JP2024040124A - H-shaped steel with protrusions and its manufacturing method - Google Patents

H-shaped steel with protrusions and its manufacturing method Download PDF

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佳祐 安藤
浩文 大坪
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Abstract

【課題】高い引張強さを確保しつつ、靭性を向上した突起付きH形鋼を提供する。【解決手段】C:0.05~0.20質量%、Si:0.05~0.60質量%、Mn:1.20~1.80質量%、P:0.035質量%以下、S:0.035質量%以下、V:0.050~0.200質量%、Ti:0.005~0.040質量%およびN:0.0100質量%超え~0.0200質量%を、0.0085≦[%N]-{(14/48)×[%Ti]}≦0.0150を満足する範囲で含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成とする。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a protruded H-beam steel with improved toughness while ensuring high tensile strength. [Solution] C: 0.05 to 0.20 mass%, Si: 0.05 to 0.60 mass%, Mn: 1.20 to 1.80 mass%, P: 0.035 mass% or less, S: 0.035 mass% or less, V: 0.050 to 0.200 mass%, Contains Ti: 0.005 to 0.040 mass% and N: more than 0.0100 mass% to 0.0200 mass% within the range satisfying 0.0085≦[%N]−{(14/48)×[%Ti]}≦0.0150, and the remainder The composition consists of Fe and unavoidable impurities. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、H形鋼のフランジ部に突起を有する、突起付きH形鋼およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a protrusion-equipped H-section steel having a protrusion on the flange portion of the H-section steel, and a method for manufacturing the same.

橋脚等の大型構造物では、補強材として鉄筋を用いた鉄筋コンクリートが幅広く使用されている。一般的に鉄筋コンクリート構造物の工事は、鉄筋を組み立てた後に型枠を設置し、型枠内にコンクリートを打設することにより行われる。ここで、強度的に鉄筋の過密配設が必要となる場合、コンクリートの充填性が低下し、施工品質が悪化するだけでなく、工事が長期化する点が大きな課題となっている。加えて、当該工事に従事する技能労働者の数は年々減少傾向にあり、現場作業の省力化ならびに工期短縮に寄与する構造用鋼の開発がより一層求められている。 Reinforced concrete using reinforcing bars is widely used in large structures such as bridge piers. Generally, construction of reinforced concrete structures is carried out by assembling reinforcing bars, installing formwork, and pouring concrete into the formwork. Here, when it is necessary to place reinforcing bars in a dense manner for strength reasons, the filling properties of the concrete are reduced, which not only deteriorates construction quality but also prolongs the construction period, which is a major problem. In addition, the number of skilled workers engaged in construction work is decreasing year by year, and there is an increasing need for the development of structural steel that contributes to labor-saving on-site work and shortening construction periods.

そのような背景を受け、鉄筋に比べて大きな断面剛性を有し、同一構造において必要な部材本数を減らすことが可能となる突起付きH形鋼に関して、様々な研究がおこなわれている。この突起付きH形鋼は、フランジに突起が設けられており、鉄筋と同等以上の高いコンクリート付着性能を有することが報告されている。鉄筋代替として大型構造物に使用される突起付きH形鋼に対しては、構造体としての性能を保証するため、引張強さ、伸びといった機械特性に加えて、靭性の保証が要求されている。 Against this background, various studies are being conducted on H-beams with protrusions, which have greater cross-sectional rigidity than reinforcing bars and can reduce the number of required members in the same structure. This H-shaped steel with protrusions has a protrusion on the flange, and is reported to have high concrete adhesion performance equal to or higher than that of reinforcing steel. H-shaped steel with protrusions used in large structures as a replacement for reinforcing bars is required to have guaranteed toughness in addition to mechanical properties such as tensile strength and elongation in order to guarantee performance as a structure. .

これらの要求を満足するため、たとえば特許文献1では、Nb、V、Niの添加量を調整することで、引張強さと靭性をバランスよく高めた突起付きH形鋼が開示されている。また、特許文献2では、フランジ厚に応じて最適な冷却停止温度を設定する共に、フランジ内外面の冷却水量を適宜調整する技術が開示されている。 In order to satisfy these demands, for example, Patent Document 1 discloses a protruded H-beam steel that has improved tensile strength and toughness in a well-balanced manner by adjusting the amounts of Nb, V, and Ni added. Further, Patent Document 2 discloses a technique for setting an optimal cooling stop temperature according to the flange thickness and appropriately adjusting the amount of cooling water on the inner and outer surfaces of the flange.

また、特許文献3には、H形鋼のフランジ部に突起を有する、突起付きH形鋼の製造方法に関して、H形鋼のフランジ内面に突起を形成する仕上圧延技術が開示されている。 Further, Patent Document 3 discloses a finish rolling technique for forming a protrusion on the inner surface of the flange of the H-section steel, with respect to a method for manufacturing an H-section steel with a protrusion, in which the flange portion of the H-section steel has a protrusion.

特開2004-256834号公報Japanese Patent Application Publication No. 2004-256834 特開2006-075883号公報Japanese Patent Application Publication No. 2006-075883 特開2003-136102号公報Japanese Patent Application Publication No. 2003-136102

しかしながら、上述した特許文献1、2に記載の突起付きH形鋼は、炭窒化物を形成するNbやVを添加している一方で、鋼中のN量に関して規定されていない点、改善の余地があった。例えばN量が低い場合には、炭窒化物量が不足する可能性があり、逆に、N量が多い場合には、炭窒化物が粗大化する可能性があることから、高い引張強さと優れた靭性を安定して提供することが求められていた。
なお、特許文献3は、H形鋼のフランジ内面に突起を形成する圧延技術に関する公開特許公報であり、H形鋼の引張強さや靭性については、とくに開示されていない。
However, while the protruded H-beam steels described in Patent Documents 1 and 2 mentioned above have Nb and V added to form carbonitrides, there are no regulations regarding the amount of N in the steel, and improvements are needed. There was room. For example, if the amount of N is low, the amount of carbonitrides may be insufficient, and conversely, if the amount of N is large, the carbonitrides may become coarse. There was a need to stably provide toughness.
Note that Patent Document 3 is an open patent publication regarding a rolling technique for forming protrusions on the inner surface of a flange of an H-section steel, and does not particularly disclose the tensile strength or toughness of the H-section steel.

本発明は、上述の問題を有利に解決すべくなされたものであって、従来の突起付きH形鋼と同等以上の引張強さを確保しつつ、靭性を向上した突起付きH形鋼をその製造方法と共に提供することを目的とする。 The present invention has been made to advantageously solve the above-mentioned problems, and provides a projection-equipped H-section steel with improved toughness while ensuring a tensile strength equal to or higher than that of conventional projection-equipped H-section steel. The purpose is to provide it together with the manufacturing method.

発明者らは、上記の課題を解決するため、C、Si、Mn、P、S、V、TiおよびNの含有量を変化させた突起付きH形鋼を作製し、引張特性および靭性を鋭意調査した。その結果、鋼中に含まれるTi量およびN量を適正化すると、TiN析出による加熱時のγ粒の粗大化が抑制され、またTiNを核とした粒内フェライト変態が促進されて、靭性が向上することを知見するに到った。さらに、固溶N量の確保によってフェライト中へのVN析出が効果的に生じる結果、高い強度と優れた靭性が得られることも見出した。
本発明は上記の知見に立脚するものであり、その要旨構成は、次のとおりである。
In order to solve the above-mentioned problems, the inventors created H-shaped steel with projections with varying contents of C, Si, Mn, P, S, V, Ti, and N, and carefully improved the tensile properties and toughness. investigated. As a result, by optimizing the amount of Ti and N contained in steel, coarsening of γ grains during heating due to TiN precipitation is suppressed, and intragranular ferrite transformation with TiN as the core is promoted, improving toughness. I came to know that it can be improved. Furthermore, we have also discovered that by ensuring the amount of solid solute N, VN precipitation in ferrite occurs effectively, resulting in high strength and excellent toughness.
The present invention is based on the above-mentioned knowledge, and the gist of the invention is as follows.

1.C:0.05~0.20質量%、
Si:0.05~0.60質量%、
Mn:1.20~1.80質量%、
P:0.035質量%以下、
S:0.035質量%以下、
V:0.050~0.200質量%、
Ti:0.005~0.040質量%および
N:0.0100質量%超え~0.0200質量%
を、下記(1)式を満足する範囲で含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、フランジに突起を有する突起付きH形鋼。

0.0085≦[%N]-{(14/48)×[%Ti]}≦0.0150 ・・・ (1)
ここで、[%Ti]および[%N]はそれぞれ、鋼中のTiおよびNの含有量(質量%)である。
1. C: 0.05 to 0.20% by mass,
Si: 0.05 to 0.60% by mass,
Mn: 1.20 to 1.80% by mass,
P: 0.035% by mass or less,
S: 0.035% by mass or less,
V: 0.050 to 0.200% by mass,
Ti: 0.005 to 0.040 mass% and N: More than 0.0100 mass% to 0.0200 mass%
An H-shaped steel with a protrusion, which contains the following formula (1) within a range that satisfies the following formula (1), and has a composition in which the remainder is Fe and unavoidable impurities, and has a protrusion on the flange.
Record
0.0085≦[%N]-{(14/48)×[%Ti]}≦0.0150... (1)
Here, [%Ti] and [%N] are the contents (% by mass) of Ti and N in the steel, respectively.

2.前記成分組成は、さらに、Cr:1.0質量%以下、Cu:1.0質量%以下、Ni:1.0質量%以下、Mo:1.0質量%以下、Al:0.10質量%以下、Nb:0.10質量%以下、B:0.010質量%以下、Ca:0.10質量%以下、Mg:0.10質量%以下、REM:0.10質量%以下、W:1.0質量%以下、Sb:0.10質量%以下およびSn:0.10質量%以下の中から選ばれる1種または2種以上を含有する前記1に記載の突起付きH形鋼。 2. The component composition further includes Cr: 1.0% by mass or less, Cu: 1.0% by mass or less, Ni: 1.0% by mass or less, Mo: 1.0% by mass or less, Al: 0.10% by mass or less, Nb: 0.10% by mass or less, B. : 0.010 mass% or less, Ca: 0.10 mass% or less, Mg: 0.10 mass% or less, REM: 0.10 mass% or less, W: 1.0 mass% or less, Sb: 0.10 mass% or less, and Sn: 0.10 mass% or less. 1. The H-section steel with protrusions described in 1 above, which contains one or more selected types.

3.前記1または2のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材に、熱間圧延を施して突起付きH形鋼を成形する突起付きH形鋼の製造方法であって、
前記鋼素材を、下記(2)式を満足する温度Tに加熱した後前記熱間圧延に供し、前記熱間圧延の仕上圧延によりH形鋼のフランジに突起を形成し、該仕上圧延の後に、750℃以上の冷却開始温度から500℃までの間を平均冷却速度:0.2~30.0℃/sの条件で冷却する、突起付きH形鋼の製造方法。

T[℃]≧-16000/{log([%Ti] [%N])-5.09}-673 ・・・ (2)
ここで、[%Ti]および[%N]はそれぞれ、鋼中のTiおよびNの含有量(質量%)であり、logは常用対数である。
3. A method for producing an H-section steel with projections, comprising hot rolling a steel material having the composition according to any one of 1 or 2 above to form an H-section steel with projections,
The steel material is heated to a temperature T that satisfies the following formula (2) and then subjected to the hot rolling, a protrusion is formed on the flange of the H-beam steel by finish rolling of the hot rolling, and after the finish rolling, A method for producing H-beam steel with projections, which involves cooling from a cooling start temperature of 750°C or higher to 500°C at an average cooling rate of 0.2 to 30.0°C/s.
Note T[℃]≧−16000/{log([%Ti] [%N])−5.09}−673 ・・・ (2)
Here, [%Ti] and [%N] are the contents (mass%) of Ti and N in the steel, respectively, and log is a common logarithm.

本発明によれば、高い強度と優れた靭性を有する突起付きH形鋼を安定して製造することが可能となり、大型構造物の急速施工実現やコンクリート施工品の品質向上に寄与し、産業上有益な効果がもたらされる。 According to the present invention, it is possible to stably manufacture a protruded H-beam steel with high strength and excellent toughness, contributing to the rapid construction of large structures and improving the quality of concrete construction products, and contributing to industrial beneficial effects.

突起付きH形鋼の断面図である。It is a sectional view of the H-shaped steel with a protrusion. 突起付きH形鋼を示す図であり、(a)はウェブの対向方向から見た側面図、(b)はフランジ外面の対向方向から見た平面図、(c)はフランジ外面の上面図、である。It is a figure which shows the H-section steel with a protrusion, (a) is a side view seen from the opposing direction of a web, (b) is a top view of the flange outer surface seen from the opposing direction, (c) is a top view of the flange outer surface, It is. 突起付きH形鋼の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an H-shaped steel with a protrusion.

以下、本発明を具体的に説明する。まず、本発明において、鋼の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。なお、以下の説明における「%」は、特に断らない限り「質量%」を表すものとする。 The present invention will be specifically explained below. First, the reason why the composition of steel is limited to the above range in the present invention will be explained. In addition, "%" in the following description shall represent "mass %" unless otherwise specified.

C:0.05~0.20%
Cは、母材強度を確保するために必要な元素であり、少なくとも0.05%の添加を必要とする。しかし、0.20%を超える添加は、母材靭性を低下させるばかりか、溶接性を低下させる。そのため、本発明ではC含有量を0.05~0.20%とする。なお、C含有量は0.10%以上とすることが好ましい。また、C含有量は0.15%以下とすることが好ましい。
C: 0.05-0.20%
C is an element necessary to ensure the strength of the base material, and needs to be added in an amount of at least 0.05%. However, addition of more than 0.20% not only reduces base metal toughness but also reduces weldability. Therefore, in the present invention, the C content is set to 0.05 to 0.20%. Note that the C content is preferably 0.10% or more. Further, the C content is preferably 0.15% or less.

Si:0.05~0.60%
Siは、母材強度の確保および脱酸剤として0.05%以上必要であるが、Si含有量が0.60%を超えると靭性の低下に加え、Siの有する高い酸素との結合力のため、溶接性が劣化する。そのため、本発明ではSi含有量を0.05~0.60%とする。なお、Si含有量は0.20%以上とすることが好ましい。また、Si含有量は0.40%以下とすることが好ましい。
Si: 0.05~0.60%
At least 0.05% of Si is required to ensure the strength of the base metal and as a deoxidizing agent. However, if the Si content exceeds 0.60%, not only will the toughness decrease, but due to the high bonding strength with oxygen that Si has, weldability will deteriorate. deteriorates. Therefore, in the present invention, the Si content is set to 0.05 to 0.60%. Note that the Si content is preferably 0.20% or more. Further, the Si content is preferably 0.40% or less.

Mn:1.20~1.80%
Mnは、Siと同様、鋼の強度を高める効果のある比較的安価な元素であるため、高強度化には重要な元素である。しかし、1.20%未満では、その添加効果は小さく、一方、1.80%を超えると、上部ベイナイト変態を促進させ、靭性を低下させるので好ましくない。そのため、本発明ではMn含有量を1.20~1.80%とする。なお、Mn含有量は1.40%以上とすることが好ましい。また、Mn含有量は1.60%以下とすることが好ましい。
Mn: 1.20-1.80%
Like Si, Mn is a relatively inexpensive element that has the effect of increasing the strength of steel, so it is an important element for increasing strength. However, if it is less than 1.20%, the effect of its addition is small, while if it exceeds 1.80%, it promotes upper bainite transformation and reduces toughness, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the Mn content is set to 1.20 to 1.80%. Note that the Mn content is preferably 1.40% or more. Further, the Mn content is preferably 1.60% or less.

P:0.035%以下
Pは、その含有量が0.035%を超えると、鋼の延性が劣化する。そのため、本発明ではP量を0.035%以下とする。好ましくは0.020%以下である。一方、Pは少ないほど好ましいため、P含有量の下限は特に限定されず、0%であってもよい。しかし、通常、Pは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、過度の低P化は精錬時間の増加やコストの上昇を招くため、P含有量は0.005%以上とすることが好ましい。
P: 0.035% or less When the content of P exceeds 0.035%, the ductility of the steel deteriorates. Therefore, in the present invention, the amount of P is set to 0.035% or less. Preferably it is 0.020% or less. On the other hand, the lower the P content, the more preferable it is, so the lower limit of the P content is not particularly limited and may be 0%. However, P is usually an element that is unavoidably contained in steel as an impurity, and excessively low P causes an increase in refining time and cost, so the P content should not be less than 0.005%. preferable.

S:0.035%以下
Sは、鋼中に含有されると、主にA系介在物の形態で鋼材中に存在する。S含有量が0.035%を超えると、この介在物量が著しく増加し、同時に粗大な介在物を生成するため、鋼の靭性を大きく低下させる。そのため、本発明では鋼中のS含有量を0.035%以下とする。好ましくは0.020%以下である。一方、Sは少ないほど好ましいため、S含有量の下限は特に限定されず、0%であってもよい。なお、通常、Sは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、過度の低S化は精錬時間の増加やコストの上昇を招くため、S含有量は0.002%以上とすることが好ましい。
S: 0.035% or less When S is contained in steel, it mainly exists in the steel material in the form of A-based inclusions. When the S content exceeds 0.035%, the amount of inclusions increases significantly, and at the same time coarse inclusions are generated, which significantly reduces the toughness of the steel. Therefore, in the present invention, the S content in the steel is set to 0.035% or less. Preferably it is 0.020% or less. On the other hand, the lower the S content, the more preferable it is, so the lower limit of the S content is not particularly limited and may be 0%. Note that S is normally an element that is unavoidably contained in steel as an impurity, and excessive reduction in S content increases refining time and costs, so the S content should be 0.002% or more. preferable.

V:0.050~0.200%
Vは、圧延中または圧延後の冷却中にVNとしてオーステナイトに析出してフェライト変態核となり、結晶粒を微細化する効果を有する重要な元素である。また、Vは、析出強化により母材強度を高める役割も有しており、引張強さと靭性を確保するために不可欠な元素である。前記効果を得るためにはV含有量を0.050%以上とする必要がある。一方、V含有量が0.200%を超えると、析出脆化を助長し、母材靭性を大きく損なうので好ましくない。そのため、本発明ではV含有量を0.050~0.200%とする。なお、V含有量は0.060以上とすることが好ましい。また、V含有量は0.120%以下とすることが好ましい。
V:0.050~0.200%
V is an important element that precipitates in austenite as VN during rolling or during cooling after rolling, becomes ferrite transformation nuclei, and has the effect of refining crystal grains. Further, V also has the role of increasing the strength of the base material through precipitation strengthening, and is an essential element for ensuring tensile strength and toughness. In order to obtain the above effect, the V content must be 0.050% or more. On the other hand, if the V content exceeds 0.200%, precipitation embrittlement is promoted and the toughness of the base material is significantly impaired, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the V content is set to 0.050 to 0.200%. Note that the V content is preferably 0.060 or more. Further, the V content is preferably 0.120% or less.

Ti:0.005~0.040%
Tiは、加熱時にTiNとしてオーステナイト中に存在することで、結晶粒の粗大化を抑制する効果を有する重要な元素である。また、Tiは圧延中または圧延後の冷却中にもTiNとしてオーステナイトに析出してフェライト変態核となり、結晶粒を微細化する効果も有しており、靭性を確保するために不可欠な元素である。前記効果を得るためにはTi含有量を0.005%以上とする必要がある。一方、Ti含有量が0.040%を超えると、析出脆化を助長し、母材靭性を大きく損なうので好ましくない。そのため、本発明ではTi含有量を0.005~0.040%とする。なお、Ti含有量は0.010%以上とすることが好ましい。また、Ti含有量は0.035%以下とすることが好ましい。
Ti: 0.005-0.040%
Ti is an important element that exists in austenite as TiN during heating and has the effect of suppressing coarsening of crystal grains. In addition, Ti precipitates into austenite as TiN during rolling or during cooling after rolling, becomes ferrite transformation nuclei, and has the effect of refining crystal grains, making it an essential element for ensuring toughness. . In order to obtain the above effect, the Ti content needs to be 0.005% or more. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.040%, it is not preferable because it promotes precipitation embrittlement and greatly impairs the toughness of the base material. Therefore, in the present invention, the Ti content is set to 0.005 to 0.040%. Note that the Ti content is preferably 0.010% or more. Further, the Ti content is preferably 0.035% or less.

N:0.0100%超え~0.0200%
Nは、鋼中でTiおよびVと結合し、TiNならびにVNとして母材の強度および靭性を向上させる有用な元素であり、0.0100%超えの添加を必要とする。しかし、N含有量が0.0200%を超えると、形成される炭窒化物が粗大化して母材靭性を大きく損なうので好ましくない。そのため、本発明ではN含有量を0.0100%超え~0.0200%とする。なお、N含有量は0.0120%以上とすることが好ましい。また、N含有量は0.0180%以下とすることが好ましい。
N: More than 0.0100% to 0.0200%
N is a useful element that combines with Ti and V in steel and improves the strength and toughness of the base metal as TiN and VN, and needs to be added in an amount exceeding 0.0100%. However, if the N content exceeds 0.0200%, the carbonitrides formed will become coarse and the toughness of the base material will be significantly impaired, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the N content is set to exceed 0.0100% to 0.0200%. Note that the N content is preferably 0.0120% or more. Further, the N content is preferably 0.0180% or less.

さらに、本発明では、各々の元素が単に上記の範囲を満足するだけでは不十分であり、TiおよびNについては、次の(1)式の関係を満足させることが重要である。
0.0085≦[%N]-{(14/48)×[%Ti]}≦0.0150 ・・・ (1)
発明者らは、上記範囲の鋼成分を有する種々の突起付きH形鋼を用いて、強度および靭性を評価した結果、高い強度と優れた靭性を得るためには、TiNの生成量を考慮した有効固溶N量の確保が重要であるとの知見を得た。具体的には[%N]-{(14/48)×[%Ti]}で算出される値が0.0085未満のときには、析出VNによる析出強化ならびにフェライト微細化効果が十分でないことにより、強度および靭性が劣化することが分かった。すなわち、TiおよびNの含有量に基づくパラメータである上記式にて算出される値を0.0085以上に制御することで、高強度ならびに靭性の向上に寄与する十分な量のTiNおよびVNを確保することが出来る。一方、[%N]-{(14/48)×[%Ti]}の値が0.0150を超えると、析出VNが過剰となる結果、析出脆化を助長し、母材靭性を大きく損なうことになる。そのため、本発明では、[%N]-{(14/48)×[%Ti]}で算出される値を0.0085~0.0150の範囲とする。さらに、上記式により算出される値は0.0090~0.0120%とすることが好ましい。
Furthermore, in the present invention, it is not sufficient for each element to simply satisfy the above range; it is important for Ti and N to satisfy the relationship of the following equation (1).
0.0085≦[%N]-{(14/48)×[%Ti]}≦0.0150... (1)
The inventors evaluated the strength and toughness using various protruded H-beam steels having steel compositions in the above range, and found that in order to obtain high strength and excellent toughness, the amount of TiN produced was taken into account. It was found that it is important to ensure the amount of effective solid solution N. Specifically, when the value calculated by [%N] - {(14/48) x [%Ti]} is less than 0.0085, the precipitation strengthening and ferrite refinement effects due to precipitated VN are not sufficient, and the strength and It was found that the toughness deteriorated. In other words, by controlling the value calculated by the above formula, which is a parameter based on the content of Ti and N, to 0.0085 or more, it is possible to secure a sufficient amount of TiN and VN that contribute to improving high strength and toughness. I can do it. On the other hand, if the value of [%N] - {(14/48) x [%Ti]} exceeds 0.0150, the precipitated VN becomes excessive, which promotes precipitation embrittlement and significantly impairs the toughness of the base metal. Become. Therefore, in the present invention, the value calculated by [%N]-{(14/48)×[%Ti]} is set in the range of 0.0085 to 0.0150. Furthermore, the value calculated by the above formula is preferably 0.0090 to 0.0120%.

本発明で用いられる突起付きH形鋼の成分組成は、以上説明した成分を含み、残部は、Feおよび不可避的不純物である。 The composition of the H-section steel with protrusions used in the present invention includes the components described above, and the remainder is Fe and inevitable impurities.

また、必要に応じて、以上説明した成分の他に、強度や延性、靱性、溶接部特性のさらなる向上を目的として、Cr:1.0%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Al:0.10%以下、Nb:0.10%以下、B:0.010%以下、Ca:0.10%以下、Mg:0.10%以下、REM:0.10%以下、W:1.0%以下、Sb:0.10%以下およびSn:0.10%以下の中から選ばれる1種または2種以上を任意に含有していてもよい。
以下、上記の各元素の含有量を特定した理由を説明する。
In addition to the above-mentioned components, if necessary, Cr: 1.0% or less, Cu: 1.0% or less, Ni: 1.0% or less, Mo : 1.0% or less, Al: 0.10% or less, Nb: 0.10% or less, B: 0.010% or less, Ca: 0.10% or less, Mg: 0.10% or less, REM: 0.10% or less, W: 1.0% or less, Sb: 0.10 % or less and Sn: 0.10% or less.
The reasons for specifying the contents of each of the above elements will be explained below.

Cr:1.0%以下
Crは、固溶強化により鋼の更なる高強度化を図ることができる元素である。ただし、その含有量が1.0%を超えると上部ベイナイト変態を促進させ、靭性を低下させるので好ましくない。したがって、鋼の成分組成がCrを含有する場合は、Cr含有量は1.0%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.005~0.5%である。
Cr: 1.0% or less
Cr is an element that can further increase the strength of steel through solid solution strengthening. However, if the content exceeds 1.0%, it is not preferable because it promotes upper bainite transformation and reduces toughness. Therefore, when the composition of steel contains Cr, the Cr content is preferably 1.0% or less. More preferably 0.005 to 0.5%.

Cu:1.0%以下
Cuは、固溶強化により鋼の更なる高強度化を図ることができる元素である。ただし、その含有量が1.0%を超えると、Cu割れが生じ易くなる。したがって、鋼の成分組成がCuを含有する場合は、Cu含有量は1.0%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.005~0.5%である。
Cu: 1.0% or less
Cu is an element that can further increase the strength of steel through solid solution strengthening. However, if the content exceeds 1.0%, Cu cracking tends to occur. Therefore, when the chemical composition of steel contains Cu, the Cu content is preferably 1.0% or less. More preferably 0.005 to 0.5%.

Ni:1.0%以下
Niは、延性を劣化することなく鋼の高強度化を図ることができる元素である。また、Cuと複合添加することによりCu割れを抑制することができるため、鋼の成分組成がCuを含有する場合にはNiも含有することが望ましい。ただし、Ni含有量が1.0%を超えると、鋼の焼入れ性がより上昇し、靭性が低下しがちとなる。したがって、鋼の成分組成がNiを含有する場合は、Ni量は1.0%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.005~0.5%である。
Ni: 1.0% or less
Ni is an element that can increase the strength of steel without deteriorating its ductility. Further, since Cu cracking can be suppressed by adding Cu in combination, when the steel composition contains Cu, it is desirable to also contain Ni. However, when the Ni content exceeds 1.0%, the hardenability of the steel increases and the toughness tends to decrease. Therefore, when the steel composition contains Ni, it is preferable that the Ni amount is 1.0% or less. More preferably 0.005 to 0.5%.

Mo:1.0%以下
Moは、固溶強化によってさらなる鋼の高強度化を図ることができる元素である。ただし、その含有量が1.0%を超えると、鋼中に上部ベイナイトが多量に生成するようになり、靭性が低下しがちとなる。したがって、鋼の成分組成がMoを含有する場合は、Mo含有量は1.0%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.005~0.5%である。
Mo: 1.0% or less
Mo is an element that can further increase the strength of steel through solid solution strengthening. However, if the content exceeds 1.0%, a large amount of upper bainite will be generated in the steel, and the toughness will tend to decrease. Therefore, when the composition of steel contains Mo, the Mo content is preferably 1.0% or less. More preferably 0.005 to 0.5%.

Al:0.10%以下
Alは、脱酸剤として添加することができる元素である。しかし、Al含有量が0.10%を超えると、Alの有する高い酸素との結合力のため、鋼中に酸化物系介在物が多量に生成し、その結果、鋼の延性が低下する。したがって、鋼の成分組成がAlを含有する場合は、Al含有量は0.10%以下とすることが好ましい。一方、Al含有量の下限は特に限定されないが、脱酸のためには0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.001~0.03%である。
Al: 0.10% or less
Al is an element that can be added as a deoxidizing agent. However, when the Al content exceeds 0.10%, a large amount of oxide inclusions are generated in the steel due to the high bonding strength of Al with oxygen, resulting in a decrease in the ductility of the steel. Therefore, when the steel composition contains Al, the Al content is preferably 0.10% or less. On the other hand, the lower limit of the Al content is not particularly limited, but it is preferably 0.001% or more for deoxidation. More preferably 0.001 to 0.03%.

Nb:0.10%以下
Nbは、鋼中で炭窒化物として析出することで引張強さや降伏点を高める効果を有する元素である。ただし、その含有量が0.10%を超えると、析出脆化を助長することに加え、上部ベイナイト変態を促進させるため、靭性が低下する傾向にある。したがって、鋼の成分組成がNbを含有する場合は、Nb含有量は0.10%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.01~0.05%である。
Nb: 0.10% or less
Nb is an element that has the effect of increasing tensile strength and yield point by precipitating as carbonitride in steel. However, if its content exceeds 0.10%, it not only promotes precipitation embrittlement but also promotes upper bainite transformation, which tends to reduce toughness. Therefore, when the steel composition contains Nb, the Nb content is preferably 0.10% or less. More preferably, it is 0.01 to 0.05%.

B:0.010%以下
Bは、鋼中で粒界に偏析し粒界強度を向上させる効果を有する元素である。また、粒内フェライトの核生成サイトとなるTiNとの複合析出物を形成し、ミクロ組織を微細化することで靭性向上にも有効な元素である。一方、その含有量が0.010%を超えると、粗大な炭窒化物の粒界析出により靭性が低下する傾向にある。したがって、鋼の成分組成がBを含有する場合は、B含有量は0.010%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.001~0.003%である。
B: 0.010% or less B is an element that segregates at grain boundaries in steel and has the effect of improving grain boundary strength. It is also an effective element for improving toughness by forming composite precipitates with TiN, which serve as nucleation sites for intragranular ferrite, and refining the microstructure. On the other hand, if the content exceeds 0.010%, toughness tends to decrease due to grain boundary precipitation of coarse carbonitrides. Therefore, when the steel composition contains B, the B content is preferably 0.010% or less. More preferably it is 0.001 to 0.003%.

Ca:0.10%以下
Caは、硫化物系介在物を高温における安定性が高い酸硫化物へ変質させて、硫化物系介在物を粒状化する作用を有する。そして、このCaによる形態制御効果により、鋼の靭性、延性の向上を図ることができる。但し、Ca含有量が0.10%を超えると、清浄度が低下して靭性が低下する傾向にある。したがって、鋼の成分組成がCaを含有する場合は、Ca含有量は0.10%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.0010~0.0050%である。
Ca: 0.10% or less
Ca has the effect of transforming sulfide-based inclusions into oxysulfides that are highly stable at high temperatures and granulating the sulfide-based inclusions. The shape control effect of Ca can improve the toughness and ductility of steel. However, if the Ca content exceeds 0.10%, the cleanliness tends to decrease and the toughness tends to decrease. Therefore, when the composition of steel contains Ca, the Ca content is preferably 0.10% or less. More preferably, it is 0.0010 to 0.0050%.

Mg:0.10%以下
Mgは、硫化物系介在物を高温における安定性が高い酸硫化物へ変質させて、硫化物系介在物を粒状化する作用を有する。そして、このMgによる形態制御効果により、鋼の靭性、延性の向上を図ることができる。但し、Mg含有量が0.10%を超えると、清浄度が低下して靭性が低下しがちとなる。したがって、鋼の成分組成がMgを含有する場合は、Mg含有量は0.10%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.0010~0.0050%である。
Mg: 0.10% or less
Mg has the effect of transforming sulfide-based inclusions into oxysulfides that are highly stable at high temperatures and granulating the sulfide-based inclusions. The shape control effect of Mg can improve the toughness and ductility of steel. However, if the Mg content exceeds 0.10%, the cleanliness tends to decrease and the toughness tends to decrease. Therefore, when the steel composition contains Mg, the Mg content is preferably 0.10% or less. More preferably, it is 0.0010 to 0.0050%.

REM:0.10%以下
REM(希土類金属)は、硫化物系介在物を高温における安定性が高い酸硫化物へ変質させて、硫化物系介在物を粒状化する作用を有する。そして、このREMによる形態制御効果により、鋼の靭性、延性の向上を図ることができる。但し、REM含有量が0.10%を超えると、清浄度が低下して靭性が低下しがちとなる。したがって、鋼の成分組成がREMを含有する場合は、REM含有量は0.10%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.0010~0.0050%である。
REM: 0.10% or less
REM (rare earth metal) has the effect of transforming sulfide-based inclusions into oxysulfide, which is highly stable at high temperatures, and granulating the sulfide-based inclusions. The shape control effect of this REM makes it possible to improve the toughness and ductility of steel. However, if the REM content exceeds 0.10%, the cleanliness tends to decrease and the toughness tends to decrease. Therefore, when the steel composition contains REM, the REM content is preferably 0.10% or less. More preferably, it is 0.0010 to 0.0050%.

W:1.0%以下
Wは、突起付きH形鋼への成形を行う熱間圧延中および熱間圧延後に炭化物として析出することで、突起付きH形鋼の母材強度を向上させる元素である。但し、その含有量が1.0%を超えると、析出脆化を助長することに加え、上部ベイナイト変態を促進させるため、靭性が低下する傾向にある。したがって、鋼の成分組成がWを含有する場合は、W含有量は1.0%以下であることが好ましい。より好ましくは、0.5%以下である。W含有量の下限は特に限定されないが、上記の母材強度を向上させる作用を発現させるためには0.001%以上であることが好ましい。
W: 1.0% or less W is an element that improves the strength of the base material of the H-shaped steel with protrusions by precipitating as a carbide during and after hot rolling to form the H-shaped steel with protrusions. However, if its content exceeds 1.0%, it not only promotes precipitation embrittlement but also promotes upper bainite transformation, which tends to reduce toughness. Therefore, when the composition of steel contains W, the W content is preferably 1.0% or less. More preferably, it is 0.5% or less. Although the lower limit of the W content is not particularly limited, it is preferably 0.001% or more in order to exhibit the above-mentioned effect of improving the strength of the base material.

Sb:0.10%以下
Sbは、熱間圧延前に突起付きH形鋼素材を加熱炉で再加熱する際に、その再加熱中の鋼の脱炭を防止するという顕著な効果を有する元素である。但し、Sb含有量が0.10%を超えると、鋼の延性および靭性に悪影響を及ぼすため、鋼の成分組成がSbを含有する場合、Sb含有量は0.10%以下であることが好ましい。より好ましくは、0.05%以下である。Sb含有量の下限は特に限定されないが、脱炭層を軽減する効果を発現させるためには0.001%以上であることが好ましい。
Sb: 0.10% or less
Sb is an element that has a remarkable effect of preventing decarburization of the steel during reheating when an H-shaped steel material with projections is reheated in a heating furnace before hot rolling. However, if the Sb content exceeds 0.10%, it will have a negative effect on the ductility and toughness of the steel, so when the steel composition contains Sb, the Sb content is preferably 0.10% or less. More preferably, it is 0.05% or less. Although the lower limit of the Sb content is not particularly limited, it is preferably 0.001% or more in order to exhibit the effect of reducing the decarburized layer.

Sn:0.10%以下
Snは、熱間圧延前に突起付きH形鋼素材を加熱炉で再加熱する際に、その再加熱中の鋼の脱炭を防止するという顕著な効果を有する元素である。但し、Sn含有量が0.10%を超えると、鋼の延性および靭性に悪影響を及ぼすため、鋼の成分組成がSnを含有する場合、Sn含有量は0.10%以下であることが好ましい。より好ましくは、0.05%以下である。Sn含有量の下限は特に限定されないが、脱炭層を軽減する効果を発現させるためには0.001%以上であることが好ましい。
Sn: 0.10% or less
Sn is an element that has a remarkable effect of preventing decarburization of the steel during reheating when a protruded H-beam steel material is reheated in a heating furnace before hot rolling. However, if the Sn content exceeds 0.10%, it will have a negative effect on the ductility and toughness of the steel, so when the composition of the steel contains Sn, the Sn content is preferably 0.10% or less. More preferably, it is 0.05% or less. Although the lower limit of the Sn content is not particularly limited, it is preferably 0.001% or more in order to exhibit the effect of reducing the decarburized layer.

以上説明した元素以外の残部はFeおよび不可避的不純物である。
すなわち、原料、資材または製造設備の状況に由来する不可避的不純物が残部に含まれることは許容される。原料としては、鉄鉱石またはスクラップ等が挙げられる。ここで、不可避的不純物としては、O(酸素)が挙げられる。Oは0.004%まで許容できる。また、このほかの不可避的不純物として、Zn、Pb、As、Bi、Co、Ta、Zr、H等が挙げられる。本発明の目的を阻害しない範囲であれば、上記不純物の混入は許容される。
The remainder other than the elements explained above is Fe and unavoidable impurities.
That is, it is permissible for the remainder to contain unavoidable impurities originating from the raw materials, materials, or conditions of manufacturing equipment. Examples of raw materials include iron ore or scrap. Here, O (oxygen) is mentioned as an unavoidable impurity. O is allowed up to 0.004%. Other unavoidable impurities include Zn, Pb, As, Bi, Co, Ta, Zr, H, and the like. The above-mentioned impurities may be mixed in as long as they do not impede the object of the present invention.

以下に、本発明の、突起付きH形鋼について詳しく説明する。すなわち、突起付きH形鋼は、図1に一例を示すように、一般的なH形鋼と同様に、1対のフランジ2をウェブ3にて連結してなる。そして、突起付きH形鋼は、前記フランジ2に突起4を有している。図1の例では、前記フランジ2の外面に突起4を有している。この突起4は、コンクリート付着性能を付与するために設けられるものである。この目的で突起4が設けられた突起付きH形鋼1において、突起4が設けられる箇所は、図2(a)に示すように、フランジ2の外面である。図示例では、フランジ2の外面全体に、図2(a)に四角で囲った部分の拡大図である、同図(b)に示す断面形状にてフランジ2の幅方向に延びる突条としての突起4がフランジ2の長手方向に配列して形成されている。 Below, the H-section steel with projections of the present invention will be explained in detail. That is, as an example of the H-section steel with protrusions is shown in FIG. 1, the H-section steel with projections is formed by connecting a pair of flanges 2 with a web 3 like a general H-section steel. The H-shaped steel with a projection has a projection 4 on the flange 2. In the example shown in FIG. 1, the flange 2 has a protrusion 4 on its outer surface. This protrusion 4 is provided to provide concrete adhesion performance. In the H-section steel 1 with projections provided with projections 4 for this purpose, the location where the projections 4 are provided is on the outer surface of the flange 2, as shown in FIG. 2(a). In the illustrated example, a protrusion extending in the width direction of the flange 2 is formed on the entire outer surface of the flange 2 with a cross-sectional shape shown in FIG. The protrusions 4 are arranged in the longitudinal direction of the flange 2.

また、本発明の突起付きH形鋼は、前記フランジ2の外面に限らずフランジ2の内面側に突起4を有していてもよい。例えば、図3に示すように、フランジ2の内面の、ウェブ3との接合部を含む部分に、フランジ2の幅方向に延びる突条としての突起4を設けることができる。さらに、本発明の突起付きH形鋼は、前記フランジ2の外面及び内面の両方に突起4を設けてもよい。 Moreover, the H-section steel with projections of the present invention may have projections 4 not only on the outer surface of the flange 2 but also on the inner surface of the flange 2. For example, as shown in FIG. 3, a protrusion 4 as a protrusion extending in the width direction of the flange 2 can be provided on the inner surface of the flange 2 at a portion including the joint with the web 3. Furthermore, in the H-shaped steel with projections of the present invention, projections 4 may be provided on both the outer and inner surfaces of the flange 2.

なお、突起の形状や寸法、個数などは突起付きH形鋼に要求される仕様に応じて任意に設定できる。従って、図示例に限定されないが、例えば突起4の高さhはコンクリート付着性能を考慮すると1.5mm以上とすることが好ましい。一方、高さhの上限は、ロール割損防止の観点から6mmとすることが好ましい。また、突起4相互の間隔dは、コンクリート付着性能を考慮すると、高さhとの間にh/d≧0.05の関係を満足することが好ましい。 Note that the shape, size, number, etc. of the protrusions can be arbitrarily set according to the specifications required of the H-section steel with protrusions. Therefore, although not limited to the illustrated example, it is preferable that the height h of the protrusion 4 is, for example, 1.5 mm or more in consideration of concrete adhesion performance. On the other hand, the upper limit of the height h is preferably 6 mm from the viewpoint of preventing roll breakage. Further, in consideration of concrete adhesion performance, it is preferable that the distance d between the protrusions 4 satisfies the relationship h/d≧0.05 with the height h.

次に、本発明の突起付きH形鋼の製造方法について説明する。なお、鋼素材(スラブまたはビームブランク)の溶製法および鋳造法については特に制限はなく、従来公知の方法いずれもが適合する。該鋼素材を熱間圧延してH形鋼を成形するに当たり、該熱間圧延の仕上圧延において、フランジ外面に突起を形成する場合は、フランジ外面を圧下する垂直ロールとして、突起に対応した溝を垂直ロール周面に形成したものを用いることで、突起を付与することができる。また、フランジ内面に突起を形成する場合は、上記した特許文献3に開示された技術と同様に、フランジ内面を圧下する水平ロールとして、突起に対応した溝を水平ロール側面に形成したものを用いることで、突起を付与することができる。その際に、鋼素材の加熱温度ならびに仕上圧延後の冷却は、以下の条件を満足させる必要がある。 Next, a method for manufacturing a protruded H-section steel according to the present invention will be explained. Note that there are no particular restrictions on the melting and casting methods for the steel material (slab or beam blank), and any conventionally known methods are suitable. When hot-rolling the steel material to form an H-beam, if a protrusion is formed on the outer surface of the flange during the finish rolling of the hot rolling, a groove corresponding to the protrusion is used as a vertical roll to roll down the outer surface of the flange. Protrusions can be provided by using a material in which a vertical roll is formed on the circumferential surface of the vertical roll. Furthermore, when forming protrusions on the inner surface of the flange, a horizontal roll with grooves corresponding to the protrusions formed on the side surface of the horizontal roll for rolling down the inner surface of the flange is used, similar to the technique disclosed in Patent Document 3 mentioned above. By doing so, protrusions can be provided. At that time, the heating temperature of the steel material and the cooling after finish rolling must satisfy the following conditions.

加熱温度T:T[℃]≧-16000/{log([%Ti] [%N])-5.09}-673 ・・・ (2)
ここで、[%Ti]および[%N]はそれぞれ、鋼中のTiおよびNの含有量(質量%)であり、logは常用対数である。
鋼素材(スラブまたはビームブランク)の加熱温度が上記式(2)を満足しないと、鋳造段階で析出した粗大なTiNが多く残存してしまい、有効固溶N量の確保が困難となる結果、所定の引張強さおよび靭性を確保することが難しくなる。従って、加熱温度は上記式(2)を満足する温度範囲とする。一方、加熱温度の上限は、過度なオーステナイト粒径の粗大化による靭性の低下を防止する観点から、1400℃以下とすることが好ましい。
Heating temperature T: T[℃]≧-16000/{log([%Ti] [%N])-5.09}-673... (2)
Here, [%Ti] and [%N] are the contents (mass%) of Ti and N in the steel, respectively, and log is a common logarithm.
If the heating temperature of the steel material (slab or beam blank) does not satisfy the above formula (2), a large amount of coarse TiN precipitated during the casting stage will remain, making it difficult to secure an effective solid solution N amount. It becomes difficult to ensure the desired tensile strength and toughness. Therefore, the heating temperature is set within a temperature range that satisfies the above equation (2). On the other hand, the upper limit of the heating temperature is preferably 1400° C. or less from the viewpoint of preventing a decrease in toughness due to excessive coarsening of the austenite grain size.

冷却開始時のフランジ温度:750℃以上
本発明では、仕上圧延直後に鋼材の冷却を開始することによって生産能率の低下を防止することを所期して、冷却開始時のフランジ温度は750℃以上とする。一方、冷却開始時のフランジ温度がAr温度未満になると、十分な強度を得難くなるため、さらに冷却開始時のフランジ温度をAr温度以上とすることが好ましい。なお、Ar変態温度は、例えば以下の(3)式により鋼成分との関係で簡易的に示される。
Ar=910-310×[%C]+25×([%Si]+2×[%Al])-80×[Mneq] ・・・(3)
ここで、[Mneq]は次の(4)式で算出される値である。
[Mneq]=[%Mn]+[%Cr]+[%Cu]+[%Mo]+[%Ni]/2+10×([%Nb]-0.02)・・・ (4)
Flange temperature at the start of cooling: 750°C or higher In the present invention, the flange temperature at the start of cooling is set at 750°C or higher in order to prevent a decrease in production efficiency by starting cooling the steel material immediately after finish rolling. do. On the other hand, if the flange temperature at the start of cooling becomes less than the Ar 3 temperature, it becomes difficult to obtain sufficient strength, so it is preferable that the flange temperature at the start of cooling is set to the Ar 3 temperature or higher. Note that the Ar 3 transformation temperature is simply expressed in relation to the steel components, for example, by the following equation (3).
Ar3 = 910-310×[%C]+25×([%Si]+2×[%Al])-80×[Mneq]...(3)
Here, [Mneq] is a value calculated by the following equation (4).
[Mneq]=[%Mn]+[%Cr]+[%Cu]+[%Mo]+[%Ni]/2+10×([%Nb]-0.02)... (4)

なお、上記(3)式および(4)式において、[%M]は鋼中の元素Mの含有量(質量%)を意味する。ここで、上記(3)式および(4)式でArを計算するにあたり、積極的に含有させていない元素Mの含有量については、不可避的不純物として含有されている元素Mの含有量(分析値)を用いて算出するものとする。 In addition, in the above formulas (3) and (4), [%M] means the content (% by mass) of element M in the steel. Here, when calculating Ar 3 using the above formulas (3) and (4), the content of element M that is not actively included is determined by the content of element M that is included as an unavoidable impurity ( It shall be calculated using the analysis value).

冷却開始温度から500℃までの平均冷却速度:0.2~30.0℃/s
冷却開始温度から500℃までの平均冷却速度が0.2℃/sに満たないと、所定の引張特性を確保することが難しいため、冷却速度は0.2℃/s以上とする。一方、前記冷却速度が30.0℃/sを超えて大きくなると、ベイナイトあるいはマルテンサイトの生成により、靭性の低下や引張強さの過度な上昇といった弊害が生じる。従って、冷却開始温度から500℃までの平均冷却速度は0.2~30.0℃/sの範囲とする。
Average cooling rate from cooling start temperature to 500℃: 0.2 to 30.0℃/s
If the average cooling rate from the cooling start temperature to 500°C is less than 0.2°C/s, it will be difficult to secure the desired tensile properties, so the cooling rate should be 0.2°C/s or more. On the other hand, if the cooling rate exceeds 30.0° C./s, the formation of bainite or martensite causes problems such as a decrease in toughness and an excessive increase in tensile strength. Therefore, the average cooling rate from the cooling start temperature to 500°C is in the range of 0.2 to 30.0°C/s.

なお、仕上圧延後の具体的な冷却方法としては、フランジ外面にスプレーノズルによって冷却水を噴射するスプレー冷却や、ミスト冷却ノズルによって霧状の水を噴霧するミスト冷却、エアノズルにより空気を噴射する衝風冷却、あるいは、材料の搬送に伴う空気の対流を利用した対流冷却などを、適宜選択することができる。 Specific cooling methods after finish rolling include spray cooling, which involves spraying cooling water onto the outer surface of the flange using a spray nozzle, mist cooling, which sprays atomized water using a mist cooling nozzle, and shock cooling, which sprays air using an air nozzle. Wind cooling, convection cooling that utilizes air convection accompanying the conveyance of the material, etc. can be selected as appropriate.

上記した成分組成に調整し、上記した条件によって圧延および冷却を行うことにより、突起付きH形鋼において、引張強さが520MPa以上、降伏強度が355MPa以上、そして0℃における衝撃吸収エネルギーvE0が47J以上という、優れた機械的性能を得ることができる。いずれの特性も上限を規定する必要はないが、実用的な上限としては、引張強さが720MPa、降伏点が580MPaおよび0℃における衝撃吸収エネルギーvE0が350J程度である。 By adjusting the composition to the above and rolling and cooling under the above conditions, the H-section steel with projections has a tensile strength of 520 MPa or more, a yield strength of 355 MPa or more, and a shock absorption energy vE0 of 47 J at 0°C. As described above, excellent mechanical performance can be obtained. Although there is no need to define upper limits for any of the properties, practical upper limits are about 720 MPa for tensile strength, 580 MPa for yield point, and about 350 J for impact absorption energy vE0 at 0°C.

ここで、本発明で対象とする突起付きH形鋼は、そのフランジ厚が特に限定されることはない。フランジの突起は、仕上圧延の工程において溝付きのロールを用いて形成する。すなわち、所望の突起高さを付与するためには、フランジ部の圧下率をできるだけ大きくする必要がある。従って、厚いフランジを有する突起付きH形鋼はより大きな圧下を必要とする。本発明では後述の通り、圧延温度を適正範囲にコントロールすることにより、突起高さの形成効率が低下するとされる、フランジ厚が16mm以上の厚肉のH形鋼においても十分な突起高さを付与することができる。 Here, the flange thickness of the H-section steel with projections targeted by the present invention is not particularly limited. The protrusions on the flange are formed using a grooved roll in the finish rolling process. That is, in order to provide a desired protrusion height, it is necessary to increase the rolling reduction ratio of the flange portion as much as possible. Therefore, a protruded H section with a thick flange requires a greater reduction. As described later, in the present invention, by controlling the rolling temperature within an appropriate range, sufficient protrusion height can be achieved even in thick H-beam steel with a flange thickness of 16 mm or more, where the efficiency of forming protrusion height is said to decrease. can be granted.

熱間圧延時に突起を形成する成形が含まれる仕上圧延では、十分な突起高さを有する突起を形成する観点から、仕上圧延温度を800℃以上とすることが好ましい。仕上圧延温度が800℃に満たないと、十分な高さの突起を安定して形成することが難しい。一方、前記仕上温度の上限は特に限定されないが、1050℃を超えると、オーステナイト粒径が粗大になるため、靭性が低下する傾向にある。そのため、前記仕上温度は1050℃以下とすることが好ましい。 In finish rolling, which involves forming protrusions during hot rolling, the finish rolling temperature is preferably 800° C. or higher from the viewpoint of forming protrusions with sufficient protrusion height. If the finish rolling temperature is less than 800°C, it is difficult to stably form protrusions of sufficient height. On the other hand, the upper limit of the finishing temperature is not particularly limited, but if it exceeds 1050° C., the austenite grain size becomes coarse and the toughness tends to decrease. Therefore, it is preferable that the finishing temperature is 1050°C or less.

以下、実施例に従って、本発明の構成および作用効果をより具体的に説明する。しかし、本発明は下記の実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲内にて適宜変更することも可能であり、これらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。 Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be explained in more detail according to Examples. However, the present invention is not limited by the following examples, and can be modified as appropriate within the scope that fits the spirit of the present invention, and all of these are included within the technical scope of the present invention. It will be done.

表1に示す成分組成の鋼材を、連続鋳造機にて断面400mm×560mm×長さ8000mmのビームブランクとし、所定の温度で2時間加熱後、表2に示す条件で熱間圧延ならびに冷却を行って、図1に示す断面形状、すなわち、ウェブ3とウェブの両端に配置された1対のフランジ2を有する形状の突起付きH形鋼1を製造した。ここで、断面寸法(ウェブ高さ×フランジ幅×ウェブ厚×フランジ厚)は、320×323×25×25mm、328×322×24×29mm、348×332×34×39 mmおよび350×333×35×40mmの4種のうちのいずれかとして、突起付きH形鋼を製造した。仕上圧延においては、フランジ外面を圧下する圧延ロールとして、フランジ外面に形成させる突起形状に対応した溝を設けたものを用い、フランジ外面に、図2に示すような、フランジ2の幅方向に延在する突起4を形成した。 A steel material with the composition shown in Table 1 was made into a beam blank with a cross section of 400 mm x 560 mm x length of 8000 mm using a continuous casting machine, heated at a predetermined temperature for 2 hours, and then hot rolled and cooled under the conditions shown in Table 2. Thus, a protruded H-beam 1 having a cross-sectional shape shown in FIG. 1, that is, a shape having a web 3 and a pair of flanges 2 disposed at both ends of the web, was manufactured. Here, the cross-sectional dimensions (web height x flange width x web thickness x flange thickness) are 320 x 323 x 25 x 25 mm, 328 x 322 x 24 x 29 mm, 348 x 332 x 34 x 39 mm and 350 x 333 x H-beams with protrusions were produced in one of four types measuring 35 x 40 mm. In finish rolling, a roll with grooves corresponding to the shape of the protrusions to be formed on the outer surface of the flange is used as a rolling roll for rolling down the outer surface of the flange. The existing protrusions 4 were formed.

ここで、フランジ外面を圧下する仕上圧延の垂直ロールには、突起幅w:15mmおよび突起高さh:1.5mm以上の突起を形成し得る、溝を設けてある。仕上圧延後の冷却速度は、フランジ1/6B部(図1参照)のフランジ外面の表面温度を放射温度計で測定し、冷却開始から冷却停止までの間の温度変化を単位時間(秒)あたりに換算することで、冷却速度(℃/s)を算出した。 Here, the vertical rolls for finish rolling that roll down the outer surface of the flange are provided with grooves that can form protrusions with a protrusion width w of 15 mm and a protrusion height h of 1.5 mm or more. The cooling rate after finish rolling is determined by measuring the surface temperature of the outer surface of the flange 1/6B (see Figure 1) with a radiation thermometer, and calculating the temperature change per unit time (seconds) from the start of cooling to the stop of cooling. The cooling rate (°C/s) was calculated by converting into .

Figure 2024040124000002
Figure 2024040124000002

得られた突起付きH形鋼について、突起高さ評価、引張試験および靭性試験を実施した。以下にそれぞれの評価内容について詳細に説明する。 The obtained H-shaped steel with projections was subjected to evaluation of projection height, tensile test, and toughness test. The content of each evaluation will be explained in detail below.

<突起高さ評価>
得られた突起付きH形鋼について、図2に示したフランジ外面の突起高さhを測定した。かかる値の測定は、仕上圧延後の突起付きH形鋼の圧延方向における先端部、中央部および尾端部の3箇所について行い、その平均値を採用した。なお、突起高さの要求性能下限値を1.5mmに設定し、この値以上を突起高さhの好適範囲とした。また、突起高さhがこの値以上となる突起付きH形鋼が得られた製造条件は、突起形成のし易さの観点からも特に好ましい条件と評価できる。
<Evaluation of protrusion height>
Regarding the obtained H-shaped steel with projections, the height h of the projections on the outer surface of the flange shown in FIG. 2 was measured. These values were measured at three locations in the rolling direction of the H-section steel with projections after finishing rolling, namely the tip, center, and tail end, and the average value thereof was adopted. The lower limit of required performance for the protrusion height was set at 1.5 mm, and a value equal to or greater than this value was defined as the preferred range for the protrusion height h. Further, the manufacturing conditions under which a protrusion-equipped H-beam steel having a protrusion height h equal to or greater than this value was obtained can be evaluated as particularly preferable conditions from the viewpoint of ease of protrusion formation.

<引張試験>
図1に符号5として示すフランジ1/6B部(1/6Bを挟むフランジ幅方向長さ60mm)より、引張方向がH形鋼のフランジ長手方向となるように、JIS Z2201に規定されたJIS 1A試験片(フランジ全厚試験片)を採取し、JIS Z2241に準じて引張試験を行い、降伏強度(降伏応力YSまたは0.2%耐力)、引張強さを測定した。
<Tensile test>
JIS 1A specified in JIS Z2201 so that the tensile direction is in the longitudinal direction of the H-beam flange from the flange 1/6B section (flange width direction length 60 mm sandwiching 1/6B) shown as reference numeral 5 in Fig. 1. A test piece (flange full thickness test piece) was taken and subjected to a tensile test according to JIS Z2241 to measure yield strength (yield stress YS or 0.2% proof stress) and tensile strength.

<靭性試験>
図1に示したフランジ1/6B部5のフランジ裏面から1/4t(tはフランジ厚)の位置を中心として、JIS Z2202に規定された2mmVノッチシャルピー衝撃試験片を採取し、JIS Z2242に準じてシャルピー衝撃試験を行い、0℃における吸収エネルギーを測定した。
<Toughness test>
A 2mm V-notch Charpy impact test piece specified in JIS Z2202 was taken from a position 1/4t (t is the flange thickness) from the back surface of the flange 1/6B section 5 shown in Figure 1, and was tested in accordance with JIS Z2242. A Charpy impact test was conducted to measure the absorbed energy at 0°C.

表2に上記調査の結果をあわせて示す。本発明の鋼組成を満足する適合鋼を用い、本発明範囲の製造方法(加熱温度、フランジ外面の平均冷却速度が本発明範囲内)で作製した突起付きH形鋼の試験結果(表2中の試験No.1~17、39~42)は、いずれも所望の特性(引張強さ:520MPa以上、降伏強度:355MPa以上および0℃における衝撃吸収エネルギーvE0:47J以上)を満足していた。なお、試験No. 34は、引張強さ、降伏強度、0℃における衝撃吸収エネルギーについては所望の特性を満足しているが、仕上圧延温度が好適下限である800℃を下回っていたため、突起高さが1.4mmであり、好適範囲(1.5mm以上)に満たなかった。 Table 2 also shows the results of the above investigation. Test results of H-beam steel with protrusions manufactured by the manufacturing method within the scope of the present invention (heating temperature and average cooling rate of the outer surface of the flange within the range of the present invention) using compatible steel that satisfies the steel composition of the present invention (Table 2) Test Nos. 1 to 17, 39 to 42) all satisfied the desired properties (tensile strength: 520 MPa or more, yield strength: 355 MPa or more, and impact absorption energy vE0 at 0°C: 47 J or more). Test No. 34 satisfied the desired properties in terms of tensile strength, yield strength, and impact absorption energy at 0°C, but because the finish rolling temperature was below the preferred lower limit of 800°C, the protrusion height was The length was 1.4 mm, which was below the preferable range (1.5 mm or more).

一方、H形鋼の鋼組成が本発明の条件を満足しないか、あるいは、本発明範囲の製造方法を適用しなかった比較例(表2中の試験No.18~33、35~38)は、引張強さ、降伏強度および靭性のいずれかの値が要求特性を満足していない。 On the other hand, comparative examples (Test Nos. 18 to 33 and 35 to 38 in Table 2) where the steel composition of the H-beam steel did not satisfy the conditions of the present invention or where the manufacturing method within the scope of the present invention was not applied , tensile strength, yield strength, and toughness do not satisfy the required properties.

また、本実施例は、H形鋼のフランジ外面に突起を形成した場合の例であるが、H形鋼のフランジ内面に突起を形成する場合についても、本願発明に従うことで、同様の結果を得られることを確認している。 Furthermore, although this example is an example in which protrusions are formed on the outer surface of the flange of H-section steel, similar results can be obtained by following the present invention in the case of forming protrusions on the inner surface of the flange of H-section steel. I'm sure you can get it.

Figure 2024040124000003
Figure 2024040124000003

1:突起付きH形鋼 (圧延H形鋼)
2:フランジ
3:ウェブ
4:突起
5:フランジ1/6B部 (試験片採取位置)
1: H-shaped steel with protrusions (rolled H-shaped steel)
2: Flange 3: Web 4: Protrusion 5: Flange 1/6B section (test piece collection position)

Claims (3)

C:0.05~0.20質量%、
Si:0.05~0.60質量%、
Mn:1.20~1.80質量%、
P:0.035質量%以下、
S:0.035質量%以下、
V:0.050~0.200質量%、
Ti:0.005~0.040質量%および
N:0.0100質量%超え~0.0200質量%
を、下記(1)式を満足する範囲で含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、フランジに突起を有する突起付きH形鋼。

0.0085≦[%N]-{(14/48)×[%Ti]}≦0.0150 ・・・ (1)
ここで、[%Ti]および[%N]はそれぞれ、鋼中のTiおよびNの含有量(質量%)である。
C: 0.05 to 0.20% by mass,
Si: 0.05 to 0.60% by mass,
Mn: 1.20 to 1.80% by mass,
P: 0.035% by mass or less,
S: 0.035% by mass or less,
V: 0.050 to 0.200% by mass,
Ti: 0.005 to 0.040 mass% and N: More than 0.0100 mass% to 0.0200 mass%
An H-shaped steel with a protrusion, which contains the following formula (1) within a range that satisfies the following formula (1), and has a composition in which the remainder is Fe and unavoidable impurities, and has a protrusion on the flange.
Record
0.0085≦[%N]-{(14/48)×[%Ti]}≦0.0150... (1)
Here, [%Ti] and [%N] are the contents (mass%) of Ti and N in the steel, respectively.
前記成分組成は、さらに、Cr:1.0質量%以下、Cu:1.0質量%以下、Ni:1.0質量%以下、Mo:1.0質量%以下、Al:0.10質量%以下、Nb:0.10質量%以下、B:0.010質量%以下、Ca:0.10質量%以下、Mg:0.10質量%以下、REM:0.10質量%以下、W:1.0質量%以下、Sb:0.10質量%以下およびSn:0.10質量%以下の中から選ばれる1種または2種以上を含有する請求項1に記載の突起付きH形鋼。 The component composition further includes Cr: 1.0% by mass or less, Cu: 1.0% by mass or less, Ni: 1.0% by mass or less, Mo: 1.0% by mass or less, Al: 0.10% by mass or less, Nb: 0.10% by mass or less, B. : 0.010 mass% or less, Ca: 0.10 mass% or less, Mg: 0.10 mass% or less, REM: 0.10 mass% or less, W: 1.0 mass% or less, Sb: 0.10 mass% or less, and Sn: 0.10 mass% or less. The H-shaped steel with protrusions according to claim 1, containing one or more selected types. 請求項1または2のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材に、熱間圧延を施して突起付きH形鋼を成形する突起付きH形鋼の製造方法であって、
前記鋼素材を、下記(2)式を満足する温度Tに加熱した後前記熱間圧延に供し、前記熱間圧延の仕上圧延によりH形鋼のフランジに突起を形成し、該仕上圧延の後に、750℃以上の冷却開始温度から500℃までの間を平均冷却速度:0.2~30.0℃/sの条件で冷却する、突起付きH形鋼の製造方法。

T[℃]≧-16000/{log([%Ti] [%N])-5.09}-673 ・・・ (2)
ここで、[%Ti]および[%N]はそれぞれ、鋼中のTiおよびNの含有量(質量%)であり、logは常用対数である。
A method for producing an H-section steel with projections, comprising hot rolling a steel material having the composition according to claim 1 or 2 to form an H-section steel with projections,
The steel material is heated to a temperature T that satisfies the following formula (2) and then subjected to the hot rolling, a protrusion is formed on the flange of the H-beam steel by finish rolling of the hot rolling, and after the finish rolling, , a method for manufacturing H-beam steel with projections, in which cooling is performed from a cooling start temperature of 750°C or higher to 500°C at an average cooling rate of 0.2 to 30.0°C/s.
Note T[℃]≧−16000/{log([%Ti] [%N])−5.09}−673 ・・・ (2)
Here, [%Ti] and [%N] are the contents (% by mass) of Ti and N in the steel, respectively, and log is a common logarithm.
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