JPH11323507A

JPH11323507A - 建築構造用高強度高靭性ステンレス鋼板、及びその製品、並びにこれらを用いた建築構造物

Info

Publication number: JPH11323507A
Application number: JP12993598A
Authority: JP
Inventors: Akio Yamamoto; 章夫山本; Izumi Muto; 泉武藤; Michiro Kaneko; 道郎金子
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、建築構造用高強度高靭性ステンレス
鋼板、及びその製品、並びにこれらを用いた建築構造物
を提供する。【解決手段】wt% で、Crを10% 以上含むCr鋼において、
金属部分の結晶組織をフェライト相が断面の面積比にて
50% 以下で残部がマルテンサイト相の２相あるいはマル
テンサイト単相としたことを特徴とする。上記鋼は、C:
0.005%〜0.03% 、Si:0.05%〜1.0%、Mn:0.05%〜2.0%、C
r:10%〜16% 、Ni≦2.5%、N:0.005%〜0.03%、および必要
に応じてMo≦2%とCu≦2%の１種または２種を含有し、残
部実質的にＦｅおよび不可避不純物からなることが好ま
しい。【効果】本発明の高強度ステンレス鋼管により、海浜地
区をはじめ耐食性を必要とする部分で使用可能な構造部
材の提供が可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築構造用の高強
度高靭性ステンレス鋼板およびそれを用いた溶接鋼管、
形材などの製品、さらにはそれらを柱、梁などに用いた
建築構造物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼は、耐食性に優れているこ
とから広範囲に使用されている。建築建材分野では、従
来より壁材や厨房、水周りなどの内装部材に広く用いら
れてきたが、非金属介在物の低減などの効果や合金元素
の新たな活用によって耐銹性の優れた鋼種が開発された
結果、その耐食性を生かして屋根材やバルコーニーなど
の外装部材に用いられるようになってきた。これらの用
途は、耐食性のほかには加工性が要求されることから、
ＳＵＳ４３０鋼を代表とするフェライト系ステンレス鋼
やＳＵＳ３０４鋼を代表とするオーステナイト系ステン
レス鋼が使用されてきた。

【０００３】しかし、強度を必要とする構造用途には、
ステンレス鋼の使用は稀であった。もちろん非磁性が不
可欠な特殊な環境や構造材を意匠として露出させるよう
な設計においては、オーステナイト系ステンレス鋼が用
いられてきた。オーステナイト系ステンレス鋼は、強度
が高く溶接部も含めて低温靭性が炭素鋼に比べてはるか
に優れていることから、構造材料としての大きな問題は
長時間のクリープ変形以外になかった。しかし、Ｎｉを
多量に含有するために高価格とならざるを得ないことか
ら、外観上の美麗さを強調するような主として公共建造
物に用いられることが多かった。

【０００４】一方、フェライト系ステンレス鋼は母材強
度ではオーステナイト系ステンレス鋼より劣るものの相
応に高いレベルであり、かつＮｉを必須としない分安価
ではあるが、建築構造用として必要な板厚３mm以上の鋼
板では母材の靭性が劣位であり、しかも溶接部の靭性も
十分ではないために建築構造部材には適用されていなか
った。

【０００５】また、マルテンサイト系ステンレス鋼は、
ＳＵＳ４１０鋼のように焼入れ硬化は可能であるが焼鈍
してフェライト相として使用するか、ＳＵＳ４２０鋼の
ように焼入れ硬化をするが刃物などの靭性を要求しない
用途に用いるかのどちらかであった。

【０００６】この他に、溶接構造用に開発された低Ｃ型
の高強度マルテンサイト系ステンレス鋼があり、マルテ
ンサイト相またはマルテンサイト相とフェライト相で使
用されている。しかし、この低Ｃマルテンサイト系ステ
ンレス鋼の溶接部の強度靭性は、従来のマルテンサイト
系ステンレス鋼の溶接部より良好ではあるが、板厚が厚
くなると低下する傾向にあった。このため、建築構造用
としては適用を考慮することはできなかった。

【０００７】構造部材の多くは必ずしも外観上の美麗さ
は要求されないため、これまで構造用材料にはめっきや
塗装を施した炭素鋼が使用されてきた。しかしながら、
構造物の長寿命化を強く求める社会的な動きに応じて、
構造材の耐食性の一層の向上が強く求められることとな
り、従来のめっき材や塗装材では耐食性が不十分となっ
てきた。もちろん、めっき材や塗装材の耐食性向上は、
めっき厚さやめっき金属の高耐食化あるいは塗膜の厚手
化などの重防食塗装によって達成が可能であるが、溶接
を必要とする建築構造物ではこの手段は溶接後の処理を
極めて困難にする致命的な欠点があり、実用化は不可能
であった。

【０００８】この結果、オーステナイト系ステンレス鋼
以外のステンレス鋼を柱梁などの構造用に利用した建築
構造物はなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】建築構造用には、強度
が高く加工も容易な上に溶接部を含めた靭性の確保が最
大の課題である。また、溶接が不可欠であることから、
溶接部と母材部の特性に大きな差異があると、溶接部の
位置を設計の中に折り込んで使用せざるを得ず、自由な
設計が阻害される。従って、母材と溶接部の品質の差異
が小さいことが要求される。

【００１０】オーステナイト系ステンレス鋼はこれらの
特性のいずれもが十分優れているが、高価格であること
から幅広い採用は困難である。フェライト系ステンレス
鋼は、前述したとおり、溶接部の靭性が劣り、やはり使
用できない。

【００１１】本発明は、耐食性の点からステンレス鋼に
限定し、建築構造用として必要な板厚３mm以上の鋼板に
おいて、強度が高く加工も容易で溶接部を含めた靭性が
確保でき、さらに母材と溶接部の品質の差異が小さいス
テンレス鋼と、それを用いた建材用の溶接鋼管、形材な
どの製品、並びに建築構造物を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、溶接部の
品質を母材部と同レベルに保つためには、溶接によって
結晶組織の種類やサイズが変化しない様に合金設計する
ことを想起した。その考えに基づき、種々の成分鋼を調
査した結果、フェライト相の鋼では共金系の溶接棒で溶
接を行なうと結晶組織に変化はないものの結晶粒のサイ
ズが粗大化して軟化し靭性劣化が起こることが判明し
た。共金以外の溶接棒を用いると、組織が変化してマル
テンサイト相が生ずるか、部分的にオーステナイト相が
残留するかどちらか一方ないし両方が起こり、いずれも
強度レベルは変化し靭性が劣化した。

【００１３】この結果から、むしろ母材をマルテンサイ
ト組織にすれば溶接してもマルテンサイトになるのであ
るから組織が変化せず、マルテンサイト変態によって結
晶粒の粗大化もないものと考え、母材がマルテンサイト
相である鋼を発想した。さらに、フェライト相であって
も粗大化を防止できれば母材と同じ結晶組織となり機械
的特性の差異を小さくできるものと推定し、母材がマル
テンサイト相とフェライト相の混合相からなる鋼を発想
した。

【００１４】本発明者らは、マルテンサイト単相の鋼や
マルテンサイト相とフェライト相の混合相からなる鋼を
共金溶接し、溶接部の強度靭性を測定し、母材との比較
を行なった。その結果、マルテンサイト相が多くなるほ
ど母材との差異が小さくなり、品質が均質化することが
わかった。

【００１５】本発明はこの知見を基になされたもので、
金属相の金属結晶組織を限定することで達成したもので
ある。すなわち、（１）重量％で、Ｃｒを１０％以上含
むＣｒ鋼において、金属部分の結晶組織をフェライト相
が断面の面積比にて５０％以下で残部がマルテンサイト
相の２相あるいはマルテンサイト単相としたことを特徴
とする建築構造用高強度高靭性ステンレス鋼板を発明し
た。

【００１６】本発明を達成するための具体的な成分の組
合わせから、第２の発明として（２）重量％で、Ｃ：
０．００５％以上０．０３％以下、Ｓｉ：０．０５％以
上１．０％以下、Ｍｎ：０．０５％以上２．０％以下、
Ｃｒ：１０％以上１６％以下、Ｎｉ：２．５％以下、
Ｎ：０．００５％以上０．０３％以下を含有し、残部実質的にＦｅおよび不可避不純物からな
り、全面を実質的にフェライト相とマルテンサイト相の
２相ないしマルテンサイト単相としたことを特徴とする
建築構造用高強度高靭性ステンレス鋼板を発明した。

【００１７】また、本発明は要求される耐食性レベルに
応じてＭｏおよび／またはＣｕを添加することができ
る。そこで、第３の発明として、（３）上記（２）に記
載の成分に加えてさらに、重量％で、Ｍｏ：２％以下と、Ｃｕ：２％以下の１種または２種を含有し、残部実質的にＦｅおよび不
可避不純物からなり、全面を実質的にフェライト相とマ
ルテンサイト相の２相ないしマルテンサイト単相とした
ことを特徴とする建築構造用高強度高靭性ステンレス鋼
板を発明した。

【００１８】建築構造用部材は、板状やそれをスリット
した平鋼状で使用する他に、溶接鋼管や形材に加工した
後に組立てることが多い。本発明はこの溶接鋼管や形材
に加工することも可能である。特に、溶接部の機械的特
性には母材と大きな差異が生じないことから、既存の鋼
管に比べて有用性は高い。そこで、本発明の実施態様と
して、（４）上記（１）ないし（３）の何れか１項に記
載された鋼を冷間にて円筒ないし角筒状に加工し、かつ
溶接で接合した建築構造用高強度高靭性ステンレス溶接
鋼管。（５）上記（１）ないし（３）の何れか１項に記
載された鋼を溶接で接合し組立てた建築構造用高強度高
靭性ステンレス鋼組立て形材。（６）上記（１）ないし
（３）の何れか１項に記載された鋼を曲げ加工により組
立てた建築構造用高強度高靭性ステンレス鋼組立て形
材。のそれぞれを発明した。

【００１９】さらに、本発明鋼を用いた建造物は、耐食
性が高いことから建造物としての耐久性が高く、しかも
構造用部材の機械的特性が溶接部も含めて均質であるこ
とから、構造的にも強度が高い特徴が生ずる。従って、
本発明の構造部材は、鋼管を柱・梁として溶接接合した
建築構造物に非常に有効に適用でき、従来の炭素鋼と全
く同様に施工が可能であるうえに、耐食性の観点から耐
久性に優れた建築構造物を提供できる。そこで、本発明
の実施態様として、（７）上記（１）ないし（３）の何
れか１項に記載の鋼板、上記（４）に記載の溶接鋼管、
上記（５）に記載の溶接形材、および上記（６）に記載
の組立て形材の内から選んだ少なくとも１種からなる構
造用材料を柱および梁の一方又は両方に用いたことを特
徴とする建築構造物を発明した。

【００２０】本発明は、構造用部材は、主として建築構
造物に適用することが望ましいが、土木構造物などの柱
や杭等への適用も可能である。また、自動車や生産機械
などの機械構造部品や電機部品等への適用も問題がな
い。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の限定条件を示す。
金属部分の結晶組織において、含有が許容されるフェラ
イト相の比率は、５０％を超えると混在するマルテンサ
イト相（高温時のオーステナイト相）による結晶粒の微
細化効果がなくなるために５０％を上限とした。マルテ
ンサイト単相であることはなんら問題がないばかりか、
ミクロ的な品質の均一化に有利なため、フェライト相の
比率に下限は設定しない。

【００２２】本発明を達成するための具体的な成分の限
定条件を示す。Ｃｒは、１０％未満ではステンレス鋼板
としての基本的な耐食性が不足するため、下限とした。
また１６％を超えるとマルテンサイト組織を生成するた
めにＮｉやＣが多量に必要となるだけでなく、高温での
オーステナイト相が安定化しマルテンサイト組織への変
態が困難となるために上限とした。

【００２３】Ｃは、高温でフェライト相をオーステナイ
ト相に変態させるのに有効であるので０．００５％以上
の添加が必要である。しかし、多量に添加すると、冷却
による変態後のマルテンサイト相が硬化して、曲げ性や
靭性が劣化するために、０．０３％を上限とした。

【００２４】Ｓｉは、０．０５％未満では脱酸が不十分
となって非金属介在物が多量に残留する危険性がある。
他の方法で脱酸を確実に実施することは可能であるの
で、その場合には０．０５％未満にしても問題はない
が、そのレベルまで低減するコストが掛かることから、
下限とした。一方、１．０％を超えるとマルテンサイト
相が硬質化し、冷間での曲げ性や靭性が劣化するだけで
なく、熱間加工性も劣化するため上限とした。

【００２５】Ｍｎは、０．０５％未満では不可避不純物
であるＳの固定が不十分となり表面疵の原因となるため
下限とした。一方、２．０％を超えるとγ相が安定化し
マルテンサイト変態が困難となるために上限とした。

【００２６】Ｎｉは、γ相を増加させマルテンサイト変
態を促進する元素であるが、多量に添加するとγ相が安
定化しマルテンサイト変態が困難となるために２．５％
を上限とした。

【００２７】Ｎは、高温でフェライト相をオーステナイ
ト相に変態させるのに有効であるので０．００５％以上
の添加が必要である。しかし、多量に添加すると、冷却
による変態後のマルテンサイト相が硬化して、曲げ性や
靭性が劣化するために、０．０３％を上限とした。

【００２８】本発明の請求項３に示した実施態様におい
て、耐食性を確保するために添加し得るＭｏは高温での
オーステナイト相を減少させる元素であるので、多量に
添加すると変態後にフェライト相が多量となり強度を低
下せしめることから、２％を上限とした。

【００２９】Ｃｕは、Ｎｉと同様に高温でのオーステナ
イト相を増加させる元素であるが、多量に添加するとＮ
ｉ同様の弊害が生ずるだけでなく、熱間でのいわゆる赤
熱脆性が生ずることから、２％を上限とした。

【００３０】

【実施例】表１に示した成分を含有し残部実質的にＦｅ
および不可避不純物からなる４．０mm厚さのマルテンサ
イト系ステンレス鋼板を用い、共金を用いたＴＩＧ溶接
で突き合せ溶接を実施した。

【００３１】表１に母材部の断面面積比で測定したフェ
ライト相の比率と、母材部と溶接部の硬さおよびシャル
ピー衝撃値の差異を母材部の特性値−溶接部の特性値で
示した。断面面積比で測定したフェライト相の比率が、
５０％を超えると溶接部が軟質化し、母材の機械的特性
値との差異が大きくなることが判明した。全面マルテン
サイト相の鋼は、母材部と溶接部での差異がもっとも小
さく、均質であった。

【表１】

【００３２】さらに、重量％で、Ｃ：０．０２％、Ｓ
ｉ：０．３８％、Ｍｎ：０．８３％、Ｃｒ：１１．５
％、Ｎｉ：０．３５％、Ｎ：０．０１４％を含有し、残
部実質的にＦｅおよび不可避不純物からなり、全面を実
質的にマルテンサイト単相とした４．０mm厚さの低Ｃマ
ルテンサイト系ステンレス鋼板を用いて曲げ法により角
部分の曲率半径が２．０mmの角型鋼管を製造した。本鋼
管は、４点曲げ試験によっても溶接部ではなく母材部で
座屈し、溶接部の健全性が示された。

【００３３】

【発明の効果】本発明の高強度ステンレス鋼板により、
耐食性を必要とする部分で使用可能な構造部材の提供が
可能となった。たとえば、海浜地区などの土木建築分野
での構造用材料として、平板の曲げ加工や鋼管の使用が
可能となった。従来は、高強度炭素鋼にめっきや重防食
を施していたが、溶接が困難な上に溶接部の防食の補修
が困難であったため、構造物の寿命が短くなるという欠
点があった。しかし、本願発明により溶接後の補修の必
要なくしかも長寿命が得られるなど社会的な利益は大き
い。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃｒを１０％以上含むＣｒ鋼
において、金属部分の結晶組織を、フェライト相が断面
の面積比にて５０％以下で残部がマルテンサイト相の２
相、あるいはマルテンサイト単相、としたことを特徴と
する建築構造用高強度高靭性ステンレス鋼板。
【請求項２】重量％で、Ｃ：０．００５％以上０．０３％以下、Ｓｉ：０．０５％以上１．０％以下、Ｍｎ：０．０５％以上２．０％以下、Ｃｒ：１０％以上１６％以下、Ｎｉ：２．５％以下、Ｎ：０．００５％以上０．０３％以下を含有し、残部実質的にＦｅおよび不可避不純物からな
り、全面を実質的にフェライト相とマルテンサイト相の
２相ないしマルテンサイト単相としたことを特徴とする
建築構造用高強度高靭性ステンレス鋼板。
【請求項３】重量％で、Ｃ：０．００５％以上０．０３％以下、Ｓｉ：０．０５％以上１．０％以下、Ｍｎ：０．０５％以上２．０％以下、Ｃｒ：１０％以上１６％以下、Ｎｉ：２．５％以下、Ｎ：０．００５％以上０．０３％以下を含有し、さらに、Ｍｏ：２％以下、Ｃｕ：２％以下の１種または２種を含有し、残部実質的にＦｅおよび不
可避不純物からなり、全面を実質的にフェライト相とマ
ルテンサイト相の２相ないしマルテンサイト単相とした
ことを特徴とする建築構造用高強度高靭性ステンレス鋼
板。
【請求項４】請求項１ないし３の何れか１項に記載の
鋼を冷間にて円筒ないし角筒状に加工し、かつ溶接で接
合したことを特徴とする建築構造用高強度高靭性ステン
レス溶接鋼管。
【請求項５】請求項１ないし３の何れか１項に記載の
鋼を溶接で接合し組立てたことを特徴とする建築構造用
高強度高靭性ステンレス鋼組立て形材。
【請求項６】請求項１ないし３の何れか１項に記載の
鋼を曲げ加工により組立てたことを特徴とする建築構造
用高強度高靭性ステンレス鋼組立て形材。
【請求項７】請求項１ないし３のいずれか１項に記載
の鋼板、請求項４に記載の溶接鋼管、請求項５に記載の
溶接形材、および請求項６に記載の組立て形材の内から
選んだ少なくとも１種からなる構造用材料を柱および梁
の一方又は両方に用いたことを特徴とする建築構造物。