KR102551434B1 - 각형 강관 및 그 제조 방법 그리고 건축 구조물 - Google Patents

Abstract

각형 강관 및 그 제조 방법, 그리고 이 각형 강관을 사용한 건축 구조물을 제공한다. 본 발명은, 평판부와 모서리부를 갖는 각형 강관으로서, 특정한 성분 조성을 갖고, 강관의 외표면으로부터 판두께 t 의 1/4t 위치에 있어서의 강 조직은, 페라이트의 면적률에 대한 베이나이트와 펄라이트의 면적률의 합계의 비율이 2.0 이상 20.0 이하이며, 또한 펄라이트의 면적률에 대한 베이나이트의 면적률의 비율이 5.0 이상 20.0 이하이고, 평판부는, YS 가 350 ㎫ 이상, TS 가 520 ㎫ 이상이고, 모서리부에 대한 평판부의 YS 의 비는 0.80 이상 0.90 이하, 모서리부에 대한 평판부의 TS 의 비는 0.90 이상 1.00 이하이고, 평판부의 -40 ℃ 의 샤르피 흡수 에너지는 100 J 이상이고, 모서리부의 R 은 (2.3 × t) 이상 (2.9 × t) 이하이다.

Description

각형 강관 및 그 제조 방법 그리고 건축 구조물

본 발명은, 각형 강관 및 그 제조 방법 그리고 건축 구조물에 관한 것이다. 본 발명의 모서리부와 평판부의 강도차가 작은 각형 강관은 건축 구조 부재로서 바람직하게 사용된다.

각형 강관 (「각 (角) 칼럼」이라고도 칭한다) 은, 통상적으로 열연 강판 (열연 강대) 또는 후판을 소재로 하여, 냉간 성형에 의해 제조된다. 냉간 성형 방법으로는, 프레스 성형 및 롤 성형이 있다. 그러나, 이들 어느 방법에 있어서도, 각형 강관의 모서리부에는 각형 강관의 평판부와 비교하여 큰 소성 변형이 가해지기 때문에, 모서리부의 강도가 상승하기 쉽고, 모서리부와 평판부의 강도차가 커진다는 문제가 있다. 모서리부와 평판부에서 특성이 크게 상이한 경우, 용접 재료의 선정이나 건축 설계가 매우 곤란해져, 각형 강관을 건축 구조용 재료로서 사용하는 것이 어려워진다.

이와 같은 문제에 대하여, 직접적인 검토가 실시된 예는 많지 않지만, 예를 들어 건축 구조물용의 각형 강관으로서 특허문헌 1 의 기술이 있다. 특허문헌 1 에는, 강판을 냉간 굽힘 가공하여 얻어지는 각형 강관으로서, 상기 각형 강관은, C : 0.02 ∼ 0.18 ％ (「％」는「질량％」의 의미이며, 이하의 화학 성분에 대해 동일하다), Si : 0.03 ∼ 0.5 ％, Mn : 0.7 ∼ 2.5 ％, Al : 0.005 ∼ 0.12 ％ 및 N : 0.008 ％ 이하 (0 ％ 를 포함하지 않는다) 를 각각 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 그 불가피적 불순물 중 P : 0.02 ％ 이하 (0 ％ 를 포함하지 않는다), S : 0.01 ％ 이하 (0 ％ 를 포함하지 않는다) 및 O : 0.004 ％ 이하 (0 ％ 를 포함하지 않는다) 로 각각 억제되어 있고, 상기 굽힘 가공부는 직각으로 가공한 채의 상태이며, 또한 하기 (A) ∼ (C) 의 요건을 만족함으로써 내진성을 확보하는 냉간 성형 각형 강관이 개시되어 있다.

(A) 강관의 평탄부에 있어서의 항복 강도 : 355 ㎫ 이상, 인장 강도 : 520 ㎫ 이상이고,

(B) 상기 평탄부의 마이크로 조직에 있어서, 베이나이트 조직의 면적 분율 : 40 ％ 이상이고,

(C) 강관의 모서리부에 있어서의 표층부가 비커스 경도 Hv : 350 이하, 인장 시험에서의 연신율 : 10 ％ 이상, 0 ℃ 의 샤르피 흡수 에너지 vE0 : 70 J 이상이다.

일본 특허공보 제5385760호

냉간에서의 롤 성형에 의해 제조되는 각형 강관은, 열간 압연에 의해 제조된 폭 방향으로 평탄한 재료 (예를 들어 열간 압연재) 를 롤 성형하여 환형 강관으로 하고, 그 후 냉간 성형을 실시하여 모서리부와 평판부를 갖는 각형 강관으로 성형된다. 이와 같은 제법상, 가공 경화의 차에 의해 발생하는 모서리부와 평판부의 강도차는 커지기 쉽다. 나아가서는, 롤 성형 전에 실시되는 열간 압연에서는, 열간 압연재의 표면으로부터의 냉각 제어에 의해 재료의 제조를 실시하기 때문에, 냉각 속도가 상대적으로 커지는 열간 압연재의 표층 근방에서는 가공 전의 강도 (경도) 가 커진다는 문제가 있었다.

그러나, 상기 서술한 특허문헌 1 에 개시된 기술에서는, 열간 압연에서의 온도 제어에 의해, 강판의 표면의 경도가 과도하게 상승하지 않도록 하는 것에 그치고 있으며, 적극적으로 모서리부와 평판부의 강도차를 작게 하는 것은 아니다. 따라서, 냉간 굽힘 가공하여 얻어진 각형 강관은, 설령 모서리부의 특성이 어느 기준을 만족하고 있더라도, 상대적으로는 평판부의 강도와 비교하여 모서리부의 강도가 높아져 있는 것은 분명하였다. 모서리부의 강도의 상승을 억제하려면, 모서리부의 소성 변형을 작게 하는 것이 유효하다. 모서리부의 소성 변형을 작게 하려면, 모서리부의 R (둥근 부분) 을 크게 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 모서리부의 R 이 큰 각형 강관은, 각형의 부재로서 다른 부재와 조합할 때, 설계상의 문제나, 간극의 발생 등에 의해 건축물로서의 성능 저하로 이어지는 문제가 있기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 모서리부와 평판부의 강도차가 작은 각형 강관 및 그 제조 방법, 그리고 이 각형 강관을 사용한 건축 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 이하의 지견을 얻었다.

본 발명에서는, 먼저, 냉간에서의 롤 성형으로 도입되는 가공 변형 (소성 변형) 이 특히 커지는 강관의 표층 근방 (이하, 외표면 근방이라고 칭한다) 에 있어서, 가공 경화를 발생시키기 어렵게 함으로써, 모서리부와 평판부의 강도차를 작게 하는 것에 착상하였다.

그래서, 본 발명자들은, 강판 및 강관의 강 조직으로서 페라이트, 베이나이트, 펄라이트의 면적률을 변화시킨 시료를 복수 준비하고, 가공 경화의 용이성을 조사하였다. 그 결과, 페라이트에 대한 베이나이트와 펄라이트의 합계량의 비율을 일정 이상으로 함으로써, 냉간에서 롤 성형해도 가공 경화되기 어려운 강 조직을 제조할 수 있는 것을 알아냈다. 이것은, 연질상이고 또한 가공 경화능이 작은 페라이트에 변형이 집중됨으로써, 강 조직 전체로서의 가공 경화능이 작아지는 것에 의한 것으로 생각된다.

또, 본 발명자들은, 소재 (이하, 열간 압연재 혹은 강판이라고 칭하는 경우도 있다) 의 강 조직을 살려 모서리부의 가공 경화를 억제하기 위해서는, 각형 강관을 제조할 때, 일단, 세로 직경/가로 직경의 비로 0.99 이상 1.01 이하의 원통상의 환형 강관으로 성형한 후, 상하 및 좌우에 배치된 롤에 의해 각상으로 성형한다. 이로써, 모서리부를 과도하게 가공 경화시키지 않고 각형 강관을 얻을 수 있는 것을 알아냈다.

여기서,「세로 직경」이란, 상기 환형 강관의 관축에 대한 연직 방향의 외경을 가리키며,「가로 직경」이란, 상기 환형 강관의 관축에 대한 수평 방향의 외경을 가리킨다.

상기 검토에 의해, 본 발명에서는, 냉간에서의 롤 성형으로 도입되는 가공 변형이 가장 커지는 강관의 외표면 근방의 강 조직에 대해, 페라이트에 대한 베이나이트와 펄라이트의 합계량의 비율을 특정한 범위로 한 열간 압연재 (강판) 를 사용하고, 이 열간 압연재를 세로 직경/가로 직경의 비로 0.99 이상 1.01 이하의 원통상으로 성형한 후, 상하 및 좌우에 배치된 롤에 의해 각상으로 성형함으로써, 모서리부와 평판부의 강도차가 작은 각형 강관을 제조할 수 있는 것으로 생각하였다.

또한, 본 발명에 있어서「모서리부와 평판부의 강도차가 작은 각형 강관」이란, 모서리부에 대한 평판부의 YS 의 비가 0.80 이상 0.90 이하, 모서리부에 대한 평판부의 TS 의 비가 0.90 이상 1.00 이하인 것을 나타낸다.

본 발명자들은, 추가로 상세한 검토를 거듭하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 본 발명의 요지는, 다음과 같다.

[1] 평판부와 모서리부를 갖는 각형 강관으로서,

성분 조성은, 질량％ 로,

C : 0.07 ∼ 0.20 ％,

Si : 1.0 ％ 이하,

Mn : 0.5 ∼ 2.0 ％,

P : 0.030 ％ 이하,

S : 0.015 ％ 이하,

Al : 0.01 ∼ 0.06 ％,

N : 0.006 ％ 이하

를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,

강관의 외표면으로부터 판두께 t 의 1/4t 위치에 있어서의 강 조직은, 페라이트의 면적률에 대한 베이나이트와 펄라이트의 면적률의 합계의 비율이 2.0 이상 20.0 이하이며, 또한 펄라이트의 면적률에 대한 베이나이트의 면적률의 비율이 5.0 이상 20.0 이하이고,

상기 평판부는, YS 가 350 ㎫ 이상, TS 가 520 ㎫ 이상이고,

상기 모서리부에 대한 상기 평판부의 YS 의 비는 0.80 이상 0.90 이하, 상기 모서리부에 대한 상기 평판부의 TS 의 비는 0.90 이상 1.00 이하이고,

상기 평판부의 -40 ℃ 의 샤르피 흡수 에너지는 100 J 이상이고,

상기 모서리부의 R 은 (2.3 × t) 이상 (2.9 × t) 이하인 각형 강관.

[2] 상기 성분 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, 하기 A 군 ∼ C 군 중에서 선택된 1 군 또는 2 군 이상을 함유하는 [1] 에 기재된 각형 강관.

A 군 : Nb : 0.05 ％ 이하, Ti : 0.05 ％ 이하, V : 0.10 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상

B 군 : B : 0.008 ％ 이하

C 군 : Cr : 0.01 ∼ 1.0 ％, Mo : 0.01 ∼ 1.0 ％, Cu : 0.01 ∼ 0.50 ％, Ni : 0.01 ∼ 0.30 ％, Ca : 0.001 ∼ 0.010 ％ 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상

[3] [1] 또는 [2] 에 기재된 각형 강관의 제조 방법으로서,

강판을 냉간에서 롤 성형하여 원통상으로 한 단면을 용접하고, 세로 직경/가로 직경의 비로 0.99 이상 1.01 이하의 원통상으로 성형한 후, 각상으로 성형하는 조관 (造管) 공정을 실시하는 각형 강관의 제조 방법.

[4] [1] 또는 [2] 에 기재된 각형 강관의 제조 방법으로서,

강 소재에, 열간 압연 공정, 냉각 공정, 권취 공정 및 조관 공정을 이 순서로 실시하여 각형 강관을 제조할 때,

상기 강 소재를 가열 온도 : 1100 ∼ 1300 ℃ 로 가열한 후,

가열로로부터 추출 후, 조압연이 종료될 때까지의 동안에, 가열된 상기 강 소재에 대하여, 판두께 중심 온도가 1000 ℃ 이상인 상태에서 30 초 이상 정지 (靜止) 시키는 횟수를 1 회 이상 5 회 이하로 제어한 후, 조압연 종료 온도 : 1000 ∼ 800 ℃, 마무리 압연 개시 온도 : 1000 ∼ 800 ℃, 마무리 압연 종료 온도 : 900 ∼ 750 ℃ 로 하는 열간 압연 공정을 실시하고,

이어서, 냉각 개시로부터 10 s 간에 있어서의 0.2 s 이상 3.0 s 미만의 방랭을 1 회 이상 갖고, 판두께 중심 온도에서의 평균 냉각 속도 : 4 ∼ 25 ℃/s, 냉각 정지 온도 : 580 ℃ 이하로 하는 냉각 공정을 실시하고,

이어서, 권취 온도 : 580 ℃ 이하에서 권취하는 권취 공정을 실시하여 강판으로 하고,

이어서, 상기 권취 공정 후의 강판을 냉간에서 롤 성형하여 원통상으로 한 단면을 용접하고, 세로 직경/가로 직경의 비로 0.99 이상 1.01 이하의 원통상으로 성형한 후, 각상으로 성형하는 조관 공정을 실시하는 각형 강관의 제조 방법.

[5] [1] 또는 [2] 에 기재된 각형 강관을 사용한 건축 구조물.

본 발명에 의하면, 특히 냉간의 롤 성형에 의해 각형 강관을 제조할 때에 모서리부와 평판부의 강도차가 작은 각형 강관을 얻을 수 있다. 이 각형 강관은, 모서리부의 R 이 적절한 크기로 제어되어 있기 때문에, 예를 들어 건축 구조 부재용 각형 강관으로서 바람직하게 사용할 수 있다.

도 1 은, 전봉 강관의 제조 설비의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 각 강관의 성형 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 본 발명의 각형 강관을 사용한 건축 구조물의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 4 는, 각 강관의 단면을 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 각형 강관은 이하와 같다. 성분 조성은, 질량％ 로, C : 0.07 ∼ 0.20 ％, Si : 1.0 ％ 이하, Mn : 0.5 ∼ 2.0 ％, P : 0.030 ％ 이하, S : 0.015 ％ 이하, Al : 0.01 ∼ 0.06 ％, N : 0.006 ％ 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 이 각형 강관의 외표면으로부터 판두께 t 의 1/4 깊이 위치 (이하, 1/4t 위치라고 칭한다) 에 있어서의 강 조직은, 페라이트의 면적률에 대한 베이나이트와 펄라이트의 면적률의 합계의 비율이 2.0 이상 20.0 이하이며, 또한 펄라이트의 면적률에 대한 베이나이트의 면적률의 비율이 5.0 ∼ 20.0 이다. 또, 각형 강판의 평판부는, YS 가 350 ㎫ 이상, TS 가 520 ㎫ 이상이고, 모서리부에 대한 평판부의 YS 의 비는 0.80 이상 0.90 이하, 모서리부에 대한 평판부의 TS 의 비는 0.90 이상 1.00 이하이고, 평판부의 판두께 1/4t 위치에 있어서의 -40 ℃ 의 샤르피 흡수 에너지는 100 J 이상이고, 모서리부의 R 은 (2.3 × t) 이상 (2.9 × t) 이하이다.

먼저, 본 발명의 성분 조성의 한정 이유에 대해 설명한다. 또한, 특별히 언급하지 않는 한 질량％ 는, 간단히 ％ 로 기재한다. 또한, 본 발명에서는, 각형 강관과 각형 강관의 소재에 사용하는 강판의 성분 조성은 동일하다. 그 때문에, 이하에 있어서는, 각형 강관과 소재에 사용하는 강판의 성분 조성의 한정 이유로서 설명한다.

C : 0.07 ∼ 0.20 ％

C 는, 고용 강화에 의해 강판 및 각형 강관의 강도를 증가시킴과 함께, 후술하는 본 발명의 강 조직의 하나인 펄라이트의 형성에 기여하는 원소이다. 원하는 강도, 또한 원하는 강판 조직을 확보하기 위해서는, C 는 0.07 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.20 ％ 를 초과하는 C 의 함유는, 각형 강관의 현장에서의 용접시에 열 영향에 의해 마텐자이트 조직이 생성되어, 용접 균열의 원인이 될 우려가 있다. 이 때문에, C 는 0.07 ∼ 0.20 ％ 로 한다. C 는, 바람직하게는 0.09 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이상이다. 또, C 는, 바람직하게는 0.18 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.17 ％ 이하이다.

Si : 1.0 ％ 이하

Si 는, 고용 강화로 강판 및 각형 강관의 강도 증가에 기여하는 원소이다. 원하는 강판 및 각형 강관의 강도를 확보하기 위해서는, Si 는 0.01 ％ 를 초과하여 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 1.0 ％ 를 초과하여 Si 를 함유하면, 인성이 저하된다. 이 때문에, Si 는 1.0 ％ 이하로 한다. 또한, Si 는, 바람직하게는 0.8 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.6 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는 0.03 ％ 이상이다.

Mn : 0.5 ∼ 2.0 ％

Mn 은, 고용 강화를 통하여 강판 및 각형 강관의 강도를 증가시키는 원소로서, 원하는 강판 및 각형 강관의 강도를 확보하기 위해, 0.5 ％ 이상의 Mn 의 함유를 필요로 한다. Mn 이 0.5 ％ 미만의 함유에서는, 페라이트 변태 개시 온도의 상승을 초래하고, 조직이 과도하게 조대화되어, 인성이 저하된다. 한편, 2.0 ％ 를 초과하여 Mn 을 함유하면, 중심 편석부의 경도가 상승하여, 각형 강관의 현장에서의 용접시의 균열의 원인이 될 우려가 있다. 이 때문에, Mn 은 0.5 ∼ 2.0 ％ 로 한다. Mn 은, 바람직하게는 1.8 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 1.6 ％ 이하이다. Mn는, 바람직하게는 0.6 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.7 ％ 이상이다.

P : 0.030 ％ 이하

P 는, 페라이트 입계에 편석되어, 강판 및 각형 강관의 인성을 저하시키는 작용을 갖는 원소이다. 본 발명에서는, 불순물로서 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하다. 그러나, 과도한 저감은, 정련 비용의 고등을 초래하기 때문에, P 는 0.002 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, P 의 함유는 0.030 ％ 까지는 허용할 수 있다. 이 때문에, P 는 0.030 ％ 이하로 한다. P 는, 바람직하게는 0.025 ％ 이하이다. P 는, 보다 바람직하게는 0.020 ％ 이하이다.

S : 0.015 ％ 이하

S 는, 강 중에서는 황화물로서 존재하며, 본 발명의 성분 조성의 범위이면, 주로 MnS 으로서 존재한다. MnS 은, 열간 압연 공정에서 얇게 연신되어, 강판 및 각형 강관의 연성 및 인성에 악영향을 미친다. 이 때문에, 본 발명에서는 가능한 한 MnS 를 저감시키는 것이 바람직하다. 그러나, 과도한 저감은, 정련 비용의 고등을 초래하기 때문에, S 는 0.0002 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, S 의 함유는 0.015 ％ 까지는 허용할 수 있다. 이 때문에, S 는 0.015 ％ 이하로 한다. S 는, 바람직하게는 0.010 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.008 ％ 이하이다.

Al : 0.01 ∼ 0.06 ％

Al 은, 탈산제로서 작용함과 함께, AlN 으로서 N 을 고정시키는 작용을 갖는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Al 은 0.01 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. Al 은 0.01 ％ 미만에서는, Si 무첨가의 경우에 탈산력이 부족하고, 산화물계 개재물이 증가하고, 강판의 청정도가 저하된다. 한편, 0.06 ％ 를 초과하는 Al 의 함유는, 고용 Al 량이 증가하고, 각형 강관의 길이 용접시 (즉, 각형 강관의 제조에 있어서의 강관 길이 방향의 전봉 용접시), 특히 대기 중에서의 용접의 경우에 용접부에 산화물을 형성시킬 위험성이 높아지고, 각형 강관 용접부의 인성이 저하된다. 이 때문에, Al 은 0.01 ∼ 0.06 ％ 로 한다. Al 은, 바람직하게는 0.02 ％ 이상이다. 또, Al 은, 바람직하게는 0.05 ％ 이하이다.

N : 0.006 ％ 이하

N 은, 전위의 운동을 강고하게 고착시킴으로써 강판 및 각형 강관의 인성을 저하시키는 작용을 갖는 원소이다. 본 발명에서는, N 은 불순물로서 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하고, 0.006 ％ 까지는 허용할 수 있다. 이 때문에, N 은 0.006 ％ 이하로 한다. N 은, 바람직하게는 0.005 ％ 이하이다. 본 발명에서는 특별히 규정하지 않지만, 제조 비용의 관점에서, N 은 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 단, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에 있어서는, 불가피적 불순물로서, 예를 들어 O (산소) : 0.005 ％ 이하를 함유하는 것을 허용할 수 있다.

이상이 본 발명의 기본의 성분 조성이다. 상기한 필수 원소로 본 발명에서 목적으로 하는 특성은 얻어지지만, 필요에 따라 하기의 원소를 함유할 수 있다.

Nb : 0.05 ％ 이하, Ti : 0.05 ％ 이하, V : 0.10 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상

Nb, Ti, V 는 모두, 강 중에서 미세한 탄화물, 질화물을 형성하여, 석출 강화를 통하여 강의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해, Nb, Ti, V 를 함유하는 경우에는, 각각 Nb : 0.05 ％ 이하, Ti : 0.05 ％ 이하, V : 0.10 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, Nb : 0.04 ％ 이하, Ti : 0.04 ％ 이하, V : 0.08 ％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. Nb, Ti, V 를 함유하는 경우에는, 각각 Nb : 0.001 ％ 이상, Ti : 0.001 ％ 이상, V : 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, Nb : 0.003 ％ 이상, Ti : 0.003 ％ 이상, V : 0.003 ％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, Nb, Ti, V 중에서 선택된 2 종 이상을 함유하는 경우에는, 합계로 0.2 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

B : 0.008 ％ 이하

B 는, 냉각 과정의 페라이트 변태를 지연시키고, 저온 변태 페라이트의 형성을 촉진시키고, 강판 및 각형 강관의 강도를 증가시키는 작용을 갖는 원소이다. B 의 함유는, 강판의 항복비, 즉 각형 강관의 항복비의 증가로 이어진다. 이 때문에, 본 발명에서는, 각형 강관의 항복비가 90 ％ 이하가 되는 범위이면, 강도를 조정할 목적으로 필요에 따라 B 를 함유할 수 있다. B 를 함유하는 경우에는, 0.008 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. B 는, 보다 바람직하게는 0.0015 ％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.0008 ％ 이하이다. B 는, 바람직하게는 0.0001 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.0003 ％ 이상이다.

Cr : 0.01 ∼ 1.0 ％, Mo : 0.01 ∼ 1.0 ％, Cu : 0.01 ∼ 0.50 ％, Ni : 0.01 ∼ 0.30 ％, Ca : 0.001 ∼ 0.010 ％ 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상

Cr : 0.01 ∼ 1.0 ％

Cr 은, ??칭성을 높임으로써, 강판 및 각형 강관의 강도를 상승시키는 원소로서, 필요에 따라 함유할 수 있다. 그러한 효과를 얻기 위해 Cr 을 함유하는 경우에는, 0.01 ％ 이상의 Cr 을 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 1.0 ％ 를 초과하여 Cr 을 함유하면 인성이나 용접성을 저하시킬 우려가 있으므로, Cr 을 함유하는 경우에는 1.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Cr 은, 보다 바람직하게는 0.02 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.8 ％ 이하이다.

Mo : 0.01 ∼ 1.0 ％

Mo 는, ??칭성을 높임으로써, 강판 및 각형 강관의 강도를 상승시키는 원소로서, 필요에 따라 함유할 수 있다. 그러한 효과를 얻기 위해 Mo 를 함유하는 경우에는, 0.01 ％ 이상의 Mo 를 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 1.0 ％ 를 초과하여 Mo 를 함유하면 인성을 저하시킬 우려가 있으므로, Mo 를 함유하는 경우에는 1.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Mo 는, 보다 바람직하게는 0.02 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.8 ％ 이하이다.

Cu : 0.01 ∼ 0.50 ％

Cu 는, 고용 강화에 의해 강판 및 각형 강관의 강도를 상승시키는 원소로서, 필요에 따라 함유할 수 있다. 그러한 효과를 얻기 위해 Cu 를 함유하는 경우에는, 0.01 ％ 이상의 Cu 를 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 0.50 ％ 를 초과하여 Cu 를 함유하면 인성을 저하시킬 우려가 있으므로, Cu 를 함유하는 경우에는 0.50 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Cu 는, 보다 바람직하게는 0.02 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.4 ％ 이하이다.

Ni : 0.01 ∼ 0.30 ％

Ni 는, 고용 강화에 의해 강판 및 각형 강관의 강도를 상승시키는 원소로서, 필요에 따라 함유할 수 있다. 그러한 효과를 얻기 위해 Ni 를 함유하는 경우에는, 0.01 ％ 이상의 Ni 를 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 0.30 ％ 를 초과하여 Ni 를 함유하면 페라이트의 면적률이 저하되기 쉬워질 우려가 있으므로, Ni 를 함유하는 경우에는 0.30 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ni 는, 보다 바람직하게는 0.02 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.2 ％ 이하이다.

Ca : 0.001 ∼ 0.010 ％

Ca 는, 열간 압연 공정에서 얇게 연신되는 MnS 등의 황화물을 구상화함으로써 강의 인성 향상에 기여하는 원소로서, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해 Ca 를 함유하는 경우에는, 0.001 ％ 이상의 Ca 를 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Ca 함유량이 0.010 ％ 를 초과하면, 강 중에 Ca 산화물 클러스터가 형성되어, 인성이 악화될 우려가 있다. 이 때문에, Ca 를 함유하는 경우에는, Ca 함유량은 0.001 ∼ 0.010 ％ 로 하는 것이 바람직하다. Ca 는, 보다 바람직하게는 0.0015 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.0050 ％ 이하이다.

다음으로, 본 발명의 각형 강관의 강 조직의 한정 이유에 대해 설명한다.

본 발명의 각형 강관에 있어서의 1/4t 위치의 강 조직은, 주로 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 갖고, 각 조직의 비율은, 페라이트 (F) 의 면적률에 대한 베이나이트 (B) 와 펄라이트 (P) 의 면적률의 합계의 비율 ((B ＋ P)/F) 이 2.0 이상 20.0 이하이며, 또한 펄라이트의 면적률에 대한 베이나이트의 면적률의 비율 (B/P) 이 5.0 이상 20.0 이하이다.

페라이트의 면적률에 대한 베이나이트와 펄라이트의 면적률의 합계의 비율 : 2.0 이상 20.0 이하

페라이트의 면적률에 대한 베이나이트와 펄라이트의 면적률의 합계의 비율이 2.0 미만에서는, 강도를 담당하는 베이나이트나 펄라이트가 부족하여, 원하는 강도를 얻을 수 없다. 한편, 페라이트의 면적률에 대한 베이나이트와 펄라이트의 면적률의 합계의 비율이 20.0 을 초과하면, 냉간 롤 성형에 의한 각형 강관을 제조할 때에 베이나이트나 펄라이트에 변형이 분산되기 쉬워지고, 가공 경화되기 쉬워진다. 그 결과, 모서리부와 평판부의 강도차가 작은 각형 강관을 얻을 수 없다.

펄라이트의 면적률에 대한 베이나이트의 면적률의 비율 : 5.0 이상 20.0 이하

펄라이트의 면적률에 대한 베이나이트의 면적률의 비율이 5.0 미만에서는 펄라이트가 과잉이 되어 인성이 저하된다. 한편, 펄라이트의 면적률에 대한 베이나이트의 면적률의 비율이 20.0 을 초과하면 베이나이트에 변형이 분산되기 쉬워지고, 가공 경화되기 쉬워진다. 그 결과, 모서리부와 평판부의 강도차가 작은 각형 강관을 얻을 수 없다.

또한, 일반적으로, 강판 (열연 강판) 을 소재로 하여 롤 성형에 의해 제조되는 각형 강관은, 모서리부 및 평판부 모두 1/4t 위치의 강 조직이 동일해지기 때문에, 평판부 1/4t 위치 혹은 모서리부의 1/4t 위치의 어느 쪽에서 측정해도 된다. 여기서는, 평판부의 1/4t 위치의 강 조직을 규정하고 있다.

본 발명에서는, 강관의 3/16t 위치 ∼ 5/16t 위치의 범위 내에 상기 서술한 강 조직이 존재하고 있어도 동일하게 상기 서술한 효과는 얻어진다. 그 때문에, 본 발명에 있어서「1/4t 위치에 있어서의 강 조직」이란, 상기한 3/16t 위치 ∼ 5/16t 위치의 범위의 어느 곳에 있어서, 상기 서술한 강 조직이 존재하고 있는 것을 의미한다.

상기 강 조직은, 이하의 방법으로 관찰하여, 조직의 종류 및 면적률 (％) 을 구한다. 조직 관찰용 시험편은, 각형 강관으로부터 채취하고, 압연 방향 단면 (L 단면) 이 관찰면이 되도록 연마하고, 나이탈 부식을 실시하여 제조한다. 조직 관찰은, 조직 관찰용 시험편의 표면 (즉, 각형 강관의 외표면) 으로부터 판두께 1/4t 위치에 있어서의 조직을 관찰의 중심으로 하고, 광학 현미경 (배율 : 500 배) 또는 주사형 전자 현미경 (SEM, 배율 : 500 배) 을 사용하여 강 조직을 관찰하고, 촬상한다. 여기서「t」란 강판의 두께 (판두께) 를 나타낸다. 얻어진 조직 사진으로부터, 화상 해석 장치 (화상 해석 소프트 : Photoshop, Adobe 사 제조) 를 사용하여, 조직의 종류를 특정하고, 각 조직 (페라이트, 펄라이트, 베이나이트) 의 면적률을 산출한다. 각 조직의 면적률은, 5 시야 이상에서 관찰을 실시하고, 각 시야에서 얻어진 값의 평균값으로서 구하였다.

다음으로, 도 1, 도 2 를 사용하여, 본 발명의 각형 강관의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 1 은, 전봉 강관의 제조 설비의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 2 는, 각 강관의 성형 과정을 나타내는 모식도이다.

본 발명의 각형 강관의 제조 방법은, 강판에 조관 공정을 실시하여 각형 강관으로 하는 것이다. 본 발명의 조관 공정에서는, 강판을 냉간에서 롤 성형하여 원통상으로 한 단면을 용접한다. 이어서, 세로 직경/가로 직경의 비로 0.99 이상 1.01 이하의 원통상의 환형 강관으로 성형한 후, 상하 및 좌우에 배치된 롤에 의해, 추가로 냉간에서 환형 강관을 각상으로 성형하여, 모서리부와 평판부를 갖는 각형 강관으로 성형한다.

먼저, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 전봉 강관의 소재인 강대 (1) 는, 예를 들어 레벨러 (2) 에 의한 입측 교정을 실시한 후, 복수의 롤로 이루어지는 케이지 롤군 (3) 으로 중간 성형되어 오픈관으로 된 후, 복수의 롤로 이루어지는 핀 패스 롤군 (4) 으로 마무리 성형된다. 마무리 성형 후에는, 스퀴즈 롤 (5) 로 압접하면서 강대 (1) 의 폭 단부를 용접기 (6) 로 전기 저항 용접하여, 원통상의 전봉 강관 (7) 이 된다. 또, 본 발명에서는, 전봉 강관 (7) 의 제조 설비는 도 1 과 같은 조관 공정에 한정되지 않는다.

그 후, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 전봉 강관 (7) 은 복수의 롤로 이루어지는 사이징 롤군 (사이징 스탠드) (8) 에 의해 원통상인 채 축경되어, 세로 직경/가로 직경의 비로 0.99 이상 1.01 이하의 원통상으로 된다. 그 후, 복수의 롤로 이루어지는 각 성형 롤군 (각 성형 스탠드) (9) 에 의해, 순차적으로 R1, R2, R3 과 같은 형상으로 성형되어, 각형 강관 (10) 이 된다. 또한, 사이징 롤군 (8) 및 각 성형 롤군 (9) 의 스탠드수는 특별히 제한되지 않는다.

여기서, 각상으로 성형하기 전에, 세로 직경/가로 직경의 비로 0.99 이상 1.01 이하의 원통상으로 성형하는 이유에 대해 설명한다.

본 발명에서는, 다음의 이유에 의해, 세로 직경/가로 직경의 비로 0.99 이상 1.01 이하로 하는 것이 중요하다. 일반적으로, 롤 성형에 의해 강관을 제조하는 경우, 그 과정에 있어서, 스프링백의 억제를 목적으로 하여 원주 방향으로 불균일한 변형을 부여하는 경우가 많다. 그러나, 최후에 각형으로 성형하는 것을 전제로 한 경우에는, 그 전단계인 원통 형상의 단면은 반드시 진원인 것을 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 원통상이라고 해도 각형 강관을 제조하는 도중 단계에서는 반드시 진원은 아니며, 그 결과, 얻어지는 각형 강관은 평판부와 모서리부의 특성차를 작게 할 수 없다. 이러한 점에서, 본 발명에서는, 평판부와 모서리부의 특성차를 작게 하기 위해, 전단계에 있어서 형상을 세로 직경/가로 직경의 비로 0.99 이상 1.01 이하의 원통상으로 성형하는 것이 필수이다.

상기한 세로 직경/가로 직경의 비로 0.99 이상 1.01 이하의 원통상으로 성형하지 않으면, 평판부에 비해 모서리부의 소성 변형이 지나치게 커진다. 그 결과, 모서리부에 대한 평판부의 YS 의 비가 0.80 미만, 및 모서리부에 대한 평판부의 TS 의 비가 0.90 미만이 된다. 또한, 평판부에 비해 모서리부의 소성 변형이 커지는 점에서, 모서리부에 대한 평판부의 YS 의 비가 0.90 이하, 및 모서리부에 대한 평판부의 TS 의 비가 1.00 이하가 되는 것은 당연하다. 따라서, 본 발명에서 목적으로 하는 평판부의 YS 를 350 ㎫ 이상, TS 를 520 ㎫ 이상이고, 모서리부에 대한 평판부의 YS 의 비를 0.80 이상 0.90 이하, 모서리부에 대한 평판부의 TS 의 비를 0.90 이상 1.00 이하로 하기 위해서는, 세로 직경/가로 직경의 비를 0.99 이상 1.01 이하의 원통상으로 성형한다.

또, 상기한 세로 직경/가로 직경의 비로 0.99 이상 1.01 이하의 원통상으로 성형함으로써, 각 성형시에 균등하게 모서리부를 성형할 수 있기 때문에, 모서리부의 R 은 (2.3 × t) 이상 (2.9 × t) 이하 (여기서, t 는 판두께이다) 로 할 수 있다. 모서리부의 R 이 (2.3 × t) 이상 (2.9 × t) 이하 (여기서, t 는 판두께이다) 가 됨으로써, 모서리부와 평판부의 강도차를 작게 할 수 있다.

이상으로부터, 본 발명에 의하면, 평판부의 YS 가 350 ㎫ 이상, TS 가 520 ㎫ 이상이고, 모서리부에 대한 평판부의 YS 의 비가 0.80 이상 0.90 이하, 모서리부에 대한 평판부의 TS 의 비가 0.90 이상 1.00 이하, 평판부의 -40 ℃ 의 샤르피 흡수 에너지가 100 J 이상, 모서리부의 R 이 (2.3 × t) 이상 (2.9 × t) 이하가 되기 때문에, 모서리부와 평판부의 강도차가 작은 각형 강관을 얻을 수 있다. 이 각형 강관은, 모서리부의 R 이 적절한 크기로 제어되고, 또한 모서리부와 평판부의 강도차가 작기 때문에, 특히 건축 구조 부재용 각형 강관으로서 바람직하게 사용할 수 있다.

또한, 상기 서술한 바와 같이, 본 발명의 각형 강관은 그 소재로서, 이하에 설명하는 열연 공정, 냉각 공정 및 권취 공정을 이 순서로 실시하여 얻어진 강판 (열연 강판) 을 바람직하게 사용할 수 있다. 본 발명에서는, 이 강판에 대하여 상기 서술한 조관 공정을 실시하여 각형 강관으로 해도 된다.

본 발명의 각형 강관의 소재로서 바람직한 강판의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.

본 발명의 각형 강관의 소재로서 바람직한 강판의 제조 방법은, 예를 들어, 상기 서술한 성분 조성을 갖는 강 소재에, 이하에 설명하는 조건에서, 열간 압연 공정 (이하, 열연 공정이라고 칭한다), 냉각 공정 및 권취 공정을 이 순서로 실시하여 강판 (열연 강판) 으로 할 수 있다.

예를 들어, 상기한 성분 조성을 갖는 강 소재를 가열 온도 : 1100 ∼ 1300 ℃ 로 가열한 후, 가열로로부터 추출 후, 조압연이 종료될 때까지의 동안에, 가열된 강 소재에 대하여, 강 소재의 판두께 중심 온도가 1000 ℃ 이상인 상태에서 30 초 이상 정지시키는 방치 시간의 횟수를 1 회 이상 5 회 이하가 되도록 제어한 후, 조압연 종료 온도 : 1000 ∼ 800 ℃, 마무리 압연 개시 온도 : 1000 ∼ 800 ℃, 마무리 압연 종료 온도 : 900 ∼ 750 ℃ 로 하는 열간 압연 공정을 실시하여 열연판으로 한다. 이어서, 열간 압연 공정 후의 열연판에, 냉각 개시로부터 10 s 간에 있어서의 0.2 s 이상 3.0 s 미만의 방랭을 1 회 이상 갖고, 열연판의 판두께 중심 온도에서의 평균 냉각 속도 : 4 ∼ 25 ℃/s, 냉각 정지 온도 : 580 ℃ 이하로 하는 냉각 공정을 실시한다. 이어서, 냉각 공정 후의 열연판을 권취 온도 : 580 ℃ 이하에서 권취하고, 그 후 방랭시키는 권취 공정을 실시하여 강판 (열연 강판) 을 얻는다.

이하에 각 공정에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 제조 방법의 설명에 있어서, 온도 (℃) 는, 특별히 언급하지 않는 한 강 소재, 시트 바, 열연판 혹은 강판 등의 표면 온도로 한다. 이것들의 표면 온도는, 방사 온도계 등으로 측정할 수 있다. 평균 냉각 속도 (℃/s) 는, 특별히 언급하지 않는 한

((냉각 전의 온도 (℃) － 냉각 후의 온도 (℃))/냉각 시간 (s))

으로 구해지는 값으로 한다.

상기한 성분 조성을 갖는 강 소재 (강 슬래브) 의 용제 방법은, 특별히 한정되지 않으며, 전로 (轉爐), 전기로, 진공 용해로 등의 공지된 용제 방법을 사용하여 용제할 수 있다. 주조 방법도 특별히 한정되지 않으며, 연속 주조법 등의 공지된 주조 방법에 의해, 원하는 치수로 제조할 수 있다. 또한, 연속 주조법 대신에, 조괴-분괴 압연법을 적용해도 전혀 문제는 없다. 용강에는 추가로, 레이들 정련 등의 2 차 정련을 실시해도 된다.

이어서, 얻어진 강 소재 (강 슬래브) 에 열연 공정을 실시한다. 열연 공정에서는, 강 소재를 가열 온도 : 1100 ∼ 1300 ℃ 로 가열한다. 그 후, 가열된 강 소재에 조압연을 실시한다. 이 때, 강 소재를 가열로로부터 추출한 후, 조압연이 종료될 때까지의 동안에, 강 소재의 판두께 중심 온도가 1000 ℃ 이상인 상태에서 30 초 이상 정지시키는 방치 시간의 횟수를 1 회 이상 5 회 이하가 되도록 제어한 후, 조압연 종료 온도 : 1000 ∼ 800 ℃ 로 하는 조압연을 실시한다. 그 후, 마무리 압연 개시 온도 : 1000 ∼ 800 ℃, 마무리 압연 종료 온도 : 900 ∼ 750 ℃ 로 하는 마무리 압연을 실시하여 열연판으로 한다.

또한, 열연 공정에 있어서의 강 소재의 판두께 중심의 온도는, 전열 해석에 의해 강 소재 단면 내의 온도 분포를 계산함으로써 구한다.

가열 온도 : 1100 ∼ 1300 ℃

강 소재의 가열 온도가 1100 ℃ 미만에서는, 피압연재의 변형 저항이 지나치게 커져, 조압연기 및 마무리 압연기에서 내하중, 압연 토크의 부족이 발생하고, 압연이 곤란해진다. 한편, 가열 온도가 1300 ℃ 를 초과하면, 오스테나이트 결정립이 조대화되고, 조압연 및 마무리 압연으로 오스테나이트립의 가공 및 재결정을 반복해도, 세립화하는 것이 곤란해지고, 열연 강판에 있어서의 원하는 인성을 확보하는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 강 소재의 가열 온도는 1100 ∼ 1300 ℃ 로 한다. 가열 온도는, 바람직하게는 1280 ℃ 이하이다. 가열 온도는, 바람직하게는 1150 ℃ 이상이다.

또한, 각 압연기의 내하중, 압연 토크에 여유가 있는 경우에는, 1100 ℃ 이하 Ar3 변태점 이상의 범위의 온도를, 가열 온도로서 선택해도 된다.

가열된 강 소재는, 이어서 조압연이 실시되어, 시트 바 등으로 된다.

판두께 중심 온도가 1000 ℃ 이상인 상태에서 30 초 이상 정지시키는 방치 시간의 횟수 : 1 회 이상 5 회 이하

강 소재를 가열로로부터 추출한 후, 조압연이 종료될 때까지의 동안에, 강 소재의 판두께 중심 온도가 1000 ℃ 이상인 상태에서 30 초 이상 정지시키는 방치 시간의 횟수를 1 회 이상으로 함으로써, 산화 스케일의 성장이 촉진되어 조도가 커진다. 이로써, 그 후의 냉각 공정에 있어서 표면 근방으로부터 1/4t 위치의 냉각 속도가 증가하고, 페라이트의 면적률에 대한 베이나이트와 펄라이트의 면적률의 합계의 비율을 2.0 이상으로 할 수 있다. 한편, 상기한 방치 시간의 횟수는 5 회를 초과하면 스케일의 성장이 과잉이 되고, 페라이트의 면적률에 대한 베이나이트와 펄라이트의 면적률의 합계의 비율이 20.0 을 초과하고, 또, 펄라이트의 면적률에 대한 베이나이트의 면적률의 비율이 20.0 을 초과하게 된다. 상기한 방치 시간의 횟수는, 바람직하게는 2 회 이상이다. 바람직하게는 4 회 이하이다. 방치 시간의 횟수를 2 회 이상으로 하는 경우에는, 복수 대의 조압연기를 배열한 설비를 사용하여, 최초의 조압연기의 입측에서 방치하는 것에 추가하여, 복수의 조압연기 사이에서도 방치하거나 함으로써, 이 횟수를 적절히 설정하면 된다.

조압연 종료 온도 : 1000 ∼ 800 ℃

가열된 강 소재는, 조압연에 의해, 오스테나이트립이 가공, 재결정되어 미세화된다. 조압연 종료 온도가 800 ℃ 미만에서는, 조압연기의 내하중, 압연 토크의 부족이 발생하기 쉬워진다. 한편, 조압연 종료 온도가 1000 ℃ 를 초과하여 고온이 되면, 오스테나이트립이 조대화되어, 강판 및 각형 강관의 인성이 저하되기 쉬워진다. 조압연 종료 온도는, 바람직하게는 820 ℃ 이상이고, 더욱 바람직하게는 840 ℃ 이상이다. 조압연 종료 온도는, 바람직하게는 980 ℃ 이하이고, 더욱 바람직하게는 950 ℃ 이하이다.

또한, 이 조압연 종료 온도는, 강 소재의 가열 온도, 상기 조압연 중의 냉각 조건, 조압연의 패스 간에서의 체류, 강 소재 두께 등을 조정함으로써 달성할 수 있다. 조압연이 종료된 단계에서의 피압연재의 두께 (시트 바 등의 두께) 는, 특별히 한정할 필요는 없으며, 마무리 압연으로 원하는 제품 두께의 제품판 (열연 강판) 으로 할 수 있으면 된다. 예를 들어 건축 구조 부재용 각형 강관의 제조에서는, 제품 두께는 12 ∼ 28 ㎜ 정도가 바람직하다.

조압연 후에는, 피압연재는, 예를 들어 탠덤 압연기에 의해 마무리 압연이 실시되어 열연판으로 된다.

마무리 압연 개시 온도 : 1000 ∼ 800 ℃

마무리 압연에서는, 압연 가공 및 재결정이 반복되고, 오스테나이트 (γ) 립의 미세화가 진행된다. 마무리 압연 개시 온도 (마무리 압연 입측 온도) 가 낮아지면, 압연 가공에 의해 도입되는 가공 변형이 잔존하기 쉬워지고, γ 립의 미세화를 달성하기 쉽다. 마무리 압연 개시 온도가 800 ℃ 미만에서는, 마무리 압연기 내에서 강판 표면 근방의 온도가 Ar3 변태점 이하가 되고 페라이트가 생성될 위험성이 증대된다. 마무리 압연 전 및 마무리 압연 중에 생성된 페라이트는, 그 후의 마무리 압연 가공에 의해 압연 방향으로 신장된 페라이트립이 되어, 인성 저하의 원인이 된다. 한편, 마무리 압연 개시 온도가 1000 ℃ 를 초과하여 고온이 되면, 상기한 마무리 압연에 의한 γ 립의 미세화 효과가 저감되고, 강판 및 각형 강관의 인성이 저하되기 쉬워진다. 이 때문에, 마무리 압연 개시 온도는 800 ∼ 1000 ℃ 로 한다. 마무리 압연 개시 온도는, 바람직하게는 825 ∼ 975 ℃ 이다.

마무리 압연 종료 온도 : 900 ∼ 750 ℃

마무리 압연 종료 온도 (마무리 압연 출측 온도) 가 900 ℃ 를 초과하여 고온이 되면, 마무리 압연시에 부가되는 가공 변형이 부족하고, γ 립의 미세화가 달성되지 않고, 강판 및 각형 강관의 인성이 저하되기 쉬워진다. 한편, 마무리 압연 종료 온도가 750 ℃ 미만에서는, 마무리 압연기 내에서 강판 표면 근방의 온도가 Ar3 변태점 이하가 되고, 압연 방향으로 신장된 페라이트립이 형성되고, 페라이트립이 혼립 (混粒) 이 된다. 이로써, 인성이 저하될 위험성이 증대된다. 이 때문에, 마무리 압연 종료 온도는 900 ∼ 750 ℃ 로 한다. 마무리 압연 종료 온도는, 바람직하게는 850 ℃ 이하이다. 바람직하게는 770 ℃ 이상이다.

이어서, 열연 공정에서 얻어진 열연판에 냉각 공정을 실시한다.

냉각 개시로부터 10 s 간에 있어서의 0.2 s 이상 3.0 s 미만의 방랭의 횟수 : 1 회 이상

본 발명에서는, 열연 공정에서 얻어진 열연판의 냉각을 개시하고 나서 10 초간 (10 s 간) 을 초기 냉각으로 한다. 냉각 공정의 초기 냉각에서는, 0.2 s 이상 3.0 s 미만의 방랭을 1 회 이상 마련하여 냉각시킨다. 이것은, 강판의 표리면에 있어서, 마텐자이트 조직의 생성을 억제하기 위해 실시한다. 초기 냉각에 있어서, 방랭을 마련하지 않거나, 혹은 방랭이 0.2 s 미만인 경우, 마텐자이트 조직이 생성되어, 강판 및 각형 강관의 인성이 저하된다. 또, 초기 냉각에 있어서, 방랭이 3.0 s 이상인 경우, 베이나이트가 부족하여, 주로 페라이트 및 펄라이트로 이루어지는 조직이 되어, 원하는 강 조직을 얻을 수 없다. 이 때문에, 냉각 공정의 초기 냉각 중에 실시하는 1 회의 방랭 시간은, 0.2 s 이상 3.0 s 미만으로 한다. 1 회의 방랭 시간은, 바람직하게는 0.4 s 이상이고, 바람직하게는 2.0 s 이하이다.

상기 효과를 얻기 위해서는, 초기 냉각 중에 실시하는 방랭의 횟수는, 1 회 이상을 필요로 한다. 또한, 방랭의 횟수는, 냉각 설비의 배열이나 냉각 정지 온도 등에 따라 적절히 설정하면 된다. 여기서, 방랭이란 자연 냉각으로 한다. 방랭의 횟수의 상한은 특별히 한정하지 않지만, 생산성의 관점에서, 바람직하게는 10 회 이하로 한다. 방랭의 횟수를 복수 회로 하는 경우에는, 예를 들어 후술하는 수랭용의 노즐의 일부 구간에 있어서의 노즐로부터의 물의 분사를 정지시킴으로써, 간헐 분사로 하거나 함으로써 적절히 설정하면 된다.

판두께 중심 온도에서의 평균 냉각 속도 : 4 ∼ 25 ℃/s, 냉각 정지 온도 : 580 ℃ 이하

냉각 공정에서는, 마무리 압연에서 얻어진 열연판에, 냉각 개시로부터 냉각 정지 (냉각 종료) 까지의 판두께 중심 온도에서의 평균 냉각 속도가 4 ∼ 25 ℃/s, 냉각 정지 온도가 580 ℃ 이하가 되는 냉각을 실시한다. 냉각 공정에서 실시하는 냉각은, 예를 들어 노즐로부터 물을 분사하는, 물기둥 냉각, 스프레이 냉각, 미스트 냉각 등의 수랭 (수 냉각) 이나, 냉각 가스를 분사하는 가스 제트 냉각 등으로 실시된다. 또한, 열연판 (강판) 의 양면 (표리면) 이 동 조건에서 냉각되도록 열연판의 양면에 냉각 조작을 실시하는 것이 바람직하다.

열연판의 판두께 중심의 평균 냉각 속도가 4 ℃/s 미만에서는, 펄라이트의 면적률에 대한 베이나이트의 면적률의 비율이 5.0 미만이 되어 인성이 저하된다. 한편, 평균 냉각 속도가 25 ℃/s 를 초과하면, 펄라이트의 면적률에 대한 베이나이트의 면적률의 비율이 20.0 을 초과하고, 베이나이트에 변형이 분산되기 쉬워지고, 가공 경화되기 쉬워진다. 그 결과, 모서리부와 평판부의 강도차가 작은 각형 강관을 얻을 수 없게 된다. 이 때문에, 열연판의 판두께 중심의 평균 냉각 속도는 4 ∼ 25 ℃/s 로 한다. 열연판의 판두께 중심의 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 5 ℃/s 이상이고, 바람직하게는 15 ℃/s 이하이다.

여기서, 열연판의 판두께 중심의 평균 냉각 속도는,

((냉각 개시시의 판두께 중심의 온도 (℃) － 냉각 정지시의 판두께 중심의 온도 (℃))/냉각 시간 (s))

으로 구해진다. 열연판의 판두께 중심의 온도는, 전열 해석에 의해 강판 단면 내의 온도 분포를 계산함으로써 구한다.

냉각 정지 온도가 580 ℃ 를 초과하면, 펄라이트의 면적률에 대한 베이나이트의 면적률의 비율이 5.0 미만이 되어 인성이 저하된다. 냉각 정지 온도는, 바람직하게는 560 ℃ 이하이다.

또한, 원하는 1/4t 위치의 강 조직을 얻기 위해서는, 열연판의 표면 온도로 750 ∼ 650 ℃ 의 온도역에 있어서의 평균 냉각 속도는 20 ℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 온도역에서의 평균 냉각 속도가 20 ℃/s 미만에서는, 펄라이트의 면적률에 대한 베이나이트의 면적률의 비율이 5.0 미만이 되는 경우가 있다. 열연판의 표면 온도로 750 ∼ 650 ℃ 의 온도역에 있어서의 평균 냉각 속도는 80 ℃/s 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 온도역에서의 평균 냉각 속도가 80 ℃/s 를 초과하면, 펄라이트의 면적률에 대한 베이나이트의 면적률의 비율이 20.0 초과가 되는 경우가 있다. 또, 펄라이트와 베이나이트의 생성량을 제어하기 위해, 마무리 압연 종료로부터 즉시 (5 초 이내에) 냉각 공정을 개시하는 것이 바람직하다.

이어서, 냉각 종료 후의 열연판에 권취 공정을 실시하여 강판 (열연 강판) 을 얻는다.

권취 온도 : 580 ℃ 이하

권취 공정에서는, 열연판을 권취 온도 : 580 ℃ 이하에서 귄취하고, 그 후 방랭시키는 공정을 실시한다. 권취 온도가 580 ℃ 를 초과하면, 귄취 후에 페라이트 변태와 펄라이트 변태가 진행되어, 펄라이트의 비율이 과잉이 되어, 강판 및 각형 강관의 인성이 저하된다. 이 때문에, 권취 온도는 580 ℃ 이하로 한다. 권취 온도는, 바람직하게는 550 ℃ 이하이다. 또한, 권취 온도를 낮게 해도 재질상의 문제는 발생하지 않지만, 권취 온도가 400 ℃ 미만이 되면, 특히 판두께가 25 ㎜ 를 초과하는 후육 강판에서는, 권취 변형 저항이 다대해져, 깔끔하게 권취할 수 없는 경우가 있다. 이 때문에, 권취 온도는 400 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

그 후, 권취 공정 후의 강판 (열연 강판) 에 상기 서술한 조관 공정을 실시하여 각형 강관을 얻는다.

다음으로, 본 발명의 각형 강관을 사용한 건축 구조물의 일례에 대해 설명한다.

도 3 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 건축 구조물을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 건축 구조물은, 본 발명의 각형 강관 (11) 이 복수 세워져 형성되고, 주재로서 사용되고 있다. 이웃하는 각형 강관 (11) 의 사이에는, H 형강 등의 강재로 이루어지는 대들보 (14) 가 복수 가설 (架設) 되어 있다. 또, 이웃하는 대들보 (14) 의 사이에는, H 형강 등의 강재로 이루어지는 작은 들보 (15) 가 복수 가설되어 있다. 각형 강관 (11) 과 다이어프램 (16) 을 용접하고, 거기에 대들보 (14) 가 되는 H 형강을 용접함으로써, 이웃하는 각형 강관 (11) 의 사이에 H 형강 등의 강재로 이루어지는 대들보 (14) 가 가설되어 있다. 또, 벽 등의 장착을 위해, 필요에 따라 간주 (間柱) (17) 가 형성된다.

본 발명의 건축 구조물은, 모서리부와 평판부의 강도차가 작은 본 발명의 각형 강관 (11) 을 사용하기 때문에, 각형 강관 (11) 과 다이어프램 (16) 을 용접하는 용접 재료의 선정이 용이해지고, 언더매치 등의 용접 재료와의 강도차가 발생하기 어렵다. 언더매치가 발생하기 어려움으로써, 용접부에 있어서의 파단 등의 트러블을 억제할 수 있다. 또, 각형 강관 (11) 의 모서리 R (모서리부의 R) 이 적절한 크기로 제어되어 있기 때문에, 단면이 직각인 다른 구조 부재와의 조합이 용이하다. 또, 각형 강관 (11) 의 모서리 R 이 적절한 크기로 제어되어 있음으로써, 보다 큰 외력에 견딜 수 있어, 내진성 등이 향상된다.

실시예

이하, 본 발명의 추가적인 이해를 위해 실시예를 사용하여 설명한다. 또한, 이하의 실시예는 본 발명을 전혀 한정하는 것은 아니다.

＜실시예 1＞

본 발명의 각형 강관에 대해 설명한다.

용강을 전로에서 용제하고, 연속 주조법으로 표 1 에 나타내는 성분 조성의 슬래브 (강 소재 : 두께 250 ㎜) 로 하였다. 그들 슬래브 (강 소재) 를, 표 2-1 및 표 2-2 에 나타내는 조건에서 가열 온도로 가열한 후, 열간 압연 공정, 냉각 공정, 권취 공정을 실시한 후, 방랭시켜, 판두께 : 16 ∼ 28 ㎜ 의 강판 (열연 강판) 으로 하였다. 또한, 마무리 압연 종료 후, 즉시 (5 초 이내에) 냉각 공정을 개시하였다. 냉각은 수랭으로 실시하였다. 초기 냉각 중의 방랭은, 냉각 개시로부터 10 s 간의 초기 냉각 중에, 수랭을 실시하지 않는 방랭 구간을 형성함으로써 실시하였다. 그 후, 얻어진 강판을 소재로 하여, 표 2-1 및 표 2-2 에 나타내는 조건에서 냉간에서의 롤 성형에 의해 환형 강관으로 하고, 이어서, 냉간에서 롤 성형에 의해 각형 강관 (가로 세로 400 ∼ 550 ㎜) 으로 하였다.

본 발명의 실시예에서는, 얻어진 각형 강관으로부터 시험편을 각각 채취하여, 조직 관찰, 인장 시험, 샤르피 충격 시험, 모서리부의 R 의 측정을 각각 실시하였다. 또한, 조직 관찰은 상기 방법으로 관찰하고, 측정하였다. 또, 인장 시험, 샤르피 충격 시험의 시험 방법, 및 모서리부의 R 의 측정 방법은 다음과 같이 하였다.

(1) 각형 강관 인장 시험

얻어진 각형 강관의 평판부 및 모서리부로부터, 인장 방향이 관 길이 방향이 되도록, JIS 5 호 인장 시험편을 채취하였다. 이어서, JIS Z 2241 (2011) 의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하고, 항복 강도 YS, 인장 강도 TS 를 측정하였다. 얻어진 측정값을 사용하여, (항복 강도)/(인장 강도) × 100 (％) 으로 정의되는 항복비 YR (％) 을 산출하였다.

(2) 각형 강관 충격 시험

얻어진 각형 강관의 평판부의 판두께 1/4t 위치로부터, 시험편 길이 방향이 관 둘레 방향이 되도록, V 노치 시험편을 채취하였다. 이어서, JIS Z 2242 (2011) 의 규정에 준거하여, 시험 온도 : -40 ℃ 에서 샤르피 충격 시험을 실시하고, 흡수 에너지 (J) 를 구하였다. 또한, 시험편의 개수는 각 3 개로 하고, 각 3 개의 평균값을 표 4-1 및 표 4-2 에 나타내는 충격 시험 결과의 값으로 하였다.

(3) 모서리부의 R (모서리 R) 의 측정 방법

얻어진 각형 강관으로부터, 관축 방향에 대하여 수직인 단면 10 개 지점을 임의로 잘라내고, 수직 단면의 4 구석에 있는 모서리부의 곡률 반경을 측정하고, 그 평균값을 그 단면의 모서리부의 R 로 하였다. 구체적으로는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 강관의 용접부 (심부) 를 0°로 하고, 이 0°를 기준으로 하여, 45°, 135°, 225°, 315°의 위치를 각각 모서리부 중앙으로 한 경우, 모서리부의 곡률 반경이란, 관의 중심을 기점으로 하여 이웃하는 변과 45°를 이루는 선 (L) 과, 모서리부 외측 (모서리부의 관 외표면측) 의 교점에서의 곡률 반경을 말한다. 모서리부의 곡률 반경은, 상기 L 상에 중심을 두고, 각형 강관의 평탄부와 원호부의 접속점 (A, A') 을 향하여 그어지는 선으로 정해지는 중심각이 65°가 되는 부채꼴의 반경으로 한다. 또한, 도 4 에 나타낸「t」는 판두께이고,「H」는 외형의 변의 길이를 가리킨다. 곡률 반경의 산출 방법으로는, 예를 들어, 3 점 (모서리부 외측의 교점, 및 평탄부와 원호부의 접속점인 2 점) 의 거리 관계의 측정 결과로부터 정현 정리를 사용하여 곡률 반경을 산출하는 방법이나, 상기 3 점의 영역 내의 코너부와 잘 일치하는 래디얼 게이지로부터 곡률 반경을 계측하는 방법 등이 있지만, 이것에 한정되지는 않는다. 본 실시예에서는, 모서리부의 곡률 반경의 측정에는 래디얼 게이지를 사용하였다. 또한, 모서리 R 은, 상기한 바와 같이 관축 방향에 대하여 수직인 단면 10 개 지점의 평균값으로 하였다.

얻어진 결과를 표 3-1, 표 3-2, 표 4-1 및 표 4-2 에 나타낸다.

[표 1]

[표 2-1]

[표 2-2]

[표 3-1]

[표 3-2]

[표 4-1]

[표 4-2]

본 발명 범위였던 발명예에서는, 모두 본 발명의 특성 (평판부의 YS 가 350 ㎫ 이상, TS 가 520 ㎫ 이상, 평판부와 모서리부의 YS 의 비가 0.80 이상 0.90 이하, 평판부와 모서리부의 TS 의 비가 0.90 이상 1.00 이하, 평판부의 -40 ℃ 의 샤르피 흡수 에너지가 100 J 이상, 모서리부의 R 이 (2.3 × t) 이상 (2.9 × t) 이하) (여기서, t 는 판두께이다) 을 얻을 수 있었다. 한편, 본 발명 범위를 벗어나는 비교예에서는, 본 발명의 특성을 얻을 수 없었다.

1 : 강대
2 : 레벨러
3 : 케이지 롤군
4 : 핀 패스 롤군
5 : 스퀴즈 롤
6 : 용접기
7 : 전봉 강관
8 : 사이징 롤군
9 : 각 성형 롤군
10 : 각형 강관
11 : 각형 강관
14 : 대들보
15 : 작은 들보
16 : 다이어프램
17 : 간주

Claims (5)

1. 평판부와 모서리부를 갖는 각형 강관으로서,
   성분 조성은, 질량％ 로,
   C : 0.07 ∼ 0.20 ％,
   Si : 1.0 ％ 이하,
   Mn : 0.5 ∼ 2.0 ％,
   P : 0.030 ％ 이하,
   S : 0.015 ％ 이하,
   Al : 0.01 ∼ 0.06 ％,
   N : 0.006 ％ 이하
   를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
   강관의 외표면으로부터 판두께 t 의 1/4t 위치에 있어서의 강 조직은, 페라이트의 면적률에 대한 베이나이트와 펄라이트의 면적률의 합계의 비율이 2.0 이상 20.0 이하이며, 또한 펄라이트의 면적률에 대한 베이나이트의 면적률의 비율이 5.0 이상 20.0 이하이고,
   상기 평판부는, YS 가 350 ㎫ 이상, TS 가 520 ㎫ 이상이고,
   상기 모서리부에 대한 상기 평판부의 YS 의 비는 0.80 이상 0.90 이하, 상기 모서리부에 대한 상기 평판부의 TS 의 비는 0.90 이상 1.00 이하이고,
   상기 평판부의 -40 ℃ 의 샤르피 흡수 에너지는 100 J 이상이고,
   상기 모서리부의 R 은 (2.3 × t) 이상 (2.9 × t) 이하인 각형 강관.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 성분 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, 하기 A 군 ∼ C 군 중에서 선택된 1 군 또는 2 군 이상을 함유하는 각형 강관.
   A 군 : Nb : 0.05 ％ 이하, Ti : 0.05 ％ 이하, V : 0.10 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상
   B 군 : B : 0.008 ％ 이하
   C 군 : Cr : 0.01 ∼ 1.0 ％, Mo : 0.01 ∼ 1.0 ％, Cu : 0.01 ∼ 0.50 ％, Ni : 0.01 ∼ 0.30 ％, Ca : 0.001 ∼ 0.010 ％ 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상
3. 삭제
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 각형 강관의 제조 방법으로서,
   강 소재에, 열간 압연 공정, 냉각 공정, 권취 공정 및 조관 공정을 이 순서로 실시하여 각형 강관을 제조할 때,
   상기 강 소재를 가열 온도 : 1100 ∼ 1300 ℃ 로 가열한 후,
   가열로로부터 추출 후, 조압연이 종료될 때까지의 동안에, 가열된 상기 강 소재에 대하여, 판두께 중심 온도가 1000 ℃ 이상인 상태에서 30 초 이상 정지시키는 횟수를 1 회 이상 5 회 이하로 제어한 후, 조압연 종료 온도 : 1000 ∼ 800 ℃, 마무리 압연 개시 온도 : 1000 ∼ 800 ℃, 마무리 압연 종료 온도 : 900 ∼ 750 ℃ 로 하는 열간 압연 공정을 실시하고,
   이어서, 냉각 개시로부터 10 s 간에 있어서의 0.2 s 이상 3.0 s 미만의 방랭을 1 회 이상 갖고, 판두께 중심 온도에서의 평균 냉각 속도 : 4 ∼ 25 ℃/s, 냉각 정지 온도 : 580 ℃ 이하로 하는 냉각 공정을 실시하고,
   이어서, 권취 온도 : 580 ℃ 이하에서 권취하는 권취 공정을 실시하여 강판으로 하고,
   이어서, 상기 권취 공정 후의 강판을 냉간에서 롤 성형하여 원통상으로 한 단면을 용접하고, 세로 직경/가로 직경의 비로 0.99 이상 1.01 이하의 원통상으로 성형한 후, 각상으로 성형하는 조관 공정을 실시하는 각형 강관의 제조 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 각형 강관을 사용한 건축 구조물.

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