JPH03107420A - 耐火強度のすぐれた構造用鋼材の製造方法 - Google Patents

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材を対象とし、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すぐれた鋼造用鋼材の
製造方法に関するものである。

（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、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、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の製造方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、圧延ままで使用される鋼造用鋼材の６０
０℃での強度に及ぼす化学成分および製造条件の影響を
種々検討した結果、Ｍｏ添加の鋼において圧延終了温度
が高温強度に顕著に影響することを見出した。

本発明はこの知見をもとになしたものであり、その要旨
とするところは重量％にて、Ｍｏ：０．０５〜０．６％
含有しかつ炭素当量（Ｃｅｑ　＝Ｃ＋　Ｍｎ／　８＋Ｓ
ｉ／２４　＋Ｎｉ　／４０＋Ｃｒ１５＋Ｍｏ／４）が０
．３５〜０．５０％である鋼を、仕上圧延終了温度９０
０℃以下７５０℃以上で圧延し以後放冷することを特徴
とする耐火強度のすぐれた鋼造用鋼材の製造方法および
重量％にて、Ｍｏ：０．０５〜０．６％含有しかつ炭素
当量（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｊ／２４　＋ＮＩ　／
４０＋Ｃｒ／　５＋　Ｍｏ／　４）が０．３５〜０．５
０％である鋼を、仕上圧延終了温度９００℃以下７５０
℃以上で圧延し、直ちに冷却を開始し少なくとも７５０
〜４００℃の温度範囲を１℃／ｓｅｃ以上の平均冷却速
度で冷却することを特徴とする耐火強度のすぐれた鋼造
用鋼材の製造方法である。

（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％５１−１．２％Ｍｎ−０，０１
５％Ｐ−０，００５％Ｓ−０，５５％Ｃｒ−０，３％Ｍ
ｏ鋼の圧延まま材での６００℃での耐火強度への圧延終
了温度の影響を第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、１５％／ｍｉｎの引張速度
で変形させ、塑性ひずみが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、圧延仕上温度が９００℃以下では
圧延仕上温度が低下する程、耐火強度が向上している。

９００℃超の圧延仕上温度では耐火温度の変化は見られ
ない。

低温仕上による耐火強度の向上は％Ｍｏの値と関係があ
り、第２図に示すように、圧延仕上温度９００〜７５０
℃の範囲では％Ｍｏの値が０．０５％以上で耐火強度の
向上が顕著であり、０．６％超では耐火強度向上効果が
飽和する。

しかして、Ｍｏを含有する鋼において低温の圧延仕上温
度により耐火強度が向上するのは、低温仕上で鋼中に導
入された転位等の格子欠陥が冷却後の組織においても存
在し、耐火強度を試験するときの昇温中に、Ｍｏを主体
とする炭化物が前記の格子欠陥へ核生成析出し転位の移
動を阻害するためであり、Ｍｏを含有することと、圧延
を低温で仕上げることが共に必要である。

ＣｃｑはＣｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎ１／４
０＋Ｃｒ１５＋Ｍｏ／４として定義され、溶接性の指標
であると共に、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Ｃｅｑ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０．８５〜０．５０％となるようにＣ１５ｌ　、Ｍ
ｎ、Ｎｌ　、Ｃｒ、Ｍｏ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。

Ｓｔ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
。

Ｎｉ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、鋼造
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％超の添加は鋼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
を大きくし、か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％超の添加では熱間加工
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。

Ｔｊ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。

Ａρ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。しかし、０．０５％超の添
加は不必要であるため、ｏ、ｏｏａ〜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よく、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。

圧延終了温度は先に述べたように９００℃以下が必要で
ある。一方下限は７５０℃以上とするが、これは７５０
℃未満の圧延終了温度では変態の進行が顕著になり、耐
火強度の改善効果が小さく、逆に圧延での変形抵抗が大
となり圧延機負荷の面から好ましくないからである。

圧延後の冷却は自然放冷とするかまたは水冷による加速
冷却とする。

しかして加速冷却は圧延後直ちに開始し少なくとも７５
０〜４００℃の温度範囲を１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度
で冷却することが必要であり、冷却開始温度が７５０℃
未満になると冷却開始時のフェライト量が多くなりすぎ
初期の強度が得られない。−方、４００℃超の温度で冷
却停止すると圧延により導入した転位等の格子欠陥の回
復が大きく耐火強度の向上が阻害される。

また１℃／ｓｅｃ未満の冷却速度ではフェライト量が多
くなりすぎ、あるいは圧延により導入した０ 転位等の格子欠陥の回復が大きく、常温強度および耐火
強度の向上が阻害される。

このようにして製造した鋼材は切断、溶接等の加工の後
、建築等の構造用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用い、第２表中に示
す条件で圧延し、冷却した。得られた鋼板の材質を併せ
て第２表に示す。

翠　　　と ￥′　≧　寥 麻 軒　　　叔 特開平３ １０７４２０　（５） 本発明鋼であるＢｌ、ＣＩ、ＤＩ　（以上圧延後放冷）
およびＢ２．　　Ｇ３．　Ｄ２　（以上圧延後加速冷却
）は、耐火温度が２０ｋｇｆ’／ｍＩ！ｉ以上と高く、
常温強度に対する耐火強度の比（ＰＳ　　　／ＴＳ、）
００ が０．５程度とすぐれている。また、靭性（ｖ　Ｅ　ｏ
）も１０ｋｇｆ’−ｍ以上と良好である。

これに対し、従来鋼であるＡ１およびＡ２は圧延仕上温
度が７６２〜７６８℃と９００℃以下７５０℃以上であ
るにも拘わらず、Ｍｏを含まないため耐火強度が低く　
　ＰＳ　　　／ＴＳ、も０．２７〜０．２９と悪ゝ　　
６００ い。鋼板Ｃ２は圧延終了温度が９００℃以上であり、耐
火強度が低いことに加えて、組織が粗大化しているため
靭性（ｖＥｏ）も低い。鋼板Ｄ３は圧延仕上温度が低く
、加速冷却によっても強度が低いばかりでなく、耐火強
度も低く、ＰＳ　　　／ＴＳ、も００ ０．４１と良くない。

（発明の効果） 本方法による鋼板は溶接鋼造用鋼材（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４ での耐火強度がすぐれており、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図は耐火強度に対する圧延仕上温度の影響を表わす
図表、第２図は耐火強度と常温強度の比に対する（％Ｍ
ｏ）量の影響を表わす図表、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。 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫５ 圧延仕上温度 （’Ｃ） Ｍｏ＠有量 （％）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％にて、Ｍｏ：０．０５〜０．６％含有しかつ
   炭素当量（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／
   ４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４）が０．３５〜０．５０％で
   ある鋼を、仕上圧延終了温度９００℃以下７５０℃以上
   で圧延し以後放冷することを特徴とする耐火強度のすぐ
   れた構造用鋼材の製造方法。 ２、重量％にて、Ｍｏ：０．０５〜０．６％含有しかつ
   炭素当量（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／
   ４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４）が０．３５〜０．５０％で
   ある鋼を、仕上圧延終了温度９００℃以下７５０℃以上
   で圧延し、直ちに冷却を開始し少なくとも７５０〜４０
   ０℃の温度範囲を１℃／ｓｅｃ以上の平均冷却速度で冷
   却することを特徴とする耐火強度のすぐれた鋼造用鋼材
   の製造方法。