KR102727370B1

KR102727370B1 - 각형 강관 및 그의 제조 방법 그리고 건축 구조물

Info

Publication number: KR102727370B1
Application number: KR1020217032028A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 마츠모토; 아키히데 마츠모토; 신스케 이데; 타카토시 오카베
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2024-11-07
Anticipated expiration: 2040-03-25
Also published as: JPWO2020209060A1; TWI743724B; TW202039885A; WO2020209060A1; KR20210135287A; CN113677448A; JP6874913B2; CN113677448B

Abstract

각부의 가공 경화로의 영향이 작아, 표면 균열을 억제한 각형 강관 및 그의 제조 방법 그리고 본 발명의 각형 강관을 이용한 건축 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 평판부와 각부를 갖는 각형 강관에 있어서, 상기 평판부의 항복 강도가 385㎫ 이상 및 인장 강도가 520㎫ 이상 그리고 항복비가 0.90 이하이고, 상기 각부의 비커스 경도는, 각부 외표면측의 비커스 경도보다도 각부 내표면측의 비커스 경도의 쪽이 크고, 상기 각부 외표면측의 비커스 경도가 280HV 이하이고, 또한 상기 각부 외표면측의 비커스 경도와 상기 각부 내표면측의 비커스 경도의 차가 80HV 이하이고, 각부 외표면측의 0℃의 샤르피 흡수 에너지 vE₀이 70J 이상인 각형 강관.

Description

각형 강관 및 그의 제조 방법 그리고 건축 구조물

본 발명은, 특히 공장, 창고, 상업 시설 등의 대형 건축물의 건축 부재에 이용되는 각형(角形) 강관(rectangular steel pipe) 및 그의 제조 방법 그리고 건축 구조물에 관한 것이다.

최근, 공장, 창고, 상업 시설 등의 대형 건축물에 이용되는 건축 구조 부재는, 경량화에 의한 시공 비용 삭감을 위해 고강도화가 진행되고 있다. 특히 건축물의 기둥재로서 이용되는 각형 강관에 있어서는, 항복 강도가 385㎫ 이상, 인장 강도가 520㎫ 이상인 것이 요구되고 있고, 추가로 내진성의 관점에서 높은 소성 변형능과 우수한 인성도 동시에 필요해진다.

이러한 높은 변형 성능과 우수한 인성을 가진 각형 강관이란, 구체적으로는, 평판부의 관축 방향 항복비(＝항복 강도/인장 강도)를 0.90 이하, 0℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지를 70J 이상으로 할 필요가 있다.

각형 강관은, 일반적으로 열연 강판(강대(steel strip)) 또는 후강판을 소재로 하고, 이들을 냉간에서 프레스 굽힘 성형 혹은 롤 성형함으로써 제조된다.

냉간에서 프레스 굽힘 성형에 의해 제조되는 각형 강관은, 후강판을 프레스 굽힘 성형에 의해 단면 형상을 ㅁ자형 혹은 ㄷ자형으로 이루고, 이들을 서브 머지 아크 용접(submerged arc welding)에 의해 접합하여 제조된다. 또한, 롤 성형에 의해 제조되는 각형 강관은, 열연 강판을 롤 성형에 의해 원통 형상의 오픈 관(open pipe) 형상으로 이루고, 그의 맞댐 부분을 전봉 용접한 후, 상하 좌우에 배치된 롤에 의해 원통 형상인 채로 관축 방향으로 수％의 드로잉(drawing)을 가하고, 계속해서 각형으로 성형하여 제조된다.

한편으로, 냉간에서 프레스 굽힘 성형에 의해 제조되는 각형 강관의 경우, 각부(corner portion)의 굽힘 변형에 의한 가공 경화가 현저하고, 각부의 인성과 소성 변형능이 손상되기 때문에, 내진 강도가 악화되어, 각부를 기점으로 파괴되기 쉬워진다. 특히 베이나이트 등의 경질의 제2상을 포함하는 건축 부재를 위한 고강도재에서는 가공 경화가 현저해진다.

그래서, 고강도의 각형 강관을 제조하는 경우에는, 성형 시의 각부의 가공 경화에 의한 인성의 악화의 영향을 작게 하는 바와 같은 소재나, 각부의 가공 경화를 억제하는 바와 같은 제조 방법을 선택할 필요가 있다.

특허문헌 1에서는, 평판부의 마이크로 조직에 있어서, 베이나이트 조직의 면적 분율: 40％ 이상인 것을 특징으로 하는 각형 강관이 제안되어 있다.

특허문헌 2에서는, 냉간 성형에 의해 조관(造管)한 후에 전체 관 변형 제거 어닐링을 실시하는 것을 특징으로 한 저항복비, 고인성의 각형 강관이 제안되어 있다.

일본특허 제5385760호 공보 일본특허 제4957671호 공보

특허문헌 1에 기재된 각형 강관은 각부 표층부의 비커스 경도(Vickers hardness)가 350HV 이하이다. 그러나, 여전히 각부 표층부의 경도는 커, 각부를 기점으로 한 파괴나 표면 균열 등을 억제하려면 더 한층의 경도의 감소가 요구되고 있다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 각형 강관은 조관 후에 열처리를 필요로 하기 때문에, 냉간 가공인 채의 각형 강관과 비교하여 비용이 매우 비싸진다.

본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 각부의 가공 경화로의 영향이 작아, 표면 균열을 억제한 각형 강관 및 그의 제조 방법 그리고 본 발명의 각형 강관을 이용한 건축 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 행하여, 이하의 인식을 얻었다.

롤 성형에 의한 각형 강관의 제조의 각성형 스탠드(corner-forming stands)에서는, 성형 롤을 이용하여 최종 제품이 되는 각형 강관의 평판부에 해당하는 부위의 곡률을 작게 하여, 단면 원통 형상으로부터 단면 직사각형 형상이 되도록 성형을 행하고 있다. 이는, 성형 롤이 최종 제품의 각형 강관의 평판부의 중심부에 해당하는 개소를 밀어넣도록 하여 성형을 행하고 있고, 각부는 평판부의 변형에 추종하도록 L형의 각부를 형성한다.

따라서, 각부 전체에 직접 롤을 접촉하지 않고도 곡률을 가진 각부를 형성하는 것은 가능하다. 한편으로, 강관 소재가 롤과 접촉함으로써, 평판부의 평탄도나 각부의 곡률 등의 치수 정밀도는 향상하기는 하지만, 롤로부터의 전단력을 받기 때문에, 롤과의 접촉부를 중심으로 한 가공 경화가 발생하는 것이 분명하다. 그 때문에, 각부의 과도한 가공 경화를 억제하기 위해서는 치수 정밀도와 양립할 수 있도록 롤과 각부의 접촉부를 제어할 필요가 있다.

본 발명자들은, 굽힘 가공에 의한 가공 경화가 작은 각형 강관을 얻기 위해서는, 각부 외표면측의 비커스 경도보다도 각부 내표면측의 비커스 경도의 쪽이 큰 각형 강관이 좋은 것을 알 수 있었다. 그리고, 각부 외표면측의 비커스 경도보다도 각부 내표면측의 비커스 경도의 쪽이 큰 각형 강관은, 원통 강관으로부터 각형 강관으로 성형할 때에, 각성형 시에 각부 근방에 롤이 접촉하지 않도록, 각성형 중의 롤 갭(roll gap)이나 롤의 캘리버 곡률(groove curvature)을 설정하고, 원통 강관으로부터 각형 강관을 성형함으로써, 얻어진다. 이는, 강관 외표면의 곡률 변화는, 강관 내표면의 곡률 변화보다도 작기 때문에, 굽힘 가공에 의한 가공 경화가 작고, 또한, 롤의 전단력의 영향을 받기 어렵기 때문이라고 생각된다.

또한, 여러 가지의 각성형의 롤 갭이나 롤의 캘리버 곡률을 변경한 성형을 행하여, 각부의 경도를 조사한 결과, 각부에 직접 롤이 접촉하고 있지 않는 경우라도, 각부의 직근까지 롤이 접촉하고 있는 조건에서는 각부 표면의 경도가 증가하는 것을 발견했다. 이 점은, 롤과의 접촉에 의해 둘레 방향으로도 전단 응력이 작용하기 때문에, 롤과의 접촉부 근방에서는 가공 경화가 발생한다. 이 전단 응력이 작용하는 영역은, 피성형재의 강성, 즉, 강관 소재의 두께(관두께) t, 최종 제품의 변 길이 H(H₁, H₂)에 의해 변화한다는 것을 알 수 있었다.

본 발명은 상기 인식에 기초하는 것으로서, 그의 특징은 이하와 같다.

[1] 평판부와 각부를 갖는 각형 강관에 있어서, 상기 평판부의 항복 강도가 385㎫ 이상 및 인장 강도가 520㎫ 이상 그리고 항복비가 0.90 이하이고,

상기 각부의 비커스 경도는, 각부 외표면측의 비커스 경도보다도 각부 내표면측의 비커스 경도의 쪽이 크고, 상기 각부 외표면측의 비커스 경도가 280HV 이하이고, 또한 상기 각부 외표면측의 비커스 경도와 상기 각부 내표면측의 비커스 경도의 차가 80HV 이하이고,

각부 외표면측의 0℃의 샤르피 흡수 에너지 vE₀이 70J 이상인 각형 강관.

[2] 질량％로, C: 0.04∼0.50％, Si: 2.0％ 이하, Mn: 0.5∼3.0％, P: 0.10％ 이하, S: 0.050％ 이하, Al: 0.005∼0.10％, N: 0.010％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,

또한, 관 표면으로부터 t/4(t는 관두께)의 위치에 있어서의 강 조직이, 체적률로 30％ 초과의 페라이트 및 10％ 이상의 베이나이트를 포함하고, 또한 페라이트와 베이나이트의 체적률의 합계가 70％ 이상 95％ 이하이고, 잔부가 펄라이트, 마르텐사이트, 오스테나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 [1]에 기재된 각형 강관.

[3] 추가로, 질량％로, Nb: 0.005∼0.150％, Ti: 0.005∼0.150％, V: 0.005∼0.150％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 [2]에 기재된 각형 강관.

[4] 추가로, 질량％로, Cr: 0.01∼1.0％, Mo: 0.01％∼1.0％, Cu: 0.01∼0.50％, Ni: 0.01∼0.30％, Ca: 0.0005∼0.010％, B: 0.0003∼0.010％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 [2] 또는 [3]에 기재된 각형 강관.

[5] [1]에 기재된 각형 강관의 제조 방법으로서, 원통 형상으로 성형한 후, 각형 형상으로 각성형을 행하는 각형 강관의 제조 방법에 있어서, 상기 각성형을 행하는 각성형 공정은, 관축 방향에 대하여 수직인 단면에 있어서, 서로 이웃하는 변 길이를 각각 H₁(㎜) 및 H₂(㎜)(H₁≤H₂)로 하고, H₁ 및 H₂의 중심 위치로부터 강관 내부를 향하여 그은 직선끼리가 교차하는 교점을 각형 강관 중앙부로 했을 때, H₁의 중심 위치로부터 강관 내부를 향하여 그은 직선 상에 있어서, 상기 각형 강관 중앙부로부터 장변 방향으로 1/2(H₂－H₁)만큼 오프셋시킨 점을 오프셋점(offset point)으로 하고, 오프셋점으로부터 각형 강관의 각부 중앙으로 그은 직선과, 오프셋점으로부터 각부의 원호부 혹은 각형 강관의 평판부로 향하여 그어지는 직선이 이루는 중심각 θ가 하기식 (1)을 충족하는 각형 강관의 제조 방법.

단,

H₁: 변 길이(단변)(㎜)

H₂: 변 길이(장변)(㎜)

t: 관두께(㎜)

이다.

[6] [2]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 성분 조성을 갖는 강 소재를 가열 온도: 1100∼1300℃로 가열한 후, 조압연 종료 온도: 850∼1150℃로 하는 조압연을 실시하고, 마무리 압연 종료 온도: 750∼850℃로 하는 마무리 압연을 실시하고, 또한 조압연과 마무리 압연의 양쪽에 있어서의 930℃ 이하에서의 합계 압하율이 65％ 이상으로 하고, 이어서, 판두께 중심 온도로 냉각 개시에서 냉각 정지까지의 평균 냉각 속도가 10∼30℃/s가 되는 냉각 속도로 냉각 정지 온도: 450∼650℃까지 냉각하여 권취하고, 그 후 방냉하고, 계속해서 롤 성형에 의해, 원통 형상으로 성형한 후, 롤 성형한 강판을 전봉 용접하여 전봉 강관으로 한 후, 상기 전봉 강관을 각형 강관으로 각성형을 행하는 각성형 공정에 있어서, 관축 방향에 대하여 수직인 단면에 있어서, 서로 이웃하는 변 길이를 각각 H₁(㎜) 및 H₂(㎜)(H₁≤H₂)로 하고, H₁ 및 H₂의 중심 위치로부터 강관 내부를 향하여 그은 직선끼리가 교차하는 교점을 각형 강관 중앙부로 했을 때, H₁의 중심 위치로부터 강관 내부를 향하여 그은 직선 상에 있어서, 상기 각형 강관 중앙부로부터 장변 방향으로 1/2(H₂－H₁)만큼 오프셋시킨 점을 오프셋점으로 하고, 오프셋점으로부터 각형 강관의 각부 중앙으로 그은 직선과, 오프셋점으로부터 각부의 원호부 혹은 각형 강관의 평판부로 향하여 그어지는 직선이 이루는 중심각 θ가 하기식 (1)을 충족하는 각형 강관의 제조 방법.

단,

H₁: 변 길이(단변)(㎜)

H₂: 변 길이(장변)(㎜)

t: 관두께(㎜)

이다.

[7] [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 각형 강관을 이용한 건축 구조물.

본 발명의 각형 강관에 의하면, 각부의 가공 경화로의 영향이 작아, 표면 균열을 억제한 각형 강관을 얻을 수 있다. 이에 따라, 공장, 창고, 상업 시설 등의 대형 건축물의 시공 비용 삭감에 크게 공헌할 수 있다. 또한, 본 발명의 각형 강관의 제조 방법에 의하면, 냉간 프레스 굽힘 성형과 비교하여 생산성이 높아 단기간에 고강도 각형 강관을 제조하는 것이 가능해진다.

도 1은, 전봉 강관의 제조 설비의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 2는, 각형 강관의 성형 과정을 나타내는 개략도이다.
도 3은, 각형 강관의 관축 방향에 대하여 수직인 단면을 나타내는 개략도이다.
도 4는, 본 발명의 각형 강관을 사용한 건축 구조물의 일 예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 각형 강관은, 평판부와 각부를 갖고 있고, 평판부의 항복 강도(YS)가 385㎫ 이상 및 인장 강도(TS)가 520㎫ 이상 그리고 항복비가 0.90 이하이고, 각부의 비커스 경도는, 각부 외표면측의 비커스 경도보다도 각부 내표면측의 비커스 경도의 쪽이 크고, 각부 외표면측의 비커스 경도가 280HV 이하이고, 또한 각부 외표면측의 비커스 경도와 각부 내표면측의 비커스 경도의 차가 80HV 이하이고, 각부 외표면측의 0℃의 샤르피 흡수 에너지 vE₀이 70J 이상인 것을 특징으로 한다.

각형 강관은 평판부보다도 각부의 쪽이 크게 가공 경화한다. 특히, 각부 외표면은 둘레 방향으로의 인장 응력장으로 되어 있기 때문에, 최종 제품에 있어서의 각부의 취성 파괴를 억제하기 위해, 각부 외표면의 인성을 확보할 필요가 있다. 즉, 각부 외표면에 있어서 0℃의 샤르피 흡수 에너지 vE₀은 70J 이상이 요구됨과 함께, 평판부의 항복 강도(YS)가 385㎫ 이상 및 인장 강도(TS)가 520㎫ 이상 그리고 항복비가 0.90 이하인 것이 요구된다.

또한, 본 발명에서는, 각부 외표면측의 비커스 경도보다도 각부 내표면측의 비커스 경도의 쪽이 크고, 각부 외표면측의 비커스 경도가 280HV 이하이고, 또한 각부 외표면측의 비커스 경도와 각부 내표면측의 비커스 경도의 차가 80HV 이하로 한다. 본 발명에서는, 각부 외표면측의 비커스 경도보다도 각부 내표면측의 비커스 경도의 쪽이 크고, 각부 외표면측의 비커스 경도가 280HV 이하로 함으로써, 굽힘 가공에 의한 가공 경화가 작은 각형 강관을 얻을 수 있다. 각부 외표면측의 비커스 경도가 280HV를 초과하면, 외표면측의 가공 경화가 진행되고 있기 때문에, 각부의 연성이 현저하게 악화된다. 또한, 굽힘 변형에 의해 표면의 가공 경화가 큰 각부의 인성을 확보하기 위해, 각부 외표면측의 비커스 경도와 각부 내표면측의 비커스 경도의 차를 80HV 이하로 한다. 각부 외표면측의 비커스 경도와 각부 내표면측의 비커스 경도의 차가 80HV 초과인 경우, 각부 내표면측의 가공 경화가 진전되고 있어, 각부 내표면의 잔류 응력이 현저해지기 때문에, 후처리에서 실시하는 도금의 균열 등에 악영향을 미친다.

또한, 본 발명에 있어서의 각부 외표면측의 비커스 경도란, 각부 외표면으로부터 1±0.2㎜ 내부에 있어서의 비커스 경도이고, 각부 내표면측의 비커스 경도란, 각부 내표면으로부터 1±0.2㎜ 내부에 있어서의 비커스 경도를 말하는 것으로 한다.

본 발명의 각형 강관은, 질량％로, C: 0.04∼0.50％, Si: 2.0％ 이하, Mn: 0.5∼3.0％, P: 0.10％ 이하, S: 0.050％ 이하, Al: 0.005∼0.10％, N: 0.010％ 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 관 표면으로부터 t/4(t는 관두께)의 위치에 있어서의 강 조직이, 체적률로 30％ 초과의 페라이트와, 10％ 이상의 베이나이트를 포함하고, 페라이트와 베이나이트의 체적률의 합계가 70％ 이상 95％ 이하이고, 잔부가 펄라이트, 마르텐사이트, 오스테나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 강 소재의 바람직한 성분 조성을 한정한 이유를 이하에 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 특별히 언급이 없는 한, 강 조성을 나타내는 「％」는 「질량％」이다.

C: 0.04∼0.50％

C는 고용 강화에 의해 강의 강도를 상승시키는 원소이다. 또한, C는 펄라이트의 생성을 촉진하고, 퀀칭성(hardenability)을 높여 마르텐사이트의 생성에 기여하고, 오스테나이트의 안정화에 기여하는 원소인 점에서, 경질상의 형성에도 기여하는 원소이다. 소망하는 강도를 확보하기 위해 0.04％ 이상의 C를 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, C 함유량이 0.50％를 초과하면 경질상의 비율이 높아져 인성이 저하하고, 또한 용접성도 악화된다. 이 때문에, C 함유량은 0.04％ 이상 0.50％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, C 함유량은 C: 0.12％ 초과 0.25％ 이하이다.

Si: 2.0％ 이하

Si는 고용 강화에 의해 강의 강도를 상승시키는 원소로서, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.01％ 이상의 Si의 함유가 바람직하다. 한편, Si 함유량이 2.0％를 초과하면 용접성이 악화된다. 이 때문에, Si 함유량은 2.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Si 함유량은 0.01％ 이상 0.5％ 이하이다.

Mn: 0.5∼3.0％

Mn은 고용 강화에 의해 강의 강도를 상승시키는 원소로서, 또한 페라이트 변태 개시 온도를 저하시킴으로써 조직의 미세화에 기여하는 원소이다. 소망하는 강도 및 조직을 확보하기 위해 0.5％ 이상의 Mn을 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Mn 함유량이 3.0％를 초과하면 용접성이 악화된다. 이 때문에, Mn 함유량은 0.5％ 이상 3.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Mn 함유량은 0.5％ 이상 2.0％ 이하이다.

P: 0.10％ 이하

P는, 입계에 편석하여 재료의 불균질을 초래하기 때문에, 불가피적 불순물로서 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 또한, 함유하는 경우 0.10％ 이하의 함유량은 허용할 수 있다. 이 때문에, P 함유량은 0.10％ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, P 함유량은 0.03％ 이하이다.

S: 0.050％ 이하

S는, 강 중에서는 통상, MnS로서 존재하지만, MnS는, 열간 압연 공정에서 얇게 연신되어, 연성에 악영향을 미친다. 이 때문에, 본 발명에서는 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 또한, 함유하는 경우는 0.050％ 이하의 함유량은 허용할 수 있다. 이 때문에, S 함유량은 0.050％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, S 함유량은 0.015％ 이하이다.

Al: 0.005∼0.10％

Al은, 강력한 탈산제로서 작용하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.005％ 이상의 Al을 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Al 함유량이 0.10％를 초과하면 용접성(weldability)이 악화됨과 함께, 알루미나계 개재물이 많아져, 표면 성상이 악화된다. 이 때문에, Al 함유량은 0.005％ 이상 0.10％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Al 함유량은 0.010％ 이상 0.07％ 이하이다.

N: 0.010％ 이하

N은, 불가피적 불순물로서, 전위의 운동을 강고하게 고착함으로써 인성을 저하시키는 작용을 갖는 원소이다. 본 발명에서는, N은 불순물로서 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 또한, 함유하는 경우는 0.010％ 이하의 함유량은 허용할 수 있다. 이 때문에, N 함유량은 0.010％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, N 함유량은 0.0080％ 이하이다.

상기의 성분이 본 발명에 있어서의 전봉 강관의 강 소재의 기본의 성분 조성이지만, 이들에 더하여 추가로, Nb: 0.005∼0.150％, Ti: 0.005∼0.150％, V: 0.005∼0.150％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유시켜도 좋다.

Nb: 0.005∼0.150％, Ti: 0.005∼0.150％, V: 0.005∼0.150％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

Nb, Ti, V는, 모두 강 중에서 미세한 탄화물, 질화물을 형성하고, 석출 강화를 통하여 강의 강도 향상에 기여하는 원소로서, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Nb: 0.005％ 이상, Ti: 0.005％ 이상, V: 0.005％ 이상의 함유가 바람직하다. 한편으로, 과도한 함유는 항복비의 상승 및 인성의 저하를 초래한다. 이 때문에 Nb, Ti, V를 함유하는 경우는, Nb: 0.005∼0.150％, Ti: 0.005∼0.150％, V: 0.005∼0.150％로 한다. 바람직하게는, Nb: 0.008∼0.10％, Ti: 0.008∼0.10％, V: 0.008∼0.10％이다.

상기에 더하여 추가로, Cr: 0.01∼1.0％, Mo: 0.01∼1.0％, Cu: 0.01∼0.50％, Ni: 0.01∼0.30％, Ca: 0.0005％∼0.010％, B: 0.0003∼0.010％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유시켜도 좋다.

Cr: 0.01∼1.0％, Mo: 0.01∼1.0％, Cu: 0.01∼0.50％, Ni: 0.01∼0.30％, Ca: 0.0005∼0.010％, B: 0.0003∼0.010％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

Cr, Mo, Cu, Ni는, 고용 강화에 의해 강의 강도를 상승시키는 원소이고, 또한 모두 강의 퀀칭성을 높여, 오스테나이트의 안정화에 기여하는 원소인 점에서, 경질인 마르텐사이트 및 오스테나이트의 형성에 기여하는 원소로서, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Cr: 0.01％ 이상, Mo: 0.01％ 이상, Cu: 0.01％ 이상, Ni: 0.01％ 이상의 함유가 바람직하다. 한편으로, 과도한 함유는 인성의 저하 및 용접성의 악화를 초래한다. 이 때문에 Cr, Mo, Cu, Ni를 함유하는 경우는, Cr: 0.01∼1.0％, Mo: 0.01∼1.0％, Cu: 0.01∼0.50％, Ni: 0.01∼0.30％로 한다. 바람직하게는, Cr: 0.1∼0.5％, Mo: 0.1∼0.5％, Cu: 0.1∼0.40％, Ni: 0.1∼0.20％이다.

Ca는, 열간 압연 공정에서 얇게 연신되는 MnS 등의 황화물을 구 형상화(spheroidizing)함으로써 강의 인성 향상에 기여하는 원소로서, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.0005％ 이상의 Ca를 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Ca 함유량이 0.010％를 초과하면, 강 중에 Ca 산화물 클러스터가 형성되어 인성이 악화되는 경우가 있다. 이 때문에, Ca를 함유하는 경우는, Ca 함유량은 0.0005∼0.010％로 한다. 바람직하게는, Ca 함유량은 0.0010∼0.0050％이다.

B는, 페라이트 변태 개시 온도를 저하시킴으로써 조직의 미세화에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.0003％ 이상의 B를 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, B 함유량이 0.010％를 초과하면 항복비가 상승한다. 이 때문에, B를 함유하는 경우는, B 함유량은 0.0003∼0.010％로 한다. 바람직하게는, B 함유량은 0.0005∼0.0050％이다.

상기 성분 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.

다음으로, 본 발명의 각형 강관의 바람직한 강 조직(mircrostructure)을 한정한 이유를 설명한다.

본 발명의 각형 강관은, 관 표면으로부터 t/4(t는 관두께)의 위치에 있어서의 강 조직이, 체적률로 30％ 초과의 페라이트 및 10％ 이상의 베이나이트를 포함하고, 또한 페라이트와 베이나이트의 체적률의 합계가 70％ 이상 95％ 이하이고, 잔부가 펄라이트, 마르텐사이트, 오스테나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

페라이트는 연질인 조직으로, 다른 경질인 조직과 혼합시킴으로써, 강관 소재의 항복비를 낮게 한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 30％ 초과의 체적률로 하는 것이 바람직하다.

또한, 베이나이트는 중간적인 경도를 갖는 조직으로, 강의 강도를 상승시킨다. 페라이트만으로는 소망하는 항복 강도 및 인장 강도가 얻어지지 않기 때문에, 10％ 이상의 체적률로 하는 것이 바람직하다.

또한, 페라이트와 베이나이트의 체적률의 합계가 70％ 미만이면 소망하는 항복 강도 또는 항복비가 얻어지지 않고, 또한, 95％를 초과하면 소망하는 항복 강도 또는 항복비가 얻어지지 않는다.

잔부는, 펄라이트, 마르텐사이트, 오스테나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 펄라이트, 마르텐사이트, 오스테나이트는 경질인 조직이고, 특히 강의 인장 강도를 상승시킴과 함께, 연질인 페라이트와 혼합시킴으로써 강관 소재의 항복비가 낮아진다. 또한, 이러한 효과를 얻기 위해서는, 합계로 5％ 이상 30％ 이하의 체적률인 것이 바람직하다.

또한, 각형 강관의 강 조직은 강관 폭 방향으로 균일하기 때문에, 각부, 평판부의 어느 조직도 본 발명의 범위를 충족한다. 또한, 관 표면으로부터 t/4 위치란, t/4 위치로부터 ±0.2㎜의 범위도 허용할 수 있다. 또한, 관 표면이란, 관의 외표면 및 내표면의 어느 것이라도 상관없다.

다음으로, 본 발명의 각형 강관의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명에서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 상기한 화학 성분을 갖는 슬래브 등의 강 소재를, 1100∼1300℃의 온도로 가열한 후, 조압연 종료 온도: 850∼1150℃로 하는 조압연을 실시하고, 마무리 압연 종료 온도: 750∼850℃로 하는 마무리 압연을 실시하고, 또한 조압연과 마무리 압연의 양쪽에 있어서의 930℃ 이하에서의 합계 압하율이 65％ 이상이 되는 열연 공정의 후, 판두께 중심 온도로 냉각 개시에서 냉각 정지까지의 평균 냉각 속도가 10∼30℃/s가 되는 냉각 속도로 냉각 정지 온도: 450∼650℃까지 냉각하여 권취하고, 그 후 방냉한다. 또한, 이하의 제조 방법의 설명에 있어서, 온도는 특별히 언급하지 않는 한 강 소재나 강판 등의 표면 온도로 한다. 이 표면 온도는, 방사 온도계 등으로 측정할 수 있다. 또한, 평균 냉각 속도는 특별히 언급하지 않는 한 ((냉각 전의 온도－냉각 후의 온도)/냉각 시간)으로 한다. 또한, 냉각 방법은, 노즐로부터의 물의 분사 등의 수냉이나, 냉각 가스를 분사에 의한 냉각 등으로 행해진다. 또한, 열연 강판의 양면이 동(同)조건으로 냉각되도록, 강판 양면에 냉각 조작을 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 열간 압연에 있어서의 강판의 중심 온도는 특별히 지정은 없지만, 금회, 차분 계산에 의한 비정상 전열 계산에 의해 산출한다. 구체적으로는 강판의 열 전도율, 비열, 밀도 등의 재료의 물성값을 이용하여, 냉각수의 수량 밀도 및 강판의 외표면 온도로부터 구해지는 열 전달 계수를 경계 조건으로 하여 계산을 행한다.

상기한 성분 조성을 갖는 강 소재의 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 전로(converter), 전기로(electric furnace), 진공 용해로 등의 통상 공지의 용제 방법으로 용제하고, 연속 주조법 등의 통상 공지의 주조 방법에 의해, 소망 치수로 제조된다. 용강에는 추가로, 레이들 정련(ladle refining)등의 2차 정련을 실시해도 좋다. 또한, 연속 주조법을 대신하여, 조괴-분괴 압연법(ingot casting-slabbing method)을 적용해도 하등 문제는 없다.

가열 온도: 1100∼1300℃

가열 온도가 1100℃ 미만인 경우, 피압연재의 변형 저항이 커져 압연이 곤란해진다. 한편, 가열 온도가 1300℃를 초과하면, 오스테나이트립(austenite grains)이 조대화하여, 후의 압연에 있어서 미세한 오스테나이트립이 얻어지지 않아, 소망하는 열연 강판의 인성을 확보하는 것이 곤란해지고, 또한 조대한 베이나이트의 생성을 억제하는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 열간 압연 공정에 있어서의 가열 온도는 1100∼1300℃인 것이 바람직하다.

조압연 종료 온도: 850∼1150℃

조압연 종료 온도가 850℃ 미만인 경우, 후의 마무리 압연 중에 강판 온도가 페라이트 변태 개시 온도 이하가 되어 페라이트가 생성될 위험성이 증대한다. 생성된 페라이트는, 그 후의 압연에 의해 압연 방향으로 신장한(elongated) 가공 페라이트립이 되어, 항복비 상승의 원인이 된다. 한편, 조압연 종료 온도가 1150℃를 초과하면, 오스테나이트 미재결정 온도역에서의 압하량이 부족하여, 미세한 오스테나이트립이 얻어지지 않아, 소망하는 열연 강판의 인성을 확보하는 것이 곤란해지고, 또한 조대한 베이나이트의 생성을 억제하는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 조압연 종료 온도는 850∼1150℃인 것이 바람직하다.

마무리 압연 종료 온도: 750∼850℃

마무리 압연 종료 온도가 750℃ 미만인 경우, 압연 중에 강판 온도가 페라이트 변태 개시 온도 이하가 되어 페라이트가 생성될 위험성이 높아진다. 상기에 있어서 생성된 페라이트는, 그 후의 압연에 의해 압연 방향으로 신장한 가공 페라이트립이 되어, 항복비 상승의 원인이 된다. 한편, 마무리 압연 종료 온도가 850℃를 초과하면, 오스테나이트 미재결정 온도역에서의 압하량이 부족하여, 미세한 오스테나이트립이 얻어지지 않아, 소망하는 열연 강판의 인성을 확보하는 것이 곤란해지고, 또한 조대한 베이나이트의 생성을 억제하는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 마무리 압연 종료 온도는 750∼850℃인 것이 바람직하다.

조압연과 마무리 압연의 양쪽에 있어서의 930℃ 이하에서의 합계 압하율: 65％ 이상

본 발명에서는, 열간 압연에 있어서 오스테나이트 중의 서브그레인(subgrains)을 미세화함으로써, 계속되는 냉각, 권취 공정에 있어서 생성되는 페라이트, 베이나이트 및 잔부 조직을 미세화하여, 소망하는 강도 및 인성을 갖는 열연 강판을 얻는다. 열간 압연에 있어서 오스테나이트 중의 서브그레인을 미세화하기 위해서는, 오스테나이트 미재결정 온도역에서의 압하율을 높게 하여, 충분한 가공 변형을 도입할 필요가 있다. 상기를 달성하기 위해, 조압연과 마무리 압연의 양쪽에 있어서의 930℃ 이하에서의 합계 압하율을 65％ 이상으로 했다. 조압연과 마무리 압연의 양쪽에 있어서의 930℃ 이하에서의 합계 압하율이 65％ 미만인 경우, 열간 압연에 있어서 충분한 가공 변형을 도입할 수 없기 때문에, 소망하는 인성을 갖는 조직이 얻어지지 않는다.

냉각 개시에서 냉각 정지까지의 평균 냉각 속도: 10∼30℃/s

냉각 속도가 10℃/s 미만에서는, 페라이트의 핵 생성 빈도가 감소하여, 페라이트립이 조대화하기 때문에, 소망하는 강도나 인성을 갖는 조직이 얻어지지 않는다. 한편으로, 냉각 속도가 30℃/s를 초과하면, 강판의 t/4의 위치에 있어서 다량의 마르텐사이트가 생성되어, 페라이트와 베이나이트의 체적률의 합계가 70％ 미만이 된다.

냉각 정지 온도: 450∼650℃

냉각 정지 온도가 450℃ 미만에서는, 강판의 t/4의 위치에 있어서 다량의 마르텐사이트가 생성되어, 페라이트와 베이나이트의 체적률의 합계가 70％ 미만이 된다. 한편으로, 냉각 정지 온도가 650℃를 초과하면, 페라이트의 핵 생성 빈도가 감소하여, 페라이트립이 조대화함과 함께, 베이나이트 변태 개시 온도를 상회하기 때문에 베이나이트의 체적률을 10％ 이상으로 할 수 없다.

다음으로, 열간 압연 후의 조관 공정에 대해서 설명한다.

전봉 강관의 소재인 열연 강판(강대)(1)을, 도 1에 나타내는 바와 같은 제조 설비를 이용하여 전봉 강관을 제조한다. 예를 들면, 열연 강판(1)을 레벨러(2)에 의한 입측 교정을 실시한 후, 복수의 롤로 이루어지는 케이지 롤군(3)에서 중간 성형되어 원통 형상의 오픈 관으로 된 후, 복수의 롤로 이루어지는 핀 패스 롤군(4)에서 마무리 성형(롤 성형)된다. 마무리 성형의 후는, 스퀴즈 롤(5)로 압접하면서 강대(1)의 폭 단부를 용접기(6)로 전기 저항 용접하여 전봉 강관(7)을 얻는다. 또한, 본 발명에서는, 전봉 강관(7)의 제조 설비는 도 1과 같은 조관 공정에 한정되지 않는다.

그 후, 얻어진 전봉 강관(7)을, 상하 좌우에 배치된 롤에 의해 원통 형상인 채로 관축 방향으로 수％의 드로잉을 가하고, 계속해서 각형으로 성형하여 각형 강관을 얻는다. 도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의, 각형 강관의 성형 과정을 나타내는 개략도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 전봉 강관(7)은 복수의 롤로 이루어지는 사이징 롤군(사이징 스탠드(sizing stands))(8)에 의해 원통 형상인 채로 축경(縮徑)된 후, 복수의 롤로 이루어지는 각성형 롤군(각성형 스탠드)(9)에 의해, 순차적으로 R1, R2, R3과 같은 형상으로 성형되어, 각형 강관(10)이 된다. 각성형 스탠드의 롤은, 캘리버 곡률을 가진 구멍형 롤이고, 후단 스탠드가 됨에 따라, 캘리버 곡률 반경이 커져, 각형 강관의 평판부와 각부를 형성한다. 또한, 사이징 롤군(8) 및 각성형 롤군(9)의 스탠드수(numbers of stands)는 특별히 제한되지 않는다.

다음으로, 본 발명의 각성형의 제조 조건에 대해서, 설명한다.

롤 성형한 후, 용접하고, 각성형하여 각강관을 얻는 방법에 의해 성형되는 각형 강관은, 강판으로부터 한차례, 원통 형상으로 성형된 후, 각형 형상으로 성형된다. 이러한 제조 방법에서는, 둘레 방향의 굽힘 변형뿐만 아니라, 드로잉 변형에 의한 길이 방향의 변형이 발생하기 때문에, 결과적으로 둘레 방향의 굽힘의 중립축이 외표면측으로 이동하여, 내표면측의 경도가 커진다.

전술한 바와 같이, 강관 소재가 롤과 접촉함으로써, 평판부의 평탄도나 각부의 곡률 등의 치수 정밀도는 향상하기는 하지만, 롤로부터의 전단력을 받기 때문에, 롤과의 접촉부를 중심으로 한 가공 경화가 발생하는 것이 분명하다. 그 때문에, 각부의 과도한 가공 경화를 억제하기 위해서는 치수 정밀도와 양립할 수 있도록 롤과 각부의 접촉부를 제어할 필요가 있다.

그래서 본 발명자들은 각성형 시에 각부 근방에 롤이 접촉하지 않도록, 각성형 중의 롤 갭이나 롤의 캘리버 곡률을 설정하고, 원통 강관으로부터 각형 강관을 성형했다. 그 결과, 도 3에 나타내는 바와 같이, 각성형 공정에 있어서, 관축 방향에 대하여 수직인 단면에 있어서, 서로 이웃하는 변 길이를 각각 H₁(㎜) 및 H₂(㎜)(단, H₁≤H₂이고, H₁, H₂는 각각 최종 제품의 변 길이임)로 하고, H₁ 및 H₂의 중심 위치로부터 강관 내부를 향하여 그은 직선끼리가 교차하는 교점을 각형 강관 중앙부로 했을 때, H₁의 중심 위치로부터 강관 내부를 향하여 그은 직선 상에 있어서, 상기 각형 강관 중앙부로부터 장변 방향으로 1/2(H₂－H₁)만큼 오프셋시킨 점을 오프셋점으로 하고, 오프셋점으로부터 각형 강관의 각부 중앙으로 그은 직선과, 오프셋점으로부터 각부의 원호부 혹은 각형 강관의 평판부로 향하여 그어지는 직선이 이루는 중심각 θ가 하기식 (1)을 충족함으로써, 굽힘 가공에 의한 가공 경화가 작아, 표면 균열을 억제할 수 있다.

단,

H₁: 변 길이(단변)(㎜)

H₂: 변 길이(장변)(㎜)

t: 관두께(㎜)

이다.

각성형 공정에 있어서, 후단 스탠드측에서는, 롤의 캘리버 곡률 반경과, 각형 강관의 평판부의 곡률 반경이 거의 동등한 값이 되기 때문에, 후단 스탠드에서는 구멍형 롤과 각형 강관의 둘레 방향의 접촉 폭이 증가하여, 평판부 중심측으로부터 각부측으로 확대하면서 소망하는 각부 치수를 얻는다. 특히, 각형 강관의 최종 제품의 두께인 관두께 t와 변 길이 H의 비 t/H가 커지면, 변형의 강성이 커지기 때문에, 보다 구멍형 롤과 각형 강관의 둘레 방향의 접촉 폭을 각부 근방까지 확보할 필요가 있다. 한편, 각성형 시에, 각형 강관의 각부로 직접 구멍형 롤을 접촉시켜 각성형을 행한 경우, 구멍형 롤의 전단력에 의한 각부의 가공 경화가 현저해진다.

이러한 과도한 가공 경화를 발생시키지 않고, 소망하는 각부의 곡률 반경을 얻기 위해서는, 각성형의 전체 스탠드를 통과시켜, 구멍형 롤과 각형 강관이 접촉하지 않는 영역이, 각부의 정점에서 두께에 상당하는 둘레 방향의 거리까지 제어할 필요가 있다. 그 영역은 각형 강관의 최종 형상의 각부 중앙을 기준으로, 상기 (1)을 충족하는 강관 외표면측의 영역이다. 구멍형 롤과 각형 강관의 접촉 위치의 제어 방법으로서는, 예를 들면 구멍형 롤의 캘리버 곡률 반경이나 롤 간 갭을 조정하는 방법 등이 있지만, 이에 한정하지 않는다.

다음으로, 본 발명의 각형 강관을 사용한 건축 구조물에 대해서 설명한다.

도 4는, 본 발명의 실시 형태에 따른 건축 구조물을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 건축 구조물은, 본 발명의 각형 강관(10)이 복수 세워 설치되고, 기둥재로서 이용되어 있다. 서로 이웃하는 각형 강관(10)의 사이에는, H형강 등의 강재로 이루어지는 대들보(large beam)(11)가 복수 가설되어 있다. 또한, 서로 이웃하는 대들보(11)의 사이에는, H형강 등의 강재로 이루어지는 소들보(small beam)(12)가 복수 가설되어 있다. 각형 강관(10)과 다이어프램(13)을 용접하고, 거기에 대들보(11)가 되는 H형강을 용접함으로써, 서로 이웃하는 각형 강관(10)의 사이에 H형강 등의 강재로 이루어지는 대들보(11)가 가설되어 있다. 또한, 벽 등의 부착을 위해, 필요에 따라서 샛기둥(14)이 형성된다.

본 발명의 건축 구조물은, 각부 외표면측의 비커스 경도가 작은, 즉 가공 경화의 영향이 작은 본 발명의 각형 강관(10)을 사용하기 때문에, 맞댐 용접 시에 생기는 각부 열 영향부에 있어서의 응력 해방에 의한 표면 균열 등이 생기기 어렵다.

실시예

이하, 실시예에 기초하여, 본 발명에 대해서 더욱 설명한다.

표 1에 나타내는 성분 조성을 갖는 용강을 전로에서 용제하여, 연속 주조법으로 슬래브(slabs)(강 소재(steel materials))로 했다. 이들을 표 1에 나타내는 조건으로 가열, 열간 압연(조압연 및 마무리 압연), 수냉, 권취를 실시한 후, 방냉하여 소정의 마무리 판두께를 갖는 열연 강판으로 했다. 계속해서 얻어진 열연 강판을 롤 성형에 의해 원통 형상의 오픈 관 형상으로 이루고, 그 맞댐 부분을 전봉 용접한 후, 상하 좌우에 배치된 롤에 의해 원통 형상인 채로 관축 방향으로 수％의 드로잉을 가하여, 원통 강관을 얻었다.

계속해서, 얻어진 원통 강관으로부터, 2단의 사이징 스탠드를 거친 후, 4단의 각성형 스탠드를 거쳐 각부의 곡률이 판두께의 (2.5±0.5)배가 되는 각형 강관을 얻었다. 이 때, 각성형에 있어서, 각성형 스탠드의 구멍형 롤의 갭이나 캘리버 곡률을 변경하여, 각부 근방에 있어서의 롤과 각부의 둘레 방향의 접촉 폭을 제어했다. 각 각성형 스탠드에 있어서의 접촉 폭은, 원통 강관으로부터 각형 강관으로의 변형에 관한 유한 요소법에 의한 구조 해석을 이용하여, 설정하고 있는 구멍형 롤의 갭의 캘리버 곡률의 조건으로부터 얻어지는 접촉 폭을 산출했다. 상기 접촉 폭은, 식 (1)로부터 θ를 산출하고(표 2중의 허용 θ 하한), 성형 θ의 범위를 접촉하지 않도록 강관을 제조했다. 또한, 성형 θ는, 관의 평판부 중앙의 위치에서 접촉부의 둘레 방향 단부까지의 거리 L1을 측정하고, 그 L1로부터 성형 θ를 산출했다.

얻어진 각형 강관으로부터 시험편을 채취하여, 조직 관찰, 인장 시험, 샤르피 충격 시험, 경도 시험을 실시했다.

조직 관찰은, 주사형 전자 현미경(SEM)을 이용하여 각형 강관 평판부의 관 표면(강관 외표면)으로부터 t/4의 위치에 있어서 행했다. 여기에서는, 조직 관찰에 의해 얻어진 면적률을, 각 조직의 체적률로 했다. 얻어진 SEM상으로부터, 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 및 잔부 조직의 면적률을 구했다. 또한, SEM상에서는 마르텐사이트와 오스테나이트의 식별이 어렵기 때문에, 얻어진 SEM상으로부터 마르텐사이트 혹은 오스테나이트로서 관찰된 조직의 면적률을 측정하고, 그 다음에 후술하는 방법으로 측정한 오스테나이트의 체적률을 뺀 값을 마르텐사이트의 체적률로 했다. 관찰용 시료는, 관찰면이 열간 압연 시의 압연 방향 단면이 되도록 채취하고, 연마한 후, 나이탈 부식(etched in nital)하여 제작했다. 관찰 조건으로서, 배율을 2000배로 하고, 관찰 면적은 2500㎛²로 했다. 5시야 이상 관찰을 행하여, 각 시야에서 얻어진 조직의 평균값을 면적률로서 산출했다.

여기에서, 페라이트는 확산 변태에 의한 생성물이고, 전위 밀도가 낮아 거의 회복한 조직을 나타낸다. 폴리고널 페라이트 및 의(擬)폴리고널 페라이트(quasi-polygonal ferrite)가 이에 포함된다. 또한, 베이나이트는 전위 밀도가 높은 라스 형상의 페라이트와 시멘타이트의 복상 조직(dual-phase structure)이다.

오스테나이트의 체적률 측정은, X선 회절에 의해 행했다. 측정용 시료는, 회절면이 각형 강관 평판부의 관 표면으로부터 t/4의 위치가 되도록 연삭한 후, 화학 연마를 하여 표면 가공층을 제거하여 제작했다. 측정에는 Mo의 Kα선을 사용하고, fcc철의 (200), (220), (311)면과 bcc철의 (200), (211)면의 적분 강도로부터 오스테나이트의 체적률을 구했다.

인장 시험은, 인장 방향이 관축 방향과 평행해지도록, 각형 강관의 평판부로부터 JIS5호 인장 시험편 및 JIS12B호 인장 시험편을 각각 채취하고, 이들을 이용하여 JIS Z 2241의 규정에 준거하여 실시하여, 항복 강도, 인장 강도를 측정하고, (항복 강도)/(인장 강도)로 정의되는 항복비를 산출했다. 시험편 개수는 각 3개로 하고, 그들의 평균값을 대표값으로 했다.

샤르피 충격 시험은, 각형 강관의 각부의 관 표면으로부터 t/4 위치에 있어서 시험편 길이 방향이 관의 길이 방향과 평행해지도록 채취한 V 노치 시험편을 이용하여, JIS Z 2242의 규정에 준거하여, 시험 온도: 0℃에서 실시하여, 흡수 에너지(J)를 구했다. 또한, 시험편 개수는 각 3개로 하고, 그들의 평균값을 대표값으로 했다. 평균값이 70J 이상이 되는 경우를 ○, 70J 미만이 되는 경우를 ×로 했다.

경도 시험은, 관축 방향에 대하여 수직인 단면에 있어서, 각형 강관의 각부의 외표면 및 내표면으로부터 1㎜ 내측의 위치를, 마이크로 비커스 경도 시험기를 이용하여, JIS Z2244:2009의 규정에 준거하여, 시험력 9.8N으로 행했다. 여기에서 각부의 외표면 및 내표면으로부터의 1㎜ 내측의 위치란, 외표면측, 내표면측으로부터 1±0.2㎜의 범위의 위치를 가리킨다. 각각의 위치에서 경도를 각 5점 측정하고, 그들의 평균값을 대표값으로 했다.

또한, 표면 균열에 대해서는, 얻어진 각형 강관을 이용하여, 기둥-통과 다이어프램 용접 조인트의 용접 실험을 행했다. 용접 조건은 용접 와이어 JISZ3312 GJ59JA1UC3M1T, 입열 조건 40kJ/㎝ 이하, 패스 간 온도 350℃ 이하로 하고, 7층 9패스로 행했다. 용접 후, 용접부 주변에 있어서 강재 표면의 균열 발생의 유무를 판정했다.

이들 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2로부터, 본 발명예는 모두, 인성이 우수함과 함께, 표면 균열이 일어나고 있지 않다.

이상으로부터, 각성형 조건을 본 발명의 범위 내로 함으로써, 대형 건축물의 건축 부재 등에 이용되는, 인성이 우수함과 함께 표면 균열을 억제한 각형 강관을 제공할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 롤 성형한 강판을 전봉 용접하여 전봉 강관으로 하는 실시 형태로 설명했지만, 원통 형상으로 성형하는 것은, 심리스 강관(seamless steel pipe)이라도 좋다.

1 : 강대
2 : 레벨러
3 : 케이지 롤군
4 : 핀 패스 롤군
5 : 스퀴즈 롤
6 : 용접기
7 : 전봉 강관
8 : 사이징 롤군
9 : 각성형 롤군
10 : 각형 강관
11 : 대들보
12 : 소들보
13 : 다이어프램
14 : 샛기둥
H₁ : 변 길이(단변)
H₂ : 변 길이(장변)
θ : H₁의 중심 위치로부터 강관 내부를 향하여 그은 직선 상에 있어서, 각형 강관 중앙부로부터 장변 방향으로 1/2(H₂－H₁)만큼 오프셋시킨 점을 오프셋점으로 하고, 오프셋점으로부터 각형 강관의 각부 중앙으로 그은 직선과, 오프셋점으로부터 각부의 원호부와 직선부의 접속점을 향하여 그어지는 선으로 정해지는 중심각
t : 관두께

Claims

평판부와 각부(corner portion)를 갖는 각형(rectangular) 강관에 있어서,
상기 각형 강관은, 질량％로, C: 0.04∼0.50％,
Si: 0％ 초과 2.0％ 이하,
Mn: 0.5∼3.0％,
P: 0％ 초과 0.10％ 이하,
S: 0％ 초과 0.050％ 이하,
Al: 0.005∼0.10％,
N: 0％ 초과 0.010％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
상기 평판부의 항복 강도가 385㎫ 이상 및 인장 강도가 520㎫ 이상 그리고 항복비가 0.90 이하이고,
상기 각부의 비커스 경도는, 각부 외표면측의 비커스 경도보다도 각부 내표면측의 비커스 경도의 쪽이 크고, 상기 각부 외표면측의 비커스 경도가 280HV 이하이고, 또한 상기 각부 외표면측의 비커스 경도와 상기 각부 내표면측의 비커스 경도의 차가 80HV 이하이고,
각부 외표면측의 0℃의 샤르피 흡수 에너지 vE₀이 70J 이상인 각형 강관.
제1항에 있어서,
관 표면으로부터 t/4(t는 관두께)의 위치에 있어서의 강 조직이, 체적률로 30％ 초과의 페라이트 및 10％ 이상의 베이나이트를 포함하고, 또한 페라이트와 베이나이트의 체적률의 합계가 70％ 이상 95％ 이하이고, 잔부가 펄라이트, 마르텐사이트, 오스테나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 각형 강관.
제1항에 있어서,
추가로, 질량％로, 이하의 (A) 및 (B) 중 적어도 하나를 함유하는 각형 강관.
(A) Nb: 0.005∼0.150％, Ti: 0.005∼0.150％, V: 0.005∼0.150％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
(B) Cr: 0.01∼1.0％, Mo: 0.01％∼1.0％, Cu: 0.01∼0.50％, Ni: 0.01∼0.30％, Ca: 0.0005∼0.010％, B: 0.0003∼0.010％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
삭제
각형 강관의 제조 방법으로서, 평판부와 각부를 갖는 상기 각형 강관은, 질량％로, C: 0.04∼0.50％, Si: 0％ 초과 2.0％ 이하, Mn: 0.5∼3.0％, P: 0％ 초과 0.10％ 이하, S: 0％ 초과 0.050％ 이하, Al: 0.005∼0.10％, N: 0％ 초과 0.010％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
상기 평판부의 항복 강도가 385㎫ 이상 및 인장 강도가 520㎫ 이상 그리고 항복비가 0.90 이하이고,
상기 각부의 비커스 경도는, 각부 외표면측의 비커스 경도보다도 각부 내표면측의 비커스 경도의 쪽이 크고, 상기 각부 외표면측의 비커스 경도가 280HV 이하이고, 또한 상기 각부 외표면측의 비커스 경도와 상기 각부 내표면측의 비커스 경도의 차가 80HV 이하이고,
각부 외표면측의 0℃의 샤르피 흡수 에너지 vE₀이 70J 이상인 각형 강관의 제조 방법으로서,
원통 형상으로 성형한 후, 각형 형상으로 각성형(rectangular shape-forming)을 행하는 각형 강관의 제조 방법에 있어서, 상기 각성형을 행하는 각성형 공정은, 관축 방향에 대하여 수직인 단면에 있어서, 서로 이웃하는 변 길이를 각각 H₁(㎜) 및 H₂(㎜)(H₁≤H₂)로 하고, H₁ 및 H₂의 중심 위치로부터 강관 내부를 향하여 그은 직선끼리가 교차하는 교점을 각형 강관 중앙부로 했을 때, H₁의 중심 위치로부터 강관 내부를 향하여 그은 직선 상에 있어서, 상기 각형 강관 중앙부로부터 장변 방향으로 1/2(H₂－H₁)만큼 오프셋시킨 점을 오프셋점으로 하고, 오프셋점으로부터 각형 강관의 각부 중앙으로 그은 직선과, 오프셋점으로부터 각부의 원호부 혹은 각형 강관의 평판부로 향하여 그어지는 직선이 이루는 중심각 θ가 하기식 (1)을 충족하는 각형 강관의 제조 방법.

단,
H₁: 변 길이(단변)(㎜)
H₂: 변 길이(장변)(㎜)
t: 관두께(㎜)
이다.
제1항 또는 제3항에 기재된 성분 조성을 갖는 강 소재를 가열 온도: 1100∼1300℃로 가열한 후, 조압연 종료 온도: 850∼1150℃로 하는 조압연을 실시하고, 마무리 압연 종료 온도: 750∼850℃로 하는 마무리 압연을 실시하고, 또한 조압연과 마무리 압연의 양쪽에 있어서의 930℃ 이하에서의 합계 압하율이 65％ 이상으로 하고, 이어서, 판두께 중심 온도로 냉각 개시에서 냉각 정지까지의 평균 냉각 속도가 10∼30℃/s가 되는 냉각 속도로 냉각 정지 온도: 450∼650℃까지 냉각하여 권취하고, 그 후 방냉하고, 계속해서 롤 성형에 의해, 원통 형상으로 성형한 후, 롤 성형한 강판을 전봉 용접하여 전봉 강관으로 한 후, 상기 전봉 강관을 각형 강관으로 각성형을 행하는 각성형 공정에 있어서, 관축 방향에 대하여 수직인 단면에 있어서, 서로 이웃하는 변 길이를 각각 H₁(㎜) 및 H₂(㎜)(H₁≤H₂)로 하고, H₁ 및 H₂의 중심 위치로부터 강관 내부를 향하여 그은 직선끼리가 교차하는 교점을 각형 강관 중앙부로 했을 때, H₁의 중심 위치로부터 강관 내부를 향하여 그은 직선 상에 있어서, 상기 각형 강관 중앙부로부터 장변 방향으로 1/2(H₂－H₁)만큼 오프셋시킨 점을 오프셋점으로 하고, 오프셋점으로부터 각형 강관의 각부 중앙으로 그은 직선과, 오프셋점으로부터 각부의 원호부 혹은 각형 강관의 평판부로 향하여 그어지는 직선이 이루는 중심각 θ가 하기식 (1)을 충족하는 각형 강관의 제조 방법.

단,
H₁: 변 길이(단변)(㎜)
H₂: 변 길이(장변)(㎜)
t: 관두께(㎜)
이다.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 각형 강관을 이용한 건축 구조물.