JPH02263948A

JPH02263948A - 耐火強度の優れた構造用鋼材

Info

Publication number: JPH02263948A
Application number: JP8511389A
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: 1989-04-04
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1990-10-26

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鋼板を対象とし、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耐火強度の優れた構造用鋼材に関
わる。

（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６００℃のような高温において十分な強
度（常温の規格降伏強度の２７３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５１−１５１８８
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、すなわちクリープ
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り、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
善された鋼材を提供することにある。

（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、Ｗ添加あるいはＷ
および■の複合添加が極めて有効であることを見出した
。即ち本発明は重量％にて、Ｗを０．１〜１．２％含有
し、炭素当量（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎ
１／４０＋Ｃｒ１５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４）が０，３５
〜０．５０％であることを特徴とし、更に重量％にて、
Ｖ　Ｏ，００５〜０．２％を更に含有する耐火強度の優
れた構造用鋼材である。

（作　　用）以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

Ｗ添加による０、１％Ｃ−０，１５％３１−１．２％Ｍ
ｎ　　−０，０！５％Ｐ−０，００５％Ｓ−０，５５％
Ｃｒ１ｑの６００℃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３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％／１ｎ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、Ｗふ重量と共に耐火強度が向上し
ている。０．１％未満のＷ添加では効果が顕著でない。

また、１．２％超のＷ添加では耐火強度向上効果が飽和
する傾向を示す。

さらに、第２図に示すように、Ｗによる耐火強度の向上
はＶ添加と相乗効果を有することが認められ、■との複
合添加による耐火強度の改善が著しい。

■添加量が０．２％超では添加に見合った効果が認めら
れないため、添加量の上限を０．２％とする。

また、０．００５％未満では効果が認められないため、
■添加の下限を０．００５％とする。

しかして、Ｗ、Ｗ＋Ｖ添加により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、Ｗ
、Ｗ＋Ｖを主体とする炭化物が核生成析出し、転位の移
動を阻害するためであり、Ｗ単独でも効果があるが、Ｗ
＋ｖの複合添加がこのような析出物を多量かつ多数析出
させるようになるため好都合である。

ＣｅｑはＣｅｑ　＝Ｃ＋　Ｍｎ／６　＋　Ｓ　１／２４
＋　Ｎ　ｉ／４０＋Ｃｒ１５＋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強い。製造熱処理条件
にもよるが、圧延ままでＣｃｑが０．３５％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．
５０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、Ｃｅｑとして０，３５〜０．５０％になるよ
うにＣ，Ｓｔ　、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、焼もどして炭窒化物を
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。

Ｍｏは地鉄中に固溶し、あるいは炭化物を析出し、鋼材
の耐火強度を向上させる効果を有するため、このような
効果を要する時０．００５％以上添加するが、添加量が
０゜６％を超えて添加しても、添加に見合った効果が得
られないため、上限を０．６％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％とすることが好まし
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。このような効果を必要とする
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。

Ａｌは鋼の脱酸に不可欠な元素であり、この目的からｏ
、ｏｏａ％以上を添加する。しかし、０．０５％超の添
加は不必要であるため、０．００３〜０．０５％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、素材の製造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、均熱しても良く
、分塊のまま熱片で均熱炉に装入しても良い。１０００
〜１３２０℃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１０００℃以上が好ましい。

しかし、１２８０℃を超えると、オーステナイト粒が粗
大化しすぎ、圧延によって細粒化を図ることが困難にな
るため、１２８０℃以下とすることが好ましい。

圧延終了温度は８００〜１０００℃が好ましい。即ち、
８００℃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。

圧延後の冷却は自然放冷でよく、板厚の厚い場合あるい
は鋼材の炭素等量を小さくしたい場合に、圧延後に水冷
等により強制冷却してもよい。

このようにして製造した鋼板は切期、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１１５０℃で加熱後
、圧延により２５關厚に圧延し、自然冷却した。

加熱温度および圧延終了温度を第２表に示す。

第２表には鋼材の常温での引張特性、０℃でのシャルピ
ー吸収エネルギーおよび６００℃での耐火強度を示す。

本発明鋼である０、１〜１．２％以上のＷを含有する鋼
板（Ａ＝Ｃ）および０．１〜１，２％以上のＷと０．０
０５〜０．２９ｆｉノＶを共に含有する鋼板（Ｄ−１）
は、ＷおよびＶの含有量がそれぞれ０．１％および０．
００５％未満の従来鋼（Ｊ−Ｌ）と同等の常温での引張
特性を有し、ｑつ６００℃での耐火強度が２０ｋｇ　ｆ
　／　ｍ４以上と良好である。

（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Ｗ添加量による耐火強度の変化を表わす図表、
第２図はＶを０．０５％含有する場合の耐火強度への■
添加効果を表わす図表、第３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。１０　　　　　　！５Ｗ倉攬′ｊ！：（′１０）２θ Ｗ＠り量（％） −今鍔間

Claims

【特許請求の範囲】１、重量％にて、Ｗを０．１〜１．２％含有し、炭素当
量（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋
Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４）が０．３５〜０．５０
％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、Ｖを０．００５〜０．２％含有するこ
とを特徴とする請求項１記載の耐火強度の優れた構造用
鋼材。