JP2003155520A - 圧延h形鋼の製造方法 - Google Patents

圧延h形鋼の製造方法

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JP2003155520A
JP2003155520A JP2001350677A JP2001350677A JP2003155520A JP 2003155520 A JP2003155520 A JP 2003155520A JP 2001350677 A JP2001350677 A JP 2001350677A JP 2001350677 A JP2001350677 A JP 2001350677A JP 2003155520 A JP2003155520 A JP 2003155520A
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cooling
rolled
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Hiroyasu Yokoyama
泰康 横山
Shinji Mitao
眞司 三田尾
Hisafumi Maeda
尚史 前田
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Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィレット部靭性に優れる圧延H形鋼の製造
方法を提供する。 【解決手段】 Mo:0.02〜0.50%、Nb:
0.001〜0.070%、V:0.005〜0.10
%を含有し、炭素当量(Ceq.)が0.44%以下、
2Nb+Vが0.20%以下とした鋼を、1100℃以
上1350℃以下に加熱し、フィレット部における累積
圧下率が1100℃以下で20%以上となるように熱間
圧延し、800℃以上1000℃以下で熱間圧延を終了
し、フランジ内外面を水量密度500[l/min.m
]以上,水量密度比(内面水量密度/外面水量密度)
0.3以上1.2以下として制御冷却し、冷却停止温度
をMs点以上Ar−200℃以下とし、その後放冷す
ることを特徴とする圧延H形鋼の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は建築構造用圧延鋼材
として要求される570MPa以上の高強度を有する建
築構造用鋼材であって、フィレット部靭性に優れる圧延
H形鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】鉄骨構造の高層建築物の柱材には、耐震
設計の観点から低降伏比、狭YPレンジで高靭性の鋼材
が要求される。このような設計手法を用いた高層建築物
に用いられる柱材には、各断面方向毎の断面係数の変化
が少ないボックス柱、鋼管を用いた円柱、温間もしくは
冷間で加工されたコラム柱が主として用いられている。
しかし、ボックス柱の場合は角溶接の施工に技術が要求
されること、円柱の場合は梁材と接続するための仕口部
の加工が複雑となること、厚肉コラム柱の場合はコーナ
ー部の低降伏比を満足するような成形を行うための成形
コストが高いこと等の問題がある。
【0003】従って、材料費、施工費等を含めたトータ
ルコストを削減できる柱材が求められている。また、J
IS G 3136 建築構造用圧延鋼材では引張強さ
490MPa級までしか規定されていないが、鋼材重量
の増加を抑制する観点から、引張強さ570MPa級、
590MPa級等の更に高強度の鋼材が望まれている。
【0004】圧延H形鋼の場合は断面係数はH方向とI
方向で異なるが、圧延ままで柱としての基本形状を有し
ているので、コラムのような曲げ加工やボックス柱のよ
うな溶接施工を行う必要が無いこと、梁材を取り付ける
仕口部が炭酸ガス溶接のみで簡便に施工できること等の
利点が多く、断面係数の違いは設計段階で考慮できるた
め実用上の問題も無いので、靭性の良好な圧延H形鋼の
製造が可能となれば、今後柱材としての需要拡大が見込
まれる。
【0005】図4に圧延H形鋼の基本的な形状と各部位
の名称を示す。従来、圧延H形鋼では、フランジとウエ
ブの入隅に対応するフィレット部が他の部位と比較して
相対的に厚いため、圧延終了温度が高く、冷却速度も遅
くなることにより、組織が粗くなり靭性が劣ることが問
題であった。
【0006】これらの問題を解決することを目的とした
技術が特公昭60−43412号公報、特許第2865
843号公報、特開平10−60576号公報に開示さ
れている。
【0007】これらのうち特公昭60−43412号公
報に記載の技術は、熱間圧延後のH形鋼のフィレット部
を冷却速度20〜200℃/sで強制冷却しその後の復
熱による自己焼戻し効果によりフィレット部靭性の向上
を図るものであるが、結晶粒の細粒化を制御冷却のみで
行うため、強度、靭性の向上には限度があること、また
フィレット部のみを選択的に冷却するものであるため
に、本製造方法をフランジ厚32mm以上の極厚圧延H
形鋼に適用すると、反り等を生じやすく形状制御の観点
からも好ましくない。特許第2865843号公報に記
載の技術は、フィレット部のみの選択的な冷却後にウエ
ブ高さを10mm以上縮幅する挟圧圧延を行うものであ
るが、フランジ厚32mm以上の柱材に適した極厚圧延
H形鋼の分野では、圧延条件は主として形状を整え、寸
法精度を満足するように決定されており、フィレット部
の選択的な冷却の後に圧延を行うことは、圧延温度が低
下し、圧延材料の熱間変形抵抗が増大するため、ミル能
力上圧延は困難となる。特開平10−60576号公報
に記載の技術はV、Nの添加量を増大して微細析出物を
増加し、この析出物により組織の微細化を図るものであ
るが、析出物の増加は溶接性の劣化を引き起こすため好
ましくない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来、建築構造用圧延
鋼材は溶接性を考慮する必要があり、JIS G 31
36に規定されるように、板厚40mm以下では炭素当
量(Ceq.)は0.44%以下、板厚40mm超え1
00mmまでは0.46%以下とする必要がある。ま
た、引張強度490MPa級以上の更に高強度の圧延H
形鋼においても溶接性に関しては40mm以下の490
MPa級鋼と同等であることが望まれていることから、
多量の合金元素を添加することは炭素当量(Ceq.)
の増大を生じるため、合金元素の添加による強度上昇に
は限界があること、また、H形鋼の圧延においては、圧
延荷重と寸法精度の観点から圧延温度を著しく低下させ
て制御圧延を行うことは困難であること、更には、H形
鋼はフランジとウエブの厚さが異なるので特定部位のみ
を選択的に極端な強制冷却を行うことはウエブの座屈、
フランジの反り、曲がり等の変形が発生するという問題
があった。
【0009】本発明はこのような問題に鑑みなされたも
ので、JIS G 3136建築構造用圧延鋼材SN4
90B,SN490Cを超える引張強度570MPa以
上の高強度圧延H形鋼の製造方法を発明者等は鋭意検討
し、合金元素と圧延・冷却条件の最適化を図ることによ
り、溶接性は490MPa級鋼と同等で、更にフィレッ
ト部靭性に優れた圧延H形鋼の製造方法を知見するに至
った。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の特徴は以下の通りである。
【0011】(1)mass%で、C:0.05〜0.10
%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.6〜1.
6%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、M
o:0.02〜0.50%、Nb:0.001〜0.0
70%、V:0.005〜0.10%、N:0.006
%以下を含有し、炭素当量(Ceq.)が0.44%以
下、2Nb+Vが0.20%以下とした鋼を、1100
℃以上1350℃以下に加熱し、フィレット部における
累積圧下率が1100℃以下で20%以上となるように
熱間圧延し、800℃以上1000℃以下で熱間圧延を
終了し、フランジ内外面を水量密度500 [l/mi
n.m]以上,水量密度比(内面水量密度/外面水量
密度)0.3以上1.2以下として制御冷却し、冷却停
止温度をMs点以上Ar−200℃以下とし、その後
放冷することを特徴とする圧延H形鋼の製造方法を提供
する。 Ms(℃)=539-423xC%-30.4xMn%-17.7xNi%-12.1xCr%-7.5xMo% Ar3(℃)=910-310xC%-80xMn%-20xCu%-15xCr%-55xNi%-80xMo% (2) mass%で、C:0.05〜0.10%、Si:
0.05〜0.50%、Mn:0.6〜1.6%、P:
0.02%以下、S:0.015%以下、Mo:0.0
2〜0.50%、Nb:0.001〜0.070%、
V:0.005〜0.10%、N:0.006%以下を
含有し、炭素当量(Ceq.)が0.44%以下、2N
b+Vが0.20%以下とした鋼を、1100℃以上1
350℃以下に加熱し、フィレット部における累積圧下
率が1100℃以下で20%以上となるように熱間圧延
し、800℃以上1000℃以下で熱間圧延を終了し、
フィレット部における冷却速度が0.5℃/s以上5℃
/s以下となるようにフランジ内外面を制御冷却し、冷
却停止温度をMs点以上Ar−200℃以下とし、そ
の後放冷することを特徴とする圧延H形鋼の製造方法を
提供する。 Ms(℃)=539-423xC%-30.4xMn%-17.7xNi%-12.1xCr%-7.5xMo% Ar3(℃)=910-310xC%-80xMn%-20xCu%-15xCr%-55xNi%-80 xMo% (3)Cu:0.5%以下、Ni:0.5%以下、C
r:0.1%以下、Mo:0.5%以下の一種以上を更
に含有する請求項1又は請求項2記載の圧延H形鋼の製
造方法を提供する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細と限定理由を
説明する。
【0013】本願の第一の発明は特定の成分の鋼を、1
100℃以上1350℃以下に加熱し、フィレット部に
おける累積圧下率が1100℃以下で20%以上となる
ように熱間圧延し、800℃以上1000℃以下で熱間
圧延を終了し、フランジ内外面を水量密度500[l/
min.m]以上,水量密度比(内面水量密度/外面
水量密度)0.3以上1.2以下として制御冷却し、冷
却停止温度をMs点以上Ar−200℃以下とし、そ
の後放冷する圧延H形鋼の製造方法である。以下、この
発明における成分条件と各製造条件の限定理由について
説明する。
【0014】Cは鋼の強度を安定して確保するために有
効な元素である。しかし、0.05%未満では必要とす
る強度を得ることが困難であり、また引張強度570M
Pa級以上では、C量が0.10%を超えると靭性と溶
接性が劣化する。従って、C量は0.05〜0.10%
とする。
【0015】Siは脱酸材として用いられるが強度上昇
にも有効な元素である。脱酸のためには少なくとも0.
05%以上の添加が必要であるが、0.50%を超えて
添加した場合は強度上昇が飽和するだけでなく溶接性を
損なう。従ってSi量は0.05〜0.50%とする。
【0016】Mnは鋼の強度向上に有効な元素であり、
特に高強度化のためには0.60%以上の添加が必要で
あるが、1.60%を超えて添加すると溶接性を損なう
だけでなく偏析部が著しく硬化するために靭性を損な
う。従ってMn量は0.60〜1.60%とする。
【0017】Pは0.02%を超えると靭性を劣化させ
る。従ってP量は0.02%以下とした。
【0018】Sは主に介在物の形態で鋼中に存在するが
0.015%を超えると介在物が著しく増加し脆化を生
ずるのでS量は0.015%以下とした。
【0019】Moは鋼の強度確保に有効な元素であり、
高強度化のためには0.02%以上の添加が必要となる
が、0.50%を超えて添加すると溶接性と靭性を損な
う。従って、Mo量は0.02〜0.50%とする。
【0020】Nbは微量添加により強度の上昇に有効な
元素であるが、0.001%未満ではその効果が得られ
ず、0.070%を超えて添加すると、粗大なNbの炭
窒化物が生成し靭性が劣化する。従って、Nb量は0.
001〜0.070%とする。
【0021】表1に示す炭素当量0.44%以下で、N
b添加量を広範囲に変化させた鋼を用いて1280℃に
加熱し、1100℃以下でフィレット部の累積圧下率が
32%となる熱間圧延を行い、950℃で熱間圧延を終
了し、フランジ外面からは800[l/min.m
の水量密度、フランジ内面からは650[l/min.
]の水量密度でフランジ全面を制御冷却し、400
℃で冷却を停止後、放冷してフランジ厚65mmの圧延
H形鋼を製造し、Nb添加に伴うフィレット部の材質変
化を調べた。その結果を図1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】図1中、YSは引張試験における降伏強度
を、TSは同じく引張強度を、vE0 min.はシャ
ルピー衝撃試験の0℃における吸収エネルギの最低値を
示す。Nb添加量が0.001%未満では引張強度57
0MPaが得られず、Nb添加量が0.07%を超える
と靭性が劣化し、シャルピー衝撃試験の0℃における吸
収エネルギの最低値は建築用柱用鋼材として必要なSN
規格の0℃における衝撃吸収エネルギー27J以上を満
足しなくなる。従って、Nb量は0.001〜0.07
%とする必要がある。
【0024】Vの添加は鋼材の強度の上昇に有効であ
り、高強度化のためには0.005%以上の添加が必要
であるが、0.10%を超えると溶接性劣化の原因とな
る。従って、V量は0.005〜0.10%とする。
【0025】次に、表2に示す炭素当量0.44%以下
で、V添加量を変化させた鋼を用いて1260℃に加熱
し、1100℃以下でフィレット部の累積圧下率が33
%となる熱間圧延を行い、850℃で熱間圧延を終了
し、フランジ外面からは900[l/min.m]の
水量密度、フランジ内面からも900[l/min.m
]の水量密度でフランジ全面を制御冷却し、420℃
で冷却を停止後、放冷してフランジ厚80mmの圧延H
形鋼を製造し、V添加に伴うフィレット部の材質変化を
調べた。その結果を図2に示す。
【0026】
【表2】
【0027】V添加量が0.005%未満では引張強度
570MPaが得られず、V添加量が0.10%を超え
ると粗大なVの化合物が分散するためシャルピー衝撃試
験の0℃における吸収エネルギの最低値は27J未満と
なる。一方、V添加量が0.10%以下の鋼であっても
2Nb+Vが0.20%を超える鋼(図2△印)は析出
物が粗大になるため衝撃吸収エネルギーは基準値を下ま
っわている。一方、Nb、Vの単独の添加量が本発明の
範囲を満たし、且つ2Nb+Vが0.20%以下を満足
する鋼はいずれもシャルピー衝撃試験の0℃における吸
収エネルギの最低値が27J以上を示している。
【0028】Nb、Vは上記したように各々単独でC、
Nと結合して炭窒化物を形成し、鋼材の強度、靭性に影
響を及ぼすが、多量に添加した場合は複合効果も認めら
れる。特に2Nb+V量が0.20%を超える場合は粗
いNbC、NbN、VC、VN等が複合析出し、粗大な
複合炭窒化物となり靭性が劣化する。従って、2Nb+
V量は0.20%以下とする。
【0029】Nは固溶、もしくはNb、V、との窒化物
の形成により強度、靭性に影響を及ぼすが多量に添加す
ると時効硬化を生じるため靭性の劣化をひきおこす。従
って、N量は0.006%以下とする。
【0030】本発明では上記した基本成分に加えて、必
要に応じてCu,Ni,Cr,Tiの内一種又は二種以
上を添加することができる。
【0031】Cuは強度上昇に有効な元素であるが、
0.5%を超える添加はコスト上昇、板厚方向強度の不
均一の増大、表面疵の発生等を生じるので0.5%以下
(但し、無添加の場合を含む)とする。なおCu添加に
よる効果を適切に得るためには0.05%以上とするの
が良い。
【0032】Niは強度上昇と共に靭性向上にも有効な
元素であるが、0.5%以上の添加は溶接性を損なうだ
けでなく、高価な元素であるので経済性も損なわれるた
め0.5%以下(但し、無添加の場合を含む)とする。
なおNi添加による効果を適切に得るためには0.05
%以上とするのが良い。
【0033】Crは強度上昇に有効な元素であるが、
0.1%を超える点かは溶接性の劣化原因となるので
0.1%以下(但し、無添加の場合を含む)とする。な
おCr添加による効果を適切に得るためには0.02%
以上とするのが良い。
【0034】TiはTiN、TiCを形成し、加熱時の
オーステナイト粒を微細化する効果を有し、靭性向上に
効果がある。しかし、0.1%を超えて添加すると粗い
TiN、TiCが形成し靭性の劣化を生じる。従って、
Ti量は0.1%以下(但し、無添加の場合を含む)と
する。なおTi添加による効果を適切に得るためには
0.02%以上とするのが良い。
【0035】JIS G3136建築構造用圧延鋼材の
うちSN490B,SN490Cでは炭素当量(Ce
q.)の上限は板厚40mm以下では0.44%以下、
板厚40mm超え100mmまでは0.46%と規定さ
れている。しかし本発明ではフランジ厚32mm以上で
引張強さ570MPa級以上の圧延H形鋼であるが、溶
接性に関してはSN490B、SN490C級鋼と同等
としているため炭素当量(Ceq.)は0.44%以下
とする。
【0036】以下、製造条件について説明する。極厚圧
延H形鋼を製造する場合、熱間圧延時の圧延変形抵抗を
なるべく小さくし、寸法精度を高くする観点からは圧延
用素材の加熱温度は高温にして圧延終了温度を高くする
ことが望ましい。しかし、圧延用素材の加熱温度が13
50℃を超えると圧延用素材のγ粒径が著しく粗大化
し、建築構造用鋼材として必要な靭性の確保が困難とな
る。又加熱炉の炉体の損傷も大きくなる。一方圧延用素
材の加熱温度が1100℃未満では圧延時の温度降下が
大きく製品の靭性は優れるが圧延変形抵抗が増大するた
め製品の寸法精度が低下する。そこで熱間圧延での加熱
温度は1100〜1350℃とする。
【0037】フランジ厚の薄いH形鋼及び厚鋼板では製
品の強度・靭性を共に向上させるには、γ再結晶域圧延
によるγ粒径の微細化と共に未再結晶γ域圧延もおこな
いγ粒を伸長させ、α核生成サイトを増加してα粒を微
細化するという手法を取り得る。しかし、フランジ厚が
32mm以上の極厚圧延H形鋼の製造では寸法制御の観
点から未再結晶γ域圧延が困難となるのでフィレット部
の靭性を確保するためにはγ再結晶域圧延において、1
100℃以下におけるフィレット部の累積圧下率を20
%以上とする必要がある。一方、フィレット部の累積圧
下率が20%未満ではγ粒径が粗大となり、α粒径も粗
大なものとなり靭性の向上が図れない。従って、熱間圧
延でのフィレット部の累積圧下率は1100℃以下20
%以上とする。尚、フィレット部の圧下率とはフィレッ
ト部分の断面積の変化(減面率)をいう。
【0038】表3に示す成分の鋼を用いて、1230℃
に加熱し、フィレット部の累積圧下率を1100℃以下
で3〜50%まで変化させて熱間圧延を行い、910℃
で圧延を終了しフランジ外面からは1200[l/mi
n.m]の水量密度で、フランジ内面からは800
[l/min.m]の水量密度でフランジ内外を制御
冷却し、440℃で冷却を停止後、放冷してフランジ厚
65mmの圧延H形鋼を製造した。
【0039】
【表3】
【0040】フィレット部の1100℃以下における累
積圧下率とフィレット部のシャルピー衝撃試験の0℃に
おける吸収エネルギの最低値との関係を図3に示す。こ
れによれば累積圧下率が20%以上あれば十分な靭性値
が得られることがわかる。
【0041】熱間圧延終了温度を800℃未満にすると
ミクロ組織が細粒化され圧延H形鋼の高強度、高靭性化
が可能であるが、フランジ厚が32mm以上の極厚圧延
H形鋼においては800℃未満の低温圧延では圧延変形
抵抗が著しく増大し圧延機への負荷が増大するとともに
製品の寸法精度の向上も難しい。従って、圧延終了温度
は800℃以上とする。一方圧延終了温度が1000℃
超えの高温の場合は圧延により再結晶したγ粒が直ちに
成長粗大化し靭性が著しく劣化する。よって、熱間圧延
終了温度は800℃以上1000℃以下とする。
【0042】フランジ厚32mm以上の圧延H形鋼では
冷却時の水量密度が500[l/min.m]未満の
場合、圧延H形鋼と冷却水との接触面における沸騰形態
が膜沸騰となり均一な冷却が困難となる。圧延H形鋼と
冷却水との接触面における沸騰形態を核沸騰として均一
な冷却を得るためにはフランジ外面、内面のいずれから
も500[l/min.m]以上の水量密度で冷却す
ることが必要である。従って、冷却時の水量密度はフラ
ンジ外面、内面のいずれからも500[l/min.m
]以上とする。
【0043】次に、フランジ外面のみ、フランジ内面の
みを選択的に冷却した場合はフランジに著しい反りが発
生し形状不良となりやすい。また、フランジ内外面から
冷却を行った場合はフランジ内面とフランジ外面の水量
密度比(内面水量密度/外面水量密度)が0.3未満で
は内面からの冷却が弱すぎるため、冷却後にフランジが
外側に大きく反ってしまい形状不良を生じる。同様に水
量密度比が1.2を超える場合は冷却後にフランジが内
側に大きく反るため形状不良となる。従って、良好な形
状を得るためにフランジ内面とフランジ外面の水量密度
比は0.3以上1.2以下とする。
【0044】熱間圧延後の冷却における冷却停止温度が
Ms点未満ではマルテンサイトが生成し建築構造用圧延
鋼材として必要な靭性が確保できない。一方、Ar
200℃以上では微細なフェライトもしくはベイナイト
組織に加えて粗いフェライトが生成するため十分な高強
度、高靭性が得られない。従って、冷却停止温度はMs
点以上Ar−200℃以下とする。なお、Ms点とA
点は下記式により計算により温度を求めたものであ
る。 Ms(℃)=539-423xC%-30.4xMn%-17.7xNi%-12.1xCr%-7.5xMo% Ar3(℃)=910-310xC%-80xMn%-20xCu%-15xCr%-55xNi%-80xMo% 次に、本願第二の発明は、特定の成分の鋼を1100℃
以上1350℃以下に加熱し、フィレット部における累
積圧下率が1100℃以下で20%以上となるように熱
間圧延し、800℃以上1000℃以下で熱間圧延を終
了し、フィレット部における冷却速度が0.5℃/s以
上10℃/s以下となるようにフランジ内外面を制御冷
却し、冷却停止温度をMs点以上Ar−200℃以下
とし、その後放冷する圧延H形鋼の製造方法である。
【0045】上記第一の発明の製造方法では熱間圧延終
了後の冷却時のフランジ内外面での水量密度と水量密度
比により制御冷却条件を管理するものであるが、この第
二の発明ではフィレット部の制御冷却条件を冷却速度に
より管理するものであり、このような方法によっても上
述した第一の発明と同等な効果が得られることがわかっ
た。
【0046】以下、この発明における鋼の成分条件と各
製造条件の限定理由について説明する。
【0047】鋼のC,Si,Mn,P,S,Mo,N,
Cu,Ni,Cr,Ti,炭素当量(Ceq.),Nb
+Vの限定理由に関しては先に述べた第一の発明と同様
であるが、Nb,Vについて図5,図6、表9,表10
にもとづいて説明する。
【0048】表9に示す成分の鋼を用いて、1280℃
に加熱し、フィレット部の累積圧下率が1100℃以下
32%となる熱間圧延を行い、950℃で熱間圧延を終
了し、フィレット部の冷却速度が4℃/sとなるよう
に、フランジ内外面を制御冷却し、400℃で冷却を停
止後、放冷してフランジ厚65mmの圧延H形鋼を製造
して、Nb添加に伴うフィレット部の材質変化を調べ
た。その結果を図5に示す。
【0049】
【表9】
【0050】図5中YSは引張試験における降伏強度を
TSは同じく引張強度をvE0 min.はシャルピー
衝撃試験の0℃における吸収エネルギの最低値を示す。
これによるとNb添加量が0.001%未満では引張強
度570MPaが得られず、Nb添加量が0.07%を
超えると靭性が劣化し、シャルピー衝撃試験の0℃にお
ける吸収エネルギの最低値は建築用柱鋼材として必要な
SN規格の0℃における衝撃吸収エネルギー27J以上
を満足しなくなる。従って、Nb量は0.001〜0.
07%とする必要がある。
【0051】表10に示す成分の鋼を用いて、1260
℃に加熱し、フィレット部の累積圧下率が1100℃以
下33%となる熱間圧延を行い、850℃で熱間圧延を
終了し、フィレット部の冷却速度が3.7℃/sとなる
ように、フランジ内外面を制御冷却し、420℃で冷却
を停止後、放冷してフランジ厚80mmの圧延H形鋼を
製造して、V添加に伴うフィレット部の材質変化をを調
べた。その結果を図6に示す。
【0052】
【表10】
【0053】V添加量が0.005%未満では引張強度
570MPaが得られず、V添加量が0.10%を超え
ると粗大なVの化合物が分散するためシャルピー衝撃試
験の0℃における吸収エネルギーの最低値は27J未満
となる。一方、V添加量が0.10%以下の鋼であって
も2Nb+Vが0.20%を超える鋼(図6△印)は析
出物が粗大になるため0℃における吸収エネルギーは基
準値を下回っている。一方、Nb、Vの単独の添加量が
本発明の範囲を満たし、且つ、2Nb+Vが0.20%
以下を満足する鋼はいずれもシャルピー衝撃試験の0℃
における吸収エネルギーの最低値が27J以上を示して
いる。
【0054】次に、製造条件については、熱間圧延加熱
温度、フィレット部の累積圧下率、熱間圧延終了温度、
冷却停止温度の限定理由は、先述した第一の発明と同様
である。
【0055】ここで、フィレット部の累積圧下率につい
て図7、表11にもとづいて説明する。表11に示す成
分の鋼を用いて、1230℃に加熱し、フィレット部の
累積圧下率を1100℃以下3〜50%まで変化させて
熱間圧延を行い、910℃で圧延を終了し、フィレット
部の冷却速度が4.2℃/sとなるようにフランジ内外
面を制御冷却し440℃で冷却を停止後、放冷してフラ
ンジ厚65mmの圧延H形鋼を製造した。
【0056】
【表11】
【0057】フィレット部の1100℃以下における累
積圧下率とフィレット部のシャルピー衝撃試験の0℃に
おける吸収エネルギの最低値との関係を図7に示す。こ
れによれば累積圧下率が20%以上あれば十分な靭性値
が得られることがわかる。
【0058】次に、制御冷却条件については先に述べた
ように、この第二の発明ではフィレット部の制御冷却条
件を冷却速度により管理するものである。
【0059】熱間圧延後の冷却速度は0.5℃/s未満
ではフィレット部が粗いフェライトを有する組織となり
高強度、高靭性が得られない。冷却速度が10℃/s超
えの強冷却では、フランジ内外面から冷却しても形状を
制御することが困難となる。よって冷却速度は0.5℃
/s以上10℃/s以下とする。フィレット部の冷却方
法はフィレット部のみを選択的に冷却するとフランジに
反りが生じ製品形状の観点から好ましくないのでフラン
ジ内外面を冷却するものとする。ここで、フィレット部
における冷却速度とはフィレット部内部、好ましくはフ
ィレット部中心部又は、その近傍での冷却速度をいう。
【0060】
【実施例】以下に本発明の具体的実施例について説明す
る。
【0061】(実施例1)表4に示す成分組成を有する
鋼1〜11を供試鋼としてフランジ厚65mmの極厚圧
延H形鋼を製造した。各鋼種とも加熱、圧延、冷却条件
は同一として成分組成の影響を確認した。即ち、加熱温
度1270℃、累積圧下率1100℃以下29%、圧延
終了温度910℃の条件で圧延し、圧延終了後フランジ
外面からは1000[l/min.m]、フランジ内
面からは750[l/min.m]の水量密度でフラ
ンジ内外面から冷却し、冷却停止温度は490℃とし
た。強度、靭性に関する評価試験は図4に示すH形鋼の
フィッレト部中心から圧延長手方向に試験片を採取して
行った。表5に評価試験結果を示す。
【0062】
【表4】
【0063】
【表5】
【0064】表5で0.2%PS、TS、YRはそれぞ
れ引張試験における0.2%耐力、引張強度、降伏比を
表す。vE0min.はシャルピー衝撃試験の0℃での
吸収エネルギの最小値を示す。本発明の鋼4,5,6,
8,は何れも成分組成が本発明の範囲にあるので強度、
靭性とも良好な値が得られた。一方、比較例の鋼1はC
量が高いために0℃での吸収エネルギが低く、鋼2はC
量が低いために強度が不足している。Mn量が高い鋼
3、Nb量が高い鋼7、V量が高い鋼9、Mo量が高い
鋼10はいずれも0℃での吸収エネルギが低い値となっ
ている。2Nb+Vが0.20%を超える鋼11は強度
は高い値が得られているが0℃での吸収エネルギが低い
値となっている。
【0065】(実施例2)表6に示す成分組成の鋼12
を用いて表7に示すように加熱温度、1100℃以下で
の累積圧下率、圧延終了温度、冷却速度、冷却停止温度
を変化させた場合の材質特性への影響を調査した。その
評価結果を表8に示す。試験片の採取位置は実施例1の
場合と同様である。
【0066】
【表6】
【0067】
【表7】
【0068】
【表8】
【0069】本発明F,Jは何れも成分組成、製造条件
が本発明の範囲にあるので強度、靭性とも優れた特性が
得られた。比較例であるAは加熱温度が1400℃と高
く靭性の低下が著しく、比較例Cは1100℃以下の累
積圧下率が20%に満たないために比較例Aと同様に低
い靭性値を示している。比較例Eは圧延終了温度が11
75℃と高く組織が粗くなり靭性劣化を生じている。比
較例Gは圧延終了温度が720℃と低いためにH形鋼と
しての形状精度が著しく悪い。比較例Iは冷却停止温度
が200℃と低いために靭性が劣っている。比較例Bは
フランジ外面の水量密度が低いため、比較例Dはフラン
ジ内面の水量密度が低いため、比較例Hは水量密度比が
0.3未満と低いため、いずれも反りが著しく大きく、
形状不良となっている。
【0070】(実施例3)表12に示す化学組成を有す
る鋼1〜11を供試鋼としてフランジ厚60mmの圧延
H形鋼を製造した。製造条件は加熱温度1270℃で加
熱し、累積圧下率1100℃以下29%、圧延終了温度
905℃で圧延し、圧延終了後フィレット部における冷
却速度は3.2℃/sとした。冷却停止温度は500℃
である。材質評価用の引張試験片、衝撃試験片は図4示
すフィレット部中央から圧延長手方向に採取した。表1
3にその評価試験結果を示す。
【0071】
【表12】
【0072】
【表13】
【0073】表13で0.2%PSは引張試験における
0.2%耐力を、TSは同じく引張強度を、YRは降伏
比を表す。vE0min.はVノッチシャルピー衝撃試
験における0℃での吸収エネルギの最低値を表す。本発
明鋼4,5,6,8は何れも成分組成、製造条件が本発
明の範囲にあるので強度、靭性ともに良好な値が得られ
ている。一方、比較例の鋼1はC量が高いために0℃で
の吸収エネルギが低く、鋼2はC量が低いために強度が
不足している。Mn量が高い鋼3、Nb量が高い鋼7、
V量が高い鋼9、Mo量が高い鋼10は何れも0℃での
吸収エネルギが低い値となっている。2Nb+Vが0.
20%を超える鋼11は強度は高い値が得られているが
0℃での吸収エネルギが低い値となった。 (実施例4)表14に示す成分組成の鋼12を用いて表
15に示すように加熱温度、1100℃以下での累積圧
下率、圧延終了温度、冷却速度、冷却停止温度を変化さ
せた場合の材質特性、製品形状への影響を調査した。そ
の評価結果を表16に示す。試験片の採取位置は実施例
3の場合と同様である。
【0074】
【表14】
【0075】
【表15】
【0076】
【表16】
【0077】本発明B,D,F,Hは何れも成分組成、
製造条件が本発明の範囲にあるので強度、靭性ともに優
れた値が得られている。一方,比較例であるAは冷却速
度が遅いため靭性の低下が著しく、比較例Cは1100
℃以下の累積圧下率が20%に満たないために比較例A
と同様に低い靭性値を示している。比較例Eは圧延終了
温度が1180℃と高く組織が粗くなり靭性劣化を生じ
ている。比較例Gは圧延終了温度が700℃と低いため
にH形鋼としての形状精度が著しく悪い。比較例Iは冷
却停止温度が150℃と低いために靭性が劣っている。
比較例Jは冷却速度が速すぎてH形鋼としての形状精度
が著しく悪くなっている。
【0078】
【発明の効果】本発明によれば圧延H形鋼のフィレット
部の強度、靭性が優れているのでフランジ厚32mm以
上の耐震性、耐火性を兼ね備えた圧延H形鋼の製造が可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Nb量とフィレット部の機械的特性の関係を示
す図
【図2】V量とフィレット部の機械的特性の関係を示す
【図3】圧延温度1100℃以下の累積圧下率とフィレ
ット部靭性の関係を示す図
【図4】圧延H形鋼の基本的形状と各部位の名称を示す
【図5】Nb量とフィレット部の機械的特性の関係を示
す図
【図6】V量とフィレット部の機械的特性の関係を示す
【図7】圧延温度1100℃以下の累積圧下率とフィレ
ット部靭性の関係を示す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 38/58 C22C 38/58 B21B 108:04 B21B 108:04 (72)発明者 前田 尚史 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 Fターム(参考) 4E002 AC03 BC05 BD07 CA20 4K032 AA04 AA11 AA16 AA19 AA21 AA22 AA23 AA27 AA29 AA31 AA35 AA36 CA02 CA03 CC03 CC04 CD06

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 mass%で、C:0.05〜0.10%、
    Si:0.05〜0.50%、Mn:0.6〜1.6
    %、P:0.02%以下、S:0.015%以下、M
    o:0.02〜0.50%、Nb:0.001〜0.0
    70%、V:0.005〜0.10%、N:0.006
    %以下を含有し、炭素当量(Ceq.)が0.44%以
    下、2Nb+Vが0.20%以下とした鋼を、1100
    ℃以上1350℃以下に加熱し、フィレット部における
    累積圧下率が1100℃以下で20%以上となるように
    熱間圧延し、800℃以上1000℃以下で熱間圧延を
    終了し、フランジ内外面を水量密度500[l/mi
    n.m]以上,水量密度比(内面水量密度/外面水量
    密度)0.3以上1.2以下として制御冷却し、冷却停
    止温度をMs点以上Ar−200℃以下とし、その後
    放冷することを特徴とする圧延H形鋼の製造方法。 Ms(℃)=539-423xC%-30.4xMn%-17.7xNi%-12.1xCr%-7.5xMo% Ar3(℃)=910-310xC%-80xMn%-20xCu%-15xCr%-55xNi%-80xMo%
  2. 【請求項2】 mass%で、C:0.05〜0.10%、
    Si:0.05〜0.50%、Mn:0.6〜1.6
    %、P:0.02%以下、S:0.015%以下、M
    o:0.02〜0.50%、Nb:0.001〜0.0
    70%、V:0.005〜0.10%、N:0.006
    %以下を含有し、炭素当量(Ceq.)が0.44%以
    下、2Nb+Vが0.20%以下とした鋼を、1100
    ℃以上1350℃以下に加熱し、フィレット部における
    累積圧下率が1100℃以下で20%以上となるように
    熱間圧延し、800℃以上1000℃以下で熱間圧延を
    終了し、フィレット部における冷却速度が0.5℃/s
    以上10℃/s以下となるようにフランジ内外面を制御
    冷却し、冷却停止温度をMs点以上Ar−200℃以
    下とし、その後放冷することを特徴とする圧延H形鋼の
    製造方法。 Ms(℃)=539-423xC%-30.4xMn%-17.7xNi%-12.1xCr%-7.5xMo% Ar3(℃)=910-310xC%-80xMn%-20xCu%-15xCr%-55xNi%-80xMo%
  3. 【請求項3】 熱間圧延する鋼がCu:0.5%以下、
    Ni:0.5%以下、Cr:0.1%以下、Ti:0.
    05%以下の一種以上を更に含有することを特徴とする
    請求項1又は請求項2記載の圧延H形鋼の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112410665A (zh) * 2020-11-10 2021-02-26 马鞍山钢铁股份有限公司 一种抑制晶粒长大的厚重热轧h型钢及其生产方法
CN115094308A (zh) * 2022-06-02 2022-09-23 包头钢铁(集团)有限责任公司 一种无微合金元素低成本小规格q355b热轧h型钢及其生产方法

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