JPH108207A - 耐火性に優れた建築用電縫溶接鋼管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 能率的に製造可能であり、かつ安価な耐火性
を持つ電縫溶接鋼管を得る。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．０３〜０．１０％、
Ｓｉ：０．０９％以下、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、
Ｍｏ：０．２５〜０．７５％、Ｖ：０．０１〜０．１０
％、Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．００９％以下、Ｓ：
０．０３％以下、Ｐ：０．０３％以下を含有し、残部が
Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる鋼を溶製し、連続鋳
造後熱間圧延により鋼帯とし、冷間で成形、造管し、電
縫溶接鋼管とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は建築等の構造物に用
いられる、火災時の高温における降伏強度が高く、耐火
被覆の簡略化または、省略が可能な、耐火性を持つ電縫
溶接鋼管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属材料の降伏強度は、その使用温度が
高くなると一般的に低下する。建築用等に使用される構
造用鋼材においても同様であり、その使用温度が３５０
℃を越えて高温になると、著しく低下することが知られ
ている。そのため、火災時に高温状態になることが懸念
される構造物、特に、人間が居住する建築物において
は、使用する鋼材に耐火被覆を行い、環境が高温状態に
なった場合も、一定時間内は鋼材の温度が３５０℃を越
えることがないこと、したがって、その間は建造物が破
壊したり著しく変形することが無く、安全性が確保され
る様な設計および施工を行うことが義務付けられてき
た。

【０００３】しかし、鋼材にロックウール等の耐火被覆
を施すことは、工事費がかさむこと、施工の環境が悪い
こと、室内容積の減少をもたらすこと、美観を損ねるこ
と等の問題点がある。

【０００４】これに対して近年になって、建築基準法の
改正を機に、従来の設計思想である、「火災の場合に耐
火被覆により、鋼材の温度の上昇を防ぎ、鋼材の強度を
維持する方法」に対して、「高温において強度の低下が
少ない鋼を用いることにより、高温状態においても、構
造物が破壊することを防止する方法」が注目を集め始め
た。

【０００５】すなわち、鋼材の高温における降伏強度が
保証される場合は、鋼材の温度が高くなることを可とす
る考え方の採用が、可能になったものである。例えば６
００℃程度の高温においても、十分な、または相当程度
の強度を有する鋼を用いて、構造物を製作する方法であ
り、これにより、従来は必須とされていた耐火被覆を削
除したり、または、減少した設計を行うことが可能とな
った。このことは、建築用として電縫溶接鋼管を用いる
場合においても同様である。

【０００６】従来より、高温における降伏強度が保証
（高温における降伏強度が認められている。）されてい
る鋼材はもちろん存在する。たとえば、ＪＩＳ Ｇ ３
４６２ボイラ・熱交換器用合金鋼鋼管には、ＣｒやＭｏ
を含む耐熱電縫溶接鋼管が相当数載せられている。

【０００７】しかしながら、これらの鋼管は高温の伝熱
管用や配管用等の、鋼の温度が常時５００℃以上にもな
るような環境において、年単位の長期間の使用を予定し
たものであり、本発明が対象としている様な、通常の使
用環境は常温であるが、火災時等の極めて限られた時間
内だけ、高温になる環境での使用を目的としたものでは
ない。そのため、材料特性の内で、５００℃以上の高温
におけるクリープ強度を高く保つことに、重点を置いた
合金設計が行われており、 １）Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ等の、高温長時間のクリープ強度
を高く保つための合金元素を、比較的多量に含有させて
いる。

【０００８】２）室温での強度を高くする合金設計は、
ともすれば、高温長時間の強度（クリープ強度）を低く
することが多く、また、プラント等の施工時において、
曲げ加工性等に問題を生じる可能性があるため、好まし
くないとされる。そのため、通常は、常温の降伏強度を
下げることに重点を置いた熱処理が行われことが多く、
その結果として、高温の降伏強度も低い。

【０００９】３）冷間加工は常温強度を上げ、逆に高温
強度を下げる傾向にあるため、好ましくない。 等の特徴がある。

【００１０】その結果、必然的に合金元素の含有量が高
くなりがちであり、また、高温で安定した組織を得るた
めに、熱処理は通常、高温で長時間行われることが多
く、結果的に相当に高価な鋼となっている。そして、そ
の常温の降伏強度は、２０〜３０ｋｇｆ／ｍｍ² 程度で
あり、６００℃の降伏強度も、１５〜２０ｋｇｆ／ｍｍ
² 程度と必ずしも高くはない。（高温の降伏強度が高い
ことは、この用途の鋼においては実質上必要でない。）

【００１１】一方、上記した建築基準法の改正に対応し
て、短時間の高温強度を高めた、いわゆる耐火鋼が近年
になって多数開発された。開示されている技術も多く、
その中には、特開平４−２２８５２０号公報や、特開平
４−２２８５２１号公報に示されている様に、電縫溶接
鋼管に関するものもある。

【００１２】電縫溶接鋼管は、通常は鋼帯を冷間で成形
して製品とする。したがって、鋼に耐火性を与えるため
の、Ｃ、Ｍｎ、Ｍｏ等の合金化と、冷間成形との関係が
重要である。上記の公報に開示されている電縫溶接鋼管
の実施例の内で、冷間成形後に焼き戻し処理を行ってい
ないものの常温の降伏強度は、いずれも４５ｋｇｆ／ｍ
ｍ² を越えており、建築用の電縫溶接鋼管（たとえば、
ＢＣＲ鋼管としては、常温の降伏強度が３０〜４５ｋｇ
ｆ／ｍｍ² 、６００℃の降伏強度が２０ｋｇｆ／ｍｍ²
以上が一応の目安となる。これは、常温の降伏強度が、
４５ｋｇｆ／ｍｍ² を越えると施工しにくくなること、
また、６００℃の降伏強度が２０ｋｇｆ／ｍｍ² 未満の
場合は、耐火被覆の削減効果が少なくなり、メリットが
出てこないことによる。なお、ＢＣＲ鋼管とは、ボック
スコラムロール鋼管のことであり、建築用に用いる角鋼
管である。）としては使いにくい。

【００１３】もちろん、焼き戻し処理が行われた場合
は、上記のＢＣＲ鋼管に要求される条件を満足すること
は可能であるが、工程数の増加によるコスト増が懸念さ
れる。冷間加工後に焼き戻しを行っている例は、他に
も、特開平４−１２８３１６号公報、特開平４−１６５
０１７号公報、および特開平４−１６８２１９号公報等
にも記載されている。

【００１４】また、特開平４−１７６８２１号公報に
は、冷間成形後に鋼管をＡｃ３変態点以上の温度に上
げ、必要に応じて、さらに焼き戻しを行う技術が開示さ
れている。これらの開示例は冷間加工のままでは、上記
の常温の降伏強度の条件を満足することが困難なことを
示している。

【００１５】一方、特開平４−１７６８１８号公報や、
特開平４−１７６８１９号公報には、Ａｃ３変態点以上
の温度で成形する技術が、また、特開平４−２１８６１
５号公報には、（Ａｃ３−２００℃）〜（Ａｃ３−２０
℃）の温度範囲で成形する技術が示されている。これら
の場合は、常温の降伏強度は十分に低くなるが、この様
な高温での加工が、コスト高になることは言うまでもな
い。

【００１６】同様の技術が、特開平４−２１８６１６号
公報、特開平５−５９４３５号公報、特開平４−２１８
６２０号公報（これはさらに焼き戻しを行ってい
る。）、および特開平５−３９４３６号公報（これもさ
らに焼き戻しを行っている。）にも示されており、同様
に常温の降伏強度を下げることの困難性を示唆してい
る。

【００１７】なお、６００℃程度の高温での降伏強度に
対しては、冷間歪みは有効な作用を持つ。冷間加工によ
り鋼の内部に導入された格子欠陥と、鋼中の合金元素と
の相互作用が、高温における降伏強度と密接な関係を持
つためである。上記の公報に開示されている多数の実施
例は、いずれも６００℃において、２０ｋｇｆ／ｍｍ ²
以上の降伏強度を示している。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明が目的としてい
る建築用電縫溶接鋼管においては、火災時におけるよう
な、比較的短時間の間の強度が一定値以上であれば十分
であり、上記した耐熱鋼のような、高温における長時間
の強度が高いことは必要でない。したがって、合金設計
も当然異なってくる。

【００１９】一方、上記した従来の、いわゆる耐火性が
あるとされている電縫溶接鋼管は、厚板や形鋼等の、熱
処理後に冷間加工を行わない（冷間歪み与えない。な
お、本発明における冷間とは、鋼の内質の熱による変化
が、実質的に無視できる温度域を指すものとする。した
がって、いわゆる温間の１部も含むものとする。）鋼材
と、同一の合金設計思想を基本としている。したがっ
て、製造プロセス中に鋼材に加えられる冷間歪みの量は
無視し得る程度であり、通常のプロセスにより製造する
場合には、鋼に必然的に相当量の冷間歪みが加えられる
電縫溶接鋼管用としての、最適の合金設計とはなってい
ない。

【００２０】上記した様な事情にあるため、建築用鋼材
として適切な常温降伏強度、および耐火強度とを有する
電縫溶接鋼管が求められていた。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、重量％で、 Ｃ：０．０３〜０．１０％、 Ｓｉ：０．０９％以下、 Ｍｎ：０．１０〜１．００％、 Ｍｏ：０．２５〜０．７５％、 Ｖ：０．０１〜０．１０％ Ａｌ：０．１％以下、 Ｎ：０．００９％以下 Ｓ：０．０３％以下、 Ｐ：０．０３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避
的不純物よりなる耐火性に優れた建築用電縫溶接鋼管で
ある。

【００２２】本発明においては、鋼管の各成分範囲を、
以下に示す理由により限定している。なお、下記の各元
素の効果および限定理由は、いずれも、通常の電縫溶接
鋼管の製造において必然的に付加される、２〜１０％程
度の冷間加工が加えられた状態におけるものである。

【００２３】Ｃは鋼の常温および高温の降伏強度を確保
するめに、０．０３％以上含有させる必要がある。一
方、０．１０％を越えて含有させると、常温の降伏強度
が高くなりすぎ、また、溶接性および靱性が劣化する。
したがってＣ量の範囲は０．０３〜０．１０％とする。

【００２４】Ｓｉは通常、脱酸元素として鋼に含有させ
る。しかし、このＳｉの脱酸効果はＡｌ等の他の元素に
よっても代替可能である。一方、Ｓｉは他の強化元素と
異なり、高温の降伏強度の増加には寄与が少なく、常温
の降伏強度のみを高くする合金元素である。したがっ
て、常温の降伏強度に上限が規定されており、高温の降
伏強度が高いことが要求される耐火鋼用の合金元素とし
ては、必ずしも好ましいものではない。具体的にはＳｉ
の含有量が０．０９％を越えると、常温の降伏強度は大
きく上昇し、ＢＣＲ鋼管の規格の上限を越えるため、そ
の量を０．０９％以下に制限する。

【００２５】Ｍｎも鋼の常温および高温の降伏強度を上
昇させる。鋼の高温の降伏強度を確保するために、ま
た、熱間加工性を確保するためには、０．１０％以上含
有させる必要がある。一方、１．００％を越えて含有さ
せると常温の降伏強度が高くなりすぎ、また、溶接性や
靱性が劣化する。したがってＭｎ量の範囲は０．１０〜
１．００％とする。

【００２６】Ｍｏも鋼の常温および高温の降伏強度を上
昇させるが、とくに、高温における寄与が大きく、耐火
性を上げる重要な合金元素である。Ｍｏの効果は含有量
が０．２５％未満の場合は明瞭でない。一方、０．７５
％を越えて含有させても、その効果は飽和する傾向にあ
り、さらに経済性も考慮する必要性から、上限は０．７
５％とする。したがって、Ｍｏ量の範囲は０．２５〜
０．７５％とする。

【００２７】ＶはＭｏと共存して、鋼の耐火性を上げる
作用を有する。その効果は０．０１％未満の場合は明瞭
でない。一方、０．１０％を越えると靱性に悪影響が出
てくる。したがって、Ｖ量の範囲は０．０１〜０．１０
％とする。

【００２８】Ａｌは、Ｓｉと同様に脱酸元素であるが、
０．１％を越えて含有させると、靱性を劣化させる等の
悪影響がでてくるため、０．１％を上限とする。

【００２９】Ｎは溶解時に混入する強化作用を持つ不純
物であるが、０．００９％までは含有しても靱性を劣化
させない。したがって、上限を０．００９％とする。

【００３０】不可避的不純物のＳは、通常鋼に含まれる
０．０３％は含有してもよい。Ｐもその上限は０．０３
％である。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の実施においては、上記し
た本発明の成分範囲内の成分を持つ鋼を転炉、または電
気炉で溶製し、連続鋳造法でスラブとし、ホットストリ
ップミルにより鋼帯とする。これらの工程は通常の熱延
鋼帯の製造方法と特に差はない。電縫溶接鋼管に造管す
る工程中には、リコイル後のインラインスキンパスや、
オンラインでのストレッチ成形、フィンパス、サイザー
と言ったプロセスを含めることができる。

【００３２】電縫溶接方法も含めた造管方法にも特別な
工夫は必要でない。Ｓｉ量等を制限しているため、２〜
１０％程度の冷間歪みを与えた状態でも、常温の降伏強
度を４５ｋｇｆ／ｍｍ² 以下にすることができる。一
方、冷間歪みとＣ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｖとの相互作用によ
り、６００℃の降伏強度を２０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上にす
ることができる。

【００３３】

【実施例】表１に本発明が規定する範囲内の成分を持つ
鋼（実施例）、および本発明の範囲を外れる成分を持つ
鋼（比較例）の成分を示した。

【００３４】表中の比較例である、Ｎｏ．７鋼はＣ量が
本発明の範囲を下に外れている。Ｎｏ．８鋼は、Ｓｉ量
が本発明の範囲を上に外れている。Ｎｏ．９鋼は、Ｍｎ
量が少なく、本発明の範囲を外れている。Ｎｏ．１鋼〜
Ｎｏ．６鋼は本発明の範囲内の成分を持つ実施例であ
る。

【００３５】

【表１】

【００３６】これらの成分の鋼を、転炉溶解、連続鋳造
後に熱延鋼帯とし、電縫溶接鋼管を製造した。鋼管の寸
法は１５０×１５０ｍｍ、厚さ７．０ｍｍであり、製造
時には５％程度の冷間歪みがかかっている。試験結果を
表２に示すが、本発明の実施例の常温の降伏強度は、３
０〜４５ｋｇｆ／ｍｍ² の範囲内にあり、また６００℃
の降伏強度は２０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上である。

【００３７】これに対して、Ｃ、およびＭｎの量が低い
比較例である、Ｎｏ．７鋼、Ｎｏ．９鋼は、６００℃の
耐力が２０ｋｇｆ／ｍｍ² に達せず、また、Ｓｉの量が
高い、Ｎｏ．８鋼は、常温の耐力が４５ｋｇｆ／ｍｍ²
を越えている。

【００３８】

【表２】

【００３９】

【発明の効果】本発明により、ＢＣＲ規格を満足する耐
火性を有する電縫溶接鋼管の、能率的、かつ安価な製造
方法が確立されたことの意義は大きい。なお、電縫溶接
鋼管への成形時に加えられた冷間歪みは、格子欠陥を鋼
中に導入して合金元素の含有量の低減を可能にし、ま
た、電縫溶接部の特性を向上させる効果も有している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 聡雄 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 大村 雅紀 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：０．０３〜０．１０％、 Ｓｉ：０．０９％以下、 Ｍｎ：０．１０〜１．００％、 Ｍｏ：０．２５〜０．７５％、 Ｖ：０．０１〜０．１０％ Ａｌ：０．１％以下、 Ｎ：０．００９％以下 Ｓ：０．０３％以下、 Ｐ：０．０３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避
   的不純物よりなることを特徴とする耐火性に優れた建築
   用電縫溶接鋼管。