JP3760587B2

JP3760587B2 - Manufacturing method of refractory ERW welded square steel pipe with excellent hot-dip galvanizing crack resistance

Info

Publication number: JP3760587B2
Application number: JP25019797A
Authority: JP
Inventors: 馨佐藤; 雅紀大村; 幸雄真保
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2017-09-16
Also published as: JPH1192826A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物等の構造物に用いられる、耐溶融亜鉛めっき割れ性に優れた耐火電縫溶接角鋼管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料の降伏強度は、その使用温度が高くなると一般的に低下する。建築用等に使用される構造用鋼材においても同様であり、その使用温度が３５０℃を越えて高温になると、著しく低下することが知られている。そのため、火災時に高温状態になることが懸念される構造物、特に、人間が居住する建築物においては、法的規制が設けられている。
【０００３】
例えば、使用する鋼材に耐火被覆を行い、環境が高温状態になった場合も、一定時間内は鋼材の温度が３５０℃を越えることがないこと、したがって、その間は建造物が破壊したり著しく変形することが無く、安全性が確保される様な設計および施工を行うことが義務付けられてきた。
【０００４】
しかし、鋼材にロックウール等の耐火被覆を施すことは、工事費がかさむこと、施工の環境が悪いこと、室内容積の減少をもたらすこと、美観を損ねること等の問題点がある。
【０００５】
これに対して近年になって、建築基準法の改正を機に、従来の設計思想である「火災の場合に耐火被覆により、鋼材の温度の上昇を防ぎ、鋼材の強度を維持する方法」に対して、「高温において強度の低下が少ない鋼を用いることにより、高温状態においても、構造物が破壊することを防止する方法」が注目を集め始めた。
【０００６】
すなわち、鋼材の高温における降伏強度が保証される場合は、鋼材の温度が高くなることを可とする考え方の採用が、可能になったものである。例えば６００℃程度の高温においても、十分なまたは相当程度の強度を有する鋼を用いて、構造物を製作する方法である。これにより、従来は必須とされていた耐火被覆を削除したり、または、減少した設計を行うことが可能となった。このことは、建築用として、電縫溶接鋼管を用いる場合においても同様である。
【０００７】
従来より、高温における降伏強度が保証（高温における降伏強度が認められている。）されている鋼材はもちろん存在する。たとえば、ＪＩＳ規格のＧ３４６２「ボイラ・熱交換器用合金鋼鋼管」には、ＣｒやＭｏを含む耐熱電縫溶接鋼管が相当数載せられている。
【０００８】
しかしながら、これらの鋼管は高温の伝熱管用や配管用等の、鋼の温度が常時５００℃以上にもなるような環境において、年単位の長期間の使用を予定したものである。これは、本発明が対象としている「通常の使用環境は常温であるが、火災時等の極めて限られた時間内だけ高温になる環境での使用」を目的としたものではない。そのため、材料特性の中では、５００℃以上の高温におけるクリープ強度を高く保つことに、重点を置いた合金設計が行われている。
【０００９】
その結果、ボイラ・熱交換器用合金鋼鋼管には、次のような特徴がある。
▲１▼ Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ等の、高温長時間のクリープ強度を高く保つための合金元素を、比較的多量に含有させている。
▲２▼ 室温での強度を高くする合金設計は、ともすれば高温長時間の強度（クリープ強度）を低くすることが多く、特にプラント等の施工時において、曲げ加工性等に問題を生じる可能性があるため、好ましくないとされる。そのため、通常は、常温の降伏強度を下げることに重点を置いた熱処理が行われことが多く、その結果として、高温の降伏強度も低い。
▲３▼ 冷間加工は常温強度を上げ、逆に高温強度を下げる傾向にあるため、好ましくない。
【００１０】
このように、これらの鋼管では、必然的に合金元素の含有量が高くなりがちであり、また、高温で安定した組織を得るために、熱処理は通常、高温で長時間行われることが多く、結果的に相当に高価な鋼となっている。そして、その常温の降伏強度は、２０〜３０ｋｇｆ／ｍｍ²程度であり、６００℃の降伏強度も、１５〜２０ｋｇｆ／ｍｍ²程度と必ずしも高くはない。これは、この用途の鋼においては、高温の降伏強度が高いことは実質上必要ではないからである。
【００１１】
一方、上記した建築基準法の改正に対応して、短時間の高温強度を高めた、いわゆる耐火鋼が近年になって多数開発された。開示されている技術も多く、その中で電縫溶接鋼管に関するものには、特開平４−２２８５２０号公報や、特開平４−２２８５２１号公報に示されている技術がある。
【００１２】
電縫溶接鋼管は、通常は鋼帯を冷間で成形して製品とする。したがって、鋼に耐火性を与えるための、Ｃ、Ｍｎ、Ｍｏ等の合金化と、冷間成形との関係が重要である。上記の公報に開示されている電縫溶接鋼管の実施例の内、冷間成形後に焼き戻し処理を行っていないものの常温の降伏強度は、いずれも４５ｋｇｆ／ｍｍ²を越えており、建築用の電縫溶接鋼管としては使いにくい。
【００１３】
たとえば、建築用に用いる角鋼管であるボックスコラムロール鋼管（以下、ＢＣＲ鋼管と呼ぶ）としては、常温の降伏強度が３０〜４５ｋｇｆ／ｍｍ²、
６００℃の降伏強度が２０ｋｇｆ／ｍｍ²以上が一応の目安となる。これは、常温の降伏強度が、４５ｋｇｆ／ｍｍ²を越えると施工しにくくなること、また、６００℃の降伏強度が２０ｋｇｆ／ｍｍ²未満の場合は、耐火被覆の削減効果が少なくなり、メリットが出てこないことによる。
【００１４】
もちろん、焼き戻し処理が行われた場合は、上記のＢＣＲ鋼管に要求される条件を満足することは可能であるが、工程数の増加によるコスト増が懸念される。冷間加工後に焼き戻しを行っている例は、他にも、特開平４−１２８３１６号公報、特開平４−１６５０１７号公報、および特開平４−１６８２１９号公報等にも記載されている。
【００１５】
また、特開平４−１７６８２１号公報には、冷間成形後に鋼管をＡｃ₃変態点以上の温度に上げ、必要に応じて、さらに焼き戻しを行う技術が開示されている。これらの開示例は冷間加工のままでは、上記の常温の降伏強度の条件を満足することが困難なことを示している。
【００１６】
一方、特開平４−１７６８１８号公報や、特開平４−１７６８１９号公報には、Ａｃ₃変態点以上の温度で成形する技術が、また、特開平４−２１８６１５号公報には、（Ａｃ₃−２００℃）〜（Ａｃ₃−２０℃）の温度範囲で成形する技術が示されている。これらの場合は、常温の降伏強度は十分に低くなるが、この様な高温での加工が、コスト高になることは言うまでもない。
【００１７】
同様の技術が、特開平４−２１８６１６号公報、特開平５−５９４３５号公報、にも示されており、特開平４−２１８６２０号公報および特開平５−３９４３６号公報記載の技術では、さらに焼き戻しを行っている。上記の公報に開示されている多数の実施例は、いずれも６００℃において、２０ｋｇｆ／ｍｍ²以上の降伏強度を示している。
【００１８】
ところで、建築用角鋼管には、溶融亜鉛めっきが施されることが多い。この場合、溶融亜鉛めっき浴中で角鋼管の溶接部やコーナ部での割れ、いわゆる溶融亜鉛めっき割れが問題となることがある。このような、溶融亜鉛めっき割れが発生しない鋼材としては以下の技術が提案されている。
【００１９】
特開平６−８８１２６号公報には、Ｎｂ含有非Ｍｏ系の耐火鋼が提案されている。この技術では、溶接部の溶融亜鉛めっき割れを防止するため、炭素等量および溶融亜鉛めっき割れ感受性等量を用いて化学成分を規定している。ここで用いられている溶融亜鉛めっき割れ感受性等量は、通常の溶接割れ感受性組成（Ｐ_CM値）と同様の式で表される値で、Ｃ以外の元素およびその係数が多少異なっている。その他、この公報の技術では、熱延後の冷却速度、巻き取り温度等を規定している。また、この公報に記載された実施例では、Ｃ量はいずれも０．１０％以上となっている。
【００２０】
特開平８−３６３４号公報には、角鋼管の溶融亜鉛めっきの際、内面に発生する割れを改善するための熱延鋼板が提案されている。この技術は、ＮｂもＭｏも含まない炭素鋼について、熱延条件として１０５０℃以下での圧下率を６０％以下とすることを特徴としている。
【００２１】
特開平８−３６８４号公報には、上記と同様、角鋼管内面のめっき割れ性を改善するための熱延鋼板が提案されている。この技術は、ＮｂもＭｏも含まない炭素鋼について、ＰまたはＳの少なくとも一方を、低減させることがめっき割れ性の改善に有効であるとしている。
【００２２】
特開平８−３６８８号公報には、Ｎｂを含む炭素鋼について、同様に角鋼管内面のめっき割れ性を改善するための熱延鋼板が、同じ発明者により提案されている。しかしこの技術では、今度は上記の技術とは反対に、ＰおよびＳの１種又は２種を多量に添加することが、めっき割れ性の改善に有効であるとしている。
【００２３】
特開平９−８７８０２号公報には、やはりＭｏを含まない炭素鋼について、炭素等量、熱延条件、金属組織等を規定することにより耐めっき割れ性を向上させることが提案されている。この技術では、特に熱延後の冷却速度を３０℃／ｓ以上とし、金属組織としては微細かつ針状のフェライトが主体で、パーライトとべーナイトの体積率を所定の範囲内に規定している。なお、この公報記載の実施例では、Ｓｉ量はいずれも０．１７〜０．２８％と通常の厚鋼板と同等のレベルである。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が目的としている建築用電縫溶接鋼管においては、火災時におけるような比較的短時間の間の強度が一定値以上であれば十分であり、上記した耐熱鋼のような、高温における長時間の強度が高いことは必要でない。したがって、合金設計も当然異なってくる。
【００２５】
しかし、上記した従来技術の、いわゆる耐火性があるとされている電縫溶接鋼管は、厚板や形鋼等、熱処理後に冷間加工を行わない鋼材と、同一の合金設計思想を基本としている。ここで、冷間加工とは、冷間歪みを与える加工のことであり、温度域としては、加工直後の機械的性質が実質的に変化しない温度域を指すものとする。したがって、いわゆる温間加工も含む。
【００２６】
電縫溶接鋼管の製造においては、製造プロセス中に鋼材に加えられる冷間歪みを無視することはできない。従って、従来技術のように、通常のプロセスにより鋼管を製造する場合の合金設計は、鋼に必然的に相当量の冷間歪みが加えられる電縫溶接鋼管に対しては、最適の合金設計にはなっていない。
【００２７】
このような事情にあるため、建築用鋼材として適切な常温降伏強度および耐火強度を有する建築用電縫溶接鋼管が求められている。
【００２８】
一方、前述の溶融亜鉛めっき割れを考慮した鋼材についても、建築用の耐火鋼管として用いるのには問題がある。例えば、特開平６−８８１２６号公報記載の技術では、Ｃ量が０．１０％以上（同公報実施例）と高いため、常温の降伏強度が高いという問題がある。特開平９−８７８０２号公報記載の技術でも、実施例に見られるように、Ｓｉ量が０．１７〜０．２８％と高いため、常温の降伏強度が高いという問題がある。
【００２９】
また、特開平８−３６３４号公報、特開平８−３６８４号公報記載の技術では、ＮｂもＭｏも含まないため、耐火性は期待できない。特開平８−３６８８号公報記載の技術では、ＰおよびＳの多量添加により靭性が大幅に低下すると考えられる。
【００３０】
この発明は、上記の従来技術の問題点を解決し、火災時の高温における降伏強度が高く、耐火被覆の簡略化または省略が可能な、建築用鋼材として適切な常温降伏強度および耐火強度を有するとともに、耐めっき割れ性に優れた耐火電縫溶接角鋼管を提供する。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１０％、Ｓｉ：０．０９％以下、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｍｏ：０．２５〜０．５％、Ｖ：０．０１〜０．１０％、Ａｌ：０．１％以下を含有し、残部がＦｅおよびＰ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎ：０．００９％以下その他不可避不純物である鋼を、１１００〜１２００℃の温度域に加熱し、７５０〜８８０℃で圧延を終了して板厚２０ｍｍ以下の熱延板とし、冷却後の巻取りを板厚ｔ（ｍｍ）に対して（５３０−４．５４ｔ）℃以上（６１０−４．５４ｔ）℃以下の温度で行い、得られた熱延鋼板を造管することにより電縫溶接鋼管とし、次いで角型に成形する耐溶融亜鉛めっき割れ性に優れた耐火電縫溶接角鋼管の製造方法である。
【００３２】
この発明は、冷間加工を受けた鋼板におけるめっき割れ感受性について、鋭意検討する中でなされた。その過程で、めっき割れ感受性が熱間圧延後の冷却過程、とりわけ巻取り条件に大きく影響されることを見出した。コイルの巻取りにおいては、鋼の相変態に伴う復熱があるため、単なる巻取り温度の制御では、めっき割れ感受性を低くすることはできない。この相変態に伴う復熱の現象は、板表面と板厚中央では異なり単純ではない。そこで種々検討した結果、巻取り条件に板厚の影響を考慮することで、良好な耐めっき割れ性を得ることに成功した。
【００３３】
目標値は、角管への成形後の降伏強度が、常温で４４５ＭＰａ以下で、かつ、６００℃で１９７ＭＰａ以上である。そこで、上記の知見に基づき、この目標値を満足するための化学成分および熱延条件について検討した。まず、化学成分について以下に説明する。なお、化学成分における各元素の含有％は、全て質量％を意味する。
【００３４】
Ｃは、鋼の常温および高温の降伏強度を確保するめに必要な元素であり、０．０３％以上含有させる必要がある。一方、０．１０％を超えて含有させると、常温での降伏強度が高くなりすぎ、建築材料として必要な低い降伏応力が得られず、また溶接性及び靭性が劣化する。従ってＣ量を、０．０３〜０．１０％の範囲に規定する。
【００３５】
Ｓｉは、通常、脱酸元素として用いられるが、このＳｉの脱酸効果はＡｌ等の他の元素によっても代替可能である。またＳｉは、常温の降伏強度を上昇させるが高温強度への寄与は殆どない。したがって、常温の降伏強度に上限が規定されており、高温の降伏強度が高いことが要求される耐火鋼用の合金元素としては、必ずしも好ましいものではなく、添加しなくてもよい。具体的には、Ｓｉの含有量が０．０９％を越えると、常温の降伏強度は大きく上昇し、ＢＣＲ鋼管の規格の上限を越える。また、Ｓｉは、耐溶融亜鉛めっき割れ性にとって有害な元素である。従って、Ｓｉ量を０．０９％以下に規定する。
【００３６】
Ｍｎは、鋼中に含まれるＳによる熱間圧延時の割れ防止に有効な元素であるため、少なくとも０．１０％の添加が必要である。一方、１．０％を越えて含有させると常温の降伏強度が高くなりすぎ、また、溶接性や靱性が劣化する。したがって、Ｍｎ量を０．１〜１．０％の範囲に規定する。
【００３７】
Ｍｏは鋼の常温及び高温での降伏強度を上昇させる。特に、火災による温度上昇時に鋼中に炭化物として析出し、高温での耐力を上昇させる。Ｍｏの効果は含有量が０．２％未満の場合は効果が薄い。一方、０．５％を超えて含有させると、溶融亜鉛めっき割れを促進し、また、製造コストも上昇する。したがって、Ｍｏ量を０．２〜０．５％の範囲に規定する。
【００３８】
Ｖは、Ｍｏの析出を促進し、高温での耐力を上昇させるために非常に有用な元素である。しかし、Ｖ量が０．０１％未満では、その効果は期待できない。また、０．０５％を超えて添加してもその効果は小さく、経済性を損なう。したがって、Ｖ量を０．０１〜０．１０％の範囲に規定する。
【００３９】
Ａｌは、高温強度への寄与が少ないので、特に添加する必要はない。但し、Ｓｉと同様に脱酸元素であり、必要に応じて用いてよい。その場合、Ａｌ量が０．１％を超えると靱性を劣化させる等の悪影響が出てくるため、０．１％を上限とする。
【００４０】
Ｐ、Ｓ、Ｎは、不可避的不純物でもあり、高温強度へ大きな影響を与えない点からも不要なので、その下限値は特に規定しない。これらの元素の上限値は、鋼の清浄度等の観点から、Ｐは０．０３％以下、Ｓは０．０３％以下、Ｎは０．００９％以下とする必要がある。
【００４１】
なお、不可避的不純物にはＰ、Ｓ、Ｎ以外にも、製鋼その他の製造工程で、スクラップ等から混入する種々の元素が含まれる（金属元素も含む）。これらは、通常の鋼管で許容できる範囲であれば、含まれていても差し支えないことは言うまでもない。
【００４２】
次に、熱延条件等の製造条件について説明する。
まず、スラブの加熱温度は、製品の高温強度を確保するために、この段階でＭｏ、Ｖを十分に固溶させる必要がある。そのため、スラブの加熱温度を１１００℃以上とする。しかし、１２００℃を超えて加熱すると、靭性が劣化する。従って、スラブの加熱温度を１１００〜１２００℃の温度範囲に規定する。なお、鋳造後のスラブを高温のまま圧延してもよい。この場合、この発明では、再加熱の有無にかかわらず、スラブを１１００〜１２００℃の温度域に加熱したものとみなす。
【００４３】
熱延の仕上げ温度は、７５０℃未満では圧延負荷が大きく安定操業が困難となる。一方、８８０℃を超えると、強度と靭性がともに低下する。従って、熱延の仕上げ温度を７５０〜８８０℃の温度範囲に規定する。
【００４４】
熱延の巻取り温度は、めっき割れ感受性と常温での降伏応力の観点から決まる。また、前述のように、巻取り温度のみならず、板厚の影響を考慮する必要がある。
【００４５】
図１は、めっき割れおよび常温での降伏応力に及ぼす巻取り温度（ＣＴ）と板厚（ｔ）の影響を示す図である。図中、○印はめっき割れが起こらず、常温での降伏応力が目標値を満足していることを示し、×印はめっき割れ発生、●印は常温での降伏応力が目標値を超過している（常温ＹＳ過剰）ことをそれぞれ示す。
【００４６】
この図より、巻取り温度が高すぎるとめっき割れが発生し、低過ぎると常温での降伏応力が目標値を超過することがわかる。また、同一巻取り温度で見ると、板厚の増加によりめっき割れが発生し（ＣＴ＝５００℃）、あるいは板厚の減少により常温での降伏応力が目標値を超過することがわかる。
【００４７】
図中の直線ａは、めっき割れが発生しない巻取り温度あるいは板厚の上限値を示す。図中の直線ｂは、常温での降伏応力が目標値を満足する巻取り温度あるいは板厚の上限値を示す。これらの直線を巻取り温度ＣＴ（℃）と板厚ｔ（ｍｍ）の関係式で表すと、直線ａは、
ＣＴ＝６１０−４．５４ｔ（１）
直線ｂは、
ＣＴ＝５３０−４．５４ｔ（２）
と表される。
【００４８】
以上より、めっき割れが発生せず常温での降伏応力が目標値を満足する巻取り温度ＣＴ（℃）の範囲は、次の不等式で表されることになる。
【００４９】
５３０−４．５４ｔ≦ＣＴ≦６１０−４．５４ｔ（３）
【００５０】
【発明の実施の形態】
まず、転炉、電気炉等の鋼の溶製手段を用いて、化学成分を発明の範囲内に調製した鋼を鋳造しスラブとする。この鋼スラブを高温のままもしくは１１００〜１２００℃に再加熱して、７５０〜８８０℃の仕上温度で熱延鋼板を製造する。熱延後は、仕上板厚に応じて前述の不等式（３）の温度範囲で巻取りを行う。
【００５１】
この熱延鋼板を用いて電縫溶接法により鋼管を製造する。電縫溶接鋼管に造管する工程には、熱延鋼板コイルのリコイルおよびインラインスキンパスや、オンラインでのストレッチ成形、フィンパス、サイザと言ったプロセスを含めることができる。電縫溶接鋼管をさらに角管に成形すれば、この発明の耐溶融亜鉛めっき割れ性に優れた耐火電縫溶接角鋼管が得られる。
【００５２】
【実施例】
表１に示す化学成分の鋼をスラブとなし、このスラブを１１５０℃に再加熱して８２０℃の仕上温度で熱延鋼板を製造した。鋼Ａは発明鋼、鋼Ｂと鋼Ｃは比較鋼であり、鋼Ｂは発明範囲よりＭｏが低く、鋼ＣはＳｉが高い。
【００５３】
【表１】

【００５４】
熱延鋼板からは、試験片を採取し常温および高温で引張試験を行った。めっき割れの試験は、熱延板幅方向に曲げ試験片を採取し、９０゜曲げ加工により角鋼管のコーナ部を再現し、溶融亜鉛浴に浸漬して行った。この場合、ただ浸漬しただけでは必ずしも割れが発生するとは限らないので、コーナ部の曲げ戻し試験を行った。この試験法は、特開平１−５６８５３号公報記載の技術と同様、溶融亜鉛浴中でコーナ部に曲げ戻し変形を行い、コーナ内面の割れ発生の有無を調べた。曲げ戻し試験は、溶融亜鉛浴中で曲げ試験片の２辺をコーナ部から等距離の位置で治具により支持し、コーナ部をアンビルで押して曲げ戻しを加える方法で行った。曲げ戻しの程度は、実際の角鋼管のコーナ部が、溶融亜鉛めっきの際受ける熱歪の最大値と同程度となるよう曲げスパン６０ｍｍ、変位量５ｍｍとした。これらの引張試験結果を、熱延鋼板の板厚（仕上げ厚）、巻取温度等とともに表２に示す。
【００５５】
【表２】

【００５６】
表２では、鋼板１、３、４、９、１０、１４、１５は発明鋼板であり、それ以外は比較鋼板である。発明鋼板は、いずれも降伏強度の目標値（常温で４４５ＭＰａ以下、６００℃で１９７ＭＰａ以上）を満たし、めっき割れも生じていない。
【００５７】
比較鋼板の内、鋼板２、７、８、１２、１３は、板厚と巻取り温度の組合せが発明範囲から外れており（板厚大、巻取り温度高）、めっき割れが発生している。鋼板５、６、１１、１６は、巻取り温度が低く（発明範囲外）なっており、常温での降伏強度の目標値を超過している。
【００５８】
また、鋼板１７〜２０は、製造条件は板厚と巻取り温度の組合せも含め発明範囲内であるが、素材の鋼の化学成分が発明範囲から外れているため、発明の目標を満足していない。鋼Ｂ（低Ｍｏ）を素材とする鋼板１７、１８は高温での降伏強度（６００℃降伏強度）が低く、鋼Ｃ（高Ｓｉ）を素材とする鋼板１９、２０はめっき割れが発生している。
【００５９】
【発明の効果】
この発明では、巻取り条件に板厚の影響を考慮することで、板厚と巻取り温度の適切な組合せにより、良好な耐めっき割れ性を得ることを可能としている。また、化学成分についても、耐めっき割れ性に及ぼす影響を明らかにして適切な範囲を規定している。その結果、建築等の構造物等に用いられる、火災時の高温における降伏強度が高く、耐火被覆の簡略化または省略が可能な、建築用鋼材として適切な常温降伏強度および耐火強度を有するとともに、耐溶融亜鉛めっき割れ性に優れた耐火電縫溶接角鋼管を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】めっき割れおよび常温での降伏応力に及ぼす巻取り温度（ＣＴ）と板厚（ｔ）の影響を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a refractory ERW welded square steel pipe excellent in hot dip galvanizing cracking resistance, which is used for structures such as buildings.
[0002]
[Prior art]
The yield strength of a metal material generally decreases as the use temperature increases. The same applies to structural steel materials used for construction and the like, and it is known that when the temperature of use exceeds 350 ° C., the temperature drops significantly. For this reason, there are legal regulations for structures that are likely to become hot during a fire, especially in buildings where people live.
[0003]
For example, even if the steel material used is fire-resistant and the environment becomes hot, the temperature of the steel material will not exceed 350 ° C for a certain period of time, so the building will be destroyed or significantly deformed during that time. It has been obliged to carry out design and construction so as to ensure safety.
[0004]
However, applying a fireproof coating such as rock wool to steel materials has problems such as an increase in construction costs, a poor construction environment, a reduction in indoor volume, and a loss of aesthetics.
[0005]
On the other hand, in recent years, with the revision of the Building Standards Act, the conventional design philosophy, “Method of preventing the rise of steel temperature and maintaining the strength of steel by fireproof coating in case of fire” On the other hand, “a method of preventing destruction of a structure even at a high temperature by using steel with a small decrease in strength at a high temperature” has begun to attract attention.
[0006]
That is, when the yield strength at a high temperature of the steel material is guaranteed, it is possible to adopt a concept that allows the temperature of the steel material to be increased. For example, it is a method of manufacturing a structure using steel having sufficient or considerable strength even at a high temperature of about 600 ° C. As a result, it has become possible to eliminate or reduce the design of the fireproof coating, which has been conventionally required. The same applies to the case where an electric resistance welded steel pipe is used for construction.
[0007]
Conventionally, there are of course steel materials whose yield strength at high temperatures is guaranteed (yield strength at high temperatures is recognized). For example, a considerable number of heat-resistant electro-welded steel pipes containing Cr and Mo are placed in JIS standard G3462 “Alloy steel pipes for boilers and heat exchangers”.
[0008]
However, these steel pipes are planned to be used for a long period of a year in an environment where the temperature of the steel is always 500 ° C. or higher, such as for high-temperature heat transfer pipes and piping. This is not intended for the purpose of the present invention, “normal use environment is normal temperature, but it is used in an environment where the temperature is high only within a very limited time such as in a fire”. Therefore, in the material properties, alloy design is focused on keeping the creep strength at a high temperature of 500 ° C. or higher high.
[0009]
As a result, the alloy steel pipe for boiler / heat exchanger has the following characteristics.
{Circle around (1)} A relatively large amount of alloy elements such as Mo, Cr, Nb, etc. for keeping the creep strength at a high temperature for a long time at a high level are contained.
(2) The alloy design that increases the strength at room temperature often reduces the strength (creep strength) at high temperatures for a long time, which may cause problems in bending workability, especially during plant construction. Due to the nature, it is not preferable. Therefore, usually, heat treatment is often performed with an emphasis on lowering the yield strength at room temperature, and as a result, the yield strength at high temperature is also low.
(3) Cold working is not preferable because it tends to increase the normal temperature strength and conversely decrease the high temperature strength.
[0010]
Thus, in these steel pipes, the content of alloying elements inevitably tends to be high, and in order to obtain a stable structure at high temperature, heat treatment is usually performed at high temperature for a long time, The result is a fairly expensive steel. And the yield strength of the normal temperature is about 20-30 kgf / mm < ² >, and the yield strength of 600 degreeC is not necessarily as high as about 15-20 kgf / mm < ² >. This is because it is virtually unnecessary for the steel for this application to have a high yield strength at high temperatures.
[0011]
On the other hand, in response to the above revision of the Building Standard Law, many so-called refractory steels having high temperature strength for a short time have been developed in recent years. There are many techniques disclosed, and among those related to ERW welded steel pipes, there are techniques disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-228520 and 4-228521.
[0012]
ERW welded steel pipes are usually made by cold forming a steel strip. Therefore, the relationship between alloying such as C, Mn, and Mo and cold forming for imparting fire resistance to steel is important. Among the examples of ERW welded steel pipes disclosed in the above-mentioned publications, the yield strength at room temperature, although not tempered after cold forming, is over 45 kgf / mm ² , It is difficult to use as an ERW welded pipe.
[0013]
For example, as a box column roll steel pipe (hereinafter referred to as a BCR steel pipe) which is a square steel pipe used for construction, the yield strength at room temperature is 30 to 45 kgf / mm ² ,
A yield strength at 600 ° C. of 20 kgf / mm ² or more is a rough standard. This is because when the yield strength at room temperature exceeds 45 kgf / mm ² , the construction becomes difficult, and when the yield strength at 600 ° C. is less than 20 kgf / mm ^{2, the} effect of reducing the fireproof coating is reduced, which is advantageous. By not coming out.
[0014]
Of course, when the tempering process is performed, it is possible to satisfy the conditions required for the BCR steel pipe, but there is a concern about an increase in cost due to an increase in the number of processes. Other examples of tempering after cold working are also described in JP-A-4-128316, JP-A-4-165017, JP-A-4-168219, and the like.
[0015]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 4-176821 discloses a technique for raising a steel pipe to a temperature equal to or higher than the Ac ₃ transformation point after cold forming and further tempering as necessary. These disclosed examples indicate that it is difficult to satisfy the above-described conditions of the yield strength at room temperature with cold working.
[0016]
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 4-176818 and Japanese Patent Laid-Open No. 4-176819 disclose a technique for molding at a temperature equal to or higher than the Ac ₃ transformation point, and Japanese Patent Laid-Open No. 4-218615 discloses (Ac ₃ − 200 ° C.) to (Ac ₃ −20 ° C.). In these cases, the yield strength at room temperature is sufficiently low, but it goes without saying that processing at such a high temperature is costly.
[0017]
A similar technique is also shown in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-218616 and 5-59435. In the techniques described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-218620 and 5-39436, further baking is performed. I'm going back. Many examples disclosed in the above-mentioned publications all show a yield strength of 20 kgf / mm ² or more at 600 ° C.
[0018]
By the way, hot-dip galvanization is often applied to square steel pipes for construction. In this case, cracks at the welded part or corner part of the square steel pipe in the hot dip galvanizing bath, so-called hot dip galvanized cracks, may be a problem. The following techniques have been proposed as steel materials that do not cause hot dip galvanizing cracks.
[0019]
JP-A-6-88126 proposes a Nb-containing non-Mo fireproof steel. In this technique, in order to prevent hot dip galvanizing cracks in the weld zone, the chemical components are defined using carbon equivalents and hot galvanizing crack susceptibility equivalents. Galvanized cracking susceptibility equivalent as used herein is a value represented by the equation similar to conventional weld crack susceptibility composition (P _CM value), elements and their coefficients other than C are slightly different. In addition, in the technique of this publication, a cooling rate after hot rolling, a winding temperature, and the like are defined. Moreover, in the Example described in this gazette, all C amount is 0.10% or more.
[0020]
JP-A-8-3634 proposes a hot-rolled steel sheet for improving cracks generated on the inner surface during hot-dip galvanizing of a square steel pipe. This technique is characterized in that, for carbon steel containing neither Nb nor Mo, the rolling reduction at 1050 ° C. or less is 60% or less as a hot rolling condition.
[0021]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-3684 proposes a hot rolled steel sheet for improving the plating cracking property on the inner surface of a square steel pipe, as described above. According to this technique, it is said that reducing carbon and / or P with respect to carbon steel containing neither Nb nor Mo is effective in improving the plating cracking property.
[0022]
Japanese Patent Laid-Open No. 8-3688 proposes a hot-rolled steel sheet for improving the plating cracking property of a square steel pipe inner surface by the same inventor for carbon steel containing Nb. However, in this technique, contrary to the above technique, it is said that adding one or two of P and S in a large amount is effective in improving the plating cracking property.
[0023]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-87802 proposes to improve plating cracking resistance by prescribing carbon equivalent, hot rolling conditions, metal structure, etc. for carbon steel that does not contain Mo. In this technique, in particular, the cooling rate after hot rolling is set to 30 ° C./s or more, the metal structure is mainly fine and acicular ferrite, and the volume ratio of pearlite and bainite is regulated within a predetermined range. In the examples described in this publication, the Si amount is 0.17 to 0.28%, which is the same level as that of a normal thick steel plate.
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
In an electric resistance welded steel pipe for construction, which is the object of the present invention, it is sufficient if the strength for a relatively short period of time as in the case of a fire is not less than a certain value. It is not necessary for the time intensity to be high. Therefore, naturally the alloy design also differs.
[0025]
However, the above-described conventional welded steel pipes, which are said to have fire resistance, are based on the same alloy design philosophy as steel materials that are not cold worked after heat treatment, such as thick plates and shaped steels. . Here, the cold working refers to a process that imparts a cold strain, and the temperature range refers to a temperature range in which the mechanical properties immediately after the processing do not substantially change. Therefore, so-called warm processing is also included.
[0026]
In the manufacture of ERW welded pipes, the cold strain applied to the steel during the manufacturing process cannot be ignored. Therefore, as in the prior art, the alloy design when manufacturing steel pipes by a normal process is the optimum alloy design for ERW welded pipes, in which a considerable amount of cold strain is inevitably applied to the steel. It is not.
[0027]
Under such circumstances, there is a demand for an electric resistance welded steel pipe for construction having normal temperature yield strength and fire resistance suitable as a construction steel material.
[0028]
On the other hand, the steel material in consideration of the above-mentioned hot dip galvanizing crack also has a problem in using as a fireproof steel pipe for construction. For example, the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-88126 has a problem that the yield strength at room temperature is high because the C content is as high as 0.10% or more (Example of the publication). Even in the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-87802, there is a problem that the yield strength at room temperature is high because the Si amount is as high as 0.17 to 0.28% as seen in the examples.
[0029]
In addition, the techniques described in JP-A-8-3634 and JP-A-8-3684 do not include Nb and Mo, and therefore fire resistance cannot be expected. In the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-3688, it is considered that the toughness is significantly lowered by adding a large amount of P and S.
[0030]
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, has high yield strength at high temperatures during fires, and has room temperature yield strength and fire strength suitable as a steel for construction, which can simplify or omit fireproof coating. At the same time, the present invention provides a fire resistant electric resistance welded square steel pipe excellent in plating crack resistance.
[0031]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, in mass%, C: 0.03~0.10%, Si : 0.09% or less, Mn: 0.1~1.0%, Mo: 0.25~0.5%, V: 0.01~0.10%, Al: containing 0.1% or less, the balance being Fe and P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, N: 0.009% or less other Steel, which is an inevitable impurity , is heated to a temperature range of 1100 to 1200 ° C., and rolling is finished at 750 to 880 ° C. to form a hot-rolled sheet having a thickness of 20 mm or less. In comparison with (530-4.54t) ° C. to (610-4.54t) ° C., the resulting hot-rolled steel sheet is formed into an electric-welded steel pipe, and then formed into a square shape. This is a method for producing a refractory electric seam welded square steel pipe excellent in hot dip galvanizing crack resistance.
[0032]
This invention was made in earnest examination about the plating cracking sensitivity in the steel plate which received cold working. In the process, it was found that the susceptibility to plating cracking is greatly influenced by the cooling process after hot rolling, especially the winding conditions. In coil winding, since there is recuperation accompanying the phase transformation of steel, the susceptibility to plating cracks cannot be reduced by simply controlling the winding temperature. The recuperation phenomenon associated with this phase transformation differs between the plate surface and the plate thickness center and is not simple. As a result of various investigations, we succeeded in obtaining good plating cracking resistance by considering the influence of the plate thickness on the winding condition.
[0033]
The target values are such that the yield strength after forming into a square tube is 445 MPa or less at room temperature and 197 MPa or more at 600 ° C. Therefore, based on the above findings, chemical components and hot rolling conditions for satisfying this target value were examined. First, chemical components will be described below. In addition, all the content% of each element in a chemical component means the mass%.
[0034]
C is an element necessary for ensuring the yield strength of steel at normal temperature and high temperature, and it is necessary to contain 0.03% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.10%, the yield strength at room temperature becomes too high, the low yield stress required as a building material cannot be obtained, and the weldability and toughness deteriorate. Therefore, the C content is specified in the range of 0.03 to 0.10%.
[0035]
Si is usually used as a deoxidizing element, but the deoxidizing effect of Si can be replaced by other elements such as Al. Si increases the yield strength at room temperature, but has little contribution to high temperature strength. Therefore, an upper limit is defined for the yield strength at room temperature, and it is not always preferable as an alloy element for refractory steel that is required to have a high yield strength at high temperatures, and it is not necessary to add it. Specifically, when the Si content exceeds 0.09%, the yield strength at room temperature greatly increases, exceeding the upper limit of the standard for BCR steel pipes. Si is an element that is harmful to hot-dip galvanization cracking resistance. Therefore, the Si content is specified to be 0.09% or less.
[0036]
Since Mn is an element effective for preventing cracking during hot rolling due to S contained in steel, it must be added in an amount of at least 0.10%. On the other hand, if the content exceeds 1.0%, the yield strength at room temperature becomes too high, and weldability and toughness deteriorate. Therefore, the amount of Mn is specified in the range of 0.1 to 1.0%.
[0037]
Mo increases the yield strength of steel at normal and high temperatures. In particular, it precipitates as carbide in the steel when the temperature rises due to a fire, increasing the yield strength at high temperatures. The effect of Mo is less effective when the content is less than 0.2%. On the other hand, if the content exceeds 0.5%, hot dip galvanized cracking is promoted, and the production cost also increases. Therefore, the Mo amount is specified in the range of 0.2 to 0.5%.
[0038]
V is a very useful element for promoting the precipitation of Mo and increasing the yield strength at high temperatures. However, if the amount of V is less than 0.01%, the effect cannot be expected. Moreover, even if it adds exceeding 0.05%, the effect is small and economical efficiency is impaired. Therefore, the V amount is specified in the range of 0.01 to 0.10%.
[0039]
Al does not need to be added because it has little contribution to high temperature strength. However, it is a deoxidizing element like Si, and may be used as necessary. In that case, if the Al content exceeds 0.1%, adverse effects such as deterioration of toughness will occur, so 0.1% is made the upper limit.
[0040]
P, S, and N are unavoidable impurities, and are unnecessary because they do not have a large effect on the high-temperature strength. The upper limit values of these elements need to be 0.03% or less, S is 0.03% or less, and N is 0.009% or less from the viewpoint of the cleanliness of steel.
[0041]
In addition to P, S, and N, unavoidable impurities include various elements (including metal elements) mixed from scraps and the like in steelmaking and other manufacturing processes. Needless to say, these may be included as long as they are within a range acceptable for ordinary steel pipes.
[0042]
Next, manufacturing conditions such as hot rolling conditions will be described.
First, the heating temperature of the slab needs to sufficiently dissolve Mo and V at this stage in order to ensure the high temperature strength of the product. Therefore, the heating temperature of a slab shall be 1100 degreeC or more. However, when heated above 1200 ° C., toughness deteriorates. Therefore, the heating temperature of the slab is defined in a temperature range of 1100 to 1200 ° C. In addition, you may roll the slab after casting with high temperature. In this case, in this invention, it is considered that the slab is heated to a temperature range of 1100 to 1200 ° C. regardless of whether or not reheating is performed.
[0043]
If the finishing temperature of hot rolling is less than 750 ° C., the rolling load is large and stable operation becomes difficult. On the other hand, when it exceeds 880 degreeC, both intensity | strength and toughness will fall. Therefore, the finishing temperature of hot rolling is specified in the temperature range of 750 to 880 ° C.
[0044]
The coiling temperature for hot rolling is determined from the viewpoint of plating cracking sensitivity and yield stress at room temperature. Further, as described above, it is necessary to consider not only the winding temperature but also the influence of the plate thickness.
[0045]
FIG. 1 is a diagram showing the influence of winding temperature (CT) and plate thickness (t) on plating cracking and yield stress at room temperature. In the figure, a circle indicates that no plating cracking occurred and the yield stress at normal temperature satisfied the target value, a cross indicates that a plating crack occurred, and a circle indicates that the yield stress at normal temperature exceeded the target value. (Normal temperature YS excess).
[0046]
From this figure, it can be seen that if the coiling temperature is too high, plating cracks occur, and if it is too low, the yield stress at room temperature exceeds the target value. Moreover, when it sees at the same winding temperature, it turns out that a plating crack generate | occur | produces with the increase in plate | board thickness (CT = 500 degreeC), or the yield stress at normal temperature exceeds a target value by the reduction | decrease in plate | board thickness.
[0047]
The straight line a in the figure indicates the upper limit value of the coiling temperature or the plate thickness at which no plating crack occurs. A straight line b in the figure indicates the upper limit value of the coiling temperature or the plate thickness at which the yield stress at normal temperature satisfies the target value. When these straight lines are expressed by a relational expression between the winding temperature CT (° C.) and the plate thickness t (mm), the straight line a is
CT = 610−4.54t (1)
The straight line b is
CT = 530-4.54t (2)
It is expressed.
[0048]
From the above, the range of the coiling temperature CT (° C.) in which the plating stress does not occur and the yield stress at normal temperature satisfies the target value is expressed by the following inequality.
[0049]
530−4.54t ≦ CT ≦ 610−4.54t (3)
[0050]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, using steel melting means such as a converter and an electric furnace, steel whose chemical components are prepared within the scope of the invention is cast into a slab. The steel slab is kept at a high temperature or reheated to 1100 to 1200 ° C to produce a hot rolled steel sheet at a finishing temperature of 750 to 880 ° C. After hot rolling, winding is performed in the temperature range of the inequality (3) described above according to the finished plate thickness.
[0051]
Using this hot-rolled steel sheet, a steel pipe is manufactured by an electric resistance welding method. The process of forming an ERW welded steel pipe can include processes such as recoil and in-line skin pass of hot-rolled steel sheet coil, online stretch forming, fin pass, and sizer. If the electric resistance welded steel pipe is further formed into a square pipe, the fireproof electric resistance welded square steel pipe excellent in hot galvanizing cracking resistance of the present invention can be obtained.
[0052]
【Example】
Steels having chemical components shown in Table 1 were used as slabs, and the slabs were reheated to 1150 ° C to produce hot rolled steel sheets at a finishing temperature of 820 ° C. Steel A is an invention steel, Steel B and Steel C are comparative steels, Steel B has a lower Mo than the invention range, and Steel C has a higher Si.
[0053]
[Table 1]

[0054]
A specimen was taken from the hot rolled steel sheet and subjected to a tensile test at room temperature and high temperature. The test for plating cracking was performed by collecting a bent specimen in the hot rolled sheet width direction, reproducing the corner portion of the square steel pipe by 90 ° bending, and immersing it in a molten zinc bath. In this case, since a crack does not always occur just by dipping, a corner portion bending return test was performed. In this test method, as in the technique described in JP-A-1-56853, the corner portion was bent back and deformed in a molten zinc bath, and the presence or absence of cracks on the inner surface of the corner was examined. The bending return test was performed by a method in which two sides of a bending test piece were supported by a jig at a position equidistant from the corner portion in a molten zinc bath, and the corner portion was pushed with an anvil and bent back. The degree of bending back was set to be a bending span of 60 mm and a displacement amount of 5 mm so that the corner portion of the actual square steel pipe would be the same as the maximum value of the thermal strain received during hot dip galvanization. These tensile test results are shown in Table 2 together with the thickness (finished thickness) of the hot-rolled steel sheet, the coiling temperature, and the like.
[0055]
[Table 2]

[0056]
In Table 2, steel plates 1, 3, 4, 9, 10, 14, and 15 are invention steel plates, and the others are comparative steel plates. The inventive steel plates all satisfy the target yield strength (445 MPa or less at normal temperature and 197 MPa or more at 600 ° C.), and no plating cracks occur.
[0057]
Of the comparative steel plates, the steel plates 2, 7, 8, 12, and 13 have a combination of plate thickness and winding temperature that is out of the scope of the invention (plate thickness is large, winding temperature is high), and plating cracks are generated. . The steel plates 5, 6, 11, and 16 have a low coiling temperature (outside the scope of the invention) and exceed the target yield strength at room temperature.
[0058]
Moreover, although the manufacturing conditions of the steel plates 17 to 20 are within the scope of the invention including the combination of the plate thickness and the coiling temperature, the chemical components of the steel of the material are out of the scope of the invention, so the objective of the invention is satisfied. Absent. Steel plates 17 and 18 made of steel B (low Mo) are low in yield strength (600 ° C. yield strength) at high temperatures, and steel plates 19 and 20 made of steel C (high Si) are plated cracks. Yes.
[0059]
【The invention's effect】
In the present invention, by considering the influence of the plate thickness on the winding condition, it is possible to obtain good plating cracking resistance by an appropriate combination of the plate thickness and the winding temperature. In addition, regarding chemical components, an appropriate range is defined by clarifying the effect on plating cracking resistance. As a result, it has high yield strength at high temperatures during fires, which can be used for structures such as buildings, etc., and can simplify or omit fire-resistant coatings. A refractory ERW welded square steel pipe excellent in hot galvanizing cracking resistance can be produced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the influence of winding temperature (CT) and sheet thickness (t) on plating cracking and yield stress at room temperature.

Claims

In mass%, C: 0.03~0.10%, Si : 0.09% or less, Mn: 0.1~1.0%, Mo: 0.25~0.5%, V: 0. 01 to 0.10%, Al: 0.1% or less, the balance being Fe and P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, N: 0.009% or less Other inevitable impurities The steel is heated to a temperature range of 1100 to 1200 ° C., the rolling is finished at 750 to 880 ° C. to form a hot rolled sheet having a thickness of 20 mm or less, and winding after cooling is performed with respect to the thickness t (mm) ( Hot-dip galvanized plating, which is performed at a temperature of 530-4.54 t) ° C. to (610-4.54 t) ° C. A method for producing fire-resistant electric resistance welded square steel pipes with excellent crackability.