JP2009513352A - ホット形材の矯正方法 - Google Patents

Abstract

本発明は形材（５）を矯正するための方法に関する。熱間圧延された形材を冷却する場合には、強い変形が生じる。この理由から、形材は熱い状態では矯正されず、まず冷却される。本発明による方法は、熱い形材を70℃より高い形材温度で矯正し、その形材が冷却においてもその一度矯正された形材形状を保持することを初めて可能にする。そのため矯正力が矯正過程において直接フランジ（５ｂ、５ｃ）内に導入される。その結果、ウエブ（５）及びウエブ根部内における元の応力状態が保持され、不利な内部応力が防がれる。

Description

本発明は、ウエブと少なくとも１つのフランジとを有する形材、特に二重Ｔ形又はＵ形のビームを、矯正工具を使用して矯正するための方法に関する。

形鋼は、熱間圧延後冷却過程においてしばしば変形ないしゆがみをこうむる。それによって生ずる所望の断面形状からのずれを取り除きビームに所望の直線性を付与するために、形材は熱間圧延及び冷却後矯正される。変形は冷却の際に生ずるので、形材をなお熱い状態で矯正することはこれまでは満足にはできない。たしかに、熱い形材の矯正過程においては規準に適合した結果が得られるが、最終的な冷却後には部分的に湾曲し規準に適合しない形状に戻ってしまう。

それ故従来技術においては、形材は低い温度に冷却されることが要求される（例えば独国特許第2456782号明細書及び米国特許第5060498号明細書参照）。このために形材は冷却ベッド又は冷却ピット内で冷却される。このことは不都合にも時間的な遅れに導き、この遅れが部分的に一時的な生産停止に導く。

従来技術において形材がより高い温度で矯正される場合には、ウエブ中に圧縮応力を発生させるため、形材は細分化されて冷却されるか加熱される（独国特許第3501522 C1号明細書、独国特許第3638816 C1号明細書参照）。矯正後ウエブの温度はフランジの温度に同化し、その際長手引張り応力はなくなるべきである。しかしながらこの方法は、形材中に正確に調整すべき温度勾配をあらかじめ生ぜしめることによって、時間及びエネルギーを必要とする。さらに、最終的な冷却においてウエブの収縮による形材の変形が生じる可能性があり、この変形はさらに、室温に冷却されたレール材が要求規準に合わないという結果に導く。それ故この方法も満足すべきものではない。

本発明の課題は、形材を熱い状態で矯正することが可能な改善された方法を提供することにある。

この課題は、請求項１の主題によって解決される。有利な実施形態は請求項２以下に開示されている。

本発明による矯正方法は、形材を70°より高い形材温度で矯正し、しかも矯正力が形材のフランジ内に直接導入されるようにする、という根本思想上に組み立てられる。それによって、さもなければ冷却の際に形材の変形を生ずる形材中の内部応力が避けられる。

その際矯正力は好ましくはフランジの短辺の部分に導入される、即ち垂直に方向付けられたフランジを有する形材において上方又は下方から導入される。しかしながら本発明によれば、矯正力は一方向にまた一箇所にのみ導入されなければならないものではない。本発明の枠内において、矯正力は例えばくし状のロールを介して、フランジの側方“主面”と同様フランジの短辺にも導入されてよく、また同じように側方“主面”にのみ導入されてもよい。

本発明は、従来技術においてホット矯正された形材の冷却後に観察された変形がなお熱い形材の異った熱容量に起因するという認識に基づくものである。ウエブからフランジへの移行領域（ウエブ根部）に僅かな表面の高い物質集中部が存在し、これは隣接する物質に比較して緩やかに冷える。従ってこの物質集中部は形材の残りの部分より高い温度を有する。引き続く冷却過程における変形作用が温度を変え、温度に関係する応力分布を生じさせ得る。矯正板がウエブをウエブ根部の領域においてつかむ通常の矯正においては、矯正板が矯正板アプローチによってあらかじめ与えられた交番する曲げをウエブに強制し、その往復運動がフランジに伝達され、最後に進行方向における減少したアプローチセッティングにより所望の直線状形材が生ずる。

ホット矯正においては、ウエブ根部領域の高い温度が材料の特有の降伏応力を引き起こし、この応力に対しホット矯正過程（通常の矯正技術による）で適切な調整が行なわれる必要がある。通常の矯正は、形材中に出発状態の内部応力分布とは異なる内部応力分布を生ずる。特にウエブ根部領域においては、降伏応力の範囲、またそれを超える範囲にあり得る値をもった内部応力ピークが生じる。

通常の矯正法によって形材がホット状態で矯正されるかぎり、常にある程度内部応力が生じる。後続の冷却が応力分布及び応力値を変え、そのことは従来技術においては矯正された形材の既知の観察されたゆがみの結果となる。

高い温度において直線状の形材を生じさせかつこの直線状の形材を冷却後もなお保持するために、本発明によれば、矯正の際にフランジに矯正力を導入することにより、形材の製品特性及び直線性に不利な影響を及ぼす内部応力をウエブとフランジとの間の移行領域及びウエブそのものにおいて生じさせない。フランジ内に力を導入することにより、むしろ問題のない応力状態がウエブ及びウエブ根部に保持され、フランジ内の内部応力状態はほんの僅か変化するだけである。それ故、冷えた形材内において応力状態の不利な、冷却に基づく変化は生じない。

本発明に従う方法によれば、形材をなおホット状態において熱間圧延法に引き続いてさらに加工することが有利に可能である。このことは、著しい時間の節約につながり、生産停止を回避する。さらになお熱い鋼の加工は僅かな力を使うことで可能であり、その結果このようにしてエネルギーをも節減することができる。

本発明に従う方法によれば、ウエブと少なくとも１つのフランジを有する形材が矯正される。このような形材は特に、Ｔ形ビーム、二重Ｔ形ビーム、Ｕ状形材、及びＬ状形材リムであり、フランジはすべての形材型において好ましくはウエブに対し90°の角度にあるが、他の調整も容易に可能である。

形材は、70℃を越える温度、特に好ましくは100℃を越える形材温度で矯正される。しかしながら本発明に従う方法は、それより高い温度、例えば約200℃及びそれ以上の温度でも矯正することができる。形材温度を突止め確定することの種々の可能性が存在する。それ故この概念は広く理解されるべきである。形材温度という概念は例えばウエブ根部の表面温度及びウエブ根部内の温度を含むことができる。さらに形材温度という概念はウエブ及びビーム縁部の表面温度ないしこれらの形材要素内の温度をも含むことができる。さらに形材温度は複数のこれらの形材要素の温度を取り入れることによっても確定することができる。そのように形材温度は例えば全形材中の温度経過の測定によって、又は形材要素の若干の要素の温度の測定によって確定することができる。形材温度の確定のためにしばしば使用される方法は、例えば温度スキャニングである。その際、ビーム縁部、ウエブ根部、ウエブ及びさらに他のウエブ根部及び他のビーム縁部上に可動配置された温度測定器によって温度が検出される。測定された温度経過から形材温度が決定され、その際ウエブ根部内の温度がより強く重み付けされ得る。それ故形材温度は本発明によればこのような温度スキャニングの結果と理解することもできる。

本発明に従う方法の有利な実施形態によれば、矯正力は矯正工具の側面を介してフランジ内に導入され、その側面はフランジの表面に対しある角度をなし、このフランジの表面に矯正工具が作用する。このような装置は例えば独国特許出願公開第19525513 A1号明細書に記載され、その完全な開示内容は、本発明に従う方法を例えば実施し得る装置の記述のために、また矯正力がフランジ内に導入され得る様式の記述のために、本願発明中に取り入れられる。

例えば、矯正工具、特に矯正板は、少なくとも部分的に円錐台状に形成され、その円錐形の側面によりフランジに矯正力を伝達する。矯正工具は矯正物の上方及び下方又はそのいずれか一方に配置され得る。

有効側面の傾斜角は、とりわけ側面と矯正工具が作用する表面との間の摩擦角の大きさのオーダにあり、それは以下の式からもたらされる。
μ_R板／形材＝tanρ
そしてフランジ縁部圧縮の最小化を保証する。側面翼の摩擦角が正しくとられた場合には、フランジに横応力が生じ、この横応力は接触面に作用する摩擦せん断応力に反対に作用し、従ってフランジ縁部圧縮を防止する。傾斜角は特に５°の値である。

特に、駆動部より遠い矯正板の側面線の交点は駆動部より遠く、駆動部に近い矯正板の交点は駆動部に近い。

矯正力に応じて矯正点に関する水平面内のフランジの曲がりを避けるために、矯正板は特にフランジを支持する面を有し、この面はフランジのウエブ側及びウエブと反対側又はそのいずれか一方の側に存在する。それに従って矯正板として形成された矯正工具は特にＵ形又はＴ形の軸方向断面を有する。フランジを支持する面は、それぞれ交互に外側及び内側でフランジと係合する。

矯正ロール対により同時に異なる寸法のフランジ又はリム形材を矯正板の交換なしに矯正し得るようにするため、くし状の軸方向断面を有する矯正板が適している。

このような矯正板は、特に一体の、個々の板から構成され、個々の板間に本発明に従い水平面に対し傾斜した有効側面が存在し、板の側面がフランジ又はウエブを矯正点において一方の側又は両側で支持する。

すべての矯正工具が有効側面を備える必要はない。矯正軸に関して角度をなして延びる有効側面を有する矯正工具を入口側にのみ配置するようにしてもよい。極端な場合には、矯正物の上方及び下方の相関的な近隣関係にある適当に構成された矯正工具又は矯正工具対で十分である。矯正物の下方に、出口範囲にのみこのように構成された矯正工具を配置するようにしてもよい。

本発明に従う方法により使用される側面ないし傾斜面は、ホット形材の矯正の際に矯正精度の最高値を可能にする。それらの面は特に、フランジ圧縮及びフランジ縁部の範囲における外方へ向く膨らみを防止し、形材の熱間圧延に由来する矯正されない形材の適切な内部応力状態を保証する。

以下本発明を図面について詳細に説明する。

矯正装置は、個々の部分が詳細には示されていない駆動部１を有し、この駆動部と軸２が結合されており、その軸上に２つの矯正板３、４が二重Ｔ形ビーム５の上方において配置されている。このビームはウエブ５ａと２つのフランジ５ｂ及び５ｃとを有する。矯正板３、４は軸方向においてＴ形断面を有し、それぞれ両フランジの内側と係合するがフランジのウエブとは接触しない円板状の部分６から構成され、この部分６は円錐台状の突出部７に移行する。円錐台状の突出部７はその小さい直径の面８でもってそれぞれ外方に向けられ、その側面を介してフランジ縁部と摩擦結合されている。その際側面ないし側面線９は、フランジの短辺の部分の表面、又は水平線ないしスペーサスリーブ１０に関し角ρをもって延びている。スペーサスリーブ１０は、矯正すべきビームの形材高さ（フランジ距離）に矯正板の距離を調整するために用いられる。それに応じて、側面線９とフランジの短辺の部分の表面との間に閉じ角ρが形成される。円錐台状の突出部の高さＺは、フランジの短辺の部分がその全高さにわたって支持されるような大きさに定められる。

図３及び４の矯正板１１、１２は、図１、２の場合と原則的に同じように配置され組み立てられている。しかしながらそれらはフランジを外側で支持し、円錐状の突出面７を有し、この突出面の大きい直径の面１３は内方を向き、互いに向き合っている。このようにして側面ないし側面線９と水平面ないしビームフランジの短辺の部分との間にそれぞれ図１、２の矯正板の場合と同じようにそれぞれ同じ閉じ角が形成される。

図５、６に従う矯正ロール１５、１６は、とりわけ一体に互いに結合されフランジを支持する複数の個別板１７、１８、１９、２０から構成され、それらの間にはそれぞれ円錐台状の移行部２１、２２、２３が存在する。このようにして、矯正板１６〜２０の間に異なる寸法のビームのフランジを収容するための溝２４、２５、２６が存在する。円錐台状の移行部２１、２２、２３の側面線はまた、それらに対向するフランジの短辺の部分と既に述べた本発明に従う閉じ角ρを形成する。

本発明に従う方法を実施するためのホット矯正に適する矯正装置は、角をなす矯正工具（矯正板又は矯正スリーブ）を完全に備え付けている必要はない。即ちむしろ矯正工具が最大の湾曲振幅の範囲に、即ち入口側に配置されていれば十分であり、この最大振幅は本発明による矯正工具がないと最大の圧縮ないし寸法のずれに導き得るものである。しかし他方において、大きなピッチ（隣接する２つの矯正軸の距離）及びそれに応じて小さい矯正力で矯正する際矯正物の下方にフランジからフランジへ達する円筒状の矯正スリーブ２８が配置され得る場合には、全部の上部矯正工具が板又は多板ロールとして形成されていてよい。

図７〜９においては、本発明に従う方法により使用し得る装置の他の例が示されている。同じ要素には同じ符号が付されている。

図に示される装置は、形材のフランジ内に直接力を導入することが可能であり、その際それによって70°より高い温度を有する熱い形材の矯正も可能である。

本発明に従う方法により使用され、上部矯正板対を持った矯正装置の一部軸方向の断面で示す概略図である。 図１に示す両矯正板の部分の拡大図である。 外側のフランジ案内部を有する矯正装置の一部軸方向の断面で示す概略図である。 図３に示す両矯正板の部分の拡大図である。 異なる大きさのビームをフランジ支持で矯正するための矯正ロールの軸方向断面図である。 図５による矯正ロールの部分の断面図である。 円筒状の中間部分を有する矯正スリーブの軸方向断面図である。 図７による矯正スリーブの部分の拡大断面図である。 円筒状矯正スリーブの断面図である。

符号の説明

１ 駆動部
２ 軸
３、４ 矯正板
５ 二重Ｔ形ビーム
６ 円板状の部分
７ 突出部
８ 小さい直径の面
９ 側面線
１０ スペーサスリーブ
１１、１２ 矯正板
１３ 大きい直径の面
１５、１６ 矯正ロール
１７、１８、１９、２０ 個別板
２１、２２、２３ 移行部
２４、２５、２６ 溝

Claims (10)

1. ウエブと少なくとも１つのフランジとを有する形材を矯正工具により矯正するための方法であって、矯正力が直接フランジ内に導入される方法において、形材が70℃より高い形材温度においてホット状態で矯正されることを特徴とする形材の矯正方法。
2. 熱間圧延により所望の形材形状が作られ、形材が70℃を越える形材温度で矯正工具により矯正され、その際矯正工具が矯正力を直接フランジの短辺の部分に導入されることを特徴とする規準に合った形材の製造方法。
3. 形材が100℃より高い形材温度で矯正されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 矯正力が矯正工具の側面を介して及ぼされ、その側面は矯正工具が作用するフランジの表面に対し角度をなすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
5. 矯正力がフランジの短辺の部分に導入されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. 形材が他の加熱工程なしに熱間圧延後にホット状態で矯正されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. ウエブと少なくとも１つのフランジとを有する形材を矯正するため、70℃より高い形材温度で形材を矯正するため矯正力を直接フランジ内に導入する矯正工具を有する装置の使用。
8. 矯正工具が矯正物の上方に配置されていることを特徴とする請求項７記載の装置の使用。
9. 矯正工具の作用側面が矯正工具の作用するフランジの表面に関し角度をなすことを特徴とする請求項７又は８記載の装置の使用。
10. 作用側面の傾斜角ρが矯正工具と矯正工具の作用するフランジの表面との間の摩擦角の大きさのオーダにあることを特徴とする請求項９記載の装置の使用。

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