(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｃ：０．００９〜０．１％、
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、
Ｔｉ：０．００５〜０．４％、
Ｎ：０．００６％以下、
及び、
Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、
Ｖ：０．００５〜０．０５％
のうち、１種又は２種を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、かつ、重量％で表したＣ、Ｔｉ、Ｎ量間の関係が
−０．０２％≦Ｃ−（Ｔｉ−３．４Ｎ）／４≦０．０１％
を満足し、さらにミクロ組織が９５％以上のフェライト組織でその結晶粒径が円相当径で２０μｍ以上であって、Ｖシャルピー衝撃試験における延性／脆性破面遷移温度（ｖＴｒｓ）が０℃以下であることを特徴とする靭性の優れた低降伏点鋼。
【請求項２】
重量％で、
Ｃ：０．００９〜０．１％、
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、
Ｔｉ：０．００５〜０．４％、
Ｎ：０．００６％以下、
Ｂ：０．０００５〜０．００３％％
を含み、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、かつ、重量％で表したＣ、Ｔｉ、Ｎ量間の関係が
−０．０２％≦Ｃ−（Ｔｉ−３．４Ｎ）／４≦０．０１％
を満足し、さらにミクロ組織が９５％以上のフェライト組織でその結晶粒径が円相当径で２０μｍ以上であって、Ｖシャルピー衝撃試験における延性／脆性破面遷移温度（ｖＴｒｓ）が０℃以下であることを特徴とする靭性の優れた低降伏点鋼。
【請求項３】
上記に加え、さらに、質量％で、
Ｂ：０．０００５〜０．００３％を含有することを特徴とする請求項１記載の靭性の優れた低降伏点鋼。
【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として、靭性の優れた低降伏点鋼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）に吸収させて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、本発明は上記問題点を解決するため、Ｃ含有量を極端に低減しなくても、低温靭性に優れた低降伏点鋼とすることを課題とするものである。
【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、Ｔｉ、Ｎ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】
その発明の要旨は、次の通りである。
【０００９】
（１）  重量％で、
Ｃ：０．００９〜０．１％、
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、
Ｔｉ：０．００５〜０．４％、
Ｎ：０．００６％以下、
及び、
Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、
Ｖ：０．００５〜０．０５％
のうち、１種又は２種を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、かつ、重量％で表したＣ、Ｔｉ、Ｎ量間の関係が
−０．０２％≦Ｃ−（Ｔｉ−３．４Ｎ）／４≦０．０１％
を満足し、さらにミクロ組織が９５％以上のフェライト組織でその結晶粒径が円相当径で２０μｍ以上であって、Ｖシャルピー衝撃試験における延性／脆性破面遷移温度（ｖＴｒｓ）が０℃以下であることを特徴とする靭性の優れた低降伏点鋼。
【００１０】
（２）  重量％で、
Ｃ：０．００９〜０．１％、
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、
Ｔｉ：０．００５〜０．４％、
Ｎ：０．００６％以下、
Ｂ：０．０００５〜０．００３％％
を含み、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、かつ、重量％で表したＣ、Ｔｉ、Ｎ量間の関係が
−０．０２％≦Ｃ−（Ｔｉ−３．４Ｎ）／４≦０．０１％
を満足し、さらにミクロ組織が９５％以上のフェライト組織でその結晶粒径が円相当径で２０μｍ以上であって、Ｖシャルピー衝撃試験における延性／脆性破面遷移温度（ｖＴｒｓ）が０℃以下であることを特徴とする靭性の優れた低降伏点鋼。
【００１１】
（３）  上記に加え、さらに、質量％で、
Ｂ：０．０００５〜０．００３％を含有することを特徴とする上記（１）記載の靭性の優れた低降伏点鋼。
【００１２】
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。
【００１３】
【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。
【００１４】
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原因となることが懸念されるため、０．００９％以上に限定する。一方、上限は、後述するＴｉ、Ｎｉ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。
【００１５】
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、鋼の脱酸をＴｉ、Ａｌで行う場合には、Ｓｉは必ずしも添加する必要はない。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、その下限は限定する必要がない。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。
【００２０】
Ｔｉは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重要な元素である。実際の添加量は、後述するＣ、Ｔｉ、Ｎ量間の関係から自ずと限定され、０．４％を超える添加は実質的に意味がない。なお、後述するＣ、Ｔｉ、Ｎ量間の関係からＣ量が十分に低ければ計算上Ｔｉ添加は必ずしも必要ではないが、鋼中に不可避的に存在するＮと結びついてＴｉＮとして析出して組織の微細化に寄与し、低温靭性を改善するため、この場合でも最低０．００５％の添加が必要である。
【００２１】
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をＴｉＮとして消費してしまうため、上限を０．００６％に限定した。
【００２２】
ＮｂとＶもＣを固定し、添加することにより実効的なＣ量を低減することができ、結果として、上述のＴｉ添加量を低減することができる。Ｔｉの補完的にＣ固定の効果を発揮するためには最低０．００５％の添加が必要である。上限については、Ｔｉ添加が前提であり、あくまで補完的な意味合いから、いずれも上限を０．０５％とした。ＮｂとＶの複合添加でも効果を損なうものではない。
【００２３】
Ｂは本発明者らの実験によれば、添加によって同一のベース成分、プロセスでフェライト粒が粗大化し、強度（降伏点および引張強さ）を下げることができることが分かった。フェライト粒粗大化の原因は必ずしも明確ではないが、Ｂはオーステナイト粒界に偏析するとされ、それが何らかの関与をしていると考えられる。このため、上記効果を発揮するために最低限０．０００５％の添加が必要である。上限は、必要以上に添加してもその効果は飽和してしまうため、０．００３％に限定した。
【００２４】
本発明は、鋼の個々の成分を上記の通り限定した上で、Ｃ、Ｔｉ、Ｎ量間の関係を
−０．０２％≦Ｃ−（Ｔｉ−３．４Ｎ）／４≦０．０１％
となるように限定する。Ｃ−（Ｔｉ−３．４Ｎ）／４はＴｉがＣ、Ｎを固定した後、化学量論的に残存するＣ量を表し、硬質第二相生成のための実効的なＣ量である。したがって、この実効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が過剰であることを意味し、Ｔｉのコストや過剰添加によるＴｉ系の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量の上記範囲に限定することで、ミクロ組織は容易にフェライトの組織分率が９５％以上のフェライト主体組織が得られる。
【００２５】
低降伏点化のためにはフェライトを粗粒とする必要がある。降伏点はＳｉ、Ｍｎなどによる固溶強化もあるが、フェライト粒径に強く依存し、細粒ほど降伏点が高くなる。このため、フェライト粒径は円相当径で２０μｍ以上とする必要がある。
【００２６】
Ｖシャルピー衝撃試験における延性、脆性遷移温度（ｖＴｒｓ）も一般には結晶粒径、すなわち本発明においてはフェライト粒径に強く依存し、粗粒ほど高温となる。しかし、本発明のように鋼成分を限定した場合、粗粒フェライトにおいても０℃以下の優れたｖＴｒｓを示すことを見出した。その原因については必ずしも明確ではないが、ＣおよびＮ量に応じたＴｉの適正量添加、すなわちＣ−（Ｔｉ−３．４Ｎ）／４を本発明の通り限定することにより、脆性破壊の発生起点と考えられるセメンタイト（あるいはセメンタイトを含むパーライトなどの硬質相）の生成に関わる実効的なＣ量が低減されたためと考えられる。
【００２７】
なお、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の製造方法には、例えば以下の方法がある。
【００２８】
鋼片あるいは鋳片を熱間圧延しその後放冷する、あるいは熱間圧延後放冷もしくは制御冷却を行って焼準処理を行うなどの方法である。ただし、当然のことながら要求される降伏点レベルによって、再加熱、圧延、熱処理条件を最適化し、２０μｍ以上でフェライト粒径を制御することが必要となるが、粗粒フェライト組織において高靭性化するためには、本発明の通り鋼成分を限定しなければならない。
【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、靭性（ｖＴｒｓ）、フェライト粒径（円相当径）およびフェライト面積率を調査した。
【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、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、Ｎ量間の関係が適正でなく、Ｃ−（Ｔｉ−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、フェライト粒径、面積率ともに本発明が規定する値より小さく、強度が高目である。比較鋼１０はＣ−（Ｔｉ−３．４Ｎ）／４の値そのものは本発明の規定する範囲にあり、フェライト粒径、面積率も本発明に則ったものであるが、Ｔｉが添加されていないため靭性（ｖＴｒｓ）に劣る。
【００３３】
【表１】
0003540927.tif 000002
【００３４】
【表２】
0003540927.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。