JP2655956B2 - 建築構造用低降伏比耐火鋼板の製造方法 - Google Patents

建築構造用低降伏比耐火鋼板の製造方法

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JP2655956B2 JP3244232A JP24423291A JP2655956B2 JP 2655956 B2 JP2655956 B2 JP 2655956B2 JP 3244232 A JP3244232 A JP 3244232A JP 24423291 A JP24423291 A JP 24423291A JP 2655956 B2 JP2655956 B2 JP 2655956B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、建築構造物に使用され
る50キロ級鋼板の製造方法に関し、とくに常温(室
温)における強度、靭性および溶接性においてJIS規
格構造用鋼(例えばSM50)と同等の特性値を維持し
た上で、常温における降伏比の低下、および高温におけ
る耐力の一層の向上を図った建築構造用低降伏比耐火鋼
板の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から建築構造用鋼材としては、JI
SG−3106「溶接構造用圧延鋼材」などに規定され
ている鋼材が使用されている。しかし、この種の鋼材は
350℃以上の高温にさらされると、耐力が著しく低下
するので、例えば火災等の場合でも鋼材の温度が350
℃を超えないように耐火被覆を施して使用するように法
律によって義務づけられている。このような耐火被覆を
施工すると、建築コストを大幅に上昇させるだけでな
く、支柱などの占有面積の増大を招き、居住空間の有効
利用を大きく阻害する要因となる。以上のような事情に
かんがみ、従来から、耐火被覆処理を軽減または削減す
るため、高温においても高い耐力を有する鋼材およびそ
の製造方法については、種々の検討がなされている。
【0003】例えば、特開平2−77523号公報など
で、高温においても常温においても高い耐力を有し、し
かも常温特性はJIS規格構造用鋼(SM50)と同一
である建築構造用低降伏比耐火鋼が提案されている。し
かし、これらの鋼、特に50キロ級の鋼はいずれも高M
o含有を特徴としているため、焼き入れ性が良好であ
り、したがって、熱間圧延後の冷却を空冷で行ってもベ
イナイト単相組織になってしまう。その結果、常温にお
ける降伏比が高くなり、塑性変形能が低下するという欠
点がしばしば発生する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の高温
用低合金鋼に比べて、溶接性に優れ、また、従来の溶接
構造用鋼よりも高温強度(特に降伏強さまたは耐力)が
高く、かつ、常温の降伏比が低く、しかも常温強度、靭
性などは同等の特性を有する建築構造用低降伏比耐火鋼
板の製造方法を提案することを課題とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、重量%で、
C:0.02〜0.15%、Si:0.40%以下、M
n:0.80〜2.00%、P:0.020%以下、
S:0.015%以下を含み、かつ、Mo:0.15〜
0.80%、V:0.005〜0.30%、Nb:0.
005〜0.10%、Ti:0.005〜0.250%
のうちの1種以上を含有する鋼スラブを、1000℃以
上に加熱し、ついで熱間圧延を900℃以上の温度で終
了し、空冷した後、AC1〜AC3点間の2相域温度に再加
熱し、ついで冷却する2相域再加熱焼き入れ法で処理す
ることを特徴とする建築構造用低降伏比耐火鋼板の製造
方法であり、また、前記鋼スラブが、さらに重量%でC
u:0.50%以下、Ni:1.00%以下およびB:
0.0003〜0.0030%のうちの1種以上を含有
してもよい。
【0006】
【作用】発明者等は、前述の課題を解決すべく種々研究
および実験を進めた結果、大略以下のような知見をえる
にいたった。 Mo、V、NbおよびTiの炭化物の析出強化を活用
することによって高温耐力を高めることができる。 (α+γ)2相域で再加熱処理を施すことによって前
記析出強化鋼においても常温の降伏比を著しく低下する
ことができる。 (α+γ)2相域で再加熱処理した鋼材の高温強度
は、再加熱処理前の組織をベイナイトもしくはマルテン
サイトを含む微細基地組織とすることによって著しく向
上することができる。 本発明は、前記、およびの知見を総合的に活用す
ることによって、常温における低降伏比と、高温強度と
を両立させて、建築構造用低降伏比耐火鋼板の製造に成
功したものである。
【0007】以下、本発明にかかる建築構造用低降伏比
耐火鋼板の各成分の限定理由およびその作用について詳
細に説明する。 C:0.02〜0.15% Cは所定の強度を確保するために添加するが、0.02
%未満ではその添加効果が小さく、一方、0.15%を
こえると溶接性、靭性の劣化を招く。したがってCの含
有量は0.02〜0.15%の範囲に限定した。 Si:0.40%以下 Siは、常温強度の向上のために添加する。しかし、
0.40%をこえると溶接熱影響部靱性が低下するので
0.40%以下に限定した。 Mn:0.80〜2.00% 本発明の2相域再加熱焼き入れ法では、高い高温強度を
確保するためには、再加熱処理前の組織をベイナイトも
しくはマルテンサイトを含む微細基地組織としておくこ
とが必要である。そのためにはMnは0.80%以上の
添加が必要となる。しかし、2.00%を超えると溶接
性の低下が著しくなる。したがってMnの含有量は0.
80〜2.00%に限定した。
【0008】 P:0.020%以下、S:0.015%以下 PおよびSは不可避的不純物として含有されるが、いす
れも鋼材の延性および靭性を低下させるので、その含有
量をそれぞれP:0.020%以下、S:0.015%
以下に限定した。 Mo:0.15〜0.80% Moは高温で安定な炭化物を析出し、析出強化による高
温強度の向上に極めて有効に作用する元素である。そし
て、高温の2相域再加熱焼き入れ処理後においても充分
な高温強度を確保するためには少なくとも0.15%の
添加が必要である。他方、0.80%をこえて添加する
と溶接性および靭性が著しく低下するので、その範囲を
0.15〜0.80%の範囲に限定した。
【0009】V:0.005〜0.30% VもMo同様炭化物析出元素であり、析出強化による高
温強度の確保のためには少なくとも0.005%の添加
が必要である。他方、0.30%をこえて添加するとM
oと同様に溶接性および靭性が著しく低下するので、そ
の範囲を0.005〜0.30%の範囲に限定した。 Nb:0.005〜0.10% Nbも炭化物析出元素の1種であり、析出強化による高
温強度の確保のためには少なくとも0.005%の添加
が必要である。他方、0.10%をこえて添加すると溶
接性および靭性が著しく低下するので、その範囲を0.
005〜0.10%の範囲に限定した。 Ti:0.005〜0.250% Tiも炭化物析出元素の1種であり、析出強化による高
温強度の確保のためには少なくとも0.005%の添加
が必要である。他方、0.250%をこえて添加すると
溶接性および靭性が著しく低下するので、その範囲を
0.005〜0.250%の範囲に限定した。
【0010】Cu:0.50%以下、Ni:1.00%
以下、B:0.0003〜0.0030%の1種以上 Cu、NiおよびBはMnと同様に焼き入れ性の向上に
有効な元素であり、再加熱処理前の組織をベイナイトも
しくはマルテンサイトを含む微細基地組織とし、より高
い高温耐力を得るためにはCu、NiおよびBの1種以
上の添加は有効である。しかし、Cuは0.50%をこ
えて添加すると熱間加工性の劣化を招来するので、その
上限値を0.50%とした。Niは1.00%をこえて
添加すると、高価なものとなり、経済的に不利になるの
でその上限値を1.00%とした。Bは焼き入れ性向上
のためには、0.0003%以上の添加が必要である
が、0.0030%をこえて添加すると溶接性、延性お
よび靭性が著しく低下するので0.0003〜0.00
30%の範囲に限定した。
【0011】次にスラブ加熱温度等の製造条件の限定理
由およびその作用について詳細に説明する。 スラブ加熱温度:1000℃以上 Mo、V、NbおよびTiを充分に溶体化するにはスラ
ブ加熱温度は少なくとも1000℃以上が必要である。 熱間圧延終了温度:900℃以上 2相域再加熱前組織をベイナイトもしくはマルテンサイ
トを含む微細基地組織とするためには高温で圧延を終了
することが望ましい。900℃以下の温度域で強圧下を
加えると、圧延歪みの導入によってフェライト変態が促
進されるので高温強度の確保が困難になる。したがって
熱間圧延終了温度は900℃以上が必要である。
【0012】圧延後の冷却:空冷 圧延後の冷却は空冷とする。
【0013】 熱処理:AC1〜AC3点間の2相域再加熱焼き入れ法 高温強度を確保し、かつ、常温引張における低降伏比を
確保するためには、圧延後、空冷し、さらに、AC1〜A
C3点間の2相域温度に再加熱し、冷却することが必要で
ある。すなわち、表1の鋼種Aの化学組成を有する連鑄
スラブを熱間圧延して製造した鋼板から試料を採取し
て、種々の温度に再加熱して30分保持後空冷し、常温
および600℃で引張強度試験を実施した。このときの
常温強度(YSRT、TSRT、YRRT)および高温強度
(YS600 )におよぼす再加熱温度の影響を図1にまと
めて示した。なお、このときの加熱、熱間圧延および冷
却条件は表2のA1に準じておこなった。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】すなわち、常温において低YR値(≦80
%)が得られるのはAC1点以上の再加熱温度であり、6
00℃での高YS600 値(≧22kgf/mm2 )が得られる
のはAC3点以下の再加熱温度である。したがって、両者
を満足する再加熱温度は、AC1点以上AC3点以下の温度
に限定される。 冷却速度:空冷および水冷のいずれでもよいが、水冷に
よると、常温および高温強度を若干高める効果がえられ
る。 焼き戻し処理:2相域再加熱後、焼き戻し処理を施すこ
とによって常温におけるYS、YR値はわずかに上昇す
る。また、焼き戻し処理によって衝撃靭性が向上するが
600℃におけるYS値はほとんど変化しない。焼き
戻し温度は400〜600℃が好適である。
【0017】
【実施例】表1に示す種々の化学組成の鋼スラブを10
00℃以上に加熱し、厚板圧延によって板厚40〜60
mmの鋼板を900℃以上の温度で圧延を終了し、空冷
によって冷却した後、AC1点(本例では760℃)以
上、AC3点(本例では930℃)以下の温度に再加熱
し、30分保持後、空冷によって冷却した。以上のよう
にして調整した鋼板試料について常温および600℃に
おける引張特性を調査し、その結果を比較例とともに表
2にまとめて示した。ここで表2のA1〜A4は、表1
の化学組成表中の鋼種Aについて、加熱、圧延および再
加熱等の製造条件をかえたときの値である。鋼種A3、
A4、C2およびE2は、化学組成は本発明の範囲内に
あるが、A3は本発明による再加熱処理を施しておら
ず、そのために常温におけるYRRTが81%と高値を示
している例であり、またA4は再加熱温度が950℃と
不適切なため、YS600 値が20kgf/mm2 と低下した例
を示す。鋼種C2およびE2は圧延時の加熱温度および
圧延終了温度が低いためにYS600 値がそれぞれ17kg
f/mm2 、19kgf/mm2 と低下した例である。
【0018】鋼種GはMo、Cu、NiおよびB含有量
が低く、圧延後の焼き入れ性が不充分となり、高温強度
が著しく低下した例である。同様に鋼種Hは、Mn、C
u、NiおよびB含有量が極端に低いために、高温強度
が著しく低下した例である。また、鋼種Iは、Mo、
V、NbおよびTi含有量が低いため、高温強度が著し
く低下した例である。これに対して、鋼種A1,A2お
よびB,C1,D,E1,Fは、いずれもYS600 値が
22kgf/mm2 以上と高い高温強度を保持している。すな
わち、高温での耐力低下が小さく、YS600 /YSRT
60%以上に保持できている。また常温での引張特性は
現行のJIS G 3106に規定されているSM50
〜58級鋼の規格を満足すると同時に降伏比は75%以
下に抑えることができた。
【0019】
【発明の効果】本発明にかかる方法によって製造した建
築構造用低降伏比耐火鋼板は、常温での特性は従来の溶
接構造用圧延鋼板と同等であって、しかも高温での耐力
低下が少なく、高い高温強度を保持できる。したがっ
て、例えば建築施工時の耐火被覆の軽減または削減等の
大きな効果がえられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】常温および高温強度におよぼす再加熱処理温度
の影響を示すグラフである。
【符号の説明】
YS600 : 600℃における降伏強度(kgf/mm2) YSRT : 常温における降伏強度(kgf/mm2) TSRT : 常温における引張強度(kgf/mm2) YRRT : 常温における降伏比(%)
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−339633(JP,A) 特開 平3−130319(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:0.02〜0.15%、
    Si:0.40%以下、Mn:0.80〜2.00%、
    P:0.020%以下、S:0.015%以下を含み、
    かつ、Mo:0.15〜0.80%、V:0.005〜
    0.30%、Nb:0.005〜0.10%、Ti:
    0.005〜0.250%のうちの1種以上を含有する
    鋼スラブを、 1000℃以上に加熱し、ついで熱間圧延を900℃以
    上の温度で終了し、空冷した後、AC1〜AC3点間の2相
    域温度に再加熱し、ついで冷却する2相域再加熱焼き入
    れ法で処理することを特徴とする建築構造用低降伏比耐
    火鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記鋼スラブが、さらに重量%でCu:
    0.50%以下、Ni:1.00%以下およびB:0.
    0003〜0.0030%のうちの1種以上を含有する
    ことを特徴とする請求項1記載の建築構造用低降伏比耐
    火鋼板の製造方法。
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