JPH03271342A

JPH03271342A - 耐火性と溶接性の優れた建築用薄手低降伏比鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH03271342A
Application number: JP7256690A
Authority: JP
Inventors: Rikio Chijiiwa; 力雄千々岩; Hiroshi Tamehiro; 為広　博; Yoshio Terada; 好男寺田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-03-22
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 1991-12-03
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPH0713251B2

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）本発明は建築、土木及び海洋構造物等の分野における、
各種構造物に用いる耐火性と溶接性の優れた低降伏比鋼
の製造方法に関する。

（従来の技術）周知の通り建築、土木及び海洋構造物等の分野における
各種構造物用構築材として、−膜構造用圧延鋼材（ＪＩ
Ｓ　Ｇ　３１０１）　、溶接構造用圧延鋼材（ＪＩＳ　
Ｇ　３１０Ｂ）　、溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材（Ｊ
ＩＳ　Ｇ　３１１４）　、高耐候性圧延鋼材（ＪＩＳＧ
３４４４）　、−膜構造用角形鋼板（ＪＩＳ　Ｇ　３４
６６）等が広く利用されている。

前記周知鋼材は、通常高炉によって得られた溶銑を脱Ｓ
、脱Ｐしたのち転炉精錬を行ない、連続鋳造もしくは分
塊工程において鋼片とし、ついで熱間塑性加工すること
により、所望の特性を備えたものとして製品化される。

ところで、各種建造物のうち、特に生活に密着したビル
や事務所及び住居等の建造物に前記周知鋼材を用いる場
合、火災における安全性を確保するため、十分な耐火被
覆を施すことが義務ずけられており、建築関係諸法令で
は、火災時に鋼材温度が３５０℃以上にならぬように規
定している。

つまり、前記周知鋼材は建築物に使用する場合、３５０
℃程度で耐力が常温時の６０〜７０％になり、建造物の
倒壊を引き起こす恐れがあるため、たとえば、−膜構造
用圧延鋼材ＣＪｒＳＧ　３１０１）に規定される形鋼を
柱材とする構造物の例では、その表面にスラグウール、
ガラスウール、アスベスト等を基材とする吹付材やフェ
ルトを展着するほか、防火モルタルで包皮する方法及び
前記断熱材層の上に、さらに金属薄板すなわちアルミニ
ウムやステンレス薄板で保護する方法等、耐火被覆を入
念に施し、火災時における熱的損傷により該鋼材が載荷
力を失うことのないようにして利用する。

そのため、鋼材費用に比し耐火被覆工費が高額になり、
建築コストが大幅に上昇することを避けることができな
い。そこで、構築材として丸あるいは角鋼管を用い、冷
却水が循環するように構成し、火災時における温度上昇
を防止し載荷力を低下させない技術が提案され、ビルの
建設コストの引き下げと利用空間の拡大が図られている
。

たとえば、実公昭５２−１６０２１号公報には、建築物
の上部に水タンクを置き、中空鋼管からなる柱材に冷却
水を供給する耐火構造建造物が開示されている。また、
特願平０１−２１３４７１１号では、一定量のＭｏの添
加とＣ／　Ｍ　ｎ比の制限及び焼入性の確保によりミク
ロ組織をベイナイトとして、６００℃の高温強度が常温
強度の７０％以上確保できることが示されている。

しかしながら、この方法では、建築物を建造中に大入熱
の溶接が使用されミ且つ、靭性が要求されるようなケー
スにおいてはＴ　ｉ　Ｎ’？Ｚ　ｒＮ。

ＣａやＲＥＭが添加されてないため、不十分である。さ
らに、特願平Ｏｆ　−２６８０８９号では、溶接性や溶
接部靭性を確保するため、ＴｉＮ、ＺｒＮ。

Ｃａ、ＲＥＭを使用することが述べられている。

しかしながら、この方法では、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ。

Ｖ等の元素を添加していないため、常温と６００℃の強
度確保はＭｎ、Ｍｏ等の合金元素の添加に頼らざるを得
ず、そのため、大入熱溶接時に靭性が不十分となる問題
点を含んでいた。

（発明が解決しようとする課題）本発明者らは、火災時における鋼材強度について研究の
結果、無被覆使用を目標とした場合、火災時の最高到達
温度が１０００℃であることから、鋼材が該温度で常温
耐力の７０％以上の耐力を備えるためには、やはり高価
な金属元素を多量に添加せねばならず、経済性を失する
ことを知った。

つまり、周知の鋼材費とそれに加え耐火被覆を施工する
費用以上に鋼材単価が高くなり、そのような鋼材は実際
的に利用することができない。

そこで、さらに研究を進めた結果、６００℃での高温耐
力が常温時の７０％以上となる鋼材が最も経済的である
ことをつきとめ、高価な添加元素の量を少なくし、且つ
、耐火被覆を薄くすることが可能で、火災荷重が小さい
場合は、無被覆で使用することができる鋼材の製造方法
を開発した。

（課題を解決するための手段）本発明は前述の課題を克服し、目的を達成するもので、
重量比で、Ｃ０．０２〜０．１０％、Ｓｉ０．６％以下
、Ｍｎ　０．８〜２．０％、Ｍｏ　０．２〜０．７％、
Ｎｉ０．０５〜０．６０％、Ｃｕ　０．０５〜１．０％
、Ｃｒ０．０５〜０．５０％、Ｖ　０．００５〜０．１
０％、Ａｌ　　０．１％以下、Ｎｏ、ｏｏｅ％以下に加
えてＴ　ｌ　０．００５〜０．０３％、Ｚｒ０．００５
〜０．０３％、Ｃａ　０．０００５〜０．００５％、Ｒ
ＥＭ０．００１〜０．００５％の１種または２種以上、
残部がＦｅ及び不可避的不純物を含み、しかも、Ｃ／Ｍ
ｎの比が０．０５以下で、（１）式で与えられるＤｉ＊
値が０．８０以上の成分組成よりなる鋼片を１１５０〜
１３００℃の温度域で再加熱後、熱間圧延を８００℃〜
１０００℃の温度範囲で終了して、ミクロ組織をベイナ
イトとすることを特徴とする耐火性と溶接性の優れた建
築用薄手低降伏比鋼の製造方法である。

（１）式；％式％））））さて、本発明の特徴は、低Ｃ−中〜高Ｍｎ鋼にＭｏを添
加し、Ｃ／Ｍｎの比が０．０５以下で、（１）式で与え
られるＤｉ＊が０．８０以上の成分組成の鋼片を高温で
再加熱したのち、比較的高温で圧延を終了することにあ
り、本発明法によって製造した鋼及び鋼材（以下鋼）は
、適当な常温耐力と低い降伏比を有するとともに、高温
耐力が高く溶接性も良好である特性を備えている。

つまり、常温耐力に対し６００℃の温度域に於ける耐力
の割合が大きい。この理由は低Ｃのベース成分でベイナ
イト組織としているためで、これに対し、ベース成分の
Ｃｉｉが高いと、ミクロ組織かベイナイトでも、常温の
降伏比が高くなり耐震性を満足させることができない。

また、ベース成分が低Ｃでも、焼入性が低いと、常温と
６００℃の強度が不十分である。

つぎに、本発明にかかる特徴的な成分元素とその添加量
について説明する。

Ｍｏは微細な炭窒化物を形成し、さらに、固溶体強化に
よって高温強度を増加させるが、ミクロ組織がベイナイ
トの場合、その添加量は比較的少ない量で６００℃の高
温強度を確保することができる。本発明者等は研究の結
果、常温の強度と６００℃の高温強度を確保するために
は、低Ｃのベース成分にＭｏを添加してミクロ組織をベ
イナイト化することが有効なことを見出した。

しかしながら、Ｍｏ量が高すぎると、溶接性が悪くなり
、さらに、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靭性が劣化するの
で、Ｍｏ量の上限は０．７％とする必要がある。さて、
常温において、溶接構造用圧延鋼材（ＪＩＳ　Ｇ　３１
０８）に規定する性能を満足し、且つ、６００℃の高温
において高い耐力を維持せしめるためには、鋼成分と共
に鋼の再加熱及び圧延にかかる条件が重要である。

前述のＭｏ添加による高温強度の増大を図るには、Ｍｏ
を再加熱時に十分に溶体化させる必要があり、このため
再加熱温度の下限を１１５０℃とする。

また、再加熱温度が高すぎると結晶粒が大きくなって低
温靭性が劣化するので、その上限は１３００℃にせねば
ならない。

さらに、圧延終了温度を８００℃以上とする理由は、圧
延中にＭｏの炭窒化物を析出させないためである。周知
の低温圧延（制御圧延）はラインパイプ等低温靭性が必
要な鋼材では必須要件であるが、本発明鋼のように低温
靭性について、高い要求がなく、常温強度と６００℃の
強度及び、そのバランスが重要な場合には、ミクロ組織
をベイナイト化するため、圧延を高温で終了せねばなら
ない。

また、本発明において、圧延終了温度の上限をｔｏｏｏ
℃としたのは、建築用鋼としての靭性を確保するためで
ある。さらに、圧延後の冷却速度もミクロ組織に影響を
与えるので、本発明鋼では圧延後の空冷で、ミクロ組織
をベイナイトとするため、製造板厚は５０ｍｍ以下が好
ましい。

さて、高温強度を上昇せしめるため、Ｍｏを利用するこ
とは、従来のボイラー用鋼管等に利用されている鋼では
知られているが、建築用に用いる耐火鋼材として微量の
Ｍｏに加えてベース成分のＣ／　Ｍ　ｎ比を抑え、焼入
性（Ｄ　ｉ　＊）を確保し、ミクロ組織をベイナイト化
して、常温と高温の強度を満足させた鋼材は知られてい
ない。ボイラー用に使用されている鋼は基本的な特性を
得るため、圧延後に調質熱処理を施しており、本発明鋼
とは製造プロセスが異なる。

つぎに、本発明における前記Ｍｏ以外の成分限定理由に
ついて詳細に説明する。

Ｃは母材及び溶接部の強度確保ならびにＭｏの添加効果
を発揮させるために必要であり、０，０２％未満では効
果が薄れるので下限は０，０２％とする。

また、Ｃ量が多すぎると常温の降伏比が上昇し、さらに
、ＨＡＺの低温靭性に悪影響をおよぼすので、０．１０
％が上限となる。

Ｓｌは脱酸上鋼に含まれる元素で、Ｓｉ量が多くなると
溶接性、ＨＡＺ靭性が劣化するため、その上限を０．６
％とした。

つぎに、Ｍｎは強度、靭性を確保する上で不可欠の元素
であり、その下限は０．８％である。しかし、Ｍｎ量が
多すぎると焼入性が増加して溶接性、ＨＡＺ靭性が劣化
するため、Ｍｎの上限を２．０％とした。

Ｎｌは溶接性、ＨＡＺ靭性に悪影響を及ぼすことなく、
母材の強度、靭性を向上させるが、０．０５％未満では
効果が薄く、０．６％超の添加は建築用鋼としての目的
に対し、極めて高価になるため経済性を失うので、上限
は０．６％とした。

ＣｕはＮ１とほぼ同様な効果を持つほか、Ｃｕ析出物に
よる高温強度の増加や耐食性、耐候性の向上にも効果を
有する。しかし、Ｃｕ量が１．０％を超えると熱間圧延
時にＣｕ割れが発生し製造が困難になり、また、０．０
５％未満では効果が無いのでＣｕ量は０．０５〜１．０
％に限定した。

Ｃｒ量は母材及び溶接部の強度を高める元素であり、Ｃ
ｒ量が０．５％を超えると溶接性やＨＡＺ靭性を劣化さ
せ、また、０．０５％未満では効果が薄いため、０．０
５％〜０．５％に限定する。

ＶはＮと結合してＶＮを形成し高温強度に効果を発揮す
る。しかしながら、０．００５％未満では、その効果は
認められず、（１，１０％超では溶接性に害を及ぼすた
め０．００５〜０．１０％の範囲とした。

ＡＩは一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、Ｓｌ及
びＴＩによっても脱酸は行なわれるので、本発明ではＡ
Ｉについては下限は限定しない。しかしＡＩ量が多くな
ると鋼の清浄度が悪くなり、溶接部の靭性が劣化するの
で上限を０．１０％とした。

Ｎは一般に不可避的不純物として鋼中に含まれるもので
あるが、Ｎ量が多くなるとＨＡＺ靭性の劣化や連続鋳造
スラブの表面キズの発生等を助長するので、その上限を
ｏ、ｏｏｅ％とした。

なお、本発明鋼は、不可避的不純物としてＰ及びＳを含
有する。Ｐ、Ｓは高温強度に与える影響は小さいので、
その量について特に限定はしないが、一般に靭性、板厚
方向強度等に関する鋼の特性は、これらＰ、Ｓ元素の量
が少ないほど向上する。望ましいＰ、ＳＪＩはそれぞれ
０．０２％、　０．００５％以下である。

基本的な特性を得るための成分は以上のとうりであるが
、本発明鋼は用途が厳しい条件（溶接部の水素割れ性が
要求されたり、大人熱の溶接が適用される）での適用を
考慮しており、以下に述べる元素即ちＴＩ　、Ｚｒ、Ｃ
ａ、ＲＥＭを選択的に添加することにより特性の向上を
図っている。

Ｔ１は炭窒化物を形成してＨＡＺ靭性を向上させる。Ａ
ｆｉ量が少ない場合、Ｔ１の酸化物を形成しＨＡＺ靭性
を向上させるが、０．００５％未満では効果がなく、０
．０３％を超えるとＨＡＺ靭性に好ましくない影響があ
るため０．００５〜０．０３％に限定する。

ＺｒはＴ１とほぼ同じ効果をもつが、その効果が有効な
範囲は０．００５〜０．０３％である。

Ｃａ、ＲＥＭは硫化物（ＭｎＳ）の形態を制御し、溶接
部のラメラ−テアの改善や耐水素有機割れ性の改善に効
果を発揮するほか、シャルピー吸収エネルギーを増加さ
せ、低温靭性を向上させる効果がある。しかし、Ｃａ量
は０．０００５％未満では実用上効果がなく、また、０
．００５％を超えると、Ｃａｂ、ＣａＳが多量に生成し
て大形介在物となり、鋼の靭性のみならず清浄度も害し
、さらに、溶接性、耐ラメラ−テア性にも悪影響を与え
るので、Ｃａ添加量の範囲を０．０００５％〜０．００
５％とする。

また、ＲＥＭについてもＣａと同様な効果があり、添加
量を多くするとＣａと同様な問題を生じ、さらに経済性
も悪くなるので、ＲＥＭｉの下限を０．００１％、上限
を０．００５％とした。

（実　施　例）周知の転炉、連続鋳造、厚板工程で鋼板を製造し、常温
強度、高温強度、板厚方向特性、再現ＨＡＺ靭性等を調
査した。

第１表の胤１〜ｌＯに本発明鋼を、Ｎｏ、１ｌ−１５に
比較鋼の化学成分を示す。

続いて第２表に本発明鋼と比較鋼について、加熱、圧延
、条件別に機械的特性を示す。

第２表の本発明鋼Ｎ０．１〜ＩＯの例では、すべて良好
な常温及び高温強度を有している。また、本発明鋼はＨ
ＡＺ靭性改善のため、Ｔｉ１もしくはＺｒを添加してお
り再現ＨＡＺ靭性もすべて良好である。さらに、板厚方
向の特性改善のため、ＣａやＲＥＭを添加した鋼Ｎｏ、
２．３．４．８．１０は板厚方向の絞り値が良好である
。

これに対し、比較鋼Ｎｏ、１では、常温と高温の強度は
十分な値であるが、ＴＩ、Ｚｒ等を添加してないため、
ＨＡＺ靭性が極めて悪い。比較鋼Ｎｏ、２では、Ｄｉ＊
（焼入性）が低いため、常温と高温の強度が不十分であ
る。比較鋼Ｎ１１Ｌ３ては、Ｃ／Ｍｎ比が高すぎるため
、常温の降伏強度かたかく、ＹＲが不十分である。比較
鋼弘４では、成分範囲は発明鋼と同じであるが、加速冷
却法で製造しているため、常温の降伏強度が高すぎるた
め、ＹＲが不十分である。比較鋼Ｎ０．５もＮｏ、４と
同様の理由で常温のＹＲが不十分である。

（発明の効果）本発明の化学成分及び製造法で製造した鋼材は６００℃
の降伏強度が高く且つ、６００℃の降伏強度が常温降伏
強度の７０％以上で、常温の降伏比（ＹＳ／ＴＳ）も７
５％以下と低く、溶接性、溶接継手靭性、板厚方向特性
が良好である等の特徴を兼ね備えた全く新しい鋼である
。

代理人

Claims

【特許請求の範囲】１、重量比でＣ０．０２〜０．１０％、Ｓｉ０．６％以下、Ｍｎ０．８〜２．０％、Ｍｏ０．２〜０．７％、Ｎｉ０．０５〜０．６０％、Ｃｕ０．０５〜１．０％。Ｃｒ０．０５〜０．５０％、Ｖ０．００５〜０．１０％、Ａｌ０．１％以下。Ｎ０．００６％以下、に加えてＴｉ０．００５〜０．０３％。Ｚｒ０．００５〜０．０３％、Ｃａ０．０００５〜０．００５％、ＲＥＭ０．００１〜０．００５％の１種または２種以上残部がＦｅ及び不可避的不純物を
含み、しかも、Ｃ／Ｍｎの比が０．０５以下で、（１）
式で与えられるＤｉ＊値が０．８０以上の成分組成より
なる鋼片を１１５０〜１３００℃の温度域で再加熱後、
熱間圧延を８００℃〜１０００℃の温度範囲で終了して
、ミクロ組織をベイナイトとすることを特徴とする耐火
性と溶接性の優れた建築用薄手低降伏比鋼の製造方法。（１）式；Ｄｉ＊＝０．３１６√Ｃ（１＋０．７Ｓｉ）（４．１Ｍ
ｎ＋０．３５）（１＋３Ｍｏ）（１＋２．１６Ｃｒ）（
１＋０．３６Ｎｉ）（１＋０．３６５Ｃｕ）（成分単位
；重量％）