JPH04350120A - 建築用高強度耐火鋼板の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐火鋼板の製造方法に
関し、詳しくは、６００℃における耐力が２１６Ｎ／ｍ
ｍ２以上である４９０Ｎ／ｍｍ２級の建築用高強度耐火
鋼板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建築用鋼板は、常温での諸特性を有する
ように設計・製造されているが、一般的には温度の上昇
にともないその強度は低下する。日本鋼構造協会発行の
ＪＳＳＣ　Ｖｏｌ．４　Ｎｏ．３３　１９６８　には、
　ＳＭ５０Ｂの高温時の降伏点または　０．２％耐力は
、高温になるにしたがい徐々に低下し、　５００℃以上
での低下は著しく、常温時の値の　２／３に低下する温
度は　４００〜５００　℃であると記してある。

【０００３】高温用鋼板としては、ＪＩＳ　、ＡＳＴＭ
等に規定されているボイラ・圧力容器用のＣｒ−Ｍｏ系
鋼板や熱間加工用の　Ｗ−Ｃｏ系工具鋼板が広く使用さ
れている。前者は、数十万時間という長時間使用の場合
の鋼板であり、その保証温度は　３５０〜４００　℃で
ある。後者は、高温成形−冷却を１加工サイクルとし、
数十万回以上という長時間使用の場合の鋼板であり、成
形温度は　６００℃前後から１２００℃前後である。

【０００４】従来のＳｉ−Ｍｎ系の建築用４９０Ｎ／ｍ
ｍ２級鋼板では、　３５０℃を超えると火災時に構造部
材に要求される耐力である長期耐力（常温耐力の２／３
　）の２１６Ｎ／ｍｍ２を下回るため、鉄骨の温度が　
３５０℃を超えないように、工事費、工期などの面から
足枷となる耐火被覆施工が義務ずけられている。しかし
、最近追加された『新耐火設計法』では、鋼板が　６０
０℃において常温の規格降伏強度の２／３　以上を有す
る場合など、高温における強度におうじて、耐火被覆量
の削減が認められるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】現状、高温耐力の優れ
た鋼板としては、前記のボイラ・圧力容器用鋼板や熱間
加工用工具鋼板があるが、両鋼板とも、　６００℃にお
ける耐力は２１６Ｎ／ｍｍ２以上を有するが、前者は溶
接割れ感受性組成（ＰＣＭ）が高いために、耐溶接割れ
性が悪く、予熱、後熱を行うなど溶接施工に難点がある
。さらに、溶接施工効率を高めるために用いられるエレ
クトロスラグ溶接やサブマージアーク溶接のような大入
熱溶接を施すと溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靱性が著しく
低下するため、小入熱溶接が余儀なくされている。また
、後者は溶接構造用として成分設計されていない。

【０００６】このため、建築用鋼の耐火被覆施工の低減
あるいは省略を図るために、高い高温耐力を有するとと
もに優れた溶接性、大入熱溶接継手靱性および母材特性
を有し、従来と同じ設計・施工ができる鋼板が必要とさ
れている。また、建築用鋼には、地震時の建築物の変形
能の点から、８０％以下の降伏比の要求が強まっている
。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来の建築用
鋼における上記の問題点に鑑み、本発明者らが鋭意研究
を行った結果、化学成分、特に、少量の　Ｗ添加と、Ｎ
ｂの析出強化によって、溶接性を損なわずに、高温耐力
を大幅に改善し、さらに、ＴｉＮ　を活用することによ
り優れた大入熱溶接継手靱性を確保できるという知見を
得て完成されたもので、その第１発明は、Ｃ：０．０５
〜０．１５％、　Ｓｉ：０．６０％以下、　Ｍｎ：０．
５０〜１．８０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３
％以下、　ｓｏｌ．Ａｌ：０．００２　〜０．１０％、
Ｗ：０．２０〜１．０　％、Ｎｂ：０．００５〜０．０
６０　％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０　％、Ｎ：０
．００２０〜０．００７０％、　Ｃａ：０．０００５〜
０．００５０％を含有し、かつ、下記式で規定されるＰ
ＣＭの値を０．２４％以下として、残部Ｆｅおよび不可
避不純物からなる鋼片を１０５０℃以上の温度に加熱し
たのち、１０００℃以下の圧下率を５０％以上とし、　
８５０℃超え　９５０℃未満の温度範囲で圧延を終了さ
せ、　６００℃における耐力が２１６Ｎ／ｍｍ２以上で
ある建築用高強度耐火鋼板の製造方法である。 ＰＣＭ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎ
ｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ（
　％）

【０００８】第２発明は、Ｖ：０．００５　〜０．０６
％、　Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、　Ｎｉ：０．０５
〜０．５０％、Ｃｒ：０．１０〜０．６０％、Ｍｏ：０
．１０　％以上０．４０％未満の内から選んだ１種また
は２種以上を含有する請求項１の建築用高強度耐火鋼板
の製造方法である。

【０００９】

【作用】以下に、本発明における化学成分の限定理由に
ついて説明する。Ｃ　は、強度上昇に寄与する元素であ
るが、０．０５％未満では強度を確保することは困難で
あり、また、０．１５％を超えて多量に含有するときは
、鋼の靱性および溶接性が劣化する。したがって、Ｃ　
の添加量は０．０５〜０．１５％の範囲とする。

【００１０】Ｓｉは、脱酸のために有効な元素であるが
、本発明はＭｎ、Ａｌを含有しており、必ずしも添加を
必要としないので下限は限定しない。また、Ｓｉは固溶
強化に対して有効な元素であるが、０．６０％を超えて
多量に含有すると溶接性を劣化させる。したがって、Ｓ
ｉの添加量は０．６０％以下とする。

【００１１】Ｍｎは、鋼の強度および靱性を確保するた
めに必要な元素であるが、０．５０％未満ではこのよう
な効果は少なく、また、１．８０％を超えて多量に含有
すると溶接性と靱性を劣化させ、かつ、ＳＭ５０の強度
の上限を越える。したがって、Ｍｎの添加量は０．５０
〜１．８０％の範囲とする。

【００１２】Ｐ　は、ミクロ偏析により、ＨＡＺ靱性、
母材靱性および耐溶接割れ性を劣化させるので、０．０
３％以下とする。

【００１３】Ｓ　は、非金属介在物である　ＭｎＳを形
成して、母材靱性および加工性を劣化させるので、０．
０３％以下とする。

【００１４】ｓｏｌ．Ａｌは、脱酸に不可欠な元素であ
り、かつ、ＡｌＮとして結晶粒の微細化に寄与するため
、０．００２　％以上の添加が必要であるが、０．１０
％を超えて多量に添加すると酸化物系介在物が多くなり
、靱性を劣化させる。したがって、ｓｏｌ．Ａｌの添加
量は　０．００２〜０．１０％の範囲とする。

【００１５】Ｗ　は、高温強度を確保するために不可欠
な元素であるり、６００℃における耐力を著しく上昇さ
せる。しかしながら、０．２０％未満ではこのような効
果は得られず、また、　１．０％超えでは添加量に見合
った効果が得られず、母材靱性および耐溶接割れ性を劣
化させ、かつ添加コストが上昇しすぎ経済的にも無駄で
ある。したがって、Ｗ　の添加量は０．２０〜１．０　
％の範囲とする。

【００１６】Ｎｂは、析出強化および変態強化による強
度上昇および細粒化による靱性の向上に有効な元素であ
り、このような効果を得るには　０．００５％以上の添
加が必要である。しかし、０．０６０　％を超えて多量
に添加するときは溶接継手靱性を劣化させる。したがっ
て、Ｎｂの添加量は　０．００５〜０．０６０　％の範
囲とする。

【００１７】Ｔｉは、ＴｉＮ　によりＨＡＺのオーステ
ナイト粒の粗大化を抑制するとともに、粒内フェライト
を生成することから、大入熱溶接継手靱性の劣化軽減に
有効な元素である。しかし、　０．００５％未満ではか
かる効果を発揮することができず、また、０．０３０％
を超えると溶接継手靱性を劣化させる。したがって、Ｔ
ｉの添加量は　０．００５〜０．０３０　％の範囲とす
る。

【００１８】Ｎ　は、上記Ｔｉと組み合わせることによ
って、大入熱溶接継手靱性を改善する。しかし、０．０
０２０％未満ではこのような効果を発揮することができ
ず、また、０．００７０％を超えると溶接継手靱性を劣
化させる。したがって、Ｎ　の添加量は０．００２０〜
０．００７０％の範囲とする。

【００１９】Ｃａは、微量で板厚方向の特性を改善する
元素であるが、０．０００５％未満ではこのような効果
は得られず、また、０．００５０％を超えるときは、こ
のような効果は飽和するとともに、大型介在物が発生し
超音波探傷欠陥を生じやすくなる。したがって、Ｃａの
添加量は０．０００５〜０．００５０％の範囲とする。

【００２０】なお、本発明における第２発明では、上記
の元素の他に必要に応じて、Ｖ　、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、
Ｍｏの内から選んだ１種または２種以上を添加すること
ができる。

【００２１】Ｖ　は、析出強化による強度上昇に有効な
元素であるが、０．００５　％未満ではこのような効果
はほとんど期待できず、また、０．０６０　％を超える
と溶接性を劣化させる。したがって、Ｖ　の添加量は０
．００５〜０．０６０　％の範囲とする。

【００２２】Ｃｕは、固溶強化による強度上昇に有効な
元素であるが、０．０５％未満ではこのような効果は少
なく、また、　０．５％を超えると熱間加工時に表面割
れを発生させるとともに溶接性を劣化させる。したがっ
て、Ｃｕの添加量は０．０５〜０．５　％の範囲とする
。

【００２３】Ｎｉは、靱性の向上に有効な元素であるが
、０．０５％未満ではこのような効果は得らず、また、
０．５０％を超えるとこのような効果は飽和し、経済的
にも無駄である。したがって、Ｎｉの添加量は０．０５
〜０．５０％の範囲とする。

【００２４】Ｃｒは、高温強度の向上に有効な元素であ
るが、０．１０％未満ではこのような効果は期待できず
、０．６０％を超えると溶接性を劣化させる。したがっ
て、Ｃｒの添加量は０．１０〜０．６０％の範囲とする
。

【００２５】Ｍｏは、高温強度を確保するために不可欠
な元素であるが、０．１０％未満ではこのような効果は
得られず、また、０．４０％以上では溶接性を損なう。 したがって、Ｍｏの添加量は０．１０％以上０．４０％
未満の範囲とする。

【００２６】なお、第１発明および第２発明ともに、溶
接時の低温割れを防止するために、ＰＣＭ（溶接割れ感
受性組成）を０．２４％以下に限定する。

【００２７】つぎに、本発明における加熱、圧延条件の
限定理由について説明する。本発明は、上記、化学成分
を含有する鋼片を１０５０℃以上の温度に加熱したのち
、１０００℃以下の圧下率を５０％以上とし、　８５０
℃超え　９５０℃未満の温度範囲で圧延を終了させる必
要がある。

【００２８】加熱温度を１０５０℃以上に限定した理由
は、常温強度および高温強度の確保に必要なＮｂを鋼中
に固溶させるためである。また、１０００℃以下の圧下
率は、オーステナイト粒の微細化による優れた母材靱性
を得るために５０％以上が必要である。さらに、圧延終
了温度については、圧延終了温度が　８５０℃以下では
、フェライトの細粒化ならびに二相域圧延によるフェラ
イトの加工硬化により、降伏比が高くなり、８０％以下
の降伏比を得ることができない。また、圧延終了温度が
　９５０℃以上では、オーステナイトが粗粒となるため
母材靱性が劣化する。したがって、圧延終了温度は　８
５０℃超え９５０　℃未満の温度範囲に限定する。

【００２９】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明について説明
する。供試鋼板は表１に示す化学成分を含有する鋼片を
１１５０℃に加熱後、１０００℃以下で５０％以上の圧
下率を確保するために、圧延中、６０ｍｍ厚で　９２０
〜９５０　℃の温度で温度調節を行い、圧延終了温度　
８９０〜９１０　℃の温度で板厚２５ｍｍに仕上げたも
のである。これらの鋼板から試験片を採取し、常温引張
試験、シャルピ衝撃試験、　６００℃での高温引張試験
、最高かたさ試験および再現熱サイクル後のシャルピ衝
撃試験を行った。その結果を表２に示す。 なお、最高かたさ試験はＪＩＳ　Ｚ　３１０１に準じて
行い、再現熱サイクル条件は１３５０℃×５　秒加熱で
、８００　から５００　℃までの冷却時間は　２２０秒
である。

【００３０】表１に本発明法Ａ〜Ｇおよび比較法Ｈ〜Ｊ
の化学成分、　ＰＣＭを、表２に引張特性、衝撃特性、
高温引張特性、溶接性およびＨＡＺ靱性をそれぞれ示す
。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】表２から明らかなように、本発明法による
Ａ〜Ｇは、　ＰＣＭは０．２４％以下で、　６００℃に
おける耐力は２１６Ｎ／ｍｍ２以上で優れた高温耐力を
示し、常温の引張特性は、４９０Ｎ／ｍｍ２級の値（耐
力３１４Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さ　４９０〜６０８Ｎ
／ｍｍ２）を勿論満足し、降伏比は建築用鋼材に要求さ
れている８０％以下を十分に満足している。また、シャ
ルピ衝撃試験における破面遷移温度（ｖＴｒｓ）も−３
８℃以下である。最高かたさはＨＶ３５０　未満で良好
な溶接性を示し、さらに、再現熱サイクル試験によるＨ
ＡＺ靱性　（ｖＥ２０）　も２７Ｊ　以上と良好である
。

【００３４】一方、比較法Ｈは、　６００℃における耐
力は２１６Ｎ／ｍｍ２と高いが、Ｔｉが　０．００５％
未満のため、ＨＡＺ靱性が低く、最高かたさがＨＶ３５
０　以上であり、溶接性が悪く、また、Ｗ　が　１．０
％を超えているため、母材の破面遷移温度も高い。比較
法Ｉは、ＨＡＺ靱性が良好であるが、高温強度の確保に
有効なＷ　が０．２０％未満のため、６００　℃におけ
る耐力は２１６Ｎ／ｍｍ２以上を満足しない。比較法Ｊ
は、従来の建築用４９０Ｎ／ｍｍ２級鋼板の一例である
が、６００　℃における耐力は２１６Ｎ／ｍｍ２以上を
満足せず、また、Ｔｉが　０．００５％未満のため、Ｈ
ＡＺ靱性も悪い。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる建
築用高強度耐火鋼板の製造方法は、化学成分、特に、少
量のＷ　添加と、Ｎｂの析出強化によって、溶接性を損
なわずに、高温耐力を大幅に改善し、さらに、ＴｉＮ　
を活用することにより優れた大入熱溶接継手靱性を確保
しているため、　６００℃において２１６Ｎ／ｍｍ２以
上の耐力と良好な溶接性を兼ね備え、かつ、降伏比の低
い４９０Ｎ／ｍｍ２級の耐火鋼板を製造することが可能
であり、従来必要とされていた耐火被覆を大幅に低減あ
るいは省略することができ、さらに、溶接施工および耐
震面の点からも、構造物の安全性を高めることができる
という優れた効果を有するものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｃ：０．０５〜０．１５％、　Ｓｉ：
   ０．６０％以下、　Ｍｎ：０．５０〜１．８０％、Ｐ：
   ０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、　ｓｏｌ．Ａｌ
   ：０．００２　〜０．１０％、Ｗ：０．２０〜１．０　
   ％、Ｎｂ：０．００５〜０．０６０　％、Ｔｉ：０．０
   ０５〜０．０３０　％、Ｎ：０．００２０〜０．００７
   ０％、　Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％を含有し
   、かつ、下記式で規定される　ＰＣＭの値を０．２４％
   以下として、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼片
   を１０５０℃以上の温度に加熱したのち、１０００℃以
   下の圧下率を５０％以上とし、　８５０℃超え　９５０
   ℃未満の温度範囲で圧延を終了させ、　６００℃におけ
   る耐力が２１６Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする
   建築用高強度耐火鋼板の製造方法。 ＰＣＭ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎ
   ｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ　
   （％）
2. 【請求項２】　　Ｖ：０．００５　〜０．０６％、　Ｃ
   ｕ：０．０５〜０．５０％、　Ｎｉ：０．０５〜０．５
   ０％、Ｃｒ：０．１０〜０．６０％、Ｍｏ：０．１０　
   ％以上０．４０％未満の内から選んだ１種または２種以
   上を含有することを特徴とする請求項１の建築用高強度
   耐火鋼板の製造方法。