JPH1161253A - 耐火性に優れた建築用電気抵抗溶接鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価な合金元素の添加量を低く抑えても、十
分に高い常温ならびに高温強度を有する電気抵抗溶接鋼
管の製造方法を提供する。 【解決手段】 Ａｌの添加量を低く抑えてＮの固溶強化
により高温強度を高め、同量の合金元素を添加した電気
抵抗溶接鋼管に比較し、常温ならびに高温強度の高い電
気抵抗溶接鋼管を得るもので、所定の化学成分を含有
し、下記（１）式により得られる活性Ｎが０．００２％
以上で、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるスラ
ブを、１１００〜１２５０℃の温度範囲に加熱し、熱間
圧延する過程において７５０〜９００℃の温度範囲で仕
上圧延し、４５０〜７５０℃の温度範囲で巻取って製造
したコイルを素材として使用し、ロール成形したのち電
気抵抗溶接して製管し、あるいは製管後溶接部を溶接直
後に焼なまし、または焼ならし処理し、溶接熱影響部の
靭性を高める。活性Ｎ＝Ｎ（％）−｛１／２×Ａｌ
（％）｝………（１）式

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐火材の被覆を簡
略化あるいは省略しても、火災時において十分な強度、
すなわち、６００℃における降伏点が常温降伏点規定値
の２／３以上の耐火性を要求される建築用に使用される
電気抵抗溶接鋼管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄骨構造等の構造物は、火災時に
おいても十分な強度を保証するため、鋼材にロックウー
ル等の耐火材の被覆を施し、鋼材の温度が３５０℃以上
に上昇しないような対策を施すことが義務付けられてい
た。

【０００３】しかし、昭和５７〜６１年の建設省総合技
術開発プロジェクト「建築物の耐火設計法の開発」の成
果により、火災時の構造安定性が数値シミュレーション
および実験で確認できれば、耐火物の被覆厚さを薄くす
ること、もしくは耐火物を被覆することなく使用するこ
とが可能となった。すなわち、鋼材が６００℃において
十分な強度（常温の降伏点規定値の２／３以上）を有す
る場合は、耐火被覆を省略し、裸使用することが可能に
なった。特に最近のドーム球場、博覧会会場等の大型構
造物においては、強度部材として耐火性に優れた鋼管が
多量に使用されている。

【０００４】従来、耐火性に優れた建築用鋼材の製造方
法としては、Ｃ：０．０４〜０．１５％、Ｓｉ：０．６
％以下、Ｍｎ：０．５〜１．６％、Ｎｂ：０．００５〜
０．０４％、Ｍｏ：０．４〜０．７％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．００１〜０．００６％を含有し、残部が
Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼片を、１１００〜
１３００℃の温度域で加熱後、熱間圧延を８００〜１０
００℃の温度範囲で終了する方法、あるいはＣ：０．０
４〜０．１５％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：０．５〜
１．６％、Ｎｂ：０．００５〜０．０４％、Ｍｏ：０．
４〜０．７％、Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．００１〜
０．００６％を含有し、かつ、Ｔｉ：０．００５〜０．
１０％、Ｚｒ：０．００５〜０．０３％、Ｖ：０．００
５〜０．１０％ｖ、Ｎｉ：０．０５〜０．５％、Ｃｕ：
０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｂ：
０．０００３〜０．００２％、Ｃａ：０．０００５〜
０．００５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．０２％のうち
の１種または２種以上を含み、残部がＦｅおよび不可避
的不純物からなる鋼片を、１１００〜１３００℃の温度
域で加熱後、熱間圧延を８００〜１０００℃の温度範囲
で終了する方法（特公平４−５０３６２号公報）、Ｖを
０．００５〜０．２％含有し、炭素当量（Ｃｃｑ＝Ｃ＋
Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｖ／１
４）が０．３５〜０．５０％である鋼、あるいはＶを
０．００５〜０．２％およびＭｏを０．００５〜０．６
％含有し、炭素当量（Ｃｃｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２
４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｖ／１４）が０．３５〜
０．５０％である鋼を、１０００〜１２８０℃で加熱
し、８００〜１０００℃で圧延終了し、圧延終了後放冷
または加速冷却あるいは冷却後焼ならす方法（特開平２
−１６３３４１号公報）、Ｃ：０．０３〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．９０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０
０％、Ｐ：０．００５〜０．０５０％、Ｃｒ：０．１０
〜２．００％、Ｍｏ：０．２５〜０．７０％、Ｓｏｌ．
Ａｌ：０．００５〜０．１０％を含有し、残部がＦｅお
よび不可避的不純物からなり、下記式で示されるＰ_CMが
０．３０％以下である鋼を、１０００〜１２５０℃の温
度域で加熱後熱間加工し、次いでＡｃ３変態点以上１０
００℃以下の温度域に加熱後空冷して焼準し、６００℃
以上Ａｃ１変態点以下の温度域で焼戻す方法（特公平７
−３９６０８号公報）が提案されている。 Ｐ_CM＝Ｃ＋（１／３０）Ｓｉ＋（１／２０）Ｍｎ＋（１
／２０）Ｃｕ＋（１／６０）Ｎｉ＋（１／２０）Ｃｒ＋
（１／１５）Ｍｏ＋（１／１０）Ｖ＋５Ｂ

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特公平４−５０３
６２号公報、特開平２−１６３３４１号公報ならびに特
公平７−３９６０８号公報に開示の方法は、耐火性を確
保するため、鋼に高価なＭｏ、Ｖ、Ｎｂ等の合金元素を
製品強度に見合った量添加しており、製品強度に対する
コスト割合を押し上げるという欠点を有している。

【０００６】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解
消し、高価な合金元素の添加量を低く抑えても、十分に
高い常温ならびに高温強度を有する耐火性に優れた建築
用電気抵抗溶接鋼管の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の耐火
性に優れた建築用電気抵抗溶接鋼管の製造方法は、Ｃ：
０．０４〜０．１５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：
０．５〜２．０％、Ｍｏ：０．１〜１．０％、Ａｌ：
０．０１０％以下、Ｎ：０．０１２％以下を含み、Ｖ：
０．０１〜０．１０％、Ｎｂ：０．０１〜０．０４％、
Ｃｒ：０．１〜０．５％のうちの１種以上を含有し、下
記（１）式により得られる活性Ｎが０．００２％以上
で、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるスラブ
を、１１００〜１２５０℃の温度範囲に加熱し、熱間圧
延する過程において７５０〜９００℃の温度範囲で仕上
圧延し、４５０〜７５０℃の温度範囲で巻取って製造し
たコイルを素材として使用し、ロール成形したのち電気
抵抗溶接して製管することとしている。 活性Ｎ＝Ｎ（％）−｛１／２×Ａｌ（％）｝………（１）式

【０００８】このように、Ｃ：０．０４〜０．１５％、
Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｍｏ：
０．１〜１．０％、Ａｌ：０．０１０％以下、Ｎ：０．
０１２％以下を含み、Ｖ：０．０１〜０．１０％、Ｎ
ｂ：０．０１〜０．０４％、Ｃｒ：０．１〜０．５％の
うちの１種以上を含有し、上記（１）式により得られる
活性Ｎが０．００２％以上で、残部がＦｅおよび不可避
的不純物からなるスラブを、１１００〜１２５０℃の温
度範囲に加熱し、熱間圧延する過程において７５０〜９
００℃の温度範囲で仕上圧延し、４５０〜７５０℃の温
度範囲で巻取って製造したコイルを素材として使用し、
ロール成形したのち電気抵抗溶接して製管することによ
って、Ａｌの添加量が低く抑えられてＮの固溶強化によ
って高温強度が高められ、同量の合金元素を添加した電
気抵抗溶接鋼管に比較し、常温ならびに高温強度の高い
電気抵抗溶接鋼管を得ることができる。

【０００９】また、本発明の請求項２の耐火性に優れた
建築用電気抵抗溶接鋼管の製造方法は、請求項１の電気
抵抗溶接鋼管の溶接部を溶接直後に焼なまし、または焼
ならし処理し、溶接熱影響部の靭性を高めることとして
いる。このように、電気抵抗溶接鋼管の溶接部を溶接直
後に焼なまし、または焼ならすことによって、溶接時に
急冷された溶接熱影響部組織の硬化が緩和され、または
溶接熱影響部組織が再変態されて正常な組織となり、溶
接熱影響部の靭性改善を図ることができ、高温強度を確
保でき、常温ならびに高温強度の高い電気抵抗溶接鋼管
を得ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明において電気抵抗溶接鋼管
の製造に用いるスラブの化学組成を限定した理由を説明
する。まず、ＡｌとＮの限定理由を作用効果と共に説明
する。

【００１１】本発明の耐火性に優れた建築用電気抵抗溶
接鋼管の製造方法は、固溶Ｎによる高温強度確保を特徴
としており、その固溶するＮ量を確保するためには前記
（１）式で得られる活性Ｎ量を確保する必要がある。活
性Ｎ量を確保する第一の方法は、Ｎ添加量を増加させる
ことであるが、この場合鋼中Ａｌと化合物（ＡｌＮ）を
形成、析出して鋼の靭性を低下させるので、同時に鋼中
のＡｌ量も低減する必要が生じる。これらのことから、
本発明の電気抵抗溶接鋼管の製造に用いる鋼材は、高Ｎ
かつ低Ａｌが好ましいため、製鋼工程におけるＡｌ処理
作業を考慮してＡｌは０．０１０％以下とした。

【００１２】一方、Ｎ量に関しては、活性Ｎを多くする
観点から高い方が好ましいが、０．０１２％を超えて添
加すると鋼の表面性状を低下させるため、０．０１２％
以下としたが、好ましくは０．００７〜０．０１２％で
ある。

【００１３】また、活性Ｎ量と高温降伏点との関係は、
図１に示すとおりであって、活性Ｎが０．００２％未満
となると６００℃での降伏点が急激に低下することか
ら、前記（１）式で推定される活性Ｎ量を０．００２％
以上とすることが必要である。

【００１４】Ｃは、鋼の常温強度を確保するために必要
な元素であるが、０．０４％未満ではその効果が十分で
なく、また、０．１５％を超えると鋼の靭性、建築材と
して溶接する際の耐溶接割れ性を低下させるので、０．
０４〜０．１５％とした。

【００１５】Ｓｉは、製鋼時の脱酸剤としてだけではな
く、鋼の常温ならびに高温強度を確保するのに有効な元
素であるが、０．５％を超えると耐溶接割れ性を低下さ
せるので、０．５％以下とした。

【００１６】Ｍｎは、鋼の常温ならびに高温強度を確保
するのに有効な元素であるが、０．５％未満ではその効
果が十分でなく、また、２．０％を超えるとその効果が
飽和すると共に、溶接性を低下させるので、０．５〜
２．０％とした。

【００１７】Ｍｏは、固溶強化により鋼の高温強度を増
加させるために不可欠な元素であるが、０．１％未満で
はその効果が十分でなく、また、１．０％を超えると高
価な元素で鋼材のコストアップにつながると同時に、靭
性の低下を招くため、０．１〜１．０％とした。

【００１８】Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒは、高温強度の確保に有効
な元素であり、より高温強度を得ようとする場合にその
１種以上を添加する。Ｖは、鋼の常温ならびに高温強度
を確保するのに有効な元素であるが、０．０１％未満で
はその効果が十分でなく、また、０．１０％を超えると
鋼の靭性、溶接性を低下させるので、０．０１〜０．１
０％とした。

【００１９】Ｎｂは、組織を微細化することから鋼の常
温ならびに高温強度、靭性を確保するのに有効な元素で
あるが、０．０１％未満ではその効果が十分でなく、ま
た、０．０４％を超えて過度に添加すると、Ｎと化合、
析出してかえって靭性を低下させるので、０．０１〜
０．０４％とした。

【００２０】Ｃｒは、鋼の高温強度を確保するのに有効
な元素であるが、０．１％未満ではその効果が十分でな
く、また、０．５％を超えると高価な元素で鋼材のコス
トアップにつながると同時に、耐溶接割れ性を低下させ
るため、０．１〜０．５％とした。

【００２１】次に熱間圧延条件の限定理由は、以下のと
おりである。スラブの加熱温度は、低すぎると熱間圧延
機の負荷が増すため、１１００℃以上必要であるが、１
２５０℃を超えるとオーステナイト結晶粒の粗大化をも
たらし、製品の靭性を低下させるので、１１００〜１２
５０℃とした。

【００２２】熱間圧延における仕上温度は、低すぎると
熱間圧延機の負荷が増加すると同時に、製品の残留歪を
増加させ、靭性を著しく低下させるので７５０℃以上必
要であるが、９００℃を超えると圧延により微細化した
結晶粒が再結晶して粗粒化し、製品の強度、靭性を低下
させるので、７５０〜９００℃とした。

【００２３】仕上圧延後の冷却は、上記再結晶を防止す
るため、仕上圧延後直ちに下記巻取温度まで水冷するも
のとする。

【００２４】巻取温度は、低すぎると冷間歪が増加して
製管時の加工性を低下させるため、４５０℃以上必要で
あるが、７５０℃を超えると巻取り後、セルフテンパー
効果によって結晶粒が粗粒化し、熱延鋼帯の強度、靭性
を低下させるので、４５０〜７５０℃とした。

【００２５】電気抵抗溶接後の溶接部は、直ちに焼なま
し、または焼ならし処理する。溶接部の焼なましは、溶
接時に急冷された溶接熱影響部組織の硬化を緩和し、溶
接部の靭性を改善する目的で行う。一般的には、シーム
アニーラによって５００〜７００℃に加熱したのち、空
冷することが望ましい。溶接部の焼ならしは、溶接時に
急冷された溶接熱影響部組織を再変態させ、正常な組織
とする目的で行う。一般的には、シームアニーラによっ
て８９０℃以上に加熱したのち、空冷することが望まし
い。

【００２６】

【実施例】表１に示す化学組成の鋼Ａ〜Ｋを溶製し、厚
さ２２５ｍｍ、幅１２６０ｍｍのスラブとしたのち、表
２に示す条件で熱間圧延を行い、板厚１２．７０ｍｍ、
板厚９．６０ｍｍの熱延鋼帯を製造した。得られた各熱
延鋼帯を使用し、一群の成形ロールによって円筒状に連
続成形したのち、その継目部を電気抵抗溶接して電気抵
抗溶接鋼管とし、あるいは電気抵抗溶接したのち、溶接
熱影響部を直ちにシームアニーラによって表２に示す熱
処理を施して電気抵抗溶接鋼管とした。

【００２７】得られた各電気抵抗溶接鋼管から試験片を
採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に規定の金属材料引張試験
方法に準じて室温で引張試験を、また、ＪＩＳ Ｇ０５
６７に規定の鉄鋼材料および耐熱合金の高温引張試験方
法に準じて６００℃で引張試験を実施し、室温における
降伏点（ＹＰ）、引張強さ（ＴＳ）、破断伸び（ＥＬ）
と６００℃における降伏点（ＹＰ）を測定した。さら
に、ＪＩＳ Ｚ２２４２に規定の金属材料衝撃試験方法
に準じてシャルピー衝撃試験を実施し、０℃における吸
収エネルギーを測定した。また、前期各電気抵抗溶接鋼
管の溶接部から試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４２に
規定の金属材料衝撃試験方法に準じてシャルピー衝撃試
験を実施し、０℃における吸収エネルギーを測定した。
その結果を表３に示す。なお、シャルピー衝撃試験に用
いた母材部の試験片は、圧延方向に切り出した幅１０ｍ
ｍ、長さ１０ｍｍの試験片に深さ２ｍｍのＶノッチを設
けたものを使用した。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】表１〜表２に示すとおり、前記（１）式で
推定される活性Ｎが負の比較鋼である鋼種Ｊ、Ｋの熱延
鋼帯から製造した試験Ｎｏ．１７、１８の電気抵抗溶接
鋼管に比較し、ほぼ同量の合金元素で、Ａｌを減少して
前記（１）式で推定される活性Ｎを０．００２０％以上
とした鋼種Ａ〜Ｉの熱延鋼帯から製造した試験Ｎｏ．１
〜１５の電気抵抗溶接鋼管は、常温降伏点に対する６０
０℃における降伏点が５５％以上の高い値を示してい
る。また、鋼種Ａを用いた試験１６の電気抵抗溶接鋼管
は、スラブ加熱温度が高過ぎたため、０℃における吸収
エネルギーが６０以下に低下している。

【００３２】

【発明の効果】本発明の請求項１の耐火性に優れた建築
用電気抵抗溶接鋼管の製造方法は、Ａｌの添加量が低く
抑えられてＮの固溶強化によって高温強度が高められ、
同量の合金元素を添加した電気抵抗溶接鋼管に比較し、
常温ならびに高温強度の高い電気抵抗溶接鋼管を得るこ
とができる。

【００３３】また、本発明の請求項２の耐火性に優れた
建築用電気抵抗溶接鋼管の製造方法は、電気抵抗溶接鋼
管の溶接部を溶接直後に焼なまし、または焼ならすこと
によって、溶接時に急冷された溶接熱影響部組織の硬化
が緩和され、または溶接熱影響部組織が再変態されて正
常な組織となり、溶接熱影響部の靭性改善を図ることが
でき、高温強度を確保でき、常温ならびに高温強度の高
い電気抵抗溶接鋼管を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼中の活性Ｎと６００℃における降伏点との関
係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ // Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｚ 38/38 38/38

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：０．０４〜０．１５％、Ｓｉ：０．
   ５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｍｏ：０．１〜
   １．０％、Ａｌ：０．０１０％以下、Ｎ：０．０１２％
   以下を含み、Ｖ：０．０１〜０．１０％、Ｎｂ：０．０
   １〜０．０４％、Ｃｒ：０．１〜０．５％のうちの１種
   以上を含有し、下記（１）式により得られる活性Ｎが
   ０．００２％以上で、残部がＦｅおよび不可避的不純物
   からなるスラブを、１１００〜１２５０℃の温度範囲に
   加熱し、熱間圧延する過程において７５０〜９００℃の
   温度範囲で仕上圧延し、４５０〜７５０℃の温度範囲で
   巻取って製造したコイルを素材として使用し、ロール成
   形したのち電気抵抗溶接して製管することを特徴とする
   耐火性に優れた建築用電気抵抗溶接鋼管の製造方法。 活性Ｎ＝Ｎ（％）−｛１／２×Ａｌ（％）｝………（１）式
2. 【請求項２】 電気抵抗溶接鋼管の溶接部を溶接直後に
   焼なまし、または焼ならし処理し、溶接熱影響部の靭性
   を高めることを特徴とする請求項１記載の耐火性に優れ
   た建築用電気抵抗溶接鋼管の製造方法。