(57)【要約】【課題】降伏点の上下限値を保証するとともに、上下限値の幅とばらつきを小さくした構造用鋼を提供する。【解決手段】質量％でＣ：０．０８〜０．１８％、Ｓｉ：０．０５〜０．５  ％、Ｍｎ：０．５  〜２．０％、Ａｌ：０．５０〜１．２０％、Ｐ：０．０５０  ％以下、Ｓ：０．００５０％以下およびＮ：０．００１０〜０．００７０％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる鋼スラブを、１０００〜１３５０℃に加熱し、オーステナイト域で３０％以上の圧延を行い、Ａｒ３点以上の温度で圧延を終了する。【選択図】        図１
2004149864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で
Ｃ：０．０８〜０．１８％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５  ％、
Ｍｎ：０．５  〜２．０  ％、
Ａｌ：０．５０〜１．２０％、
Ｐ：０．０５０  ％以下、
Ｓ：０．００５０％以下および
Ｎ：０．００１０〜０．００７０％
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる鋼スラブを、１０００〜１３５０℃に加熱し、オーステナイト域で３０％以上の圧延を行い、Ａｒ３点以上の温度で圧延を終了することを特徴とする降伏点のばらつきが小さい構造用鋼の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、鋼材が、さらに質量％で
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．０５％以下、
Ｔｉ：０．０３％以下、
Ｃｕ：０．５  ％以下、
Ｎｉ：３．０  ％以下、
Ｃｒ：０．６  ％以下、
Ｍｏ：０．３  ％以下、
Ｂ：０．００３０％以下、
Ｃａ：０．００３０％以下、
Ｒｅｍ：０．０２％以下および
Ｍｇ：０．００５  ％以下
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成になることを特徴とする降伏点のばらつきが小さい構造用鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、建築用に供して好適な降伏点のばらつきが少ない構造用鋼の製造方法に関し、特に降伏点が  ２３５〜４４５  ＭＰａ  程度の鋼材について、その降伏点変動の有利な低減を図ろうとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な構造用鋼は、ＪＩＳ  規格により、引張り強度については上下限値が規定されているが、降伏点について規定されているのは下限値のみである。そして、これらの材質は、鋼の成分と圧延プロセスを制御することによって製造されてきた。
【０００３】
一方、建築構造物の設計者は、降伏点に基づいて構造解析と設計を行い、地震や台風等に対する骨組みの終局体力、崩壊モードを評価する。しかしながら、一般的な圧延鋼材は、同一鋼種でも強度、降伏点がばらついており、特に降伏点のばらつきは大きい。例えば同一鋼種でも、板厚が薄くなるほど降伏点が高くなることが知られている。
降伏点がこのようにばらついていると、設計時に想定していた部位とは異なったところで降伏が先行したり、柱と梁の耐力バランス逆転して、骨組みは予測と全く異なったモードで崩れるケースが発生することが解明され、これによって建築物は著しく耐震性能を損なうことが指摘されている。
【０００４】
このため、降伏点の上下限と降伏比が規定された建築用高性能鋼としてＳＮ規格（ＪＩＳ  Ｇ  ３１３６）が規定されている。例えば、ＳＮ  ４９０Ｃ  として板厚：１６〜４０ｍｍにおいて降伏点：３２５ＭＰａ以上、４４５ＭＰａ以下、引張強さ：４９０ＭＰａ以上、６１０ＭＰａ以下、また降伏比については８０％以下の機械的特性が規定されている。
しかしながら、上記の規格には適合するものの、工業的に製造される鋼板の降伏点はばらつきが大きいのが現状であり、建築構造物の安全性を高めるために、より降伏点のばらつきを小さくすることが要請されている。
【０００５】
上記の要請に応えるものとして、再結晶域で１パス当たりの圧下量が、真歪で０．２  以上の圧延パスを少なくとも１パス以上実施することにより、オーステナイト粒径を一定に飽和させ、変態するフェライト粒のばらつきを少なくすることによって、材質の変動を小さくする技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１２６７４５号公報（特許請求の範囲）
【０００７】
【発明が、解決しようとする課題】
上記の特許文献１に記載された技術では、変態前のオーステナイト粒は均一になるが、降伏点のばらつきを少なくするためには、圧延終了温度範囲をおよそ４０℃以内の幅に抑える必要がある。
しかしながら、圧延終了温度を制御することは、実質的に圧延能率を低下させることになり、生産性が低下するという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の問題を有利に解決したもので、降伏点の上下限値を保証するとともに、上下限値の幅とばらつきを小さくした構造用鋼の有利な製造方法を提案することを目的とする。
従って、この発明は、圧延の能率を落とすことなく、広い操業条件範囲にわたって目的とする鋼材を提供することを目的とする。
【０００９】
すなわち、この発明の要旨構成は次のとおりである。
１．質量％で
Ｃ：０．０８〜０．１８％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５  ％、
Ｍｎ：０．５  〜２．０  ％、
Ａｌ：０．５０〜１．２０％、
Ｐ：０．０５０  ％以下、
Ｓ：０．００５０％以下および
Ｎ：０．００１０〜０．００７０％
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる鋼スラブを、１０００〜１３５０℃に加熱し、オーステナイト域で３０％以上の圧延を行い、Ａｒ３点以上の温度で圧延を終了することを特徴とする降伏点のばらつきが小さい構造用鋼の製造方法。
【００１０】
２．上記１において、鋼材が、さらに質量％で
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．０５％以下、
Ｔｉ：０．０３％以下、
Ｃｕ：０．５  ％以下、
Ｎｉ：３．０  ％以下、
Ｃｒ：０．６  ％以下、
Ｍｏ：０．３  ％以下、
Ｂ：０．００３０％以下、
Ｃａ：０．００３０％以下、
Ｒｅｍ：０．０２％以下および
Ｍｇ：０．００５  ％以下
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成になることを特徴とする降伏点のばらつきが小さい構造用鋼の製造方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体的に説明する。
鉄鋼材料の機械的性質はそのミクロ組織に支配される。この発明の対象である降伏点が  ２３５〜４４５  ＭＰａ  の鋼材では、そのミクロ組織は主としてフェライト−パーライトであり、その材質は主としてパーライトの分率とフェライト粒径に依存する。
前掲特許文献１でも言及しているように、これらは旧オーステナイト粒径に依存するが、圧延終了温度、圧延後の冷却速度にも大きく依存する。一般的には、圧延終了温度が低く、圧延後の冷却速度が早いとフェライトは細粒化し、降伏点は上昇する傾向となる。前述したように板厚が薄い場合に降伏点が上昇するのはこの理由による。
【００１２】
フェライト粒径がプロセス条件によってばらつく原因は、冶金的には、旧オーステナイト粒径は勿論、フェライト変態核の密度と変態温度が変動することに起因する。例えば、圧延終了温度を低温化するとフェライト粒は細粒化されるけれども、これは低温での加工によりフェライト変態核が多く導入されるためと説明されるし、冷却速度が早いと細粒化するのは、実質的に低温で変態するためにオーステナイトからフェライトへの拡散変態速度が遅くなるためと説明される。
【００１３】
このようなことから、プロセス条件の変動に対して、フェライト変態の温度をあまり変動させないことが、降伏点ばらつきの低減に直結すると考え、種々検討を重ねた結果、発明者らは、Ａｌを添加することにより、Ａｒ３点を従来に比較して上昇させて、より高い温度で安定してフェライト変態を起こさせることが可能となることを見出した。
【００１４】
なお、Ａｌの添加は、ＡｌＮの析出を介してオーステナイト粒の細粒化に寄与することはよく知られている。すなわち、ＡｌＮがオーステナイト粒界の移動を妨げるいわゆるピンニング効果によりオーステナイト粒の成長を抑制することである。しかしながら、従来の鋼では、Ａｌ量は多くても  ０．１ｍａｓｓ％程度の添加しか検討されておらず、圧延前の加熱時に有効にＡｌＮの持つピンニング効果を発揮させることはできなかった。
この発明では、Ａｌを  ０．５ｍａｓｓ％以上添加することにより、ＡｌＮの固溶温度を圧延前の加熱温度よりも高くすることによって、オーステナイト粒を細粒に維持すると共に、最終的に変態前の旧オーステナイト粒のばらつきも低減するのである。すなわち、従来技術のように圧延プロセスを厳密に管理する必要なしに、容易に細粒のオーステナイト粒を得ることができるのである。
【００１５】
以下、この発明に従う高強度鋼の成分を前記の組成範囲に限定した理由について説明する。なお、成分に関する「％」表示は特に断らない限り質量％を意味するものとする。
Ｃ：０．０８〜０．１８％
Ｃは、構造用鋼として必要な強度を得るのに有用な元素である。この発明では空冷あるいは加速冷却により降伏点：２３５  〜４４５  ＭＰａ  のフェライト−パーライト鋼を提案するものであり、含有量が０．０８％に満たないとその強度を安定して得ることが難しく、一方０．１８％を超えると母材および溶接部の靱性を劣化させるので、Ｃは０．０８〜０．１８％の範囲に限定する。
【００１６】
Ｓｉ：０．０５〜０．５  ％
Ｓｉは、製鋼上、少なくとも０．０５％を必要とするが、一方で  ０．５％を超えると母材の靱性を劣化させるので、Ｓｉは０．０５〜０．５０％の範囲に限定する。
【００１７】
Ｍｎ：０．５  〜２．０  ％
Ｍｎは、母材の強度を確保するために少なくとも  ０．５％の含有を必要とするが、２．０  ％を超えると溶接部の靱性を劣化させるので、Ｍｎは  ０．５〜２．０  ％の範囲に限定する。
【００１８】
Ａｌ：０．５０〜１．２０％
Ａｌは、この発明において重要な合金成分であり、０．５０％以上の添加が不可欠である。というのは、Ａｌ量が０．５０％に満たないとＡｒ３点の上昇があまりなく、安定して高温からフェライト変態が起こらず、降伏点の変動を十分に抑制することが難しい。一方、含有量が１．２０％を超えると鋼自体の靱性を劣化させるので、Ａｌは０．５０〜１．２０％の範囲に限定する。
【００１９】
Ｐ：０．０５０  ％以下、Ｓ：０．００５０％以下
Ｐは、含有量が  ０．０５０％を超えると溶接部の靱性を劣化させるので、０．０５０  ％以下に抑制するものとする。
同じく、Ｓも、含有量が０．００５０％を超えると母材および溶接部の靱性を劣化させるので、０．００５０％以下に抑制するものとする。
【００２０】
Ｎ：０．００１０〜０．００７０％
Ｎは、不純物として鋼中に不可避に混入してくる元素であるが、前述したように、この発明ではＡｌＮの析出によるオーステナイト粒の制御も利用しているのでＮは０．００１０％以上必要である。しかしながら、含有量が０．００７０％を超えると鋼材の靱性を劣化させるので、Ｎは０．００１０〜０．００７０％の範囲で含有させるものとする。
【００２１】
以上、基本成分について説明したが、この発明ではその他にも、以下に述べる元素を適宜含有させることができる。
Ｎｂ：０．０５％以下、Ｖ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．０３％以下
Ｎｂ，ＶおよびＴｉはいずれも、鋼板の強度を高めるのに有用な元素であるが、含有量がそれぞれ、０．０５％、０．０５％および０．０３％を超えると靱性を劣化させるので、いずれも上記の範囲で含有させるものとする。
【００２２】
Ｃｕ：０．５  ％以下、Ｎｉ：３．０  ％以下、Ｃｒ：０．６  ％以下、Ｍｏ：０．３  ％以下
Ｃｕ，Ｎｉ，ＣｒおよびＭｏはいずれも、鋼板の強度向上に有用な元素であるが、Ｃｕは含有量が  ０．５％を超えると熱間脆性を生じて鋼板の表面性状を劣化させ、Ｎｉは高価であり、Ｃｒは含有量が  ０．６％を超えると溶接熱影響部の靱性を劣化させ、Ｍｏは含有量が  ０．３％を超えると靱性に悪影響を及ぼすので、それぞれ上記の範囲で含有させるものとする。
【００２３】
Ｂ：０．００３０％以下、Ｃａ：０．００３０％以下、  ＲＥＭ：０．０２％以下、Ｍｇ：０．００５  ％以下
Ｂは、微量で高強度化に寄与する有用元素であるが、含有量が０．００３０％を超えると溶接熱影響部の靱性を劣化させるので、Ｂは０．００３０％以下で含有させるものとする。
Ｃａは、Ｓの固定による靱性向上に有用な元素であるが、含有量が０．００３０％を超えるとその効果は飽和するので、Ｃａは０．００３０％以下で含有させるものとする。
ＲＥＭ  は、靱性の向上に有効に寄与するが、含有量が０．０２％を超えるとその効果は飽和するので、上限を０．０２％とした。
Ｍｇは、結晶粒の細粒化に有用な元素であるが、含有量が  ０．００５％を超えるとその効果は飽和に達するので、上限を  ０．００５％とした。
【００２４】
次に、この発明に従う製造工程について説明する。
素材の加熱温度は、１０００〜１３５０℃の温度範囲とする。というのは、加熱温度が１０００℃未満では、その後の圧延が低温で行われるため圧延荷重が高くなり圧延能率が低下する。一方、加熱温度が１３５０℃を超えると、オーステナイト粒が粗大化して靱性を劣化させる上、表面の酸化ロスが顕著となり歩留りの低下を招く。
【００２５】
上記の加熱処理後、熱間圧延を行う。この発明では、Ａｌの添加により加熱時のオーステナイト粒は従来よりも小さくなっているが、ばらつきを低減するには、圧延による整粒化は不可欠である。それ故、３０％以上の累積圧下率で熱間圧延を行うものとした。
この発明では、圧延プロセスによらず、降伏点が変動しないことを目標とするものであるので、熱間圧延のスケジュールには特に制限はないが、圧延終了温度はＡｒ３点以上とする必要がある。というのは、圧延終了温度がＡｒ３点を下回ると、フェライトを加工することになり降伏点は上昇し、この発明の目的である降伏点のばらつきを低減することができないからである。
【００２６】
圧延後の冷却は、空冷とすることが望ましいが、加速冷却を行っても、この発明の目的は達成される。この場合に、冷却停止温度は  ５５０℃以上にすることが好ましい。というのは、冷却停止温度が  ５５０℃に満たないと、第２相がベイナイトとなり、降伏点に影響してばらつきの原因になるからである。
【００２７】
【実施例】
表１に示す種々の成分組成に調整した鋼スラブを、１１５０℃に加熱後、熱間圧延により板厚：１０〜５０ｍｍの厚鋼板を製造した。製造条件としては、前記した板厚の他、圧延終了温度を８２５  〜９５０  ℃の範囲で種々に変動させた。
板厚：１０〜３５ｍｍの鋼板については、ＪＩＳ  １Ａ号試験片による全厚の引張り試験を行う一方、板厚：４０〜５０ｍｍの鋼板については、板厚１／４位置から、ＪＩＳ  ４  号引張試験片を採取して引張り試験を行い、母材の降伏点（ＹＰ）および引張強さ（ＴＳ）を求めた。また、板厚：２０ｍｍ以上の鋼板からは板厚１／４  位置から、ＪＩＳ４号衝撃試験片を採取し、シャルピー試験を行って母材の０℃における吸収エネルギー（ｖＥ０）を求めた。
かくして得られた各鋼板の降伏点（ＹＰ）、引張強さ（ＴＳ）、降伏比および吸収エネルギー（ｖＥ０）のばらつきについて調べた結果を、各特性値の最小値と最大値で示す。
【００２８】
【表１】
2004149864.tif 000003
【００２９】
【表２】
2004149864.tif 000004
【００３０】
表２に示したとおり、この発明に従い得られた鋼Ｎｏ．１〜１５はいずれも、板厚と圧延終了温度を変化させたにもかかわらず、降伏点のばらつきは２４  ＭＰａの幅に、引張強さのばらつきは２８  ＭＰａの幅に、降伏比のばらつきは５％の幅にそれぞれ入っている。
これに対し、鋼Ｎｏ．１６，  １８，  １９  では、引張強さのばらつきは２７  ＭＰａと発明例と同等であったが、降伏点のばらつきは８０  ＭＰａに、降伏比のばらつきは１２％にも達し、この発明の目的を達成できなかった。
また、鋼Ｎｏ．１７  は、引張強さのばらつきは本発明と同程度であるが、Ａｌが過剰なため  ｖＥ０  が著しく劣化した。
【００３１】
また、図１および図２は、鋼Ｎｏ．１（適合鋼）と鋼  Ｎｏ．１９（比較鋼）を用いた製造実績を、それぞれ板厚、圧延終了温度に対してプロットしたものである。
鋼Ｎｏ．１９  では、板厚が薄いほど圧延終了温度が低いほど降伏点は上昇しており、結果的に降伏点のばらつきが大きくなっている。これに対し、鋼Ｎｏ．１では板厚、圧延終了温度に対する、降伏点の依存性がほとんどないことがわかる。
【００３２】
【発明の効果】
かくして、この発明によれば、建築構造用鋼として降伏点のばらつきが非常に小さい鋼材を高い生産性の下で得ることができる。
従って、本発明は、建築物の耐震性、安全性の向上に寄与するところ大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼Ｎｏ．１（適合鋼）を用いた製造実績を、圧延終了温度および板厚との関係で示した図である。
【図２】鋼  Ｎｏ．１９（比較鋼）を用いた製造実績を、圧延終了温度および板厚との関係で示した図である。
【図１】
2004149864.tif 000005
【図２】
2004149864.tif 000006