CN113453816B

CN113453816B - 方形钢管及其制造方法以及建筑构造物

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Publication number: CN113453816B
Application number: CN202080014943.3A
Authority: CN
Inventors: 井手信介; 松本晃英; 松本昌士; 冈部能知
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2020-02-03
Publication date: 2023-05-16
Anticipated expiration: 2040-02-03
Also published as: KR102551434B1; WO2020170775A1; TW202035733A; JPWO2020170775A1; TWI754213B; CN113453816A; KR20210114031A; JP6813141B1

Abstract

本发明提供一种方形钢管及其制造方法、以及使用该方形钢管的建筑构造物。本发明是具有平板部与角部的方形钢管，具有特定的成分组成，从钢管的外表面起在板厚t的1/4t位置处的钢组织中，贝氏体和珠光体的面积率的合计相对于铁素体的面积率的比例为2.0以上20.0以下，并且贝氏体的面积率相对于珠光体的面积率的比例为5.0以上20.0以下，平板部的YS为350MPa以上，TS为520MPa以上，平板部相对于角部的YS之比为0.80以上0.90以下，平板部相对于角部的TS之比为0.90以上1.00以下，平板部的‑40℃的夏比吸收能量为100J以上，角部的R为2.3×t以上2.9×t以下。

Description

方形钢管及其制造方法以及建筑构造物

技术领域

本发明涉及方形钢管及其制造方法以及建筑构造物。本发明的角部与平板部的强度差小的方形钢管适合用作建筑构造部件。

背景技术

方形钢管(也称为“方柱”。)通常以热轧钢板(热轧钢带)或者厚板为原材料，通过冷轧成形而制造。作为冷轧成形方法具有冲压成型以及辊轧成型。然而，在这些的任一种方法中，由于与方形钢管的平板部相比，对方形钢管的角部施加较大的塑性变形，所以存在角部的强度容易上升，角部与平板部的强度差变大这样的问题。在角部与平板部处特性显著不同时，焊接材料的选定、建筑设计变得非常困难，难以将方形钢管用作建筑构造用材料。

对于这样的问题，进行了直接的研究的例子很多，但例如作为建筑构造物用的方形钢管有专利文献1的技术。在专利文献1中公开了一种冷轧成形方形钢管，其是对钢板进行冷弯加工而得到的方形钢管，上述方形钢管分别含有C：0.02～0.18％(“％”是“质量％”的意思，以下的化学成分相同。)、Si：0.03～0.5％、Mn：0.7～2.5％、Al：0.005～0.12％以及N：0.008％以下(不包含0％。)，余量由Fe以及不可避免的杂质构成，在该不可避免的杂质中分别抑制为P：0.02％以下(不包含0％。)、S：0.01％以下(不包含0％。)以及O：0.004％以下(不包含0％。)，上述弯曲加工部为保持加工为直角的状态，且满足下述(A)～(C)的要求，从而确保耐震性。

(A)钢管的平坦部的屈服强度：355MPa以上，拉伸强度：520MPa以上，

(B)在上述平坦部的显微组织中，贝氏体组织的面积分率：40％以上，

(C)钢管的角部的表层部的维氏硬度Hv：350以下，拉伸试验中的拉伸：10％以上，0℃的夏比吸收能量vE0：70J以上。

专利文献1：日本专利第5385760号公报

通过冷轧的利用辊轧成型制造的方形钢管，在通过热轧压延而制造的宽度方向上将平坦的材料(例如热轧材料)辊轧成型而成为圆形钢管，然后进行冷轧成形而成型为具有角部与平板部的方形钢管。在这样的制法上，因加工硬化的差而产生的角部与平板部的强度差容易变大。而且，在辊轧成型前进行的热轧中，由于通过来自热轧材料的表面的冷却控制进行材料的制造，所以存在在冷却速度相对变大的热轧材料的表层附近加工前的强度(硬度)变大这样的问题。

然而，在上述专利文献1所公开的技术中，仅限于通过热轧压延中的温度控制，使钢板的表面的硬度不会过度上升，而并不是积极地减少角部与平板部的强度差。因此，显然由冷弯加工而得到的方形钢管例如即使角部的特性满足某基准，但与平板部的强度相比，角部的强度也相对变高。为了抑制角部的强度的上升，减少角部的塑性变形是有效的。为了减少角部的塑性变形，可考虑增大角部的R(圆度)。然而，角部的R大的方形钢管在作为方形的部件与其它部件组合时，存在设计上的问题、由于间隙的产生等而导致作为建筑物的性能降低的问题而不优选。

发明内容

本发明正是鉴于上述情况而完成的，目的是提供一种角部与平板部的强度差小的方形钢管及其制造方法、以及使用该方形钢管的建筑构造物。

本发明者们为了解决上述课题进行了深入研究，结果得到了以下的见解。

在本发明中，首先，设想为使在通过冷的辊轧成型导入的加工应变(塑性变形)特别大的钢管的表层附近(以下，称为外表面附近。)不易产生加工硬化，由此减少角部与平板部的强度差。

因此，本发明者们作为钢板以及钢管的钢组织准备多个使铁素体、贝氏体、珠光体的面积率变化的样品，调查了加工硬化的容易度。其结果是，发现了将贝氏体和珠光体的合计量相对于铁素体的比例设为一定以上，由此即使通过冷轧进行辊轧成型也制作出不易加工硬化的钢组织。这被认为是因为应变集中在软质相且加工硬化能力小的铁素体，从而作为钢组织整体的加工硬化能力变小。

另外，本发明者们为了利用原材料(以下，有时也称为热轧材料或者钢板。)的钢组织来抑制角部的加工硬化，在制造方形钢管时，暂时，成型为纵向直径/横向直径之比为0.99以上1.01以下的圆筒状的圆形钢管之后，通过配置于上下以及左右的辊成型为方形形状。由此，发现了不使角部过度地加工硬化而能够得到方形钢管。

这里，“纵向直径”是指相对于上述圆形钢管的管轴的铅垂方向的外径，“横向直径”是指相对于上述圆形钢管的管轴的水平方向的外径。

通过上述研究，考虑了在本发明中，使用对于通过冷轧的辊轧成型导入的加工应变最大的钢管的外表面附近的钢组织，将贝氏体和珠光体的合计量相对于铁素体的比例设为特定的范围的热轧压延材料(钢板)，将该热轧压延材料成型为纵向直径/横向直径之比为0.99以上1.01以下的圆筒状之后，通过配置于上下以及左右的辊成型为方形形状，从而制造角部与平板部的强度差小的方形钢管。

此外，在本发明中“角部与平板部的强度差小的方形钢管”表示平板部相对于角部的YS之比为0.80以上0.90以下，平板部相对于角部的TS之比为0.90以上1.00以下。

本发明者们还反复地进行了详细的研究，终于完成了本发明。本发明的宗旨如下所述。

[1]一种方形钢管，其具有平板部与角部，其中，

成分组成以质量％计包含：

C：0.07～0.20％，

Si：1.0％以下，

Mn：0.5～2.0％，

P：0.030％以下，

S：0.015％以下，

Al：0.01～0.06％，

N：0.006％以下，

余量由Fe以及不可避免的杂质构成，

从钢管的外表面起在板厚t的1/4t位置处的钢组织中，贝氏体和珠光体的面积率的合计相对于铁素体的面积率的比例为2.0以上20.0以下，并且贝氏体的面积率相对于珠光体的面积率的比例为5.0以上20.0以下，

上述平板部的YS为350MPa以上，TS为520MPa以上，

上述平板部相对于上述角部的YS之比为0.80以上0.90以下，上述平板部相对于上述角部的TS之比为0.90以上1.00以下，

上述平板部的-40℃的夏比吸收能量为100J以上，

上述角部的R为2.3×t以上2.9×t以下。

[2]根据[1]所述的方形钢管，其中，除了上述成分组成之外，以质量％计还包含选自下述A组～C组中的一组或者两组以上：

A组：选自Nb：0.05％以下，Ti：0.05％以下，V：0.10％以下中的一种或者两种以上

B组：B：0.008％以下

C组：选自Cr：0.01～1.0％，Mo：0.01～1.0％，Cu：0.01～0.50％，Ni：0.01～0.30％，Ca：0.001～0.010％中的一种或者两种以上。

[3]一种方形钢管的制造方法，其是根据[1]或者[2]所述的方形钢管的制造方法，其中，

实施制管工序，在制管工序中，通过冷轧将钢板辊轧成型并焊接形成为圆筒状的端面，在成型为纵向直径/横向直径之比为0.99以上1.01以下的圆筒状之后，成型为方形形状。

[4]一种方形钢管的制造方法，其是根据[1]或者[2]所述的方形钢管的制造方法，其中，

在对钢原材料依次实施热轧工序、冷却工序、卷取工序以及制管工序来制造方形钢管时，

实施热轧工序，在热轧工序中，在将上述钢原材料加热到加热温度：1100～1300℃之后，从加热炉取出后，在粗轧结束之前的期间，相对于加热后的上述钢原材料，在板厚中心温度为1000℃以上的状态下，将静止30秒以上的次数控制为一次以上五次以下，在此基础上，设为粗轧结束温度：1000～800℃，精轧开始温度：1000～800℃，精轧结束温度：900～750℃，

接着，实施冷却工序，在冷却工序中，具有一次以上从冷却开始起10s期间的0.2s以上小于3.0s的放冷，设为板厚中心温度的平均冷却速度：4～25℃/s，冷却停止温度：580℃以下，

接着，实施在卷取温度：580℃以下进行卷取的卷取工序而制成钢板，

接着，实施制管工序，在制管工序中，通过冷轧将上述卷取工序后的钢板辊轧成型并焊接形成为圆筒状的端面，成型为纵向直径/横向直径之比为0.99以上1.01以下的圆筒状之后，成型为方形形状。

[5]一种建筑构造物，其中，

该建筑构造物使用了[1]或者[2]所述的方形钢管。

根据本发明，特别是在通过冷轧的辊轧成型制造方形钢管时，能够得到角部与平板部的强度差小的方形钢管。该方形钢管的角部的R被控制为适当的大小，所以例如能够适合用作面向建筑构造部件的方形钢管。

附图说明

图1是表示电阻焊钢管的制造设备的一个例子的示意图。

图2是表示方钢管的成型过程的示意图。

图3是示意性表示使用了本发明的方形钢管的建筑构造物的一个例子的立体图。

图4是表示方钢管的剖面的示意图。

具体实施方式

以下，详细地说明本发明。

本发明的方形钢管如下所述。成分组成包含：按质量％，C：0.07～0.20％、Si：1.0％以下、Mn：0.5～2.0％、P：0.030％以下、S：0.015％以下、Al：0.01～0.06％、N：0.006％以下，余量由Fe以及不可避免的杂质构成。对于从该方形钢管的外表面到板厚t的1/4深度位置(以下，称为1/4t位置。)的钢组织而言，贝氏体和珠光体的面积率的合计相对于铁素体的面积率的比例为2.0以上20.0以下，并且贝氏体的面积率相对于珠光体的面积率的比例为5.0～20.0。另外，对于方形钢板的平板部而言，YS为350MPa以上，TS为520MPa以上，平板部相对于角部的YS之比为0.80以上0.90以下，平板部相对于角部的TS之比为0.90以上1.00以下，平板部的板厚1/4t位置的-40℃的夏比吸收能量为100J以上，角部的R为2.3×t以上2.9×t以下。

首先，对本发明的成分组成的限定理由进行说明。此外，除非另有说明，质量％仅由％表示。此外，在本发明中，方形钢管和用于方形钢管的原材料的钢板的成分组成相同。因此，以下对方形钢管和在原材料中使用的钢板的成分组成的限定理由进行说明。

C：0.07～0.20％

C是通过固溶强化使钢板以及方形钢管的强度增加，并且有助于作为后述的本发明的钢组织之一的珠光体的形成的元素。为了确保所希望的强度，进而为了确保所希望的钢板组织，C需要含有0.07％以上。另一方面，含有超过0.20％的C，在现场的方形钢管的焊接时，由于热影响而可能产生马氏体组织，成为焊接开裂的原因。因此，C设为0.07～0.20％。C优选是0.09％以上，更优选是0.10％以上。另外，C优选是0.18％以下，更优选是0.17％以下。

Si：1.0％以下

Si是通过固溶强化有助于钢板以及方形钢管的强度增加的元素。为了确保所希望的钢板以及方形钢管的强度，优选Si含有超过0.01％。然而，若含有Si超过1.0％，则韧性降低。因此，Si设为1.0％以下。此外，Si优选是0.8％以下，更优选是0.6％以下。更优选是0.03％以上。

Mn：0.5～2.0％

Mn是通过固溶强化使钢板以及方形钢管的强度增加的元素，为了确保所希望的钢板以及方形钢管的强度，需要含有0.5％以上的Mn。Mn含有小于0.5％时，导致铁素体转变开始温度的上升，组织过度粗化，韧性降低。另一方面，若含有Mn超过2.0％，则中心偏析部的硬度上升，有可能成为现场的方形钢管焊接时的破裂的原因。因此，Mn设为0.5～2.0％。Mn优选是1.8％以下，更优选是1.6％以下。Mn优选是0.6％以上，更优选是0.7％以上。

P：0.030％以下

P在铁素体晶界偏析，具有使钢板以及方形钢管的韧性降低的作用的元素。在本发明中，作为杂质，优选尽可能地减少。然而，过度的减少会导致精炼成本的高涨，所以优选P设为0.002％以上。此外，P的含有能够允许到0.030％。因此，P设为0.030％以下。P优选是0.025％以下。P更优选是0.020％以下。

S：0.015％以下

S在钢中作为硫化物而存在，若在本发明的成分组成的范围内，则主要作为MnS而存在。MnS在热轧压延工序中较薄地延伸，对钢板以及方形钢管的延展性以及韧性造成负面影响。因此，在本发明中，优选尽可能地减少MnS。然而，过度的减少会导致精炼成本的高涨，所以优选S设为0.0002％以上。此外，S的含有能够允许到0.015％。因此，S设为0.015％以下。S优选是0.010％以下，更优选是0.008％以下。

Al：0.01～0.06％

Al是作为脱氧剂而起作用，并且具有作为AlN来固定N的作用的元素。为了得到这样的效果，Al需要含有0.01％以上。Al小于0.01％时，在不添加Si的情况下脱氧性不足，氧化物系夹杂物增加，钢板的清洁度降低。另一方面，含有超过0.06％的Al，固溶Al量增加，方形钢管的长边焊接时(即、方形钢管的制造中的钢管长边方向的电阻焊接时)，特别是在空气中焊接的情况下，在焊接部形成氧化物的危险性变高，方形钢管焊接部的韧性降低。因此，Al设为0.01～0.06％。Al优选是0.02％以上。另外，Al优选是0.05％以下。

N：0.006％以下

N是具有通过牢固地固定位错的运动而使钢板以及方形钢管的韧性降低的作用的元素。在本发明中，N作为杂质，优选尽可能地减少，能够允许到0.006％。因此，N设为0.006％以下。N优选是0.005％以下。在本发明中虽没有特别规定，但从制造成本的观点出发，优选N设为0.001％以上。

余量是Fe以及不可避免的杂质。但是，在不损害本发明的效果的范围内，作为不可避免的杂质，例如能够允许含有O(氧)：0.005％以下。

以上是本发明的基本成分组成。通过上述必要元素能够得到本发明作为目的特性，但能够根据需要包含下述的元素。

选自Nb：0.05％以下、Ti：0.05％以下、V：0.10％以下的一种或者两种以上

Nb、Ti、V都是在钢中形成微小的碳化物、氮化物，通过沉淀强化而有助于钢的强度提高的元素。为了得到这样的效果，在含有Nb、Ti、V的情况下，优选分别设为Nb：0.05％以下、Ti：0.05％以下、V：0.10％以下，更优选设为Nb：0.04％以下、Ti：0.04％以下、V：0.08％以下。在含有Nb、Ti、V的情况下，优选分别设为Nb：0.001％以上、Ti：0.001％以上、V：0.001％以上，更优选设为Nb：0.003％以上、Ti：0.003％以上、V：0.003％以上。

此外，在含有选自Nb、Ti、V中的两种以上的情况下，优选合计设为0.2％以下，优选设为0.005％以上。

B：0.008％以下

B是延迟冷却过程的铁素体转变，促进低温转变铁素体的形成，并具有使钢板以及方形钢管的强度增加的作用的元素。B的含有与钢板的屈服比、即方形钢管的屈服比的增加相关。因此，在本发明中，若是方形钢管的屈服比成为90％以下那样的范围，则能够按调整强度的目的根据需要含有B。在含有B的情况下，优选设为0.008％以下。B更优选是0.0015％以下，进一步优选是0.0008％以下。B优选是0.0001％以上，更优选是0.0003％以上。

选自Cr：0.01～1.0％、Mo：0.01～1.0％、Cu：0.01～0.50％、Ni：0.01～0.30％、Ca：0.001～0.010％中的一种或者两种以上

Cr：0.01～1.0％

Cr是通过提高淬火性，使钢板以及方形钢管的强度上升的元素，能够根据需要含有。为了得到这样的效果，在含有Cr的情况下，优选含有0.01％以上的Cr。另一方面，若含有Cr超过1.0％则有可能使韧性、焊接性降低，所以在含有Cr的情况下，优选设为1.0％以下。Cr更优选是0.02％以上，更优选是0.8％以下。

Mo：0.01～1.0％

Mo是通过提高淬火性，使钢板以及方形钢管的强度上升的元素，能够根据需要含有。为了得到这样的效果在含有Mo的情况下，优选含有0.01％以上的Mo。另一方面，若含有Mo超过1.0％则有可能使韧性降低，所以在含有Mo的情况下，优选设为1.0％以下。Mo更优选是0.02％以上，更优选是0.8％以下。

Cu：0.01～0.50％

Cu是通过固溶强化而使钢板以及方形钢管的强度上升的元素，能够根据需要含有。为了得到这样的效果在含有Cu的情况下，优选含有0.01％以上的Cu。另一方面，若含有Cu超过0.50％则有可能使韧性降低，所以在含有Cu的情况下，优选设为0.50％以下。Cu更优选是0.02％以上，更优选是0.4％以下。

Ni：0.01～0.30％

Ni是通过固溶强化而使钢板以及方形钢管的强度上升的元素，能够根据需要含有。为了得到这样的效果在含有Ni的情况下，优选含有0.01％以上的Ni。另一方面，若含有Ni超过0.30％则铁素体的面积率有可能容易降低，所以在含有Ni的情况下，优选设为0.30％以下。Ni更优选是0.02％以上，更优选是0.2％以下。

Ca：0.001～0.010％

Ca是使在热轧工序中较薄地延伸的MnS等硫化物球状化从而有助于钢的韧性提高的元素，能够根据需要含有。为了得到这样的效果在含有Ca的情况下，优选含有0.001％以上的Ca。另一方面，若Ca含有量超过0.010％，则在钢中形成Ca氧化物簇，韧性有可能恶化。因此，在含有Ca的情况下，优选Ca含有量设为0.001～0.010％。Ca更优选是0.0015％以上，更优选是0.0050％以下。

接下来，对本发明的方形钢管的钢组织的限定理由进行说明。

本发明的方形钢管的1/4t位置的钢组织主要具有铁素体、珠光体以及贝氏体，各组织的比例是贝氏体(B)与珠光体(P)的面积率的合计相对于铁素体(F)的面积率的比例((B+P)/F)为2.0以上20.0以下，并且贝氏体的面积率相对于珠光体的面积率的比例(B/P)为5.0以上20.0以下。

贝氏体和珠光体的面积率的合计相对于铁素体的面积率的比例：2.0以上20.0以下

贝氏体和珠光体的面积率的合计相对于铁素体的面积率的比例小于2.0时，承担强度的贝氏体、珠光体不足，无法得到所希望的强度。另一方面，若贝氏体和珠光体的面积率的合计相对于铁素体的面积率的比例超过20.0，则在通过冷辊轧成型制造方形钢管时，应变容易分散在贝氏体、珠光体中，容易产生加工硬化。其结果是，无法得到角部与平板部的强度差小的方形钢管。

贝氏体的面积率相对于珠光体的面积率的比例：5.0以上20.0以下

贝氏体的面积率相对于珠光体的面积率的比例小于5.0时，珠光体变得过剩，韧性降低。另一方面，若贝氏体的面积率相对于珠光体的面积率的比例超过20.0，则应变容易分散在贝氏体中，容易产生加工硬化。其结果是，无法得到角部与平板部的强度差小的方形钢管。

此外，一般将钢板(热轧钢板)作为原材料通过辊轧成型而制造的方形钢管，由于角部以及平板部的1/4t位置的钢组织都相同，所以也可以在平板部1/4t位置或者角部的1/4t位置的任一处进行测定。这里规定平板部的1/4t位置的钢组织。

在本发明中，即使在钢管的3/16t位置～5/16t位置的范围内存在上述钢组织，也能够同样地得到上述效果。因此，在本发明中“1/4t位置处的钢组织”是指在上述3/16t位置～5/16t位置的范围的任一个中存在上述钢组织的情况。

上述钢组织通过以下的方法进行观察，求出组织的种类以及面积率(％)。组织观察用试件，从方形钢管采集，以压延方向剖面(L剖面)成为观察面的方式进行研磨，实施硝酸乙醇腐蚀而制作。组织观察，以从组织观察用试件的表面(即方形钢管的外表面)起的板厚1/4t位置的组织为观察的中心，使用光学显微镜(倍率：500倍)或者扫描式电子显微镜(SEM，倍率：500倍)来观察、拍摄钢组织。这里“t”表示钢板的厚度(板厚)。使用图像解析装置(图像解析软件：Photoshop，Adobe公司产品)从得到的组织照片确定组织的种类，计算各组织(铁素体、珠光体、贝氏体)的面积率。各组织的面积率通过五个视场以上进行观察，作为在各视场中得到的值的平均值而求出。

接下来，使用图1、图2对本发明的方形钢管的制造方法进行说明。图1是表示电阻焊钢管的制造设备的一个例子的示意图。图2是表示方钢管的成型过程的示意图。

本发明的方形钢管的制造方法是对钢板实施制管工序而制成方形钢管的方法。在本发明的制管工序中，将钢板通过冷轧进行辊轧成型并对成为圆筒状的端面进行焊接。接着，成型为纵向直径/横向直径之比为0.99以上1.01以下的圆筒状的圆形钢管之后，通过配置于上下以及左右的辊，进一步在冷态下将圆形钢管成型为方形形状，成型为具有角部与平板部的方形钢管。

首先，如图1所示，作为电阻焊钢管的原材料的钢带1例如在通过矫平机2实施入侧矫正之后，通过由多个辊构成的保持架辊组3进行中间成型而形成为开口管之后，通过由多个辊构成的翅片轧辊组4进行精加工成型。精加工成型之后一边通过挤压辊5压接一边通过焊接机6电阻焊接钢带1的宽度端部，形成圆筒状的电阻焊钢管7。另外，在本发明中，电阻焊钢管7的制造设备并不限于图1那样的制管工序。

然后，如图2所示，电阻焊钢管7通过由多个辊构成的整形辊组(整形架)8保持圆筒状而缩径，形成为纵向直径/横向直径之比为0.99以上1.01以下的圆筒状。然后，通过由多个辊构成的方形成型辊组(方形成型架)9，依次成型为R1、R2、R3那样的形状，而形成方形钢管10。此外，整形辊组8以及方形成型辊组9的支架数没有特别限制。

这里，对在成型为方形形状之前，成型为纵向直径/横向直径之比为0.99以上1.01以下的圆筒状的理由进行说明。

在本发明中，基于下面的理由，设为纵向直径/横向直径之比为0.99以上1.01以下是重要的。一般，在通过辊轧成型制造钢管的情况下，在该过程中，以抑制回弹为目的，在圆周方向上施加不均匀的应变的情况居多。然而，在最后以成型为方形为前提的情况下，不需要使作为其前阶段的圆筒形状的剖面必须为正圆。因此，即使是称为圆筒状但在制造方形钢管的中途阶段也未必是正圆，其结果是，得到的方形钢管不能减少平板部与角部的特性差。据此，在本发明中，为了减少平板部与角部的特性差，必须在前阶段中将形状成型为纵向直径/横向直径之比为0.99以上1.01以下的圆筒状。

若未成型为上述纵向直径/横向直径之比为0.99以上1.01以下的圆筒状，则与平板部相比，角部的塑性变形变得过大。其结果是，平板部相对于角部的YS之比小于0.80，以及平板部相对于角部的TS之比小于0.90。此外，由于与平板部相比，角部的塑性变形变大，所以当然平板部相对于角部的YS之比为0.90以下，以及平板部相对于角部的TS之比为1.00以下。因此，在本发明中为了使作为目的平板部的YS为350MPa以上，使TS为520MPa以上，使平板部相对于角部的YS之比为0.80以上0.90以下，使平板部相对于角部的TS之比为0.90以上1.00以下，成型为使纵向直径/横向直径之比为0.99以上1.01以下的圆筒状。

另外，以上述纵向直径/横向直径之比成形为0.99以上1.01以下的圆筒状，由此在方形成型时能够均衡地成型角部，所以角部的R能够设为2.3×t以上2.9×t以下(这里，t是板厚。)。角部的R成为2.3×t以上2.9×t以下(这里，t是板厚。)，由此能够减少角部与平板部的强度差。

如上所述，根据本发明，平板部的YS为350MPa以上，TS为520MPa以上，平板部相对于角部的YS之比为0.80以上0.90以下，平板部相对于角部的TS之比为0.90以上1.00以下，平板部的-40℃的夏比吸收能量为100J以上，角部的R为2.3×t以上2.9×t以下，所以能够得到角部与平板部的强度差小的方形钢管。该方形钢管的角部的R被控制为适当的大小，而且角部与平板部的强度差小，所以能够特别适合于作为面向建筑构造部件的方形钢管使用。

此外，如上所述，本发明的方形钢管作为其原材料，可以优选使用依次实施以下说明的热轧工序，冷却工序以及卷取工序而得到的钢板(热轧钢板)。在本发明中，也可以对该钢板实施上述制管工序而形成方形钢管。

对适合作为本发明的方形钢管的原材料的钢板的制造方法的一个例子进行说明。

适合作为本发明的方形钢管的原材料的钢板的制造方法，例如对具有上述成分组成的钢原材料，能够以以下说明的条件，依次实施热轧工序(以下，称为热轧工序。)、冷却工序以及卷取工序而形成钢板(热轧钢板)。

例如，在将具有上述成分组成的钢原材料加热到加热温度：1100～1300℃之后，从加热炉抽出后，在粗轧结束之前的期间，对加热后的钢原材料进行控制，使得在钢原材料的板厚中心温度为1000℃以上的状态下静止30秒以上的放置时间的次数为一次以上五次以下，在此基础上，实施设为粗轧结束温度：1000～800℃，精轧开始温度：1000～800℃，精轧结束温度：900～750℃的热轧工序而制成热轧板。接着，对热轧工序后的热轧板实施冷却工序，在冷却工序中从冷却开始进行一次以上10s期间的0.2s以上小于3.0s的放冷，热轧板的板厚中心温度的平均冷却速度：4～25℃/s，冷却停止温度：580℃以下。接着，在卷取温度：580℃以下，将冷却工序后的热轧板卷取，然后实施放冷的卷取工序而得到钢板(热轧钢板)。

以下，详细地说明各工序。此外，在以下的制造方法的说明中，除非另有说明，温度(℃)设为钢原材料、薄板坯、热轧板或者钢板等的表面温度。上述表面温度能够通过辐射温度计等测定。除非另有说明，平均冷却速度(℃/s)设为

通过((冷却前的温度(℃)-冷却后的温度(℃))/冷却时间(s))而求出的值。

具有上述成分组成的钢原材料(钢坯)的熔炼方法没有特别限定，能够使用转炉、电炉、真空熔解炉等公知的熔炼方法进行熔炼。铸造方法也没有特别限定，能够通过连续铸造法等公知的铸造方法，制造为所希望的尺寸。此外，代替连续铸造法而应用铸锭-开坯轧制法也没有任何问题。也可以对钢液进一步实施浇包精炼等二次精炼。

接着，对得到的钢原材料(钢坯)实施热轧工序。在热轧工序中，将钢原材料加热到加热温度：1100～1300℃。然后，对加热后的钢原材料实施粗轧。此时，在将钢原材料从加热炉取出后，在粗轧结束之前的期间，按照使在钢原材料的板厚中心温度为1000℃以上的状态下静止30秒以上的放置时间的次数成为一次以上五次以下的方式进行控制，在此基础上，实施设为粗轧结束温度：1000～800℃的粗轧。然后，实施设为精轧开始温度：1000～800℃，精轧结束温度：900～750℃的精轧而制成热轧板。

此外，通过导热解析计算钢原材料剖面内的温度分布，由此求出热轧工序中的钢原材料的板厚中心的温度。

加热温度：1100～1300℃

在钢原材料的加热温度小于1100℃时，被轧制材料的变形阻力变得过大，在粗轧机以及精轧机中产生耐负载、轧制扭矩的不足，轧制变得困难。另一方面，若加热温度超过1300℃，则奥氏体晶粒粗大化，即使在粗轧以及精轧中反复进行奥氏体晶粒的加工以及再结晶，也难以细粒化，很难确保热轧钢板中的所希望的韧性。因此，钢原材料的加热温度设为1100～1300℃。加热温度优选是1280℃以下。加热温度优选是1150℃以上。

此外，在各轧制机的耐负载、轧制扭矩存在富余的情况下，也可以将1100℃以下Ar3转变点以上的范围的温度选择为加热温度。

加热后的钢原材料接着被实施粗轧，制成薄板坯等。

在板厚中心温度为1000℃以上的状态下静止30秒以上的放置时间的次数：一次以上五次以下

在从加热炉取出钢原材料之后，在粗轧结束之前的期间，将在钢原材料的板厚中心温度为1000℃以上的状态下静止30秒以上的放置时间的次数设为一次以上，由此促进氧化皮的生长，粗糙度变大。由此，在之后的冷却工序中从表面附近起1/4t位置的冷却速度能够增加，能够将贝氏体和珠光体的面积率的合计相对于铁素体的面积率的比例设为2.0以上。另一方面，若上述放置时间的次数超过五次则氧化皮的生长过度，贝氏体和珠光体的面积率的合计相对于铁素体的面积率的比例超过20.0，另外，贝氏体的面积率相对于珠光体的面积率的比例超过20.0。上述放置时间的次数优选是两次以上。优选是四次以下。在将放置时间的次数设为两次以上的情况下，使用排列了多台粗轧机的设备，除了在最初的粗轧机的入口侧进行放置之外，还在多个粗轧机间也进行放置等，由此只要适当地设置其次数即可。

粗轧结束温度：1000～800℃

加热后的钢原材料通过粗轧，对奥氏体晶粒进行加工、再结晶而微细化。在粗轧结束温度小于800℃时，容易产生粗轧机的耐负载、轧制扭矩的不足。另一方面，若粗轧结束温度超过1000℃而成为高温，则奥氏体晶粒粗大化，钢板以及方形钢管的韧性容易降低。粗轧结束温度优选是820℃以上，进一步优选是840℃以上。粗轧结束温度优选是980℃以下，进一步优选是950℃以下。

此外，该粗轧结束温度能够通过调整钢原材料的加热温度、上述粗轧中的冷却条件、粗轧的道次之间的滞留、钢原材料厚度等来实现。粗轧结束的阶段的被轧制材料的厚度(薄板坯等的厚度)不需要特别限定，只要通过精轧制成所希望的制品厚度的制品板(热轧钢板)即可。例如，在面向建筑构造部件的方形钢管的制造中，制品厚度优选为12～28mm左右。

粗轧后，被轧制材料例如通过串联轧制机而被实施精轧，被制成热轧板。

精轧开始温度：1000～800℃

在精轧中，反复进行轧制加工以及再结晶，进行奥氏体(γ)晶粒的微细化。若精轧开始温度(精轧入侧温度)变低，则由轧制加工导入的加工应变容易残存，容易实现γ晶粒的微细化。若精轧开始温度小于800℃，则在精轧机内钢板表面附近的温度成为Ar3转变点以下，生成铁素体的危险性增大。在精轧前以及精轧中生成的铁素体通过之后的精轧加工而成为沿轧制方向伸长的铁素体晶粒，成为韧性降低的原因。另一方面，若精轧开始温度超过1000℃而成为高温，则由上述精轧产生的γ晶粒的微细化效果减少，钢板以及方形钢管的韧性容易降低。因此，精轧开始温度设为800～1000℃。精轧开始温度优选是825～975℃。

精轧结束温度：900～750℃

若精轧结束温度(精轧输出侧温度)超过900℃而成为高温，则在精轧时附加的加工应变不足，无法实现γ晶粒的微细化，钢板以及方形钢管的韧性容易降低。另一方面，若精轧结束温度小于750℃，则在精轧机内钢板表面附近的温度成为Ar3转变点以下，形成沿轧制方向伸长的铁素体晶粒，铁素体粒成为混合晶粒。由此，韧性降低的危险性增大。因此，精轧结束温度设为900～750℃。精轧结束温度优选是850℃以下。优选是770℃以上。

接着，对在热轧工序中得到的热轧板实施冷却工序。

从冷却开始的10s期间的0.2s以上小于3.0s的放冷的次数：1次以上

在本发明中，将开始在热轧工序中得到的热轧板的冷却之后的10秒钟(10s期间)作为初始冷却。在冷却工序的初始冷却中，将0.2s以上小于3.0s的放冷设为一次以上进行冷却。这是为了抑制在钢板的表里面生成马氏体组织而进行的。在初始冷却中，在没有设置放冷，或者放冷小于0.2s的情况下，生成马氏体组织，钢板以及方形钢管的韧性降低。另外，在初始冷却中，在放冷是3.0s以上的情况下，贝氏体不足，主要成为由铁素体以及珠光体构成的组织，无法得到所希望的钢组织。因此，在冷却工序的初始冷却中进行的一次的放冷时间设为0.2s以上小于3.0s。一次的放冷时间优选是0.4s以上，优选是2.0s以下。

为了得到上述效果，在初始冷却中进行的放冷的次数需要设为一次以上。此外，放冷的次数只要根据冷却设备的排列、冷却停止温度等适当地设定即可。这里，放冷是指自然冷却。放冷的次数的上限虽没有特别限定，但从生产率的观点考虑，优选设为10次以下。在将放冷的次数设为多次的情况下，例如使来自后述的水冷用的喷嘴的一部区间的喷嘴的水的喷射停止，由此进行间歇喷射等而适当地设定即可。

板厚中心温度的平均冷却速度：4～25℃/s，冷却停止温度：580℃以下

在冷却工序中，对由精轧得到的热轧板实施从冷却开始到冷却停止(冷却结束)的板厚中心温度的平均冷却速度为4～25℃/s，冷却停止温度为580℃以下的冷却。在冷却工序中实施的冷却例如通过从喷嘴喷射水的、水柱冷却、喷雾冷却、水雾冷却等水冷(水冷却)，或喷射冷却气体的气体喷射冷却等来进行。此外，优选以相同条件来冷却热轧板(钢板)的两面(表里面)的方式对热轧板的两面实施冷却操作。

在热轧板的板厚中心的平均冷却速度小于4℃/s时，贝氏体的面积率相对于珠光体的面积率的比例小于5.0，韧性降低。另一方面，若平均冷却速度超过25℃/s，则贝氏体的面积率相对于珠光体的面积率的比例超过20.0，应变容易分散于贝氏体，容易产生加工硬化。其结果是，无法得到角部与平板部的强度差小的方形钢管。因此，热轧板的板厚中心的平均冷却速度设为4～25℃/s。热轧板的板厚中心的平均冷却速度优选是5℃/s以上，优选是15℃/s以下。

这里，热轧板的板厚中心的平均冷却速度

通过((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(s))而求出。

利用导热解析计算钢板剖面内的温度分布，由此求出热轧板的板厚中心的温度。

若冷却停止温度超过580℃，则贝氏体的面积率相对于珠光体的面积率的比例小于5.0，韧性降低。冷却停止温度优选是560℃以下。

此外，为了得到所希望的1/4t位置的钢组织，在热轧板的表面温度下在750～650℃的温度区域的平均冷却速度优选设为20℃/s以上。在该温度区域内的平均冷却速度小于20℃/s时，往往贝氏体的面积率相对于珠光体的面积率的比例小于5.0。热轧板的表面温度下在750～650℃的温度区域的平均冷却速度优选设为80℃/s以下。若该温度区域内的平均冷却速度超过80℃/s，则往往贝氏体的面积率相对于珠光体的面积率的比例超过20.0。另外，为了控制珠光体与贝氏体的生成量，优选从精轧结束立即(5秒以内)开始冷却工序。

接着，对冷却结束后的热轧板实施卷取工序而得到钢板(热轧钢板)。

卷取温度：580℃以下

在卷取工序中，在卷取温度：580℃以下，卷取热轧板，然后实施放冷的工序。若卷取温度超过580℃，则卷取后进行铁素体转变和珠光体转变，珠光体的比例过剩，钢板以及方形钢管的韧性降低。因此，卷取温度设为580℃以下。卷取温度优选是550℃以下。此外，虽即使降低卷取温度也不发生材质上的问题，但若卷取温度小于400℃，则特别是在板厚超过25mm那样的厚壁钢板中，往往卷取变形阻力变得很大，而无法整齐地卷绕。因此，卷取温度优选设为400℃以上。

然后，对卷取工序后的钢板(热轧钢板)实施上述制管工序而得到方形钢管。

接下来，对使用了本发明的方形钢管的建筑构造物的一个例子进行说明。

图3是示意性表示本发明的实施方式的建筑构造物的立体图。如图3所示，本实施方式的建筑构造物立起设置多个本发明的方形钢管11，作为柱材而使用。在相邻的方形钢管11之间架设有多个由H型钢等钢材构成的大梁14。另外，在相邻的大梁14之间架设有多个由H型钢等钢材构成的小梁15。将方形钢管11与隔板16焊接，并将成为大梁14的H型钢焊接在其上，由此在相邻的方形钢管11之间架设有由H型钢等钢材构成的大梁14。另外，为了安装壁等，根据需要来设置间柱17。

本发明的建筑构造物使用角部与平板部的强度差小的本发明的方形钢管11，所以焊接方形钢管11与隔板16的焊接材料的选定变得容易，不易产生不匹配等的与焊接材料的强度差。不易产生不匹配，由此能够抑制焊接部的断裂等故障。另外，将方形钢管11的角R(角部的R)控制为适当的大小，所以与剖面为直角的其它构造部件的组合变得容易。另外，将方形钢管11的角R控制为适当的大小，由此能够耐受更大的外力，提高耐震性等。

实施例

以下，为了进一步理解本发明，使用实施例来进行说明。此外，以下的实施例并不对本发明进行任何限定。

＜实施例1＞

对本发明的方形钢管进行说明。

用转炉熔炼钢液，通过连续铸造法设为表1所示的成分组成的钢坯(钢原材料：壁厚250mm)。对这些钢坯(钢原材料)以表2-1以及表2-2所示的条件加热到加热温度之后，实施热轧工序、冷却工序、卷取工序之后，进行放冷，制成板厚：16～28mm的钢板(热轧钢板)。此外，在精轧结束后，立即(5秒以内)开始冷却工序。冷却通过水冷来进行。初始冷却中的放冷在从冷却开始10s期间的初始冷却中，通过设置不进行水冷的放冷区间来进行。然后，将得到的钢板作为原材料，以表2-1以及表2-2所示的条件通过冷轧的辊轧成型而形成圆形钢管，接着，通过冷轧用冷辊轧成型而制成方形钢管(400～550mm角)。

在本发明的实施例中，从得到的方形钢管分别采集试件，分别实施了组织观察、拉伸试验、夏比冲击试验、角部的R的测定。此外，组织观察以上述方法进行观察、测定。另外，拉伸试验、夏比冲击试验的试验方法、以及角部的R的测定方法如下所述。

(1)方形钢管拉伸试验

从得到的方形钢管的平板部以及角部，以拉伸方向成为管长边方向的方式，采集了JIS5号拉伸试件。接着，根据JISZ2241(2011)的规定实施拉伸试验，测定了屈服强度YS、拉伸强度TS。使用得到的测定值，计算由(屈服强度)/(拉伸强度)×100(％)定义的屈服比YR(％)。

(2)方形钢管冲击试验

从得到的方形钢管的平板部的板厚1/4t位置，以试件长边方向成为管周向的方式，采集了V切口试件。接着，依据JISZ2242(2011)的规定，在试验温度：-40℃下，实施夏比冲击试验，求出吸收能量(J)。此外，试件的根数为各3根，将各3根的平均值作为表4-1以及表4-2所示的冲击试验结果的值。

(3)角部的R(角R)的测定方法

从得到的方形钢管，任意地切出与管轴向垂直的10处剖面，测定位于垂直剖面的四角的角部的曲率半径，将其平均值作为该剖面的角部的R。具体而言，如图4所示，在将钢管的焊接部(接缝部)设为0°，以该0°为基准，将45°、135°、225°、315°的位置分别设为角部中央的情况下，角部的曲率半径是指以管的中心为起点与相邻的边形成45°的线(L)、与角部外侧(角部的管外表面侧)的交点处的曲率半径。角部的曲率半径为将中心放置在上述L上，由朝向方形钢管的平坦部与圆弧部的连接点(A、A′)引出的线确定的中心角成为65°那样的扇形的半径。此外，图4所示的“t”是板厚，“H”是指外形的边的长度。作为曲率半径的计算方法例如存在根据三个点(角部外侧的交点、以及作为平坦部与圆弧部的连接点的两个点)的距离关系的测定结果，使用正弦定理计算曲率半径的方法，从与上述三个点的区域内的角部非常一致的径向量规来计测曲率半径的方法等，但并不限于此。在本实施例中，在角部的曲率半径的测定使用了径向量规。此外，如上所述角R设为与管轴向垂直的剖面的10处平均值。

在表3-1、表3-2、表4-1以及表4-2中表示得到的结果。

[表1]

[表2-1]

[表2-2]

[表3-1]

[表3-2]

[表4-1]

[表4-2]

在作为本发明范围的发明例中，都得到了本发明的特性(平板部的YS为350MPa以上，TS为520MPa以上，平板部与角部的YS之比为0.80以上0.90以下，平板部与角部的TS之比为0.90以上1.00以下，平板部的-40℃的夏比吸收能量为100J以上，角部的R为2.3×t以上2.9×t以下)(这里，t是板厚。)。另一方面，在脱离本发明范围的比较例中，没有得到本发明的特性。

附图标记的说明

1…钢带、2…矫平机、3…保持架辊组、4…翅片轧辊组、5…挤压辊、6…焊接机、7…电阻焊钢管、8…整形辊组、9…方形成型辊组、10…方形钢管、11…方形钢管、14…大梁、15…小梁、16…隔板、17…间柱。

Claims

1.一种方形钢管，其具有平板部与角部，其中，