[发明专利]H 型钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于建筑结构物的结构构件等的韧性优异的高强度极厚H型钢及其制造方法。

本申请基于2012年11月26日在日本申请的特愿2012-257892号主张优先权，在此援引其内容。

背景技术

对于建筑结构物、特别是超高层化了的建筑物而言，一直希望可使用壁厚为100mm以上的H型钢(以下称作极厚H型钢)。通常来说，钢铁材料存在强度越大或者制品的厚度越大则韧性越低的倾向。因此，高强度且厚的钢材难以确保韧性。

另外，与钢板等相比，H型钢的形状是特异的。H型钢优选以万能轧制来制造，但在万能轧制中轧制条件(温度、压下率)受到限制。因此，特别是在极厚H型钢的制造中，腹板(web)、翼缘(flange)、圆角(fillet)的各部位会在轧制中的温度过程(temperature history)、压下率、加速冷却时的冷却速度上产生大的差异。其结果是，在极厚H型钢的截面内，根据位置的不同，强度、延展性、韧性上产生大的差异。

特别是，在将通过连续铸造而得到的铸坯进行热轧来制造极厚H型钢时，难以通过晶粒的微细化来确保韧性。这是因为，极厚H型钢的轧制比通常的厚钢板的轧制要更为耗时，轧制结束时的内部的温度与表层的温度相比更容易变得非常高。

以往，对于提高H型钢的韧性，例如专利文献1提出了通过使Ti系氧化物分散于钢中而生成晶粒内铁素体来使晶粒微细化的方法。另外，例如专利文献2～4提出了除了通过Ti氧化物和TiN的微细分散以外还通过温度受控轧制和加速冷却来制造高强度且韧性优异的轧制型钢的方法。

另外，例如专利文献5～7提出了使氧化物分散并通过分散了的氧化物的钉扎效应将组织微细化来使韧性提高的方法。专利文献5是利用包含Mg的微细的氧化物来使极厚H型钢的韧性提高的技术；专利文献6和7是利用Ti氧化物来使极厚H型钢的韧性提高的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-263182号公报

专利文献2：日本特开平10-147835号公报

专利文献3：日本特开2000-54060号公报

专利文献4：日本特开2001-3136号公报

专利文献5：日本特开2000-328174号公报

专利文献6：国际公开2010-013358号小册子

专利文献7：国际公开2011-065479号小册子

发明内容

发明所要解决的问题

为了确保钢材的表面附近的强度，需要在表面附近达到相变开始温度(Ar₃点)之前结束轧制，接着开始水冷，由此使得贝氏体等低温相变组织生成。但是，在制造翼缘厚为100mm以上的极厚H型钢的情况下，存在轧制过程中表面与内部的温度差变大的倾向。本发明的发明者们利用计算机模拟进行了研究，结果发现：例如，在制造翼缘厚为125mm的H型钢时，表面与内部的温度差会达到200℃以上。

所以，就极厚H型钢而言，若在钢材表面达到铁素体相变开始温度(Ar₃点)之前结束轧制，则钢材内部的温度有时为1100℃以上，有可能会导致奥氏体晶粒的粗大化。因此，若从极厚H型钢的内部采取试样，则韧性有时会明显降低。

此外，在热轧后进行水冷的情况下，难以提高钢材内部的冷却速度。因此，在钢材内部，难以将组织微细化。

本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于：提供韧性优异的高强度极厚H型钢及其制造方法。此外，本发明的H型钢不是将钢板焊接(welding)而形成的组合H型钢，而是通过热轧、特别是通过万能轧制而成型的不需要淬火、回火等调质处理的非调质的轧制H型钢。

此外，在本发明中，高强度是指抗拉强度为550MPa以上。

用于解决问题的手段

为了提高H型钢的韧性，优选通过将奥氏体晶粒微细化并且使其含有合金元素来提高淬透性，从而抑制晶界铁素体的生成，制成贝氏体主体的组织。本发明的发明者们为了确保极厚H型钢的韧性，对热轧中奥氏体粒径的微细化所需的氧化物粒子的种类、尺寸及密度和水冷时为了使组织微细化所需的化学组成进行了详细研究。