JPH06122921A - 靱性の優れたｈ形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 建造物の構造部材に用いる靱性の優れたＨ形
鋼、Ｉ形鋼等のフランジを有する形鋼をオンライン圧延
で製造する。 【構成】 製鋼工程で成分調整した連続鋳造鋳片を形鋼
圧延工程で粗圧延した後、再加熱して一定時間以上保持
した後に中間圧延・仕上圧延および仕上圧延後の冷却を
行って材質を均質化し、マクロ偏析を軽減させることに
より、フィレット部の靱性の低下を抑制し、強度、靱性
を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建造物の構造部材とし
て用いられる靱性の優れたＨ形鋼の製造方法に係わるも
のである。

【０００２】

【従来の技術】建築物の安全基準の厳格化等により梁お
よび柱用に用いられるＨ形鋼には、一層の高強度化、高
靱性化が求められている。このような要求特性を解決す
るために、従来は、圧延終了後に焼準処理等の熱処理を
施すことが行われた。熱処理の付加は熱処理コストと生
産効率の低下等大幅なコスト上昇を招き、経済性に問題
があった。この課題を解決するためには、圧延ままで高
性能の材質特性を得られるように、新しい合金設計、製
造法の開発が必要となった。

【０００３】一般に、フランジを有する形鋼、例えばＨ
形鋼をユニバーサル熱間圧延で製造すると、フィレット
部において、靱性が著しく低下する。この理由は、２つ
あり、１つは、ユニバーサル圧延での造形上の制約、及
び、その形状の特異性から、フィレット部では、加工温
度が、ウェブ、フランジ等の部位よりも高温となり、さ
らに、圧延終了後の鋼材冷却は徐冷となって、ミクロ組
織が粗粒化するためであり、いま１つは、連続鋳造スラ
ブを素材とする圧延では素材中心偏析部が圧延中に集積
され、マクロ偏析が出現していない部位を圧延した場合
よりもＰ，Ｓ等の不純物元素がフェライト結晶粒界に濃
化し、脆くなるためである。その結果、例えば、溶接構
造用圧延鋼材（ＪＩＳ Ｇ３１０６）等の基準に満たな
い部位が生じる。

【０００４】このうち、２つ目の理由である偏析の集積
に対する対策については、例えば、特開平２−４６９６
０号公報、特開平２−１５８５７号公報等にみられるよ
うに、素材製造段階である連続鋳造時に、中心のマクロ
偏析の生成そのものを抑制する方法があるが、いずれも
連続鋳造設備に特殊な圧下装置の設置が必要なため、製
造コストの上昇等、経済性に問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決するために、特に、圧延工程を対象とした新規な
製造手段により、生産効率を低下させずに、効率的に圧
延ままでマクロ偏析を軽減させ、靱性の優れた圧延形鋼
の製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、質量％
でＣ：０．０４〜０．２０％，Ｓｉ：０．０５〜０．５
０％，Ｍｎ：０．５０〜１．８０％を含有し、残部がＦ
ｅ、及び不可避不純物からなる溶鋼を、連続鋳造で鋳片
に鋳造し、該鋳片を１１００〜１３００℃の温度域に加
熱してＨ型粗形鋼片まで粗圧延を行った後、再び粗圧延
前の温度まで加熱し、該加熱温度で３分間以上保持した
後、中間圧延および仕上圧延を行い、仕上圧延終了後、
０．１〜３０℃／sec の冷却速度で８００〜５００℃ま
で冷却する靱性の優れたＨ形鋼の製造方法にある。

【０００７】本発明の特徴は、鋳片を加熱した後の粗圧
延段階での熱間加工により、オーステナイト粒内に多数
の転位を導入し、また、同時にオーステナイト粒を変形
させて、細粒化することにより、オーステナイト結晶粒
界面積を増加させ、その後、高温保持することにより、
母材内部での原子の拡散を加工前よりも助長し、母材内
均質化を促進させて、靱性の改善を達成させるものであ
る。

【０００８】即ち、本発明は従来の粗圧延前の鋳片を一
定温度・時間で焼準処理する手段に比較して、格別な設
備を必要とせず経済的で効率良く適正な焼準処理を行う
ものである。

【０００９】

【作用】以下、本発明の作用を実施例に基づき詳細に説
明する。まず、本発明が対象とする形鋼の基本成分範囲
の限定理由について述べる。Ｃは鋼の強度を向上される
有効な成分として添加するもので、０．０４％未満で
は、構造用鋼として必要な強度が得られず、また、０．
２０％を超える過剰の添加は、母材靱性、耐溶接割れ
性、溶接熱影響部靱性等を著しく低下させるので、下限
を０．０４％、上限を０．２０％とした。

【００１０】次に、Ｓｉは母材の強度確保、溶鋼の予備
脱酸等に必要であるが、０．５０％を超えると溶接熱影
響部内に硬化組織の高炭素マルテンサイトを生成し、溶
接継手部靱性を著しく低下させる。また、０．０５％未
満では必要な溶鋼の予備脱酸ができないため、Ｓｉ含有
量を０．０５％〜０．５０％の範囲に限定した。Ｍｎは
母材の強度、靱性の確保には０．５％以上の添加が必要
であるが、溶接部の靱性、割れ性等の許容できる範囲内
で上限を１．８％とした。

【００１１】不可避不純物として含有するＰ，Ｓはその
量について特に限定しないが、凝固時のマクロ偏析によ
り靱性の低下が生じるので、極力低減すべきであり、ま
た、本発明でＰ，Ｓ量が、目的とする量まで低減できる
のは、それぞれ０．０２％未満である。上記の成分を溶
製後、通常の脱酸方法により脱酸し、その後連続鋳造機
により製造した鋳片は、次に１１００〜１３００℃の温
度域に再加熱する。この温度域に再加熱温度を限定した
のは、熱間加工による形鋼の製造には塑性変形を容易に
するため１１００℃以上の加熱が必要であり、また、加
熱炉の性能、経済性から上限を１３００℃とした。

【００１２】加熱した鋼材は、粗圧延、中間圧延、仕上
圧延の各工程によって圧延成形するが、本圧延法の圧延
工程における特徴は、粗圧延工程後において、粗圧延機
と中間圧延機との間に設置される簡易加熱装置により、
あるいは、再び加熱炉に返送して、素材を再び１１００
〜１３００℃の温度域に加熱することである。この場
合、簡易加熱装置で加熱を行う場合と加熱炉に返送して
加熱を行う場合とではその作用は同等であり、特に限定
はしない。高温で保持する時間は、靱性を向上させるの
に充分に均質化するまでの時間であり、１１００〜１３
００℃の雰囲気温度に３分以上保持することが必要であ
る。３分未満では均質化が不充分であり靱性は向上しな
い。また、本発明において、この保持時間の長いほど、
均質化が進行するため、保持時間の上限は特に限定しな
い。粗圧延後再加熱された鋼材は、その後、中間圧延お
よび仕上圧延を経る。仕上圧延終了後は、引き続き０．
１〜３０℃／sec の冷却速度で８００〜５００℃まで冷
却するとしたのは、本発明によるプロセスでは、仕上圧
延終了後放冷した場合、あるいは、母材の強度、靱性を
確保するために加速冷却を施した場合ともに適用可能で
あることから、上記の温度範囲を設定した。

【００１３】次にＨ形鋼のフィレット部の靱性向上の機
構について説明する。原子の拡散は、熱活性化過程であ
り、拡散の活性化エネルギーを必要とするが、このエネ
ルギーはその値が低い程、拡散が容易となる。一方、こ
の活性化エネルギーは、結晶粒内、結晶粒界で、それぞ
れ値が異なり、結晶粒界での拡散の活性化エネルギー
は、結晶粒内でのそれよりも低い値であることが知られ
ており、結晶粒界での原子拡散は容易となる。粗圧延を
行うことにより、鋼材の組織は微細化され粒界面積が増
加し、拡散が容易化される。拡散は鋼材が均質となる方
向に進行するので、拡散の容易化により、比較的短時間
の保持で均質化されることになる。従って、本発明での
粗圧延後の加熱・保持により効率的に焼準処理が可能と
なり、マクロ偏析部は容易に軽減化され、その結果、Ｈ
形鋼のフィレット部の靱性は低下することなく、母材と
ほぼ同等の機械特性値を得ることが可能となる。

【００１４】

【実施例】試作形鋼は転炉溶製し、成分調整後、連続鋳
造により２４０mm〜３００mm厚鋳片に鋳造した後、図１
に示すレイアウトの図１またはに示す加熱炉１で加
熱し、粗圧延機２で粗圧延しＨ型粗形鋼片を製造した。
その後、図１に示すレイアウトの図１の破線で示す矢
印方向へ再び加熱炉１，２に戻して加熱するかもしく
は、図１に示すように粗圧延機２と第１中間圧延機４
との間に設置される簡易加熱装置３で上記Ｈ型粗形鋼片
を再加熱した。引き続いて、第１中間圧延機４、第２中
間圧延機５、仕上圧延機６で所定の寸法のＨ形鋼となる
まで成形を行う。圧延後の冷却速度は放冷またはフラン
ジ水冷装置７の水量を調整することにより制御する。

【００１５】機械特性は、図２に示すＨ形鋼８のフラン
ジ９の板厚ｔ₂ の中心部（１／２ｔ ₂ ）でフランジ幅全
長（Ｂ）の１／４幅（１／４Ｂ），１／２幅（１／２
Ｂ）から、及び、ウェブ１０の中心部で、ウェブ高さの
１／２部（１／２Ｈ）から試験片を採取して求めた。な
お、これらの箇所の特性を求めたのは、フランジ１／４
Ｂ部とウェブ１／２Ｈ部はフランジ部とウェブ部の各々
の平均的な機械特性を示し、フランジ１／２Ｂはその特
性が最も低下するフィレット部に相当するので、これら
３箇所によりＨ形鋼の機械試験特性を代表できるとした
ためである。

【００１６】表１は、試作鋼の化学成分値を示し、表２
は圧延と冷却条件に対する機械試験特性を示す。なお、
加熱温度を１２８０℃に揃えたのは、一般的に加熱温度
の低減は、機械特性を向上させることは周知であり、高
温加熱条件は機械特性の最低値を示すと推定され、この
値がそれ以下の加熱温度での特性を代表できると判断し
たためである。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】表２に示すように本発明による鋼１〜６
は、目標の母材強度（前記ＪＩＳＧ３１０６）と０℃で
のシャルピー衝撃吸収エネルギー値４７（Ｊ）以上を充
分に満たしている。一方、比較鋼の鋼７は、マクロ偏析
の均質化が不十分なので母材強度は規格を満たすもの
の、フィレット部に相当するフランジの板厚１／２で幅
１／２部の靱性は目標値を満足しない。鋼８は、フラン
ジ板厚が２４mmで鋼７のフランジ板厚１７mmよりも７mm
厚いサイズであるが、フランジの板厚１／２で幅１／２
部の靱性は目標を満足しない。さらに鋼９では、フラン
ジ板厚が６０mmと厚い場合は、フランジの板厚１／２で
幅１／２部の靱性はさらに低下し、目標値との差異が拡
大される。

【００２０】即ち、本発明の要件が全て満たされた時
に、表２に示される鋼１〜６のように、圧延形鋼の機械
試験特性を最も満たしにくいフィレット部においても充
分な強度を有し、優れた靱性をもつ圧延形鋼の製造が可
能になる。なお、本発明が対象とする圧延形鋼は、上記
のＨ形鋼のみならず、Ｉ形鋼、山形鋼、溝形鋼、不等辺
不等厚山形鋼等のフランジを有する形鋼にも適用できる
ことは勿論である。

【００２１】

【発明の効果】本発明により、機械試験特性を最も保証
しにくいフィレット部においても優れた靱性を有するＨ
形鋼の製造がオフライン工程を必要とせず、効率的に製
造が可能となり、大型建造物の信頼性向上、安全性の確
保、経済性の向上等の産業上の効果は極めて顕著なもの
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法を実施する装置配置列例の説明略図。

【図２】Ｈ形鋼の断面形状を示し、各部位の名称と機械
試験片の採取位置を示す図。

【符号の説明】

１…加熱炉 ２…粗圧延機 ３…簡易加熱装置 ４…第１中間圧延機 ５…第２中間圧延機 ６…仕上圧延機 ７…仕上圧延機後面フランジ冷却装置 ８…Ｈ形鋼 ９…フランジ １０…ウェブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広口 貴敏 大阪府堺市築港八幡町１番地 新日本製鐵 株式会社堺製鐵所内 (72)発明者 竹島 康志 大阪府堺市築港八幡町１番地 新日本製鐵 株式会社堺製鐵所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％でＣ：０．０４〜０．２０％，Ｓ
   ｉ：０．０５〜０．５０％，Ｍｎ：０．５０〜１．８０
   ％、を含有し、残部がＦｅ、及び不可避不純物からなる
   溶鋼を連続鋳造で鋳片に鋳造し、該鋳片を１１００〜１
   ３００℃の温度域に加熱してＨ型粗形鋼片まで粗圧延を
   行った後、再び前記粗圧延前の温度まで加熱し、該加熱
   温度で３分以上保持した後、中間圧延および仕上圧延を
   行い、仕上圧延終了後、０．１〜３０℃／sec の冷却速
   度で８００〜５００℃まで冷却することを特徴とする靱
   性の優れたＨ形鋼の製造方法。