(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.080 ％以下、Si：0.05％以下、Mn：0.05〜0.50％、
Al：0.005 〜0.050 ％、Ｓ：0.02％以下、Ｎ：0.005 ％以下、
さらに、Ti:0.001〜0.035％を含有し、
下式で表される有効Ｃ量を *Ｃとしたとき、* Ｃ≧0.04％とし、
残部Feおよび不可避的不純物
から成る鋼組成を有し、引張強さが220 〜400 N/mm２、降伏強さが260 N/mm２以下、伸びが40％以上、０℃のシャルピー吸収エネルギーが27Ｊ以上で、かつ歪速度を40％／s まで上昇させても降伏強さの上昇率が15％以下であることを特徴とする制震ダンパー用鋼板。
有効Ｃ量(*Ｃ)＝Ｃ−12/48[Ti-(48/14)N-(48/32)S]
【請求項２】
質量％で、
Ｃ：0.080 ％以下、Si：0.05％以下、Mn：0.05〜0.50％、
Al：0.005 〜0.050 ％、Ｓ：0.02％以下、Ｎ：0.005 ％以下、
さらに、Ti:0.001〜0.035％を含有し、
下式で表される有効Ｃ量を *Ｃとしたとき、* Ｃ≧0.04％とし、
残部Feおよび不可避的不純物
から成る鋼組成を有する鋳片を熱間圧延し、800 ℃以上の温度で仕上げ圧延を行ったのち、焼ならしまたは焼入れ＋焼戻しを行うことを特徴とする引張強さが220 〜400 N/mm２、降伏強さが260 N/mm２以下、伸びが40％以上、０℃のシャルピー吸収エネルギーが27Ｊ以上で、かつ歪速度を40％／s まで上昇させても降伏強さの上昇率が15％以下である制震ダンパー用鋼板の製造法。
有効Ｃ量(*Ｃ)＝Ｃ−12/48[Ti-(48/14)N-(48/32)S]
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、降伏強度260 N/mm2 以下で歪速度に対する降伏強度の増加が極めて低い鋼板とその製造方法に関する。
【０００２】
より詳述すれば、本発明は、振動吸収能力が高く、阪神大震災のような非常に大きな地震に対しても制震構造材として使用でき、構造用鋼として利用範囲が広く産業上大変有用である鋼板とその製造方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
特に建築構造物の安全性を確保するためには、地震、風などの振動外乱に対し建築構造物の応答を可及的少に抑制しようとする制震構造が必要である。
【０００４】
従来、建築や橋梁などの安全性向上のために、地震時の構造部材のエネルギー吸収量の大きな材料、すなわち降伏点の低い材料が望まれ、その製造方法が下記のように種々提案されている。
【０００５】
(1) 強化元素の添加を抑制し、Siを添加して熱間圧延後の焼準(normalizing) 時の昇温過程で結晶粒の異常成長を起こさせ、降伏強さの低い構造用鋼を製造する方法 (特開平５−320761号公報参照) 。
【０００６】
(2) 強化元素の添加を抑制し、SiおよびAlを添加して熱間圧延後の焼準時の昇温過程で結晶粒の異常成長を起こさせ、降伏強さの低い構造用鋼を製造する方法 (特開平５−320762号公報参照) 。
【０００７】
その他、特開平５−214442号公報、特開平６−41633 号公報、さらには特開平９−227936号公報には、低降伏点鋼板が開示されている。
【０００８】
しかし、既に述べたように、直下型地震のような歪み速度が非常に速い場合の降伏点上昇が大きいという問題があるが、これらに対する対策については何等の開示も見られない。特に特開平６−41633 号公報の開示する発明は低降伏点材料を意図していない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の降伏強さの低い鋼材は、いずれも通常の歪速度 (引張速度) での強度であり、実際に阪神大震災のような直下型で歪速度が非常に大きい場合の検討は行われておらず、震災時は歪速度の上昇により降伏強さが著しく上昇し耐震用鋼材としての設計段階での機能を十分発揮できず、地震の吸収エネルギーが低下してしまうという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、降伏強度260 N/mm2 以下で歪速度に対する降伏強度の増加が極めて低い鋼板とその製造法を提供することである。
さらに本発明の目的は、降伏強さが260 N/mm2 以下であり、直下型地震で歪速度の大きな応力が加わる場合でも降伏強さの上昇が少なく建築構造物として優れた構造用鋼板とその製造法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、後述する有効固溶Ｃ量(*Ｃ) を所定の量に調整した純鉄系材質に、適当な仕上げ圧延を行い熱間圧延後、適当な温度で粗粒化熱処理を施すことによって低降伏強さに調節し、歪速度依存性の少ない降伏点を有する鋼材の得られることを知見した。
【００１２】
より具体的には、前記有効固溶Ｃ量(*Ｃ) を0.0100％以上とすることによって、安定して降伏強度上昇率を15％以下に抑えることができることを知り、本発明を完成した。
【００１３】
すなわち、降伏強さを低くする手法として各種添加元素を低下し純鉄系成分に近づけ、結晶粒を極限まで粗大化させることが有効である。しかしこの場合、引張の歪速度の増加により降伏強さが大きく上昇しこの変動も非常に大きいため地震下での降伏強さを推定するのが難しく、当該鋼板を用いた設計が非常に難しいという問題があった。
【００１４】
本発明者らはここにおいて引張の歪速度の増加による降伏強さの上昇率と成分、特に有効固溶Ｃ(*Ｃ) の関係について着目し、有効固溶Ｃを制御することで引張の歪速度の増加による鋼中の転位の増殖を抑制することが可能となり降伏応力の上昇率を設計に反映可能な15％以下の非常に少ない範囲に抑えることが可能であることを見出した。
【００１５】
ここに、本発明は、質量％で、
Ｃ：0.080 ％以下、Si：0.05％以下、Mn：0.05〜0.50％、
Al：0.005 〜0.050 ％、Ｓ：0.02％以下、Ｎ：0.005 ％以下、
さらに、Ti:0.001〜0.035％を含有し、
下式で表される有効Ｃ量を *Ｃとしたとき、* Ｃ≧0.04％とし、
残部Feおよび不可避的不純物
から成る鋼組成を有し、引張強さが220 〜400 N/mm２、降伏強さが260 N/mm２以下、伸びが40％以上、０℃のシャルピー吸収エネルギーが27Ｊ以上で、かつ歪速度を40％／s まで上昇させても降伏強さの上昇率が15％以下であることを特徴とする制震ダンパー用鋼板。
有効Ｃ量(*Ｃ)＝Ｃ−12/48[Ti-(48/14)N-(48/32)S]
【００１６】
質量％で、Ｃ：0.080 ％以下、Si：0.05％以下、Mn：0.05〜0.50％、
Al：0.005 〜0.050 ％、Ｓ：0.02％以下、Ｎ：0.005 ％以下、
さらに、Ti:0.001〜0.035％を含有し、
下式で表される有効Ｃ量を *Ｃとしたとき、* Ｃ≧0.04％とし、
残部Feおよび不可避的不純物
から成る鋼組成を有する鋳片を熱間圧延し、800 ℃以上の温度で仕上げ圧延を行ったのち、焼ならしまたは焼入れ＋焼戻しを行うことを特徴とする引張強さが220 〜400 N/mm２、降伏強さが260 N/mm２以下、伸びが40％以上、０℃のシャルピー吸収エネルギーが27Ｊ以上で、かつ歪速度を40％／s まで上昇させても降伏強さの上昇率が15％以下である制震ダンパー用鋼板の製造法である。
有効Ｃ量(*Ｃ)＝Ｃ−12/48[Ti-(48/14)N-(48/32)S]
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明において鋼組成を上述のように限定する理由は以下の通りである。以下、成分含有量を表す「％」は「重量％」を示す。
【００１８】
Ｃ：0.080 ％以下
Ｃは固溶体強化と転位の固着により降伏強さを高くする元素であり高すぎると降伏強さが著しく上昇し、かつ靱性を劣化させるため0.080 ％を上限とする。好ましくは、0.060 ％以下である。
【００１９】
なお、Ｃ含有量の下限は限定しないが、実用上の観点からは、0.001 ％より少ないと、これは純鉄に近く製造コストが大となるから、好ましくは0.001 ％以上である。
【００２０】
Si：0.05％以下
Siは、固溶強化によって鋼の強度を上昇させる元素であるが、靱性を劣化させるため本発明で必要とする強度範囲では添加する必要がない。すなわち、実質的に０％であってもよい。しかしながら、少なく抑えることはコストアップを招くので、その上限は0.05％とした。好ましくは、0.010 ％以下である。
【００２１】
Mn：0.05〜0.50％
Mnは、強度と靱性を向上させる元素である。ＣおよびSiを含有せずにMnの含有のみで220 N/mm2 以上の引張強さを得るためには、Mn:0.05 ％以上とする。しかし、0.50％を超えると降伏強さが260 N/mm2 を超える。これでは耐震ダンパー用に用いることはできない。従って、Mn含有量は0.05〜0.50％とした。好ましくは、0.20〜0.30％である。
【００２２】
Al：0.005 〜0.050 ％
Alは、溶製時の脱酸に必要な元素であり、Siによる脱酸は行わないので0.005 ％未満では脱酸効果が少なく、0.050 ％を超えるとコストアップを招き靱性の劣化をもたらす。
【００２３】
Ｓ：0.02％以下
Ｓは靱性、溶接性を劣化させるため少なければ少ないほど望ましい。しかし、低Ｓ化することはコストアップを招くので許容上限を0.02％とした。
【００２４】
Ｎ：0.005 ％以下
Ｎは、固溶強化と転位の固着により降伏強さを高める元素であり、かつ靱性を劣化させるため0.005 ％以下とした。好ましくは、0.004 ％以下である。
【００２５】
Ti：0.001％〜0.035％
Tiは、炭窒化物生成により固溶Ｃを低減するのに有効であるが添加量が多いと析出物量が非常に多くなり、粗大化するため靱性を劣化させることから、その上限0.035％とした。
【００２６】
有効固溶Ｃ（*Ｃ）
本発明により製造される鋼の最も重要な成分であり、有効固溶Ｃ（*Ｃ）を0.04％以上とすることで引張の歪速度の増加による鋼中の転位の増殖を抑制することが可能となる。
【００２７】
上記有効固溶Ｃ(*Ｃ) を上述の範囲に制御するには、その定義式からも分かるように、Ｃ、Ti、Ｎ、Ｓの各含有量を適宜調整することで行うことができる。
かかる有効固溶Ｃに関して、前述の特開平５−214442号公報において開示する実施例および比較例の鋼板は、いずれも0.007 以下であり、例えば40％／s という高歪み速度のときの降伏強度の増加は避けられない。
【００２８】
同様に、特開平９−227936号公報に開示する実施例および比較例の有効固溶Ｃも0.0059以下であって、この場合にも上述のような高歪み速度のときの降伏強度の増加は避けられない。
次に、製造方法を規定する理由について説明する。
【００２９】
圧延温度：800 ℃以上
熱間仕上げ圧延をフェライト単相域を避けた高温域で行うためであり、余り温度が高いと熱エネルギー消費が大きくなり、コスト増となるため、好ましくは、800 〜950 ℃である。かかる高温域での圧延仕上げを行うことで、本発明によれば、材料に歪みを導入せず、これを上述するように熱処理することで、所要の特性を備えた低降伏点鋼板が得られる。
【００３０】
熱処理:
本発明において熱間圧延後に行う熱処理については、焼ならし、または焼入れ＋焼戻しを行うが、そのときの熱処理条件は特に制限はない。通常の条件下で行えばよいが、好ましくは、強度を調整するため、800 〜950 ℃の焼ならし (熱処理後空冷) 、または800 〜950 ℃焼入れ、そしてそれに続く焼戻しのいずれを行ってもよい。いずれの場合にあっても、降伏強さの上昇率は低い。
【００３１】
このような熱処理温度の下限を800 ℃としたのは、オーステナイト一相組織とするためであって、余り温度が高いと燃料コストが増すので、上限は950 ℃とするのである。なお、焼戻しは、フェライト域で行えばよく、具体的には800 ℃未満であり、一方、400 ℃未満での焼戻しはその効果がなく、焼入れ時に導入される歪みにより母材靱性が劣化するため、400 ℃以上、800 ℃未満で行う。
【００３２】
かくして、本発明によれば、低降伏強さで、バラツキが少なく、静的 (歪速度0.05％／s)引張りで引張強さが220 〜400 N/mm2 、降伏強さが260 N/mm2 以下、伸びが40％以上であって、歪速度を40％／s まで上昇させた引張速度でもその降伏強さの上昇率は15％以下となる、直下型地震にも耐えることのできる耐震ダンパー用鋼板として用いることのできる低降伏点鋼板が得られる。
【００３３】
換言すれば、かかる特性を備えた低降伏点鋼板は、本発明により初めて提供され、それによれば、直下型地震のエネルギーを十分に吸収でき、耐震ダンパー用鋼板としての有用性が発揮できるのである。
【００３４】
つまり、静的 (歪速度0.05％／s)引張試験で引張強さを220 〜400 N/mm2 とするのは、この範囲を外れると、一般用の構造用鋼板として満足されないからである。同様に降伏強さを260 N/mm2 以下、伸び40％以上と限定するのも、通常の地震などの振動エネルギーを吸収できるようにするためである。例えば降伏強さが260 N/mm2 を越えると通常の400 N/mm2 鋼と同様な降伏強さレベルとなり、耐震ダンパー用材料として用いることはできない。耐震ダンパー材は通常材より先に降伏する必要があるからである。
【００３５】
さらに本発明によれば、歪速度を40％／s まで上昇させた引張速度でもその降伏強さの上昇率は15％以下となるように制限されるが、かかる特性は直下型地震のエネルギーを吸収するのに十分であって、かかる特性は本発明によって初めて達成されたものである。
次に、実施例によって本発明の作用効果についてさらに具体的に説明する。
【００３６】
【実施例】
表１に示す組成成分の鋼を転炉で溶製し、連続鋳造片とし、次いで、1000〜1250℃に加熱した後、熱間圧延を行い、そのとき表１に示す板厚に、表２に示す熱間仕上げ温度で圧延した。
【００３７】
得られた鋼板を同じく表２に示す熱処理温度で処理後、鋼板の中央から引張試験片(JIS 5 )、２mmＶノッチシャルピーを採取し、0.05％／s の静的引張試験を行い引張強さ、降伏強さ、伸び、および０℃での吸収エネルギーを求めた。
また、直下型地震を想定した高速引張 (歪速度40％／s)での引張試験も行った。
【００３８】
これらの試験結果は、表２にまとめて示す。特に、本発明によれば、降伏点260N/mm2以下であって、歪み速度40%/S としたときの降伏点の上昇率を15％以下に抑えることができるのが分かる。
なお、特開平５−21442 号公報、同９−227936号公報、同６−41633 号公報に開示された発明にそれぞれ対応する例は、No.16 、17、18である。
【００３９】
【表１】
0003661829.tif 000002
【００４０】
【表２】
0003661829.tif 000003
【００４１】
【発明の効果】
このように本発明によれば、降伏点260N/mm2以下の低降伏点の鋼板が製造でき、しかも歪み速度40%/S としたときの降伏点の上昇率が15％以下であることから、直下型地震にも十分に耐えることができる鋼板が得られ、したがって、その実際上の意義は大きい。