(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｃ  ：０．００５〜０．１％、
Ｃｒ：５〜２５％、
Ｎｉ：０．１〜０．５％、
Ｎ  ：０．０５５％以下、
Ｃ＋Ｎ：０．１％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼において、厚みが０．５μｍ以上２０μｍ以下の酸化膜を表面に有し、該酸化膜と下地金属との接触面におけるボイドの面積割合が１０％以下であることを特徴とする耐汚れ性および耐食性に優れた建築構造用鋼。
【請求項２】
前記組成を有する鋼に対して、熱間圧延において、仕上げ温度を６００℃以上とすることによって、前記酸化物膜と下地金属の界面に、１０％以上のＮｉ濃化領域を形成することを特徴とする請求項１記載の耐汚れ性および耐食性に優れた建築構造用鋼を製造する方法。
【請求項３】
前記組成を有する鋼に対して、６００℃以上８００℃以下の温度域で、１０分以上６０分以下の熱処理を行うことによって、前記酸化物膜と下地金属の界面に、１０％以上のＮｉ濃化領域を形成することを特徴とする請求項１記載の耐汚れ性および耐食性に優れた建築構造用鋼を製造する方法。
【請求項４】
請求項１記載の建築構造用鋼を強度部材に用いることを特徴とする耐汚れ性と耐食性に優れた建築構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、建築構造物の強度部材に用いる鋼材に関するもので、特に、耐汚れ性および建築構造物の棟上げから工期終了までの比較的短期間の屋外耐食性を満足する鋼材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨すなわち鋼材を強度部材として用いた建築構造物は、耐震性に優れていることから、特に阪神大震災以降、個人の住宅分野でもその需要を増加させている。  しかしながら、通常の普通鋼を用いた場合、棟上げから、工期終了まで、短期間ながら、屋外環境に晒されることから、塗料等で防食作用を施されていた場合も、赤錆を発生することがあり、木材を用いた場合に対して、施工主に与える印象は必ずしも良いものではない。
【０００３】
一方、耐食性に優れた亜鉛メッキ鋼板を用いる場合、赤錆の発生は防止できるものの、金属表面が露出しているため、鋼材をハンドリングする際に汚れが目立ちやすい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、棟上げから工期終了までの比較的短期間の屋外環境での耐食性を担保すると共に耐汚れ性にも優れた鋼材の開発が求められている。本発明は、かかる要望を満足する建築構造用鋼及びその製造方法、並びにこの鋼を用いた建築構造物の提供を目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、耐汚れ性に優れた特性及び屋外環境での比較的短期間の耐食性を満足するために、鋭意検討した結果、かかる課題に対して、耐汚れ性に対しては、表面に酸化膜を形成させることが有効に働くこと、特に、密着性が重要であることを見いだし、かかる知見技術を基に、本発明を完成したものである。
【０００６】
本発明の最大のポイントは、従来、通常の鋼板製造工程で、機械的あるいは、湿式法によって除去されていた酸化膜（スケール）が、上記課題を解決する上で極めて有効に働くことを見いだし、さらに、酸化膜の密着性が耐汚れ性やキズに対して重要であり、これは、酸化膜と下地金属との間のボイドの面積率が重要であることを見出した点にある。
【０００７】
さらに、ボイドの面積率が、酸化膜と下地金属との間におけるＮｉの濃化量によって左右されることから、これを製造する条件を特定した。
また、これに加えて、上記条件を満たすことが可能であって、屋外の短期間の耐食性の担保に必要となる鋼中成分量を見いだした点にある。
【０００８】
すなわち本発明がその要旨とするところは、
（１）  重量％で、
Ｃ  ：０．００５〜０．１％、
Ｃｒ：５〜２５％、
Ｎｉ：０．１〜０．５％、
Ｎ  ：０．０５５％以下、
Ｃ＋Ｎ：０．１％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼において、厚みが０．５μｍ以上２０μｍ以下の酸化膜を表面に有し、該酸化膜と下地金属との接触面におけるボイドの面積割合が１０％以下であることを特徴とする耐汚れ性および耐食性に優れた建築構造用鋼。
（２）  前記組成を有する鋼に対して、熱間圧延において、仕上げ温度を６００℃以上とすることによって、前記酸化物膜と下地金属の界面に、１０％以上のＮｉ濃化領域を形成することを特徴とする前記（１）記載の耐汚れ性および耐食性に優れた建築構造用鋼を製造する方法。
（３）  前記組成を有する鋼に対して、６００℃以上８００℃以下の温度域で、１０分以上６０分以下の熱処理を行うことによって、前記酸化物膜と下地金属の界面に、１０％以上のＮｉ濃化領域を形成することを特徴とする前記（１）記載の耐汚れ性および耐食性に優れた建築構造用鋼を製造する方法。
（４）  前記（１）記載の建築構造用鋼を強度部材に用いることを特徴とする耐汚れ性と耐食性に優れた建築構造物である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明では、「汚れ」という一つの言葉で整理される、その中身を現地の棟上げから工期終了までの間、丹念にひとつずつ検討していったところ、それは、
１）材料をハンドリングする際に材料が接触し、導入されるキズ、
２）作業員が誤って鋼材を踏む際に生じる足跡、
３）大気中に浮遊する粉塵が鋼板表面に付着する。以上の３点がその原因のほとんどであることを見いだした。
【００１０】
また、屋外の耐食性であるが、これは、一日の温度、湿度変化の中で、材料表面が濡れた状態にあり、かつ海塩粒子等の腐食を促進する因子が鋼板表面上に存在する場合に発生することを見いだした。
【００１１】
耐汚れ性の内、キズに対しては、キズがつきにくい、すなわち表面硬度を高くすることが必要であり、また靴跡、粉塵汚れが目立たないためには、暗い色の物質が有利に働くと考えた。かかる課題を解決すべく検討した結果、鋼材表面に酸化膜を形成させることが極めて有効に働くことを見いだした。特に、酸化膜の膜厚が重要であり、酸化膜の厚さが０．５μｍ未満では、鋼材が接触した場合に、酸化膜が破壊、キズが容易に形成されるため、酸化膜の厚さとしては、少なくとも０．５μｍの膜厚が必要となる。しかしながら、酸化膜厚みが２０μｍを超えると酸化膜の密着性が低下し、鋼材が接触した際に酸化膜が剥離、外観上好ましくないため、２０μｍをその上限とする。
【００１２】
しかし、上記酸化膜の厚さ範囲内においても、キズが入りやすいものと、入りにくいものがあり、その違いをさらに鋭意検討した結果、酸化物と下地金属界面でのボイドの体積率がキズのつきやすさ、すなわち、酸化物の剥離性に大きな影響を及ぼしていることが判明した。すなわち、界面でのボイドの面積率を１０％以下にすることが必要となる。ボイドの面積率は、試験片断面を走査型電子顕微鏡を用いて観察することによって測定した。
【００１３】
次に、本発明の鋼成分の限定理由について説明する。
Ｃは、鋼の強度を向上させる元素ために有効な元素である。しかし、０．００５％未満では、構造用鋼として必要な強度を得ることができない。また、０．１％を超える過剰の添加は、マルテンサイト相を硬質化し、溶接熱影響部の靭性を著しく低下させ、溶接時に割れを生じることもある。このため、下限を０．００５％、上限を０．１％とした。
【００１４】
Ｎは、不可避的不純物元素であり、鋼の強度を向上させるのに有効であるが、０．０５５％を超える過剰の添加は、マルテンサイト相を硬質化し、溶接熱影響部の靭性を著しく低下させ、溶接時に割れを生じることもある。上限を０．０５５％とした。
【００１５】
ＣおよびＮはいずれも溶接熱影響部に出現するマルテンサイト相を硬質化させる効果があり、過度に硬質化するとマルテンサイト相が割れの起点となり、溶接熱影響部の靱性を逆に低下させ、マルテンサイト相によるフェライト相の粗大化効果を減じる。従って、（Ｃ＋Ｎ）の上限を０．１％以下とした。
【００１６】
また、Ｃｒは、屋外環境での短期間の耐食性を担保するために必須の元素である。通常、野外環境で使用される場合、ＳＵＳ３０４鋼等の１８％以上のＣｒを含有する鋼材が用いられる。これに対して、棟上げから、工期終了までの短期間（数ヶ月）の耐食性を担保するには、低濃度のＣｒ量で十分であり、５％が下限値となる。Ｃｒ含有量の上昇は、耐食性の向上に極めて有効に働くが、素材コストの上昇及び製造性の劣化等の問題を引き起こすため、２５％をその上限値とする。
【００１７】
また、Ｎｉの酸化膜／素地金属界面におけるＮｉの濃度が重要である本発明では、Ｎｉも必須元素である。Ｎｉを０．１％〜０．５％添加する。添加の目的は、鋼材が加熱、表面に酸化膜が形成される際に、下地金属との界面に１０％以上のＮｉ濃化領域を形成し、酸化膜の密着性を向上させることであり、０．１％未満の添加では、Ｎｉ濃化量を１０％以上とすることができず、従って酸化膜の密着性が十分でない。また、０．５％を超える添加量では、Ｎｉ濃化量が飽和し、添加による素材コストアップ要因となるので、０．５％を上限値とする。
【００１８】
酸化膜の形成方法は特に規定するものではなく、熱処理、溶射、ＣＶＤ、ＰＶＤ、陽極酸化のいずれの方法で作製してもよいが、熱間圧延または熱処理による形成が容易であり、コスト的にも有利である。
【００１９】
熱間圧延によって鋼板に成形する場合、熱間圧延の仕上げ温度を６００℃以上とする。これは、界面でのＮｉ濃化に必要な熱エネルギーを供給すること、また材料内から、界面へのＣｒ、Ｆｅの拡散によって、界面でのボイドの体積率を低下させることを目的とする。仕上げ温度が、６００℃未満では、Ｎｉの十分な濃化あるいは、ボイドの体積率の低下を達成することができない。
【００２０】
また、熱処理を施すことによっても達成できる。熱処理温度は、少なくとも６００℃以上が必要であるが、８００℃を超えると、Ｎｉの界面以外での凝集化が生じ、鋼材に割れを生じるので、好ましくない。
熱処理の時間は１０〜６０分とする。１０分未満では界面でのＮｉ濃化が不十分で、一方、６０分以上では上記温度範囲を満たしていてもＮｉの界面以外での凝集化が生じ、鋼材に割れを生じる懸念がある。
【００２１】
以上によって得られる本発明鋼材は、耐よごれ性、短期耐食性を兼ね備えた強度部材として建築構造物に組み込むことができ、極めて有用である。
【００２２】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について述べる。
Ｃ：０．０２％、Ｓｉ：０．５２％、Ｍｎ：０．２５％、Ｐ：０．０３％、Ｓ：０．００３％、Ｎ：０．０１８％、Ｎｉ：０．３％を含有し、これにＣｒ量を変化させた鋼を用いて、耐食性、耐汚れ性の評価を行った。
【００２３】
表１は、本発明鋼及び比較鋼の鋼中Ｃｒ含有量、表面に存在する酸化物の膜厚（酸化膜は熱処理によって作製、膜厚および界面でのボイドの面積率は、鋼板断面を走査型電子顕微鏡観察することによって求めた）、および棟上げから工期終了までの約１ヶ月間での耐汚れ性および耐食性を評価した結果を示す。耐汚れ性は、現場での作業員にＡＢＣ（Ａ：良好、Ｂ：若干汚れ有り、Ｃ：汚れが顕著）のランクを付けてもらった。耐食性については、ＡＢＣ（Ａ：点状の赤錆がある程度で外観上問題なし、Ｂ：部分的に赤錆が発生、Ｃ：赤錆が全面的に発生）のランクをつけて評価した。評価に用いた家は、通常の２階建てのスチールハウスである。
【００２４】
表２は、Ｃ：０．０３％、Ｓｉ：０．６２％、Ｍｎ：０．４２％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．００６％、Ｎ：０．０２％を含有し、これにＣｒ量及びＮｉ量を変化させた鋼を用い、本発明鋼及び比較鋼のＣｒ、Ｎｉ含有量、ボイドの面積率、Ｎｉの濃化量、製造条件および表１と同様な方法で耐汚れ性、耐食性を評価した結果を示す。
【００２５】
いずれの場合も、本願発明鋼は、比較鋼に対して、優れた耐汚れ性および短期間の屋外耐食性を示すことが分かる。
【００２６】
【表１】
0003782578.tif 000002
【００２７】
【表２】
0003782578.tif 000003
【００２８】
【発明の効果】
以上示したように、本願発明の建築構造用鋼とそれにより製造した建築構造物は、耐汚れ性と共に屋外での短期間の耐食性にも優れており、施工主が要求する特性を十分満足するものである。したがって、特に、建築構造用の鋼材の分野において、本発明の工業的価値は極めて高いといえる。