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JPH066738B2 - 高張力不等辺不等厚形鋼の製造方法 - Google Patents
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JPH066738B2 - 高張力不等辺不等厚形鋼の製造方法 - Google Patents

高張力不等辺不等厚形鋼の製造方法

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JPH066738B2
JPH066738B2 JP21862687A JP21862687A JPH066738B2 JP H066738 B2 JPH066738 B2 JP H066738B2 JP 21862687 A JP21862687 A JP 21862687A JP 21862687 A JP21862687 A JP 21862687A JP H066738 B2 JPH066738 B2 JP H066738B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は厚肉のフランジ部と薄肉のウェブ部からなる
高張力不等辺不等厚形鋼特に高張力不等辺不等厚山形鋼
の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
不等辺不等厚山形鋼等の不等厚辺を持つ形鋼の製造方法
としては,特開昭53-55458に示されるような方法があ
る。ここでは仕上圧延後の搬送中,冷却中及び冷却後の
曲がりを防止し,短尺処理を容易にし,更には長尺冷却
長尺処理を容易にすることを目的として,不等厚辺を持
つ形鋼を熱間圧延するに際し,第1次強制冷却を行い仕
上圧延時に厚肉部に薄肉部の温度が等しくなるように
し,次いで塑性変形を生じない温度まで,厚肉部と薄肉
部の断面内温度が均一になるように第2次強制冷却を行
うものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら,上述したような方法では,断面形状が複
雑で製品断面内の温度が不均一になりやすい不等辺不等
厚形鋼を,第1次強制冷却を行い仕上圧延時に厚肉部と
薄肉部の温度を等しくし,次いで塑性変形を生じない温
度まで第2次強制冷却を行って,厚肉部と薄肉部の断面
内温度を均一にすることは,その強制冷却を調節するの
に非常な慎重を必要とし,実操業上かならずしも好まし
いものではない。
そこで本発明者等は上記のような問題点を解決すべく検
討を行い,厚肉部に焦点をしぼって冷却による温度調節
を容易にし,高張力不等辺不等厚形鋼を製造出来る本発
明にいたった。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕
本発明は,第1の発明として,C:0.03〜0.18%,S
i:0.02〜0.60%、Mn:0.6〜2.0%、残部がFe及び
不可避不純物の鋼を熱間圧延して,厚肉のフランジ部と
薄肉のウェブ部からなる不等辺不等厚形鋼を製造するに
あたり,圧延仕上げ温度を650℃から未再結晶温度領域
の上限値までとし,圧延途上の段階でフランジ部と強制
冷却して,圧延終了後にフランジ部とウェブ部との温度
をほぼ同一とし,つづいてフランジ部,ウェブ部をとも
に450〜600℃まで5〜50℃/秒の加速冷却をし,その後
空冷する高張力不等辺不等厚形鋼の製造方法であり,第
2の発明として,上記第1の発明に対して必要に応じて
V:0.15%以下、Nb:0.15%以下、Cu:0.5%以
下、Ni:0.5%下の1種以上を含有させて,同様に処
理する高張力不等辺不等厚形鋼の製造方法である。更に
第3の発明として、前記第1の発明に対して、Al:0.
005〜0.1%、Ti:0.003〜0.025%、B:0.0010%以
下、N:0.010%以下を含有させて、同様に高張力不等
辺不等厚形鋼の製造方法であり、第4の発明は、第2、
第3の発明の複合成分系である。
本発明における成分限定理由を以下に述べる。Cは鋼の
強度を向上させる作用を有し,且つ安価な元素である
が,0.03%未満では所望の強度が得られず,一方0.18%
を超えると溶接性の劣化が著しくなる。
Siは,溶鋼の脱酸及び強度付与効果を有するが0.02%未
満ではその効果は充分に現れない。一方0.60%を超える
と,鋼の清浄性が劣化し,且つ溶接性や靭性が低下す
る。Mnは鋼の強度および延性を向上させる作用を有し,
且つCにつづいて安価な元素であるが,0.6%未満ではそ
の効果が充分に現れない。一方2.0%を超えると溶接硬化
が著しくなる。
第2の発明においては、Nb、Vは、その炭素化物の析
出硬化により強度を向上(Nbは靭性も向上)させる
が、0.15%を超えた場合には、その硬化は飽和して
それ以上の向上は望めない。
又、Cu、Niも強度を向上(Niは靭性も向上)させ
る効果を有する。
Niは高価な元素であり、経済性の観点から0.5%以下
とした。
Cuは0.5%を超えると、溶接割れ感受性が高まる為
に、0.5%以下とした。
第3の発明においては、Alは溶鋼の脱酸作用及び結晶
粒の微細化作用により溶接部靭性の向上に寄与する。
Tiは溶接部靭性の改善及び溶接硬化を抑制する作用を
有する。即ち、溶接熱影響部において、フリーNの減少
及びTiNのピンニング効果によるγ粒子粗大化防止に
よる溶接熱影響部の硬化抑制である。
0.003%未満では上記効果が充分に現れず、0.025%超え
では溶接熱影響部の靭性劣化をまねく。
Bは鋼の強度低下を補う作用を有するが、過剰に含有さ
せると、固溶Bが溶接硬化を助長するため、0.0010以下
とした。
NはTiNを有効利用するために不可欠な元素であるが,
0.010%超えになるとフリーNが存在するようになり,靭
性が劣化するため0.010%以下とした。第4の発明は第
2、第3の発明の複合成分系であり、各元素の作用効果
は上述したものに同じである。次に圧延仕上温度、加速
冷却温度、加速冷却速度の限定理由について述べる。
本発明では,圧延仕上げ温度を650℃から未結晶温度領
域の上限値(一般にAr温度より高温度側にある)ま
でとすることが必要である。これはその後直ちに行われ
る加速冷却処理によって,鋼の組織をフェライト粒子の
一層の細粒化とフェライト,パーライト組織にかわるフ
ェライト,ベイナイト組織とすることによる。
この場合圧延仕上げ温度,すなわち加速冷却開始温度を
限定したのは,第1図に示すように本発明の対象として
いる降伏点42Kg鋼(T.S56〜70Kgf/mm2),降伏点40Kg鋼
(T.S54〜65Kgf/mm2)を得ることが出来るようにしたこ
とによる。
なお,比較材として加速冷却しないだけで他は同じ条件
で処理した圧延材を用いたが,54Kgf/mm2以上の引張り
強度(T.S)のものを得ることは困難であった。
本発明では圧延仕上げ温度の下限を650℃としたのは第
2図に示すように650℃未満では比較材と本発明材との
T.Sが同程度になり,加速冷却による効果がなくなるこ
とによる。
又,上限を未再結晶温度領域の上限値としたのは,これ
を超えた場合は鋼の組織の細粒化が困難となり,本発明
の対象とする高張力性の鋼を得ることが困難である。
次に本発明では,圧延途上の段階で厚肉のフランジ部を
強制冷却して,圧延終了時にフランジ部とウェブ部との
温度をほぼ同一とすることが必要である。
本発明の対象とする不等辺不等厚形鋼は第3図に示すよ
うにその形状が複雑である。図では不等辺不等辺不等厚
山形鋼1を示しており,厚肉のフランジ部2と薄肉のウ
ェブ部3とから構成されている。圧延においてフランジ
部2とウェブ部とを同じように冷却した場合には寸法が
400×100×13/18程度の試験片でフランジ部とウェブ部
との温度差が70〜90℃も生じる。そのため製品断面内の
強度レベル等が異なり,不均質につながる。そこで本発
明ではフランジ部を強制冷却して圧延終了時でフランジ
部とウェブ部とをほぼ同一の温度とにするものとした。
更に本発明ではフランジ部,ウェブ部の加速冷却の冷却
停止温度を450〜600℃にする必要がある。これは第4図
(a)に示すように,450℃未満では伸び(EL)が著しく悪く
なり,また製品の冷却歪が大きくなる。また600℃を超
えた場合には加速冷却の効果が少ない。又(b)に示すよ
うに冷却停止温度が450〜600℃の範囲では,T.Sは比較
材に比して約4.0〜9.0Kgf/mm2の高い値を示す。ここで
は縦軸をΔTS=TS本発明材(加速冷却)−比較材(圧延
したままのもの)で示している。
なお,本発明における加速冷却の冷却速度を5〜50℃/
秒にしたのは,材質,厚さ等によっても異なるが,5℃
/秒未満では加速冷却の効果がなく,50℃/秒を超えた
場合には冷却歪を生じ,曲がり等の問題も生じることに
よる。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を示す。第5図は本発明の方法に
使用する形鋼圧延装置列を示す説明図である。粗鋼片4
を加熱炉5で加熱した後,ブレークダウン圧延機6で粗
圧延し,以下圧延ライン12に沿ってカリバー圧延が進行
する。即ち粗圧延機7,中間仕上圧延機8,そして仕上
圧延機9により粗鋼片4は第3図に示すような形鋼に形
成される。ここにおいて10は冷却装置である。上記形鋼
は仕上圧延機9を出てから直ちにそのフランジ部のみが
加速冷却装置11によって加速冷却される。一方ウェブ部
は空冷される。13は表面温度測定装置である。
(第1実験例) 第3図に示すような不等辺不等厚山形鋼を第5図に示す
ような形鋼圧延装置列によって製造した実験例を述べ
る。
本発明方法では第1表に示すような4種の鋼を用いた。
圧延条件を第2表,その結果を第3表に示す。この場合
の本発明材及び比較材の寸法は,400×100×13/18mmを
用いた。
第3表から明らかなように本発明材の場合は,いずれの
場合も対象規格のT.Sスペックを満足しているのに対し
て,比較材の場合は満足したものを得ることができな
い。
(第2実験例) 次に第1実験例に用いた鋼種のなかからC種を選び,同
様な形鋼圧延装置列によって,フランジ部の圧延仕上げ
温度をAr3温度(約760℃)以下で650℃以上の場合の実
験を行った。その場合の圧延条件を第4表,その結果を
第5表に示す。
この場合の本発明材の寸法は300×90×13/17を用いた。
第5表から明らかなように第1実験例と同様に 所定の高張力不等辺不等厚鋼を得ることが出来た。
第6図は本発明材と比較材の位置別引張強さを示す。本
発明材は鋼種CNo.5を用いた。ここにおいて(a)図は本
発明材の場合であり,(b)図は比較材の場合である。(c)
図は不等辺不等厚山形鋼の測定位置を示す。図中)〜;
は(a)図,(b)図の)〜;と対応する。この付から明らか
なように本発明材においてはフランジ部とウェブ部の位
置による引張り強さはその差が1.2Kgf/mm2程度で,均質
と考えられるのに対して比較材は強度のレベルが異な
り,製品断面内が不均質であることを示している。
又,第7図(a),(b)に示すように,山形鋼の全周方向硬
度分布を見るに,(a)図の本発明材の場合は(b)図の比較
材の場合に比べてウェブ部とフランジ部との硬度Hv(10K
g)の差が小さいことがわかる。(a)図,(b)図における横
軸の位置はC図の矢印に示す不等辺不等厚山形鋼の位置
のウェブ端からフランジ部の端までを直線で示していた
ものである。
〔発明の効果〕
本発明方法によれば,不等辺不等厚形鋼にその厚肉のフ
ランジ部と薄肉のウェブ部に均質な高強度と高硬度を付
与した高張力不等辺不等厚形鋼を容易に製造することが
出来,産業上非常に価値の高い発明である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のフランジ部を圧延仕上げ温度(加速冷
却開始温度と同じ)と引張り強度との関係を示す図,第
2図は本発明のフランジ部の他の圧延仕上げ温度(加速
冷却開始温度と同じ)と引張り強度との関係を示す図,
第3図は本発明による形鋼の一例を示す断面図,第4図
は本発明のフランジ部の加速冷却の冷却停止温度と伸び
及び引張り強度差(本発明材−比較材)の関係を示す
図,第5図は本発明の方法に使用する形鋼圧延装置列を
示す説明図,第6図は本発明材と比較材の位置別引張強
度を示す図,第7図は本発明材と比較材との全周方向硬
度分布を示す図である。 1…不等辺不等厚山形鋼, 2…フランジ部, 3…ウェブ部, 4…粗鋼片, 5…加熱炉, 6…ブレークダウン圧延機, 7…粗圧延機, 8…中間仕上圧延機, 9…仕上圧延機, 10…冷却装置, 11…加速冷却装置, 12…圧延ライン, 13…表面温度測定装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 向井 勝利 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日 本鋼管株式會社内 (72)発明者 須賀 正孝 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日 本鋼管株式會社内 審査官 岡田 万里

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.03〜0.18%、Si:0.02〜0.60%、
    Mn:0.6〜2.0%、残部がFe及び不可避不純物の鋼を
    熱間圧延して、厚肉のフランジ部と薄肉のウェブ部から
    なる不等辺不等厚形鋼を製造するにあたり、圧延仕上げ
    温度を650℃から未再結晶温度領域の上限値までとし、
    圧延途上の段階でフランジ部を強制冷却して、圧延終了
    時にフランジ部とウェブ部との温度をほぼ同一とし、つ
    づいてフランジ部、ウェブ部をともに450〜600℃まで5
    〜50℃/秒の加速冷却をし、その後空冷することを特徴
    とする高張力不等辺不等厚形鋼の製造方法。
  2. 【請求項2】C:0.03〜0.18%、Si:0.02〜0.60%、
    Mn:0.6〜2.0%に、V:0.15%以下、Nb:0.15%以
    下、Cu:0.5%以下、Ni:0.5%以下の1種以上を含
    有し、残部がFe及び不可避不純物の鋼を熱間圧延し
    て、厚肉のフランジ部と薄肉のウェブ部からなる不等辺
    不等厚形鋼を製造するにあたり、圧延仕上げ温度を650
    ℃から未再結晶温度領域の上限値までとし、圧延途上の
    段階でフランジ部を強制冷却して、圧延終了時にフラン
    ジ部とウェブとの温度をほぼ同一とし、つづいてフラン
    ジ部、ウェブ部をともに450〜600℃まで5〜50℃/秒の
    加速冷却をし、その後空冷することを特徴とする高張力
    不等辺不等厚形鋼の製造方法。
  3. 【請求項3】C:0.03〜0.18%、Si:0.02〜0.60%、
    Mn:0.6〜2.0%に、Al:0.005〜0.1%、Ti:0.00
    3〜0.025%、B:0.0010%以下、N:0.010%以下を含
    有し、残部がFe及び不可避不純物の鋼を熱間圧延し
    て、厚肉のフランジ部と薄肉のウェブ部からなる不等辺
    不等厚形鋼を製造するにあたり、圧延仕上げ温度を650
    ℃から未再結晶温度領域の上限値までとし、圧延途上の
    段階でフランジ部を強制冷却して、圧延終了時にフラン
    ジ部とウェブ部との温度をほぼ同一とし、つづいてフラ
    ンジ部、ウェブ部をともに450〜600℃まで5〜50℃/秒
    の加速冷却をし、その後空冷することを特徴とする高張
    力不等辺不等厚形鋼の製造方法。
  4. 【請求項4】C:0.03〜0.18%、Si:0.02〜0.60%M
    n:0.6〜2.0%に、Al:0.005〜0.1%、Ti:0.003
    〜0.025%、B:0.0010%以下、N:0.010%以下を含有
    し、更にV:0.15%以下、Nb:0.15%以下、Cu:0.
    5%以下、Ni:0.5%以下の1種以上を含有し、残部が
    Fe及び不可避不純物の鋼を熱間圧延して、厚肉のフラ
    ンジ部と薄肉のウェブ部からなる不等辺不等厚形鋼を製
    造するにあたり、圧延仕上げ温度を650℃から未再結晶
    温度領域の上限値までとし、圧延途上の段階でフランジ
    部を強制冷却して圧延終了時にフランジ部とウェブとの
    温度をほぼ同一とし、つづいてフランジ部、ウェブ部を
    ともに450〜600℃まで5〜50℃/秒の加速冷却をし、そ
    の後空冷することを特徴とする高張力不等辺不等厚形鋼
    の製造方法。
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