JPH03100118A

JPH03100118A - 耐火強度の優れた構造用鋼材の製造法

Info

Publication number: JPH03100118A
Application number: JP23478389A
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: 1989-09-12
Filing date: 1989-09-12
Publication date: 1991-04-25
Anticipated expiration: 2010-05-24
Also published as: JPH0747771B2

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鋼材の製造法に関わる。

（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、鋼材の高温における強度に応じ耐火被覆を簡略あ
るいは省略することが許容されるようになった。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、高温強度の優れた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、高温で数
万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）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℃での強度の改善された鋼材
が求められているが、本発明は耐火強度が火災時の高々
数時間以内での高度強度を有する鋼材の製造法を提供す
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
化学成分および製造工程の効果を種々検討した結果、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｖ、ＮｂおよびＢの含有量を制限し、加熱−
圧延−熱処理条件を適切に選択することが極めて有効で
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％にて、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、ＮｂおよびＢを（％Ｃｒ）
＋２（％ＭＯ）＋１０（％Ｖ）　＋２０　（％Ｎｂ）＋
２００（％Ｂ）＝０．２〜３％含有し、且つ炭素当量（
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｌ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｍｏ
／４＋Ｃｒ１５＋Ｖ／１４）が０．３０〜０．５０％で
ある鋼を、１０００〜１２８０℃に加熱し、Ａｒ３〜１
ｏｏｏ℃で熱間圧延を終了し、Ａ　ｒ　ａ　−５０℃〜
Ａｒ３＋５０℃の温度で水冷開始し、２００℃以下に水
冷した後、４００〜６００℃で焼戻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法及び、（２）重量
％にて、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、ＮｂおよびＢを（％Ｃｒ）＋
２　（％Ｍｏ）＋ｌＯ（％Ｖ）　＋２０　（％Ｎｂ）＋
２００（％Ｂ）＝０．２〜３％含有し、且つ炭素当量（
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋　Ｓ　ｌ／２４＋Ｎｌ／４０＋
Ｍｏ／４　＋Ｃｒ１５＋Ｖ　／　１４）が０．３０〜０
．５０％である鋼を、１０００−１２８０℃に加熱し、
Ａ　ｒ　ｓ〜１０００℃で熱間圧延を終了し、引続きＡ
　ｒ　ａ　　５０℃〜Ａ　ｒ　ａ　＋　５０℃の温度で
水冷開始し、表面温度が４００〜６００℃で水冷を停止
しついで放冷することを特徴とする耐火強度の優れた構
造用鋼材の製造法を要旨とする。

（作　　用）以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

０．１％Ｃ＝０．１５％５ｌ−１，２％Ｍｎ＝０．０１
５％Ｐ＝０．００５％Ｓ＝０．５５％Ｃｒ−０Ｊ２％Ｍ
ｏ＝０．０５％Ｖ鋼を１２５０℃で加熱した後３５ａｍ
厚に圧延し、種々の温度から水冷を開始し１００℃以下
まで冷却し、５００℃で３０分焼戻した場合の、常温で
の耐力（０，２％耐力）と耐火強度の比を第１図に示す
。

この場合、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、１５％／ｓｉｎ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、水冷開始温度がＡ　ｒ　ａ５０℃
以上Ａ　ｒ　ａ　＋　５０℃以下の場合に耐火強度／常
温耐力の比が向上し、常温耐力に対し優れた耐火強度が
得られている。

ここでＡｒ　　（”Ｃ）はＡｒ３　（”Ｃ）　−８９６
Ｃ％＋２４．８８１％−８８，１Ｍｎ％−３８．ＩＮ１
％−２０．７　Ｃｕ％−２４，８Ｃｒ％＋２９．８Ｍｏ
％＋８６８より求めた。

第１図の結果から、水冷開始温度をＡｒａ　　５０℃以
上Ａｒ３＋５０℃以下に制限する。

さらに、第２図に示すように、鋼中のＣｒ。

Ｍｏ、Ｖ、ＮｂおよびＢにより計算されるＣｒ％十２Ｍ
ｏ％＋ＩＯＶ％＋２ＯＮｂ％＋１００Ｂ％の値が０．３
％以上３％以下の場合に、本発明の製造工程の効果が顕
著に現われる。このため、鋼中のＣｒ、Ｍｏ。

Ｖ、ＮｂおよびＢの量をＣｒ％＋２Ｍｏ％＋ＩＯＶ％＋
２ＯＮｂ％＋１００Ｂ％の値が０．３％以上３％以下と
なるように制限する。Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｔ）およびＢ
は少なくとも１種を上記の計算式で規制される量含めば
よいが、２種以上を添加してもよい。

ＣｅｑはＣｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓ１／２４＋Ｎｉ／４
０＋Ｍｏ／４＋Ｃｒ１５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４として定
義され、溶接性に関する指標であるとともに、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、Ｃｅ
ｑ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０．５０％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、耐火強度確保のためＣｒ％＋２Ｍ。

％＋１（ＩＶ％＋２ＯＮｂ％＋１００Ｂ！１７）値を上
記ノヨうに規制する他、Ｃｅｑとして０．３０〜０．５
０％となるように、Ｃ，Ｓｌ、Ｍｎ、Ｎ１等を規制する
。

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。

Ｐは靭性を低下させる元素でありまたミクロ偏析し溶接
性を阻害するため、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
を太き（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の添加量の上限を０．５％とす
ることが好ましい。

ＴＩは炭窒化物を形成し、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、０．０
０５％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、また窒素を有効
に固定し、Ｂによる焼入れ性向上効果の阻害要因となる
ＢＮの形成を阻止する。これらの目的から０．０１％以
上を添加する。しかし、０．１０％超の添加は不必要で
あるため、０．０１〜０．１０％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％以上とすること
が好ましい。

次に、加熱−圧延−熱処理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練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Φ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−［００℃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添加した元素の固溶のため１０
００℃以上とする。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Ａｒ３温度以上１０００℃以下とする。

すなわち、Ａ　ｒ　ａ温度未満では二相域圧延となるた
め強度が却って低下し、ｔｏｏｏ℃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既に述べたように加速冷却を採
用する。水冷開始温度はＡ　ｒ　ａ　−５０℃以上Ａ　
ｒ　ａ　＋　５０℃温度以下とする。水量密度は板厚に
もよるが、０　、５　ｒｄ　／　ｃｊ　／　ｓ以上１．
０ＴＹｌ／ｃシ／Ｓが好ましい。１．０％／ｃｊ／ｓ以
上では冷却効果が飽和し、不必要である。

水冷は２００℃以下の温度まで行い、強度と靭性を調整
するため４００〜６００℃で焼戻しを行う。４００℃未
満では、常温での強度が高く、低温靭性が得にくい。６
００℃を超えると、靭性は改善されるが構造材料として
必要な強度が得られなくなる。また圧延後の水冷途中に
表面温度が４００〜６００℃で水冷を停止した後放冷し
、焼戻しの代替を行っても良い。

ここに、水冷停止温度が４００℃未満では、常温での強
度が高く、低温靭性が得にくい。６００℃を超えると、
靭性は改善されるが構造材料として必要な強度が得られ
なくなる。

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）第１表に示す化学成分を有する鋼を、第２表中の条件で
制御圧延、制御冷却し、水冷終了温度に応じて焼戻しを
行った。引張試験およびシャルピー衝撃試験結果を第２
表に示す。

本発明鋼である板番Ａｌ、Ｂｌ、Ｃ１，Ｄｉ。

Ｂ２．ＥｌおよびＦｌは優れた常温強度を示すとともに
、耐火強度と常温耐力の比（ＰＳ６ｏｏ／ＰＳ、）も０
．７５〜０．８３と高い。靭性もｖＥｏ＞１０ｋｇｆ’
−ｍと優れている。

これに対し、Ａ２．Ｂ２．Ｂ３およびＦ３は圧延終了温
度が低い（Ａ２）、水冷停止温度が低い（Ｂ２）あるい
は焼戻し温度が高すぎる（Ｂ３）ため、常温での強度が
低いばかりでなく耐火強度も低い。鋼板Ｃ２では、圧延
終了温度が高すぎるため、強度、耐火強度は十分である
が、靭性が劣る。鋼板Ｆ３は焼戻し温度が低いため、常
温での強度が高い割に耐火強度が低く靭性も悪い。鋼板
Ｇ１はＣｒ％＋２Ｍｏ％＋ＩＯＶ％＋２ＯＮｂ％＋２０
０Ｂ％の値が０．２％より小さいため、耐火強度が劣る
。鋼板Ｈ１はＣｒ％＋２Ｍｏ％＋ｔＯＶ％＋２ＯＮｂ％
＋２００Ｂ％の値が０，２％より大きく耐火強度は十分
であるがＣｅｑが０．５％より高く靭性が劣っている。

（発明の効果）本方法による鋼板は溶接構造用鋼材（ＪＩ８０３１０６
）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図は水冷停止温度による耐火強度と常温耐力の比の
変化を示す図表、第２図はＣｒ％＋２Ｍｏ％＋ＩＯＶ％
＋２ＯＮｂ％＋２００Ｂ％の値による耐火強度と常温耐
力の比の変化を表す図表、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。代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫第１図水７１＆開＠温度 −Ａ〜じＣ）第２図イＩＩ

Claims

【特許請求の範囲】１、重量％にて、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、ＮｂおよびＢを（％
Ｃｒ）＋２（％Ｍｏ）＋１０（％Ｖ）＋２０（％Ｎｂ）
＋２００（％Ｂ）＝０．２〜３％含有し、且つ炭素当量
（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｍ
ｏ／４＋Ｃｒ／５＋Ｖ／１４）が０．３０〜０．５０％
である鋼を、１０００〜１２８０℃に加熱し、Ａｒ＿３
〜１０００℃で熱間圧延を終了し、Ａｒ＿３−５０℃〜
Ａｒ＿３＋５０℃の温度で水冷開始し、２００℃以下に
水冷した後、４００〜６００℃で焼戻すことを特徴とす
る耐火強度の優れた構造用鋼材の製造法。２、Ａｒ＿３−５０℃〜Ａｒ＿３＋５０℃の温度で水冷
開始し、表面温度が４００〜６００℃で水冷を停止し、
ついで放冷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の製造法。