JPH02250940A

JPH02250940A - 耐火強度の優れた構造用鋼材およびその製造方法

Info

Publication number: JPH02250940A
Application number: JP7332189A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Tsuchida; 豊土田; Ryota Yamaba; 山場　良太
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-03-24
Filing date: 1989-03-24
Publication date: 1990-10-08
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: JP2812706B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は構造物の製作に用いられる耐火材の被覆を簡略
化あるいは省略しても、火災時において十分な強度を有
する鋼材とその製造方法に関する。

（従来の技術）鉄骨構造等の構造物では、火災時においても十分な強度
を保証するため、鋼材に、ロックウール等の耐火材の被
覆を施し、鋼材の温度が３５０℃以上に上昇しないよう
に対策することが義務付けられていた。

近年、建築基準法が改正され、鋼材の高温における強度
に応じ耐火被覆を簡略あるいは省略できるようになった
。即ち鋼材が８００℃において十分な強度（常温の規格
降伏強度の２／３以上）を有する場合、耐火被覆を省略
し、採便用が可能になると言われている。

鋼材の高温での強度についてはこれまでにもよく調べら
れており、開発材はボイラー用鋼あるいは圧力容器用鋼
として規格化されている。また、特公昭５１−１５１８
８号公報のように、現在でも種々の改良・開発等が継続
実施されている。

これらは、高温で致方あるいは数十万時間といった長時
間使用の場合の強度、即ちクリープ強度の高い鋼材であ
る。

（発明が解決しようとする課題）本発明は鉄骨構造等の構造物において、耐火被覆を省略
する場合の重要な特性である６００℃での強度が従来鋼
より著しく改善された鋼材とその製造方法を提供するこ
とにある。

本発明で問題にしようとしている耐火強度は、火災時の
高々数時間以内での強度であり、これまで古くから開発
の対象であった高温強度とは全く別個のものである。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、６００℃での構造用鋼材の強度に及ぼす
化学成分の効果を種々検討した結果、■あるいはＭｏを
単独あるいは複合して含有する鋼をボロン処理すること
が耐火強度の向上に有効であることを見出した。

本発明はこの知見を基に成されたものであり、（１）重
量％ニテ、Ｖ　：０．００５〜０．２％、Ｂ：０．００
３〜０．００２５％を含み、ボロン処理を行った炭素当
量（Ｃｅｑ　＝Ｃ＋Ｍｎ　／　６　＋　Ｓ　Ｉ　／２４
＋ＮＩ　／４０＋Ｃｒ　１５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４）が
０．３０〜０．４５％であること、（り重；〜１こで、
Ｍ　ｏ　：　Ｏ、ＯＯ５〜０　、６％、Ｂ二０．０００
３〜０゜００２５％を含み、ボロン処理を行った炭素当
ｍ　（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ　／　６　＋Ｓ　Ｉ　／２４＋
Ｎｉ　／４０＋Ｃｒ　１５＋Ｍｏ　／４）が０．３０〜
０．４５９６であること、（９重量％にて、Ｖ　：０．
００５〜０．２％、ＭＯ＝０．００５〜０．８％、Ｂ　
：　０．０００３〜０．００２５％を含み、ボロン処理
を行った炭素当ｊｌ（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ　／６＋Ｓｉ　
／２４＋Ｎｉ　／４０＋Ｃｒ　１５＋Ｍｏ　／４＋Ｖ　
／　１４）が０．３０〜０．４５％であることを特徴と
する。

更に本発明は前記（１）〜（３）記載の鋼を、９００−
１０５０℃で加熱し、８００〜１０００℃で圧延終了し
、圧延後放冷または加速冷却することを特徴とし、又は
圧延・冷却後、８５０−１０００”ｃで焼きならすこと
を特徴とする耐火強度の優れた構造用鋼材の製造方法で
ある。

（作　　用）以下、本発明１こついてさらに詳細に説明する。

ここでボロン処理とは、ボロンの焼入れ性向上効果を発
揮させるための処理を総称しており、ボロンを０．００
３〜０．００２５％添加し、さらに、０．０３％以上の
Ａｊｌあるいは０．００５％以上のＴＩを添加し、鋼中
のＮを固定する処理を指している。

ボロン処理による０、１％Ｃ−０，１５％５ｌ−１，２
％Ｍｎ−０，０１５％Ｐ　−０，００５％Ｓ−０，２％
Ｍｏ−０〜０．２　％Ｖ　−０，０６％Ａｌ１−０．０
０１％Ｂ鋼ノロ００℃での耐火強度の変化を第１図に示
す。

６００℃での耐火強度を求めるに際し、火災時の鋼材温
度の上昇挙動を考慮し、第２図のような昇温パターンで
試験片を加熱し、６００℃にて１５分分熱熱保持後、１
５％／ｗｉｎの引張速度で変形させ、塑性歪みが０．２
％での強度を耐火強度として求めた。

第１図に示すように、■添加量と共に耐火強度が向上し
ている。又ボロン処理（Ｑ印）により耐火強度の向上が
認められ、ボロン処理による耐火強度の向上はＶ含有量
が多い程大きく、ボロン処理とＶ添加の相互作用が存在
する。同様に、Ｍ。

添加あるいはＭｏ＋Ｖ複合添加とボロン処理の相互作用
も存在し、耐火強度が向上する。

ボロン処理との相互作用が存在するＶあるいはＭｏの添
加量の下限はともに０．００５％であり、０．２％超の
Ｖあるいは０．６％超のＭｏでは効果が飽和するため、
添加量の上限をそれぞれ０，２％および０．８％とする
。

しかして、耐火強度が向上するのは、高温での変形が始
まり、移動を開始した転位に、Ｖ、Ｍ。

Ｖ＋Ｍｏを主体とする炭化物が核生成析出し、転移の移
動を阻害するためである。■あるいはＭ。

単独添加またはＶとＭｏの複合添加でも耐火強度向上効
果を有するが、ボロン処理との併用による相互作用によ
り、このような析出物を多数かつ安定的に析出させるよ
うになるため極めて好都合である。

ＣｅｑはＣｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ　／６＋Ｓｉ　／２４＋ＮＩ
　／４０＋Ｃｒ　１５＋Ｍｏ　／４＋Ｖ／１４として定
義され、溶接性の指標であるとともに、４０〜５０キロ
鋼の常温での強度との相関が深い。製造熱処理条件にも
よるが、圧延ままでＣｅｑが０．３０％より小さいと構
造用の鋼材としての強度が得られず、Ｃｅｑが０．４５
％より大きいと強度が上がり過ぎ、延性、靭性および溶
接性の低下が問題となる。

このため、Ｃｃｑとして口、３０〜０．４５％なるよう
にＣ，Ｓｉ　、Ｍｎ、Ｎｉ　、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖを規制す
る。また、各元素は下記の範囲内であることが好ましい
。

Ｃは常温強度および耐火強度を高めるのに有効な元素で
あり、０．０５％以上の添加が好ましい。しかし、添加
量が多過ぎると溶接性を害するので添加量の上限は０．
１５％が好ましい。

Ｓｌは脱酸のため０．０２％以上添加するが、添加量が
多いと靭性を低下するため上限を０．５％とするのが好
ましい。

ＭｎはＳを固定し、強度を高めるのに有効な元素である
が、添加量が多いと材料内の偏析を著しくし、靭性の異
方性を増すため、０．１〜１．５％とするのが好ましい
。

Ｎ１は鋼材の靭性を向上させる元素であり、このような
効果を要する時、０．０５％以上添加する。

しかし、０．５％超では添加コストが上昇しすぎ、構造
用鋼材として不適当であるため、上限を０．５％とする
ことが好ましい。

Ｃｒは焼入れ性を増すとともに、焼もどしで炭窒化物を
析出し、耐火強度を向上させる元素である。このような
効果を要する時、０．０５％以上を添加する。しかし、
１．５％超の添加は構造用鋼材としては不必要なため、
上限を１．５％とすることが好ましい。

Ｐは鋼中でミクロ偏析し靭性の方向差を著しくするばか
りでなく、靭性を低下させる元素であるため、上限を０
．０３％とすることが好ましい。

Ｓは鋼中で非金属介在物ＭｎＳを形成し、靭性の方向差
を大きくし、且つシャルピー試験での上部棚エネルギー
を低下させるため、上限を０．０２％とするのが好まし
い。

Ｃｕは鋼材の焼入れ性を上昇し、また耐食性を向上する
元素である。このような効果を要する時、０．０５％以
上を添加する。しかし、０．５％超の添加で熱間加工性
を損なう。このため、Ｃｕ量の添加量の上限を０゜５％
とすることが好ましい。

Ｎｂは安定な炭窒化物を形成し、鋼の耐火強度を向上さ
せる効果を有する元素である。また、圧延により加工誘
起析出し、結晶粒界の移動を妨げ、再結晶粒の粗大化を
阻止する。このような効果を必要とする場合、０．００
５％以上の添加が必要である。一方、０．０５％超では
添加量に見合った効果が得られないため、経済的に０．
０５％以下に抑制することが好ましい。

ＴＩはＮを固定し、ボロンの焼入性向上効果を発揮させ
る元素である。また、Ｎｂと同様炭窒化物を形成し、鋼
の耐火強度を向上させる効果を有する。このようか効果
を必要とする場合、０．００５％以上の添加が必要であ
る。しかし、０．０５％を超えるとＴｉＣが増えすぎ、
却って靭性を害するので上限は０．０５％とすることが
好ましい。

ＡＩは鋼の脱酸に不可欠な元素であり、この目的から０
．００３％以上を添加する。また、Ｎを固定し、ボロン
の効果を発揮させる目的の場合には０．０３％以上を添
加する。しかし、０．１％超の添加は不必要であるため
、上限は０．１％が好ましい。

Ｎは鋼の耐火強度を上昇させるが、添加量が多過ぎると
溶接性を害するため、添加を０．０２％以下とすること
が好ましい。

次に、圧延条件について述べる。

前記のような化学成分を有する鋼は転炉、電気炉で溶製
した後、必要に応じて取鍋精錬や真空脱ガス処理を施し
て得られ、通常鋳型あるいは一方向凝固鋳型で造塊した
後、分塊でスラブとされる。

また、スラブは連続鋳造法により溶鋼から直接製造して
も良い。分塊での均熱・圧下はいかなるものであっても
構わない。

即ち、スラブを冷却した後均熱してもよく、分塊のまま
熱片で均熱炉に装入しても良い。１０００〜１３００℃
で均熱の後、圧延または鍛造によりスラブとする。

スラブ厚は製品板厚の１．３〜２．５倍程度が好ましい
。最終圧延前の加熱温度はＡｌ１またはＴ１の窒化物が
分解しない温度が好ましく、１０５０℃以下とする。加
熱温度が低すぎると、合金元素の固溶が十分でなく、ま
た圧下のため余分なエネルギーが必要となる。このため
加熱温度の下限を９００℃とする。

圧延終了温度は８００〜１０００℃とする。すなわち８
００℃未満では耐火強度が却って低下し、１０００℃を
超えると、圧延によるオーステナイト粒の細粒化が十分
でなく、組織が粗くなり靭性確保が困難になり好ましく
ない。

次に圧延後の冷却条件は放冷または加速冷却を採用する
。圧延終了後、自然冷却すれば良く、板厚にもよるが概
ね５〜３０／ｌ１１ｎで冷却することになる。加速冷却
は、板厚の厚い場合、あるいは鋼材のＣｅｑを低くした
い場合に、圧延終了後水スプレー等により冷却する方法
であり、１００ｍｍ超の板厚に対しても概ね１２０℃／
ａ＋ｉｎ以上の冷却速度が確保できる。

更に、圧延後、焼きならしを行って使用することもでき
る。この場合は耐火強度を向上させるために添加したＶ
、Ｍｏ　、Ｖ＋Ｍｏの効果を十分に引き出すために、８
５０℃以上の焼きならし温度が必要である。

また、焼きならしの加熱温度が高すぎると靭性を害する
ため１０００℃以下とする必要がある。焼きならしの冷
却方法は空冷（放冷）を基本とするが、水冷等による加
速冷却を用いてもよい。

焼きならしを実施する場合、圧延ままで使用する場合と
比較して、同一成分では耐火強度が得にくいが、靭性が
優れており、さらに校内での特性変動が少ない安定した
鋼板を供給することができる。

このようにして製造した鋼板は切断、溶接等の加工の後
、構造材料として使用できる。

（実施例１）第１表に示す化学成分を有する鋼を１０００℃で加熱後
、圧延により２５龍厚に圧延し、放冷した。

圧延終了温度は８９０〜９１０℃であり、冷却速度はほ
ぼ２５℃／ｍ１ｎであった。

第２表に鋼材の常温での引張特性、Ｏ”Ｃでのシャルピ
ー衝撃吸収エネルギーおよびｅｏｏ”ｃでの耐火強度を
示す。

本発明のボロン処理鋼である０、００５％以上のＶを含
有する鋼板（ＡＡ、ＢＢ、ＣＣ）、０．００５％以上の
Ｍｏを含有する鋼板（ＤＤ、ＥＥ、ＦＦ）、および０．
００５％以上のＶと０．００３％以上のＭｏを同時に含
有する鋼板（ＧＧ、ＨＨ，ＩＩ）は、ボロン処理を行わ
ない比較鋼板（Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ。

Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｉ）に比べて、常温での引張特性（引
張強さ、０．２％耐力、破断伸び、破断絞り）が優れて
いるばかりでなく、６００℃での耐火強度が著しく良好
である。

（実施例２）第１表に示した鋼のＡＡ、ＤＤ、およびＧＧを用い、第
３表の条件で鋼板を製造し、特性を調査した。

調査結果を第４表に示す。

鋼板（Ｃ）では、加熱温度が本発明範囲より低く、耐火
強度が低い。鋼板（ｒ）では圧延終了温度が高く本発明
外であり、靭性が低い。鋼板（１）では圧延終了温度が
低いため、靭性は良好であるが、耐火強度が低い。

これに対し、本発明法で製造した鋼板（ａ）　、　（ｂ
）　。

（ｄ）　、（ｅ）　、（ｇ）および（ｈ）では耐火強度
と靭性が共に優れた値を示す。

（実施例３）第１表に示した鋼のＢＢ、ＥＥ、ＨＨを用い第５表の条
件で鋼板を製造し、特性を調査した。

第表板番（ａ）（ｂ）（Ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ’）（ｇ）（ｈ）＜１）調香　焼ならし温度（”Ｃ）ＢＢＢＥＥＥＨＨＨ冷却方法放　　冷加速冷却加速冷却放　　冷加速冷却放冷放　　冷加速冷却加速冷却備　　考本発明法本発明法従来法本発明法本発明法従来法本発明法本発明法従来法調査結果を第６表に示す。

鋼板（Ｃ）では、焼きならし温度が本発明範囲より低く
、耐火強度が低い。鋼板（１’）では、焼きならし温度
が高く本発明外であり、靭性が低い。鋼板（１）では焼
きならし温度が低いため、靭性は良好であるが、耐火強
度が低い。

これに対し、本発明法で製造した鋼板（ａ）　、（ｂ）
　。

（発明の効果）本方法による鋼板は溶接構造用鋼材（ＪＩＳ　Ｇ３１０
Ｂ）の常温での降伏強さ、引張強さおよび靭性を満足す
るばかりでなく、耐火鋼として重要である高温での耐火
強度が優れており、鉄骨構造等の建築物の製作において
耐火被覆を簡略あるいは省略可能であり、工業的価値が
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は■添加量による耐火強度の変化へのボロン処理
の影響を表わす図表、第２図は耐火強度を求める場合の
試験片の昇温パターンを表わす図表である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％にて、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｂ：０．０００３〜０．００２５％、を含み、ボロン処理を行った炭素当量（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍ
ｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４
＋Ｖ／１４）が０．３０〜０．４５％であることを特徴
とする耐火強度の優れた構造用鋼材。
（２）重量％にて、Ｍｏ：０．００５〜０．６％、Ｂ：０．０００３〜０．００２５％、を含み、ボロン処理を行った炭素当量（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍ
ｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４
＋Ｖ／１４）が０．３０〜０．４５％であることを特徴
とする耐火強度の優れた構造用鋼材。
（３）重量％にて、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｍｏ：０．００５〜０．６％、Ｂ：０．０００３〜０．００２５％、を含み、ボロン処理を行った炭素当量（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍ
ｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４
＋Ｖ／１４）が０．３０〜０．４５％であることを特徴
とする耐火強度の優れた構造用鋼材。
（４）特許請求の範囲（１）〜（３）記載の鋼を、９０
０〜１０５０℃で加熱し、８００〜１０００℃で圧延終
了し、圧延後放冷または加速冷却することを特徴とする
耐火強度の優れた構造用鋼材の製造方法。
（５）特許請求の範囲（１）〜（３）記載の鋼を圧延・
冷却後、８５０〜１０００℃で焼きならすことを特徴と
する耐火強度の優れた構造用鋼材の製造方法。