(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量比で、
Ｃ  ：０．００５〜０．０４％、
Ｓｉ：０．３％以下、
Ｍｎ：０．５〜１．０％、
Ｐ  ：０．０１５％以下、
Ｓ  ：０．０１５％以下、
Ｍｏ：１．０〜１．３％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０５％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、
Ａｌ：０．１０％以下、
Ｎ  ：０．００１〜０．００６％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、且つ、合金元素の積で下記式ＤB の値が０．４〜０．５からなる鋼を１１００℃〜１３００℃に再加熱後、熱間塑性加工を８５０〜１０００℃で終了して、その後、常温まで放冷して、ミクロ組織をベイナイトが５０〜８０％とすることを特徴とする、常温ＹＳが２３５Ｎ／mm2 以上で、７００℃でのＹＳが常温規格値の２／３以上の耐火性の優れた建築用４００Ｎ厚鋼板の製造方法。
ＤB ＝ 0.258√C (1+0.3Si)(1+1.5Mn)(1+3.8Mo)(1+12Nb)
（各元素の量はmass％）
【請求項２】
質量比で、
Ｃ  ：０．００５〜０．０４％、
Ｓｉ：０．３％以下、
Ｍｎ：０．５〜１．０％、
Ｐ  ：０．０１５％以下、
Ｓ  ：０．０１５％以下、
Ｍｏ：１．０〜１．３％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０５％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、
Ａｌ：０．１０％以下、
Ｎ  ：０．００１〜０．００６％
を含有し、さらに
Ｃｕ：０．０５〜０．３％、
Ｖ  ：０．０１〜０．０５％、
Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％
のうち一種または二種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、且つ、合金元素の積で下記式ＤB の値が０．４〜０．５からなる鋼を１１００℃〜１３００℃に再加熱後、熱間塑性加工を８５０〜１０００℃で終了して、その後、常温まで放冷して、ミクロ組織をベイナイトが５０〜８０％とすることを特徴とする、常温ＹＳが２３５Ｎ／mm2 以上で、７００℃でのＹＳが常温規格値の２／３以上の耐火性の優れた建築用４００Ｎ厚鋼板の製造方法。
ＤB ＝ 0.258√C (1+0.3Si)(1+1.5Mn)(1+3.8Mo)(1+0.37Cu)(1+12Nb)(1+0.8V)
（各元素の量はmass％）
【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、土木等の分野において、各種建造物に用いる鋼材の製造方法に関し、特に、７００℃における高温強度性の優れた耐火性を有する建築用４００Ｎ厚鋼板の製造方法に係るものである。
【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。
ところで、ビルや事務所、住居、立体駐車場などの建築物に前記の鋼材を用いる場合は、火災における安全性を確保するため、十分な耐火被覆を施すことが義務づけられており、建築関係諸法令では、火災時に鋼材温度が３５０℃以上にならないように規定されている。
【０００３】
すなわち、前記鋼材は３５０℃程度で耐力が常温時の２／３程度になり、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。そのため、鋼材費用に対し耐火被覆工費が高額になり、建設コストが大幅に上昇することが避けられない。
【０００４】
最近、上記の課題を解決するため、例えば特開平２−７７５２３号公報が開示されている。しかしながら特開平２−７７５２３号公報は、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℃での耐力は示されていない。すなわち、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いるが、７００℃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。
【０００５】
【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利用する場合、通常の鋼では、高温強度が低いため無被覆や軽被覆で利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。また、新しく開発された鋼でも、耐火温度は６００℃までの保証が限界であり、７００℃に耐える鋼材の開発が望まれていた。
本発明の目的は、７００℃での高温強度が優れた厚鋼板の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を克服し、目的を達成するもので、その具体的手段を以下に示す。
（１）質量比で、
Ｃ  ：０．００５〜０．０４％、Ｓｉ：０．３％以下、
Ｍｎ：０．５〜１．０％、      Ｐ  ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、        Ｍｏ：１．０〜１．３％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０５％、  Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、
Ａｌ：０．１０％以下、        Ｎ  ：０．００１〜０．００６％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、且つ、合金元素の積で下記式ＤB の値が０．４〜０．５からなる鋼を１１００℃〜１３００℃に再加熱後、熱間塑性加工を８５０〜１０００℃で終了して、その後、常温まで放冷して、ミクロ組織をベイナイトが５０〜８０％とすることを特徴とする、常温ＹＳが２３５Ｎ／mm2 以上で、７００℃でのＹＳが常温規格値の２／３以上の耐火性の優れた建築用４００Ｎ厚鋼板の製造方法。
ＤB ＝ 0.258√C (1+0.3Si)(1+1.5Mn)(1+3.8Mo)(1+12Nb)
（各元素の量はmass％）
【０００７】
（２）質量比で、
Ｃ  ：０．００５〜０．０４％、  Ｓｉ：０．３％以下、
Ｍｎ：０．５〜１．０％、        Ｐ  ：０．０１５％以下、
Ｓ  ：０．０１５％以下、        Ｍｏ：１．０〜１．３％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０５％、    Ｔｉ：０．００５〜０．０２％、
Ａｌ：０．１０％以下、          Ｎ  ：０．００１〜０．００６％
を含有し、さらに
Ｃｕ：０．０５〜０．３％、        Ｖ  ：０．０１〜０．０５％、
Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％
のうち一種または二種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、且つ、合金元素の積で下記式ＤB の値が０．４〜０．５からなる鋼を１１００℃〜１３００℃に再加熱後、熱間塑性加工を８５０〜１０００℃で終了して、その後、常温まで放冷して、ミクロ組織をベイナイトが５０〜８０％とすることを特徴とする、常温ＹＳが２３５Ｎ／mm2 以上で、７００℃でのＹＳが常温規格値の２／３以上の耐火性の優れた建築用４００Ｎ厚鋼板の製造方法。
ＤB ＝ 0.258√C (1+0.3Si)(1+1.5Mn)(1+3.8Mo)(1+0.37Cu)(1+12Nb)(1+0.8V)
（各元素の量はmass％）
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者らはすでに、６００℃の高温強度が優れた鋼を見いだし、主に建築分野で使用されているが、市場ではさらに高温（７００℃）に耐える鋼への極めて強い要求がある。
この場合でも、建築用鋼としての溶接性や低ＹＲ等の特性は従来と同じように具備する必要があるため、７００℃の高温強度が優れた鋼を得ることは極めて難しい課題であった。
【０００９】
この課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討し、４００Ｎ／mm2 級の強度を有する鋼はミクロ組織をベイナイト主体として、相当量のＭｏを添加する方法が有効な手段であることを見いだした。
本発明者らは鋭意検討し、鋼成分を低Ｃ系とし、合金成分をＤB の値で０．４〜０．５の範囲として、高温加熱／高温圧延し、ミクロ組織をベイナイト主体（５０〜８０％）とすることにより、低降伏比（降伏強度／引張強度）で７００℃の高温強度が優れた特性を有する鋼とし得ることを見いだした。
【００１０】
まず、ミクロ組織をベイナイト主体とするためには、鋼成分を特定の範囲に規制する必要があり、ＤB パラメーターを０．４〜０．５とする必要がある。
ここで、ＤB は本発明者が鋭意検討して得たパラメーターで、ミクロ組織の変化と対応させたものであり、ＭｏやＮｂの役割が大きく、Ｖにも同様の効果があることを明らかにしたものであり、以下の計算式により算出することができる。
ＤB ＝ 0.258√C (1+0.3Si)(1+1.5Mn)(1+3.8Mo)(1+0.37Cu)(1+12Nb)
(1+0.8V)
【００１１】
しかしながら、ＤB パラメーター値が０．５を超える場合は、ミクロ組織がベイナイト一相となり、ＴＳが規格強度をオーバーするため、０．５以下とする必要がある。また０．４未満では、４００Ｎ鋼の強度を満足できないため、０．４〜０．５が適正範囲である。
【００１２】
また、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、０．００５〜０．０４％が適正範囲である。これ未満のＣ量では強度が不足し、これを超えるとＹＳ比（７００℃のＹＳ／常温ＹＳ）が低下し、常温と７００℃の降伏強度を同時に満足させることができなくなるためである。
【００１３】
さらに、Ｎｂは本発明鋼では重要な元素であるが、Ｎｂの適正量は０．０１〜０．０５％である。これ未満では効果が少なく、これを超えるとミクロ組織をベイナイト一相とし易く、溶接部の靭性も害するためである。
【００１４】
また、ミクロ組織をベイナイト主体として７００℃の高温強度を確保するためには、Ｎｂの添加とともにＭｏの適正量添加が必須である。
本発明者らは鋭意検討し、Ｍｏの適正値は１．０〜１．３％であることを突き止めた。１．０％未満では７００℃の強度が満足できず、１．３％超ではミクロ組織がベイナイト一相となり、７００℃の強度は十分であるが、常温の強度が規格範囲を超えるためである。
【００１５】
次に、本発明にかかわるその他の成分元素とその添加量について説明する。
Ｓｉは脱酸元素として有効で、鋼の強度向上にも効果があるが、過度の添加は靭性の劣化を招くため、０．３％以下が適正範囲である。
Ｍｎは鋼の強度向上のため有効な元素であるが、過度の添加はミクロ組織をベイナイト一相化し、強度が過度となり、また、少くないと強度を確保できなくなるため、０．５〜１．０％が適正範囲である。
【００１６】
Ｐ，Ｓは不純物元素であり、少ないほど好ましいが、０．０１５％以下であれば本発明鋼の特徴を損なう恐れがないので、０．０１５％以下を適正範囲とした。
Ｔｉは溶接部の靭性向上のため必要であるが、過度の添加はＴｉＣを形成し、靭性を大きく劣化させるので、０．００５〜０．０２％が適正範囲である。
【００１７】
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、０．１％以下の添加が適正範囲である。
Ｎは高温強度を高める働きがあるが、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、０．００１〜０．００６％が適正範囲である。
【００１８】
以上、これらの基本成分で本発明鋼としての特性を発揮できるが、以下の元素を選択的に添加することで、より大きな効果が期待できる。
Ｃｕは常温と高温の強度向上に効果があるほか、耐候性（耐食性）にも効果があるが、過度の添加は鋼の凝固時に高温割れを起こし易くするため、０．０５〜０．３％が適正範囲である。
ＶはＮｂと同様に、ミクロ組織のベイナイト化に効果があるが、多量の添加は溶接部靭性を損なうため、０．０１〜０．０５％が適正範囲である。
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水素による割れを防止する働きを有するが、多すぎると却って悪影響となるので、それぞれ０．０００５〜０．００３％、０．００１〜０．００５％が適正範囲である。
【００１９】
鋼成分とともに鋼の再加熱および圧延、冷却にかかる条件が重要である。
前述のＭｏ，Ｃｕ，Ｎｂの複合添加による７００℃強度の増加をはかるためには、再加熱時にこれらの元素を十分に溶体化させる必要があり、このため、再加熱温度の下限を１１００℃とする。
また、再加熱温度が高過ぎるとオーステナイト粒が粗大化し、低温靭性が劣化するので、その上限は１３００℃にせねばならない。
【００２０】
さらに、圧延終了温度を８５０℃以上の高温とする理由は、圧延中にＭｏの炭化物やＮｂの炭窒化物を析出させないためであり、γ域でＭｏが析出すると析出物サイズが大きくなり高温強度が著しく低下する。また、１０００℃を超える温度域での圧延終了では、靭性が極度に低下するため、１０００℃が圧延終了温度の上限である。
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、本発明の特徴な何ら損なわれない。
【００２１】
【実施例】
転炉、連続鋳造、厚板工程で種々の鋼を製造し、常温強度、高温強度などを調査した。表１の No.１〜 No.１５に本発明鋼を、 No.１６〜 No.２０に比較鋼の化学成分を示す。また表２に、本発明鋼と比較鋼について、加熱、圧延冷却条件別に機械的特性を示す。
【００２２】
【表１】
0003739893.tif 000002
【００２３】
【表２】
0003739893.tif 000003
【００２４】
本発明鋼 No.１〜 No.１５の例では、常温の強度は４００Ｎ／mm2 級鋼の強度レベルを満足し、降伏比（ＹＲ）も７２％以下である。また、７００℃のＹＳも規格強度の２／３（１５７Ｎ／mm2 ）以上の良好な値である。
【００２５】
これに対し、比較鋼 No.１６では、Ｃ量やＤB の値が低すぎたため、常温の強度が４００Ｎ／mm2 級鋼の強度レベルを満足できず、７００℃の強度も不十分であった。
比較鋼 No.１７では、Ｃ量やＤB の値が高すぎたため、７００℃の強度は高い値が得られたが、常温の強度が４００Ｎ／mm2 級鋼の強度を超え、５９０Ｎ／mm2 クラスの強度特性であった。
【００２６】
比較鋼 No.１８では、Ｎｂが添加されておらず、ＤB の値も低いため、常温の強度、７００℃の強度とも不十分な値であった。
比較鋼 No.１９では、各々の成分は規制範囲となっているが、ＤB の値が低いため、常温の強度、ＹＲは満足できるが、７００℃の強度が不十分であった。  比較鋼 No.２０では、Ｍｎ量やＤB の値が高すぎたため、７００℃の強度は高い値が得られたが、常温の強度が４００Ｎ／mm2 級鋼の強度を超える値であった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の化学成分および製造法で製造した鋼材は、常温の耐力（ＹＳ）が２３５Ｎ／mm2 以上でＹＲが８０％以下、７００℃のＹＳが常温規格値の２／３以上等の特性を備えており、建築用耐火鋼材として適用が可能である。また、従来にない全く新らしい鋼材である。