KR102602081B1

KR102602081B1 - 돌기가 있는 h형강 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR102602081B1
Application number: KR1020217027440A
Authority: KR
Inventors: 케이스케 안도; 타츠미 기무라; 사토시 이기
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2023-11-13
Also published as: JPWO2020158823A1; CN113396236B; JP6819830B2; KR20210118925A; SG11202108195WA; WO2020158823A1; CN113396236A

Abstract

인장 강도를 확보하면서, 연속 주조 시의 표면 균열 발생을 억제할 수 있어, 제조성을 비약적으로 향상할 수 있는 돌기가 있는 H형강을 그의 제조 방법과 함께 제공한다. C: 0.05∼0.20질량％, Si: 0.05∼0.60질량％, Mn: 1.20∼1.70질량％, P: 0.035질량％ 이하, S: 0.035질량％ 이하, Nb: 0.005∼0.050질량％, V: 0.005∼0.050질량％, Ti: 0.005∼0.030질량％ 및 N: 0.0020∼0.0100질량％를, ([％S]/32)/([％Ti]/48)＋4×([％N]/14)/([％Ti]/48)≤15.0을 만족하는 범위에서 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강 조성으로 하고, 인장 강도가 490㎫ 이상, 항복 강도가 355㎫ 이상, 또한 0℃에 있어서의 충격 흡수 에너지 vE0을 27J 이상으로 한다.

Description

돌기가 있는 H형강 및 그의 제조 방법{H-BEAM HAVING PROTRUSIONS, AND MANUFACTURING METHOD FOR SAME}

본 발명은, 돌기가 있는 H형강 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 교각 등의 대형 구조물의 보강재로서 이용되고 있는 철근의 대체가 되는, 인장 강도 및 신장과 같은 기계 특성이 우수한 것에 더하여, 인성도 우수한, 돌기가 있는 H형강 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

교각 등의 대형 구조물에는, 보강재로서 철근을 이용한 철근 콘크리트가 폭넓게 사용되고 있다. 일반적으로 철근 콘크리트 구조물의 공사는, 철근을 조립한 후에 형틀을 설치하고, 형틀 내에 콘크리트를 타설함으로써 행해진다. 여기에서, 강도적으로 철근의 과밀 설치가 필요해지는 경우, 콘크리트의 충전성이 저하하여, 시공 품질이 악화될 뿐만 아니라, 공사가 장기화하는 점이 큰 과제로 되어 있다. 더하여, 당해 공사에 종사하는 기능 노동자의 수는 해마다 감소 경향이 있고, 현장 작업의 생력화(labor saving) 그리고 공사 기간 단축에 기여하는 구조용 강의 개발이 한층 더 요구되고 있다.

그러한 요청을 수용하여, 철근에 비해 큰 단면 강성을 갖고, 동일 구조에 있어서 필요한 부재 개수를 줄이는 것이 가능해지는 돌기가 있는 H형강에 관하여, 여러 가지 연구가 행해지고 있다. 이 돌기가 있는 H형강은, 플랜지 외면에 돌기가 형성되어 있어, 철근과 동등 이상의 높은 콘크리트 부착 성능을 갖는 것이 알려져 있다. 철근 대체로서 대형 구조물에 사용되는 돌기가 있는 H형강에 대해서는, 구조체로서의 성능을 보증하기 위해, 인장 강도, 신장과 같은 기계 특성에 더하여, 인성의 보증이 요구되고 있다.

이들 요구를 만족하기 위해, 예를 들면 특허문헌 1에는, 강 중의 Nb, V 및 Ni의 첨가량을 조정함으로써, 인장 강도와 인성을 밸런스 좋게 높인 돌기가 있는 H형강이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 돌기가 있는 H형강의 인성을 향상하는 것을 목적으로 하여, 플랜지 두께에 따라서 최적인 냉각 정지 온도를 설정함과 함께, 플랜지 내외면의 냉각수량을 적절히 조정하는 기술이 개시되어 있다.

일본특허 4045977호 공보 일본공개특허공보2006-75883호

그러나, 전술한 특허문헌 1, 2에 기재된 돌기가 있는 H형강은, 탄질화물을 형성하는 Nb나 V를 첨가하여 높은 인장 강도와 인성의 양립을 도모하고 있지만, 연속 주조에 의해 압연 소재를 제조할 때에, 연속 주조 균열이라고 불리우는 주편 표면의 결함이 생기기 쉬워, 제조성을 저하시킨다는 문제가 있었다. 본 발명은, 전술한 문제를 유리하게 해결하기 위해 이루어진 것으로, 종래의 돌기가 있는 H형강에 비해, 동등 이상의 인장 강도를 확보하면서, 제조성을 비약적으로 향상할 수 있는 돌기가 있는 H형강을 그의 제조 방법과 함께 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, C, Si, Mn, P, S, Nb, V, Ti 및 N의 함유량을 변화시킨 돌기가 있는 H형강을 제작하여, 인장 특성 및 인성을 예의 조사했다. 그 결과, 강 중에 Nb나 V가 함유되어 있는 경우, 연속 주조 균열이 발생하는 비율이 높은 것을 알 수 있었다. 또한, 강 중에 포함되는 S, Ti, N량을 적정화함으로써, Nb 및 V가 포함되는 경우라도 연속 주조 균열을 안정화하여 억제할 수 있고, 또한, TiN을 핵으로 한 입 내(intragranular) 페라이트 변태의 촉진에 의해, 우수한 인성이 얻어지는 것을 발견했다.

본 발명의, 상기의 인식에 입각하는 것으로서, 그의 요지 구성은 다음과 같다.

1. C: 0.05∼0.20질량％, Si: 0.05∼0.60질량％, Mn: 1.20∼1.70질량％, P: 0.035질량％ 이하, S: 0.035질량％ 이하, Nb: 0.005∼0.050질량％, V: 0.005∼0.050질량％, Ti: 0.005∼0.030질량％ 및 N: 0.0020∼0.0100질량％를, 하기 (1)식을 만족하는 범위에서 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물의 강 조성을 갖고, 인장 강도가 490㎫ 이상, 항복 강도가 355㎫ 이상, 또한 0℃에 있어서의 충격 흡수 에너지 vE0이 27J 이상인, 돌기가 있는 H형강.

기

([％S]/32)/([％Ti]/48)＋4×([％N]/14)/([％Ti]/48)≤15.0 …(1)

여기에서, [％S], [％Ti] 및 [％N]은 각각, 강 중의 S, Ti 및 N의 함유량(질량％)이다.

2. 상기 강 조성은, 추가로, Cr: 1.0질량％ 이하, Cu: 1.0질량％ 이하, Ni: 1.0질량％ 이하, Mo: 1.0질량％ 이하, Al: 0.10질량％ 이하, B: 0.010질량％ 이하, Ca: 0.10질량％ 이하, Mg: 0.10질량％ 이하 및 REM: 0.10질량％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 상기 1에 기재된 돌기가 있는 H형강.

3. 상기 돌기는, 높이가 1.5㎜ 이상인 상기 1 또는 2에 기재된 돌기가 있는 H형강.

4. 상기 1 또는 2 중 어느 하나에 기재된 강 조성을 갖는 강 소재에, 열간 압연을 실시하여 돌기가 있는 H형강을 성형하는 돌기가 있는 H형강의 제조 방법으로서,

상기 열간 압연의 마무리 압연에 의해 H형강의 플랜지 외면에 돌기를 형성하고, 당해 마무리 압연 후에, 750℃ 이상의 냉각 개시 온도에서 500℃까지의 사이를 평균 냉각 속도: 0.1∼30℃/s의 조건으로 냉각하는 돌기가 있는 H형강의 제조 방법.

5. 상기 마무리 압연을 800℃ 이상의 온도에서 행하는 상기 4에 기재된 돌기가 있는 H형강의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 우수한 인성을 갖는 돌기가 있는 H형강을 안정적으로 제조하는 것이 가능해져, 대형 구조물의 급속 시공 실현이나 콘크리트 시공품의 품질 향상에 기여하여, 산업상 유익한 효과를 가져온다.

도 1은 돌기가 있는 H형강의 단면도를 나타낸다.
도 2는 돌기가 있는 H형강을 나타내는 도면으로서, (a)는 웹의 대향 방향에서 본 측면도를, (b)는 플랜지 외면의 대향 방향에서 본 평면도를, (c)는 플랜지 외면의 상면도를, 각각 나타낸다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 우선, 본 발명에 있어서, 강 조성을 상기의 범위에 한정한 이유에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서의 「％」는, 특별히 언급하지 않는 한 「질량％」를 나타내는 것으로 한다.

C: 0.05∼0.20％

C는, 모재 강도를 확보하기 위해 필요한 원소로서, 적어도 0.05％ 함유되어 있는 것을 필요로 한다. 그러나, C 함유량이 0.20％를 초과하면, 모재 인성을 저하시킬뿐만 아니라, 용접성을 저하시킨다. 그 때문에, 본 발명에서는 C 함유량을 0.05∼0.20％로 한다. 또한, C 함유량은 0.10％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, C 함유량은 0.15％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Si: 0.05∼0.60％

Si는, 모재 강도의 확보 및 탈산제로서 0.05％ 이상으로 함유될 필요가 있지만, Si 함유량이 0.60％를 초과하면 인성의 저하에 더하여, Si가 갖는 높은 산소와의 결합력 때문에, 용접성이 열화한다. 그 때문에, 본 발명에서는 Si 함유량을 0.05∼0.60％로 한다. 또한, Si 함유량은 0.20％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Si 함유량은 0.40％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Mn: 1.20∼1.70％

Mn은, Si와 마찬가지로, 강의 강도를 높이는 효과가 있는 비교적 염가의 원소이기 때문에, 고강도화에는 중요한 원소이다. 그러나, Mn 함유량이 1.20％ 미만에서는, 그 첨가 효과는 작고, 한편, 1.70％를 초과하면, 상부 베이나이트 변태를 촉진시켜, 인성을 저하시키기 때문에 바람직하지 않다. 그 때문에, 본 발명에서는 Mn 함유량을 1.20∼1.70％로 한다. 또한, Mn 함유량은 1.40％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Mn 함유량은 1.60％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

P: 0.035％ 이하

P는, 그의 함유량이 0.035％를 초과하면, 강의 연성이 열화한다. 그 때문에, 본 발명에서는 강 중의 P량을 0.035％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.020％ 이하이다. 한편, P는 적을수록 바람직하기 때문에, P 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않고, 0％이면 좋다. 그러나, 통상, P는 불순물로서 강 중에 불가피적으로 함유되는 원소로서, 과도의 저(低)P화는 정련 시간의 증가나 비용의 상승을 초래하기 때문에, P 함유량은 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

S: 0.035％ 이하

S는, 강 중에 함유되면 주로 A계 개재물의 형태로 강재 중에 존재한다. S 함유량이 0.035％를 초과하면, 이 개재물량이 현저하게 증가하고, 동시에 조대한 개재물을 생성하기 때문에, 강의 인성을 크게 저하시킨다. 그 때문에, 본 발명에서는 강 중의 S 함유량을 0.035％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.020％ 이하이다. 한편, S는 적을수록 바람직하기 때문에, S 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않고, 0％이면 좋다. 또한, 통상, S는 불순물로서 강 중에 불가피적으로 함유되는 원소로서, 과도의 저S화는 정련 시간의 증가나 비용의 상승을 초래하기 때문에, S 함유량은 0.002％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Nb: 0.005∼0.050％

Nb는, 탄질화물로서 석출됨으로써 인장 강도나 항복점을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, Nb 함유량을 0.005％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Nb 함유량이 0.050％를 초과하면, 석출 취화를 조장하는 것에 더하여, 상부 베이나이트 변태를 촉진시키기 때문에, 연속 주조 균열이 생기기 쉬워지고, 또한 인성도 저하한다. 그 때문에, 본 발명에서는, Nb 함유량은 0.005∼0.050％로 한다. 또한, Nb 함유량은, 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Nb 함유량은, 0.030％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

V: 0.005∼0.050％

V는, 탄질화물로서 석출됨으로써 인장 강도나 항복점을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, V 함유량을 0.005％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, V 함유량이 0.050％를 초과하면, 석출 취화를 조장하기 때문에, 연속 주조 균열이 생기기 쉬워진다. 그 때문에, 본 발명에서는, V 함유량을 0.005∼0.050％로 한다. 또한, V 함유량은 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, V 함유량은 0.030％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Ti: 0.005∼0.030％

Ti는, 연속 주조 시의 굽힘-굽힘 되돌림 시의 표면 균열을 방지하는 데에 효과가 있는 유용한 원소로서, 0.005％ 이상의 범위에서 적극적으로 첨가한다. 또한, Ti는 강 중에서 TiN을 형성하여 오스테나이트립을 미세화하고, 추가로, TiN을 핵으로 한 입 내 페라이트 변태의 촉진에 의해 마이크로 조직을 미세화하고, 인성 향상에도 유효한 원소이다. 한편, Ti 함유량이 0.030％를 초과하는 것은, 조대한 TiN이 발생되어 강의 인성을 저하시키기 때문에 바람직하지 않다. 그 때문에, 본 발명에서는, Ti 함유량은, 0.005∼0.030％로 한다. 또한, Ti 함유량은 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Ti 함유량은 0.020％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

N: 0.0020∼0.0100％

N은, 강 중에서 탄질화물을 형성하고, 강의 강도를 향상시키는 유용한 원소로서, 그의 함유량은 0.0020％ 이상일 필요가 있다. 그러나, N 함유량이 0.0100％를 초과하면 형성되는 탄질화물이 조대화하여 강의 인성을 저하시킨다. 또한, N 함유량이 0.0100％를 초과하면, 주편의 표면 균열이 생겨, 주편 품질이 저하하기 때문에 바람직하지 않다. 그 때문에, 본 발명에서는 N 함유량을 0.0020∼0.0100％로 한다. 또한, N 함유량은 0.0030％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, N 함유량은 0.0070％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는, 각각의 원소가 단순히 상기의 범위를 만족하는 것만으로는 불충분하고, S, Ti 및 N에 대해서는, [％S], [％Ti] 및 [％N]을 각각, 강 중의 S, Ti 및 N의 함유량(질량％)으로 했을 때에, 다음의 (1)식의 관계를 만족시키는 것이 중요하다.

([％S]/32)/([％Ti]/48)＋4×([％N]/14)/([％Ti]/48)≤15.0…(1)

발명자들은, 연속 주조 시에 강에 균열이 발생하는 원인에 대해서 조사를 행하여, 연속 주조 시에 오스테나이트 입계(grain boundaries)에 생성되는 페라이트로의 조대한 MnS와 V 및 Nb의 탄질화물의 석출이, 균열의 원인이 되어 있다는 인식을 얻었다. 그래서, 당해 페라이트로의 MnS와 V 및 Nb계 탄질화물의 석출을 억제하기 위해 검토를 행한 결과, 강 중의 S, Ti 및 N의 함유량을 조정함으로써, 입계 페라이트로의 MnS와 V 및 Nb계 탄질화물의 석출을 억제하고, 연속 주조 시의 균열을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 즉, S, Ti 및 N의 함유량에 기초하는 파라미터인 상기 (1)식 좌변에서 산출되는 값을, 15.0을 초과하지 않도록 함으로써, S를 Ti 탄황화물, N을 TiN으로서 석출시켜, 연속 주조 시에 오스테나이트 입계에 생성되는 페라이트로의 조대한 MnS와 V 및 Nb계 탄질화물의 석출을 억제하고, 연속 주조 균열을 안정적으로 억제할 수 있다. 또한, 상기 (1)식에 있어서의 우변은 10.0 이하로 하는 것, 즉, 이하의 (1)’식을 만족시키는 것이 보다 바람직하다.

([％S]/32)/([％Ti]/48)＋4×([％N]/14)/([％Ti]/48)≤10.0…(1)’

본 발명에서 이용되는 돌기가 있는 H형강의 강 조성은, 이상 설명한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다.

또한, 본 발명의 돌기가 있는 H형강에서는, 이상 설명한 성분 외에, 강도나 연성, 인성, 용접부 특성의 향상을 목적으로 하여, Cr: 1.0％ 이하, Cu: 1.0％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, Mo: 1.0％ 이하, Al: 0.10％ 이하, B: 0.010％ 이하, Ca: 0.10％ 이하, Mg: 0.10％ 이하, REM: 0.10％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 임의로 함유하고 있어도 좋다.

이하, 상기 원소의 함유량을 특정한 이유를 설명한다.

Cr: 1.0％ 이하

Cr은, 고용 강화에 의해 강의 더 한층의 고강도화를 도모할 수 있는 원소이다. 단, 그의 함유량이 1.0％를 초과하면 상부 베이나이트 변태를 촉진시켜, 인성을 저하시키기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 강의 성분 조성이 Cr을 함유하는 경우는, Cr 함유량은 1.0％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.005％ 이상이고, 0.5％ 이하이다.

Cu: 1.0％ 이하

Cu는, 고용 강화에 의해 강의 더 한층의 고강도화를 도모할 수 있는 원소이다. 단, 그의 함유량이 1.0％를 초과하면, Cu 균열이 생기기 쉬워진다. 따라서, 강의 성분 조성이 Cu를 함유하는 경우는, Cu 함유량은 1.0％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.005％ 이상이고, 0.5％ 이하이다.

Ni: 1.0％ 이하

Ni는, 연성을 열화하는 일 없이 강의 고강도화를 도모할 수 있는 원소이다. 또한, Cu와 복합 첨가함으로써 Cu 균열을 억제할 수 있기 때문에, 강 조성이 Cu를 함유하는 경우에는 Ni도 함유하는 것이 바람직하다. 단, Ni 함유량이 1.0％를 초과하면, 강의 퀀칭성(hardenability)이 더욱 상승하여, 인성이 저하하는 경향이 있다. 따라서, 강 조성이 Ni를 함유하는 경우는, Ni량은 1.0％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.005％ 이상이고, 0.5％ 이하이다.

Mo: 1.0％ 이하

Mo는, 고용 강화에 의해 더 한층의 강의 고강도화를 도모할 수 있는 원소이다. 단, 그의 함유량이 1.0％를 초과하면, 강 중에 상부 베이나이트가 다량으로 생성하게 되어, 인성이 저하하는 경향이 있다. 따라서, 성분 조성이 Mo를 함유하는 경우는, Mo 함유량은 1.0％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.005％ 이상이고, 0.5％ 이하이다.

Al: 0.10％ 이하

Al은, 탈산제로서 첨가할 수 있는 원소이다. 그러나, Al 함유량이 0.10％를 초과하면, Al이 갖는 높은 산소와의 결합력 때문에, 강 중에 산화물계 개재물이 다량으로 생성되고, 그 결과, 강의 연성이 저하한다. 따라서, 강 조성이 Al을 함유하는 경우는, Al량은 0.10％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, Al 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 탈산을 위해서는 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.001％ 이상이고, 0.03％ 이하이다.

B: 0.010％ 이하

B는, 강 중에서 입계에 편석되어 입계 강도를 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 또한, 입 내 페라이트의 핵 생성 사이트가 되는 TiN과의 복합 석출물을 형성하고, 마이크로 조직을 미세화함으로써 인성 향상에도 유효한 원소이다. 한편, 그의 함유량이 0.010％를 초과하면, 조대한 탄질화물의 입계 석출에 의해 인성이 저하한다. 따라서, 강 조성이 B를 함유하는 경우는, B 함유량은 0.010％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.001％ 이상이고, 0.003％ 이하이다.

Ca: 0.10％ 이하

Ca는, 황화물계 개재물 중의 산화물 및 황화물을, 고온에 있어서의 안정성이 높은 것으로 변질시키고, 황화물계 개재물을 입자 형상화하는 작용을 갖는다. 그리고, 이 Ca에 의한 개재물의 형태 제어 효과에 의해, 강의 인성, 연성의 향상을 도모할 수 있다. 단, Ca 함유량이 0.10％를 초과하면, 청정도가 저하하여 인성이 저하하기 쉬워진다. 따라서, 강 조성이 Ca를 함유하는 경우는, Ca 함유량은 0.10％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상이고, 0.0050％ 이하이다.

Mg: 0.10％ 이하

Mg는, 황화물계 개재물 중의 산화물 및 황화물을, 고온에 있어서의 안정성이 높은 것으로 변질시켜 입자 형상화하는 작용을 갖는다. 그리고, 이 Mg에 의한 개재물의 형태 제어 효과에 의해, 강의 인성, 연성의 향상을 도모할 수 있다. 단, Mg 함유량이 0.10％를 초과하면, 청정도가 저하하여 인성이 저하하기 쉬워진다. 따라서, 강 조성이 Mg를 함유하는 경우는, Mg 함유량은 0.10％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상이고, 0.0050％ 이하이다.

REM: 0.10％ 이하

REM(희토류 금속)은, 황화물계 개재물 중의 산화물 및 황화물을, 고온에 있어서의 안정성이 높은 것으로 변질시키고, 황화물계 개재물을 입자 형상화하는 작용을 갖는다. 그리고, 이 REM에 의한 개재물의 형태 제어 효과에 의해, 강의 인성, 연성의 향상을 도모할 수 있다. 단, REM 함유량이 0.10％를 초과하면, 청정도가 저하하여 인성이 저하하기 쉬워진다. 따라서, 강 조성이 REM을 함유하는 경우는, REM 함유량은 0.10％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상이고, 0.0050％ 이하이다.

이상 설명한 원소 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.

본 발명의, 돌기가 있는 H형강에 대해서 상세하게 설명한다. 즉, 돌기가 있는 H형강은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 일반적인 H형강과 마찬가지로, 1쌍의 플랜지(2)를 웹(3)으로 연결하여 이루어진다. 그리고, 돌기가 있는 H형강은, 상기 플랜지(2)의 외면에 돌기(4)를 갖고 있다. 이 돌기(4)는, 콘크리트 부착 성능을 부여하기 위해 형성되는 것이다. 이 목적으로 돌기(4)가 형성된 돌기가 있는 H형강(1)에 있어서, 돌기(4)가 형성되는 개소는, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 플랜지(2)의 외면이다. 도시예에서는, 플랜지(2)의 외면 전체에, 도 2(a)에 사각으로 둘러싼 부분의 확대도인, 동(同) 도면(b)에 나타내는 단면 형상에서 플랜지(2)의 폭 방향으로 연장되는 돌조(突條:ridges)로서의 돌기(4)를 플랜지(2)의 길이 방향으로 배열하여 형성되어 있다.

또한, 돌기의 형상이나 치수, 개수 등은 돌기가 있는 H형강에 요구되는 사양에 따라서 임의로 설정할 수 있다. 따라서, 도시예에 한정되지 않지만, 예를 들면 돌기(4)의 높이(h)는 콘크리트 부착 성능을 고려하면 1.5㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 높이(h)의 상한은, 롤 할손(割損:fracture) 방지의 관점에서 6㎜로 하는 것이 바람직하다. 또한, 돌기(4) 상호의 간격(d)은, 콘크리트 부착 성능을 고려하면, 높이(h)와의 사이에 h/d≥0.05의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 돌기가 있는 H형강의 제조 방법에 대해서 설명한다. 강(슬래브 또는 빔 블랭크)의 용제법 및 주조법에 대해서는 특별히 제한은 없고, 종래 공지의 방법 모두가 적합한다. 또한, H형강으로 성형하기 위한 열간 압연 조건도 특별히 제한되는 것은 없고, 일반적인 방법에 따라 행하면 좋다. 열간 압연의 마무리 압연에 있어서, 돌기를 형성시키는 부분(플랜지 외면)을 압하하는 롤로서, 형성시키는 돌기에 대응한 홈을 롤 표면에 형성한 것을 이용함으로써, 돌기를 형성할 수 있다. 마무리 압연 후는, 이하의 조건을 만족시킨 냉각을 행할 필요가 있다.

냉각 개시 시의 플랜지 온도: 750℃ 이상

본 발명에서는, 마무리 압연 직후에 강재의 냉각을 개시함으로써 생산 능률의 저하를 방지하는 것을 소기하여, 냉각 개시 시의 플랜지 온도는 750℃ 이상으로 한다. 한편, 냉각 개시 시의 플랜지 온도가 Ar₃ 온도 미만이 되면, 충분한 강도를 얻기 어려워지기 때문에, 추가로 냉각 개시 시의 플랜지 온도를 Ar₃ 온도 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Ar₃ 변태 온도는, 예를 들면 이하의 (2)식에 의해 강 성분과의 관계로 간이적으로 나타난다.

Ar₃＝910－310×[％C]＋25×([％Si]＋2×[％Al])－80×[Mneq] …(2)

여기에서, [Mneq]는 다음의 (3)식으로 산출되는 값이다.

[Mneq]＝[％Mn]＋[％Cr]＋[％Cu]＋[％Mo]＋[％Ni]/2＋10×([％Nb]－0.02)…(3)

또한, 상기 (2)식, (3)식에 있어서, [％M]은 강 중의 원소 M의 함유량(질량％)을 의미한다. 여기에서, 상기 (2)식 및 (3)식으로 Ar₃을 계산함에 있어서, 적극적으로 함유시키지 않은 원소 M의 함유량에 대해서는, 불가피적 불순물로서 함유되어 있는 원소 M의 함유량(분석값)을 이용하여 산출하는 것으로 한다.

냉각 개시 온도에서 500℃까지의 평균 냉각 속도: 0.1∼30℃/s

냉각 개시 온도에서 500℃까지의 평균 냉각 속도가 0.1℃/s를 충족하지 않으면, 소정의 인장 특성 및 인성을 확보하는 것이 어렵기 때문에, 냉각 속도는 0.1℃/s 이상으로 한다. 한편, 상기 냉각 속도가 30℃/s를 초과하여 커지면, 베이나이트 혹은 마르텐사이트의 생성에 의해, 인성의 저하나 인장 강도의 과도한 상승과 같은 폐해가 생기기 때문에, 냉각 개시 온도에서 500℃까지의 평균 냉각 속도는 0.1∼30℃/s의 범위로 한다. 바람직한 평균 냉각 속도는, 0.5∼10℃/s의 범위로 한다.

상기한 성분 조성으로 조정하고, 상기한 조건에 따라 압연 및 냉각을 행함으로써, 돌기가 있는 H형강에 있어서, 인장 강도가 490㎫ 이상, 항복 강도가 355㎫ 이상, 그리고 0℃에 있어서의 충격 흡수 에너지 vE0이 27J 이상이라고 하는, 우수한 기계적 성능을 얻을 수 있다. 어느 특성도 상한을 규정할 필요는 없지만, 실용적으로는, 인장 강도가 640㎫, 항복 강도가 475㎫ 및 0℃에 있어서의 충격 흡수 에너지 vE0이 350J 정도이다.

여기에서, 본 발명에서 대상으로 하는 돌기가 있는 H형강은, 그 플랜지 두께가 특별히 한정되는 일은 없다. 플랜지 외면의 돌기는, 마무리 압연의 공정에 있어서 홈이 있는 롤을 이용하여 형성한다. 즉, 소망하는 돌기 높이를 부여하기 위해서는, 플랜지부의 압하량을 가능한 한 크게 할 필요가 있다. 따라서, 두꺼운 플랜지를 갖는 돌기가 있는 H형강은 보다 큰 압하를 필요로 한다. 본 발명에서는 후술한 바와 같이, 압연 온도를 적정 범위로 컨트롤 함으로써, 돌기 높이의 형성 효율이 저하된다고 하는, 플랜지 두께가 16㎜ 이상인 후육의 H형강에 있어서도 충분한 돌기 높이를 부여할 수 있다.

열간 압연 시에 돌기를 형성하는 성형을 행하는 마무리 압연에서는, 충분한 돌기 높이를 갖는 돌기를 형성시키는 관점에서, 마무리 압연 온도를 800℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 마무리 압연 온도가 800℃를 충족하지 않으면, 충분한 높이의 돌기를 안정적으로 형성하는 것이 어렵다. 한편, 상기 마무리 온도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 1050℃를 초과하면, 오스테나이트 입경이 조대해지기 때문에, 인성이 저하하기 쉬워진다. 그 때문에, 상기 마무리 온도를 1050℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

실시예

이하, 실시예에 따라, 본 발명의 구성 및 작용 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니고, 본 발명의 취지에 적합할 수 있는 범위 내에서 적절히 변경하는 것도 가능하고, 이들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

표 1에 나타내는 성분 조성의 강재를, 연속 주조기에서 단면 400㎜×560㎜×길이 8000㎜의 빔 블랭크로 하여, 표면에 있어서의 균열의 유무를 조사했다. 즉, 상기 빔 블랭크의 표면을 길이 방향으로 관찰하여, 길이 10㎜ 이상의 균열의 유무를 조사했다. 표면 균열은 1㎡당의 균열의 개수를 구하여, A: 균열 없음, B: 1∼4개/㎡, C: 5개 이상/㎡의 지표를 이용하여 평가하고, 이 지표에 있어서 A 또는 B 판정의 것을 합격으로 했다. 표 1에, 표면 균열의 판정 결과를 아울러 나타낸다. 강 조성이, 상기의 (1)식을 만족하는 강은, 표면 균열의 판정 결과가 A 또는 B였다.

이어서, 이들 빔 블랭크 중, 표면 균열의 판정 결과가 A 혹은 B인 것에 대해서, 1250℃에서 2시간 가열 후, 표 2에 나타내는 조건으로 열간 압연 그리고 냉각을 행하여, 도 1에 나타내는 단면 형상, 즉, 웹(3)과 웹의 양단에 배치된 1쌍의 플랜지(2)를 갖는 형상의 돌기가 있는 H형강(1)을 제조했다. 여기에서, 단면 치수(웹 높이×플랜지 폭×웹 두께×플랜지 두께)는, 320×323×25×25㎜ 및 350×333×35×40㎜의 2종 중 어느 것으로 하여, 돌기가 있는 H형강을 제조했다. 마무리 압연에 있어서는, 플랜지 외면을 압하하는 압연 롤로서, 플랜지 외면에 형성시키는 돌기 형상에 대응한 홈을 형성한 것을 이용하여, 플랜지 외면에, 도 2에 나타내는 바와 같은, 플랜지(2)의 폭 방향으로 연재하는 돌기(6)를 형성했다. 여기에서, 플랜지 외면을 압하하는 마무리 압연 롤에는, 돌기 폭(w): 15㎜ 및 돌기 높이(h): 1.5㎜ 이상의 돌기를 형성할 수 있는, 홈을 형성해둔다. 마무리 압연 후의 냉각 속도는, 플랜지 외면 표면의 온도를 방사 온도계로 측정하고, 냉각 개시에서 냉각 정지까지의 사이의 온도 변화를 단위 시간(초)당으로 환산함으로써, 냉각 속도(℃/s)를 산출했다.

얻어진 돌기가 있는 H형강에 대해서, 돌기 높이 평가, 인장 시험 및 인성 시험을 실시했다. 이하에 각각의 평가 내용에 대해서 상세하게 설명한다.

<돌기 높이 평가>

얻어진 돌기가 있는 H형강에 대해서, 도 2에 나타낸 플랜지 외면의 돌기 높이(h)를 측정했다. 이러한 값의 측정은, 마무리 압연 후의 돌기가 있는 H형강의 압연 방향에 있어서의 선단부, 중앙부 및 미단부의 3개소에 대해서 행하여, 그의 평균값을 채용했다. 또한, 돌기 높이의 요구 성능 하한값을 1.5㎜로 설정하여, 이 값 이상을 돌기 높이(h)의 적합 범위로 했다. 또한, 돌기 높이(h)가 이 값 이상이 되는 돌기가 있는 H형강이 얻어진 제조 조건은, 돌기 형성의 용이함의 관점에서도 특히 바람직한 조건이라고 평가할 수 있다.

<인장 시험>

도 1에 부호 5로서 나타내는 플랜지 1/6B부(1/6B를 사이에 두는 플랜지 폭 방향 길이 60㎜)로부터, 인장 방향이 H형강의 플랜지 길이 방향이 되도록, JIS Z2201에 규정된 JIS1A 시험편(플랜지 전체 두께 시험편)을 채취하고, JIS Z2241에 준하여 인장 시험을 행하여, 항복 강도(항복 응력 YS 또는 0.2％ 내력), 인장 강도를 측정했다.

<인성 시험>

도 1에 나타낸 플랜지 1/6B부(5)의 플랜지 이면으로부터 1/4t(t는 플랜지 두께)의 위치를 중심으로 하여, JIS Z2202에 규정된 2㎜ V 노치 샤르피 충격 시험편을 채취하고, JISZ2242에 준하여 샤르피 충격 시험을 행하여, 0℃에 있어서의 흡수 에너지를 측정했다.

표 2에 상기 조사의 결과를 아울러 나타낸다. 본 발명의 강 조성을 만족하는 적합강을 이용하여, 본 발명 범위의 제조 방법(플랜지 외면의 평균 냉각 속도가 본 발명 범위 내)으로 제작한 돌기가 있는 H형강의 시험 결과(표 2 중의 시험 No. 1∼19, 31)는, 모두 소망하는 특성(인장 강도: 490㎫ 이상, 항복 강도: 355㎫ 이상 및 0℃에 있어서의 충격 흡수 에너지 vE0: 27J 이상)을 만족하고 있었다. 또한, 시험 No. 33은, 인장 강도, 항복 강도, 0℃에 있어서의 충격 흡수 에너지에 대해서는 소망하는 특성을 만족하지만, 마무리 압연 온도가 적합 하한인 800℃를 하회하고 있었기 때문에, 돌기 높이가 1.4㎜로, 적합 범위(1.5㎜ 이상)를 충족하지 않았다.

한편, H형강의 강 조성이 본 발명의 조건을 만족하지 않거나, 혹은, 본 발명 범위의 제조 방법을 적용하지 않았던 비교예(표 2 중의 시험 No. 20∼30, 32∼34)는, 인장 강도, 항복 강도 및 인성 중 어느 하나의 값이 요구 특성을 만족하고 있지 않다.

1 : 돌기가 있는 H형강(압연 H형강)
2 : 플랜지
3 : 웹
4 : 돌기
5 : 플랜지 1/6B부(시험편 채취 위치)

Claims

C: 0.05∼0.20질량％, Si: 0.05∼0.60질량％, Mn: 1.20∼1.70질량％, P: 0.035질량％ 이하, S: 0.035질량％ 이하, Nb: 0.005∼0.050질량％, V: 0.005∼0.050질량％, Ti: 0.005∼0.030질량％ 및 N: 0.0020∼0.0100질량％를, 하기 (1)식을 만족하는 범위에서 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물의 강 조성을 갖고, 인장 강도가 490㎫ 이상, 항복 강도가 355㎫ 이상, 또한 0℃에 있어서의 충격 흡수 에너지 vE0이 27J 이상인, 플랜지 외면에 돌기를 갖는, 돌기가 있는 H형강으로서, 상기 돌기의 높이가 1.5㎜ 이상 6㎜ 이하이고, 상기 돌기의 높이 h와 돌기 상호의 간격 d가, 다음의 (1A)식을 만족하는, 돌기가 있는 H형강.
기
([％S]/32)/([％Ti]/48)＋4×([％N]/14)/([％Ti]/48)≤15.0 …(1)
여기에서, [％S], [％Ti] 및 [％N]은 각각, 강 중의 S, Ti 및 N의 함유량(질량％)이다.
h/d≥0.05 …(1A)
제1항에 있어서,
상기 강 조성은, 추가로, Cr: 1.0질량％ 이하, Cu: 1.0질량％ 이하, Ni: 1.0질량％ 이하, Mo: 1.0질량％ 이하, Al: 0.10질량％ 이하, B: 0.010질량％ 이하, Ca: 0.10질량％ 이하, Mg: 0.10질량％ 이하 및 REM: 0.10질량％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 돌기가 있는 H형강.
삭제
제1항 또는 제2항에 기재된 돌기가 있는 H형강을 제조하는 방법으로서,
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 기재된 강 조성을 갖는 강 소재에, 열간 압연을 실시하여 돌기가 있는 H형강을 성형하는 돌기가 있는 H형강의 제조 방법으로서,
상기 열간 압연의 마무리 압연에 있어서, 돌기를 형성시키는 부분(플랜지 외면)을 압하하는 롤로서, 형성시키는 돌기에 대응한 홈을 롤 표면에 형성한 것을 이용함으로써, H형강의 플랜지 외면에 돌기를 형성하고, 당해 마무리 압연 후에, 750℃ 이상의 냉각 개시 온도에서 500℃까지의 사이를 평균 냉각 속도: 0.1∼30℃/s의 조건으로 냉각하는 돌기가 있는 H형강의 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 마무리 압연을 800℃ 이상의 온도에서 행하는 돌기가 있는 H형강의 제조 방법.