JP2020196050A - ハット形鋼矢板の製造設備 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1は、形鋼の拘束冷却方法に関し、熱間圧延中に生じる断面内温度不均一に起因する反りを解消するため、拘束冷却開始時の形鋼温度にもとづいて、冷却中の形鋼温度や変態点率等を推測し、これらを基に反りが生じないように拘束冷却条件を選定することが記載されている。
形鋼に端部変形が生じた場合は、鋸断後において端部形状の矯正作業が必要となるが、レベラー矯正では、長手方向の端部には、圧下を加えることができないため修正が困難で、一方、プレス矯正を用いると矯正は可能であるが、生産効率が低下する。
特許文献3は、形鋼の端部形状制御方法に関し、熱間鋸断直近のフランジ又はウェブの外表面の温度を測定し、当該温度と端曲がりの相関実績から求まる、端曲がりが生じない冷却基準温度となるように鋸断中および/または鋸断後において強制冷却を行うことが記載されている。
特許文献2に記載された技術は、圧延後の熱間鋸断時にU形鋼矢板のフランジ付け根部を冷却する技術であり、そのままハット形鋼矢板に適用できる技術ではない。特に,ハット形鋼矢板はU形鋼矢板よりも複雑な形状でサイズ(全幅寸法)も大きいため、圧延パス数が多くなり熱間鋸断時の温度が非常に低くなる。このため,この技術では効果が見込めない。また、鋼矢板は熱間鋸断以外に冷間で所定の長さに鋸断する場合も多いが、この技術は冷間鋸断された鋼矢板の鋸断部には全く対応ができない。
加熱炉10で素材であるスラブやブルームを所定の温度に加熱し、粗圧延機11、中間圧延機12、仕上げ圧延機13の順に熱間で孔型圧延を行い、図11に示すハット形の製品形状に仕上げられる。熱間鋸断装置14は、圧延で延ばされた製品を所定の長さに熱間で切断するものである。
本発明者らは、種々の条件で熱間圧延されローラー矯正されたハット形鋼矢板1について、圧延終了時の温度分布、製品での残留応力分布と端部の変形について、各種の調査、検討を行った。
図5で定義を示した継手部4の最高温度Tgとフランジ部3の最低温度Tfとの差を温度差ΔT(=Tg−Tf)とし、製品での継手部4の曲がり量との関係を調査した。また、左右それぞれの継手部4を個別のデータとした。この調査結果を図8に示す。図8から、継手部4の曲がり量は、温度差ΔTでも整理することができることがわかる。継手部4の曲がり量が約±4mm以内を満たす温度差ΔTの範囲は、本データの場合、30〜50℃となる。
なお、以上説明した実施形態の全てにおいて、冷媒には水を用いたが、他の冷媒を用いることもできる。
(1)本発明の一態様に係るハット形鋼矢板1は、ウェブ部2、フランジ部3、腕部5および継手部4から構成されるハット形鋼矢板1であり、継手部4ないし腕部5の残留応力最大値σgとフランジ部3の残留応力最小値σfとの差である残留応力差Δσ(=σg−σf)が0MPa以上60MPa以下であることを特徴とする。
上記(1)の構成によれば、ハット形鋼矢板1を幅方向に沿って切断した後の切断面端部の曲がり量を、継手嵌合に問題のない程度とすることができる。
上記(2)の構成によれば、ハット形鋼矢板1を幅方向に沿って切断した後の切断面端部の曲がり量が、継手嵌合に問題のない程度であるハット形鋼矢板1を製造できる。
上記(3)の構成によれば、ハット形鋼矢板1を幅方向に沿って切断した後の切断面端部の曲がり量が、継手嵌合に問題のない程度であるハット形鋼矢板1を製造できる。
上記(4)の構成によれば、ハット形鋼矢板1を幅方向に沿って切断した後の切断面端部の曲がり量が、継手嵌合に問題のない程度であるハット形鋼矢板1を製造できる。
ハット形鋼矢板1の継手形状は、左右で非対称な形状であるため、左右の継手部4で温度差が生じやすいが、上記(5)の構成によれば、左右の継手部4の冷却を個別に設定することで、一方の継手部4のみの変形が問題になる場合にも対応が可能となる。
上記(6)の構成によれば、ハット形鋼矢板1を圧延後にCB(クーリングベッド)上で自然冷却する際に、ハット形鋼矢板1に上反りが発生することを抑制することができる。
上記(7)の構成によれば、ハット形鋼矢板1を幅方向に沿って切断した後の切断面端部の曲がり量に影響を及ぼす、継手部4を冷却する冷媒の流量Q、仕上げ圧延機13の圧延速度Vを調整可能であり、また、流量Qと圧延速度Vの実績を記録できるため、鋸断装置で切断面端部の曲がり量と、流量Q、圧延速度Vの関係から最適な圧延速度、流量Qを見出すことが可能となる。
上記(8)の構成によれば、ハット形鋼矢板1を幅方向に沿って切断した後の切断面端部の曲がり量が、継手嵌合に問題のない程度であるハット形鋼矢板1を製造できる。
上記(9)の構成によれば、圧延本数を重ねる毎にΔTの制御精度が向上し、より継手嵌合に問題のない程度であるハット形鋼矢板1を製造できるようになる。
上記(10)の構成によれば、ハット形鋼矢板1を幅方向に沿って切断した後の切断面端部の曲がり量が、継手嵌合に問題のない程度であるハット形鋼矢板1を製造できる。
上記(11)の構成によれば、ハット形鋼矢板1を圧延後にCB(クーリングベッド)上で自然冷却する際の上反り発生を抑制したハット形鋼矢板1を製造することができる。
図1,図2,図3,図4に示したハット形鋼矢板の圧延製造ラインにて、ウェブ厚が10.8mm,有効幅が900mmであるハット形鋼矢板10Hの製造を実施した。
熱間鋸断装置(ホットソー)14の前面に温度計31を配置し、この温度計31にて仕上げ圧延後のハット形鋼矢板1の幅方向の温度分布を測定し、適合例では、継手部4の最高温度とフランジ部3の最低温度との差ΔTの目標を、温度差ΔTと継手部4の曲がり量との関係から設定した。具体的には、図8に示す温度差ΔTと継手部4の曲がり量との関係から、曲がり量を許容値(±4mm)内とできるΔTの範囲として目標値40℃、目標範囲30〜50℃と設定し、K1孔型での仕上げ圧延の際に、継手部冷却水流量を左右それぞれで個別に調整した。一方、比較例では、継手部冷却をまったく実施しないケース(比較例1)と、最大流量で冷却するケース(比較例2)を実施した。温度プロフィルは熱間鋸断装置14で鋸断時の時間経過とともに、時々刻々変化するので、ウェブ部2の最高温度が550℃時点の温度プロフィルから温度差ΔTを算出した.なお、すべてのケースで仕上げ圧延速度は2m/sである。
次に、図1、図2、図3、図4に示したハット形鋼矢板1の圧延製造ラインにて、ウェブ厚が13.2mm、有効幅が900mmであるハット形鋼矢板25Hの製造を実施した。本実施例では、適合例、比較例とも圧延素材を5本ずつ用意し、仕上げ最終圧延であるK1孔型での圧延における圧延速度を圧延素材ごとに1.0〜4.0m/sの間で変化させていった。継手冷却水流量Qを圧延速度Vで除した値(Q/V)は図10から目標値2.0(L/s)/(m/s)、許容範囲1.6〜2.4とし、素材毎の仕上げ圧延速度の変化とともに、冷却水流量を調整した場合(適合例)と、仕上げ圧延速度の変化によらず冷却水流量を一定とした場合(比較例)で圧延を実施した。
これらの製品について、熱間鋸断された製品端部の継手部曲がり量を調査した。この結果を表2に示す。
図1、図2、図3、図4に示したハット形鋼矢板1の圧延製造ラインにて、ウェブ厚が13.2mm、有効幅が900mmであるハット形鋼矢板25Hのうち製品長が20mとなる長尺製品の製造を実施した。製造にあたっては、仕上げ最終圧延であるK1孔型での圧延における圧延速度を2.0m/s、継手冷却水量Qを圧延速度Vで除した値(Q/V)を2.0(L/s)/(m/s)とした。そして、ウェブ冷却水量Qwを4.0(L/s)としてウェブ冷却を行った場合と、ウェブ冷却を行わなかった場合とについて、それぞれ3本ずつ製造した。
2 ウェブ部
3 フランジ部
4 継手部
5 腕部
10 加熱炉
11 粗圧延機(熱間圧延機)
12 中間圧延機(熱間圧延機)
13 仕上げ圧延機(熱間圧延機)
13a ミルモータ
14 熱間鋸断装置(鋸断装置:ホットソーHS)
21 上圧延ロール
22 下圧延ロール
23 前面ガイド(ガイド)
23a 上ガイド
23b 下ガイド
24 後面ガイド
25 継手部冷却装置
25a 継手部冷却ヘッダー
25b 継手部冷却ノズル
25e 流量調整弁(継手部冷却水流量調整弁)
26 ウェブ部冷却装置
26a ウェブ上面冷却ヘッダー
26b ウェブ上面冷却ノズル
26c ウェブ下面冷却ヘッダー
26d ウェブ下面冷却ノズル
26e 流量調整弁(ウェブ上面冷却水流量調整弁)
29 冷却水ポンプ
30 演算装置(流量制御手段)
31 温度計
Claims (5)
- ウェブ部、フランジ部、腕部および継手部から構成されるハット形鋼矢板を、熱間圧延により該ハット形鋼矢板の形状に造形する熱間圧延機と、該熱間圧延により得られたハット形鋼矢板を幅方向に切断する鋸断装置とを有するハット形鋼矢板の製造設備において、
前記熱間圧延機の仕上げ圧延機のガイド内に前記継手部を冷却する継手部冷却装置を備え、
該継手部冷却装置は前記継手部を冷却する冷媒の単位時間あたりの流量Qを調整可能であり、
前記仕上げ圧延機は圧延速度Vを調整可能であり、
前記流量Qと圧延速度Vの実績を記録する記録手段を有することを特徴とする、ハット形鋼矢板の製造設備。 - 前記熱間圧延を終了後、前記ウェブ部が500℃まで温度降下するまでの間の同一時点における、前記フランジ部の最低温度Tfと前記継手部ないし前記腕部の最高温度Tgとの差である温度差ΔT(=Tg−Tf)を、予め設定された許容値内とするように前記継手部冷却装置からの冷媒の単位時間当たりの流量Qを設定する流量制御手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載のハット形鋼矢板の製造設備。
- 前記仕上げ圧延機の下流側で、前記ウェブ部が500℃まで温度降下する位置よりも上流側に、前記ハット形鋼矢板の全幅方向の温度分布を測定する温度計を有し、
前記流量制御手段は、該温度計による温度分布測定結果にもとづき、次材の仕上げ圧延時に前記冷媒の流量Qを補正することを特徴とする請求項2に記載のハット形鋼矢板の製造設備。 - 前記流量Qを前記圧延速度Vで除した値Q/Vと、前記切断した後の切断面端部の曲がり量との関係から、前記曲がり量が許容範囲内となる前記値Q/Vの範囲が予め設定され、前記圧延速度Vの変化に対応させて前記値Q/Vを前記設定した範囲に収めるように前記冷媒の単位時間当たりの流量Qを調整する流量制御手段を有することを特徴とする請求項1に記載のハット形鋼矢板の製造設備。
- 前記ガイド内に、前記継手部冷却装置に加えて、ウェブ部を冷却するウェブ部冷却装置を有することを特徴とする1乃至4のいずれか一項に記載のハット形鋼矢板の製造設備。
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