(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０７５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．２％、
Ｍｎ：０．１〜０．３％、
Ｐ：０．００８％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．０４％以下、
Ｍｏ：１．２〜１．６％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０４％、
Ｖ：０．１〜０．１５％、
Ｎ：０．００６％以下
を含有し、且つ、下記式で規定するＣｅｑ*の値が０．２〜０．４で、残部が鉄及び不可避的不純物からなることを特徴とする耐火性の優れた鋼。
Ｃｅｑ*＝Ｃ＋１／８．６Ｓｉ＋１／６．１Ｍｎ＋１／８Ｍｏ＋１／１．６Ｎｂ＋１／１．８Ｖ＋１／２．９Ｔｉ＋１／２．４Ａｌ−３１．４Ｎ
【請求項２】
質量％で、
Ｃ：０．０７５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．２％、
Ｍｎ：０．１〜０．３％、
Ｐ：０．００８％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．０４％以下、
Ｍｏ：１．２〜１．６％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０４％、
Ｖ：０．１〜０．１５％、
Ｎ：０．００６％以下
を含有し、更に、
Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％
の一種又は二種を含有し、且つ、下記式で規定するＣｅｑ*の値が０．２〜０．４で、残部が鉄及び不可避的不純物からなることを特徴とする耐火性の優れた鋼。
Ｃｅｑ*＝Ｃ＋１／８．６Ｓｉ＋１／６．１Ｍｎ＋１／８Ｍｏ＋１／１．６Ｎｂ＋１／１．８Ｖ＋１／２．９Ｔｉ＋１／２．４Ａｌ−３１．４Ｎ
【請求項３】
質量％で、
Ｃ：０．０７５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．２％、
Ｍｎ：０．１〜０．３％、
Ｐ：０．００８％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．０４％以下、
Ｍｏ：１．２〜１．６％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０４％、
Ｖ：０．１〜０．１５％、
Ｎ：０．００６％以下
を含有し、且つ、下記式で規定するＣｅｑ*の値が０．２〜０．４で、残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋼を１１００〜１３００℃の温度に再加熱し、熱間加工を８５０〜９５０℃で終了し、その後空冷してミクロ組織をフェライトとパーライトの混合組織とすることを特徴とする耐火性が優れた４９０Ｎ／ｍｍ2級鋼の製造方法。
Ｃｅｑ*＝Ｃ＋１／８．６Ｓｉ＋１／６．１Ｍｎ＋１／８Ｍｏ＋１／１．６Ｎｂ＋１／１．８Ｖ＋１／２．９Ｔｉ＋１／２．４Ａｌ−３１．４Ｎ
【請求項４】
質量％で、
Ｃ：０．０７５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．２％、
Ｍｎ：０．１〜０．３％、
Ｐ：０．００８％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．０４％以下、
Ｍｏ：１．２〜１．６％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０４％、
Ｖ：０．１〜０．１５％、
Ｎ：０．００６％以下
を含有し、更に、
Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％
の一種又は二種を含有し、且つ、下記式で規定するＣｅｑ*の値が０．２〜０．４で、残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋼を１１００〜１３００℃の温度に再加熱、熱間加工を８５０〜９５０℃で終了し、その後空冷してミクロ組織をフェライトとパーライトの混合組織とすることを特徴とする耐火性の優れた４９０Ｎ／ｍｍ2級鋼の製造方法。
Ｃｅｑ*＝Ｃ＋１／８．６Ｓｉ＋１／６．１Ｍｎ＋１／８Ｍｏ＋１／１．６Ｎｂ＋１／１．８Ｖ＋１／２．９Ｔｉ＋１／２．４Ａｌ−３１．４Ｎ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建築、土木分野において、各種建造物に用いる７００℃、８００℃における高温強度が優れた鋼およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築、土木などの分野における各種建築用鋼材として、ＪＩＳ等で規格化された鋼材等が広く利用されている。
【０００３】
ところで、ビルや事務所、住居、立体駐車場などの建築物に鋼材を用いた場合は、火災に対する安全性を確保することが義務付けられている。このため、前記の鋼材を用いた場合は十分な耐火被覆が必要となる。
【０００４】
即ち、前記の鋼材は３５０℃程度で耐力が常温時の２／３程度となり、必要な強度を下回るためである。鋼材を建造物に利用する場合、火災時において鋼材の温度が３５０℃に達しないように耐火被覆を施して使用される。
【０００５】
そのため、鋼材費用に対し、耐火被覆工事が高額になり建設コストが大幅に増加することが避けられない。
【０００６】
最近、上記の課題を解決するため、例えば、特開平２−７７５２３号公報や特開平１０−６８０４４号公報等が発明されている。
【０００７】
しかしながら、特開平２−７７５２３号公報では、相当量のＭｏとＮｂを添加した鋼で、６００℃の耐力が常温耐力の７０％以上を確保するものであるが、７００℃、８００℃の耐力は示されていない。
【０００８】
また、特開平１０−６８０４４号公報では、相当量のＭｏとＮｂを添加した鋼でミクロ組織をベイナイトとすることにより７００℃の耐力が常温耐力の５６％以上を確保するものであるが、８００℃での耐力は示されていない。
【０００９】
ミクロ組織をベイナイトとするためには、鋼成分と共に、圧延後の冷却速度が大きく影響するため、例えば、同じ鋼成分で異なる板厚（冷却速度が変化）を製造することは難しい。この課題解決は、同じ特性を確保するため複数の鋼成分が必要であること示している。
【００１０】
即ち、この例のように６００℃程度の高温強度を確保した鋼はすでに市場でも使用されており、７００℃で一定の強度を確保するた鋼材の発明がなされているが、７００℃、８００℃での高温強度を確保できる実用鋼の製造は困難であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように建築物に鋼材を使用する場合、通常の鋼では高温強度が低いため無被覆や軽被覆で使用することができず、割高な耐火被覆を施さなければならなかった。
【００１２】
また、新しく開発された鋼でも、耐火温度は６００〜７００℃までの保証が限界であり、７００℃、８００℃に耐える鋼材の開発が望まれていた。更に、常温と７００℃の高温強度を満足できる鋼材も工業生産的には課題を残していた。
【００１３】
本発明の目的は７００℃、８００℃で高温強度が優れた鋼材及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を克服するために、添加合金元素量を最適範囲とすることで目的を達成したもので、その要旨は以下に示す通りである。
【００１５】
（１）  質量％で、
Ｃ：０．０７５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．２％、
Ｍｎ：０．１〜０．３％、
Ｐ：０．００８％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．０４％以下、
Ｍｏ：１．２〜１．６％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０４％、
Ｖ：０．１〜０．１５％、
Ｎ：０．００６％以下
を含有し、且つ、下記式で規定するＣｅｑ*の値が０．２〜０．４で、残部が鉄及び不可避的不純物からなることを特徴とする耐火性の優れた鋼。
Ｃｅｑ*＝Ｃ＋１／８．６Ｓｉ＋１／６．１Ｍｎ＋１／８Ｍｏ＋１／１．６Ｎｂ＋１／１．８Ｖ＋１／２．９Ｔｉ＋１／２．４Ａｌ−３１．４Ｎ
【００１６】
（２）  質量％で、
Ｃ：０．０７５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．２％、
Ｍｎ：０．１〜０．３％、
Ｐ：０．００８％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．０４％以下、
Ｍｏ：１．２〜１．６％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０４％、
Ｖ：０．１〜０．１５％、
Ｎ：０．００６％以下
を含有し、更に、
Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％
の一種又は二種を含有し、且つ、下記式で規定するＣｅｑ*の値が０．２〜０．４で、残部が鉄及び不可避的不純物からなることを特徴とする耐火性の優れた鋼。
Ｃｅｑ*＝Ｃ＋１／８．６Ｓｉ＋１／６．１Ｍｎ＋１／８Ｍｏ＋１／１．６Ｎｂ＋１／１．８Ｖ＋１／２．９Ｔｉ＋１／２．４Ａｌ−３１．４Ｎ
【００１７】
（３）  質量％で、
Ｃ：０．０７５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．２％、
Ｍｎ：０．１〜０．３％、
Ｐ：０．００８％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．０４％以下、
Ｍｏ：１．２〜１．６％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０４％、
Ｖ：０．１〜０．１５％、
Ｎ：０．００６％以下
を含有し、且つ、下記式で規定するＣｅｑ*の値が０．２〜０．４で、残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋼を１１００〜１３００℃の温度に再加熱し、熱間加工を８５０〜９５０℃で終了し、その後空冷してミクロ組織をフェライトとパーライトの混合組織とすることを特徴とする耐火性が優れた４９０Ｎ／ｍｍ2級鋼の製造方法。
Ｃｅｑ*＝Ｃ＋１／８．６Ｓｉ＋１／６．１Ｍｎ＋１／８Ｍｏ＋１／１．６Ｎｂ＋１／１．８Ｖ＋１／２．９Ｔｉ＋１／２．４Ａｌ−３１．４Ｎ
【００１８】
（４）  質量％で、
Ｃ：０．０７５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．２％、
Ｍｎ：０．１〜０．３％、
Ｐ：０．００８％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．０４％以下、
Ｍｏ：１．２〜１．６％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０４％、
Ｖ：０．１〜０．１５％、
Ｎ：０．００６％以下
を含有し、更に、
Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％
の一種又は二種を含有し、且つ、下記式で規定するＣｅｑ*の値が０．２〜０．４で、残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋼を１１００〜１３００℃の温度に再加熱、熱間加工を８５０〜９５０℃で終了し、その後空冷してミクロ組織をフェライトとパーライトの混合組織とすることを特徴とする耐火性の優れた４９０Ｎ／ｍｍ2級鋼の製造方法。
Ｃｅｑ*＝Ｃ＋１／８．６Ｓｉ＋１／６．１Ｍｎ＋１／８Ｍｏ＋１／１．６Ｎｂ＋１／１．８Ｖ＋１／２．９Ｔｉ＋１／２．４Ａｌ−３１．４Ｎ
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明者らはすでに、６００℃、７００℃の高温強度が優れた鋼を見出し、６００℃の高温強度が優れた鋼はすでに建築分野で使用されているが、市場では、更に高温に耐える鋼への極めて強い要求がある。
【００２０】
この場合でも、建築用鋼として低ＹＲ等の特性は従来と同じ様に具備する必要があるため、７００℃、８００℃の高温強度が優れた鋼は極めて難しい課題であった。
【００２１】
この課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討し、工業生産的に常温の強度や低ＹＲ（≦８０％）を安定して製造するためには、ミクロ組織をフェライト・パーライトとすることが有効であることを知った。しかしながら、ミクロ組織がフェライト・パーライトの場合、高温強度の確保が極めて難しいため、７００℃、８００℃の高温強度に及ぼす鋼成分の影響を検討し、７００℃ではＭｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉの効果が大きく、８００℃ではＮｂ、Ｔｉ、Ｖの効果が大きく、Ｍｏの効果は少ないことを突きとめた。
【００２２】
従って、常温の強度、低ＹＲ、７００℃の強度、８００℃の強度全てを同時に確保するためには添加合金元素量を最適範囲とすることが必須である。このうち、Ｔｉは高温強度に有効な元素であるが、大量の添加は溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靭性を著しく劣化させるため、この点も考慮する必要がある。
【００２３】
まず、ミクロ組織をフェライト・パーライトとする方法を検討し、本発明者らは、Ｃｅｑ*が０．４超ではベイナイト組織が増加して、初期の目的を達しないことを見出した。
【００２４】
また、７００℃で常温耐力（ＹＳ）の２／３以上、８００℃で常温耐力の２０％以上を満足させるためにはＣｅｑ*が０．２以上が必要であることを見出した。
【００２５】
このため、ミクロ組織をフェライト・パーライトとし、常温と高温強度を確保するためには、Ｃｅｑ*を０．２〜０．４の狭い範囲に制御することが必須である。
【００２６】
つぎに、常温と高温の強度を同時に確保するためには、相当量の合金元素の添加が必要であり、本発明鋼の４９０Ｎ／ｍｍ2グレードでは、Ｍｏ：１．２〜１．６％、Ｎｂ：０．０１〜０．０４％、Ｖ：０．１〜０．１５％が必要である。
【００２７】
また、鋼の加熱温度はＭｏ、Ｎｂ、Ｖをできるだけ固溶状態とするため、高い温度が望ましいが、鋼材の靭性確保のため、１１００〜１３００℃に限定した。
【００２８】
圧延終了温度は低温域の圧下でＮｂ、Ｖ、Ｔｉが炭化物として析出するため、８５０℃が下限温度であり、９５０℃を超える温度での圧延終了温度では靭性が不足するため、限定範囲を８５０〜９５０℃とした。
【００２９】
なお、本発明鋼を製造後、脱水素などの目的でＡｃ１変態点以下の温度に再加熱しても、本発明鋼の特徴は何ら損なわれることはない。
【００３０】
つぎに、本発明が係わるその他の成分元素とその添加量について説明する。
【００３１】
Ｃは本発明鋼では、特徴的な元素であるが、狭い範囲にコントロールする必要があり、０．０７５〜０．１５％が限定範囲である。これ未満のＣ量では高温強度が不足し、この範囲を超えると靭性が劣化するためである。
【００３２】
Ｓｉは、常温強度を増加させ、高温強度に効果が少ないため、少ない方が好ましいが、脱酸上必要であり、０．０５〜０．２％が限定範囲である。
【００３３】
Ｍｎは、常温強度を増加させ、高温強度に効果が少ないため、Ｓｉと同様に少ない方が好ましいが、スラブ鋳造時の割れへの影響もあり、０．１〜０．３％が限定範囲である。
【００３４】
Ｐ、Ｓは、不純物元素であり、少ない方が好ましいが、それぞれ０．００８％以下、０．００５％以下であれば本発明鋼の特徴を損なうおそれがないので、Ｐ：０．００８％以下、Ｓ：０．００５％以下を限定範囲とした。
【００３５】
Ｍｏは、７００℃の高温強度を確保するため重要な元素であり、１．２％が下限であるが、１．６％超では経済性を失するため、１．２〜１．６％を限定範囲とした。
【００３６】
Ｎｂは、７００℃、８００℃の高温強度確保のため重要な元素であるが、０．０１％以下では効果が少なく、０．０４％を超えると常温強度の増加が課題となるため、０．０１〜０．０４％が限定範囲である。
【００３７】
ＶはＮｂと同様に、高温強度向上に効果が大きいが、多量の添加は溶接部の靭性を損なうため、０．１〜０．１５％が限定範囲である。
【００３８】
Ａｌは、脱酸元素として使用されるが、過度の添加は鋼の清浄性を損なうため、０．０４％以下の添加が限定範囲である。
【００３９】
Ｎはミクロ組織や常温と高温の強度に影響するが、過度の添加はスラブ鋳造時の表面割れの原因となるため、０．００６％以下が限定範囲である。
【００４０】
Ｔｉは８００℃強度向上に効果は大きいが、靭性を著しく損なうため、本発明ではＴｉ添加量はＨＡＺ靭性確保のため、ＴｉＮを生成する程度の量に抑え、０．００５〜０．０２％が限定範囲である。
【００４１】
Ｃａ、ＲＥＭは不純物であるＳと結合し、靭性の向上や溶接部の拡散性水素による割れを防止する働きを有するが、多すぎる却って悪影響となるので、それぞれ０．０００５〜０．００３％、０．００１〜０．００５％が限定範囲である。
【００４２】
なお、Ｍｇは、特にＨＡＺ部の結晶粒微細化に寄与し、靭性を向上する元素で、０．０００１％以上で効果を生じる。しかし、０．００６％超では効果が飽和し、合金コスト増となるため、０．０００１〜０．００６％の範囲で必要に応じて含有させることができる。
【００４３】
なお、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ同様にＷを適量添加して、高温強度を確保することも本発明鋼の特性を向上させる有効な手段である。
【００４４】
【実施例】
転炉−連続鋳造−厚板工程−で種々の鋼成分の厚鋼板を製造し、ミクロ組織、常温強度、高温強度などを調査した。
【００４５】
表１のＮｏ．１〜１５に本発明鋼を、Ｎｏ．１６〜２０に比較鋼の化学成分を示し、表２に本発明鋼と比較鋼について、加熱、圧延条件別にミクロ組織、機械的特性を示す。
【００４６】
本発明鋼Ｎｏ．１〜１５はミクロ組織がフェライト・パーライト（わずかにベイナイトを含む）で、４９０Ｎ／ｍｍ2級鋼の強度レベルを満足し、降伏比（ＹＲ）も６９〜７２％である。
【００４７】
また、７００℃のＹＳが２１８Ｎ／ｍｍ2で、規格降伏強度の６７％以上、８００℃のＹＳが２４％以上の良好な値で、優れた値である。
【００４８】
これに対し、比較鋼Ｎｏ．１６ではＣｅｑ*が低いため、ミクロ組織がフェライトのみで常温、高温強度共に低い値であった。
【００４９】
比較鋼Ｎｏ．１７では、Ｃｅｑ*が高すぎるため、ミクロ組織のベイナイトがかなり発生して、常温強度が規格の上限（４４５Ｎ／ｍｍ2）を大幅に超える値であった。
【００５０】
比較鋼Ｎｏ．１８では、Ｍｏの添加量が少ないため、７００℃、８００℃のＹＳが低い値であった。
【００５１】
比較鋼Ｎｏ．１９では、Ｎｂが添加されていないため、７００℃、８００℃のＹＳが低い値であった。
【００５２】
比較鋼Ｎｏ．２０では、Ｖが添加量が少ないため、７００℃、８００℃のＹＳが低い値であった。
【００５３】
【表１】
0004002463.tif 000002
【００５４】
【表２】
0004002463.tif 000003
【００５５】
【発明の効果】
本発明の化学成分及び製造法で製造した鋼材は、ミクロ組織がフェライト・パーライトで、常温強度が４９０Ｎ／ｍｍ2の規格値を満足し、ＹＲが７５％以下、７００℃の降伏強度が常温規格値の２／３以上、８００℃の降伏強度が常温規格値の２２％以上等の特性を持ち、建築用耐火鋼材として必要な特性を兼ね備えており、全く新しい鋼材である。