JP3680652B2 - H形鋼の製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱間圧延後、冷却を行うH形鋼の製造方法に関し、特に冷却後、矯正機あるいはプレスによる矯正作業なく能率よくH形鋼を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、建築用の部材に対する耐震性の要望が強まり、柱材や梁材用に強度や靭性に優れたH形鋼が求められ、その製造方法として制御圧延や制御冷却が適用されている。
【0003】
制御圧延や制御冷却は高強度・高靭性の鋼材の一般的な方法であり、制御圧延は1000℃以上に加熱したスラブやCCBB(continuous casting beam blank)素材を一旦中程度の厚みまで粗圧延し、その後、鋼板の温度が未再結晶温度域やあるいはその近傍の温度域で最終の仕上げ圧延を行うもので、制御冷却は圧延後加速冷却によってAr3温度以上から500℃程度まで冷却し、強度を確保するものである。
【0004】
H形鋼のフランジに対して、仕上げ圧延機後方の加速冷却装置により制御冷却を行う方法として、フランジ内外面から同時に冷却する方法(特公平5−73806号公報、以下先行技術1)、多段にスプレーノズルを配置しガイドの後方からガイドに設けたスリットを通してH形鋼のフランジ外面を冷却する方法(特開平5−317948号公報、以下先行技術2)がある。
【0005】
先行技術1の場合、H形鋼自体、図1に示すようにフランジ1,フランジ幅(H),フランジ厚み(t2),ウエブ2、ウエブ高さ(B),ウエブ厚み(t1)の各寸法が多様であるため、多品種のH形鋼を能率よく製造するためにはフランジ内面の冷却装置の幅、位置、高さ等を容易に変更できる複雑な構造とするか、あるいは冷却装置の位置調整を自在とする機構が必要であり、更に内面に冷却装置を設けるため、H形鋼との衝突の危険性もあり、安定操業の点でも問題があった。
【0006】
先行技術2の場合、スプレーノズルを多段に配置し、フランジ外面を冷却する方法であり、フランジが外面側からのみ冷却されるため加速冷却等の強冷却の場合、冷却中にフランジ外面を凹にした反り(図2(1))が発生する。冷却後、冷却床上で全体の温度が下がるにつれ、フランジ外面を凸にした曲がり(図2(2))が発生し、結局H形鋼が常温になった状態ではフランジ外面を凸にした曲がりが残留し、その後、矯正機やプレスによる矯正作業が発生していた。特に、残留曲がりがフランジ外面を凸にした曲がりは矯正作業が難しく、コスト高となっていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、仕上げ圧延機後方の加速冷却装置により制御冷却を行う方法において、内外面から冷却する方法は装置が複雑となり、外面から冷却する方法は冷却後、矯正する工程が不可欠であった。本発明は、複雑な装置を用いることなく、外面からの冷却のみにより熱歪が少ないH形鋼の製造方法を提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はH形鋼の冷却工程後の形状に及ぼすH形鋼各部の温度分布の影響を詳細に検討し、仕上げ圧延前におけるフランジ外面の温度分布が重要なことを把握した。すなわち、フランジ外面における温度分布を、ほぼ均一又はフィレット部3(図1中、フランジ1とウエブ2の付け根の部分)のみを低温とした後、仕上げ圧延でフランジの開き角度を零とした場合、冷却工程後においてもフランジの開き角度は零で変化せず、鉛直を保つことが可能であることを見出した。
【0009】
本発明の要旨は以下のとおりである。
【0010】
1.仕上げ圧延後、フランジ外面に冷却水を噴射し、加速冷却を行なうH形鋼の製造方法において、仕上圧延工程前にフランジ外面温度分布を、均一又はフィレット部のみを該周辺部よりも低温となるように冷却することを特徴とするフランジの開き角度が零である強度と靱性に優れたH形鋼の製造方法。
【0011】
【発明の実施の形態】
図4は本発明の製造の実施の形態を示す概略図である。スラブを加熱炉7により加熱後、ブレークダウンミル8によりH形鋼形状の素材に圧延し、第1の粗圧延機群9及び第2の粗圧延機群11でのリバース圧延により、各部寸法を圧延成形する。その後、仕上げ圧延を行うが、本発明では仕上げ圧延前にフィレット部を外側より冷却し、フランジ外面の温度分布を均一、又は温度分布においてフィレット部を低温とする。本発明での均一とは、本発明の目的を達成しうる程度に実質的に均一であればよく、例えば、フィレット部の温度がフランジ部の温度に比べて+30℃から−50℃の範囲内にあれば良い。なお、ここでフィレット部の温度とはフランジ上端または下端から1/2Bにおける外面復熱温度、フランジ温度とはフランジ上端または下端から1/4Bの位置における外面復熱温度である。
【0012】
フィレット部は、熱的に容量が大きく冷却されにくく、仕上げ圧延前のフランジ外面温度分布では高温となり、冷却工程後の熱歪による変形の原因となるため冷却する。冷却は粗圧延工程以降、仕上げ圧延前に実施すればよく、特にその時期、方法は規定しないが、本実施例では設備コストを考慮し、粗圧延機の前後に設けられたサイドガイド10a,10bに、ノズル高さとスプレー幅の変更が可能なスプレーノズルで、フランジ外面のフィレット部を選択的に冷却する冷却機構を組み込み、フランジ外面よりフィレット部を冷却した。
【0013】
冷却後、仕上げ圧延機12の竪ロール5a、5b、水平ロール6a,6bとのギャップを調整し、圧延後のフランジの開き角度を零に仕上げた後、冷却装置13によりフランジ外面を加速冷却し、その後、熱間切断機で所定の長さに切断後、冷却床14に室温まで放置した。
【0014】
【実施例】
本発明の効果を実施例により説明する。以下に図4に示す設備配置列を用いて、仕上げ圧延終了時点のウエブ高さHが572mm,フランジ幅Bが510mm,ウエブ厚みが60mm,フランジ厚み80mm,長さ13mのH形鋼を製造した実施例について、説明する。
【0015】
本実施例では、板厚250mmのスラブを加熱炉7により1250℃に加熱後、ブレークダウンミル8によりH形鋼形状の素材に圧延し、第1の粗圧延機群9及び第2の粗圧延機群11でのリバース圧延により、各部寸法を圧延成形する。リバース圧延は制御圧延とした。粗圧延後、ユニバーサル方式の粗圧延機11によりリバース圧延し、フィレット部を冷却後、仕上げ圧延を行い、その後、フランジを加速冷却する。
【0016】
フィレット部の冷却は、第2の粗圧延機11前後の長さ各々10mのサイドガイド10a,10bに設けた冷却装置により、フランジ外面部のフィレット部を幅70mmに亘って水量密度1500l/minm2で,冷却した。その結果、約900℃となったフランジ外面部においてフィレット部のみ約850℃と低温となり、フィレット部を冷却しない場合と比較して約150℃低下していた。
【0017】
仕上げ圧延機12の直前では、復熱し、約20〜30℃温度が上昇する。尚、フランジ外面の温度はフランジ上端又は下端から1/4Bの位置における外面復熱温度で、フィレット部の温度は1/2Bにおける温度とした。
【0018】
仕上げ圧延では、粗圧延終了時、フランジの開き角度αが0.46度と外側に開いた形状を、開き角度αを零となるように圧延し、フランジを鉛直とした。その後、冷却装置13にH形鋼を搬入し、後端が装置内に入ったと同時に冷却水を水量密度1500l/minm2で噴射し、オッシレーションさせながら120秒間冷却した。冷却復熱後、上述したフランジ外面温度は500℃で長手方向に均一であった。
【0019】
冷却後、熱間切断機で採寸,切断後、冷却床に搬送し、自然放冷を行なった。常温となった時点でも、フランジの開き角度αは零であり、矯正する必要はなかった。
【0020】
次に、比較例1〜3として、フランジ外面冷却の有無及び冷却実施時期により、フランジ外面の温度分布を変化させ、H形鋼を製造した。それぞれの比較例は本発明の実施例と同じく図4に示す設備配置列を用い、製造した。
【0021】
比較例1は、粗圧延の段階で、フランジ外面冷却をせずに、仕上げ圧延を行うもので
粗圧延後、仕上げ圧延前のフランジ外面の温度分布はフィレット部が1000℃、フランジが900℃とフィレット部が高温となった中高の形状となっている。
【0022】
比較例2は、粗圧延の段階で、第2の粗圧延機のサイドガイドに組み込んだ冷却装置によりフランジ全幅を冷却するもので、冷却後、フランジ外面の温度分布はフィレット部が高温となった中高の形状であるが、フィレット部が850℃、フランジが800℃となった。
【0023】
比較例3は、仕上げ圧延前には、フランジ外面の冷却は行なわず、仕上げ圧延後の加速冷却の直前にフィレット部のみを冷却した。冷却は上述した本発明の実施例における粗圧延時のフィレット冷却条件と同等の条件で行なった。以上、いずれの比較例でも、仕上げ圧延ではフランジの開き角度を零とし、フランジを立てた形状とした。
その後、強度を向上させるための加速冷却を行ない、熱間切断機で採寸,切断後、冷却床に搬送し、自然放冷を行なった。
【0024】
常温となった時点で、図5に示すフランジの足先部の外寸法Hc,フランジの中央部Htを測定した。表1に本発明実施例の測定結果と合わせて示す。いずれの比較例の場合でも、矯正機の繰り返し曲げによるフランジの開き角度の矯正が必要であった。比較例1の場合、フランジの内側への倒れこみが大きく、フランジの開き角度を零とすることは難しかった。比較例2,3は比較例1よりフランジの内側への倒れこみが小さかったものの矯正作業が必要であった。
【0025】
また、比較例2によるH形鋼のフランジ部は、フランジ部の上から1/4、3/4において強度が低くなったが、粗圧延時のフランジの全面冷却により、仕上げ圧延後の加速冷却における冷却開始温度がフィレット部を除いて強度の確保に必要な温度を下回った結果と考えられる。
【0026】
【表1】
Figure 0003680652
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、強度と靭性に優れたH形鋼を加速冷却により製造する場合、冷却によるフランジの変形を生じないので、精整工程における矯正作業が不要となり、低コストで高能率な生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】H形鋼の各部の名称を示す図
【図2】仕上げ圧延後の冷却過程におけるH形鋼の形状を示すもので、(1)は加速冷却後、(2)は冷却床上で冷却後の変形状態を示す図
【図3】仕上げ圧延の状況を示すもので、(1)は圧延前のフランジの開き角度α(2)は圧延後の形状、(3)は圧延中の状況を示す図
【図4】H形鋼を製造する設備の配置を示す図
【図5】H形鋼におけるフランジの変形を示す図
【符号の説明】
1…フランジ
2…ウエブ
3…フィレット
4…フランジ開き角度
5a,5b…竪ロール
6a,6b…水平ロール
7…加熱炉
8…ブレークダウン圧延機
9…第一の粗圧延機群
10a,10b…サイドガイド(冷却装置)
11…第二の粗圧延機群
12…仕上げ圧延機
13…冷却装置
14…冷却床

Claims (1)

  1. 仕上げ圧延後、フランジ外面に冷却水を噴射し、加速冷却を行なうH形鋼の製造方法において、仕上圧延工程前にフランジ外面温度分布を、均一又はフィレット部のみを該周辺部よりも低温となるように冷却することを特徴とするフランジの開き角度が零である強度と靱性に優れたH形鋼の製造方法。
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