JPH075961B2

JPH075961B2 - 低降伏比高張力ｈ形鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH075961B2
Application number: JP33156689A
Authority: JP
Inventors: 伸雄波多野; 芳彦鎌田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1995-01-25
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPH03191020A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、降伏比が低く、強度の高いＨ形鋼を熱間圧延
のみで製造する方法に関する。

（従来の技術）建築物のＨ形鋼としては、従来、JIS G 3101 SS41、同G
3106 SM50等の鋼材が使用されている。ところが、近
年、建築物が高層化するに伴い鋼材の重量低減を目的に
従来のものより強度の高いＨ形鋼が求められている。具
体的には強度が60キロ級で、降伏比が80％以下の高張力
Ｈ形鋼が求められている。そして、このような高張力Ｈ
形鋼を生産能率のよい熱間圧延法を利用して製造するこ
とができれば、安価であるとともに多量供給も可能であ
るが、具体的な製造方法は今のところ知られていない。
しかし、60キロ級の高張力Ｈ形鋼は素材にJIS G 3106 S
M58で規定されている化学成分の鋼を用い、60キロ級の
厚鋼板の製造方法である下記の方法をもってすれば製造
できると考えられる。即ち、焼入れおよび焼戻しする
熱処理方法、圧延後に制御冷却する方法、低温圧延
による方法、である。しかし、の熱処理方法および
の制御冷却方法では、圧延材の形状が悪化し、且つ目標
とする降伏強度の確保が難しく、60キロ級の圧延Ｈ形鋼
の製造に適用するには問題がある。の方法では60キロ
級の強度を確保するためには仕上げ圧延を650〜700℃の
低い温度範囲で行う必要があるが、このような温度範囲
で仕上げ圧延すると降伏比が目標とする値より高くなる
ので、同じく圧延Ｈ形鋼の製造に適用するには問題があ
る。

なお、現在、建築センターで推進中の新設計法には低降
伏比材料が要求されており、降伏比の高い材料はこの要
求を満たすことができない。

（発明が解決しようとする課題）本発明の課題は、前記のような問題がなく、降伏比が低
くて、しかも強度の高いＨ形鋼を熱間圧延のみで製造す
ることができる方法を開発することにある。具体的に
は、JIS G 3106 SM58の機械的性質（46Kgf/mm²以上の降
伏強度、58〜73Kgf/mm²の引張強さ、20％以上の伸び、
−５℃にて4.8Kgf−ｍ以上のシャルピー吸収エネルギ
ー）を満足し、降伏強度と引張強さの比（100分率）で
ある降伏比が80％以下のＨ形鋼を製造することができる
圧延方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） JIS G 3106 SM58で規定する鋼を、800℃以上の温度で仕
上げ圧延する方法でＨ形鋼を製造しても、目標の引張強
さは得られるが降伏強度は低い。その原因は結晶粒が微
細でないからである。降伏強度を高めるにはフェライト
粒の微細化が最も効果的である。微細なフェライト粒は
Al、Ｖ、Nb、Ｎを含む鋼を素材に用い、粗圧延および仕
上げ圧延を適正な条件に調整すれば得られるとともに降
伏強度も規定の下限より過度に高くなく、降伏比は低く
なる。

本発明はこのような知見を基に完成したものであって、
その要旨は下記の（ｉ）および（ii）にある。（ｉ）重
量％で、C:0.10〜0.20％、Si:0.05〜0.90％、Mn:0.50〜
2.00％、P:0.035％以下、S:0.035％以下、Nb:0.005〜0.
050％、V:0.010〜0.080％、Sol.Al:0.001〜0.015％、N:
0.0025〜0.0100％を含有し、残部Feおよび不可避不純物
からなり、且つ下記式で示す炭素当量（Ceq）が0.40
〜0.44％である成分組成の鋼を、1000〜1300℃の温度域
で加熱した後、再結晶温度域で圧下率30％以上の粗圧延
を行い、次いで、下記式で示すAr₃変態点以上の温度
域で仕上げ圧延を行うことを特徴とする低降伏比の高張
力Ｈ形鋼製造方法。

Ceq（％）＝Ｃ（％）＋Mn（％）/6 ＋Si（％）/24＋Ni（％）/40＋Cr（％）/5 ＋Ｖ（％）/14＋Mo（％）/4 ・・・・ Ar₃（℃）＝910−310C（％）−80Mn（％）−20Cu（％）
−55Ni（％）＋0.35（ｔ−８）・・・ここで、前記式および式中の各元素の「％」は「重
量％」を表し、式中のｔはフランジ厚（mm）を意味す
る。

（ii）上記成分に加えて、更に0.10〜0.50％のCuおよび
0.10〜0.50％のNiのうちの１種以上を含有し、且つ上記
式で示す炭素当量（Ceq）が0.40〜0.44％である成分
組成の鋼を用いることを特徴とする（ｉ）記載の低降状
比高張力Ｈ形鋼の製造方法。

（作用）以下、素材鋼の成分組成およびＨ形鋼の熱間圧延条件を
前記のように限定した理由について説明する。

Ａ）素材鋼の成分組成（ａ）ＣＣは強度を得るために必要な元素である。所望の強度を
確保するためには0.10％以上含有させる必要があるが、
0.20％を超えて含有させると溶接硬化性および溶接割れ
感受性が高くなり、且つ靱性も低下することから、Ｃ含
有量は0.10〜0.20％と定めた。

（ｂ）Si Siは鋼の脱酸作用があり、脱酸剤として少なくとも0.05
％以上の含有量を確保する必要があるが、含有量が0.90
％を超えると溶接性を著しく害することになるととも
に、靱性も大きく低下することから、Si含有量は0.05〜
0.90％と定めた。

（Ｃ）Mn Mnは鋼の強度および靱性を確保するために必要な元素で
あるが、0.50％未満では所望の性能が得られず、2.00％
を超えて含有させても効果が飽和する他に、溶接割れ感
受性が著しく高くなることから、Mn含有量は0.50〜2.00
％と定めた。

（ｄ）ＰＰは不可避不純物として鋼中に含まれる元素であり、鋼
材の靱性に悪影響を及ぼすので可能な限り低減するのが
望ましい。しかし、Ｐによる悪影響は60キロ級の高張力
鋼では比較的軽微であり、含有量が0.035％以下であれ
ば実用上問題にはならない。

（ｅ）ＳＳもＰと同じく不可避不純物として鋼中に含まれる元素
であり、鋼材の靱性に悪影響を及ぼすので可能な限り低
減するのが望ましい。しかし、Ｓによるこの悪影響は60
キロ級の高張力鋼では比較的軽微であり、0.035％以下
の含有量であれば実用上問題にはならない。

（ｆ）Nb Nbは圧延後にNb（C,N）の析出物として析出することに
より鋼材の強度を上昇させる作用がある。このために
は、0.005％以上含有させる必要があるが、0.050％を超
えて含有させると溶接性が損なわれる他に、製造コスト
の上昇を招くことになるから、Nbの含有量は0.005〜0.0
50％と定めた。

（ｇ）ＶＶはNbと同様、圧延後にＶ（C,N）の析出物として析出
することにより鋼材の強度を上昇させる作用がある。こ
のためには、0.010％以上含有させる必要があるが、0.0
80％を超えて含有させると溶接性が損なわれるばかりで
なく、製造コストの上昇を招くことになるから、Ｖの含
有量は0.010〜0.080％と定めた。

（ｈ）Al Alは製鋼時に脱酸剤として使用されるとともに組織の細
粒化を通じて鋼の靱性を向上させる作用がある。しか
し、含有量が0.001％未満では前記作用が充分に得られ
ず、0.015％を超えて含有すると、AlはＮとの化学的結
合力がＶよりも強いため、圧延後、Ｖの炭窒化物の析出
を押さえてその強化作用を損なうようになる。従って、
Alは0.001〜0.015％の含有量とするのがよい。

（ｉ）ＮＮもＰおよびＳと同様に通常不可避不純物として鋼中に
含まれる元素であるが、圧延後の冷却過程でNbやＶと窒
化物を形成することにより、鋼材の強度を上昇させる働
きがある。このためには鋼中に0.0025％以上含有させる
必要があるが、0.0100％を超えて含有させると溶接性を
害するようになることから、Ｎ含有量は0.0025〜0.0100
％と限定した。

（ｊ）CuおよびNi CuおよびNiは靱性を損なうことなく強度を向上させる作
用があるので、必要に応じて１種又は２種添加してもよ
い。しかし、その含有量がCuおよびNiともに0.10％未満
では充分な効果が得られず、一方、いずれの場合でも0.
50％を超えて含有させても強度上昇に対する効果は飽和
し、製造コストのみが上昇することになるので、添加す
る場合はCuおよびNiのいずれも0.10〜0.50％の含有量と
するのがよい。

（ｋ）Ceq Ceqは溶接性の評価を表すのに用いられるパラメータの
一つであり、 Ceq（％）＝Ｃ（％）＋Mn（％）/6 ＋Si（％）/24＋Ni（％）/40＋Cr（％）/5 ＋Ｖ（％）/14＋Mo（％）/4 で示される。このCeqの値が0.44％を超えると溶接後の
割れ感受性が著しく高まるとともに、溶接部の残留応力
が大きくなり、溶接割れが生じたり、或いは溶接割れを
生じなくとも溶接後に後熱処理が必要となる。逆にCeq
が0.40％未満の場合には、溶接軟化部の影響を無視し得
なくなり、継ぎ手強度において60キロ級高張力鋼の強度
を確保することができなくなることから、Ceqは0.40〜
0.44％と定めた。

Ｂ）熱間圧延条件（１）素材鋼の加熱熱間圧延に先立つ素材鋼の加熱は、1000℃以上の温度で
行わないとNb、Ｖなどの炭窒化物の固溶が図れず、これ
らの析出強化の効果が得られない。一方、1300℃を超え
る温度で加熱すると圧延初期のオーステナイト粒の粗大
化につながり圧延材の靱性を損なうようになることか
ら、加熱温度を1000℃〜1300℃の温度域とした。

（２）粗圧延粗圧延の目的は、圧延による再結晶を利用して、鋳造組
織を解消することにより組織の細粒化をはかり、鋼材の
延性と靱性を向上させることにある。このために再結晶
温度域で圧下率30％以上の加工を行う必要がある。再結
晶温度域で加工しても圧下率30％未満であれば、組織は
充分に細微化されず、延性および靱性の向上が小さい。

（３）仕上げ圧延仕上げ圧延の主目的は、最終寸法形状のＨ形鋼に加工す
ることにあるが、仕上げ圧延は下記に示す式で算出され
るAr₃変態点以上の温度域で終了する必要がある。

Ar₃（℃）＝910−310C（％）−80Mn（％）−20Cu（％）
−55Ni（％）＋0.35（ｔ−８）上記式から求められるAr₃変態点未満の温度域まで圧延
を行うということは、フェライトが生成した温度域でも
圧延を行うことを意味している。フェライトが生成する
温度域まで圧延を続けると、フェライトが加工硬化を起
こし、引張強度は高くなるものの降伏強度も著しく高く
なり、目標の降伏比が得られない。望ましい仕上げ温度
はAr₃変態点以上の800〜850℃の範囲である。

（実施例）連続鋳造により得られた第１表に化学成分の鋼片（250m
m厚×1500mm幅×6500mm長さ）を、第２表に示す条件で
熱間圧延して、フランジ幅:912mm、ウエブ幅:302mm、ウ
エブ厚さ:18mm、フランジ厚さ:34mmのＨ形鋼に加工し
た。

次いで、圧延後のこれらのＨ形鋼から引張試験片（JIS
Z 2201 4号試験片）およびシャルピー衝撃試験片（JIS
Z 2202 4号試験片）を採取して機械的性質を調べた。そ
の結果を第２表に併記した。

No.1〜No.8は本発明例であり、これらは全て目標性能を
充分満足している。これに対して、熱間圧延が本発明で
規定する範囲内の条件であるが、鋼成分が本発明で規定
する範囲外である比較例のNo.9〜No.11のものは、目標
性能を満足しておらず、逆に鋼成分が本発明で規定する
範囲内であるが、熱間圧延の条件が本発明で規定する範
囲外である比較例のNo.12のものも同じく目標性能を満
足していない。

（発明の効果）以上説明したように、本発明方法によれば降伏比の低い
高張力Ｈ形鋼を熱間圧延で製造することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、C:0.10〜0.20％、Si:0.05〜0.9
0％、Mn:0.50〜2.00％、P:0.035％以下、S:0.035％以
下、Nb:0.005〜0.050％、V:0.010〜0.080％、Sol.Al:0.
001〜0.015％、N:0.0025〜0.0100％を含有し、残部Feお
よび不可避不純物からなり、且つ下記式で示す炭素当
量（Ceq）が0.40〜0.44％である成分組成の鋼を、1000
〜1300℃の温度域で加熱した後、再結晶温度域で圧下率
30％以上の組圧延を行い、次いで、下記式で示すAr₃
変態点以上の温度域で仕上げ圧延を行うことを特徴とす
る低降伏比高張力Ｈ形鋼の製造方法。 Ceq（％）＝Ｃ（％）＋Mn（％）/6 ＋Si（％）/24＋Ni（％）/40＋Cr（％）/5 ＋Ｖ（％）/14＋Mo（％）/4 ・・・・ Ar₃（℃）＝910−310C（％）−80Mn（％）−20Cu（％） −55Ni（％）＋0.35（ｔ−８）・・・ここで、前記式および式中の各元素の「％」は「重
量％」を表し、式中のｔはフランジ厚（mm）を意味す
る。
【請求項２】上記成分に加えて、更に0.10〜0.50％のCu
および0.10〜0.50％のNiのうちの１種以上を含有し、且
つ上記式で示す炭素当量（Ceq）が0.40〜0.44％であ
る成分組成の鋼を用いることを特徴とする請求項（１）
記載の低降伏比高張力Ｈ形鋼の製造方法。