JPH10280088A

JPH10280088A - 建築構造用鋼材及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10280088A
Application number: JP14524197A
Authority: JP
Inventors: Norihito Kunitani; 法仁訓谷; Yoshihiko Kamata; 芳彦鎌田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 1998-10-20
Anticipated expiration: 2017-06-03
Also published as: JP3724119B2

Abstract

(57)【要約】【課題】引張強度400MPa級では降伏強度 215〜355MPa、
引張強度490MPa級では降伏強度295〜445MPa、且つ、降
伏比≦0.8、破断伸び≧20％、シャルピー衝撃値≧27J/c
m² の耐震性に優れた建築構造用鋼材及びその製造方法
の提供。【解決手段】C：0.10〜0.40％、Mn：0.3〜1.6％、Si≦
0.80％、V≦0.2％、Nb≦0.10％、Al≦0.10％、Ni≦0.3
％、Cr≦0.3％、Mo≦0.3％、Cu≦0.3％、Ti≦0.1％、B
≦0.0050％、残部 Feと不純物で、組織が最大粒径≦40
μｍで平均粒径≦25μｍのフェライトを面積率で35〜75
％有するフェライト・パーライト組織の建築構造用鋼
材。その製造方法は、950〜1250℃に加熱して750〜11
00℃の圧延仕上げ温度で圧延した後、0.1〜10℃／ｓの
冷却速度で少なくとも500℃まで冷却する。粗圧延後に
中間圧延及び／又は仕上げ圧延のパス間で水冷して鋼材
表面を500〜700℃の温度域に急冷することを繰り返しな
がら圧延すれば効果が大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築構造用鋼材及
びその製造方法に関し、なかでも耐震性に優れた建築構
造用鋼材及びその製造方法に関する。より詳しくは、引
張特性として、引張強度が４００〜５１０ＭＰａの所謂
「４００ＭＰａ級」においては降伏強度が２１５〜３５
５ＭＰａ、引張強度が４９０〜６１０ＭＰａの所謂「４
９０ＭＰａ級」においては降伏強度が２９５〜４４５Ｍ
Ｐａであり、且つ、降伏比が０．８以下、破断伸びが２
０％以上で、衝撃特性として、２ｍｍＶノッチシャルピ
ー衝撃値が２７Ｊ／ｃｍ² 以上である耐震性に優れた建
築構造用鋼材及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】建築物の筋かいなどに用いられるターン
バックルや基礎ボルトとして、従来は、JIS G 3101に規
定された一般構造用圧延鋼材（以下「ＳＳ鋼」という）
のＳＳ４００やＳＳ４９０、更にはJIS G 3106に規定さ
れた溶接構造用圧延鋼材（以下「ＳＭ鋼」という）のＳ
Ｍ４００やＳＭ４９０が多用されてきた。

【０００３】しかし、近年、建築物が高層化するに伴
い、耐震性の面から鋼材に対する基準を見直すことが検
討されている。こうした耐震基準見直しの動きは、先の
兵庫県南部地震を初めとした巨大地震の発生を契機に特
に活発になっており、「ＳＳ鋼」や「ＳＭ鋼」よりも高
強度で高靭性を有する鋼材に対する要求が大きくなって
いる。このため、例えばＪＩＳにおいては、使用部位や
必要性能に応じて使い分けが可能な建築構造用圧延棒鋼
として、「ＳＮ鋼」を制定することが検討されている。

【０００４】耐震性を確保するための鉄筋用鋼材に関す
る技術は、例えば、特公平７−２６１５２号公報や特公
昭６３−６４４９４号公報に提案されている。

【０００５】上記のうち特公平７−２６１５２号公報に
は「降伏伸びの大きい高強度鉄筋用鋼の製造方法」が開
示されている。この公報に記載の方法で製造すれば、確
かに鋼材に高い降伏強度と大きな降伏伸びを付与するこ
とが可能ではある。しかし、鋼材の靭性について配慮さ
れた製造方法にはなっていない。そのため、前記の公報
に提案された方法で製造された高強度鉄筋用鋼は、建物
に衝撃的に大きな応力がかかる巨大地震が発生した際の
備えとしては必ずしも充分なものとは言えない。

【０００６】又、特公昭６３−６４４９４号公報には
「降伏棚比の大きい高強度鉄筋用鋼の製造法」が提案さ
れている。この公報に記載の技術では高強度鉄筋用鋼の
靭性に対して配慮はなされているものの、所謂「降伏棚
比」を規定して靭性を確保しようとするものである。そ
のため、建物に衝撃的に複雑で大きな応力がかかる巨大
地震に対しては、前記公報に提案された方法で製造され
た高強度鉄筋用鋼も必ずしも充分な備えになるとは言い
難い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】建築構造物の設計思想
が従来の許容応力度設計型から、終局耐力型へと移行し
てきた。つまり、構造物は剛体であるべしという従来の
思想から、構造物が塑性変形することは許容するが人命
救助の観点から構造物が倒壊することは防止するという
思想に変化してきている。この終局耐力型設計思想は、
具体的には、震度７を超えるような巨大地震が発生して
も、構造物のある一部（例えば一部分の梁）を損壊させ
て地震エネルギーを吸収し、これによって建築構造物の
倒壊を防ぐというものである。

【０００８】上記の思想に基づいて、一般的に最近の国
内建築構造物は所謂「強柱弱梁」で設計されている。つ
まり、巨大地震が発生した場合には梁を壊して地震のエ
ネルギーを吸収させ、これによって構造物の倒壊を招く
柱の損壊が生じないようにしている。しかし、壊す目的
で設計された梁に使用される鋼材の強度が設計強度規格
の上限に位置すると、壊すべく設計された部位で破壊せ
ず、壊れてはいけない部位（例えば柱）で壊れることも
想定される。この結果、使用鋼材の強度範囲を狭く規制
する動きにある。一方、構造物の強度は使用鋼材の降伏
強度で設計される。したがって、建築構造物に使用され
る鋼材は、降伏強度の上下限を狭く規定したものが求め
られるようになっている。

【０００９】本発明は上記状況に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、引張特性として、引張強度が
所謂「４００ＭＰａ級」においては降伏強度が２１５〜
３５５ＭＰａ、引張強度が所謂「４９０ＭＰａ級」にお
いては降伏強度が２９５〜４４５ＭＰａであり、且つ、
降伏比が０．８以下、破断伸びが２０％以上で、衝撃特
性として、２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が２７Ｊ／
ｃｍ² 以上である耐震性に優れた建築構造用鋼材及びそ
の製造方法を提供することにある。特に、本発明は、先
の兵庫県南部地震のような巨大地震が発生しても充分耐
え得るような、耐震性に優れた建築構造用鋼材及びその
製造方法を提供することを最大の目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）に示す建築構造用鋼材及び（２）、（３）に示す
建築構造用鋼材の製造方法にある。

【００１１】（１）重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０
％、Ｍｎ：０．３〜１．６％、Ｓｉ：０〜０．８０％、
Ｖ：０〜０．２％、Ｎｂ：０〜０．１０％、Ａｌ：０〜
０．１０％、Ｎｉ：０〜０．３％、Ｃｒ：０〜０．３
％、Ｍｏ：０〜０．３％、Ｃｕ：０〜０．３％、Ｔｉ：
０〜０．１％、Ｂ：０〜０．００５０％を含有し、残部
はＦｅ及び不可避不純物の化学組成からなり、組織が、
最大粒径４０μｍ以下で平均粒径が２５μｍ以下のフェ
ライトを面積率で３５〜７５％有するフェライト・パー
ライト組織であることを特徴とする建築構造用鋼材。

【００１２】（２）重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０
％、Ｍｎ：０．３〜１．６％、Ｓｉ：０〜０．８０％、
Ｖ：０〜０．２％、Ｎｂ：０〜０．１０％、Ａｌ：０〜
０．１０％、Ｎｉ：０〜０．３％、Ｃｒ：０〜０．３
％、Ｍｏ：０〜０．３％、Ｃｕ：０〜０．３％、Ｔｉ：
０〜０．１％、Ｂ：０〜０．００５０％を含有し、残部
はＦｅ及び不可避不純物の化学組成を有する鋼を、９５
０〜１２５０℃の温度域に加熱して圧延仕上げ温度を７
５０〜１１００℃の範囲に制御して圧延した後、０．１
〜１０℃／ｓの冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却
することを特徴とする建築構造用鋼材の製造方法。

【００１３】（３）圧延工程が粗圧延、中間圧延及び仕
上圧延の各工程からなる建築構造用鋼材の製造方法であ
って、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：
０．３〜１．６％、Ｓｉ：０〜０．８０％、Ｖ：０〜
０．２％、Ｎｂ：０〜０．１０％、Ａｌ：０〜０．１０
％、Ｎｉ：０〜０．３％、Ｃｒ：０〜０．３％、Ｍｏ：
０〜０．３％、Ｃｕ：０〜０．３％、Ｔｉ：０〜０．１
％、Ｂ：０〜０．００５０％を含有し、残部はＦｅ及び
不可避不純物の化学組成を有する鋼を、９５０〜１２５
０℃の温度域に加熱して粗圧延を行い、次いで中間圧延
及び／又は仕上げ圧延のパス間で水冷して鋼材の表面を
５００〜７００℃の温度域に急冷することを繰り返しな
がら圧延し、更に、圧延仕上げ温度を７５０〜１１００
℃の範囲に制御して圧延を終了し、その後０．１〜１０
℃／ｓの冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却するこ
とを特徴とする建築構造用鋼材の製造方法。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明者らは、先ず現行のJIS G
3101及びJIS G 3106規格鋼材の常温における引張試験を
行い、性能上の問題点を検討した。その結果、上記のＪ
ＩＳ規格鋼材は耐震用鋼材にとって重要な機械的特性、
なかでも降伏比の規定がないために０．９に近い降伏比
を有するような場合もあり、耐震用鋼材として使用する
にはあまり好ましくないことが判明した。つまり、降伏
比が低ければ塑性変形した後の仕事量が大きくなるので
構造物の破壊を防ぐのに都合が良いが、現行のJIS G 31
01及びJIS G 3106規格鋼材の場合には降伏比が高い場合
があって、この場合には塑性変形後すぐに破壊してしま
うことが想定される。したがって、構造物の安全性を高
めるためには靭性に優れ、且つ、破断伸びが高くて、降
伏比が低い鋼材を使用することが重要であるとの結論に
達した。

【００１５】そこで本発明者らは次に、耐震性能と機械
的特性の関係、更には靭性、破断伸びを高めることがで
き、しかも降伏比を低くする組織に関して検討を重ねた
結果、下記〜の知見を得た。

【００１６】衝撃的に複雑で大きな応力がかかる場
合、鋼材には降伏点を超えても建築構造物を倒壊させな
いための大きな塑性変形能が要求され、降伏比を０．８
以下とすることが重要である。

【００１７】鋼材の組織を最大粒径４０μｍ以下で平
均粒径が２５μｍ以下のフェライトを面積率で３５〜７
５％有するフェライト・パーライト組織とすれば衝撃
値、引張伸びを高めることができるとともに、降伏比を
０．８以下にすることができる。

【００１８】上記の組織とするには、鋼材の化学組成
を規定した上で、圧延仕上げ温度を７５０〜９５０℃の
範囲に制御し、その後０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で
少なくとも５００℃まで冷却すれば良い。

【００１９】上記のにおいて、圧延工程が粗圧延、
中間圧延及び仕上げ圧延の３工程からなる場合には、粗
圧延後に中間圧延及び／又は仕上げ圧延のパス間で水冷
して鋼材の表面を５００〜７００℃の温度域に急冷し、
更に、圧延仕上げ温度を７５０〜９５０℃の範囲に制御
し、その後０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で少なくとも
５００℃まで冷却すれば、細粒化の効果が大きい。

【００２０】兵庫県南部地震クラスの巨大地震に対し
ても、建築構造物が倒壊しないためには、少なくとも鋼
材が、（イ）降伏強度２１５ＭＰａ以上、引張強度４
００ＭＰａ以上、降伏比０．８以下、破断伸び２０％以
上の引張特性と、（ロ）２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃
値２７Ｊ／ｃｍ² 以上の衝撃特性、の双方を有している
ことが必要である。

【００２１】構造物の強度は鋼材の使用量で決定され
るため、大地震に対する構造物の安全性に対して重要と
なるのは、使用鋼材の強度の絶対値よりはむしろ強度の
ばらつき範囲である。

【００２２】上記の強度レベルでは引張強度が「４
００ＭＰａ級」と「４９０ＭＰａ級」の２種の鋼材が使
用されることが多い。しかし、建築構造物の設計は使用
鋼材の降伏強度で設定されるため、耐震設計の面から引
張強度が「４００ＭＰａ級」の場合には降伏強度を２１
５〜３５５ＭＰａの範囲にし、引張強度が「４９０ＭＰ
ａ級」の場合には降伏強度を２９５〜４４５ＭＰａの範
囲にすることが有効である。

【００２３】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものである。

【００２４】以下、本発明の各要件について詳しく説明
する。なお、成分含有量の「％」は「重量％」を意味す
る。

【００２５】（Ａ）鋼材の化学組成Ｃ：０．１０〜０．４０％Ｃは、脱酸作用及び強度を高める作用を有する。しか
し、その含有量が０．１０％未満では添加効果に乏し
く、特に、建築構造用鋼材としての所望の強度が得られ
ない。一方、０．４０％を超えると本発明の製造方法に
よっても製品鋼材の靭性が目標値に達しない。したがっ
て、Ｃの含有量を０．１０〜０．４０％とした。なお、
建築構造用鋼材に対して良好な溶接性が要求される場合
でも、Ｃ含有量の上限を０．４０％にしておけば問題は
ない。

【００２６】Ｍｎ：０．３〜１．６％Ｍｎは、鋼の焼入れ性向上及び熱間延性向上に有効な元
素であり、脱酸作用も有する。しかし、その含有量が
０．３％未満では添加効果に乏しく、なかでも充分な焼
入れ性が得られない。一方、１．６％を超えて含有させ
ると偏析を起こし、却って熱間延性が低下する。したが
って、Ｍｎの含有量を０．３〜１．６％とした。

【００２７】Ｓｉ：０〜０．８０％Ｓｉは添加しなくても良い。添加すれば、鋼の焼入れ性
と強度を向上させる作用がある。この効果を確実に得る
には、Ｓｉは０．０５％以上の含有量とすることが好ま
しい。しかし、その含有量が０．８０％を超えると靭性
の劣化を招く。したがってＳｉの含有量を０〜０．８０
％とした。

【００２８】Ｖ：０〜０．２％Ｖは添加しなくても良い。添加すれば、炭窒化物を形成
して鋼の強度を向上させる。この効果を確実に得るに
は、Ｖは０．００５％以上の含有量とすることが好まし
い。しかし、その含有量が０．２％を超えると前記効果
が飽和するばかりか、却って脆化現象を引き起こし靭性
の低下を招く。したがって、Ｖの含有量を０〜０．２％
とした。

【００２９】Ｎｂ：０〜０．１０％Ｎｂも添加しなくても良い。添加すれば、鋼中で炭窒化
物を形成して結晶粒を微細化し、靭性を向上させる効果
を有する。この効果を確実に得るには、Ｎｂは０．００
５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その
含有量が０．１０％を超えると前記効果が飽和するばか
りか、却って脆化現象を引き起こし靭性の低下を招く。
したがって、Ｎｂの含有量を０〜０．１０％とした。

【００３０】Ａｌ：０〜０．１０％Ａｌは添加しなくても良い。添加すれば、脱酸及び結晶
粒微細化の効果を有する。この効果を確実に得るには、
Ａｌは０．００５％以上の含有量とすることが望まし
い。しかし、その含有量が０．１０％を超えるとその効
果が飽和しコストが嵩むばかりである。したがって、Ａ
ｌの含有量を０〜０．１０％とした。

【００３１】Ｎｉ：０〜０．３％Ｎｉは添加しなくても良い。添加すれば、強度を高める
作用がある。この効果を確実に得るには、Ｎｉは０．０
２％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、多量
に含有させるとコストが嵩むばかりか、焼入れ性が高く
なって所望の組織と機械的性質が得られなくなる。特
に、Ｎｉ含有量が０．３％を超えると焼入れ性が高くな
りすぎて所望の組織と機械的性質が得られなくなる。し
たがって、Ｎｉの含有量を０〜０．３％とした。

【００３２】Ｃｒ：０〜０．３％Ｃｒは添加しなくても良い。添加すれば、強度を高める
作用がある。この効果を確実に得るには、Ｃｒは０．０
２％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、多量
に含有させるとコストが嵩むばかりか、焼入れ性が高く
なって所望の組織と機械的性質が得られなくなる。特
に、Ｃｒ含有量が０．３％を超えると焼入れ性が高くな
りすぎて所望の組織と機械的性質が得られなくなる。し
たがって、Ｃｒの含有量を０〜０．３％とした。

【００３３】Ｍｏ：０〜０．３％Ｍｏは添加しなくても良い。添加すれば、強度を高める
作用がある。この効果を確実に得るには、Ｍｏは０．０
１％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、多量
に含有させるとコストが嵩むばかりか、焼入れ性が高く
なって所望の組織と機械的性質が得られなくなる。特
に、Ｍｏ含有量が０．３％を超えると焼入れ性が高くな
りすぎて所望の組織と機械的性質が得られなくなる。し
たがって、Ｍｏの含有量を０〜０．３％とした。

【００３４】Ｃｕ：０〜０．３％Ｃｕは添加しなくても良い。添加すれば、強度を上昇さ
せる作用がある。この効果を確実に得るには、Ｃｕは
０．０２％以上の含有量とすることが好ましい。しか
し、多量に含有させるとコストが嵩むばかりか、熱間延
性を低下させるので表面疵の発生を招く。特に、Ｃｕの
含有量が０．３％を超えると表面疵の発生が著しくな
る。したがって、Ｃｕの含有量を０〜０．３％とした。

【００３５】Ｔｉ：０〜０．１％Ｔｉも添加しなくても良い。添加すれば、強度を上昇さ
せる作用がある。この効果を確実に得るには、Ｔｉは
０．００５％以上の含有量とすることが好ましい。しか
し、多量に含有させるとコストが嵩むばかりか、靭性の
劣化を招く。特に、Ｔｉの含有量が０．１％を超えると
靭性の劣化が著しくなって、所望のシャルピー衝撃値が
得られなくなる。したがって、Ｔｉの含有量を０〜０．
１％とした。

【００３６】Ｂ：０〜０．００５０％Ｂも添加しなくても良い。添加すれば、強度を上昇させ
る作用がある。この効果を確実に得るには、Ｂは０．０
００３％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、
多量に含有させるとコストが嵩むばかりか、その効果も
飽和し、更に靭性の劣化を招く。特に、Ｂの含有量が
０．００５０％を超えると靭性の劣化が著しくなって、
所望のシャルピー衝撃値が得られなくなる。したがっ
て、Ｂの含有量を０〜０．００５０％とした。

【００３７】本発明の建築構造用鋼材は、化学組成を上
記のように規制して、後述する方法で製造することによ
って、組織が、最大粒径４０μｍ以下で平均粒径が２５
μｍ以下のフェライトを面積率で３５〜７５％有するフ
ェライト・パーライト組織となる。このため、本発明の
建築構造用鋼材は引張強度が所謂「４００ＭＰａ級」に
おいては降伏強度が２１５〜３５５ＭＰａ、引張強度が
所謂「４９０ＭＰａ級」においては降伏強度が２９５〜
４４５ＭＰａで、且つ、降伏比が０．８以下、破断伸び
が２０％以上の引張特性であって、しかも２ｍｍＶノッ
チシャルピー衝撃値が２７Ｊ／ｃｍ² 以上の衝撃特性を
有するものとなる。

【００３８】建築構造用鋼材に対して良好な溶接性が要
求される場合でも、下記の（ａ）式で表されるＣ_eqを
０．６０％以下としておけば問題はない。

【００３９】Ｃ_eq＝Ｃ（％）＋（１／６）Ｍｎ（％）＋（１／２４）Ｓｉ（％）＋（１／１４）Ｖ（％）＋（１／４０）Ｎｉ（％）＋（１／５）Ｃｒ（％）＋（１／４）Ｍｏ（％）・・・・・（ａ）建築構造用鋼材である製品鋼材の寸法に応じて既に述べ
た成分範囲内で、Ｃ_eqの値を制限すれば、製品鋼材の強
度、なかでも降伏強度を狭い幅に管理することができ
る。そして、この場合には使用部位や必要性能に応じた
使い分けが可能となる。したがって、使用部位や必要性
能に応じて、建築構造用鋼材の使い分けを行いたい場合
には、製品鋼材の寸法に応じて、既に述べた成分範囲内
で、上記（ａ）式で表されるＣ_eqの値を下記のように制
限しても良い。

【００４０】（イ）製品鋼材の寸法が直径で４０ｍｍ以
下の場合：（イ−１）Ｃ_eq：０．１８〜０．４０％この場合には、建築構造用鋼材の引張特性としての、４
００ＭＰａ以上の引張強度、２３５〜３５５ＭＰａの降
伏強度、０．８以下の降伏比、２０％以上の破断伸び
と、衝撃特性としての２７Ｊ／ｃｍ² 以上の２ｍｍＶノ
ッチシャルピー衝撃値が安定して得られる。特に、Ｃ_eq
の値が０．１８〜０．３９％の場合に、上記の引張特性
と衝撃特性が極めて安定して得られる。

【００４１】（イ−２）Ｃ_eq：０．３６〜０．６０％この場合には、建築構造用鋼材の引張特性としての、４
９０ＭＰａ以上の引張強度、３２５〜４４５ＭＰａの降
伏強度、０．８以下の降伏比、２０％以上の破断伸び
と、衝撃特性としての２７Ｊ／ｃｍ² 以上の２ｍｍＶノ
ッチシャルピー衝撃値が安定して得られる。特に、Ｃ_eq
の値が０．３７〜０．６０％の場合に、上記の引張特性
と衝撃特性が極めて安定して得られる。

【００４２】なお、この（イ）の場合において、製品鋼
材の寸法である直径の下限値は特に制限されるものでは
ないが、建築構造用としての用途を勘案すれば、１２ｍ
ｍ程度を製品鋼材の直径の下限値とすれば良い。

【００４３】（ロ）製品鋼材の寸法が直径で４０ｍｍを
超える場合：（ロ−１）Ｃ_eq：０．２０〜０．４５％この場合には、建築構造用鋼材の引張特性としての、４
００ＭＰａ以上の引張強度、２１５〜３３５ＭＰａの降
伏強度、０．８以下の降伏比、２０％以上の破断伸び
と、衝撃特性としての２７Ｊ／ｃｍ² 以上の２ｍｍＶノ
ッチシャルピー衝撃値が安定して得られる。特に、Ｃ_eq
の値が０．２０〜０．４４％の場合に、上記の引張特性
と衝撃特性が極めて安定して得られる。

【００４４】（ロ−２）Ｃ_eq：０．４０〜０．６０％この場合には、建築構造用鋼材の引張特性としての、４
９０ＭＰａ以上の引張強度、２９５〜４１５ＭＰａの降
伏強度、０．８以下の降伏比、２０％以上の破断伸び
と、衝撃特性としての２７Ｊ／ｃｍ² 以上の２ｍｍＶノ
ッチシャルピー衝撃値が安定して得られる。特に、Ｃ_eq
の値が０．４１〜０．６０％の場合に、上記の引張特性
と衝撃特性が極めて安定して得られる。

【００４５】なお、この（ロ）の場合において、製品鋼
材の寸法である直径の上限値は特に制限されるものでは
ないが、前記の機械的性質を充分安定して得るために、
１６０ｍｍ程度を製品鋼材の直径の上限値とすれば良
い。

【００４６】（Ｂ）鋼材の組織後の実施例でも詳しく述べるが、鋼材が前記（Ａ）に記
載の所定の化学組成を有し、その組織が最大粒径４０μ
ｍ以下で平均粒径が２５μｍ以下のフェライトを面積率
で３５〜７５％有するフェライト・パーライト組織であ
る場合に、鋼材は２１５ＭＰａ以上の降伏強度、４００
ＭＰａ以上の引張強度、０．８以下の降伏比、２０％以
上の破断伸び及び２ｍｍＶノッチ２７Ｊ／ｃｍ² 以上の
シャルピー衝撃値を安定して有するものとなる。

【００４７】すなわち、鋼材に所望の機械的特性を付与
するためには、先ず鋼材の組織をフェライト・パーライ
ト組織にする必要がある。この場合、フェライトの最大
粒径が４０μｍを超えるか平均粒径が２５μｍを超える
と、破断伸びが減少して２０％以上の破断伸びが安定し
て得られなくなり、又所望の高強度が得難くなる。した
がって、フェライトは最大粒径が４０μｍ以下で、且つ
平均粒径が２５μｍ以下とした。前記サイズのフェライ
トの面積率が３５％を下回る場合には、降伏比の上昇と
破断伸びの減少により、０．８以下の降伏比と２０％以
上の破断伸びが安定して得られなくなり、一方、面積率
が７５％を超えると、強度の低下を招き所望の高強度が
得られない。このため、前記サイズのフェライトの面積
率を３５〜７５％とした。

【００４８】（Ｃ）熱間圧延と冷却（Ｃ−１）加熱熱間での連続圧延に際しての加熱温度が９５０℃未満で
は圧延抵抗が高くなって圧延機に過度の負荷がかかると
ともに、Ｎｂ、Ｖなど所謂「マイクロアロイ」を添加す
る場合に、これらの元素のオーステナイト中への固溶が
不十分となって「マイクロアロイ」の添加効果が得られ
ない。一方、加熱温度が１２５０℃を超えると圧延素材
の表面酸化が著しくなって、圧延時に表面割れが発生す
る。したがって、加熱温度を９５０〜１２５０℃とし
た。

【００４９】（Ｃ−２）圧延仕上げ温度結晶粒微細化のためには圧延仕上げ温度を低くするほど
効果があるが、７５０℃を下回ると２相域での加工とな
り、フェライトの加工硬化により所望の低降伏比が得ら
れなくなる場合があり、一方、１１００℃を超えると結
晶粒が粗大化して所望の微細な組織が得られなくなるの
で、圧延仕上げ温度を７５０〜１１００℃とした。な
お、この圧延仕上げ温度は、被圧延鋼材自身の復熱及び
圧延時の加工発熱によって確保できる。

【００５０】（Ｃ−３）圧延後の冷却圧延終了後は、鋼材を０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で
少なくとも５００℃まで冷却する必要がある。１０℃／
ｓを超える冷却速度で冷却した場合には、表層部の組織
が所謂「低温変態組織」となって所定の組織が得られな
いので、製品鋼材に所望の機械的特性を付与できない。
一方、０．１℃／ｓ未満の冷却速度では、中心部の組織
が粗大なフェライト・パ−ライト組織となるため所望の
機械的特性（靭性並びに引張特性）が得られない。した
がって、圧延後の冷却速度は０．１〜１０℃／ｓとし
た。

【００５１】冷却する温度が５００℃を超える場合には
たとえ上記の０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で冷却して
も所定の組織とならず、そのため所望の機械的特性が得
られない。したがって、０．１〜１０℃／ｓの冷却速度
で冷却する温度を少なくとも５００℃とした。この冷却
を行った後の冷却は放冷すれば良い。

【００５２】なお、ここでいう冷却速度とは鋼材表面に
おける冷却速度のことである。

【００５３】（Ｃ−４）中間圧延及び／又は仕上げ圧延
のパス間水冷熱間連続圧延工程が、粗圧延、中間圧延及び仕上げ圧延
工程の３工程からなる場合には、このうち中間圧延及び
／又は仕上げ圧延のパス間において水冷を行い、鋼材の
表面を５００〜７００℃の温度域に急冷することを繰り
返しながら圧延しても良い。これは、中間圧延及び／又
は仕上げ圧延のパス間で水冷して鋼材の表面をＡr₁点を
下回る７００℃以下に急冷してオ−ステナイトからフェ
ライトとパ−ライトに変態させる処理と、鋼材内部の保
有熱により復熱させてフェライト・パ−ライトからオ−
ステナイトへ逆変態させる処理を繰り返すことにより、
最終的な鋼材の組織を微細なフェライト・パーライト組
織とすることができ、鋼材の靭性と伸びを改善すること
が可能となるからである。

【００５４】パス間水冷した場合の鋼材表面温度が７０
０℃を上回る場合は、オ−ステナイトからフェライトと
パ−ライトへの変態が充分起こらないので所望の組織が
得られない。一方、パス間水冷した場合の鋼材表面温度
が５００℃を下回る場合は、鋼材内部の保有熱による再
加熱が充分でないためフェライト・パ−ライトからオ−
ステナイトへの逆変態が不十分となってやはり所望の組
織が得られない。したがって、前記のパス間水冷を行う
場合には、鋼材の表面を急冷する温度は５００〜７００
℃の温度域としなければならない。

【００５５】前記したパス間水冷を１回以上行うことに
より、鋼材表面を微細なフェライト・パ−ライト組織に
することが可能であるが、６回以上繰り返してもフェラ
イト・パーライト組織を微細化する効果が飽和する。し
たがって、パス間水冷の繰り返し回数は１〜５回とすれ
ば充分である。

【００５６】ところで、パス間水冷する「鋼材表面」は
単に鋼材の表面に留まらず、鋼材表面から半径比で０．
３の深さの部位までであっても良い。これは、前記深さ
が鋼材表面から半径比で０．３の深さを超えると、内部
保有熱量が小さくなって復熱による再加熱が充分起こら
なくなって所望の組織が得られなくなるとともに、急冷
後の圧延時に変形抵抗が大きくなって圧延機に過度の負
荷がかかってしまうからである。

【００５７】上記の（Ａ）に示した化学組成を有する鋼
に、上記の（Ｃ）に示した条件で熱間圧延と冷却を行う
ことによって、組織が上記（Ｂ）に示した所定の組織
で、引張強度が「４００ＭＰａ級」では降伏強度が２１
５〜３５５ＭＰａ、引張強度が「４９０ＭＰａ級」では
降伏強度が２９５〜４４５ＭＰａで、且つ、降伏比が
０．８以下、破断伸びが２０％以上の引張特性と、２ｍ
ｍＶノッチシャルピー衝撃値が２７Ｊ／ｃｍ² 以上の衝
撃特性を有する建築構造用鋼材を製造することができ
る。

【００５８】

【実施例】表１に示す化学組成を有する鋼を通常の方法
により７０ｔ転炉溶製した。表１における鋼Ａ〜Ｌは、
化学組成が本発明で規定する範囲内の鋼（以下、本発明
鋼という）である。鋼Ｍ〜Ｓは成分のいずれかが本発明
で規定する含有量の範囲から外れた比較鋼である。

【００５９】

【表１】

【００６０】次いで、これらの鋼を連続鋳造法により鋼
片となし、更に、通常の方法で３ｔビレットに分塊圧延
した。

【００６１】この後、前記の３ｔビレットを表２、表３
に示す条件で連続圧延と冷却を施し、直径が１５ｍｍと
５０ｍｍの棒鋼を製造した。

【００６２】

【表２】

【００６３】

【表３】

【００６４】こうして得られた棒鋼から圧延・冷却した
ままの直径で長さが２０ｍｍの組織観察用試験片を切り
出して組織観察を行った。

【００６５】又、実体引張試験片及び棒鋼の中心部（直
径が１５ｍｍの棒鋼の場合）あるいは棒鋼のＲ／２部
（直径が５０ｍｍの棒鋼の場合、Ｒは棒鋼の半径）から
ＪＩＳ４号衝撃試験片（２ｍｍＶノッチシャルピー試験
片）を採取し、常温（２０℃）での引張特性及び衝撃特
性を調査した。

【００６６】試験結果の一例を表４及び表５に示す。組
織は、直径が１５ｍｍの棒鋼、直径が５０ｍｍの棒鋼の
いずれの場合も、その縦断面でのＲ／２部を光学顕微鏡
で観察して判定したものである。表４、表５の組織欄に
おけるFはフェライト、Pはパーライト、B はベイナイト
をそれぞれ意味する。

【００６７】表４、表５の結果から、本発明で規定する
化学組成を有し、且つ本発明で規定する条件で「熱間圧
延−冷却」の処理を施された鋼材にあっては規定の組織
を有するので、所望の引張特性（降伏強度、引張強度、
降伏比及び破断伸び）と衝撃特性（２ｍｍＶノッチシャ
ルピー衝撃値）が得られることが明らかである。

【００６８】本発明で規定する条件で「熱間圧延−冷
却」の処理を施して圧延サイズが直径で４０ｍｍ以下で
ある１５ｍｍの棒鋼を圧延した場合には、本発明で規定
する化学組成を有する鋼のうち、（イ−１）Ｃ_eq：０．
１８〜０．４０％を満たす場合（試験番号２、４、６、
８、９、１２）については、４００ＭＰａ以上の引張強
度、２３５〜３５５ＭＰａの降伏強度、０．８以下の降
伏比、２０％以上の破断伸びで、２７Ｊ／ｃｍ² 以上の
２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が安定して得られるこ
とがわかる。

【００６９】更に、（イ−２）Ｃ_eq：０．３６〜０．６
０％を満たす場合（試験番号４、５、６、１０、１１、
１２、１４、１６）については、４９０ＭＰａ以上の引
張強度、３２５〜４４５ＭＰａの降伏強度、０．８以下
の降伏比、２０％以上の破断伸びで、２７Ｊ／ｃｍ² 以
上の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が安定して得られ
ることも明らかである。

【００７０】又、本発明で規定する条件で「熱間圧延−
冷却」の処理を施して圧延サイズが直径で４０ｍｍを超
える５０ｍｍの棒鋼を圧延した場合には、本発明で規定
する化学組成を有する鋼のうち、（ロ−１）Ｃ_eq：０．
２０〜０．４５％を満たす場合（試験番号２８、３０、
３３、３４、３６、３８、４１、４３）については、４
００ＭＰａ以上の引張強度、２１５〜３３５ＭＰａの降
伏強度、降伏比０．８以下、２０％以上の破断伸びで、
２７Ｊ／ｃｍ² 以上の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値
が安定して得られることがわかる。

【００７１】更に、（ロ−２）Ｃ_eq：０．４０〜０．６
０％を満たす場合（試験番号３３、３７、３９、４０、
４１、４３）については、４９０ＭＰａ以上の引張強
度、２９５〜４１５ＭＰａの降伏強度、０．８以下の降
伏比、２０％以上の破断伸びで、２７Ｊ／ｃｍ² 以上の
２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が安定して得られるこ
とも明らかである。

【００７２】

【表４】

【００７３】

【表５】

【００７４】

【発明の効果】本発明の建築構造用鋼材は、引張強度が
「４００ＭＰａ級」では降伏強度が２１５〜３５５ＭＰ
ａ、引張強度が「４９０ＭＰａ級」では降伏強度が２９
５〜４４５ＭＰａで、且つ、降伏比が０．８以下、破断
伸びが２０％以上の引張特性と、２ｍｍＶノッチシャル
ピー衝撃値が２７Ｊ／ｃｍ² 以上の衝撃特性を有するの
で、耐震性能に優れている。このため、建築物の筋かい
などに用いられるターンバックルや基礎ボルトを初めと
して各種の建築構造用の専用鋼材として利用することが
できる。この建築構造用鋼材は本発明の製造方法によっ
て、比較的容易に製造することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍ
ｎ：０．３〜１．６％、Ｓｉ：０〜０．８０％、Ｖ：０
〜０．２％、Ｎｂ：０〜０．１０％、Ａｌ：０〜０．１
０％、Ｎｉ：０〜０．３％、Ｃｒ：０〜０．３％、Ｍ
ｏ：０〜０．３％、Ｃｕ：０〜０．３％、Ｔｉ：０〜
０．１％、Ｂ：０〜０．００５０％を含有し、残部はＦ
ｅ及び不可避不純物の化学組成からなり、組織が、最大
粒径４０μｍ以下で平均粒径が２５μｍ以下のフェライ
トを面積率で３５〜７５％有するフェライト・パーライ
ト組織であることを特徴とする建築構造用鋼材。
【請求項２】重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍ
ｎ：０．３〜１．６％、Ｓｉ：０〜０．８０％、Ｖ：０
〜０．２％、Ｎｂ：０〜０．１０％、Ａｌ：０〜０．１
０％、Ｎｉ：０〜０．３％、Ｃｒ：０〜０．３％、Ｍ
ｏ：０〜０．３％、Ｃｕ：０〜０．３％、Ｔｉ：０〜
０．１％、Ｂ：０〜０．００５０％を含有し、残部はＦ
ｅ及び不可避不純物の化学組成を有する鋼を、９５０〜
１２５０℃の温度域に加熱して圧延仕上げ温度を７５０
〜１１００℃の範囲に制御して圧延した後、０．１〜１
０℃／ｓの冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却する
ことを特徴とする建築構造用鋼材の製造方法。
【請求項３】圧延工程が粗圧延、中間圧延及び仕上圧延
の各工程からなる建築構造用鋼材の製造方法であって、
重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜
１．６％、Ｓｉ：０〜０．８０％、Ｖ：０〜０．２％、
Ｎｂ：０〜０．１０％、Ａｌ：０〜０．１０％、Ｎｉ：
０〜０．３％、Ｃｒ：０〜０．３％、Ｍｏ：０〜０．３
％、Ｃｕ：０〜０．３％、Ｔｉ：０〜０．１％、Ｂ：０
〜０．００５０％を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純
物の化学組成を有する鋼を、９５０〜１２５０℃の温度
域に加熱して粗圧延を行い、次いで中間圧延及び／又は
仕上げ圧延のパス間で水冷して鋼材の表面を５００〜７
００℃の温度域に急冷することを繰り返しながら圧延
し、更に、圧延仕上げ温度を７５０〜１１００℃の範囲
に制御して圧延を終了し、その後０．１〜１０℃／ｓの
冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却することを特徴
とする建築構造用鋼材の製造方法。