JP2022027236A - H-shape steel with protrusion and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、突起付きＨ形鋼およびその製造方法に関し、例えば、橋脚等の大型構造物の補強材として用いられている鉄筋の代替となる、優れた引張強度および伸びといった機械特性に加え、コンクリート付着性能に優れた、突起付きＨ形鋼およびその製造方法に関する。 The present invention relates to H-section steel with protrusions and a method for manufacturing the same, in addition to mechanical properties such as excellent tensile strength and elongation, which are alternatives to reinforcing bars used as reinforcing materials for large structures such as bridge piers, as well as concrete. The present invention relates to an H-section steel with protrusions having excellent adhesion performance and a method for manufacturing the same.
橋脚等の大型構造物では、補強材として鉄筋を用いた鉄筋コンクリートが幅広く使用されている。一般的に、鉄筋コンクリート構造物の工事は、鉄筋を組み立てた後に型枠を設置し、型枠内にコンクリートを打設することにより行われる。一方、強度的に鉄筋の過密配筋が必要となる場合、コンクリートの充填性が低下し、施工品質が悪化するだけでなく、工事が長期化する点が大きな課題となっている。加えて、当該工事に従事する技能労働者の数は年々減少傾向にあり、現場作業の省力化ならびに工期短縮に寄与する構造用鋼の開発がより一層求められている。 In large structures such as piers, reinforced concrete using reinforcing bars is widely used as a reinforcing material. Generally, the construction of a reinforced concrete structure is carried out by installing a formwork after assembling the reinforcing bars and placing concrete in the formwork. On the other hand, when overcrowding of reinforcing bars is required in terms of strength, not only the filling property of concrete is deteriorated and the construction quality is deteriorated, but also the construction is prolonged, which is a big problem. In addition, the number of skilled workers engaged in the construction is decreasing year by year, and there is a further demand for the development of structural steel that contributes to labor saving and shortening of construction period.
そのような背景を受け、鉄筋に比べて大きな断面剛性を有し、同一構造において必要な部材本数を減らすことが可能となる突起付きＨ形鋼に関して、様々な研究が行われている。この突起付きＨ形鋼材は、フランジ外面に突起が設けられており、鉄筋と同等以上の高いコンクリート付着性能を有することが知られている。鉄筋代替として大型構造物に使用される突起付きＨ形鋼に対しては、構造体としての性能を保証するため、引張強度、伸びといった機械特性に加えて、靭性の保証が要求されている。 Against this background, various studies have been conducted on H-section steels with protrusions, which have greater cross-sectional rigidity than reinforcing bars and can reduce the number of members required for the same structure. It is known that this H-shaped steel material with protrusions is provided with protrusions on the outer surface of the flange and has high concrete adhesion performance equal to or higher than that of reinforcing bars. For H-section steels with protrusions used for large structures as a substitute for reinforcing bars, guarantee of toughness is required in addition to mechanical properties such as tensile strength and elongation in order to guarantee the performance as a structure.
これらの要求を満足するため、たとえば特許文献1には、鋼中のNb、ＶおよびNiの添加量を調整することで、引張強度と靭性をバランスよく高めた突起付きＨ形鋼が開示されている。また、特許文献２には、突起付きＨ形鋼の靭性の向上を図ることを目的として、フランジ厚に応じて最適な冷却停止温度を設定する共に、フランジ内外面の冷却水量を適宜調整する技術が開示されている。
In order to satisfy these requirements, for example,
近年、構造物の大型化やさらなる省力化のニーズに対し、突起付きＨ形鋼のフランジ部の厚肉化が進められている。突起付きＨ形鋼のコンクリート付着性能は、フランジ外面に設けられた突起の高さを規定値以上とすることで担保されている。一方、フランジ厚の増加に伴い、前記突起高さを安定的に確保することが難しくなるため、フランジ厚によってはコンクリート付着性能が低下してしまうという問題があった。この問題は、上述した特許文献１または２に記載の突起付きＨ形鋼を適用した場合にあっても解消することは難しい。
In recent years, in response to the need for larger structures and further labor saving, the flange portion of H-shaped steel with protrusions has been thickened. The concrete adhesion performance of the H-shaped steel with protrusions is guaranteed by setting the height of the protrusions provided on the outer surface of the flange to a specified value or more. On the other hand, as the flange thickness increases, it becomes difficult to stably secure the protrusion height, so that there is a problem that the concrete adhesion performance deteriorates depending on the flange thickness. It is difficult to solve this problem even when the H-shaped steel with protrusions described in
本発明は、上述した問題を有利に解決すべくなされたものであり、従来の突起付きＨ形鋼に比べて同等の機械的特性を担保しつつ、コンクリート付着性能を向上した突起付きＨ形鋼をその製造方法と共に提供することを目的とする。 The present invention has been made to advantageously solve the above-mentioned problems, and has improved concrete adhesion performance while ensuring the same mechanical properties as the conventional H-section steel with protrusions. Is intended to be provided together with the manufacturing method.
本発明者らは、Ｃ、Si、Mn、ＰおよびＳの含有量を変化させた突起付きＨ形鋼を作製し、突起が設けられたフランジ部におけるコンクリートの付着性能を鋭意調査した。その結果、上述した各元素の添加量を適正化することに加え、突起部のフランジ幅方向における表面の凹凸を制御することによって、優れたコンクリート付着性能が得られることを見出した。 The present inventors have produced H-shaped steels with protrusions in which the contents of C, Si, Mn, P and S are changed, and have diligently investigated the adhesion performance of concrete in the flange portion provided with the protrusions. As a result, it has been found that excellent concrete adhesion performance can be obtained by controlling the unevenness of the surface in the flange width direction of the protrusion in addition to optimizing the addition amount of each element described above.
本発明の、上記の知見に立脚するものであり、その要旨構成は次の通りである。
１．Ｃ：0.05～0.20質量％、Si：0.05～1.00質量％、Mn：0.80～2.00質量％、Ｐ：0.035質量％以下およびＳ：0.035質量％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物である成分組成を有し、フランジ外面に複数の突起部を有し、少なくとも前記突起部の表面粗さが、フランジ幅方向における最大高さＲzで5.0μm以上かつ算術平均粗さＲaで30μm以上であることを特徴とする突起付きＨ形鋼。
It is based on the above findings of the present invention, and its gist structure is as follows.
1. 1. C: 0.05 to 0.20% by mass, Si: 0.05 to 1.00% by mass, Mn: 0.80 to 2.00% by mass, P: 0.035% by mass or less and S: 0.035% by mass or less, and the balance is Fe and unavoidable impurities. It has a component composition, has a plurality of protrusions on the outer surface of the flange, and at least the surface roughness of the protrusions is 5.0 μm or more at the maximum height Rz in the flange width direction and 30 μm or more at the arithmetic mean roughness Ra. H-shaped steel with protrusions.
２．前記突起部相互間の平坦部の表面粗さが、フランジ幅方向における最大高さＲzで5.0μm以上かつ算術平均粗さＲaで30μm以上である前記１に記載の突起付きＨ形鋼。 2. 2. The H-section steel with protrusions according to 1 above, wherein the surface roughness of the flat portions between the protrusions is 5.0 μm or more at the maximum height Rz in the flange width direction and 30 μm or more at the arithmetic mean roughness Ra.
３．前記成分組成は、さらに、Cr：1.0質量％以下、Cu：1.0質量％以下、Ni：1.0質量％以下、Mo：1.0質量％以下、Al：0.10質量％以下、Nb：0.50質量％以下、Ｖ：0.50質量％以下、Ti：0.50質量％以下、Ｂ：0.010質量％以下、Ca：0.10質量％以下、Mg：0.10質量％以下およびREM：0.10質量％以下の中から選ばれる１種または２種以上を含有する前記１または２に記載の突起付きＨ形鋼。 3. 3. Further, the component composition is Cr: 1.0% by mass or less, Cu: 1.0% by mass or less, Ni: 1.0% by mass or less, Mo: 1.0% by mass or less, Al: 0.10% by mass or less, Nb: 0.50% by mass or less, V. : 0.50% by mass or less, Ti: 0.50% by mass or less, B: 0.010% by mass or less, Ca: 0.10% by mass or less, Mg: 0.10% by mass or less and REM: 0.10% by mass or less The H-shaped steel with protrusions according to 1 or 2 above, which comprises the above.
４．前記１または３のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材に、熱間圧延を施して突起付きＨ形鋼の形状に成形する突起付きＨ形鋼の製造方法であって、
前記熱間圧延は、加熱温度が1150～1350℃であり、フランジ部の温度が900℃以下での圧延パス数を７パス以下とし、仕上げ圧延後に、前記フランジ部の温度が750℃以上の冷却開始温度から500℃までの温度域を平均冷却速度20℃／s以下で冷却することを特徴とする突起付きＨ形鋼の製造方法。
4. A method for producing an H-shaped steel with protrusions, wherein the steel material having the component composition according to any one of 1 or 3 is hot-rolled and formed into the shape of the H-shaped steel with protrusions.
In the hot rolling, the heating temperature is 1150 to 1350 ° C., the number of rolling passes when the temperature of the flange portion is 900 ° C. or lower is 7 passes or less, and after finish rolling, the temperature of the flange portion is cooled to 750 ° C. or higher. A method for manufacturing an H-shaped steel with protrusions, which comprises cooling a temperature range from a starting temperature to 500 ° C. at an average cooling rate of 20 ° C./s or less.
本発明によれば、優れたコンクリート付着性能を有する突起付きＨ形鋼を提供することができる。従って、本発明の突起付きＨ形鋼は、大型構造物の急速施工実現やコンクリート施工品の品質向上に寄与し、産業上有益な効果がもたらされる。また、本発明の製造方法によれば、上記の突起付きＨ形鋼を安定して製造することが可能である。 According to the present invention, it is possible to provide an H-shaped steel with protrusions having excellent concrete adhesion performance. Therefore, the H-shaped steel with protrusions of the present invention contributes to the rapid construction of large structures and the improvement of the quality of concrete construction products, and brings about industrially beneficial effects. Further, according to the manufacturing method of the present invention, the above-mentioned H-shaped steel with protrusions can be stably manufactured.
本発明の突起付きＨ形鋼について詳しく説明する。まず、突起付きＨ形鋼の一実施形態を図１に示す。図１に示すように、突起付きＨ形鋼１は、一般的なＨ形鋼と同様に、１対のフランジ２をウェブ３にて連結してなる。そして、突起付きＨ形鋼は、前記フランジ２の外面に突起部４を有している。この突起部４は、コンクリート付着性能を付与するために設けられるものである。この目的で突起部４が設けられた突起付きＨ形鋼１において、突起部４が設けられる箇所は、図１（ａ）に示すように、フランジ２の外面であるのが一般的である。図示例では、フランジ２の外面全体に、図１（ａ）に四角で囲った部分の拡大図である、同図（ｂ）に示す断面形状にてフランジ２の幅方向に延びる突条としての突起部４がフランジ２の長手方向に配列して形成されている。なお、フランジ２の外面において突起部４を除く部分は、平坦部５である。
The H-section steel with protrusions of the present invention will be described in detail. First, an embodiment of an H-section steel with protrusions is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the H-
なお、突起部の形状や寸法、個数などは突起付きＨ形鋼に要求される仕様に応じて任意に設定できる。従って、図示例に限定されないが、例えば突起部４の高さｈはコンクリート付着性能を考慮すると1.5mm以上とすることが好ましい。より好ましくは、2.0mm以上
である。また、突起部４のフランジ２幅方向の幅Ｗ１は１～９mm程度が好ましい。さらに、突起部４相互の間隔である平坦部５の幅Ｗ２は５～３０mm程度が好ましい。
The shape, dimensions, number, etc. of the protrusions can be arbitrarily set according to the specifications required for the H-shaped steel with protrusions. Therefore, although not limited to the illustrated example, for example, the height h of the
以下、本発明を具体的に説明する。まず、本発明において、鋼組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。なお、以下の説明における「％」は、特に断らない限り「質量％」を表すものとする。 Hereinafter, the present invention will be specifically described. First, the reason why the steel composition is limited to the above range in the present invention will be described. In addition, "%" in the following description shall represent "mass%" unless otherwise specified.
Ｃ：0.05～0.20％
Ｃは、母材強度を確保するために必要な元素であり、少なくとも0.05％の添加を必要とする。しかし、0.20％を超える添加は、母材靭性を低下させるばかりか、溶接性を低下させる。そのため、本発明ではＣ含有量を0.05～0.20％とする。なお、Ｃ含有量は0.10％以上とすることが好ましい。また、Ｃ含有量は0.15％以下とすることが好ましい。
C: 0.05-0.20%
C is an element necessary for ensuring the strength of the base metal, and requires addition of at least 0.05%. However, additions in excess of 0.20% not only reduce the toughness of the base metal, but also reduce the weldability. Therefore, in the present invention, the C content is set to 0.05 to 0.20%. The C content is preferably 0.10% or more. The C content is preferably 0.15% or less.
Si：0.05～1.00％
Siは、母材強度の確保に加え、強固な酸化被膜の生成により表面の凹凸生成を促進する効果を有するため、0.05％以上必要であるが、1.00％を超えると靭性ならびに溶接性が劣化する。そのため、本発明ではSi含有量を0.05～1.00％とする。なお、Si含有量は0.20％以上とすることが好ましい。また、Si含有量は0.60％以下とすることが好ましい。
Si: 0.05-1.00%
Si is required to be 0.05% or more because it has the effect of promoting the formation of surface irregularities by forming a strong oxide film in addition to ensuring the strength of the base metal, but if it exceeds 1.00%, the toughness and weldability deteriorate. .. Therefore, in the present invention, the Si content is set to 0.05 to 1.00%. The Si content is preferably 0.20% or more. The Si content is preferably 0.60% or less.
Mn：0.80～2.00％
Mnは、Siと同様、母材強度の確保および表面の凹凸生成に効果のある比較的安価な元素であるため、コンクリート付着性能の向上に重要な元素である。しかし、0.80％未満では、その添加効果は小さく、一方、2.00％を超える添加は、上部ベイナイト変態を促進させ、靭性を低下させるので好ましくない。そのため、本発明ではMn含有量を0.80～2.00％とする。なお、Mn含有量は1.20％以上とすることが好ましい。また、Mn含有量は1.80％以下とすることが好ましい。
Mn: 0.80-2.00%
Like Si, Mn is a relatively inexpensive element that is effective in ensuring the strength of the base metal and forming surface irregularities, and is therefore an important element for improving concrete adhesion performance. However, if it is less than 0.80%, the effect of addition is small, while addition of more than 2.00% promotes upper bainite transformation and lowers toughness, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the Mn content is set to 0.80 to 2.00%. The Mn content is preferably 1.20% or more. The Mn content is preferably 1.80% or less.
Ｐ：0.035％以下
Ｐは、その含有量が0.035％を超えると、鋼の延性および靭性が劣化する。そのため、本発明では鋼中のＰ量を0.035％以下とする。好ましくは0.020％以下である。一方、Ｐは少ないほど好ましいため、Ｐ含有量の下限は特に限定されず、０％であってよい。しかし、通常、Ｐは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、過度の低Ｐ化は精錬時間の増加やコストの上昇を招くため、Ｐ含有量は0.005％以上とすることが好ましい。
P: 0.035% or less When the content of P exceeds 0.035%, the ductility and toughness of the steel deteriorate. Therefore, in the present invention, the amount of P in steel is 0.035% or less. It is preferably 0.020% or less. On the other hand, the smaller the amount of P, the more preferable it is. Therefore, the lower limit of the P content is not particularly limited and may be 0%. However, normally, P is an element that is inevitably contained in steel as an impurity, and excessively low P content leads to an increase in refining time and cost, so the P content may be 0.005% or more. preferable.
Ｓ：0.035％以下
Ｓは主にＡ系介在物の形態で鋼材中に存在するが、0.035％を超えるとこの介在物量が著しく増加し、同時に粗大な介在物を生成するため、靭性を大きく低下させる。そのため、本発明ではＳ量を0.035％以下とする。好ましくは0.020％以下である。一方、Ｓは少ないほど好ましいため、Ｓ含有量の下限は特に限定されず、０％であってよいが、通常、Ｓは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であるため、工業的には０％超であってよい。なお、過度の低Ｓ化は精錬時間の増加やコストの上昇を招くため、Ｓ含有量は0.002％以上とすることが好ましい。
S: 0.035% or less S is mainly present in steel materials in the form of A-based inclusions, but if it exceeds 0.035%, the amount of these inclusions increases significantly, and at the same time, coarse inclusions are generated, resulting in a large decrease in toughness. Let me. Therefore, in the present invention, the amount of S is 0.035% or less. It is preferably 0.020% or less. On the other hand, since the smaller the amount of S, the more preferable it is, the lower limit of the S content is not particularly limited and may be 0%. However, since S is an element unavoidably contained in steel as an impurity, it is usually industrial. May be greater than 0%. It should be noted that the S content is preferably 0.002% or more because excessively low S content causes an increase in refining time and an increase in cost.
本発明で用いられ突起付きＨ形鋼の鋼組成は、以上説明した成分の他に、さらにコンクリート付着性能や強度、延性、靱性、溶接部特性の向上を目的として、Cr：1.0％以下、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下、Mo：1.0％以下、Al：0.10％以下、Nb：0.50％以下、Ｖ：0.50％以下、Ti：0.50％以下、Ｂ：0.010％以下、Ca：0.10％以下、Mg：0.10％以下、REM：0.10％以下の中から選ばれる１種または２種以上を任意に含有していてもよい。
以下、上記元素の含有量を特定した理由を説明する。
The steel composition of the H-section steel with protrusions used in the present invention has Cr: 1.0% or less, Cu for the purpose of further improving concrete adhesion performance, strength, ductility, toughness, and weld characteristics in addition to the components described above. : 1.0% or less, Ni: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, Al: 0.10% or less, Nb: 0.50% or less, V: 0.50% or less, Ti: 0.50% or less, B: 0.010% or less, Ca: 0.10 % Or less, Mg: 0.10% or less, REM: 0.10% or less, and one or more selected from these may be arbitrarily contained.
Hereinafter, the reason for specifying the content of the above elements will be described.
Cr：1.0％以下
Crは固溶強化により鋼の更なる高強度化を図ることができる元素である。また、強固な酸化被膜の生成により表面の凹凸生成を促進する効果も有する。ただし、その含有量が1.0％を超えると上部ベイナイト変態を促進させ、靭性を低下させるので好ましくない。したがって、成分組成がCrを含有する場合は、Cr量は1.0％以下とすることが好ましい。より好ましくは0.005～0.5％である。
Cr: 1.0% or less
Cr is an element that can further increase the strength of steel by solid solution strengthening. It also has the effect of promoting the formation of surface irregularities by forming a strong oxide film. However, if the content exceeds 1.0%, the upper bainite transformation is promoted and the toughness is lowered, which is not preferable. Therefore, when the component composition contains Cr, the amount of Cr is preferably 1.0% or less. More preferably, it is 0.005 to 0.5%.
Cu：1.0％以下
Cuは固溶強化により鋼の更なる高強度化を図ることができる元素である。ただし、その含有量が1.0％を超えるとCu割れが生じ易くなる。したがって、成分組成がCuを含有する場合は、Cu量は1.0％以下とすることが好ましい。より好ましくは0.005％以上であり、0.5％以下である。
Cu: 1.0% or less
Cu is an element that can further increase the strength of steel by solid solution strengthening. However, if the content exceeds 1.0%, Cu cracking is likely to occur. Therefore, when the component composition contains Cu, the Cu amount is preferably 1.0% or less. More preferably, it is 0.005% or more and 0.5% or less.
Ni：1.0％以下
Niは、延性を劣化することなく鋼の高強度化を図ることができる元素である。また、Cuと複合添加することによりCu割れを抑制することができるため、成分組成がCuを含有する場合にはNiも含有することが望ましい。ただし、Ni含有量が1.0％を超えると、鋼の焼入れ性がより上昇し、靭性が低下しがちとなる。したがって、成分組成がNiを含有する場合は、Ni量は1.0％以下とすることが好ましい。より好ましくは0.005％以上であり、0.5％以下である。
Ni: 1.0% or less
Ni is an element that can increase the strength of steel without deteriorating ductility. Further, since Cu cracking can be suppressed by compound addition with Cu, it is desirable that Ni is also contained when the component composition contains Cu. However, when the Ni content exceeds 1.0%, the hardenability of the steel is further increased and the toughness tends to be decreased. Therefore, when the component composition contains Ni, the amount of Ni is preferably 1.0% or less. More preferably, it is 0.005% or more and 0.5% or less.
Mo：1.0％以下
Moは、固溶強化によってさらなる鋼の高強度化を図ることができる元素である。ただし、その含有量が1.0％を超えると、鋼中に上部ベイナイトが多量に生成するようになり、靭性が低下しがちとなる。したがって、成分組成がMoを含有する場合は、Mo量は1.0％以下とすることが好ましい。より好ましくは0.005％以上であり、0.5％以下である。
Mo: 1.0% or less
Mo is an element that can further increase the strength of steel by solid solution strengthening. However, if the content exceeds 1.0%, a large amount of upper bainite is formed in the steel, and the toughness tends to decrease. Therefore, when the component composition contains Mo, the amount of Mo is preferably 1.0% or less. More preferably, it is 0.005% or more and 0.5% or less.
Al：0.10％以下
Alは、脱酸剤として添加することができる元素である。しかし、Al含有量が0.10％を超えると、Alの有する高い酸素との結合力のため、鋼中に酸化物系介在物が多量に生成し、その結果、鋼の延性が低下する。したがって、成分組成がAlを含有する場合は、Al量は0.10％以下とすることが好ましい。一方、Al含有量の下限は特に限定されないが、脱酸のためには0.001％以上とすることが好ましい。より好ましくは0.001％以上であり、0.03％以下である。
Al: 0.10% or less
Al is an element that can be added as a deoxidizing agent. However, when the Al content exceeds 0.10%, a large amount of oxide-based inclusions are formed in the steel due to the high binding force of Al with oxygen, and as a result, the ductility of the steel is lowered. Therefore, when the component composition contains Al, the amount of Al is preferably 0.10% or less. On the other hand, the lower limit of the Al content is not particularly limited, but is preferably 0.001% or more for deoxidation. More preferably, it is 0.001% or more and 0.03% or less.
Nb：0.50％以下
Nbは、炭窒化物として析出することで引張強度や降伏点を向上させる効果を有する元素である。ただし、その含有量が0.50％を超えると、析出脆化を助長することに加え、上部ベイナイト変態を促進させるため、靭性が低下しがちとなる。したがって、成分組成がNbを含有する場合は、Nb量は0.50％以下とすることが好ましい。より好ましくは0.01％以上であり、0.05％以下である。
Nb: 0.50% or less
Nb is an element that has the effect of improving the tensile strength and yield point by precipitating as a carbonitride. However, if the content exceeds 0.50%, the toughness tends to decrease because the upper bainite transformation is promoted in addition to promoting the precipitation embrittlement. Therefore, when the component composition contains Nb, the amount of Nb is preferably 0.50% or less. More preferably, it is 0.01% or more and 0.05% or less.
Ｖ：0.50％以下
Ｖは、圧延中または圧延後の冷却中にVNとしてオーステナイトに析出してフェライト変態核となり、結晶粒を微細化する効果を有する元素である。また、Vは、析出強化により母材強度を高める役割も有しており、引張強度と靭性を確保するために有用な元素である。ただし、その含有量が0.50％を超えると、過度な析出強化により、母材靭性が低下する傾向がある。したがって、鋼組成がＶを含有する場合は、Ｖ含有量は0.50％以下とする。より好ましくは0.01％以上であり、0.20％以下である。
V: 0.50% or less V is an element that precipitates as VN in austenite during rolling or cooling after rolling to form ferrite transformation nuclei and has the effect of refining crystal grains. V also has a role of increasing the strength of the base metal by strengthening precipitation, and is a useful element for ensuring tensile strength and toughness. However, if the content exceeds 0.50%, the toughness of the base metal tends to decrease due to excessive precipitation strengthening. Therefore, when the steel composition contains V, the V content is 0.50% or less. More preferably, it is 0.01% or more and 0.20% or less.
Ti：0.05％以下
Tiは、TiNを形成してオーステナイト粒を微細化するだけでなく、TiNを核とした粒内フェライト変態の促進によってミクロ組織を微細化し、靭性向上にも有効な元素である。ただし、その含有量が0.05％を超えると、粗大なTiNが発生し、靭性が低下しがちとなる。したがって、成分組成がTiを含有する場合は、Ti量は0.05％以下とすることが好ましい。より好ましくは0.0１％以上であり、0.03％以下である。
Ti: 0.05% or less
Ti is an element that not only forms TiN to refine austenite grains, but also refines the microstructure by promoting intragranular ferrite transformation centered on TiN, and is also effective in improving toughness. However, if the content exceeds 0.05%, coarse TiN is generated and the toughness tends to decrease. Therefore, when the component composition contains Ti, the amount of Ti is preferably 0.05% or less. More preferably, it is 0.01% or more and 0.03% or less.
Ｂ：0.010％以下
Ｂは、鋼中で粒界に偏析し粒界強度を向上させる効果を有する元素である。また、粒内フェライトの核生成サイトとなるTiNとの複合析出物を形成し、ミクロ組織を微細化することで靭性向上にも有効な元素である。一方、その含有量が0.010％を超えると、粗大な炭窒化物の粒界析出により靭性が低下しがちとなる。したがって、鋼組成がＢを含有する場合は、Ｂ含有量は0.010％以下とする。より好ましくは0.001％以上であり、0.003％以下である。
B: 0.010% or less B is an element having the effect of segregating at grain boundaries in steel and improving the grain boundary strength. In addition, it is an element effective for improving toughness by forming a composite precipitate with TiN, which is a nucleation site for intragranular ferrite, and refining the microstructure. On the other hand, when the content exceeds 0.010%, the toughness tends to decrease due to the coarse grain boundary precipitation of the carbonitride. Therefore, when the steel composition contains B, the B content is 0.010% or less. More preferably, it is 0.001% or more and 0.003% or less.
Ca：0.10％以下
Caは、硫化物系介在物中の酸化物および硫化物を、高温における安定性が高いものへ変質させて、硫化物系介在物を粒状化する作用を有する。そして、このCaによる介在物の形態制御効果により、鋼の靭性および延性の向上を図ることが出できる。但し、Ca含有量が0.10％を超えると、清浄度が低下して靭性が低下しがちとなる。したがって、鋼組成がCaを含有する場合は、Ca含有量は0.10％以下とする。より好ましくは0.0010％以上であり、0.0050％以下である。
Ca: 0.10% or less
Ca has the effect of transforming oxides and sulfides in sulfide-based inclusions into those having high stability at high temperatures to granulate the sulfide-based inclusions. Then, the toughness and ductility of the steel can be improved by the morphological control effect of the inclusions by Ca. However, if the Ca content exceeds 0.10%, the cleanliness tends to decrease and the toughness tends to decrease. Therefore, when the steel composition contains Ca, the Ca content is 0.10% or less. More preferably, it is 0.0010% or more and 0.0050% or less.
Mg：0.10％以下
Mgは、硫化物系介在物中の酸化物および硫化物を、高温における安定性が高いものへ変質させて、硫化物系介在物を粒状化する作用を有する。そして、このMgによる介在物の形態制御効果により、鋼の靭性および延性の向上を図ることが出できる。但し、Mg含有量が0.10％を超えると、清浄度が低下して靭性が低下しがちとなる。したがって、鋼組成がMgを含有する場合は、Mg含有量は0.10％以下とする。より好ましくは0.0010％以上であり、0.0050％以下である。
Mg: 0.10% or less
Mg has an action of transforming oxides and sulfides in sulfide-based inclusions into those having high stability at high temperature to granulate the sulfide-based inclusions. Then, the toughness and ductility of the steel can be improved by the morphological control effect of the inclusions by this Mg. However, if the Mg content exceeds 0.10%, the cleanliness tends to decrease and the toughness tends to decrease. Therefore, when the steel composition contains Mg, the Mg content should be 0.10% or less. More preferably, it is 0.0010% or more and 0.0050% or less.
REM：0.10％以下
REM(希土類金属)は、硫化物系介在物中の酸化物および硫化物を、高温における安定性が高いものへ変質させて、硫化物系介在物を粒状化する作用を有する。そして、このREMによる介在物の形態制御効果により、鋼の靭性および延性の向上を図ることが出できる。但し、REM含有量が0.10％を超えると、清浄度が低下して靭性が低下しがちとなる。したがって、鋼組成がREMを含有する場合は、REM含有量は0.10％以下とする。より好ましくは0.0010％以上であり、0.0050％以下である。
REM: 0.10% or less
REM (rare earth metal) has the effect of transforming oxides and sulfides in sulfide-based inclusions into those with high stability at high temperatures to granulate the sulfide-based inclusions. Then, the toughness and ductility of the steel can be improved by the morphological control effect of the inclusions by this REM. However, if the REM content exceeds 0.10%, the cleanliness tends to decrease and the toughness tends to decrease. Therefore, when the steel composition contains REM, the REM content is 0.10% or less. More preferably, it is 0.0010% or more and 0.0050% or less.
なお、上記組成成分の残部にはFeおよび不可避不純物が含まれる。不可避不純物とは、原料中に存在し、あるいは製造工程において不可避的に混入するもので、本来は不要なものであるが、微量であり特性に影響を及ぼさないため、含有が許容されている不純物を意味する。不可避不純物としては、例えばＮ、Ｏ等が挙げられ、Ｎは0.0150％まで許容でき、Ｏは0.005％まで許容できる。 The balance of the composition component contains Fe and unavoidable impurities. Inevitable impurities are impurities that are present in the raw material or are inevitably mixed in the manufacturing process, and are originally unnecessary, but they are small amounts and do not affect the characteristics, so impurities that are allowed to be contained are allowed. Means. Examples of unavoidable impurities include N, O, etc., where N is acceptable up to 0.0150% and O is acceptable up to 0.005%.
さらに本発明では、各々の元素が単に上記の範囲を満足するだけでは不十分で、フランジ外面に設けられた少なくとも突起部のフランジ幅方向における表面粗さを、最大高さＲzおよび算術平均粗さＲaにてそれぞれＲz≧5.0μm、Ｒa≧30μmとする必要がある。 Further, in the present invention, it is not sufficient for each element to simply satisfy the above range, and the surface roughness of at least the protrusions provided on the outer surface of the flange in the flange width direction is set to the maximum height Rz and the arithmetic mean roughness. In Ra, it is necessary to set Rz ≧ 5.0 μm and Ra ≧ 30 μm, respectively.
発明者らは、上記範囲の鋼成分を有する種々の突起付きＨ形鋼を用いて、コンクリート付着性能を評価した結果、優れた付着性能を確保するためには、フランジ外表面の少なくとも突起部に一定値以上の微小凹凸を残存させることが重要であるとの知見を得た。具体的には、フランジ外面での少なくとも突起部の表面粗さが、フランジ幅方向におけるＲzの値が5.0μm未満または、同Ｒaの値が30μm未満の場合には、フランジ外表面の突起部の微小凹凸が小さく、コンクリートに対する機械的抵抗が不十分になって付着性能が低下することが分かった。すなわち、上記したＲzおよびＲaの値をそれぞれＲz≧5.0μm、Ｒa≧30μmとすることにより、フランジ外表面の突起部の微小凹凸が顕在化し、優れたコンクリート付着特性を得ることができる。なお、上記数値はそれぞれＲz≧8.0μm、Ｒa≧50μmとすることが好ましい。 As a result of evaluating the concrete adhesion performance using various H-shaped steels with protrusions having steel components in the above range, the inventors have evaluated at least the protrusions on the outer surface of the flange in order to secure excellent adhesion performance. It was found that it is important to leave minute irregularities above a certain value. Specifically, when the surface roughness of at least the protrusion on the outer surface of the flange is such that the Rz value in the flange width direction is less than 5.0 μm or the Ra value is less than 30 μm, the protrusion on the outer surface of the flange It was found that the minute irregularities were small, the mechanical resistance to concrete was insufficient, and the adhesion performance deteriorated. That is, by setting the above-mentioned values of Rz and Ra to Rz ≧ 5.0 μm and Ra ≧ 30 μm, respectively, minute irregularities on the protrusions on the outer surface of the flange become apparent, and excellent concrete adhesion characteristics can be obtained. The above values are preferably Rz ≧ 8.0 μm and Ra ≧ 50 μm, respectively.
一方、上記したＲzおよびＲaの上限は、上述したコンクリート付着特性が飽和することに加え、表面粗さの極端な増加により、製品外観が悪化してしまうため、それぞれＲz≦20.0μm、Ｒa≦100μmとすることが好ましい。 On the other hand, the upper limits of Rz and Ra described above are Rz ≤ 20.0 μm and Ra ≤ 100 μm, respectively, because the appearance of the product deteriorates due to the drastic increase in surface roughness in addition to the saturation of the concrete adhesion characteristics described above. Is preferable.
さらに、上記の突起部以外のフランジ外表面、すなわち平坦部についても、上記と同様の理由から、その表面粗さを上記の範囲とすることが好ましい。 Further, it is preferable that the surface roughness of the flange outer surface other than the protrusions, that is, the flat portion, is within the above range for the same reason as described above.
次に、本発明の突起付きＨ形鋼の製造方法について説明する。
すなわち、上記した成分組成を有する鋼素材に、熱間圧延を施して突起付きＨ形鋼の形状に成形する。該鋼素材、例えばスラブ、ブルームまたはビームブランクの溶製法および鋳造法については特に制限はなく、従来公知の方法いずれもが適合する。次いで、熱間圧延の仕上圧延において、突起を形成させる部分（フランジ外面）を圧下するロールとして、形成させる突起に対応した溝をロール表面に形成したものを用いることにより、突起を形成することができる。
Next, a method for manufacturing the H-shaped steel with protrusions of the present invention will be described.
That is, the steel material having the above-mentioned composition is hot-rolled to form an H-shaped steel with protrusions. The steel material, for example, a slab, bloom or beam blank melting method and casting method is not particularly limited, and any conventionally known method is suitable. Next, in the finish rolling of hot rolling, the protrusions can be formed by using a roll having grooves corresponding to the protrusions to be formed on the roll surface as a roll for rolling down the portion (flange outer surface) on which the protrusions are formed. can.
前記熱間圧延は、加熱温度が1150～1350℃であり、フランジ部の温度が900℃以下での圧延パス数を７パス以下とし、仕上げ圧延後に、前記フランジ部の温度が750℃以上の冷却開始温度から500℃までの温度域を平均冷却速度20℃／s以下で冷却することが肝要である。 In the hot rolling, the heating temperature is 1150 to 1350 ° C., the number of rolling passes when the temperature of the flange portion is 900 ° C. or lower is 7 passes or less, and after finish rolling, the temperature of the flange portion is cooled to 750 ° C. or higher. It is important to cool the temperature range from the starting temperature to 500 ° C at an average cooling rate of 20 ° C / s or less.
［熱間圧延時の加熱温度：1150～1350℃］
熱間圧延時の加熱温度が1150℃未満の場合、熱間圧延の変形抵抗が高くなり、圧延ロールへの負荷が増大する結果、熱間圧延が困難となる。さらに、鋼素材表面の酸化が抑制され、地鉄－スケール界面の凹凸が小さくなってしまい、最大高さＲz、算術平均粗さＲaをＲz≧5.0μmもしくはＲa≧30μmとすることができない。一方、前記加熱温度が1350℃を超えると、鋼素材が部分的に溶融し、内部欠陥が発生してしまうことに加え、オーステナイト粒径が粗大になるため、仕上げ圧延後の冷却時に上部ベイナイトが生成しやすくなり、靭性の低下が生じる。好ましくは、熱間圧延時の加熱温度を1200～1300℃とする。
[Heating temperature during hot rolling: 1150-1350 ° C]
When the heating temperature during hot rolling is less than 1150 ° C., the deformation resistance of hot rolling becomes high, and the load on the rolling roll increases, resulting in difficulty in hot rolling. Further, the oxidation of the surface of the steel material is suppressed, and the unevenness of the ground iron-scale interface becomes small, so that the maximum height Rz and the arithmetic mean roughness Ra cannot be set to Rz ≧ 5.0 μm or Ra ≧ 30 μm. On the other hand, when the heating temperature exceeds 1350 ° C., the steel material is partially melted, internal defects are generated, and the austenite particle size becomes coarse, so that the upper bainite is generated during cooling after finish rolling. It becomes easier to form and the toughness decreases. Preferably, the heating temperature during hot rolling is 1200 to 1300 ° C.
［フランジ部の温度が900℃以下での圧延パス数：７パス以下］
フランジ部の温度が900℃以下での圧延パス数が７パスを超えると、鋼素材表面の酸化で形成された地鉄－スケール界面の凹凸や熱間圧延過程で形成された地鉄表面の凹凸が平坦化されてしまい、最大高さＲz、算術平均粗さＲaをＲz≧5.0μmもしくはＲa≧30μmとすることができない。好ましくは、前記圧延パス数を５パス以下とする。
[Number of rolling passes when the flange temperature is 900 ° C or less: 7 passes or less]
When the number of rolling passes at a flange temperature of 900 ° C or less exceeds 7, the unevenness of the ground iron-scale interface formed by oxidation of the steel material surface and the unevenness of the ground iron surface formed during the hot rolling process. Is flattened, and the maximum height Rz and the arithmetic mean roughness Ra cannot be set to Rz ≧ 5.0 μm or Ra ≧ 30 μm. Preferably, the number of rolling passes is 5 or less.
［フランジ部の温度が750℃以上の冷却開始温度から500℃までの温度域における平均冷却速度：20℃／s以下］
750℃以上の冷却開始温度から500℃までの平均冷却速度が20℃／sを超えて大きくなると、ベイナイトあるいはマルテンサイトの生成により、フランジ部が高硬度化してしまい被削性および靭性の低下が生じる。そのため、冷却開始温度から500℃までの平均冷却速度は20℃／s以下とする。一方、冷却速度の下限は特に限定されないが、過度の低冷速化は生産性の低下やコストの上昇を招くため、0.1℃／s以上とすることが好ましい。
[Average cooling rate in the temperature range from the cooling start temperature of 750 ° C or higher to 500 ° C: 20 ° C / s or less]
When the average cooling rate from the cooling start temperature of 750 ° C or higher to 500 ° C increases beyond 20 ° C / s, the flange portion becomes harder due to the formation of bainite or martensite, resulting in a decrease in machinability and toughness. Occurs. Therefore, the average cooling rate from the cooling start temperature to 500 ° C is set to 20 ° C / s or less. On the other hand, the lower limit of the cooling rate is not particularly limited, but excessively low cooling rate causes a decrease in productivity and an increase in cost, and therefore, it is preferably 0.1 ° C./s or more.
上記した成分組成に調整し、上記した条件に従う熱間圧延および冷却処理を行うことにより、突起付きＨ形鋼のフランジ部において、優れたコンクリート付着性能を得ることができる。
なお、本発明で対象とする突起付きＨ形鋼は、そのフランジ厚が特に限定されることはなく、フランジに突起を形成させる場合に、突起高さの形成効率が低下するとされる、フランジ厚が16mm以上の厚肉のＨ形鋼にも適用することができる。
By adjusting to the above-mentioned composition and performing hot rolling and cooling treatment according to the above-mentioned conditions, excellent concrete adhesion performance can be obtained in the flange portion of the H-shaped steel with protrusions.
The flange thickness of the H-shaped steel with protrusions, which is the target of the present invention, is not particularly limited, and the flange thickness is said to reduce the efficiency of forming the protrusion height when the protrusions are formed on the flange. It can also be applied to thick H-section steels with a thickness of 16 mm or more.
以下、実施例に従って、本発明の構成および作用効果をより具体的に説明する。しかし、本発明は下記の実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲内にて適宜変更することも可能であり、これらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。 Hereinafter, the constitution and the action and effect of the present invention will be described more specifically according to Examples. However, the present invention is not limited by the following examples, and can be appropriately modified within a range that can be adapted to the gist of the present invention, all of which are included in the technical scope of the present invention. Will be.
表１に示す成分組成の鋼材を、連続鋳造機にて断面400mm×560mm×長さ8000mmのビームブランクとし、表２に示す条件で熱間圧延ならびに冷却を行って、図２に示す断面形状、すなわち、ウェブ３とウェブ３の両端に配置された１対のフランジ２を有する形状の突起付きＨ形鋼１を製造した。具体的には、断面寸法（ウェブ高さ×フランジ幅×ウェブ厚×フランジ厚）は、350×333×35×40mmとして、突起付きＨ形鋼を製造した。仕上げ圧延においては、フランジ外面を圧下する圧延ロールとして、フランジ外面に形成させる突起形状に対応した溝を設けたものを用い、フランジ外面に、図１に示すような、フランジ２の幅方向に延在する突起４を形成した。ここで、フランジ外面を圧下する仕上げ圧延ロールに設けた溝は、突起幅Ｗ１：21mm、突起高さＨの許容値2.1mm以上の突起が形成し得るように設けてある。仕上げ圧延後のフランジ部における冷却速度は、フランジ部表面の温度を放射温度計で測定し、冷却開始から冷却停止までの間の温度変化を単位時間（秒）あたりに換算することで、冷却速度（℃／ｓ）を算出した。
The steel material having the composition shown in Table 1 was made into a beam blank having a cross section of 400 mm × 560 mm × a length of 8000 mm by a continuous casting machine, and was hot-rolled and cooled under the conditions shown in Table 2 to obtain the cross-sectional shape shown in FIG. That is, an H-shaped
得られた突起付きＨ形鋼について、突起付きＨ形鋼フランジ部の突起部ならびに平坦部のフランジ幅方向における表面粗さ測定、コンクリート付着性能評価、引張試験ならびにシャルピー衝撃試験を実施した。以下にそれぞれの評価内容について詳細に説明する。 The obtained H-section steel with protrusions was subjected to surface roughness measurement in the flange width direction of the protrusions and flat portions of the H-section steel flanges with protrusions, concrete adhesion performance evaluation, tensile test and Charpy impact test. Each evaluation content will be described in detail below.
＜フランジ部の突起部ならびに平坦部のフランジ幅方向における表面粗さ測定＞
図２に示したフランジ1/2Ｂ部６より、突起部ならびに平坦部を含む粗さ測定用試験片を採取した。前記試験片はフランジ幅方向が測定位置となるように、突起付きＨ形鋼1つにつき圧延トップ、ミドル、ボトム部の計３か所から採取した。得られた試験片に対し、JIS Ｂ0601(2001)の規定に準拠して、上記３か所から採取した突起部ならびに平坦部の最大高さＲzおよび算術平均粗さＲaを測定し、平均値を採用した。なお上記ＲzおよびＲaの測定にあたり、測定長さを4.0mm、カットオフ値を0.8mmとした。
<Measurement of surface roughness in the flange width direction of the protrusions and flat parts of the flange>
From the
＜コンクリート付着性能評価＞
図２に示したフランジ1/2Ｂ部６より、圧延長手方向に幅50mm×長さ600mmの試験片10を採取した。前記試験片10はフランジ外面の突起を残した状態で加工を行い、試験片厚は20mmに調整した。得られた試験片を図３に示したコンクリート付着性能評価試験機にセットし、自由端滑り量と平均付着応力の関係を調査した。具体的には、図３（ａ）および（ｂ）に示す、直径267mmの円柱状の型枠11内の中心に、上記の突起付きの試験片10の長手方向を型枠11の軸方向として配置しコンクリート12を打設した、供試体13を作製した。次いで、該供試体13を図３（ｃ）に示す万能試験機14上にセットし、試験片10端部を把持して引抜くことにより特性評価を行った。なお、本試験では、圧縮強度30N/mm2かつスランプ10cmのコンクリートを使用した。そして、自由端滑り量は、図３（ｃ）に示すダイアルゲージ15により測定し、同じく図３（ｃ）に示すダイアルゲージ16にて荷重端の滑り量を測定した。また、荷重は万能試験機にセットしたロードセルで測定を行い、下記式より付着応力を算出した。
平均付着応力[MPa]＝Ｐ／Ａ×ｌ
ここで、Ｐ：引抜き荷重[Ｎ]、Ａ：突起付き部の周長さ[mm]、ｌ：埋め込み長さ[mm]である。なお、自由端滑り量が0.1mmにおける平均付着応力が4.0MPa以上であれば、コンクリート付着性に優れるといえる。
<Evaluation of concrete adhesion performance>
A
Average adhesion stress [MPa] = P / A × l
Here, P: pull-out load [N], A: peripheral length [mm] of the protruding portion, l: embedding length [mm]. If the average adhesion stress at a free end slip amount of 0.1 mm is 4.0 MPa or more, it can be said that the concrete adhesion is excellent.
＜引張試験＞
図２に示したフランジ1/6Ｂ部７より、引張方向をＨ形鋼のフランジ長手方向となるようにJIS Ｚ2201に規定されたJIS 1A試験片を採取し、JIS Z2241に準じて引張試験を行い、降伏強度(YSまたは0.2％耐力）、引張強さTSを測定した。
<Tensile test>
From the
＜靭性試験＞
図２に示したフランジ1/6Ｂ部７のフランジ裏面から1/4ｔ部（tはフランジ厚）の位置を中心として、JIS Ｚ2202に規定された２mmＶノッチシャルピー衝撃試験片を採取し、JIS Ｚ2242に準じてシャルピー衝撃試験を行い、０℃における吸収エネルギーを測定した。
<Toughness test>
A 2 mm V notch Charpy impact test piece specified in JIS Z2202 was collected from the back surface of the
表２に上記調査の結果をあわせて示す。本発明の鋼組成を満足する適合鋼を用い、本発明範囲の製造条件(加熱温度、フランジ部の温度が900℃以下での圧延パス数、平均冷却速度)で作製した突起付きＨ形鋼（表２中の試験No.１～17）は、優れたコンクリート付着性能を有し、所望の機械的特性(引張強さTS：490MPa以上、降伏強度：355MPa以上、０℃における衝撃吸収エネルギーvE0：27J以上)を満足していた。 Table 2 also shows the results of the above survey. H-section steel with protrusions produced using compatible steel satisfying the steel composition of the present invention under the manufacturing conditions (heating temperature, number of rolling passes when the temperature of the flange portion is 900 ° C. or less, average cooling speed) within the range of the present invention. Tests No. 1 to 17) in Table 2 have excellent concrete adhesion performance and desired mechanical properties (tensile strength TS: 490 MPa or more, yield strength: 355 MPa or more, impact absorption energy at 0 ° C. vE0 :. 27J or more) was satisfied.
一方、Ｈ形鋼の鋼組成が本発明の条件を満足しないか、あるいは、本発明範囲の製造方法を適用しなかった比較例（表２中の試験No．18～31）は、フランジ部のコンクリート付着性能あるいは引張強さ、降伏強度および衝撃吸収エネルギーのうちいずれかが要求特性を満足していない。 On the other hand, a comparative example (test Nos. 18 to 31 in Table 2) in which the steel composition of the H-section steel does not satisfy the conditions of the present invention or the manufacturing method within the scope of the present invention is not applied is the flange portion. Either concrete adhesion performance or tensile strength, yield strength and impact absorption energy do not meet the required characteristics.
１ 突起付きＨ形鋼
２ フランジ
３ ウェブ
４ 突起部
５ 平坦部
６ フランジ1/2Ｂ部（試験片採取位置）
７ フランジ1/6Ｂ部（試験片採取位置）
1 H-shaped steel with
7
Claims (4)
前記熱間圧延は、加熱温度が1150～1350℃であり、フランジ部の温度が900℃以下での圧延パス数を７パス以下とし、仕上げ圧延後に、前記フランジ部の温度が750℃以上の冷却開始温度から500℃までの温度域を平均冷却速度20℃／s以下で冷却することを特徴とする突起付きＨ形鋼の製造方法。 A method for producing an H-shaped steel with protrusions, wherein the steel material having the component composition according to any one of claims 1 or 3 is hot-rolled to form an H-shaped steel with protrusions.
In the hot rolling, the heating temperature is 1150 to 1350 ° C., the number of rolling passes when the temperature of the flange portion is 900 ° C. or lower is 7 passes or less, and after finish rolling, the temperature of the flange portion is cooled to 750 ° C. or higher. A method for manufacturing an H-shaped steel with protrusions, which comprises cooling a temperature range from a starting temperature to 500 ° C. at an average cooling rate of 20 ° C./s or less.
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