JPH03191020A - 低降伏比高張力ｈ形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、降伏比が低く、強度の高いＨ形鋼を熱間圧延
のみで製造する方法に関する。

（従来の技術） 建築物のＨ形鋼としては、従来、ＪＩＳ　Ｇ　３１０１
ＳＳ４１、同Ｇ　３１０６５Ｍ５０等の鋼材が使用され
ている。

ところが、近年、建築物が高層化するに伴い鋼材の重量
低減を目的に従来のものより強度の高いＨ形鋼が求めら
れている。具体的には強度が６０キロ級で、降伏比が８
０％以下の高張力Ｈ形鋼が求められている。そして、こ
のような高張力Ｈ形鋼を生産能率のよい熱間圧延法を利
用して製造することができれば、安価であるとともに多
量供給も可能であるが、具体的な製造方法は今のところ
知られていない、しかし、６０キロ級の高張力Ｈ形鋼は
素材にＪＩＳ　Ｇ　３１０６５Ｍ５８で規定されている
化学成分の綱を用い、６０キロ級の厚鋼板の製造方法で
ある下記の方法をもってすれば製造できると考えられる
。即ち、■焼入れおよび焼戻しする熱処理方法、■圧延
後に制御冷却する方法、■低温圧延による方法、である
。しかし、■の熱処理方法および■の制御冷却方法では
、圧延材の形状が悪化し、且つ目標とする降伏強度の確
保が難しく、６０キロ級の圧延Ｈ形鋼の製造に適用する
には問題がある。

■の方法では６０キロ級の強度を確保するためには仕上
げ圧延を６５０〜７００″Ｃの低い温度範囲で行う必要
があるが、このような温度範囲で仕上げ圧延すると降伏
比が目標とする値より高くなるので、同じく圧延Ｈ形鋼
の製造に通用するには問題がある。

なお、現在、建築センターで推進中の新設計法には低降
伏比材料が要求されており、降伏比の高い材料はこの要
求を満たすことができない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の課題は、前記のような問題がなく、降伏比が低
くて、しかも強度の高いＩ］形鋼を熱間圧延のみで製造
することができる方法を開発することにある。具体的に
は、ＪＩＳ　Ｇ　３１０６５Ｍ５Ｂの機械的性質（４６
Ｋｇｆ／ｍが以上の降伏強度、５８〜７３Ｋｇｆ／ＩＩ
ｍ”の引張強さ、２０％以上の伸び、−５°Ｃにて４．
８にｇｆ−ｍ以上のシャルピー吸収エネルギー）を満足
し、降伏強度と引張強さの比（１００分率）である降伏
比が８０％以下のＨ形鋼を製造することができる圧延方
法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） ＪＩＳ　Ｇ　３１０６５Ｍ５Ｂで規定する鋼を、８００
″Ｃ以上の温度で仕上げ圧延する方法でＨ形鋼を製造し
ても、目標の引張強さは得られるが降伏強度は低い。

その原因は結晶粒が微細でないからである。降伏強度を
高めるにはフェライト粒の微細化が最も効果的である。

微細なフェライト粒はＡＩ、　Ｖ、Ｎｂ、Ｎを含む綱を
素材に用い、粗圧延および仕上げ圧延を適正な条件に調
整すれば得られるとともに降伏強度も規定の下限より過
度に高くなく、降伏比は低くなる。

本発明はこのような知見を基に完成したものであって、
その要旨は下記の（ｉ）および（１１）にある。

（ｉ）重量％で、Ｃ：０．１０〜０．２０％、Ｓｉ：０
．０５〜０．９０％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ
　：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｎｂ：
０．００５〜０．０５０％、Ｖ：０．（１１０〜０．０
５０％、Ｓｏｌ、ＡＩ：０．００１〜０．０１５％、Ｎ
　：０．００２５〜０．０１００％を含有し、残部Ｆｅ
および不可避不純物からなり、且つ下記０式で示す炭素
光１ｉ（Ｃｅｑ）が０．４０〜０．４４％である成分組
成の鋼を、１０００〜１３００°Ｃの温度域で加熱した
後、再結晶温度域で圧下率３０％以上の粗圧延を行い、
次いで、下記■式で示すＡｒ３変態点以上の温度域で仕
上げ圧延を行うことを特徴とする低降伏比の高張力Ｈ形
鋼製造方法。

Ｃｅｑ（Ｘ）　＝　Ｃ（χ）＋Ｍｎ（χ）／６＋Ｓｉ（
χ）／２４＋Ｎｉ（χ）／４０　＋　Ｃｒ　（Ｘ）　／
　５＋ｖ（χ）／Ｉ４＋Ｈｏ（ｚ）／４・・・・■Ａｒ
５ＣＣ）＝９１０−３１０Ｃ（ｒ）　−８０Ｍｎ（χ）
　　２０Ｃｕ（り５５Ｎ＋（χ）＋０．３５（ｔ−８）
　　・　・　・［２］ここで、前記［１］式および［２
］式中の各元素の１％」は「重量％」を表し、■式中の
ｔはフランジ厚（ｍ＋ｗ）を意味する。

（ｉｉ　）上記成分に加えて、更に０．１０〜０．５０
％のＣｕおよび０゜１０〜０．５０％のＮｉのうちの１
種以上を含有し、且つ上記０式で示す炭素当量（Ｃｅｑ
）が０．４０〜０．４４％である成分組成の綱を用いる
ことを特徴とする（ｉ）記載の低降伏比高張力Ｈ形鋼の
製造方法。

（作用） 以下、素材鋼の成分組成およびＨ形鋼の熱間圧延条件を
前記のように限定した理由について説明する。

Ａ）素材鋼の成分組成 （ａ）　　Ｃ Ｃは強度を得るために必要な元素である。所望の強度を
確保するためには０．１０％以上含存させる必要がある
が、０．２０％を超えて含有させると溶接硬化性および
溶接割れ感受性が高くなり、且つ靭性も低下することか
ら、Ｃ含有量は０．１０−０．２０％と定めた。

（ｂｌｓｉ Ｓｉｔよ鋼の脱酸作用があり、脱酸剤として少なくとも
０．０５％以上の含有蓋を確保する必要があるが、含有
量が０．９０％を超えると溶接性を著しく害することに
なるとともに、靭性も大きく低下することから、Ｓｉ含
ｆ（１ｉｔは０．０５〜０，９０％と定めた。

（ｃ）　　Ｍｎ Ｍｎは綱の強度および靭性を確保するために必要な元素
であるが、０．５０％未満では所望の性能が得られず、
２．００％を超えて含有させても効果が飽和する他に、
溶接割れ感受性が著しく高くなることから、Ｍｎ含有量
は０．５０〜２．００％と定めた。

（ｄ）　　Ｐ Ｐは不可避不純物として鋼中に含まれる元素であり、鋼
材の靭性に悪影響を及ぼすので可能な限り低減するのが
望ましい。しかし、Ｐによる悪影響は６０キロ級の高張
力鋼では比較的軽微であり、含有量が０．０３５％以下
であれば実用上問題にはならない。

（ｅ）　　Ｓ ＳもＰと同じく不可避不純物として鋼中に含まれる元素
であり、鋼材の靭性に悪影響を及ぼすので可能な限り低
減するのが望ましい。しかし、Ｓによるこの悪影響は６
０キロ級の高張力鋼では比較的軽微であり、０．０３５
％以下の含有量であれば実用上問題にはならない。

（ｆｌ　　Ｎｂ Ｎｂは圧延後にＮｂ（Ｃ，Ｎ）の析出物として析出する
ことにより鋼材の強度を上昇させる作用がある。

このためには、ｏ、ｏｏｓ％以上含有させる必要がある
が、０．０５０％を超えて含有させると溶接性が損なわ
れる他に、製造コストの上昇を招くことになるから、Ｎ
ｂの含有量は０．００５〜０．０５０％と定めた。

（ｇ）　　Ｖ ■はＮｂと同様、圧延後にＶ（Ｃ，Ｎ）の析出物として
析出することにより鋼材の強度を上昇させる作用がある
。このためには、０．０１０％以上含有させる必要があ
るが、０．０８０％を超えて含有させると溶接性が損な
われるばかりでなく、製造コストの上昇を招くことにな
るから、■の含有量は０．０１０〜０．０８０％と定め
た。

（＋１）ＡＩ ＡＩは製鋼時に脱酸剤として使用されるとともにＭｉ織
の細粒化を通じて鋼の靭性を向上させる作用がある。し
かし、含有量が０．００１％未満では前記作用が充分に
得られず、０．０１５％を超えて含有すると、ＡＩはＮ
との化学的結合力が■よりも強いため、圧延後、■の炭
窒化物の析出を押さえてその強化作用を損なうようにな
る。従って、ＡＩは０．００１〜０．０１５％の含有量
とするのがよい。

（］）Ｎ ＮもＰおよびＳと同様に通常不可避不純物として鋼中に
含まれる元素であるが、圧延後の冷却過程でＮｂや■と
窒化物を形成することにより、鋼材の強度を上昇させる
働きがある。このためには鋼中に０．００２５％以上含
存させる必要があるが、０．０１００％を紹えて含有さ
せると溶接性を害するようになることから、Ｎ含有量は
０．００２５〜０．０１００％と限定した。

０）　　ＣｕおよびＮｉ ＣｕおよびＮｉは靭性を損なうことなく強度を向上させ
る作用があるので、必要に応じて１種又は２種添加して
もよい、しかし、その含有量がＣｕおよびＮｉともに０
．１０％未満では充分な効果が得られず、一方、いずれ
の場合でも０．５０％を超えて含有させても強度上昇に
対する効果は飽和し、製造コストのみが上昇することに
なるので、添加する場合はＣｕおよびＮｉのいずれも０
．１０〜０．５０％の含有量とするのがよい。

仮）　　Ｃｅｑ Ｃｅｑは溶接性の評価を表すのに用いられるパラメータ
の一つであり、 Ｃｅｑ（χ）＝Ｃ（χ）＋Ｍｎ（χ）／６＋Ｓｉ（χ）
／２４＋Ｎｉ（χ）／４０＋Ｃｒ（χ）１５十Ｖ（χ）
／１４＋Ｍｏ（χ）／４ で示される。このＣｅｑの値が０．４４％を超えると溶
接後の割れ感受性が著しく高まるとともに、溶接部の残
留応力が大きくなり、溶接割れが生したり、或いは溶接
割れを生じなくとも溶接後に後熱処理が必要となる。逆
にＣｅｑが０．４０％未満の場合には、溶接軟化部の影
響を無視し得なくなり、継ぎ手強度において６０キロ級
高張力鋼の強度を確保することができなくなることから
、Ｃｅｑは０．４０〜０．４４％と定めた。

Ｂ）熱間圧延条件 （１）素材鋼の加熱 熱間圧延に先立つ素材鋼の加熱は、１０００°Ｃ以上の
温度で行わないとＮｂ、■などの炭窒化物の固溶が図れ
ず、これらの析出強化の効果が得られない。

一方、１３００°Ｃを超える温度で加熱すると圧延初期
のオーステナイト粒の粗大化につながり圧延材の靭性を
損なうようになることから、加熱温度を１０００“Ｃ〜
１３００’Ｃの温度域とした。

（２）粗圧延 粗圧延の目的は、圧延による再結晶を利用して、鋳造組
織を解消することにより組織の細粒化をはかり、鋼材の
延性と靭性を向上させることにある。

このためには再結晶温度域で圧下率３０％以上の加工を
行う必要がある。再結晶温度域で加工しても圧下率３０
％未満であれば、＆Ｉｌ織は充分に微細化されず、延性
および靭性の向上が小さい。

（３）仕上げ圧延 仕上げ圧延の主目的は、最終寸法形状のＨ形鋼に加工す
ることにあるが、仕上げ圧延は下記に示す式で算出され
るＡｒｓ変態点以上の温度域で終了する必要がある。

Ａｒｔ（’Ｃ）−９１０３１０Ｃ（χ）　　８０Ｍｎ（
χ）　　２０Ｃｕ（χ）５５Ｎ＋（χ）＋０．３５（ｔ
　−８”）上記式から求められるＡ「、変態点未満の温
度域まで圧延を行うということは、フェライトが生成し
た温度域でも圧延を行うことを意味している。

フェライトが生成する温度域まで圧延を続けると、フェ
ライトが加工硬化を起こし、引張強度は高くなるものの
降伏強度も著しく高くなり、目標の降伏比が得られない
、望ましい仕上げ温度は＾ｒ、変態点以上の８００〜８
５０°Ｃの範囲である。

（実施例） 連続鋳造により得られた第１表に化学成分の鋼片（２５
０■−厚Ｘ　１５００ｍ＋ｗ幅Ｘ　６５０Ｑ＋ｍ＠長さ
）を、第２表に示す条件で熱間圧延して、フランジ輻：
　９１２＋ｗｍ、ウェブ幅：　３０２ｍｍ　、ウェブ厚
さ：　１Ｂｍ＋＋ｍ、フランジ厚さ：　３４ｉ＋ｎのＨ
形鋼に加工した。

次いで、圧延後のこれらのＨ形鋼から引張試験片（ＪＩ
Ｓ　Ｚ　２２０１４号試験片）およびシャルピー衝撃試
験片（ＪＩＳ　２２２０２４号試験片）を採取して機械
的性質を調べた。その結果を第２表に併記した。

（以下、余白） 随１〜漱８は本発明例であり、これらは全て目標性能を
充分満足している。これに対して、熱間圧延が本発明で
規定する範囲内の条件であるが、鋼成分が本発明で規定
する範囲外である比較例のＮα９〜Ｎ（１１１のものは
、目標性能を満足しておらず、逆に鋼成分が本発明で規
定する範囲内であるが、熱間圧延の条件が本発明で規定
する範囲外である比較例の階１２のものも同じく目標性
能を満足していない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明方法によれば降伏比の低い
高張力Ｈ形鋼を熱間圧延で製造することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、Ｃ：０．１０〜０．２０％、Ｓｉ：０
   ．０５〜０．９０％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ
   ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｎｂ：０
   ．００５〜０．０５０％、Ｖ：０．０１０〜０．０８０
   ％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．０１５％、Ｎ：０
   ．００２５〜０．０１００％を含有し、残部Ｆｅおよび
   不可避不純物からなり、且つ下記［１］式で示す炭素当
   量（Ｃｅｑ）が０．４０〜０．４４％である成分組成の
   鋼を、１０００〜１３００℃の温度域で加熱した後、再
   結晶温度域で圧下率３０％以上の粗圧延を行い、次いで
   、下記［２］式で示すＡｒ＿３変態点以上の温度域で仕
   上げ圧延を行うことを特徴とする低降伏比高張力Ｈ形鋼
   の製造方法。 Ｃｅｑ（％）＝Ｃ（％）＋Ｍｎ（％）／６ ＋Ｓｉ（％）／２４＋Ｎｉ（％）／４０＋Ｃｒ（％）／
   ５＋Ｖ（％）／１４＋Ｍｏ（％）／４・・・・［１］Ａ
   ｒ＿３（℃）＝９１０−３１０Ｃ（％）−８０Ｍｎ（％
   ）−２０Ｃｕ（％）−５５Ｎｉ（％）＋０．３５（ｔ−
   ８）・・・［２］ここで、前記［１］式および［２］式
   中の各元素の「％」は「重量％」を表し、［２］式中の
   ｔはフランジ厚（ｍｍ）を意味する。
2. （２）上記成分に加えて、更に０．１０〜０．５０％の
   Ｃｕおよび０．１０〜０．５０％のＮｉのうちの１種以
   上を含有し、且つ上記［１］式で示す炭素当量（Ｃｅｑ
   ）が０．４０〜０．４４％である成分組成の鋼を用いる
   ことを特徴とする請求項（１）記載の低降伏比高張力Ｈ
   形鋼の製造方法。