KR20190111920A

KR20190111920A - 압연 h형강 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20190111920A
Application number: KR1020197019879A
Authority: KR
Inventors: 가즈토시 이치카와; 히데토시 이토; 가즈아키 미츠야스
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2019-10-02
Also published as: JPWO2019180957A1; JP6421907B1; WO2019180957A1; EP3572547A4; US20210102269A1; CN110546295A; EP3572547A1; PH12019501598A1

Abstract

이 압연 H형강은, 소정의 화학 조성을 갖고, 플랜지의 폭 방향 외측의 면으로부터 (1/6)F의 위치에 있어서, 상기 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 금속 조직과, 상기 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이에 있어서의 금속 조직이, 면적률로 95％ 이상인 페라이트 및 펄라이트와, 5％ 이하인 잔부 조직으로 이루어지고, 상기 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 비커스 경도와, 상기 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이의 비커스 경도의 차가 50Hv 이하이고, 항복 강도: 385 내지 505N/㎟, 인장 강도: 550 내지 670N/㎟, 항복비: 0.80 이하, 연신율: 16.0％ 이상, 0℃의 V노치 샤르피 흡수 에너지: 70J 이상이고, 치수가, 높이: 700 내지 1000㎜, 플랜지 폭: 200 내지 400㎜, 플랜지 두께: 22 내지 40㎜, 웹 두께: 16㎜ 이상이다.

Description

압연 H형강 및 그 제조 방법

본 발명은 열간 압연에 의해 압연 후, 수랭을 하지 않고 제조되는 압연 H형강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

근년, 건축물 등의 구조 부재에 사용되는 H형강은, 경량화뿐만 아니라, 구조 부재의 통합이나 접합부의 삭감 등에 의한 시공 효율의 향상을 목적으로 하여, 고강도화가 요구되고 있다. 고강도가 요구되는 H형강에는, 종래, 강판을 용접하여 제조된 용접 H형강이 적용되어 있었다. 그러나, 용접 H형강의 경우, 공기나 검사 비용 등의 비용이 든다는 문제가 있다.

또한, H형강에는, 고강도에 더하여, 내진성 등의 관점에서 항복비의 저하가 요구된다. 항복비(Yield Ratio「YR」)는 항복 강도를 인장 강도로 나눈 비율이다. 예를 들어, 건축물의 층간 붕괴를 방지하기 위해, YR을 0.8 이하로 저감한 강재가 널리 사용되고 있다. 그러나, 일반적으로, 강재의 강도가 높아지면, YR도 커지는 경향이 있다.

강재의 강도를 높이고, YR을 저하시키기는 데는, 예를 들어 강재의 금속 조직을 연질의 페라이트와 경질의 마르텐사이트나 베이나이트로 이루어지는 복상 조직으로 하는 것이 유효하다. 이와 같은 복상 조직을 얻기 위해, 열간 압연 후, 가속 냉각을 행하여, 고강도화와 저항복비화를 양립시킨 압연 H형강 및 그 제조 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 특허문헌 2). 그러나, 이들 방법에서는 가속 냉각을 행하므로, 수랭 장치의 성능이나 설비 도입의 비용이 문제가 되는 경우가 있다.

또한, 특허문헌 8에는 항복비가 낮고, 저온 인성이 우수한 압연 H형강의 제조 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 9에는 외면측이 베이나이트 또는 템퍼링 마르텐사이트를 주체로 하는 금속 조직의 경질층이고, 내면측이 페라이트를 주체로 하는 금속 조직의 연질층으로 형성한 플랜지와, 가공 페라이트 및 펄라이트의 혼합 금속 조직으로 이루어지는 웹으로 이루어지고, 항복비가 80％ 이하인 웹 박육 고강도 H형강이 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 8, 9에서는, 압연 후에 수랭을 행하여 제조되어 있으므로, 상술한 바와 같이, 큰 설비 도입 비용이 필요함과 함께, 플랜지의 외면과 판 두께 중심에서, 경도의 차가 커진다. 이 경우, 응력 집중이 발생하기 쉽고, 지진 등의 외력을 받은 경우의 에너지 흡수능이 낮아질 것이 염려된다. 그 때문에, 특히 일본 국내에서 사용하는 경우에는, 구조 설계에 있어서 내진 성능을 높일 필요가 생기므로 설계의 자유도가 작아진다. 또한, 플랜지의 외면측의 경도가 과잉으로 되어, 볼트 구멍의 천공이 곤란해지는 등, 이용 가공상의 과제도 있다.

이와 같은 과제에 대하여, 열간 압연 후, 공랭하여 제조되는, 고강도이고 또한 저YR인 압연 H형강이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 3 내지 특허문헌 5). 특허문헌 3에서는, 열간 압연에서의 재결정을 촉진함으로써, 항복 강도를 과잉으로 높이는 일 없이, 고강도의 압연 H형강이 얻어진다고 개시되어 있다. 특허문헌 4 및 특허문헌 5에서는, VN을 석출시키고, 페라이트를 미세화하는 것이 개시되어 있다.

그러나, 압연 H형강은 용접되는 경우가 있고, 용접부의 인성을 확보할 필요가 있다. 특허문헌 3에 기재된 압연 H형강의 경우, 용접성을 확보하기 위해 탄소당량(Ceq)을 제한하고 있다. 용접부는 열영향에 의해 결정입경이 조대화되고, 인성이 저하되는 경우가 있다. 특허문헌 3에서는, 열간 압연에 의해 조직의 미립화를 도모하고 있지만, 피닝이나 페라이트의 생성핵이 되는 입자를 형성하는 합금 원소가 많이 포함되지는 않기 때문에, 용접 열영향부의 인성의 저하가 염려된다.

특허문헌 4 및 특허문헌 5에 기재된 압연 H형강은, N의 함유량을 높여, VN을 생성시키고 있다. 그 때문에, 용접 열영향부나 용접 금속의 계면에서는, 결정입경의 조대화가 억제되어, 양호한 인성이 얻어지고 있다. 그러나, 압연 H형강에 다량의 N이 포함되어 있으면, 용접 금속의 N량이 증가하여, 용접 금속이 취화되거나, 용접 후에 균열이 발생하거나 하는 등, 용접성을 손상시키는 경우가 있다.

또한, 본 발명자들은 페라이트의 입경, 및 페라이트와 펄라이트의 경도비를 제어함으로써 얻어지는, as-roll(압연인채로)에서도 고강도, 저YR이고 또한 용접성도 우수한 압연 H형강 및 그 제조 방법에 대하여 제안하고 있다(예를 들어, 특허문헌 6).

그러나, 높이나 플랜지 폭이 큰 H형강에서는, 압연 조형 공정 중의 온도 저하가 현저하고, 압연 후의 냉각 공정에서의 냉각 속도도 높아진다. 그 때문에, 특허문헌 6의 방법을, 높이나 플랜지 폭이 큰 H형강에 적용해도, 항복 강도(YR)를 충분히 낮게 할 수 있는 것은 아니었다.

특허문헌 7에는, 열간 압연 후, 공랭하여 제조되어, 용접성, 인성이 양호하고, 고강도와 저항복비를 양립시킨 압연 H형강 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 7에서는, 압연 H형강에 있어서 요구되는 항복 강도, 인장 강도, 항복비 등의 재질을 적정하게 얻기 위해 매우 중요한 H형강의 치수가 불분명하다.

일본 특허 공개 평11-172328호 공보 일본 특허 공개 2002-363642호 공보 일본 특허 공개 평3-191020호 공보 일본 특허 공개 평10-60576호 공보 일본 특허 공개 평11-256267호 공보 일본 특허 공개 2016-117945호 공보 일본 특허 공개 2016-117932호 공보 일본 특허 공개 2006-249475호 공보 일본 특허 공개 2006-144087호 공보

본 발명은 이와 같은 실정을 감안하여 이루어졌다. 본 발명은 고강도와 저항복비를 양립시켜, 연신율이 우수함과 함께, 용접부에 있어서의 인성도 우수한 압연 H형강 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은, V의 질화물이 아니라, V의 탄화물에 의한 석출 강화를 최대한으로 이용하여 고강도화를 도모하고, C 및 Mn에 의한 펄라이트의 경화와 페라이트의 과잉의 미세화의 억제에 의해, 저항복비화를 도모한 압연 H형강이다. 본 발명의 압연 H형강은, 인장 강도(TS)가 550N/㎟ 이상이고, 항복비(YR)가 0.80 이하이다.

또한, 본 발명의 압연 H형강은, 고온에서 열간 압연을 행한 후, 가속 냉각을 행하지 않고 공랭하고, 조직을 페라이트·펄라이트로 변태시켜 플랜지 외면과 내부의 경도차를 조정하고, 다시 서랭함으로써 VC의 석출을 촉진시키는 제조 방법에 의해 얻어진다.

본 발명의 요지는 이하와 같다.

[1] 본 발명의 일 형태에 관한 압연 H형강은, 질량％로, C:0.10 내지 0.25％, Si:0.05 내지 0.50％, Mn:0.70 내지 1.80％, V:0.06 내지 0.20％, N:0.0010 내지 0.0040％, Ti:0.003 내지 0.015％, Ca:0.0003 내지 0.0020％ 미만, Cu:0 내지 0.30％, Ni:0 내지 0.20％, Mo:0 내지 0.30％, Cr:0 내지 0.05％, Mg:0 내지 0.0030％ 미만, REM:0 내지 0.010％를 함유하고, Nb:0.010％ 이하, Al:0.06％ 이하, 및 O:0.0035％ 이하로 제한하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 강 조성을 갖고, 플랜지의 폭을 F라고 하고, 상기 플랜지의 두께를 t_f라고 했을 때, 상기 플랜지의 폭 방향 외측의 면으로부터 (1/6)F의 위치에 있어서, 상기 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 금속 조직과, 상기 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이에 있어서의 금속 조직이, 면적률로 95％ 이상인 페라이트 및 펄라이트와, 5％ 이하인 잔부 조직으로 이루어지고, 상기 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 비커스 경도와, 상기 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이의 비커스 경도의 차가 50Hv 이하이고, 상기 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/4)t_f 또한 상기 플랜지의 폭 방향 외측의 면으로부터 (1/6)F의 위치에 있어서, 항복 강도: 385 내지 505N/㎟, 인장 강도: 550 내지 670N/㎟, 항복비: 0.80 이하, 연신율: 16.0％ 이상, 0℃의 V노치 샤르피 흡수 에너지: 70J 이상이고, 치수가, 높이: 700 내지 1000㎜, 플랜지 폭: 200 내지 400㎜, 플랜지 두께: 22 내지 40㎜, 웹 두께: 16㎜ 이상이다.

[2] [1]에 기재된 압연 H형강은, 질량％로, Cu:0.01 내지 0.30％, Ni:0.01 내지 0.20％, Mo:0.01 내지 0.30％ 및 Cr:0.01 내지 0.05％의 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

[3] [1] 또는 [2]에 기재된 압연 H형강은, 질량％로, REM:0.0005 내지 0.010％를 함유해도 된다.

[4] [1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 압연 H형강은, 질량％로, Mg:0.0003 내지 0.0030％ 미만을 함유해도 된다.

[5] 본 발명의 다른 형태에 관한 압연 H형강의 제조 방법은, [1] 내지 [4] 중 어느 한 항에 기재된 압연 H형강의 제조 방법이며, [1] 내지 [4] 중 어느 한 항에 기재된 성분으로 이루어지는 용강을 주조하고, 강편 길이가 7.0m 이하인 강편으로 하고, 상기 강편을 1200 내지 1350℃로 가열하고, 마무리 온도 850℃ 이상에서 열간 압연하여 H형강으로 하고, 상기 H형강을 공랭한다.

본 발명의 상기 양태에 의하면, 대규모 설비 투자가 필요해지는 가속 냉각 장치를 사용하지 않고 제조된 H형강이며, TS≥550N/㎟이고 또한 YR≤0.80이라는 고강도이고 또한 저항복비이며, 또한 연신율이 우수함과 함께, 용접부에 있어서의 인성도 우수한 압연 H형강을 얻을 수 있다.

이와 같은 압연 H형강을 사용하면, 예를 들어 압연 H형강을 건축물에 사용하는 경우, 사용 강재의 삭감, 용접이나 검사 등의 시공 비용의 저감, 공기의 단축에 의한 대폭적인 비용 삭감을 도모할 수 있다. 또한, 이 압연 H형강에 의하면, 플랜지 외면의 표층부와 플랜지 판 두께 중심부의 경도차가 적으므로, 응력 집중에 수반하는 지진 시의 내취성 파괴 특성이 향상됨과 함께, 과잉의 외면 경도에 의해 볼트 구멍 천공이 곤란해지는 것을 피할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 압연 H형강의 제조 장치의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 조직 관찰을 행하는 위치 및 기계 특성의 측정 위치를 설명하는 도면이다.

본 발명자들은 V탄화물에 의한 석출 강화, 압연 H형강의 치수, 압연 H형강의 금속 조직, 열간 압연 후의 플랜지의 두께 방향의 경도 분포에 주목하여, 저항복비이고 또한 고강도이고, 안전성과 가공성이 우수한 압연 H형강 및 그 제조 방법에 대하여 검토했다.

종래, 페라이트와 펄라이트로 이루어지는 조직을 갖는 강에 있어서, 항복 강도는, 비교적 연질인 페라이트의 결정입경 및 경도가 지배 인자라고 되어 있다. 또한, 인장 강도는, 페라이트·펄라이트의 강도 및 분율 등이 지배 인자라고 되어 있다. 석출 강화에 의해 고강도화를 도모하는 경우, 석출물은 항복 강도를 상승시키고, 결정입경을 미세하게 함으로써, 항복비(YR)를 상승시키는 경향이 있다. 페라이트·펄라이트란, 페라이트와 펄라이트가 혼합된 조직을 말한다.

지진 시의 안전성을 고려하면 항복비는 낮게 억제하는 것이 바람직하다. 일반적으로 인장 강도를 상승시키면 항복 강도도 상승하고, 항복비(＝항복 강도/인장 강도)도 상승한다. 따라서, 종래, 고강도화와 항복비 억제의 양립은 곤란했다.

본 발명자들은 Nb 함유량을 억제하고, 또한 입자 내 변태의 핵이 되는 VN의 생성을 억제하기 위해 Ti을 첨가함으로써, 페라이트 입경의 과잉의 미세화를 방지하여, 페라이트 경도의 상승을 억제할 수 있는 것을 발견했다.

또한, 본 발명자들은 C, Si 및 Mn의 함유량의 최적화와 페라이트·펄라이트 변태 후의 서랭에 의해 VC의 석출을 촉진시켜, 인장 강도에 크게 기여하는 펄라이트 경도를 상승시킴으로써, 항복 강도의 상승에 비해 인장 강도가 현저하게 상승하고, 항복비(YR)가 저하되는 것을 발견했다.

또한, 본 발명자들은 압연 H형강의 치수를 규정함으로써, 열간 압연의 마무리 온도를 충분히 고온으로 할 수 있고, 그 결과, 항복점을 상승시키는 페라이트 입경의 미립화를 억제할 수 있는 것을 알아냈다. 또한, 페라이트·펄라이트 변태 후에 서랭시킴으로써, 항복비를 억제할 수 있는 것을 알아냈다.

페라이트·펄라이트로 변태시킨 후의 서랭의 목적은 VC의 석출의 촉진이다. VC의 석출을 촉진시키기 위해서는, 650 내지 550℃의 온도 영역으로 유지되는 시간을 충분히 확보하는 것이 중요하다. 이것은, 550℃ 미만의 온도 영역에서는, VC의 석출되는 속도가 매우 느려지기 때문이다. 또한, 본 발명자들은 VC의 석출을 촉진시키기 위해서는, V 함유량에 따라 650 내지 550℃의 온도 영역에서의 유지 시간을 제어할 필요가 있는 것을 발견했다.

또한, 본 발명자들은 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이의 금속 조직과, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이(플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 플랜지의 두께 t_f의 1/2의 깊이 위치)의 금속 조직이, 어느 것이나 면적률로 95％ 이상인 페라이트 및 펄라이트를 포함함으로써, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 비커스 경도와, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이의 비커스 경도의 차를 50Hv 이하로 할 수 있는 것을 알아냈다.

경도의 차가 작으면, 볼트 구멍 천공이 용이함과 함께, 지진 등의 외력이 가해진 때에 응력 집중이 일어나기 어려우므로 안전성도 우수한 압연 H형강으로 된다. 상기 t_f는 플랜지의 두께를 나타낸다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 압연 H형강에 대하여 설명한다.

먼저, 본 실시 형태에 관한 압연 H형강의 성분 조성(강 조성)에 대하여 설명한다. 각 원소의 함유량의 「％」는 정함이 없는 한 「질량％」를 의미한다.

(C:0.10 내지 0.25％)

C는, 강의 강화에 유효한 원소이다. 본 실시 형태에 관한 압연 H형강에서는, 경질상인 펄라이트의 생성 및 VC의 석출 촉진에 의해 인장 강도를 높인다. 그 때문에, C 함유량을 0.10％ 이상으로 한다. 바람직하게는 C 함유량을 0.17％ 이상, 보다 바람직하게는 0.19％ 이상으로 한다.

한편, C 함유량이 0.25％를 초과하면, 용접 열영향부의 경도가 상승하고, 인성이 저하된다. 따라서, C 함유량을 0.25％ 이하로 한다. 바람직하게는 C 함유량을 0.22％ 이하, 보다 바람직하게는 0.20％ 이하로 한다.

(Si:0.05 내지 0.50％)

Si는, 탈산 원소이고, 또한 강도의 상승에도 기여하는 원소이다. 인장 강도를 상승시키기 위해, 본 실시 형태에 관한 압연 H형강에서는, Si 함유량을 0.05％ 이상으로 한다. 바람직하게는 Si 함유량을 0.10％ 이상, 보다 바람직하게는 0.15％ 이상으로 한다.

한편, Si 함유량이 0.50％를 초과하면, 용접부에 섬형 마르텐사이트가 생성되어, 인성이 저하된다. 그 때문에, Si 함유량을 0.50％ 이하로 한다. 용접 열영향부의 인성의 저하를 억제하기 위해서는, Si 함유량을 0.45％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.40％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

(Mn:0.70 내지 1.80％)

Mn은, 고강도화에 기여하는 원소이고, 특히 펄라이트의 경화에 기여하는 원소이다. 인장 강도를 상승시키기 위해, 본 실시 형태에 관한 압연 H형강에서는, Mn 함유량을 0.70％ 이상으로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.80％ 이상, 보다 바람직하게는 1.00％ 이상, 더욱 바람직하게는 1.20％ 이상으로 한다.

한편, Mn 함유량이 1.80％를 초과하면, 모재 및 용접 열영향부의 인성, 균열성 등이 손상된다. 따라서, Mn 함유량을 1.80％ 이하로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 1.40％ 이하, 보다 바람직하게는 1.30％ 이하로 한다.

(V:0.06 내지 0.20％)

V은, 탄화물을 생성하는 원소이고, 석출 강화에 의해 페라이트·펄라이트의 강도를 상승시키는 중요한 원소이다. 특히, 본 실시 형태에 관한 압연 H형강에 있어서, V은 항복 강도의 과잉의 상승을 억제하고, 또한 인장 강도의 상승에 현저하게 기여한다. 그 때문에, V 함유량을 0.06％ 이상으로 한다. 바람직하게는, V 함유량을 0.10％ 이상으로 한다.

한편, V은 고가의 원소이고, 0.20％를 초과하여 V를 함유시키면, 합금 비용이 상승한다. 그 때문에, V 함유량을 0.20％ 이하로 한다.

또한, 후술하는 바와 같이, 페라이트 입경의 미세화 및 VC 석출량의 감소에 기여하는 VN의 생성을 억제하기 위해, N 함유량을 제한하고, Ti을 함유시키는 것이 필요하다.

(N:0.0010 내지 0.0040％)

N는, 질화물을 형성하는 원소이다. VN의 생성에 의한 페라이트 입경의 미세화 및 VC 석출량의 감소를 억제하기 위해, N 함유량을 0.0040％ 이하로 하고, 바람직하게는 0.0030％ 이하로 한다. N 함유량은 적을수록 바람직하지만, 0.0010％ 미만으로 하는 것은 곤란하다. 그 때문에, N 함유량을 0.0010％ 이상으로 하고, 바람직하게는 0.0020％ 이상으로 한다.

(Ti:0.003 내지 0.015％)

Ti은, VN보다도 고온에서 석출되는 TiN을 생성하는 원소이다. 본 실시 형태에 관한 압연 H형강에서는, VN의 생성을 방지하기 위해, N와 친화력이 강한 Ti을 함유시킨다. VN의 생성을 방지하기 위해서는, N 함유량에 대하여 충분한 양의 Ti을 함유시킬 필요가 있다. 상술한 바와 같이, N 함유량이 0.0010％ 이상이므로, Ti 함유량의 하한을 0.003％ 이상으로 할 필요가 있다.

한편, Ti을 과잉으로 함유시키면 조대한 TiN이 생성되어, 인성이 저하된다. 이 때문에, Ti 함유량을 0.015％ 이하로 한다. Ti 함유량은, 바람직하게는 0.013％ 이하, 보다 바람직하게는 0.010％ 이하로 한다.

(Ca:0.0003 내지 0.0020％ 미만)

Ca은, 탈산 원소이고, 황화물의 형태의 제어에도 기여하는 원소이다.

Ca 함유량이 0.0003％ 미만이면, 연신율이 저하되거나, 인성이 열화되거나 한다. 그 때문에, Ca 함유량을 0.0003％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.0005％ 이상, 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상으로 한다.

한편, Ca 함유량이 과잉으로 되면, Ca이 조대한 개재물로서 연성 파괴의 기점이 되고, 연신율을 저하시키거나, 취성 균열의 기점이 되어, 인성을 열화시키거나 한다. 그 때문에, Ca 함유량을 0.0020％ 미만으로 한다. Ca 함유량은 바람직하게는 0.0015％ 미만으로 한다.

(Nb:0.010％ 이하)

Nb는, 석출 강화나 페라이트 입경의 미세화에 의해 항복 강도를 상승시키고, 항복비(YR)를 크게 상승시키는 원소이다. 이 때문에, 본 실시 형태에 관한 압연 H형강에서는, Nb 함유량을 0.010％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 Nb 함유량을 0.005％ 이하로 한다. Nb는 함유하지 않아도 되고, Nb 함유량의 하한은 0％이다.

한편, Nb는 강도 및 인성을 높이는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해 Nb를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.002％ 이상인 것이 바람직하고, 0.003％ 이상인 것이 보다 바람직하다.

(Al:0.06％ 이하)

0.06％를 초과하여 Al을 함유시키면, 조대한 개재물의 형성에 의해 인성이 저하된다. 그 때문에, Al 함유량을 0.06％ 이하로 제한한다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.05％ 이하, 보다 바람직하게는 0.04％ 이하로 한다. Al은 함유하지 않아도 되고, Al 함유량의 하한은 0％이다.

한편, Al은 탈산 원소이고, 이 효과를 얻기 위해, 0.01％ 이상 함유시켜도 된다.

(O:0.0035％ 이하)

O는 불순물이다. 산화물의 생성을 억제하여 인성을 확보하기 위해, O 함유량을 0.0035％ 이하로 제한한다. HAZ 인성을 향상시키기 위해서는, O 함유량을 0.0015％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편, O 함유량은 0％여도 되지만, O 함유량을 0.0005％ 미만으로 하고자 하면, 제조 비용이 높아진다. 그 때문에, O 함유량의 하한은 0.0005％로 해도 된다.

또한, 본 발명의 압연 H형강은, 인장 강도의 상승이나, 개재물의 형태 제어를 위해, 상술한 원소에 더하여, Cu:0.30％ 이하, Ni:0.20％ 이하, Mo:0.30％ 이하, Cr:0.05％ 이하의 1종 또는 2종 이상을 선택적으로 함유시켜도 되고, 함유시키지 않아도 된다. 함유시키지 않아도 되므로, 각각의 원소 함유량의 하한은 0％이다.

(Cu:0 내지 0.30％)

Cu는, 강도의 상승에 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, 0.01％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Cu 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.10％ 이상이다.

한편, Cu 함유량이 0.30％를 초과하면, 강도가 과잉으로 상승하고, 저온 인성이 저하되는 경우가 있다. 이 때문에, 함유시키는 경우라도, Cu 함유량을 0.30％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는, Cu 함유량을 0.20％ 이하로 한다.

(Ni:0 내지 0.20％)

Ni은, 강도 및 인성을 높이기 위해 유효한 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, 0.01％ 이상을 함유시키는 것이 바람직하다. Ni 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.10％ 이상이다.

한편, Ni은 고가의 원소이고, 합금 비용의 상승을 억제하기 위해, 함유시키는 경우라도, Ni 함유량을 0.20％ 이하로 한다. Ni 함유량은 0.15％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

(Mo:0 내지 0.30％)

Mo은, 강도의 상승에 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Mo 함유량은 0.01％ 이상이 바람직하다.

한편, Mo 함유량이 0.30％를 초과하면, Mo 탄화물(Mo₂C)이 석출되어, 용접 열영향부의 인성이 열화되는 경우가 있다. 이 때문에, 함유시키는 경우라도, Mo 함유량을 0.30％ 이하로 한다. Mo 함유량은 0.25％ 이하가 바람직하다.

(Cr:0 내지 0.05％)

Cr도 강도의 상승에 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Cr 함유량은 0.01％ 이상이 바람직하다.

한편, Cr 함유량이 0.05％를 초과하면, 탄화물이 생성되어, 인성이 손상되는 경우가 있다. 이 때문에, 함유시키는 경우라도, Cr 함유량을 0.05％ 이하로 제한한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 0.03％ 이하이다.

또한, 본 실시 형태에 관한 압연 H형강은, 상술한 원소에 더하여, REM:0.010％ 이하, 및 또는 Mg:0.010％ 이하를 함유시켜도 되고, 함유시키지 않아도 된다. 함유시키지 않아도 되므로, REM 함유량, Mg 함유량의 하한은 0％이다.

(REM:0 내지 0.010％)

REM은 탈산 원소이고, 황화물의 형태의 제어에도 기여하므로, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 이 효과를 얻는 경우, REM은 0.0005％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, REM의 산화물은 용강 중에서 용이하게 부상되므로, 함유시키는 경우라도, 강 중의 REM 함유량은 0.010％ 이하로 한다.

또한, REM(희토류 원소)은 스칸듐(Sc), 이트륨(Y)의 2원소와, 란탄(La)부터 루테튬(Lu)까지의 15원소(란타노이드)의 총칭을 가리킨다. 이들 원소를 단독으로 함유시켜도 되고, 혼합물이어도 된다.

(Mg:0 내지 0.0030％ 미만)

Mg은 탈산 원소이고, 황화물의 형태의 제어에도 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Mg 함유량을 0.0003％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, Mg 함유량이 과잉으로 되면, Mg이 조대한 개재물로서 연성 파괴의 기점으로 되어, 연신율을 저하시키거나, 취성 균열의 기점으로 되어, 인성을 열화시키거나 한다. 그 때문에, 함유시키는 경우라도, Mg 함유량을 0.0030％ 미만으로 한다. 바람직하게는, Mg 함유량은 0.0020％ 이하이다.

불순물로서 함유하는 P, S에 대해서는, 함유량을 특별히 한정하지 않는다. 또한, P, S은 응고 편석에 의한 용접 균열, 인성 저하의 원인이 되므로, 최대한 저감시켜야 한다. P 함유량은 0.020％ 이하로 제한하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직한 상한은 0.002％ 이하이다. 또한, S 함유량은 0.002％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

이어서, 본 실시 형태에 관한 압연 H형강의 금속 조직 및 기계 특성에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에 관한 압연 H형강은 열간 압연 후, 공랭하여 제조된다. 그 때문에, 금속 조직은, 후술하는 바와 같이 페라이트·펄라이트로 된다. 페라이트·펄라이트 이외에, 마르텐사이트와 오스테나이트의 혼성물(Martensite-Austenite Constituent, MA)이 생성되는 경우가 있지만, 면적률로 5％ 이하이다. 본 실시 형태에 관한 압연 H형강의 금속 조직은, 페라이트·펄라이트와, 면적률로 5％ 이하인 잔부 조직(MA)으로 이루어지고, 페라이트·펄라이트의 면적률은 95％ 이상이다. 페라이트·펄라이트란, 페라이트 및 펄라이트가 혼합된 조직을 말한다.

[플랜지의 폭 방향 외측의 면으로부터 (1/6)F의 위치에 있어서, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 금속 조직 및, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이에 있어서의 금속 조직: 면적률로 95％ 이상인 페라이트 및 펄라이트와, 5％ 이하인 잔부 조직)

도 2에 도시한 바와 같이, 플랜지의 폭을 F라고 하고, 플랜지의 두께를 t_f라고 한 경우, 본 실시 형태에 관한 압연 H형강에서는, 플랜지의 폭 방향 외측의 면(5b)으로부터 (1/6)F 이격된 위치에 있어서, 플랜지의 두께 방향 외측의 면(5a)으로부터, 플랜지의 두께 방향(도 2에서 말하면 지면 좌방향)으로 100㎛의 깊이에 있어서의 금속 조직 및, 플랜지의 두께 방향 외측의 면(5a)으로부터, 플랜지의 두께 방향으로 (1/2)t_f의 깊이에 있어서의 위치(즉, 플랜지의 두께의 중심부)에 있어서의 금속 조직이, 면적률로 합계 95％ 이상인 페라이트 및 펄라이트와, 5％ 이하인 잔부 조직을 갖는다.

플랜지의 두께 방향 외측의 면(5a)으로부터, 플랜지의 두께 방향으로 100㎛인 깊이에 있어서의 금속 조직(이하, 플랜지 외면부 조직이라고 하는 경우가 있음)과, 플랜지의 두께 방향 외측의 면(5a)으로부터 플랜지의 두께 방향으로 (1/2)t_f의 깊이에 있어서의 위치에 있어서의 금속 조직(이하, 플랜지 중심부 조직이라고 하는 경우가 있음)의 경도차를 작게 하고, 또한 볼트 구멍의 천공성을 확보하기 위해서는, 볼트 구멍의 천공성이 떨어지는 경도가 높은 마르텐사이트와 베이나이트의 생성을 억제할 필요가 있다. 구체적으로는, 플랜지 외면부 조직과, 플랜지 중심부 조직을 어느 것이나, 면적률로 95％ 이상인 페라이트 및 펄라이트와, 5％ 이하인 잔부 조직으로 이루어지는 조직으로 하는 것이 필요하다. 상기 위치에 있어서의 어느 조직이 페라이트 및 펄라이트의 면적률이 95％ 미만으로 되면, 플랜지 외면과 내부의 경도차가 커지고, 표층의 경도가 상승하고, 볼트 구멍의 천공성이 저하된다. 또한, 경도차에 의해 응력 집중이 발생하여, 내취성 파괴 특성이 저하된다.

상기 t_f는 플랜지의 두께이고, 플랜지의 두께 방향 외측의 면(5a)이란, 도 2에 도시한 바와 같이, 플랜지의 두께 방향의 한쪽의 면이며, 웹과는 접하지 않는 쪽의 면이다.

본 실시 형태에 관한 압연 H형강에 있어서의 잔부 조직이란, 마르텐사이트와 오스테나이트의 혼성물(MA)이다.

본 실시 형태에 관한 압연 H형강에 있어서, 금속 조직의 관찰은, 광학 현미경을 사용하여, 500㎛(압연 방향)×400㎛(플랜지 두께 방향)의 직사각형 내의 영역(관찰 시야)에서 행해진다. 도 2를 참조하여, 금속 조직의 관찰 위치에 대하여 설명한다. 도 2에서는, 플랜지의 폭을 F라고 하고, 플랜지의 두께를 t_f라고 기재하고 있다.

플랜지 외면부 조직은, 도 2에 도시하는 압연 H형강(5)의, 플랜지의 폭 방향 외측의 면(5b)으로부터 (1/6)F, 또한 플랜지의 두께 방향 외측의 면(5a)으로부터 100㎛ 깊이의 위치에 있어서의 금속 조직을 관찰한다. 또한, 플랜지 중심부 조직은, 도 2에 도시하는 압연 H형강(5)의, 플랜지의 폭 방향 외측의 면(5b)으로부터 (1/6)F, 또한 플랜지의 두께 방향 외측의 면(5a)으로부터 (1/2)t_f 깊이에 있어서의 금속 조직을 관찰한다. 각각의 관찰 위치에 있어서, 상술한 관찰 시야의, 각 조직의 면적률을 화상 해석에 의해 측정한다. 각 조직의 동정은, 일반적인 방법으로 가능하지만, 예를 들어 레펠러 부식액에 의해 현출한 백색 상을 MA라고 판단하고, MA의 면적률을 측정한다. 그 후, 나이탈 부식액에 의해 현출한 조직 중, 백색 상을 페라이트, 또한 흑색 상을 펄라이트 조직이라고 판단하고, 그 면적률을 페라이트 및 펄라이트의 면적률이라고 한다.

[플랜지의 폭 방향 외측의 면으로부터 (1/6)F의 위치에 있어서, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 비커스 경도와, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이의 비커스 경도의 차:50Hv 이하]

플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 비커스 경도와, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이의 비커스 경도의 차가 크면, 표층의 경도가 상승하고, 볼트 구멍의 천공성이 저하된다. 또한, 경도차에 의해 응력 집중이 발생하고, 지진 시의 취성 파괴의 원인도 된다. 그 때문에, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 비커스 경도와 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이의 비커스 경도의 차는 50Hv 이하로 한다.

비커스 경도는, JIS Z2244(2009)에 준하여, 하중(시험력)을 20kgf로 하여 행한다. 각각의 위치의 경도는, 각 5점에 대하여 시험을 행하고, 평균한 값을 사용한다.

즉, 플랜지의 폭 방향 외측의 면(5b)으로부터 (1/6)F의 위치에 있어서의, 플랜지의 두께 방향 외측의 면(5a)으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 비커스 경도를 5점 측정하고, 그 평균값을, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 비커스 경도라고 한다. 또한, 플랜지의 폭 방향 외측의 면(5b)으로부터 (1/6)F의 위치에 있어서의, 플랜지의 두께 방향 외측의 면(5a)으로부터 (1/2)t_f 깊이의 위치의 비커스 경도를 5점 측정하고, 그 평균값을, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이의 비커스 경도라고 한다.

이어서, 플랜지의 기계 특성에 대하여 이하에 설명한다. 본 실시 형태에 관한 압연 H형강에 있어서 규정하는 인장 특성은, 실온에서 기계 시험을 행함으로써 얻어지는 기계 특성이다. 본 명세서에 있어서 실온이란, 예를 들어 20℃를 나타낸다.

[항복점(항복 강도): 385 내지 505N/㎟]

항복점이 과대이면 항복비의 상승을 초래하고, 후술하는 바와 같이, 내진 설계 등을 행할 때, 설계의 자유도가 작아지는 경우가 있다. 그 때문에, 항복 강도를 505N/㎟ 이하로 한다. 한편, 특히 대스판의 구조물을 설계하는 데 있어서, 항복 강도는 385N/㎟ 이상은 필요하다. 그 때문에, 항복 강도를 385N/㎟ 이상으로 한다.

(인장 강도: 550 내지 670N/㎟)

대스판의 구조물을 최종 파단시키지 않고 사용하기 위해서는, 인장 강도는 550N/㎟ 이상은 필요하다. 그 때문에, 인장 강도를 550N/㎟ 이상으로 한다. 단, 인장 강도가 지나치게 높으면 용접부의 지연 균열이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 인장 강도를 670N/㎟ 이하로 한다.

(항복비: 0.80 이하)

지진 시에 높이의 단부에 있어서의 소성 변형을 허용하고, 지진의 입력 에너지를 소비함으로써 건축 구조물의 붕괴를 방지하기 위해, 항복비를 낮게 하고, 소성 변형능을 확보하는 것이 필요하다. 따라서, 일정한 소성 변형능을 확보하기 위해, 항복비를 0.80 이하로 한다.

(연신율: 16.0％ 이상)

지진 시에 높이의 단부에 있어서의 소성 변형을 허용하고, 지진의 입력 에너지를 소비함으로써 건축 구조물의 붕괴를 방지하기 위해, 연신율을 지표로 하는 소성 변형능을 확보하는 것이 필요하다. 따라서, 연신율을 16.0％ 이상으로 한다.

(0℃의 V노치 샤르피 흡수 에너지: 70J 이상)

지진 시의 구조물의 취성 파괴를 방지하기 위해서는, 0℃의 V노치 샤르피 흡수 에너지가 충분히 높은 것이 필요하다. 그 때문에, 0℃의 V노치 샤르피 흡수 에너지를 70J 이상으로 한다. 용접에 의해 조립된 구조물에 있어서는, 용접 열영향부(용접부)에 있어서도, 0℃의 V노치 샤르피 흡수 에너지가 충분히 높은 것이 필요하다. 그 때문에, 용접부에 있어서의 0℃의 V노치 샤르피 흡수 에너지도 마찬가지로 70J 이상으로 한다.

이어서, 상술한 플랜지의 기계 특성을 측정하는 시험편의 채취 위치에 대하여, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2에서는, 플랜지의 폭을 F라고 하고, 플랜지의 두께를 t_f라고 기재하고 있다.

본 실시 형태에서는, 도 2의 플랜지 두께 방향 외측의 면(5a)으로부터 (1/4)t_f 또한 플랜지의 폭 방향 외측의 면(5b)으로부터 (1/6)F의 위치(6)를 중심 축으로 하고, 압연 방향을 길이 방향으로 하는 시험편을 채취하고, 기계 시험(인장 시험, 샤르피 충격 시험)을 행한다. 인장 시험편은 JIS Z2241(2011)에 기재된 4호 시험편, 샤르피 충격 시험편은 JIS Z2242(2005)에 기재된 노치 형상이 V노치의 시험편이다. 샤르피 충격 시험편의 V노치(절결)의 길이 방향은 플랜지 두께 방향에 평행으로 한다.

플랜지의 기계 특성은 플랜지 폭 방향, 두께 방향에서 변동된다. 도 2의 플랜지의 두께 방향 외측의 면(5a)으로부터 (1/4)t_f 또한 플랜지의 폭 방향 외측의 면(5b)으로부터 (1/6)F의 위치(6)에 있어서의 기계 특성을 평가하는 것은, (1/6)F의 위치(6)가 압연 시에 가장 온도가 낮은 플랜지 선단과 플랜지 중앙의 중간 근처이고, 또한 JIS, EN, ASTM 등에서 강도 시험의 규격 부위로 되는 경우도 있는 위치인 점에서, 상기 위치(6)가 압연 H형강의 평균적인 조직 및 재질을 나타낸다고 판단했기 때문이다.

이어서, 본 실시 형태에 관한 압연 H형강의 치수에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에 관한 압연 H형강의 치수는 제조 조건의 제약에 영향을 미치고, 기계 특성에도 영향을 미친다. 즉, 본 실시 형태에 관한 압연 H형강의 치수는, 구조물의 설계에 있어서의 요구에 있어서 용이하게 변경할 수 있는 것은 아니고, 본 실시 형태에 관한 압연 H형강을 얻기 위해, 제어해야 할 중요한 요건이다.

(높이: 700 내지 1000㎜)

큰 높이(H형강의 높이)의 압연 H형강을 제조하기 위해서는 압연 패스 수를 증대시킬 필요가 있다. 이 경우, 압연 시간이 길어지므로, 압연 중에 소재의 온도가 저하되어, 압연을 고온에서 완료할 수 없게 된다. 본 실시 형태에 관한 압연 H형강의 제조에 있어서는, 충분히 고온에서 압연하고, 항복비를 상승시키는 페라이트 입경의 미립화를 억제하는 것이 필요하다. 또한, 높이가 지나치게 크면, 압연 후의 공랭 중에 있어서, 대면하는 플랜지의 복사열에 의한 서랭의 효과를 얻을 수 없게 된다. 그 때문에, 높이를 1000㎜ 이하로 한다.

대스팬 구조에 적용하는 압연 H형강으로서, 높이는 700㎜ 이상 필요하다. 그 때문에, 높이를 700㎜ 이상으로 한다.

(플랜지 폭: 200 내지 400㎜)

큰 플랜지 폭의 압연 H형강을 제조하기 위해서는 압연 패스 수를 증대시킬 필요가 있다. 이 경우, 압연 시간이 길어지므로, 압연 중에 소재의 온도가 저하되어, 압연을 고온에서 완료할 수 없게 된다. 또한, 플랜지 폭이 크면 공랭 시의 냉각 효율이 높아지고, 페라이트가 미립화되고, 항복비가 상승한다. 본 실시 형태에 관한 압연 H형강의 제조에 있어서는, 충분히 고온에서 압연하여, 항복비를 상승시키는 페라이트 입경의 미립화를 억제하는 것이 필요하다. 그 때문에, 플랜지 폭은 400㎜ 이하로 한다.

대스팬 구조에 적용하는 압연 H형강으로서, 플랜지 폭은 200㎜ 이상 필요하다. 그 때문에, 플랜지 폭은 200㎜ 이상으로 한다.

(플랜지 두께: 22 내지 40㎜)

작은 플랜지 두께의 압연 H형강을 제조하기 위해서는 압연 패스 수를 증대시킬 필요가 있다. 이 경우, 압연 시간이 길어지므로, 압연 중에 소재의 온도가 저하되어, 압연을 고온에서 완료할 수 없게 된다. 또한, 플랜지 두께를 작게 하고자 하면 많은 압하 패스가 작용하여, 페라이트가 미립화된다. 또한, 작은 플랜지 두께에서는, 공랭 시의 냉각 효율이 높아지고, 냉각 속도가 상승함으로써, 페라이트가 미립화되고, 항복비가 상승한다. 본 실시 형태에 관한 압연 H형강의 제조에 있어서는, 충분히 고온에서 압연하고, 항복비를 상승시키는 페라이트 입경의 미립화를 억제하는 것이 필요하다. 그 때문에, 플랜지 두께는 22㎜ 이상으로 한다.

플랜지 두께가 40㎜를 초과하면, 압하량이 부족한 것에 의한 조직의 조대화에 의해, 인성이 열화된다. 그 때문에, 플랜지 두께를 40㎜ 이하로 한다.

(웹 두께: 16㎜ 이상)

작은 웹 두께의 압연 H형강을 제조하기 위해서는 압연 패스 수를 증대시킬 필요가 있다. 이 경우, 압연 시간이 길어지므로, 압연 중에 소재의 온도가 저하되고, 압연을 고온에서 완료할 수 없게 된다. 본 실시 형태에 관한 압연 H형강의 제조에 있어서는, 충분히 고온에서 압연하고, 플랜지의 항복비를 상승시키는 페라이트 입경의 미립화를 억제하는 것이 필요하다. 그 때문에, 웹 두께는 16㎜ 이상으로 한다.

상한은 특별히 마련하지 않지만, 일반적으로 웹 두께가 22㎜까지인 압연 H형강이 다용된다.

이상 설명한 본 실시 형태에 관한 압연 H형강은, 대규모 설비 투자가 필요해지는 가속 냉각 장치를 사용하지 않고 제조된 압연 H형강이며, TS≥550N/㎟ 또한 YR≤0.80이라는, 고강도이고 또한 저항복비이고, 연신율이 우수함과 함께, 용접성도 우수한 압연 H형강으로 된다. 본 실시 형태에 관한 압연 H형강을 사용하면, 예를 들어 압연 H형강을 건축물에 사용하는 경우, 사용 강재의 삭감, 용접이나 검사 등의 시공 비용 저감, 공기의 단축에 의한 대폭적인 비용 삭감을 도모할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 압연 H형강에 의하면, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 위치와, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이의 위치의 경도차가 적으므로, 응력 집중에 수반하는 지진 시의 취성 파괴나 과잉의 외면 경도에 의한 볼트 구멍 천공의 곤란을 피할 수 있다.

이어서, 본 실시 형태에 관한 압연 H형강의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에 관한 압연 H형강은 용강을 주조하여 강편을 제조하고, 강편을 가열한 후에 열간 압연을 행하여 H형강으로 하고, 열간 압연 후의 H형강을 수랭하지 않고 공랭함으로써 얻어진다.

제강 공정에서는, 상술한 화학 조성으로 되도록, 용강의 화학 성분을 조정한 후, 주조하여, 강편을 얻는다. 주조는 생산성의 관점에서, 연속 주조가 바람직하다.

(강편의 길이: 7.0m 이하)

강편의 길이는 긴 쪽이 생산성이나 수율이 양호하므로, 일반적으로는 생산 설비나 운송상의 능력이 허용되는 한 긴 쪽이 바람직하다고 여겨지고 있다. 그러나, 강편이 길면, 소재가 압연 롤을 통과하는 시간, 즉 압연 시간이 길어지고, 그것에 수반하여 압연 중의 온도 저하가 커진다.

본 실시 형태에 관한 압연 H형강의 제조 방법에 있어서는, 강편을 충분히 고온에서 압연하고, 항복비를 상승시키는 원인이 되는 페라이트 입경의 미립화를 억제하는 것이 필요하다. 그 때문에, 강편의 길이는 7.0m 이하로 한다.

강편의 길이가 지나치게 짧으면, 가열로로부터의 추출의 작업성이나 압연까지의 반송성, 나아가 수율이나 생산성 등도 악화되므로, 바람직하게는 5.0m 이상으로 한다.

강편의 두께는 생산성의 관점에서, 200㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 편석의 저감이나, 열간 압연에 있어서의 가열 온도의 균질성 등을 고려하면, 강편의 두께는 350㎜ 이하가 바람직하다.

강편의 폭은 1200 내지 2000㎜가 바람직하다. 1200㎜를 하회하면, 조형을 위한 압연 패스 수가 증가하여, 압연 중의 온도 저하가 커진다. 이 경우, 페라이트가 미립화되어, 항복비가 상승하기 쉬워진다. 또한, 폭이 2000㎜를 초과해도, 표면적이 확대되는 것에 의해, 온도 저하가 현저해지는 경우가 있다.

이어서, 강편을 가열하여, 열간 압연을 행한다. 본 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 가열로(1)를 사용하여 강편을 가열한다. 계속해서, 조압연기(2)를 사용하여 조압연을 행한다. 조압연은 중간 압연기(3)를 사용하는 중간 압연 전에, 필요에 따라 행하는 공정이고, 강편의 두께와 제품의 두께에 따라 행한다. 그 후, 중간 압연기(3)(중간 유니버설 압연기)를 사용하여 중간 압연을 행한다. 계속해서, 마무리 압연기(4)를 사용하여 마무리 압연을 행하여 열간 압연을 종료하고, 열간 압연 종료 후는 공랭한다. 마무리 온도를 확보할 수 있는 것이라면, 중간 압연기(3)의 전후에 패스 사이의 수랭 장치를 마련하고, 중간 압연기(3)와, 그 전후의 패스 사이의 수랭 장치에 의해, 플랜지 외면측의 스프레이 냉각과 리버스 압연을 행해도 된다.

(가열 온도: 1200 내지 1350℃)

가열로(1)에 있어서의 강편의 가열 온도가 1200℃ 미만이면, 하기에 설명하는 고온에서 압연을 종료시키는 것이 곤란해진다. 또한, V등, 석출물을 형성하는 원소를 충분히 고용시키는 것이 곤란해진다. 그 때문에, 강편의 가열 온도는 1200℃ 이상으로 한다.

한편, 가열 온도가 1350℃를 초과하면, 표면의 산화 촉진에 기인하여 수율이 저하된다. 또한, 소재인 강편의 표면의 산화물이 용융되어 가열로 내가 손상되는 경우가 있다. 그 때문에, 가열 온도를 1350℃ 이하로 한다.

(열간 압연의 마무리 온도: 850℃ 이상)

열간 압연은 통상의 방법으로 행하면 되지만, 마무리 압연기(4)에 있어서의 열간 압연의 마무리 온도는 페라이트 입경의 과잉의 미세화를 억제하기 위해, 플랜지 외면 표면의 (1/6)F의 위치에 있어서 850℃ 이상으로 한다. 강편의 두께와 제품의 두께에 따라, 열간 압연 전에 조압연을 행해도 된다.

열간 압연 후의 냉각은 수랭 장치를 사용하지 않고, 공랭한다. VC는 페라이트 및 펄라이트 변태가 거의 완료되는 650℃부터 550℃까지의 온도 영역에서 주로 석출된다. 그 때문에, VC를 석출시키기 위해, 플랜지 외면 표면의 (1/6)F의 위치에 있어서, 적어도 650 내지 550℃의 온도 영역에 대하여, 예를 들어 평균 냉각 속도가 약 3℃/s 이하로 되는 서랭을 행한다. 본 실시 형태에 관한 압연 H형강의 치수에 의하면, 공랭함으로써 냉각 속도가 3℃/s 이하 정도로 된다.

바람직하게는, VC를 확실하게 석출시키기 위해, 200℃ 이하까지 공랭을 행하는 것이 바람직하다. 압연 후에 공랭을 행함으로써 조직이 베이나이트, 마르텐사이트를 포함하지 않고, 페라이트, 펄라이트, 소량의 MA로 된다.

VC를 석출시키는 적절한 서랭을 행하기 위해서는, 높이: 700 내지 1000㎜, 플랜지 폭: 200 내지 400㎜, 플랜지 두께: 22 내지 40㎜인 것이 필요하다.

이상 설명한 방법에 의해 제조한 압연 H형강은, 대규모의 설비 투자가 필요해지는 가속 냉각 장치를 사용하지 않고 제조된 압연 H형강이며, TS≥550N/㎟, 또한 YR≤0.80이라는, 고강도이고 또한 저항복비이고, 연신율이 우수함과 함께, 용접성도 우수하다.

실시예

표 1에 나타내는 성분 조성을 갖는 강을 용제하고, 연속 주조에 의해, 폭이 1280 내지 1800㎜, 두께가 240 내지 300㎜로 되도록 주조하고, 표 2, 표 3에 나타내는 길이로 절단하여, 강편을 제조했다. 강의 용제는 전로에서 행하고, 1차 탈산하고, 합금 원소를 첨가하여 성분을 조정하고, 필요에 따라, 진공 탈가스 처리를 행하였다. 얻어진 강편을 가열하고, 표 2, 표 3에 나타내는 가열 온도로 가열하고, 조압연기를 사용하여 조압연을 행하였다. 계속해서, 중간 유니버설 압연기와, 그 전후에 마련한 패스 사이의 수랭 장치를 사용하여, 플랜지 외측면의 스프레이 냉각과 리버스 압연을 행하였다. 그 후, 표 2, 표 3에 나타내는 마무리 온도에서 마무리 압연을 행하고, 열간 압연을 종료하고, 표 2, 표 3에 나타내는 냉각 조건에서 냉각하여, 압연 H형강을 제조했다. 표 2, 표 3에 있어서, 수랭 없음이란, 공랭으로 냉각을 행한 것을 의미한다.

표 1에 나타낸 성분은, 진공 탈가스 처리 후의 용강으로부터 채취한 시료의 화학 분석값이다. 제품 성분은 이 용강의 성분과 실질적으로 동일하다. 어느 것이나, P 함유량은 0.020％ 이하, S 함유량은 0.002％ 이하였다.

도 2에 도시한 바와 같이, 압연 H형강의 폭 방향 단면에 있어서의, 플랜지의 두께 방향 외측의 면(5a)으로부터 (1/4)t_f 또한 플랜지의 폭 방향 외측의 면(5b)으로부터 (1/6)F의 위치(6)로부터, 압연 방향을 길이 방향으로 하는 JIS Z2241(2011) 4호 환봉 시험편을 채취하고, 기계 특성[항복 강도(YP), 인장 강도(TS), 항복비, 연신율을 평가했다. 또한, 동일 위치로부터 2㎜ V노치 샤르피 충격 시험편을 채취하여 모재의 충격값(인성)]을 측정했다. 이 개소의 특성을 구한 것은, 도 2에 도시하는 압연 H형강(5)에 있어서, 플랜지의 폭 방향 외측의 면(5b)으로부터 (1/6)F의 위치가, 압연 H형강의 평균적인 기계 특성을 나타낸다고 판단했기 때문이다.

항복 강도(YP), 인장 강도(TS), 연신율은 JIS Z2241(2011)에 준거하여 인장 시험을 행함으로써 구했다.

또한, 모재의 충격값(인성)은 JIS Z2242(2005)에 준거하여 0℃에서 샤르피 충격 시험을 행함으로써 구했다. 샤르피 충격 시험편의 노치(절결)의 길이 방향은 플랜지 두께 방향에 평행으로 했다.

용접부의 충격값(인성)은 얻어진 압연 H형강의 플랜지부를 잘라내고, 단부면에 レ형 개선(Single-Bevel-Groove)을 실시하고, 용접 입열 12kJ/㎝로, 가스 메탈 아크 용접을 행하였다. 개선의 수직부측의 본드부가 샤르피 충격 시험편 노치로 되도록, 각각의 시험편을 채취하고, 모재 충격값과 마찬가지로 하여, 용접부의 충격값(인성)을 평가했다.

기계 특성의 목표값은 항복 강도(YP)가 385 내지 505N/㎟, 인장 강도(TS)가 550 내지 670N/㎟, 항복비가 0.80 이하, 연신율이 16.0％ 이상, 모재 및 용접부의 0℃의 V노치 샤르피 흡수 에너지가 70J 이상으로 했다.

또한, JIS Z3158(2016)에 준거한 y형 용접 균열 시험 방법에 의해 용접성을 평가했다(이하, y 균열 시험이라고 기재하는 경우가 있다).

이상으로부터 얻어진 기계 특성의 결과를 표 4 및 표 5에 나타낸다.

또한, 플랜지의 폭 방향 외측의 면으로부터 (1/6)F의 위치에 있어서, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 금속 조직과, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이에 있어서의 금속 조직의 관찰을 행하였다. 금속 조직의 관찰은 광학 현미경을 사용하여, 500㎛(압연 방향)×400㎛(플랜지 두께 방향)의 직사각형 내의 영역에서 행하고, 조직의 판정을 행하였다.

플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 금속 조직(플랜지 외면부 조직)은, 도 2에 도시하는 압연 H형강(5)의, 플랜지의 폭 방향 외측의 면(5b)으로부터 (1/6)F, 또한 플랜지의 두께 방향 외측의 면(5a)으로부터 100㎛ 깊이의 위치에 있어서의 금속 조직을 관찰했다. 또한, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이에 있어서의 금속 조직(플랜지 중심부 조직)은, 도 2에 도시하는 압연 H형강(5)의, 플랜지의 폭 방향 외측의 면(5b)으로부터 (1/6)F, 또한 플랜지의 두께 방향 외측의 면(5a)으로부터 (1/2)t_f 깊이의 위치에 있어서의 금속 조직을 관찰했다.

상기 시야에 있어서, 레펠러 부식액에 의해, 동일한 배율, 시야에서 MA를 백색 상으로서 현출하고, 화상 처리에 의해 MA의 면적률을 측정했다. 또한, 동일한 관찰 시야에 있어서, 나이탈 부식액에 의해 현출한 200배의 광학 현미경 조직으로부터, MA 이외의 조직이 페라이트, 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트의 어느 것인지 판정했다.

조직 관찰의 결과를 표 4 및 표 5에 나타낸다. 또한, 상기 관찰 위치의 금속 조직 관찰에 있어서, MA의 면적률이 5％ 이하이고, 그 밖의 조직이 페라이트 및 펄라이트였던 경우를 본 발명 범위 내라고 하여 합격이라고 판정하고, 표 4 및 표 5에서는, 「페라이트＋펄라이트」라고 기재하고 있다.

또한, JIS Z2244(2009)의 비커스 경도 시험에 준거하여, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 비커스 경도와, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이에 있어서의 비커스 경도의 차를 구했다. 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 비커스 경도는, 도 2의 플랜지 폭 방향 외측의 면(5b)으로부터 (1/6)F의 위치에 있어서의 플랜지의 두께 방향의 외측의 면의 하중 비커스 경도를 5점 측정하고, 그 평균값을 구했다. 하중은 20kgf로 했다.

또한, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이에 있어서의 비커스 경도는, 도 2의 플랜지의 폭 방향 외측의 면(5b)으로부터 (1/6)F, 또한 플랜지의 두께 방향(1/2)t_f 깊이에 있어서의 비커스 경도를 측정했다. 이상의 방법에 의해 구한 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 비커스 경도와, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이의 비커스 경도의 차가 50Hv 이하인 경우를, 본 발명 범위 내라고 하여 합격이라고 판정했다.

비커스 경도 시험의 결과를 표 4 및 표 5에 나타낸다.

표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명예인 No.1 내지 No.39는, 상온(20℃)의 항복 강도 및 인장 강도가 높고, 항복비가 0.80 이하이고, 연신율이 16.0％ 이상이고, 금속 조직이 면적률로 95％ 이상인 페라이트와 펄라이트를 포함하고, 또한 y균열 시험에서의 균열이 없고, 0℃에서의 V노치 샤르피 흡수 에너지도, 모재, 용접부 모두 목표를 충분히 만족시키고 있다.

본 발명예인 No.1 내지 No.39에 있어서의 잔부 조직은, 5％ 이하의 마르텐사이트와 오스테나이트의 혼성물(MA)이었다.

한편, 표 5에 나타내는 No.40 내지 No.70은 비교예이다. 실시예는 모두 압연 후에 공랭으로 냉각을 행하고 있지만, 비교예 No.53, No.68에서는 플랜지 외면 수랭을 적용했다.

No.40은 C 함유량이 부족하기 때문에, 항복 강도 및 인장 강도가 부족했다. 또한, 항복비도 과대이다. No.41은 C 함유량이 과잉이고, 항복 강도 및 인장 강도가 과대로 되고, 모재 및 용접 열영향부의 인성이 부족함과 함께, y균열 시험에서의 균열도 발생했다.

No.42는 Si 함유량이 부족하기 때문에, 항복 강도 및 인장 강도가 부족했다. No.43은 Si 함유량이 과대이고, 모재 및 용접부의 인성이 부족했다.

No.44는 Mn 함유량이 부족하기 때문에, 항복 강도 및 인장 강도가 부족했다. No.45는 Mn 함유량이 과대이고, 항복 강도 및 인장 강도가 과대이고, 모재 및 용접부의 인성이 부족했다.

No.46은 V 함유량이 부족하기 때문에, 인장 강도가 부족했다. No.47은 V 함유량이 과잉이기 때문에, 모재 및 용접부의 인성이 부족했다.

No.48은 Nb 함유량이 과잉이기 때문에, 항복비가 과대임과 함께, 모재 및 용접부의 인성이 부족했다.

No.49는 Al 함유량이 과잉이기 때문에, 연신율이 부족함과 함께, 모재 및 용접부의 인성이 부족했다.

No.50은 Ti 함유량이 과잉이기 때문에, 연신율이 부족함과 함께, 모재 및 용접부의 인성이 부족했다.

No.51은 O 함유량이 과잉이기 때문에, 인장 강도 및 연신율이 부족함과 함께, 모재 및 용접부의 인성이 부족했다.

No.52는 N 및 Ca 함유량이 과잉이기 때문에, 연신율이 부족함과 함께, 모재 및 용접부의 인성이 부족했다.

No.53은 압연 후의 플랜지 외면 수랭을 적용했기 때문에, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 금속 조직이 마르텐사이트이고, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이에 있어서의 금속 조직이 베이나이트였다. 또한, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 비커스 경도와, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이의 비커스 경도의 차가 과대였다.

No.54에서는, 높이가 지나치게 작고, 대스팬 구조에 적용하는 H형강에는 적합하지 않음과 함께, 대면하는 플랜지의 복사열의 영향에 의해, 압연 후의 냉각이 완만해져, 항복 강도 및 인장 강도가 부족했다.

No.55에서는 높이가 지나치게 크고, 마무리 온도가 지나치게 낮았다. 또한, 플랜지의 복사열에 의한 서랭의 효과가 얻어지지 않고, 항복비가 과대였다.

No.56에서는 플랜지 폭이 지나치게 작고, 대스팬 구조에 적용하는 H형강에는 적합하지 않음과 함께, 압연에 의한 효과도 충분히 활용할 수 없기 때문에, 인장 강도가 부족했다.

No.57에서는 플랜지 폭이 과대이고, 마무리 온도가 낮기 때문에, 항복비가 과대였다.

No.58에서는 플랜지 두께가 과소이고, 항복비가 과대였다.

No.59에서는 플랜지 두께가 과대이고, 인장 강도가 부족했다.

No.60에서는 웹 두께를 작게 하기 위해 압연 패스 수가 증대되어, 마무리 온도가 낮아지고, 항복비가 과대로 되었다.

No.61, No.66, No.69에서는 강편 길이가 과대이고, 압연 시간이 길어졌기 때문에, 마무리 온도가 낮아지고, 항복비가 과대로 되었다.

No.62에서는 가열 온도가 지나치게 낮았던 결과, 마무리 온도도 낮아지고, 항복비가 과대로 되었다.

No.63에서는 마무리 온도가 지나치게 낮고, 항복비가 과대로 되었다.

No.64에서는 Ca 함유량이 부족하고, 연신율이 부족함과 함께, 모재 및 용접부의 인성이 부족했다.

No.65에서는 Ca 함유량이 과잉이고, 연신율이 부족함과 함께, 모재 및 용접부의 인성이 부족했다.

No.67에서는 N 함유량이 과잉이고, 항복비가 과대로 되었다.

No.68은 압연 후의 플랜지 외면 수랭을 적용했기 때문에, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 금속 조직이 마르텐사이트이고, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이에 있어서의 금속 조직이 베이나이트였다. 또한, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 비커스 경도와, 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이의 비커스 경도의 차가 과대였다.

No.70에서는, 강편 길이가 과대이고, 마무리 압연 온도가 낮고, 특히 여기서는 플랜지 폭이 과대였으므로, 압연 후의 냉각 속도가 높고, 강도가 높게 되고, 연성이 저하되고, 연신율이 목표를 하회했다.

본 발명에 따르면, 대규모 설비 투자가 필요해지는 가속 냉각 장치를 사용하지 않고 제조된 H형강이며, TS≥550N/㎟ 또한 YR≤0.80이라는 고강도이고 또한 저항복비이며, 또한 연신율이 우수함과 함께, 용접성도 우수한 압연 H형강을 얻을 수 있다. 이와 같은 압연 H형강을 사용하면, 예를 들어 압연 H형강을 건축물에 사용하는 경우, 사용 강재의 삭감, 용접이나 검사 등의 시공 비용의 저감, 공기의 단축에 의한 대폭적인 비용 삭감을 도모할 수 있다. 또한, 이 압연 H형강에 의하면, 플랜지 외면과 플랜지 판 두께 중심의 경도차가 적으므로, 응력 집중에 수반하는 지진 시의 취성 파괴나 과잉의 외면 경도에 의해 볼트 구멍 천공이 곤란해지는 것을 피할 수 있다.

1 : 가열로
2 : 조압연기
3 : 중간 압연기
4 : 마무리 압연기
5 : 압연 H형강
5a : 플랜지의 두께 방향 외측의 면
5b : 플랜지의 폭 방향 외측의 면
6 : 기계 특성의 측정 위치
F : 플랜지의 폭
t_f : 플랜지의 두께
H : 높이
t_w : 웹의 두께

Claims

질량％로,
C:0.10 내지 0.25％,
Si:0.05 내지 0.50％,
Mn:0.70 내지 1.80％,
V:0.06 내지 0.20％,
N:0.0010 내지 0.0040％,
Ti:0.003 내지 0.015％,
Ca:0.0003 내지 0.0020％ 미만,
Cu:0 내지 0.30％,
Ni:0 내지 0.20％,
Mo:0 내지 0.30％,
Cr:0 내지 0.05％,
Mg:0 내지 0.0030％ 미만,
REM:0 내지 0.010％를 함유하고,
Nb:0.010％ 이하,
Al:0.06％ 이하, 및
O:0.0035％ 이하로 제한하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 강 조성을 갖고,
플랜지의 폭을 F라고 하고, 상기 플랜지의 두께를 t_f라고 했을 때,
상기 플랜지의 폭 방향 외측의 면으로부터 (1/6)F의 위치에 있어서,
상기 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 금속 조직과, 상기 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이에 있어서의 금속 조직이, 면적률로 95％ 이상인 페라이트 및 펄라이트와, 5％ 이하인 잔부 조직으로 이루어지고,
상기 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 100㎛ 깊이에 있어서의 비커스 경도와, 상기 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/2)t_f 깊이의 비커스 경도의 차가 50Hv 이하이고,
상기 플랜지의 두께 방향 외측의 면으로부터 (1/4)t_f 또한 상기 플랜지의 폭 방향 외측의 면으로부터 (1/6)F의 위치에 있어서,
항복 강도: 385 내지 505N/㎟,
인장 강도: 550 내지 670N/㎟,
항복비: 0.80 이하,
연신율: 16.0％ 이상,
0℃의 V노치 샤르피 흡수 에너지: 70J 이상이고,
치수가,
높이: 700 내지 1000㎜,
플랜지 폭: 200 내지 400㎜,
플랜지 두께: 22 내지 40㎜,
웹 두께: 16㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 압연 H형강.
제1항에 있어서, 질량％로,
Cu:0.01 내지 0.30％,
Ni:0.01 내지 0.20％,
Mo:0.01 내지 0.30％ 및
Cr:0.01 내지 0.05％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 압연 H형강.
제1항 또는 제2항에 있어서, 질량％로,
REM:0.0005 내지 0.010％를 함유하는 것을 특징으로 하는 압연 H형강.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 질량％로,
Mg:0.0003 내지 0.0030％ 미만을 함유하는 것을 특징으로 하는 압연 H형강.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 압연 H형강의 제조 방법이며,
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 성분으로 이루어지는 용강을 주조하고, 강편 길이가 7.0m 이하인 강편으로 하고,
상기 강편을 1200 내지 1350℃로 가열하고, 마무리 온도 850℃ 이상에서 열간 압연하여 H형강으로 하고,
상기 H형강을 공랭하는 것을 특징으로 하는 압연 H형강의 제조 방법.