JPH0551698A

JPH0551698A - 耐火性に優れたボルトおよびナツト用鋼

Info

Publication number: JPH0551698A
Application number: JP6063491A
Authority: JP
Inventors: Terutaka Tsumura; 輝隆津村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1993-03-02
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JP2551251B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ボルトおよびナット用鋼の高温特性を改善す
る。【構成】重量％で、Ｃ：0.18〜0.33％、Si：0.10〜0.50
％、Mn：0.40〜1.30％、Cr： 0.45〜1.50％、Mo：0.25
〜0.65％、Nb： 0.005〜0.15％、Al：0.005 〜0.10％、
Ｎ：0.005 〜 0.030％を含有し、残部がFeおよび不可避
不純物からなり、焼入れ焼戻し組織を有する耐火性に優
れたボルトおよびナット用鋼。これらの成分に加えて更
に、Ｖ：0.01〜0.15％およびNi：0.10〜0.60％のうちの
１種以上を含有していてもよい。【効果】上記鋼は常温特性が従来鋼と同等以上であり、
高温特性、特に 600℃で40kgf/mm²以上の耐力を有して
いるので、耐火被覆を削減あるいは耐火被覆なしで使用
することができる。

Description

【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
るボルトおよびナット用鋼であって、詳しくは、常温で
は高力六角ボルト(F10T)、六角ナット(F10) (JIS B 118
6)鋼や高力トルシア形ボルト(F10T) (JSS II 09)鋼と同
等の特性を示し、高温、特に 600℃で40kgf/mm²以上の
耐力を有する耐火性に優れたボルトおよびナット用鋼に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、建築構造用鋼材の締結には、JIS
B 1186に定められる高力六角ボルト(F10T)、六角ナット
(F10) やJSS II 09 に定められるトルシア形ボルト(F10
T)などが使用されているが、この種の鋼材は 350℃以上
の高温にさらされると著しく耐力が低下するため、建築
物に火災が発生した場合でもこれらの鋼材の温度が350
℃を超えないように耐火被覆を施すことが法令によって
義務付けられている。

【０００３】一方、昭和51年〜昭和61年に建設省で実施
された総合技術開発プロジェクト「建築物の防火設計法
の開発」の結果、「火災時の安定性」が数値シミュレー
ションおよび実験で確認されれば、耐火物の被覆厚さ
を薄くすること、鉄骨を無被覆で使用すること、が可
能となり、従来よりも鉄骨建築における耐火工法の選択
の自由度が大幅に改善された。即ち、この新耐火設計法
によれば、高温強度に優れた鋼材を使用することによ
り、法令で義務付けられる耐火被覆を削減或いは省略す
ることが可能となり、鉄骨建築の施工コスト、工数の削
減が期待される。

【０００４】しかしながら、ステンレス鋼や熱間金型用
の合金工具鋼で代表される周知の耐熱鋼材は、高温強度
に優れるものの常温強度が高すぎて加工性に劣るほか、
価格も非常に高いため経済性の面からも建築構造物とし
ては適用が難しい。

【０００５】このようなことから、特開平２−247355号
公報に、新耐火設計法に基づく締結部材として、高温特
性に優れたボルトおよびナットと、これらの経済的な製
造方法が提案されている。しかし、この発明のボルトお
よびナットでも 600℃での耐力は高々35.8kgf/mm²程度
しかなく、建築構造物用耐火ボルトおよびナットとして
は高温耐力が十分にあるとは言い難い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高温
耐力をより高めたボルトおよびナット用鋼、具体的に
は、新耐火設計法に基づく建築用耐火鋼材の締結にあた
り、従来の高力六角ボルト(F10T)、六角ナット(F10)鋼
や高力トルシア形ボルト(F10T)鋼と同等の常温特性を示
し、火災時における高温特性がこれらのボルトおよびナ
ット鋼よりも遙かに高い、 600℃で40kgf/mm²以上の耐
力を有するボルトおよびナット用鋼を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を達成するため鋼材の化学組成および組織について研究
を行った結果、下記の知見を得た。

【０００８】1) Moを適正量添加したうえでＣの添加量
を調整することにより、高温における耐力の低下が抑制
される。

【０００９】2) NbをCrおよびMoとともに複合添加し、
且つＮ量を適正に調整することにより、高温における耐
力の低下が著しく抑制される。

【００１０】3) 含有成分を適正に調整したうえで鋼の
組織を焼入れ焼戻し組織にすることにより、常温強度お
よび高温強度が改善される。

【００１１】4) 上記の成分に加えて、ＶおよびNiの１
種以上を適正量添加すると、高温での耐力の低下が一層
抑制される。

【００１２】上記知見に基づく本発明は下記の化学組成
および組織を有するボルトおよびナット用鋼を要旨とす
る。

【００１３】(I)重量％で、Ｃ：0.18〜0.33％、Si：0.1
0〜0.50％、Mn：0.40〜1.30％、Cr：0.45〜1.50％、M
o：0.25〜0.65％、Nb： 0.005〜0.15％、Al： 0.005〜
0.10％、Ｎ：0.005 〜 0.030％を含有し、残部がFeおよ
び不可避不純物からなり、焼入れ焼戻し組織を有する耐
火性に優れたボルトおよびナット用鋼。

【００１４】(II)上記(I) に記載の成分に加えて更に、
0.01〜0.15重量％のＶおよび0.10〜0.60重量％のNiのう
ちの１種以上を含有し、焼入れ焼戻し組織を有する耐火
性に優れたボルトおよびナット用鋼。

【００１５】

【作用】以下に、本発明における鋼の化学組成および組
織を上記のように限定する理由を説明する。

【００１６】Ａ）鋼の化学組成Ｃ：Ｃは所望の強度を確保するために添加するが、その
含有量が0.18％未満では添加効果に乏しく、一方、Moの
共存下でＣ含有量が0.33％を超えるとかえって高温での
耐力が低下することになるので、その含有量を0.18〜0.
33％とした。

【００１７】Si：Siは鋼の脱酸および強度増加のために
有効な元素であるが、その含有量が0.10％未満では所望
の効果が得られず、0.50％を超えると靱性が劣化するの
みならず、冷間加工性も劣化するようになるので、その
含有量を0.10〜0.50％とした。

【００１８】Mn：Mnは脱酸のほか強度および靱性を確保
するのに有効な元素である。しかし、その含有量が0.40
％未満では所望の強度が得られず、1.30％を超えると強
度および靱性の向上効果が飽和し、コストのみが上昇す
ることになるので、その含有量を0.40〜1.30％とした。

【００１９】Cr：Crは常温強度および高温強度を向上さ
せる作用がある。特に、MoおよびNbとの複合添加で著し
く高温強度を向上させるが、その含有量が0.45％未満で
は所望の効果が得られず、1.50％を超えると冷間加工性
が劣化するようになるので、その含有量を0.45〜1.50％
とした。

【００２０】Mo：Moは高温強度の向上に極めて有効な元
素であり、特に、CrおよびNbとの複合添加でその効果が
著しい。しかし、その含有量が0.25％未満では所望の高
温強度が得られず、0.65％を超えると前記の効果が飽和
し、経済的に不利を招くことになるので、その含有量を
0.25〜0.65％とした。

【００２１】Nb：Nbは本発明において重要な元素であ
り、微量の添加で高温強度を向上させる。

【００２２】特に、CrおよびMoとの複合添加で高温強度
を著しく向上させる。その効果を確保するためには 0.0
05％以上の含有量を必要とする。しかし、0.15％を超え
て含有してもその効果は飽和するのみならず、熱間加工
性および冷間加工性を劣化させることになるので、その
含有量を 0.005〜0.15％とした。

【００２３】Al：Alは鋼の脱酸の安定化および均質化を
図るのに有効な元素である。しかし、その含有量が 0.0
05％未満では所望の効果を得ることができず、0.10％を
超えて含有してもその効果は飽和してしまい、逆に介在
物の増大により疵が発生し、靱性を劣化させることにな
るので、その含有量を 0.005〜0.10％とした。

【００２４】Ｎ：Ｎは本発明鋼の成分系では高温強度の
向上に寄与する有効な元素であるが、その含有量が 0.0
05％未満では所望の効果が得られないので、下限を0.00
5 ％とした。一方、低合金鋼において 0.030％を超える
Ｎ量を含有させることは難しいので、上限を 0.030％と
した。

【００２５】ＶおよびNi：Ｖには常温強度および高温強
度を向上させる作用があり、Niには強度と靱性を向上さ
せる作用があるので、より以上の高強度や靭性を求めら
れる場合は、必要に応じて１種以上添加してもよい。し
かし、Ｖの場合には0.01％未満では所望の効果が得られ
ず、0.15％を超えるとその効果が飽和し、コストの上昇
を招くのみならず、靭性の劣化をきたすので、Ｖを添加
する場合は0.01〜0.15％の含有量とするのがよい。一
方、Niの場合にも0.10％未満ではその効果に乏しく、0.
60％を超えると冷間加工性の劣化をきたすようになるの
で、Niを添加する場合は0.10〜0.60％の含有量とするの
がよい。

【００２６】Ｂ）鋼の組織上記の化学組成を有する鋼であっても、その組織がフェ
ライト、パーライト、高温ベイナイトといったいわゆる
高温変態生成物からなるものでは目的とする常温強度お
よび高温強度が得られない。常温強度が従来のボルトお
よびナット用鋼と同等以上で、高温強度、特に 600℃で
の耐力が40kgf/mm²以上のものとするためには、焼入れ
および焼戻し処理して、鋼の組織を焼入れ焼戻し組織と
する必要がある。

【００２７】なお、鋼の組織を焼入れ焼戻し組織とする
際の焼入れ処理は、熱間加工後の高温の鋼を直ちに急冷
して焼入れするいわゆる直接焼入れ法によって行っても
よく、熱間加工後の高温の鋼を一旦室温まで冷却した
後、再加熱して焼入れする方法によって行ってもよい。

【００２８】

【実施例】表１に示す化学組成の鋼を通常の方法によっ
て溶製した。表１において、鋼Ａ〜Ｆは本発明鋼、鋼Ｇ
〜Ｋは成分のいずれかが本発明で規定する含有量の範囲
から外れた比較鋼である。

【００２９】次いで、これらの本発明鋼および比較鋼を
連続鋳造法或いは造塊法によって鋼片となした後、1200
〜1250℃の温度に加熱してから、25mm径の丸棒に熱間圧
延し、一部のものは熱間圧延後、 920〜1020℃の温度か
ら直ちに焼入れを行った。他のものは熱間圧延後、一旦
室温まで冷却し、 850〜930 ℃の温度に再加熱して焼入
れを行った。しかるのち、全ての丸棒を 420〜 680℃の
温度で焼戻しを行い、その組織が焼入れ焼戻し組織にな
るように調整した。

【００３０】こうして得られた焼入れ焼戻し後の丸棒か
ら試験片を切り出し、常温および600℃における引張特
性を調査した。その結果を焼入れおよび焼戻し温度とと
もに表２に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】表２から、本発明鋼は常温強度および高温
強度ともに良好な特性値を有しており、新耐火設計法に
基づく締結部材（ボルト、ナット）用鋼として優れた鋼
であることがわかる。これに対して比較鋼は常温強度は
本発明鋼とほぼ同等であるが、高温強度が著しく低い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明鋼は高温特
性が著しく改善されている上に、常温強度も高いから、
新耐火設計法に基づく建築用耐火鋼材の締結のためのボ
ルトおよびナット用鋼として利用することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.18〜0.33％、Si：0.10〜
0.50％、Mn：0.40〜1.30％、Cr：0.45〜1.50％、Mo：0.
25〜0.65％、Nb： 0.005〜0.15％、Al： 0.005〜0.10
％、Ｎ：0.005 〜 0.030％を含有し、残部がFeおよび不
可避不純物からなり、焼入れ焼戻し組織を有する耐火性
に優れたボルトおよびナット用鋼。
【請求項２】請求項１に記載の成分に加えて更に、0.01
〜0.15重量％のＶおよび0.10〜0.60重量％のNiのうちの
１種以上を含有し、焼入れ焼戻し組織を有する耐火性に
優れたボルトおよびナット用鋼。