JP4276324B2 - 靭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 - 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、靭性に優れた、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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
また、耐震性の観点では靭性を向上させることも必要である。特開平７−３００６１８号公報では靭性向上を狙い比較的炭素含有量の低い鋼での製造法が提案されている。
【０００７】
【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は、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し、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。
【０００８】
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。
【０００９】
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欠点があった。
【００１０】
また、靭性の観点では、前記特開平７−３００６１８号公報記載の発明ではスラブの均熱・保熱温度を制限しオーステナイト粒の粗大化を防ぐことで靭性を改善させている。しかしながら、高温強度の確保に微細析出物を利用しており一般的には降伏比が上昇し易い傾向にあると推定される。
【００１１】
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、靭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。
【００１２】
【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及びＳｎ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。
【００１３】
すなわち、本発明の要旨とするところは下記の通りである。
（１）質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、その金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下であり、常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板。
（２）質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする前記（１）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板。
（３）質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする前記（１）又は（２）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板。
【００１４】
（４）質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、３０℃/sec以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却し、その金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下であり、常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板の製造方法。
（５）質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする前記（４）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板の製造方法。
（６）質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする前記（４）又は（５）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板の製造方法。
【００１５】
（７）質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、その金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下であり、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靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
（８）質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする前記（７）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
（９）質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする前記（７）又は（８）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
【００１６】
（１０）質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、その金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下であり、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靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
（１１）質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする前記（１０）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
（１２）質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする前記（１０）又は（１１）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
【００１７】
（１３）質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、３０℃/sec以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却して得られた、金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下である熱延鋼板を、常法により円形断面へ成形し、溶接してなり、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靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。
（１４）質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする前記（１３）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。
（１５）質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする前記（１３）又は（１４）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。
【００１８】
（１６）円形断面へ成形し、溶接した後、さらに角形断面に成形し、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前記（１３）〜（１５）のいずれか１項に記載の低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。
【００１９】
【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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
Ｎｂは、固溶強化元素であり、かつ高温強度を著しく上昇させる元素である。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。しかも、この効果はＢと複合添加することでより顕著となる。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０．２５％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０．１０％以上とすることが望ましい。
【００２５】
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招くため、上限を０．２％とする。
【００２６】
Ｂは、Ｎｂ及びＳｎ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、顕著な効果があることから、必要に応じ添加する。しかしながら、むやみに添加するとその効果は飽和するため、その上限を０．００２０％とする。
【００２７】
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕは、Ｎｂを添加した前記鋼材に対し適度に添加すると、ベイナイトやマルテンサイト等の低温生成相の形成を抑え、冷却後の金属組織の多くをフェライト相とし、しかも、そのフェライト相の粒径を微細にすることが容易となり、常温での強度が４００Ｍｐａ以上でありながら、降伏比が７０％以下で靭性の良好な鋼材とすることができる。しかも、このようにして得られた鋼材は、通常の鋼材より加工後の降伏比も低くなる。このメカニズムは現状では明確とはなっていないが、各種元素の複合作用によるものと推定される。
【００２８】
このような効果を得るためには、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕは、その１種または２種以上を総量で０．０２％以上添加する必要がある。しかしながら、その添加量をむやみに増加させると鋼材表面の品質が悪くなりやすいため、その添加量は０．３％以下とする。なお、低い降伏比を得るという観点及び良表面品質という観点から、その添加量を０．０５％以上０．２％以下とすることが望ましい。
【００２９】
また、製造条件によっては、フェライト相の量及びフェライト粒径が変化し、フェライト相が減少しフェライト粒径が微細となることがあるが、その場合には降伏比が上昇し、靭性が低下する傾向があるため、本発明では鋼材の金属組織のフェライト相の体積率を７０％以上とし、フェライト粒度番号の上限を１５番とした。なお、降伏比をなるべく低く抑えるという観点から、望ましくは、フェライト相の体積分率は８５％以上で粒度番号の範囲は１０．５番〜１３番である。
【００３０】
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。このような状況を避けるため、添加Ｎｂ量は前述の条件に加え、
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４） （１）
を満足させる。
【００３１】
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ほとんど認められない。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。
【００３２】
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。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。
【００３３】
熱間圧延後の平均冷却速度は、３０℃/secより速い場合、冷却後のフェライト相の体積分率が減少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し、靭性が劣化する可能性があるため、冷却速度は０．１℃/sec以上とする。
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
【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た。表２にはその結果を示す。
【００３７】
鋼種番号１〜１３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、フェライト相の体積分率が８０％以上、フェライト相粒径が粒度番号で１０．５〜１５番の範囲にあり、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、角形鋼管に造管後の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。また、角型鋼管に造管後の靭性は０℃での吸収エネルギーが非常に高い値となり、この値はこの種の鋼材に求められる２７以上となっている。
一方、鋼種番号７の冷却速度が５０℃/secの材料は、冷却速度が速すぎるため、フェライトの体積分率が減少し、結晶粒度番号が大きく、降伏比が本発明範囲外となっている。
【００３８】
鋼種番号２２〜２４は、本発明の範囲外の成分系であり、鋼種番号２２はＮｂ量が式（１）を満足しないため、６００℃での降伏強度を確保できない。
鋼種番号２３は、Ｎｂ量は式（１）を満足するものの、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕ添加量が少なく、フェライト体積率が減少し、靭性が他の材料より低い。
また、鋼種番号２４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％を超え、角形鋼管に造管後では９０％を超えている。
【００３９】
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に従って行い、靭性に関しては０℃での吸収エネルギーの測定を造管後平坦部の熱延時の表面に相当する面にノッチをいれＪＩＳ Ｚ ２２０２に従って行った。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
【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、靭性に優れ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。
【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、靭性に優れた、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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
また、耐震性の観点では靭性を向上させることも必要である。特開平７−３００６１８号公報では靭性向上を狙い比較的炭素含有量の低い鋼での製造法が提案されている。
【０００７】
【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は、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し、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。
【０００８】
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。
【０００９】
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欠点があった。
【００１０】
また、靭性の観点では、前記特開平７−３００６１８号公報記載の発明ではスラブの均熱・保熱温度を制限しオーステナイト粒の粗大化を防ぐことで靭性を改善させている。しかしながら、高温強度の確保に微細析出物を利用しており一般的には降伏比が上昇し易い傾向にあると推定される。
【００１１】
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、靭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。
【００１２】
【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及びＳｎ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。
【００１３】
すなわち、本発明の要旨とするところは下記の通りである。
（１）質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、その金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下であり、常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板。
（２）質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする前記（１）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板。
（３）質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする前記（１）又は（２）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板。
【００１４】
（４）質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、３０℃/sec以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却し、その金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下であり、常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板の製造方法。
（５）質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする前記（４）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板の製造方法。
（６）質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする前記（４）又は（５）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板の製造方法。
【００１５】
（７）質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、その金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下であり、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靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
（８）質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする前記（７）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
（９）質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする前記（７）又は（８）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
【００１６】
（１０）質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、その金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下であり、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靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
（１１）質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする前記（１０）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
（１２）質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする前記（１０）又は（１１）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
【００１７】
（１３）質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、 Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、 Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、 Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、３０℃/sec以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却して得られた、金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下である熱延鋼板を、常法により円形断面へ成形し、溶接してなり、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靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。
（１４）質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする前記（１３）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。
（１５）質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする前記（１３）又は（１４）記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。
【００１８】
（１６）円形断面へ成形し、溶接した後、さらに角形断面に成形し、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前記（１３）〜（１５）のいずれか１項に記載の低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。
【００１９】
【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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
Ｎｂは、固溶強化元素であり、かつ高温強度を著しく上昇させる元素である。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。しかも、この効果はＢと複合添加することでより顕著となる。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０．２５％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０．１０％以上とすることが望ましい。
【００２５】
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招くため、上限を０．２％とする。
【００２６】
Ｂは、Ｎｂ及びＳｎ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、顕著な効果があることから、必要に応じ添加する。しかしながら、むやみに添加するとその効果は飽和するため、その上限を０．００２０％とする。
【００２７】
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕは、Ｎｂを添加した前記鋼材に対し適度に添加すると、ベイナイトやマルテンサイト等の低温生成相の形成を抑え、冷却後の金属組織の多くをフェライト相とし、しかも、そのフェライト相の粒径を微細にすることが容易となり、常温での強度が４００Ｍｐａ以上でありながら、降伏比が７０％以下で靭性の良好な鋼材とすることができる。しかも、このようにして得られた鋼材は、通常の鋼材より加工後の降伏比も低くなる。このメカニズムは現状では明確とはなっていないが、各種元素の複合作用によるものと推定される。
【００２８】
このような効果を得るためには、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕは、その１種または２種以上を総量で０．０２％以上添加する必要がある。しかしながら、その添加量をむやみに増加させると鋼材表面の品質が悪くなりやすいため、その添加量は０．３％以下とする。なお、低い降伏比を得るという観点及び良表面品質という観点から、その添加量を０．０５％以上０．２％以下とすることが望ましい。
【００２９】
また、製造条件によっては、フェライト相の量及びフェライト粒径が変化し、フェライト相が減少しフェライト粒径が微細となることがあるが、その場合には降伏比が上昇し、靭性が低下する傾向があるため、本発明では鋼材の金属組織のフェライト相の体積率を７０％以上とし、フェライト粒度番号の上限を１５番とした。なお、降伏比をなるべく低く抑えるという観点から、望ましくは、フェライト相の体積分率は８５％以上で粒度番号の範囲は１０．５番〜１３番である。
【００３０】
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。このような状況を避けるため、添加Ｎｂ量は前述の条件に加え、
Ｎｂ≧０．０５＋７．７５Ｃ−１．９８Ｔｉ＋６．６４Ｎ＋０．００００３５／（Ｂ＋０．０００４） （１）
を満足させる。
【００３１】
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ほとんど認められない。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。
【００３２】
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。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。
【００３３】
熱間圧延後の平均冷却速度は、３０℃/secより速い場合、冷却後のフェライト相の体積分率が減少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し、靭性が劣化する可能性があるため、冷却速度は０．１℃/sec以上とする。
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
【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た。表２にはその結果を示す。
【００３７】
鋼種番号１〜１３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、フェライト相の体積分率が８０％以上、フェライト相粒径が粒度番号で１０．５〜１５番の範囲にあり、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、角形鋼管に造管後の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。また、角型鋼管に造管後の靭性は０℃での吸収エネルギーが非常に高い値となり、この値はこの種の鋼材に求められる２７以上となっている。
一方、鋼種番号７の冷却速度が５０℃/secの材料は、冷却速度が速すぎるため、フェライトの体積分率が減少し、結晶粒度番号が大きく、降伏比が本発明範囲外となっている。
【００３８】
鋼種番号２２〜２４は、本発明の範囲外の成分系であり、鋼種番号２２はＮｂ量が式（１）を満足しないため、６００℃での降伏強度を確保できない。
鋼種番号２３は、Ｎｂ量は式（１）を満足するものの、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕ添加量が少なく、フェライト体積率が減少し、靭性が他の材料より低い。
また、鋼種番号２４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％を超え、角形鋼管に造管後では９０％を超えている。
【００３９】
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に従って行い、靭性に関しては０℃での吸収エネルギーの測定を造管後平坦部の熱延時の表面に相当する面にノッチをいれＪＩＳ Ｚ ２２０２に従って行った。
【００４０】
【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、靭性に優れ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。
Claims (16)
- 質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、その金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下であり、常温での降伏比が７０％以下であることを特徴とする靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板。 - 質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする請求項１記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板。
- 質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板。
- 質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、３０℃/sec以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却し、その金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下であり、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。 - 質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする請求項４記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板の製造方法。
- 質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする請求項４又は５記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用熱延鋼板の製造方法。
- 質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、その金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下であり、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靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。 - 質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする請求項７記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
- 質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする請求項７又は８記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
- 質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、その金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下であり、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靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。 - 質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする請求項１０記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
- 質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする請求項１０又は１１記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管。
- 質量％で、
Ｃ ≦０．０２％、
Ｓｉ≦１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．０％、
Ｓ ≦０．０２％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０８〜０．２５％
を含み、かつ
Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を総量で０．０２％以上
かつ０．３％以下
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、３０℃/sec以下の平均冷却速度で７００℃以下まで冷却して得られた、金属組織がフェライト相が体積率７０％以上で、かつフェライト粒径が粒度番号で１０．５番以上１５番以下である熱延鋼板を、常法により円形断面へ成形し、溶接してなり、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靭性に優れた降伏比型耐火用鋼管の製造方法。 - 質量％で、Ｔｉ≦０．２％を含むことを特徴とする請求項１３記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。
- 質量％で、Ｂ≦０．００２０％を含むことを特徴とする請求項１３又は１４記載の靭性に優れた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、さらに多角断面に成形し、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請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の靭性に優れた低降伏比型耐火用鋼管の製造方法。
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