現できない。一方、800 ℃超では強度が低下してしまうため、上限を800 ℃とする。ただし、800 ℃がAc1 点以上の場合は、加熱時のγ（オーステナイト）分率が体積率で30% 以下となる温度を上限とする。これは、γ分率が30% 超では、ＹＳが低下しすぎてＹＳの最低基準の確保に不利になるばかりか、その後の急冷により著しく靭性が劣化するためγ分率30% 以下の温度を上限とした。高周波による加熱の方法は特に問わないが、生産性の観点から外面よりの一方向加熱でも良い。この場合、高速加熱ゆえに加熱時に鋼管の内外面に必然的に温度差を生じるが、冷却開始時には温度差が50℃以内であることが材料特性の均質上好ましい。
【００２６】
加熱後の鋼管は５〜30℃/sの冷却速度で冷却する必要がある。冷却速度が５℃/s未満では強度の低下が起こり合金元素などで不利になるばかりか、ＹＲの低下代も小さい。また冷却速度30℃/s超の冷却は設備的に多大な費用を必要とし、また均一冷却も困難であるため30℃/sを上限とした。
また、本発明によって得られる鋼管及び角コラムは、施工のためのメッキ処理など、通常行なわれる表面改質などを施しても、その特徴を損ねることはないのでかまわない。
【００２７】
【実施例】
表１に示す成分組成になる鋼スラブを表２に示す加熱−圧延−冷却−巻取り条件で熱間圧延し、得られた熱延コイルを素材として電縫鋼管プロセスにより鋼管を造管し、あるいはさらに引き続きロール成形して角コラムを製造し、造管ままの鋼管、成形ままの角コラム、および造管あるいは成形後に表３に示す条件で熱処理を施した鋼管あるいは角コラムについて、JIS Z 2241による試験方法（鋼管：JIS 12B 号試験片、角コラム：JIS ５号試験片）によりＹＳ（降伏強度）、ＴＳ（引張強度）、ＹＲ（降伏比＝YS/TS ）を測定した。
【００２８】
結果を表３に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【００３１】
【表３】
【００３２】
本発明要件を満たす製造方法で製造された鋼管および角コラム（発明例）はいずれも、高い強度と低ＹＲを示した。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、造管前鋼板組織を有効活用でき、合金元素低減や生産性向上など、安価で生産効率の良い建築用低降伏比電縫鋼管及び角コラムが得られるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】電縫溶接、ロール成形角コラムの熱処理条件と強度、靭性の関係の例を示すグラフである。
【図２】熱処理条件の例を示す温度パターン図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐震性に優れる建築用低降伏比電縫鋼管及び角コラムの効率的な製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建築用鋼材には耐震性の観点から、80% 以下の低降伏比（低ＹＲ）特性が求められるようになってきた。一方、電縫鋼管およびそのロール成形角コラムはその素材である熱延鋼板に対して、製造方法上数％〜10数％の造管圧縮歪が導入されるため、ＵＯ鋼管やプレスコラム等に対して低ＹＲ化で不利だった。これに関連して冷間成形による造管後焼ならしを行うことにより低ＹＲとする方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２４５２２３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１所載の方法は、電縫鋼管全体を焼ならし、すなわちAc3 変態点以上のオーステナイト状態にするため、制御圧延−制御冷却などの高靭性化処理によって折角微細化された造管前鋼板組織を全く活かすことができないばかりか、強度低下が起こりやすく必要強度を得るためにより多くの合金元素を必要とする問題がある。また、管全体を加熱するには通常雰囲気炉加熱（所謂バッチ式加熱）が用いられるが、バッチ式加熱では、炉内温度の場所によるばらつきなどで、管全体を一様な温度にすることが難しく、そのため、組織を均一微細に制御することが困難であるばかりか、管やコラムのような単位重量当りの体積の大きな鋼材を加熱するには生産効率も非常に悪いという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑み、造管前鋼板組織を有効活用でき、合金元素低減や生産性の向上など、安価で生産効率の良い建築用低降伏比電縫鋼管及び角コラムの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、同等の素材を用いてＵＯ鋼管やプレスコラム等と同等以上の特性を得るには、造管ままの電縫鋼管をAc1 点前後の温度域に急速加熱、短時間保持、急速冷却することが有効なのではないかと考え、次のような実験を行なった。
【０００７】
Ｃ：0.16% 、Si：0.19% 、Mn：0.51% 、Ｐ：0.018%、Ｓ：0.007%、Al：0.032%、Nb：0.015%、Ｎ：0.0041% 、およびＯ：0.0029% 、Ca：0.0022% の鋼成分組成のスラブを、1200℃に加熱後、820 ℃の仕上圧延温度にて圧延し、620 ℃で巻き取って熱延コイルとした。この熱延コイルを素材として造管した電縫鋼管を、引き続きロール成形することにより350mm □×肉厚16mmの角コラムを製造し、図２に示す３種類の熱処理を施して、その材料特性（強度）を調べた。短時間加熱は外表面から高周波誘導加熱にて行い、鋼管の外表面の温度を測定して加熱温度とした。
【０００８】
熱処理後の角コラムの機械的性質を図１に示す。図１から明らかなように、短時間加熱−水冷（：Ａ）処理ではＴＳにおいて他の熱処理方法とは明らかに異なる特性を示した。すなわち、短時間加熱−水冷することによって、ＹＳは他の熱処理方法と同様、熱処理温度の上昇につれて徐々に低下するのに対し、ＴＳは低温域から大きな強度上昇が得られ、通常なら強度低下してしまうような高温域への加熱でも強度をあまり低下させることなく、低ＹＲが達成されるばかりでなく、高強度化のための合金コストも削減できることがわかった。一方、短時間加熱−空冷（：Ｂ）及びバッチ処理（：Ｃ）では、ＴＳは加熱温度の上昇とともに徐々に低下してしまい、強度的な有利が得られないばかりか、バッチ処理では十分なＹＲの低下は得られなかった。
【０００９】
これら特性に違いが出た理由の詳細は明らかでないが、短時間加熱−水冷の故に、造管歪や転位の緩和および局所的な組織変化と、侵入型固溶元素および置換型固溶元素の拡散などの時差が複雑に関係しあい、このような特性変化になったものと思われる。
本発明は、以上のような知見に基づいてなされたもので、その要旨とするところは、質量％で、Ｃ：0.10〜0.25％、Si：0.05〜0.5％、Mn：0.3〜2.0％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.02％以下、Al：0.005〜0.050％、Ｎ：0.0070％以下、Ｏ：0.0050％以下を含み、Nb：0.005〜0.1％、Ｖ：0.005〜0.1％、Ti：0.005〜0.05％、Mo：0.05〜1.0％、Ｂ：0.0001〜0.0030％、Ca：0.0003〜0.0060％の１種または２種以上を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼素材を、熱間圧延にて巻取温度 650 ℃以下のコイルとした後、電縫鋼管プロセスにて鋼管とし、続いてこれを高周波加熱にて連続的に３℃/s以上の加熱速度で550℃以上800℃以下でかつAc１点以上ではγ分率が30％以下となる温度へ加熱し、60s以下の保持の後、冷却速度５〜30℃/sの冷却を施すことを特徴とする建築用低降伏比電縫鋼管の製造方法（本発明方法１）にある。
【００１０】
本発明方法１では、前記鋼素材がさらに、質量% で、Ni：0.05〜1.0%、Cu：0.05〜1.0%、Cr：0.05〜1.0%の１種または２種以上を含むものであってもよい。
また、本発明は、前記本発明方法１において、電縫鋼管プロセスにて鋼管とし、に代えて、電縫鋼管プロセスにて鋼管とし次いで角コラムにロール成形し、とした建築用低降伏比角コラムの製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明における鋼成分組成の限定理由を以下に述べる。
Ｃ：0.10〜0.25%
Ｃは熱処理後の引張強度上昇のために0.10% 以上含有することが必要であり、これ以下では有効な強度上昇は得られない。一方で0.25% を超えると溶接部靭性が低下するため0.25％以下とする。溶接部及びコーナ部の靭性と低ＹＲをバランス良く達成させるためには、特に0.10〜0.18% とすることが好ましい。
【００１２】
Si：0.05〜0.5%
Siは脱酸剤および強度確保元素として最低0.05% を必要とするが、過剰に添加するとＨＡＺ（溶接熱影響部）靭性を低下させ、溶接上好ましくないため上限は0.5%とした。
Mn：0.3 〜2.0%
Mnは高強度化のために必要な元素であり強度に応じて0.3%以上を添加するが、一方2.0%を超えて添加すると母材靭性が劣化するため0.3 〜2.0%の範囲に限定する。
【００１３】
Ｐ：0.03% 以下
Ｐは粒界に偏析して粒界強度を低下させる元素であり、母材および溶接部の靭性を低下させるため、粒界割れ防止のために0.03% を上限とした。特に高靭性を必要とする場合には、0.015%以下とすることが好ましい。
Ｓ：0.02% 以下
ＳはMnS などの硫化物として鋼中に存在し、熱延によって伸展するため靭性を著しく劣化させる。その影響を抑制するためには0.02% 以下、好ましくは0.012%以下、にする必要がある。また、Ca添加などによる形態制御をしてもよい。
【００１４】
Al：0.005 〜0.050%
Alは脱酸およびＮ析出固定のために必要であり、0.005%以上添加する必要がある。一方、0.050%を超えるとアルミナ系介在物が増え、靭性を損なうため0.050%を上限とした。
Ｎ：0.0070% 以下
Ｎは0.0070% を超えて存在すると、粗大な窒化物を形成して靭性を劣化させるため0.0070% 以下、好ましくは0.0050% 以下、とする必要がある。
【００１５】
Ｏ：0.0050% 以下
Ｏは介在物として存在し、凝集粗大化した場合は割れの起点として働くため極力少ない方が好ましいが、0.0050% 以下であれば凝集粗大化しにくくなるため0.0050% 以下とした。特に疲労特性などを必要とする場合には、0.0030% 以下とすることが好ましい。
【００１６】
さらに本発明では、以下の成分を強度上昇や靭性向上、耐火性向上などを目的に１種または２種以上添加する。
Nb：0.005 〜0.1%
Nbは微細な炭窒化物を形成し強度を増加させ、また熱間制御圧延の歪蓄積に有利に働き組織微細化により靭性も向上させる。しかし、0.005%未満ではその効果はなく、0.1%を超えると溶接部靭性に好ましくない影響があるため0.005 〜0.1%に限定する。
【００１７】
Ｖ：0.005 〜0.1%
ＶはNbとほぼ同じ効果をもつ元素であるが、Nbに比べて析出硬化能はやや劣る。0.005%未満では硬化能に乏しく、0.1%を超えると溶接部靭性劣化を招くため、0.005 〜0.1%とする。
Ti：0.005 〜0.05%
Tiは強い窒化物形成元素であり、Ｎ当量である（N%×(48/14) ）程度の添加でＮ時効を抑制する。またさらに添加することで微細な炭化物を形成して強度を増加させ、またＢを添加する場合は、Ｂが鋼中ＮによりBNとして析出固定されるため、その効果が抑制されないように添加しても良い。その効果を得るためには0.005%以上の添加が必要であるが、とくに（N%×(48/14) ）以上添加するのが好ましい。一方、0.05% を超えて添加すると、粗大な窒化物を形成しやすくなり靭性を劣化するため0.05% 以下とする。
【００１８】
Mo：0.05〜1.0%
Moは固溶しあるいは炭化物を形成して大きな靭性劣化を伴わずに強度を上昇する効果があるが、1.0%を超えるとその効果が飽和してくるばかりか、高価となるので1.0%以下の範囲で添加しても良い。なお強度上昇効果を発揮するためには0.05% 以上添加する必要がある。さらにMoは耐火特性を有利に向上させる元素であり、耐火性のため0.5%以上を添加するのが好ましい。
【００１９】
Ｂ：0.0001〜0.0030%
ＢはNbと同様に圧延材の組織制御に重要であり、その効果を発揮するには0.0001% 以上の添加が必要である。とくにNbと併用して添加すると相乗効果を示す。
また粒界強化元素として粒界割れを抑制して靭性向上に寄与する。一方、過剰に添加してもその効果は飽和するばかりか、溶接部靭性を劣化するので0.0030% を上限とする。
【００２０】
Ca：0.0003〜0.0060%
Caは疲労などの割れの起点となる介在物の形態を球状に制御することを目的に添加するが、その効果を発揮するには0.0003% 以上必要で、一方0.0060% を超えるとその効果は飽和するばかりか、粗大介在物を形成するので、0.0003〜0.0060% の範囲とする。
【００２１】
さらに本発明では、強度上昇を主目的として以下の元素を１種または２種以上添加することも可能である。
Ni：0.05〜1.0%
Niは強度、靭性、耐食性を向上させるのに有効な元素である。またCuを添加した場合には圧延時のCu割れを防止するのにも有効であるが、高価である上、過剰に添加してもその効果が飽和するため0.05〜1.0%の範囲に限定する。特にCu割れの観点からは（Cu% ×0.3 ）以上添加するのが好ましい。
【００２２】
Cu：0.05〜1.0%
Cuは強度、耐候性を向上させるために添加するが、その効果を発揮するには0.05% 以上添加する必要があり、一方1.0%を超えると熱間脆化を引き起こしやすく、また靭性も低下するので0.05〜1.0%の範囲とする。
Cr：0.05〜1.0%
Crは強度上昇に有効であるが過剰に添加すると靭性を低下するため1.0%以下の範囲で添加しても良い。ただし0.05% 未満ではその効果を発揮しないため0.05% 以上添加することが好ましい。
【００２３】
次に、工程条件の限定理由を以下に述べる。
まず製鋼法については、常法に従って行なえばよく、それらの条件は特に限定されず、介在物の浮上処理や凝集抑制などの低減対策をとっても良い。また鋳造時の鍛圧や均熱保持炉により、中心偏析の低減を図っても良い。
圧延についても特に限定されないが、靭性向上などを目的に、炭化物の固溶のために1100℃以上の加熱と、制御圧延として圧延仕上温度Ar3 点以上とする圧下率50% 以上の未再結晶域圧延を行っても良い。このとき鋳造後の鋳片を1100℃未満に冷却することなく引き続いて圧延するか、もしくは1100℃から常温までの冷却途上から1100℃以上に加熱−均熱後に圧延しても、本発明の特徴を損なうことはない。
【００２４】
さらにコイル巻取り後の結晶粒成長を抑制すべく、圧延後に650 ℃以下の巻取温度でコイル化するのが好ましい。
得られた熱延コイルを常法の電縫鋼管プロセスに従い鋼管とするが、このときに必然的に生じる造管ひずみのため、熱延コイル特性に対して高ＹＲ化や靭性の劣化を生じる。これを抑制するために、造管ひずみを低減する造管方法（例えば、ＣＢＲ法など）を用いてもかまわない。また、角コラムには上記方法にて造管した丸鋼管を、引き続いてロール成形によって角コラムに成形する。
【００２５】
造管された鋼管あるいは角コラムはそのライン内で連続もしくは然るべき後に、本発明の特徴である短時間加熱−冷却処理を行なう。加熱速度はひずみ緩和と侵入型固溶元素および置換型固溶元素拡散による組織変化などの時差を有効に活用すべく、３℃/s以上の加熱速度を必要とする。高速加熱を実施するために必然的に高周波加熱が必要となる。この平均加熱速度で特性改善を目的に550 ℃以上、800 ℃以下に60s 以内の均熱時間で加熱する。550 ℃未満ではＴＳの上昇が得られず低ＹＲ化が実現できない。一方、800 ℃超では強度が低下してしまうため、上限を800 ℃とする。ただし、800 ℃がAc1 点以上の場合は、加熱時のγ（オーステナイト）分率が体積率で30% 以下となる温度を上限とする。これは、γ分率が30% 超では、ＹＳが低下しすぎてＹＳの最低基準の確保に不利になるばかりか、その後の急冷により著しく靭性が劣化するためγ分率30% 以下の温度を上限とした。高周波による加熱の方法は特に問わないが、生産性の観点から外面よりの一方向加熱でも良い。この場合、高速加熱ゆえに加熱時に鋼管の内外面に必然的に温度差を生じるが、冷却開始時には温度差が50℃以内であることが材料特性の均質上好ましい。
【００２６】
加熱後の鋼管は５〜30℃/sの冷却速度で冷却する必要がある。冷却速度が５℃/s未満では強度の低下が起こり合金元素などで不利になるばかりか、ＹＲの低下代も小さい。また冷却速度30℃/s超の冷却は設備的に多大な費用を必要とし、また均一冷却も困難であるため30℃/sを上限とした。
また、本発明によって得られる鋼管及び角コラムは、施工のためのメッキ処理など、通常行なわれる表面改質などを施しても、その特徴を損ねることはないのでかまわない。
【００２７】
【実施例】
表１に示す成分組成になる鋼スラブを表２に示す加熱−圧延−冷却−巻取り条件で熱間圧延し、得られた熱延コイルを素材として電縫鋼管プロセスにより鋼管を造管し、あるいはさらに引き続きロール成形して角コラムを製造し、造管ままの鋼管、成形ままの角コラム、および造管あるいは成形後に表３に示す条件で熱処理を施した鋼管あるいは角コラムについて、JIS Z 2241による試験方法（鋼管：JIS 12B 号試験片、角コラム：JIS ５号試験片）によりＹＳ（降伏強度）、ＴＳ（引張強度）、ＹＲ（降伏比＝YS/TS ）を測定した。
【００２８】
結果を表３に示す。
【００２９】
【表１】
【表２】
【表３】
本発明要件を満たす製造方法で製造された鋼管および角コラム（発明例）はいずれも、高い強度と低ＹＲを示した。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、造管前鋼板組織を有効活用でき、合金元素低減や生産性向上など、安価で生産効率の良い建築用低降伏比電縫鋼管及び角コラムが得られるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】電縫溶接、ロール成形角コラムの熱処理条件と強度、靭性の関係の例を示すグラフである。
【図２】熱処理条件の例を示す温度パターン図である。
Claims (3)
- 質量％で、
Ｃ：0.10〜0.25％、Si：0.05〜0.5％、Mn：0.3〜2.0％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.02％以下、Al：0.005〜0.050％、Ｎ：0.0070％以下、Ｏ：0.0050％以下
を含み、かつ
Nb：0.005〜0.1％、Ｖ：0.005〜0.1％、Ti：0.005〜0.05％、Mo：0.05〜1.0％、Ｂ：0.0001〜0.0030％、Ca：0.0003〜0.0060％
の１種または２種以上を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼素材を、熱間圧延にて巻取温度 650 ℃以下のコイルとした後、電縫鋼管プロセスにて鋼管とし、続いてこれを高周波加熱にて連続的に３℃/s以上の加熱速度で550℃以上800℃以下でかつAc１点以上ではγ分率が30％以下となる温度へ加熱し、60s以下の保持の後、冷却速度５〜30℃/sの冷却を施すことを特徴とする建築用低降伏比電縫鋼管の製造方法。 - 前記鋼素材がさらに、質量％で、
Ni：0.05〜1.0％、Cu：0.05〜1.0％、Cr：0.05〜1.0％
の１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の建築用低降伏比電縫鋼管の製造方法。 - 請求項１又は２において、電縫鋼管プロセスにて鋼管とし、に代えて、電縫鋼管プロセスにて鋼管とし次いで角コラムにロール成形し、とした建築用低降伏比角コラムの製造方法。
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