JPH04263012A - 高温強度の優れた耐火ｈ形鋼の製造法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は建築、土木の分野におい
て、各種建造物に用いる耐火性の優れたＨ形鋼の製造法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り建築、土木の分野における各
種建造物用構築材として、一般構造用圧延鋼材（ＪＩＳ
　　Ｇ３１０１）、溶接構造用圧延鋼材（ＪＩＳ　　Ｇ
３１０６）溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材（ＪＩＳ　　
Ｇ３１１４）、高耐候性圧延鋼材（ＪＩＳ　　Ｇ３１２
５）および一般構造用炭素鋼鋼管（ＪＩＳ　　Ｇ３４４
４）、一般構造用角形鋼板（ＪＩＳ　　Ｇ３４６６）等
が広く用いられている。前記周知鋼材は、通常高炉によ
って得られる溶銑を脱Ｓ、脱Ｐしたのち転炉精錬を行い
、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、所定の特性を備えたもの
として製品化される。

【０００３】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および住居などの建造物に前記周
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付けられており、
建築関係法令では、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℃程度で耐力が常温の場合
と比較して６０〜７０％になり、建造物の倒壊を引き起
こすおそれがあるため、例えば一般構造用圧延鋼材（Ｊ
ＩＳ　　Ｇ３１０１）に規定される形鋼を柱材とする建
造物の例では、その表面にスラグウール、ガラスウール
、アスベストなどを基材とする吹き付け材やフェルトを
展着するほか、防火モルタルで包皮する方法および前記
断熱材層の上に、さらに金属薄板、すなわちアルミニウ
ムやステンレス鋼薄板で保護する方法など、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している。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。

【０００４】その対策として、構築材として丸あるいは
角鋼管を用い、冷却水を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、ビルの建築コストの引き下げと利用空間の
拡大が計られている。例えば、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。

【０００５】また、特願平１−１３９３２８号では、鋼
材の基本成分として相当量のＭｏとＮｂを複合添加し、
高温加熱−高温圧延法によりミクロ組織を比較的大きな
フェライト主体組織として、６００℃の高温強度を常温
強度の７０％以上確保することを提案している。しかし
ながら、この方法では、複雑な形状をしたＨ形鋼のウエ
ブとフランジの両方の部位における６００℃の強度特性
を工業的に満足させることはできない。すなわち、ウエ
ブとフランジの厚みの違いや圧延中の冷却水の効果が両
部位で異なるため、実質の圧延終了温度は１００℃程度
も差が生じ、強度に影響を与える。これに加えて、薄手
材では圧延終了温度の絶対値が低くならざる得ず、圧延
中にフェライトが加工され、常温の降伏点が大幅に高く
なる傾向があり、実用的ではない。

【０００６】さらに、特願平１−１３９３２９号では、
一定のＭｏを含有した鋼を圧延後のオーステナイトとフ
ェライト域の一定の温度から水冷する方法を用いること
により、ミクロ組織を２０〜５０％の比較的大きなフェ
ライトとベイナイトの混合組織として、常温の降伏点を
低く抑え、６００℃の強度を確保することを提案してい
る。しかしながら、Ｈ形鋼を圧延後の一定温度から水冷
することは容易ではなく、ウエブとフランジの温度差を
考慮すると十分な形状の確保ができない。

【０００７】

【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、さらに研究をすすめた
結果、６００℃での高温耐力を２２〜２４ｋｇｆ／ｍｍ
２にすることで耐火被覆を薄くすることが可能となるた
め、高価な合金元素の添加量をむやみに増やすことなく
経済的であることをつきとめた。

【０００８】本発明かかる知見に基づいて構成されたも
ので、高価な添加元素の量を少なくし、かつ耐火被覆を
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Ｈ形鋼の製造法を提供するこ
とを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、Ｃ：０．０８〜０．１２％、Ｓｉ：０．６％以下
、Ｍｎ：０．２〜１．１％、Ｍｏ：０．７〜２．０％、
Ｎｂ：０．００５〜０．０４％、Ａｌ：０．１％以下、
Ｎ：０．００１〜０．００６％、残部がＦｅおよび不可
避的不純物よりなる鋼片を１２００〜１３００℃の温度
域で再加熱後、熱間圧延を７５０〜１０００℃の温度で
終了させ、その後１℃／分以下の冷却速度で冷却するこ
とを特徴とする板厚９ｍｍ以下の高温強度の優れた耐火
Ｈ形鋼の製造法にある。

【００１０】

【作用】以下、本発明の構成要件について説明する。Ｃ
は母材強度および溶接部の強度確保ならびにＭｏ、Ｎｂ
の添加効果を発揮させるために必要であり、０．０８％
未満の添加では効果が薄れるので下限は０．０８％とす
る。さらにＣ量が多すぎると母材靱性を劣化させるので
、０．１２％が上限となる。

【００１１】Ｓｉは脱酸上鋼に含まれる元素であるが、
Ｓｉが多くなると溶接性を害するので、その上限を０．
６％とした。本発明鋼ではＡｌ脱酸で十分であり、さら
にＴｉ脱酸でもよい。Ｍｎは強度、靱性を確保する上で
不可欠な元素であり、その下限は０．２％である。しか
し、Ｍｎ量が多くなると焼入れ性が増加してミクロ組織
に占めるベイナイト比率が高まり、目標とする規格に適
合する母材強度を得ることができない。このため、Ｍｎ
の上限を１．１％とした。

【００１２】Ａｌは一般に脱酸上鋼に含まれる元素であ
るが、ＳｉおよびＴｉによっても脱酸は行なわれるので
、本発明ではＡｌについて下限は限定しない。しかしＡ
ｌ量が多くなると鋼の清浄度が悪くなり、靱性が劣化す
るので、上限を０．１％とした。次に本発明において重
要な役割をなすＭｏ、Ｎｂについて述べる。Ｍｏ、Ｎｂ
は微細な炭窒化物を形成し、さらにＭｏは固溶体強化に
よって高温強度を増加させるが、Ｍｏの単独添加では６
００℃という高温領域において十分な耐力を得ることは
難しい。本発明者らによる研究の結果、該高温領域にお
ける耐力を増加させるには、ＭｏとＮｂを複合添加させ
ることがきわめて有効であることを見出した。しかしな
がら、Ｍｏ、Ｎｂ量が高すぎると、溶接性が悪くなるの
で、Ｍｏ、Ｎｂ添加量の上限はそれぞれ、２％、０．０
４％とする必要があり、また下限はＭｏについては、変
態温度の低下効果および高温強度を確保する最小量とし
て０．７％とした。Ｎｂの下限は複合効果が得られる最
小量として０．００５％とした。なお、高温強度を上昇
させるため、Ｍｏを利用することは、従来の耐熱鋼では
知られているが、建築用に用いる耐火鋼材として前述の
ようにＭｏに加えて微量のＮｂを複合添加した材料は知
られていない。

【００１３】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、Ｎｂと結合して炭窒化物Ｎｂ（Ｃ
Ｎ）を形成して高温耐力の向上に効果を発揮する。この
ための最小量としてＮは０．００１％必要であるが、Ｎ
量が多くなると連続鋳造時の表面疵の発生を助長するの
で、その上限を０．００６％とした。なお、本発明の鋼
材は不純物としてＰおよび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、一般に靱性などに関する鋼材の特性は、
Ｐ、Ｓ量が小さいほど向上する。望ましいＰ、Ｓ量はそ
れぞれ０．０２％以下、０．０１５％以下である。

【００１４】次に、本発明に関する製造法について説明
する。常温において溶接構造用圧延鋼材（ＪＩＳ　　Ｇ
３１０６）に規定する性能を満足し、６００℃の高温に
おいて高い耐力を維持させるためには、鋼材成分ととも
に鋼材の加熱圧延および冷却過程における条件が重要で
ある。本発明の鋼材成分の特徴をなすＭｏ、Ｎｂの複合
添加による高温耐力の増大を図るには、加熱時にこれら
の元素を十分に溶体化させる必要があり、このため本発
明の成分よりなる鋼片の加熱温度の下限を１２００℃と
する。また、加熱温度が高すぎると鋼片が著しく酸化さ
れたり、変形するため、その上限温度を１３００℃にし
なければならない。

【００１５】次に、加熱した鋼片を熱間圧延するが、そ
の圧延終了温度を７５０℃以上の高温とする。その理由
は圧延中にＭｏ、Ｎｂの炭窒化物を析出させないためで
あり、γ域でこれらの元素が析出すると、析出物サイズ
が大きくなり、高温耐力が著しく低下するからである。 さらに、本発明の鋼材は０．７％以上のＭｏを添加して
、圧延中の変態温度を低下させているので、７５０℃未
満の温度域での圧延ではフェライトを加工することにな
るため好ましくない。本発明において、圧延終了温度を
１０００℃以下とするが、その理由は建築用鋼としての
靱性を確保するためである。

【００１６】熱間圧延後の冷却に際して冷却速度を１℃
／分以下としたのは、これを越える冷却速度では板厚の
薄いサイズ（例えば９ｍｍ以下）においてベイナイトの
生成比率が高まり、目標とする強度、特に常温における
降伏比（ＹＲ：ＹＳ／ＴＳ）を満足することができない
ためである。

【００１７】

【実施例】表１、表２（表１つづき）および表３、表４
（表３つづき）に示す実施例のうち、Ｎｏ．１〜１０は
本発明法である。一方、比較法はＮｏ．１１〜１５であ
る。これらはいずれも２５０ｔｏｎ　の転炉で溶製した
鋼を連続鋳造にて３００×５００ｍｍの鋳片とした後、
分塊圧延を行い、その後、連続圧延にてＨ形鋼に成形し
たものである。Ｎｏ．　１〜１０の水準は本発明の要件
を満たすため、比較法に比べて６００℃における高温強
度（ＹＰ）が優れていることが判る。Ｎｏ．　１３は本
発明の成分を有する鋼材であるが、加熱圧延冷却条件が
好ましい範囲でないため、ベイナイト主体の組織となっ
たことを示すものである。

【００１８】このように本発明に従った鋼成分と加熱圧
延冷却条件との最適な組合せによってのみ最良の特性を
付与できることを示している。Ｎｏ．１と２は鋼片加熱
温度を変化させたものである。Ｎｏ．１４は加熱温度が
低いためＮｂが十分固溶しないので、高温におけるＹＰ
が低下している。また、圧延後の冷却速度が速いため、
ベイナイトが生成し、常温のＹＰが低下している。Ｎｏ
．８と９は仕上げの板厚を変化させたものである。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】

【表４】

【００２３】

【発明の効果】本発明に従って製造されたＨ形鋼は６０
０℃における強度が高いため、従来法で製造されたもの
より耐火被覆を薄くすることが可能となるため、被覆工
程の工期削減ならびに耐火被覆コストの削減が期待でき
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｃ：０．０８〜０．１２％、Ｓｉ：０
   ．６％以下、Ｍｎ：０．２〜１．１％、Ｍｏ：０．７〜
   ２．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０４％、Ａｌ：０．
   １％以下、Ｎ：０．００１〜０．００６％、残部がＦｅ
   および不可避的不純物よりなる鋼片を１２００〜１３０
   ０℃の温度域で再加熱後、熱間圧延を７５０〜１０００
   ℃の温度で終了させ、その後１℃／分以下の冷却速度で
   冷却することを特徴とする板厚９ｍｍ以下の高温強度の
   優れた耐火Ｈ形鋼の製造法。