[发明专利]焊接接头部的耐再热脆化性和韧性优良的耐火钢材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及为了通过焊接形成钢结构物、尤其是建筑用结构物而使用的耐火钢材，特别涉及在600℃具有高的屈服应力，同时焊接接头部的耐SR(应力释放：Stress Relief)裂纹性(耐再热脆化性)和韧性优良的耐火钢材及其制造方法。

背景技术

在构成建筑结构物的焊接结构体中，当然需要焊接接头的特性优良。近年来，进一步要求在高温下的抗拉强度优良，且具有所谓的“耐火钢”的特性(耐火性能)。

这是考虑到环境问题、使得在无耐火被覆的情况下可使用钢材的、基于“新耐火设计法”由国土交通省确定的特性，是以基于国土交通省告示333号(2004年)的性能为标准的性能。

这里，所谓耐火性能是如下所述的必要的性能，该性能使得在无涂覆的状态下将钢材暴露于火灾中时，在某一定时间内钢材继续发挥必要的强度，此间建筑结构物不会倒塌，从而使得居住人员能够容易地逃离。

在不对钢材设置耐火被覆的情况下，从设想到各种火灾的规模及火灾时的环境温度的方面考虑，维持结构物的强度的钢材所需要的高温下的强度要求尽可能地高。

关于具备这样的耐火性能的钢材，以往在各方面进行了研究开发。

例如，在(a)日本特开2001-294984号公报、(b)日本特开平10-096024号公报、(c)日本特开2002-115022号公报中公开了有关添加了Mo的高温强度高的钢材的发明。

这些专利文献(a)～(c)中公开的技术都是有关通过Mo碳化物的析出强化、或者通过其它碳化物的析出强化和组织强化的并用来提高高温强度的材料的技术。

另一方面，各种合金元素的供求紧迫，由此在工业上添加Mo使得钢材成本提高，因而还公开了采用其它合金设计的技术。

特别可列举出如下例子：(d)日本特开平07-286233号公报中记载的发明，其为了确保以600℃左右的温度为对象的高温强度，谋求提高淬火性而添加B；(e)日本专利第3635208号公报中记载的发明，其添加了作为γ相稳定化元素的Cu、Mn等。

但是，在无意中添加了如专利文献e那样的γ相稳定化元素的情况下，或者在如专利文献d那样以抑制从晶界开始的核产生或生长而使低温相变组织生成为目的而添加B的情况下，存在当钢材的晶界暴露于高温时发生显著脆化(损害高温变形时的延性的现象，称为再热脆化)的问题。

根据本发明者等的研究表明，在这样的钢材中，尽管高温强度高，但是高温变形能力几乎没有，因此，存在如下情况：在进行由焊接接头将结构物的变形集中并负担的设计的情况下、或发生损坏的情况下，主要是HAZ(热影响区：Heat Affected Zone)、而且是与焊接金属的边界附近HAZ侧的晶界无法追随火灾高温时的变形而产生晶界破坏的情况。

根据本发明者等的研究还表明，上述的脆化现象(再热脆化现象)主要存在以下情况：因晶界析出而脆化的情况，和通过偏析使得仅晶界的相变点降低，该晶界部分的强度显著下降，产生局部变形，结果呈现出从晶界剥离这样的破坏的情况；并且上述脆化现象根据钢材的化学成分发生多种变化。

如上所述，认为在发生火灾时钢材暴露于高温下，在保持在600℃附近的温度时，即使在提高了高温强度的钢结构物的母材部健全的情况下，HAZ在焊接金属附近产生的晶界的脆化(高温变形时的延性下降)有时也与在焊接接头部中伴随着不稳定的破坏形态而产生难以预测的大变形的结果相关。

因此，作为结构物的设计变得困难，其结果表明，作为耐火结构，即使在钢材具有足够的高温强度的情况下，也会成为不合适的结构体。

上述专利文献a～c中记载的以往的耐火钢材都不是考虑了HAZ的再热时(即火灾时)的晶界脆化来进行合金设计而得到的钢材，只具有如下见解：即，针对仅着眼于高温强度、尤其是高温抗拉强度的合金设计的见解。

这样的以往的耐火钢材在以提高高温强度为目的而添加Mo或B的方面来看，利用了这些元素均是在600℃的温度下发生晶界析出的Mo碳化物或B氮化物的形成能力高的元素。

另一方面，上述的再热脆化现象不是只通过析出脆化而明显化的。该现象是本发明者等的研究结果，是首次弄清楚的现象，为新的解决课题。

以往，在耐热钢领域中，已知有如下的见解：通过添加2％以上的Cr来减轻再热脆化，并且如果添加量在0.5％以下，就难以产生再热脆化。