JPH0277523A - 耐火性の優れた建築用低降伏比鋼材の製造方法およびその鋼材を用いた建築用鋼材料 - 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〕 本発明は建築、土木および海洋構造物等の分野において
、各種建造物に用いる耐火性の優れた低降伏比鋼材の製
造方法およびその鋼材によって構成した建築用鋼材料に
関する。

〔従来の技術〕

周知の通り建築、土木および海洋構造物などの分野にお
ける各種建造物用構築材として、−殻構造用圧延鋼材（
ＪＩＳ　Ｇ　３１０１）、溶接構造用圧延鋼材（ＪＩＳ
　Ｇ　３１０６）、溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材（Ｊ
ＩＳ　Ｇ　３１１４）、高耐候性圧延鋼材（ＪＩＳ　Ｇ
　３１２５）および−殻構造用炭素鋼鋼管（ＪＩＳ　Ｇ
　３４４４）、−殻構造用角形鋼管（ＪＩＳ　Ｇ　３４
６６）などが広く利用されている。

これらの鋼材は、通常高炉によって得られた溶銑を、脱
Ｓ、脱Ｐしたのち転炉精錬を行い、連続鋳造もしくは分
塊工程において鋼片とし、ついで熱間圧延することによ
り、所望の特性を備えたものとして製品化される。

ところで、各種建造物のうち、特に生活に密着したビル
や事務所および住居などの建造物に前記鋼材を用いる場
合は、火災における安全性を確保するため、充分な耐火
被覆を施すことが義務づけられており、建築関係諸法令
では、火災時に鋼材温度が３５０″Ｃ以上にならぬよう
規定している。

つまり、前記鋼材は、建造物に使用する場合３５０℃程
度で耐力が常温時の６０〜７０％になり、建造物の倒壊
を引き起こす恐れがあるため、火災時における熱的損傷
により該鋼材が載荷力を失うことのないようにして利用
しなければならない。たとえば、−殻構造用圧延鋼材（
ＪＩＳ　Ｇ　３１０１）に規定される形鋼を柱材とする
建造物の例では、その表面にスラグウール、ロックウー
ル、ガラスウール、アスベストなどを基材とする吹き付
は材やフェルトを展着するほか、防火モルタルで包被す
る方法および前記断熱材層の上に、さらに金属薄板即ち
アルミニウムやステンレススチール薄板等で保護する方
法など耐火被覆を入念に施す必要がある。

そのため、鋼材費用に比し耐火被覆施工費が高額になり
、建設コストが大幅に上昇することを避けることが出来
ない。

そこで、構築材料として丸あるいは角鋼管を用い、冷却
水が循環するように構成し、火災時における温度上昇を
防止し載荷力を低下させない技術が提案され、ビルの建
設コストの引き下げと利用空間の拡大が図られている。

たとえば、実公昭５２−１６０２１号公報には、建築物
の上部に水タンクを置き、中空鋼管からなる柱材に冷却
水を供給する耐火構造建造物が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のように建造物に従来の鋼材を利用する場合、価格
は安いが、高温特性が低いため無被覆や軽液層で利用す
ることが出来ず、割高な耐火被覆を施さねばならない。

このため建設コストが高くなると共に建造物の利用空間
が狭くなり、経済効率を低下させると云う課題がある。

一方耐火性能の向上をねらいとして、中空鋼材を用いて
強制冷却する方法は、構造が複雑になるため設計、施工
費に加えて設備費が嵩むことと、保守整備費も高額にな
ると云う課題がある。

また、ステンレススチールに代表されるような耐熱鋼材
は価格が非常に高いため、高温特性は良好であるが、生
産技術や施工技術面に加えて経済的な面で構築材料とし
ての利用は非常に困難である。

而して、近年建築物の高層化が進展し、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
われ、昭和６２年建築物の新耐火設計法が法定されるに
至った。その結果、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出来るようになり、場
合によっては無被覆で鋼材を使用することも可能になっ
た。

しかしながら、耐火性の優れた建築用鋼材として、経済
的価格で市場に供給できるような鋼材は現在存在しない
。

本発明の目的は、高温特性が優れ、かつ経済的価格で市
場に供給しうる耐火性の優れた鋼材の製造方法ならびに
耐火性能を付与した建築用鋼材料を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前述の課題を克服し、目的を達成するもので、
その具体的手段を下記ア〜ケ項に示す。

７０重量比で、Ｃ０，０４〜０．１５％、Ｓｉ０．６％
以下、Ｍｎ０．５〜１．６％、Ｎｂ　　０．００５〜０
．０４％、Ｍｏ　０．４〜０．７％、Ａ１０．１％以下
、Ｎ０．００１〜０．００６％を含有し、残部がＦｅお
よび不可避不純物からなる鋼片を１１００〜１３００℃
の温度域で再加熱後、熱間圧延を８００〜１０００℃の
温度範囲で終了する耐火性の優れた建築用低降伏比鋼材
の製造方法。

４１重量比で、Ｃ０，０４〜０．１５％、Ｓｉ０．６％
以下、Ｍｎ　０．５〜１．６％、Ｎｂ　　０．００５〜
０．０４％、Ｍｏ　０．４〜０．７％、Ａ１０．１％以
下、Ｎ０．００１〜０．００６％に加えてＴ　ｉ　　０
．００５〜０．１０％、Ｚｒ　０．００５〜０．０３％
、Ｖ　　０．００５〜０．１０％、Ｎｉ　　０．０５〜
０．５％、Ｃｕ　０．０５〜１．０％、Ｃｒ　０．０５
〜１．０％、Ｂ０．０Ｏ０３〜０．００２％、Ｃａ　０
．０００５〜　０．００５％、ＲＥＭ　　０．ＯＯＬ〜
０．０２％のうち１種または２種以上を含有し、残部が
Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼片を１１００〜１３
００℃の温度域で加熱後、熱間圧延を８００〜ｔｏｏｏ
℃の温度範囲で終了する耐火性の優れた建築用低降伏比
鋼材の製造方法。

つ、前記ア項または前記イ項記載の方法により得られた
鋼材をさらに熱間工程において塑性加工する耐火性の優
れた建築用低降伏比鋼材の製造方法。

工、前記ア項ないし前記つ項記載の方法により得られた
鋼材を冷間工程において塑性加工する耐火性の優れた建
築用低降伏比鋼材の製造方法。

オ、前記ア項ないし前記二項記載の方法により得られた
鋼材受熱表面に、無機系繊維質耐火薄層材を展着せしめ
てなる耐火性の優れた建築用低降伏比鋼材料。

力、前記ア項ないし前記二項記載の方法により得られた
鋼材受熱表面に、高耐熱性塗料を被着せしめてなる耐火
性の優れた建築用低降伏比鋼材料。

キ、前記ア項ないし前記二項記載の方法により得られた
鋼材受熱表面に、防熱盾板を装着せしめてなる耐火性の
優れた建築用低降伏比鋼材料。

り、前記ア項ないし前記二項記載の方法により得られた
中空鋼材にコンクリートを充填してなる耐火性の優れた
建築用低降伏比鋼材料。

ケ、前記ア項ないし前記二項記載の方法により得られた
鋼材受熱表面に、極薄金属を展着してなる耐火性の優れ
た建築用低降伏比鋼材料。

〔作　用〕

さて、本発明者らは、火災時における鋼材強度について
研究の結果、無被覆使用を目標とした場合、火災時の最
高到達温度が１０００℃であることから、鋼材が該温度
で常温耐力の７０％以上の耐力を備えるためには、やは
り高価な合金元素を多量に添加せねばならず、経済性を
失することを知った。

つまり、従来の鋼材費とそれに加え耐火被覆を施工する
費用以上に鋼材単価が高くなり、そのような鋼材は実際
的に利用することが出来ない。

そこで、さらに研究を進めた結果、６００’Ｃでの高温
耐力が常温時の７０％（略々２／３）以上となる鋼材が
最も経済的であることをつきとめ、高価な添加元素の量
を少なくし、かつ耐火被覆を薄くすることが可能で、火
災荷重が小さい場合は、無被覆で使用することが出来る
鋼材の製造方法に加えて耐火性能を付与した鋼材料を開
発した。

さて、本発明の特徴は、低Ｃ−低Ｍｎ鋼に微量Ｎｂと適
当量のＭｏを複合添加した成分組成の鋼片を、高温で再
加熱したのち、比較的高温で圧延を終了することにあり
、本発明によって得られた鋼材は、適当な常温耐力を有
するとともに、高温耐力が高いと云う特性を備えている
。

つまり、常温耐力に対し６００℃の温度域における耐力
の割合が大きい。この理由はミクロ組織が比較的大きな
フェライト主体組織となっているためで、これに対し、
細粒フェライトや焼入、焼戻主体組織などでは、６００
”Ｃの温度領域における耐力に比して常温耐力が高（な
り、常温での規格４１Ｌ製満足させることは難かしい。

本発明にかかる鋼材は降伏比が低く、耐震性に優れてい
るが、これもミクロＭｉ襟が比較的大きなフェライトか
らなるためである。

つぎに、本発明にかかる特徴的な成分元素とその添加量
について説明する。

Ｎｂ　　ｒ　Ｍｏは微細な炭窒化物を形成し、さらに、
Ｍｏは固溶体強化によって高温強度を増加させるが、Ｍ
ｏの単独添加では６００℃という高温領域において充分
な耐力を得るこ七は難しい。

本発明者等は研究の結果、該高温領域における・耐力を
増加させるには、ＮｂとＭＯを複合添加させることが極
めて有効なことを見出した。

しかしながらＮｂ、Ｍｏｉが高すぎると、溶接性が悪く
なり、さらに熔接熱影響部（ＨＡＺ）の靭性が劣化する
ので、Ｎｂ、Ｍｏ含有量の上限はそれぞれ０．０４％、
０．７％とする必要があり、また下限は複合効果が得ら
れる最小量としてそれぞれ０．００５％９０．４％を含
有せしめる。

なお、高温強度を上昇せしめるため、Ｍｏを利用するこ
とは、従来の耐熱鋼では知られているが、建築用に用い
る耐火鋼材として前述のように微量のＭｏに加えて微量
のＮｂを複合添加した鋼材は知られていない。

もっとも、ＮｂとＭｏを複合添加した鋼材として、ライ
ンパイプ用のアシキュラーフェライト鋼が知られている
が、１亥アシキュラーフェライト鋼は製造にあたり、そ
の目的を達成するため、強度の制御圧延を行い、常温耐
力を高めているため常温の降伏比が高くなり、建築用鋼
材として必要な低降伏比を満足出来ない。

さらにつけ加えると、前記アシキュラーフェライト鋼は
本発明鋼に比してＭｎ含有量が多い。これは本発明鋼と
は異なり低温靭性を高めることが重要なためで、両者は
目的および作用効果の点で顕著な差異がある。

つぎに、本発明における前記Ｎｂ、Ｍｏ以外の成分限定
理由について詳細に説明する。

Ｃは母材および溶接部の強度確保ならびにＮｂ。

Ｍｏの添加効果を発揮させるために必要であり、０．０
４％以下では効果が薄れるので下限は０．０４％とする
。さらにＣｌが多すぎるとＨＡＺの低温靭性に悪影響を
およぼすだけでなく、母材靭性、溶接性をも劣化させる
ので、０．１５％が上限となる。

Ｓｉは脱酸上鋼に含まれる元素で、Ｓｉが多くなると溶
接性、ＨＡＺ靭性が劣化するため、その上限を０．６％
とした。本発明鋼ではＡＩ脱酸で充分であり、さらにＴ
ｔ脱酸でも良い。Ｓｉは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。

次に、Ｍｎは強度、靭性を確保する上で不可欠な元素で
あり、その下限は０．５％である。しかしＭａｉｌ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
ることが出来ない。このためＭｎｌの上限を１．６％と
した。

Ａｌは一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、Ｓｔお
よびＴｉによっても脱酸は行なわれるので、本発明では
Ａ１について下限は限定しない。しかしＡｌ量が多くな
ると鋼の清浄度が悪くなり、溶接部の靭性が劣化するの
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
高温耐力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、Ｎ量が多くなるとＨＡＺ
靭性の劣化や連続鋳造スラブの表面疵の発生などを助長
するので、その上限を０．００６％とした。

なお、本発明鋼材は、不可避不純物として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材の特性は、Ｐ、Ｓ量が少な
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。

本発明鋼材の基本成分は以上のとおりであり、充分に目
的を達成できるが、さらに以下に述べる元素即ちＴｉ、
Ｚｒ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｂ、Ｃａ、ＲＥＭ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。

Ｔｉは前述のＮｂとほぼ同じ効果を持つ元素であり、ｏ
、ｏｏｓ〜０．０２％においてＡＩＩＪが少ない場合Ｔ
ｉ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（，０、１％を超
えると溶接性などに悪影響がでて好ましくない。

■もＮｂ、Ｔｉ　とほぼ同じ効果をもつ元素であり、高
温耐力に対する効果はＮｂ、Ｔｉに比較して小さいが０
．００５〜０．１０％の範囲においてＨＡＺ靭性を向上
させる。しかし０．００５％以下では効果が無＜０．１
０％を超えるとＨＡＺ靭性に好ましくない影響がある。

つぎに、Ｎｉは溶接性、ＨＡＺ靭性に悪影響をおよぼす
ことなく、母材の強度、靭性を向上させるが、０．０５
％以下では効果が薄く、０．５％以上の添加は建築用鋼
材として、極めて高価になるため経済性を失うので、上
限は０．５％とした。

ＣｕはＮｉ　とほぼ同様な効果を持つほか、Ｃｕ析出物
による高温強度の増加や耐食性１．耐候性の向上にも効
果を有する。しかし、Ｃｕ量が１．０％を超えると熱間
圧延時にＣｕ割れが発生し製造が困難になり、また０、
０５％以下では効果が無いのでＣｕ量は０．０５〜１．
０％に限定する。

Ｃｒは母材および溶接部の強度を高める元素であり、耐
候性の向上にも効果はあるが、１．０％を超えると溶接
性やＨＡＺ靭性を劣化させ、また０、０５％以下では効
果が薄い。従ってＣｒｉは０．０５〜１．０％とする。

本発明者等の知見ではＣｒはＭｏと同様に高温耐力を増
加させる元素であるが、ＭＯと異なり常温耐力の増加の
割に比し、６００℃での高温耐力の増加効果は比較的少
ない。

Ｂは鋼の焼入性を増大させ強度を大きくする元素であり
、Ｎと結合したＢＮはフェライト発生核として作用し、
ＨＡＺ組織を微細化する。このようなりの効果を得るた
めには、最小ｆｆ１ｏ、０００３％のＢｌが必要で、そ
れ以下では効果が無く、またＢ量が多過ぎると粗大なり
−ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔが、ＨＡＺの旧オーステナイ
ト粒界に析出して低温靭性を劣化させる。このためＢ量
の上限は０．００２％に制限する。

Ｃａ、ＲＥＭは硫化物（ＭｎＳ）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０．０００５％以下では実用上効果が無く
、また、０．００５％を超えるとＣａＯ、ＣａＳが多量
に生成して大形介在物となり、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１．Ｃ
ａ添加量の範囲を０．０００５〜０．００５％とする。

また、ＲＥＭについてもＣａと同様な効果があり、また
添加量を多くするとＣａと同様な問題が生じ、また経済
性も悪くなるので、ＲＥＭ量の下限をｏ、ｏｏｉ％とし
上限を０．０２％とする。

次に、本発明に係る鋼材の製造方法について説明する。

常温において、溶接構造用圧延鋼材（ＪＩＳ　Ｇ　３１
０６）に規定する性能を満足し、かつ６００℃の高温に
おいて高い耐力を維持せしめるためには、鋼材成分と共
に鋼材の加熱および圧延にかかる条件が重要である。本
発明の鋼材成分の特徴をなすＮｂ、Ｍ。

の複合添加による高温耐力の増大を図るには、加熱時に
、これらの元素を充分に溶体化させる必要があり、この
ため本発明の成分よりなる鋼片の加熱温度の下限を１１
００’Ｃとする。また、加熱温度が高すぎると結晶粒が
大きくなって低温靭性が劣化するので、その上限は１３
００℃にせねばならない。

次に、加熱した鋼片を熱間圧延するが、その圧延終了温
度を８００℃以上の高温とする。その理由は、圧延中に
Ｎｂ、Ｍｏの炭窒化物を析出させないためであり、Ｔ域
で、これらの元素が析出すると、析出物サイズが大きく
なり、高温耐力が著しく低下する。

従来低温圧延（制御圧延）はラインパイプなど低’ｔｎ
　ｉＡ性が必要な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、高い要求が無く、むしろ常
温耐力と６００’Ｃでの高温耐力のバランスが重要な場
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。また、本発明におい
て、圧延終了温度の上限を１０００”Ｃとするが、その
理由は、建築用鋼としての靭性を確保するためである。

熱間圧延終了後は室温迄放冷する。

なお、本発明鋼材を製造後、脱水素などの目的でＡｃ、
変態点以下の温度に再加熱しても、本発明鋼材の特徴は
何等損なわれることは無い。

また、本発明では、前述のように鋼片を加熱し、ついで
熱間圧延することにより製品とするが、その後さらに所
望の鋼材を製造するため、前記製品を熱間又は冷間でさ
らに塑性加工してもよい。

たとえば、鋼片をブルーム、ビレットとしたのち熱間で
形鋼とするほか、前記製品を素材とし、冷間加工して所
望の鋼材たとえば形鋼や鋼管を製造しても良い。その際
、必要に応して、熱処理を適宜に実施する。

さて、次に本発明鋼材の機械的性質を周知鋼材と比較し
て詳細に説明する。

第１表は本発明鋼材とＪＩＳ　Ｇ　３１０６溶接構造用
圧延鋼材（５Ｍ５０Ａ）との成分比較を示す。

なお、本発明の鋼材は上記表に示す成分の鋼片を１２０
０℃に加熱し、圧延終了温度９５０’Ｃで熱間圧延し、
圧延終了後室温迄放冷して製造された。

第１図は、縦軸に応力度（ｋｇｆ／Ｍ”）、横軸に温度
（℃）をとったもので、実線で示す折線ｌが本発明鋼材
、破線で示す折線２が比較鋼材（３Ｍ５０Ａ）の変化を
示す。なお、ＴＳは引張強さ、ＹＰは降伏点を示す。

第１図から明らかなように、８００℃を超える温度では
、差がなくなるが、本発明鋼材は６００℃〜７００℃に
おいて５Ｍ５０Ａの２倍の耐力を保持しており、建築用
鋼材として優れた特性を備えていることが判る。

第２図は、縦軸に弾性係数（ｋｇｆ／ｍｍ”）、横軸に
温度（℃）をとったもので、実線で示す折線１が本発明
鋼材、破線で示す折線２が５Ｍ５０Ａの変化を示す。ま
た、第３図は、縦軸にクリープ歪（％）、横軸に時間（
分）をとり、試験片に加わる６００℃における応力度（
ｋｇ　ｆ　／　＋ｒｒｒａ　”）をパラメーターとして
おり本発明鋼材の変化を折線で示し、第４図は、同様に
５Ｍ５０Ａの変化を折線で示している。

第２図から明らかなように、本発明鋼材は、７００℃を
超える温度で弾性係数が急激に低下するのに対して、５
Ｍ５０Ａは、６００℃近辺で弾性係数が象、激に低下し
ている。また、第３図および第４図から明らかなように
、本発明鋼材は、６００℃の温度で通常建物の柱・はり
など構造部材に作用する応力度１５　ｋｇｆ／ｍｍ”に
対し、通常の火災の最大継続時間である３時間において
もクリープ歪の進行は著しく少ないが、５Ｍ５０Ａは、
６００’Ｃの温度で応力度１０　ｋｇｆ／ｍｍ”が加わ
るとクリープ歪の進行が著しく大きい。弾性係数が高温
まで低下しないこと、クリープ歪の進行が少ないことは
、火災時に建物の変形を少なくするため、本発明鋼材は
、５Ｍ５０Ａと比較して、建築用鋼材として優れた特性
を備えていることが判る。

本発明者らは、比較鋼材ＳＳ４１との比較においても同
様な結果を得た。

このことから、本発明鋼材は、５Ｍ５０ＡやＳＳ４１に
比し火災荷重が等しい場合、耐火被覆がより薄いもので
よいことが明らかであり、火災荷重が大きくないときに
は、無被覆で済むことも、また明らかである。

つぎに、本発明鋼材に無機系繊維質耐火薄層材を展着し
た例について説明する。

第２表は耐火被覆厚さに関する実施例で、ＪＩＳＡ　１
３０４で規定される実験において、鋼材温度が３５０℃
を超えないようにするため、必要な耐火材料の被覆厚さ
を示す。

ところで、本発明鋼材の場合は、６００℃を超えるまで
鋼材温度が上昇しても良いので、前述のとおりその耐火
被覆の厚さは第３表のように薄くて済む。

第２表、第３表の比較から明らかなように本発明鋼材を
利用する場合、耐火被覆の材料費、施工費が大幅に軽減
できる。

第２表 第３表 つぎに、第５図は本発明にかかるＨ形鋼１　（３００ｘ
　３００　ｘ　１０　Ｘ　１５）に第３表における吹き
付はロックウール（湿式）２を展着した柱の概略立面図
およびＡ−Ａ断面図である。

第６図は、前記Ｈ形鋼柱に、ＪＩＳ　Ａ　１３０４で規
定される加熱を行い、通常建物の柱が支持する荷重を加
えて、破壊する時間を求めた試験結果であり、縦軸に温
度（’Ｃ）、横軸に時間（分）をとったもので、実線で
示す折線１は柱の鋼材温度、破線で示す折線２は加熱温
度の変化を示す。また、第７図は、縦軸に変形（ｃｓ＋
＋）、横軸に温度（℃）及び時間（分）をとったもので
、実線で示す折線は柱の変形を示す。第６図および第７
図から明らかなように、１０ｍｍの厚さの吹き付はロッ
クウール（湿式）を施すことで、本発明鋼材で製造した
柱は６００’Ｃを超えるまで破壊を起こさず、１時間耐
火以上の性能を発揮していることが判る。

同様に、第８図は、本発明にかかるＨ形鋼はり３　（４
００Ｘ　２００Ｘ　８　Ｘ１３）に、第３表における吹
き付はロックウール（湿式）４を展着したはりの概略立
面図およびＡ−Ａ断面図である。

第９図は、前記Ｈ形鋼はりに、ＪＩＳ　Ａ　１３０４で
規定される加熱を行い、通常建物のはりが支持する荷重
を加えて、破壊する時間を求めた試験結果であり、縦軸
に温度（”Ｃ）、横軸に時間（分）をとったもので、実
線で示す折線１ははり上側フランジ５、折線２ははり下
側フランジ６、折線３はウェブ７の各温度を、破線で示
す折線４は加熱温度の変化を示す。また、第１Ｏ図は、
縦軸に変形（鉛直たわみ）（ｃｍＬ横軸に温度（℃）及
び時間（分）をとったもので、実線で示す折線は、はり
各点の変形を示す。第８図および第９図から明らかなよ
うに、１０ｍｍの厚さの吹き付はロックウール（湿式）
施すことで、本発明鋼材で製造したはりは、６００℃を
超えるまで破壊を起こさず、１時間耐火以上の性能を発
揮していることが判る。又、６００℃における変形量も
変形許容値以下であることが判る。

本発明者らは、他の耐火材についても試験を行ったが同
様な結果を得た。

つぎに、本発明鋼材について高耐熱性塗料を被着し、試
験した結果を第４表に示す。

第　　４　　表 塗料１、塗料２は発泡性高耐熱性塗料（西独デシパック
社製、商品名パイロテクト、種別Ｓ３０およびＦ２Ｏ）
で、試験鋼材は厚さ１６ｍｍ、２２０ｍｍ角の本発明鋼
材を用いた。

従来の鋼材は、鋼材温度が３５０℃以下とされていたた
め第４表に示す従来の塗料１、塗料２の塗装によっても
３０分、６０分しか耐火時間が確保できなかったが、上
記表に示すように本発明の鋼材では６００℃まで降伏強
度が確保できるため、塗料ｌ、塗料２による塗装によっ
ても６０分、１２０分の耐火時間が確保される。言い換
えれば従来の耐火時間を確保するのであれば塗装を簡略
化しうるメリットがある。

即ち本発明鋼材に高耐熱性塗料を被着した鋼材は、経済
性が高く建設費を低減出来る。

つぎに、第１１図は本発明にかかるＨ形鋼８を薄鋼板（
ＳＳ４１又はステンレス）９で囲んだ梁１０の概略断面
図で前記薄鋼板９は取付金具１１により、Ｈ形鋼８から
１０〜５０ｍｍの間隔を隔てて固定されており、梁１０
はコンクリート床１２を支承している。

第１２図は、第１１図に示す試験体にＪＩＳ　Ａ　１３
０４に規定する加熱を行った場合の鋼材温度の変化を示
し、縦軸に温度（”ＣＬ横軸に時間（分）をとったもの
である。破線で示す折線１は加熱温度を、折線２は薄鋼
板（ＳＳ４１）を取付けていないＨ形鋼の鋼材温度を、
折線３は薄鋼板（ＳＳ４１）で囲んだＨ形鋼の鋼材温度
を、折線４は薄鋼板（ＳＳ４１）の内側に軽微な耐火被
覆を施した場合のＨ形鋼の鋼材温度を、折線５は薄鋼板
（ステンレス）の内側に軽微な耐火被覆を施した場合の
Ｈ形鋼の鋼材温度を示す。

第１２図から明らかなように、薄鋼板（ＳＳ４１）で囲
んだＨ形鋼の鋼材温度は、薄鋼板（ＳＳ４１）を取付け
ていないＨ形鋼の鋼材温度と比較して、時間３０分まで
の温度上昇が少なく、本発明鋼が６００℃を超える温度
の上昇まで強度を保持することから、火災荷重が少なく
耐火時間の短い火災に対しては、薄鋼板（ＳＳ４１）で
囲むことにより、無被覆が可能である。また、火災荷重
が多く耐火時間が長い場合も、薄鋼板（ＳＳ４１）の内
側に軽微な耐火被覆を施すことで、Ｈ形鋼は無被覆とす
ることができる。なお、前述の薄鋼板９を含み、防熱効
果のある金属板たとえばステンレス薄鋼板、チタン薄板
、アルミニウム板を防熱盾板と総称する。

前記防熱盾板を装着した本発明にかかる鋼材料は、建築
現場における耐火物の吹き付けのような困難な作業の必
要がなく、容易に取り付けができるので、経済的な使用
が可能である。

つぎに、第１３図のグラフは、本発明にかかる角鋼管に
コンクリートを充填し、表面に湿式吹き付けによってロ
ックウールを基材とする繊維質耐火材を５［ｌｌｌ１１
厚に被着せしめ、１時間耐火試験（ＪＩＳへ１３０４Ｙ
＄拠）を行なって得られた角鋼管の温度変化を示すもの
で、かかる耐火薄層でも、本発明の鋼材は充分その目的
を達成できる。

さらに、第１４図のグラフは、本発明の鋼板をデツキプ
レートに加工し、裏面に７．５ｍａ＋ｒ￥にロックウー
ルを基材とする繊維質耐火材を湿式法によって吹き付け
たものを、１時間耐火試験（ＪＩＳ＾１３０４準拠）し
て得られた結果を示すもので、デツキプレート自体の温
度は６００℃を超えないので、有効な耐火鋼材として本
発明鋼材が使用できることが確認された。

つぎに、第１５回、第１６図は無被覆鉄骨の火災試験に
おいて放射率が０．７および０．４の場合の昇温曲線を
示すグラフで、Ｔは板厚である。

第１５図、第１６図から明らかなように、板厚が１００
＋ｎａ＋であれば本発明の鋼材は無被覆で１時間耐火に
おいて、まったく問題が無い。

さらに、本発明者らの研究では、放射率が０．７でも板
厚が７０１ｎＩ１１以上あれば１時間耐火で問題が無く
、アルミニウム箔などの極薄金属を展着した本発明鋼材
であれば、板厚４０柵までは断熱耐火材を被覆すること
無く使用出来ることが判った。

〔実施例〕

周知の転炉、連続鋳造、圧延工程で種々の鋼材成分の鋼
材を製造し、常温耐力（降伏強度）、高温耐力（降伏強
度）などを調査した。

第５表、第６表、第７表に本発明鋼材と比較鋼材との成
分比較を示し、続いて第８表〜第１２表に加熱、圧延、
冷却条件別に機械的特性を示す。

第８表〜第１２表で明らかなように本発明例が、すべて
良好な常温および高温耐力を有するのに対し、比較例は
ことごとく、常温での耐力が高すぎたり、あるいは高温
耐力が不足し、さらに常温耐力に対する６００″Ｃでの
耐力割合が低く、耐火建築材として不適である。

〔発明の効果〕

本発明にかかる鋼および鋼材は、高温特性が優れ、無被
覆もしくは従来の耐火被覆の２０〜５０％の被覆厚さで
耐火目的を達成できるので、耐火施工にかかるコストを
大幅に引き下げることが可能である。また、大量生産が
可能で、しかも価格も安く、溶接などについても施工が
容易で、建設工期を短縮でき、全体として建築費が低度
で済む。

また、製造方法についても、特に難しい操業の必要が無
いので、経済的に有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼と比較鋼にかかる耐力の比較グラフ、
第２図は弾性係数の比較グラフ、第３図は本発明鋼にか
かるクリープ特性グラフ、第４図は、比較鋼にかかるク
リープ特性グラフ、第５図は本発明にかかるＨ形鋼に吹
き付はロックウール（湿式）を展着した柱の概略立面図
（ａ）およびＡ−Ａ断面図（ｂ）、第６図は前記柱の昇
温曲線を示すグラフ、第７図は前記柱の変形を示すグラ
フ、第８図は本発明にかかるＨ形鋼に吹き付はロックウ
ール（湿式）を展着したはりの概略立面図（ａ）および
Ａ−Ａ断面図（ｂ）、第９図は前記はりの昇温曲線を示
すグラフ、第１０図は前記はりの変形を示すグラフ、第
１１図は防熱盾板を装着した鋼材の概略横断面図、第１
２図は、前記鋼材の昇温曲線を示すグラフ、第１３図お
よび第１４図はコンクリート充填鋼管およびデツキプレ
ートの昇温曲線を示すグラフ、第１５図および第１６図
は、それぞれ放射率の異なった無被覆鉄骨の昇温曲線を
示すグラフである。 １・・・Ｈ形鋼、　　　　　　２・・・耐火材、３・・
・Ｈ形鋼、　　　　　　４・・・耐火材、５・・・はり
上側フランジ、６・・・はり下側フランジ、７・・・ウ
ェブ、　　　　　　８・・・Ｈ形鋼、９・・・薄鋼板、
　　　　　　１０・・・梁、１１・・・取付金具、　　
　　１２・・・コンクリート床。 第３０ 時間（分） 第４国 鋼材温度（被覆厚：１０ｍｍ） 変形量（被覆厚：１０ｍｍ） 第７図 （ａ） （ｂ） 第８図 鋼材温度（被覆厚＝１０ｍｍ） ］○ 第１１図 第１３図 ヌ１４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量比で Ｃ０．０４〜０．１５％、 Ｓｉ０．６％以下、 Ｍｎ０．５〜１．６％、 Ｎｂ０．００５〜０．０４％、 Ｍｏ０．４〜０．７％、 Ａｌ０．１％以下、 Ｎ０．００１〜０．００６％ 残部がＦｅおよび不可避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８００〜１
   ０００℃の温度範囲で終了する耐火性の優れた建築用低
   降伏比鋼材の製造方法。 ２、重量比で、 Ｃ０．０４〜０．１５％、 Ｓｉ０．６％以下、 Ｍｎ０．５〜１．６％、 Ｎｂ０．００５〜０．０４％、 Ｍｏ０．４〜０．７％、 Ａｌ０．１％以下、 Ｎ０．００１〜０．００６％ に加えて Ｔｉ０．００５〜０．１０％、 Ｚｒ０．００５〜０．０３％、 Ｖ０．００５〜０．１０％、 Ｎｉ０．０５〜０．５％、 Ｃｕ０．０５〜１．０％、 Ｃｒ０．０５〜１．０％、 Ｂ０．０００３〜０．００２％、 Ｃａ０．０００５〜０．００５％、 ＲＥＭ０．００１〜０．０２％ のうち１種または２種以上残部がＦｅおよび不可避不純
   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
   る耐火性の優れた建築用低降伏比鋼材の製造方法。 ３、請求１または２記載の方法により得られた鋼材をさ
   らに熱間工程において塑性加工する耐火性の優れた建築
   用低降伏比鋼材の製造方法。 ４、請求項１、２または３記載の方法により得られた鋼
   材を冷間工程において塑性加工する耐火性の優れた建築
   用低降伏比鋼材の製造方法。 ５、請求項１、２、３又は４記載の方法により得られた
   鋼材受熱表面に、無機系繊維質耐火薄層材を展着せしめ
   てなる耐火性の優れた建築用低降伏比鋼材料。 ６、請求項１、２、３又は４記載の方法により得られた
   鋼材受熱表面に、高耐熱性塗料を被着せしめてなる耐火
   性の優れた建築用低降伏比鋼材料。 ７、請求項１、２、３又は４記載の方法により得られた
   鋼材受熱表面に、防熱盾板を装着せしめてなる耐火性の
   優れた建築用低降伏比鋼材料。 ８、請求項１、２、３又は４記載の方法により得られた
   中空鋼材にコンクリートを充填してなる耐火性の優れた
   建築用低降伏比鋼材料。 ９、請求項１、２、３又は４記載の方法により得られた
   鋼材表面に、極薄金属を展着してなる耐火性の優れた建
   築用低降伏比鋼材料。