JPH04228521A

JPH04228521A - 耐火特性に優れた鋼管の製造方法

Info

Publication number: JPH04228521A
Application number: JP40796290A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yamamoto; 山本康士; Kazumasa Yamazaki; 山崎一正
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 1992-08-18

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、構造物の製作に用いら
れる鋼管を対象とし、耐火材の被覆を簡略化あるいは省
略しても、火災時に充分な強度を有する、耐火特性に優
れた鋼管の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年鉄鋼材料を扱う各分野にわたって、
競争力向上のための使用特性の向上、製造コストの低減
など各種の要求が高まっており、このうち建築分野では
、構造物の安全性向上のため、特に耐火特性向上が望ま
れている。

【０００３】これまで鉄骨構造等の構造物では、火災時
においても充分な強度を保証するため、鋼材にロックウ
ール等の被覆を施し、鋼材の温度が３５０℃以上に上昇
しないように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充分な強度（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、裸
使用が可能になるといわれている。

【０００４】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５
１−１５１８８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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明で問題にしよう
としている耐火特性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管を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、鋼
管に耐火特性を与えるために、多数の実験と詳細な検討
を加えた結果、合金元素として、■Ｍｏ添加、■Ｍｏと
Ｎｂの複合添加、■ＭｏとＶの複合添加、■ＭｏとＮｂ
とＶの複合添加が効果的であることを見いだした。

【０００７】さらに、これら合金元素添加に加えて、鋼
管に冷間歪を与えることが効果的であることも、あわせ
て見いだした。

【０００８】つまり、材料が高温にさらされた時にＭｏ
炭化物やＭｏとＮｂの複合炭化物、あるいはＭｏとＶの
複合炭化物が冷間の成形で導入された転位上に微細に分
散析出し、高温で生成した転位の移動を阻害するという
効果である。

【０００９】その時、上記■のＭｏ単独より■、■、■
の複合添加材の方がより効果的であり、それは複合添加
により炭化物の析出がより促進されて、析出物の絶対量
が増加するためであることも見いだした。

【００１０】本発明は、このような知見に基き、耐火特
性に優れた鋼管製造を可能にしたもので、その要旨とす
るところは、重量％にてＭｏを０．１０〜２．５０％含
有するか、またはＭｏを０．１０〜２．５０％含有し、
かつＮｂ：０．０１０〜０．１５％、Ｖ：０．０１０〜
０．３０％の１種または２種を含む低炭素鋼鋼管に、０
．１０％以上の冷間歪を付与し、その後必要に応じて２
００〜６００℃の温度範囲で焼戻しすることを特徴とす
る、耐火特性に優れた鋼管の製造方法である。

【００１１】

【作用】本発明においては、鋼管の成分を規定し、冷間
成形のままで使用し、場合によっては造管後の熱処理を
テンパー程度として、耐火特性を向上することに成功し
ている。

【００１２】次に本発明の成分・鋼管製造・歪付与・テ
ンパーの条件について述べる。

【００１３】本発明法はＭｏ：０．１０〜２．５０％を
含有する低炭素鋼や、Ｍｏ：０．１０〜２．５０％にＮ
ｂ：０．０１０〜０．１５％とＶ：０．０１０〜０．３
０％の１種または２種を含む低炭素鋼、またはこれらに
特殊元素を添加した低炭素低合金鋼に適用して好結果を
得ることができる。その他の好ましい成分組成としては
、Ｃ　　：０．０３〜０．３０％Ｓｉ：０．０２〜０．５０％Ｍｎ：０．２０〜２．００％Ａｌ：０．００１〜０．１００％Ｎ　　：０．０００５〜０．０１００％を成分とする低
炭素鋼、または強度鋼の要求特性によって、Ｃｕ：２．
０％以下Ｎｉ：９．５％以下Ｃｒ：５．５％以下Ｔｉ：０．１５％以下Ｂ　　：０．０００３〜０．００３０％Ｃａ：０．００
８０％以下の１種または２種以上添加してもよい。

【００１４】Ｍｏは上記で述べたように、鋼が高温にさ
らされた時、フェライト中に炭化物として微細分散析出
し、高温で生成した転位の移動を阻害させるために必要
不可欠であり、０．１０％以上添加されるが、添加量が
多すぎると溶接性を阻害するため含有量は２．５％を上
限とする。

【００１５】ＮｂとＭｏとの複合炭化物を生成させるた
めに添加され、またはオーステナイト粒の細粒化や強度
上昇に有用で０．０１０％以上添加されるが、多くなる
と溶接性を阻害するので含有量の上限は０．１５％とす
る。

【００１６】ＶはＮｂと同様に、Ｍｏとの複合炭化物を
生成させるために０．０１０％以上添加される。また、
析出強化にも有用であるが、多くなると溶接性を阻害す
るため、含有量は０．３％を上限とする。

【００１７】上で述べたように、本発明はＭｏの添加は
必須であるが、ＮｂやＶを複合添加した場合、炭化物の
析出量の絶対値が増加して、耐火特性がより向上するこ
とがわかっている。

【００１８】また好ましい成分範囲としてＣ、Ｓｉ、Ｍ
ｎ、Ａｌ、Ｎに関しては、一般的に用いられる成分範囲
でよく、Ｃは鋼の強度を確保するために不可欠な元素で
あり、通常は０．０３％以上添加されるが、０．３０％
を越えて含有させると鋼材の靭性を著しく劣化させるた
め、その範囲を０．０３〜０．３０％とした。

【００１９】Ｓｉは固溶体強化作用により、鋼材の強度
および延性を改善する作用があり、０．０２％以上必要
であるが、０．５０％を越えて含有させると鋼材の靭性
が劣化するようになるため、その範囲を０．０２〜０．
５０％とした。

【００２０】Ｍｎは強度上必要な元素なので、０．２０
％以上含有させる必要があるが、溶接性および靭性確保
のため、上限を２．０％とした。

【００２１】Ａｌは製鋼段階の脱酸のために必要であり
、下限を０．００１％とした。しかし含有量が多すぎる
と介在物そのものの絶対値が増加するため、上限を０．
１０％とした。

【００２２】Ｎは含有量が多すぎると鋼材の靭性を劣化
させるため、上限を０．０１００％とするが、製鋼の能
力からのコストアップを考えて、その下限を０．０００
５％とした。

【００２３】また強度アップを狙いとして添加する成分
について述べると、まずＣｕは強度上昇、耐食性向上に
有用で添加されるが、２．０％を越えて添加しても強度
の上昇代がほとんどなくなるので、含有量の上限は２．
０％とする。

【００２４】Ｎｉは低温靭性の改善に有用で添加される
が、高価な元素であるため含有量は９．５％を上限とす
る。

【００２５】Ｃｒは強度上昇や耐食性向上に有用で添加
されるが、多くなると低温靭性、溶接性を阻害するため
含有量は５．５％を上限とする。

【００２６】Ｔｉはオーステナイト粒の細粒化に有用で
添加されるが、多くなると溶接性を阻害するため、含有
量は０．１５％を上限とする。

【００２７】Ｂは微量の添加によって、鋼の焼入性を著
しく高める効果を有する。この効果を有効に得るために
は、少なくとも０．０００３％を添加することが必要で
ある。しかし過多に添加するとＢ化合物を生成して、靭
性を劣化させるので、上限は０．００３０％とする。

【００２８】Ｃａは硫化物系介在物の形態制御に有用で
添加されるが、多くなると鋼中介在物を形成し鋼の性質
を悪化させるため、含有量は０．００８０％を上限とす
る。鋼管の製造方法については特に規定はなく、どのよ
うな方法でも許容される。例えば鋼管はその製造方法か
ら、シームレス鋼管、電縫鋼管、ＵＯ鋼管、スパイラル
鋼管、鍛接管等に分類できるが、本発明はこれらどの製
造方法でも許容される。これは、その後の冷間歪付与で
同等に転位を導入できるからである。以上と同等の理由
から、鋼管での熱処理有無もまったく問題にならない。

【００２９】冷間での歪付与についても特に規定はない
。通常はサイジング処理であるが、歪さえ付与できれば
方法は問わない。また、０．１０％以上というのは、長
手方向に換算した総歪で計算するものとする。

【００３０】ところで、鋼種によっては歪付与のままで
は靭性のよくないものがあり、靭性改善のために歪付与
後焼戻し処理の必要な場合がある。その際焼戻し温度と
しては、あまり高温で焼き戻すと歪付与で導入した転位
が消失してしまい、炭化物の析出核がなくなって耐火特
性が劣化する。そのため、その上限を６００℃とした。しかし焼戻し温度が低くて、２００℃未満になるとほと
んど焼戻しの効果がなくなり、靭性が改善されない場合
があるため、その下限を２００℃とした。

【００３１】

【実施例】表１に供試材の化学成分を示し、表２に鋼管
のサイズ、熱処理条件と、得られた鋼管の機械的性質を
示す。表１中の数値は、ｗｔ％であるが、Ｃａ，Ｂ，Ｎ
はｐｐｍで示している。なお、表１の備考欄は、素管の
製造方法を示し、ＥＲＷは電縫鋼管、ＳＭＬはシームレ
ス鋼管、ＵＯはＵＯ鋼管、ＳＰＬはスパイラル鋼管、Ｃ
Ｗは鍛接鋼管を示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】表２で示した鋼管Ｎｏ．Ａ１、Ｂ１、Ｃ１
、Ｄ１、Ｈ１、Ｉ１、Ｊ１、Ｋ１、Ｌ１、Ｍ１、Ｎ１、
Ｏ１、Ｐ１、Ｑ１、Ｒ１、Ｓ１、Ｔ１、Ｕ１、Ｖ１はそ
れぞれ本発明実施鋼であり、本発明の狙いとする高い高
温強度（ＹＳ６００　／ＴＳＲＴ＞０．４０）を同時に
達成している。

【００３５】これに対し、Ａ２はテンパーでの加熱温度
が高すぎるため、耐火強度がでていない。またＡ３は冷
間での歪を付与していないために耐火強度が出ていない
。またＢ２はテンパーでの加熱温度が高すぎるため、耐
火強度が出ていない。また、Ｂ３は冷間での歪を付与し
ていないために耐火強度が出ていない。Ｅ１、Ｆ１はＭ
ｏが添加されていないために、高温強度が低い。

【００３６】Ｇ１〜Ｊ１は、Ｍｏの単独添加材のためＹ
Ｓ６００　／ＴＳＲＴ＞０．４０であるが、それ以外の
本発明材はＭｏとＮｂ、またはＶの複合添加材のため、
ＹＳ６００　／ＴＳＲＴ＞０．４５を満足している。表
２の備考欄にこれを記した。

【００３７】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明は特別
に高価な合金元素を使用することなく、４０ｋｇｆ／ｍ
ｍ２　以上の高強度を有する耐火特性に優れた鋼管を、
安価に製造可能としたもので、産業上その効果は大であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　重量％にて、Ｍｏを０．１０〜２．５
０％含有する低炭素鋼鋼管に、０．１０％以上の冷間歪
を付与することを特徴とする、耐火特性に優れた鋼管の
製造方法。
【請求項２】　　重量％にて、Ｍｏを０．１０〜２．５
０％含有し、かつＮｂ：０．０１０〜０．１５％、Ｖ：
０．０１０〜０．３０％の１種または２種を含む低炭素
鋼鋼管に、０．１０％以上の冷間歪を付与することを特
徴とする、耐火特性に優れた鋼管の製造方法。
【請求項３】　　重量％にて、Ｍｏを０．１０〜２．５
０％含有する低炭素鋼鋼管に、０．１０％以上の冷間歪
を付与し、その後２００〜６００℃の温度範囲で焼戻し
することを特徴とする、耐火特性に優れた鋼管の製造方
法。
【請求項４】　　重量％にて、Ｍｏを０．１０〜２．５
０％含有し、かつＮｂ：０．０１０〜０．１５％、Ｖ：
０．０１０〜０．３０％の１種または２種を含む低炭素
鋼鋼管に、０．１０％以上の冷間歪を付与し、その後２
００〜６００℃の温度範囲で焼戻しすることを特徴とす
る、耐火特性に優れた鋼管の製造方法。