(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｃ：０．００８〜０．１％
Ｓｉ：０．４％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ａｌ：０．０６％以下、
Ｎ：０．００６％以下
に加え、
Ｔｉ（ｅｑ．）＝Ｔｉ＋Ｎｂ／２＋Ｖ
と定義するＴｉ当量と、Ｃ、Ｎ量との間の関係が
−０．０２％≦Ｃ−［Ｔｉ（ｅｑ．）−３．４Ｎ］／４≦０．０１％
を満足するようにＴｉ、Ｎｂ、Ｖのうち２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を、鋳造後直接もしくは１２５０℃以下の温度に再加熱後、７５０℃以上の温度で熱間圧延を終了し、その後放冷することを特徴とするミクロ組織のフェライトの組織分率が９５％以上である靭性の優れたエネルギー吸収デバイス用鋼の製造方法。
【請求項２】
重量％で、
Ｃ：０．００８〜０．１％、
Ｓｉ：０．４％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ａｌ：０．０６％以下、
Ｎ：０．００６％以下
に加え、
Ｔｉ（ｅｑ．）＝Ｔｉ＋Ｎｂ／２＋Ｖ
と定義するＴｉ当量と、Ｃ、Ｎ量との間の関係が
−０．０２％≦Ｃ−［Ｔｉ（ｅｑ．）−３．４Ｎ］／４≦０．０１％
を満足するようにＴｉ、Ｎｂ、Ｖのうち２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を、鋳造後直接もしくは１２５０℃以下の温度に再加熱後、７５０℃以上の温度で熱間圧延を終了し、さらにＡｃ1点以下の温度で焼き戻しすることを特徴とするミクロ組織のフェライトの組織分率が９５％以上である靭性の優れたエネルギー吸収デバイス用鋼の製造方法。
【請求項３】
重量％で、
Ｃ：０．００８〜０．１％、
Ｓｉ：０．４％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ａｌ：０．０６％以下、
Ｎ：０．００６％以下
に加え、
Ｔｉ（ｅｑ．）＝Ｔｉ＋Ｎｂ／２＋Ｖ
と定義するＴｉ当量と、Ｃ、Ｎ量との間の関係が
−０．０２％≦Ｃ−［Ｔｉ（ｅｑ．）−３．４Ｎ］／４≦０．０１％
を満足するようにＴｉ、Ｎｂ、Ｖのうち２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を、鋳造後直接もしくは１２５０℃以下の温度に再加熱後、７５０℃以上の温度で熱間圧延を終了し、さらにＡｃ3点以上の温度で焼きならしすることを特徴とするミクロ組織のフェライトの組織分率が９５％以上である靭性の優れたエネルギー吸収デバイス用鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として地震による建物への入力エネルギーを特定の部位に吸収させ耐震性能を確保するためのエネルギー吸収デバイス用鋼に適する、靭性の優れたエネルギー吸収デバイス用鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より行われている耐震設計は、大地震時に柱や梁の構造体が塑性化することによりエネルギーを吸収しようとするものであり、建築物の倒壊を防ぎ人的被害の防止を大前提としながら、建設コストも比較的低く抑えることができる非常に合理的な設計法である。
【０００３】
一方、近年の耐震設計技術の発展により、制振・免震構造の開発と実用化が進み、地震による建物への入力エネルギーを特定の部位（エネルギー吸収デバイス）に吸収させ耐震性能を確保するとともに、主要構造である柱、梁の損傷を防止する設計技術が注目されている。
【０００４】
このようなエネルギー吸収デバイス用として低降伏点鋼が利用される。その原理は、通常の柱や梁の構造材よりも降伏点が低いことにより、地震時に早期に降伏し、地震による振動エネルギーを塑性エネルギーに変換することで振動応答を抑えるというものである。
【０００５】
低降伏点化するためには、特開平３−３１４６７号公報に開示されているように添加元素のほとんどない純鉄に近いものとし、場合によっては特開平５−２１４４４２号公報、特開平５−３２０７６０号公報、特開平５−３２０７６１号公報などに開示されているように純鉄に近い成分をさらに高温で焼準処理される。これらはいずれも粗粒なフェライトにすることによる低降伏点化のため、低温靭性に劣るという欠点があった。また、いずれもＣを０．００５％以下とする必要があり、製鋼工程への負荷が高く、添加元素はほとんどないがコスト的には必ずしも有利ではないという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明はＣを極端に低減しなくても優れた低温靭性を有するエネルギー吸収デバイス用鋼の製造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｃを極端に低減しなくても、Ｃ、Ｎ、Ｔｉ当量間の関係を適切に制限することにより実効的なＣを低減してフェライト主体の組織とし、低降伏点化のための粗粒フェライトでありながら優れた低温靭性を達成するものである。
【０００８】
本発明の要旨は、以下の通りである。
【００１０】
（１）  重量％で、
Ｃ：０．００８〜０．１％
Ｓｉ：０．４％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ａｌ：０．０６％以下、
Ｎ：０．００６％以下
に加え、
Ｔｉ（ｅｑ．）＝Ｔｉ＋Ｎｂ／２＋Ｖ
と定義するＴｉ当量と、Ｃ、Ｎ量との間の関係が
−０．０２％≦Ｃ−［Ｔｉ（ｅｑ．）−３．４Ｎ］／４≦０．０１％
を満足するようにＴｉ、Ｎｂ、Ｖのうち２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を、鋳造後直接もしくは１２５０℃以下の温度に再加熱後、７５０℃以上の温度で熱間圧延を終了し、その後放冷することを特徴とするミクロ組織のフェライトの組織分率が９５％以上である靭性の優れたエネルギー吸収デバイス用鋼の製造方法。
【００１１】
（２）  重量％で、
Ｃ：０．００８〜０．１％、
Ｓｉ：０．４％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ａｌ：０．０６％以下、
Ｎ：０．００６％以下
に加え、
Ｔｉ（ｅｑ．）＝Ｔｉ＋Ｎｂ／２＋Ｖ
と定義するＴｉ当量と、Ｃ、Ｎ量との間の関係が
−０．０２％≦Ｃ−［Ｔｉ（ｅｑ．）−３．４Ｎ］／４≦０．０１％
を満足するようにＴｉ、Ｎｂ、Ｖのうち２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を、鋳造後直接もしくは１２５０℃以下の温度に再加熱後、７５０℃以上の温度で熱間圧延を終了し、さらにＡｃ1点以下の温度で焼き戻しすることを特徴とするミクロ組織のフェライトの組織分率が９５％以上である靭性の優れたエネルギー吸収デバイス用鋼の製造方法。
【００１２】
（３）  重量％で、
Ｃ：０．００８〜０．１％、
Ｓｉ：０．４％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ａｌ：０．０６％以下、
Ｎ：０．００６％以下
に加え、
Ｔｉ（ｅｑ．）＝Ｔｉ＋Ｎｂ／２＋Ｖ
と定義するＴｉ当量と、Ｃ、Ｎ量との間の関係が
−０．０２％≦Ｃ−［Ｔｉ（ｅｑ．）−３．４Ｎ］／４≦０．０１％
を満足するようにＴｉ、Ｎｂ、Ｖのうち２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を、鋳造後直接もしくは１２５０℃以下の温度に再加熱後、７５０℃以上の温度で熱間圧延を終了し、さらにＡｃ3点以上の温度で焼きならしすることを特徴とするミクロ組織のフェライトの組織分率が９５％以上である靭性の優れたエネルギー吸収デバイス用鋼の製造方法。
【００１３】
本発明によれば、建築物のエネルギー吸収デバイス用として低温靭性にも優れた鋼材を大量かつ安価に供給できるようになった。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明が、請求項の通りに鋼組成を限定した理由について説明する。
【００１５】
Ｃは、靭性を劣化させ、強度上昇させるパーライトなどの硬質第二相の生成に大きな影響を及ぼすもので、本発明鋼においては低いほど好ましいが、必要以上に低減することは、製鋼工程の負荷を高めるばかりでなく、強度低下も招くため、得ようとする降伏点レベルによっては合金添加による強度補償が必要となって、製造コストを押し上げる要因となることが懸念されるため、下限を０．００８％に限定する。下限については特に限定しない。一方、上限は、後述するＴｉ、Ｎ量との間の関係を適正に保つことで、実効的なＣ量の低減が可能であり、Ｔｉ、Ｎ量との関係で０．１％まで許容できる。
【００１６】
Ｓｉは、脱酸上鋼に含まれる元素であるが、多く添加すると溶接性、ＨＡＺ靭性が劣化するため、上限を０．４％に限定した。鋼の脱酸はＴｉ、Ａｌのみでも十分可能であり、ＨＡＺ靭性、焼入性などの観点から低いほど好ましく、必ずしも添加する必要はない。
【００１７】
Ｍｎは、固溶強度元素として母材の強度を上昇させるため、必要とする強度レベルに応じて、任意に添加できる。しかし、Ｍｎ量が多すぎると焼入性が上昇して溶接性、ＨＡＺ靭性を劣化させるだけでなく、連続鋳造スラブの中心偏析を助長するので上限を１．５％とした。
【００１８】
Ｐは、本発明鋼においては不純物であり、Ｐ量の低減はＨＡＺにおける粒界破壊を減少させる傾向があるため、少ないほど好ましい。含有量が多いと、母材、溶接部の低温靭性を劣化させるため上限を０．０２５％とした。
【００１９】
Ｓは、Ｐと同様本発明鋼においては不純物であり、母材の低温靭性の観点からは少ないほど好ましい。含有量が多いと母材、溶接部の低温靭性を劣化させるため上限を０．０１５％とした。
【００２０】
Ａｌは、一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、脱酸はＳｉまたはＴｉだけでも十分であり、本発明鋼においては、その下限は限定しない。しかし、Ａｌ量が多くなると鋼の清浄度が悪くなるだけでなく、溶接金属の靭性が劣化するので上限を０．０６％とした。
【００２１】
Ｔｉ、Ｎｂ、ＶはいずれもＣを固定し、実効的なＣ量を低減させる上で本発明においては不可欠な元素である。三者はＣ固定の観点から化学量論的に等価なＴｉ量＝Ｔｉ当量（Ｔｉ（ｅｑ．））として、
Ｔｉ（ｅｑ．）＝Ｔｉ＋Ｎｂ／２＋Ｖ
と表すことができる。
【００２２】
したがって、実際の添加量は、後述するＣ、Ｎ、Ｔｉ当量間の関係から自ずと限定される。その際、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖは通常マイクロアロイとして微量添加されるものであるが、単独添加では当該元素の必要添加量が非常に多くなるケースがあり、個々の添加量を低減するため２種以上の複合添加に限定する。
【００２３】
Ｎは不可避的不純物として鋼中に含まれるものであるが、Ｃを固定するためのＴｉ、Ｎｂ、Ｖを窒化物として消費してしまうため、上限を０．００６％に限定した。
【００２４】
鋼の個々の成分を上記の通り限定した上で、Ｃ、Ｎ、Ｔｉ当量間の関係を
−０．０２％≦Ｃ−［Ｔｉ（ｅｑ．）−３．４Ｎ］／４≦０．０１％
となるように限定する。Ｃ−［Ｔｉ（ｅｑ．）−３．４Ｎ］／４はＴｉ、Ｎｂ、ＶがＣ、Ｎを固定した後、化学量論的に残存するＣ量を表し、パーライトなどの硬質相生成に関わる実効的なＣ量である。硬質相は脆性破壊発生の起点となり、靭性を劣化させるため、実効Ｃ量は０．０１％以下とする必要がある。実効Ｃ量が負ということはＴｉ当量が過剰であることを意味し、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖのコストや過剰添加による粗大析出物による靭性劣化の点から−０．０２％以上とした。実効Ｃ量を上記範囲に限定することで、ミクロ組織は後述する製造方法では必然的にフェライトの組織分率が９５％以上となる。換言すれば、硬質相生成を抑制しフェライトの組織分率が９５％以上でなければ、高靭性は達成し得ない。
【００２５】
鋼成分を上記の通り限定し、そのミクロ組織を本発明で限定するように制御するため、製造方法も限定する必要がある。
【００２６】
基本的には、本発明の通り成分を限定した鋼（鋼片あるいは鋳片）を熱間圧延しその後放冷する。このとき、加熱は必ずしも必要ではなく、圧延温度が確保されれば、鋳造後直接圧延を行ってもよいが、１２５０℃以下の温度に再加熱することで容易に圧延温度が確保できる。上限を１２５０℃とする理由は、それ以上の高温再加熱は必要以上に組織が粗大となることや、圧延温度確保の上では十分なため省エネルギーを考慮したものである。また、特にＴｉが添加された場合には、最終的なＴｉの析出形態が変化し、靭性を劣化させる場合があるため、再加熱時の上限温度を１２５０℃以下に限定した。
【００２７】
熱間圧延は７５０℃以上の温度で行う必要がある。これは、実効Ｃ量が本発明の範囲に制御された鋼では変態点（Ａｒ３）が比較的高く、圧延温度が７５０℃を下回ると表層近傍ではα／γ二相域圧延となって加工フェライトが生ずる場合があるためである。加工フェライト、即ち二相域圧延では、靭性の劣化や各種性質の異方性などの問題が生ずる場合があり、可能な限り避けるべきである。
【００２８】
圧延後は放冷することで、フェライトの組織分率が９５％以上が確保され、良好な靭性が得られるが、得ようとする強度レベルへの調整などの目的で必要に応じて、圧延後、Ａｃ１以下の温度での焼き戻しやＡｃ３以上の温度での焼きならしを行っても何ら問題はない。いずれも圧延あるいは変態時に導入される歪みを回復させることにもなり、靭性上問題となることはない。これらの熱処理によっても、フェライトの組織分率は９５％以上を十分確保できる。
【００２９】
【実施例】
転炉−連続鋳造−厚板工程で種々の鋼成分の鋼板（厚さ９〜４０ｍｍ）を製造し、その下降伏点（降伏点の出ないものについては０．２％耐力）、引張強さ、０℃におけるＶシャルピー衝撃吸収エネルギーおよびフェライトの組織分率を調査した。
【００３０】
表１に比較鋼とともに本発明鋼の鋼成分を、また表２に鋼板のミクロ組織と諸特性、およびその時の製造プロセスを示す。
【００３１】
本発明に則った鋼板（本発明鋼）は、いずれも良好な特性を有する。
【００３２】
これに対し、本発明によらない比較鋼は、いずれかの特性が劣る、すなわち、鋼成分の点から、比較鋼９、１１、１２、１３は、Ｃ、Ｔｉ当量（Ｔｉ（ｅｑ．））、Ｎ量間の関係が適正でなく、Ｃ−［Ｔｉ（ｅｑ．）−３．４Ｎ］／４の値が本発明が規定する０．０１％を超えているために総じて靭性に劣る。加えて比較鋼９はＣ量が高いため、フェライトの組織分率は本発明が規定する値より小さく、強度が高めである。比較鋼１０はＣ−［Ｔｉ（ｅｑ．）−３．４Ｎ］／４の値そのものは本発明の規定する範囲にあり、フェライトの組織分率も本発明に則ったものであるが、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖのいずれも添加されていないため靭性（ｖＴｒｓ）に劣る。
【００３３】
【表１】
0003619362.tif 000002
【００３４】
【表２】
0003619362.tif 000003
【００３５】
【発明の効果】
本発明により、建築物の地震時のエネルギー吸収デバイス用として靭性に優れた低降伏点鋼が安価に供給可能となり、地震時の建物の安全性をより一層高めることが可能となった。