(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０１〜０．０５ｗｔ％、          Ｓｉ：１．０  ｗｔ％以下、
Ｍｎ：２．０  ｗｔ％以下、            Ｐ：０．０３ｗｔ％以下、
Ｓ：０．００４ｗｔ  ％以下、          Ａｌ：０．０１〜０．１５ｗｔ％、
Ｍｏ：０．０５〜０．３０ｗｔ％未満、  Ｎｂ：０．００５  〜０．０４ｗｔ％、
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼素材に、圧延終了温度７５０  〜８４０  ℃の熱間圧延を施した後、５００  〜６００  ℃の温度範囲で巻き取りを行うことを特徴とする耐火性および靱性に優れた建築用熱延鋼帯の製造方法。
【請求項２】
Ｃ：０．０１〜０．０５ｗｔ％、          Ｓｉ：１．０  ｗｔ％以下、
Ｍｎ：２．０  ｗｔ％以下、            Ｐ：０．０３ｗｔ％以下、
Ｓ：０．００４ｗｔ  ％以下、          Ａｌ：０．０１〜０．１５ｗｔ％、
Ｍｏ：０．０５〜０．３０ｗｔ％未満、    Ｎｂ：０．００５  〜０．０４ｗｔ％、
を含み、かつ
Ｃｒ：０．０１〜２．０  ｗｔ％、      Ｎｉ：０．０１〜２．０  ｗｔ％、
Ｃｕ：０．０１〜２．０  ｗｔ％、            Ｔｉ：０．００３  〜２．０  ｗｔ％、
Ｖ：０．０１〜２．０  ｗｔ％および    Ｂ：０．０００５〜０．００５０ｗｔ％、
のうちから選ばれるいずれか１種または２種以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼素材に、圧延終了温度７５０  〜８４０  ℃の熱間圧延を施した後、５００  〜６００  ℃の温度範囲で巻き取りを行うことを特徴とする耐火性および靱性に優れた建築用熱延鋼帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鋼管・角コラムに成形されて建築、土木および海洋構造物等の用途に用いて好適な耐火性および靱性に優れた建築用熱延鋼帯（鋼板を含む。以下同じ）およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建築物の鉄骨構造には、火災時の安全確保のうえから、従来より耐火被覆が義務づけられていた。しかし、近年「新防火設計法」が制定されたことにより、使用鋼材の高温耐力が十分高い場合には、耐火被覆は必ずしも必要とされなくなりそのための工事を大幅に軽減できることになった。こうした事情を背景として最近、高温耐力が高い、いわゆる耐火性建築用鋼材の需要が高まってきている。
耐火鋼については、すでに、厚鋼板についての多くの提案があり、熱延鋼板についても、例えば特開平２−２８２４１９号公報等に耐火性鋼板の提案が行われている。これらの既知技術は、ＭｏＣ  を鋼中に析出させることにより高温強度の確保を狙ったものであり、その多くはＭｏを０．３  ｗｔ％以上添加するか、Ｃを０．０５ｗｔ％超添加することを提案するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｍｏの添加は、特に多量に添加した場合、コスト高を招くだけでなく、コイル巻き取りの際に生成するＭｏ炭化物により熱延鋼板に特有の靱性劣化を引き起こす問題があった。一方、Ｃの添加は、その量が多くなるとともに高温強度を増加するものの、室温強度の過度の上昇をも招きその結果として、溶接部への負荷集中を招いて建材として好ましくないものになるという問題があった。また、Ｃの増加は溶接性を劣化させる原因ともなるものであった。
【０００４】
本発明の主たる目的は、既知技術が抱えている上記の問題を克服し、高い高温強度、とくに高温強度／常温強度比が高くかつ優れた靱性を有する建築用熱延鋼帯の製造方法を提案するところにある。
また、本発明の具体的な目的は、６００  ℃における降伏応力（以下、「ＹＳ６００  」と略記する）と常温の引張強さ（以下、「ＴＳ」と略記する）との比がＹＳ６００  ／ＴＳ≧０．４５であり、シャルピー衝撃試験における破面遷移温度（以下、「  ＶＴ  ｒＳ」と略記する）が  ＶＴ  ｒＳ≦０℃である熱延鋼帯の製造方法を提案するところにある。さらにまた、本発明の他の具体的な目的は、鋼管・角コラムに成形した後のＹＳ６００  ／ＴＳ≧０．５０であり、Ｖ  Ｔ  ｒＳ≦０℃である熱延鋼帯の製造方法を提案するところにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
さて発明者らは、上記の目的を達成すべく、数多くの実験と検討を重ねた結果、ある種の鋼組成のものでは、それの熱間圧延終了温度および巻き取り温度を制御すれば、Ｃ、Ｍｏの含有量を少量にでき、上記の課題を一気に解決できることを見いだし、この発明を完成させた。
すなわち、この発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）  Ｃ：０．０１〜０．０５ｗｔ％、    Ｓｉ：１．０  ｗｔ％以下、
Ｍｎ：２．０  ｗｔ％以下、            Ｐ：０．０３ｗｔ％以下、
Ｓ：０．００４ｗｔ  ％以下、          Ａｌ：０．０１〜０．１５ｗｔ％、
Ｍｏ：０．０５〜０．３０ｗｔ％未満、    Ｎｂ：０．００５  〜０．０４ｗｔ％、
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼素材に、圧延終了温度７５０  〜８４０  ℃の熱間圧延を施した後、５００  〜６００  ℃の温度範囲で巻き取りを行うことを特徴とする耐火性および靱性に優れた建築用熱延鋼帯の製造方法。
【０００６】
（２）  Ｃ：０．０１〜０．０５ｗｔ％、    Ｓｉ：１．０  ｗｔ％以下、
Ｍｎ：２．０  ｗｔ％以下、            Ｐ：０．０３ｗｔ％以下、
Ｓ：０．００４ｗｔ  ％以下、          Ａｌ：０．０１〜０．１５ｗｔ％、
Ｍｏ：０．０５〜０．３０ｗｔ％未満、    Ｎｂ：０．００５  〜０．０４ｗｔ％、
を含み、かつ
Ｃｒ：０．０１〜２．０  ｗｔ％、      Ｎｉ：０．０１〜２．０  ｗｔ％、
Ｃｕ：０．０１〜２．０  ｗｔ％、            Ｔｉ：０．００３  〜２．０  ｗｔ％、
Ｖ：０．０１〜２．０  ｗｔ％および    Ｂ：０．０００５〜０．００５０ｗｔ％、
のうちから選ばれるいずれか１種または２種以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼素材に、圧延終了温度７５０  〜８４０  ℃の熱間圧延を施した後、５００  〜６００  ℃の温度範囲で巻き取りを行うことを特徴とする耐火性および靱性に優れた建築用熱延鋼帯の製造方法。
（３）  ただし、（２）  において、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＶおよびＢの各成分は、次の組み合わせで添加することが推奨される。
▲１▼０．０１〜２．０  ｗｔ％Ｃｒ−（  Ｎｉ  、Ｃｕ、Ｔｉ、ＶおよびＢの１種以上）
▲２▼０．０１〜２．０  ｗｔ％Ｎｉ−（Ｃｕ、Ｔｉ、ＶおよびＢの１種以上）
▲３▼０．０１〜２．０  ｗｔ％Ｃｕ−（Ｔｉ、ＶおよびＢの１種以上）
▲４▼０．００３  〜２．０  ｗｔ％Ｔｉ−（ＶおよびＢの１種または２種）
▲５▼０．０１〜２．０  ｗｔ％Ｖ−（Ｂ）
▲６▼０．０００５〜０．００５０ｗｔ％Ｂ
【０００７】
【作用】
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明において、上記要旨構成にすることにより、熱延鋼板および成形後の高温強度が増加する理由について述べる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えている。
本発明材のように低Ｃ、低Ｍｏの成分では、高温強度に寄与する炭化物は成長しにくく、微細に析出し易くなる。その傾向は、Ｎｂを添加することによって一層強まり、さらに微細な（Ｍｏ，Ｎｂ）  炭化物が析出する傾向にあると思われる。
ここで、同量の析出物であれば析出物のサイズが小さいほど強度は増加するはずであるが、通常、析出物の微細化は同時に析出量の減少を招くため、微細化による強度上昇効果は相殺される傾向にある。
しかしながら、本発明の熱間圧延条件を適用して加工歪みを加えることにより、十分な量の析出サイトを与えておけば、析出物のサイズを小さくしても析出物の量は減少せず、顕著な析出強化の効果が得られる。
そして、成形後の高温強度が高い理由も、上記したごとき析出物と加工歪みとの関係に基づくものであると思われる。なお、このような現象が、なぜ圧延終了温度８４０  ℃以下で顕著になるかについては明らかではないが、低圧延終了温度により、結晶粒の微細化あるいはこの時の変形が後の成形歪みの加わり方に何らかの影響を及ぼしているものと推測される。
【０００８】
次に、この発明の化学成分組成を前記の範囲に限定した理由について述べる。
Ｃ：０．０１〜０．０５ｗｔ％；
Ｃは、常温および高温での強度を確保するために添加するが、添加量が０．０１ｗｔ％未満ではその効果が乏しい。一方、０．０５ｗｔ％を超えると耐火性に影響を及ぼす高温強度／常温強度の比が高いものとはならず、一方で、溶接部の硬さおよび割れ感受性を増大させる。したがって、Ｃの含有量は０．０１〜０．０５ｗｔ％とし、好ましくは０．０３〜０．０４ｗｔ％とする。
【０００９】
Ｓｉ：１．０  ｗｔ％以下；
Ｓｉは、脱酸剤および強化元素として有効な元素であるが、１．０  ｗｔ％を超えて添加すると溶接部の割れ感受性を増大させるので、その含有量は１．０  ｗｔ％以下とする。なお、建材用の角コラムなどでは低ＹＲ（ＹＳ／ＴＳ）  が求めれる傾向にあり、このような場合には０．０５ｗｔ％以下にすることが好ましい。
【００１０】
Ｍｎ：２．０  ｗｔ％以下；
Ｍｎは、強化に有効な元素であるが、２．０  ｗｔ％を超えて添加すると溶接部の割れ感受性を増大させるので、その含有量は２．０  ｗｔ％以下とする。なお、強化元素としては０．１０ｗｔ％以上の添加が好ましく、また建材用の角コラムなどで低ＹＲ（ＹＳ／ＴＳ）  が求めれる場合には０．３０ｗｔ％以下にすることが好ましい。
【００１１】
Ｐ：０．０３ｗｔ％以下；
Ｐは、靱性を劣化させる元素であるので、その含有量は０．０３ｗｔ％以下、好ましくは  ０．０２０ｗｔ％以下の範囲とする。
【００１２】
Ｓ：０．００４ｗｔ  ％以下；
Ｓは、加工性を劣化させる元素であるので、極力低減することが好ましく、０．００４ｗｔ  ％以下、好ましくは  ０．００３０ｗｔ  ％以下の範囲とする。ただし、コスト上は０．００１５ｗｔ％以上とするのが有利である。
【００１３】
Ａｌ：０．０１〜０．１５ｗｔ％；
Ａｌは、鋼の脱酸およびＮの固定のために有用な元素である。その効果を得るには０．０１ｗｔ％以上の添加が必要であるが、０．１５ｗｔ％を超えると鋼中の非金属介在物を増加させ又コストアップを招くので、０．０１〜０．１５ｗｔ％の範囲とする。なお、好ましい添加範囲は、０．０２〜０．０５ｗｔ％である。
【００１４】
Ｍｏ：０．０５〜０．３０ｗｔ％未満；
Ｍｏは、高温における強度を高めるのに非常に有用な元素である。その効果を得るには０．０５ｗｔ％以上の添加が必要であるが、０．３０ｗｔ％以上添加すると高温強度／常温強度の比を低下させるだけでなく、コストアップをも招くので、その添加量は０．０５〜０．３０ｗｔ％未満、好ましくは０．１０〜０．３０ｗｔ％未満の範囲とする必要がある。
【００１５】
Ｎｂ：０．００５  〜０．０４ｗｔ％；
Ｎｂは、Ｍｏとの複合添加により、高温での降伏強度を著しく向上させる元素である。その効果を得るには０．００５ｗｔ  ％以上の添加が必要であるが、０．０４ｗｔ％を超えると高温強度／常温強度の比を低下させるだけでなく、コストアップをも招くので、その添加量は０．００５  〜０．０４ｗｔ％、好ましくは０．０１０  〜０．０４ｗｔ％の範囲とする必要がある。
【００１６】
以上、基本成分について説明したが、本発明では、さらに高温強度改善成分としてＣｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＶおよびＢのうちから選んだいずれか１種または２種を適宜添加することができる。
Ｃｒ：０．０１〜２．０  ｗｔ％、Ｎｉ：０．０１〜２．０  ｗｔ％、Ｃｕ：０．０１〜２．０  ｗｔ％、Ｔｉ：０．００３  〜２．０  ｗｔ％、Ｖ：０．０１〜２．０  ｗｔ％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０ｗｔ％；
Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＶおよびＢはいずれも、強化元素として有効に寄与する。ＴｉおよびＢは、このほかさらにＮを固定し、延性改善、ＹＲ低減にも有効な元素である。
含有量がそれぞれ下限に満たないとその添加効果に乏しく、一方、上限を超えると溶接部の硬さおよび割れ感受性を増大させる。したがって、単独添加または複合添加いずれの場合においても、添加量はそれぞれＣｒ：０．０１〜２．０  ｗｔ％、好ましくはＣｒ：０．１０〜０．５０ｗｔ％、Ｎｉ：０．０１〜２．０  ｗｔ％、好ましくはＮｉ：０．１０〜０．５０ｗｔ％、Ｃｕ：０．０１〜２．０  ｗｔ％、好ましくＣｕ：は０．１０〜０．５０ｗｔ％、Ｔｉ：０．００３  〜２．０  ｗｔ％、好ましくはＴｉ：０．００５  〜０．０５ｗｔ％、Ｖ：０．０１〜２．０  ｗｔ％、好ましくはＶ：０．０１５  〜０．０５０ｗｔ  ％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０ｗｔ％、好ましくはＢ：０．０００５〜０．００２０ｗｔ％の範囲とする。
【００１７】
次に、本発明鋼の熱間圧延条件について述べる。
熱間圧延は、スラブを連続鋳造後直ちに（いわゆるＣＣ−ＤＲ）行うか、または再加熱したのちに行う。ＣＣ−ＤＲを行う場合に、保熱もしくは端部の多少の加熱を行うことは差し支えない。加熱する場合は、加熱温度が１１５０℃を超えると、オーステナイト粒が粗大化し、最終的に得られる組織の細粒化が不十分となり、所望の靱性や高温強度を得るのが困難となる。したがって、再加熱、ＣＣ−ＤＲいずれの場合とも、均熱・保持温度は  ９５０〜１１５０℃の範囲とするのが好ましい。
【００１８】
・熱間圧延終了温度：７５０  〜８４０  ℃；
圧延終了温度が  ８４０℃を超えると、高温強度／常温強度の比が小さくなり、目的が達成できなくなる。一方、  ７５０℃に満たないと、常温強度が過度に上昇するため高温強度／常温強度の比が低下するので、同じく目的が達成できなくなるほか、熱延設備への大きくなる。したがって、熱間圧延終了温度は７５０  〜８４０  ℃、好ましくは７５０  〜８００  ℃の温度範囲にする必要がある。
【００１９】
・巻き取り温度：５００  〜６００  ℃；
熱間圧延後の巻き取り温度は、６００  ℃を超えると（Ｍｏ，Ｎｂ）  炭化物析出による靱性の劣化が激しくなるので、６００  ℃以下、好ましくは５５０  ℃以下とする必要がある。しかし、その温度が  ５００℃未満になると、常温強度が過剰に高くなるため、高温強度／常温強度の比が低下するうえ、鋼帯の温度や形状を安定してコイルに巻き取ることが困難になるので、  ５００℃以上の温度が必要である。
【００２０】
上記のように、本発明においては、室温強度−高温強度バランスを確保するために巻き取り温度５００  〜６００  ℃を前提にしているので、鋼帯の板厚はこの巻き取り工程に適した範囲にすることが望ましい。すなわち、鋼管成形、コラム成形などの使用において、板厚５ｍｍ未満ではコイルから連続ラインにより精度良く成形・溶接することが困難になり、一方、３０ｍｍを超えると設備能力からコイル巻き取りが困難となるので、板厚は５〜３０ｍｍの範囲にすることが望ましい。
なお、通常、管・コラム成形による靱性劣化防止の観点から、板厚２０ｍｍが上限とされているが、本発明方法によれば板厚３０ｍｍまでは成形を行っても靱性は確保される。
【００２１】
【実施例】
表１に示す種々の成分組成になる鋼を、転炉精錬後、連続鋳造にてスラブとしたのち、表２に示す条件で熱間圧延し、板厚１９ｍｍの熱延鋼帯とした。また、熱延材の一部は、さらに３５０ｍｍ  角の角コラムに成形した。ここで、コラム成形時の伸び率はＮｏ．６で１．２  ％、それ以外のもので２．５  ％とした。
このようにして得られた熱延材および角コラムのコラム辺部中央から試験片を採取し、常温および  ６００℃における引張特性および０℃における靱性について調査した。なお、室温での引張試験は、ＪＩＳ  １４号Ａ試験片を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠しておこなった。また  ６００℃での引張試験は、１０℃／ｓで昇温し、６００  ℃に１５分保持後、ＪＩＳ  Ｇ  ０５６７に準拠して行った。これら鋼板の靱性については、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０２シャルピーＶノッチ試験片を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２に準拠して行った。
得られた結果を表２に併せて示す。
【００２２】
【表１】
0003550721.tif 000002
【００２３】
【表２】
0003550721.tif 000003
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、高い高温強度、とくに高温強度／常温強度の比が高くかつ優れた靱性を有する建築用熱延鋼帯の製造が可能となる。
また、本発明によれば、熱延状態でＹＳ６００  ／ＴＳ≧０．４５、  ＶＴ  ｒＳ≦０℃であり、鋼管・角コラムに成形した後でＹＳ６００  ／ＴＳ≧０．５０、Ｖ  Ｔ  ｒＳ≦０℃である熱延鋼帯の製造が可能となる。
これにより、耐火性と共に靱性が要求される、建築、土木および海洋構造物等の用途に用いて著効を奏する。