JP4705508B2 - ダンパー用低降伏点鋼およびその製造方法 - Google Patents
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本発明者らの先の発明は、引張試験時に明瞭な降伏点を有するものであるが、そのような鋼材においては、鋼材そのものの材質ばらつきだけでなく、引張試験機の応答性、剛性などによっても降伏強さがばらつくこともあって、安定した狭レンジ制御の面では、必ずしも十分ではなかった。
本発明のダンパー用低降伏点鋼は、鋼組成が質量%で、C:0.001%以上0.050%以下、Si:0.80%以下、Mn:0.1%以上2.0%以下、P:0.020%以下、S:0.015%以下、Nb:0.01%以上0.60%以下かつC量の8倍超、Al:0.060%以下、N:0.006%以下であり、残部が鉄および不可避的不純物からなり、鋼のミクロ組織がフェライト単相であって、かつ、引張試験時の応力−歪曲線において明瞭な上降伏点及び下降伏点を有さないことを特徴とする。
また本発明のダンパー用低降伏点鋼においては、更に質量%で、Ti:0.050%以下、V:0.01%以上0.10%以下の範囲でいずれか一方または両方の元素が含有されていることが好ましい。
また本発明のダンパー用低降伏点鋼においては、更に質量%で、Bが0.0002%以上0.0030%以下の範囲で含有されていることが好ましい。
また本発明のダンパー用低降伏点鋼においては、更に質量%で、Ni:0.05%以上0.50%以下、Cu:0.05%以上0.50%以下、Cr:0.05%以上0.50%以下、Mo:0.05%以上0.50%以下、の範囲で1種または2種以上の元素が含有されていることが好ましい。
また本発明のダンパー用低降伏点鋼においては、更に質量%で、Ca:0.0005%以上0.004%以下、REM:0.0005%以上0.008%以下、の範囲でいずれか1種または2種以上の元素が含有されていることが好ましい。
また本発明のダンパー用低降伏点鋼の製造方法は、先のいずれかに記載の鋼組成からなる鋳片または鋼片を熱間圧延後、900〜1000℃の温度に再加熱しその温度域に10分以上滞留させた後放冷することにより、鋼のミクロ組織をフェライト単相とすることを特徴とする。
Sは、Pと同様本発明鋼においては不純物であり、母材の低温靭性の観点からは少ないほど好ましい。含有量が多いと母材、溶接部の低温靭性を劣化させるため、上限を0.015%とした。
Tiは、Nbよりも炭化物形成能の高い元素で、Cを炭化物として固定する上ではNbよりもむしろ効果的である。しかし、溶接により再固溶−再析出するTi炭化物は、溶接熱影響部の靭性を顕著に劣化させるため、Ti添加はNbによるC固定効果を一部補完する程度に留める必要がある。このため、本願発明ではC量と同量以下に限定するものであるが、その意味合いは次のようなものである。すなわち、Tiの炭化物TiCは、化学量論的に重量比(Ti/C)は約4であるため、計算上、全C量の1/4以下をTiで固定することに他ならない。
Bは、フェライト粒界に偏析して粒界を強化し、粒界破壊を抑制する効果を有する。したがって、本発明のようなCをNbで固定するフェライト単相の低降伏点鋼においては、特に、粗粒かつ強度が低くなるほど有効に作用する。このようなBの効果は、本発明者らの実験によれば、0.0002%あればよく、必要以上に多く添加してもその効果は飽和する。このため、本発明においては、実験で確認した上限であり、かつ鋼材特性上ネガティブな影響が見られなかったことから、0.0002〜0.0030%の範囲に限定した。なお、建築用鋼として一般的な試験温度0℃では、結晶粒径が100μmを超えるような極端な粗粒でなければ、粒界破壊してもシャルピー吸収エネルギーの極端な低下が見られないため、必須元素ではなく必要に応じ選択的に添加するものであるが、本発明鋼においては、添加することが好ましい。
基本となる成分に、さらに必要に応じこれらの元素を添加する目的は、強度調整のためである。後述するように、本発明鋼は、引張試験時の応力−歪曲線において明瞭な上降伏点及び下降伏点を有さない。このようなケースでは、降伏強さとして、一般に0.2%オフセット耐力が取られるが、降伏点が消失すると、この見掛けの降伏強さ(0.2%オフセット耐力)は大きく低下する。本発明が対象とするダンパー用低降伏点鋼は、単に降伏強さが低いほど良いわけではなく、柱や梁の構造体よりも早期に確実に塑性化させるため、一般的な建築構造用鋼よりは低いものの、ある特定の降伏強さを有し、かつその狭レンジ制御が重要となる。したがって、Ni、Cu、Cr、Moの添加は、設計上要求される降伏強さに応じて、母材や溶接熱影響部靭性、あるいは合金コストなどを総合的に勘案し、適宜選択添加することになる。
CaおよびREMは、MnSの形態を制御し、母材の低温靭性や板厚方向特性を向上させる。これらの効果を発揮するためには、最低0.0005%必要である。しかし、多すぎる添加は、鋼の清浄度を逆に悪化させ、上述した特性向上効果が得られないばかりか、むしろ劣化させるため、添加量の上限はCa、REMそれぞれ0.004%、0.008%に限定した。CaとREMは、ほぼ同等の効果を有するため、いずれか1種を上記範囲で添加すればよく、2種を添加してもよい。
ミクロ組織がフェライト単相であって、かつ、引張試験時の応力−歪曲線において明瞭な上降伏点及び下降伏点を有さないとする規定は、鋼組成を上述してきた本発明の通りに調整すれば、その効果として必然的に得られるもので、いわば発明の効果と言えるものであるが、本発明の特徴を明確にするために敢えて限定するものである。
通常、厚鋼板においては、組織の微細化による強靭化が一般的な方向性であるが、本発明が対象とする低降伏点鋼は、むしろ逆の方向であり、加熱温度は高くてもよい。上限は、加熱炉側からの制約の方がむしろ大きく、工業生産的な観点に加え、高すぎる加熱温度は、鋳片または鋼片の表面性状、引いては圧延後の表面性状を損なう恐れも増大するため、上限を1300℃に限定した。下限温度は、後述する圧延温度確保の観点や最終組織が必要以上に微細化し、強度が過剰となるのを避けるとともに、圧延能率の観点から1000℃とした。工業的な大量生産の上では、加熱温度範囲として1100〜1200℃程度が好ましい。
転炉における成分調整工程及び連続鋳造機による鋳造工程を経て、表1に示す組成の鋳片を製造した。
得られた鋳片について、950〜1250℃の温度に加熱し、760〜930℃の温度で熱間圧延を終了した後、自然放冷し、更に必要に応じて800℃から950℃の範囲で10〜20分加熱する再加熱処理を行った。このようにして、厚さ6〜50mmのダンパー用鋼を製造した。
表1に比較鋼とともに本発明鋼の鋼成分を示し、表2には製造条件を示す。尚、表2において「放冷」とは、自然放冷を意味する。
比較鋼12は、C、Nb量それぞれ単独では本発明の範囲内にあるものの、C量に対してNb量が低い(C量の8倍以下)ため、降伏点が現われるとともに、セメンタイトを含む組織が生成するために靭性に劣っている。降伏点が現われた本比較例では、降伏強度そのものは低いが、同一鋼板から採取した試験片による引張試験において、上降伏点ならびに下降伏点のばらつきが大きいことを確認している。
また、比較鋼15及び16は、それぞれSi、Mnが高いため、降伏強さがやや高めであると同時に、溶接熱影響部を模擬した再現熱サイクル付与後の靭性が劣ることを確認している。
すなわち、比較鋼17は加熱温度が低く、この結果、圧延温度が確保できず圧延終了温度も低いこと、比較鋼18は圧延終了温度が低いこと、比較鋼19は圧延後に加速冷却されていることから、組織が細粒となって強度が高くなっている。
また、比較鋼20は、圧延終了温度が低いことも要因であるが、その後の再加熱温度が低いため、歪・転位の回復が不十分で、強度が高く、靭性にも劣っている。
Claims (7)
- 鋼組成が質量%で、C:0.001%以上0.050%以下、Si:0.80%以下、Mn:0.1%以上2.0%以下、P:0.020%以下、S:0.015%以下、Nb:0.01%以上0.60%以下かつC量の8倍超、Al:0.060%以下、N:0.006%以下であり、残部が鉄および不可避的不純物からなり、鋼のミクロ組織がフェライト単相であって、かつ、引張試験時の応力−歪曲線において明瞭な上降伏点及び下降伏点を有さないことを特徴とするダンパー用低降伏点鋼。
- 更に質量%で、Ti:0.050%以下、V:0.01%以上0.10%以下の範囲でいずれか一方または両方の元素が含有されていることを特徴とする請求項1に記載のダンパー用低降伏点鋼。
- 更に質量%で、Bが0.0002%以上0.0030%以下の範囲で含有されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のダンパー用低降伏点鋼。
- 更に質量%で、Ni:0.05%以上0.50%以下、Cu:0.05%以上0.50%以下、Cr:0.05%以上0.50%以下、Mo:0.05%以上0.50%以下、
の範囲で1種または2種以上の元素が含有されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のダンパー用低降伏点鋼。 - 更に質量%で、Ca:0.0005%以上0.004%以下、REM:0.0005%以上0.008%以下、の範囲でいずれか1種または2種以上の元素が含有されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のダンパー用低降伏点鋼。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の鋼組成からなる鋳片または鋼片を、1000〜1300℃の温度に加熱し、900℃以上の温度で熱間圧延を終了し、その後放冷することにより、鋼のミクロ組織をフェライト単相とすることを特徴とするダンパー用低降伏点鋼の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の鋼組成からなる鋳片または鋼片を熱間圧延後、900〜1000℃の温度に再加熱しその温度域に10分以上滞留させた後放冷することにより、鋼のミクロ組織をフェライト単相とすることを特徴とするダンパー用低降伏点鋼の製造方法。
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