(57)【要約】【課題】常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる耐火建築構造用高強度鋼およびその厚鋼板の製造方法を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．０２％〜０．８％、Ｍｎ：０．５％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｍｏ：０．３％超〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０％、Ｂ：０．０００５〜０．０１０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、Ａｃ１変態温度が８００℃〜９００℃であって、粒子径０．００５〜０．２μｍのＭｏ−Ｎｂ、Ｍｏ−Ｔｉ、Ｍｏ−Ｎｂ−Ｔｉいずれかの複合析出物の１種あるいは２種以上が、平均粒子間隔２０μｍ以下で鋼中に分散していることを特徴とする耐火建築構造用高強度鋼、およびその厚鋼板の製造方法。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ　：０．０２〜０．１０％、
Ｓｉ：０．０２％〜０．８％、
Ｍｎ：０．５％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．１％、
Ｍｏ：０．３％超〜１．０％、
Ｎｂ：０．０１〜０．２０％、
Ｔｉ：０．０１〜０．１０％、
Ｂ　：０．０００５〜０．０１０％
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、Ａｃ１変態温度が８００〜９００℃であって、粒子径０．００５〜０．２μｍのＭｏ−Ｎｂ、Ｍｏ−Ｔｉ、Ｍｏ−Ｎｂ−Ｔｉのいずれかの複合析出物の１種あるいは２種以上が、平均粒子間隔２０μｍ以下で鋼中に分散していることを特徴とする、常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる耐火建築構造用高強度鋼。
【請求項２】
質量％で、
Ｃ　：０．０２〜０．１０％、
Ｓｉ：０．０２％〜０．８％、
Ｍｎ：０．５％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．１％、
Ｍｏ：０．１〜１．０％、
Ｎｂ：０．０１〜０．２０％、
Ｔｉ：０．０１〜０．１０％、
Ｖ　：０．０１〜０．２０％、
Ｂ　：０．０００５〜０．０１０％
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、Ａｃ１変態温度が８００〜９００℃であって、粒子径０．００５〜０．２μｍのＭｏ−Ｎｂ、Ｍｏ−Ｔｉ、Ｍｏ−Ｖ、Ｍｏ−Ｎｂ−Ｔｉ、Ｍｏ−Ｎｂ−Ｖ、Ｍｏ−Ｔｉ−Ｖ、Ｍｏ−Ｎｂ−Ｔｉ−Ｖのいずれかの複合析出物の１種あるいは２種以上が、平均粒子間隔２０μｍ以下で鋼中に分散していることを特徴とする、常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる耐火建築構造用高強度鋼。
【請求項３】
さらに、質量％で、
Ｃｕ：０．１〜２．０％、
Ｎｉ：０．１〜０．５％、
Ｃｒ：０．１〜１．０％
のうちの１種または２種以上を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる高強度耐火建築構造用鋼。
【請求項４】
さらに、質量％で、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、
Ｃａ：０．０００１〜０．０１％
のうちの１種または２種を含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる高強度耐火建築構造用鋼。
【請求項５】
前記鋼が、８００℃で固溶するＭｏ、Ｎｂ、Ｔｉを、合計でモル濃度１×１０−３以上含有することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる高強度耐火建築構造用鋼。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の成分組成を有する鋼片または鋳片を、１２００℃以上に加熱し、９３０℃以下８３０℃以上の温度域で仕上げ板厚に対して４０％以上の累積圧下率を確保する熱間圧延を行い、圧延終了後、８００℃以上の温度からの鋼板表面の平均冷却速度が２℃／ｓ以上の冷却を行い、冷却停止温度を４５０℃以下とした後に鋼板を５７５℃以下２５０℃以上の温度範囲で２０分以上の焼戻し熱処理を行うことを特徴とする、常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる耐火建築構造用高強度鋼板の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の成分組成を有する鋼片または鋳片を、１２００℃以上に加熱し、９３０℃以下８３０℃以上の温度域で仕上げ板厚に対して４０％以上の累積圧下率を確保する熱間圧延を行い、圧延終了後、８００℃以上の温度からの鋼板表面の平均冷却速度が２℃／ｓ以上の冷却を行い、冷却停止温度をＡｒ１点以下４５０℃以上とすることを特徴とする、常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる耐火建築構造用高強度鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃までの高温強度が高く、特に、高温耐火建築構造用高強度鋼として優れた性能を発揮する鋼およびその厚鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、建築物には火災時の安全性を確保するために、火災時における鋼材表面温度が３５０℃以下で使用するように耐火基準が定められており、ロックウールなどの耐火被覆が必要となる。しかし、耐火被覆施工費用は高額であり、工程も余分にかかること、さらには景観上からも、耐火被覆を完全に省略したいという要求は非常に高まっている。
【０００３】
一方、昭和５７年度から６１年度にかけて、建設省総合技術開発プロジェクト「建築物の防火設計法の開発」の中で設けられた「耐火設計法の開発」という課題のもとで、性能型の新しい耐火設計法を具体化するための研究が行われた。
【０００４】
その成果を受けて（建築基準法第３８条に基づく認定により）、性能型の設計が可能となった結果、鋼材の高温強度と建物に実際に加わっている荷重とによって、どの程度の耐火被覆が必要かを決定できるようになり、場合によっては、無耐火被覆で鋼材を使用することも可能となった。
【０００５】
こうした状況から、近年、短時間の高温強度を高めたいわゆる耐火鋼が多く開発された。特許文献１をはじめとして、６００℃での高温降伏強度が常温時の２／３以上となる鋼材（以下、６００℃耐火鋼という。）の技術は多数開示されている。
【０００６】
また、特許文献２や特許文献３などでは、７００℃での高温降伏強度が常温時の２／３となる鋼材（以下、７００℃耐火鋼という。）の技術も開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−７７５２３号公報
【特許文献２】
特開平９−２０９０７７号公報
【特許文献３】
特開平１０−６８０１５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術による６００℃耐火鋼では、無耐火被覆構造が可能となるのは、比較的可燃物量が少ない立体駐車場や外部鉄骨に限られる。また、上記従来技術による７００℃耐火鋼でも、無耐火被覆が可能となる構造物はそれほど多くはならない。
【０００９】
これに対して耐火性能が８００℃以上であれば、無耐火被覆構造が可能となる範囲の大幅な拡大が可能である。
【００１０】
一方、現行の耐震設計法では、骨組みの変形による地震エネルギー吸収を前提としていることから、設計で想定した骨組みの崩壊形の確保や、部材の組成変形能力の確保、部材性能を十分発揮させるための接合部降伏強度や靭性の確保が必要となり、これに用いる建築構造用の鋼材には、降伏強度のばらつきの制限（つまり降伏強度の上下限の規定）や、降伏比上限の制約がある。
【００１１】
高温強度を確保するためには、例えば、耐熱鋼で利用されるＣｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｖなどの合金元素を添加する方法が一般的である。
【００１２】
しかし、８００℃というような高温においては、変態によって鋼材の組織が変化することや、炭化物などの析出物が粗大化あるいは消失して析出強化の効果が少なくなるため、耐火性能を確保するためには合金元素量が多量になり、溶接継手靭性などの溶接性を低下させ、また、常温強度が高くなるため上記建築構造用鋼で規定されている降伏強度上限を上回るなどの問題が生じる。
【００１３】
こうしたことから、従来、８００℃まで無耐火被覆での設計が可能な耐火性能を有する建築構造用鋼はなかった。
【００１４】
そこで、本発明は、前述のような事情を鑑みなされたもので、特に、常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃までの高温強度が高く、高温耐火建築構造用高強度鋼として優れた性能を発揮する鋼とその厚鋼板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述のように、耐震性を確保するための常温降伏強度の上限規定が、８００℃での耐火鋼性能を付与するにあたってのひとつの制約である。そこで、本発明においては、耐震性に関するそうした制約を緩和できる鉄骨構造を採用することを前提とする。
【００１６】
そのような鉄骨構造とは、主架構部材である柱や梁とは別に、損傷集中部材を有する構造であり、地震時の外部エネルギーをそこに集中させて吸収し、柱や梁の変形を弾性範囲内にとどめて柱や梁の損傷を防ぐものである。
【００１７】
こうした構造においては、現行耐震設計法で鋼材に対して要求される常温降伏強度の上限や降伏比の上限の制限が必要でなくなる。むしろ、高い常温降伏応力を有する鋼材を用いることで、建築物の強度設計の幅が大きく広がることになる。
【００１８】
一方、耐火設計では火災継続時間内で高い強度を維持すればよく、従来の耐熱鋼のように長時間の強度を考慮する必要はなく、比較的短時間の高温降伏強度が維持できればよい。例えば、８００℃での保持時間が３０分程度の短時間高温降伏強度が確保できれば８００℃耐火鋼として十分利用できる。
【００１９】
従来耐火鋼では、高温降伏強度が常温時の２／３となるように性能を定めていたが、鉄骨構造物の実設計範囲が常温降伏強度下限の０．２〜０．４倍であることを勘案し、常温降伏強度下限比０．３以上であれば使用できるとの考えに基づき、本発明では、８００℃高温強度のめやすとしては、常温降伏強度下限比０．３以上とした。
【００２０】
すなわち、本発明では、常温降伏強度下限が４５５Ｎ／ｍｍ２であるので、８００℃降伏強さの目標値下限をその０．３倍の１３７Ｎ／ｍｍ２として、このような降伏強度を確保する方法について種々検討した。
【００２１】
通常、７００℃未満程度の温度域での強化に利用されるＣｒ炭化物やＭｏ炭化物などは、８００℃といった高温では再固溶してしまうため、大きな強化効果を維持できない。
【００２２】
そこで、本発明者らは、高温における安定性のより高い単独あるいは複合の析出物を種々検討した。その結果、Ｍｏと、Ｎｂ、Ｔｉとの複合析出物、あるいは、Ｍｏと、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖとの複合析出物は、高温における安定性が高く、８００℃においても高い強化効果を有することを見出した。
【００２３】
こうした複合析出物も、８００℃保持中には成長粗大化して、やがて強化効果は小さくなるが、非常に微細かつ高密度に分散して存在する場合、具体的には、粒子径０．００５〜０．２μｍのＭｏと、Ｎｂ、Ｔｉとの複合析出物あるいはＭｏと、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖとの複合析出物が平均粒子間隔２０μｍ以下で鋼中に分散していれば、３０分程度の保持時間内においては、上記の８００℃降伏強さ目標値を十分得ることができる。
【００２４】
なお、析出物の存在状態については電子顕微鏡により５万倍で１０視野を観察し、析出物の同定、粒子径の測定、および平均粒子間隔の測定を行うものとする。
【００２５】
しかし、析出物自体は安定であっても、温度上昇によって素地が変態すれば析出物と素地との整合性が失われて非整合になるために、析出物による強化作用が急激に低下する。すなわち、高温でも安定な複合析出物による強化効果を利用するには、設計温度である８００℃においても素地組織を変態させないことが材料にとって必須となる。
【００２６】
具体的には、オーステナイトフォーマーであるＭｎの添加量を低くするなどの合金元素の調整によって、鋼のＡｃ１変態温度（フェライトからオーステナイトに逆変態する温度）を８００℃以上とすることが必要である。
【００２７】
一方、Ａｃ１変態温度が９００℃を超えると必然的にＡｒ３温度（オーステナイトからフェライトに変態する温度）が高くなるので、圧延中に変態が進行するために析出サイトとして有効な圧延組織が得られないことから、かえって、高温強度は得にくくなる。従って、Ａｃ１変態温度は８００℃以上、９００℃以下であることが必要条件である。
【００２８】
また、鋼材の素地組織をフェライトあるいはフェライト・パーライトの単組織とするよりも、ベイナイト単組織またはベイナイトとフェライトの混合組織とする方が高温強度が安定する。
【００２９】
そのためには、圧延終了後にある程度以上の冷却速度を確保する製造方法とするとともに、鋼板の焼入性を高める成分組成とすることが必要であり、例えば、鋼板の焼入性を高めるＢ添加が有効である。
【００３０】
しかし、一方で、焼入性を高めるためにＣ、Ｍｎなどを多く添加すると、靭性が低下したり、変態温度を低下させる場合がある。
【００３１】
そこで、本発明では、Ｃ添加量は低くしつつ鋼板の焼入性を高める手段として、Ｂを有効活用することとした。
【００３２】
さらに、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉは、析出せずに鋼中で固溶のままの状態にある場合でも、複合析出物による析出強化ほどではないが、高温強度を向上させる効果がある。具体的には、８００℃において鋼中に固溶するＭｏ、Ｎｂ、Ｔｉの合計量が、モル濃度で１×１０−３以上あればその効果が明確に現れる。
【００３３】
また、本発明は、析出物の活用によって高温強化を高めようとするものであるので、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏなど従来高温用鋼に多く添加されていた合金元素の添加量はむしろ低く抑えることができ、溶接性を低下させない合金設計が可能である。
【００３４】
以上のような知見に基づく本発明の要旨は、以下の通りである。
【００３５】
（１）　質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．０２％〜０．８％、Ｍｎ：０．５％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｍｏ：０．３％超〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０％、Ｂ：０．０００５〜０．０１０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、Ａｃ１変態温度が８００〜９００℃であって、粒子径０．００５〜０．２μｍのＭｏ−Ｎｂ、Ｍｏ−Ｔｉ、Ｍｏ−Ｎｂ−Ｔｉのいずれかの複合析出物の１種あるいは２種以上が、平均粒子間隔２０μｍ以下で鋼中に分散していることを特徴とする、常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる耐火建築構造用高強度鋼。
【００３６】
（２）　質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．０２％〜０．８％、Ｍｎ：０．５％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｍｏ：０．１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０％、Ｖ：０．０１〜０．２０％、Ｂ：０．０００５〜０．０１０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、Ａｃ１変態温度が８００〜９００℃であって、粒子径０．００５〜０．２μｍのＭｏ−Ｎｂ、Ｍｏ−Ｔｉ、Ｍｏ−Ｖ、Ｍｏ−Ｎｂ−Ｔｉ、Ｍｏ−Ｎｂ−Ｖ、Ｍｏ−Ｔｉ−Ｖ、Ｍｏ−Ｎｂ−Ｔｉ−Ｖのいずれかの複合析出物の１種あるいは２種以上が、平均粒子間隔２０μｍ以下で鋼中に分散していることを特徴とする、常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる耐火建築構造用高強度鋼。
【００３７】
（３）　さらに、質量％で、Ｃｕ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：０．１〜０．５％、Ｃｒ：０．１〜１．０％のうちの１種または２種以上を含むことを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる高強度耐火建築構造用鋼。
【００３８】
（４）　さらに、質量％で、Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％のうちの１種または２種を含むことを特徴とする、上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる高強度耐火建築構造用鋼。
【００３９】
（５）　前記鋼が、８００℃で固溶するＭｏ、Ｎｂ、Ｔｉを、合計でモル濃度１×１０−３以上含有することを特徴とする、上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる高強度耐火建築構造用鋼。
【００４０】
（６）　上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の成分組成を有する鋼片または鋳片を、１２００℃以上に加熱し、９３０℃以下８３０℃以上の温度域で仕上げ板厚に対して４０％以上の累積圧下率を確保する熱間圧延を行い、圧延終了後、８００℃以上の温度からの鋼板表面の平均冷却速度が２℃／ｓ以上の冷却を行い、冷却停止温度を４５０℃以下とした後に鋼板を５７５℃以下２５０℃以上の温度範囲で２０分以上の焼戻し熱処理を行うことを特徴とする、常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる耐火建築構造用高強度鋼板の製造方法。
【００４１】
（７）　上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の成分組成を有する鋼片または鋳片を、１２００℃以上に加熱し、９３０℃以下８３０℃以上の温度域で仕上げ板厚に対して４０％以上の累積圧下率を確保する熱間圧延を行い、圧延終了後、８００℃以上の温度からの鋼板表面の平均冷却速度が２℃／ｓ以上の冷却を行い、冷却停止温度をＡｒ１点以下４５０℃以上とすることを特徴とする、常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で８００℃高温特性に優れる耐火建築構造用高強度鋼板の製造方法。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明における各成分の限定理由を説明する。
【００４３】
Ｃは、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖとの複合析出物（炭化物）を形成するために必須であり、少なくとも０．０２％が必要である。しかし、０．１０％を超えて添加をすると、Ａｃ１変態温度が低下して８００℃において素地組織が変態するので、８００℃高温強度が得にくく、靭性も低下するため、０．０２％以上、０．１０％以下に限定する。
【００４４】
Ｓｉは、製鋼上脱酸元素として必要な元素であり、鋼中に０．０２％以上の添加が必要であるが、０．８％を越えると溶接熱影響部の靭性を低下させるので、０．８％を上限とする。
【００４５】
Ｍｎは、常温強度に対する強化元素であるが、高温強度にはあまり効果がない。さらに、Ａｃ１変態温度を８００℃以上とするためには、その添加を抑制する必要があり、上限を０．５％とする。
【００４６】
Ａｌは、通常脱酸元素として添加される範囲の０．００１〜０．１％とする。
【００４７】
Ｍｏは、高温強度を高める複合析出物を構成する基本元素であり、本発明鋼においては必須元素である。Ｍｏと、Ｎｂ、Ｔｉとの複合析出物、あるいは、Ｍｏと、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖとの複合析出物を高密度に得るためには、０．３％超の添加が必要であるが、１．０％を超えて添加すると溶接熱影響部の靭性を低下させるので、Ｍｏ添加量は０．３％超、１．０％以下とする。
【００４８】
Ｎｂは、高温強度を高める複合析出物の構成元素として、本発明鋼においては必須元素である。８００℃高温強度を高めるには０．０１％以上の添加が必要である。しかし、０．２０％を超えて添加すると母材靭性を低下させる場合があるため、添加量は０．０１％以上、０．２０％以下とする。
【００４９】
Ｔｉも、高温強度を高める複合析出物の構成元素として、本発明鋼においては必須元素である。８００℃高温強度を高めるには０．０１％以上の添加が必要である。しかし、０．１０％を超えて添加すると溶接熱影響部の靭性を低下させて溶接性を低下させる場合があるため、添加量は０．０１％以上、０．１０％以下とする。
【００５０】
Ｖは、高温強度を高める複合析出物の構成元素として有効である。８００℃高温強度を高めるには、０．０１％以上の添加が有効である。しかし、０．２０％を超えて添加すると母材靭性を低下させる場合があるため、その添加量は、０．０１％以上、０．２０％以下とする。
【００５１】
Ｂは、焼入性を高め、ベイナイト単組織またはベイナイトとフェライトの混合組織を得るために添加する。この目的のためには０．０００５％以上の添加を必要とするが、０．０１０％を超えて添加してもその効果は変わらないので、その添加量は、０．０００５％以上、０．０１０％以下とする。
【００５２】
Ｃｕは、析出強化元素として添加する場合には０．１％以上の添加を必要とするが、２．０％を超えて添加してもその効果は変わらないので、その添加量は、０．１％以上、２．０％以下とする。
【００５３】
Ｎｉは、母材靭性を高めるために添加する場合は０．１％以上を必要とするが、Ａｃ１変態温度を低下させるため、０．５％を超えて添加すると高温強度が低下する。したがって、Ｎｉの添加量は０．１％以上、０．５％以下の範囲とする。
【００５４】
Ｃｒは、焼入強化元素として添加する場合には０．１％以上を要するが、１．０％を超えて添加するとＡｃ１変態温度を低下させて高温強度を低下させることから、その添加量は、０．１％以上、１．０％以下とする。
【００５５】
ＭｇおよびＣａの１種または２種を添加することにより、硫化物や酸化物を形成して母材靭性および溶接熱影響部靭性を高めることができる。この効果を得るためには、ＭｇあるいはＣａは、それぞれ、０．０００１％以上の添加が必要である。
【００５６】
しかし、０．０１％を超えて過剰に添加すると粗大な硫化物や酸化物が生成するため、かえって靭性を低下させることがある。したがって、その添加量を０．０００１〜０．０１％とする。
【００５７】
上記の成分の他に不可避不純物として、Ｐ、Ｓ、Ｏは、母材靭性を低下させる有害な元素であるので、その量は少ないほうが良い。望ましくは、Ｐは０．０２％以下、Ｓは０．０２％以下、Ｏは０．００５％以下とする。
【００５８】
次に、本発明の厚鋼板の製造方法について説明する。
【００５９】
本発明では、Ｎｂ、Ｔｉなど本発明で利用する析出物生成元素を十分に固溶させるために、鋼片または鋳片を１２００℃以上の温度で溶体化処理するか、圧延時の加熱温度を１２００℃以上とする。これらの処理温度が１２００℃未満では、本発明が必要とする析出物の効果が十分に得られない。
【００６０】
さらに、９３０℃以下８３０℃以上の温度域で、仕上げ板厚に対して４０％以上の累積圧下率を確保する熱間圧延を行う。
【００６１】
９３０℃超の温度域での熱間圧延では、また、４０％未満の累積圧下率の熱間圧延では、十分な圧延歪が得らないため微細な金属組織を得ることができず、ひいては本発明が目的とする鋼材の常温特性を得ることができない。
【００６２】
また、８３０℃未満の温度域で圧延を行うと、圧延中に加工誘起析出によって結晶粒界に析出物が析出するため、微細で素地と整合な複合析出物を得にくくなり、ひいては、本発明が目的とする鋼材の高温特性を得ることができない。
【００６３】
また、圧延終了後、８００℃以上の温度からの鋼板表面の平均冷却速度が２℃／ｓ以上の冷却を行う。
【００６４】
これは、オーステナイト域での圧延後、変態開始までの間に析出した析出物は変態を経ることで素地との整合性を失って強化効果を大幅に減じることから、できるだけ変態開始までの時間を短くしてＮｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏを変態までできるだけ析出させないで固溶状態のままにしておくためであり、また、素地をベイナイト単組織またはベイナイトとフェライトの混合組織とするためである。
【００６５】
この冷却の停止温度は、Ａｒ１点以下４５０℃以上とするか、あるいは、この冷却の停止温度を４５０℃以下とした後に鋼板を５７５℃以下２５０℃以上の温度範囲で２０分以上の焼戻し熱処理を行う。これは、冷却停止温度をＡｒ１点以下４５０℃以上とした場合には徐冷中に、冷却停止温度を４５０℃以下とした場合にはその後の焼戻し熱処理中に、微細で素地と整合なＭｏと、Ｎｂ、Ｔｉとの複合析出物あるいはＭｏと、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖとの複合析出物を高密度に得るためである。
【００６６】
固溶状態にあるＭｏ、Ｎｂ、Ｔｉが高温強度を顕著に向上させるためには、それらの８００℃における合計量がモル濃度で１×１０−３以上は必要である。
【００６７】
また、本発明の鋼は、厚鋼板の他、鋼管、薄鋼板、形鋼などの鋼材としても、十分に本発明の効果を享受可能である。
【００６８】
【実施例】
表１に示す成分組成の鋼を溶製して得られた鋼片を、表２および表３に示す製造条件にて６〜５０ｍｍ厚さの鋼板とした。これらのうち、１−Ａ〜１４−Ｎは本発明例であり、１５−Ｏ〜３４Ａは比較例である。
【００６９】
表２および表３中の複合析出物の平均粒子間隔は、それぞれ５万倍の電子顕微鏡写真１０枚から、粒子径が０．００５〜０．２μｍのもののＭｏ−Ｎｂ、Ｍｏ−Ｔｉ、Ｍｏ−Ｖ、Ｍｏ−Ｎｂ−Ｔｉ、Ｍｏ−Ｎｂ−Ｖ、Ｍｏ−Ｔｉ−Ｖ、Ｍｏ−Ｎｂ−Ｔｉ−Ｖのすべての複合析出物を測定し、それぞれの平均粒子間隔を測定したものである。
【００７０】
また、固溶Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉの合計モル濃度は、８００℃において鋼中に固溶するＭｏ、Ｎｂ、Ｔｉのモル濃度合計量の熱力学計算値を示した。
【００７１】
これらの鋼板についての各種特性を表２および表３に示す。
【００７２】
それぞれの表中で下線で示すものは、本発明の範囲を逸脱しているもの、または各特性の目標値に達していないものである。
【００７３】
常温降伏強さの下限値は４５５Ｎ／ｍｍ２超、８００℃降伏強さの目標値は１３７Ｎ／ｍｍ２である。
【００７４】
靱性は−２０℃におけるシャルピー衝撃試験により評価し、その目標値は吸収エネルギー値ｖＥ−２０≧２７Ｊとした。
【００７５】
また、入熱が５ｋＪ／ｍｍの溶接を付与し、熱影響部の最粗粒域からシャルピー衝撃試験片を採取して評価し、その目標値はやはり−２０℃の吸収エネルギー値ｖＥ−２０≧２７Ｊとした。
【００７６】
本発明例１−Ａ〜１４−Ｎは、いずれも、Ａｃ１変態温度が８００℃〜９００℃の範囲にあり、複合析出物の平均粒子間隔は２０μｍ以下、常温降伏強さは４５５Ｎ／ｍｍ２超、８００℃降伏強さは１３７Ｎ／ｍｍ２を超えており、７００℃降伏強さも高い。
【００７７】
また、母材および溶接熱影響部の−２０℃吸収エネルギー（ｖＥ−２０）は２７Ｊ以上である。
【００７８】
さらに、これらの本発明例のなかで、２−Ｂ、３−Ｃ、６−Ｆ、７−Ｇ、８−Ｈ、１０−Ｊ、１４−Ｎについては、８００℃において鋼中に固溶するＭｏ、Ｎｂ、Ｔｉの合計量がモル濃度で１×１０−３以上であり、８００℃降伏強さは１５０Ｎ／ｍｍ２以上である。
【００７９】
これに対し、比較例１５−Ｏは、Ｃが低いため複合析出物平均粒子間隔が大きく、８００℃降伏強さが低く、かつ常温降伏強度も低い。比較例１６−Ｐは、Ｃが高いためＡｃ１変態温度が低く、８００℃降伏強さが低く、かつ、母材および溶接熱影響部靭性も低い。比較例１７−Ｑは、Ｓｉが高いため溶接熱影響部靭性が低い。
【００８０】
比較例１８−ＲはＭｎが高いため、比較例２７−ＡＡはＮｉが高いため、比較例２８−ＡＢはＣｒが高いため、それぞれ、Ａｃ１変態温度が低く、８００℃降伏強さも低い。比較例１９−ＳはＭｏが低いため、比較例２５−ＹはＢが低いため、それぞれ複合析出物平均粒子間隔が大きく、８００℃降伏強度が低い。
【００８１】
比較例２１−ＵはＮｂが低いため、比較例２３−ＷはＴｉが低いため、それぞれ、複合析出物の平均粒子間隔が大きく、８００℃降伏強度が低く、かつ、常温降伏強度も低い。
【００８２】
比較例２０−ＴはＭｏが高いため、比較例２４−ＸはＴｉが高いため、溶接熱影響部靭性が低い。
【００８３】
比較例２２−ＶはＮｂが高いため、比較例２６−ＺはＶが高いため、比較例２９−ＡＣはＭｇが高いため、比較例３０−ＡＤはＣａが高いため、それぞれ母材および溶接熱影響部靭性が低い。
【００８４】
また、比較例３１−Ａは、圧延時の加熱温度が低いため複合析出物平均粒子間隔が大きく、８００℃降伏強度が低く、かつ常温降伏強度も低い。
【００８５】
比較例３２−Ｂは、９３０℃以下８３０℃以上の温度域での累積圧下率が低いため、比較例３３−Ｂは冷却速度が小さいため、比較例３４−Ａは焼き戻し温度が高いため、それぞれ複合析出物平均粒子間隔が大きく、８００℃降伏強度が低い。
【００８６】
【表１】
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【００８７】
【表２】
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【００８８】
【表３】
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【００８９】
【表４】
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【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば、常温降伏応力が４５５Ｎ／ｍｍ２超で、８００℃までの高温強度が高く、特に、高温耐火建築構造用高強度鋼として優れた性能を発揮する鋼およびその厚鋼板の製造方法が提供でき、その工業界への効果は極めて大きい。