(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜１．６％及びＣｒ：０．０２〜０．２７％を含むとともに、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％から選ばれる１種以上の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成からなり、組織が、最大粒径４０μｍ以下で平均粒径が２５μｍ以下のフェライトを面積率で３５〜７５％有するフェライト・パーライト組織であることを特徴とする建築構造用圧延棒鋼。
【請求項２】
重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜１．６％及びＣｒ：０．０２〜０．２７％を含むとともに、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％から選ばれる１種以上の元素、並びに、Ｎｂ：０．００５〜０．１０％及びＡｌ：０．００５〜０．１０％から選ばれる１種以上の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成からなり、組織が、最大粒径４０μｍ以下で平均粒径が２５μｍ以下のフェライトを面積率で３５〜７５％有するフェライト・パーライト組織であることを特徴とする建築構造用圧延棒鋼。
【請求項３】
重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜１．６％及びＣｒ：０．０２〜０．２７％を含むとともに、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％から選ばれる１種以上の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成を有する鋼を、９５０〜１２５０℃の温度域に加熱して圧延仕上げ温度を７５０〜１１００℃の範囲に制御して圧延した後、０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却することを特徴とする建築構造用圧延棒鋼の製造方法。
【請求項４】
重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜１．６％及びＣｒ：０．０２〜０．２７％を含むとともに、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％から選ばれる１種以上の元素、並びに、Ｎｂ：０．００５〜０．１０％及びＡｌ：０．００５〜０．１０％から選ばれる１種以上の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成を有する鋼を、９５０〜１２５０℃の温度域に加熱して圧延仕上げ温度を７５０〜１１００℃の範囲に制御して圧延した後、０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却することを特徴とする建築構造用圧延棒鋼の製造方法。
【請求項５】
圧延工程が粗圧延、中間圧延及び仕上圧延の各工程からなる建築構造用圧延棒鋼の製造方法であって、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜１．６％及びＣｒ：０．０２〜０．２７％を含むとともに、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％から選ばれる１種以上の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成を有する鋼を、９５０〜１２５０℃の温度域に加熱して粗圧延を行い、次いで中間圧延及び／又は仕上げ圧延のパス間で水冷して棒鋼の表面を５００〜７００℃の温度域に急冷することを繰り返しながら圧延し、更に、圧延仕上げ温度を７５０〜１１００℃の範囲に制御して圧延を終了し、その後０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却することを特徴とする建築構造用圧延棒鋼の製造方法。
【請求項６】
圧延工程が粗圧延、中間圧延及び仕上圧延の各工程からなる建築構造用圧延棒鋼の製造方法であって、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜１．６％及びＣｒ：０．０２〜０．２７％を含むとともに、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％から選ばれる１種以上の元素、並びに、Ｎｂ：０．００５〜０．１０％及びＡｌ：０．００５〜０．１０％から選ばれる１種以上の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成を有する鋼を、９５０〜１２５０℃の温度域に加熱して粗圧延を行い、次いで中間圧延及び／又は仕上げ圧延のパス間で水冷して棒鋼の表面を５００〜７００℃の温度域に急冷することを繰り返しながら圧延し、更に、圧延仕上げ温度を７５０〜１１００℃の範囲に制御して圧延を終了し、その後０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却することを特徴とする建築構造用圧延棒鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造用圧延棒鋼及びその製造方法に関し、なかでも耐震性に優れた建築構造用圧延棒鋼及びその製造方法に関する。より詳しくは、引張特性として、引張強度が４００〜５１０ＭＰａの所謂「４００ＭＰａ級」においては降伏強度が２１５〜３５５ＭＰａ、引張強度が４９０〜６１０ＭＰａの所謂「４９０ＭＰａ級」においては降伏強度が２９５〜４４５ＭＰａであり、且つ、降伏比が０．８以下、破断伸びが２０％以上で、衝撃特性として、２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が２７Ｊ／ｃｍ2以上である耐震性に優れた建築構造用圧延棒鋼及びその製造方法に関する。
【従来の技術】
【０００２】
建築物の筋かいなどに用いられるターンバックルや基礎ボルトとして、従来は、JIS G 3101に規定された一般構造用圧延鋼材（以下「ＳＳ鋼」という）のＳＳ４００やＳＳ４９０、更にはJIS G 3106に規定された溶接構造用圧延鋼材（以下「ＳＭ鋼」という）のＳＭ４００やＳＭ４９０が多用されてきた。
【０００３】
しかし、近年、建築物が高層化するに伴い、耐震性の面から鋼材に対する基準を見直すことが検討されている。こうした耐震基準見直しの動きは、先の兵庫県南部地震を初めとした巨大地震の発生を契機に特に活発になっており、「ＳＳ鋼」や「ＳＭ鋼」よりも高強度で高靱性を有する鋼材に対する要求が大きくなっている。このため、例えばＪＩＳにおいては、使用部位や必要性能に応じて使い分けが可能な建築構造用圧延棒鋼として、「ＳＮ鋼」を制定することが検討されている。
【０００４】
耐震性を確保するための鉄筋用鋼材に関する技術は、例えば、特公平７−２６１５２号公報や特公昭６３−６４４９４号公報に提案されている。
【０００５】
上記のうち特公平７−２６１５２号公報には「降伏伸びの大きい高強度鉄筋用鋼の製造方法」が開示されている。この公報に記載の方法で製造すれば、確かに鋼材に高い降伏強度と大きな降伏伸びを付与することが可能ではある。しかし、鋼材の靱性について配慮された製造方法にはなっていない。そのため、前記の公報に提案された方法で製造された高強度鉄筋用鋼は、建物に衝撃的に大きな応力がかかる巨大地震が発生した際の備えとしては必ずしも充分なものとは言えない。
【０００６】
又、特公昭６３−６４４９４号公報には「降伏棚比の大きい高強度鉄筋用鋼の製造法」が提案されている。この公報に記載の技術では高強度鉄筋用鋼の靱性に対して配慮はなされているものの、所謂「降伏棚比」を規定して靱性を確保しようとするものである。そのため、建物に衝撃的に複雑で大きな応力がかかる巨大地震に対しては、前記公報に提案された方法で製造された高強度鉄筋用鋼も必ずしも充分な備えになるとは言い難い。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
建築構造物の設計思想が従来の許容応力度設計型から、終局耐力型へと移行してきた。つまり、構造物は剛体であるべしという従来の思想から、構造物が塑性変形することは許容するが人命救助の観点から構造物が倒壊することは防止するという思想に変化してきている。この終局耐力型設計思想は、具体的には、震度７を超えるような巨大地震が発生しても、構造物のある一部（例えば一部分の梁）を損壊させて地震エネルギーを吸収し、これによって建築構造物の倒壊を防ぐというものである。
【０００８】
上記の思想に基づいて、一般的に最近の国内建築構造物は所謂「強柱弱梁」で設計されている。つまり、巨大地震が発生した場合には梁を壊して地震のエネルギーを吸収させ、これによって構造物の倒壊を招く柱の損壊が生じないようにしている。しかし、壊す目的で設計された梁に使用される鋼材の強度が設計強度規格の上限に位置すると、壊すべく設計された部位で破壊せず、壊れてはいけない部位（例えば柱）で壊れることも想定される。この結果、使用鋼材の強度範囲を狭く規制する動きにある。一方、構造物の強度は使用鋼材の降伏強度で設計される。したがって、建築構造物に使用される鋼材は、降伏強度の上下限を狭く規定したものが求められるようになっている。
【０００９】
本発明は上記状況に鑑みなされたもので、その目的とするところは、引張特性として、引張強度が所謂「４００ＭＰａ級」においては降伏強度が２１５〜３５５ＭＰａ、引張強度が所謂「４９０ＭＰａ級」においては降伏強度が２９５〜４４５ＭＰａであり、且つ、降伏比が０．８以下、破断伸びが２０％以上で、衝撃特性として、２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が２７Ｊ／ｃｍ2以上である耐震性に優れた建築構造用圧延棒鋼及びその製造方法を提供することにある。特に、本発明は、先の兵庫県南部地震のような巨大地震が発生しても充分耐え得るような、耐震性に優れた建築構造用圧延棒鋼及びその製造方法を提供することを最大の目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の要旨は、下記（１）〜（２）に示す建築構造用圧延棒鋼及び（３）〜（６）に示す建築構造用圧延棒鋼の製造方法にある。
【００１１】
（１）重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜１．６％及びＣｒ：０．０２〜０．２７％を含むとともに、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％から選ばれる１種以上の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成からなり、組織が、最大粒径４０μｍ以下で平均粒径が２５μｍ以下のフェライトを面積率で３５〜７５％有するフェライト・パーライト組織であることを特徴とする建築構造用圧延棒鋼。
【００１２】
（２）重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜１．６％及びＣｒ：０．０２〜０．２７％を含むとともに、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％から選ばれる１種以上の元素、並びに、Ｎｂ：０．００５〜０．１０％及びＡｌ：０．００５〜０．１０％から選ばれる１種以上の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成からなり、組織が、最大粒径４０μｍ以下で平均粒径が２５μｍ以下のフェライトを面積率で３５〜７５％有するフェライト・パーライト組織であることを特徴とする建築構造用圧延棒鋼。
【００１３】
（３）重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜１．６％及びＣｒ：０．０２〜０．２７％を含むとともに、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％から選ばれる１種以上の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成を有する鋼を、９５０〜１２５０℃の温度域に加熱して圧延仕上げ温度を７５０〜１１００℃の範囲に制御して圧延した後、０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却することを特徴とする建築構造用圧延棒鋼の製造方法。
【００１４】
（４）重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜１．６％及びＣｒ：０．０２〜０．２７％を含むとともに、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％から選ばれる１種以上の元素、並びに、Ｎｂ：０．００５〜０．１０％及びＡｌ：０．００５〜０．１０％から選ばれる１種以上の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成を有する鋼を、９５０〜１２５０℃の温度域に加熱して圧延仕上げ温度を７５０〜１１００℃の範囲に制御して圧延した後、０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却することを特徴とする建築構造用圧延棒鋼の製造方法。
【００１５】
（５）圧延工程が粗圧延、中間圧延及び仕上圧延の各工程からなる建築構造用圧延棒鋼の製造方法であって、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜１．６％及びＣｒ：０．０２〜０．２７％を含むとともに、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％から選ばれる１種以上の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成を有する鋼を、９５０〜１２５０℃の温度域に加熱して粗圧延を行い、次いで中間圧延及び／又は仕上げ圧延のパス間で水冷して棒鋼の表面を５００〜７００℃の温度域に急冷することを繰り返しながら圧延し、更に、圧延仕上げ温度を７５０〜１１００℃の範囲に制御して圧延を終了し、その後０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却することを特徴とする建築構造用圧延棒鋼の製造方法。
【００１６】
（６）圧延工程が粗圧延、中間圧延及び仕上圧延の各工程からなる建築構造用圧延棒鋼の製造方法であって、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜１．６％及びＣｒ：０．０２〜０．２７％を含むとともに、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％から選ばれる１種以上の元素、並びに、Ｎｂ：０．００５〜０．１０％及びＡｌ：０．００５〜０．１０％から選ばれる１種以上の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成を有する鋼を、９５０〜１２５０℃の温度域に加熱して粗圧延を行い、次いで中間圧延及び／又は仕上げ圧延のパス間で水冷して棒鋼の表面を５００〜７００℃の温度域に急冷することを繰り返しながら圧延し、更に、圧延仕上げ温度を７５０〜１１００℃の範囲に制御して圧延を終了し、その後０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却することを特徴とする建築構造用圧延棒鋼の製造方法。
【００１７】
以下、上記の（１）〜（２）の建築構造用圧延棒鋼に係る発明及び（３）〜（６）の建築構造用圧延棒鋼の製造方法に係る発明を、それぞれ、「本発明（１）」〜「本発明（６）」という。また、総称して「本発明」ということがある。
【発明の実施の形態】
【００１８】
本発明者らは、先ず現行のJIS G 3101及びJIS G 3106規格における圧延鋼材の常温における引張試験を行い、性能上の問題点を検討した。その結果、上記のＪＩＳ規格における圧延鋼材は耐震用鋼材にとって重要な機械的特性、なかでも降伏比の規定がないために０．９に近い降伏比を有するような場合もあり、耐震用圧延鋼材として使用するにはあまり好ましくないことが判明した。つまり、降伏比が低ければ塑性変形した後の仕事量が大きくなるので構造物の破壊を防ぐのに都合が良いが、現行のJIS G 3101及びJIS G 3106規格における圧延鋼材の場合には降伏比が高い場合があって、この場合には塑性変形後すぐに破壊してしまうことが想定される。したがって、構造物の安全性を高めるためには靱性に優れ、且つ、破断伸びが高くて、降伏比が低い圧延鋼材を使用することが重要であるとの結論に達した。
【００１９】
そこで本発明者らは次に、耐震性能と機械的特性の関係、更には靱性、破断伸びを高めることができ、しかも降伏比を低くする組織に関して検討を重ねた結果、下記(1)〜(7)の知見を得た。
【００２０】
(1)衝撃的に複雑で大きな応力がかかる場合、圧延鋼材である圧延棒鋼には降伏点を超えても建築構造物を倒壊させないための大きな塑性変形能が要求され、降伏比を０．８以下とすることが重要である。
【００２１】
(2)圧延棒鋼の組織を最大粒径４０μｍ以下で平均粒径が２５μｍ以下のフェライトを面積率で３５〜７５％有するフェライト・パーライト組織とすれば衝撃値、引張伸びを高めることができるとともに、降伏比を０．８以下にすることができる。
【００２２】
(3)上記の組織とするには、圧延棒鋼の化学組成を規定した上で、圧延仕上げ温度を７５０〜９５０℃の範囲に制御し、その後０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却すれば良い。
【００２３】
(4)上記の(3)において、圧延工程が粗圧延、中間圧延及び仕上げ圧延の３工程からなる場合には、粗圧延後に中間圧延及び／又は仕上げ圧延のパス間で水冷して圧延棒鋼の表面を５００〜７００℃の温度域に急冷し、更に、圧延仕上げ温度を７５０〜９５０℃の範囲に制御し、その後０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却すれば、細粒化の効果が大きい。
【００２４】
(5)兵庫県南部地震クラスの巨大地震に対しても、建築構造物が倒壊しないためには、少なくとも圧延棒鋼が、（イ）降伏強度 ２１５ＭＰａ以上、引張強度４００ＭＰａ以上、降伏比０．８以下、破断伸び２０％以上の引張特性と、（ロ）２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値２７Ｊ／ｃｍ2以上の衝撃特性、の双方を有していることが必要である。
【００２５】
(6)構造物の強度は圧延棒鋼の使用量で決定されるため、大地震に対する構造物の安全性に対して重要となるのは、使用圧延棒鋼の強度の絶対値よりはむしろ強度のばらつき範囲である。
【００２６】
(7)上記(5)の強度レベルでは引張強度が「４００ＭＰａ級」と「４９０ＭＰａ級」の２種の鋼材が使用されることが多い。しかし、建築構造物の設計は使用圧延棒鋼の降伏強度で設定されるため、耐震設計の面から引張強度が「４００ＭＰａ級」の場合には降伏強度を２１５〜３５５ＭＰａの範囲にし、引張強度が「４９０ＭＰａ級」の場合には降伏強度を２９５〜４４５ＭＰａの範囲にすることが有効である。
【００２７】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。
【００２８】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、成分含有量の「％」は「重量％」を意味する。
【００２９】
（Ａ）圧延棒鋼の化学組成
Ｃ：０．１０〜０．４０％
Ｃは、脱酸作用及び強度を高める作用を有する。しかし、その含有量が０．１０％未満では添加効果に乏しく、特に、建築構造用圧延棒鋼としての所望の強度が得られない。一方、０．４０％を超えると本発明の製造方法によっても製品棒鋼の靱性が目標値に達しない。したがって、Ｃの含有量を０．１０〜０．４０％とした。なお、建築構造用圧延棒鋼に対して良好な溶接性が要求される場合でも、Ｃ含有量の上限を０．４０％にしておけば問題はない。
【００３０】
Ｍｎ：０．３〜１．６％
Ｍｎは、鋼の焼入れ性向上及び熱間延性向上に有効な元素であり、脱酸作用も有する。しかし、その含有量が０．３％未満では添加効果に乏しく、なかでも充分な焼入れ性が得られない。一方、１．６％を超えて含有させると偏析を起こし、却って熱間延性が低下する。したがって、Ｍｎの含有量を０．３〜１．６％とした。
【００３１】
Ｃｒ：０，０２〜０．２７％
Ｃｒは、強度を高める作用がある。この効果を確実に得るには、Ｃｒは０．０２％以上の含有量とする必要がある。しかし、多量に含有させるとコストが嵩むばかりか、焼入れ性が高くなって所望の組織と機械的性質が得られなくなる。特に、Ｃｒ含有量が０．２７％を超えると焼入れ性が高くなりすぎて所望の組織と機械的性質が得られなくなる。したがって、Ｃｒの含有量を０．０２〜０．２７％とした。
【００３２】
本発明（１）、本発明（３）及び本発明（５）においては、圧延棒鋼は、所望の強度を得るために、強度を高める作用を有する下記の「Ａ群」から選ばれる１種以上の元素を含む必要がある。
【００３３】
「Ａ群」・・・Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％。
【００３４】
以下、上記「Ａ群」における各元素について説明する。
【００３５】
Ｓｉ：０．０５〜０．８０％
Ｓｉは、鋼の強度を向上させる作用がある。Ｓｉには焼入れ性を向上させる作用もある。これらの効果を確実に得るには、Ｓｉは０．０５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が０．８０％を超えると靱性の劣化を招く。したがって、Ｓｉの含有量を０．０５〜０．８０％とした。
【００３６】
Ｖ：０．００５〜０．２％
Ｖは、炭窒化物を形成して鋼の強度を向上させる。この効果を確実に得るには、Ｖは０．００５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が０．２％を超えると前記効果が飽和するばかりか、却って脆化現象を引き起こし靱性の低下を招く。したがって、Ｖの含有量を０．００５〜０．２％とした。
【００３７】
Ｎｉ：０．０２〜０．３％
Ｎｉは、強度を高める作用がある。この効果を確実に得るには、Ｎｉは０．０２％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、多量に含有させるとコストが嵩むばかりか、焼入れ性が高くなって所望の組織と機械的性質が得られなくなる。特に、Ｎｉ含有量が０．３％を超えると焼入れ性が高くなりすぎて所望の組織と機械的性質が得られなくなる。したがって、Ｎｉの含有量を０．０２〜０．３％とした。
【００３８】
Ｍｏ：０．０１〜０．３％
Ｍｏは、強度を高める作用がある。この効果を確実に得るには、Ｍｏは０．０１％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、多量に含有させるとコストが嵩むばかりか、焼入れ性が高くなって所望の組織と機械的性質が得られなくなる。特に、Ｍｏ含有量が０．３％を超えると焼入れ性が高くなりすぎて所望の組織と機械的性質が得られなくなる。したがって、Ｍｏの含有量を０．０１〜０．３％とした。
【００３９】
Ｃｕ：０．０２〜０．３％
Ｃｕは、強度を上昇させる作用がある。この効果を確実に得るには、Ｃｕは０．０２％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、多量に含有させるとコストが嵩むばかりか、熱間延性を低下させるので表面疵の発生を招く。特に、Ｃｕの含有量が０．３％を超えると表面疵の発生が著しくなる。したがって、Ｃｕの含有量を０．０２〜０．３％とした。
【００４０】
Ｔｉ：０．００５〜０．１％
Ｔｉも強度を上昇させる作用がある。この効果を確実に得るには、Ｔｉは０．００５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、多量に含有させるとコストが嵩むばかりか、靱性の劣化を招く。特に、Ｔｉの含有量が０．１％を超えると靱性の劣化が著しくなって、所望のシャルピー衝撃値が得られなくなる。したがって、Ｔｉの含有量を０．００５〜０．１％とした。
【００４１】
Ｂ：０．０００３〜０．００５０％
Ｂも強度を上昇させる作用がある。この効果を確実に得るには、Ｂは０．０００３％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、多量に含有させるとコストが嵩むばかりか、その効果も飽和し、更に靱性の劣化を招く。特に、Ｂの含有量が０．００５０％を超えると靱性の劣化が著しくなって、所望のシャルピー衝撃値が得られなくなる。したがって、Ｂの含有量０．０００３〜０．００５０％とした。
【００４２】
したがって、本発明（１）、本発明（３）及び本発明（５）においては、圧延棒鋼を、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜１．６％及びＣｒ：０．０２〜０．２７％を含むとともに、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％から選ばれる１種以上の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成のものと規定した。
【００４３】
なお、上記「Ａ群」として示したＳｉ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｔｉ％及びＢは、単独で含有してもよいし、２種以上の複合で含有してもよい。
【００４４】
本発明においては、圧延棒鋼は、任意添加元素として結晶粒を微細化する作用を有する下記の「Ｂ群」から選ばれる１種以上の元素を含んでもよい。
【００４５】
「Ｂ群」・・・Ｎｂ：０．００５〜０．１０％及びＡｌ：０．００５〜０．１０％。
【００４６】
以下、上記「Ｂ群」における各元素について説明する。
【００４７】
Ｎｂ：０〜０．１０％
Ｎｂの添加は任意である。添加すれば、鋼中で炭窒化物を形成して結晶粒を微細化し、靱性を向上させる効果を有する。この効果を確実に得るには、Ｎｂは０．００５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が０．１０％を超えると前記効果が飽和するばかりか、却って脆化現象を引き起こし靱性の低下を招く。したがって、Ｎｂの含有量を０〜０．１０％とした。なお、上述のとおり、添加する場合のＮｂの含有量は０．００５〜０．１０％とすることが好ましい。
【００４８】
Ａｌ：０〜０．１０％
Ａｌの添加は任意である。添加すれば、結晶粒微細化の効果を有する。Ａｌには脱酸の効果もある。これらの効果を確実に得るには、Ａｌは０．００５％以上の含有量とすることが望ましい。しかし、その含有量が０．１０％を超えるとその効果が飽和しコストが嵩むばかりである。したがって、Ａｌの含有量を０〜０．１０％とした。なお、上述のとおり、添加する場合のＡｌの含有量は０．００５〜０．１０％とすることが好ましい。
【００４９】
したがって、本発明（２）、本発明（４）及び本発明（６）においては、圧延棒鋼を、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜１．６％及びＣｒ：０．０２〜０．２７％を含むとともに、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｎｉ：０．０２〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％及びＢ：０．０００３〜０．００５０％から選ばれる１種以上の元素、並びに、Ｎｂ：０．００５〜０．１０％及びＡｌ：０．００５〜０．１０％から選ばれる１種以上の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成のものと規定した。
【００５０】
なお、上記「Ｂ群」として示したＮｂ及びＡｌは、単独で含有してもよいし、２種の複合で含有してもよい。
【００５１】
本発明（１）及び本発明（２）の建築構造用圧延棒鋼は、化学組成を上記のように規制して、後述する方法で製造することによって、組織が、最大粒径４０μｍ以下で平均粒径が２５μｍ以下のフェライトを面積率で３５〜７５％有するフェライト・パーライト組織となる。このため、本発明（１）及び本発明（２）の建築構造用圧延棒鋼は引張強度が所謂「４００ＭＰａ級」においては降伏強度が２１５〜３５５ＭＰａ、引張強度が所謂「４９０ＭＰａ級」においては降伏強度が２９５〜４４５ＭＰａで、且つ、降伏比が０．８以下、破断伸びが２０％以上の引張特性であって、しかも２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が２７Ｊ／ｃｍ2以上の衝撃特性を有するものとなる。
【００５２】
建築構造用圧延棒鋼に対して良好な溶接性が要求される場合でも、下記の（ａ）式で表されるＣeqを０．６０％以下としておけば問題はない。
Ｃeq＝Ｃ（％）＋（１／６）Ｍｎ（％）＋（１／２４）Ｓｉ（％）＋（１／１４）Ｖ（％）＋（１／４０）Ｎｉ（％）＋（１／５）Ｃｒ（％）＋（１／４）Ｍｏ（％）・・・・・（ａ）。
【００５３】
建築構造用圧延棒鋼である製品棒鋼の寸法に応じて既に述べた成分範囲内で、Ｃeqの値を制限すれば、製品棒鋼の強度、なかでも降伏強度を狭い幅に管理することができる。そして、この場合には使用部位や必要性能に応じた使い分けが可能となる。したがって、使用部位や必要性能に応じて、建築構造用圧延棒鋼の使い分けを行いたい場合には、製品棒鋼の寸法に応じて、既に述べた成分範囲内で、上記（ａ）式で表されるＣeqの値を下記のように制限しても良い。
【００５４】
（イ）製品棒鋼の寸法が直径で４０ｍｍ以下の場合：
（イ−１）Ｃeq：０．１８〜０．４０％
この場合には、建築構造用圧延棒鋼の引張特性としての、４００ＭＰａ以上の引張強度、２３５〜３５５ＭＰａの降伏強度、０．８以下の降伏比、２０％以上の破断伸びと、衝撃特性としての２７Ｊ／ｃｍ2以上の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が安定して得られる。特に、Ｃeqの値が０．１８〜０．３９％の場合に、上記の引張特性と衝撃特性が極めて安定して得られる。
【００５５】
（イ−２）Ｃeq：０．３６〜０．６０％
この場合には、建築構造用圧延棒鋼の引張特性としての、４９０ＭＰａ以上の引張強度、３２５〜４４５ＭＰａの降伏強度、０．８以下の降伏比、２０％以上の破断伸びと、衝撃特性としての２７Ｊ／ｃｍ2以上の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が安定して得られる。特に、Ｃeqの値が０．３７〜０．６０％の場合に、上記の引張特性と衝撃特性が極めて安定して得られる。
【００５６】
なお、この（イ）の場合において、製品棒鋼の寸法である直径の下限値は特に制限されるものではないが、建築構造用としての用途を勘案すれば、１２ｍｍ程度を製品棒鋼の直径の下限値とすれば良い。
【００５７】
（ロ）製品棒鋼の寸法が直径で４０ｍｍを超える場合：
（ロ−１）Ｃeq：０．２０〜０．４５％
この場合には、建築構造用圧延棒鋼の引張特性としての、４００ＭＰａ以上の引張強度、２１５〜３３５ＭＰａの降伏強度、０．８以下の降伏比、２０％以上の破断伸びと、衝撃特性としての２７Ｊ／ｃｍ2以上の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が安定して得られる。特に、Ｃeqの値が０．２０〜０．４４％の場合に、上記の引張特性と衝撃特性が極めて安定して得られる。
【００５８】
（ロ−２）Ｃeq：０．４０〜０．６０％
この場合には、建築構造用圧延棒鋼の引張特性としての、４９０ＭＰａ以上の引張強度、２９５〜４１５ＭＰａの降伏強度、０．８以下の降伏比、２０％以上の破断伸びと、衝撃特性としての２７Ｊ／ｃｍ2以上の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が安定して得られる。特に、Ｃeqの値が０．４１〜０．６０％の場合に、上記の引張特性と衝撃特性が極めて安定して得られる。
【００５９】
なお、この（ロ）の場合において、製品棒鋼の寸法である直径の上限値は特に制限されるものではないが、前記の機械的性質を充分安定して得るために、１６０ｍｍ程度を製品棒鋼の直径の上限値とすれば良い。
【００６０】
（Ｂ）圧延棒鋼の組織
後の実施例でも詳しく述べるが、圧延棒鋼が前記（Ａ）に記載の所定の化学組成を有し、その組織が最大粒径４０μｍ以下で平均粒径が２５μｍ以下のフェライトを面積率で３５〜７５％有するフェライト・パーライト組織である場合に、圧延棒鋼は２１５ＭＰａ以上の降伏強度、４００ＭＰａ以上の引張強度、０．８以下の降伏比、２０％以上の破断伸び及び２ｍｍＶノッチ２７Ｊ／ｃｍ2以上のシャルピー衝撃値を安定して有するものとなる。
【００６１】
すなわち、圧延棒鋼に所望の機械的特性を付与するためには、先ず圧延棒鋼の組織をフェライト・パーライト組織にする必要がある。この場合、フェライトの最大粒径が４０μｍを超えるか平均粒径が２５μｍを超えると、破断伸びが減少して２０％以上の破断伸びが安定して得られなくなり、又所望の高強度が得難くなる。したがって、フェライトは最大粒径が４０μｍ以下で、且つ平均粒径が２５μｍ以下とした。前記サイズのフェライトの面積率が３５％を下回る場合には、降伏比の上昇と破断伸びの減少により、０．８以下の降伏比と２０％以上の破断伸びが安定して得られなくなり、一方、面積率が７５％を超えると、強度の低下を招き所望の高強度が得られない。このため、前記サイズのフェライトの面積率を３５〜７５％とした。
【００６２】
（Ｃ）熱間圧延と冷却
（Ｃ−１）加熱
熱間での連続圧延に際しての加熱温度が９５０℃未満では圧延抵抗が高くなって圧延機に過度の負荷がかかるとともに、Ｎｂ、Ｖなど所謂「マイクロアロイ」を添加する場合に、これらの元素のオーステナイト中への固溶が不十分となって「マイクロアロイ」の添加効果が得られない。一方、加熱温度が１２５０℃を超えると圧延素材の表面酸化が著しくなって、圧延時に表面割れが発生する。したがって、加熱温度を９５０〜１２５０℃とした。
【００６３】
（Ｃ−２）圧延仕上げ温度
結晶粒微細化のためには圧延仕上げ温度を低くするほど効果があるが、７５０℃を下回ると２相域での加工となり、フェライトの加工硬化により所望の低降伏比が得られなくなる場合があり、一方、１１００℃を超えると結晶粒が粗大化して所望の微細な組織が得られなくなるので、圧延仕上げ温度を７５０〜１１００℃とした。なお、この圧延仕上げ温度は、被圧延鋼材である圧延棒鋼自身の復熱及び圧延時の加工発熱によって確保できる。
【００６４】
（Ｃ−３）圧延後の冷却
圧延終了後は、圧延棒鋼を０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却する必要がある。１０℃／ｓを超える冷却速度で冷却した場合には、表層部の組織が所謂「低温変態組織」となって所定の組織が得られないので、製品棒鋼に所望の機械的特性を付与できない。一方、０．１℃／ｓ未満の冷却速度では、中心部の組織が粗大なフェライト・パ−ライト組織となるため所望の機械的特性（靱性並びに引張特性）が得られない。したがって、圧延後の冷却速度は０．１〜１０℃／ｓとした。
【００６５】
冷却する温度が５００℃を超える場合にはたとえ上記の０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で冷却しても所定の組織とならず、そのため所望の機械的特性が得られない。したがって、０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で冷却する温度を少なくとも５００℃とした。この冷却を行った後の冷却は放冷すれば良い。
【００６６】
なお、ここでいう冷却速度とは圧延棒鋼表面における冷却速度のことである。
【００６７】
（Ｃ−４）中間圧延及び／又は仕上げ圧延のパス間水冷
熱間連続圧延工程が、粗圧延、中間圧延及び仕上げ圧延工程の３工程からなる場合には、このうち中間圧延及び／又は仕上げ圧延のパス間において水冷を行い、圧延棒鋼の表面を５００〜７００℃の温度域に急冷することを繰り返しながら圧延しても良い。これは、中間圧延及び／又は仕上げ圧延のパス間で水冷して圧延棒鋼の表面をＡr1点を下回る７００℃以下に急冷してオ−ステナイトからフェライトとパ−ライトに変態させる処理と、鋼材内部の保有熱により復熱させてフェライト・パ−ライトからオ−ステナイトへ逆変態させる処理を繰り返すことにより、最終的な圧延棒鋼の組織を微細なフェライト・パーライト組織とすることができ、圧延棒鋼の靱性と伸びを改善することが可能となるからである。
【００６８】
パス間水冷した場合圧延棒鋼表面温度が７００℃を上回る場合は、オ−ステナイトからフェライトとパ−ライトへの変態が充分起こらないので所望の組織が得られない。一方、パス間水冷した場合の圧延棒鋼表面温度が５００℃を下回る場合は、圧延棒鋼内部の保有熱による再加熱が充分でないためフェライト・パ−ライトからオ−ステナイトへの逆変態が不十分となってやはり所望の組織が得られない。したがって、前記のパス間水冷を行う場合には、圧延棒鋼の表面を急冷する温度は５００〜７００℃の温度域としなければならない。
【００６９】
前記したパス間水冷を１回以上行うことにより、圧延棒鋼表面を微細なフェライト・パ−ライト組織にすることが可能であるが、６回以上繰り返してもフェライト・パーライト組織を微細化する効果が飽和する。したがって、パス間水冷の繰り返し回数は１〜５回とすれば充分である。
【００７０】
ところで、パス間水冷する「圧延棒鋼表面」は単に圧延棒鋼の表面に留まらず、圧延棒鋼表面から半径比で０．３の深さの部位までであっても良い。これは、前記深さが圧延棒鋼表面から半径比で０．３の深さを超えると、内部保有熱量が小さくなって復熱による再加熱が充分起こらなくなって所望の組織が得られなくなるとともに、急冷後の圧延時に変形抵抗が大きくなって圧延機に過度の負荷がかかってしまうからである。
【００７１】
上記の（Ａ）に示した化学組成を有する鋼に、上記の（Ｃ）に示した条件で熱間圧延と冷却を行うことによって、組織が上記（Ｂ）に示した所定の組織で、引張強度が「４００ＭＰａ級」では降伏強度が２１５〜３５５ＭＰａ、引張強度が「４９０ＭＰａ級」では降伏強度が２９５〜４４５ＭＰａで、且つ、降伏比が０．８以下、破断伸びが２０％以上の引張特性と、２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が２７Ｊ／ｃｍ2以上の衝撃特性を有する建築構造用圧延棒鋼を製造することができる。
【実施例】
【００７２】
表１に示す化学組成を有する鋼を通常の方法により７０ｔ転炉溶製した。表１における鋼Ａ及び鋼Ｃ〜Ｌは、化学組成が本発明で規定する範囲内の鋼（以下、本発明鋼という）である。鋼Ｍ〜Ｓ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。
【００７３】
【表１】
0003724119.tif 000002
【００７４】
次いで、これらの鋼を連続鋳造法により鋼片となし、更に、通常の方法で３ｔビレットに分塊圧延した。
【００７５】
この後、前記の３ｔビレットを表２、表３に示す条件で連続圧延と冷却を施し、直径が１５ｍｍと５０ｍｍの棒鋼を製造した。
【００７６】
【表２】
0003724119.tif 000003
【００７７】
【表３】
0003724119.tif 000004
【００７８】
こうして得られた棒鋼から圧延・冷却したままの直径で長さが２０ｍｍの組織観察用試験片を切り出して組織観察を行った。
【００７９】
又、実体引張試験片及び棒鋼の中心部（直径が１５ｍｍの棒鋼の場合）あるいは棒鋼のＲ／２部（直径が５０ｍｍの棒鋼の場合、Ｒは棒鋼の半径）からＪＩＳ４号衝撃試験片（２ｍｍＶノッチシャルピー試験片）を採取し、常温（２０℃）での引張特性及び衝撃特性を調査した。
【００８０】
試験結果の一例を表４及び表５に示す。組織は、直径が１５ｍｍの棒鋼、直径が５０ｍｍの棒鋼のいずれの場合も、その縦断面でのＲ／２部を光学顕微鏡で観察して判定したものである。表４、表５の組織欄におけるFはフェライト、Pはパーライト、Bはベイナイトをそれぞれ意味する。
【００８１】
表４、表５の結果から、本発明で規定する化学組成を有し、且つ本発明で規定する条件で「熱間圧延−冷却」の処理を施された鋼材にあっては規定の組織を有するので、所望の引張特性（降伏強度、引張強度、降伏比及び破断伸び）と衝撃特性（２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値）が得られることが明らかである。
【００８２】
本発明で規定する条件で「熱間圧延−冷却」の処理を施して圧延サイズが直径で４０ｍｍ以下である１５ｍｍの棒鋼を圧延した場合には、本発明で規定する化学組成を有する鋼のうち、（イ−１）Ｃeq：０．１８〜０．４０％を満たす場合（試験番号２、６、８、９、１２）については、４００ＭＰａ以上の引張強度、２３５〜３５５ＭＰａの降伏強度、０．８以下の降伏比、２０％以上の破断伸びで、２７Ｊ／ｃｍ2以上の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が安定して得られることがわかる。
【００８３】
更に、（イ−２）Ｃeq：０．３６〜０．６０％を満たす場合（試験番号５、６、１０、１１、１２、１４、１６）については、４９０ＭＰａ以上の引張強度、３２５〜４４５ＭＰａの降伏強度、０．８以下の降伏比、２０％以上の破断伸びで、２７Ｊ／ｃｍ2以上の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が安定して得られることも明らかである。
【００８４】
又、本発明で規定する条件で「熱間圧延−冷却」の処理を施して圧延サイズが直径で４０ｍｍを超える５０ｍｍの棒鋼を圧延した場合には、本発明で規定する化学組成を有する鋼のうち、（ロ−１）Ｃeq：０．２０〜０．４５％を満たす場合（試験番号２８、３０、３３、３４、３６、３８、４１、４３）については、４００ＭＰａ以上の引張強度、２１５〜３３５ＭＰａの降伏強度、降伏比０．８以下、２０％以上の破断伸びで、２７Ｊ／ｃｍ2以上の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が安定して得られることがわかる。
【００８５】
更に、（ロ−２）Ｃeq：０．４０〜０．６０％を満たす場合（試験番号３３、３７、３９、４０、４１、４３）については、４９０ＭＰａ以上の引張強度、２９５〜４１５ＭＰａの降伏強度、０．８以下の降伏比、２０％以上の破断伸びで、２７Ｊ／ｃｍ2以上の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が安定して得られることも明らかである。
【００８６】
【表４】
0003724119.tif 000005
【００８７】
【表５】
0003724119.tif 000006
【発明の効果】
【００８８】
本発明の建築構造用圧延棒鋼は、引張強度が「４００ＭＰａ級」では降伏強度が２１５〜３５５ＭＰａ、引張強度が「４９０ＭＰａ級」では降伏強度が２９５〜４４５ＭＰａで、且つ、降伏比が０．８以下、破断伸びが２０％以上の引張特性と、２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃値が２７Ｊ／ｃｍ2以上の衝撃特性を有するので、耐震性能に優れている。このため、建築物の筋かいなどに用いられるターンバックルや基礎ボルトを初めとして各種の建築構造用の専用圧延棒鋼として利用することができる。この建築構造用圧延棒鋼は本発明の製造方法によって、比較的容易に製造することができる。