JPH10330885A - 耐座屈特性に優れた鋼部材 - Google Patents
耐座屈特性に優れた鋼部材Info
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- JPH10330885A JPH10330885A JP14406997A JP14406997A JPH10330885A JP H10330885 A JPH10330885 A JP H10330885A JP 14406997 A JP14406997 A JP 14406997A JP 14406997 A JP14406997 A JP 14406997A JP H10330885 A JPH10330885 A JP H10330885A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】大地震の際に作用する大きな圧縮荷重に対し
て、幅厚比が大きい場合や補剛材がなくとも局部座屈を
起こしにくく、鉄骨建築物の柱や梁、または橋脚等への
使用に適した、耐震性能に優れた鋼部材を提供する 【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０３〜０．２５％、Ｍ
ｎ：０．５〜２．０％を含有する鋼であり、金属組織
は、面積分率で１０〜８０％のフェライトと、残部がベ
イナイト、マルテンサイトの１種または２種から成るこ
とを特徴とする鋼を用いた耐座屈特性に優れた鋼部材。
て、幅厚比が大きい場合や補剛材がなくとも局部座屈を
起こしにくく、鉄骨建築物の柱や梁、または橋脚等への
使用に適した、耐震性能に優れた鋼部材を提供する 【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０３〜０．２５％、Ｍ
ｎ：０．５〜２．０％を含有する鋼であり、金属組織
は、面積分率で１０〜８０％のフェライトと、残部がベ
イナイト、マルテンサイトの１種または２種から成るこ
とを特徴とする鋼を用いた耐座屈特性に優れた鋼部材。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は土木建築分野におけ
る各種鋼構造物（建造物，橋など）に利用される鋼部材
（柱，梁，橋脚など）に係り、特に地震時の耐座屈特性
に優れた鋼部材に関する。
る各種鋼構造物（建造物，橋など）に利用される鋼部材
（柱，梁，橋脚など）に係り、特に地震時の耐座屈特性
に優れた鋼部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄骨建築物の柱、梁や橋脚等では箱形断
面やＨ型断面の鋼部材が多く用いられているが、これら
の部材は熱間圧延鋼材を素材として、溶接または冷間成
形によって製造されているものが多い。これらの鋼部材
に使用される鋼材には、地震時のエネルギー吸収の観点
から優れた塑性変形能を有することが要求されており、
特開昭５５−１１９１５２号公報、特開昭６３−２２３
１２３号公報、特開平１−１１５６４２２号公報、特開
平３−１１５５２４号公報等では、降伏比を低下させる
ことにより一様延び特性を向上させた鋼材が提案されて
いる。またＪＩＳ・Ｇ３１３６の建築構造用圧延鋼材に
おいても降伏比を８０％以下とすることが規定されてい
るように、耐震性向上に関する鋼材面からの対応として
は、低降伏比による塑性変形能の向上が中心となってい
る。
面やＨ型断面の鋼部材が多く用いられているが、これら
の部材は熱間圧延鋼材を素材として、溶接または冷間成
形によって製造されているものが多い。これらの鋼部材
に使用される鋼材には、地震時のエネルギー吸収の観点
から優れた塑性変形能を有することが要求されており、
特開昭５５−１１９１５２号公報、特開昭６３−２２３
１２３号公報、特開平１−１１５６４２２号公報、特開
平３−１１５５２４号公報等では、降伏比を低下させる
ことにより一様延び特性を向上させた鋼材が提案されて
いる。またＪＩＳ・Ｇ３１３６の建築構造用圧延鋼材に
おいても降伏比を８０％以下とすることが規定されてい
るように、耐震性向上に関する鋼材面からの対応として
は、低降伏比による塑性変形能の向上が中心となってい
る。
【０００３】また、大規模な地震ではこれらの鋼部材に
大きな引張圧縮または曲げの繰返し荷重が加わり局部座
屈を起こす場合があり、また、座屈した場所から亀裂が
発生し座屈後の引張変形により脆性破壊を生じ建築物の
崩壊など大きな被害がもたらされることもある。このよ
うな局部座屈に対しても、鋼材の低降伏比化が有効であ
ることは、豊田、他著「鉄骨溶接構造体の変形能に及ぼ
す鋼材変形特性の影響」溶接学会論文集，ｖｏｌ．８，
Ｎｏ．１，ｐ１１２（１９９０）に示されている。
大きな引張圧縮または曲げの繰返し荷重が加わり局部座
屈を起こす場合があり、また、座屈した場所から亀裂が
発生し座屈後の引張変形により脆性破壊を生じ建築物の
崩壊など大きな被害がもたらされることもある。このよ
うな局部座屈に対しても、鋼材の低降伏比化が有効であ
ることは、豊田、他著「鉄骨溶接構造体の変形能に及ぼ
す鋼材変形特性の影響」溶接学会論文集，ｖｏｌ．８，
Ｎｏ．１，ｐ１１２（１９９０）に示されている。
【０００４】ところで近年、建築物や橋梁等の鋼構造物
が大型化するにつれ、大規模な地震においても十分な耐
震性能を有することが要求されているが、低降伏比鋼材
の使用だけでは十分な耐震性能を確保することは難しく
なっている。そのため、鉄骨建築物の柱や梁、または橋
脚等に使用される鋼部材は、より厚肉の鋼材を使用しそ
の断面の幅厚比を小さくしたり、また補剛板によって補
強する等の方法によって座屈を生じにくくし、保有耐力
を高めている。
が大型化するにつれ、大規模な地震においても十分な耐
震性能を有することが要求されているが、低降伏比鋼材
の使用だけでは十分な耐震性能を確保することは難しく
なっている。そのため、鉄骨建築物の柱や梁、または橋
脚等に使用される鋼部材は、より厚肉の鋼材を使用しそ
の断面の幅厚比を小さくしたり、また補剛板によって補
強する等の方法によって座屈を生じにくくし、保有耐力
を高めている。
【０００５】しかしながら、幅厚比の低下や補剛板の使
用はコスト上昇をまねくだけでなく、設計の自由度を阻
害する原因となっており、幅厚比が大きな場合でも優れ
た座屈性能を有する鋼部材が望まれている。
用はコスト上昇をまねくだけでなく、設計の自由度を阻
害する原因となっており、幅厚比が大きな場合でも優れ
た座屈性能を有する鋼部材が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであって、大地震の際に作用する大
きな圧縮荷重に対して、幅厚比が大きい場合や補剛材が
なくとも局部座屈を起こしにくく、鉄骨建築物の柱や
梁、または橋脚等への使用に適した、耐震性能に優れた
鋼構造物を提供することを目的とする。
鑑みてなされたものであって、大地震の際に作用する大
きな圧縮荷重に対して、幅厚比が大きい場合や補剛材が
なくとも局部座屈を起こしにくく、鉄骨建築物の柱や
梁、または橋脚等への使用に適した、耐震性能に優れた
鋼構造物を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは箱形断面ま
たはＨ型断面の鋼部材の座屈特性について鋭意研究を重
ねた結果、以下の知見を得るに至った。鋼部材の座屈特
性はそれに使用される鋼材の引張試験で得られる応力歪
曲線と密接な関係があり、下降伏点現象のような変形中
での応力低下を生じさせないことにより、耐座屈性能が
大きく向上することを見いだした。そして、そのような
公称応力−公称歪曲線は、鋼材のミクロ組織をフェライ
トとベイナイトまたは／及びマルテンサイトの複合組織
とし、そのフェライトの面積分率を一定範囲内に規制す
ることによって得られるものである。
たはＨ型断面の鋼部材の座屈特性について鋭意研究を重
ねた結果、以下の知見を得るに至った。鋼部材の座屈特
性はそれに使用される鋼材の引張試験で得られる応力歪
曲線と密接な関係があり、下降伏点現象のような変形中
での応力低下を生じさせないことにより、耐座屈性能が
大きく向上することを見いだした。そして、そのような
公称応力−公称歪曲線は、鋼材のミクロ組織をフェライ
トとベイナイトまたは／及びマルテンサイトの複合組織
とし、そのフェライトの面積分率を一定範囲内に規制す
ることによって得られるものである。
【０００８】すなわち、本発明は上記知見をもとになさ
れたものであってその要旨は、 （１）重量％で、Ｃ：０．０３〜０．２５％、Ｍｎ：
０．５〜２．０％を含有する鋼であり、金属組織は、面
積分率で１０〜８０％のフェライトと、残部がベイナイ
ト、マルテンサイトの１種または２種から成ることを特
徴とする鋼を用いた耐座屈特性に優れた鋼部材。 （２）重量％で、Ｃ：０．０３〜０．２５％、Ｍｎ：
０．５〜２．０％を含有し、さらに、Ｓｉ：０．０１〜
１．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｎｉ：０．０
５〜０．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．５０％、Ｍｏ：
０．０５〜０．５０％、Ｎｂ：０．００５〜０．１０
％、Ｖ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜
０．１０％、の１種または２種以上を含有する鋼であ
り、金属組織は、面積分率で１０〜８０％のフェライト
と、残部がベイナイト、マルテンサイトの１種または２
種から成ることを特徴とする鋼を用いた耐座屈特性に優
れた鋼部材である。
れたものであってその要旨は、 （１）重量％で、Ｃ：０．０３〜０．２５％、Ｍｎ：
０．５〜２．０％を含有する鋼であり、金属組織は、面
積分率で１０〜８０％のフェライトと、残部がベイナイ
ト、マルテンサイトの１種または２種から成ることを特
徴とする鋼を用いた耐座屈特性に優れた鋼部材。 （２）重量％で、Ｃ：０．０３〜０．２５％、Ｍｎ：
０．５〜２．０％を含有し、さらに、Ｓｉ：０．０１〜
１．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｎｉ：０．０
５〜０．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．５０％、Ｍｏ：
０．０５〜０．５０％、Ｎｂ：０．００５〜０．１０
％、Ｖ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜
０．１０％、の１種または２種以上を含有する鋼であ
り、金属組織は、面積分率で１０〜８０％のフェライト
と、残部がベイナイト、マルテンサイトの１種または２
種から成ることを特徴とする鋼を用いた耐座屈特性に優
れた鋼部材である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に本発明における各構成要件
の限定理由を説明する。まず、金属組織を、フェライト
と残部がベイナイト、マルテンサイトの１種または２種
から成る複合組織とするが、それ以外の組織、例えばフ
ェライト＋パーライト組織、またはベイナイト単相、マ
ルテンサイト単相組織等では、公称応力−公称歪曲線に
下降伏点現象のような応力低下、すなわち公称応力−公
称歪曲線の勾配が負となる領域が現れ、耐座屈特性が劣
化するためである。そして、フェライトの面積分率を１
０〜８０％としたが、これはフェライトの面積分率が１
０％未満または８０％を超える場合は、上記の複合組織
の効果が得られず、公称応力−公称歪曲線の勾配が負と
なる領域が現れ、耐座屈特性が劣化するためである。
の限定理由を説明する。まず、金属組織を、フェライト
と残部がベイナイト、マルテンサイトの１種または２種
から成る複合組織とするが、それ以外の組織、例えばフ
ェライト＋パーライト組織、またはベイナイト単相、マ
ルテンサイト単相組織等では、公称応力−公称歪曲線に
下降伏点現象のような応力低下、すなわち公称応力−公
称歪曲線の勾配が負となる領域が現れ、耐座屈特性が劣
化するためである。そして、フェライトの面積分率を１
０〜８０％としたが、これはフェライトの面積分率が１
０％未満または８０％を超える場合は、上記の複合組織
の効果が得られず、公称応力−公称歪曲線の勾配が負と
なる領域が現れ、耐座屈特性が劣化するためである。
【００１０】次ぎに、本発明の鋼部材に使用する鋼材の
化学成分の限定理由を説明する。Ｃ：０．０３〜０．２
５％Ｃは鋼部材の強度を確保するために必要な元素であ
るが、０．０３％未満では強度が不足し、０．２５％を
越えて添加すると溶接性を損ねるので、その含有量は
０．０３〜０．２５％とする。
化学成分の限定理由を説明する。Ｃ：０．０３〜０．２
５％Ｃは鋼部材の強度を確保するために必要な元素であ
るが、０．０３％未満では強度が不足し、０．２５％を
越えて添加すると溶接性を損ねるので、その含有量は
０．０３〜０．２５％とする。
【００１１】Ｍｎ：０．５〜２．０％ Ｍｎは鋼部材の強度を高めるために添加されるが、０．
５％未満では強度が不足し、２．０％を越えて添加する
と母材と溶接部の靭性の劣化および溶接製の劣化を招く
ので、その含有量を０．５〜２．０％とする。
５％未満では強度が不足し、２．０％を越えて添加する
と母材と溶接部の靭性の劣化および溶接製の劣化を招く
ので、その含有量を０．５〜２．０％とする。
【００１２】Ｓｉ：０．０１〜１．０％ Ｓｉは鋼部材の強度を高めるとともに製鋼過程における
脱酸剤として必要であるが、０．０１％未満ではその効
果が不十分であり、１．０％を越えて添加すると溶接部
の靭性を劣化させるので、その含有量を０．０１〜１．
０％とする。
脱酸剤として必要であるが、０．０１％未満ではその効
果が不十分であり、１．０％を越えて添加すると溶接部
の靭性を劣化させるので、その含有量を０．０１〜１．
０％とする。
【００１３】Ｃｕ：０．０５〜０．５％ Ｎｉ：０．０５〜０．５％ Ｃｒ：０．０５〜０．５％ Ｍｏ：０．０５〜０．５％ Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏは強度の上昇に有効であるが、
それぞれ０．０５％未満ではその効果が発揮されず、
０．５％を超えると溶接性の劣化を招くため、その含有
量は０．０５〜０．５％とする。
それぞれ０．０５％未満ではその効果が発揮されず、
０．５％を超えると溶接性の劣化を招くため、その含有
量は０．０５〜０．５％とする。
【００１４】Ｎｂ：０．００５〜０．１％ Ｖ：０．００５〜０．１％ Ｔｉ：０．００５〜０．１％ Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉは靭性及び強度の向上に有効な元素であ
るが、その含有量が０．００５％未満ではその効果を有
効に発揮することができず、０．１％を超えると溶接部
の靭性を劣化させるので、その含有量を０．００５〜
０．１％とする。
るが、その含有量が０．００５％未満ではその効果を有
効に発揮することができず、０．１％を超えると溶接部
の靭性を劣化させるので、その含有量を０．００５〜
０．１％とする。
【００１５】また、その他に不純物元素として含有され
る、Ｐ、Ｓ、また、脱酸剤として添加されるＡｌ等を含
有してもよく、これらの元素により本発明の鋼部材の耐
座屈性能が損なわれるものではない。
る、Ｐ、Ｓ、また、脱酸剤として添加されるＡｌ等を含
有してもよく、これらの元素により本発明の鋼部材の耐
座屈性能が損なわれるものではない。
【００１６】本発明では、上記の金属組織及び化学成分
を規定を満たしさえすれば、降伏棚のない公称応力−公
称歪曲線が得られ、優れた耐座屈特性を得ることが可能
である。よって、その製造方法は特に限定されないが、
例えば圧延時の冷却過程でＡｒ3 変態温度以下の温度ま
で空冷した後、Ａｒ1 変態温度以上のフェライト＋オー
ステナイト二相温度域から加速冷却した、圧延後再加熱
して、二相温度域から急冷する方法等により、上記特性
を得ることが可能である。なお、本発明の鋼部材は、形
状、構造、あるいはその製造方法により限定されるもの
ではない。
を規定を満たしさえすれば、降伏棚のない公称応力−公
称歪曲線が得られ、優れた耐座屈特性を得ることが可能
である。よって、その製造方法は特に限定されないが、
例えば圧延時の冷却過程でＡｒ3 変態温度以下の温度ま
で空冷した後、Ａｒ1 変態温度以上のフェライト＋オー
ステナイト二相温度域から加速冷却した、圧延後再加熱
して、二相温度域から急冷する方法等により、上記特性
を得ることが可能である。なお、本発明の鋼部材は、形
状、構造、あるいはその製造方法により限定されるもの
ではない。
【００１７】
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。
表１に示した成分の鋼を種々の製造方法により板厚１２
ｍｍの鋼板とした。鋼板の金属組織、フェライト面積分
率、及び相当歪５％までの公称応力−公称歪曲線での最
小勾配を表に示した。ここで、Ａ−１〜Ａ−５及びＢ−
１〜Ｂ−５は熱間圧延後、加速冷却（冷却速度１０℃／
ｓ）を行ったが、そのときの加速冷却開始温度を７００
〜７８０℃まで変化させて、フェライトの面積分率を変
化させている。また、Ｃ−１、Ｃ−２、Ｃ−３、Ｄ−
１、Ｄ−２は熱間圧延後８００〜８５０℃に際加熱し、
１０℃／ｓの冷却速度で冷却した。また、Ｅ−１は熱間
圧延後９００℃から空冷し、金属組織をフェライト＋パ
ーライトとし、Ｅ−２は熱間圧延後、焼入れ、焼戻し処
理を行い、金属組織をマルテンサイトとした。
表１に示した成分の鋼を種々の製造方法により板厚１２
ｍｍの鋼板とした。鋼板の金属組織、フェライト面積分
率、及び相当歪５％までの公称応力−公称歪曲線での最
小勾配を表に示した。ここで、Ａ−１〜Ａ−５及びＢ−
１〜Ｂ−５は熱間圧延後、加速冷却（冷却速度１０℃／
ｓ）を行ったが、そのときの加速冷却開始温度を７００
〜７８０℃まで変化させて、フェライトの面積分率を変
化させている。また、Ｃ−１、Ｃ−２、Ｃ−３、Ｄ−
１、Ｄ−２は熱間圧延後８００〜８５０℃に際加熱し、
１０℃／ｓの冷却速度で冷却した。また、Ｅ−１は熱間
圧延後９００℃から空冷し、金属組織をフェライト＋パ
ーライトとし、Ｅ−２は熱間圧延後、焼入れ、焼戻し処
理を行い、金属組織をマルテンサイトとした。
【００１８】次いで、これらの鋼板から溶接により図１
に示した角形断面の短柱圧縮試験体を製作した。ここ
で、幅圧比は全てＢ／ｔ＝３０とした。また、短柱圧縮
試験体の長手方向は鋼板の圧延方向と一致するようにし
た。そして、図２に示した方法で圧縮試験を実施し、座
屈発生により荷重低下が開始する歪を座屈歪として評価
した。圧縮試験の結果を表２に合わせて示した。
に示した角形断面の短柱圧縮試験体を製作した。ここ
で、幅圧比は全てＢ／ｔ＝３０とした。また、短柱圧縮
試験体の長手方向は鋼板の圧延方向と一致するようにし
た。そして、図２に示した方法で圧縮試験を実施し、座
屈発生により荷重低下が開始する歪を座屈歪として評価
した。圧縮試験の結果を表２に合わせて示した。
【００１９】本発明例は全て金属組織がフェライト面積
率が１０〜８０％のフェライト＋ベイナイトまたはフェ
ライト＋ベイナイト＋マルテンサイトで、また公称応力
−公称歪曲線の最小勾配が正となっており、座屈歪が高
く、優れた耐座屈特性を有している。これに対して、比
較例はいずれも、金属組織が本発明の規定と異ってお
り、座屈歪が小さい。
率が１０〜８０％のフェライト＋ベイナイトまたはフェ
ライト＋ベイナイト＋マルテンサイトで、また公称応力
−公称歪曲線の最小勾配が正となっており、座屈歪が高
く、優れた耐座屈特性を有している。これに対して、比
較例はいずれも、金属組織が本発明の規定と異ってお
り、座屈歪が小さい。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
【発明の効果】以上に示したように、本発明によれば大
地震時の際に受ける大きな圧縮荷重に対して、耐座屈特
性に優れた鋼部材を提供することが可能であり、耐震性
の要求される鉄骨建築物や橋梁などの鋼構造物への利用
に適しているといえる。
地震時の際に受ける大きな圧縮荷重に対して、耐座屈特
性に優れた鋼部材を提供することが可能であり、耐震性
の要求される鉄骨建築物や橋梁などの鋼構造物への利用
に適しているといえる。
【図１】角形断面の圧縮試験に用いた短柱圧縮試験体の
形状を示す図。
形状を示す図。
【図２】圧縮試験での試験機及び試験体の設置状況を示
す図。
す図。
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．０３〜０．２５％、
Ｍｎ：０．５〜２．０％を含有する鋼であり、金属組織
は、面積分率で１０〜８０％のフェライトと、残部がベ
イナイト、マルテンサイトの１種または２種から成るこ
とを特徴とする鋼を用いた耐座屈特性に優れた鋼部材。 - 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．０３〜０．２５％、
Ｍｎ：０．５〜２．０％を含有し、さらに、Ｓｉ：０．
０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｎｉ：
０．０５〜０．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．５０％、
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ｎｂ：０．００５〜０．
１０％、Ｖ：０．００５〜０．１０％、Ｔｉ：０．００
５〜０．１０％、の１種または２種以上を含有する鋼で
あり、金属組織は、面積分率で１０〜８０％のフェライ
トと、残部がベイナイト、マルテンサイトの１種または
２種から成ることを特徴とする鋼を用いた耐座屈特性に
優れた鋼部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14406997A JPH10330885A (ja) | 1997-06-02 | 1997-06-02 | 耐座屈特性に優れた鋼部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14406997A JPH10330885A (ja) | 1997-06-02 | 1997-06-02 | 耐座屈特性に優れた鋼部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10330885A true JPH10330885A (ja) | 1998-12-15 |
Family
ID=15353576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14406997A Pending JPH10330885A (ja) | 1997-06-02 | 1997-06-02 | 耐座屈特性に優れた鋼部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10330885A (ja) |
-
1997
- 1997-06-02 JP JP14406997A patent/JPH10330885A/ja active Pending
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