(57)【要約】【課題】地震時に構造材に先んじて自ら降伏することで震動エネルギーを吸収し構造材の制震制御を行なう鋼材系ダンパーに好適な低降伏点鋼の製造方法を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．４０％以下、Ｍｎ：０．１０〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．０８％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎ：０．００７０％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を１０００℃〜１２５０℃で加熱後、オーステナイト域で圧延し、８８０℃〜９５０℃で再加熱後、３℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で２００℃以下に冷却し、更に、Ａｃ１〜Ａｃ３間で再加熱後、３℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で２００℃以下に冷却し、４５０℃〜Ａｃ１以下で焼戻し処理を行なう。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．４０％以下、Ｍｎ：０．１０〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．０８％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎ：０．００７０％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を１０００℃〜１２５０℃で加熱後、オーステナイト域で圧延し、８８０℃〜９５０℃で再加熱後、３℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で２００℃以下に冷却し、更に、Ａｃ１〜Ａｃ３間で再加熱後、３℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で２００℃以下に冷却し、４５０℃〜Ａｃ１以下で焼戻し処理を行なう降伏応力が２０５〜２４５Ｎ／ｍｍ２の低降伏点鋼の製造方法。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．４０％以下、Ｍｎ：０．１０〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．０８％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎ：０．００７０％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物、降伏応力が２０５〜２４５Ｎ／ｍｍ２、板厚１６〜８０ｍｍの鋼材系ダンパー用低降伏点鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低降伏点鋼の製造方法に関し、地震時に構造材に先んじて自ら降伏することで震動エネルギーを吸収し構造材の制震制御を行なう鋼材系ダンパーに好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、耐震設計は大地震時に柱や梁の構造体が塑性変形し、局所的に損傷することは許容するものの、建築物自体が崩壊することを回避する設計が主であったが、近年、構造体が塑性変形する前に、降伏することで、その震動エネルギーを塑性変形エネルギーへ変換し吸収する鋼材ダンパーの使用が増加している。
【０００３】
鋼材ダンパーに使用される低降伏点鋼の製造方法としては、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されているように、純鉄系の成分あるいは鋼中Ｃ量を極端に低減し、数種類の元素を含有する単純な成分系の鋼に焼純等の熱処理を行ない、フェライト結晶粒を粗大化して降伏点を低下させるものや、特許文献３に記載されているように、加熱温度の低下や低温仕上げによる微細化及び低温焼準による再結晶化を組合せて結晶粒の最適化を図る方法が提案されている。
【０００４】
特許文献１〜３に記載されている低降伏点鋼はＣ量を低減した成分系を前提とし、降伏応力が１６０Ｎ／ｍｍ２程度以下のものである。
【０００５】
しかし、近年では鋼材ダンパーの普及に伴い、種々多様な構造物に鋼材ダンパーを設置するケースが増加しており、ダンパーの形式や用途により高耐力化された降伏応力が２０５〜２４５Ｎ／ｍｍ２級の鋼材も使用が増加している。
【０００６】
降伏応力を高めた２０５〜２４５Ｎ／ｍｍ２級の鋼材は、降伏応力が１００Ｎ／ｍｍ２級の鋼材と比較してハンドリング時や実施工時の塑性変形による歪硬化がなく降伏点上昇の歪速度依存性が少ないメリットもある。
【０００７】
このような鋼材の製造方法として特許文献４には、Ｃ：０．０４〜０．０７％，Ｓｉ：０．０５％以下，Ｍｎ：０．２〜０．５％、酸化溶性Ａｌ：０．００８〜０．０３％、Ｎ：０．００１〜０．００３５％の化学成分の鋼を圧延後、Ａｃ３点から９５０℃の温度域で焼ならしを施すことにより、「酸可溶性Ａｌ％」／「Ｎ％」比が８以上、板厚断面に観察されるフェライト相の面積分率が９０％以上で平均粒度番号７．０〜８．０の組織を得ることで下降伏点１８５〜２５０ＭＰａの強度を有する鋼板の製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開平３−３１４６７号公報
【特許文献２】特開平５−３２０７６１号公報
【特許文献３】特開平９−３１０１１８号公報
【特許文献４】特開２００４−２２５０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献４記載の低降伏点鋼は、焼準により所定の粒径（平均粒度７〜８）を得ることで、目標とする強度、靭性を得る製造方法である。本方法によれば「酸可溶性Ａｌ％」／「Ｎ％」比を８以上とするなど化学成分を厳しく制約する必要があると共に、圧延時の圧延温度及び板厚によっては、結晶粒や歪エネルギーの程度が異なることから、特定された焼準条件により所定の結晶粒径を制御することは困難である。又、板厚毎に化学成分を調整することが必要で工業的に実現する為には負荷が大きい。
【０００９】
更に、板厚が増加するに従い、圧延後の結晶粒径は大きくなり、焼準のみでは、目標とする結晶粒径とすることが難しく、所定の靭性も得がたい。又、圧延時の細粒化を図った場合、板厚の増加に従い、圧延能率を極端に低下する為生産性が低下する。
【００１０】
そこで、本発明は、広範囲な板厚においても、安定して降伏応力：２０５〜２４５Ｎ／ｍｍ２と高靭性を備え、鋼材系ダンパーとして好適な鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の課題は以下の手段で達成可能である。
１．質量％で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．４０％以下、Ｍｎ：０．１０〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．０８％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎ：０．００７０％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を１０５０℃〜１２５０℃で加熱後、オーステナイト域で圧延し、８８０℃〜９５０℃で再加熱後、３℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で２００℃以下に冷却し、更に、Ａｃ１〜Ａｃ３間で再加熱後、３℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で２００℃以下に冷却し、４５０℃〜Ａｃ１以下で焼戻し処理を行なう降伏応力が２０５〜２４５Ｎ／ｍｍ２の低降伏点鋼の製造方法。
２．質量％で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．４０％以下、Ｍｎ：０．１０〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．０８％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎ：０．００７０％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物、降伏応力が２０５〜２４５Ｎ／ｍｍ２、板厚１６〜８０ｍｍの鋼材系ダンパー用低降伏点鋼。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、薄肉材はもとより板厚５０ｍｍを超える厚肉材でも結晶粒が微細化・最適化され、０℃におけるシャルピー衝撃試験吸収エネルギーが２００Ｊ以上の高靭性でかつ降伏応力が２０５〜２４５Ｎ／ｍｍ２の鋼材系ダンパーに好適な鋼板を製造することが可能で産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明における、成分組成の範囲について下記に理由を示す。
Ｃ：０．０３〜０．０８％
Ｃは固溶強化と転位の固着により降伏点、引張強さを向上させる元素であり、非常に狭い強度範囲が要求されるダンパー用の鋼材としては、厳しく管理すべき元素である。所定の強度範囲を確保する為、Ｃが０．０３％未満であれば強度が確保できず、又、０．１０％を超えると強度を超過することから上記の値に限定した。
【００１４】
Ｓｉ：０．４０％以下
Ｓｉは固溶強化により鋼の強度を上昇させる元素であるが、０．４０％を超えると靭性低下が著しいため、上限を０．４０％とした。
【００１５】
Ｍｎ：０．１０〜１．０％
Ｍｎは固溶強化により鋼の強度を上昇させる元素であり、脱酸材としても有用である。
０．１０％以下では所定の強度を確保できず、又、１．０％を超えると靭性低下が著しく、又低降伏点の特性を得がたい。よって０．１０〜１．０％とした。
【００１６】
Ａｌ：０．００５〜０．０８％
Ａｌは溶鋼の脱酸材として有用であり、十分な脱酸効果を得るには、０．００５％以上必要で、又、低ＹＲ化の障害となる固溶ＮをＡｌＮとして固定する効果を得るため下限を０．００５％とした。一方、０．０８％を超えると清浄度が低下し、靭性が低下するので上限を０．０８％とした。
【００１７】
Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下
Ｐ、Ｓは不純物元素であり、製造コストの上昇を招かない範囲で極力低下させ、０．０３％以下とした。
【００１８】
Ｎ：０．００７０％以下
Ｎは鋼中に固溶して、転位に固着することにより強度を上昇させる元素である。０．００７０％を超えると低降伏点化の障害となるだけでなく、靭性劣化も著しくなるので上限を０．００７０％とした。
【００１９】
次に本発明の製造条件について説明する。
【００２０】
加熱温度：１０００℃〜１２５０℃
鋼片の加熱温度は圧延後の結晶粒径に影響を与え更には熱処理後の結晶粒径にも影響を及ぼす。従って、靭性確保の点で結晶粒径の細粒化を行なう為には、加熱温度は極力低い方が良く、圧延に必要な温度を確保するため、１０００℃以上とする。１２５０℃を超えると急激に結晶粒径が大きくなることから、上限を１２５０℃とした。尚、厚鋼板製造における加熱炉の一般的な下限温度も１０００℃で、操業的観点からも上記の温度範囲が好ましい。
【００２１】
圧延方法・温度
ダンパー材としての用途から、機械的特性のばらつきを最小限にすることが望ましく、圧延温度は再結晶域で行い整粒化を促進することが望ましい。
【００２２】
焼入れ温度：８８０℃〜９５０℃
焼入れは所定の強度を確保する為、オーステナイト域に加熱後３℃／Ｓｅｃ以上で冷却を行なう。又、焼入れのための再加熱温度が上昇すると、焼入れ後の結晶粒径が大きくなることから、８８０℃以上９５０℃以下とした。尚、厚鋼板製造における熱処理炉の一般的な上限温度も９５０℃で、操業的観点からも上記の温度範囲が好ましい。
【００２３】
二相焼入れ温度：Ａｃ１〜Ａｃ３
焼入れ後、二相域まで再加熱し、３℃／Ｓｅｃ以上の冷却速度で２００℃以下まで冷却することで、低ＹＲ化、細粒化を図る。二相域加熱時のフェライト、オーステナイトの分率を制御することで、粒径が制御できるので、所望の強度、靭性に応じて、二相焼入れ温度：Ａｃ１〜Ａｃ３は調整する。
【００２４】
又、オーステナイトからフェライトへ変態する際、セメンタイトが粒界上に微細に分散・配置するように、加熱速度、冷却速度を制御すると、更なる低降伏点化、高靭化が図れる。
【００２５】
焼戻し温度：４５０℃〜Ａｃ１
焼戻しは狭い強度範囲の材質を得る為に非常に重要な工程である。板厚、化学成分、焼入れ、二相焼入れ条件により、適切な焼戻し条件を選択することが重要で、本発明では、焼戻し温度は４５０℃〜Ａｃ１以下とする。Ａｃ１を超えると急減に強度が低下することから、Ａｃ１以下とし、４５０℃未満での焼戻しでは靭性が回復しがたいので下限を４５０℃とした。
【実施例】
【００２６】
表１に示す成分組成になる鋼片Ａ，Ｂをそれぞれ、１１００℃に加熱後、表２に示す条件で種々の板厚：１６〜８０ｍｍへ熱間圧延をした後、焼入れー二相域再加熱ー焼戻しを施し機械特性（強度、靭性）を調査した。結果を表２に示す。０℃におけるシャルピー衝撃試験吸収エネルギーが２００Ｊ以上、かつ降伏応力が２０５〜２４５Ｎ／ｍｍ２を本発明範囲とする。
【００２７】
尚、供試鋼は、低降伏点鋼では、Ｃによる強度、靭性への影響が大きいことから、本発明内の成分系ＢとＣの範囲が本発明範囲外の鋼種Ａとの比較を行なった。
【００２８】
表２に示すように、本発明例の試験Ｎｏ．１〜４は所望の降伏応力強度、靭性が板厚１６〜８０ｍｍの鋼板で得られている。
【００２９】
一方、試験Ｎｏ．５は、Ｃ：０．０２％であり板厚１０ｍｍの薄肉材でも所定の降伏応力を満足しない。
【００３０】
試験Ｎｏ．６は、本発明成分系であるが靭性のばらつきが大きくシャルピー吸収エネルギーの平均値が１２０Ｊと目標値の２００Ｊを満足しない。試験Ｎｏ．７は、二相焼入れの温度が本発明範囲の上限を外れた場合で、繰返し焼入れにより若干の結晶粒径の微細化が進むことで靭性は向上するものの、降伏応力が本発明範囲の上限を超えている。
【００３１】
【表１】
2008223113.tif 000002
【００３２】
【表２】
2008223113.tif 000003