JPH06100923A - 含オキサイド系耐火用形鋼の制御圧延による製造方法 - Google Patents
含オキサイド系耐火用形鋼の制御圧延による製造方法Info
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- JPH06100923A JPH06100923A JP4254701A JP25470192A JPH06100923A JP H06100923 A JPH06100923 A JP H06100923A JP 4254701 A JP4254701 A JP 4254701A JP 25470192 A JP25470192 A JP 25470192A JP H06100923 A JPH06100923 A JP H06100923A
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Abstract
れたH形鋼、I形鋼等のフランジを有する形鋼を新製鋼
法と加速冷却制御圧延によりインラインで製造する。 【構成】 製鋼工程での予備脱酸により溶鋼の酸素濃度
を制御し所定の成分鋼とした後、微量Alにより最終脱
酸し粒内フェライト生成能に優れた複合酸化物粒子を分
散させた鋳片とし、この鋳片を熱間圧延において、圧延
パス間水冷と圧延後の加速冷却との組合せ処理を行い、
組織の微細化と低合金化を達成し、常温・高温強度、靱
性を向上させる。
Description
て用いられる耐火性、靱性の優れた制御圧延形鋼の製造
法に関するものである。
化などから耐火設計の見直しが建設省総合プロジェクト
により行われ、昭和62年3月に「新耐火設計法」が制
定された。この規定により、旧法令による火災時に鋼材
の温度を350℃以下にするように耐火被覆するとした
制限が解除され、鋼材の高温強度と建築物の実荷重との
かねあいにより、それに適合する耐火被覆方法を決定で
きるようになった。即ち600℃での設計高温強度を確
保できる場合はそれに見合い耐火被覆を削減できるよう
になった。
77523号公報の耐火性の優れた建築用低降伏比鋼お
よび鋼材並びにその製造方法が提案されている。この先
願発明の要旨は600℃での降伏点が常温時の70%以
上となるようにMo、Nbを添加し高温強度を向上させ
たものである。鋼材の設計高温強度を600℃に設定し
たのは、合金元素による鋼材費の上昇とそれによる耐火
被覆施工費との兼ね合いから最も経済的であるという知
見に基づいたものである。
期段階でAl添加され、溶鋼の脱酸と生成したAl2 O
3 を浮上分離し、高清浄化することを目的にしていた。
即ち、如何に溶鋼の酸素濃度を下げ、鋼中の一次脱酸酸
化物数を減らすかに主題がおかれていた。本発明は従来
の発想とは異なり、脱酸過程を制御することにより粒内
フェライト変態核として有能な微細な複合酸化物を析出
させ利用する点に特徴がある。
願技術によって製造された鋼材を各種の形鋼、特に複雑
な形状から厳しい圧延造形上の制約を有するH形鋼の素
材に適用することを試みた結果、ウエブ、フランジ、フ
ィレットの各部位での圧延仕上げ温度、圧下率、冷却速
度の差から、部位により組織、特にベイナイト割合が著
しく異なり、常温・高温強度、延性、靱性がバラツキ、
溶接構造用圧延鋼材(JIS G3106)等の規準に
満たない部位が生じた。
ミクロ組織の細粒化を製鋼と圧延工程を工夫することに
より達成し、材質特性に優れた安価で経済的な耐火性、
靱性に優れた制御圧延形鋼の製造手段を提供することに
ある。
解決するためになされたものであり、その要旨とすると
ころは、 重量%でC:0.04〜0.20%、Si:0.05
〜0.50%、Mn:0.4〜2.0%、Mo:0.3
〜0.7%、N:0.003〜0.015%、Ti:
0.005〜0.025%を含み、残部がFeおよび不
可避不純物からなる溶鋼を、予備脱酸処理によって、溶
存酸素を重量%で0.003〜0.015%に調整後さ
らに、金属アルミもしくはフェロアルミの添加により脱
酸し、該Al含有量が重量%で0.005〜0.015
%で、かつ溶鋼の溶存酸素〔O%〕に対し−0.004
≦〔Al%〕−1.1〔O%〕≦0.006の関係を満
たす鋳片に鋳造し、該鋳片を1100〜1300℃の温
度域に再加熱後に圧延を開始し、圧延工程で鋼片の平均
温度を700℃以下に水冷し、パス間の復熱過程で圧延
する工程を一回以上繰り返し圧延し、圧延終了後に1〜
30℃/Sの冷却速度で650〜400℃まで冷却する
ことを特徴とする含オキサイド系耐火用形鋼の制御圧延
による製造方法および、 重量%でC:0.04〜0.20%、Si:0.05
〜0.50%、Mn:0.4〜2.0%、Mo:0.3
〜0.7%、N:0.003〜0.015%、Ti:
0.005〜0.025%を含み、加えてV≦0.20
%、Cr≦0.7%、Nb≦0.05%、Ni≦1.0
%、Cu≦1.0%、Ca≦0.003%、REM≦
0.010%の1種または2種以上を含み、残部がFe
および不可避不純物からなる溶鋼を、予備脱酸処理によ
って、溶存酸素を重量%で0.003〜0.015%に
調整後さらに、金属アルミもしくはフェロアルミの添加
により脱酸し、該Al含有量が重量%で0.005〜
0.015%で、かつ溶鋼の溶存酸素〔O%〕に対し−
0.004≦〔Al%〕−1.1〔O%〕≦0.006
の関係を満たす鋳片に鋳造し、該鋳片を1100〜13
00℃の温度域に再加熱後に圧延を開始し、圧延工程で
鋼片の平均温度を700℃以下に水冷し、パス間の復熱
過程で圧延する工程を一回以上繰り返し圧延し、圧延終
了後に1〜30℃/Sの冷却速度で650〜400℃ま
で冷却することを特徴とする含オキサイド系耐火用形鋼
の制御圧延による製造方法である。
高温強度は鉄の融点のほぼ1/2の温度の700℃以下
では常温での強化機構とほぼ同様であり、フェライト
結晶粒径の微細化、合金元素による固溶体強化、硬
化相による分散強化、微細析出物による析出強化等に
よって支配される。一般に高温強度の上昇にはMo、C
rの添加による析出強化と転位の消失抑制による高温で
の軟化抵抗を高めることにより達成されている。しかし
Mo、Crの添加は著しく焼き入れ性を上げ、母材のフ
ェライト+パーライト組織をベイナイト組織に変化させ
る。ベイナイト組織を生成し易い成分系鋼を圧延形鋼に
適応した場合は、その特異な形状からウエブ、フラン
ジ、フィレットの各部位で、圧延仕上げ温度、圧下率、
冷却速度に差を生じるため、各部位によりベイナイト組
織割合が大きく変化する。その結果として常温・高温強
度、延性、靱性がバラツキ、規準に満たない部位が生じ
る。加えて、これらの元素の添加により溶接部を著しく
硬化させ、靱性を低下させる。
と出鋼直前に微量Alを添加する脱酸元素の添加手順と
により、鋼中に分散析出させたAl、Ti、Mn、S
i、元素より構成される複合酸化物粒子を核にしたMn
S、TiNとVNの複合析出物を分散析出させることに
より、加熱圧延時のオーステナイト粒内からの粒内フェ
ライト変態の促進効果を利用し、H形鋼の各部位のベイ
ナイトとフェライトの組織割合の変化を少なくし、母材
の機械特性の向上と均一化を達成したことと、V炭窒化
物の析出強化により高温強度を上昇させたところにあ
る。
融点直下の温度に加熱され、オーステナイト粒の著しい
粗粒化を生じ、その結果、組織の粗粒化を招き、靱性を
著しく低下させる。本発明により鋼中に分散させた複合
酸化物粒子は針状の粒内フェライト生成機能に優れ、H
AZ部においても熱安定性に優れ、溶接冷却時に、これ
を核に粒内フェライト組織を生成し組織を著しく微細化
し靱性を向上させる特徴を有している。
ついて述べる。まず、Cは鋼の強度を向上させる有効な
成分として、添加するもので、0.04%未満では構造
用鋼として必要な強度が得られず、また、0.20%超
える過剰の添加は、母材靱性、溶接割れ性、HAZ靱性
などを著しく低下させるので、上限を0.20%とし
た。
どに必要であるが、0.5%を超えると熱処理組織内に
硬化組織の高炭素マルテンサイトを生成し、靱性を著し
く低下させる。また、0.05%未満では必要なSi系
酸化物が生成できないため、Si含有量をこの範囲に制
限した。Mnは母材の強度、靱性の確保には0.4%以
上の添加が必要であるが、溶接部の靱性、割れ性などの
許容できる範囲で上限を2.0%とした。
元素であり、0.003%未満ではTiN、VNの析出
量が不足し、フェライト組織の十分な生成量が得られ
ず、また600℃での高温強度も確保できないため0.
003%以上とした。含有量が0.015%を超えると
母材靱性を低下させ、連続鋳造時の鋼片の表面割れを生
じさせるため0.015%以下に制限した。
効な元素である。0.3%未満ではVNの析出強化との
複合作用によっても十分な高温強度が確保できず、0.
7%超では焼き入れ性が上昇しすぎ母材靱性、HAZ靱
性が劣化するため0.3〜0.7%に制限した。Tiは
脱酸材としTi系酸化物を生成させ、圧延時に粒内フェ
ライトの生成を促進させる効果と微細なTiNを析出さ
せオーステナイトの細粒化と粒内フェライトの生成を促
進し母材及び溶接部の靱性を向上させる。従って、0.
005%未満では酸化物中のTi含有量が不足し、粒内
フェライト生成核としての作用が低下するためTi量の
下限値を0.005%以上とした。しかし0.025%
を超えると過剰なTiはTiCを生成し、析出硬化を生
じ溶接熱影響部の靱性を著しく低下させるためにこれを
上限とした。
量について特に限定しないが凝固偏析による溶接割れ、
靱性などの低下を生じるので、極力低減すべきであり、
望ましくはP,S量はそれぞれ0.02%未満である。
以上が本発明鋼の基本成分であるが、母材強度の上昇、
および母材の靱性向上の目的で、V、Cr、Nb、N
i、Cu、Ca、REMの1種または2種以上を含有す
ることができる。
の生成とその細粒化、高温強度の確保のために必要であ
るが、0.2%超では析出量が過剰になり母材靱性、溶
接部靱性が低下するため0.2%以下に制限した。Cr
は焼き入れ性を向上させ、母材の強化、高温強化に有効
である。しかし上限を超える過剰の添加は、靱性および
硬化性の観点から有害となるため、上限を0.7%とし
た。
超える過剰の添加は、靱性及び硬化性の観点から有害と
なるため0.05%以下とした。Niは、母材の強靱性
を高める極めて有効な元素であるが、1.0%を超える
添加は合金コストを増加させ経済的でないので上限を
1.0%とした。Cuは母材の強化、耐候性に有効な元
素であるが、応力除去焼鈍による焼き戻し脆性、溶接割
れ性、熱間加工割れなどを考慮して、上限を1.0%と
した。
により生じるUST欠陥、靱性低下を防止する目的で添
加するものである。理由はMnSに代わり、高温変形能
の小さいCa−O−S或いはREM−O−Sの球状の硫
化酸化物を生成させ、圧延によってもMnSのように延
伸しないように介在物の性状と形状制御を行うことであ
る。しかし、重量%でCaが0.003%を、REMで
0.01%を超えて添加すると各々のCa−O−S、R
EM−O−Sは多量に、しかも粗大介在物となり、母材
及び、溶接部の靱性悪化をもたらすので重量%でCaは
0.003%以下に、REMは0.01%以下に制限し
た。
り溶存酸素を制御する。溶存酸素の制御は溶鋼を高清浄
化すると同時に鋳片内に微細な酸化物を分散させるため
に極めて重要なものである。溶存酸素を重量%で0.0
03〜0.015%の範囲に制御する理由は、予備脱酸
後の〔O〕濃度が0.003%未満では粒内フェライト
変態を促進する粒内フェライト生成核の複合酸化物が減
少し、細粒化できず靱性を向上できない。一方、0.0
15%を超える場合は、他の条件を満たしていても、酸
化物が粗粒化し脆性破壊の起点となり、靱性を低下させ
るために予備脱酸後の〔O〕濃度を重量%で0.003
〜0.015%に限定した。
Si、Ca、Mg脱酸により行った。その理由は真空脱
ガス処理は直接溶鋼中の酸素をガスおよびCOガスとし
て除去し、Al、Si、Ca、Mgなどの強脱酸により
生成する酸化物系介在物は浮上、除去しやすいため溶鋼
の清浄化に極めて効果的なためである。次に微量Alを
添加し、鋳造を行い製鋼工程を終了する。但し、Alは
強力な脱酸元素であり、0.015%超の含有は粒内フ
ェライト変態を促進する複合酸化物が生成されず、靱性
の低下がもたらされることと、過剰な固溶AlはNと化
合しAlNを生成し、VNの析出量を低減させるため
0.015%以下に限定した。また、0.005%未満
では目的のAlを含有する複合酸化物が生成できないた
め、0.005%以上とした。かつ溶鋼の溶存酸素〔O
%〕に対しAl量を重量%で,−0.004%≦〔Al
%〕−1.1〔O%〕≦0.006%の関係を満たすよ
うに限定したのは、この関係式において重量%でAlが
〔O〕濃度に対し過剰である場合は複合酸化物の生成数
が減少し、粒内フェライト生成核として無効なAl2 O
3 を多数生成し組織の細粒化ができず靱性が低下し、重
量%でAlが〔O〕濃度に対し過小である場合は粒内フ
ェライト核となる複合酸化物が著しく減少するため、こ
のように限定した。なお、Alを製鋼過程の後期に添加
する理由はAlは脱酸力が強く安定なAl2 O3 を生成
し、目的の低融点の複合酸化物が生成しにくいためであ
る。
300℃の温度域に再加熱する。この温度域に再加熱温
度を限定したのは、熱間加工による形鋼の製造には塑性
変形を容易にするために1100℃以上の加熱が必要で
あり、且つV,Moによる高温での降伏点を増大させる
には、これらの元素を十分に固溶させる必要があるため
再加熱温度の下限を1100℃とした。その上限は加熱
炉の性能、経済性から1300℃とした。
圧延の各工程により圧延造形されるが、本発明法の圧延
工程における特徴は、中間圧延機において、圧延パス間
で、鋼片表層部の温度を700℃以下に冷却し、鋼材表
面が復熱する過程で熱間圧延を行うことを少なくとも中
間圧延工程で1回以上行うことである。これは圧延パス
間の水冷により、鋼片の表層部から内部にかけ温度勾配
を付与し、低圧下条件においても内部への加工を浸透さ
せるためと、低温圧延により生じるパス間待ち時間を短
縮し、効率的に行うためである。水冷と復熱圧延の繰り
返し数は被圧延材の厚みの大きさ、例えばH形鋼の場合
ではフランジの厚みに応じ、厚みが大きい場合には復数
回行う。ここで鋼片の平均温度を700℃以下に限定し
冷却する理由は、圧延に引き続き加速冷却するため、通
常のγ温度域からの冷却では表層部に焼きが入り、硬化
相を生成し加工性を損ねるためである。即ち700℃以
下に冷却すれば、一旦γ/α変態温度を切り、次の圧延
するまでに表層部は復熱昇温し、低温γかγ/α二相共
存温度域での加工となり、焼き入性を著しく低減でき、
加速冷却による表面層の焼き入れ硬化を防止できる。
Sの冷却速度で650〜400℃まで冷却し終了すると
したのは、通常のスプレー冷却で制御可能な範囲は1〜
30℃/Sの冷却速度の加速冷却であり、この冷却速度
範囲でフェライトの粒成長の抑制とパーライト及びベイ
ナイト組織比率を増加させ、低合金で目標の強度を得る
ためであり、650〜400℃で加速冷却を停止するの
は、650℃超での加速冷却の停止では、Ar1 点以上
となり、一部γ相が残存し、フェライトの粒成長の抑制
とパーライト及びベイナイト組織比率を増加させること
ができないため、650℃以下とした。また、400℃
未満の冷却では、その後の放冷によりフェライト相に過
飽和に固溶しているC、Nを炭化物、窒化物として析出
させることができず、フェライト相の延伸が低下するた
め、この温度範囲に限定した。
予備脱酸処理を行い、合金添加後、溶鋼の酸素濃度を測
定し、その量に見合ったAl量を添加し連続鋳造により
250〜300mm厚鋳片に鋳造した後、図1に示す、ユ
ニバーサル圧延装置列によりH形鋼に圧延した。図にお
いて粗圧延機の図示は省略しているが、粗圧延機に続い
て配置された中間圧延機4、この中間圧延機4の前後面
に配した水冷装置5a、および仕上げ圧延機6、仕上げ
圧延機6の後面に配置した冷却装置5bを示す。この圧
延装置列によって、圧延パス間水冷は中間ユニバーサル
圧延機の前後面でのフランジ内外面のスプレー冷却とリ
バース圧延の繰り返しにより行い、圧延後の加速冷却は
仕上げ圧延機の後面でフランジ、ウエブをスプレー冷却
した。機械特性は図2に示すフランジ2の板厚t2 の中
心部(1/2t2 )でフランジ幅全長(B)の1/4,
1/2幅(1/4B,1/2B)から、ウェブ3の板厚
中心部でウエブ高さの1/2Hから試験片を採集し求め
た。なお、これらの箇所の特性を求めたのはフランジ1
/4F部とウェブ1/2W部はフランジ部とウェブ部の
各々の平均的な機械特性を示し、フランジ1/2F部は
その特性が最も低下するので、これら三箇所によりH形
鋼の機械試験特性を代表できるとしたためである。
示し、表3および表4は圧延と加速冷却条件に対する機
械試験特性を示す。なお、圧延加熱温度を1280℃に
揃えたのは、一般的に加熱温度の低減は機械特性を向上
させることは周知であり、高温加熱条件は機械特性の最
低値を示すと推定され、この値がそれ以下の加熱温度で
の特性を代表できると判断したためである。
る鋼1〜6は、目標の600℃における高温強度および
母材強度(前記JISG3106)と−5℃でのシャル
ピー値47(J)以上を十分に満たしている。一方、比
較鋼の7、8、9は本発明の複合酸化物の分散が施され
ていない通常のAl脱酸のためと、圧延中と圧延後の加
速冷却処理が施されていないため、母材の常温強度と高
温強度は規格を満たすものの、組織の細粒化と低合金化
ができないため、靱性が低下し、特にフランジの板厚1
/2で幅1/2部の靱性は目標値を満足しない。なお、
本発明は圧延後の加速冷却処理により、フランジ表層部
に焼きが入り、硬化し、加工性を損なう現象を圧延パス
間水冷によるγ細粒化により防止しており、フランジ外
側面の表面硬さが目標のビッカース硬さでHv240以
下を達成している。
に、表3および表4に示される形鋼1〜6のように、圧
延形鋼の機械試験特性を最も満たしにくいフランジ板厚
1/2,幅1/2部においても常温と600℃における
十分な強度を有する、耐火性と靱性の優れた材質特性を
持つ圧延形鋼の製造が可能になる。なお、本発明が対象
とする圧延形鋼は上記実施例のH形鋼に限らずI形鋼、
山形鋼、溝形鋼、不等辺不等厚山形鋼等のフランジを有
する形鋼にも適用できることは勿論である。
最も保証しにくいフランジ板厚1/2,幅1/2部にお
いても十分な強度、靱性を有し、高温特性、耐火材の被
覆厚さが従来の20〜50%で耐火目的を達成できる、
優れた耐火性及び靱性を持つ制御冷却圧延形鋼の能率的
な製造がインラインで可能になり、施工コスト低減、工
期の短縮による大幅なコスト削減が図られ、大型建造物
の信頼性向上、安全性の確保、経済性等の産業上の効果
は極めて顕著なものがある。
を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で C:0.04〜0.20%、 Si:0.05〜0.50%、 Mn:0.4〜2.0%、 Mo:0.3〜0.7%、 N:0.003〜0.015%、 Ti:0.005〜0.025% を含み、残部がFeおよび不可避不純物からなる溶鋼
を、予備脱酸処理によって、溶存酸素を重量%で0.0
03〜0.015%に調整後さらに、金属アルミもしく
はフェロアルミの添加により脱酸し、該Al含有量が重
量%で0.005〜0.015%で、かつ溶鋼の溶存酸
素〔O%〕に対し−0.004≦〔Al%〕−1.1
〔O%〕≦0.006の関係を満たす鋳片に鋳造し、 該鋳片を1100〜1300℃の温度域に再加熱後に圧
延を開始し、圧延工程で鋼片の平均温度を700℃以下
に水冷し、パス間の復熱過程で圧延する工程を一回以上
繰り返し圧延し、圧延終了後に1〜30℃/Sの冷却速
度で650〜400℃まで冷却することを特徴とする含
オキサイド系耐火用形鋼の制御圧延による製造方法。 - 【請求項2】 重量%で C:0.04〜0.20%、 Si:0.05〜0.50%、 Mn:0.4〜2.0%、 Mo:0.3〜0.7%、 N:0.003〜0.015%、 Ti:0.005〜0.025%を含み、 加えてV≦0.20%、Cr≦0.7%、Nb≦0.0
5%、Ni≦1.0%、Cu≦1.0%、Ca≦0.0
03%、REM≦0.010%の1種または2種以上を
含み、残部がFeおよび不可避不純物からなる溶鋼を、
予備脱酸処理によって、溶存酸素を重量%で0.003
〜0.015%に調整後さらに、金属アルミもしくはフ
ェロアルミの添加により脱酸し、該Al含有量が重量%
で0.005〜0.015%で、かつ溶鋼の溶存酸素
〔O%〕に対し−0.004≦〔Al%〕−1.1〔O
%〕≦0.006の関係を満たす鋳片に鋳造し、該鋳片
を1100〜1300℃の温度域に再加熱後に圧延を開
始し、圧延工程で鋼片の平均温度を700℃以下に水冷
し、パス間の復熱過程で圧延する工程を一回以上繰り返
し圧延し、圧延終了後に1〜30℃/Sの冷却速度で6
50〜400℃まで冷却することを特徴とする含オキサ
イド系耐火用形鋼の制御圧延による製造方法。
Priority Applications (8)
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---|---|---|---|
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CA002106266A CA2106266C (en) | 1992-09-24 | 1993-09-15 | Refractory shape steel material containing oxide and process for producing rolled shape steel of said material |
US08/123,651 US5336339A (en) | 1992-09-24 | 1993-09-20 | Refractory shape steel material containing oxide and process for proucing rolled shape steel of said material |
KR1019930019207A KR960009175B1 (ko) | 1992-09-24 | 1993-09-21 | 내화성 형강 재료 및 그 재료의 압연 형강을 제조하는 방법 |
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