JPH06104859B2

JPH06104859B2 - 耐火性に優れた建築用低降伏比溶融亜鉛メッキ冷延鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH06104859B2
Application number: JP30198389A
Authority: JP
Inventors: 裕秀浅野; 一夫小山; 隆治高橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-11-22
Filing date: 1989-11-22
Publication date: 1994-12-21
Anticipated expiration: 2009-12-21
Also published as: JPH03162519A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はプレハブ用建材、その他土木および海洋構造物
等の分野における各種建造物に用いる耐火性の優れた低
降伏比溶融亜鉛めっき冷延鋼板の製造方法に係る。

（従来の技術）建築用冷延鋼板には、冷間圧延鋼及び鋼帯（JIS G 314
1）、高耐候性圧延鋼板（JIS G 3125）、鋼板製析板屋
根構成材（以下周知鋼板という）などが広く利用されて
いる。

建築物の耐火性は重要で、大型ビルから一般住宅用まで
種々その対策がなされている。しかし、一般的には特開
昭63−47451号公報記載の技術のように耐火被覆で以て
火災対策を行っているのが現状である。そのため、建築
コストが上昇し、建築物の利用空間を狭くしている。

近時、耐火設計について見直しが行われ、昭和62年建築
物の新耐火設計法が法定されるにいたり、従来の火災時
の許容鋼材温度（350℃以下）の規定が外され、鋼板の
高温強度と建物に実際に加わっている荷重により、耐火
被覆の能力を決定できるようになり、素材鋼板の高温強
度が確保される場合等には無被覆で鋼板を使用すること
も可能となった。

特願昭63−143470号の発明は、Mo添加を基本としてお
り、主として厚板についてのものである。

また、この厚板の技術をホットストリップミルに応用発
明した技術として特願平１−3834号明細書記載の技術が
あるがこの技術もやはりMo添加を基本としており、高合
金鋼ほどではないが経済性において問題は完全に解決さ
れたとはいえない。

最近、本発明者らはこの高温強度確保のためCu添加鋼の
優秀性に着目し、耐火建築用の熱延鋼板ならびに溶融亜
鉛メッキ熱延鋼板の技術として、それぞれ特願平１−26
225号、特願平１−16446号の技術を発明した。

しかし、建築物のうち屋根材、プレハブ用建材等は冷延
鋼板または鋼帯を素材として使用する場合が多い。

そこで、本発明者らは、耐火建築用の冷延鋼板の技術と
して、特願平１−27297号の技術を発明した。

建築用鋼としては、さらに耐食性を有することが必要で
ある。そこで生産性、経済性の優れた連続式溶融亜鉛メ
ッキラインにより、冷延鋼板に亜鉛メッキを施す技術が
必要である。

冷延鋼帯または鋼板を連続式溶融亜鉛メッキラインに
て、亜鉛メッキを施す場合、この工程では大量生産のた
め通板速度を極度に下げることはできない。さらに再結
晶を行わせ、かつ良好なメッキ密着性を有するために
は、還元温度をむやみに下げることはできない。加えて
焼鈍後に急冷工程が存在する。

これらの理由により常温引張特性および高温強度特性を
付与させるのは、厚板、熱延鋼板および溶融亜鉛メッキ
熱延鋼板の製造工程とは大幅に異なってくる。

本発明は、耐火建築用鋼板としてのCu添加鋼の技術をさ
らに発展させたものである。

（発明が解決しようとする課題）従来鋼では結晶粒成長、析出物の粗大化、炭化物溶解等
で高温強度を確保するのが難しい。また、高合金耐熱金
属は鉄系を含めて存しているが、建築用に大量に消費さ
れるものとしては、経済性に難点がある。

本発明の目的は、高温特性に優れ耐火被覆が低減ないし
省略でき、屋根材、プレハブ用建材等への成形時に容易
に加工でき、さらに母材耐食性も優れた低降伏比の溶融
亜鉛メッキ冷延鋼板あるいは鋼帯を製造する方法を提供
するにある。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、火災時における鋼板強度について研の結
果、経済的な成分系で、600℃での降伏点強度が常温強
度の0.6倍以上となる鋼板の製造方法を発明するに至っ
た。さらに、地震時における鋼板強度について検討の結
果、常温における降伏比（降伏点強度／引張強度）が80
％以下の低降伏比鋼板が、耐震性に優れていることも明
らかにし、併せて達成するに至った。

本発明の骨子とするところは下記のとおりである。

（１）重量比で、Ｃ≦0.01％、Mn:0.1〜0.5％、Ｐ≦0.1
％、Al≦0.06％、Cu:0.6〜2.0％を含み、残部Feおよび
不可避的不純物からなる鋼をスラブとした後、直ちに、
あるいは1150℃以下に加熱後、Ar₃変態点以上で熱間圧
延し、コイルとし、その後、冷間圧下率５〜90％で冷間
圧延を行った後、連続溶融亜鉛メッキラインにて、平均
昇温速度１℃/s以上で昇温し、還元性雰囲気中で750〜9
00℃に加熱し、その後平均冷却速度３℃/s以上で冷却
し、続いて溶融亜鉛メッキ浴に浸漬し溶融亜鉛メッキを
施すことを特徴とする600℃における降伏点強度が常温
における降伏点強度の0.6倍以上である耐火性に優れた
建築用低降伏比溶融亜鉛メッキ冷延鋼板の製造方法。

（２）重量比で、Ｃ≦0.01％、Mn:0.1〜0.5％、Ｐ≦0.1
％、Al≦0.06％、Cu:0.6〜2.0％に加えて、Ti:0.008〜
0.2％または／かつNb:0.008〜0.10％を含み、残部Feお
よび不可避的不純物からなる鋼をスラブとした後、直ち
に、あるいは1150℃以下に加熱後、Ar₃変態点以上で熱
間圧延し、コイルとし、その後、冷間圧下率５〜90％で
冷間圧延を行った後、連続溶融亜鉛メッキラインにて、
平均昇温速度１℃/s以上で昇温し、還元性雰囲気中で75
0〜900℃に加熱し、その後平均冷却速度３℃/s以上で冷
却し、その後溶融亜鉛メッキ浴に浸漬し溶融亜鉛メッキ
を施すことを特徴とする600℃における降伏点強度が常
温における降伏点強度の0.6倍以上である耐火性に優れ
た建築用低降伏比溶融亜鉛メッキ冷延鋼板の製造方法。

（３）前項１または２記載の方法において、さらに鋼中
にB:0.0001〜0.003％または／かつNiをNi/Cuで0.2〜1.0
含有することを特徴とする600℃における降伏点強度が
常温における降伏点強度の0.6倍以上である耐火性に優
れた建築用低降伏比溶融亜鉛メッキ冷延鋼板の製造方
法。

以下、本発明構成要件の数値限定理由を述べる。

Ｃは、0.01％以下とする。すなわち、常温における成形
性の観点からいわゆる極低Ｃ系とする。さらに場合によ
っては、IF鋼（Interstitial Free Steel）とするた
め、Tiまたは／かつNbを添加する。Ｃ量が多いとIF鋼
（Interstitial Free Steel）に必要とするTiまたは／
かつNbが多量となり、経済性を損ねるばかりかこれら炭
化物のため加性や靭性が劣化する。この意味でＣは0.00
5％以下とすることが好ましい。

つぎにMnは0.1〜0.5％の範囲で添加する。下限値未満で
はFeS脆性が生じやすく、上限値を越えるとメッキ密着
性が低下する。

Ｐは大きな固溶体強化を有する元素であり、必要強度レ
ベルに応じて添加しても良い。0.1％を越える添加は脆
化を増長させるので上限は0.1％とする。また、ＰはCu
との相互作用により耐食性を向上させるので、好ましい
下限は0.01％とする。

Alは脱酸剤として必要であるが0.06％を越えるとメッキ
密着性が低下する。

つぎにCuは本発明にあっては極めて重要な元素である。
すなわち本発明の主目的である高温強度を確保し、かつ
常温強度・常温降伏比も担い、さらにＰとの相互作用で
もって優れた耐食性をも顕現する。強化のメカニズムは
定かではないが、常温強度はCuの固溶体強化ないし若干
のクラスター強化に、高温強度はCuのクラスター強化な
いし析出強化に負うものと考えられる。0.6％未満のCu
添加ではCuの過飽和度が不足し強度が付与されない。と
りわけ高温において著しい。また、2.0％を越える添加
は、これらの効果が飽和傾向になる一方、熱間割れが避
けがたくなるので添加値の条件は0.6〜2.0％とする。

Ti:0.008〜0.2％または／かつNb:0.008〜0.10％は炭化
物を形成しＣを固定するために必要である。下限値未満
では十分なIF鋼（Interstitial Free Steel）となら
ず、溶融亜鉛メッキ浴に浸漬後過時効処理がない場合は
成形後にストレッチャーストレイン等の問題が生じる。
また、上限値を超えるとＣの原子等量超となり、経済性
を損ねるばかりか固溶Ti、Nbのため成形性が劣化する。
好ましくは、 0.05≧12/48〔Ti（％）〕＋12/93〔Nb（％）〕≧〔Ｃ
（％）〕で示される範囲内でTiまたは／かつNbを添加する。

本発明ではさらに場合によってＢまたは／かつNiを添加
する。Ｂは粒界強化元素であり、本発明のようなIF鋼
（Interstitial Free Steel）では、同じく粒界強化元
素である固溶炭素が少なく、これを補う意味でＢを添加
する。0.0001％未満ではその効果がなく、0.003％を越
えると効果は飽和する。また、Ni添加は熱間割れを完全
になくするために行う。Ni添加は熱間割れの原因となる
Cu添加量に応じて行う。Ni/Cuが0.2未満ではNiによる熱
間割れ低減効果が認められず、またNi/Cuが1.0超となる
とNiが高価な金属であるため本発明の大きな目的の一つ
である経済性を損なう。

熱延条件は以下のように規定する。

熱延はスラブ鋳造後直ちに（いわゆるCC−直接圧延）行
うか、もしくは加熱する場合は1150℃以下とする。この
条件をはずすと熱間割れが避けられない。CC−直接圧延
を行う場合は保温もしくは端部の多少の加熱を行っても
差し支えない。好ましい加熱温度の下限は現状の連続熱
延設備で採れる1000℃とする。この条件であればCuの溶
体化は十分である。仕上温度はAr₃変態点以上とする。
これ未満では加工組織が入り、硬質化する。上限は950
℃とするのが好ましい。また、本発明では、後述するよ
うに溶融亜鉛メッキ工程でCuを再固溶させるので、熱延
時のCuの析出状態は特に制限しない。

上述の鋼板もしくは鋼帯を冷間圧延する場合は、冷間圧
下率は５〜90％とする。下限値未満であると冷間圧延の
効果がなく、上限値を越えると製品の平坦度を保つのが
困難となる。

続いて連続式溶融亜鉛メッキラインにて溶融亜鉛メッキ
を行う場合は、平均昇温速度は１℃/s以上とする。この
値未満であると、Cu析出域を通過するときにCuが析出
し、必要な引張特性を得ることができない。上限は、直
火無酸化還元炉等で採れ得る70℃/s以上としても効果は
持続する。

還元温度は750℃以上とする。本発明者らはCuの析出挙
動の調査を行い、本発明鋼ではCuは700℃以上で再固溶
することを知見した。従って、Cuを溶体化させるには70
0℃以上の加熱でよいが、さらに再結晶を行わせるのに
は750℃以上が必要である。コイル全長に亙って再結晶
を十分に行わせ、Cuをより十に固溶させるには800℃以
上とするのが好ましい。900℃を越えると結晶粒が粗大
化し、常温強度が低下し、ひいては高温強度も低下する
ので、上限は900℃とする。

平均冷却速度は３℃/s以上とする。この冷却速度より低
い値で徐冷すると冷却中にCuが析出し、常温強度、常温
降伏比、高温強度を確保することができない。好ましく
は５℃/s以上とするのがCuをより固溶状態に保持できる
ので好ましい。冷却速度の上限は、板厚にもよるが、現
在の最強の設備でとれる100℃/s以上としても効果は持
続する。

冷却後、溶融亜鉛メッキ浴に浸漬し、溶融亜鉛メッキを
施すが、その後場合によっては、後加熱によりメッキ層
の合金化処理を行っても良い。

Znメッキ浴中には、Alを0.01〜20％添加しても良い。

また、Znメッキ浴中に、Pb,Cd,Sn,Sb等の低融点合金ま
たはMgをそれぞれ１％以下添加しても本発明の効果をな
んら損なうことはない。

つぎに本発明の実施例について説明する。

（実施例）表１に示す成分を有する鋼を転炉にて出鋼後、連続鋳造
にてスラブとした後、直ちにあるいは加熱後熱延し、冷
間圧延を行い、その後、連続式溶融亜鉛メッキラインに
て溶融亜鉛メッキを行った。

表２に熱延条件、冷延条件、連続式溶融亜鉛メッキ条件
を示す。常温における引張試験はJIS Z 2201 5号試験片
を用い、JIS Z 2241に則って行った。高温引張試験は、
高温伸び計を試験片に取り付け、600℃まで10℃／分の
速度を昇温し、その温度にて15分間保持の後、引張試験
を行い、降伏点を測定した。

また、製造した熱延コイルを酸洗後スキンパスラインで
巻き戻し試験用のサンプルを採取した。板のいわゆるCu
ヘゲに起因する表面状況をスキンパスラインで巻き戻す
際に、コイル全長にわたり観察し、つぎのように評点付
けを行った。◎：良好、（一般材と同じ）、〇：軽微
（出荷合格品）、△：やや認められる（向け先により出
荷不可）、×：発生大（不良品）。

材料の加工性は、曲げ性で評価した。試験片は、JIS Z
2204の３号試験片を用い、試験方法は、JIS Z 2248に従
った。曲げ角度は180℃である。評点としては、曲げ試
験により割れを生じないものは〇、割れを生じたものは
×とした。

材料のメッキ密着性は、インパクト試験で評価した。そ
の方法は鋼板に半球上のポンチ（径12.7mmφ）を落下さ
せ、形成された円状のくぼみにテープを貼付して、鋼板
からテープを剥離し、テープに付着したメッキの量を目
視で判定した。評価は以下のとおりである。◎：点状剥
離数個（良好）、〇：点状剥離やや多い（出荷合格
品）、△：一部剥離やや認められる（手入れ必要）、
×：発生大（不良品）表２に本発明鋼と比較鋼の特性値を示す。本発明に従っ
た鋼はCuヘゲの程度も実用レベルで問題なく、常温引張
特性では、40kgf/mm²級の引張強度に対し、降伏点強度
は規格値の25kgf/mm²以上を十に満たし、なおかつ降伏
比（降伏点強度／引張強度）が80％以下という優れたも
のである。また、曲げ性も良好である。さらに、600℃
における高温の降伏点強度も十分に高く、常温の降伏点
強度との比で0.6以上という値を十分に満たし、概ね0.7
以上の高い値である。また、本発明に従った鋼はメッキ
密着性も良好である。

これに対し本発明に従っていない鋼ではこれら特性値の
少なくともいずれかが、本発明鋼より劣る。

（発明の効果）ビルの高層化や住宅の密集化により、火災対策は社会的
に大きな課題となってきている。本発明はこのような状
況の中で鉄系で優れた高温特性ならびに耐食性を有する
溶融亜鉛メッキ冷延鋼板を大量生産の可能な連続式溶融
亜鉛メッキラインで製造することを可能としたものであ
る。

本発明は上記、社会的課題の解決に大きく貢献するもの
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で、Ｃ≦0.01％、Mn:0.1〜0.5％、
Ｐ≦0.1％、Al≦0.06％、Cu:0.6〜2.0％を含み、残部Fe
および不可避的不純物からなる鋼をスラブとした後、直
ちに、あるいは1150℃以下に加熱後、Ar₃変態点以上で
熱間圧延し、コイルとし、その後、冷間圧下率５〜90％
で冷間圧延を行った後、連続溶融亜鉛メッキラインに
て、平均昇温速度１℃/s以上で昇温し、還元性雰囲気中
で750〜900℃に加熱し、その後平均冷却速度３℃/s以上
で冷却し、続いて溶融亜鉛メッキ浴に浸漬し溶融亜鉛メ
ッキを施すことを特徴とする600℃における降伏点強度
が常温における降伏点強度の0.6倍以上である耐火性に
優れた建築用低降伏比溶融亜鉛メッキ冷延鋼板の製造方
法。
【請求項２】重量比で、Ｃ≦0.01％、Mn:0.1〜0.5％、
Ｐ≦0.1％、Al≦0.06％、Cu:0.6〜2.0％に加えて、Ti:
0.008〜0.2％または／かつNb:0.008〜0.10％を含み、残
部Feおよび不可避的不純物からなる鋼をスラブとした
後、直ちに、あるいは1150℃以下に加熱後、Ar₃変態点
以上で熱間圧延し、コイルとし、その後、冷間圧下率５
〜90％で冷間圧延を行った後、連続溶融亜鉛メッキライ
ンにて、平均昇温速度１℃/s以上で昇温し、還元性雰囲
気中で750〜900℃に加熱し、その後平均冷却速度３℃/s
以上で冷却し、その後溶融亜鉛メッキ浴に浸漬し溶融亜
鉛メッキを施すことを特徴とする600℃における降伏点
強度が常温における降伏点強度の0.6倍以上である耐火
性に優れた建築用低降伏比溶融亜鉛メッキ冷延鋼板の製
造方法。
【請求項３】請求項１または２記載の方法において、さ
らに鋼中にB:0.0001〜0.003％または／かつNiをNi/Cuで
0.2〜1.0含有することを特徴とする600℃における降伏
点強度が常温における降伏点強度の0.6倍以上である耐
火性に優れた建築用低降伏比溶融亜鉛メッキ冷延鋼板の
製造方法。