JPH0726177B2 - 耐遅れ破壊性の優れた高強度耐火ボルト - Google Patents

耐遅れ破壊性の優れた高強度耐火ボルト

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JPH0726177B2
JPH0726177B2 JP3044387A JP4438791A JPH0726177B2 JP H0726177 B2 JPH0726177 B2 JP H0726177B2 JP 3044387 A JP3044387 A JP 3044387A JP 4438791 A JP4438791 A JP 4438791A JP H0726177 B2 JPH0726177 B2 JP H0726177B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は常温強度が100kgf/mm
2以上の耐火ボルトに関するものであり、本発明の耐火
ボルトは耐遅れ破壊性が優れているため火災等で数時間
程度の間、高温状態になることが懸念される土木建築物
や橋梁などに有用である。
【0002】
【従来の技術】構造用鋼板及び締結用ボルトは常温では
十分な強度を有しているが、火災等で高温にさらされた
場合は350℃位を境に大幅な強度低下を示すことが知
られている。そこでビルや住居等の建築物を建てる場合
には、鋼材自体の温度が350℃を超えないように耐火
被覆を施すことが建築基準法で義務付けられているが、
該耐火被覆に要するコストは建設コストを大幅に押しあ
げる原因となっている。
【0003】しかし昭和62年3月、建設省総合技術開
発プロジェクトで開発された新防火設計法により個々の
建築物に応じた設計法が可能となった。従って高温強度
の高い所謂耐火鋼材の使用による被覆低減または無被覆
設計が可能となり、建設コストの大幅な削減が期待でき
る状況となった。これに伴なって種々の耐火鋼材が報告
されている。特に耐火鋼板の報告は多く、例えば特開平
2−9647等が報告されている。
【0004】しかし、建築物を建てる場合には板を締結
する為のボルトや溶接用材も必要であり、これらにも当
然耐火性が要求される。このような耐火用ボルトには常
温で100kgf/mm2以上、高温(例えば600℃)でも
30kgf/mm2以上の強度が求められる。また常温で10
0kgf/mm2以上を示す高強度ボルトの場合は使用中に突
然破断する遅れ破壊の危険があり、耐遅れ破壊性にも十
分留意する必要があるが、現時点では強度及び耐遅れ破
壊性の両者を満足する耐火用ボルトは存在していない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
事情に鑑みてなされたものであって、耐遅れ破壊性に優
れしかも常温及び高温強度に優れた高強度耐火ボルトを
提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明の第1発明は 0.15%≦ C≦0.30% 0.5%≦Mn≦1.2% 0.7%≦Cr≦1.5% 0.15%≦Mo≦0.6% P≦0.01% S≦0.008% Si≦0.2% を含有し、残部Feおよび不可避不純物から成る常温強
度(TS)が100kgf/mm以上の耐火ボルトで
あって、P,S及びMoが式 1590%P+386%S−34%Mo≦13 を満足し、しかもC,Mn,Cr及びMoが式 30≦ 19.8%C+3.9%Mn+18.5%Cr
+28.7%Mo−1.9 を満足する耐遅れ破壊性の優れた高強度耐火ボルトであ
り、第2発明は 0.15%≦ C≦0.30% 0.5%≦Mn≦1.2% 0.7%≦Cr≦1.5% 0.15%≦Mo≦0.6% P≦0.01% S≦0.008% Si≦0.2% および V≦0.15% Ti≦0.1% Nb≦0.1% の1種または2種以上を含有し、残部Feおよび不可避
不純物から成る常温強度(TS)が100kgf/mm
以上の耐火ボルトであって、P,S及びMoが式 1590%P+386%S−34%Mo≦13 を満足し、しかもC,Mn,Cr,Mo,V,Ti及び
Nbが式 30≦19.8%C+3.9%Mn+18.5%Cr+
28.7%Mo+84.9(%V+%Ti+%Nb)−
1.9 を満足する耐遅れ破壊性の優れた高強度耐火ボルトであ
る。
【0007】
【作用】本発明者等は耐遅れ破壊性に優れ、しかも高温
強度に優れた高強度耐火ボルトを得るために詳細な検討
を重ねた結果、含有元素の種類及び含有量を厳密に限定
することによりいずれの特性も満足させることができる
ことを見出した。含有元素及び含有割合について説明す
る。
【0008】0.15%≦C≦0.30% Cは常温及び高温強度を確保するのに必要な元素であ
り、不足する場合には十分な強度(常温で100kgf/mm
2以上)を得るためには焼戻し温度を低くする必要があ
り、処理温度が脆性温度域にかかり易くなる。しかし多
すぎると靭性が低化し、耐遅れ破壊性が大幅に低下す
る。
【0009】0.5 %≦Mn≦1.2 % Mnは脱酸および焼入性を向上させる効果を有する。こ
れらの効果を発揮させるためには 0.5%以上含有させる
必要があるが、多過ぎると結晶粒界に偏析し粒界を脆化
させ、結果的に耐遅れ破壊性を劣化させてしまう。
【0010】0.7 %≦Cr≦1.5 % Crは焼入性を向上させ、強度及び靭性をバランスよく
高める効果を有し、更に高温特性の改善に寄与する効果
を有している。これらの効果を発揮させるためには 0.7
%以上含有させる必要があるが、多過ぎると素材の変形
抵抗が高くなり過ぎてボルト成形に際して工具寿命の劣
化を引き起こす原因ともなるので上限を1.5 %とした。
【0011】0.15%≦Mo≦0.6 % Moは高温強度を向上させる効果と常温での靭性を向上
させる効果を有するので、耐遅れ破壊性を大幅に向上さ
せる効果を有する。これらの効果を発揮させるためには
0.15 %以上含有させる必要があるが、0.6 %を超えて
含有させてもそれらの効果は飽和し、コスト高になるば
かりでなく多過ぎると素材の変形抵抗が高くなり過ぎて
ボルト成形に際して工具寿命の劣化を引き起こす原因と
もなるので上限を0.60%とした。
【0012】P≦0.01% S≦0.008 % P及びSは結晶粒界に偏析する元素であり、粒界を脆化
させ耐遅れ破壊性を劣化させるのできるだけ少ない方が
良い。
【0013】Si≦0.2 % Siは脱酸元素として有効な元素であるが、変形抵抗を
も同時に高め、ボルト成型に際して工具寿命を劣化させ
るので、上限を0.2 %以下とした。
【0014】V≦0.15%(第2発明) Ti≦0.1 %(第2発明) Nb≦0.1 %(第2発明) VやTi,Nbは鋼中のCやNと結合して炭・窒化物を
生成するので高温での強度を大幅に改善する効果を持
ち、少量の添加でも高温降伏強度の改善効果が大きい。
しかも結晶粒を微細化することができ、耐遅れ破壊性を
向上させる効果を持っている。しかしいずれも高価な元
素であり、またある程度以上になると効果の大幅な増大
が認められなくなるので夫々の上限を設定した。
【0015】更に優れた耐遅れ破壊性を得るためにはM
o,P及びSの含有量が式 1590%P+386%S−34%Mo≦13 を満足する必要がある。
【0016】本発明者等が種々検討した結果、耐遅れ破
壊性を水中での引張りタイプの遅れ破壊試験における1
00時間で破断しない最大付加応力(σ100D)で表わし
た場合、上記元素の含有量とσ100D(kgf/mm2) が下記回
帰式で近似されることを見出した。 σ100D=183−(1590%P+386%S−34%Mo) また実務上耐遅れ破壊性はσ100Dで170kgf/mm2以上
必要であると判断されるので、上記式を整理することに
より、式 1590%P+386%S−34%Mo≦13 を導き出した。
【0017】更にまた優れた高温強度を得るためには
C,Mn,Cr,Mo,V,Ti及びNbが式 30≦ 19.8%C+3.9%Mn+18.5%Cr+28.7%Mo+84.9(%V+%Ti+%Nb)-1.9 を満足する必要がある(但し第1発明において V,T
i及びNbは0%である)。即ち、高温強度を600℃
での引張り試験における降伏強度(YP600)で表わした
場合、上記元素の含有量とYP600が下記回帰式で近似
されることを見出した。 YP600= 19.8%C+3.9%Mn+18.5%Cr+28.7%Mo+84.9(%V+%Ti+%Nb)-1.9 高温強度は設計仕様上30kgf/mm2以上必要であると判
断されるので上記式を整理することにより、式 30≦ 19.8%C+3.9%Mn+18.5%Cr+28.7%Mo+84.9(%V+%Ti+%Nb)-1.9 を導き出した。
【0018】尚、本発明ボルトの場合、脱酸剤としてA
lが0.05%以下の範囲で含有されていてもよい。
【0019】以下実施例によって本発明を更に詳述する
が、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・
後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て
本発明の技術範囲に包含される。
【0020】
【実施例】表1及び表2に示すNo.1〜18の化学組成
の鋼材を22mmφの棒鋼に熱間圧延・球状化焼鈍後、多
段フォーマーにてM22ボルトを作製した。それらのボ
ルトについて焼入れ焼戻し処理を行ない、常温での引張
り強さが115kgf/mm2前後になるように調質した。得
られたボルトを用いて機械加工により、図1に示す高温
引張り試験片を作製し、600℃にて高温引張り試験を
実施した。さらに一部のものについて図2に示す切欠き
遅れ破壊試験片を作製し、水中の促進式遅れ破壊試験を
実施した。それらの結果を表2にまとめて示す。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】実施例1の場合、600℃の高温降伏強度
が30kgf/mm2以上で、しかも100時間遅れ破壊強さ
が170kgf/mm2以上でありいずれの特性も優れてい
た。実施例2〜5はV,Ti,Nbを単独及び複合添加
した場合であるが、いずれも素材強度はあまり変化しな
いものの、高温降伏強度,100時間遅れ破壊強さが大
幅に上昇し、これらの元素が微量でも顕著な改善効果を
有していることが良く分かった。
【0024】一方、Moが低い比較例6は高温降伏強度
が低く、Moが高い比較例7はボルト素材の硬度が高く
なり過ぎ、変形抵抗が上昇し好ましくない。比較例8は
(1590%P+386%S−34%Mo)の値が13
を超えているので、100時間遅れ破壊強さが大幅に低
下している。Mnが低い比較例9は素材強度が低く変形
抵抗の面で好ましいが、脱酸などが不十分となり、介在
物が増加し、切欠き感受性の増大につながり、遅れ破壊
特性が低下している。Mnが高い比較例10は素材強度
は高いがMnの粒界偏析のため、遅れ破壊特性が低下し
て好ましくない。
【0025】更にCrが少なすぎる比較例11は十分な
高温降伏強度が得られず、Crが高い比較例12は素材
強度が大幅に上昇しており、工具寿命に悪影響を与える
と予想される。Pが高い比較例13は(1590%P+
386%S−34%Mo)の値が13を超えており、1
00時間遅れ破壊強さが大幅に低下している。Sが高す
ぎる比較例14は(1590%P+386%S−34%
Mo)の値は13以下を満足しているが、やはり100
時遅れ破壊強さが低下している。Siが高すぎる比較例
15は素材の硬度が高くなりすぎ好ましくない。
【0026】また比較例16は微量元素のうちVを例に
とり、請求範囲を超えて添加した場合の結果を示すが、
素材強度が大幅に上昇し、工具寿命の劣化が懸念され好
ましくない。Cが低すぎる比較例17は強度を確保する
に際し、400℃未満の焼戻し脆性温度域での焼戻しに
なるので、100時間遅れ強さが大幅に低い。一方Cが
高すぎる比較例18は素材の硬度が上昇し、工具に悪い
影響を与えると共に調質ボルトの靭性が低下し100時
間遅れ破壊強さが低い。
【0027】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、引張り強さが100kgf/mm2以上であるにも拘ら
ず、優れた耐遅れ破壊性と更に高温での高強度を備えた
高強度耐火ボルトを提供することが可能となった。従っ
て本発明の高強度耐火ボルトと耐火鋼板等を組み合わせ
ることにより、建築物や構造物の一層の安全性向上とコ
ストダウンが図れることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例における高温引張り試験に用いた試験片
の形状を示す図である。
【図2】実施例における促進式遅れ破壊試験に用いた試
験片の形状を示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】0.15%≦ C≦0.30%(重量%,以下特に
    断わらない限り同じ) 0.5 %≦Mn≦1.2 % 0.7 %≦Cr≦1.5 % 0.15%≦Mo≦0.6 % P≦0.01% S≦0.008 % Si≦0.2 % を含有し、残部Feおよび不可避不純物から成る常温強
    度(TS)が100kgf/mm2以上の耐火ボルトであっ
    て、P,S及びMoが式 1590%P+386%S−34%Mo≦13 を満足し、しかもC,Mn,Cr及びMoが式 30≦ 19.8%C+3.9%Mn+18.5%Cr+28.7%Mo-1.9 を満足することを特徴とする耐遅れ破壊性の優れた高強
    度耐火ボルト。
  2. 【請求項2】 0.15%≦ C≦0.30% 0.5%≦Mn≦1.2% 0.7%≦Cr≦1.5% 0.15%≦Mo≦0.6% P≦0.01% S≦0.008% Si≦0.2% および V≦0.15% Ti≦0.1% Nb≦0.1% の1種または2種以上を含有し、残部Feおよび不可避
    不純物から成る常温強度(TS)が100kgf/mm
    以上の耐火ボルトであって、P,S及びMoが式 1590%P+386%S−34%Mo≦13 を満足し、しかもC,Mn,Cr,Mo,V,Ti及び
    Nbが式 30≦19.8%C+3.9%Mn+18.5%Cr+
    28.7%Mo+84.9(%V+%Ti+%Nb)−
    1.9 を満足することを特徴とする耐遅れ破壊性の優れた高強
    度耐火ボルト。
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