JPH0450363B2 - - Google Patents

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
おいて、各種構造物に用いる耐火性の優れた低降
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、一般構造用
圧延鋼材（JIS Ｇ 3101）、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 Ｇ 3114）、高耐候性圧延鋼材（JIS Ｇ
3125）及び一般構造用炭素鋼鋼管（JIS Ｇ
3444）、一般構造用角形鋼板（JIS Ｇ 3466）等
が広く利用されている。 前記周知鋼材は、通常高炉によつて得られた溶
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、一般構造用圧延鋼材（JIS Ｇ 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
を基材とする吹き付け材やフエルトを展着するほ
か、防火モルタルで包装する方法及び前記断熱材
層の上に、さらに金属薄板即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、特願昭63−143740号明細書では、
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
を比較的大きなフエライト主体組織として、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、この方法では常温と600℃の強
度確保はMo，Nb等の合金元素の添加に頼らざる
を得ず、合金添加量が多くなることが必須となら
ざるを得ず、建築用鋼材として重要な溶接性が阻
害される問題点を含んでいた。 さらに、特願平１−139329号明細書では、一定
量のMoを含有した鋼を圧延後のナーステナイト
とフエライト域の一定の温度から水令する方法を
用いることにより、ミクロ組織を20〜50％の比較
的大きなフエライトとベイナイトの混合組織とす
ることにより、常温の降伏比を低く抑え、600℃
の強度を確保していた。 しかしながら、圧延後の一定温度からの水冷は
工業的に必ずしも容易でなく、とくに、比較的薄
い鋼板の場合、圧延後の温度降下の速度が速く、
圧延板全体を適正な温度から水冷することはかな
り困難であつた。 （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つた。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、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、Ｃ 0.02〜0.10％、Si 0.6％
以下、Mn 0.8〜2.0％、Mo 0.2〜1.0％、Al 0.1
％以下、Ｎ 0.006％以下、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D〓※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
徴とする耐火性の優れた建築用薄手低降伏比鋼の
製造方法である。 (1)式： D〓※＝0.316√（１＋0.7Si）（4.1Mn ＋0.35）（１＋3Mo） 更に本発明は重量比でＣ 0.02〜0.10％、Si
0.6％以下、Mn 0.8〜2.0％、Mo 0.2〜1.0％、Al
0.1％以下、Ｎ 0.006％以下に加えて、Ni 0.15〜
0.60％、Cu 0.15〜1.0％、Cr 0.05〜0.50％、Ｖ
0.005〜0.10％、Ｂ 0.0003〜0.002％のうち一種
または二種以上、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、(2)
式で与えられるD〓※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
耐火性の優れた建築用薄手低降伏比鋼の製造方法
である。 (2)式： D〓※＝0.316√（１＋0.7Si）（4.1Mn ＋0.35）（１＋3Mo）（１＋2.16Cr）（１ ＋0.36Ni）（１＋0.365Cu）×Ａ ここでＡはＢ（量）0.0003％未満の場合１、
0.0003％以上の場合1.2、（成分単位；重量％） （作用） 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D〓※値が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、本発明法によつて製造した鋼
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Ｃ量が高いと、ミクロ組織が
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
体強化によつ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1.0％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 3106）に規定する性能を満足し、かつ
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
くなつ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
求が無く、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
1000℃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50
mm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使用さ
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／Mn比を抑え、焼入性（D〓※）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。 Si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量の上限を
2.0％とした。 Alは一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、
Si及びTiによつても脱酸は行なわれるので、本
発明ではAlについては下限は限定しない。しか
しAl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0.1％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きずの発生等を助長
するので、その上限を0.006％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元素が少ないほど向上する。
望ましいＰ，Ｓ量はそれぞれ0.02％、0.005％以
下である。 本発明鋼の基本成分は以上のとおりであり、十
分に目的を達成できるが、さらに目的に対し特性
を高めるため、以下に述べる元素即ちNi，Cu，
Cr，Ｖ，Ｂを選択的に添加すると強度、靭性の
向上について、さらに好ましい結果が得られる。 つぎに、前記添加元素とその添加量について説
明する。 Niは溶接性、HAZ靭性に悪影響をおよぼすこ
となく、母材の強度、靭性を向上させるが、0.15
％未満では効果が薄く、0.60％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Ni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、0.15％未満では効果が無いのでCu量
は0.15〜1.0％に限定した。 Crは母材及び溶接部の強度を高める元素であ
り、Cr量が0.5％超で耐候性も向上するが、1.0％
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。従つてCr量は0.05〜
0.5％とする。 ＶはＮと結合して窒化物VNを形成し高温強度
の向上に効果を発揮する。しかしながら、0.005
％未満では、その効果は認められず、0.10％超で
は溶接性に害をおよぼすため0.005〜0.10％の範
囲とした。 Ｂは鋼の焼入性を増大させ強度を大きくする元
素であり、Ｎと結合したBNはフエライト発生核
として作用し、HAZ組織を微細化する。このよ
うなＢの効果を得るためには、最小限0.0003％の
Ｂ量が必要で、それ以下では効果がなく、またＢ
量が多過ぎると粗大なＢ−constituentがHAZの
粒界に析出して低温靭性を劣化させる。このため
Ｂ量の上限は0.002％に制限する。 なお、本発明鋼を製造後、脱水素等の目的で
Ac₁変態点以下の温度に再加熱しても、本発明鋼
の特徴は何等損なわれることはない。 （実施例） 周知の転炉、連続鋳造、厚板工程で表に示す鋼
成分の鋼板を製造し、常温強度、高温強度等を調
査した。 第１表のNo.１〜No.20に本発明鋼を、No.21〜No.30
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No.１〜No.20の例では、すべて良好な常温
及び高温強度を有している。 これに対し、比較鋼No.21、No.24では、圧延後に
再加熱して焼準しているため、常温、高温強度が
低い。No.22，No.25では、圧延後に再加熱して焼
入、焼戻の熱処理を行なつているため、常温の降
伏比が高すぎる。No.23では、スラブ再加熱温度が
低く、圧延仕上げ温度も低いため、常温の降伏比
が高すぎ、常温と600℃の強度比も十分でない。
さらに、比較鋼のNo.26〜No.35は化学成分がいずれ
も本発明鋼の範囲から外れているため、特性を満
足できなかつた。即ち、No.26〜No.31では、焼入性
が不足してミクロ組織がベイナイトにならず600
℃の強度で不十分である。また、No.32〜No.35は
Ｃ／Mn比が高すぎるため、常温の降伏比が高す
ぎる。

【表】

【表】

【表】

【表】 （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）も低く、溶接性も良好である等の特
徴を兼ね備えた全く新しい鋼材である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量比で Ｃ 0.02〜0.10％、 Si 0.6％以下、 Mn 0.8〜2.0％、 Mo 0.2〜1.0％、 Al 0.1％以下、 Ｎ 0.006％以下 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D〓
   ※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の優れた建築
   用薄手低降伏比鋼の製造方法。 (1)式： D〓※＝0.316√（１＋0.7Si）（4.1Mn ＋0.35）（１＋3Mo） ２ 重量比で Ni 0.15〜0.60％、 Cu 0.15〜1.0％、 Cr 0.05〜0.50％、 Ｖ 0.005〜0.10％、 Ｂ 0.0003〜0.002％ のうち一種または二種以上を含み、(2)式で与えら
   れるD〓※値が0.80以上の成分組成よりなる請求
   項１記載の耐火性の優れた建築用薄手低降伏比鋼
   の製造方法。 (2)式： D〓※＝0.316√（１＋0.7Si）（4.1Mn ＋0.35）（１＋3Mo）（１＋2.16Cr）（１ ＋0.36Ni）（１＋0.365Cu）×Ａ ここでＡはＢ（量）0.0003％未満の場合１、
   0.0003％以上の場合1.2、（成分単位；重量％）。