(57)【要約】【課題】一般に土木あるいは建築分野における比較的大型の構造物の主要部分には、軟鋼など普通鋼を主体とした鉄鋼材料が用いられている。従って、地震が起きた時などには、この振動が構造物に直接伝わり、時には破壊に至り大きな被害を被る場合がある。【解決手段】本発明は、このような構造物の被害、損傷を軽減する、いわゆる構造物の耐震性を著しく向上させるために、主要構造物内に局所的に設けられた耐震用の構造物（これをデバイスと呼ぶことにする）、すなわち地震などによって生じるエネルギーを吸収しうるデバイスを組み入れることとし、これに用いられる材料に関するものである。このデバイス用に本発明のニッケル−クロム鋼の粗大な結晶粒を有する鋳造材を使用することによって、構造物に対する地震などのエネルギーをより多く吸収させて、構造物全体の被害を最小限に食いとどめようとするものである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶構造が主に面心立方格子で、Ｎｉを１２．５％及びこれ以上、１７．５％及びこれ以下、Ｃｒを９．５％及びこれ以上、２１．０％及びこれ以下で、かつ（Ｎｉ＋Ｃｒ）％が２７％及びこれ以上、３３．５％及びこれ以下を主成分として含み、かつ不可避不純物からなる耐震性能を有するニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）鋼の鋳造材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木、建築などの構造物内の一部に、局所的に設けられる小構造物（これをデバイスと呼ぶことにする）、すなわち地震によって生じるエネルギーをこの部分の変形によって吸収しうるデバイスに用いられる材料に関するものである。
【０００２】
一般に、土木あるいは建築分野における比較的大型の構造物の主要部分には、通常普通鋼を主体として、圧延などの加工によって作られた鉄鋼材料が用いられている。したがって、地震が起こった場合などには、この振動が構造物に直接伝わり、時には破壊、崩壊に至る大きな被害を被る場合がある。
【０００３】
本発明は、このような構造物の損傷、被害を少しでも軽減する、いわゆる構造物の耐震性を著しく向上させるために、これらの主要構造物の中の一部にデバイスを組み入れることとし、このデバイスの効果を高めるために、これに用いられる特殊な金属材料を提供しようとするものである。このことによって構造物に対する地震のエネルギーをデバイスの過度の変形によってより多く吸収させて、構造物全体の被害を最小限に食いとどめようとするものである。また変形したデバイス部分のみを取り替えることにより、地震後の構造物の復旧作業を迅速に行うことが出来る。
【０００４】
【従来の技術】
現在、土木、建築構造物の主要部分には鉄鋼材料が使用され、しかも大型化、高層化が進んでいる。これに伴って材料に要求される特性も高強度化し、これに応えるために今までに多くの高張力鋼が開発されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような土木、建築などの構造物は、地震の衝撃などによって、構造物自身が損傷あるいは破壊に至る大きな被害を被ることも多く、このような状況の中で、従来行われてきた材料の開発の動向は、使用される材料あるいはこれらの材料を接合して作られる部材の結晶粒径を細かくするなどして強度を向上させてより強固な構造物にすることであった。
【０００６】
しかし、このような材料の高強度化は、材料自身の脆化感受性も大きくなり、かつ地震などの自然の力、とりわけ巨大な地震力のような場合にはその力に耐えきれず、局部的に大きな力がかかり、かつ応力集中を招いて破壊する場合もあって、このような衝撃的な荷重に対しては、構造物全体の材料の高強度化のみが必ずしも得策ではないこともあった。
一方、上記構造物の耐震性能向上に応える方法として、デバイスを設け、極低炭素鋼のような低降伏点鋼を適用することも行われているが、これでは降伏点が低いと同時に引張強度も低いために、ある程度の効果はあるものの十分とは言い難い。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のポイントは、引張強度が主に４００ＭＰａ級の鋼材で作られている土木、建築などの一般構造物の中に局所的にデバイスを組み入れて、地震などの衝撃エネルギーを局所的変形によって吸収させる、あるいは地震のように、繰り返してかかる応力を局所的変形によって吸収させて、構造物全体を破壊に至らせないようにすることを目的とし、このデバイス用に適切な材料を見いだしたことである。すなわち、本発明者は、従来の土木、建築などの構造物に関して、構造物の耐震性能を向上すべく種々検討した結果、構造物内のデバイス用材料に結晶構造が面心立方格子（略してＦＣＣと記す）あるいはＦＣＣを主体とした金属材料で、かつ粗大な結晶粒を有する鋳造材を用いることによって、４００ＭＰａ級もしくはこれ以上の鋼材で作られている土木、建築などの一般構造物の耐震性を著しく向上させることが出来ることを見出して、本発明を完成させた。本発明材料は、通常の構造物鋼材よりも耐食性にも優れている。
【０００８】
このＦＣＣもしくはＦＣＣ  を主体とし、かつ粗大な結晶粒を有する鋳造材の降伏点は軟鋼よりも低く、極低炭素鋼（極軟鋼）のそれ並、もしくはそれよりも低く、降伏現象の出現及び降伏伸びも現れない。そして低い強度点から塑性変形が始まって歪み硬化が起こり、引張強度は極軟鋼以上、軟鋼並もしくはそれ以下である。すなわち、本発明のデバイス材は、低応力からの塑性変形を容易にし、地震の初期段階から、わずかの地震エネルギーでも塑性変形してエネルギーを吸収し、かつ繰り返されてかかる応力をも吸収しうるようにしたものである。そして、繰り返し応力が加わった後での強さは、一般材の軟鋼並もしくはそれ以上となるものである。
【０００９】
本発明でのこの局所的に組み込まれるデバイスに用いられる材料のことを、本発明では耐震性能を有する鋳造材と呼ぶことにする。
【００１０】
本発明での耐震性能を有する鋳造材は、ＦＣＣもしくはＦＣＣを主体とし、かつ粗大な結晶粒を有する鋳造材である。金属材料内部に含まれる成分は、主要構造材料よりも降伏強度、本発明鋼の場合には降伏点が現れないので０．２％耐力（σ０．２）になるが、このσ０．２が低く、かつ最高強度である引張強度（σＢ）は、極軟鋼以上、軟鋼以下であるような成分系である。すなわち本発明では、ＦＣＣもしくはＦＣＣを主体とし、かつ粗大な結晶粒を有する鋳造材が適正であることを見出した。そしてそれは、Ｎｉを１２．５％及びこれ以上、１７．５％及びこれ以下、Ｃｒを９．５％及びこれ以上、２１．０％及びこれ以下で、かつ（Ｎｉ＋Ｃｒ）％が２７％及びこれ以上、３３．５％及びこれ以下を主成分として含み、かつ不可避不純物からなる鋳造材のことである。なお、この鋳造材の結晶粒径は、例えば３〜５ｍｍのものである。
【００１１】
また、本発明材料は断面が形状、板状、管状などで形状は特に限定しない。これら鋳造材は土木、建築用の種々の形状を有する構造物、もしくは部品に使われ、またコンクリート内での鉄筋材としても適用される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、土木、建築などの構造物内に、地震などによる衝撃エネルギーを吸収して構造物全体を破壊に至らせないようにするために、構造物内で変形を集中させる局所的デバイスに使われる材料のことで、結晶構造がＦＣＣもしくはＦＣＣを主体とし、かつ粗大な結晶粒を有する鋳造材に関するものである。
【００１３】
土木、建築用デバイスとして使用される種々の形状を有する構造物用材料、またコンクリート内での鉄筋材としても適用される。
【００１４】
【実施例−１】
通常の軟鋼、極軟鋼及び本発明の耐震性能を有するＦＣＣの結晶構造を有するＮｉ−Ｃｒ鋼鋳造材の引張特性を表１に示す。これによると、本発明のＮｉ−Ｃｒ鋼鋳造材のσ０．２はいずれも１００ＭＰａ以下で、従来使われている極低炭素の極軟鋼並、もしくはそれ以下であるが、σＢは極軟鋼よりも高く、しかし一般鋼材のＳＳ４００のような軟鋼よりも低い。伸びは軟鋼よりも高く、極軟鋼並み、もしくはそれ以上を示し、高延性である。すなわち、本発明の耐震性能を有する材料は、σ０．２は従来の極軟鋼並、もしくはそれより低い。そしてσＢは極軟鋼以上だが、軟鋼のそれ以下である。
【００１５】
【実施例−２】
通常の軟鋼、極軟鋼及び本発明の耐震性能を有するＦＣＣの結晶構造を有するＮｉ−Ｃｒ鋼鋳造材の繰り返しせん断試験の結果を表２に示す。本発明のＮｉ−Ｃｒ鋼鋳造材は、最大せん断歪みはほぼ極軟鋼並みを有し、しかも最大せん断強度は従来使われている極軟鋼、あるいは軟鋼よりも高い。この試験で得られた値は、耐震性能を有する材料としては十分満足するものである。
なお、繰り返しせん断試験とは、材料にせん断力を繰り返し加えて、繰り返しせん断特性を調べる試験のことである。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００１７】
まず本発明のように、土木、建築などの構造物内に、結晶構造がＦＣＣあるいはＦＣＣを主体とする金属材料の鋳造材によって作られたデバイスを組み入れることによって、地震などによる衝撃エネルギーを局所的変形によって吸収させることにより、構造物全体を破壊に至らせないようにすることが出来る。本発明は、構造物の材料が形材、板材の場合あるいは鉄筋材のような形の材料の場合のいずれかにおいても適用でき、効果を発揮することが出来る。
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