JPH02263916A - 耐火性の優れた建築用低降伏比鋼板の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は主として建築、土木および海洋構造物等の分野
における各種建造物に用いる耐火性の優れた建築用低降
伏比鋼板の製造法に関する。

（従来の技術） 建築、土木および海洋構造物等の分野における各種構造
物用建築材として、−殻構造用圧延鋼材（ＪＩＳ　Ｃ３
１０１）　、溶接構造用圧延鋼材（ＪＩＳＧ３１０Ｂ）
　、溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材（ＪＩＳ　Ｇ３１１
４）　、高耐候性圧延鋼材（Ｊ！Ｓ　Ｇ　３１２５）、
（以下周知鋼板という）などが広く利用されている。

各種建造物のうち、特に生活に密着したビルや事務所お
よび一般住宅などの建造物に前記周知鋼材を用いる場合
には、火災における安全性を確保するために例えば特開
昭６３−４７４５１号公報記載の技術のように充分な耐
火被覆を施している。このため鋼材費用に比べて耐火被
覆施工費が高額になり、建築コストが大幅に上昇する。

これは建築関係諸法令によって火災時に鋼材温度が３５
０℃以上にならないように規定されているためである。

近年、建築物の高層化が進み、設計技術の向上とその信
頼性の高さから、耐火設計について見直しが行なわれ、
昭和６２年建築物の新耐火設計法が法定されるにいたり
、前述の３５０℃の温度制限によることなく、鋼材の高
温強度と建物に実際に加わっている荷重により、耐火被
覆の能力を決定できるようになり、素材鋼板の高温強度
が確保される場合等には無被覆で鋼板を使用することも
可能になった。

従来の低合金高張力鋼では結晶粒成長、析出物の粗大化
さらには炭化物の溶解等により高温強度を確保すること
が難しく、高温強度を確保するためには高価な金属元素
を多量に添加しなければならず、建築用鋼材としては経
済性を失する。

そこで発明者らは高価な合金元素の添加二を比較的少な
くし、かつ耐火被覆を薄くすることが可能な耐火性の優
れた建築用低降伏比高張力鋼板を製造する技術を開発し
た（特願昭０３−１４３７４０号）。

この方法によればＮｂ：０．００５〜０．０４％、とＭ
Ｏ：０．４〜０．７９６を複合添加することにより、Ｎ
ｂ。

Ｍｏの微細な炭窒化物を形成させ、さらにはＭＯの固溶
体強化によって高温強度を増加させることができる。

しかしＭｏを０．４〜０．７％添加した場合に高価であ
ることから経済性に難点かあるとともに、Ｍ。

は焼入性を高める元素であるため常温の強度をも高めて
、溶接性の低下や溶接熱影響部（ＨＡＺ）靭性の劣化を
生じさせる。このため、より安価で溶接性の良好な耐火
性の優れた建築用鋼板が望まれている。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、高温特性や溶接性に優れ、かつ経済的
価格で市場に供給しうる耐火性の優れた建築用低降伏比
鋼板の製造方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は、重量９６で、Ｃ：　０．０４〜０．１
２％、ｓ　ｉ：０．８％以下、Ｍ　ｎ：０．５〜Ｌ、Ｓ
％／　Ｃｕ：０．８〜１．５％、Ｔ　ｉ：０．００５〜
０゜１０９６、Ａｆｆ　：Ｏ，１％以下、Ｎ　：０．０
０１〜０．００６％、残部がＦｅおよび不可避的不純物
からなる鋼あるいはこの鋼にさらにＮｂ：０．００５　
〜０．０４％、　　Ｖ　　：０．００５〜０．１０％、
　　Ｍｏ：０．０５〜０．４％、Ｎ　ｌ：０．０５〜０
．５％、Ｃｒ：ｏ、０５〜１．０％、Ｃａ：０．０００
５〜０．００５％のうちいずれか１種、または２種以上
を含有させ、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる
鋼片を９００〜１１００℃の温度範囲で加熱後、８００
℃以上で圧延を終了し、以後空冷することにある。

（作　　用） 建築用鋼材として使用するためには耐火性もさることな
から、溶接性の確保が重要である。溶接性が悪い場合に
は建設コストの大幅な上昇が避けられないからである。

このため溶接性と耐火性の観点から常温強度と高温強度
とのバランスが特に重要である。すなわち、溶接性の観
点から常温強度は比較的低く抑え、耐火性の観点からは
高温強度を確保することが重要である。

そこで発明者らはさらに鋭意研究を進めた結果、常温強
度と高温強度のバランスの観点、および高温強度の確保
の観点からＣｕ析出強化の利用が有効であることを見い
出した。すなわちＣｕ添加鋼は鋼板を圧延後、空冷する
ことにより常温ではＣｕ析出が生じないために強度を低
く抑えることができ、優れた溶接性が確保できる。

また火災時にはＣｕの析出強化により高温強度を確保で
き、優れた耐火性を確保できる。このように常温強度と
高温強度のバランスのとれた建築用鋼板を提供すること
が本発明の主眼である。

さらにＣｕ析出強化を利用することにより高価なＭｏ１
”ｆｌｌ出量０．０５〜０．４９５と大幅に低減できる
ので経済性に優れ、さらには溶接性やＨＡＺ靭性をも飛
躍的に向上させることができる。

このようなＣｕ添加の優れた効果を得るためには、その
添加量を０．８〜：５％とする必要がある。

ＣｕＱの上限はＣｕ析出物の粗大化や焼入性の増大等に
よるＨＡＺ靭性の劣化を防止するためである。また下限
は十分な析出強化を得るための最小量である。

以下にそのほかの基本成分の限定理由について説明する
。

Ｃ量の下限０．０４％は、母材および溶接部の強度の確
保ならびにＮｂ、Ｖなどの添加時に、これらの効果を発
揮させるための最小量である。しかしＣ量が多すぎると
、ＨＡＺ靭性に悪影響を及ぼすだけでなく母材靭性、溶
接性を劣化させるので、上限を０．１２％とした。

Ｓｔは脱酸上鋼に含まれる元素で、Ｓｌが多くなると溶
接性、ＨＡＺ靭性が劣化するため、その上限を０．８％
とした。本発明鋼ではＡｌ脱酸で十分であり、さらにＴ
１脱酸でも良い。ＳｔについてＨＡＺ靭性の点からは含
有量を０．１５％程度とすることが望ましい。

Ｍｎは強度、靭性を確保する上で不ｈノ欠の元素であり
、その上限は０．５％である。しかしＭｎｍが多すぎる
と焼入性が増加して溶接性、ＨＡＺ靭性が劣化するだけ
でなく、目標とする規格に適合する母材強度を得ること
ができない。このためＭｎｊｉｔの上限を１．　ｅ　ｑ
６とした。

Ｔ１は微細な析出物を形成し、高温強度を増加させる元
素であり、０．００５〜０．１％においてＡｊ？二が少
ない場合ＴＩの酸化物、炭窒化物を形成し、ＨＡＺ靭性
を向上させるが、０．００５％以下では効果がなく、０
．１％を超えると目的に対し溶接性などで悪影響がでて
好ましくない。

Ａｆｆは一般・に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、Ｓ
ｌおよびＴ１によっても脱酸は行なわれるので、本発明
ではＡｌについて下限は限定しない。しかしＡ１１ｍが
多くなると鋼の清浄度が悪くなり、ＨＡＺ靭性が劣化す
るので上限を０．１％とした。

Ｎは一般に不可避的不純物として鋼中に含まれるもので
あるが、Ｎｂと結合し炭窒化物Ｎｂ（ＣＮ）を形成して
高温強度の向上に効果を発揮する。このため最小量とし
て０．００１％必要であるが、Ｎｆｆ１が多くなるとＨ
ＡＺ靭性の劣化を招くので、その上限を０．００６％と
した。

なお、本発明鋼は、不可避的不純物としてＰおよびＳを
含有する。Ｐ、Ｓは高温強度に与える影響は小さいので
、その量について特に限定はしないが、一般に靭性、板
厚方向強度などに関する鋼の特性は、これらＰ、Ｓ元素
が少ないほど向上する。望ましいＰ、Ｓ量はそれぞれ０
．０２％、０．００５％以下である。

本発明鋼の基本成分は以上のとおりであり、十分に目的
を達成できるが、さらに目的に対し特性を高めるため、
以下に述べる元素すなわちＮｂ。

Ｖ、Ｍｏ、ＴＩ　、Ｎｌ　、Ｃｒ、Ｃａを選択的に添加
すると強度、靭性の向上について、さらに好ましい結果
が得られる。

つぎに、前記添加元素とその添加量について説明する。

Ｎｂは微細な析出物を形成し、高温強度を増加させる元
素である。この効果を得るための下限は０．００５％で
ある。ＮｂＪＳが多すぎると溶接性が悪くなり、さらに
ＨＡＺ靭性が劣化するのでその上限は０．０４％である
。

Ｖはｖｂとほぼ同じ効果を持つ元素であり、高温強度に
対する効果はＮｂに比較して小さいが、０．００５〜０
．１θ％の範囲においてＨＡＺ靭性を向上させる。しか
し０．００５％未満では効果がなく、０．１０％を超え
るとＨＡＺ靭性に好ましくない影響がある。

ＭｏはＮｂと同様に微細な析出物を形成し、さらに固溶
体強化によって高温強度を増加させる。

この効果を得るための下限は０．０５％である。Ｍｏ量
が多すぎると溶接性が悪くなり、さらにＨＡＺ靭性が劣
化するのでその上限は０．４％である。

Ｎ１は溶接性、ＨＡＺ靭性に悪影響を及ぼすことなく、
母材の強度、靭性を向上させるが、０．０５％未満では
効果が薄く、０．５％超の添加は建築用鋼としての目的
に対し、極めて高価になり経済性を失うので、上限は０
．５％とした。

Ｃｒは母材および溶接部の強度を高める元素であるが、
Ｃｒｆｆ１が：０％を超えると溶接性やＨＡＺ靭性を劣
化させ、また０、０５％未１シては効果が薄い。したが
ってＣｒｍは００５〜１．０％とする。

Ｃａは硫化物の形態を制御し、シャルピー吸収エネルギ
ーを増加させ低温靭性を向上させるほか、耐水素誘起割
れ性の改善にも効果を発揮する。しかしＣａ量は０．０
００５％未満では実用上効果かなく、また、０．００５
％を超えるとＣａｂ、ＣａＳが多量に生成して大型介在
物となり、鋼の靭性のみならず清浄度も害し、さらに溶
接性にも悪影響を与えるので、Ｃａ添加瓜の範囲を０．
０００５〜０．００５９ｃｉとする。

本発明の効果はもちろん以上の成分系だけの特定でもた
らされるものではない。すなわち圧延条件もまた極めて
重要である。

まず、スラブの加熱温度は９００〜１１００℃とする必
要がある。上限を１１００℃とした理由はこの温度以上
で加熱するとＣｕ脆化と呼ばれる熱間脆性が生しるため
である。またＣｕ等の元素を十分に溶体化させる必要が
あるために下限を９００℃とした。

なお、スラブ鋳造後直ちに（いわゆるＣＣ−直行圧延）
圧延を行なってもよい。

圧延−終了温度を８００℃以上とする理由は、この温度
より低い温度で圧延を行なうとＣｕが圧延によりひずみ
誘起析出し、高温強度が著しく低下するためである。ま
た圧延終了温度の上限は１０００℃以下が望ましい。こ
れは建築用鋼としての靭性を確保するためである。なお
圧延後は鋼板を空冷することが必要で、冷却速度は５℃
／ｓｅｃ以下が望ましい。

周知の低温圧延（制御圧延）はラインパイプなど低温靭
性が要求される鋼材では必須要件であるが、本発明鋼の
ように低温靭性について高い要求がなく、むしろ常温強
度と高温強度のバランスか重要な場合には、圧延を高温
で終了せねばならない。これは降伏比の低減条件として
も重要である。

なお本発明における鋼板の引張強度は４０〜６０ｋｇ　
ｆ　／　ｍａｔ、板厚範囲は１０ｍｍ以上の厚板圧延に
よる鋼板とすることか好ましい。

（実　施　例） 周知の転炉、連続鋳造、ｊす成工程で種々の鋼成分の鋼
板（厚み１２〜５０ｍ１）を製造し、常温強度、高温強
度などを調査した。

第１表に本発明鋼と比較鋼との成分比較を示し、続いて
第２表に加熱、圧延、冷却条件別に機械的性質を示す。

第２表で明らかなように本発明にかかる鋼が、すべて良
好な常温および高温強度を有する。これに対し比較鋼は
ことごとく常温での強度が高すぎたり、あるいは高温強
度が不足し、さらに常温強度に対する６００℃での強度
割合が低く（７０％以下）、耐火建築材として不適であ
る。

比較鋼において鋼３１はＣｕを添加していないために、
高温強度が確保できていない。ｗ４３２はＣｕを添加し
ているが添加量が０．８％未満であるため、高温強度を
確保できない。鋼３３はＣｕ添加量が多すぎるために高
温強度が確保できない。鋼３４は加熱温度が低いために
Ｃｕの溶体化が十分でなく、高温強度が確保できない。

鋼３５は加熱温度が高いためにＣｕクラックが発生し、
鋼板の特性を十分満足しない。鋼３６は圧延仕上げ温度
が低いためにＣｕの析出が起こり、高温強度を満足しな
い。

（発明の効果） ビル火災対策は社会的な課題であり、その中で火災対策
は重要な項目である。本発明はこのような状況の中で耐
震性、耐火性、溶接性の優れた鋼板を安価にかつ大量製
造可能とした。上記社会的課題の解決に大きく貢献する
ものと考えられる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％で、 Ｃ：０．０４〜０．１２％、 Ｓｉ：０．６％以下、 Ｍｎ：０．５〜１．８％、 Ｃｕ：０．８〜１．５％、 Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、 Ａｌ：０．１％以下、 Ｎ：０．００１〜０．００６％、 残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼片を９００
   〜１１００℃の温度範囲で加熱後、８００℃以上で圧延
   を終了し、以後空冷することを特徴とする耐火性の優れ
   た建築用低降伏比鋼板の製造法。 ２、重量％で、 Ｎｂ：０．００５〜０．０４％、 Ｖ：０．００５〜０．１０％、 Ｍｏ：０．０５〜０．４％、 Ｎｉ：０．０５〜０．５％、 Ｃｒ：０．０５〜１．０％、 Ｃａ：０．０００５〜０．００５％ のうちいずれか１種、または２種以上をさらに含有し、
   残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼片である請
   求項１記載の耐火性の優れた建築用低降伏比鋼板の製造
   法。