JPH11123404A - 形鋼製造用矩形鋼片の加熱方法並びに形鋼の粗圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は従来技術のように加熱炉以外に別途
特別の冷却装置或は加熱装置を設置することなしに、簡
便な手段で加熱炉内で形鋼製造用矩形鋼片を偏熱し、鋼
片に温度差を付与する加熱方法、並びに加熱した鋼片を
圧延する形鋼の粗圧延方法を提供する。 【解決手段】 形鋼製造用矩形鋼片を加熱炉で、矩形鋼
片のフランジ相当部分もしくはウェブ相当部分を熱遮蔽
体で被覆して加熱することにより鋼片中央部のウェブ相
当部分と鋼片両端部のフランジ相当部分とに、フランジ
相当部分が設定温度以上高くなる温度差を付与して加熱
された矩形鋼片を、孔型底部中央に突起を有する上下ロ
ールからなる二重式粗圧延機を用いて、前記フランジ相
当部分の矩形鋼片短辺に前記上下ロールの突起で凹溝を
形成し、順次割広げ圧延してフランジを生成せしめるこ
とを特徴とするＨ形鋼の粗圧延方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｈ形鋼等の形鋼製
造用矩形鋼片の加熱方法並びに形鋼の粗圧延方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ウェブとフランジを有する形鋼、
例えばＨ形鋼は鋼塊から分塊圧延された鋼片或は連続鋳
造スラブを加熱炉で圧延に必要な温度まで加熱し、温度
分布が一様となるように熟熱させた後、これを素材とし
て圧延することによって製造されている。

【０００３】例えば、図１に示すように、連続鋳造スラ
ブ等の矩形鋼片１を素材としたＨ形鋼製造におけるエッ
ジング圧延は、矩形鋼片１を加熱した後、矩形鋼片の幅
方向に孔型底部中央に突起を有する上下ロール２、３か
らなる二重式粗圧延機により圧下を加え、フランジ相当
部分の矩形鋼片短辺に上下ロールの突起４で凹溝を形成
し、フランジ部５を大きく造形している。

【０００４】ところが、エッジング圧延工程では、矩形
鋼片素材の幅方向に圧下を加えるに従い、端部に変形が
集中して、大きく両端部が膨らみ、フランジ部が形成さ
れると共に素材の高さが次第に小さくなる。そして、素
材の高さがある値になると、素材の中央部が膨らむよう
に変形する現象が生じて、それ以上端部の広がりが生じ
なくなり、フランジ部を大きく造形しようとしても限界
があることが知られている。また、実際には使用できる
スラブ幅やロール直径、１パスあたりの圧下量に制約が
あるので、通常の圧延で生成できるフランジには限界が
ある。

【０００５】このため、フランジ部の生成効率を高める
ための発明が種々提案されている。例えば、特開平８−
１９２２０１号公報では、スラブを素材としてその幅方
向にエッジング圧延を行い、ドッグボーン型粗形鋼片を
製造する方法において、エッジング圧延開始前あるいは
エッジング圧延途中のいずれか、もしくは、エッジング
圧延開始前およびエッジング圧延途中の両方で、スラブ
の幅方向に相当する被圧延材の両面の特定幅域を長手方
向に亘って、１回ないしは複数回、冷却してスラブ幅方
向に温度差を強制的に生じせしめてエッジング圧延する
ドッグボーン型粗形鋼片の製造方法、即ち、スラブのエ
ッジング圧延の際、圧下方向に温度差を付与し、両端部
の変形抵抗の大きさを相対的に小さくすることによっ
て、両端部にさらに変形を集中させてフランジ部の生成
効率を高め、結果として、大きなフランジ幅とフランジ
厚のＨ形鋼製品を得る方法が開示されている。

【０００６】また、特開昭６２−３３７１９号公報で
は、板状スラブに対して、ボックス孔型を有する圧延ロ
ールによりスラブ幅方向圧下を行い、スラブの幅方向の
両端部に幅広がりを生ぜしめてドッグボーン形断面形状
の粗形鋼片とする圧延工程において、スラブを加熱炉か
ら抽出した後、スラブ幅方向の両端部を上下に相対して
設けた誘導加熱装置で加熱してから粗形圧延を行う加熱
方法、即ち、加熱炉内での素材の加熱は圧延に支障のな
い最低限の温度で行い、加熱炉抽出直後の素材の圧延上
問題となる部分のみを局部的に誘導加熱を行ってから圧
延するＨ形鋼粗形鋼片の加熱方法が開示されている。

【０００７】前者の方法は、加熱炉抽出後のスラブを冷
却装置により冷却してスラブの圧下方向に温度差を付与
することを特徴とし、後者の方法は、加熱炉抽出後に誘
導加熱装置によりスラブの局部を加熱してスラブに温度
差を付与することを特徴としているものであって、両者
の方法は、冷却と加熱との処理方法が異なっているもの
の、いずれもスラブに温度差を付与する点では軌を一に
する技術である。

【０００８】しかしながら、前者の方法は、加熱炉内で
のスラブの加熱温度を所定の温度よりも高く設定する必
要があり、燃料原単位が高くなると共に、加熱したスラ
ブを冷却装置により冷却するため熱効率に問題があり、
しかも冷却装置を設置する設備費が嵩むこととなる。ま
た、後者の方法は、加熱炉内でのスラブの加熱温度は低
く設定できるものの、誘導加熱による加熱制御を別途行
わなければならず、しかも誘導加熱装置を設置する設備
費が嵩む上、熱効率から消費電力が膨大になるという問
題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は従来
技術のように加熱炉以外に別途特別の冷却装置或は加熱
装置を設置することなしに、簡便な手段で加熱炉内で形
鋼製造用矩形鋼片を偏熱し、鋼片に温度差を付与する加
熱方法、並びに加熱した鋼片を圧延する形鋼の粗圧延方
法を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、矩形鋼片を
スラブ幅方向にエッジング圧延してＨ形鋼等の形鋼のフ
ランジ部を形成する場合に、鋼片の端部の温度が幅中央
部より高温である方が断面内での変形が大きくなり、フ
ランジ部の厚みを出し易いことに鑑み、加熱炉内で矩形
鋼片を加熱する際に、鋼片に偏熱を付与する加熱方法に
ついて研究した。その結果、矩形鋼片の表面に鉄板を巻
き付ける等して、熱遮蔽体で被覆して、これを加熱炉に
挿入して加熱すると、矩形鋼片の加熱温度分布が不均一
となり、温度差を付与し得ることを知見した。

【００１１】本発明は、この知見に基づいて完成したも
ので、その要旨は次の通りである。

【００１２】（１） 形鋼製造用矩形鋼片を加熱炉で加
熱するに際し、鋼片中央部のウェブ相当部分と鋼片両端
部のフランジ相当部分とに、設定温度以上の温度差を付
与して加熱することを特徴とする形鋼製造用矩形鋼片の
加熱方法。

【００１３】（２） フランジ相当部分がウェブ相当部
分より設定温度以上高い温度差を付与して加熱すること
を特徴とする前記（１）記載の加熱方法。

【００１４】（３） 矩形鋼片の在炉時間もしくは炉内
雰囲気温度、あるいは在炉時間と炉内雰囲気温度の双方
を制御して温度差を付与して加熱することを特徴とする
前記（１）または（２）記載の加熱方法。

【００１５】（４） 矩形鋼片のフランジ相当部分もし
くはウェブ相当部分を熱遮蔽体で被覆して加熱すること
を特徴とする前記（１）または（２）記載の加熱方法。

【００１６】（５） 熱遮蔽体が設定厚の鉄板であるこ
とを特徴とする前記（４）記載の加熱方法。

【００１７】（６） 形鋼製造用矩形鋼片を加熱炉で、
鋼片中央部のウェブ相当部分と鋼片両端部のフランジ相
当部分とに、フランジ相当部分が設定温度以上高くなる
温度差を付与して加熱された矩形鋼片を、孔型底部中央
に突起を有する上下ロールからなる二重式粗圧延機を用
いて、前記フランジ相当部分の矩形鋼片短辺に前記上下
ロールの突起で凹溝を形成し、順次割広げ圧延してフラ
ンジを生成せしめることを特徴とするＨ形鋼の粗圧延方
法。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明では、矩形鋼片、即ちスラ
ブを加熱炉で加熱するに際して、鉄板、セラミックス
板、耐熱塗料等の熱遮蔽体で被覆して加熱し、スラブに
温度差を付与することを１つの特徴としたものである。
スラブに偏熱が生じる理由としては、加熱炉内での熱伝
達が、輻射伝熱と対流熱伝達によって生じているので、
熱遮蔽体で被覆したスラブを加熱炉内に挿入すると、加
熱炉内の熱は熱遮蔽体を昇温させ、次いで熱遮蔽体から
の輻射伝熱によって温度分布が不均一となるようにスラ
ブの温度を昇温させるものと考えられる。したがって、
熱遮蔽体の存在によってスラブの昇温速度を不均一に制
御できるものであるから、炉内雰囲気温度、在炉時間等
を選択してこの昇温速度を制御すれば、スラブに偏熱を
生じさせることが可能となるのである。

【００１９】鉄板で被覆したスラブの加熱の場合と通常
加熱したスラブの場合との昇温状態についての比較実験
を行った。

【００２０】表１に加熱条件としての加熱炉の炉温とス
ラブの滞留時間との関係を示す。

【００２１】

【表１】 鉄板巻きのスラブは、０．２５ｍｍ厚の鉄板でスラブの
全面を被覆して供試材とした。

【００２２】表１に示す条件で加熱したスラブの在炉時
間と温度とを測定し、その結果を図２及び図３に示す。

【００２３】図２の（ａ）、（ｂ）は、それぞれスラブ
の通常加熱を行った際のスラブ端面とスラブ幅中央につ
いての在炉時間と温度との関係を示す図で、図３の
（ａ）、（ｂ）は、それぞれ鉄板巻きのスラブを加熱し
た際のスラブ端面とスラブ幅中央についての在炉時間と
温度との関係を示す図である。

【００２４】通常加熱の場合では、図２の（ａ）、
（ｂ）に示すように、スラブ端部は温度上昇は早く、板
厚中心を含めて、１５０ｍｉｎで予熱帯の炉温に達す
る。加熱帯では３０ｍｉｎ後にはほぼ炉温に接近する。
均熱帯は設定温度が加熱帯より５０℃低いためスラブ温
度も降下していき、抽出時（在炉２７０ｍｉｎ）は熟熱
されている。板幅中央部は端部に比較して昇温は遅く、
板厚中心では均熱帯入口でも、加熱帯の設定温度より３
０℃低い。しかし、均熱帯の設定温度より高温に達して
おり、抽出時は全断面熟熱の状態となっている。

【００２５】これに対して、鉄板巻きの加熱の場合で
は、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように鉄板でカバーす
ると、スラブの温度上昇は大幅に遅れる。これは鉄板厚
みが０．２５ｍｍと薄いにもかかわらず炉温に追従して
昇温しないためであり、さらに輻射熱伝達量が鉄板とス
ラブの両方の輻射率に依存することも影響している。薄
い鉄板の温度が炉温に追従しないのは、鉄板のエンタル
ピーが炉体からの入熱量とスラブへの放熱量の差によっ
て変化するためである。昇温の遅れの影響は特にスラブ
幅中央部で顕著で、抽出時（在炉２７０ｍｉｎ）の板厚
平均温度は炉設定温度よりまだ数十度低い状態である。
均熱時間を１２０ｍｉｎに延長（在炉３３０ｍｉｎ）し
てもまだ熟熱状態には至らない。

【００２６】図４は、通常加熱と鉄板巻き加熱とのそれ
ぞれのスラブ幅方向部位での板厚平均温度を示す図であ
る。図４に示すように、通常加熱の場合と異なり、鉄板
巻きの加熱の場合は、加熱炉抽出時にスラブ端面とスラ
ブ幅中央とでは温度差が生じている。これは鉄板からス
ラブへの入熱が最も早いスラブ角部からの熱伝導距離に
依存するためである。

【００２７】また、図２（ａ）、（ｂ）から明らかなよ
うに通常加熱の場合でも在炉時間を調整すれば、鉄板巻
き加熱の場合と同様の温度分布を付与することができ、
したがって、炉内雰囲気温度、あるいは在炉時間と炉内
雰囲気温度の双方を制御することによってもスラブに所
定の温度差を付与することができる。

【００２８】また、熱遮蔽体としては、鉄板、セラミッ
クス板、耐熱塗料等の熱遮蔽が可能な材料であれば使用
可能であるが、設定厚の鉄板を用いる場合が安価でかつ
鉄板巻き施工が容易であると共に、そのままの状態で圧
延に供することができるので好ましい。

【００２９】そして、熱遮蔽体でスラブを被覆するに当
っては、全体を被覆しても良いが、被覆による昇温速度
制御効果をより高めるには、特に、スラブの圧延を施さ
ない部分、例えばウェブ相当部分もしくはフランジ相当
部分等を被覆することが好ましい。これによって、スラ
ブの圧延を施す部分の温度をその他の部分よりも高い設
定温度に容易に加熱でき、スラブに温度差を付与するこ
とができるからである。

【００３０】即ち、フランジ成形のための加熱方法とし
ては、スラブのフランジ相当部分の温度がウェブ相当部
分の設定温度よりも高い温度となるようにスラブ全体あ
るいはウェブ相当部分を熱遮蔽体で被覆して加熱炉で加
熱すればよい。そして、フランジ相当部分の温度が高い
スラブを、孔型底部中央に突起を有する上下ロールから
なる二重式粗圧延機を用いて、フランジ相当部分のスラ
ブ短辺にロールの突起で凹溝を形成し、順次割広げ圧延
をすれば、フランジ部を高効率に生成することができ
る。

【００３１】一方、溝型鋼などでウェブを積極的に圧延
して板厚を小さくするとともに、フランジ部を形成する
ような場合には、ウェブ相当部分が、フランジ相当部分
よりも高温になるようにフランジ相当部分を被覆して加
熱してから圧延すると良い。

【００３２】ここでスラブに付与する設定温度以上の温
度差の「設定温度」とは、目的とする製品サイズや造形
効率の増大量によって変化するものであるが、顕著な効
果を得るには、約５０℃以上の温度差を付与する必要が
ある。目標とする温度差を付与するための条件はスラブ
の材質、サイズ等により変化するものであるから適宜選
択する。

【００３３】図５は、フランジ生成部を示す粗圧延Ｈ形
鋼の断面図である。図５に示すように、通常加熱のスラ
ブを用いて形成したフランジ部（点線で示す部分）より
も、本発明の鉄板巻き加熱方法によるスラブを用いて形
成したフランジ部（実線で示す部分）は、ｔで示す増加
量分だけ大きく造形することができ、フランジ広がり効
率が向上していた。

【００３４】

【実施例】

（実施例１）幅１５００ｍｍ厚み３００ｍｍスラブから
ウェブ高さ５００ｍｍ、フランジ幅５００ｍｍの極厚Ｈ
形鋼を製造した実施例について説明する。鉄板を巻かな
いスラブと、スラブの長手方向両端面を除く全表面に板
厚０．２５ｍｍの鉄板を巻いたスラブを、加熱炉で予熱
帯、加熱帯、均熱帯（雰囲気温度１３００℃）を経て４
時間半加熱した。この結果、鉄板を巻かないスラブでは
温度分布が全断面ほぼ１３００℃となったのに対し、鉄
板を巻いたスラブではスラブ幅端部の表面温度はほぼ１
３００℃、幅中央部の温度は表面で約１２５０℃、板厚
中央で約１２２０℃となった。これらのスラブを加熱炉
より抽出後、二重式粗圧延機でスラブ断面の短辺を割り
広げながらスラブ幅方向にエッジング圧延しフランジを
生成してドッグボーン形状としたところ、鉄板を巻いた
スラブのほうがドッグボーンのフランジ厚みが約２５ｍ
ｍ大きくなった。さらにこれを製品まで圧延した結果、
鉄板を巻かないスラブからはフランジ厚８０ｍｍまでの
製品が製造できたのに対して、鉄板を巻いたスラブでは
フランジ厚１００ｍｍの製品まで製造できた。

【００３５】なお、スラブに巻いた鉄板は加熱炉から抽
出した時に浮き上がった状態になっており、エッジング
圧延の初期パスで完全に剥がれ落ちたため圧延には全く
問題はなかった。また、鉄板を巻いたことによってスラ
ブの圧延温度が低下して圧延負荷が最大２０％程度大き
くなったが、この程度であれば圧延機の設備仕様上で問
題はなかった。

【００３６】（実施例２）幅１５００ｍｍ厚み２５０ｍ
ｍスラブの表面の幅中央部１０００ｍｍの範囲に厚み鉄
板０．２ｍｍの鉄板を梱包して加熱し、フランジ幅４０
０ｍｍのＨ形鋼を製造した。従来の加熱方法ではウェブ
高さ９００ｍｍまでしか製造できなかったが、本発明法
では、エッジング圧延時のフランジ幅広がり効率が向上
し、少ないエッジング量で必要フランジ幅を確保できた
ため、ウェブ高さ１０００ｍｍのＨ形鋼の製造も可能と
なった。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、鉄板巻き等の簡単な手
段により、加熱炉内で形鋼の素材であるスラブに温度差
を付与するように加熱することができる。そのため、従
来設備制約から製造不可能であった超極厚や超広幅の形
鋼を製造することができる。また、同一断面スラブから
広範なサイズやシリーズの製品を造り分けることが可能
になり、鋼片集約にもつながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のエッジング圧延を示す図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）は、それぞれスラブの通常加熱
を行った際のスラブ端面とスラブ幅中央についての在炉
時間と温度との関係を示す図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ鉄板巻きのスラブ
を加熱した際のスラブ端面とスラブ幅中央についての在
炉時間と温度との関係を示す図である。

【図４】通常加熱と鉄板巻き加熱とのそれぞれのスラブ
幅方向部位での板厚平均温度を示す図である。

【図５】フランジ生成部を示す粗圧延Ｈ形鋼の断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 矩形鋼片（スラブ） ２ 上ロール ３ 下ロール ４ ロールの突起 ５ フランジ部 ｔ 増加量

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 形鋼製造用矩形鋼片を加熱炉で加熱する
   に際し、鋼片中央部のウェブ相当部分と鋼片両端部のフ
   ランジ相当部分とに、設定温度以上の温度差を付与して
   加熱することを特徴とする形鋼製造用矩形鋼片の加熱方
   法。
2. 【請求項２】 フランジ相当部分がウェブ相当部分より
   設定温度以上高い温度差を付与して加熱することを特徴
   とする請求項１記載の加熱方法。
3. 【請求項３】 矩形鋼片の在炉時間もしくは炉内雰囲気
   温度、あるいは在炉時間と炉内雰囲気温度の双方を制御
   して温度差を付与して加熱することを特徴とする請求項
   １または２記載の加熱方法。
4. 【請求項４】 矩形鋼片のフランジ相当部分もしくはウ
   ェブ相当部分を熱遮蔽体で被覆して加熱することを特徴
   とする請求項１または２記載の加熱方法。
5. 【請求項５】 熱遮蔽体が設定厚の鉄板であることを特
   徴とする請求項４記載の加熱方法。
6. 【請求項６】 形鋼製造用矩形鋼片を加熱炉で、鋼片中
   央部のウェブ相当部分と鋼片両端部のフランジ相当部分
   とに、フランジ相当部分が設定温度以上高くなる温度差
   を付与して加熱された矩形鋼片を、孔型底部中央に突起
   を有する上下ロールからなる二重式粗圧延機を用いて、
   前記フランジ相当部分の矩形鋼片短辺に前記上下ロール
   の突起で凹溝を形成し、順次割広げ圧延してフランジを
   生成せしめることを特徴とするＨ形鋼の粗圧延方法。