CN110073018B - 低屈服比方形钢管用热轧钢板及其制造方法、和低屈服比方形钢管及其制造方法 - Google Patents

低屈服比方形钢管用热轧钢板及其制造方法、和低屈服比方形钢管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种板厚超过25mm也具有足够的强度、低屈服比和低温韧性的、适合作为方形钢管用坯材的热轧钢板。所述低屈服比方形钢管用热轧钢板具有如下成分组成，即以质量％计，含有C：0.07～0.20％、Mn：0.3～2.0％、P：0.03％以下、S：0.015％以下、Al：0.01～0.06％、N：0.006％以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，板厚中心部的钢组织具有由铁素体构成的主相以及由选自珠光体、伪珠光体和上贝氏体中的1种或2种以上构成且面积分率为8～20％的第二相，包含主相和第二相的钢组织的平均晶粒直径为7～20μm，板厚的表面和背面的钢组织为铁素体单相或贝氏体铁素体单相，平均晶粒直径为2～20μm。

Description

低屈服比方形钢管用热轧钢板及其制造方法、和低屈服比方 形钢管及其制造方法
技术领域
本发明涉及低屈服比方形(角形)钢管用热轧钢板、以及将该热轧钢板作为坯材在冷时由辊轧成型制造且具有低屈服比和低温韧性的方形钢管(方柱)。特别涉及一种能够适合用作高度超过20m的中层建筑物的建筑部件的方形钢管。
背景技术
方形钢管通常将热轧钢板(热轧钢带)或厚板作为坯材并利用冷成型而进行制造。作为用于制造方形钢管的冷成型方法，有加压成型、辊轧成型。在将热轧钢板作为坯材利用辊轧成型制造方形钢管时，通常首先将热轧钢板成型为圆形钢管，然后，对该圆形钢管实施冷成型而制成方形钢管。该利用辊轧成型的方形钢管的制造方法与利用加压成型的方形钢管的制造方法相比，具有生产率高的优点。但是，在利用辊轧成型的方形钢管的制造方法中，由于在成型为圆形钢管时在管轴方向导入了较大的加工应变，因此存在管轴方向的屈服比容易上升、韧性容易降低的问题。
针对这样的问题，在专利文献1中，通过对以重量％计含有0.20％以下的C、进一步含有Mn：0.40～0.90％、Nb：0.005～0.040％和Ti：0.005～0.050％中的1种或2种的钢坯材利用由未再结晶温度区域的压下率55％以上、轧制结束温度730～830℃、卷取温度550℃以下的热轧而制成卷材的热轧工序而使钢管成型工序中的外周减径为板厚的3倍以下，从而得到屈服比为90％以下、试验温度0℃时的夏比吸收能量为27J以上的方形钢管。
专利文献2中，通过将以质量％计含有C：0.07～0.18％、Mn：0.3～1.5％的钢加热到加热温度：1100～1300℃后，实施粗轧结束温度为1150～950℃的粗轧和精轧开始温度为1100～850℃且精轧结束温度为900～750℃的精轧后，实施以表面温度达到冷却停止温度550℃以上的方式进行冷却的一次冷却、进行3～15s空冷的二次冷却、以板厚中央部温度为750～650℃的温度区域的平均冷却速度为4～15℃/s的冷却速度冷却至650℃以下的三次冷却，使钢组织中含有的第二相频率(第二相頻度)的值为0.20～0.42，从而制造表现出80％以下的低屈服比、具备在试验温度：0℃下夏比冲击试验的吸收能量为150J以上的机械性能的方形钢管。
专利文献3中，通过将以质量％计含有C：0.07～0.18％、Mn：0.3～1.5％的钢加热到加热温度：1100～1300℃后，接着实施粗轧结束温度为1150～950℃的粗轧和精轧开始温度为1100～850℃、精轧结束温度为900～750℃的精轧后，以表面温度为750～650℃的温度区域的平均冷却速度为20℃/s以下、板厚中心部温度达到650℃为止的时间为35s以内且板厚中心部的750～650℃的温度区域的平均冷却速度为4～15℃/s的方式冷却至500～650℃的卷取温度，从而制造表现出80％以下的低屈服比、具备在试验温度：0℃下夏比冲击试验的吸收能量为150J以上的机械性能的方形钢管。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9-87743号公报
专利文献2：日本专利第5594165号
专利文献3：日本专利第5589885号
发明内容
这里，由冷时的辊轧成型制造的方形钢管随着其壁厚变大而导入的加工应变增加，屈服比的上升和韧性的降低进一步变大。因此，作为坯材的热轧钢板需要具备抑制成型时的屈服比的上升的钢组织、以及可耐受因较大的加工应变所致的韧性的恶化的优异的低温韧性。但是，由上述的专利文献1～3中公开的方法制造的方形钢管中，特别是板厚超过25mm时，存在屈服比会变高，无法满足屈服比90％以下的问题。即，利用现有技术，无法将由冷时的辊轧成型制造的方形钢管作为高度超过20m的中层建筑物的建筑部件应用。
本发明是鉴于上述情况而进行的，目的在于提供低屈服比方形钢管用热轧钢板及其制造方法，所述低屈服比方形钢管用热轧钢板即便板厚超过25mm，屈服强度：200MPa以上、拉伸强度：400MPa以上，能够表现出75％以下的低屈服比，具备试验温度为－20℃时的夏比冲击试验的吸收能量为27J以上的低温韧性。
另外，本发明的目的在于提供低屈服比方形钢管及其制造方法，所述低屈服比方形钢管将具有上述性能的热轧钢板作为坯材，在管轴方向，屈服强度：295MPa以上、拉伸强度：400MPa以上，表现出90％以下的低屈服比，具备试验温度：0℃时的夏比冲击试验的吸收能量为27J以上的低温韧性。
本发明人等为了解决上述课题而进行了研究，结果得到以下的见解。
首先，由专利文献1～3中公开的方法进行方形钢管的试制，结果特别是在板厚超过25mm的情况下，无法满足屈服比90％以下。对试制得到的钢板的钢组织进行解析，结果板厚中心部为由铁素体和珠光体构成的组织，板厚的表面和背面的钢组织为马氏体组织、上贝氏体组织或由铁素体和珠光体构成的组织。
接下来，发明人等对适于抑制屈服比的上升的钢组织进行调查。具体而言，对铁素体单相组织(包含贝氏体铁素体单相组织)、由铁素体和珠光体构成的组织、马氏体组织、上贝氏体组织的加工硬化的容易性进行调查。应予说明，越容易加工硬化，越因在冷成型时导入的加工应变而高屈服比化。结果可知铁素体单相组织(包含贝氏体铁素体单相组织)最难以加工硬化，其次由铁素体和珠光体构成的组织第二难以加工硬化，马氏体组织和上贝氏体组织最容易加工硬化。
根据上述研究，认为如果在由冷时的辊轧成型导入的加工应变最大的板厚的表面和背面能够抑制马氏体组织、上贝氏体组织、由铁素体和珠光体构成的组织的形成，制成铁素体单相或贝氏体铁素体单相组织，则即便在由冷时的辊轧成型来制造壁厚较大的方形钢管时也能够抑制屈服比的上升，制造屈服比90％以下的方形钢管。
发明人等进一步反复详细研究，从而完成了发明。本发明的要旨如下。
[1]一种低屈服比方形钢管用热轧钢板，，其特征在于，具有成分组成如下：以质量％计，含有C：0.07～0.20％、Mn：0.3～2.0％、P：0.03％以下、S：0.015％以下、Al：0.01～0.06％、N：0.006％以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
板厚中心部的钢组织具有由铁素体构成的主相和第二相、该第二相由选自珠光体、伪珠光体和上贝氏体中的1种或2种以上构成且面积分率为8～20％，包含主相和第二相的钢组织的平均晶粒直径为7～20μm，
板厚的表面和背面的钢组织为铁素体单相或贝氏体铁素体单相，平均晶粒直径为2～20μm。
[2]根据上述[1]所述的低屈服比方形钢管用热轧钢板，其特征在于，除了上述成分组成以外，以质量％计，进一步含有Si：小于0.4％。
[3]根据上述[1]或[2]所述的低屈服比方形钢管用热轧钢板，其特征在于，除了上述成分组成以外，以质量％计，进一步含有选自Nb：0.04％以下、Ti：0.02％以下和V：0.10％以下中的1种或2种以上。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的低屈服比方形钢管用热轧钢板，其特征在于，除了上述成分组成以外，以质量％计，进一步含有B：0.008％以下。
[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的低屈服比方形钢管用热轧钢板，其特征在于，板厚超过25mm。
[6]一种低屈服比方形钢管用热轧钢板的制造方法，其特征在于，当对钢坯材依次实施热轧工序、冷却工序和卷取工序而制成热轧钢板时，
使上述钢坯材为具有上述[1]～[4]中任一项所述的成分组成的钢坯材，
上述热轧工序是将上述钢坯材加热到加热温度：1100～1300℃后，对该加热后的钢坯材实施粗轧结束温度为1150～950℃的粗轧，实施精轧开始温度为1100～850℃、精轧结束温度为900～750℃的精轧，制成热轧板，
上述冷却工序是对上述热轧板以板厚中心温度计以从冷却开始到冷却停止的平均冷却速度为4～25℃/s的冷却速度实施冷却直到冷却停止温度：580℃以下的工序，在从冷却开始后10s间的初期冷却工序中具有1次以上的0.2s以上且小于3.0s的放冷工序，
上述卷取工序是将上述冷却工序后的热轧板以卷取温度：580℃以下卷取，其后进行放冷。
[7]根据上述[6]所述的低屈服比方形钢管用热轧钢板的制造方法，其特征在于，上述热轧钢板的板厚超过25mm。
[8]一种低屈服比方形钢管，其特征在于，将上述[1]～[5]中任一项所述的低屈服比方形钢管用热轧钢板作为坯材。
[9]一种低屈服比方形钢管的制造方法，其特征在于，通过对由上述[6]或[7]所述的低屈服比方形钢管用热轧钢板的制造方法得到的热轧钢板在冷时进行辊轧成型而得到方形钢管。
[10]一种低屈服比方形钢管，其特征在于，具有成分组成如下：以质量％计，含有C：0.07～0.20％、Mn：0.3～2.0％、P：0.03％以下、S：0.015％以下、Al：0.01～0.06％、N：0.006％以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
板厚中心部的钢组织具有由铁素体构成的主相和第二相、该第二相由选自珠光体、伪珠光体和上贝氏体中的1种或2种以上构成且面积分率为8～20％，包含主相和第二相的钢组织的平均晶粒直径为7～20μm，
板厚的表面和背面的钢组织为铁素体单相或贝氏体铁素体单相，平均晶粒直径为2～20μm。
根据本发明，能够提供一种屈服强度：200MPa以上、拉伸强度：400MPa以上且表现出75％以下的低屈服比、具备试验温度－20℃时的夏比冲击试验的吸收能量为27J以上的低温韧性的低屈服比方形钢管用热轧钢板。而且，该热轧钢板即便为板厚超过25mm的厚壁，也能够在将其作为坯材利用冷时的辊轧成型制造的方形钢管中在管轴方向屈服强度：295MPa以上、拉伸强度：400MPa以上、表现出90％以下的低屈服比、具备在试验温度：0℃时夏比冲击试验的吸收能量为27J以上的低温韧性。因此，能够适合用作厚壁的方形钢管、例如用于建筑结构部件的方形钢管。由此，能够实现高度超过20m的中层建筑物的材料成本的减少、工期的缩短。
具体实施方式
本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板的特征在于，具有成分组成如下：以质量％计，含有C：0.07～0.20％、Mn：0.3～2.0％、P：0.03％以下、S：0.015％以下、Al：0.01～0.06％、N：0.006％以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，板厚中心部的钢组织具有由铁素体构成的主相和第二相、该第二相由选自珠光体、伪珠光体和上贝氏体中的1种或2种以上构成且面积分率为8～20％，包含主相和第二相的钢组织的平均晶粒直径为7～20μm，板厚的表面和背面的钢组织为铁素体单相或贝氏体铁素体单相，平均晶粒直径为2～20μm。应予说明，“热轧钢板”包含热轧钢板、热轧钢带。
首先，对本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板的成分组成进行说明。应予说明，只要没有特别说明，质量％就仅用％记载。
C：0.07～0.20％
C是通过固溶强化而提高钢板的强度、同时有助于形成作为第二相中的一者的珠光体的形成的元素。为了确保所希望的拉伸特性、韧性以及所希望的钢板组织，需要含有0.07％以上。另一方面，含量超过0.20％时，有可能在方形钢管的现场焊接时(例如，方形钢管彼此的焊接时)生成马氏体组织而导致焊接断裂。因此，C限定在0.07～0.20％的范围。C的下限优选为0.09％，上限优选为0.18％。
Mn：0.3～2.0％
Mn是介由固溶强化而提高钢板的强度的元素，为了确保所希望的钢板强度，需要含有0.3％以上。含量小于0.3％时，导致铁素体相变开始温度的上升，组织容易过度粗大化。另一方面，如果含有超过2.0％，则中心偏析部的硬度上升，有可能导致方形钢管的现场焊接时的断裂。因此，Mn限定在0.3～2.0％的范围。Mn优选上限为1.6％。更优选上限为1.4％。
P：0.03％以下
P是在铁素体晶界偏析、具有使韧性降低的作用的元素，本发明中，作为杂质，优选尽可能减少。但是，过度的减少会导致精炼成本的高涨，因此优选为0.002％以上。应予说明，可以允许为0.03％以下。因此，P限定为0.03％以下。P优选为0.025％以下。
S：0.015％以下
S在钢中以硫化物的形式存在，只要在本发明的组成范围，则主要以MnS的形式存在。MnS由于在热轧工序中被拉伸得较薄，对延展性、韧性造成不良影响，因此在本发明中优选MnS尽可能减少。但是，过度的减少会导致精炼成本飙升，因此S优选为0.0002％以上。应予说明，可以允许为0.015％以下。因此，S限定为0.015％以下。S优选为0.010％以下。
Al：0.01～0.06％
Al是作为脱氧剂发挥作用、同时具有以AlN的形式固定N的作用的元素。为了得到这样的效果，需要含有0.01％以上。小于0.01％时，不添加Si时脱氧能力不足，氧化物系夹杂物增加，钢板的清洁度降低。另一方面，含量超过0.06％时，固溶Al量增加，在方形钢管的长边焊接时(方形钢管的制造时的焊接时)，特别是在大气中进行焊接时，在焊接部形成氧化物的风险增加，方形钢管焊接部的韧性降低。因此，Al限定为0.01～0.06％。Al优选下限为0.02％、上限为0.05％。
N：0.006％以下
N是具有通过牢固地固定位错的运动而使韧性降低的作用的元素。本发明中，N为杂质，优选尽可能减少，可以允许为0.006％以下。因此，N限定在0.006％以下。N优选为0.005％以下。
Si：小于0.4％
Si是因固溶强化而有助于提高钢板的强度的元素，为了确保所希望的钢板强度，可以根据需要含有。为了得到这样的效果，优选含有超过0.01％。但是，含有0.4％以上时，容易在钢板表面形成称为红鳞的铁橄榄石，表面的外观性状降低的情况变多。因此，含有时，优选小于0.4％。应予说明，不特别添加Si时，Si为不可避免的杂质，其水平为0.01％以下。
选自Nb：0.04％以下、Ti：0.02％以下、V：0.10％以下中的1种或2种以上
Nb、Ti、V都是在钢中形成微细的碳化物、氮化物、通过析出强化而有助于钢的强度提高的元素。如果含有，则存在钢管成型后的屈服比变高的趋势。因此，本发明中，优选不含有。但是，如果在方形钢管的屈服比为90％以下的范围，则可以出于调整强度的目的而含有。范围分别为Nb：0.04％以下、Ti：0.02％以下、V：0.10％以下。应予说明，含有Nb、Ti、V中的任一者时，优选为Nb：0.001％以上、Ti：0.001％以上、V：0.001％以上。
B：0.008％以下
B是具有使冷却过程的铁素体相变延迟、促进低温相变铁素体、即针状铁素体相的形成、提高钢板强度的作用的元素，含有B使钢板的屈服比增加，因而增加方形钢管的屈服比。因此，本发明中，只要是方形钢管的屈服比为90％以下的范围，就可以出于调整强度的目的根据需要含有。这样的范围为B：0.008％以下。B优选下限为0.0001％、上限为0.0015％。进一步优选下限为0.0003％、上限为0.0008％。
上述的成分以外的剩余部分为Fe和不可避免的杂质。应予说明，作为不可避免的杂质，例如可以允许O：0.005％以下。
接下来，对本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板的钢组织进行说明。本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板的板厚中心部的钢组织由主相和第二相构成。主相由铁素体构成，主相的面积分率为80～92％。另外，第二相由选自珠光体、伪珠光体和上贝氏体中的1种或2种以上构成，第二相的面积分率为8～20％。如果第二相的面积分率小于8％，则无法满足所期望的拉伸强度。如果第二相的面积分率超过20％，则无法确保所期望的低温韧性。因此，将第二相的面积分率限定在8～20％的范围。而且，上述板厚中心部的钢组织、即包含主相和第二相的钢组织的平均晶粒直径为7～20μm。这里所说的“包含主相和第二相的钢组织的平均晶粒直径”是指对构成主相的铁素体相和构成第二相的珠光体相、伪珠光体相和上贝氏体相的所有晶粒进行测定而得的平均晶粒直径。平均晶粒直径小于7μm时，过于微细，方形钢管的屈服比无法确保90％以下。另一方面，如果平均晶粒直径超过20μm而粗大化，则方形钢管的韧性降低，无法确保所期望的韧性。应予说明，从确保更高韧性的观点考虑，平均晶粒直径优选为15μm以下。
对于上述板厚中心部的钢组织，利用以下方法进行观察，求出主相和第二相的种类、面积分率、包含主相和第二相的钢组织的平均晶粒直径。首先，对从热轧钢板中采取的组织观察用试验片进行研磨以使轧制方向截面(L截面)为观察面，实施硝酸酒精腐蚀，将距组织观察用试验片表面(热轧钢板表面)为板厚1/2t的位置作为观察中心，使用光学显微镜(倍率：500倍)或扫描式电子显微镜(倍率：500倍)对钢组织进行观察、拍摄。应予说明，t为钢板的厚度(板厚)。然后，对于得到的组织照片，使用图像解析装置(图像解析软件：Photoshop，Adobe公司制)来确定主相和第二相的种类，算出面积分率，利用JISG0551记载的方法算出包含主相和第二相的钢组织的平均晶粒直径。
对于本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板，热轧钢板的板厚的表面和背面(热轧钢板的两表面)的钢组织为铁素体单相或贝氏体铁素体单相，平均晶粒直径为2～20μm。这里所说的单相是指面积分率为95％以上的情况。另外，热轧钢板的板厚的表面和背面具体是指从热轧钢板的两表面各自到1mm为止的区域。如果平均晶粒直径小于2μm，则板表面和背面的屈服强度过度上升，辊轧成型时的负荷增大，难以实现丸形钢管、方形钢管的成型。另外，如果超过20μm而粗大化，则方形钢管的韧性降低，无法确保所期望的韧性。因此，该平均晶粒直径限定为2～20μm。该平均晶粒直径优选上限为15μm。
对于上述板厚的表面和背面的钢组织，观察视野在距热轧钢板表面1mm的范围内来代替将距组织观察用试验片表面(热轧钢板表面)为板厚1/2t的位置作为观察中心，除此以外，与上述板厚中心部的钢组织的观察方法和测定方法同样地求出钢组织的种类、平均晶粒直径。
这样，通过使成分组成、板厚中心部的钢组织的种类、面积分率、平均晶粒直径、以及板厚的表面和背面的钢组织的种类和平均晶粒直径都在上述特定的范围，能够制造表现出屈服强度：200MPa以上、拉伸强度：400MPa、75％的低屈服比且具备试验温度－20℃时的夏比冲击试验的吸收能量为27J以上的低温韧性的热轧钢板，该热轧钢板非常适合作为方形钢管用的坯材。
本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板的板厚没有特别限定，例如为15mm以上，优选超过25mm，进一步优选为28mm以上。利用冷时的辊轧成型将板厚超过25mm的低屈服比方形钢管用热轧钢板制成方形钢管时，在专利文献1～3等技术中存在屈服比高且不足的问题。但是，本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板即便为超过25mm的极厚壁，也能够抑制屈服比的上升而得到屈服比为90％以下的方形钢管。
接下来，对上述本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板的制造方法的一个例子、即本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板的制造方法进行说明。
本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板的制造方法如下：通过对具有上述成分组成的钢坯材依次实施特定的热轧工序、冷却工序和卷取工序而制成热轧钢板。具体而言，本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板的制造方法的特征在于：当对钢坯材依次实施热轧工序、冷却工序和卷取工序而制成热轧钢板时，使钢坯材为具有上述的成分组成的钢坯材；热轧工序为如下工序，即将钢坯材加热到加热温度：1100～1300℃后，对该加热后的钢坯材实施粗轧结束温度：1150～950℃的粗轧，实施精轧开始温度：1100～850℃、精轧结束温度：900～750℃的精轧而制成热轧板，冷却工序为如下工序，即对热轧板以板厚中心温度计按从冷却开始到冷却停止的平均冷却速度为4～25℃/s的冷却速度实施冷却直到冷却停止温度：580℃以下为止；在从冷却开始后10s间的初期冷却工序中具有1次以上的0.2s以上且小于3.0s的放冷工序；卷取工序为如下工序，以卷取温度：580℃以下进行卷取，然后进行放冷。以下对各工序进行详细说明。应予说明，在以下的制造方法的说明中，温度只要没有特别说明，就为钢坯材、薄板坯、热轧板、钢板等的表面温度。该表面温度可以利用辐射温度计等而进行测定。另外，平均冷却速度只要没有特别说明，就为((冷却前的温度－冷却后的温度)/冷却时间)。
具有上述成分组成的钢坯材的制造方法没有特别限定，利用转炉、电炉、真空熔炉等通常公知的熔炼方法进行熔炼，利用连续铸造法等通常公知的铸造方法制造成所期望的尺寸。可以对钢水进一步实施浇包精炼等二次精炼。另外，应用铸锭-开坯轧制法来代替连续铸造法也没有任何问题。
热轧工序(热轧制工序)中，将具有上述成分组成的钢坯材加热到加热温度：1100～1300℃后，对该加热后的钢坯材实施粗轧结束温度：1150～950℃的粗轧，实施精轧开始温度(精轧入口侧温度)：1100～850℃、精轧结束温度(精轧出口侧温度)：900～750℃的精轧而制成热轧板。
加热温度：1100～1300℃
钢坯材的加热温度小于1100℃时，被轧制材料的变形阻力变得过大，产生粗轧机、精轧机的耐负荷、轧制力矩的不足，轧制变得困难。另一方面，如果超过1300℃，则奥氏体晶粒粗大化，即便利用粗轧、精轧来重复奥氏晶粒的加工和再结晶，也难以实现细粒化，难以确保所期望的热轧钢板的平均晶粒直径。因此，钢坯材的加热温度为1100～1300℃，优选上限为1280℃。另外，在轧制机的耐负荷、轧制力矩充裕的情况下，可以选择1100℃～Ar3相变点的范围的加热温度。钢坯材的厚度为通常使用的200～350mm左右即可，没有特别限定。
加热后的钢坯材接着实施粗轧，制成薄板坯等。
粗轧结束温度：950～1150℃
经加热的钢坯材通过粗轧而对奥氏晶粒进行加工、再结晶，使其微细化。粗轧结束温度小于950℃时，容易产生粗轧机的耐负荷、轧制力矩的不足。另一方面，如果超过1150℃为高温，则奥氏晶粒粗大化，其后即便实施精轧，也难以确保平均晶粒直径：20μm以下的所期望的平均晶粒直径。因此，粗轧结束温度限定在950～1150℃的范围。该粗轧结束温度范围可以通过对钢坯材的加热温度、粗轧的在道次间的滞留，钢坯材厚度等进行调整而实现。应予说明，在轧制机的耐负荷、轧制力矩充裕的情况下，可以使粗轧结束温度的下限为Ar3相变点+100℃以上。在粗轧结束后的阶段的厚度(薄板坯等的厚度)只要能够通过精轧制成所期望的产品厚度的产品板(热轧钢板)即可，无需特别限定，32～60mm左右是合适的。
粗轧后，接着利用连轧机而实施精轧，制成热轧钢板。
精轧开始温度(精轧入口侧温度)：1100～850℃
在精轧中，重复轧制加工-再结晶，奥氏体(γ)晶粒的微细化进行。如果精轧开始温度(精轧入口侧温度)变低，则容易残留因轧制加工而导入的加工应变，容易实现γ晶粒的微细化。精轧开始温度(精轧入口侧温度)小于850℃时，在精轧机内钢板表面附近的温度变为Ar3相变点以下，生成铁素体的危险性增大。生成的铁素体成为通过其后的精轧加工而在轧制方向伸长了的铁素体晶粒，成为加工性降低的原因。另一方面，如果精轧开始温度(精轧入口侧温度)超过1100℃而达到高温，则上述的基于精轧的γ晶粒的微细化效果降低，难以确保平均晶粒直径：20μm以下的所期望的热轧钢板的平均晶粒直径。因此，精轧开始温度限定在1100～850℃的范围。精轧开始温度优选为1050～850℃。
精轧结束温度(精轧出口侧温度)：900～750℃
如果精轧结束温度(精轧出口侧温度)超过900℃而达到高温，则精轧时施加的加工应变不足，无法实现γ晶粒的微细化，因此，难以确保平均晶粒直径：20μm以下的所期望的热轧钢板的平均晶粒直径。另一方面，精轧结束温度(精轧出口侧温度)小于750℃时，在精轧机内钢板表面附近的温度变为Ar3相变点以下，形成在轧制方向伸长了的铁素体晶粒，铁素体晶粒变为混晶，加工性降低的危险性增大。因此，精轧结束温度(精轧出口侧温度)限定在900～750℃的范围。精轧结束温度优选上限为850℃。
精轧结束后，实施冷却工序。
在冷却工序中，将精轧中得到的热轧板以板厚中心温度计按从冷却开始到冷却停止(冷却结束)的平均冷却速度为4～25℃/s的冷却速度冷却至冷却停止温度：580℃以下。在冷却工序中实施的冷却以由喷嘴喷射水的水柱冷却、喷雾冷却、喷雾冷却等水冷(水冷却)，喷射冷却气体的气体喷射冷却等进行。应予说明，优选以钢板(热轧板)的两面在相同条件下冷却的方式对钢板两面实施冷却操作。
钢板板厚中心的平均冷却速度小于4℃/s时，铁素体晶粒的生成频率降低，铁素体晶粒粗大化，无法确保板厚中心部的平均晶粒直径：20μm以下的所期望的平均晶粒直径。另一方面，如果超过25℃/s，则珠光体的生成得到抑制，形成上贝氏体组织，因此无法确保板厚中心部的所期望的平均晶粒直径。因此，板厚中心的平均冷却速度为4～25℃/s，更优选下限为5℃/s、上限为15℃/s。板厚中心的平均冷却速度由((冷却开始时的板厚中心的温度－冷却停止时的板厚中心的温度)/冷却时间)求出。钢板板厚中心的温度通过利用传热分析算出钢板截面内的温度分布，并用实际的外表面和内表面的温度对该结果进行校正而求出。如果冷却停止温度超过580℃，则无法满足板厚中心部的所期望的平均晶粒直径7～20μm。应予说明，为了得到所期望的表面和背面钢组织，优选以钢板表面温度计在750℃～650℃的温度区域的平均冷却速度为20℃/s以上。另外，优选自精轧结束后立即(5秒以内)开始冷却工序。
而且，在冷却工序中，从冷却开始后10s间的初期冷却工序，即，从开始热轧板的冷却后10秒间(10s间)设置一次以上的0.2s以上且小于3.0s的放冷工序进行冷却。这是为了在板的表面和背面抑制马氏体组织或上贝氏体组织的生成而进行的。在初期冷却工序中，不设置放冷工序、或者放冷工序小于0.2s时，板厚的表面和背面的钢组织变为马氏体组织、贝氏体组织、上贝氏体组织，无法得到铁素体单相或贝氏体铁素体单相组织。另外，如果在初期冷却工序中设置3.0s以上的放冷工序，则变为由铁素体和珠光体构成的组织，无法得到所期望的钢组织。因此，在冷却工序中从冷却开始后10秒间的初期冷却工序中进行的放冷工序的时间限定为0.2s以上且小于3.0s。放冷工序的时间优选为0.4～2.0s。初期冷却工序中进行的放冷工序的次数只要根据冷却设备排列、冷却停止温度等而适当决定即可，上限没有特别限定。
冷却结束后，实施卷取工序。
在卷取工序中，以卷取温度：580℃以下进行卷取，然后进行放冷。如果卷取温度超过580℃，则在卷取后进行铁素体相变和珠光体相变，因此无法满足板厚中心部的所期望的平均晶粒直径7～20μm。即便降低卷取温度也不会产生材质上的问题，但如果小于400℃，则特别是在板厚超过25mm这样的厚壁钢板时，卷取变形阻力变得很大，有时无法很好地进行卷取。因此，卷取温度优选为400℃以上。
卷取后，通过放冷而得到本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板。
本发明的低屈服比方形钢管是以上述本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板为坯材而得的。本发明的低屈服比方形钢管能够成为在管轴方向屈服强度：295MPa以上、拉伸强度：400MPa以上且表现出90％以下的低屈服比、具备试验温度：0℃时的夏比冲击试验的吸收能量为27J以上的低温韧性的钢管，例如能够作为建筑结构部件使用。
本发明的低屈服比方形钢管能够通过对上述本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板在冷时进行辊轧成型而制造。在冷时进行辊轧成型是指在不使用加热装置等的情况下在室温下利用轧辊进行成型。
例如利用在冷时使用轧辊的辊轧成型法将卷状的本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板成型为圆形而制造圆形钢管，然后利用使用轧辊的辊轧成型法将圆形钢管成型为方形，由此制造方形钢管。在冷时对圆形钢管进行辊轧成型时，由于在管轴方向导入较大的加工应变，因此管轴方向的屈服比容易上升，存在韧性容易降低的问题。然而，本发明的低屈服比方形钢管由于将上述本发明的低屈服比方形钢管用热轧钢板作为坯材，因此上述问题、即、屈服比的上升等得到抑制，能够制成即便例如为超过25mm的厚壁也具备低屈服比和低温韧性的钢管。
实施例
以下，为了进一步理解本发明，使用实施例进行说明。应予说明，实施例对本发明没有任何限定。
用转炉对钢水进行熔炼，利用连续铸造法制成表1中示出的组成的板坯(钢坯材：壁厚250mm)。将这些板坯(钢坯材)加热到表2中示出的加热温度后，实施表2中示出的条件的热轧工序、冷却工序、卷取工序，然后进行放冷，由此制成板厚：19～32mm的热轧钢板。应予说明，精轧结束后，立即(5秒以内)开始冷却工序。冷却以水冷进行。放冷工序通过在从冷却开始后10s间的初期冷却工序中设置不进行水冷的放冷区间而进行。另外，表2中示出的产品板厚为热轧工序中得到的热轧板的板厚，是得到的热轧钢板的板厚。
另外，以得到的热轧钢板为坯材，在冷时利用辊轧成型制成圆形钢管，接着，在冷时利用辊轧成型制成方形钢管(400～550mm见方)。
从得到的热轧钢板中采取试验片，实施组织观察、拉伸试验、冲击试验。将结果示于表3。组织观察按照上述方法进行，对板厚中心部，算出主相和第二相的种类、面积分率、包含主相和第二相的钢组织的平均晶粒直径(表3中在“板厚中心部的钢组织”一栏中简记为“平均晶粒直径”)，对板厚的表面和背面，求出钢组织的种类、平均晶粒直径。在表3的“板厚中心部的钢组织”的“种类”一栏中从左开始以主相、第二相的顺序记载板厚中心部的钢组织的种类。应予说明，对于钢板No.8，板厚中心部的钢组织仅存在上贝氏体。另外，对于板厚的表面和背面的钢组织，钢板No.9为马氏体和上贝氏体的混合相，钢板No.10为铁素体和珠光体的混合相，其它钢板为铁素体100％或贝氏体铁素体100％。另外，拉伸试验、夏比冲击试验的试验方法如下。
(1)拉伸试验
从得到的热轧钢板中以拉伸方向为轧制方向的方式采取JIS5号拉伸试验片，依据JIS Z 2241的规定实施拉伸试验，对屈服强度YS、拉伸强度TS进行测定，算出由(屈服强度)/(拉伸强度)×100(％)定义的屈服比YR(％)。
(2)夏比冲击试验
从得到的热轧钢板的板厚1/2t位置以试验片长边方向为与轧制方向正交的方向的方式采取V型切口试验片，依据JIS Z 2242的规定以试验温度：－20℃实施夏比冲击试验，求出吸收能量(J)。应予说明，试验片件数为各3件，算出其平均值。
另外，从得到的方形钢管的平坦部采取试验片，实施拉伸试验、夏比冲击试验，对屈服比、韧性进行评价。将结果示于表3。试验方法如下。
(3)方形钢管拉伸试验
从得到的方形钢管平坦部以拉伸方向为管长边方向的方式采取JIS5号拉伸试验片，依据JIS Z 2241的规定实施拉伸试验，测定屈服强度YS、拉伸强度TS，算出由(屈服强度)/(拉伸强度)×100(％)定义的屈服比YR(％)。
(4)方形钢管冲击试验
从得到的方形钢管平坦部的板厚1/4t位置以试验片长边方向为管周方向的方式采取V型切口试验片，依据JIS Z 2242的规定以试验温度：0℃实施夏比冲击试验，求出吸收能量(J)。应予说明，算出试验片件数各3件的平均值。
Figure BDA0002091630070000151
Figure BDA0002091630070000161
Figure BDA0002091630070000171

Claims (8)

1.一种低屈服比方形钢管用热轧钢板，其特征在于，具有如下成分组成：以质量％计，含有C：0.07～0.20％、Mn：0.3～2.0％、P：0.03％以下、S：0.015％以下、Al：0.01～0.06％、N：0.006％以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
板厚中心部的钢组织具有由铁素体构成的主相和第二相，所述第二相由选自珠光体、伪珠光体和上贝氏体中的1种或2种以上构成且面积分率为8～20％，包含主相和第二相的钢组织的平均晶粒直径为7～20μm，
板厚的表面和背面的钢组织为铁素体单相或贝氏体铁素体单相，平均晶粒直径为2～20μm。
2.根据权利要求1所述的低屈服比方形钢管用热轧钢板，其特征在于，除了所述成分组成以外，以质量％计进一步含有作为选择元素的下述A～C组中的1种以上，
A组：Si：小于0.4％，
B组：选自Nb：0.04％以下、Ti：0.02％以下和V：0.10％以下中的1种或2种以上，
C组：B：0.008％以下。
3.根据权利要求1或2所述的低屈服比方形钢管用热轧钢板，其特征在于，板厚超过25mm。
4.一种低屈服比方形钢管用热轧钢板的制造方法，其特征在于，当对钢坯材依次实施热轧工序、冷却工序和卷取工序而制成热轧钢板时，
使所述钢坯材为具有权利要求1或2所述的成分组成的钢坯材，
所述热轧工序是将所述钢坯材加热到加热温度：1100～1300℃后，对该加热后的钢坯材实施粗轧结束温度为1150～950℃的粗轧，实施精轧开始温度为1100～850℃、精轧结束温度为900～750℃的精轧，制成热轧板，
所述冷却工序是对所述热轧板以板厚中心温度计以从冷却开始到冷却停止的平均冷却速度为4～25℃/s的冷却速度实施冷却直到冷却停止温度：580℃以下的工序，在从冷却开始后10s间的初期冷却工序中具有1次以上的0.2s以上且小于3.0s的放冷工序，以钢板表面温度计在750℃～650℃的温度区域的平均冷却速度为20℃/s以上，
所述卷取工序是将所述冷却工序后的热轧板以卷取温度：580℃以下进行卷取，然后进行放冷。
5.根据权利要求4所述的低屈服比方形钢管用热轧钢板的制造方法，其特征在于，所述热轧钢板的板厚超过25mm。
6.一种低屈服比方形钢管，其特征在于，将权利要求1～3中任一项所述的低屈服比方形钢管用热轧钢板作为坯材。
7.一种低屈服比方形钢管的制造方法，其特征在于，通过对由权利要求4或5所述的低屈服比方形钢管用热轧钢板的制造方法得到的热轧钢板在冷时进行辊轧成型而得到方形钢管。
8.一种低屈服比方形钢管，其特征在于，具有如下成分组成，以质量％计，含有C：0.07～0.20％、Mn：0.3～2.0％、P：0.03％以下、S：0.015％以下、Al：0.01～0.06％、N：0.006％以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
板厚中心部的钢组织具有由铁素体构成的主相和第二相，所述第二相由选自珠光体、伪珠光体和上贝氏体中的1种或2种以上构成且面积分率为8～20％，包含主相和第二相的钢组织的平均晶粒直径为7～20μm，
板厚的表面和背面的钢组织为铁素体单相或贝氏体铁素体单相，平均晶粒直径为2～20μm。
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