KR102419239B1 - H-beam and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

제조 비용을 증대시키지 않고, H 형강의 플랜지부에 있어서 YP 355 ㎫ 이상의 고강도, 그리고 -40 ℃ 에서의 저온 인성을 확보하기 위한 방도에 대해 제안한다. C : 0.08 ∼ 0.16 %, Si : 0.05 ∼ 0.60 %, Mn : 0.10 ∼ 1.80 %, Nb : 0.005 ∼ 0.060 %, Ti : 0.001 ∼ 0.020 %, Al : 0.080 % 이하, N : 0.0010 ∼ 0.0060 %, P : 0.030 % 이하 및 S : 0.030 % 이하를, Ceq 가 0.44 % 이하가 되는 범위에서 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 성분 조성과, 입경이 15 ㎛ 이하인 페라이트를 주상으로 하는 마이크로 조직을 갖고, 그 마이크로 조직은, 제 2 상이 펄라이트 및/또는 베이나이트이고, 또한 도상 마텐자이트가 3 % 이하인 것으로 한다.A method for securing high strength of YP 355 MPa or more and low-temperature toughness at -40°C in the flange portion of H-beam steel without increasing manufacturing cost is proposed. C: 0.08 to 0.16%, Si: 0.05 to 0.60%, Mn: 0.10 to 1.80%, Nb: 0.005 to 0.060%, Ti: 0.001 to 0.020%, Al: 0.080% or less, N: 0.0010 to 0.0060%, P: 0.030% or less and S: 0.030% or less are contained within the range where Ceq becomes 0.44% or less, and the balance has a composition of Fe and unavoidable impurities, and a microstructure containing ferrite having a particle size of 15 µm or less as a main phase, In the microstructure, the second phase is pearlite and/or bainite, and the island phase martensite is 3% or less.

Description

H 형강 및 그 제조 방법H-beam and its manufacturing method

본 발명은, 해양 구조물, 건축·토목 및 교량 등의 용접강 구조물의 소재로서 널리 사용되고 있는 H 형강, 특히 한랭지의 해양 구조물에서 사용되는, -40 ℃ 에서의 저온 인성이 우수한 고강도 H 형강과 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an H-beam widely used as a material for welded steel structures such as offshore structures, buildings, civil engineering and bridges, particularly high-strength H-beams having excellent low-temperature toughness at -40°C, used in offshore structures in cold regions, and their manufacture it's about how

원유나 천연 가스 등의 채굴을 실시하는 해양 구조물에서는, 한랭지에서 조업되는 경우도 많고, 사용되는 H 형강에는 모재 및 용접 이음매부 모두 우수한 저온 인성이 요구된다. 고강도와 저온 인성을 양립시키기 위해서는, 후강판에서는 제어 압연과 가속 냉각을 조합한 TMCP 가 널리 사용되고 있고, H 형강에 있어서도 유효한 기술이다. 그러나, H 형강의 제조에 있어서는, 조형성을 고려하여, 소재의 고온 가열 및 변형 저항이 작은 고온에서의 압연이 필요하고, 조직이 조대해지기 쉽다. 또한, 조직 미세화를 위해서는 오스테나이트 저온역에서의 제어 압연이 중요하지만, 저온에서의 압연은 압연 하중의 증대나 형상 안정성의 관점에서 과제가 있다.In offshore structures that are mined for crude oil or natural gas, they are often operated in cold regions, and the H-beam used is required to have excellent low-temperature toughness in both the base metal and the weld seam. In order to achieve both high strength and low-temperature toughness, TMCP, which combines controlled rolling and accelerated cooling, is widely used in thick steel sheets, and is also an effective technique for H-section steels. However, in the production of H-section steel, in consideration of formability, high-temperature heating of the raw material and rolling at high temperature with low deformation resistance are required, and the structure tends to become coarse. In addition, although controlled rolling in an austenite low temperature region is important for refining the structure, rolling at a low temperature has problems in terms of an increase in rolling load and shape stability.

지금까지, 인성이 우수한 H 형강으로서, 특허문헌 1 에서는, 석출 취화 원소를 무첨가로 하는 것에 더하여, 고용 N 량을 저감시키고, 압연 후에 가속 냉각을 적용함으로써, 제어 압연을 실시하지 않고 -40 ℃ 인성을 확보하는 압연 H 형강의 제조 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.Until now, as an H-beam steel having excellent toughness, in Patent Document 1, in addition to not adding a precipitation embrittlement element, reducing the amount of solid solution N, and applying accelerated cooling after rolling, without performing controlled rolling, -40°C toughness A technology related to a method for manufacturing a rolled H-beam that secures is disclosed.

또, 해양 구조물 등에 사용되는 저온 인성이 우수한 H 형강으로서, 특허문헌 2 에서는 극저 탄소이며 Nb 나 B 를 첨가한 성분을 사용한 기술이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 3 및 4 에서는, 생산성을 저해하는 Nb 를 첨가하지 않고 공랭까지 -40 ℃ 에 있어서 우수한 저온 인성을 달성하는 기술이 개시되어 있다.Moreover, as an H-beam steel excellent in low-temperature toughness used for offshore structures, etc., in patent document 2, the technique using the ultra-low carbon component which added Nb or B is proposed. Moreover, in patent documents 3 and 4, the technique of achieving the outstanding low-temperature toughness in -40 degreeC until air cooling without adding Nb which inhibits productivity is disclosed.

일본 공개특허공보 2006-180584호Japanese Patent Laid-Open No. 2006-180584 국제 공개공보 2013/089156호International Publication No. 2013/089156 일본 공개특허공보 2016-84524호Japanese Patent Laid-Open No. 2016-84524 일본 공개특허공보 2016-156032호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2016-156032

특허문헌 1 에 기재된 기술은, 제조 방법으로서 가속 냉각의 적용이 필요하므로, 재질 제어와 형상 안정화의 양립에 과제가 있다.Since the technique described in patent document 1 requires application of accelerated cooling as a manufacturing method, there exists a subject in coexistence of material control and shape stabilization.

또, 특허문헌 2 에는, -40 ℃ 에서의 샤르피 흡수 에너지와 -10 ℃ 의 CTOD 특성을 달성하기 위해서, C 량이 0.040 % 이하이고 Nb 및 B 를 복합 첨가한 성분을 사용한 저온 인성이 우수한 H 형강에 관한 기술이 개시되어 있다. 그러나, 실질적으로 0.020 % 정도까지 C 를 저감시키기 위해서는, 제강 단계에서의 정련 시간이 길어지는 데다가, 강도를 확보하기 위해서는 합금 원소를 비교적 다량으로 첨가할 필요도 있어 고비용이 된다.In addition, in Patent Document 2, in order to achieve Charpy absorbed energy at -40°C and CTOD characteristics at -10°C, an H-beam steel having excellent low-temperature toughness with a C content of 0.040% or less and Nb and B compound added is used. A related technology is disclosed. However, in order to substantially reduce C to about 0.020%, the refining time in the steelmaking step becomes long, and in order to ensure strength, it is also necessary to add a comparatively large amount of alloying elements, which becomes high cost.

한편, 특허문헌 3 및 4 는, 열간 압연에서의 변형 저항을 증대시켜 생산성을 저해하는 원인이 되는, Nb 를 첨가하지 않고, V 나 N 의 양을 적정하게 제어함으로써, -40 ℃ 나 -60 ℃ 에서의 저온 인성을 향상시킨 기술이다. 그러나, VN 석출물을 제어하여 보다 안정적으로 인성을 확보하려면, N 함유량 0.004 % 이상을 확보할 필요가 있기 때문에, 연속 주조시의 균열이나 프리 N 의 잔존에 의한 인성 저하 등이 우려된다.On the other hand, Patent Documents 3 and 4, by appropriately controlling the amounts of V and N without adding Nb, which increases the deformation resistance in hot rolling and impairs productivity, -40°C or -60°C It is a technology that improves the low-temperature toughness in However, in order to control the VN precipitates and secure the toughness more stably, it is necessary to secure the N content of 0.004% or more.

본 발명은, 상기 과제를 해결하는 것이고, 특히 제조 비용을 증대하지 않고, H 형강의 플랜지부에 있어서 YP 355 ㎫ 이상의 고강도, 그리고 -40 ℃ 에서의 저온 인성을 확보하기 위한 방도에 대해, 제안하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, in particular, without increasing the manufacturing cost, YP 355 MPa or more high strength in the flange portion of the H-beam steel, and a method for securing low-temperature toughness at -40 ° C. aim to

그런데, 고강도이며 저온 인성이 우수한 압연 H 형강을 제조하려면, 열간 압연에 제어 압연을 적용하는 것이 중요하다. 특히, 오스테나이트 미재결정 온도역에서의 제어 압연을 효과적으로 실시하려면, Nb 첨가에 의한 미재결정 온도역의 고온화가 유효하다. 이 Nb 를 첨가하지 않은 경우에 제어 압연 효과를 발휘시키려면, 오스테나이트 저온도역에서의 압연이 필요하고, 압연 하중의 증대와 온도 조정을 위한 압연 시간 증대, H 형강의 치수 정밀도의 악화가 문제가 된다. 따라서, Nb 는 변형 저항을 증가시키는 원인이 되지만, 제어 압연 효과를 고온역에서 발휘시키는 원소이기 때문에, 재질 제어의 관점에서는 매우 유용한 원소이다. 한편, Nb 를 첨가한 경우, 열간 압연 후의 냉각 과정에서 ??칭성이 향상되고, 미변태 오스테나이트의 일부가 도상 (島狀) 마텐자이트가 되므로, 저온 인성의 열화가 문제가 된다.By the way, in order to manufacture a rolled H-section steel with high strength and excellent low-temperature toughness, it is important to apply controlled rolling to hot rolling. In particular, in order to effectively perform controlled rolling in the austenite non-recrystallization temperature range, it is effective to increase the temperature in the non-recrystallization temperature range by adding Nb. In order to exhibit the controlled rolling effect when this Nb is not added, rolling in the austenite low temperature range is required, and there are problems with an increase in the rolling load, an increase in the rolling time for temperature adjustment, and deterioration of the dimensional accuracy of the H-beam steel. becomes Therefore, although Nb causes an increase in deformation resistance, since it is an element exhibiting the controlled rolling effect in a high temperature range, it is a very useful element from the viewpoint of material control. On the other hand, when Nb is added, hardening property is improved in the cooling process after hot rolling, and since a part of untransformed austenite becomes island martensite, deterioration of low-temperature toughness becomes a problem.

그래서, 발명자들은, 미량의 Nb 첨가로 제어 압연 효과를 최대 활용하고, H 형강의 특히 플랜지부에 있어서 YP 355 ㎫ 이상의 강도, 그리고 -40 ℃ 에서의 저온 인성을 확보하기 위한 방도에 대해, 예의 검토를 실시한 결과, Nb 를 첨가하여 오스테나이트 미재결정 온도역의 고온화에 의한 제어 압연 효과를 최대한 활용하고, 비교적 고온에서의 제어 압연에 의해 페라이트 입경을 미세화함과 함께, 압연 조건의 적정화에 의해 도상 마텐자이트 생성량을 저감시킴으로써, 고강도와 저온 인성을 양립할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.Therefore, the inventors carefully studied a method for maximizing the controlled rolling effect by adding a small amount of Nb, and ensuring the strength of YP 355 MPa or more, and the low-temperature toughness at -40°C, especially in the flange portion of the H-beam. As a result, Nb was added to maximize the controlled rolling effect due to the high temperature of the austenite non-recrystallization temperature range, and the ferrite grain size was refined by controlled rolling at a relatively high temperature, and the ballast martens were obtained by optimizing the rolling conditions. By reducing the amount of zite production, it was found that high strength and low-temperature toughness were compatible, and the present invention was completed. That is, the gist of the present invention is as follows.

[1] 질량% 로,[1] In mass %,

C : 0.08 ∼ 0.16 %,C: 0.08 to 0.16%;

Si : 0.05 ∼ 0.60 %,Si: 0.05 to 0.60%;

Mn : 0.10 ∼ 1.80 %,Mn: 0.10 to 1.80%;

Nb : 0.005 ∼ 0.060 %,Nb: 0.005 to 0.060%;

Ti : 0.0010 ∼ 0.0200 %,Ti: 0.0010 to 0.0200%,

Al : 0.080 % 이하,Al: 0.080% or less;

N : 0.0010 ∼ 0.0060 %,N: 0.0010 to 0.0060%;

P : 0.030 % 이하 및P: 0.030% or less and

S : 0.030 % 이하S: 0.030% or less

를, 하기 식 (1) 에 따른 Ceq 가 0.44 % 이하가 되는 범위에서 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 성분 조성과, 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 페라이트를 주상으로 하는 마이크로 조직을 갖고, 그 마이크로 조직은, 제 2 상이 펄라이트 및/또는 베이나이트이고, 또한 도상 마텐자이트가 3.0 % 이하인 H 형강.contains in the range where Ceq according to the following formula (1) is 0.44% or less, and the balance has a microstructure mainly consisting of Fe and unavoidable impurities and ferrite having an average particle size of 15 µm or less, and the The microstructure is an H-beam steel in which the second phase is pearlite and/or bainite, and the island phase martensite is 3.0% or less.

Ceq = C + Mn/6 + (Cu + Ni)/15 + (Cr + Mo + V)/5 …(1)Ceq = C + Mn/6 + (Cu + Ni)/15 + (Cr + Mo + V)/5 … (One)

단, 식 중의 원소 표시는 그 원소의 함유량을 나타내고, 포함되지 않는 원소는 제로로 한다.However, the element display in the formula indicates the content of the element, and an element not included is set to zero.

[2] 상기 성분 조성은, 추가로 질량% 로,[2] The component composition is further in mass%,

V : 0.050 % 이하,V: 0.050% or less;

Cu : 1.0 % 이하,Cu: 1.0% or less;

Ni : 1.0 % 이하,Ni: 1.0% or less;

Cr : 1.0 % 이하 및Cr: 1.0% or less and

Mo : 1.0 % 이하Mo: 1.0% or less

중 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 상기 [1] 에 기재된 H 형강.The H-beam steel according to the above [1], containing one or two or more of them.

[3] 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 성분 조성을 갖는 강 소재를, 1150 ℃ 이상 1300 ℃ 미만에서 가열 후, 적어도 플랜지 상당 부분의 표면 온도가 하기 식 (2) 로 산출되는 TR ℃ 이하에서의 누적 압하율이 20 % 이상인 열간 압연을 실시하는 H 형강의 제조 방법.[3] After heating the steel material having the component composition described in [1] or [2] at 1150 ° C. or higher and less than 1300 ° C., at least the surface temperature of the flange equivalent portion is at TR ° C. or lower calculated by the following formula (2) A method of manufacturing an H-section steel in which hot rolling is performed in which the cumulative reduction ratio is 20% or more.

TR = 174 log[Nb × (C + 12/14N)] + 1344 …(2)TR = 174 log [Nb × (C + 12/14N)] + 1344 … (2)

본 발명에 의하면, Nb 를 적당량으로 첨가하여 오스테나이트 미재결정 온도역을 고온화하고, 제어 압연 효과를 최대한 활용할 수 있다. 그 결과, 열간 압연 후에 가속 냉각을 필요로 하지 않고, 환언하면, 열간 압연 후에는 공랭이어도, 플랜지부의 강도가 YP 355 ㎫ 이상이고, 또한 플랜지부의 인성으로서 -40 ℃ 에서의 샤르피 흡수 에너지가 50 J 이상을 갖는 저온 인성이 우수한 H 형강을 제공할 수 있다.According to the present invention, Nb is added in an appropriate amount to increase the temperature of the austenite non-recrystallization temperature range, and the controlled rolling effect can be maximized. As a result, accelerated cooling is not required after hot rolling, in other words, even after hot rolling, even in air cooling, the strength of the flange portion is YP 355 MPa or more, and the toughness of the flange portion is the Charpy absorbed energy at -40 ° C. An H-beam steel having excellent low-temperature toughness having 50 J or more can be provided.

이하, 본 발명의 H 형강에 대해, 상세하게 설명한다. 먼저, 본 발명의 H 형강의 성분 조성의 한정 이유를 서술한다. 또한, 성분에 관한 「%」표시는 특별히 언급하지 않는 한, 「질량%」를 의미하는 것으로 한다.Hereinafter, the H-beam steel of the present invention will be described in detail. First, the reason for limiting the component composition of the H-beam steel of the present invention will be described. In addition, unless otherwise indicated, "%" indication regarding a component shall mean "mass %".

C : 0.08 ∼ 0.16 %C: 0.08 to 0.16%

C 는, 강의 강도 향상에 필요한 원소이며, 열간 압연 후에 가속 냉각하지 않고 강도를 확보하기 위해서는, C 함유량의 하한을 0.08 % 로 한다. C 함유량은, 0.10 % 이상인 것이 바람직하다. 한편, C 함유량이 과도하게 많은 경우에는, 펄라이트나 베이나이트 등의 제 2 상의 생성량이 증가하고, 모재 인성 및 용접부 인성이 저하되므로, C 량의 상한을 0.16 % 로 한다. 바람직하게는, 0.08 ∼ 0.14 % 이다.C is an element necessary for improving the strength of steel, and in order to ensure strength without accelerated cooling after hot rolling, the lower limit of the C content is made 0.08%. The C content is preferably 0.10% or more. On the other hand, when there is too much C content, since the formation amount of secondary phases, such as pearlite and bainite, increases, and base metal toughness and weld part toughness fall, the upper limit of C content is made into 0.16 %. Preferably, it is 0.08 to 0.14 %.

Si : 0.05 ∼ 0.60 %Si: 0.05 to 0.60%

Si 는, 탈산 원소나 고용 강화 원소로서 유효하고, 그 효과를 얻기 위해서는, 적어도 0.05 % 를 필요로 한다. 한편, 0.60 % 를 초과하면 모재의 인성 및 용접부 인성을 열화시키므로, Si 는 0.05 ∼ 0.60 % 의 범위로 한다. 바람직하게는, 0.05 ∼ 0.50 % 이다.Si is effective as a deoxidation element or a solid solution strengthening element, and in order to acquire the effect, at least 0.05 % is required. On the other hand, when it exceeds 0.60 %, since the toughness of a base material and weld part toughness will deteriorate, Si is made into the range of 0.05 to 0.60 %. Preferably, it is 0.05 to 0.50 %.

Mn : 0.10 ∼ 1.80 %Mn: 0.10 to 1.80%

Mn 은, 모재의 강도를 확보하기 위해서 0.10 % 이상은 필요하다. 한편, 1.80 % 를 초과하여 첨가하면, 저온 균열 감수성이 증대되므로, Mn 은 0.10 ∼ 1.80 % 의 범위로 한정하였다. 또한, 용접부 인성의 관점에서는, 상한을 1.60 % 로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.30 ∼ 1.60 % 이다.Mn is required to be 0.10% or more in order to secure the strength of the base material. On the other hand, when added exceeding 1.80 %, since low-temperature cracking susceptibility will increase, Mn was limited to the range of 0.10 to 1.80 %. In addition, from the viewpoint of weld toughness, it is preferable that the upper limit be 1.60%. More preferably, it is 0.30 to 1.60 %.

P : 0.030 % 이하P: 0.030% or less

P 는, 함유량이 0.030 % 를 초과하면 용접부의 인성이 저하되므로, 0.030 % 이하로 억제한다. 바람직하게는, 0.020 % 이하이다. 또한, P 를 0.005 % 미만으로 억제하려면, 그 처리에 많은 비용을 필요로 하므로, 제조 비용의 관점에서는 0.005 % 를 하한으로 하는 것이 바람직하다.Since the toughness of a weld part will fall when content exceeds 0.030 %, P is suppressed to 0.030 % or less. Preferably, it is 0.020% or less. Moreover, in order to suppress P to less than 0.005 %, since much cost is required for the process, it is preferable to make 0.005 % into a lower limit from a viewpoint of manufacturing cost.

S : 0.030 % 이하S: 0.030% or less

S 는, P 와 동일하게, 0.030 % 를 초과하여 함유되면 모재 및 용접부의 인성이 저하되므로, 0.030 % 이하로 억제한다. 바람직하게는, 0.005 % 이하이다. 또한, S 를 0.001 % 미만으로 억제하려면, 그 처리에 많은 비용을 필요로 하므로, 제조 비용의 관점에서는 0.001 % 를 하한으로 하는 것이 바람직하다.Since the toughness of a base material and a weld part will fall when S is contained in excess of 0.030 % similarly to P, it is suppressed to 0.030 % or less. Preferably, it is 0.005 % or less. Moreover, in order to suppress S to less than 0.001 %, since much cost is required for the process, it is preferable to make 0.001 % into a lower limit from a viewpoint of manufacturing cost.

Nb : 0.005 ∼ 0.060 %Nb: 0.005 to 0.060%

Nb 는, Nb 탄질화물을 형성하고, 강 소재 가열시의 오스테나이트립의 조대화를 억제하는 것에 의한, 압연-냉각 후의 페라이트 조직의 미세화에 유효함과 함께, 오스테나이트 미재결정 온도에서의 제어 압연을 효과적으로 실시하기 위해서는 매우 중요한 원소이다. 또, 석출 강화에 의한 고강도화에도 유효한 원소이다. 그 효과를 발현하고, YP 355 ㎫ 이상의 강도를 확보하기 위해서는, 0.005 % 이상의 함유가 필요하다. 또한, YP 420 ㎫ 이상의 고강도가 요청되는 경우에는, 0.015 % 이상으로 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 0.060 % 를 초과하여 첨가하는 경우에는, 도상 마텐자이트 생성에 의한 모재 및 용접부의 인성 저하가 현저해지므로, 0.060 % 를 상한으로 하였다. 도상 마텐자이트 생성을 더욱 억제하려면, 0.050 % 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.040 % 이하, 더욱 바람직하게는 0.035 % 이하이다.Nb forms Nb carbonitride and suppresses coarsening of austenite grains during heating of a steel material, which is effective for refining the ferrite structure after rolling-cooling, and controlled rolling at austenite non-recrystallization temperature. It is a very important element for effective implementation. Moreover, it is an element effective also in high strength by precipitation strengthening. In order to express the effect and ensure the intensity|strength of YP 355 MPa or more, 0.005% or more of containing is required. Moreover, when the high strength of YP 420 MPa or more is requested|required, it is preferable to make it contain in 0.015 % or more. On the other hand, when adding exceeding 0.060 %, since the toughness fall of the base material and welding part by island martensite formation became remarkable, 0.060 % was made into the upper limit. In order to further suppress the formation of island martensite, it is preferable to set it as 0.050% or less. More preferably, it is 0.040 % or less, More preferably, it is 0.035 % or less.

Ti : 0.0010 ∼ 0.0200 % Ti: 0.0010 to 0.0200%

Ti 는, TiN 을 형성하고, 강 소재 가열시의 오스테나이트립 조대화를 억제하고, 압연-냉각 후의 페라이트 조직의 미세화에 유효한 원소이다. 그 때문에, 0.0010 % 이상으로 함유시킨다. 한편, 석출 강화 원소이기도 하고, 0.0200 % 를 초과하여 첨가하면 석출 취화를 일으키므로, 상한을 0.0200 % 로 한다. 바람직하게는, 0.0050 ∼ 0.0200 % 이다.Ti is an element effective in forming TiN, suppressing coarsening of austenite grains during heating of a steel material, and refining the ferrite structure after rolling-cooling. Therefore, it is made to contain 0.0010% or more. On the other hand, it is also a precipitation strengthening element, and since precipitation embrittlement will be caused when added in excess of 0.0200%, the upper limit is made 0.0200%. Preferably, it is 0.0050 to 0.0200 %.

Al : 0.080 % 이하Al: 0.080% or less

Al 은, 탈산제로서 강에 첨가되고, 그 효과는, 0.080 % 를 초과하면 포화되므로, Al 의 상한을 0.080 % 로 하였다. 하한에 대해서는 특별히 특정하지 않지만, 탈산 효과를 충분히 얻기 위해서는 0.003 % 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 0.015 ∼ 0.040 % 이다.Al is added to steel as a deoxidizer, and since the effect is saturated when it exceeds 0.080 %, the upper limit of Al was made into 0.080 %. Although the lower limit is not particularly specified, in order to sufficiently obtain the deoxidation effect, it is preferably set to 0.003% or more. Preferably, it is 0.015 to 0.040 %.

N : 0.0010 ∼ 0.0060 %N: 0.0010 to 0.0060%

N 은, Nb 나 Ti 등의 질화물을 형성하는 원소이며, 조직 미세화에 유용하므로, 0.0010 % 이상은 필요하다. 한편, 과잉으로 첨가한 N 이 질화물을 형성하지 않고 고용 N 으로서 남으면, 인성 저하를 초래하므로, 상한을 0.0060 % 로 한다. 바람직하게는, 0.0020 ∼ 0.0050 % 이다.N is an element that forms a nitride such as Nb or Ti, and is useful for refining the structure, so 0.0010% or more is required. On the other hand, if the excessively added N remains as solid solution N without forming a nitride, a decrease in toughness is caused, so the upper limit is made 0.0060%. Preferably, it is 0.0020-0.0050 %.

이상의 각 성분을 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물이다. 이 기본 성분에 더하여, 추가로 필요에 따라, V : 0.050 % 이하, Cu : 1.0 % 이하, Ni : 1.0 % 이하, Cr : 1.0 % 이하 및 Mo : 1.0 % 이하의 1 종 또는 2 종 이상을 함유할 수 있다.Each of the above components is contained, and the remainder is Fe and unavoidable impurities. In addition to this basic component, one or two or more of V: 0.050% or less, Cu: 1.0% or less, Ni: 1.0% or less, Cr: 1.0% or less, and Mo: 1.0% or less are contained as needed. can do.

즉, V 는, 석출 강화 원소이며, 그를 위해서는 0.005 % 이상으로 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.050 % 이상 포함되면, 석출 취화를 일으키므로, 상한을 0.050 % 로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.010 ∼ 0.050 % 이다.That is, V is a precipitation strengthening element, and for that purpose, it is preferable to contain 0.005% or more. However, since precipitation embrittlement is caused when 0.050% or more is contained, it is preferable to set the upper limit to 0.050%. More preferably, it is 0.010 to 0.050 %.

또, Cu, Ni, Cr 및 Mo 는, 강도 향상에 기여하는 원소이고, 용접성의 관점에서 후술하는 Ceq 의 상한을 초과하지 않는 범위에서 필요에 따라 첨가할 수 있다. 그를 위해서는, 각 원소 모두, 0.01 % 이상으로 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 각 원소 모두, 1.0 % 를 초과하면, 인성 및 용접성의 저하나 비용의 상승으로 이어지므로, 각각 1.0 % 이하로 하는 것이 바람직하다.Moreover, Cu, Ni, Cr, and Mo are elements contributing to a strength improvement, and can be added as needed in the range which does not exceed the upper limit of Ceq mentioned later from a weldability viewpoint. For that purpose, it is preferable to add all of the elements in an amount of 0.01% or more. On the other hand, when each element exceeds 1.0 %, since it leads to the fall of toughness and weldability, and a raise of cost, it is preferable to set it as 1.0 % or less, respectively.

Ceq : 0.44 % 이하Ceq: 0.44% or less

하기한 식 (1) 에 따른 Ceq 를 높게 함으로써, 모재 강도를 높이는 것이 가능하지만, Ceq 가 지나치게 높으면 모재 인성이나 용접부 인성의 저하를 초래하므로, 상한을 0.44 % 로 한다. 보다 바람직하게는, 0.43 % 이하이다. 또한, 식 (1) 중의 원소 표시는, 그 원소의 함유량을 나타내고, 포함되지 않는 원소는 제로로 한다.By increasing Ceq according to the following formula (1), it is possible to increase the strength of the base material, but if Ceq is too high, the base material toughness and the weld joint toughness decrease, so the upper limit is made 0.44%. More preferably, it is 0.43 % or less. In addition, element display in Formula (1) shows content of the element, and an element which is not contained is made into zero.

Ceq = C + Mn/6 + (Cu + Ni)/15 + (Cr + Mo + V)/5 …(1)Ceq = C + Mn/6 + (Cu + Ni)/15 + (Cr + Mo + V)/5 … (One)

여기서, 화학 성분 조성을 (0.10 ∼ 0.13) % C - 0.3 % Si - 1.5 % Mn 에 Nb 량을 변화시킨 강 소재를 사용하여, 플랜지 두께 12 ㎜ ∼ 40 ㎜ 의 H 형강의 제조에 상당하는 열간 압연을 실시하고, 여러 가지의 강도 및 인성을 평가함과 함께, 마이크로 조직의 해석을 실시하였다. 그 결과에 기초하여, 본 발명에 있어서의 마이크로 조직 및 제조 조건을 한정하였다. 이하에, 마이크로 조직 및 제조 조건에 관한 한정 이유를 서술한다.Here, using a steel material whose chemical composition is (0.10 to 0.13)% C-0.3% Si-1.5% Mn and the amount of Nb changed, hot rolling corresponding to production of H-section steel with a flange thickness of 12 mm to 40 mm is performed. It performed and evaluated various strengths and toughness, and analyzed the microstructure. Based on the results, the microstructure and manufacturing conditions in the present invention were limited. Below, the reason for limitation regarding a microstructure and manufacturing conditions is described.

[마이크로 조직][micro organization]

페라이트 평균 입경 : 15 ㎛ 이하Ferrite average particle size: 15 μm or less

상기 조성의 소재를 열간 압연 후에 공랭한 경우의 마이크로 조직은, 페라이트를 주상으로 하여, 제 2 상이 펄라이트 및/또는 베이나이트이다. 본 발명에서 원하는 항복 강도 YP : 355 ㎫ 이상 또한 -40 ℃ 의 샤르피 흡수 에너지 : 50 J 이상을 달성하기 위해서는, 페라이트립을 미세화하는 것이 중요하다. 즉, 페라이트 평균 입경이 15 ㎛ 를 초과하면 -40 ℃ 에서의 인성이 저하되므로, 페라이트 평균 입경은 15 ㎛ 이하로 할 필요가 있다.The microstructure when the raw material of the above composition is air-cooled after hot rolling has ferrite as the main phase, and the second phase is pearlite and/or bainite. In order to achieve the desired yield strength YP: 355 MPa or more and the Charpy absorbed energy of -40°C: 50 J or more in the present invention, it is important to refine the ferrite grains. That is, since toughness at -40 degreeC will fall when a ferrite average particle diameter exceeds 15 micrometers, it is necessary to make the ferrite average particle diameter into 15 micrometers or less.

도상 마텐자이트의 분율 : 3.0 % 이하Fraction of island martensite: 3.0% or less

마이크로 조직에 있어서의 페라이트 이외의 부분, 즉 제 2 상은, 펄라이트 및/또는 베이나이트이다. 그 베이나이트에는, 일부 도상 마텐자이트가 포함되는 경우가 있지만, 도상 마텐자이트는 경질상이고 파괴의 기점이 되므로, 이 도상 마텐자이트가 생성되면 -40 ℃ 의 인성이 저하되므로, 그 면적률은 3.0 % 이하로 할 필요가 있다. 바람직하게는, 2.5 % 이하이다.A portion other than ferrite in the microstructure, that is, the second phase is pearlite and/or bainite. The bainite may contain some island martensite, but the island martensite is a hard phase and serves as a fracture origin. It is necessary to set it as 3.0 % or less. Preferably, it is 2.5 % or less.

또한, 여기서 말하는 도상 마텐자이트의 면적률은, 전체 조직의 면적에 대한 도상 마텐자이트의 면적률이다. 또, 주상이 되는 페라이트는, 면적률로 70 % 이상, 바람직하게는 80 % 이상이다. 한편, 제 2 상인 펄라이트 및/또는 베이나이트는, 면적률로 25 % 이하인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 경질인 펄라이트 및/또는 베이나이트의 면적률이 25 % 를 초과하면 모재 인성이 저하되기 때문이다.In addition, the area ratio of island martensite here is the area ratio of island martensite with respect to the area of the whole structure|tissue. Moreover, the ferrite used as a main phase is 70 % or more in area ratio, Preferably it is 80 % or more. On the other hand, it is preferable that the 2nd phase pearlite and/or bainite is 25 % or less in area ratio. This is because, when the area ratio of hard pearlite and/or bainite exceeds 25%, the base metal toughness decreases.

[제조 조건][Manufacturing conditions]

상기한 성분 조성을 갖는 강 소재를, 1150 ℃ 이상 1300 ℃ 미만에서 가열 후, 적어도 플랜지 상당 부분의 표면 온도가 하기 식 (2) 로 산출되는 TR ℃ 이하에서의 누적 압하율이 20 % 이상인 열간 압연을 실시하는 것이 중요하다.After heating a steel material having the above component composition at 1150 ° C. or higher and less than 1300 ° C., hot rolling with a cumulative reduction ratio of 20% or more at TR ° C. It is important to carry out

TR = 174 log[Nb × (C + 12/14N)] + 1344 …(2)TR = 174 log [Nb × (C + 12/14N)] + 1344 … (2)

가열 온도 : 1150 ℃ 이상 1300 ℃ 미만Heating temperature: 1150℃ or more and less than 1300℃

H 형강의 제조에서는, 열간 압연으로 형상 제어하는 것이 중요하고, 변형 저항이 작은 고온역에서 가공하기 위해서 1150 ℃ 이상으로 가열할 필요가 있다. 또한, Nb(C, N) 을 충분히 고용시키기 위해서는, 1200 ℃ 이상에서 가열하는 것이 바람직하다. 한편, 가열 온도가 지나치게 높으면, TiN 석출물이 고용되고, 오스테나이트립의 조대화를 억제하는 효과가 작아지는 결과, 조직이 조대해져 인성 저하를 초래하므로, 가열 온도는 1300 ℃ 미만으로 한다. 바람직하게는, 1290 ℃ 이하이다.In the manufacture of H-beams, shape control by hot rolling is important, and in order to process in a high-temperature region with low deformation resistance, it is necessary to heat to 1150° C. or higher. In addition, in order to sufficiently dissolve Nb(C, N), heating at 1200°C or higher is preferable. On the other hand, if the heating temperature is too high, TiN precipitates are dissolved in solid solution, and as a result, the effect of suppressing coarsening of austenite grains becomes small. Preferably, it is 1290 degrees C or less.

열간 압연 : 적어도 플랜지 상당 부분의 표면 온도가 상기 식 (2) 로 산출되는 TR ℃ 이하에서의 누적 압하율이 20 % 이상Hot rolling: At least the surface temperature of the flange equivalent portion has a cumulative reduction ratio of 20% or more at TR°C or lower calculated by the above formula (2)

여기서, 상기 식 (2) 는, 상기한 성분계에 있어서, Nb 첨가를 실시한 경우의 오스테나이트의 미재결정 온도역을 실험적으로 구한 결과이다. 즉, C, N 및 Nb 의 양에 따라 상기 식 (2) 로 계산되는 온도 이하에서, 누적 압하율 20 % 이상의 압연을 실시함으로써, 제어 압연 효과를 최대한으로 활용하는 것이 가능하다. 그 결과, YP 355 ㎫ 이상의 강도와 -40 ℃ 에서의 인성을 안정적으로 확보할 수 있다. 또한, 누적 압하율은 높을수록 페라이트 입경이 미세화되고, 강도 그리고 인성의 향상에 기여하므로, 추가로 YP 420 ㎫ 이상의 고강도가 요청되는 경우에는, 누적 압하율을 30 % 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 과도하게 누적 압하를 가하면, 압연시의 하중 증대나 형상 확보가 곤란해지므로, 50 % 를 상한으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 식 (2) 로 산출되는 TR ℃ 초과에서의 압하율은, 특별히 규정할 필요는 없고, TR ℃ 이하에서의 누적 압하율의 규정에 의해 원하는 강도 및 인성을 확보할 수 있다.Here, the above formula (2) is the result of experimentally finding the non-recrystallization temperature range of austenite in the case of adding Nb in the above-described component system. That is, it is possible to utilize the controlled rolling effect to the maximum by performing rolling with a cumulative reduction ratio of 20% or more at a temperature below the temperature calculated by the above formula (2) according to the amounts of C, N and Nb. As a result, the strength of YP of 355 MPa or more and the toughness at -40°C can be stably secured. In addition, the higher the cumulative reduction ratio, the finer the ferrite grain size, contributing to the improvement of strength and toughness. On the other hand, if excessive cumulative rolling reduction is applied, it becomes difficult to increase the load at the time of rolling and to secure the shape. Therefore, it is preferable to set 50% as the upper limit. In addition, there is no need to prescribe in particular the rolling-reduction|draft ratio above TR degreeC calculated by said Formula (2), and desired strength and toughness can be ensured by regulation of the cumulative rolling-reduction|draft ratio at TR degreeC or less.

여기서, 적어도 플랜지 상당 부분의 표면 온도에서 규정하는 것은, 재질 평가 위치인 플랜지부의 표면 온도를 방사 온도계 등으로 측온 관리하여 제어 압연을 실시하기 위해서이다.Here, at least the surface temperature of the flange equivalent portion is prescribed in order to temperature-manage the surface temperature of the flange portion, which is a material evaluation position, with a radiation thermometer or the like to perform controlled rolling.

이상의 제조 조건에 따름으로써, 열간 압연 후에는 (가속 냉각하지 않고 단순한) 공랭을 거쳐 원하는 강도 및 인성을 확보할 수 있는 데다가, 형상 안정화도 도모된다. 또, 공랭 정도의 냉각 속도로 냉각시킴으로써, 인성 저하의 요인인 도상 마텐자이트의 분해를 촉진하고, 저온 인성을 향상시키는 것이 가능해진다.By complying with the above manufacturing conditions, desired strength and toughness can be secured through air cooling (without accelerated cooling and simple) after hot rolling, and shape stabilization is also achieved. In addition, by cooling at a cooling rate equivalent to air cooling, decomposition of island martensite, which is a factor of a decrease in toughness, is promoted, and it becomes possible to improve the low-temperature toughness.

실시예Example

표 1 에 나타내는 여러 가지의 성분 조성으로 조정한 강 소재를, 표 2 에 나타내는 조건에 따라서 열간 압연하고, 플랜지 두께가 여러 가지로 상이한 압연 H 형강을 제조하였다. 얻어진 H 형강의 표면으로부터 플랜지폭 1/6 위치로부터 압연 방향으로 평행하게 JIS 1A 호 인장 시험편을 채취하고, 인장 시험을 실시하여 항복 강도 (YP) 및 인장 강도 (TS) 를 구하였다. 또, 상기 플랜지폭 1/6 위치의 표면하 1/4 t (t : 플랜지 두께) 부로부터 압연 방향으로 평행하게 샤르피 충격 시험편을 채취하고, 0 ℃ 에서의 흡수 에너지, -40 ℃ 에서의 흡수 에너지 및 -60 ℃ 에서의 흡수 에너지를 각각 평가하였다. 그 평가 결과를 표 2 에 병기한다.The steel raw material adjusted to the various component compositions shown in Table 1 was hot-rolled according to the conditions shown in Table 2, and rolled H-beam steel from which flange thickness differs variously was manufactured. A JIS No. 1A tensile test piece was taken from the surface of the obtained H-beam in parallel in the rolling direction from a position of 1/6 of the flange width, and a tensile test was performed to determine the yield strength (YP) and tensile strength (TS). Further, a Charpy impact test piece is taken parallel to the rolling direction from the 1/4 t (t: flange thickness) part under the surface at the position of 1/6 of the flange width, and the absorbed energy at 0°C and the absorbed energy at -40°C and absorbed energy at -60°C, respectively. The evaluation result is written together in Table 2.

또한, 플랜지폭 1/6 위치로부터 마이크로 조직 관찰용 시료를 잘라내고, 압연 방향 및 플랜지 두께 방향으로 평행한 면을 관찰면으로 하여, 이 관찰면을 연마, 에칭 후에 광학 현미경에 의해 배율 100 ∼ 400 배로 마이크로 조직 관찰을 실시하였다. 그리고, 주상 및 제 2 상의 마이크로 조직의 동정을 실시함과 함께, 화상 해석에 의해 페라이트 분율 (면적률) 과 페라이트 입경 (평균 입경) 을 구하였다. 또, 상기 마이크로 조직 관찰용 시료를 주사형 전자 현미경 (SEM) 에 의해, 배율 1000 배로 관찰하고, 화상 해석에 의해 도상 마텐자이트의 면적률 (MA 분율) 을 구하였다. 이들 결과에 대해서도, 표 2 에 병기한다.Further, a sample for microstructure observation is cut out from a position of 1/6 of the flange width, a surface parallel to the rolling direction and the flange thickness direction is an observation surface, and the observation surface is polished and etched by an optical microscope at a magnification of 100 to 400 Micro-tissue observation was carried out in a vessel. Then, the microstructure of the main phase and the second phase were identified, and the ferrite fraction (area ratio) and ferrite particle size (average particle size) were determined by image analysis. Moreover, the said sample for microstructure observation was observed with a magnification of 1000 times with a scanning electron microscope (SEM), and the area ratio (MA fraction) of island martensite was calculated|required by image analysis. These results are also written together in Table 2.

Figure 112020043279270-pct00001
Figure 112020043279270-pct00001

Figure 112020043279270-pct00002
Figure 112020043279270-pct00002

발명예에서는, 항복 강도 YP 355 ㎫ 이상, 인장 강도 TS 460 ∼ 690 ㎫ 및 -40 ℃ 에서의 샤르피 흡수 에너지 50 J 이상을 만족하고 있지만, 성분이나 제조 조건이 벗어난 경우에는, 어느 특성이 목표를 만족하고 있지 않다.In the invention example, the yield strength YP 355 MPa or more, the tensile strength TS 460 to 690 MPa, and the Charpy absorbed energy 50 J or more at -40°C are satisfied. not doing

Claims (3)

질량% 로,
C : 0.08 ∼ 0.16 %,
Si : 0.05 ∼ 0.60 %,
Mn : 0.10 ∼ 1.80 %,
Nb : 0.005 ∼ 0.060 %,
Ti : 0.0010 ∼ 0.0200 %,
Al : 0.080 % 이하,
N : 0.0010 ∼ 0.0060 %,
P : 0.030 % 이하 및
S : 0.030 % 이하
를, 하기 식 (1) 에 따른 Ceq 가 0.44 % 이하가 되는 범위에서 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 성분 조성을 갖는 강 소재를, 1150 ℃ 이상 1300 ℃ 미만에서 가열 후, 적어도 플랜지 상당 부분의 표면 온도가 하기 식 (2) 로 산출되는 TR ℃ 이하에서의 누적 압하율이 20 % 이상인 열간 압연을 실시하고, 그 열간 압연 후에 가속 냉각을 실시하지 않음으로써, 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 페라이트를 주상으로 하고, 제 2 상이 펄라이트 및/또는 베이나이트이고, 또한 도상 마텐자이트가 3.0 % 이하인 마이크로 조직을 갖는 H 형강을 얻는 H 형강의 제조 방법.
Ceq = C + Mn/6 + (Cu + Ni)/15 + (Cr + Mo + V)/5 …(1)
단, 식 중의 원소 표시는 그 원소의 함유량을 나타내고, 포함되지 않는 원소는 제로로 한다.
TR = 174 log[Nb × (C + 12/14N)] + 1344 …(2)
in mass %,
C: 0.08 to 0.16%;
Si: 0.05 to 0.60%;
Mn: 0.10 to 1.80%;
Nb: 0.005 to 0.060%;
Ti: 0.0010 to 0.0200%,
Al: 0.080% or less;
N: 0.0010 to 0.0060%;
P: 0.030% or less and
S: 0.030% or less
is contained in a range such that Ceq according to the following formula (1) is 0.44% or less, and the remainder is a steel material having a component composition of Fe and unavoidable impurities After heating at 1150°C or more and less than 1300°C, at least a portion corresponding to the flange By performing hot rolling with a cumulative reduction ratio of 20% or more at a surface temperature of TR °C or less calculated by the following formula (2), and not performing accelerated cooling after the hot rolling, ferrite having an average particle diameter of 15 µm or less A method for producing an H-section steel to obtain an H-section steel having a microstructure as a main phase, pearlite and/or bainite as the second phase, and an island martensite content of 3.0% or less.
Ceq = C + Mn/6 + (Cu + Ni)/15 + (Cr + Mo + V)/5 … (One)
However, the element display in the formula indicates the content of the element, and an element not included is set to zero.
TR = 174 log [Nb × (C + 12/14N)] + 1344 … (2)
제 1 항에 있어서,
상기 성분 조성은, 추가로 질량% 로,
V : 0.050 % 이하,
Cu : 1.0 % 이하,
Ni : 1.0 % 이하,
Cr : 1.0 % 이하 및
Mo : 1.0 % 이하
중 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 H 형강의 제조 방법.
The method of claim 1,
The component composition is further in mass%,
V: 0.050% or less;
Cu: 1.0% or less;
Ni: 1.0% or less;
Cr: 1.0% or less and
Mo: 1.0% or less
A method for producing an H-section steel containing one or two or more of them.
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