JP7259917B2 - Square steel pipes and building structures - Google Patents
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Description
本発明は、高さ20mを超える中層建築物や工場、倉庫などの大型建築物の建築部材に用いられる、靱性に優れた高強度、低降伏比の角形鋼管に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to square steel pipes with excellent toughness, high strength and low yield ratio, which are used for construction members of medium-rise buildings exceeding 20 m in height and large buildings such as factories and warehouses.
建築物の柱材には、4枚の厚鋼板を溶接して製造される四面ボックス柱、あるいは1枚または2枚の厚鋼板を冷間プレス曲げ成形した後に溶接して製造されるプレス成形角形鋼管が従来から広く用いられているが、近年ではコスト削減、施工期間短縮のため、安価でかつ短期での製造が可能なロール成形角形鋼管の使用が増えている。 For building columns, we use four-sided box columns made by welding four thick steel plates, or square press-formed square columns made by cold-press bending and then welding one or two thick steel plates. Steel pipes have long been widely used, but in recent years, the use of roll-formed square steel pipes, which are inexpensive and can be manufactured in a short period of time, is increasing in order to reduce costs and shorten the construction period.
ロール成形角形鋼管は、鋼帯を冷間ロール成形により円筒状のオープン管形状となし、その突合せ部分を電縫溶接した後、上下左右に配置されたロールにより円筒状のまま管軸方向に絞りを加え、続けて角形に成形することで製造される。上記の電縫溶接においては、突合せ部分が加熱され溶融し、圧接され凝固することで接合が完了する。 Roll-formed square steel pipe is made by forming a steel strip into a cylindrical open pipe shape by cold roll forming, and after electric resistance welding of the butt portions, the cylindrical shape is drawn in the pipe axial direction by rolls arranged vertically and horizontally. is added, followed by square molding. In the above-described electric resistance welding, the butt portions are heated, melted, pressed and solidified to complete the joining.
ロール成形角形鋼管の角部は、角成形の際に加工硬化するため、平板部と比較して、強度が高く、延性および靱性が低い。 The corners of a roll-formed square steel pipe are work-hardened during corner forming, and therefore have higher strength and lower ductility and toughness than flat plates.
特に、ロール成形角形鋼管では、平均板厚tと平均辺長Hとの比(t/H)が大きいほど角部の加工硬化量が大きくなる。そのため、上記比(t/H)が大きなロール成形角形鋼管において、周断面内における強度差、延性および靱性の差は大きくなる傾向にある。 In particular, in roll-formed square steel pipes, the greater the ratio (t/H) between the average plate thickness t and the average side length H, the greater the amount of work hardening at the corners. Therefore, in a roll-formed square steel pipe with a large ratio (t/H), the difference in strength, ductility and toughness in the circumferential cross section tends to increase.
上記の理由から、ロール成形角形鋼管は周断面内における強度差、延性および靱性の差が大きいため、ダイアフラムとの溶接における溶接材料の選定や溶接方法、建築構造設計が複雑になるといった問題が生じていた。
また、ロール成形角形鋼管を柱材として使用した建築構造物の耐震性能をより向上させるためにも、ロール成形角形鋼管の延性や靭性が部分的に低くなることを抑制することで、柱材としての変形性能や耐衝撃性能をより向上させることが希求されていた。
特に、角形鋼管は、地震等の外力で変形する際に角部外面に大きなひずみが生じるため、角部外面の延性および靭性を向上させることが必要であった。
For the above reasons, roll-formed square steel pipes have large differences in strength, ductility, and toughness within the circumferential cross section, which causes problems such as complicated selection of welding materials for welding with diaphragms, welding methods, and building structural design. was
In addition, in order to further improve the seismic performance of building structures that use roll-formed square steel pipes as column materials, by suppressing the partial decrease in ductility and toughness of roll-formed square steel pipes, It has been desired to further improve the deformation performance and impact resistance performance of the steel.
In particular, when square steel pipes are deformed by an external force such as an earthquake, large strain occurs on the outer surface of the corners, so it was necessary to improve the ductility and toughness of the outer surface of the corners.
特許文献1では、化学成分としてバナジウムを添加している鋼板を折り曲げ加工したのち溶接して半成形角形鋼管とし、この半成形角形鋼管をA3変態点の近辺に加熱して熱間成形したのち、冷却して得たことを特徴とする角形鋼管が提案されている。
In
特許文献2では、冷間成形部に熱処理を施した角形鋼管が提案されている。
しかしながら、特許文献1および2に記載の角形鋼管は、成形時または成形後に加熱工程を必要とするため、冷間で成形したロール成形角形鋼管と比較して非常にコストが高かった。すなわち、成形時または成形後の加熱工程を必ずしも必要とはせずに、所望の角形鋼管を得る技術の確立が求められている。
However, the square steel pipes described in
この点、特許文献3では、素材鋼板の化学成分と、金属組織のベイナイト分率および角部の表層部のビッカース硬さを適切に制御することにより、角部の靱性および塑性変形能を向上させた角形鋼管が提案されている。
In this respect, in
また、特許文献4では、素材鋼板の化学成分と、金属組織の硬質相およびフェライトの平均結晶粒径を適切に制御することにより、角部の靱性を向上させた角形鋼管が提案されている。
Further,
しかしながら、特許文献3および4に記載の角形鋼管は、平板部と角部の強度差や延性差が依然として大きいという問題があった。すなわち、これらの角形鋼管では、角部及び平板部を含む周断面内の硬さのばらつきを十分に小さくできているとは言えなかった。また、角部外面の延性および靭性を十分に確保できているとは言えなかった。
However, the square steel pipes described in
ところで、ロール成形角形鋼管では、形状特性を向上させた技術、特には、平板部を十分平坦にした技術の確立も求められている。この点、特許文献5、6では、ロール成形の際の製造条件を調整して、形状特性を向上させる技術が開示されている。
具体的に、特許文献5では、鋼管を、3段または4段の角成形ロールで、かつ最終段ロールの圧下率を一定で角管成形する際、鋼管の肉厚/外径比が大きくなるにつれて、最終段のロールカリバーを小さくして(凸型から凹型にして)成形する角鋼管の成形方法の技術が開示されている。
また、特許文献6では、円筒状の素管を角管にロール成形する際、素管の外径をD、素管の肉厚をt、最大カリバー高さをHとするとき、Q=(D-H)/(D-t)×100で定義される設定押込み率Qを12~23%の範囲に維持して素管を矩形断面形状に成形する第1段の成形工程と、矩形断面形状に成形された素管を目標形状に成形する第2段以降の成形工程を経る構造用角管の製造方法の技術が開示されている。
By the way, in roll-formed square steel pipes, it is also required to establish a technique for improving shape characteristics, particularly a technique for sufficiently flattening the flat plate portion. In this regard,
Specifically, in
Further, in
しかしながら、特許文献5、6に記載の技術は、角形鋼管の平板部を平坦にすると共に、周断面内の硬さのばらつきを小さくし、角部外面の延性および靭性を十分に確保する技術としては十分であるとは言えなかった。
However, the techniques described in
本発明は上記の事情を鑑みてなされたものであって、周断面内の硬さのばらつきが小さく、角部外面の延性および靭性に優れ、且つ平坦な平板部を有する角形鋼管およびその製造方法並びに優れた耐震性能を有する建築構造物を提供することを目的とする。
なお、本発明において、周断面内の硬さのばらつきが小さいとは、鋼管内でビッカース硬さの最大値と最小値の差が80HV以下であることを指す。
また、本発明において、角部外面の延性に優れるとは、角部外面からt/4の位置における均一伸びが、平板部外面からt/4の位置における均一伸びの0.80倍以上であることを指す。
また、本発明において、角部外面の靭性に優れるとは、0℃における角部のシャルピー吸収エネルギーが、70J以上であることを指す。
また、本発明において、平板部が平坦であるとは、周断面において、平板部外面の同一辺上において周方向両端の2点を通る直線に対する最大膨らみ量及び最大凹み量で表される平坦度が、2.5mm以下であることを指す(図10参照)。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a square steel pipe having a flat flat plate portion with small variations in hardness in the circumferential cross section, excellent ductility and toughness on the outer surface of the corners, and a method for manufacturing the same. It also aims to provide a building structure having excellent earthquake resistance performance.
In the present invention, a small variation in hardness in the circumferential cross section means that the difference between the maximum value and the minimum value of Vickers hardness in the steel pipe is 80 HV or less.
In the present invention, the excellent ductility of the outer surface of the corner means that the uniform elongation at the position t/4 from the outer surface of the corner is 0.80 times or more the uniform elongation at the position t/4 from the outer surface of the flat plate. point to
Further, in the present invention, the phrase “excellent toughness of the outer surface of the corner” means that the Charpy absorbed energy of the corner at 0° C. is 70 J or more.
Further, in the present invention, the flatness of the flat plate portion means that, in the peripheral cross section, the degree of flatness represented by the maximum amount of swelling and the maximum amount of recession with respect to a straight line passing through two points on the same side of the outer surface of the flat plate portion in the circumferential direction. is 2.5 mm or less (see FIG. 10).
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、角形鋼管の周断面内の硬さのばらつき(特には、平板部と角部の硬さのばらつき)を小さくし、角部外面の延性および靭性を十分に確保するためには、角形鋼管の角部外側の曲率半径を平均板厚の3.0倍超とすればよいことを見出した。
また、平板部を十分に平坦にするためには、ロール成形角形鋼管の角部外側の曲率半径を平均板厚の4.0倍以下とすればよいことも見出した。
そして、角成形スタンド出側における角形鋼管の周長に対して角成形スタンド入側における電縫鋼管の周長を適切な範囲に管理することで、角部外側の曲率半径が板厚の3.0倍超4.0倍以下となる角形鋼管を製造でき、周断面内の硬さのばらつきを所望のレベルにまで小さくすると共に、角部外面の延性および靭性を良好にし、平板部を十分に平坦にすることができることを見出した。
The inventors of the present invention have made intensive studies to solve the above problems, and as a result, the hardness variation in the circumferential cross section of the square steel pipe (particularly, the hardness variation between the flat plate portion and the corner portion) can be reduced. In order to ensure sufficient ductility and toughness of the outer surface, it was found that the radius of curvature of the outside corners of the square steel pipe should be more than 3.0 times the average plate thickness.
It was also found that in order to make the flat plate portion sufficiently flat, the radius of curvature of the outer corner portion of the roll-formed square steel pipe should be 4.0 times or less of the average plate thickness.
By controlling the circumference of the electric resistance welded steel pipe on the entrance side of the corner forming stand to the circumference of the square steel pipe on the exit side of the corner forming stand within an appropriate range, the radius of curvature of the outside of the corner portion is 3.5 times the plate thickness. It is possible to manufacture a square steel pipe with a hardness of more than 0 times and 4.0 times or less, reduce the variation in hardness in the circumferential cross section to a desired level, improve the ductility and toughness of the outer surface of the corner portion, and sufficiently flat plate portion. I have found that it can be flattened.
本発明は、上記の知見に基づいて完成させたものであり、その要旨構成は以下のようになる。
[1]管周方向に平板部と角部とが交互に夫々複数形成されており、
管軸方向に延びる溶接部が更に形成されており、
前記溶接部における溶融凝固部の管周方向の幅が1.0μm以上1000μm以下であり、
前記角部外側の曲率半径が平均板厚tの3.0倍超4.0倍以下である角形鋼管。
[2]前記平均板厚tが平均辺長Hの0.030倍超である前記[1]に記載の角形鋼管。
[3]鋼管内でビッカース硬さの最大値と最小値の差が80HV以下である前記[1]又は[2]に記載の角形鋼管。
[4]前記平均板厚tが20mm以上40mm以下であり、
前記平板部の降伏強度が295MPa以上であり、
前記平板部の引張強度が400MPa以上であり、
前記角部の降伏比が90%以下であり、
前記角部の0℃におけるシャルピー吸収エネルギーが70J以上である前記[1]~[3]のいずれかに記載の角形鋼管。
[5]前記角部外面からt/4の位置における均一伸びが、平板部外面からt/4の位置における均一伸びの0.80倍以上である前記[1]~[4]のいずれかに記載の角形鋼管。
[6]鋼板をロール成形し、次いでロール成形した前記鋼板を電縫溶接して電縫鋼管とした後、前記電縫鋼管をサイジングスタンドによって成形し、次いで角成形スタンドによって角成形して角形鋼管を製造する方法であって、
以下の式(1)を満たすように、前記角成形スタンドのギャップに基づいて角成形直前の前記サイジングスタンドのギャップを制御する角形鋼管の製造方法。
The present invention has been completed based on the above findings, and the gist and configuration thereof are as follows.
[1] A plurality of flat plate portions and corner portions are alternately formed in the pipe circumferential direction,
A welded portion extending in the pipe axis direction is further formed,
The width of the molten solidified portion in the welded portion in the pipe circumferential direction is 1.0 μm or more and 1000 μm or less,
A square steel pipe, wherein the radius of curvature of the outside corners is more than 3.0 times and less than or equal to 4.0 times the average plate thickness t.
[2] The square steel pipe according to [1], wherein the average plate thickness t is more than 0.030 times the average side length H.
[3] The square steel pipe according to [1] or [2] above, wherein the difference between the maximum value and the minimum value of Vickers hardness in the steel pipe is 80 HV or less.
[4] The average plate thickness t is 20 mm or more and 40 mm or less,
The flat plate portion has a yield strength of 295 MPa or more,
The flat plate portion has a tensile strength of 400 MPa or more,
The yield ratio of the corner is 90% or less,
The square steel pipe according to any one of [1] to [3], wherein the corner portion has a Charpy absorbed energy of 70 J or more at 0°C.
[5] Any one of the above [1] to [4], wherein the uniform elongation at a position t/4 from the corner outer surface is 0.80 times or more the uniform elongation at a position t/4 from the flat plate outer surface The square steel pipe described.
[6] A steel plate is roll-formed, and then the roll-formed steel plate is electric resistance welded to form an electric resistance welded steel pipe. A method of manufacturing a
A method for manufacturing a square steel pipe, wherein the gap of the sizing stand immediately before corner forming is controlled based on the gap of the square forming stand so as to satisfy the following formula (1).
0.30×t/H+0.99≦CIN/COUT<0.50×t/H+0.99・・・式(1)
なお、式(1)において、
CIN:第一段目の角成形スタンド入側における電縫鋼管の周長(mm)、
COUT:最終段の角成形スタンド出側における角形鋼管の周長(mm)、
t:角成形後の平均板厚(mm)、
H:角成形後の平均辺長(mm)、
である。
(但し、1段の角成形スタンドにより前記角成形を行う場合には、前記第一段目の角成形スタンドと前記最終段の角成形スタンドとは、同一の角成形スタンドとする。)
[7]前記平均板厚tが20mm以上40mm以下である前記[6]に記載の角形鋼管の製造方法。
[8]前記[1]~[5]のいずれかに記載の角形鋼管が、柱材として使用されている建築構造物。
0.30×t/H+0.99≦C IN /C OUT <0.50×t/H+0.99 Expression (1)
In addition, in formula (1),
C IN : Circumferential length (mm) of the electric resistance welded steel pipe at the entry side of the first-stage corner forming stand,
C OUT : Circumference length (mm) of the square steel pipe at the output side of the square forming stand in the final stage,
t: average plate thickness after corner forming (mm),
H: Average side length (mm) after corner forming,
is.
(However, when the corner forming is performed by a one-stage corner forming stand, the first stage corner forming stand and the final stage corner forming stand shall be the same corner forming stand.)
[7] The method for manufacturing a square steel pipe according to [6], wherein the average plate thickness t is 20 mm or more and 40 mm or less.
[8] A building structure in which the square steel pipe according to any one of [1] to [5] is used as a pillar material.
ここで、曲率半径は、平均曲率半径としてもよいし、任意の箇所での曲率半径としてもよい。但し、より優れた効果を確保するという点からは、任意の箇所での曲率半径とすることが好ましい。 Here, the radius of curvature may be the average radius of curvature or the radius of curvature at an arbitrary location. However, from the point of view of securing a better effect, it is preferable to set the radius of curvature at an arbitrary location.
また、平均板厚tは、以下の式(2)から得られる。
t=(t1+t2+t3)/3・・・式(2)
式(2)において、t1、t2:溶接部(電縫溶接部)を含む平板部に対して角部を挟んで隣接する2つの平板部夫々の管周方向中央における板厚(mm)、t3:溶接部(電縫溶接部)を含む平板部に対向する平板部の管周方向中央における板厚(mm)である。
Also, the average plate thickness t is obtained from the following formula (2).
t=(t1+t2+t3)/3 Expression (2)
In formula (2), t1 and t2: plate thickness (mm) at the center of the pipe circumferential direction of each of two flat plate portions adjacent to each other across a corner with respect to the flat plate portion including the welded portion (electric resistance welded portion), t3 : Plate thickness (mm) at the center of the pipe circumferential direction of the flat plate portion facing the flat plate portion including the welded portion (electric resistance welded portion).
また、平均辺長Hは、以下の式(3)から得られる。
H=(H1+H2)/2・・・式(3)
式(3)において、H1:管軸方向垂直断面において、任意の平板部と両側の角部を含めて1辺とした略長方形の辺長(図1中の縦の辺長であり、向かい合う1対の平板部において、一方の平板部外面から他方の平板部外面までの距離とも言える。)(mm)、H2:辺長がH1である平板部に対して角部を挟んで隣接する平板部と両側の角部を含む辺の辺長(図1中の横の辺長)(mm)である。すなわち、Hは、角部を挟んで隣接する2つの平板部の管軸方向垂直断面における辺長H1、H2夫々を足して2で割ったものである。
Also, the average side length H is obtained from the following equation (3).
H=(H1+H2)/2 Expression (3)
In the formula (3), H1: In the vertical section in the pipe axis direction, the side length of a substantially rectangular shape including an arbitrary flat plate portion and the corners on both sides (vertical side length in FIG. 1, facing 1 In a pair of flat plate portions, it can also be said that it is the distance from the outer surface of one flat plate portion to the outer surface of the other flat plate portion. and the side length (horizontal side length in FIG. 1) (mm) of the side including the corners on both sides. That is, H is obtained by adding the side lengths H1 and H2 of two flat plate portions adjacent to each other across a corner portion in the vertical cross-section in the direction of the tube axis and dividing the result by two.
本発明によれば、周断面内の硬さのばらつきが小さく、角部外面の延性および靭性に優れ、且つ平坦な平板部を有する角形鋼管およびその製造方法並びに建築構造物を提供することが可能となる。
これにより、周断面内の強度差が小さく、延性および靱性に優れた冷間ロール成形角形鋼管を製造することが可能となる。また、本発明の角形鋼管を柱材として使用した建築構造物は、従来の冷間成形角形鋼管を使用した建築構造物と比べて、より優れた耐震性能を発揮する。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, it is possible to provide a square steel pipe having a small variation in hardness in the circumferential cross section, excellent ductility and toughness of the corner outer surface, and a flat plate portion, a method for manufacturing the same, and a building structure. becomes.
As a result, it is possible to manufacture a cold roll-formed square steel pipe having a small strength difference in the circumferential cross section and excellent ductility and toughness. In addition, building structures using the square steel pipes of the present invention as column materials exhibit better earthquake resistance performance than building structures using conventional cold-formed square steel pipes.
本発明について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。 The present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited by this embodiment.
<角形鋼管>
図1は、本発明の角形鋼管10の管軸方向に対して垂直な断面を示す模式図である。本発明の角形鋼管10は、管周方向に平板部11と角部12とが交互に夫々複数形成されている。角形鋼管10は、図1に示すように、管周方向に角部12、平板部11、角部12、平板部11、角部12、平板部11、角部12及び平板部11が順に4つずつ形成され、管軸方向垂直断面視で長方形(略長方形)又は正方形(略正方形)となる角形鋼管とすることができる。また、本発明の角形鋼管10は、電縫鋼管から得られるロール成形角形鋼管とすることができ、平板部11に形成され、管軸方向に延びた溶接部(電縫溶接部)13も有する。
<Square steel pipe>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section perpendicular to the pipe axis direction of a
本発明の角形鋼管10は、角部外側の曲率半径が平均板厚tの3.0倍超4.0倍以下である。
In the
図1に示すように、角部外側の曲率半径とは、この角部12に隣接する両側の平板部11の外面をそれぞれ含む2本の直線L1およびL2の交点Pを通り、L1またはL2と45°をなす直線Lと角部外側の交点における曲率半径をいう。
また、本発明でいう曲率半径は、平均曲率半径としてもよいし、任意の箇所での曲率半径としてもよい。但し、より優れた効果を確保するという点からは、任意の箇所での曲率半径とすることが好ましい。
上記曲率半径の測定は、平板部11と角部12の接続点(A、A’)および角部外面からなり、中心が上記L上に存在する中心角90°の扇形において、上記Lと角部外面の交点を中心とした中心角65°の範囲で行う。なお、曲率半径の測定方法は、例えば、上記の中心角65°の範囲において角部外面とよく一致するラジアルゲージから曲率半径を計測する方法などがあるが、これらの限りではない。
As shown in FIG. 1, the radius of curvature of the outside of the corner portion passes through the intersection point P of two straight lines L1 and L2 respectively including the outer surfaces of the
Moreover, the radius of curvature referred to in the present invention may be the average radius of curvature or the radius of curvature at an arbitrary location. However, from the point of view of securing a better effect, it is preferable to set the radius of curvature at an arbitrary location.
The radius of curvature is measured in a fan shape with a central angle of 90°, which consists of the connection point (A, A') of the
上記角部外側の曲率半径が平均板厚tの3.0倍以下であると、周断面内の硬さのばらつきが大きくなり、所望の角形鋼管ではなくなる。すなわち、角部は大きく加工硬化し、平板部と比較して強度が高く延性および靱性が低くなる。
一方、角部外側の曲率半径が平均板厚tの4.0倍超えであると、平板部の平坦度が十分でなくなり、所望の角形鋼管ではなくなる。また、周断面積が小さくなり、十分な部材強度が得られない。
よって、本発明では、上記角部外側の曲率半径を平均板厚tの3.0倍超4.0倍以下とする。
好ましくは、上記角部外側の曲率半径は平均板厚tの3.1倍以上3.9倍以下であり、より好ましくは、3.2倍以上3.8倍以下である。
If the radius of curvature of the outside of the corner portion is 3.0 times or less than the average plate thickness t, the variation in hardness in the circumferential cross section becomes large, and the desired square steel pipe is not obtained. That is, the corner portion is greatly work-hardened, and has higher strength and lower ductility and toughness than the flat plate portion.
On the other hand, if the radius of curvature of the outer corner portion exceeds 4.0 times the average plate thickness t, the flatness of the flat plate portion will be insufficient and the desired square steel pipe will not be obtained. In addition, the peripheral cross-sectional area becomes small, and sufficient member strength cannot be obtained.
Therefore, in the present invention, the radius of curvature of the corner outside is set to more than 3.0 times and less than or equal to 4.0 times the average plate thickness t.
Preferably, the radius of curvature of the corner outside is 3.1 to 3.9 times the average plate thickness t, more preferably 3.2 to 3.8 times.
本発明では、角形鋼管10は、電縫鋼管から得られる。そのため、溶接部13は電縫溶接部である。電縫溶接部の溶融凝固部の管周方向の幅は管全厚にわたり1.0μm以上1000μm以下である。
In the present invention, the
また、本発明では、平板部外面からt/4の位置における均一伸びE1と、角部外面からt/4の位置における均一伸びE2の比(E2/E1)は、0.80倍以上であることが好ましい。より好ましくは、E2/E1は、0.83倍以上であり、さらに好ましくは、0.85倍以上である。また、好ましくは、E2/E1は、1.00倍以下である。 Further, in the present invention, the ratio (E2/E1) of the uniform elongation E1 at the position t/4 from the outer surface of the flat plate portion and the uniform elongation E2 at the position t/4 from the outer surface of the corner portion is 0.80 times or more. is preferred. E2/E1 is more preferably 0.83 times or more, and still more preferably 0.85 times or more. Moreover, E2/E1 is preferably 1.00 times or less.
また、本発明では、角形鋼管10の平均板厚t(mm)と平均辺長Hとの関係として、t/Hを0.030超とすることができる。
角形鋼管では、平均板厚tと平均辺長Hとの比(t/H)が大きいほど角部の加工硬化量が大きくなる。そのため、上記比(t/H)が大きな角形鋼管において、周断面内における強度差、延性および靱性の差は大きくなる傾向にある。
本発明では、上記角部外側の曲率半径を平均板厚の3.0倍超4.0倍以下とするため、t/Hが0.030超となっても、周断面内の強度差を小さくし、優れた延性および靱性が得られる。
Further, in the present invention, the relationship between the average plate thickness t (mm) and the average side length H of the
In square steel pipes, the larger the ratio (t/H) between the average plate thickness t and the average side length H, the greater the amount of work hardening at the corners. Therefore, in a square steel pipe having a large ratio (t/H), the difference in strength, ductility and toughness in the circumferential cross section tends to increase.
In the present invention, since the radius of curvature of the outside of the corner portion is more than 3.0 times and less than or equal to 4.0 times the average plate thickness, even if t/H is more than 0.030, the strength difference in the circumferential cross section is minimized. small, resulting in excellent ductility and toughness.
ここで、平均板厚tは、以下の式(2)から得られる。
t=(t1+t2+t3)/3・・・式(2)
式(2)において、t1、t2:溶接部(電縫溶接部)13を含む平板部11に対して角部12を挟んで隣接する2つの平板部11夫々の管周方向中央における板厚(mm)、t3:溶接部(電縫溶接部)13を含む平板部11に対向する平板部11の管周方向中央における板厚(mm)である。
Here, the average plate thickness t is obtained from the following formula (2).
t=(t1+t2+t3)/3 Expression (2)
In formula (2), t1 and t2: plate thickness at the center of the tube circumferential direction of two
また、平均辺長Hは、以下の式(3)から得られる。
H=(H1+H2)/2・・・式(3)
式(3)において、H1:図1中の縦の辺長(mm)、H2:図1中の横の辺長(mm)であり、すなわち、Hは、管軸方向垂直断面において、角部12を挟んで隣接する2つの平板部11夫々における両側の角部12を含めた辺長H1、H2を足して2で割ったものである。
Also, the average side length H is obtained from the following equation (3).
H=(H1+H2)/2 Expression (3)
In formula (3), H1 is the length of the vertical side (mm) in FIG. 1, and H2 is the length of the horizontal side (mm) in FIG. The side lengths H1 and H2 including the
図1では、H1>H2となっているが、すなわち、溶接部13が形成された平板部11を含む管軸方向垂直断面における辺長H2が、この平板部11に隣接する平板部11の辺長H1よりも短くなっているが、本発明では、かかる例に限定されず、H1=H2でもよく、H1<H2でもよい。 In FIG. 1, H1>H2. Although it is shorter than the length H1, the present invention is not limited to such an example, and may be H1=H2 or H1<H2.
本発明の角形鋼管10は、鋼管内でビッカース硬さの最大値と最小値の差が80HV以下であることが好ましい。具体的には、平板部11、角部12および溶接部(電縫溶接部)13の夫々において測定される、管内面から厚み方向に1mm位置、管外面から厚み方向に1mm位置および板厚中央位置におけるビッカース硬さの最大値と最小値の差が80HV以下であることが好ましい。
上記のビッカース硬さ試験は、JIS Z 2244の規定に準拠し、試験力を98N(10kgf)として実施することができる。
The
The above Vickers hardness test can be carried out in accordance with JIS Z 2244 with a test force of 98 N (10 kgf).
また、本発明の角形鋼管10は、平均板厚tが20mm以上40mm以下であり、平板部11の降伏強度が295MPa以上であり、平板部11の引張強度が400MPa以上であり、角部12の降伏比が90%以下であり、角部12の0℃におけるシャルピー吸収エネルギーが70J以上であることが好ましい。
上記の降伏強度、引張強度、降伏比、均一伸び(平板部:E1、角部:E2)は、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を実施することで得られる。シャルピー吸収エネルギーは、JIS Z 2242の規定に準拠して、Vノッチ標準試験片を用い、試験温度:0℃でシャルピー衝撃試験を実施することで得られる。
Further, in the
The above yield strength, tensile strength, yield ratio, and uniform elongation (flat portion: E1, corner portion: E2) are obtained by performing a tensile test in accordance with JIS Z 2241. Charpy absorbed energy is obtained by performing a Charpy impact test at a test temperature of 0° C. using a V-notch standard test piece in accordance with JIS Z 2242.
本発明の角形鋼管10の成分組成は、機械的特性及び溶接性を確保するために、式(4)で定義されるCeqが0.15%以上0.50%以下であることが好ましい。また、式(5)で定義されるPcmが0.30%以下であることが好ましい。ただし、式(4)および式(5)中の各種元素の成分組成はいずれも質量%である。なお、以下、特に断りがない限り、成分組成を示す「%」は「質量%」である。
In order to ensure mechanical properties and weldability, the component composition of the
Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14・・・式(4)
ここで、式(4)中、C、Mn、Si、Ni、Cr、Mo、Vは、各元素の含有量(質量%)である。(但し、含有しない元素は0(零)%とする。)
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B・・・式(5)
ここで、式(5)中、C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、Bは、各元素の含有量(質量%)である。(但し、含有しない元素は0(零)%とする。)
式(4)中のCeqは炭素当量であり、溶接部(電縫溶接部)13および熱影響部の硬さの指標となる。Ceqが0.15%未満であると建築構造物の柱材として必要な強度が得られない場合がある。また、Ceqが0.50%を超えると溶接部13および熱影響部が過度に硬化し、周断面強度のばらつきが大きくなる場合がある。よって、本発明では、Ceqが0.15%以上0.50%以下であることが好ましい。また、より好ましくは、Ceqは0.20%以上であり、さらに好ましくは、0.25%以上である。また、より好ましくは、Ceqは0.45%以下であり、さらに好ましくは、0.40%以下である。
Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 Equation (4)
Here, in formula (4), C, Mn, Si, Ni, Cr, Mo, and V are contents (% by mass) of each element. (However, elements not contained shall be 0 (zero)%.)
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B Expression (5)
Here, in formula (5), C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, and B are contents (% by mass) of each element. (However, elements not contained shall be 0 (zero)%.)
Ceq in the formula (4) is a carbon equivalent and serves as an index of the hardness of the welded portion (electric resistance welded portion) 13 and the heat affected zone. If the Ceq is less than 0.15%, it may not be possible to obtain the strength required as a pillar material for building structures. Moreover, if the Ceq exceeds 0.50%, the welded
式(5)中のPcmは溶接割れ感受性であり、Pcmが0.30%を超えると溶接部13および熱影響部において低温割れが起こりやすくなる。よって、本発明では、Pcmが0.30%以下であることが好ましい。また、より好ましくは、Pcmは0.10%以上であり、さらに好ましくは、0.15%以上である。また、より好ましくは、Pcmは0.28%以下であり、さらに好ましくは、0.25%以下である。
Pcm in the formula (5) is the weld crack sensitivity, and when Pcm exceeds 0.30%, cold cracking is likely to occur in the
また、特に限定されないが、本発明の角形鋼管10は、機械的特性及び溶接性を確保するためにも、質量%で、C:0.04~0.45%、Si:0.02~0.50%、Mn:0.40~2.5%、P:0.10%以下、S:0.050%以下、Al:0.005~0.10%、N:0.010%以下、Ti:0.005~0.15%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成を有していてもよい。また、本発明の角形鋼管10は、更に、質量%で、Nb:0.005~0.15%、V:0.005~0.15%、Cr:0.02~1.0%、Mo:0.02~1.0%、Cu:0.02~1.0%、Ni:0.02~1.0%から選ばれる1種又は2種以上を含有してもよい。
In addition, although not particularly limited, the
<角形鋼管の製造方法>
次に、本発明の角形鋼管10の製造方法を述べる。
<Method for manufacturing square steel pipe>
Next, a method for manufacturing the
本発明の角形鋼管10の製造方法は、鋼板をロール成形し、次いでロール成形した鋼板を電縫溶接して電縫鋼管とした後、電縫鋼管をサイジングスタンドによって成形し、次いで角成形スタンドによって角成形して角形鋼管を製造する方法であり、以下の式(1)を満たすように、角成形スタンドのギャップに基づいて角成形直前のサイジングスタンドのギャップを制御する。
0.30×t/H+0.99≦CIN/COUT<0.50×t/H+0.99・・・式(1)
なお、式(1)において、
CIN:第一段目の角成形スタンド入側における電縫鋼管の周長(mm)、
COUT:最終段の角成形スタンド出側における角形鋼管の周長(mm)、
t:角成形後の平均板厚(mm)、
H:角成形後の平均辺長(mm)、である。
The method for manufacturing the
0.30×t/H+0.99≦C IN /C OUT <0.50×t/H+0.99 Expression (1)
In addition, in formula (1),
C IN : Circumferential length (mm) of the electric resistance welded steel pipe at the entry side of the first-stage corner forming stand,
C OUT : Circumference length (mm) of the square steel pipe at the output side of the square forming stand in the final stage,
t: average plate thickness after corner forming (mm),
H: Average side length (mm) after corner forming.
なお、平均板厚tは、以下の式(2)から得られる。
t=(t1+t2+t3)/3・・・式(2)
式(2)において、t1、t2:溶接部(電縫溶接部)13を含む平板部11に対して角部12を挟んで隣接する2つの平板部11夫々の管周方向中央における板厚(mm)、t3:溶接部(電縫溶接部)13を含む平板部11に対向する平板部11の管周方向中央における板厚(mm)である。
Note that the average plate thickness t is obtained from the following formula (2).
t=(t1+t2+t3)/3 Expression (2)
In formula (2), t1 and t2: plate thickness at the center of the tube circumferential direction of two
また、平均辺長Hは、以下の式(3)から得られる。
H=(H1+H2)/2・・・式(3)
式(3)において、H1:図1中の縦の辺長(mm)、H2:図1中の横の辺長(mm)であり、すなわち、Hは、管軸方向垂直断面において、角部12を挟んで隣接する2つの平板部11夫々における両側の角部12を含めた辺長H1、H2を足して2で割ったものである。
Also, the average side length H is obtained from the following equation (3).
H=(H1+H2)/2 Expression (3)
In formula (3), H1 is the length of the vertical side (mm) in FIG. 1, and H2 is the length of the horizontal side (mm) in FIG. The side lengths H1 and H2 including the
但し、1段の角成形スタンドにより上記角成形を行う場合には、第一段目の角成形スタンドと最終段の角成形スタンドとは、同一の角成形スタンドとする。 However, when the above-mentioned corner forming is performed using a one-stage corner forming stand, the first-stage corner forming stand and the final-stage corner forming stand are the same stand.
ここで、図2を参照しながら、本発明の角形鋼管10を得るために用いる電縫鋼管の製造方法について説明する。図2は、電縫鋼管の製造設備の一例を示す模式図である。
Here, a method for manufacturing an electric resistance welded steel pipe used to obtain the
図2に示すように、コイルに巻き取られた前述した成分組成を有する鋼板1(以下、鋼帯1とも記す。)を払い出してレベラー2によって矯正し、複数のロールからなるケージロール群3で中間成形してオープン管とした後、複数のロールからなるフィンパスロール群4で仕上げ成形する。上記オープン管は、冷間ロール成形により得られる円筒状とすることができる。
As shown in FIG. 2, a steel sheet 1 (hereinafter also referred to as steel strip 1) wound into a coil and having the above-described chemical composition is paid out, straightened by a
仕上げ成形の後は、スクイズロール5で圧接しながら鋼帯1の周方向に向かい合った一対の突合せ部同士を溶接機6で電気抵抗溶接して、電縫鋼管7とする。なお本発明では、電縫鋼管7の製造設備は図2のような造管工程に限定されない。また、上記の電縫溶接においては、突合せ部が加熱され溶融し、圧接され凝固することで接合が完了する。これにより、管軸方向に溶接部(電縫溶接部)13(図1再参照)が一条延設される。
After finish forming, the
スクイズロール5によるアプセット量は、電縫鋼管7の板厚の20%以上100%以下とすることが好ましい。アプセット量が板厚の20%未満である場合、溶鋼の排出が不十分となり溶接部の靱性が悪化する。また、アプセット量が板厚の100%超である場合、スクイズロール負荷が大きくなる上に、溶接部(電縫溶接部)13の加工硬化量が大きくなり硬度が過度に高くなる。
The amount of upset by the squeeze rolls 5 is preferably 20% or more and 100% or less of the plate thickness of the electric resistance welded
電縫溶接後のサイジング工程においては、図4を参照しながら後述もするが、好ましい真円度および管軸方向の残留応力を満足するために、鋼管周長が合計で0.30%以上の割合で減少するように鋼管を縮径してもよい。
ただし、鋼管周長が合計で2.0%超の割合で減少するように縮径した場合、ロール通過時の管軸方向の曲げ量が大きくなり、縮径後の管軸方向の残留応力がかえって上昇してしまう。このため、鋼管周長が0.30%以上2.0%以下の割合で減少するように縮径することが好ましい。
In the sizing process after electric resistance welding, as will be described later with reference to FIG. The steel pipe may be contracted so as to decrease in proportion.
However, if the diameter of the steel pipe is reduced so that the total circumferential length of the steel pipe is reduced by more than 2.0%, the amount of bending in the axial direction of the pipe when passing through the rolls will increase, and the residual stress in the axial direction of the pipe after diameter reduction will increase. On the contrary, it rises. For this reason, it is preferable to reduce the diameter of the steel pipe so that the circumferential length of the steel pipe is reduced at a rate of 0.30% or more and 2.0% or less.
なお、サイジング工程においては、ロール通過時の管軸方向の曲げ量を極力小さくし、管軸方向の残留応力の発生を抑制するため、複数スタンドによる多段階の縮径を行うことが好ましく、各スタンドにおける縮径は、鋼管周長が1.0%以下の割合で減少するように行うことが好ましい。 In the sizing process, in order to minimize the amount of bending in the tube axis direction when passing through the rolls and to suppress the generation of residual stress in the tube axis direction, it is preferable to perform multistage diameter reduction using multiple stands. The diameter reduction in the stand is preferably performed so that the steel pipe circumference is reduced at a rate of 1.0% or less.
角形鋼管10が電縫鋼管7から得られたかどうかは、角形鋼管10を管軸方向に垂直に切断し、溶接部(電縫溶接部)13を含む切断面を研磨後腐食し、光学顕微鏡で観察することにより判断できる。溶接部(電縫溶接部)13の溶融凝固部の管周方向の幅が管全厚にわたり1.0μm以上1000μm以下であれば、電縫鋼管7である。
Whether or not the
ここで、腐食液は鋼成分、鋼管の種類に応じて適切なものを選択すればよい。図3は、溶接部13における溶融凝固部を模式的に示す図である。腐食後の上記断面を図3に示すように、溶融凝固部は、図3において母材部14および熱影響部15と異なる組織形態やコントラストを有する領域16として視認できる。例えば、炭素鋼および低合金鋼の電縫鋼管の溶融凝固部16は、ナイタールで腐食した上記断面において、光学顕微鏡で白く観察される領域として特定できる。また、炭素鋼および低合金鋼のUOE鋼管の溶融凝固部16は、ナイタールで腐食した上記断面において、光学顕微鏡でセル状またはデンドライト状の凝固組織を含有する領域として特定できる。
Here, an appropriate corrosive liquid may be selected according to the steel composition and the type of steel pipe. FIG. 3 is a diagram schematically showing a melt-solidified portion in the welded
次に、得られた電縫鋼管7を用いて角形鋼管10を製造する方法を、図4を参照しながら説明する。図4は、本発明の角形鋼管10の成形過程を示す模式図である。
Next, a method for manufacturing a
図4に示すように、電縫鋼管7は上下左右に配置された複数のロールからなるサイジングロール群(サイジングスタンド)8によって円筒形状のまま縮径された後、複数のロールからなる角成形ロール群(角成形スタンド)9によって、順次R1、R2、R3のような形状に成形され、角形鋼管10となる。角成形スタンド9のロールは、カリバー曲率をもった孔型ロールであり、後段スタンドになるに従って、カリバー曲率半径が大きくなり、角形鋼管10の平板部11と角部12を形成する。なお、サイジングロール群8および角成形ロール群9のスタンド数は特に限定されない。また、サイジングロール群8もしくは角成形ロール群9のカリバー曲率は、1条件であることが好ましい。
As shown in FIG. 4, the electric resistance welded
本発明では、角成形直前の電縫鋼管7の周長(第一段目の角成形スタンド入側における電縫鋼管7の周長(mm)、以下、「CIN」と称する。)と角成形直後の角形鋼管10の周長(最終段の角成形スタンド出側における鋼管の周長(mm)、以下「COUT」と称する。)の比(CIN/COUT)、および角成形後の平均板厚tと角成形後の平均辺長Hとの比(t/H)は、式(1)を満足させる。
In the present invention, the circumferential length of the electric resistance welded
0.30×t/H+0.99≦CIN/COUT<0.50×t/H+0.99・・・式(1)
円筒状の素管である電縫鋼管7を角形鋼管10に成形する場合、上述したように、角成形ロール群9に鋼管を通すことで、徐々に円筒形から角形に成形を施す。このような角成形においては、辺の直線部(平板部11(図1も再参照))の曲げ戻し、角部12の曲げおよび周方向の絞り変形が発生する。
0.30×t/H+0.99≦C IN /C OUT <0.50×t/H+0.99 Expression (1)
When the electric resistance welded
特に角部12周辺では、ロールがほぼ接触することなく角成形が完了する。すなわち、角成形において、角部12は自由変形により張り出すことで形成される。このとき角部12の剛性が高く、周方向絞り量が小さいほど角部12の曲げ変形量は小さく、角部外側の曲率半径は大きくなる。一方、角部12の剛性が低く、周方向絞りが大きいほど角部12の曲げ変形は大きく、角部外側の曲率半径は小さくなる。
Especially around the
角部12の曲げ変形に対する剛性は、平均板厚tと平均辺長Hとの比(t/H)が大きいほど高くなる。
The rigidity against bending deformation of the
角成形における周方向絞り量は、周長比(CIN/COUT)により求められ、これが大きいほど周方向絞り量は大きくなる。 The amount of circumferential reduction in corner forming is determined by the circumferential length ratio (C IN /C OUT ), and the larger this is, the larger the amount of circumferential reduction is.
よって、角部外側の曲率半径が等しい角形鋼管を得るためには、平均板厚tと平均辺長Hとの比(t/H)が大きいほど、大きな周方向絞り量を要するため、周長比(CIN/COUT)を大きくする必要がある。 Therefore, in order to obtain a square steel pipe having the same radius of curvature on the outside of the corners, the larger the ratio (t/H) between the average plate thickness t and the average side length H, the larger the amount of drawing in the circumferential direction. It is necessary to increase the ratio (C IN /C OUT ).
(CIN/COUT)が式(1)の左辺の値より小さい場合、加工が不十分となり平坦な平板部が得られない。また、周方向絞り量が小さいために角部外側の曲率半径が平均板厚tの4.0倍超となり、周断面積が小さくなり、十分な部材強度が得られない。 If (C IN /C OUT ) is smaller than the value on the left side of the formula (1), the processing will be insufficient and a flat plate portion will not be obtained. In addition, since the amount of squeezing in the circumferential direction is small, the radius of curvature of the outside of the corner portion is more than 4.0 times the average plate thickness t, and the circumferential cross-sectional area becomes small, making it impossible to obtain sufficient member strength.
(CIN/COUT)が式(1)の右辺の値以上の場合、周方向絞り量が大きいため、角部外側の曲率半径が平均板厚tの3.0倍以下となり、角部は大きく加工硬化し、平板部と比較して強度が高く延性および靱性が低くなる。 When (C IN /C OUT ) is equal to or greater than the value on the right side of Equation (1), the amount of circumferential reduction is large, so the radius of curvature of the outside of the corner is 3.0 times or less than the average plate thickness t, and the corner is It is greatly work-hardened and has higher strength and lower ductility and toughness than the flat plate portion.
好ましくは、(CIN/COUT)は、0.33×t/H+0.99以上であり、より好ましくは、0.35×t/H+0.99以上である。また、好ましくは、(CIN/COUT)は、0.47×t/H+0.99以下であり、より好ましくは、0.45×t/H+0.99以下である。 Preferably, (C IN /C OUT ) is 0.33×t/H+0.99 or more, more preferably 0.35×t/H+0.99 or more. Also, (C IN /C OUT ) is preferably 0.47×t/H+0.99 or less, more preferably 0.45×t/H+0.99 or less.
CINは、第一段目の角成形スタンド入側における電縫鋼管7の周長(管周方向の外周の長さ)(mm)である。CINは、造管方向をX軸の正方向とし、角成形直前のサイジングスタンドのいずれか1つの回転軸のX座標をXa(m)とし、第一段目の角成形スタンドのいずれか1つの回転軸のX座標をXb(m)としたとき、X軸に垂直な平面X=(Xa+Xb)/2(m)における管の周断面の外周長を巻尺で測定することで得られる(図4参照)。
また、COUTは、最終段の角成形スタンド出側における角形鋼管10の周長(管周方向の外周の長さ)(mm)である。COUTは、ロール群の最終段の角成形スタンドのいずれか1つの回転軸のX座標をXc(m)とし、X軸に垂直な平面X=Xc+1(m)における管の周断面の外周を巻尺で測定することで得られる(図4参照)。
C IN is the circumferential length (perimeter in the pipe circumferential direction) (mm) of the electric resistance welded
In addition, C OUT is the circumferential length (perimeter length in the pipe circumferential direction) (mm) of the
CINおよびCOUTの制御は、カリバーロールの凹部間ギャップの制御により行う。角成形直前のサイジングスタンドの凹部間最大ギャップ(以下、「サイジングスタンドのギャップ」とも呼ぶ)と角成形スタンドの凹部間最大ギャップ(以下、「角成形スタンドのギャップ」とも呼ぶ)の差△gを(t/H)で除した値G(=△g/(t/H))が、70以上180以下となるように角成形直前のサイジングスタンドのギャップを調整することが好ましい。 C IN and C OUT are controlled by controlling the gap between recesses of the caliber roll. The difference Δg between the maximum gap between recesses of the sizing stand immediately before corner forming (hereinafter also referred to as "sizing stand gap") and the maximum gap between recesses of the corner forming stand (hereinafter also referred to as "gap of corner forming stand") is It is preferable to adjust the gap of the sizing stand immediately before corner forming so that the value G (=Δg/(t/H)) divided by (t/H) is 70 or more and 180 or less.
Gが70未満であると式(1)における(CIN/COUT)が左辺の値より小さくなり、また180超であると式(1)における(CIN/COUT)が右辺の値以上となる。
なお、サイジングスタンドが複数段存在する場合には、上記の角成形直前のサイジングスタンドのギャップとその他のサイジングスタンドのギャップとは同じとしてもよい。
また、角成形スタンドが複数段存在する場合には、上記の角成形スタンドのギャップは、第一段目の角成形スタンドのギャップとすることが好ましい。また、第一段目とその他の角成形スタンドのギャップは全て同じとしてもよい。
When G is less than 70, (C IN /C OUT ) in formula (1) is smaller than the value on the left side, and when it exceeds 180, (C IN /C OUT ) in formula (1) is greater than or equal to the value on the right side. becomes.
If there are multiple sizing stands, the gap of the sizing stand immediately before corner forming may be the same as the gap of the other sizing stands.
Further, when there are a plurality of tiers of angled stands, the gap between the angled stands is preferably the gap of the first tiered angled stand. Also, the gaps between the first stage and the other corner forming stands may all be the same.
<建築構造物>
本発明の建築構造物は、前述した本発明の角形鋼管10を柱材として使用される。
図5は、本発明の建築構造物100の一例を示す模式図である。
本発明の建築構造物100は、ダイアフラム17と角形鋼管10とが溶接され、角形鋼管10は柱材として用いられる。その他に、図5に示すように、建築構造物100は、大梁18、小梁19、間柱20により形成され、その他に公知の部材によって形成されてもよい。
角形鋼管10は、前述したように、周断面内の硬さのばらつきが小さく、且つ平坦な平板部11を有する。そのため、この角形鋼管10を柱材として使用した本発明の建築構造物100は、優れた耐震性能を発揮する。
<Building structure>
The building structure of the present invention uses the
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the
In the
As described above, the
以下、実施例に基づいてさらに本発明を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。 The present invention will be further described in detail below based on examples. In addition, the present invention is not limited to the following examples.
表1に示す成分組成を有する熱延鋼板を、ケージロール群およびフィンパスロール群により楕円形断面のオープン管に連続成形し、次いでオープン管の相対する端面を高周波誘導加熱または高周波抵抗加熱で融点以上に加熱し、スクイズロールで圧接し、電縫鋼管の素管とした。得られた電縫鋼管に対して、2スタンド(2段)のサイジングロール群で円筒状に成形した後、4スタンド(4段)の角成形ロール群で角成形を行い、表2に示すような管軸方向垂直断面視で略長方形となる角形鋼管をそれぞれ得た。 A hot-rolled steel sheet having the chemical composition shown in Table 1 was continuously formed into an open tube with an elliptical cross section by a group of cage rolls and a group of fin pass rolls, and then the opposite end faces of the open tube were heated to the melting point by high-frequency induction heating or high-frequency resistance heating. It was heated to the above temperature and press-welded with a squeeze roll to obtain a base pipe for an electric resistance welded steel pipe. The obtained electric resistance welded steel pipe was formed into a cylindrical shape by a group of 2-stand (2-stage) sizing rolls, and then corner-formed by a group of 4-stand (4-stage) corner forming rolls. A square steel pipe having a substantially rectangular shape in a vertical cross-sectional view in the direction of the pipe axis was obtained.
なお、平均板厚tは、以下の式(2)から得た。
t=(t1+t2+t3)/3・・・式(2)
式(2)において、t1、t2:溶接部(電縫溶接部)を含む平板部に対して角部を挟んで隣接する2つの平板部夫々の管周方向中央における板厚(mm)、t3:電縫溶接部を含む平板部に対向する平板部の管周方向中央における板厚(mm)である。
The average plate thickness t was obtained from the following formula (2).
t=(t1+t2+t3)/3 Expression (2)
In formula (2), t1 and t2: plate thickness (mm) at the center of the pipe circumferential direction of each of two flat plate portions adjacent to each other across a corner with respect to the flat plate portion including the welded portion (electric resistance welded portion), t3 : Plate thickness (mm) at the center in the pipe circumferential direction of the flat plate portion facing the flat plate portion including the electric resistance welded portion.
また、平均辺長Hは、以下の式(3)から得た。
H=(H1+H2)/2・・・式(3)
式(3)において、H2:管軸方向垂直断面において、電縫溶接部が形成された平板部と両側の角部を含む辺の辺長、H1:辺長がH2である平板部に対して角部を挟んで隣接する平板部と両側の角部を含む辺の辺長(mm)である。
Also, the average side length H was obtained from the following formula (3).
H=(H1+H2)/2 Expression (3)
In the formula (3), H2: side length of the side including the flat plate portion where the electric resistance welded portion is formed and the corners on both sides in the pipe axial direction vertical cross section, H1: for the flat plate portion with the side length H2 It is the side length (mm) of the side including the corners on both sides of the flat plate portion that is adjacent across the corners.
また、各角形鋼管において、角形鋼管を管軸方向に垂直に切断し、電縫溶接部を含む切断面を研磨後ナイタール腐食し、光学顕微鏡で観察することにより、電縫溶接部の溶融凝固部の管周方向の幅が管全厚にわたり1.0μm以上1000μm以下であることも確認した。溶融凝固部は、ナイタールで腐食した上記断面において、光学顕微鏡で白く観察される領域として特定した。 In each square steel pipe, the square steel pipe was cut perpendicular to the pipe axis direction, and the cut surface including the electric resistance welded part was polished and then nital corroded. It was also confirmed that the width of the pipe in the pipe circumferential direction is 1.0 μm or more and 1000 μm or less over the entire pipe thickness. The melt-solidified portion was identified as a white region observed with an optical microscope in the cross section corroded with nital.
第一段目の角成形スタンド入側における電縫鋼管の周長CIN(mm)については、造管方向をX軸の正方向とし、角成形直前のサイジングスタンドのいずれか1つの回転軸のX座標をXa(m)とし、第一段目の角成形スタンドのいずれか1つの回転軸のX座標をXb(m)としたとき、X軸に垂直な平面X=(Xa+Xb)/2(m)における管の周断面の外周長を巻尺で測定し、電縫鋼管の周長CIN(mm)とした(図4を再参照)。 Regarding the circumferential length C IN (mm) of the electric resistance welded steel pipe at the entrance side of the first stage corner forming stand, the direction of pipe making is the positive direction of the X axis, and the rotation axis of any one of the sizing stands immediately before corner forming. When the X coordinate is Xa (m) and the X coordinate of any one of the rotation axes of the first stage corner forming stand is Xb (m), a plane perpendicular to the X axis X = (Xa + Xb) / 2 ( m) was measured with a tape measure to determine the circumference C IN (mm) of the electric resistance welded steel pipe (see FIG. 4 again).
最終段の角成形スタンド出側における角形鋼管の周長COUT(mm)については、角成形ロール群の第四段目の角成形スタンドのいずれか1つの回転軸のX座標をXc(m)としたとき、X軸に垂直な平面X=Xc+1(m)における管の周断面の外周を巻尺で測定し、角形鋼管の周長COUT(mm)とした(図4を再参照)。 For the circumference C OUT (mm) of the square steel pipe on the delivery side of the final stage square forming stand, the X coordinate of the rotation axis of any one of the fourth stage square forming stands in the group of square forming rolls is Xc (m). , the outer circumference of the circumferential cross section of the pipe on the plane X=Xc+1 (m) perpendicular to the X axis was measured with a tape measure to obtain the circumferential length C OUT (mm) of the square steel pipe (see FIG. 4 again).
また、上記CIN、COUTに対して、角成形直前のサイジングスタンドのカリバーロールと第一段目の角成形スタンドのカリバーロールの凹部間最大ギャップをそれぞれ測定し、それらの差△gを用いてG(=△g/(t/H))を算出した。 In addition, for the above C IN and C OUT , the maximum gap between the recesses of the caliber roll of the sizing stand immediately before corner forming and the caliber roll of the first stage corner forming stand was measured, and the difference Δg was used. to calculate G (=Δg/(t/H)).
さらに、得られた角形鋼管の管軸方向の任意の位置10箇所において、角部4か所外面(角部外側)の曲率半径をそれぞれ測定し、それら計40箇所の最大値Rmaxおよび最小値Rminをそれぞれ求めた。
角部外側の曲率半径測定にはラジアルゲージを使用した。曲率半径の測定方法については、角部に隣接する両側の平板部外面をそれぞれ含む2本の直線L1およびL2の交点Pを通り、L1またはL2と45°をなす直線Lと角部外側の交点における曲率半径を角部外側の曲率半径として測定した(図1再参照)。具体的に、曲率半径の測定は、平板部と角部の接続点(A、A’)および角部外面からなり、中心が上記L上に存在する中心角90°の扇形において、上記Lと角部外面の交点を中心とした中心角65°の範囲で行い、上記の中心角65°の範囲において角部外面とよく一致するラジアルゲージから曲率半径を計測した。
Furthermore, the radius of curvature of the outer surface (outside of the corners) of four corners was measured at 10 arbitrary positions in the axial direction of the obtained square steel pipe, and the maximum value Rmax and the minimum value Rmin of these 40 places in total were measured. were asked for respectively.
A radial gauge was used to measure the radius of curvature of the outside corners. Regarding the method of measuring the radius of curvature, the intersection point P of two straight lines L1 and L2, which respectively include the outer surfaces of the flat plate portions on both sides adjacent to the corner portion, and the intersection point of the straight line L forming 45° with L1 or L2 and the intersection point of the outside of the corner portion The radius of curvature at was measured as the radius of curvature outside the corner (see FIG. 1 again). Specifically, the curvature radius is measured in a fan shape with a central angle of 90 °, which consists of the connection point (A, A') of the flat plate portion and the corner portion and the outer surface of the corner portion, and the center is on the above L. The radius of curvature was measured with a radial gauge that closely matches the outer surface of the corner in the range of a central angle of 65° centering on the intersection of the outer surfaces of the corners.
得られた角形鋼管を管軸方向に垂直に切断した断面において、平板部、角部及び溶接部(電縫溶接部)の、内外面から厚み方向に夫々1mm位置および板厚中央位置のビッカース硬さを測定し、それらの最大値HVmaxおよび最小値HVminをそれぞれ求めた。
上記のビッカース硬さ試験は、JIS Z 2244の規定に準拠し、試験力を98N(10kgf)として実施した。平板部の硬さ測定は、電縫溶接部を含む平板部の隣の平板部において行い、角部の硬さ測定は、電縫溶接部を含む平板部に隣接する角部において行った。
In the cross section of the obtained square steel pipe cut perpendicular to the pipe axis direction, the Vickers hardness was measured at the flat plate portion, the corner portion, and the welded portion (electric resistance welded portion) at positions of 1 mm in the thickness direction from the inner and outer surfaces and at the center position of the plate thickness. were measured, and their maximum value HVmax and minimum value HVmin were obtained.
The Vickers hardness test was carried out according to JIS Z 2244 with a test force of 98 N (10 kgf). The flat plate portion hardness measurement was performed at the flat plate portion adjacent to the flat plate portion including the electric resistance welded portion, and the corner hardness measurement was performed at the corner portion adjacent to the flat plate portion including the electric resistance welded portion.
図6は、平板部および角部の引張試験片の採取位置をそれぞれ示す概略図である。図7は、角部の引張試験片の詳細な採取位置を示す概略図である。図11は、平板部外面からt/4の位置および角部外面からt/4の位置における引張試験片の採取位置をそれぞれ示す概略図である。図12は、角部外面からt/4の位置における引張試験片の詳細な採取位置を示す概略図である。 FIG. 6 is a schematic diagram showing the sampling positions of the tensile test pieces of the flat plate portion and the corner portion, respectively. FIG. 7 is a schematic diagram showing detailed sampling positions of corner tensile test pieces. FIG. 11 is a schematic diagram showing the sampling positions of the tensile test pieces at the position t/4 from the outer surface of the flat portion and at the position t/4 from the outer surface of the corner portion. FIG. 12 is a schematic diagram showing the detailed sampling position of the tensile test piece at the position t/4 from the corner outer surface.
図6に示すように、引張方向が管軸方向と平行になるように、角形鋼管の平板部および角部からJIS5号引張試験片およびJIS12B号引張試験片をそれぞれ採取した。角部の引張試験片については、より詳細には、図7に示すように、該角部に隣接する両側の平板部外面をそれぞれ延長した交点を通り、かつ上記平板部外面夫々と45°をなす線上から採取した。 As shown in FIG. 6, JIS No. 5 tensile test pieces and JIS No. 12B tensile test pieces were taken from flat portions and corner portions of square steel pipes so that the tensile direction was parallel to the pipe axial direction. For the tensile test piece of the corner, more specifically, as shown in FIG. It was collected from the eggplant line.
また、図11に示すように、引張方向が管軸方向と平行になるように、角形鋼管の平板部および角部から破線で示すJIS5号引張試験片およびJIS12B号引張試験片をそれぞれ採取し、それらの厚さが5mm且つ厚さ中心が管外面から板厚tのt/4位置になるようにそれぞれ研削し、引張試験片を採取した。角部の引張試験片については、より詳細には、図12に示すように、該角部に隣接する両側の平板部外面をそれぞれ延長した交点を通り、かつ上記平板部外面夫々と45°をなす線上から採取した。
これらを用いてJIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を実施し、降伏強度YS、引張強度TS、均一伸び(平板部:E1、角部:E2)を測定し、(降伏強度)/(引張強度)で定義される降伏比を算出した。均一伸びは、最大荷重時の全伸びの値とした。なお、平板部の引張試験片は、角形鋼管の電縫溶接部を含む平板部の隣の平板部における幅中央部の位置から採取した。角部の引張試験片は、電縫溶接部を含む平板部に隣接する角部から採取した。
試験片本数は各2本とし、それらの平均値を算出して降伏強度YS、引張強度TS、降伏比、均一伸びを求めた。
Further, as shown in FIG. 11, a JIS No. 5 tensile test piece and a JIS No. 12B tensile test piece indicated by broken lines were collected from the flat plate portion and the corner portion of the square steel pipe so that the tensile direction was parallel to the pipe axis direction, They were each ground so that their thickness was 5 mm and the thickness center was located at the position t/4 of the plate thickness t from the outer surface of the pipe, and tensile test specimens were taken. For the corner tensile test piece, more specifically, as shown in FIG. It was collected from the eggplant line.
Using these, a tensile test was performed in accordance with the provisions of JIS Z 2241, and the yield strength YS, tensile strength TS, and uniform elongation (flat plate portion: E1, corner portion: E2) were measured, and (yield strength) / ( A yield ratio defined by tensile strength) was calculated. Uniform elongation was taken as the value of total elongation at maximum load. The tensile test piece of the flat plate portion was taken from the position of the width center portion of the flat plate portion adjacent to the flat plate portion including the electric resistance welded portion of the square steel pipe. A corner tensile test piece was taken from a corner adjacent to the flat plate portion including the electric resistance welded portion.
The number of test pieces was two, and the average value of them was calculated to obtain the yield strength YS, tensile strength TS, yield ratio, and uniform elongation.
図8は、角部のシャルピー試験片の採取位置を示す概略図である。図9は、角部のシャルピー試験片の詳細な採取位置を示す概略図である。 FIG. 8 is a schematic diagram showing the sampling positions of the corner Charpy test piece. FIG. 9 is a schematic diagram showing the detailed sampling positions of the corner Charpy test pieces.
シャルピー衝撃試験には、図8および図9に示すように、角形鋼管の管外面から板厚tのt/4位置において、試験片長手方向が管軸方向と平行となるように採取した、JIS Z 2242の規定に準拠したVノッチ標準試験片を用いた。JIS Z 2242の規定に準拠して、試験温度:0℃でシャルピー衝撃試験を実施し、吸収エネルギー(J)を求めた。なお、試験片本数は各3本とし、それらの平均値を算出して吸収エネルギー(J)を求めた。 For the Charpy impact test, as shown in FIGS. 8 and 9, a JIS sample was taken at a position t/4 of the plate thickness t from the outer surface of the square steel pipe so that the longitudinal direction of the test piece was parallel to the pipe axis direction. A V-notch standard specimen conforming to the Z 2242 specification was used. A Charpy impact test was performed at a test temperature of 0° C. in accordance with JIS Z 2242 to determine absorbed energy (J). Incidentally, the number of test pieces was three, and the average value was calculated to obtain the absorbed energy (J).
図10は平坦度の測定方法を説明するための模式図である。
平坦度の測定は、角形鋼管の管軸方向の任意の位置10箇所において、平板部4箇所をそれぞれ測定対象として、計40箇所において行った。図10に示すように、各平板部外面の周方向両端の2点を通る直線に対する最大膨らみ量及び最大凹み量をそれぞれ測定し、各測定箇所における最大膨らみ量及び最大凹み量の絶対値の最大値を平坦度とした。ただし、膨らみ量は正の値、凹み量は負の値とし、膨らみまたは凹みが存在しなかった場合は、膨らみ量または凹み量の値を0とした。
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a flatness measuring method.
The measurement of the flatness was performed at 40 points in total, with 4 points on the flat plate portion being measured at 10 arbitrary points in the axial direction of the square steel pipe. As shown in FIG. 10, the maximum amount of bulge and the maximum amount of dent are measured with respect to a straight line passing through two points on the outer surface of each flat plate portion in the circumferential direction. The value was defined as flatness. However, the amount of bulging was assumed to be a positive value, the amount of denting was assumed to be a negative value, and the value of the amount of bulging or denting was set to 0 when there was no bulging or denting.
得られた結果を表3に示す。 Table 3 shows the results obtained.
表2および表3中、No.1、3、4、6、7、9、11、13、14、16、17は本発明例、No.2、5、8、10、12、15、18は比較例である。 In Tables 2 and 3, No. 1, 3, 4, 6, 7, 9, 11, 13, 14, 16 and 17 are examples of the present invention; 2, 5, 8, 10, 12, 15 and 18 are comparative examples.
本発明例の角形鋼管は、いずれも周長比(CIN/COUT)が(1)式の範囲内であり、角部外側の曲率半径(Rmin、Rmax)が板厚の3.0倍超4.0倍以下であり、角部外面からt/4の位置における均一伸びが、平板部外面からt/4の位置における均一伸びの0.80倍以上であり、角部および平板部の硬さの差が、内外面から1mm位置および板厚中央位置におけるビッカース硬さの最大値と最小値の差が80HV以下であった。
また、本発明例の角形鋼管は、平坦度が2.5mm以下であった。
In the square steel pipes of the present invention examples, the circumference ratio (C IN /C OUT ) is within the range of formula (1), and the radius of curvature (Rmin, Rmax) of the outside corners is 3.0 times the plate thickness. It is more than 4.0 times or less, and the uniform elongation at the position t / 4 from the outer surface of the corner is 0.80 times or more of the uniform elongation at the position t / 4 from the outer surface of the flat plate. The difference in hardness was 80 HV or less between the maximum and minimum values of Vickers hardness at a position of 1 mm from the inner and outer surfaces and at the center position of the plate thickness.
Further, the flatness of the square steel pipes of the invention examples was 2.5 mm or less.
比較例のNo.2、10、12、15は、いずれも周長比(CIN/COUT)が式(1)の範囲を上回っており、角部外側の曲率半径が板厚の3.0倍以下であり、角部外面からt/4の位置における均一伸びが平板部外面からt/4の位置における均一伸びの0.80倍未満であり、ビッカース硬さの最大値と最小値の差が所望の値に達しなかった。
また、比較例のNo.2、10、12、15は、いずれも周長比(CIN/COUT)が式(1)の範囲を上回っており、角部外側の曲率半径が板厚の3.0倍以下であり、シャルピー吸収エネルギーが所望の値に達しなかった。
Comparative example No. 2, 10, 12, and 15, the circumference ratio (C IN /C OUT ) exceeds the range of formula (1), and the radius of curvature of the corner outside is 3.0 times or less of the plate thickness. , The uniform elongation at the position t / 4 from the corner outer surface is less than 0.80 times the uniform elongation at the position t / 4 from the flat plate outer surface, and the difference between the maximum and minimum values of Vickers hardness is the desired value did not reach
Moreover, No. of the comparative example. 2, 10, 12, and 15, the circumference ratio (C IN /C OUT ) exceeds the range of formula (1), and the radius of curvature of the corner outside is 3.0 times or less of the plate thickness. , the Charpy absorbed energy did not reach the desired value.
比較例のNo.5、8、18は、いずれも周長比(CIN/COUT)が式(1)の範囲を下回っており、周方向絞り量が不十分であったため、角部外側の曲率半径が板厚の4.0倍超であり、平坦な平板部が得られなかった。 Comparative example No. 5, 8, and 18, the circumference ratio (C IN /C OUT ) was below the range of formula (1), and the amount of circumferential drawing was insufficient. It was more than 4.0 times the thickness, and a flat plate portion could not be obtained.
以上から、角成形における周長比(CIN/COUT)を本発明の範囲内とすることで、角部外側の曲率半径を平均板厚の3.0倍超4.0倍以下とし、周断面内の硬さのばらつきが小さく、角部外面の延性および靭性に優れ、且つ平坦な平板部を有する角形鋼管およびその製造方法並びに優れた耐震性能を有する建築構造物を提供することができる。 From the above, by setting the circumference ratio (C IN /C OUT ) in the corner forming within the range of the present invention, the radius of curvature of the outside of the corner is set to more than 3.0 times the average plate thickness and 4.0 times or less, It is possible to provide a square steel pipe having a small variation in hardness in the circumferential cross section, excellent ductility and toughness of the corner outer surface, and a flat plate portion, a method for manufacturing the same, and a building structure having excellent earthquake resistance performance. .
1 鋼帯(鋼板)
2 レベラー
3 ケージロール群
4 フィンパスロール群
5 スクイズロール
6 溶接機
7 電縫鋼管
8 サイジングロール群
9 角成形ロール群
10 角形鋼管
11 平板部
12 角部
13 溶接部(電縫溶接部)
14 母材部
15 溶接熱影響部
16 溶融凝固部
17 ダイアフラム
18 大梁
19 小梁
20 間柱
100 建築構造物
1 Steel strip (steel plate)
2
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
管軸方向に延びた溶接部が更に形成されており、
前記溶接部における溶融凝固部の管周方向の幅が1.0μm以上1000μm以下であり、
前記角部外側の曲率半径が平均板厚tの3.0倍超4.0倍以下であり、
鋼管内でビッカース硬さの最大値と最小値の差が80HV以下であり、
前記角部外面からt/4の位置における均一伸びが、前記平板部外面からt/4の位置における均一伸びの0.80倍以上であり、
周断面において、前記平板部外面の同一辺上において周方向両端の2点を通る直線に対する最大膨らみ量及び最大凹み量で表される平坦度が、2.5mm以下であり、
前記平板部の降伏強度が295MPa以上であり、
前記平板部の引張強度が400MPa以上であり、
前記角部の降伏比が90%以下であり、
前記角部の0℃におけるシャルピー吸収エネルギーが70J以上であり、
前記平均板厚tが平均辺長Hの0.030倍超である角形鋼管。 A plurality of flat plate portions and corner portions are alternately formed in the pipe circumferential direction,
A welded portion extending in the pipe axis direction is further formed,
The width of the molten solidified portion in the welded portion in the pipe circumferential direction is 1.0 μm or more and 1000 μm or less,
The radius of curvature of the corner outside is more than 3.0 times and less than or equal to 4.0 times the average plate thickness t,
The difference between the maximum value and the minimum value of Vickers hardness in the steel pipe is 80 HV or less,
The uniform elongation at the position t/4 from the corner outer surface is 0.80 times or more the uniform elongation at the position t/4 from the flat plate outer surface,
In the peripheral cross section, the flatness represented by the maximum swelling amount and the maximum recessing amount with respect to a straight line passing through two points at both ends in the circumferential direction on the same side of the outer surface of the flat plate portion is 2.5 mm or less,
The flat plate portion has a yield strength of 295 MPa or more,
The flat plate portion has a tensile strength of 400 MPa or more,
The yield ratio of the corner is 90% or less,
Charpy absorbed energy of the corner at 0° C. is 70 J or more,
A square steel pipe , wherein the average plate thickness t is more than 0.030 times the average side length H.
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