JP2011157582A - High strength extra-thickness wide flange shape having excellent toughness, and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an extra-thickness wide flange shape in which the thickness of a flange is ≥80 mm, and also, the strength and toughness of the flange are excellent, and a method for producing the same. <P>SOLUTION: The extra-thickness wide flange shape has composition comprising, by mass, 0.005 to 0.05% C, 0.01 to 0.50% Si, >2.20 to 3.0% Mn, 0.005 to 0.1% Al, 0.007 to 0.025% Ti, 0.001 to 0.005% N and 0.0003 to 0.0025% B, and in which the content of Ni is limited to <0.1% and the content of Cu is limited to <0.1%, C/Mn is controlled to 0.002 to 0.015, and Ti×N is controlled to ≤1×10<SP>-4</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、建築用途に好適な、靭性に優れた高強度極厚H形鋼およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a high-strength ultrathick H-section steel excellent in toughness suitable for architectural use and a method for producing the same.

都市の利便性が追求され、大都市の空間を効率よく活用するために、近年、建築物の大型化や高層化が進んでいる。大型の建築物では、特に構造上の主要な強度部材に、単位面積あたりの耐荷重が大きい鋼材を用いる傾向にある。このように、建築構造部材の高強度化に対する要求が高まりつつあり、一部では550MPa以上の強度を有する鋼材の使用が検討されている。   In recent years, buildings have become larger and taller in order to pursue the convenience of the city and efficiently utilize the space of large cities. In a large-sized building, steel materials having a large load resistance per unit area tend to be used, particularly as a structural main strength member. Thus, the request | requirement with respect to the high intensity | strength of a building structural member is increasing, and use of the steel materials which have the intensity | strength of 550 Mpa or more is examined in part.

また、高層建築物の特に高層階部分では、梁、あるいは壁に高強度部材を適用し、断面積を減少すれば、建築物自体の重量を軽減することができる。一方、高層建築物を支える低層部分では、剛性の優れた高強度の大断面鋼材が必要とされる。したがって、建築構造部材には、汎用性が高く、部材としての強度発現に有効な断面構造を有しているH形鋼が好適である。   Further, in a high-rise building, particularly in a high-rise floor portion, if a high-strength member is applied to a beam or a wall to reduce the cross-sectional area, the weight of the building itself can be reduced. On the other hand, a high-strength, large-section steel material with excellent rigidity is required in the low-rise portion that supports the high-rise building. Therefore, H-shaped steel having a cross-sectional structure that is highly versatile and effective in developing strength as a member is suitable for the building structure member.

ところが、H形鋼は特殊な断面形状を有しているため、厚みを大きくする際には、各部位の機械的特性を均質にすることが難しくなる。特に高い強度を獲得するためには高度な組織制御が必要となる。さらに、構造部材では溶接による接合も考慮して設計する必要があることから、高強度と同時に優れた加工性や靱性が要求される。   However, since the H-section steel has a special cross-sectional shape, it is difficult to make the mechanical characteristics of each part uniform when the thickness is increased. In order to obtain a particularly high strength, advanced tissue control is required. Furthermore, since structural members need to be designed in consideration of welding joints, high workability and toughness are required at the same time as high strength.

そのため、異形断面鋼材の高強度化と高靱性化とを同時に達成するという課題が、製造工程の自由度の中で解決されなければならない。したがって、極厚の断面形状を有し、フランジの板厚中心の強度及び靭性を確保し、溶接性や加工性をも同時に具備するH形鋼を得るには、化学成分及び金属組織を高い精度で制御する技術が必要になる。   Therefore, the problem of simultaneously achieving high strength and high toughness of the modified cross-section steel material must be solved within the degree of freedom of the manufacturing process. Therefore, in order to obtain an H-section steel having an extremely thick cross-sectional shape, ensuring the strength and toughness at the center of the thickness of the flange, and having weldability and workability at the same time, the chemical composition and the metal structure are highly accurate. The technology to control with is required.

従来、鋼材の高強度化を実現するために、炭素濃度を低減し、合金元素によって焼入れ性を高める方法が提案されている(例えば、特許文献1、2、参照)。しかし、これらの合金設計の考え方は一般的な80mm未満の板厚の鋼材に関するものである。すなわち、特許文献1及び2には、80mm以上のフランジの板厚中心において、優れた強度及び靱性を同時に獲得する、H形鋼の製造技術は提案されていない。   Conventionally, a method for reducing the carbon concentration and increasing the hardenability by using an alloy element has been proposed in order to achieve high strength of the steel material (for example, see Patent Documents 1 and 2). However, these alloy design concepts relate to a general steel material having a thickness of less than 80 mm. That is, Patent Documents 1 and 2 do not propose an H-section steel manufacturing technique that simultaneously obtains excellent strength and toughness at the center of the flange thickness of 80 mm or more.

一方、構造上、比較的厚肉の鋼材が要求される建築物においては、厚み方向での位置によらず均質な特性を得る、厚鋼板の製造技術が提案されている(例えば、特許文献3〜5、参照)。これらは、炭化物、窒化物などの析出制御や、酸化物などの介在物制御、制御圧延、加速冷却である。しかし、これらの合金設計指針は、通常の板厚を有する厚鋼板の製造には有効であるものの、80mm以上のH形鋼材を製造する技術は提案されていない。   On the other hand, in a building that requires a relatively thick steel material due to its structure, a technology for producing a thick steel plate that obtains uniform characteristics regardless of the position in the thickness direction has been proposed (for example, Patent Document 3). ~ 5). These are precipitation control of carbides and nitrides, inclusion control of oxides and the like, controlled rolling, and accelerated cooling. However, although these alloy design guidelines are effective for manufacturing a thick steel plate having a normal plate thickness, a technique for manufacturing an H-shaped steel material of 80 mm or more has not been proposed.

H形鋼の強度と靱性を獲得する技術としては、Ni、Cuなどの合金元素を大量に添加する方法が提案されている(例えば、特許文献6、参照)。しかし、特許文献6にも80mm以上の板厚において、H形鋼の板厚中心での強度と靱性を両立させる技術への言及はない。また、特許文献6に提案されている方法は、Ni、Cuなどの高価な合金元素の添加量が非常に多く、極めてコストの高いH形鋼を提供する技術である。したがって、これまでには、安価かつ高性能なH形鋼を製造可能とする技術は提案されていない。   As a technique for obtaining the strength and toughness of the H-shaped steel, a method of adding a large amount of alloy elements such as Ni and Cu has been proposed (for example, see Patent Document 6). However, Patent Document 6 also does not refer to a technique for achieving both strength and toughness at the center of the thickness of the H-shaped steel at a thickness of 80 mm or more. In addition, the method proposed in Patent Document 6 is a technique that provides an extremely high-cost H-section steel in which the amount of expensive alloy elements such as Ni and Cu added is extremely large. Thus, no technology has been proposed so far that can produce inexpensive and high-performance H-section steel.

特開平10−72620号公報JP-A-10-72620 特開2004−256894号公報JP 2004-256894 A 特開2004−339550号公報JP 2004-339550 A 特開平8−144019号公報JP-A-8-144019 特開2002−030380号公報JP 2002-030380 A 特開平11−193440号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-193440

従来、特に、フランジの厚みが80mm以上になると、熱間圧延のみでは、厚み方向の機械特性が均質な高強度H形鋼を得ることが困難であった。そのため、建築物の構造上、フランジの厚みが80mm以上であるH形鋼が必要とされる場合は、鋼板を組み合わせて溶接する方法で製造されている。   Conventionally, particularly when the thickness of the flange is 80 mm or more, it has been difficult to obtain a high-strength H-section steel having uniform mechanical properties in the thickness direction only by hot rolling. Therefore, when an H-section steel having a flange thickness of 80 mm or more is required due to the structure of the building, it is manufactured by a method of welding by combining steel plates.

しかし、全長にわたって、ウェブの両端に2つのフランジを溶接して製造されるH形鋼(溶接H形鋼)の生産性は、当然、圧延によって製造されるH形鋼(圧延H形鋼)に比べて低い。そのため、溶接H形鋼は製造コストが高く、結局、フランジの厚みが80mm以上で、安価な極厚H形鋼の供給は、現時点でほとんど実現していない。   However, the productivity of H-section steel (welded H-section steel) manufactured by welding two flanges at both ends of the web over the entire length is naturally that of H-section steel (rolled H-section steel) manufactured by rolling. Low compared. Therefore, the manufacturing cost of the welded H-section steel is high, and as a result, the supply of an inexpensive extra-thick H-section steel having a flange thickness of 80 mm or more is hardly realized at the present time.

すなわち、ユニバーサル圧延などによって製造される、安価、かつ80mm以上のフランジの厚みを有するH形鋼の強度と靱性を同時に満足する技術は、未だに実現を見ていない。土木、貯槽、建築機械分野においても、建材と同様な技術的課題があり、極厚H形鋼の安価な高性能化技術が望まれているものの、結局、提案されていない。   In other words, a technology that satisfies the strength and toughness of an H-section steel manufactured by universal rolling or the like and having a flange thickness of 80 mm or more has not been realized yet. In the fields of civil engineering, storage tanks, and construction machinery, there are technical problems similar to those of building materials, and although an inexpensive high-performance technology for ultra-thick H-section steel is desired, it has not been proposed.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、圧延H形鋼の製造工程を前提として、主に、建築物に適用する、大断面で剛性に優れた極厚H形鋼、具体的には、フランジの厚みが80mm以上で、フランジの板厚中央部において、室温における引張強さが550MPa以上であり、かつ0℃におけるシャルピー吸収エネルギーが27J以上である高強度高靱性極厚H形鋼、および、安価かつ生産性高く、高強度高靱性極厚H形鋼を製造する方法の提供を課題とするものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and on the premise of the manufacturing process of rolled H-section steel, is mainly applied to buildings, and is an extremely thick H-section steel having a large cross section and excellent rigidity, Specifically, the thickness of the flange is 80 mm or more, the tensile strength at room temperature is 550 MPa or more, and the Charpy absorbed energy at 0 ° C. is 27 J or more in the central portion of the flange thickness. An object of the present invention is to provide an H-section steel and a method for producing an inexpensive, high-productivity, high-strength, high-toughness, thick H-section steel.

本発明者らは、極厚H形鋼のフランジの厚み方向の中央部における強度、靱性および組織と成分組成との関係について検討を行った。まず、強度の向上に有効であり、一方では靭性を低下させるCの添加量を制限し、同時に焼入れ性を向上させるMnの添加量を制御した。その結果、(x)焼入れ性の指標であるCとMnの含有量の比(C/Mn)を適正な範囲とすることが重要であることがわかった。次に、Bの添加による焼入れ性の向上について検討を行った。その結果、効果を安定して獲得するためにはTiの添加が必要であること、さらには(y)靭性を確保するために、TiとNの含有量の積(Ti×N)という、新たな焼入れ性向上指標の制限が必要であることを見出した。更に、靭性と、残留オーステナイトおよび成分組成との関係について検討した。その結果、(z)高強度極厚H形鋼の靭性を向上させるためには、C、Si、Mn、Mo、W、Bによって求められる予測残留オーステナイト体積率γm[%]を制御することが好ましいという知見を得た。   The present inventors examined the strength, toughness, and the relationship between the structure and the component composition at the center in the thickness direction of the flange of the ultra-thick H-shaped steel. First, it was effective in improving the strength. On the other hand, the amount of C added to reduce toughness was limited, and at the same time, the amount of Mn added to improve hardenability was controlled. As a result, it was found that it is important to set the ratio (C / Mn) of the content of C and Mn, which is an index of hardenability, to an appropriate range. Next, improvement of the hardenability by adding B was examined. As a result, it is necessary to add Ti in order to stably obtain the effect, and (y) a new product of Ti and N content (Ti × N) to ensure toughness. It was found that there is a need to limit the hardenability improvement index. Furthermore, the relationship between toughness, retained austenite and component composition was examined. As a result, (z) In order to improve the toughness of the high-strength ultrathick H-section steel, the predicted retained austenite volume fraction γm [%] determined by C, Si, Mn, Mo, W, and B can be controlled. The knowledge that it is preferable was obtained.

本発明は、上記の知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
(1) 質量%で、C:0.005〜0.05%、Si:0.01〜0.50%、Mn:2.20%超、3.0%以下、Ti:0.007〜0.025%、Al:0.005〜0.1%、N:0.001〜0.005%、B:0.0003〜0.0025%を含有し、Ni:0.1%未満、Cu:0.1%未満、P:0.02%以下、S:0.008%以下、O:0.01%以下に制限し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、CとMnの含有量の比(C/Mn)が0.002〜0.015であり、TiとNの含有量の積(Ti×N)が1×10−4以下であり、 フランジの厚みが80mm以上であることを特徴とする靭性に優れた極厚高強度H形鋼。
(2) 更に、質量%で、Mo:0.2%以下、W:0.5%以下の一方または両方を含有することを特徴とする上記(1)に記載の靱性に優れた極厚高強度H形鋼。
(3) 下記(式1)によって求められる予測残留オーステナイト体積率γm[%]が2.5%以下であることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の靭性に優れた極厚高強度H形鋼。
The present invention has been made based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
(1) By mass%, C: 0.005 to 0.05%, Si: 0.01 to 0.50%, Mn: more than 2.20%, 3.0% or less, Ti: 0.007 to 0 0.025%, Al: 0.005 to 0.1%, N: 0.001 to 0.005%, B: 0.0003 to 0.0025%, Ni: less than 0.1%, Cu: Less than 0.1%, P: 0.02% or less, S: 0.008% or less, O: Restricted to 0.01% or less, consisting of the balance Fe and inevitable impurities, the ratio of the content of C and Mn (C / Mn) is 0.002 to 0.015, the product of Ti and N content (Ti × N) is 1 × 10 −4 or less, and the flange thickness is 80 mm or more. Ultra-thick high-strength H-section steel with excellent toughness.
(2) Further, by mass%, one or both of Mo: 0.2% or less and W: 0.5% or less are contained. Strength H-section steel.
(3) Extremely thick with excellent toughness as described in (1) or (2) above, wherein the predicted retained austenite volume fraction γm [%] obtained by the following (Equation 1) is 2.5% or less High strength H-section steel.

γm=C+2Si+0.5Mn+(Mo+W)+100B ・・・ (式1)
ここで、C、Si、Mn、Mo、W、Bは各元素の含有量[質量%]である。
(4) 更に、質量%で、Nb:0.025以下%、V:0.1%以下、Zr:0.02%以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする上記(1)〜(3)の何れか1項に記載の靱性に優れた極厚高強度H形鋼。
(5) 更に、質量%で、Ca:0.004%以下、Mg:0.004%以下の一方または両方を含有することを特徴とする上記(1)〜(4)の何れか1項に記載の靱性に優れた極厚高強度H形鋼。
(6) フランジの厚み方向の中央部における金属組織がベイナイトと、旧オーステナイト粒界を占める割合が20%以下のフェライトとからなることを特徴とする上記(1)〜(5)の何れか1項に記載の靱性に優れた極厚高強度H形鋼。
(7) フランジの厚み方向の中央部における引張強度が550MPa以上であり、かつ、0℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギーが27J以上であることを特徴とする上記(1)〜(6)の何れか1項に記載の靱性に優れた極厚高強度H形鋼。
γm = C + 2Si + 0.5Mn + (Mo + W) + 100B (Formula 1)
Here, C, Si, Mn, Mo, W, and B are the content [% by mass] of each element.
(4) The above (1), further comprising one or more of Nb: 0.025% or less, V: 0.1% or less, and Zr: 0.02% or less in mass%. The ultrathick high strength H-section steel excellent in toughness according to any one of (1) to (3).
(5) Further, any one of the above (1) to (4), wherein one or both of Ca: 0.004% or less and Mg: 0.004% or less are contained by mass%. Ultra-thick high-strength H-section steel with excellent described toughness.
(6) Any one of the above (1) to (5), wherein the metal structure in the central portion in the thickness direction of the flange is composed of bainite and ferrite having a ratio of the prior austenite grain boundary of 20% or less. An ultra-thick high-strength H-section steel excellent in toughness as described in the item
(7) Any one of (1) to (6) above, wherein the tensile strength at the center portion in the thickness direction of the flange is 550 MPa or more and the Charpy impact absorption energy at 0 ° C. is 27 J or more. An ultra-thick high-strength H-section steel excellent in toughness as described in the item

なお、本発明においてシャルピー吸収エネルギーとは、鋼材の靱性値を代表する数値であって、JIS Z 2242に記載の試験方法に基づいて、JIS4号衝撃試験片により繰り返し数3の測定を実施し、その最低値をもって靭性を評価する。また、引張強さについてはJIS Z 2241に記載の試験方法に基づいて、JIS4号丸棒試験片を加工採取し、繰り返し数2として、その平均値をもって強度を評価する。   In the present invention, Charpy absorbed energy is a numerical value representative of the toughness value of a steel material, and based on the test method described in JIS Z 2242, a measurement of the number of repetitions 3 is performed with a JIS No. 4 impact test piece, Toughness is evaluated with the minimum value. Moreover, about tensile strength, based on the test method of JISZ2241, a JIS No. 4 round bar test piece is processed and sampled, and the number of repetitions is 2, and the average value is used to evaluate the strength.

本発明によれば、80mm以上の厚みを有し、そのフランジの板厚中央において、室温強度が550MPa以上であり、0℃におけるシャルピー吸収エネルギーの値で27J以上となる、強度および靱性に優れた極厚H形鋼を、熱間圧延によって、生産性高く製造することが可能になる。更に、本発明のH形鋼を建築用鋼材として高層建築物の低層または基盤部分に適用することにより、従来にない高剛性基礎構造を可能とし、大都市の空間の効率的利用、利便性の向上を著しく推進することが可能となる。更には、土木、建築、貯槽、建築用機械分野においても、本発明の靱性に優れた高強度極厚H形鋼の普及させることによって、社会基盤または工業の発展に大きく寄与することが可能になるなど、産業上の貢献が極めて顕著である。   According to the present invention, it has a thickness of 80 mm or more, has a strength at room temperature of 550 MPa or more, and a Charpy absorbed energy value at 0 ° C. of 27 J or more at the center of the flange thickness, and has excellent strength and toughness. Extremely thick H-section steel can be manufactured with high productivity by hot rolling. Furthermore, by applying the H-shaped steel of the present invention to a low-rise building or base part of a high-rise building as a steel material for construction, an unprecedented high-rigidity foundation structure can be realized, and efficient use and convenience of a large city space can be achieved. Improvements can be significantly promoted. Furthermore, in the fields of civil engineering, architecture, storage tanks, and construction machinery, it is possible to make a significant contribution to the development of social infrastructure or industry by spreading the high-strength ultra-thick H-section steel with excellent toughness according to the present invention. The industrial contribution is very remarkable.

極厚H形鋼の断面形状の模式図である。It is a schematic diagram of the cross-sectional shape of extra-thick H-section steel. (C/Mn)と鋼材の厚み方向の中央部における強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between (C / Mn) and the intensity | strength in the center part of the thickness direction of steel materials. (Ti×N)と鋼材の厚み方向の中央部における靭性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between (TixN) and the toughness in the center part of the thickness direction of steel materials. 予測残留オーステナイト体積率と鋼材の厚み方向の中央部における靭性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a prediction residual austenite volume fraction and the toughness in the center part of the thickness direction of steel materials. 鋼材の厚み方向の中央部における、旧γ粒界に占めるフェライトの割合と強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio and the intensity | strength of the ferrite which occupy for the former gamma grain boundary in the center part of the thickness direction of steel materials.

図1に、極厚H形鋼の断面を模式的に示す。本発明の極厚H形鋼は、フランジの厚み3が80mm以上である。また、本発明の極厚H形鋼では、フランジの厚み方向の中央部2の強度と靱性に優れる。そのため、本発明の極厚H形鋼を使用して構成した建築部材または機械等は剛性が高く、また強度と靱性に優れる。本発明の極厚H形鋼は、フランジの厚みが80mm以上であり、フランジの厚み方向の中央部では冷却速度が低下する。そのため、特に、(x)CとMnの含有量の比(C/Mn)、(y)TiとNの含有量の積(Ti×N)、(z)残留オーステナイト体積率予測式γrが重要な指標となる。   FIG. 1 schematically shows a cross section of an extremely thick H-section steel. The extremely thick H-section steel of the present invention has a flange thickness 3 of 80 mm or more. Moreover, in the very thick H-section steel of this invention, it is excellent in the intensity | strength and toughness of the center part 2 of the thickness direction of a flange. Therefore, a building member or machine or the like constructed using the extremely thick H-shaped steel of the present invention has high rigidity and excellent strength and toughness. In the ultra-thick H-shaped steel of the present invention, the flange has a thickness of 80 mm or more, and the cooling rate decreases at the center in the thickness direction of the flange. Therefore, (x) the ratio of C and Mn content (C / Mn), (y) the product of Ti and N content (Ti × N), (z) residual austenite volume fraction prediction formula γr are important. Index.

以下、各指標について説明する。
(x)CとMnの含有量の比(C/Mn)
まず、CとMnの含有量の比(C/Mn)について説明する。CおよびMnは、鋼材の焼入れ性に及ぼす影響が大きく、本発明では最も重要な元素である。Cは僅かな添加量でも著しく鋼材の焼入れ性を高める元素であり、C量が比較的多く、かつMn量が比較的少ない場合は、Cが鋼材の焼入れ性を決定することがある。
Hereinafter, each index will be described.
(X) C / Mn content ratio (C / Mn)
First, the ratio of the content of C and Mn (C / Mn) will be described. C and Mn have a great influence on the hardenability of the steel material, and are the most important elements in the present invention. C is an element that remarkably enhances the hardenability of the steel material even with a small addition amount. When the C content is relatively large and the Mn content is relatively small, C may determine the hardenability of the steel material.

この場合には、Cの拡散速度が非常に速いことから、冷却速度の影響を強く受け、H形鋼の表層が硬質になり、厚み方向の中心部が軟質になる可能性がある。すなわち、本発明の極厚H形鋼は、フランジの厚みが80mm以上であるため、強度が部位によって変動しやすい。したがって、本発明の極厚H形鋼では、焼入れ性がC添加量によって大きく変動しないように、換言すれば、拡散速度の遅いMnが焼入れ性を決定するように、Mn量をC量に対して制御することが必要である。   In this case, since the diffusion rate of C is very fast, it is strongly influenced by the cooling rate, the surface layer of the H-shaped steel becomes hard, and the central portion in the thickness direction may become soft. That is, since the thickness of the flange of the extra-thick H-shaped steel of the present invention is 80 mm or more, the strength is likely to vary depending on the part. Therefore, in the ultra-thick H-section steel of the present invention, the hardenability does not vary greatly depending on the amount of C added, in other words, the Mn content with respect to the C content so that Mn having a low diffusion rate determines the hardenability. Need to be controlled.

そこで、本発明らは、CとMnの含有量の比(C/Mn)が、極厚H形鋼のフランジの特性に影響を及ぼす重要な因子であると考え、検討を行った。その結果、C/Mnが大きすぎると、極厚H形鋼のフランジの強度を均質にすることが難しく、厚み方向の中心部の強度が低下することがわかった。一方、C/Mnが小さすぎると、焼入れ性が不足し、強度が低下することがわかった。   Therefore, the present inventors considered that the ratio of the content of C and Mn (C / Mn) is an important factor affecting the characteristics of the flange of the ultra-thick H-section steel. As a result, it was found that when C / Mn is too large, it is difficult to make the strength of the flange of the ultra-thick H-shaped steel uniform, and the strength of the central portion in the thickness direction decreases. On the other hand, it was found that if C / Mn is too small, the hardenability is insufficient and the strength decreases.

具体的には、C、Si、Mn、Al、Ti、N、B、Ni、Cu、P、S、Oの含有量、更に、必要に応じて添加するMo、W、Nb、V、Zr、Ca、Mgの含有量を上記(1)〜(4)の範囲内に調整し、CとMnの値を種々に変化させ、板厚80mm以上の鋼材を試作し、厚み方向の中心部の強度を測定した。   Specifically, the contents of C, Si, Mn, Al, Ti, N, B, Ni, Cu, P, S, O, and Mo, W, Nb, V, Zr, added as necessary The content of Ca and Mg is adjusted within the above ranges (1) to (4), the values of C and Mn are changed in various ways, a steel material having a plate thickness of 80 mm or more is prototyped, and the strength of the central portion in the thickness direction Was measured.

図2はその一例を示すもので、含有される成分が、0.15%Si、0.031%Al、0.012%Ti、0.003%N、0.0014%B、0.13%Moである、130mm厚みの鋼材の結果である。図2では、CとMnの含有比で、130mm厚みの鋼材の厚み方向の中央部の強度を整理している。   FIG. 2 shows an example, and the components contained are 0.15% Si, 0.031% Al, 0.012% Ti, 0.003% N, 0.0014% B, 0.13%. It is a result of the steel material of 130 mm thickness which is Mo. In FIG. 2, the strength of the central part in the thickness direction of the 130 mm thick steel material is organized by the content ratio of C and Mn.

図中に示した曲線の概略の推定値から、C/Mnの最適値を0.002〜0.015と決定した。なお、C、Si、Mn、Al、Ti、N、B、Ni、Cu、P、S、Oの含有量、更に、必要に応じて添加するMo、W、Nb、V、Zr、Ca、Mgの含有量を上記(1)〜(4)の範囲内に調整した、図2以外の試作鋼材においても、ほぼと同様の数値が得られることを確認している。更に検討を進め、本発明者らは、C/Mnの値が0.002〜0.015であれば、厚みが80mm以上であるフランジの中央部の強度が550MPa以上という、高強度の極厚H形鋼が得られることを実験的に確認した。
(y)TiとNの含有量の積(Ti×N)
次に、TiとNの含有量の積(Ti×N)について説明する。Tiは、Nを固定して窒化物を形成する元素であり、本発明では、Bが窒化物として析出しないようにTiの添加量を制御する。すなわち、Tiは、Bによる焼入れ効果を確保して、強度を向上させる重要な元素である。また、微細なTiNの析出は、熱間圧延中の結晶粒の粗大化を抑制し、組織の細粒化を促すため、靱性の向上に寄与する。一方、TiNが粗大化すると、靭性が著しく低下する。
The optimum value of C / Mn was determined to be 0.002 to 0.015 from the rough estimated value of the curve shown in the figure. Note that the contents of C, Si, Mn, Al, Ti, N, B, Ni, Cu, P, S, and O, and Mo, W, Nb, V, Zr, Ca, and Mg added as necessary. It has been confirmed that the same numerical values as those of the prototype steel materials other than those in FIG. 2 in which the content of is adjusted within the above ranges (1) to (4) can be obtained. The inventors further studied, and the present inventors found that if the value of C / Mn is 0.002 to 0.015, the strength of the central portion of the flange having a thickness of 80 mm or more is 550 MPa or more, and the strength is extremely high. It was experimentally confirmed that an H-shaped steel was obtained.
(Y) Product of Ti and N content (Ti × N)
Next, the product of Ti and N contents (Ti × N) will be described. Ti is an element that fixes N to form nitrides. In the present invention, the amount of Ti added is controlled so that B does not precipitate as nitrides. That is, Ti is an important element that ensures the quenching effect by B and improves the strength. Further, the precipitation of fine TiN suppresses the coarsening of crystal grains during hot rolling and promotes the refinement of the structure, thus contributing to the improvement of toughness. On the other hand, when TiN is coarsened, the toughness is significantly reduced.

したがって、本発明では、Tiによって、効果的にNを固定し、かつ、粗大なTiNの生成を抑制するために、Tiの含有量をNの含有量に応じて制御することが必要である。Tiの窒化物の析出を制御するためには、溶解度積の観点から、TiとNの含有量の積(Ti×N)を制限することが合理的である。以上のことから、本発明では、TiNの粗大化抑制による靭性向上の効果の評価指標として重要である(Ti×N)の上限を制限する。特に、製鋼工程において、大気から溶鋼中へのNの侵入は避けられないため、(Ti×N)の制御は極めて有効である。   Therefore, in the present invention, it is necessary to control the Ti content according to the N content in order to fix N effectively by Ti and to suppress the formation of coarse TiN. In order to control the precipitation of Ti nitride, it is reasonable to limit the product of Ti and N content (Ti × N) from the viewpoint of solubility product. From the above, in the present invention, the upper limit of (Ti × N), which is important as an evaluation index of the effect of improving toughness by suppressing the coarsening of TiN, is limited. In particular, in the steelmaking process, since intrusion of N from the atmosphere into the molten steel is unavoidable, the control of (Ti × N) is extremely effective.

図3に、一例として、含有する成分が、0.020%C、0.31%Si、2.4%Mn、0.018%Nb、0.031%Al、0.0010%B、0.05%Mo、0.04%Vであり、厚みが140mmである鋼材のデータを示す。図3は、TiとNの含有量を種々に変化させて、実生産工程によって試作した、フランジの厚みが140mmであるH形鋼の、(Ti×N)とフランジの厚み中心部における靭性との関係を示す図である。図3より、(Ti×N)が1.0×10−4を超えると、靱性値が本発明の目標値である27Jに届かないことが判る。これは、粗大化したTiNが破壊発生の起点として作用し、靱性が低下する事に起因している。すなわち、(Ti×N)の上限値である1.0×10−4は、靱性の管理指標としても有効であり、本発明の効果を確認する重要なパラメータである。 In FIG. 3, as an example, the components contained are 0.020% C, 0.31% Si, 2.4% Mn, 0.018% Nb, 0.031% Al, 0.0010% B, 0.001. The data of steel materials having 05% Mo and 0.04% V and a thickness of 140 mm are shown. Fig. 3 shows the toughness at the center of (Ti x N) and the thickness of the flange of the H-section steel with a flange thickness of 140 mm, which was experimentally produced by changing the Ti and N contents in various ways. It is a figure which shows the relationship. FIG. 3 shows that when (Ti × N) exceeds 1.0 × 10 −4 , the toughness value does not reach 27J, which is the target value of the present invention. This is due to the fact that coarse TiN acts as a starting point for occurrence of fracture and the toughness is lowered. That is, 1.0 × 10 −4 that is the upper limit value of (Ti × N) is also effective as a toughness management index, and is an important parameter for confirming the effect of the present invention.

同様の検討を、C、Si、Mn、Al、Ti、N、B、Ni、Cu、P、S、Oの含有量、更に、必要に応じて添加するMo、W、Nb、V、Zr、Ca、Mgの含有量を上記(1)〜(4)の範囲内に調整した、図3以外の試作鋼材において行い、パラメータ(Ti×N)の上限を1.0×10−4以下と決定した。更に検討を進め、本発明者らは、(Ti×N)の上限を1.0×10−4以下とすれば、厚みが80mm以上であるフランジの中央部の靱性値が、シャルピー吸収エネルギーで27J以上という、高靱性の極厚H形鋼が得られることを実験的に確認した。 Similar considerations are made for the contents of C, Si, Mn, Al, Ti, N, B, Ni, Cu, P, S, and O, and Mo, W, Nb, V, Zr, added as necessary. This is performed in a prototype steel material other than that shown in FIG. 3 in which the Ca and Mg contents are adjusted within the above ranges (1) to (4), and the upper limit of the parameter (Ti × N) is determined to be 1.0 × 10 −4 or less. did. Further studying, the present inventors set the upper limit of (Ti × N) to 1.0 × 10 −4 or less, and the toughness value at the center of the flange having a thickness of 80 mm or more is the Charpy absorbed energy. It was experimentally confirmed that an extremely thick H-shaped steel having a high toughness of 27 J or more was obtained.

本発明の鋼は、冷却速度が遅くなる厚み方向の中央部における強度低下を抑制するため炭素を低減し、焼入れ性を確保するため、MnとBを積極的に活用している。さらに、Nを固定するためにTiを添加する。また、Ni、Cuを制限しているものの、必要に応じて、焼入れ性を高めるMo、Wや、C、Nを固定するNb、V、Zrを添加する。   The steel of the present invention actively uses Mn and B in order to reduce the carbon in order to suppress a decrease in strength in the central portion in the thickness direction where the cooling rate is slow, and to ensure hardenability. Further, Ti is added to fix N. Moreover, although Ni and Cu are limited, Mo and W which improve hardenability, and Nb, V and Zr which fix C and N are added as needed.

このような本発明の合金設計では、冷却速度が遅くなると残留オーステナイト(残留γ)が生成しやすくなる。本発明者らは実験を重ねた結果、残留γの存在によって、靱性のばらつきが生じ、低値が発生することがあるという知見を得た。したがって、安定して靱性を確保するためには、残留γの生成を抑制することが好ましい。残留γが、靭性のばらつきに及ぼす影響については、以下のように考えている。   In such an alloy design of the present invention, residual austenite (residual γ) is likely to be generated when the cooling rate is slow. As a result of repeated experiments, the present inventors have found that the presence of residual γ causes toughness variations and low values may occur. Therefore, in order to ensure toughness stably, it is preferable to suppress the formation of residual γ. The effect of residual γ on toughness variation is considered as follows.

組織中に存在する残留γが不安定である場合、衝撃が鋼材に加わった際、加工誘起変態によって、いわゆる加工誘起マルテンサイト組織を生成することがある。すなわち、不安定な残留γは、局部的な内部応力の上昇に起因して、硬質な加工誘起マルテンサイトに変態し、割れの起点となることがある。したがって、靭性のばらつきを抑制するには、残留γの生成を防止することが好ましい。   When the residual γ existing in the structure is unstable, when a shock is applied to the steel material, a so-called work-induced martensite structure may be generated by the work-induced transformation. That is, the unstable residual γ may be transformed into hard work-induced martensite due to a local internal stress increase, and may become a starting point of cracking. Therefore, in order to suppress variation in toughness, it is preferable to prevent the formation of residual γ.

フランジの厚みが80mm以上になると、冷却速度を大きくすることが困難であり、残留γが生成しやすくなる。したがって、安定して極厚H形鋼の靭性を確保するには、冷却速度が低下しても残留γの生成が抑制されるように、成分組成を適正に制御することが好ましい。本発明者らは、C、Si、Mn、Mo、W、Bに着目して、これらの含有量と残留γ量との関係について検討を行った。残留γ量(体積率)は、広角X線回折による、鋼中のBCC鉄のピーク高さとFCC鉄のピーク高さを比較し、一般的に実用化されている検量線を用いて、定量化して測定した。   When the thickness of the flange is 80 mm or more, it is difficult to increase the cooling rate, and residual γ is likely to be generated. Therefore, in order to stably secure the toughness of the extra-thick H-shaped steel, it is preferable to appropriately control the component composition so that the generation of residual γ is suppressed even when the cooling rate is lowered. The present inventors examined the relationship between these contents and the residual γ amount, paying attention to C, Si, Mn, Mo, W, and B. The amount of residual γ (volume ratio) is quantified by comparing the peak height of BCC iron and the peak height of FCC iron in steel by wide-angle X-ray diffraction and using a calibration curve that is generally put to practical use. Measured.

その結果、(式1)により、鋼中の残留γの体積率を推定できることがわかった。(式1)によって求められる予測残留オーステナイト体積率γm[%]は、本発明のH形鋼において、実際にX線回折のピーク高さ判定法に極めて近い値であることを、別途確認しており、その精度は残留γ測定値の絶対値で±0.1(%)以内であった。   As a result, it was found from (Equation 1) that the volume fraction of residual γ in the steel can be estimated. Separately confirm that the predicted retained austenite volume fraction γm [%] obtained by (Equation 1) is very close to the X-ray diffraction peak height determination method in the H-section steel of the present invention. The accuracy was within ± 0.1 (%) in absolute value of the residual γ measurement value.

γm[%]=C+2Si+0.5Mn+(Mo+W)+100B・・・(式1)
ここで、C、Si、Mn、Mo、W、Bは、各元素の含有量[質量%]である。
γm [%] = C + 2Si + 0.5Mn + (Mo + W) + 100B (Formula 1)
Here, C, Si, Mn, Mo, W, and B are content [mass%] of each element.

本発明者らは、C、Si、Mn、Al、Ti、N、B、Ni、Cu、P、S、Oの含有量、更に、必要に応じて添加するMo、W、Nb、V、Zr、Ca、Mgの含有量を上記(1)〜(4)の範囲内に調整した鋼材を、実験室で溶解、鋳造、熱間圧延して140mm厚みの鋼板を試作した。得られた鋼板の板厚の中央部から試験片を採取し、0℃でシャルピー吸収エネルギーを測定した。図4に、厚み方向の中心における、0℃のシャルピー吸収エネルギーと予測残留オーステナイト体積率γm[%]との関係を示す。なお、0℃でのシャルピー吸収エネルギーは、一般的な建築用鋼材に要求される27Jを評価基準とした。   The present inventors include contents of C, Si, Mn, Al, Ti, N, B, Ni, Cu, P, S, and O, and Mo, W, Nb, V, and Zr added as necessary. A steel material whose Ca and Mg contents were adjusted within the above ranges (1) to (4) was melted, cast, and hot-rolled in a laboratory to produce a steel plate having a thickness of 140 mm. A test piece was collected from the center of the thickness of the obtained steel sheet, and Charpy absorbed energy was measured at 0 ° C. FIG. 4 shows the relationship between the Charpy absorbed energy at 0 ° C. and the predicted retained austenite volume fraction γm [%] at the center in the thickness direction. The Charpy absorbed energy at 0 ° C. was evaluated based on 27J required for general building steel.

図4に示したように、予測残留オーステナイト体積率γm[%]を2.5%以下にすれば、確実に、0℃のシャルピー吸収エネルギーが27Jを上回る。更に検討を進め、本発明者らは、予測残留オーステナイト体積率γr[%]を2.5%以下とすれば、厚みが80mm以上であるフランジの中央部の、0℃におけるシャルピー吸収エネルギーが確実に27J以上となる、高靭性の極厚H形鋼が得られることを実験によって確認した。   As shown in FIG. 4, when the predicted retained austenite volume fraction γm [%] is set to 2.5% or less, the Charpy absorbed energy at 0 ° C. surely exceeds 27J. Further investigation has been conducted, and the present inventors have confirmed that Charpy absorbed energy at 0 ° C. at the center of the flange having a thickness of 80 mm or more is ensured if the predicted retained austenite volume fraction γr [%] is 2.5% or less. It was confirmed by experiments that an extremely thick H-section steel having a toughness of 27 J or more was obtained.

すなわち、(式1)から求められる予測残留オーステナイト体積率γm[%]によって、フランジの厚みが80mm以上である極厚H形鋼の、フランジの厚み方向の中心部の靱性の安定性を評価することが可能であり、良好な靭性を確実に得るため、上限値を2.5%以下にすることが好ましい。   That is, the stability of the toughness of the central portion in the thickness direction of the flange of an extremely thick H-section steel having a flange thickness of 80 mm or more is evaluated based on the predicted retained austenite volume fraction γm [%] obtained from (Equation 1). In order to ensure good toughness, the upper limit value is preferably 2.5% or less.

次に、化学成分を限定する理由について説明する。なお、%は、質量%を意味する。   Next, the reason for limiting chemical components will be described. In addition,% means the mass%.

C:Cは鋼材の焼入性の向上に寄与し、同時に、炭化物や炭窒化物を形成して鋼材の強度の向上に寄与する。この効果を得るには、0.005%以上のCを添加することが必要である。一方、0.05%を超えるCを添加すると、特に、フランジの厚み方向の中央部において、粗大な炭化物や炭窒化物が粒界に析出し、靱性が低下するため、上限を0.05%とする。加工性及び組織安定性を考慮すれば、C量は、0.01〜0.03%が好ましい。   C: C contributes to the improvement of the hardenability of the steel material, and at the same time, contributes to the improvement of the strength of the steel material by forming carbides and carbonitrides. In order to obtain this effect, it is necessary to add 0.005% or more of C. On the other hand, when C exceeding 0.05% is added, coarse carbides and carbonitrides precipitate at the grain boundaries, particularly in the central portion in the thickness direction of the flange, and the toughness decreases. And In consideration of workability and structural stability, the C content is preferably 0.01 to 0.03%.

Mn:Mnは、鋼の焼入れ性を向上させ、強度及び靭性の向上に寄与する元素である。厚みが80mm以上のフランジを有する本発明のH形鋼では、特に、Mnは重要な元素であり、焼入れ性の向上により厚み方向の中央部の強度の上昇に寄与する。本発明では、高価なCu、Ni、Mo、Wを多量に添加することなく、焼入れ性を確保するため、2.2%超のMnを添加する。なお、2.2%を超えてMnを添加すると、中心偏析部位においてMnSを多量に生成し、靱性を損なう場合があるため、連続鋳造の凝固時に軽圧下を加えることが好ましい。さらに、3.0%を超えてMnを添加すると、中心偏析の解消が困難になり、中心偏析部位において靱性を低下させる残留γを多量に生成し、靱性を損なう場合があるため、上限を3.0%とする。靱性を重視する場合、Mn量の上限は2.8%以下が好ましい。   Mn: Mn is an element that improves the hardenability of steel and contributes to the improvement of strength and toughness. In the H-section steel of the present invention having a flange with a thickness of 80 mm or more, Mn is an important element and contributes to an increase in strength at the center in the thickness direction by improving hardenability. In the present invention, more than 2.2% of Mn is added to ensure hardenability without adding a large amount of expensive Cu, Ni, Mo, W. If Mn is added in excess of 2.2%, a large amount of MnS is generated at the center segregation site, and the toughness may be impaired. Therefore, it is preferable to apply light pressure during solidification of continuous casting. Furthermore, if Mn is added in excess of 3.0%, it becomes difficult to eliminate the center segregation, and a large amount of residual γ that lowers the toughness at the center segregation site may be generated and the toughness may be impaired. 0.0%. When importance is attached to toughness, the upper limit of the amount of Mn is preferably 2.8% or less.

Ti:Tiは窒化物を生成してNを固定する重要な元素であり、本発明では、Tiの添加によってBNの析出を抑制し、Bを粒界に偏析させて、焼入れ性向上の効果を有効に発現させる。0.007%以上のTiを添加することにより、鋼中のNを有効に固定できるようになる。また、TiはNと結合して微細なTiNを析出し、熱間圧延時の結晶粒成長を抑制し、結晶粒を微細化して靭性の向上にも寄与するため、0.010%以上の添加が好ましい。一方、0.025%を超えてTiを添加すると、粗大なTiCまたはTiNが析出して靱性を低下させる場合があることから、上限を0.025%以下に限定した。靱性を重視する場合、Ti量の上限は0.020%以下が好ましい。   Ti: Ti is an important element that forms nitrides and fixes N. In the present invention, the addition of Ti suppresses the precipitation of BN, segregates B at the grain boundaries, and improves the hardenability. Effective expression. By adding 0.007% or more of Ti, N in the steel can be effectively fixed. In addition, Ti combines with N to precipitate fine TiN, suppresses crystal grain growth during hot rolling, and contributes to improvement of toughness by refining crystal grains. Is preferred. On the other hand, when Ti is added in excess of 0.025%, coarse TiC or TiN may precipitate to reduce toughness, so the upper limit was limited to 0.025% or less. When importance is attached to toughness, the upper limit of the Ti content is preferably 0.020% or less.

N:Nは、不純物であり、BNを析出して粒界に偏析するB量を減少させ、Bによる焼入れ性向上効果を低減する場合がある。そのため、Nの含有量の上限を0.005%以下とする。また、粗大なTiNが生成すると靭性を損なうため、N量の上限は0.004%以下が好ましい。一方、微細なTiNが析出すると、熱間圧延中の粒成長が抑制され、靭性の向上に寄与するため、Nの含有量の下限を0.001%以上とする。   N: N is an impurity, and may reduce the amount of B that precipitates BN and segregates at the grain boundary, and may reduce the effect of improving hardenability by B. Therefore, the upper limit of the N content is 0.005% or less. Moreover, since the toughness is impaired when coarse TiN is generated, the upper limit of the N content is preferably 0.004% or less. On the other hand, when fine TiN precipitates, grain growth during hot rolling is suppressed and contributes to improvement of toughness. Therefore, the lower limit of the N content is set to 0.001% or more.

B:Bは、BNや炭硼化物の生成を防止して粒界に非平衡偏析させると、粒界からの変態に伴う粒成長を効果的に抑制する。このため僅かなBの添加で、鋼材の焼入れ性を著しく高めることが可能であり、本発明では、0.0003%以上のBを添加する。一方、0.0025%を超えてBを添加すると、M23(C,B)型炭硼化物を析出して靱性を低下させる場合があることから、上限を0.0025%以下に限定した。靱性のばらつきを抑制するためには、B量の上限を0.0020%以下に限定することが好ましい。
Si:Siは、製鋼工程で脱酸剤として添加するが、固溶強化によって鋼の強度向上にも寄与する元素である。Si量が少ない場合は、Tiの酸化物が生成し、Nの固定が不十分になって、Bの添加による焼入れ性の向上効果が不十分になることがあるため、本発明では、Si量の下限を0.01%以上とする。また、Siの添加によって強度を高める場合は、0.05%以上を添加することが好ましい。一方、0.50%を超えてSiを添加すると、酸化物クラスターを生成して靭性が低下するため、上限を0.50%以下とする。靱性への影響を重視する場合には、Si量の上限は0.10%以下が好ましい。
B: When B prevents the formation of BN and carbon boride and causes non-equilibrium segregation at the grain boundary, it effectively suppresses the grain growth accompanying transformation from the grain boundary. For this reason, it is possible to remarkably improve the hardenability of the steel material by adding a small amount of B. In the present invention, 0.0003% or more of B is added. On the other hand, when B is added in excess of 0.0025%, M 23 (C, B) 6- type carbon boride may be precipitated to reduce toughness, so the upper limit is limited to 0.0025% or less. . In order to suppress variation in toughness, it is preferable to limit the upper limit of the B amount to 0.0020% or less.
Si: Si is added as a deoxidizer in the steel making process, but is an element that contributes to improving the strength of the steel by solid solution strengthening. When the amount of Si is small, Ti oxide is formed, N fixation becomes insufficient, and the effect of improving the hardenability by addition of B may be insufficient. The lower limit of 0.01% or more. Moreover, when increasing the strength by adding Si, it is preferable to add 0.05% or more. On the other hand, if Si is added in excess of 0.50%, oxide clusters are generated and toughness is lowered, so the upper limit is made 0.50% or less. When the influence on toughness is emphasized, the upper limit of the Si amount is preferably 0.10% or less.

Al:Alは脱酸元素であり、本発明では、Nを固定するTiや、硫化物の形態を制御するCa、Mgが酸化物を生成しないように、Alを添加し、溶鋼の酸素濃度を低減する。Tiや、Ca、Mgなどの酸化物の生成を抑制するには、Al量を0.005%以上にすることが必要である。一方、0.1%を超えてAlを添加するとAl酸化物のクラスターが生成する場合があることから、上限を0.1%以下に制限した。クラスター生成による靱性低下を抑制するには、Al量の上限を0.08%以下とすることが好ましい。   Al: Al is a deoxidizing element. In the present invention, Al is added so that Ti for fixing N, Ca for controlling the form of sulfide, and Mg do not generate oxides, and the oxygen concentration of the molten steel is reduced. To reduce. In order to suppress the formation of oxides such as Ti, Ca, and Mg, the amount of Al needs to be 0.005% or more. On the other hand, when Al is added in excess of 0.1%, an Al oxide cluster may be generated, so the upper limit was limited to 0.1% or less. In order to suppress a decrease in toughness due to cluster formation, the upper limit of the Al content is preferably set to 0.08% or less.

Ni,Cu:NiおよびCuは何れもγ相安定化元素である。Ni、Cuを添加すると、鋼材のAr点が低下し、圧延後の冷却時における変態開始温度が低下し、焼入れ性が向上する。効果を得るために、Ni、Cuを添加してもよいが、本発明では、高価なNi、Cuの含有量を制限するためにMn量を高めていることから無添加でもよいが、原料から不可避的に混入する場合があり、それぞれの含有量を0.1%未満に制限する。 Ni, Cu: Ni and Cu are all γ-phase stabilizing elements. When Ni and Cu are added, the Ar 3 point of the steel material is lowered, the transformation start temperature during cooling after rolling is lowered, and the hardenability is improved. In order to obtain the effect, Ni and Cu may be added. In the present invention, the amount of Mn is increased to limit the content of expensive Ni and Cu. Inevitably mixed, the respective contents are limited to less than 0.1%.

P、S、O:P及びS、さらにOは不可避的に鋼中に含有される不純物元素であり、靭性を低下させるため、含有量を制限する。本発明では、Pを0.02%以下、Sを0.01%以下、Oを0.01%以下とする。   P, S, O: P and S, and O are inevitably impurity elements contained in the steel, and limit the content in order to reduce toughness. In the present invention, P is 0.02% or less, S is 0.01% or less, and O is 0.01% or less.

以上の基本化学組成に加えて、本発明では、焼入れ性を高めるMo、W、析出強化に寄与するNb、Zr、V、硫化物の形態制御に有効なCa及びMgを、必要に応じて添加する。   In addition to the above basic chemical composition, the present invention adds Mo and W that enhance hardenability, Nb, Zr, V that contributes to precipitation strengthening, and Ca and Mg that are effective in controlling the form of sulfides as needed. To do.

Mo:Moは、鋼の焼入れ性を高める元素であり、特にBと同時に添加することでその効果がさらに高められる。Moの効果は、0.01%以上の添加で顕著となる。一方、0.2%を超えてMoを添加すると、残留γを生成して、靱性が劣化する場合があるため、Mo量の上限は0.2%以下が好ましい。また、Moは高価な元素でもあるため、より好ましい上限は0.15%以下である。   Mo: Mo is an element that enhances the hardenability of steel, and the effect thereof is further enhanced by adding simultaneously with B in particular. The effect of Mo becomes significant when 0.01% or more is added. On the other hand, if Mo is added in excess of 0.2%, residual γ is generated and the toughness may deteriorate, so the upper limit of the Mo amount is preferably 0.2% or less. Moreover, since Mo is also an expensive element, a more preferable upper limit is 0.15% or less.

W:Wは、Moに比べると効果が小さいものの、鋼の焼入れ性を高める元素である。また、Wは、Bの析出を抑制する元素でもあり、Bと同時に添加することでその効果がさらに高められる。Wの効果は、0.1%以上の添加で顕著となる。一方、0.5%を超えてWを添加すると、残留γを生成して、靱性が劣化する場合があるため、W量の上限は0.5%以下が好ましい。また、Wは高価な元素でもあるため、より好ましい上限は0.4%以下である。   W: W is an element that enhances the hardenability of steel, although the effect is smaller than that of Mo. Further, W is an element that suppresses the precipitation of B, and the effect is further enhanced by adding it simultaneously with B. The effect of W becomes significant when 0.1% or more is added. On the other hand, if W is added in excess of 0.5%, residual γ is generated and the toughness may deteriorate, so the upper limit of the W amount is preferably 0.5% or less. Moreover, since W is also an expensive element, a more preferable upper limit is 0.4% or less.

Nb:Nbは炭化物を生成する元素であり、析出強化に寄与する。さらに、Nbの添加によるCの固定は、炭硼化物の析出の抑制にも有効であり、Bを粒界に偏析させて焼入れ性向上の効果を有効に発現させる。効果を得るには、0.005%以上のNbの添加が好ましい。一方、0.025%を超えてNbを添加すると、粗大なNbCが析出し、靱性を低下させるため、上限は0.025%以下が好ましい。さらに好ましい上限は、0.02%以下である。   Nb: Nb is an element that generates carbides and contributes to precipitation strengthening. Furthermore, the fixation of C by adding Nb is also effective in suppressing the precipitation of carbon boride, and B is segregated at the grain boundaries to effectively exhibit the effect of improving hardenability. In order to obtain the effect, 0.005% or more of Nb is preferably added. On the other hand, when Nb is added exceeding 0.025%, coarse NbC is precipitated and the toughness is lowered, so the upper limit is preferably 0.025% or less. A more preferable upper limit is 0.02% or less.

Zr:Zrは炭化物、窒化物を生成する元素であり、析出強化に寄与する。さらに、Zrは、NbよりもC、Nとの親和力が強く、炭硼化物やBNの析出の抑制にも有効であり、Bを粒界に偏析させて焼入れ性向上の効果を有効に発現させる。効果を得るには、0.002%以上のZrの添加が好ましい。一方、0.02%を超えてZrを添加すると、ZrNやZrCが粗大になり、靱性を低下させるため、上限は0.02%以下が好ましい。また、Zrは酸化物を生成しやすい元素でもあるため、酸化物に起因する靭性の低下を防止するため、さらに好ましい上限は0.015%以下である。   Zr: Zr is an element that generates carbide and nitride, and contributes to precipitation strengthening. Furthermore, Zr has a stronger affinity for C and N than Nb, and is effective in suppressing precipitation of carboboride and BN, and effectively segregates B at the grain boundary to effectively improve the hardenability. . In order to obtain the effect, 0.002% or more of Zr is preferably added. On the other hand, when Zr is added in excess of 0.02%, ZrN and ZrC become coarse and lower toughness. Therefore, the upper limit is preferably 0.02% or less. Further, since Zr is an element that easily forms an oxide, the more preferable upper limit is 0.015% or less in order to prevent a decrease in toughness due to the oxide.

V:Vは、主に炭化物として析出し、強度向上に寄与する元素である。効果を得るには、0.01%以上のVの添加が好ましい。一方、0.1%を超えてVを添加すると、粗大なV炭化物が析出し、鋼材の靱性が劣化する場合があるため、V量の上限は0.1%以下が好ましい。靱性を重視する場合には、V量の上限を0.08%以下にすることがさらに好ましい。   V: V is an element that mainly precipitates as carbides and contributes to strength improvement. In order to obtain the effect, 0.01% or more of V is preferably added. On the other hand, when V is added in excess of 0.1%, coarse V carbide precipitates and the toughness of the steel material may deteriorate, so the upper limit of V content is preferably 0.1% or less. When importance is attached to toughness, it is more preferable to set the upper limit of the V amount to 0.08% or less.

CaおよびMg:CaおよびMgは、硫化物を生成する元素である。本発明では、粗大な硫化物、具体的には、MnSの偏析部への析出を防止するため、Ca、Mgの一方または両方を添加してもよい。効果を得るには、Ca、Mgの含有量は、それぞれ、0.0005%以上が好ましい。また、CaおよびMgの添加量が0.004%を超えると、酸化物がクラスターを生成して靱性が劣化することがある。そのため、CaおよびMgの添加量の上限は、0.004%以下が好ましい。O濃度を0.002%以下とした場合は、Ca、Mgの酸化を防止することができるため、それぞれ、0.003%以下を添加することにより、硫化物の形態を制御することができる。   Ca and Mg: Ca and Mg are elements that generate sulfides. In the present invention, one or both of Ca and Mg may be added in order to prevent precipitation of coarse sulfides, specifically, MnS in the segregation part. In order to obtain the effect, the Ca and Mg contents are each preferably 0.0005% or more. Moreover, when the addition amount of Ca and Mg exceeds 0.004%, an oxide may produce | generate a cluster and toughness may deteriorate. Therefore, the upper limit of the addition amount of Ca and Mg is preferably 0.004% or less. When the O concentration is 0.002% or less, the oxidation of Ca and Mg can be prevented. Therefore, the form of the sulfide can be controlled by adding 0.003% or less.

次に、本発明のH形鋼の組織について説明する。   Next, the structure of the H-section steel of the present invention will be described.

強度を高め、靭性を確保するには、組織をフェライト単相、またはフェライト−パーライト組織とせず、ベイナイトを生成させることが好ましい。本発明のH形鋼の組織は、ベイナイトを主体とするが、焼入れ性が低い成分組成であると、旧オーステナイトの粒界の一部にフェライトが生成することがある。これは、旧オーステイト粒界(旧γ粒界)への、フェライト安定化元素(Si、Mo、W、V、Nb、Ti等)の偏析に起因する。すなわち、フェライト安定化元素が偏析した旧γ粒界から、熱間圧延後の冷却中に、Cの拡散を駆動力とするフェライト変態が部分的に生じる。   In order to increase the strength and ensure the toughness, it is preferable to generate bainite without making the structure a ferrite single phase or a ferrite-pearlite structure. The structure of the H-shaped steel of the present invention is mainly composed of bainite, but if the composition is low in hardenability, ferrite may be generated in part of the grain boundaries of prior austenite. This is due to segregation of ferrite stabilizing elements (Si, Mo, W, V, Nb, Ti, etc.) to the old austic grain boundaries (old γ grain boundaries). That is, the ferrite transformation using the diffusion of C as a driving force partially occurs during the cooling after hot rolling from the old γ grain boundary where the ferrite stabilizing element segregates.

このような旧γ粒界に生成したフェライトを、組織の形態による分類では、フェライトサイドプレートという。フェライトはベイナイトに比べて強度も低いので、フェライトが多く生成すれば鋼材の強度も低下する。また、オーステナイトの粒界に核生成したフェライトが粒内に向かって粒成長し、フェライト変態が進行する場合、フェライトからオーステナイトへ炭素が排出される。そのため、フェライトの成長界面のオーステナイト側には炭素が濃縮する。冷却が進み、オーステナイトがベイナイトに変態すると、フェライトとベイナイトとの境界に濃縮した炭素は、炭化物として析出するため、鋼材の靱性も低下することがある。   Such a ferrite formed at the old γ grain boundary is called a ferrite side plate in the classification according to the form of the structure. Since ferrite has a lower strength than bainite, the strength of the steel material decreases if more ferrite is produced. Further, when ferrite nucleated at the grain boundaries of austenite grows in the grains and the ferrite transformation proceeds, carbon is discharged from the ferrite to austenite. Therefore, carbon concentrates on the austenite side of the ferrite growth interface. When cooling progresses and austenite transforms into bainite, carbon concentrated at the boundary between ferrite and bainite precipitates as carbides, and the toughness of the steel material may also decrease.

したがって、強度および靱性を低下させるフェライトサイドプレートの発達は少ないほど好ましい。そこで、本発明者らは、成分や製造条件が異なる26ヒートのH形鋼を試作し、フランジの厚み中央部の組織を観察し、引張強さを測定した。なお、試作材の成分は、C、Si、Mn、Al、Ti、N、B、Ni、Cu、P、S、Oの含有量、更に、必要に応じて添加するMo、W、Nb、V、Zr、Ca、Mgの含有量を上記(1)〜(4)の範囲内に調整した。   Therefore, the less the development of the ferrite side plate that lowers the strength and toughness, the better. Therefore, the inventors made 26-heat H-shaped steels having different components and production conditions, observed the structure at the center of the flange thickness, and measured the tensile strength. The components of the prototype material are the contents of C, Si, Mn, Al, Ti, N, B, Ni, Cu, P, S, and O, and Mo, W, Nb, and V added as necessary. , Zr, Ca, Mg content was adjusted within the above range (1) to (4).

組織観察は、採取した試料を腐食(腐食液はナイタール、ピクリン酸、硝酸等)し、100倍の光学顕微鏡によって行った。光学顕微鏡による観察では、ベイナイトは内部にパケット、ブロック等の大角粒界構造を内包し、フェライトは内部に粒界構造などがなく、均質な結晶組織であるため、容易に見分けることができる。光学顕微鏡組織写真を撮影し、旧γ粒界の長さ(旧γ粒界長)と、旧γ粒界上のフェライトの長さ(フェライトプレート長)を画像解析によって測定した。なお、旧γ粒界長およびフェライトプレート長は、各試料について10視野以上観察して測定を行い、それぞれの総和を求めた。フェライトプレート長を旧γ粒界長で除し、得られた値に100を乗じて、旧オーステナイト粒界に占めるフェライトの割合(%)を算出した。   Microscopic observation was performed by corroding the collected sample (corrosive solution was nital, picric acid, nitric acid, etc.) and using a 100 × optical microscope. In observation with an optical microscope, bainite contains a large-angle grain boundary structure such as a packet or a block inside, and ferrite has no grain boundary structure inside and can be easily distinguished. An optical microscope texture photograph was taken, and the length of the old γ grain boundary (old γ grain boundary length) and the length of ferrite on the old γ grain boundary (ferrite plate length) were measured by image analysis. In addition, the old γ grain boundary length and the ferrite plate length were measured by observing 10 or more fields for each sample, and the respective sums were obtained. The ferrite plate length was divided by the old γ grain boundary length, and the obtained value was multiplied by 100 to calculate the ratio (%) of ferrite in the old austenite grain boundary.

旧オーステナイト粒界に占めるフェライトの割合(%)に対して、引張強さをプロットすると、図5のようになる。図5に示したように、旧オーステナイト粒界に占めるフェライトの割合(%)が20%以下であれば、550MPa以上の強度を得ることできる。   FIG. 5 shows a plot of tensile strength against the ratio (%) of ferrite in the prior austenite grain boundaries. As shown in FIG. 5, when the ratio (%) of ferrite in the prior austenite grain boundaries is 20% or less, a strength of 550 MPa or more can be obtained.

本発明のH形鋼は、剛性が要求される構造部材に使用するため、フランジの厚みが80mm以上であることが好ましい。また、H形鋼のフランジの厚み方向の中心部において、550MPa以上の強度と、0℃におけるシャルピー吸収エネルギーが27J以上という優れた靭性を具備することが好ましい。このような形状、機械特性を有することにより、構造材としての性能が優れ、また圧延H形鋼であるため、生産性にも優れ、価格競争力のあるH形鋼となる。   Since the H-section steel of the present invention is used for a structural member requiring rigidity, the thickness of the flange is preferably 80 mm or more. Moreover, it is preferable to have the strength of 550 MPa or more and the excellent toughness that the Charpy absorbed energy at 0 ° C. is 27 J or more in the central portion of the H-shaped steel flange in the thickness direction. By having such a shape and mechanical characteristics, the performance as a structural material is excellent, and since it is a rolled H-section steel, it becomes an H-section steel having excellent productivity and price competitiveness.

次に、本発明のH形鋼の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the H-section steel of this invention is demonstrated.

本発明のH形鋼の製造には、一般的な熱間圧延法を採用する。本発明では、熱間圧延の条件を規定しないが、終了温度をAr以上とし、フェライト変態が開始する前に熱間圧延を終了することが好ましい。より好ましい熱間圧延の終了温度は950℃以上である。 A general hot rolling method is adopted for manufacturing the H-section steel of the present invention. In the present invention, hot rolling conditions are not specified, but it is preferable that the end temperature is Ar 3 or higher and the hot rolling is finished before the ferrite transformation starts. A more preferable end temperature of hot rolling is 950 ° C. or higher.

また、熱間圧延の開始温度も規定はしないが、1200℃以上で熱間圧延を開始することが好ましい。これは、形状の異なる圧延ロールを連続的に通過して断面形状を成型するH形鋼の熱間圧延では、鋼板の熱間圧延に比較してロールスタンド数が多く、圧延ロールとの接触による抜熱で、温度が低下しやすいためである。また、熱間圧延の開始温度を1200℃以上にする場合は、加熱温度は抽出およびビレットのハンドリング時の温度低下を勘案すれば、1300℃以上にすることが好ましい。   Moreover, although the start temperature of hot rolling is not prescribed | regulated, it is preferable to start hot rolling at 1200 degreeC or more. This is because the hot rolling of H-section steel that continuously passes through rolling rolls having different shapes and forms a cross-sectional shape has a larger number of roll stands than hot rolling of steel sheets, and is due to contact with the rolling roll. This is because the temperature tends to decrease due to heat removal. Further, when the hot rolling start temperature is set to 1200 ° C. or higher, the heating temperature is preferably set to 1300 ° C. or higher in consideration of a temperature drop during extraction and billet handling.

さらに、圧延後、必要に応じて、Ar点以下の温度において、必要な時間の焼戻しを行ってもよい。焼戻しによって、本発明のH形鋼の強度と靱性のバランスをさらに改善し、最適化することができる。同様な熱処理を一回、または複数回適用しても、本発明のH形鋼の機械特性を劣化させることはない。 Furthermore, after rolling, if necessary, tempering may be performed for a required time at a temperature of 1 Ar or less. By tempering, the balance between strength and toughness of the H-section steel of the present invention can be further improved and optimized. Even if the same heat treatment is applied once or a plurality of times, the mechanical properties of the H-section steel of the present invention are not deteriorated.

表1〜3に示す化学成分の鋼を溶製し、連続鋳造装置を用いて一片が300mmの角断面ビレットとした。得られたビレットを、所定の長さに切断した後、1350℃に再加熱し、その後、熱間圧延して、フランジ厚80mm以上のH形鋼を製造した。圧延終了温度は常に950℃以上とし、その後加速冷却することなく放冷した。一部のH形鋼にはさらに、表4〜6に示す条件で熱処理を施した。   Steels having chemical components shown in Tables 1 to 3 were melted, and a piece having a square cross section of 300 mm was formed using a continuous casting apparatus. The obtained billet was cut into a predetermined length, reheated to 1350 ° C., and then hot-rolled to produce an H-section steel having a flange thickness of 80 mm or more. The rolling end temperature was always 950 ° C. or higher, and then allowed to cool without accelerated cooling. Some H-section steels were further heat treated under the conditions shown in Tables 4-6.

得られたH形鋼のフランジの厚み方向の中央部から試験片を採取し、JIS Z 2241に準拠して室温での引張強さを測定し、JIS Z 2242に準拠して0℃でのシャルピー吸収エネルギーを測定した。なお、引張試験片の長手方向は圧延方向と平行とし、シャルピー試験片(2Vノッチ)の長手方向は圧延方向および厚み方向に垂直な方向とした。なお、引張試験の繰り返し数は2として、その平均値を採用し、シャルピー試験の繰り返し数は3とし、最低値を採用した。また、フランジの厚み方向の中央部の組織を光学顕微鏡で観察し、ベイナイトの面積率を測定した。さらに、残留オーステナイトの体積率をX線回折法で測定し、予測残留γ体積率γm[%]と、ほぼ同等であることを確認した。ただし、Mn量が過剰であると、中心偏析部で測定した残留オーステナイトの体積率は、予測残留γ体積率γm[%]よりも多くなった。   A specimen was taken from the center of the obtained H-shaped steel flange in the thickness direction, the tensile strength at room temperature was measured according to JIS Z 2241, and Charpy at 0 ° C. was measured according to JIS Z 2242. Absorbed energy was measured. The longitudinal direction of the tensile test piece was parallel to the rolling direction, and the longitudinal direction of the Charpy specimen (2V notch) was perpendicular to the rolling direction and the thickness direction. The number of repetitions of the tensile test was 2, and the average value was adopted. The number of repetitions of the Charpy test was 3, and the minimum value was adopted. Moreover, the structure of the center part of the thickness direction of a flange was observed with the optical microscope, and the area ratio of bainite was measured. Furthermore, the volume fraction of retained austenite was measured by an X-ray diffraction method, and it was confirmed that it was almost equal to the predicted retained γ volume fraction γm [%]. However, when the amount of Mn was excessive, the volume fraction of retained austenite measured at the central segregation part was larger than the predicted residual γ volume fraction γm [%].

結果を表4(表1のつづき)、表5(表2のつづき)および表6(表3のつづき)に示す。表1および2に示した鋼No.1〜41は本発明例であり、化学成分、(C/Mn)、(Ti×N)、予測残留オーステナイト体積率γmが本発明の範囲内である。これらは、表4(表1のつづき)および表5(表2のつづき)に示したように、フランジの厚み中心部の引張強さおよび靱性(0℃におけるシャルピー吸収エネルギー)が、それぞれ、550MPa以上および27J以上となり、ともに必要とされる性能を具備していることがわかる。一方、表3および表6(表3のつづき)に示した鋼No.51〜78は比較例であり、比較例51〜78は、以下に説明するように、強度、靭性の一方または両方が不十分である。   The results are shown in Table 4 (continued in Table 1), Table 5 (continued in Table 2) and Table 6 (continued in Table 3). Steel No. shown in Tables 1 and 2 1-41 are examples of the present invention, and chemical components, (C / Mn), (Ti × N), and predicted retained austenite volume fraction γm are within the scope of the present invention. As shown in Table 4 (continued in Table 1) and Table 5 (continued in Table 2), the tensile strength and toughness (Charpy absorbed energy at 0 ° C.) at the center of the thickness of the flange were 550 MPa, respectively. It can be seen that both the above and 27J or more have the required performance. On the other hand, the steel Nos. Shown in Tables 3 and 6 (continued in Table 3). Reference numerals 51 to 78 are comparative examples, and the comparative examples 51 to 78 are insufficient in one or both of strength and toughness as described below.

比較例51は、C量が少なく、焼入れ性が不十分であり、旧γ粒界に占めるフェライトの割合が20%を超え、強度および靭性が低下した例である。一方、比較例52は、C量が多いため強度が高くなり、粒界に析出したセメンタイトに起因して、靱性が低下した例である。また、比較例53は、Si量が少なく、Tiが酸化物となり、BNが生成したため、焼入れ性が不十分になり、強度が不足し、析出物に起因して靱性が低下した例である。一方、比較例54は、Si量が多く、酸化物のクラスターを生成し、さらに残留γも増加し、靱性が低下した例である。   Comparative Example 51 is an example in which the amount of C is small, the hardenability is insufficient, the proportion of ferrite in the old γ grain boundary exceeds 20%, and the strength and toughness are reduced. On the other hand, Comparative Example 52 is an example in which the strength is increased due to a large amount of C, and the toughness is reduced due to cementite precipitated at the grain boundaries. Further, Comparative Example 53 is an example in which the amount of Si is small, Ti becomes an oxide, and BN is generated, so that the hardenability is insufficient, the strength is insufficient, and the toughness is reduced due to precipitates. On the other hand, Comparative Example 54 is an example in which the amount of Si is large, an oxide cluster is generated, the residual γ is increased, and the toughness is lowered.

比較例55はMn量が少なく、強度が低下した例であり、比較例56はMnが過剰であるため、中心偏析部に生成した残留オーステナイトに起因して、靱性が低下した例である。比較例57および58は、それぞれ、不純物元素であるPおよびSの含有量が多く、靱性が低下した例である。比較例59は、Ti量が少なく、Bを有効に活用できず、強度が低下した例であり、一方、比較例60は、Ti量が過剰な例であり、粗大なTiNやTiCが析出し、靱性が低下している。   Comparative Example 55 is an example in which the amount of Mn is small and the strength is reduced, and Comparative Example 56 is an example in which the toughness is reduced due to residual austenite generated in the central segregation part because Mn is excessive. Comparative Examples 57 and 58 are examples in which the contents of P and S, which are impurity elements, are large and the toughness is lowered. Comparative Example 59 is an example in which the amount of Ti is small, B cannot be effectively used, and the strength is reduced. On the other hand, Comparative Example 60 is an example in which the Ti amount is excessive, and coarse TiN and TiC are precipitated. The toughness is reduced.

比較例61はAl量が少なく、Tiの酸化物が生成し、Bによる焼入れ性の向上効果が不十分になり、強度が不足した例である。一方、比較例62はAl量が多く、酸化物のクラスターが生成し、靱性が低下した例である。また、比較例63はN量が少なく、TiNによる粒成長の抑制が不十分であり、組織が粗大になり、靱性が不足した例である。一方、比較例64はN量が多く、粗大な窒化物が生成して靱性が低下し、BNの析出に起因して焼入れ性が不足し、強度も低下した例である。比較例65はB量が少なく、焼入れ性が不足して強度が低下した例である。一方、比較例66はB量が過剰であり、粗大なB化合物(BNおよびM23(CB))が粒界上に析出し、靱性が低下した例である。 Comparative Example 61 is an example in which the amount of Al is small, an oxide of Ti is generated, the effect of improving the hardenability by B is insufficient, and the strength is insufficient. On the other hand, Comparative Example 62 is an example in which the Al amount is large, oxide clusters are generated, and the toughness is lowered. Comparative Example 63 is an example in which the amount of N is small, the grain growth is not sufficiently suppressed by TiN, the structure becomes coarse, and the toughness is insufficient. On the other hand, Comparative Example 64 is an example in which the amount of N is large, coarse nitrides are generated, the toughness is lowered, the hardenability is insufficient due to the precipitation of BN, and the strength is also lowered. Comparative Example 65 is an example in which the amount of B is small, the hardenability is insufficient, and the strength is lowered. On the other hand, Comparative Example 66 is an example in which the amount of B is excessive, coarse B compounds (BN and M 23 (CB) 6 ) are precipitated on the grain boundaries, and the toughness is lowered.

比較例67〜73は、選択的に添加するMo、W、Nb、V、Zr、Ca、Mgを過剰に添加した例である。比較例67〜70は、それぞれ、Mo、W、Nb、V、Zrの含有量が多く、粗大な炭化物や窒化物が生成し、靱性が低下した例である。また、比較例72および73は、それぞれ、Ca量およびMg量が多く、酸化物のクラスターが生成して靱性が低下した例である。   Comparative Examples 67 to 73 are examples in which Mo, W, Nb, V, Zr, Ca, and Mg to be selectively added are excessively added. Comparative Examples 67 to 70 are examples in which the contents of Mo, W, Nb, V, and Zr are large, coarse carbides and nitrides are generated, and the toughness is lowered. Further, Comparative Examples 72 and 73 are examples in which the Ca amount and the Mg amount are large, and oxide clusters are generated to reduce toughness.

比較例74はO量が多く、酸化物のクラスターによって靱性が低下し、TiによるNの固定が不十分になって、Bの焼入れ性向上効果を発揮できず、強度も低下した例である。比較例75〜78はいずれも本発明の組成の範囲内であるが、比較例75は、(C/Mn)が小さく、焼入れ性が不足し、旧γ粒界に占めるフェライトの割合が高くなり、強度が低下し、同時にフェライトが粗大に成長し、靱性も低下した例である。一方、比較例76は(C/Mn)が大きく、Cの拡散変態が焼入れ性を支配し、旧γ粒界に占めるフェライトの割合が高くなり、強度が低下した例である。比較例77は(Ti×N)が大きく、靭性が低下した例である。   Comparative Example 74 is an example in which the amount of O is large, the toughness is reduced by the oxide clusters, the fixation of N by Ti is insufficient, the effect of improving the hardenability of B cannot be exhibited, and the strength is also reduced. Comparative Examples 75 to 78 are all within the range of the composition of the present invention, but Comparative Example 75 has a small (C / Mn), insufficient hardenability, and a high proportion of ferrite in the old γ grain boundary. This is an example in which the strength decreases, and at the same time, the ferrite grows coarsely and the toughness also decreases. On the other hand, Comparative Example 76 is an example in which (C / Mn) is large, the diffusion transformation of C dominates the hardenability, the ratio of ferrite in the old γ grain boundary increases, and the strength decreases. Comparative Example 77 is an example in which (Ti × N) is large and toughness is lowered.

表3および表6(表3のつづき)に示した鋼No.78は、(C/Mn)が大きく、旧γ粒界に占めるフェライトの割合が高くなり、強度が低下している。さらに、比較例78は、予測残留γ体積率が2.5%を超え、シャルピー試験の繰り返し数3のうち、1つのみが低値を示し、靭性のばらつきが大きい。このことから、靭性のばらつきを抑制するためには、予測残留γ体積率を2.5%以下にすることが好ましい。

Figure 2011157582
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Steel Nos. Shown in Tables 3 and 6 (continued in Table 3). No. 78 has a large (C / Mn), the ratio of ferrite in the old γ grain boundary is high, and the strength is reduced. Further, in Comparative Example 78, the predicted residual γ volume ratio exceeds 2.5%, and only one of the three repetitions of the Charpy test shows a low value, and the variation in toughness is large. For this reason, in order to suppress variation in toughness, it is preferable that the predicted residual γ volume fraction is 2.5% or less.
Figure 2011157582
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1 フランジ
2 フランジの厚み
3 フランジの厚み方向の中心部
1 Flange 2 Flange thickness 3 Flange thickness direction center

Claims (7)

質量%で、
C:0.005〜0.05%、
Si:0.01〜0.50%、
Mn:2.20%超、3.0%以下、
Ti:0.007〜0.025%、
Al:0.005〜0.1%、
N:0.001〜0.005%、
B:0.0003〜0.0025%
を含有し、
Ni:0.1%未満、
Cu:0.1%未満、
P:0.02%以下、
S:0.008%以下、
O:0.01%以下
に制限し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、CとMnの含有量の比(C/Mn)が0.002〜0.015であり、TiとNの含有量の積(Ti×N)が1×10−4以下であり、フランジの厚みが80mm以上であることを特徴とする靭性に優れた極厚高強度H形鋼。
% By mass
C: 0.005-0.05%,
Si: 0.01 to 0.50%,
Mn: more than 2.20%, 3.0% or less,
Ti: 0.007 to 0.025%,
Al: 0.005 to 0.1%,
N: 0.001 to 0.005%,
B: 0.0003 to 0.0025%
Containing
Ni: less than 0.1%,
Cu: less than 0.1%,
P: 0.02% or less,
S: 0.008% or less,
O: Limited to 0.01% or less, consisting of the remainder Fe and inevitable impurities, the ratio of C and Mn content (C / Mn) is 0.002 to 0.015, and the content of Ti and N An ultra-thick high-strength H-section steel with excellent toughness characterized by having a product (Ti × N) of 1 × 10 −4 or less and a flange thickness of 80 mm or more.
更に、質量%で、
Mo:0.2%以下、
W:0.5%以下
の一方または両方を含有することを特徴とする請求項1に記載の靱性に優れた極厚高強度H形鋼。
Furthermore, in mass%,
Mo: 0.2% or less,
The ultra-thick high-strength H-section steel having excellent toughness according to claim 1, comprising one or both of W: 0.5% or less.
下記(式1)によって求められる予測残留オーステナイト体積率γm[%]が2.5%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の靭性に優れた極厚高強度H形鋼。
γm=C+2Si+0.5Mn+(Mo+W)+100B ・・・ (式1)
ここで、C、Si、Mn、Mo、W、Bは各元素の含有量[質量%]である。
The ultrathick high strength H-section steel excellent in toughness according to claim 1 or 2, wherein a predicted retained austenite volume fraction γm [%] obtained by the following (Equation 1) is 2.5% or less.
γm = C + 2Si + 0.5Mn + (Mo + W) + 100B (Formula 1)
Here, C, Si, Mn, Mo, W, and B are the content [% by mass] of each element.
更に、質量%で、
Nb:0.025%以下、
V:0.1%以下、
Zr:0.02%以下
の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の靱性に優れた極厚高強度H形鋼。
Furthermore, in mass%,
Nb: 0.025% or less,
V: 0.1% or less,
The ultrathick high-strength H-section steel excellent in toughness according to any one of claims 1 to 3, comprising one or more of Zr: 0.02% or less.
更に、質量%で、
Ca:0.004%以下、
Mg:0.004%以下
の一方または両方を含有することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の靱性に優れた極厚高強度H形鋼。
Furthermore, in mass%,
Ca: 0.004% or less,
The ultra-thick high-strength H-section steel excellent in toughness according to any one of claims 1 to 4, characterized by containing one or both of Mg: 0.004% or less.
フランジの厚み方向の中央部における金属組織がベイナイトと、旧オーステナイト粒界を占める割合が20%以下のフェライトとからなることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の靱性に優れた極厚高強度H形鋼。   The toughness according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the metal structure in the central portion in the thickness direction of the flange is composed of bainite and ferrite having a proportion of prior austenite grain boundaries of 20% or less. Excellent ultra-thick high-strength H-section steel. フランジの厚み方向の中央部における引張強度が550MPa以上であり、かつ、0℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギーが27J以上であることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の靱性に優れた極厚高強度H形鋼。   The toughness according to any one of claims 1 to 6, wherein a tensile strength at a central portion in a thickness direction of the flange is 550 MPa or more, and a Charpy impact absorption energy at 0 ° C is 27 J or more. Excellent ultra-thick high-strength H-section steel.
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