JPH1161324A - 耐候性に優れた建築用低降伏比耐火鋼材 - Google Patents

耐候性に優れた建築用低降伏比耐火鋼材

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JPH1161324A
JPH1161324A JP21200197A JP21200197A JPH1161324A JP H1161324 A JPH1161324 A JP H1161324A JP 21200197 A JP21200197 A JP 21200197A JP 21200197 A JP21200197 A JP 21200197A JP H1161324 A JPH1161324 A JP H1161324A
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steel
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ferrite
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JP21200197A
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Sadahiro Yamamoto
定弘 山本
Shinichi Suzuki
伸一 鈴木
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NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低降伏比、耐火性、及び耐候性を備えた鋼材を
提供する。 【解決手段】重量%で、Cr:0.1〜1%と、Mo:
0.2〜0.5%とを含有し、フェライトの第1相とフ
ェライト以外の第2相とからなり、第2相の硬さ(H
v)が185〜235でかつ第1相と第2相の硬さ(H
v)の比が0.7以下の組織を有する引張強さ400M
Pa級の耐候性に優れた建築用低降伏比耐火鋼材であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は建築用鋼材として要
求される低降伏比と耐火性を有し、さらに耐候性が優れ
た建築用鋼材に関する。
【0002】
【従来の技術】鉄骨構造の高層建築物には、設計者が地
震の崩壊モードをコントロールできるような耐震設計が
適用されている。このような耐震設計を確実にするた
め、使用鋼材の観点からは低降伏比と狭YPレンジが必
要とされる。また火災に対しては耐火設計の見直しが行
われたことにより、高温強度に優れた耐火鋼材を用いて
耐火被覆を減らすことが可能となった。耐火鋼材の使用
は、工期の短縮、工事費の低減、建築物内の有効面積の
拡大につながることから、このような新しい耐火設計が
盛んになっている。
【0003】従って上記した耐震設計と耐火設計を組み
合わせた手法を用いる高層建築物には、低降伏比と耐火
性を備えた鋼材が必要とされている。このような低降伏
比と耐火性を兼ね備えた建築用鋼材に関しては、特開平
4−83821号公報、特開平4−56723号公報、
特開平4−50362号公報などが出願されている。こ
れらの出願は、いずれも0.3%以上のMo含有鋼をベ
ースにNb,Vを添加し、圧延仕上がり温度を比較的高
温域としている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような構造用材では、外部鉄筋としての使用を考慮し
た場合に必要となる耐候性に関しては何ら配慮されてお
らず、鉄筋構造の多様化を図り得ないという問題があっ
た。本発明の目的は以上の点を考慮し、低降伏比、耐火
性、及び耐候性を備えた鋼材を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。 (1)本発明の鋼材は、重量%で、Cr:0.1〜1%
と、Mo:0.2〜0.5%とを含有し、フェライトの
第1相とフェライト以外の第2相とからなり、第2相の
硬さ(Hv)が185〜235でかつ第1相と第2相の
硬さ(Hv)の比が0.7以下の組織を有する引張強さ
400MPa級の耐候性に優れた建築用低降伏比耐火鋼
材である。
【0006】(2)本発明の鋼材は、重量%で、Cr:
0.1〜1%と、Mo:0.2〜0.5%とを含有し、
フェライトの第1相とフェライト以外の第2相とからな
り、第1相の硬さ(Hv)が110〜195、第2相の
硬さ(Hv)が235〜280の組織を有する引張強さ
490MPa級の耐候性に優れた建築用低降伏比耐火鋼
材である。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明者らは、低降伏比、耐火
性、及び耐候性を備えた鋼材を得るために、鋭意研究を
重ねた結果、以下の知見を得るに至った。図1は0.0
8C−0.3Si−1.4Mn−0.2Cr−0.25
Mo−0.02V鋼を用い、1200℃に加熱後、圧延
仕上温度を800〜900℃、冷却速度を放冷〜10℃
/秒、冷却開始温度を650〜800℃までそれぞれ変
化させ、加速冷却の場合は500℃まで冷却し、その後
放冷した場合の600℃における高温強度をフェライト
以外の第2相の分率で整理した結果である。従来、高温
強度と第2相の分率には比較的良い相関性があるといわ
れてきたが、圧延、冷却条件を広範囲に変化させた場合
は、図1に示すように両者の間には必ずしも良い相関性
は認められない。
【0008】そこで本発明者らは、このようなCr,M
o含有低合金鋼において高温強度を確保することを目的
に、組織の詳細な解析を行い、低合金鋼の600℃での
高温強度は第2相の分率ではなく、その硬さ(Hv)と
良い相関性があることを発見した。
【0009】図2は、0.08C−0.25Si−0.
65Mn−0.30Cr−0.26Mo−0.03V鋼
を用い、1200℃に加熱後、圧延仕上温度を800〜
900℃、冷却速度を放冷〜10℃/秒、冷却開始温度
を650〜800℃までそれぞれ変化させ、加速冷却の
場合は500℃まで冷却し、その後放冷した場合の60
0℃における高温強度と室温における引張強度を第2相
の硬さで整理した結果である。高温強度または室温にお
ける引張強度と第2相の硬さには良い相関性があり、第
2相の硬さを185〜235とすることで400MPa
級鋼の高温強度の下限値、室温における引張強度の上限
値を満足できることがわかる。また第2相の硬さを上記
範囲にした場合は、室温における降伏応力の下限値も満
足できることを確認した。
【0010】図3は同様に図2で組織を変化させた鋼に
ついて、フェライトと第2相の硬さの比と室温の降伏比
の関係を整理した結果である。両者の間には良い相関性
があり、フェライトと第2相の硬さの比を0.7以下と
することで、室温において80%以下の低降伏比が40
0MPa級鋼において得られる。本発明の請求項1はこ
れらの知見に基づいてなされたものである。
【0011】図4は、0.07C−0.30Si−1.
20Mn−0.35Mo−0.53Cr−0.05V鋼
を用い、1200℃に加熱後、圧延仕上温度を800〜
900℃、冷却速度を放冷〜10℃/秒、冷却開始温度
を650〜800℃までそれぞれ変化させ、加速冷却の
場合は500℃まで冷却し、その後放冷した場合の60
0℃における高温強度と室温における引張強度を第2相
の硬さで整理した結果である。高温強度または室温にお
ける引張強度と第2相の硬さには400MPa級鋼の場
合と同様に良い相関性があり、第2相の硬さを235〜
280とすることで490MPa級鋼の高温強度の下限
値、室温における引張強度の上限値を満足できることが
わかる。
【0012】図5は0.07C−0.25Si−1.1
5Mn−0.20Cr−0.20Mo鋼において、V添
加量、圧延条件を変化させた鋼について、フェライトの
硬さと室温の降伏強度の関係を整理した結果である。建
築用の490MPa級鋼の新JISを満足するには、フ
ェライトの硬さを110〜195とすることが必要であ
る。
【0013】本発明の請求項2はこれらの知見に基づい
てなされたものである。以上の知見に基づき、本発明者
らは、CrとMoの添加量及び組織の硬さ(Hv)を一
定範囲内に制御するようにして、低降伏比、耐火性、及
び耐候性を備えた鋼材を見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は鋼組成及び鋼組織を下記範囲に限定
することにより、建築用の400MPa級および490
MPa級の新JIS;SN規格材、耐候性をも備えた建
築用低降伏比鋼材を提供することができる。
【0014】以下に本発明の成分添加理由、成分限定理
由、及び鋼組織の限定理由について、説明する。 (1)成分組成範囲 Mo:0.2〜0.5% Moは焼き入れ性の向上、固溶、析出強化などにより、
高強度化に効果があり、特に中高温域での強度向上に有
効である。このような効果を発揮するには0.2%以上
の添加が必要であるが、0.5%を越える添加は経済
性、溶接性を損なう。したがって0.2〜0.5%の範
囲である。
【0015】Cr:0.1〜1% Crは耐候性を向上させる元素であり、また高温強度の
上昇にも有効である。このような効果を発揮するには
0.1%以上の添加が必要であるが、1%を越える添加
は経済性、溶接性を損なう。したがって0.1〜1%の
範囲である。
【0016】C<0.2% Cは所定の強度を確保するために添加するが、0.2%
を越えると溶接性および靭性が劣化するので、上限は好
ましくは0.2%である。
【0017】また、Si,P,Sは本発明の効果を阻害
しない範囲で、それぞれ0.5、0.02、0.02%
の混入は許容される。また、必要に応じてMn,Nb,
V,Ni,Cuを、それぞれ、<2%、<0.1%、<
0.1%、<0.5%、<0.5%添加することも可能
である。
【0018】(2)鋼組織 上記の成分組成範囲に調整された本発明の鋼材は、引張
強さ400MPa級の場合は、フェライト(第1相)以
外の第2相の硬さ(Hv)が185〜235でかつフェ
ライトと第2相の硬さ(Hv)の比が0.7以下の組織
を有し、引張強さ490MPa級の場合は、フェライト
(第1相)の硬さ(Hv)が110〜195、その他の
第2相の硬さ(Hv)が235〜280の組織を有す
る。
【0019】なお、フェライト以外の第2相とは、パー
ライト、ベイナイト、若しくはマルテンサイト、または
これらの混在した組織をさす。400MPa級耐火耐候
性鋼の第2相の硬さは本発明で明らかにしたように、高
温強度と良い相関性があり、高いほど望ましいが、図2
に示したように引張強度の上限との関係も考慮し、18
5〜235である。
【0020】またフェライトと第2相の硬さの比は図3
に示したように室温での降伏比(YR)と良い相関性が
あり、80%以下の低降伏比を得るためには、0.7以
下が必要である。
【0021】490MPa級耐火耐候性鋼についても、
第2相の硬さは本発明で明らかにしたように高温強度と
良い相関性があり、高いほど望ましいが、図4に示した
ように引張強度の上限との関係も考慮し、235〜28
0である。
【0022】また、フェライトの硬さは図5に示したよ
うに、室温でのYSと良い相関性があり、建築用の49
0MPa級鋼の新JISを満足する110〜195であ
る。上記の成分組成範囲及び鋼組織に調整することによ
り、低降伏比、耐火性、及び耐候性を備えた鋼材を得る
ことが可能となる。
【0023】なお、本発明では製造方法については特に
限定しない。すなわち、鋼の溶製方法、鋼材の圧延方法
及び熱処理方法は通常採用される条件であればよい。以
下に本発明の実施例を挙げ、本発明の効果を立証する。
【0024】
【実施例】
(実施例1)表1に示す成分の400MPa級を対象に
した各供試鋼(本発明鋼No.1〜7、比較鋼:No.
8〜10)を1200℃に加熱後、800℃で20mm
に圧延した。各供試鋼の組織(フェライト、第2相)の
硬さ、室温および600℃における引張強度、及び耐候
性を併せて示す。硬さはビッカース試験により測定し、
引張強度はJIS5号試験片を用いて測定した。また、
耐候性試験は、湿潤、乾燥条件を繰り返した後の試験片
の重量減少量で評価した。即ち、比較鋼No.8を基準
とし、その重量減少量を1.0とし、他の鋼の重量減少
量を求め、その逆数で耐候性を評価した。表1中で耐候
性の値が大きいほど耐候性に優れていることを示す。
【0025】本発明鋼No.1〜7までは、いずれも本
発明範囲であるCr:0.1〜1%、Mo:0.2〜
0.5%を含有し、フェライト以外の第2相の硬さが1
85〜235でかつフェライトと第2相の硬さの比が
0.7以下の組織を有しているため、建築用の新JIS
の室温強度および降伏比を満足し、かつ600℃での高
温強度も目標値を満たしている。
【0026】また、いずれの場合もCrを含有しない比
較鋼No.8に比べ1.2倍以上の耐候性を有する。こ
れに対し比較鋼No.8は組織因子は本発明範囲を満足
しているものの、Cr含有量が本発明範囲外であるた
め、耐候性が劣る。比較鋼No.9は耐候性に関する本
発明条件を満たしているものの、第2相の硬さが本発明
範囲外であるため高温強度が低い。また、比較鋼No.
10はフェライトと第2相の硬さの比が本発明範囲外で
あるため降伏比が80%を越えている。
【0027】
【表1】
【0028】(実施例2)表2に示す3種類の成分の4
00MPa級を対象にした供試鋼を種々の製造条件で3
0mmに圧延、冷却した。各供試鋼(本発明鋼:No.
12〜14,16,18〜21、比較鋼:No.11,
15,17)の組織(フェライト、第2相)の硬さ、室
温および600℃における引張強度、及び耐候性を併せ
て示す。硬さはビッカース試験により測定し、引張強度
はJIS5号試験片を用いて測定した。また、耐候性は
実施例1と同様の条件で評価した。
【0029】比較鋼No.11はCrに関する本発明条
件を満たしているため、耐候性は良好であるが、第2相
の硬さ及びフェライトと第2相の硬さの比が本発明条件
を満たしていないため、高温強度が低く、降伏比の目標
値を満たしていない。
【0030】一方、本発明鋼No.12,13は本発明
条件をいずれも満たしているため、建築用の新JISの
室温強度および降伏比を満足し、かつ600℃での高温
強度、耐候性も目標値を満たしている。
【0031】本発明鋼No.14,16,18について
も、本発明条件をいずれも満たしているため、建築用の
新JISの室温強度および降伏比を満足し、かつ600
℃での高温強度、耐候性も目標値を満たしているが、比
較鋼No.15,17は低温域圧延をおこなったため、
フェライトと第2相の硬さの比に関する本発明条件を満
足していないため、降伏比の目標値を満たしていない。
【0032】本発明鋼No.19,20,21について
は、本発明条件をいずれも満たしているため、建築用の
新JISの室温強度および降伏比を満足し、かつ600
℃での高温強度、耐候性も目標値を満たしている。この
ように成分系、製造プロセスが変わっても、本発明条件
を満たしていれば、建築用の新JISの室温強度および
降伏比を満足し、かつ600℃での高温強度、耐候性も
目標値を満足する。
【0033】
【表2】
【0034】(実施例3)表3に示す成分の490MP
a級を対象にした各供試鋼を1200℃に加熱後、85
0℃で20mmに圧延後、10℃/秒で600℃まで加
速冷却し、その後放冷した。各供試鋼(本発明鋼:N
o.1〜7、比較鋼:No.8〜10)の組織(フェラ
イト、第2相)の硬さ、室温および600℃における引
張強度、及び耐候性を併せて示す。硬さはビッカース試
験により測定し、引張強度はJIS5号試験片を用いて
測定した。また、耐候性は実施例1と同様の条件で評価
した。
【0035】本発明鋼No.1〜7までは、いずれも本
発明範囲であるCr,Moを含有し、フェライトの硬さ
が110〜195でかつその他の第2相の硬さが235
〜280である組織を有しているため、建築用の新JI
Sの室温強度および降伏比を満足し、かつ600℃での
高温強度、耐候性も目標値を満たしている。これに対し
比較鋼No.8は組織因子に関する本発明範囲を満足し
ているものの、Cr含有量が本発明範囲外であるため、
耐候性が劣る。比較鋼No.9は本発明範囲内のCr含
有量であるため、耐候性は良好であるが、第2相の硬さ
が本発明範囲外であるため高温強度が低く、また比較鋼
No.10はフェライトおよび第2相の硬さがともに本
発明範囲外であるため建築用の新JISの室温強度、高
温強度をいずれも満たしていない。
【0036】
【表3】
【0037】(実施例4)表4に示す2種類の成分の4
90MPa級を対象にした供試鋼を1250℃に加熱
し、種々の製造方法で30mmに圧延、冷却した。各供
試鋼(本発明鋼:No.11,13,15,18,1
9、比較鋼:No.12,14,16,17)の組織
(フェライト、第2相)の硬さ、室温および600℃に
おける引張強度、及び耐候性を併せて示す。硬さはビッ
カース試験により測定し、引張強度はJIS5号試験片
を用いて測定した。また、耐候性は実施例1と同様の条
件で評価した。
【0038】本発明鋼No.11,13,15はCr,
Mo含有量および組織因子に関する本発明条件を満たし
ているため、建築用の新JISの室温強度および降伏比
を満足し、かつ600℃での高温強度、耐候性も目標値
を満たしている。
【0039】一方、比較鋼No.12は低温度域で圧延
を行ったためフェライトの硬さが本発明範囲外であり、
490MPa級鋼の新JISの降伏比を満足していな
い。また比較鋼No.14,16については第2相の硬
さが本発明条件を満たしていないため、新JISの室温
引張強度の上限を越えている。
【0040】比較鋼No.17は圧延ままでは、第2相
に関する本発明条件を満たしていないため、600℃で
の高温強度が低い。一方、比較鋼No.17と同一鋼を
用い加速冷却または直接焼入焼戻しを行った本発明鋼N
o.18,19については、本発明条件をいずれも満た
しているため、建築用の新JISの室温強度および降伏
比を満足し、かつ600℃での高温強度、耐候性も目標
値を満たしている。
【0041】
【表4】
【0042】
【発明の効果】以上に示したように、Cr,Mo添加量
と組織因子を適切に組み合わせることにより、建築用の
400MPa級および490MPa級の新JISの室温
強度および降伏比を満足し、かつ600℃での高温強
度、耐候性も目標値を満足することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る第2相の分率と高温
強度の関係を示す図。
【図2】本発明の実施の形態に係る第2相の硬さと高温
強度、室温引張強さの関係を示す図。
【図3】本発明の実施の形態に係るフェライトと第2相
の硬さの比と室温降伏比の関係を示す図。
【図4】本発明の実施の形態に係る第2相の硬さと高温
強度、室温引張強さの関係を示す図。
【図5】本発明の実施の形態に係るフェライトの硬さと
室温降伏強さの関係を示す図。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、Cr:0.1〜1%と、M
    o:0.2〜0.5%とを含有し、フェライトの第1相
    とフェライト以外の第2相とからなり、第2相の硬さ
    (Hv)が185〜235でかつ第1相と第2相の硬さ
    (Hv)の比が0.7以下の組織を有する引張強さ40
    0MPa級の耐候性に優れた建築用低降伏比耐火鋼材。
  2. 【請求項2】 重量%で、Cr:0.1〜1%と、M
    o:0.2〜0.5%とを含有し、フェライトの第1相
    とフェライト以外の第2相とからなり、第1相の硬さ
    (Hv)が110〜195、第2相の硬さ(Hv)が2
    35〜280の組織を有する引張強さ490MPa級の
    耐候性に優れた建築用低降伏比耐火鋼材。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008255468A (ja) * 2007-03-09 2008-10-23 Jfe Steel Kk 疲労き裂伝播遅延鋼材およびその製造方法
JP2014009367A (ja) * 2012-06-28 2014-01-20 Kyoei Steel Ltd スタッド溶接に用いられる鉄筋用棒鋼

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